JP2008140623A

JP2008140623A - 電子線源装置

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Publication number: JP2008140623A
Application number: JP2006324558A
Authority: JP
Inventors: Fukurai Cho; 福来趙
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】電子線源以外の引き出し電極等の部品に対しても吸着ガス分子の除去を行うことを可能にする電子線源装置を提供する。
【解決手段】電子線源である陰極１と、この陰極１から電子線を引き出すために、陰極１に印加される電圧に対して正の電圧が印加される引き出し電極２と、電子線を集束する電子線レンズとを少なくとも備え、引き出し電極２が、電流を流して、抵抗加熱により引き出し電極２自体を加熱することが可能であり、加熱により引き出し電極２に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有する電子線源装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線源である陰極から電子線を発生させて、この電子線を引き出し電極によって引き出す構成の電子線源装置に関わる。

適切な仕事関数を持つ材料（例えば、タングステン）を先鋭化して陰極を作製し、これを電界放出電子源として、引き出し電極により陰極に強電界を印加することにより、陰極の先端から電子が抜け出してくる。即ち、いわゆる電界電子放出現象を生じる。

電子線を電界電子放出する電子線源（電界放出電子源）は、高輝度、点光源のコヒーレント電子線源として、高性能の電子顕微鏡や電子線ホログラフィー装置に広く利用されている（例えば、非特許文献１参照）。

従来、引き出し電極は、電子線源を覆う容器のような形状とされている。
例えば、図９Ａの平面図及び図９Ｂの断面図に示すように、引き出し電極５２は、筒状であり、細い金属ワイヤー５３に溶接した針状の電子線源（電界放出電子源）５１の上を被せるようにして、電子線源装置の内部に配置されている。このような形状の引き出し電極５２は、例えば、ステンレス板を板金加工して筒状に成形することによって、作製することができる。
引き出し電極５２の上面の中央には、電子線源５１から放出された電子線を通過させるために、開口が形成されている。

電子線源５１は、超高真空下での使用中において、定期的にその表面に吸着した分子をガス出しする必要がある。
電子線源５１の表面に水分子等の吸着分子が残っていると、電子線の電流量が不安定になり、電子線源５１自身も壊れやすくなって、使用寿命が短くなる。

このような不具合を防ぐため、通常、電子線源装置では、電子線源５１から電子を取り出す前に、電子線源５１を加熱している。これにより、電子線源５１の表面上の吸着分子を脱離させる（ガス出し）ことができる。
このガス出しは、電子線源５１が溶接されている細い金属ワイヤー５３に通電して加熱する方法で行っている。

ところで、表面吸着分子による電子線の電流量の揺らぎの振幅と、吸着分子量との間には、比例関係がある。
そこで、電流量の揺らぎの増加を観察すれば、電子線源の表面の清浄度がわかるので、電流量の揺らぎを測定して、電子線源の状態を把握することができる（例えば、非特許文献２参照）。

日刊工業新聞社刊、「電子・イオンビームハンドブック」第３版、１９９８年１０月２８日発行、ｐ．１４０山本恵彦著、「電界放射電子線源の雑音」、応用物理４６、ｐ．１２３０

吸着分子は電子線源自身以外にも、真空チャンバー内のいたるところに残っており、それらもトラブルの元となる。

特に、引き出し電極は、一般的に、図９Ａ及び図９Ｂに示したような、容器の底面の中央に穴を開けたような形状であるため、表面積が広く、また高温加熱が不可能であることから、表面に多量の吸着分子が残っている。
そして、この引き出し電極に、電子線源から放出された電子線が当たると、吸着分子が脱離される。
引き出し電極と電子線源の先端との距離は、数ｍｍ以下であるため、脱離された分子の一部が電子線源に吸着して、電子線源及び電子線源装置にトラブルを起こす。

電子線をより安定に取り出すためには、引き出し電極及び他の電極等に吸着しているガス分子も、除去する（即ち、ガス出しを行う）必要がある。
しかし、電子線源を搭載している従来の電子線源装置では、引き出し電極のガス出し機構を備えていなかった。

また、電流量の揺らぎの振幅は小さいので、電流量の測定には同軸線が必要となるが、電子線源を通電加熱するために配線を設けて、合計２つの配線を用いると、揺らぎの測定は外来ノイズに敏感となって不安定となる。
従って、電流量の揺らぎの測定には、真空外から真空内の電子線源までの配線を、一本の同軸線にする必要がある。

