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(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】P2023097114
(43)【公開日】2023-07-07
(54)【発明の名称】カソードヒータと荷電粒子線源及び荷電粒子装置
(51)【国際特許分類】
H01J 1/22 20060101AFI20230630BHJP
H01J 37/06 20060101ALI20230630BHJP
【ＦＩ】
H01J1/22
H01J37/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021213277
(22)【出願日】2021-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(72)【発明者】
【氏名】高瀬 洋平
(72)【発明者】
【氏名】後藤 太邦
(72)【発明者】
【氏名】島田 憲一
【テーマコード（参考）】
5C101
【Ｆターム（参考）】
5C101DD08
5C101DD16
5C101DD18
(57)【要約】
【課題】本発明は、カソードを安定支持したカソードヒータに関する。
【解決手段】本発明は、電子放出方向に電子を放出するカソードを加熱するカソードヒータにおいて、前記カソードの側面における第１部分に接触し、電流が流されることにより発熱する導電性の第１部材と、前記カソードの側面における前記第１部分とは異なる第２部分に接触する第２部材とを備え、前記第１部材によって前記電子放出方向と交差する第１方向から前記カソードを引っ張り、且つ前記第２部材によって前記第１方向とは逆向きの第２方向から前記カソードを引っ張ることによって前記カソードを支持する、カソードヒータであることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、電子放出方向に電子を放出するカソードを加熱するカソードヒータにおいて、前記カソードの側面における第１部分に接触し、電流が流されることにより発熱する導電性の第１部材と、前記カソードの側面における前記第１部分とは異なる第２部分に接触する第２部材とを備え、前記第１部材によって前記電子放出方向と交差する第１方向から前記カソードを引っ張り、且つ前記第２部材によって前記第１方向とは逆向きの第２方向から前記カソードを引っ張ることによって前記カソードを支持する、カソードヒータであることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子放出方向に電子を放出するカソードを加熱するカソードヒータにおいて、
前記カソードの側面における第１部分に接触し、電流が流されることにより発熱する導電性の第１部材と、
前記カソードの側面における前記第１部分とは異なる第２部分に接触する第２部材と
を備え、
前記第１部材によって前記電子放出方向と交差する第１方向から前記カソードを引っ張り、且つ前記第２部材によって前記第１方向とは逆向きの第２方向から前記カソードを引っ張ることによって前記カソードを支持する、カソードヒータ。
前記カソードの側面における第１部分に接触し、電流が流されることにより発熱する導電性の第１部材と、
前記カソードの側面における前記第１部分とは異なる第２部分に接触する第２部材と
を備え、
前記第１部材によって前記電子放出方向と交差する第１方向から前記カソードを引っ張り、且つ前記第２部材によって前記第１方向とは逆向きの第２方向から前記カソードを引っ張ることによって前記カソードを支持する、カソードヒータ。
【請求項2】
前記カソードの側面における前記第２部分は、前記電子放出方向において前記第１部分を挟むように複数箇所に位置する、請求項１に記載のカソードヒータ。
【請求項3】
前記第１部材及び前記第２部材に電流を流す給電部を更に備え、
前記第２部材は、電流が流されることにより発熱する導電性材料で形成される、請求項１又は２に記載のカソードヒータ。
前記第２部材は、電流が流されることにより発熱する導電性材料で形成される、請求項１又は２に記載のカソードヒータ。
【請求項4】
前記第１部分に接する前記第１部材の第１支持部における電流の向きは、前記第２部分に接する前記第２部材の第２支持部における電流の向きとは異なる、請求項３に記載のカソードヒータ。
【請求項5】
前記第１部材において前記第１部分と接する部分を第１支持部とし、前記第２部材において前記第２部分と接する部分を第２支持部とするとき、
前記第２支持部は、前記電子放出方向において前記第１支持部を挟むように複数備えられ、
前記第１支持部の前記電子放出方向における第１寸法は、前記複数の前記第２支持部の前記電子放出方向における第２寸法の和と等しい、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
前記第２支持部は、前記電子放出方向において前記第１支持部を挟むように複数備えられ、
前記第１支持部の前記電子放出方向における第１寸法は、前記複数の前記第２支持部の前記電子放出方向における第２寸法の和と等しい、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項6】
前記第１部材に電流を流す給電部をさらに備え、
前記第１部材は、前記第１部分に接する第１支持部と、前記第１支持部よりも前記給電部側の第１側方部と、前記第１支持部に関して前記第１側方部とは反対側の第２側方部とを備え、
前記第１支持部の断面積は、前記第１側方部及び前記第２側方部の断面積よりも小さい、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
前記第１部材は、前記第１部分に接する第１支持部と、前記第１支持部よりも前記給電部側の第１側方部と、前記第１支持部に関して前記第１側方部とは反対側の第２側方部とを備え、
前記第１支持部の断面積は、前記第１側方部及び前記第２側方部の断面積よりも小さい、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項7】
前記第１部材において、前記カソードの前記第１部分に接する第１支持部は、前記カソードの前記側面を一周しない、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項8】
前記第１部材及び前記第２部材は、金属箔または金属薄板から形成される、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項9】
前記カソードの側面において前記第１部分及び前記第２部分とは異なる第３部分に接触する第３部材をさらに備え、
前記カソードは、前記第１乃至第３部材によって釣り合うように引張られる、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
前記カソードは、前記第１乃至第３部材によって釣り合うように引張られる、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項10】
前記第１部材及び前記第２部材に電流を流す給電部と、
電源と前記給電部とを接続する接続配線に可変抵抗が組み込まれた、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
電源と前記給電部とを接続する接続配線に可変抵抗が組み込まれた、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項11】
前記給電部は、前記第１部材に接続される第１電極体及び第２電極体と、前記第２部材に接続される第３電極体及び第４電極体とを備え、
前記可変抵抗は、前記第１乃至第４電極体と前記電源とを接続する第１乃至第４接続配線の各々に組み込まれている、請求項１０に記載のカソードヒータ。
前記可変抵抗は、前記第１乃至第４電極体と前記電源とを接続する第１乃至第４接続配線の各々に組み込まれている、請求項１０に記載のカソードヒータ。
【請求項12】
前記カソードにカーボン材料から形成されたカーボン部材が接触しない、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載のカソードヒータ。
【請求項13】
請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載のカソードヒータを備えた、荷電粒子線源。
【請求項14】
請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載のカソードヒータを備えた、荷電粒子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カソードヒータと荷電粒子線源及び荷電粒子装置に関する。
【背景技術】
【0002】
荷電粒子を発生させ、荷電粒子線を対象物体の所定の位置に照射する荷電粒子装置に適用されるカソードヒータとして、２つのヒータワイヤにより電子放出合金製のエミッタを支持した直熱型陰極ユニットが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０００／２８５６６号
【発明の概要】
【0004】
第１の態様によるカソードヒータは、電子放出方向に電子を放出するカソードを加熱するカソードヒータにおいて、前記カソードの側面における第１部分に接触し、電流が流されることにより発熱する導電性の第１部材と、前記カソードの側面における前記第１部分とは異なる第２部分に接触する第２部材とを備え、前記第１部材によって前記電子放出方向と交差する第１方向から前記カソードを引っ張り、且つ前記第２部材によって前記第１方向とは逆向きの第２方向から前記カソードを引っ張ることによって前記カソードを支持する。
第２の態様による荷電粒子源は、第１の態様によるカソードヒータを備える。
第３の態様による荷電粒子装置は、第１の態様によるカソードヒータを備える。
第２の態様による荷電粒子源は、第１の態様によるカソードヒータを備える。
第３の態様による荷電粒子装置は、第１の態様によるカソードヒータを備える。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】第１実施形態のカソードヒータの構成を示す斜視図。
【図2】第１実施形態のカソードヒータの構成を示す平面図。
【図3】同カソードヒータにおけるカソード支持部分の概要を示す側面図。
【図4】第１実施形態のカソードヒータを備える荷電粒子装置の第１実施形態を示す断面図。
【図5】前記荷電粒子装置に含まれるアパーチャ部材の構成を示す拡大断面図。
【図6】前記荷電粒子装置に含まれる第２レンズ近傍の拡大断面図。
【図7】第２実施形態のカソードヒータの構成を示す斜視図。
【図8】同カソードヒータにおけるカソード支持部分の概要を示す側面図。
【図9】第３実施形態のカソードヒータの構成を示す斜視図。
【図10】第４実施形態のカソードヒータの構成を示す斜視図。
【図11】第５実施形態のカソードヒータの構成を示す斜視図。
【図12】第６実施形態のカソードヒータの構成を示す斜視図。
【図13】同カソードヒータにおけるカソード支持部分の概要を示す側面図。
【図14】カソードに印加する引張力の方向について示す説明図。
【図15】変形例にかかる支持フィラメントを展開した形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0006】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。
【0007】
「第１実施形態のカソードヒータ」
図１～図３は、第１実施形態のカソードヒータ５０を示す斜視図である。
図１に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、その矢印の指し示す方向を＋方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、相互に直交する方向である。また、図２以降の各図に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、図１に示したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向とそれぞれ同一の方向を示している。
図１～図３は、第１実施形態のカソードヒータ５０を示す斜視図である。
図１に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、その矢印の指し示す方向を＋方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、相互に直交する方向である。また、図２以降の各図に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、図１に示したＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向とそれぞれ同一の方向を示している。
【0008】
カソードヒータ５０は、例えば、図４～図６に基づき、後に説明する荷電粒子装置１の荷電粒子線源３に組み込まれ、荷電粒子の発生源として用いられる。
