(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃であって、
電子銃は、
光源と、
真空チャンバーと、
光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
フォトカソード受け部にはフォトカソードが載置され、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させる、
電子銃。
【請求項２】
真空チャンバー内に、
フォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置の一部と、
が配置される、
請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
電極キット駆動装置は、ステージを含み、
アノードが、ステージに載置される、
請求項１または２に記載の電子銃。
【請求項４】
ステージは、
Ｘ方向に移動する第１ステージと、
Ｙ方向に移動する第２ステージと、
を含む、
請求項３に記載の電子銃。
【請求項５】
電極キットは、フォトカソード受け部とアノードとの間に配置された中間電極を含む、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項６】
フォトカソードをＸ方向およびＹ方向に直交するＺ方向に移動させるフォトカソード駆動装置を含み、
フォトカソード駆動装置は、フォトカソードがフォトカソード受け部に載置された際、フォトカソード受け部にフォトカソードを押圧する押圧部材を含み、
押圧部材により押圧されたフォトカソードは、電極キットの移動に応じて、フォトカソード受け部に追随して移動する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項７】
フォトカソードホルダを含み、
フォトカソードホルダは、
フォトカソードを保持し、
フォトカソードに対して離間して配置され、光源からの光をフォトカソードに集光するレンズ
を含む、
請求項１〜６の何れか一項に記載の電子銃。
【請求項８】
電子銃用部品であって、
電子銃用部品は、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させる、
電子銃用部品。
【請求項９】
電極キット駆動装置は、ステージを含み、
アノードが、ステージに載置される、
請求項８に記載の電子銃用部品。
【請求項１０】
ステージは、
Ｘ方向に移動する第１ステージと、
Ｙ方向に移動する第２ステージと、
を含む、
請求項９に記載の電子銃用部品。
【請求項１１】
電極キットは、フォトカソード受け部とアノードとの間に配置された中間電極を含む、
請求項８〜１０の何れか一項に記載の電子銃用部品。
【請求項１２】
請求項１〜７の何れか一項に記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
電子線適用装置が、
自由電子レーザー加速器、
電子顕微鏡、
電子線ホログラフィー装置、
電子線描画装置、
電子線回折装置、
電子線検査装置、
電子線金属積層造形装置、
電子線リソグラフィー装置、
電子線加工装置、
電子線硬化装置、
電子線滅菌装置、
電子線殺菌装置、
プラズマ発生装置、
原子状元素発生装置、
スピン偏極電子線発生装置、
カソードルミネッセンス装置、または、
逆光電子分光装置
である、
電子線適用装置。
【請求項１３】
電子銃から射出される電子ビームの射出軸を電子線適用装置の電子光学系の光軸に位置合わせする位置合わせ方法であって、
電子銃は、
光源と、
フォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させ、
位置合わせ方法は、
フォトカソードに光源からの光を照射し、フォトカソードから電子ビームを射出させる電子ビーム射出工程と、
電子ビームを射出しながら、フォトカソードを載置した電極キットを、電極キット駆動装置により移動させて、電子ビームの射出軸と電子線適用装置の電子光学系の光軸とを位置合わせする電子ビーム射出軸調整工程と、
を含む、
位置合わせ方法。
【請求項１４】
フォトカソードの光源からの照射位置が、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向から観て、フォトカソード受け部の中心と重なるように電極キットを移動させて、フォトカソードと電極キットを位置合わせするフォトカソード位置合わせ工程と、
フォトカソードをフォトカソード受け部に載置するフォトカソード載置工程と、
を更に含む、
請求項１３に記載の位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願における開示は、電子銃、電子銃用部品、電子線適用装置、および位置合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトカソードを搭載した電子銃、当該電子銃を含む電子顕微鏡、自由電子レーザー加速器、検査装置等の電子線適用装置（以下、電子線適用装置から電子銃を除いた装置を「相手側装置」と記載することがある。）が知られている。例えば、特許文献１には、光源から励起光を照射して電子ビームを射出するフォトカソードを用いた電子顕微鏡装置が開示されている。
【０００３】
電子銃を備えた装置は、明るい像、高い解像度を得る必要がある。そのため、電子銃を最初に設置した時、電子銃を交換した時に、電子銃から射出した電子ビームの射出軸が、装置の電子光学系の光軸と一致するように、電子ビームの射出軸を調整する作業が必要である。また、通常運転時においても、経時変化等による電子ビームの射出軸と装置の電子光学系の光軸のずれを調整するため、必要に応じて電子ビームの射出軸の調整が行われる。
【０００４】
特許文献２には、フォトカソードを搭載した電子銃から射出される電子ビームの射出軸を、相手側装置の電子光学系の光軸に軸合わせを行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１３２７３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１９／２２１１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載されているような軸合わせは、前提として、電子銃は、相手側装置の少なくとも電子ビームの射出軸の調整可能な位置に、精緻に設置される必要がある。しかしながら、電子銃を相手側装置に精緻に設置することは、熟練した技術を必要とし、誰もが容易にできるものではない。そこで、電子銃を相手側装置に設置する際の設置位置のずれが、従来よりも大きくても、電子ビームの射出軸を、相手側装置の電子光学系の光軸に軸合わせできる新たな軸合わせ方法（装置）が求められている。
【０００７】
本出願の開示は、電子銃を相手側装置に設置する際の設置位置のずれが大きくてなっても、電子ビームの射出軸を、相手側装置の電子光学系の光軸に軸合わせできる電子銃、電子銃用部品、電子線適用装置、および位置合わせ方法を提供することにある。本出願の開示のその他の任意付加的な効果は、発明を実施するための形態において明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）電子銃であって、
電子銃は、
光源と、
真空チャンバーと、
光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
フォトカソード受け部にはフォトカソードが載置され、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させる、
電子銃。
（２）真空チャンバー内に、
フォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置の一部と、
が配置される、
上記（１）に記載の電子銃。
（３）電極キット駆動装置は、ステージを含み、
アノードが、ステージに載置される、
上記（１）または（２）に記載の電子銃。
（４）ステージは、
Ｘ方向に移動する第１ステージと、
Ｙ方向に移動する第２ステージと、
を含む、
上記（３）に記載の電子銃。
（５）電極キットは、フォトカソード受け部とアノードとの間に配置された中間電極を含む、
上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の電子銃。
（６）フォトカソードをＸ方向およびＹ方向に直交するＺ方向に移動させるフォトカソード駆動装置を含み、
フォトカソード駆動装置は、フォトカソードがフォトカソード受け部に載置された際、フォトカソード受け部にフォトカソードを押圧する押圧部材を含み、
押圧部材により押圧されたフォトカソードは、電極キットの移動に応じて、フォトカソード受け部に追随して移動する、
上記（１）〜（５）の何れか一つに記載の電子銃。
