WO2020250604A1 - 電子銃、電子線適用装置、および、電子銃の制御方法 - Google Patents

電子銃、電子線適用装置、および、電子銃の制御方法 Download PDF

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photocathode
electron
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electron gun
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小泉　淳
北斗 飯島
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株式会社Ｐｈｏｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｏｕｌ
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Definitions

  • the disclosure in this application relates to an electron gun, an electron beam application device, and a control method for the electron gun.
  • Patent Document 1 discloses an electron microscope apparatus using a photocathode that irradiates excitation light from a light source and emits an electron beam.
  • Patent Document 1 discloses that the excitation light intensity is increased and Cs is vapor-deposited to restore the electron beam intensity.
  • the electron beam application device may replace only the electron gun.
  • an electron gun using a hot cathode or a field emitter is also known. Therefore, it is assumed that an electron gun using a photocathode is newly mounted on the other side device in which an electron gun using a hot cathode or a field emitter is mounted. However, in that case, it is assumed that the intensity of the electron beam emitted from the electron gun using the photocathode cannot be measured depending on the configuration of the other party device. At present, there is no known electron gun that can directly monitor the intensity of the electron beam emitted from the photocathode only by the configuration provided by the electron gun.
  • the disclosure in this application is only the configuration provided in the electron gun, the electron gun capable of directly monitoring the intensity of the electron beam emitted from the photocathode, the electron beam application device equipped with the electron gun, and the control of the electron gun. To provide a method. Other optional additional effects of the disclosure in this application will be manifested in the form for carrying out the invention.
  • Electron gun including. (2) Further includes a control unit that adjusts the intensity of the electron beam emitted from the photocathode according to the measurement result of the measurement unit. The electron gun according to (1) above. (3) The control unit controls the intensity of the light irradiating the photocathode. The electron gun described in (2) above.
  • (4) Includes a photocathode storage container that can store the photocathode
  • a surface treatment material for surface treatment of the photocathode is arranged inside the photocathode storage container.
  • the control unit stores the photocathode in the photocathode storage container and performs surface treatment of the photocathode with a surface treatment material.
  • the electron gun according to (2) or (3) above.
  • the electron gun according to any one of (1) to (4) above.
  • the light source emits frequency-modulated light.
  • the measuring unit includes a signal extractor that extracts a signal having a frequency corresponding to the modulation frequency of the frequency-modulated light.
  • the electron gun according to any one of (1) to (5) above.
  • An electron beam application device including the electron gun according to any one of (1) to (6) above.
  • the electron beam application device is Free electron laser accelerator, electronic microscope, Electron holography equipment, Electron beam lithography system, Electron beam diffractometer, Electron beam inspection device, Electron beam metal lamination molding equipment, Electron beam lithography equipment, Electron beam processing equipment, Electron beam curing device, Electron beam sterilizer, Electron beam sterilizer, Plasma generator, Atomic element generator, Spin polarized electron beam generator, Cathodoluminescence device or An electron beam application device that is a back photoelectron spectroscopy device.
  • a photocathode that emits an electron beam in response to light received from a light source
  • An electron beam shielding member that can shield a part of the electron beam
  • a measuring unit that measures the intensity of the electron beam emitted from the photocathode using a measuring electron beam shielded by an electron beam shielding member.
  • a method of controlling an electron gun, including The control method is A step of irradiating the photocathode with excitation light from a light source and emitting an electron beam from the photocathode in response to the reception of the excitation light.
  • a step of measuring the intensity of an electron beam using a measurement electron beam shielded by an electron beam shielding member By including, the intensity of the electron beam emitted from the photocathode is monitored. How to control an electron gun.
  • the electron gun A control unit that adjusts the intensity of the electron beam emitted from the photocathode according to the measurement result of the measurement unit is further included.
  • the control method is A step of adjusting the intensity of the electron beam emitted from the photocathode according to the intensity of the electron beam measured in the step of measuring the intensity of the electron beam.
  • the method for controlling an electron gun according to (8) above.
  • the step of adjusting the intensity of the electron beam controls the intensity of the light irradiating the photocathode.
  • (11) Includes a photocathode storage container that can store the photocathode.
  • a surface treatment material for surface treatment of the photocathode is arranged inside the photocathode storage container.
  • the step of adjusting the intensity of the electron beam is to store the photocathode in a photocathode storage container and surface-treat the photocathode with a surface treatment material.
  • the excitation light is frequency-modulated light
  • the step of measuring the intensity of the electron beam is to extract and measure a signal having a frequency corresponding to the modulation frequency of the frequency-modulated light.
  • the intensity of the electron beam emitted from the photocathode can be directly monitored only by the configuration provided by the electron gun.
  • the direction in which the electron beam emitted from the photocathode travels is defined as the Z direction.
  • the Z direction is, for example, a vertical downward direction, but the Z direction is not limited to the vertical downward direction.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an electron gun 1A and a counterparty device E equipped with the electron gun 1A in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an electron beam shielding member 5 viewed from a direction perpendicular to the Z direction and an electron beam shielding member 5 viewed from the Z direction.
  • the electron gun 1A in the first embodiment includes a light source 2, a photocathode 3, an anode 4, an electron beam shielding member 5, and a measuring unit 6.
  • the light source 2 is not particularly limited as long as it can emit the electron beam B by irradiating the photocathode 3 with the excitation light L.
  • Examples of the light source 2 include a high output (watt class), a high frequency (several hundred MHz), an ultrashort pulse laser light source, a relatively inexpensive laser diode, and an LED.
  • the excitation light L to be irradiated may be either pulsed light or continuous light, and may be appropriately adjusted according to the intended purpose. In the example shown in FIG. 1, the light source 2 is arranged outside the vacuum chamber CB and the excitation light L is irradiated from the front side of the photocathode 3. Instead, the light source 2 is placed inside the vacuum chamber CB.
  • the excitation light L may be emitted from the back surface of the photocathode 3.
  • the photocathode 3, the anode 4, and the electron beam shielding member 5 are arranged in the vacuum chamber CB.
  • the photocathode 3 emits an electron beam B in response to receiving the excitation light L emitted from the light source 2. More specifically, the electrons in the photocathode 3 are excited by the excitation light L, and the excited electrons are emitted from the photocathode 3.
  • the emitted electrons form an electron beam B by the electric field formed by the anode 4 and the cathode 3.
  • photocathode when it is described in the sense of emitting an electron beam, it is described as “photocathode” in the sense of the opposite electrode of "anode". In the case of description, it may be described as “cathode”, but as for the reference numeral, 3 is used in any case of "photocathode” and "cathode".
  • the photocathode material for forming the photocathode 3 is not particularly limited as long as it can emit an electron beam by irradiating the excitation light, and examples thereof include a material requiring EA surface treatment and a material not requiring EA surface treatment.
  • materials that require EA surface treatment include group III-V semiconductor materials and group II-VI semiconductor materials. Specific examples thereof include AlN, Ce 2 Te, GaN, compounds of one or more kinds of alkali metals and Sb, AlAs, GaP, GaAs, GaSb, InAs and the like, and mixed crystals thereof.
  • Examples of other examples include metals, and specific examples thereof include Mg, Cu, Nb, LaB 6 , SeB 6 , and Ag.
  • the photocathode 3 can be produced by subjecting the photocathode material to an EA surface treatment, and the photocathode 3 can select excitation light in the near-ultraviolet-infrared wavelength region according to the gap energy of the semiconductor. Not only that, electron beam source performance (quantum yield, durability, monochromaticity, time responsiveness, spin polarization) according to the application of the electron beam becomes possible by selecting the material and structure of the semiconductor.
  • Examples of materials that do not require EA surface treatment include simple metals such as Cu, Mg, Sm, Tb, and Y, alloys, metal compounds, diamond, WBaO, and Cs 2 Te.
  • the photocathode that does not require EA surface treatment may be produced by a known method (see, for example, Japanese Patent No. 3537779).
  • the anode 4 is not particularly limited as long as it can form an electric field with the cathode 3, and an anode generally used in the field of electron guns can be used.
  • an electric field can be formed by arranging the power supply so that a potential difference is generated between the cathode 3 and the anode 4.
  • the electron beam shielding member 5 includes a hole 51 through which a part of the electron beam B emitted from the photocathode 3 passes.
  • the width of the hole 51 is smaller than the width of the electron beam B.
  • the width of the electron beam B when reaching the electron beam shielding member 5 is D1 and the width of the hole 51 is D2
  • the portion of the electron beam B that overlaps with the hole 51 is an electron. It passes through the beam shielding member 5.
  • the difference that did not pass through the hole 51 is shielded by the electron beam shielding member 5.
  • the electron beam shielded by the electron beam shielding member 5 is used as a "measurement electron beam", and the intensity is measured by the measuring unit 6.
  • D2 is not particularly limited as long as it has a size that allows a desired amount of electron beam to pass through.
  • the size of D1 with respect to D2 is not particularly limited as long as a measurement electron beam that can be measured by the measuring unit 6 can be obtained.
  • D1 with respect to D2 becomes larger, the amount of electron beams for measurement increases and the measurement accuracy in the measuring unit 6 improves, but the amount of electron beams entering the counterpart device E among the electron beams B emitted from the photocathode 3 is small. As a result, the operating efficiency of the electron beam application device deteriorates.
  • D1 is too small with respect to D2
  • the amount of the measuring electron beam becomes small, and the measurement accuracy in the measuring unit 6 becomes low. Therefore, the sizes of D1 and D2 may be appropriately adjusted while considering the measurement accuracy and the operating efficiency.
  • FIGS. 1 and 2 show an example in which a measurement electron beam is always acquired from the electron beam B.
