JPH04229542A - 粒子線機器用の高電圧供給ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば粒子線機器のた
めの、真空域中に高電圧を引込むための高電圧供給ユニ
ットであって、高電圧電極と、当該高電圧電極を取り囲
み真空域と隣接する表面を有する絶縁体と、該絶縁体を
取り囲む低電位上の外部電極とを有している高電圧供給
ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように粒子線機器には、電子顕微
鏡やイオン顕微鏡並びに電子線機器等が属している。

【０００３】電子顕微鏡および電子線機器においては、
カソードが負の高電位を有しており、この電位は、アー
ス電位にあるケーシングに対して十分良好に絶縁されな
ければならない。この場合電位差が大きいため、絶縁体
を有する高電圧供給ユニットの構成が重要である。

【０００４】ドイツ連邦共和国特許第３０２９６２４号
明細書から、次のような高電圧供給ユニットが公知であ
る。すなわち真空域と境を接している絶縁体表面が、高
電圧電極の段状拡大部の始端部に当接しており、さらに
前記絶縁体表面は、高電圧電極と次のような角度を形成
している。すなわち段状拡大部の開始部において、高電
圧電極の段状拡大部を形成する部分間の成す角度のほぼ
半分の大きさの角度である。このようにして、真空域と
隣接する絶縁体表面においてより有利な電位分布が達成
され、それによって絶縁体表面におけるいわゆるマイク
ロ放電の発生が阻止される。

【０００５】しかしながらこのようにして達成される改
善も、特に今日、より高度な解像能力を達成するために
使用されているより高い高電圧の高性能電子顕微鏡にお
いて、さらに高まる要求を十分に満たすものではない。 このように高まる要求は、より大きな間隔距離とそれに
基づくより大きなケーシング寸法によってしか満たされ
なくなるであろう。しかしながらそのためにはコストと
必要スペースが著しく増大してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、公知
の高電圧供給ユニットを次のように改善することである
。すなわち空間的な寸法を著しく拡大することなく、よ
り大きな高電圧に対しても適合するように改良すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、真空域と隣接する絶縁体表面が、当該表面方向での
電極間距離のほぼ１／１０までの、電極からの間隔距離
を有しているような領域（３重領域）中では、近似的に
当該２つの電極の電位がなお存在するように、前記電極
が構成されるようにして解決される。真空域に隣接する
絶縁体の表面が電極から約５ｍｍまでの間隔を有してい
る領域は、三重領域と称する事が可能である。なぜなら
ここでは真空域と絶縁体と電極は相互に密に存在してい
るからである。本発明による解決手段は、次のような形
状を両電極に与えることである。すなわち近似的になお
電極の電位を有しているような領域に、前記三重領域が
存在するような形状である。それによってこの領域では
電界強度が最小となり、そのため絶縁体表面のこのよう
なクリチカルな位置においては、マイクロ放電は惹起さ
れない。絶縁体表面における電界強度の経過は、所定の
電極形状に対し、リープマンの網方法によって数値的に
算出され得る。この方法は、Ｐ．Ｗ．ハウケス著の「磁
性電子レンズ」スプリンガー出版、１９８２年版の６４
頁に別の文献と共に記載されている。

【０００８】本発明による有利な構成実施例では、電極
がくぼみを有しており、このくぼみの中には３重領域が
存在している。

【０００９】別の構成実施例では、電極は突出部を有し
ており、この突出部の間に３重領域が存在している。

【００１０】別の構成実施例では３重の領域は、例えば
リング等の導電部分の間に存在しており、この導電部分
は電極を約２ｃｍまでの間隔で取り囲み、電極と電気的
に接続されている。

【００１１】本発明の別の有利な構成実施例では、絶縁
体の真空域に向いた部分は、充填された鋳造樹脂から成
り、別の部分は可撓性の熱伝導性シリコン鋳込材料から
成っている。

【００１２】別の有利な構成実施例では、絶縁体の、真
空域に向いた部分がセラミック部分から成っている。

【００１３】製造技術上の理由から少なくとも外部電極
を少なくとも２つの部分で構成することは有利である。

【００１４】別の有利な構成実施例では、高電圧電極は
、複数の部分から構成されている。

【００１５】別の有利な構成実施例では、真空域と境を
接する絶縁体表面と外部電極との間に、丸いループリン
グが配置されている。

【００１６】本発明の別の有利な構成実施例では、セラ
ミック部分は、金属管状部分を介し、鑞付けおよび／ま
たは溶接継手によって電極と真空密にされている。

【００１７】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。

【００１８】図１には電子顕微鏡のカソードヘッドの断
面図が示されている。高電圧電極が１１で示されており
、これはウェーネルトの電極とも呼ばれている。この電
極は、絶縁体１２を介して外部電極１３から分離されて
いる。外部電極１３は、高電圧電極よりも低い電位にあ
り、有利にはアース電位にある。１４は、電子ビーム生
成装置のカソードを概略的に示したものであり、この電
極はほぼ高電圧電極１１と同じ電位である。