カソードヒータ５０は、円盤状の絶縁基台５１と、この絶縁基台５１の厚さ方向（Ｚ方向）を貫通して設けられた４本のロッド状の電極体（給電部）５２と、これら電極体５２に支持された支持フィラメント５３、５４と、支持フィラメント５３、５４に支持された円柱状のカソード５５を具備する。
絶縁基台５１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁材料からなる円盤状であり、その一面５１Ａ（図１では上面）上に４本の電極体５２の先端部５２Ａが一面５１Ａに対しほぼ直角に突き出るように設けられている。絶縁基台５１を貫通した電極体５２の基端部５２Ｃは図１では略されているが接続配線を介し電源に接続され、電源から電極体５２を介し支持フィラメント５３、５４に個別に通電できるように構成されている。図１では、Ｚ方向に絶縁基台５１の厚さ方向が一致され、Ｘ方向とＹ方向が構成するＸＹ平面に平行に一面５１Ａが配置されている。なお、絶縁基台５１の厚さ方向をＺ軸方向としているならば、Ｚ軸を中心とする周回り方向（θｚ方向）においてＸ方向とＹ方向は特に限定されず、互いに９０°で交差しているならばいずれの方向に向いていても良い。また、周回り方向（θｚ方向）におけるＸ方向とＹ方向とは互いに９０°で交差している場合には限られず、例えば６０°でもよい。
カソードヒータ５０は、円盤状の絶縁基台５１と、この絶縁基台５１の厚さ方向（Ｚ方向）を貫通して設けられた４本のロッド状の電極体（給電部）５２と、これら電極体５２に支持された支持フィラメント５３、５４と、支持フィラメント５３、５４に支持された円柱状のカソード５５を具備する。
絶縁基台５１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁材料からなる円盤状であり、その一面５１Ａ（図１では上面）上に４本の電極体５２の先端部５２Ａが一面５１Ａに対しほぼ直角に突き出るように設けられている。絶縁基台５１を貫通した電極体５２の基端部５２Ｃは図１では略されているが接続配線を介し電源に接続され、電源から電極体５２を介し支持フィラメント５３、５４に個別に通電できるように構成されている。図１では、Ｚ方向に絶縁基台５１の厚さ方向が一致され、Ｘ方向とＹ方向が構成するＸＹ平面に平行に一面５１Ａが配置されている。なお、絶縁基台５１の厚さ方向をＺ軸方向としているならば、Ｚ軸を中心とする周回り方向（θｚ方向）においてＸ方向とＹ方向は特に限定されず、互いに９０°で交差しているならばいずれの方向に向いていても良い。また、周回り方向（θｚ方向）におけるＸ方向とＹ方向とは互いに９０°で交差している場合には限られず、例えば６０°でもよい。
【0009】
図１に示すようにカソード５５は絶縁基台５１の上面中心部の上方にＺ方向に中心軸を向けて支持されており、換言すると、カソード５５の支持位置は、絶縁基台５１の一面５１Ａの中心部５１ａの対向位置となる。カソード５５において、－Ｚ方向の端部が荷電粒子の放出端であり、この放出端から－Ｚ方向が電子放出方向Ｅとなる。
なお、カソード５５から放出されるのは、電子等の素粒子またはイオン（以下、総称して「荷電粒子」と呼ぶことができる）であるが、本明細書ではこの荷電粒子の放出方向に関し、電子放出方向Ｅとして略称することとする。
なお、カソード５５から放出されるのは、電子等の素粒子またはイオン（以下、総称して「荷電粒子」と呼ぶことができる）であるが、本明細書ではこの荷電粒子の放出方向に関し、電子放出方向Ｅとして略称することとする。
【0010】
前記４本の電極体（給電部）５２は、一面５１Ａの中心部５１ａを所定の間隔をあけて囲む位置に立設されている。図２は図１に示す構成の平面図である。図１、図２に示す形態では、絶縁基台５１の一面５１Ａを円と見立て、図２に示す前記円の中心を通る２本の軸線ｄ１、ｄ２が平面視Ｘ型に交わる場合、２本の軸線に沿う位置であって、中心部５１ａから等間隔離れた位置に、それぞれ電極体５２が設置されている。なお、これら２本の軸線ｄ１、ｄ２が交差する角度は鋭角であっても鈍角であっても直角であってもよい。従って、図２に示す平面視において４本の電極体５２は、Ｘ方向に２本整列し、Ｙ方向に２本整列するように配置されている。
なお、本実施形態において図示した電極体５２を設置する位置は１つの例であって、複数の電極体５２で中心部５１ａを挟むことができる配置であれば、電極体５２の設置位置は他の位置であっても良い。電極体５２は本実施形態では導電性の金属材料から構成される。例えば、電極体５２は、コバール等のＦｅ系の合金からなる。
なお、本実施形態において図示した電極体５２を設置する位置は１つの例であって、複数の電極体５２で中心部５１ａを挟むことができる配置であれば、電極体５２の設置位置は他の位置であっても良い。電極体５２は本実施形態では導電性の金属材料から構成される。例えば、電極体５２は、コバール等のＦｅ系の合金からなる。
【0011】
電極体５２において先端部５２Ａの側面には平面状の面取部５２Ｂが形成されている。なお、面取部５２Ｂは切り欠き部と称されてもよい。電極体５２の面取部５２Ｂは、図２に示すようにいずれもＸ方向に平行な向きに形成されている。例えば、各先端部５２Ａの側面において、中心部５１ａに面する側ではなく、その反対側寄りの位置であって、Ｘ方向に平行な向きに面取部５２Ｂが形成されている。
図２において、例えば、上下方向（Ｘ方向）に隣接されている２本の電極体５２において、それぞれの面取部５２Ｂは同一平面に沿う位置に形成されている。図２において、例えば、左右方向（Ｙ方向）に隣接されている２本の電極体５２において、それぞれの面取部５２Ｂは平行に設けられている。
図２において、例えば、上下方向（Ｘ方向）に隣接されている２本の電極体５２において、それぞれの面取部５２Ｂは同一平面に沿う位置に形成されている。図２において、例えば、左右方向（Ｙ方向）に隣接されている２本の電極体５２において、それぞれの面取部５２Ｂは平行に設けられている。
【0012】
図１の－Ｘ方向側においてＹ方向に隣接する電極体５２、５２に支持されて支持フィラメント（第１部材）５４が設けられ、図１の＋Ｘ方向側においてＹ方向に隣接する電極体５２、５２に支持されて支持フィラメント（第２部材）５３が設けられている。
【0013】
図１、図２の＋Ｘ方向側の支持フィラメント５３は、２本の電極体５２のそれぞれの面取部５２Ｂに沿って取り付けられた基部５３Ａと、これらの基部５３Ａから上述のカソード５５に向かって延出された延出部５３Ｂと、延出部５３Ｂ、５３Ｂの先端側を一体に接続し、棒状のカソード５５に巻き掛けられた支持部（第２支持部、巻掛部）５３Ｃを有する。なお、延出部は、延長部、或いはアーム部と称されてもよい。また、カソードに巻き掛けられた支持部は、カソードに巻きつけられるようにカソードに接触する支持部と称されていてもよい。
図１、図２の－Ｘ方向側の支持フィラメント５４は、２本の電極体５２のそれぞれの面取部５２Ｂに沿って取り付けられた基部５４Ａと、これらの基部５４Ａから上述のカソード５５に向かって延出された延出部５４Ｂと、延出部５４Ｂ、５４Ｂの先端側を一体に接続し、棒状のカソード５５に巻き掛けられた支持部（第１支持部、巻掛部）５４Ｃを有する。
図１、図２の－Ｘ方向側の支持フィラメント５４は、２本の電極体５２のそれぞれの面取部５２Ｂに沿って取り付けられた基部５４Ａと、これらの基部５４Ａから上述のカソード５５に向かって延出された延出部５４Ｂと、延出部５４Ｂ、５４Ｂの先端側を一体に接続し、棒状のカソード５５に巻き掛けられた支持部（第１支持部、巻掛部）５４Ｃを有する。
【0014】
支持フィラメント５３、５４は、タングステンまたはタングステン合金のような高融点の金属箔または金属薄板からなる。金属箔は一般に厚さ０．２ｍｍ以下の薄いものを示し、これより厚いものを本願では金属薄板と呼称し、いずれも支持フィラメント５３、５４用の構成体として適用することができる。金属は高温になると抵抗値が高くなるため、支持フィラメント５３、５４として高融点の材料を用いることにより支持フィラメント５３、５４の温度を上げて抵抗値を高くすることができる。一例として、支持部５３Ｃ、５４Ｃを金属薄板で構成する場合に、厚さ１．０ｍｍ以下、例えば、厚さ０．４ｍｍ程度として設計することができる。勿論、支持フィラメント５３、５４を構成する金属材料の強度が高ければ、０．４ｍｍより薄い金属薄板あるいは金属箔から支持フィラメント５３、５４を構成しても良く、例えば０．０４ｍｍより薄い金属薄板あるいは金属箔から支持フィラメント５３、５４を構成してもよい。
【0015】
本願では、支持フィラメント５３、５４を用いてカソード５５を支持しつつ、支持フィラメント５３、５４に通電して、カソード５５の温度を２０００℃以上などの高温に加熱する目的で支持フィラメント５３、５４を使用する。このため、目的とするカソード５５の加熱温度と支持フィラメント５３、５４に対し印加する電力、支持フィラメント５３、５４の構造強度などを勘案し、金属箔または金属薄板の何れかからなる所望厚さの支持フィラメント５３、５４を用いることができる。
なお、支持フィラメント５３、５４において、全体を同じ厚さに形成する必要はなく、例えば、発熱に寄与する支持部５３Ｃ、５４Ｃの部分のみを薄く形成してその部分の断面積を小さくしても良い。基部５３Ａ、５４Ａと延出部５３Ｂ、５４Ｂは支持フィラメント５３、５４の強度を確保するため、５００μｍ程度、あるいはそれ以上の厚さに形成し、支持部５３Ｃ、５４Ｃの部分のみをエッチング等の加工により１５～５０μｍ程度の厚さに形成しても良い。
なお、支持フィラメント５３、５４において、全体を同じ厚さに形成する必要はなく、例えば、発熱に寄与する支持部５３Ｃ、５４Ｃの部分のみを薄く形成してその部分の断面積を小さくしても良い。基部５３Ａ、５４Ａと延出部５３Ｂ、５４Ｂは支持フィラメント５３、５４の強度を確保するため、５００μｍ程度、あるいはそれ以上の厚さに形成し、支持部５３Ｃ、５４Ｃの部分のみをエッチング等の加工により１５～５０μｍ程度の厚さに形成しても良い。
【0016】
支持フィラメント５３の基部５３Ａは、側面視矩形状であり、基部５３ＡのＺ方向高さ（縦幅）は、電極体５２の先端部５２ＡのＺ方向高さ（長さ）より若干長く形成されている。基部５３Ａには図１に示すようにＸ方向に細長いスリット５３ａが形成されている。また、電極体５２の面取部５２Ｂにおいて、基部５３Ａのスリット形成位置に対応する位置に、ねじ孔５２ａが形成されている。基部５３Ａは前記スリット５３ａを挿通して前記ねじ孔５２ａに螺合されたボルト５７により面取部５２Ｂに沿うように固定されている。
なお、基部５３Ａに形成されているスリット５３ａの長軸方向は図１に示すＸ方向と平行であるので、基部５３Ａを固定しているボルト５７の位置をスリット５３ａ内で変更することにより、面取部５２Ｂに対する基部５３Ａの固定位置をＸ方向に若干調整できるようになっている。
なお、基部５３Ａに形成されているスリット５３ａの長軸方向は図１に示すＸ方向と平行であるので、基部５３Ａを固定しているボルト５７の位置をスリット５３ａ内で変更することにより、面取部５２Ｂに対する基部５３Ａの固定位置をＸ方向に若干調整できるようになっている。
【0017】
支持フィラメント５３の延出部５３Ｂ、５３Ｂにおいて、基部５３Ａに近い側は基部５３Ａと同等縦幅（同等高さ）に形成されているが、途中からＺ方向の縦幅（高さ）を徐々に絞ってカソード５５に近づくにつれて徐々に幅狭になるように形成されている。そして、延出部５３Ｂ、５３Ｂにおいてカソード５５に最も近い位置に幅狭部５３Ｄが形成されている。図１に示すように、幅狭部５３Ｄは基部５３Ａ及び延出部５３Ｂの上部端（－Ｚ方向端）に形成されているので、延出部５３Ｂは絶縁基台５１に近い側の縦幅のみを削って徐々に幅狭となるように形成されている。
【0018】
また、これら幅狭部５３Ｄ、５３Ｄの先端部からＺ方向に離間して２本の帯状体５３Ｅが延出され、これらの帯状体５３Ｅは平面視Ｕ字型に湾曲されてカソード５５を半周程度周回するようにカソード５５に巻き掛けられている。即ち、帯状体３Ｅは、カソード５５の周面を一周はしていない状態に巻き掛けられている。
図１に示す＋Ｘ方向側２枚の基部５３Ａからそれぞれ延出部５３Ｂが延出され、各延出部５３Ｂの先端側に幅狭部５３Ｄを介しＺ方向に隣接する２本の帯状体５３Ｅが延出され、これら帯状体５３Ｅがカソード５５を周回するように連続され、支持フィラメント（第２部材）５３が構成されている。
支持フィラメント５３においては、２本の帯状体５３Ｅから第２支持部（巻掛部）５３Ｃが構成されている。支持フィラメント５３においては、基部５３Ａの断面積より帯状体５３Ｅの断面積が小さいため、その部分の抵抗値が上がり、支持フィラメント５３に通電すると、帯状体５３Ｅ、５３Ｅを主体として発熱させることができる。
図１に示す＋Ｘ方向側２枚の基部５３Ａからそれぞれ延出部５３Ｂが延出され、各延出部５３Ｂの先端側に幅狭部５３Ｄを介しＺ方向に隣接する２本の帯状体５３Ｅが延出され、これら帯状体５３Ｅがカソード５５を周回するように連続され、支持フィラメント（第２部材）５３が構成されている。
支持フィラメント５３においては、２本の帯状体５３Ｅから第２支持部（巻掛部）５３Ｃが構成されている。支持フィラメント５３においては、基部５３Ａの断面積より帯状体５３Ｅの断面積が小さいため、その部分の抵抗値が上がり、支持フィラメント５３に通電すると、帯状体５３Ｅ、５３Ｅを主体として発熱させることができる。
