JP2023149751A - 電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチレンズアレイが具備するレンズの数より多くの電子ビームを形成できる電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法を提供する。【解決手段】電子発生源と、電子発生源との間で電界を形成し形成した電界により電子を引き出し電子ビームを形成するアノードと、マルチレンズアレイと、制御部と、を含む電子銃であって、マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームとした時に、第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、マルチレンズアレイから射出する第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成でき、制御部はｍ個の第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が予め設定した位置関係となるように制御する。【選択図】図１２

Description

本出願における開示は、電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法に関する。

複数の電子ビーム（マルチ電子ビーム）を発生させるための装置が知られている。

関連する技術として、特許文献１には、補正電子光学系を用いることで、電子銃から射出した１つの電子ビームから複数の電子ビームを形成することが記載されている。特許文献１には、電子ビームが通過する孔が複数形成されたアレイ状の補正電子光学系が記載されている。そして、それぞれの孔には、偏向機能を有するブランキング電極、透過する電子ビームの形状を規定する開口（ＡＰ）を有する開口絞り、配線、ユニポテンシャルレンズ、ブランキング開口が形成されている。

特開平９－２４５７０８号公報

特許文献１に記載の発明は、アレイ状の補正電子光学系を電子ビームが通過することで、１つの電子ビームから複数の電子ビームを形成できる。したがって、アレイ状の補正電子光学系が具備する孔の数を多くするほど、１つの電子ビームからより多くの電子ビームを形成できる。しかしながら、特許文献１に記載のアレイ状の補正電子光学系は、それぞれの孔に電極等を形成する微細加工が必要である。そのため、孔の数を多くするほど、一つでも孔に欠陥が生じると一つのアレイ（以下、電子ビームが通過するレンズ機能を有する孔を「レンズ」と記載し、「レンズ」を２つ以上形成したアレイを「マルチレンズアレイ」と記載することがある。）が欠陥製品となり、マルチレンズアレイの製造の歩留まりが悪くなるという問題がある。また、レンズの数が多いほど、使用中に一つでもレンズに欠陥が発生した場合はマルチレンズアレイを交換する必要があり、電子ビームを使用する際のランニングコストが悪くなるという問題がある。

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、ｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成できること、を新たに見出した。

本出願における開示は、マルチレンズアレイが具備するレンズの数より多くの電子ビームを形成できる電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法を提供することにある。

本出願における開示は、以下に示す、電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法に関する。

（１）放出可能な電子を生成する電子発生源と、
前記電子発生源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、
マルチレンズアレイと、
制御部と、
を含む、電子銃であって、
前記マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームと規定した時に、前記第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、
前記マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、
前記マルチレンズアレイから射出する電子ビームを第２電子ビームと規定した時に、
前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、前記第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成でき、
前記制御部は、
前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記ｍ個の第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御できる、
電子銃。
（２）前記電子発生源が、フォトカソードであり、
前記制御部が、前記フォトカソードが受光する励起光の位置を制御する、
上記（１）に記載の電子銃。
（３）前記電子発生源が、フィールドエミッタまたはショットキーであり、
前記制御部が、前記フィールドエミッタまたはショットキーから前記第１電子ビームを射出する素子を制御する、
上記（１）に記載の電子銃。
（４）前記Ｚ方向を回転軸として、前記マルチレンズアレイを回転する回転機構を更に含み、
前記制御部が、前記回転機構を制御する、
上記（１）～（３）の何れか一つに記載の電子銃。
（５）前記Ｚ方向を移動方向に、前記マルチレンズアレイを移動する移動機構を更に含み、
前記制御部が、前記移動機構を制御する、
上記（１）～（４）の何れか一つに記載の電子銃。
（６）前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される、
上記（１）～（５）の何れか一つに記載の電子銃。
（７）前記射出配置および前記レンズ配置が、
直線状の等間隔の３以上の奇数点、
正方形の４隅と中心、および、
正六角形の６隅と中心、
からなる群から選択した何れか一つである、
上記（６）に記載の電子銃。
（８）像面に形成される前記第２電子ビームが照射される領域を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、
前記第２電子ビーム照射領域は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である、
上記（７）に記載の電子銃。
（９）前記射出配置および前記レンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心であり、
前記射出配置および前記レンズ配置が以下の式を満たし、
前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置を前記射出配置と同一または相似した配置から前記射出配置の中心を回転軸として回転した角度が、以下の式においてθで表される、
上記（８）に記載の電子銃。
（１０）上記（９）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、
走査電子顕微鏡、
電子線検査装置、または、
走査型透過電子顕微鏡、
である、
電子線適用装置。
（１１）マルチ電子ビームの形成方法であって、該形成方法は、
第１電子ビーム形成工程と、
第２電子ビーム形成工程と、
を含み、
前記第１電子ビーム形成工程は、
放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで、電子発生源からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを射出し、
または、
放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成し、
前記第２電子ビーム形成工程は、
前記ｍ個の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射し、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成し、
前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記電子発生源から前記第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される、
マルチ電子ビームの形成方法。
（１２）前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される、
上記（１１）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１３）像面に形成される前記第２電子ビームの照射領域を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、
前記第２電子ビーム照射領域は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である、
上記（１２）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１４）前記射出配置および前記レンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心であり、
前記射出配置および前記レンズ配置が以下の式を満たし、
前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置を前記射出配置と同一または相似した配置から前記射出配置の中心を回転軸として回転した角度が、以下の式においてθで表される、
上記（１３）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１５）上記（１４）に記載のマルチ電子ビームの形成方法により形成されたマルチ電子ビームを照射対象上で走査する走査工程を含む、
マルチ電子ビームの走査方法。

本出願で開示する電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法により、第２電子ビームの数よりマルチレンズアレイが具備するレンズの数を少なくできる。したがって、マルチレンズアレイの製造の歩留まりを向上できるとともに、電子銃または電子線適用装置を使用する際のランニングコストを低くできる。

図１は、実施形態に係る電子銃１および電子線適用装置１０を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。 図３は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。 図４は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。 図５は、マルチ電子ビームの形成方法のフローチャートである。 図６は、第２の実施形態の概略を説明するための図である。 図７は、第２電子ビームＢ２の照射領域が重複する例を示す図である。 図８は、第２電子ビームＢ２の照射領域が欠損する例を示す図である。 図９は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１０は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１１は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１２は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１３は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１４は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１５は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１６は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成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。

（方向の定義）
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、電子発生源が形成し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。

