WO2023085133A1 - 電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法 - Google Patents

電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法 Download PDF

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Definitions

  • the disclosure in this application relates to an electron gun, an electron beam application apparatus, and a method of forming multiple electron beams.
  • Multi-electron beams Devices for generating multiple electron beams (multi-electron beams) are known.
  • Patent Document 1 describes forming a plurality of electron beams from one electron beam emitted from an electron gun by using a correction electron optical system.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200003 describes an array-shaped correction electron optical system in which a plurality of holes through which electron beams pass is formed. Each hole is formed with a blanking electrode having a deflection function, an aperture stop having an aperture (AP) that defines the shape of a penetrating electron beam, wiring, a unipotential lens, and a blanking aperture.
  • AP aperture
  • the invention described in Patent Document 1 can form a plurality of electron beams from one electron beam by passing the electron beam through an array-shaped correction electron optical system. Therefore, the more holes the arrayed correction electron optical system has, the more electron beams can be formed from one electron beam.
  • the array-shaped correction electron optical system described in Patent Document 1 requires microfabrication to form electrodes and the like in each hole. Therefore, as the number of holes is increased, even one hole having a defect causes one array (hereinafter, a hole having a lens function through which an electron beam passes is referred to as a "lens", and two or more "lenses" are referred to as a "lens".
  • the formed array is sometimes referred to as a "multi-lens array".) becomes a defective product, and there is a problem that the production yield of the multi-lens array deteriorates.
  • the multi-lens array must be replaced if even one of the lenses becomes defective during use, resulting in increased running costs when using electron beams.
  • the present application was made in order to solve the above problems. (any integer of ) can form a maximum of m ⁇ n second electron beams by irradiating a multilens array having lenses.
  • An object of the present application is to provide an electron gun, an electron beam applying apparatus, and a method of forming multiple electron beams, which can form more electron beams than the number of lenses provided in the multi-lens array.
  • the disclosure in this application relates to an electron gun, an electron beam application device, and a method for forming multiple electron beams, which are described below.
  • an electron source that generates electrons that can be emitted; an anode capable of forming an electric field with the electron source, extracting the emissible electrons by the formed electric field, and forming an electron beam; a multi-lens array; an electron gun comprising When the electron beam irradiated to the multi-lens array is defined as a first electron beam, m (m is an arbitrary integer equal to or greater than 2) first electron beams are formed, The multi-lens array comprises n lenses (n is any integer equal to or greater than 2), When the electron beam emitted from the multi-lens array is defined as a second electron beam, the first electron beams irradiated from different positions are incident on the individual lenses of the multi-lens array.
  • An electron gun capable of forming a maximum of m ⁇ n 2 electron beams (2) The electron gun according to (1) above, wherein the electron source is a photocathode. (3) The electron gun according to (1) above, wherein the electron source is a field emitter or a Schottky. (4) The electron gun according to (1) above, wherein the electron source is a hot cathode.
  • (5) further comprising a control unit, the control unit When the direction from the electron source to the multi-lens array is defined as the Z direction, and the emission position when the m first electron beams are emitted is defined as the first electron beam emission position, Any one of the above (1) to (4) can be controlled such that the positional relationship between the first electron beam emission position and the lenses provided in the multi-lens array when viewed in the Z direction is a preset positional relationship.
  • An electron gun according to claim 1. further comprising a rotation mechanism that rotates the multi-lens array with the Z direction as a rotation axis; The electron gun according to (5) above, wherein the controller controls the rotation mechanism.
  • the electron gun according to (8) above which is any one selected from the group consisting of: (10) An electron beam application apparatus including the electron gun according to any one of (1) to (4) above, Electron beam application equipment free electron laser accelerator, electronic microscope, electron beam holography device, electron beam lithography equipment, electron beam diffractometer, electron beam inspection equipment, electron beam metal additive manufacturing 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, a cathodoluminescence device, or An electron beam application device that is a reverse photoelectron spectroscopy device.
  • a method of forming a multi-electron beam comprising: a first electron beam forming step; a second electron beam forming step; including
  • the first electron beam forming step includes: By forming an electric field between an electron source that generates electrons that can be emitted and an anode, m (m is an arbitrary integer equal to or greater than 2) first electron beams are emitted from the electron source, or An electron beam is extracted by forming an electric field between an electron source that generates electrons that can be emitted and an anode, and m (m is an arbitrary integer of 2 or more) is obtained by dividing the extracted electron beam.
  • the second electron beam forming step includes: A multi-lens array having n lenses (n is an arbitrary integer equal to or greater than 2) is irradiated with the m first electron beams, and the individual lenses of the multi-lens array are irradiated from different positions. forming a maximum of m ⁇ n second electron beams by incidence of the first electron beams. (12) The method of forming a multi-electron beam according to (11) above, wherein the electron source is one selected from the group consisting of a photocathode, a field emitter, and a Schottky.
  • the electron source is a hot cathode;
  • the first electron beam forming step includes An electron beam is extracted by forming an electric field between an electron source that generates electrons that can be emitted and an anode, and m (m is an arbitrary integer of 2 or more) is obtained by dividing the extracted electron beam.
  • the injection arrangement and the lens arrangement are the same or similar arrangements;
  • the lens arrangement seen in the Z direction is used as a reference, the lens arrangement seen in the Z direction is rotated about the center of the injection arrangement as a rotation axis so that the arrangement is not the same as or similar to the injection arrangement.
  • the electron gun, the electron beam application apparatus, and the method for forming multiple electron beams disclosed in the present application can also adopt the embodiments described below.
  • an electron source that generates electrons that can be emitted; an anode capable of forming an electric field with the electron source, extracting the emissible electrons by the formed electric field, and forming an electron beam; a multi-lens array; a control unit; an electron gun comprising When the electron beam irradiated to the multi-lens array is defined as a first electron beam, m (m is an arbitrary integer equal to or greater than 2) first electron beams are formed,
  • the multi-lens array comprises n lenses (n is any integer equal to or greater than 2),
  • the electron beam emitted from the multi-lens array is defined as the second electron beam,
  • the first electron beams irradiated from different positions are incident on the individual lenses of the multi-lens array, thereby forming a maximum of m ⁇ n second electron beams
  • the electron source is a photocathode; wherein the control unit controls the position of the excitation light received by the photocathode; The electron gun according to (1) above.
  • the electron source is a field emitter or Schottky; the controller controls an element that emits the first electron beam from the field emitter or Schottky; The electron gun according to (1) above.
  • the control unit controls the movement mechanism, The electron gun according to any one of (1) to (4) above.
  • the injection arrangement and the lens arrangement are the same or similar arrangements;
  • the lens arrangement seen in the Z direction is used as a reference, the lens arrangement seen in the Z direction is rotated about the center of the injection arrangement as a rotation axis so that the arrangement is not the same as or similar to the injection arrangement. placed in the The electron gun according to any one of (1) to (5) above.
  • the injection arrangement and the lens arrangement are 3 or more evenly spaced odd points in a straight line, the four corners and center of the square, and Six corners and the center of a regular hexagon, is any one selected from the group consisting of The electron gun according to (6) above.
  • the second electron beam irradiation area When the area irradiated with the second electron beam formed on the image plane is defined as the second electron beam irradiation area, The second electron beam irradiation area has a shape that can fill the irradiation target without loss or overlap.
  • the injection arrangement and the lens arrangement are four corners and the center of a square or six corners and the center of a regular hexagon; the injection arrangement and the lens arrangement satisfy the following equations,
  • the angle of rotation of the lens arrangement seen in the Z direction from the same or similar arrangement as the injection arrangement about the center of the injection arrangement is as follows. represented by ⁇ in the formula of The electron gun according to (8) above.
  • a method of forming a multi-electron beam comprising: a first electron beam forming step; a second electron beam forming step; including
  • the first electron beam forming step includes: By forming an electric field between an electron source that generates electrons that can be emitted and an anode, m (m is an arbitrary integer equal to or greater than 2) first electron beams are emitted from the electron source, or, An electron beam is extracted by forming an electric field between an electron source that generates electrons that can be emitted and an anode, and m (m is an arbitrary integer of 2 or more) is obtained by dividing the extracted electron beam.
  • the second electron beam forming step includes: A multi-lens array having n lenses (n is an arbitrary integer equal to or greater than 2) is irradiated with the m first electron beams, and the individual lenses of the multi-lens array are irradiated from different positions. forming a maximum of m ⁇ n second electron beams by incidence of the first electron beam,
  • the direction from the electron source to the multi-lens array is defined as the Z direction
  • the emission position when the first electron beam is emitted from the electron source is defined as the first electron beam emission position
  • the positional relationship between the first electron beam emission position and the lenses included in the multi-lens array when viewed in the Z direction is controlled so as to be a preset positional relationship.
  • a method for forming multiple electron beams (12)
  • the arrangement of the first electron beam emission positions is defined as the emission arrangement and the arrangement of the lenses provided in the multi-lens array is defined as the lens arrangement
  • the injection arrangement and the lens arrangement are the same or similar arrangements
  • the lens arrangement seen in the Z direction is rotated about the center of the injection arrangement as a rotation axis so that the arrangement is not the same as or similar to the injection arrangement. placed in the The method for forming a multi-electron beam according to (11) above.
  • the irradiation area of the second electron beam formed on the image plane is defined as the second electron beam irradiation area
  • the second electron beam irradiation area has a shape that can fill the irradiation target without loss or overlap.
  • the injection arrangement and the lens arrangement are four corners and the center of a square or six corners and the center of a regular hexagon; the injection arrangement and the lens arrangement satisfy the following equations,
  • the angle of rotation of the lens arrangement seen in the Z direction from the same or similar arrangement as the injection arrangement about the center of the injection arrangement is as follows.
  • the number of lenses included in the multiple lens array can be made smaller than the number of second electron beams. Therefore, it is possible to improve the production yield of the multi-lens array and reduce the running cost when using the electron gun or the electron beam application device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an electron gun 1 and an electron beam application device 10 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of how the electron gun 1 according to the embodiment forms multiple electron beams.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of how the electron gun 1 according to the embodiment forms multiple electron beams.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an outline of how the electron gun 1 according to the embodiment forms multiple electron beams.
  • FIG. 5 is a flow chart of a method for forming multiple electron beams.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the outline of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the irradiation regions of the second electron beam B2 overlap.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which the irradiation area of the second electron beam B2 is missing.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the outline of the third embodiment.
  • the Z direction is defined as the direction in which an electron beam formed by an electron source travels in a three-dimensional orthogonal coordinate system of X, Y, and Z axes. Note that the Z direction is, for example, the vertically downward direction, but the Z direction is not limited to the vertically downward direction.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an electron gun 1 and an electron beam application device 10 according to an embodiment.
  • 2 to 4 are diagrams for explaining an outline of how the electron gun 1 according to the embodiment forms multiple electron beams.
  • the electron gun 1 includes at least an electron source 2, an anode 3, and a multi-lens array 4.
  • the electron gun 1 may optionally include a power supply 5 for generating an electric field between the electron source 2 and the anode 3, a control section 6 for controlling the electron source 2, and the like.
  • the electron gun 1 may include an acceleration electrode and an acceleration power supply for accelerating the electron beam formed by the electron source 2 and the anode 3 .
  • the counterpart device E of the electron beam application device 10 (the portion of the electron beam application device 10 excluding the electron gun 1) includes an electron beam deflection device 7.
  • the electron beam deflector 7 is used to scan the irradiation target S with the second electron beam B2 formed by the electron gun 1 .
  • the mating device E may be provided with known structural members according to the type of the electron beam application device 10 .
  • the number of electron beams B formed by the electron gun 1 is one in order to show the outline of the electron gun 1 and the electron beam application apparatus 10 as a whole. The outline of the multiple electron beams in the electron gun 1 and the electron beam application apparatus 10 according to the embodiment will be described later in detail with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the electron source 2 is not particularly limited as long as it can form an electron beam B by generating electrons that can be emitted and extracting the generated electrons by an electric field formed between the anode 3, and a known electron source 2 is used. be able to.
  • Examples of the electron source 2 include photocathode, field emitter, Schottky, and hot cathode.
  • the electron beam irradiated to the multi-lens array 4 (before passing through the multi-lens array 4) is referred to as a first electron beam B1, and after passing through the multi-lens array 4 (multi-lens The electron beam emitted from the array 4) may be referred to as a second electron beam B2.
  • the first electron beam B1 and the second electron beam B2 are not particularly distinguished, they may be simply referred to as an electron beam B in some cases.
  • the photocathode 2a generates electrons that can be emitted in response to receiving the excitation light L emitted from the light source 2b.
