DE2325993C3

DE2325993C3 - Elektronenkanone

Info

Publication number: DE2325993C3
Application number: DE2325993A
Authority: DE
Inventors: Haruo Machida Tokyo Uchida
Original assignee: AKASHI SEISAKUSHO TOKYO JP KK
Current assignee: AKASHI SEISAKUSHO TOKYO JP KK
Priority date: 1972-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1981-10-15
Also published as: GB1363618A; FR2185854B1; DE2325993B2; JPS4917166A; US3857055A; JPS5433512B2; DE2325993A1; FR2185854A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone für Elektronenbestrahlungsanlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Bekannte Elektronenkanonen dieser Art (Manfred von Ardenne »Tabellen zur angewandten Physik« 1962, Seiten 381 und 382, Siemens-Informationsblatt »Electron Microscopes« SH 3357, 5542 El/Opt.) weisen eine als Stecker ausgebildete Kathode auf, die jedoch erst im eingesteckten Zustand, also im Inneren der Anlage, für die sie gedacht ist, gegenüber der Wehnelt-Elektrode einjustiert werden kann. Zu diesem Zweck ist die Isolierplatte oder ihre Halterung mittels Stellschrauben oder mit Hilfe eines Adapters gegenüber der Wehnelt-Elektrode seitlich zur optischen Achse verstellbar. Ein Adapter kann dabei so ausgebildet sein, wie dies die US-PS32 63 109zeigt.

Alle diese bekannten Elektronenkanonen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Sie verlangen aufgrund der Justiereinrichtungen einen relativ komplizierten und platzaufwendigen Aufbau. Die Justierung der Kathode gegenüber der Wehnelt-Elektrode im Einbauzustand verlangt eine neue Justierung nach jeder Herausnahme der Kathode zum Zwecke der Wartung bzw. des Austausches. Die beim Aufheizen entstehende Wärme beeinflußt die Verstelleinrichtung der Kathode gegenüber der Wehnelt-Elektrode, weshalb ein Nachjustieren während des Betriebes erforderlich werden kann. Das justieren verlangt Zeit und erschwert die Handhabung der Anlage.

Weiterhin ist aus der US-Patentschrift 33 53 174 eine Elektronenkanone bekannt, bei der eine die Kathode tragende Isolierplatte mit der Wehnelt-Elektrode justierbar verbunden ist, und zwar dadurch, daß die Bohrungen in der Isolierplatte für den Durchgriff der Befestigungsschrauben so weit ausgebildet sind, daß sie

ίο eine seitliche Verschiebung der Isolierplatte erlauben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenkanone der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Glühfaden der Kathode und die Wehnelt-Elektrode gegeneinander justiert werden können, bevor die die Kathode tragende Isolierplatte in die Steckverbindung mit dem Isolierkörper eingeführt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Die Wehnelt-Elektrode wird also nicht mehr an einem Teil festgelegt, demgegenüber die den Faden haltenden Elektroden lagejustierbar sind, sondern die Wehnelt-Elektrode wird gleich an der Isolierplatte ausrichtbar festgelegt. Die Befestigung an der Isolierplatte kann unmittelbar erfolgen, es kann aber auch eine Stützplatte vorgesehen sein, gegenüber der die Wehnelt-Elektrode unter Zwischenklemmen der Isolierplatte verschraubbar ist. Es läßt sich eh. besonders raumsparender Aufbau der Wehnelt-Elektrode erreichen, die Ausrichtung des Fadens und der Wehnelt-Elektrode bleibt auch bei Aufheizen des Fadens aufrechterhalten.

Die raumsparend aufgebaute Wehnelt-Elektrode läßt sich zusammen mit den Fadenelektroden und der stützenden Isolierplatte als einheitlich ausgebildeter, aufgrund der Ausführung als Einheit besonders leicht auswechselbarer Steckeinsatz herstellen. Bei schadhaftem Faden wird vom Benutzer einfach der gesamte Steckeinsatz gegen einen neuen ausgewechselt, der bereits im voraus bei Herstellung hinsichtlich der Zuordnung zwischen Faden und Wehnelt-Elektrode ausgerichtet werden kann. Dieses fertige Ersatzteil kann demnach unter meßtechnisch optimalen Bedingungen aufgebaut und justiert werden.

