TW202119450A - 電子槍、電子射線應用裝置、由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法 - Google Patents

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Abstract

提供可確認從光電陰極射出之電子束是否從設計射出中心軸偏移的電子槍，包含：光源；光電陰極，係依據來自光源的受光而射出電子束；及陽極；該電子槍包含：中間電極，係配置於光電陰極與陽極之間；電子束遮蔽構件，係可遮蔽電子束的一部分；測量部，係測量經由電子束遮蔽構件遮蔽之電子束的強度；及電子束射出方向偏向裝置，係配置於陽極與電子束遮蔽構件之間，且使通過陽極之電子束到達電子束遮蔽構件時之位置變化；中間電極係具有供從光電陰極射出的電子束通過之電子束通過孔；在電子束通過孔中係形成在藉由電壓的施加而於光電陰極與陽極之間形成有電場時可忽略電場的影響之漂移空間。

Description

電子槍、電子射線應用裝置、由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法
本案之揭示係關於一種電子槍、電子射線應用裝置、由光電陰極（photo cathode）射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法。
已知有一種搭載著光電陰極的電子槍、包含該電子槍的電子顯微鏡、自由電子雷射（laser）加速器、檢查裝置等裝置（以下有將包含電子槍的裝置簡稱為「裝置」的情形）（參照發明專利文獻1）。
具備有電子槍的裝置必須要獲得鮮明的影像和高解析度。因此，在最初搭載電子槍時、和更換電子槍時，為使從電子槍射出的電子束與裝置之電子光學系統的光軸一致，需要有調整從電子槍射出之電子束之射出軸的作業。此外，在通常運轉時，為了要調整因為經時變化等所導致之從電子槍射出之電子束和裝置之電子光學系統之光軸的偏移，故亦視需要進行電子束之軸偏移的調整（以下有將電子束之軸偏移的調整記載為「對齊（alignment）」的情形）。
對齊大多雖在將電子槍搭載於裝置之後以手動方式進行操作，但近年來亦已進行了眾多的自動化的研究。作為相關的技術而言，已知有一種驅動馬達而使電子槍機械性地掃描，調整電子束相對於環狀之陽極（anode）電極之開口的入射軸，以自動地取得通過陽極電極之開口的電流量成為最大時之電子槍之最佳的機械性位置，從而自動地將電子束相對於陽極電極之入射軸予以最佳化的方法（參照發明專利文獻2）。
作為另一相關的技術而言，亦已知有一種具備：電子槍，係射出電子束；聚焦線圈（focusing coil），係聚焦電子束；及對齊控制手段，係具有：對齊手段，係用以使電子束射入至聚焦線圈之中心；數位觀測光學系統，係觀測電子束的照射影像；影像處理部，係處理來自數位觀測光學系統的影像資料；及控制部，係根據來自影像處理部的處理資料而控制電子槍、聚焦線圈和對齊手段；對齊控制手段的控制部係控制電子槍及聚焦線圈，且在預定之焦點不同的狀態下將電子束照射至靶材（target），且根據從此等之照射影像之位置座標之差分(difference)所算出的修正值，而將對齊控制信號輸出至對齊手段的方法（參照發明專利文獻3）。 [先前技術文獻] [發明專利文獻]
發明專利文獻1：日本國際公開第2015/008516號公報 發明專利文獻2：日本特許第5394763號公報 發明專利文獻3：日本特開2010-125467號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，作為電子槍而言，以往已知有熱電子射出型、電場發射（FE）（Field Emission）型、及肖特基（Schottky）型。其中尤以熱電子射出型在探針（probe）電流量、電流穩定度、價格等方面具優異性，大多使用在通用型SEM（Scanning Electron Microscopy，掃描式電子顯微術）、EPMA（Electron Probe Micro Analyzer，電子探針微量分析器）、歐傑（Auger）分析裝置等。因此，發明專利文獻2及3所記載等關於對齊之自動化的研究，大多為熱電子射出型的電子槍。
另一方面，發明專利文獻1所記載之搭載有光電陰極的電子槍係將激發光照射至光電陰極，從而可射出明亮且鮮明的電子束。因此，近年來開發正在推進中。然而，搭載有光電陰極的電子槍正在開發途中，尚未得知利用光電陰極的特徵以確認從光電陰極射出的電子束是否有偏移的方法。
本發明人等經精心研究後之結果已新開發出將 （1）配置於光電陰極與陽極之間的中間電極； （2）可遮蔽電子束之一部分的電子束遮蔽構件； （3）測量經由電子束遮蔽構件所遮蔽之電子束之強度的測量部；及 （4）配置於陽極與電子束遮蔽構件之間，且使通過陽極之電子束到達電子束遮蔽構件時之位置變化的電子束射出方向偏向裝置予以組合，而可確認 （5）電子槍內之電子束之設計上之射出中心軸（以下有記載為「設計射出中心軸」的情形）和從光電陰極實際射出之電子束的中心軸是否有偏移。
因此，本案之揭示的目的係關於可確認從光電陰極射出之電子束是否有從設計射出中心軸偏移的電子槍、搭載有該電子槍的電子射線應用裝置、由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法。 [用以解決問題的手段]
本案係關於如下所示之電子槍、電子射線應用裝置、由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法。
（1）一種電子槍，係包含： 光源； 光電陰極，係依據來自光源的受光而射出電子束；及 陽極； 該電子槍係包含： 中間電極，係配置於光電陰極與陽極之間； 電子束遮蔽構件，係可遮蔽電子束的一部分； 測量部，係測量經由電子束遮蔽構件所遮蔽之電子束的強度；及 電子束射出方向偏向裝置，係配置於陽極與電子束遮蔽構件之間，且使通過陽極之電子束到達電子束遮蔽構件時之位置變化； 中間電極係具有電子束通過孔，該電子束通過孔係供從光電陰極射出的電子束通過； 在電子束通過孔中係形成有漂移空間（drift space），該漂移空間係在藉由電壓的施加而於光電陰極與陽極之間形成有電場時可忽略電場的影響。 （2）如上述（1）所記載之電子槍，更包含：光源位置調整構件，係調整照射至光電陰極之激發光的位置；及／或光電陰極位置調整構件，係調整光電陰極的位置。 （3）如上述（1）或（2）所記載之電子槍，更包含：電源裝置，係可變更施加於中間電極的電壓值；及／或驅動部，係可將配置於光電陰極與陽極之間之中間電極的位置，朝電子束之設計射出中心軸方向調整。 （4）如上述（1）至（3）中任一項所記載之電子槍，更包含：演算部，係依據測量部的測量結果而演算電子束的設計射出中心軸和從光電陰極射出之電子束的偏移。 （5）如上述（4）所記載之電子槍，更包含：控制部，係依據演算部的演算結果而控制光源位置調整構件及／或光電陰極位置調整構件。 （6）如上述（1）至（5）中任一項所記載之電子槍，更包含：電子束偏向裝置，係為使搭載電子槍之合作夥伴裝置之入射軸與從電子槍射出之電子束的射出方向一致，使通過電子束遮蔽構件的電子束偏向。 （7）一種電子射線應用裝置，係包含如上述（1）至（6）中任一項所記載之電子槍者； 前述電子射線應用裝置係 自由電子雷射加速器、 電子顯微鏡、 電子射線全像術（holography）裝置、 電子射線圖案化裝置、 電子射線繞射裝置、 電子射線檢查裝置、 電子射線金屬層積造型裝置、 電子射線微影術（lithography）裝置、 電子射線加工裝置、 電子射線硬化裝置、 電子射線滅菌裝置、 電子射線殺菌裝置、 電漿（plasma）產生裝置、 原子狀元素產生裝置、 旋轉偏極電子射線產生裝置、 陰極發光（cathode luminescence）裝置、或 逆光子放射攝譜術裝置。 （8）一種射出軸確認方法，係從光電陰極射出之電子束的射出軸確認方法，其係包含： 光源； 光電陰極，係依據來自光源的受光而射出電子束；及 陽極； 中間電極，係配置於光電陰極與陽極之間； 電子束遮蔽構件，係可遮蔽電子束的一部分； 測量部，係測量經由電子束遮蔽構件所遮蔽之電子束的強度；及 電子束射出方向偏向裝置，係配置於陽極與電子束遮蔽構件之間，且使電子束到達電子束遮蔽構件時之位置變更； 該射出軸確認方法係包含下列步驟： 第一電子束射出步驟，係陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場於第一狀態下將激發光照射至光電陰極，而射出第一狀態的電子束； 第一電子束強度變化測量步驟，係藉由電子束射出方向偏向裝置，使到達電子束遮蔽構件之第一電子束的位置變化，並測量被電子束遮蔽構件所遮蔽之第一電子束之強度的變化； 第二電子束射出步驟，係陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場於第二狀態下將激發光照射至光電陰極，而射出第二狀態的電子束； 第二電子束強度變化測量步驟，係藉由電子束射出方向偏向裝置，使到達電子束遮蔽構件之第二電子束的位置變化，並測量被電子束遮蔽構件所遮蔽之第二電子束之強度的變化；及 偏移確認步驟，係比對第一電子束強度變化測量步驟的測量結果和第二電子束強度變化測量步驟的測量結果，而確認從光電陰極射出的電子束是否從設計中心軸偏移。 （9）如上述（8）所記載之射出軸確認方法，其中，陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第一狀態，和陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第二狀態，係通過使施加於中間電極的電壓值變化而變更。 （10）如上述（8）所記載之射出軸確認方法，其中，陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第一狀態，和陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第二狀態，係通過使陰極與陽極之間之中間電極的位置變化而變更。 （11）一種射出軸對齊方法，係從光電陰極射出之電子束的射出軸對齊方法，該射出軸對齊方法係在上述（8）至（10）中任一項所記載之射出軸確認方法所記載的偏移確認步驟之後，更包含光源位置調整步驟及／或光電陰極位置調整步驟。 [發明之功效]
依據本案之揭示，即可確認設計射出中心軸和從光電陰極實際射出之電子束的中心軸是否有偏移。
以下參照圖式詳細地說明電子槍、電子射線應用裝置、由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法。另外，在以下的實施形態中，「由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法」和「由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法」，係作為「電子槍的射出軸確認方法」和「電子槍的射出軸對齊方法」進行說明。此外，在本說明書中，對於具有相同功能的構件係賦予相同或類似的符號。再者，關於標示有相同或類似之符號的構件，會有省略重複之說明的情形。
此外，在圖式中所示之各構成的位置、大小、範圍等，係為了易於理解起見，而有未表示出實際的位置、大小、範圍等的情形。因此，本案中的揭示，未必限定於圖式所揭示的位置、大小、範圍等。
（方向的定義） 在本說明書中，將從光電陰極所射出之電子束在途中未彎曲地朝向陽極行進的方向定義為Z軸方向。另外，Z軸方向係例如為鉛直朝下的方向，但Z軸方向不限定於鉛直朝下的方向。此外，將與Z軸方向正交的方向定義為X軸方向，且將與Z軸方向和X軸方向正交的方向定義為Y軸方向。
（電子槍1A的第一實施形態） 茲參照圖1及圖2來說明第一實施形態的電子槍1A。圖1係示意性地顯示第一實施形態之電子槍1A、及搭載有電子槍1A之合作夥伴裝置E的概略剖面圖。圖2係顯示從垂直於Z軸方向的方向觀看時之電子束遮蔽構件5和從Z軸方向觀看時之電子束遮蔽構件5的圖。
第一實施形態的電子槍1A係至少具備：光源2、光電陰極3、陽極4、電子束遮蔽構件5、測量部6、中間電極7、及電子束射出方向偏向裝置（以下有記載為「偏向裝置」的情形）8。亦可任意附加地包含有收容光電陰極3的光電陰極收納容器9。此外，亦可任意附加地包含有用以於光電陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間產生電場的電源裝置11a、11b。
光源2若為可藉由將激發光L照射於光電陰極3而可射出電子束B者則無特別限制。光源2係可列舉例如高輸出（瓦特級）、高頻率（數百MHz）、超短脈衝雷射（pulse laser）光源、價格相對低廉之雷射二極體（laser diode）、LED（light-emitting diode；發光二極體）等。照射之激發光L可為脈衝光、連續光的任一者，只要根據目的適當調整即可。另外，在圖1所示之例中，光源2係配置在真空腔室（chamber）CB外且激發光L從光電陰極3的第一面（陽極4側的面）照射。亦可替代地設為：當後述之光電陰極基板31以透明材料形成時，將光源2配置於真空腔室CB的上方，且使激發光L從光電陰極3的背面（與第一面為相反側的面）照射。此外，光源2亦可配置於真空室CB內。
在圖1所示之例中，光電陰極3、陽極4、電子束遮蔽構件5、中間電極7、及偏向裝置8係配置於真空腔室CB內。光電陰極3係依據從光源2照射之激發光L的受光而射出電子束B。更具體而言，光電陰極3中的電子，係藉由激發光L被激發，受到激發的電子再由光電陰極3射出。射出的電子係藉由透過陽極4和陰極3所形成的電場而形成電子束B。另外，有關於本說明書中「光電陰極」和「陰極」的記載，雖然在表示射出電子束的意思之情況下係記載為「光電陰極」，而在表示「陽極」的相對極之意思的情況下係記載為「陰極」，但有關於符號，不論是「光電陰極」或「陰極」的情況皆使用3。
光電陰極3係以石英玻璃或藍寶石（sapphire）玻璃等基板31、及接著於基板31之第一面（陽極4側的面）的光電陰極膜（未圖示）所形成。用以形成光電陰極膜的光電陰極材料，只要是可藉由照射激發光而射出電子束則無特別限制，可列舉需要進行EA表面處理(電子親和力之降低處理)的材料、和不需要進行EA表面處理的材料等。作為需要進行EA表面處理的材料，可列舉例如III-V族半導體材料、II-VI族半導體材料。具體而言，可列舉AlN、Ce2 Te、GaN、一種以上的鹼金屬與Sb的化合物、AlAs、GaP、GaAs、GaSb、InAs等及該等混晶等。作為其他例，可列舉金屬，具體而言，可列舉Mg、Cu、Nb、LaB6 、SeB6 、Ag等。藉由將前述光電陰極材料進行EA表面處理即可製作光電陰極3，該光電陰極3不僅在半導體的隙能（gap energy）所對應的近紫外-紅外光波長區域使激發光的選擇變為可能，而且還可使電子束的用途所對應的電子束源性能（量子產率(quantum yield)、耐久性、單色性、時間響應性、自旋極化度(spin polarization degree)）藉由半導體之材料或構造的選擇而變為可能。
此外，作為不需要EA表面處理的材料，可列舉例如Cu、Mg、Sm、Tb、Y等金屬單體、或者合金、金屬化合物、或金剛石、WBaO、Cs2 Te等。不需要進行EA表面處理的光電陰極係利用已知的方法（例如參照日本特許第3537779號等）製作即可。日本特許第3537779號所記載的內容係藉由參照將其整體包含在本說明書中。
陽極4若為可和陰極3形成電場者則無特別限制，可使用在電子槍領域中一般被使用的陽極。
若可由陰極3通過中間電極7且朝向陽極4射出電子束B，則不特別限制電源的配置。在圖1所示之例中，係可透過以在陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間產生電位差之方式配置電源11a和11b以形成電場。
電子束遮蔽構件5係具備供從光電陰極3射出之電子束B之一部分通過的孔51。