  • the principle by which the photocathode 2a generates electrons that can be emitted in response to receiving the excitation light L is known (see, for example, Japanese Patent No. 5808021).
  • the photocathode 2a is formed of a substrate such as quartz glass or sapphire glass, and a photocathode film (not shown) adhered to the first surface 2a1 (the surface on the anode 3 side) of the substrate.
  • the photocathode material for forming the photocathode film is not particularly limited as long as it can generate electrons that can be emitted by irradiation with the excitation light L.
  • Materials requiring EA surface treatment include, for example, III-V group semiconductor materials and II-VI group semiconductor materials.
  • the photocathode 2a can be produced by subjecting the photocathode material to EA surface treatment, and the photocathode 2a can select excitation light in the near-ultraviolet to infrared wavelength region according to the gap energy of the semiconductor.
  • electron beam source performance quantitative yield, durability, monochromaticity, time response, spin polarization
  • the application of the electron beam can be achieved by selecting the semiconductor material and structure.
  • Materials that do not require EA surface treatment include, for example, simple metals such as Cu, Mg, Sm, Tb, and Y, alloys, metal compounds, diamond, WBaO, Cs 2 Te, and the like.
  • a photocathode that does not require EA surface treatment may be produced by a known method (see, for example, Japanese Patent No. 3537779). The contents of US Pat. No. 3,537,779 are incorporated herein by reference in their entirety.
  • the light source 2b is not particularly limited as long as it can form the electron beam B by irradiating the photocathode 2a with the excitation light L.
  • the light source 2b may be, for example, a high output (watt class), high frequency (several hundred MHz), ultrashort pulse laser light source, relatively inexpensive laser diode, LED, or the like.
  • the excitation light L to be irradiated may be either pulsed light or continuous light, and may be appropriately adjusted according to the purpose.
  • the light source 2b is arranged outside the vacuum chamber CB, and the excitation light L is applied to the first surface 2a1 side of the photocathode 2a.
  • the light source 2b may be arranged within the vacuum chamber CB.
  • the excitation light L may be applied to the second surface 2a2 (the surface opposite to the anode 3) of the photocathode 2a.
  • the anode 3 is not particularly limited as long as it can form an electric field with the electron source 2, and the anode 3 generally used in the field of electron guns may be used.
  • electron beams B are formed by extracting electrons generated in the photocathode 2a by irradiation of the excitation light L, which can be emitted.
  • the power supply 5 is connected to the photocathode 2a in order to form an electric field between the photocathode 2a and the anode 3, but a potential difference is generated between the photocathode 2a and the anode 3.
  • the arrangement of the power supply 5 There is no particular restriction on the arrangement of the power supply 5.
  • the photocathode 2a is linearly irradiated with three excitation lights La to Lc at different locations to form three first electron beams B1a to B1c (FIG. 2
  • the illustration of the first electron beams B1a to B1c is omitted here (shown in FIG. 3).
  • nine second electron beams B2a to B2c are formed (the second electron beams B2a to B2c are not shown in FIG. 2; they are shown in FIG. 3), and the nine second electron beams B2 are formed on the image plane IS. forming a focus.
  • the image plane IS means a virtual plane on which the second electron beam B2 forms a focal point.
  • the image plane IS may or may not match the surface of the irradiation target S.
  • 3 is a cross-sectional view taken along lines AA, BB and CC of FIG. 2.
  • FIG. An anode 3 exists between the photocathode 2a and the multi-lens array 4, but the illustration of the anode 3 is omitted in FIGS. 2 and 3 in order to avoid complicating the drawings.
  • the incident first electron beams B1a to B1c are converged and focused on the image plane IS. It has the function of forming. Therefore, by irradiating the multi-lens array 4 having n lenses 41 with m first electron beams B1, a maximum of m ⁇ n second electron beams B2 can be formed. In order to form the maximum m ⁇ n second electron beams B2, each of the m first electron beams B1 should cover all the n lenses 41 of the multi-lens array 4. should be irradiated.
  • the spread of the first electron beam B1 is adjusted, and the m first electron beams B1 are irradiated.
  • the adjustment of the irradiation position of the beam B1, the arrangement of the n lenses 41, etc. may be adjusted by appropriately combining them.
  • the spread of the first electron beam B1 can be adjusted by changing the strength of the electric field formed between the electron source 2 and the anode 3.
  • FIG. Note that the electron gun 1 disclosed in the present application does not necessarily need to form the m ⁇ n second electron beams B2 from the m first electron beams B1. There may be a lens 41 that any first electron beam B1 cannot reach.
  • the electron gun 1 disclosed in the present application irradiates the multi-lens array 4 having n lenses 41 with m first electron beams B1, thereby generating m+1 or more or n+1 or more second electron beams B1. It is sufficient if the electron beam B2 can be formed.
  • the upper limits of m and n are not particularly limited as long as they are within the range in which the technical ideas disclosed in the present application can be achieved.
  • advanced microfabrication technology is required, such as reducing the distance between the lenses 41 arranged in the multi-lens array 4, which leads to an increase in cost.
  • the upper limits of m and n may be appropriately set in consideration of the merit of increasing the number of the second electron beams B2, the size of the apparatus, the cost, and the like.
  • the number of first electron beams B1 may be greater than, equal to, or less than the number of lenses 41 (integer of 2 or more) as long as it is an integer of 2 or more.
  • the arrangement of the first electron beams B1 (the positional relationship in which the m first electron beams B1 are emitted. In the example shown in FIGS. positional relationship of the lens 41) may be the same or different.
  • the arrangement of the first electron beam B1 and the arrangement of the lens 41 when viewed from the electron source 2 in the direction of the multi-lens array 4 (Z direction), the first The arrangement of the electron beam B1 and the arrangement of the lens 41 may match or may be shifted.
  • the arrangement of the first electron beam B1 and the arrangement of the lens 41 may have similar shapes with different sizes, although the shape when viewed in the Z direction is the same.
  • the staggered arrangement includes, for example, the arrangement shown in FIG. 2 as described in (1) to (3) below.
  • the arrangement of the first electron beam B1 and the arrangement of the lens 41 do not match when viewed in the Z direction.
  • all of the m first electron beam B1 emission positions may not coincide with the lens 41, and some of the emission positions of the first electron beam B1 may coincide with the lens 41 .
  • the center of rotation is not particularly limited, and the center of rotation may be a point where any one of the positions from which the first electron beam B1 is emitted coincides with the lens 41, or the position at which the first electron beam B1 is emitted and the lens 41. may be set as the center of rotation. (3) A combination of (1) and (2) above.
  • the electron gun 1 irradiates the multi-lens array 4 having n lenses 41 with m first electron beams B1 to obtain m+1 or more or n+1 or more second electron beams B1.
  • the arrangement of the first electron beam B1 and the arrangement of the lens 41 are not particularly limited as long as the electron beam B2 can be formed.
  • five first electron beams B1 are formed by irradiating five excitation light beams L non-linearly (at the four corners of the square and at the middle point of the square). (The illustration of the first electron beam B1 is omitted).
  • Each of the five first electron beams B1 formed is incident on each of the five lenses 41a to 41e provided in the multi-lens array 4.
  • five second electron beams B2 are formed from each of the lenses 41a to 41e, so that a total of 25 second electron beams B2 are formed. be.
  • the first electron beam B1 and the lens 41 may be arranged to be shifted as described above.
  • the forming method is not particularly limited as long as at least two first electron beams B1 are formed.
  • the electron source 2 is a photocathode 2a
  • the photocathode 2a may be irradiated with m excitation lights L as shown in FIGS.
  • m light sources 2b may be used.
  • a light splitter 2c such as a liquid crystal shutter is arranged between the single light source 2b and the photocathode 2a, and the excitation light emitted from the single light source 2b is separated by the light splitter 2c. You may divide L into any desired number.
  • the electron beam B may be emitted from the photocathode 2a, and the emitted electron beam B may be split using an aperture array or the like to form m first electron beams B1.
  • an aperture array formed of a metal plate or the like may be used.
  • an aperture array with a blanking function for example, an aperture array with a deflection function, an electrostatic lens array
  • FIGS. 1 to 4 an example using the photocathode 2a as the electron source 2 is explained, but as described above, a known electron source 2 such as a field emitter, Schottky, hot cathode, etc. may be used. good. In that case, the light source 2b and the optical splitter 2c shown in FIG. 1 are unnecessary. Field emitters and Schottky can also be arrayed side by side. Therefore, in the case of the field emitter and the Schottky, m first electron beams B1 may be emitted from an array of elements. may be divided to form m first electron beams B1.
  • a hot cathode is large in size as an electron source 2 compared to a photocathode, a field emitter, and a Schottky. Therefore, although it is technically possible to arrange two or more hot cathodes, the size of the electron gun 1 may increase. Therefore, when a hot cathode is used as the electron source 2, the electron beam B is emitted first, and the emitted electron beam B is split using an aperture array or the like from the viewpoint of convenience rather than from a technical point of view. to form the first electron beam B1.
  • anode 3 one commonly used in the field of the electron gun 1 may be used.
  • the multi-lens array 4 is not particularly limited as long as it has the function of converging the m first electron beams B1 incident on the respective lenses 41 and forming m focal points on the image plane IS.
  • the charged particle beam lens array described in JP-A-2013-30567, JP-A-2014-53408, etc. can be used. All matters described in JP-A-2013-30567 and JP-A-2014-53408 are incorporated herein by reference.
  • a controller 6 for controlling the light source 2b is provided.
  • the control unit 6 can control the number of first electron beams B1 to be formed by controlling which light source 2b emits the excitation light L.
  • the controller 6 may control the optical splitter 2c to control the number of the first electron beams B1 to be formed.
  • the photocathode 2a has a feature of emitting an electron beam B from a position where the excitation light L is received.
  • the controller 6 may control the position of the excitation light L received by the photocathode 2a.
  • the irradiation position of the excitation light L is changed, the incident angle of each of the first electron beams B1 entering the multi-lens array 4 can be adjusted. Therefore, even after the electron gun 1 is assembled, in other words, even after the multi-lens array 4 is set up, the controller 6 adjusts the irradiation number and/or the irradiation position of the excitation light L so that the image plane The number and positional relationship of focal points formed on the IS can be adjusted. Further, the control unit 6 may control the intensity of the excitation light L, or may control the excitation light L so that the photocathode 2a is irradiated with the excitation light L as continuous light or pulsed light.
  • the controller 6 may control from which element constituting the array the electron beam B is emitted.
  • the elements are arranged in the row direction and the column direction, the number and/or the emission position of the elements for emitting the electron beam B can be adjusted, so that the same effects as those of the photocathode 2a can be obtained.
  • control unit 6 may control from which hot cathode the electron beam B is emitted.
  • a member for example, an electrostatic lens, etc.
  • the controller 6 may control the number and locations of the first electron beams B1 split from the electron beam B by controlling .
  • the electron beam application device 10 equipped with the electron gun 1 includes a known device equipped with an electron gun.
  • a known device equipped with an electron gun for example, free electron laser accelerator, electron microscope, electron beam holography device, electron beam drawing device, electron beam diffraction device, electron beam inspection device, electron beam metal additive manufacturing device, electron beam lithography device, electron beam processing device, electron beam curing devices, electron beam sterilizers, electron beam sterilizers, plasma generators, atomic element generators, spin-polarized electron beam generators, cathodoluminescence devices, reverse photoelectron spectroscopy devices, and the like.
  • the second electron beam B2 formed by the electron gun 1 disclosed in the present application may be appropriately adjusted according to the type of the electron beam application device 10.
  • the electron beam application apparatus 10 is a scanning electron microscope or a scanning electron beam inspection apparatus
  • the sample is imaged by scanning a plurality of line-shaped second electron beams B2 formed as shown in FIG. You can save time and inspection time.
  • a plurality of second electron beams B2 are formed in a plane as shown in FIG. 4, it can be used for transmission electron microscopes, electron beam sterilizers, electron beam sterilizers, and the like. It can also be used for electron beam drawing devices (mask drawing devices, direct drawing devices), electron beam metal additive manufacturing devices (metal 3D printers), and the like, regardless of scanning or non-scanning.
  • FIG. 5 is a flow chart of a method for forming multiple electron beams.
  • a method of forming a multi-electron beam includes a first electron beam forming step (ST1) and a second electron beam forming step (ST2).
  • first electron beam forming step (ST1) an electric field is formed between an electron source 2 that generates electrons that can be emitted and an anode 3, thereby generating m electron beams (m is an arbitrary value of 2 or more) from the electron source 2. (integer of ) of the first electron beam B1 is emitted.
