DE112013002551T5

DE112013002551T5 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Strahls geladener Teilchen, mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, Vorrichtung zur Erzeugung einer Hochspannung und mit einem hohen Potential arbeitende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112013002551T5
Application number: DE112013002551.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi High-Technologies Onishi Takashi; c/o Hitachi High-Technologies Watanabe Shunichi; c/o Hitachi High-Technologies Kaneda Minoru
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2015-02-05
Also published as: JP5959326B2; US9548182B2; JP2013257983A; CN104364878A; WO2013187155A1; US20150179387A1

Abstract

Ein einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit Folgendem versehen: einer Quelle geladener Teilchen, mehreren entlang einer Einstrahlungsrichtung geladener Teilchen von der Quelle geladener Teilchen angeordneten ersten Elektroden, mehreren Isolationselementen, die zwischen den ersten Elektroden angeordnet sind, und einem Gehäuse, das um die mehreren ersten Elektroden montiert ist. Das Gehäuse besteht aus einem isolierenden festen Material und weist mehrere zweite Elektroden auf, die an Positionen in der Nähe der mehreren ersten Elektroden angeordnet sind. Wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden ist mit wenigstens einer der mehreren ersten Elektroden elektrisch verbunden, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Isolieren eines Hochspannungssystems und insbesondere ein einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument, ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Instrument, einen Hochspannungsgenerator und ein mit einem hohen elektrischen Potential arbeitendes Instrument, worauf die Technologie angewendet wird.
Stand der Technik
Ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Instrument ist eine Vorrichtung zum Beschleunigen von Teilchen (geladenen Teilchen) mit einer elektrischen Ladung in der Art von Elektronen oder positiven Ionen unter Verwendung eines elektrischen Felds und zum Bestrahlen einer Probe mit den geladenen Teilchen. Das mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Instrument führt eine Beobachtung, Analyse, Verarbeitung und dergleichen der Probe unter Verwendung einer Wechselwirkung der Probe und der geladenen Teilchen aus. Beispiele des mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Instruments umfassen ein Elektronenmikroskop (EM), ein Elektronenstrahllithographie-(EB)-System, ein mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) arbeitendes System und ein Ionenmikroskop (IM). Von diesen mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Instrumenten ist das Elektronenmikroskop eine Vorrichtung zum Ausführen einer Beobachtung einer mikroskopischen Struktur oder zur Analyse eines Bestandteils durch Bestrahlen der Probe mit Elektronen und Detektieren der Wechselwirkung der Elektronen und der Probe als ein Signal. Nachfolgend wird das Elektronenmikroskop beschrieben.
Das Elektronenmikroskop ist häufig mit einem Elektronenbeschleunigungssystem unter Verwendung eines negativen Hochspannungspotentials versehen. Das Elektronenmikroskop ist mit einer Elektronenquelle zum Erzeugen freier Elektronen in einem Vakuum versehen. Das Elektronenmikroskop erzeugt einen Fluss einer Anzahl von Elektronen mit einer bestimmten kinetischen Energie (einen Elektronenstrahl) durch Beschleunigen der freien Elektronen von der Elektronenquelle unter Verwendung einer Potentialdifferenz. Die meisten Elektronenmikroskope weisen einen Aufbau auf, bei dem zum Erhalten des Elektronenstrahls die Elektronenquelle an einer Kathode mit einem negativen Hochspannungspotential angeordnet ist, während eine Anode auf den Massepegel gelegt wird. Die Elektronen werden durch die Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Anode auf eine gewünschte Energie beschleunigt, wodurch der Elektronenstrahl erzeugt wird. Der Teil des Elektronenmikroskops, in dem der Elektronenstrahl erzeugt wird, wird als Elektronenkanone bezeichnet. Bei vielen Elektronenmikroskopen entspricht die Energie des von der Elektronenkanone erzeugten Elektronenstrahls dem Hochspannungspotential im Elektronenquellenabschnitt der Elektronenkanone.
Beispiele des Elektronenmikroskops umfassen ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) und ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Das Rasterelektronenmikroskop ist eine Vorrichtung, welche Sekundärelektronen oder rückgestreute Elektronen und dergleichen von der Probenoberfläche verwendet und eine maximale Elektronenstrahlenergie von etwa 30 kV benötigt.
Das Rastertransmissionselektronenmikroskop und das Transmissionselektronenmikroskop sind Vorrichtungen, welche von der Probe durchgelassene oder gestreute Elektronen beobachten und benötigen typischerweise eine Elektronenstrahlenergie von 100 kV oder mehr. Wie vorstehend erwähnt, weisen viele der Elektronenmikroskope den Aufbau auf, bei dem die Elektronenstrahlenergie durch ein Hochspannungspotential im Elektronenquellenabschnitt bereitgestellt wird. Auf diese Weise ist es bei einem Elektronenmikroskop, das eine höhere Elektronenstrahlenergie benötigt, erforderlich, das Hochspannungspotential des Elektronenquellenabschnitts von den umgebenden Massepegelabschnitten zu isolieren, so dass das Potential stabil gehalten werden kann.
Demgemäß wird in der Elektronenkanone mit einer Beschleunigungsspannung von mehr als 100 kV häufig eine Beschleunigungsröhrenstruktur verwendet. In der Beschleunigungsröhrenstruktur ist eine Struktur (Beschleunigungsröhre), die Isolatorröhren und Metallringe, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind, aufweist, zwischen dem Elektronenquellenabschnitt (der Kathode), der auf einem negativen Hochspannungspotential gehalten wird, und der Anode, die ein Elektronenstrahlausgang ist und auf einem Massepegel liegt, montiert. Die Beschleunigungsröhrenstruktur wird an Stelle der direkten Verbindung des Elektronenquellenabschnitts und der Anode unter Verwendung einer einzigen Isolatorröhre aus den folgenden Gründen verwendet. Wenn es eine Potentialdifferenz zwischen den Enden eines langen Isolators gibt, statt dass die Konturlinien des elektrischen Potentials glatt über den Isolator zwischen den Elektroden an beiden Enden verteilt sind, wird ein Abschnitt mit schmalen Intervallen der Konturlinien des elektrischen Potentials (konzentrierter Abschnitt des elektrischen Felds) an einem Abschnitt erzeugt, der einem der Enden des langen Isolators näher liegt. Im konzentrierten Abschnitt des elektrischen Felds kann ein elektrischer Durchbruch beim Anlegen einer Hochspannung hervorgerufen werden. Demgemäß wird in der Beschleunigungsröhrenstruktur eine gestapelte Struktur von Isolatorröhren und Zwischenraumelektroden verwendet, und den Zwischenraumelektroden werden zwangsweise Zwischenpotentiale zwischen der Elektronenquelle und dem Massepegel unter Verwendung von Ableitwiderständen gegeben. Dadurch brauchen die Isolatorröhren nur die Funktion des Isolierens zwischen den Elektroden auf beiden Seiten der Isolatorröhren bereitstellen, wodurch der Abschnitt hohen Potentials stabil gehalten werden kann.
