JP4014159B2 - ウェネルト電極及びそれを用いている荷電粒子銃 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着装置、種々の材料の改質などに用いられる荷電粒子銃の構造、特にウェネルト電極の形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蒸着装置などでは、電子銃によるビームを偏向してターゲット（試料）に照射して蒸着する場合、蒸着膜の厚み、その均一性、蒸着効率などを向上させる必要があり、これら目的を達成するため、今までにウェネルト電極を用いた電子銃が多数提案されている。
【０００３】
従来では図１２に示すように、電子銃のウェネルト電極１はいずれも、ウェネルト電極１の中央に設けられた開口１ａにおける電界が開口１ａの中心点に対して対称になるように、開口１ａが円形で、その開口１ａの周囲の形状、例えば傾斜面１ｂの角度θを一様に形成している（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
このように、ウェネルト電極１の開口１ａにおける電界を対称にすると共に、開口１ａの周囲をすり鉢形状、つまり所望の傾斜面１ｂとすることによって、円筒状の電子ビームの電流密度を一様にしている。なお、２はウェネルト電極１の開口１ａに設けられたフィラメント部材であり、加熱によって電子を放出する。３はアノード電極で、４はウェネルト電極１とアノード電極３との間に直流高電圧を印加する直流高電圧電源であり、これらはフィラメント部材２から放出された電子を加速する。
【０００５】
また、図１３で示すように、図１２のような機構Ｍで形成された電子ビームをヘルムホルツコイルなどによる磁界Ｈによって、大きく偏向、例えば２７０度円弧状に曲げて集束し、るつぼ１１のターゲット１２に照射してターゲットである金属材料を溶融蒸発させ、蒸気１３を得るものもある（例えば、特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１８０６６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８３７５８号公報
【特許文献３】
特開平５−１７４７６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の場合、光軸線に対してあまり大きく偏向されない電子ビームＥＢを得るには問題ないが、このようにして得られた電子ビームＥＢを特許文献２に示すように、磁界Ｈの作用によって大きく偏向されて円弧状に曲げる場合、磁界の方向性からｘ−ｙ平面でｘ方向、ｙ方向双方とも同じように集束された焦点を得るのは非常に難しいという問題がある。
【０００８】
図１３では、電子ビームＥＢの途中の点Ａでは紙面正面から見ると、電子ビームＥＢは集束されているが、実際上は、紙面の左右から見ると、集束されておらず、ある長さを持つ。そして、紙面正面から見ると、集束されていなくても、紙面の左右から見ると、集束されている点もある。つまり、前に述べたようにｘ方向、ｙ方向から見て同じように同一点に集束させることは難しい。
【０００９】
いずれにせよ、従来のウェネルト電極の形状では、偏向磁界の方向、磁場分布の不均一性などからビーム形状の制御、特にビームを円弧状に偏向したとき、荷電粒子ビームのターゲット面における電流密度を向上させることが困難である。
【００１０】
本発明は、電子ビーム又はイオンビームのような荷電粒子ビームのターゲットにおける焦点の電流密度を向上させると共に、均一化させるために、ターゲット面に荷電粒子ビームを合わせたり、あるいはターゲットの形状に合った断面形状をもつ荷電粒子ビームを形成するために荷電粒子ビームの焦点位置を調整できるようにすることを主目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中央に開口を有し、前記開口の周辺部の傾斜面がなす角度が部分的に異なるウェネルト電極は、荷電粒子ビームの放出方向であるｚ方向と垂直で互いに直交する方向をｘ方向、ｙ方向とすると、前記傾斜面とｚ方向との傾斜角度が、ｘ方向からｙ方向にかけて連続的に変化し、前記ｙ方向の磁界が作用することによって、前記荷電粒子ビームが円弧状に曲げられ、前記 x 方向から見た荷電粒子ビームの焦点と、前記ｙ方向から見た荷電粒子ビームの焦点とがターゲットで一致するように、前記開口周辺部の前記ｘ方向の傾斜角度θ１、前記ｙ方向の傾斜角度θ２が選定されていることを特徴とするウェネルト電極である。