（７）フォトカソードホルダを含み、
フォトカソードホルダは、
フォトカソードを保持し、
フォトカソードに対して離間して配置され、光源からの光をフォトカソードに集光するレンズを含む、
上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の電子銃。
（８）電子銃用部品であって、
電子銃用部品は、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させる、
電子銃用部品。
（９）電極キット駆動装置は、ステージを含み、
アノードが、ステージに載置される、
上記（８）に記載の電子銃用部品。
（１０）ステージは、
Ｘ方向に移動する第１ステージと、
Ｙ方向に移動する第２ステージと、
を含む、
上記（９）に記載の電子銃用部品。
（１１）電極キットは、フォトカソード受け部とアノードとの間に配置された中間電極を含む、
上記（８）〜（１０）の何れか一つに記載の電子銃用部品。
（１２）上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
電子線適用装置が、
自由電子レーザー加速器、
電子顕微鏡、
電子線ホログラフィー装置、
電子線描画装置、
電子線回折装置、
電子線検査装置、
電子線金属積層造形装置、
電子線リソグラフィー装置、
電子線加工装置、
電子線硬化装置、
電子線滅菌装置、
電子線殺菌装置、
プラズマ発生装置、
原子状元素発生装置、
スピン偏極電子線発生装置、
カソードルミネッセンス装置、または、
逆光電子分光装置
である、
電子線適用装置。
（１３）電子銃から射出される電子ビームの射出軸を電子線適用装置の電子光学系の光軸に位置合わせする位置合わせ方法であって、
電子銃は、
光源と、
フォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させ、
位置合わせ方法は、
フォトカソードに光源からの光を照射し、フォトカソードから電子ビームを射出させる電子ビーム射出工程と、
電子ビームを射出しながら、フォトカソードを載置した電極キットを、電極キット駆動装置により移動させて、電子ビームの射出軸と電子線適用装置の電子光学系の光軸とを位置合わせする電子ビーム射出軸調整工程と、
を含む、
位置合わせ方法。
（１４）フォトカソードの光源からの照射位置が、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向から観て、フォトカソード受け部の中心と重なるように電極キットを移動させて、フォトカソードと電極キットを位置合わせするフォトカソード位置合わせ工程と、
フォトカソードをフォトカソード受け部に載置するフォトカソード載置工程と、
を更に含む、
上記（１３）に記載の位置合わせ方法。
【発明の効果】
【０００９】
相手側装置の電子光学系の光軸から外れた位置に電子銃を設置しても、電子ビームの射出軸の調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】Ｙ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａの一例を模式的に示す図。
【図２Ａ】Ｚ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａが具備する電極キット駆動装置５の一例を模式的に示す図。
【図２Ｂ】駆動源から真空チャンバーＣＢ内の動力伝達機構へ動力を伝達する一例を模式的に示す図。
【図２Ｃ】Ｚ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａが具備する電極キット駆動装置５の別の一例を模式的に示す図。
【図３Ａ】Ｙ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａと相手側装置Ｅとの位置合わせにおける電子ビーム射出工程の一例を模式的に示す図。
【図３Ｂ】Ｙ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａと相手側装置Ｅとの位置合わせにおける電子ビーム射出軸調整工程の一例を模式的に示す図。
【図４】Ｙ方向から観た第２の実施形態に係る電子銃１Ｂの一例を模式的に示す図。
【図５】第２の実施形態における中間電極の一例を模式的に示す図。
【図６】焦点距離調整の一例を説明するための図。
【図７】Ｙ方向から観た第３の実施形態に係る電子銃１Ｃの一例を模式的に示す図。
【図８Ａ】Ｙ方向から観た第３の実施形態に係る電子銃１Ｃと相手側装置Ｅとの位置合わせ前の電子銃１Ｃと相手側装置Ｅを模式的に示す図。
【図８Ｂ】Ｙ方向から観た第３の実施形態に係る電子銃１Ｃと相手側装置Ｅとの位置合わせにおけるフォトカソード位置合わせ工程の一例を模式的に示す図。
【図８Ｃ】Ｙ方向から観た第３の実施形態に係る電子銃１Ｃと相手側装置Ｅとの位置合わせにおける電子ビーム射出工程の一例を模式的に示す図。
【図８Ｄ】Ｙ方向から観た第３の実施形態に係る電子銃１Ｃと相手側装置Ｅとの位置合わせにおける電子ビーム射出軸調整工程の一例を模式的に示す図。
【図９】Ｙ方向から観た第４の実施形態に係る電子銃１Ｄの一例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子銃用部品、電子線適用装置、および位置合わせ方法について説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一または類似の符号が付されている。そして、同一または類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。
【００１２】
また、図面において示す各構成の位置、大きさ、範囲などは、理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、本出願における開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００１３】
（方向の定義）
本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元直交座標系において、フォトカソードから射出された電子ビームが進行する方向をＺ方向と定義する。なお、Ｚ方向は、例えば、鉛直下向き方向であるが、Ｚ方向は、鉛直下向き方向に限定されない。
【００１４】
（電子銃の第１の実施形態）
図１、２を参照して、第１の実施形態に係る電子銃１Ａについて説明する。図１は、Ｙ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａの一例を模式的に示す図である。図２Ａは、Ｚ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａの電極キット駆動装置５の一例を模式的に示す図である。図２Ｂは、駆動源から真空チャンバーＣＢ内の動力伝達機構へ動力を伝達する一例を模式的に示す図である。図２Ｃは、Ｚ方向から観た第１の実施形態に係る電子銃１Ａの電極キット駆動装置５の別の一例を模式的に示す図である。
【００１５】
第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、光源２、真空チャンバーＣＢ、フォトカソード３、電極キット４、および電極キット駆動装置５を具備する。
【００１６】
光源２は、フォトカソード３に励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを射出できれば特に限定はない。光源２は、例えば、高出力（ワット級）、高周波数（数百ＭＨｚ）、超短パルスレーザー光源、比較的安価なレーザーダイオード、ＬＥＤ等が挙げられる。照射する励起光は、パルス光、連続光の何れでもよく、目的に応じて適宜調整すればよい。図１に示す例では、光源２は、真空チャンバーＣＢ外に配置されている。代替的に、光源２を真空チャンバーＣＢ内に配置しても構わない。
【００１７】
真空チャンバーＣＢは、電子銃１Ａにおいて、真空雰囲気を形成するための部材である。電子銃１Ａの使用時において、真空チャンバーＣＢの内部の圧力は、例えば、１０-5Ｐａ以下に設定される。真空チャンバーＣＢの内部の圧力を低下させるためには、図示していない真空ポンプが用いられる。真空ポンプは、例えば、電子銃１Ａとは別に用意され、配管を介して電子銃１Ａに接続される。
【００１８】
真空チャンバーＣＢの形状に特に限定はなく、真空チャンバーＣＢの形状は、例えば、円筒形状である。また、真空チャンバーＣＢの材質は、例えば、ステンレス、チタン、ミューメタル等の金属、ガラス、サファイア、セラミック等の非金属が挙げられる。
【００１９】
