(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源真空筒の頂部に大気と真空を仕切るように設けられ、真空外から真空内へ高電圧を導入する高圧導入部と、該高圧導入部と真空筒の間を接続する気密シール部材と、該高圧導入部の真空側下面に取り付けられた電界放射陰極と、該電界放射陰極と対向するように前記真空筒に絶縁的に取り付けられる引出電極と、前記高圧導入部に取り付けられる同じ長さの複数のポストであって先端が前記引出電極にスライド可能に当接するポストと、前記高圧導入部を真空外より水平方向に移動させる移動機構とを備え、前記ポストを通して前記引出電極に電圧を印加すると共に、前記移動機構によって前記電界放射陰極と前記引出電極に対する相対位置が調節可能とされていることを特徴とする熱電界放射型電子銃。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡や荷電粒子装置に使用される電界放射電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、安定な高輝度電子銃として、タングステン単結晶の針状電極にジルコニウム（Ｚｒ）と酸素（Ｏ）とからなる被膜層を設けた、ＺｒＯ／Ｗ熱電界放射電子銃が低加速電子ビームを必要とする電子顕微鏡や他の荷電粒子装置に広く使用されている。
【０００３】
図２に熱電界放射電子銃の基本的な構造図を示す。１は表面にジルコニウム（Ｚｒ）と酸素（Ｏ）とからなるタングステン単結晶チップ（Ｗ）のＺｒ／Ｏ−Ｗエミッタ（以下、エミッタと称す）、２はタングステンワイヤーからなるヘアピン型のフイラメント、３はフイラメント２をスポット溶接されているフイラメント端子、４の絶縁碍子を介してサプレッサー電極５が取り付けられている。通常、これら部材１〜５は一体構造で組み立てられ、熱電界放射陰極１０として形成されている。熱電界放射陰極１０は固定部材６を介して高圧導入碍子７に固定されている。２０は引出電極、２１は引出電極固定部材で高圧導入碍子７に固定されている。引出電極２０は、ネジ２２の締めつけに具合によって引出電極固定部材２１に対して位置調整を行って固定されている。
【０００４】
このような熱電界放射電子銃は所定の電気回路（図示せず）にセットして真空に排気した後、フイラメント２を電流加熱してエミッタ１の温度を上げ、サプレッサー電極５および引出電極２０に所定の電界を加えてことにより電子ビームを取り出すことができる。
【０００５】
安定な電子ビームを取り出すためには、エミッタ１の温度を適切な温度範囲として１４００〜１９００度Ｋと真空度として１×１０-7Ｐａ以下を確保する。また、各電極５，２０は、エミッタ１に対してサプレッサー電極５に−３００Ｖ程度の負のサプレッサー電圧を印加しフイラメント２よりの熱電子を抑え、引出電極２０に２ＫＶ〜４ＫＶ程度の正の引出電圧を印加し、エミッタ１に対して安定な電界を印加して電子を引き出すことが重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２で示すように、この熱電界放射電子銃は、エミッタ１と２つの電極５，２０の間隔に多くの部材を介して構成されおり、各部の機械的な寸法精度と組立誤差が混入され、特性のバラツキの要因となる。特に、エミッタ１の先端と引出電極２０との距離Ｌは、一例として５００μｍ±１００μｍ、また、絞り２０ａの径５００μｍφに対して±８０μｍのセンタリング精度を求められる。
【０００７】
従って、熱電界放射電子銃の組立時には、治具を用いてエミッタ１の先端と引出電極２０との距離Ｌ、および絞り２０ａとのセンタリングを±５０μｍ程度以内に位置を合わせてネジ２２によって固定される。これにより、エミッタ１の先端には、安定した電界が印加され、特性のバラツキの少ない電子銃が得られる。
【０００８】
しかし、エミッタ１と引出電極２０の関係が、時として使用中に熱歪みや機械的な歪みによって寸法精度が大きく変化を生じることがある。このよな場合は、電子銃部の真空筒を真空リークし、電子銃を取り出し、形状の確認および再組立（調整）を必要とすることがある。
【０００９】
