JPH02278642A - 磁気シールド装置およびこれを用いた荷電粒子線加速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気シールド装置およびこれを用いた荷電粒
子線加速装置に係り、特に、加速電圧の高い超高圧電子
顕微鏡等に用いるのに好適な磁気シールド装置およびこ
れを用いた荷電粒子線加速装置に関するものである。

（従来の技術） 従来技術の超高圧電子顕微鏡用の荷電粒子線加速装置に
関しては、例えば大阪大学工学部電子ビム研究施設、昭
和５６年１２月発行の「電子ビム研究」第３巻、“３０
０万ボルト超高圧電子顕微鏡の加速系の改良”の第１真
から第２頁において論じられている。

周知のように、荷電粒子線加速装置は、直流高電圧発生
部と直流多段加速管を主要部として構成されており、直
流高電圧発生部ではコツククロフトーワルトン（ＣＷ）
型直流高電圧発生回路（以下、ＣＷ回路と略する）が用
いられている。

このような構成の荷電粒子線加速装置では、ＣＷ回路を
流れる交流電流によって誘起される磁界による電子線の
仮想源の振れや、加速管での電子線の偏向を低減するた
めに、直流高電圧発生部と直流多段加速管との磁気シー
ルド性か重要となる。

例えば加速管の長さが４．５ｍ１加速電圧が３ＭＶの場
合の交流磁界による仮想源の振れは５０μｍ程度となり
（ただし、ＣＷ回路励磁電流による交流磁界を０．０１
Ａ／ｍとして計算）、これは仮想源の振れが無いと仮定
した場合のタングステンヘアピン陰極のクロスオーバ径
（数十μｍ）に比べて大きく、ビーム輝度低下の原因と
なる。

したがって、交流磁界による仮想源の振れを、使用する
陰極のクロスオーバ径に対して十分小さくする必要があ
る。

このような交流磁界の影響を低減するために、従来技術
においては、たとえば特願昭６１２００６９９号公報に
記載されるように、多段加速管と直流高電圧発生部とを
、それぞれ別のシルトタンク（円筒型磁気遮蔽体）に収
納し、それぞれを抵抗ケーブルあるいは導体ケーブルで
接続する方法、特開昭５７−５３００号公報に記載され
るように、多段加速管の周囲に導電性シールド板を設置
する方法、あるいは、多段加速管を収納したタンクと直
流高電圧発生部を収納したタンクとを、それぞれの高圧
側においてシールド材を用いたパイプ等で連結し、電気
的接続は前記パイプ中を通した導体ケーブルによって行
う方法等が提案されていた。

（発明が解決、しようとする課題） 上記した従来技術では、いずれもシールド部材（シール
ドタンク、シールド板）が導電体であったために、ＣＷ
回路からの磁界によってその表面に表面電流が流れてし
まい、この表面電流によって新たな磁界か発生し、これ
が電子線の仮想源を振動させたり、加速管内で電子線を
偏向させてしまうという問題があった。

また、シールド部材が導電体であるために、高電圧が印
加されている多段加速管を該シールド部材に固定するこ
とができず、そのほかにも多段加速管を固定する手段が
なかったために、多段加速管がＣＷ回路あるいは外部か
らの振動の影響を受けてしまい、安定した荷電粒子線を
得ることができなかった。

したがって、このような構成の荷電粒子線加速装置を電
子顕微鏡用の電子ビーム照射源として用いると、高分解
能、高性能分析か困難であった。

さらに、特に特願昭６１−２００６９９号公報に記載さ
れた方式の装置、および２つのタンクを高圧側において
パイプ等で連結する方式の装置では、シールド用のタン
クが２つ必要になるために、装置が大型化してしまい、
また、タンク内に充填する絶縁ガスの量が多くなるため
に、保守費用等が高くなってしまうという問題もあった
。

本発明の目的は、以上に述べた問題点を解決した磁気シ
ールド装置、およびこれを多段加速管のシールド材とし
て用いることによって、直流高電圧発生部と直流多段加
速管とを磁気的に効率良く遮蔽し、直流高電圧発生部に
おいて生じる静電誘導に基づく影響を回避した小形な荷
電粒子線用高電圧発生装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の問題点を解決するために、本発明は以下のような
手段を講じた。

