JP2835265B2

JP2835265B2 - 磁界界浸型電子銃及び磁界界浸型電子銃操作方法

Info

Publication number: JP2835265B2
Application number: JP5211848A
Authority: JP
Inventors: 崎裕一郎山; 好元介三; 井隆光永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH06162979A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）、電子ビーム露光装置、寸法測定走査電子顕微鏡等
の電子ビームを用いる電子ビーム応用装置に使用される
電界放出型電子銃の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記電子ビーム応用装置においては、電
子ビームを発生する電子銃が重要な役割を担っている。
この電子銃に、従来の熱陰極に比べて輝度の高い電界放
出型電子銃が用いられるようになってきている。電界放
出型電子銃の陰極の先端は非常に小さな針状（半径１μ
ｍ以下）になっており、電子は陰極から放射状に出射
し、発散する。このため、大電流を得るためには大きな
開き角の電子ビームが必要となり、電子銃の持つ静電レ
ンズ系の球面収差のために電子ビーム径が広がる。その
結果、輝度が低下する。そこで、電子銃の陰極を含めた
静電レンズ系に磁界を重畳させて電子ビームを集束さ
せ、静電レンズの収差の低減を行っている。このような
構造の電子銃は、磁界界浸型電子銃と呼ばれる。

【０００３】図１１は、磁界界浸型電子銃の一例を示し
ている。この電子銃は、陰極１０１、第１陽極１０２及
び第２陽極１０３によって構成される３電極電界放出型
電子銃である。第２陽極１０３は、真空容器１０４と接
続されて接地される。陰極１０１には、真空容器１０４
に対して負の加速電圧が電源１０５により印加される。
更に、陰極１０１は電源１０７によって加熱される。第
１陽極１０２は、陰極１０１に対して正電圧になるよう
に電源１０６に接続される。

【０００４】真空容器１０４の外部に単極磁界レンズ１
０８が設置され、電子銃に磁界を重畳する。この単極磁
界レンズ１０８は、磁束を発生するコイル１０９及び磁
路を形成する磁性体１１０によって構成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来使用されている磁
界界浸型電子銃の静電レンズ系は、陰極と陽極からなる
２極電子銃、あるいは陰極、第１及び第２陽極からなる
３極電子銃である。かかる構成の電子銃では、電極の数
が少なく、電子銃全体の長さ（陰極から陽極までの距
離）も短いため、陰極近傍に磁界を重畳することで球面
収差の低減を図っている。

【０００６】一方、電子ビーム応用機器において、エミ
ッション電流と、クロスオーバ位置（焦点位置）とを独
立に設定する必要性が生じたことから、エミッション電
流を決定する引出電極とクロスオーバ位置を決定するレ
ンズ電極を独立して持つ電子銃が使用されるようになっ
た。ところが、陰極、引出電極、レンズ電極及び陽極か
らなる４極構造の電子銃を用いた磁界界浸型電子銃を構
成する場合には、従来の陰極近傍に磁界を重畳させる磁
界界浸型電子銃では、球面収差を十分に低減することが
できない。これは、４電極以上の多電極構造では電極の
数が多く、電子銃の長さも長くなるため、収差の発生す
る箇所が陰極近傍に集中しなくなったためと考えられ
る。また、静電レンズ系の全体に渡って高い磁界強度を
得るためには、磁界を発生させる電磁石あるいは永久磁
石の規模が大きくなってしまい、実用性に欠ける。

【０００７】例えば、特開平２−３７６５１号公報に開
示された『電子銃』によれば、陰極と第１乃至第３電極
とから３局部を構成する電子銃において、第２電極の電
子ビーム通過孔の近傍、かつ第２電極の軸方向の厚み範
囲内に、電子ビームのビーム径を縮小する磁界を発生す
る永久磁石を配置している。この公報に開示された図１
を参照すれば直ちに理解できるように、断面Ｕ字状に形
成された第２電極の溝内に永久磁石が配置され、この永
久磁石により発生させられる磁界が電子ビームの束の大
きさを細くして主レンズの球面収差を改善している。