在第一實施形態中，孔51的寬度係形成為較電子束B的寬度更小。如圖2所例示，當將到達電子束遮蔽構件5時之電子束B的寬度設為D1、孔51的寬度設為D2時，電子束B中之與孔51重疊的部分會通過電子束遮蔽構件5。另一方面，電子束B中之未通過孔51的差分(difference)被電子束遮蔽構件5所遮蔽。再者，被電子束遮蔽構件5所遮蔽之電子束B的一部分被利用作為「測量用電子束」，且在測量部6中被測量強度。
亦可替代地將電子束B的寬度設為較孔51更小。本案所揭示的電子槍1，係使用偏向裝置8使電子束的射出方向偏向。因此，即使電子束B的寬度較孔51更小，亦可獲得被電子束遮蔽構件5所遮蔽的測量用電子束。D1和D2的大小，除確認電子槍1A之射出軸外，再考慮電子槍1A的運轉效率等加以適當地設定即可。
電子束遮蔽構件5的材料若為導體或半導體則無特別限制。例如，若為導體，可列舉不鏽鋼（stainless steel）（SUS）或銅等金屬。
測量部6係測量作為被電子束遮蔽構件5所遮蔽之電子束B之一部分之測量用電子束的強度。測量部6若可測量測量用電子束的強度則無特別限制。例如，當電子束遮蔽構件5為導體時，會因為測量用電子束而於電子束遮蔽構件5與測量部6之間產生電流。因此，電子束B的強度係可在測量部6中作為電流值測量。另外，雖省略圖示，但使用已知的電流計測量電流值即可。再者，所測量的電流值係取決於被電子束遮蔽構件5所遮蔽之電子束B的量。此外，亦可使用半導體作為電子束遮蔽構件5，且測量因為測量用電子束碰撞半導體所產生的電流值。
測量部6亦可藉由螢光強度來測量測量用電子束的強度以取代藉由電流值進行測量。更具體而言，亦可使用預先塗布有螢光材料的導體作為電子束遮蔽構件5，且以測量部6來測量透過測量用電子束碰撞螢光材料所發光的螢光強度。另外，螢光強度使用已知的螢光光度計測量即可。
中間電極7係具有供從光電陰極3射出之電子束B通過的電子束通過孔，在電子束通過孔中係形成有漂移空間，該漂移空間係於藉由電壓的施加而於光電陰極3與陽極4之間形成有電場時可忽略電場的影響。製作中間電極7的材料，若為導體則無特別限制，可列舉不鏽鋼（SUS）等金屬。另外，中間電極7的構造係如日本特許第6466020號所記載為已知者。然而，在日本特許第6466020號中，中間電極7係被使用來調整電子束B的焦點距離。另一方面，在第一實施形態的電子槍1A中，如後所述，係在將中間電極7、電子束遮蔽構件5、測量部6、偏向裝置8予以組合地進行使用，從而亦可用於確認從光電陰極3射出的電子束B是否與設計射出中心軸偏離的點上，和中間電極7的使用目的有所不同。當然，中間電極7除了用來確認電子束B的偏移外，還可用於調整電子束B的焦點距離。日本特許第6466020號所記載的內容，係藉由參照將其整體包含於本說明書中。
偏向裝置8若可使通過陽極4的電子束B到達電子束遮蔽構件5時的位置朝X軸方向和Y軸方向變化則無特別限制。作為偏向裝置8之例，可列舉將正交的二組線圈設為一套組，藉由二維的偏向而可進行軸對齊的磁場型的偏向線圈、或靜電型的電子束偏轉器（beam deflector）等。另外，鑒於雜訊（noise）的影響較少，且裝置簡便，偏向裝置以靜電型為佳。
（電子槍之射出軸確認方法的第一實施形態） 茲參照圖1至圖12來說明電子槍之射出軸確認方法（以下有簡稱為「確認方法」的情形）之第一實施形態的概略。
首先參照圖3來說明需要第一實施形態之確認方法的理由。圖3A係顯示構成電子槍1A之構件之位置關係為正確時所射出之電子束之概略的圖式，圖3B係顯示構成電子槍1A之構件之位置關係非為正確時所射出之電子束之概略的圖式。另外，圖3A及圖3B為了簡化說明，省略了電子槍1A之一部分構成的記載。
電子槍1A係在被照射到來自光源2之激發光L之部分的光電陰極（光電陰極膜）3被激發而射出電子束。在組裝電子槍1A時，係以從光電陰極3射出之電子束朝向陽極4之中心往Z軸方向射出之方式來決定應被照射激發光L之光電陰極3的設計照射位置3c。再者，以來自光源2之激發光L照射至光電陰極3的設計照射位置3c之方式進行光源2的定位。如圖3A所示，在激發光L正確地照射至設計照射位置3c時，係從光電陰極3朝向陽極4的中心往Z軸方向，亦即所射出之電子束不會在途中彎曲而係呈直線狀地朝向陽極4射出。另外，在本說明書中，係將光電陰極3的設計照射位置3c被照射激發光L，且射出的電子束不會在途中彎曲而係呈直線狀地朝向陽極4射出時之電子束的中心軸定義為設計射出中心軸Bc。
另一方面，如圖3B所示，例如，在因為 （1）構成電子槍1A之構件的經時變化， （2）在光電陰極3進行EA表面處理或加熱洗淨時移動光電陰極3，但在處理後將光電陰極3恢復為原來之場所時的位置偏移，或者 （3）因為機械性衝擊等所引起之構成構件的偏移， 而使激發光L照射至從設計照射位置3c偏移的位置時，從光電陰極3射出的電子束將會受到光電陰極3與陽極4之電場的影響而彎曲。因此，在將電子槍1A搭載於合作夥伴裝置時，將難以使之與合作夥伴裝置的光軸一致。第一實施形態之確認方法，係用以確認從光電陰極3射出的電子束B是否與設計射出中心軸Bc偏移的方法。
接著參照圖1及圖4說明確認方法之第一實施形態的各步驟。圖4係確認方法之第一實施形態的流程圖。另外，關於藉由確認方法的第一實施形態可確認所射出之電子束B和設計射出中心軸Bc是否有偏移的原理將說明如後。
在第一步驟（ST1）中，係進行第一電子束射出步驟。在第一電子束射出步驟（ST1）中，如圖1所示，係從光源2朝向光電陰極3照射激發光L，且從光電陰極3射出電子束B。此時，在陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間，形成第一狀態的電場。因此，從光電陰極3射出的電子束B係通過中間電極7、陽極4而到達電子束遮蔽構件5。另外，在本說明書中，係將陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間的電場在第一狀態下射出時的電子束定義為「第一電子束B1」。
在第二步驟（ST2）中，係進行第一電子束強度變化測量步驟。在第一電子束強度變化測量步驟（ST2）中，係藉由測量部6來測量第一電子束B1中之被電子束遮蔽構件5所遮蔽之測量用電子束的強度。此時，藉由圖1所示之偏向裝置8，使到達電子束遮蔽構件5之第一電子束B1的位置朝X軸方向、Y軸方向變化。因此，測量部6所測量的強度，會對應由於偏向裝置8所造成之第一電子束B1的偏向量而變化。
在第三步驟（ST3）中，係進行第二電子束射出步驟。在第二電子束射出步驟（ST3）中，除了係在第一電子束射出步驟（ST1）之陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間的電場為第二狀態下實施以外，均與第一電子束射出步驟（ST1）相同。因此，重複的記載予以省略。另外，在本說明書中，係將陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間的電場在第二狀態下射出時的電子束定義為「第二電子束B2」。
在第四步驟（ST4）中，係進行第二電子束強度變化測量步驟（ST4）。在第二電子束強度變化測量步驟（ST4）中，除到達電子束遮蔽構件5的電子束為第二電子束B2以外，均與第一電子束強度變化測量步驟（ST2）相同。因此，重複的記載予以省略。
在第五步驟（ST5）中，係進行偏移確認步驟（ST5）。在偏移確認步驟（ST5）中，係比對第一電子束強度變化測量步驟（ST2）的測量結果、和第二電子束強度變化測量步驟（ST4）的測量結果，從而確認從光電陰極3射出之電子束是否從設計射出中心軸Bc偏移。
參照圖5至圖12來說明藉由確認方法的第一實施形態可確認從光電陰極3射出之電子束B是否從設計射出中心軸Bc偏移的原理。
（中間電極7的概略） 首先參照圖5來說明中間電極7的概略。圖5A係陰極3、中間電極7、陽極4的概略剖面圖，圖5B係圖5A的X-X’剖面圖，圖5C係圖5A的Y-Y’剖面圖。在圖5所示之例中，中間電極7係以中空的圓筒形成。中間電極7係於內部形成有供從光電陰極3射出之電子束通過的電子束通過孔71，在電子束通過孔71的光電陰極3側係形成有電子束的入口72，在電子束通過孔71的陽極4側係形成有電子束的出口73。藉由以在陰極3與陽極4之間產生電位差之方式施加電壓，且對於中間電極7亦施加電壓，從而如圖5A所示，在陰極3與中間電極7之間、和中間電極7與陽極4之間產生電場EF。
