DE2904814B2 - Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem der im Oberbegriff angegebenen Gattung, wie es aus der USA-Patentschrift 37 28 570 bekannt ist.

Bei derartigen Systemen, die wie aus der genannten USA-Patentschrift bekannt, beispielsweise für Rasterelektronen-Mikroskope verwendet werden und dabei eine etwa lOOOmal höhere Helligkeit ergeben als thermische Elektronenstrahlerzeugungssysteme, ist die Aufrechterhaltung eines Ultra-Hochvakuums außerordentlich wichtig. Dazu ist es auch erforderlich, Gase zu entfernen, die von der Anode aufgrund des Elektronenbeschusses emittiert werden. Außer den Absaugvorrichtungen ist bei dem bekannten System daran gedacht, eine Heizeinrichtung zum Ausheiz-Entgasen der Anode vorzusehen. Da jedoch diese Heizeinrichtung innerhalb der die Kathode enthaltenden Kammer angeordnet ist, wird die Entgasungswirkung durch die von der Heizeinrichtung selbst abgegebenen erheblichen Gasmengen stark beeinträchtigt ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das hohe Vakuum in der die Kathode enthaltenden Kammer durch die Heizeinrichtung für die Anode nicht verschlechtert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Bei der danach vorgesehenen Anordnung der Heizeinrichtung wirkt die Anode selbst als Vakuum-Trennwand, so daß die von der Heizeinrichtung abgegebenen Gase das Vakuum in der Kammer zwischen Anode und Kathode nicht beeinträchtigen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in

s den Unteransprüchen gekennzeichnet

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der beiden in F i g. 1 und 2 der Zeichnungen gezeigten schematischen Darstellungen näher erläutert

ίο Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Feldemissionskathode 5 über Leiteranschlüsse 2, 2' an einem vakuumdichten Isolator 1 befestigt Der Isolator 1 ist über einen Balg 3 mit einem Flansch 14 und über diesen mit einem weiteren Flansch 4 verbunden. Der Flansch 14 läßt sich mittels einer (nicht gezeigten) Einstellschraube in horizontaler Richtung gleitend verschieben, um die Feldemissionskathode 5 bezüglich eines Loches 15 einer ersten Anode 6 zu zentrieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Anode 6 becherförmig und das Loch 15 ist am Boden der becherförmigen ersten Anode 6 vorgesehen. Durch das Loch 15 kann ein Elektronenstrahl hindurchtreten. Das Loch kann einen Durchmesser zwischen etwa 0,2 bis etwa 1 mm aufweisen. Es weist normalerweise einen Durchmesser von etwa 0,5 mm auf. Die erste Anode 6 ist an einem ringförmigen Isolator 17 befestigt Eine Aufheizeinrichtung 7, beispielsweise ein Heizfaden, ist außen um die erste Anode 6 so herumgewickelt daß die Anode aufgeheizt wird, wenn ein Strom von einem

jo Anschlußstift 8 eines Anschlußisolators 9 zur Heizeinrichtung fließt Die erste Anode 6 ist mittels des ringförmigen Isolators 17 befestigt und wärmemäßig isoliert Daher ist es möglich, die erste Anode 6 ohne Schwierigkeiten auf hohe Temperatur aufzuheizen. Für

J5 den Entgasungsvorgang ist eine Temperatur von etwa 300 bis 500° C erforderlich.

Eine zweite Anode 10 mit einem Loch 16 ist unterhalb der ersten Anode 6 angeordnet. Der Elektronenstrahl, der durch die Löcher 15 und 16 hindurchgeht wird mit einer Elektronenlinse entweder gebündelt oder verbreitert Die Elektronenlinse ist am unteren Teil des Flansches 11 befestigt Dieses Elektronenstrahlerzeugungssystem ist in zwei Kammern, d. h. in eine obere Kammer 18 und eine untere Kammer 19 unterteilt die jeweils durch Äbsaugöffnungen bzw. -leitungen 12 bzw. 13 evakuiert werden. Eine Vakuumverbindung zwischen den beiden Kammern besteht nur durch das Loch 15, durch das der Elektronenstrahl hindurchgeht. Es ist möglich, die Druckdifferenz zwischen der oberen

so Kammer 18 und der unteren Kammer 19 an diesem Loch 15 in der Größenordnung von 10² aufrechtzuerhalten.

