JP3875957B2 - Electron gun cooling system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子銃の冷却装置に関し、特に、真空雰囲気中において、絶縁碍子を介して電子銃本体が吊下げ支持された構造の電子銃の冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
加速した電子ビームを利用して微細加工を行う電子ビーム式の露光装置や、電子ビーム式の電子顕微鏡などでは、電子ビームを出射する電子銃は、真空状態に保たれるチャンバー内に設置されている。
このような構造の電子銃では、電子を放出させるためにフィラメント部を加熱する必要があり、図2には、その際に採用される電子銃の電気的な接続状態の概要を示している。
【0003】
同図に示した電子銃1は、電子銃本体を構成するボンバードフィラメント部1aと、その前方に配置されたカソード電極1bを備えており、カソード電極1bの前方に電子ビームを照射するターゲット2が配置されている。
【0004】
ボンバードフィラメント部1aには、絶縁トランス3の二次コイルが接続されており、この絶縁トランス3の一次コイルには、交流電源4が接続されており、ボンバードフィラメント部1aを交流電源4で加熱するようになっている。
【0005】
ボンバードフィラメント部1aには、直流のボンバード電源5から接地側を正とする高圧電位が加えられている。また、カソード電極1bには、直流の高圧電源6から同様に、高圧電位が加えられていて、ボンバードフィラメント部1aから発生した熱電子をカソード電極1bにあるタンタルの結晶体にあてて、タンタルの結晶体からでた熱電子をビーム化して、ターゲット2側に向けて出射させる。なお、図2に符号7で示した部材は、交流を直流に変換する整流器である。
【0006】
このような構造の電子銃1においては、ボンバードフィラメント部1aには、絶縁トランス3を介して、加熱用の電力が加えられる。また、ボンバードフィララメント1aからの熱電子がカソード電極1bに当たるため、かなり熱くなる。これによって電子銃1が設置されているチャンバー内が高温になる。
このような高温化の影響は、電子ビームの電流が小さい場合には、殆ど無視できるが、例えば、110kV,10mAといった高電圧で、高電流の電子ビームを照射しつづける場合には、電子銃1の冷却が必要になる。
【0007】
このような問題に対しては、例えば、電子銃1に冷却装置を設置することで、簡単に、チャンバー内の高温化を回避することができるように思われるが、上述した如き構成の電子銃1に冷却装置を設置する際には、以下に説明する技術的な課題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、図2に示した電子銃1において、例えば、ボンバードフィラメント部1aやカソード電極1bを冷却装置により冷却する際には、これが真空チャンバー内に設置されているので、風冷方式を採用することができないので、液状冷媒をこれらの部分に供給して冷却することになる。
【0009】
ところが、通常、この種の電子銃1は、チャンバー側が接地されていて、電子銃1のボンバードフィラメント部1aやカソード電極1bは、電気的高圧側にあり、液状冷媒を発熱部分に供給するためには、接地側からアクセスしなければならないので、簡単に、冷却装置を設けることが困難な状況になっていた。
【0010】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、発熱部を冷却することにより、温度上昇を防ぐことができる電子銃の冷却装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、真空状態に維持されるチャンバー内に設置される電子銃の冷却装置において、前記電子銃は、フィラメント部とボンバード部とを備えた電子銃本体と、前記電子銃本体を吊下げ支持するホルダーと、下端側が前記チャンバーに固設され、上端側に前記ホルダーを支持し、前記チャンバーと前記ホルダーとの間を電気的に絶縁する絶縁碍子とを有し、前記冷却装置は、前記ホルダー内に設けられた環状溝と、前記チャンバーを気密状態で貫通して、前記環状溝に連通する冷却液の供給および排出パイプとを備え、前記供給および排出パイプを、電気絶縁性樹脂で形成するとともに、前記供給パイプから冷却用の電気絶縁オイルを前記環状溝に供給して、前記パイプから排出するようにした。
【0012】
このように構成した電子銃の冷却装置によれば、真空状態に維持されるチャンバー内に設置される電子銃を、電気絶縁オイルを冷却液として、環状溝内に供給することにより、環状溝が設けられている熱良導体製のホルダーとの間で熱交換をし、これによりホルダーを冷却することができる。
【0013】
このようにして、ホルダーを冷却すると、ホルダーには、電子銃本体の発熱部分であるフィラメント部とボンバード部とが吊下げ支持されているので、結果的に、電子銃の発熱部分を冷却することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明にかかる電子銃の冷却装置の一実施例を示している。同図に示した冷却装置10は、真空状態に維持されるチャンバー12内に接地される電子銃14に用いられるものである。
