JP2022181343A - 電子銃、電子線適用装置、および、電子ビームの射出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電子銃が有する構成部材のみで、照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定可能な電子銃を提供する。
【解決手段】光源２と、光源２からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソード３と、フォトカソード３との間で電界を形成することができ、形成した電界により放出可能な電子を引き出し、電子ビームＢを形成するアノード４と、制御部５と、を含む電子銃１であって、制御部５は、電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎に電子ビームパラメータを設定する、または、電子ビームＢの射出時間を設定し、射出する電子ビームＢの電子ビームパラメータを射出時間に関連付けて設定する、電子銃１。
【選択図】図１
【解決手段】光源２と、光源２からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソード３と、フォトカソード３との間で電界を形成することができ、形成した電界により放出可能な電子を引き出し、電子ビームＢを形成するアノード４と、制御部５と、を含む電子銃１であって、制御部５は、電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎に電子ビームパラメータを設定する、または、電子ビームＢの射出時間を設定し、射出する電子ビームＢの電子ビームパラメータを射出時間に関連付けて設定する、電子銃１。
【選択図】図１
Description
本出願における開示は、電子銃、電子線適用装置、および、電子ビームの射出方法に関する。
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。
電子ビームを射出するフォトカソードを用いた電子線適用装置のその他の例として、特許文献２には、試料検査装置が開示されている。特許文献２に記載の試料検査装置は、試料が熱損傷を受けやすい等の状況により、パルス光の光量を調整することが知られている。
また、電子顕微鏡装置や電子線検査装置等の電子線適用装置において、相手側装置の構成を問わず、電子銃側の構成部材により電子ビームの強度を調整することが知られている。例えば、特許文献３には、電子ビームの一部を遮蔽することができる電子ビーム遮蔽部材と、電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いてフォトカソードから放出された電子ビームのフォトカソードの劣化に伴う強度変化を測定する測定部と、制御部と、により、フォトカソードから放出する電子ビームの強度を調整することが開示されている。
電子線適用装置は、電子ビームを照射する対象（以下、「照射対象」と記載することがある。）に所望の強さ等（以下、「電子ビームパラメータ」と記載することがある。）の電子ビームの照射が求められることがある。また、電子銃の種類としては、フォトカソードを用いた電子銃の他、熱陰極やフィールドエミッタを用いた電子銃も知られている。そのため、熱陰極やフィールドエミッタを用いた電子銃が搭載されていた相手側装置に、フォトカソードを用いた電子銃を新たに搭載するケースも想定される。
したがって、フォトカソードを含む電子銃の構成部材のみで、照射対象に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定できることが望ましい。また、電子線適用装置の機能をより向上するためには、照射対象毎に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射することに加え、同一の照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定できることが望ましい。
しかしながら、特許文献２に記載の発明は、試料の種類に応じて、パルス光の単位時間当たりの光量を一定とする、或いは、パルス光の単位時間当たりの光量を徐々に増加または減少しているに過ぎない。また、特許文献２は電子線適用装置としての発明である。
特許文献３に記載の発明は、遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、フォトカソードの劣化に伴う電子ビームの強度を調整するフィードバック制御に関するものである。したがって、特許文献３に記載の発明も、照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できないという問題がある。
現在のところ、電子銃が含む構成部材のみで、照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定可能な電子銃および照射方法は知られていない。
本出願は上記問題点を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、電子銃が、（１）電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、または、（２）電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを射出時間に関連付けて設定する、制御部を有することで、上記問題を解決できることを新たに見出した。
本出願における開示は、電子銃が有する構成部材のみで、照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定可能な電子銃、該電子銃を搭載した電子線適用装置、および、電子ビームの射出方法を提供することにある。
本出願は、以下に示す、電子銃、電子線適用装置、および、電子ビームの射出方法に関する。
（１）光源と、
前記光源からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソードと、
前記フォトカソードとの間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
制御部と、
を含む電子銃であって、
前記制御部は、
前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、
または、
前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定する、
電子銃。
（２）前記制御部が、前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含む、
上記（１）に記載の電子銃。
（３）前記射出回数は２以上であり、
前記制御部は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、少なくとも１つの電子ビームパラメータが、その他の電子ビームパラメータから選択される一つと異なるように制御する、
上記（２）に記載の電子銃。
（４）前記制御部が、前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される１つを少なくとも含む、
上記（１）に記載の電子銃。
（５）前記制御部は、設定された前記射出時間で電子ビームを射出する際に、前記電子ビームパラメータが異なる電子ビームを射出する時間を含むように制御する、
上記（４）に記載の電子銃。
（６）前記フォトカソードから２以上の電子ビームが引き出されるように、前記フォトカソードの異なる２以上の場所に光源からの励起光が照射される、
上記（１）～（５）の何れか一つに記載の電子銃。
（７）上記（１）～（６）のいず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、
電子線適用装置は、
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。
（８）電子ビームの射出方法であって、
電子ビームは、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソードと、