不過，所產生的電場EF對空隙內的電子束的運動之影響強力波及的範圍，在空隙的開口部為圓形的情況下，係將該圓作為最大剖面所包含的球內。換言之，在將第5B圖所示之電子束之入口72的直徑規定為a的情形下，以電子束通過孔71之電子束之入口72之中心為球心之半徑a/2的球內，將會受到所產生之電場EF極大的影響。同樣地，當將圖5C所示之電子束之出口73的直徑規定為b的情形下，以電子束通過孔71之電子束之出口73之中心為球心之半徑b/2的球內，將會受到所產生之電場EF的影響。因此，當將電子束通過孔71之中心軸方向的長度規定為D的情形下，D/（a/2+b/2)比1更大時，在電子束通過孔71內係形成不受電場EF之影響的漂移空間74。另外，在本說明書中，「中心軸方向」係指連結電子束的入口72之中心與電子束的出口73之中心的方向。此外，「中心軸方向」與「設計射出中心軸」係一致。
如上所述，當D/（a/2+b/2）大於1時，係形成漂移空間74。若D/（a/2+b/2）大於1則無特別限制，但為了增大到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1與第二電子束B2之中心軸之偏移的範圍，較佳為漂移空間74具有相當程度的長度，例如適當地設定1.5以上、2以上、3以上、4以上、5以上等即可。另一方面，從光電陰極3射出的電子束若為可通過電子束通過孔71的範圍內，則D/（a/2+b/2）並無特別上限。然而，若D/（a/2+b/2）變大，換言之，若電子束通過孔71的長度D過長，則會有電子槍1A變得大型化的問題。因此，從裝置設計上的觀點而言，D/（a/2+b/2）較佳為設為1000以下，視需要適當地設定500以下、100以下、50以下亦可。
另外，在圖5所示之例中，雖然中間電極7係中空的圓筒形，而電子束通過孔71係圓錐形，只要中間電極7具有電子束通過孔71，而且形成有漂移空間74，則形狀並無特別限制。例如，電子束通過孔71的剖面可為多角形，此時，「a」和「b」設為多角形之外接圓的直徑即可。此時，將連結外接圓之中心的線設為「中心軸方向」即可。此外，當電子束通過孔71的剖面為橢圓時，「a」和「b」設為橢圓的長軸即可。此時，將連結長軸之中間點的線設為「中心軸方向」即可。此外，在圖5所示之例中，電子束之入口72雖比出口73為小，換言之，雖成為a＜b的關係，但a和b亦可為a=b或a＞b的關係。此外，在圖5A所示之例中，連結電子束之入口72和出口73的線雖於剖面觀看時成為直線，但亦可設為剖面觀看時為非直線。例如，亦可設為藉由將電子束通過孔71之中央部的剖面（形成漂移空間之部分的剖面）的長度設為比a和b更長，從而使電子束通過孔71成為大致桶狀。另外，電子束的寬度雖在漂移空間74內變寬，但寬度變寬的電子束較佳為設為不會衝擊電子束通過孔的壁面。因此，電子束通過孔71之剖面的大小，係根據焦點位置的調整範圍計算且適當決定要將電子束的寬度增大至多少程度即可。
中間電極7雖配置於陰極3與陽極4之間即可，但當中間電極7的配置位置過於接近陰極3或陽極4，亦即超過放電極限時，電子束即不再飛行。因此，中間電極7係配置成和陰極3與陽極4的距離不會超過放電極限即可。
此外，在圖5所示之例中，中間電極7雖形成作為單一的構件，只要陰極3與陽極4之間所形成的電場EF未從電子束之入口72和出口73以外的部分進入電子束通過孔71內，則亦可設為複數個構件組合而成的分割構造。
接著參照圖6及圖7來說明在陰極3與陽極4之間設置具有漂移空間74之中間電極7時之電子（電子束）的動作。圖6A係用以說明陰極3、中間電極7、和陽極4之間所產生之電場之概略的概略剖面圖，圖6B及圖6C係用以說明受到電場之影響之電子之動作的圖式。圖7A係用以說明在第一電子束射出步驟中，圖7B則用以說明在第二電子束射出步驟中，從陰極3朝向電子束遮蔽構件5飛行之電子束的概略剖面圖。
已知在電子束（電子）通過電場（EF）時依據以下的原理從電場受力乙事。 原理1：電子束距其中心軸愈是外側的部位，所受到的力愈強。 原理2：電子束每單位長度橫越過愈多條等電位線，所受到的力愈強。 原理3：電子束橫越過等電位線時，其行進方向的能量愈大，垂直方向（相對於行進方向）上受到的力愈小。
更具體而言，如圖6A所示，在陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間，係因為電位差而產生電場EF。此時，在電場EF內係形成等電位線EL，且相對於等電位線EL產生法線方向的力ELV。換言之，電子束（電子）係受到該法線方向之力ELV的影響。
圖6B係顯示構成電子槍1A之構件的位置關係正確，且激發光照射至光電陰極3之設計照射位置3c時之電子的動作。另外，電子束雖具有廣度，但為了便於說明，在圖6B所示之例中，係僅顯示所射出之電子束之中心之電子的動作。後述的圖6C亦復相同。如圖6B所示，激發光正確地照射至光電陰極3的設計照射位置3c，且從設計照射位置3c射出的電子束不會受到法線方向的力ELV。因此，當構成電子槍1A之構件的位置關係正確時，從光電陰極3射出之電子束B之中心的電子，將僅會受到往中心軸方向行進的力。此時之電子束之中心之電子所動作的軸，即成為設計射出中心軸Bc。
另一方面，圖6C係顯示構成電子槍1A之構件的位置關係偏移，且激發光未照射至光電陰極3之設計照射位置3c時之電子的動作。如圖6C所示，當激發光照射至已從光電陰極3之設計照射位置3c偏移的位置時，從光電陰極3射出的電子束係受到法線方向的力ELV。因此，當構成電子槍1A之構件的位置關係不正確時，從光電陰極3射出之電子束B之中心的電子將會受到法線方向的力ELV，而從中心軸方向偏移。
接著參照圖7來說明第一電子束射出步驟與第二電子束射出步驟的差異。圖7A係顯示構成電子槍1A之構成之位置關係為正確時之第一電子束射出步驟、圖7B則顯示構成電子槍1A之構件之位置關係為正確時之第二電子束射出步驟之電子束之動作的概略剖面圖。在圖7A及圖7B所示之例中，係變更了施加於中間電極7的電壓，以作為將陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間的電場從第一狀態變更為第二狀態的方法。在圖7A及圖7B所示之例中，施加於陰極3的電壓（-50Kv）和施加於陽極4（0Kv）的電壓差為一定，且將施加於中間電極7的電壓值變更為第一電壓值（圖7A，-20kV）、第二電壓值（圖7B，-40Kv）。陰極3與中間電極7之間的電壓差，在圖7A中成為30kV，而在圖7B中則成為10kV。換言之，將施加於中間電極7的電壓設為愈是接近陰極3的電壓，陰極3與中間電極7之間的電位差就愈小。再者，電位差愈小，則陰極3與中間電極7之間之等電位線的密度就愈小，故從光電陰極3射出的電子束，係以圖7B所示的第二電子束B2比圖7A所示的第一電子束B1更易於擴開。再者，由於在中間電極7中形成有漂移空間，容易擴開的第一電子束B1、第二電子束B2在漂移空間內更為擴開。
另一方面，由於陰極3與陽極4的電位差為一定，故中間電極7與陽極4之間的電位差，將會和陰極3與中間電極7之間的電位差呈相反。換言之，比起圖7A，圖7B之中間電極7與陽極4之間的電位差將更大，故中間電極7與陽極4之間之等電位線的密度亦變大。再者，離開漂移空間後之電子束的寬度，係以圖7B比圖7A更大，故離開中間電極7的電子束，係以圖7B所示之第二電子束B2比圖7A的第一電子束B1更易於收斂。換言之，中間電極7與陽極4之間的電位差愈大，愈可使焦點位置F往短焦點側移動。因此，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1與第二電子束B2的大小不同，被電子束遮蔽構件5遮蔽之測量用電子束的量亦不同。然而，如圖6B所示，當構成電子槍1A之構件的位置關係正確時，電子束之中心的電子不會受到法線方向的力。因此，通過電子束遮蔽構件5的第一電子束B1與第二電子束B2的中心係一致。