Es wird die Isolation der Beschleunigungsröhrenstruktur betrachtet. Zwischen der Beschleunigungsröhre und den umgebenden Massepegelabschnitten befindet sich eine Potentialdifferenz von maximal beispielsweise 200 kV. Die Potentialdifferenz kann eine Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhre und dem Massepegelabschnitt eines Behälters hervorrufen. Auf diese Weise benötigt die Elektronenkanone die Funktion des Stabilhaltens der Potentialdifferenz (Isolatorabschnitt).
Patentdokument 1 offenbart eine Struktur, wobei die Beschleunigungsröhre von einem Metallbehälter umgeben ist. In Patentdokument 1 ist der Metallbehälter um die Beschleunigungsröhre herum angeordnet und auf den Massepegel gelegt. In Patentdokument 1 ist der Behälter mit einem Gasisolator oder einem flüssigen Isolator gefüllt, um eine Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhre und dem Massepegelabschnitt des Behälters zu verhindern. Auf diese Weise wird eine Entladung zwischen Elektroden mit einer Potentialdifferenz verhindert.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP 2006-216396 A

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In Patentdokument 1 wird ein Gasisolator oder ein flüssiger Isolator (nachstehend als ”Isolatormaterial” bezeichnet) verwendet. Das Isolatormaterial sollte eine möglichst hohe Isolierwirkung aufweisen, um die Größe, das Gewicht und die Kosten der Elektronenkanonenvorrichtung zu verringern. Als Gasisolator kann SF₆ (Schwefelhexafluorid) verwendet werden. Als flüssiger Isolator kann Rapsöl, eine reaktionsträge Fluorflüssigkeit oder dergleichen verwendet werden. Wenngleich diese Isolatormaterialien eine ausgezeichnete Isolierwirkung aufweisen, ist SF₆ ein zur globalen Erwärmung beitragendes Gas, dessen verwendete Menge begrenzt werden soll. Es gibt jedoch kaum einen anderen Gasisolator, der umweltfreundlicher als SF₆ ist, während er eine ausgezeichnete Isolierwirkung bereitstellt. Demgemäß besteht ein Bedarf an einer Struktur, welche die Verwendung eines Gasisolators überflüssig macht oder die verwendete Menge davon verringert.
Im Fall eines flüssigen Isolators, wie Rapsöl, würde das Vorhandensein von Blasen die Isolierwirkung verringern, wodurch es schwierig wird, die Vorrichtung zu öffnen oder zu schließen. Demgemäß ist die Verwendung des flüssigen Isolators in einer Vorrichtung, die eine regelmäßige Demontage und Wartung erfordert, wie in der Elektronenkanone, schwierig. Bei einem Verfahren wird der flüssige Isolator durch einen festen Isolator in der Art eines Harzes ersetzt, mit dem Bereiche um die Beschleunigungsröhre herum gefüllt werden. Im Allgemeinen kann der feste Isolator eine höhere Isolierwirkung bereitstellen als Gasisolatoren oder flüssige Isolatoren. Sobald der feste Isolator eingefüllt wurde und sich verfestigt hat, werden die Demontage und die Wartung jedoch fast unmöglich.
Abgesehen von der Elektronenkanone gibt es eine Anzahl von Hochspannungssystemen, die mit einer Anzahl von Stufen gestapelter Elektrodensäulen versehen sind, welche zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Vorrichtung und den Massepegelabschnitten angeordnet sind, wobei die Elektrodensäulen stufenweise auf Zwischenpotentiale gelegt werden. Beispiele einer Vorrichtung mit einer solchen Struktur sind Hochspannungsgeneratoren vom Cockcroft-Walton-Typ oder vom Van-de-Graaff-Typ und statische elektrische Beschleunigungsröhren für Ionenbeschleuniger. Diese Hochspannungssysteme weisen das gemeinsame technische Problem auf, den Abschnitt hohen Potentials insgesamt vom umgebenden Behälter auf dem Massepegel zu isolieren. Demgemäß tritt bei diesen Hochspannungssystemen auch das vorstehende Problem auf, wenn ein Gasisolator oder ein flüssiger Isolator verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Technologie vor, die in der Lage ist, die Wartbarkeit zu erhöhen, ohne ein gasförmiges oder flüssiges Isolatormaterial in einem Hochspannungssystem zu verwenden, oder die verwendete Menge verringern kann.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument vorgesehen, wobei das Instrument Folgendes aufweist: eine Quelle geladener Teilchen, mehrere erste Elektroden, die entlang einer Einstrahlungsrichtung geladener Teilchen von der Quelle geladener Teilchen angeordnet sind, mehrere Isolationselemente, die zwischen den ersten Elektroden angeordnet sind, und ein Gehäuse, das um die mehreren ersten Elektroden angeordnet ist, wobei das Gehäuse aus einem isolierenden festen Material besteht, das Gehäuse mehrere zweite Elektroden aufweist, die an Positionen in der Nähe der mehreren ersten Elektroden montiert sind, und wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit wenigstens einer der mehreren ersten Elektroden verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Instrument vorgesehen, welches ein einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Hochspannungsgenerator vorgesehen, welcher Folgendes aufweist: mehrere erste Elektroden, die auf einer Massepegelfläche gestapelt sind, mehrere Isolationselemente, die zwischen den ersten Elektroden angeordnet sind, und ein Gehäuse, das um die mehreren ersten Elektroden herum montiert ist, wobei das Gehäuse aus einem isolierenden festen Material besteht, das Gehäuse mehrere zweite Elektroden aufweist, die an Positionen in der Nähe der mehreren ersten Elektroden montiert sind, und wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit wenigstens einer der mehreren ersten Elektroden verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Instrument vorgesehen, welches den Hochspannungsgenerator aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein mit einem hohen elektrischen Potential arbeitendes Instrument vorgesehen, welches Folgendes umfasst: einen Abschnitt hohen Potentials, in dem ein hohes Potential erzeugt wird, wenigstens eine erste Elektrode, die zwischen dem Abschnitt hohen Potentials und einer Massepegelfläche angeordnet ist, und ein Gehäuse, das um den Abschnitt hohen Potentials und die erste Elektrode herum montiert ist, wobei das Gehäuse aus einem isolierenden festen Material besteht, das Gehäuse mehrere zweite Elektroden aufweist, die entsprechend vorgegebenen Potentialintervallen von der Massepegelfläche zum Abschnitt hohen Potentials angeordnet sind, und wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential wie jedes Potential in den vorgegebenen Potentialintervallen aufweist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, in einem Hochspannungssystem die Verwendung eines gasförmigen oder flüssigen Isolatormaterials überflüssig zu machen oder seine verwendete Menge zu verringern, und es wird auch die Wartbarkeit erhöht.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung in der vorliegenden Patentschrift und anhand der anliegenden Zeichnung verständlich werden. Andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verständlich werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 ein Konzeptdiagramm eines mit einer Elektronenkanone versehenen Elektronenmikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine laterale Schnittansicht der mit einer Beschleunigungsröhrenstruktur versehenen Elektronenkanone gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 ein Diagramm einer Äquipotentialebene der Beschleunigungsröhrenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 ein Diagramm einer Äquipotentialebene einer Beschleunigungsröhrenstruktur unter Verwendung eines Metallgehäuses, wobei es sich um eine herkömmliche Struktur handelt,
5 ein Konzeptdiagramm eines mit einer Elektronenkanone versehenen Elektronenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
6 eine laterale Schnittansicht eines Hochspannungsgenerators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es sei bemerkt, dass, wenngleich die anliegende Zeichnung konkrete Ausführungsformen und Implementationsbeispiele gemäß den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zeigt, diese lediglich dem Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind.
