(57)【要約】【課題】真空状態で、絶縁されている発熱部を冷却すること。【解決手段】冷却装置１０は、真空状態に維持されるチャンバー１２内に設置される電子銃用のものであり、電子銃は、フィラメント部１６ａとボンバード部１６ｂとを備えた電子銃本体１６を有している。電子銃本体１６は、ホルダー１８により吊下げ支持されている。ホルダー１８とチャンバー１２との間には、両者間を電気的に絶縁する絶縁碍子２０が設けられている。冷却装置１０は、環状溝１０ａと、冷却液Ｏの供給パイプ１０ｂと、排出パイプ１０ｃとを有している。環状溝１０ａは、ホルダー１８内にあって、周回するように設けられている。パイプ１０ｂ，１０ｃは、一端側がチャンバー１２を気密状態で貫通し、他端側は、環状溝１０ａに接続されている。パイプ１０ｂ，１０ｃは、電気絶縁性の樹脂により構成されている。冷却液Ｏとして、電気絶縁オイルを用いている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空状態に維持されるチャンバー内に設置される電子銃の冷却装置において、
前記電子銃は、フィラメント部とボンバード部とを備えた電子銃本体と、
前記電子銃本体を吊下げ支持するホルダーと、
下端側が前記チャンバーに固設され、上端側に前記ホルダーを支持し、前記チャンバーと前記ホルダーとの間を電気的に絶縁する絶縁碍子とを有し、
前記冷却装置は、前記ホルダー内に設けられた環状溝と、
前記チャンバーを気密状態で貫通して、前記環状溝に連通する冷却液の供給および排出パイプとを備え、
前記供給および排出パイプを、電気絶縁性樹脂で形成するとともに、
前記供給パイプから冷却用の電気絶縁オイルを前記環状溝に供給して、前記パイプから排出することを特徴とする電子銃の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子銃の冷却装置に関し、特に、真空雰囲気中において、絶縁碍子を介して電子銃本体が吊下げ支持された構造の電子銃の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加速した電子ビームを利用して微細加工を行う電子ビーム式の露光装置や、電子ビーム式の電子顕微鏡などでは、電子ビームを出射する電子銃は、真空状態に保たれるチャンバー内に設置されている。
このような構造の電子銃では、電子を放出させるためにフィラメント部を加熱する必要があり、図２には、その際に採用される電子銃の電気的な接続状態の概要を示している。
【０００３】
同図に示した電子銃１は、電子銃本体を構成するボンバードフィラメント部１ａと、その前方に配置されたカソード電極１ｂを備えており、カソード電極１ｂの前方に電子ビームを照射するターゲット２が配置されている。
【０００４】
ボンバードフィラメント部１ａには、絶縁トランス３の二次コイルが接続されており、この絶縁トランス３の一次コイルには、交流電源４が接続されており、ボンバードフィラメント部１ａを交流電源４で加熱するようになっている。
【０００５】
ボンバードフィラメント部１ａには、直流のボンバード電源５から接地側を正とする高圧電位が加えられている。また、カソード電極１ｂには、直流の高圧電源６から同様に、高圧電位が加えられていて、ボンバードフィラメント部１ａから発生した熱電子をカソード電極１ｂにあるタンタルの結晶体にあてて、タンタルの結晶体からでた熱電子をビーム化して、ターゲット２側に向けて出射させる。なお、図２に符号７で示した部材は、交流を直流に変換する整流器である。
【０００６】
このような構造の電子銃１においては、ボンバードフィラメント部１ａには、絶縁トランス３を介して、加熱用の電力が加えられる。また、ボンバードフィララメント１ａからの熱電子がカソード電極１ｂに当たるため、かなり熱くなる。これによって電子銃１が設置されているチャンバー内が高温になる。
このような高温化の影響は、電子ビームの電流が小さい場合には、殆ど無視できるが、例えば、１１０ｋＶ，１０ｍＡといった高電圧で、高電流の電子ビームを照射しつづける場合には、電子銃１の冷却が必要になる。
【０００７】
このような問題に対しては、例えば、電子銃１に冷却装置を設置することで、簡単に、チャンバー内の高温化を回避することができるように思われるが、上述した如き構成の電子銃１に冷却装置を設置する際には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、図２に示した電子銃１において、例えば、ボンバードフィラメント部１ａやカソード電極１ｂを冷却装置により冷却する際には、これが真空チャンバー内に設置されているので、風冷方式を採用することができないので、液状冷媒をこれらの部分に供給して冷却することになる。
