JP2000294182A - 電界放射電子銃 - Google Patents

電界放射電子銃

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    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/063Electron sources
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子顕微鏡や荷電粒子装置に用いられる電子
ビームの軸ずれの補正を備えた熱電界放射電子銃を提供
すること。 【解決手段】電子源真空筒の頂部に大気と真空を仕切る
ように設けられ、真空外から真空内へ高電圧を導入する
高圧導入部と、該高圧導入部と真空筒の間を接続する気
密シール部材と、該高圧導入部の真空側下面に取り付け
られた電界放射陰極と、該電界放射陰極と対向するよう
に前記真空筒に絶縁的に取り付けられる引出電極と、前
記高圧導入部に取り付けられる同じ長さの複数のポスト
であって先端が前記引出電極にスライド可能に当接する
ポストと、前記高圧導入部を真空外より水平方向に移動
させる移動機構とを備え、前記ポストを通して前記引出
電極に電圧を印加すると共に、前記移動機構によって前
記電界放射陰極と前記引出電極に対する相対位置が調節
可能とされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡や荷電
粒子装置に使用される電界放射電子銃に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、安定な高輝度電子銃として、タン
グステン単結晶の針状電極にジルコニウム(Zr)と酸
素(O)とからなる被膜層を設けた、ZrO/W熱電界
放射電子銃が低加速電子ビームを必要とする電子顕微鏡
や他の荷電粒子装置に広く使用されている。
【0003】図2に熱電界放射電子銃の基本的な構造図
を示す。1は表面にジルコニウム(Zr)と酸素(O)
とからなるタングステン単結晶チップ(W)のZr/O
−Wエミッタ(以下、エミッタと称す)、2はタングス
テンワイヤーからなるヘアピン型のフイラメント、3は
フイラメント2をスポット溶接されているフイラメント
端子、4の絶縁碍子を介してサプレッサー電極5が取り
付けられている。通常、これら部材1〜5は一体構造で
組み立てられ、熱電界放射陰極10として形成されてい
る。熱電界放射陰極10は固定部材6を介して高圧導入
碍子7に固定されている。20は引出電極、21は引出
電極固定部材で高圧導入碍子7に固定されている。引出
電極20は、ネジ22の締めつけに具合によって引出電
極固定部材21に対して位置調整を行って固定されてい
る。
【0004】このような熱電界放射電子銃は所定の電気
回路(図示せず)にセットして真空に排気した後、フイ
ラメント2を電流加熱してエミッタ1の温度を上げ、サ
プレッサー電極5および引出電極20に所定の電界を加
えてことにより電子ビームを取り出すことができる。
【0005】安定な電子ビームを取り出すためには、エ
ミッタ1の温度を適切な温度範囲として1400〜19
00度Kと真空度として1×10-7Pa以下を確保す
る。また、各電極5,20は、エミッタ1に対してサプ
レッサー電極5に−300V程度の負のサプレッサー電
圧を印加しフイラメント2よりの熱電子を抑え、引出電
極20に2KV〜4KV程度の正の引出電圧を印加し、
エミッタ1に対して安定な電界を印加して電子を引き出
すことが重要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図2で示す
ように、この熱電界放射電子銃は、エミッタ1と2つの
電極5,20の間隔に多くの部材を介して構成されお
り、各部の機械的な寸法精度と組立誤差が混入され、特
性のバラツキの要因となる。特に、エミッタ1の先端と
引出電極20との距離Lは、一例として500μm±1
00μm、また、絞り20aの径500μmφに対して
±80μmのセンタリング精度を求められる。
【0007】従って、熱電界放射電子銃の組立時には、
治具を用いてエミッタ1の先端と引出電極20との距離
L、および絞り20aとのセンタリングを±50μm程
度以内に位置を合わせてネジ22によって固定される。
これにより、エミッタ1の先端には、安定した電界が印
加され、特性のバラツキの少ない電子銃が得られる。
【0008】しかし、エミッタ1と引出電極20の関係
が、時として使用中に熱歪みや機械的な歪みによって寸
法精度が大きく変化を生じることがある。このよな場合
は、電子銃部の真空筒を真空リークし、電子銃を取り出
し、形状の確認および再組立(調整)を必要とすること
がある。
【0009】本発明は、上述した問題を解決するもので
あって、使用中にエミッタ1の先端と引出電極20との
距離Lの変化が少なく、また引出電極20の絞り20a
