(57)【要約】【課題】  電界放射型電子銃を用いた電子線装置において、エミッション電流の測定を正確に行えるようにする。【解決手段】  引出電極３に流れる電流Ｉｅを検出するための検出抵抗５と、Ｉｅ計測回路５ａと、加速電圧アンプ６に負帰還をかけるためのフィードバック抵抗７と、電子銃から前記加速電圧アンプに流れる電流Ｉａを検出するための検出抵抗８と、Ｉａ計測回路８ａとを備える。フィードバック抵抗７に流れる電流Ｉｆを、引出電極電源４をｏｆｆした時のＩａとして求める。（Ｉｅ＋Ｉａ−Ｉｆ）をエミッション電流値として求めることにより、加速電圧に電圧降下の影響を及ぼすことなくエミッション電流を正しく計測できる。【選択図】図１
2007012538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ及び前記エミッタから電子を引き出すための引出電極を備える電界放射型電子銃と、
前記引出電極に電圧を印加するための引出電極電源と、前記引出電極に流れる電流Ｉｅを検出する検出手段と、
前記電子銃に加速電圧を印加するための加速電圧アンプと、前記加速電圧アンプに負帰還をかけるためのフィードバック抵抗とを備える電子線装置において、
前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａを検出する検出手段と、前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆを検出する検出手段を備え、
前記引出電極に流れる電流Ｉｅと前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａとの加算値（Ｉｅ＋Ｉａ）から前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆを減算した値（Ｉｅ＋Ｉａ−Ｉｆ）をエミッション電流値として求める演算手段を備えた、ことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記エミッション電流値を求める時に、演算に用いる前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆの値として、エミッタに印加されている加速電圧の値を前記フィードバック抵抗値で除した値を使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
前記エミッション電流値を求める時に、演算に用いる前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆの値として、前記引出電極に印加する電圧をゼロに設定した時に、前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａの値を計測により求め、Ｉｆの値として使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放射型電子銃（以下、ＦＥＧと略称する）を用いた電子線装置において、エミッション電流を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＥＧは、放射する電子線のエネルギー幅が極めて小さく、高輝度が得られるので、観察・分析の性能向上に適しており、電子顕微鏡を始めとして多くの電子線装置に使われている。ＦＥＧは、電子を放出するエミッタと引出電極の間に電圧を印加し、エミッタ先端部に形成された強電界によりエミッタから電子を引き出すようにしている。このＦＥＧには、エミッタを加熱するサーマルタイプと加熱しないコールドタイプがある。エミッタから引き出された電子は加速電極により加速されて試料上に照射される。
【０００３】
図２は、サーマルタイプのＦＥＧを用いた電子線装置のＦＥＧ周辺の概略回路構成例を示した図である。図２において、電子銃１内にエミッタ１ａと引出電極３が配置されている。その他、エミッタ加熱電源２、引出電極に電圧を印加するための引出電極電源４、引出電極に流れる電流を検出するための抵抗値Ｒｅを持つ検出抵抗５、検出抵抗５による電圧降下により電流Ｉｅを計測する計測回路５ａ、電子銃に加速電圧を印加するための加速電圧アンプ６、加速電圧アンプに負帰還をかけるための抵抗値Ｒｆを持つフィードバック抵抗７が構成されている。フィードバック点Ｆは、加速電圧アンプ６の負帰還が動作して、常にエミッタに印加する所望の加速電圧が出力される点である。なお図２の構成例では、サーマルタイプのＦＥＧのためエミッタ加熱電源２が構成されているが、コールドタイプのＦＥＧでは不要である。また、実際の電子線装置では、引出電極４の他にも種々のレンズ電極や、電圧発生回路、電子線を細く集束するための電子レンズなどを備えるが省略している。
【０００４】
上述したように、ＦＥＧは放射する電子線のエネルギー幅が極めて小さく、高輝度が得られるという利点がある。しかしその反面、エミッション電流が変動しやすく、また休止状態からの立ち上げ時に、注意して引出電極に電圧を印加する必要があるなどの点で、タングステンまたは６ホウ化ランタンをフィラメント部材として用いる電子銃より取り扱いが難しい。従って、ＦＥＧが正常に動作しているかを判断するためにエミッション電流の状態を把握することが重要である。