【０００８】よって、本発明の目的は、磁界界浸型電子
銃において、電子銃の持つ静電レンズ系の収差が十分に
低くなるように、磁界を重畳させた磁界界浸型電子銃を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の磁界界浸型電子銃は、中心軸を有する真空容器
と、上記真空容器の中心軸上に配置されて電子ビームを
発生する陰極と、発生した上記電子ビームに上記中心軸
方向に加速する電界を与えて電子ビームの通路を形成す
る陽極と、上記陰極及び上記陽極相互間に配置されて、
加速された上記電子ビームを上記中心軸上に集束する電
界を発生する静電レンズと、上記電子ビーム通路を囲む
ように配置されて、収差低減のために電子ビームを収束
させる磁界を発生させる磁界発生手段と、上記静電レン
ズにおける収差が顕著になる前記中心軸上の箇所に磁界
強度がピーク値となる中心軸上の箇所が一致するように
前記磁界発生手段を移動させる移動手段と、を備えるこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】電界放出型電子銃のもつ静電レンズ系の収差が
発生する場所に磁界を重畳して磁界によって電子ビーム
を収束し、静電レンズ系を補うことによって、長手の電
子銃における電子ビームの収差を低減すると共に、前記
収差が最も顕著に発生する箇所と磁界の強度がピークと
なる箇所とを一致させるように磁界発生手段を移動させ
るので、静電レンズ系により発生する収差を的確に補正
する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る磁界界
浸型電子銃２００の構成を示す断面図であり、該電子銃
の陰極２０１には、例えば酸化ジルコニウム／タングス
テン（ＺｒＯ／Ｗ）よりなるエミッタが用いられてい
る。陰極２０１は、電源２１０から供給される電流によ
って加熱され、熱電界放出モードで動作する。陰極２０
１から不要方向への電子の放出を抑制するために、陰極
２０１全体を覆うようにサプレッサ電極２０２が設けら
れている。このサプレッサ電極２０２には、陰極２０１
に対してサプレッサ電極２０２の電圧が−２５０〜−３
５０［Ｖ］になるように電源２１１から負電圧が印加さ
れる。サプレッサ電極２０２内に組立てられた陰極２０
１には、サプレッサ電極２０２の開口部から電子銃の中
心軸方向に放出される電子ビームを陽極２０５の方向に
加速するべく電源２１４によって陰極−陽極間加速電圧
が印加される。サプレッサ電極２０２は、セラミックス
で形成された絶縁碍子２０６の上に固定されて、筒状の
上部真空容器２１５の上端部の真空フランジ２１６に取
付けられる。上部真空容器２１５及び真空フランジ２１
６間には、メタル・Ｏリングが真空状態を保つための真
空シールとして使用されている。

【００１２】陰極２０１に近接し、かつ、陰極２０１の
中心線を共有するように筒状の引出電極２０３が配置さ
れる。引出電極２０３は、例えば陰極２０１から０．５
［ｍｍ］の位置であり、電源２１２によって４０００〜
５０００［Ｖ］の正電圧が印加される。引出電極２０３
に続いて電子銃の焦点（クロスオーバ位置）を決定する
筒状のレンズ電極２０４が配置される。レンズ電極２０
４には出力可変な電源２１３から設定に応じた電圧が印
加される。レンズ電極２０４に続いて陽極２０５が配置
される。陽極２０５は、筒状の下部真空容器２１７に固
定され、下部真空容器２１７は接地されている。引出電
極２０３、レンズ電極２０４及び陽極２０５は、各々の
中心軸が一致するようにセラミックによって筒状に形成
された絶縁部品２０７によって固定される。これによ
り、各電極の機械的精度及び電気的絶縁が保たれる。絶
縁部品２０７は、下部真空容器２１７の上端部に固定さ
れる。上部真空容器２１５の下端部及び下部真空容器２
１７の上端部相互間には、メタル・Ｏリングが真空状態
を保つための真空シールとして使用されている。陰極２
０１、サプレッサ電極２０２、引出電極２０３、レンズ
電極２０４及び陽極２０５によって３電極構造の静電レ
ンズ系が構成される。この静電レンズ系は、特に、レン
ズ電極２０４が引出電極２０３側に偏った位置にある非
対称レンズ系を構成している。

【００１３】上部真空容器２１５の外側に、サプレッサ
電極２０２、引出電極２０３、レンズ電極２０４及び陽
極２０５を経由して形成される電子ビーム通路を一周し
て囲むように、電磁石コイル２０８及び磁性体２０９か
らなる環状の電磁石２２０が設けられる。電磁石コイル
２０８には可変電流源２２２から駆動電流が供給され
る。磁性体２０９によって構成される磁路は、電磁石コ
イル２０８によって発生した磁束の発散を抑制する。ま
た、磁路の形状は電極の中心軸上における磁界強度を高
め、かつ、磁界強度を局所化するためにその形状が工夫
されている。電磁石２２０の位置は、上部真空容器２１
５の中心軸方向Ｚにおいて移動可能であり、静電レンズ
系の収差が発生する前記中心軸上の場所に磁界の最大値
となる部分が位置するように設定される。静電レンズ系
の収差が発生する部分は、加速電圧、引出電極電圧によ
って大きく変化する。このため、電磁石２２０の電子銃
２００に対する相対的位置を自由に設定できるように、
電磁石２２０を電子銃の中心軸方向Ｚにおいて移動させ
る移動機構２２１を備える。移動機構２２１は、モー
タ、歯車、ネジ機構等によって構成される。

