JPH07192674A - 磁界界浸型電子銃 - Google Patents
磁界界浸型電子銃Info
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- JPH07192674A JPH07192674A JP5331638A JP33163893A JPH07192674A JP H07192674 A JPH07192674 A JP H07192674A JP 5331638 A JP5331638 A JP 5331638A JP 33163893 A JP33163893 A JP 33163893A JP H07192674 A JPH07192674 A JP H07192674A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/065—Construction of guns or parts thereof
-
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- H01J37/18—Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
- H01J41/18—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of cold cathodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 磁界レンズを電子銃に重畳させることにより
高性能の磁界界浸型電子銃を構成し、電子銃室のカソー
ドチップ近傍を効率よく排気する。 【構成】 電子銃５１から放出される電子ビームを電界
レンズ５６の他に同軸型イオンポンプにおけるイオンポ
ンプ磁石５７、５８、６０により形成される磁界レンズ
によって制御する磁界界浸型電子銃において、イオンポ
ンプ磁石は、同軸型イオンポンプの円筒状のイオンポン
プアノード６１を間に挟むように電子銃の光軸５２に対
して同心円状に配設され互いに対向する方向に磁化され
た一対の円筒形の永久磁石５７、５８と、永久磁石を中
空内に包囲するように光軸に対して同心円状に配設され
た中空円筒状のヨーク６０とを備え、ヨークの光軸との
対面側にはヨーク内を流れる磁束を光軸の方へ吹き出さ
せるための環状のヨーク間隙６３を形成する。
高性能の磁界界浸型電子銃を構成し、電子銃室のカソー
ドチップ近傍を効率よく排気する。 【構成】 電子銃５１から放出される電子ビームを電界
レンズ５６の他に同軸型イオンポンプにおけるイオンポ
ンプ磁石５７、５８、６０により形成される磁界レンズ
によって制御する磁界界浸型電子銃において、イオンポ
ンプ磁石は、同軸型イオンポンプの円筒状のイオンポン
プアノード６１を間に挟むように電子銃の光軸５２に対
して同心円状に配設され互いに対向する方向に磁化され
た一対の円筒形の永久磁石５７、５８と、永久磁石を中
空内に包囲するように光軸に対して同心円状に配設され
た中空円筒状のヨーク６０とを備え、ヨークの光軸との
対面側にはヨーク内を流れる磁束を光軸の方へ吹き出さ
せるための環状のヨーク間隙６３を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子銃から放出される
電子を電界レンズの他に同軸型イオンポンプにおけるイ
オンポンプ磁石により形成される磁界レンズによって制
御する磁界界浸型電子銃に関する。
電子を電界レンズの他に同軸型イオンポンプにおけるイ
オンポンプ磁石により形成される磁界レンズによって制
御する磁界界浸型電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子顕微鏡等に用いられる電子銃におい
ては、放出される電子ビームが強い輝度を有することの
他に球面収差の少ないレンズによって制御されることが
要求される。電子銃から放出される電子ビームは通常電
界レンズによって制御されるが、磁界レンズをこの電界
レンズに重畳させて球面収差を少なくすることが知られ
ている。
ては、放出される電子ビームが強い輝度を有することの
他に球面収差の少ないレンズによって制御されることが
要求される。電子銃から放出される電子ビームは通常電
界レンズによって制御されるが、磁界レンズをこの電界
レンズに重畳させて球面収差を少なくすることが知られ
ている。
【０００３】この磁界レンズとして、イオンポンプにお
ける永久磁石によって形成される磁界を転用することが
行われている。このような磁界レンズを備えた電子銃は
磁界界浸型電子銃と呼ばれている。磁界界浸型電子銃に
おけるイオンポンプは、電子銃が配設される電子顕微鏡
等の装置の所定の容器内を真空にするための真空ポンプ
である。
ける永久磁石によって形成される磁界を転用することが
行われている。このような磁界レンズを備えた電子銃は
磁界界浸型電子銃と呼ばれている。磁界界浸型電子銃に
おけるイオンポンプは、電子銃が配設される電子顕微鏡
等の装置の所定の容器内を真空にするための真空ポンプ
である。
【０００４】イオンポンプは、イオンポンプのカソード
から放出された電子を真空容器内の粒子に衝突させて粒
子をイオン化させ、イオン化した荷電粒子をイオンポン
プのアノードにゲッタリングしてトラップすることによ
り容器内を真空にするものである。イオンポンプにおい
ては、容器内の荷電粒子は永久磁石による磁界によって
サイクロントロン運動を行い、衝突の頻度が高められ、
効率的に高真空が得られるようになっている。このよう
なイオンポンプとして、電子銃の光軸に対して同軸状に
構成された同軸型イオンポンプがよく用いられている。
から放出された電子を真空容器内の粒子に衝突させて粒
子をイオン化させ、イオン化した荷電粒子をイオンポン
プのアノードにゲッタリングしてトラップすることによ
り容器内を真空にするものである。イオンポンプにおい
ては、容器内の荷電粒子は永久磁石による磁界によって
サイクロントロン運動を行い、衝突の頻度が高められ、
効率的に高真空が得られるようになっている。このよう
なイオンポンプとして、電子銃の光軸に対して同軸状に
構成された同軸型イオンポンプがよく用いられている。
【０００５】同軸型イオンポンプを構成してる永久磁石
が発生する磁界を利用して磁界レンズを形成し、この磁
界レンズを電子銃のカソードや電界レンズに重畳させる
ことにより磁界界浸型電子銃を構成し、この結果とし
て、特に電界放出型の電子銃の収差を改善することがで
きる。
が発生する磁界を利用して磁界レンズを形成し、この磁
界レンズを電子銃のカソードや電界レンズに重畳させる
ことにより磁界界浸型電子銃を構成し、この結果とし
て、特に電界放出型の電子銃の収差を改善することがで
きる。
【０００６】従って、従来技術として着目しなければな
らない技術は、磁界界浸型電子銃と同軸型イオンポンプ
に関するものである。
らない技術は、磁界界浸型電子銃と同軸型イオンポンプ
に関するものである。
【０００７】電界放出型電子銃のエミッタ陰極（カソー
ド）は、先端より放出される大きい開き角の電子ビーム
を収束させなければならない。従来は、この電子ビーム
の収束は電界レンズによって行われていたが、電界レン
ズの球面収差のためにビーム径が大きくなり平均輝度が
低下するという弱点があった。
ド）は、先端より放出される大きい開き角の電子ビーム
を収束させなければならない。従来は、この電子ビーム
の収束は電界レンズによって行われていたが、電界レン
ズの球面収差のためにビーム径が大きくなり平均輝度が
低下するという弱点があった。
【０００８】この対策として、静電型電界レンズによっ
て構成された電子銃レンズに磁界を重畳させることによ
って、あるいは電子銃レンズの一部を磁界レンズに置き
換えることによって、磁界レンズと電界レンズを複合さ
せてレンズ作用を行わせる方式、いわゆる磁界界浸型電
子銃が提案されている（例えば、M.Troyon:High curren
t efficiency field emission gun system incorporati
ng a preacceleratorlens.Its use in CTEM,Optik,57,4
01(1980) ）。Troyonはこの文献において、３電極型の
電子銃の第１陽極を電磁石による電界レンズに置き換え
て電流密度を約６倍に改善している。このときの磁界レ
ンズの位置は電子銃室内に導入することが必要となるた
め、電界放出電子銃を安定に動作させるために必要な超
高真空１０-9 Torr 以下に到達させるためのベーキング
（２００〜３００℃）に耐える必要があり実用的に難し
い。
て構成された電子銃レンズに磁界を重畳させることによ
って、あるいは電子銃レンズの一部を磁界レンズに置き
換えることによって、磁界レンズと電界レンズを複合さ
せてレンズ作用を行わせる方式、いわゆる磁界界浸型電
子銃が提案されている（例えば、M.Troyon:High curren
t efficiency field emission gun system incorporati
ng a preacceleratorlens.Its use in CTEM,Optik,57,4
01(1980) ）。Troyonはこの文献において、３電極型の
電子銃の第１陽極を電磁石による電界レンズに置き換え