另一方面，說明在圖6C所示的狀態下，實施第一電子束射出步驟和第二電子束射出步驟的情形。如圖6C所示，當電子束從和光電陰極3之設計照射位置3c偏移的場所射出時，電子束之中心的電子係受到法線方向的力ELV。再者，如圖7A及圖7B所示，陰極3與中間電極7、和中間電極7與陽極4之間的電場係在第一電子束射出步驟和第二電子束射出步驟中有所不同。因此，電子束之中心之電子受到之法線方向的力ELV，係在第一電子束射出步驟和第二電子束射出步驟中有所不同。因此，以圖6C所示之實施形態之電子束的情形而言，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1和第二電子束B2的中心係不一致。
接著參照圖8至圖12來說明第一電子束強度變化測量步驟（ST2）、第二電子束強度變化測量步驟（ST4）、和偏移確認步驟（ST5）。
首先，圖8係顯示電子束剖面和電子束之強度分布的圖式。如圖8所示，依據電子束的射出條件等，會有下列情形： a：電子束的強度在電子束之照射區域內的任何位置均相同， b：照射區域的周邊部變弱， c：照射區域的周邊部變弱。 然而，a至c所示之任一情形，從電子束的剖面中心觀看時，左右之電子束強度的分布均大致相同。
圖9A及圖9B係用以說明構成電子槍1A之構件之位置關係為正確時之第一電子束強度變化測量步驟（ST2）之概略的圖式。圖10A及圖10B係用以說明構成電子槍1A之構件之位置關係為正確時之第二電子束強度變化測量步驟（ST4）之概略的圖式。另外，圖9A及圖9B係假定到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1的大小（寬度）、與電子束遮蔽構件5之孔51之大小（寬度）為相同時的圖式。如圖9A所示，第一電子束B1的偏向量係隨著增大施加於偏向裝置8的正電壓或負電壓而變大。因此，在圖9之a所示之不存在被電子束遮蔽構件5遮蔽之第一電子束B1的狀態下，測量部所測量的電流值將成為0。另一方面，如圖9A的b及c所示，第一電子束B1的偏向量，將隨著增大施加於偏向裝置8的電壓而變大。結果，如圖9B所示，測量電流值亦隨著增大施加於偏向裝置8的電壓而愈大。再者，在所有第一電子束B1從孔51離開之後，測量部所測量的電流值成為一定。此外，即使變更施加於偏向裝置8的電壓，而使第一電子束B1朝與a至c所示之例相反的方向偏向時，如圖8所示，電子束的強度從電子束的剖面中心觀看時，左右的分布亦大致相同，故如圖9B所示測量電流值係以施加於偏向裝置8的電壓0為中心呈大致左右對稱。
接著參照圖10A及圖10B來說明第二電子束強度變化測量步驟（ST4）的概略。另外，圖10A及圖10B係顯示假定到達電子束遮蔽構件5時之第二電子束B2的大小（寬度），比電子束遮蔽構件5之孔51的大小（寬度）更小之例。第二電子束強度變化測量步驟（ST4）除到達電子束遮蔽構件5之電子束為面積不同於第一電子束B1的第二電子束B2以外，均與第一電子束強度變化測量步驟（ST2）相同。再者，在圖10A所示之例中，由於第二電子束B2比電子束遮蔽構件5的孔更小，故測量電流值在施加預定大小的電壓至偏向裝置8前為0。此外，到達電子束遮蔽構件5之第二電子束B2的大小雖較第一電子束B1為小，但從光電陰極3射出之第二電子束B2的強度係與第一電子束B1相同。因此，圖形(graph)的傾斜（測量電流值／施加電壓），係比第一電子束強度變化測量步驟（ST2）中的傾斜更大。
然而，如圖9B及圖10B所示，當構成電子槍1A之構件的位置關係正確時，圖形係以施加於偏向裝置8的電壓0為中心呈大致左右對稱。
另外，在圖9及圖10中，為了便於說明，係將到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1及第二電子束B2的大小（寬度）設為遮蔽構件之孔51的大小（寬度）以下而進行說明。另一方面，當到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1及第二電子束B2的大小（寬度）比遮蔽構件之孔51的大小（寬度）更大時，即使施加於偏向裝置8的電壓為0時測量電流值亦非為0。然而，圖形的形狀雖不同，但測量電流值的測量結果以施加於偏向裝置8的電壓0為中心呈左右對稱乙事，從上述圖9及圖10的說明即可明瞭。
接著參照圖11A及圖11B來說明構成電子槍1A之構件之位置關係非為正確時之第一電子束強度變化測量步驟（ST2）的概略。另外，在圖11A及圖11B中，係顯示假定到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1的大小（寬度）與電子束遮蔽構件5之孔51的大小（寬度）為相同時之例。不同於圖9所示之例，在圖11所示之例中，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1的中心（虛線）係已與孔51的中心偏移。因此，在藉由變化施加於偏向裝置8之正電壓或負電壓的大小而使第一電子束B1偏向時，測量電流值變為最小時之施加於偏向裝置8的電壓值非為0。
接著參照圖12A及圖12B來說明構成電子槍1A之構件之位置關係非為正確時之第二電子束強度變化測量步驟（ST4）的概略。另外，在圖12A及圖12B中，係顯示假定到達電子束遮蔽構件5時之第二電子束B2的大小（寬度）比電子束遮蔽構件5之孔51的大小（寬度）更小之情形之例。如圖6及圖7所示，若激發光未照射至光電陰極3的設計照射位置3c，則到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1與第二電子束B2的中心不一致。因此，如圖12A及圖12B所示，在藉由變化施加於偏向裝置8之正電壓或負電壓的大小而使第二電子束B2偏向時，測量電流值變為最小時之施加於偏向裝置8的電壓值（測量電流值0持續的情形下，係測量電流值成為0之電壓值之範圍的中央值），係與圖11B所示之第一電子束B1的電壓值不同。
如上所述，在第一電子束強度變化測量步驟（ST2）及第二電子束強度變化測量步驟（ST4）中，係藉由將所測量的電流值和施加於偏向裝置8的電壓予以圖形化等，而求出測量部所測量之電流值與施加於偏向裝置8之電壓的相關關係。再者，在第一電子束強度變化測量步驟（ST2）及第二電子束強度變化測量步驟（ST4）中，當構成電子槍1A之構件的位置關係正確時，圖形呈左右對稱之偏向裝置8的電壓係相同，相對於此，當構成電子槍1A之構件的位置關係不正確時，圖形呈左右對稱之偏向裝置8的電壓值不同。因此，在偏移確認步驟（ST5）中，比較第一電子束強度變化測量步驟（ST2）及第二電子束強度變化測量步驟（ST4）的測量結果，且當圖形呈左右對稱之偏向裝置8的電壓相同時，可確認構成電子槍1A之構件的位置關係正確，且當電壓值不同時，可確認構成電子槍1A之構件的位置關係已從正確的狀態偏移。
另外，在上述說明中為了便於理解，當構成電子槍1A之構件的位置關係正確時，係以圖形呈左右對稱之偏向裝置8的電壓為相同（0）進行了說明。取而代之，若為設計的容許範圍內，則在第一電子束強度變化測量步驟（ST2）及第二電子束強度變化測量步驟（ST4）所測量之圖形呈左右對稱之偏向裝置8的電壓值，嚴格來說可非為0，而且亦可不同。要將何種程度的偏移設為容許範圍內，係於設計時適當地調整即可。
此外，圖9至圖12係顯示了使用偏向裝置8而朝X軸及Y軸的任一方偏向之例，但在第一電子束強度變化測量步驟（ST2）及第二電子束強度變化測量步驟（ST4）中，當然係在X軸方向及Y軸方向的二個方向上實施。
不過，圖1及圖9至圖12係顯示使用一組偏向裝置8而使第一電子束B1及第二電子束B2朝X軸方向及Y軸方向偏向之例。取而代之，亦可在陽極4與電子束遮蔽構件5之間，朝Z軸方向配置二組偏向裝置8。當朝Z軸方向配置二組偏向裝置8時， （1） 在使用陽極4側的偏向裝置8（以下有記載為「第一偏向裝置8a」的情形）而使第一電子束B1及第二電子束B2朝X軸方向及Y軸方向偏向之後， （2） 使用電子束遮蔽構件5側的偏向裝置8（以下有記載為「第二偏向裝置8b」的情形），將藉由使用第一偏向裝置8a的偏向而從Z軸方向傾斜（或更傾斜）的第一電子束B1及第二電子束B2再度朝與Z軸方向大致平行的方向偏向， （3） 可將第一電子束B1及第二電子束B2從大致鉛直方向照射至電子束遮蔽構件5。