（電子銃および電子線適用装置の実施形態）
図１～図４を参照して、電子銃１、電子線適用装置１０およびマルチ電子ビームの形成方法の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る電子銃１および電子線適用装置１０を模式的に示す図である。図２乃至図４は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。

実施形態に係る電子銃１は、電子発生源２と、アノード３と、マルチレンズアレイ４と、を少なくとも含んでいる。電子銃１は、任意付加的に、電子発生源２とアノード３との間に電界を発生させるための電源５、電子発生源２等を制御する制御部６を含んでいてもよい。また図示は省略するが、電子銃１は、電子発生源２およびアノード３で形成した電子ビームを加速するための加速電極および加速用電源を含んでいてもよい。

図１に示す例では、電子線適用装置１０の相手側装置Ｅ（電子線適用装置１０から電子銃１を除いた部分）は電子ビーム偏向装置７を含む。電子ビーム偏向装置７は、電子銃１が形成した第２電子ビームＢ２を照射対象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１０の種類に応じて公知の構成部材を備えていればよい。なお、図１に示す例では、電子銃１および電子線適用装置１０全体の概略を示すため、電子銃１が形成する電子ビームＢの数は一つである。実施形態に係る電子銃１および電子線適用装置１０におけるマルチ電子ビームの概略については、図２乃至図４を参照して、後ほど詳しく説明する。

電子発生源２は、放出可能な電子を生成し、アノード３との間で形成した電界により生成した電子を引き出すことで電子ビームＢを形成できれば特に制限はなく、公知の電子発生源２を用いることができる。電子発生源２としては、例えば、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極が挙げられる。なお、本明細書では、マルチレンズアレイ４に照射される（マルチレンズアレイ４を通過する前の）電子ビームを第１電子ビームＢ１と記載し、マルチレンズアレイ４を通過した後の（マルチレンズアレイ４から射出される）電子ビームを第２電子ビームＢ２と記載することがある。また、第１電子ビームＢ１と第２電子ビームＢ２とを特に区別しない場合は、単に電子ビームＢと記載することがある。

図１を参照して、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いた電子銃１の例について説明する。フォトカソード２ａは、光源２ｂ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２ａ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２ａ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２ａ１（アノード３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Ｌ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、Ｃｅ_２Ｔｅ、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、ＬａＢ_６、ＳｅＢ_６、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２ａを作製することができ、該フォトカソード２ａ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、Ｃｓ_２Ｔｅ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。

光源２ｂは、フォトカソード２ａに励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを形成できるものであれば特に制限はない。光源２ｂ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２ｂ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２ａの第１面２ａ１側に照射されている。代替的に、光源２ｂ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２ａの第２面２ａ２（アノード３とは反対側の面）側に照射されてもよい。

アノード３は、電子発生源２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３を使用すればよい。図１に示す例では、フォトカソード２aとアノード３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２ａ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に示す例では、フォトカソード２ａとアノード３との間に電界を形成するため、電源５をフォトカソード２ａに接続しているが、フォトカソード２ａとアノード３との間に電位差が生じれば電源５の配置に特に制限はない。

次に、図２乃至図４を参照し、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略について説明する。図２および図３に示す例では、フォトカソード２ａに３個の励起光Ｌａ～Ｌｃを異なる場所に直線状に照射することで、３個の第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃを形成し（図２では第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃの図示は省略。図３に図示。）、形成した３個の第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃを３個のレンズ４１を具備したマルチレンズアレイ４に照射することで、９個の第２電子ビームＢ２ａ～Ｂ２ｃを形成し（図２では第２電子ビームＢ２ａ～Ｂ２ｃの図示は省略。図３に図示。）、像面ＩＳに９個の第２電子ビームＢ２の焦点を形成している。なお、像面ＩＳとは、第２電子ビームＢ２が焦点を形成する仮想面を意味する。像面ＩＳは、照射対象Ｓの表面に一致していてもよいし、一致していなくてもよい。図３は、図２のＡ－Ａ、Ｂ－ＢおよびＣ－Ｃ矢視断面図である。なお、フォトカソード２ａとマルチレンズアレイ４との間にはアノード３が存在するが、図２および図３では図面の複雑化を避けるため、アノード３の図示は省略している。

マルチレンズアレイ４が具備する個々のレンズ４１は、異なる位置から照射された第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃが入射すると、入射した第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃそれぞれを収束し、像面ＩＳに焦点を形成する機能を有する。したがって、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するマルチレンズアレイ４に照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成できる。なお、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成するためには、ｍ個の第１電子ビームＢ１のそれぞれが、マルチレンズアレイ４が具備するｎ個のレンズ４１の全てをカバーするように照射されればよい。

ｍ個の第１電子ビームＢ１のそれぞれが、ｎ個のレンズ４１の全てをカバーするように照射されるためには、例えば、第１電子ビームＢ１の広がり具合を調整、ｍ個の第１電子ビームＢ１の照射位置の調整、ｎ個のレンズ４１の配置等を、適宜組み合わせながら調整すればよい。第１電子ビームＢ１の広がり具合は、電子発生源２とアノード３との間に形成する電界の強さを変えることで調整できる。なお、本出願で開示する電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１から、必ずしもｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成する必要はない。任意の第１電子ビームＢ１が到達できないレンズ４１が存在してもよい。換言すると、本出願で開示する電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するマルチレンズアレイ４に照射することで、ｍ＋１個以上またはｎ＋１個以上の第２電子ビームＢ２が形成できればよい。ｍおよびｎの上限は、本出願で開示する技術思想が達成できる範囲内であれば特に制限はない。なお、装置の大型化を避けつつｍおよびｎの数を多くするためには、例えば、マルチレンズアレイ４に配置するレンズ４１の間隔を小さくする等、高度な微細加工技術が要求されコストアップになる。したがって、ｍおよびｎの上限は、第２電子ビームＢ２の数を多くするメリット、装置のサイズおよびコスト等のバランスを考慮し適宜設定すればよい。

第１電子ビームＢ１の数は、２個以上の整数であればレンズ４１の数（２個以上の整数）より多くてもよいし、同じであってもよいし、少なくてもよい。また、第１電子ビームＢ１の配置（ｍ個の第１電子ビームＢ１が射出する位置関係。図２および図３に示す例では、等間隔の直線状。）とレンズ４１の配置（ｎ個のレンズ４１の位置関係。）は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が同じ場合、電子発生源２からマルチレンズアレイ４の方向（Ｚ方向）に見た際に、図２に示す例のように、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が一致してもよいし、ずらして配置されてもよい。更に、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が、Ｚ方向に見た形状は同じであるが、サイズが異なる相似形であってもよい。

