電界放出電子銃及びその制御方法
【課題】Ｗ（３１０）面からの放出電流の減衰の仕方の特徴を用いて、電界放出型電子源をより安定して使う方法の開示を目的とする。
【課題手段】本発明では、タングステンの＜３１０＞単結晶からなる電界放出電子源と、当該電子源が配置される真空室と、前記真空室を排気する排気系と、前記電子源と接続され、電流を流して前記電子源を加熱するフィラメントと、当該フィラメントに電流を流す電源と、当該電子源から放出される総電流量を測定する電流計と、を備える荷電粒子線装置であって、前記総電流量を定期的に測定し、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御する制御部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【課題手段】本発明では、タングステンの＜３１０＞単結晶からなる電界放出電子源と、当該電子源が配置される真空室と、前記真空室を排気する排気系と、前記電子源と接続され、電流を流して前記電子源を加熱するフィラメントと、当該フィラメントに電流を流す電源と、当該電子源から放出される総電流量を測定する電流計と、を備える荷電粒子線装置であって、前記総電流量を定期的に測定し、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御する制御部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出型電子銃及びその制御方法に関し、特にＷ＜３１０＞電界放出電子源を搭載した電子銃及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属表面に強電界が掛かると、真空との境界でポテンシャル障壁が傾斜を持つが、電界が１０7Ｖ／cm以上になると障壁が極めて薄くなり、トンネル効果で電子が真空中に放出される。これを電界放出と言う。放出電子のエネルギーのばらつきは小さく、０.３ｅＶ程度である。電界放出電子源は強電界を作るためにその先端は１００ｎｍ程度の曲率半径に仕上げられている。
【０００３】
電界放出電子源のスポット径の大きさは５〜１０ｎｍと小さいため、輝度が極めて高いのが特徴であり、高分解能ＳＥＭとＴＥＭ用の電子銃として多く用いられる。また、放出電子のエネルギー幅が小さいことから、低加速電圧でも高分解能が得やすい。
【０００４】
一方で、室温で動作するためガス吸着によって放出電流が不安定になりやすく、超高真空が必要であること、放出電子によってイオン化された残留ガス分子の衝撃で陰極表面が荒れて最終的には陰極が破壊される可能性があること、などがある。そのため、特許文献１に記載のように、吸着ガスを除去するために時々フラッシングという陰極の瞬間的な加熱を行う。
【０００５】
電界放出電子源としては通常、タングステン（Ｗ）の針（チップ）が用いられる。Ｗ電子源を１５００Ｋ以上の温度でフラッシングを行うと吸着層が蒸発されて清浄表面が得られる。
【０００６】
Ｗ表面が清浄な場合、図２の電界放出パターンが示すように、あらゆる面の中で相対的に仕事関数の低い（１１１）面と（３１０）面から主に電子が放出される。そこで電界放出電子源としては（１１１）面または（３１０）面が先端に配置される、Ｗ＜１１１＞或いはＷ＜３１０＞電界放出電子源が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−７３５２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】B. Cho, Applied Physics Letters, Volume 91, （2007) P012105.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、Ｗ（３１０）面からの放出電流の減衰の仕方の特徴を見出した。この知識を用いて、電界放出型電子源をより安定して使う方法の開示を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、タングステンの＜３１０＞単結晶からなる電界放出電子源と、当該電子源が配置される真空室と、前記真空室を排気する排気系と、前記電子源と接続され、電流を流して前記電子源を加熱するフィラメントと、当該フィラメントに電流を流す電源と、当該電子源から放出される総電流量を測定する電流計と、を備える荷電粒子線装置であって、前記総電流量を定期的に測定し、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御する制御部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【００１１】
また、前記排気系は、前記真空室の圧力を、１０-9Ｐａ台以下に維持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源本来の高輝度を有効に生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例になる構成を説明する図。
【図２】Ｗチップの電界電子放出パターン。
【図３】本発明で用いる電子源周辺の配置構造の一例を示す図。
【図４】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図５】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図６】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図７】本発明を用いた放出電流制御方法を説明する図。
【図８】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図９】本発明の放出電流制御方法の一実施例になる構成を説明する図。
【図１０】本発明の放出電流制御方法の一実施例になる構成を説明する図。
【図１１】本発明の放出電流制御方法の一実施例になる構成を説明する図。
【図１２】本発明で用いる非蒸発ゲッターポンプとイオンポンプの配置構造の一例を説明する図。
【図１３】本発明で用いるチタンサブレメーションポンプとイオンポンプの配置構造の一例を説明する図。
【図１４】本発明で用いるクライオポンプの配置構造の一例を説明する図。
【図１５】本発明で用いるタンデム方式ターボ分子ポンプ排気系の配置構造の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施例を説明する前に、本件発明の原理について説明する。
【００１５】
電界放出電子源の清浄表面に残留ガス（例えば、水素）が吸着すると仕事関数が増加して放出電流量が減衰する。その減衰時間τは圧力Ｐと反比例関係がありτ・Ｐは一定である（非特許文献１）。従って減衰時間τの変化を測定することにより、電子源周辺の圧力の変化がわかる。
【００１６】
図３で示すように電子顕微鏡では電子源から放出される電子線のトータルエミッション電流量（Ｉｅ）中でチップ先端の面から出る極一部のプローブ電流量（Ｉｐ）だけを用いる。
【００１７】
以下、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源の場合で実験した放出電流減衰の仕方について説明する。
