(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する単結晶チップ、該単結晶チップを加熱するフィラメント、該フィラメントから発生する電子を抑制するサプレッサ電極、前記単結晶チップから電子を引出す電界を与える引出電極、及び引出された電子の軌道を制御する制御電極を備え、前記フィラメント、引出電極、及び制御電極に電圧を印加するためのケーブルに接続されるショットキー電子銃本体に、前記サプレッサ電極に負の定電圧を印加する電池が固定され、当該電池は、その正側が前記フィラメントに導通するように接続され、負側が前記サプレッサ電極に接続される
ことを特徴とするショットキー電子銃。
【請求項２】
前記電池は、気密容器内に収容されて前記ショットキー電子銃本体に固定されていることを特徴とする請求項１記載のショットキー電子銃。
【請求項３】
前記電池は、気密にモールドされて前記ショットキー電子銃本体に固定されていることを特徴とする請求項１記載のショットキー電子銃。
【請求項４】
電子を放出する単結晶チップと、
該単結晶チップを加熱するフィラメントと、
該フィラメントから発生する電子を抑制するサプレッサ電極と、
前記単結晶チップから電子を引出す電界を与える引出電極、引出された電子の軌道を制御する制御電極、及び該制御電極を挟んで前記引出電極と反対側に配置された複数の電極を有し、引出された電子を加速する多段加速管と、
該多段加速管を収容し、多段加速管外周との間に絶縁ガス封入空間を形成するとともに、前記フィラメント、引出電極、制御電極、及び複数の電極に電圧を印加するためのケーブルに接続されるハウジングと、
該ハウジング内の絶縁ガス封入空間に固定され、前記サプレッサ電極に負の定電圧を印加するための、その正側が前記フィラメントに導通するように接続され、負側が前記サプレッサ電極に接続される電池と
を備えていることを特徴とするショットキー電子銃。
【請求項５】
前記電池は、気密容器内に収容されて前記絶縁ガス封入空間に固定されていることを特徴とする請求項４記載のショットキー電子銃。
【請求項６】
前記電池は、前記絶縁ガス封入空間に充填される絶縁ガスに対し気密にモールドされて前記絶縁ガス封入空間に固定されていることを特徴とする請求項４記載のショットキー電子銃。
【請求項７】
電子を放出する単結晶チップ、該単結晶チップを加熱するフィラメント、該フィラメントから発生する電子を抑制するサプレッサ電極、及び前記単結晶チップから電子を引出す電界を与える引出電極を収容するショットキー電子銃本体と、
前記単結晶チップに負の加速電圧を印加する加速電源、前記フィラメントに加熱電流を供給するフィラメント電流源、前記単結晶チップに対して負の定電圧をサプレッサ電極に印加するサプレッサ電源、及び前記単結晶チップに対して正の電圧を引出電極に印加する引出電源からなる電源装置と
を備えている電子線装置であって、
前記電源装置は、前記加速電源、フィラメント電流源、及び引出電源を備え、前記ショットキー電子銃本体と離間して設けられて前記ショットキー電子銃本体に多芯ケーブルを介して接続される第１の電源部と、
前記ショットキー電子銃本体に一体的に固定されたサプレッサ電源としての、正側が前記フィラメントに導通するように接続され、負側が前記サプレッサ電極に接続される電池からなる第２の電源部と
からなることを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
前記第２電源部を構成するサプレッサ電源としての電池は、負側が前記サプレッサ電極に接続され、正側が前記多芯ケーブルよりも前記単結晶チップ側の位置で前記加速電源からの前記単結晶チップに印加する負の加速電圧に接続されていることを特徴とする請求項７記載の電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショットキー電子銃及びショットキー電子銃が搭載される電子顕微鏡や電子線描画装置等の電子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のショットキー電子銃の構成図である。
