JP2023146659A - 荷電粒子線源および荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線源および荷電粒子線装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2023146659000001
【課題】容易にエミッタを交換可能な荷電粒子線源を提供する。
【解決手段】本発明に係る荷電粒子線源は、電子銃チャンバー１０と、ケーブルを支持する絶縁部材、およびケーブルに電気的に接続された第１端子を含む第１ユニットと、荷電粒子を放出するエミッタ、およびエミッタに電気的に接続された第２端子を含む第２ユニットと、を含み、第１ユニットは、チャンバーの側壁に設けられた貫通孔に固定され、第２ユニットは、第１ユニットに対して着脱可能であり、チャンバー内において、エミッタが光軸上に配置されることによって、第１端子と第２端子が接触する。
【選択図】図４

Description

本発明は、荷電粒子線源および荷電粒子線装置に関する。
電子顕微鏡や集束イオンビーム装置などの荷電粒子線装置では、電子銃やイオン銃が荷電粒子線源として用いられる。電子銃やイオン銃に用いられるエミッタには寿命があるため、定期的に交換する必要がある。
例えば、特許文献１には、電子銃室を高真空に維持したまま、簡単にフィラメント（エミッタ）を交換できる電子ビーム発生装置が開示されている。
特開２００９－２４５７２５号公報
上記のように、電子銃やイオン銃などの荷電粒子線源では、容易に、エミッタを交換可能な装置が求められている。
本発明に係る荷電粒子線源の一態様は、
チャンバーと、
ケーブルを支持する絶縁部材、および前記ケーブルに電気的に接続された第１端子を含む第１ユニットと、
荷電粒子を放出するエミッタ、および前記エミッタに電気的に接続された第２端子を含む第２ユニットと、
を含み、
前記第１ユニットは、前記チャンバーの側壁に設けられた貫通孔に固定され、
前記第２ユニットは、前記第１ユニットに対して着脱可能であり、
前記チャンバー内において、前記エミッタが光軸上に配置されることによって、前記第１端子と前記第２端子が接触する。
このような荷電粒子線源では、第２ユニットが第１ユニットに対して着脱可能であるため、容易にエミッタを交換できる。また、このような荷電粒子線源では、エミッタが光軸上に配置されることによって第１端子と第２端子が接触するため、容易にエミッタを交換できる。
本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
上記荷電粒子線源を含む。
第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃を模式的に示す断面図。 フランジを模式的に示す図。 エミッタを交換する工程を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃を模式的に示す断面図。 第３実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃を模式的に示す断面図。 第４実施形態に係る電子顕微鏡の電子銃を模式的に示す断面図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡
まず、第１実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１の構成を示す図である。
電子顕微鏡１は、電子プローブで試料Ｓを走査して走査像を取得する走査電子顕微鏡である。電子顕微鏡１では、走査像として、二次電子像や、元素マップを取得できる。
電子顕微鏡１は、図１に示すように、電子銃（荷電粒子線源の一例）１００と、コンデンサーレンズ１１０と、走査コイル１２０と、対物レンズ１３０と、試料ステージ１４０と、二次電子検出器１５０と、Ｘ線検出器１６０と、高圧電源１７０と、高圧ケーブル１８０と、を含む。
電子銃１００は、電子線ＥＢを放出する。電子銃１００の詳細については後述する。
コンデンサーレンズ１１０および対物レンズ１３０は、電子銃１００から放出された電子線ＥＢを集束させて電子プローブを形成する。
走査コイル１２０は、電子線ＥＢを二次元的に偏向させる。走査コイル１２０で電子線ＥＢを二次元的に偏向させることによって、電子プローブで試料Ｓを走査できる。
鏡筒１０１は、電子顕微鏡１において電子プローブの形成と走査を行う部分である。電子銃１００、コンデンサーレンズ１１０、走査コイル１２０、および対物レンズ１３０は、鏡筒１０１を構成している。鏡筒１０１には、電子の放出源となるエミッタが収容される電子銃室１０２と、コンデンサーレンズ１１０、走査コイル１２０、および対物レンズ１３０等の電子光学系が収容される中間室１０４と、が設けられている。
試料ステージ１４０は、試料室１０６に配置されている。試料ステージ１４０には、試料Ｓが載置される。試料ステージ１４０は、試料Ｓを保持することができる。試料ステージ１４０は、試料Ｓを移動させるための移動機構を有している。
二次電子検出器１５０は、電子線ＥＢが試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出された二次電子を検出する。電子プローブで試料Ｓを走査し、試料Ｓから放出された二次電子を二次電子検出器１５０で検出することで、二次電子像を得ることができる。なお、電子顕微鏡１は、電子線ＥＢが試料Ｓに照射されることによって試料Ｓから放出された反射電子を検出する反射電子検出器を搭載していてもよい。
