JP4514998B2 - Electron beam generator and photocathode containing cartridge - Google Patents

Electron beam generator and photocathode containing cartridge Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電面を用いて電子線を発生させる電子線発生装置及びこれに用いることができる光電面収容カートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線発生装置は自由電子レーザ、電子線露光、電子顕微鏡等に応用されており、電子線発生装置の電子源として光電面を用いた従来例として、「核物理研究における実験装置及び実験手法(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 356(1995)」の第１６７頁〜第１７６頁の「高い平均出力のレーザを用いたフォトカソード入射装置の結果(Results from the average power laser experiment photocathode injector test)」がある。この文献に開示された電子線発生装置は、専用の超高真空チャンバ内で下地基板上にCs、K及びSbを蒸着することにより、下地基板上にCsK2Sbからなる光電面を製膜する製膜部と、この光電面をマイクロ波加速空洞まで移動させる移動部と、を備え、マイクロ波加速空洞内で光電面にレーザ光を照射し光電面内の電子を励起させ真空中に電子を放出させることにより電子線を発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
量子効率で代表される光電面の感度は、真空中の残留ガス分子の光電面上への吸着及び光電面へのレーザ光の照射により劣化し、劣化が進むと所望の強度の電子線が得られなくなる。この場合、上記文献の電子線発生装置では、劣化した光電面を上記専用の超高真空チャンバ内に移動させ、この光電面上にCs、K及びSbを蒸着させることによりCsK2Sbからなる膜を製膜し、この新たな光電面を用いて電子線を発生させている。
【０００４】
しかし、光電面の製膜にはノウハウがあり、光電面の生産者と電子線発生装置の使用者とは一般に異なるので、上記文献の装置の使用者にとって高い量子効率を有する光電面を確実に作製するのは難しかった。
【０００５】
また、上記文献の装置はマイクロ波加速空洞と異なる専用の超高真空チャンバ内で光電面を製膜するので、製膜中に電子線を発生させることができない。光電面の製膜には長時間を要するので、使用者にとっては大変不便であった。
【０００６】
本発明は、電子線発生装置の使用者が光電面の製膜をする必要がない電子線発生装置及びこれに用いることができる光電面収容カートリッジを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子線発生装置は、光電面と、内部に光電面が収容されるカートリッジと、光電面から放出される電子をカートリッジの外部に取り出すことができるようにするために光電面が最初に使用される前に開けられものであり内部とカートリッジの外部とを遮断する蓋と、を含む光電面収容カートリッジを保持する手段と、保持する手段で保持された光電面収容カートリッジの蓋を開ける手段と、蓋が開けられた光電面収容カートリッジの光電面から電子を放出させるために光電面にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る電子線発生装置は、蓋を開けるだけで光電面の使用が可能となる光電面収容カートリッジを利用する。蓋を開ける手段により光電面収容カートリッジの蓋を開け、レーザ光照射手段により光電面にレーザ光を照射することにより、電子線を発生させている。よって、電子線発生装置の使用者は光電面を製膜することなく電子線発生装置を使用することができる。
【０００９】
本発明に係る電子線発生装置において、カートリッジは蓋があてがわれる開口を有し、電子線発生装置は光電面をカートリッジの開口に通すことにより光電面をカートリッジの外部に移動させる手段を備え、レーザ光照射手段からのレーザ光は、カートリッジの外部に移動させられた光電面に照射されるようにすることができる。これによれば、光電面をカートリッジの外部に移動させてから光電面にレーザを照射し、電子線を発生させることができる。
【００１０】
本発明に係る電子線発生装置は、複数の光電面収容カートリッジの中から少なくとも一つが使用され、他を取り替え可能に待機させる手段を備えるようにすることができる。これによれば、ある光電面収容カートリッジの光電面の感度が劣化した場合、直ちに他の光電面収容カートリッジの光電面に交換できる。よって、電子線発生装置を効率的に使用することができる。
【００１１】
本発明に係る電子線発生装置において、蓋は金属膜を含み、蓋を開ける手段は、金属膜を破る膜破り手段を含めることができる。これによれば、光電面収容カートリッジの蓋は金属膜を含む蓋としている。この蓋を開けるために膜破り手段を備えている。
【００１２】
本発明に係る電子線発生装置において、膜破り手段は閉じた状態と開いた状態とに切り替え可能であって、この切り替えをするレバーを含み、電子線発生装置は、膜破り手段に向けて光電面収容カートリッジを押し出す手段を備え、光電面収容カートリッジが押し出されることにより、金属膜が閉じた状態の膜破り手段に突き刺さり、光電面収容カートリッジがさらに押し出されることにより、光電面収容カートリッジを介してレバーが押圧されて膜破り手段が開いた状態に切り替わることにより金属膜が破られるようにすることができる。これによれば、膜破り手段が開いた状態となることにより、破かれた金属膜は光電面収容カートリッジの端部の側面側に押し退けられるので、光電面が破られた金属膜により損傷するのを防ぐことができる。
【００１３】
本発明に係る電子線発生装置において、保持する手段は、一方の端部及び他方の端部を有するカバーが被せられた光電面収容カートリッジが乗せられるスライダを含み、カバーの一方の端部と光電面収容カートリッジの蓋との間に所定距離が設けられた状態でカバーの他方の端部がスライダに当接され、押し出す手段が光電面収容カートリッジをスライダと一体に押し出すことにより、カバーの一方の端部によりレバーが押圧されるようにすることができる。これによれば、カバーの一方の端部が光電面収容カートリッジの蓋と接触していないので、カバーがレバーを押圧した際に生じる反作用は、主にカバーを介してスライダに伝達される。これにより、光電面収容カートリッジを上記反作用の衝撃から保護することができる。
【００１４】
本発明に係る電子線発生装置において、蓋を開ける手段は、蓋を取り外す手段を含むようにすることができる。これによれば、ネジ等で蓋がカートリッジに固定されている場合、蓋を取り外す手段により蓋が開けられる。
【００１５】
本発明に係る電子線発生装置において、光電面収容カートリッジは、ネジにより蓋がカートリッジに固定されており、蓋を取り外す手段は、カートリッジを回すことにより、蓋をカートリッジから取り外すようにすることができる。
【００１６】
本発明に係る光電面収容カートリッジは、光電面と、内部に光電面が収容されるカートリッジと、光電面から放出される電子をカートリッジの外部に取り出すことができるようにするために光電面が最初に使用される前に開けられものであり、内部とカートリッジの外部とを遮断する蓋と、を備え、カートリッジは蓋があてがわれる開口を有し、開口を通してカートリッジの外部に光電面が移動可能に光電面を保持する手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る光電面収容カートリッジによれば、蓋を開けるだけで光電面の使用が可能となる。よって、本発明に係る光電面収容カートリッジを電子線発生装置に利用すれば、電子線発生装置の使用者は光電面を製膜することなく電子線発生装置を使用することができる。また、これによれば、光電面収容カートリッジの外部で光電面から電子を放出させることができる。
【００１８】
本発明に係る光電面収容カートリッジにおいて、蓋は金属膜を含み、金属膜を破ることにより蓋が開けられるようにすることができる。これは蓋の一態様である。
【００１９】
本発明に係る光電面収容カートリッジにおいて、蓋を光電面収容カートリッジから取り外すことにより蓋が開けられるようにすることができる。これは蓋の他の態様である。例えば、ネジにより蓋がカートリッジに固定されている光電面収容カートリッジにおいて、ネジを外すことにより蓋がカートリッジから取り外される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置１を側方から見た断面構造図である。図２は図１の電子線発生装置１をＡ-Ａ線方向に沿って切断した断面図である。図１及び図２に示すように、電子線発生装置１は４本の光電面収容カートリッジ３が入れられるカートリッジボックス５と、光電面にレーザ光を照射する部屋であるレーザ光照射室７３及びカートリッジボックス５が配置される待機室７１から構成されるチャンバ７と、レーザ光照射室７３に配置され光電面収容カートリッジ３の蓋である金属膜を破るための膜破り器９と、待機室７１に挿入可能であり、光電面収容カートリッジ３の光電面３１を移動させるための移動用パイプ１１と、待機室７１に挿入可能でありかつ移動用パイプ１１と同軸でその外周に配置され、膜破り器９の位置まで光電面収容カートリッジ３を押し出す押出用パイプ１３と、を備える。なお、光電面収容カートリッジ３は断面ではなく側面が示されている。カートリッジボックス５に入れられる光電面収容カートリッジ３は４本であるが、これ以外の複数本でもよいし、１本でもよい。
【００２２】
チャンバ７の待機室７１は光電面収容カートリッジ３の待機場所となる。待機室７１は円筒部７１１及びその両端面となる端面部７１３,７１５で構成される。端面部７１３には開口７１７が形成され、これにより待機室７１はレーザ光照射室７３とつながっている。
【００２３】
カートリッジボックス５は、待機室７１の円筒部７１１と同軸の円筒形状を有する。カートリッジボックス５は、待機室７１の端面部７１５側に配置された回転制御系５１により、カートリッジボックス５の円周方向であるB方向に回転自在に待機室７１内に配置されている。さらにカートリッジボックス５には光電面収容カートリッジ３の数に対応した数（ここでは４個）のスライダ５５が取付けられている。スライダ５５で光電面収容カートリッジ３が保持される。光電面収容カートリッジ３は、スライダ５５に乗せられた状態で膜破り器９の位置まで押し出される。チャンバ７内は高温かつ真空状態とされるので、チャンバ７内に配置される部品（例えばカートリッジボックス５、スライダ５５）の材料はステンレス等の金属が好ましい。待機室７１の円筒部７１１には待機室７１に通じるパイプ７７の一方の端部が接続されている。パイプ７７の他方の端部は排気／分析系２５と接続されている。排気／分析系２５によりチャンバ７内を真空にするための排気やチャンバ７内の残留ガス分子の分析をする。
【００２４】
レーザ光照射室７３は、端面部７１３の開口７１７と反対側に開口７１９を有し、開口７１９を覆うように位置決め板１５が取付けられている。位置決め板１５は光電面３１から電子を放出させる際に光電面３１の位置決め部となる貫通穴１５１を有する。貫通穴１５１は入口部１５３及び出口部１５５を有する。入口部１５３がレーザ光照射室７３側に位置している。入口部１５３を覆うように位置決め板１５に膜破り器９が取付けられている。膜破り器９は円錐形状の表面を有する円錐面部９１を備える。円錐面部９１の頂点は端面部７１３の開口７１７と対向している。
【００２５】
待機室７１の端面部７１５及びカートリッジボックス５には移動用パイプ１１及び押出用パイプ１３が通ることが可能な貫通穴７５，５３が形成されている。スライダ５５には移動用パイプ１１が通ることが可能な貫通穴５７が形成されている。押出用パイプ１３の一方の端部１３３は、制御系１７により矢印Ｃ方向及びその逆である矢印Ｄ方向に移動可能な移動板１９に固定されている。制御系１７により移動板１９が矢印Ｃ方向に移動したとき、押出用パイプ１３の他方の端部１３５がスライダ５５に矢印Ｃ方向の力を加える。これにより、光電面収容カートリッジ３はスライダ５５と一体の状態でレーザ光照射室７３に押し出させる。
【００２６】
移動用パイプ１１は移動板１９の貫通穴を通り制御系１７に接続されている。移動用パイプ１１は制御系１７により矢印Ｃ、Ｄ方向及び回転の制御がされる。移動板１９と待機室７１の端面部７１５とはベローズ２３により接続されている。これにより、端面部７１５の貫通穴７５を外部雰囲気から遮断している。移動板１９と端面部７１５との間にある移動用パイプ１１及び押出用パイプ１３はベローズ２３により覆われている。
【００２７】
次に、膜破り器９の構造の詳細を説明する。図３は位置決め板１５に取付けられた膜破り器９の斜視図である。円錐面部９１は、その内部に空間を有しかつその円錐形状の頂点から底面に沿って二つに割れる構造をしている。二つに割れた一方が半円錐面部９１１であり、他方が半円錐面部９１３である。半円錐面部９１１（９１３）の表面には、レバー９２（９５）の一方の端部が取付けられている。レバー９２（９５）は位置決め板１５に取付けられた支点部９３（９６）を中心として回動する。位置決め板１５とレバー９２（９５）の他方の端部はバネ９４（９７）により接続されている。バネ９４（９７）は伸びる方向に付勢されている。これにより、レバー９２（９５）の他方の端部に力が作用しないとき、円錐面部９１が閉じた状態となる。
【００２８】
一方、レバー９２（９５）の他方の端部に力が作用することにより円錐面部９１が開いた状態となる。図４は円錐面部９１が開いた状態の斜視図であり、図５はその平面図である。レバー９２（９５）の他方の端部に矢印Ｃ方向、つまり図１において端面部７１３の開口７１７から位置決め板１５に向かう方向に力が作用したとき、円錐面部９１が開いた状態となる。
【００２９】
次に、第１実施形態に係る光電面収容カートリッジ３について説明する。図６は光電面収容カートリッジ３の斜視図である。光電面収容カートリッジ３は光電面３１を真空封止したものであり、円筒部３２と、円筒部３２の一方及び他方の開口側に位置する端部３３，３４と、これらの中に収容された光電面３１及びベローズ３６と、を備える。円筒部３２、端部３３，３４により内部に光電面３１が収容されたカートリッジの一例が構成される。
【００３０】
図７は端部３３の側断面図である。端部３３はリング状をしており、その内周面で規定される開口３３１には、光電面３１と対向するように金属膜３５があてがわれている。金属膜３５は例えば溶接により端部３３の内周面に取付けられている。金属膜３５は、光電面３１から放出される電子をカートリッジ（円筒部３２、端部３３，３４）の外部に取り出すことができるようにするために光電面３１が最初に使用される前に開けられものであり、カートリッジの内部と外部とを遮断する蓋の一例である。光電面収容カートリッジ３が図１に示す押出用パイプ１３によりレーザ光照射室７３に押し出されたとき、金属膜３５は円錐面部９１により破られことにより、光電面収容カートリッジ３の蓋が開けられるのである。
【００３１】
金属膜３５は、破られるときにチャンバ７内に金属膜３５の破片が飛び散らずかつチャンバ７内にガスを放出しない材料が好ましい。また、金属膜３５の厚みは円錐面部９１により破ることが可能な大きさである。よって、金属膜３５の材料としては、例えばコバールであり、その厚みは例えば約３０μｍである。金属膜３５の厚みは、例えば５〜５０μｍである。
【００３２】