なお、ずらして配置とは、例えば、図２に示す配置から、以下の（１）～（３）に記載のように配置することが挙げられる。
（１）電子発生源２またはマルチレンズアレイ４の何れかをＸ－Ｙ平面方向に位置を換えること。換言すると、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が一致しないこと。この場合、Ｚ方向に見た際に、ｍ個の第１電子ビームＢ１を射出する位置の全てがレンズ４１と一致していなくてもよいし、第１電子ビームＢ１を射出する位置の一部がレンズ４１と一致してもよい。
（２）電子発生源２またはマルチレンズアレイ４の何れかをＺ方向を中心軸にして回転すること。回転中心は特に制限はなく、第１電子ビームＢ１を射出する位置の任意の一つとレンズ４１とが一致する点を回転中心としてもよいし、第１電子ビームＢ１を射出する位置とレンズ４１とが一致しない点を回転中心としてもよい。
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ。

図２および図３に示す例では、第１電子ビームＢ１およびレンズ４１を直線状に配置しているが、単なる例示である。上記のとおり、実施形態に係る電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するマルチレンズアレイ４に照射することで、ｍ＋１個以上またはｎ＋１個以上の第２電子ビームＢ２を形成できれば、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置に特に制限はない。

例えば、図４に示す例では、５個の励起光Ｌを非直線状（正方形の４隅と正方形の中点の五か所）に照射することで５個の第１電子ビームＢ１を形成する（第１電子ビームＢ１の図示は省略）。形成した５個の第１電子ビームＢ１のそれぞれは、マルチレンズアレイ４が具備する５個のレンズ４１ａ～４１ｅのそれぞれに入射する。したがって、図４の右側の像面ＩＳに示す通り、レンズ４１ａ～４１ｅのそれぞれからは、５個の第２電子ビームＢ２が形成されることから、合計２５個の第２電子ビームＢ２が形成される。勿論、図４に示す例においても、上記のように、第１電子ビームＢ１およびレンズ４１は、ずらして配置されてもよい。

第１電子ビームＢ１は、少なくとも２個以上が形成されれば形成方法に特に制限はない。電子発生源２がフォトカソード２ａの場合は、図２乃至図４に示すように、フォトカソード２ａにｍ個の励起光Ｌを照射すればよい。ｍ個の励起光Ｌをフォトカソード２ａに照射するためには、ｍ個の光源２ｂを用いればよい。代替的に、図１に示すように単一の光源２ｂとフォトカソード２ａとの間に液晶シャッター等の光スプリッタ２ｃを配置し、光スプリッタ２ｃにより、単一の光源２ｂから照射された励起光Ｌを所望の数に分割してもよい。なお、２つ以上の光源２ｂと光スプリッタ２ｃを組み合わせてもよい。更に代替的に、先ず、フォトカソード２ａから電子ビームＢを射出し、アパーチャアレイ等を用いて射出した電子ビームＢを分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成してもよい。なお、電子ビームＢを予め設定したとおりに分割する場合は、例えば、金属板等で形成したアパーチャアレイを用いればよい。また、電子ビームＢを分割する個数や形成する第１電子ビームＢ１の位置を制御する場合は、ブランキング機能付きのアパーチャアレイ（例えば、偏向機能付きアパーチャアレイ、静電レンズアレイ）を用いればよい。

図１乃至図４では、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いた例を説明しているが、上記のとおり、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極等の公知の電子発生源２を用いてもよい。その場合、図１に示す光源２ｂ、光スプリッタ２ｃは不要である。また、フィールドエミッタおよびショットキーは、素子を並べてアレイ状にすることもできる。したがって、フィールドエミッタおよびショットキーの場合、アレイ状の素子からｍ個の第１電子ビームＢ１を射出してもよいが、先ず電子ビームＢを射出し、アパーチャアレイ等を用いて射出した電子ビームＢを分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成してもよい。

熱陰極は、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキーと比較して、電子発生源２としてはサイズが大きい。したがって、熱陰極を２個以上並べることは技術的には可能であるが、電子銃１が大型化する恐れがある。したがって、電子発生源２として熱陰極を用いる場合は技術的観点ではなく利便性の観点から、先ず電子ビームＢを射出し、アパーチャアレイ等を用いて射出した電子ビームＢを分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成することが好ましい。

アノード３は、電子銃１の分野で一般的に用いられているものを使用すればよい。

マルチレンズアレイ４は、それぞれのレンズ４１に入射したｍ個の第１電子ビームＢ１を収束し、像面ＩＳにｍ個の焦点を形成する機能を有するものであれば特に制限はない。例えば、特開２０１３―３０５６７号公報、特開２０１４－５３４０８号公報等に記載の荷電粒子線レンズアレイを用いることができる。特開２０１３―３０５６７号公報および特開２０１４－５３４０８号公報に記載された全ての事項は、参照により本明細書に含まれる。

図１～図４は、本出願で開示する電子銃１の一例に過ぎない。本出願で開示する技術思想の範囲内であれば各種変更をしてもよい。例えば、図１に示す例では、光源２ｂを制御する制御部６を設けている。制御部６は、光源２ｂを複数設ける場合、どの光源２ｂから励起光Ｌを照射するのか制御することで、形成する第１電子ビームＢ１の数を制御できる。また、光スプリッタ２ｃを設ける場合、制御部６が光スプリッタ２ｃを制御することで、形成する第１電子ビームＢ１の数を制御してもよい。なお、フォトカソード２ａは、励起光Ｌを受光した場所から電子ビームＢを射出するという特徴を有する。したがって、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いる場合、制御部６はフォトカソード２ａが受光する励起光Ｌの位置を制御してもよい。励起光Ｌの照射位置が変わると、マルチレンズアレイ４に入射する第１電子ビームＢ１のそれぞれの入射角度を調整できる。したがって、電子銃１を組み立てた後、換言すると、マルチレンズアレイ４がセットアップされた後であっても、制御部６が励起光Ｌの照射数および／または照射位置を調整することで、像面ＩＳに形成する焦点の数および位置関係を調整できる。また、制御部６は、励起光Ｌの強度を制御してもよいし、励起光Ｌを連続光またはパルス光としてフォトカソード２ａに照射できるように制御してもよい。

