DE2904814C3 - Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem - Google Patents
Feldemissions-ElektronenstrahlerzeugungssystemInfo
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- 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, ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
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- Analytical Chemistry (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem
der im Oberbegriff angegebenen Gattung, wie es aus der USA-Patentschrift 37 28 570 bekannt ist.
Bei derartigen Systemen, die wie aus der genannten USA-Patentschrift bekannt, beispielsweise für Rastereiektronen-Mikroskope
verwendet werden und dabei eine etwa lOOOmal höhete Helligkeit ergeben als
thermische Elektronenstrahlerzeugungssysteme, ist die Aufrechterhaltung eines Ultra-Hochvakuums außerordentlich
wichtig. Dazu ist es auch erforderlich, Gase zu entfernen, die von der Anode aufgrund des Elektronenbeschusses
emittiert werden. Außer den Absaugvorrichtungen ist bei dem bekannten System daran gedacht,
eine Heizeinrichtung zum Ausheiz-Entgasen der Anode vorzusehen. Da jedoch diese Heizeinrichtung innerhalb
der die Kathode enthaltenden Kammer angeordnet ist. wird die Entgasungswirkung durch die von der
Heizeinrichtung selbst abgegebenen erheblichen Gasmengen stark beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das hohe Vakuum in der die Kathode enthaltenden Kammer
durch die Heizeinrichtung für die Anode nicht verschlechtert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Bei der danach vorgesehenen Anordnung der Heizeinrichtung wirkt die Anode selbst als Vakuum-
Trennwand, so daß die von der Heizeinrichtu.ig
abgegebenen Gase das Vakuum in der Kammer zwischen Anode und Kathode nicht beeinträchtigen.
Vorteilhafte Weiterbildungen dar Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der beiden in F i g. 1 und 2 der
Zeichnungen gezeigten schematischen Darstellungen näher erläutert
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist eine Feldemissionskathode 5 über Leiteranschlüsse 2, 2' an
einem vakuumdichten Isolator 1 befestigt Der Isolator 1 ist über einen Balg 3 mit einem Flansch 14 und über
diesen mit einem weiteren Flansch 4 verbunden. Der Flansch 14 läßt sich mittels einer (nicht gezeigten)
Einstellschraube in horizontaler Richtung gleitend verschieben, um die Feldemissionskathode 5 bezüglich
eines Loches 15 einer ersten Anode 6 zu zentrieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Anode 6
becherförmig und das Loch 15 ist am Boden der becherförmigen ersten Anode 6 vorgesehen. Durch das
Loch 15 kann ein Elektronenstrahl hindurchtrelen. Das Loch kann einen Durchmesser zwischen etwa 0,2 bis
etwa 1 rr.m aufweisen. Es weist normalerweise einen Durchmesser von etwa 0,5 mm auf. Die erste Anode 6 ist
an einem ringförmigen Isolator 17 befestigt. Eine Aufheizeinrichtung 7, beispielsweise ein Heizfaden, ist
außen um die erste Anode 6 so herumgewickelt daß die Anode aufgeheizt wird, wenn ein Strom von einem
Anschlußstift 8 eines Anschlußisolators 9 zur Heizeinrichtung fließt. Die erste Anode 6 ist mittels des
ringförmigen Isolators 17 befestigt und wärmemäßig isoliert. Daher ist es möglich, die erste Anode 6 ohne
Schwierigkeiten auf hohe Temperatur aufzuheizen. Für den Entgasungsvorgang ist eine Temperatur von etwa
300 bis 5000C erforderlich.
Eine zweite Anode 10 mit einem Loch 16 ist unterhalb der ersten Anode 6 angeordnet. Der Elektronenstrahl,
der durch die Löcher 15 und 16 hindurchgeht, wird mit einer Elektronenlinse entweder gebündelt oder verbreitert.
Die Elektronenlinse ist am unteren Teil des Flansches 11 befestigt. Dieses Ekktronenstrahlerzeugungssyitem
ist in zwei Kammern, d. h. in eine obere Kammer 18 und eine untere Kammer 19 unterteilt, die
jeweils durch Absaugöffnungen bzw. -leitungen 12 bzw. 13 evakuiert werden. Eine Vakuumverbindung zwischen
den beiden Kammern besteht nur durch das Loch 15, durch das der Elektronenstrahl hindurchgeht. Es ist
möglich, die Druckdifferenz zwischen der oberen Kammer 18 und der unteren Kammer 19 an diesem
Loch 15 in der Größenordnung von 102 aufrechtzuerhalten.