【００１８】
Ｗ＜３１０＞電界放出電子源の場合、フラッシング洗浄すると、その直後の放出電流の減衰は図４のようになる。図４の放出電流減衰曲線が示すようにＩｅ，Ｉｐ共に減衰するが、時間の関数でそれぞれ異なる減衰曲線を描く。
【００１９】
Ｉｐの場合初期電流の９０％程度までは非常にゆっくり減衰する。その後減衰が早くなり急激に電流量が落ちる。この落ちる領域を減衰領域IIIと名付ける。
【００２０】
一方Ｉｅの場合、図４で示すように減衰速度は大（領域Ｉ）→小（領域II）→大（領域III）の順に変化する。その後電子源の表面が完全にガスで覆われたらＩｅ電流量は初期の数十分の一になるが、電流量変化は止まり安定になる。なお、通常の電子顕微鏡等では、電流量がフラッシング直後の数十分の一であるものの、この安定した領域を用いて使用している。
【００２１】
Ｉｅ，Ｉｐの異なる減衰様子は、水素吸着によるタングステン表面の仕事関数の変化が各面ごとに違うことから生じると考えられる。（１１１）面は水素吸着によって仕事関数が初期から増えるため、（１１１）面からの放出電流は初期値の数％程度まで減衰し続ける。一方（３１０）面は初期水素吸着では仕事関数が増えず、初期値の９０％減衰時間をτ90とすると、平均的にτ90時間後本格的な減衰が始まる（図４のＩｐ曲線）。Ｉｅの主な成分は（１１１）面及び（３１０）面からの放出電流Ｉ(111)及びＩ(310)であり、また、本実験ではＩｐは放出電流Ｉ(310)である。
【００２２】
したがってＩｅの速い初期減衰（領域Ｉ）は早いＩ(111)の初期減衰を反映していることがわかる。一方減衰末期（領域III）にＩｅの減衰が早くなるのは、ＩｅとＩｐが同時に急速に減衰するためであり、つまりＩ(310)の減衰速度が急激に増えるためである。これを示す根拠として、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源の先端面（３１０）面だけカーボンを吸着させ、Ｉｐが減衰しないようにすると、（３１０）面からの放出電流減衰を反映する領域IIIで、Ｉｅは図５で示すように減衰しなくなる。
【００２３】
上記の実験結果から、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源では、プローブ電流量Ｉｐが領域ＩとIIで減衰しないのが特徴であることがわかった。
【００２４】
次に、電子銃の真空度と放出電流量との関係について説明する。
【００２５】
圧力１０-8Ｐａ台の従来電子銃では、図６で示すように放出電流が完全に減衰した後、引出電圧を上げてトータルエミッション電流Ｉｅを初期値（通常〜１０μＡ）に戻してから本格的な電子顕微鏡像の観察が始まる。
【００２６】
しかしＩｅを初期値に上げても、プローブ電流Ｉｐは減衰前初期値の半分以下の電流量にしか上がらない。これは像観察に使うチップ先端（３１０）面からの電子線の輝度が、減衰後半分以下に落ちることを意味する。トータルエミッション電流Ｉｅを変えながら測定した放射角電流密度（単位立体角あたりのプローブ電流）Ｉ′データも、減衰後はＩ′が減衰前に比べて半分以下になることを示す。１０-8Ｐａ台の従来の電界放出電子源を搭載した電子顕微鏡で像を観察するときは、高輝度が要求される場合は（３１０）面からのＩｐが減衰する前（τ90）の約１５分間で観察を行う。
【００２７】
一方、電子銃の真空を圧力１０-9Ｐａ台まであげると、図７で示すようにτ90が１０倍弱増えて、減衰前の安定した像観察時間が数時間まで延びることがわかった。本格的に減衰が始まる時刻にあわせてフラッシングすると、従来電子銃のような減衰時間待ちをすることなく即座で高輝度像の観察ができる。
【００２８】
これらの知識を用いて、本格的に減衰が始まる時刻にあわせてフラッシングすれば、長時間非常に大きい放出電流（高輝度）で長時間の観察が可能となる。さらに、圧力１０-9Ｐａ台まであげれば、フラッシング間隔は長くなり、実用的にも優れた電子顕微鏡となる。
【実施例１】
【００２９】
フラッシングのタイミングとして、実際のＩｐを測定する電流計を備え、Ｉｐが本格的に減衰する時刻であるＩｐが初期値の９０％になったタイミング（τ90）をモニターし、その時点で制御装置にフラッシングの制御を行うようにする。
【００３０】
一方、電子源表面に水素以外のガス分子が残った場合、或いはアノード等の周辺電極が汚れている場合等は別の方式で行う方がよい場合がある。
【００３１】
電子顕微鏡の電子源としてＷ＜３１０＞電界放出電子源を用いる場合、プローブ電流Ｉｐの本格的な減衰が始まる時間をτf（図４においては、安定領域（領域Ｉ及びII）と減衰領域（領域III）の境界）とすると、τfにあわせてフラッシングを行うと常に高輝度像観察ができる。τfは通常τ90に近いが電子源の表面状態によっては、図８に示すようにτ90とは異なる時間で本格的な減衰が始まる。
【００３２】
図８（ａ）は電子源表面が清浄な場合の減衰曲線で、τ90付近で本格的な減衰が始まる。一方電子源表面に水素以外のガス分子が残った場合、或いはアノード等の周辺電極が汚れている場合は図８（ｂ）のように放出電流の初期減衰が比較的早くなり、本格的な減衰はτ90より後で始まる。プローブ電流Ｉｐは電子源先端の（３１０）面の狭いナノ領域から放出されるので、電子源表面状態に敏感になるためである。
【００３３】
電子源表面と周辺部品の汚れはありうることなので、Ｉｐをモニターしてτ90を探す方法とは異なる方法も必要になる。方法は以下のとおりである。
【００３４】
トータルエミッション電流Ｉｅは電子源全体表面から放出するため、電子源先端一部から出るプローブ電流Ｉｐに比べノイズが小さく、初期表面清浄度や周辺部品のガス放出による減衰曲線の偏差も少ない。ＩｅとＩｐの減衰曲線を比較してみると、図７で示すようにＩｐの本格的な減衰が始まる時間τfとＩｅの５０％減衰時間τe50が圧力に関係なくほぼ一致することがわかった。Ｉｐが本格的に減衰する前の領域Ｉ及びIIで電子顕微鏡像を観察するためには、トータルエミッション電流Ｉｅをモニターしてτe50付近でフラッシングを行う方法でプローブ電流Ｉｐをコントロールする方法が、より正確なフラッシングのタイミングを正確に取得する上で有効である。本発明では、Ｗ＜３１０＞単結晶電界放出電子源を搭載する超高真空電子銃において、図４で示すように（３１０）面から放出するプローブ電流Ｉｐがフラッシング直後の高輝度の領域Ｉ及びIIを経て減衰領域に入る時間τfを、トータルエミッション電流Ｉｅをモニターすることで把握する。電子源表面を洗浄するため行うフラッシングは、プローブ電流Ｉｐが本格的に減衰する時間τfに合わせて実施し、（３１０）面から放出する電子線が高輝度を維持する領域Ｉ及びIIで電子顕微鏡の像観察を行う。
【実施例２】
【００３５】
次に、電子源周辺の圧力について説明する。
【００３６】
高輝度観察時間を数時間以上延ばすには、構成する部品を圧力１０-3Ｐａ台以下の真空炉で４００℃以上加熱する脱ガス及び電界研磨を実施しガス放出量を減らした電子銃にＷ＜３１０＞単結晶電界放出電子源を搭載し、１０-9Ｐａ台以下に下げられる排気系を用いて電子源周辺の圧力を１０-9Ｐａ台以下に維持する。
【実施例３】