図８は端部３４の側断面図である。端部３４の端面において中央部分は周辺部分より厚みが大きく、中央部分には図１に示す移動用パイプ１１が通る貫通穴３４１が形成されている。また、中央部分にはベローズ３６の一方の端部が例えば溶接により取付けられている。ベローズ３６の他方の端部には基板３７を介して光電面３１が取付けられている。移動用パイプ１１の先端部１１３は図１に示す貫通穴７５，５３，５７を通り、貫通穴３４１を通ることによりベローズ３６の内部に入ることができる。ベローズ３６は開口３３１（図７）を通してカートリッジの外部に光電面３１が移動可能に保持する手段の一例である。
【００３３】
図６を用いて光電面収容カートリッジ３の説明を続ける。円筒部３２内にはベローズ３６を通すアノードリング３８が配置されている。アノードリング３８は再活性化後の光電面３１の感度をモニターする際に使用される。すなわち、モニター用の光を再活性化後の光電面３１に照射し、これにより生じる光電流を、アノードリング３８を用いて測定することにより、光電面３１の感度をモニターするのである。また、円筒部３２内には光電面３１の再活性化用の供給源３９が配置されている。アノードリング３８及び供給源３９は、それぞれ導電性金属のリボン（図示せず）により保持されている。リボンは、円筒部３２内に埋め込まれた導電性金属のピン（図示せず）と電気的に接続されている。ピンを介してアノードリング３８及び供給源３９に外部から電圧が印加される。なお、供給源３９の代わりに蒸着源を配置することもできる。蒸着源の蒸着物質を通電やレーザーアブレーションすることにより、光電面３１の表面上に数nm〜数十nm程度の膜厚でコーティングする。これにより、光電面３１の感度を劣化させる残留ガス分子の影響を少なくできるので、光電面３１の長寿命化が可能となる。蒸着源、アノードリング３８、供給源３９は本発明に係る光電面収容カートリッジにとって必須ではなく、必要に応じて配置するものである。
【００３４】
光電面３１の材料としては、例えば、ダイヤモンド,GaN,AlGaN,InGaN,Cs2Te,Rb:Cs2Te,Cs-K-Te,Rb-Te,K-Te,GaAs,CsK2Sb,Cs3Sb,PbCs,Cu,Mg,LaB6がある。光電面３１を保持する基板３７の材料は、ステンレス等の金属が用いられる。光電面３１が反射型の場合、光電面３１は金属や半導体でできた円板状の下地基板の上に製膜される。光電面３１が透過型の場合、光電面３１はガラスでできた円板状の下地基板の上に成膜される。特にこの場合には光電面３１を保持する基板３７にはレーザ光を通すための貫通孔が形成される。円筒部３２の材料は例えばＵＶ透過ガラスであり、端部３３，３４、ベローズ３６の材料はコバールやステンレスである。円筒部３２、端部３３，３４、ベローズ３６、基板３７の材料はこれらに限定されず、耐熱性がありガスを放出しないならば他の材料も使用することができる。
【００３５】
次に、電子線発生装置１の動作について図１、図２、図９〜図１３を用いて説明する。図９〜図１３は、電子線発生装置１の動作を説明するための図であり、光電面収容カートリッジ３Ａ、膜破り器９及びそれらの周囲に位置する部品の断面が示されている。図１、図９〜図１３に示す光電面収容カートリッジ３Ａにおいてアノードリング３８及び供給源３９の図示は省略されている。
【００３６】
図１に示すように、レーザ光照射室７３の入口である開口７１７と対向する光電面収容カートリッジ３（図面では光電面収容カートリッジ３Ａ）が、膜破り器９に向けてレーザ光照射室７３に押し出される光電面収容カートリッジ３である。まず、図９に示すように、図１の制御系１７により移動板１９を矢印Ｃ方向に直線移動させ、押出用パイプ１３の端部１３５を端面部７１５の貫通穴７５及びカートリッジボックス５の貫通穴５３に通し、押出用パイプ１３の端部１３５をスライダ５５Ａの底面部に当接させる。移動板１９の上記直線移動によりベローズ２３が縮められる。
【００３７】
図１０に示すように、図１の制御系１７により移動用パイプ１１を矢印Ｃ方向に直線移動させ、移動用パイプ１１を貫通穴７５，５３、スライダ５５Ａの貫通穴５７、光電面収容カートリッジ３Ａの端部３４の貫通穴３４１（図９）に通し、光電面収容カートリッジ３Ａのベローズ３６内部に挿入し、移動用パイプ１１の先端部１１３を基板３７の位置に到達させる。移動用パイプ１１の先端部１１３には外ネジが形成され、基板３７には内ネジが形成されている。これらのネジは同じ規格である。図１の制御系１７により移動用パイプ１１を回転させ、先端部１１３の外ネジを基板３７の内ネジに締めることにより、先端部１１３を基板３７に固定する。
【００３８】
次に、図１１に示すように、図１の制御系１７により移動用パイプ１１を矢印Ｄ方向に直線移動させ、ベローズ３６の長さを最短にする。そして、図１２に示すように、図１の制御系１７により押出用パイプ１３を矢印Ｃ方向に直線移動させ、押出用パイプ１３の端部１３５でスライダ５５Ａの底面部を押すことにより、光電面収容カートリッジ３Ａをスライダ５５Ａと一体の状態でレーザ光照射室７３に向けて押し出す。これにより、光電面収容カートリッジ３Ａの金属膜３５は、閉じた状態の円錐面部９１の頂点部に衝突する。この頂点部は尖っているので、押出用パイプ１３でスライダ５５Ａの底面部をさらに押すことにより、円錐面部９１により金属膜３５に穴が開けられる。そして、押出用パイプ１３でスライダ５５Ａの底面部をさらに押すと、スライダ５５Ａの先端部により半円錐面部９１１のレバー９２及び半円錐面部９１３のレバー９５が矢印Ｃ方向に押される。これにより、半円錐面部９１１,９１３が開き始め、半円錐面部９１１,９１３により金属膜３５が破かれる。レバー９２,９５がさらに矢印Ｃ方向に押されることにより、半円錐面部９１１,９１３の開きがさらに大きくなるので、半円錐面部９１１,９１３により破かれた金属膜３５は光電面収容カートリッジ３Ａの端部３３の側面側に押し退けられる。
【００３９】
次に、図１３に示すように、図１の制御系１７により移動用パイプ１１を矢印Ｃ方向に直線移動させ、光電面３１を開いた半円錐面部９１１,９１３で形成される空間を通すことにより、光電面収容カートリッジ３Ａの外部に移動させ、位置決め板１５の貫通穴１５１に入る。貫通穴１５１の出口部１５５の径は基板３７の径より小さいので、基板３７が出口部１５５に当接することにより光電面３１の位置決めがなされる。この状態で光電面３１にレーザ光ＬＢを照射し、光電面３１から電子を放出させることにより電子線を発生させる。
【００４０】
第１実施形態の光電面３１は透過型であり、レーザ光ＬＢを光電面３１に照射する径路は以下の通りである。まず、図２に示すレーザ光源２１で発生したレーザ光ＬＢは、待機室７１の円筒部７１１に形成されたレーザ導入口７２１を通り待機室７１に入る。そして、図１４に示すように、レーザ光ＬＢは押出用パイプ１３の貫通孔１３１及び移動用パイプ１１の貫通孔１１１を通り、移動用パイプ１１内に入る。レーザ光ＬＢは移動用パイプ１１内に配置された反射ミラー１１５により、先端部１１３に向けて反射される。そして、レーザ光ＬＢは基板３７の貫通孔を透過し光電面３１に入射することにより、光電面３１から電子線ＥＢが発生する。
【００４１】
第１実施形態において、移動用パイプ１１の貫通孔１１１から光電面３１までの距離は例えば３０cm以下にすることができる。よって、レーザ光ＬＢのアライメントは、光電面に加速器側からレーザ光を入射する反射型に比べて非常に容易となる。また、反射型では斜め方向から光電面にレーザ光を照射しなければならないので、レーザ光のビームが楕円形となる。よって、反射型は楕円形の長軸方向のエミッタンスが大きくなる。これに対して、透過型である第１実施形態は光電面３１に直角にレーザ光ＬＢを照射できるので、低いエミッタンスが得られる。なお、光電面３１が透過型の場合を説明したが、光電面３１が反射型の場合も本発明を適用することができる。
【００４２】
真空のチャンバ内にガラス管に真空封入された光電面を配置し、ガラス管を割り、光電面を位置決め板の位置まで移動させることにより、光電面の位置決めをすることもできる。しかし、この場合、割れたガラス管の破片や粒により、チャンバ７を真空にする排気／分析系２５の排気系が性能低下したり故障することがある。第１実施形態では、破られたものが金属膜なのでこのような問題が生じにくい。
【００４３】
なお、第１実施形態において、半円錐面部９１１,９１３や破られた金属膜３５により、光電面３１が損傷しない位置に光電面３１を配置する必要がある。第１実施形態では図１２に示すようにベローズ３６の長さを最短にすることにより、光電面３１の損傷を防いでいる。光電面３１が損傷しない位置ならばベローズ３６の長さは最短でなくてもよい。
【００４４】
さて、図１３に示す光電面収容カートリッジ３Ａの光電面３１は使用によりその感度が劣化するので、他の光電面収容カートリッジ３の光電面３１と交換する必要がある。この動作を説明する。まず、制御系１７により移動用パイプ１１を矢印Ｄ方向に移動させることにより、図１２に示すようにベローズ３６の長さを最短にする。そして、制御系１７により移動用パイプ１１及び移動板１９（図１）を矢印Ｄ方向に移動させることにより、移動用パイプ１１に基板３７が固定された光電面収容カートリッジ３Ａを待機室７１に戻す（図１１）。次に、制御系１７により移動用パイプ１１を回転させることにより、移動用パイプ１１の先端部１１３の外ネジを基板３７の内ネジから外す。次に、図１に示すように、制御系１７により移動用パイプ１１及び移動板１９を矢印Ｄ方向に移動させることにより、移動用パイプ１１及び押出用パイプ１３はカートリッジボックス５の貫通穴５３及び待機室７１の貫通穴７５を通って抜き取られる。そして、図２に示す回転制御系５１によりカートリッジボックス５をＢ方向のいずれかに回すことにより、他の光電面収容カートリッジ３をレーザ光照射室７３の開口７１７と対向する位置に移動させる。そして、光電面収容カートリッジ３Ａを用いて先程の説明と同様に、他の光電面収容カートリッジ３の光電面３１を位置決め板１５に位置決めし、レーザ光ＬＢを光電面３１に照射することにより電子線を発生させる。
【００４５】
一方、光電面収容カートリッジ３Ａの感度が劣化した光電面３１は、再活性化することにより、光電面３１の再使用が可能となる。図２に示すように、待機室７１のうち再活性化処理がされる場所には、ガラス窓部７９が設けられている。ガラス窓部７９は、図２において裏側、つまりレーザ光照射室７３側に位置する。再活性化をするには、回転制御系５１によりカートリッジボックス５を回すことにより、再活性化が必要な光電面３１を有する光電面収容カートリッジ３Ａをガラス窓部７９と対向する位置に移動させる（図１５）。そして、ガラス窓部７９を介して感度測定用レーザ光を光電面収容カートリッジ３Ａ内の光電面３１に照射することにより、光電面３１の感度を確認する。光電面３１の感度を確認しながら再活性化処理をする。これにより、光電面３１の感度が回復し、光電面３１の再使用が可能となる。再活性化には、（１）加熱による再活性化、（２）Cs蒸着による再活性化、（３）レーザアブレーションによる再活性化がある。なお、待機室７１の円筒部７１１には観察窓７２３が取付けられており、観察窓７２３を介して再活性化処理がされている光電面３１を観察することができる。
【００４６】
（１）加熱による再活性化
光電面がCs2Teの場合、真空のチャンバ内の残留酸素分子が光電面の表面に吸着し、光電面の感度が大きく劣化することが知られている。光電面の加熱によりこの吸着酸素分子を光電面の表面から離脱させると、光電面の感度を回復させることができる。図１６は光電面３１の加熱装置を示す図である。光電面３１を加熱するためのヒータ２７が支持棒２７３の先端部に取付けられている。ヒータ制御系２７１はヒータ２７の温度制御及びヒータ２７の位置制御をする。ヒータ２７は図２において待機室７１の端面部７１５側に配置されている。
【００４７】
図１５に示すように、加熱による再活性化は、まず、ヒータ制御系２７１により支持棒２７３を直線移動させることにより、ヒータ２７を待機室７１内に入れ、ヒータ２７を光電面収容カートリッジ３Ａ内の基板３７に接触させる。そして、ヒータ制御系２７１によりヒータ２７を構成するセラミックスを表面にコーティングして電気的に絶縁したニクロム線に電流を流し、ヒータ２７を発熱させることにより、光電面３１を加熱し再活性化させる。
【００４８】
再活性化による光電面の感度の回復程度について具体的に説明する。図１７は、光電面の使用時間と光電流との関係及び光電流と光電面温度との関係を示すグラフである。横軸は光電面の使用時間（ｈ）、つまり光電面にレーザ光を照射し電子線を発生させている時間を示している。左縦軸は光電面の光電流の相対値を示している。チャンバ内の真空度が約４×１０-7Pa以下、励起用紫外線ランプの波長が２５４nm、ランプ光の照射径が３mmのときに流れる２０μAの光電流を基準としている。右縦軸は光電面の温度（℃）を示している。図１７中の矢印から分かるように、Cs2Teの光電面は使用により初期状態から約４７％にまで感度が劣化している。この光電面の温度を加熱により約１６０℃上昇させると、光電面の感度は初期値の約８３％にまで回復している。
【００４９】
（２）Cs蒸着による再活性化
光電面の材料がGaAs,GaN,AlGaN,InGaNの場合、光電面の使用中その表面からCsが脱離することにより、光電面の感度が劣化することが知られている。図１５に示す光電面収容カートリッジ３Ａの光電面３１を、ヒータ２７の位置制御をするヒータ制御系２７１を用いて先程と同様の方法により移動させることにより、光電面３１をCsの供給源３９（図６）に近づける。Csの供給源３９からCsを光電面３１に供給することにより、光電面３１の感度を回復させる。これによれば、光電面３１にCsを非常に近い距離から供給可能であるので、少ないCs量で光電面３１の感度を回復させることができる。Csの供給量が多くなるとチャンバ７を通り電子線の加速部等に入るCs量も多くなるので、加速電圧の放電や加速電極からの暗電流の増加等が問題となる。第１実施形態ではこのような問題を軽減することができる。
【００５０】
（３）レーザアブレーションによる再活性化
光電面の材料がCu、Mg又はPbCsの場合、光電面の表面にチャンバ内の残留ガス分子が吸着することやそれによる光電面の変質により、光電面の感度の劣化が知られている。光電面の表面層をレーザアブレーションにより除去することにより、この感度の劣化を回復させることができる。
【００５１】
図１５に示すように、レーザアブレーションによる再活性化は、ガラス窓部７９を介して図示しないレーザ光源から発生したレーザ光を待機室７１に入射させ、光電面３１上にレーザ光の焦点を合わせることで光電面３１の表面をアブレーションさせる。焦点位置をスキャンすることで光電面３１の表面全体の感度を回復させることができる。
【００５２】
この再活性化による光電面の感度の回復程度について具体的に説明する。図１８は、光電面の使用時間と光電流との関係を示すグラフである。横軸は光電面の使用時間（ｈ）を示している。縦軸は光電面の光電流（nA）を示している。PbCsの光電面の使用条件は、チャンバ内の真空度が約５．３×１０-7Pa以下、励起用紫外線ランプの波長が２５４nm、ランプ光の照射径が３mm、初期量子効率が８．６×１０-4であった。
【００５３】
光電面を上記条件により使用した場合における時間と光電流との関係をグラフ中に白丸で表している。光電面を約４５０時間使用後、波長２４８nm、周波数１０HzのKrFエキシマレーザにより光電面の表面を約３分間スキャンし光電面の感度を回復させた（第１回再活性化）。その結果、光電面の感度は矢印Ｅの先端に示す値まで回復した。KrFエキシマレーザのエネルギーは２．７mJ／パルスであった。
【００５４】
第１回再活性化後の光電面を再び上記条件により使用した場合における時間と光電流との関係をグラフ中に黒丸で表している。光電面を約５２０時間使用後、波長２４８nm、周波数１０HzのKrFエキシマレーザにより光電面の表面を約３分間スキャンし光電面の感度を回復させた（第２回再活性化）。その結果、光電面の感度は矢印Ｆの先端に示す値まで回復した。KrFエキシマレーザのエネルギーは１．５mJ／パルスであった。光電面の量子効率は５．２×１０-3、光電流は約３００nAとなった。最初の光電流が約５０nAなので光電面の感度は６倍になった。なお、グラフ中に白四角は第２回再活性化後の光電面を再び上記条件により使用した場合における時間と光電流との関係を表している。