上述した問題の解決のために、本発明においては、電子線源以外の引き出し電極等の部品に対しても吸着ガス分子の除去を行うことを可能にする電子線源装置を提供するものである。

本発明の電子線源装置は、電子線源である陰極と、この陰極から電子線を引き出すために、陰極に印加される電圧に対して正の電圧が印加される引き出し電極と、電子線を集束する電子線レンズとを少なくとも備え、引き出し電極が、電流を流して、抵抗加熱により引き出し電極自体を加熱することが可能であり、加熱により引き出し電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有するものである。

また、本発明の他の電子線源装置は、電子線源である陰極と、この陰極から電子線を引き出すために、陰極に印加される電圧に対して正の電圧が印加される引き出し電極と、陰極から引き出された電子線を集束させるために、陰極に印加される電圧に対して負の電圧が印加されるサプレッサ電極と、電子線を集束する電子線レンズとを少なくとも備え、引き出し電極及びサプレッサ電極の内の少なくとも一方が、電流を流して、抵抗加熱により電極自体を加熱することが可能であり、加熱により電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有するものである。
この本発明の他の電子線源装置において、自己加熱洗浄機能を有する電極は、引き出し電極及びサプレッサ電極、引き出し電極のみ、サプレッサ電極のみ、のいずれの構成も可能である。

上記本発明の電子線源装置及び上記本発明の他の電子線源装置において、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、タングステン又はタンタルから構成することが可能である。
また、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、幅１ｍｍ以下であり、厚さ０．０２ｍｍ以下である構成とすることが可能である。
また、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、中央部分に略円形のリング状の部分を有する構成とすることが可能である。
また、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、抵抗加熱により１５００℃以上に加熱して、熱電子を放出することが可能であり、この熱電子の衝突によって、陰極と電子線レンズと他の部品とのうち少なくともいずれかに吸着したガスを除去することが可能である構成としてもよい。

上述の本発明の電子線源装置によれば、引き出し電極が、電流を流して、抵抗加熱により引き出し電極自体を加熱することが可能であり、加熱により引き出し電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有することにより、抵抗加熱によって引き出し電極に吸着したガスを除去して、引き出し電極の表面を清浄化することができる。
また、上述の本発明の他の電子線源装置によれば、引き出し電極及びサプレッサ電極の少なくとも一方が、電流を流して、抵抗加熱により引き出し電極自体を加熱することが可能であり、加熱により引き出し電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有することにより、抵抗加熱によって自己加熱洗浄機能を有する電極に吸着したガスを除去して、この電極の表面を清浄化することができる。

従って、本発明により、自己加熱洗浄機能を有する電極の表面を清浄化することができるため、この電極に吸着したガスに起因するトラブルを回避して、電子線の電流量を安定化させることができる。
これにより、電流量が安定した、信頼性の高い電子線源装置を実現することができる。

また、特に、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、タングステン又はタンタルから構成したときには、タングステンやタンタルが２０００℃よりも高い融点を有するので、電極を２０００℃程度まで加熱することが可能になる。
これにより、自己加熱洗浄機能の効果を高めることができると共に、電極から熱電子を発生させてこの熱電子の衝突によって、陰極や電子線レンズや他の部品（電極その他）に対しても吸着ガスの除去を行うことも可能になる。

また、特に、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、幅１ｍｍ以下であり、厚さ０．０２ｍｍ以下である構成としたときには、電極の断面積が小さくなり抵抗を比較的高くすることができるため、抵抗加熱により容易に高温に加熱することが可能になる。

また、特に、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、中央部分に略円形のリング状の部分を有する構成としたときには、このリング状の部分で、陰極又は陰極から放出された電子線を囲って、電界を加えることができる。そして、リング状の部分が略円形であるため、陰極や電子線に対して、その周囲に、歪みがなく均一な電界を加えることができる。

また、特に、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極又はサプレッサ電極）を、抵抗加熱により１５００℃以上に加熱して、熱電子を放出することが可能であり、この熱電子の衝突によって、陰極と電子線レンズと他の部品とのうち少なくともいずれかに吸着したガスを除去する構成としたときには、熱電子の衝突によって陰極や電子線レンズや他の部品（電極その他）に対しても吸着ガスの除去を行うことができるため、電子線源装置の真空部分における吸着ガスをほとんど除去することも可能になる。