【００１４】ここで、静電レンズ系における収差の発生
する箇所について説明する。近軸軌道を用いた静電レン
ズの収差係数は次式で与えられる。

【００１５】

【数１】ここで、ＣSO、ＣCOは物面側での球面及び色収差係数で
ある。Ｚ0 、Ｚi は物面及び像面位置である。ｒαは近
軸軌道である。Ｖ、Ｖ´及びＶ''は夫々Ｚ軸上の電位分
布、その一回微分及び二回微分である。Ｖ（Ｚ0 ）は物
面における電位である。この積分方程式の積分子の分布
を見ることで、レンズの軸上での収差の発生する箇所を
同定することができる。

【００１６】上記のような算出方法により真空容器の中
心軸と一致するレンズ軸上の収差の発生する箇所を算出
することができる。図２は、このような手法によって上
記した静電レンズ系の収差を求めた例を示しており、同
図（ａ）は、静電レンズ系の構造を示している。同図
（ｂ）は、陰極を−１［ｋＶ］、引出電極電圧を４［ｋ
Ｖ］、レンズ電極電圧を１．３［ｋＶ］、陽極を０
［Ｖ］としたときの、球面収差積分子の分布を同図
（ａ）の構造に対応して、陰極位置を距離０として示し
ている。また、同図（ｂ）は、同じ条件における色収差
係数の積分子の分布を同図（ａ）の構造に対応して同様
に示している。

【００１７】これ等の電圧条件における積分子の分布
は、球面及び色収差に引出電極とレンズ電極間のＺ＝１
５［ｍｍ］にピークを持つ分布になっている。このピー
クが収差係数を決定している。これより、収差は引出電
極２０３とレンズ電極２０４の間に局所的に発生するこ
とが判る。これは、引出電極２０３からレンズ電極２０
４にかけての電位の変化が激しく、Ｖ´、Ｖ''が大きく
なってしまい、この結果積分子が増大したためである。
電位分布の変化は陰極電圧、引出電圧、レンズ電極電
圧、陽極電圧の電圧条件によって大きく変化し、その結
果積分子の分布も大きく変化する。そのため、収差の発
生する箇所も各電極電圧条件によって静電レンズ系全域
に渡って大きく変化する。そこで、電子ビーム通路を一
周する電磁石２２０によって収差を補う磁界を与える。

【００１８】第１実施例に示すような磁極構造である
と、４電極構造のような静電レンズ系の全長が長い電界
放出型電子銃においても効率良く静電レンズのレンズ効
果を弱め、静電レンズ系の収差の発生する部分に局所的
に磁界強度を高めた磁界を重畳して収差を抑制すること
ができる。また、磁界の軸上分布と静電レンズ系の相対
位置を移動機構２２１によって可変出来る。これによ
り、各電極の印加電圧に対して収差の発生する真空容器
の中心軸上の位置に磁界分布の最大値であるピーク部分
を設定し、可変電流源２２２によってピーク値を調整す
ることで、収差が最小になるような電子銃の最適化を行
うことができる。

【００１９】なお、上記第１実施例では、磁界の発生源
として電磁石用のコイル２０８を用いているが、軸対称
のリング状永久磁石を用いても良い。その材料として
は、残留磁束密度が１０Ｋガウス以上のサマリウム・コ
バルト（ＳｍＣｏ）磁石などの希土類磁石が好ましい。
永久磁石を用いた磁気回路を構成すると、電磁石用の定
電流源等が不要なため、装置を簡略化することが出来
る。また、磁気回路を取り付けたまま、真空チャンバ２
１５へのベークも可能となる。更に、真空中でのガス放
出がないので永久磁石と磁性体からなる磁気回路を真空
チャンバ２１５内の真空空間に設置することが出来る。
この結果、電子銃全体の小型化が達成される。さらに、
上記第１実施例では、電子銃として４電極構造の静電レ
ンズ系を持つ電界放出型電子銃について説明したが、本
発明を２電極、３電極及び５電極以上の多電極構造の静
電レンズ系を持つ電子銃にも適用できる。また、上記第
１実施例では、非対称構造の静電レンズ系の場合につい
て説明したが、対称構造の静電レンズ系についても当然
にこの発明が適用可能である。