In bevorzugter Ausbildung wird auf der dem Faden abgewandten Seite der Isolierplatte eine Metallplatte angeordnet, mit der die Wehnelt-Elektrode über die Isolierplatte durchgreifende Schrauben in Verbindung steht, wobei die Löcher in der Isolierplatte für die Schrauben so groß sind, daß sie eine seitliche Verschiebung der Wehnelt-Elektrode gegenüber der Isolierplatte erlauben. Diese Art der Ausrichtungsmöglichkeit ist aus der eingangs abgehandelten US-Patentschrift 33 58 174 an sich bekannt

Der Anschluß für die Wehnelt-Elektrode kann in ähnlicher Weise steckbar bzw. leicht lösbar ausgebildet sein, wie dies bei den Fadenelektroden der Fall ist. In besonders bevorzugter Ausführung wird für die Spannungsversorgung der Wehnelt-Elektrode ein Federkontakt vorgesehen, der die Metallplatte und die Wehnelt-Elektrode mit der Spannungsquelle verbindet. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die beiden Enden eines V-förmigen Fadens 21 durch Punktschweißung an den unteren Enden zweier Fadenelektroden 22 befestigt, die durch eine Isolierplatte 23 aus Steatit oder ähnlichem Material hindurchlaufen und die durch Glas abdichtend an der Isolierplatte befestigt sind. Diese Isolierplatte 23 kann auch aus Glimmer hergestellt sein, und die durchgeführten Elektroden können mit Muttern

gehalten werden.

Eine zum Durchlassen von Elektronenstrahlen in ihrer Mitte eine kleine Bohrung 24a aufweisende Wehnelt-EIektrode 24 ist an der fadenseitigen Fläche der Isolierplatte 23 festgelegt, wobei diese zwischen der Wehnelt-EIektrode 24 und einer Metallplatte 25 gehalten wird, die durch Schrauben 26 ."jsammengehalten werden. Diese Schrauben 26 lassen sich in Gewindelöcher 25a in der Metallplatte 25 durch entsprechende Löcher in einem Flansch der Wehnelt-EIektrode 24 und entsprechend vorgesehene weite Löcher 23a in der Isolierplatte 23 einschrauben. Durch Anziehen der Schrauben 26 kann die Wehnelt-EIektrode 24 in engem Kontakt mit der Isolierplatte 23 festgelegt werden. Auf Grund der Weite der Löcher 23a in der Isolierplatte 23 läßt sich die Lage der Wehnelt-EIektrode 24 gegenüber der fadenseitigen Fläche der Isolierplatte 23 zur Korrektur der Ausrichtung zwischen der Spitze 21a des Fadens 21 und der kleinen Bohrung 24a der Wehnelt-EIektrode 24 verändern und in dieser Ausrichtungslage durch Anziehen der Schrauben 26 festlegen.

Jede Fadenelektrode 22 läuft durch die Isolierplatte 23 und durch ein weites Loch 25b in der Metallplatte 25, ohne diese zu berühren. Auf der dem Faden abgewandten Seite der Isolierplatte 23 laufen die Fadenelektroden 22 in vorstehenden Enden 22a aus. Diese vorstehenden Enden 22a sind lösbar als Stecker in an einem Elektronenkanonen-Isolator 27 festgelegten Stromquellen-Buchsen 28 eingeführt

Eine mit vorgeschriebener Spannung gespeiste Wehnelt-Anschlußklemme 29 ist an dem Elektronenkanonen-Isolator 27 festgelegt, und ein Federkontakt 30, der an deren unterem Ende angeordnet ist, liegt federbelastet gegen die Metallplatte 25 an. Dadurch wird die für die Wehnelt-EIektrode vorgesehene Spannung von der Wehnelt-Anschlußklemme 29 über den Federkontakt 30, die Metallplatte 25 und die Schrauben 26 an die Wehnelt-EIektrode 24 angelegt.

