特許 6809809 絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6809809

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/248 20060101AFI20201221BHJP

   H01J 37/07 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/248 B

   H01J37/07

   H01J37/248 A

【請求項の数】19

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-94189(P2016-94189)

(22)【出願日】2016年5月9日

(65)【公開番号】特開2017-204342(P2017-204342A)

(43)【公開日】2017年11月16日

【審査請求日】2019年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】399105623

【氏名又は名称】松定プレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110788

【弁理士】

【氏名又は名称】椿 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100124589

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 竜郎

(74)【代理人】

【識別番号】100166811

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 剛

(72)【発明者】

【氏名】熊本 和哉

(72)【発明者】

【氏名】松田 定好

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１０６７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１８２０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７０１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１３２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７６８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 DIODES，60V Input, 12V 15mA REGULATOR TRANSISTOR，A Product Line of Diodes Incorporated，米国，Diodes Incorporated，２０１５年 ５月，Document number: DS37331 Rev. 1-2，pp. 1-7

【文献】 TEXAS INSTRUMENTS，-36V, -200mA, ULTRALOW-NOISE, NEGATIVE LINEAR REGULATOR，TEXAS INSTRUMENTS Publication，米国，TEXAS INSTRUMENTS，２０１１年１０月，TPS7A3001-EP，pp. 1-17

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２４８

Ｈ０１Ｊ ３７／０７

Ｈ０１Ｊ ３５／００

Ｈ０１Ｊ ２９／８８

Ｈ０１Ｒ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造であって、
第１の電極と、
前記第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接している固体誘電体と、
第３の電極とを備え、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記高圧電源に接続されており、
前記固体誘電体の表面のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、
前記第３の電極は、前記境界面から、前記固体誘電体側に離れた位置に配置されており、
前記第３の電極の電位は、前記第１の電極の電位よりも低くなっている、絶縁構造。

【請求項2】

高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造であって、
第１の電極と、
前記第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接している固体誘電体と、
第３の電極とを備え、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記高圧電源に接続されており、
前記固体誘電体の表面のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、
前記第３の電極は、前記境界面から前記固体誘電体側に離れた位置に配置されており、
前記第３の電極の電位は、前記第２の電極の電位よりも高くなっている、絶縁構造。

【請求項3】

高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造であって、
第１の電極と、
前記第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接している固体誘電体と、
第３の電極とを備え、
前記固体誘電体の表面のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、
前記第３の電極は、前記境界面から、前記固体誘電体側に離れた位置に配置されており、
前記第３の電極の電位は、前記第１の電極の電位よりも低くなっており、
前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記第３の電極と、前記固体誘電体とのそれぞれが、同一の中心軸に対して略軸対称形状を有している、絶縁構造。

【請求項4】

高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造であって、
第１の電極と、
前記第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接している固体誘電体と、
第３の電極とを備え、
前記固体誘電体の表面のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、
前記第３の電極は、前記境界面から前記固体誘電体側に離れた位置に配置されており、
前記第３の電極の電位は、前記第２の電極の電位よりも高くなっており、
前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記第３の電極と、前記固体誘電体とのそれぞれが、同一の中心軸に対して略軸対称形状を有している、絶縁構造。

【請求項5】

前記第１の電極又は前記第２の電極が接地電位である、請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁構造。

【請求項6】

高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造であって、
第１の電極と、
前記第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接している固体誘電体と、
第３の電極とを備え、
前記固体誘電体の表面のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、
前記第３の電極は、前記境界面から、前記固体誘電体側に離れた位置に配置されており、
前記第３の電極の電位は、前記第１の電極の電位よりも低くなっており、
前記固体誘電体は、前記第１の電極から前記第２の電極までの前記境界面を分断するように形成された溝部を有する、絶縁構造。

【請求項7】

高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造であって、
第１の電極と、
前記第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接している固体誘電体と、
第３の電極とを備え、
前記固体誘電体の表面のうち、前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、
前記第３の電極は、前記境界面から前記固体誘電体側に離れた位置に配置されており、
前記第３の電極の電位は、前記第２の電極の電位よりも高くなっており、
前記固体誘電体は、前記第１の電極から前記第２の電極までの前記境界面を分断するように形成された溝部を有する、絶縁構造。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載の絶縁構造を有する、荷電粒子を出射する荷電粒子銃であって、
前記固体誘電体は、荷電粒子源を支持する支持部を有し、
前記第１の電極は、前記支持部に接するように配置されているガードリングであり、
前記第２の電極は、前記固体誘電体に接し、前記荷電粒子源の周囲を囲むように配置されている真空チャンバ壁であり、
前記第３の電極は、前記固体誘電体に対して前記ガードリングの反対側に配置されており、リング形状を有するリング電極であり、
前記荷電粒子銃は、それぞれ導電性を有し、前記固体誘電体を貫通する複数の貫通部材を有し、
前記荷電粒子源は、前記複数の貫通部材のうち一対の貫通部材に接続されており、
前記ガードリングは、前記複数の貫通部材のいずれかに接続されている、荷電粒子銃。

【請求項9】

前記真空チャンバ壁は、接地電位に接続されている、請求項８に記載の荷電粒子銃。

【請求項10】

前記荷電粒子源が接続されている前記一対の貫通部材のうちの１つと、前記ガードリングとが、電気的に接続されている、請求項８又は９に記載の荷電粒子銃。

【請求項11】

前記ガードリングは、前記荷電粒子源の電位よりも高い電位に接続されている、請求項８又は９に記載の荷電粒子銃。

【請求項12】

前記ガードリングは、前記荷電粒子源から前記荷電粒子源電子を引き出す第一陽極部に電気的に接続されている、請求項１１に記載の荷電粒子銃。

【請求項13】

前記複数の貫通部材のいずれかに接続されており、前記荷電粒子銃から出射される前記荷電粒子の量を制限する制限電極をさらに備え、
前記制限電極に接続されている前記貫通部材は、前記第３の電極に電気的に接続されている、請求項８から１２のいずれか１項に記載の荷電粒子銃。

【請求項14】

前記リング電極の最外周部は、前記ガードリングの周縁部よりも外側に位置している、請求項８から１３のいずれか１項に記載の荷電粒子銃。

【請求項15】

前記固体誘電体は、絶縁部材であり、
前記支持部は、前記荷電粒子の出射方向に突出するように形成されている、請求項８から１４のいずれか１項に記載の荷電粒子銃。

【請求項16】

前記ガードリングは、前記支持部の突出端部を覆うような凹形状を有し、
前記ガードリングの上端部は、断面に円弧状の部分を有する丸面取り形状を有する、請求項１５に記載の荷電粒子銃。