【0019】
支持フィラメント５４も支持フィラメント５３と類似構造を有する。
支持フィラメント５４の基部５４Ａは、側面視矩形状であり、基部５４のＺ方向高さ（縦幅）は、電極体５２の先端部５２ＡのＺ方向高さ（長さ）より若干長く形成されている。基部５４Ａには図１に示すようにＸ方向に細長いスリット５４ａが形成されている。また、電極体５２の面取部５２Ｂにおいて、基部５４Ａのスリット形成位置に対応する位置にねじ孔５２ａが形成されている。基部５４Ａは前記スリット５４ａを挿通して前記ねじ孔５２ａに螺合されたボルト５８により面取部５２Ｂに沿うように固定されている。
なお、基部５４Ａに形成されているスリット５４ａの長軸方向は図１に示すＸ方向と平行であるので、基部５４Ａを固定しているボルト５８の位置を変更することにより、面取部５２Ｂに対する基部５４Ａの固定位置をＸ方向に若干調整できるようになっている。
支持フィラメント５４の基部５４Ａは、側面視矩形状であり、基部５４のＺ方向高さ（縦幅）は、電極体５２の先端部５２ＡのＺ方向高さ（長さ）より若干長く形成されている。基部５４Ａには図１に示すようにＸ方向に細長いスリット５４ａが形成されている。また、電極体５２の面取部５２Ｂにおいて、基部５４Ａのスリット形成位置に対応する位置にねじ孔５２ａが形成されている。基部５４Ａは前記スリット５４ａを挿通して前記ねじ孔５２ａに螺合されたボルト５８により面取部５２Ｂに沿うように固定されている。
なお、基部５４Ａに形成されているスリット５４ａの長軸方向は図１に示すＸ方向と平行であるので、基部５４Ａを固定しているボルト５８の位置を変更することにより、面取部５２Ｂに対する基部５４Ａの固定位置をＸ方向に若干調整できるようになっている。
【0020】
支持フィラメント５４の延出部５４Ｂ、５４Ｂにおいて、基部５４Ａに近い側は基部５４Ａと同等縦幅（同等高さ）に形成されているが、途中からＺ方向の縦幅（高さ）を絞ってカソード５５に近づくにつれて徐々に幅狭になるように形成されている。そして、延出部５４Ｂ、５４Ｂにおいてカソード５５に最も近い位置に幅狭部５４Ｄが形成されている。また、これら幅狭部５４Ｄ、５４Ｄの先端部から１本の帯状体５４Ｅが延出され、帯状体５４Ｅは平面視Ｕ字型に湾曲されてカソード５５を半周程度周回するようにカソード５５に巻き掛けられている。
図１に示す－Ｘ方向側の２枚の基部５４Ａからそれぞれ延出部５４Ｂが延出され、各延出部５４Ｂの先端側に幅狭部５４Ｄを介し１本の帯状体５４Ｅが延出され、帯状体５４Ｅがカソード５５を周回するように連続され、支持フィラメント５４が構成されている。
図１に示す－Ｘ方向側の２枚の基部５４Ａからそれぞれ延出部５４Ｂが延出され、各延出部５４Ｂの先端側に幅狭部５４Ｄを介し１本の帯状体５４Ｅが延出され、帯状体５４Ｅがカソード５５を周回するように連続され、支持フィラメント５４が構成されている。
【0021】
支持フィラメント５４においては、１本の帯状体５４Ｅから第１支持部（巻掛部）５４Ｃが構成されている。支持フィラメント５４においては、基部５４Ａの断面積より帯状体５４Ｅの断面積が小さいため、その部分の抵抗値が上がり、支持フィラメント５４に通電すると、帯状体５４Ｅを主体として発熱させることができる。
【0022】
支持フィラメント５４には１本の帯状体５４Ｅが設けられているのに対し、支持フィラメント５３には２本の帯状体５３Ｅが設けられている。
支持フィラメント５４の帯状体５４Ｅは、図１の－Ｘ方向側から延出してカソード５５の周面の＋Ｘ方向側の一部分（第１部分）５５ａを半周程度周回するように設置されている。支持フィラメント５３の２本の帯状体５３Ｅは図１の＋Ｘ方向側から延出してカソード５５の－Ｘ方向側の周面の一部分（第２部分）５５ｂを半周程度周回するように設置されている。
また、支持フィラメント５３の帯状体５３Ｅ、５３Ｅと、支持フィラメント５４の帯状体５４Ｅが干渉しないように、これらのカソード５５のＺ方向（長さ方向）の位置が互いに異なるように帯状体５３Ｅ、５３Ｅと帯状体５４Ｅが設置されている。
支持フィラメント５４の帯状体５４Ｅは、図１の－Ｘ方向側から延出してカソード５５の周面の＋Ｘ方向側の一部分（第１部分）５５ａを半周程度周回するように設置されている。支持フィラメント５３の２本の帯状体５３Ｅは図１の＋Ｘ方向側から延出してカソード５５の－Ｘ方向側の周面の一部分（第２部分）５５ｂを半周程度周回するように設置されている。
また、支持フィラメント５３の帯状体５３Ｅ、５３Ｅと、支持フィラメント５４の帯状体５４Ｅが干渉しないように、これらのカソード５５のＺ方向（長さ方向）の位置が互いに異なるように帯状体５３Ｅ、５３Ｅと帯状体５４Ｅが設置されている。
【0023】
具体的には、２本の帯状体５３Ｅがカソード５５の周面に対し巻き掛けられる位置に対し、２本の帯状体５３Ｅの間に位置するように１本の帯状体５４Ｅがカソード５５に巻き掛けられている。換言すると、帯状体５４Ｅが接触している第１部分５５ａをＺ方向に挟む２箇所の第２部分５５ｂに帯状体５３Ｅ、５３Ｅが配置されている。
また、帯状体５３Ｅ、５３Ｅがカソード５５の周面に対し巻き掛けられている側（カソード５５の周面の－Ｘ方向側）の反対側（カソード５５の周面の＋Ｘ方向側）に帯状体５４Ｅが巻き掛けられている。
また、帯状体５３Ｅ、５３Ｅがカソード５５の周面に対し巻き掛けられている側（カソード５５の周面の－Ｘ方向側）の反対側（カソード５５の周面の＋Ｘ方向側）に帯状体５４Ｅが巻き掛けられている。
【0024】
帯状体５３Ｅ、５３Ｅの縦幅（Ｚ方向幅）の合計幅と帯状体５４Ｅの縦幅（Ｚ方向幅）は等しくてもよい。この場合、帯状体５３Ｅ、５４Ｅに通電するとカソード５５の周囲に磁場が発生するので、帯状体５３Ｅ、５３Ｅが発生させる磁場成分と、帯状体５４Ｅが発生させる磁場成分をできる限りキャンセルする効果が期待される。
【0025】
図１の＋Ｘ方向側の支持フィラメント５３には、２本の帯状体５３Ｅでカソード５５を図１の＋Ｘ方向に引っ張るように張力が付加されている（図３参照）。図１の－Ｘ方向側の支持フィラメント５４には１本の帯状体５４Ｅでカソード５５を図１の－Ｘ方向に引っ張るように張力が付加されている（図３参照）。支持フィラメント５３と支持フィラメント５４でカソード５５をＸ方向に沿って１８０°異なる方向に引っ張ることでカソード５５が支持されている。
【0026】
図１の＋Ｘ方向側の支持フィラメント５３がカソード５５に付与する引張力の大きさは、ボルト５７が基部５３Ａを固定する際の位置調整により調整することができる。図１の－Ｘ方向側の支持フィラメント５４がカソード５５に付与する引張力の大きさは、ボルト５８が基部５４Ａを固定する際の位置調整により調整することができる。
即ち、ボルト５７、５８による各基部５３Ａ、５４Ａの取付位置の調節により、カソード５５を支持する場合の引張力の調整ができる。
即ち、ボルト５７、５８による各基部５３Ａ、５４Ａの取付位置の調節により、カソード５５を支持する場合の引張力の調整ができる。
【0027】
図１、図２に示す構成のカソードヒータ５０は、＋Ｘ方向側の電極体５２、５２と－Ｘ方向側の電極体５２、５２に接続配線を介し接続した電源からそれぞれ通電し、帯状体５３Ｅ、５４Ｅの部分を発熱させてカソード５５を加熱し、カソード５５から－Ｚ方向に電子などの荷電粒子を発生させる目的で使用する。
カソード５５は、例えば、セリウムグループの希土類金属とタングステンまたはレニウムとハフニウム、イリジウム等の元素を含む電子放出金属合金により形成されている。
一例として、希土類金属０．５～９．０質量％、タングステン及び／またはレニウム０．５～１５質量％、ハフニウム０．５～１０質量％、残部イリジウムの組成を有する電子放出金属合金を用いることができる。また、カソード５５は、ランタンのホウ化物、例えば六ホウ化ランタンであってもよい。
カソード５５は、例えば、セリウムグループの希土類金属とタングステンまたはレニウムとハフニウム、イリジウム等の元素を含む電子放出金属合金により形成されている。
一例として、希土類金属０．５～９．０質量％、タングステン及び／またはレニウム０．５～１５質量％、ハフニウム０．５～１０質量％、残部イリジウムの組成を有する電子放出金属合金を用いることができる。また、カソード５５は、ランタンのホウ化物、例えば六ホウ化ランタンであってもよい。
【0028】
上述の支持フィラメント５３、５４に通電して発熱させ、カソード５５を例えば２０００℃以上の高温に加熱することにより、カソード５５から電子等の素粒子またはイオン（以下、総称して「荷電粒子」と呼ぶことができる）を－Ｚ方向（電子放出方向Ｅ）に放出することができる。
支持フィラメント５３、５４に直流電源を接続して個々に発熱させる場合、支持フィラメント５３の帯状体５３Ｅに流れる電流の向きと支持フィラメント５４に流れる電流の向きは異なる向きであってもよい。
カソード５５を上述のように高温に加熱すると、カソード５５自体が熱膨張するとともに、カソード５５を支持している支持フィラメント５３、５４も熱膨張する。特に、カソード５５を直接支持している帯状体５３Ｅ、５４Ｅが熱膨張により伸長することでカソード５５を支持する力が不安定となるおそれがある。このようにカソード５５の支持力が不安定とならないように適切な張力を作用させてカソード５５を支持することが望ましい。
支持フィラメント５３、５４に直流電源を接続して個々に発熱させる場合、支持フィラメント５３の帯状体５３Ｅに流れる電流の向きと支持フィラメント５４に流れる電流の向きは異なる向きであってもよい。
カソード５５を上述のように高温に加熱すると、カソード５５自体が熱膨張するとともに、カソード５５を支持している支持フィラメント５３、５４も熱膨張する。特に、カソード５５を直接支持している帯状体５３Ｅ、５４Ｅが熱膨張により伸長することでカソード５５を支持する力が不安定となるおそれがある。このようにカソード５５の支持力が不安定とならないように適切な張力を作用させてカソード５５を支持することが望ましい。
【0029】
本実施形態の構造において、帯状体５３Ｅ、５４Ｅがカソード５５に作用させる引張力は、ボルト５７、５８が基部５３Ａ、５４Ａを固定する位置を変更することで容易に調整できる。従って、帯状体５３Ｅ、５４Ｅがカソード５５に作用させる引張力の調節により、カソード５５を確実に安定支持できる。
なお、従来技術において、カソードを金属製の支持ロッドで挟持する構造においてカソードの側面にカーボンの支持体を挟んで挟持する構造が知られている。このようにカーボンの支持体を介在させてカソードを挟持し、２０００℃程度の高温に加熱すると、カソードの表面に炭素が拡散し、カソードの寿命が縮む問題がある。この点、上述の支持構造であれば、カソードにカーボン材料から形成されたカーボン部材を接触させないことができるため、カソード５５の寿命が縮むおそれは少ない。
なお、従来技術において、カソードを金属製の支持ロッドで挟持する構造においてカソードの側面にカーボンの支持体を挟んで挟持する構造が知られている。このようにカーボンの支持体を介在させてカソードを挟持し、２０００℃程度の高温に加熱すると、カソードの表面に炭素が拡散し、カソードの寿命が縮む問題がある。この点、上述の支持構造であれば、カソードにカーボン材料から形成されたカーボン部材を接触させないことができるため、カソード５５の寿命が縮むおそれは少ない。
【0030】
帯状体５３Ｅと帯状体５４Ｅによりカソード５５を引っ張りつつ支持した構成は、カソード５５を安定支持できるので、カソード５５の振動の固有値制御が確実にできるようになり、カソード５５の振動感度を下げることができる。即ち、カソード５５が振動し難くなり、カソード５５を安定支持することができる。
また、カソード５５の振動の固有値制御や振動モードを調整するために支持フィラメント５３、５４の厚さや帯状体５３Ｅ、５４Ｅの開き角を適切な値に設定することができる。これにより、フレキシブル性を維持しつつ振動感度を低くすることができる。
なお、カソード５５を支持した支持フィラメント５３、５４はボルト５７、５８を取り外すことにより容易に交換できるので、支持フィラメント５３、５４が損傷した場合はこれらの交換のみで済む利点を有する。勿論、帯状体５３Ｅ、５４Ｅの幅や厚さを適宜調節し、望ましい幅と厚さを選択することで、長寿命化が可能なカソードヒータ５０とすることもできる。
また、カソード５５の振動の固有値制御や振動モードを調整するために支持フィラメント５３、５４の厚さや帯状体５３Ｅ、５４Ｅの開き角を適切な値に設定することができる。これにより、フレキシブル性を維持しつつ振動感度を低くすることができる。
なお、カソード５５を支持した支持フィラメント５３、５４はボルト５７、５８を取り外すことにより容易に交換できるので、支持フィラメント５３、５４が損傷した場合はこれらの交換のみで済む利点を有する。勿論、帯状体５３Ｅ、５４Ｅの幅や厚さを適宜調節し、望ましい幅と厚さを選択することで、長寿命化が可能なカソードヒータ５０とすることもできる。
【0031】
以上説明したように、図１に示す第１実施形態の構成は、カソード５５の側面における－Ｘ方向側の周面（第１部分）５５ａに接触し、電流を流すことにより発熱する支持フィラメント（第１部材）５４と、カソード５５の側面における第１部分５５ａとは異なる＋Ｘ方向側の周面（第２部分）５５ｂに接触する支持フィラメント（第２部材）５３を備えた構成であると表記できる。
