DE1001779B

DE1001779B - Beam generator for electron beam devices working on the pump

Info

Publication number: DE1001779B
Application number: DES35361A
Authority: DE
Inventors: Alexander Asmus; Willi Schomburg
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-09-22
Filing date: 1953-09-22
Publication date: 1957-01-31

Description

DEUTSCHESGERMAN

Beim Strahlerzeuger von an der Pumpe arbeitenden Korpuskularstrahlapparaten, beispielsweise Elektronenmikroskopen, muß die Hochspannung von außen her in das Vakuuiminnere eingeführt werden. Zu diesem Zweck kann man grundsätzlich zwei verschiedene Wege gehen. Man kann einmal die Hochspannungsanschlüsse in der Nähe des Strahlerzeugers als Freileitungsteile in den Luftraum setzen und von dort durch eine entsprechende Durchführung in den Vakuum-Innenrauim gehen. Eine andere Ausführungsmöglichkeit, mit der sich die Erfindung befaßt, besteht darin, daß man ein Hochspannungskabel benutzt, das direkt mit der Durchführung des Strahlerzeugers kombiniert wird. In diesem Fall kommt man zu einer berührungssicheren Anordnung, bei der also nach außen hin hochspannuiigsführende Teile nicht unmittelbar in der Luft liegen. Die Erfindung betrifft einen Strahlerzeuger für an der Pumpe arbeitende Elektronenstrahlgeräte, insbesondere Elektronenmikroskope, mit Einführung der Hochspannung durch ein Kabel, dessen Ende von einem rohrförmigen Isolator umhüllt ist, wobei der Raum zwischen Isolator und Kabel mit öl gefüllt ist. Bei Anordnungen dieser Art muß man der inneren Isolierung der Hochspannung im Vakuiumraum besondere Beachtung schenken, weil die hochspannungssichere Ausführung der Kabelinnenteile hierbei erfahrungsgemäß besondere Schwierigkeiten macht. Das behandelte Problem wird in besonders günstiger Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Isolator an dem der Anode zugewendeten Ende eine seinen Abschluß bildende Metallhülse enthält, die in ihrem Inneren einen Durchführungsisolator für die beiden Kathodenleitungen trägt und an die sich über ein metallisches Zwischenstück der Wehneltzylinder anschließt, dessen Spannungsanschluß zum Kabel die Metallhülse und das Zwischenstück bildet. Hierdurch ist ein Strahlerzeuger geschaffen worden, der einen einwandfreien hochspannungssicheren Anschluß des Kabels bringt und sich dadurch auszeichnet, daß die zum Strahlerzeuger gehörigen Einzelteile, nämlich die Kathode und der Wehneltzylinder, leicht ausgewechselt werden können. Dabei wird durch die erwähnte Konstruktion der Metallhülse, die den Durchführungsisolator für die Kathodenzuleitungen in sich aufnimmt, mit einfachen Mitteln ein vakuumdichter Abschluß erzielt. Mit der beschriebenen Ausführung des Durchführungsisolators gelingt es, einen Strahlerzeugerkopf zu bauen, der auch bei beweglich angeordneten Einzelteilen, also beispielsweise bei beweglich angeordneter Kathode, einen einwandfreien Betrieb gewährleistet, ohne daß also Hochspannungsüberschläge im Innern des Strahlerzeugerkopfes zu befürchten sind. Ein ruhig arbeitender Strahlerzeuger ist eine unumgängliche Strahlerzeuger für an der Pumpe
arbeitende ElektronenstrahlgeräteIn the case of the beam generator of particle beam apparatus working on the pump, for example electron microscopes, the high voltage must be introduced into the interior of the vacuum from the outside. There are basically two ways of doing this. You can put the high-voltage connections near the beam generator as overhead line parts in the air space and go from there through a corresponding bushing into the vacuum interior. Another possible embodiment, with which the invention is concerned, consists in using a high-voltage cable which is directly combined with the feed-through of the beam generator. In this case, an arrangement that is safe to touch is obtained, in which parts that carry high voltage to the outside are not directly in the air. The invention relates to a beam generator for electron beam devices working on the pump, in particular electron microscopes, with the introduction of the high voltage through a cable, the end of which is encased by a tubular insulator, the space between the insulator and the cable being filled with oil. In arrangements of this type, special attention must be paid to the internal insulation of the high voltage in the vacuum space, because experience has shown that the high-voltage-safe design of the inner parts of the cable causes particular difficulties. The problem dealt with is solved in a particularly advantageous manner according to the invention in that the insulator at the end facing the anode contains a metal sleeve forming its end, which carries a bushing insulator for the two cathode lines in its interior and to which the Wehnelt cylinder is connected via a metallic intermediate piece whose voltage connection to the cable forms the metal sleeve and the intermediate piece. In this way, a jet generator has been created which provides a perfect high-voltage-safe connection of the cable and is characterized by the fact that the individual parts belonging to the jet generator, namely the cathode and the Wehnelt cylinder, can easily be replaced. In this case, a vacuum-tight seal is achieved with simple means through the aforementioned construction of the metal sleeve, which houses the bushing insulator for the cathode leads. With the described design of the bushing insulator, it is possible to build a jet generator head that ensures perfect operation even with movably arranged individual parts, for example with a movably arranged cathode, without the fear of high-voltage flashovers inside the jet generator head. A jet generator that works quietly is an essential jet generator for the pump
working electron beam devices