前記フォトカソードとの間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
制御部と、
を含む電子銃から射出され、
前記制御部は、
前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、
または、
前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定することができ、
射出方法は、
前記光源からの励起光を前記フォトカソードへ照射し、励起光の受光に応じて前記フォトカソードで生成した放出可能な電子を、前記フォトカソードと前記アノードとの間に形成した電界により引き出して電子ビームを形成する電子ビーム射出ステップを含み、
前記制御部は、
電子ビーム射出ステップにおいて、射出する電子ビームが設定した電子ビームパラメータとなるように制御する、
射出方法。
（９）前記制御部が、前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含む、
上記（８）に記載の射出方法。
（１０）前記射出回数は２以上であり、
前記制御部は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、少なくとも１つの電子ビームパラメータが、その他の電子ビームパラメータから選択される一つと異なるように制御する、
上記（９）に記載の射出方法。
（１１）前記制御部が、前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される１つを少なくとも含む、
上記（８）に記載の射出方法。
（１２）前記制御部は、設定された前記射出時間で電子ビームを射出する際に、前記電子ビームパラメータが異なる電子ビームを射出する時間を含むように制御する、
上記（１１）に記載の射出方法。
前記光源からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソードと、
前記フォトカソードとの間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
制御部と、
を含む電子銃であって、
前記制御部は、
前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、
または、
前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定する、
電子銃。
（２）前記制御部が、前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含む、
上記（１）に記載の電子銃。
（３）前記射出回数は２以上であり、
前記制御部は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、少なくとも１つの電子ビームパラメータが、その他の電子ビームパラメータから選択される一つと異なるように制御する、
上記（２）に記載の電子銃。
（４）前記制御部が、前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される１つを少なくとも含む、
上記（１）に記載の電子銃。
（５）前記制御部は、設定された前記射出時間で電子ビームを射出する際に、前記電子ビームパラメータが異なる電子ビームを射出する時間を含むように制御する、
上記（４）に記載の電子銃。
（６）前記フォトカソードから２以上の電子ビームが引き出されるように、前記フォトカソードの異なる２以上の場所に光源からの励起光が照射される、
上記（１）～（５）の何れか一つに記載の電子銃。
（７）上記（１）～（６）のいず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、
電子線適用装置は、
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。
（８）電子ビームの射出方法であって、
電子ビームは、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソードと、
前記フォトカソードとの間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
制御部と、
を含む電子銃から射出され、
前記制御部は、
前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、
または、
前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定することができ、
射出方法は、
前記光源からの励起光を前記フォトカソードへ照射し、励起光の受光に応じて前記フォトカソードで生成した放出可能な電子を、前記フォトカソードと前記アノードとの間に形成した電界により引き出して電子ビームを形成する電子ビーム射出ステップを含み、
前記制御部は、
電子ビーム射出ステップにおいて、射出する電子ビームが設定した電子ビームパラメータとなるように制御する、
射出方法。
（９）前記制御部が、前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含む、
上記（８）に記載の射出方法。
（１０）前記射出回数は２以上であり、
前記制御部は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、少なくとも１つの電子ビームパラメータが、その他の電子ビームパラメータから選択される一つと異なるように制御する、
上記（９）に記載の射出方法。
（１１）前記制御部が、前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される１つを少なくとも含む、
上記（８）に記載の射出方法。
（１２）前記制御部は、設定された前記射出時間で電子ビームを射出する際に、前記電子ビームパラメータが異なる電子ビームを射出する時間を含むように制御する、
上記（１１）に記載の射出方法。
本出願で開示する電子銃は、照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定できる。
以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子線適用装置、および、電子ビームの射出方法について詳しく説明する。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。
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。
（電子銃の第１の実施形態）
図１～図３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、第１の実施形態に係る電子銃１Ａ、および、電子銃１Ａを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。図２は、電子銃１Ａの制御部５の概略を示す図である。図３は、制御部５が設定した電子ビームパラメータを制御する概略を示す図である。
図１～図３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、第１の実施形態に係る電子銃１Ａ、および、電子銃１Ａを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。図２は、電子銃１Ａの制御部５の概略を示す図である。図３は、制御部５が設定した電子ビームパラメータを制御する概略を示す図である。
第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、光源２と、フォトカソード３と、アノード４と、制御部５と、を少なくとも含んでいる。電子銃１Ａは、任意付加的に、フォトカソード３とアノード４との間に電界を発生させるための電源６を含んでいてもよい。また、図１に示す例では、電子線適用装置はＳＥＭであり、相手側装置Ｅは電子ビーム偏向装置１０を含む。電子ビーム偏向装置１０は、電子銃１Ａが射出した電子ビームＢをサンプルＳ上で走査するために用いられる。なお、図１に示す例は、相手側装置Ｅの一例である。図示は省略するが、相手側装置Ｅは電子線適用装置の種類に応じて公知の構成部材を備えていればよい。