同図において、１はタングステン（１００）等の耐高温金属材料からなる単結晶チップ、２はタングステン等の多結晶線からなるヘアピン型のフィラメントで、単結晶チップ１はフィラメント２に接合されている。４はフィラメント２がスポット溶接されているステンレス等の端子、５はセラミック碍子である。３は酸化物補給源で、単結晶チップ１の中央部、単結晶チップ１の付け根、又はフィラメント２に付着され、単結晶チップ１よりも仕事関数の低いジルコニウム等の金属酸化物によって構成される。
【０００３】
このジルコニウム等の金属酸化物３を１５００°Ｋから１９００°Ｋ程度に加熱することで、金属酸化物３は単結晶チップ１の軸方向に沿って拡散し、単結晶チップ１の先端で酸素とジルコニウム等金属の単原子層を形成する。このときジルコニウム等金属の単原子層は表面拡散及び活性化エネルギーの高い特定の結晶面に選択的に吸着、形成される。ここで、この特定な結晶面が単結晶チップ１の先端となるような単結晶線を用いることで、単結晶チップ１の軸先端１のみを仕事関数の低い状態に保つことができる。これにより、その部分から高い放出電子電流密度が得られる。
【０００４】
６はサプレッサ電極で、１５００°Ｋから１９００°Ｋに熱せれたタングステンヘアピンフィラメント２からの熱電子を抑制すると同時に、放出する電子線量の制御も行う。７は引出電極で、単結晶チップ１先端に電界を印加して、ショットキーエミッション（以下、ＳＥと略す）を引出す働きをする。８は制御電極で、引出電極７との間に静電レンズを形成し、引出された電子ビームの軌道を制御する。
これら単結晶チップ１、ヘアピンフィラメント２、サプレッサ電極６、引出電極７、制御電極８等によってショットキー電子銃（以下、ＳＥ電子銃と略す、図６では電子銃本体として示す）が構成される。
【０００５】
そして、このＳＥ電子銃の単結晶チップ１には、数１００Ｖから数１００ｋＶの負の加速電圧（Ｖ０）が、加速電源９より印加される。また、ヘアピンフィラメント２には、フィラメント電流源１０から加熱電流（Ｉｆ）が流され、単結晶チップ１の温度を１５００°Ｋから１９００°Ｋまでの任意の一定温度に通電加熱する。サプレッサ電極６には、単結晶チップ１に対し負の電圧（Ｖｓ）がサプレッサ電源１１より印加される。また、引出電極７には、チップ１に対し正の引出電圧（Ｖ１）が引出電源１２より印加され、制御電極８には、制御電圧（Ｖ２）が制御電源１３より印加される。
そのため、上記各電源を備えた電源装置とＳＥ電子銃とは、高圧ケーブル１４により接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記、ＳＥ電子銃の電源装置には、加速電源９，フィラメント電流源１０，サプレッサ電源１１，引出電源１２，及び制御電源１３の５種類の電源が独立に必要であり、この結果、電源装置とＳＥ電子銃とを接続する高圧ケーブル１４には５芯のケーブルが必要となる。
【０００７】
ところが、従来からある４芯の高圧ケーブルを用いる場合に比べて、この５芯の高圧ケーブル１４を新たに製作するには、数１００ｋＶといった高い加速電圧（Ｖ０）で使用する時には高い絶縁耐圧が必要となるので、その製作は困難を極め、コストは大幅に上昇する。
【０００８】
一方、加速電圧（Ｖ０）が数１００ｋＶと高くなった時、ＳＥ電子銃外側（大気中）で放電が発生する。この放電を防止するために、一般には電子銃自体をハウジングで覆い、ハウジング内の雰囲気を一旦真空排気した後、数気圧の絶縁ガスで置換するという方法が用いられている。特に高加速電圧の電子銃では、ハウジングと高圧ケーブル１４とは一体となっているため，５芯のものを製作する場合には前述のとおりコストが高くなる。
【０００９】
また一方で、従来の電界放出型電子銃（以下、ＣＦＥ電子銃と略す）で使用されている４芯の高圧ケーブル、及びこの４芯の高圧ケーブルと一体化されるハウジングを、ＳＥ電子銃に使用する場合は、ハウジング内部に新たに電源を設ける必要がある。しかし、前述のとおり、ＳＥ電子銃のハウジング内は真空排気または数気圧の絶縁ガスを充填させるために、電源に破損，腐食等の悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１０】
