▶ 株式会社Ｐｈｏｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｏｕｌの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022168563
(43)【公開日】2022-11-08
(54)【発明の名称】電子銃、電子線適用装置および照射位置移動方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/06 20060101AFI20221031BHJP
【ＦＩ】
H01J37/06
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021074108
(22)【出願日】2021-04-26
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-08-25
(71)【出願人】
【識別番号】516040121
【氏名又は名称】株式会社Ｐｈｏｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｏｕｌ
(74)【代理人】
【識別番号】100167689
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 征二
(72)【発明者】
【氏名】西谷 智博
【テーマコード（参考）】
5C101
【Ｆターム（参考）】
5C101DD05
5C101DD12
5C101DD16
(57)【要約】 （修正有）
【課題】フォトカソードを長寿命化できる電子銃、当該電子銃を搭載した電子線適用装置、および照射位置移動方法を提供する。
【解決手段】電子銃は、フォトカソード３に照射される励起光Ｌを移動させる移動装置と制御部を含み、制御部はフォトカソード３上の位置Ｒn（ｎは自然数）から位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に励起光３の照射位置を移動させるように移動装置を制御し、励起光照射劣化範囲は励起光３の照射によってフォトカソード３が劣化する範囲であり、位置Ｒnにおける励起光Ｌのスポットの中心と位置Ｒn+1における励起光Ｌのスポットの中心との距離はフォトカソード３上における励起光Ｌのスポット径の少なくとも３倍以上である。
【選択図】図２
【解決手段】電子銃は、フォトカソード３に照射される励起光Ｌを移動させる移動装置と制御部を含み、制御部はフォトカソード３上の位置Ｒn（ｎは自然数）から位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に励起光３の照射位置を移動させるように移動装置を制御し、励起光照射劣化範囲は励起光３の照射によってフォトカソード３が劣化する範囲であり、位置Ｒnにおける励起光Ｌのスポットの中心と位置Ｒn+1における励起光Ｌのスポットの中心との距離はフォトカソード３上における励起光Ｌのスポット径の少なくとも３倍以上である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子銃であって、
電子銃は、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
アノードと、
前記フォトカソードに照射される励起光を移動させる移動装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）から前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させるように前記移動装置を制御し、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
電子銃。
電子銃は、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
アノードと、
前記フォトカソードに照射される励起光を移動させる移動装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）から前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させるように前記移動装置を制御し、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
電子銃。
【請求項2】
前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出部を含み、
前記制御部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記移動装置を制御する、
請求項１に記載の電子銃。
前記制御部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記移動装置を制御する、
請求項１に記載の電子銃。
【請求項3】
前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
請求項１または２に記載の電子銃。
請求項１または２に記載の電子銃。
【請求項4】
前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
請求項１または２に記載の電子銃。
請求項１または２に記載の電子銃。
【請求項5】
フォトカソードホルダを含み、
前記フォトカソードホルダは、
前記フォトカソードを保持し、
前記フォトカソードに対して離間して配置され、前記光源からの光を前記フォトカソードに集光するレンズ
を含む、
請求項１～４のいずれか一項に記載の電子銃。
前記フォトカソードホルダは、
前記フォトカソードを保持し、
前記フォトカソードに対して離間して配置され、前記光源からの光を前記フォトカソードに集光するレンズ
を含む、
請求項１～４のいずれか一項に記載の電子銃。
【請求項6】
請求項１～５の何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、
前記電子線適用装置が、
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。
前記電子線適用装置が、
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。
【請求項7】
光源とフォトカソードを含む電子銃において、前記フォトカソードに照射される励起光の照射位置を移動させる照射位置移動方法であって、
前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）に前記励起光を照射する照射工程と、
前記位置Ｒnから前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させる移動工程と、
を含み、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
照射位置移動方法。
前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）に前記励起光を照射する照射工程と、
前記位置Ｒnから前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させる移動工程と、
を含み、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
照射位置移動方法。
【請求項8】
前記照射工程と前記移動工程の間に、前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出工程を含み、
前記算出工程による算出結果に基づいて、前記移動工程を実行する、
請求項７に記載の照射位置移動方法。
前記算出工程による算出結果に基づいて、前記移動工程を実行する、
請求項７に記載の照射位置移動方法。
【請求項9】
前記移動工程において、前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
請求項７または８に記載の照射位置移動方法。
請求項７または８に記載の照射位置移動方法。
【請求項10】
