JPH03289033A - 電界放射形電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は電界放射形電子銃に関し、特に、低加速電圧及
び低引出し電圧で安定したエミッション電流を得るだめ
の電界放射形電子銃に関する。

［従来の技術］ エミッタと引出し電極間に電圧を印加して該空間に引出
し電界を形成し、エミッタ先端部より電子を放出させる
ようにした電界放射形電子銃では、エミッタの材質や形
状、エミッタ近傍の真空度等に起因して電子の放出量が
経時的に変動することが知られている。

このような電界放射形電子銃を電子源とした電子顕微鏡
や表面分析装置では、電子銃から放出されて試料に照射
される電子ビームが変動することにより、該電子ビーム
の照射により試料から放出される二次電子や反射電子等
の二次的な信号が変動し、分析結果（計数値）や二次的
な信号によって形成される像が部分的に変動してしまう
ことが問題とされている。

そのため、エミッタのコンディショニング（フラッシン
グ）を行なったり、エミッタ近傍の真空度を向上させる
ことなどが行なわれている。また、エミッタの材質の改
良等も行なわれている。これらの対策はエミッタ自体を
長時間安定して動作させるために行なわれる調整や改良
である。これに対して、比較的微小な時間内における放
出電子の変動を補うことが、第５図に示すような構成の
電界放射形電子銃において行なわれている。第５図にお
いて、１はエミッター、２は引出し電極、３は加速電極
、４は加速電源、５は引出し電源、６は電流検出器、７
は電源制御回路である。

上述したような構成の電界放射形電子銃では、放出され
るビーム電流を一定に保つために、加速電極（または電
子ビーム通路に配置された電子ビーム検出絞り等でも良
い）に照射される電子ビームを検出して、該ビーム電流
の変動をモニターして、該ビーム電流が一定値に安定す
るように電源制御回路によって引出し電源または加速電
源の電圧値をフィードバック制御して、引出し電圧また
は加速電圧を調整して放出電子ビームの安定化を行なっ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したように、引出し電圧または加速
電圧を調整して放出電子ビームの安定を行なうようにし
た場合、電子銃の仮想光源の移動が発生するため、該仮
想光源の移動に伴なって、電子顕微鏡等のレンズ系の再
調整を行なう必要が生じる。そのため、該電子銃の安定
化制御に連動してレンズ系の制御も同時に行なうことが
不可欠とされるが、この制御は非常に面倒なものである
。

また、この引出し電圧または加速電圧を調整して放出電
子ビームの安定を行なう制御方法は、比較的高い加速電
圧及び引出し電圧の領域で使用される電界放射形電子銃
では有効であるが、低加速電圧及びそれに伴なう低い引
出し電圧で電界放射を発生させるような電界放射形電子
銃では、制御時に正常な印加電圧に対して大幅に印加電
圧を変化させて放出電子の変動範囲を補正するような調
整を行なう必要があるため、仮想光源の移動が大きくな
り上述したようなレンズ系の制御が更に面倒なものとな
り、実用的ではなくなる。

本発明は、上述した問題点を考慮し、低加速及び低引出
し電圧の場合においても、安定したエミッション電流を
得ることのできる電界放射形電子銃を提供することを目
的としている。

［課題を解決するための手段］ 第１の本発明は、エミッターと、分割された引出し電極
と、加速電極と、前記エミッタ及び電極に所定の電圧を
印加するための電源と、前記分割された引出し電極及び
／または加速電極に流入するエミッョン電流を検出する
ための検出手段と、前記エミッタを光軸に沿って移動す
るための圧電素子駆動体と、前記分割された引出し電極
を光軸に直交する面内で移動させるための圧電素子駆動
体と、前記各圧電素子駆動体を制御するための制御手段
とを設け、前記引き出し電極または加速電極において検
出されたエミッション電流値に基づいて、前記エミッタ
と引出し電極間の距離及び／または引出し電極の孔径を
変化させるようにしたことを特徴としている。

第２の本発明は、引き出し電極または加速電極において
検出されたエミッション電流値が一定値となるように、
前記エミッタと引出し電極間の距離及び／または引出し
電極の孔径を変化させるようにした請求項１記載の電界
放射形電子銃を特徴としている。

