<用語の説明>
 本明細書および請求の範囲では、下記の通� ��用語の意味を定義する。

 下限数値~上限数値:下限数値以上かつ上� �数値以下を意味する。

 ロッド(rod):棒、竿状のものを意味する。� ��お、ロッドには、円柱、四角柱、三角柱、� ��錐、四角錐、三角錐、線状、針状のものが� ��まれるものとする。また、ロッドには、後� ��する針状チップが含まれるものとする。

 カップ(cup)状構造:食器の一種である、杯� ��コップ、コーヒーカップ、ティーカップ、� ��グカップ、カップ麺などの容器状の構造を� ��味する。なお、1以上の開口部のある凹部を 有する立体構造であればカップ状の構造であ るものとする。

 <発明の経緯>
 本発明者等は、ZrO/W電子源を用いて比較的� �倍率でSEM像を見る際、装置周辺からの振動� �よりノイズが発生し、分解能が得られず、� �長などを行うことができない場合があるこ� �に気づき、このノイズの除去のために鋭意� �究開発に励んだ。その結果、本発明者等は� �このノイズは、ZrO/W電子源のタングステンフ ィラメントが共振周波数により振動している ことが原因であるのではないかと考えた。

 さらに、本発明者等は、上述の従来技術� ��は、陰極を加熱フィラメントに溶接した構� ��を持つため、例えば比較的高倍率でSEM像を� ��る際、加熱用フィラメントが固有の共振周� ��数を有していることと相俟って、装置外部� ��発生した振動と加熱用フィラメントが共振� ��ると考えらた。そして、本発明者等は、こ� ��共振を抑制するために、何らかの形で加熱� ��フィラメントそのものを陰極から外してし� ��えばよいのではないかと考えた。

 一方、本発明者等は、このチップの振動� ��抑制するため、装置の外側に防振構造を設� ��ることによる対処法が試みられているが、� ��のような対処法では、完全に共振しないよ� ��にするためには、装置として大がかりなも� ��になってしまうという問題があることも見� ��した。

 そこで、本発明者等は、加熱用フィラメ� ��トそのものを陰極から外してしまい、全く� ��の方法によって陰極を加熱する方法に思い� ��り、一端部に電子放出部を有するロッドと� ��ロッドの一端部と異なる他端部に接合され� ��いる伝熱部と、伝熱部を加熱するための電� ��変換部と、を備える電子源であって、電熱� ��換部は、伝熱部の内部に設けられている空� ��中に、伝熱部に対して非接触状態になるよ� ��に配置されている、電子源を作製したとこ� ��、実際にノイズの抑制が可能であることを� ��認し、本発明を完成した。

 <実施形態>
 以下、本発明の実施の形態について、電子� ��微鏡、電子線露光機、測長SEM等に用いられ� ��、動作温度が1500K以下の電子放射陰極を例� �説明するが、本発明はこれに制限されるも� �ではない。尚、すべての図面において、同� �な構成要素には同様の符号を付し、適宜説� �を省略する。

 図2は、本実施形態に係る電子源の一例に ついて横方向から見た図であり、図3は本実� �形態の電子源の一例について針状チップの� �向から見た図である。本実施形態に係る電� �源は、図2~図3に示すように、一端部に電子� �出部を有する針状チップ1(ロッド)と、針状� �ップ1(ロッド)の一端部と異なる他端部に接� �されているカップ状部品6(伝熱部)と、カッ� �状部品6(伝熱部)を加熱するためのフィラメ� �ト3(電熱変換部)と、を備える。

 また、本実施形態に係る電子源では、フ� ��ラメント3(電熱変換部)は、カップ状部品6(� �熱部)の内部に設けられている空隙中に、カ� ��プ状部品6(伝熱部)に対して非接触状態にな� ��ように配置されている。そして、本実施形� ��に係る電子源は、フィラメント3(電熱変換� �)の両端部に電気的に接続されている一対の� ��電端子4と、この一対の導電端子4およびカ� �プ状部品6(伝熱部)を直接的または間接的に� �持する絶縁碍子5と、をさらに備える。

