JP3825933B2 - 電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、走査型電子顕微鏡、点光源型ｘ線照射装置 - Google Patents
電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、走査型電子顕微鏡、点光源型ｘ線照射装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスレーザを金属ターゲットに照射して発生させたレーザプラズマから電子ビームを引き出して照射する電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを生成する電子ビーム源としては、タングステンなどの高融点で仕事関数の小さい金属フィラメントをジュール加熱して表面から放出される電子を利用する熱陰極型電子源や、ガスを導入して放電によって生成する放電プラズマからの電子を利用するプラズマ電子源が知られている。
【０００３】
図１１はこの熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１の概略構成図である。この電子ビーム照射装置１は真空ポンプ２により真空にされた真空容器３内に、タングステンなどの高融点金属のフィラメント４を設置し、このフィラメント４を真空容器３外のフィラメント加熱電源装置５に電気的に接続している。真空容器３内には、２つの絶縁体６を介してグリッド７および加速電極８を配設している。グリッド７は加速電源装置９のマイナスの電気端子に分割抵抗１０を介して接続され、加速電極８は加速電源装置９のプラスの電気端子に接続される。また、真空容器３は加速電源装置９のマイナスの電気端子に接続される。
【０００４】
このような熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１では、フィラメント（熱陰極）４にフィラメント加熱電源装置５により通電してジュール加熱することにより、フィラメント４の表面からエミッション電子１１を放出させ、グリッド７と加速電極８の間に加速電源９からの電圧を印加して電子ビーム１２を引き出す。
【０００５】
一方、図１２はプラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置１Ａの概略的構成を示している。この電子ビーム照射装置１Ａは真空ポンプ２により真空にされた真空容器３内に、電気絶縁体１３を介してカップ状の陰極１４を設け、この陰極１４周りの空間に放電ガスを供給する放電ガス供給器１５を設けている。陰極１４は真空容器３外の加速電源装置９のマイナスの電気端子に接続され、陰極１４を包囲するようにシールド電極１６が設けられる。真空容器３内には加速電極８を設け、この加速電極８は加速電源９のプラスの電気端子に接続される。
【０００６】
このようなプラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置１Ａでは、加速電極８と同電位にあるシールド電極１６と陰極１４の間に印加される電圧を利用して放電室内に導入したガスで放電プラズマ１７を生成し、この放電プラズマ１７から電子ビーム１２を引き出す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１では、フィラメント４の寿命が短いという課題があり、特に、電子ビーム１２の引き出し部での空間電荷制限領域に近いような密度で電子ビーム１２を引き出そうとするときには、フィラメント４表面を融点に近い温度にまで加熱して使用するので、フィラメント４の寿命は短いものとなり、これが大電流の電子ビーム１２を引き出す際の課題となっていた。
【０００８】
また、パルス的に電子ビーム１２を引き出す場合には、ＤＣ的に引き出す場合よりも高い電圧を印加することができるので、一般的に高密度の電子ビーム１２が得られるが、フィラメント４の加熱をパルス的にすることはできないため、加速電圧をパルス的に印加することによってパルスビームを得ていた。しかし、電子ビームの引き出しのとき、電圧が上昇する途中でグリッド７から発散的に飛び出す電子が無効電流成分となるうえに、加速電極８の損耗とそれによるブレークダウンを引き起こしやすいという課題がある。
【０００９】
以上のように従来の熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１では、大きな電子ビーム電流密度が得られるパルス動作に対して制限があり、その性能を十分に引き出すには不向きであり、加えて損耗部品があることが大きな制約となっていた。
【００１０】
一方、プラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置１Ａでは、電子の供給源が放電プラズマ１７であるので、陰極１４の損耗という課題は回避でき、パルス駆動に適合するという点では、電圧の上昇時にはまだ放電プラズマ１７が成長しておらず、無効電流を少なく抑えることができるという点から無効電流は小さいが、放電プラズマ１７を生成するための放電ガスをカソードとグリッド７間に導入する必要がある。このために、放電ガスがグリッド７と加速電極９の間に流出してブレークダウンを引き起こす要因となり、引き出しないし加速電圧の上限値を低下させ、同時に排気系への負荷を大きくしてしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、高輝度で低エミタンスの電子ビームを引き出すことのできる電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の別の目的は、パルス動作と高い引き出しないし加速電圧を印加することを容易にした電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、短寿命の損耗部品を無くし、排気系の負荷を小さくした電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、パルスレーザを出力するパルスレーザ装置と、このパルスレーザ装置からのパルスレーザの照射によりレーザプラズマを生成する金属ターゲットと、このレーザプラズマから電子ビームを引き出して加速させる加速電極とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、前記金属ターゲットは、貫通孔を有し、この貫通孔の内壁面をパルスレーザ照射面としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、前記金属ターゲットは、パルスレーザの照射面にレーザを貫通させる薄板の金属であり、この金属ターゲットのレーザ照射面をパルスレーザ照射毎に移動させる移動装置を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、前記金属ターゲットは、先端が鋭利な棒状の形状であり、その尖端の先方にレーザプラズマを放出させるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、前記金属ターゲットと加速電極のグリッドとの間に、レーザプラズマの径方向の拡散を抑制するプラズマカップを備えていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、前記パルスレーザ装置からのパルスレーザを入射するタミングと前記加速電極に電圧を印加するタイミングとを調整するタイミング調整器を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１から６までのいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームを走査する走査手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームを走査して試料に照射させる走査手段と、この試料から放出される電子を検出する検出器とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１から６までのいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームの照射によりＸ線を生成する照射ターゲットとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の発明は、少なくとも前記パルスレーザ装置、真空容器、加速電極、集束手段および照射ターゲットを第１のユニットケースに設ける第１のユニットと、少なくとも前記パルスレーザ装置および加速電極の電源装置、照射ターゲットを冷却する照射ターゲット冷却装置を第２のユニットケースに設ける第２のユニットとにそれぞれユニット化し、これら両ユニット同士を、これらが移動し得るように連結したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る電子ビーム照射装置２０の概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０は、真空ポンプ２１により真空にされた真空容器２２内に、金属ターゲット２３を設置している。金属ターゲット２３としては、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、タングステン、タンタル、銅、ガリウム、ハフニウムなどが用いられる。