（１）磁気シールド装置は、複数のシールド電極を、そ
れぞれが互いに絶縁され、かつ互いの端部分が一定の間
隙を置いて重なるように絶縁性物質内に埋設することに
よって構成した。

（２）荷電粒子線加速装置では、その多段加速管を覆う
磁気シールド装置を前記（１）の磁気シールド装置で構
成し、その際、複数のシールド電極をリング状にして、
磁気シールド装置を円筒型とした。

（作用） 上記した構成によれば、以下のような作用効果が達成さ
れる。

（１）上記した構成の磁気シールド装置によれば、遮蔽
しようとする磁場によって生じる表面電流を阻止するこ
とができるので、表面電流による新たな磁場の発生を防
止することができ、さらに磁気遮蔽率を向上させること
ができる。

（２）上記した構成の磁気シールド装置において、リン
グ状のシールド電極を用いることによってその形状を円
筒型とし、該円筒型のシールド装置で荷電粒子線加速装
置の多段加速管を覆うようにすれば、磁場による電子線
の仮想源の振動、電子線の偏向をさらに効率良く防止で
き、安定した荷電粒子線を得ることができるようになる
。

（３）上記した構成の磁気シールド装置は絶縁部分をも
有するため、上記（２）のように該磁気シールド装置を
荷電粒子線加速装置の多段加速管を覆う円筒型磁気シー
ルド装置に適用すれば、磁気シルト装置と前記加速管と
の固定か容易に行われるようになり、加速管の振動を防
止できるようになる。

（実施例） 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第２
図は本発明の一実施例である荷電粒子線加速装置の構成
を示した図である。

本実施例の荷電粒子線加速装置では、その高電圧発生部
が、直流コンデンサ１　（１−１〜１ｎ）、および整流
器２によって構成される対称型ＣＷ回路を十数段に組合
わた対称型多段ＣＷ回路５０によって構成されている。

発振器９からは５ＫＨｚ程度の駆動周波数の信号が出力
され、変調器８によって振幅変調された後に増幅器７に
出力される。増幅器７から出力された信号は、陽極電源
５によって付勢される出力管６によって高周波トランス
４の一次側に供給され、該高周波トランス４の二次側電
圧が前記対称型多段ＣＷ回路５０の一次側に供給される
。

このとき、多段ＣＷ回路５０からの直流発生電圧を１０
０ＯＫＶとしたいときには、ＣＷ回路の段数が１５段で
あれば、７０　Ｋ　ｖｐ−ｐの交流電圧がＣＷ回路の一
次側に供給されるようにする。

ＣＷ回路５０によって得られた直流高電圧は、抵抗３１
とフィルターコンデンサ１６とによって構成されるフィ
ルタ回路によってそのリップル成分を約１／２０に低減
された後に多段加速管３０のウェネルト電極１９に供給
される。さらに、該直流高電圧は二次側フィラメントト
ランス１５を介して分圧抵抗列１７の一端にも供給され
る。

分圧抵抗列１７の一端に供給された電圧は、分圧抵抗１
７−１〜１７−ｎによってなるべくは均等に分圧され、
各加速電極２０−１〜２０−ｎに印加される。

また、電子顕微鏡においては、加速電圧の安定性か重要
であるため、前記直流発生電圧を基準抵抗１４によって
分圧して検出電圧を取り出し、この検出電圧を差動増幅
器１０において基準電圧源１１の基準電圧と比較し、前
記検出電圧と基準電圧との差に基づいて該差動増幅器１
０で変調器８を制御することによって電圧の安定化を計
っている。

このような制御方法によれば、変動率がｌＸｌ０’オー
ダの安定した出力電圧が得られる。

フィラメント駆動電源１２は、−次側フィラメントトラ
ンス１３を介して１００ＫＨｚ程度の駆動周波数の電力
をフィルタコンデンサ１６に供給する。フィルタコンデ
ンサ１６に供給された電力は、二次側フィラメントトラ
ンス１５を介して電子銃フィラメント１８に供給され、
これか電子銃フィラメント１８の加熱電力となる。