【００３７】
以下、上記説明した本発明を実施するための具体的な形態を図面に基づき詳述する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施例である超高真空電子銃とその制御系の構成を示した概略図である。本実施例では、超高真空電子銃は、Ｗ＜３１０＞単結晶針を用いたＷ＜３１０＞電界放出電子源１と真空室２を有する。真空室２の電子銃室内の圧力は１０-9Ｐａ台以下の超高真空に維持される。なお、本実施例は、実施例１の発明と、実施例２の発明を併用したものであるが、いずれか一方の発明を用いることも可能である。
【００３９】
同図において、超高真空電子銃は電子源としてＷ＜３１０＞単結晶ワイヤをエッチングして作製したＷ＜３１０＞電界放出電子源１を配する真空室２，超真空室を２排気する排気系１１，電流を流してＷ＜３１０＞電界放出電子源１を加熱させるフラッシング用のタングステンのフィラメント６，フィラメント６に電流を流せるフラッシング電源７，Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１から放出するトータルエミッション電流Ｉｅを測定する電流計８，電流計８から送られたＩｅの測定値でＷ＜３１０＞電界放出電子源１の適切なフラッシング時間を判断しフラッシング電源７がフィラメント６に電流を流してＷ＜３１０＞電界放出電子源１を洗浄するようにコントロールする電子源制御部４，電子源制御部４にフラッシングタイミング，時間，フラッシング電流量等を決めるパラメータを入力する操作部５を備える。
【００４０】
フラッシングはフィラメント６に一定時間電流を流し、通電加熱によってＷ＜３１０＞電界放出電子源１の温度をたとえば１５００Ｋ以上に上げることで行う。電流を流す時間は最大数秒程度であり、表面の状態によって複数回行う。フラッシングは図４で示すようにＩｐの本格的な減衰が始まる時間τfに合わせて行うと、より効果的に高輝度安定領域Ｉ及びIIで電子顕微鏡像観察ができる。
【００４１】
フラッシングのタイミングは以下の手順で決める。操作部５で入力された電流，電圧，パワー，時間等のパラメータに合わせてフラッシング電源７を制御しフラッシングを行う。Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１表面がフラッシングで清浄になったら、電子源制御部４は引き出し電源９を制御し、引き出し電極３に正の引き出し電圧を掛け、操作部５で決められたトータルエミッション電流値Ｉｅ0の電子線をＷ＜３１０＞電界放出電子源１から放出させる。その直後電子源制御部４は電流計８で測定した電流値Ｉｅ0をメモリに保管する。Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１から電子線が放出される間、電流計８はトータルエミッション電流測定値Ｉｅを数秒間隔で測定し、測定値を電子源制御部４に送る。電子源制御部４は送られてきたトータルエミッション電流測定値Ｉｅをメモリに保管した初期値Ｉｅ0と比較し、測定値Ｉｅが図７で示すようにトータルエミッション電流値Ｉｅが初期値の５０％付近の決められた割合Ｒｘ Ｉｅ0（例えば、３０％〜７０％の決められた値）以下になるとフラッシングを行い、プローブ電流の減衰を防ぐ。
【００４２】
フラッシングのタイミングは、電子源制御部４がＩｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0を検出した時点で自動的に行う。ただし、電子源制御部４は、電子顕微鏡の稼動状態をモニターし、二次電子画像，反射電子画像，ＥＤＸマッピング像，ＥＥＬＳマッピング像などの電子顕微鏡画像やＥＤＸ，ＷＤＸ，ＥＥＬＳなどのスペクトルを取得している間はフラッシングを行わないようにし、上記画像，スペクトルを所得した一定時間後にフラッシングを行うように制御する。
【００４３】
他の方法として、電子源制御部４は、Ｉｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0から電子顕微鏡の稼動状態のモニターを開始し、電子顕微鏡操作者が、電子顕微鏡観察を中断した時に、自動的にフラッシングを行う。たとえば試料交換のタイミングを検知して、試料交換中に自動的にフラッシングを行う。
【００４４】
他の方法として、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１と試料との間の電子線通路を遮断するバルブ動作のタイミングを検知して、バルブがＷ＜３１０＞電界放出電子源１と試料との間を遮断している間に自動的にフラッシングを行う。
【００４５】
他の方法として、電子顕微鏡操作者の焦点調整，視野移動，倍率調整などの操作状況を監視し、ある一定時間電子顕微鏡の操作を行わない場合に、自動的にフラッシングを行う。
【００４６】
但し、電子源制御部４がＩｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0から電子顕微鏡の稼動状態のモニターを開始して、電子顕微鏡操作者が電子顕微鏡観察を中断しない場合には、モニターを開始して一定時間後、あるいは、たとえば、Ｒ′＜ＲとなるＲ′をあらかじめ定めておき、Ｉｅ≦Ｒ′ｘ Ｉｅ0になった時点で、フラッシングを自動的に行うように電子源制御部４が制御するようにしても良い。
【００４７】
また、電子源制御部４は、Ｉｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0になった時点で、操作者の観察モニター上に、フラッシングを促すメッセージを表示する命令を実行して、操作部に配置されたフラッシング開始ボタンを操作者が実行することで、マニュアルでフラッシングを実施しても良い。
【００４８】
微小電流計を用いたトータルエミッション電流値Ｉｅの測定方法について説明する。加速電圧Ｖ0が低く、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１，フィラメント６，引き出し電極３，加速電源１０を含む高電圧側からのリーク電流が少ない場合は、図１と図９で示すように微少電流計をＷ＜３１０＞電界放出電子源１側，引き出し電極３側どちらの配線に直列配置して電流値を測定しても良い。
【００４９】
一方高い負の加速電圧Ｖ0が掛かる場合、図１０，図１１で示すように高圧側にリーク電流が発生する場合がある。
【００５０】
図１０で示すようにＷ＜３１０＞電界放出電子源１に掛かる電圧は一定値Ｖ0を維持する。引き出し電極に正の引き出し電圧を掛けると、引き出し電源９とＷ＜３１０＞電界放出電子源１との間に配する電流計Ａ2１３に流れる電流量はリーク電流ＩL1からＩｅ＋ＩL1に増加する。従って引き出し電圧印加前後の電流値の差分を取ればＷ＜３１０＞電界放出電子源１からの放出電流量に相当する。
【００５１】
図１１で示すように細いワイヤ等で作製し電子線が殆ど当たらないようにした極細引き出し電極１５を採用し、電子線が当たるグラウンド側にファラデーカップ２３を設けると、ファラデーカップ２３は電圧が０に近いためリーク電流が発生しなくなる。ファラデーカップ２３とグラウンドの間に電流計Ａ3１４で測れる電流値はファラデーカップ２３の絞りを抜ける電流Ｉｐを除いた値Ｉｅ−Ｉｐになるが、ＩｐがＩｅに比べて小さいため電流計Ａ3１４で測れる電流値をＩｅとして用いても良い。