【０００９】
ところが、通常、この種の電子銃１は、チャンバー側が接地されていて、電子銃１のボンバードフィラメント部１ａやカソード電極１ｂは、電気的高圧側にあり、液状冷媒を発熱部分に供給するためには、接地側からアクセスしなければならないので、簡単に、冷却装置を設けることが困難な状況になっていた。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、発熱部を冷却することにより、温度上昇を防ぐことができる電子銃の冷却装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、真空状態に維持されるチャンバー内に設置される電子銃の冷却装置において、前記電子銃は、フィラメント部とボンバード部とを備えた電子銃本体と、前記電子銃本体を吊下げ支持するホルダーと、下端側が前記チャンバーに固設され、上端側に前記ホルダーを支持し、前記チャンバーと前記ホルダーとの間を電気的に絶縁する絶縁碍子とを有し、前記冷却装置は、前記ホルダー内に設けられた環状溝と、前記チャンバーを気密状態で貫通して、前記環状溝に連通する冷却液の供給および排出パイプとを備え、前記供給および排出パイプを、電気絶縁性樹脂で形成するとともに、前記供給パイプから冷却用の電気絶縁オイルを前記環状溝に供給して、前記パイプから排出するようにした。
【００１２】
このように構成した電子銃の冷却装置によれば、真空状態に維持されるチャンバー内に設置される電子銃を、電気絶縁オイルを冷却液として、環状溝内に供給することにより、環状溝が設けられている熱良導体製のホルダーとの間で熱交換をし、これによりホルダーを冷却することができる。
【００１３】
このようにして、ホルダーを冷却すると、ホルダーには、電子銃本体の発熱部分であるフィラメント部とボンバード部とが吊下げ支持されているので、結果的に、電子銃の発熱部分を冷却することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる電子銃の冷却装置の一実施例を示している。同図に示した冷却装置１０は、真空状態に維持されるチャンバー１２内に接地される電子銃１４に用いられるものである。
【００１５】
チャンバー１２は、外部から閉塞された中空な容器状のものであって、図示省略の真空ポンプにより、内部が所定の真空状態に維持され、内方に突出する取付フランジ１２ａが設けられている。
【００１６】
電子銃１４は、電子銃本体１６と、ホルダー１８と、絶縁碍子２０とを備えている。電子銃本体１６は、フィラメント部１６ａと、ボンバード部１６ｂとを備えている。
【００１７】
フィラメント部１６ａには、図２に示したフィラメント１ａと同様に、絶縁トランス３の二次コイルが接続されており、この絶縁トランス３の一次コイルには、交流電源４が接続されており、フィラメント部１ａを交流電源４で加熱するようになっている。
【００１８】
また、フィラメント部１６ａには、図２の場合と同様に、直流の高圧電源（３ｋＶ，１５０ｍＡ，４５０Ｗ）５から接地側を正とする高圧電位が加えられている。
【００１９】
ボンバード部１６ｂには、図２に示したカソード電極１ｂと同様に、直流の高圧電源（１１０ｋＶ，１０ｍＡ，１１００Ｗ）６から、高圧電位が加えられていて、フィラメント部１６ａから発生した熱電子をビーム化して、図１のボンバード部１６ｂの下方に設けられる図示省略のターゲット側に向けて出射させる。
【００２０】
ホルダー１８は、電子銃本体１４を吊下げ支持するものであって、本実施例の場合には、剛性を優先してステンレスで構成している。ホルダー１８の構成材料は、これに限ることはなく、例えば、熱良導体であるアルミニウム、銅などの金属で構成することもできる。ホルダー１８は、基部１８ａと、筒部１８ｂと、円盤部１８ｃとを備えている。
【００２１】
基部１８ａは、その内方に筒部１８ａの一端側と円盤部１８ｂとが配置され、中空筒状の筒部１８ａは、フィラメント部１６ａの外周を覆うようにして下方に延設され、その他端側には、ボンバード部１６ｂの外周が固着されていて、ボンバード部１６ｂは、筒部１８ａの下端側に保持されている。
【００２２】