て電流密度を約６倍に改善している。このときの磁界レ
ンズの位置は電子銃室内に導入することが必要となるた
め、電界放出電子銃を安定に動作させるために必要な超
高真空１０-9 Torr 以下に到達させるためのベーキング
（２００〜３００℃）に耐える必要があり実用的に難し
い。
【０００９】これを避けるため、磁界界浸電子銃の比較
的実用的な構造は電子銃室の外側に電磁石を設けて、真
空容器の外から磁界を印加する方式がある（J.R.A.Clea
ver:Field emission electron gun systems incorporat
ing single-pole magnetic lenses.Optik,52,293(1978/
79) ）。図４に示す構造はCleverにより最初に提案され
た電子銃室の上に単極磁界レンズを取付けたものであ
る。電子銃は３電極構成で、カソード１、引き出し電極
（ウェネルト）２、電子銃のアノード３から構成されて
いる。電子銃室の真空容器の壁４の上部に単極磁界レン
ズ５があって磁界レンズが配設されている。これと同様
に電子銃室外から磁界を印加するより効率的な方法とし
て、Takaoka 等により電子銃室の横から磁界を銃畳する
構造が提案されている(A.Takaoka et al:Improvement o
f beam characteristics by superimposing a magnetic
field on a field emission gun.J.Electron Microsc,
38,No.2,83(1989)）。
的実用的な構造は電子銃室の外側に電磁石を設けて、真
空容器の外から磁界を印加する方式がある（J.R.A.Clea
ver:Field emission electron gun systems incorporat
ing single-pole magnetic lenses.Optik,52,293(1978/
79) ）。図４に示す構造はCleverにより最初に提案され
た電子銃室の上に単極磁界レンズを取付けたものであ
る。電子銃は３電極構成で、カソード１、引き出し電極
（ウェネルト）２、電子銃のアノード３から構成されて
いる。電子銃室の真空容器の壁４の上部に単極磁界レン
ズ５があって磁界レンズが配設されている。これと同様
に電子銃室外から磁界を印加するより効率的な方法とし
て、Takaoka 等により電子銃室の横から磁界を銃畳する
構造が提案されている(A.Takaoka et al:Improvement o
f beam characteristics by superimposing a magnetic
field on a field emission gun.J.Electron Microsc,
38,No.2,83(1989)）。
【００１０】これらはいずれも電磁石によって磁界レン
ズを形成する方式であり、構造的には真空系とレンズ系
とが別個のものであるため構造的に複雑になるばかり
か、以下述べるように相互に要求するものが相反するこ
とが多く、電子銃全体としての最適化設計を難しくして
おり、このことが磁界界浸型電子銃の実用化の１つの障
害になっていた。
ズを形成する方式であり、構造的には真空系とレンズ系
とが別個のものであるため構造的に複雑になるばかり
か、以下述べるように相互に要求するものが相反するこ
とが多く、電子銃全体としての最適化設計を難しくして
おり、このことが磁界界浸型電子銃の実用化の１つの障
害になっていた。
【００１１】例えば、磁界界浸型電子銃の主として収差
特性等の高性能な電子光学特性を達成するための必要な
要件として、電界レンズに重畳する磁界レンズの磁界強
度は強いことすなわちレンズ強度が強いほうが好まし
い。磁界レンズの磁界強度を強くするための最も容易な
方法は磁界レンズを形成するための電磁石を電子銃に近
づけることである。このためには磁界レンズを形成する
電磁石を電子銃室内の高真空中に入れることが必要にな
る。しかしながら、このことは、電磁石からガスが放出
されて真空度の低下を招いたり、真空に引くために行う
ベーキング時に種々の要素の耐熱性を考慮する必要が生
じたりして好ましくない。
特性等の高性能な電子光学特性を達成するための必要な
要件として、電界レンズに重畳する磁界レンズの磁界強
度は強いことすなわちレンズ強度が強いほうが好まし
い。磁界レンズの磁界強度を強くするための最も容易な
方法は磁界レンズを形成するための電磁石を電子銃に近
づけることである。このためには磁界レンズを形成する
電磁石を電子銃室内の高真空中に入れることが必要にな
る。しかしながら、このことは、電磁石からガスが放出
されて真空度の低下を招いたり、真空に引くために行う
ベーキング時に種々の要素の耐熱性を考慮する必要が生
じたりして好ましくない。
【００１２】真空室外からより強い磁界レンズの磁界強
度を与えようとすれば、磁界レンズを形成するための電
磁石の励磁電流と巻線数（アンペアターン）を大きくす
る必要があり、結果として磁界レンズは形状が極端に大
型化することになる。
度を与えようとすれば、磁界レンズを形成するための電
磁石の励磁電流と巻線数（アンペアターン）を大きくす
る必要があり、結果として磁界レンズは形状が極端に大
型化することになる。
【００１３】電界放出型電子銃を安定に動作させるのに
必要な真空度は、熱電界放出型では１０-9Torr，冷陰極
電界放出型では１０-10 −１０-11 Torrが必要である。
このような超高真空を小型化した構造で得るために同軸
型イオンポンプが提案されている（USP4890029,M.Miyos
hi and Okumura.Electron beam apparatus includingpl
urality of ionpump blocks,Dec.36,1989,USP5021702,
M.Miyoshi and Okumura,Electron beam apparatus incl
uding a plurality of ion pump blocks,Jun.4,1991
）。この同軸型イオンポンプは、イオンポンプを構成
する永久磁石を電子銃とレンズの光軸に対して回転対称
になるように同軸状に配置し、電子銃とイオンポンプの
排気部分を一体化して構成されている。
必要な真空度は、熱電界放出型では１０-9Torr，冷陰極
電界放出型では１０-10 −１０-11 Torrが必要である。
このような超高真空を小型化した構造で得るために同軸
型イオンポンプが提案されている（USP4890029,M.Miyos
hi and Okumura.Electron beam apparatus includingpl
urality of ionpump blocks,Dec.36,1989,USP5021702,
M.Miyoshi and Okumura,Electron beam apparatus incl
uding a plurality of ion pump blocks,Jun.4,1991
）。この同軸型イオンポンプは、イオンポンプを構成
する永久磁石を電子銃とレンズの光軸に対して回転対称
になるように同軸状に配置し、電子銃とイオンポンプの
排気部分を一体化して構成されている。
【００１４】図４と図５に同軸型イオンポンプの概略構
成を示す。図４は同軸型イオンポンプの一例を示す断面
図である。同軸型イオンポンプの真空容器を構成する円
筒状の外囲器１０内には、中心軸上に配設された電子銃
１１と、電子銃１１を囲んで電子銃１１の光軸に対して
同軸に配設された排気動作部分すなわちイオンポンプ部
分１２とが、収納されている。
成を示す。図４は同軸型イオンポンプの一例を示す断面
図である。同軸型イオンポンプの真空容器を構成する円
筒状の外囲器１０内には、中心軸上に配設された電子銃
１１と、電子銃１１を囲んで電子銃１１の光軸に対して
同軸に配設された排気動作部分すなわちイオンポンプ部
分１２とが、収納されている。
【００１５】電子銃１１は電子銃本体１３と、電子銃本
体１３の下部に取り付けられたカソード１４と、電子銃
本体１３の下方に配設され頂部に電子ビームを通過する
ための孔が形成された中空円筒状のアノード１５とを備
えている。電界レンズからなる電子銃レンズ部分は、カ
ソード１４とアノード１５とによって構成されている。
カソード１４から広い角度で放出された電子ビーム１６
は電界レンズによって収束させられ、装置の下方へ導か
れる。
体１３の下部に取り付けられたカソード１４と、電子銃
本体１３の下方に配設され頂部に電子ビームを通過する
ための孔が形成された中空円筒状のアノード１５とを備
えている。電界レンズからなる電子銃レンズ部分は、カ
ソード１４とアノード１５とによって構成されている。
カソード１４から広い角度で放出された電子ビーム１６
は電界レンズによって収束させられ、装置の下方へ導か
れる。
【００１６】イオンポンプ部分１２は、中心軸に同軸に
配設された円筒状の内側永久磁石１６と、外側永久磁石
１７と、内側永久磁石１６と外側永久磁石１７との間に
同軸に挟まれて配設されたイオンゲッタ部１８とを備え
ている。内側永久磁石１６、外側永久磁石１７は放射状
に磁界を発生させ、この磁界強度は概ね１５００Gauss
〜２０００Gauss 程度である。なお、これらの一対の円
筒形の永久磁石１６、１７は放射状に磁界を発生させる