フォトカソード３は、真空チャンバーＣＢ内に配置されている。フォトカソード３は、光源２から照射される励起光Ｌの受光に応じて、電子ビームＢを射出する。より具体的には、フォトカソード３中の電子は、励起光Ｌによって励起され、励起された電子が、フォトカソード３から射出される。射出した電子は、アノード４２と（フォトカソード３を含む）カソードとによって生成される電界によって加速され、電子ビームＢを形成する。図１に示す例では、励起光Ｌが、フォトカソード３の背面側から照射されているが、代替的に、励起光Ｌが、フォトカソード３の正面側から照射されるようにしてもよい。なお、本明細書中における「フォトカソード」と「カソード」との記載に関し、電子ビームを射出するという意味で記載する場合には「フォトカソード」と記載し、「アノード」の対極との意味で記載する場合には「カソード」と記載することがある。符号に関しては、「フォトカソード」および「カソード」の何れに対しても「３」を用いる。
【００２０】
フォトカソード３は、石英ガラスやサファイアガラス等の基板と、基板の第１面（アノード４２側の面）に接着したフォトカソード膜で形成されている。フォトカソード膜を形成するためのフォトカソード材料は、励起光を照射することで電子ビームを射出できれば特に限定はなく、ＥＡ表面処理が必要な材料、ＥＡ表面処理が不要な材料等が挙げられる。ＥＡ表面処理が必要な材料としては、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料が挙げられる。具体的には、ＡｌＮ、Ｃｅ２Ｔｅ、ＧａＮ、１種類以上のアルカリ金属とＳｂの化合物、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ等およびそれらの混晶等が挙げられる。その他の例としては金属が挙げられ、具体的には、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｂ、ＬａＢ６、ＳｅＢ６、Ａｇ等が挙げられる。前記フォトカソード材料をＥＡ表面処理することでフォトカソード３を作製することができ、該フォトカソード３は、半導体のギャップエネルギーに応じた近紫外−赤外波長領域で励起光の選択が可能となるのみでなく、電子ビームの用途に応じた電子ビーム源性能（量子収量、耐久性、単色性、時間応答性、スピン偏極度）が半導体の材料や構造の選択により可能となる。
【００２１】
また、ＥＡ表面処理が不要な材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙ等の金属単体、或いは、合金、金属化合物、又は、ダイヤモンド、ＷＢａＯ、Ｃｓ２Ｔｅ等が挙げられる。ＥＡ表面処理が不要であるフォトカソードは、公知の方法（例えば、特許第３５３７７７９号等を参照）で作製すればよい。特許第３５３７７７９号に記載の内容は参照によりその全体が本明細書に含まれる。
【００２２】
電極キット４は、真空チャンバーＣＢ内に配置されている。第１の実施形態に係る電子銃１Ａにおける電極キット４は、フォトカソード受け部４１、アノード４２、固定部材４３を具備する。
【００２３】
フォトカソード受け部４１は、その上部に、フォトカソード３が載置される。フォトカソード受け部４１の形状は、フォトカソード３を載置でき、かつフォトカソード３から射出される電子ビームＢが通過する孔を具備していれば、特に限定はない。
【００２４】
また、第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、フォトカソード３が載置されたフォトカソード受け部４１とアノード４２によって電界が生成される。そのため、フォトカソード受け部４１を構成する材料は、導電体であることが好ましい。導電体としては、例えば、ステンレス等の公知の材料が挙げられる。
【００２５】
アノード４２は、カソード３と電界を形成できれば特に限定はなく、電子銃の分野において一般的に用いられているアノードを使用できる。
【００２６】
固定部材４３は、フォトカソード受け部４１とアノード４２とを離間して配置し、相対位置が不変となるように固定するものである。そのため、後掲する電極キット駆動装置５により、フォトカソード受け部４１とアノード４２は、一体的に真空チャンバーＣＢ内を移動する。
【００２７】
第１の実施形態に係る電子銃１Ａでは、フォトカソード３が載置されたフォトカソード受け部４１とアノード４２によって電界が生成される。よって、カソード受け部４１とアノード４２が短絡しないように、固定部材４３は絶縁材料で形成される。例えば、セラミック等の公知の絶縁材料が挙げられる。
【００２８】
電極キット駆動装置５は、電極キット４をＸ−Ｙ平面内で移動できれば特に限定はない。図２Ａに示す第１の実施形態に係る電子銃１Ａの電極キット駆動装置５は、Ｘ方向駆動装置５Ｘ、Ｙ方向駆動装置５Ｙを具備する。そして、Ｘ方向駆動装置５Ｘは、第１ステージ５１Ｘ、第１駆動源５２Ｘ、第１動力伝達機構５３Ｘを具備し、Ｙ方向駆動装置５Ｙは、第２ステージ５１Ｙ、第２駆動源５２Ｙ、第２動力伝達機構５３Ｙを具備する。
【００２９】
第１ステージ５１Ｘおよび第２ステージ５１Ｙは、真空チャンバーＣＢ内に配置される。図１、図２Ａに示す例では、第１ステージ５１Ｘの上に第２ステージ５１Ｙが載置され、第２ステージ５１Ｙの上に電極キット４が載置されている。そして、第１ステージ５１Ｘは、第２ステージ５１Ｙおよび第２ステージ５１Ｙに載置された電極キット４を、Ｘ方向に移動させる。また、第２ステージ５１Ｙは、電極キット４をＹ方向に移動させる。このとき、第２ステージ５１ＹがＹ方向に独立して移動できるよう、第１ステージ５１Ｘと第２ステージ５１Ｙとの間には、ガイド５４が設けられている。ガイド５４は、第２ステージ５１ＹをＹ方向に独立して移動させることができれば、その形状、場所等に限定はない。図１、図２Ａでは、第１ステージ５１Ｘの２か所に溝と第２ステージ５１Ｙの２か所に凸部が形成され、溝に凸部が嵌りＹ方向に摺動できる例を示している。なお、図１、図２Ａに示す例では、第２ステージ５１Ｙは、第１ステージ５１Ｘの上に配置されているが、第１ステージ５１Ｘと第２ステージ５１Ｙの位置関係に限定はない。そのため、第１ステージ５１Ｘが、第２ステージ５２Ｙの上に配置されていてもよい。また、第１ステージ５１Ｘに凸部が形成され、第２ステージ５１Ｙに溝が形成されてもよい。
【００３０】
第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙの形状や材料は、電極キット４を載置でき、かつフォトカソード３から射出した電子ビームＢの通過を阻害しなければ、特に限定はない。例えば、第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙの材料としては、ステンレス等の金属や、セラミック等の非金属が挙げられる。第１ステージ５１Ｘおよび第２ステージ５１Ｙは、ガイドを設け摺動させるため、加工性の観点から金属であることが好ましい。また、第１ステージ５１Ｘおよび第２ステージ５１Ｙは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等で表面処理されてもよい。表面処理により、摺動による摩擦が小さくなり、第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙの移動の負荷を軽減できる。さらに、第１ステージ５１Ｘと第２ステージ５１Ｙの摺動により生じるガス等による真空チャンバーＣＢ内の汚染を防ぐことができる。
【００３１】
第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙが金属によって形成されると、第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙは、導電性を有することになる。一般に、電子銃において、カソード３とアノード４２間に電位を印加する際、アノード４２側が接地される。そのため、第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙにアノード４２が載置されると、第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙは、電気的に安定することとなる。したがって、電極キット駆動装置５への電気的な影響を防ぐことができる。
【００３２】
第１駆動源５２Ｘ、第２駆動源５２Ｙは、真空チャンバーＣＢ外に配置される。第１駆動源５２Ｘは第１ステージ５１Ｘを移動させる動力を発生し、第２駆動源５２Ｙは第２ステージ５２Ｙを移動させる動力を発生するものである。動力は、第１動力伝達機構５３Ｘを介して第１ステージ５１Ｘを移動し、第２動力伝達機構５３Ｙを介して第２ステージ５２Ｙを移動させることができれば、特に限定はない。第１駆動源５２Ｘ、第２駆動源５２Ｙから発生させる動力は、自動で発生させてもよく、手動で発生させてもよい。動力を自動で発生させる駆動源としては、例えば、空圧式アクチュエーター、油圧式のアクチュエーター、電動アクチュエーター、ソレノイドアクチュエーター等のアクチュエーターが挙げられる。また、動力を手動で発生させる駆動源としては、例えば、ネジ機構を用いたものが挙げられる。