本発明は、上述した問題を解決するものであって、使用中にエミッタ１の先端と引出電極２０との距離Ｌの変化が少なく、また引出電極２０の絞り２０ａに対してセンターが変化が生じても真空外よりセンタリングの位置合わせ機能をもつことにより、エミッタ１の電界強度を一定に保ち、安定な熱電界放射電子銃を供給することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための 本発明は、電子源真空筒の頂部に大気と真空を仕切るように設けられ、真空外から真空内へ高電圧を導入する高圧導入部と、該高圧導入部と真空筒の間を接続する気密シール部材と、該高圧導入部の真空側下面に取り付けられた電界放射陰極と、該電界放射陰極と対向するように前記真空筒に絶縁的に取り付けられる引出電極と、前記高圧導入部に取り付けられる同じ長さの複数のポストであって先端が前記引出電極にスライド可能に当接するポストと、前記高圧導入部を真空外より水平方向に移動させる移動機構とを備え、前記ポストを通して前記引出電極に電圧を印加すると共に、前記移動機構によって前記電界放射陰極と前記引出電極に対する相対位置が調節可能とされていることを特徴とする
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係わる熱電界放射電子銃の一実施例の基本構造の断面図である。なお、前述の図２に示す電子銃と同じ構成要素には同じ符号を付けることにより、その詳細な説明は省略する。図中、熱電界放射陰極１０は固定部材６を介して高圧導入部１６に固定されている。また、熱電界放射陰極１０のフイラメント２，サプレッサー５、および１２の引出電極には高圧導入部１６を通して電子銃の電源（図示せず）より電流および電圧を供給される。フランジ９は、高圧導入部１６との間にベローズ８を介して真空気密に溶接され、電子源真空筒１５の上部に真空パッキング（図示せず）を挟んで真空気密に固定されている。
【００１３】
引出電極１２は絶縁碍子１３を挟んでアノード１４を介して電子源真空筒１０の内壁に固定されている。１１はポストで３本（３本以上）から成り、このポスト１１は、金属で作成され一方の端が高圧導入部１６に固定され、もう一方の端は球面で鏡面に加工され引出電極１２の上面（鏡面加工）に接し、引出電極１２の上面（鏡面加工）をスライドできるように形成されている。このポスト１１は、エミッタ１の先端と引出電極１２との所定距離Ｌとして、例えば５００μｍ±１００μｍ以内になるような寸法に作製されている。また、ポスト１１は高圧導入部を通して引出電極１２に引出電圧を供給する役目も同時に備えている。
【００１４】
１７は軸調整ネジで、フランジ９の円周上に４個設けられ、この軸調整ネジ１７を回すことによって、高圧導入部１６をＸ，Ｙ軸の水平方向に移動できる構造を備えている。高圧導入部１６の水平移動は、図１で示している如く、固定部６を介して熱電界放射陰極１０が同様に移動することで、熱電界放射陰極１０のエミッタ１もほぼ同様な移動を行うことができる。従って、この軸調整ネジ１７は、熱電界放射陰極１０のエミッタ１の先端が引出電極１２の絞り１２ａの中心に対してセンタリングを行うことができる機能を備えている。このような構成の動作について次に説明する。
【００１５】
まず、熱電界放射電子銃部を排気装置（図示せず）によって１×１０-7Ｐａ以下の高真空に排気する。高真空に排気された後、フイラメント２に電子銃電源（図示せず）より電流を流して通電加熱してエミッタ１の温度を例えば１８００Ｋに加熱する。次に、サプレッサ電極５には−３００Ｖ程度の電圧を、引出電極１２には２Ｋ〜４ＫＶ程度の正の電圧をエミッタ１に対してそれぞれ印加すると、エミッタ１の先端から電子が放出される。放出された電子ビームは、エミッタ１の加速電位を持って、引出電極１２との電位とアノード電極のグランド電位によって加速され、その一部が引出電極およびアノード電極の絞りを通過し、アノード電極の下部の収束レンズ（図示せず）により、細く絞られた状態で試料に照射される。この電子ビームのビーム電流は数ｐＡ〜数１００ｐＡである。通常、これらの電子ビームの電流は、試料の上部に設けられたファラデイカップ等のビーム電流検出器（図示せず）をビームの光軸に挿入することにより測定される。
【００１６】