Ｘ線検出器１６０は、電子線ＥＢが試料Ｓに照射されることによって発生した特性Ｘ線を検出する。Ｘ線検出器１６０は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線検出器である。なお、Ｘ線検出器１６０は、波長分散型Ｘ線検出器であってもよい。電子プローブで試料Ｓを走
査し、試料Ｓから放出された特性Ｘ線をＸ線検出器１６０で検出することで、元素マップを得ることができる。
高圧電源１７０は、電子銃１００に負の高電圧を供給する。高圧電源１７０は、高圧ケーブル１８０を介して、電子銃１００のエミッタや各種電極に電気的に接続されている。
１．２． 電子銃の構成
図２～図４は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１の電子銃１００を模式的に示す断面図である。図２～図４には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
電子銃１００は、図２～図４に示すように、電子銃チャンバー１０と、チャンバー蓋１６と、碍子ユニット（第１ユニットの一例）２０と、エミッタユニット（第２ユニットの一例）３０と、アノード４０と、を含む。電子銃１００は、ショットキー電子銃である。ショットキー電子銃は、ショットキー効果を利用した電子銃である。ショットキー効果は、物質に強い電界をかけるとポテンシャル障壁が下がり熱電子を放出しやすくなる現象である。
電子銃チャンバー１０には、エミッタユニット３０が収容される電子銃室１０２が設けられている。電子銃チャンバー１０の側壁１１には、側壁１１を貫通するパイプ１２が接合されている。図示はしないが、パイプ１２には、超高真空排気用ポンプ（イオンポンプ等）が接続されている。超高真空排気用ポンプによって、電子銃チャンバー１０内を超高真空領域（１０－５Ｐａ以下）に維持できる。パイプ１２には、パイプ１４が接続されている。図示はしないが、パイプ１４には、粗引き用の真空ポンプ（油回転ポンプ等）が接続されている。
電子銃チャンバー１０の上部の開口は、チャンバー蓋１６によって気密に封止されている。チャンバー蓋１６は、ボルト１８を通す貫通孔が設けられたフランジを有し、フランジがボルト１８で電子銃チャンバー１０に固定されている。
碍子ユニット２０は、パイプ２１と、フランジ２２と、フランジ２３と、プレート２４と、支持部材２５と、碍子（絶縁部材）２６と、端子２８ａと、端子２８ｂと、端子２８ｃと、を含む。
碍子ユニット２０は、電子銃チャンバー１０の側壁１１に設けられた貫通孔１１ａに固定されている。貫通孔１１ａにはパイプ２１が挿入され、パイプ２１と側壁１１とは、溶接によって接合されている。パイプ２１の先端には、フランジ２２が接合されている。
碍子２６は、高圧ケーブル１８０を支持している。碍子２６は、高圧ケーブル１８０を絶縁している。高圧ケーブル１８０は、高圧電源１７０とエミッタユニット３０とを結ぶ高耐電圧のケーブルである。高圧ケーブル１８０は、複数の心線を含む。
碍子２６は、絶縁体である。碍子２６は、パイプ２１に挿入されている。碍子２６の後端にはフランジ２３が、溶接またはろう付け等で接合されている。フランジ２３は、メタルＯリング２を介してフランジ２２にボルト３で固定されている。これにより、フランジ２２とフランジ２３の間を気密に封止できる。
碍子２６の先端には、エミッタユニット３０を支持する支持部材２５が設けられている。碍子２６の先端には、プレート２４がろう付けで接合されており、プレート２４を介して、碍子２６に支持部材２５が固定されている。
なお、高圧ケーブル１８０を絶縁し、かつ、高圧ケーブル１８０を支持する絶縁部材は、碍子２６に限定されない。
支持部材２５には、エミッタユニット３０が嵌め合わされる。支持部材２５は、例えば、筒状の部材であり、筒内にエミッタユニット３０が挿入される。エミッタユニット３０が支持部材２５に嵌め合わされることによって、エミッタユニット３０が位置決めされ、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置される。光軸ＯＡは、図示の例では、Ｚ軸に平行である。
碍子２６の先端には、複数の端子が固定されている。図示の例では、碍子２６の先端には、端子２８ａ、端子２８ｂ、および端子２８ｃが固定されている。端子２８ａ、端子２８ｂ、および端子２８ｃは、高圧ケーブル１８０に電気的に接続されている。
端子２８ａは、例えば、導電性のパイプである。端子２８ａは、光軸ＯＡと直交する方向（Ｙ軸に沿った方向）に長手方向を持つ形状を有している。端子２８ｂおよび端子２８ｂは、端子２８ａと同様に導電性のパイプであり、端子２８ａと同様の形状を有している。
図５は、フランジ２３を模式的に示す図である。
フランジ２２およびフランジ２３には、位置決めピン４を通す穴が設けられている。フランジ２３に設けられた穴およびフランジ２２に設けられた穴に位置決めピン４を挿入することによって、碍子ユニット２０の回転を防止できる。
エミッタユニット３０は、フランジ３１と、端子３２ａと、端子３２ｂと、端子３２ｃと、絶縁部材３３と、フィードスルー３４ａと、フィードスルー３４ｂと、フィードスルー３４ｃと、エミッタ３５と、ホルダー３６と、電極３７ａと、電極３７ｂと、引出電極３８と、を含む。