  • the width of the hole 51 is made smaller than the width of the electron beam B, but the width of the hole 51 may be larger than that of the electron beam B.
  • a moving means for moving the electron beam shielding member 5 (not shown) is provided, a part of the electron beam B is moved so as to overlap the electron beam shielding member 5, and the electron beam B is moved at a predetermined timing. It is also possible to acquire a part of the electron beam for measurement.
  • the material of the electron beam shielding member 5 is not particularly limited as long as it is a conductor or a semiconductor.
  • a conductor a metal such as stainless steel (SUS) or copper can be mentioned.
  • the measuring unit 6 measures the intensity of the electron beam B by using the measuring electron beam which is a part of the electron beam B shielded by the electron beam shielding member 5.
  • the measuring unit 6 is not particularly limited as long as the intensity of the electron beam B can be measured.
  • the electron beam shielding member 5 is a conductor
  • a current is generated between the electron beam shielding member 5 and the measuring unit 6 by the measuring electron beam. Therefore, the intensity of the electron beam B can be measured as a current value by the measuring unit 6.
  • the current value may be measured using a known ammeter. Since the measured current value depends on the intensity of the electron beam B, the change in the intensity of the electron beam B can be monitored by monitoring the change in the current value. It is also possible to use a semiconductor as the electron beam shielding member 5 and measure the current value generated by the measurement electron beam hitting the semiconductor.
  • the measuring unit 6 may measure the intensity of the electron beam B by the fluorescence intensity instead of the current value. More specifically, a conductor coated with a fluorescent material in advance may be used as the electron beam shielding member 5, and the fluorescence intensity emitted by the measurement electron beam hitting the fluorescent material may be measured by the measuring unit 6. The fluorescence intensity may be measured using a known fluorometer.
  • the change in the intensity of the electron beam B can be directly monitored by arranging the electron beam shielding member 5 in the electron gun 1A and shielding a part of the electron beam B. Therefore, as shown in Examples described later, since the change in the intensity of the electron beam B can be grasped in real time, there is an effect that the electron beam intensity can be recovered at an appropriate timing. Further, even when the intensity of the electron beam B is adjusted while the electron beam application device is in operation, it is possible to confirm in real time whether or not the electron beam B has reached a predetermined intensity.
  • the electron gun 1A in the first embodiment has only the configuration provided in the electron gun 1A, and the intensity of the electron beam B emitted from the photocathode 3 can be directly monitored. Therefore, the effect of being able to monitor the intensity of the electron beam B is also obtained regardless of the configuration of the counterpart device E.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the electron gun 1B in the second embodiment.
  • the electron gun 1B in the second embodiment includes a light source 2, a photocathode 3, a cathode 4, an electron beam shielding member 5, a measuring unit 6, and a control unit 7.
  • the control unit 7 adjusts the intensity of the electron beam B emitted from the photocathode 3 according to the measurement result measured by the measurement unit 6.
  • the intensity of the electron beam B decreases due to the deterioration of the photocathode 3, so that the measured value in the measuring unit 6 also decreases.
  • the control unit 7 controls the light source 2 and changes the intensity of the excitation light L to irradiate the photocathode 3, thereby emitting the light from the photocathode 3.
  • the intensity of the electron beam B can be adjusted.
  • control unit 7 can adjust the intensity of the excitation light L so that the electron beam B has a desired intensity by controlling the light source 2 (feedback control) at predetermined time intervals based on the measured value. Is.
  • the frequency of feedback control may be appropriately set in consideration of the stability of the intensity of the electron beam B. For example, feedback control may be performed in units of seconds to minutes.
  • the control in the control unit 7 can be performed by using, for example, PID control or the like.
  • the intensity of the excitation light L to irradiate the photocathode 3 may be controlled by controlling the light source 2 as described above, but an attenuator 21 may be used instead.
  • an attenuator 21 may be used instead.
  • the intensity of the light emitted by the light source 2 is the same, but the intensity of the excitation light L irradiating the photocathode 3 can be adjusted.
  • both the light source 2 and the attenuator 21 may be controlled.
  • the electron gun 1B in the second embodiment synergistically exerts the following effects in addition to the effects of the electron gun 1A in the first embodiment.
  • the intensity of the electron beam B can be adjusted by the configuration on the electron gun 1B side. Therefore, by controlling the light source 2 and / or the attenuator 21 by using the control unit 7 so that the intensity of the electron beam B emitted from the photocathode 3 becomes constant, the intensity change of the counterpart device E is small and stable. Electron beam B can be incident. Further, the target to be irradiated with the electron beam B is various, for example, a biological or non-biological sample if the electron beam application device is an electron microscope, a semiconductor substrate if the electron beam inspection device is an electron beam inspection device, and the like. By the way, the intensity of irradiating the electron beam B differs depending on the object.
  • the intensity of the electron beam B irradiating the sample may be changed in order to confirm the fragility of the sample.
  • the electron gun 1B in the second embodiment includes the control unit 7, the electron beam B incident on the other side device E can be adjusted to have a desired intensity only by the configuration on the electron gun 1B side.
  • the intensity of the electron beam B incident on the other side device E is the size of D1 and D2, the measured value by the measuring unit 6, and the target to be irradiated with the electron beam B of the other side device E.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the electron gun 1C in the third embodiment.
  • the electron gun 1C in the third embodiment shown in FIG. 4 includes a light source 2, a photocathode 3, an anode 4, an electron beam shielding member 5, a measuring unit 6, a control unit 7, and a photocathode storage container. 8 and.
  • the photocathode 3 is arranged in a photocathode storage container 8 provided with an electron beam passage hole 8h.
  • the photocathode storage container 8 the photocathode 3 is treated with an EA surface (in other words, a treatment for lowering the electron affinity.
  • the EA surface treatment may be referred to as "recovery". .) 8 m of surface treatment material is arranged for this purpose.
  • the control unit 7 recovers the intensity of the electron beam B by performing the EA surface treatment of the photocathode 3 according to the measurement result measured by the measurement unit 6.
  • the surface treatment material 8m described later can be arranged inside to vaporize the surface treatment material 8m, and the photocathode 3 is EA surface-treated with the vaporized surface treatment material. It is a container that can be used.
  • the photocathode storage container 8 includes at least an electron beam passage hole 8h through which electrons emitted from the photocathode 3 pass.
  • the electron beam passing hole 8h may be at least large enough to allow electrons to pass through, but it is easy to process and easily adjust the angle and positional relationship between the electrons emitted from the photocathode 3 and the electron beam passing hole 8h. Therefore, the size may be 1 nm to 10 mm, or 50 ⁇ m to 5 mm.
  • the material of the photo card storage container 8 is not particularly limited, and is, for example, a heat-resistant material such as glass, molybdenum, ceramic, sapphire, titanium, tungsten, tantalum, etc. that can withstand heat of 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. Can be formed.
  • a heat-resistant material such as glass, molybdenum, ceramic, sapphire, titanium, tungsten, tantalum, etc. that can withstand heat of 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. Can be formed.
  • the surface treatment material 8m arranged inside the photocathode storage container 8 is not particularly limited as long as it is a material capable of EA surface treatment.
  • the elements constituting the surface treatment material 8 m include Li, Na, K, Rb, Cs, Te, Sb and the like.
  • Li, Na, K, Rb, and Cs spontaneously ignite by themselves and cannot be stored or used. Therefore, Li, Na, K, Rb, and Cs need to be used in the form of a compound element of these elements and a compound containing these elements.
  • the surface treatment material 8 m when an element selected from Li, Na, K, Rb, and Cs is used as the surface treatment material 8 m, it is mixed with compounds such as Cs 2 CrO 4 , Rb 2 CrO 4 , Na 2 CrO 4 , and K 2 CrO 4. It is preferable to use a reducing agent that suppresses the generation of impurity gas in combination.
  • the surface treatment material 8 m is vaporized in the photocathode storage container 8 using a heating means and deposited on the photocathode 3.
  • the control unit 7 sets the photocathode 3 in the photocathode storage container 8 via the photocathode driving device 81.
  • the EA surface treatment of the photocathode 3 is performed by moving the surface treatment material to the vapor deposition position inside, vaporizing the surface treatment material 8 m, and controlling the vapor deposition on the photocathode 3.
  • the photocathode drive device 81 is not particularly limited as long as the photocathode 3 can be moved, and for example, the drive device described in International Publication No. 2015/008561 and International Publication No. 2018/186294 can be used. The matters described in WO 2015/008561 and WO 2018/186294 are included herein.
  • control unit 7 can also adjust the intensity of the excitation light L emitted from the light source 2 to the photocathode 3 as in the second embodiment. ..
  • the intensity of the electron beam B is adjusted by adjusting the intensity of the excitation light L, and after the intensity of the excitation light L is saturated, when the intensity of the electron beam B decreases, the photocathode 3 is used.
  • EA surface treatment can also be performed.
  • the electron gun 1C in the third embodiment synergistically exerts the following effects in addition to the effects of the electron gun 1 in the first and second embodiments.
  • the photocathode storage container 8 in which the surface treatment material 8 m is arranged, even if the photocathode 3 deteriorates, the surface treatment material 8 m can be deposited on the photocathode 3. Therefore, it is possible to recover the intensity of the electron beam B emitted from the photocathode 3 at an appropriate timing.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the electron gun 1D in the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of an intermediate electrode.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of focal length adjustment.
  • the electron gun 1D in the fourth embodiment includes at least a light source 2, a photocathode 3, an anode 4, an electron beam shielding member 5, a measuring unit 6, and an intermediate electrode 9.
  • the intermediate electrode 9 is arranged between the photocathode 3 and the anode 4, and has an electron beam passage hole 91 through which the electron beam B emitted from the photocathode 3 passes.