Die nachfolgend angegebene Tabelle gibt ein Beispiel für den Zusammenhang des Vakuumdrucks zwischen
der oberen Kammer und der unteren Kammer wieder, wobei der Durchmesser d des Loches als Parameter
angegeben ist.
Vakuumdruck in | 1 | mm | d | der oberen Kammer | .1 | 0,5 mn | 1 el = | 0,2 mm | Vakuumdruck |
P1 | X | Pa | in der unteren | ||||||
X | 10 5 | 3 | X | 10 b | 4,8 | X 10 7 | Kammer | ||
d ~ | X | 10" | 3 | X | 10 7 | 4,8 | X 10 * | ||
Pa | X | 10 7 | 3 | ΙΟ"* | 4,8 | X 10 " | Pa | ||
1,2 | 1,3 X 10 4 | ||||||||
1,2 | 1,3 X 10 · | ||||||||
1,2 | 1,3 X K) " | ||||||||
Aus diesem Beispiel geht hervor, daß dann, wenn d = 0,5 mm und der Vakuumdruck in der oberen
Kammer 3 χ ΙΟ-6 Pa beträgt, der Vakuumdruck in der
unteren Kammer 1,3 χ 10-4Pa beträgt, so daß es
möglich ist, den Dmckunterschied zwischen den beiden
Kammern in der Größenordnung von IO2 zu halten.
Diese Beispiele zeigen übrigens den Fall, bei dem sowohl die obere Kammer 18 als auch die untere
Kammer 19 jeweils mit eigenen Vakuumpumpen (beispielsweise Ionenpumpen usw.) evakuiert werden,
die im wesentlichen jeweils die gleiche Saugleistung aufweisen. Wenn eine Vakuumpumpe mit größerer
Saugleistung zum Evakuieren der oberen Kammer verwendet wird, kann die Druckdifferenz zwischen den
beiden Kammern noch weiter verbessert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die Heizeinrichtung 7', beispielsweise ein Heizdraht, nicht in
Berührung mit der ersten Anode 6 angeordnet, so daß d:e Anode 6 durch Strahlung aufgeheizt wird. Die
Druckdifferenz zwischen der oberen Kammer 18 und der unteren Kammer 19 kann dabei auf dieselbe Weise
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufrechterhalten werden. In Fig.2 wird an die erste Anode 6 eine
Spannung über den Stift 8' des Leiteranschlusses 9' angelegt, und die Heizeinrichtung T wird mit einem
Strcm beaufschlagt und erhitzt, der an den Stift 8 des Leiteranschlusses 9 angelegt wird.
Wie zuvor erläutert, dient die erste Anode 6 als Vakuumtrennwand. Daher ist es möglich, zu verhindern,
daß der Vakuumdruck auf Grund von Gasen, die in großer Menge von der Heizeinrichtung, beispielsweise
einem Heizfaden, während des Ausheizvorganges der Anode emittiert wird, ansteigt. Auch dann, wenn der
Vakuumdruck beispielsweise 10-* Pa in der unteren
Kammer beträgt, ist es möglich, den Vakuumdruck in de* oberen Kammer auf 10" b Pa zu halten. Der
Leiteranschluß 9 ist so gewählt, daß er einer hohen Spannung standhält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem mit
— einer Feldemissionskathode,
— einer Anode mit einem Loch, durch das ein von der Kathode emittierter Elektronenstrahl hindurchgehen
kann,
— einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Anode,
— einer ersten Kammer, in der sich die Kathode befindet und die mit einer ersten Absaugeinrichtung
zum Evakuieren dieser ersten Kammer versehen ist, und
— einer über die Anode an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer, die mit einer
zweiten Absaugeinrichtung zum Evakuieren dieser zweiten Kammer unabhängig von der
ersten Kammer versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (7) zum Aufheizen der Anode (6) in der
zweiten Kammer (19) angeordnet ist.
2. Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizeinrichtung (7) um den Außenumfang der Anode (6) herum angeordnet ist.
3. Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des in der Anode (6) ausgebildeten Loches (15) in einem Bereich von
0,2 mm bis 1,0 mm liegt.
4. Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser des in der Anode (6) ausgebildeten Loches (15) 0,5 mm beträgt.
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