 また、本実施形態に係る電子源は、絶縁� ��子5に、必要ならば金属部品7を介して、カ� �プ状部品6をカップ部分が絶縁碍子5に面する ように固定されている。また、針状チップ1(� ��ッド)の電子放出部と異なる他端部がカップ 状部品6(カップ状構造)の外底部に接合されて いる。すなわち、針状チップ1(ロッド)は、一 端部である先端部に電子放出部を有し、他端 部である基部においてカップ状部品6(カップ� ��構造)の外底部に接合されており、その針状 チップ1(ロッド)の基部から先端部へのベクト ルが、カップ状部品6(カップ状構造)の外底部 平面に略垂直になるように設けられている。

 さらに詳細に説明すれば、カップ状部品6 の外底部の所定の位置に、電子ビームを放射 する高融点金属単結晶からなる針状チップ1� �溶接等により固定されている。そして、こ� �カップ状部品6のカップ内部に加熱用ヒータ� ��としての加熱用フィラメント3が機械的、電 気的に非接触となるように配置され、この加 熱用フィラメント3は、絶縁碍子5に固定され� ��導電端子4に電気的に接続されている。

 ここで、カップ状部品6のカップ内部に加 熱用ヒーターとしての加熱用フィラメント3� �材質は、特に限定しないが、例えば加熱効� �の面からタングステン製の加熱用フィラメ� �ト3を用いることが好ましい。また、加熱用� ��ィラメント3を配置する際には、配置形状を 特に限定するものではなく、加熱用フィラメ ント3がカップ状部品6に接触することがなく� ��さらに加熱用フィラメント3からの輻射熱に より電子源の安定動作温度領域までカップ状 部品6および針状チップ1を加熱することが可� ��であればよい。具体例としては、図2に示す ように、加熱用フィラメント3をカップ状部� �6のカップ内部で、カップ状部品6と所定の間 隔(例えば、0.2mm以上の間隔)を空けた上で螺� �状に巻いて配置しても良い。

 このように螺旋状に巻いて配置すれば、� ��熱用フィラメント3の構造が力学的に安定す るので、多少の振動によっても加熱用フィラ メント3がカップ状部品6に接触することがな� ��、加熱用フィラメント3の表面積を多くカッ プ内に確保できるので、加熱用フィラメント 3からの輻射熱により電子源の安定動作温度� �域までカップ状部品6および針状チップ1を効 率よく加熱できる。そして、この加熱用フィ ラメント3の螺旋状の部分は、絶縁碍子5にロ� ��付けされた一対の導電端子4に、加熱用フィ ラメント3の非螺旋状の部分を介して溶接に� �り固定され、通電加熱できるようにする。

 本実施形態に係る電子源は、当該構造を� ��用しているので、加熱用フィラメント3から の輻射熱により電子源の安定動作温度領域ま でカップ状部品6および針状チップ1を加熱す� ��ことが可能であると同時に、加熱用フィラ� ��ント3の振動がカップ状部品6に伝わらない� �、外界からの振動によるカソード(陰極、す� ��わち針状チップ1)の共振によるノイズの発� �が極めて小さく押さえることができる。す� �わち、本実施形態に係る電子源によれば、� �熱用フィラメント3(電熱変換部)が、カップ� �部品6(伝熱部)の内部に設けられている空隙� �に、カップ状部品6(伝熱部)に対して非接触� �態になるように配置されているため、電子� �を用いる装置が外部より振動を受けても、� �定した電子線を与えることができる。その� �果、当該電子源を用いた装置では、その外� �に防振構造などを設けることなく高分解能� �得られ、低いコストで高信頼性を達成する� �とができるという格別の効果が得られる。

 ここで、本実施形態で用いる針状チップ1 の材料としては、特に限定するものではなく 、任意の公知の材料を用いることができるが 、高融点金属の単結晶であることが好ましく 、特に、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、� �リジウム(Ir)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、レ� �ウム(Re)の何れかから選ばれた元素の単結晶� ��あることが、蒸発消耗等により信頼性を損� ��ることが無く好ましい。