【請求項17】

前記支持部は、前記荷電粒子の出射方向に対して反対の方向に開口する凹部を有し、
前記リング電極は、前記凹部の内側に配置されている、請求項１６に記載の荷電粒子銃。

【請求項18】

前記複数の貫通部材のそれぞれの電位は、２つ以上の抵抗を用いた分圧回路により与えられている、請求項８から１７のいずれか１項に記載の荷電粒子銃。

【請求項19】

請求項８から１８のいずれか１項に記載の荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から出射された荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、
前記荷電粒子線の入射に伴い前記試料から放出された反射電子を検出する検出器とを備える、荷電粒子線応用装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置に関する。より特定的には、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子線応用装置としては、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、「ＳＥＭ」と略す。）、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）、電子ビーム溶接機、集束イオンビーム、透過型電子顕微鏡、開放型エックス線装置及び電子線描画装置などが存在する。これらの荷電粒子線応用装置には、電子線を出射する電子銃などの荷電粒子銃が用いられる。例えば熱電子放出型の電子銃は、真空環境におかれた電子源が熱せられることで、電子線を出射する。電子源は、一般的に、真空環境と大気圧環境との間に配置された絶縁用の碍子により支持されている。電子源には、高電圧が印加される。

【0003】

電子銃においては、長時間、安定して高電圧を印加できるように、高い耐電圧性能が要求される。このような耐電圧性能を満足させるためには、絶縁用の碍子の周辺の電位勾配が緩やかであることが重要である。特に、ウェーネルト電極の周辺と碍子の周辺との電位勾配が急激であると、放電が発生しやすくなる。

【0004】

このような問題に対して、下記の特許文献１には、電界放射型の電子銃において、碍子の引き出し電極取り付け部にメタライズされた溝を設け、溝部分の電位を引き出し電極と同電位として電位勾配を緩やかにすることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−３１３２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に記載されている構造においては、メタライズされた溝部分と引き出し電極とが同電位になっている。電界の引き出し電極の側部と高電圧絶縁碍子の周辺部とにおいては、引き出し電極から高電圧絶縁碍子に向かう電界が存在するので、電子が高電圧絶縁碍子に向かって放出されやすい状態にある。そのため、微少な電子放出が発生し、碍子から二次電子放出が発生すると、高電圧絶縁碍子が正に帯電する。高電圧絶縁碍子が正に帯電すると、引き出し電極と高電圧絶縁碍子との間の電界が強まり、さらに電子放出が増え、ガス放出や電離が発生して、沿面放電が発生しやすくなる。

【0007】

本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであって、耐電圧性能の高い絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造は、第１の電極と、第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接している固体誘電体と、第３の電極とを備え、第１の電極、第２の電極及び第３の電極は、高圧電源に接続されており、固体誘電体の表面のうち、第１の電極と第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、第３の電極は、境界面から、固体誘電体側に離れた位置に配置されており、第３の電極の電位は、第１の電極の電位よりも低くなっている。

【0009】

この発明の他の局面に従うと、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造は、第１の電極と、第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接している固体誘電体と、第３の電極とを備え、第１の電極、第２の電極及び第３の電極は、高圧電源に接続されており、固体誘電体の表面のうち、第１の電極と第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、第３の電極は、境界面から固体誘電体側に離れた位置に配置されており、第３の電極の電位は、第２の電極の電位よりも高くなっている。

【0010】

この発明のさらに他の局面に従うと、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造は、第１の電極と、第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接している固体誘電体と、第３の電極とを備え、固体誘電体の表面のうち、第１の電極と第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、第３の電極は、境界面から、固体誘電体側に離れた位置に配置されており、第３の電極の電位は、第１の電極の電位よりも低くなっており、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、固体誘電体とのそれぞれが、同一の中心軸に対して略軸対称形状を有している。
この発明のさらに他の局面に従うと、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造は、第１の電極と、第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接している固体誘電体と、第３の電極とを備え、固体誘電体の表面のうち、第１の電極と第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、第３の電極は、境界面から固体誘電体側に離れた位置に配置されており、第３の電極の電位は、第２の電極の電位よりも高くなっており、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、固体誘電体とのそれぞれが、同一の中心軸に対して略軸対称形状を有している。

【0011】

好ましくは、第１の電極又は第２の電極が接地電位である。

【0012】

この発明のさらに他の局面に従うと、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造は、第１の電極と、第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接している固体誘電体と、第３の電極とを備え、固体誘電体の表面のうち、第１の電極と第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、第３の電極は、境界面から、固体誘電体側に離れた位置に配置されており、第３の電極の電位は、第１の電極の電位よりも低くなっており、固体誘電体は、第１の電極から第２の電極までの境界面を分断するように形成された溝部を有する。
この発明のさらに他の局面に従うと、高圧電源に接続されて用いられる絶縁構造は、第１の電極と、第１の電極に対して電位が高い第２の電極と、第１の電極と第２の電極とに接している固体誘電体と、第３の電極とを備え、固体誘電体の表面のうち、第１の電極と第２の電極との間に位置する部位は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面であり、第３の電極は、境界面から固体誘電体側に離れた位置に配置されており、第３の電極の電位は、第２の電極の電位よりも高くなっており、固体誘電体は、第１の電極から第２の電極までの境界面を分断するように形成された溝部を有する。

【0013】

この発明のさらに他の局面に従うと、上述に記載の絶縁構造を有する、荷電粒子を出射する荷電粒子銃は、固体誘電体は、荷電粒子源を支持する支持部を有し、第１の電極は、支持部に接するように配置されているガードリングであり、第２の電極は、固体誘電体に接し、荷電粒子源の周囲を囲むように配置されている真空チャンバ壁であり、第３の電極は、固体誘電体に対してガードリングの反対側に配置されており、リング形状を有するリング電極であり、荷電粒子銃は、それぞれ導電性を有し、固体誘電体を貫通する複数の貫通部材を有し、荷電粒子源は、複数の貫通部材のうち一対の貫通部材に接続されており、ガードリングは、複数の貫通部材のいずれかに接続されている。

【0014】

好ましくは、真空チャンバ壁は、接地電位に接続されている。

【0015】

好ましくは、荷電粒子源が接続されている一対の貫通部材のうちの１つと、ガードリングとが、電気的に接続されている。

【0016】

好ましくは、ガードリングは、荷電粒子源の電位よりも高い電位に接続されている。

【0017】

好ましくは、ガードリングは、荷電粒子源から荷電粒子源電子を引き出す第一陽極部に電気的に接続されている。

【0018】

好ましくは、荷電粒子銃は、複数の貫通部材のいずれかに接続されており、荷電粒子銃から出射される荷電粒子の量を制限する制限電極をさらに備え、制限電極に接続されている貫通部材は、第３の電極に電気的に接続されている。