また、本実施例では、ＣＷ回路５０の各段の直流コンデ
ンサ１−１〜１−ｎに発生する直流電圧が、後に詳述す
るシールドタンク２１の各部に供給されている。

このような構成の荷電粒子線加速装置では、ＣＷ回路５
０が駆動されると、その駆動電流によって、多段加速管
の電子ビームｅの照射軸に対して直角方向の交流磁場が
作用する。

本実施例では、電子ビームｅへの前記交流磁場を遮蔽す
るために、多段加速管３０の加速電極２０−１〜２０−
〇をバーマロ・ｒあるいはパーマロイとアルミとによっ
て構成し、これによって磁気遮蔽率を約１／３０程度に
している。

さらに、本実施例においては、多段加速管３０の周囲を
、絶縁材と磁気シールド電極とを組み合わせたシールド
タンク２１で覆うようにしている。

第１図は、前記シールドタンク２１の内部構造を説明す
るための図である。

同図（ａ）において、シールドタンク２１は、互いに直
径の異なるリング状のシールド電極３１（３１ａ〜３１
ｃ）および３２　（３２ａ　〜３２ｃ）を、その高さ方
向において互いの端部分が一定の間隙を置いて重なるよ
うに、エポキシ樹脂等の絶縁性物質３４内に埋め込むこ
とによって構成されている。なお、同図（ｂ）は、前記
シールドタンク２１の側壁部の部分断面図である。

このような構成によれば、ＣＷ回路からの交流磁場がシ
ールドタンク２１によってほぼ完全に遮蔽されるので、
多段加速管３０内の電子ビームｅが該交流磁場の影響を
受けることがない。

したがって、仮想源の振れや電子ビームの偏向を低減で
きるので、安定した荷電粒子を得ることができるように
なり、これを電子顕微鏡に適用すれば、輝度、解像度が
向上する。

さらに本実施例によれば、それぞれのシールド電極が絶
縁性物質３４によって互いに絶縁されているので、シー
ルドタンク２１表面を表面電流が流れなくなる。

したがって、表面電流による新たな磁場の発生を防止で
き、電子ビームｅが受ける磁場の影響をさらに少なくす
ることができるようになる。

なお、シールド電極の重ね方および重ね段数は上記とは
限らず、例えば同図（Ｃ）に示したように、直径が前記
リング状シールド電極３２よりもさらに小さいリング状
シールド電極３３を、リング状シールド電極３２の内側
にさらに埋め込み、３段重ね、あるいはそれ以上重ねる
ようにしても良い。

さらに、シールド電極は完全に絶縁性物質３４内に埋設
する必要はなく、その一部分が表面に露出するように埋
設しても良い。

なお、本実施例においては、前記したようにＣＷ回路５
０の各段の直流コンデンサ１−１〜１ｎに発生する直流
電圧が、該直流電圧に相当する電圧が印加される加速電
極と対向する位置にあるリング状シールド電極に、接続
線４５−１〜４５−３（ｎ）を介して印加され、加速電
極と該加速電極に対向する位置のシールド電極とは、は
ぼ同電位に保たれる。したがって、さらに安定したシー
ルド効果が得られるようになる。

本実施例のシールドタンク２１によって多段加速管の周
囲を覆うと、磁気遮蔽率を約１／１０程度にすることが
できる。

第３図は本発明を適用した荷電粒子線加速装置の断面図
、第４図はそのＡ−Ｂ断面図であり、第１図または第２
図と同一の符号は同一または同等部分を表している。

本実施例においては、加速管３０をシールドタンク２１
で覆うと共に、ＣＷ回路の各段に用いられるフープ２３
の内側であって、ＣＷ回路とシールドタンクとの間にシ
ールド材２４．２５を設置した点が特徴的である。

このような構成によれば、磁気遮蔽率がさらに１／２程
度になる。

なお、上記したシールドタンク２１、シールド材２４．
２５等は、高圧タンク２２内に設置され、その内部には
絶縁ガスが充填されている。

したがって本実施例では、加速電極による遮蔽率が１／
３０．　　シールド材２４．２５による遮蔽率が１／２
．絶縁シールドタンク２１による遮蔽率が１／１０とな
るので、トータルの磁気遮蔽率は１／６００になる。