Anmelder:
Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 4Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 4

Alexander Asmus und Willi Schomburg,Alexander Asmus and Willi Schomburg,

Berlin-Spandau,
sind als Erfinder genannt wordenBerlin-Spandau,
have been named as inventors

Voraussetzung für einwandfreies Arbeiten eines Elektronenmikroskops.Prerequisite for perfect working of an electron microscope.

Die konstruktive Gestaltung des Durchführungsisolators kann in verschiedener Weise gewählt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn man den Isolator mit einem vakuumdicht verbundenen Boden versieht oder ihn als zur Vakuumseite hin geschlossenen Topf ausbildet, durch dessen Boden die Hochspannungsleitungen zu der am Isolator lösbar befestigten Kathode und zum Wehneltzylinder führen. Auf diese Weise lassen sich leicht die für sich gegen Hochspannungsüberschläge notwendigen langen Überschlagswege bei der Konstruktion vorsehen. Die Hochspannungsdurchführungen selbst kann man im Boden des Isolatortopfes in an sich bekannter Weise, beispielsweise in der Weise so vorsehen, daß mehrere Metall-Glas-Keramik-Einschmelzungen vorgesehen werden.The structural design of the bushing insulator can be selected in various ways. A preferred embodiment results when the insulator is connected to a vacuum-tight one Provides soil or trains it as a closed pot on the vacuum side, through its Floor the high-voltage lines to the cathode, which is releasably attached to the insulator, and to the Wehnelt cylinder to lead. In this way, the necessary against high-voltage flashovers can be easily removed Provide long rollover paths in the construction. The high voltage bushings even you can in the bottom of the isolator pot in a manner known per se, for example in the manner so provide that several metal-glass-ceramic seals are provided.

Um bei einem Strahlerzeuger nach der Erfindung eine einfache Strahljustierung zu ermöglichen, wird man den Isolator so ausführen, daß er zusammen mit der Kathode und dem Wehneltzylinder gegenüber der Anode quer verschieblich ist. Bei einer derartigen gemeinsamen Verschiebung von Kathode und Wehneltzylinder hat man ■—· wie Versuche ergeben haben — hinreichende Möglichkeiten, die notwendigen äußerst kleinen Verschiebebewegungen für die Richtung des Elektronenstrahls durchzuführen. Die Verstelleinrichtungen zur Durchführung der Querbewegungen kann man außerhalb des Vakuums anordnen und die notwendige Beweglichkeit des Isolators dadurch sicherstellen, daß er gegenüber dem feststehenden Gehäuse des Korpuskularstrahlapparates durchIn order to enable a simple beam adjustment in a beam generator according to the invention you run the insulator so that it is opposite to the cathode and the Wehnelt cylinder Anode is displaceable transversely. With such a common displacement of the cathode and Wehnelt cylinders have ■ - as tests have shown - sufficient possibilities, the necessary ones perform extremely small displacement movements for the direction of the electron beam. The adjustment devices to carry out the transverse movements one can arrange outside the vacuum and thereby the necessary mobility of the isolator make sure that it is facing the fixed housing of the corpuscular beam apparatus