前記移動工程において、前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
請求項７または８に記載の照射位置移動方法。
請求項７または８に記載の照射位置移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願における開示は、電子銃、電子線適用装置および照射位置移動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
フォトカソードを搭載した電子銃、当該電子銃を含む電子顕微鏡、自由電子レーザー加速器、検査装置等の電子線適用装置（以下、電子線適用装置から電子銃を除いた装置を「相手側装置」と記載することがある。）が知られている。例えば、特許文献１には、光源から励起光を照射して電子ビームを射出するフォトカソードを用いた電子顕微鏡装置が開示されている。
【0003】
電子顕微鏡装置等の電子線適用装置では、電子ビームの射出を安定的に維持することが必要である。しかしながら、フォトカソードは、励起光の照射を継続することにより電子射出特性が劣化し、射出される電子量が減少するため、フォトカソードを用いた電子ビーム源は、使用時間とともに電子ビームの強度が減少する。そのため、特許文献１では、励起光強度を増大させることや、Ｃｓの蒸着を行い、電子ビームの強度を回復することが開示されている。また、特許文献２には、フォトカソードを真空チャンバー内で移動させる手段を設け、フォトカソードを移動させることで励起光の照射による電子ビーム源の劣化を防ぐことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００２－３１３２７３号公報
【特許文献2】特開２０００－２２３０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１および特許文献２は、電子ビームの射出を安定的に維持することを意図としているが、その方法は異なるものである。特許文献１には、フォトカソードが劣化した際、Ｃｓの再蒸着を行うことで、電子ビームの強度を回復することが開示されている。特許文献２には、フォトカソードを励起光の光軸に対して直角方向に移動させて、励起光に曝されていない箇所に励起光を照射するため、フォトカソードを回転／直線運動する手段（以下、「フォトカソード位置調整手段」と記載することがある。）を真空チャンバー内に設けることが開示されている。
【0006】
特許文献２は、上記したようにフォトカソードの励起光が照射される位置を励起光に曝されていない位置とするので、電子ビームの射出を安定的に維持するのみでなく、フォトカソードの長寿命化を図ることができる。そのため、Ｃsを再蒸着する頻度を少なくでき、電子銃を搭載した電子線適用装置の稼働率を向上できる。
【0007】
しかしながら、特許文献２に開示された電子銃は、フォトカソード位置調整手段を備えるため、装置が大型化してしまうという問題がある。さらに、フォトカソード位置調整手段を真空チャンバー内に配置させている。そのため、フォトカソード位置調整手段が故障した場合、真空チャンバー内を大気圧に戻して修理する必要があり、再度電子銃を使用するには真空チャンバー内を真空にする等の煩雑な作業が必要となる。
【0008】
本発明者は、鋭意研究の結果、フォトカソード位置調整手段を用いずに、フォトカソードの寿命を長くできることを新たに見出した。
【0009】
そこで、本出願の開示の目的は、フォトカソードを長寿命化できる電子銃、当該電子銃を搭載した電子線適用装置、および照射位置移動方法を提供することにある。本出願における開示のその他の任意付加的な効果は、発明を実施するための形態において明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【0010】
［１］電子銃であって、
電子銃は、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
アノードと、
前記フォトカソードに照射される励起光を移動させる移動装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）から前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させるように前記移動装置を制御し、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
電子銃。
［２］前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出部を含み、
前記制御部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記移動装置を制御する、
上記［１］に記載の電子銃。
［３］前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
上記［１］または［２］に記載の電子銃。
［４］前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
上記［１］または［２］に記載の電子銃。
［５］フォトカソードホルダを含み、
前記フォトカソードホルダは、
前記フォトカソードを保持し、
前記フォトカソードに対して離間して配置され、前記光源からの光を前記フォトカソードに集光するレンズ
を含む、
上記［１］～［４］のいずれか一つに記載の電子銃。
［６］上記［１］～［５］の何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、
前記電子線適用装置が、
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。
［７］光源とフォトカソードを含む電子銃において、前記フォトカソードに照射される励起光の照射位置を移動させる照射位置移動方法であって、
前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）に前記励起光を照射する照射工程と、
前記位置Ｒnから前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させる移動工程と、
を含み、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
照射位置移動方法。
［８］前記照射工程と前記移動工程の間に、前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出工程を含み、
前記算出工程による算出結果に基づいて、前記移動工程を実行する、
上記［７］に記載の照射位置移動方法。
［９］前記移動工程において、前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
上記［７］または［８］に記載の照射位置移動方法。
［１０］前記移動工程において、前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
上記［７］または［８］に記載の照射位置移動方法。
電子銃は、
光源と、
前記光源からの受光に応じて、電子ビームを射出するフォトカソードと、
アノードと、
前記フォトカソードに照射される励起光を移動させる移動装置と、
制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）から前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させるように前記移動装置を制御し、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
電子銃。
［２］前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出部を含み、
前記制御部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記移動装置を制御する、
上記［１］に記載の電子銃。
［３］前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
上記［１］または［２］に記載の電子銃。
［４］前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