以下、本発明の電子線源装置の実施の形態について説明する。

本発明の電子線源装置の一実施の形態の概略構成図を、図１Ａ及び図１Ｂに示す。
図１Ａは、電子線源装置の要部、即ち引き出し電極付近の平面図を示す。図１Ｂは、引き出し電極付近の断面図を示す。
本実施の形態は、電子線源、引き出し電極、そして電子線が当たる部品のガス吸着問題、そして電流の揺らぎ測定問題を解決するために、新型の引き出し電極を構成した場合である。

本実施の形態においては、特に、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、引き出し電極２を、中央部の略円形のリング状（ドーナツ状）の部分２Ａと、その左右に接続された棒状の部分２Ｂとを有する構成としている。引き出し電極２のリング状の部分２Ａは、棒状の部分２Ｂよりやや幅が細くなっている。
そして、この引き出し電極２は、そのリング状の部分２Ａの開口の中心に、電子線源（陰極）１が対向するように、かつ、電子線源（陰極）１の先端の少し上方の高さで水平に配置されている。

電子線源（陰極）１は、先端が針状になっており、同軸ケーブル３の上に接続されている。

なお、図示しないが、電子線を集束させる電子線レンズや、電子線を制御するためのその他の電極等を備えて、電子線源装置が構成される。
電子線レンズは、通常、静電場を印加する構成であるが、静電場と静磁場とを印加する構成としてもよい。

本実施の形態においては、以下の観点により、図１Ａ及び図１Ｂに示したように引き出し電極２を構成している。
（１）引き出し電極２に残留している吸着ガス量を減らすために、引き出し電極２の面積を小さくする。
そのため、リング状の部分２Ａ及び棒状の部分２Ｂの幅を小さく、かつ電極２の厚さを薄くしている。特にリング状の部分２Ａは、棒状の部分２Ｂよりも幅を細くして表面積を小さくしている。
（２）真空中で引き出し電極２を１５００℃以上に加熱することが可能な構成とする。引き出し電極２を１５００℃以上に加熱すると、吸着ガスの殆どが脱離するため、引き出し電極２の表面が清浄になる。
加えて、引き出し電極２から熱電子が放出され、その熱電子を電子線源１と電子線源１の周辺の電子線レンズや電極等に衝突させて、それらに吸着した分子をも除去することが可能な構成とする。
これにより、ガスを脱離させた後に、電子線源１から電子線を取り出す際の、電子線によるガス分子の放出を防ぐこともできる。
（３）引き出し電極２の加熱により、上述のように引き出し電極２から放出された熱電子を、さらに加速して電子線源１に衝突させることにより、電子線源１を１０００℃以上に加熱する構成とする。
これにより、電子線源１を通電加熱しなくても、電子線源１を加熱して吸着ガスの除去を行うことが可能になるため、電子線源１への通電加熱手段が不要となり、１本の同軸ケーブル３だけで電子線源１を配線することが可能になる。また、１本の同軸ケーブル３だけで電子線源１を配線することにより、電子線源１の電流量の測定を、外来ノイズの影響を抑制して、安定して行うことが可能になる。
（４）上述した（１）〜（３）の３つの条件を満たしながら、従来の引き出し電極で形成される電界と同じ形態の電界が、電子線源１周辺に形成されるように構成する。

引き出し電極２の中央部のリング状（ドーナツ状）の部分２Ａの形状は、図１Ａに示したように、略円形とすることが好ましい。
楕円形や他の形状も可能であるが、電子線源１の周辺に形成される電界の歪みをなくすためには、略円形にする必要がある。

図９Ｂに示した筒状の引き出し電極５２では、電圧（電位）を印加することは可能であるが、筒全体が等電位となるため、引き出し電極５２に電流を流すことができない。
これに対して、本実施の形態の引き出し電極２では、両側の棒状の部分２Ｂにそれぞれ異なる電位を与えれば、電位差により引き出し電極２内を電流が流れ、リング状の部分２Ａを抵抗加熱することができる。

引き出し電極２の幅を細くしていることにより、断面積が小さく抵抗が大きくなるため、抵抗加熱で温度上昇させやすくなる。また、表面積が小さくなるため、熱が逃げにくくなる。
これにより、引き出し電極２から熱を発生させて、引き出し電極２に吸着しているガス分子を容易に脱離させることができる。