  • the intermediate electrode 9 has a function of changing the width of the electron beam B when passing through the electron beam passing hole 91 and adjusting the focal distance of the electron beam B.
  • the electron beam for measurement is acquired by utilizing the function of the intermediate electrode 9 for changing the width of the electron beam B.
  • a drift space is formed in the electron beam passage hole 91 of the intermediate electrode 9 so that the influence of the electric field formed by the potential difference between the photocathode 3 and the anode 4 can be ignored. Then, a voltage relatively positive than the voltage applied to the photocathode 3 and a voltage relatively negative than the voltage applied to the anode 4 are applied to the intermediate electrode 9.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the cathode 3, the intermediate electrode 9, and the anode 4,
  • FIG. 6B is a sectional view taken along the line XX'of FIG. 6A
  • FIG. 6C is a sectional view taken along the line YY'of FIG. 6A.
  • the intermediate electrode 9 is formed of a hollow cylinder.
  • the intermediate electrode 9 is formed with an electron beam passing hole 91 through which an electron beam emitted from the photocathode 3 passes, and an electron beam inlet 92 and an electron beam passing hole are formed on the photocathode 3 side of the electron beam passing hole 91.
  • An electron beam outlet 93 is formed on the anode 4 side of the 91.
  • a voltage so as to generate a potential difference between the cathode 3 and the anode 4 and applying a voltage to the intermediate electrode 9, as shown in FIG. 6A an intermediate electrode is provided between the cathode 3 and the intermediate electrode 9.
  • An electric field EF is generated between the 9 and the anode 4.
  • the range of the influence of the generated electric field EF on the motion of the electron beam in the void is a sphere including the circle as the maximum cross section. Therefore, when the diameter of the electron beam inlet 92 shown in FIG. 6B is defined as a, the diameter of the electron beam outlet 93 shown in FIG. 6C is defined as b, and the length of the electron beam passing hole 91 in the central axis direction is defined as D, D. When / (a / 2 + b / 2) is larger than 1, a drift space 94 that is not affected by the electric field EF is formed in the electron beam passage hole 91.
  • the "central axis direction” means the direction connecting the center of the inlet 92 of the electron beam and the center of the outlet 93 of the electron beam.
  • the material for producing the intermediate electrode 9 is not particularly limited as long as it is a conductor, and examples thereof include metals such as stainless steel (SUS).
  • FIG. 7 shows an example of adjusting the focal position, in which the voltage difference applied to the cathode 3 and the anode 4 is constant, and the focal position is adjusted by changing the voltage value applied to the intermediate electrode 9.
  • the voltage of the cathode 3 is set to -50 kV
  • the voltage of the anode 4 is set to 0 kV
  • the intermediate electrode 9 has -20 kV in FIG. 7A, -30 kV in FIG. It is assumed that the voltage of is applied.
  • the voltage difference between the cathode 3 and the intermediate electrode 9 is 30 kV in FIG. 7A, 20 kV in FIG. 7B, and 10 kV in FIG. 7C.
  • the potential difference between the cathode 3 and the anode 4 is constant, the potential difference between the intermediate electrode 9 and the anode 4 is opposite to the potential difference between the cathode 3 and the intermediate electrode 9. That is, since the potential difference between the intermediate electrode 9 and the anode 4 increases in the order of FIGS. 7A to 7C, the density of equipotential lines between the intermediate electrode 9 and the anode 4 also increases. Further, since the width of the electron beam after exiting the drift space increases in the order of FIGS. 7A to 7C, the electron beam B exiting the intermediate electrode 9 is the example shown in FIG. 7C as compared with FIG. 7A. Is easier to converge.
  • the intermediate electrode 9 is described in detail in Japanese Patent No. 4666020, and the matters described in Japanese Patent No. 4666020 are included in the present specification.
  • the electron gun 1D of the fourth embodiment has the intermediate electrode 9, the width D1 of the electron beam B when reaching the electron beam blocking member 5 can be adjusted by adjusting the focal position of the electron beam B. It is possible. Therefore, during normal operation, the width D1 of the electron beam B when reaching the electron beam blocking member 5 is made smaller than the width D2 of the hole 51 of the electron beam blocking member 5, and the intermediate electrode 9 is used when measuring the intensity of the electron beam B. It is also possible to increase the width D1 of the electron beam B when reaching the electron beam blocking member 5 to obtain an electron beam for measurement.
  • FIG. 5 shows an embodiment including the control unit 7 and the photocathode storage container 8, but the fourth embodiment including the intermediate electrode 9 is any of the first to third embodiments. Can be combined with embodiments.
  • the electron gun 1D in the fourth embodiment synergistically produces the following effects in addition to the effects produced by the electron gun 1 according to the first to third embodiments.
  • the width of the electron beam B can be changed and the measurement electron beam can be obtained only when the intensity of the electron beam B is monitored. Therefore, during normal operation, the electron beam B is not shielded by the electron beam blocking member 5, so that the operation efficiency is improved. Further, the intermediate electrode 9 used for the purpose of focusing adjustment can also be used for a new purpose of acquiring an electron beam for measurement.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of the electron gun 1E according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing how a signal having a frequency corresponding to the frequency of the reference signal S2 is extracted from the detection signal S1.
  • the electron gun 1E in the fifth embodiment includes at least a light source 2, a photocathode 3, a cathode 4, an electron beam shielding member 5, a measuring unit 6, and a signal extractor 61.
  • the light source 2 in the fifth embodiment is a light source that emits frequency-modulated frequency-modulated light.
  • the light source 2 is a pulse light source that emits pulsed light, which is a kind of frequency-modulated light
  • the light source 2 may be a light source that emits frequency-modulated light other than pulsed light (for example, a light source that emits frequency-modulated light whose intensity changes in a sine wave shape).
  • the pulsed light is read as frequency-modulated light.
  • the frequency-modulated light means light whose intensity changes periodically.
  • the pulsed light means a frequency-modulated light in which a period in which the intensity of the light becomes substantially zero periodically exists.
  • any configuration can be adopted as the light source 2 that emits frequency-modulated light.
  • a pulse light source using Q-switched pulse oscillation can be used.
  • the Q value of the electro-optical element changes.
  • pulsed light synchronized with the timing of voltage application can be obtained.
  • a second example of the pulse light source 2 it is possible to use a light source 2 that turns on / off the beam output of a continuous laser with a mechanical shutter (including a so-called optical chopper).
  • a liquid crystal shutter, an electro-optical modulator, or an acousto-optic modulator may be used to generate pulsed light from the continuous laser beam.
  • a semiconductor laser light source can be used.
  • pulsed light can be obtained by turning on / off the current flowing through the semiconductor element.
  • a pulse light source using the mode lock method can be used.
  • the signal extractor 61 extracts a signal having a frequency corresponding to the pulse frequency of the excitation light L (pulse light emitted from the light source 2) from the measured value S1 measured by the measuring unit 6. For example, the signal extractor 61 receives the measured value S1 from the measuring unit 6 and also receives the signal (reference signal S2) corresponding to the pulse waveform of the pulsed light from the light source 2. Then, the signal extractor 61 extracts the signal SA having a frequency corresponding to the frequency of the reference signal S2 described above from the measured values S1 from the measuring unit 6.
  • pulse frequency is read as “modulation frequency” (in other words, frequency of intensity change of frequency-modulated light).
  • modulation frequency in other words, frequency of intensity change of frequency-modulated light.
  • the pulse frequency is also a type of modulation frequency.
  • the signal extractor 61 for example, a known lock-in amplifier can be used.
  • the lock-in amplifier receives the measured value S1 and the reference signal S2, and extracts a signal SA having a frequency corresponding to the frequency of the reference signal S2 from the measured value S1.
  • an arbitrary electronic circuit for example, a frequency filter
  • a computer may be used as the signal extractor 61.
  • the computer extracts a signal having a frequency corresponding to the frequency of the reference signal from the detected signals by using an arbitrary computer program that extracts a specific frequency component from the signal containing noise.
  • signal data corresponding to the measured value measured by the measuring unit 6 and frequency data corresponding to the frequency of the reference signal are input to the computer, and the computer uses the above-mentioned computer program to input the above-mentioned signal.
  • the data is converted into data in which the frequency component corresponding to the frequency of the reference signal is emphasized and output.
  • Control signals for operating the light source 2 for example, a voltage signal input to an electro-optical element (not shown) of the light source, a drive signal for driving the mechanical shutter of the light source, an ON / OFF signal input to a semiconductor laser, etc.
  • a control signal for operating the light source 2 is a reference signal input to the signal extractor 61.
  • a laser light source using a passive Q switch, a laser light source using the mode lock method, or the like is used as the light source 2, it is not necessary to send a control signal for frequency modulation to the light source 2.
  • a part of the pulsed light emitted from the light source 2 may be received by a photodiode, and the electric signal generated by the light reception may be used as a reference signal to be input to the signal extractor 61.
  • the measured value S1 transmitted from the measuring unit 6 to the signal extractor 61 contains various noises.
  • the signal having a frequency corresponding to the pulse frequency of the excitation light L may be a signal generated due to the electron beam blocking member 5 receiving the pulsed electron beam B. Is high.
  • the signal SA having a frequency corresponding to the pulse frequency of the excitation light L is a signal indicating a region (electron beam blocking member 5) irradiated with the pulsed electron beam B, and is noise. Is the removed current value, and it can be said that it accurately reflects the intensity of the electron beam B.
  • FIG. 8 shows an embodiment including a control unit 7, a photocathode storage container 8, an intermediate electrode 9, and an attenuator 21, but a fifth embodiment including a signal extractor 61. Can be combined with any of the first to fourth embodiments.