ことができれば必ずしも円筒状である必要はなく、円筒
形と近似できる多角形、例えば８角形等でもよい。
配設された円筒状の内側永久磁石１６と、外側永久磁石
１７と、内側永久磁石１６と外側永久磁石１７との間に
同軸に挟まれて配設されたイオンゲッタ部１８とを備え
ている。内側永久磁石１６、外側永久磁石１７は放射状
に磁界を発生させ、この磁界強度は概ね１５００Gauss
〜２０００Gauss 程度である。なお、これらの一対の円
筒形の永久磁石１６、１７は放射状に磁界を発生させる
ことができれば必ずしも円筒状である必要はなく、円筒
形と近似できる多角形、例えば８角形等でもよい。
【００１７】イオンゲッタ部１８は電子銃１１の光軸に
同軸に配設され円筒状に形成されたイオンポンプアノー
ド１９と、イオンポンプアノード１９を内側と外側とか
ら挟むように円筒状に配設されたチタンから作られた複
数のゲッタリング電極であるイオンポンプカソード２０
とを有している。
同軸に配設され円筒状に形成されたイオンポンプアノー
ド１９と、イオンポンプアノード１９を内側と外側とか
ら挟むように円筒状に配設されたチタンから作られた複
数のゲッタリング電極であるイオンポンプカソード２０
とを有している。
【００１８】このような同軸型イオンポンプにおいて
は、内側永久磁石１６により電子ビームの部分１６は磁
界に対して自己シールドされており、電子ビームに対す
る永久磁石１６、１７の影響は極めて軽減することがで
きる。しかしながら、電子ビームが内側永久磁石１６の
磁界から自己シールドされることは、磁界界浸型電子銃
から放出された電子ビームに積極的に磁界を重畳させよ
うとする目的から見ると、永久磁石１６、１７は構造的
に不適当である。
は、内側永久磁石１６により電子ビームの部分１６は磁
界に対して自己シールドされており、電子ビームに対す
る永久磁石１６、１７の影響は極めて軽減することがで
きる。しかしながら、電子ビームが内側永久磁石１６の
磁界から自己シールドされることは、磁界界浸型電子銃
から放出された電子ビームに積極的に磁界を重畳させよ
うとする目的から見ると、永久磁石１６、１７は構造的
に不適当である。
【００１９】図６は同軸型イオンポンプのもう１つの公
知例を示す断面図である。この構造では、電子銃本体１
３の周囲に同心円状に複数のイオンポンプアノード３１
が配列され、イオンポンプアノード３１の上方側と下方
側とから挟むようにゲッタリング電極であるリング板状
のイオンポンプカソード３２が配設されている。真空容
器３０の外側には、イオンポンプカソード３２の上方側
と下方側とに円筒状の永久磁石３３、３４が、イオンア
ノード３１の配置方向に平行に磁界が印加されるように
配設されている。
知例を示す断面図である。この構造では、電子銃本体１
３の周囲に同心円状に複数のイオンポンプアノード３１
が配列され、イオンポンプアノード３１の上方側と下方
側とから挟むようにゲッタリング電極であるリング板状
のイオンポンプカソード３２が配設されている。真空容
器３０の外側には、イオンポンプカソード３２の上方側
と下方側とに円筒状の永久磁石３３、３４が、イオンア
ノード３１の配置方向に平行に磁界が印加されるように
配設されている。
【００２０】この構造の同軸型イオンポンプでは永久磁
石３３、３４により発生する磁界を電子銃の電界レンズ
に重畳して磁界界浸型電子銃を構成することが構造的に
可能であり、理論解析結果と試作結果が論文として提示
されている(Y.Yamazaki,M.Miyoshi,T.Nagai and Okumur
a:Development of the field emission electron gunin
tegrated in thesputter ion pump,J.Vac.Sci.Technol,
B9(6),Nov/Dec2967(1991)）。
石３３、３４により発生する磁界を電子銃の電界レンズ
に重畳して磁界界浸型電子銃を構成することが構造的に
可能であり、理論解析結果と試作結果が論文として提示
されている(Y.Yamazaki,M.Miyoshi,T.Nagai and Okumur
a:Development of the field emission electron gunin
tegrated in thesputter ion pump,J.Vac.Sci.Technol,
B9(6),Nov/Dec2967(1991)）。
【００２１】次に、図７乃至図９を参照して、同軸型イ
オンポンプと電界放出型（ＦＥ）電子銃を一体化した構
造を有する従来の磁界界浸型電子銃を示す。図７は同軸
型イオンポンプと電界放出型電子銃を一体化した磁界界
浸型電子銃電子銃の断面図である。図８は、図７に示す
磁界界浸型電子銃の中心軸上の磁界レンズの形状に対応
する磁界強度分布を示し、図９は、永久磁石４３、４４
が発生する磁界分布の概略図を示す。図７に示す磁界界
浸型電子銃は基本的には図６に示した構造と同じであ
り、円筒状の永久磁石４３、４４が真空容器４０の外部
の大気中に設置されている。外部への磁界の漏洩を防止
して可能な限り閉じた磁路を形成するために、コの字状
円筒形の中空を有する純鉄製のヨーク４５が設けられて
おり、２つの永久磁石４３、４４はヨーク４５の内側の
上部と下部に取り付けられている。
オンポンプと電界放出型（ＦＥ）電子銃を一体化した構
造を有する従来の磁界界浸型電子銃を示す。図７は同軸
型イオンポンプと電界放出型電子銃を一体化した磁界界
浸型電子銃電子銃の断面図である。図８は、図７に示す
磁界界浸型電子銃の中心軸上の磁界レンズの形状に対応
する磁界強度分布を示し、図９は、永久磁石４３、４４
が発生する磁界分布の概略図を示す。図７に示す磁界界
浸型電子銃は基本的には図６に示した構造と同じであ
り、円筒状の永久磁石４３、４４が真空容器４０の外部
の大気中に設置されている。外部への磁界の漏洩を防止
して可能な限り閉じた磁路を形成するために、コの字状
円筒形の中空を有する純鉄製のヨーク４５が設けられて
おり、２つの永久磁石４３、４４はヨーク４５の内側の
上部と下部に取り付けられている。
【００２２】真空容器４０の内部には、円筒状のイオン
ポンプアノード４６が永久磁石４３と永久磁石４４との
間に配設されている。永久磁石４３、４４、イオンポン
プアノード４６、ヨーク４５は全て、電子銃本体４７と
電子銃レンズ４８の中心軸４９に対して同軸状に配置さ
れている。電子銃４７の先端には電子銃のカソード４２
が取り付けられている。
ポンプアノード４６が永久磁石４３と永久磁石４４との
間に配設されている。永久磁石４３、４４、イオンポン
プアノード４６、ヨーク４５は全て、電子銃本体４７と
電子銃レンズ４８の中心軸４９に対して同軸状に配置さ
れている。電子銃４７の先端には電子銃のカソード４２
が取り付けられている。
【００２３】この構造では図８に示すように、中心軸上
の磁界強度分布が得られる。しかし、ここで問題なのは
中心軸上の位置によって、例えば点Ａ，Ｃと点Ｂとにお
いて示すように磁界方向が反転していることである。
の磁界強度分布が得られる。しかし、ここで問題なのは
中心軸上の位置によって、例えば点Ａ，Ｃと点Ｂとにお
いて示すように磁界方向が反転していることである。
【００２４】この原因を図９を参照して説明する。上下
の永久磁石４３、４４の磁極が例えば上からＳ→Ｎ→Ｓ
→Ｎと並んでいるとする。イオンポンプアノード４６の
近傍の磁界は、永久磁石４３から永久磁石４４に向かっ
ており、また、さらに図９に示すように中心軸４９の方
向に大きく漏れだしている。この漏れだした磁界が図８
に示した磁界強度分布の中央のピーク位置Ｂにおける磁
界を形成している。一方、各永久磁石４４、４５のエッ
ジ部分４４ａ，４５ａの近傍では、洩れ磁界が各々のヨ
ーク４５に向かって流れこんでいる。この磁界の方向は
中央部分における磁界の方向に対して逆方向になる。従
って、図８に示すように逆方向の磁界強度分布を持った
サブピークＡ，Ｃがメインピークの上下に存在すること
になる。
の永久磁石４３、４４の磁極が例えば上からＳ→Ｎ→Ｓ
→Ｎと並んでいるとする。イオンポンプアノード４６の
近傍の磁界は、永久磁石４３から永久磁石４４に向かっ
ており、また、さらに図９に示すように中心軸４９の方
向に大きく漏れだしている。この漏れだした磁界が図８
に示した磁界強度分布の中央のピーク位置Ｂにおける磁
界を形成している。一方、各永久磁石４４、４５のエッ
ジ部分４４ａ，４５ａの近傍では、洩れ磁界が各々のヨ
ーク４５に向かって流れこんでいる。この磁界の方向は
中央部分における磁界の方向に対して逆方向になる。従
って、図８に示すように逆方向の磁界強度分布を持った
サブピークＡ，Ｃがメインピークの上下に存在すること
になる。
【００２５】このような中心軸の近傍における磁界分布
は図６あるいは図７に示すような構造においては、分布
形状を設計によって変化させることができるにしても、
基本的には避けられないものである。
は図６あるいは図７に示すような構造においては、分布
形状を設計によって変化させることができるにしても、
基本的には避けられないものである。
【００２６】このような場合に、磁界界浸型電子銃の磁
界レンズとして利用する磁界は、中央のメインピークＢ
あるいは下側のサブピークＡを使うことことになる。磁
界レンズのレンズ効果のみを考えれば磁界強度が大きい