フランジ３１は、筒状であり、支持部材２５の内側に挿入される。フランジ３１は、支持部材２５に嵌め合わされる。フランジ３１と支持部材２５の嵌め合いによって、エミッタ３５が位置決めされる。フランジ３１と支持部材２５はボルト５によって固定される。
端子３２ａ、端子３２ｂ、および端子３２ｃは、絶縁部材３３上に固定されている。端子３２ａは、導電性を有する。端子３２ａは、弾性体である。端子３２ａは、例えば、板バネである。端子３２ｂおよび端子３２ｃは、端子３２ａと同様に導電性を有し、板バネである。
端子３２ａは、フィードスルー３４ａに接続されている。フィードスルー３４ａの先端には螺旋状の溝が形成されており、端子３２ａが絶縁部材３３にナット６で固定されている。同様に、端子３２ｂは、フィードスルー３４ｂに接続されており、絶縁部材３３にナット６で固定されている。同様に、端子３２ｃは、フィードスルー３４ｃに接続されており、絶縁部材３３にナット６で固定されている。
フィードスルー３４ａ、フィードスルー３４ｂ、およびフィードスルー３４ｃは、絶縁部材３３内に挿入されている。フィードスルー３４ａ、フィードスルー３４ｂ、およびフィードスルー３４ｃは、絶縁部材３３によって支持されている。フィードスルー３４ａ、フィードスルー３４ｂ、およびフィードスルー３４ｃは、絶縁部材３３によって絶縁されている。
フィードスルー３４ａはエミッタ３５の一方の端子に接続され、フィードスルー３４ｂはエミッタ３５の他方の端子に接続されている。これにより、エミッタ３５と高圧電源１７０を電気的に接続できる。
図示はしないが、エミッタ３５と引出電極３８の間にはサプレッサーが配置されている。サプレッサーには、エミッタ３５に対してマイナスの電位が与えられる。フィードスルー３４ｃは、サプレッサーに電気的に接続されている。フィードスルー３４ｃは、絶縁部材３３に設けられたメタライズを介して、フランジ８に電気的に接続されている。フランジ８は、サプレッサーに接触している。したがって、サプレッサーと高圧電源１７０を電気的に接続できる。電子銃１００では、メタライズを介してサプレッサーと高圧ケーブル１８０を電気的に接続できるため、放電の原因となる部材を削減でき、エミッタ３５が破損するリスクを低減できる。
エミッタ３５は、電子の放出源である。エミッタ３５は、例えば、タングステンチップの表面を酸化ジルコニウムで覆ったものである。
エミッタ３５は、フィードスルー３４ａおよびフィードスルー３４ｂで支持されている。エミッタ３５とフィードスルー３４ａは、ボルト７ａによって固定されている。エミッタ３５とフィードスルー３４ｂは、ボルト７ｂによって固定されている。
ホルダー３６は、エミッタ３５を囲んでいる。ホルダー３６は、筒状であり、その内側にエミッタ３５が嵌め合わされている。これにより、エミッタ３５を位置決めできる。絶縁部材３３には、フランジ８がろう付けされており、ホルダー３６とフランジ８がナット９によって固定されている。
引出電極３８は、エミッタ３５の下に配置されている。引出電極３８には、エミッタ３５から放出された電子を通過させる孔が設けられている。引出電極３８は、電極３７ａおよび電極３７ｂによって支持されている。電極３７ａは、フランジ３１に螺合している。電極３７ｂは、電極３７ａにねじによって固定されている。電極３７ｂの先端に、引出電極３８が固定されている。引出電極３８は、不図示の位置調整用ねじによって機械的に位置を調整できる。
引出電極３８には、エミッタ３５から電子を引き出すための引出電圧が印加される。支持部材２５は、高圧ケーブル１８０に電気的に接続されており、支持部材２５とフランジ３１は接触している。そのため、引出電圧は、高圧ケーブル１８０、支持部材２５、フランジ３１、電極３７ａ、および電極３７ｂを介して引出電極３８に印加される。
アノード４０は、引出電極３８の下に配置されている。アノード４０の先端には、アパーチャー４２が取り付けられている。アパーチャー４２は、ホルダー４３に螺合されている。アパーチャー４２は、電子銃チャンバー１０内と、電子銃チャンバー１０の直下の中間室１０４との間のオリフィスとして機能する。オリフィスは、電子線を通し、かつ、２つの部屋の圧力差を保つ絞りである。ホルダー４３は、アノード４０に固定されている。
１．３． 電子銃の動作
電子銃１００では、高圧電源１７０から高圧ケーブル１８０を介して、エミッタ３５にエミッタ３５を加熱するための電流が供給される。また、高圧電源１７０から高圧ケーブル１８０を介してエミッタ３５に負の高電圧が印加される。また、高圧電源１７０から高圧ケーブル１８０を介して、サプレッサーに、エミッタ３５に対して負の電位が印加される。また、高圧電源１７０から高圧ケーブル１８０を介して、引出電極３８に引出電圧が
印加される。
電子銃１００では、エミッタ３５に電流が供給されてエミッタ３５が加熱されると、引出電極３８がエミッタ３５の表面につくる強電界によって、エミッタ３５から電子が引き出される。このとき、エミッタ３５から放出された不要な熱電子は、サプレッサーによって遮蔽され、電子銃１００から放出されない。エミッタ３５から引き出された電子は、グランド電位のアノード４０によって加速され、コンデンサーレンズ１１０によって集束される。
１．４． エミッタの交換