【００２０】次に、図３を参照しつつ上記第１実施例の
変形例としての第２実施例に係る磁界界浸型電子銃２０
０Ａについて説明する。この第２実施例に係る磁界界浸
型電子銃２００Ａは電磁石２２０のＺ方向の調整を行な
う移動機構２２１を自動的に移動させるための自動位置
検出制御機構２２３を備えている点に特徴を有する。こ
の自動位置検出制御機構２２３は、引出電極２０３用の
電源２１２、レンズ電極２０４用の電源２１３、及び陰
極−陽極間加速電圧印加用の電源２１４の設定値を夫々
入力して、この電子銃の引出電極２０３及びレンズ電極
２０４内における静電レンズ系の収差が最大となる前記
真空容器の中心軸上の箇所を算出するものである。

【００２１】この第２実施例に係る磁界界浸型電子銃２
００Ａの動作について説明する。自動位置検出制御機構
２２３は、上述のように静電レンズ系の収差が最大とな
る箇所を算出し、この算出された値に基づいて電磁石２
２０の移動量を移動機構２２１へ指令する。移動機構２
２１は、前記自動位置検出制御機構２２３からの制御信
号に基づいて例えばモータ等の回転を制御してＺ軸方向
の最適位置に電磁石を移動させる。以上のようにして静
電レンズ系における収差が真空容器の中心軸上で最も顕
著となる箇所と電磁石の磁界強度が前記中心軸上でピー
クとなる箇所とが一致する位置まで電磁石２２０を移動
させる。この電磁石２２０の移動によって真空容器の中
心軸上で磁界強度のピーク点が収差の最も顕著な箇所に
一致して静電レンズ系の収差が的確に補正される。

【００２２】次に、図４乃至図６を用いてこの発明の第
３実施例に係る磁界界浸型電子銃２００Ｂについて説明
する。この第３実施例の電子銃２００Ｂは、真空容器内
の真空を維持するための排気手段としてのいわゆるイオ
ンポンプ２５０を備えている。このイオンポンプ２５０
は、上部真空容器２１５の途中箇所を外側に突出させて
形成した断面矩形形状のフランジ部２１５ａ内に設けら
れたイオンポンプ陽極２５１と、この陽極２５１に印加
される電圧を供給する陽極印加電源２５２と、前記陽極
２５１の上端及び下端に対向する前記フランジ部の内壁
に夫々設けられたチタン（Ｔｉ）製のリング板状陰極２
５３と、により構成されている。

【００２３】上記イオンポンプが設けられる理由は、以
下の通りである。一般に電子銃の真空容器内は高真空状
態で維持されている必要がある。従来の電子光学鏡筒に
おいては、電子銃室に汎用のスパッタイオンポンプを取
り付けて排気を行なうことにより高真空を保っている。
電界放出型電子銃の場合、特に１０^-9Ｔｏｒｒ以下の超
高真空状態を必要としているため、真空容器内の排気を
どのように行なうかは最も重要な課題の１つである。上
記汎用スパッタイオンポンプは、ポンプを取付ける配管
系のコンダクタンス等によって実効排気速度が低下する
ので、超高真空状態を安定して維持するには不充分であ
った。この第３実施例で用いるイオンポンプ２５０は、
真空容器内の電子銃の周囲に配置された陽極及び陰極を
備えている。この構成により電子銃の周りを直接排気し
て超高真空状態を維持できるので、実効排気速度の高速
化と真空排気系の小型化が可能となる。このような排気
の高速化とシステムの小型化は、電界放出型電子銃の性
能向上の要請に合致するので、上述のようにイオンポン
プ及び電子銃／鏡筒を一体化したシステムは、将来その
重要性を増すことになろう。

【００２４】前記上部真空容器２１５の外周側には、前
記フランジ部２１５ａにより外方へ突出する環状部が形
成されており、この環状部を覆うように磁界発生手段と
しての磁気回路２５５が形成される。この磁界発生手段
としての磁気回路２５５は、上部真空容器２１５の外周
側全体を覆う筒状の磁性体２５６と、磁性体２５６の上
端内壁に固定されたリング状の第１の永久磁石２５７
と、磁性体２５６の下端内壁に固定されたリング状の第
２の永久磁石２５８と、より構成されている。なお、こ
の第３実施例においては、第１の永久磁石２５７及び第
２の永久磁石２５８を用いているが、これらを夫々電磁
石に置換してもよい。この第３実施例の電子銃２００Ｂ
は、第１実施例の電子銃２００と比べて絶縁碍子２０６
が長尺なものにより構成されている点と、これに関連し
て磁界発生手段２５５が大型化されている点、及び前記
イオンポンプ２５０が設けられている点、等が他の実施
例との相違点であり、その他の基本的構成は第１実施例
の電子銃２００と同一であるので重複説明を省略する。