【００２９】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明は、ウェネルト電極の開口周辺における荷電粒子ビームの放出方向に対する傾斜面の角度θの大きさによって、荷電粒子ビームの集束位置がウェネルト電極から離れたり、近づき、傾斜面の角度θ（ウェネルト電極の上面と傾斜面との間の角度）を最適化することによって、荷電粒子ビームの焦点の位置を決定できるという知見に基づき、ウェネルト電極の開口周辺を部分部分によって傾斜角度を異ならせることで、開口付近の電界を対称にせず、適切に非対称とすることによって、ターゲットでの荷電粒子ビームの形状を所望なものにすることを特徴にしている。（請求項１に含まれる効果と考えています）
ここで荷電粒子とは、電子、それよりも質量の大きなイオン、イオンの一部分が外に飛び出して荷電された分子など荷電された粒子を意味するものとする。
【００３０】
図１ないし図５によって、本発明の荷電粒子銃の１実施例である電子銃について説明を行う。図１は、ウェネルト電極１の開口１ａ近傍の傾斜角度θを示す図である。ウェネルト電極１の開口１ａには、加熱によって電子を放出するフィラメント部材２が配置され、アノード電極３はウェネルト電極１から所定距離離れて配置される。電子ビームの集束と加速とを行うウェネルト電極１とアノード電極３との間に高電圧を印加する直流高電圧電源４を備える。ここで、ウェネルト電極１とアノード電極３との間の距離を調整できるように、ウェネルト電極１又はアノード電極３を可動にしておけば都合が良い。
【００３１】
図２ないし図４は、ウェネルト電極１の開口１ａ近傍の角度θを変えただけであり、ウェネルト電極１とアノード電極４との間の距離、直流高電圧電源４の電圧、磁界Ｈなど他は同じ条件にして、電子ビームの軌跡の変化と焦点の位置とがどのように変わるかを実験した結果の一例を示す図である。
【００３２】
ここで、ｚ方向とはフィラメント部材２が電子を放出する方向を言い、ｘ方向、ｙ方向とはｚ方向に対して直角で互いに直交する方向を言う。
【００３３】
図２は、ウェネルト電極１の開口１ａ周辺部が電子ビームＥＢの放出方向に対し斜めになっておらず、角度θが一様に９０度の場合である。
【００３４】
図２（Ａ）は磁界（磁場）Ｈが存在しない場合であり、フィラメント部材２の加熱によって放出された電子ビームＥＢは直進し、アノード電極３の近くで焦点Ｆを結び、その後再び放散する。
【００３５】
図２（Ｂ）は、紙面の表側から裏側に向かう磁界が存在する場合、つまり、磁界の方向がｚ−ｘ面に対して垂直方向にある場合の電子ビームＥＢに軌跡を示す。電子ビームＥＢは磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられて進み、電子ビームＥＢの焦点Ｆはアノード電極３の比較的近傍にあり、るつぼ５のターゲット６では集束性が悪く、広がっている。
【００３６】
図２（Ｃ）は、磁界方向に対して垂直になる方向、つまり、ｚ−ｙ面に対して垂直になる方向から電子ビームＥＢを見た図であり、紙面の左右方向である矢印方向の磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられた電子ビームＥＢの焦点Ｆはターゲット６よりもフィラメント部材２寄りに存在する。
【００３７】
したがって、ウェネルト電極１の開口１ａの角度θが一様に９０度の場合には、電子ビームＥＢの集束性が、ｚ−ｘ面、ｚ−ｙ面において悪く、ｘ方向、ｙ方向のいずれの側から見ても焦点Ｆはターゲットに結ばれず、このようなビーム形状の電子ビームによるｘ−ｙ平面の溶け跡は、図２（Ｄ）に示すようにｘ方向に長い楕円状となる。