【００５５】
以上説明したように電子線発生装置１は、光電面３１を収容した光電面収容カートリッジ３を備えている。光電面３１を使用する際に蓋である金属膜３５を破ることにより、光電面３１を使用することができる。光電面の製膜にはノウハウがあり、電子線発生装置の使用者にとって高い量子効率を有する光電面を確実に作製するのは難しい。電子線発生装置１によれば使用者は光電面を製膜する必要がないので、光電面の生産者が作製した高い量子効率を有する光電面を使用することができる。
【００５６】
また、電子線発生装置１によれば、ある光電面収容カートリッジ３の光電面３１の感度が劣化した場合、直ちに他の光電面収容カートリッジ３の光電面３１に交換できる。よって、光電面３１の感度が劣化した場合、長時間を要する光電面の製膜の必要がないので電子線発生装置１を効率的に使用することができる。
【００５７】
また、電子線発生装置１によれば、他の光電面収容カートリッジ３の光電面３１を使用した状態で劣化した光電面３１の再活性化処理ができるので、この点からも電子線発生装置１を効率的に使用することができる。
【００５８】
また、電子線発生装置１によれば、カートリッジボックス５に種類の違う光電面３１を入れることができるので、光電面３１の種類の変更が容易となる。これにより、電子線の用途に応じて光電面３１を変更する場合、その変更を容易にすることができる。
【００５９】
次に、第１実施形態の変形例について説明する。図１９は、この変形例に係る光電面収容カートリッジ３が配置された待機室７１とその周辺の断面図である。図１９において図９に示す符号と同一要素については同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【００６０】
光電面収容カートリッジ３は円筒状のカバー３２１で覆われている。カバー３２１の内径は光電面収容カートリッジ３の径とほぼ同一である。図２０はカバー３２１の側断面図である。カバー３２１は高温真空状態で使用されるので、例えば、ステンレスのような耐熱性及びガスを放出しない材料が好ましい。カバー３２１の一方の端部３２３は、その中央部に膜破り器９の円錐面部９１が通る貫通穴３２５と、その周辺部に膜破り器９のレバー９２，９５と当接する当接面３２７と、を有する。カバー３２１の他方の端部３２９は開口を有する。
【００６１】
図１９に示すように、変形例のスライダ５５は光電面収容カートリッジ３の高さ方向に対応する方向の長さが短く、光電面収容カートリッジ３の端部３４及びその付近にある一部の円筒部３２を覆っているのみである。カバー３２１をその端部３２９の開口から光電面収容カートリッジ３の端部３３に被せ、カバー３２１の端部３２９がスライダ５５と当たる位置まで被せる。この状態でカバー３２１の端部３２７が光電面収容カートリッジ３の端部３３と接触しないように、カバー３２１の長さを決めておく。端部３３は光電面収容カートリッジ３の金属膜３５を含む蓋に相当する。この状態におけるカバー３２１の端部３２７と光電面収容カートリッジ３の端部３３との距離は、例えば約０．５mmである。光電面収容カートリッジ３の端部３４は、図示しないが例えばビスによりスライダ５５に保持されている。これにより、光電面収容カートリッジ３がスライダ５５から外れるのを防いでいる。
【００６２】
先程説明した光電面収容カートリッジ３Aの押し出し動作と同様に、図１９に示す移動用パイプ１１でベローズ３６の長さを最短にし、押出用パイプ１３により矢印Ｃ方向にスライダ５５を押す。これにより、光電面収容カートリッジ３がレーザ光照射室７３に押し出され、円錐面部９１の先端により光電面収容カートリッジ３の金属膜３５に穴が開けられる。さらに、押出用パイプ１３によりスライダ５５を押すと、カバー３２１の当接面３２７がレバー９２，９５を押圧することにより、半円錐面部９１１，９１３が開き、光電面収容カートリッジ３の金属膜３５が破られる。上記のようにカバー３２１の端部３２７が光電面収容カートリッジ３の端部３３と接触していないので、カバー３２１の当接面３２７がレバー９２，９５を押圧した際に生じる反作用は、主にカバー３２１を介してスライダ５５に伝達される。これにより、光電面収容カートリッジ３のカートリッジ（端部３３、円筒部３２、端部３４）を上記反作用の衝撃から保護することができる。光電面収容カートリッジ３のカートリッジが壊れやすい材料の際にこの変形例は有効である。
【００６３】
次に、本実施形態の第２実施形態について説明する。図２１は、第２実施形態に係る光電面収容カートリッジ４の断面図である。図２１において、図６に示す第１実施形態に係る光電面収容カートリッジ３の要素と同一要素については同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【００６４】
光電面収容カートリッジ４は、光電面３１を収容し一方の端部４１３に開口４１５を有する円筒容器４１と、開口４１５にあてがわれるネジ式の蓋４３と、を備える。蓋４３の開閉の際に円筒容器４１や蓋４３には力が作用するので、これらの材料は金属が好ましい。蓋４３にはガラス窓４３１が形成されている。ガラス窓４３１を介して、光電面を成膜するときに用いられる光を導入する。
【００６５】
円筒容器４１において、端部４１３の径を他の部分の径より小さくすることにより、端部４１３に段差を形成している。この段差と蓋４３とで形成される空間にシール４５を配置することにより、光電面収容カートリッジ４を密閉している。シール４５の材料は、例えば、ゴムOリング、メタル中空Oリング、インジウム等の金属線材からなるリングがある。
【００６６】
円筒容器４１の他方の端部４１１のうち、光電面収容カートリッジ４の内側にはベローズ３６が固定され、外側には凸部４７が形成されている。凸部４７は貫通穴４７１を有し、移動用パイプ１１は貫通穴４７１を介してベローズ３６内に入る。また、凸部４７の側壁にはＬ型穴４７３が形成されている。
【００６７】
次に、第２実施形態に係る電子線発生装置の構造について説明する。図２２は第２実施形態に係る電子線発生装置２を側方から見た断面構造図である。図２３は図２２の電子線発生装置２をＡ-Ａ線方向に沿って切断した断面図である。図２２及び図２３において、図１及び図２に示す第１実施形態に係る電子線発生装置１の要素と同一要素については同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【００６８】
第２実施形態において、待機室７１には第１実施形態における再活性化処理のための場所が設けられておらず、その代わりに、その場所で蓋４３を外す処理がなされる。このため、蓋４３を外すための蓋外し装置６１が図２３の表側、つまりレーザ光照射室７３の反対側に配置されている。回転制御系５１によりＢ方向のいずれかにカートリッジボックス５を回すことにより、蓋４３を外す処理がされる場所に光電面収容カートリッジ４を移動させる。
【００６９】
図２３に示すように、第２実施形態は第１実施形態と同様に、カートリッジボックス５に光電面収容カートリッジ４を入れるスペース５９を四つ有する。しかし、それらのうち一箇所のスペース５９（５９A）にしかスライダ５５が設けられていない。他のスペース５９に蓋４３が被さった光電面収容カートリッジ４を入れ、蓋４３をカートリッジボックス５に固定する。これにより、光電面収容カートリッジ４がカートリッジボックス５に保持される。一方、スペース５９Aには蓋４３が被さった光電面収容カートリッジ４を入れず空にしておく。そして、蓋外し装置６１により蓋４３が外された光電面収容カートリッジ４をスペース５９Aのスライダ５５に乗せ、第１実施形態で説明したようにレーザ光照射室７３へ押し出等がなされる。
【００７０】
このように第２実施形態では蓋４３を外すことにより光電面３１を光電面収容カートリッジ４の外に取り出すことができるので、レーザ光照射室７３に膜破り器を配置する必要がない。
【００７１】
次に、光電面収容カートリッジ４から蓋４３を外し、光電面収容カートリッジ４を押出用パイプ１３でレーザ光照射室７３に押し出すまでの動作を説明する。図２４〜図２７は、この動作を説明するための図であり、光電面収容カートリッジ４及びそれらの周囲に位置する部品の断面が示されている。図２４〜図２７に示す光電面収容カートリッジ４においてアノードリング３８及び供給源３９の図示は省略されている。
【００７２】
まず、図２４に示すように、光電面収容カートリッジ４を蓋４３が外される場所に位置させる。蓋４３はカートリッジボックス５に図示しないネジ等により固定されている。蓋外し装置６１は、先端にフック６１３が取付けられた棒６１１と、棒６１１の動きを制御する制御系６１５と、を備える。制御系６１５により棒６１１を矢印Ｃ方向に直線移動させ、フック６１３を凸部４７の貫通穴４７１に入れる。
【００７３】
図２５に示すように、制御系６１５により棒６１１を回転させ、フック６１３をL型穴４７３に嵌め込む。制御系６１５により棒６１１をさらに回転させることにより、円筒容器４１を回転させ、蓋４３を円筒容器４１から外す。
【００７４】
図２６に示すように、制御系６１５により棒６１１を矢印D方向に直線移動させ、円筒容器４１を待機室７１から抜き出す。そして、図２３に示すスライダ５５を蓋４３を外す処理がされた場所に移動させる。制御系６１５により棒６１１を矢印C方向に直線移動させ、フック６１３に引っかけられている円筒容器４１をスライダ５５に入れる。
【００７５】
そして、カートリッジボックス５を図２３の回転制御系５１でＢ方向のいずれかに回転させることにより、図２７に示すようにスライダ５５をレーザ光照射室７３と対向する位置に移動させる。そして、第１実施形態と同様にして、移動用パイプ１１を基板３７に固定させる。後の動作は第１実施形態と同じである。
【００７６】
次に、本実施形態の応用例の一例について説明する。図２８は電子線発生装置１を用いた高周波電子銃の断面構造図である。高周波電子銃は加速器用電子銃の一例であり、電子線発生装置１に加速用空洞８３を有する共振器８１を取付けた構造をしている。加速用空洞８３の入口部８５に光電面３１が面するように、共振器８１が位置決め板１５に固定されている。加速用空洞８３の出口部８７から加速された電子線が出射される。
【００７７】
図示しないマイクロ波発生装置により、例えば、Sバンド（２８５６MHz）のマイクロ波を加速用空洞８３に入れ、加速用空洞８３内に高電界を発生させる。高周波電子銃は、このマイクロ波の位相と光電面３１に入射するレーザ光LＢの位相を合わせることにより、この高電界を用いて光電面３１から発生する電子を急速に加速する電子銃である。
【００７８】
図２８に示す高周波電子銃は、Cs2Teからなる透過型の光電面３１をレーザ光源２１（図２）で発生したYAGレーザの４倍波（２６６nm）のレーザ光LBで励起している。このとき、光電面３１の量子効率が１５％、レーザ光LBのエネルギーが３１nJとすると、１nCのクーロン数のパルス電子が得られる。
【００７９】
ところで、高周波電子銃は加速電界強度を上げるために、加速用空洞８３内に電場をかけ続けるコンディショニング作業をする必要がある。コンディショニング作業の際、光電面の材料は無酸素銅であるのが好ましい。そこで、ある光電面収容カートリッジ３の光電面３１の材料を無酸素銅とし、他の光電面収容カートリッジ３の光電面３１の材料をCs2Teとする。無酸素銅の光電面３１でコンディショニング作業をすることにより、他の光電面収容カートリッジ３の光電面３１がイオンフィードバックや劣化した真空度での使用等により、光電面３１の使用前に光電面３１の感度が劣化するのを防ぐことができる。
【００８０】
次に、本実施形態の応用例の他の例について説明する。図２９は電子線発生装置１を用いた電子線露光装置の断面構造図である。電子線露光装置は電子線発生装置１を電子線露光用の電子銃としており、電子線発生装置１に真空チャンバである露光室１０１を取付けた構造をしている。露光室１０１の入口部１０３に光電面３１が面するように、露光室１０１が位置決め板１５に固定されている。露光室１０１内の入口部１０３と対向する位置には、半導体ウエハWが載置されるステージ１０５が配置されている。入口部１０３とステージ１０５との間の露光室１０１内には、入口部１０３側から順に、光電面３１から発生した電子を加速する加速用電極１０７、加速した電子を偏向する偏向電極１０９、偏向した電子を収束させる電子レンズ１０２が配置されている。
【００８１】
光電面３１から発生した電子は加速用電極１０７により加速され、加速された電子は電子レンズ１０２によりビーム径が絞られて、半導体ウエハW上に照射される。そして、偏向電極１０９により電子を偏向することにより、半導体ウエハW上を走査する。これにより、半導体ウエハWのレジストを所定パターンに露光する。
【００８２】
半導体ウエハWに微細な線幅の配線を形成するため、電子線露光装置には高輝度かつ微小なビームサイズの電子線が要求される。図２９に示すような光電面を用いた電子線発生装置は、熱電子銃や電界放出型電子銃に比べて単色性の高い電子線放射が可能でるので、微細な線幅を形成するための露光を実現に有利である。また、図２９に示す電子線露光装置は複数の光電面収容カートリッジ３を備えているので、ロスタイムの少ない電子線露光が可能となるので、スループットを向上させることができる。
【００８３】
なお、図２８及び図２９の応用例は第１実施形態に係る電子線発生装置１を用いたが第２実施形態に係る電子線発生装置２を用いることもできる。
【００８４】
また、本実施形態において、光電面３１を光電面収容カートリッジ３，４の外部に移動させてから光電面３１にレーザ光ＬBを照射し光電面３１から電子を放出させている。しかしながら、光電面収容カートリッジ３，４の蓋（金属膜３１、蓋４３）を開けた状態で光電面収容カートリッジ３，４内の光電面３１にレーザ光ＬBを照射し光電面３１から電子を放出させてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明に係る電子線発生装置は、光電面から放出される電子をカートリッジの外部に取り出すことができるようにするために光電面が最初に使用される前に開けられる蓋を備えた光電面収容カートリッジを利用している。光電面の製膜にはノウハウがありかつ長時間要するが、この光電面収容カートリッジは蓋を開けるだけで光電面の使用が可能になる。よって、電子線発生装置の使用者は光電面を製膜する必要なく電子線発生装置を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置を側方から見た断面構造図である。
【図２】図１の電子線発生装置をＡ-Ａ線方向に沿って切断した断面図である。
【図３】本実施形態の第１実施形態に係る膜破り器の円錐面部が閉じた状態の斜視図である。
【図４】本実施形態の第１実施形態に係る膜破り器の円錐面部が開いた状態の斜視図である。
【図５】本実施形態の第１実施形態に係る膜破り器の円錐面部が開いた状態の平面図である
【図６】本実施形態の第１実施形態に係る光電面収容カートリッジの斜視図である。
【図７】本実施形態の第１実施形態に係る光電面収容カートリッジの金属膜側の端部の側断面図である。
【図８】本実施形態の第１実施形態に係る光電面収容カートリッジのベローズ側の端部の側断面図である。
【図９】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の動作を説明するための第１工程図である。
【図１０】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の動作を説明するための第２工程図である。
【図１１】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の動作を説明するための第３工程図である。
