JP3359677B2 - 荷電粒子ビームの形状制御を可能とする装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子の様な荷電
粒子ビームの監視、または更に詳細には荷電粒子ビーム
の制御を可能とする装置に関する。

【０００２】本装置は荷電粒子ビームの様子または詳細
には形状を制御することを可能とし、また特定の場合に
は前記荷電粒子の方向をも制御可能である。

【０００３】本発明は平面構造発生源、特に微小点源ま
たは加熱フィラメントからの電子ビームの集束に適用さ
れる。

【０００４】本発明はまた、陰極線管用電子銃、また同
様にレーザ励起で走査されるビームまたは真空計用放電
発生源にも応用可能である。

【０００５】

【従来の技術】荷電粒子ビーム形状制御を可能とする装
置は既に知られている。これは多くの電子銃の場合、集
光光学系または再集光光学系として知られているものは
ビームの直径を絞るために使用され、また電子が平行軌
道または経路を有する場合に使用されている。

【０００６】多くの応用例、例えばテレビジョン画面の
陰極線管、ではテレビジョンの目的に十分な解像度を備
えた画像を得るために、精細な電子ビームを使用するこ
とを必要としている。

【０００７】別の例、例えば逆光電子放出（参考文献
（１）および（２）参照、これらは今後参照されるその
他の参考文献と同様、本記述の文末に提示されてい
る。）では、電子軌道は平行でなければならず、そのた
め全ての電子は同一速度を有し、これは重要な測定パラ
メータである。

【０００８】最後に、ある場合には局部的に高電流密度
を得るために正確な位置に最少寸法の点を得るためにも
有用である。これは例えば電子ポンプ型コンパクト半導
体レーザの場合である。

【０００９】電子ビームの集束に関してはいくつかの方
法が存在する。

【００１０】第一の知られている方法は、ビームを加速
する方法である、これによって各々の電子軌道の相対角
モーメントが減少する。これはウェーネルト電極として
知られている電極に依って容易に実現できる。この電極
は電子源に対向するか（これは従来方式のテレビジョン
用陰極線管で実施されている）または、例えば電子ビー
ムを中心とするいくつかの並置円筒型電極で実現できる
静電レンズ（参考文献（３）参照）の複雑な配列を様々
に変更することに依って実現される。

【００１１】第一の方法は高エネルギ電子（従来型陰極
線管で使用されるような）に対しては非常に広く用いら
れている、それはこの場合は焦点集光と加速機能とが組
み合わされるからである。

【００１２】第二の知られている方法は、意図する伝搬
軸から発散しようとする、すなわち前記軸から離散しよ
うとする電子をその軸の方向へ引き戻すことで構成され
ている。従って自然発散源から電子ビームを集束する目
的で、ピアス電極として既知の電極を使用することが知
られており、これは図１に示されている。

【００１３】図１は電子源２を示し、これは収集電極４
（陽極）の方向に電子を放出し、こは図１では平板構造
である。電子の希望する伝搬軸を軸Ｘで示し、該軸は陽
極４に対して垂直である。

【００１４】従って、電子源２は発散電子ビーム６を放
出し、その初期開口（再集束を行わない場合にそのビー
ムが持つはずの開口）は図１のａで示されている。ピア
ス電極は電子源２から放出された発散ビームを集束する
事が可能であり、これは参照番号８で示される。

【００１５】電極８は調整可能な電位に昇圧されてお
り、この電位は電子が放出される電位水準に比較して負
であり、この電極は先端を切りとられた円錐形状に整形
されていて、その軸は軸Ｘと同一であり円錐の半頂角は
６７．５゜である（従って平面内に於ける、前記先端を
切りとられた円錐形の図は軸Ｘを含み、軸Ｘに垂直な平
面に対して角ｂは２２．５゜である。）

【００１６】更に、電極８は電極２および４と共に、電
場を生成しこの電場は個々の発散電子に対して、該発散
電子を軸Ｘの方に引き戻す力ｆを及ぼす。

【００１７】指摘しておかねばならないのは、図１の装
置は図には示されていない加速陽極で、ウェーンヘルト
電極の従来機能を満足するものを有することも可能であ
る。

【００１８】ピアス光学系に関連して、参考文献
（４），（５）および（６）を参照されたい。

【００１９】この第二番目の既知の方法は多くの長所を
有する。これは高電圧の使用を必要としないので例えば
低エネルギ電子が望まれる場合には第一の既知の方法よ
りも好適である。発散電子を集束させるために、この方
法は単一の陰極（電極８）とひとつの陽極と、同様に任
意的にウェーンハルト電極を使用するのみである。これ
は非常に優れた集束結果を得る。

【００２０】しかしながら、第二番目の既知の方法は欠
点をも有し、特に平板構造放出陰極で使用される場合、
また特に冷陰極で使用される場合に欠点を有する。（参
考文献（７），（８）および（９）参照）

【００２１】第一の欠点は取り付けにある。電子発生源
および集束装置は非常に注意深く位置決めをされ、互い
に相手に対してしっかりと取り付けられねばならないの
で、これは複雑さを増すと共に不安定な組み立て部品と
なる。第二の欠点は集束装置の全体的な寸法であり、こ
れは非常に大きく全体として小さな平板構造発生源と不
釣合いである。