【０００５】
特許文献１の特開平７−８５８３０号公報（段落［０００６］）には、ＦＥＧの各電極電源とエミッタとの間にエミッション電流を検出するための抵抗を設け、その両端の電位差を測ることによりエミッション電流を検出する方法が述べられている。また、特許文献２の特開平８−４５４５５号公報（段落［００１２］）には、引出電極に入射する電子を検出することによりエミッション電流を測定する方法が述べられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−８５８３０号公報
【特許文献２】特開平８−４５４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エミッタから引き出される電子の総和がエミッション電流であるので、特開平７−８５８３０号公報に示されているように、電子銃と加速電圧電源の間に検出抵抗と検出回路を配置して、検出抵抗による電圧降下を計測することにより、エミッション電流を計測することができる。しかし、この電圧降下分が加速電圧に加算され、加速電圧に誤差を生ずるという問題がある。これを避けようとして検出抵抗の抵抗値を小さくすると、電圧降下の測定誤差が大きくなるという問題がある。
【０００８】
上記の問題を避けるため、特開平８−４５４５５号公報で述べられているように、引出電極に流れる電流を検出し、この電流をエミッション電流の代用とする方法が多くとられている。図２において、エミッタ１ａから放射された電子は、引出電極３に流れ込む電子（電流Ｉｅ）とそれ以外の電極や試料を通ってグランドに流れ込む電子（電流Ｉｏ）に分かれる。すなわち、エミッション電流をＩｍと表すと、
Ｉｍ＝Ｉｅ＋Ｉｏ            …（１）
である。電流Ｉｅと抵抗値Ｒｅによる電圧降下分をＩｅ計測回路５ａで計測することによりＩｅを計測することができる。検出抵抗５は加速電圧アンプのフィードバック点Ｆとエミッタ間の回路外に位置しているため、Ｉｅ計測回路５ａで計測される電圧降下分は加速電圧に影響を及ぼさない。
【０００９】
本来のエミッション電流はＩｍを測るべきであるが、これまでは、Ｉｍに対するＩｏの割合が、Ｉｍの代わりにＩｅを使用しても実用的には充分な程度に小さかった。しかし、元々ＩｅとＩｏの比率はエミッタ先端の形状に大きく依存している。そのため、ＦＥＧの性能が向上し、より高輝度になってくると、Ｉｍに対するＩｏの割合が増加し、反対にＩｅの割合が低下するため、Ｉｅのみを計測しても正確にエミッタの状態を反映しているとはいえないという問題が起きてきた。
【００１０】
本発明は、加速電圧に影響を及ぼさず、且つ全エミッション電流を正しく計測できる方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題を解決するため、本発明は、
エミッタ及び前記エミッタから電子を引き出すための引出電極を備える電界放射型電子銃と、
前記引出電極に電圧を印加するための引出電極電源と、前記引出電極に流れる電流Ｉｅを検出する検出手段と、
前記電子銃に加速電圧を印加するための加速電圧アンプと、前記加速電圧アンプに負帰還をかけるためのフィードバック抵抗とを備える電子線装置において、
前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａを検出する検出手段と、前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆを検出する検出手段を備え、
前記引出電極に流れる電流Ｉｅと前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａとの加算値（Ｉｅ＋Ｉａ）から前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆを減算した値（Ｉｅ＋Ｉａ−Ｉｆ）をエミッション電流値として求める演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記エミッション電流値を求める時に、演算に用いる前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆの値として、エミッタに印加されている加速電圧の値を前記フィードバック抵抗値で除した値を使用することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記エミッション電流値を求める時に、演算に用いる前記フィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆの値として、前記引出電極に印加する電圧をゼロに設定した時に、前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａの値を計測により求め、Ｉｆの値として使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、引出電極に流れる電流値Ｉｅと前記加速電圧アンプのフィードバック点と前記加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａの加算値（Ｉｅ＋Ｉａ）からフィードバック抵抗に流れる電流値Ｉｆを減算した値（Ｉｅ＋Ｉａ−Ｉｆ）をエミッション電流値として求めるようにしたので、加速電圧に対して電圧降下の影響を与えること無く全エミッタ電流を正確に計測できる。