【図１２】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の動作を説明するための第４工程図である。
【図１３】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の動作を説明するための第５工程図である。
【図１４】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の電子線の発生動作を説明するための断面図である。
【図１５】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置の断面図である。
【図１６】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置に備えられる光電面の加熱装置を示す図である。
【図１７】本実施形態の第１実施形態における光電面の使用時間と光電流との関係及び光電流と光電面温度との関係を示すグラフである。
【図１８】本実施形態の第１実施形態における光電面の使用時間と光電流との関係を示すグラフである。
【図１９】本実施形態の第１実施形態の変形例に係る光電面収容カートリッジが配置された待機室及びその周辺の断面図である。
【図２０】本実施形態の第１実施形態の変形例に係る光電面収容カートリッジのカバーの側断面図である。
【図２１】本実施形態の第２実施形態に係る光電面収容カートリッジの断面図である。
【図２２】本実施形態の第２実施形態に係る電子線発生装置を側方から見た断面構造図である。
【図２３】図２２の電子線発生装置をＡ-Ａ線方向に沿って切断した断面図である。
【図２４】本実施形態の第２実施形態の動作を説明するための第１工程図である。
【図２５】本実施形態の第２実施形態の動作を説明するための第２工程図である。
【図２６】本実施形態の第２実施形態の動作を説明するための第３工程図である。
【図２７】本実施形態の第２実施形態の動作を説明するための第４工程図である。
【図２８】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置を用いた高周波電子銃の断面構造図である。
【図２９】本実施形態の第１実施形態に係る電子線発生装置を用いた電子線露光装置の断面構造図である。
【符号の説明】
１・・・電子線発生装置、２・・・電子線発生装置、３・・・光電面収容カートリッジ、３A・・・光電面収容カートリッジ、４・・・光電面収容カートリッジ、５・・・カートリッジボックス、７・・・チャンバ、９・・・膜破り器、１１・・・移動用パイプ、１３・・・押出用パイプ、１５・・・位置決め板、１７・・・制御系、１９・・・移動板、２１・・・レーザ光源、２３・・・ベローズ、２５・・・排気／分析系、２７・・・ヒータ、３１・・・光電面、３２・・・円筒部、３３・・・端部、３４・・・端部、３５・・・金属膜、３６・・・ベローズ、３７・・・基板、３８・・・アノードリング、３９・・・供給源、４１・・・円筒容器、４３・・・蓋、４５・・・シール、４７・・・凸部、５１・・・回転制御系、５３・・・貫通穴、５５・・・スライダ、５５A・・・スライダ、５７・・・貫通穴、５９・・・スペース、５９Ａ・・・スペース、６１・・・蓋外し装置、７１・・・待機室、７３・・・レーザ光照射室、７５・・・貫通穴、７７・・・パイプ、７９・・・ガラス窓部、８１・・・共振器、８３・・・加速用空洞、８５・・・入口部、８７・・・出口部、９１・・・円錐面部、９２・・・レバー、９３・・・支点部、９４・・・バネ、９５・・・レバー、９６・・・支点部、９７・・・バネ、１０１・・・露光室、１０２・・・電子レンズ、１０３・・・入口部、１０５・・・ステージ、１０７・・・加速用電極、１０９・・・偏向電極、１１１・・・貫通孔、１１３・・・先端部、１１５・・・反射ミラー、１３１・・・貫通孔、１３３・・・端部、１３５・・・端部、１５１・・・貫通穴、１５３・・・入口部、１５５・・・出口部、２７１・・・ヒータ制御系、２７３・・・支持棒、３２１・・・カバー、３２３・・・端部、３２５・・・貫通穴、３２７・・・当接面、３２９・・・端部、３３１・・・開口、３４１・・・貫通穴、４１１・・・端部、４１３・・・端部、４１５・・・開口、４３１・・・ガラス窓、４７１・・・貫通穴、４７３・・・Ｌ型穴、６１１・・・棒、６１３・・・フック、６１５・・・制御系、７１１・・・円筒部、７１３・・・端面部、７１５・・・端面部、開口・・・７１７、開口・・・７１９、７２１・・・レーザ導入口、７２３・・・観察窓、９１１・・・半円錐面部、９１３・・・半円錐面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam generator that generates an electron beam using a photocathode and a photocathode containing cartridge that can be used for the electron beam generator.
[0002]
[Prior art]
Electron beam generators are applied to free electron lasers, electron beam exposure, electron microscopes, etc. As a conventional example using a photocathode as an electron source of an electron beam generator, `` Experimental equipment and experimental method in nuclear physics research ( “Results from the average power laser experiment photocathode injector test” on pages 167 to 176 of “Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 356 (1995)”. The electron beam generator disclosed in this document forms a photocathode made of CsK2Sb on a base substrate by depositing Cs, K and Sb on the base substrate in a dedicated ultra-high vacuum chamber. And a moving part for moving the photocathode to the microwave accelerating cavity, and irradiating the photocathode with laser light in the microwave accelerating cavity to excite the electrons in the photocathode, Release To generate an electron beam.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The sensitivity of the photocathode typified by quantum efficiency deteriorates due to adsorption of residual gas molecules in vacuum onto the photocathode and irradiation of the photocathode with laser light, and an electron beam with a desired intensity is obtained as the deterioration progresses. It becomes impossible. In this case, in the electron beam generator disclosed in the above document, a deteriorated photocathode is moved into the dedicated ultra-high vacuum chamber, and a film made of CsK2Sb is produced by depositing Cs, K, and Sb on the photocathode. A film is formed and an electron beam is generated using this new photocathode.
[0004]
However, there is know-how in film formation of photocathodes, and the photocathode producers and the users of electron beam generators are generally different. It was difficult to make.
[0005]
Further, since the apparatus of the above document forms the photocathode in a dedicated ultra-high vacuum chamber different from the microwave accelerating cavity, an electron beam cannot be generated during the film formation. Since it takes a long time to form the photocathode, it is very inconvenient for the user.
[0006]
An object of the present invention is to provide an electron beam generator that does not require a user of the electron beam generator to form a photocathode, and a photocathode containing cartridge that can be used for the electron beam generator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The electron beam generating apparatus according to the present invention includes a photocathode, a cartridge in which the photocathode is accommodated, and a photocathode at the beginning so that electrons emitted from the photocathode can be taken out of the cartridge. And a means for holding the photocathode containing cartridge including the lid that is opened before being used for blocking the inside and the outside of the cartridge, and the lid of the photocathode containing cartridge held by the holding means is opened. And a laser light irradiation means for irradiating the photocathode with laser light to emit electrons from the photocathode of the photocathode containing cartridge with the lid opened.
[0008]
The electron beam generator according to the present invention uses a photocathode-accommodating cartridge that enables use of the photocathode simply by opening the lid. An electron beam is generated by opening the lid of the photocathode containing cartridge by means for opening the lid and irradiating the photocathode with laser light by means of laser light irradiation means. Therefore, the user of the electron beam generator can use the electron beam generator without forming a photocathode.
[0009]
In the electron beam generator according to the present invention, the cartridge has an opening to which a lid is applied, and the electron beam generator includes means for moving the photocathode to the outside of the cartridge by passing the photocathode through the cartridge opening, The laser beam from the laser beam irradiation means can be irradiated to the photocathode moved to the outside of the cartridge. According to this, after moving the photocathode to the outside of the cartridge, the photocathode can be irradiated with a laser to generate an electron beam.
[0010]
The electron beam generator according to the present invention may be provided with means for waiting at least one of the plurality of photocathode-accommodating cartridges to be used in a replaceable manner. According to this, when the sensitivity of the photocathode of one photocathode accommodation cartridge deteriorates, it can be immediately replaced with the photocathode of another photocathode containment cartridge. Therefore, an electron beam generator can be used efficiently.