引き出し電極２の材質は、各種の金属（元素単体もしくは合金）のうち、吸着ガスの脱離に必要な加熱温度に耐えうるように、加熱温度よりも充分に高い融点（例えば、２０００℃以上）を有するものを用いることが望ましい。
より好ましくは、例えば、２０００℃以上の加熱温度が可能となるように、タングステン（融点３４２２℃）やタンタル（融点３２９０℃）等の高融点金属を、引き出し電極２に用いる。

ここで、引き出し電極２の具体的な設計例の平面図を、図２に示す。
本例では、図２に示すように、引き出し電極２の長さを１８ｍｍ、棒状の部分２Ｂの幅を１ｍｍ、リング状の部分２Ａの内部の開口の直径を５ｍｍ、外部の直径を６ｍｍとしている。リング状の部分２Ａの開口の形状は、略円形の八角形状となっている。
そして、例えば、厚さ０．０１５ｍｍのタングステン箔をレーザ加工して、図２に示す引き出し電極２を作製することができる。
このような設計寸法とすると、電子が主に当たる中心部分のリング状の部分２Ａは、９ｍｍ^２以下の狭い面積となるため、ガス分子の吸着量は、従来の板状の引き出し電極（図９の５２）よりも、極めて少ない量となると考えられる。

＜加熱テスト＞
ここで、実際に引き出し電極２を作製して、その加熱テストを行った。
図２に示した設計例の引き出し電極２を作製した。
また、電子線源１は、＜１１１＞タングステン単結晶ワイヤーにより作製した。
これら作製した引き出し電極２及び電子線源１を、図１Ａ及び図１Ｂに示す位置関係として、１×１０^−６Ｐａ程度の高真空の雰囲気内に設置した。
そして、引き出し電極２に電流を流して、引き出し電極２及び電子線源１の温度をパイロメータで測定した。
引き出し電極２に流す電流量を変えて、それぞれ、温度の測定を行った。

引き出し電極２に流す電流量を２．５Ａ以上とすると、引き出し電極２のリング状の部分２Ａが白熱するが、この発熱した状態の写真を、図３に示す。図３は、電流量が３Ａのときの写真である。
また、温度の測定結果を、図４Ａに示す。図４Ａは、通電電流と引き出し電極２の温度との関係を示している。

図３及び図４Ａに示すように、引き出し電極２は、２．５Ａの通電電流で白熱し、自身に吸着しているガス分子を除去するのに充分な温度である、１０００℃以上になる。
そして、４．５Ａの通電電流で、引き出し電極２は１５００℃以上になる。このとき、引き出し電極２に−５０Ｖ以上の負の電位をかけると、引き出し電極２から１０ｍＡ以上の多量の熱電子が電極から放出される。

ここで、引き出し電極２に−５０Ｖの負の電位をかけて、引き出し電極２から放出される熱電子による熱放出電流を測定した。通電電流の変化によって引き出し電極２の温度を変化させて、同様に熱放出電流を測定した。
測定結果として、引き出し電極２の温度と熱放出電流の量との関係を、図４Ｂに示す。

図４Ｂに示すように、１４００℃以下では、熱放出電流が発生しないか、発生してもごく僅かの量である。１５００℃付近で、熱放出電流の量が増大し、１５５０℃以上では増加の割合が一定に近くなっている。

そして、引き出し電極２から熱電子を放出させている状態で、リング状の部分２Ａの真ん中に位置している電子線源１に、＋１ｋＶの電位をかけて、熱電子を１ｋｅＶのエネルギーで電子線源１に衝突させると、電子線源１が加熱されて、その温度が上昇する。
熱電子の衝突により温度が上昇した、電子線源１の温度を測定した。通電電流の変化によって引き出し電極２の温度と熱放出電流の量とを変化させて、同様に電子線源１の温度を、パイロメータで測定した。
測定結果として、熱放出電流の量と電子線源１の温度との関係を、図４Ｃに示す。

図４Ｃに示すように、熱放出電流が８ｍＡで電子線源２の温度が１１００℃以上となり、１５ｍＡで１３００℃以上となっている。熱放出電流がないときには、電子線源２の温度は室温と同じである。図４Ｃでは、４ｍＡと６ｍＡとで温度が１０５０℃とほぼ同じになっているが、これは測定に使用したパイロメータの測定範囲が１０５０℃以上であるためであり、実際には異なる温度となっていると考えられる。