【００１９】高電圧電極１１は、前記ドイツ連邦共和国
特許明細書から公知の段状の拡大部１１Ｓを有している
。、真空域１５と隣接する絶縁体１２の表面１２ｏは、
段状拡大部１１ｓのほぼ始端部１１ａにおいて始まって
おり、製造技術上の理由から鋭角的な端部は有していな
い。前記ドイツ連邦共和国特許明細書と相違している点
は、高電圧電極１１がさらに第２の段状拡大部１１ｚを
有していることであり、その表面は有利には絶縁体表面
１２ｏに対して平行に延在している。しかしながらこの
ことは次のような場合にはこの限りではない。すなわち
高電圧電極１１の外面においてくぼみ１１ｖが存在し、
このくぼみ１１ｖの内部で絶縁体表面１２ｏが電極のと
ころで終端しているような場合である。

【００２０】前記特許明細書から公知の技術と本願との
相違はわずかにしか見えないかもしれないが、しかしな
がらこの相違は著しい効果を奏するものである。くぼみ
の中にさらに段部を構成することによって、、真空域１
５と隣接する絶縁体１２の表面１２ｏが電極１１から、
当該表面１２ｏ方向での電極間隔の約１／１０までの間
隔距離を有している領域の中で、近似的に電極１１の電
位がなお存在する。それによって３重領域１６中では、
（すなわち、絶縁体、電極、真空がそれぞれ相互に密に
存在し、そのためマイクロ放電の発生に対して特にクリ
チカルである）マイクロ放電の発生が、ただの段部の場
合よりも著しく大きな高電圧まで阻止されるものとなる
。

【００２１】高電圧電極１１において達成される改善は
、外部電極１３での相応の手段によって補完されるべき
であり、それによって高電圧供給は全体的に良好な特性
を有するものとなる。このために図１では外部電極１３
も同じようにくぼみ１３ｖを以て構成されており、（こ
のくぼみの中には絶縁体１２の、真空域１５と隣接する
表面１２ｏが入り込んでいる）そのため外部電極に接す
る３重領域１７も同じように次のような領域に存する。 すなわち近似的に外部電極１３の電位がなお存在するよ
うな領域である。

【００２２】製造技術上の理由から、外部電極１３は、
多数の部分１３ｏ，１３ｕから成り、その選定に際して
は、絶縁体１２の外部領域の場合と同じように当該複数
の部分が雰囲気圧力に完全にさらされるという事実を踏
まえて考慮されている。

【００２３】絶縁体１２は、その下方の、真空域に向い
た部分１２ｖが充填された鋳造樹脂から成っており、そ
れによって十分な強度が達成される。別の上方の部分１
２ａに対しては、可撓性の熱伝導性鋳込材料、例えばシ
リコンが使用されている。この部分１２ａは、下方の部
分１２ｖ、高電圧ケーブル（図示されていない）、ケー
シング、端子部分と密接に結合をしており、この結合に
よって下方の部分１２ｖの絶縁耐力が達成される。高電
圧ケーブル自体は、段状拡大部１１ｓの上部で当該拡大
部と同じ直径でリング状に鋳込まれており、それによっ
て全体的な電位供給に寄与している。

【００２４】絶縁体１２の上方部分１２ａの熱伝導性に
よって、加熱されたカソードから熱が逃がされる。この
上方部分１２ａの弾性を介して、異なる熱膨張率により
、機械的応力が、僅少に保たれる。円形のループリング
１３ｒが、絶縁体１２と、部分１３ｏと１３ｕとで構成
された外部電極１３との間で気密にするために用いられ
ている。

【００２５】図２には、本発明による別の構成例が示さ
れており、この構成例でも同じように２つの部分２２ｏ
，２２ａから成る絶縁体２２が使用されている。ここで
はその中で近似的に電極２１、２３の電位がなお存在し
、３重領域が配置されるような領域２１ｐ，２３ｐが次
のようにして達成される。すなわち電極２１，２３は突
出部２１ｅ，２３ｅを有し、及び／又は導電性部分、例
えばリング２１ｒ，２３ｒは電極２１，２３を約２ｃｍ
までの間隔の中で取り囲んでそれと電気的に接続するよ
うに構成されて達成される。　　リングを真空域１５に
配置し、及び／又は突出部を絶縁体２２に配置すること
ももちろん可能である。同じように絶縁体表面において
所定の電位経過を達成するために中間電位を有する付加
的リングを使用することも可能である。