  • the electron gun 1E in the fifth embodiment synergistically produces the following effects in addition to the effects produced by the electron gun 1 according to the first to fourth embodiments.
  • the noise component included in the current value can be effectively removed. Therefore, even if the amount of the measuring electron beam is small, the change in the intensity of the electron beam B can be measured.
  • Examples of the electron beam application device E on which the electron gun is mounted include a known device on which the electron gun is mounted.
  • free electron laser accelerator, electron microscope, electron beam holography device, electron beam drawing device, electron beam diffractometer, electron beam inspection device, electron beam metal lamination modeling device, electron beam lithography device, electron beam processing device, electron beam curing examples thereof include an apparatus, an electron beam sterilizer, an electron beam sterilizer, a plasma generator, an atomic element generator, a spin polarized electron beam generator, a cathode luminescence device, a back light electron spectroscope, and the like.
  • Example 1 As the light source 2, a laser light source (iBeamSmart manufactured by Toptica) was used.
  • the photocathode 3 was prepared by Daiki SATO et al. 2016 Jpn. J. Apple. Phys.
  • An InGN photocathode was prepared by the known method described in 55 05FH05.
  • the NEA treatment on the surface of the photocathode was performed by a known method.
  • the electron beam shielding member 5 was made of stainless steel.
  • the photocathode 3 was irradiated with a laser beam from the light source 2, and an acceleration voltage of 30 kV was applied between the photocathode 3 and the anode 4, so that the electron beam B was emitted from the photocathode 3. Then, the current value of the measurement electron beam acquired by the electron beam shielding member 5 was acquired by measuring and converting the voltage across the shunt resistor of 100 k ⁇ with a data logger (MW100 manufactured by Yokogawa Electric Co., Ltd.). The measurement was performed every second.
  • the measurement results are shown in FIG.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the current value obtained by the measuring unit 6.
  • the current value decreased with the passage of time. This indicates that the photocathode 3 deteriorates with the passage of time and the intensity of the electron beam B decreases.
  • the intensity of the electron beam B is measured in real time by providing the electron beam shielding member 5 in the electron gun and measuring the intensity of the measurement electron beam obtained by shielding a part of the electron beam B. I confirmed that it can be monitored with.
  • Example 2 The measurement was performed in the same procedure as in Example 1 except that the current value measured by the measuring unit 6 was set to be about 50 nA and the result of the current value measured by the measuring unit 6 was fed back to the light source 2 every 5 seconds. Was done.
  • the measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the intensity of the electron beam B as set can be stably maintained by performing feedback control based on the current value measured by the measuring unit 6. Further, when the setting was changed so that the current value measured by the measuring unit 6 was changed from 50 nA to 20 nA during the measurement, the intensity of the electron beam B changed rapidly and the electron beam having the set intensity was stably changed. It was confirmed that it was released. Then, after the feedback control was stopped, it was confirmed that the intensity of the electron beam B decreased as in the first embodiment.
  • the electron beam of the set intensity can be stably emitted from the photocathode 3 by feedback-controlling the result measured by the measuring unit 6 by the control unit 7.
  • the size of D1 and D2 the measured value by the measuring unit 6, and the target to be irradiated with the electron beam B of the other device E are actually used.
  • the electron beam intensity (electron amount) actually irradiated to the target of the other device E can be determined by the configuration on the electron gun 1 side. It also became clear that it could be controlled.
  • the electron beam intensity can be monitored only by the configuration on the electron gun side, and the electron beam intensity can be monitored at an appropriate timing. Can be adjusted and recovered. Therefore, it is useful for those who handle electron guns.

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Abstract

電子銃が具備する構成のみで、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を直接モニタできる電子銃、電子銃を搭載した電子線適用装置、および、電子銃の制御方法を提供することを課題とする。　光源と、　光源からの受光に応じて、電子ビームを放出するフォトカソードと、　アノードと、　電子ビームの一部を遮蔽することができる電子ビーム遮蔽部材と、　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を測定する測定部と、 を含む電子銃、 により課題を解決できる。

Description

電子銃、電子線適用装置、および、電子銃の制御方法
　本出願における開示は、電子銃、電子線適用装置、および、電子銃の制御方法に関する。
　フォトカソードを搭載した電子銃、当該電子銃を含む電子顕微鏡、自由電子レーザー加速器、検査装置等の電子線適用装置（以下、電子線適用装置から電子銃を除いた装置を「相手側装置」と記載することがある。）が知られている。例えば、特許文献１には、光源から励起光を照射して電子ビームを放出するフォトカソードを用いた電子顕微鏡装置が開示されている。