そのため、ＳＥ電子銃で使用される高圧ケーブルと、ＣＦＥ電子銃で使用される高圧ケーブルとは共用できないという問題点もあった。
本発明は上記の問題を解決し得るＳＥ電子銃及び電子線装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のショットキー電子銃は、電子を放出する単結晶チップ、該単結晶チップを加熱するフィラメント、該フィラメントから発生する電子を抑制するサプレッサ電極、前記単結晶チップから電子を引出す電界を与える引出電極、及び引出された電子の軌道を制御する制御電極を備え、前記フィラメント、引出電極、及び制御電極に電圧を印加するためのケーブルに接続されるショットキー電子銃本体に、前記サプレッサ電極に負の定電圧を印加する電池が固定され、当該電池は、その正側が前記フィラメントに導通するように接続され、負側が前記サプレッサ電極に接続されることを特徴とする。
そして、前記電池は、気密容器内に収容され、又は気密にモールドされて、該ショットキー電子銃本体に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のショットキー電子銃は、電子を放出する単結晶チップと、該単結晶チップを加熱するフィラメントと、該フィラメントから発生する電子を抑制するサプレッサ電極と、前記単結晶チップから電子を引出す電界を与える引出電極、引出された電子の軌道を制御する制御電極、及び該制御電極を挟んで前記引出電極と反対側に配置された複数の電極を有し、引出された電子を加速する多段加速管と、該多段加速管を収容し、多段加速管外周との間に絶縁ガス封入空間を形成するとともに、前記フィラメント、引出電極、制御電極、及び複数の電極に電圧を印加するためのケーブルに接続されるハウジングと、該ハウジング内の絶縁ガス封入空間に固定され、前記サプレッサ電極に負の定電圧を印加するための、その正側が前記フィラメントに導通するように接続され、負側が前記サプレッサ電極に接続される電池とを備えていることを特徴とする。
そして、前記電池は、気密容器内に収容され、又は気密にモールドされて、前記絶縁ガス封入空間に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電子装置は、電子を放出する単結晶チップ、該単結晶チップを加熱するフィラメント、該フィラメントから発生する電子を抑制するサプレッサ電極、及び前記単結晶チップから電子を引出す電界を与える引出電極を収容するショットキー電子銃本体と、前記単結晶チップに負の加速電圧を印加する加速電源、前記フィラメントに加熱電流を供給するフィラメント電流源、前記単結晶チップに対して負の定電圧をサプレッサ電極に印加するサプレッサ電源、及び前記単結晶チップに対して正の電圧を引出電極に印加する引出電源からなる電源装置とを備えている電子線装置であって、前記電源装置は、前記加速電源、フィラメント電流源、及び引出電源を備え、前記ショットキー電子銃本体と離間して設けられて前記ショットキー電子銃本体に多芯ケーブルを介して接続される第１の電源部と、前記ショットキー電子銃本体に一体的に固定されたサプレッサ電源としての、正側が前記フィラメントに導通するように接続され、負側が前記サプレッサ電極に接続される電池からなる第２の電源部とからなることを特徴とする。
【００１４】
そして、前記第２電源部を構成するサプレッサ電源としての電池は、負側が前記サプレッサ電極に接続され、正側が前記多芯ケーブルよりも前記単結晶チップ側の位置で前記加速電源からの前記単結晶チップに印加する負の加速電圧に接続されていることを特徴とする。
これにより、本発明のショットキー電子銃及び電子線装置は、サプレッサ電源として電池を用い、これを電子銃本体に設けることにより、高圧ケーブルを介して接続される電源装置の電源の数を４つに減らし，高圧ケーブルの芯数を４芯にすることができ、従来の４芯の高圧ケーブルをそのまま利用できる。