図６は、エミッタ３５を交換する工程を模式的に示す断面図である。
まず、電子銃チャンバー１０内を大気圧にする。次に、図４に示すボルト１８を外して、電子銃チャンバー１０からチャンバー蓋１６をとる。次に、図２に示すエミッタユニット３０と支持部材２５を固定するボルト５を外す。
次に、図６に示すように、エミッタユニット３０を持ち上げて、電子銃チャンバー１０の上部の開口からエミッタユニット３０を取り出す。
次に、図３に示すフィードスルー３４ａとエミッタ３５を固定するボルト７ａおよびフィードスルー３４ｂとエミッタ３５を固定するボルト７ｂを緩めて、エミッタ３５を取り外す。そして、新たなエミッタ３５を取り付ける。
具体的には、新たなエミッタ３５を、ボルト７ａとボルト７ｂでフィードスルー３４ａおよびフィードスルー３４ｂに固定する。このとき、エミッタ３５は、ホルダー３６に嵌め合わされて位置決めされる。
新たなエミッタ３５が取り付けられたエミッタユニット３０において、エミッタ３５と引出電極３８の位置を調整する。そして、エミッタユニット３０を炉に入れてベーキング（加熱処理）する。ベーキングを行うことによって、エミッタユニット３０に吸蔵されているガスを強制的に脱ガスできる。
ベーキングの後、エミッタユニット３０を、電子銃チャンバー１０の上部の開口から碍子ユニット２０の支持部材２５にＺ軸に沿って挿入する。これにより、エミッタユニット３０が支持部材２５に嵌め合わされてエミッタ３５が位置決めされる。
ここで、支持部材２５の中心軸は、光軸ＯＡに一致している。電子銃１００では、フランジ２２のフランジ２３と接触する面は、フランジ２３が接触した際に、支持部材２５の中心軸が光軸ＯＡに一致するように正確に位置決めされている。そのため、フランジ２２にフランジ２３を固定することによって、支持部材２５の中心軸は、光軸ＯＡに一致する。したがって、エミッタユニット３０が支持部材２５に嵌め合わされることによって、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に位置する。
また、支持部材２５のフランジ３１と接触する面２５ａは、エミッタユニット３０のＺ方向の位置を決める。したがって、エミッタユニット３０が支持部材２５に嵌め合わされることによって、エミッタ３５のＺ方向の位置が決まる。
このように、電子銃１００では、エミッタユニット３０を支持部材２５に嵌めあわせることによって、エミッタ３５を位置決めできる。
エミッタユニット３０を支持部材２５に挿入することによって、エミッタユニット３０の端子３２ａが端子２８ａに接触する。端子３２ｃは弾性体（板バネ）であり、端子３２ｃは端子２８ｃに接触してたわむ。そのため、端子３２ｃを端子２８ｃに確実に接続できる。
同様に、エミッタユニット３０を支持部材２５に挿入することによって、端子３２ａが端子２８ａに接触する。端子３２ａは弾性体（板バネ）であり、端子３２ａは端子２８ａに接触してたわむ。そのため、端子３２ａを端子２８ａに確実に接続できる。
同様に、エミッタユニット３０を支持部材２５に挿入することによって、端子３２ｂが端子２８ｂに接触する。端子３２ｂは弾性体（板バネ）であり、端子３２ｂは端子２８ｂに接触してたわむ。そのため、端子３２ｂを端子２８ｂに確実に接続できる。
エミッタユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触することによって、エミッタユニット３０と高圧電源１７０が電気的に接続される。
エミッタユニット３０を支持部材２５に挿入した後、フランジ３１と支持部材２５をボルト５で固定する。
次に、図４に示すように、チャンバー蓋１６を、ボルト１８で電子銃チャンバー１０に固定し、電子銃チャンバー１０の上部の開口をチャンバー蓋１６で閉じる。そして、鏡筒内１０１を真空排気する。
次に、電子顕微鏡１の鏡筒１０１全体をベーキングする。
以上の工程により、エミッタ３５を交換できる。
１．５． 効果
電子銃１００では、碍子ユニット２０は電子銃チャンバー１０の側壁１１に設けられた貫通孔１１ａに固定され、エミッタユニット３０は碍子ユニット２０に対して着脱可能である。また、電子銃チャンバー１０内において、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置されることによって端子２８ａと端子３２ａが接触し、端子２８ｂと端子３２ｂが接触し、端子２８ｃと端子２８ｂが接触する。
このように電子銃１００では、エミッタユニット３０が碍子ユニット２０に対して着脱可能であるため、容易にエミッタ３５を交換できる。また、電子銃１００では、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置されることによってエミッタユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触するため、容易にエミッタ３５を交換できる。
また、電子銃１００では、エミッタユニット３０を碍子ユニット２０と独立して取り外すことができるため、エミッタ３５の交換の際に、作業対象となる部材を小さくできる。したがって、作業性を向上できる。また、エミッタユニット３０を単体でベーキングできるため、ベーキングの時間を短縮できる。