＜実験＞
本発明による新型の引き出し電極によって、電子線源（陰極）の加熱と、歪みのない電子線の引き出しとを、実現できる効果を実際に確認するため、以下の実験を行った。

上述の加熱テストで使用した試料と同一の構成の、電子線源１及び引き出し電極２を用意した。
これらの電子線源１及び引き出し電極２を用いて、図５Ａに示す電界電子顕微鏡（ＦＥＭ）を構成した。また、図５Ａの要部（電子線源１付近）の拡大図を、図５Ｂに示す。
図５Ａ中、２１はターボ分子ポンプ、２２はイオンポンプ及びＮＥＧ（非蒸発型ゲッターポンプ）、２３は液体窒素タンク、２４はチタン昇華ポンプを、それぞれ示している。
また、図５Ｂに示すように、電子線源１から放出され、引き出し電極２の開口を通過した電子線１１が、前方に配置した蛍光板１２に当たるように、配置した。引き出し電極２と蛍光板１２との距離は、約３ｃｍとした。
電子線源１は、図１Ｂに示したように、１本の同軸ケーブル３で配線して装着した。

実験に先立ち、ポンプ２１，２２，２４を使用して、装置内を真空引きした。到達圧力は、８×１０^−１０Ｐａ以下の極高真空（市販の真空システムは良くても１×１０^−８Ｐａ帯）である。
この状態で、以下のように、実験を行った。
まず、引き出し電極２を通電加熱して、引き出し電極２を熱電子線を放出する温度まで上昇させた。そして、引き出し電極２から、電子線源１と蛍光板１２とを含むＦＥＭの部品に、２０ｍＡの熱電子線を衝突させて、各部品の吸着ガス分子を洗浄した。
その後、引き出し電極２に＋１．５ｋＶ程度の電位をかけて、電子線源１から電子線１１を引き出すと共に、蛍光板１２に＋３ｋＶ程度の電位をかけて、電子線１１のパターンを蛍光板１２で観察した。
蛍光板１２で観察されたパターンを、図６に示す。

図６に示すように、タングステン＜１１１＞電子線源１からの電子線１１のパターンが、＜１１１＞方向の電子線源１先端の３回対称を、歪みなく正確に反映した像（例えば、E. Rokuta et al.,Applied Surface Science,251,(2005),P205-209）を参照。）となっており、電子線源１にかかる電界に歪みがないことを証明している。

タングステン＜１１１＞電子線源１は、加熱洗浄前、酸化膜と炭化物質に覆われた状態であり、図６に示すような汚れのない均一なパターンを出すためには、電子線源１を２０００℃以上で加熱する必要がある。
図６に示す清浄なパターンが得られることから、電子線源１に２０ｍＡの熱電子線を衝突させると、電子線源１の先端温度が２０００℃以上に上がり、図１〜図２に示した引き出し電極２が、電子線源１の加熱洗浄の機能を充分に果たしていることがわかる。

パターン観察中、つまり放出電子線１１が引き出し電極２と蛍光板１２に衝突している状態で、チャンバーの圧力は８×１０^−１０Ｐａの真空度を維持しており、ガスが電子線源１の周辺から殆ど放出されていないのがわかった。

洗浄されたタングステン＜１１１＞電子線源１の表面は、１×１０^−８Ｐａ帯の真空でも、数十分でガスに覆われて仕事関数が増えるため、同じ引き出し電位を維持していても電子線１１の電流量が段々減少していき、最後には安定するようになる。
この電子線１１の電流量の変化を観察して、電流量が減って安定するまでの時間を測定することにより、電子線源１に吸着するガス分子の吸着量を見積もることができる。
そこで、タングステン＜１１１＞単結晶電子線源１を加熱洗浄した後に、印加電圧一定のもとで電子線１１を放出させ続けて、放出電流の量の時間変化を測定した。
測定結果として、電子線１１の放出時間と電子線１１の電流量との関係を、図７に示す。