  • m is an arbitrary value of 2 or more
  • first electron beams B1 may be formed.
  • a known electron source such as a photocathode, a field emitter, a Schottky, or a hot cathode may be used as described in the embodiment of the electron gun 1.
  • FIG. When a plurality of hot cathodes are used as the electron source 2, the electron gun 1 may become large. Therefore, when a hot cathode is used as the electron source 2, first, an electron beam B is extracted from the hot cathode, and the extracted electron beam B is divided into m (m is an arbitrary integer of 2 or more) first electrons. It is preferred to form beam B1.
  • the m first electron beams B1 are irradiated to the multi-lens array 4 having n lenses 41 (where n is an arbitrary integer equal to or greater than 2). m ⁇ n second electron beams B2 are formed.
  • the electron gun 1 disclosed in the present application, the electron beam application device 10 equipped with the electron gun 1, and the method for forming a multi-electron beam (hereinafter, "the electron gun 1, the electron beam application device 10, and the method for forming a multi-electron beam” are summarized. described as “electron gun, etc.”) has the following effects. (1) When the number of the second electron beams B2 formed on the image plane IS (to be irradiated to the irradiation target S) is the same, the electron gun or the like irradiates the multi-lens array 4 with m first electron beams B1. , the number of lenses 41 included in the multi-lens array 4 can be made smaller than in Patent Document 1.
  • the electron gun or the like disclosed in the present application causes m first electron beams B1 having different emission positions to be incident on the lens 41, thereby narrowing the distance between the lenses 41.
  • a second electron beam B2 can be focused on the image plane IS at intervals.
  • the interval between the lenses 41 of the electron gun 1 can be made wider than the hole provided in the lens 7 described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200010. Therefore, manufacturing of the multi-lens array 4 is facilitated. Further, since the distance between the lenses 41 can be increased, the size of the lenses 41 can be increased. When the size of the lens 41 is increased, the beam current of the electron beam B1 passing through each lens 41 can be increased (brightness is increased). (3) Assume an embodiment in which the electron source 2 forms m first electron beams B1 without using an aperture array or the like.
  • any one of a photocathode, a field emitter, a Schottky, and a hot cathode may be used. 1 size can be reduced. Also, in the field emitter or Schottky, when the elements are arranged in an array, as with the lens 41 of the multi-lens array 4, as the number of elements increases, defects in one of the elements forming the array during manufacture or use will increase. more likely to occur.
  • the photocathode 2a can be manufactured as one member by bonding the photocathode film to the substrate.
  • the photocathode 2a when the photocathode 2a is used for the electron source 2 that forms the plurality of first electron beams B1, the size of the electron gun and the like can be reduced, and the probability of defects occurring during manufacture or use is reduced. (4) Further, the photocathode 2a can easily change the number and arrangement of the emitted first electron beams B1 by adjusting the number and irradiation position of the excitation light L.
  • the number and the incident angles of the first electron beams B1 incident on the multilens array 4 are can be adjusted to adjust the number and arrangement of the second electron beams B2 formed on the image plane IS (to irradiate the irradiation target S).
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the outline of the second embodiment.
  • the electron gun 1 disclosed in the present application irradiates a lens array 4 having n lenses 41 with m first electron beams B1, thereby generating m ⁇ n electron beams at maximum. number of second electron beams B2 can be formed on the image plane IS.
  • the inventors of the present invention have investigated the emission positions when the m first electron beams B1 are emitted (hereinafter sometimes referred to as "first electron beam emission positions") and the lenses included in the multi-lens array 4. 41 positional relationship and .
  • first electron beam emission positions the positional relationship between the first electron beam emission position and the lens 41 provided in the multi-lens array 4 when viewed in the Z direction
  • this positional relationship may be hereinafter referred to as "relative positional relationship”
  • the second electron beam B2 formed on the image plane IS can be controlled to have a suitable arrangement by controlling.
  • An electron gun 1 according to the second embodiment includes a controller 6 as a component.
  • first embodiment embodiment of electron gun and electron beam application device (hereinafter referred to as "first embodiment") )). Therefore, in the second embodiment, the points different from the first embodiment will be mainly described, and repetitive descriptions of items already described in the first embodiment will be omitted. Therefore, it is needless to say that the items already explained in the first embodiment can be adopted in the second embodiment even if they are not explicitly explained in the second embodiment.
  • FIG. 6A when the arrangement of the first electron beam emission positions is defined as the emission arrangement and the arrangement of the lenses 41 provided in the multi-lens array 4 is defined as the lens arrangement, the emission arrangement as shown in FIG. And the lens arrangement is the same (same shape), and when the injection arrangement seen in the Z direction is used as a reference, the lens arrangement seen in the Z direction is the same as the injection arrangement (overlap).
  • a second electron beam B2 formed on the surface IS is shown.
  • first electron beam emission position means a position where m first electron beams B1 are emitted.
  • the position where the electrons of the electron source 2 are extracted is the injection position.
  • an electron beam splitting device such as an aperture array to form m first electron beams B1
  • the position of the m first electron beams B1 emitted from the electron beam splitting device is the emission position.
  • FIG. 6B when the injection arrangement seen in the Z direction is used as a reference, the lens arrangement is adjusted with the center of the injection arrangement as the rotation axis so that the lens arrangement seen in the Z direction does not become the same arrangement as the injection arrangement.
  • It shows the second electron beam B2 formed on the image plane IS when arranged in a rotated position.
  • FIG. 6(3) shows the second electron beam B2 formed on the image plane IS when the lens arrangement is further rotated on the basis of the injection arrangement from the example shown in FIG. 6(2).
  • the second electron beam B2 formed on the image plane IS is arranged by rotating the lens arrangement with reference to the emission arrangement viewed in the Z direction. changes. More specifically, in the example shown in FIG.
  • the individual regions of the second electron beam B2 formed by passing through the individual lenses 41 (a to e) (hereinafter referred to as "B2 individual lens regions") ) and the gap between the regions (the portion indicated by the circle in FIG. 6(1)) is approximately the same size as the B2 individual lens region.
  • the gap between the B2 individual lens regions (indicated by the circle in FIG. 6(3) part) becomes smaller.
  • the electron beam application device is, for example, a non-scanning electron beam sterilizer or a non-scanning electron beam sterilizer, the smaller the gap between the B2 individual lens regions, the less uneven heating. Therefore, sterilization or sterilization efficiency can be increased.
  • the degree to which the lens arrangement is rotated about the center of the injection arrangement may be appropriately set according to the purpose.
  • FIG. 6 is an example in which the injection arrangement and the lens arrangement seen in the Z direction are the same (same shape).
  • the injection arrangement and the lens arrangement are similar arrangements (similar shapes), and when the injection arrangement seen in the Z direction is used as a reference, the lens arrangement seen in the Z direction is not similar to the injection arrangement. , may be arranged at a position rotated about the center of the injection arrangement as the rotation axis. Further alternatively, the injection arrangement and lens arrangement may not be the same or similar as long as the gap between the B2 individual lens regions is reduced by changing the relative positional relationship of the injection arrangement and lens arrangement.
  • the control unit 6 may perform control so that the relative positional relationship becomes a preset positional relationship.
  • the relative positional relationship may be set when assembling the electron gun 1 so that the positional relationship is set in advance. In other words, after the electron gun 1 is assembled, it can be fixed so that the relative positional relationship does not change. However, after assembling the electron gun 1, fine adjustment may be necessary. Therefore, after the electron gun 1 is assembled, it is desirable that the control section 6 can be controlled so as to adjust the relative positional relationship.
  • the controller 6 may control the position of the excitation light L received by the photocathode 2a. If the electron source 2 is a field emitter or Schottky, the controller 6 may control the field emitter or Schottky element that emits the first electron beam B1.
  • the electron gun 1 includes a rotation mechanism 42 that rotates the multi-lens array 4 about the Z direction, and the controller 6 controls the rotation mechanism 42 to control the relative positional relationship.
  • the rotation mechanism 42 is not particularly limited as long as it can rotate the multi-lens array 4 .
  • a gear that engages with the outer periphery of the multi-lens array 4 may be provided, and the gear may be rotated by a drive source such as a motor.
  • the controller 6 may control both the electron source 2 and the rotating mechanism 42 of the multi-lens array 4 .
  • the controller 6 controls the rotating mechanism 42 of the multi-lens array 4 to You can control the relative positional relationship.
  • a rotating mechanism for rotating the electron beam splitting device hereinafter sometimes referred to as a "splitting device rotating mechanism"
  • the controller 6 controls the splitting device rotating mechanism. By doing so, the relative positional relationship may be controlled.
  • the dividing device rotating mechanism may have a mechanism similar to the rotating mechanism 42 .
  • the controller 6 may control both the rotating mechanism 42 and the dividing device rotating mechanism.
  • the electron gun 1 may include a moving mechanism 43 for moving the multi-lens array 4 in the Z direction, and the control unit 6 may control the moving mechanism 43 .
  • the moving mechanism 43 is not particularly limited as long as it can move the multi-lens array 4 in the Z direction.
  • a drive source such as a rack and pinion mechanism and a motor may be provided.
  • the electron gun 1 When the control unit 6 controls the rotation mechanism 42 that rotates the multi-lens array 4, the electron gun 1 needs to employ a configuration in which the rotation mechanism 42 is used.
  • the controller 6 controls the photocathode, field emitter or Schottky
  • the rotating mechanism 42 for rotating the multi-lens array 4 is not required, and the electron gun 1 can be simplified. Therefore, it is more preferable for the controller 6 to control the photocathode, field emitter or Schottky.
  • the photocathode has the feature of being able to rapidly emit an electron beam from any location where the excitation light L is received.
  • the relative positional relationship is controlled to be a preset positional relationship and/or the relative positional relationship fine-tuning can be performed quickly.
  • the electron gun 1 By controlling the relative positional relationship, the electron gun 1 according to the second embodiment has the effect that the second electron beam B2 formed on the image plane IS can be controlled to have a suitable arrangement.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the irradiation regions of the second electron beam B2 overlap.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which the irradiation area of the second electron beam B2 is missing.
  • 9 to 16 are diagrams for explaining the outline of the third embodiment.
  • the electron gun 1 is installed in a scanning electron beam application apparatus 10, for example.
  • the second electron beam B2 can be formed linearly on the image plane IS, by scanning the formed linear second electron beam B2 with the electron beam deflection device 7,
  • the irradiation target S can be irradiated with the second electron beam B2 without duplication or loss.
  • the second electron beam B2 is formed non-linearly on the image plane IS.
  • N1 (41a), N1 (41b) , N1 (41c).) are formed on the image plane IS, and the illumination target S is illuminated.
  • N2 (41b), N2 (41c) is irradiated to the irradiation target S.
  • the second electron beam B2 with which the irradiation target S is irradiated does not overlap.
  • the second electron beam B2 is repeatedly irradiated to any region after the n-th time, such as N2 (41b) for the fourth time, N3 (41B) for the fifth time, and so on.
  • the area irradiated with the second electron beam B2 formed on the image plane is defined as the second electron beam irradiation area.
  • the second electron beam irradiation area has a shape that can completely fill the irradiation target S without loss or overlap.
  • the second electron beam irradiation area is non-linear. In other words, the second electron beam B2 is not aligned linearly.
  • the shape in which the second electron beam irradiation area can completely cover the irradiation target S without loss or overlap is obtained by adjusting the injection arrangement and the lens arrangement to, for example, three or more odd-numbered points at equal intervals in a straight line, the four corners and the center of a square. , six corners and the center of a regular hexagon. Note that the above example is a typical example, and other arrangements may be used as long as the third embodiment can be implemented.
  • the exit arrangement and lens arrangement are of the same size or similar shape when viewed in the Z direction.
  • the relationship for the second electron beam irradiation area to fill the irradiation target S without loss and overlap will be described.
  • the case where the injection arrangement and lens arrangement are four corners and the center of a square or six corners and the center of a regular hexagon will be described.
  • a first electron beam B1 emitted from the electron source 2 passes through a lens provided in a multi-lens array (MLA) 4, and a second electron beam B2 is formed on the image plane IS. be done.
  • the position vector P of the beam on the image plane IS can be expressed by the following equation (1).
  • central axis 10 is the direction connecting the injection position at the center of the injection arrangement and the lens arranged at the center of the lens arrangement (hereinafter sometimes referred to as "central axis"). More specifically, when the injection arrangement and lens arrangement are four corners and the center of a square, the directions are the directions connecting the centers, and when the six corners and the center of a regular hexagon are the directions connecting the centers.