609 7*8/244609 7 * 8/244

Gummi abgedichtet wird. Um bei solchen- Anordnungen auf diesen Dichtungsgummi keinen unzulässig hohen Druck zu bekommen, der sich infolge der Wirkung der Atmosphäre auf das hohe Vakuum, ergeben könnte, empfiehlt es sich, den Isolator in geeigneter Weise, beispielsweise auf Kugeln, so abzustützen, daß sie den auf dem Gummi liegenden Druck abfangen. Beim Betrieb von Strahlerzeugern der oben behandelten Art ist es öfter erforderlich, die Glühkathode auszuwechseln. Für diesen Zweck wird die Anordnung vorzugsweise so durchgebildet, daß der Isolator mit seiner Halterung aus dem Strahlrohr herausgeklappt werden kann. Dabei kann man die Anordnung so wählen, daß das Strahlrohr einen durch Feder rückstellbaren Klappbügel besitzt, der beim Öffnen selbsttätig auf den Gegenpol am Isolator fällt und diesen kurzschließt. Auf diese Weise ergibt sich ein beim öffnen der Röhre selbsttätig wirksam werdender Berührungsschutz.Rubber is sealed. In order not to be inadmissible with such arrangements on this rubber seal to get high pressure resulting from the effect of the atmosphere on the high vacuum could, it is advisable to support the insulator in a suitable manner, for example on balls, so that they absorb the pressure on the rubber. When operating beam generators of the type discussed above Art it is often necessary to change the hot cathode. For this purpose the arrangement preferably designed so that the insulator with its holder folded out of the jet pipe can be. You can choose the arrangement so that the jet pipe is a spring has a resettable folding bracket that automatically falls onto the opposite pole on the insulator when it is opened and this shorts. In this way, when the tube is opened, there is an automatic action Contact protection.