【0019】

好ましくは、リング電極の最外周部は、ガードリングの周縁部よりも外側に位置している。

【0020】

好ましくは、固体誘電体は、絶縁部材であり、支持部は、荷電粒子の出射方向に突出するように形成されている。

【0021】

好ましくは、ガードリングは、支持部の突出端部を覆うような凹形状を有し、ガードリングの上端部は、断面に円弧状の部分を有する丸面取り形状を有する。

【0022】

好ましくは、支持部は、荷電粒子の出射方向に対して反対の方向に開口する凹部を有し、リング電極は、凹部の内側に配置されている。

【0023】

好ましくは、複数の貫通部材のそれぞれの電位は、２つ以上の抵抗を用いた分圧回路により与えられている。

【0024】

この発明のさらに他の局面に従うと、荷電粒子線応用装置は、上述に記載の荷電粒子銃と、荷電粒子銃から出射された荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、荷電粒子線の入射に伴い試料から放出された反射電子を検出する検出器とを備える。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、耐電圧性能の高い絶縁構造、荷電粒子銃及び荷電粒子線応用装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るＳＥＭの概略構成を示す図である。

【図2】電子銃の概略構成を模式的に示す図である。

【図3】電子銃の碍子周辺の等電位線の分布を模式的に示す図である。

【図4】第１の実施の形態の一変形例に係る電子銃の概略構成を模式的に示す図である。

【図5】第１の実施の形態のさらに別の変形例に係る電子銃の概略構成を模式的に示す図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態に係るＳＥＭ、透過型電子顕微鏡、及び開放型エックス線装置の電子銃の概略構成を模式的に示す図である。

【図7】絶縁構造の第１の例について説明する図である。

【図8】絶縁構造の第１の例について説明する側面図である。

【図9】絶縁構造の第２の例について説明する図である。

【図10】絶縁構造の第３の例について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面は模式的なものであり、寸法や縦横の比率は現実のものとは異なることに留意すべきである。

【0028】

また、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具現化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0029】

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＳＥＭの概略構成を示す図である。

【0030】

［ＳＥＭの概略構成］
図１に示されるように、ＳＥＭ（荷電粒子線応用装置の一例）１００は、一次電子線（荷電粒子線）１２を出射して加速する電子銃５０と、加速された一次電子線１２を集束するコンデンサレンズ１５と、一次電子線１２の不要な部分を除く対物レンズ絞り１６と、一次電子線１２を試料２３上で二次元的に走査する二段偏向コイル１７と、一次電子線１２を試料２３上に集束させる対物レンズ１８と、試料２３から放出された信号電子２１（二次電子２１ａ、反射電子２１ｂ）を検出する二次電子検出器１９及び検出器２０とを備えた電子線装置である。

【0031】

ＳＥＭ１００は、電磁レンズの制御部として、対物レンズ１８の強度を可変する対物レンズ電源４１と、対物レンズ電源４１を制御する制御装置４５とを備える。

【0032】

制御装置４５は、対物レンズ１８の強度を制御できる。また、図には示していないが、各電源は制御装置４５に接続されることで調整できるようになっている。

【0033】

電子銃５０は、電子源（荷電粒子源）１１と、電子源１１から放出される一次電子線（荷電粒子線）１２を加速する加速電源１４等を有している。

【0034】

電子源１１としては、熱電子放出型（熱電子源型）、電界放出型（ショットキー型、又は冷陰極型）を用いることができる。第１の実施の形態では、電子源１１に、熱電子放出型のＬａＢ６などの結晶電子源、又はタングステンフィラメントが用いられている。加速電源１４は、電子源１１と、接地電位とされるアノード板１４ｄとの間に、例えば加速電圧−０．５ｋＶから−３０ｋＶを印加する。ウェーネルト電極１３には、バイアス電圧により、電子源１１の電位よりも負の電位が与えられる。これにより、電子源１１から発生した一次電子線１２の量がコントロールされる。そして、電子源１１のすぐ前方（一次電子線１２の出力方向；以下、下方ということがある）に、一次電子線１２の一度目の最小径であるクロスオーバー径が作られる。この最小径が、電子源の大きさＳｏと呼ばれる。

【0035】

加速された一次電子線１２は、コンデンサレンズ１５により集束され、電子源の大きさＳｏは縮小される。このコンデンサレンズ１５により、縮小率及び試料２３に照射される電流（プローブ電流）が調整される。そして、対物レンズ絞り１６により、不用な軌道の電子が取り除かれる。この対物レンズ絞り１６の穴径によって、試料２３に入射するビームの開き角αとプローブ電流とが調整される。

【0036】

対物レンズ絞り１６を通過した一次電子線１２は、二段偏向コイル１７を通過する。ＳＥＭ１００は、二段偏向コイル１７の調整によって、試料２３上を二次元的に走査する。二段偏向コイル１７は、電子源側の上段偏向コイル１７ａと、試料側の下段偏向コイル１７ｂとを含んでいる。

【0037】

二段偏向コイル１７は、上段偏向コイル１７ａの強度を可変する上段偏向電源４３と、下段偏向コイル１７ｂの強度を可変する下段偏向電源４４とにより駆動される。上段偏向電源４３と下段偏向電源４４とは、制御装置４５により制御される。

【0038】

二段変更コイル１７を通過した一次電子線１２は、対物レンズ１８を通過する。対物レンズ１８により、一次電子線１２の焦点が、試料２３上に合うように調整される。一次電子線１２は、対物レンズ１８の下部に設けられた孔部から出射される。

【0039】

一次電子線１２は、加速電源１４で加速されたエネルギーで試料２３上を走査する。試料２３から放出された二次電子２１ａは、二次電子検出器１９からの引込み電界により偏向されて二次電子検出器１９に捕獲される。すなわち、二次電子検出器１９から発生する電界が、荷電粒子によって試料２３から放出される二次電子２１ａを引き付けるように、二次電子検出器１９は配置される。

【0040】

［電子銃５０の構成］
図２は、電子銃５０の概略構成を模式的に示す図である。

【0041】

図２に示されるように、電子銃５０は、大まかに、電子銃室（第１の領域の一例）１０ａ側と、電子銃室１０ａの外側の大気圧（第２の領域の一例）側との両部分に分かれている。電子銃室１０ａは、Ｏリング５０ａを介して碍子（絶縁部材、固体誘電体の一例）５１及び真空チャンバ壁（第２の電極の一例）１０で囲まれており、真空環境が維持されている。電子銃室１０ａ内には、電子源１１と、ウェーネルト電極１３と、アノード板１４ｄとが配置されている。

【0042】

碍子５１は、大まかに、上方に窪んだ凹型形状を有している。換言すると、碍子５１は、略水平の板状である上板部５１ａの周縁部に下方に突出する周壁部５１ｂが設けられた椀形状を有している。碍子５１の上板部５１ａの中央部には、周壁部５１ｂよりも突出量が少なくなるように下方に突出した支持部５１ｃが形成されている。碍子５１の材質は、固体誘電体であり、例えばセラミックス、ガラス、樹脂、およびこれらの混合体などである。

【0043】

電子源１１のフィラメント１１ａの両端部は、２本の、フィラメント側の高圧導入接続ピン（以下、フィラメント接続ピンということがある；貫通部材（第１の貫通部材）の一例）５２ａに取り付けられている。フィラメント接続ピン５２ａは、導電性を有し、碍子５１の支持部５１ｃを、電子銃室１０ａ側から大気圧側に貫通するように配置されている。フィラメント接続ピン５２ａは、碍子５１により支持されている。すなわち、碍子５１は、電子源１１を電子銃室１０ａ側に保持している。フィラメント１１ａは、フィラメント接続ピン５２ａを介して、大気圧側において、加速電源１４に接続された高圧導入ケーブル１４ａに接続されている。加速電源１４によりフィラメント１１ａに電圧が印加されて、フィラメント１１ａの先端部から熱電子が放出される。