 さらに、針状チップ1の材料としては、例 えばタングステン(W)単結晶またはモリブデン (Mo)単結晶を用いることがより一層好ましい� �より具体的には、軸方位が<100>方位から なるタングステン単結晶の針状のチップ(ロ� �ド、陰極)を用いることが最も好ましい。針� ��チップ1の材料として、このような材料を用 いれば、長寿命でより高輝度の電子ビームを 放出可能な電子源を得ることができるためで ある。

 また、針状チップ1には、特に限定する趣 旨ではないが、電子放射面の仕事関数を低下 させる効果のある金属と酸素からなる供給源 が設けられることが好ましい。具体例として は、とりわけジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、� ��フニウム(Hf)、スカンジウム(Sc)、イットリ� �ム(Y)、ランタノイド系列元素、バリウム(Ba)� ��ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)の群か� �選ばれた元素を含有する金属酸化物からな� �供給源を有する電子源が、高分解能SEM用の� �子源として用いるための電界放射電子源と� �て好ましく適用できる。

 また、本実施形態で用いるカップ状部品6 についても、特に限定するものではなく、任 意の公知の材料を用いることができるが、同 様の理由から高融点金属の単結晶であること が好ましく、タングステン(W)、モリブデン(Mo )、イリジウム(Ir)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)� �レニウム(Re)の何れかからなることが、蒸発� ��耗等により信頼性を損ねることが無く好ま� ��い。

 カップ状部品6の絶縁碍子5への固定にお� �ては、直接絶縁碍子5にロウ付け等の方法で� ��定しても構わないが、図2に例示するように 、カップ状部品6を溶接等により固定できる� �属部品7を予め絶縁碍子5にロウ付け等で固定 しておき、後からカップ状部品6を固定する� �とで、作製が容易になり、かつカップを強� �に固定できるので好ましい。なお、金属部� �7には剛性を維持しつつ熱の逃げを低減する� ��め、図3に示すような穴を数ヶ所設けておく ことが好ましい。また、カップ状部品6を固� �するための金属部品7は、電気的に制御でき� ��よう、絶縁碍子5にロウ付けされた一対の導 電端子4とは電気的に接触しないように、間� �を空けて設けることが好ましい。また、カ� �プ状部品6を固定するための金属部品7は、力 学的な構造安定性の実現のためには、さらに 別の金属片20を介して絶縁碍子5に接続してい ることが好ましい。

 また、針状チップ1とカップ状部品6との� �ずれもが、タングステン、モリブデン、イ� �ジウム、ニオブ、タンタル、レニウムの何� �かから選ばれた元素の一つの単結晶からな� �一体成形品である場合には、カップ状部品6� ��絶縁碍子5に溶接等で固定することのみで、 後から針状チップ1を接続する必要が無く、� �造し易い利点が得られる。さらに、この場� �には、予め位置精度よく針状チップ1をカッ� ��状部品6に形成することが可能であり針状チ ップ1の位置精度に優れる電子源が容易に得� �ことができるので好ましい。

 本実施形態の電子源は、その使用温度に� ��いてその上限を設けるべき理由はないもの� ��、加熱用ヒーターとして通常のタングステ� ��、タングステン-レニウム等からなる加熱用 フィラメント3を採用するとき、加熱フィラ� �ント3が許容される温度が2000K以下であり、� �定動作を確保できる針状チップ1の温度は1500 K以下、さらに好ましくは1300K以下である。従 い、動作温度が1500K以下の電子源、更に好ま� ��くは1300K以下の動作温度の電子源において� �実施形態の効果が顕著に発揮できる。

 1500K以下の温度で安定動作する電子源と� �ては、針状チップ1がタングステン単結晶ま� ��はモリブデン単結晶からなり、電子放射面� ��仕事関数を低下させる効果のある金属と酸� ��からなる供給源、とりわけチタン、ハフニ� ��ム、スカンジウム、イットリウム、ランタ� ��イド系列元素、バリウム、ストロンチウム� ��カルシウムの群から選ばれた元素を含有す� ��金属酸化物からなる供給源を有する電子源� ��好ましく適用できる。