上記［１］または［２］に記載の電子銃。
［５］フォトカソードホルダを含み、
前記フォトカソードホルダは、
前記フォトカソードを保持し、
前記フォトカソードに対して離間して配置され、前記光源からの光を前記フォトカソードに集光するレンズ
を含む、
上記［１］～［４］のいずれか一つに記載の電子銃。
［６］上記［１］～［５］の何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、
前記電子線適用装置が、
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。
［７］光源とフォトカソードを含む電子銃において、前記フォトカソードに照射される励起光の照射位置を移動させる照射位置移動方法であって、
前記フォトカソード上の位置Ｒn（ｎは、自然数）に前記励起光を照射する照射工程と、
前記位置Ｒnから前記位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外の位置Ｒn+1に前記励起光の照射位置を移動させる移動工程と、
を含み、
前記励起光照射劣化範囲は、前記励起光の照射によって前記フォトカソードが劣化する範囲であり、
前記位置Ｒnにおける前記励起光のスポットの中心と前記位置Ｒn+1における前記励起光のスポットの中心との距離は、前記フォトカソード上における前記励起光のスポット径の少なくとも３倍以上である、
照射位置移動方法。
［８］前記照射工程と前記移動工程の間に、前記励起光の照射位置における前記フォトカソードの量子効率を算出する算出工程を含み、
前記算出工程による算出結果に基づいて、前記移動工程を実行する、
上記［７］に記載の照射位置移動方法。
［９］前記移動工程において、前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲以外の位置である、
上記［７］または［８］に記載の照射位置移動方法。
［１０］前記移動工程において、前記位置Ｒn+1は、前記位置Ｒnよりも前に前記励起光が照射された位置における前記励起光照射劣化範囲内の位置である、
上記［７］または［８］に記載の照射位置移動方法。
【発明の効果】
【0011】
本出願で開示する電子銃は、フォトカソード位置調整手段を用いずにフォトカソードを長寿命化できる。また、真空チャンバー内にフォトカソード位置調整手段を配置していないことから電子銃を小型化できると共に、フォトカソード位置調整手段に起因する故障のリスクが無くなる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】Ｙ方向からみた第１の実施形態に係る電子銃１Ａの一例を模式的に示す図。
【図3】Ｙ方向からみた第２の実施形態に係る電子銃１Ｂの一例を模式的に示す図。
【図4】Ｙ方向からみた第３の実施形態に係る電子銃１Ｃの一例を模式的に示す図。
【図5】Ｙ方向からみた第４の実施形態に係る電子銃１Ｄの一例を模式的に示す図。
【図6】実施例１および実施例２における励起光Ｌの照射位置と量子効率の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しつつ、電子銃、電子線適用装置および照射位置移動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。
【0014】
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、範囲などに制限されない。
【0015】
（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、フォトカソードから射出され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。
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、フォトカソードから射出され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。
【0016】
（電子銃の第１の実施形態）
図１、２を参照して、第１の実施形態に係る電子銃１Ａについて説明する。図１は、Ｙ方向からみた第１の実施形態に係る電子銃１Ａの一例を模式的に示す図である。図２Ａは、励起光Ｌが位置Ｒに照射されたフォトカソード３を模式的に示す図である。図２Ｂは、励起光Ｌの照射位置の移動によって励起光Ｌが照射された位置を模式的に示す図である。
図１、２を参照して、第１の実施形態に係る電子銃１Ａについて説明する。図１は、Ｙ方向からみた第１の実施形態に係る電子銃１Ａの一例を模式的に示す図である。図２Ａは、励起光Ｌが位置Ｒに照射されたフォトカソード３を模式的に示す図である。図２Ｂは、励起光Ｌの照射位置の移動によって励起光Ｌが照射された位置を模式的に示す図である。
【0017】
第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、光源２と、フォトカソード３と、アノード４と、移動装置５と、制御部６とを少なくとも具備している。
【0018】
光源２は、フォトカソード３に励起光Ｌを照射することで、電子ビームＢを射出できれば特に制限はない。光源２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等が挙げられる。照射する励起光Ｌは、パルス光、連続光の何れでもよく、目的に応じて適宜調整すればよい。図１に示す例では、光源２は、真空チャンバーＣＢ外に配置されている。代替的に、光源２を真空チャンバーＣＢ内に配置してもよい。
【0019】
フォトカソード３は、光源２から照射される励起光Ｌの受光に応じて、電子ビームＢを射出する。より具体的には、フォトカソード３中の電子は励起光Ｌによって励起され、励起された電子がフォトカソード３から射出される。射出した電子は、アノード４と（フォトカソード３を含む）カソードとによって生成される電界によって加速され、電子ビームＢを形成する。図１に示す例では、励起光Ｌが、フォトカソード３の背面側から照射されているが、代替的に、励起光Ｌが、フォトカソード３の正面側から照射されるようにしてもよい。
【0020】
フォトカソード３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（アノード４側の面）に接着したフォトカソード膜で形成されている。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、励起光を照射することで電子ビームＢを射出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。上記した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３を作製することができ、当該フォトカソード３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Ｂ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。
【0021】
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、金属化合物またはダイヤモンド、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。
【0022】
アノード４は、カソード３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を使用することができる。
【0023】
図１に示す例では、フォトカソード３、アノード４は、真空チャンバーＣＢ内に配置されている。なお、本明細書中における「フォトカソード」と「カソード」との記載に関し、電子ビームＢを射出するという意味で記載する場合には「フォトカソード」と記載し、「アノード」の対極との意味で記載する場合には「カソード」と記載することがあるが、符号に関しては、「フォトカソード」および「カソード」のいずれの場合でも「３」を用いる。
【0024】
カソード３からアノード４に向けて電子ビームＢが射出できれば、電源の配置は、特に制限はない。図１に示す例では、カソード３とアノード４との間に電位差が生じるように電源を配置することで、電界を形成できる。