通常の超高真空で得られた電流量は、数分から数十分で安定する（前記非特許文献１を参照）。
これに対して、図７に示すように、本発明の引き出し電極２を用いて洗浄した電子線源１からの電流量は、１０００分以上の時間で安定するので、電子線源１に付着するガス分子の吸着量が極めて少ないことがわかる。
以上のことから、本発明の引き出し電極は、引き出し電極自身はもちろん、電子線源や周辺部品の吸着分子洗浄機能も果たしていることがわかる。

上述の実施の形態及び実験では、本発明を引き出し電極を有する電子線源装置に適用して、引き出し電極に、加熱により電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を持たせた場合であった。
電子線源装置においては、電子線源から放出された電子線を広がりすぎないように、集束させる等の目的で、引き出し電極とは別にサプレッサ電極を設けた構成とすることもある。このサプレッサ電極には、陰極に印加される電圧に対して負の電圧が印加される。
本発明は、このように、引き出し電極にさらにサプレッサ電極を備えた電子線源装置にも適用することが可能であり、引き出し電極及びサプレッサ電極の少なくとも一方（一方のみ又は両方）に、加熱により電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を持たせることが可能である。

本発明の他の実施の形態として、引き出し電極にさらにサプレッサ電極を備えた電子線源装置に適用した場合を、次に示す。

本発明の電子線源装置の他の実施の形態の概略構成図を、図８Ａ及び図８Ｂに示す。図８Ａは電子線源付近の断面図を示しており、図８Ｂはサプレッサ電極の平面図を示している。

従来のサプレッサ電極は、電灯の笠のような形状であり、中央の開口から電子線源の先端が少し出るように配置されている。
これに対して、本実施の形態では、サプレッサ電極４を、先の実施の形態の引き出し電極２と同様に、中央の略円形のリング状（ドーナツ状）の部分４Ａと、その左右の棒状の部分４Ｂとからなる構成とする。
なお、電子線源１、引き出し電極２、同軸ケーブル３の各部品は、先の実施の形態と同様の構成となっている。

サプレッサ電極４の棒状の部分４Ｂは、図８Ａに示すように、リング状の部分４Ａに対して、斜めに延びている。
また、サプレッサ電極２のリング状の部分４Ａは、引き出し電極２のリング状の部分２Ａよりも、少し小さい径となっている。

本実施の形態では、引き出し電極２及びサプレッサ電極４に対する、電源の接続状態を変えれば、どちらの電極２，４にも自己加熱洗浄機能を持たせることが可能である。
自己加熱洗浄機能を持たせる電極には、電流を流すことができるように、棒状の部分２Ｂ，４Ｂの両端に電位差を与えることが可能な電源の接続状態とする。
例えば、サプレッサ電極４のみに自己加熱洗浄機能を持たせる場合には、サプレッサ電極４の棒状の部分４Ｂの両端に電位差を与えることができるように接続し、引き出し電極２の棒状の部分２Ｂの両端には同じ電位を与えるように接続する。

また、さらなる応用例として、電源の接続状態をスイッチ等によって変えて、引き出し電極２及びサプレッサ電極４のうちの任意の電極（引き出し電極２のみ、サプレッサ電極４のみ、両方の電極２，４とも）に、自己加熱洗浄機能を持たせるように切り換えることが可能な構成とすることもできる。

サプレッサ電極４に自己加熱洗浄機能を持たせる場合には、サプレッサ電極４の材質に、先の実施の形態の引き出し電極２と同様に、各種の金属（元素単体もしくは合金）のうち、吸着ガスの脱離に必要な加熱温度に耐えうるように、加熱温度よりも充分に高い融点（例えば、２０００℃以上）を有するものを用いることが望ましい。
より好ましくは、例えば、２０００℃以上の加熱温度が可能となるように、タングステン（融点３４２２℃）やタンタル（融点３２９０℃）等の高融点金属を、サプレッサ電極４に用いる。
なお、サプレッサ電極４に自己加熱洗浄機能を持たせないで、引き出し電極２のみに自己加熱洗浄機能を持たせる場合には、サプレッサ電極４の材質に、高融点金属以外の金属を使用することが可能である。