そのため、エミッタの動作状態を正しく把握できるので、エミッタの保護、装置の立ち上げなどがやり易くなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に、本発明を実施するサーマルタイプのＦＥＧを用いた電子線装置のＦＥＧ周辺の概略回路構成例を示す。図２に示した従来構成例と同一または類似の構成要素には、説明の重複を避けるため同じ番号を付与している。図１において、フィードバック点Ｆと加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａを検出するための抵抗値Ｒａを持つ検出抵抗８、検出抵抗８による電圧降下を計測して電流Ｉａを計測するＩａ計測回路８ａ、エミッション電流Ｉｍを演算する演算回路９、Ｉｅ計測回路５ａとＩａ計数回路８ａと演算回路９を結ぶデータラインＤが、従来構成例に加えられている。
【００１６】
図１において、検出抵抗５、検出抵抗８、フィードバック抵抗７を流れる電流はＩｅ，Ｉａ，Ｉｆである。先にも述べたように、エミッション電流は引出電極に流れ込む電子（電流Ｉｅ）とそれ以外の電極や試料を通ってグランドに流れ込む電子（電流Ｉｏ）の総和である。すなわち、電流Ｉｏはキルヒホフの法則に従って最終的には加速電圧アンプ６に流れ込むので、
Ｉａ＝Ｉｆ＋Ｉｏ            …（２）
と表すことができる。
式（１）と式（２）からＩｏを消去すると、
Ｉｍ＝Ｉｅ＋Ｉａ−Ｉｆ            …（３）
となるので、引出電極に流れる電流Ｉｅと加速電圧アンプのフィードバック点と加速電圧アンプの出力点の間に流れる電流Ｉａとの加算値（Ｉｅ＋Ｉａ）からフィードバック抵抗に流れる電流Ｉｆを減算した値（Ｉｅ＋Ｉａ−Ｉｆ）をエミッション電流値として求めることができる。
【００１７】
式（３）中の電流Ｉｅ、Ｉａはそれぞれ計測回路５ａ、８ａで計測され、データラインＤを介して演算装置９に送られる。電流Ｉｆを求める方法は以下に述べる少なくとも二つの方法がある。
先ずひとつは、加速電圧と加速電圧アンプ６のフィードバック抵抗値から求める方法である。設定されている所望の加速電圧をＶａとすると、フィードバック点Ｆの電位はエミッタに印加される加速電圧Ｖａと同電位であるから、
Ｉｆ＝Ｖａ／Ｒｆ            …（４）
と表すことができ、式（４）を式（３）に代入すればＩｍが求められる。フィードバック抵抗Ｒｆの規格値は予め分かっているので、データラインＤを介して加速電圧アンプ６の設定電圧データを演算装置９に送り、式（３）の演算を行ってエミッション電流を求める。
【００１８】
もうひとつの方法は、式（２）の関係に基づき、予めＩｆを実測して求めておく方法である。すなわち、引出電極に印加する電圧をゼロに設定し、エミッタから電子が放射されない状態で、検出抵抗８に流れる電流Ｉａを測定する。この時の電流Ｉａの値を、式（３）におけるＩｆの値として使用すれば良い。一般に高電圧を発生させるための増幅器のフィードバック抵抗は高抵抗なので、規格値に対して実際の抵抗値の持っている誤差が大きい。予めＩｆを実測で求める方法であれば、規格値に対する実物の誤差の影響を排除できる利点がある。
【００１９】
電流Ｉｅ，Ｉａ，Ｉｆを使って演算装置９により求められるエミッション電流の値は、データラインＤを介して、例えば図示しない表示装置またはエミッタ制御装置等に送られる。上記に説明した実施の形態はサーマルタイプのＦＥＧを例にとったが、コールドタイプのＦＥＧにも適用できる。その場合、図１中のエミッタ加熱電源２は構成から除かれる。
【００２０】
以上述べた方法によって、ＦＥＧを用いた電子線装置において、加速電圧に対して電圧降下の影響を与えること無く、全エミッション電流の正確な計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施する電子線装置のサーマルタイプＦＥＧ周辺の概略回路構成例を示す図。
【図２】従来の電子線装置のサーマルタイプＦＥＧ周辺の概略回路構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
Ｄ  データライン                    Ｆ  フィードバック点
１  電子銃（ＦＥＧ）                １ａ  エミッタ
２  エミッタ加熱電源                ３  引出電極
４  引出電極電源                    ５  検出抵抗（Ｒｅ）
５ａ  Ｉｅ計測回路                  ６  加速電圧アンプ
７  フィードバック抵抗（Ｒｆ）      ８  検出抵抗（Ｒａ）
８ａ  Ｉａ計測回路                  ９  演算回路
【図１】
2007012538.tif 000003
【図２】
2007012538.tif 000004