例えば、エミッタ３５や引出電極３８、碍子２６が１つのユニットである場合、鏡筒１０１からエミッタ３５を取り出す際に、作業対象が大きくなってしまうため、作業性が悪い。また、エミッタ３５や引出電極３８、碍子２６が１つのユニットである場合、ユニット単体でのベーキングは難しいため、ベーキング時間が長くなる。
電子銃１００では、碍子ユニット２０が電子銃チャンバー１０の側壁１１に取り付けら
れているため、高圧ケーブル１８０を鏡筒１０１の側方から導入できる。したがって、電子銃１００では、例えば、高圧ケーブル１８０が装置の上方から導入される場合と比べて、装置の高さを小さくできる。
電子銃１００では、碍子ユニット２０は、エミッタユニット３０を支持する支持部材２５を有し、エミッタユニット３０が支持部材２５で支持されることによって、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置され、エミッタユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子と接触する。このように電子銃１００では、エミッタユニット３０が支持部材２５で支持されることによってエミッタ３５が位置決めされるため、エミッタ３５の位置をねじなどで機械的に調整する必要がない。したがって、エミッタ３５の交換を短時間で行うことができる。また、エミッタ３５の位置を機械的に調整する必要がないため、表面積の大きいベローズなどの部品を用いなくてもよく、電子銃チャンバー１０内を高真空に維持できる。
電子銃１００では、支持部材２５は筒状であり、エミッタユニット３０が支持部材２５に挿入されることによって、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置される。そのため、電子銃１００では、エミッタ３５の交換を短時間で行うことができ、電子銃チャンバー１０内を高真空に維持できる。
電子銃１００では、エミッタユニット３０の各端子は、弾性体である。エミッタユニット３０の各端子は、例えば、板バネである。そのため、電子銃１００では、エミッタユニット３０の各端子を、碍子ユニット２０の各端子に確実に接触させることができる。
なお、上記の第１実施形態では、エミッタユニット３０の各端子が弾性体（板バネ）であったが、碍子ユニット２０の各端子が弾性体（板バネ）であってもよい。
２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡１について説明する。第２実施形態に係る電子顕微鏡１では、電子銃の種類を変更できる。以下では、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
２．２． 電子銃
図７は、第２実施形態に係る電子顕微鏡１の電子銃２００を模式的に示す断面図である。以下、電子銃２００において、上述した電子銃１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
電子銃２００は、図２～図４に示すショットキー電子銃を構成するエミッタユニット３０と、図７に示す冷陰極電界放出電子銃を構成するエミッタユニット３０Ｄと、を含む。電子銃２００では、碍子ユニット２０にエミッタユニット３０を取り付けることもできるし、碍子ユニット２０にエミッタユニット３０Ｄを取り付けることもできる。
冷陰極電界放出電子銃は、エミッタ３５ａに常温で強電界をかけトンネル効果により電子を放出させる電子銃である。エミッタユニット３０Ｄにおいて、エミッタ３５ａは、例えば、タングステンチップである。
図２に示すエミッタユニット３０は３つの端子（端子３２ａ、端子３２ｂ、端子３２ｃ）を有していたが、エミッタユニット３０Ｄはサプレッサーを有さないため、エミッタ３５ａに電気的に接続される２つの端子を有している。例えば、エミッタユニット３０Ｄは、３つ目の端子３２ｃを有し、端子３２ｃはダミーの端子であってもよい。なお、エミッ
タユニット３０Ｄにおいて端子の数は特に限定されない。
電子銃２００は、図７に示すように、真空ポンプ２０２を含む。真空ポンプ２０２は、例えば、非蒸発型ゲッターポンプである。非蒸発型ゲッターポンプは、固体表面に気体分子を吸着させることで排気を行うゲッター作用を利用した真空ポンプである。
真空ポンプ２０２は、チャンバー蓋１６に取り付け可能である。真空ポンプ２０２は、非蒸発型ゲッターで被覆された基板２０４を含む。非蒸発型ゲッターは、気体分子を吸着させて排気する材料であり、例えば、チタンや、ジルコニウム、これらの金属の合金などである。真空ポンプ２０２は、チャンバー蓋１６に対して着脱可能である。
２．３． 電子銃の動作
電子銃２００において、エミッタユニット３０Ｄを碍子ユニット２０に取り付けた場合、高圧電源１７０から高圧ケーブル１８０を介して、エミッタ３５ａに高電圧が印加される。また、高圧電源１７０から高圧ケーブル１８０を介して、引出電極３８に引出電圧が印加される。
電子銃２００では、引出電極３８に引出電圧が印加されると、エミッタ３５ａからトンネル効果によって電子が放出される。エミッタ３５ａから引き出された電子は、グランド電位のアノード４０によって加速され、コンデンサーレンズ１１０によって集束される。
なお、電子銃２００において、エミッタユニット３０を取り付けた場合の動作は、上述した第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
２．４． エミッタユニットの交換