【００２６】
そして、真空容器２２内には、２つの電気絶縁体２４，２４を介してグリッド２５および加速電極２６を設けている。グリッド２５は加速電源装置２７のマイナスの電気端子に分割抵抗２８を介して接続され、加速電極２６は加速電源装置２７のプラスの電気端子に接続される。また、真空容器２２は加速電源２７のマイナスの電気端子に接続される。真空容器２２にはパルスレーザ２９を入射させるレーザ入射窓３０が設けられる。
【００２７】
レーザ入射窓３０の外側にはレンズ３１を介してパルスレーザ２９を照射するパルスレーザ装置３２が設置され、このパルスレーザ装置３２はレーザ駆動用電源装置３３に接続されて駆動される。
【００２８】
したがって、このレーザ駆動用電源装置３３によりパルスレーザ装置３２が駆動されると、このパルスレーザ装置３２からパルスレーザ２９が出射される。パルスレーザ２９は例えば１０ｎｓ以下のパルス時間幅のレーザビームとして照射され、レンズ３１で集光されてからレーザ入射窓３０を通して真空容器２２内に入射され、金属ターゲット２３に照射される。このために、金属ターゲット２３の原子がアブレーションにより表面から放出されるとともに、高密度のレーザプラズマ３４が生成される。
【００２９】
レーザプラズマ３４はパルスレーザ２９のパルス時間幅以後も消滅しにくく、膨張し拡散する。そして、グリッド２５近傍に到達したレーザプラズマ３４の界面は、グリッド２５と加速電極２６との間に加速電源装置２７により印加される電圧によって出射方向に対して集束性の電子ビーム３５となるような表面形状となって、引き出される。この引き出された電子ビーム３５はグリッド２５と加速電極２６の間で最も小さく集束されたスポット（クロスオーバ点）３６をつくる。そして、この電子ビーム３５を目標のターゲットに照射する際には図示しない静電レンズ、電磁レンズなどによってこのスポット３６の径まで集束して照射される。
【００３０】
この電子ビーム照射装置２０によれば、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９を金属ターゲット２３に照射してレーザプラズマ３４を生成させるので、パルスレーザ２９は低エネルギ（例えば数ｍＪ）でも短いパルス幅（例えば１０ｎｓ以下）のパルスレーザ２９を用いることにより、電子ビーム３５の引き出し部での空間電荷制限密度に達するのに十分な電子密度を有するレーザプラズマ３４を生成でき、容易に高密度の電子ビーム３５を得ることができる。
【００３１】
また、従来のように放電ガスを必要としないので、プラズマ生成前に加速電極２６に高電圧を印加することができる。このために、大電流の電子ビーム３５を得ることができると共に、排気系の負荷も大幅に減少させることができる。
【００３２】
したがって本実施形態によれば、高輝度で低エミタンスの電子ビーム３５を容易に得ることができる。
【００３３】
［第２実施形態］
図２は本発明の第２実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ａの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ａは、上記電子ビーム照射装置２０において、金属ターゲット２３を、貫通孔３８ａを設けた金属ターゲット３８に置換すると共に、この貫通孔３８ａの近傍に焦点を持つようにパルスレーザ装置３２およびミラー３９を配置して、貫通孔３８ａの内壁面にパルスレーザ２９を照射するように構成した点に特徴がある。
【００３４】
したがって、この電子レーザ照射装置２０Ａによれば、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９が金属ターゲット３８の貫通孔３８ａの内壁面に斜めから入射してレーザプラズマ３４を生成し、グリッド２５から電子ビーム３５を引き出すので、金属ターゲット３８のアブレーション原子の飛散によるレーザ入射窓３０への付着を防止することができると共に、金属ターゲット３８のアブレーション損耗がレーザプラズマ３４の発生に影響するのを防止できるので、良質な電子ビーム３５を安定して引き出すことができる。
【００３５】
［第３実施形態］
図３は本発明の第３実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｂの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ｂは、上記電子レーザ照射装置２０において、金属ターゲット２３を薄板金属ターゲット４１に置換すると共に、この薄板金属ターゲット４１をパルスレーザ２９の照射毎に自動送りするロール装置４２を設けた点に特徴がある。
【００３６】
したがって、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９は、ミラー３９およびレンズ３１により集束されてから薄板金属ターゲット４１の表面に照射される。このために、パルスレーザ２９が金属ターゲット４１を貫通してレーザプラズマ３４をグリッド２５方向に放出させる。そして、パルスレーザ２９が貫通した薄板の金属ターゲット４１の照射面は移動装置であるロール装置４２によりパルスレーザ２９のパルス毎に、またはレーザ照射毎に所要の間隔で巻き取られて移動し、パルスレーザ２９の次の照射面を順次表出させる。
【００３７】
したがって、この電子レーザ照射装置２０Ｂによれば、薄板金属ターゲット４１の照射面がロール装置４２によりパルスレーザ２９のパルス毎にまたはレーザ照射毎に、所要の間隔で巻き取られてパルスレーザ２９の次の照射面を順次表出させるので、アブレーションに起因する金属ターゲット４１の損耗によるレーザプラズマ３４の生成の減少を防止でき、電子ビーム３５の減少を防止できる。
【００３８】
［第４実施形態］
図４は本発明の第４実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｃの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ｃは、上記電子レーザ照射装置２０において、上記金属ターゲット２３を、尖端部４３ａを鋭利にした棒状の金属ターゲット４３に置換し、この棒状金属ターゲット４３の後方から鋭利な尖端部４３ａの先方で集束するようにパルスレーザ２９を照射するように構成した点に特徴がある。
【００３９】
したがって、この電子レーザ照射装置２０Ｃによれば、金属ターゲット４３の尖端部４３ａの先方にレーザプラズマ３４を放出させ、電子ビーム３５をグリッド２５から引き出すので、金属ターゲット４３のアブレーション原子がレーザ入射窓３０に付着するのを防止できると共に、金属ターゲット４３のアブレーション損耗がレーザプラズマ３４の発生に影響するのを防止できるので、良質の電子ビーム３５を安定に引き出すことができる。
【００４０】
［第５実施形態］
図５は本発明の第５実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｄの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ｄは、電子レーザ照射装置２０において、金属ターゲット３３とグリッド２５との間に、レーザプラズマ３４の外周を囲む両端開口のカップ状のプラズマカップ４５を設けた点に特徴がある。