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を射出できるものであれば特に制限はない。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等があげられる。照射する励起光Ｌは、パルス光、連続光のいずれでもよく、目的に応じて適宜調整すればよい。なお、図１に示す例では、光源２が、真空チャンバーＣＢ外に配置され励起光Ｌが、フォトカソード３の第１面（アノード４側の面）側に照射されている。代替的に、光源２を真空チャンバーＣＢ内に配置してもよい。また、励起光Ｌは、フォトカソード３の第２面（アノード４とは反対側の面）側に照射されてもよい。
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、放出可能な電子を生成する。フォトカソード３が励起光Ｌの受光に応じて放出可能な電子を生成する原理は公知である（例えば、特許第５８０８０２１号公報等を参照）。
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４側の面）に接着したフォトカソード膜（図示は省略）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放出可能な電子を生成できれば特に制限はなく、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。
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、ダイアモンド、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。
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が、符号に関しては、「フォトカソード」および「カソード」のいずれの場合でも３を用いる。
アノード４は、カソード３と電界を形成できるものであれば特に制限はなく、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４を使用すればよい。カソード３とアノード４との間で電界を形成することで、励起光Ｌの照射によりフォトカソード３に生成した放出可能な電子を引き出し、電子ビームＢを形成する。
図１には、カソード３とアノード４との間に電界を形成するため、電源６をカソード３に接続した例が示されているが、カソード３とアノード４との間に電位差が生じれば電源６の配置に特に制限はない。
次に、図２および図３を参照し、第１の実施形態に係る電子銃１Ａの制御部５について説明する。図２は、フォトカソード３がパルス状の励起光Ｌを受光し、制御部５が電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎に電子ビームパラメータ（以下、単に「パラメータ」と記載することがある。）を設定する例を示している。
相手側装置Ｅは、電子銃１Ａが射出した電子ビームＢを偏向する電子ビーム偏向装置１０を一般的に備えている。例えば、図３に示すＳＥＭの例では、電子銃１Ａが射出した電子ビームＢを、電子ビーム偏向装置１０により、サンプルＳ（以下、相手側装置Ｅの電子ビームＢを照射する対象を「照射対象」と記載することがある。）上を走査している。
ところで、電子ビーム偏向装置１０による電子ビームＢの偏向は、一般的に照射対象の照射領域Ｒをライン状に走査している。そのため、本発明者らは、
（１）照射領域Ｒのサイズ、照射領域Ｒにおける電子ビームＢのスポットサイズ、相手側装置Ｅが有する電子ビーム偏向装置１０の制御スピード等に基づき、照射領域Ｒを照射する際に必要な電子ビームＢの射出回数を演算できること、
（２）射出回数が設定できれば、射出する電子ビームＢ毎にパラメータを設定することで、電子銃１Ａ側の設定により、照射領域Ｒの所望の箇所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できること、
を新たに見出した。本出願における開示は、当該新たな知見に基づくものである。
（１）照射領域Ｒのサイズ、照射領域Ｒにおける電子ビームＢのスポットサイズ、相手側装置Ｅが有する電子ビーム偏向装置１０の制御スピード等に基づき、照射領域Ｒを照射する際に必要な電子ビームＢの射出回数を演算できること、
（２）射出回数が設定できれば、射出する電子ビームＢ毎にパラメータを設定することで、電子銃１Ａ側の設定により、照射領域Ｒの所望の箇所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できること、
を新たに見出した。本出願における開示は、当該新たな知見に基づくものである。
図２を参照して、制御部５の制御についてより詳しく説明する。図２に示す例では、電子ビーム偏向装置１０は、以下の制御を行う。
（ａ）電子銃１Ａが射出したパルス状の電子ビームＢを、最初のライン（Ｌ１）の左端（Ｄ１－１）から右端に向けて偏向しながら照射する。
（ｂ）Ｌ１の右端のスポット（Ｄ１－ｎ）に電子ビームＢを照射後、２番目のライン（Ｌ２）の左端に電子ビームＢの照射位置を偏向し、上記（ａ）と同様に左端から右端に向けて電子ビームＢを偏向しながら照射する。
（ｃ）照射領域Ｒの最後のスポット（Ｄｍ－ｎ）に電子ビームＢを照射するまで、上記（ｂ）を繰り返す。
（ａ）電子銃１Ａが射出したパルス状の電子ビームＢを、最初のライン（Ｌ１）の左端（Ｄ１－１）から右端に向けて偏向しながら照射する。
（ｂ）Ｌ１の右端のスポット（Ｄ１－ｎ）に電子ビームＢを照射後、２番目のライン（Ｌ２）の左端に電子ビームＢの照射位置を偏向し、上記（ａ）と同様に左端から右端に向けて電子ビームＢを偏向しながら照射する。
（ｃ）照射領域Ｒの最後のスポット（Ｄｍ－ｎ）に電子ビームＢを照射するまで、上記（ｂ）を繰り返す。
上記（ａ）～（ｃ）に記載の手順により、電子銃１Ａから順番に射出した電子ビームＢは照射領域Ｒに平面展開され、どの順番に射出した電子ビームＢが照射領域Ｒのどの部分に照射されるのか理解できる。したがって、例えば、照射領域Ｄ１－１に照射される電子ビームＢのパラメータをＸとした時にＤ３－１８まではパラメータＸの電子ビームＢを照射し、Ｄ３－１９～Ｄ３－２５にはパラメータＹの電子ビームＢを照射することを、電子銃１Ａ側の構成部材で設定できる。そして、電子銃１Ａはパルス状の電子ビームを射出できることから、図２に示すように、Ｄ８－４～Ｄ８－８にはパラメータＺの電子ビームＢを照射し、その後、パラメータＸの電子ビームＢを２回照射し、続いて、Ｄ８－１１の位置からしばらくパラメータＹの電子ビームＢを照射する等、電子銃１Ａ側で細かい設定ができる。
なお、本明細書において、「射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する」と記載した場合、制御部５が、射出する電子ビームＢの一つ一つにＸ、Ｙ、Ｚ等のパラメータを設定することに加え、射出する所定回数の電子ビームＢのパラメータを纏めて設定することも含む。それぞれの電子ビームＢが、Ｘ、Ｙ、Ｚ等のパラメータで射出されれば、制御部５の設定方法に特に制限はない。
また、図２に示す例では、制御部５は、設定された回数（Ｄ１－１～Ｄｍ－ｎ）の電子ビームＢを射出する際に、少なくとも１つのパラメータが、その他のパラメータから選択される一つと異なるように制御している。換言すると、射出するＤ１－１～Ｄｍ－ｎの全ての電子ビームＢのパラメータが同じとならないように制御している。代替的に、制御部５を用いて「射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定」できれば、射出するＤ１－１～Ｄｍ－ｎの全ての電子ビームＢのパラメータが同じとなるように設定してもよい。