【００３３】
第１駆動源５２Ｘから真空チャンバーＣＢ内の第１動力伝達機構５３Ｘへの動力の伝達は、動力の伝達ができれば特に限定はない。例えば、図２Ｂに示すように、孔無し壁５５とベローズ等の伸縮部材５６を用いて行うことが挙げられる。図２Ｂに示す例では、伸縮部材５６の一端は、孔無し壁５５に固着される。他方、伸縮部材５６の他端は、真空チャンバーＣＢに設けられる動力伝達機構の挿通孔を覆うように固着される。よって、伸縮部材５６の内部は、孔無し壁５５により真空チャンバーＣＢの真空が維持される。そして、第１駆動源５２Ｘと第１動力伝達機構５３Ｘは、孔無し壁５５を介して接続される。第２駆動源５２Ｙから第２動力伝達機構５３Ｙへの動力の伝達は、第１駆動源５２Ｘから第１動力伝達機構５３Ｘへの動力の伝達と同様に行えばよい。
【００３４】
第１動力伝達機構５３Ｘは、第１駆動源５２Ｘで発生した動力を第１ステージ５１Ｘに伝達する。第２動力伝達機構５３Ｙは、第２駆動源５２Ｙで発生した動力を第２ステージ５１Ｙに伝達する。第１動力伝達機構５３Ｘ、第２動力伝達機構５３Ｙは、それぞれ、動力を第１ステージ５１Ｘ、第２ステージ５１Ｙに伝達できれば、特に限定はない。第１動力伝達機構５３Ｘ、第２動力伝達機構５３Ｙとしては、例えば、シャフト、ギア機構、ネジ機構、リンク機構、クランク機構、または、ユニバーサルジョイント等のジョイント機構が挙げられる。
【００３５】
図２Ａに示す例では、第１ステージ５１Ｘは第１動力伝達機構５３Ｘに接続し、第２ステージ５１Ｙは第２動力伝達機構５３Ｙに接続している。そのため、図２Ａにおける第１ステージ５１ＸのＸ方向への移動、第２ステージ５１ＹのＹ方向への移動は、すべて第１駆動源５２Ｘ、第２駆動源５２Ｙの動力によって行われる。
【００３６】
代替的に、図示はしていないが、電極キット駆動装置５は、第３駆動源および第３動力伝達機構と、第４駆動源および第４動力伝達機構を具備してもよい。第３駆動源および第３動力伝達機構は、第１ステージ５１Ｘを介して第１駆動源５２Ｘおよび第１動力伝達機構５３Ｘに相対する位置に配置される。また、第４駆動源および第４動力伝達機構は、第２ステージ５１Ｙを介して第２駆動源５２Ｙおよび第２動力伝達機構５３Ｙに相対する位置に配置される。その場合、第１動力伝達機構５３Ｘおよび第３動力伝達機構は、第１ステージ５１Ｘに接続していなくてもよい。第１動力伝達機構５３Ｘまたは第３動力伝達機構に押し出されることで、第１ステージ５１Ｘの移動が行われる。第２駆動源５２Ｙおよび第２動力伝達機構５３Ｙと、第４駆動源および第４動力伝達機構との関係は、第１駆動源５２Ｘおよび第１動力伝達機構５３Ｘと、第３駆動源および第３動力伝達機構と同じである。なお、第３駆動源および第４駆動源は、上記で説明済みの第１駆動源５２Ｘ、第２駆動源５２Ｙと同様なものを用いることができる。また、第３動力伝達機構および第４動力伝達機構も、上記で説明済みの第１動力伝達機構５３Ｘおよび第２動力伝達機構５３Ｙと同様なものを用いることができる。
【００３７】
更に代替的に、図２Ｃに示す例のように、電極キット駆動装置５は、第１反発部材５７Ｘ、第２反発部材５７Ｙを具備してもよい。図２Ｃに示す例では、第１ステージ５１Ｘは第１動力伝達機構５３Ｘに接続しておらず、第２ステージ５１Ｙは第２動力伝達機構５３Ｙに接続していない。そのため、例えば、図２Ｃに示す例では、第１ステージ５１ＸのＸ１方向への移動は、第１駆動源５２Ｘからの動力によって行われる。他方、第１ステージ５１ＸのＸ２方向への移動は、第１駆動源５２Ｘからの動力ではなく、第１反発部材５７Ｘの弾性力により行われる。したがって、第１反発部材５７Ｘと第１動力伝達機構５３Ｘは、第１ステージ５１Ｘを介して相対する位置に配置されることが望ましい。第１反発部材５７Ｘは、第１ステージ５１ＸをＸ２方向に移動できれば特に限定はなく、例えば、コイルバネ、板バネ等が挙げられる。第２反発部材５７Ｙと第２動力伝達機構５３Ｙとの関係は、第１反発部材５７Ｘと第１動力伝達機構５３Ｘとの関係と同じである。
【００３８】
なお、図１および図２Ａ〜図２Ｃに示す第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、２つの駆動装置（Ｘ方向駆動装置５ＸおよびＹ方向駆動装置５Ｙ）を用いて、電極キット４をＸ方向およびＹ方向に移動させている。代替的に、電極キット駆動装置５が、１つのステージに対し、２つの駆動源（Ｘ方向、Ｙ方向）および２つの動力伝達機構（Ｘ方向、Ｙ方向）を具備して、電極キット４をＸ−Ｙ平面内で移動させてもよい。更に代替的に、電極キット駆動装置５が、１つまたは２つのステージに対し、１つの駆動源および１つの動力伝達機構を具備して、電極キット４をＸ−Ｙ平面内で移動させてもよい。１つの動力伝達機構を用いる場合は、例えば、動力伝達機構にギア等を具備し、ステージをＸ方向またはＹ方向に切り替えて移動させるものが挙げられる。
【００３９】
また、第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、図示していない２次元的な偏向によって軸合わせを行える偏向コイル、ビームデフレクター等を具備してもよい。電極キット駆動装置５と偏向コイル、ビームデフレクター等を組み合わせることで、電子ビームＢの射出軸がＸ−Ｙ平面に対して傾いている場合でも、電子ビームＢの射出軸を相手側装置Ｅの電子光学系の光軸に位置合わせができる。
【００４０】
（電子銃から射出される電子ビームの射出軸を電子線適用装置の電子光学系の光軸に位置合わせする位置合わせ方法の第１の実施形態）
図３Ａおよび３Ｂを参照して、電子銃１Ａから射出される電子ビームＢの射出軸を電子線適用装置Ｅの電子光学系の光軸に位置合わせする位置合わせ方法（以下、「位置合わせ方法」と記載することがある。）の第１の実施形態について説明する。図３Ａは、電子銃１Ａからの電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとが、ずれている例を模式的に示す図である。図３Ｂは、電子銃１Ａからの電子ビームＢの射出軸を相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍに位置合わせした一例を模式的に示す図である。
【００４１】
第１の実施形態に係る位置合わせ方法は、（１）フォトカソード３に光源２からの光を照射し、フォトカソード３から電子ビームＢを射出させる電子ビーム射出工程と、（２）電子ビームＢを射出しながら、フォトカソード３を載置した電極キット４を、電極キット駆動装置５により移動させて、電子ビームＢの射出軸と電子線適用装置の電子光学系の光軸ｍとを位置合わせする電子ビーム射出軸調整工程と、を有している。
【００４２】
電子ビーム射出工程は、電極キット４のフォトカソード受け部４１に載置されたフォトカソード３に、光源２からの励起光Ｌを照射して、フォトカソード３から電子ビームＢを射出させる。この時、電子銃１Ａが相手側装置Ｅに対し正しい位置に設置されていれば、相手側装置Ｅにおいて、電子銃１Ａからの電子ビームＢを検出できる。しかしながら、図３Ａに示すように、電子銃１Ａの相手側装置Ｅへの設置位置がずれている場合、電子ビームＢは、相手側装置Ｅでは検出されない。或いは、少しずれた場合、電子ビームの検出量が少なくなる。
【００４３】
電子ビーム射出工程の後に、電子ビーム射出軸調整工程が行われる。電子ビーム射出軸調整工程は、まず、電子ビームＢを射出させながら、電極キット駆動装置５によって電極キット４をＸ−Ｙ平面内で移動させる。電極キット４の移動により、相手側装置Ｅで電子ビームＢを検出できるようになる（或いは、検出量が多くなる）。なお、この状態は、相手側装置Ｅの電子光学系に電子ビームＢが入射したことを意味し、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍは合っていない。
【００４４】
この時、フォトカソード３は、フォトカソード受け部４１に載置されているので、フォトカソード３も電極キット４と一緒に移動する。また、電極キット４が移動しても、フォトカソード３に励起光Ｌを照射できるように、光源２は電極キット４の移動に応じて移動できる。例えば、光源２に移動装置を設け、電極キット駆動装置５が移動した距離に応じて、光源２を移動させればよい。
【００４５】
相手側装置Ｅで電子ビームＢが検出された後は、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの位置合わせを行う。位置合わせは、例えば、相手側装置Ｅで検出される電流値をモニタしながら、電極キット４をＸ方向および／またはＹ方向に移動する方法が挙げられる。より具体的には、相手側装置Ｅがアパーチャーを含むカラムを具備する場合、電子ビームＢの射出軸と当該光軸ｍが合っていなければ、電子ビームＢのうちアパーチャーに遮蔽される電子ビーム量が多くなるため、アパーチャーで検出される電流値が大きくなる。一方で、電子ビームＢの射出軸と当該光軸ｍが合っていれば、電子ビームＢのうちアパーチャーに遮蔽される電子ビーム量が少なくなるため、アパーチャーで検出される電流値が小さくなる。代替的に、相手側装置Ｅがファラデーカップを具備している場合、アパーチャーによる検出に換え、ファラデーカップで検出する電流値によりモニタしてもよい。電子ビームＢの射出軸と当該光軸ｍが合っているほど、ファラデーカップで検出する電流値が大きくなる。更に代替的に、相手側装置Ｅでのモニタは、相手側装置Ｅに応じた装備で行ってもよい。例えば、電子顕微鏡であれば、電子顕微鏡像のコントラストや、非点収差でモニタしてもよい。