【００４１】
この電子ビーム照射装置２０Ｄによれば、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９の金属ターゲット２３の照射により放出されるレーザプラズマ３４が径方向の拡散をプラズマカップ４５により抑えることができるので、レーザプラズマ３４をグリッド２５の引き出し孔に導入し易くなる。このために、レーザプラズマ３４の利用効率を向上させることができるので、電子ビーム３５の引き出し孔で必要な密度のプラズマ３４を得るのに要するレーザ強度を低減できる。その結果、装置全体の小形軽量化を図ることができる。
【００４２】
［第６実施形態］
図６は本発明の第６実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｅの概略構成図である。電子ビーム照射装置２０Ｅは、上記電子ビーム照射装置２０において、タイミング調整器４８を設けた点に特徴がある。タイミング調整器４８はパルスレーザ２９を入射する前にパルス回路４７を介して加速電極２６にパルス電圧を印加するものである。
【００４３】
したがって、この電子ビーム照射装置２０Ｅによれば、タイミング調整器４８によりパルスレーザ２９を入射する前に、パルス回路４７を介して加速電極２６にパルス電圧を印加するので、レーザプラズマ３４がグリッド２５に到達したときに、ほぼ同時に電子ビーム３５を引き出し加速することができる。これにより、パルスレーザ２９の入射時から集束性の電子ビーム３５をほぼ同時に引き出すことができ、加速電極２６に発散性の電子ビーム３５が衝突して消滅する無効成分を抑えることができる。また、グリッド２５の引き出し孔近傍のレーザプラズマ３４が拡散して消滅し、良好なプラズマ界面を形成できなくなったタイミングで、または、任意に設定したタイミングで加速電極２６に印加する電圧が急速に立ち下がるようにタイミング調整器４８を用いて設定することにより、集束性に優れた電子ビーム３５を引き出すことができる。
【００４４】
［第７実施形態］
図７は本発明の第７実施形態に係る電子ビーム描画装置５０の概略構成図である。この電子ビーム描画装置５０は、前記第１〜第６実施形態に係る電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅのいずれか、例えば２０Ｅに、真空容器２２内で加速電極２６により加速された電子ビーム３５を集束させる静電レンズ５１と、この静電レンズ５１に電圧を印加して駆動する静電レンズ用電源装置５２と、電磁レンズ５３と、この電磁レンズ５３に電圧を印加して駆動する電磁レンズ用電源装置５４と、集束した電子ビーム３５を走査して試料５６に照射させる走査コイル５５と、真空容器２２内に配設される試料５６を配置するステージ５７と、ステージ５７の移動を制御するステージ制御装置５８とを設けた点に特徴がある。
【００４５】
この電子ビーム描画装置５０によれば、電子ビーム３５を、加速電極２６により所要のエネルギーまで加速させてから、電子レンズである静電レンズ５１と電磁レンズ５３で集束させ、走査コイル５５により試料（照射ターゲット）５６の表面の電子ビーム３５到達点を走査すると共に、ステージ制御器５８により試料５６を移動させることにより、試料５６の表面に所要の微細パターンの加工を施すことができる。したがって、この電子ビーム描画装置５０によれば、電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅからの高密度の電子ビーム３５を集束させて試料５６表面に照射して描画するので、描画精度および処理速度を向上させることができる。
【００４６】
［第８実施形態］
図８は本発明の第８実施形態に係る走査型電子顕微鏡６０の概略構成図である。この走査型電子顕微鏡６０は、前記第１〜第６実施形態の電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅ、例えば２０Ｅに、真空容器２２内で加速電極２６により加速された電子ビーム３５を集束させる電磁レンズ５３と、電磁レンズ５３に電圧を印加する電磁レンズ用電源装置５４と、対物電磁レンズ６１と、この対物電磁レンズ６１に電圧を印加する対物電磁レンズ用電源装置６２と、集束した電子ビーム３５を走査する走査コイル５５と、真空容器２２内に配設されて電子ビームが照射される試料５６と、試料５６を配置するステージ５７と、ステージ５７の移動を制御するステージ制御装置５８と、電子ビーム３５の照射位置の試料５６からの電子を検出する検出器６３と、この検出器６３により検出されたデータを分析処理して表示、保存するモニタ・データ処理装置６４とを設けた点に特徴がある。
【００４７】
この走査型電子顕微鏡６０によれば、電子ビーム照射装置２０Ｅからの電子ビーム３５が、電子レンズである電磁レンズ５３、電磁レンズ用電源装置５４と対物電磁レンズ６１、対物電磁レンズ用電源装置６２により、例えば５０ｋＶ程度に加速されてから試料５６の表面で例えば１０ｎｍ以下の直径にまで集束されて照射され、その照射位置が走査コイル５５によりスキャンされる。その際、試料５６表面の電子ビーム３５照射位置から放出される反射電子、オージェ電子、２次電子、およびＸ線を検出器６３で検出し、試料５６の表面拡大像や組成などの情報を得て、モニタ・データ処理装置６４でデータを分析して表示し、かつ保存する。この走査型電子顕微鏡６０によれば、電子ビーム照射装置２０Ｅからの高密度の電子ビーム３５により試料５６の表面を走査するので、分解能力を向上させることができる。
【００４８】
［第９実施形態］
図９は本発明の第９実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置６５の概略構成図である。この点光源型Ｘ線照射装置６５は、前記第１〜第６実施形態に係る電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅ、例えば２０Ｅに、真空容器２２内で加速電極２６により加速された電子ビーム３５を集束させる静電レンズ５１およびこの静電レンズ用電源装置５２と、集束した電子ビーム３５の照射によりＸ線６９を放出する照射ターゲット６６と、放出したＸ線を真空容器２２外に導くＸ線取り出し窓６７と、照射ターゲット６６を冷却するターゲット水冷装置６８とを設けた点に特徴がある。照射ターゲット６６としては、タングステン、銅、モリブデン、銀などが用いられる。
【００４９】
この点光源型Ｘ線照射装置６５によれば、電子ビーム照射装置２０Ｅからの電子ビーム３５が電子レンズである静電レンズ５１で集束されて照射ターゲット６６表面に照射されると、その照射位置が点光源となるＸ線６９が放出される。放出されたＸ線６９はベリリウム（Ｂｅ）薄膜などのＸ線取り出し窓６７を通して真空容器２２外へ取り出され、必要に応じて図示しないフィルタや集光光学系を通してＸ線６９を得てもよい。
【００５０】
この点光源型Ｘ線照射装置６５によれば、高密度の電子ビーム３５を集束して照射ターゲット６６に照射するので、高い放出線密度のＸ線６９を点光源として放射することができる。
【００５１】
［第１０実施形態］
図１０は本発明の第１０実施形態に係る可搬式点光源型Ｘ線照射装置６５Ａの概略構成図である。この可搬式点光源型Ｘ線照射装置６５Ａは、前記第９実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置６５を第１のユニットであるＸ線管ヘッドユニット７０と、第２のユニットである電源・冷却系ユニット７１とにそれぞれユニット化すると共に、このＸ線管ヘッドユニット７０と、電源・冷却系ユニット７１とを相互に移動可能に連結した点に特徴がある。
【００５２】
すなわち、Ｘ線管ヘッドユニット７０は、その第１のユニットケース７０ａ内に、レーザ入射窓３０、金属ターゲット２３、絶縁体２４、グリッド２５、加速電極２６、静電レンズ５１、照射ターゲット６６およびＸ線取り出し窓６７を有する真空容器２２と、パルスレーザ装置３２と、ミラー３９と、レンズ３１とを内蔵してユニットに構成している。
【００５３】
一方、電源・冷却系ユニット７１は、その第２のユニットケース７１ａ内に、レーザ駆動用電源３３、加速電源２７、パルス回路４７、タイミング調整器４８、静電レンズ用電源５２およびターゲット水冷装置６８を内蔵してユニットに構成している。