【００２５】次に、本発明の第３の実施例の動作につい
て声明する。この第３実施例では、磁界の発生源として
２片の軸対称のリング状永久磁石２５７及び２５８が用
いられる。永久磁石２５７及び２５８は電子銃２００Ｂ
の中心軸方向に平行に設置され、リング状の両磁石は共
に軸方向において同一方向に磁化される。両磁石間は磁
性体２５６による磁路が形成される。２つの磁石２５７
及び２５８と磁性体２５６によって構成される磁気回路
２５５の中心軸上における磁界分布は図５（ｂ）のグラ
フに示されるようになる。同グラフにおいて、真空容器
の中心軸上における磁界の強さの最大ピーク位置は、縦
軸の距離目盛が０として示される２片の磁石２５７及び
２５８の中間の位置即ちイオンポンプ陽極２５１の中間
点にある。この位置から離れるに従って磁界の強さは減
少し、磁力線の方向が反転し、リンク状磁石の端部で再
度ピークを持つ分布を示す。そこで、静電レンズ系の収
差が発生する場所、例えば、図５（ａ）に示される引出
電極２０３及びレンズ電極２０４の中間点に、この磁界
分布のピークの１つを位置させる。図４に示される第３
実施例においても、静電レンズ系と磁気回路２５５の相
対位置を移動機構２２１によって変化させることが出来
る。

【００２６】この第３実施例による電子銃においては、
静電レンズ系の収差が発生する引出電極２０３及びレン
ズ電極２０４の間に磁界のピークの１つを一致させるよ
うに構成した。即ち、図５において磁界の最大ピーク
（３００Ｇａｕｓｓ）、及びこの最大ピークからの距離
が±５０ｍｍ付近の２つのピーク（−１５０Ｇａｕｓ
ｓ）のうちの何れか１つを両電極２０３及び２０４の間
に一致させるように構成している。なお、この磁界の最
大ピーク値が存在する箇所は真空容器の中心軸上であ
る。

【００２７】図６は、静電レンズ系と磁気回路２５５の
相対位置を変化させたときの球面収差係数Ｃ_SO及び色収
差係数Ｃ_COの変化を示すグラフである。このグラフの横
軸は２片の永久磁石２５７及び２５８の中間位置から陰
極までの距離を示し、縦軸はクロスオーバ位置を陰極か
ら４０［ｍｍ］に固定した場合の物面側の球面収差係数
Ｃ_SO及び色収差係数Ｃ_COの計算結果を示している。各収
差が最低となる位置は、磁界のピーク位置（２片の磁石
の中間位置）が陰極位置に来た場合ではなく、静電レン
ズ系の引出電極とレンズ電極の間に来た場合である。ク
ロスオーバ位置が陰極から４０［ｍｍ］、加速電圧１．
０［ｋＶ］、引出電極電圧４．０［ｋＶ］における静電
レンズ系の収差は主に引出電極とレンズ電極の間で発生
しており、収差係数が最低になる磁界の最大値のピーク
位置と一致する。第３の実施例の磁気回路２５５の構造
では、中心軸上の磁界分布のピークは、２片のリング状
磁石の中間位置になる。この位置では外周は磁性体によ
って囲まれているため、磁界の径方向分布は中心軸近く
に偏り、その結果軸上磁界分布の強度が向上する。この
ため、図１に示した第１実施例に示されるような１片の
リング状磁石と磁性体からなる磁気回路を用いた場合に
比して、より高い軸上磁界分布を得ることが可能にな
る。

【００２８】次に、図７を用いてこの発明の第４実施例
に係る磁界界浸型電子銃２００Ｃについて説明する。こ
の第４実施例に係る電子銃２００Ｃは、第３実施例に係
る電子銃２００Ｂと略々同一構成を有しており、異なる
点は第２実施例に係る電子銃２００Ａと同様の構成を有
する自動位置検出制御機構２２３を備えている点と、磁
界発生手段としての磁気回路２５５の永久磁石２５８が
電磁石２５９に置換されている点の２つである。

【００２９】最初の相違点である自動位置検出制御機構
２２３は、電源２１２，２１３及び２１４の夫々の設定
値に基づいて、前記磁気回路２５５の磁性体２５６をＺ
方向に移動調整する移動機構２２１の駆動を制御してお
り、その構成及び動作は第２実施例で説明したものと同
一である。

【００３０】更に、第３実施例における２片の磁石２５
７、２５８のうち一方を永久磁石、他方を電磁石とし、
永久磁石２５７と電磁石２５９の合成磁界を静電レンズ
系に重畳させても、第３の実施例と同様な効果が得られ
る。この構造では、永久磁石を用いることで電子銃全体
の寸法の小形化、簡略化が達成できる。高い磁界を静電
レンズ系に重畳することが出来る。また、電磁石の磁界
強度を可変電流源２２２によって変化させることで、静
電レンズ系に重畳する磁界分布を変化させ、収差が発生
する任意の場所に、磁界分布の最大値を簡単に設定する
ことが出来る利点がある。

