JP2009087593A

JP2009087593A - 電界放射電子銃

Info

Publication number: JP2009087593A
Application number: JP2007252970A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kobayashi; 大祐小林; Satoru Fukuhara; 悟福原; Hisaya Murakoshi; 久弥村越; Hideyuki Kazumi; 秀之数見; Masahiro Akatsu; 昌弘赤津
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】
超高真空度を保つために実施される加熱処理により生じる熱歪みによる陽極の位置ずれを抑制し、電子線の軌道がずれるのを防止する構造を持つ電界放射電子銃を提供すること。
【解決手段】
電界放射陰極６から電子線を引出すために設置される引出し電極７を、リング状絶縁碍子１４と同等の先膨張係数をもつ材料にて構成し、両者の接続には、リング状絶縁碍子１４と同等の先膨張係数をもつ材料からなるリング状碍子おさえ１６と引出し電極７でリング状絶縁碍子１４を挟みこみ、リング状絶縁碍子１４と同等の先膨張係数をもつ材料からなる電極固定ネジ１７を用い、それらを共締めにすることによって、真空チャンバ１３に固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子顕微鏡などに使用される電界放射電子銃に関し、特に過熱処理を行い電子線放出を安定させる様にした電界放射電子銃に関する。

電界放射電子銃の実用化には１０^-9Torr以下という超高真空を維持する必要がある。電子放出中にこの真空度を維持するためには、電子衝撃により陽極から放出されるガスを防ぐことが必須である。このガス放出を抑制する手段の一つとして、特許文献１に説明されているような陽極をヒーター等の加熱手段によって数百度まで加熱する昇温脱ガスする方法がある。しかし、この方法は陽極を数百度という高温で加熱するため、電子銃内部に組み込まれた異種材料間で熱膨張量の違いに起因した歪みが生じる。特に、電界放射電子銃に組み込まれる引出し電極は、絶縁碍子を介して固定されるが、陽極と絶縁碍子の間で加熱処理による歪みが生じた場合、その歪みに起因した引出し電極の位置変位が生じ電子線の軌道のずれの要因となる。そこで、絶縁碍子と引出し電極の接続部の固定が重要となる。従来技術では、陽極のずれに伴った電子線の軌道のずれを防ぐ方法として、例えば、電界放射電子銃の加熱温度を引出し電極に影響しない程度に低くしたり、加速電極の直下に電磁アライナーを挿入し、電子線の軌道のずれをアライナーで補正したりする方法が用いられている。

特開平１１−１１１２０５号公報

上記従来技術で、電界放射電子銃の加熱処理を低い温度で行う方法は、良好な超高真空を得るまでに加熱処理の時間が長く必要になるなど生産面やメンテナンス面に弊害がある。また、上記従来技術で陽極直下に電子線の軌道を補正する電磁アライナーを挿入する方法は、電磁アライナーの電源や、それをアライナーに接続するため導入端子が必要でありコストがかかる。更にアライナーの調整の手間が増えるため生産面からも弊害がある。本発明は、陽極とそれらを加熱処理する手段を備えた電子銃において、熱処理温度の低減や電磁アライナーを挿入することなく、何度加熱処理を行っても陽極と絶縁碍子間の熱歪みによる陽極の位置がずれが生じず、電子線の軌道が維持される様にした構造をもつ電界放射電子銃を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、電界放射電子銃に組み込む陽極とそれを固定するための固定具を、絶縁碍子と同等の線膨張係数をもつ材料で構成する。図１は電界放射電子銃の概略構成図である。電界放射電子銃は真空チャンバ１３に設置された電界放射陰極６へ電子線の加速電圧を印加し、引出し電極７に陰極から電子を引出すための引出し電圧を印加することにより、電子線を放出させる。加速電圧と引出し電圧は、高電圧発生装置２１−２で発生した高電圧を加速電圧制御部２１−１で制御され、電界放射陰極６と引出し電極７へ供給される。電界放射陰極６から放出した電子線２０は、引出し電極７と真空チャンバ１３に直接接続された加速電極１２の間で加速され、真空チャンバ１３から下の筐体２３へ供給される仕組みである。引出し電極７はリング状絶縁碍子１４を介して真空チャンバ１３内に設置される。加熱処理は引出し電極７に隣接して設置された内部ヒータ８が用いられる。図２に本発明による絶縁碍子と引出し電極の接合部の詳細図を示す。引出し電極７とリング状絶縁碍子１４との接続は、絶縁碍子と同等の先膨張係数をもつ金属で構成される挟み込むためのリング状碍子おさえ１６と、絶縁碍子と同等の先膨張係数をもつ電極固定ネジ１７を用いる。リング状おさえ１６と引出し電極７これにより、加熱熱処理によって引出し電極に高温となっても引出し電極がリング状絶縁碍子と同等の先膨張係数の材料で構成されることにより、接合部において熱膨張・熱収縮による歪みが低減される。すなわち、何度加熱処理を実施しても引出し電極のずれが生じないため、電子線の軌道のずれを防止することができる。