[0011]
In the electron beam generating apparatus according to the present invention, the lid may include a metal film, and the means for opening the lid may include a film breaking means for breaking the metal film. According to this, the lid of the photocathode accommodating cartridge is a lid including a metal film. In order to open the lid, a film breaking means is provided.
[0012]
In the electron beam generating apparatus according to the present invention, the film breaking means can be switched between a closed state and an open state, and includes a lever for switching. Means for pushing out the surface storage cartridge, the photocathode storage cartridge is pushed out, pierces the film breaking means in a closed state, and the photocathode storage cartridge is further pushed out to pass through the photocathode storage cartridge The metal film can be broken by pressing the lever to switch the film breaking means to the open state. According to this, since the film breaking means is in an open state, the broken metal film is pushed away to the side surface side of the end portion of the photocathode accommodating cartridge, so that the photocathode is damaged by the broken metal film. Can be prevented.
[0013]
In the electron beam generator according to the present invention, the means for holding includes a slider on which a photocathode containing cartridge covered with a cover having one end and the other end is placed. The other end of the cover is in contact with the slider in a state where a predetermined distance is provided between the lid of the surface storage cartridge and the pushing means pushes the photocathode storage cartridge integrally with the slider, thereby The lever can be pressed by the end. According to this, since one end of the cover is not in contact with the lid of the photocathode accommodating cartridge, the reaction that occurs when the cover presses the lever is mainly transmitted to the slider via the cover. Thereby, the photocathode accommodating cartridge can be protected from the impact of the reaction.
[0014]
In the electron beam generator according to the present invention, the means for opening the lid may include means for removing the lid. According to this, when the lid is fixed to the cartridge with screws or the like, the lid is opened by means for removing the lid.
[0015]
In the electron beam generating apparatus according to the present invention, the photocathode-accommodating cartridge has a lid fixed to the cartridge by a screw, and means for removing the lid can remove the lid from the cartridge by rotating the cartridge. .
[0016]
  The photocathode containing cartridge according to the present invention includes a photocathode, a cartridge in which the photocathode is contained, and a photocathode first so that electrons emitted from the photocathode can be taken out of the cartridge. A lid that can be opened before being used, and that shuts off the inside and the outside of the cartridge.The cartridge has an opening to which the lid is applied, and has means for holding the photocathode so that the photocathode can move to the outside of the cartridge through the opening.It is characterized by that.
[0017]
According to the photocathode containing cartridge according to the present invention, the photocathode can be used only by opening the lid. Therefore, if the photocathode containing cartridge according to the present invention is used in an electron beam generator, the user of the electron beam generator can use the electron beam generator without forming a photocathode film.Further, according to this, electrons can be emitted from the photocathode outside the photocathode containing cartridge.
[0018]
In the photocathode containing cartridge according to the present invention, the lid includes a metal film, and the lid can be opened by breaking the metal film. This is one aspect of the lid.
[0019]
In the photocathode containing cartridge according to the present invention, the lid can be opened by removing the cover from the photocathode containing cartridge. This is another aspect of the lid. For example, in a photocathode housing cartridge in which the lid is fixed to the cartridge with a screw, the lid is removed from the cartridge by removing the screw.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structural view of an electron beam generator 1 according to a first embodiment of the present embodiment as viewed from the side. FIG. 2 is a cross-sectional view of the electron beam generator 1 of FIG. 1 cut along the line AA. As shown in FIGS. 1 and 2, the electron beam generator 1 includes a cartridge box 5 in which four photocathode-accommodating cartridges 3 are placed, a laser beam irradiation chamber 73 and a cartridge which are chambers for irradiating the photocathode with laser beams. In the standby chamber 71 composed of the standby chamber 71 in which the box 5 is disposed, the film breaker 9 disposed in the laser light irradiation chamber 73 for breaking the metal film that is the lid of the photocathode accommodating cartridge 3, A transfer pipe 11 for moving the photocathode 31 of the photocathode accommodating cartridge 3 and a transfer pipe 11 that can be inserted into the standby chamber 71 and coaxial with the transfer pipe 11 and arranged on the outer periphery thereof. And an extrusion pipe 13 for extruding the photocathode accommodating cartridge 3 to the position 9. The photocathode containing cartridge 3 is shown not on a cross section but on a side surface. There are four photocathode-accommodating cartridges 3 in the cartridge box 5, but a plurality of other photocathode-accommodating cartridges 3 may be used.
[0022]
The standby chamber 71 of the chamber 7 is a standby place for the photocathode accommodating cartridge 3. The standby chamber 71 includes a cylindrical portion 711 and end surface portions 713 and 715 which are both end surfaces thereof. An opening 717 is formed in the end surface portion 713, whereby the standby chamber 71 is connected to the laser beam irradiation chamber 73.
[0023]
The cartridge box 5 has a cylindrical shape that is coaxial with the cylindrical portion 711 of the standby chamber 71. The cartridge box 5 is disposed in the standby chamber 71 so as to be rotatable in the B direction which is the circumferential direction of the cartridge box 5 by a rotation control system 51 disposed on the end surface portion 715 side of the standby chamber 71. Further, the number of sliders 55 (four in this case) corresponding to the number of photocathode accommodating cartridges 3 is attached to the cartridge box 5. The photocathode accommodating cartridge 3 is held by the slider 55. The photocathode accommodating cartridge 3 is pushed out to the position of the film breaker 9 while being placed on the slider 55. Since the inside of the chamber 7 is at a high temperature and in a vacuum state, the material of parts (for example, the cartridge box 5 and the slider 55) disposed in the chamber 7 is preferably a metal such as stainless steel. One end of a pipe 77 communicating with the standby chamber 71 is connected to the cylindrical portion 711 of the standby chamber 71. The other end of the pipe 77 is connected to the exhaust / analysis system 25. The exhaust / analysis system 25 analyzes the exhaust gas for making the inside of the chamber 7 vacuum and the residual gas molecules in the chamber 7.
[0024]
The laser beam irradiation chamber 73 has an opening 719 on the side opposite to the opening 717 of the end surface portion 713, and the positioning plate 15 is attached so as to cover the opening 719. The positioning plate 15 has a through hole 151 that becomes a positioning portion of the photocathode 31 when electrons are emitted from the photocathode 31. The through hole 151 has an inlet portion 153 and an outlet portion 155. The entrance 153 is located on the laser beam irradiation chamber 73 side. The film breaker 9 is attached to the positioning plate 15 so as to cover the inlet portion 153. The membrane breaker 9 includes a conical surface portion 91 having a conical surface. The apex of the conical surface portion 91 faces the opening 717 of the end surface portion 713.
[0025]
Through holes 75 and 53 through which the moving pipe 11 and the extrusion pipe 13 can pass are formed in the end surface portion 715 of the standby chamber 71 and the cartridge box 5. A through hole 57 through which the moving pipe 11 can pass is formed in the slider 55. One end 133 of the extrusion pipe 13 is fixed to a moving plate 19 that can be moved by the control system 17 in the direction of arrow C and in the direction of arrow D, which is the opposite. When the moving plate 19 is moved in the arrow C direction by the control system 17, the other end portion 135 of the extruding pipe 13 applies a force in the arrow C direction to the slider 55. As a result, the photocathode accommodating cartridge 3 is pushed out into the laser beam irradiation chamber 73 in an integrated state with the slider 55.
[0026]
The moving pipe 11 is connected to the control system 17 through the through hole of the moving plate 19. The moving pipe 11 is controlled by the control system 17 in the directions of arrows C, D and rotation. The moving plate 19 and the end surface portion 715 of the standby chamber 71 are connected by a bellows 23. Thereby, the through-hole 75 of the end surface part 715 is shielded from the external atmosphere. The moving pipe 11 and the extruding pipe 13 between the moving plate 19 and the end surface portion 715 are covered with a bellows 23.
[0027]
Next, the details of the structure of the membrane breaker 9 will be described. FIG. 3 is a perspective view of the membrane breaker 9 attached to the positioning plate 15. The conical surface portion 91 has a space inside thereof and has a structure that can be divided into two along the bottom surface from the apex of the conical shape. One half-conical surface portion 911 is split into two and the other is a half-conical surface portion 913. One end of the lever 92 (95) is attached to the surface of the semi-conical surface portion 911 (913). The lever 92 (95) rotates around a fulcrum 93 (96) attached to the positioning plate 15. The positioning plate 15 and the other end of the lever 92 (95) are connected by a spring 94 (97). The spring 94 (97) is biased in the extending direction. Thus, when no force is applied to the other end of the lever 92 (95), the conical surface portion 91 is closed.
[0028]
On the other hand, a force acts on the other end of the lever 92 (95) so that the conical surface portion 91 is opened. 4 is a perspective view of the conical surface portion 91 in an open state, and FIG. 5 is a plan view thereof. When a force is applied to the other end portion of the lever 92 (95) in the direction of arrow C, that is, in the direction from the opening 717 of the end surface portion 713 to the positioning plate 15 in FIG. 1, the conical surface portion 91 is opened.
[0029]
Next, the photocathode accommodating cartridge 3 according to the first embodiment will be described. FIG. 6 is a perspective view of the photocathode accommodating cartridge 3. The photocathode housing cartridge 3 is obtained by vacuum-sealing the photocathode 31. The photocathode 31 is housed in a cylindrical portion 32, end portions 33 and 34 located on one and the other opening side of the cylindrical portion 32, and these. A photocathode 31 and a bellows 36. An example of the cartridge in which the photocathode 31 is accommodated is constituted by the cylindrical portion 32 and the end portions 33 and 34.
[0030]
FIG. 7 is a side sectional view of the end portion 33. The end portion 33 has a ring shape, and a metal film 35 is applied to the opening 331 defined by the inner peripheral surface thereof so as to face the photocathode 31. The metal film 35 is attached to the inner peripheral surface of the end portion 33 by welding, for example. The metal film 35 is opened before the photocathode 31 is first used so that electrons emitted from the photocathode 31 can be taken out of the cartridge (cylindrical portion 32, end portions 33, 34). This is an example of a lid that blocks the inside and the outside of the cartridge. When the photocathode accommodating cartridge 3 is pushed out into the laser beam irradiation chamber 73 by the extrusion pipe 13 shown in FIG. 1, the metal film 35 is broken by the conical surface portion 91, so that the cover of the photocathode accommodating cartridge 3 is opened. is there.
[0031]
The metal film 35 is preferably made of a material that does not scatter fragments of the metal film 35 into the chamber 7 and does not release gas into the chamber 7 when it is broken. The thickness of the metal film 35 is a size that can be broken by the conical surface portion 91. Therefore, the material of the metal film 35 is, for example, Kovar, and the thickness thereof is, for example, about 30 μm. The thickness of the metal film 35 is, for example, 5 to 50 μm.
[0032]
FIG. 8 is a side sectional view of the end portion 34. On the end face of the end portion 34, the central portion is thicker than the peripheral portion, and a through hole 341 through which the moving pipe 11 shown in FIG. 1 passes is formed in the central portion. Further, one end portion of the bellows 36 is attached to the central portion by, for example, welding. A photocathode 31 is attached to the other end of the bellows 36 via a substrate 37. The tip 113 of the moving pipe 11 can pass through the through holes 75, 53, and 57 shown in FIG. The bellows 36 is an example of means for holding the photocathode 31 movably outside the cartridge through the opening 331 (FIG. 7).
[0033]
The description of the photocathode accommodating cartridge 3 will be continued with reference to FIG. An anode ring 38 through which the bellows 36 passes is disposed in the cylindrical portion 32. The anode ring 38 is used when monitoring the sensitivity of the photocathode 31 after reactivation. That is, the sensitivity of the photocathode 31 is monitored by irradiating the photocathode 31 with reactivated light and measuring the photocurrent generated thereby using the anode ring 38. A supply source 39 for reactivating the photocathode 31 is disposed in the cylindrical portion 32. The anode ring 38 and the supply source 39 are each held by a conductive metal ribbon (not shown). The ribbon is electrically connected to a conductive metal pin (not shown) embedded in the cylindrical portion 32. A voltage is applied from the outside to the anode ring 38 and the supply source 39 via the pins. Note that a vapor deposition source may be disposed instead of the supply source 39. The surface of the photocathode 31 is coated with a film thickness of several nanometers to several tens of nanometers by energizing or laser ablating the vapor deposition material of the vapor deposition source. As a result, the influence of residual gas molecules that deteriorate the sensitivity of the photocathode 31 can be reduced, so that the lifetime of the photocathode 31 can be extended. The vapor deposition source, the anode ring 38, and the supply source 39 are not essential for the photocathode-accommodating cartridge according to the present invention, and are arranged as necessary.
[0034]
Examples of the material of the photocathode 31 include diamond, GaN, AlGaN, InGaN, Cs2Te, Rb: Cs2Te, Cs-K-Te, Rb-Te, K-Te, GaAs, CsK2Sb, Cs3Sb, PbCs, Cu, Mg, There is LaB6. The material of the substrate 37 that holds the photocathode 31 is a metal such as stainless steel. When the photocathode 31 is a reflection type, the photocathode 31 is formed on a disk-shaped base substrate made of metal or semiconductor. When the photocathode 31 is a transmission type, the photocathode 31 is formed on a disk-shaped base substrate made of glass. Particularly in this case, the substrate 37 holding the photocathode 31 is formed with a through-hole for passing laser light. The material of the cylindrical portion 32 is, for example, UV transmissive glass, and the materials of the end portions 33 and 34 and the bellows 36 are Kovar or stainless steel. The materials of the cylindrical portion 32, the end portions 33 and 34, the bellows 36, and the substrate 37 are not limited to these, and other materials can be used as long as they have heat resistance and do not emit gas.