【００５４】
そして、Ｘ線管ヘッドユニット７０の各構成要素と、電源・冷却系ユニット７１の各構成要素とは可撓性のケーブルや配管等により撓曲自在に接続される。また、真空容器２２は真空ポンプを有しない封じ切りの構造とし、パルスレーザ装置３２には例えばＹＡＧレーザなどの小型のものを用いることにより、Ｘ線管ヘッドユニット７０の小形軽量化を図っている。
【００５５】
したがって、点光源型Ｘ線照射装置６５Ａによれば、コンパクトなＸ線管ヘッドユニット７０を検査対象がある位置に設置し、任意の方向からＸ線６９を照射して投影像を得ることができる。また、コンパクトなＸ線管ヘッドユニット７０と、電源・冷却系ユニット７１とを相互に移動可能に連結したので、搬送することができ、特に非破壊検査などに好適に用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、低エネルギー（数ｍＪ）でも、短パルス幅（１０ｎｓ以下）のレーザビームを用いるので、引き出し部での空間電荷制限密度に達するのに十分な電子密度を有するレーザプラズマを生成でき、このために、容易に高密度の電子ビームを得ることができる。また、パルスレーザに同期したパルス動作が可能であり、放電ガスを必要としないため、プラズマの生成前に引き出しないし加速電極に高い電圧を印加しておくことができ、大電流の電子ビームを得ることができ、排気系への負荷も軽減することができる。
【００５７】
したがって、金属ターゲットにパルスレーザを照射して生成する高密度のプラズマを電子の供給源とすることによって高輝度で低エミタンスのパルス電子ビームを得ることが可能となる。
【００５８】
請求項２ないし４の発明によれば、金属ターゲットのアブレーション原子の飛散に起因するレーザ入射窓への付着による汚れを防止することができると共に、アブレーション消耗によるプラズマの生成に及ぼす影響を減少させることができるので、良質の電子ビームの供給が可能となる。
【００５９】
請求項５の発明によれば、プラズマカップによりレーザプラズマの径方向の拡散を低減できるので、このレーザプラズマをグリッド孔に導入し易くなる。このために、レーザプラズマの利用効率を向上することができるので、電子ビーム引き出し孔で必要な密度のレーザプラズマを得るのに要するレーザ強度を小さく抑えることができ、レーザ装置も小規模（小容量）のものを使用できる。
【００６０】
請求項６の発明によれば、パルスレーザを入射する前に加速電極２６に電圧を印加するので、パルスレーザの入射時にほぼ同時に電子ビームを加速電極により引き出すことができる。このために、発散性の電子ビームが加速電極に衝突して消滅する電子ビームの無効成分を低減することができる。このために、エネルギー分散の小さな良質の電子ビームを得ることができ、電子ビームのパルス幅を制御することが可能となるので、電子源の寿命を延長することができ、電子ビーム照射装置としての汎用性を拡大することができる。
【００６１】
請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれかの電子ビーム照射装置からの高密度の電子ビームによって試料に描画するので、描画性能（精度、処理速度）の向上を図ることができる。
【００６２】
請求項８の発明によれば、請求項１〜６のいずれかの電子ビーム照射装置からの高密度の電子ビームによって試料の表面を走査することができるので、分解能力の向上を図ることができる。
【００６３】
請求項９の発明によれば、請求項１〜６のいずれかの電子ビーム照射装置からの高密度の電子ビームを小さなスポット径に集束して照射ターゲットに照射することにより、照射ターゲットからＸ線を放射させるので、高い線量放出能力を有し、点光源に近いＸ線源を提供することが可能となる。
【００６４】
請求項１０の発明によれば、請求項９の発明に係る点光源型Ｘ線照射装置を、少なくともＸ線を放出する照射ターゲットを備えるユニットと、駆動電源等を備えるユニットの２つのユニットにユニット化し、これらユニット同士を移動可能に連結したので、少なくとも一方のユニットの小型軽量化を図ることができると共に、コンパクトで可搬型の点光源型Ｘ線源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図４】本発明の第４実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図５】本発明の第５実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図６】本発明の第６実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図７】本発明の第７実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略構成図。
【図８】本発明の第８実施形態に係る走査型電子顕微鏡の概略構成図。
【図９】本発明の第９実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置の概略構成図。
【図１０】本発明の第１０実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置の概略構成図。
【図１１】従来の熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図１２】従来のプラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置の概略構成図。
【符号の説明】
１、１Ａ 電子ビーム照射装置
２ 真空ポンプ
３ 真空容器
４ フィラメント
５ フィラメント加熱電源
６ 絶縁体
７ グリッド
８ 加速電極
９ 加速電源
１０ 分割抵抗
１１ エミッション電子
１２ 電子ビーム
１３ 絶縁体
１４ 陰極
１５ 放電ガス供給器
１６ シールド電極
１７ 放電プラズマ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ 電子ビーム照射装置
２１ 真空ポンプ
２２ 真空容器
２３ 金属ターゲット
２４ 絶縁体
２５ グリッド
２６ 加速電極
２７ 加速電源
２８ 分割抵抗
２９ パルスレーザ
３０ レーザ入射窓
３１ レンズ
３２ パルスレーザ装置
３３ レーザ駆動用電源
３４ レーザプラズマ
３５ 電子ビーム
３６ スポット（クロスオーバ点）
３８ 金属ターゲット
３９ ミラー
４１ 金属ターゲット（薄板）
４２ ロール装置
４３ 金属ターゲット
４５ プラズマカップ
４７ パルス回路
４８ タイミング調整器
５０ 電子ビーム描画装置
５１ 静電レンズ
５２ 静電レンズ用電源
５３ 電磁レンズ
５４ 電磁レンズ用電源
５５ 走査コイル
５６ 試料
５７ ステージ
５８ ステージ制御器
６０ 走査型電子顕微鏡
６１ 対物電磁レンズ
６２ 対物電磁レンズ用電源
６３ 検出器
６４ モニタ・データ処理装置
６５、６５Ａ 点光源型Ｘ線照射装置
６６ 照射ターゲット
６７ Ｘ線取り出し窓
６８ ターゲット水冷装置
６９ Ｘ線
７０ Ｘ線管ヘッドユニット
７１ 電源・冷却系ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスレーザを金属ターゲットに照射して発生させたレーザプラズマから電子ビームを引き出して照射する電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを生成する電子ビーム源としては、タングステンなどの高融点で仕事関数の小さい金属フィラメントをジュール加熱して表面から放出される電子を利用する熱陰極型電子源や、ガスを導入して放電によって生成する放電プラズマからの電子を利用するプラズマ電子源が知られている。
【０００３】
図１１はこの熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１の概略構成図である。この電子ビーム照射装置１は真空ポンプ２により真空にされた真空容器３内に、タングステンなどの高融点金属のフィラメント４を設置し、このフィラメント４を真空容器３外のフィラメント加熱電源装置５に電気的に接続している。真空容器３内には、２つの絶縁体６を介してグリッド７および加速電極８を配設している。グリッド７は加速電源装置９のマイナスの電気端子に分割抵抗１０を介して接続され、加速電極８は加速電源装置９のプラスの電気端子に接続される。また、真空容器３は加速電源装置９のマイナスの電気端子に接続される。
