JP2005197075A - 電子線発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子線のビームプロファイル（断面形状）の目標形状からの変化を抑える。
【解決手段】 カソード電極と、アノード電極と、カソード電極の近傍に配置され当該カソード電極から放出される電子線のビームプロファイルを規定する電界形成電極とからなる電子発生部と、該電子発生部から入射された電子線に所定の処理を施して外部に出射する電子線処理部とからなる電子線発生装置において、電子線処理部の電子線出射端における電子線強度を検出する電子線強度検出手段と、カソード電極と電界形成電極との相対位置を可変する位置可変手段と、電子線強度検出手段によって検出された電子線強度が所定の目標強度となるように位置可変手段を駆動する制御駆動手段とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子線発生装置に関する。

例えば特開２０００−２４３３３４号公報には、電子線縮小転写装置用の電子銃において、電子線の強度分布を一様化することを目的とした電子銃が開示されている。この電子銃では、ヒータを独立に電圧制御可能な複数のヒータから構成することによってカソード表面の温度ムラを解消して電子線の強度分布を一様化するものである。
また、特開２００２−２１６６８６号公報には、電子顕微鏡や電子線描画装置等に用いられる電子銃において、電子線の光軸ズレを解消することを目的とした電子銃が開示されている。この電子銃では、針状電極と当該針状電極に強電界を印加して電子線を発生させる引出電極とを備え、当該引出電極の固定位置を変えることにより針状電極と引出電極との偏心量を任意に設定可能とすることにより電子線の光軸ズレを補正するものである。
特開２０００−２４３３３４号公報 特開２００２−２１６６８６号公報

ところで、上述した従来技術は、電子線における強度分布の一様性や光軸ズレに関する技術であり、電子線のビームプロファイル（断面形状）の一様化に関するものではない。例えば電子銃で発生した電子線を加速管で加速するタイプの電子線発生装置の場合、加速管における電子線の透過率を規定値以上とするためには加速管に入射させる電子ビームのビームプロファイルを所定の目標形状とする必要がある。ビームプロファイルが目標形状からズレた場合には、電子線が加速管と干渉して十分な強度の電子線を出射し得ない。

しかしながら、上記電子線発生装置では、カソード電極は消耗品であり、所定時間使用する度に保守部品と交換する必要がある。この場合、個々のカソード電極の形状や取付位置のバラツキ等に起因して、ビームプロファイルが目標形状からズレて、加速管における電子透過率が低下するという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）電子線のビームプロファイル（断面形状）の目標形状からの変化を抑える。
（２）加速管等の電子線処理部における電子透過率の低下を抑制する。

上記目的を達成するために、本発明では、カソード電極と、アノード電極と、カソード電極の近傍に配置され当該カソード電極から放出される電子線のビームプロファイルを規定する電界形成電極とからなる電子発生部と、該電子発生部から入射された電子線に所定の処理を施して外部に出射する電子線処理部とからなる電子線発生装置において、電子線処理部の電子線出射端における電子線強度を検出する電子線強度検出手段と、カソード電極と電界形成電極との相対位置を可変する位置可変手段と、電子線強度検出手段によって検出された電子線強度が所定の目標強度となるように位置可変手段を駆動する制御駆動手段とを具備する、という解決手段を採用する。

本発明によれば、電子線強度検出手段によって検出された電子線強度が所定の目標強度となるように制御駆動手段によって位置可変手段が駆動されるので、電子線強度の変化つまり電子線のビームプロファイルの目標形状からの変形が抑制され、以って電子線処理部における電子透過率の低下も抑制される。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る電子線発生装置の要部構成を示す一部断面を含む構成図である。この図１において、符号１は電子発生部、２は加速管（電子線処理部）、３はビーム電流検出器（電子線強度検出手段）、４は制御装置、５はモータ駆動回路である。なお、制御装置４およびモータ駆動回路５は、本実施形態における制御駆動手段を構成している。