[0035]
Next, operation | movement of the electron beam generator 1 is demonstrated using FIG.1, FIG.2, FIG.9-13. 9-13 is a figure for demonstrating operation | movement of the electron beam generator 1, and the cross section of the components located in the photocathode accommodation cartridge 3A, the film breaker 9, and those periphery is shown. In the photocathode accommodating cartridge 3A shown in FIGS. 1 and 9 to 13, the anode ring 38 and the supply source 39 are not shown.
[0036]
As shown in FIG. 1, the photocathode housing cartridge 3 (photocathode housing cartridge 3 </ b> A in the drawing) that faces the opening 717 that is the entrance of the laser beam irradiation chamber 73 enters the laser beam irradiation chamber 73 toward the film breaker 9. This is a photocathode containing cartridge 3 to be pushed out. First, as shown in FIG. 9, the moving plate 19 is linearly moved in the direction of arrow C by the control system 17 of FIG. 1, and the end portion 135 of the extrusion pipe 13 passes through the through hole 75 of the end surface portion 715 and the cartridge box 5. The end 135 of the extrusion pipe 13 is brought into contact with the bottom surface of the slider 55A through the hole 53. The bellows 23 is contracted by the linear movement of the moving plate 19.
[0037]
As shown in FIG. 10, the moving pipe 11 is linearly moved in the direction of arrow C by the control system 17 of FIG. 1, and the moving pipe 11 is moved through the through holes 75 and 53, the through hole 57 of the slider 55A, and the photocathode accommodating cartridge 3A. 9 is inserted into the bellows 36 of the photocathode accommodating cartridge 3A, and the leading end 113 of the moving pipe 11 reaches the position of the substrate 37. An outer screw is formed on the tip 113 of the moving pipe 11, and an inner screw is formed on the substrate 37. These screws are the same standard. The moving pipe 11 is rotated by the control system 17 of FIG. 1, and the distal end portion 113 is fixed to the substrate 37 by tightening the outer screw of the distal end portion 113 to the inner screw of the substrate 37.
[0038]
Next, as shown in FIG. 11, the moving pipe 11 is linearly moved in the direction of arrow D by the control system 17 of FIG. 1, and the length of the bellows 36 is minimized. Then, as shown in FIG. 12, the control pipe 17 in FIG. 1 moves the extrusion pipe 13 linearly in the direction of arrow C, and pushes the bottom surface portion of the slider 55A with the end portion 135 of the extrusion pipe 13, thereby The containing cartridge 3A is pushed out toward the laser beam irradiation chamber 73 in an integrated state with the slider 55A. Thereby, the metal film 35 of the photocathode accommodating cartridge 3A collides with the apex portion of the conical surface portion 91 in the closed state. Since this apex portion is sharp, a hole is made in the metal film 35 by the conical surface portion 91 by further pressing the bottom surface portion of the slider 55 </ b> A with the extrusion pipe 13. Then, when the bottom surface portion of the slider 55A is further pushed by the extrusion pipe 13, the lever 92 of the semiconical surface portion 911 and the lever 95 of the semiconical surface portion 913 are pushed in the direction of arrow C by the tip portion of the slider 55A. Thereby, the semiconical surface portions 911 and 913 start to open, and the metal film 35 is broken by the semiconical surface portions 911 and 913. When the levers 92 and 95 are further pushed in the direction of the arrow C, the opening of the semiconical surface portions 911 and 913 is further increased, so that the metal film 35 broken by the semiconical surface portions 911 and 913 is the end of the photocathode accommodating cartridge 3A. It is pushed away to the side surface of the portion 33.
[0039]
Next, as shown in FIG. 13, the moving pipe 11 is linearly moved in the direction of arrow C by the control system 17 of FIG. 1, and the space formed by the semiconical surface portions 911 and 913 having the photocathode 31 opened is passed. Thus, the photocathode housing cartridge 3A is moved to the outside and enters the through hole 151 of the positioning plate 15. Since the diameter of the exit portion 155 of the through hole 151 is smaller than the diameter of the substrate 37, the photocathode 31 is positioned when the substrate 37 comes into contact with the exit portion 155. In this state, the photocathode 31 is irradiated with the laser beam LB, and electrons are emitted from the photocathode 31 to generate an electron beam.
[0040]
The photocathode 31 of the first embodiment is a transmission type, and the path for irradiating the photocathode 31 with the laser beam LB is as follows. First, the laser beam LB generated by the laser light source 21 shown in FIG. 2 enters the standby chamber 71 through the laser inlet 721 formed in the cylindrical portion 711 of the standby chamber 71. As shown in FIG. 14, the laser beam LB passes through the through hole 131 of the extrusion pipe 13 and the through hole 111 of the movement pipe 11 and enters the movement pipe 11. The laser beam LB is reflected toward the distal end portion 113 by the reflection mirror 115 disposed in the moving pipe 11. Then, the laser beam LB passes through the through hole of the substrate 37 and enters the photocathode 31, whereby an electron beam EB is generated from the photocathode 31.
[0041]
In the first embodiment, the distance from the through hole 111 of the moving pipe 11 to the photocathode 31 can be, for example, 30 cm or less. Therefore, alignment of the laser beam LB is very easy as compared with the reflection type in which the laser beam is incident on the photocathode from the accelerator side. Further, in the reflection type, the laser beam has to be irradiated to the photocathode from an oblique direction, so that the laser beam becomes elliptical. Therefore, in the reflection type, the emittance in the major axis direction of the ellipse increases. On the other hand, since the transmissive first embodiment can irradiate the laser beam LB at right angles to the photocathode 31, low emittance can be obtained. In addition, although the case where the photocathode 31 was a transmission type was demonstrated, this invention is applicable also when the photocathode 31 is a reflection type.
[0042]
The photocathode can be positioned by placing a photocathode sealed in a glass tube in a vacuum chamber, breaking the glass tube, and moving the photocathode to the position of the positioning plate. In this case, however, the exhaust system of the exhaust / analysis system 25 that evacuates the chamber 7 may deteriorate in performance or break down due to broken glass tube fragments or particles. In the first embodiment, since the broken film is a metal film, such a problem is unlikely to occur.
[0043]
In the first embodiment, it is necessary to arrange the photocathode 31 at a position where the photocathode 31 is not damaged by the semiconical surface portions 911 and 913 and the broken metal film 35. In the first embodiment, the photocathode 31 is prevented from being damaged by shortening the length of the bellows 36 as shown in FIG. If the photocathode 31 is not damaged, the length of the bellows 36 may not be the shortest.
[0044]
Now, since the sensitivity of the photocathode 31 of the photocathode accommodation cartridge 3A shown in FIG. 13 deteriorates due to use, it is necessary to replace the photocathode 31 of another photocathode containment cartridge 3. This operation will be described. First, the length of the bellows 36 is minimized as shown in FIG. 12 by moving the moving pipe 11 in the direction of arrow D by the control system 17. Then, by moving the moving pipe 11 and the moving plate 19 (FIG. 1) in the direction of arrow D by the control system 17, the photocathode accommodating cartridge 3 </ b> A having the substrate 37 fixed to the moving pipe 11 is returned to the standby chamber 71. (FIG. 11). Next, by rotating the moving pipe 11 by the control system 17, the external screw of the distal end portion 113 of the moving pipe 11 is removed from the internal screw of the substrate 37. Next, as shown in FIG. 1, the moving pipe 11 and the moving plate 19 are moved in the direction of the arrow D by the control system 17, so that the moving pipe 11 and the pushing pipe 13 are connected to the through hole 53 and the cartridge box 5. It is extracted through the through hole 75 of the standby chamber 71. Then, the other photocathode accommodating cartridge 3 is moved to a position facing the opening 717 of the laser beam irradiation chamber 73 by rotating the cartridge box 5 in any of the B directions by the rotation control system 51 shown in FIG. Then, in the same manner as described above, the photocathode 31 of the other photocathode containing cartridge 3 is positioned on the positioning plate 15 and irradiated with the laser beam LB. Is generated.
[0045]
On the other hand, the photocathode 31 whose sensitivity of the photocathode accommodation cartridge 3A has deteriorated can be reused by reactivation. As shown in FIG. 2, a glass window 79 is provided in the standby room 71 where reactivation processing is performed. The glass window 79 is located on the back side in FIG. 2, that is, on the laser beam irradiation chamber 73 side. For reactivation, the cartridge box 5 is rotated by the rotation control system 51 to move the photocathode accommodating cartridge 3A having the photocathode 31 that needs to be reactivated to a position facing the glass window 79 ( FIG. 15). And the sensitivity of the photocathode 31 is confirmed by irradiating the photocathode 31 in the photocathode accommodation cartridge 3 </ b> A with the laser beam for sensitivity measurement through the glass window 79. Reactivation processing is performed while confirming the sensitivity of the photocathode 31. As a result, the sensitivity of the photocathode 31 is restored, and the photocathode 31 can be reused. The reactivation includes (1) reactivation by heating, (2) reactivation by Cs deposition, and (3) reactivation by laser ablation. Note that an observation window 723 is attached to the cylindrical portion 711 of the standby chamber 71, and the photocathode 31 that has been reactivated can be observed through the observation window 723.
[0046]
(1) Reactivation by heating
When the photocathode is Cs2Te, it is known that residual oxygen molecules in the vacuum chamber are adsorbed on the photocathode surface and the photocathode sensitivity is greatly deteriorated. When the adsorbed oxygen molecules are separated from the surface of the photocathode by heating the photocathode, the sensitivity of the photocathode can be recovered. FIG. 16 is a view showing a heating device for the photocathode 31. A heater 27 for heating the photocathode 31 is attached to the tip of the support rod 273. The heater control system 271 controls the temperature of the heater 27 and the position of the heater 27. The heater 27 is disposed on the end surface portion 715 side of the standby chamber 71 in FIG.
[0047]
As shown in FIG. 15, the reactivation by heating is performed by first moving the support rod 273 linearly by the heater control system 271 to place the heater 27 in the standby chamber 71 and place the heater 27 in the photocathode housing cartridge 3A. The substrate 37 is contacted. The heater control system 271 heats and reactivates the photocathode 31 by causing the heater 27 to generate heat by applying a current to the electrically insulated nichrome wire coated with ceramics constituting the heater 27.
[0048]
The degree of recovery of the sensitivity of the photocathode due to reactivation will be specifically described. FIG. 17 is a graph showing the relationship between the usage time of the photocathode and the photocurrent and the relationship between the photocurrent and the photocathode temperature. The horizontal axis indicates the usage time (h) of the photocathode, that is, the time during which the photocathode is irradiated with laser light to generate an electron beam. The left vertical axis represents the relative value of the photocurrent on the photocathode. The degree of vacuum in the chamber is about 4 × 10-7The standard is a 20 μA photocurrent that flows when the wavelength of the excitation ultraviolet lamp is 254 nm and the irradiation diameter of the lamp light is 3 mm. The right vertical axis represents the photocathode temperature (° C.). As can be seen from the arrows in FIG. 17, the sensitivity of the Cs2Te photocathode has deteriorated from the initial state to about 47% due to use. When the temperature of the photocathode is increased by about 160 ° C. by heating, the sensitivity of the photocathode is restored to about 83% of the initial value.
[0049]
(2) Reactivation by Cs deposition
When the material of the photocathode is GaAs, GaN, AlGaN, or InGaN, it is known that the sensitivity of the photocathode deteriorates due to Cs desorbing from the surface during use of the photocathode. The photocathode 31 of the photocathode containing cartridge 3A shown in FIG. 15 is moved by the same method as described above using the heater control system 271 that controls the position of the heater 27, whereby the photocathode 31 is moved to the Cs supply source 39 ( 6). The sensitivity of the photocathode 31 is recovered by supplying Cs from the Cs supply source 39 to the photocathode 31. According to this, since Cs can be supplied to the photocathode 31 from a very close distance, the sensitivity of the photocathode 31 can be recovered with a small amount of Cs. When the supply amount of Cs increases, the amount of Cs that passes through the chamber 7 and enters the acceleration part of the electron beam also increases, so that discharge of the acceleration voltage, increase in dark current from the acceleration electrode, and the like become problems. Such a problem can be reduced in the first embodiment.
[0050]
(3) Reactivation by laser ablation
When the material of the photocathode is Cu, Mg, or PbCs, it is known that the photocathode sensitivity is deteriorated due to adsorption of residual gas molecules in the chamber to the photocathode surface and alteration of the photocathode due to the adsorption. This deterioration in sensitivity can be recovered by removing the surface layer of the photocathode by laser ablation.
[0051]
As shown in FIG. 15, reactivation by laser ablation is performed by causing laser light generated from a laser light source (not shown) to enter the standby chamber 71 through the glass window 79 and focusing the laser light on the photocathode 31. As a result, the surface of the photocathode 31 is ablated. The sensitivity of the entire surface of the photocathode 31 can be recovered by scanning the focal position.
[0052]
The degree of recovery of the sensitivity of the photocathode due to this reactivation will be specifically described. FIG. 18 is a graph showing the relationship between photocathode usage time and photocurrent. The horizontal axis indicates the usage time (h) of the photocathode. The vertical axis represents the photocurrent (nA) of the photocathode. The usage condition of the photocathode of PbCs is that the degree of vacuum in the chamber is about 5.3 × 10-7Pa or less, wavelength of excitation ultraviolet lamp is 254 nm, irradiation diameter of lamp light is 3 mm, initial quantum efficiency is 8.6 × 10-FourMet.