  • central axis the direction connecting the injection position at the center of the injection arrangement and the lens arranged at the center of the lens arrangement
  • FIG. 11 is a view of the image plane IS in the Z direction when the exit arrangement and lens arrangement are the six corners and the center of a regular hexagon.
  • the meanings of symbols in FIG. 11 are as described above.
  • the second electron beam B2 formed on the image plane IS can be represented by the basis vectors shown in the following equation (2).
  • Equation (3) is derived from Equation (2), and considering the relationship of Equation (4), the angle ⁇ formed by vector P and vector Ps can be expressed by Equation (5).
  • the absolute value of the vector R is expressed by the following equation (6).
  • the absolute value of the vector S can be expressed by the following equation (7).
  • the distance u from the electron source 2 to the multi-lens array 4 the distance v from the multi-lens array 4 to the image plane IS, the first electron beam B1
  • design information such as the number of lenses
  • the lens arrangement seen in the Z direction is rotated from the same or similar arrangement as the injection arrangement by rotating the center of the injection arrangement.
  • the angle ⁇ to rotate about axis C can be calculated.
  • Fig. 12 shows the arrangement based on the numerical values obtained by the above calculation.
  • 49 second electron beams B2 can be formed at intervals of 100 ⁇ m.
  • the shapes of the 49 second electron beams B2 formed are divided regions S1, S2, . It is a shape that can irradiate Therefore, by using the electron gun 1 designed with the electron source 2 and the multi-lens array 4 as shown in FIG. 12, the irradiation target S can be scanned with the second electron beam B2 without missing or overlapping irradiation.
  • Fig. 14 shows the arrangement based on the numerical values obtained by the above calculation.
  • 25 second electron beams B2 can be formed at intervals of 100 ⁇ m.
  • the shapes of the 25 second electron beams B2 thus formed correspond to divided regions of the same shape that can fill the irradiation target S shown in FIG. 13 without loss or overlap.
  • Second electron beams B2 are linearly formed on the image plane IS at regular intervals.
  • FIG. 15 when the lens arrangement seen in the Z direction is based on the injection arrangement seen in the Z direction, when the lens arrangement seen in the Z direction is arranged at a position rotated around the center of the injection arrangement as a rotation axis, the position shown in FIG.
  • a parallelogram-shaped second electron beam irradiation area is formed on the image plane IS.
  • the size of the parallelogram formed varies with the angle of rotation, the resulting shape remains a parallelogram.
  • a parallelogram is a shape that can completely cover the irradiation target without loss or duplication. Therefore, when the injection arrangement and lens arrangement are three or more odd-numbered points that are equally spaced linearly, the rotation angle may be any angle, and the interval for scanning the second electron beam irradiation area is adjusted according to the rotation angle. do it.
  • the number of odd points is not particularly limited as long as it is 3 or more, and examples thereof include 5, 7, 9, 11, 13, 15, and the like. The upper limit of the odd number of points is not particularly limited in principle.
  • the size of the irradiation target S, the size of the second electron beam B2, and the like may be taken into consideration when setting the value as appropriate.
  • the emission position of the first electron beam B1 is set at an interval (center-to-center distance) of 315 ⁇ m (vector R) from the center and central axis of the electron source 2, and the lens is positioned from the center and central axis of the multi-lens array (MLA) 4. They are arranged at intervals (center-to-center distance) of 156 ⁇ m (vector S).
  • the above description is for the case where the first electron beam emission position is formed in the electron source 2 .
  • the electron source 2 can be read as the electron beam splitting device in the above description.
  • the sizes (preferably diameters) of the first electron beam B1, the second electron beam B2, and the lens 41 shown in the drawings are only schematic. The sizes of the first electron beam B1, the second electron beam B2, and the lens 41 may be appropriately adjusted within the objective ranges of the second and third embodiments.
  • the third embodiment is particularly useful for scanning electron beam application apparatus 10.
  • the scanning electron beam application apparatus 10 include, but are not limited to, a scanning electron microscope, an electron beam inspection apparatus, a scanning transmission electron microscope, and the like.
  • the third embodiment may be applied to a non-scanning electron beam application apparatus 10.
  • the third embodiment has the following effects in addition to the effects described in the second embodiment.
  • the direction from the electron source 2 to the multi-lens array 4 is defined as the Z direction, and the emission position when the first electron beam B1 is emitted from the electron source 2 is
  • the first electron beam emission position is defined, the positional relationship between the first electron beam emission position and the lenses of the multi-lens array when viewed in the Z direction is controlled so as to achieve a preset positional relationship.
  • first embodiment of method unlike the above (embodiment of method for forming multiple electron beams (hereinafter sometimes referred to as "first embodiment of method")), other points are the same as the first embodiment of method. is. Therefore, in the second embodiment of the method for forming multiple electron beams, the points different from the first embodiment of the method will be mainly described, and the description of the items already explained in the first embodiment of the method will be repeated. are omitted. Therefore, even if not explicitly explained in the second embodiment of the method for forming multiple electron beams, it goes without saying that the matters already explained in the first embodiment of the method can be adopted.
  • the direction from the electron source 2 to the multi-lens array 4 is defined as the Z direction, and the emission position when the first electron beam B1 is emitted from the electron source 2. is defined as the first electron beam emission position, the positional relationship between the first electron beam emission position and the lenses of the multi-lens array when viewed in the Z direction is controlled so as to be a preset positional relationship.
  • the second and third embodiments are the same as those described in the second and third embodiments. Therefore, a detailed description of each step included in the second embodiment of the method for forming multiple electron beams will be omitted since they have already been substantially described in the second and third embodiments.
  • the injection arrangement and the lens arrangement are The formed multi-electron beam may be scanned after controlling the arrangement described in the third embodiment.
  • the second embodiment of the method for forming multiple electron beams has the same effects as those described in the second and third embodiments.
  • the electron gun, electron beam application apparatus, and multi-electron beam formation method disclosed in the present application can improve the yield of manufacturing a multi-lens array and reduce the running cost of the electron gun or electron beam application apparatus. Therefore, it is useful for industries dealing with multiple electron beams.
  • Electron beam deflector 10 Electron beam applying device B... Electron beam B1, B1a to B1c... th 1 electron beam, B2, B2a to B2c... second electron beam, CB... vacuum chamber, E... partner device, IS... image plane, L, La to Lc... excitation light, S... irradiation target

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Abstract

【課題】マルチレンズアレイが具備するレンズの数より多くの電子ビームを形成できる電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法を提供することを課題とする。　放出可能な電子を生成する電子発生源と、　前記電子発生源との間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、　マルチレンズアレイと、 を含む、電子銃であって、　前記マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームと規定した時に、前記第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、　前記マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、　前記マルチレンズアレイから射出する電子ビームを第２電子ビームと規定した時に、前記第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成できる　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マルチ電子ビームの形成方法