円盤部１８ｃは、筒部１８ａにねじ止めにより取り付けられていて、その中心には、碍子ロッド２２を介してフィラメント部１６ａが支持されている。碍子ロッド２２の内部には、フィラメント部１６ａに電位を供給するための接続線が埋め込まれている。
【００２３】
絶縁碍子２０は、下端側がチャンバー１２に固設され、上端側にホルダー１８を支持し、チャンバー１２とホルダー１８との間を電気的に絶縁するものである。本実施例の場合、絶縁碍子２０は、両端が開口した円筒状に形成されていて、下端側の開口縁が、チャンバー１２の取り付けフランジ１２ａの上端に固設されている。
【００２４】
絶縁碍子２０の上端側に開口縁には、ホルダー１８の基部１８ａの内面が固設されていて、これにより、ホルダー１６は、絶縁碍子２２を介して、チャンバー１２内に、電気的に絶縁された状態で、かつ、宙吊り状態に支持されている。
【００２５】
一方、冷却装置１０は、環状溝１０ａと、冷却液Ｏの供給パイプ１０ｂと、排出パイプ１０ｃとを有している。環状溝１０ａは、ホルダー１８内にあって、周回するように設けられている。
【００２６】
本実施例の場合、環状溝１０ａは、ホルダー１８の筒部１８ｂの外周面を凹状に切欠することにより形成され、筒部１８ｂの外周を１周するように設けられている。
【００２７】
供給および排出パイプ１０ｂ，１０ｃは、一端側がチャンバー１２を気密状態で貫通し、図示省略の冷却液Ｏの供給源に接続され、冷却液Ｏが循環するようになっている。
【００２８】
供給および排出パイプ１０ｂ，１０ｃの他端側は、環状溝１０ａにそれぞれ接続され、これらの接続部分は、周回する環状溝１０ａ対して、相互に対向する位置になっている。
【００２９】
また、供給および排出パイプ１０ｂ，１０ｃは、本実施例の場合には、電気絶縁性の樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂により構成されている。このような材質のパイプ１０ｂ，１０ｃを採用すると、電荷がパイプ１０ｂ，１０ｃの表面に貯まらないので、電荷の堆積に伴う放電を回避することができる。
【００３０】
さらに、本実施例の場合には、冷却液Ｏとして、電気絶縁オイルを用いている。以上のように構成した冷却装置１０では、供給パイプ１０ｂから電気絶縁オイルを冷却液Ｏとして環状溝１０ａに供給し、環状溝１０ａ内を周回した冷却液Ｏを排出パイプ１０ｃを介して、外部に排出する。
【００３１】
このような冷却液Ｏの流通過程において、これが環状溝１０ａ内を周回する際には、ホルダー１８と熱交換して、ホルダー１８側から熱を奪い、ホルダー１８を冷却する。
【００３２】
このようにして、ホルダー１８を冷却すると、ホルダー１８には、電子銃本体１６の発熱部分であるフィラメント部１６ａとボンバード部１６ｂとが吊下げ支持されているので、結果的に、電子銃１４の発熱部分を冷却することができる。
【００３３】
さて、以上のように構成した電子銃の冷却装置によれば、真空状態に維持されるチャンバー１２内に設置される電子銃１４を、電気絶縁オイルを冷却液Ｏとして、環状溝１０ａ内に供給することにより、ホルダー１８を介して、電子銃１４の発熱部分を冷却することができる。
【００３４】
このようにして電子銃１４の冷却を行うと、１１０ｋＶ，１０ｍＡといった高電圧で、高電流の電子ビームを照射し続けることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる電子銃の冷却装置によれば、真空状態で、絶縁されている発熱部を冷却することにより、温度上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子銃の冷却装置の一実施例を示す要部説明図である。
【図２】電子銃の電気的な構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０        冷却装置
１０ａ      環状溝
１０ｂ      供給パイプ
１０ｃ      排出パイプ
１２        チャンバー
１４        電子銃
１６        電子銃本体
１６ａ      フィラメント部
１６ｂ      ボンバード部
１８        ホルダー
１８ａ      基部
１８ｂ      筒部
１８ｃ      円盤部
２０        絶縁碍子
２２        碍子ロッド
【図１】
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【図２】
2004253496.tif 000004