JPH06187932A - 電子銃装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】絶縁碍子２の沿面に電界の方向が逆転する領域
を設ける。たとえば高電位の部分からグランド電位側に
いたるまでの碍子沿面に鋭角に折れ曲がる部分を少なく
とも一つ設ける。さらに、従来独立した碍子で保持され
ていた引出電極３を電子源を保持する碍子から吊り下げ
る構造とし、碍子２と陰極電極６の接合部に強い電界が
入り込まないよう陰極電極６で電極３を覆う構造とす
る。 【効果】放電の原因となる電極と絶縁碍子の接合部から
の電界放出電子が発生する可能性が著しく減少し、万
一、発生した電界放出電子も絶縁碍子の沿面の電位極大
点で進行が妨げられ、０Ｖ電極まで達しない。これによ
り、放電の生じない電子銃を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線描画装置や電子顕
微鏡等の電子線応用装置において用いられる電子銃に係
り、特に、高加速電圧で用いる電界放出型電子銃の構成
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高加速電圧電子銃の最大の問題は放電で
ある。特に電界放出型の電子銃では微弱な放電が電子源
の破損に至る。電子銃室内の放電には二つのタイプがあ
る。一つは高電圧を印加すると直ちに生じるものであ
り、もう一つは高電圧を印加し、電子線を引き出してい
るとき、すなわち、長い潜伏期間の後に突然、発生する
ものである。前者は、電極を注意深くクリーニングする
ことにより、ほとんどの場合防ぐことができる。また、
この放電は数回の放電後安定になることが多い。

【０００３】後者は前者ほどその原因がはっきりしてい
ない。現在、有力な考えは、例えば、３００万Ｖ超高圧
電子顕微鏡の加速系の改良：電子ビーム研究第３巻、大
阪大学工学部電子ビーム研究施設、昭和５６年１２月に
記載されているように、碍子表面に静電荷が蓄積し、電
界を高め、この電子増殖によって絶縁破壊を起こすとい
う説である。具体的には真空雰囲気中に置かれた電極と
絶縁碍子との接触面（いわゆる三重接合部）の微小な凹
凸部に電界が集中し、ここから電界放出電子が発生して
いる。この電子が絶縁物表面に衝突する毎に二次電子雪
崩を起こして、表面に静電荷が蓄積するというものであ
る。

【０００４】そこで、電極と絶縁碍子との接触面（三重
接合部）への電界集中を避ける形状が検討されている。
この例が特開平4−39849号公報に記述されている。この
発明に示された電子銃の構造を図３に示す。１は高電圧
を導入するためのブッシング部、７は真空筒の内壁、８
は大気側で放電が生じないようにフレオンガス等が充填
される不活性ガス充填部である。２は大気と真空とを気
密封じし、電子源が取り付けられる陰極電極６を電気的
に絶縁して保持するための第一の絶縁碍子である。３
ａ，３ｂは電子ビーム引出の為の引出電極、４は引出電
極３を電気的に絶縁し保持する機能を持つ第二の絶縁碍
子。第二の絶縁碍子４の断面形状をすり鉢上にすること
で、碍子沿面の距離を長くとり、かつ等電位線の乱れを
最小に抑えようとする構造である。しかし、実際上加工
精度の問題から微小な凹凸部からの電界放出電子や陰極
電極６と第一の絶縁碍子２との接合部からの電界放出電
子等が残る。したがって電界放出電子をゼロにすること
は困難で、放電するという問題が依然として残ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電界
放出電子が碍子と電極の接合部から発生しても、放電に
結び付かない構造を持った電子銃を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】絶縁碍子の回転対象軸を
含む平面における断面の真空側の碍子沿面に電界の方向
が逆転する領域を設ける。具体的には、たとえば高電位
の部分からグランド電位側にいたるまでの碍子沿面に鋭
角に折れ曲がる部分が少なくとも一つ存在するような構
造とし、碍子の沿面に沿った電位勾配がその部分で極大
値を持つようにする。さらに、従来は電子源の取り付い
た陰極電極の保持部と引出電極の保持部の二個所に碍子
と電極の接合部が存在していたが、この引出電極を電子
源保持部から吊り下げる構造とし、この接合部を陰極電
極保持部の１か所とする。そして、その部分に電界が入
り込まないような電極構造とする。

【０００７】

【作用】碍子の形状を図２に示すように、外周部を湾曲
させたＭ字型の構造とする。これにより、万が一微弱な
電界放出電子が発生し、碍子の沿面に沿って二次電子雪
崩が起きてもグランド電位の金属部までは達せず、放電
をくいとめられる。

【０００８】この詳細について図２と図４により説明す
る。碍子の先端には電子源（図示されていない）と陰極
電極が取り付けられており、真空外から高電圧が印加さ
れる構造となっている。０Ｖである真空容器の内壁と高
い負電位を持った電子源及び引出電極の間隔は充分離れ
ており真空中を放電することはない。図２にはこのよう
な構造の電子銃の等電位線５を示してある。図４は碍子
の沿面の電位を示したものである。

【０００９】高電位の接合部ａ点から沿面が湾曲する部
分までは電位は正の勾配を持ってグランド電位に近づい
ていくがｂ点で電位は極大値を持ちｃ点までは電位は逆
に負の勾配を持つ。そしてｃ点から再び電位はグランド
電位に近づいていき、真空筒の内壁ｄ点でグランド電位
となる。