【００３１】次に、図８及び図９を用いてこの発明の第
５実施例に係る磁界界浸型電子銃２００Ｄについて説明
する。この第５実施例の電子銃２００Ｄは、磁界発生手
段としての磁気回路３００の構成が第１乃至第４実施例
の電子銃と異なっていると共に、引出電極２０３及びレ
ンズ電極２０４の中間点が磁気回路３００を構成する磁
性体３０３の長手方向の略々中間点と一致するものであ
る。第３及び第４実施例の電子銃と同様に磁界発生手段
の外形が長尺な円筒タンク状となってはいるが、イオン
ポンプ２５０を備えていないので磁界強度の最大ピーク
に相当する箇所に静電レンズ系を配置することが可能と
なる。

【００３２】図８において、下部真空容器２１７の中央
部分は、静電レンズ系の台座のように図の上方へ立上が
っている。この台座の上に絶縁部品２０７が設置され
て、この絶縁部品２０７には引出電極２０３、レンズ電
極２０４及び陽極２０５が第１乃至第４実施例の電子銃
と同様に取付けられている。

【００３３】磁気回路３００は、上部側の電磁石３０１
と、下部側の電磁石３０２と、これら電磁石３０１及び
３０２が夫々上端及び下端の内壁に取付けられる磁性体
３０３と、より構成されている。電磁石３０２は、第４
実施例と同様に可変電流源２２２に接続されており、ま
た、電磁石３０１も可変電流源３３３に接続されてい
る。

【００３４】以上の構成を有する第５実施例の電子銃２
００Ｄによれば、図９に示すように磁気回路３００によ
り発生させられる磁界の３つのピーク点のうち最大のピ
ーク値を有する箇所と、静電レンズ系の収差が最も顕著
となる引出電極２０３とレンズ電極２０４との中間点
と、を一致させることが比較的容易に実現できる。この
磁界の最大ピーク値の存在する箇所とレンズの収差の最
も顕著となる箇所とは、それぞれ真空容器の中心軸上に
おいてである。

【００３５】なお、上記第５実施例においては、磁界の
発生源として電磁石３０１及び３０２を用いているが、
これらを軸対象の２片のリング状永久磁石により置換し
ても良い。

【００３６】最後に、この発明の第６実施例に係る磁界
界浸型電子銃２００Ｅを図１０に従い説明する。この第
６実施例の電子銃２００Ｅが、この発明における最良の
実施態様である。第６実施例の電子銃２００Ｅは、基本
的には第５実施例の電子銃２００Ｄと同じ構成を有して
いる。異なる点は、磁界発生手段としての磁気回路３０
０の磁性体３０３を所望の位置までＺ方向に移動させる
移動機構２２１を自動制御する自動位置検出制御機構２
２３を備えているところである。この自動位置検出制御
機構２２３は、第２及び第４実施例と同様に、電源２１
２，２１３及び２１４の夫々の設定値に基づいて移動機
構２２１に駆動制御指令を出力する。移動機構２２１
は、この駆動制御指令に基づいて例えばモータ等を所定
量回転させて磁気回路３００を移動させる。これによ
り、静電レンズ系の収差が真空容器の中心軸上で最も顕
著となる点と、磁界強度が前記中心軸上でピークとなる
点とを一致させることができる。

【００３７】なお、この第６実施例においては、第５実
施例と異なり可変電流源２２２及び３３３の電流の変化
についても自動位置検出制御機構２２３からの制御信号
に基づいて制御するようにしている。このように構成す
ることにより、静電レンズ系に重畳される磁界分布を電
磁石３０１及び３０２に夫々供給される電流の夫々の強
弱変化によっても変更することができるようになり、磁
界のピーク点の位置調整を磁気回路のＺ方向の移動と連
携して磁界強度の調整を行なうことが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の電子銃においては、４電極構造
のような全長が長い静電レンズ系を備える電界放出型電
子銃であっても、静電レンズ系における収差発生場所に
局所的に強い磁界を重畳することができるため、効率良
く静電レンズ系のレンズ効果を抑制することが可能にな
り、球面収差の低い多電極の電子銃を提供することがで
きる。

【００３９】また、レンズ軸上の磁界分布と静電レンズ
系の相対位置を変更できるため、各電極の印加電圧に対
して収差が発生する位置に磁界の最大位置を設定して収
差を最小に抑制して電子銃の最適化を図ることができ
る。