【００２２】

【発明の目的と要約】本発明は荷電粒子ビームの形状制
御を可能とする装置を提供することによりこれらの欠点
を取り除くことを目的としており、前記装置は全体寸法
が小さくマイクロエレクトロニクス手法で製造可能なも
のである。

【００２３】従って、更に詳細には微小点電子発生源の
場合は前記のマイクロエレクトロニクス手法で製造され
るので、前記発生源と同時に本装置を本発明に基づいて
前記発生源が蒸着されている同一基板上に統合して生成
できる。この方法に依ればもはや、先に第二の既知の方
法の所で述べたように発生源と装置とを機械的に組み合
わせる必要はない。

【００２４】更に詳細には、本発明は粒子源から生じる
荷電粒子ビームの形状制御を可能とする装置に係わり、
前記発生源はこれらの粒子を集めるための集電電極と連
携し、前記装置は少なくとも１つの抵抗領域と、少なく
とも２つの制御電極とを含み、前記抵抗領域と前記制御
電極とは基本的に発生源と同一層に配置され、前記制御
電極はまた抵抗領域を分極化するように抵抗領域の両側
に置かれ、抵抗領域の電気的抵抗性状は制御電極が適切
に分極化された際に、発生源からのビームの希望する形
状を得ることを可能とする電位分布となるように選択さ
れていることを特徴としている。

【００２５】荷電粒子ビームの形状は、該ビームを使用
する応用分野の機能によって変更され、特に集電電極構
造（これは前記応用分野に依存する）の機能によって変
わる。

【００２６】本発明に於ては、集電電極は平板構造であ
っても、そうでなくてもかまわない。

【００２７】制御電極の個数および形状、同様にそれら
に印加される電位は、粒子ビームとして希望する形状の
関数として、必要で有ればシミュレーションソフトを用
いて実験的に決定される。

【００２８】注意しておかねばならないのは、例えばピ
アス電極型の非平板型集束電極で生成された電場を再構
築することは、たとえ発生源の平面レベル内での電位分
布が連続的に可変であったとしても不可能である。分離
電極の組のみがその様な分布を近似的な方法で得ること
を可能とする。しかしながら少なくとも１つの抵抗領域
を使用している本発明は、この連続的に可変の分布また
はさらに部分的に連続可変の分布でさえも得ることを可
能とする。

【００２９】本発明に基づく装置の特別な実施例に依れ
ば、前記装置はそれぞれが２つの制御電極の間に配置さ
れた複数の抵抗領域を含み、該抵抗領域は少なくとも１
つの制御電極で分離されている。２つの抵抗領域がふた
つの別々の制御電極で互いに分離されている場合は、前
記電極部に不連続な電位プロフィルを生成することが可
能である。２つの抵抗領域が単一の制御電極で分離され
ている場合は、単調である必要は無いが連続的な電位性
状を生成できる。

【００３０】別の実施例に依れば、異なる抵抗領域は異
なる抵抗性状を有する。

【００３１】別の特別な実施例に依れば、各々の抵抗領
域は複数の基本抵抗領域で構成されており、それぞれの
電気抵抗値はそれぞれ互いに異なりそれらは２つの制御
電極の間に存在する。

【００３２】後者の場合、これらの基本抵抗領域のそれ
ぞれの厚さ、そして／またはこれらの基本抵抗領域のそ
れぞれの固有抵抗、そして／または同じ長さのこれらの
基本抵抗領域のそれぞれの抵抗表面、は互いに違えるこ
とが可能であり、希望する電気抵抗値を得るように選択
される。

【００３３】本発明の特別な実施例では、発生源は粒子
を抽出するゲートを含み、該ゲートは制御電極の１つを
構成し、装置の中心部に配置されていてその他の制御電
極の各々は発生源を取り囲んでいる。

【００３４】別の特別な実施例では、各々の制御電極が
発生源を取り囲んでいる。

【００３５】発生源を取り囲む制御電極の少なくとも１
つは不連続であって、複数の基本制御電極を形成する。
この場合、ビーム形状の制御に加えて、装置はまた後に
示すように適切な電位を使用して前記ビームの方向制御
をも可能としている。

【００３６】別の特別な実施例では、発生源は粒子抽出
ゲートを含んで一方向に伸びた形状を有し、ゲートは制
御電極のひとつを構成して装置の中央に配置され、そし
て装置は前記方向に長く伸びた形状を有し、発生源の両
側に配置された少なくとももう１つの制御電極と、ゲー
トと発生源の各々の側にある別の制御電極との間に長く
伸びる少なくとも１つの抵抗領域とを含む。

【００３７】別の特別な実施例では、発生源は一方向に
長く伸びた形状を有し、装置は前記方向長く伸びた形状
を有し発生源の両側に配置された少なくとも２つの制御
電極と、同様に発生源の各々の側の２つの電極間に配置
された少なくとも１つの抵抗層とを含む。

【００３８】最後の２つの実施例に於て、装置はまたそ
の形状制御と同様にビームの方向制御をも可能とする。

【００３９】更に、長く伸びた形状を有する発生源の場
合、発生源の各々の側にある電極と抵抗層との個数が等
しい必要はない。

【００４０】本発明に基づく装置の特長を有する実施例
に於て、荷電粒子発生源が平板構造型発生源の場合、前
記装置は荷電粒子発生源の中に組み込まれている。

【００４１】最後に、制御電極は平板構造として前記発
生源とほぼ同一平面上に配置することも可能である。

【００４２】本発明を以後実施例に限定せず、かつ添付
図を参照して更に詳細に記述する。

【００４３】

【実施例】図２は本発明の理解を助けるのに有用な装置
を図式的に示し、これは電子発生源１０から放出された
電子ビームの集束を可能とする。この発生源１０は例え
ば単一の微小点１２を有する発生源の様な平板構造型発
生源であり、別の構成としてはこれは明らかに複数の微
小点を有することも可能である。