第一電子束B1及第二電子束B2的偏向量係隨著增大施加於偏向裝置8的電壓而變大。因此，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1及第二電子束B2之從設計射出中心軸Bc的傾斜，亦即對於電子束遮蔽構件5的照射角度，係隨著施加於偏向裝置8的電壓變大而從鉛直方向偏移。因此，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1及第二電子束B2的照射條件會對應於偏向裝置8的施加電壓而有所改變。
電子槍1A係一面確認構成之構件的位置關係一面組裝，故從光電陰極3射出的電子束B不會從設計射出中心軸Bc大幅偏移。因此，即使使用一組偏向裝置8使第一電子束B1及第二電子束B2偏向的情形下，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1及第二電子束B2的照射條件也不會極端地改變，故可實施第一實施形態的確認方法。
另一方面，當使用二組偏向裝置8a及偏向裝置8b時，可將第一電子束B1及第二電子束B2從大致鉛直方向照射至電子束遮蔽構件5。換言之，可不憑藉偏向裝置8的電壓，使到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1及第二電子束B2的照射條件相同。因此，當使用二組偏向裝置8a及偏向裝置8b時，可更提高確認方法的精確度。
（電子槍1A之第一實施形態之變形例及電子槍之射出軸確認方法之第一實施形態的變形例） 在電子槍1A之第一實施形態及電子槍之射出軸確認方法的第一實施形態（以下有僅稱為「第一實施形態」的情形）中，關於陰極3與中間電極7和中間電極7與陽極4之間的電場，第一狀態和第二狀態係藉由改變施加於中間電極7的電壓來實施。第一實施形態之變形例（以下有僅稱為「變形例」的情形）中，係藉由採用驅動部（方法）將配置於光電陰極3與陽極4之間之中間電極7的位置朝電子束之設計射出中心軸方向移動，而變更了第一狀態與第二狀態，此點與第一實施形態有所不同，其他點則相同。因此，在變形例中，係以與第一實施形態不同的點為中心進行說明，關於在第一實施形態中已說明的事項則省略重複的說明。因此，即使變形例中未明確地說明，變形例中當然可採用在第一實施形態中已說明的事項。
茲參照圖13更具體地說明變形例。在圖13所示之例中，係將陰極3與陽極4之間的電壓差及施加於中間電極7的電壓值設為一定，且在陰極3與陽極4之間，具備有使中間電極7朝電子束通過孔71之中心軸方向（設計射出中心軸方向）驅動的驅動部12。在圖13所示之例中，雖然顯示了藉由將馬達12a固定於中間電極7，且將固定於馬達12a之軸之小齒輪（pinion）卡合於齒軌（rack）12b的齒軌小齒輪構造，而驅動中間電極7之例，只要可使中間電極7朝中心軸方向驅動則驅動部12無特別限制。
在圖13所示之例中，陰極3與中間電極7之間的距離、和中間電極7與陽極4之間的距離，係由於在陰極3與陽極4之間改變中間電極7的位置而改變。另一方面，由於陰極3與陽極4的電位差、施加於中間電極7的電壓為一定，故藉由變更中間電極7的位置，陰極3與中間電極7之間之等電位線的密度、及中間電極7與陽極4之間之等電位線的密度即變更。更具體而言，陰極3與中間電極7的電位差雖相同，但陰極3與中間電極7之間之等電位線的密度係依圖13A至圖13C的順序變小。再者，在中間電極7中係形成有漂移空間，故易於擴開的電子束B在漂移空間內更為擴開。
另一方面，中間電極7與陽極4之間之等電位線的密度係和陰極3與中間電極7呈相反。換言之，中間電極7與陽極4之間之等電位線的密度係依圖13A至圖13C的順序變大。再者，離開漂移空間後之電子束的寬度係依圖13A至圖13C的順序變大，故離開中間電極7的電子束B易於依圖13A至圖13C的順序收斂。換言之，中間電極7與陽極4之間的距離愈短，愈可使焦點位置移往短焦點側。因此，當激發光未照射至光電陰極3的設計照射位置3c時，與圖6及圖7的說明同樣地，到達電子束遮蔽構件5時之第一電子束B1的中心與第二電子束B2的中心不一致。
如上所述，在變形例中，關於陰極3與中間電極7和中間電極7與陽極4之間的電場，亦可進行第一狀態與第二狀態的調整。
藉由第一實施形態及變形例之電子槍1A及確認方法，可達成確認構成電子槍1A之構件的經時變化，或者有無因為機械性衝擊等所導致之設計射出中心軸的偏移之功效。
（電子槍1之第二實施形態及電子槍的射出軸對齊方法） 茲參照圖14來說明電子槍1的第二實施形態。圖14係第二實施形態之電子槍1B的概略剖面圖。電子槍1B除具備調整激發光之位置的光源位置調整構件21以外，均與第一實施形態之電子槍1A相同。因此，在第二實施形態中，雖以光源位置調整構件21為中心進行說明，關於在第一實施形態中已說明的事項則省略重複的說明。
如上所述，依據第一實施形態及變形例，可確認電子槍1A所射出的電子束B是否從設計射出中心軸Bc偏移。因此，藉由利用第一實施形態及變形例，亦可使用於將電子槍1搭載於合作夥伴裝置E之初始設定時的射出軸對齊方法上。
如圖11及圖12所示，可確認藉由測量部6所測量之電流值對應施加於偏向裝置8之電壓的變化。此外，在實施確認方法時，係預先決定了： （1） 施加於陰極3、中間電極7、及陽極4的電壓值， （2） 陰極3與中間電極7之間的距離、及中間電極7與陽極4之間的距離， （3）中間電極7之漂移空間的長度。 因此，當從Z軸方向的上方觀看電子束遮蔽構件5時，可計算電子束B1（B2）從孔51的中心朝X軸方向及Y軸方向偏移了多少程度，換言之，可計算從設計射出中心軸偏移的量。
在第二實施形態的電子槍1B中，係具備了光源位置調整構件21。因此，可根據上述的計算，驅動光源位置調整構件21而調整為從光源2照射的激發光L照射至光電陰極3的設計照射位置3c。
光源位置調整構件21若可將從光源2照射的激發光朝X軸方向、Y軸方向調整則無特別限制。例如，將光源2安裝於已知的XY軸平台，而變更光源2的位置亦可。或者，雖未圖示，但亦可在光源2與光電陰極3之間配置反射鏡，而使激發光L的射出方向偏向。另外，在圖14所示之例中，來自光源2的激發光L雖配置於照射至光電陰極3之第一面的位置上，但亦可將光源2與光源位置調整構件21配置於真空腔室CB的上方，而從光電陰極3的背面照射激發光L。
第二實施形態之電子槍1B係可使用於電子槍的射出軸對齊方法（以下有記載為「軸對齊方法」的情形）上。圖15A係顯示了第一實施形態之軸對齊方法的流程圖。軸對齊方法係在實施確認方法後，實施光源位置調整步驟（ST6）。光源位置調整步驟（ST6）係根據經由上述計算所求出之電子束從設計射出中心軸偏移的量，使用光源位置調整構件21來調整從光源2照射之激發光的位置即可。
圖15B係軸對齊方法之第一實施形態之變形例的流程圖。如圖15B所示，可在實施光源位置調整步驟（ST6）後，再度返回第一電子束射出步驟（ST1），當判斷在偏移確認步驟（ST5）中有偏移（Yes（是））時，重複ST6→ST1，且重複各步驟直到在偏移確認步驟（ST5）中判斷無偏移（No（否））為止。
（電子槍1之第三實施形態及電子槍之射出軸對齊方法的第二實施形態） 茲參照圖16來說明電子槍1的第三實施形態。圖16係第三實施形態之電子槍1C的概略剖面圖。圖16所示之電子槍1C除具備光電陰極套組（photocathode kit）3a、調整光電陰極3（光電陰極套組3a）之位置的光電陰極位置調整構件35以外，均與第二實施形態之電子槍1B相同。因此，在第三實施形態中，係以光電陰極套組3a及光電陰極位置調整構件35為中心進行說明，關於在第二實施形態中已說明的事項則省略重複的說明。
光電陰極套組3a係至少包含光電陰極3（光電陰極膜）和使焦點對準光電陰極膜的透鏡（lens）32、及固持座（holder）33，且被固持座33保持成使光電陰極3與透鏡32的距離為不變。在圖16所示之例中，係顯示了在透鏡32與光電陰極3之間設置有間隔件（spacer）34之例。另外，光電陰極套組3a的詳細內容係已記載於日本特願2019-150764號中。日本特願2019-150764號所記載的內容係藉由參照將其整體包含於本說明書中。
在圖16所示之例中，係於光電陰極套組3a中組設有使焦點對準光電陰極膜的透鏡。因此，光源2與光源位置調整構件21係配置於真空腔室CB的上方。