　電子顕微鏡装置等の電子線適用装置では、電子ビームの放出を安定的に維持することが必要である。しかしながら、フォトカソードは、光照射を継続することにより電子放出特性が劣化し、電子放出量が減少するため、フォトカソードを用いた電子ビーム源は、使用時間とともに電子ビームの強度が減少する。そのため、特許文献１では、励起光強度を増大させることや、Ｃｓの蒸着を行い、電子ビームの強度を回復することが開示されている。
特開２００２－３１３２７３号公報
　特許文献１に記載された電子顕微鏡装置では、電子銃コントローラで光源（ＬＤ）のパワーを調整することが記載されている。しかしながら、図１１からは、カソード電流測定器の測定値を電子銃コントローラにフィードバックすることが読み取れるものの、明細書ではどのように光源（ＬＤ）のパワーを調整するのか記載されていない。ところで、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整するためには、電子ビームの強度を間接的に測定するのではなく、実際にフォトカソードから放出された電子ビームの強度を直接測定し、当該測定値に基づき調整することが望ましい。
　また、電子線適用装置は、電子銃のみを交換する場合がある。ところで、電子銃の種類としては、フォトカソードを用いた電子銃の他、熱陰極やフィールドエミッタを用いた電子銃も知られている。そのため、熱陰極やフィールドエミッタを用いた電子銃が搭載されていた相手側装置に、フォトカソードを用いた電子銃を新たに搭載するケースも想定される。しかしながら、その場合、相手側装置の構成によっては、フォトカソードを用いた電子銃から放出した電子ビームの強度を測定できないことも想定される。現在のところ、電子銃が具備する構成のみで、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を直接モニタできる電子銃は知られていない。
　そこで、本出願における開示は、電子銃が具備する構成のみで、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を直接モニタできる電子銃、電子銃を搭載した電子線適用装置、および、電子銃の制御方法を提供することにある。本出願における開示のその他の任意付加的な効果は、発明を実施するための形態において明らかにされる。
（１）光源と、
　光源からの受光に応じて、電子ビームを放出するフォトカソードと、
　アノードと、
　電子ビームの一部を遮蔽することができる電子ビーム遮蔽部材と、
　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を測定する測定部と、
を含む電子銃。
（２）測定部の測定結果に応じて、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整する制御部、を更に含む、
上記（１）に記載の電子銃。
（３）制御部が、フォトカソードに照射する光の強度を制御する、
上記（２）に記載の電子銃。
（４）フォトカソードを収納できるフォトカソード収納容器を含み、
　フォトカソード収納容器の内部には、フォトカソードの表面処理をするための表面処理材料が配置され、
　制御部は、フォトカソード収納容器にフォトカソードを収納し、表面処理材料でフォトカソードの表面処理を行う、
上記（２）または（３）に記載の電子銃。
（５）フォトカソードとアノードとの間に配置され、電圧の印加により電子ビームの幅を変えることができる中間電極をさらに含む、
上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の電子銃。
（６）光源は、周波数変調光を出射し、
　測定部は、周波数変調光の変調周波数に対応する周波数の信号を抽出する信号抽出器を含む、
上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の電子銃。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一つに記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
　電子線適用装置は、
　　自由電子レーザー加速器、
　　電子顕微鏡、
　　電子線ホログラフィー装置、
　　電子線描画装置、
　　電子線回折装置、
　　電子線検査装置、
　　電子線金属積層造形装置、
　　電子線リソグラフィー装置、
　　電子線加工装置、
　　電子線硬化装置、
　　電子線滅菌装置、
　　電子線殺菌装置、
　　プラズマ発生装置、
　　原子状元素発生装置、
　　スピン偏極電子線発生装置、
　　カソードルミネッセンス装置、または、
　　逆光電子分光装置
である
電子線適用装置。
（８）光源と、
　光源からの受光に応じて、電子ビームを放出するフォトカソードと、
　アノードと、
　電子ビームの一部を遮蔽することができる電子ビーム遮蔽部材と、
　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を測定する測定部と、
を含む電子銃の制御方法であって、
　制御方法は、
　　光源からの励起光をフォトカソードへ照射し、励起光の受光に応じてフォトカソードから電子ビームを放出するステップと、
　　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、電子ビームの強度を測定するステップと、
を含むことで、フォトカソードから放出される電子ビームの強度をモニタする、
電子銃の制御方法。
（９）電子銃が、
　　測定部の測定結果に応じて、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整する制御部、を更に含み、
　制御方法が、
　　電子ビームの強度を測定するステップで測定した電子ビームの強度に応じて、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整するステップ、
を含む、上記（８）に記載の電子銃の制御方法。
（１０）電子ビームの強度を調整するステップが、フォトカソードに照射する光の強度を制御する、
上記（９）に記載の電子銃の制御方法。
（１１）フォトカソードを収納できるフォトカソード収納容器を含み、
　フォトカソード収納容器の内部には、フォトカソードの表面処理をするための表面処理材料が配置され、
　電子ビームの強度を調整するステップは、フォトカソード収納容器にフォトカソードを収納し、表面処理材料でフォトカソードの表面処理を行う、
上記（９）または（１０）に記載の電子銃の制御方法。
（１２）フォトカソードとアノードとの間に配置する中間電極をさらに備え、
　中間電極に電圧を印加して、電子ビームの幅を変えるステップを含む、
上記（８）～（１１）のいずれか一つに記載の電子銃の制御方法。
（１３）励起光が、周波数変調光であり、
　電子ビームの強度を測定するステップは、周波数変調光の変調周波数に対応する周波数の信号を抽出して測定を行う、
上記（８）～（１２）のいずれか一つに記載の電子銃の制御方法。
　本出願における開示により、電子銃が具備する構成のみで、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を直接モニタできる。
第１の実施形態における電子銃１Ａ、および電子銃１Ａを搭載した相手側装置を模式的に示す図。 第１の実施形態における電子ビーム遮蔽部材を示す図。 第２の実施形態における電子銃１Ｂ、および電子銃１Ｂを搭載した相手側装置を模式的に示す図。 第３の実施形態における電子銃１Ｃ、および電子銃１Ｃを搭載した装置を模式的に示す図。 第４の実施形態における電子銃１Ｄ、および電子銃１Ｄを搭載した装置を模式的に示す図。 第４の実施形態における中間電極を模式的に示す図。 焦点距離調整の一例を説明するための図。 第５の実施形態における電子銃１Ｅ、および電子銃１Ｅを搭載した装置を模式的に示す図。 検出信号の中から、参照信号の周波数に対応する周波数の信号が抽出される様子を模式的に示す図。 実施例１の測定結果を示すグラフ。 実施例２の測定結果を示すグラフ。
　以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子線適用装置、および、電子銃の制御方法について詳しく説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一または類似の符号が付されている。そして、同一または類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。
　また、図面において示す各構成の位置、大きさ、範囲などは、理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、本出願における開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
　（方向の定義）
　本明細書において、フォトカソードから放出された電子ビームが進行する方向をＺ方向と定義する。なお、Ｚ方向は、例えば、鉛直下向き方向であるが、Ｚ方向は、鉛直下向き方向に限定されない。
　（第１の実施形態）
　図１および図２を参照して、第１の実施形態における電子銃１Ａについて説明する。図１は、第１の実施形態における電子銃１Ａ、および、電子銃１Ａを搭載した相手側装置Ｅを模式的に示す図である。図２は、Ｚ方向に垂直な方向からみた電子ビーム遮蔽部材５とＺ方向からみた電子ビーム遮蔽部材５とを示す図である。
　第１の実施形態における電子銃１Ａは、光源２と、フォトカソード３と、アノード４と、電子ビーム遮蔽部材５と、測定部６と、を具備する。
　光源２は、フォトカソード３に励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを放出できるものであれば特に制限はない。光源２は、例えば、高出力（ワット級）、高周波数（数百ＭＨｚ）、超短パルスレーザー光源、比較的安価なレーザーダイオード、ＬＥＤ等があげられる。照射する励起光Ｌは、パルス光、連続光のいずれでもよく、目的に応じて適宜調整すればよい。なお、図１に記載の例では、光源２が、真空チャンバーＣＢ外に配置され励起光Ｌが、フォトカソード３の正面側から照射されているが、代替的に、光源２を真空チャンバーＣＢ内に配置してもよく、励起光Ｌを、フォトカソード３の背面から照射されるようにしてもよい。
　図１に記載の例では、フォトカソード３、アノード４、電子ビーム遮蔽部材５は、真空チャンバーＣＢ内に配置されている。フォトカソード３は、光源２から照射される励起光Ｌの受光に応じて、電子ビームＢを放出する。より具体的には、フォトカソード３中の電子は、励起光Ｌによって励起され、励起された電子が、フォトカソード３から放出される。放出した電子は、アノード４とカソード３とによって形成される電界により、電子ビームＢを形成する。なお、本明細書中における「フォトカソード」と「カソード」との記載に関し、電子ビームを放出するという意味で記載する場合には「フォトカソード」と記載し、「アノード」の対極との意味で記載する場合には「カソード」と記載することがあるが、符号に関しては、「フォトカソード」および「カソード」のいずれの場合でも３を用いる。