第３の本発明は、エミッタによって検出されるエミッシ
ョン電流が基準値に達した場合に、前記エミッタの駆動
を停止し、引出し電極の孔径を変化させるようにした請
求項１および請求項２記載の電界放射形電子銃を特徴と
している。

第４の本発明は、分割された夫々の引出し電極によって
検出されるエミッション電流値が等しい値となるように
前記引出し電極駆動体の各々を移動するようにした請求
項１乃至請求項３記載の電界放射形電子銃を特徴として
いる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は第１及び第２の本発明による電界放射形電子銃の一
実施例を説明するための構成図、第２図は動作を説明す
るための図、第３図は第３の本発明を説明するための図
、第４図は第４の本発明を説明するための図である。

まず、第１図及び第２図に基づいて、本発明による電界
放射形電子銃の構成及び動作について説明する。第１図
及び第２図において、１０はエミッター、ｌｌａ乃至１
１ｄは４分割された引出し電極、１２は加速電極で図示
しない筐体（電子銃室）に固定されている。１３は加速
電源、１４は引出し電源、１５ａ乃至１５ｄは前記引出
し電極１１ａ乃至１１ｄの夫々に流入するエミッョン電
流を検出するための電流検出器、１６は加速電極１２に
流入するエミッョン電流を検出するための電流検出器で
ある。１７は前記エミッタ１０を光軸Ｘに沿う向きに移
動させるための圧電素子駆動体で、例えば伸縮変形モー
ドのピエゾ素子が用いられ、該素子の下端部には絶縁部
材１８を介してエミッタ１０が取り付けられている。１
９はピエゾ素子１７に電圧を印加するための電極である
。

２０ａ乃至２０ｄは前記分割された引出し電極１１ａ乃
至１１ｄを光軸Ｘに直交する面内で移動させるための圧
電素子駆動体で、例えば剪断変形モードのピエゾ素子が
用いられ、各素子は引出し電極１１ａ乃至１１ｄと加速
電極１２との間で絶縁部材２１を介して挾持されている
。２２はピエゾ素子２０ａ乃至２０ｄに電圧を印加する
ために素子各個に設けられた電極である。ここで、前記
駆動体２０ａ乃至２０ｄは電圧を印加した場合に発生す
る剪断変形の方向が光軸Ｘに向かうように配置されてい
る。２３は検出器１５ａ乃至１５ｄによって検出された
各エミッション電流値を予め設定された基準値と比較す
るための比較回路、２４は検出器１６によって検出され
たエミッション電流値を予め設定された基準値と比較す
るための比較回路、２５は前記比較回路２３及び２４の
出力信号に基づいて圧電素子駆動体１７及び２０ａ乃至
２０ｄを制御するための信号を発生する演算処理回路、
２６は前記圧電素子駆動体１７の駆動回路で、該駆動回
路２６から前記駆動体１７に所望電圧を印加することに
より、該素子先端部に設けられたエミッタ１０と引出し
電極との間隔が微小に変化される。また、２７は前記圧
電素子駆動体２０ａ乃至２０ｄの駆動回路で、該駆動回
路２７から前記駆動体２０ａ乃至２０ｄに所望電圧を印
加することにより、分割された引出し電極１１ａ乃至１
１ｄは光軸Ｘに直交する面内で移動されるため、該電極
の光軸部分に形成される電子ビーム通過孔の孔径Ｏか微
小に変化される。

さて、上述のような構成の電界放射形電子銃においては
、加速電源１３及び引出し電源１４からエミッタ１０及
び加速電極１２．引出し電極１４ａ乃至１４ｄに一定の
加速電圧と引出し電圧か印加されている。そのため、電
界放射量を増大または減少させるために、圧電素子駆動
体１７によって前記エミッタ１０と引出し電極１４間の
距離を変化させて、該エミッタと引出し電極間に発生す
る引出し電界の強度（分布）を変化させることによって
行なうようにしている。