【００５２】
Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１搭載電子銃で、電子源先端（３１０）面から放出されるプローブ電流Ｉｐが高輝度安定であるフラッシング直後から減衰前の間に（図４の領域Ｉ，II）用いるためには、領域Ｉ，IIの時間を伸ばす必要がある。Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２の圧力を１０-9Ｐａ台以下に維持すると、領域Ｉ，IIの時間は３０分以上になる。本発明ではＷ＜３１０＞電界放出電子源１搭載電子銃の真空系を下記するように構築することで、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１搭載電子銃周辺の圧力を１０-9Ｐａ台以下にする。
【００５３】
上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２中の全ての部品と真空容器は３００℃以上加熱可能な材料で作製し、１０-3Ｐａ台以下の圧力を維持する真空炉で１時間以上脱ガスを行う。脱ガス前金属部品を研磨するとよりガス放出量が減るが、必修ではない。
【００５４】
上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２の排気系として、図１２で示すように非蒸発ゲッターポンプ１６と１ｌ／ｓ以上の排気速度を持つイオンポンプ１７を併用する。
【００５５】
別の方法として、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する上記真空室２の排気系として、図１３で示すようにチタンサブレメーションポンプ１８とイオンポンプ１７を併用する。
【００５６】
また、別の方法として、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する上記超高真空真空室２の排気系として、図１４で示すようにクライオポンプ１９を用いる。
【００５７】
さらに、別の方法として、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２の排気系として、図１５で示すように上記超高真空真空室２は１００ｌ／ｓ以上の排気速度を持つ１段ターボ分子ポンプ２０で排気し、上記１段ターボ分子ポンプ２０の排出口に２段ターボ分子ポンプ２１を、上記２段ターボ分子ポンプ２１の排出口には補助ポンプ２２を着けて排気を行う。
【００５８】
上記のような手法により、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１周辺の圧力を１０-9Ｐａ台以下にすると、領域Ｉ及びIIの時間を伸ばすことができ、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源本来の高輝度を有効に生かすことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ Ｗ＜３１０＞電界放出電子源
２ 真空室
３ 引き出し電極
４ 電子源制御部
５ 操作部
６ フィラメント
７ フラッシング電源
８ 電流計
９ 引き出し電源
１０ 加速電源
１１ 排気系
１２ 電流計Ａ1
１３ 電流計Ａ2
１４ 電流計Ａ3
１５ 極細引き出し電極
１６ 非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）
１７ イオンポンプ
１８ チタンサブレメーションポンプ
１９ クライオポンプ
２０ １段ターボ分子ポンプ
２１ ２段ターボ分子ポンプ
２２ 補助ポンプ
２３ ファラデーカップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出型電子銃及びその制御方法に関し、特にＷ＜３１０＞電界放出電子源を搭載した電子銃及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属表面に強電界が掛かると、真空との境界でポテンシャル障壁が傾斜を持つが、電界が１０7Ｖ／cm以上になると障壁が極めて薄くなり、トンネル効果で電子が真空中に放出される。これを電界放出と言う。放出電子のエネルギーのばらつきは小さく、０.３ｅＶ程度である。電界放出電子源は強電界を作るためにその先端は１００ｎｍ程度の曲率半径に仕上げられている。
【０００３】
電界放出電子源のスポット径の大きさは５〜１０ｎｍと小さいため、輝度が極めて高いのが特徴であり、高分解能ＳＥＭとＴＥＭ用の電子銃として多く用いられる。また、放出電子のエネルギー幅が小さいことから、低加速電圧でも高分解能が得やすい。
【０００４】
一方で、室温で動作するためガス吸着によって放出電流が不安定になりやすく、超高真空が必要であること、放出電子によってイオン化された残留ガス分子の衝撃で陰極表面が荒れて最終的には陰極が破壊される可能性があること、などがある。そのため、特許文献１に記載のように、吸着ガスを除去するために時々フラッシングという陰極の瞬間的な加熱を行う。
【０００５】
電界放出電子源としては通常、タングステン（Ｗ）の針（チップ）が用いられる。Ｗ電子源を１５００Ｋ以上の温度でフラッシングを行うと吸着層が蒸発されて清浄表面が得られる。
【０００６】
Ｗ表面が清浄な場合、図２の電界放出パターンが示すように、あらゆる面の中で相対的に仕事関数の低い（１１１）面と（３１０）面から主に電子が放出される。そこで電界放出電子源としては（１１１）面または（３１０）面が先端に配置される、Ｗ＜１１１＞或いはＷ＜３１０＞電界放出電子源が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−７３５２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】B. Cho, Applied Physics Letters, Volume 91, （2007) P012105.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、Ｗ（３１０）面からの放出電流の減衰の仕方の特徴を見出した。この知識を用いて、電界放出型電子源をより安定して使う方法の開示を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、タングステンの＜３１０＞単結晶からなる電界放出電子源と、当該電子源が配置される真空室と、前記真空室を排気する排気系と、前記電子源と接続され、電流を流して前記電子源を加熱するフィラメントと、当該フィラメントに電流を流す電源と、当該電子源から放出される総電流量を測定する電流計と、を備える荷電粒子線装置であって、前記総電流量を定期的に測定し、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御する制御部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【００１１】