光電陰極位置調整構件35係必須從真空腔室CB（真空區域）的外部來調整配置於真空腔室CB（真空區域）內之光電陰極套組3a的位置。因此，光電陰極位置調整構件35較佳為具備：腔室外動力傳遞構件35a，係配置於真空腔室CB（真空區域）之外；及腔室內動力傳遞構件35b，係配置於真空腔室CB（真空區域）之中。在圖16所示之例中，係使用波紋管（bellows）等伸縮構件35c與無孔壁35d，將腔室內動力傳遞構件35b的端部固定於無孔壁35d上。因此，在將腔室內動力傳遞構件35b配置於由真空腔室CB、伸縮構件35c及無孔壁35d所形成的真空區域內的狀態下，可從真空腔室CB（真空區域）的外側傳遞驅動力。另外，可從真空腔室CB（真空區域）的外側，將驅動力傳遞至配置於真空腔室CB（真空區域）內之腔室內動力傳遞構件35b的原理，已記載於日本國際公開第2018/186294號中。日本國際公開第2018/186294號所記載的內容係藉由參照將其整體包含於本說明書中。
在日本國際公開第2018/186294號中，係記載了腔室內動力傳遞構件35b主要朝Z軸方向驅動之例。然而，若先將腔室內動力傳遞構件35b貫穿真空腔室CB之位置之孔的大小設為大於腔室內動力傳遞構件35b，則可使腔室內動力傳遞構件35b除朝Z軸方向外，還可朝X軸方向及Y軸方向移動。結果，亦可將光電陰極3的位置朝X軸方向及Y軸方向調整。腔室外動力傳遞構件35a若可將無孔壁35d朝X軸方向、Y軸方向及Z軸方向驅動則無特別限制，使用已知的XYZ平台即可。另外，上述之例係顯示光電陰極位置調整構件35之一例者。若可從真空腔室CB（真空區域）的外側調整光電陰極3的位置，則光電陰極位置調整構件35不限定於上述之例。
當使用第三實施形態之電子槍1C時，依據從設計射出中心軸偏移的量調整光源位置調整構件21即可。另外，不同於第一實施形態的電子槍1A，第三實施形態的電子槍1C係設有透鏡32以使焦點對準光電陰極膜。因此，光是以光源位置調整構件21進行調整，會有無法將激發光L照射至設計照射位置3c的情形。此時，合併光電陰極位置調整構件35進行調整即可，或者，亦假設光源2的位置雖正確，但光電陰極套組3a的設置位置偏移的情形。此時，亦可僅使用光電陰極位置調整構件35來調整光電陰極3的位置。
電子槍之射出軸對齊方法的第二實施形態，係將電子槍之射出軸對齊方法之第一實施形態的光源位置調整步驟（ST6），改稱為光源位置調整步驟及／或光電陰極位置調整步驟（ST6）即可。
（電子槍1的第四實施形態） 茲參照圖17來說明電子槍1的第四實施形態。圖17係第四實施形態之電子槍1D的概略剖面圖。圖17所示之電子槍1D除具備演算部13、控制部14以外，均與第二實施形態之電子槍1B相同。因此，在第四實施形態中，係以演算部13及控制部14為中心進行說明，關於在第二實施形態中已說明的事項則省略重複的說明。
電子束之設計射出中心軸和從光電陰極3射出之電子束B之偏移的大小，雖亦可以手動方式來計算，但在第四實施形態的電子槍1D中，係由演算部13根據測量部6所測量的測量值來演算有無偏移及偏移的量。再者，具備有控制部14，該控制部14係依據演算部13的演算結果來驅動控制光源位置調整構件21。因此，當使用第四實施形態的電子槍1D時，可達成將偏移確認步驟（ST5）和光源位置調整步驟（ST6）予以自動化的功效。另外，第四實施形態之電子槍1D當然亦可適用於第三實施形態的電子槍1C。此時，控制部14係驅動控制光源位置調整構件21及／或光電陰極位置調整構件35。
（電子槍1的第五實施形態） 茲參照圖18來說明電子槍1的第五實施形態。圖18係第五實施形態之電子槍1E的概略剖面圖。圖18所示之電子槍1E除具備電子束偏向裝置81以外，均與第二實施形態之電子槍1B相同。因此，在第五實施形態中，係以電子束偏向裝置81為中心進行說明，關於在第二實施形態中已說明的事項則省略重複的說明。
藉由上述第二至第四實施形態的電子槍1，電子槍1係可沿著設計射出中心軸Bc而射出電子束B。然而，在將電子槍1搭載於合作夥伴裝置E時，係有設計射出中心軸Bc和合作夥伴裝置E之入射軸BE偏移的情形。此時，將變成無法射入合作夥伴裝置E所設定之量的電子束B。第五實施形態之電子槍1E係具備使通過電子束遮蔽構件5之電子束B偏向的電子束偏向裝置81，故可使搭載電子槍1E之合作夥伴裝置E的入射軸BE與從電子槍1E射出之電子束B的射出方向一致。
合作夥伴裝置E的入射軸BE與從電子槍1E射出之電子束B的射出方向是否有偏移，得藉由檢測出預定之量的電子束是否已到達合作夥伴裝置E所具備之法拉第杯（Faraday cup）等電子束強度的檢測器即可。此外，電子束偏向裝置81係可使用已知之可使電子束偏向的裝置，例如使用與電子束射出方向偏向裝置8相同的裝置即可。另外，在圖18所示之例中，電子束偏向裝置81係作為電子槍1E的構件。取而代之，合作夥伴裝置E之入射軸BE和從電子槍1E射出之電子束B之射出方向的偏移，亦可使用合作夥伴裝置E所具備的電子束偏向裝置81。
搭載電子槍的電子射線應用裝置E，係可列舉搭載電子槍之已知的裝置。例如可列舉自由電子雷射加速器、電子顯微鏡、電子射線全像術裝置、電子射線圖案化裝置、電子射線繞射裝置、電子射線檢查裝置、電子射線金屬層積造型裝置、電子射線微影術裝置、電子射線加工裝置、電子射線硬化裝置、電子射線滅菌裝置、電子射線殺菌裝置、電漿產生裝置、原子狀元素產生裝置、旋轉偏極電子射線產生裝置、陰極發光裝置、逆光子放射攝譜術裝置等。
另外，在上述的確認方法及軸對齊方法的實施形態中，係藉由將中間電極7、電子束遮蔽構件5、測量部6及偏向裝置8均配置於電子槍1作為電子槍1的確認方法及軸對齊方法進行了說明。取而代之，中間電極7以外的所有構件、或者一部分的構件亦可不具備於電子槍1中。更具體而言，電子束遮蔽構件5、測量部6及偏向裝置8的所有構件或一部分的構件亦可由合作夥伴裝置E具備。此外，電子束遮蔽構件5、測量部6及偏向裝置8的所有構件或一部分的構件亦可作為與電子槍1及合作夥伴裝置E為不同個體的套組形態來提供。
如上述的確認方法及軸對齊方法的實施形態中所說明，藉由將中間電極7、電子束遮蔽構件5、測量部6、及偏向裝置8予以組合地使用，可確認從光電陰極3射出之電子束B是否從設計射出中心軸Bc偏移。因此，當電子束遮蔽構件5、測量部6及偏向裝置8的一部分或全部係配置於電子槍1以外時，「電子槍的射出軸確認方法」及「電子槍的射出軸對齊方法」，係可改稱為「從光電陰極射出之電子束的射出軸確認方法」及「從光電陰極射出之電子束的射出軸對齊方法」。 [產業上的可利用性]
當使用本案所揭示之電子槍、電子射線應用裝置、由光電陰極射出的電子束之射出軸確認方法以及由光電陰極射出的電子束之射出軸對齊方法時，即可確認是否沿著設計射出中心軸方向射出了電子束。因此，對於涉及電子槍等之從光電陰極射出之電子束的業者而言具有可利用性。
1,1A,1B,1C,1D,1E:電子槍 2:光源 21:光源位置調整構件 3:光電陰極 31:基板 32:透鏡 33:固持座 34:間隔件 35:光電陰極位置調整構件 3a:光電陰極套組 3c:設計照射位置 35a:腔室外動力傳遞構件 35b:腔室內動力傳遞構件 35c:伸縮構件 35d:無孔壁 4:陽極 5:電子束遮蔽構件 51:孔 6:測量部 7:中間電極 71:電子束通過孔 72:電子束的入口 73:電子束的出口 74:漂移空間 8:電子束射出方向偏向裝置 81:電子束偏向裝置 8a:第一偏向裝置 8b:第二偏向裝置 9:光電陰極收納容器 11a,11b:電源裝置 12:驅動部 12a:馬達 12b:齒軌 13:演算部 14:控制部 B:電子束 B1:第一電子束 B2:第二電子束 Bc:設計射出中心軸 BE:合作夥伴裝置E的入射軸 CB:真空腔室 D1:電子束的寬度 D2:孔的寬度 E:合作夥伴裝置 EF:電場 EL:等電位線 ELV:法線方向相對於EL的力 F:焦點 L:激發光