【0025】
移動装置５は、フォトカソード３に照射される励起光Ｌを移動させる。フォトカソード３は、励起光Ｌによる照射が継続されることで、電子射出特性が劣化し、射出される電子量が減少する。第１の実施形態に係る電子銃１Ａでは、移動装置５によりフォトカソード３に照射される励起光Ｌを移動させて、励起光Ｌの照射位置を新たな場所とする。当該新たな場所は、励起光Ｌにより劣化していないため、フォトカソード３を長寿命化できる。移動装置５は、フォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動できれば、特に制限はない。
【0026】
図１に示す例では、移動装置５は、ミラー５１および図示していないミラー５１の向きを変える駆動機構を具備する。ミラー５１は、光源２から出射された励起光Ｌを反射してフォトカソード３へ照射させる。ミラー５１は、光源２から出射された励起光Ｌを反射できればよく、一般的なミラーの他に、ガルバノミラー、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）等を用いることもできる。駆動機構をミラー５１の向きを変えるように駆動して、励起光Ｌを反射させる向きを変えることで、フォトカソード３への励起光Ｌの照射位置を移動させる。ミラー５１の向きを変える駆動機構は、自動であっても手動であってもよい。駆動機構を自動とする場合、例えば、ピエゾ素子、電磁コイル、ＤＣまたはＡＣモータ、ステッピングモータ、サーボモータ等の動力源を用いて発生させた動力を直接ミラー５１に伝えてミラー５１の向きを変えてもよい。また、上記した動力源からの動力をシャフト、ギア機構、ネジ機構、リンク機構、クランク機構またはユニバーサルジョイント等のジョイント機構等の伝達機構を介してミラー５１に伝えてミラー５１の向きを変えてもよい。駆動機構を手動とする場合には、例えば、手回しハンドルを用いたものが挙げられる。なお、図１に示す例では、励起光Ｌを、ミラー５１の向きによりＸ方向へ移動させているが、励起光ＬをさらにＹ方向にも移動できるようにミラー５１の向きを変えてもよい。そうすることで、励起光Ｌの照射位置をＸ－Ｙ平面内で移動できる。
【0027】
制御部６は、移動装置５によって移動する励起光Ｌの照射位置を制御する。フォトカソード３は、励起光Ｌの照射によって劣化してしまう。そのため、移動装置５によりフォトカソード３における励起光Ｌの照射位置を移動させて、新たな位置で励起光Ｌを照射させる。ところで、後述する実施例においても記載するが、本発明者は励起光Ｌが照射された照射位置以外においても、フォトカソード３が劣化していることを見出した。そして、フォトカソード３の劣化は、励起光Ｌの照射位置の近傍であるほどその度合いは高く、当該照射位置から離れるにしたがって低くなり、励起光Ｌの照射位置からの距離に依存していた。そのため、励起光Ｌの照射位置は、励起光Ｌの照射位置および当該照射位置近傍の劣化度合いが大きい範囲（以下において、「励起光照射劣化範囲」と記載することがある。）以外に移動させることが好ましい。励起光照射劣化範囲は、励起光Ｌの照射位置での照射時間により変化するが、スポット径の５倍程の範囲である。したがって、励起光照射劣化範囲は、図２Ａに示すように励起光Ｌの照射位置Ｒにおけるスポット径ｄの５倍の直径の円の範囲、すなわち破線内の範囲となる。よって、制御部６は、励起光Ｌの照射位置における励起光照射劣化範囲以外、すなわち励起光Ｌの照射による劣化の影響が少ない位置に、励起光Ｌの照射位置を移動させるように移動装置５を制御し、フォトカソード３を長寿命化させる。なお、図２に示す例では、励起光Ｌの照射位置におけるスポットは円形状である。代替的に、当該スポットは、楕円形状、卵形や長円等のオーバル形状（以下、円形状以外の形状を「非円形状」と記載することがある。）であってもよい。本明細書において「励起光のスポット径」と記載した場合、励起光Ｌの照射位置におけるスポットが円形状の場合は円の直径、非円形状の場合は非円形状に外接する円の直径を意味する。
【0028】
制御部６による移動装置５の制御は、励起光照射劣化範囲以外の位置に、励起光Ｌの照射位置を移動させるのであれば、特に制限はない。図２Ａに示す例では、位置Ｒにおける励起光照射劣化範囲は励起光Ｌのスポット径ｄの５倍の径を有する破線の円の範囲である。そのため、励起光Ｌを移動させる位置は、励起光Ｌの照射位置におけるスポット径ｄの５倍の径を有する破線の円の外であればよい。換言すると、図２Ｂに示すように、移動後の励起光Ｌの照射位置におけるスポットの中心は、移動前の照射位置におけるスポットの中心から少なくともスポット径の３倍以上離れた位置であればよい。移動後の励起光Ｌの照射位置におけるスポットの中心は、例えば、励起光Ｌの照射位置である位置Ｒにおけるスッポトの中心から、スポット径ｄの３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、１０倍、１１倍、１２倍、１３倍、１４倍、１５倍、１６倍、１７倍、１８倍、１９倍または２０倍離れた位置としてもよい。また、励起光Ｌの照射位置におけるスポット径は小さいため、励起光Ｌの照射位置を移動させる距離も小さくなる。そのため、励起光Ｌを移動させても、フォトカソード３から射出される電子ビームＢの光軸のずれも小さくなる。したがって、第１の実施形態に係る電子銃１Ａは、励起光Ｌの照射位置が移動しても、電子ビームＢの光軸を調整する必要がない。
【0029】
励起光Ｌの照射位置の移動は、フォトカソード３から電子ビームＢを射出でき、かつ実施形態に係る電子銃１Ａが設置される相手側装置Ｅにおいて、所望の出力が得られる範囲内で行われる。所望の出力が得られる範囲とは、相手側装置Ｅが例えば電子顕微鏡である場合、試料の撮像が得られる範囲である。相手側装置Ｅにおいて所望の出力が得られる範囲は、電子銃１Ａや相手側装置Ｅの仕様、例えば、レンズの有無、アパーチャの径等の構成によって変化する。したがって、励起光Ｌの照射位置の移動する範囲は、電子銃１Ａおよび相手側装置Ｅの仕様に応じて相手側装置Ｅにおいて所望の出力が得られる範囲内で適宜調整すればよい。所望の出力が得られる範囲は、相手側装置Ｅの光軸を基準としフォトカソード３上の相手側装置Ｅの光軸と重なる位置をフォトカソード３の励起光照射中心と規定した場合、制限されるものではないが、例えば励起光照射中心から７０μｍの半径を有する円内としてもよい。また、フォトカソード３に照射される励起光Ｌの一般的なスポット径は、数μｍである。そのため、例えば、フォトカソード３に照射される励起光Ｌのスポット径が２μｍである場合、スポット径で換算すると所望の出力が得られる範囲は、励起光照射中心から３５倍以内となる。したがって、励起光Ｌの照射位置の移動する範囲は、励起光照射中心からスポット径ｄの３５倍以内、３４倍以内、３３倍以内、３２倍以内、３１倍以内、３０倍以内、２９倍以内、２８倍以内、２７倍以内、２６倍以内、２５倍以内、２４倍以内、２３倍以内、２２倍以内、２１倍以内または２０倍以内としてもよい。上記の励起光Ｌの照射位置の移動する範囲の例示は、励起光照射中心からの範囲である。したがって、励起光の照射位置が励起光照射中心から約３５倍の位置、換言すると、所望の出力が得られる範囲の最も外側の場合、励起光は励起光照射中心を対称の中心として所望の出力が得られる範囲の反対側まで移動が可能である。
【0030】
制御部６の移動装置５の制御は、励起光Ｌの照射位置を複数回移動させてもよい。励起光Ｌの照射位置の移動を複数回行うことで、移動させた回数分、フォトカソード３を長寿命化できる。複数回の励起光Ｌの移動は、例えば、図２Ｂに示すように行われる。図２Ｂに示す例では、フォトカソード３の位置Ｒn（ｎは、自然数）に励起光Ｌを照射させている。励起光Ｌを位置Ｒnに照射させた後、位置Ｒnにおける励起光照射劣化範囲以外に移動させる。具体的には、位置Ｒnにおけるスポットの中心から励起光Ｌのスポット径ｄの３倍である３ｄ離れた位置Ｒn+1にスポットの中心がくるように励起光Ｌを移動させる。その後、位置Ｒn+1におけるスポットの中心から３ｄ離れた位置Ｒn+2へスポットの中心がくるように励起光Ｌを移動させる。なお、位置Ｒnの前は、位置Ｒn-1が励起光Ｌの照射位置である。
【0031】