また、第１実施形態の構成は、支持フィラメント５３により電子放出方向Ｅと交差する第１方向（＋Ｘ方向）にカソード５５を引っ張り、支持フィラメント（第２部材）５４によって第１方向（＋Ｘ方向）とは逆向きの第２方向（－Ｘ方向）にカソード５５を引っ張ることによってカソード５５を支持する構成であると表記できる。
また、第１実施形態の構成は、支持フィラメント５３により電子放出方向Ｅと交差する第１方向（＋Ｘ方向）にカソード５５を引っ張り、支持フィラメント（第２部材）５４によって第１方向（＋Ｘ方向）とは逆向きの第２方向（－Ｘ方向）にカソード５５を引っ張ることによってカソード５５を支持する構成であると表記できる。
【0032】
「荷電粒子装置」
図４～図６は、カソードヒータ５０を内部に備えた荷電粒子線源３を具備する荷電粒子装置の第１実施形態を示す断面図である。
本実施形態の荷電粒子装置１は、その内部を真空に維持するための隔壁である鏡筒２およびチャンバ２５を有している。鏡筒２は、一例としてＺ方向に延びる概ね円筒の形状であり、チャンバ２５は、一例としてＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に平行な辺を有する概ね直方体の形状である。
図４～図６は、カソードヒータ５０を内部に備えた荷電粒子線源３を具備する荷電粒子装置の第１実施形態を示す断面図である。
本実施形態の荷電粒子装置１は、その内部を真空に維持するための隔壁である鏡筒２およびチャンバ２５を有している。鏡筒２は、一例としてＺ方向に延びる概ね円筒の形状であり、チャンバ２５は、一例としてＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に平行な辺を有する概ね直方体の形状である。
【0033】
荷電粒子光学系４は、主として鏡筒２の内部に設けられている。荷電粒子光学系４は、鏡筒２内の＋Ｚ方向の端部の近傍に設けられた荷電粒子線源３から発せられる電子等の素粒子またはイオンなどの荷電粒子を、チャンバ２５内に設けられている試料台２３上に配置された対象物２２に表面に、収束して照射する。対象物２２は、荷電粒子が照射される物体である。
【0034】
荷電粒子光学系４の光軸ＡＸは、一例としてＺ方向に平行に設定されている。荷電粒子光学系４は、光軸ＡＸに沿って、荷電粒子線源３の側から順に、第１レンズ部５、検出部６、アパーチャ部材９、磁気検出器１２、第２レンズ部１３、導電膜１７、第２偏向部１９を備えている。荷電粒子線源３から発せられた電子等の荷電粒子線ＰＰは、光軸ＡＸの近傍を通って、対象物２２に照射される。試料台２３は、制御部３０からの制御信号Ｓ２３に基づいて対象物２２をＸ方向およびＹ方向に移動可能なステージ機構を備えていても良い。ここで、第１レンズ部５および第２レンズ部１３は、電子レンズであってもよい。なお、導電膜１７の詳細については、後述する。図中の荷電粒子線ＰＰは、荷電粒子が通る経路の概ね外縁を示している。
【0035】
荷電粒子装置１は、鏡筒２およびチャンバ２５の内部を排気し減圧するための真空ポンプ等の排気系を備えている。一例として、鏡筒２のアパーチャ部材９よりも荷電粒子線源３側には、排気系Ｖｃ１が設けられており、鏡筒２のアパーチャ部材９と導電膜１７との間には排気系Ｖｃ２が設けられている。また、チャンバ２５には排気系Ｖｃ３が設けられており、排気系Ｖｃ３はチャンバ２５の内部と、鏡筒２の導電膜１７より試料台２３側の空間を排気する。
【0036】
一般的に、対象物２２が配置されるチャンバ２５内の空間は、対象物２２からのアウトガス等により、高真空とすることが難しい。上述のアパーチャ部材９および導電膜１７は、鏡筒２の＋Ｚ側に配置される荷電粒子線源３の近傍を、チャンバ２５内よりも高真空に維持するための、いわゆるガストップとしても機能する。すなわち、アパーチャ部材９により、鏡筒２内のアパーチャ部材９よりも荷電粒子線源３側の空間を、アパーチャ部材９よりも試料台２３側の空間よりも、高真空（気圧が小さい）に調整することができる。
また、導電膜１７により、鏡筒２内の導電膜１７よりも荷電粒子線源３側の空間を、導電膜１７よりも試料台２３側の空間よりも、高真空（気圧が小さい）に調整することができる。
また、導電膜１７により、鏡筒２内の導電膜１７よりも荷電粒子線源３側の空間を、導電膜１７よりも試料台２３側の空間よりも、高真空（気圧が小さい）に調整することができる。
【0037】
上述の排気系Ｖｃ１～Ｖｃ３は、それぞれが排気する空間の気圧が上記の関係を満たすように、その排気能力が設定されている。
なお、導電膜１７を設けずに、その位置又はその位置の近傍にアパーチャ部材を設けてもよい。この場合であっても、このアパーチャ部材よりも荷電粒子線源３側の空間を、このアパーチャ部材よりも試料台２３側の空間よりも、高真空（気圧が小さい）に調整することができる。
なお、導電膜１７を設けずに、その位置又はその位置の近傍にアパーチャ部材を設けてもよい。この場合であっても、このアパーチャ部材よりも荷電粒子線源３側の空間を、このアパーチャ部材よりも試料台２３側の空間よりも、高真空（気圧が小さい）に調整することができる。
【0038】
制御部３０からの制御信号Ｓ３に従って荷電粒子線源３のカソードヒータ５０から電子放出方向Ｅに発せられた電子等による荷電粒子線ＰＰは第１レンズ部５により収束され、検出部６の略中央に光軸ＡＸと一致するように形成されている透過部６ａを通過する。透過部６ａを通過した荷電粒子の大部分は、アパーチャ部材９の略中央に光軸ＡＸと一致するように形成されている開口９ａを通過する。一方、透過部６ａを通過した荷電粒子の一部は、アパーチャ部材９に衝突して反射または散乱され、あるいは２次電子を生成する。そして、反射または散乱された荷電粒子あるいは２次電子は、アパーチャ部材９の荷電粒子線源３側に配置されている検出部６に入射する。
【0039】
第１レンズ部５には、荷電粒子線ＰＰを収束するためのコイル等から成る第１磁気レンズ５ａと、荷電粒子の大部分が開口９ａを通過するように荷電粒子を偏向する第１偏向部５ｂとを有している。第１偏向部５ｂは、光軸ＡＸを中心として複数の電極が配置された静電偏向器であっても良く、光軸ＡＸを中心として複数のコイルが配置された磁気偏向器であっても良い。第１偏向部５ｂは、静電偏向器および磁気偏向器の両方を含んでいても良い。
第１磁気レンズ５ａには制御部３０から制御信号Ｓ５ａが入力され、第１偏向部５ｂには制御部３０から制御信号Ｓ５ｂが入力される。
第１磁気レンズ５ａには制御部３０から制御信号Ｓ５ａが入力され、第１偏向部５ｂには制御部３０から制御信号Ｓ５ｂが入力される。
【0040】
第１偏向部５ｂによる荷電粒子の偏向の状態が固定されている場合には、アパーチャ部材９で反射され検出部６に入射する荷電粒子の量は、アパーチャ部材９を通過する荷電粒子の量に比例する。従って、検出部６に入射する荷電粒子の量、すなわち検出部６に入射する電荷の量を測定することにより、アパーチャ部材９を通過する荷電粒子の量を測定することができる。
検出部６に入射した電荷の量は、電荷測定器８により測定され、測定された電荷に関する信号Ｓ６は制御部３０に伝達される。
検出部６に入射した電荷の量は、電荷測定器８により測定され、測定された電荷に関する信号Ｓ６は制御部３０に伝達される。
【0041】
上記のように、ガストップとしても機能するアパーチャ部材９を、荷電粒子量を測定する部材として使用することで、荷電粒子光学系４および荷電粒子装置１の構成を簡素化することができる。
絶縁部材７は、アパーチャ部材９で反射され検出部６に入射する荷電粒子の電荷の量を正確に測定するために、検出部６を荷電粒子線ＰＰに対して覆い、検出部６とアパーチャ部材９とを電気的に分離する。図１には、検出部６を保持する絶縁部材７が鏡筒２に接して設けられた例を示しているが、絶縁部材７は、アパーチャ部材９に接して設けられていても良い。
絶縁部材７は、アパーチャ部材９で反射され検出部６に入射する荷電粒子の電荷の量を正確に測定するために、検出部６を荷電粒子線ＰＰに対して覆い、検出部６とアパーチャ部材９とを電気的に分離する。図１には、検出部６を保持する絶縁部材７が鏡筒２に接して設けられた例を示しているが、絶縁部材７は、アパーチャ部材９に接して設けられていても良い。
【0042】
アパーチャ部材９には荷電粒子の一部が衝突するため、荷電粒子のエネルギーにより加熱される。そこで、アパーチャ部材９の内部に、冷却用の流体を流す流路１０を設け、流路１０に冷却用の流体を供給する供給系１１（１１ａ、１１ｂ）を設けている。アパーチャ部材９を冷却する液体等の冷却媒体は、供給側１１ａから流路１０に供給され、アパーチャ部材９の内部を流れた後に回収側１１ｂに回収される。供給系１１は、供給側１１ａと回収側１１ｂとの総称である。
【0043】
なお、アパーチャ部材９に衝突した荷電粒子の量を測定するとして、アパーチャ部材９自体の帯電量を測定することも考えられる。しかし、上述のようにアパーチャ部材９は荷電粒子の衝突により加熱されるため、上述のように液体等の冷媒により冷却されることが望ましい。この場合、アパーチャ部材９に蓄積された電荷の一部は、冷媒を介して外部に電導されてしまうため、アパーチャ部材９自体の帯電量を測定しても、正確な電荷の量を測定することは困難である。
一方、上述のように、アパーチャ部材９で反射等し、検出部６に蓄積された電荷を測定する場合には、冷媒等による電導の恐れが無いので、正確に電荷、すなわちアパーチャ部材９を通過した荷電粒子の量を測定することができる。
一方、上述のように、アパーチャ部材９で反射等し、検出部６に蓄積された電荷を測定する場合には、冷媒等による電導の恐れが無いので、正確に電荷、すなわちアパーチャ部材９を通過した荷電粒子の量を測定することができる。
【0044】
図５は、アパーチャ部材９における流路１０の一例を示す図であり、アパーチャ部材９のＺ方向の略中心位置でのＸＹ平面における断面図を示す。アパーチャ部材９の内部には、概ね環状の流路１０が略同心形状で複数形成されている。供給系１１の供給側１１ａから流入管１０ｉを介して供給された冷却媒体は、概ね環状の流路１０内を流れた後に、流出管１０ｏを介して回収側１１ｂに排出される。回収側１１ｂに回収された冷却媒体は、温度調節された後に、再度、供給側１１ａに供給されても良い。
【0045】
アパーチャ部材９の開口９ａを通過した荷電粒子線ＰＰは、磁気検出器１２の近傍を通過して、第２レンズ部１３に入射する。磁気検出器１２の詳細については、後述する。
第２レンズ部１３は、いずれも内部が空洞である略円筒形状であって、その中心軸が荷電粒子光学系４の光軸ＡＸと略一致する永久磁石レンズ１４、電磁レンズ１５、および静電レンズ１６を有している。
第２レンズ部１３は、いずれも内部が空洞である略円筒形状であって、その中心軸が荷電粒子光学系４の光軸ＡＸと略一致する永久磁石レンズ１４、電磁レンズ１５、および静電レンズ１６を有している。
【0046】
このうち、永久磁石レンズ１４は、永久磁石を含み、荷電粒子光学系４の光軸ＡＸ方向に関して荷電粒子線源３と対象物２２との中点よりも対象物２２側に配置されている。永久磁石レンズ１４は、光軸ＡＸ上にＺ方向に平行な磁場を形成する。一例として、図１に示したように、永久磁石レンズ１４はＺ方向に離れた２つの永久磁石１４ａ、１４ｂを含む第１の複合レンズである。２つの永久磁石１４ａ、１４ｂは、Ｚ方向に平行であってそれぞれ逆向きの磁場を、光軸ＡＸ上に形成する。
【0047】
電磁レンズ１５は、コイル等の電磁石を含み、荷電粒子光学系４の光軸ＡＸ方向に関して少なくとも一部の位置が永久磁石レンズ１４と重なり合って配置されている。電磁レンズ１５は、光軸ＡＸ上にＺ方向に平行な磁場を形成する。一例として、図４に示したように、電磁レンズ１５はＺ方向に離れた２つの電磁石１５ａ、１５ｂを含む第２の複合レンズである。２つの電磁石１５ａ、１５ｂは、Ｚ方向に平行であってそれぞれ逆向きの磁場を、光軸ＡＸ上に形成する。
【0048】
一例として、電磁レンズ１５は、光軸ＡＸ方向に関して、永久磁石レンズ１４に含まれる２つの永久磁石１４ａと永久磁石１４ｂの間に配置されている。
また、上述の第２の複合レンズ（電磁石１５ａ、１５ｂ）の中心は、上述の第１の複合レンズ（永久磁石１４ａ、１４ｂ）の中心と一致していても良い。
さらに、静電レンズ１６は、光軸ＡＸ方向に関して、上述の第２の複合レンズ（電磁石１５ａ、１５ｂ）の中心より、対象物２２側に配置されていても良い。
また、上述の第２の複合レンズ（電磁石１５ａ、１５ｂ）の中心は、上述の第１の複合レンズ（永久磁石１４ａ、１４ｂ）の中心と一致していても良い。
さらに、静電レンズ１６は、光軸ＡＸ方向に関して、上述の第２の複合レンズ（電磁石１５ａ、１５ｂ）の中心より、対象物２２側に配置されていても良い。
【0049】
電磁石１５ａ、１５ｂに流れる電流は、制御部３０からの制御信号Ｓ１５ａ、Ｓ１５ｂによりそれぞれ制御され、これにより、光軸ＡＸ上等に形成される磁場の強度が制御される。
なお、２つの電磁石１５ａ、１５ｂは、コイルの周囲に磁性体を含むヨークが配置されたものであっても良い。
なお、２つの電磁石１５ａ、１５ｂは、コイルの周囲に磁性体を含むヨークが配置されたものであっても良い。
【0050】