また、前記排気系は、前記真空室の圧力を、１０-9Ｐａ台以下に維持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源本来の高輝度を有効に生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例になる構成を説明する図。
【図２】Ｗチップの電界電子放出パターン。
【図３】本発明で用いる電子源周辺の配置構造の一例を示す図。
【図４】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図５】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図６】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図７】本発明を用いた放出電流制御方法を説明する図。
【図８】本発明が解決しようとする課題を説明する実験結果を示す図。
【図９】本発明の放出電流制御方法の一実施例になる構成を説明する図。
【図１０】本発明の放出電流制御方法の一実施例になる構成を説明する図。
【図１１】本発明の放出電流制御方法の一実施例になる構成を説明する図。
【図１２】本発明で用いる非蒸発ゲッターポンプとイオンポンプの配置構造の一例を説明する図。
【図１３】本発明で用いるチタンサブレメーションポンプとイオンポンプの配置構造の一例を説明する図。
【図１４】本発明で用いるクライオポンプの配置構造の一例を説明する図。
【図１５】本発明で用いるタンデム方式ターボ分子ポンプ排気系の配置構造の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施例を説明する前に、本件発明の原理について説明する。
【００１５】
電界放出電子源の清浄表面に残留ガス（例えば、水素）が吸着すると仕事関数が増加して放出電流量が減衰する。その減衰時間τは圧力Ｐと反比例関係がありτ・Ｐは一定である（非特許文献１）。従って減衰時間τの変化を測定することにより、電子源周辺の圧力の変化がわかる。
【００１６】
図３で示すように電子顕微鏡では電子源から放出される電子線のトータルエミッション電流量（Ｉｅ）中でチップ先端の面から出る極一部のプローブ電流量（Ｉｐ）だけを用いる。
【００１７】
以下、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源の場合で実験した放出電流減衰の仕方について説明する。
【００１８】
Ｗ＜３１０＞電界放出電子源の場合、フラッシング洗浄すると、その直後の放出電流の減衰は図４のようになる。図４の放出電流減衰曲線が示すようにＩｅ，Ｉｐ共に減衰するが、時間の関数でそれぞれ異なる減衰曲線を描く。
【００１９】
Ｉｐの場合初期電流の９０％程度までは非常にゆっくり減衰する。その後減衰が早くなり急激に電流量が落ちる。この落ちる領域を減衰領域IIIと名付ける。
【００２０】
一方Ｉｅの場合、図４で示すように減衰速度は大（領域Ｉ）→小（領域II）→大（領域III）の順に変化する。その後電子源の表面が完全にガスで覆われたらＩｅ電流量は初期の数十分の一になるが、電流量変化は止まり安定になる。なお、通常の電子顕微鏡等では、電流量がフラッシング直後の数十分の一であるものの、この安定した領域を用いて使用している。
【００２１】
Ｉｅ，Ｉｐの異なる減衰様子は、水素吸着によるタングステン表面の仕事関数の変化が各面ごとに違うことから生じると考えられる。（１１１）面は水素吸着によって仕事関数が初期から増えるため、（１１１）面からの放出電流は初期値の数％程度まで減衰し続ける。一方（３１０）面は初期水素吸着では仕事関数が増えず、初期値の９０％減衰時間をτ90とすると、平均的にτ90時間後本格的な減衰が始まる（図４のＩｐ曲線）。Ｉｅの主な成分は（１１１）面及び（３１０）面からの放出電流Ｉ(111)及びＩ(310)であり、また、本実験ではＩｐは放出電流Ｉ(310)である。
【００２２】
したがってＩｅの速い初期減衰（領域Ｉ）は早いＩ(111)の初期減衰を反映していることがわかる。一方減衰末期（領域III）にＩｅの減衰が早くなるのは、ＩｅとＩｐが同時に急速に減衰するためであり、つまりＩ(310)の減衰速度が急激に増えるためである。これを示す根拠として、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源の先端面（３１０）面だけカーボンを吸着させ、Ｉｐが減衰しないようにすると、（３１０）面からの放出電流減衰を反映する領域IIIで、Ｉｅは図５で示すように減衰しなくなる。
【００２３】
上記の実験結果から、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源では、プローブ電流量Ｉｐが領域ＩとIIで減衰しないのが特徴であることがわかった。
【００２４】
次に、電子銃の真空度と放出電流量との関係について説明する。
【００２５】
圧力１０-8Ｐａ台の従来電子銃では、図６で示すように放出電流が完全に減衰した後、引出電圧を上げてトータルエミッション電流Ｉｅを初期値（通常〜１０μＡ）に戻してから本格的な電子顕微鏡像の観察が始まる。
【００２６】
しかしＩｅを初期値に上げても、プローブ電流Ｉｐは減衰前初期値の半分以下の電流量にしか上がらない。これは像観察に使うチップ先端（３１０）面からの電子線の輝度が、減衰後半分以下に落ちることを意味する。トータルエミッション電流Ｉｅを変えながら測定した放射角電流密度（単位立体角あたりのプローブ電流）Ｉ′データも、減衰後はＩ′が減衰前に比べて半分以下になることを示す。１０-8Ｐａ台の従来の電界放出電子源を搭載した電子顕微鏡で像を観察するときは、高輝度が要求される場合は（３１０）面からのＩｐが減衰する前（τ90）の約１５分間で観察を行う。
【００２７】
一方、電子銃の真空を圧力１０-9Ｐａ台まであげると、図７で示すようにτ90が１０倍弱増えて、減衰前の安定した像観察時間が数時間まで延びることがわかった。本格的に減衰が始まる時刻にあわせてフラッシングすると、従来電子銃のような減衰時間待ちをすることなく即座で高輝度像の観察ができる。
【００２８】
これらの知識を用いて、本格的に減衰が始まる時刻にあわせてフラッシングすれば、長時間非常に大きい放出電流（高輝度）で長時間の観察が可能となる。さらに、圧力１０-9Ｐａ台まであげれば、フラッシング間隔は長くなり、実用的にも優れた電子顕微鏡となる。
【実施例１】
【００２９】
フラッシングのタイミングとして、実際のＩｐを測定する電流計を備え、Ｉｐが本格的に減衰する時刻であるＩｐが初期値の９０％になったタイミング（τ90）をモニターし、その時点で制御装置にフラッシングの制御を行うようにする。
【００３０】
一方、電子源表面に水素以外のガス分子が残った場合、或いはアノード等の周辺電極が汚れている場合等は別の方式で行う方がよい場合がある。
【００３１】
電子顕微鏡の電子源としてＷ＜３１０＞電界放出電子源を用いる場合、プローブ電流Ｉｐの本格的な減衰が始まる時間をτf（図４においては、安定領域（領域Ｉ及びII）と減衰領域（領域III）の境界）とすると、τfにあわせてフラッシングを行うと常に高輝度像観察ができる。τfは通常τ90に近いが電子源の表面状態によっては、図８に示すようにτ90とは異なる時間で本格的な減衰が始まる。