【００４４】従って発生源は点源も可能である、すなわ
ち再集束装置に比較して小さな放出表面を有する、また
は逆に言えば広いものも可能ということである。

【００４５】発生源１０は図１の発生源２に対応し、図
２はまた軸Ｘをも示しておりこの軸に沿って発生源から
放出されたビームが伝搬する事を期待されている、また
同様に前記電子ビームの初期開口をも示している。これ
らの電子は陽極１４で集められるが、この陽極もまた図
２に示す実施例では平板構造である。

【００４６】目的は発散する電子を軸Ｘに向けて引き戻
すことにより電子ビームを集束することであるが、前記
電子を軸Ｘに向けて引き戻す力ｆは適切な電位に昇圧さ
れた制御電極１６によって得られる。従って、制御電極
１６は図１のピアス電極８に置き代わる。

【００４７】電極８は電場を生成することを可能とする
様に電位Ｖに昇圧されており、これは発散電子を軸Ｘの
方向へ引き戻す。

【００４８】実施例に示す制御電極１６は発生源１０と
同一面上に互いに離されて存在し、発生源１０と同一平
面上にほとんど連続な電位分布を生成し、図１のピアス
電極８によって生じる等電位Ｖの形状をほぼ再生するこ
とが可能である。従ってほとんど同一電場形状であるた
め、発生源から放出されほっておくと発散する電子ビー
ムに対して同一効果が得られる。

【００４９】図２はまた分極装置１８をも示し、これは
種々の制御電極１６をそれぞれ互いに異なる電位に昇圧
することが可能で、この電位は電子が放出される電位レ
ベルに比較して負である。

【００５０】図２はまた電気的接続２０をも示し、これ
はそれぞれ制御電極１６を分極装置１８に接続してい
る。

【００５１】図２に示す実施例に於て、電子発生源１０
は電気的絶縁基板２２、例えばガラス、を含みその上
に、例えばクロムの陰極接点層２４が形成される。この
層の上に例えばシリコンの抵抗層２６が形成される。

【００５２】前記層２６の上には例えば珪酸の電気的絶
縁層２８が形成され、これは貫通穴を有しその中に例え
ばモリブデンの微小点１２が配置されており、前記微小
点は抵抗層２６上に形成されている。

【００５３】前記発生源に関しては参考文献（７）が参
照出来る。発生源１０は更に抽出ゲート３０をも含む。

【００５４】分極化装置１９は前記ゲート３０を、微小
点１２から電子を抽出可能な電位に昇圧するために具備
されている。

【００５５】図２に示す実施例に於て微小点１２の軸は
軸Ｘであり、抽出ゲート３０は円盤形状でその軸もまた
軸Ｘであり、中央部に貫通穴が開けられていて微小点１
２から抽出された電子がそこを通過できるようになって
いる。

【００５６】図２に示す実施例に於て、制御電極１６は
円環形状の平板構造電極であり、これらは同心円で軸Ｘ
を共通軸として有する。従ってこれらは電子発生源を中
心として同心円状に配置されている。

【００５７】制御電極１６は抽出ゲート３０と同時に絶
縁層２８の上に形成される。従って、図２に示す装置は
発生源１０の中に統合される。

【００５８】図３は本発明の理解を助けるの適した別の
装置を示し、これは平板構造の細長形状発生源３２から
放出された電子を集束させる。

【００５９】微小点発生源は微小点３４の列で構成さ
れ、これらは直線上に並べられている（しかしこの様な
微小点の列をいくつか並べたような別の構成の可能であ
る。）

【００６０】図３に示す発生源は絶縁基板３６、例えば
ガラスを含み、その上に陰極接続層３８、例えばクロム
が形成される。陰極接続層の上には抵抗層４０、例えば
シリコンが形成される。抵抗層の上には絶縁層４２、例
えば珪酸が形成される。

【００６１】絶縁層４２には列状に並んだ複数の穴が開
いており、その中に微小点３４が配置されていてそれら
は例えば、モリブデン製であって抵抗層４０の上に形成
されている。図３に示す発生源はまた抽出ゲート４４を
含みこれは微小点３４に対向するように貫通していて、
微小点から電子を抽出できるように配置されている。こ
のゲート４４は細片形状で、図３に示すように微小点３
４が並んでいる列と同一方向に並んでいる。微小点から
放出された電子を集めるための陽極４６は発生源３２に
対向するように配置されている。

【００６２】図３に示す装置はまた制御電極４８を含み
これは微小点３４が並んでいる列同じ方向に伸び、抽出
ゲート４４の両側に配置されている。これらの電極４８
は抽出ゲート４４と同時に絶縁層４２の上に形成され
る。

【００６３】従って図３に示す装置は電子発生源３２の
中に統合される。

【００６４】図３に示す実施例に於て、この装置および
発生源とで構成された構造は微小点３４列に関して対称
である（ゲートの両側に同数の電極４８が存在する。）

【００６５】図３にはまた分極化装置４９も示されてお
り、これはゲート４４を適切な電位に昇圧して電子の抽
出が可能なようにする、同様に分極化装置５０は制御電
極４８をこれとは別のそれぞれ互いに異なる電位に昇圧
し、発生源３２から放出された電子ビームを集束させる
ための電場生成を可能とする。