静電レンズ１６は、内部が空洞である略円筒形状の金属等の導体であり、荷電粒子光学系４の光軸ＡＸ方向に関して、永久磁石レンズ１４及び電磁レンズ１５の少なくとも一方と、少なくとも一部の位置が重なり合って配置されている。静電レンズ１６の電位は、制御部３０からの制御信号Ｓ１６により制御され、これにより、光軸ＡＸ上等の電位が制御される。
一例として、荷電粒子線ＰＰは、永久磁石レンズ１４よりも荷電粒子線源３側において光軸ＡＸに対して発散しており、永久磁石レンズ１４は、物体（対象物２２）側において荷電粒子線ＰＰを荷電粒子光学系４の光軸ＡＸに対して収斂させる。
あるいは、永久磁石レンズ１４よりも荷電粒子線源３側、すなわち、アパーチャ部材９側に別の磁気レンズを備え、別の磁気レンズにより、永久磁石レンズ１４に入射する荷電粒子線ＰＰを収斂ビームとしても良い。また、永久磁石レンズ１４は、荷電粒子光学系４の瞳面の近傍に配置されていても良い。
一例として、荷電粒子線ＰＰは、永久磁石レンズ１４よりも荷電粒子線源３側において光軸ＡＸに対して発散しており、永久磁石レンズ１４は、物体（対象物２２）側において荷電粒子線ＰＰを荷電粒子光学系４の光軸ＡＸに対して収斂させる。
あるいは、永久磁石レンズ１４よりも荷電粒子線源３側、すなわち、アパーチャ部材９側に別の磁気レンズを備え、別の磁気レンズにより、永久磁石レンズ１４に入射する荷電粒子線ＰＰを収斂ビームとしても良い。また、永久磁石レンズ１４は、荷電粒子光学系４の瞳面の近傍に配置されていても良い。
【0051】
なお、図４では、永久磁石レンズ１４及び電磁レンズ１５は、共に静電レンズ１６よりも、光軸ＡＸから遠い位置に配置されているものとしたが、永久磁石レンズ１４または電磁レンズ１５の少なくとも一方は、静電レンズ１６よりも光軸ＡＸに近い位置に配置されていても良い。
【0052】
図６は、荷電粒子光学系４の第２レンズ部１３の部分の近傍を拡大して示した拡大断面図である。永久磁石レンズ１４は第１領域Ａ１に光軸ＡＸと平行な磁場を形成し、電磁レンズ１５は第２領域Ａ２に光軸ＡＸと平行な磁場を形成している。一方、静電レンズ１６は第３領域Ａ３に光軸ＡＸと共軸な静電レンズ場（電場）を形成している。そして、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３の少なくとも一部は、光軸ＡＸの方向に関して、相互に重なり合っている。
制御部３０は、電磁レンズ１５に流す電流を制御して、第２領域Ａ２が、第１領域Ａ１または第３領域Ａ３と相互に重なり合っている領域の磁場を制御することにより、対象物２２の荷電粒子線ＰＰに照射される位置が、荷電粒子線ＰＰの焦点深度内に位置するように調整する。
制御部３０は、電磁レンズ１５に流す電流を制御して、第２領域Ａ２が、第１領域Ａ１または第３領域Ａ３と相互に重なり合っている領域の磁場を制御することにより、対象物２２の荷電粒子線ＰＰに照射される位置が、荷電粒子線ＰＰの焦点深度内に位置するように調整する。
【0053】
本実施形態の荷電粒子光学系４および荷電粒子装置１においては、制御部３０は、さらに静電レンズ１６に印加する電圧を制御する。これにより、静電レンズ１６による収斂作用を制御して、対象物２２の荷電粒子線ＰＰに照射される位置が、荷電粒子線ＰＰの焦点深度内に位置するように調整する。
第２レンズ部１３を透過した荷電粒子線ＰＰは、導電膜１７を透過して、第２偏向部１９に至る。導電膜１７は、電子等の荷電粒子を通過させる膜であり、一例として、グラフェンと同様に、カーボンが２次元状に結合されて形成されている膜を使用することができる。
第２レンズ部１３を透過した荷電粒子線ＰＰは、導電膜１７を透過して、第２偏向部１９に至る。導電膜１７は、電子等の荷電粒子を通過させる膜であり、一例として、グラフェンと同様に、カーボンが２次元状に結合されて形成されている膜を使用することができる。
【0054】
第２偏向部１９は、光軸ＡＸを中心として複数の電極が配置された第２静電偏向器２０、または光軸ＡＸを中心として複数のコイルが配置された第２磁気偏向器２１の少なくとも一方を備えている。
図４に示したように、第２静電偏向器２０および第２磁気偏向器２１は、光軸ＡＸに関して、静電レンズ１６よりも対象物２２側に配置されている。
制御部３０は、第２偏向部１９内の第２静電偏向器２０、または第２磁気偏向器２１を制御信号Ｓ２０または制御信号Ｓ２１により制御して、荷電粒子線ＰＰをＸ方向およびＹ方向に偏向する。これにより、対象物２２上の広範囲に渡って、荷電粒子線ＰＰを照射することができる。
図４に示したように、第２静電偏向器２０および第２磁気偏向器２１は、光軸ＡＸに関して、静電レンズ１６よりも対象物２２側に配置されている。
制御部３０は、第２偏向部１９内の第２静電偏向器２０、または第２磁気偏向器２１を制御信号Ｓ２０または制御信号Ｓ２１により制御して、荷電粒子線ＰＰをＸ方向およびＹ方向に偏向する。これにより、対象物２２上の広範囲に渡って、荷電粒子線ＰＰを照射することができる。
【0055】
一般的な荷電粒子光学系と同様に、本実施形態の荷電粒子光学系４においても、荷電粒子線ＰＰの偏向により、荷電粒子線ＰＰの収束位置（焦点位置）はＺ方向に変化する。第２レンズ部１３の収束力を固定したまま荷電粒子線ＰＰを偏向させた場合の焦点位置の変化を、破線で像面湾曲ＩＳとして示している。
従って、荷電粒子線ＰＰの偏向に伴って、第２レンズ部１３の収束力を変化させる必要がある。
本実施形態の荷電粒子光学系４および荷電粒子装置１においては、荷電粒子線ＰＰを収斂させる収束レンズとしての機能は、主として永久磁石レンズ１４により発揮される。一方で、電磁レンズ１５は、制御部３０が電磁レンズ１５に流す電流を制御することにより、対象物２２における荷電粒子線ＰＰの光軸ＡＸ方向の収束位置（焦点）を、大きなストロークで変動させることができる。
従って、荷電粒子線ＰＰの偏向に伴って、第２レンズ部１３の収束力を変化させる必要がある。
本実施形態の荷電粒子光学系４および荷電粒子装置１においては、荷電粒子線ＰＰを収斂させる収束レンズとしての機能は、主として永久磁石レンズ１４により発揮される。一方で、電磁レンズ１５は、制御部３０が電磁レンズ１５に流す電流を制御することにより、対象物２２における荷電粒子線ＰＰの光軸ＡＸ方向の収束位置（焦点）を、大きなストロークで変動させることができる。
【0056】
ただし、電磁レンズ１５の近傍に鏡筒２や永久磁石レンズ１４等の他の磁性体ぜつが存在する場合には、その磁性体に起因するインダクタンスや渦電流損等の影響により、電磁レンズ１５が形成する磁場を高速で変化させることが難しくなる。このため、電磁レンズ１５のみでは、荷電粒子線ＰＰの焦点の光軸ＡＸ方向の位置を高速で変化させることが難しくなる。
【0057】
本実施形態の荷電粒子光学系４および荷電粒子装置１においては、さらに静電レンズ１６を備えているので、静電レンズ１６の電位を制御することにより、近傍に他の磁性体が存在する場合であっても、荷電粒子線ＰＰの焦点の位置を光軸ＡＸ方向に高速で変化させることができる。従って、実施形態の荷電粒子光学系４および荷電粒子装置１においては、荷電粒子線ＰＰを高速で偏向させる場合にも、対象物２２上の広範囲に渡って、荷電粒子線ＰＰを正確にフォーカスして照射することができる。
【0058】
以下、磁気検出器１２について説明する。磁気検出器１２は、一例として磁気インピーダンス素子を含み、磁気検出器１２の検出面は、荷電粒子線源３から放出された荷電粒子線ＰＰを対象物２２に収束する荷電粒子光学系４の光軸ＡＸに沿って複数配置されている。そして、複数の磁気検出器１２が検出した検出値は、制御部３０内の演算部３１に送られ、演算部３１は検出値に基づいて、光軸ＡＸおよびその近傍を流れる荷電粒子線ＰＰに関する情報を算出する。
【0059】
複数の磁気検出器１２は、それぞれが配置されている場所における磁場を検出（測定）する。磁気検出器１２を荷電粒子線ＰＰの経路の近傍に配置することで、電流としての荷電粒子線ＰＰが形成する磁場を、磁気検出器１２により検出することができる。そして、磁気検出器１２を荷電粒子線ＰＰの経路の近傍に複数配置することにより、それぞれの磁気検出器１２により測定された磁場の値に基づいて、荷電粒子線ビームの電流、荷電粒子線ビーム位置のシフト、荷電粒子線ビームの進行方位角、荷電粒子線ビームの回転角、および荷電粒子線ビームのアスペクト比等を、算出することができる。
【0060】
「第２実施形態のカソードヒータ」
図７と図８は、本発明に係る第２実施形態のカソードヒータ６０を示すもので、第２実施形態のカソードヒータ６０は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、絶縁基台５１と４本の電極体５２を備え、２本組の電極体５２に支持された支持フィラメント（第１部材）６３、支持フィラメント（第２部材）６４を備えている。
支持フィラメント６３は、第１実施形態の支持フィラメント５３を構成する基部５３Ａ、延出部５３Ｂ、支持部５３Ｃとそれぞれ略同等の構成を有する基部６３Ａ、延出部６３Ｂ、支持部６３Ｃを有する。支持フィラメント６３は、Ｚ方向に離間する２本の帯状体６３Ｅを有し、帯状体６３Ｅ、６３Ｅがカソード５５の周面の－Ｘ方向側（一側）に半周程度巻き掛けられている。第２実施形態の延出部６３Ｂにおいても、その先端側を徐々に幅狭として幅狭部６３Ｄが形成されている。この幅狭部６３Ｄの先端側にＺ方向に離間する２本の帯状体６３Ｅが形成され、２本の帯状体６３Ｅにより支持部６３Ｃが形成されている。
図７と図８は、本発明に係る第２実施形態のカソードヒータ６０を示すもので、第２実施形態のカソードヒータ６０は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、絶縁基台５１と４本の電極体５２を備え、２本組の電極体５２に支持された支持フィラメント（第１部材）６３、支持フィラメント（第２部材）６４を備えている。
支持フィラメント６３は、第１実施形態の支持フィラメント５３を構成する基部５３Ａ、延出部５３Ｂ、支持部５３Ｃとそれぞれ略同等の構成を有する基部６３Ａ、延出部６３Ｂ、支持部６３Ｃを有する。支持フィラメント６３は、Ｚ方向に離間する２本の帯状体６３Ｅを有し、帯状体６３Ｅ、６３Ｅがカソード５５の周面の－Ｘ方向側（一側）に半周程度巻き掛けられている。第２実施形態の延出部６３Ｂにおいても、その先端側を徐々に幅狭として幅狭部６３Ｄが形成されている。この幅狭部６３Ｄの先端側にＺ方向に離間する２本の帯状体６３Ｅが形成され、２本の帯状体６３Ｅにより支持部６３Ｃが形成されている。
【0061】
支持フィラメント６４は、第１実施形態の支持フィラメント５４を構成する基部５４Ａ、延出部５４Ｂと略同等の構成を有する基部６４Ａ、延出部６４Ｂを有する。更に、支持フィラメント６４は、Ｚ方向に離間する２本の帯状体６４Ｅを備えた支持部６４Ｃを延出部６４Ｂの先端側の幅狭部６４Ｄの先端側に有する。よって、支持フィラメント６４は、支持フィラメント６３と略同等の構成が採用されている。
【0062】
第２実施形態のカソードヒータ６０においても、一方の支持フィラメント６３の帯状体６３Ｅ、６３Ｅと他方の支持フィラメント６４の帯状体６４Ｅ、６４Ｅにより、張力を印加しつつカソード５５を支持する構成は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様である。
【0063】
第１実施形態のカソードヒータ５０においては、図１、図３に示したように、２本の帯状体５３Ｅと１本の帯状体５４Ｅを用いて１８０°異なる方向（＋Ｘ方向と－Ｘ方向）に引張力を印加しつつカソード５５を支持した。
これに対し、第２実施形態のカソードヒータ６０においては、図７、図８に示すように、２本の帯状体６３Ｅと２本の帯状体６４Ｅを用いて１８０°異なる方向（±Ｘ方向）に引張力を印加しつつカソード５５を支持した点が異なる。
また、図７に示すカソード５５は先端部を円錐形状に描いているが、カソード５５の先端部の形状は特に制限はない。
図７と図８に示す第２実施形態の構造によっても、カソード５５を安定支持しながら電源から通電し、カソード５５を加熱してカソード５５から電子などの荷電粒子を放出することができる。
これに対し、第２実施形態のカソードヒータ６０においては、図７、図８に示すように、２本の帯状体６３Ｅと２本の帯状体６４Ｅを用いて１８０°異なる方向（±Ｘ方向）に引張力を印加しつつカソード５５を支持した点が異なる。
また、図７に示すカソード５５は先端部を円錐形状に描いているが、カソード５５の先端部の形状は特に制限はない。
図７と図８に示す第２実施形態の構造によっても、カソード５５を安定支持しながら電源から通電し、カソード５５を加熱してカソード５５から電子などの荷電粒子を放出することができる。
【0064】
図７と図８に示す構造のように、２本ずつの帯状体６３Ｅ、６４Ｅでカソード５５を支持した場合、通電によりカソード５５の周囲に帯状体６３Ｅ、６３Ｅと帯状体６４Ｅ、６４Ｅが生成する磁場をキャンセルできるので、電子などの荷電粒子を放出する場合、通電に伴う磁場の影響を付与することなく電子などの荷電粒子の放出ができる。即ち、通電による磁場の影響で電子放出方向Ｅが曲がるおそれがない。
【0065】
以上説明したように、図７に示す第２実施形態の構成は、カソード５５の側面における＋Ｘ方向側の周面（第１部分）５５ｃに接触し、電流を流すことにより発熱する支持フィラメント（第１部材）６３と、カソード５５の側面における第１部分５５ｃとは異なる－Ｘ方向側の周面（第２部分）５５ｄに接触する支持フィラメント（第２部材）６４を備えた構成であると表記できる。
