JP2001143648A - Photoexcited electron beam source and apparatus for applying electron beam - Google Patents

Photoexcited electron beam source and apparatus for applying electron beam

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JP2001143648A
JP2001143648A JP32643599A JP32643599A JP2001143648A JP 2001143648 A JP2001143648 A JP 2001143648A JP 32643599 A JP32643599 A JP 32643599A JP 32643599 A JP32643599 A JP 32643599A JP 2001143648 A JP2001143648 A JP 2001143648A
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真理 野副
Hiroyuki Shinada
博之 品田
Satoru Fukuhara
福原  悟
Hideo Todokoro
秀男 戸所
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high performance electron beam by placing objective lens in vacuum for photoexcited electron beam for reducing the size of light focused as well as preventing vibration. SOLUTION: An objective lens is arranged close to a photo cathode in vacuum to sufficiently narrow the light focused to the photo cathode, and to achieve an electron beam source of high performance not drifted by vibration.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光励起電子線源に係
わり、特に、電子顕微鏡に好適な高輝度電子線源に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoexcitation electron beam source, and more particularly to a high-brightness electron beam source suitable for an electron microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のホトカソードをSEMの電子銃に
応用した例としては、C.A.Sanford著、ジャ
ーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テク
ノロジー(Journal of Vacuum Science and Techn
ology)B,1988年第6巻2005ページから20
08ページ記載のものがある。
2. Description of the Related Art An example in which a conventional photocathode is applied to an SEM electron gun is disclosed in C.I. A. Sanford, Journal of Vacuum Science and Techn
ology) B, 1988, Vol. 6, 2005, page 20
There is one described on page 08.

【0003】この概略図を図2に示す。図において、2
は電子引き出し電極、3は電子線、4は収束光、7は
窓、10は真空容器、21は固定ホトカソード、22は
光源装置、23は大気中対物レンズである。
FIG. 2 shows a schematic diagram of this. In the figure, 2
Is an electron extraction electrode, 3 is an electron beam, 4 is convergent light, 7 is a window, 10 is a vacuum vessel, 21 is a fixed photocathode, 22 is a light source device, and 23 is an atmospheric objective lens.

【0004】この場合、真空中のホトカソード21は、
透明基板とその表面に接着したGaAsを主材料とする
ホトカソード膜で形成されており、透明基板側から光を
入射し、ホトカソード膜側から真空中に電子を放出す
る、いわゆる透過型ホトカソードとなっている。集光レ
ンズ23は大気中にあり、真空容器10に取り付けられ
た窓7を通して上記ホトカソード31に収束光4を照射
していた。
In this case, the photocathode 21 in a vacuum is
It is formed of a transparent substrate and a photocathode film mainly composed of GaAs adhered to the surface thereof. The so-called transmission type photocathode emits light from the transparent substrate side and emits electrons from the photocathode film side into a vacuum. I have. The condenser lens 23 is in the atmosphere, and irradiates the condensed light 4 to the photocathode 31 through the window 7 attached to the vacuum vessel 10.

【0005】また、透過型のホトカソード21を電子線
装置用の電子銃とした例としては、特表平11−509
360号公報に記載の電子源がある。この場合、ガラス
基板上にホトカソードの薄い膜を形成し、ガラス基板の
裏面に真空チャンバに窓を設け、その外側に集光レンズ
を設け、ホトカソード上で光を1μm程度に収束させ、
反対側から発生した電子を取り出す方法が採られてい
る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-509 discloses an example in which the transmission type photocathode 21 is used as an electron gun for an electron beam apparatus.
There is an electron source described in JP-A-360. In this case, a thin film of a photocathode is formed on a glass substrate, a window is provided in a vacuum chamber on the back surface of the glass substrate, a condenser lens is provided outside the window, and light is converged to about 1 μm on the photocathode,
A method of extracting electrons generated from the opposite side is employed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図2に示す
ようなホトカソードを用いたSEMでは、通常の集光レ
ンズ23で光の焦点をホトカソード膜21上に形成しよ
うとしても、収束光の光路中に窓7があるため、これに
よる干渉および光波面のずれが生じ、焦点がぼやけてし
まうという問題があった。したがって、電子の発生する
領域が広くなり、電子レンズで小さな焦点に絞りきれ
ず、この結果、SEM像の分解能が低いという問題があ
った。
By the way, in the SEM using the photocathode as shown in FIG. 2, even if the focus of light is formed on the photocathode film 21 by the ordinary condensing lens 23, the light converges on the optical path of the convergent light. Because of the presence of the window 7, there is a problem that the interference and the shift of the optical wavefront are caused by this and the focus is blurred. Therefore, the region where electrons are generated is widened, and the electron lens cannot be used to stop down to a small focal point. As a result, there is a problem that the resolution of the SEM image is low.

【0007】一方、特表平11−509360では、図
2と同様の構成において集束レンズ23に球面収差を補
正したものを用い、ガラス窓7と、ホトカソード21の
透明基板を通った後に回折限界まで集束できるようにす
ればよいことが示されている。
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-509360, a lens having a configuration similar to that shown in FIG. 2 and having a spherical aberration corrected for the converging lens 23 is used, and the light reaches the diffraction limit after passing through the glass window 7 and the transparent substrate of the photocathode 21. It is shown that focusing can be performed.

【0008】光を集束させる場合の限界は波長による回
折で決まり、λ/NAという因子で決定される。このλ
は光の波長であり、NAは開口数(Neumerical Apertu
re)と呼ばれる値で、NA=sinθで決まる。θは光
の開き角で、tanθ=r/f、rは光線の半径、fは
レンズの焦点距離である。波長が一定の場合、収束光の
最小半径はNAが大きいほど小さくなる。NAの最大値
は1であるが、これは、焦点距離f=0か、レンズの径
=無限大の条件であり、光学顕微鏡などにおける実用上
の使用条件ではNA=0.4〜0.9程度である。
[0008] The limit in focusing light is determined by diffraction according to wavelength, and is determined by a factor of λ / NA. This λ
Is the wavelength of light and NA is the numerical aperture (Neumerical Apertu
re), which is determined by NA = sin θ. θ is the opening angle of the light, tan θ = r / f, r is the radius of the light beam, and f is the focal length of the lens. When the wavelength is constant, the minimum radius of the convergent light decreases as the NA increases. The maximum value of NA is 1, which is a condition of a focal length f = 0 or a lens diameter = infinity. Under practical use conditions such as an optical microscope, NA = 0.4 to 0.9. It is about.