以下では、エミッタユニット３０からエミッタユニット３０Ｄに交換する場合について説明する。
まず、電子銃チャンバー１０内を大気圧にする。次に、図４に示すボルト１８を外して、電子銃チャンバー１０からチャンバー蓋１６をとる。次に、図２に示すエミッタユニット３０と支持部材２５を固定するボルト５を外す。
次に、図６に示すように、エミッタユニット３０を持ち上げて、電子銃チャンバー１０の上部の開口からエミッタユニット３０を取り出す。
次に、エミッタユニット３０Ｄをベーキングする。そして、ベーキングされたエミッタユニット３０Ｄを電子銃チャンバー１０の上部の開口から碍子ユニット２０の支持部材２５にＺ軸に沿って挿入する。これにより、エミッタユニット３０Ｄが支持部材２５に嵌め合わされてエミッタ３５ａが位置決めされる。
エミッタユニット３０Ｄを支持部材２５に挿入することによって、エミッタユニット３０Ｄの各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触する。エミッタユニット３０の各端子は、碍子ユニット２０の各端子に接触してたわむ。エミッタユニット３０Ｄの各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触することによって、エミッタユニット３０Ｄと高圧電源１７０が電気的に接続される。
エミッタユニット３０Ｄを支持部材２５に挿入した後、フランジ３１と支持部材２５をボルト５で固定する。
次に、チャンバー蓋１６に基板２０４を取付ける。基板２０４が取り付けられたチャン
バー蓋１６を、ボルト１８で電子銃チャンバー１０に固定し、電子銃チャンバー１０の上部の開口をチャンバー蓋１６で閉じる。そして、鏡筒１０１内を真空排気する。
次に、電子顕微鏡１の鏡筒１０１全体をベーキングする。このベーキングによって、非蒸発型ゲッターを活性化できる。
以上の工程により、エミッタユニット３０からエミッタユニット３０Ｄに交換できる。
２．５． 効果
電子銃２００では、電子銃チャンバー１０を密閉するチャンバー蓋１６に取り付けられた真空ポンプ２０２を含む。電子銃２００では、碍子ユニット２０が電子銃チャンバー１０の側壁１１に設けられた貫通孔１１ａに固定されているため、チャンバー蓋１６に真空ポンプ２０２を取付けることができる。真空ポンプ２０２によって、電子銃チャンバー１０内を高真空に維持できる。
電子銃２００は、エミッタユニット３０と、エミッタユニット３０と交換可能なエミッタユニット３０Ｄと、を含む。エミッタユニット３０とエミッタユニット３０Ｄは、電子放出の仕組みが異なる。そのため、電子銃２００では、電子放出の仕組みが異なる複数の電子銃を用いて試料Ｓの観察や分析を行うことができる。
例えば、電子銃２００では、エミッタユニット３０を碍子ユニット２０に取り付けることによってショットキー電子銃として動作させることができる。また、電子銃２００では、エミッタユニット３０Ｄを碍子ユニット２０に取り付けることによって冷陰極電界放出電子銃として動作させることができる。
２．６． 変形例
上記の実施形態では、ショットキー電子銃を構成するエミッタユニット３０と冷陰極電界放出電子銃を構成するエミッタユニット３０Ｄが交換可能であったが、交換可能な電子銃の種類はこれに限定されない。例えば、電子銃２００は、さらに、熱電子放出電子銃を構成するエミッタユニットを含んでいてもよい。すなわち、電子銃２００を、熱電子放出電子銃として動作させてもよい。このように、電子銃２００では、電子放出の仕組みが異なる電子銃として動作可能な複数のエミッタユニットを含むことができる。
また、エミッタユニット３０とエミッタユニット３０Ｄはエミッタの材質が異なっていてもよい。例えば、エミッタユニット３０は熱電子放出電子銃を構成し、エミッタユニット３０のエミッタ３５の材質は六ホウ化ランタンであり、エミッタユニット３０Ｄは熱電子放出電子銃を構成し、エミッタ３５ａの材質はタングステンであってもよい。
また、エミッタユニットの種類に応じてエミッタユニットの端子の数を変更してもよい。このとき、エミッタユニットの端子の数に応じて、碍子ユニット２０の端子の数を変更してもよい。例えば、碍子ユニット２０が複数の端子を有し、複数の端子からエミッタユニットの端子の数に応じて有効な端子と無効な端子を切り替え可能であってもよい。
３． 第３実施形態
３．１． 電子顕微鏡
次に、第３実施形態に係る電子顕微鏡１について説明する。第３実施形態に係る電子顕微鏡１の構成は、上述した図１に示す電子顕微鏡１の構成と電子銃の構成が異なる。以下では、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
３．２． 電子銃
図８は、第３実施形態に係る電子顕微鏡１の電子銃３００を模式的に示す断面図である。以下、電子銃３００において、上述した電子銃１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
電子銃１００では、図４に示すように、碍子ユニット２０がエミッタユニット３０を支持する支持部材２５を有し、エミッタユニット３０が支持部材２５で支持されることによってエミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置され、エミッタユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触した。