本発明によれば、電界放射電子銃の加熱処理過程で引出し電極と絶縁碍子間に生じる歪みに起因した引出し電極の変位を抑制することができるため、何度電界放射電子銃の加熱処理を行っても引出し電極の位置を保持し続け、電子線の軌道のずれを防止することができる。

図２は、本発明による電界放射電子銃の一実施例である。電界放射電子銃の電子源となる電界放射陰極６は、耐真空のブッシング１の加速電圧導入端子２−１に接続することで固定されている。ブッシング１はベローズ３を介して上部フランジ４に接続している。ブッシング１は調整ネジ５により水平方向に移動する。この機構により電界放射陰極６と引出し電極７の位置関係を調節できる。引出し電極７はリング状絶縁碍子１４を介して真空チャンバ１３へ接続されることで固定される。リング状絶縁碍子１４と真空チャンバ１３の接続は、外側碍子おさえ１５と真空チャンバ１３でリング状絶縁碍子をはさみ、碍子固定ネジ１８で共締めにすることで接続する。同様にしてリング状絶縁碍子１４と引出し電極７の接続は、内側碍子おさえ１６と引出し電極７でリング状絶縁碍子をはさみ、電極固定ネジ１７で共締めにすることで接続する。引出し電極７の電圧はブッシング１の引出し電極導入端子２−２から供給される。引出し電極７と対向する電極となる加速電極１２は、真空チャンバ１３の底面に直接加速電極固定ネジ１９で固定できる構造となっている。また、電子衝突によるガス放出が最も多い引出し電極７は、３００〜５００℃程度の加熱処理が必要となるが、引出し電極７に隣接するような内部ヒータ８を設置することによって、容易に高温を達成できる。内部ヒータ８は導入碍子１０のヒータ導入端子９へ接続される。電界放射電子銃が加熱処理されると、引出し電極７とリンク状絶縁碍子１５の接合部において、熱歪みが生じるため、それを抑制するため、引出し電極７と電極固定ネジ１８および内側碍子おさえ１８はリング状絶縁碍子１５と同等の線膨張係数をもつ金属材料を選ぶ。リング状絶縁碍子１５の材料にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックを用い、引出し電極７と電極固定ネジ１８および内側碍子おさえ１８はアルミナとほぼ同等の線膨張係数６〜８（Ｋ^-1×１０^-6）をもつ金属材料を適用する。

電界放射電子銃の概略構成図。本発明による絶縁碍子と陽極の接合部の詳細図。本発明による電子銃の実施例の説明図。

符号の説明

１ブッシング
２−１加速電圧導入端子
２−２引出し電圧導入端子
３ベローズ
４上部フランジ
５調整ネジ
６電界放射陰極
７引出し電極
８内部ヒータ
９ヒータ導入端子
１０導入碍子
１１外部ヒータ
１２加速電極
１３真空チャンバ
１４リング状絶縁碍子
１５，１６リング状碍子おさえ
１７電極固定ネジ
１８碍子固定ネジ
１９加速電極固定ネジ
２０電子線
２１−１高電圧発生装置
２１−２加速電圧制御装置
２２−１，２２−２高電圧ケーブル
２３筐体

Claims

電界放射陰極および引出し電極と加速電極の２段の陽極と、引出し電極を真空チャンバから電気的に絶縁するための絶縁碍子を含んでおり、引出し電極を加熱し得る手段を有している電界放射形の電子銃において、絶縁碍子と引出し電極の接続方法として、金属からなる材料で絶縁碍子を挟み込み、固定ネジを用いてそれらを共締めすることにより絶縁碍子と引出し電極を固定する構造を持つことを特徴とした電界放射電子銃。
請求項１記載の電界放射電子銃において、前記引出し電極が絶縁碍子の線膨張係数とほぼ同等の線膨張係数をもった材質で構成されることを特徴とする電界放射電子銃。
請求項１記載の電界放射電子銃において、前記引出し電極と絶縁碍子の接続において絶縁碍子の線膨張係数とほぼ同等の線膨張係数をもったネジを用いて引出し電極を固定する構造をを特徴とした電界放射電子銃。