メインピークＢを使うことが望ましい。しかし、このメ
インピークＢは同軸型イオンポンプのかなり内部（原理
的にはイオンポンプアノード４６の中心に一致する位
置）にあるため機械的なレイアウトが難しくなること
と、メインピークＢの下にあるサブピークＡも同時に電
子ビームの光軸である中心軸４９に重畳されるため、結
果として２つの磁界レンズが重畳されることになり、解
析が複雑になり設計困難が多い難点があり、下側のサブ
ピークＡを電子銃レンズに重畳させて磁界界浸型レンズ
を構成しているのが実情である。
界レンズとして利用する磁界は、中央のメインピークＢ
あるいは下側のサブピークＡを使うことことになる。磁
界レンズのレンズ効果のみを考えれば磁界強度が大きい
メインピークＢを使うことが望ましい。しかし、このメ
インピークＢは同軸型イオンポンプのかなり内部（原理
的にはイオンポンプアノード４６の中心に一致する位
置）にあるため機械的なレイアウトが難しくなること
と、メインピークＢの下にあるサブピークＡも同時に電
子ビームの光軸である中心軸４９に重畳されるため、結
果として２つの磁界レンズが重畳されることになり、解
析が複雑になり設計困難が多い難点があり、下側のサブ
ピークＡを電子銃レンズに重畳させて磁界界浸型レンズ
を構成しているのが実情である。
【００２７】また、この方式は永久磁石４３、４４の磁
界のエネルギーを３つのピークＡ，Ｂ，Ｃに分散してい
ることになり、磁界のエネルギーの利用効率が悪いこと
になる。このことは、より強い磁界レンズを形成するた
めには不必要に表面磁束密度の大きな永久磁石を使うか
（価格が高くなる）、永久磁石の円筒の厚みを大きくし
て結果として表面磁束密度をかせぐことが必要であり、
これらのことは装置の重量を大きくすることになる。
界のエネルギーを３つのピークＡ，Ｂ，Ｃに分散してい
ることになり、磁界のエネルギーの利用効率が悪いこと
になる。このことは、より強い磁界レンズを形成するた
めには不必要に表面磁束密度の大きな永久磁石を使うか
（価格が高くなる）、永久磁石の円筒の厚みを大きくし
て結果として表面磁束密度をかせぐことが必要であり、
これらのことは装置の重量を大きくすることになる。
【００２８】電子銃の光軸を中心軸として同軸型にイオ
ンポンプを構成して、なおかつイオンポンプの永久磁石
が生成する磁界を磁界レンズとして用いる方式の従来例
としてWiesner による提案がある(USP4397611,J.C.Wies
ner et al,Particle beam instrumentation ion pump,A
ug.9,1983)。
ンポンプを構成して、なおかつイオンポンプの永久磁石
が生成する磁界を磁界レンズとして用いる方式の従来例
としてWiesner による提案がある(USP4397611,J.C.Wies
ner et al,Particle beam instrumentation ion pump,A
ug.9,1983)。
【００２９】これは、リング状の永久磁石を上下を中心
軸として同軸状に配置し、永久磁石の内側（一対の永久
磁石に挟まれたイオンポンプアノード側の位置）に置い
たヨークで保持したもので、ヨークを通して真空容器内
に磁界を印加しイオンポンプアノードにより排気動作を
行なわせるものである。真空容器中にイオンポンプアノ
ードが設置されて真空排気動作を行なっている。このと
き上下一対のリング状永久磁石が発生する磁界が磁界レ
ンズを形成する。構造的には図７に示した構造と類似し
ている。
軸として同軸状に配置し、永久磁石の内側（一対の永久
磁石に挟まれたイオンポンプアノード側の位置）に置い
たヨークで保持したもので、ヨークを通して真空容器内
に磁界を印加しイオンポンプアノードにより排気動作を
行なわせるものである。真空容器中にイオンポンプアノ
ードが設置されて真空排気動作を行なっている。このと
き上下一対のリング状永久磁石が発生する磁界が磁界レ
ンズを形成する。構造的には図７に示した構造と類似し
ている。
【００３０】この構造は、(1) 最も強い磁界強度を必
要としているイオンポンプアノードの部分（この部分で
実際の排気動作が行なわれており、しかも排気速度はこ
の領域に印加される磁界強度の２乗に比例する）にヨー
クを介して永久磁石から磁界を与えているため実効的な
磁界強度が大幅に減衰してしまい、あるいは、磁束線が
ヨーク中で磁路を形成してしまい、結果として排気速度
が低下する、(2) リング状の永久磁石とヨークの組み
合わせであるため、図８，図９に示したものと同様の理
由で、中心軸上には複数の磁界のピークが形成される、
等の問題点がある。
要としているイオンポンプアノードの部分（この部分で
実際の排気動作が行なわれており、しかも排気速度はこ
の領域に印加される磁界強度の２乗に比例する）にヨー
クを介して永久磁石から磁界を与えているため実効的な
磁界強度が大幅に減衰してしまい、あるいは、磁束線が
ヨーク中で磁路を形成してしまい、結果として排気速度
が低下する、(2) リング状の永久磁石とヨークの組み
合わせであるため、図８，図９に示したものと同様の理
由で、中心軸上には複数の磁界のピークが形成される、
等の問題点がある。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては以
下の問題点が存在していた。
下の問題点が存在していた。
【００３２】(1) 磁界界浸型電子銃の磁界レンズを同
軸型イオンポンプにおける電磁石で形成する方式では、
磁界レンズの性能を向上させるには磁界強度を大きくす
ることが好ましいので、重畳する磁界レンズの磁界強度
を大きくするためには、同軸型イオンポンプの電磁石を
電子銃に近づけるか、あるいはより強い磁界を発生する
ために大きな電磁石を使うことが必要である。
軸型イオンポンプにおける電磁石で形成する方式では、
磁界レンズの性能を向上させるには磁界強度を大きくす
ることが好ましいので、重畳する磁界レンズの磁界強度
を大きくするためには、同軸型イオンポンプの電磁石を
電子銃に近づけるか、あるいはより強い磁界を発生する
ために大きな電磁石を使うことが必要である。
【００３３】この場合、電磁石を電子銃に近づけること
は、真空容器中に電磁石を入れることが必要になる。こ
のため、電界放出型電子銃を安定に動作させるための超
高真空を達成する上で、ガス放出、ベーキング時の耐熱
性等の問題が生じる。
は、真空容器中に電磁石を入れることが必要になる。こ
のため、電界放出型電子銃を安定に動作させるための超
高真空を達成する上で、ガス放出、ベーキング時の耐熱
性等の問題が生じる。
【００３４】また、大きな電磁石を用いることは、電磁
石を真空外に設置すれば可能であるが、励磁電流と巻線
数（アンペアターン）が大きくなり、結果として磁界レ
ンズは大型化するという問題がある。
石を真空外に設置すれば可能であるが、励磁電流と巻線
数（アンペアターン）が大きくなり、結果として磁界レ
ンズは大型化するという問題がある。
【００３５】(2) 同軸型イオンポンプの永久磁石の磁
界を制御して電子銃の電界レンズにに重畳させて、結果
として磁界界浸型電子銃を形成する方式が実用的に現状
では最もよい方法ではある。しかし、これまで提案され
ている方式では、永久磁石からの磁界の利用効率が低
く、複数の磁界の強度のピークが発生するため磁界レン
ズとしての設計が難しい。しかも、最も性能のよいはず
の最大磁界強度を示す磁界強度がピークになる位置は、
イオンポンプの内部の奥の方にできるため、狭い空間に
構造の複雑な電子銃レンズ等を設置する必要があり、機
械的なレイアウトに制約が大きい。
界を制御して電子銃の電界レンズにに重畳させて、結果
として磁界界浸型電子銃を形成する方式が実用的に現状
では最もよい方法ではある。しかし、これまで提案され
ている方式では、永久磁石からの磁界の利用効率が低
く、複数の磁界の強度のピークが発生するため磁界レン
ズとしての設計が難しい。しかも、最も性能のよいはず
の最大磁界強度を示す磁界強度がピークになる位置は、
イオンポンプの内部の奥の方にできるため、狭い空間に
構造の複雑な電子銃レンズ等を設置する必要があり、機
械的なレイアウトに制約が大きい。
【００３６】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題点を解消し、同軸型イオンポンプにおけるヨー
クの形状と永久磁石の配置における最適な構成を提案す
ることにより、同軸型イオンポンプを構成する永久磁石
の発生する磁界で効率よく磁界レンズを形成させ、この
磁界レンズを電子銃に重畳させることにより高性能の磁
界界浸型電子銃を構成することである。また、電子銃
室、特に超高真空を必要とする電子銃のカソードチップ
近傍を効率よく排気するというイオンポンプ本来の目的
を同時に満足させることである。
する問題点を解消し、同軸型イオンポンプにおけるヨー
クの形状と永久磁石の配置における最適な構成を提案す
ることにより、同軸型イオンポンプを構成する永久磁石
の発生する磁界で効率よく磁界レンズを形成させ、この
磁界レンズを電子銃に重畳させることにより高性能の磁
界界浸型電子銃を構成することである。また、電子銃
室、特に超高真空を必要とする電子銃のカソードチップ
近傍を効率よく排気するというイオンポンプ本来の目的