また、第２実施形態の構成は、支持フィラメント６３により電子放出方向Ｅと交差する第１方向（＋Ｘ方向）にカソード５５を引っ張り、支持フィラメント（第２部材）６４によって第１方向（＋Ｘ方向）とは逆向きの第２方向（－Ｘ方向）にカソード５５を引っ張ることによってカソード５５を支持する構成であると表記できる。
また、第２実施形態の構成は、支持フィラメント６３により電子放出方向Ｅと交差する第１方向（＋Ｘ方向）にカソード５５を引っ張り、支持フィラメント（第２部材）６４によって第１方向（＋Ｘ方向）とは逆向きの第２方向（－Ｘ方向）にカソード５５を引っ張ることによってカソード５５を支持する構成であると表記できる。
【0066】
「第３実施形態のカソードヒータ」
図９は、本発明に係る第３実施形態のカソードヒータ７０を示すもので、第３実施形態のカソードヒータ７０は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、絶縁基台５１と４本の電極体５２を備え、２本組の電極体５２に支持された２本の支持フィラメント７３、７４を備えている。
図９は、本発明に係る第３実施形態のカソードヒータ７０を示すもので、第３実施形態のカソードヒータ７０は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、絶縁基台５１と４本の電極体５２を備え、２本組の電極体５２に支持された２本の支持フィラメント７３、７４を備えている。
【0067】
支持フィラメント７３は、第１実施形態の支持フィラメント５３を構成する基部５３Ａ、延出部５３Ｂ、支持部５３Ｃとそれぞれほぼ同等の構成を有する基部７３Ａ、延出部７３Ｂ、支持部７３Ｃを有する。従って、支持フィラメント７３は、Ｚ方向に離間して２本の帯状体７３Ｅを有し、帯状体７３Ｅ、７３Ｅがカソード５５の周面の半周程度に巻き掛けられている。
支持フィラメント７４は、第１実施形態の支持フィラメント５４を構成する基部５４Ａ、延出部５４Ｂ、支持部５４Ｃとそれぞれほぼ同等の構成を有する基部７４Ａ、延出部７４Ｂ、支持部７４Ｃを有する。従って、支持フィラメント７４は、１本の帯状体７４Ｅを有し、帯状体７４Ｅがカソード５５の周面の半周程度に巻き掛けられている。
支持フィラメント７４は、第１実施形態の支持フィラメント５４を構成する基部５４Ａ、延出部５４Ｂ、支持部５４Ｃとそれぞれほぼ同等の構成を有する基部７４Ａ、延出部７４Ｂ、支持部７４Ｃを有する。従って、支持フィラメント７４は、１本の帯状体７４Ｅを有し、帯状体７４Ｅがカソード５５の周面の半周程度に巻き掛けられている。
【0068】
第３実施形態のカソードヒータ７０において第１実施形態のカソードヒータ５０と異なっているのは、支持フィラメント７３の基部７３Ａ、７３Ａと、支持フィラメント７４の基部７４Ａ、７４Ａの取付位置である。
図１のカソードヒータ５０と第９のカソードヒータ７０を対比して明らかなように、絶縁基台５１の一面５１Ａの上面に４本の電極体５２が設置されている構成は図１と図９の構成において同等である。図９に示す構成では、＋Ｙ方向側に配置されている２本の電極体５２、５２に支持されて支持フィラメント７３が設けられ、－Ｙ方向側に配置されている２本の電極体５２に支持されて支持フィラメント７４が設けられている。
図１のカソードヒータ５０と第９のカソードヒータ７０を対比して明らかなように、絶縁基台５１の一面５１Ａの上面に４本の電極体５２が設置されている構成は図１と図９の構成において同等である。図９に示す構成では、＋Ｙ方向側に配置されている２本の電極体５２、５２に支持されて支持フィラメント７３が設けられ、－Ｙ方向側に配置されている２本の電極体５２に支持されて支持フィラメント７４が設けられている。
【0069】
即ち、支持フィラメント７３の一方の基部７３Ａが図９の＋Ｙ方向側かつ＋Ｘ方向側の電極体５２の面取部５２Ｂに固定され、他方の基部７３Ａが図９の＋Ｙ方向側かつ－Ｘ方向側の電極体５２の面取部５２Ｂに固定されている。なお、図９では２つの基部７３Ａの裏面側に電極体５２の先端部５２Ａと面取部５２Ｂが配置されているので、これらは隠されて描かれていないが、図２に示す電極５２の構成を参照して理解できるように、それぞれの面取部５２Ｂにそれぞれ基部７３Ａがボルト５７あるいはボルト５８により固定されている。
また、支持フィラメント７４の一方の基部７４Ａが図９の－Ｙ方向側かつ＋Ｘ方向側の電極体５２の面取部５２Ｂに固定され、他方の基部７４Ａが図９の－Ｙ方向側かつ－Ｘ方向側の電極体５２の面取部５２Ｂに固定されている。
また、支持フィラメント７４の一方の基部７４Ａが図９の－Ｙ方向側かつ＋Ｘ方向側の電極体５２の面取部５２Ｂに固定され、他方の基部７４Ａが図９の－Ｙ方向側かつ－Ｘ方向側の電極体５２の面取部５２Ｂに固定されている。
【0070】
第３実施形態において支持フィラメント７３の帯状体７３Ｅ、７３Ｅがカソード５５の周面の－Ｙ方向側に半周程度巻き掛けられ、支持フィラメント７４の１本の帯状体７４がカソード５５の周面の＋Ｙ方向側に半周程度巻き掛けられている。また、支持フィラメント７３Ｅ、７３Ｅとカソード支持部７４の帯状体７４Ｅが互いに１８０°異なる方向（±Ｙ方向）に張力を印加しつつカソード５５を支持している。第１実施形態の構成では、±Ｘ方向に張力を付加してカソード５５を支持したが、第３実施形態の構成では、±Ｙ方向に張力を印加してカソード５５を支持している。
【0071】
図９に示す構成においても、支持フィラメント７３、７４によりカソード５５を安定的に支持することができる。
なお、図１に示す第１実施形態にあっては、基部５３Ａ、５３Ａと基部５４Ａ、５４Ａをボルト５７、５８で固定する位置の調節により、カソード５５を支持するための引張力の大小を直接調整することができた。
これに対し、図９に示す構成でも、ボルト５７、５８による基部７３Ａ、基部７４Ａの固定位置を調節することにより、カソードに印加する張力を調節できる。
なお、図１に示す第１実施形態にあっては、基部５３Ａ、５３Ａと基部５４Ａ、５４Ａをボルト５７、５８で固定する位置の調節により、カソード５５を支持するための引張力の大小を直接調整することができた。
これに対し、図９に示す構成でも、ボルト５７、５８による基部７３Ａ、基部７４Ａの固定位置を調節することにより、カソードに印加する張力を調節できる。
【0072】
図９において、＋Ｙ方向側の電極５２、５２に取り付けられているボルト５７、５８による基部７３Ａ、７３Ａの位置調節により、カソード５５に帯状体７３Ｅ、７３Ｅから印加する引張力を調整できる。
例えば、＋Ｙ方向側に配置されている２つの基部７３Ａ、７３Ａ間の間隔を広くすると、カソード５５に対し帯状体７３Ｅ、７３Ｅが作用させる＋Ｙ方向への引張力を高くすることができる。また、＋Ｙ方向側に配置されている２つの基部７３Ａ、７３Ａ間の間隔を縮小すると、カソード５５に対し帯状体７３Ｅ、７３Ｅが作用させる＋Ｙ方向への引張力を低くすることができる。
例えば、＋Ｙ方向側に配置されている２つの基部７３Ａ、７３Ａ間の間隔を広くすると、カソード５５に対し帯状体７３Ｅ、７３Ｅが作用させる＋Ｙ方向への引張力を高くすることができる。また、＋Ｙ方向側に配置されている２つの基部７３Ａ、７３Ａ間の間隔を縮小すると、カソード５５に対し帯状体７３Ｅ、７３Ｅが作用させる＋Ｙ方向への引張力を低くすることができる。
【0073】
一方、－Ｙ方向側の電極５２、５２に取り付けられているボルト５７、５８による基部７４Ａ、７４Ａの位置調節により、カソード５５に帯状体７４Ｅから印加する引張力を調整できる。
例えば、－Ｙ方向側に配置されている２つの基部７４Ａ、７４Ａ間の間隔を広くすると、カソード５５に対し帯状体７４Ｅが作用させる－Ｙ方向への引張力を若干高く調整することができる。また、－Ｙ方向側に配置されている２つの基部７４Ａ、７４Ａ間の間隔を縮小すると、カソード５５に対し帯状体７４Ｅが作用させる－Ｙ方向への引張力を若干低く調整することができる。
例えば、－Ｙ方向側に配置されている２つの基部７４Ａ、７４Ａ間の間隔を広くすると、カソード５５に対し帯状体７４Ｅが作用させる－Ｙ方向への引張力を若干高く調整することができる。また、－Ｙ方向側に配置されている２つの基部７４Ａ、７４Ａ間の間隔を縮小すると、カソード５５に対し帯状体７４Ｅが作用させる－Ｙ方向への引張力を若干低く調整することができる。
【0074】
図９に示す第３実施形態の構造によっても、カソード５５を安定支持しながら電源から通電し、カソード５５を加熱してカソード５５から電子放出方向Ｅに電子を放出することができる。
【0075】
以上説明したように、図９に示す第３実施形態の構成は、カソード５５の側面における＋Ｙ方向側の周面（第１部分）５５ｅに接触し、電流を流すことにより発熱する支持フィラメント（第１部材）７４と、カソード５５の側面における第１部分５５ｅとは異なる－Ｙ方向側の周面（第２部分）５５ｆに接触する支持フィラメント（第２部材）７３を備えた構成であると表記できる。
また、第３実施形態の構成は、支持フィラメント（第１部材）７４により電子放出方向Ｅと交差する第１方向（－Ｙ方向）にカソード５５を引っ張り、支持フィラメント（第２部材）７３によって第１方向（－Ｙ方向）とは逆向きの第２方向（＋Ｙ方向）にカソード５５を引っ張ることによってカソード５５を支持する構成であると表記できる。
また、第３実施形態の構成は、支持フィラメント（第１部材）７４により電子放出方向Ｅと交差する第１方向（－Ｙ方向）にカソード５５を引っ張り、支持フィラメント（第２部材）７３によって第１方向（－Ｙ方向）とは逆向きの第２方向（＋Ｙ方向）にカソード５５を引っ張ることによってカソード５５を支持する構成であると表記できる。
【0076】
「第４実施形態のカソードヒータ」
図１０は、本発明に係る第４実施形態のカソードヒータ８０を示すもので、第４実施形態のカソードヒータ８０は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、２本の支持フィラメント５３、５４によりカソード５５を支持した構成が採用されている。
図１０では支持フィラメント５３、５４によるカソード５５の支持構造の詳細を略しているが、図１、図２に示す構成と同様、絶縁基台５１と４本の電極体５２を備え、それぞれ２本組の電極体５２に支持された支持フィラメント５３、５４によりカソード５５が支持されている構成は同等である。
図１０は、本発明に係る第４実施形態のカソードヒータ８０を示すもので、第４実施形態のカソードヒータ８０は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、２本の支持フィラメント５３、５４によりカソード５５を支持した構成が採用されている。
図１０では支持フィラメント５３、５４によるカソード５５の支持構造の詳細を略しているが、図１、図２に示す構成と同様、絶縁基台５１と４本の電極体５２を備え、それぞれ２本組の電極体５２に支持された支持フィラメント５３、５４によりカソード５５が支持されている構成は同等である。
【0077】
図１０に示す第４実施形態では、電源８１の正極側と負極極にそれぞれ接続される接続主配線８２、８３が構成するブリッジ回路内に支持フィラメント５３、５４がそれぞれ組み込まれている。
一方の接続主配線８２が２つの分岐支線８４Ａ、８４Ｂに分岐され、一方の分岐支線８４Ａが可変抵抗８５を介し一方の支持フィラメント５３の一方の基部５３Ａに電気的に接続され、他方の分岐支線８４Ｂが可変抵抗８６を介し他方の支持フィラメント５４の一方の基部５４Ａに電気的に接続されている。
他方の接続主配線８３が２つの分岐支線８７Ａ、８７Ｂに分岐され、一方の分岐支線８７Ａが可変抵抗８８を介し一方の支持フィラメント５３の他方の基部５３Ａに電気的に接続され、他方の分岐支線８７Ｂが可変抵抗８９を介し他方の支持フィラメント５４の他方の基部５４Ａに電気的に接続されている。
一方の接続主配線８２が２つの分岐支線８４Ａ、８４Ｂに分岐され、一方の分岐支線８４Ａが可変抵抗８５を介し一方の支持フィラメント５３の一方の基部５３Ａに電気的に接続され、他方の分岐支線８４Ｂが可変抵抗８６を介し他方の支持フィラメント５４の一方の基部５４Ａに電気的に接続されている。
他方の接続主配線８３が２つの分岐支線８７Ａ、８７Ｂに分岐され、一方の分岐支線８７Ａが可変抵抗８８を介し一方の支持フィラメント５３の他方の基部５３Ａに電気的に接続され、他方の分岐支線８７Ｂが可変抵抗８９を介し他方の支持フィラメント５４の他方の基部５４Ａに電気的に接続されている。
【0078】
図１０に示す構成において、便宜的に、支持フィラメント５３に接続している＋Ｙ方向側の電極体５２を第１電極体、支持フィラメント５３に接続している－Ｙ方向側の電極体５２を第２電極体、支持フィラメント５４に接続している－Ｙ方向側の電極体５２を第３電極体、支持フィラメント５４に接続している＋Ｙ方向側の電極体５２を第４電極体と呼称することができる。よって、図１０に示す構成では、第１乃至第４の電極体５２により給電部が構成されている。
【0079】