【0009】ところが、図2を見れば明らかなように、
真空槽内に光を導入するための窓は、大気圧に耐えるた
めにある程度の厚みが必要で、この窓の口径が大きくな
ればなるほど厚みが必要となる。したがって、小さな収
束光を得るために、大きなNAの値を得ようとすると、
大きなレンズや、複雑な光学系が必要となるという問題
があった。
However, as apparent from FIG. 2,
A window for introducing light into the vacuum chamber needs to have a certain thickness to withstand the atmospheric pressure, and the thickness is required as the diameter of the window increases. Therefore, in order to obtain a large NA value in order to obtain a small convergent light,
There is a problem that a large lens and a complicated optical system are required.

【0010】このことは、製造コストがかかったり、装
置が大型化するといった問題のみならず、例えば光源位
置の振動や位置変動(ドリフト)が増加するという問題
をもたらす。これは上記電子源を電子顕微鏡や電子線露
光装置等の電子線応用装置に用いる場合に最も大きな問
題となる因子である。電子線を微細な点に絞る、あるい
は微細な点から拡大する際には、電子線の発生源、すな
わちこの場合の収束光の焦点位置は変動しないことが必
要であるが、従来例の光学系では大きくかつ重いために
振動しやすいという問題があった。また、熱膨張による
位置変動が大きいという問題があった。
[0010] This causes not only problems such as an increase in manufacturing cost and an increase in the size of the device, but also problems such as an increase in vibration and positional fluctuation (drift) of the light source position. This is a factor that becomes the biggest problem when the above-mentioned electron source is used in an electron beam application device such as an electron microscope and an electron beam exposure device. When narrowing an electron beam to a fine point or expanding the electron beam from the fine point, it is necessary that the source of the electron beam, that is, the focal position of the convergent light in this case does not fluctuate. However, there is a problem that the vibration is easy due to the size and weight. In addition, there has been a problem that positional fluctuation due to thermal expansion is large.

【0011】したがって従来例の電子源の場合、これを
高分解能電子顕微鏡に応用しようとしても、電子線の発
生源の振動や収束光が大きくなる等の問題により、電子
ビームを小さい点に絞ることが困難なため、その分解能
には限界があった。その他の電子線応用装置において
も、同様の問題があり、十分な性能は得られなかった。
Therefore, in the case of the conventional electron source, even if the electron source is applied to a high-resolution electron microscope, the electron beam is narrowed to a small point due to problems such as vibration of the source of the electron beam and increased convergent light. The resolution is limited due to the difficulty of the resolution. Other electron beam application devices have the same problem, and sufficient performance cannot be obtained.

【0012】本発明の第1の目的はホトカソードへの収
束光を十分小さく絞りかつ、振動やドリフトの問題のな
い高性能の電子源を提案することにある。また、本発明
の第2の目的はホトカソード用いた、高性能の電子線応
用装置を提案することにある。
A first object of the present invention is to propose a high-performance electron source which converges convergent light to a photocathode sufficiently small and has no problem of vibration or drift. A second object of the present invention is to propose a high-performance electron beam application device using a photocathode.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するために、真空中にあって光入射により電子
を放出する手段であるホトカソードと、入射する励起光
の光源装置と、ホトカソードから発生する電子を引き出
す引出し電極よりなる光励起電子線源において、光源と
ホトカソードの間には少なくとも1枚の光学レンズもし
くは鏡で構成される前記励起光の収束手段もしくは結像
手段があり、同手段を構成する前記レンズもしくは鏡の
うちの少なくとも一つが前記ホトカソードと同一の真空
層中にある構造とする。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a photocathode which is a means for emitting electrons by light incidence in a vacuum, a light source device for incident excitation light, and a photocathode. In a photo-excited electron beam source comprising an extraction electrode for extracting generated electrons, between the light source and the photocathode, there is at least one optical lens or a mirror for converging the excitation light or an image forming means. At least one of the constituent lenses or mirrors is in the same vacuum layer as the photocathode.

【0014】ホトカソードは、負の電子親和力を利用し
たものが好ましく、材料は、p型半導体で、GaAs,
AlAs,InP,InAs,GaP,GaN等のIII
−V族もしくはSi,C,Ge等のIV族もしくはこれら
の混合物で構成される。表面吸着層はCs,Na等のア
ルカリ金属もしくは、Cs,Na等のアルカリ金属と酸
素、もしくはBa等のアルカリ土類と酸素、もしくはこ
れらの混合物で構成される。
The photocathode preferably utilizes negative electron affinity, and is made of a p-type semiconductor such as GaAs,
III such as AlAs, InP, InAs, GaP, GaN
-Group V or group IV of Si, C, Ge or the like, or a mixture thereof. The surface adsorption layer is composed of an alkali metal such as Cs or Na, or an alkali metal such as Cs or Na and oxygen, or an alkaline earth such as Ba and oxygen, or a mixture thereof.

【0015】励起光の光源装置は半導体レーザとコリメ
ータレンズを含む光学部品で構成されても、あるいは、
レーザ光源、光ファイバ、および両者の光結合装置を含
み、前記励起光の収束手段は少なくとも一つのレンズも
しくは鏡で構成されてもよい。
The excitation light source device may be constituted by optical components including a semiconductor laser and a collimator lens, or
The apparatus may include a laser light source, an optical fiber, and an optical coupling device for both, and the means for converging the excitation light may include at least one lens or mirror.

【0016】励起光の収束手段とは、ホトカソードの電
子放出面側に反射鏡とがあり、前記反射鏡は45度±5
度の傾きを持ち横方向より入射する励起光をホトカソー
ド方向に反射し、前記集光手段によりホトカソード表面
近傍に励起光の焦点を持ち、前記反射鏡と前記集光手段
には電子線通過用の通路がある構造でもよい。
The means for converging the excitation light includes a reflecting mirror on the electron emission surface side of the photocathode.
Excitation light that is incident from the lateral direction with a degree of inclination is reflected in the photocathode direction, has a focal point of the excitation light near the photocathode surface by the light condensing means, and the reflecting mirror and the light condensing means have an electron beam passing therethrough. A structure having a passage may be used.

【0017】また、ホトカソードの電子放出面からみて
裏面側に集光手段があり、前記ホトカソードは、薄膜も
しくは透明基板上に支持された薄膜からなる構造でもよ
い。
Further, there may be a light condensing means on the back side of the photocathode as viewed from the electron emission surface, and the photocathode may have a structure comprising a thin film or a thin film supported on a transparent substrate.