【００３２】
図８（ａ）は電子源表面が清浄な場合の減衰曲線で、τ90付近で本格的な減衰が始まる。一方電子源表面に水素以外のガス分子が残った場合、或いはアノード等の周辺電極が汚れている場合は図８（ｂ）のように放出電流の初期減衰が比較的早くなり、本格的な減衰はτ90より後で始まる。プローブ電流Ｉｐは電子源先端の（３１０）面の狭いナノ領域から放出されるので、電子源表面状態に敏感になるためである。
【００３３】
電子源表面と周辺部品の汚れはありうることなので、Ｉｐをモニターしてτ90を探す方法とは異なる方法も必要になる。方法は以下のとおりである。
【００３４】
トータルエミッション電流Ｉｅは電子源全体表面から放出するため、電子源先端一部から出るプローブ電流Ｉｐに比べノイズが小さく、初期表面清浄度や周辺部品のガス放出による減衰曲線の偏差も少ない。ＩｅとＩｐの減衰曲線を比較してみると、図７で示すようにＩｐの本格的な減衰が始まる時間τfとＩｅの５０％減衰時間τe50が圧力に関係なくほぼ一致することがわかった。Ｉｐが本格的に減衰する前の領域Ｉ及びIIで電子顕微鏡像を観察するためには、トータルエミッション電流Ｉｅをモニターしてτe50付近でフラッシングを行う方法でプローブ電流Ｉｐをコントロールする方法が、より正確なフラッシングのタイミングを正確に取得する上で有効である。本発明では、Ｗ＜３１０＞単結晶電界放出電子源を搭載する超高真空電子銃において、図４で示すように（３１０）面から放出するプローブ電流Ｉｐがフラッシング直後の高輝度の領域Ｉ及びIIを経て減衰領域に入る時間τfを、トータルエミッション電流Ｉｅをモニターすることで把握する。電子源表面を洗浄するため行うフラッシングは、プローブ電流Ｉｐが本格的に減衰する時間τfに合わせて実施し、（３１０）面から放出する電子線が高輝度を維持する領域Ｉ及びIIで電子顕微鏡の像観察を行う。
【実施例２】
【００３５】
次に、電子源周辺の圧力について説明する。
【００３６】
高輝度観察時間を数時間以上延ばすには、構成する部品を圧力１０-3Ｐａ台以下の真空炉で４００℃以上加熱する脱ガス及び電界研磨を実施しガス放出量を減らした電子銃にＷ＜３１０＞単結晶電界放出電子源を搭載し、１０-9Ｐａ台以下に下げられる排気系を用いて電子源周辺の圧力を１０-9Ｐａ台以下に維持する。
【実施例３】
【００３７】
以下、上記説明した本発明を実施するための具体的な形態を図面に基づき詳述する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施例である超高真空電子銃とその制御系の構成を示した概略図である。本実施例では、超高真空電子銃は、Ｗ＜３１０＞単結晶針を用いたＷ＜３１０＞電界放出電子源１と真空室２を有する。真空室２の電子銃室内の圧力は１０-9Ｐａ台以下の超高真空に維持される。なお、本実施例は、実施例１の発明と、実施例２の発明を併用したものであるが、いずれか一方の発明を用いることも可能である。
【００３９】
同図において、超高真空電子銃は電子源としてＷ＜３１０＞単結晶ワイヤをエッチングして作製したＷ＜３１０＞電界放出電子源１を配する真空室２，超真空室を２排気する排気系１１，電流を流してＷ＜３１０＞電界放出電子源１を加熱させるフラッシング用のタングステンのフィラメント６，フィラメント６に電流を流せるフラッシング電源７，Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１から放出するトータルエミッション電流Ｉｅを測定する電流計８，電流計８から送られたＩｅの測定値でＷ＜３１０＞電界放出電子源１の適切なフラッシング時間を判断しフラッシング電源７がフィラメント６に電流を流してＷ＜３１０＞電界放出電子源１を洗浄するようにコントロールする電子源制御部４，電子源制御部４にフラッシングタイミング，時間，フラッシング電流量等を決めるパラメータを入力する操作部５を備える。
【００４０】
フラッシングはフィラメント６に一定時間電流を流し、通電加熱によってＷ＜３１０＞電界放出電子源１の温度をたとえば１５００Ｋ以上に上げることで行う。電流を流す時間は最大数秒程度であり、表面の状態によって複数回行う。フラッシングは図４で示すようにＩｐの本格的な減衰が始まる時間τfに合わせて行うと、より効果的に高輝度安定領域Ｉ及びIIで電子顕微鏡像観察ができる。
【００４１】
フラッシングのタイミングは以下の手順で決める。操作部５で入力された電流，電圧，パワー，時間等のパラメータに合わせてフラッシング電源７を制御しフラッシングを行う。Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１表面がフラッシングで清浄になったら、電子源制御部４は引き出し電源９を制御し、引き出し電極３に正の引き出し電圧を掛け、操作部５で決められたトータルエミッション電流値Ｉｅ0の電子線をＷ＜３１０＞電界放出電子源１から放出させる。その直後電子源制御部４は電流計８で測定した電流値Ｉｅ0をメモリに保管する。Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１から電子線が放出される間、電流計８はトータルエミッション電流測定値Ｉｅを数秒間隔で測定し、測定値を電子源制御部４に送る。電子源制御部４は送られてきたトータルエミッション電流測定値Ｉｅをメモリに保管した初期値Ｉｅ0と比較し、測定値Ｉｅが図７で示すようにトータルエミッション電流値Ｉｅが初期値の５０％付近の決められた割合Ｒｘ Ｉｅ0（例えば、３０％〜７０％の決められた値）以下になるとフラッシングを行い、プローブ電流の減衰を防ぐ。
【００４２】
フラッシングのタイミングは、電子源制御部４がＩｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0を検出した時点で自動的に行う。ただし、電子源制御部４は、電子顕微鏡の稼動状態をモニターし、二次電子画像，反射電子画像，ＥＤＸマッピング像，ＥＥＬＳマッピング像などの電子顕微鏡画像やＥＤＸ，ＷＤＸ，ＥＥＬＳなどのスペクトルを取得している間はフラッシングを行わないようにし、上記画像，スペクトルを所得した一定時間後にフラッシングを行うように制御する。
【００４３】
他の方法として、電子源制御部４は、Ｉｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0から電子顕微鏡の稼動状態のモニターを開始し、電子顕微鏡操作者が、電子顕微鏡観察を中断した時に、自動的にフラッシングを行う。たとえば試料交換のタイミングを検知して、試料交換中に自動的にフラッシングを行う。
【００４４】
他の方法として、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１と試料との間の電子線通路を遮断するバルブ動作のタイミングを検知して、バルブがＷ＜３１０＞電界放出電子源１と試料との間を遮断している間に自動的にフラッシングを行う。
【００４５】
他の方法として、電子顕微鏡操作者の焦点調整，視野移動，倍率調整などの操作状況を監視し、ある一定時間電子顕微鏡の操作を行わない場合に、自動的にフラッシングを行う。
【００４６】