に対してセンターが変化が生じても真空外よりセンタリ
ングの位置合わせ機能をもつことにより、エミッタ1の
電界強度を一定に保ち、安定な熱電界放射電子銃を供給
することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の 本発明は、電子源真空筒の頂部に大気と真空を仕切
るように設けられ、真空外から真空内へ高電圧を導入す
る高圧導入部と、該高圧導入部と真空筒の間を接続する
気密シール部材と、該高圧導入部の真空側下面に取り付
けられた電界放射陰極と、該電界放射陰極と対向するよ
うに前記真空筒に絶縁的に取り付けられる引出電極と、
前記高圧導入部に取り付けられる同じ長さの複数のポス
トであって先端が前記引出電極にスライド可能に当接す
るポストと、前記高圧導入部を真空外より水平方向に移
動させる移動機構とを備え、前記ポストを通して前記引
出電極に電圧を印加すると共に、前記移動機構によって
前記電界放射陰極と前記引出電極に対する相対位置が調
節可能とされていることを特徴とする
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0012】図1は本発明に係わる熱電界放射電子銃の
一実施例の基本構造の断面図である。なお、前述の図2
に示す電子銃と同じ構成要素には同じ符号を付けること
により、その詳細な説明は省略する。図中、熱電界放射
陰極10は固定部材6を介して高圧導入部16に固定さ
れている。また、熱電界放射陰極10のフイラメント
2,サプレッサー5、および12の引出電極には高圧導
入部16を通して電子銃の電源(図示せず)より電流お
よび電圧を供給される。フランジ9は、高圧導入部16
との間にベローズ8を介して真空気密に溶接され、電子
源真空筒15の上部に真空パッキング(図示せず)を挟
んで真空気密に固定されている。
【0013】引出電極12は絶縁碍子13を挟んでアノ
ード14を介して電子源真空筒10の内壁に固定されて
いる。11はポストで3本(3本以上)から成り、この
ポスト11は、金属で作成され一方の端が高圧導入部1
6に固定され、もう一方の端は球面で鏡面に加工され引
出電極12の上面(鏡面加工)に接し、引出電極12の
上面(鏡面加工)をスライドできるように形成されてい
る。このポスト11は、エミッタ1の先端と引出電極1
2との所定距離Lとして、例えば500μm±100μ
m以内になるような寸法に作製されている。また、ポス
ト11は高圧導入部を通して引出電極12に引出電圧を
供給する役目も同時に備えている。
【0014】17は軸調整ネジで、フランジ9の円周上
に4個設けられ、この軸調整ネジ17を回すことによっ
て、高圧導入部16をX,Y軸の水平方向に移動できる
構造を備えている。高圧導入部16の水平移動は、図1
で示している如く、固定部6を介して熱電界放射陰極
が同様に移動することで、熱電界放射陰極10のエミ
ッタ1もほぼ同様な移動を行うことができる。従って、
この軸調整ネジ17は、熱電界放射陰極10のエミッタ
1の先端が引出電極12の絞り12aの中心に対してセ
ンタリングを行うことができる機能を備えている。この
ような構成の動作について次に説明する。
【0015】まず、熱電界放射電子銃部を排気装置(図
示せず)によって1×10-7Pa以下の高真空に排気す
る。高真空に排気された後、フイラメント2に電子銃電
源(図示せず)より電流を流して通電加熱してエミッタ
1の温度を例えば1800Kに加熱する。次に、サプレ
ッサ電極5には−300V程度の電圧を、引出電極12
には2K〜4KV程度の正の電圧をエミッタ1に対して
それぞれ印加すると、エミッタ1の先端から電子が放出
される。放出された電子ビームは、エミッタ1の加速電
位を持って、引出電極12との電位とアノード電極のグ
ランド電位によって加速され、その一部が引出電極およ
びアノード電極の絞りを通過し、アノード電極の下部の
収束レンズ(図示せず)により、細く絞られた状態で試
料に照射される。この電子ビームのビーム電流は数pA
〜数100pAである。通常、これらの電子ビームの電
流は、試料の上部に設けられたファラデイカップ等のビ
ーム電流検出器(図示せず)をビームの光軸に挿入する
ことにより測定される。
【0016】次に、本発明のエミッタ1と引出電極12
との位置が何らかの要因によってずれた場合、この位置
のずれの補正動作について説明する。上述のように、本
電子銃はエミッタ1と引出電極12との距離Lはポスト
11の寸法によって所定の値に固定される。従って、エ
ミッタ1の先端と引出電極12との位置ずれは、エミッ
タ1の先端が絞り12aの中心より横方向にずれること
すなわち光軸ずれが主となる。
【0017】このずれによって、電子ビームは、光軸よ
り傾斜角をもって出射され、アノード14の絞り14a
等によて電子ビームがカットされ、電子ビームの中心ビ
ームが試料に照射されなくなる。電子ビームは、一般に