【0018】また、本発明による光励起電子線源を用
い、電子レンズ、真空ポンプ、電子検出器、電子線偏向
器などのうち少なくとも一つ以上の組み合わせを用いた
電子線応用装置を構成する。
Further, an electron beam application apparatus using at least one of an electron lens, a vacuum pump, an electron detector, an electron beam deflector and the like using the photoexcited electron beam source according to the present invention is constructed.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1に本発明による
電子源の概略図を示す。光源装置8が光源取付台13を
介して真空容器10に取り付けられている。取付台13
は必要に応じて微動調整機構(ここでは図示せず)を持
たせることができる。光源装置8から発生した平行光6
が窓7および対物レンズ5を通り収束光4となり、ホト
カソード膜12に焦点を結ぶ。ホトカソード1はガラス
等の透明基板11上にGaAs/AlGaAsホトカソ
ード膜12を貼り付けたものである。GaAs層は厚さ
1μm以下で、不純物としてZnを1cm3当たり5×10
18個程度ドープしたp型半導体で、GaAs表面にはC
sと酸素が吸着し、表面の仕事関数が、1.4eV以下
となっている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view of an electron source according to the present invention. The light source device 8 is mounted on the vacuum vessel 10 via a light source mounting base 13. Mounting base 13
May have a fine movement adjustment mechanism (not shown here) if necessary. Parallel light 6 generated from the light source device 8
Passes through the window 7 and the objective lens 5 to become convergent light 4, and focuses on the photocathode film 12. The photocathode 1 is formed by attaching a GaAs / AlGaAs photocathode film 12 on a transparent substrate 11 such as glass. The GaAs layer has a thickness of 1 μm or less and contains Zn as an impurity in an amount of 5 × 10 3 per cm 3.
About 18 doped p-type semiconductors, C
s and oxygen are adsorbed, and the work function of the surface is 1.4 eV or less.

【0020】このホトカソード膜12に収束光4を入射
すると、負の電子親和力(NEA:Negative electron
affinity)効果により、電子が真空中に放出される。
入射光はバンドギャップエネルギ(GaAsの場合1.
4eV)より大きなエネルギが必要であり、この場合波
長880nm以下が条件である。より実用的には、レーザ
ダイオードやレンズ群のそろっている600〜780nm
が最適である。
When the convergent light 4 is incident on the photocathode film 12, a negative electron affinity (NEA) is obtained.
Due to the affinity effect, electrons are emitted into the vacuum.
The incident light has bandgap energy (1.
Energy greater than 4 eV) is required. In this case, the condition is a wavelength of 880 nm or less. More practically, a laser diode and a lens group of 600 to 780 nm
Is optimal.

【0021】また、Csと酸素の表面吸着層がより少な
く、仕事関数が1.4eV以上でも電子放出が得られ
る。この場合、単色性のよい電子線が得られる。その様
な場合、電子放出面の仕事関数(φb)が前記p型半導
体のバンドギャップエネルギ(Eg)より1eV以上大
きくなると、放出電子量が激減するため、表面吸着層は
仕事関数がこの値を超えないよう、十分な量が必要とな
る。
Further, electron emission can be obtained even when the surface adsorption layer of Cs and oxygen is smaller and the work function is 1.4 eV or more. In this case, an electron beam with good monochromaticity can be obtained. In such a case, when the work function (φb) of the electron emission surface becomes larger than the band gap energy (Eg) of the p-type semiconductor by 1 eV or more, the amount of emitted electrons decreases sharply. Sufficient amounts are required so as not to exceed.

【0022】このホトカソード膜12は金属製のカソー
ドホルダ9と電気的に接触し、カソード電圧Vcとして
−3kVが供給される。対抗する引出電極2は0Vであ
り、放出された電子は両者による電界で加速され、電子
線3が得られる。この電子線はエネルギ幅が0.3〜
0.08eVと単色である。さらに、電子線の広外角も
狭く1mrad以下であるため、輝度が高い。
The photocathode film 12 is in electrical contact with the metal cathode holder 9 and is supplied with a cathode voltage Vc of -3 kV. The opposing extraction electrode 2 is at 0 V, and the emitted electrons are accelerated by the electric field generated by the two, and an electron beam 3 is obtained. This electron beam has an energy width of 0.3 to
It is a single color of 0.08 eV. Further, since the wide-angle of the electron beam is narrow and 1 mrad or less, the brightness is high.

【0023】本実施例では対物レンズ5に、透明基板1
1の厚さ(1.2mm)に対して球面収差補正し、NA=
0.45〜0.55のものを用いている。このため、励
起光の焦点は、1μmのオーダーであり、電流が1μA
程度の場合、輝度にして約108A/sr/cm2と極めて
高く、電界放射電子源並の値が得られる。なお、透明基
板11の厚さは1mmから1.5mmまでは、レンズ位置の
調整で大幅な劣化なく対応可能である。
In this embodiment, the objective lens 5 is provided with the transparent substrate 1
1 (1.2 mm), spherical aberration corrected, NA =
0.45 to 0.55 is used. Therefore, the focus of the excitation light is on the order of 1 μm, and the current is 1 μA.
In this case, the luminance is extremely high, about 10 8 A / sr / cm 2, and a value equivalent to that of a field emission electron source can be obtained. The thickness of the transparent substrate 11 can be adjusted from 1 mm to 1.5 mm without significant deterioration by adjusting the lens position.

【0024】図3(a)に光源装置部8の構成例を示
す。光源は、レーザダイオード30とコリメータレンズ
31とアナモルフィクプリズムペア33で構成されてお
り、電子回路(図示せず)により光出力をコントロール
されている。本実施例では、光学系を極めてコンパクト
かつ軽量に構成できるため、振動やドリフトによる擾乱
が小さいという利点がある。真空中にある対物レンズは
重量0.2g未満で、軽量コンパクトとなっているため
である。
FIG. 3A shows an example of the configuration of the light source device section 8. The light source includes a laser diode 30, a collimator lens 31, and an anamorphic prism pair 33, and the light output is controlled by an electronic circuit (not shown). In this embodiment, since the optical system can be configured to be extremely compact and lightweight, there is an advantage that disturbance due to vibration and drift is small. This is because the objective lens in vacuum has a weight of less than 0.2 g and is lightweight and compact.

【0025】ここでは、レーザダイオードの光が縦横比
を持っているために、コリメータレンズ31通過後の光
34は平行光になっているが、断面が楕円形になってい
る。このままでは収束したときの焦点径が縦横で異なる
ためにプリズムペア33を通して丸形平行光35に整形
している。
Here, since the light from the laser diode has an aspect ratio, the light 34 after passing through the collimator lens 31 is a parallel light, but has an elliptical cross section. In this state, the focal diameter at the time of convergence is different in the vertical and horizontal directions.

【0026】この方法のみでなく、ビームの縦横比を調
整すれば、例えば、図3(b)のように、一個のビーム
整形プリズム36でもよく、また、図3(c)のよう
に、コリメート光にする前に円柱レンズ37を入れて開
き角の比率を同じにしてもよい。
By adjusting not only this method but also the aspect ratio of the beam, for example, one beam shaping prism 36 may be used as shown in FIG. 3B, or a collimating prism 36 as shown in FIG. Before turning the light into light, a cylindrical lens 37 may be inserted to make the ratio of the opening angles the same.