これに対して、電子銃３００では、図８に示すように、エミッタユニット３０はチャンバー蓋１６に取り付けられ、チャンバー蓋１６が電子銃チャンバー１０に取り付けられることによってエミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置され、エミッタユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触する。
エミッタユニット３０は、チャンバー蓋１６に取り付けられる。図８に示すように、チャンバー蓋１６とエミッタユニット３０の間には、絶縁部材３０２が配置されている。絶縁部材３０２によってエミッタユニット３０（フランジ３１）とチャンバー蓋１６との間を電気的に絶縁できる。
エミッタユニット３０は、チャンバー蓋１６で支持されている。電子銃３００では、碍子ユニット２０の支持部材２５は、エミッタユニット３０を支持していない。電子銃３００では、支持部材２５がエミッタユニット３０（フランジ３１）と接触することによって、高圧電源１７０と引出電極３８を電気的に接続する。なお、図示はしないが、エミッタユニット３０と支持部材２５が直接接触せずに、支持部材２５に設けられたピンがフランジ３１と接触して、高圧電源１７０と引出電極３８を電気的に接続してもよい。
エミッタ３５は、チャンバー蓋１６が電子銃チャンバー１０に取り付けられることによって位置決めされる。
３．３． エミッタの交換
まず、電子銃チャンバー１０内を大気圧にする。次に、ボルト１８を外して、電子銃チャンバー１０からエミッタユニット３０が固定されたチャンバー蓋１６をとる。
次に、チャンバー蓋１６から絶縁部材３０２を取り外す。次に、絶縁部材３０２からエミッタユニット３０を外す。
次に、エミッタユニット３０からエミッタ３５を取り外して、新たなエミッタ３５を取り付ける。
新たなエミッタ３５が取り付けられたエミッタユニット３０において、エミッタ３５と引出電極３８の位置を調整する。そして、エミッタユニット３０を炉に入れてベーキングする。
ベーキングの後、エミッタユニット３０を、絶縁部材３０２に取り付け、エミッタユニット３０が取り付けられた絶縁部材３０２をチャンバー蓋１６に取り付ける。そして、チャンバー蓋１６をボルト１８で電子銃チャンバー１０に固定する。
このとき、チャンバー蓋１６と電子銃チャンバー１０の嵌め合いによって、エミッタユニット３０が位置決めされる。この結果、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置され、エミッ
タユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触する。
このように、エミッタユニット３０が固定されたチャンバー蓋１６を電子銃チャンバー１０に取り付けることによって、エミッタ３５を位置決めできる。
次に、鏡筒内１０１を真空排気し、鏡筒１０１全体をベーキングする。
以上の工程により、エミッタ３５を交換できる。
３．４． 効果
電子銃３００では、エミッタユニット３０は、チャンバー蓋１６に取り付けられ、チャンバー蓋１６が電子銃チャンバー１０に取り付けられることによって、エミッタ３５が光軸ＯＡ上に配置され、エミッタユニット３０の各端子が碍子ユニット２０の各端子に接触する。そのため、電子銃３００では、容易にエミッタ３５を交換できる。
４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る電子顕微鏡１について説明する。図９は、第４実施形態に係る電子顕微鏡１の電子銃４００を模式的に示す断面図である。以下、電子銃４００において、上述した電子銃１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
電子銃４００は、図９に示すように、アライメントコイル４０２を有する。アライメントコイル４０２は、エミッタ３５から放出された電子線を偏向させる。アライメントコイル４０２で電子線を偏向させることによって電子銃４００から放出された電子線を光軸ＯＡに合わせることができる（軸合わせ）。
例えば、エミッタユニット３０が碍子ユニット２０の支持部材２５に支持されて位置決めされている状態において、エミッタ３５が光軸ＯＡからずれている場合に、アライメントコイル４０２を用いて、電子銃４００から放出された電子線を光軸ＯＡに合わせることができる。
なお、ここでは、ショットキー電子銃であるエミッタユニット３０を用いた電子銃にアライメントコイル４０２を設置した場合について説明したが、ショットキー電子銃以外の電子銃にアライメントコイル４０２を設置してもよい。
５． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、上述した第１～第４実施形態では、本発明に係る荷電粒子線装置が走査電子顕微鏡である場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、走査電子顕微鏡に限定されない。本発明に係る荷電粒子線装置は、例えば、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）や、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、電子ビーム露光装置などであってもよい。