 図4は、電子放射特性の評価装置の構成図 である。図4に示すように、この針状チップ1� ��引き出し電極9とサプレッサー電極8の間に� �置して、引き出し電極9に対して針状チップ1 に数キロボルトの負の高電圧を印加する。サ プレッサー電極8には針状チップ1に対して数� ��ボルトの負の電圧を印加すると共に針状チ� ��プ1を1300K以下に加熱することにより電子放� ��が行なえる。

 <作用効果>
 以下、本実施形態の電子源の作用効果につ� ��て説明する。
 本実施形態に係る電子源は、一端部に電子� ��出部を有する針状チップ1と、針状チップ1� �一端部と異なる他端部に接合されているカ� �プ状部品6と、カップ状部品6を加熱するため の加熱用フィラメント3と、を備える電子源� �ある。そして、加熱用フィラメント3は、カ� ��プ状部品6の内部に設けられている空隙中に 、カップ状部品6に対して非接触状態になる� �うに配置されている。

 この構成によれば、加熱用フィラメント3 が、カップ状部品6の内部に設けられている� �隙中に、カップ状部品6に対して非接触状態� ��なるように配置されているため、加熱用フ� ��ラメント3と、カップ状部品6に接合されて� �る針状チップ1が有する電子放出部とが互い� ��非接触状態に設けられていることになる。� ��して、加熱用フィラメント3と、電子放出部 とが互いに非接触状態に設けられているため 、装置外部で発生した振動に対して加熱用フ ィラメント3が共振したとしても、加熱用フ� �ラメント3の共振が電子放出部に伝わって電� ��放出部そのものも振動することをほぼ完全� ��抑制することができる。

 その結果、この構成によれば、電子放出� ��がほとんど振動しないことによって、電子� ��から放出される電子線において非常に微小� ��ノイズの発生すら抑制することができる。� ��なわち、この構成によれば、電子源を用い� ��装置が外部より振動を受けても、安定した� ��子線を与えることができる。

 すなわち、この構成によれば、電子源が� ��用に供されたときに、装置周辺からの振動� ��より電子源が共振してノイズを発生するこ� ��が防止されるので、例えば高倍率でSEM像を� ��察する場合においても、高分解能な電子線� ��提供できるという効果が得られる。特に、� ��源を等倍や拡大、あるいは低い縮小倍率で� ��束する光学系においては、この針状チップ1 のわずかな振動による非常に微小なノイズの 影響は深刻なものになりやすいが、そのよう な深刻な影響を防ぐことができる。

 また、本実施形態に係る電子源は、加熱� ��フィラメント3の両端部に電気的に接続され ている一対の導電端子4と、一対の導電端子4� ��よび加熱用フィラメント3を直接的または間 接的に担持する絶縁碍子5と、をさらに備え� �。

 このため、本実施形態に係る電子源では� ��一対の導電端子4を介して加熱用フィラメン ト3に電流を流すことができ、加熱用フィラ� �ント3からの輻射熱により電子源の安定動作� ��度領域までカップ状部品6および針状チップ 1を加熱することが可能になる。また、絶縁� �子5によって一対の導電端子4を介して加熱用 フィラメント3を担持することができるため� �本実施形態に係る電子源の力学的な構造安� �性を高めることができる。

 また、本実施形態に係る電子源では、カ� ��プ状部品6が開口部を有する凹部を有してお り、針状チップ1の他端部がカップ状部品6の� ��底部に接合されている。そして、加熱用フ� ��ラメント3が、カップ状部品6の内部に、カ� �プ状部品6に対して非接触状態になるように� ��置されている。