【００３８】
次に図３は、ウェネルト電極１の開口１ａの周辺部の角度θが一様に１１０度の場合を示す。
【００３９】
図３（Ａ）は磁界Ｈが存在しない場合であり、電子ビームＥＢはあまり曲がらずに直進し、図２（Ａ）の場合に比べて、アノード電極３から遠い位置に焦点Ｆが形成される。
【００４０】
図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）と同様に紙面の表側から裏側に向かう磁界Ｈが存在する場合、つまり、磁界Ｈの方向がｚ−ｘ面に対して垂直方向にある場合の電子ビームＥＢに軌跡を示す。電子ビームＥＢは、磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられて進み、磁界方向（ｙ方向）から見たときの焦点Ｆは、図２（Ｂ）の場合よりもアノード電極３から離れており、るつぼ５のターゲット６面での集束性は良くない。
【００４１】
図３（Ｃ）は、図２（Ｃ）と同様に、磁界方向に対して垂直になるｚ−ｙ面における（ｘ方向から見た）電子ビームＥＢであり、紙面の左右方向である矢印方向の磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられた電子ビームＥＢの焦点Ｆは、ターゲット６面に存在することを示している。このことは、ｙ方向から見たｘ方向の焦点Ｆは合っていないが、ｘ方向から見たｙ方向の電子ビームＥＢの焦点Ｆは合っていることを示している。
【００４２】
したがって、このようなビーム形状の電子ビームによるｘ−ｙ平面の溶け跡は、ビーム形状は図３（Ｄ）に示すように、ｘ方向に長径で、ｙ方向には短径となる。
【００４３】
更に、ウェネルト電極１の開口１ａの角度θを一様に広げて１３５度にすると、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように焦点Ｆはアノード電極３から更に離れた位置、別の言い方をすれば、るつぼ５に近寄った位置で結ばれる。したがって、図４（Ｂ）に示すように、紙面の表側から裏側に向かう磁界Ｈが存在する場合の電子ビームＥＢの軌跡は、磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられて進み、磁界方向から見たときの焦点Ｆは、図３（Ｂ）の場合よりもアノード電極３から離れ、るつぼ５のターゲット６面の近傍で集束される。
【００４４】
しかし、図４（Ｃ）に示すように、磁界方向に対して垂直の方向、つまり、ｚ−ｙ面における電子ビームＥＢは、紙面の左右方向である矢印方向（ｙ方向）の磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられるが、その焦点Ｆはターゲット６面から先の方向、つまり、るつぼ５の下方向の位置で結ばれるのが分かる。
【００４５】
したがって、この場合のビーム形状はｘ方向、ｙ方向とも焦点は合っていないが、ほぼ両方向に均衡がとれており、このようなビーム形状の電子ビームによるｘ−ｙ平面の溶け跡は、図４（Ｄ）に示すように比較的円に近い形となる。
【００４６】
更に、ウェネルト電極１の開口１ａの角度θを一様に広げて１６０度にすると、電子ビームＥＢは図５（Ａ）では集束せず、図５（Ｂ）、（Ｃ）ではその焦点Ｆがアノード電極３から更に離れた位置で結ばれる。図５（Ｂ）に示すように、紙面の表側から裏側に向かう磁界Ｈが存在する場合の電子ビームＥＢの軌跡は、磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられて進み、磁界方向、つまりｙ方向から見たときの焦点Ｆはるつぼ５のターゲット６面で集束、焦点Ｆはターゲット６に合致する。
【００４７】
しかし、図５（Ｃ）に示すように、磁界方向に対して垂直の方向、つまり、ｘ方向から見たｙ方向の電子ビームＥＢは、紙面の左右方向である矢印方向の磁界Ｈの働きによって円弧状に曲げられ、その焦点Ｆはターゲット６の先の方向、つまり、るつぼ５の下方向の位置で結ばれるのが分かる。