また、電池を電池ホルダに気密に内蔵し、又は電池をその外部雰囲気、すなわちその設置場所の雰囲気に対し気密にモールドしてショットキー電子銃本体に設けることにより、ショットキー電子銃本体の雰囲気（気圧等）の影響を受けない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態としてのＳＥ電子銃の構成図である。
単結晶チップ１及びフィラメント２には、負の電位をもった加速電圧（Ｖ０）が加速電源９より印加される。フィラメント２にはフィラメント電流（Ｉｆ）がフィラメント電流源１０から供給され、単結晶チップ１の温度を１５００°Ｋから１９００°Ｋに加熱する。
【００１６】
サプレッサ電極６には単結晶チップ１に対し、数１０Ｖ〜１ｋＶの負の電圧（Ｖｓ）がサプレッサ電源としての電池１５により印加される。更に、引出電極７及び制御電極８には引出電圧（Ｖ１），制御電圧（Ｖ２）がそれぞれ引出電源１２，制御電源１３より印加される。
【００１７】
ここで、上述した加速電源９、フィラメント電流源１０、サプレッサ電源としての電池１５、引出電源１２、及び制御電源１３からなる電源装置は、加速電源９、フィラメント電流源１０、引出電源１２、及び制御電源１３を備える第１の電源部と、サプレッサ電源としての電池１５からなる第２の電源部とに分かれている。ここに単結晶チップ１、フィラメント２、サプレッサ電極６、引出電極７、制御電極８によりＳＥ電子銃が構成され、これに電池１５を加えたものがＳＥ電子銃本体を構成する。
【００１８】
そして、第１の電源部を構成する各電源９，１０，１２，１３は、ＳＥ電子銃本体とは別体に離間して配置され、ＳＥ電子銃本体に設けられた単結晶チップ１，フィラメント２，引出電極７，制御電極８とは、４芯の高圧ケーブル１４を介して接続される。
【００１９】
これに対し、第２の電源部としてサプレッサ電源を構成する電池１５は電子銃本体に直接取付けられている。そして、この電池１５の陽極側は、加速電源９から単結晶チップ１に加速電圧（Ｖ０）を印加するための加速電源ラインに、その高圧ケーブル１４よりも単結晶チップ１側の回路位置（ライン位置）で接続され、その陰極側は電子銃本体のサプレッサ電極６に接続されている。
【００２０】
以上、本実施の形態のＳＥ電子銃及び電子線装置によれば、サプレッサ電源として電池１５を用い、これを電子銃本体に設けることにより、高圧ケーブル１４を介して接続される電源装置の電源の数を４つに減らし，高圧ケーブル１４の芯数を４芯にすることができる。なお、ＳＥ電子銃本体をハウジングで覆い、ハウジング内を真空にして使用することも可能である。
【００２１】
図２は、本発明の他の実施の形態としてのＳＥ電子銃の構成図である。
本実施の形態のＳＥ電子銃は、数１００ｋＶと高い加速電圧（Ｖ０）で使用されるＳＥ電子銃であり、多段加速管１６が使用されている。
図２は、６段の加速管１６を用いた場合のＳＥ電子銃の例である。
【００２２】
ＳＥ電子銃本体は、ＳＥ電子銃本体外側（大気中）で放電が発生するのを防止するため、ハウジング２４で覆われている。その上で、数１００ｋＶの高加速電圧（Ｖ０）で使用する場合は、後述するように、ハウジング２４の内部を一旦真空排気した後、数気圧の絶縁ガスで充填することで大気中の放電を防止する。
【００２３】
単結晶チップ１及びフィラメント２には、負の電位をもった加速電圧（Ｖ０）が加速電源９より印加される。フィラメント２には、フィラメント電流（Ｉｆ）がフィラメント電流源１０から供給され、単結晶チップ１の温度を１５００°Ｋから１９００°Ｋに通電加熱する。
サプレッサ電極６には、単結晶チップ１に対し数１０Ｖ〜１ｋＶの負の電圧（Ｖｓ）が、サプレッサ電源としての電池１５より印加される。
【００２４】
電池１５は気密容器である電池ホルダ１７内に収納され、本実施の形態では、さらにこの電池ホルダ１７は電子銃本体のハウジング２４内に収納されて固定される。