また、上述した第１～第４実施形態では、本発明に係る荷電粒子線源が電子を放出するエミッタを備えた電子銃である場合について説明したが、本発明に係る荷電粒子線源は電子以外の荷電粒子を放出するエミッタを備えた荷電粒子線源であってもよい。例えば、本発明に係る荷電粒子線源は、イオンを放出するエミッタを備えたイオン銃であってもよい。本発明に係る荷電粒子線装置は、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）であってもよい。
また、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１…電子顕微鏡、２…メタルＯリング、３…ボルト、４…位置決めピン、５…ボルト、６…ナット、７ａ…ボルト、７ｂ…ボルト、８…フランジ、９…ナット、１０…電子銃チャンバー、１１…側壁、１１ａ…貫通孔、１２…パイプ、１４…パイプ、１６…チャンバー蓋、１８…ボルト、２０…碍子ユニット、２１…パイプ、２２…フランジ、２３…フランジ、２４…プレート、２５…支持部材、２５ａ…面、２６…碍子、２８ａ…端子、２８ｂ…端子、２８ｃ…端子、３０…エミッタユニット、３０Ｄ…エミッタユニット、３１…フランジ、３２ａ…端子、３２ｂ…端子、３２ｃ…端子、３３…絶縁部材、３４ａ…フィードスルー、３４ｂ…フィードスルー、３４ｃ…フィードスルー、３５…エミッタ、３５ａ…エミッタ、３６…ホルダー、３７ａ…電極、３７ｂ…電極、３８…引出電極、４０…アノード、４２…アパーチャー、４３…ホルダー、１００…電子銃、１０１…鏡筒、１０２…電子銃室、１０４…中間室、１０６…試料室、１１０…コンデンサーレンズ、１２０…走査コイル、１３０…対物レンズ、１４０…試料ステージ、１５０…二次電子検出器、１６０…Ｘ線検出器、１７０…高圧電源、１８０…高圧ケーブル、２００…電子銃、２０２…真空ポンプ、２０４…基板、３００…電子銃、３０２…絶縁部材、４００…電子銃、４０２…アライメントコイル

Claims (15)

  1. チャンバーと、
    ケーブルを支持する絶縁部材、および前記ケーブルに電気的に接続された第１端子を含む第１ユニットと、
    荷電粒子を放出するエミッタ、および前記エミッタに電気的に接続された第２端子を含む第２ユニットと、
    を含み、
    前記第１ユニットは、前記チャンバーの側壁に設けられた貫通孔に固定され、
    前記第２ユニットは、前記第１ユニットに対して着脱可能であり、
    前記チャンバー内において、前記エミッタが光軸上に配置されることによって、前記第１端子と前記第２端子が接触する、荷電粒子線源。
  2. 請求項１において、
    前記第１ユニットは、前記第２ユニットを支持する支持部材を有し、
    前記第２ユニットが前記支持部材で支持されることによって、前記エミッタが前記光軸上に配置され、前記第１端子と前記第２端子が接触する、荷電粒子線源。
  3. 請求項２において、
    前記第２ユニットは前記支持部材に嵌め合わされ、
    前記第２ユニットが前記支持部材に嵌め合わされることによって、前記エミッタが前記光軸上に配置される、荷電粒子線源。
  4. 請求項１において、
    前記チャンバーを密閉する蓋を含む、荷電粒子線源。
  5. 請求項４において、
    前記第２ユニットは、前記蓋に取り付けられ、
    前記蓋が前記チャンバーに取り付けられることによって、前記エミッタが前記光軸上に配置され、前記第１端子と前記第２端子が接触する、荷電粒子線源。
  6. 請求項４または５において、
    前記蓋に取り付けられた真空ポンプを含む、荷電粒子線源。
  7. 請求項６において、
    前記真空ポンプは、ゲッターポンプである、荷電粒子線源。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
    前記第２端子は、弾性体である、荷電粒子線源。
  9. 請求項８において、
    前記第２端子は、板バネである、荷電粒子線源。
  10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、
    前記第２ユニットと交換可能な他の前記第２ユニットを含む、荷電粒子線源。
  11. 請求項１０において、
    前記第２ユニットと前記他の第２ユニットは、電子放出の仕組みが異なる、荷電粒子線源。
  12. 請求項１１において、
    前記第２ユニットは、ショットキー電子銃、冷陰極電界放出電子銃、または熱電子放出電子銃を構成し、
    前記他の第２ユニットは、ショットキー電子銃、冷陰極電界放出電子銃、または熱電子放出電子銃を構成する、荷電粒子線源。
  13. 請求項１１において、
    前記第２ユニットと前記他の第２ユニットは、エミッタの種類が異なる、荷電粒子線源。
  14. 請求項１３において、
    前記第２ユニットのエミッタの材質は、六ホウ化ランタンであり、
    前記他の第２ユニットのエミッタの材質は、タングステンである、荷電粒子線源。
  15. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の荷電粒子線源を含む、荷電粒子線装置。
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