電子発生源２としてアレイ状のフィールドエミッタおよびショットキーを用いた場合、制御部６は、アレイを構成するどの素子から電子ビームＢを射出するのか制御してもよい。素子を行方向および列方向に配置した場合は、電子ビームＢを射出する素子の数および／または射出位置を調整できることから、上記フォトカソード２ａと同様の効果を奏する。

電子発生源２として複数の熱陰極を用いた場合、制御部６は、どの熱陰極から電子ビームＢを射出するのか制御すればよい。

また、電子発生源２の種類を問わず、電子ビームＢを分割するアパーチャアレイとしてブランキング機能付きのアパーチャアレイを用いる場合、ブランキング機能を奏する部材（例えば、静電レンズ等）を制御部６が制御することで、電子ビームＢから分割する第１電子ビームＢ１の数や場所を制御してもよい。

電子銃１を搭載する電子線適用装置１０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。

電子線適用装置１０の種類に応じて、本出願で開示する電子銃１が形成する第２電子ビームＢ２を適宜調整すればよい。例えば、電子線適用装置１０が、走査型電子顕微鏡または走査型電子線検査装置の場合、図２に示すように形成したライン状の複数の第２電子ビームＢ２をスキャンすることで、サンプルの撮像時間や検査時間を短縮できる。一方、図４に示すように平面状に複数の第２電子ビームＢ２を形成する場合は、透過型電子顕微鏡、電子線滅菌装置、電子線殺菌装置等に使用できる。また、走査または非走査を問わず、電子線描画装置（マスク描画装置、直接描画装置）、電子線金属積層造形装置（金属３Ｄプリンタ）等にも使用できる。

（マルチ電子ビームの形成方法の実施形態）

次に、図５を参照して、マルチ電子ビームの形成方法を説明する。図５は、マルチ電子ビームの形成方法のフローチャートである。マルチ電子ビームの形成方法は、第１電子ビーム形成工程（ＳＴ１）と、第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）と、を含む。

第１電子ビーム形成工程（ＳＴ１）は、放出可能な電子を生成する電子発生源２およびアノード３との間で電界を形成することで、電子発生源２からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームＢ１を射出する。代替的に、放出可能な電子を生成する電子発生源２およびアノード３との間で電界を形成することでｍ個より少ない数の電子ビームＢを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームＢ１を形成してもよい。電子発生源２としては、電子銃１の実施形態で説明のとおり、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極等の公知の電子発生源を用いればよい。なお、電子発生源２として複数の熱陰極を用いる場合、電子銃１が大型化する場合がある。したがって、電子発生源２として熱陰極を用いる場合は、先ず熱陰極から電子ビームＢを引き出し、引き出した電子ビームＢを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームＢ１を形成することが好ましい。

第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）は、ｍ個の第１電子ビームＢ１を、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズ４１を具備したマルチレンズアレイ４に照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成する。

なお、形成した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓ上で走査する場合は、図示は省略するが、第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）の後に、像面ＩＳに焦点を形成した第２電子ビームＢ２を、電子ビーム偏向装置７により偏向しながら走査する第２電子ビームＢ２走査工程（ＳＴ３）と、走査した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓに照射する第２電子ビームＢ２照射工程（ＳＴ４）と、を含んでもよい。また、形成した第２電子ビームＢ２の走査が不要な場合は、第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）の後に、第２電子ビームＢ２照射工程（ＳＴ４）を実施してもよい。

本出願で開示する電子銃１、電子銃１を搭載した電子線適用装置１０およびマルチ電子ビームの形成方法（以下、「電子銃１、電子線適用装置１０およびマルチ電子ビームの形成方法」を纏めて「電子銃等」と記載する。）は、以下の効果を奏する。
（１）像面ＩＳに形成する（照射対象Ｓに照射したい）第２電子ビームＢ２の数が同じ場合、電子銃等ではｍ個の第１電子ビームＢ１をマルチレンズアレイ４に照射することで、マルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の数を特許文献１より少なくできる。したがって、マルチレンズアレイ４を製造する際に任意の一つのレンズ４１に欠陥が発生する確率が低くなることから、マルチレンズアレイ４の製造の歩留まりが向上する。また、レンズ４１の数が少なくなるほど、電子銃等を使用している際に任意の一つのレンズ４１に欠陥が発生する確率も低くなることから、電子銃等のランニングコストを低くできる。
（２）図３および図４に示すように、本出願で開示する電子銃等は、射出位置が異なるｍ個の第１電子ビームＢ１をレンズ４１に入射することで、レンズ４１の間隔より狭い間隔で像面ＩＳに第２電子ビームＢ２の焦点を形成できる。したがって、像面ＩＳに形成する第２電子ビームＢ２の間隔が同じ場合を想定すると、電子銃１のレンズ４１の間隔を特許文献１に記載のレンズ７が具備する孔より広くできる。したがって、マルチレンズアレイ４の製造が容易になる。また、レンズ４１の間隔を広くできることから、レンズ４１のサイズを大きくすることも可能である。レンズ４１のサイズを大きくした場合、レンズ４１一つ当たりを通過する電子ビームＢ１のビーム電流を増やす（輝度を高める）ことができる。
（３）アパーチャアレイ等を用いずに、電子発生源２がｍ個の第１電子ビームＢ１を形成する実施形態を想定する。その場合、ｍ個の第１電子ビームＢ１を形成するとの観点では、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極の何れでもよいが、フォトカソード、フィールドエミッタまたはショットキーを用いた方が電子銃１のサイズを小さくできる。また、フィールドエミッタまたはショットキーは素子をアレイ状にした場合、マルチレンズアレイ４のレンズ４１と同様、素子の数を多くするほど製造中または使用中にアレイを形成する素子の一つに欠陥が生じる確率が高くなる。一方、フォトカソード２ａはフォトカソード膜を基板に接着することで一つの部材として製造することができる。したがって、複数の第１電子ビームＢ１を形成する電子発生源２にフォトカソード２ａを用いた場合は、電子銃等を小型化できるとともに、製造中または使用中に欠陥が生じる確率が低くなる。
（４）また、フォトカソード２ａは、励起光Ｌの数および照射位置を調整することで、射出する第１電子ビームＢ１の数と配置を簡単に変更できる。したがって、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いた場合、電子発生源２およびマルチレンズアレイ４を電子銃にセットアップした後でも、マルチレンズアレイ４に入射する第１電子ビームＢ１の数および入射角度を調整し、像面ＩＳに形成する（照射対象Ｓに照射したい）第２電子ビームＢ２の数および配置を調整できるので、電子銃等を使用する際の利便性が向上する。