【0027】また、電子ビームの用途により、厳密な円
形断面が不要であれば、ビーム整形プリズムを省いても
よい。この場合、構造が簡素化できる。また、ビーム整
形プリズムを用いなくとも、図5のように、シングルモ
ードの光ファイバ51中を数cm以上通すことで、分布特
性が極めて均一化される。これをファイバホルダ52に
接着し、微調ネジ53を介して光源筒54に着け、コリ
メータレンズ31を通して円形平行光35が得られる。
If a strict circular cross section is not required due to the use of the electron beam, the beam shaping prism may be omitted. In this case, the structure can be simplified. Further, even if a beam shaping prism is not used, as shown in FIG. 5, the distribution characteristics can be made extremely uniform by passing through a single mode optical fiber 51 by several cm or more. This is adhered to a fiber holder 52, attached to a light source tube 54 via a fine adjustment screw 53, and a circular parallel light 35 is obtained through the collimator lens 31.

【0028】この方法で得られる円形平行光35は極め
て分布のそろったガウシアンビームとなっているので、
対物レンズにより得られる焦点も非常に精度のよい円と
なる。またこの場合、レーザダイオード30やファイバ
ーカップルレンズ50の光源部分は、光ファイバ51で
離されている。このために、振動やドリフト対策が必要
となる部分はさらにコンパクトで、いっそう安定となる
という利点がある。
The circular parallel light 35 obtained by this method is a Gaussian beam having a very uniform distribution.
The focus obtained by the objective lens is also a very accurate circle. In this case, the light source portions of the laser diode 30 and the fiber couple lens 50 are separated by an optical fiber 51. For this reason, there is an advantage that a portion requiring measures against vibration and drift is more compact and more stable.

【0029】またこの光ファイバーを使った場合、光源
の自由度が増すために、例えば、ガスレーザやYAGレ
ーザなど半導体レーザ以外の特異な特性、例えば、短波
長光、紫外光、高出力光、パルス光、円偏光などの光源
を使うことができるという特徴がある。短波長光の場
合、焦点のいっそうの微細化が期待できる。円偏光の場
合、スピン偏極した電子線が得られる。パルス光の場
合、パルス電子線が得られる。また、光ファイバーを用
いて真空中に光を導入すれば、窓7を省略できる。この
場合、コリメータレンズと対物レンズの代わりに、集光
レンズ一個ですむという利点がある。
When this optical fiber is used, the degree of freedom of the light source is increased. For example, unique characteristics other than a semiconductor laser such as a gas laser or a YAG laser, such as short wavelength light, ultraviolet light, high output light, and pulse light There is a feature that a light source such as circularly polarized light can be used. In the case of short wavelength light, further miniaturization of the focus can be expected. In the case of circularly polarized light, a spin-polarized electron beam is obtained. In the case of pulsed light, a pulsed electron beam is obtained. If light is introduced into a vacuum using an optical fiber, the window 7 can be omitted. In this case, there is an advantage that only one condenser lens is required instead of the collimator lens and the objective lens.

【0030】図4には、より高性能化のための光の焦点
位置の微調機構の例を示す。対物レンズ5はホルダ13
により真空フランジ44から吊り下げられており、真空
フランジ44はベローズ41を介し真空容器10に対し
て位置の自由度を持ってつながっている。このフランジ
44の位置を位置微調機構45により調整する。
FIG. 4 shows an example of a mechanism for finely adjusting the focal position of light for higher performance. Objective lens 5 is holder 13
Is suspended from the vacuum flange 44, and the vacuum flange 44 is connected to the vacuum vessel 10 via the bellows 41 with a degree of freedom in position. The position of the flange 44 is adjusted by the position fine adjustment mechanism 45.

【0031】位置微調機構45は最も簡便には円筒状の
雄ねじ雌ねじの対で構成され、ネジの一方を回転させ、
もう一方をフランジ44に固定することで、高さ調整が
可能となる。高さ方向の可動幅は±0.1mm程度あれば
よく、精度10〜3μm程度である。最適位置は、電子
ビーム3を計測して決めることが最も望ましいが、応用
装置により難しい場合には、図4のように平行光6の光
路中にビームスプリッタ46を入れ、ホトカソード膜1
2からの反射光43をみればよい。
The position fine adjustment mechanism 45 is most simply constituted by a pair of cylindrical male and female screws, and rotates one of the screws.
By fixing the other end to the flange 44, the height can be adjusted. The movable width in the height direction may be about ± 0.1 mm, and the accuracy is about 10 to 3 μm. It is most desirable to determine the optimum position by measuring the electron beam 3. However, if it is difficult depending on the applied device, a beam splitter 46 is inserted in the optical path of the parallel light 6 as shown in FIG.
What is necessary is just to look at the reflected light 43 from 2.

【0032】ホトカソード膜12に入射する位置が、完
全に収束光4の最小半径の条件でのみ、反射光43は入
射光6と同じ形状の平行光となる。これをCCDカメラ
42等をおいて確認すれば最適位置の調整が可能とな
る。CCDカメラならずとも、より簡便にはホトディテ
クタ等をおいて反射光のパワーの最大値をとってもよ
い。また、位置微調機構45に微調ネジなどにより角度
の微調機構を備えるとよりいっそう精度の高い位置合わ
せが可能となる。
The reflected light 43 is a parallel light having the same shape as the incident light 6 only when the position of incidence on the photocathode film 12 is completely at the minimum radius of the convergent light 4. If this is confirmed using the CCD camera 42 or the like, the optimum position can be adjusted. Instead of using a CCD camera, more simply, a photodetector or the like may be used to take the maximum value of the reflected light power. Further, if the position fine adjustment mechanism 45 is provided with an angle fine adjustment mechanism using a fine adjustment screw or the like, the positioning can be performed with higher accuracy.

【0033】また、位置微調機構45に光軸と直角方向
の微動機構を備えると、電子ビームの軸調整として用い
ることができる。また、組立時の精度が高い場合など
は、ビームスプリッタを置かずとも、レーザ光源に戻っ
てくる反射光強度をみればよい。これは、半導体レーザ
に戻り光が入った場合のレスポンスをみてもよく、ある
いは、レーザの放射面と反対側においたホトディテクタ
の信号をみてもよい。
If the position fine adjustment mechanism 45 is provided with a fine movement mechanism in a direction perpendicular to the optical axis, it can be used for adjusting the axis of the electron beam. When the accuracy at the time of assembling is high, the reflected light intensity returning to the laser light source may be checked without using a beam splitter. This may be done by looking at the response when the return light enters the semiconductor laser, or by looking at the signal of a photodetector located on the side opposite to the laser emission surface.