【００６６】図２および図３に関連して記述した装置
は、複数の制御電極と共に連続的な電位変化をほぼシミ
ュレーションすることを可能とする。

【００６７】しかしながらこれらの装置は、平板構造で
ない再集束電極で得られた電場の再構築は出来ない。本
発明はまた、発生源からの粒子ビームを希望する形状と
するのに適する指定された電位分布を得るために、制御
電極の間に配された少なくとも１つの抵抗領域を用いた
装置も提案している。

【００６８】図４は本発明に基づく装置の１つの特別な
実施例を示し、これはより簡単で２つの制御電極５２，
５４のみを使用し、同様に抵抗領域５６が前記電極５
２，５４の間にあって、これらによって分極化される。
図４に示す装置は電子発生源５８から放出された電子ビ
ームを集束させる働きを有する、図に示す実施例に於て
発生源は微小点６０を具備したものである。

【００６９】この発生源５８も絶縁基板６２を含み、こ
れは陰極層６４で覆われ、この絶縁層自身は抵抗層６６
で覆われ、その上に微小点６０が形成されている。絶縁
層６８が層６６を覆っているがこれは複数の穴を有し、
その中に微小点６０が配置されている。

【００７０】図２の場合と同様に、図４に示す発生源は
円形である。絶縁層６８の上に円盤形状のゲート７０が
あって微小点が覗くように貫通孔が開けられている。

【００７１】図４に示す本発明に基づく装置もまた発生
源の中に統合されている。

【００７２】制御電極５２，５４は同心円環形状を形成
し、その軸は抽出ゲート７０で形成される円盤と同じで
ある。

【００７３】これらの電極５２および５４は絶縁層６８
の上にゲート７０と同時に形成されるが、これは抵抗領
域５６、例えばシリコン、が層６８上で電極５２および
５４の間に蒸着された後に行われる、この抵抗領域は前
記５２および５４と接している。電位の分布は領域５６
の抵抗分布状態に依存している。

【００７４】図示されていないが、１つの陽極が発生源
５８に対向して、微小点６０から放出された電子を集め
るために具備されている。図示されていないが分極化装
置もまたゲート７０を分極化して電子を抽出するため
と、同様に電極５２，５４を分極化して発生源から放出
された発散ビームを集束するために具備されている。

【００７５】電子ビームの集束を可能とするような領域
５６の抵抗分布を得るための方法はいくつかある。これ
らいくつかの方法は図５のＡからＦに図示されている。

【００７６】図５のＡは電極５２および５４と抵抗領域
５６とを発生源の軸を含む平面で切断した断面図であ
る。前記発生源の軸からの距離ｄは図５のＡに示す断面
図と平行な軸の上に記されている。

【００７７】図５に示す実施例に於て抵抗領域５６は３
つの互いに隣接し、それぞれの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３
（図５のＢに示す軸に沿った長さ）を有する基本抵抗領
域Ｔ１、Ｔ２，Ｔ３で形成されているものと仮定してい
る。これら部分Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のそれぞれの抵抗値は
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で表わされている。

【００７８】電気抵抗値の性状例は図５のＢのグラフに
示されており、ここで部分Ｔ１（発生源に最も近い部
分）の抵抗値Ｒ１は部分Ｔ２の抵抗値よりも低く、これ
自身は部分Ｔ３の抵抗値よりも小さい。

【００７９】この様な電気抵抗値の性状を実現するには
下記の式に基づいて、３つの方法がある：

【００８０】

【数１】Ｒ＝ｒｘＬｘＳ^-1

【００８１】この式は各々の部分に対してパラメータ
Ｒ，ｒ，ＬおよびＳに適切な添え字（１または２または
３）を与えることにより適用可能である。パラメータ
Ｒ，ｒ，ＬおよびＳはそれぞれ電気抵抗値、使用する材
質の抵抗率、該当部分の長さおよび断面積とである（図
示された実施例では断面積Ｓは円筒表面である。）図５
−Ｃのグラフは部分Ｔ１，Ｔ２およびＴ３の厚さを以下
に示すように与えることに依って希望する抵抗値の性状
を得る方法を示している：

【００８２】

【数２】ｅ１＞ｅ２＞ｅ３．

【００８３】図に示す例に於て、ｅ１はｅ２の二倍であ
り、ｅ２はｅ３の二倍である（Ｓ１はＳ２の二倍で、Ｓ
２はＳ３の三倍）。図５−Ｄに示すように同様の電気抵
抗値の性状は部分Ｔ１，Ｔ２，およびＴ３にそれぞれ抵
抗率ｒ１，ｒ２およびｒ３を以下のように与えることに
依っても実現できる。

【００８４】

【数３】ｒ１＜ｒ２＜ｒ３．

【００８５】この例に於てｒ１はｒ２の半分、そしてｒ
２はｒ３の半分である。

【００８６】この様な抵抗率の変化は抵抗領域５６を形
成する物質の添加量を適切に変化させたり、または各々
の部分に対して異なる材料を用いることに依って実現で
きる。