パラメータは、電子ビームの質を特定できるものであれば特に制限はない。パラメータの例としては、限定されるものではないが、電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンス等が挙げられる。照射領域Ｒに照射する電子ビームＢのパラメータを全て同じにしない場合は、上記に例示したパラメータの何れかが異なるようにすればよい。例えば、ある順番の電子ビームの強さを他の順番の電子ビームの強さと変える、または、ある順番の電子ビームの加速エネルギーの大きさを他の順番の電子ビームの加速エネルギーの大きさと変える等、同じ種類のパラメータで強弱等を変化すればよい。或いは、ある順番の電子ビームＢのみサイズや形状を変化する等、異なる種類のパラメータを設定してもよい。
勿論、複数のパラメータを組み合わせてもよい。例えば、ある順番の電子ビームの強さを１、電子ビームの加速エネルギーの大きさを１とした場合、他の順番の電子ビームの強さを１．５、電子ビームの加速エネルギーの大きさを１．５に設定してもよい。また、電子ビームＢが射出されないこと（例えば、フォトカソード３への励起光Ｌの照射無し）を、パラメータの一つとしてもよい。
図３を参照して、制御部５が設定したパラメータに基づく制御例について説明する。なお、以下の説明は制御の一例である。本出願で開示する技術思想の範囲内であればその他の制御であってもよい。また、図面の複雑化を避けるため、制御部５からの回路や構成要素の記載の一部が省略される場合もある。
先ず、設定するパラメータが電子ビームＢの強さの場合の制御について説明する。なお、本明細書において「電子ビームの強さ」とは、照射される電子ビームＢに含まれる電子量（電流値）の大小を意味する。電子ビームＢの強さは、フォトカソード３に照射される励起光Ｌの光量に依存する。したがって、パラメータとして電子ビームＢの強さを設定した場合、制御部５は設定した電子ビームＢの強さとなるように、フォトカソード３に照射される励起光Ｌの光量を制御すればよい。図１に示す例では、制御部５は光源２の光量を制御している。代替的に、光源２とフォトカソード３との間に液晶シャッター等の光量調整装置５１を設け、光源２の光量は一定とし、液晶シャッターの制御によりフォトカソード３に到達する光量を制御してもよい。
電子ビームＢの加速エネルギーの大きさは、カソード３とアノード４との間の電界強度を変化することで制御できる。カソード３とアノード４との電圧差が大きくなるほど、加速エネルギーが大きくなる。したがって、パラメータとして電子ビームＢの加速エネルギーの大きさを設定した場合、制御部５は設定した電子ビームＢの加速エネルギーの強さとなるように、電源６の電圧を制御すればよい。
電子ビームＢのサイズは、フォトカソード３に照射する励起光Ｌのサイズを変化することで制御できる。励起光Ｌのサイズが大きくなるほど、電子ビームＢのサイズも大きくなる。したがって、パラメータとして電子ビームＢのサイズを設定した場合、制御部５は設定した電子ビームＢのサイズとなるように、レンズや液晶シャッター等の励起光サイズ調整装置５２を制御すればよい。代替的に、或いは、任意付加的に、射出した電子ビームＢの光軸上に電磁レンズやアパーチャ等の電子ビームサイズ調整装置５３を設け、制御部５が電子ビームサイズ調整装置５３を制御してもよい。更に代替的に、或いは、任意付加的に、カソード３とアノード４との間に中間電極５４を形成してもよい。制御部５が、（１）電源６を制御することでカソード３と中間電極５４とアノード４との間の電位差を調整、或いは、（２）中間電極５４を移動制御することでカソード３と中間電極５４とアノード４との相対的位置関係を調整、することで相手側装置Ｅに到達する際の電子ビームＢの焦点位置を調整、換言すると、対象領域Ｒに到達する際の電子ビームＢのサイズを制御できる。なお、中間電極５４の構成、制御方法および焦点位置を制御できる原理は、特許第６４６６０２０号公報に詳しく記載されている。特許第６４６６０２０号公報に記載事項は、参照により本出願に含まれる。
電子ビームＢの形状は、射出した電子ビームＢの光軸上に電磁レンズやアパーチャ等の電子ビーム形状調整装置５５を設けることで制御できる。したがって、パラメータとして電子ビームＢの形状を設定した場合、制御部５は設定した電子ビームＢの形状となるように、電子ビーム形状調整装置５５を制御すればよい。
電子ビームＢの射出時間は、光源２が射出する励起光Ｌの射出時間により制御できる。したがって、パラメータとして電子ビームＢの射出時間を設定した場合、制御部５は設定した電子ビームＢの射出時間となるように、光源２のＯＮ－ＯＦＦ制御をすればよい。代替的に、図示は省略するが、光源２とフォトカソード３との間にシャッターを設け、制御部５がシャッターを制御することで、電子ビームＢの射出時間を制御してもよい。
電子ビームＢのエミッタンスは、光源２が射出する励起光Ｌの波長により制御できる。したがって、パラメータとして電子ビームＢのエミッタンスを設定した場合、制御部５は設定した電子ビームＢのエミッタンスとなるように、励起光Ｌの波長を制御すればよい。図示は省略するが、光源２とフォトカソード３との間に公知の波長可変フィルタを設け、制御部５で波長可変フィルタを制御すればよい。
第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、パルス状の電子ビームＢを相手側装置Ｅに射出する。そのため、相手側装置Ｅの電子ビーム偏向装置１０は、入射したパルス状の電子ビームＢを、図２に示すようにＤ１－１からＤｍ－ｎに向けて順次偏向すればよい。したがって、第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、電子銃１Ａの構成部材のみで、照射対象の所望の箇所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できるように設定可能という効果を奏する。
（制御部５の変形例）
上記した制御部５は、電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎にパラメータを設定する例を示している。つまり、電子銃１Ａが相手側装置Ｅに射出する電子ビームＢが、パルス状の電子ビームＢを想定した例である。代替的に、電子銃１Ａが相手側装置Ｅに射出する電子ビームＢが、連続的な電子ビームＢであってもよい。図２に示すように、相手側装置Ｅに入射した電子ビームＢは、電子ビーム偏向装置１０によりＤ１－１からＤｍ－ｎまでライン状に走査される。したがって、照射領域Ｒのサイズ、照射領域Ｒにおける電子ビームＢのスポットサイズ、相手側装置Ｅが有する電子ビーム偏向装置１０の制御スピード等に基づき、照射領域Ｒを走査するために必要な電子ビームＢの射出時間を演算できる。
上記した制御部５は、電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎にパラメータを設定する例を示している。つまり、電子銃１Ａが相手側装置Ｅに射出する電子ビームＢが、パルス状の電子ビームＢを想定した例である。代替的に、電子銃１Ａが相手側装置Ｅに射出する電子ビームＢが、連続的な電子ビームＢであってもよい。図２に示すように、相手側装置Ｅに入射した電子ビームＢは、電子ビーム偏向装置１０によりＤ１－１からＤｍ－ｎまでライン状に走査される。したがって、照射領域Ｒのサイズ、照射領域Ｒにおける電子ビームＢのスポットサイズ、相手側装置Ｅが有する電子ビーム偏向装置１０の制御スピード等に基づき、照射領域Ｒを走査するために必要な電子ビームＢの射出時間を演算できる。
図２に示す照射領域ＲのＤ１－１における時間をｔ１とし、Ｄｍ－ｎにおける時間をｔｍｎと規定した場合、電子銃１Ａから時系列（ｔ１～ｔｍｎ）に射出した連続的な電子ビームＢは照射領域Ｒに平面展開され、どの時間に射出した電子ビームＢが照射領域Ｒのどの部分に照射されるのか理解できる。
変形例に係る制御部５は、電子ビームＢを射出する射出時間を設定し、射出する電子ビームＢのパラメータを射出時間に関連付けて設定する。変形例に係る制御部５の場合、相手側装置Ｅに入射した電子ビームＢは、図２に示すＤ１－１の位置からＤｍ－ｎの位置に向けて連続的に偏向される。したがって、第１の実施形態の制御部５が設定できるパラメータの中で、電子ビームの射出時間に関するパラメータが設定できない以外は、射出時間に関連付けて、パラメータ（電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンス）の設定ができる。