<Erste Ausführungsform>
1 ist ein Konzeptdiagramm eines mit einer Elektronenkanone versehenen Elektronenmikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel des mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Instruments. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Elektronenmikroskope beschränkt und kann auch auf andere mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Instrumente angewendet werden, bei denen Teilchen mit einer elektrischen Ladung, wie Elektronen oder positive Ionen (geladene Teilchen), die von einer Quelle geladener Teilchen emittiert werden, durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden und auf eine Probe eingestrahlt werden. Beispiele umfassen ein Elektronenstrahl-Lithographiesystem, ein mit einem fokussierten Ionenstrahl arbeitendes System und ein Ionenmikroskop.
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Elektronenmikroskop eine Elektronenkanone 1, ein Elektronenoptiksystem 2, einen Probenhalter 3, einen Detektor 4, eine Leistungsversorgungseinheit 5, eine Messeinheit 6 und eine Betriebseinheit 7 auf. Die Elektronenkanone 1 weist eine Elektronenquelle 11, ein Gehäuse 13, eine Beschleunigungsröhre 14, eine Vakuumpumpe 15 und eine Leistungsversorgung 51 auf. Die Leistungsversorgung 51 führt der Elektronenquelle 11 ein Hochspannungspotential zu. Die Beschleunigungsröhre 14 ist entlang einer Einstrahlungsrichtung von Elektronen von der Elektronenkanone 1 angeordnet. Das Gehäuse 13 ist um die Beschleunigungsröhre 14 herum angeordnet, um das Hochspannungspotential der Elektronenquelle 11 von den umgebenden Bereichen zu isolieren. Die Vakuumpumpe 15 pumpt das Innere der Elektronenkanone 1. Bei dieser Konfiguration emittiert die Elektronenkanone 1 Elektronen von der Elektronenquelle 11 und beschleunigt die Elektronen durch die Beschleunigungsröhre 14, wodurch ein Elektronenstrahl 10 erzeugt wird.
Das Elektronenoptiksystem 2 konvergiert den Elektronenstrahl 10 und lenkt ihn ab, wodurch die Probe 31 mit dem Elektronenstrahl 10 bestrahlt wird. Der Probenhalter 3 hält eine Probe 31 und kann bewegt, geneigt oder angepasst werden, um die Probe bei Bedarf zu ersetzen. Der Detektor 4 detektiert von der Probe 31 erzeugte Sekundärelektronen, rückgestreute Elektronen, durchgelassene Elektronen, vorwärts gestreute Elektronen, Röntgenstrahlen oder dergleichen. Die Leistungsversorgungseinheit 5 führt dem Elektronenoptiksystem 2, dem Probenhalter 3 und dem Detektor 4 Leistung zu. Beispielsweise führt die Leistungsversorgungseinheit 5 dem Elektronenoptiksystem 2 Leistung zu, während die Ausgabe eingestellt wird, so dass der Elektronenstrahl 10 so gesteuert wird, dass er einen vom Bediener geforderten Zustand annimmt. Das Elektronenoptiksystem 2 ist mit einer Vakuumpumpe 21 zum Evakuieren des Inneren des Elektronenoptiksystems 2 versehen.
Die Messeinheit 6 wandelt Informationen vom Detektor 4 in ein Digitalsignal um. Die Betriebseinheit 7 weist eine Informationsverarbeitungsvorrichtung in der Art eines Computers auf. Die Betriebseinheit 7 umfasst eine CPU (nicht dargestellt, welche auch als eine Betriebseinheit oder ein Prozessor bezeichnet werden kann), einen Speicher, eine Speichervorrichtung (nicht dargestellt) in der Art einer HDD oder eines ROMs, eine Ein-/Ausgabevorrichtung (nicht dargestellt) in der Art einer Tastatur und eine Anzeige und eine Kommunikationseinheit (nicht dargestellt), welche mit verschiedenen Bestandteilen des Elektronenmikroskops kommuniziert. Die Betriebseinheit 7 steuert die Elektronenkanone 1 und das Elektronenoptiksystem 2 durch die Leistungsversorgungseinheit 5, verarbeitet Informationen von der Messeinheit 6 und stellt die Informationen auf der Ein-/Ausgabevorrichtung in einer für den Bediener sichtbaren Weise dar oder zeichnet die Informationen in der Speichervorrichtung auf.
2 ist eine laterale Schnittansicht der mit der Beschleunigungsröhre versehenen Elektronenkanone gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 sind Elemente, die jenen in 1 ähneln, mit ähnlichen Zahlen bezeichnet. Die Elektronenkanone 1 weist eine im Wesentlichen axialsymmetrische Struktur in Bezug auf die Achse des Elektronenstrahls 10 auf. Die Elektronenkanone 1 ist mit mehreren Elektroden (121, 122, 123, 124), die entlang der Einstrahlungsrichtung von Elektronen von der Elektronenquelle 11 angeordnet sind, und mit mehreren Isolatorröhren (101, 102, 103, 104, 105), die zwischen den mehreren Elektroden angeordnet sind, versehen. Die mehreren Elektroden (121, 122, 123, 124) und die mehreren Isolatorröhren (101, 102, 103, 104, 105) sind abwechselnd zwischen der Elektronenquelle 11 und einer auf dem Massepegel liegenden Anode 125 gestapelt. Die gestapelte Struktur insgesamt wird als Beschleunigungsröhrenstruktur bezeichnet. An beiden Enden der Beschleunigungsröhrenstruktur ist eine Kathode 120 angeordnet, die in etwa das gleiche Potential aufweist wie die Elektronenquelle 11 und die Anode 125.