　本出願における開示は、電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法に関する。
　複数の電子ビーム（マルチ電子ビーム）を発生させるための装置が知られている。
　関連する技術として、特許文献１には、補正電子光学系を用いることで、電子銃から射出した１つの電子ビームから複数の電子ビームを形成することが記載されている。特許文献１には、電子ビームが通過する孔が複数形成されたアレイ状の補正電子光学系が記載されている。そして、それぞれの孔には、偏向機能を有するブランキング電極、透過する電子ビームの形状を規定する開口（ＡＰ）を有する開口絞り、配線、ユニポテンシャルレンズ、ブランキング開口が形成されている。
特開平９－２４５７０８号公報
　特許文献１に記載の発明は、アレイ状の補正電子光学系を電子ビームが通過することで、１つの電子ビームから複数の電子ビームを形成できる。したがって、アレイ状の補正電子光学系が具備する孔の数を多くするほど、１つの電子ビームからより多くの電子ビームを形成できる。しかしながら、特許文献１に記載のアレイ状の補正電子光学系は、それぞれの孔に電極等を形成する微細加工が必要である。そのため、孔の数を多くするほど、一つでも孔に欠陥が生じると一つのアレイ（以下、電子ビームが通過するレンズ機能を有する孔を「レンズ」と記載し、「レンズ」を２つ以上形成したアレイを「マルチレンズアレイ」と記載することがある。）が欠陥製品となり、マルチレンズアレイの製造の歩留まりが悪くなるという問題がある。また、レンズの数が多いほど、使用中に一つでもレンズに欠陥が発生した場合はマルチレンズアレイを交換する必要があり、電子ビームを使用する際のランニングコストが悪くなるという問題がある。
　本出願は上記問題点を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、ｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成できること、を新たに見出した。
　本出願における開示は、マルチレンズアレイが具備するレンズの数より多くの電子ビームを形成できる電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法を提供することにある。
　本出願における開示は、以下に示す、電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法に関する。
（１）放出可能な電子を生成する電子発生源と、
　前記電子発生源との間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
　マルチレンズアレイと、
を含む、電子銃であって、
　前記マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームと規定した時に、前記第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、
　前記マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、
　前記マルチレンズアレイから射出する電子ビームを第２電子ビームと規定した時に、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、前記第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成できる
　電子銃。
（２）前記電子発生源が、フォトカソードである
　上記（１）に記載の電子銃。
（３）前記電子発生源が、フィールドエミッタまたはショットキーである
　上記（１）に記載の電子銃。
（４）前記電子発生源が、熱陰極である
　上記（１）に記載の電子銃。
（５）制御部を更に含み、該制御部は、
　　前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記ｍ個の第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
　　前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御できる
　上記（１）～（４）の何れか一つに記載の電子銃。
（６）前記Ｚ方向を回転軸として、前記マルチレンズアレイを回転する回転機構を更に含み、
　前記制御部が、前記回転機構を制御する
　上記（５）に記載の電子銃。
（７）前記Ｚ方向を移動方向に、前記マルチレンズアレイを移動する移動機構を更に含み、
　前記制御部が、前記移動機構を制御する
　上記（５）に記載の電子銃。
（８）前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
　前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される
　上記（５）に記載の電子銃。
（９）前記射出配置および前記レンズ配置が、
　　直線状の等間隔の３以上の奇数点、
　　正方形の４隅と中心、および、
　　正六角形の６隅と中心、
からなる群から選択した何れか一つである
　上記（８）に記載の電子銃。
（１０）上記（１）～（４）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。
（１１）マルチ電子ビームの形成方法であって、該形成方法は、
　　第１電子ビーム形成工程と、
　　第２電子ビーム形成工程と、
を含み、
　前記第１電子ビーム形成工程は、
　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで、電子発生源からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを射出、または、
　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成し、
　前記第２電子ビーム形成工程は、
　　前記ｍ個の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射し、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成する
　マルチ電子ビームの形成方法。
（１２）前記電子発生源が、フォトカソード、フィールドエミッタ、および、ショットキーからなる群から選択した何れか一つである
　上記（１１）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１３）前記電子発生源が、熱陰極であり、
　前記第１電子ビーム形成工程が、
　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成する
　上記（１１）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１４）前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記電子発生源から前記第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
　前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される
　上記（１１）～（１３）の何れか一つに記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１５）前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
　前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される
　上記（１４）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
　また、本出願で開示する電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法は、以下に記載の実施形態を採用することもできる。
（１）放出可能な電子を生成する電子発生源と、
　前記電子発生源との間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
　マルチレンズアレイと、
　制御部と、
を含む、電子銃であって、
　前記マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームと規定した時に、前記第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、
　前記マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、
　前記マルチレンズアレイから射出する電子ビームを第２電子ビームと規定した時に、
　前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、前記第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成でき、
　前記制御部は、
　　前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記ｍ個の第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
　　前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御できる、
　電子銃。
（２）前記電子発生源が、フォトカソードであり、
　前記制御部が、前記フォトカソードが受光する励起光の位置を制御する、
　上記（１）に記載の電子銃。
（３）前記電子発生源が、フィールドエミッタまたはショットキーであり、
　前記制御部が、前記フィールドエミッタまたはショットキーから前記第１電子ビームを射出する素子を制御する、
　上記（１）に記載の電子銃。
（４）前記Ｚ方向を回転軸として、前記マルチレンズアレイを回転する回転機構を更に含み、
　前記制御部が、前記回転機構を制御する、
　上記（１）～（３）の何れか一つに記載の電子銃。
（５）前記Ｚ方向を移動方向に、前記マルチレンズアレイを移動する移動機構を更に含み、
　前記制御部が、前記移動機構を制御する、
　上記（１）～（４）の何れか一つに記載の電子銃。
（６）前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
　前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される、
　上記（１）～（５）の何れか一つに記載の電子銃。
（７）前記射出配置および前記レンズ配置が、
　　直線状の等間隔の３以上の奇数点、
　　正方形の４隅と中心、および、
　　正六角形の６隅と中心、
からなる群から選択した何れか一つである、
　上記（６）に記載の電子銃。
（８）像面に形成される前記第２電子ビームが照射される領域を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、
　前記第２電子ビーム照射領域は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である、
　上記（７）に記載の電子銃。
（９）前記射出配置および前記レンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心であり、
　前記射出配置および前記レンズ配置が以下の式を満たし、
　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置を前記射出配置と同一または相似した配置から前記射出配置の中心を回転軸として回転した角度が、以下の式においてθで表される、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　上記（８）に記載の電子銃。
（１０）上記（９）に記載の電子銃を含む電子線適用装置であって、
　前記電子線適用装置が、
　　走査電子顕微鏡、
　　電子線検査装置、または、
　　走査型透過電子顕微鏡、
である、
電子線適用装置。
（１１）マルチ電子ビームの形成方法であって、該形成方法は、
　　第１電子ビーム形成工程と、
　　第２電子ビーム形成工程と、
を含み、
　前記第１電子ビーム形成工程は、
　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで、電子発生源からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを射出し、
　または、
　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成し、
　前記第２電子ビーム形成工程は、
　　前記ｍ個の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射し、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成し、
　前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記電子発生源から前記第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
　前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される、
　マルチ電子ビームの形成方法。
（１２）前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
　前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される、
　上記（１１）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１３）像面に形成される前記第２電子ビームの照射領域を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、
　前記第２電子ビーム照射領域は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である、
　上記（１２）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１４）前記射出配置および前記レンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心であり、
　前記射出配置および前記レンズ配置が以下の式を満たし、
　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置を前記射出配置と同一または相似した配置から前記射出配置の中心を回転軸として回転した角度が、以下の式においてθで表される、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　上記（１３）に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
（１５）上記（１４）に記載のマルチ電子ビームの形成方法により形成されたマルチ電子ビームを照射対象上で走査する走査工程を含む、
　マルチ電子ビームの走査方法。
　本出願で開示する電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法により、第２電子ビームの数よりマルチレンズアレイが具備するレンズの数を少なくできる。したがって、マルチレンズアレイの製造の歩留まりを向上できるとともに、電子銃または電子線適用装置を使用する際のランニングコストを低くできる。
図１は、実施形態に係る電子銃１および電子線適用装置１０を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。 図３は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。 図４は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。 図５は、マルチ電子ビームの形成方法のフローチャートである。 図６は、第２の実施形態の概略を説明するための図である。 図７は、第２電子ビームＢ２の照射領域が重複する例を示す図である。 図８は、第２電子ビームＢ２の照射領域が欠損する例を示す図である。 図９は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１０は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１１は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１２は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１３は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１４は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１５は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。 図１６は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。
　以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成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、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元直交座標系において、電子発生源が形成し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、鉛直下向き方向に制限されない。
（電子銃および電子線適用装置の実施形態）
　図１～図４を参照して、電子銃１、電子線適用装置１０およびマルチ電子ビームの形成方法の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る電子銃１および電子線適用装置１０を模式的に示す図である。図２乃至図４は、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略を説明するための図である。