今、前記駆動回路２６から圧電素子駆動体１７に印加す
る電圧を増大（または減少）させて、前記エミッタ１０
と引出し電極１４間の距離を変化させながら、引出し電
極１４または加速電極１２に流入するエミッション電流
値を電流検出器１５または１６によってモニターし、所
望のエミッション電流か得られた時点て、前記圧電素子
駆動体１７に印加する電圧値を固定値として前記エミッ
タの移動を停止する。そして、この時のエミッション電
流値１１．１〜１．８４及びＩ　ＡＣＣが前記比較回路
２３または２４に基準値として設定される。

前述したように電界放射形電子銃では、エミッション電
流が経時的に変動するため、前記検出器１５または１６
によって検出されるビーム電流値が比較回路２３及び２
４において逐次基準値と比較される。該比較回路におい
て比較結果が基準値から外れた場合、その変動量（Δ■
、８１〜Δ■、１４及びΔＩＡＣＣ）が出力信号（電圧
信号）として演算処理回路に供給される。該演算処理回
路では前記出力信号に基づいてエミッション電流の変動
を補うように、即ちエミッション電流値が一定値となる
ように、駆動回路２６または駆動回路２７に制御信号を
供給して、前記エミッタと引出し電極間の距離ｌと引出
し電極の孔径を変化させるようにしている。

次に、第３図に基づいて第３の本発明について説明する
。

電界放射形電子銃を更に低加速電圧及び低引出し電圧で
動作させるように、エミッタ１０を第３図（ａ）に示す
ように極めて引出し電極１４の近くまで接近させた場合
に、エミッションの安定化制御を行なうために、上述し
たようなエミッタと引出し電極間の距離ｌと引出し電極
の孔径を変化させると、前記エミッタの先端が引出し電
極の電子ビーム通過孔内に侵入した領域またはその近傍
では、前記エミッタを光軸Ｘに沿って移動させることに
よる電界の制御の効果が殆ど得られなくなる。

そのため、該領域ではエミッタの駆動による制御を停止
し、加速電極に流入するエミッション電流の変動を補う
ように、同図（ｂ）に示すように前記引出し電極１４の
孔径のみを変化させて、エミッタ先端と引出し電極の孔
の縁部との距離ｒを変えるようにして、電子ビームの放
射の安定化を行なうようにしている。

次に、第４図に基づいて第４の本発明を説明する。

第４図（ａ）に示すようにエミッタ１０の先端、即ち光
源と引出し電極の１１電子ビ一ム通過孔を接近させた電
界放射電子銃では、エミッタの先端とビーム通過孔との
相対位置関係によって、電子ビームの放射量か大きく変
化するため、電子が光軸Ｘに対して均一に引出されない
場合かある。また、引出し電極やエミッタ自体の加工精
度の不具合によっても同様の問題が発生する。そこで、
第４図（ｂ）に示すように加速電極１２に流入するエミ
ッション電流の変動を補うように前記エミッタと引出し
電極間の距離を制御して放出電子の安定化を行なう一方
で、前記分割された夫々の引出し電極によって検出され
るエミッション電流値１．８１〜１．８４を比較回路２
３に供給し、各電流値が等しい値となるように前記引出
し電極１４ａ乃至１４ｄを駆動体２０ａ乃至２０ｄによ
って移動して、引出し電界の分布を矯正して放射電子ビ
ームが軸に対して均一に引出されるように制御を行なう
ようにしている。

上述した実施例は本発明の一実施例に過ぎず本発明は種
々変形して実施することができる。例えば、上述した実
施例において、引出し電極に流入するエミッション電流
の他に加速電極に流入するエミッション電流を検出する
ようにしたが、エミッション電流の検出は、加速電極以
外に別途設けられた検出器りに流入するエミッション電
流を検出するようにしても良い。また、上述した実施例
においては引出し電極は、４分割されたものであったが
、２分割以上であれば何分側されていても良い。また、
多分割された電極に流入するエミッション電流を全ての
電極から検出する必要はなく、多分割された電極の内の
いずれかに流入するエミッション電流を検出するように
しても良い。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、第１の本発明によれば
、エミッターと、分割された引出し電極と、加速電極と
、前記エミッタ及び電極に所定の電圧を印加するための
電源と、前記分割された引出し電極及び／または加速電
極に流入するエミッョン電流を検出するための検出手段
と、前記エミッタを光軸に沿って移動するための圧電素
子駆動体と、前記分割された引出し電極を光軸に直交す
る面内て移動させるための圧電素子駆動体と、前記各圧
電素子駆動体を制御するための制御手段とを設け、前記
引き出し電極または加速電極において検出されたエミッ
ション電流値に基づいて、前記エミッタと引出し電極間
の距離及び／または引出し電極の孔径を変化させるよう
にしたこと低加速電圧で低引出し電圧の電界放射形電子
銃において、極めて正確にエミッタを引出し電極に接近
させることができるので、高エミッションを得ることが
できる。