【００１０】放電は、電極と碍子の接合部から放出され
た電子が碍子の沿面に沿って走る結果生じる。しかし、
図２の構造では、図４のように碍子の沿面に沿った電位
勾配には電位極大点が生じる。従って、碍子の沿面を二
次電子雪崩を起こしながら進んできた電子はこの電位極
大点付近から先は逆電界となるため進行が妨げられる。

【００１１】さらに、引出電極が図３のように独立した
碍子４で保持されている構造の場合、引出電極とこの碍
子の接合部から電界放出電子が発生し、この碍子の沿面
で放電が生じるおそれがある。本発明では引出電極を電
子源の取り付けられる陰極電極から吊り下げる構造とす
ることで接合部を減らし、このような電界放出電子の発
生を防いでいる。さらに、陰極電極と絶縁碍子の接合部
を補助電極または陰極電極の一部で覆い、グランド電位
の金属と直接対面しないような構造とし、接合部に電界
が集中しないようにする。これにより放電が生じない電
子銃が実現できる。

【００１２】

【実施例】図２は、本発明を適用した５０ｋＶ電子銃の
概略図である。同図で１は高電圧を導入するためのブッ
シング部、７は真空筒、８は大気側で放電が生じないよ
うにフレオンガス等が充填される不活性ガス充填部、２
は大気と真空とを気密封じし、電子源が取り付けられる
陰極電極６，電子源保持部１３および電子源２０を電気
的に絶縁し保持するための本発明の形状を有する絶縁碍
子である。絶縁碍子２はべローズ１１を有する金具９に
つながれ、べローズ１１を通して真空筒７に固定されて
いる。さらに、金具９はねじ１０を回すことによって、
水平方向に移動できる構造になっている。こうすること
によって、電子源２０の軸調整を行うことができる。３
は電子ビーム引出の為の引出電極、１４は引出電極３を
保持するための金具である。

【００１３】本発明の特徴は３点ある。第１は絶縁碍子
２の形状である。つまり、碍子沿面の形状が、図１に示
すように高電位の部分からグランド電位側にいたるまで
に鋭角に折れ曲がる部分が一つ存在するようなＭ字型の
構造にしたことである。これにより絶縁碍子の真空側の
碍子沿面の高電位の部分からグランド電位側にいたるま
でに電位勾配が極大値を持つようになる。この鋭角に折
れ曲がる部分は複数個存在しても良い。この構造の利点
については作用の項で既に説明したとおりである。

【００１４】第２に、電極と碍子の接合部を１か所に減
らした点である。従来の電子銃（図３）では引出電極３
と陰極電極６はそれぞれ異なる碍子により保持されてい
た。従って電極と碍子の接合部は２か所存在することに
なる。本発明では、引出電極を陰極電極部から吊り下げ
る構造としたことで電極と碍子の接合部を１か所に減ら
した。これにより、放電の元となる電子の放出を最小限
に食い止められている。

【００１５】第３は、陰極電極６が絶縁碍子２を覆うよ
うな構造とすることで絶縁碍子と陰極電極の接合部が真
空筒の内壁等のグランド電位の部分に対面しないように
したことである。この電極により、絶縁碍子と陰極電極
の接合部に電界が集中しなくなり、放電の引き金となる
電子の放出が防げる。ここでは陰極電極の構造を図１の
ようにすることで絶縁碍子２と陰極電極の接合部を覆う
ようにしたが陰極電極とは別の補助電極によってこの接
合部分を覆うようにしても良い。

【００１６】

【発明の効果】本発明により放電の原因となる電極と絶
縁碍子の接合部からの電界放出電子が発生する可能性が
著しく減少し、かつ、万一、発生した電界放出電子も絶
縁碍子の円面の電位極大点で進行が妨げられ０Ｖ電極ま
で達しない。これにより、放電の生じない電子銃を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図。

【図２】本発明の作用の説明図。

【図３】従来例の電子銃の断面図。

【図４】本発明の絶縁碍子の沿面の電位分布図。

【符号の説明】

１…電圧導入ブッシング、２…絶縁碍子、３…引出電
極、６…陰極電極、７…真空筒内壁、８…不活性ガス充
填部、９…金具、１０…ねじ、１１…べローズ、１２…
陽極電極、１３…電子源保持部、１４…引出電極保持
部、２０…電子源。

フロントページの続き (72)発明者 黒田 勝広 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子源と、前記電子源が先端に取り付けら
   れた絶縁碍子と前記電子源から電子を引き出すための引
   出電極とを含む電子銃において、前記絶縁碍子の回転対
   象軸を含む平面における断面の真空側の碍子沿面に生じ
   る電界の方向が逆転する領域が存在することを特徴とす
   る電子銃装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記絶縁碍子は、前記
   電子源を有する電極の高電位の部分からグランド電位側
   にいたる碍子沿面に鋭角に折れ曲がる部分が少なくとも
   一つ存在する電子銃装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記絶縁碍子
   は、円筒形状部分と円錐台形状部分とが一体となった構
   造で、前記円筒形状部分の内側に円錐台形状部分が入り
   込む構造で、前記円錐台形状部分の底面部分が円筒の内
   径と一体となった構造で、円錐台先端部に前記陰極電極
   が取り付けられ、円筒形状部分の外周が真空鏡筒本体に
   固定されている電子銃装置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記引出
   電極が前記絶縁碍子から吊り下げられることにより保持
   されている電子銃装置。
5. 【請求項５】前記絶縁碍子先端と電子源の間に陰極電極
   が取り付けられ、前記陰極電極は、前記絶縁碍子の先端
   および前記電子源との接合部がグランド電位の金属部分
   と直接対面しないような構造を有する電子銃装置。