【0015】
チャンバー12は、外部から閉塞された中空な容器状のものであって、図示省略の真空ポンプにより、内部が所定の真空状態に維持され、内方に突出する取付フランジ12aが設けられている。
【0016】
電子銃14は、電子銃本体16と、ホルダー18と、絶縁碍子20とを備えている。電子銃本体16は、フィラメント部16aと、ボンバード部16bとを備えている。
【0017】
フィラメント部16aには、図2に示したフィラメント1aと同様に、絶縁トランス3の二次コイルが接続されており、この絶縁トランス3の一次コイルには、交流電源4が接続されており、フィラメント部1aを交流電源4で加熱するようになっている。
【0018】
また、フィラメント部16aには、図2の場合と同様に、直流の高圧電源(3kV,150mA,450W)5から接地側を正とする高圧電位が加えられている。
【0019】
ボンバード部16bには、図2に示したカソード電極1bと同様に、直流の高圧電源(110kV,10mA,1100W)6から、高圧電位が加えられていて、フィラメント部16aから発生した熱電子をビーム化して、図1のボンバード部16bの下方に設けられる図示省略のターゲット側に向けて出射させる。
【0020】
ホルダー18は、電子銃本体14を吊下げ支持するものであって、本実施例の場合には、剛性を優先してステンレスで構成している。ホルダー18の構成材料は、これに限ることはなく、例えば、熱良導体であるアルミニウム、銅などの金属で構成することもできる。ホルダー18は、基部18aと、筒部18bと、円盤部18cとを備えている。
【0021】
基部18aは、その内方に筒部18aの一端側と円盤部18bとが配置され、中空筒状の筒部18aは、フィラメント部16aの外周を覆うようにして下方に延設され、その他端側には、ボンバード部16bの外周が固着されていて、ボンバード部16bは、筒部18aの下端側に保持されている。
【0022】
円盤部18cは、筒部18aにねじ止めにより取り付けられていて、その中心には、碍子ロッド22を介してフィラメント部16aが支持されている。碍子ロッド22の内部には、フィラメント部16aに電位を供給するための接続線が埋め込まれている。
【0023】
絶縁碍子20は、下端側がチャンバー12に固設され、上端側にホルダー18を支持し、チャンバー12とホルダー18との間を電気的に絶縁するものである。本実施例の場合、絶縁碍子20は、両端が開口した円筒状に形成されていて、下端側の開口縁が、チャンバー12の取り付けフランジ12aの上端に固設されている。
【0024】
絶縁碍子20の上端側に開口縁には、ホルダー18の基部18aの内面が固設されていて、これにより、ホルダー16は、絶縁碍子22を介して、チャンバー12内に、電気的に絶縁された状態で、かつ、宙吊り状態に支持されている。
【0025】
一方、冷却装置10は、環状溝10aと、冷却液Oの供給パイプ10bと、排出パイプ10cとを有している。環状溝10aは、ホルダー18内にあって、周回するように設けられている。
【0026】
本実施例の場合、環状溝10aは、ホルダー18の筒部18bの外周面を凹状に切欠することにより形成され、筒部18bの外周を1周するように設けられている。
【0027】
供給および排出パイプ10b,10cは、一端側がチャンバー12を気密状態で貫通し、図示省略の冷却液Oの供給源に接続され、冷却液Oが循環するようになっている。
【0028】
供給および排出パイプ10b,10cの他端側は、環状溝10aにそれぞれ接続され、これらの接続部分は、周回する環状溝10a対して、相互に対向する位置になっている。
【0029】
また、供給および排出パイプ10b,10cは、本実施例の場合には、電気絶縁性の樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂により構成されている。このような材質のパイプ10b,10cを採用すると、電荷がパイプ10b,10cの表面に貯まらないので、電荷の堆積に伴う放電を回避することができる。
【0030】
さらに、本実施例の場合には、冷却液Oとして、電気絶縁オイルを用いている。以上のように構成した冷却装置10では、供給パイプ10bから電気絶縁オイルを冷却液Oとして環状溝10aに供給し、環状溝10a内を周回した冷却液Oを排出パイプ10cを介して、外部に排出する。
【0031】
このような冷却液Oの流通過程において、これが環状溝10a内を周回する際には、ホルダー18と熱交換して、ホルダー18側から熱を奪い、ホルダー18を冷却する。
【0032】
このようにして、ホルダー18を冷却すると、ホルダー18には、電子銃本体16の発熱部分であるフィラメント部16aとボンバード部16bとが吊下げ支持されているので、結果的に、電子銃14の発熱部分を冷却することができる。
【0033】
さて、以上のように構成した電子銃の冷却装置によれば、真空状態に維持されるチャンバー12内に設置される電子銃14を、電気絶縁オイルを冷却液Oとして、環状溝10a内に供給することにより、ホルダー18を介して、電子銃14の発熱部分を冷却することができる。