一方、引出電極７には、単結晶チップ１に対し正の引出電圧（Ｖ１）が、引出電源１２より印加されている。また、制御電極８には、単結晶チップ１に対し正の制御電圧（Ｖ２）が、制御電源１３より印加される。
【００２５】
そして、本実施の形態のＳＥ電子銃では、この制御電極８を挟んで引出電極７と反対側には、５個の電極１８，１９，２０，２１，２２が配置され、制御電極８以下の電極１８，１９，２０，２１，２２の各段間は数ＧΩの抵抗２３で接続され、最終段の電極２２はグランドに接続される。したがって、制御電極８から最終段の電極２２の間の各段間には、グランドに対する制御電極８の電圧（Ｖ０−Ｖ２）を５等分した電圧がかかることになる。
【００２６】
これにより、引出電極７、制御電極８、及びこれら電極１８，１９，２０，２１，２２は、多段加速管１６を構成する。
これら多段加速管１６を構成する各電極７，８，１８，１９，２０，２１，２２は、ハウジング２４に設けられた筒状の電極支持体３３によって、その長手方向（軸方向）に同軸に並んで配置されている。
【００２７】
単結晶チップ１及びサプレッサ電極６は、この筒状の電極支持体３３内の長手方向（軸方向）一側(マイナス側)に、多段加速管１６を構成する引出電極７と電極支持体３３の軸方向に対向するように収容されている。そして、この筒状の電極支持体３３内の雰囲気は、超高真空に保たれている。
【００２８】
また、本実施の形態のＳＥ電子銃は数１００ｋＶと高い加速電圧（Ｖ０）で使用されるため、ハウジング２４内の雰囲気、すなわち電極支持体３３の周囲の雰囲気は、一旦真空排気された後、数気圧の絶縁ガスで充填することで、大気中の放電を防止するようになっている。
したがって、サプレッサ電源としての電池１５を収納した電池ホルダ１７は、このハウジング２４内の絶縁ガスで充填される絶縁ガス封入空間に配置されることになる。
【００２９】
図３は、数気圧の絶縁ガスで充填されるハウジング２４内に設けられ、サプレッサ電源としての電池１５を収納する電池ホルダの構成図である。
本実施の形態の電池ホルダ１７は、電池１５を収容する筒状の胴体部１７ａと、胴体部両端に取付けられ、胴体部両端の電池装着口をそれぞれ閉塞する蓋体部１７ｂとからなる筐体構成になっている。そして、胴体部１７ａ端面と蓋体部１７ｂの対向接合面には、Ｏリング等のパッキン２５が配設され、電池ホルダ１７の内部はホルダ外部と隔離される。よって、電池ホルダ１７外側の雰囲気、すなわちハウジング２４内の雰囲気の気圧が、前述した数気圧の不活性ガスの充填によって変化しても、電池ホルダ１７内部は、空気、不活性ガス等により所定圧（大気圧）に保持される。この際も、この不活性ガスの圧力が電池ホルダ１７の蓋体部１７ｂを胴体部１７ａの端面に押し付けるように作用してパッキン２５のシール性が増すことになる。
【００３０】
また、電池ホルダ１７の２つの蓋体部１７ｂにそれぞれ構成されているコネクタ端子２６，２７は、組立中の感電を防止するために凹型の形状をしている。図３ではマイナス（−）側のコネクタ端子２６は、凸型のコネクタ端子２８が取付けられたケーブルによりサプレッサ電極６に接続される。プラス（＋）側のコネクタ端子２７は、同じく凸型のコネクタ端子２８によって、１ＭΩ程度の抵抗２９又はヒューズ３０を介して、加速電圧Ｖ０に接続される。この抵抗２９又はヒューズ３０は、短絡等により電池１５に過電流が流れ込むのを防ぐために設けられている。
【００３１】
さらに、電池１５を気密に収納した電池ホルダ１７を、抵抗２９又はヒューズ３０等と一体にモールドしてハウジング２４内に収容すると、作業者が高圧部分に直接触ることなく，安全にＳＥ電子銃に着脱することが可能となる。
なお、電池ホルダ１７全体をモールドするものにあっては、電池ホルダ１７自体は、前述したようにパッキン２５でホルダ外部に対する気密性を保持したものでなくともよく、電池１５を保持するだけの構造でもよい。
【００３２】
図４は電池ホルダ１７の変形例を示す図である。
同図に示すように、電池ホルダ１７にスイッチ３１を取付け、カバー３２で電池ホルダ１７及びスイッチ３１を一体的に覆う。