第１の電極体５２に接続されている分岐支線８４Ａに組み込まれた可変抵抗８５を第１可変抵抗、第２の電極体５２に接続されている分岐支線８７Ａに組み込まれた可変抵抗８５を第２可変抵抗、第３の電極体５２に接続されている分岐支線８７Ｂに組み込まれた可変抵抗８９を第３可変抵抗、第４の電極体５２に接続されている分岐支線８４Ｂに組み込まれた可変抵抗８５を第４可変抵抗と呼称できる。
また、第１可変抵抗８５を組み込んでいる分岐支線８４Ａを第１接続配線、第２可変抵抗８８を組み込んでいる分岐支線８７Ａを第２接続配線、第３可変抵抗８９を組み込んでいる分岐支線８７Ａを第３接続配線、第４可変抵抗８５を組み込んでいる分岐支線８４Ｂを第４接続配線と呼称できる。
図１０に示す構成では、第１乃至第４電極体５２と電源８１とを接続する第１乃至第４接続配線８４Ａ、８４Ｂ、８７Ａ、８７Ｂにそれぞれ可変抵抗８５、８８、８９、８６が組み込まれていると表記できる。
また、第１可変抵抗８５を組み込んでいる分岐支線８４Ａを第１接続配線、第２可変抵抗８８を組み込んでいる分岐支線８７Ａを第２接続配線、第３可変抵抗８９を組み込んでいる分岐支線８７Ａを第３接続配線、第４可変抵抗８５を組み込んでいる分岐支線８４Ｂを第４接続配線と呼称できる。
図１０に示す構成では、第１乃至第４電極体５２と電源８１とを接続する第１乃至第４接続配線８４Ａ、８４Ｂ、８７Ａ、８７Ｂにそれぞれ可変抵抗８５、８８、８９、８６が組み込まれていると表記できる。
【0080】
電源８１から一方の支持フィラメント５３と他方の支持フィラメント５４に通電することにより支持フィラメント５３、５４の支持部（巻掛部）５３Ｃ、５４Ｃを発熱させることができ、この発熱によりカソード５を目的の２０００℃以上などの高温に加熱し、カソード５５の先端から電子などの荷電粒子を放出することができる。
なお、図１０に示す接続主配線８２、８３、分岐支線８４、８７と支持フィラメント５３、５４が構成する回路はブリッジ回路であるため、支持フィラメント５３、５４間に電流が流れることはない。
なお、図１０に示す接続主配線８２、８３、分岐支線８４、８７と支持フィラメント５３、５４が構成する回路はブリッジ回路であるため、支持フィラメント５３、５４間に電流が流れることはない。
【0081】
第４実施形態のカソードヒータ８０によれば、可変抵抗８５、８６、８８、８９のそれぞれの抵抗値を調節し、例えば、支持フィラメント５３の支持部５３Ｃにおける発熱量と支持フィラメント５４の支持部５４Ｃにおける発熱量に差を付けることができる。
一例として、可変抵抗８５、８６、８８、８９の調節により、支持フィラメント５３側の電気抵抗を高く、支持フィラメント５４側の電気抵抗を低くすることができる。これにより、支持フィラメント５４側により多くの電流を流し、発熱量を増加させ、支持フィラメント５３側の発熱量を抑制した状態にすることができる。これにより、支持フィラメント５４側と支持フィラメント５３側とで熱膨張差が生じ、カソード５５を＋Ｘ方向に引っ張る力と、カソード５５を－Ｘ方向に引っ張る力を変更することでカソード５５の向きと姿勢とのうち少なくとも一方を変更することができる。よって、カソード５５による電子放出方向を微調整できる。
一例として、可変抵抗８５、８６、８８、８９の調節により、支持フィラメント５３側の電気抵抗を高く、支持フィラメント５４側の電気抵抗を低くすることができる。これにより、支持フィラメント５４側により多くの電流を流し、発熱量を増加させ、支持フィラメント５３側の発熱量を抑制した状態にすることができる。これにより、支持フィラメント５４側と支持フィラメント５３側とで熱膨張差が生じ、カソード５５を＋Ｘ方向に引っ張る力と、カソード５５を－Ｘ方向に引っ張る力を変更することでカソード５５の向きと姿勢とのうち少なくとも一方を変更することができる。よって、カソード５５による電子放出方向を微調整できる。
【0082】
「第５実施形態のカソードヒータ」
図１１は、本発明に係る第５実施形態のカソードヒータ９０を示すもので、第５実施形態のカソードヒータ９０は、絶縁基台５１と２本の給電部９１を備え、２本の給電部９１に支持された２本の支持フィラメント９２、９３を備えている。
支持フィラメント（第１部材）９２は、第１実施形態の支持フィラメント５３を構成する基部５３Ａ、延出部５３Ｂ、支持部５３Ｃとそれぞれ略同等の構成を有する基部９２Ａ、延出部９２Ｂ、支持部９２Ｃを有する。従って、支持フィラメント９２は、Ｚ方向に離間する２本の帯状体９２Ｅを有し、帯状体９２Ｅ、９２Ｅがカソード５５の周面の－Ｘ方向側（一側）の一部分（第１部分）５５ｇに半周程度に巻き掛けられている。第５実施形態の延出部９２Ｂにおいても、その先端側を徐々に幅狭として幅狭部９２Ｄを形成している。この幅狭部９２Ｄの先端側にＺ方向に離間する２本の帯状体９２Ｅが形成され、２本の帯状体９２Ｅにより支持部９２Ｃが形成されている。
図１１は、本発明に係る第５実施形態のカソードヒータ９０を示すもので、第５実施形態のカソードヒータ９０は、絶縁基台５１と２本の給電部９１を備え、２本の給電部９１に支持された２本の支持フィラメント９２、９３を備えている。
支持フィラメント（第１部材）９２は、第１実施形態の支持フィラメント５３を構成する基部５３Ａ、延出部５３Ｂ、支持部５３Ｃとそれぞれ略同等の構成を有する基部９２Ａ、延出部９２Ｂ、支持部９２Ｃを有する。従って、支持フィラメント９２は、Ｚ方向に離間する２本の帯状体９２Ｅを有し、帯状体９２Ｅ、９２Ｅがカソード５５の周面の－Ｘ方向側（一側）の一部分（第１部分）５５ｇに半周程度に巻き掛けられている。第５実施形態の延出部９２Ｂにおいても、その先端側を徐々に幅狭として幅狭部９２Ｄを形成している。この幅狭部９２Ｄの先端側にＺ方向に離間する２本の帯状体９２Ｅが形成され、２本の帯状体９２Ｅにより支持部９２Ｃが形成されている。
【0083】
絶縁基台５１の上面側には２本の給電部９１が絶縁基台５１の一面５１Ａの中心部を挟む位置に形成されている。各給電部９１の＋Ｘ方向端部と－Ｘ方向端部にはそれぞれ面取部９１Ａが形成されている。各面取部９１ＡはＹ方向に直交し、Ｘ方向に平行な面とされている。そして、支持フィラメント９２の一方の基部９２Ａが一方の給電部９１の一方の面取部９１Ａにボルト９５により固定され、他方の基部９２Ａが給電部９１の他方の面取部９１Ａにボルト９６により固定されている。
給電部９１の大部分は絶縁体からなる。ただし、給電部９１の内部にそれぞれ支持フィラメント９２の一方の基部９２Ａと他方の基部９２Ａに接続する図示略の電極体が組み込まれ、これらの電極体は図示略の電源に接続され、電源から支持フィラメント９２に通電可能に接続されている。
給電部９１の大部分は絶縁体からなる。ただし、給電部９１の内部にそれぞれ支持フィラメント９２の一方の基部９２Ａと他方の基部９２Ａに接続する図示略の電極体が組み込まれ、これらの電極体は図示略の電源に接続され、電源から支持フィラメント９２に通電可能に接続されている。
【0084】
支持フィラメント（第２部材）９３は、第１実施形態の支持フィラメント５４を構成する基部５４Ａ、延出部５４Ｂと略同等の構成を有する基部９３Ａ、延出部９３Ｂを有する。更に、支持フィラメント９３は、１本の帯状体９３Ｅを備えた支持部９３Ｃを延出部９３Ｂの先端側の幅狭部９３Ｄの先端側に有する。
支持フィラメント９３の帯状体９３Ｅがカソード５５の周面の＋Ｘ方向側（他側）の一部分（第２部分）５５ｈに半周程度に巻き掛けられている。
支持フィラメント９３の一方の基部９２Ａが他方の給電部９１の一方の面取部９１Ａにボルト９７により固定され、他方の基部９３Ａが給電部９１の他方の面取部９１Ａにボルト９８により固定されている。
支持フィラメント９３の帯状体９３Ｅがカソード５５の周面の＋Ｘ方向側（他側）の一部分（第２部分）５５ｈに半周程度に巻き掛けられている。
支持フィラメント９３の一方の基部９２Ａが他方の給電部９１の一方の面取部９１Ａにボルト９７により固定され、他方の基部９３Ａが給電部９１の他方の面取部９１Ａにボルト９８により固定されている。
【0085】
他方の給電部９１の大部分は絶縁体からなる。ただし、その内部にそれぞれ支持フィラメント９３の一方の基部９３Ａと他方の基部９３Ａに接続する図示略の電極体が組み込まれ、これらの電極体は図示略の電源に接続され、電源から支持フィラメント９３に通電可能に接続されている。
【0086】
給電部９１は、図１に示す第１実施形態の電極体５２の数倍程度、径の大きな円柱状に形状されている。このため、図１１の＋Ｘ方向側に配置されている給電部９１において、図１１のＹ方向に離間した面取部９１Ａ、９１Ａからカソード５５を支持する位置まで支持フィラメント９２は平面視Ｖ字状に徐々に幅狭となるように配置されている。
また、図１１の－Ｘ側に配置されている給電部９１において、図１１のＹ方向に離間した面取部９１Ａ、９１Ａからカソード５５を支持する位置まで支持フィラメント９３は平面視逆Ｖ字状に徐々に幅狭となるように配置されている。
また、図１１の－Ｘ側に配置されている給電部９１において、図１１のＹ方向に離間した面取部９１Ａ、９１Ａからカソード５５を支持する位置まで支持フィラメント９３は平面視逆Ｖ字状に徐々に幅狭となるように配置されている。
【0087】
図１１に示す第５実施形態の構造によっても、カソード５５を安定支持しながら電源から通電し、帯状体９２Ｅ、９３Ｅによりカソード５５を加熱してカソード５５から電子等の荷電粒子を放出することができる。
【0088】
「第６実施形態のカソードヒータ」
図１２は、本発明に係る第６実施形態のカソードヒータ１００を示すもので、第６実施形態のカソードヒータ１００は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、絶縁基台５１を備え、更に、４本の電極体（給電部）１０２を備える。カソードヒータ１００は、更に、各電極体１０２に支持された２本の支持フィラメント（第１部材）１０３、２本の支持フィラメント（第２部材）１０４を備える。
図１２は、本発明に係る第６実施形態のカソードヒータ１００を示すもので、第６実施形態のカソードヒータ１００は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様に、絶縁基台５１を備え、更に、４本の電極体（給電部）１０２を備える。カソードヒータ１００は、更に、各電極体１０２に支持された２本の支持フィラメント（第１部材）１０３、２本の支持フィラメント（第２部材）１０４を備える。
【0089】
２本の支持フィラメント１０３のうち、１本は、図１２の＋Ｘ方向側に配置された電極体（第１電極体）１０２に支持され、他の１本は、図１２の－Ｙ方向側に配置された電極体（第２電極体）１０２に支持されている。２本の支持フィラメント１０４のうち、１本は、図１２の－Ｘ方向側に配置された電極体（第３電極体）１０２に支持され、他の１本は、図１２の＋Ｙ方向側に配置された電極体（第４電極体）１０２に支持されている。
【0090】
図１２の＋Ｘ方向側（図１２の手前側）に配置された支持フィラメント１０３は、第１実施形態の支持フィラメント５３を構成する基部５３Ａ、延出部５３Ｂ、支持部５３Ｃとそれぞれ略同等の構成を有する基部１０３Ａ、延出部１０３Ｂ、支持部１０３Ｃを有する。支持フィラメント１０３は、Ｚ方向に離間する２本の帯状体１０３Ｅを有し、帯状体１０３Ｅ、１０３Ｅがカソード５５の周面の－Ｘ方向側（一側）の一部分（第１部分）５５ｉに半周程度巻き掛けられている。第６実施形態の延出部１０３Ｂにおいても、その先端側を徐々に幅狭として幅狭部１０３Ｄが形成されている。この幅狭部１０３Ｄの先端側にＺ方向に離間する２本の帯状体１０３Ｅが形成され、２本の帯状体１０３Ｅにより支持部１０３Ｃが形成され、２本の帯状体１０３Ｅがカソード５５の一部分５５ｉに巻き掛けられている。
【0091】
第６実施形態の支持フィラメント１０３が第１実施形態の支持フィラメント５３と異なるのは、支持フィラメント１０３が帯状体１０３Ｅの部分で２つ折り構造とされ、基部１０３Ａ、１０３Ａが重ねられてボルト１０７により電極体１０２の面取部１０２Ｂに取り付けられ、延出部１０３Ｂ、１０３Ｂが重ねられている点である。
図１２の－Ｙ方向側に配置された支持フィラメント１０３は図１２の－Ｙ方向側に配置された電極体１０２に支持され、この電極体１０２の面取部１０２Ｂに基部１０３Ａ、１０３Ａが重ねられてボルト１０７により固定されている。この支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅは、カソード５５の周面のうち、＋Ｙ方向側の周面の一部分（第１部分）５５ｋ側に巻き掛けられている。
図１２の－Ｙ方向側に配置された支持フィラメント１０３は図１２の－Ｙ方向側に配置された電極体１０２に支持され、この電極体１０２の面取部１０２Ｂに基部１０３Ａ、１０３Ａが重ねられてボルト１０７により固定されている。この支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅは、カソード５５の周面のうち、＋Ｙ方向側の周面の一部分（第１部分）５５ｋ側に巻き掛けられている。
【0092】
図１２の－Ｘ方向側に配置された支持フィラメント１０４は、第１実施形態の支持フィラメント５４を構成する基部５４Ａ、延出部５４Ｂ、支持部５４Ｃと略同等の構成を有する基部１０４Ａ、延出部１０４Ｂ、支持部１０４Ｃを有する。更に、支持フィラメント１０４は、１本の帯状体１０４Ｅを備えた支持部１０４Ｃを延出部１０４Ｂの先端側の幅狭部１０４Ｄの先端側に有する。