（電子銃および電子線適用装置の実施形態において、採用可能な構成例１）
続いて、図１乃至図６を参照して、電子銃および電子線適用装置の実施形態において、採用可能な構成例（以下、当該構成例を採用した電子銃および電子線適用装置の実施形態を「第２の実施形態」と記載することがある。）について説明する。図６は、第２の実施形態の概略を説明するための図である。

図２および図４に示すように、本出願で開示する電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するレンズアレイ４に照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を像面ＩＳに形成できる。

本発明者らは、ｍ個の第１電子ビームＢ１が射出する際の射出位置（以下、「第１電子ビーム射出位置」と記載することがある。）と、マルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の位置関係と、について検討した。その結果、Ｚ方向に見た時の第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の位置関係（以下、この位置関係を「相対位置関係」と記載することがある。）を制御することで、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２が好適な配置となるように制御できることを新たに見出した。第２の実施形態に係る電子銃１は、制御部６を構成要素として含む。そして、制御部６が、相対位置関係を予め設定した位置関係となるように制御する以外は、上記（電子銃および電子線適用装置の実施形態（以下、「第１の実施形態」と記載することがある。））と同様である。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。

図６を参照して、第２の実施形態の制御部６の制御内容の概略について説明する。図６（１）は、第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、マルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の配置をレンズ配置と規定した時に、図４に示すように、射出配置およびレンズ配置が同一（同一形状）であり、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が射出配置と同一（オーバーラップ）となるように配置した時の像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２を示している。なお、本明細書において「第１電子ビーム射出位置」とは、ｍ個の第１電子ビームＢ１が射出される位置を意味する。より具体的には、電子発生源２から直接ｍ個の第１電子ビームＢ１を引き出す場合は、電子発生源２の電子が引き出される場所が射出位置であり、電子発生源２から引き出した電子ビームをアパーチャアレイ等の電子ビーム分割装置で分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成する場合は、電子ビーム分割装置から射出するｍ個の第１電子ビームＢ１の場所が射出位置である。

図６（２）は、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が射出配置と同一の配置とならないように、射出配置の中心を回転軸としてレンズ配置を回転した位置に配置した時の像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２を示している。図６（３）は、図６（２）に示す例より、射出配置を基準に更にレンズ配置を回転した時の像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２を示している。図６（１）～（３）に示す例から明らかなように、Ｚ方向に見た射出配置を基準としてレンズ配置を回転することで、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２の配置が変わる。より具体的には、図６（１）に示す例では、個々のレンズ４１（ａ～ｅ）を通過して形成された第２電子ビームＢ２の個々の領域（以下、「Ｂ２個別レンズ領域」と記載することがある。）と領域の隙間（図６（１）の〇で示す部分）は、Ｂ２個別レンズ領域とほぼ同じ大きさである。一方、図６（２）および図６（３）に示すように、射出配置に対するレンズ配置の相対位置関係を回転することで、Ｂ２個別レンズ領域間の隙間（図６（３）の〇で示す部分）は小さくなる。電子線適用装置が、例えば、非走査型の電子線滅菌装置または非走査型の電子線殺菌装置等の場合、Ｂ２個別レンズ領域間の隙間が小さくなることで加熱ムラが小さくなる。したがって、殺菌または滅菌効率を上げることができる。射出配置の中心を回転軸としてレンズ配置をどの程度回転させるのかは、目的に応じて適宜設定すればよい。

なお、図６は、Ｚ方向に見た射出配置およびレンズ配置が同一（同一形状）の場合の例である。代替的に、射出配置およびレンズ配置が相似した配置（相似形）であり、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が、射出配置と相似した配置とならないように、射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置されてもよい。更に代替的に、射出配置およびレンズ配置の相対位置関係を変えることでＢ２個別レンズ領域間の隙間が小さくなる範囲内であれば、射出配置およびレンズ配置は同一または相似形でなくてもよい。換言すれば、制御部６は、相対位置関係が予め設定した位置関係となるように、制御すればよい。

相対位置関係は、予め設定した位置関係となるように、電子銃１を組み立てる際にセットしてもよい。換言すれば、電子銃１を組み立てた後に相対位置関係が変化しないように固定することもできる。しかしながら、電子銃１を組み立てた後に、微調整が必要な場合もある。したがって、電子銃１を組み立てた後に、制御部６が相対位置関係を調整できるように制御できることが望ましい。

電子発生源２がフォトカソード２ａの場合、制御部６は、フォトカソード２ａが受光する励起光Ｌの位置を制御すればよい。電子発生源２がフィールドエミッタまたはショットキーの場合、制御部６は、第１電子ビームＢ１を射出するフィールドエミッタまたはショットキーの素子を制御すればよい。

図１に示すように、電子銃１は、Ｚ方向を軸にマルチレンズアレイ４を回転する回転機構４２を備え、制御部６が回転機構４２を制御することで、相対位置関係を制御してもよい。回転機構４２は、マルチレンズアレイ４を回転できれば特に制限はない。例えば、マルチレンズアレイ４の外周に係合するギアを設け、モータ等の駆動源によりギアを回転すればよい。電子銃１が回転機構４２を備える場合、マルチレンズアレイ４の配置を調整することで、相対位置関係の制御ができる。勿論、制御部６は、電子発生源２とマルチレンズアレイ４の回転機構４２の両方を制御してもよい。

電子発生源２から引き出した電子ビームを電子ビーム分割装置で分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成する場合、制御部６がマルチレンズアレイ４の回転機構４２を制御することで、相対位置関係を制御できる。代替的に、図示は省略するが、電子ビーム分割装置を回転する回転機構（以下、「分割装置回転機構」と記載することがある。）を設け、制御部６が、分割装置回転機構を制御することで、相対位置関係を制御してもよい。分割装置回転機構は、回転機構４２と同様の機構を備えればよい。勿論、制御部６は、回転機構４２と分割装置回転機構の両方を制御してもよい。

また、図１に示すように、電子銃１は、Ｚ方向を移動方向にマルチレンズアレイ４を移動する移動機構４３を備え、制御部６が移動機構４３を制御してもよい。後述するとおり、第１電子ビーム射出位置とマルチレンズアレイ４の距離を調整することで、像面ＩＳの形成される第２電子ビームＢ２のビーム間隔を制御できる。移動機構４３は、マルチレンズアレイ４をＺ方向に移動できれば特に制限はない。例えば、ラックアンドピニオン機構およびモータ等の駆動源を備えればよい。