本実施の形態においても、先の実施の形態と同様に、自己加熱洗浄機能を有する電極（引き出し電極２又はサプレッサ電極４）から熱電子を放出させて、この熱電子をそのまま又は加速して電子線源１に衝突させることにより、電子線源１を加熱して吸着ガスの除去を行うことが可能である。
これにより、電子線源１を通電加熱しなくても、電子線源１を加熱して吸着ガスの除去を行うことが可能になるため、電子線源１への通電加熱手段が不要となり、１本の同軸ケーブル３だけで電子線源１を配線することが可能になる。また、１本の同軸ケーブル３だけで電子線源１を配線することにより、電子線源１の電流量の測定を、外来ノイズの影響を抑制して、安定して行うことが可能になる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

本発明の電子線源装置は、電子線源から放出された電子線を利用する各種の装置、例えば、電界電子顕微鏡（ＦＥＭ）等の電子顕微鏡、電子線ホログラフィー装置、電子線描画装置等に適用することが可能である。
特に、電子顕微鏡に適用した場合には、高性能の電子顕微鏡を構成することができる。

Ａ、Ｂ本発明の一実施の形態の装置の要部の概略構成図である。図１Ａ及び図１Ｂの引き出し電極の具体的な設計例の平面図である。引き出し電極が発熱した状態の写真である。Ａ通電電流と引き出し電極の温度との関係を示す図である。Ｂ引き出し電極の温度と熱放出電流の量との関係を示す図である。Ｃ熱放出電流の量と電子線源の温度との関係を示す図である。Ａ実験で構成した電界電子顕微鏡（ＦＥＭ）の概略構成図である。Ｂ図５Ａの要部（電子線源付近）の拡大図である。蛍光板で観察されたパターンである。電子線の放出時間と電子線の電流量との関係を示す図である。Ａ、Ｂ本発明の他の実施の形態の装置の要部の概略構成図である。Ａ、Ｂ従来の装置の要部の概略構成図である。

符号の説明

１電子線源（陰極）、２引き出し電極、３同軸ケーブル、４サプレッサ電極、１１電子線、１２蛍光板

Claims

電子線源である陰極と、
前記陰極から電子線を引き出すために、前記陰極に印加される電圧に対して正の電圧が印加される引き出し電極と、
前記電子線を集束する電子線レンズとを少なくとも備え、
前記引き出し電極が、電流を流して、抵抗加熱により前記引き出し電極自体を加熱することが可能であり、加熱により前記引き出し電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有する
ことを特徴とする電子線源装置。
前記引き出し電極が、タングステン又はタンタルから成ることを特徴とする請求項１に記載の電子線源装置。
前記引き出し電極が、幅１ｍｍ以下であり、厚さ０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子線源装置。
前記引き出し電極が、中央部分に、前記電子線を通過させる略円形のリング状の部分を有することを特徴とする請求項１に記載の電子線源装置。
前記引き出し電極が、前記抵抗加熱により１５００℃以上に加熱して、熱電子を放出することが可能であり、前記熱電子の衝突によって、前記陰極と前記電子線レンズと他の部品とのうち少なくともいずれかに吸着したガスを除去することが可能な構成であることを特徴とする請求項１に記載の電子線源装置。
電子線源である陰極と、
前記陰極から電子線を引き出すために、前記陰極に印加される電圧に対して正の電圧が印加される引き出し電極と、
前記陰極から引き出された前記電子線を集束させるために、前記陰極に印加される電圧に対して負の電圧が印加されるサプレッサ電極と、
前記電子線を集束する電子線レンズとを少なくとも備え、
前記引き出し電極及び前記サプレッサ電極の内の少なくとも一方の電極が、電流を流して、抵抗加熱により電極自体を加熱することが可能であり、加熱により電極に吸着したガスを除去する自己加熱洗浄機能を有する
ことを特徴とする電子線源装置。
前記自己加熱洗浄機能を有する電極が、タングステン又はタンタルから成ることを特徴とする請求項６に記載の電子線源装置。
前記自己加熱洗浄機能を有する電極が、幅１ｍｍ以下であり、厚さ０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の電子線源装置。
前記自己加熱洗浄機能を有する電極が、中央部分に略円形のリング状の部分を有することを特徴とする請求項６に記載の電子線源装置。
前記自己加熱洗浄機能を有する電極が、前記抵抗加熱により１５００℃以上に加熱して、熱電子を放出することが可能であり、前記熱電子の衝突によって、前記陰極と前記電子線レンズと他の部品とのうち少なくともいずれかに吸着したガスを除去することが可能な構成であることを特徴とする請求項６に記載の電子線源装置。