【0044】

碍子５１には、ウェーネルト電極（荷電粒子の量を制限する制限電極の一例）１３に電気的に接続されたウェーネルト側の高圧導入接続ピン（以下、ウェーネルト接続ピンということがある；貫通部材（第２の貫通部材）の一例）５２ｂが取り付けられている。ウェーネルト接続ピン５２ｂは、導電性を有し、碍子５１の支持部５１ｃを、電子銃室１０ａ側から大気圧側に貫通するように配置されている。ウェーネルト電極１３は、ウェーネルト接続ピン５２ｂを介して、大気圧側において、加速電源１４に接続された高圧導入ケーブル１４ａに接続されている。加速電源１４は、ウェーネルト電極１３にバイアス電圧を印加する。ウェーネルト電極１３は、電子源１１に対して負の電圧にバイアスされる電極である。

【0045】

電子銃５０のうち、チャンバ壁１０より上方の大気圧側の部分は、例えば、高圧導入ケーブル１４ａが外部に貫通するようにして、電子銃カバー５８で覆われている。電子銃カバー５８の内部には、シリコーンゴム５９や樹脂等が充填されている。これにより、高圧となる部位から沿面放電が発生しないようになっている。

【0046】

第１の実施の形態において、碍子５１の支持部５１ｃの下部（電子銃室１０ａ側の部位）であってフィラメント１１ａよりも上方には、ガードリング（第１の電極の一例）５４が配置されている。ガードリング５４は、電子源１１よりも支持部５１ｃに近い位置に配置されている。ガードリング５４は、例えば、略水平の円板状である。ガードリング５４は、その中央部の軸が一次電子線１２が出射される部分を通るようにして配置されている。ガードリング５４は、周縁部が支持部５１ｃよりも側方に張り出すようにして配置されている。

【0047】

ガードリング５４は、例えば導線等を介して、２本のフィラメント接続ピン５２ａのうち一方に電気的に接続されている。

【0048】

碍子５１の周壁部５１ｂは、チャンバ壁１０に接している。沿面放電の経路Ｒは、ガードリング５４から、碍子５１の真空に接している境界面を通して、接地電位であるチャンバ壁１０に至る経路である。チャンバ壁１０は、ガードリング５４に対して高電位である。

【0049】

また、第１の実施の形態において、碍子５１の上板部５１ａの上面（大気圧側の表面）には、リング電極（第３の電極の一例）５６が配置されている。リング電極５６は、導電性の材質であり、例えば予め円環状に成形された金属製の部材である。リング電極５６は、碍子５１の上面に、碍子５１の上面から上方に環状に隆起するようにして配置されている。リング電極５６の上部は、例えば断面が半円弧状になるように、丸みを帯びるように成形されている。リング電極５６は、その環状部分の内側にフィラメント接続ピン５２ａやウェーネルト接続ピン５２ｂが位置するようにして配置されている。なお、リング電極５６の形状は円環状に限られるものではなく、多角形等の環形状であってもよい。

【0050】

リング電極５６は、例えば銅やアルミニウム等を主に含む金属製であるが、これに限られず、例えばグラファイト電極などであってもよい。リング電極５６として、例えば銅合金やアルミニウム合金などの比較的熱伝導性に優れた金属を用いた場合には、電子銃５０の放熱効果を得ることができる。

【0051】

リング電極５６は、例えば、接着剤を用いて、碍子５１の上面部に固定されていてもよい。なお、リング電極５６は、ウェーネルト接続ピン５２ｂなどに係合する固定部材などを用いて、碍子５１の大気圧側の表面に固定されていてもよい。

【0052】

リング電極５６は、リング電極５６の円環の中央を上下に通る中央軸が一次電子線１２が出射される部分を通るようにして配置されている。すなわち、リング電極５６の円環部分と、ガードリング５４と、電子源１１とが略同軸に並んでいる。リング電極５６の最外周部は、ガードリング５４の周縁部よりも側方に位置する。換言すると、中央軸からリング電極５６の最外周部までの距離は、中央軸からガードリング５４の周縁部までの距離より少し大きくなっている。なお、中央軸からリング電極５６の最外周部までの距離と、中央軸からガードリング５４の周縁部までの距離とが略等しくてもよい。例えば、碍子５１の電子銃室１０ａ側（図２において下方）と大気圧側（図２において上方）とのそれぞれの側の、ガードリング５４の最外縁部の位置が、電子銃室１０ａ側又は大気圧側の一方から見て、略重なるようにしてもよい。すなわち、リング電極５６の外径寸法は、ガードリング５４の、最外周部の位置に応じて設定することができる。

【0053】

リング電極５６は、例えば導線等を介して、ウェーネルト接続ピン５２ｂに電気的に接続されている。これにより、ウェーネルト電極１３とリング電極５６とが同電位になっている。なお、ウェーネルト接続ピン５２ｂに係合する金属製の固定部材などによりリング電極５６が固定されるようにし、これによりリング電極５６がウェーネルト接続ピン５２ｂに電気的に接続されるようにしてもよい。また、単にウェーネルト接続ピン５２ｂがリング電極５６の一部に接触し導通するようにした状態でリング電極５６やウェーネルト接続ピン５２ｂが固定されていてもよい。

【0054】

ここで、加速電源１４によりフィラメント１１ａに印加される電圧（フィラメント電位）よりも、ウェーネルト電極１３に印加されるバイアス電圧（ウェーネルト電位）の方が、低い電圧とされる。そのため、ガードリング５４の電位よりも、リング電極５６の電位の方が低くなる。例えば、フィラメント電位はマイナス３０ｋＶ（キロボルト）であり、ウェーネルト電位はマイナス３１ｋＶである。この場合、ガードリング５４の電位はマイナス３０ｋＶになり、リング電極５６の電位はマイナス３１ｋＶになる。

【0055】

図３は、電子銃５０の碍子５１周辺の等電位線の分布を模式的に示す図である。

【0056】

図３において、等電位線の例が二線鎖線で示されている。図３に示されているように、第１の実施の形態においては、碍子５１の電子銃室１０ａ側に、支持部５１ｃよりも外側に張り出すガードリング５４が配置されており、碍子５１を挟んで上方の大気圧側にリング電極５６が配置されている。そして、ガードリング５４の電位よりも、リング電極５６の電位の方が低くなっている。そのため、ガードリング５４とリング電極５６との間において、等電位線が、突出した支持部５１ｃの側面に対して平行に近くなっている。すなわち、支持部５１ｃの側面は同電位に近くなり、沿面に沿った力が電子に働かないようになる。さらに、支持部５１ｃの側面から周壁部５１ｂに向かう経路では、リング電極５６の電位がガードリング５４よりも低いので、電子に働く周壁部５１に向かう力が弱くなる。または電子は逆向きの力を受けるので周壁部５１への電子の移動が妨げられる。したがって、電子源１１に高電圧が印加されたときに、従来では沿面放電を引き起こしかねない電子の放出現象が発生しても、支持部５１ｃの表面部分において電子放出が連鎖しにくくなり、沿面放電の発生が防止される。したがって、電子銃５０の耐電圧性能を高くすることができる。ガードリング５４及びリング電極５６を設けた簡素な構成であるので、電子銃５０やそれを用いたＳＥＭ１００の製造コストを低く抑えることができる。