Die zwischen der Kathode 120 und der Anode 125 gestapelten Elektroden (121, 122, 123, 124) werden als Zwischenraumelektroden bezeichnet. Die Kathode 120, die Elektroden (121, 122, 123, 124) und die Anode 125 sind durch Widerstände (130, 131, 132, 133, 134) miteinander verbunden. Durch die Widerstände (130, 131, 132, 133, 134) fließt ständig ein dem Potential zwischen der Kathode 120 und der Anode 125 entsprechender Strom. Demgemäß wirken die Widerstände (130, 131, 132, 133, 134) als Ableitwiderstände, welche die Potentiale der Elektroden (121, 122, 123, 124), d. h. der Zwischenraumelektroden, in gleiche Intervalle zerlegen und in gleichen Intervallen halten. Beispielsweise sind bei einer Elektronenkanone mit einer Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung von 200 kV, wenn eine Struktur mit vier Zwischenraumelektroden (121, 122, 123, 124) betrachtet wird, die Potentiale, die den sechs Elektroden unter Einschluss der Kathode 120 und der Anode 125 an beiden Enden gegeben sind, –200 kV, –160 kV, –120 kV, –80 kV, –40 kV bzw. 0 kV.
In der Elektronenkanone 1 wird das Innere der Beschleunigungsröhrenstruktur durch die Vakuumpumpe 15 auf einem Vakuum gehalten, um einen Durchgang für den von der Elektronenquelle 11 erzeugten Elektronenstrahl 10 bereitzustellen. Die gestapelten Elektroden (121, 122, 123, 124) wirken als Zwischenraumelektroden, welche dem hindurchtretenden Elektronenstrahl 10 infolge von Potentialdifferenzen Energie bereitstellen. Der von der Elektronenquelle 11 erzeugte Elektronenstrahl 10 wird durch die Potentiale der Zwischenraumelektroden stufenweise zur Anode 125 in der Beschleunigungsröhrenstruktur beschleunigt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Beschleunigungsröhrenstruktur vom Gehäuse 13 umgeben. Als ein Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht das Gehäuse 13 aus einem isolierenden festen Material in der Art eines Harzes mit einer hohen Isolierwirkung. Als das Harz können herkömmliche Harze, wie Epoxidharz, verwendet werden. Eine Außenfläche 16 des Gehäuses 13 ist mit einer elektrisch leitenden Farbe überzogen, um auf dem Massepegel zu liegen. Auf eine Innenfläche des Harzgehäuses 13 sind eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 und mehrere innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektroden (111, 112, 113, 114) montiert. Die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 ist an einer der Kathode 120 entgegengesetzten Position in einer zum Elektronenstrahl 10 orthogonalen Richtung montiert. Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) sind jeweils an den Elektroden (121, 122, 123, 124) entgegengesetzten Positionen in der zum Elektronenstrahl 10 orthogonalen Richtung montiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 der Kathode 120 und entsprechen die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) jeweils den Elektroden (121, 122, 123, 124). Die entsprechenden Elektroden sind durch Verbindungsmittel (150, 151, 152, 153, 154) in der Art von Metallfedern miteinander verbunden, wobei das Gehäuse 13 um die Beschleunigungsröhrenstruktur herum angebracht ist. Wenn das Gehäuse 13 insbesondere um die Beschleunigungsröhrenstruktur herum angebracht ist, sind die Kathode 120 und die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 elektrisch miteinander verbunden, so dass sie auf dem gleichen Potential liegen. Auch sind die Elektroden (121, 122, 123, 124) und die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) elektrisch miteinander verbunden, wodurch die entsprechenden Elektroden das gleiche Potential haben. In dieser Konfiguration bildet der Abschnitt des Harzgehäuses 13 einen Abschnitt mit schmalen Intervallen der Konturlinien des elektrischen Potentials (konzentrierter Abschnitt des elektrischen Felds), wobei der Raum 12 ein niedriges elektrisches Feld aufweist. Demgemäß kann die Entwicklung einer Entladung zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und der Massepegelfläche des Gehäuses 13 durch das Harz mit einer Durchbruchspannung verhindert werden. Im Allgemeinen ist Harz eine Substanz, die verglichen mit Vakuum, einem Gas oder einer Flüssigkeit eine hohe Durchbruchspannung aufweist. Demgemäß kann, verglichen mit dem Fall, in dem ein Vakuum, ein Gasisolator oder ein flüssiger Isolator für die Isolation verwendet wird, der Abstand zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und der Massepegelfläche des Gehäuses 13 verringert werden, wodurch die Größe der Gesamtstruktur verringert werden kann.
Zum Verhindern einer Entladung zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und der Massepegelfläche des Gehäuses 13 kann der Raum zwischen der Massepegelfläche des Gehäuses 13 (welche gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Außenfläche 16 des Gehäuses 13 ist) und der innerhalb des Gehäuses angeordneten Kathode und den Elektroden (110, 111, 112, 113, 114) mit Harz gefüllt werden. Insbesondere brauchen die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode und die Elektroden (110, 111, 112, 113, 114) nicht vollständig in das Gehäuse 13 eingebettet werden und können stattdessen teilweise freiliegen. Beispielsweise können Verbindungsstellen der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) mit den Verbindungsmitteln (150, 151, 152, 153, 154) freigelassen werden.
Wenngleich die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) jeweils an den Positionen montiert sind, welche jenen der Elektroden (121, 122, 123, 124) entgegengesetzt sind, ist eine Ausführungsform nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Elektroden (111, 112, 113, 114) können nicht notwendigerweise an den entgegengesetzten Positionen montiert werden, und die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) können jeweils an Positionen montiert werden, die in der Nähe der Elektroden (121, 122, 123, 124) liegen.
3 zeigt die Konturlinien des elektrischen Potentials, die erhalten werden, wenn eine Hochspannung an die Elektrodenkanone gemäß der vorliegenden Ausführungsform angelegt wird. Beim Beispiel aus 3 wurden die Konturlinienpositionen des elektrischen Potentials in 10-kV-Intervallen berechnet, wobei die Kathode 120 fest auf 200 kV gelegt war und die Elektroden (121, 122, 123, 124), d. h. die Zwischenraumelektroden, fest auf 160 kV, 120 kV, 80 kV bzw. 40 kV gelegt waren.