変形例に係る制御部５は、電子ビームの射出時間に関するパラメータ以外は、第１の実施形態に係る制御部５と同様に設定したパラメータに基づく制御を行えばよい。したがって、変形例に係る制御部５を有する電子銃１Ａについても、電子銃１Ａの構成部材のみで、照射対象の所望の箇所に所望のパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定可能という効果を奏する。
（電子銃の第２の実施形態）
図１～図４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、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂのフォトカソード３部分を拡大した図である。
図１～図４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、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂのフォトカソード３部分を拡大した図である。
第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、フォトカソード３から２以上の電子ビームＢが引き出されるように、フォトカソード３の異なる２以上の場所に光源からの励起光Ｌが照射される点で第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２の実施形態では、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２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。後述する第３および第４の実施形態に関しても同様に重複する記載は省略するが、先行する実施形態において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。
フォトカソード３の異なる２以上の場所に光源２からの励起光Ｌを照射するためには、図示は省略するが、光源２を複数設ければよい。或いは、単一の光源２からスプリッタ、空間位相変調器等の励起光分割装置を用いて励起光Ｌを２以上に分割してフォトカソード３に照射をしてもよい。
第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、複数の電子ビームＢを照射対象に照射できる。したがって、第１の実施形態に係る電子銃１Ａが奏する効果に加え、以下の効果を奏する。
（１）複数の電子ビームＢを重複しないように照射対象に照射する場合は、スループットが向上できる。
（２）複数の電子ビームＢを重複するように照射対象に照射する場合は、相手側装置Ｅの検出感度が向上し、また、加工効率が向上する。
（３）複数の電子ビームＢを重複するように照射対象に照射する場合は、照射対象に対して所望の作用を与えるｐｕｍｐビーム（照射時間と電荷量）照射後、時間をおいて次のビーム（ｐｒｏｂｅビーム）を照射対象に照射できる。
（４）また、複数の電子ビームＢを重複するように照射対象に照射する場合は、照射対象の荷電補償（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）の目的にも使用できる。
（１）複数の電子ビームＢを重複しないように照射対象に照射する場合は、スループットが向上できる。
（２）複数の電子ビームＢを重複するように照射対象に照射する場合は、相手側装置Ｅの検出感度が向上し、また、加工効率が向上する。
（３）複数の電子ビームＢを重複するように照射対象に照射する場合は、照射対象に対して所望の作用を与えるｐｕｍｐビーム（照射時間と電荷量）照射後、時間をおいて次のビーム（ｐｒｏｂｅビーム）を照射対象に照射できる。
（４）また、複数の電子ビームＢを重複するように照射対象に照射する場合は、照射対象の荷電補償（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）の目的にも使用できる。
（電子銃の第３の実施形態）
図５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５は、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃ、および、電子銃１Ｃを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。
図５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５は、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃ、および、電子銃１Ｃを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、制御部５が相手側装置Ｅからの情報を参照してパラメータを設定できる点で第１の実施形態に係る電子銃１Ａおよび第２の実施形態に係る電子銃１Ｂと異なり、その他の点は第１および第２の実施形態と同じである。
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、相手側装置Ｅからの情報を参照するため情報表示装置６を含む。例えば、電子線適用装置が電子顕微鏡の場合、相手側装置ＥはサンプルＳに電子ビームＢを照射することで得られる信号を検出する検出器７を有する。この検出器７で検出した信号は処理後に情報表示装置６に表示ができる。第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、情報表示装置６に表示された情報に基づき制御部５がパラメータを設定できる。
より具体的には、電子顕微鏡の場合、情報表示装置６には撮像したサンプルＳの画像を表示できる。そして、表示された画像の内、拡大したい場所や、コントラストを上げるため電子ビームＢの強度等を変更したい場所をポインタ等により指示する。制御部５は、当該指示に基づき、電子ビームＢの射出回数を設定し射出する電子ビームＢ毎にパラメータを設定、または、電子ビームＢの射出時間を設定し射出する電子ビームＢのパラメータを射出時間に関連付けて設定できる。情報表示装置６は、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等の公知の装置が挙げられる。
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、相手側装置Ｅからの情報を参照した上で射出する電子ビームＢのパラメータを設定できることから、第１および第２の実施形態に係る電子銃１が奏する効果に加え、より詳細にパラメータを設定できるという効果を奏する。
（電子銃の第４の実施形態）
図６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６は、第４の実施形態に係る電子銃１Ｄ、および、電子銃１Ｄを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。
図６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６は、第４の実施形態に係る電子銃１Ｄ、および、電子銃１Ｄを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄは、制御部５が相手側装置Ｅの構成部材も制御する点で、第１～第３の実施形態に係る電子銃１Ａ～１Ｃと異なり、その他の点は第１～第３の実施形態に係る電子銃１Ａ～１Ｃと同じである。
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄの制御部５は、電子銃１Ｄから射出する電子ビームＢのパラメータを設定し当該設定に基づき電子銃１Ｄの構成部材を制御することに加え、設定したパラメータに関連付けて相手側装置Ｅの構成部材も制御する。したがって、制御部５が設定したパラメータに基づく制御例において、例えば、以下の制御ができる。
（１）相手側装置Ｅが電磁レンズやアパーチャ等の電子ビームサイズ調整装置を有している場合、制御部５は、電子ビームＢのサイズを制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅの電子ビームサイズ調整装置を制御してもよい。