【００４８】
したがって、このようなビーム形状の電子ビームによるｘ−ｙ平面の溶け跡は、図５（Ｄ）に示すようにｘ方向が短径で、ｙ方向は長径の形状となる。
【００４９】
この実験からは、ウェネルト電極１の開口１ａの角度θを１１０度にすると、ｘ方向から見たｙ方向の電子ビームＥＢの焦点Ｆがターゲット６面で結ばれ、ウェネルト電極１の開口１ａの角度θを１６０度にすると、ｙ方向から見たｘ方向の電子ビームＥＢの焦点Ｆがターゲット６面で結ばれることが分かる。
【００５０】
この結果を確認するために、更にウェネルト電極１の開口１ａの角度θを別の種々の一様な角度にし、直流高電圧電源４の電圧値、磁界Ｈの強さなどを変化させて、シミュレーションを行ったところ、ｙ方向から見た電子ビームＥＢの焦点Ｆをターゲット６面で結ぶウェネルト電極１の開口１ａの角度θ１が存在し、またｘ方向から見た電子ビームＥＢの焦点Ｆがターゲット６面で結ばれるウェネルト電極１の開口１ａの別の角度θ２がそれぞれ存在することを確認した。
【００５１】
この結果による知見を基に、磁界Ｈの働きによって電子ビームＥＢが円弧状に曲げられるとき、電子ビームＥＢの外側と内側を含め全体がターゲット６で焦点を持つような曲率半径で曲げられるように、ウェネルト電極の開口から放射外方向に延びる傾斜面の角度を部分的に別々に形成すると共に、それらの間を連続的に角度を変化させることによって、ターゲット面における電子ビームの電流密度とその均一性を向上させることができるウェネルト電極１の１実施例について、図６によって説明する。
【００５２】
図６（Ａ）はこのウェネルト電極１の正面図を示し、図６（Ｂ）は直線ｘ−ｘにおける断面図を示し、図６（Ｃ）は直線ｙ−ｙにおける断面図を示し、図６（Ｄ）は斜視図であり、図６（Ｅ）は電子ビームの照射によるｘ−ｙ平面での溶け跡を示す。この実施例のウェネルト電極１は、開口１ａを中央として傾斜面１ｂによって形成された楕円形を有する。傾斜面１ｂの角度は連続的に変化することが好ましい。
【００５３】
図６（Ｂ）、図６（Ｃ）から明らかなように、直線ｘ−ｘにおける断面では傾斜面１ｂの角度θ１は緩やかであり、開口１ａを中心として双方のｘ方向に等しい角度の傾斜である。直線ｙ−ｙにおける断面の傾斜は、直線ｘ−ｘにおける断面に比べて急傾斜になっており、開口１ａを中心として双方のｙ方向に等しい角度θ２の傾斜である。図２ないし図５に対応させれば、直線ｘ−ｘにおける傾斜面１ｂの角度θ１は大きく（例えば１６０度）、直線ｙ−ｙにおける傾斜面１ｂの角度θ２は小さい（例えば１１０度）。ここで、ｘ−ｙ間における傾斜面の角度は角度θ１からθ２まで連続的に変化するのが好ましい。
【００５４】
ウェネルト電極１をこのような構造にすることにより、電子ビームＥＢに作用する電界の傾度（角度）がｘ方向とｙ方向とでは違うようになり、磁界の作用によって、ｘ方向側とｙ方向側との焦点距離が同じになる。
【００５５】
このように電子ビームＥＢに作用する傾度の強さを部分部分で別々にすることによって、前述のように磁界Ｈの作用で電子ビームＥＢが円弧状に曲げられるときに、電子ビームＥＢの焦点Ｆを一点に合わせることができる。このことによって、図６（Ｅ）に示すように、十分に集束された円形状の焦点Ｆをターゲット面に形成することができる。
【００５６】
以上から分かるように、開口１ａ近傍部の傾斜角度θ１、θ２は、磁界Ｈの方向における電子ビームＥＢの焦点と、磁界Ｈの方向と垂直な方向における電子ビームＥＢの焦点とがターゲット面で一致するように、選定される。
【００５７】
次に、図７によってウェネルト電極の別の１実施例について説明する。図６で示された参照記号と同じ記号は同じ名称の部材を示すものとする。図７（Ａ）はこのウェネルト電極１の正面図を示し、図７（Ｂ）は直線ｘ−ｘにおける断面図を示し、図７（Ｃ）は直線ｙ−ｙにおける断面図を示す。
【００５８】