Wenn die Kathode 120 und die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 das gleiche Potential aufweisen und die entsprechenden Elektroden von den Elektroden (121, 122, 123, 124) und den innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) das gleiche Potential aufweisen, haben die Konturlinien des elektrischen Potentials im Harzabschnitt des Gehäuses 13 geringere Breiten und im Abschnitt des Raums 12 zwischen dem Gehäuse 13 und der Beschleunigungsröhrenstruktur breitere Intervalle, wie in 3 dargestellt ist. Wenn insbesondere die Struktur mit den Elektroden (den innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden und der innerhalb des Gehäuses angeordneten Kathode) im Gehäuse 13 verwendet wird, ist ein hohes elektrisches Feld im Harzabschnitt des Gehäuses 13 vorhanden, während ein niedriges elektrisches Feld im Raum 12 vorhanden ist. Der Raum 12 zwischen dem Gehäuse 13 und der Beschleunigungsröhrenstruktur kann bei einem Vakuum oder bei Atmosphärendruck liegen oder mit einem Gasisolator und dergleichen gedichtet sein.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 dargestellt ist, gibt es im Raum 12 zwischen dem Gehäuse 13 und der Beschleunigungsröhrenstruktur nur ein schwaches elektrisches Feld. Demgemäß kann ein Isolatormaterial in der Art eines Gasisolators im Raum 12 nicht verwendet werden oder es kann, wenn es verwendet wird, der Umfang des Gasisolators und dergleichen verringert werden. Weil der Raum 12 ferner ein Zwischenraum zwischen dem Harzgehäuse 13 und der Beschleunigungsröhrenstruktur ist, kann der Zwischenraum für das Erleichtern der Anbringung, des Ablösens oder des Wiederanbringens des Gehäuses 13 oder für eine Wartung innerhalb der Elektronenkanone verwendet werden.
4 zeigt die Konturlinien eines elektrischen Potentials, die erhalten werden, wenn eine Hochspannung an die Elektronenkanone angelegt wird, die mit einem Metallgehäuse ohne die Verwendung von Harz versehen ist, verglichen mit der vorliegenden Ausführungsform. Bei der Elektronenkanone aus 4 sind die Konturlinien des elektrischen Potentials im Raum zwischen einem Metallgehäuse 40 und der Kathode 120 oder den Elektroden 121, 122, 123 und 124 verhältnismäßig gleichmäßig verteilt. In einem Raum 41 zwischen der Beschleunigungsröhrenstruktur und dem Gehäuse 40 sind die Intervalle der Konturlinien des elektrischen Potentials verglichen mit 3 schmal. Dies bedeutet, dass es ein starkes elektrisches Feld im Raum 41 gibt. Um einem elektrischen Durchbruch infolge des starken elektrischen Felds zu widerstehen, muss der Raum 41 mit einem Isolatormaterial in der Art eines Gasisolators oder flüssigen Isolators gedichtet werden. Um eine Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und dem Massepegel des Gehäuses 40 zu verhindern, ist es erforderlich, ein Isolatormaterial in der Art eines Gasisolators oder eines flüssigen Isolators im Raum 41 zu versiegeln, während der Raum ausgedehnt wird. Auf diese Weise wird bei der in 4 dargestellten herkömmlichen Metallgehäusestruktur die Gesamtgröße der Elektronenkanone für das Ausdehnen des Raums 41 vergrößert, wodurch der Umfang des Isolatormaterials in der Art eines Gasisolators oder flüssigen Isolators vergrößert wird.
Andererseits wird gemäß der vorliegenden Erfindung kein Gasisolator oder flüssiger Isolator verwendet, wie vorstehend beschrieben, oder kann das Ausmaß der Verwendung des Gasisolators verringert werden. Zusätzlich ist Harz im Allgemeinen eine Substanz mit einer gegenüber Vakuum, einem Gasisolator oder einem flüssigen Isolator hohen Durchbruchspannung. Demgemäß kann durch schmales Auslegen des Raums zwischen der Massepegelfläche des Gehäuses und der Beschleunigungsröhrenstruktur und durch Bereitstellen eines Harzgehäuses im Raum die Gesamtstruktur der Elektronenkanone verkleinert werden, während eine Entladung verhindert wird.
<Zweite Ausführungsform>
5 ist eine laterale Schnittansicht der mit der Beschleunigungsröhrenstruktur versehenen Elektronenkanone gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 5 sind ähnliche Elemente wie jene aus 2 mit ähnlichen Zahlen bezeichnet, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Wie in 5 dargestellt ist, ist die Innenfläche des Harzgehäuses 13 mit der innerhalb des Gehäuses angeordneten Kathode 110 und den mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) versehen. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich in der Hinsicht von der Ausführungsform aus 2, dass die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 und die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) jeweils durch Widerstände (140, 141, 142, 143, 144) verbunden sind. Gemäß der Ausführungsform aus 5 ist die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 an der Position mit der größten Potentialdifferenz in Bezug auf den Massepegel durch ein Verbindungsmittel 150 in der Art einer Metallfeder mit der Kathode 120 verbunden.
Der Widerstandswert der Widerstände (140, 141, 142, 143, 144) wird so festgelegt, dass die einander entgegengesetzten Elektroden das gleiche Potential aufweisen. Beispielsweise sind beim Beispiel aus 5 die Kathode 120, die Elektroden (121, 122, 123, 124) und die Anode 125 jeweils mit Potentialen von –200 kV, –160 kV, –120 kV, –80 kV, –40 kV bzw. 0 kV versehen. Der Widerstandswert des Widerstands 140 wird so festgelegt, dass das Potential der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrode 111 gleich dem Potential (–160 kV) der entgegengesetzten Elektrode 121 ist. Ähnlich wird der Widerstandswert der restlichen Widerstände (141, 142, 143, 144) so festgelegt, dass das Potential jeder der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (112, 113, 114) gleich dem Potential der entgegengesetzten Elektrode (122, 123, 124) ist.
Bei dieser Konfiguration weisen die Kathode 120 und die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 das gleiche Potential auf, und die entsprechenden Elektroden von den Elektroden (121, 122, 123, 124) und den innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) weisen das gleiche Potential auf.
Demgemäß bildet, wie beim Beispiel aus 3, der Abschnitt des Harzgehäuses 13 den Abschnitt mit schmalen Intervallen der Konturlinien des elektrischen Potentials (konzentrierter Abschnitt des elektrischen Felds), wobei der Raum 12 ein niedriges elektrisches Feld aufweist. Dementsprechend kann die Entwicklung einer Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und dem Massepegel des Gehäuses 13 dadurch verhindert werden, dass das Harz die Durchbruchspannung aufweist. Zusätzlich ist Harz im Allgemeinen eine Substanz mit einer verglichen mit Vakuum, Gas oder einer Flüssigkeit hohen Durchbruchspannung, so dass die Gesamtstruktur verglichen mit dem Fall verkleinert werden kann, in dem ein Gasisolator oder ein flüssiger Isolator für die Isolation verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 an der Position mit der größten Potentialdifferenz in Bezug auf den Massepegel durch das Verbindungsmittel 150 mit der entgegengesetzten Kathode 120 verbunden. Eine Ausführungsform ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise können einige von der innerhalb des Gehäuses angeordneten Kathode 110 und den mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) (d. h. mehrere Elektroden) jeweils mit den entgegengesetzten Elektroden der Kathode 120 oder der Elektroden (121, 122, 123, 124) verbunden werden, wobei mehrere innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektroden (111, 112, 113, 114), die nicht mit den entgegengesetzten Elektroden verbunden sind, durch Widerstände verbunden sind.