なお、制御部６がマルチレンズアレイ４を回転する回転機構４２を制御する場合、電子銃１が回転機構４２という構成を採用する必要がある。一方、制御部６がフォトカソード、フィールドエミッタまたはショットキーを制御する場合は、マルチレンズアレイ４を回転する回転機構４２は不要であり、電子銃１をシンプルにできる。したがって、制御部６がフォトカソード、フィールドエミッタまたはショットキーを制御する方がより好ましい。更に、フィールドエミッタまたはショットキーと異なり、フォトカソードは励起光Ｌを受光した任意の場所から電子ビームを迅速に射出できるという特徴を有している。したがって、電子発生源２としてフォトカソードを用い、フォトカソードが受光する励起光Ｌを制御部６が制御する場合は、相対位置関係を予め設定した位置関係とする制御、及び／又は、相対位置関係の微調整、を迅速に実施できる。

第２の実施形態に係る電子銃１は、相対位置関係を制御することで、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２が好適な配置となるように制御できるという効果を奏する。

（電子銃および電子線適用装置の実施形態において、採用可能な構成例２）
次に、第２の実施形態に記載の相対位置関係を、より限定した例を説明する。なお、この実施形態を便宜上、第３の実施形態と記載する。本発明者らは鋭意検討の結果、射出配置とレンズ配置を特定の関係にした時に、形成した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓ上で欠損や重複することなく走査できることを新たに見出した。以下、図面を参照しながら、射出配置とレンズ配置の関係についてより詳しく説明する。図７は、第２電子ビームＢ２の照射領域が重複する例を示す図である。図８は、第２電子ビームＢ２の照射領域が欠損する例を示す図である。図９乃至図１６は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。

第３の実施形態では、電子銃１が、例えば、走査型の電子線適用装置１０に搭載される場合を想定する。図２に示すように、像面ＩＳに第２電子ビームＢ２を直線状に形成できる場合は、形成した直線状の第２電子ビームＢ２を電子ビーム偏向装置７で走査（スキャン）することで、第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓに重複や欠損することなく照射できる。

ところで、図４に示すように、像面ＩＳに第２電子ビームＢ２が非直線状に形成される場合を想定する。その場合、図７に示す例では、先ず１回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図７中の点線で囲まれた白色部分。例えば、Ｎ１（４１ａ）、Ｎ１（４１ｂ）、Ｎ１（４１ｃ）。）が像面ＩＳに形成され、照射対象Ｓに照射される。そして、電子ビーム偏向装置７で偏向された２回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図７中の点線で囲まれた斜線部分。例えば、Ｎ２（４１ｂ）、Ｎ２（４１ｃ）。）が照射対象Ｓに照射される。この状態では、図７に示すように、照射対象Ｓに照射される第２電子ビームＢ２の重複はない。しかしながら、電子ビーム偏向装置７で偏向された３回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図７中の点線で囲まれた中に＋の図がある部分。例えば、Ｎ３（４１ａ）、Ｎ３（４１ｂ）、Ｎ３（４１ｃ）。）が照射対象Ｓに照射されると、例えば、Ｎ３（４１ｃ）は既に１回目の第２電子ビームＮ１（４１ｂ）が照射された領域に重複照射されることになる。そして、４回目にはＮ２（４１ｂ）、５回目にはＮ３（４１Ｂ）等、ｎ回目以降についても何れかの領域に第２電子ビームＢ２が重複照射される。

一方、図８に示すように、３回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図８中の点線で囲まれた中に＋の図がある部分。例えば、Ｎ３（４１ａ）、Ｎ３（４１ｂ）、Ｎ３（４１ｃ）。）を照射する際に、例えば、Ｎ３（４１ｃ）が２回目の第２電子ビームＮ２（４１ｂ）の照射領域に重複しないように、電子ビーム偏向装置７の偏向幅を大きくすることも可能である。しかしながら、電子ビーム偏向装置７の偏向幅を大きくすると、Ｎ２（４１ａ）とＮ３（４１ａ）に間に、第２電子ビームＢ２の照射領域に欠損が生じる。

第３の実施形態では、図９に示すように、像面に形成される第２電子ビームＢ２が照射される領域（図９中の●が集合した領域）を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、第２電子ビーム照射領域は、照射対象Ｓを欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である。なお、第３の実施形態では、第２電子ビーム照射領域は非直線状である。換言すると、第２電子ビームＢ２は直線状に並んでいない。図９に示す例では、照射対象Ｓを同一形状に分割した分割領域（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・Ｓｎ）と第２電子ビーム照射領域が一致している。したがって、図９に示す例では、形成したｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を、重複や欠損が発生することなく、照射対象Ｓ上で走査できる。

第２電子ビーム照射領域が照射対象Ｓを欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状は、射出配置およびレンズ配置を、例えば、直線状の等間隔の３以上の奇数点、正方形の４隅と中心、正六角形の６隅と中心、とすればよい。なお、前記の例は典型的な例であって、第３の実施形態が実施できる範囲であれば、その他の配置であってもよい。射出配置およびレンズ配置は、Ｚ方向から見た時に、同一の大きさ、または、相似形である。

次に、図３、図１０乃至図１６を参照して、第２電子ビーム照射領域が照射対象Ｓを欠損および重複なく埋め尽くすことができるための関係を説明する。先ず、射出配置およびレンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心の場合について説明する。図３および図１０に示すように、電子発生源２から射出した第１電子ビームＢ１は、マルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４が具備するレンズを通過し、第２電子ビームＢ２が像面ＩＳに形成される。その際、像面ＩＳ上のビームの位置ベクトルＰは、以下の式（１）で表すことができる。なお、図１０の記号“Ｃ”は、射出配置の中心の射出位置とレンズ配置の中心に配置されたレンズを結んだ方向である（以下、「中心軸」と記載することがある。）。より具体的には、射出配置およびレンズ配置が、正方形の４隅と中心の場合は中心同士を結んだ方向、正六角形の６隅と中心の場合は中心同士を結んだ方向である。式中（１）の記号の意味を式（１）に続いて記載する。なお、後述する式の記号の意味も纏めて記載する。

図１１は、射出配置およびレンズ配置が正六角形の６隅と中心の場合に、Ｚ方向に像面ＩＳをみた図である。図１１中の記号の意味は上記のとおりである。像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２は、以下の式（２）に示す基底ベクトルで表すことができる。そして、式（２）から式（３）が導き出され、式（４）の関係を考慮すると、ベクトルＰとベクトルＰｓが形成する角度θは、式（５）で表すことができる。