（２）相手側装置Ｅが電磁レンズやアパーチャ等の電子ビーム形状調整装置を有している場合、制御部５は、電子ビームＢの形状を制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅの電子ビーム形状調整装置を制御してもよい。
（３）相手側装置Ｅが機械的シャッターを有している場合、制御部５は、電子ビームＢの射出時間を制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅの機械的シャッターを制御してもよい。
（４）相手側装置Ｅがエネルギーフィルタを有している場合、制御部５は、電子ビームＢのエミッタンスを制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅのエネルギーフィルタを制御してもよい。
（５）電子銃１Ａ～１Ｃ側の制御により連続的な電子ビームＢを射出する場合、電子ビームＢの偏向速度は相手側装置Ｅの設定に従う。したがって、パルス状の電子ビームＢと異なり電子ビームＢの射出時間に関するパラメータは設定できない。そのため、照射領域Ｒの同じ箇所に電子ビームＢを照射する時間の長短は制御できない。一方、制御部５が射出時間に関連付けて電子ビーム偏向装置１０を制御する場合は、電子ビーム偏向装置１０の偏向速度を制御することで、照射領域Ｒの同じ箇所に電子ビームＢを照射する時間の長短を制御できる。なお、制御部５が電子ビーム偏向装置１０の偏向速度を制御する場合は、電子ビームＢの射出時間を設定する際に電子ビーム偏向装置１０の偏向速度を考慮して演算すればよい。
（６）図２に示すとおり、相手側装置Ｅが有する電子ビーム偏向装置１０は、一般的に、入射した電子ビームＢをライン状に走査する。一方、制御部５が射出する電子ビームＢの順番または射出する電子ビームＢの射出時間に関連付けて電子ビーム偏向装置１０を制御する場合は、一つのラインの所望の箇所で改行、あるいは、照射領域Ｒに対して所望の場所に所望の順番で所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できる。
（１）相手側装置Ｅが電磁レンズやアパーチャ等の電子ビームサイズ調整装置を有している場合、制御部５は、電子ビームＢのサイズを制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅの電子ビームサイズ調整装置を制御してもよい。
（２）相手側装置Ｅが電磁レンズやアパーチャ等の電子ビーム形状調整装置を有している場合、制御部５は、電子ビームＢの形状を制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅの電子ビーム形状調整装置を制御してもよい。
（３）相手側装置Ｅが機械的シャッターを有している場合、制御部５は、電子ビームＢの射出時間を制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅの機械的シャッターを制御してもよい。
（４）相手側装置Ｅがエネルギーフィルタを有している場合、制御部５は、電子ビームＢのエミッタンスを制御する際に、必要に応じて相手側装置Ｅのエネルギーフィルタを制御してもよい。
（５）電子銃１Ａ～１Ｃ側の制御により連続的な電子ビームＢを射出する場合、電子ビームＢの偏向速度は相手側装置Ｅの設定に従う。したがって、パルス状の電子ビームＢと異なり電子ビームＢの射出時間に関するパラメータは設定できない。そのため、照射領域Ｒの同じ箇所に電子ビームＢを照射する時間の長短は制御できない。一方、制御部５が射出時間に関連付けて電子ビーム偏向装置１０を制御する場合は、電子ビーム偏向装置１０の偏向速度を制御することで、照射領域Ｒの同じ箇所に電子ビームＢを照射する時間の長短を制御できる。なお、制御部５が電子ビーム偏向装置１０の偏向速度を制御する場合は、電子ビームＢの射出時間を設定する際に電子ビーム偏向装置１０の偏向速度を考慮して演算すればよい。
（６）図２に示すとおり、相手側装置Ｅが有する電子ビーム偏向装置１０は、一般的に、入射した電子ビームＢをライン状に走査する。一方、制御部５が射出する電子ビームＢの順番または射出する電子ビームＢの射出時間に関連付けて電子ビーム偏向装置１０を制御する場合は、一つのラインの所望の箇所で改行、あるいは、照射領域Ｒに対して所望の場所に所望の順番で所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できる。
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄは、相手側装置Ｅの構成部材も制御できることから、第１～第３の実施形態に係る電子銃１Ａ～１Ｃの奏する効果に加え、設定したパラメータの制御方法の選択肢が多くなるという効果を奏する。
（電子線適用装置の実施形態）
電子銃１（１Ａ～１Ｄ）を搭載する電子線適用装置Ｅは、電子銃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。
電子銃１（１Ａ～１Ｄ）を搭載する電子線適用装置Ｅは、電子銃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。
本出願で開示する電子銃１を搭載した電子線適用装置は、例えば、以下の効果を奏する。
（１）電子線適用装置の種類を問わず、搭載した電子銃１側の構成部材のみで射出する電子ビームＢのパラメータを設定できる。したがって、電子線適用装置の利便性が向上する。
（２）電子顕微鏡の場合、試料がチャージアップすることがある。撮影したい場所とは別の場所に、電子ビームＢの強さ、電子ビームＢの大きさ等のパラメータを設定した電子ビームを照射することで、試料のチャージアップを解消できる。
（３）電子顕微鏡の場合、電子ビームＢの加速エネルギーを大きくすることで試料の深い位置まで電子が到達する。また、電子ビームＢの強さ等を制御することで試料の凹凸等がより鮮明になり、従来観察できなかった構造が見えるようになる。
（４）電子顕微鏡の場合、信号が弱い場所には強い電子ビームＢを照射し、信号が強すぎる場所には弱い電子ビームＢを照射することで、従来の電子ビームＢでは検出器の検出範囲から外れてしまう信号を、当該範囲に収めることができる。
（５）電子線金属積層造形装置（３Ｄプリンタ）の場合、金属を積層する土台部分を温めたい場合がある。温めたい場所のみ、電子ビームＢを強くする、電子ビームＢの射出時間を長くする、電子ビームＢのサイズを大きくする、等の制御ができる。
（６）電子線検査装置の場合、検査を必要とする場所を選択することにより、あるいは、検査の条件設定等を行うことにより、効率的に検査を行うことができ、検査のスループットを向上させることができる。
（１）電子線適用装置の種類を問わず、搭載した電子銃１側の構成部材のみで射出する電子ビームＢのパラメータを設定できる。したがって、電子線適用装置の利便性が向上する。
（２）電子顕微鏡の場合、試料がチャージアップすることがある。撮影したい場所とは別の場所に、電子ビームＢの強さ、電子ビームＢの大きさ等のパラメータを設定した電子ビームを照射することで、試料のチャージアップを解消できる。
（３）電子顕微鏡の場合、電子ビームＢの加速エネルギーを大きくすることで試料の深い位置まで電子が到達する。また、電子ビームＢの強さ等を制御することで試料の凹凸等がより鮮明になり、従来観察できなかった構造が見えるようになる。
（４）電子顕微鏡の場合、信号が弱い場所には強い電子ビームＢを照射し、信号が強すぎる場所には弱い電子ビームＢを照射することで、従来の電子ビームＢでは検出器の検出範囲から外れてしまう信号を、当該範囲に収めることができる。
（５）電子線金属積層造形装置（３Ｄプリンタ）の場合、金属を積層する土台部分を温めたい場合がある。温めたい場所のみ、電子ビームＢを強くする、電子ビームＢの射出時間を長くする、電子ビームＢのサイズを大きくする、等の制御ができる。
（６）電子線検査装置の場合、検査を必要とする場所を選択することにより、あるいは、検査の条件設定等を行うことにより、効率的に検査を行うことができ、検査のスループットを向上させることができる。
（電子ビームの射出方法の実施形態）
電子ビームの射出方法（以下、「射出方法」と記載することがある。）の実施形態は、第１～第４の実施形態に係る電子銃１または第１～第４の実施形態に係る電子銃１を搭載した電子線適用装置を用いて行われる。