Beispielsweise kann die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 elektrisch mit der entgegengesetzten Kathode 120 verbunden sein, kann die innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektrode 111 elektrisch mit der Elektrode 121 verbunden sein und können die restlichen innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (112, 113, 114) durch mehrere Widerstände verbunden sein.
<Dritte Ausführungsform>
6 ist eine laterale Schnittansicht eines Hochspannungsgenerators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann ähnlich in anderen Hochspannungssystemen als Elektronenkanonen verwendet werden und dabei noch ähnliche Wirkungen bereitstellen. 6 ist eine Schnittansicht eines Hochspannungsgenerators 8 vom Cockcroft-Walton-Typ als ein Beispiel des Hochspannungssystems. Der Hochspannungsgenerator 8 ist ein Hochspannungs-Leistungsversorgungsgenerator, der in der Leistungsversorgung 51 des in 1 dargestellten Elektronenmikroskops enthalten ist.
Der Hochspannungsgenerator 8 weist eine solche Struktur auf, dass Elektroden (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) und Isolatoren (878, 877, 876, 875, 874, 873, 872, 871) abwechselnd auf einer Masseelektrode 868 gestapelt sind, die geerdet ist. Die Elektroden (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) sind durch eine Cockcroft-Walton-Schaltung 88 elektrisch miteinander verbunden. Die Cockcroft-Walton-Schaltung 88 ist eine Schaltung, die Kondensatoren 881 mit einer hohen Stoßspannung und Dioden 882 aufweist, die wiederholt in einer vorgegebenen Reihenfolge verbunden sind. Beim Hochspannungsgenerator 8 wird eine Wechselspannung durch eine Wechselspannungsversorgung, die nicht dargestellt ist, an die Masseelektrode 868 angelegt, wodurch die Spannungen der Elektroden (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) schrittweise erhöht werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Elektrode 860 und ein innerer Schaltungsabschnitt 89 eine Hochspannung erzeugen.
Die Elektrode 860 und der innere Schaltungsabschnitt 89 sind durch einen Verbinder 82 mit einem Hochspannungskabel (HV-Kabel) 81 verbunden. Die von der Elektrode 860 und dem inneren Schaltungsabschnitt (Hochspannungserzeugungsabschnitt) 89 erzeugte Hochspannung wird vom Hochspannungsgenerator 8 durch den Verbinder 82 und das Hochspannungskabel 81 zu einer Vorrichtung in der Art der Elektronenkanone 1 übertragen. Die Elektrodensäulen (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) sind von einem Harzgehäuse 83 umgeben. Eine Außenfläche 84 des Gehäuses 83 ist mit elektrisch leitender Farbe überzogen und auf den Massepegel gelegt. Eine Innenfläche des Gehäuses 83 ist mit innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (850, 851, 852, 853, 854, 855, 856, 857) versehen. Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (850, 851, 852, 853, 854, 855, 856, 857) sind jeweils an den Elektroden (860, 861, 862, 863, 864, 865, 866, 867) entgegengesetzten Positionen in einer orthogonalen Richtung in Bezug auf die Richtung, in der die Elektroden (860 bis 867) gestapelt sind, montiert.
Die entgegengesetzten Elektroden der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (850 bis 857) und der Elektroden (867 bis 860) sind durch Verbindungsmittel (890, 891, 892, 893, 894, 895, 896, 897) in der Art von Metallfedern miteinander verbunden. Demgemäß sind die entgegengesetzten Elektroden elektrisch verbunden und mit den gleichen Potentialen versehen. Bei dieser Konfiguration wird wie im Fall der Elektronenkanone 1 aus 2 oder 4 ein hohes elektrisches Feld infolge einer Hochspannung im Harzgehäuse 83 erzeugt. Insbesondere kann für den Hochspannungsgenerator 8 eine Struktur erhalten werden, welche die Verwendung eines Gasisolators und dergleichen überflüssig machen kann oder das Ausmaß seiner Verwendung verringern kann. Üblicherweise wird ein Hochspannungsgenerator, der einen Gasisolator oder einen flüssigen Isolator und dergleichen verwendet, bei einem Fehler oder dergleichen entsorgt. Dagegen ermöglicht die mit dem Harzgehäuse 83 versehene Struktur eine Demontage oder eine innere Wartung des Hochspannungsgenerators.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf den Hochspannungsgenerator vom Cockcroft-Walton-Typ beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Anwendungsbeispiel beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auf andere Hochspannungsgeneratoren in der Art eines Hochspannungsgenerators vom Van-de-Graaff-Typ angewendet werden.
<Schlussfolgerung>
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Elektronenkanone 1 mit der Elektronenquelle 11, welche Elektronen emittiert, der Kathode 120, der Anode 125, den mehreren Elektroden (121, 122, 123, 124), den mehreren Isolatorröhren (101, 102, 103, 104, 105) und dem um die mehreren Elektroden (121, 122, 123, 124) angeordneten Gehäuse 13 versehen. Das Gehäuse 13 besteht aus einem isolierenden Harz und ist mit der innerhalb des Gehäuses angeordneten Kathode 110, die an der entgegengesetzten Position zur Kathode 120 montiert ist, und den mehreren an den entgegengesetzten Positionen zu den mehreren Elektroden (121, 122, 123, 124) montierten innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) versehen. Die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode und die Elektroden (110, 111, 112, 113, 114) sind jeweils durch die Verbindungsmittel (150, 151, 152, 153, 154) in der Art von Metallfedern mit den entgegengesetzten Elektroden (120, 121, 122, 123, 124) verbunden. Auf diese Weise weisen die entgegengesetzten Elektroden das gleiche Potential auf.