【００８７】図５のＥは抵抗領域の平面図を示し、これ
は最初は均一な厚さを有する抵抗領域を面状にエッチン
グで取り除き、残った抵抗面に半比例して指定された部
分の抵抗値が増加することに着目して、同様の電気抵抗
値の性状を実現できることを示している。

【００８８】上記の例で各部分の長さが等しいとする
と、部分Ｔ２の抵抗面は部分Ｔ１に比較して半分の広さ
であり、部分Ｔ３よりも二倍の広さを有し、従ってこの
部分は部分Ｔ１の二倍の抵抗値で部分Ｔ３の半分の抵抗
値を有することになる。

【００８９】従って図５のＥはふたつの方形制御電極の
間の抵抗領域として現実に適用できるものであり、これ
は例えば図３に示す型の細長形状発生源に適用可能な特
定の実施例を構成する。

【００９０】しかしながら、図５のＥの例を直線で囲ま
れた部分を円盤形状部分に置き換えることにより図４に
示す実施例に適用することも可能である。

【００９１】図５のＦのグラフは電位Ｖの変化を電子発
生源からの距離ｄの関数として示したものである。電極
５２の電位はＶ１で表わされ、電極５４の電位はＶ２で
表わされている。

【００９２】図５のＢに示す抵抗値の性状、並びにＶ１
＞Ｖ２より電位はＴ１からＴ３へいくにしたがって単調
減少する。

【００９３】図６に図式的に示す本発明に基づく装置は
図３に示すものとは異なっており、抵抗領域７２が微小
点列の一方の側で前記微小点列に最も近い２つの制御電
極４８の間に抵抗領域７２が形成され、また抵抗領域７
２を微小点列のもう一方の側にあって最も近い２つの制
御電極の間にも形成されている点が異なる。

【００９４】従って、その間に抵抗領域が配置されてい
る２つの制御電極のみではなく、別の制御電極も存在す
る（これらもまた電子ビームを集束させるために適切な
電位に昇圧される。）

【００９５】図示はされていないが、図２に示す装置か
ら派生的に導かれる特別な実施例では、抵抗領域が電子
発生源１０に近接した２つの同心円状電極の間に形成さ
れる。

【００９６】本発明に基づく装置は、電子ビームの集束
以外の応用にも使用可能である。

【００９７】本発明に基づく装置に比較して電子発生源
の寸法がより小さく、また前記発生源を装備している場
合は、平行電子ビームの代わりに精密な位置に集中また
は再集束された点を求めることが可能である。制御電極
の電位を適切に調整することに依って望む場所にビーム
を集中させることが可能である。

【００９８】細長形状（図６参照）を有する本発明に基
づく装置を運転する場合は、電子発生源の両側の２つま
たはそれ以上の抵抗領域に異なる電位性状を作り出すこ
とが可能である。従って電子ビームは集束作用に加えて
偏向作用も受ける。従って装置は電子ビームの偏向を可
能とすることもできる。

【００９９】図４および図６に示す制御電極の特長は、
これらが放出陰極の上に直接形成できることである。

【０１００】従って電子発生源に組み込み統合された集
束光学系が得られ、これはエッチングによって完全に位
置決めされ、既に小さな寸法で作られている発生源の寸
法を増加させない。従って、場合に依っては電子ビーム
の偏向も行える非常にコンパクトな組み立て部品が得ら
れる。

【０１０１】これ以降本発明の種々の実施例についての
考察を行う。

【０１０２】荷電粒子発生源（例えばイオン源）から生
じる前記荷電粒子ビームの制御を、ピアス陰極の様な１
つまたは複数の非平板構造再集束電極を用いて得られる
等電位を再生することにより可能とする発明を示してき
た。これらの非平板構造陰極はこれまで任意形状を有す
るビームを厳密に再集束させることを可能とする唯一の
陰極であった。

【０１０３】平板構造発生源の場合に於て特に、本発明
は放出されたビームを制御するために必要な電場の再生
をマイクロエレクトロニクス技術によって形成できる装
置を用いて可能とした。

【０１０４】その発生ビームを制御対象とする平板構造
発生源の形状は任意であり、これは前記発生源を製作す
る際に用いる技術に依存する。前記発生源からのビーム
の制御を可能とする装置の形状もまた任意である。

【０１０５】これ以降説明的に示すのは細長形状または
点状発生源を有する本発明の実施例であり、それぞれ同
心円状または細長形状ビーム制御装置を発生源の両側に
具備している。

【０１０６】この様な発生源と同一面上に連続変化電位
分布を得るために、いままで示したように本発明ではそ
の両端を２つの電極に依って分極化される少なくとも１
つの抵抗領域を使用している。これらの電極は露出して
いても良いし（図８のＡでは電極は７４および７６で表
わされており、ここで抵抗領域は参照番号７８で、また
その上に前記領域並びに電極が形成されている基板は参
照番号７９で示されている）、または前記電極を埋め込
み型とすることも出来る（図８のＢ参照）。

【０１０７】希望する電位分布を得るために、１つまた
は複数の任意に異なる抵抗領域を使用することも可能で
あり、これらの抵抗領域はそれぞれ種々の方法で得られ
る異なる抵抗率を有する１つまたは複数の基本抵抗領域
で形成される、そして／または同一または異なる抵抗率
を有する１つまたは複数の抵抗領域（１つまたは複数の
制御電極で分離されている）を使用することも可能であ
る。