【００４６】
従来、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの位置合わせは、電場や磁場を変化させて行われていた。その場合、電子ビームＢの外側部分は、電場や磁場の影響による質の悪い電子ビームを含むことから相手側装置Ｅで使用することができない。しかしながら、第１の実施形態に係る位置合わせ方法は、電極キット４を機械的に移動させる。そのため、電場や磁場の影響を受けることがないため、電子ビームＢの外側部分も相手側装置Ｅで使用することができる。したがって、電子ビームＢの利用効率を従来よりも高くすることができる。よって、第１の実施形態に係る位置合わせ方法は、明るい像、高い解像度を得ることができる。
【００４７】
第１の実施形態に係る電子銃１Ａおよび位置合わせ方法は、以下の効果を奏する。
（１）第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、フォトカソード受け部４１とアノード４２が一体となった電極キット４を移動させる電極キット駆動装置５を具備する。そのため、相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍから外れた位置に電子銃１Ａが設置されても、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの調整ができる。
（２）電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの位置合わせが機械的に行われるため、明るい像、高い解像度を得ることができる。
【００４８】
（電子銃の第２の実施形態）
図４〜６を参照して、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂについて説明する。図４は、Ｙ方向から観た第２の実施形態に係る電子銃１Ｂの一例を模式的に示す図である。図５は、中間電極の一例を模式的に示す図である。図６は、焦点距離調整の一例を説明するための図である。
【００４９】
第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、中間電極４４を含む電極キット４を具備する点で第１の実施形態に係る電子銃１Ａと異なり、その他の点は電子銃１Ａと同じである。したがって、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂでは、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第２の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。
【００５０】
電子銃１を相手側装置Ｅに設置した際の調整は、上記した電子ビームＢの射出軸と相手側装置の電子光学系の光軸ｍとの位置合わせに加えて、相手側装置Ｅの所望の位置で電子ビームＢが焦点を結ぶように、焦点位置を合わせることも行われる。
【００５１】
そこで、電子ビームＢの焦点位置を合わせるために、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、電極キット４が中間電極４４を具備する。
【００５２】
図４に示す例では、中間電極４４は、電極キット４のフォトカソード受け部４１とアノード４２との間に配置され、固定部材４３に固定される。そして、中間電極４４は、フォトカソード３から射出された電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔４５を有している。中間電極４４は、電子ビーム通過孔４５を通過する際に電子ビームＢの幅を変え、電子ビームＢの焦点の距離を調節する機能を有している。なお、中間電極４４は、フォトカソード受け部４１とアノード４２との間に配置されるのであれば、フォトカソード受け部４１とアノード４２との相対的な距離が可変となってもよい。
【００５３】
中間電極４４の電子ビーム通過孔４５には、フォトカソード３とアノード４２との間の電位差により形成される電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている。そして、中間電極４４には、フォトカソード３に印加される電圧よりも相対的にプラス、アノード４２に印加される電圧よりも相対的にマイナスの電圧が印加される。
【００５４】
図５Ａは、カソード３、中間電極４４、アノード４２の概略断面図、図５Ｂは図５ＡのＸ−Ｘ’断面図、図５Ｃは図５ＡのＹ−Ｙ’断面図である。図５に示す例では、中間電極４４は中空の円筒で形成されている。中間電極４４は、内部にフォトカソード３から射出された電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔４５が形成され、電子ビーム通過孔４５のフォトカソード３側には電子ビームの入口４６、電子ビーム通過孔４５のアノード４２側には電子ビームの出口４７が形成されている。カソード３とアノード４２との間に電位差が生じるように電圧を印加し、中間電極４４にも電圧を印加することで、図５Ａに示すように、カソード３と中間電極４４との間、中間電極４４とアノード４２との間には、電界ＥＦが発生する。
【００５５】
発生した電界ＥＦが空隙内の電子ビームＢの運動に強く及ぼす影響の範囲は、空隙の開口部が円の場合、当該円を最大断面として含む球体である。したがって、図５Ｂに示す電子ビームの入口４６の直径をａ、図５Ｃに示す電子ビームの出口４７の直径をｂ、電子ビーム通過孔４５の中心軸方向の長さをＤと規定した場合、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい場合には、電子ビーム通過孔４５内には、電界ＥＦの影響を受けないドリフトスペース４８が形成される。なお、本明細書において、「中心軸方向」とは、電子ビームの入口４６の中心と電子ビームの出口４７の中心とを結んだ方向を意味する。
【００５６】
中間電極４４を作製する材料は、導体であれば特に限定はなく、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）等の金属が挙げられる。
【００５７】
図６は、焦点位置調整を行う一例を示すものであり、カソード３とアノード４２に印加する電圧差は一定で、中間電極４４に印加する電圧値を変化させることで、焦点位置を調整する例を示している。図６Ａ乃至６Ｃに示すように、カソード３の電圧を−５０ｋＶ、アノード４２の電圧を０ｋＶに設定し、中間電極４４には、図６Ａでは−２０ｋＶ、図６Ｂでは−３０ｋＶ、図６Ｃでは−４０ｋＶの電圧を印加したとする。そうすると、カソード３と中間電極４４との間の電圧差は、図６Ａでは３０ｋＶ、図６Ｂでは２０ｋＶ、図６Ｃでは１０ｋＶとなる。つまり、中間電極４４に印加する電圧を、カソード３の電圧に近い値にするほど、カソード３と中間電極４４との間の電位差は小さくなる。そして、電位差が小さいほど、カソード３と中間電極４４との間の等電位線の密度は小さくなることから、フォトカソード３から射出された電子ビームＢは、図６Ａから図６Ｃの順に、中間電極４４に向けて広がりやすくなる。更に、中間電極４４にはドリフトスペースが形成されていることから、広がりやすい電子ビームＢは、ドリフトスペース内で更に広がる。
【００５８】
一方、カソード３とアノード４２との電位差は一定であることから、中間電極４４とアノード４２との間の電位差は、カソード３と中間電極４４との間の電位差とは逆になる。つまり、図６Ａから図６Ｃの順に、中間電極４４とアノード４２との間の電位差は大きくなることから、中間電極４４とアノード４２との間の等電位線の密度も大きくなる。更に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームの幅は、図６Ａから図６Ｃの順に大きくなることから、中間電極４４を出た電子ビームＢは、図６Ａと比較して図６Ｃに示す例の方が収束され易い。つまり、中間電極４４とアノード４２との間の電位差が大きいほど、焦点位置Ｆを短焦点側に移動することができる。また、中間電極４４の位置、大きさを変えることで焦点位置調整を行うことも可能である。中間電極４４は、特許第６４６６０２０号公報により詳しく記載されており、特許第６４６６０２０号公報に記載事項は、本明細書に含まれる。
【００５９】