【０００４】
このような熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１では、フィラメント（熱陰極）４にフィラメント加熱電源装置５により通電してジュール加熱することにより、フィラメント４の表面からエミッション電子１１を放出させ、グリッド７と加速電極８の間に加速電源９からの電圧を印加して電子ビーム１２を引き出す。
【０００５】
一方、図１２はプラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置１Ａの概略的構成を示している。この電子ビーム照射装置１Ａは真空ポンプ２により真空にされた真空容器３内に、電気絶縁体１３を介してカップ状の陰極１４を設け、この陰極１４周りの空間に放電ガスを供給する放電ガス供給器１５を設けている。陰極１４は真空容器３外の加速電源装置９のマイナスの電気端子に接続され、陰極１４を包囲するようにシールド電極１６が設けられる。真空容器３内には加速電極８を設け、この加速電極８は加速電源９のプラスの電気端子に接続される。
【０００６】
このようなプラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置１Ａでは、加速電極８と同電位にあるシールド電極１６と陰極１４の間に印加される電圧を利用して放電室内に導入したガスで放電プラズマ１７を生成し、この放電プラズマ１７から電子ビーム１２を引き出す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１では、フィラメント４の寿命が短いという課題があり、特に、電子ビーム１２の引き出し部での空間電荷制限領域に近いような密度で電子ビーム１２を引き出そうとするときには、フィラメント４表面を融点に近い温度にまで加熱して使用するので、フィラメント４の寿命は短いものとなり、これが大電流の電子ビーム１２を引き出す際の課題となっていた。
【０００８】
また、パルス的に電子ビーム１２を引き出す場合には、ＤＣ的に引き出す場合よりも高い電圧を印加することができるので、一般的に高密度の電子ビーム１２が得られるが、フィラメント４の加熱をパルス的にすることはできないため、加速電圧をパルス的に印加することによってパルスビームを得ていた。しかし、電子ビームの引き出しのとき、電圧が上昇する途中でグリッド７から発散的に飛び出す電子が無効電流成分となるうえに、加速電極８の損耗とそれによるブレークダウンを引き起こしやすいという課題がある。
【０００９】
以上のように従来の熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置１では、大きな電子ビーム電流密度が得られるパルス動作に対して制限があり、その性能を十分に引き出すには不向きであり、加えて損耗部品があることが大きな制約となっていた。
【００１０】
一方、プラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置１Ａでは、電子の供給源が放電プラズマ１７であるので、陰極１４の損耗という課題は回避でき、パルス駆動に適合するという点では、電圧の上昇時にはまだ放電プラズマ１７が成長しておらず、無効電流を少なく抑えることができるという点から無効電流は小さいが、放電プラズマ１７を生成するための放電ガスをカソードとグリッド７間に導入する必要がある。このために、放電ガスがグリッド７と加速電極９の間に流出してブレークダウンを引き起こす要因となり、引き出しないし加速電圧の上限値を低下させ、同時に排気系への負荷を大きくしてしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、高輝度で低エミタンスの電子ビームを引き出すことのできる電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の別の目的は、パルス動作と高い引き出しないし加速電圧を印加することを容易にした電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、短寿命の損耗部品を無くし、排気系の負荷を小さくした電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、パルス走査型電子顕微鏡、点光源型Ｘ線照射装置を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、パルスレーザを出力するパルスレーザ装置と、このパルスレーザ装置からのパルスレーザの照射によりレーザプラズマを生成する金属ターゲットと、このレーザプラズマから電子ビームを引き出して加速させる加速電極とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、前記金属ターゲットは、貫通孔を有し、この貫通孔の内壁面をパルスレーザ照射面としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、前記金属ターゲットは、パルスレーザの照射面にレーザを貫通させる薄板の金属であり、この金属ターゲットのレーザ照射面をパルスレーザ照射毎に移動させる移動装置を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、前記金属ターゲットは、先端が鋭利な棒状の形状であり、その尖端の先方にレーザプラズマを放出させるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、前記金属ターゲットと加速電極のグリッドとの間に、レーザプラズマの径方向の拡散を抑制するプラズマカップを備えていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、前記パルスレーザ装置からのパルスレーザを入射するタミングと前記加速電極に電圧を印加するタイミングとを調整するタイミング調整器を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１から６までのいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームを走査する走査手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームを走査して試料に照射させる走査手段と、この試料から放出される電子を検出する検出器とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１から６までのいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームの照射によりＸ線を生成する照射ターゲットとを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１０の発明は、少なくとも前記パルスレーザ装置、真空容器、加速電極、集束手段および照射ターゲットを第１のユニットケースに設ける第１のユニットと、少なくとも前記パルスレーザ装置および加速電極の電源装置、照射ターゲットを冷却する照射ターゲット冷却装置を第２のユニットケースに設ける第２のユニットとにそれぞれユニット化し、これら両ユニット同士を、これらが移動し得るように連結したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る電子ビーム照射装置２０の概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０は、真空ポンプ２１により真空にされた真空容器２２内に、金属ターゲット２３を設置している。金属ターゲット２３としては、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、タングステン、タンタル、銅、ガリウム、ハフニウムなどが用いられる。
【００２６】
そして、真空容器２２内には、２つの電気絶縁体２４，２４を介してグリッド２５および加速電極２６を設けている。グリッド２５は加速電源装置２７のマイナスの電気端子に分割抵抗２８を介して接続され、加速電極２６は加速電源装置２７のプラスの電気端子に接続される。また、真空容器２２は加速電源２７のマイナスの電気端子に接続される。真空容器２２にはパルスレーザ２９を入射させるレーザ入射窓３０が設けられる。