[0053]
The relationship between time and photocurrent when the photocathode is used under the above conditions is represented by white circles in the graph. After using the photocathode for about 450 hours, the surface of the photocathode was scanned for about 3 minutes with a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm and a frequency of 10 Hz to recover the photocathode sensitivity (first reactivation). As a result, the sensitivity of the photocathode recovered to the value indicated by the tip of arrow E. The energy of the KrF excimer laser was 2.7 mJ / pulse.
[0054]
The relationship between time and photocurrent when the photocathode after the first reactivation is used again under the above conditions is represented by black circles in the graph. After using the photocathode for about 520 hours, the surface of the photocathode was scanned for about 3 minutes with a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm and a frequency of 10 Hz to recover the photocathode sensitivity (second reactivation). As a result, the sensitivity of the photocathode recovered to the value shown at the tip of the arrow F. The energy of the KrF excimer laser was 1.5 mJ / pulse. The quantum efficiency of the photocathode is 5.2 × 10-3The photocurrent was about 300 nA. Since the initial photocurrent is about 50 nA, the sensitivity of the photocathode has increased 6 times. In the graph, white squares represent the relationship between time and photocurrent when the photocathode after the second reactivation is used again under the above conditions.
[0055]
As described above, the electron beam generator 1 includes the photocathode housing cartridge 3 that houses the photocathode 31. When the photocathode 31 is used, the photocathode 31 can be used by breaking the metal film 35 that is a lid. Photocathode film formation has know-how, and it is difficult for a user of an electron beam generator to reliably produce a photocathode having high quantum efficiency. According to the electron beam generator 1, since the user does not need to form a photocathode, the photocathode having a high quantum efficiency produced by the photocathode producer can be used.
[0056]
Moreover, according to the electron beam generator 1, when the sensitivity of the photocathode 31 of one photocathode accommodation cartridge 3 deteriorates, it can be immediately replaced with the photocathode 31 of another photocathode containment cartridge 3. Therefore, when the sensitivity of the photocathode 31 is deteriorated, it is not necessary to form a photocathode that requires a long time, so that the electron beam generator 1 can be used efficiently.
[0057]
Moreover, according to the electron beam generator 1, since the photocathode 31 which deteriorated in the state using the photocathode 31 of the other photocathode accommodation cartridge 3 can be reactivated, the electron beam generator 1 can also be performed from this point. Can be used efficiently.
[0058]
Moreover, according to the electron beam generator 1, since the different types of photocathode 31 can be put in the cartridge box 5, the type of the photocathode 31 can be easily changed. Thereby, when changing the photocathode 31 according to the use of an electron beam, the change can be made easy.
[0059]
Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 19 is a cross-sectional view of the standby chamber 71 in which the photocathode accommodating cartridge 3 according to this modification is disposed and its periphery. 19, the same elements as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0060]
The photocathode containing cartridge 3 is covered with a cylindrical cover 321. The inner diameter of the cover 321 is substantially the same as the diameter of the photocathode accommodating cartridge 3. FIG. 20 is a side sectional view of the cover 321. Since the cover 321 is used in a high-temperature vacuum state, for example, a heat resistant material such as stainless steel and a material that does not emit gas is preferable. One end portion 323 of the cover 321 has a through hole 325 through which the conical surface portion 91 of the membrane breaker 9 passes at the center thereof, and a contact surface 327 that contacts the levers 92 and 95 of the membrane breaker 9 at the periphery thereof. Have. The other end 329 of the cover 321 has an opening.
[0061]
As shown in FIG. 19, the slider 55 of the modified example has a short length in the direction corresponding to the height direction of the photocathode accommodating cartridge 3, and the end portion 34 of the photocathode accommodating cartridge 3 and some cylinders in the vicinity thereof. Only the portion 32 is covered. The cover 321 is put on the end 33 of the photocathode accommodating cartridge 3 from the opening of the end 329, and is put on a position where the end 329 of the cover 321 contacts the slider 55. In this state, the length of the cover 321 is determined so that the end 327 of the cover 321 does not contact the end 33 of the photocathode accommodating cartridge 3. The end 33 corresponds to a lid including the metal film 35 of the photocathode accommodating cartridge 3. In this state, the distance between the end 327 of the cover 321 and the end 33 of the photocathode accommodating cartridge 3 is, for example, about 0.5 mm. Although not shown, the end portion 34 of the photocathode accommodating cartridge 3 is held on the slider 55 by screws, for example. This prevents the photocathode containing cartridge 3 from being detached from the slider 55.
[0062]
Similarly to the pushing operation of the photocathode accommodating cartridge 3A described above, the length of the bellows 36 is shortened by the moving pipe 11 shown in FIG. 19, and the slider 55 is pushed in the direction of arrow C by the pushing pipe 13. As a result, the photocathode accommodating cartridge 3 is pushed into the laser light irradiation chamber 73, and a hole is made in the metal film 35 of the photocathode accommodating cartridge 3 by the tip of the conical surface portion 91. Further, when the slider 55 is pushed by the extrusion pipe 13, the contact surface 327 of the cover 321 pushes the levers 92 and 95, so that the semiconical surface portions 911 and 913 are opened, and the metal film 35 of the photocathode accommodating cartridge 3 is moved. Torn. Since the end 327 of the cover 321 is not in contact with the end 33 of the photocathode containing cartridge 3 as described above, the reaction that occurs when the contact surface 327 of the cover 321 presses the levers 92 and 95 is mainly This is transmitted to the slider 55 via the cover 321. Thereby, the cartridge (the end portion 33, the cylindrical portion 32, and the end portion 34) of the photocathode accommodating cartridge 3 can be protected from the impact of the reaction. This modification is effective when the cartridge of the photocathode accommodating cartridge 3 is a fragile material.
[0063]
Next, a second embodiment of the present embodiment will be described. FIG. 21 is a cross-sectional view of the photocathode accommodating cartridge 4 according to the second embodiment. In FIG. 21, the same elements as those of the photocathode accommodating cartridge 3 according to the first embodiment shown in FIG.
[0064]
The photocathode accommodating cartridge 4 includes a cylindrical container 41 that accommodates the photocathode 31 and has an opening 415 at one end 413, and a screw-type lid 43 applied to the opening 415. Since a force acts on the cylindrical container 41 and the lid 43 when the lid 43 is opened and closed, these materials are preferably metal. A glass window 431 is formed on the lid 43. Light used when forming the photocathode is introduced through the glass window 431.
[0065]
In the cylindrical container 41, a step is formed in the end 413 by making the diameter of the end 413 smaller than the diameter of the other part. The photocathode accommodating cartridge 4 is sealed by disposing a seal 45 in a space formed by the step and the lid 43. Examples of the material of the seal 45 include a rubber O ring, a metal hollow O ring, and a ring made of a metal wire such as indium.
[0066]
Of the other end 411 of the cylindrical container 41, a bellows 36 is fixed inside the photocathode housing cartridge 4, and a convex portion 47 is formed outside. The convex portion 47 has a through hole 471, and the moving pipe 11 enters the bellows 36 through the through hole 471. An L-shaped hole 473 is formed on the side wall of the convex portion 47.
[0067]
Next, the structure of the electron beam generator according to the second embodiment will be described. FIG. 22 is a sectional structural view of the electron beam generator 2 according to the second embodiment as viewed from the side. FIG. 23 is a cross-sectional view of the electron beam generator 2 of FIG. 22 cut along the line AA. 22 and 23, the same components as those of the electron beam generator 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0068]
In the second embodiment, the standby chamber 71 is not provided with a place for the reactivation process in the first embodiment, and instead, the process of removing the lid 43 is performed at that place. For this reason, the lid removing device 61 for removing the lid 43 is arranged on the front side in FIG. 23, that is, on the opposite side of the laser beam irradiation chamber 73. By rotating the cartridge box 5 in any of the B directions by the rotation control system 51, the photocathode accommodating cartridge 4 is moved to a place where the process of removing the lid 43 is performed.
[0069]
As shown in FIG. 23, the second embodiment has four spaces 59 into which the photocathode accommodating cartridge 4 is placed in the cartridge box 5 as in the first embodiment. However, the slider 55 is provided only in one space 59 (59A) among them. The photocathode containing cartridge 4 covered with the lid 43 is placed in another space 59, and the lid 43 is fixed to the cartridge box 5. As a result, the photocathode accommodating cartridge 4 is held in the cartridge box 5. On the other hand, the space 59A is left empty without the photocathode containing cartridge 4 covered with the lid 43. Then, the photocathode containing cartridge 4 with the lid 43 removed by the lid removing device 61 is placed on the slider 55 in the space 59A, and pushed out to the laser light irradiation chamber 73 as described in the first embodiment.
[0070]
As described above, in the second embodiment, the photocathode 31 can be taken out of the photocathode housing cartridge 4 by removing the lid 43, so that it is not necessary to arrange a film breaker in the laser beam irradiation chamber 73.
[0071]
Next, the operation until the lid 43 is removed from the photocathode accommodating cartridge 4 and the photocathode accommodating cartridge 4 is pushed out to the laser light irradiation chamber 73 by the extrusion pipe 13 will be described. FIGS. 24 to 27 are diagrams for explaining this operation, and shows cross sections of the photocathode accommodating cartridge 4 and parts located around them. In the photocathode accommodating cartridge 4 shown in FIGS. 24 to 27, the anode ring 38 and the supply source 39 are not shown.
[0072]
First, as shown in FIG. 24, the photocathode accommodating cartridge 4 is positioned at a place where the lid 43 is removed. The lid 43 is fixed to the cartridge box 5 with screws or the like (not shown). The lid removing device 61 includes a rod 611 having a hook 613 attached to the tip thereof, and a control system 615 that controls the movement of the rod 611. The control system 615 moves the rod 611 linearly in the direction of arrow C, and puts the hook 613 into the through hole 471 of the convex portion 47.
[0073]
As shown in FIG. 25, the rod 611 is rotated by the control system 615 and the hook 613 is fitted into the L-shaped hole 473. By further rotating the rod 611 by the control system 615, the cylindrical container 41 is rotated and the lid 43 is removed from the cylindrical container 41.
[0074]
As shown in FIG. 26, the rod 611 is linearly moved in the direction of arrow D by the control system 615, and the cylindrical container 41 is extracted from the standby chamber 71. Then, the slider 55 shown in FIG. 23 is moved to the place where the process of removing the lid 43 has been performed. The control system 615 moves the rod 611 linearly in the direction of arrow C, and puts the cylindrical container 41 hooked on the hook 613 into the slider 55.
[0075]
Then, the cartridge box 5 is rotated in any of the B directions by the rotation control system 51 of FIG. 23, thereby moving the slider 55 to a position facing the laser beam irradiation chamber 73 as shown in FIG. Then, the moving pipe 11 is fixed to the substrate 37 as in the first embodiment. The subsequent operation is the same as in the first embodiment.
[0076]
Next, an application example of this embodiment will be described. FIG. 28 is a cross-sectional structure diagram of a high-frequency electron gun using the electron beam generator 1. The high-frequency electron gun is an example of an electron gun for an accelerator, and has a structure in which a resonator 81 having an acceleration cavity 83 is attached to the electron beam generator 1. The resonator 81 is fixed to the positioning plate 15 so that the photocathode 31 faces the inlet portion 85 of the acceleration cavity 83. An accelerated electron beam is emitted from the exit portion 87 of the acceleration cavity 83.
[0077]
By using a microwave generator (not shown), for example, a microwave of S band (2856 MHz) is put into the acceleration cavity 83 to generate a high electric field in the acceleration cavity 83. The high-frequency electron gun is an electron gun that rapidly accelerates electrons generated from the photocathode 31 using this high electric field by matching the phase of the microwave and the phase of the laser beam LB incident on the photocathode 31.
[0078]
In the high-frequency electron gun shown in FIG. 28, a transmission type photocathode 31 made of Cs2Te is excited by a laser beam LB of a fourth harmonic (266 nm) of a YAG laser generated by a laser light source 21 (FIG. 2). At this time, if the quantum efficiency of the photocathode 31 is 15% and the energy of the laser beam LB is 31 nJ, pulse electrons having a Coulomb number of 1 nC are obtained.
[0079]
By the way, in order to increase the acceleration electric field strength, the high frequency electron gun needs to perform a conditioning operation in which an electric field is continuously applied in the acceleration cavity 83. During the conditioning operation, the photocathode material is preferably oxygen-free copper. Therefore, the material of the photocathode 31 of one photocathode containing cartridge 3 is oxygen-free copper, and the material of the photocathode 31 of another photocathode containing cartridge 3 is Cs2Te. By performing a conditioning operation on the oxygen-free copper photocathode 31, the photocathode 31 of another photocathode containing cartridge 3 may be used before the photocathode 31 is used due to ion feedback, use in a deteriorated vacuum degree, or the like. Can be prevented from deteriorating.