このような構成の荷電粒子線加速装置を３ＭＶのＴＥＭ
に用いると、仮想源の振れも従来技術の１／６００とな
って０，０８μｍ程度とすることができるようになる。

さらに、本発明によれば、絶縁シールドタンク２１が絶
縁性を有するために、該シールドタンク２１と加速管３
０とをネジ止め等の適宜の手段によって固定することが
できるようになるので、機械的な振動をも押さえること
が可能となって、仮想源の振れをさらに押さえるように
なる。

なお、上記した実施例においては、本発明のシルト装置
が円筒型の形状であるものとして説明したが、本発明は
、これ以外の一般的な平板状のシールド装置にも適用で
きる。

このような場合には、複数の平板シールド電極を、それ
ぞれが互いに絶縁され、かつ、互いの端部分が一定の間
隙を置いて重なるように絶縁性物質内に埋設するように
すれば良い。

さらに、前記リング状シールド電極、平板シルト電極は
、必ずしも絶縁物内に埋設されている必要はなく、第４
図に示したように、その表面に露出するようにしても良
い。

（発明の効果） 上記したように、本発明によれば以下のような効果が達
成される。

（１）シールド装置の表面電流を防止できるので、磁場
の影響をさらに押さえることができるようになる。

（２）当該シールド装置を荷電粒子線加速装置等に用い
られる加速管のシールドタンクとして用いれば、磁気遮
蔽率が向上するので、直流高電圧発生部と直流多段加速
管とを近接設置できるようになり、装置が小形化され、
絶縁ガスの充填量が減り、保守費用等が低減する。

（３）シールドタンク内のシールド電極は互いに絶縁さ
れているので、それぞれのシールド電極に任意の異なる
電圧を印加できるようになる。

したがって、当該シールドタンクを荷電粒子線加速装置
等に用いられる加速管のシールド装置として用いれば、
加速電極に印加する電圧と同等の電圧を、該加速電極と
対向する位置に設置されるシールド電極に印加できるよ
うになるので、安定したシールド効果が得られるように
なる。

（４）シールドタンク内が絶縁部分を有するために、磁
気シールド装置と加速管との固定が容易に行われるよう
になり、加速管の振動を防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】 第１図はシールドタンクの構造を説明するための図であ
る。 第２図は本発明の一実施例である荷電粒子線加速装置の
構成を示した図である。 第３図は本発明を適用した荷電粒子線加速装置の断面図
である。 第４図は第３図のＡ−Ｂ断面図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のシールド電極を、それぞれが互いに絶縁さ
   れ、かつ、互いの端部分が一定の間隙を置いて重なるよ
   うに絶縁性物質内に埋設してなることを特徴とする磁気
   シールド装置。
2. （２）前記シールド電極はリング状であって、該リング
   状シールド電極をその中心軸方向において互いの端部分
   が一定の間隙を置いて重なるように絶縁性物質内に埋設
   してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   磁気シールド装置。
3. （３）直流高電圧を発生する直流高電圧発生装置、荷電
   粒子線を発生する荷電粒子線発生装置、前記直流高電圧
   によって前記荷電粒子を加速する加速電極を多段に接続
   した多段加速管、および該多段加速管を覆うように設置
   された磁気シールド装置を有する荷電粒子線加速装置に
   おいて、 前記磁気シールド装置は、複数のリング状シールド電極
   を、それぞれが互いに絶縁され、かつ、その中心軸方向
   において互いの端部分が一定の間隙を置いて重なるよう
   に絶縁性物質内に埋設してなる円筒型磁気シールド装置
   であることを特徴とする荷電粒子線加速装置。
4. （４）前記複数のリング状シールド電極は、該リング状
   シールド電極と対向する加速電極とほぼ同電位に保たれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の荷電粒
   子線加速装置。
5. （５）前記直流高電圧発生装置と磁気シールド装置との
   間に磁気シールド板を設置したことを特徴とする特許請
   求の範囲第３項または第４項記載の荷電粒子線加速装置
   。
6. （６）前記多段加速管と磁気シールド装置とは、機械的
   に固定されていることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項ないし第５項のいずれかに記載の荷電粒子線加速装置
   。