（位置合わせ方法の第２の実施形態）
第２の実施形態に係る位置合わせ方法について説明する。第２の実施形態に係る位置合わせ方法は、電極キット４が中間電極４４を具備する電子銃１Ｂにより位置合わせする点で第１の実施形態に係る位置合わせ方法と異なり、その他の点は第１の実施形態に係る位置合わせ方法と同じである。したがって、第２の実施形態に係る位置合わせ方法では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第２の実施形態に係る位置合わせ方法の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。
【００６０】
電子銃１Ｂが具備する中間電極４４は、固定部材４３に配置されている。そのため、中間電極４４は、電極キット駆動装置５により、フォトカソード受け部４１とアノード４２と一緒に移動する。したがって、上記した第１の実施形態に係る位置合わせ方法と同様な工程で、電子銃１Ｂからの電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの位置合わせができる。
【００６１】
また、第２の実施形態に係る位置合わせ方法は、電子ビームの焦点位置を調整する焦点位置調整工程を有する。焦点位置調整工程は、電子ビーム射出軸調整工程の後に行われる。焦点位置調整工程は、上記で説明したように、中間電極４４に電位を印加することで、電子ビームＢの焦点位置を所望な位置に合わせられる。
【００６２】
第２の実施形態に係る電子銃１Ｂおよび位置合わせ方法は、第１の実施形態に係る電子銃１Ａおよび位置合わせ方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
（１）第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、中間電極４４を具備する。したがって、電子銃を相手側装置に設置した後であっても、電子ビームの焦点位置を、短焦点側および長焦点側の何れの方向にも調整できる。
【００６３】
（電子銃の第３の実施形態）
図７を参照して、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃについて説明する。図７は、Ｙ方向から観た第３の実施形態に係る電子銃１Ｃの一例を模式的に示す図である。
【００６４】
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、フォトカソード駆動装置７を必須の構成要素とし、任意付加的にフォトカソードホルダ６を更に具備する点で第１の実施形態に係る電子銃１Ａと異なり、その他の点は第１の実施形態と同じである。したがって、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃでは、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第３の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第３の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図７に示す例は、第１の実施形態を参照して説明をしているが、第３の実施形態は、第２の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００６５】
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃにおいて、フォトカソードホルダ６は、任意付加的な構成要素である。フォトカソード３は、後掲するフォトカソード駆動装置７によってＺ方向に移動するものであればよく、フォトカソード３が、フォトカソード駆動装置７に直接保持されてもよい。
【００６６】
フォトカソードホルダ６は、真空チャンバーＣＢ内に配置され、フォトカソード３を保持する。フォトカソードホルダ６は、フォトカソード３を保持したまま、電極キット４のフォトカソード受け部４１にフォトカソード３を載置する。
【００６７】
なお、フォトカソードホルダ６の材料に特に限定はないが、例えば、モリブデン、チタン、タンタル、ステンレス等が挙げられる。
【００６８】
フォトカソード駆動装置７は、フォトカソードホルダ６が取り付けられる。そして、フォトカソードホルダ６およびフォトカソード３をＺ方向に移動させる。フォトカソード駆動装置７は、第５駆動源７１、第５動力伝達機構７２、押圧部材７３を具備する。
【００６９】
第５駆動源７１は、フォトカソードホルダ６およびフォトカソード３をＺ方向に移動させる動力を発生する。動力は、第５動力伝達機構７２を介してフォトカソードホルダ６およびフォトカソード３を移動できれば、特に限定はない。上記第１の実施形態で説明済みの第１駆動源５２Ｘ、第２駆動源５２Ｙと同様なものを用いることができる。
【００７０】
第５動力伝達機構７２は、第５駆動源７１で発生した動力をフォトカソードホルダ６およびフォトカソード３に伝達する。第５動力伝達機構７２は、動力をフォトカソードホルダ６およびフォトカソード３に伝達できれば、特に限定はない。上記第１の実施形態で説明済みの第１動力伝達機構５３Ｘ、第２動力伝達機構５３Ｙと同様なものを用いることができる。
【００７１】
押圧部材７３は、フォトカソードホルダ６およびフォトカソード３をＺ方向に押圧するものである。第３の実施形態に係る電子銃１Ｃでは、フォトカソードとフォトカソード受け部４１がカソード３として機能する。そのため、フォトカソード３は、フォトカソード受け部４１と確実に接触することが望ましい。押圧部材７３はフォトカソードホルダ６とフォトカソード３をＺ方向下側に押圧することから、フォトカソード３とフォトカソード受け部４１との接触を確実に行うことができる。
【００７２】
なお、押圧部材７３は、押圧によりフォトカソード３とフォトカソード受け部４１とを接触させるのみでなく、電極キット４の移動に応じて、フォトカソード３をフォトカソード受け部４１に追随できるようにすることが好ましい。限定するものではないが、押圧部材７３は、バネ状や棒状等の形状で、金属やエラストマー等の材料からなるものが挙げられる。
【００７３】
（位置合わせ方法の第３の実施形態）
図８Ａ〜８Ｄを参照して、第３の実施形態に係る位置合わせ方法について説明する。図８Ａは、フォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎとが、ずれている一例を模式的に示す図である。図８Ｂは、フォトカソード受け部４１の中心軸ｎをフォトカソード３の中心軸ｏに位置合わせした一例を模式的に示す図である。図８Ｃは、フォトカソード受け部４１の中心軸ｎとフォトカソード３の中心軸ｏとの位置合わせ後に、フォトカソード３をフォトカソード受け部４１に載置し、電子ビームＢを射出した一例を模式的に示す図である。図８Ｄは、電子銃１Ｃからの電子ビームＢの射出軸を相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍに位置合わせした一例を模式的に示す図である。
【００７４】
第３の実施形態に係る位置合わせ方法は、フォトカソードホルダ６とフォトカソード駆動装置７を具備した電子銃１Ｃで位置合わせを行う点で第１の実施形態に係る位置合わせ方法と異なり、その他の点は第１の実施形態に係る位置合わせ方法と同じである。したがって、第３の実施形態に係る位置合わせ方法では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第３の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第３の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図８Ａ〜８Ｄに示す例は、第１の実施形態を参照して説明をしているが、第３の実施形態は、第２の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００７５】
電子銃１を相手側装置Ｅに設置する際、相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの位置合わせに加え、フォトカソード３の載置位置の調整が必要な場合もある。また、電子銃１Ｃは、フォトカソード３の交換、ＥＡ表面の再処理を行った際は、フォトカソード３の位置調整が必要な場合もある。
【００７６】
第３の実施形態に係る位置合わせ方法は、上記第１の実施形態に係る位置合わせ方法で説明した（１）電子ビーム射出工程、（２）電子ビーム射出軸調整工程に加えて、（３）フォトカソード３の光源２からの照射位置が、Ｚ方向から観て、フォトカソード受け部４１の中心と重なるように電極キット４を移動させて、フォトカソード３と電極キット４を位置合わせするフォトカソード位置合わせ工程と、（４）フォトカソード３をフォトカソード受け部４１に載置するフォトカソード載置工程と、を有している。