を同時に満足させることである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による磁界界浸型電子銃は、電子銃から放出
される電子ビームを電界レンズの他に同軸型イオンポン
プにおけるイオンポンプ磁石により形成される磁界レン
ズによって制御する磁界界浸型電子銃において、前記イ
オンポンプ磁石は、前記同軸型イオンポンプの円筒状の
イオンポンプアノードを間に挟むように電子銃の光軸に
対して同心円状に配設され互いに対向する方向に磁化さ
れた一対の円筒形の永久磁石と、前記永久磁石を中空内
に包囲するように前記光軸に対して同心円状に配設され
た中空円筒状のヨークとを備え、前記ヨークの前記光軸
との対面側には前記ヨーク内を流れる磁束を前記光軸の
方へ吹き出させるための環状のヨーク間隙が形成されて
いることを特徴とする。
に、本発明による磁界界浸型電子銃は、電子銃から放出
される電子ビームを電界レンズの他に同軸型イオンポン
プにおけるイオンポンプ磁石により形成される磁界レン
ズによって制御する磁界界浸型電子銃において、前記イ
オンポンプ磁石は、前記同軸型イオンポンプの円筒状の
イオンポンプアノードを間に挟むように電子銃の光軸に
対して同心円状に配設され互いに対向する方向に磁化さ
れた一対の円筒形の永久磁石と、前記永久磁石を中空内
に包囲するように前記光軸に対して同心円状に配設され
た中空円筒状のヨークとを備え、前記ヨークの前記光軸
との対面側には前記ヨーク内を流れる磁束を前記光軸の
方へ吹き出させるための環状のヨーク間隙が形成されて
いることを特徴とする。
【００３８】また、前記ヨーク間隙の前記光軸における
高さ位置は、電子銃本体の先端部にあるカソードの高さ
位置に略一致することを特徴とする。
高さ位置は、電子銃本体の先端部にあるカソードの高さ
位置に略一致することを特徴とする。
【００３９】また、前記一対の永久磁石は、前記光軸と
直交する方向に前記イオンポンプアノードを間に挟むよ
うに配設されていることを特徴とする。
直交する方向に前記イオンポンプアノードを間に挟むよ
うに配設されていることを特徴とする。
【００４０】また、前記一対の永久磁石は、前記光軸と
平行な方向に前記イオンポンプアノードを間に挟むよう
に配設されていることを特徴とする。
平行な方向に前記イオンポンプアノードを間に挟むよう
に配設されていることを特徴とする。
【００４１】また、前記ヨーク間隙は前記ヨークの電子
銃との対面側の下部に形成されていることを特徴とす
る。
銃との対面側の下部に形成されていることを特徴とす
る。
【００４２】また、前記一対の永久磁石は、イオンポン
プの真空容器の内部に配設されていることを特徴とす
る。
プの真空容器の内部に配設されていることを特徴とす
る。
【００４３】また、前記永久磁石は、サマリウムコバル
トによって形成されていることを特徴とする。
トによって形成されていることを特徴とする。
【００４４】
【作用】一対の円筒形の永久磁石は同軸型イオンポンプ
の円筒状のイオンポンプアノードを間に挟むように電子
銃の光軸に対して同心円状に配設され、一対の電磁石は
互いに対向する方向に磁化されており、中空円筒状のヨ
ークは永久磁石を中空内に包囲するように光軸に対して
同心円状に配設されているので、永久磁石により生成さ
れた磁束の方向は光軸との対面する側のヨークの中には
光軸と平行になる。ヨークにはヨークの光軸との対面側
にヨークを流れる磁束を光軸の方へ吹き出させるための
環状のヨーク間隙が形成されているので、光軸に軸対称
に磁界が形成され、この磁界の強度分布は単一のピーク
値を有する。
の円筒状のイオンポンプアノードを間に挟むように電子
銃の光軸に対して同心円状に配設され、一対の電磁石は
互いに対向する方向に磁化されており、中空円筒状のヨ
ークは永久磁石を中空内に包囲するように光軸に対して
同心円状に配設されているので、永久磁石により生成さ
れた磁束の方向は光軸との対面する側のヨークの中には
光軸と平行になる。ヨークにはヨークの光軸との対面側
にヨークを流れる磁束を光軸の方へ吹き出させるための
環状のヨーク間隙が形成されているので、光軸に軸対称
に磁界が形成され、この磁界の強度分布は単一のピーク
値を有する。
【００４５】
【実施例】図１乃至図３を参照して本発明の磁界界浸型
電子銃の実施例を説明する。図１において、同軸型イオ
ンポンプの真空容器を構成する円筒状の外囲器５０内に
は、中心軸上に配設された電子銃５１と、電子銃５１を
囲んで電子銃５１の光軸５２に対して同軸に配設された
排気動作部分すなわちイオンポンプ部分５３とが、収納
されている。
電子銃の実施例を説明する。図１において、同軸型イオ
ンポンプの真空容器を構成する円筒状の外囲器５０内に
は、中心軸上に配設された電子銃５１と、電子銃５１を
囲んで電子銃５１の光軸５２に対して同軸に配設された
排気動作部分すなわちイオンポンプ部分５３とが、収納
されている。
【００４６】電子銃５１は電子銃本体５４と、電子銃本
体５４の下部に取り付けられた電子銃のカソード５５
と、電子銃本体５４の下方に配設され頂部に電子ビーム
を通過するための孔が形成された中空円筒状の電界レン
ズを形成する電子銃レンズ系５６とを備えている。電子
銃レンズの電界レンズ部分５６は、引き出し電極５６
ａ、レンズ電極５６ｂ、アノード電極５６ｃから構成さ
れている。
体５４の下部に取り付けられた電子銃のカソード５５
と、電子銃本体５４の下方に配設され頂部に電子ビーム
を通過するための孔が形成された中空円筒状の電界レン
ズを形成する電子銃レンズ系５６とを備えている。電子
銃レンズの電界レンズ部分５６は、引き出し電極５６
ａ、レンズ電極５６ｂ、アノード電極５６ｃから構成さ
れている。
【００４７】排気動作部分すなわちイオンポンプ部分５
３は、電子銃５１の中心軸である光軸５２に同心円状に
配設された円筒状の内側永久磁石５７と、内側永久磁石
５７の外側に光軸５２に同心円状に配設された外側永久
磁石５８と、内側永久磁石５７と外側永久磁石５８との
間にこれらに同心円状に光軸５２と直交する方向に挟ま
れて放射状に配設された複数個のイオンゲッタ部５９
と、永久磁石５７、５８を中空内に包囲するように光軸
５２に対して同心円状に配設された中空円筒状のヨーク
６０とを備えている。永久磁石５７、５８は純鉄製のヨ
ーク６０で保持されている。
３は、電子銃５１の中心軸である光軸５２に同心円状に
配設された円筒状の内側永久磁石５７と、内側永久磁石
５７の外側に光軸５２に同心円状に配設された外側永久
磁石５８と、内側永久磁石５７と外側永久磁石５８との
間にこれらに同心円状に光軸５２と直交する方向に挟ま
れて放射状に配設された複数個のイオンゲッタ部５９
と、永久磁石５７、５８を中空内に包囲するように光軸
５２に対して同心円状に配設された中空円筒状のヨーク
６０とを備えている。永久磁石５７、５８は純鉄製のヨ
ーク６０で保持されている。
【００４８】永久磁石５７、５８はSmCo（サマリウムコ
バルト）系の希土類磁石で形成されている。SmCo系磁石
は熱安定性が高く、例えば不可逆温度変化特性では１５
０℃／１００時間での減磁率は１％以下であり、高真空
を得るためのベーキングに十分耐えることができる。こ
のSmCo系磁石にさらに高真空中で使用するための脱ガス
対策としてニッケルメッキを施すことによりここで議論
しているレベルの１０-10 Torr以下の真空度に十分耐え
ることが可能である。
バルト）系の希土類磁石で形成されている。SmCo系磁石
は熱安定性が高く、例えば不可逆温度変化特性では１５
０℃／１００時間での減磁率は１％以下であり、高真空
を得るためのベーキングに十分耐えることができる。こ
のSmCo系磁石にさらに高真空中で使用するための脱ガス
対策としてニッケルメッキを施すことによりここで議論
しているレベルの１０-10 Torr以下の真空度に十分耐え
ることが可能である。
【００４９】内側永久磁石５７と外側永久磁石５８とは
光軸５２と直交する方向に放射状に磁化されており、光
軸５２に直交する平面内において光軸５２から放射状に
イオンポンプアノード６１を通過する磁束が形成されて
いる。
光軸５２と直交する方向に放射状に磁化されており、光
軸５２に直交する平面内において光軸５２から放射状に
イオンポンプアノード６１を通過する磁束が形成されて
いる。
【００５０】なお、これらの一対の円筒形の永久磁石５
７、５８は放射状に磁界を発生させることができれば必
ずしも円筒状である必要はなく、円筒形と近似できる多
角形、例えば８角形等でもよい。
７、５８は放射状に磁界を発生させることができれば必
ずしも円筒状である必要はなく、円筒形と近似できる多
角形、例えば８角形等でもよい。
【００５１】イオンゲッタ部５９は電子銃５１の光軸５
２に同心円状に配設され円筒状に形成されたイオンポン
プアノード６１と、イオンポンプアノード６１を内側と
外側とから挟むように円筒状に配設されたチタンから作
られた複数のゲッタリング電極であるイオンポンプカソ
ード６２とを有している。
２に同心円状に配設され円筒状に形成されたイオンポン
プアノード６１と、イオンポンプアノード６１を内側と
外側とから挟むように円筒状に配設されたチタンから作
られた複数のゲッタリング電極であるイオンポンプカソ
ード６２とを有している。
【００５２】ヨーク６０の光軸５２と対面する側の下部
には、光軸５２に対して同心円状の環状のヨーク間隙６
