JP2022168563A - 電子銃、電子線適用装置および照射位置移動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子銃は、フォトカソード3に照射される励起光Lを移動させる移動装置と制御部を含み、制御部はフォトカソード3上の位置Rn(nは自然数)から位置Rnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Rn+1に励起光3の照射位置を移動させるように移動装置を制御し、励起光照射劣化範囲は励起光3の照射によってフォトカソード3が劣化する範囲であり、位置Rnにおける励起光Lのスポットの中心と位置Rn+1における励起光Lのスポットの中心との距離はフォトカソード3上における励起光Lのスポット径の少なくとも3倍以上である。
【選択図】図2
Description
電子銃は、
光源と、
前記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、
アノードと、
前記フォトカソードに照射される励起光を移動させる移動装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記フォトカソード上の位置Rn(nは、自然数)から前記位置Rnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Rn+1に前記励起光の照射位置を移動させるように前記移動装置を制御し、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Rnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Rn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも3倍以上である、
電子銃。
[2]前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出部を含み、
前記制御部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記移動装置を制御する、
上記[1]に記載の電子銃。
[3]前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
上記[1]または[2]に記載の電子銃。
[4]前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
上記[1]または[2]に記載の電子銃。
[5]フォトカソードホルダを含み、
前記フォトカソードホルダは、
前記フォトカソードを保持し、
前記フォトカソードに対して離間して配置され、前記光源からの光を前記フォトカソードに集光するレンズ
を含む、
上記[1]~[4]のいずれか一つに記載の電子銃。
[6]上記[1]~[5]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、
前記電子線適用装置が、
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。
[7]光源とフォトカソードを含む電子銃において、前記フォトカソードに照射される励起光の照射位置を移動させる照射位置移動方法であって、
前記フォトカソード上の位置Rn(nは、自然数)に前記励起光を照射する照射工程と、
前記位置Rnから前記位置Rnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Rn+1に前記励起光の照射位置を移動させる移動工程と、
を含み、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Rnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Rn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも3倍以上である、
照射位置移動方法。
[8]前記照射工程と前記移動工程の間に、前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出工程を含み、
前記算出工程による算出結果に基づいて、前記移動工程を実行する、
上記[7]に記載の照射位置移動方法。
[9]前記移動工程において、前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
上記[7]または[8]に記載の照射位置移動方法。
[10]前記移動工程において、前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
上記[7]または[8]に記載の照射位置移動方法。
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、鉛直下向き方向に制限されない。
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方向からみた第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、励起光Lが位置Rに照射されたフォトカソード3を模式的に示す図である。図2Bは、励起光Lの照射位置の移動によって励起光Lが照射された位置を模式的に示す図である。
図3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3は、Y方向からみた第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。
電子銃1Aまたは電子銃1Bを用いたフォトカソード3に照射される励起光Lの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第1の実施形態について説明する。
(1)真空チャンバーCB内に励起光Lの照射位置を移動させる装置を設ける必要がないので、電子銃を小型化でき、真空チャンバーCB内での故障のリスクを排除できる。また、真空チャンバーCB内に励起光Lの照射位置を移動させる装置を具備しないため、移動によるガスの発生がなく真空チャンバーCB内が汚染されない。
(2)励起光Lの照射によるフォトカソード3の劣化の影響が少ない位置へ励起光Lを移動させるので、位置Rnでのフォトカソード3の量子効率より、量子効率がより高いフォトカソード3の位置を利用できる。
(3)励起光Lの照射位置を移動させる距離が小さいため、フォトカソード3から射出される電子ビームBの光軸と相手側装置Eの光軸とを合わせる補正を行う補正装置を具備しなくてもよい。
図4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4は、Y方向からみた第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。
電子銃1Cを用いたフォトカソード3に照射される励起光Lの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第2の実施形態について説明する。
(1)算出結果である量子効率に基づいて、励起光Lの照射位置を位置Rnから位置Rn+1に移動できる。したがって、照射位置の移動を効率的に行えるので、フォトカソード3を長寿命化できる。