スイッチ３１は、その操作端がハウジング２４の装着方向に進退可能自在に突出しており、ハウジング２４の装着状態では、操作端はスイッチ連通状態に保持される一方、ハウジング２４の非装着状態では、操作端はスイッチ不通状態に保持される構成となっている。
これにより、ハウジング２４が前述した筒状の電極支持体３３を覆った状態でのみスイッチ３１がオンとなることによって、更に安全に作業ができるようになる。
【００３３】
図５は、本発明の電子装置の一の実施の態様であるＳＥ電子銃５０を搭載した電子顕微鏡の構成図である。
図において、ＳＥ電子銃５０より出射された一次電子５ａは、数段の集束レンズ５１及び対物レンズ５２により、試料上５３に収束される。収束された一次電子５ａは、試料内で回折や散乱等によりエネルギーが失われ、試料５３を透過する。試料５３を透過した電子５ｂは、投影レンズ５４を用いて再び収束され、検出器５５に入射する。検出器５５に入射する電子５ｂの量は、試料５３の構造，組成等によって変化する。よって、走査コイル５６を用い一次電子５ａを試料５３上で走査することにより、試料５３の組成や構造をディスプレイ５７上に画像化することができる。電子顕微鏡を測長顕微鏡等で使用する場合は、試料５３に入射する一次電子５ａの量（プローブ電流：Ｉｐ）の制御はサプレッサ電圧（Ｖｓ）を変化させて行っていた。本電子銃ではサプレッサ電源に電池１５で使用するため電圧（Ｖｓ）を変化させることが不可能である。しかし、図５に示すような汎用の電子顕微鏡は測長機能を必要としないため、サプレッサ電圧（Ｖｓ）が一定でも、引出電圧（Ｖ１）および集束レンズ５１の励磁電流を変化させることによりプローブ電流を制御することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＳＥ電子銃のサプレッサ電源をＳＥ電子銃に設けた電池に変更することにより、高圧ケーブルを介して接続された電源の数を４つに減らせるだけでなく，高圧ケーブル自体も５芯から４芯にすることができる。
よって、ＳＥ電子銃を搭載する電子線装置に用いられる高圧ケーブルの製作が容易になり、コストも大幅に削減できる。
【００３５】
一方、ＳＥ電子銃を数１００ｋＶの高電圧で使用する場合、ハウジングの内部の雰囲気が不活性ガスの充填によって変化しても、電池ホルダ１７内部は所定圧（大気圧）のまま保持されるので、電池の破損，腐食等は起こらない。
よって、不活性ガスの充填による雰囲気の変化に耐え得る専用の電池を開発する必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態としてのＳＥ電子銃の構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態としてのＳＥ電子銃の構成図である。
【図３】サプレッサ電源としての電池を収納する電池ホルダの構成図である。
【図４】電池ホルダの変形例を示す図である。
【図５】本発明の電子装置の一の実施の態様であるＳＥ電子銃を搭載した電子顕微鏡の構成図である。
【図６】従来のショットキー電子銃の構造図である。
【符号の説明】
１  単結晶チップ
２  フィラメント
３  補給源
６  サプレッサ電極
７  引出電極
８  制御電極
９  加速電源
１０  フィラメント電流源
１１  サプレッサ電源
１２  引出電源
１３  制御電源
１４  高圧ケーブル
１５  電池
１６  多段加速管
１７  電池ホルダ
２４  ハウジング
５０  ＳＥ電子銃
【図１】
0004268348.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004268348.tif 000004
【図４】
0004268348.tif 000005
【図５】
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【図６】
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