この実施例のウェネルト電極１は、開口１ａを中央として変則的な楕円形状の傾斜面１ｂを有する。図７（Ａ）、図７（Ｂ）から分かるように、ｘ方向の傾斜面１ｂの紙面右側の傾斜角度θ１は、紙面左側の傾斜角度θ１’よりも大きい（θ１＞θ１’）。つまり、紙面右側の傾斜面は紙面右側の傾斜面と比べて緩やかである。また、図７（Ｃ）から分かるように、ｙ方向の傾斜面１ｂの傾斜角度θ２は双方向とも等しいが、傾斜角度θ２は傾斜角度θ１、θ１’よりも小さい（θ２＜θ１’＜θ１）。
【００５９】
ウェネルト電極１をこのような構造にした場合には、開口１ａに働く電界の傾度、つまり電子ビームＥＢに作用する電界の傾度はｘ方向とｙ方向とで異なり、また、ｘ方向では電子ビームＥＢに対して紙面右側と左側とで電界の作用が異なってくる。つまり、電界の傾度の違いによって、傾斜角度が小さい順（θ２＜θ１’＜θ１）に円弧状に曲げる力が強く働き、これら傾斜角度を適切に選定することによって、ｘ方向、ｙ方向から見て電子ビームＥＢを一点に集束させることができる。
【００６０】
図８は、前記実施例のウェネルト電極１を用いて、電子ビームを２７０度円弧状に偏向した例を示す。図８（Ａ）、図８（Ｂ）はｘ方向、ｙ方向のどちらから見ても電子ビームの焦点が合っている状態を示し、図８（Ｃ）はその電子ビームによる溶け跡を示す。このように電子ビームを２７０度偏向した場合には、蒸着を例にあげると、蒸着物や積層された蒸着物の落下によって、フィラメント部材が汚染されるのを防ぐことができる。また、蒸着物の浮遊による電極間の放電の発生を防ぐことができるなどの効果を奏する。
【００６１】
次に、図９によって本発明の別の一実施例を説明する。図１ないし図８で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。
【００６２】
前記実施例のような傾斜面をもつウェネルト電極１は、電子ビームＥＢの放出方向に対して垂直な面で９０度ないし１回転できるように、回転支持機構７によって支承されている。図示しないが、回転支持機構７は荷電粒子銃の外部から自在に回転角度を制御できるようになっている。
【００６３】
図示しないターゲット面における電子ビームの集束状況、つまり焦点の状態を観察しながら、回転支持機構７を僅かずつ回転させることによってウェネルト電極１をある角度回し、ウェネルト電極１の開口周辺部の傾斜面の位置を僅かずつ回転させることによって、ｘ方向、ｙ方向のいずれから見ても電子ビームの焦点が不図示のターゲット面に形成されるように、電子ビームの加速電圧や磁界の強さなどに対するウェネルト電極１の開口周辺部の傾斜面の不整合を補正することを特徴としている。
【００６４】
次に、図１０により本発明の別の実施例を説明する。図１ないし図９で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。
【００６５】
前記実施例のような傾斜面をもつウェネルト電極１は、電子ビームＥＢの放出方向と同じ方向に前進、後退可能な直動支持機構８によって支承されている。図示しないが、直動支持機構８は荷電粒子銃の外部から自在に回転角度を制御できるようになっている。
【００６６】
直動支持機構８が後退することによって、ウェネルト電極１とアノード電極３との間の間隔は広がり、電子ビームＥＢの焦点の位置はアノード電極３から更に離れる。そして、直動支持機構８が前進することによって、ウェネルト電極１とアノード電極３との間の間隔は狭くなり、電子ビームＥＢの焦点の位置はアノード電極３側に近づく。
【００６７】
したがって、図示しないターゲット面における電子ビームの集束状況、つまり焦点の状態を観察しながら、直動支持機構８を僅かずつ前進又は後退させることによってウェネルト電極１の位置を調整し、ｘ方向、ｙ方向のいずれから見ても電子ビームの焦点を不図示のターゲット面に形成させるように、電子ビームの加速電圧や磁界の強さなどに対するウェネルト電極１の開口周辺部の傾斜面の不整合を補正することを特徴としている。
【００６８】
また、この実施例ではウェネルト電極１を前進又は後退させたが、アノード電極３を前進又は後退させてもよく、あるいは双方を動かしても勿論良い。
【００６９】
なお、図示していないが、図９と図１０に示した実施例を組み合わせ、ウェネルト電極１を回転させると共に、前進又は後退させるようにして、ｘ方向、ｙ方向のいずれから見ても電子ビームの焦点を不図示のターゲット面に形成させることもできる。