【００２７】
レーザ入射窓３０の外側にはレンズ３１を介してパルスレーザ２９を照射するパルスレーザ装置３２が設置され、このパルスレーザ装置３２はレーザ駆動用電源装置３３に接続されて駆動される。
【００２８】
したがって、このレーザ駆動用電源装置３３によりパルスレーザ装置３２が駆動されると、このパルスレーザ装置３２からパルスレーザ２９が出射される。パルスレーザ２９は例えば１０ｎｓ以下のパルス時間幅のレーザビームとして照射され、レンズ３１で集光されてからレーザ入射窓３０を通して真空容器２２内に入射され、金属ターゲット２３に照射される。このために、金属ターゲット２３の原子がアブレーションにより表面から放出されるとともに、高密度のレーザプラズマ３４が生成される。
【００２９】
レーザプラズマ３４はパルスレーザ２９のパルス時間幅以後も消滅しにくく、膨張し拡散する。そして、グリッド２５近傍に到達したレーザプラズマ３４の界面は、グリッド２５と加速電極２６との間に加速電源装置２７により印加される電圧によって出射方向に対して集束性の電子ビーム３５となるような表面形状となって、引き出される。この引き出された電子ビーム３５はグリッド２５と加速電極２６の間で最も小さく集束されたスポット（クロスオーバ点）３６をつくる。そして、この電子ビーム３５を目標のターゲットに照射する際には図示しない静電レンズ、電磁レンズなどによってこのスポット３６の径まで集束して照射される。
【００３０】
この電子ビーム照射装置２０によれば、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９を金属ターゲット２３に照射してレーザプラズマ３４を生成させるので、パルスレーザ２９は低エネルギ（例えば数ｍＪ）でも短いパルス幅（例えば１０ｎｓ以下）のパルスレーザ２９を用いることにより、電子ビーム３５の引き出し部での空間電荷制限密度に達するのに十分な電子密度を有するレーザプラズマ３４を生成でき、容易に高密度の電子ビーム３５を得ることができる。
【００３１】
また、従来のように放電ガスを必要としないので、プラズマ生成前に加速電極２６に高電圧を印加することができる。このために、大電流の電子ビーム３５を得ることができると共に、排気系の負荷も大幅に減少させることができる。
【００３２】
したがって本実施形態によれば、高輝度で低エミタンスの電子ビーム３５を容易に得ることができる。
【００３３】
［第２実施形態］
図２は本発明の第２実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ａの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ａは、上記電子ビーム照射装置２０において、金属ターゲット２３を、貫通孔３８ａを設けた金属ターゲット３８に置換すると共に、この貫通孔３８ａの近傍に焦点を持つようにパルスレーザ装置３２およびミラー３９を配置して、貫通孔３８ａの内壁面にパルスレーザ２９を照射するように構成した点に特徴がある。
【００３４】
したがって、この電子レーザ照射装置２０Ａによれば、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９が金属ターゲット３８の貫通孔３８ａの内壁面に斜めから入射してレーザプラズマ３４を生成し、グリッド２５から電子ビーム３５を引き出すので、金属ターゲット３８のアブレーション原子の飛散によるレーザ入射窓３０への付着を防止することができると共に、金属ターゲット３８のアブレーション損耗がレーザプラズマ３４の発生に影響するのを防止できるので、良質な電子ビーム３５を安定して引き出すことができる。
【００３５】
［第３実施形態］
図３は本発明の第３実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｂの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ｂは、上記電子レーザ照射装置２０において、金属ターゲット２３を薄板金属ターゲット４１に置換すると共に、この薄板金属ターゲット４１をパルスレーザ２９の照射毎に自動送りするロール装置４２を設けた点に特徴がある。
【００３６】
したがって、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９は、ミラー３９およびレンズ３１により集束されてから薄板金属ターゲット４１の表面に照射される。このために、パルスレーザ２９が金属ターゲット４１を貫通してレーザプラズマ３４をグリッド２５方向に放出させる。そして、パルスレーザ２９が貫通した薄板の金属ターゲット４１の照射面は移動装置であるロール装置４２によりパルスレーザ２９のパルス毎に、またはレーザ照射毎に所要の間隔で巻き取られて移動し、パルスレーザ２９の次の照射面を順次表出させる。
【００３７】
したがって、この電子レーザ照射装置２０Ｂによれば、薄板金属ターゲット４１の照射面がロール装置４２によりパルスレーザ２９のパルス毎にまたはレーザ照射毎に、所要の間隔で巻き取られてパルスレーザ２９の次の照射面を順次表出させるので、アブレーションに起因する金属ターゲット４１の損耗によるレーザプラズマ３４の生成の減少を防止でき、電子ビーム３５の減少を防止できる。
【００３８】
［第４実施形態］
図４は本発明の第４実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｃの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ｃは、上記電子レーザ照射装置２０において、上記金属ターゲット２３を、尖端部４３ａを鋭利にした棒状の金属ターゲット４３に置換し、この棒状金属ターゲット４３の後方から鋭利な尖端部４３ａの先方で集束するようにパルスレーザ２９を照射するように構成した点に特徴がある。
【００３９】
したがって、この電子レーザ照射装置２０Ｃによれば、金属ターゲット４３の尖端部４３ａの先方にレーザプラズマ３４を放出させ、電子ビーム３５をグリッド２５から引き出すので、金属ターゲット４３のアブレーション原子がレーザ入射窓３０に付着するのを防止できると共に、金属ターゲット４３のアブレーション損耗がレーザプラズマ３４の発生に影響するのを防止できるので、良質の電子ビーム３５を安定に引き出すことができる。
【００４０】
［第５実施形態］
図５は本発明の第５実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｄの概略構成図である。この電子ビーム照射装置２０Ｄは、電子レーザ照射装置２０において、金属ターゲット３３とグリッド２５との間に、レーザプラズマ３４の外周を囲む両端開口のカップ状のプラズマカップ４５を設けた点に特徴がある。
【００４１】
この電子ビーム照射装置２０Ｄによれば、パルスレーザ装置３２からのパルスレーザ２９の金属ターゲット２３の照射により放出されるレーザプラズマ３４が径方向の拡散をプラズマカップ４５により抑えることができるので、レーザプラズマ３４をグリッド２５の引き出し孔に導入し易くなる。このために、レーザプラズマ３４の利用効率を向上させることができるので、電子ビーム３５の引き出し孔で必要な密度のプラズマ３４を得るのに要するレーザ強度を低減できる。その結果、装置全体の小形軽量化を図ることができる。
【００４２】
［第６実施形態］
図６は本発明の第６実施形態に係る電子ビーム照射装置２０Ｅの概略構成図である。電子ビーム照射装置２０Ｅは、上記電子ビーム照射装置２０において、タイミング調整器４８を設けた点に特徴がある。タイミング調整器４８はパルスレーザ２９を入射する前にパルス回路４７を介して加速電極２６にパルス電圧を印加するものである。
【００４３】
したがって、この電子ビーム照射装置２０Ｅによれば、タイミング調整器４８によりパルスレーザ２９を入射する前に、パルス回路４７を介して加速電極２６にパルス電圧を印加するので、レーザプラズマ３４がグリッド２５に到達したときに、ほぼ同時に電子ビーム３５を引き出し加速することができる。これにより、パルスレーザ２９の入射時から集束性の電子ビーム３５をほぼ同時に引き出すことができ、加速電極２６に発散性の電子ビーム３５が衝突して消滅する無効成分を抑えることができる。また、グリッド２５の引き出し孔近傍のレーザプラズマ３４が拡散して消滅し、良好なプラズマ界面を形成できなくなったタイミングで、または、任意に設定したタイミングで加速電極２６に印加する電圧が急速に立ち下がるようにタイミング調整器４８を用いて設定することにより、集束性に優れた電子ビーム３５を引き出すことができる。