電子ビームの射出方法（以下、「射出方法」と記載することがある。）の実施形態は、第１～第４の実施形態に係る電子銃１または第１～第４の実施形態に係る電子銃１を搭載した電子線適用装置を用いて行われる。
実施形態に係る射出方法は、光源２からの励起光Ｌをフォトカソード３へ照射し、励起光Ｌの受光に応じてフォトカソード３で生成した放出可能な電子を、フォトカソード３とアノード４との間に形成した電界により引き出して電子ビームＢを形成する電子ビーム射出ステップを含んでいる。電子銃１が有する制御部５は、（１）電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎にパラメータを設定する、または、（２）電子ビームＢの射出時間を設定し、射出する電子ビームＢのパラメータを射出時間に関連付けて設定できる。そして、制御部５は、電子ビーム射出ステップにおいて、射出する電子ビームＢが設定したパラメータとなるように電子銃１の構成部材、更に、任意付加的に相手側装置Ｅの構成部材を制御する。
（射出方法において制御部５が採用可能な実施形態１）
制御部５が、（１）電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎にパラメータを設定する場合、パラメータは、例えば、電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含むことができる。制御部５は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、全ての電子ビームのパラメータが同じとなるように制御してもよいし、少なくとも１つのパラメータがその他のパラメータから選択される一つと異なるように制御してもよい。また、制御部５は、電子銃１の実施形態で説明のとおり、電子銃１側の構成部材のみ制御してもよいし、相手側装置Ｅの構成部材も制御してもよい。制御の具体例は電子銃１の実施形態で説明済みであることから、詳細な記載は省略する。
制御部５が、（１）電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎にパラメータを設定する場合、パラメータは、例えば、電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含むことができる。制御部５は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、全ての電子ビームのパラメータが同じとなるように制御してもよいし、少なくとも１つのパラメータがその他のパラメータから選択される一つと異なるように制御してもよい。また、制御部５は、電子銃１の実施形態で説明のとおり、電子銃１側の構成部材のみ制御してもよいし、相手側装置Ｅの構成部材も制御してもよい。制御の具体例は電子銃１の実施形態で説明済みであることから、詳細な記載は省略する。
（射出方法において制御部５が採用可能な実施形態２）
制御部５が、（２）電子ビームＢの射出時間を設定し、射出する電子ビームＢのパラメータを射出時間に関連付けて設定する場合、パラメータは、例えば、電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含むことができる。制御部５は、電子ビームＢを射出する射出時間を設定し、射出する電子ビームＢのパラメータが同じとなるように制御してもよいし、パラメータが異なる電子ビームＢを射出する時間を含むように制御してもよい。
制御部５が、（２）電子ビームＢの射出時間を設定し、射出する電子ビームＢのパラメータを射出時間に関連付けて設定する場合、パラメータは、例えば、電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含むことができる。制御部５は、電子ビームＢを射出する射出時間を設定し、射出する電子ビームＢのパラメータが同じとなるように制御してもよいし、パラメータが異なる電子ビームＢを射出する時間を含むように制御してもよい。
以下に実施例を掲げ、本出願で開示する実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に実施形態の説明のためのものである。本出願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
＜実施例１＞
［電子銃１の作製］
光源２には、レーザー光源（Ｔｏｐｔｉｃａ製ｉＢｅａｍＳｍａｒｔ）を用いた。フォトカソード３は、Ｄａｉｋｉ ＳＡＴＯ ｅｔ ａｌ． ２０１６ Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ５５ ０５ＦＨ０５に記載された公知の方法で、ＩｎＧａＮフォトカソードを作製した。フォトカソード表面のＥＡ処理は、公知の方法により行った。制御部５は、電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎に電子ビームパラメータを設定できるようにプログラムを作成した。
［電子銃１の作製］
光源２には、レーザー光源（Ｔｏｐｔｉｃａ製ｉＢｅａｍＳｍａｒｔ）を用いた。フォトカソード３は、Ｄａｉｋｉ ＳＡＴＯ ｅｔ ａｌ． ２０１６ Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ５５ ０５ＦＨ０５に記載された公知の方法で、ＩｎＧａＮフォトカソードを作製した。フォトカソード表面のＥＡ処理は、公知の方法により行った。制御部５は、電子ビームＢの射出回数を設定し、射出する電子ビームＢ毎に電子ビームパラメータを設定できるようにプログラムを作成した。
＜実施例２＞
［電子線適用装置（ＳＥＭ）の作製］
市販ＳＥＭの電子銃部分を、作製した電子銃１で置き換えた。なお、市販ＳＥＭの仕様は、電子銃がコールド型電界放出電子源（ＣＦＥ）を用いており、電子ビーム偏向装置１０として偏向コイルを備えていた。電子ビームの加速電圧は最大で３０ｋｖ、最大で１００万倍での観察が可能である。
［電子線適用装置（ＳＥＭ）の作製］
市販ＳＥＭの電子銃部分を、作製した電子銃１で置き換えた。なお、市販ＳＥＭの仕様は、電子銃がコールド型電界放出電子源（ＣＦＥ）を用いており、電子ビーム偏向装置１０として偏向コイルを備えていた。電子ビームの加速電圧は最大で３０ｋｖ、最大で１００万倍での観察が可能である。
［電子ビームの照射方法］
＜実施例３＞
表面の一部に凹凸模様を形成したサンプルを準備し、ＳＥＭにセットした。測定倍率、電子ビームＢのサイズ、照射領域等を考慮し、制御部５で電子ビームＢの射出回数を設定した。なお、パラメータには電子ビームＢの強さ（電子ビームＢの強さがゼロ（励起光Ｌの照射無し）、または、一定の強さ）を用い、電子ビームＢの強さがゼロの部分が、サンプル上でＰｅＳのロゴとなるように、射出回数の順番を考慮しながらパラメータの設定を行った。次に、設定したパラメータとなるように電子銃１の構成部材を制御しながら、電子ビームＢをサンプルに照射し撮影を行った。図７Ａに撮影結果を示す。図７Ａに示すとおり、電子ビームＢを照射した部分はサンプルの撮影ができ、凹凸形成部分と凹凸非形成部分も明確に撮影できた。また、電子ビームＢの強さがゼロの部分はサンプルの撮影ができないことから黒色となった。図７Ａに示す通り、黒色のＰｅＳのロゴが確認できたことから、電子銃１側の構成部材により、サンプルの所望の場所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できることを確認した。なお、実施例３に示すような照射領域Ｒの一部に電子ビームＢを照射しないパラメータを設定した場合、同じ強さの電子ビームＢを照射し続ける場合と比較してフォトカソード３の劣化を防止でき、フォトカソード３を長寿命化できるという効果も奏する。
＜実施例３＞