【0034】
このようにして電子銃14の冷却を行うと、110kV,10mAといった高電圧で、高電流の電子ビームを照射し続けることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる電子銃の冷却装置によれば、真空状態で、絶縁されている発熱部を冷却することにより、温度上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる電子銃の冷却装置の一実施例を示す要部説明図である。
【図2】電子銃の電気的な構成を示す説明図である。
【符号の説明】
10 冷却装置
10a 環状溝
10b 供給パイプ
10c 排出パイプ
12 チャンバー
14 電子銃
16 電子銃本体
16a フィラメント部
16b ボンバード部
18 ホルダー
18a 基部
18b 筒部
18c 円盤部
20 絶縁碍子
22 碍子ロッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron gun cooling device, and more particularly, to an electron gun cooling device having a structure in which an electron gun body is suspended and supported via an insulator in a vacuum atmosphere.
[0002]
[Prior art]
In an electron beam type exposure apparatus that performs microfabrication using an accelerated electron beam, an electron beam type electron microscope, and the like, an electron gun that emits an electron beam is installed in a chamber maintained in a vacuum state. Yes.
In the electron gun having such a structure, it is necessary to heat the filament portion in order to emit electrons, and FIG. 2 shows an outline of the electrical connection state of the electron gun employed at that time.
[0003]
The electron gun 1 shown in the figure includes a bombarded filament portion 1a constituting an electron gun body and a
[0004]
A secondary coil of an insulating transformer 3 is connected to the bombarded filament portion 1 a, and an AC power source 4 is connected to the primary coil of the insulating transformer 3, and the bombarded filament portion 1 a is heated by the AC power source 4. It is like that.
[0005]
The bombarded filament portion 1a is applied with a high voltage potential from the DC bombard power source 5 with the ground side being positive. Similarly, a high-voltage potential is applied to the
[0006]
In the electron gun 1 having such a structure, heating power is applied to the bombarded filament portion 1 a via the insulating transformer 3. Further, since the thermoelectrons from the bombarded filament 1a strike the
The influence of such a high temperature can be almost ignored when the current of the electron beam is small, but for example, when the electron beam of high current such as 110 kV and 10 mA is continuously irradiated, the electron gun 1 Cooling is required.