In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Längsschnitt dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 die Vakuiumwand des Strahlerzeugers bezeichnet. Der obere Abschlußdeckel 2 dieser Vakuomwand besitzt eine mittlere Bohrung, in welche hinein die mit dem Kabel 3 zusammengebaute. Hochspannungsdurchführung eingeführt ist. Diese Hochspannungsdurchführung besteht aus einem Durchführungsisolator 5, in den das Kabelende 6 mit dem darauf vulkanisierten Teil konzentrisch hineingesteckt ist. Mit Hilfe einer Schraubkappe 7 ist das Flanschstück 8 am Isolatorteil 4 befestigt. Der Zwischenraum 9 zwischen den Teilen 8, 4 einerseits und 5 andererseits ist mit Öl gefüllt, um die Isolierung der Hochspannung führenden Innenteile des Strahlerzeugers nach außen hin zu verbessern. Von unten her ist in den Isolatortopf 5 eine Hülse 10 eingesetzt, durch die hindurch die Kathodenzuführungsleitungen 11, 12 geführt sind. Mit 13 ist eine dicht in die Hülse eingesetzte Scheibe bezeichnet, die als Abstandhalter für die Hochspannungsleitungen dient. Mit der Hülse 10 leitend verbunden ist eine Kappe 14, die als Stecker für die Kathode 15 ausgebildet ist und die fernerhin an ihrem unteren Ende den Wehneltzylinder 16 trägt. Zum Auswechseln der Kathode ist dieser Wehneltzylinder von der Kappe 14 abschraubbar. Dem Wehneltzylinder gegenüber steht die Anode 17 des Strahlerzeugers. Bei 18 ist eine Pumpleitung angedeutet. Mit Hilfe einer Überwurfmutter 19 kann das mit dem Durchführungsisolator zusammengebaute Kabelende auf dem Oberteil des Strahlerzeugerkopfes aufgeschraubt werden. Als Vakuumdichtung zwischen dem Deckel 2 und dem Teil 5 ist ein Gummiring 20 vorgesehen.In the figures, two exemplary embodiments of the invention are shown in longitudinal section. In Fig. 1 is with 1 denotes the vacuum wall of the beam generator. The upper cover 2 of this vacuum wall has a central hole into which the one assembled with the cable 3. High voltage bushing is introduced. This high-voltage bushing consists of a bushing insulator 5, into which the cable end 6 with the vulcanized part is inserted concentrically. The flange piece 8 is fastened to the insulator part 4 with the aid of a screw cap 7. The gap 9 between the parts 8, 4 on the one hand and 5 on the other hand is filled with oil in order to isolate the To improve high-voltage internal parts of the beam generator to the outside. From underneath ago a sleeve 10 is inserted into the insulator pot 5, through which the cathode supply lines 11, 12 are performed. With a disc inserted tightly into the sleeve is designated as a spacer for the high voltage lines. With the sleeve 10 is conductively connected to a cap 14, which as Plug for the cathode 15 is formed and furthermore the Wehnelt cylinder at its lower end 16 carries. This Wehnelt cylinder can be unscrewed from the cap 14 in order to replace the cathode. Opposite the Wehnelt cylinder is the anode 17 of the jet generator. At 18 a pump line is indicated. With the help of a union nut 19, the assembled with the bushing insulator The end of the cable must be screwed onto the upper part of the jet generator head. As a vacuum seal between the cover 2 and the part 5, a rubber ring 20 is provided.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem der das Kabelende aufnehmende Isolator zwecks Justierung des Strahls zusammen mit der Kathode und dem Wehneltzylinder quer zur Strahlachse beweglich angeordnet ist. Mit 21 ist die Vakuumwand des Strahlerzeugerkopfes, mit 22 der auf dem Ende des Kabels 3 aufgesetzte Durchführungsisolator bezeichnet. Der Isolator ist mit Schrauben 23 an einem Teller 24 festgemacht, dei quer zur Strahlachse zusammen mit dem Isolator bewegt werden kann. Bei 25 ist eine für diese Querbewegung vorgesehene Einstellschraube bezeichnet. Die Abdichtung des Strahlerzeugerkopfes erfolgt auch hier zwischen den Teilen 21 und 24 mit Hilfe eines Gummiringes 26. Um zu erreichen, daß auf diesem Abdichtungsring kein zu starker Druck von außen her ausgeübt wird, sind Lagerkugeln 27 vorgesehen, die zwischen dem Teller 24 und dem Oberteil, der Wandung 21 liegen. Mit 28 ist der Kathodenstecker, mit 29 der Wehneltzylinder bezeichnet. Diese beiden Teile des Strahlerzeugers sind am unteren Ende des Durchführungsisolators 22 in der aus der Figur ersichtlichen Weise befestigt. Beim Justieren des Strahls wird der Isolator 22 mit Hilfe der Schrauben 25 quer verstellt, so daß dabei der Wehneltzylinder und die Kathode gegenüber der feststehenden Anode 30 bewegt werden.In Fig. 2, an embodiment of the invention is shown in which the cable end receiving Isolator for the purpose of adjusting the beam together with the cathode and the Wehnelt cylinder is arranged movable transversely to the beam axis. With 21 is the vacuum wall of the jet generator head, with 22 denotes the bushing insulator placed on the end of the cable 3. The isolator is with Screws 23 fastened to a plate 24, which moves transversely to the beam axis together with the insulator can be. At 25 an adjustment screw provided for this transverse movement is designated. Here, too, the jet generator head is sealed between the parts 21 and 24 with the aid of a Rubber ring 26. In order to ensure that there is no excessive pressure from the outside on this sealing ring is exercised, bearing balls 27 are provided between the plate 24 and the upper part, the wall 21 lying. The cathode plug is denoted by 28 and the Wehnelt cylinder is denoted by 29. These two parts of the beam generator are shown at the lower end of the bushing insulator 22 in the figure Way attached. When adjusting the beam, the insulator 22 is secured with the aid of the screws 25 adjusted transversely, so that the Wehnelt cylinder and the cathode opposite the fixed anode 30 be moved.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Strahlerzeugerkopfes dargestellt, aus der die Vorrichtung zum Herausklappen des Strahlerzeugeroberteils ersichtlich ist. Mit 31 ist der mit dem Linsenteil des Mikroskops starr verbundene Unterteil des Strahlerzeugers bezeichnet. Der Oberteil 32 des Strahlerzeugers, an welchem das Kabel 33 befestigt ist, kann zum Auswechseln der Kathode nach links herausgeklappt werden. Zu diesem Zweck ist am Teil 31 ein Lagerkörper 34 befestigt, in dessen Schlitz 35 ein Stift 36 eingreift. Ein zweiter nach oben offener Schlitz 37 arbeitet mit dem Stift 38 zusammen. Die Stifte 36 und 38 sind mit dem Halter 39 fest verbunden, der seinerseits am Oberteil 32 verschraubt ist. Zum öffnen des Strahlerzeugers wird Luft in das Mikroskop hineingelassen, dann kann der Teil 32 zunächst in der Achsrichtung nach oben gehoben werden, wobei der Schlitz 35 den Stift 36 führt, während der Stift 38 aus dem Schlitz 37 herausgeführt wird. Nach dieser Axialbewegung kann dann der Kopf 32 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn nach links geschwenkt werden, so weit, bis der Stift 38 bei 40 auf dem Lagerteil 34 aufliegt. Um die im Betrieb spannungsführenden Teile einwandfrei bei diesem Öffnungsvorgang zu erden, ist dem Strahkohrkopf ein Klappbügel 41 zugeordnet, dessen Drehlagern Rückstellfedern 42 zugeordnet sind, die den Klappbügel nach der Öffnungsbewegung im Uhrzeigersinn herumklappen, so daß er sich bei geöffnetem Strahlerzeugerkopf gegen den Wehneltzylinder 43 legt und diesen erdet.In Fig. 3 is a side view of a jet generator head is shown, from which the device for folding out the upper part of the jet generator can be seen. At 31 is the one with the lens part of the microscope called rigidly connected lower part of the jet generator. The upper part 32 of the jet generator on which the cable 33 is attached, can be folded out to the left to replace the cathode. For this purpose, a bearing body 34 is attached to part 31, in the slot 35 of which a pin 36 intervenes. A second upwardly open slot 37 cooperates with the pin 38. The pins 36 and 38 are firmly connected to the holder 39, which in turn is screwed to the upper part 32. To open of the beam generator, air is let into the microscope, then the part 32 can first in the Axial direction are lifted upwards, the slot 35 guides the pin 36, while the pin 38 is led out of the slot 37. After this axial movement, the head 32 can then move in the opposite direction be pivoted clockwise to the left until the pin 38 at 40 on the bearing part 34 rests. To ensure that the parts that are live during operation are working properly during this opening process To be grounded, the beam head is a hinged bracket 41 assigned, the pivot bearings of which are associated with return springs 42, which fold the hinged bracket clockwise after the opening movement, so that it When the jet generator head is open, lies against the Wehnelt cylinder 43 and grounds it.