３が形成されている。
には、光軸５２に対して同心円状の環状のヨーク間隙６
３が形成されている。
【００５３】ヨーク間隙６３は、光軸５２におけるヨー
ク間隙６３の中心の高さ位置が電子銃本体５４の先端部
にあるカソード５５の高さ位置に略一致するように、設
けられている。
ク間隙６３の中心の高さ位置が電子銃本体５４の先端部
にあるカソード５５の高さ位置に略一致するように、設
けられている。
【００５４】ヨーク間隙６３はヨーク６０を流れる磁束
を光軸５２の方へ吹き出させるためのものであり、ヨー
ク６０からの磁束のもれ（磁界の吹き出し）を発生させ
て、結果として磁界レンズを形成するものである。ま
た、ヨーク間隙６３を通して電子銃部分５６は排気され
るので排気のコンダクタンスがよくなり、実行排気速度
の向上させることができる。
を光軸５２の方へ吹き出させるためのものであり、ヨー
ク６０からの磁束のもれ（磁界の吹き出し）を発生させ
て、結果として磁界レンズを形成するものである。ま
た、ヨーク間隙６３を通して電子銃部分５６は排気され
るので排気のコンダクタンスがよくなり、実行排気速度
の向上させることができる。
【００５５】ヨーク６０、永久磁石５７、５８、イオン
ポンプアノード６１を含めたイオンポンプの各構成要素
は真空容器５０の内部の真空中に設置されており、真空
容器５０の外囲器はフランジ６４、６５に接続されてお
り、上部のフランジ６４は図示していないが電子銃５１
を保持するステージに、下部のフランジ６５のコラムに
各々接続される。ここではヨーク６０を含めて真空中に
入れているが、ヨーク６０を真空容器６０の外囲器とし
て用いることも勿論可能である。
ポンプアノード６１を含めたイオンポンプの各構成要素
は真空容器５０の内部の真空中に設置されており、真空
容器５０の外囲器はフランジ６４、６５に接続されてお
り、上部のフランジ６４は図示していないが電子銃５１
を保持するステージに、下部のフランジ６５のコラムに
各々接続される。ここではヨーク６０を含めて真空中に
入れているが、ヨーク６０を真空容器６０の外囲器とし
て用いることも勿論可能である。
【００５６】次に本実施例の作用について説明する。内
側永久磁石５７の内側には例えばＳ極、外側にはＮ極が
形成され、外側永久磁石５８の内側にはＳ極、外側には
Ｎ極が形成されている。図１に矢印で示すように、光軸
５２に直交する平面内に内側永久磁石５７から外側永久
磁石５８へ向かって放射状にイオンポンプアノード６１
を通って磁束が形成されている。外側永久磁石５８を放
射状に出た磁束はヨーク６０内の上側および下側を通
り、内側永久磁石５７に戻る。ヨーク６０には単一の環
状のヨーク間隙６３が形成されているので、ヨーク間隙
６３にはヨーク６０からの磁束の漏れ（磁界の吹き出
し）が発生する。
側永久磁石５７の内側には例えばＳ極、外側にはＮ極が
形成され、外側永久磁石５８の内側にはＳ極、外側には
Ｎ極が形成されている。図１に矢印で示すように、光軸
５２に直交する平面内に内側永久磁石５７から外側永久
磁石５８へ向かって放射状にイオンポンプアノード６１
を通って磁束が形成されている。外側永久磁石５８を放
射状に出た磁束はヨーク６０内の上側および下側を通
り、内側永久磁石５７に戻る。ヨーク６０には単一の環
状のヨーク間隙６３が形成されているので、ヨーク間隙
６３にはヨーク６０からの磁束の漏れ（磁界の吹き出
し）が発生する。
【００５７】図２に光軸５２における磁界強度分布をシ
ミュレーションした結果を示す。光軸５２における位置
は、ヨーク間隙６３の中心位置を原点として、上方向に
正、下方向に負としてある。永久磁石５７、５８は、表
面磁束密度が１５００GaussのSmCo（サマリウムコバル
ト）で形成され、ヨーク６０は純鉄で形成されている。
図２からわかるように、ヨーク間隙６３の中心位置（図
１におけるカソードチップ５５の位置）に約５００Gaus
s のピーク値を持つ磁界レンズが形成されている。しか
もこの磁界レンズは単一のピークのみを有する。
ミュレーションした結果を示す。光軸５２における位置
は、ヨーク間隙６３の中心位置を原点として、上方向に
正、下方向に負としてある。永久磁石５７、５８は、表
面磁束密度が１５００GaussのSmCo（サマリウムコバル
ト）で形成され、ヨーク６０は純鉄で形成されている。
図２からわかるように、ヨーク間隙６３の中心位置（図
１におけるカソードチップ５５の位置）に約５００Gaus
s のピーク値を持つ磁界レンズが形成されている。しか
もこの磁界レンズは単一のピークのみを有する。
【００５８】この磁界強度５００Gauss というピーク値
は、加速電圧領域で数ｋＶで動作する対物レンズが示す
値とほぼ同等であり、きわめて強い磁界レンズが形成さ
れていることがわかる。また、単一ピークであるという
ことは従来例でも述べているように、永久磁石の磁界エ
ネルギーを効率よく利用し、かつ形成されるレンズは１
枚であるから解析も容易で電子銃全体の最適化設計を容
易にしている。
は、加速電圧領域で数ｋＶで動作する対物レンズが示す
値とほぼ同等であり、きわめて強い磁界レンズが形成さ
れていることがわかる。また、単一ピークであるという
ことは従来例でも述べているように、永久磁石の磁界エ
ネルギーを効率よく利用し、かつ形成されるレンズは１
枚であるから解析も容易で電子銃全体の最適化設計を容
易にしている。
【００５９】以上説明したように、本実施例の構成によ
れば、ヨーク６０には光軸５２との対面側にヨーク６０
を流れる磁束を光軸５２の方へ吹き出させるための環状
のヨーク間隙６３が形成されているので、単一のピーク
値を有する光軸５２に軸対称に磁界を形成することがで
きる。この結果、電界レンズに重畳して磁界レンズを形
成することができ、磁界強度分布は単一のピーク値を有
するので、永久磁石の磁界エネルギーを効率よく利用す
ることができ、かつ単一の磁界レンズが形成されるので
解析が容易になり電子銃全体の最適化設計を容易にする
ことができる。また、ヨーク間隙６３を通して電子銃部
分５６は排気されるので排気のコンダクタンスがよくな
り、実行排気速度の向上させることができる。
れば、ヨーク６０には光軸５２との対面側にヨーク６０
を流れる磁束を光軸５２の方へ吹き出させるための環状
のヨーク間隙６３が形成されているので、単一のピーク
値を有する光軸５２に軸対称に磁界を形成することがで
きる。この結果、電界レンズに重畳して磁界レンズを形
成することができ、磁界強度分布は単一のピーク値を有
するので、永久磁石の磁界エネルギーを効率よく利用す
ることができ、かつ単一の磁界レンズが形成されるので
解析が容易になり電子銃全体の最適化設計を容易にする
ことができる。また、ヨーク間隙６３を通して電子銃部
分５６は排気されるので排気のコンダクタンスがよくな
り、実行排気速度の向上させることができる。
【００６０】ヨーク間隙６３の中心位置が電子銃本体５
４の先端部にあるカソード５５の高さ位置に略一致する
ので、ヨーク間隙６３からの漏れ磁界によって形成され
る磁界レンズをカソード５５の位置に一致させることが
できる。この結果、カソード５５から放射される電子ビ
ームは、放射されると間もなく磁界レンズによって制御
されるので、カソード５５を放射した電子ビームが多く
の距離を移動した後に磁界レンズにのレンズ作用を受け
る場合に比べて、電子ビームを球面波状に制御すること
ができ、結果的に磁界レンズの球面収差を少なくするこ
とができる。
４の先端部にあるカソード５５の高さ位置に略一致する
ので、ヨーク間隙６３からの漏れ磁界によって形成され
る磁界レンズをカソード５５の位置に一致させることが
できる。この結果、カソード５５から放射される電子ビ
ームは、放射されると間もなく磁界レンズによって制御
されるので、カソード５５を放射した電子ビームが多く
の距離を移動した後に磁界レンズにのレンズ作用を受け
る場合に比べて、電子ビームを球面波状に制御すること
ができ、結果的に磁界レンズの球面収差を少なくするこ
とができる。
【００６１】また、永久磁石５７、５８はイオンポンプ
の真空容器５０の内部に配設されており、永久磁石５
７、５８は、サマリウムコバルトによって形成されてい
るので、永久磁石５７、５８を真空容器５０の内部に配
設した場合にも、ベーキングに十分耐えることができ、
また脱ガス対策としてニッケルメッキを施すことにより
１０-10 Torr程度の高真空度を得ることが可能になる。
の真空容器５０の内部に配設されており、永久磁石５
７、５８は、サマリウムコバルトによって形成されてい
るので、永久磁石５７、５８を真空容器５０の内部に配
設した場合にも、ベーキングに十分耐えることができ、
また脱ガス対策としてニッケルメッキを施すことにより
１０-10 Torr程度の高真空度を得ることが可能になる。
【００６２】次に図３を参照して本発明の他の実施例に
ついて説明する。本実施例においては、イオンポンプの
永久磁石７０、７１は光軸５２に同軸状にイオンポンプ
アノード６１を上下に挟むように上部と下部に設けられ
ている。また、イオンポンプカソード７３、７４は光軸
５２に同軸にイオンポンプアノード６１を挟むように上
側と下側とに設けられている。ヨーク６０にはヨーク間
隙６３が設けられている。本実施例の構成によっても、
電子銃のカソード５５の位置にヨーク間隙６３からの漏
れ磁束によって磁界レンズを形成することができる。