【０１０８】１） 注意深く選択された電位に分極さ
れ、電極で分離された１つまたは複数の抵抗領域を形成
するための方法は、図式的に図７のＡからＦに示されて
いる。図Ａ，ＣおよびＥは発生源８０を取り囲む円形電
極に関連したものであり、一方図Ｂ，ＤおよびＦは長方
形型発生源８０の両側に置かれた長方形型電極に関連し
たものである。参照番号８１はその上に発生源と電極と
が形成されている基板を表わす。図に於て、抵抗領域は
発生源の両側に対称に配置されているが、非対称形ビー
ム制御装置を使用することも可能である。この様にして
部分的に線形である電位性状を得ることが可能である。

【０１０９】第一の実施例（図７のＡおよびＢ）では、
２つの電極８６，８８で分極された１つの抵抗領域８４
が定められている（Ｂに関しては８４−８６−８８の構
造が発生源８２の両側に繰り返されていることに注意さ
れたい。）

【０１１０】第二の実施例（図７のＣおよびＤ）では、
１つの分極化電極９２で分離された２つの抵抗領域９０
ａ，９０ｂと、別の２つの分極化電極９４，９６が抵抗
領域の両側に蒸着されていて、２つの独立な領域を得る
ことを可能としており、ここで電位傾斜はそれぞれ互い
に独立に実現できる。

【０１１１】Ｄに於ては、９０ａ，９０ｂ−９２−９４
−９６の構造は発生源８２の両側に繰り返されているこ
とに注意されたい。

【０１１２】変形として、電極９２で分離され電極９４
および９６で囲まれた異なる抵抗値を有する２つの領域
９０ａ，９０ｂを形成することも可能であろう。

【０１１３】またそれぞれが制御電極で取り囲まれた複
数の抵抗領域で、該領域に関連する制御電極と抵抗領域
に関連しない制御電極とによって分離されている前記複
数の抵抗領域を有することも可能である。

【０１１４】第三の実施例（図７のＥおよびＦ）では、
発生源８０または８２は抽出ゲート９８または１００を
有する。

【０１１５】このゲートは分極化電極としても機能し、
これを抵抗領域に関連させることもできる。

【０１１６】また第二および第三の実施例の組合せを考
えることも可能であろう。

【０１１７】２） 線形で単調変化の電位性状を得るた
めに、２つの電極の間に異なる抵抗値を有する複数の基
本抵抗領域を蒸着させることで成り立っている第二の方
法が図７のＧ，ＨおよびＩ，Ｊに図示されており、ここ
には異なる抵抗値の基本抵抗領域８４ａ，８４ｂが存在
する。これらのＧ，Ｈ，Ｉ，Ｊはそれぞれ図７のＡ，
Ｂ，Ｅ，Ｆに対応しており、領域８４が領域８４ａ，８
４ｂで置き換えられている。

【０１１８】この第二の方法を実施するにはいくつかの
やり方があって、これらは既に図５に関連して考察され
ている。異なる抵抗値の領域を得るには色々可能で、 ａ）異なる抵抗値を備えた複数の物質を蒸着するか（図
５のＤ参照）、または単一の物質を各々の基本領域に異
なるように塗布する、 ｂ）単一物質から成る均一な厚さの層を蒸着し、部分的
にエッチングで取り除く（図５のＥ参照）、 ｃ）同一物質の異なる厚さの複数の層を蒸着する、 ｄ）または、これらの方法の２つまたは３つを組み合わ
せる。

【０１１９】上記ｃ）で示した手順に於て、異なる厚さ
の層を独立に蒸着する事も可能である（図８のＣ参照、
ここには異なる厚さの２つの層７８ａ，７８ｂが示され
ている）、または層を重ね合わせることに依って特別な
厚さを形成することもできる（図８のＤ参照、こここで
は７８ｃの上に層７８ｄが重ねられている。）

【０１２０】ある特別な実施例に於いては、本発明は発
生源からのビームを集束と同時に偏向させることも可能
とする。

【０１２１】抵抗領域を発生源の両側に具備した細長形
状イオン発生源（図６参照）の場合、イオンに対して少
し引力を与える電位を（すなわち、負の荷電粒子の場合
はより高い電位に、しかし正の荷電粒子の場合はより低
くする）、粒子を偏向させるのと同一側に配置されてい
る抵抗領域上に引加することによりビームは一方の側に
偏向する。

【０１２２】１つまたは複数の抵抗領域で囲まれている
発生源の場合は（図７のＡおよびＣ参照）、偏向は抵抗
領域を細分割して実施される再集束と結合できる、ここ
で抵抗領域の細分割は制御電極を、前記領域と異なる側
に異なる電位性状を生成する複数の基本分極化電極に分
割することにより実施される。

【０１２３】図９の場合に於いて、中央分極化電極８６
および４つの基本、外周分極化電極８８ａ，８８ｂ，８
８ｃおよび８８ｄは４つの基本抵抗領域を定めることを
可能としている。中央分極化電極８６および再集束電極
８８ｂとで定められた基本抵抗領域はここでは抵抗領域
８４の四分の一である。

【０１２４】電極８８ｂに対してその領域内でイオンを
さらに引きつける電位を引加すれば、ビームが電極８８
ｂの側に偏向されることは明白である。本発明の特に特
長的な実施例を図１０に示す。この実施例での目的は、
例えば参考文献（７）に示す電界効果微小点発生源から
の電子ビームを制御することである。