但し、電子源制御部４がＩｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0から電子顕微鏡の稼動状態のモニターを開始して、電子顕微鏡操作者が電子顕微鏡観察を中断しない場合には、モニターを開始して一定時間後、あるいは、たとえば、Ｒ′＜ＲとなるＲ′をあらかじめ定めておき、Ｉｅ≦Ｒ′ｘ Ｉｅ0になった時点で、フラッシングを自動的に行うように電子源制御部４が制御するようにしても良い。
【００４７】
また、電子源制御部４は、Ｉｅ≦Ｒｘ Ｉｅ0になった時点で、操作者の観察モニター上に、フラッシングを促すメッセージを表示する命令を実行して、操作部に配置されたフラッシング開始ボタンを操作者が実行することで、マニュアルでフラッシングを実施しても良い。
【００４８】
微小電流計を用いたトータルエミッション電流値Ｉｅの測定方法について説明する。加速電圧Ｖ0が低く、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１，フィラメント６，引き出し電極３，加速電源１０を含む高電圧側からのリーク電流が少ない場合は、図１と図９で示すように微少電流計をＷ＜３１０＞電界放出電子源１側，引き出し電極３側どちらの配線に直列配置して電流値を測定しても良い。
【００４９】
一方高い負の加速電圧Ｖ0が掛かる場合、図１０，図１１で示すように高圧側にリーク電流が発生する場合がある。
【００５０】
図１０で示すようにＷ＜３１０＞電界放出電子源１に掛かる電圧は一定値Ｖ0を維持する。引き出し電極に正の引き出し電圧を掛けると、引き出し電源９とＷ＜３１０＞電界放出電子源１との間に配する電流計Ａ2１３に流れる電流量はリーク電流ＩL1からＩｅ＋ＩL1に増加する。従って引き出し電圧印加前後の電流値の差分を取ればＷ＜３１０＞電界放出電子源１からの放出電流量に相当する。
【００５１】
図１１で示すように細いワイヤ等で作製し電子線が殆ど当たらないようにした極細引き出し電極１５を採用し、電子線が当たるグラウンド側にファラデーカップ２３を設けると、ファラデーカップ２３は電圧が０に近いためリーク電流が発生しなくなる。ファラデーカップ２３とグラウンドの間に電流計Ａ3１４で測れる電流値はファラデーカップ２３の絞りを抜ける電流Ｉｐを除いた値Ｉｅ−Ｉｐになるが、ＩｐがＩｅに比べて小さいため電流計Ａ3１４で測れる電流値をＩｅとして用いても良い。
【００５２】
Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１搭載電子銃で、電子源先端（３１０）面から放出されるプローブ電流Ｉｐが高輝度安定であるフラッシング直後から減衰前の間に（図４の領域Ｉ，II）用いるためには、領域Ｉ，IIの時間を伸ばす必要がある。Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２の圧力を１０-9Ｐａ台以下に維持すると、領域Ｉ，IIの時間は３０分以上になる。本発明ではＷ＜３１０＞電界放出電子源１搭載電子銃の真空系を下記するように構築することで、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１搭載電子銃周辺の圧力を１０-9Ｐａ台以下にする。
【００５３】
上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２中の全ての部品と真空容器は３００℃以上加熱可能な材料で作製し、１０-3Ｐａ台以下の圧力を維持する真空炉で１時間以上脱ガスを行う。脱ガス前金属部品を研磨するとよりガス放出量が減るが、必修ではない。
【００５４】
上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２の排気系として、図１２で示すように非蒸発ゲッターポンプ１６と１ｌ／ｓ以上の排気速度を持つイオンポンプ１７を併用する。
【００５５】
別の方法として、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する上記真空室２の排気系として、図１３で示すようにチタンサブレメーションポンプ１８とイオンポンプ１７を併用する。
【００５６】
また、別の方法として、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する上記超高真空真空室２の排気系として、図１４で示すようにクライオポンプ１９を用いる。
【００５７】
さらに、別の方法として、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１が配する真空室２の排気系として、図１５で示すように上記超高真空真空室２は１００ｌ／ｓ以上の排気速度を持つ１段ターボ分子ポンプ２０で排気し、上記１段ターボ分子ポンプ２０の排出口に２段ターボ分子ポンプ２１を、上記２段ターボ分子ポンプ２１の排出口には補助ポンプ２２を着けて排気を行う。
【００５８】
上記のような手法により、上記Ｗ＜３１０＞電界放出電子源１周辺の圧力を１０-9Ｐａ台以下にすると、領域Ｉ及びIIの時間を伸ばすことができ、Ｗ＜３１０＞電界放出電子源本来の高輝度を有効に生かすことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ Ｗ＜３１０＞電界放出電子源
２ 真空室
３ 引き出し電極
４ 電子源制御部
５ 操作部
６ フィラメント
７ フラッシング電源
８ 電流計
９ 引き出し電源
１０ 加速電源
１１ 排気系
１２ 電流計Ａ1
１３ 電流計Ａ2
１４ 電流計Ａ3
１５ 極細引き出し電極
１６ 非蒸発ゲッターポンプ（ＮＥＧ）
１７ イオンポンプ
１８ チタンサブレメーションポンプ
１９ クライオポンプ
２０ １段ターボ分子ポンプ
２１ ２段ターボ分子ポンプ
２２ 補助ポンプ
２３ ファラデーカップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンの＜３１０＞単結晶からなる電界放出電子源と、
当該電子源が配置される真空室と、前記真空室を排気する排気系と、
前記電子源と接続され、電流を流して前記電子源を加熱するフィラメントと、当該フィラメントに電流を流す電源と、当該電子源から放出される総電流量を測定する電流計と、を備える荷電粒子線装置であって、
前記総電流量を定期的に測定し、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御する制御部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、当該総電流量が、電子線放出直後あるいは前記フィラメントに電流を流した直後の総電流量に対して半分になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１の荷電粒子線装置において、