ついて説明する。本実施例においては、イオンポンプの
永久磁石７０、７１は光軸５２に同軸状にイオンポンプ
アノード６１を上下に挟むように上部と下部に設けられ
ている。また、イオンポンプカソード７３、７４は光軸
５２に同軸にイオンポンプアノード６１を挟むように上
側と下側とに設けられている。ヨーク６０にはヨーク間
隙６３が設けられている。本実施例の構成によっても、
電子銃のカソード５５の位置にヨーク間隙６３からの漏
れ磁束によって磁界レンズを形成することができる。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、ヨークの光軸との対面側にはヨークを流れる磁束
を光軸の方へ吹き出させるための環状のヨーク間隙が形
成されているので、単一の磁界レンズを効率よく電子銃
レンズに重畳することができ性能の磁界界浸型電子銃を
構成することができ、また、小型で排気能力の優れたイ
オンポンプを構成することができる。
れば、ヨークの光軸との対面側にはヨークを流れる磁束
を光軸の方へ吹き出させるための環状のヨーク間隙が形
成されているので、単一の磁界レンズを効率よく電子銃
レンズに重畳することができ性能の磁界界浸型電子銃を
構成することができ、また、小型で排気能力の優れたイ
オンポンプを構成することができる。
【図１】本発明の磁界界浸型電子銃の実施例を示す断面
図。
図。
【図２】図１におけるヨーク間隙によって形成された磁
界レンズの光軸上における磁界強度分布を示す図。
界レンズの光軸上における磁界強度分布を示す図。
【図３】本発明の磁界界浸型電子銃の他の実施例を示す
断面図。
断面図。
【図４】電子銃室の外部に電磁石を設けて磁界界浸型電
子銃を構成する従来例を示す断面図。
子銃を構成する従来例を示す断面図。
【図５】同軸型イオンポンプを用いて磁界界浸型電子銃
の第１の従来例を示す断面図であり、円筒型の永久磁石
が同心円状に配置されている。
の第１の従来例を示す断面図であり、円筒型の永久磁石
が同心円状に配置されている。
【図６】同軸型イオンポンプを用いた磁界界浸型電子銃
の第２の従来例を示す断面図。
の第２の従来例を示す断面図。
【図７】同軸型イオンポンプと電界放出型電子銃を一体
化した構造で磁界界浸型電子銃を構成した従来例を示す
断面図。
化した構造で磁界界浸型電子銃を構成した従来例を示す
断面図。
【図８】図７における中心軸上の磁界強度分布を示す
図。
図。
【図９】図７、図８に対応して形成される磁力線を示す
図。
図。
５０ 真空容器 ５１ 電子銃 ５２ 光軸（中心軸） ５３ イオンポンプ部分（排気動作部分） ５４ 電子銃本体 ５５ 電子銃のカソード ５６ 電子銃レンズ系（電子銃アノード等） ５７ 内側永久磁石 ５８ 外側永久磁石 ５９ イオンゲッタ部 ６０ ヨーク ６１ イオンポンプアノード ６２ イオンポンプカソード（ゲッタリング電極） ６３ ヨーク間隙
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】この対策として、静電型電界レンズによっ
て構成された電子銃レンズに磁界を重畳させることによ
って、あるいは電子銃レンズの一部を磁界レンズに置き
換えることによって、磁界レンズと電界レンズを複合さ
せてレンズ作用を行わせる方式、いわゆる磁界界浸型電
子銃が提案されている（例えば、Ｍ．Ｔｒｏｙｏｎ：Ｈ
ｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｉ
ｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｇｕｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉ
ｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ａ ｐｒｅａｃｃｅｌｅｒ
ａｔｏｒｌｅｎｓ．Ｉｔｓ ｕｓｅ ｉｎ ＣＴＥＭ，
Ｏｐｔｉｋ，５７，４０１（１９８０））。Ｔｒｏｙｏ
ｎはこの文献において、３電極型の電子銃の第１陽極を
電磁石による電界レンズに置き換えて電流密度を約６倍
に改善している。このときの磁界レンズの位置は電子銃
室内に導入することが必要となるため、電界放出電子銃
を安定に動作させるために必要な超高真空１０−９Ｔｏ
ｒｒ以下に到達させるためのベーキング（２００〜３０
０℃）に耐える必要があり実用的に難しい。
て構成された電子銃レンズに磁界を重畳させることによ
って、あるいは電子銃レンズの一部を磁界レンズに置き
換えることによって、磁界レンズと電界レンズを複合さ
せてレンズ作用を行わせる方式、いわゆる磁界界浸型電
子銃が提案されている（例えば、Ｍ．Ｔｒｏｙｏｎ：Ｈ
ｉｇｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｉ
ｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｇｕｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉ
ｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ａ ｐｒｅａｃｃｅｌｅｒ
ａｔｏｒｌｅｎｓ．Ｉｔｓ ｕｓｅ ｉｎ ＣＴＥＭ，
Ｏｐｔｉｋ，５７，４０１（１９８０））。Ｔｒｏｙｏ
ｎはこの文献において、３電極型の電子銃の第１陽極を
電磁石による電界レンズに置き換えて電流密度を約６倍
に改善している。このときの磁界レンズの位置は電子銃
室内に導入することが必要となるため、電界放出電子銃
を安定に動作させるために必要な超高真空１０−９Ｔｏ
ｒｒ以下に到達させるためのベーキング（２００〜３０
０℃）に耐える必要があり実用的に難しい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
Claims (7)
- 【請求項１】電子銃から放出される電子ビームを電界レ
ンズの他に同軸型イオンポンプにおけるイオンポンプ磁
石により形成される磁界レンズによって制御する磁界界
浸型電子銃において、 前記イオンポンプ磁石は、前記同軸型イオンポンプの円
筒状のイオンポンプアノードを間に挟むように電子銃の
光軸に対して同心円状に配設され互いに対向する方向に
磁化された一対の円筒形の永久磁石と、前記永久磁石を
中空内に包囲するように前記光軸に対して同心円状に配
設された中空円筒状のヨークとを備え、 前記ヨークの前記光軸との対面側には前記ヨーク内を流
れる磁束を前記光軸の方へ吹き出させるための環状のヨ
ーク間隙が形成されていることを特徴とする磁界界浸型
電子銃。 - 【請求項２】前記ヨーク間隙の前記光軸における高さ位
置は、電子銃本体の先端部にあるカソードの高さ位置に
略一致することを特徴とする請求項１に記載の磁界界浸
型電子銃。 - 【請求項３】前記一対の永久磁石は、前記光軸と直交す
る方向に前記イオンポンプアノードを間に挟むように配
設されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界界
浸型電子銃。 - 【請求項４】前記一対の永久磁石は、前記光軸と平行な
方向に前記イオンポンプアノードを間に挟むように配設
されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界界浸
型電子銃。 - 【請求項５】前記ヨーク間隙は前記ヨークの電子銃との
対面側の下部に形成されていることを特徴とする請求項
１に記載の磁界界浸型電子銃。 - 【請求項６】前記一対の永久磁石は、イオンポンプの真
空容器の内部に配設されていることを特徴とする請求項
１に記載の磁界界浸型電子銃。 - 【請求項７】前記永久磁石は、サマリウムコバルトによ
って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
磁界界浸型電子銃。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33163893A JP3325982B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 磁界界浸型電子銃 |
| US08/364,747 US5548183A (en) | 1993-12-27 | 1994-12-27 | Magnetic field immersion type electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33163893A JP3325982B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 磁界界浸型電子銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07192674A true JPH07192674A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3325982B2 JP3325982B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=18245899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33163893A Expired - Lifetime JP3325982B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 磁界界浸型電子銃 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5548183A (ja) |