【０１２５】基板１０２の上に微小点１０４が蒸着され
ており、これは絶縁層１１０内の抽出ゲート１０８を通
して形成された穴１０６の底に配置されている。微小点
１０４には抵抗層１１４を経由して電極１１２から給電
されている。

【０１２６】ゲート１０８の縁１１６で定められ複数の
微小点を連結している領域の回りに、本発明に従ってそ
の上に分極化電極１２０を蒸着された抵抗層１１８で構
成されたビーム制御装置を蒸着形成することは可能であ
る。この場合抽出ゲート１０８は抵抗領域の中央分極化
電極として働く。

【０１２７】図には示されていないが、抽出ゲートへの
接続はこの場合電極１０８および１２０と異なるレベル
に層を重ね発生源の周囲から容易にもって来ることがで
きる。

【０１２８】本発明に基づく装置を得るためのシミュレ
ーションソフトウェアを使用できる。図１１から図１３
の各々は電子ビームの集束シミュレーションを示してい
る。簡単のために電子ビーム制御装置の詳細構成部品は
示していない（制御電極および抵抗領域）。これらの図
の各々に於いて、微小点を具備した発生源並びに抽出ゲ
ートＧに対する考察がなされる。

【０１２９】図１１は点発生源または再集束光学系に比
較して非常に限定された大きさの発生源、図２に示すよ
うにすなわち１つまたはいくつかの微小点を使用する場
合に対応している。ビーム制御装置ＭＦ（制御電極およ
び抵抗領域）は電子の軌道が互いに平行になるような電
位に昇圧される。

【０１３０】図１２および図１３もまた、点源または非
常に限定された寸法を有する発生源である微小点源の場
合を示し、これは制御電極を有する集束装置を具備す
る。

【０１３１】図１２の場合、制御電極へは発生源に対向
する収集陽極ＡＣ上の一点にビームが集束するような電
位が供給される。図１３の場合は集束特性を失うことな
く前記ビームを偏向させて陽極上の別の点に集める方法
を示す。この様にして電子発生源から放出されたビーム
を集束させることが可能である。

【０１３２】図１３に於いて、発生源は図３に示すもの
と同じ型のものであり、従って制御電極は細長形状であ
る。

【０１３３】参考文献 （１）G.Chauvet 、R.Baptist 著、Journ. of Electr.
Spec. and Rel. Phen. 24, 255 (1981). （２）Th.Fauster, F.J.Himpsel, J.J.Donelon および
A.Marx 著、Rev. Sci. Instr. 54, 68 (1983) （３）P.Grivet著、光学電子工学、第一巻：静電レンズ
(Bordas, Paris, 1955) （４）J.R. Pierce 著、電子ビームの理論並びに設計、
(D.Van Norstand, New York, 1954) Rev. Sci. Instr. 54, 68 (1983) （５）H.Z.Sar-El著、ピアス型電子銃の改良理論、Nuc
l. Instr. and Meth. 203,(1982) 21-33 （６）H.C.Lange 著、種々の光子エネルギを具備した逆
転光子放出分光計の開発と構造（ドイツ語）、ベルリン
自由大学、1988 （７）フランス特許出願第８７１５４３２号、１９８７
年１１月６日付、または合衆国特許第４９４０９１６号
参照。 （８）H.Gundel, H.Riege, J.Handerek およびK.Ziouta
s 著、強誘電体より放射されるパルス状電子ビームでト
リガをかけられる低電圧中空陰極スィッチ。Appl. Phy
s. Letters, 54(21), 2971-3 (1989) （９）G.G.P. Van Gorkom , A.M.E. Hoeberechts著、シ
リコン冷陰極、Philip Technical Review. Vol. 43 No.
3, 1987年 1月