制御部にフィラメントに電流を流す時期，電流を流す時間、及び電流量を決めるパラメータを入力する操作部を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記排気系は、前記真空室の圧力を１０-9Ｐａ台以下に維持することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記フィラメントに一定時間１回又は複数回電流を流し、通電加熱によって前記電子源の温度を１５００Ｋ以上にあげることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、試料から放出された信号を検出している間は、前記電子源に電流を流す制御を中止することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、当該荷電粒子線装置が操作されている間は、前記電子源に電流を流す制御を中止することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１の荷電粒子線装置において、
当該荷電粒子線装置はモニターを備え、
前記制御部は、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記モニター上に、前記フィラメントに電流を流すことを促すメッセージを表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記引き出し電極は金属の細線からなり、電子線が当たるグラウンド側にファラデーカップを設け、前記ファラデーカップとグラウンドの間に電流計を配置することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記真空室内部品及び真空室は、３００℃以上加熱可能な材料で作製され、１０-3Ｐａ台以下の圧力を維持する真空炉で１時間以上３００℃以上の温度で脱ガスの処理が施されたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として非蒸発ゲッターポンプと１ｌ／ｓ以上の排気速度を持つイオンポンプを併用することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として、チタンサブレメーションポンプ
とイオンポンプを併用することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として、クライオポンプ
を用いることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として、１００ｌ／ｓ以上の排気速度を持つ１段ターボ分子ポンプと、前記１段ターボ分子ポンプの排出口に配置された２段ターボ分子ポンプと、前記２段ターボ分子ポンプの排出口に配置された補助ポンプからなることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１】
タングステンの＜３１０＞単結晶からなる電界放出電子源と、
当該電子源が配置される真空室と、前記真空室を排気する排気系と、
前記電子源と接続され、電流を流して前記電子源を加熱するフィラメントと、当該フィラメントに電流を流す電源と、当該電子源から放出される総電流量を測定する電流計と、を備える荷電粒子線装置であって、
前記総電流量を定期的に測定し、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御する制御部を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、当該総電流量が、電子線放出直後あるいは前記フィラメントに電流を流した直後の総電流量に対して半分になったときに、前記電源が前記フィラメントに電流を流すように制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１の荷電粒子線装置において、
制御部にフィラメントに電流を流す時期，電流を流す時間、及び電流量を決めるパラメータを入力する操作部を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記排気系は、前記真空室の圧力を１０-9Ｐａ台以下に維持することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記フィラメントに一定時間１回又は複数回電流を流し、通電加熱によって前記電子源の温度を１５００Ｋ以上にあげることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、試料から放出された信号を検出している間は、前記電子源に電流を流す制御を中止することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の荷電粒子線装置において、
前記制御部は、当該荷電粒子線装置が操作されている間は、前記電子源に電流を流す制御を中止することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１の荷電粒子線装置において、
当該荷電粒子線装置はモニターを備え、
前記制御部は、当該総電流量が、最初の電子線放出直後の前記電子源からの総電流量、または前記フィラメントに電流を流した直後の前記電子線からの総電流量に対して所定の比率以下になったときに、前記モニター上に、前記フィラメントに電流を流すことを促すメッセージを表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記引き出し電極は金属の細線からなり、電子線が当たるグラウンド側にファラデーカップを設け、前記ファラデーカップとグラウンドの間に電流計を配置することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記真空室内部品及び真空室は、３００℃以上加熱可能な材料で作製され、１０-3Ｐａ台以下の圧力を維持する真空炉で１時間以上３００℃以上の温度で脱ガスの処理が施されたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として非蒸発ゲッターポンプと１ｌ／ｓ以上の排気速度を持つイオンポンプを併用することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として、チタンサブレメーションポンプ
とイオンポンプを併用することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として、クライオポンプ
を用いることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、
前記排気系として、１００ｌ／ｓ以上の排気速度を持つ１段ターボ分子ポンプと、前記１段ターボ分子ポンプの排出口に配置された２段ターボ分子ポンプと、前記２段ターボ分子ポンプの排出口に配置された補助ポンプからなることを特徴とする荷電粒子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１７１０８８（Ｐ２０１１−１７１０８８Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３０４８（Ｐ２０１０−３３０４８）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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