【0057】

また、碍子５１の周辺の電位勾配が急激であると、電子の放出現象や、ガス脱離や電離の発生等が活発になり、放電が発生しやすくなる。放電が発生する可能性を低くするためには、電位が異なる電極同士を離すことが考えられる。このとき、電位勾配への影響を考慮すると、電極同士の間隔を広くしたり、電極を理想的な位置に配置したりすることが考えられる。しかしながら、このように電極を配置すると、電子銃が大型化してしまうという問題がある。これに対して、第１の実施の形態においては、碍子５１の上面に環状のリング電極が配置されているので、ガードリング５４や支持部５１ｃの周辺における電位勾配は比較的緩やかになる。したがって、電子銃５０の小型化と、耐電圧性能の向上とを両立させることができる。

【0058】

なお、リング電極５６としては、電子銃５０におけるガードリング５４の位置や碍子５１の形状等に応じて、上述のような向きの電界が生じ、電場の強さの偏りが小さく（等電位線の局所的なゆがみが小さく）なる形状や大きさのものを適宜用いるようにすればよい。これにより、放電が発生する可能性をより低減させ、電子銃を高電圧で安定して駆動させることができる。

【0059】

また、上述のような突出した支持部５１ｃを有する碍子５１に代えて、支持部の下面側が平面状に構成された、上方に窪んだ凹型形状を有する碍子を用いてもよい。この場合、ガードリング５４の外径よりもリング電極５６の外径を大きくするのが好ましい。リング電極５６の電位がガードリング５４よりも低いので、電子を周壁部に向かわせる力が弱くなる。または、電子は逆向きの力を受けるので、周壁部への電子の移動が妨げられる。この場合も、放電が発生する可能性を低減させることができる。

【0060】

リング電極５６は、電子銃５０の組立時に、容易に碍子５１に取り付けることができる。したがって、例えばメタライズ電極を設けるような複雑な作業工程を要することなく、電子銃５０を容易に組み立てることができ、電子銃５０の製造コストを低減させることができる。なお、リング電極５６として、予め環状に成型されたものを碍子５１に取り付けるのではなく、碍子５１の上面にメタライズ処理を行うことにより設けられるものを用いるようにしてもよい。

【0061】

ガードリング５４は、フィラメント接続ピン５２ａに接続されてフィラメント電位とされている。そして、リング電極５６は、ウェーネルト接続ピンに接続されてウェーネルト電位とされている。したがって、リング電極５６の電位をガードリング５４の電位よりも低くするために専用の電源や高圧導入ケーブル１４ａなどの電線を用意する必要がなく、電子銃５０の構成を簡易なものにすることができる。

【0062】

［第１の実施の形態の変形例］
図４は、第１の実施の形態の一変形例に係る電子銃２５０の概略構成を模式的に示す図である。

【0063】

図４に示されるように、電子銃２５０は、電子銃５０と以下の点で相違する。碍子（絶縁部材、固体誘電体の一例）２５１の支持部５１ｃの内側に、凹部２５１ｄが形成されている。ガードリング５４とは周縁部近傍の形状が異なるガードリング２５４が設けられている。リング電極５６とは環の内側の形状が異なるリング電極２５６が設けられている。その他、以下に特に説明しない部分については、電子銃２５０は電子銃５０と同様に構成されている。

【0064】

ガードリング２５４の周縁部近傍には、上方に突出した形状の突出部２５４ａが設けられている。突出部２５４ａは、支持部５１ｃの下部の外側を囲むように形成されている。突出部２５４ａの上端部は、例えば断面が半円弧状になるように、丸みを帯びるように成形されている。

【0065】

凹部２５１ｄは、大気圧側（上方）に開口するように、下方に凹むようにして形成されている。凹部２５１ｄの底部の上下方向の位置は、突出部２５４ａの上端と略同じかそれよりも下方になっている。凹部２５１ｄの内側面は、フィラメント接続ピン５２ａよりも側方に位置している。凹部２５１ｄの内部において、フィラメント接続ピン５２ａが大気圧側に露出している。

【0066】

リング電極２５６は、環状部２５６ａと筒部２５６ｄとを有している。環状部２５６ａは、リング電極５６と同様に形成されている。筒部２５６ｄは、環状部２５６ａの内側下部に繋がっている。筒部２５６ｄは、碍子２５１の上板部５１ａの上面と凹部２５１ｄの内側面とに沿うような形状を有している。筒部２５６ｄの下端部は、凹部２５１ｄの底部の近傍に位置している。リング電極２５６は、凹部２５１ｄにはめ込まれた状態で、リング電極５６と同様の方法で碍子２５１に固定されている。

【0067】

リング電極２５６は、環状部２５６ａと筒部２５６ｄとが型を用いて一度に成形されたもの（切削品、鋳造品、プレス成形品など）であってもよいし、環状部２５６ａと筒部２５６ｄとが別々に成形された後で互いに接合されたものであってもよい。環状部２５６ａと筒部２５６ｄとのいずれか一方又は両方がメタライズ電極又は導電性材料の塗装であってもよい。環状部２５６ａと筒部２５６ｄとは、同一の素材で構成されていてもよいし、互いに異素材で構成されていてもよい。リング電極２５６の素材として、例えば銅やアルミニウム等を主に含む金属を用いることができるが、これに限られず、例えばグラファイトなどが用いられてもよい。

【0068】

ガードリング２５４は、ガードリング５４と同様に、フィラメント接続ピン５２ａに接続されている。また、リング電極２５６は、リング電極５６と同様に、ウェーネルト接続ピン５２ｂに接続されている。すなわち、ガードリング２５４の電位はフィラメント電位であり、リング電極２５６の電位はウェーネルト電位である。リング電極２５６の電位は、ガードリング２５４の電位よりも低くなっている。