【００４０】また、複数個の軸対称のリング状磁石の外
周を磁性体で繋ぎ磁路を構成することにより、磁性体の
外部への磁界の漏れを抑えると共に、軸上磁界分布の強
度を高めることが出来る。その結果、効率良く静電レン
ズ系に磁界を重畳することが可能になる。

【００４１】更に、電磁石と永久磁石の合成磁界を用い
ることで磁界分布を可変に出来るため、収差の発生する
任意の位置に、磁界の最大値を簡単に設定することが可
能になる。

【００４２】また、自動位置検出制御手段を用いること
により、磁界強度のピーク点とレンズ収差の顕著な点と
の相対位置を容易かつ自動的に一致させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。

【図２】実施例における静電レンズ系の収差積分の積分
子の分布を示すグラフ。

【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す断面図。

【図５】第３の実施例の中心軸上における磁界分布を示
すグラフ。

【図６】第３の実施例における収差係数の分布を示すグ
ラフ。

【図７】本発明の第４の実施例を示す断面図。

【図８】本発明の第５の実施例を示す断面図。

【図９】第５の実施例の中心軸上における磁界分布を示
すグラフ。

【図１０】本発明の第６の実施例を示す断面図。

【図１１】従来の磁界界浸型電子銃の例を示す断面図。

【符号の説明】

２０１陰極２０２サプレッサ電極２０３引出電極２０４レンズ電極２０５陽極２０６絶縁碍子２０７絶縁筒２０８コイル２０９，２５６，３０３磁性体２２１移動機構２２２，３３３可変電流源２２３自動位置検出制御機構２５５，３００磁界発生手段（磁気回路）２５７，２５８リング状永久磁石２５９，３０１，３０２電磁石（コイル）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−57860（ＪＰ，Ａ) 特開平２−37651（ＪＰ，Ａ) 実開昭53−91458（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸を有する真空容器と、前記真空容器
の前記中心軸状に配置されて電子ビームを発生させる陰
極と、発生させられた前記電子ビームを前記中心軸方向
に加速して電子ビームの通路を形成する陽極と、前記陰
極及び陽極の間に配置されると共に加速されている前記
電子ビームを前記中心軸上に集束させる電界を発生させ
る静電レンズと、前記電子ビームの周囲に配置されると
共にこの電子ビームを収束させる磁界を発生させる磁界
発生手段と、を備える磁界界浸型電子銃において、前記磁界発生手段により発生させられた磁界の強度のピ
ーク値が存在している前記中心軸上の箇所を、前記静電
レンズにおける収差の顕著となる前記中心軸上の箇所と
一致させるように前記磁界発生手段を移動させる移動手
段を備えていることを特徴とする磁界界浸型電子銃。
【請求項２】前記磁界発生手段により発生させられた前
記磁界の強度分布を変化させる強度変化手段を更に備え
ていることを特徴とする請求項１に記載された磁界界浸
型電子銃。
【請求項３】前記強度変化手段は、前記電子ビームの通
路方向に所定の間隔を有して複数個設けられた前記磁界
発生手段としての永久磁石に付加されて設けられる電磁
石より構成されていることを特徴とする請求項２に記載
された磁界界浸型電子銃。
【請求項４】前記強度変化手段は、前記電子ビームの通
路方向に設けられた前記磁界発生手段としての電磁石に
付加して設けられ、この電磁石により発生させられる磁
界の強度を供給電流を変化させることにより調整する可
変電流源により構成されていることを特徴とする請求項
２に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項５】前記真空容器及び静電レンズに対して電力
を供給する複数の電源の設定値に基づいて、前記静電レ
ンズ内で収差が最大となる箇所を算出して前記移動手段
による移動量を自動制御する自動位置決め制御手段を更
に備えていることを特徴とする請求項１に記載された磁
界界浸型電子銃。
【請求項６】前記静電レンズは、前記陰極に近接させて
配置されて前記電子ビームを引き出す引出電極と、この
引出電極に連続して配置されて前記電子ビームを集束す
るためのレンズ電極と、を備えることを特徴とする請求
項５に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項７】前記磁界発生手段は、前記電子ビームの通
路方向に所定の間隔をもって設けられた複数個の磁石を
備えることを特徴とする請求項５に記載された磁界界浸
型電子銃。
【請求項８】前記磁界発生手段は、電磁石及び永久磁石
のうちの少なくとも何れか一方を用いて構成されること
を特徴とする請求項５に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項９】前記磁界発生手段は、各々が磁性体により
繋がれた複数個の磁石のそれぞれにより発生させられる
磁界を合成して重畳磁界を発生させるように構成されて
いることを特徴とする請求項５に記載された磁界界浸型
電子銃。
【請求項１０】前記磁界発生手段は、前記重畳磁界の前
記中心軸上における磁界強度のピークが前記複数個の磁