【0093】
支持フィラメント１０４においても、帯状体１０４Ｅの部分で２つ折り構造とされ、基部１０４Ａ、１０４Ａが重ねられてボルト１０８により－Ｘ方向側の電極体１０２の面取部１０２Ｂに取り付けられ、延出部１０４Ｂ、１０４Ｂが重ねられている。この支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅは、カソード５５の周面のうち、＋Ｘ方向側の周面の一部分（第２部分）５５ｍ側に巻き掛けられている。
図１２の＋Ｙ方向側に配置された支持フィラメント１０４は図１２の＋Ｙ方向側に配置された電極体１０２に支持され、この電極体１０２の面取部１０２Ｂに基部１０４Ａがボルト１０８により固定されている。この支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅは、カソード５５の周面のうち、－Ｙ方向側の周面の一部分（第２部分）５５ｎ側に巻き掛けられている。
図１２の＋Ｙ方向側に配置された支持フィラメント１０４は図１２の＋Ｙ方向側に配置された電極体１０２に支持され、この電極体１０２の面取部１０２Ｂに基部１０４Ａがボルト１０８により固定されている。この支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅは、カソード５５の周面のうち、－Ｙ方向側の周面の一部分（第２部分）５５ｎ側に巻き掛けられている。
【0094】
図１２に示す４本の支持フィラメント１０３、１０３、１０４、１０４において、それぞれの帯状体１０３Ｅ、１０４Ｅは互いの巻掛位置が干渉しないように、図１３に示す如くカソード５５の長さ方向（Ｚ方向）に位置ずれ配置されている。
図１３では、図１２に示す－Ｙ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅと、図１２に示す＋Ｙ方向側に設置されている支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅによりカソード５５に付与した張力が矢印で示されている。帯状体１０３Ｅが作用させる張力と帯状体１０４Ｅが作用させる張力は図１３に示すように１８０°異なる方向に向けられている。
図１３では、図１２に示す－Ｙ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅと、図１２に示す＋Ｙ方向側に設置されている支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅによりカソード５５に付与した張力が矢印で示されている。帯状体１０３Ｅが作用させる張力と帯状体１０４Ｅが作用させる張力は図１３に示すように１８０°異なる方向に向けられている。
【0095】
図１２に示す＋Ｘ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅと、図１２に示す－Ｘ方向側に設置されている支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅがカソード５５に付与する張力も１８０°異なる方向となる。図１３ではこれらの張力を描くことができないので、帯状体１０３Ｅ、１０３Ｅの設置位置と帯状体１０４Ｅの設置位置のみ表示している。
図１３に示すように、図１２に示す－Ｙ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅの設置位置より、図１２に示す＋Ｘ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅの設置位置が＋Ｚ方向（図１３では下方）となるように各フィラメントが配置されている。
図１３に示すように、図１２に示す－Ｙ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅの設置位置より、図１２に示す＋Ｘ方向側に設置されている支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅの設置位置が＋Ｚ方向（図１３では下方）となるように各フィラメントが配置されている。
【0096】
第６実施形態のカソードヒータ１００においても、一方の支持フィラメント１０３の帯状体１０３Ｅ、１０３Ｅと他方の支持フィラメント１０４の帯状体１０４Ｅにより、張力を印加しつつカソード５５を支持する構成は、第１実施形態のカソードヒータ５０と同様である。
図１３に示すように、２本の支持フィラメント１０３と２本の支持フィラメント１０４を用いて合計４本のフィラメントにより張力をカソード５５に作用させることでカソード５５を安定支持することができる。
図１３に示すように、２本の支持フィラメント１０３と２本の支持フィラメント１０４を用いて合計４本のフィラメントにより張力をカソード５５に作用させることでカソード５５を安定支持することができる。
【0097】
なお、支持フィラメント１０３の基部１０３Ａと支持フィラメント１０４の基部１０４Ａには、第１実施形態のスリット５３ａ、５４ａと同様のスリットが形成されている。
このため、ボルト１０７、１０８による基部１０３Ａ、１０４Ａの固定位置をスリットに沿って調節することでカソード５５に対する±Ｘ方向と±Ｙ方向の張力を適宜調節することが可能となる。
このため、カソード５５の安定支持が可能になるとともに、カソード５５から電子等の荷電粒子を放出する方向を調整することができる。
このため、ボルト１０７、１０８による基部１０３Ａ、１０４Ａの固定位置をスリットに沿って調節することでカソード５５に対する±Ｘ方向と±Ｙ方向の張力を適宜調節することが可能となる。
このため、カソード５５の安定支持が可能になるとともに、カソード５５から電子等の荷電粒子を放出する方向を調整することができる。
【0098】
ところで、これまで説明した各実施形態においては、平面視した円柱状のカソード５５を中心に１８０°異なる方向から張力を印加しつつ支持フィラメントによりカソード５５を支持した構成について説明した。
しかし、カソード５５を平面視した場合、カソード５５を中心として張力を印加する方向は任意の角度で交差する他の方向を選択しても良い。
しかし、カソード５５を平面視した場合、カソード５５を中心として張力を印加する方向は任意の角度で交差する他の方向を選択しても良い。
【0099】
例えば、図１４に示すようにカソード５を中心として、－Ｘ方向に沿う第１方向ａ１に向く張力と、＋Ｘ方向であり、＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に角度αで傾斜する第２方向ａ２に向く張力と、＋Ｘ方向であり、＋Ｘ方向から－Ｙ方向に角度αで傾斜する第３方向ａ３に向く張力を付加してカソード５５を支持しても良い。
【0100】
図１４に示す構成は、例えば、図１、図２に示す支持フィラメント（第２部材）５３の帯状体５３Ｅと支持フィラメント（第１部材）５４の帯状体５４Ｅに加え、支持フィラメント（第３部材）１１０の帯状体１１０Ｅを支持部（第３支持部）１１０Ｃとして設けることにより、引張力をバランスさせた構成である。
図１、図２に示す帯状体５３Ｅと帯状体５４Ｅは１８０°異なる方向からカソード５５に対し引張力を負荷したが、図１４に示す構成では、帯状体５４Ｅの引張力に対し±αの傾斜角を有して反対向きとなる帯状体５３Ｅ、１１０Ｅによる引張力をバランスさせる。
以上説明のように、第１方向ａ１に対し、第２方向ａ２とは、第１方向ａ１に対する逆向きの方向成分を含んでいれば、第２方向は第１方向とは逆向きであるとの概念とする。
図１、図２に示す帯状体５３Ｅと帯状体５４Ｅは１８０°異なる方向からカソード５５に対し引張力を負荷したが、図１４に示す構成では、帯状体５４Ｅの引張力に対し±αの傾斜角を有して反対向きとなる帯状体５３Ｅ、１１０Ｅによる引張力をバランスさせる。
以上説明のように、第１方向ａ１に対し、第２方向ａ２とは、第１方向ａ１に対する逆向きの方向成分を含んでいれば、第２方向は第１方向とは逆向きであるとの概念とする。
【0101】
図１４に示す構成は、第１方向ａ１の張力に対し、逆向きの方向成分を有する第２方向ａ２の張力と第３方向ａ３の引張力をバランスさせてカソード５５を支持した例である。
また、先に説明した図１２に示す構成は、カソード５５を中として、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向と－Ｘ方向と－Ｙ方向のそれぞれ９０度で交差する張力をバランスさせてカソード５５を支持した構成であると表記することもできる。
以上説明したように、カソード５５に作用させる引張力はカソード５５の周回りに複数の任意の方向に付加した引張力をバランスさせて利用することにより、カソード５５を支持することができる。
また、上述した各実施形態にいおいては、支持フィラメントにおいて最も断面積が小さくなる支持部でカソードを支持している構成について説明した。
しかしながら、カソードを支持している部分の断面積は、支持フィラメントにおいて最も断面積が小さくなる部分でなくても構わない。
例えば、図１５の支持フィラメントを展開して示した図に示すように、カソードを支持する支持部１１３Ｃと延出部１１３Ｂとの間に、支持部１１３Ｃよりも幅の狭い、即ち支持部１１３Ｃの断面積よりも小さな断面積を持つ幅狭部１１３Ｆを設けてもよい。
この場合、支持フィラメント１１３に電流を流した際に、幅狭部１１３Ｆが発熱に寄与し、その熱は隣接する支持部１１３Ｃに伝わり、この支持部１１３Ｃを介してカソードを加熱する。
この図１５の構成では、カソードに大面積で接触してカソードを支持することになるため、安定的にカソードを保持することができる。
上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。上述の各実施形態の要件のうちの一部が用いられなくてもよい。上述の各実施形態の要件は、適宜他の実施形態の要件と置き換えることができる。
また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能である。
また、先に説明した図１２に示す構成は、カソード５５を中として、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向と－Ｘ方向と－Ｙ方向のそれぞれ９０度で交差する張力をバランスさせてカソード５５を支持した構成であると表記することもできる。
以上説明したように、カソード５５に作用させる引張力はカソード５５の周回りに複数の任意の方向に付加した引張力をバランスさせて利用することにより、カソード５５を支持することができる。
また、上述した各実施形態にいおいては、支持フィラメントにおいて最も断面積が小さくなる支持部でカソードを支持している構成について説明した。
しかしながら、カソードを支持している部分の断面積は、支持フィラメントにおいて最も断面積が小さくなる部分でなくても構わない。
例えば、図１５の支持フィラメントを展開して示した図に示すように、カソードを支持する支持部１１３Ｃと延出部１１３Ｂとの間に、支持部１１３Ｃよりも幅の狭い、即ち支持部１１３Ｃの断面積よりも小さな断面積を持つ幅狭部１１３Ｆを設けてもよい。
この場合、支持フィラメント１１３に電流を流した際に、幅狭部１１３Ｆが発熱に寄与し、その熱は隣接する支持部１１３Ｃに伝わり、この支持部１１３Ｃを介してカソードを加熱する。
この図１５の構成では、カソードに大面積で接触してカソードを支持することになるため、安定的にカソードを保持することができる。
上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。上述の各実施形態の要件のうちの一部が用いられなくてもよい。上述の各実施形態の要件は、適宜他の実施形態の要件と置き換えることができる。
また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0102】
１…荷電粒子装置、３…荷電粒子線源、Ｅ…電子放出方向、５０…カソードヒータ、５１…絶縁基台、５２…電極体（給電部）、５３…支持フィラメント（第２部材）、５３Ｃ…支持部（第２支持部）、５４…支持フィラメント（第１部材）、５４Ｃ…支持部（第１支持部）、５５…カソード、５５ａ、５５ｃ、５５ｅ、５５ｇ…第１部分、５５ｂ、５５ｄ、５５ｆ、５５ｈ…第２部分、６０…カソードヒータ、６３…支持フィラメント（第１部材）、６４…支持フィラメント（第２部材）、７０…カソードヒータ、７３…支持フィラメント（第２部材）、７４…支持フィラメント（第１部材）、８０…カソードヒータ、８１…電源、８２、８３…接続主配線、８４Ａ…分岐支線（第１接続配線）、８７Ａ…分岐支線（第２接続配線）、８７Ｂ…分岐支線（第３接続配線）、８４Ｂ（第４接続配線）、８５…（第１）可変抵抗、８８…（第２）可変抵抗、８９…（第３）可変抵抗、８６…（第４）可変抵抗、９０…カソードヒータ、９１…給電部、９２…支持フィラメント（第１部材）、９３…支持フィラメント（第２部材）、１００…カソードヒータ、１０３…支持フィラメント（第１部材）、１０４…支持フィラメント（第２部材）、１１０…支持フィラメント（第３部材）、１１０Ｃ…支持部（第２支持部）。
【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】