上記像面ＩＳ上のビームの位置ベクトルＰを表す式（１）において、第１電子ビームＢ１がマルチレンズアレイ４の中心軸Ｃを通過する場合、ベクトルＲの絶対値は以下の式（６）で表すことができる。また、中心軸Ｃから射出した第１電子ビームＢ１が中心軸Ｃから外れたマルチレンズアレイ４のレンズを通過する場合、ベクトルＳの絶対値は以下の式（７）で表すことができる。

上記式（３）、（５）、（６）および（７）に、電子発生源２からマルチレンズアレイ４までの距離ｕ、マルチレンズアレイ４から像面ＩＳの距離ｖ、第１電子ビームＢ１およびレンズの数等の設計情報を適用することで、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置を射出配置と同一または相似した配置から射出配置の中心を回転軸Ｃとして回転する角度θを計算できる。

図１１および図１２に示す例において、第１電子ビームＢ１が７個（正六角形の６隅と中心）、マルチレンズアレイ４のレンズが７個（正六角形の６隅と中心）、ｕ＝６３ｍｍ、ｖ＝２０ｍｍ、Ｐ＝１００μｍの場合を想定する。その場合、Ｐ’＝Ｐ、φ＝６０°、ｈ＝２、ｉ＝１となることから、θ、Ｒ、Ｓは以下の通り算出できる。

図１２は、上記計算により得られた数値に基づく配置を示している。第１電子ビームＢ１の射出位置は電子発生源２の中心および中心軸から３１５μｍ（ベクトルＲ）の間隔（中心間距離）で設定し、レンズはマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４の中心および中心軸から２００．８μｍ（ベクトルＳ）の間隔（中心間距離）に配置する。そして、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の射出位置とレンズが相似する位置から、反時計方向にθ＝１９．１１°相対回転することで、像面ＩＳにはベクトルＰ方向に１００μｍの間隔の第２電子ビームＢ２を４９個形成できる。形成した４９個の第２電子ビームＢ２の形状は、図９に示す照射対象Ｓを欠損も重複もなく埋め尽くすことができる分割領域Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎ（それぞれの分割領域は同一形状）を照射できる形状である。したがって、図１２に示すように電子発生源２およびマルチレンズアレイ４を設計した電子銃１を用いると、第２電子ビームＢ２を欠損や重複照射されることなく照射対象Ｓ上で走査できる。

図１３および図１４は、第１電子ビームＢ１が５個（正方形の４隅と中心）、マルチレンズアレイ４のレンズが５個（正方形の４隅と中心）の場合の例を示している。ｕ＝６３ｍｍ、ｖ＝２０ｍｍ、Ｐ＝１００μｍの場合を想定する。その場合、図１３に示すように、Ｐ’＝Ｐ、φ＝９０°、ｈ＝２、ｉ＝１となることから、θ、Ｒ、Ｓは以下の通り算出できる。

図１４は、上記計算により得られた数値に基づく配置を示している。第１電子ビームＢ１の射出位置は電子発生源２の中心および中心軸から３１５μｍ（ベクトルＲ）の間隔（中心間距離）で設定し、レンズはマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４の中心および中心軸から１７０μｍ（ベクトルＳ）の間隔（中心間距離）に配置する。そして、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の射出位置とレンズが相似する位置から、反時計方向にθ＝６３．４３°相対回転することで、像面ＩＳにはベクトルＰ方向に１００μｍの間隔の第２電子ビームＢ２を２５個形成できる。形成した２５個の第２電子ビームＢ２の形状は、図１３に示す照射対象Ｓを欠損も重複もなく埋め尽くすことができる同一形状の分割領域に相当する。

次に、射出配置およびレンズ配置が、直線状の等間隔の３以上の奇数点の場合を説明する。図２に示すように、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が、射出配置と同一または相似した配置（換言すると、回転角度が０度）にすると、像面ＩＳ上には等間隔の第２電子ビームＢ２が直線状に形成される。一方、図１５に示すように、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が、射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置されると、図１６に示すように、像面ＩＳ上には平行四辺形の第２電子ビーム照射領域が形成される。形成される平行四辺形のサイズは回転する角度により変わるものの、得られる形状が平行四辺形であることには変わりない。そして、平行四辺形は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である。したがって、射出配置およびレンズ配置が直線状の等間隔の３以上の奇数点の場合、回転角度は任意の角度であってよく、回転角度に応じて第２電子ビーム照射領域を走査する間隔を調整すればよい。また、奇数点の数は３以上であれば特に制限
はなく、５、７、９、１１、１３、１５等が挙げられる。奇数点の上限は、原理的には特に制限はない。照射対象Ｓのサイズや第２電子ビームＢ２のサイズ等を考慮し適宜設定すればよい。

図１５に、第１電子ビームＢ１が等間隔の３個、マルチレンズアレイ４のレンズが等間隔の３個、電子発生源からマルチレンズアレイまでの距離＝６３ｍｍ、マルチレンズアレイから像面までの距離＝２０ｍｍの場合の一例が示されている。第１電子ビームＢ１の射出位置は電子発生源２の中心および中心軸から３１５μｍ（ベクトルＲ）の間隔（中心間距離）で設定し、レンズはマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４の中心および中心軸から１５６μｍ（ベクトルＳ）の間隔（中心間距離）に配置する。そして、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の射出位置とレンズが相似する位置から、反時計方向にθ＝７５．９６°相対回転することで、像面ＩＳにはベクトルＰ方向に１００μｍの間隔の第２電子ビームＢ２を９個形成できる。

なお、上記の説明は、第１電子ビーム射出位置が電子発生源２に形成される場合の説明である。第１電子ビーム射出位置が電子ビーム分割装置に形成される場合は、上記の説明において、電子発生源２を電子ビーム分割装置と読み替えればよい。また、図面中に示す第１電子ビームＢ１、第２電子ビームＢ２、および、レンズ４１の大きさ（好適には直径）は、単なる概略である。第１電子ビームＢ１、第２電子ビームＢ２、および、レンズ４１の大きさは、第２および第３の実施形態の目的の範囲内で適宜調整すればよい。