ビームの中心付近ほど輝度が高く、収差が少なく良い性
質をもっている。従って、電子顕微鏡の像としては、輝
度が低下するのと同時に分解能の低下を招くことにな
る。このような像を元に戻すには、電子ビームの光軸ず
れを直すことが要求される。
【0018】これを達成するために、本発明では、電子
銃部の真空を破らずにエミッタ1の先端を絞り12aに
対して横方向に移動させる機構を備えることを特徴とし
ている。
【0019】まず、この様なずれが生じた場合には、電
子ビームの光軸でのビーム電流をファラデイカップ等の
ビーム電流検出器(図示せず)をビームの光軸に挿入し
て測定する。次に、オペレータは、この電子ビームの値
を確認しながら、4本の軸調整ネジ17を調整しなが
ら、ビーム電流の増加する方向、即ち、電子ビームの中
心が光軸に合っていく方向に合わせて行く。このこと
は、軸調整ネジ17の調整によって、エミッタ1が引出
電極12の絞り12aの中心に移動されて行くことを意
味している。その結果、軸調整ネジ17を調整して電子
ビームの電流値が最大となるようにすることにより、エ
ミッタ1と引出電極12の絞り12aとのずれが補正さ
れることになる。
【0020】従って、 本発明は、熱電界放射電子銃を
使用中に何らかの要因でエミッタ1が引出電極20の絞
り20aの中心に対して位置の変化が生じても、電子銃
部の真空を破らずに、エミッタ1の先端と引出電極20
との距離Lを一定に保って、位置の変化を補正すること
ができる。
【0021】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記に限定されるものではなく、種々の変形が
可能である。例えば、電子銃として熱電界放射電子銃と
して説明したがエミッタを常温で用いる冷陰極電界放射
電子銃でもよい、また、電子ビームの光軸のずれ補正を
光軸でのビーム電流を測定し、その変化で確認したが、
エミッタのエミッションパターンを下方に配置される蛍
光板上に展開表示させ、そのパターンの形状の変化に基
づいて行ってもよい。
【0022】
【発明の効果】以上の説明からあきらかなように、電子
源真空筒の頂部に大気と真空を仕切るように設けられ、
真空外から真空内へ高電圧を導入する高圧導入部と、該
高圧導入部と真空筒の間を接続する気密シール部材と、
該高圧導入部の真空側下面に取り付けられた電界放射陰
極と、該電界放射陰極と対向するように前記真空筒に絶
縁的に取り付けられる引出電極と、前記高圧導入部に取
り付けられる同じ長さの複数のポストであって先端が前
記引出電極にスライド可能に当接するポストと、前記高
圧導入部を真空外より水平方向に移動させる移動機構と
を備え、前記ポストを通して前記引出電極に電圧を印加
すると共に、前記移動機構によって前記電界放射陰極と
前記引出電極に対する相対位置が調節可能とされている
ため、熱電界放射電子銃を使用中に何らかの要因でエミ
ッタ1が引出電極20の絞り20aのセンターに対して
位置の変化が生じても、電子銃部の真空を破らずに、エ
ミッタ1の先端と引出電極20との距離Lを一定に保っ
て、位置の変化を補正することができる。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱電界放射電子銃の一実施例の基本構
造の断面図である。
【図2】従来の熱電界放射電子銃の基本的な構造の断面
図である。
【符号の説明】
1…エミッタ、2…フラメント、3…フイラメント端
子、4…絶縁碍子、5…サプレッサ電極、6…固定部
材、7…高圧導入碍子、8…ベローズ、9…フランジ、
10…熱電界放射陰極、11…ポスト、12…引出電
極、13…絶縁碍子、14…アノード、15…電子源真
空筒、16…高圧導入部、17…軸調整ネジ、20…引
出電極、21…引出電極固定部材、22…ネジ、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子源真空筒の頂部に大気と真空を仕切る
    ように設けられ、真空外から真空内へ高電圧を導入する
    高圧導入部と、該高圧導入部と真空筒の間を接続する気
    密シール部材と、該高圧導入部の真空側下面に取り付け
    られた電界放射陰極と、該電界放射陰極と対向するよう
    に前記真空筒に絶縁的に取り付けられる引出電極と、前
    記高圧導入部に取り付けられる同じ長さの複数のポスト
    であって先端が前記引出電極にスライド可能に当接する
    ポストと、前記高圧導入部を真空外より水平方向に移動
    させる移動機構とを備え、前記ポストを通して前記引出
    電極に電圧を印加すると共に、前記移動機構によって前
    記電界放射陰極と前記引出電極に対する相対位置が調節
    可能とされていることを特徴とする熱電界放射型電子
    銃。
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