　フォトカソード３を形成するためのフォトカソード材料は、励起光を照射することで電子ビームを放出できれば特に制限はなく、ＥＡ表面処理が必要な材料、ＥＡ表面処理が不要な材料等が挙げられる。ＥＡ表面処理が必要な材料としては、例えば、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料、ＩＩ－ＶＩ族半導体材料が挙げられる。具体的には、ＡｌＮ、Ｃｅ２Ｔｅ、ＧａＮ、１種類以上のアルカリ金属とＳｂの化合物、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ等およびそれらの混晶等が挙げられる。その他の例としては金属が挙げられ、具体的には、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｂ、ＬａＢ６、ＳｅＢ６、Ａｇ等が挙げられる。前記フォトカソード材料をＥＡ表面処理することでフォトカソード３を作製することができ、該フォトカソード３は、半導体のギャップエネルギーに応じた近紫外－赤外波長領域で励起光の選択が可能となるのみでなく、電子ビームの用途に応じた電子ビーム源性能（量子収量、耐久性、単色性、時間応答性、スピン偏極度）が半導体の材料や構造の選択により可能となる。
　また、ＥＡ表面処理が不要な材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙ等の金属単体、或いは、合金、金属化合物、又は、ダイアモンド、ＷＢａＯ、Ｃｓ２Ｔｅ等が挙げられる。ＥＡ表面処理が不要であるフォトカソードは、公知の方法（例えば、特許第３５３７７７９号等を参照）で作製すればよい。
　アノード４は、カソード３と電界を形成できるものであれば特に制限はなく、電子銃の分野において一般的に用いられているアノードを使用することができる。
　カソード３からアノード４に向けて電子ビームＢが放出できれば、電源の配置に特に制限はない。図１に示す例では、カソード３とアノード４との間に電位差が生じるように電源を配置することで、電界を形成できる。
　電子ビーム遮蔽部材５は、フォトカソード３から放出された電子ビームＢの一部が通過する孔５１を備える。
　第１の実施形態において、孔５１の幅は、電子ビームＢの幅よりも小さいものとなっている。図２に例示されるように、電子ビーム遮蔽部材５に到達時の電子ビームＢの幅をＤ１、孔５１の幅をＤ２とした場合、電子ビームＢの内、孔５１と重なる部分が、電子ビーム遮蔽部材５を通過する。一方、電子ビームＢの内、孔５１を通過しなかった差分が電子ビーム遮蔽部材５によって遮蔽される。そして、電子ビーム遮蔽部材５によって遮蔽された電子ビームが「測定用電子ビーム」として利用され、測定部６において強度が測定される。なお、Ｄ２は所望の量の電子ビームが通過できる大きさであれば特に制限はない。また、Ｄ２に対するＤ１の大きさも、測定部６で測定可能な測定用電子ビームが得られれば特に制限はない。Ｄ２に対するＤ１が大きくなるほど測定用電子ビームの量が多くなり、測定部６における測定精度が向上するが、フォトカソード３から放出した電子ビームＢの内、相手側装置Ｅに入る電子ビーム量は少なくなり、電子線適用装置の運転効率は悪くなる。逆に、Ｄ２に対するＤ１が小さすぎると、測定用電子ビームの量が少なくなり、測定部６における測定精度が低くなる。したがって、測定精度と運転効率を考慮しながら、Ｄ１およびＤ２の大きさは適宜調整すればよい。
　なお、図１および図２は、電子ビームＢから、常に測定用電子ビームを取得する例を示している。第１の実施形態においては、孔５１の幅を、電子ビームＢの幅よりも小さくしているが、孔５１の幅が、電子ビームＢよりも大きくてもよい。その場合、例えば、図示されていない電子ビーム遮蔽部材５を移動させる移動手段を具備し、電子ビームＢの一部が電子ビーム遮蔽部材５に重なるように移動させて、所定のタイミングで電子ビームＢの一部を測定用電子ビームとして取得することも可能である。
　電子ビーム遮蔽部材５の材料は、導体や半導体であれば特に制限はない。例えば、導体ならば、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）や銅等の金属があげられる。
　測定部６は、電子ビーム遮蔽部材５によって遮蔽された電子ビームＢの一部である測定用電子ビームを利用して、電子ビームＢの強度を測定する。測定部６は、電子ビームＢの強度が測定できれば特に制限はない。例えば、電子ビーム遮蔽部材５が導体の場合、測定用電子ビームによって、電子ビーム遮蔽部材５と測定部６との間に電流が生じる。そのため、電子ビームＢの強度は、測定部６において電流値として測定できる。なお、電流値は公知の電流計を用いて測定すればよい。そして、測定した電流値は、電子ビームＢの強度に依存したものとなるので、電流値の変化をモニタすることで、電子ビームＢの強度の変化をモニタできる。また、電子ビーム遮蔽部材５として半導体を用い、測定用電子ビームが半導体に当たることで生じた電流値を測定することもできる。
　また、測定部６は、電流値に代え、蛍光強度により電子ビームＢの強度を測定してもよい。より具体的には、電子ビーム遮蔽部材５として蛍光材料をあらかじめ塗布した導体を用い、測定用電子ビームが蛍光材料に当たることで発光した蛍光強度を測定部６で測定してもよい。なお、蛍光強度は公知の蛍光光度計を用いて測定すればよい。
　第１の実施形態は、電子銃１Ａ内に、電子ビーム遮蔽部材５を配置し、電子ビームＢの一部を遮蔽することで、電子ビームＢの強度の変化を直接モニタできる。そのため、後述する実施例に示すように、リアルタイムで、電子ビームＢの強度の変化を把握できることから、適切なタイミングで電子ビーム強度の回復処理ができるという効果を奏する。更に、電子線適用装置の稼働中に電子ビームＢの強度を変化させる調整を行った場合にも、電子ビームＢが所定の強度になったか否か、リアルタイムで確認ができるという効果も奏する。
　また、第１の実施形態における電子銃１Ａは、電子銃１Ａが具備する構成のみで、フォトカソード３から放出された電子ビームＢの強度を直接モニタできる。したがって、相手側装置Ｅの構成を問わず、電子ビームＢの強度をモニタできるという効果も奏する。
　（第２の実施形態）
　図３を参照して、第２の実施形態における電子銃１Ｂについて説明する。図３は、第２の実施形態における電子銃１Ｂの一例を模式的に示す図である。
　第２の実施形態における電子銃１Ｂは、光源２と、フォトカソード３と、カソード４と、電子ビーム遮蔽部材５と、測定部６と、制御部７と、を具備する。
　制御部７は、測定部６で測定した測定結果に応じて、フォトカソード３から放出する電子ビームＢの強度を調整する。電子銃１Ｂを一定時間使用すると、フォトカソード３の劣化により電子ビームＢの強度が低下することから、測定部６における測定値も低下する。そして、制御部７は、例えば、測定値が予め設定した閾値より低くなった場合、光源２を制御しフォトカソード３に照射する励起光Ｌの強度を変化させることで、フォトカソード３から放出される電子ビームＢの強度を調整できる。また、制御部７は、測定値に基づき、所定時間毎に光源２を制御（フィードバック制御）することで、電子ビームＢが所望の強度になるように励起光Ｌの強度を調整することも可能である。フィードバック制御する頻度は、電子ビームＢの強度の安定性を考慮し適宜設定すればよい。例えば、秒単位から分単位でフィードバック制御すればよい。なお、制御部７における制御は、例えば、ＰＩＤ制御等を用いて行うことができる。
　フォトカソード３に照射する励起光Ｌの強度は、上記のとおり、光源２を制御すればよいが、代替的に、アッテネータ２１を用いてもよい。光源２とフォトカソード３との間にアッテネータ２１を配置することで、光源２が射出する光の強度は同じであるが、フォトカソード３に照射する励起光Ｌの強度を調整できる。勿論、光源２とアッテネータ２１の両方を制御してもよい。
　第２の実施形態における電子銃１Ｂは、第１の実施形態における電子銃１Ａの効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
　相手側装置Ｅの構成を問わず、電子銃１Ｂ側の構成により、電子ビームＢの強度を調整できる。したがって、フォトカソード３から放出する電子ビームＢの強度が一定となるように、制御部７を用いて光源２及び／又はアッテネータ２１を制御することで、相手側装置Ｅに強度変化が少ない安定的な電子ビームＢを入射できる。また、電子ビームＢを照射する対象は、例えば、電子線適用装置が電子顕微鏡であれば生体または非生体サンプル、電子線検査装置であれば半導体基板等、様々である。ところで、電子ビームＢを照射する強度は対象により異なる。また、電子顕微鏡の場合、試料の壊れやすさ等を確認するため、試料に照射する電子ビームＢの強度を変化させることもある。第２の実施形態における電子銃１Ｂは、制御部７を具備することで、電子銃１Ｂ側の構成のみで、相手側装置Ｅに入射する電子ビームＢが所望の強度となるように調整できる。なお、相手側装置Ｅに入射する電子ビームＢの強度は、Ｄ１およびＤ２のサイズと、測定部６での測定値と、並びに、相手側装置Ｅの電子ビームＢを照射する対象に実際に照射された電子ビームの強度と、の関係からテーブルを作製しておくことで、電子銃１側の構成により調整できる。
　（第３の実施形態）
　図４を参照して、第３の実施形態における電子銃１Ｃについて説明する。図４は、第３の実施形態における電子銃１Ｃの一例を模式的に示す図である。
　図４に示される第３の実施形態における電子銃１Ｃは、光源２と、フォトカソード３と、アノード４と、電子ビーム遮蔽部材５と、測定部６と、制御部７と、フォトカソード収納容器８と、を具備する。フォトカソード３は、電子ビーム通過孔８ｈを備えたフォトカソード収納容器８内に配置されている。フォトカソード収納容器８内には、フォトカソード３をＥＡ表面処理（換言すれば、電子親和力の低下処理。なお、本明細書においては、ＥＡ表面処理することを「回復」と記載することもある。）するための表面処理材料８ｍが配置されている。
　第３の実施形態では、制御部７は、測定部６で測定した測定結果に応じてフォトカソード３のＥＡ表面処理を行うことで、電子ビームＢの強度を回復する。第３の実施形態において、フォトカソード収納容器８は、後述する表面処理材料８ｍを内部に配置して表面処理材料８ｍを気化することができ、気化した表面処理材料でフォトカソード３をＥＡ表面処理できる容器である。フォトカソード収納容器８は、少なくともフォトカソード３から放出される電子が通過する電子ビーム通過孔８ｈを含んでいる。電子ビーム通過孔８ｈは、少なくとも電子が通過できる大きさであればよいが、加工の容易性、およびフォトカソード３から放出される電子と電子ビーム通過孔８ｈの角度や位置関係の調整を容易にするため、１ｎｍ～１０ｍｍの大きさであってもよく、５０μｍ～５ｍｍの大きさでもよい。
　フォトカード収納容器８の材料に特に制限はなく、例えば、ガラス、モリブデン、セラミック、サファイア、チタン、タングステン、タンタル等の３００℃以上、より好ましくは４００℃の熱に耐えることのできる耐熱性材料で形成することができる。
　フォトカソード収納容器８の内部に配置される表面処理材料８ｍは、ＥＡ表面処理することができる材料であれば、特に制限はない。表面処理材料８ｍを構成する元素として、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｔｅ、Ｓｂ等が例示される。なお、前記元素の中で、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓは単体では自然発火してしまい、保存・利用ができない。このため、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓに関しては、これらの元素の複合元素、これらの元素を含む化合物の形態で使用する必要がある。一方、化合物の形態で使用する場合は、前記元素の蒸着時に不純物ガスが発生しないようにする必要がある。したがって、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから選択される元素を表面処理材料８ｍとして使用する場合は、Ｃｓ２ＣｒＯ４、Ｒｂ２ＣｒＯ４、Ｎａ２ＣｒＯ４、Ｋ２ＣｒＯ４等の化合物と不純物ガスの発生を抑える還元剤を組合せて用いることが好ましい。表面処理材料８ｍは、加熱手段を用いてフォトカソード収納容器８内で気化され、フォトカソード３に蒸着される。