電子発生部１は、筐体１ａ、カソード電極１ｂ、カソードヒーターフィードスルー１ｃ、電界形成電極１ｄ、支持部材１ｅ、プレート電極１ｆ、ステッピングモータ１ｇ（位置可変手段）等から構成されている。筐体１ａは、略円筒状の外形を有し、同じく円筒状の加速管２の端部に自らの中心軸線Ｌが加速管２の中心軸線Ｌと同軸となるように取り付けられている。

カソード電極１ｂは、有底の中空円筒状の電極であり、内部に加熱用のヒータが収容されている。このカソード電極１ｂは、カソードヒーターフィードスルー１ｃを介して筐体１ａの所定位置に取り付けられている。すなわち、カソード電極１ｂは、円形端面（熱電子放出面）１ｈの中心が筐体１ａ（すなわち加速管２）の中心軸線Ｌ上に位置すると共に、円形端面１ｈが中心軸線Ｌと直交する姿勢で筐体１ａに取り付けられている。なお、カソード電極１ｂは、使用によって円形端面１ｈ等が劣化するため交換部品になっており、よって筐体１ａに対して着脱自在に取り付けられている。

電界形成電極１ｄは、図示するように円形端面１ｈの周囲を取り囲むように設けられた中空円盤状電極であり、円形端面１ｈに対して所定角度で傾斜する傾斜面１ｉを有している。この電界形成電極１ｄは、円形端面１ｈから放出される電子線Ｄのビームプロファイル（断面形状）を傾斜面１ｉによって規定する。

支持部材１ｅは、上記電界形成電極１ｄとステッピングモータ１ｇとの間に設けられた部材であり、電界形成電極１ｄを筐体１ａに対して上記中心軸線方向に摺動するように支持する。ステッピングモータ１ｇは、筐体１ａに固定されており、上記支持部材１ｅを介して連結された電界形成電極１ｄを上記中心軸線方向に移動させる。プレート電極１ｆは、上記カソード電極１ｂの円形端面１ｈに対向するように配置された中空円盤状電極である。このプレート電極１ｆは、アース電位である一方、電界形成電極１ｄには百ボルト程度の正電位が印加され、またカソード電極１ｂには数１０キロボルトの負電位が印加される。なお、カソード電極１ｂの先端にメッシュ電極を取り付け、このメッシュ電極に数１０〜数１００ボルトの正電圧をカソード電極も使用される。

加速管２は、中空円筒状の金属管であり、内部には中心軸線Ｌに沿って複数の空洞共振器が形成されると共に、当該空洞共振器に外部から高周波電力が供給される。この加速管２は、上記高周波電力によって各空洞共振器内に形成される電界によって電子発生部１から入射された電子線Ｄを中心軸線方向に加速して外部に出射する。ビーム電流検出器３は、加速管２の電子線出射端における電子線Ｄの電流を電子線Ｄの強度として検出するものであり、その電流検出値を制御装置４に出力する。

制御装置４は、上記電流検出値と目標電流値とを比較し、その差異に応じてモータ駆動回路５を制御する。なお、この目標電流値は、電子発生部１から加速管２に入射される電子線Ｄのビームプロファイルが所望の目標形状となったときにビーム電流検出器３で検出される電流検出値に相当するものである。モータ駆動回路５は、上記制御装置４による制御の元で上記ステッピングモータ１ｇを駆動する電子回路である。

次に、このように構成された電子線発生装置の動作について説明する。
この電子線発生装置では、電子発生部１においてカソード電極１ｂとプレート電極１ｆとの間に発生する強電界によってカソード電極１ｂの円形端面１ｈから熱電子が電子線Ｄとして放出され、当該電子線Ｄは電子発生部１から加速管２に入射される。この際、電子線Ｄのビームプロファイルは、主にカソード電極１ｂと電界形成電極１ｄとの間に形成される電界分布、すなわちカソード電極１ｂと電界形成電極１ｄとの相対的な位置関係によって規定される。

ここで、本電子線発生装置の稼動初期状態においては、カソード電極１ｂと電界形成電極１ｄとの相対的な位置関係は高精度に調整されており、電子線Ｄのビームプロファイルは、目標形状つまり真円に極めて近い形状に設定されている。しかしながら、稼動によってカソード電極１ｂが劣化すると、当該カソード電極１ｂは新たなカソード電極１ｂに交換される。この結果、カソード電極１ｂの形状や取付位置のバラツキに起因して新たなカソード電極１ｂによる電子線Ｄのビームプロファイルは上記目標形状に対して変形することになる。