【００４４】
［第７実施形態］
図７は本発明の第７実施形態に係る電子ビーム描画装置５０の概略構成図である。この電子ビーム描画装置５０は、前記第１〜第６実施形態に係る電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅのいずれか、例えば２０Ｅに、真空容器２２内で加速電極２６により加速された電子ビーム３５を集束させる静電レンズ５１と、この静電レンズ５１に電圧を印加して駆動する静電レンズ用電源装置５２と、電磁レンズ５３と、この電磁レンズ５３に電圧を印加して駆動する電磁レンズ用電源装置５４と、集束した電子ビーム３５を走査して試料５６に照射させる走査コイル５５と、真空容器２２内に配設される試料５６を配置するステージ５７と、ステージ５７の移動を制御するステージ制御装置５８とを設けた点に特徴がある。
【００４５】
この電子ビーム描画装置５０によれば、電子ビーム３５を、加速電極２６により所要のエネルギーまで加速させてから、電子レンズである静電レンズ５１と電磁レンズ５３で集束させ、走査コイル５５により試料（照射ターゲット）５６の表面の電子ビーム３５到達点を走査すると共に、ステージ制御器５８により試料５６を移動させることにより、試料５６の表面に所要の微細パターンの加工を施すことができる。したがって、この電子ビーム描画装置５０によれば、電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅからの高密度の電子ビーム３５を集束させて試料５６表面に照射して描画するので、描画精度および処理速度を向上させることができる。
【００４６】
［第８実施形態］
図８は本発明の第８実施形態に係る走査型電子顕微鏡６０の概略構成図である。この走査型電子顕微鏡６０は、前記第１〜第６実施形態の電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅ、例えば２０Ｅに、真空容器２２内で加速電極２６により加速された電子ビーム３５を集束させる電磁レンズ５３と、電磁レンズ５３に電圧を印加する電磁レンズ用電源装置５４と、対物電磁レンズ６１と、この対物電磁レンズ６１に電圧を印加する対物電磁レンズ用電源装置６２と、集束した電子ビーム３５を走査する走査コイル５５と、真空容器２２内に配設されて電子ビームが照射される試料５６と、試料５６を配置するステージ５７と、ステージ５７の移動を制御するステージ制御装置５８と、電子ビーム３５の照射位置の試料５６からの電子を検出する検出器６３と、この検出器６３により検出されたデータを分析処理して表示、保存するモニタ・データ処理装置６４とを設けた点に特徴がある。
【００４７】
この走査型電子顕微鏡６０によれば、電子ビーム照射装置２０Ｅからの電子ビーム３５が、電子レンズである電磁レンズ５３、電磁レンズ用電源装置５４と対物電磁レンズ６１、対物電磁レンズ用電源装置６２により、例えば５０ｋＶ程度に加速されてから試料５６の表面で例えば１０ｎｍ以下の直径にまで集束されて照射され、その照射位置が走査コイル５５によりスキャンされる。その際、試料５６表面の電子ビーム３５照射位置から放出される反射電子、オージェ電子、２次電子、およびＸ線を検出器６３で検出し、試料５６の表面拡大像や組成などの情報を得て、モニタ・データ処理装置６４でデータを分析して表示し、かつ保存する。この走査型電子顕微鏡６０によれば、電子ビーム照射装置２０Ｅからの高密度の電子ビーム３５により試料５６の表面を走査するので、分解能力を向上させることができる。
【００４８】
［第９実施形態］
図９は本発明の第９実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置６５の概略構成図である。この点光源型Ｘ線照射装置６５は、前記第１〜第６実施形態に係る電子ビーム照射装置２０〜２０Ｅ、例えば２０Ｅに、真空容器２２内で加速電極２６により加速された電子ビーム３５を集束させる静電レンズ５１およびこの静電レンズ用電源装置５２と、集束した電子ビーム３５の照射によりＸ線６９を放出する照射ターゲット６６と、放出したＸ線を真空容器２２外に導くＸ線取り出し窓６７と、照射ターゲット６６を冷却するターゲット水冷装置６８とを設けた点に特徴がある。照射ターゲット６６としては、タングステン、銅、モリブデン、銀などが用いられる。
【００４９】
この点光源型Ｘ線照射装置６５によれば、電子ビーム照射装置２０Ｅからの電子ビーム３５が電子レンズである静電レンズ５１で集束されて照射ターゲット６６表面に照射されると、その照射位置が点光源となるＸ線６９が放出される。放出されたＸ線６９はベリリウム（Ｂｅ）薄膜などのＸ線取り出し窓６７を通して真空容器２２外へ取り出され、必要に応じて図示しないフィルタや集光光学系を通してＸ線６９を得てもよい。
【００５０】
この点光源型Ｘ線照射装置６５によれば、高密度の電子ビーム３５を集束して照射ターゲット６６に照射するので、高い放出線密度のＸ線６９を点光源として放射することができる。
【００５１】
［第１０実施形態］
図１０は本発明の第１０実施形態に係る可搬式点光源型Ｘ線照射装置６５Ａの概略構成図である。この可搬式点光源型Ｘ線照射装置６５Ａは、前記第９実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置６５を第１のユニットであるＸ線管ヘッドユニット７０と、第２のユニットである電源・冷却系ユニット７１とにそれぞれユニット化すると共に、このＸ線管ヘッドユニット７０と、電源・冷却系ユニット７１とを相互に移動可能に連結した点に特徴がある。
【００５２】
すなわち、Ｘ線管ヘッドユニット７０は、その第１のユニットケース７０ａ内に、レーザ入射窓３０、金属ターゲット２３、絶縁体２４、グリッド２５、加速電極２６、静電レンズ５１、照射ターゲット６６およびＸ線取り出し窓６７を有する真空容器２２と、パルスレーザ装置３２と、ミラー３９と、レンズ３１とを内蔵してユニットに構成している。
【００５３】
一方、電源・冷却系ユニット７１は、その第２のユニットケース７１ａ内に、レーザ駆動用電源３３、加速電源２７、パルス回路４７、タイミング調整器４８、静電レンズ用電源５２およびターゲット水冷装置６８を内蔵してユニットに構成している。
【００５４】
そして、Ｘ線管ヘッドユニット７０の各構成要素と、電源・冷却系ユニット７１の各構成要素とは可撓性のケーブルや配管等により撓曲自在に接続される。また、真空容器２２は真空ポンプを有しない封じ切りの構造とし、パルスレーザ装置３２には例えばＹＡＧレーザなどの小型のものを用いることにより、Ｘ線管ヘッドユニット７０の小形軽量化を図っている。
【００５５】
したがって、点光源型Ｘ線照射装置６５Ａによれば、コンパクトなＸ線管ヘッドユニット７０を検査対象がある位置に設置し、任意の方向からＸ線６９を照射して投影像を得ることができる。また、コンパクトなＸ線管ヘッドユニット７０と、電源・冷却系ユニット７１とを相互に移動可能に連結したので、搬送することができ、特に非破壊検査などに好適に用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、低エネルギー（数ｍＪ）でも、短パルス幅（１０ｎｓ以下）のレーザビームを用いるので、引き出し部での空間電荷制限密度に達するのに十分な電子密度を有するレーザプラズマを生成でき、このために、容易に高密度の電子ビームを得ることができる。また、パルスレーザに同期したパルス動作が可能であり、放電ガスを必要としないため、プラズマの生成前に引き出しないし加速電極に高い電圧を印加しておくことができ、大電流の電子ビームを得ることができ、排気系への負荷も軽減することができる。
【００５７】
したがって、金属ターゲットにパルスレーザを照射して生成する高密度のプラズマを電子の供給源とすることによって高輝度で低エミタンスのパルス電子ビームを得ることが可能となる。
【００５８】