　実施形態に係る電子銃１は、電子発生源２と、アノード３と、マルチレンズアレイ４と、を少なくとも含んでいる。電子銃１は、任意付加的に、電子発生源２とアノード３との間に電界を発生させるための電源５、電子発生源２等を制御する制御部６を含んでいてもよい。また図示は省略するが、電子銃１は、電子発生源２およびアノード３で形成した電子ビームを加速するための加速電極および加速用電源を含んでいてもよい。
　図１に示す例では、電子線適用装置１０の相手側装置Ｅ（電子線適用装置１０から電子銃１を除いた部分）は電子ビーム偏向装置７を含む。電子ビーム偏向装置７は、電子銃１が形成した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓ上で走査するために用いられる。なお、図１に示す例は、相手側装置Ｅの一例である。図示は省略するが、相手側装置Ｅは電子線適用装置１０の種類に応じて公知の構成部材を備えていればよい。なお、図１に示す例では、電子銃１および電子線適用装置１０全体の概略を示すため、電子銃１が形成する電子ビームＢの数は一つである。実施形態に係る電子銃１および電子線適用装置１０におけるマルチ電子ビームの概略については、図２乃至図４を参照して、後ほど詳しく説明する。
　電子発生源２は、放出可能な電子を生成し、アノード３との間で形成した電界により生成した電子を引き出すことで電子ビームＢを形成できれば特に制限はなく、公知の電子発生源２を用いることができる。電子発生源２としては、例えば、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極が挙げられる。なお、本明細書では、マルチレンズアレイ４に照射される（マルチレンズアレイ４を通過する前の）電子ビームを第１電子ビームＢ１と記載し、マルチレンズアレイ４を通過した後の（マルチレンズアレイ４から射出される）電子ビームを第２電子ビームＢ２と記載することがある。また、第１電子ビームＢ１と第２電子ビームＢ２とを特に区別しない場合は、単に電子ビームＢと記載することがある。
　図１を参照して、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いた電子銃１の例について説明する。フォトカソード２ａは、光源２ｂから照射される励起光Ｌの受光に応じて、放出可能な電子を生成する。フォトカソード２ａが励起光Ｌの受光に応じて放出可能な電子を生成する原理は公知である（例えば、特許第５８０８０２１号公報等を参照）。
　フォトカソード２ａは、石英ガラスやサファイアガラス等の基板と、基板の第１面２ａ１（アノード３側の面）に接着したフォトカソード膜（図示は省略）で形成されている。フォトカソード膜を形成するためのフォトカソード材料は、励起光Ｌを照射することで放出可能な電子を生成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２ａを作製することができ、該フォトカソード２ａ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。特許第３５３７７７９号に記載の内容は参照によりその全体が本明細書に含まれる。
　光源２ｂは、フォトカソード２ａに励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを形成できるものであれば特に制限はない。光源２ｂ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に示す例では、光源２ｂ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２ａの第１面２ａ１側に照射されている。代替的に、光源２ｂを真空チャンバーＣＢ内に配置してもよい。また、励起光Ｌは、フォトカソード２ａの第２面２ａ２（アノード３とは反対側の面）側に照射されてもよい。
　アノード３は、電子発生源２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３を使用すればよい。図１に示す例では、フォトカソード２aとアノード３との間で電界を形成することで、励起光Ｌの照射によりフォトカソード２ａに生成した放出可能な電子を引き出し、電子ビームＢを形成する。
　図１に示す例では、フォトカソード２ａとアノード３との間に電界を形成するため、電源５をフォトカソード２ａに接続しているが、フォトカソード２ａとアノード３との間に電位差が生じれば電源５の配置に特に制限はない。
　次に、図２乃至図４を参照し、実施形態に係る電子銃１がマルチ電子ビームを形成する概略について説明する。図２および図３に示す例では、フォトカソード２ａに３個の励起光Ｌａ～Ｌｃを異なる場所に直線状に照射することで、３個の第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃを形成し（図２では第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃの図示は省略。図３に図示。）、形成した３個の第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃを３個のレンズ４１を具備したマルチレンズアレイ４に照射することで、９個の第２電子ビームＢ２ａ～Ｂ２ｃを形成し（図２では第２電子ビームＢ２ａ～Ｂ２ｃの図示は省略。図３に図示。）、像面ＩＳに９個の第２電子ビームＢ２の焦点を形成している。なお、像面ＩＳとは、第２電子ビームＢ２が焦点を形成する仮想面を意味する。像面ＩＳは、照射対象Ｓの表面に一致していてもよいし、一致していなくてもよい。図３は、図２のＡ－Ａ、Ｂ－ＢおよびＣ－Ｃ矢視断面図である。なお、フォトカソード２ａとマルチレンズアレイ４との間にはアノード３が存在するが、図２および図３では図面の複雑化を避けるため、アノード３の図示は省略している。
　マルチレンズアレイ４が具備する個々のレンズ４１は、異なる位置から照射された第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃが入射すると、入射した第１電子ビームＢ１ａ～Ｂ１ｃそれぞれを収束し、像面ＩＳに焦点を形成する機能を有する。したがって、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するマルチレンズアレイ４に照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成できる。なお、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成するためには、ｍ個の第１電子ビームＢ１のそれぞれが、マルチレンズアレイ４が具備するｎ個のレンズ４１の全てをカバーするように照射されればよい。
　ｍ個の第１電子ビームＢ１のそれぞれが、ｎ個のレンズ４１の全てをカバーするように照射されるためには、例えば、第１電子ビームＢ１の広がり具合を調整、ｍ個の第１電子ビームＢ１の照射位置の調整、ｎ個のレンズ４１の配置等を、適宜組み合わせながら調整すればよい。第１電子ビームＢ１の広がり具合は、電子発生源２とアノード３との間に形成する電界の強さを変えることで調整できる。なお、本出願で開示する電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１から、必ずしもｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成する必要はない。任意の第１電子ビームＢ１が到達できないレンズ４１が存在してもよい。換言すると、本出願で開示する電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するマルチレンズアレイ４に照射することで、ｍ＋１個以上またはｎ＋１個以上の第２電子ビームＢ２が形成できればよい。ｍおよびｎの上限は、本出願で開示する技術思想が達成できる範囲内であれば特に制限はない。なお、装置の大型化を避けつつｍおよびｎの数を多くするためには、例えば、マルチレンズアレイ４に配置するレンズ４１の間隔を小さくする等、高度な微細加工技術が要求されコストアップになる。したがって、ｍおよびｎの上限は、第２電子ビームＢ２の数を多くするメリット、装置のサイズおよびコスト等のバランスを考慮し適宜設定すればよい。
　第１電子ビームＢ１の数は、２個以上の整数であればレンズ４１の数（２個以上の整数）より多くてもよいし、同じであってもよいし、少なくてもよい。また、第１電子ビームＢ１の配置（ｍ個の第１電子ビームＢ１が射出する位置関係。図２および図３に示す例では、等間隔の直線状。）とレンズ４１の配置（ｎ個のレンズ４１の位置関係。）は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が同じ場合、電子発生源２からマルチレンズアレイ４の方向（Ｚ方向）に見た際に、図２に示す例のように、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が一致してもよいし、ずらして配置されてもよい。更に、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が、Ｚ方向に見た形状は同じであるが、サイズが異なる相似形であってもよい。
　なお、ずらして配置とは、例えば、図２に示す配置から、以下の（１）～（３）に記載のように配置することが挙げられる。
（１）電子発生源２またはマルチレンズアレイ４の何れかをＸ－Ｙ平面方向に位置を換えること。換言すると、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置が一致しないこと。この場合、Ｚ方向に見た際に、ｍ個の第１電子ビームＢ１を射出する位置の全てがレンズ４１と一致していなくてもよいし、第１電子ビームＢ１を射出する位置の一部がレンズ４１と一致してもよい。
（２）電子発生源２またはマルチレンズアレイ４の何れかをＺ方向を中心軸にして回転すること。回転中心は特に制限はなく、第１電子ビームＢ１を射出する位置の任意の一つとレンズ４１とが一致する点を回転中心としてもよいし、第１電子ビームＢ１を射出する位置とレンズ４１とが一致しない点を回転中心としてもよい。
（３）上記（１）と（２）の組み合わせ。
　図２および図３に示す例では、第１電子ビームＢ１およびレンズ４１を直線状に配置しているが、単なる例示である。上記のとおり、実施形態に係る電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するマルチレンズアレイ４に照射することで、ｍ＋１個以上またはｎ＋１個以上の第２電子ビームＢ２を形成できれば、第１電子ビームＢ１の配置とレンズ４１の配置に特に制限はない。
　例えば、図４に示す例では、５個の励起光Ｌを非直線状（正方形の４隅と正方形の中点の五か所）に照射することで５個の第１電子ビームＢ１を形成する（第１電子ビームＢ１の図示は省略）。形成した５個の第１電子ビームＢ１のそれぞれは、マルチレンズアレイ４が具備する５個のレンズ４１ａ～４１ｅのそれぞれに入射する。したがって、図４の右側の像面ＩＳに示す通り、レンズ４１ａ～４１ｅのそれぞれからは、５個の第２電子ビームＢ２が形成されることから、合計２５個の第２電子ビームＢ２が形成される。勿論、図４に示す例においても、上記のように、第１電子ビームＢ１およびレンズ４１は、ずらして配置されてもよい。
　第１電子ビームＢ１は、少なくとも２個以上が形成されれば形成方法に特に制限はない。電子発生源２がフォトカソード２ａの場合は、図２乃至図４に示すように、フォトカソード２ａにｍ個の励起光Ｌを照射すればよい。ｍ個の励起光Ｌをフォトカソード２ａに照射するためには、ｍ個の光源２ｂを用いればよい。代替的に、図１に示すように単一の光源２ｂとフォトカソード２ａとの間に液晶シャッター等の光スプリッタ２ｃを配置し、光スプリッタ２ｃにより、単一の光源２ｂから照射された励起光Ｌを所望の数に分割してもよい。なお、２つ以上の光源２ｂと光スプリッタ２ｃを組み合わせてもよい。更に代替的に、先ず、フォトカソード２ａから電子ビームＢを射出し、アパーチャアレイ等を用いて射出した電子ビームＢを分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成してもよい。なお、電子ビームＢを予め設定したとおりに分割する場合は、例えば、金属板等で形成したアパーチャアレイを用いればよい。また、電子ビームＢを分割する個数や形成する第１電子ビームＢ１の位置を制御する場合は、ブランキング機能付きのアパーチャアレイ（例えば、偏向機能付きアパーチャアレイ、静電レンズアレイ）を用いればよい。
　図１乃至図４では、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いた例を説明しているが、上記のとおり、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極等の公知の電子発生源２を用いてもよい。その場合、図１に示す光源２ｂ、光スプリッタ２ｃは不要である。また、フィールドエミッタおよびショットキーは、素子を並べてアレイ状にすることもできる。したがって、フィールドエミッタおよびショットキーの場合、アレイ状の素子からｍ個の第１電子ビームＢ１を射出してもよいが、先ず電子ビームＢを射出し、アパーチャアレイ等を用いて射出した電子ビームＢを分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成してもよい。
　熱陰極は、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキーと比較して、電子発生源２としてはサイズが大きい。したがって、熱陰極を２個以上並べることは技術的には可能であるが、電子銃１が大型化する恐れがある。したがって、電子発生源２として熱陰極を用いる場合は技術的観点ではなく利便性の観点から、先ず電子ビームＢを射出し、アパーチャアレイ等を用いて射出した電子ビームＢを分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成することが好ましい。
　アノード３は、電子銃１の分野で一般的に用いられているものを使用すればよい。
　マルチレンズアレイ４は、それぞれのレンズ４１に入射したｍ個の第１電子ビームＢ１を収束し、像面ＩＳにｍ個の焦点を形成する機能を有するものであれば特に制限はない。例えば、特開２０１３―３０５６７号公報、特開２０１４－５３４０８号公報等に記載の荷電粒子線レンズアレイを用いることができる。特開２０１３―３０５６７号公報および特開２０１４－５３４０８号公報に記載された全ての事項は、参照により本明細書に含まれる。
　図１～図４は、本出願で開示する電子銃１の一例に過ぎない。本出願で開示する技術思想の範囲内であれば各種変更をしてもよい。例えば、図１に示す例では、光源２ｂを制御する制御部６を設けている。制御部６は、光源２ｂを複数設ける場合、どの光源２ｂから励起光Ｌを照射するのか制御することで、形成する第１電子ビームＢ１の数を制御できる。また、光スプリッタ２ｃを設ける場合、制御部６が光スプリッタ２ｃを制御することで、形成する第１電子ビームＢ１の数を制御してもよい。なお、フォトカソード２ａは、励起光Ｌを受光した場所から電子ビームＢを射出するという特徴を有する。したがって、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いる場合、制御部６はフォトカソード２ａが受光する励起光Ｌの位置を制御してもよい。励起光Ｌの照射位置が変わると、マルチレンズアレイ４に入射する第１電子ビームＢ１のそれぞれの入射角度を調整できる。したがって、電子銃１を組み立てた後、換言すると、マルチレンズアレイ４がセットアップされた後であっても、制御部６が励起光Ｌの照射数および／または照射位置を調整することで、像面ＩＳに形成する焦点の数および位置関係を調整できる。また、制御部６は、励起光Ｌの強度を制御してもよいし、励起光Ｌを連続光またはパルス光としてフォトカソード２ａに照射できるように制御してもよい。
　電子発生源２としてアレイ状のフィールドエミッタおよびショットキーを用いた場合、制御部６は、アレイを構成するどの素子から電子ビームＢを射出するのか制御してもよい。素子を行方向および列方向に配置した場合は、電子ビームＢを射出する素子の数および／または射出位置を調整できることから、上記フォトカソード２ａと同様の効果を奏する。
　電子発生源２として複数の熱陰極を用いた場合、制御部６は、どの熱陰極から電子ビームＢを射出するのか制御すればよい。
　また、電子発生源２の種類を問わず、電子ビームＢを分割するアパーチャアレイとしてブランキング機能付きのアパーチャアレイを用いる場合、ブランキング機能を奏する部材（例えば、静電レンズ等）を制御部６が制御することで、電子ビームＢから分割する第１電子ビームＢ１の数や場所を制御してもよい。
　電子銃１を搭載する電子線適用装置１０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。
　電子線適用装置１０の種類に応じて、本出願で開示する電子銃１が形成する第２電子ビームＢ２を適宜調整すればよい。例えば、電子線適用装置１０が、走査型電子顕微鏡または走査型電子線検査装置の場合、図２に示すように形成したライン状の複数の第２電子ビームＢ２をスキャンすることで、サンプルの撮像時間や検査時間を短縮できる。一方、図４に示すように平面状に複数の第２電子ビームＢ２を形成する場合は、透過型電子顕微鏡、電子線滅菌装置、電子線殺菌装置等に使用できる。また、走査または非走査を問わず、電子線描画装置（マスク描画装置、直接描画装置）、電子線金属積層造形装置（金属３Ｄプリンタ）等にも使用できる。
（マルチ電子ビームの形成方法の実施形態）
　次に、図５を参照して、マルチ電子ビームの形成方法を説明する。図５は、マルチ電子ビームの形成方法のフローチャートである。マルチ電子ビームの形成方法は、第１電子ビーム形成工程（ＳＴ１）と、第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）と、を含む。
　第１電子ビーム形成工程（ＳＴ１）は、放出可能な電子を生成する電子発生源２およびアノード３との間で電界を形成することで、電子発生源２からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームＢ１を射出する。代替的に、放出可能な電子を生成する電子発生源２およびアノード３との間で電界を形成することでｍ個より少ない数の電子ビームＢを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームＢ１を形成してもよい。電子発生源２としては、電子銃１の実施形態で説明のとおり、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極等の公知の電子発生源を用いればよい。なお、電子発生源２として複数の熱陰極を用いる場合、電子銃１が大型化する場合がある。したがって、電子発生源２として熱陰極を用いる場合は、先ず熱陰極から電子ビームＢを引き出し、引き出した電子ビームＢを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームＢ１を形成することが好ましい。