【0069】

本変形例において、電子銃２５０は上記のように構成されているので、上述の第１の実施の形態に係る電子銃５０と概ね同様の効果が得られる。

【0070】

特に本変形例においては、ガードリング２５４に突出部２５４ａが設けられているので、支持部５１ｃの下部の側面周辺において、電界が弱められている。また、リング電極２５６に筒部２５６ｄが設けられているので、ガードリング２５４の上端部とリング電極５６との間の等電位線は、支持部５１ｃの側面と略平行になる。すなわち、支持部５１ｃの側面の上部と下部とは同電位に近くなり、沿面に沿う方向の力が電子に働くことがなくなる。また、筒部２５６ｄの電位は、突出部２５４ａの電位よりも低い。電子銃カバー５８は接地電位に接続されているので、支持部５１ｃの側面の電位と突出部２５４ａの電位とが、略同じ程度の高さになる。そのため、ガードリング２５４の突出部２５４ａから支持部５１ｃの側面に向かう電界も、非常に弱くなっている。したがって、沿面放電の発生をより確実に防止することができ、電子銃２５０の耐電圧性能をより高くすることができる。

【0071】

図５は、第１の実施の形態のさらに別の変形例に係る電子銃３５０の概略構成を模式的に示す図である。

【0072】

図５に示されるように、電子銃３５０は、電子銃５０と以下の点で相違する。碍子（絶縁部材、固体誘電体の一例）３５１の電子銃室１０ａ側の表面（真空に接している境界面）には、碍子３５１の表面から凹む、環状の溝部３５１ｅが形成されている。溝部３５１ｅは、例えば、支持部５１ｃの外周面や、上板部５１ａの下面や、周壁部５１ｂの内周面に形成されている。溝部３５１ｅは、ガードリング５４から真空チャンバ壁１０までの沿面を分断し、沿面放電の経路Ｒを遮るように形成されている。溝部３５１ｅは、例えば、３つ形成されている。なお、溝部３５１ｅの位置や数は、これに限られない。その他、以下に特に説明しない部分については、電子銃３５０は電子銃５０と同様に構成されている。

【0073】

このように碍子３５１に溝部３５１ｅが形成されていることにより、沿面放電の経路Ｒは、逆向きの電界となる経路を経由することになる。したがって、さらに、沿面放電の発生の抑制効果が得られる。

【0074】

なお、溝部３５１ｅの数は、１つ又は２つであってもよいし、４つより多くてもよい。溝部３５１ｅの凹みの底の形状は、丸みを帯びた形状であるが、これに限られない。

【0075】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態におけるＳＥＭの電子銃の構成について説明する。第１の実施の形態における電子銃と同様の形状又は機能を有する部材については、以下での説明を省略することがある。

【0076】

図６は、本発明の第２の実施の形態に係るＳＥＭ、透過型電子顕微鏡、及び開放型エックス線装置の電子銃４５０の概略構成を模式的に示す図である。

【0077】

電子銃４５０は、いわゆるショットキー型のものである。

【0078】

図６に示されるように、電子銃４５０は、大まかに、電子銃室１０ａ側と、電子銃室１０ａの外側の大気圧側との両部分に分かれている。電子銃４５０の電子銃室１０ａは、碍子（絶縁部材、固体誘電体の一例）４５１、Ｏリング５０ａ、チャンバ壁１０及びカバー４５８で囲まれており、真空環境が維持される。電子銃室１０ａ内には、電子源４１１と、サプレッサ電極（荷電粒子の量を制限する制限電極の一例）４１３と、ガードリング４５４と、アノード４１４ｄとが配置されている。アノード４１４ｄとチャンバ壁１０とは、接地電位に接続されている。

【0079】

碍子４５１は、下方に先細になる有底の筒形状を有し、その略全体が、電子の出射方向に突出する支持部４５１ｃとなっている。碍子４５１の底部には、４つの接続ピン（高圧導入接続ピン；貫通部材の一例）４５２（２本のエミッタ接続ピン（第１の貫通部材の一例）４５２ａ、サプレッサ接続ピン（第２の貫通部材の一例）４５２ｂ、及びガードリング接続ピン４５２ｃ）が、電子銃室１０ａ側から大気圧側に貫通するように配置されている。各接続ピン４５２は、高圧導入ケーブル１４ａに接続されている。

【0080】

第２の実施の形態において、碍子４５１の内側は大気圧側の凹部となる。碍子４５１の側面部は、後述する部位を除いて、略均一の厚みを有している。碍子４５１の内側には、シリコーンゴム４５９又は樹脂等が充填されている。これにより、高圧となる部位から沿面放電が発生しないようになっている。

【0081】

電子源４１１は、エミッタ４１１ａを有している。エミッタ４１１ａの両端部は、２本のエミッタ接続ピン４５２ａに取り付けられている。エミッタ４１１ａの先端近傍には、サプレッサ電極４１３が配置されている。サプレッサ電極４１３は、サプレッサ接続ピン４５２ｂに電気的に接続されている。サプレッサ電極４１３は、エミッタ４１１ａに印加される電圧（エミッタ電位）よりもわずかに低いサプレッサ電位とされる。サプレッサ電極４１３は、電子源４１１に対して負の電圧にバイアスされる電極である。加速電源１４によりエミッタ４１１ａに電圧が印加されて、エミッタ４１１ａの先端部から電子が放出される。

【0082】

ガードリング４５４は、碍子４５１の下部に取り付けられており、電子源４１１よりも碍子４５１に近い位置に配置されている。ガードリング４５４は、側部から上方に突出する突出部４５４ａと、側部から下方に延びる第一陽極部４５４ｂとを有している。

【0083】

突出部４５４ａは、碍子４５１の下部の外側を囲むように形成されている。突出部４５４ａの上端部は、例えば断面が半円弧状になるように、丸みを帯びるように成形されている。突出部４５４ａの上端の上下方向の位置は、碍子４５１の内側の底部と略同じかそれよりも上方になっている。

【0084】

第一陽極部４５４ｂは、電子源４１１やサプレッサ電極４１３を囲むように配置されており、下部中央部から一次電子線１２が放出されるように構成されている。ガードリング４５４には、エミッタ電位よりも高い陽極電位が与えられる。

【0085】

第２の実施の形態において、碍子４５１の内側の表面のうち、底部に近い部位は、略垂直な面をなすように成形されている。この部位には、碍子４５１の内面に沿うように円筒状に形成されたリング電極４５６が配置されている。すなわち、リング電極４５６は、碍子４５１の内側の底部近傍から上方に配置されている。リング電極４５６の素材として、例えば銅やアルミニウム等を主に含む金属を用いることができるが、これに限られず、例えばグラファイトなどの導電性材料が用いられてもよい。

【0086】

なお、リング電極４５６は、予め成形されたものが碍子４５１に挿入されて配置されていてもよいし、例えばメタライズ電極として形成されるものであってもよい。リング電極４５６は、図６に示されるような薄肉の円筒状のものに限られず、厚みが大きいものであってもよい。碍子４５１の内側の表面は、底部に近い部位においても傾斜しているように成形されていてもよい。また、リング電極４５６の径方向（図６において左右方向）の寸法が略一定ではなくてもよい。例えば、リング電極４５６は、外側の面が碍子４５１の表面に沿うように形成されており、内側の面が水平面に対して略垂直になるように形成されていてもよい。