【００７０】
次に、図１１により本発明の別の実施例を説明する。図１ないし図１０で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。
【００７１】
前記実施例のような傾斜面をもつウェネルト電極１は、電子ビームＥＢの放出方向に対して揺れ動く揺動機構９によって支承され、揺動機構９が紙面の表裏方向にある角度（例えば数度）回ることによって、ウェネルト電極１は揺動する。ウェネルト電極１が揺動することによって、電子ビームＥＢに対してウェネルト電極１がある角度を持つようになり、ウェネルト電極１の開口周辺部の電界の傾度が変化するので、電子ビームＥＢの焦点位置が変化する。
【００７２】
したがって、図示しないターゲット面における電子ビームの集束状況、つまり焦点の状態を観察しながら、揺動機構９を僅かずつ揺動させることによって、ｘ方向、ｙ方向のいずれから見ても電子ビームの焦点を不図示のターゲット面に形成させるように、電子ビームの加速電圧や磁界の強さなどに対するウェネルト電極１の開口周辺部における傾斜面の不整合を補正することを特徴としている。
【００７３】
また、この実施例ではウェネルト電極１だけを揺動させたが、ウェネルト電極１と一緒にアノード電極３を揺動させてもよい。
【００７４】
以上の実施例ではいずれも、ウェネルト電極１の開口１ａを真円状で説明し、電子ビームを一点だけに集束し、ｘ方向、ｙ方向いずれの側から見ても真円状の焦点を形成する例を述べたが、ターゲットの形状に合わせて真円状以外の焦点の形状、例えば楕円形状の焦点をターゲット面に形成するために、ウェネルト電極１の開口１ａを真円以外の形状、例えば楕円形にしてもよい。この場合にも、楕円形開口１ａの周辺部の傾斜面の角度をｘ方向とｙ方向で別々なものにし、ウェネルト電極１の方向と角度の調整、ウェネルト電極１とアノード電極３との間隔の調整などを行って、電子ビームの焦点を楕円形状にすると同時に、その楕円形焦点のエネルギー密度がほぼ一様になるようにする。
【００７５】
また、以上の説明から容易に理解できるように、ウェネルト電極１の開口周辺部における傾斜面の角度を別々なものに設定し、ウェネルト電極１の方向と角度の調整、ウェネルト電極１とアノード電極３との間隔の調整などを行うことによって、電子ビームの焦点の径を所望の大きさにできる。
【００７６】
また、以上の実施例では、所望の傾斜面を形成することが可能な厚みをもつ金属板を欠削加工によって削って、開口周辺部に所望の傾斜面を形成したが、折り曲げが可能な程度の厚みの金属板を用い、予め作製しておいた、所望の傾斜をもつ鋳型で成形することによって、部分部分で種々の傾斜角度をもつウェネルト電極を比較的容易に作ることができる。
【００７７】
また、適当な太さを持つ断面円形状の金属線を楕円形状などに曲げて所望の形状の無端状の金属輪を作り、その金属輪を開口１ａの周りにろう付けなどにより固定することによって、前述効果に近い効果を得ることができる。更に、少しずつ内径の大きな前述のような金属輪を作り、それらを複数個積み重ねて固定することによって、それら金属輪の内壁で前述のような傾斜面を形成することによって、前述とほぼ同様な効果が得られる上に、コスト的に有利である。
【００７８】
また、以上の実施例ではいずれも電子を放出するフィラメント部材を電子源として用いたが、イオンを放出する熱陰極を用いたイオン源、荷電された分子を放出する分子源を用い、それらから放出されるイオン又は荷電分子を、ウェネルト電極とアノード電極と直流高電圧電源とで加速し、磁界で円弧状に曲げる荷電粒子銃におけるウェネルト電極にも前述と同様な構造をそのまま適用することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビーム又はイオンビームのような荷電粒子ビームのターゲットにおける焦点の電流密度を向上させると共に、均一化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための荷電粒子銃の概略を示す図である。