Bei dieser Konfiguration bildet der Abschnitt des Harzgehäuses 13 den Abschnitt (konzentrierten Abschnitt des elektrischen Felds) mit schmalen Intervallen der Konturlinien des elektrischen Felds, wobei der Raum 12 ein niedriges elektrisches Feld aufweist. Dementsprechend kann die Entwicklung einer Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und dem Massepegel des Gehäuses 13 durch das Harz mit einer hohen Durchbruchspannung verhindert werden. Weil Harz ferner im Allgemeinen eine Substanz mit einer gegenüber Vakuum, einem Gas oder einer Flüssigkeit hohen Durchbruchspannung ist, kann eine große Potentialdifferenz stabil gehalten werden, während der Abstand zwischen dem Gehäuse 13 und der Beschleunigungsröhrenstruktur, verglichen mit dem Fall, in dem ein Vakuum, ein Gasisolator oder ein flüssiger Isolator für die Isolation verwendet wird, verringert wird. Demgemäß kann der Abstand zwischen dem Gehäuse 13 und der Beschleunigungsröhrenstruktur verringert werden, wodurch eine weitere Verringerung der Größe, des Gewichts und der Kosten der Elektronenkanone 1 ermöglicht wird. Das Gehäuse 13 kann leicht vom Bereich um die Beschleunigungsröhrenstruktur abgenommen werden und dann um die Beschleunigungsröhrenstruktur herum angebracht werden. Dementsprechend kann eine Wartung innerhalb der Elektronenkanone leicht ausgeführt werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Innenfläche des Gehäuses 13 mit der innerhalb des Gehäuses angeordneten Kathode 110 und den mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) versehen. Die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 ist durch die Verbindungsmittel 150 in der Art einer Metallfeder mit der Kathode 120 verbunden, und die innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode 110 und die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (111, 112, 113, 114) sind jeweils durch die Widerstände (140, 141, 142, 143, 144) verbunden. Der Widerstandswert der Widerstände (140, 141, 142, 143, 144) ist so festgelegt, dass die einander entgegengesetzten Elektroden das gleiche Potential haben.
Gemäß dieser Konfiguration können die einander entgegengesetzten Elektroden das gleiche Potential haben, ohne alle entgegengesetzten Elektroden durch Verbindungsmittel und dergleichen elektrisch zu verbinden. Demgemäß bildet der Abschnitt des Harzgehäuses 13 den Abschnitt (konzentrierten Abschnitt des elektrischen Felds) mit schmalen Intervallen der Konturlinien des elektrischen Potentials, wobei der Raum 12 ein niedriges elektrisches Feld aufweist. Dementsprechend kann die Entwicklung einer Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Beschleunigungsröhrenstruktur und dem Massepegel des Gehäuses 13 durch das Harz mit einer hohen Durchbruchspannung verhindert werden. Weil Harz ferner im Allgemeinen eine Substanz mit einer hohen Durchbruchspannung gegenüber Vakuum, einem Gas oder einer Flüssigkeit ist, kann die Gesamtstruktur verglichen mit dem Fall verkleinert werden, in dem ein Gasisolator oder ein flüssiger Isolator für die Isolation verwendet wird.
Gemäß der dritten Ausführungsform weist der Hochspannungsgenerator 8 vom Cockcroft-Walton-Typ eine Struktur auf, bei der die mehreren Elektroden (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) und die mehreren Isolatoren (878, 877, 876, 875, 874, 873, 872, 871) auf der Masseelektrode 868, die geerdet ist, gestapelt sind, wobei die gestapelte Struktur vom Gehäuse 83 umgeben ist. Das Gehäuse 83 ist mit den mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (850, 851, 852, 853, 854, 855, 856, 857) entgegengesetzt zu den mehreren Elektrodensäulen (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) versehen. Die mehreren innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden (850, 851, 852, 853, 854, 855, 856, 857) sind jeweils durch die Verbindungsmittel (890, 891, 892, 893, 894, 895, 896, 897) mit den entgegengesetzten Elektroden (867, 866, 865, 864, 863, 862, 861, 860) verbunden. Demgemäß sind die entgegengesetzten Elektroden elektrisch verbunden und haben das gleiche Potential.
Bei dieser Konfiguration wird ein hohes elektrisches Feld infolge der erzeugten Hochspannung im Harzgehäuse 83 erzeugt, wodurch die Entwicklung einer Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials des Hochspannungsgenerators 8 und dem Massepegel des Gehäuses 83 verhindert werden kann. Weil Harz im Allgemeinen ferner eine Substanz mit einer gegenüber Vakuum, einem Gas oder einer Flüssigkeit hohen Durchbruchspannung ist, kann die Gesamtstruktur verglichen mit dem Fall der Verwendung eines Gasisolators oder eines flüssigen Isolators für die Isolation weiter verkleinert werden. Herkömmlicherweise wird ein Hochspannungsgenerator, der einen Gasisolator oder einen flüssigen Isolator verwendet, bei einem Fehler und dergleichen entsorgt. Dagegen ermöglicht die Anbringung des Harzgehäuses 83 die Demontage oder die innere Wartung des Hochspannungsgenerators.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedene Modifikationen einschließen. Die vorstehenden Ausführungsformen wurden beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und sie können nicht alle beschriebenen Konfigurationen einschließen. Ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, oder die Konfiguration der anderen Ausführungsform kann in die Konfiguration der einen Ausführungsform aufgenommen werden. In Bezug auf einen Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform, können andere Konfigurationen hinzugefügt, fortgelassen oder ausgetauscht werden.
Wenngleich in den vorstehenden Ausführungsformen beispielsweise alle Elektroden mit den innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden an den entgegengesetzten Positionen versehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden verringert werden. Beispielsweise kann jede zweite von den mehreren Elektroden mit den innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden versehen werden. Auf diese Weise können die Herstellungskosten der Vorrichtung eingegrenzt werden, während die Entwicklung einer Entladung im Raum zwischen dem Abschnitt hohen Potentials und dem Massepegel des Gehäuses verhindert wird.
Gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform wurde ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die mit der Beschleunigungsröhrenstruktur und dem Hochspannungsgenerator vom Cockcroft-Walton-Typ versehene Elektronenkanone beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Anwendungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf ein allgemeines mit einem hohen elektrischen Potential arbeitendes Instrument, das einen inneren auf einem hohen Potential liegenden Abschnitt aufweist, wobei ein Gehäuse um den Abschnitt hohen Potentials montiert ist, angewendet werden. Ein Beispiel ist eine Beschleunigungseinheit eines Synchrotronbeschleunigers. In diesem Fall ist das mit einem hohen elektrischen Potential arbeitende Instrument mit einem Abschnitt hohen Potentials, in dem ein hohes Potential erzeugt wird, wenigstens einer ersten Elektrode, die zwischen dem Abschnitt hohen Potentials und einer Massepegelfläche angeordnet ist, und einem Gehäuse, das um den Abschnitt hohen Potentials und die erste Elektrode herum angeordnet ist, versehen. Das Gehäuse kann aus einem isolierenden festen Material in der Art eines Harzes bestehen und mit mehreren zweiten Elektroden versehen sein, die entsprechend vorgegebenen Potentialintervallen von der Massepegelfläche zum Abschnitt hohen Potentials angeordnet sind, wobei wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist und jede der mehreren zweiten Elektroden ein Potential aufweist, das gleich jedem Potential in den vorgegebenen Potentialintervallen ist.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein mit einem hohen elektrischen Potential arbeitendes Instrument angewendet werden, das eine gestapelte Struktur mit Elektroden und ein Isolationselement zwischen einem Abschnitt hohen Potentials und einem Massepegelabschnitt aufweist. Auf eine Vorrichtung, bei der die Zwischenraumelektroden der gestapelten Struktur Zwischenpotentiale zwischen dem Abschnitt hohen Potentials der Vorrichtung und dem Massepegel aufweisen, kann eine ähnliche Struktur zu dem mit den vorstehend beschriebenen innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektroden versehenen Harzgehäuse angewendet werden. Demgemäß kann ein mit einem hohen elektrischen Potential arbeitendes Instrument erhalten werden, das die Verwendung eines Gasisolators und dergleichen überflüssig macht oder das Ausmaß seiner Verwendung verringert.