【0034】本実施例においては電子線のエネルギを3
kVとしたがこの電圧は電子線の所望のエネルギを与え
るもので、電気配線類の耐圧の許す限り、どの値でもか
まわない。
In this embodiment, the energy of the electron beam is 3
Although the voltage is set to kV, this voltage gives a desired energy of the electron beam, and may be any value as long as the withstand voltage of the electric wirings permits.

【0035】また本実施例ではホトカソード膜としてG
aAsを用いたが、p型半導体であれば他の材料、例え
ばGaAs,AlAs,InP,InAs,GaP,G
aN等のIII−V族もしくはこれらの混合物、Si,
C,Ge等のIV族もしくはこれらの混合物で構成しても
同様の効果がある。
In this embodiment, G is used as the photocathode film.
Although aAs was used, other materials such as GaAs, AlAs, InP, InAs, GaP, and G may be used if they are p-type semiconductors.
III-V group such as aN or a mixture thereof, Si,
The same effect can be obtained by using a group IV group such as C and Ge or a mixture thereof.

【0036】また、表面吸着層として、Csと酸素を用
いたが、仕事関数が、p型半導体のバンドギャップエネ
ルギ程度以下に下がる材料であればよく、Cs,Na等
のアルカリ金属のみ、もしくは、Na等のアルカリ金属
と酸素、もしくはBa等のアルカリ土類と酸素、もしく
はこれらの混合物でも同様の効果がある。なお、炭素の
単結晶であるダイヤモンドを用いる場合は表面吸着層が
なくとも用いることができる。この場合は励起光として
紫外光が必要である。また、強度の高いSi等の膜で
は、透明基板11は必ずしも必要ではない。
Although Cs and oxygen are used as the surface adsorption layer, any material may be used as long as the work function is reduced to about the band gap energy of the p-type semiconductor, and only an alkali metal such as Cs and Na, or Alkali metals such as Na and oxygen, or alkaline earths such as Ba and oxygen, or a mixture thereof have the same effect. Note that when diamond, which is a single crystal of carbon, is used, it can be used without a surface adsorption layer. In this case, ultraviolet light is required as excitation light. The transparent substrate 11 is not always necessary for a high strength film such as Si.

【0037】また、本実施例ではホトカソードとしてN
EAホトカソードを用いたが、他の光電膜、例えば、
金、Taなどの金属板や膜、カルコゲンなどの膜、これ
らに表面吸着層を設けて仕事関数を低減した膜等でも、
仕事関数以上のエネルギの光を照射すると電子放出する
ので、本発明を使うと微細な電子源として有用となる。
In this embodiment, N is used as the photocathode.
Although an EA photocathode was used, other photoelectric films, for example,
A metal plate or film of gold, Ta, etc., a film of chalcogen or the like, or a film having a work function reduced by providing a surface adsorption layer thereon,
When irradiated with light having an energy higher than the work function, electrons are emitted. Therefore, the present invention is useful as a fine electron source.

【0038】また、本実施例では光入射方向と電子放出
方向が一致している透過型のホトカソードを用いたが、
図6のような光学系を用いるとホトカソードは薄膜であ
る必要がなく、反射型のホトカソードが使えるという利
点がある。
Further, in this embodiment, a transmission type photocathode in which the light incident direction and the electron emission direction coincide with each other is used.
When the optical system as shown in FIG. 6 is used, the photocathode does not need to be a thin film, and there is an advantage that a reflective photocathode can be used.

【0039】図6(a)では平行光を電子放出軸の垂直
方向から窓7を通して入射し、穴あき45度鏡62、穴
あき対物レンズ60、穴あき透明引出電極61を通っ
て、ホトカソード1の電子放出面に集光される。このホ
トカソード1はGaAs基板表面にp−GaAs/Ga
AlAs構造を形成したもので、図1の透過型ホトカソ
ードよりも製造しやすくコストも安いという利点があ
る。カソード材料としてはこれ以外にSiなど上記の例
に挙げたものを薄膜化せずに用いることができる。
In FIG. 6A, parallel light is incident through the window 7 from the direction perpendicular to the electron emission axis, passes through the perforated 45-degree mirror 62, the perforated objective lens 60, the perforated transparent extraction electrode 61, and passes through the photocathode 1 Is focused on the electron emission surface of the substrate. This photocathode 1 has p-GaAs / Ga on the surface of a GaAs substrate.
It has an AlAs structure, and has the advantage of being easier to manufacture and lower in cost than the transmission type photocathode of FIG. As the cathode material, other materials such as Si mentioned in the above examples can be used without thinning.

【0040】さらにこの構造では、ホトカソード1の上
の空間があくので、加熱ヒータ64を置き、カソードの
表面クリーニングを行うことができる。図1の電子源の
場合、電子銃とは別の場所で表面クリーニングと表面吸
着層形成という処理を行っているが、本構造ではすべて
を電子銃室内で行えるので、ホトカソードが劣化しても
繰り返し処理をして使えるという利点がある。なお、こ
の場合、透明引出電極のカソード側にはITOやネサ膜
などの透明導電膜が必要となる。
Further, in this structure, since a space above the photocathode 1 is opened, a heater 64 can be provided to clean the surface of the cathode. In the case of the electron source shown in FIG. 1, the processing of cleaning the surface and forming the surface adsorption layer is performed in a place different from the electron gun. However, in the present structure, all of the processing can be performed in the electron gun chamber. There is an advantage that it can be used after processing. In this case, a transparent conductive film such as an ITO or Nesa film is required on the cathode side of the transparent extraction electrode.

【0041】また、これ以外には、図6(b)のよう
に、収束光の通る部分に穴を広げた金属製の引出電極2
でもよい。
In addition to this, as shown in FIG. 6B, a metal extraction electrode 2 having a hole expanded in a portion through which convergent light passes.
May be.

【0042】また、光学系として、図7のように反射鏡
を用いてもよい。この場合、波長による色収差がないた
めに、調整が不要になるという利点がある。また、全部
の光学系を金属で構成できるために、チャージアップの
心配がない。図7(a)は、軸はずしの放物面鏡70を
用いた場合である。放物面の焦点はカソード1上にあ
る。図7(b)は、反射対物を用いた場合で、回転楕円
凹面鏡72の二つの焦点F1,F2のうち一方がホトカ
ソード1表面、もう一方が回転放物凸面鏡71の焦点の
位置にある。回転放物凸面鏡71で反射された光は、回
転楕円凹面鏡72でカソード1上に集束される。この場
合、NAの値を0.5〜0.9と大きくできることが特
徴で、さらに色収差や吸収がないため、紫外光のような
短波長光でも集束できるため、サブμmの光スポットを
形成できるという利点がある。
As an optical system, a reflecting mirror may be used as shown in FIG. In this case, there is an advantage that adjustment is not required because there is no chromatic aberration due to wavelength. In addition, since all the optical systems can be made of metal, there is no need to worry about charge-up. FIG. 7A shows a case where an off-axis parabolic mirror 70 is used. The focus of the paraboloid is on the cathode 1. FIG. 7B shows a case where a reflection objective is used. One of the two focal points F1 and F2 of the spheroidal concave mirror 72 is at the surface of the photocathode 1 and the other is at the focal point of the parabolic convex mirror 71. The light reflected by the parabolic convex mirror 71 is focused on the cathode 1 by the spheroidal concave mirror 72. In this case, it is characterized in that the value of NA can be increased to 0.5 to 0.9. Further, since there is no chromatic aberration or absorption, even a short wavelength light such as ultraviolet light can be focused, so that a sub-μm light spot can be formed. There is an advantage.