上記のとおり、第３の実施形態では、形成した第２電子ビームＢ２を、重複や欠損が発生することなく、照射対象Ｓ上で走査できる。したがって、第３の実施形態は、走査型の電子線適用装置１０に特に有用である。限定されるものではないが、走査型の電子線適用装置１０としては、例えば、走査電子顕微鏡、電子線検査装置、走査型透過電子顕微鏡等が挙げられる。勿論、第３の実施形態は、非走査型の電子線適用装置１０に適用してもよい。

第３の実施形態は、上記第２の実施形態に記載の効果に加え、以下の効果を奏する。
（１）第２の実施形態と比較して、第３の実施形態では、射出配置およびレンズ配置の形状を特定し、更に、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時のレンズ配置の回転角度を特定している。したがって、第２の実施形態と比較して、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２の隙間をより小さくできる。
（２）走査型の電子線適用装置に適用した場合、形成した第２電子ビームＢ２を、重複や欠損が発生することなく、照射対象Ｓ上で走査できる。

（マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態）
次に、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態について説明する。マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態は、電子発生源２からマルチレンズアレイ４の方向をＺ方向と規定し、電子発生源２から第１電子ビームＢ１が射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、Ｚ方向に見た時の第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される点で、上記（マルチ電子ビームの形成方法の実施形態（以下、「方法の第１の実施形態」と記載することがある。））と異なり、その他の点は方法の第１の実施形態と同じである。したがって、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態では、方法の第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、方法の第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、マルチ電子ビームの形成方法の第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、方法の第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。

マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態において、「電子発生源２からマルチレンズアレイ４の方向をＺ方向と規定し、電子発生源２から第１電子ビームＢ１が射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、Ｚ方向に見た時の第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される」は、上記第２および第３の実施形態の説明と同じである。したがって、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態が備える各工程の具体的な説明は、第２および第３の実施形態で実質的に説明済みであることから省略する。

また、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態により形成されたマルチ電子ビームを照射対象上で走査する走査工程を実施する場合（マルチ電子ビームの走査方法）は、射出配置およびレンズ配置を上記第３の実施形態で説明した配置となるよう制御した上で、形成したマルチ電子ビームを走査すればよい。

マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態は、第２および第３の実施形態に記載の効果と同様の効果を奏する。

本出願で開示する電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法は、マルチレンズアレイの製造の歩留まりを向上できるとともに、電子銃または電子線適用装置のランニングコストを低くできる。したがって、マルチ電子ビームを扱う産業にとって有用である。

１…電子銃、２…電子発生源、２ａ…フォトカソード、２ａ１…第１面、２ａ２…第２面、２ｂ…光源、２ｃ…光スプリッタ、３…アノード、４…マルチレンズアレイ、４１、４１ａ～４１ｅ…レンズ、４２…回転機構、４３…移動機構、５…電源、６…制御部、７…電子ビーム偏向装置、１０…電子線適用装置、Ｂ…電子ビーム、Ｂ１、Ｂ１ａ～Ｂ１ｃ…第１電子ビーム、Ｂ２、Ｂ２ａ～Ｂ２ｃ…第２電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、Ｅ…相手側装置、ＩＳ…像面、Ｌ、Ｌａ～Ｌｃ…励起光、Ｓ…照射対象

Claims (15)

1. 放出可能な電子を生成する電子発生源と、
   前記電子発生源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、
   マルチレンズアレイと、
   制御部と、
   を含む、電子銃であって、
   前記マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームと規定した時に、前記第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、
   前記マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、
   前記マルチレンズアレイから射出する電子ビームを第２電子ビームと規定した時に、
   前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、前記第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成でき、
   前記制御部は、
   前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記ｍ個の第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
   前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御できる、
   電子銃。
2. 前記電子発生源が、フォトカソードであり、
   前記制御部が、前記フォトカソードが受光する励起光の位置を制御する、
   請求項１に記載の電子銃。
3. 前記電子発生源が、フィールドエミッタまたはショットキーであり、
   前記制御部が、前記フィールドエミッタまたはショットキーから前記第１電子ビームを射出する素子を制御する、
   請求項１に記載の電子銃。
4. 前記Ｚ方向を回転軸として、前記マルチレンズアレイを回転する回転機構を更に含み、
   前記制御部が、前記回転機構を制御する、
   請求項１～３の何れか一項に記載の電子銃。
5. 前記Ｚ方向を移動方向に、前記マルチレンズアレイを移動する移動機構を更に含み、
   前記制御部が、前記移動機構を制御する、
   請求項１～４の何れか一項に記載の電子銃。
6. 前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
   前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
   前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される、
   請求項１～５の何れか一項に記載の電子銃。
7. 前記射出配置および前記レンズ配置が、
   直線状の等間隔の３以上の奇数点、
   正方形の４隅と中心、および、
   正六角形の６隅と中心、
   からなる群から選択した何れか一つである、
   請求項６に記載の電子銃。
8. 像面に形成される前記第２電子ビームが照射される領域を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、
   前記第２電子ビーム照射領域は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である、
   請求項７に記載の電子銃。
9. 前記射出配置および前記レンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心であり、
   前記射出配置および前記レンズ配置が以下の式を満たし、
   前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置を前記射出配置と同一または相似した配置から前記射出配置の中心を回転軸として回転した角度が、以下の式においてθで表される、
   請求項８に記載の電子銃。
10. 請求項９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、
    走査電子顕微鏡、
    電子線検査装置、または、
    走査型透過電子顕微鏡、
    である、
    電子線適用装置。
11. マルチ電子ビームの形成方法であって、該形成方法は、
    第１電子ビーム形成工程と、
    第２電子ビーム形成工程と、
    を含み、
    前記第１電子ビーム形成工程は、
    放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで、電子発生源からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを射出し、
    または、
    放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成し、
    前記第２電子ビーム形成工程は、
    前記ｍ個の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射し、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成し、
    前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記電子発生源から前記第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
    前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される、
    マルチ電子ビームの形成方法。
12. 前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
    前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
    前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される、
    請求項１１に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
13. 像面に形成される前記第２電子ビームの照射領域を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、
    前記第２電子ビーム照射領域は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である、
    請求項１２に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
14. 前記射出配置および前記レンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心であり、
    前記射出配置および前記レンズ配置が以下の式を満たし、
    前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置を前記射出配置と同一または相似した配置から前記射出配置の中心を回転軸として回転した角度が、以下の式においてθで表される、
    請求項１３に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
15. 請求項１４に記載のマルチ電子ビームの形成方法により形成されたマルチ電子ビームを照射対象上で走査する走査工程を含む、
    マルチ電子ビームの走査方法。