【００２６】図３には、次のような実施例が示されてい
る。すなわち絶縁体３２の、真空域１５と隣接する部分
がセラミック部分からなり、その表面３２ｏは非常に良
好な真空技術特性を有しているような構成例である。絶
縁体３２の上方部３２ａは、ここでも可撓性の熱伝導性
鋳込材料であり、この鋳込材料もセラミック部分と電極
３１，３３との間の空隙３１ｓ，３３ｓに充填される。 所望の気密性を得るために円いループリング３１ｒと３
３ｒとが用いられる。この実施例は、次のようなことも
表している。ずなわち高電圧電極３１のくぼみが、はっ
きりと現れたくぼみ３１ｖとして構成され得ることも表
している。

【００２７】図４では、セラミック部分４２ｋと電極４
１，４３との間の気密性が金属管部分４８，４９によっ
て生じており、この金属管部分４８，４９は公知技術に
よってセラミック部分４２ｋに堅固に鑞付けされ、続い
て電極４１，４３と共に溶接される。溶接後は高電圧電
極の下方部分４１ｕにその上方部４１ｏがねじ止めされ
、この２つが共にくぼみ４１ｖを形成する。このくぼみ
４１ｖは、近似的に全体の電極と同じ電位を有しており
、このくぼみ４１ｖの中にセラミック部分４２ｋの表面
４２ｏが入り込んでいる。

【００２８】高電圧電極、絶縁体、外部電極を実質的に
回転対称的に構成することは通常行われていることであ
る。なぜならこれは安価に製造できるからである。しか
しながらこのことは重要ではない。上記本願特有の特徴
は、楕円形または矩形状の構成例でも達成されるもので
ある。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、大きな高電圧に対して
も適合し、それにともなって空間的な寸法を著しく拡大
する必要のない、スペースの節約された粒子線機器用高
電圧供給ユニットが実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】電極の中にくぼみを有している本発明による実
施例の断面図である。

【図２】電極上に突出部を有し、電極の前方に導電部分
を有した本発明による実施例の断面図である。

【図３】絶縁体の、真空域に向いた部分がセラミックで
ある本発明による実施例の断面図である。

【図４】絶縁体のセラミック部分が金属製の接続部材に
よって電極と気密に接続されている本発明による実施例
の断面図である。

【符号の説明】

１１　　　　　　高電圧電極 １１ｖ　　　　くぼみ １１ｓ　　　　拡大部 １１ｚ　　　　拡大部 １２　　　　　　絶縁体 １２ａ　　　　上部 １２ｖ　　　　くぼみ １２ｏ　　　　表面 １３　　　　　　電極 １３ｏ　　　　部分 １３ｕ　　　　部分 １４　　　　　　カソード １５　　　　　　真空域 １６　　　　　　３重領域 １７　　　　　　３重領域 ２１　　　　　　電極 ２１ｅ　　　　突出部 ２１ｐ　　　　領域 ２１ｒ　　　　リング ２２　　　　　　絶縁体 ２２ｏ　　　　部分 ２２ｕ　　　　部分 ２３　　　　　　電極 ２３ｅ　　　　突出部 ２３ｐ　　　　領域 ２３ｒ　　　　リング ３１　　　　　　電極 ３１ｒ　　　　円形ループリング ３１ｓ　　　　空隙 ３１ｖ　　　　くぼみ ３２　　　　　　絶縁体 ３２ａ　　　　上部 ３２ｋ　　　　セラミック部分 ３２ｏ　　　　表面 ３３　　　　　　電極 ３３ｓ　　　　空隙 ３３ｒ　　　　円形ループリング ４１　　　　　　電極 ４１ｏ　　　　上部 ４１ｕ　　　　下部 ４１ｖ　　　　くぼみ ４２ｋ　　　　セラミック部分 ４３　　　　　　電極 ４８　　　　　　金属管部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　例えば粒子線機器のための、真空域中
   に高電圧を供給するための高電圧供給ユニットであって
   、高電圧電極（１１）と、当該高電圧電極（１１）を取
   り囲み真空域（１５）と境を接する表面（１２ｏ）を有
   する絶縁体（１２）と、該絶縁体（１２）を取り囲む、
   低電位におかれている外部電極（１３）とを有している
   高電圧供給ユニットにおいて、真空域（１５）と隣接す
   る絶縁体（１２）表面（１２ｏ）と、電極（１１，１３
   ）との間隔距離が当該表面（１２ｏ）方向での電極間距
   離のほぼ１／１０までの大きさを有しているような領域
   （３重領域）中では、近似的に当該２つの電極（１１，
   １３）の電位がなお存在するように、前記電極（１１，
   １３）が構成されていることを特徴とする高電圧供給ユ
   ニット。