【0043】なお、本実施例においてはホトカソードと
集光するレンズや鏡は離れたものを用いているが、一体
で製造したものでも、上気した必要条件を満足すれば同
様の効果が得られる。
In this embodiment, the photocathode and the focusing lens and mirror are separated from each other. However, the same effect can be obtained by integrally manufacturing the photocathode if the above-mentioned required conditions are satisfied. .

【0044】(実施例2)図8に本発明による電子源を
走査電子顕微鏡に応用した例を示す。77は偏向器、7
8は試料移動台、79は観察試料、80は本発明による
電子銃、81はホトカソード処理室、82は真空ポン
プ、83は第1絞り、84は第1電子レンズ、85は隔
壁、86は第2絞り、87は第2電子レンズ、88は電
子検出器、89は第3電子レンズである。
(Embodiment 2) FIG. 8 shows an example in which the electron source according to the present invention is applied to a scanning electron microscope. 77 is a deflector, 7
Reference numeral 8 denotes a sample moving table, 79 denotes an observation sample, 80 denotes an electron gun according to the present invention, 81 denotes a photocathode processing chamber, 82 denotes a vacuum pump, 83 denotes a first aperture, 84 denotes a first electron lens, 85 denotes a partition, and 86 denotes a partition. Reference numeral 87 denotes a second electron lens, 88 denotes an electron detector, and 89 denotes a third electron lens.

【0045】ホトカソード処理室81で活性化したホト
カソード(図示略)を実施例1で述べた構成を有する電
子源80に入れ、光励起(図示略)で電子線3を発生す
る。電子線3は開き角は小さいが電子のソースサイズは
1μmから3μm程度と大きいので、第1電子レンズ8
4、第2電子レンズ87、第3電子レンズ89と3段の
レンズにより1/700から1/2000に縮小して試
料79に照射され、偏向器77で電子線を掃引しなが
ら、電子検出器88で、試料79からの二次電子や反射
電子を検出し、SEM像を得る。
The photocathode (not shown) activated in the photocathode processing chamber 81 is put into the electron source 80 having the configuration described in the first embodiment, and the electron beam 3 is generated by photoexcitation (not shown). The electron beam 3 has a small opening angle but a large electron source size of about 1 μm to 3 μm.
Fourth, the second electron lens 87, the third electron lens 89 and the three-stage lens are used to reduce the size from 1/700 to 1/2000 and irradiate the sample 79 with the electron beam. At 88, secondary electrons and reflected electrons from the sample 79 are detected, and an SEM image is obtained.

【0046】電子源80は超高真空が必要とされるた
め、専用の真空ポンプ82を持ち、第1絞り83と隔壁
85により2段の差動排気を行っている。また、本電子
銃では測定に必要なとき以外には励起光を切ることで電
子線の発生を停止させるため、ブランキングプレートな
どは不要となっている。
Since the electron source 80 requires an ultra-high vacuum, it has a dedicated vacuum pump 82, and performs two-stage differential evacuation by means of a first throttle 83 and a partition 85. Further, in the present electron gun, the generation of the electron beam is stopped by cutting off the excitation light except when necessary for the measurement, so that a blanking plate or the like is not required.

【0047】本発明による電子線は上記したようにエネ
ルギ幅が狭いので、電子線のエネルギが数kから1kV
以下と低くとも色収差を小さく抑えられるため、分解能
が高いという特徴がある。この特徴は、電子による欠陥
やチャージアップの問題がある試料観察に適しており、
例えば、集積回路基板の製造工程中の検査に適してい
る。
Since the electron beam according to the present invention has a narrow energy width as described above, the energy of the electron beam is several k to 1 kV.
Since the chromatic aberration can be suppressed to a small value at a low level, the resolution is high. This feature is suitable for observing samples with defects due to electrons and charge-up problems.
For example, it is suitable for inspection during a manufacturing process of an integrated circuit board.

【0048】また、従来の電子顕微鏡と同等の加速電圧
では、より収差が小さくなるので、高分解能化が可能と
なる。
At the same accelerating voltage as that of the conventional electron microscope, the aberration becomes smaller, so that a higher resolution can be achieved.

【0049】本実施例では走査電子顕微鏡を例に取った
が、透過電子顕微鏡や電子線露光装置に用いても上記の
利点があるため、同様に、高性能化できるという利点が
ある。
In this embodiment, a scanning electron microscope is taken as an example. However, since the present invention is used for a transmission electron microscope or an electron beam exposure apparatus, the same advantage can be obtained because the above-mentioned advantages can be obtained.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上実施例を用いて説明して来たよう
に、本発明を用いることによってホトカソードへの収束
光を十分小さく絞りかつ、振動やドリフトの問題のない
高性能の電子源が得られる。 また、本発明を用いるこ
とによって、高性能の電子線応用装置が得られる。
As has been described with reference to the embodiments, by using the present invention, it is possible to obtain a high-performance electron source which converges convergent light to the photocathode sufficiently small and has no problem of vibration and drift. Can be Further, by using the present invention, a high-performance electron beam application device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の電子源の縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electron source according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来例の電子源の縦断面図図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional electron source.