【図面の簡単な説明】

【図１】発散電子ビームを集束させることを可能とする
従来型装置の図。

【図２】同心円環形状の制御電極を有し本発明の理解を
助ける集束装置の図。

【図３】長く伸びた形状の制御電極を有し本発明の理解
を助けるもう１つの集束装置の図。

【図４】２つの制御電極の間にひとつの抵抗領域を有す
る、本発明に基づく装置の特別な実施例の図。

【図５】前記抵抗領域を実現するための種々の方法をグ
ラフを用いて図式的に示す図。

【図６】それらの間に抵抗領域が配置された２つの電極
に加えて別の制御電極を有する、本発明に基づく装置の
もう１つの特別な実施例の図。

【図７】本発明に基づく種々の実施例を図式的にかつ部
分的に示す図。

【図８】沈積法により埋設型または非埋設型電極を備え
た抵抗層および、均一または非均一厚さを有する層を実
現するための種々の方法を図式的に示す図。

【図９】本発明に基づくその他の装置を図式的にかつ部
分的に示す図。

【図１０】本発明に基づくその他の装置を図式的にかつ
部分的に示す図。

【図１１】点源からの電子ビームを集束装置によって集
束する際のシミュレーションを示す図。

【図１２】点源からの電子ビームを別の集束装置を用い
て一点に集束する際のシミュレーションを示す図。

【図１３】点源からの電子ビームを長く伸びた制御電極
を有する別の集束装置によって、偏向と集束とを同時に
行う際のシミュレーションを示す図。

【符号の説明】

2,10,32,58,80,82・・・・・・・・・・・・・・粒子発生源 4,14,46・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・収集電極（陽極） 6・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・電子ビーム 8・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ピアス電極 12,34,60,104・・・・・・・・・・・・・・・・・・微小点（マイクロポイ
ント） 16,48,52,54,74,76, 86,88,92,94,96,112・・・・・・・・・・・・制御電極 18,49,50,120・・・・・・・・・・・・・・・・・・分極化装置 22,36,62,79,81,102・・・・・・・・・・・・絶縁基板 24,38,64・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・陰極層 26,40,66,114,118・・・・・・・・・・・・・・抵抗層 28,42,68,110・・・・・・・・・・・・・・・・・・絶縁層 30,44,70,98,100,108・・・・・・・・・・・抽出ゲート 56,72,78,78a,78b,78c,78d, 84,84a,84b,90a,90b・・・・・・・・・・・・抵抗領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−290052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−274043（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−146236（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 3/10 - 3/30

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子発生源（３２，７０，８０，８２）
   から飛来する荷電粒子ビームの形状制御を可能とする装
   置であって、前記発生源はこれらの粒子を収集するため
   の収集電極と連携し、前記装置が少なくとも１つの抵抗
   領域（５６；７２；７８；７８ａ，７８ｂ；７８ｃ，７
   ８ｄ；８４；８４ａ，８４ｂ；９０ａ，９０ｂ；１１
   ８）と少なくとも２つの制御電極（４８；５２，５４；
   ７４，７６；８８；８６，８８ａから８８ｂ；９２，９
   ４，９６；８８，９８；８８，１００；１０８，１２
   ０）とを含み、前記抵抗領域および前記制御電極は発生
   源とほぼ同一レベルに配置され、前記制御電極はまた抵
   抗領域の両側に配置されてこの領域を分極化するように
   働き、抵抗領域の電気的抵抗性状は、制御電極が適切に
   分極化された際にその電位分布が発生源からのビームを
   希望する形状と出来るように選択されていることを特長
   とする荷電粒子ビームの形状制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置に於いて、それぞ
   れが２つの制御電極の間に配置された複数の抵抗領域を
   含み、該抵抗領域が少なくとも１つの制御電極から分離
   されていることを特徴とする前記装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置に於いて、異なる
   抵抗領域が異なる抵抗性状を有することを特徴とする前
   記装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置に於いて、各々の
   抵抗領域が複数の基本抵抗領域（８４ａ，８４ｂ）を含
   み、これらそれぞれの電気抵抗値は互いに異なり、それ
   らが２つの制御電極（８６，８８；８８，９８）の間に
   存在することを特徴とする前記装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置に於いて、これら
   基本抵抗領域のそれぞれの厚さが互いに異なり、それぞ
   れ希望する電気的抵抗値を得るように選択されているこ
   とを特徴とする前記装置。
6. 【請求項６】 請求項４および５のいずれかに記載の装
   置に於いて、これら基本抵抗領域のそれぞれの抵抗率が
   互いに異なり、それぞれ希望する電気的抵抗値を得るよ
   うに選択されていることを特徴とする前記装置。
7. 【請求項７】 請求項４から６のいずれかに記載の装置
   に於いて、同じ長さのこれら基本抵抗領域のそれぞれの
   抵抗面積が互いに異なり、それぞれ希望する電気的抵抗
   値を得るように選択されていることを特徴とする前記装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれかに記載の装置
   に於いて、発生源が粒子抽出ゲート（９８，１０８）を
   含み、前記ゲートは制御電極のひとつを構成し装置の中
   央に位置し、各々別の制御電極（８８，１２０）が発生
   源を取り囲んでいることを特徴とする前記装置。
9. 【請求項９】 請求項１から７のいずれかに記載の装置
   に於いて、各々の制御電極が発生源を取り囲んでいるこ
   とを特徴とする前記装置。
10. 【請求項１０】 請求項８および９のいずれかに記載の
    装置に於いて、発生源を取り囲む制御電極の少なくとも
    １つが不連続で複数の基本制御電極（８８ａから８８
    ｄ）を形成することを特徴とする前記装置。
11. 【請求項１１】 請求項１から７のいずれか１つに記載
    の装置に於いて、発生源が１つの粒子抽出ゲート（１０
    ０）を含み、１つの方向に細長く伸びた形状を有し、前
    記ゲートが制御電極の１つを構成して装置の中央に配置
    され、前記装置は少なくとも１つの別の制御電極（８
    ８）を有し、これは前記方向に細長く伸びていて発生源
    の両側に配置され少なくとも１つの抵抗領域（８４）が
    ゲートと発生源の両側の別の制御電極との間に伸びてい
    ることを特徴とする前記装置。
12. 【請求項１２】 請求項１から７のいずれか１つに記載
    の装置に於いて、発生源（３２，８２）は１つの方向に
    細長く伸びた形状を有し、前記装置は前記方向に伸び発
    生源の両側に配置された少なくとも２つの制御電極（４
    ８；８６，８８）と、発生源の両側の２つの電極の間に
    配置された少なくともひとつの抵抗層（７２，８４）と
    を有することを特徴とする前記装置。
13. 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれか１つに記
    載の装置に於て、これが平板構造発生源である荷電粒子
    発生源の中に統合されていることを特徴とする前記装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれか１つに記
    載の装置に於て、制御電極が平板構造であって、発生源
    とほぼ同一面上に配置されていることを特徴とする前記
    装置。