【００７７】
そして、第３の実施形態に係る位置合わせ方法は、（３）フォトカソード位置合わせ工程、（４）フォトカソード載置工程、（１）電子ビーム射出工程、（２）電子ビーム射出軸調整工程の順に行われる。
【００７８】
フォトカソード位置合わせ工程は、光源２からの照射位置であるフォトカソード３の中心とフォトカソード受け部４１の中心軸ｎとを合わせる工程である。図８Ａに示す例では、フォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎがずれている。この時、フォトカソード３は、フォトカソードホルダ６に保持されて、Ｚ方向上側にあり、電極キット４のフォトカソード受け部４１には載置されていない。
【００７９】
フォトカソード駆動装置７はＺ方向にしか移動しない。そのため、フォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎとの位置合わせは、フォトカソード３の中心軸ｏに対し、電極キット４をＸ−Ｙ平面で移動させて行われる。
【００８０】
フォトカソード受け部４１の中心軸ｎがフォトカソード３の中心軸ｏと重なったかどうかは、例えば、第１ステージ５１ＸよりもＺ方向下側に配置された図示していないカメラ等の撮像装置でモニタしながら行われる。
【００８１】
図８Ｂは、フォトカソード位置合わせ工程が行われた電子銃１Ｃの一例を示している。すなわち、フォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎが合っている状態を示す。
【００８２】
フォトカソード位置合わせ工程は、電子銃１Ｃを相手側装置Ｅに設置する前に行ってもよいし、相手側装置Ｅに設置した後に行ってもよい。図８Ａおよび図８Ｂには、相手側装置Ｅに設置した後にフォトカソード位置合わせ工程を行う例が示されている。電子銃１Ｃを相手側装置Ｅに設置した後にフォトカソード位置合わせ工程を行う場合は、撮像装置は、真空チャンバーＣＢ内に具備される。また、相手側装置Ｅに設置する前にフォトカソード位置合わせ工程を行う場合には、真空チャンバーＣＢ内に撮像装置を具備してもよいが、代替的に撮像装置を具備せずに、真空チャンバーＣＢの外に撮像装置を配置してモニタしてもよい。
【００８３】
フォトカソード載置工程は、フォトカソード３をフォトカソード受け部４１に載置する工程である。第３の実施形態に係る位置合わせ方法では、フォトカソード駆動装置７によりフォトカソードホルダ６およびフォトカソード３をＺ方向下側へ移動させる。既にフォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎは合っている。したがって、フォトカソードホルダ６およびフォトカソード３を移動させるのみで、フォトカソード３をフォトカソード受け部４１の中心に載置できる。また、その際、フォトカソード３は、押圧部材７３に押圧されて、フォトカソード受け部４１に接触する。
【００８４】
また、フォトカソード３のＺ方向下側への移動により、フォトカソード３の中心軸ｏがフォトカソード受け部４１の中心軸ｎとずれないように、フォトカソード受け部４１は図示しないガイドを具備してもよい。ガイドは、フォトカソード３がＺ方向下側へ移動することで、フォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎとを合わすことができればよい。ガイドの例としては、Ｚ方向上側が広がるテーパー形状としたものが挙げられる。
【００８５】
次に、電子ビーム射出工程が行われる。図８Ｃには、フォトカソード載置工程後、光源２から励起光Ｌをフォトカソード３に照射して、電子ビームＢを射出した例が示されている。
【００８６】
電子ビーム射出工程が行われた後に、電子ビーム射出軸調整工程を行う。電子ビーム射出軸調整工程は上記第１の実施形態に係る位置合わせで説明したため、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍとの位置合わせについては省略する。第３の実施形態に係る位置合わせ方法は、電子銃１Ｃで行われる。電子銃１Ｃにおけるフォトカソード３は、押圧部材７３により押圧された状態でフォトカソード受け部４１に載置されている。
【００８７】
電子ビーム射出軸調整工程において、フォトカソード３は、電子ビームＢを射出しながら電極キット４の移動に追随する必要がある。そのため、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃの押圧部材７３は、フォトカソード３およびフォトカソードホルダ６をＺ方向下側に押圧し、かつ、フォトカソード３を電極キット４の移動に追随させるものが好ましい。図７および図８Ａ〜８Ｄに示す例では、バネ状の押圧部材７３を用いている。したがって、押圧部材７３は、Ｚ方向に収縮した状態でも、Ｘ−Ｙ平面内の移動も可能である。よって、フォトカソード３は、フォトカソード受け部４１に載置された状態で、電極キット４の移動に追随できる。
【００８８】
また、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃにおいて、フォトカソード３の交換やＥＡ表面の再処理が行われる際、フォトカソード３は、フォトカソード駆動装置７によりＺ方向上側へ移動する。そうすると、電子ビーム射出軸調整工程で、電極キット４の移動に追随したフォトカソード３は、元の位置に戻ってしまう。すなわち、フォトカソード３の中心軸ｏとフォトカソード受け部４１の中心軸ｎとがずれた状態となる。したがって、電子ビームＢが相手側装置Ｅで検出されるように、フォトカソード位置合わせ工程からの各工程が再度行われる。その際、再度のフォトカソード位置合わせ工程において、真空チャンバーＣＢ内に撮像装置を具備している場合には、撮像装置でモニタしながら位置合わせを行えばよい。一方で、真空チャンバーＣＢ内に撮像装置を具備していない場合には、最初のフォトカソード位置合わせ工程時に、電極キット駆動装置５によって位置合わせした位置を記憶しておけばよい。例えば、電極キット駆動装置５の駆動を自動で行う場合には、電子銃１Ｃが図示していない記憶部を具備し、記憶部に当該位置を記憶させてもよい。また、電極キット駆動装置５の駆動を手動で行う場合は、移動量を目盛り等により読み取り記憶（記録）してもよい。
【００８９】
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃおよび位置合わせ方法は、第１および第２の実施形態に係る電子銃１Ａ、１Ｂおよび位置合わせ方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
（１）電極キット駆動装置５を具備するため、フォトカソード３と電極キット４との位置合わせができる。
（２）フォトカソード駆動装置７が押圧部材７３を具備するため、フォトカソード３をフォトカソード受け部４１に確実に接触させて載置できる。
（３）Ｚ方向にフォトカソード３を押圧した状態で、フォトカソード３は電極キット４の移動に追随できる。したがって、電子ビームＢの射出を維持しながら、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍの位置合わせができる。
【００９０】
（電子銃の第４の実施形態）
図９を参照して、第４の実施形態に係る電子銃１Ｄについて説明する。図９は、Ｙ方向から観た第４の実施形態に係る電子銃１Ｄの一例を模式的に示す図である。
【００９１】
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄは、レンズ６２を含むフォトカソードホルダ６Ａを更に具備する点で第３の実施形態に係る電子銃１Ｃと異なり、その他の点は第３の実施形態と同じである。したがって、第４の実施形態に係る電子銃１Ｄでは、第３の実施形態と異なる点を中心に説明し、第３の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第４の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第４の実施形態において、第３の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、図９に示す例は、第３の実施形態を参照して説明をしているが、第４の実施形態は、第１、２の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００９２】
電子銃１のフォトカソード３への励起光Ｌの照射は、レンズを介して行われることもある。レンズは、光源２からの励起光Ｌをフォトカソード３へ収束させるものである。収束された励起光Ｌは、フォトカソード３で焦点を結び、フォトカソード３から電子ビームＢが射出される。そのため、フォトカソード３を電子銃１に設置する際には、通常、レンズとの位置調整が必要となる。
【００９３】