 このため、本実施形態に係る電子源では� ��カップ状部品6が開口部を有する凹部を有す るため、加熱用フィラメント3を、カップ状� �品6の内部に、カップ状部品6に対して非接触 状態になるように配置すいることが可能にな る。その結果、加熱用フィラメント3からの� �射熱により電子源の安定動作温度領域まで� �ップ状部品6および針状チップ1を効率よく加 熱することが可能になる。また、針状チップ 1の他端部がカップ状部品6の外底部に接合さ� ��ていることによって、電子源を組み立てる� ��が容易になり針状チップ1の力学的な構造安 定性および位置精度を高めることができる。

 また、本実施形態に係る電子源では、針� ��チップ1が、一端部である先端部に電子放出 部を有し、他端部である基部においてカップ 状部品6の外底部に接合されており、その針� �チップ1の基部から先端部へのベクトルが、� ��ップ状部品6の外底部平面に略垂直になるよ うに設けられている。

 このため、電子源を組み立てる際に、針� ��チップ1のカップ状部品6の外底部平面での� �置決めおよび溶接等による固定がさらに容� �になり、針状チップ1の力学的な構造安定性� ��よび位置精度をさらに高めることができる� ��

 また、本実施形態に係る電子源では、針� ��チップ1が、タングステン、モリブデン、イ リジウム、ニオブ、タンタルまたはレニウム の単結晶と、その単結晶に設けられている金 属元素の酸化物を拡散させるための供給源と を有することが好ましい。また、この金属酸 化物が、ジルコニウム、チタン、ハフニウム 、スカンジウム、イットリウム、ランタノイ ド系列元素、バリウム、ストロンチウムおよ びカルシウムからなる群から選ばれる1種以� �の元素を含有することがより好ましい。

 このようにすれば、1300K等の運転条件で� �長期の動作によっても針状チップ1の電子放� ��面の仕事関数が低く維持されるという特徴� ��有している。

 また、本実施形態に係る電子源では、カ� ��プ状部品6が、タングステン、モリブデン、 イリジウム、ニオブ、タンタルおよびレニウ ムからなる群から選ばれる1種以上の金属を� �む材料からなることが好ましい。また、カ� �プ状部品6および針状チップ1が、タングステ ン、モリブデン、イリジウム、ニオブ、タン タルまたはレニウムの単結晶からなる一体成 形構造を有することがより好ましい。

 このようにすれば、カップ状部品6および 針状チップ1が同じ材料からなる一体成形構� �であるため、カップ状部品6を絶縁碍子5に溶 接等で固定することのみで、後から針状チッ プ1を接続する必要が無く、製造し易い利点� �得られる。さらに、この場合には、予め位� �精度よく針状チップ1をカップ状部品6に形成 することが可能であり針状チップ1の位置精� �に優れる電子源が容易に得ることができる� �で好ましい。

 また、本実施形態に係る電子源では、針� ��チップ1の動作温度が1500K以下であることが� ��ましい。加熱フィラメント3による針状チッ プ1の加熱が確保できるのは1500K以下だからで あり、この温度範囲であれば、電子源を用い る装置が外部より振動を受けても、電子放出 部の振動を特に効果的に抑制することができ るので、より一層安定した電子線を与えるこ とができる。

 以上、図面を参照して本発明の実施形態� ��ついて述べたが、これらは本発明の例示で� ��り、上記以外の様々な構成を採用すること� ��できる。

 例えば、上記実施の形態では加熱用フィ� ��メント3をカップ状部品6のカップ内部で螺� �状に巻いて配置することとしたが、特に限� �する趣旨ではない。例えば、加熱用フィラ� �ント3をカップ状部品6のカップ内部で、カッ プ状部品6と所定の間隔(例えば、0.2mm以上の� �隔)を空けた上でジグザグに折り曲げてもよ� ��。このようにしても、同様に加熱用フィラ� ��ント3の構造が力学的に安定するので、多少 の振動によっても加熱用フィラメント3がカ� �プ状部品6に接触することがなく、加熱用フ� ��ラメント3の表面積を多くカップ内に確保で きるので、加熱用フィラメント3からの輻射� �により電子源の安定動作温度領域までカッ� �状部品6および針状チップ1を効率よく加熱で きるという利点が得られる。