(2)位置Rnから位置Rn+1への移動を量子効率が閾値以下となったタイミングで行う場合、量子効率が閾値以下になるまで励起光Lを照射できる。電子ビームBの射出中に頻繁に励起光Lの照射位置を移動させないので、当該照射位置の移動によって光軸のずれが生じてしまう頻度を下げられる。
図5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5は、Y方向からみた第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。
電子銃1Dを用いたフォトカソード3に照射される励起光Lの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第3の実施形態について説明する。
(1)レンズ81を含むフォトカソードホルダ8を具備しているため、励起光Lの照射位置を位置Rnから位置Rn+1に移動させても、ずれの影響を無視でき、電子ビームBを射出できる。
(2)レンズ81によって励起光Lがフォトカソード3において集光するので、フォトカソード3における励起光のスポット径を小さくできる。
(3)レンズ81によって励起光Lがフォトカソード3において集光するので、励起光Lのフォトカソード上での移動距離は、レンズ81通過前の励起光Lの移動距離よりも相対的に小さくなる。したがって、移動装置5による励起光Lの照射位置の移動を精緻に制御できる。
上記の実施形態に係る電子銃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。
[フォトカソードが劣化するまでレーザー光(励起光)を照射した時のフォトカソードの量子効率分布]
フォトカソード3が劣化するまでレーザー光を照射した時に、レーザー光の照射が照射位置近傍のフォトカソード3の量子効率へ及ぼす影響を調べた。
[1]光源2からフォトカソード3にレーザー光(レーザースポット径2μm)を照射し、フォトカソード3とアノード4との間に25kVの加速電圧を印加することで、フォトカソード3から電子ビームBを射出させた。
[2]電子ビームBを射出している間、電流およびレーザー強度を継続して測定し、量子効率を算出した。
[3]上記[2]で算出した量子効率が10-6未満になった後、ミラー51を具備した移動装置5により、ミラー51の向きを変えてフォトカソード3におけるレーザー光の照射位置を移動した。
[4]移動後の照射位置において、電流およびレーザー強度を測定し、量子効率を算出した。
[5]上記[4]の量子効率を算出後、レーザー光の照射位置を速やかに次の位置に移動し量子効率を算出した。上記[3]と異なり、レーザー光の照射時間が短いことから、フォトカソード3は劣化していない。
[6]上記[5]の手順を繰り返すことで、フォトカソード3が劣化するまで励起光Lを照射した時に、当該照射位置近傍のフォトカソード3の量子効率へ及ぼす変化の分布を調べた。
[フォトカソードが劣化する前にレーザー光を移動した時のフォトカソードの量子効率分布]
実施例1の[3]において、量子効率が10-6未満となるまでレーザー光を照射したのに換えて、速やかにレーザー光の照射位置を移動させた以外は、実施例1と同様の手順で分布を調べた。
Claims (10)
- 電子銃であって、
電子銃は、
光源と、
前記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、
アノードと、
前記フォトカソードに照射される励起光を移動させる移動装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記フォトカソード上の位置Rn(nは、自然数)から前記位置Rnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Rn+1に前記励起光の照射位置を移動させるように前記移動装置を制御し、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Rnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Rn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも3倍以上である、
電子銃。 - 前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出部を含み、
前記制御部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記移動装置を制御する、
請求項1に記載の電子銃。 - 前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
請求項1または2に記載の電子銃。 - 前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
請求項1または2に記載の電子銃。 - フォトカソードホルダを含み、
前記フォトカソードホルダは、
前記フォトカソードを保持し、
前記フォトカソードに対して離間して配置され、前記光源からの光を前記フォトカソードに集光するレンズ
を含む、
請求項1~4のいずれか一項に記載の電子銃。 - 請求項1~5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、
前記電子線適用装置が、
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。 - 光源とフォトカソードを含む電子銃において、前記フォトカソードに照射される励起光の照射位置を移動させる照射位置移動方法であって、
前記フォトカソード上の位置Rn(nは、自然数)に前記励起光を照射する照射工程と、
前記位置Rnから前記位置Rnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Rn+1に前記励起光の照射位置を移動させる移動工程と、
を含み、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Rnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Rn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも3倍以上である、
照射位置移動方法。 - 前記照射工程と前記移動工程の間に、前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出工程を含み、
前記算出工程による算出結果に基づいて、前記移動工程を実行する、
請求項7に記載の照射位置移動方法。 - 前記移動工程において、前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
請求項7または8に記載の照射位置移動方法。 - 前記移動工程において、前記位置Rn+1は、前記位置Rnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
請求項7または8に記載の照射位置移動方法。
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