　第３の実施形態において、制御部７は、測定部６で測定した測定値が予め設定した閾値より低くなった場合に、フォトカソード駆動装置８１を介して、フォトカソード３をフォトカソード収納容器８内で蒸着位置に移動させ、表面処理材料８ｍを気化して、フォトカソード３へ蒸着を行う制御をすることで、フォトカソード３のＥＡ表面処理を行う。フォトカソード駆動装置８１は、フォトカソード３を移動できれば特に制限はなく、例えば、国際公開第２０１５／００８５６１号、国際公開第２０１８／１８６２９４号に記載の駆動装置を用いることができる。国際公開第２０１５／００８５６１号および国際公開第２０１８／１８６２９４号に記載事項は、本明細書に含まれる。
　なお、図４では図示は省略されているが、制御部７は、第２の実施形態と同様、光源２からフォトカソード３に照射する励起光Ｌの強度も併せて調節することも可能である。例えば、まず、電子ビームＢの強度の調整を励起光Ｌの強度の調整で行い、励起光Ｌの強度が飽和したのちに、電子ビームＢの強度の低下が生じたときは、フォトカソード３のＥＡ表面処理を行うこともできる。
　第３の実施形態における電子銃１Ｃは、第１および第２の実施形態の電子銃１の効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
　内部に表面処理材料８ｍが配置されたフォトカソード収納容器８を具備することで、フォトカソード３が劣化した場合でも、フォトカソード３に表面処理材料８ｍを蒸着させることができる。したがって、フォトカソード３から放出する電子ビームＢの強度を、適切なタイミングで回復することが可能である。
　（第４の実施形態）
　図５乃至図７を参照して、第４の実施形態における電子銃１Ｄについて説明する。図５は、第４の実施形態における電子銃１Ｄの一例を模式的に示す図である。図６は、中間電極の一例を模式的に示す図である。図７は、焦点距離調整の一例を説明するための図である。
　第４の実施形態における電子銃１Ｄは、光源２と、フォトカソード３と、アノード４と、電子ビーム遮蔽部材５と、測定部６と、中間電極９と、を少なくとも具備する。中間電極９は、フォトカソード３とアノード４との間に配置され、フォトカソード３から放出された電子ビームＢが通過する電子ビーム通過孔９１を有している。そして、中間電極９は、電子ビーム通過孔９１を通過する際に電子ビームＢの幅を変え、電子ビームＢの焦点の距離を調節する機能を有している。第４の実施形態では、中間電極９が有する電子ビームＢの幅を変える機能を利用して、測定用電子ビームを取得する。
　先ず、中間電極９の機能について説明する。中間電極９の電子ビーム通過孔９１には、フォトカソード３とアノード４との間の電位差により形成される電界の影響を無視できるドリフトスペースが形成されている。そして、中間電極９には、フォトカソード３に印加される電圧よりも相対的にプラス、アノード４に印加される電圧よりも相対的にマイナスの電圧が印加される。
　図６を参照して中間電極９の概略について説明する。図６Ａは、カソード３、中間電極９、アノード４の概略断面図、図６Ｂは図６ＡのＸ－Ｘ’断面図、図６Ｃは図６ＡのＹ－Ｙ’断面図である。図６に示す例では、中間電極９は中空の円筒で形成されている。中間電極９は、内部にフォトカソード３から放出された電子ビームが通過する電子ビーム通過孔９１が形成され、電子ビーム通過孔９１のフォトカソード３側には電子ビームの入口９２、電子ビーム通過孔９１のアノード４側には電子ビームの出口９３が形成されている。カソード３とアノード４との間に電位差が生じるように電圧を印加し、中間電極９にも電圧を印加することで、図６Ａに示すように、カソード３と中間電極９との間、中間電極９とアノード４との間には、電界ＥＦが発生する。
　発生した電界ＥＦが空隙内の電子ビームの運動に強く及ぼす影響の範囲は、空隙の開口部が円の場合、当該円を最大断面として含む球体である。したがって、図６Ｂに示す電子ビームの入口９２の直径をａ、図６Ｃに示す電子ビームの出口９３の直径をｂ、電子ビーム通過孔９１の中心軸方向の長さをＤと規定した場合、Ｄ／（ａ／２＋ｂ／２）が１より大きい場合には、電子ビーム通過孔９１内には、電界ＥＦの影響を受けないドリフトスペース９４が形成される。なお、本明細書において、「中心軸方向」とは、電子ビームの入口９２の中心と電子ビームの出口９３の中心とを結んだ方向を意味する。
　中間電極９を作製する材料は、導体であれば特に制限はなく、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）等の金属が挙げられる。
　図７は、焦点位置調整を行う一例を示すものであり、カソード３とアノード４に印加する電圧差は一定で、中間電極９に印加する電圧値を変化させることで、焦点位置を調整する例を示している。図７Ａ乃至７Ｃに示すように、カソード３の電圧を－５０ｋＶ、アノード４の電圧を０ｋＶに設定し、中間電極９には、図７Ａでは－２０ｋＶ、図７Ｂでは－３０ｋＶ、図７Ｃでは－４０ｋＶの電圧を印加したとする。そうすると、カソード３と中間電極９との間の電圧差は、図７Ａでは３０ｋＶ、図７Ｂでは２０ｋＶ、図７Ｃでは１０ｋＶとなる。つまり、中間電極９に印加する電圧を、カソード３の電圧に近い値にするほど、カソード３と中間電極９の間の電位差は小さくなる。そして、電位差が小さいほど、カソード３と中間電極９との間の等電位線の密度は小さくなることから、フォトカソード３から放出された電子ビームＢは、図７Ａから図７Ｃの順に、中間電極９に向けて広がりやすくなる。更に、中間電極９にはドリフトスペースが形成されていることから、広がりやすい電子ビームＢは、ドリフトスペース内で更に広がる。
　一方、カソード３とアノード４との電位差は一定であることから、中間電極９とアノード４との間の電位差は、カソード３と中間電極９との間の電位差とは逆になる。つまり、図７Ａから図７Ｃの順に、中間電極９とアノード４との間の電位差は大きくなることから、中間電極９とアノード４との間の等電位線の密度も大きくなる。更に、ドリフトスペースを出た後の電子ビームの幅は、図７Ａから図７Ｃの順に大きくなることから、中間電極９を出た電子ビームＢは、図７Ａと比較して図７Ｃに示す例の方が収束され易い。つまり、中間電極９とアノード４との間の電位差が大きいほど、焦点位置Ｆを短焦点側に移動することができる。また、中間電極９の位置、大きさを変えることで焦点位置調整を行うことも可能である。中間電極９は、特許第６４６６０２０号公報により詳しく記載されており、特許第６４６６０２０号公報に記載事項は、本明細書に含まれる。
　第４の実施形態の電子銃１Ｄは、中間電極９を有することから、電子ビームＢの焦点位置を調整することで、電子ビーム遮断部材５到達時の電子ビームＢの幅Ｄ１を調整することが可能である。したがって、通常運転時は電子ビーム遮断部材５到達時の電子ビームＢの幅Ｄ１を電子ビーム遮断部材５の孔５１の幅Ｄ２よりも小さくし、電子ビームＢの強度の測定時に、中間電極９により電子ビーム遮断部材５到達時の電子ビームＢの幅Ｄ１を大きくし、測定用電子ビームを得ることもできる。なお、図５は、制御部７と、フォトカソード収納容器８と、を具備した実施形態を示しているが、中間電極９を具備する第４の実施形態は、第１乃至第３の任意の実施形態と組み合すことができる。
　第４の実施形態における電子銃１Ｄは、第１乃至第３の実施形態に係る電子銃１が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
　フォトカソード３とアノード４との間に中間電極９を配置したことにより、電子ビームＢの強度をモニタする時のみ電子ビームＢの幅を変化させて測定用電子ビームを取得できる。したがって、通常運転時は、電子ビーム遮断部材５で電子ビームＢが遮蔽されないので、運転効率が向上する。また、焦点調整の用途に用いられる中間電極９を、測定用電子ビーム取得という新たな用途にも用いることができる。
　（第５の実施例）
　図８および図９を参照して、第５の実施形態における電子銃１Ｅについて説明する。図８は、第５の実施形態における電子銃１Ｅの一例を模式的に示す図である。図９は、検出信号Ｓ１の中から、参照信号Ｓ２の周波数に対応する周波数の信号が抽出される様子を模式的に示す図である。
　第５の実施形態における電子銃１Ｅは、光源２と、フォトカソード３と、カソード４と、電子ビーム遮蔽部材５と、測定部６と、信号抽出器６１と、を少なくとも具備する。
　第５の実施形態における光源２は、周波数変調された周波数変調光を射出する光源である。以下において、光源２が、周波数変調光の一種であるパルス光を射出するパルス光源である例について説明される。代替的に、光源２は、パルス光以外の周波数変調光を射出する光源（例えば、強度がサイン波状に変化する周波数変調光を射出する光源）であってもよい。この場合、以下の説明において、パルス光は、周波数変調光に読み替えられる。なお、本明細書において、周波数変調光は、光の強度が周期的に変化する光を意味する。また、本明細書において、パルス光は、周波数変調光のうち、光の強度が実質的にゼロになる期間が周期的に存在する光を意味する。
　周波数変調光を射出する光源２としては、任意の構成を採用可能である。光源２の第１例として、Ｑスイッチパルス発振を用いたパルス光源を用いることが可能である。この場合、例えば、光源２内に含まれる電気光学素子に電圧を印加することにより、電気光学素子のＱ値が変化する。その結果、電圧印加のタイミングに同期したパルス光が得られる。パルス光源２の第２例として、連続レーザーのビーム出力を機械的シャッター（いわゆる、光チョッパーを含む）でＯＮ／ＯＦＦする光源２を用いることが可能である。機械的シャッターに代えて、液晶シャッター、電気光学変調器、音響光学変調器を用いて、連続レーザービームから、パルス光を生成してもよい。光源２の第３例として、半導体レーザー光源を用いることが可能である。この場合、半導体素子に流す電流をＯＮ／ＯＦＦすることにより、パルス光が得られる。光源２の第４例として、モードロック法を利用したパルス光源を用いることが可能である。
　信号抽出器６１は、測定部６で測定された測定値Ｓ１の中から、励起光Ｌ（光源２から射出されるパルス光）のパルス周波数に対応する周波数の信号を抽出する。例えば、信号抽出器６１は、測定部６から測定値Ｓ１を受信するとともに、光源２からパルス光のパルス波形に対応する信号（参照信号Ｓ２）を受信する。そして、信号抽出器６１は、測定部６からの測定値Ｓ１のうち、上述の参照信号Ｓ２の周波数に対応する周波数の信号ＳＡを抽出する。なお、光源２から射出される光がパルス光以外の光である場合には、上記「パルス周波数」は、「変調周波数」（換言すれば、周波数変調光の強度変化の周波数）に読み替えられる。パルス周波数も変調周波数の一種である。
　信号抽出器６１としては、例えば、公知のロックインアンプ（ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を使用することができる。ロックインアンプは、測定値Ｓ１および参照信号Ｓ２を受信し、測定値Ｓ１から、参照信号Ｓ２の周波数に対応する周波数の信号ＳＡを抽出する。代替的に、信号抽出器６１として、測定部６で測定された測定値の中から、参照信号の周波数に対応する周波数の信号を抽出する任意の電子回路（例えば、周波数フィルタ）が用いられてもよい。更に代替的に、信号抽出器６１としてコンピュータが用いられてもよい。この場合、コンピュータは、ノイズを含む信号から特定の周波数成分を抽出する任意のコンピュータプログラムを用いて、検出信号の中から、参照信号の周波数に対応する周波数の信号を抽出する。例えば、コンピュータには、測定部６で測定された測定値に対応する信号データ、および、参照信号の周波数に対応する周波数データが入力され、コンピュータは、上述のコンピュータプログラムを用いて、上述の信号データを、参照信号の周波数に対応する周波数成分が強調されたデータに変換して出力する。