【0087】

リング電極４５６は、サプレッサ接続ピン４５２ｂに電気的に接続されており、サプレッサ電位となっている。第２の実施の形態において、リング電極４５６の下部の一部は、サプレッサ接続ピン４５２ｂに向けて延びており、サプレッサ接続ピン４５２ｂに接続されている。

【0088】

このように、電子源４１１のエミッタ４１１ａは、エミッタ電位とされ、ガードリング４５４は、エミッタ電位よりも高い陽極電位とされる。また、リング電極４５６は、サプレッサ電極４１３と共に、エミッタ電位よりもわずかに低いサプレッサ電位とされる。例えば、エミッタ電位は、マイナス１００ｋＶとされる。陽極電位は、マイナス９７ｋＶとされる。サプレッサ電位は、マイナス１００．３ｋＶとされる。

【0089】

以上のようにガードリング４５４に陽極電位が与えられ、リング電極４５６に陽極電位より低いサプレッサ電位が与えられているので、ガードリング４５４の近傍であってガードリング４５４の上方の領域において、電位勾配すなわち電界強度が弱められる。ガードリング４５４の突出部４５４ａから碍子４５１に向かう電界が弱くなるので、電子が碍子４５１に向かって放出されにくくなる。あるいは、ガードリング４５４の近傍の碍子４５１の表面電位が、ガードリング４５４の電位より低くなり、ガードリング４５４からの電子放出が妨げられる。この領域は、従来の技術では、ガードリング４５４から碍子４５１に向けて電子が放出されやすい領域である。したがって、電子源４１１に高電圧が印加されたときに、従来では沿面放電を引き起こしかねない電子の放出現象が発生しにくくなる。碍子４５１の表面部分において電子放出が連鎖しにくくなり、沿面放電の発生が防止される。したがって、電子銃５０の耐電圧性能を高くすることができる。したがって、電子銃４５０の小型化と、耐電圧性能の向上とを両立させることができる。

【0090】

［その他］
本発明は上記実施形態によって記載したが、この開示の記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。上記の各部の特徴点を適宜組み合わせて電子銃を構成してもよい。ガードリングの電位よりも低い電位の電極を、碍子に対してガードリングの反対側に配置することにより、上述のように沿面放電の発生を防止することができる。

【0091】

碍子やガードリング、リング電極などの細部の形状は、上記のような効果が得られる程度に適宜変更可能である。

【0092】

リング電極やガードリングは、必ずしも高圧導入接続ピンに電気的に接続されていなくてもよい。別の電源から電圧が与えられ、全体としてガードリングよりもリング電極の方が低電位になるように構成されていてもよい。

【0093】

電子銃は、上述の実施の形態の構成に限られない。例えば、真空側において、碍子とウェーネルト電極との間に、リング電極と略同じ外径を有するリング部材を設け、放電の発生を防止するようにしてもよい。

【0094】

碍子の材質として、アルミナなどのセラミックスに代えて、ガラスや樹脂などの絶縁性のある種々の素材を絶縁部材として用いることができる。

【0095】

上記説明によって本発明は、荷電粒子線装置であるＥＰＭＡ、ＦＩＢ、電子線描画装置などの荷電粒子応用装置に容易に適用できることが理解できる。

【0096】

また、上記のような電子銃における、上下２つの領域（例えば、電子銃室側（真空側）の第１の領域と大気圧側の第２の領域）を区画する碍子と、その２つの領域に通じるように碍子を貫通する高圧導入接続ピンと、碍子の下方に配置されたガードリングと、碍子の上方に配置されガードリングより低い電位が与えられたリング電極とで構成される絶縁構造を、電子銃以外の物に用いてもよい。この場合においても、沿面放電の発生を防止するという効果を得ることができる。例えば、このような絶縁構造は、絶縁ガスや絶縁オイルで満たされた高圧電源から電力を取り出すための高圧ケーブルのコネクタ部として用いることができる。この場合、例えば、碍子を介して下方に絶縁ガスや絶縁オイルで満たされた領域が配置され、高圧電源に接続された高圧導入接続ピンを通じて碍子の上方の領域から電力を取り出し可能にすることができる。

【0097】

また、絶縁構造は、以下に示すようなものであってもよい。高耐圧を実現できる絶縁構造を高圧電源を利用する種々の用途に用いることができる。

【0098】

図７は、絶縁構造の第１の例について説明する図である。図８は、絶縁構造の第１の例について説明する側面図である。

【0099】

図７に示されるように、絶縁構造５０１は、平板状の固体誘電体５５１を有している。固体誘電体５５１の上面には、第１の電極５５４と、第２の電極５１０とが配置されている。また、固体誘電体５５１の下面には、第３の電極５５６が配置されている。固体誘電体５５１の上面は、真空に接している界面である境界面５５１ｘになっている。なお、境界面５５１ｘは、気体や液体に接している界面であってもよい。固体誘電体の境界面５５１ｘ以外の表面は、例えばシリコーンゴム等で覆われていてもよい。

【0100】

第１の電極５５４と、第２の電極５１０とは、境界面５５１ｘに接するように（すなわち、固体誘電体５５１に接するように）、互いに離れた位置に配置されている。すなわち、固体誘電体５５１の表面のうち、第１の電極５５４と第２の電極５１０との間に位置する部位は、境界面５５１ｘである。第３の電極５５６は、境界面５５１ｘから、下方に離れた位置に、すなわち固体誘電体５５１側に離れた位置に配置されている。換言すると、第３の電極５５６は、境界面５５１ｘに対し固体誘電体５５１側に、境界面５５１ｘに接触しないように配置されている。第３の電極５５６は、第１の電極５５４寄りに配置されている。

【0101】

第１の電極５５４の電位Ｖａ、第２の電極５１０の電位Ｖｂ、及び第３の電極５５６の電位Ｖｃの関係は、Ｖｃ＜Ｖａ＜Ｖｂになっている。そのため、境界面５５１ｘのうち第１の電極５５４と第２の電極５１０との間の部分の周辺の等電位線は、図８に２点鎖線で示されるようになる。この境界面５５１ｘ部分においては、第３の電極５５６の影響により、第１の電極５５４と第２の電極５１０との間で電界が一様の方向とはならない。したがって、第１の電極５５４から第２の電極５１０にかけての沿面放電が、発生しにくくなっている。なお、電位Ｖｂは、接地電位であってもよい。

【0102】

図９は、絶縁構造の第２の例について説明する図である。

【0103】

図９に示されるように、絶縁構造６０１は、ケース６５９内に、第１の電極６５４、第２の電極６１０、第３の電極６５６、及び固体誘電体６５１が収納されている構造を有している。ケース６５９内は、真空状態か、気体又は液体が満たされている状態である。