Um ein Beispiel zu geben, wird in einem kleinen Abtast-Elektronen-Mikroskop eine Spannung von 3 Volt an die Fadenelektroden angelegt; der Fadenstrom beträgt dabei 2 Ampere. Unter diesen Bedingungen werden vom Faden 21 emittierte Elektronen von der Wehnelt-EIektrode 24 mit einer Potentialdifferenz von z. B. 500 Volt niedriger als die des Fadens gesteuert und durch das kleine Loch 24a der Wehnelt-EIektrode in Richtung auf eine nicht dargestellte Anode beschleunigt, die eine Potentialdifferenz von z. B. etwa 10 kV positiv gegenüber dem Faden aufweist

Während der Wartung, Inspektion oder Justierung wird die Fadenseite 21 ebenso atmosphärischem Druck ausgesetzt und die hervorstehenden Enden 22a der Fadenelektroden 22, die als Stecker ausgebildet sind, werden aus den Stromquellenbuchsen 28 herausgezogen. Auf diese Art und Weise wird der auswechselbare Einsatz Q der aus dem Faden 21, den Elektroden 22, der Isolierplatte 23, der Metallplatte 25 und der Wehnelt-EIektrode 24 besteht und den man auch als Patrone C bezeichnen könnte, als Ganzes und leicht aus der eigentlichen Vorrichtung herausgenommen.

Vor Einführen des Einsatzes C in die Buchsen 28

können das Fadenende 21a und das kleine Loch 24a in der Wehnelt-EIektrode bereits vorher zueinander ausgerichtet werden, indem man die Lage der Wehnelt-EIektrode 24 relativ zur Isolierplatte 23 — wie im vorhergehenden beschrieben — korrigiert Darüber hinaus ist der genannte Einsatz verhältnismäßig klein, von einfacher Bauart uid kann mit nur geringen Kosten hergestellt werden; dadurch kann zum Auswechseln des Fadens der gesamte Einsatz Causgewechselt werden.

Um zu vermeiden, daß sich metallischer Dampf vom Faden 21 an der gesamten Oberfläche der Isolierplatte 23 während der Benutzung niederschlägt, was zu Kurzschlüssen zwischen den Fadenelektronen 22 bzw. den Elektroden 22 und der Wehnelt-EIektrode 24 führen könnte, ist es zweckmäßig, jede Elektrode 22 mit einem von der Isolierplatte getrennten Flansch 22b zu versehen und/oder eine gekerbte Rille 246 entlang der Innenbahn der Wehnelt-EIektrode 24 vorzusehen, die mit der Isolierplatte 23 in Berührung kommt Dadurch wird die Haltbarkeit des Einsatzes C vergrößert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenkanone für Elektronenbestrahlungsanlagen mit einer Kathode aus einem Paar an einer Isolierplatte gehaltener Elektroden zur Halterung und Spannungsversorgung eines Glühfadens, die an der dem Glühfaden abgewandten Seite der Isolierplatte als Stecker ausgebildet und in entsprechend angeordnete Buchsen in einem Isolierkörper der Elektronenkanone einführbar sind, und mit einer Wehnelt-Elektrode, wobei die Isolierplatte und die Wehneltelektrode gegeneinander lagekcrrigierbar festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wehnelt-Elektrode (24) durch ausschließliches Festlegen an der Isolierplatte (23) zusammen mit der Kathode (21—23) einen gemeinsamen Steckeinsatz (Qb'üdet, der eine weitere, im Zuge des Eiiisteckvorganges sich schließende Kontaktverbindung (25, 26, 30) für die Spannungsversorgung der Wehnelt-Elektrode aufweist

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Faden (21) abgewandten Seite der Isolierplatte (23) eine Metallplatte (25) angeordnet ist, mit der die Wehnelt-Elektrode (24) über die Isolierplatte (23) durchgreifende Schrauoen (26) in Verbindung steht, wobei die Löcher (23a) in der Isolierplatte (23) für die Schrauben (26) so groß sind, daß sie eine seitliche Verschiebung der Wehnelt-Elektrode (24) gegenüber der Isolierplatte (23) erlauben.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierkörper (27) ein Federkontakt (30) vorgesehen ist, der die Metallplatte (25) und die Wehnelt-Elektrode (24) mit der Spannungsquelle verbindet.