[0080]
Next, another example of the application example of this embodiment will be described. FIG. 29 is a sectional structural view of an electron beam exposure apparatus using the electron beam generator 1. The electron beam exposure apparatus uses the electron beam generator 1 as an electron gun for electron beam exposure, and has a structure in which an exposure chamber 101 which is a vacuum chamber is attached to the electron beam generator 1. The exposure chamber 101 is fixed to the positioning plate 15 so that the photocathode 31 faces the entrance portion 103 of the exposure chamber 101. A stage 105 on which the semiconductor wafer W is placed is disposed at a position facing the entrance 103 in the exposure chamber 101. In the exposure chamber 101 between the entrance portion 103 and the stage 105, in order from the entrance portion 103 side, an acceleration electrode 107 for accelerating the electrons generated from the photocathode 31; a deflection electrode 109 for deflecting the accelerated electrons; An electron lens 102 for converging the emitted electrons is disposed.
[0081]
Electrons generated from the photocathode 31 are accelerated by the acceleration electrode 107, and the accelerated electrons are irradiated onto the semiconductor wafer W with a beam diameter reduced by the electron lens 102. Then, the semiconductor wafer W is scanned by deflecting electrons by the deflection electrode 109. Thereby, the resist of the semiconductor wafer W is exposed to a predetermined pattern.
[0082]
In order to form a wiring with a fine line width on the semiconductor wafer W, an electron beam exposure apparatus is required to have an electron beam with high brightness and a fine beam size. The electron beam generator using the photocathode as shown in FIG. 29 can emit electron beams with higher monochromaticity than a thermionic gun or a field emission type electron gun, and therefore can form a fine line width. It is advantageous for realizing exposure. In addition, since the electron beam exposure apparatus shown in FIG. 29 includes a plurality of photocathode-accommodating cartridges 3, it is possible to perform electron beam exposure with a short loss time, thereby improving the throughput.
[0083]
In addition, although the electron beam generator 1 which concerns on 1st Embodiment was used for the application example of FIG.28 and FIG.29, the electron beam generator 2 which concerns on 2nd Embodiment can also be used.
[0084]
In the present embodiment, the photocathode 31 is moved to the outside of the photocathode containing cartridges 3 and 4, and then the photocathode 31 is irradiated with the laser beam LB to emit electrons from the photocathode 31. However, with the lids (metal film 31 and lid 43) of the photocathode accommodating cartridges 3 and 4 opened, the photocathode 31 in the photocathode accommodating cartridges 3 and 4 is irradiated with laser light LB to emit electrons from the photocathode 31. You may let them.
[0085]
【The invention's effect】
An electron beam generator according to the present invention comprises a photocathode housing having a lid that is opened before the photocathode is first used so that electrons emitted from the photocathode can be taken out of the cartridge. A cartridge is used. Photocathode film formation has know-how and takes a long time, but this photocathode containing cartridge can be used only by opening the lid. Therefore, a user of the electron beam generator can use the electron beam generator without having to form a photocathode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional structural view of an electron beam generator according to a first embodiment of the present embodiment as viewed from the side.
2 is a cross-sectional view of the electron beam generator shown in FIG. 1 cut along the line AA. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a conical surface portion of the membrane breaker according to the first embodiment of the present embodiment is closed.
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a conical surface portion of the membrane breaker according to the first embodiment of the present embodiment is opened.
FIG. 5 is a plan view showing a state in which a conical surface portion of the membrane breaker according to the first embodiment of the present embodiment is open.
FIG. 6 is a perspective view of the photocathode containing cartridge according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 7 is a side sectional view of an end portion on the metal film side of the photocathode housing cartridge according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 8 is a side cross-sectional view of the end portion on the bellows side of the photocathode housing cartridge according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 9 is a first process diagram for explaining the operation of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment;
FIG. 10 is a second process diagram for explaining the operation of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 11 is a third process diagram for explaining the operation of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment;
FIG. 12 is a fourth process diagram for explaining the operation of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment;
FIG. 13 is a fifth process diagram for explaining the operation of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment;
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining an electron beam generating operation of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view of the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing a photocathode heating device provided in the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the usage time of the photocathode and the photocurrent and the relationship between the photocurrent and the photocathode temperature in the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the usage time of the photocathode and the photocurrent in the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a standby chamber in which a photocathode accommodation cartridge according to a modification of the first embodiment of the present embodiment is disposed and its periphery.
FIG. 20 is a side sectional view of the cover of the photocathode containing cartridge according to a modification of the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 21 is a cross-sectional view of a photocathode accommodating cartridge according to a second embodiment of the present embodiment.
FIG. 22 is a sectional structural view of an electron beam generator according to a second embodiment of the present embodiment as viewed from the side.
23 is a cross-sectional view of the electron beam generator of FIG. 22 cut along the line AA.
FIG. 24 is a first process diagram for explaining an operation of the second embodiment of the present embodiment;
FIG. 25 is a second process diagram for explaining the operation of the second embodiment of the present embodiment;
FIG. 26 is a third process diagram for explaining the operation of the second embodiment of the present embodiment;
FIG. 27 is a fourth process diagram for explaining the operation of the second embodiment of the present embodiment;
FIG. 28 is a sectional structural view of a high-frequency electron gun using the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment.
FIG. 29 is a sectional structural view of an electron beam exposure apparatus using the electron beam generator according to the first embodiment of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron beam generator, 2 ... Electron beam generator, 3 ... Photocathode accommodating cartridge, 3A ... Photocathode accommodating cartridge, 4 ... Photocathode accommodating cartridge, 5 ... Cartridge Box, 7 ... Chamber, 9 ... Membrane breaker, 11 ... Moving pipe, 13 ... Extruding pipe, 15 ... Positioning plate, 17 ... Control system, 19 ... Moving plate, 21 ... laser light source, 23 ... bellows, 25 ... exhaust / analysis system, 27 ... heater, 31 ... photocathode, 32 ... cylindrical part, 33 ... end 34, end, 35 ... metal film, 36 ... bellows, 37 ... substrate, 38 ... anode ring, 39 ... supply source, 41 ... cylindrical container, 43 ... Lid, 45 ... Seal, 47 ... Projection, 51 ... Rotation control system, 53 ... Through hole, 55 ... slider, 55A ... slider, 57 ... through hole, 59 ... space, 59A ... space, 61 ... lid removal device, 71 ... standby chamber, 73 ... Laser beam irradiation chamber, 75 ... through hole, 77 ... pipe, 79 ... glass window, 81 ... resonator, 83 ... cavity for acceleration, 85 ... entrance , 87 ... outlet part, 91 ... conical surface part, 92 ... lever, 93 ... fulcrum part, 94 ... spring, 95 ... lever, 96 ... fulcrum part, 97 Spring 101, exposure chamber 102, electron lens, 103 entrance, 105 stage, 107 acceleration electrode, 109 deflection electrode, 111 penetration Hole, 113 ... tip, 115 ... reflecting mirror, 131 ... through hole, 133 ... end, 135: end, 151 ... through hole, 153 ... inlet, 155 ... outlet, 271 ... heater control system, 273 ... support rod, 321 ... cover, 323 ... End, 325 ... Through hole, 327 ... Contact surface, 329 ... End, 331 ... Open, 341 ... Through hole, 411 ... End, 413 ..End portion, 415... Opening, 431... Glass window, 471... Through hole, 473... L-shaped hole, 611. System, 711 ... cylindrical part, 713 ... end face part, 715 ... end face part, opening ... 717, opening ... 719, 721 ... laser inlet, 723 ... observation window, 911 ... Semi-conical surface portion, 913 ... Semi-conical surface portion

Claims (11)

光電面と、内部に前記光電面が収容されるカートリッジと、前記光電面から放出される電子を前記カートリッジの外部に取り出すことができるようにするために前記光電面が最初に使用される前に開けられものであり前記内部と前記カートリッジの外部とを遮断する蓋と、を含む光電面収容カートリッジを保持する手段と、
前記保持する手段で保持された前記光電面収容カートリッジの前記蓋を開ける手段と、
前記蓋が開けられた前記光電面収容カートリッジの前記光電面から電子を放出させるために前記光電面にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
を備えた電子線発生装置。Before the photocathode is first used to allow the photocathode, the cartridge in which the photocathode is housed, and the electrons emitted from the photocathode to be taken out of the cartridge Means for holding the photocathode containing cartridge, including a lid that is open and that shuts off the interior and the exterior of the cartridge;
Means for opening the lid of the photocathode containing cartridge held by the holding means;
Laser light irradiation means for irradiating the photocathode with laser light to emit electrons from the photocathode of the photocathode containing cartridge with the lid opened;
An electron beam generator comprising: 前記カートリッジは前記蓋があてがわれる開口を有し、
前記電子線発生装置は前記光電面を前記カートリッジの前記開口に通すことにより前記光電面を前記カートリッジの外部に移動させる手段を備え、
前記レーザ光照射手段からのレーザ光は、前記カートリッジの前記外部に移動させられた前記光電面に照射される請求項１記載の電子線発生装置。The cartridge has an opening to which the lid is applied;
The electron beam generator comprises means for moving the photocathode to the outside of the cartridge by passing the photocathode through the opening of the cartridge,
2. The electron beam generator according to claim 1, wherein the laser beam from the laser beam irradiation unit is irradiated onto the photocathode moved to the outside of the cartridge. 複数の前記光電面収容カートリッジの中から少なくとも一つが使用され、
他を取り替え可能に待機させる手段を備えた請求項１又は２記載の電子線発生装置。At least one of the plurality of photocathode containing cartridges is used,
The electron beam generator according to claim 1 or 2, further comprising means for waiting for the other to be replaced. 前記蓋は金属膜を含み、
前記蓋を開ける手段は前記金属膜を破る膜破り手段を含む請求項１〜３のいずれかに記載の電子線発生装置。The lid includes a metal film;
The electron beam generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the means for opening the lid includes a film breaking means for breaking the metal film. 前記膜破り手段は閉じた状態と開いた状態とに切り替え可能であって、この切り替えをするレバーを含み、
前記電子線発生装置は、
前記膜破り手段に向けて前記光電面収容カートリッジを押し出す手段を備え、
前記光電面収容カートリッジが押し出されることにより、前記金属膜が前記閉じた状態の前記膜破り手段に突き刺さり、
前記光電面収容カートリッジがさらに押し出されることにより、前記光電面収容カートリッジを介して前記レバーが押圧されて前記膜破り手段が前記開いた状態に切り替わることにより前記金属膜が破られる請求項４記載の電子線発生装置。The membrane breaking means is switchable between a closed state and an open state, and includes a lever for switching.
The electron beam generator is
Means for pushing out the photocathode containing cartridge toward the film breaking means;
When the photocathode containing cartridge is pushed out, the metal film is pierced into the film breaking means in the closed state,
5. The metal film is broken when the photocathode accommodating cartridge is further pushed, so that the lever is pressed through the photocathode accommodating cartridge and the film breaking means is switched to the opened state. Electron beam generator. 前記保持する手段は、一方の端部及び他方の端部を有するカバーが被せられた前記光電面収容カートリッジが乗せられるスライダを含み、
前記カバーの前記一方の端部と前記光電面収容カートリッジの前記蓋との間に所定距離が設けられた状態で前記カバーの前記他方の端部が前記スライダに当接され、
前記押し出す手段が前記光電面収容カートリッジを前記スライダと一体に押し出すことにより、前記カバーの前記一方の端部により前記レバーが押圧される請求項５記載の電子線発生装置。The holding means includes a slider on which the photocathode containing cartridge covered with a cover having one end and the other end is placed;
The other end of the cover is in contact with the slider in a state where a predetermined distance is provided between the one end of the cover and the lid of the photocathode accommodating cartridge,
6. The electron beam generator according to claim 5, wherein the pushing means pushes the photocathode accommodating cartridge integrally with the slider so that the lever is pressed by the one end of the cover. 前記蓋を開ける手段は前記蓋を取り外す手段を含む請求項１〜３のいずれかに記載の電子線発生装置。  4. The electron beam generator according to claim 1, wherein the means for opening the lid includes means for removing the lid. 前記光電面収容カートリッジはネジにより前記蓋が前記カートリッジに固定されており、
前記蓋を取り外す手段は前記カートリッジを回すことにより、前記蓋を前記カートリッジから取り外す請求項７記載の電子線発生装置。The photocathode containing cartridge has the lid fixed to the cartridge by a screw,
8. The electron beam generator according to claim 7, wherein the means for removing the lid rotates the cartridge to remove the lid from the cartridge. 光電面と、
内部に前記光電面が収容されるカートリッジと、
前記光電面から放出される電子を前記カートリッジの外部に取り出すことができるようにするために前記光電面が最初に使用される前に開けられものであり、前記内部と前記カートリッジの外部とを遮断する蓋と、
を備え、
前記カートリッジは前記蓋があてがわれる開口を有し、
前記開口を通して前記カートリッジの外部に前記光電面が移動可能に前記光電面を保持する手段を備えた光電面収容カートリッジ。A photocathode;
A cartridge containing the photocathode inside;
The photocathode is opened before first use so that the electrons emitted from the photocathode can be taken out of the cartridge, and the inside and the outside of the cartridge are shut off. A lid to
Equipped with a,
The cartridge has an opening to which the lid is applied;
A photocathode housing cartridge comprising means for holding the photocathode so that the photocathode can move to the outside of the cartridge through the opening . 前記蓋は金属膜を含み、
前記金属膜を破ることにより前記蓋が開けられる請求項９記載の光電面収容カートリッジ。The lid includes a metal film;
The photocathode accommodating cartridge according to claim 9, wherein the lid is opened by breaking the metal film. 前記蓋を前記光電面収容カートリッジから取り外すことにより前記蓋が開けられる請求項９記載の光電面収容カートリッジ。  The photocathode accommodation cartridge according to claim 9, wherein the lid is opened by removing the lid from the photocathode accommodation cartridge.
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