Die nachfolgend angegebene Tabelle gibt ein Beispiel für den Zusammenhang des Vakuumdrucks zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer wieder, wobei der Durchmesser d des Loches als Parameter angegeben ist.

Vakuumdruck	in	der oberen Kammer	Vakuumdruck
			in der unteren
			Kammer
d = 1 mm	d-	= 0,5 mm d = 0,2 mm
Pa	Pa	Pa	Pa

1,2 X ΙΟ"⁵ 3 X ΙΟ"⁶
1,2XlO"⁶ 3Χ10⁷
1,2XlO"⁷ 3Χ10"⁸

4,8 X 10 ⁷
4.8 X 10 *
4,8 X 10"

1,3 X 10 ⁴
1,3 X 10"⁵
1,3 X 10"⁶

Aus diesem Beispiel geht hervor, daß dann, wenn d = 03 mm und der Vakuumdruck in der oberen Kammer 3 χ ΙΟ'⁶ Pa beträgt, der Vakuumdruck in der unteren Kammer 13 x 1O^-4 Pa beträgt, so daß es möglich ist den Druckunterschied zwischen den beiden Kammern in der Größenordnung von IC² zu halten. Diese Beispiele zeigen übrigens den Fall, bei dem sowohl die obere Kammer 18 als ^uch die untere Kammer 19 jeweils mit eigenen Vakuumpumpen (beispielsweise Ionenpumpen usw.) evakuiert werden, die im wesentlichen jeweils die gleiche Saugleistung aufweisen. Wenn eine Vakuumpumpe mit größerer Saugleistung zum Evakuieren der oberen Kammer verwendet wird, kann die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern noch weiter verbessert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist die Heizeinrichtung T, beispielsweise ein Heizdraht, nicht in Berührung mit der ersten Anode 6 angeordnet, so daß die Anode 6 durch Strahlung aufgeheizt wird. Die Druckdifferenz zwischen der oberen Kammer 18 und der unteren Kammer 19 kann dabei auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufrechterhalten werden. In F i g. 2 wird an die erste Anode 6 eine Spannung über den Stift 8' des Leiteranschlusses 9' angelegt, und die Heizeinrichtung; T wird mit einem Strom beaufschlagt und erhitzt, der an den Stift 8 des Leiteranschlusses 9 angelegt wird

Wie zuvor erläutert, dient die erste Anode 6 als Vakuumtrennwand. Daher ist es möglich, zu verhindern, daß der Vakuumdruck auf Grund von Gasen, die in großer Menge von der Heizeinrichtung, beispielsweise einem Heizfaden, während des Ausheizvorganges der Anode emittiert wird, ansteigt Auch dann, wenn der Vakuumdruck beispielsweise 10~⁴ Pa in der unteren Kammer beträgt ist es möglich, den Vakuumdruck in der oberen Kammer auf 10~⁶ Pa zu halten. Der Leiteranschluß 9 ist so gewählt daß er einer hohen Spannung standhält

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Feldemissions- Elektronensirahlerzeugungssystem mit

— einer Feldemissionskathode,

— einer Anode mit einem Loch, durch das ein von der !Cathode emittierter Elektronenstrahl hindurchgehen kann,

— einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Anode,

— einer ersten Kammer, in der sich die Kathode befindet und die mit einer ersten Absaugeinrichtung zum Evakuieren dieser ersten Kammer versehen ist, und

— einer über die Anode an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer, die mit einer zweiten Absaugeinrichtung zum Evakuieren dieser zweiten Kammer unabhängig von der ersten Kammer versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (7) zum Aufheizen der Anode (6) in der zweiten Kammer (19) angeordnet ist

2. Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (7) um den Außenumfang der Anode (6) herum angeordnet ist

3. Feldemissions-EIektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des in der Anode (6) ausgebildeten Loches (15) in einem Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm liegt

4. Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des in der Anode (6) ausgebildeten Loches (15) 0,5 mm beträgt