石の中間点を含む位置にあることを特徴とする請求項９
に記載の磁界界浸型電子銃。
【請求項１１】前記真空容器内の前記複数個の磁石の中
間点に位置する箇所に、前記真空容器内の真空状態を維
持するための排気手段が設けられていることを特徴とす
る請求項１０に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項１２】前記磁界発生手段により発生させられた
前記磁界の強度分布を変化させる強度変化手段を更に備
えていることを特徴とする請求項５に記載され磁界界浸
型電子銃。
【請求項１３】前記強度変化手段は、前記電子ビームの
通路方向に沿って所定の間隔を有して複数個設けられた
前記磁界発生手段としての永久磁石に付加されて設けら
れる電磁石により構成されていることを特徴とする請求
項１２に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項１４】前記強度変化手段は、前記電子ビームの
通路方向に設けられた前記磁界発生手段としての電磁石
に付加して設けられ、この電磁石により発生させられる
磁界の強度を供給電流を変化させることにより調整する
可変電流源により構成されていることを特徴とする請求
項１２に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項１５】前記真空容器及び静電レンズに電力を供
給する電源の設定値に基づいて、前記静電レンズ内で収
差が最大となる箇所を特定し、前記移動手段を移動調整
するための位置決め制御手段を更に備えることを特徴と
する請求項１に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項１６】前記静電レンズは、前記陰極に近接させ
て配置されて前記電子ビームを引き出す引出電極と、こ
の引出電極に連続して配置されて前記電子ビームを集束
するためのレンズ電極と、を備えることを特徴とする請
求項１５に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項１７】前記磁界発生手段は、前記電子ビームの
通路方向に所定の間隔をもって設けられた複数個の磁石
を備えることを特徴とする請求項１５に記載された磁界
界浸型電子銃。
【請求項１８】前記磁界発生手段は、電磁石及び永久磁
石のうちの少なくとも何れか一方を用いて構成されるこ
とを特徴とする請求項１５に記載された磁界界浸型電子
銃。
【請求項１９】前記磁界発生手段は、各々が磁性体によ
り繋がれた複数個の磁石のそれぞれにより発生させられ
る磁界を合成して重畳磁界を発生させるように構成され
ていることを特徴とする請求項１５に記載された磁界界
浸型電子銃。
【請求項２０】前記磁界発生手段は、前記重畳磁界の前
記中心軸上における磁界強度のピークが前記複数個の磁
石の中間点を含む位置にあることを特徴とする請求項１
９に記載の磁界界浸型電子銃。
【請求項２１】前記真空容器内の前記複数個の磁石の中
間点に位置する箇所に、前記真空容器内の真空状態を維
持するための排気手段が設けられていることを特徴とす
る請求項２０に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項２２】前記磁界発生手段により発生させられた
前記磁界の強度分布を変化させる強度変化手段を更に備
えていることを特徴とする請求項１５に記載された磁界
界浸型電子銃。
【請求項２３】前記強度変化手段は、前記電子ビームの
通路方向に沿って所定の間隔を有して複数個設けられた
前記磁界発生手段としての永久磁石に付加して設けられ
る電磁石により構成されていることを特徴とする請求項
２２に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項２４】前記強度変化手段は、前記電子ビームの
通路方向に設けられた前記磁界発生手段としての電磁石
に付加して設けられ、この電磁石により発生させられる
磁界の強度を供給電流を変化させることにより調整する
可変電流源により構成されていることを特徴とする請求
項２２に記載された磁界界浸型電子銃。
【請求項２５】中心軸を有する真空容器と、前記真空容
器の前記中心軸上に配置されて電子ビームを発生させる
陰極と、発生させられた前記電子ビームを前記中心軸方
向に加速して前記電子ビームの通路を形成する陽極と、
前記陰極及び陽極の間に配置されると共に加速されてい
る前記電子ビームを前記中心軸上に集束させるための電
界を発生させる静電レンズと、前記電子ビームの周囲に
配置されると共にこの電子ビームを収束させるための磁
界を発生させる磁界発生手段と、を備える磁界界浸型電
子銃を操作する磁界界浸型電子銃操作方法において、前記磁界発生手段を駆動して所望の磁界を発生させるス
テップと、前記磁界発生手段により発生させられた磁界の強度のピ
ーク値が存在している前記中心軸上の箇所を算出するス
テップと、前記静電レンズにおける収差の顕著となる前記中心軸上
の箇所を算出するステップと、前記ピーク値が存在している前記中心軸上の箇所と、前
記収差の顕著となる前記中心軸上の箇所と、を一致させ
るように前記磁界発生手段を移動させるステップと、を備えていることを特徴とする磁界界浸型電子銃操作方
法。