【図3】本発明の一実施例における光源装置部の構成例
を示す縦断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a light source device section according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例における励起光の焦点位置微
調機構の構成例を示す縦断面図。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a focus position fine adjustment mechanism of excitation light in one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例における光源装置部の構成例
を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a light source unit according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例における光源装置部の構成例
を示す縦断面図。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a light source unit according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例における光源装置部の構成例
を示す縦断面図。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a light source device unit according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例の電機顕微鏡の概略縦断面
図。
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of an electric microscope according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ホトカソード、11…透明基板、12…ホトカソー
ド膜、2…電子引き出し電極、3…電子線、4…収束
光、5…対物レンズ、6…平行光、7…窓、8…光源装
置、9…カソードホルダ、10…真空容器、13…光源
取付台、21…固定ホトカソード、22…光源装置、2
3…大気中対物レンズ、30…レーザダイオード、31
…コリメータレンズ、32…レンズホルダ、33…アナ
モルフィクプリズムペア、34…楕円形平行ビーム、3
5…円形平行ビーム、36…ビーム整形プリズム、37
…円柱レンズ、38…光源シャーシ、41…ベローズ、
42…CCDカメラ、43…反射光、44…真空フラン
ジ、45…位置微調機構、46…ビームスプリッタ、5
0…ファイバーカップルレンズ、51…シングルモード
光ファイバ、52…ファイバホルダ、53…微調ネジ、
54…光源筒、60…穴あき対物レンズ、61…穴あき
透明引出電極、62…穴あき45度鏡、63…アノード
電極、64…加熱ヒータ、70…軸ずらした放物面鏡、
71…回転放物凸面鏡、72…回転楕円凹面鏡、77…
偏向器、78…試料移動台、79…観察試料、80…本
発明による電子銃、81…ホトカソード処理室、82…
真空ポンプ、83…第1絞り、84…第1電子レンズ、
85…隔壁、86…第2絞り、87…第2電子レンズ、
88…電子検出器、89…第3電子レンズ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photo cathode, 11 ... Transparent substrate, 12 ... Photo cathode film, 2 ... Electron extraction electrode, 3 ... Electron beam, 4 ... Convergent light, 5 ... Objective lens, 6 ... Parallel light, 7 ... Window, 8 ... Light source device, 9 ... Cathode holder, 10 ... Vacuum container, 13 ... Light source mount, 21 ... Fixed photocathode, 22 ... Light source device, 2
3 ... atmosphere objective lens, 30 ... laser diode, 31
... a collimator lens, 32 ... a lens holder, 33 ... an anamorphic prism pair, 34 ... an elliptical parallel beam, 3
5: circular parallel beam, 36: beam shaping prism, 37
... Cylindrical lens, 38 ... Light source chassis, 41 ... Bellows,
42: CCD camera, 43: reflected light, 44: vacuum flange, 45: position fine adjustment mechanism, 46: beam splitter, 5
0: fiber couple lens, 51: single mode optical fiber, 52: fiber holder, 53: fine adjustment screw,
54: Light source cylinder, 60: Perforated objective lens, 61: Perforated transparent extraction electrode, 62: Perforated 45 degree mirror, 63: Anode electrode, 64: Heater, 70: Off-axis parabolic mirror,
71: rotating parabolic convex mirror, 72: spheroidal concave mirror, 77 ...
Deflector, 78: Sample moving table, 79: Observed sample, 80: Electron gun according to the present invention, 81: Photocathode processing chamber, 82:
Vacuum pump, 83 first diaphragm, 84 first electron lens,
85 ... partition wall, 86 ... second aperture, 87 ... second electron lens,
88: Electronic detector, 89: Third electronic lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 福原 悟 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 戸所 秀男 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 Fターム(参考) 5C030 BB02 BC06 CC01 CC02 CC07 5C035 CC01 CC04 CC07 5F073 AB21 AB25 AB27 AB28 AB29 BA09  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Shinada 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. Within the measuring instruments group (72) Hideo Todokoro 882, Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term within the measuring instruments group, Hitachi, Ltd. BA09