表面の一部に凹凸模様を形成したサンプルを準備し、ＳＥＭにセットした。測定倍率、電子ビームＢのサイズ、照射領域等を考慮し、制御部５で電子ビームＢの射出回数を設定した。なお、パラメータには電子ビームＢの強さ（電子ビームＢの強さがゼロ（励起光Ｌの照射無し）、または、一定の強さ）を用い、電子ビームＢの強さがゼロの部分が、サンプル上でＰｅＳのロゴとなるように、射出回数の順番を考慮しながらパラメータの設定を行った。次に、設定したパラメータとなるように電子銃１の構成部材を制御しながら、電子ビームＢをサンプルに照射し撮影を行った。図７Ａに撮影結果を示す。図７Ａに示すとおり、電子ビームＢを照射した部分はサンプルの撮影ができ、凹凸形成部分と凹凸非形成部分も明確に撮影できた。また、電子ビームＢの強さがゼロの部分はサンプルの撮影ができないことから黒色となった。図７Ａに示す通り、黒色のＰｅＳのロゴが確認できたことから、電子銃１側の構成部材により、サンプルの所望の場所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できることを確認した。なお、実施例３に示すような照射領域Ｒの一部に電子ビームＢを照射しないパラメータを設定した場合、同じ強さの電子ビームＢを照射し続ける場合と比較してフォトカソード３の劣化を防止でき、フォトカソード３を長寿命化できるという効果も奏する。
＜実施例４＞
次に、情報表示装置に表示された図７Ａの撮影結果に基づき、凹凸模様を有する部分の拡大撮影ができるように撮影領域（照射領域）を設定し、制御部５で電子ビームＢの射出回数を設定した。なお、実施例３ではＰｅＳのロゴが形成できるように電子ビームＢのパラメータを設定したが、実施例４では電子ビームＢの強さがゼロとなる照射領域が略半円形状となるように、射出回数の順番を考慮しながらパラメータの設定を行った。図７Ｂに撮影結果を示す。図７Ｂに示すとおり、電子ビームＢを照射した部分はサンプルの拡大した凹凸形成部分の撮影ができ、電子ビームＢの強さがゼロの部分は略半円形状となった。図７Ｂに示す例では、パラメータは電子ビームＢの強さ変化の２種類のみであるが、サンプルの所望の場所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できた。したがって、相手側装置Ｅの情報を参照することで、より詳細にパラメータを設定できることを確認した。
次に、情報表示装置に表示された図７Ａの撮影結果に基づき、凹凸模様を有する部分の拡大撮影ができるように撮影領域（照射領域）を設定し、制御部５で電子ビームＢの射出回数を設定した。なお、実施例３ではＰｅＳのロゴが形成できるように電子ビームＢのパラメータを設定したが、実施例４では電子ビームＢの強さがゼロとなる照射領域が略半円形状となるように、射出回数の順番を考慮しながらパラメータの設定を行った。図７Ｂに撮影結果を示す。図７Ｂに示すとおり、電子ビームＢを照射した部分はサンプルの拡大した凹凸形成部分の撮影ができ、電子ビームＢの強さがゼロの部分は略半円形状となった。図７Ｂに示す例では、パラメータは電子ビームＢの強さ変化の２種類のみであるが、サンプルの所望の場所に所望のパラメータを有する電子ビームＢを照射できた。したがって、相手側装置Ｅの情報を参照することで、より詳細にパラメータを設定できることを確認した。
本出願で開示する電子銃、電子線適用装置、および、電子ビームの射出方法により、電子銃側の構成部材で、照射対象の所望の箇所に所望の電子ビームパラメータを有する電子ビームを照射できるように設定できる。したがって、電子銃を扱う業者にとって有用である。
１，１Ａ～１Ｄ…電子銃、２…光源、３…フォトカソード（カソード）４…アノード、５…制御部、６…情報表示装置、７…検出器、１０…電子ビーム偏向装置、５１…光量調整装置、５２…励起光サイズ調整装置、５３…電子ビームサイズ調整装置、５４…中間電極、５５…電子ビーム形状調整装置、Ｂ…電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、Ｌ…励起光、Ｒ…照射領域、
Claims (12)
- 光源と、
前記光源からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソードと、
前記フォトカソードとの間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
制御部と、
を含む電子銃であって、
前記制御部は、
前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、
または、
前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定する、
電子銃。 - 前記制御部が、前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の電子銃。 - 前記射出回数は２以上であり、
前記制御部は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、少なくとも１つの電子ビームパラメータが、その他の電子ビームパラメータから選択される一つと異なるように制御する、
請求項２に記載の電子銃。 - 前記制御部が、前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される１つを少なくとも含む、
請求項１に記載の電子銃。 - 前記制御部は、設定された前記射出時間で電子ビームを射出する際に、前記電子ビームパラメータが異なる電子ビームを射出する時間を含むように制御する、
請求項４に記載の電子銃。 - 前記フォトカソードから２以上の電子ビームが引き出されるように、前記フォトカソードの異なる２以上の場所に光源からの励起光が照射される、
請求項１～５の何れか一項に記載の電子銃。 - 請求項１～６のいず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、
電子線適用装置は、
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。 - 電子ビームの射出方法であって、
電子ビームは、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、放出可能な電子を生成するフォトカソードと、
前記フォトカソードとの間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
制御部と、
を含む電子銃から射出され、
前記制御部は、
前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定する、
または、
前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定することができ、
射出方法は、
前記光源からの励起光を前記フォトカソードへ照射し、励起光の受光に応じて前記フォトカソードで生成した放出可能な電子を、前記フォトカソードと前記アノードとの間に形成した電界により引き出して電子ビームを形成する電子ビーム射出ステップを含み、
前記制御部は、
電子ビーム射出ステップにおいて、射出する電子ビームが設定した電子ビームパラメータとなるように制御する、
射出方法。 - 前記制御部が、前記電子ビームの射出回数を設定し、射出する電子ビーム毎に電子ビームパラメータを設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状、電子ビームの射出時間および電子ビームのエミッタンスから選択される少なくとも１つを含む、
請求項８に記載の射出方法。 - 前記射出回数は２以上であり、
前記制御部は、設定された回数の電子ビームを射出する際に、少なくとも１つの電子ビームパラメータが、その他の電子ビームパラメータから選択される一つと異なるように制御する、
請求項９に記載の射出方法。 - 前記制御部が、前記電子ビームの射出時間を設定し、射出する電子ビームの電子ビームパラメータを前記射出時間に関連付けて設定するものであり、
前記電子ビームパラメータが、
電子ビームの強さ、電子ビームの加速エネルギーの大きさ、電子ビームのサイズ、電子ビームの形状および電子ビームのエミッタンスから選択される１つを少なくとも含む、
請求項８に記載の射出方法。 - 前記制御部は、設定された前記射出時間で電子ビームを射出する際に、前記電子ビームパラメータが異なる電子ビームを射出する時間を含むように制御する、
請求項１１に記載の射出方法。
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