【0104】

第１の電極６５４と、第２の電極６１０と、第３の電極６５６と、固体誘電体６５１とは、それぞれ、同一の中心軸に対して略軸対称形状を有している（図９においてはその中心軸を通る平面における断面が示されている）。すなわち、円柱状の固体誘電体６５１の下部に、円盤状の第１の電極６５４が接するように配置されている。中央部が空いた円盤状の第２の電極６１０は、固体誘電体６５１の上部に接するように配置されている。第１の電極６５４の外径寸法及び第２の電極６１０の外径寸法は、固体誘電体６５１の径寸法（直径）よりも大きくなっている。固体誘電体６５１の側周面は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面６５１ｘになっている。すなわち、固体誘電体６５１の表面のうち、第１の電極６５４と第２の電極６１０との間に位置する部位は、境界面６５１ｘである。第３の電極６５６は、固体誘電体６５１の内部に、すなわち境界面６５１ｘから固体誘電体６５１側に離れた位置に配置されている。換言すると、第３の電極６５６は、境界面６５１ｘに対し固体誘電体６５１側に、境界面６５１ｘに接触しないように配置されている。第３の電極６５６は、第１の電極６５４寄りに配置されている。

【0105】

第１の電極６５４の電位Ｖａ、第２の電極６１０の電位Ｖｂ、及び第３の電極６５６の電位Ｖｃの関係は、Ｖｃ＜Ｖａ＜Ｖｂになっている。また、ケース６５９は、接地電位に接続されている。そのため、境界面６５１ｘ部分においては、第３の電極６５６の影響により、第１の電極６５４と第２の電極６１０との間で電界が一様の方向とはならない。第１の電極６５４から出て第２の電極６１０に向かおうとする電子は、第３の電極６５６によって動きを止められたり、動きにくくされたりしている。したがって、第１の電極６５４から第２の電極６１０にかけての沿面放電（例えば図９において点線で示される経路の放電）が、発生しにくくなっている。なお、電位Ｖｂは、接地電位であってもよい。

【0106】

なお、各電極６１０，６５４，６５６の電位は、２つ（３つ以上であってもよい）の抵抗を用いた分圧回路６０５により与えられている。したがって、１つの電源に接続して絶縁構造６０１を用いることができる。

【0107】

絶縁構造は、例えば、ガス絶縁機器、高圧リレー、Ｘ線管、開放型Ｘ線源の高圧部、高圧電源のコネクタ部、又はクライオストロンなどに用いることができる。

【0108】

図１０は、絶縁構造の第３の例について説明する図である。

【0109】

図１０に示されるように、絶縁構造７０１は、ケース７５９内に、第１の電極７５４、第２の電極７１０、第３の電極７５６、及び固体誘電体７５１が収納されている構造を有している。ケース７５９内は、上述の構造部分を除いて、例えば、絶縁ゴム、絶縁樹脂、絶縁液、又は絶縁ガス等で満たされている。

【0110】

第１の電極７５４と、第２の電極７１０と、第３の電極７５６と、固体誘電体７５１とは、それぞれ、同一の中心軸に対して略軸対称形状を有している（図１０においてはその中心軸を通る平面における断面が示されている）。すなわち、円筒状の固体誘電体７５１の下部に、円盤状の第１の電極７５４が接するように配置されている。円盤状の第２の電極７１０は、固体誘電体７５１の上部に接するように配置されている。第１の電極７５４の外径寸法及び第２の電極７１０の外径寸法は、固体誘電体７５１の径寸法（直径）よりも大きくなっている。固体誘電体７５１の内部であって第１の電極７５４と第２の電極７１０で封止された部分は、真空状態か、気体又は液体が満たされている状態である。固体誘電体７５１の内周面は、真空、気体、又は液体のいずれかに接する境界面７５１ｘになっている。すなわち、固体誘電体７５１の表面のうち、第１の電極７５４と第２の電極７１０との間に位置する部位は、境界面７５１ｘである。第３の電極７５６は、環状であって、固体誘電体７５１の外周部よりも外側に、すなわち境界面７５１ｘから固体誘電体７５１側に離れた位置に配置されている。換言すると、第３の電極７５６は、境界面７５１ｘに対し固体誘電体７５１側に、境界面７５１ｘに接触しないように配置されている。第３の電極７５６は、第１の電極７５４寄りに配置されている。

【0111】

第１の電極７５４の電位Ｖａ、第２の電極７１０の電位Ｖｂ、及び第３の電極７５６の電位Ｖｃの関係は、Ｖｃ＜Ｖａ＜Ｖｂになっている。そのため、境界面７５１ｘ部分においては、第３の電極７５６の影響により、第１の電極７５４と第２の電極７１０との間で電界が一様の方向とはならない。したがって、第１の電極７５４から第２の電極７１０にかけての沿面放電（例えば図１０において点線で示される経路の放電）が、発生しにくくなっている。

【0112】

なお、第２の電極７１０から第１の電極７５４に向かって正イオンが移動することが放電の原因になるような場合には、第２の電極７１０寄りの部分に、第３の電極７５６と同様の付加電極（第３の電極の別例）７５６ｂを設ければよい。付加電極７５６ｂに第２の電極７１０の電位Ｖｂよりも高い電位を与えることで、正イオンの移動を妨げることができる。付加電極７５６ｂは、第３の電極７５６を設けずに配置されていてもよい。なお、このとき、電位Ｖａは、接地電位であってもよい。

【0113】

上述の実施の形態及び変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0114】

１０ 真空チャンバ壁（第２の電極の一例）
１０ａ 電子銃室（第１の領域の一例）
１１，４１１ 電子源
１２ 荷電粒子線（一次電子線）
１３ ウェーネルト電極（荷電粒子の量を制限する制限電極の一例）
１４ 加速電源
１４ａ 高電圧導入ケーブル
１４ｄ アノード板
１８ 対物レンズ
１９ 二次電子検出器
２０ 検出器（半導体検出器、ロビンソン検出器又はＭＣＰ検出器）
２１ 信号電子
２１ａ 二次電子
２１ｂ 反射電子
２３ 試料
４１ 対物レンズ電源
５０，２５０，３５０，４５０ 電子銃（絶縁構造の一例）
５１，２５１，３５１，４５１ 碍子（絶縁部材、固体誘電体の一例）
５１ｃ，４５１ｃ 支持部
５２ａ フィラメント接続ピン（第１の貫通部材の一例）
５２ｂ ウェーネルト接続ピン（第２の貫通部材の一例）
５４，２５４，４５４ ガードリング（第１の電極の一例）
５６，２５６，４５６ リング電極（第３の電極の一例）
１００ ＳＥＭ（荷電粒子線応用装置の一例）
４１３ サプレッサ電極（荷電粒子の量を制限する制限電極の一例）
４５２ 接続ピン（貫通部材の一例）
４５２ａ エミッタ接続ピン（第１の貫通部材の一例）
４５２ｂ サプレッサ接続ピン（第２の貫通部材の一例）
４５２ｃ ガードリング接続ピン
５０１，６０１，７０１ 絶縁構造
５１０，６１０，７１０ 第２の電極
５５１，６５１，７５１ 固体誘電体
５５１ｘ，６５１ｘ，７５１ｘ 境界面
５５４，６５４，７５４ 第１の電極
５５６，６５６，７５６ 第３の電極
７５６ｂ 付加電極（第３の電極の一例）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】