　第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）は、ｍ個の第１電子ビームＢ１を、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズ４１を具備したマルチレンズアレイ４に照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を形成する。
　なお、形成した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓ上で走査する場合は、図示は省略するが、第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）の後に、像面ＩＳに焦点を形成した第２電子ビームＢ２を、電子ビーム偏向装置７により偏向しながら走査する第２電子ビームＢ２走査工程（ＳＴ３）と、走査した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓに照射する第２電子ビームＢ２照射工程（ＳＴ４）と、を含んでもよい。また、形成した第２電子ビームＢ２の走査が不要な場合は、第２電子ビーム形成工程（ＳＴ２）の後に、第２電子ビームＢ２照射工程（ＳＴ４）を実施してもよい。
　本出願で開示する電子銃１、電子銃１を搭載した電子線適用装置１０およびマルチ電子ビームの形成方法（以下、「電子銃１、電子線適用装置１０およびマルチ電子ビームの形成方法」を纏めて「電子銃等」と記載する。）は、以下の効果を奏する。
（１）像面ＩＳに形成する（照射対象Ｓに照射したい）第２電子ビームＢ２の数が同じ場合、電子銃等ではｍ個の第１電子ビームＢ１をマルチレンズアレイ４に照射することで、マルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の数を特許文献１より少なくできる。したがって、マルチレンズアレイ４を製造する際に任意の一つのレンズ４１に欠陥が発生する確率が低くなることから、マルチレンズアレイ４の製造の歩留まりが向上する。また、レンズ４１の数が少なくなるほど、電子銃等を使用している際に任意の一つのレンズ４１に欠陥が発生する確率も低くなることから、電子銃等のランニングコストを低くできる。
（２）図３および図４に示すように、本出願で開示する電子銃等は、射出位置が異なるｍ個の第１電子ビームＢ１をレンズ４１に入射することで、レンズ４１の間隔より狭い間隔で像面ＩＳに第２電子ビームＢ２の焦点を形成できる。したがって、像面ＩＳに形成する第２電子ビームＢ２の間隔が同じ場合を想定すると、電子銃１のレンズ４１の間隔を特許文献１に記載のレンズ７が具備する孔より広くできる。したがって、マルチレンズアレイ４の製造が容易になる。また、レンズ４１の間隔を広くできることから、レンズ４１のサイズを大きくすることも可能である。レンズ４１のサイズを大きくした場合、レンズ４１一つ当たりを通過する電子ビームＢ１のビーム電流を増やす（輝度を高める）ことができる。
（３）アパーチャアレイ等を用いずに、電子発生源２がｍ個の第１電子ビームＢ１を形成する実施形態を想定する。その場合、ｍ個の第１電子ビームＢ１を形成するとの観点では、フォトカソード、フィールドエミッタ、ショットキー、熱陰極の何れでもよいが、フォトカソード、フィールドエミッタまたはショットキーを用いた方が電子銃１のサイズを小さくできる。また、フィールドエミッタまたはショットキーは素子をアレイ状にした場合、マルチレンズアレイ４のレンズ４１と同様、素子の数を多くするほど製造中または使用中にアレイを形成する素子の一つに欠陥が生じる確率が高くなる。一方、フォトカソード２ａはフォトカソード膜を基板に接着することで一つの部材として製造することができる。したがって、複数の第１電子ビームＢ１を形成する電子発生源２にフォトカソード２ａを用いた場合は、電子銃等を小型化できるとともに、製造中または使用中に欠陥が生じる確率が低くなる。
（４）また、フォトカソード２ａは、励起光Ｌの数および照射位置を調整することで、射出する第１電子ビームＢ１の数と配置を簡単に変更できる。したがって、電子発生源２としてフォトカソード２ａを用いた場合、電子発生源２およびマルチレンズアレイ４を電子銃にセットアップした後でも、マルチレンズアレイ４に入射する第１電子ビームＢ１の数および入射角度を調整し、像面ＩＳに形成する（照射対象Ｓに照射したい）第２電子ビームＢ２の数および配置を調整できるので、電子銃等を使用する際の利便性が向上する。
（電子銃および電子線適用装置の実施形態において、採用可能な構成例１）
　続いて、図１乃至図６を参照して、電子銃および電子線適用装置の実施形態において、採用可能な構成例（以下、当該構成例を採用した電子銃および電子線適用装置の実施形態を「第２の実施形態」と記載することがある。）について説明する。図６は、第２の実施形態の概略を説明するための図である。
　図２および図４に示すように、本出願で開示する電子銃１は、ｍ個の第１電子ビームＢ１をｎ個のレンズ４１を具備するレンズアレイ４に照射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を像面ＩＳに形成できる。
　本発明者らは、ｍ個の第１電子ビームＢ１が射出する際の射出位置（以下、「第１電子ビーム射出位置」と記載することがある。）と、マルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の位置関係と、について検討した。その結果、Ｚ方向に見た時の第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の位置関係（以下、この位置関係を「相対位置関係」と記載することがある。）を制御することで、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２が好適な配置となるように制御できることを新たに見出した。第２の実施形態に係る電子銃１は、制御部６を構成要素として含む。そして、制御部６が、相対位置関係を予め設定した位置関係となるように制御する以外は、上記（電子銃および電子線適用装置の実施形態（以下、「第１の実施形態」と記載することがある。））と同様である。したがって、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、第２の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、第２の実施形態において、第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。
　図６を参照して、第２の実施形態の制御部６の制御内容の概略について説明する。図６（１）は、第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、マルチレンズアレイ４が具備するレンズ４１の配置をレンズ配置と規定した時に、図４に示すように、射出配置およびレンズ配置が同一（同一形状）であり、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が射出配置と同一（オーバーラップ）となるように配置した時の像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２を示している。なお、本明細書において「第１電子ビーム射出位置」とは、ｍ個の第１電子ビームＢ１が射出される位置を意味する。より具体的には、電子発生源２から直接ｍ個の第１電子ビームＢ１を引き出す場合は、電子発生源２の電子が引き出される場所が射出位置であり、電子発生源２から引き出した電子ビームをアパーチャアレイ等の電子ビーム分割装置で分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成する場合は、電子ビーム分割装置から射出するｍ個の第１電子ビームＢ１の場所が射出位置である。
　図６（２）は、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が射出配置と同一の配置とならないように、射出配置の中心を回転軸としてレンズ配置を回転した位置に配置した時の像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２を示している。図６（３）は、図６（２）に示す例より、射出配置を基準に更にレンズ配置を回転した時の像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２を示している。図６（１）～（３）に示す例から明らかなように、Ｚ方向に見た射出配置を基準としてレンズ配置を回転することで、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２の配置が変わる。より具体的には、図６（１）に示す例では、個々のレンズ４１（ａ～ｅ）を通過して形成された第２電子ビームＢ２の個々の領域（以下、「Ｂ２個別レンズ領域」と記載することがある。）と領域の隙間（図６（１）の〇で示す部分）は、Ｂ２個別レンズ領域とほぼ同じ大きさである。一方、図６（２）および図６（３）に示すように、射出配置に対するレンズ配置の相対位置関係を回転することで、Ｂ２個別レンズ領域間の隙間（図６（３）の〇で示す部分）は小さくなる。電子線適用装置が、例えば、非走査型の電子線滅菌装置または非走査型の電子線殺菌装置等の場合、Ｂ２個別レンズ領域間の隙間が小さくなることで加熱ムラが小さくなる。したがって、殺菌または滅菌効率を上げることができる。射出配置の中心を回転軸としてレンズ配置をどの程度回転させるのかは、目的に応じて適宜設定すればよい。
　なお、図６は、Ｚ方向に見た射出配置およびレンズ配置が同一（同一形状）の場合の例である。代替的に、射出配置およびレンズ配置が相似した配置（相似形）であり、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が、射出配置と相似した配置とならないように、射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置されてもよい。更に代替的に、射出配置およびレンズ配置の相対位置関係を変えることでＢ２個別レンズ領域間の隙間が小さくなる範囲内であれば、射出配置およびレンズ配置は同一または相似形でなくてもよい。換言すれば、制御部６は、相対位置関係が予め設定した位置関係となるように、制御すればよい。
　相対位置関係は、予め設定した位置関係となるように、電子銃１を組み立てる際にセットしてもよい。換言すれば、電子銃１を組み立てた後に相対位置関係が変化しないように固定することもできる。しかしながら、電子銃１を組み立てた後に、微調整が必要な場合もある。したがって、電子銃１を組み立てた後に、制御部６が相対位置関係を調整できるように制御できることが望ましい。
　電子発生源２がフォトカソード２ａの場合、制御部６は、フォトカソード２ａが受光する励起光Ｌの位置を制御すればよい。電子発生源２がフィールドエミッタまたはショットキーの場合、制御部６は、第１電子ビームＢ１を射出するフィールドエミッタまたはショットキーの素子を制御すればよい。
　図１に示すように、電子銃１は、Ｚ方向を軸にマルチレンズアレイ４を回転する回転機構４２を備え、制御部６が回転機構４２を制御することで、相対位置関係を制御してもよい。回転機構４２は、マルチレンズアレイ４を回転できれば特に制限はない。例えば、マルチレンズアレイ４の外周に係合するギアを設け、モータ等の駆動源によりギアを回転すればよい。電子銃１が回転機構４２を備える場合、マルチレンズアレイ４の配置を調整することで、相対位置関係の制御ができる。勿論、制御部６は、電子発生源２とマルチレンズアレイ４の回転機構４２の両方を制御してもよい。
　電子発生源２から引き出した電子ビームを電子ビーム分割装置で分割することでｍ個の第１電子ビームＢ１を形成する場合、制御部６がマルチレンズアレイ４の回転機構４２を制御することで、相対位置関係を制御できる。代替的に、図示は省略するが、電子ビーム分割装置を回転する回転機構（以下、「分割装置回転機構」と記載することがある。）を設け、制御部６が、分割装置回転機構を制御することで、相対位置関係を制御してもよい。分割装置回転機構は、回転機構４２と同様の機構を備えればよい。勿論、制御部６は、回転機構４２と分割装置回転機構の両方を制御してもよい。
　また、図１に示すように、電子銃１は、Ｚ方向を移動方向にマルチレンズアレイ４を移動する移動機構４３を備え、制御部６が移動機構４３を制御してもよい。後述するとおり、第１電子ビーム射出位置とマルチレンズアレイ４の距離を調整することで、像面ＩＳの形成される第２電子ビームＢ２のビーム間隔を制御できる。移動機構４３は、マルチレンズアレイ４をＺ方向に移動できれば特に制限はない。例えば、ラックアンドピニオン機構およびモータ等の駆動源を備えればよい。
　なお、制御部６がマルチレンズアレイ４を回転する回転機構４２を制御する場合、電子銃１が回転機構４２という構成を採用する必要がある。一方、制御部６がフォトカソード、フィールドエミッタまたはショットキーを制御する場合は、マルチレンズアレイ４を回転する回転機構４２は不要であり、電子銃１をシンプルにできる。したがって、制御部６がフォトカソード、フィールドエミッタまたはショットキーを制御する方がより好ましい。更に、フィールドエミッタまたはショットキーと異なり、フォトカソードは励起光Ｌを受光した任意の場所から電子ビームを迅速に射出できるという特徴を有している。したがって、電子発生源２としてフォトカソードを用い、フォトカソードが受光する励起光Ｌを制御部６が制御する場合は、相対位置関係を予め設定した位置関係とする制御、及び／又は、相対位置関係の微調整、を迅速に実施できる。
　第２の実施形態に係る電子銃１は、相対位置関係を制御することで、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２が好適な配置となるように制御できるという効果を奏する。
（電子銃および電子線適用装置の実施形態において、採用可能な構成例２）
　次に、第２の実施形態に記載の相対位置関係を、より限定した例を説明する。なお、この実施形態を便宜上、第３の実施形態と記載する。本発明者らは鋭意検討の結果、射出配置とレンズ配置を特定の関係にした時に、形成した第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓ上で欠損や重複することなく走査できることを新たに見出した。以下、図面を参照しながら、射出配置とレンズ配置の関係についてより詳しく説明する。図７は、第２電子ビームＢ２の照射領域が重複する例を示す図である。図８は、第２電子ビームＢ２の照射領域が欠損する例を示す図である。図９乃至図１６は、第３の実施形態の概略を説明するための図である。
　第３の実施形態では、電子銃１が、例えば、走査型の電子線適用装置１０に搭載される場合を想定する。図２に示すように、像面ＩＳに第２電子ビームＢ２を直線状に形成できる場合は、形成した直線状の第２電子ビームＢ２を電子ビーム偏向装置７で走査（スキャン）することで、第２電子ビームＢ２を照射対象Ｓに重複や欠損することなく照射できる。
　ところで、図４に示すように、像面ＩＳに第２電子ビームＢ２が非直線状に形成される場合を想定する。その場合、図７に示す例では、先ず１回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図７中の点線で囲まれた白色部分。例えば、Ｎ１（４１ａ）、Ｎ１（４１ｂ）、Ｎ１（４１ｃ）。）が像面ＩＳに形成され、照射対象Ｓに照射される。そして、電子ビーム偏向装置７で偏向された２回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図７中の点線で囲まれた斜線部分。例えば、Ｎ２（４１ｂ）、Ｎ２（４１ｃ）。）が照射対象Ｓに照射される。この状態では、図７に示すように、照射対象Ｓに照射される第２電子ビームＢ２の重複はない。しかしながら、電子ビーム偏向装置７で偏向された３回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図７中の点線で囲まれた中に＋の図がある部分。例えば、Ｎ３（４１ａ）、Ｎ３（４１ｂ）、Ｎ３（４１ｃ）。）が照射対象Ｓに照射されると、例えば、Ｎ３（４１ｃ）は既に１回目の第２電子ビームＮ１（４１ｂ）が照射された領域に重複照射されることになる。そして、４回目にはＮ２（４１ｂ）、５回目にはＮ３（４１Ｂ）等、ｎ回目以降についても何れかの領域に第２電子ビームＢ２が重複照射される。
　一方、図８に示すように、３回目の５×５＝２５個の第２電子ビームＢ２（図８中の点線で囲まれた中に＋の図がある部分。例えば、Ｎ３（４１ａ）、Ｎ３（４１ｂ）、Ｎ３（４１ｃ）。）を照射する際に、例えば、Ｎ３（４１ｃ）が２回目の第２電子ビームＮ２（４１ｂ）の照射領域に重複しないように、電子ビーム偏向装置７の偏向幅を大きくすることも可能である。しかしながら、電子ビーム偏向装置７の偏向幅を大きくすると、Ｎ２（４１ａ）とＮ３（４１ａ）に間に、第２電子ビームＢ２の照射領域に欠損が生じる。
　第３の実施形態では、図９に示すように、像面に形成される第２電子ビームＢ２が照射される領域（図９中の●が集合した領域）を第２電子ビーム照射領域と規定した時に、第２電子ビーム照射領域は、照射対象Ｓを欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である。なお、第３の実施形態では、第２電子ビーム照射領域は非直線状である。換言すると、第２電子ビームＢ２は直線状に並んでいない。図９に示す例では、照射対象Ｓを同一形状に分割した分割領域（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・Ｓｎ）と第２電子ビーム照射領域が一致している。したがって、図９に示す例では、形成したｍ×ｎ個の第２電子ビームＢ２を、重複や欠損が発生することなく、照射対象Ｓ上で走査できる。
　第２電子ビーム照射領域が照射対象Ｓを欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状は、射出配置およびレンズ配置を、例えば、直線状の等間隔の３以上の奇数点、正方形の４隅と中心、正六角形の６隅と中心、とすればよい。なお、前記の例は典型的な例であって、第３の実施形態が実施できる範囲であれば、その他の配置であってもよい。射出配置およびレンズ配置は、Ｚ方向から見た時に、同一の大きさ、または、相似形である。