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄは、レンズ６１を含むフォトカソードホルダ６Ａを具備する。レンズ６１は、フォトカソード３に焦点が合う位置で、フォトカソードホルダ６Ａに保持されている。図９に示す例では、フォトカソード３とレンズ６１との間にスペーサ６２を設けた例を示している。なお、フォトカソードホルダ６Ａの詳細は、特許第６６７９０１４号公報により詳しく記載されており、特許第６６７９０１４号公報に記載された事項は、本明細書に含まれる。
【００９４】
したがって、フォトカソードホルダ６Ａを励起光Ｌの光路上に配置することで、フォトカソード３とレンズ６１の位置調整をすることなく、フォトカソード３にレンズ６１の焦点を常に合わせられる。
【００９５】
また、フォトカソードホルダ６Ａによって、レンズ６１の焦点は、フォトカソード３にあっている。そのため、励起光Ｌの光軸とフォトカソード３の中心とがずれていても、ずれが小さい場合には、当該ずれの影響を無視でき、フォトカソード３の中心から電子ビームＢを射出できる。
【００９６】
（位置合わせ方法の第４の実施形態）
第４の実施形態に係る位置合わせ方法について説明する。第４の実施形態に係る位置合わせ方法は、レンズ６１を含むフォトカソードホルダ６Ａを具備する電子銃１Ｄにより位置合わせする点で、第３の実施形態に係る位置合わせ方法と異なり、その他の点は第３の実施形態に係る位置合わせ方法と同じである。したがって、第４の実施形態に係る位置合わせ方法では、第３の実施形態と異なる点を中心に説明し、第３の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第４の実施形態に係る位置合わせ方法の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第３の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。また、第４の実施形態は、第１、２の実施形態で説明済みの事項も採用可能であることは言うまでもない。
【００９７】
図９に示す例では、フォトカソードホルダ６Ａおよびフォトカソード３を押圧部材７３で押圧している。そのため、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍを合わせる際、フォトカソード３は、電極キット４の移動に追随して移動できる。
【００９８】
また、フォトカソード３を保持するフォトカソードホルダ６Ａは、レンズ６１を具備している。そのため、上記したように励起光Ｌの光軸とフォトカソード３の中心とのずれが小さい場合には、フォトカソード３の中心から電子ビームＢを射出できる。したがって、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍを合わせる際、電極キット４の移動が小さければ、励起光Ｌの光軸とフォトカソード３の中心とのずれは小さいので、光源２を移動させずに電子ビームＢを射出できる。なお、電子ビームＢの射出軸と相手側装置Ｅの電子光学系の光軸ｍを合わせる際、電極キット４の移動が大きくなった場合には、必要に応じて光源２を移動させてもよい。
【００９９】
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄおよび位置合わせ方法は、第１〜３の実施形態に係る電子銃１Ａ〜１Ｃおよび位置合わせ方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
（１）フォトカソードホルダ６Ａが、レンズ６１を具備する。したがって、フォトカソード３とレンズ６１の位置調整をすることなく、フォトカソード３にレンズ６１の焦点を常に合わせられる。
（２）電極キット４の移動に追随してフォトカソード３が移動しても、レンズ６１によって、励起光Ｌの焦点がフォトカソード３に合う。そのため、電極キット４の移動が小さい場合には、電極キット４の移動に応じて光源２を移動させなくてもよい。
【０１００】
（電子銃用部品の実施形態）
上記の実施形態おける電子銃１Ａ〜１Ｄのうち、光源２、真空チャンバーＣＢ、フォトカソード３、フォトカソードホルダ６、およびフォトカソード駆動装置７については、既存の電子銃の部品をそのまま使用できる。すなわち、上記の実施形態に係る電子銃１Ａ〜１Ｄにおいて、光源２、真空チャンバーＣＢ、フォトカソード３、フォトカソードホルダ６、およびフォトカソード駆動装置７については既存の部品を使用し、電極キット４および電極キット駆動装置５については、部品として提供できる。
【０１０１】
（電子線適用装置の実施形態）
上記の実施形態における電子銃１Ａ〜１Ｄを搭載する相手側装置Ｅは、電子銃１Ａ〜１Ｄを搭載する公知の装置が挙げられる。例えば、自由電子レーザー加速器、電子顕微鏡、電子線ホログラフィー装置、電子線描画装置、電子線回折装置、電子線検査装置、電子線金属積層造形装置、電子線リソグラフィー装置、電子線加工装置、電子線硬化装置、電子線滅菌装置、電子線殺菌装置、プラズマ発生装置、原子状元素発生装置、スピン偏極電子線発生装置、カソードルミネッセンス装置、逆光電子分光装置等が挙げられる。
【０１０２】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、または、任意の構成要素の省略が可能である。さらに、上述の各実施形態に任意の構成要素が追加されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本出願で開示する電子銃、電子銃用部品、および位置合わせ方法を用いると、電子銃を相手側装置の電子光学系の光軸の調整位置を外れた位置に設置しても、電子ビームの射出軸の調整ができる。したがって、電子銃を扱う業者にとって有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１、１Ａ〜１Ｄ…電子銃、２…光源、３…フォトカソード、４…電極キット、４１…フォトカソード受け部、４２…アノード、４３…固定部材、４４…中間電極、４５…電子ビーム通過孔、４６…入口、４７…出口、４８…ドリフトスペース、５…電極キット駆動装置、５Ｘ…Ｘ方向駆動装置、５Ｙ…Ｙ方向駆動装置、５１Ｘ…第１ステージ、５１Ｙ…第２ステージ、５２Ｘ…第１駆動源、５２Ｙ…第２駆動源、５３Ｘ…第１動力伝達機構、５３Ｙ…第２動力伝達機構、５４…ガイド、５５…孔無し壁、５６…伸縮部材、５７Ｘ…第１反発部材、５７Ｙ…第２反発部材、６、６Ａ…フォトカソードホルダ、６１…レンズ、６２…スペーサ、７…フォトカソード駆動装置、７１…第５駆動源、７２…第５動力伝達機構、７３…押圧部材、Ｂ…電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、Ｅ…相手側装置、Ｌ…励起光、ｍ…相手側装置Ｅの電子光学系の光軸、ｎ…フォトカソード受け部４１の中心軸、ｏ…フォトカソード３の中心軸
【要約】
【課題】電子銃を相手側装置に設置する際の設置位置のずれが大きくてなっても、電子ビームの射出軸を、相手側装置の電子光学系の光軸に軸合わせできる電子銃、電子銃用部品、電子線適用装置、および位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】電子銃であって、
電子銃は、
光源と、
真空チャンバーと、
光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
電極キットと、
電極キット駆動装置と、
を含み、
電極キットは、
フォトカソード受け部と、
フォトカソード受け部に対して離間して配置されたアノードと、
を含み、
フォトカソード受け部にはフォトカソードが載置され、
電極キット駆動装置は、
一方の方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向を含む平面をＸ−Ｙ平面としたとき、
Ｘ−Ｙ平面で電極キットを移動させる、
電子銃。
【選択図】図１【図１】
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【図２Ａ】
0006828937.tif 000003
【図２Ｂ】
0006828937.tif 000004
【図２Ｃ】
0006828937.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
0006828937.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0006828937.tif 000013
【図８Ｃ】
0006828937.tif 000014
【図８Ｄ】
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【図９】
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