| JP (1) | JP3325982B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004105080A1 (ja) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | スパッタイオンポンプ、その製造方法、およびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置 |
| JP2007311117A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子レンズ及びそれを用いた荷電粒子線装置 |
| JP2010272381A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子銃 |
| US20110018470A1 (en) * | 2005-06-29 | 2011-01-27 | Hermes-Microvision, Inc. | Electron gun with magnetic immersion double condenser lenses |
| JP2013225521A (ja) * | 2013-06-17 | 2013-10-31 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子銃 |
| JP2014013759A (ja) * | 2003-09-05 | 2014-01-23 | Carl Zeiss Smt Gmbh | 粒子光学システム及び装置、並びに、かかるシステム及び装置用の粒子光学部品 |
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| JP4805656B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2011-11-02 | 株式会社東芝 | マルチビームクライストロン装置 |
| EP2151849B1 (en) * | 2008-08-08 | 2011-12-14 | Agilent Technologies Italia S.p.A. | Vacuum pumping system comprising a plurality of sputter ion pumps |
| JP5290238B2 (ja) * | 2010-05-21 | 2013-09-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子顕微鏡 |
| US20130134322A1 (en) | 2010-10-27 | 2013-05-30 | Param Corporation | Electron lens and the electron beam device |
| CH705474A1 (de) * | 2011-09-08 | 2013-03-15 | Inficon Gmbh | Ionisations - Vakuummesszelle. |
| JP6138466B2 (ja) * | 2012-12-03 | 2017-05-31 | 住友重機械工業株式会社 | サイクロトロン |
| US9520263B2 (en) * | 2013-02-11 | 2016-12-13 | Novaray Medical Inc. | Method and apparatus for generation of a uniform-profile particle beam |
| US9799484B2 (en) | 2014-12-09 | 2017-10-24 | Hermes Microvision, Inc. | Charged particle source |
| WO2016117099A1 (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置、荷電粒子線装置用光学素子、及び、荷電粒子線装置用部材の製造方法 |
| US10410827B2 (en) * | 2017-05-03 | 2019-09-10 | Fei Company | Gun lens design in a charged particle microscope |
| JP6396618B1 (ja) * | 2018-04-03 | 2018-09-26 | グローテクノロジー株式会社 | グロー放電システム及びこれを用いたグロー放電質量分析装置 |
| CN110491764B (zh) * | 2019-09-02 | 2022-03-29 | 北京卫星环境工程研究所 | 溅射离子泵的磁轭组件 |
Family Cites Families (4)
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| JPS6351037A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-04 | Toshiba Corp | 電子ビ−ム装置の陽極室 |
| JP2796305B2 (ja) * | 1988-06-17 | 1998-09-10 | 株式会社日立製作所 | 電界放射電子銃 |
| FR2641899A1 (fr) * | 1989-01-17 | 1990-07-20 | Thomson Tubes Electroniques | Canon a electrons muni d'un dispositif actif produisant un champ magnetique au voisinage de la cathode |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33163893A patent/JP3325982B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-12-27 US US08/364,747 patent/US5548183A/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2004105080A1 (ja) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | スパッタイオンポンプ、その製造方法、およびスパッタイオンポンプを備えた画像表示装置 |
| JP2014013759A (ja) * | 2003-09-05 | 2014-01-23 | Carl Zeiss Smt Gmbh | 粒子光学システム及び装置、並びに、かかるシステム及び装置用の粒子光学部品 |
| US9224576B2 (en) | 2003-09-05 | 2015-12-29 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Particle-optical systems and arrangements and particle-optical components for such systems and arrangements |
| US9673024B2 (en) | 2003-09-05 | 2017-06-06 | Applied Materials Israel, Ltd. | Particle-optical systems and arrangements and particle-optical components for such systems and arrangements |
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| US20110018470A1 (en) * | 2005-06-29 | 2011-01-27 | Hermes-Microvision, Inc. | Electron gun with magnetic immersion double condenser lenses |
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| JP2013225521A (ja) * | 2013-06-17 | 2013-10-31 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子銃 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3325982B2 (ja) | 2002-09-17 |
| US5548183A (en) | 1996-08-20 |
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