　次に、図３、図１０乃至図１６を参照して、第２電子ビーム照射領域が照射対象Ｓを欠損および重複なく埋め尽くすことができるための関係を説明する。先ず、射出配置およびレンズ配置が、正方形の４隅と中心、または、正六角形の６隅と中心の場合について説明する。図３および図１０に示すように、電子発生源２から射出した第１電子ビームＢ１は、マルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４が具備するレンズを通過し、第２電子ビームＢ２が像面ＩＳに形成される。その際、像面ＩＳ上のビームの位置ベクトルＰは、以下の式（１）で表すことができる。なお、図１０の記号“Ｃ”は、射出配置の中心の射出位置とレンズ配置の中心に配置されたレンズを結んだ方向である（以下、「中心軸」と記載することがある。）。より具体的には、射出配置およびレンズ配置が、正方形の４隅と中心の場合は中心同士を結んだ方向、正六角形の６隅と中心の場合は中心同士を結んだ方向である。式中（１）の記号の意味を式（１）に続いて記載する。なお、後述する式の記号の意味も纏めて記載する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図１１は、射出配置およびレンズ配置が正六角形の６隅と中心の場合に、Ｚ方向に像面ＩＳをみた図である。図１１中の記号の意味は上記のとおりである。像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２は、以下の式（２）に示す基底ベクトルで表すことができる。そして、式（２）から式（３）が導き出され、式（４）の関係を考慮すると、ベクトルＰとベクトルＰｓが形成する角度θは、式（５）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　上記像面ＩＳ上のビームの位置ベクトルＰを表す式（１）において、第１電子ビームＢ１がマルチレンズアレイ４の中心軸Ｃを通過する場合、ベクトルＲの絶対値は以下の式（６）で表すことができる。また、中心軸Ｃから射出した第１電子ビームＢ１が中心軸Ｃから外れたマルチレンズアレイ４のレンズを通過する場合、ベクトルＳの絶対値は以下の式（７）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上記式（３）、（５）、（６）および（７）に、電子発生源２からマルチレンズアレイ４までの距離ｕ、マルチレンズアレイ４から像面ＩＳの距離ｖ、第１電子ビームＢ１およびレンズの数等の設計情報を適用することで、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置を射出配置と同一または相似した配置から射出配置の中心を回転軸Ｃとして回転する角度θを計算できる。
　図１１および図１２に示す例において、第１電子ビームＢ１が７個（正六角形の６隅と中心）、マルチレンズアレイ４のレンズが７個（正六角形の６隅と中心）、ｕ＝６３ｍｍ、ｖ＝２０ｍｍ、Ｐ＝１００μｍの場合を想定する。その場合、Ｐ’＝Ｐ、φ＝６０°、ｈ＝２、ｉ＝１となることから、θ、Ｒ、Ｓは以下の通り算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　図１２は、上記計算により得られた数値に基づく配置を示している。第１電子ビームＢ１の射出位置は電子発生源２の中心および中心軸から３１５μｍ（ベクトルＲ）の間隔（中心間距離）で設定し、レンズはマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４の中心および中心軸から２００．８μｍ（ベクトルＳ）の間隔（中心間距離）に配置する。そして、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の射出位置とレンズが相似する位置から、反時計方向にθ＝１９．１１°相対回転することで、像面ＩＳにはベクトルＰ方向に１００μｍの間隔の第２電子ビームＢ２を４９個形成できる。形成した４９個の第２電子ビームＢ２の形状は、図９に示す照射対象Ｓを欠損も重複もなく埋め尽くすことができる分割領域Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎ（それぞれの分割領域は同一形状）を照射できる形状である。したがって、図１２に示すように電子発生源２およびマルチレンズアレイ４を設計した電子銃１を用いると、第２電子ビームＢ２を欠損や重複照射されることなく照射対象Ｓ上で走査できる。
　図１３および図１４は、第１電子ビームＢ１が５個（正方形の４隅と中心）、マルチレンズアレイ４のレンズが５個（正方形の４隅と中心）の場合の例を示している。ｕ＝６３ｍｍ、ｖ＝２０ｍｍ、Ｐ＝１００μｍの場合を想定する。その場合、図１３に示すように、Ｐ’＝Ｐ、φ＝９０°、ｈ＝２、ｉ＝１となることから、θ、Ｒ、Ｓは以下の通り算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　図１４は、上記計算により得られた数値に基づく配置を示している。第１電子ビームＢ１の射出位置は電子発生源２の中心および中心軸から３１５μｍ（ベクトルＲ）の間隔（中心間距離）で設定し、レンズはマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４の中心および中心軸から１７０μｍ（ベクトルＳ）の間隔（中心間距離）に配置する。そして、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の射出位置とレンズが相似する位置から、反時計方向にθ＝６３．４３°相対回転することで、像面ＩＳにはベクトルＰ方向に１００μｍの間隔の第２電子ビームＢ２を２５個形成できる。形成した２５個の第２電子ビームＢ２の形状は、図１３に示す照射対象Ｓを欠損も重複もなく埋め尽くすことができる同一形状の分割領域に相当する。
　次に、射出配置およびレンズ配置が、直線状の等間隔の３以上の奇数点の場合を説明する。図２に示すように、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が、射出配置と同一または相似した配置（換言すると、回転角度が０度）にすると、像面ＩＳ上には等間隔の第２電子ビームＢ２が直線状に形成される。一方、図１５に示すように、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時に、Ｚ方向に見たレンズ配置が、射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置されると、図１６に示すように、像面ＩＳ上には平行四辺形の第２電子ビーム照射領域が形成される。形成される平行四辺形のサイズは回転する角度により変わるものの、得られる形状が平行四辺形であることには変わりない。そして、平行四辺形は、照射対象を欠損および重複なく埋め尽くすことができる形状である。したがって、射出配置およびレンズ配置が直線状の等間隔の３以上の奇数点の場合、回転角度は任意の角度であってよく、回転角度に応じて第２電子ビーム照射領域を走査する間隔を調整すればよい。また、奇数点の数は３以上であれば特に制限
はなく、５、７、９、１１、１３、１５等が挙げられる。奇数点の上限は、原理的には特に制限はない。照射対象Ｓのサイズや第２電子ビームＢ２のサイズ等を考慮し適宜設定すればよい。
　図１５に、第１電子ビームＢ１が等間隔の３個、マルチレンズアレイ４のレンズが等間隔の３個、電子発生源からマルチレンズアレイまでの距離＝６３ｍｍ、マルチレンズアレイから像面までの距離＝２０ｍｍの場合の一例が示されている。第１電子ビームＢ１の射出位置は電子発生源２の中心および中心軸から３１５μｍ（ベクトルＲ）の間隔（中心間距離）で設定し、レンズはマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）４の中心および中心軸から１５６μｍ（ベクトルＳ）の間隔（中心間距離）に配置する。そして、Ｚ方向に見た際に、第１電子ビームＢ１の射出位置とレンズが相似する位置から、反時計方向にθ＝７５．９６°相対回転することで、像面ＩＳにはベクトルＰ方向に１００μｍの間隔の第２電子ビームＢ２を９個形成できる。
　なお、上記の説明は、第１電子ビーム射出位置が電子発生源２に形成される場合の説明である。第１電子ビーム射出位置が電子ビーム分割装置に形成される場合は、上記の説明において、電子発生源２を電子ビーム分割装置と読み替えればよい。また、図面中に示す第１電子ビームＢ１、第２電子ビームＢ２、および、レンズ４１の大きさ（好適には直径）は、単なる概略である。第１電子ビームＢ１、第２電子ビームＢ２、および、レンズ４１の大きさは、第２および第３の実施形態の目的の範囲内で適宜調整すればよい。
　上記のとおり、第３の実施形態では、形成した第２電子ビームＢ２を、重複や欠損が発生することなく、照射対象Ｓ上で走査できる。したがって、第３の実施形態は、走査型の電子線適用装置１０に特に有用である。限定されるものではないが、走査型の電子線適用装置１０としては、例えば、走査電子顕微鏡、電子線検査装置、走査型透過電子顕微鏡等が挙げられる。勿論、第３の実施形態は、非走査型の電子線適用装置１０に適用してもよい。
　第３の実施形態は、上記第２の実施形態に記載の効果に加え、以下の効果を奏する。
（１）第２の実施形態と比較して、第３の実施形態では、射出配置およびレンズ配置の形状を特定し、更に、Ｚ方向に見た射出配置を基準とした時のレンズ配置の回転角度を特定している。したがって、第２の実施形態と比較して、像面ＩＳに形成される第２電子ビームＢ２の隙間をより小さくできる。
（２）走査型の電子線適用装置に適用した場合、形成した第２電子ビームＢ２を、重複や欠損が発生することなく、照射対象Ｓ上で走査できる。
（マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態）
　次に、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態について説明する。マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態は、電子発生源２からマルチレンズアレイ４の方向をＺ方向と規定し、電子発生源２から第１電子ビームＢ１が射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、Ｚ方向に見た時の第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される点で、上記（マルチ電子ビームの形成方法の実施形態（以下、「方法の第１の実施形態」と記載することがある。））と異なり、その他の点は方法の第１の実施形態と同じである。したがって、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態では、方法の第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、方法の第１の実施形態において説明済みの事項についての繰り返しとなる説明は省略する。よって、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態において明示的に説明されなかったとしても、方法の第１の実施形態で説明済みの事項を採用可能であることは言うまでもない。
　マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態において、「電子発生源２からマルチレンズアレイ４の方向をＺ方向と規定し、電子発生源２から第１電子ビームＢ１が射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、Ｚ方向に見た時の第１電子ビーム射出位置およびマルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される」は、上記第２および第３の実施形態の説明と同じである。したがって、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態が備える各工程の具体的な説明は、第２および第３の実施形態で実質的に説明済みであることから省略する。
　また、マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態により形成されたマルチ電子ビームを照射対象上で走査する走査工程を実施する場合（マルチ電子ビームの走査方法）は、射出配置およびレンズ配置を上記第３の実施形態で説明した配置となるよう制御した上で、形成したマルチ電子ビームを走査すればよい。
　マルチ電子ビームの形成方法の第２の実施形態は、第２および第３の実施形態に記載の効果と同様の効果を奏する。
　本出願で開示する電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法は、マルチレンズアレイの製造の歩留まりを向上できるとともに、電子銃または電子線適用装置のランニングコストを低くできる。したがって、マルチ電子ビームを扱う産業にとって有用である。
１…電子銃、２…電子発生源、２ａ…フォトカソード、２ａ１…第１面、２ａ２…第２面、２ｂ…光源、２ｃ…光スプリッタ、３…アノード、４…マルチレンズアレイ、４１、４１ａ～４１ｅ…レンズ、４２…回転機構、４３…移動機構、５…電源、６…制御部、７…電子ビーム偏向装置、１０…電子線適用装置、Ｂ…電子ビーム、Ｂ１、Ｂ１ａ～Ｂ１ｃ…第１電子ビーム、Ｂ２、Ｂ２ａ～Ｂ２ｃ…第２電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、Ｅ…相手側装置、ＩＳ…像面、Ｌ、Ｌａ～Ｌｃ…励起光、Ｓ…照射対象

Claims (15)

  1. 　放出可能な電子を生成する電子発生源と、
    　前記電子発生源との間で電界を形成することができ、形成した電界により前記放出可能な電子を引き出し、電子ビームを形成するアノードと、
    　マルチレンズアレイと、
    を含む、電子銃であって、
    　前記マルチレンズアレイに照射される電子ビームを第１電子ビームと規定した時に、前記第１電子ビームはｍ個（ｍは２以上の任意の整数）形成され、
    　前記マルチレンズアレイはｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備し、
    　前記マルチレンズアレイから射出する電子ビームを第２電子ビームと規定した時に、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、前記第２電子ビームを最大ｍ×ｎ個形成できる
    　電子銃。
  2. 　前記電子発生源が、フォトカソードである
    　請求項１に記載の電子銃。
  3. 　前記電子発生源が、フィールドエミッタまたはショットキーである
    　請求項１に記載の電子銃。
  4. 　前記電子発生源が、熱陰極である
    　請求項１に記載の電子銃。
  5. 　制御部を更に含み、該制御部は、
    　　前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記ｍ個の第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
    　　前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御できる
    　請求項１～４の何れか一項に記載の電子銃。
  6. 　前記Ｚ方向を回転軸として、前記マルチレンズアレイを回転する回転機構を更に含み、
    　前記制御部が、前記回転機構を制御する
    　請求項５に記載の電子銃。
  7. 　前記Ｚ方向を移動方向に、前記マルチレンズアレイを移動する移動機構を更に含み、
    　前記制御部が、前記移動機構を制御する
    　請求項５に記載の電子銃。
  8. 　前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
    　前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
    　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される
    　請求項５に記載の電子銃。
  9. 　前記射出配置および前記レンズ配置が、
    　　直線状の等間隔の３以上の奇数点、
    　　正方形の４隅と中心、および、
    　　正六角形の６隅と中心、
    からなる群から選択した何れか一つである
    　請求項８に記載の電子銃。
  10. 　請求項１～４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。
  11. 　マルチ電子ビームの形成方法であって、該形成方法は、
    　　第１電子ビーム形成工程と、
    　　第２電子ビーム形成工程と、
    を含み、
    　前記第１電子ビーム形成工程は、
    　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで、電子発生源からｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを射出、または、
    　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成し、
    　前記第２電子ビーム形成工程は、
    　　前記ｍ個の第１電子ビームを、ｎ個（ｎは２以上の任意の整数）のレンズを具備したマルチレンズアレイに照射し、前記マルチレンズアレイが具備する個々のレンズには異なる位置から照射された前記第１電子ビームが入射することで、最大ｍ×ｎ個の第２電子ビームを形成する
    　マルチ電子ビームの形成方法。
  12. 　前記電子発生源が、フォトカソード、フィールドエミッタ、および、ショットキーからなる群から選択した何れか一つである
    　請求項１１に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
  13. 　前記電子発生源が、熱陰極であり、
    　前記第１電子ビーム形成工程が、
    　　放出可能な電子を生成する電子発生源およびアノードとの間で電界を形成することで電子ビームを引き出し、引き出した電子ビームを分割することでｍ個（ｍは２以上の任意の整数）の第１電子ビームを形成する
    　請求項１１に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
  14. 　前記電子発生源から前記マルチレンズアレイの方向をＺ方向と規定し、前記電子発生源から前記第１電子ビームが射出する際の射出位置を第１電子ビーム射出位置と規定した時に、
    　前記Ｚ方向に見た時の前記第１電子ビーム射出位置および前記マルチレンズアレイが具備するレンズの位置関係が、予め設定した位置関係となるように制御される
    　請求項１１～１３の何れか一項に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
  15. 　前記第１電子ビーム射出位置の配置を射出配置と規定し、前記マルチレンズアレイが具備するレンズの配置をレンズ配置と規定した時に、
    　前記射出配置および前記レンズ配置は、同一または相似した配置であり、
    　前記Ｚ方向に見た前記射出配置を基準とした時に、前記Ｚ方向に見た前記レンズ配置が、前記射出配置と同一または相似した配置とならないように、前記射出配置の中心を回転軸として回転した位置に配置される
    　請求項１４に記載のマルチ電子ビームの形成方法。
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