また、励起光Ｌの移動、例えば、図２Ｂにおける位置Ｒnから位置Ｒn+1への移動は、どのタイミングで行ってもよい。位置Ｒnでの励起光Ｌの照射によるフォトカソード３の劣化により位置Ｒnでのフォトカソード３の量子効率が規定の閾値以下となったタイミングで励起光Ｌの照射位置を位置Ｒn+1に移動させてもよいし、量子効率が規定の閾値よりも大きいタイミングで励起光Ｌの照射位置を位置Ｒn+1に移動させてもよい。なお、量子効率の閾値は、所望の電子ビームＢが射出されるように適宜設定すればよい。量子効率が規定の閾値以下となったタイミングで励起光Ｌを移動させる場合には、フォトカソード３の位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置および当該照射位置近傍は、励起光Ｌの照射により劣化している（励起光照射劣化範囲）。そのため、励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置における励起光照射劣化範囲以外の位置が好ましい。また、量子効率が規定の閾値よりも大きいタイミングで励起光Ｌを移動させる場合は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置の劣化は進んでいない。そのため、励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置および当該照射位置近傍としてもよいし、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置および当該照射位置近傍から外れた位置としてもよい。なお、励起光Ｌの移動のタイミングによらず励起光Ｌの照射による劣化の影響を少なくするためには、常に位置Ｒnにおけるスポットの中心から励起光Ｌのスポット径ｄの３倍である３ｄ離れた位置Ｒn+1にスポットの中心がくるように励起光Ｌを移動させてもよい。
【0032】
また、上記したように「励起光照射劣化範囲」は、励起光Ｌの照射による劣化度合いが大きい範囲としているが、本明細書において励起光Ｌの照射による劣化が進んでいない場合に「励起光照射劣化範囲」との記載を使用することもある。その場合、「励起光照射劣化範囲」は、励起光Ｌの照射位置における劣化度合いが大きい範囲と同じである。換言すると、励起光Ｌのフォトカソード３におけるスポット径の５倍程度、すなわち、例えば、図２における破線内の範囲である。
【0033】
【0034】
第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、光源２から直接励起光Ｌをフォトカソード３へ照射するようにし、光源２を移動装置５’で移動させる点で第１の実施形態に係る電子銃１Ａと異なり、その他の点は電子銃１Ａと同じである。したがって、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂ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。
【0035】
図３に示すように、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、光源２から出射される励起光Ｌを直接フォトカソード３に照射する。そして、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂは、光源２を移動させる移動装置５’を具備する。
【0036】
移動装置５’は、光源２を移動させることができれば、特に制限はない。図３に示す例では、移動装置５’は、ステージ５２と、動力伝達機構５３と、駆動源５４とを具備する。
【0037】
ステージ５２には、光源２が載置される。ステージ５２は、光源２が載置でき、光源２から出射される励起光Ｌのフォトカソード３への照射を妨げないものであれば、特に制限はなく、公知のステージを用いればよい。
【0038】
動力伝達機構５３は、駆動源５４で発生した動力をステージ５２に伝達する。動力伝達機構５３は、動力をステージ５２に伝達できれば、特に制限はない。動力伝達機構５３としては、例えば、シャフト、ギア機構、ネジ機構、リンク機構、クランク機構、または、ユニバーサルジョイント等のジョイント機構が挙げられる。
【0039】
駆動源５４は、ステージ５２を移動させる動力を発生する。動力は、動力伝達機構５３を介してステージ５２を移動させることができれば、特に制限はない。駆動源５４から発生させる動力は、自動で発生させてもよく、手動で発生させてもよい。動力を自動で発生させる駆動源としては、上記した第１の実施形態に係る電子銃１Ａにおける移動装置５が具備する駆動源と同様なものを用いればよい。また、動力を手動で発生させる駆動源としては、例えば、ネジ機構を用いたものが挙げられる。
【0040】
なお、図３に示す例では、光源２をＸ方向へ移動させているが、光源２をＹ方向へ移動させるための移動装置をさらに具備してもよい。光源２をＹ方向へ移動させる移動装置を具備することで、光源２をＸ－Ｙ平面内で移動させることができる。また、代替的に移動装置５’は、１つの移動装置５’で光源２をＸ－Ｙ平面内で移動させてもよい。例えば、動力伝達機構にギア等を具備し、ステージをＸ方向またはＹ方向に切り替えて移動させるものが挙げられる。
【0041】
（照射位置移動方法の第１の実施形態）
電子銃１Ａまたは電子銃１Ｂを用いたフォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第１の実施形態について説明する。
電子銃１Ａまたは電子銃１Ｂを用いたフォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第１の実施形態について説明する。
【0042】
第１の実施形態に係る照射位置移動方法は、フォトカソード３上の位置Ｒn（ｎは、自然数）に励起光Ｌを照射する照射工程と、位置Ｒnから位置Ｒn+1に励起光Ｌの照射位置を移動させる移動工程と、を含む。
【0043】
照射工程は、フォトカソード３の任意の位置Ｒnに励起光Ｌを照射する。光源２からの励起光Ｌがフォトカソード３の位置Ｒnに照射されることで、電子ビームＢがフォトカソード３から射出される。
【0044】
移動工程は、フォトカソード３の位置Ｒnに照射された励起光Ｌの照射位置を位置Ｒn+1へ移動させる。その際、位置Ｒn+1は、上記したように位置Ｒnにおける励起光Ｌの照射による励起光照射劣化範囲以外の位置であればよい。位置Ｒn+1としては、例えば、励起光Ｌの位置Ｒnにおけるスポットの中心からスポット径ｄの３倍以上離れた位置に移動後の励起光Ｌのスポットの中心がくる位置であり、スポット径ｄの３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、１０倍、１１倍、１２倍、１３倍、１４倍、１５倍、１６倍、１７倍、１８倍、１９倍または２０倍離れた位置としてもよい。
【0045】
また、移動工程における励起光Ｌの位置Ｒn+1への移動は、上記したようにフォトカソード３から電子ビームＢを射出でき、かつ電子銃１Ａが設置される相手側装置Ｅにおいて、所望の出力が得られる範囲内で行われる。
【0046】
移動工程における励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動するタイミングとしては、特に制限はない。位置Ｒnでの励起光Ｌの照射によるフォトカソード３の劣化により位置Ｒnでのフォトカソード３の量子効率が規定の閾値以下となったタイミングで励起光Ｌの照射位置を位置Ｒn+1に移動させてもよいし、量子効率が規定の閾値よりも大きいタイミングで励起光Ｌの照射位置を位置Ｒn+1に移動させてもよい。量子効率が規定の閾値以下となったタイミングで励起光Ｌの照射位置を位置Ｒn+1に移動させる場合は、上記したように励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置における励起光照射劣化範囲以外の位置が好ましい。また、量子効率が規定の閾値よりも大きいタイミングで励起光Ｌを移動させる場合は、上記したように励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌを照射された位置における励起光照射劣化範囲内としてもよいし、励起光照射劣化範囲以外の位置としてもよい。