請求項２ないし４の発明によれば、金属ターゲットのアブレーション原子の飛散に起因するレーザ入射窓への付着による汚れを防止することができると共に、アブレーション消耗によるプラズマの生成に及ぼす影響を減少させることができるので、良質の電子ビームの供給が可能となる。
【００５９】
請求項５の発明によれば、プラズマカップによりレーザプラズマの径方向の拡散を低減できるので、このレーザプラズマをグリッド孔に導入し易くなる。このために、レーザプラズマの利用効率を向上することができるので、電子ビーム引き出し孔で必要な密度のレーザプラズマを得るのに要するレーザ強度を小さく抑えることができ、レーザ装置も小規模（小容量）のものを使用できる。
【００６０】
請求項６の発明によれば、パルスレーザを入射する前に加速電極２６に電圧を印加するので、パルスレーザの入射時にほぼ同時に電子ビームを加速電極により引き出すことができる。このために、発散性の電子ビームが加速電極に衝突して消滅する電子ビームの無効成分を低減することができる。このために、エネルギー分散の小さな良質の電子ビームを得ることができ、電子ビームのパルス幅を制御することが可能となるので、電子源の寿命を延長することができ、電子ビーム照射装置としての汎用性を拡大することができる。
【００６１】
請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれかの電子ビーム照射装置からの高密度の電子ビームによって試料に描画するので、描画性能（精度、処理速度）の向上を図ることができる。
【００６２】
請求項８の発明によれば、請求項１〜６のいずれかの電子ビーム照射装置からの高密度の電子ビームによって試料の表面を走査することができるので、分解能力の向上を図ることができる。
【００６３】
請求項９の発明によれば、請求項１〜６のいずれかの電子ビーム照射装置からの高密度の電子ビームを小さなスポット径に集束して照射ターゲットに照射することにより、照射ターゲットからＸ線を放射させるので、高い線量放出能力を有し、点光源に近いＸ線源を提供することが可能となる。
【００６４】
請求項１０の発明によれば、請求項９の発明に係る点光源型Ｘ線照射装置を、少なくともＸ線を放出する照射ターゲットを備えるユニットと、駆動電源等を備えるユニットの２つのユニットにユニット化し、これらユニット同士を移動可能に連結したので、少なくとも一方のユニットの小型軽量化を図ることができると共に、コンパクトで可搬型の点光源型Ｘ線源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図４】本発明の第４実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図５】本発明の第５実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図６】本発明の第６実施形態に係る電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図７】本発明の第７実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略構成図。
【図８】本発明の第８実施形態に係る走査型電子顕微鏡の概略構成図。
【図９】本発明の第９実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置の概略構成図。
【図１０】本発明の第１０実施形態に係る点光源型Ｘ線照射装置の概略構成図。
【図１１】従来の熱陰極型電子源を用いた電子ビーム照射装置の概略構成図。
【図１２】従来のプラズマ電子源を用いた電子ビーム照射装置の概略構成図。
【符号の説明】
１、１Ａ 電子ビーム照射装置
２ 真空ポンプ
３ 真空容器
４ フィラメント
５ フィラメント加熱電源
６ 絶縁体
７ グリッド
８ 加速電極
９ 加速電源
１０ 分割抵抗
１１ エミッション電子
１２ 電子ビーム
１３ 絶縁体
１４ 陰極
１５ 放電ガス供給器
１６ シールド電極
１７ 放電プラズマ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ 電子ビーム照射装置
２１ 真空ポンプ
２２ 真空容器
２３ 金属ターゲット
２４ 絶縁体
２５ グリッド
２６ 加速電極
２７ 加速電源
２８ 分割抵抗
２９ パルスレーザ
３０ レーザ入射窓
３１ レンズ
３２ パルスレーザ装置
３３ レーザ駆動用電源
３４ レーザプラズマ
３５ 電子ビーム
３６ スポット（クロスオーバ点）
３８ 金属ターゲット
３９ ミラー
４１ 金属ターゲット（薄板）
４２ ロール装置
４３ 金属ターゲット
４５ プラズマカップ
４７ パルス回路
４８ タイミング調整器
５０ 電子ビーム描画装置
５１ 静電レンズ
５２ 静電レンズ用電源
５３ 電磁レンズ
５４ 電磁レンズ用電源
５５ 走査コイル
５６ 試料
５７ ステージ
５８ ステージ制御器
６０ 走査型電子顕微鏡
６１ 対物電磁レンズ
６２ 対物電磁レンズ用電源
６３ 検出器
６４ モニタ・データ処理装置
６５、６５Ａ 点光源型Ｘ線照射装置
６６ 照射ターゲット
６７ Ｘ線取り出し窓
６８ ターゲット水冷装置
６９ Ｘ線
７０ Ｘ線管ヘッドユニット
７１ 電源・冷却系ユニット
Claims (10)
- パルスレーザを出力するパルスレーザ装置と、このパルスレーザ装置からのパルスレーザの照射によりレーザプラズマを生成する金属ターゲットと、このレーザプラズマから電子ビームを引き出して加速させる加速電極とを備えたことを特徴とする電子ビーム照射装置。
- 前記金属ターゲットは、貫通孔を有し、この貫通孔の内壁面をパルスレーザ照射面としたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム照射装置。
- 前記金属ターゲットは、パルスレーザの照射面にレーザを貫通させる薄板の金属であり、この金属ターゲットのレーザ照射面をパルスレーザ照射毎に移動させる移動装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム照射装置。
- 前記金属ターゲットは、先端が鋭利な棒状の形状であり、その尖端の先方にレーザプラズマを放出させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム照射装置。
- 前記金属ターゲットと加速電極のグリッドとの間に、レーザプラズマの径方向の拡散を抑制するプラズマカップを備えていることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム照射装置。
- 前記パルスレーザ装置からのパルスレーザを入射するタミングと前記加速電極に電圧を印加するタイミングとを調整するタイミング調整器を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム照射装置。
- 請求項１から６までのいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームを走査する走査手段とを備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
- 請求項１から６のいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームを走査して試料に照射させる走査手段と、この試料から放出される電子を検出する検出器とを備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
- 請求項１から６までのいずれかに記載の電子ビーム照射装置と、この電子ビーム照射装置からの電子ビームを集束させる集束手段と、この集束した電子ビームの照射によりＸ線を生成する照射ターゲットとを備えたことを特徴とする点光源型Ｘ線照射装置。
- 少なくとも前記パルスレーザ装置、真空容器、加速電極、集束手段および照射ターゲットを第１のユニットケースに設ける第１のユニットと、少なくとも前記パルスレーザ装置および加速電極の電源装置、照射ターゲットを冷却する照射ターゲット冷却装置を第２のユニットケースに設ける第２のユニットとにそれぞれユニット化し、これら両ユニット同士を、これらが移動し得るように連結したことを特徴とする請求項９記載の点光源型Ｘ線照射装置。
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