　光源２を作動させる制御信号（例えば、光源の図示していない電気光学素子に入力される電圧信号、光源の機械的シャッターを駆動させる駆動信号、半導体レーザーに入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号等）は、パルス光のパルス周波数と同一の周波数を有する。このため、信号抽出器６１に入力される参照信号として、光源２を作動させる制御信号を用いることが可能である。なお、パッシブＱスイッチを用いたレーザー光源、モードロック法を用いたレーザー光源等を光源２として用いる場合、周波数変調のための制御信号を光源２に送る必要がない。この場合、光源２から射出されたパルス光の一部をフォトダイオードで受光し、当該受光によって生成される電気信号を、信号抽出器６１に入力する参照信号として用いてもよい。
　図９に例示されるように、測定部６から信号抽出器６１に送信される測定値Ｓ１には、様々なノイズが含まれる。これに対し、測定値Ｓ１のうち、励起光Ｌのパルス周波数に対応する周波数の信号は、電子ビーム遮断部材５がパルス状の電子ビームＢを受けることに起因して生成する信号である可能性が高い。換言すれば、測定値Ｓ１のうち、励起光Ｌのパルス周波数に対応する周波数の信号ＳＡは、パルス状の電子ビームＢが照射された領域（電子ビーム遮断部材５）を示す信号であり、ノイズが除去された電流値であって、電子ビームＢの強度を正確に反映したものと言える。
　なお、図８は、制御部７と、フォトカソード収納容器８と、中間電極９と、アッテネータ２１と、を具備した実施形態を示しているが、信号抽出器６１を具備する第５の実施形態は、第１乃至第４の任意の実施形態と組み合すことができる。
　第５の実施形態における電子銃１Ｅは、第１乃至第４の実施形態に係る電子銃１が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
　測定部６によって測定された電流値の中から、パルス光Ｌのパルス周波数に対応する周波数の信号を抽出することにより、電流値に含まれるノイズ成分を効果的に除去できる。したがって、測定用電子ビームの量が少なくても、電子ビームＢの強度の変化を測定できる。
　電子銃を搭載する電子線適用装置Ｅは、電子銃を搭載する公知の装置が挙げられる。例えば、自由電子レーザー加速器、電子顕微鏡、電子線ホログラフィー装置、電子線描画装置、電子線回折装置、電子線検査装置、電子線金属積層造形装置、電子線リソグラフィー装置、電子線加工装置、電子線硬化装置、電子線滅菌装置、電子線殺菌装置、プラズマ発生装置、原子状元素発生装置、スピン偏極電子線発生装置、カソードルミネッセンス装置、逆光電子分光装置等が挙げられる。
　以下に実施例を掲げ、本出願で開示する実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に実施形態の説明のためのものである。本出願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。
　＜実施例１＞
　光源２には、レーザー光源（Ｔｏｐｔｉｃａ製ｉＢｅａｍＳｍａｒｔ）を用いた。フォトカソード３は、Ｄａｉｋｉ　ＳＡＴＯ　ｅｔ　ａｌ．　２０１６　Ｊｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　５５　０５ＦＨ０５に記載された公知の方法で、ＩｎＧＮフォトカソードを作製した。フォトカソード表面のＮＥＡ処理は、公知の方法により行った。電子ビーム遮蔽部材５は、ステンレスを用いて作製した。
　光源２からフォトカソード３にレーザー光を照射し、フォトカソード３とアノード４との間には３０ｋＶの加速電圧を印加することで、フォトカソード３から電子ビームＢを放出させた。そして、電子ビーム遮蔽部材５によって取得した測定用電子ビームの電流値は、１００ｋΩのシャント抵抗の両端の電圧をデータロガー（横河電気製ＭＷ１００）で測定し変換することで取得した。測定は１秒ごとに行った。
　測定結果を図１０に示す。横軸は時間、縦軸は測定部６で得られた電流値を表す。図１０に示すとおり、時間が経過するにつれて、電流値が減少した。これは、時間経過により、フォトカソード３が劣化し、電子ビームＢの強度が減少していることを表している。以上の結果より、電子銃内に電子ビーム遮蔽部材５を設け、電子ビームＢの一部を遮蔽することで得られた測定用電子ビームの強度を測定することで、電子ビームＢの強度をリアルタイムでモニタできることを確認した。
　＜実施例２＞
　測定部６で測定する電流値が約５０ｎＡとなるように設定し、測定部６で測定した電流値の結果を５秒ごとに光源２へフィードバックした以外は、実施例１と同様の手順で測定を行った。
　測定結果を図１１に示す。図１１に示すとおり、測定部６で測定した電流値に基づきフィードバック制御をすることで、設定した通りの電子ビームＢの強度を安定的に維持できることを確認した。また、測定途中に、測定部６で測定する電流値を５０ｎＡから２０ｎＡとなるように設定を変更したところ、電子ビームＢの強度が速やかに変わり、且つ、設定した強度の電子ビームを安定的に放出したことを確認した。そして、フィードバック制御を中止した後は、実施例１と同様、電子ビームＢの強度が低下することを確認した。
　以上の結果より、測定部６で測定した結果を制御部７でフィードバック制御することで、設定した強度の電子ビームを安定的にフォトカソード３から放出できることを確認した。また、設定した強度の電子ビームを安定的に放出できたことから、Ｄ１およびＤ２のサイズと、測定部６での測定値と、並びに、相手側装置Ｅの電子ビームＢを照射する対象に実際に照射された電子ビームの強度と、の関係からテーブルを作製しておくことで、電子銃１側の構成により、相手側装置Ｅの対象に実際に照射される電子ビーム強度（電子量）を制御できることも明らかとなった。
　本出願で開示する電子銃、電子線適用装置、および、電子銃の制御方法を用いると、電子銃側の構成のみで電子ビームの強度をモニタすることができ、適切なタイミングで電子ビーム強度の調整および回復ができる。したがって、電子銃を扱う業者にとって有用である。
１…電子銃、２…光源、２１…アッテネータ、３…フォトカソード、４…アノード、５…電子ビーム遮蔽部材、５１…孔、６…測定部、６１…信号抽出器、７…制御部、８…フォトカソード収納容器、８１…フォトカソード駆動装置、８ｈ…電子ビーム通過孔、８ｍ…表面処理材料、９…中間電極、９１…電子ビーム通過孔、９２…電子ビームの入口、９３…電子ビームの出口、９４…ドリフトスペース、Ｂ…電子ビーム、ＣＢ…チャンバー、Ｄ１…電子ビームの幅、Ｄ２…孔の幅、Ｅ…相手側装置、Ｌ…励起光、Ｓ１…測定値、Ｓ２…参照信号、ＳＡ…信号

Claims (13)

  1. 　光源と、
    　光源からの受光に応じて、電子ビームを放出するフォトカソードと、
    　アノードと、
    　電子ビームの一部を遮蔽することができる電子ビーム遮蔽部材と、
    　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を測定する測定部と、
    を含む電子銃。
  2. 　測定部の測定結果に応じて、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整する制御部、を更に含む、
    請求項１に記載の電子銃。
  3. 　制御部が、フォトカソードに照射する光の強度を制御する、
    請求項２に記載の電子銃。
  4. 　フォトカソードを収納できるフォトカソード収納容器を含み、
    　フォトカソード収納容器の内部には、フォトカソードの表面処理をするための表面処理材料が配置され、
    　制御部は、フォトカソード収納容器にフォトカソードを収納し、表面処理材料でフォトカソードの表面処理を行う、
    請求項２または３に記載の電子銃。
  5. 　フォトカソードとアノードとの間に配置され、電圧の印加により電子ビームの幅を変えることができる中間電極をさらに含む、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の電子銃。
  6. 　光源は、周波数変調光を出射し、
    　測定部は、周波数変調光の変調周波数に対応する周波数の信号を抽出する信号抽出器を含む、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の電子銃。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
    　電子線適用装置は、
    　　自由電子レーザー加速器、
    　　電子顕微鏡、
    　　電子線ホログラフィー装置、
    　　電子線描画装置、
    　　電子線回折装置、
    　　電子線検査装置、
    　　電子線金属積層造形装置、
    　　電子線リソグラフィー装置、
    　　電子線加工装置、
    　　電子線硬化装置、
    　　電子線滅菌装置、
    　　電子線殺菌装置、
    　　プラズマ発生装置、
    　　原子状元素発生装置、
    　　スピン偏極電子線発生装置、
    　　カソードルミネッセンス装置、または、
    　　逆光電子分光装置
    である
    電子線適用装置。
  8. 　光源と、
    　光源からの受光に応じて、電子ビームを放出するフォトカソードと、
    　アノードと、
    　電子ビームの一部を遮蔽することができる電子ビーム遮蔽部材と、
    　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、フォトカソードから放出された電子ビームの強度を測定する測定部と、
    を含む電子銃の制御方法であって、
    　制御方法は、
    　　光源からの励起光をフォトカソードへ照射し、励起光の受光に応じてフォトカソードから電子ビームを放出するステップと、
    　　電子ビーム遮蔽部材により遮蔽した測定用電子ビームを用いて、電子ビームの強度を測定するステップと、
    を含むことで、フォトカソードから放出される電子ビームの強度をモニタする、
    電子銃の制御方法。
  9. 　電子銃が、
    　　測定部の測定結果に応じて、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整する制御部、を更に含み、
    　制御方法が、
    　　電子ビームの強度を測定するステップで測定した電子ビームの強度に応じて、フォトカソードから放出される電子ビームの強度を調整するステップ、
    を含む、請求項８に記載の電子銃の制御方法。
  10. 　電子ビームの強度を調整するステップが、フォトカソードに照射する光の強度を制御する、
    請求項９に記載の電子銃の制御方法。
  11. 　フォトカソードを収納できるフォトカソード収納容器を含み、
    　フォトカソード収納容器の内部には、フォトカソードの表面処理をするための表面処理材料が配置され、
    　電子ビームの強度を調整するステップは、フォトカソード収納容器にフォトカソードを収納し、表面処理材料でフォトカソードの表面処理を行う、
    請求項９または１０に記載の電子銃の制御方法。
  12. 　フォトカソードとアノードとの間に配置する中間電極をさらに備え、
    　中間電極に電圧を印加して、電子ビームの幅を変えるステップを含む、
    請求項８～１１のいずれか一項に記載の電子銃の制御方法。
  13. 　励起光が、周波数変調光であり、
    　電子ビームの強度を測定するステップは、周波数変調光の変調周波数に対応する周波数の信号を抽出して測定を行う、
    請求項８～１２のいずれか一項に記載の電子銃の制御方法。
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