【0047】
第１の実施形態に係る電子銃１Ａ、第２の実施形態に係る電子銃１Ｂおよび第１の実施形態に係る照射位置移動方法は、以下の効果を奏する。
（１）真空チャンバーＣＢ内に励起光Ｌの照射位置を移動させる装置を設ける必要がないので、電子銃を小型化でき、真空チャンバーＣＢ内での故障のリスクを排除できる。また、真空チャンバーＣＢ内に励起光Ｌの照射位置を移動させる装置を具備しないため、移動によるガスの発生がなく真空チャンバーＣＢ内が汚染されない。
（２）励起光Ｌの照射によるフォトカソード３の劣化の影響が少ない位置へ励起光Ｌを移動させるので、位置Ｒnでのフォトカソード３の量子効率より、量子効率がより高いフォトカソード３の位置を利用できる。
（３）励起光Ｌの照射位置を移動させる距離が小さいため、フォトカソード３から射出される電子ビームＢの光軸と相手側装置Ｅの光軸とを合わせる補正を行う補正装置を具備しなくてもよい。
（１）真空チャンバーＣＢ内に励起光Ｌの照射位置を移動させる装置を設ける必要がないので、電子銃を小型化でき、真空チャンバーＣＢ内での故障のリスクを排除できる。また、真空チャンバーＣＢ内に励起光Ｌの照射位置を移動させる装置を具備しないため、移動によるガスの発生がなく真空チャンバーＣＢ内が汚染されない。
（２）励起光Ｌの照射によるフォトカソード３の劣化の影響が少ない位置へ励起光Ｌを移動させるので、位置Ｒnでのフォトカソード３の量子効率より、量子効率がより高いフォトカソード３の位置を利用できる。
（３）励起光Ｌの照射位置を移動させる距離が小さいため、フォトカソード３から射出される電子ビームＢの光軸と相手側装置Ｅの光軸とを合わせる補正を行う補正装置を具備しなくてもよい。
【0048】
【0049】
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率を算出する算出部７を具備し、算出部７の算出結果に基づいて制御部６による励起光Ｌの照射位置の移動を制御する点で第１の実施形態に係る電子銃１Ａと異なり、その他の点は電子銃１Ａと同じである。したがって、第３の実施形態に係る電子銃１Ｃ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３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。
【0050】
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃは、算出部７を具備する。算出部７は、励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率を算出する。ここで、量子効率は以下の式（１）で求めることができる。
【0051】
【数1】
【0052】
式（１）中、Ｑは量子効率、neは単位時間当たりの放出電子数、npは単位時間当たりの入射光子数を表す。また、neおよびnpは、それぞれ以下の式（２）に変形することができる。
【0053】
【数2】
【0054】
式（２）中、Ｉは電流値、ｅは電子の素電荷、Ｐは光強度、ｆは光の透過率、λは入射光波長、ｈはプランク定数、ｃは光速を表す。
【0055】
したがって、量子効率は電流値Ｉと光強度Ｐを測定すれば算出できる。図４に示す例では、算出部７はカソード３とアノード４間の電流値と光源２からの光強度の値を取得し、励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率を算出する。
【0056】
なお、図４に示す例では、電流値は、カソード３とアノード４間に配置された電流計により測定されている。代替的に、真空チャンバーＣＢ内のアノード４と相手側装置Ｅとの間に電子ビームＢのビーム径よりも小さい径の孔を有した電子ビーム遮蔽部材を配置し、電子ビーム遮蔽部材によって遮蔽された電子ビームＢによって電流値を測定してもよい。電子ビーム遮蔽部材を用いた電流値の測定は、特許６５７８５２９号公報により詳しく記載されており、特許第６５７８５２９号公報に記載事項は、本明細書に含まれる。
【0057】
制御部６は、算出部７で算出された算出結果、すなわち励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率に基づいて移動装置５を制御する。例えば、制御部６は算出部７で算出された量子効率の値が規定の閾値以下となったタイミングで、励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動させるように移動装置５を制御してもよい。また、制御部６は、量子効率の値が規定の閾値よりも大きいタイミングで、励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動させるように移動装置５を制御してもよい。量子効率が規定の閾値以下となったタイミングで移動装置５によって励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動させる制御を行う場合、フォトカソード３の位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置における励起光照射劣化範囲は、励起光Ｌの照射により劣化している。そのため、励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置における励起光照射劣化範囲以外の位置が好ましい。また、量子効率が規定の閾値よりも大きいタイミングで移動装置５によって励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動させる制御を行う場合、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置の劣化は進んでいない。そのため、励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置における励起光照射劣化範囲内としてもよいし、励起光照射劣化範囲以外の位置としてもよい。
【0058】
（照射位置移動方法の第２の実施形態）
電子銃１Ｃを用いたフォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第２の実施形態について説明する。
電子銃１Ｃを用いたフォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第２の実施形態について説明する。
【0059】
第２の実施形態に係る照射位置移動方法は、照射工程と移動工程の間に、励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率を算出する算出工程を含み、算出工程による算出結果に基づいて、移動工程を実行する点で、第１の実施形態に係る照射位置移動方法と異なり、その他の点は第１の実施形態に係る照射位置移動方法と同じである。したがって、第２の実施形態に係る照射位置移動方法では、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。
【0060】
算出工程は、励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率を算出する。第３の実施形態に係る電子銃１Ｃで説明したように、カソード３とアノード４間の電流値と光源２からの光強度によって量子効率が算出される。
【0061】
第２の実施形態に係る照射位置移動方法は、算出工程で算出された算出結果、すなわち励起光Ｌの照射位置におけるフォトカソードの量子効率に基づいて移動工程を実行する。移動工程における位置Ｒnから位置Ｒn+1への移動は、例えば、算出工程における量子効率の値が規定の閾値以下になったタイミングで行ってもよく、量子効率の値が規定の閾値よりも大きいタイミングで行ってもよい。量子効率が規定の閾値以下となったタイミングで移動工程を実行する場合は、上記したように励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌが照射された位置における励起光照射劣化範囲以外の位置が好ましい。また、量子効率が規定の閾値よりも大きいタイミングで移動工程を実行する場合は、上記したように励起光Ｌを移動させる位置Ｒn+1は、位置Ｒnよりも前に励起光Ｌを照射された位置における励起光照射劣化範囲内としてもよいし、励起光照射劣化範囲以外の位置としてもよい。