圖1係示意地顯示第一實施形態之電子槍1A、及搭載有電子槍1A之合作夥伴裝置E的概略剖面圖。 圖2係顯示在第一實施形態的電子槍1A中，從垂直於Z軸方向之方向觀看時之電子束遮蔽構件5和從Z軸方向觀看時之電子束遮蔽構件5的圖式。 圖3A係顯示構成電子槍1A之構件的位置關係為正確時所射出之電子束之概略的圖式。圖3B係顯示構成電子槍1A之構件的位置關係非為正確時所射出之電子束之概略的圖式。 圖4係確認方法之第一實施形態的流程圖。 圖5係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖5A係陰極3、中間電極7、陽極4的概略剖面圖。圖5B係圖5A之X-X’剖面圖。圖5C係圖5A的Y-Y’剖面圖。 圖6係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖6A係用以說明在陰極3、中間電極7、和陽極4之間所產生之電場之概略的概略剖面圖。圖6B及圖6C係用以說明受到電場之影響之電子之動作的圖式。 圖7係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖7A係用以說明在第一電子束射出步驟中，圖7B則用以說明在第二電子束射出步驟中，從陰極3朝向電子束遮蔽構件5飛行之電子束的概略剖面圖。 圖8係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式，且係顯示電子束剖面和電子束之強度分布的圖式。 圖9係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖9A及圖9B係用以說明構成電子槍1A之構件之位置關係為正確時之第一電子束強度變化測量步驟（ST2）之概略的圖式。 圖10係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖10A及圖10B係用以說明構成電子槍1A之構件之位置關係為正確時之第二電子束強度變化測量步驟（ST4）之概略的圖式。 圖11係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖11A及圖11B係用以說明構成電子槍1A之構件之位置關係非為正確時之第一電子束強度變化測量步驟（ST2）之概略的圖式。 圖12係用以說明確認方法之第一實施形態之原理的圖式。圖12A及圖12B係用以說明構成電子槍1A之構件之位置關係非為正確時之第二電子束強度變化測量步驟（ST4）之概略的圖式。 圖13係用以說明電子槍1A之第一實施形態之變形例和電子槍之射出軸確認方法之第一實施形態之變形例的圖式。 圖14係第二實施形態之電子槍1B的概略剖面圖。 圖15A係第一實施形態之軸對齊方法的流程圖。圖15B係軸對齊方法之第一實施形態之變形例的流程圖。 圖16係第三實施形態之電子槍1C的概略剖面圖。 圖17係第四實施形態之電子槍1D的概略剖面圖。 圖18係第五實施形態之電子槍1E的概略剖面圖。
1,1A:電子槍
2:光源
3:光電陰極
4:陽極
6:測量部
5:電子束遮蔽構件
7:中間電極
8:偏向裝置
11a:電源裝置
11b:電源裝置
9:光電陰極收納容器
31:基板
B:電子束
CB:真空腔室
E:合作夥伴裝置

Claims (12)

  1. 一種電子槍，係包含： 光源； 光電陰極，係依據來自光源的受光而射出電子束；及 陽極； 該電子槍係包含： 中間電極，係配置於光電陰極與陽極之間； 電子束遮蔽構件，係可遮蔽電子束的一部分； 測量部，係測量經由電子束遮蔽構件所遮蔽之電子束的強度；及 電子束射出方向偏向裝置，係配置於陽極與電子束遮蔽構件之間，且使通過陽極之電子束到達電子束遮蔽構件時之位置變化； 中間電極係具有電子束通過孔，該電子束通過孔係供從光電陰極射出的電子束通過； 在電子束通過孔中係形成有漂移空間，該漂移空間係在藉由電壓的施加而於光電陰極與陽極之間形成有電場時可忽略電場的影響。
  2. 如請求項1所記載之電子槍，更包含：光源位置調整構件，係調整照射至光電陰極之激發光的位置；及／或光電陰極位置調整構件，係調整光電陰極的位置。
  3. 如請求項1所記載之電子槍，更包含：電源裝置，係可變更施加於中間電極的電壓值；及／或驅動部，係可將配置於光電陰極與陽極之間之中間電極的位置，朝電子束之設計射出中心軸方向調整。
  4. 如請求項2所記載之電子槍，更包含：電源裝置，係可變更施加於中間電極的電壓值；及／或驅動部，係可將配置於光電陰極與陽極之間之中間電極的位置，朝電子束之設計射出中心軸方向調整。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所記載之電子槍，更包含：演算部，係依據測量部的測量結果而演算電子束的設計射出中心軸和從光電陰極射出之電子束的偏移。
  6. 如請求項5所記載之電子槍，更包含：控制部，係依據演算部的演算結果而控制光源位置調整構件及／或光電陰極位置調整構件。
  7. 如請求項1至請求項4中任一項所記載之電子槍，更包含：電子束偏向裝置，係為使搭載電子槍之合作夥伴裝置之入射軸與從電子槍射出之電子束的射出方向一致，使通過電子束遮蔽構件的電子束偏向。
  8. 一種電子射線應用裝置，係包含如請求項1至請求項7中任一項所記載之電子槍者； 前述電子射線應用裝置係 自由電子雷射加速器、 電子顯微鏡、 電子射線全像術裝置、 電子射線圖案化裝置、 電子射線繞射裝置、 電子射線檢查裝置、 電子射線金屬層積造型裝置、 電子射線微影術裝置、 電子射線加工裝置、 電子射線硬化裝置、 電子射線滅菌裝置、 電子射線殺菌裝置、 電漿產生裝置、 原子狀元素產生裝置、 旋轉偏極電子射線產生裝置、 陰極發光裝置、或 逆光子放射攝譜術裝置。
  9. 一種射出軸確認方法，係從光電陰極射出之電子束的射出軸確認方法，其係包含： 光源； 光電陰極，係依據來自光源的受光而射出電子束； 陽極； 中間電極，係配置於光電陰極與陽極之間； 電子束遮蔽構件，係可遮蔽電子束的一部分； 測量部，係測量經由電子束遮蔽構件所遮蔽之電子束的強度；及 電子束射出方向偏向裝置，係配置於陽極與電子束遮蔽構件之間，且使電子束到達電子束遮蔽構件時之位置變更； 該射出軸確認方法係包含下列步驟： 第一電子束射出步驟，係陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場於第一狀態下將激發光照射至光電陰極，而射出第一狀態的電子束； 第一電子束強度變化測量步驟，係藉由電子束射出方向偏向裝置，使到達電子束遮蔽構件之第一電子束的位置變化，並測量被電子束遮蔽構件所遮蔽之第一電子束之強度的變化； 第二電子束射出步驟，係陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場於第二狀態下將激發光照射至光電陰極，而射出第二狀態的電子束； 第二電子束強度變化測量步驟，係藉由電子束射出方向偏向裝置，使到達電子束遮蔽構件之第二電子束的位置變化，並測量被電子束遮蔽構件所遮蔽之第二電子束之強度的變化；及 偏移確認步驟，係比對第一電子束強度變化測量步驟的測量結果和第二電子束強度變化測量步驟的測量結果，而確認從光電陰極射出的電子束是否從設計中心軸偏移。
  10. 如請求項9所記載之射出軸確認方法，其中，陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第一狀態，和陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第二狀態，係通過使施加於中間電極的電壓值變化而變更。
  11. 如請求項9所記載之射出軸確認方法，其中，陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第一狀態，和陰極與中間電極、中間電極與陽極之間的電場之第二狀態，係通過使陰極與陽極之間之中間電極的位置變化而變更。
  12. 一種射出軸對齊方法，係從光電陰極射出之電子束的射出軸對齊方法，該射出軸對齊方法係在如請求項9至請求項11中任一項所記載之射出軸確認方法所記載的偏移確認步驟之後，更包含光源位置調整步驟及／或光電陰極位置調整步驟。
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