Claims

Patent claims:

1. Beam generator for electron beam devices working on the pump with introduction of high voltage through a cable, the end of which is sheathed by a tubular insulator, the space between the insulator and the cable being filled with oil is, in particular for electron microscopes, characterized in that the insulator on the the end facing the anode contains a metal sleeve forming its end, which in its Inside carries a bushing insulator for the two cathode lines and to which one is attached metallic intermediate piece connected to the Wehnelt cylinder, its voltage connection to the cable forms the metal sleeve and the intermediate piece.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the metal sleeve and the bushing insulator the vacuum-tight closure of the tubular insulator at its the vacuum space Form facing end.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Wehnelt cylinder and the Cathode are detachably connected to the metal sleeve.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the metal sleeve is a dem Cathode plug associated socket carries.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the cathode leads with

Metal-glass-ceramic seals in the bushing insulator are used.

6. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the insulator together with the cathode and Wehnelt cylinder for beam adjustment opposite the anode can be moved transversely.

7. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the adjusting members of the isolator are arranged outside the vacuum and that the isolator opposite the housing is sealed by rubber.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the insulator is supported on balls, which absorb the pressure on the rubber.

9. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized by a device to fold out the insulator with its holder from the jet pipe for the purpose of replacement the cathode.

10. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the jet pipe has a spring-resettable folding bracket that automatically clicks on the Opposite pole falls on the insulator and short-circuits it.

Considered publications:
German Patent No. 892,348;
British Patent No. 549,796.

1 sheet of drawings