【0062】
第３の実施形態に係る電子銃１Ｃおよび第２の実施形態に係る照射位置移動方法は、上記の実施形態に係る電子銃１Ａ、１Ｂおよび照射位置移動方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
（１）算出結果である量子効率に基づいて、励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動できる。したがって、照射位置の移動を効率的に行えるので、フォトカソード３を長寿命化できる。
（２）位置Ｒnから位置Ｒn+1への移動を量子効率が閾値以下となったタイミングで行う場合、量子効率が閾値以下になるまで励起光Ｌを照射できる。電子ビームＢの射出中に頻繁に励起光Ｌの照射位置を移動させないので、当該照射位置の移動によって光軸のずれが生じてしまう頻度を下げられる。
（１）算出結果である量子効率に基づいて、励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動できる。したがって、照射位置の移動を効率的に行えるので、フォトカソード３を長寿命化できる。
（２）位置Ｒnから位置Ｒn+1への移動を量子効率が閾値以下となったタイミングで行う場合、量子効率が閾値以下になるまで励起光Ｌを照射できる。電子ビームＢの射出中に頻繁に励起光Ｌの照射位置を移動させないので、当該照射位置の移動によって光軸のずれが生じてしまう頻度を下げられる。
【0063】
【0064】
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄは、レンズ８１を含むフォトカソードホルダ８を更に具備する点で第１の実施形態に係る電子銃１Ａと異なり、その他の点は電子銃１Ａと同じである。したがって、第４の実施形態に係る電子銃１Ｄ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４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。
【0065】
電子銃１のフォトカソード３への励起光Ｌの照射は、レンズ８１を介して行われることもある。レンズ８１は、光源２からの励起光Ｌをフォトカソード３へ集光させるものである。集光された励起光Ｌは、フォトカソード３で焦点を結び、フォトカソード３から電子ビームＢが射出される。そのため、フォトカソード３を電子銃１に設置する際には、通常、レンズ８１との位置調整が必要となる。
【0066】
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄは、レンズ８１を含むフォトカソードホルダ８を具備する。レンズ８１は、フォトカソード３に焦点が合う位置で、フォトカソードホルダ８に保持されている。図５に示す例では、フォトカソード３とレンズ８１との間にスペーサ８２を設けた例を示している。また、上記したようにフォトカソード３は、基板とフォトカソード膜によって形成されている。そのため、本明細書において、フォトカソードホルダ８がフォトカソード３を保持すると記載した場合、フォトカソードホルダ８がフォトカソード３の基板およびフォトカソード膜も含めて保持すること、フォトカソードホルダ８がフォトカソード３の基板のみを保持することを含んでいる。なお、フォトカソードホルダ８の詳細は、特許第６６７９０１４号公報により詳しく記載されており、特許第６６７９０１４号公報に記載された事項は、本明細書に含まれる。
【0067】
したがって、フォトカソードホルダ８を励起光Ｌの光路上に配置することで、フォトカソード３とレンズ８１の位置調整をすることなく、フォトカソード３にレンズ８１の焦点を常に合わせられる。
【0068】
また、フォトカソードホルダ８によって、レンズ８１の焦点は、フォトカソード３にあっている。そのため、励起光Ｌの照射位置が移動しても、励起光Ｌを移動させる距離が小さいので、移動によるずれの影響を無視でき、フォトカソード３から電子ビームＢを射出できる。
【0069】
（照射位置移動方法の第３の実施形態）
電子銃１Ｄを用いたフォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第３の実施形態について説明する。
電子銃１Ｄを用いたフォトカソード３に照射される励起光Ｌの照射位置を移動させる照射位置移動方法の第３の実施形態について説明する。
【0070】
第３の実施形態に係る照射位置移動方法は、照射工程において、励起光Ｌがフォトカソードホルダ８に含まれるレンズ８１を介してフォトカソード３へ照射される点で、第１の実施形態に係る照射位置移動方法と異なり、その他の点は第１の実施形態に係る照射位置移動方法と同じである。したがって、第３の実施形態に係る照射位置移動方法では、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３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３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。
【0071】
第３の実施形態に係る照射位置移動方法における照射工程は、励起光Ｌがフォトカソードホルダ８に含まれるレンズ８１を介してフォトカソード３へ照射される。そのため、上記したようにフォトカソード３とレンズ８１の位置調整をすることなく、フォトカソード３にレンズ８１の焦点を常に合わせられる。そして、励起光Ｌの照射位置が移動しても、移動によるずれの影響を無視でき、フォトカソード３から電子ビームＢを射出できる。
【0072】
第４の実施形態に係る電子銃１Ｄおよび第３の実施形態に係る照射位置移動方法は、上記した実施形態に係る電子銃１Ａ～１Ｃおよび照射位置移動方法が奏する効果に加え、以下の効果を相乗的に奏する。
（１）レンズ８１を含むフォトカソードホルダ８を具備しているため、励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動させても、ずれの影響を無視でき、電子ビームＢを射出できる。
（２）レンズ８１によって励起光Ｌがフォトカソード３において集光するので、フォトカソード３における励起光のスポット径を小さくできる。
（３）レンズ８１によって励起光Ｌがフォトカソード３において集光するので、励起光Ｌのフォトカソード上での移動距離は、レンズ８１通過前の励起光Ｌの移動距離よりも相対的に小さくなる。したがって、移動装置５による励起光Ｌの照射位置の移動を精緻に制御できる。
（１）レンズ８１を含むフォトカソードホルダ８を具備しているため、励起光Ｌの照射位置を位置Ｒnから位置Ｒn+1に移動させても、ずれの影響を無視でき、電子ビームＢを射出できる。
（２）レンズ８１によって励起光Ｌがフォトカソード３において集光するので、フォトカソード３における励起光のスポット径を小さくできる。
（３）レンズ８１によって励起光Ｌがフォトカソード３において集光するので、励起光Ｌのフォトカソード上での移動距離は、レンズ８１通過前の励起光Ｌの移動距離よりも相対的に小さくなる。したがって、移動装置５による励起光Ｌの照射位置の移動を精緻に制御できる。
【0073】
（電子線適用装置の実施形態）
上記の実施形態に係る電子銃１Ａ～１Ｄを搭載する相手側装置Ｅは、電子銃１Ａ～１Ｄ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。
上記の実施形態に係る電子銃１Ａ～１Ｄを搭載する相手側装置Ｅは、電子銃１Ａ～１Ｄ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。
【0074】
なお、本発明は、上述の実施形態に制限されない。本発明の範囲内において、上述の各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、または、任意の構成要素の省略が可能である。さらに、上述の各実施形態に任意の構成要素が追加されてもよい。例えば、電子銃１は光ファイバーを具備してもよい。光ファイバーは、光源２からの励起光Ｌをフォトカソード３に導く。その際、光ファイバーのフォトカソード３側端部の位置を移動させることで、フォトカソード３への励起光Ｌの照射位置を移動できる。