Die Steuerleitungen oder Informationsleitungen in der Zeichnung sind nur jene, die für beschreibende Zwecke als notwendig angesehen werden, und sie repräsentieren nicht notwendigerweise alle Steuerleitungen oder Informationsleitungen, die in einem Produkt benötigt werden. Alle Konfigurationen können miteinander verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektronenkanone
2: Elektronenoptiksystem
3: Probenhalter
4: Detektor
5: Leistungsversorgungseinheit
6: Messeinheit
7: Betriebseinheit
8: Hochspannungsgenerator
10: Elektronenstrahl
11: Elektronenquelle
13: Gehäuse
14: Beschleunigungsröhre
15: Vakuumpumpe
21: Vakuumpumpe
31: Probe
51: Leistungsversorgung
110: innerhalb des Gehäuses angeordnete Kathode (zweite Elektrode)
111 bis 114: innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektrode (zweite Elektrode)
120: Kathode (erste Elektrode)
121 bis 124: Elektrode (erste Elektrode)
125: Anode (erste Elektrode)
140 bis 144: Widerstand
150 bis 154: Verbindungsmittel
81: Hochspannungskabel
82: Verbinder
83: Gehäuse
88: Cockcroft-Walton-Schaltung
89: Schaltungsabschnitt
860: Elektrode
868: Masseelektrode
881: Kondensator
882: Diode

Claims

Einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument, welches Folgendes umfasst: eine Quelle geladener Teilchen, mehrere erste Elektroden, die entlang einer Einstrahlungsrichtung geladener Teilchen von der Quelle geladener Teilchen angeordnet sind, mehrere Isolationselemente, die zwischen den ersten Elektroden angeordnet sind, und ein Gehäuse, das um die mehreren ersten Elektroden angeordnet ist, wobei: das Gehäuse aus einem isolierenden festen Material besteht, das Gehäuse mehrere zweite Elektroden aufweist, die an Positionen in der Nähe der mehreren ersten Elektroden montiert sind, und wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit wenigstens einer der mehreren ersten Elektroden verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument nach Anspruch 1, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Massepegelfläche des Gehäuses und den zweiten Elektroden mit dem isolierenden festen Material gefüllt ist.
Einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden an einer der ersten Elektrode entgegengesetzten Position in einer zur Einstrahlungsrichtung der geladenen Teilchen orthogonalen Richtung montiert ist.
Einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit der nahe gelegenen der ersten Elektroden verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode an einer Position mit der größten Potentialdifferenz in Bezug auf einen Massepegel und die zweite Elektrode in der Nähe der ersten Elektrode elektrisch verbunden sind, die mehreren zweiten Elektroden durch mehrere Widerstände verbunden sind und jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Einen Strahl geladener Teilchen erzeugendes Instrument nach Anspruch 1, wobei einige der mehreren ersten Elektroden und einige der zweiten Elektroden in der Nähe der ersten Elektroden jeweils elektrisch verbunden sind, wobei die zweiten Elektroden, die nicht mit den ersten Elektroden verbunden sind, durch mehrere Widerstände verbunden sind und wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Instrument, welches das einen Strahl geladener Teilchen erzeugende Instrument nach Anspruch 1 umfasst.
Hochspannungsgenerator, welcher Folgendes umfasst: mehrere erste Elektroden, die auf einer Massepegelfläche gestapelt sind, mehrere Isolationselemente, die zwischen den ersten Elektroden angeordnet sind, und ein Gehäuse, das um die mehreren ersten Elektroden herum montiert ist, wobei: das Gehäuse aus einem isolierenden festen Material besteht, das Gehäuse mehrere zweite Elektroden aufweist, die an Positionen in der Nähe der mehreren ersten Elektroden angeordnet sind, und wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit wenigstens einer der mehreren ersten Elektroden verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Hochspannungsgenerator nach Anspruch 8, wobei ein Zwischenraum zwischen der Massepegelfläche des Gehäuses und den zweiten Elektroden mit dem isolierenden festen Material gefüllt ist.
Hochspannungsgenerator nach Anspruch 8, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden an einer der ersten Elektrode entgegengesetzten Position in einer zu einer Richtung, in der die ersten Elektroden gestapelt sind, orthogonalen Richtung montiert ist.
Hochspannungsgenerator nach Anspruch 8, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit der nahe gelegenen der ersten Elektroden verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Hochspannungsgenerator nach Anspruch 8, wobei die erste Elektrode mit der größten Potentialdifferenz in Bezug auf eine Massepegelfläche und die zweite Elektrode in der Nähe der ersten Elektrode elektrisch verbunden sind, die mehreren zweiten Elektroden durch mehrere Widerstände verbunden sind und jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Hochspannungsgenerator nach Anspruch 8, wobei einige der mehreren ersten Elektroden und einige der zweiten Elektroden in der Nähe der ersten Elektroden jeweils elektrisch verbunden sind und die mehreren zweiten Elektroden, die nicht mit den ersten Elektroden verbunden sind, durch mehrere Widerstände verbunden sind, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential aufweist wie die nahe gelegene der ersten Elektroden.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes Instrument, welches den Hochspannungsgenerator nach Anspruch 8 umfasst.
Mit einem hohen elektrischen Potential arbeitendes Instrument, welches Folgendes umfasst: einen Abschnitt hohen Potentials, in dem ein hohes Potential erzeugt wird, wenigstens eine erste Elektrode, die zwischen dem Abschnitt hohen Potentials und einer Massepegelfläche angeordnet ist, und ein Gehäuse, das um den Abschnitt hohen Potentials und die erste Elektrode herum montiert ist, wobei: das Gehäuse aus einem isolierenden festen Material besteht, das Gehäuse mehrere zweite Elektroden aufweist, die entsprechend vorgegebenen Potentialintervallen von der Massepegelfläche zum Abschnitt hohen Potentials angeordnet sind, und wenigstens eine der mehreren zweiten Elektroden elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, wobei jede der mehreren zweiten Elektroden das gleiche Potential wie jedes Potential in den vorgegebenen Potentialintervallen aufweist.