また、第２の本発明によれば、引き出し電極または加速
電極において検出されたエミッション電流値が一定値と
なるように、前記エミッタと引出し電極間の距離及び／
または引出し電極の孔径を変化させるようにしたことに
より、仮想光源の移動なしにエミッションの安定化を行
なうことができるため、電子顕微鏡等のレンズ系の調整
を合わせて行なう等の面倒な制御を行なう必要がなくな
る。

さらに、第３の本発明によれば、エミッタによって検出
されるエミッション電流が基準値に達した場合に、前記
エミッタの駆動を停止し、引出し電極の孔径を変化させ
るようにしたことにより、電界放射形電子銃を極めて低
い加速電圧及び低引出し電圧で動作させる場合であって
も、正確にエミッション電流の変動を補うことができる
。

さらにまた、第４の本発明によれば、分割された夫々の
引出し電極によって検出されるエミッション電流値が等
しい値となるように前記引出し電極駆動体の各々を移動
するようにしたことにより、電子ビームの放射方向が光
軸Ｘに対して均一に放射されるようになり、エミッショ
ンの安定化と共に放射方向の安定化を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１及び第２の本発明による電界放射形電子銃
の一実施例を説明するための構成図、第２図は動作を説
明するための図、第３図は第３の本発明を説明するため
の図、第４図は第４の本発明を説明するための図、第５
図は従来例を説明するための図である。 １０：エミッター １１ａ乃至１１ｄ：引出し電極 １２：加速電極　　　　１３：加速電源１４：引出し電
源 １５ａ乃至１５ｄ：電流検出器 １６：電流検出器　　　１７：圧電素子駆動体１８；絶
縁部材　　　　１９：電極 ２０ａ乃至２０ｄ：圧電素子駆動体 ２１：絶縁部材　　　　２２：電極 ２３：比較回路　　　　２４：比較回路２５：演算処理
回路　　２６：圧電素子駆動回路２７：圧電素子駆動回
路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エミッターと、分割された引出し電極と、加速電
   極と、前記エミッタ及び電極に所定の電圧を印加するた
   めの電源と、前記分割された引出し電極及び／または加
   速電極に流入するエミッョン電流を検出するための検出
   手段と、前記エミッタを光軸に沿って移動するための圧
   電素子駆動体と、前記分割された引出し電極を光軸に直
   交する面内で移動させるための圧電素子駆動体と、前記
   各圧電素子駆動体を制御するための制御手段とを設け、
   前記引き出し電極または加速電極において検出されたエ
   ミッション電流値に基づいて、前記エミッタと引出し電
   極間の距離及び／または引出し電極の孔径を変化させる
   ようにしたことを特徴とする電界放射形電子銃。
2. （２）前記引き出し電極または加速電極において検出さ
   れたエミッション電流値が一定値となるように、前記エ
   ミッタと引出し電極間の距離及び／または引出し電極の
   孔径を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の電界放射形電子銃。
3. （３）前記エミッタによって検出されるエミッション電
   流が基準値に達した場合に、前記エミッタの駆動を停止
   し、引出し電極の孔径を変化させるようにしたことを特
   徴とする請求項１および請求項２記載の電界放射形電子
   銃。
4. （４）前記分割された夫々の引出し電極によって検出さ
   れるエミッション電流値が等しい値となるように前記引
   出し電極駆動体の各々を移動するようにしたことを特徴
   とする請求項１乃至請求項３記載の電界放射形電子銃。