【実施例0075】
＜実施例１＞
［フォトカソードが劣化するまでレーザー光（励起光）を照射した時のフォトカソードの量子効率分布］
フォトカソード３が劣化するまでレーザー光を照射した時に、レーザー光の照射が照射位置近傍のフォトカソード３の量子効率へ及ぼす影響を調べた。
［フォトカソードが劣化するまでレーザー光（励起光）を照射した時のフォトカソードの量子効率分布］
フォトカソード３が劣化するまでレーザー光を照射した時に、レーザー光の照射が照射位置近傍のフォトカソード３の量子効率へ及ぼす影響を調べた。
【0076】
光源２には、レーザー光源（Ｔｏｐｔｉｃａ製ｉＢｅａｍＳｍａｒｔ）を用いた。フォトカソード３は、Ｄａｉｋｉ ＳＡＴＯ ｅｔ ａｌ．２０１６ Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５５ ０５ＦＨ０５に記載された公知の方法で、ＩｎＧａＮフォトカソード３を作製した。フォトカソード３表面のＮＥＡ処理は、公知の方法により行った。また、フォトカソード３は、レンズ８１を含むフォトカソードホルダ８に保持して、真空チャンバーＣＢ内に配置した。
【0077】
以下に手順を示す。
［１］光源２からフォトカソード３にレーザー光（レーザースポット径２μｍ）を照射し、フォトカソード３とアノード４との間に２５ｋＶの加速電圧を印加することで、フォトカソード３から電子ビームＢを射出させた。
［２］電子ビームＢを射出している間、電流およびレーザー強度を継続して測定し、量子効率を算出した。
［３］上記［２］で算出した量子効率が１０-6未満になった後、ミラー５１を具備した移動装置５により、ミラー５１の向きを変えてフォトカソード３におけるレーザー光の照射位置を移動した。
［４］移動後の照射位置において、電流およびレーザー強度を測定し、量子効率を算出した。
［５］上記［４］の量子効率を算出後、レーザー光の照射位置を速やかに次の位置に移動し量子効率を算出した。上記[３]と異なり、レーザー光の照射時間が短いことから、フォトカソード３は劣化していない。
[６]上記［５］の手順を繰り返すことで、フォトカソード３が劣化するまで励起光Ｌを照射した時に、当該照射位置近傍のフォトカソード３の量子効率へ及ぼす変化の分布を調べた。
［１］光源２からフォトカソード３にレーザー光（レーザースポット径２μｍ）を照射し、フォトカソード３とアノード４との間に２５ｋＶの加速電圧を印加することで、フォトカソード３から電子ビームＢを射出させた。
［２］電子ビームＢを射出している間、電流およびレーザー強度を継続して測定し、量子効率を算出した。
［３］上記［２］で算出した量子効率が１０-6未満になった後、ミラー５１を具備した移動装置５により、ミラー５１の向きを変えてフォトカソード３におけるレーザー光の照射位置を移動した。
［４］移動後の照射位置において、電流およびレーザー強度を測定し、量子効率を算出した。
［５］上記［４］の量子効率を算出後、レーザー光の照射位置を速やかに次の位置に移動し量子効率を算出した。上記[３]と異なり、レーザー光の照射時間が短いことから、フォトカソード３は劣化していない。
[６]上記［５］の手順を繰り返すことで、フォトカソード３が劣化するまで励起光Ｌを照射した時に、当該照射位置近傍のフォトカソード３の量子効率へ及ぼす変化の分布を調べた。
【0078】
＜実施例２＞
［フォトカソードが劣化する前にレーザー光を移動した時のフォトカソードの量子効率分布］
実施例１の［３］において、量子効率が１０-6未満となるまでレーザー光を照射したのに換えて、速やかにレーザー光の照射位置を移動させた以外は、実施例１と同様の手順で分布を調べた。
［フォトカソードが劣化する前にレーザー光を移動した時のフォトカソードの量子効率分布］
実施例１の［３］において、量子効率が１０-6未満となるまでレーザー光を照射したのに換えて、速やかにレーザー光の照射位置を移動させた以外は、実施例１と同様の手順で分布を調べた。
【0079】
図６に実施例１および実施例２の結果を示す。横軸はフォトカソード３におけるＸ軸方向の距離であり、０μｍはレンズ８１の中心を通過したレーザー光が照射された位置である。縦軸は量子効率である。
【0080】
実施例１は、０μｍの位置での量子効率が極小となり、０μｍから離れるにしたがって量子効率は増加し、＋３０μｍおよび－３０μｍの位置で極大となった。極小である０μｍが最も劣化していた。そして、０μｍから離れるにしたがって量子効率は増加した。これは、レーザー光の照射による劣化の影響が距離に依存して（距離が離れるほど）小さくなることを示している。実施例１の結果から、０μｍの位置から５μｍ以上離れた位置であれば、レーザー光の照射による劣化の影響が小さくなることが示された。また、測定時、フォトカソード３は、レンズ８１を含んだフォトカソードホルダ８に保持され、レンズ８１を介してレーザー光が照射される。レーザー光が移動してもレンズ８１によりレーザー光の焦点はフォトカソード３に合っているものの、レンズ８１の表面は曲面であるため、レンズ８１の中心を離れると曲面による影響を受け、レーザー光の照射位置における強度および電流値が小さくなってしまう。したがって、＋３０μｍまたは－３０μｍよりも離れるとレンズ８１の曲面の影響が大きくなり量子効率が減少していると考えられる。しかしながら、＋３０μｍまたは－３０μｍよりも離れた位置の量子効率は、極小値である０μｍの量子効率と比べても大きく、相手側装置Ｅにおいても問題なく所望の出力が得られた。
【0081】
実施例１の結果から、レーザー光を照射した位置およびその近傍は、レーザー光の照射によりフォトカソード３の劣化の影響が大きいことが示された。したがって、少なくともレーザー光の照射位置を劣化の影響が少ない位置に移動させれば、量子効率が大きくなりフォトカソード３を継続して使用できることが示された。
【0082】
実施例２は、量子効率は０μｍの位置が最も高かった。そして、距離が離れるにしたがって量子効率は低下した。これは、フォトカソード３は劣化していないものの上記したようにレンズ８１の曲面の影響によると考えられる。なお、実施例２の量子効率は、測定範囲全体にわたり実施例１よりも大きかった。その理由として、実施例１はレーザー光の照射により照射位置における量子効率を１０-6未満となるまでフォトカソード３を劣化させたため、その影響によりフォトカソード３全体が劣化してしまい、実施例１の方が測定範囲全体にわたり量子効率が小さくなったと考えられる。
【0083】
実施例２の結果から、フォトカソード３は劣化していないため、どの位置にレーザー光を移動させてもフォトカソード３は継続的に使用できることが示された。しかしながら、レーザー光を照射する時間が長くなるほどフォトカソード３は劣化する。そのため、レーザー光の照射による劣化を考慮すれば、閾値まで劣化していないフォトカソード３であっても、レーザー光の照射による劣化の影響が少ない位置に移動させて使用することが望ましい。
【0084】
以上の実施例より、レーザー光の照射によるフォトカソード３の劣化は、レーザー光の照射位置のみではなく、距離依存的に劣化することが示された。そのため、レーザー光の照射位置を移動することでフォトカソード３を長寿命化する場合、劣化の影響が少ない位置にレーザー光を移動するように制御することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【0085】
本出願で開示する電子銃、電子線適用装置および照射位置移動方法を用いると、電子銃を大型化させることなく、真空チャンバー内における装置の故障リスクなしに、フォトカソードを長寿命化できる。したがって、電子銃を扱う業者にとって有用である。
【符号の説明】
【0086】
１，１Ａ～１Ｄ…電子銃、２…光源、３…フォトカソード、４…アノード、５，５’…移動装置、５１…ミラー、５２…ステージ、５３…動力伝達機構、５４…駆動源、６…制御部、７…算出部、８…フォトカソードホルダ、８１…レンズ、８２…スペーサ、Ｂ…電子ビーム、ＣＢ…真空チャンバー、ｄ…スポット径、Ｅ…相手側装置、Ｌ…励起光、Ｒ，Ｒn-1，Ｒn，Ｒn+1，Ｒn+2…励起光の照射位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