[0007]
For such a problem, for example, it seems that by installing a cooling device in the electron gun 1, it is possible to easily avoid the high temperature in the chamber. When installing the cooling device 1, there was a technical problem described below.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
That is, in the electron gun 1 shown in FIG. 2, for example, when the bombarded filament portion 1 a and the
[0009]
However, this type of electron gun 1 is normally grounded on the chamber side, and the bombarded filament portion 1a and the
[0010]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electron gun cooling device capable of preventing a temperature rise by cooling a heat generating portion. There is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an electron gun cooling apparatus installed in a chamber maintained in a vacuum state, wherein the electron gun includes an electron gun body including a filament part and a bombard part, A holder for hanging and supporting the electron gun body; a lower end side fixed to the chamber; an upper end side supporting the holder; and an insulator for electrically insulating the chamber and the holder. The cooling device includes an annular groove provided in the holder, and a coolant supply and discharge pipe that passes through the chamber in an airtight state and communicates with the annular groove. In addition to being formed of an electrically insulating resin, an electrically insulating oil for cooling is supplied from the supply pipe to the annular groove and is discharged from the pipe.
[0012]
According to the electron gun cooling apparatus configured as described above, the electron gun installed in the chamber maintained in a vacuum state is supplied to the annular groove using electric insulating oil as a cooling liquid. Heat can be exchanged with a holder made of a good thermal conductor, and the holder can be cooled.
[0013]
When the holder is cooled in this way, the filament part and the bombard part, which are the heat generation part of the electron gun body, are suspended and supported by the holder, and as a result, the heat generation part of the electron gun is cooled. Can do.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a cooling device for an electron gun according to the present invention. The
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
As in the filament 1a shown in FIG. 2, the secondary coil of the insulating transformer 3 is connected to the
[0018]
Similarly to the case of FIG. 2, a high voltage potential with the ground side being positive is applied to the
[0019]
Similarly to the
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The inner surface of the
[0025]
On the other hand, the
[0026]
In the case of the present embodiment, the
[0027]
The supply and
[0028]
The other end sides of the supply and
[0029]
In the case of this embodiment, the supply and
[0030]
Furthermore, in the present embodiment, an electrically insulating oil is used as the coolant O. In the
[0031]
In such a circulation process of the coolant O, when this circulates in the
[0032]
When the
[0033]
Now, according to the electron gun cooling apparatus configured as described above, the
[0034]
When the
[0035]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the cooling apparatus for an electron gun according to the present invention, it is possible to prevent an increase in temperature by cooling the heat generating portion that is insulated in a vacuum state.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a main part explanatory view showing an embodiment of an electron gun cooling device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an electrical configuration of an electron gun.
[Explanation of symbols]
10
Claims (1)
前記電子銃は、フィラメント部とボンバード部とを備えた電子銃本体と、
前記電子銃本体を吊下げ支持するホルダーと、
下端側が前記チャンバーに固設され、上端側に前記ホルダーを支持し、前記チャンバーと前記ホルダーとの間を電気的に絶縁する絶縁碍子とを有し、
前記冷却装置は、前記ホルダー内に設けられた環状溝と、
前記チャンバーを気密状態で貫通して、前記環状溝に連通する冷却液の供給および排出パイプとを備え、
前記供給および排出パイプを、電気絶縁性樹脂で形成するとともに、
前記供給パイプから冷却用の電気絶縁オイルを前記環状溝に供給して、前記パイプから排出することを特徴とする電子銃の冷却装置。In a cooling device for an electron gun installed in a chamber maintained in a vacuum state,
The electron gun includes an electron gun body including a filament part and a bombard part,
A holder for hanging and supporting the electron gun body;
The lower end side is fixed to the chamber, the holder is supported on the upper end side, and an insulator that electrically insulates between the chamber and the holder,
The cooling device includes an annular groove provided in the holder;
A cooling liquid supply and discharge pipe penetrating the chamber in an airtight state and communicating with the annular groove,
The supply and discharge pipes are formed of an electrically insulating resin,
A cooling apparatus for an electron gun, wherein an electrical insulating oil for cooling is supplied from the supply pipe to the annular groove and is discharged from the pipe.
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