【図２】本発明を説明するためのウェネルト電極の開口周辺部の傾斜角度と荷電粒子ビームの軌跡との関係を示す図である。
【図３】本発明を説明するためのウェネルト電極の開口周辺部の傾斜角度と荷電粒子ビームの軌跡との関係を示す図である。
【図４】本発明を説明するためのウェネルト電極の開口周辺部の傾斜角度と荷電粒子ビームの軌跡との関係を示す図である。
【図５】本発明を説明するためのウェネルト電極の開口周辺部の傾斜角度と荷電粒子ビームの軌跡との関係を示す図である。
【図６】本発明に係るウェネルト電極の一実施例を示す図である。
【図７】本発明に係るウェネルト電極の一実施例を示す図である。
【図８】本発明に係るウェネルト電極の一実施例を用いて電子ビームを２７０度円弧状に曲げる例を示す図である。
【図９】本発明に係る荷電粒子銃の一実施例を説明するための図である。
【図１０】本発明に係る荷電粒子銃の別の一実施例を説明するための図である。
【図１１】本発明に係る荷電粒子銃の別の一実施例を説明するための図である。
【図１２】従来の電子銃の一例を説明するための図である。
【図１３】従来の電子銃の別の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…ウェネルト電極、
１ａ…開口、
１ｂ…開口周辺部の傾斜面、
２…フィラメント部材、
３…アノード電極、
４…直流高電圧電源、
５…るつぼ、
６…ターゲット（試料）、
７…回転支持機構、
８…直動支持機構、
９…揺動機構、
ＥＢ…電子ビーム、
Ｈ…磁界。

Claims (5)

1. 中央に開口を有し、前記開口の周辺部の傾斜面がなす角度が部分的に異なるウェネルト電極は、荷電粒子ビームの放出方向であるｚ方向と垂直で互いに直交する方向をｘ方向、ｙ方向とすると、前記傾斜面とｚ方向との傾斜角度が、ｘ方向からｙ方向にかけて連続的に変化し、
   前記ｙ方向の磁界が作用することによって、前記荷電粒子ビームが円弧状に曲げられ、前記 x 方向から見た荷電粒子ビームの焦点と、前記ｙ方向から見た荷電粒子ビームの焦点とがターゲットで一致するように、前記開口周辺部の前記ｘ方向の傾斜角度θ１、前記ｙ方向の傾斜角度θ２が選定されていることを特徴とするウェネルト電極。
2. 荷電粒子を放射する荷電粒子放出部材と、中央に開口を有するウェネルト電極と、アノード電極と、前記ウェネルト電極と前記アノード電極との間に直流高電圧を印加する直流高電圧電源と、荷電粒子ビームが照射されるターゲットと、前記荷電粒子ビームの軌道を円弧状に曲げる磁界を形成する磁界形成手段とを具備する荷電粒子銃において、
   前記ウェネルト電極は、荷電粒子ビームの放出方向であるｚ方向と垂直で互いに直交する方向をｘ方向、ｙ方向とすると、前記ｙ方向の磁界が作用することによって、前記荷電粒子ビームが円弧状に曲げられ、前記ｘ方向から見た荷電粒子ビームの焦点と、前記ｙ方向から見た荷電粒子ビームの焦点とがターゲットで一致するように、前記開口の周辺部の傾斜面がなす角度が、前記ｘ方向に傾斜角度θ１、前記ｙ方向に傾斜角度θ２で選定され、前記傾斜面とｚ方向との傾斜角度が、ｘ方向からｙ方向にかけて連続的に変化していることを特徴とする荷電粒子銃。
3. 請求項２において、
   前記ウェネルト電極は、前記開口の中心点を中心にして、前記荷電粒子線の放射方向とほぼ直交する平面において回転可能であることを特徴とする荷電粒子銃。
4. 請求項２又は請求項３において、
   前記ウェネルト電極は、前記開口の中心点を中心にして、前記荷電粒子ビームの放出方向に対してある角度で揺動することが可能であることを特徴とする荷電粒子銃。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記ウェネルト電極と前記アノード電極との間隔を調整するために、前記ウェネルト電極と前記アノード電極の一方又は双方が可動となっていることを特徴とする荷電粒子銃。

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