次に、本発明のエミッタ１と引出電極１２との位置が何らかの要因によってずれた場合、この位置のずれの補正動作について説明する。上述のように、本電子銃はエミッタ１と引出電極１２との距離Ｌはポスト１１の寸法によって所定の値に固定される。従って、エミッタ１の先端と引出電極１２との位置ずれは、エミッタ１の先端が絞り１２ａの中心より横方向にずれることすなわち光軸ずれが主となる。
【００１７】
このずれによって、電子ビームは、光軸より傾斜角をもって出射され、アノード１４の絞り１４ａ等によて電子ビームがカットされ、電子ビームの中心ビームが試料に照射されなくなる。電子ビームは、一般にビームの中心付近ほど輝度が高く、収差が少なく良い性質をもっている。従って、電子顕微鏡の像としては、輝度が低下するのと同時に分解能の低下を招くことになる。このような像を元に戻すには、電子ビームの光軸ずれを直すことが要求される。
【００１８】
これを達成するために、本発明では、電子銃部の真空を破らずにエミッタ１の先端を絞り１２ａに対して横方向に移動させる機構を備えることを特徴としている。
【００１９】
まず、この様なずれが生じた場合には、電子ビームの光軸でのビーム電流をファラデイカップ等のビーム電流検出器（図示せず）をビームの光軸に挿入して測定する。次に、オペレータは、この電子ビームの値を確認しながら、４本の軸調整ネジ１７を調整しながら、ビーム電流の増加する方向、即ち、電子ビームの中心が光軸に合っていく方向に合わせて行く。このことは、軸調整ネジ１７の調整によって、エミッタ１が引出電極１２の絞り１２ａの中心に移動されて行くことを意味している。その結果、軸調整ネジ１７を調整して電子ビームの電流値が最大となるようにすることにより、エミッタ１と引出電極１２の絞り１２ａとのずれが補正されることになる。
【００２０】
従って、 本発明は、熱電界放射電子銃を使用中に何らかの要因でエミッタ１が引出電極２０の絞り２０ａの中心に対して位置の変化が生じても、電子銃部の真空を破らずに、エミッタ１の先端と引出電極２０との距離Ｌを一定に保って、位置の変化を補正することができる。
【００２１】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、電子銃として熱電界放射電子銃として説明したがエミッタを常温で用いる冷陰極電界放射電子銃でもよい、また、電子ビームの光軸のずれ補正を光軸でのビーム電流を測定し、その変化で確認したが、エミッタのエミッションパターンを下方に配置される蛍光板上に展開表示させ、そのパターンの形状の変化に基づいて行ってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明からあきらかなように、電子源真空筒の頂部に大気と真空を仕切るように設けられ、真空外から真空内へ高電圧を導入する高圧導入部と、該高圧導入部と真空筒の間を接続する気密シール部材と、該高圧導入部の真空側下面に取り付けられた電界放射陰極と、該電界放射陰極と対向するように前記真空筒に絶縁的に取り付けられる引出電極と、前記高圧導入部に取り付けられる同じ長さの複数のポストであって先端が前記引出電極にスライド可能に当接するポストと、前記高圧導入部を真空外より水平方向に移動させる移動機構とを備え、前記ポストを通して前記引出電極に電圧を印加すると共に、前記移動機構によって前記電界放射陰極と前記引出電極に対する相対位置が調節可能とされているため、熱電界放射電子銃を使用中に何らかの要因でエミッタ１が引出電極２０の絞り２０ａのセンターに対して位置の変化が生じても、電子銃部の真空を破らずに、エミッタ１の先端と引出電極２０との距離Ｌを一定に保って、位置の変化を補正することができる。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電界放射電子銃の一実施例の基本構造の断面図である。
【図２】従来の熱電界放射電子銃の基本的な構造の断面図である。
【符号の説明】
１…エミッタ、２…フラメント、３…フイラメント端子、４…絶縁碍子、５…サプレッサ電極、６…固定部材、７…高圧導入碍子、８…ベローズ、９…フランジ、１０…熱電界放射陰極、１１…ポスト、１２…引出電極、１３…絶縁碍子、１４…アノード、１５…電子源真空筒、１６…高圧導入部、１７…軸調整ネジ、２０…引出電極、２１…引出電極固定部材、２２…ネジ、
【図１】
0003766763.tif 000002
【図２】
0003766763.tif 000003