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空中にあって光入射により電子を放出す
る手段であるホトカソードと、入射する励起光の光源装
置と、発生する電子を引き出す引出し電極よりなる光励
起電子線源において、光源とホトカソードの間には少な
くとも1枚の光学レンズもしくは鏡で構成される前記励
起光の収束手段もしくは結像手段があり、同手段を構成
する前記レンズもしくは鏡のうちの少なくとも一つが前
記ホトカソードと同一の真空層中にあることを特徴とす
る光励起電子線源。
1. A photo-excited electron beam source comprising a photocathode, which is a means for emitting electrons by light incidence in a vacuum, a light source device for incident excitation light, and an extraction electrode for extracting generated electrons, wherein a light source and a photocathode are provided. There is converging means or image forming means for the excitation light comprising at least one optical lens or mirror, and at least one of the lenses or mirrors constituting the means has the same vacuum as the photocathode. A photoexcited electron beam source characterized by being in a layer.
【請求項2】請求項1に記載の電子線源において、前記
ホトカソードの電子放出面はp型半導体もしくはp型半
導体表面に1分子層以下の表面吸着層があり、励起光の
エネルギは前記p型半導体のバンドギャップエネルギ
(Eg)以上であり、前記表面吸着層は電子放出面の仕
事関数(φb)が前記p型半導体のバンドギャップエネ
ルギ(Eg)より1eV以上大きくならない条件で選ば
れることを特徴とする光励起電子線源。
2. The electron beam source according to claim 1, wherein the electron emission surface of the photocathode has a p-type semiconductor or a surface adsorption layer of one molecular layer or less on the surface of the p-type semiconductor, and the energy of the excitation light is the p-type semiconductor. The band-gap energy (Eg) of the p-type semiconductor or more, and the surface adsorption layer is selected under the condition that the work function (φb) of the electron emission surface does not exceed the bandgap energy (Eg) of the p-type semiconductor by 1 eV or more. Characterized photoexcited electron beam source.
【請求項3】請求項2に記載の電子線源において、前記
p型半導体はGaAs,AlAs,InP,InAs,
GaP,GaN等の、III−V族もしくはこれらの混合
物で構成されることを特徴とする光励起電子線源。
3. The electron beam source according to claim 2, wherein said p-type semiconductor is GaAs, AlAs, InP, InAs,
A photoexcited electron beam source comprising a group III-V material such as GaP or GaN, or a mixture thereof.
【請求項4】請求項2に記載の電子線源において、前記
p型半導体はSi,C,Ge等の、IV族もしくはこれら
の混合物で構成されることを特徴とする光励起電子線
源。
4. The electron beam source according to claim 2, wherein said p-type semiconductor is made of a group IV material such as Si, C, Ge, or a mixture thereof.
【請求項5】請求項2に記載の電子線源において、前記
表面吸着層はCs,Na等のアルカリ金属もしくは、C
s,Na等のアルカリ金属と酸素、もしくはBa等のア
ルカリ土類と酸素、もしくはこれらの混合物であること
を特徴とする光励起電子線源。
5. The electron beam source according to claim 2, wherein said surface adsorption layer is made of an alkali metal such as Cs, Na or the like.
A photoexcited electron beam source comprising an alkali metal such as s and Na and oxygen, or an alkaline earth such as Ba and oxygen, or a mixture thereof.
【請求項6】請求項1に記載の電子線源において、加熱
ヒータなどによるホトカソードの表面清浄化手段および
表面吸着層形成手段から構成される、ホトカソードの表
面活性化処理手段を持つことを特徴とする光励起電子線
源。
6. The electron beam source according to claim 1, further comprising a photocathode surface activation processing means comprising a photocathode surface cleaning means using a heater or the like and a surface adsorption layer forming means. Photoexcited electron beam source.
【請求項7】請求項1に記載の電子線源において、前記
励起光の光源装置は半導体レーザとコリメータレンズを
含む光学部品で構成されることを特徴とする光励起電子
線源。
7. An electron beam source according to claim 1, wherein said excitation light source device is constituted by an optical component including a semiconductor laser and a collimator lens.
【請求項8】請求項7に記載の電子線源において、前記
光源装置は台もしくは位置調整機構を持った台を介して
真空槽の窓に対して固定したことを特徴とする光励起電
子線源。
8. An electron beam source according to claim 7, wherein said light source device is fixed to a window of a vacuum chamber via a table or a table having a position adjusting mechanism. .
【請求項9】請求項7に記載の電子線源において、前記
光源装置は半導体レーザからの楕円形ビームを円形に近
づけるビーム整形手段を有することを特徴とする光励起
電子線源。
9. The photoexcited electron beam source according to claim 7, wherein said light source device has a beam shaping means for making an elliptical beam from the semiconductor laser closer to a circle.
【請求項10】請求項9に記載の電子線源において、前
記ビーム整形手段は1個ないし2個のプリズムからなる
ことを特徴とする光励起電子線源。
10. An electron beam source according to claim 9, wherein said beam shaping means comprises one or two prisms.
【請求項11】請求項1に記載の電子線源において、前
記光源装置には、レーザ光源、光ファイバ、および両者
の光結合装置を含み、前記励起光の収束手段は少なくと
も一つのレンズもしくは鏡からなることを特徴とする光
励起電子線源。
11. The electron beam source according to claim 1, wherein the light source device includes a laser light source, an optical fiber, and an optical coupling device for both, and the means for converging the excitation light includes at least one lens or mirror. A photoexcited electron beam source, comprising:
【請求項12】請求項1もしくは2に記載の電子線源に
おいて、電子放出面へのCs供給手段があることを特徴
とする光励起電子線源。
12. A photo-excited electron beam source according to claim 1, further comprising means for supplying Cs to an electron emission surface.
【請求項13】請求項1から12のいずれかに記載の電
子線源において、前記ホトカソードの電子放出面側に反
射鏡と集光手段があり、前記反射鏡は45度±5度の傾
きを持ち横方向より入射する励起光をホトカソード方向
に反射し、前記集光手段によりホトカソード表面近傍に
励起光の焦点を持ち、前記反射鏡と前記集光手段には電
子線通過用の通路があることを特徴とする光励起電子線
源。
13. An electron beam source according to claim 1, further comprising a reflecting mirror and a condensing means on the electron emission surface side of said photocathode, wherein said reflecting mirror has a tilt of 45 ° ± 5 °. Exciting light incident from the lateral direction is reflected in the photocathode direction, the light condensing means has a focal point of the excitation light near the photocathode surface, and the reflecting mirror and the light condensing means have a passage for electron beam passage. A photoexcitation electron beam source characterized by the above-mentioned.
【請求項14】請求項13に記載の電子線源において、
前記集光手段は球面収差を補正した凸レンズであり、前
記凸レンズ中央に円形断面の穴があることを特徴とする
光励起電子線源。
14. The electron beam source according to claim 13, wherein
A light-excited electron beam source, wherein the condensing means is a convex lens having a spherical aberration corrected, and a hole having a circular cross section is provided at the center of the convex lens.
【請求項15】請求項13に記載の電子線源において、
前記集光手段と前記ホトカソードとの間に、透明もしく
は不透明の引出電極を設けたことを特徴とする光励起電
子線源。
15. The electron beam source according to claim 13, wherein
A photo-excited electron beam source, wherein a transparent or opaque extraction electrode is provided between the condensing means and the photocathode.
【請求項16】請求項13に記載の電子線源において、
前記集光手段は軸はずしの放物面鏡もしくは回転放物面
を近似した凹面鏡であることを特徴とする光励起電子線
源。
16. The electron beam source according to claim 13, wherein
A light-excited electron beam source, wherein the focusing means is an off-axis parabolic mirror or a concave mirror approximating a rotating paraboloid.
【請求項17】請求項13に記載の電子線源において、
前記集光手段は回転放物面もしくはこれに近似した回転
放物凸面鏡と回転楕円面もしくはこれに近似した回転楕
円凹面鏡の2種の鏡からなる反射対物であることを特徴
とする光励起電子線源。
17. The electron beam source according to claim 13, wherein
The light-excited electron beam source is characterized in that the condensing means is a reflection objective comprising two kinds of mirrors: a paraboloid of revolution or a paraboloid of convex approximation thereof and a spheroid or concave spheroid of approximation thereof. .
【請求項18】請求項1から12のいずれかに記載の電
子線源において、前記ホトカソードの電子放出面からみ
て裏面側に集光手段があり、前記ホトカソードは、薄膜
もしくは透明基板上に支持された薄膜からなることを特
徴とする光励起電子線源。
18. An electron beam source according to claim 1, further comprising a condensing means on a back surface side of the photocathode as viewed from an electron emission surface, wherein the photocathode is supported on a thin film or a transparent substrate. A photoexcited electron beam source comprising a thin film.
【請求項19】請求項18に記載の電子線源において、
前記集光手段はホトカソード薄膜裏面上もしくは透明基
板を介してホトカソード薄膜裏面上に焦点を結ぶように
球面収差補正された凸レンズであることを特徴とする光
励起電子線源。
19. The electron beam source according to claim 18, wherein
A photo-excited electron beam source, characterized in that the condensing means is a convex lens whose spherical aberration has been corrected so as to focus on the back surface of the photocathode thin film or on the back surface of the photocathode thin film via a transparent substrate.
【請求項20】請求項19に記載の電子線源において、
前記ホトカソードの透明基板の厚さが1.0mmから1.
5mm、より望ましくは1.0mmから1.2mmであること
を特徴とする光励起電子線源。
20. The electron beam source according to claim 19,
The thickness of the transparent substrate of the photocathode is from 1.0 mm to 1.
A photoexcited electron beam source having a length of 5 mm, more preferably 1.0 mm to 1.2 mm.
【請求項21】請求項1から20のいずれかに記載の電
子線源を用い、電子レンズ、真空ポンプ、電子検出器、
電子線偏向器などのうち少なくとも一つ以上の組み合わ
せを用いた電子線応用装置。
21. An electron lens, a vacuum pump, an electron detector, and an electron beam source according to any one of claims 1 to 20.
An electron beam application device using a combination of at least one of an electron beam deflector and the like.
【請求項22】請求項21に記載の電子線応用装置にお
いて、試料照射時の電子線のエネルギを1kV以下で用
いることを特徴とした電子線応用装置。
22. The electron beam application apparatus according to claim 21, wherein the energy of the electron beam at the time of irradiating the sample is 1 kV or less.
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