そして、このような電子線Ｄのビームプロファイルの変形の主因は、より厳密にはカソード電極１ｂの円形端面１ｈと電界形成電極１ｄの傾斜面１ｉとの位置関係の変化、特に電界形成電極１ｄは固定されているので円形端面１ｈの中心軸線上における位置変化にある。そして、電子線Ｄのビームプロファイルが変形すると、電子線Ｄが加速管２内を通過する際に干渉するため、電子発生部１から加速管２に入射された電子線Ｄの当該加速管２における透過率が低下する。すなわち、ビーム電流検出器３の電流検出値は、電子線Ｄのビームプロファイルが目標形状からズレることによって低下する。

制御装置４は、このような電流検出値の変化に対して、当該電流検出値と目標電流値とを比較することによって電流検出値が目標電流値に近づくようにモータ駆動回路５をフィードバック制御するので、結果的にビーム電流検出器３の電流検出値が増加するように、つまり電子線Ｄのビームプロファイルが目標形状に近づくようにステッピングモータ１ｇが駆動される。すなわち、電界形成電極１ｄは、ステッピングモータ１ｇによって中心軸線方向に移動させられてカソード電極１ｂの円形端面１ｈに対する位置関係が稼動初期状態と同等の状態に自動調整される。

したがって、本実施形態によれば、カソード電極１ｂと電界形成電極１ｄとの相対位置関係がズレることによって電子線Ｄのビームプロファイルが目標形状から変形しても、電界形成電極１ｄが移動することによって当該変形が自動的に補正されるので、安定した強度の電子線Ｄを外部に出射することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、電界形成電極１ｄをステッピングモータ１ｇで移動させるように構成したが、電界形成電極１ｄに代えてカソード電極１ｂを中心軸線方向に移動させるようにしても良い。
（２）上記実施形態では、位置可変手段としてステッピングモータ１ｇを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形式のモータを用いても良い。
（３）上述した電界形成電極１ｄの位置調整は交換部品であるカソード電極１ｂを交換する度に行われるが、例えば何らかの機械的な衝撃が電子線発生装置に加えられることによって電界形成電極１ｄとカソード電極１ｂとの相対位置関係がズレたと思われる場合に行っても良い。
（４）さらに、上記実施形態では電子線処理部を加速管２としたが、電子線処理部は加速管２に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係わる電子線発生装置の要部構成を示す一部断面を含む構成図である。

符号の説明

１…電子発生部、１ａ…筐体、１ｂ…カソード電極、１ｃ…カソードヒーターフィードスルー、１ｄ…電界形成電極、１ｅ…支持部材、１ｆ…プレート電極、１ｇ…ステッピングモータ（位置可変手段）、２…加速管（電子線処理部）、３…ビーム電流検出器（電子線強度検出手段）、４…制御装置、５…モータ駆動回路、

Claims (3)

1. カソード電極と、アノード電極と、カソード電極の近傍に配置され当該カソード電極から放出される電子線のビームプロファイルを規定する電界形成電極とからなる電子発生部と、該電子発生部から入射された電子線に所定の処理を施して外部に出射する電子線処理部とからなる電子線発生装置であって、
   電子線処理部の電子線出射端における電子線強度を検出する電子線強度検出手段と、
   カソード電極と電界形成電極との相対位置を可変する位置可変手段と、
   前記電子線強度検出手段によって検出された電子線強度が所定の目標強度となるように前記位置可変手段を駆動する制御駆動手段と
   を具備することを特徴とする電子線発生装置。
2. 位置可変手段は、固定設置されたカソード電極に対して電界形成電極を移動させるステッピングモータであることを特徴とする請求項１記載の電子線発生装置。
3. 電子線処理部は電子線を加速させる加速管であることを特徴とする請求項１または２記載の電子線発生装置。
   
   

Images