JP3684984B2 - 荷電粒子線加速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子顕微鏡等の荷電粒子線装置において、特に荷電粒子線７を出射し、出射された荷電粒子線７を加速する荷電粒子線加速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１を用いて荷電粒子線加速装置の概略を示す。装置は荷電粒子源１、多段加速管２等により構成される。また、多段加速管は引出電極３を含むＮ＋１個の電極および各電極間を絶縁するセラミックスやガラス等の絶縁体（Ｎ個）により構成されている。
【０００３】
荷電粒子源１に対して引出電極３に与えられた引出電圧（Ｖ１）の作る電界により引き出された荷電粒子線７は多段加速管６により加速電圧（Ｖ０）に加速される。ここで、加速される荷電粒子線７の軌道は荷電粒子源１に対して印加された制御電極４の制御電圧（Ｖ２）により制御することができる。例えば図１に示す装置を電子顕微鏡の電子銃として利用する場合には、制御電圧（Ｖ２）は仮想光源位置の制御に利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の荷電粒子線加速装置においては、加速電圧を変更する時に加速電圧が最終値に設定される過程では多段加速管２の段間電圧（Ｖａ又はＶｂ）は常時変化している。ここで、加速電圧（Ｖ０）と制御電圧（Ｖ２）が独立に制御されていると、特定の段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）が大きくなり放電が引き起こされるという問題がある。例えば、図３に示すような３段の加速管でＶ０＝３０ｋＶ、Ｖ２＝５ｋＶで動作している装置をＶ０＝１００ｋＶ、Ｖ２＝２０ｋＶに変更する場合について説明する。先にＶ０のみを変更し、Ｖ０の変更が終了した後にＶ２を変更する場合、変更の過程でＶ０＝１００ｋＶ、Ｖ２＝５ｋＶになった時に段間電圧Ｖｂは４７．５ｋＶとなり、通常使用する場合の約１．５倍の電圧がかかるため、多段加速管２の２段目又は３段目に放電が発生する。
【０００５】
本発明の目的は上記放電を引き起こさないように多段加速管２の段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）を制御することである。
【０００６】
【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、荷電粒子線加速装置において加速電圧（Ｖ０）の変化に連動させながら制御電圧（Ｖ２）を変化させることにより、多段加速管２の各段の段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）が上限電圧（Ｖｍａｘ）を超えないように制御するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１を用いて説明する。荷電粒子源１にはグランドに対し加速電圧（Ｖ０）が印加される。また、引出電極３、制御電極４には荷電粒子源１を基準にしてそれぞれ引出電圧（Ｖ１）、制御電圧（Ｖ２）が印加されている。さらに、多段加速管２の２段目からＮ段目の各段間は数ＧΩの抵抗５により接続されており、最終段の電極６は接地されている。ここで、引出電圧（Ｖ１）は荷電粒子線７を出射するために、加速電圧（Ｖ０）は出射された荷電粒子線７を加速するために用いられる。一方、制御電圧（Ｖ２）は荷電粒子線７の軌道を制御するために用いられている。
【０００８】
図１の例では加速管の１段目の段間電圧（Ｖａ）はＶ２−Ｖ１となり、２段目からＮ段目までの段間電圧（Ｖｂ）は（Ｖ０−Ｖ２）／（Ｎ−１）となる。本発明では上記段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）が上限電圧（Ｖｍａｘ）を越えないように、加速電圧と制御電圧を連動させながら制御することにより、放電を防止するための方法を提供する。
【０００９】
図２に加速電圧（Ｖ０）を増加させる場合の、具体的な制御電圧（Ｖ２）の制御方法のフローチャートの例を示している。ここで、加速電圧、制御電圧の初期値をそれぞれＶ００，Ｖ２０とし、変化後の値をそれぞれＶ０１，Ｖ２１とする（但し、Ｖ００≦Ｖ１０、Ｖ２０≦Ｖ２１の場合）。また、引出電圧（Ｖ１）は一定であるとし、加速電圧、制御電圧の１ステップ毎の変化量（ΔＶ０，ΔＶ２）はあらかじめ設定済みであると仮定する。Ｖ０１，Ｖ２１を設定した後、電圧変更スイッチをＯＮすると、加速電圧、制御電圧はそれぞれＶ０（ｔ）＝Ｖ０（ｔ−１）＋ΔＶ０、Ｖ２（ｔ）＝Ｖ２（ｔ−１）＋ΔＶ２となるように変化が開始される。ここで、各ステップ毎に段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）を計算する。計算の結果、一段目の段間電圧Ｖａ≧Ｖｍａｘとなった場合はこれ以上Ｖ２を増加させず、警告メッセージを表示する。一方、Ｖｂ≧Ｖｍａｘの場合には１ステップだけＶ０の増加を停止し、警告メッセージを表示する。以上の制御をＶ０が設定値（Ｖ０１）又はＶｂが上限値（Ｖｍａｘ）、かつ、Ｖ２が設定値（Ｖ２１）又はＶａが上限値（Ｖｍａｘ）になるまで繰り返す。
【００１０】
図３に示すようなＮ＝３の加速管の場合での具体的な実施例を以下詳細に説明する。図４は加速電圧Ｖ０がＶ００＝３０ｋＶ、Ｖ２０＝５ｋＶで稼動している装置をＶ０１＝１００ｋＶ、Ｖ２１＝２０ｋＶに変更する場合の例である。ここで引出電圧はＶ１＝２ｋＶで変更しないと仮定する。また、１ステップ毎のＶ０，Ｖ２の増加量をそれぞれΔＶ０＝１ｋＶ、ΔＶ２＝０．１ｋＶ、ステップ間隔を１秒と仮定する。また、段間電圧が４０ｋＶ以下では、電極間には全く放電が発生すしないと仮定し、段間電圧の上限値をＶｍａｘ＝４０ｋＶとする。電圧の変更が開始されると、Ｖ０，Ｖ２はぞれぞれ１ｋＶ，０．１ｋＶづつ増加するが、６２秒後にはそれぞれＶ０＝９２ｋＶ、Ｖ２＝１１．２ｋＶとなり、この時の段間電圧はＶａ＝４０．４ｋＶ、Ｖｂ＝９．２ｋＶである。よって、Ｖａ＞ＶｍａｘであるのでＶ０の増加は一時停止され、Ｖ２のみ増加する。７１秒後の電圧はそれぞれＶ０＝９２ｋＶ、Ｖ２＝１２．１ｋＶとなり、この時Ｖａ＝３９．９５ｋＶである。よって、７２秒後にはＶ０，Ｖ２とも１ステップづ増加する。同様にＶ０，Ｖ２の電圧を制御することにより、１５０秒後にＶ０，Ｖ２はそれぞれ１００ｋＶ，２０ｋＶとなる。この制御方法によると、段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）が上限値（Ｖｍａｘ）を越えないように制御しながら、加速電圧（Ｖ０）、制御電圧（Ｖ２）を設定値（Ｖ０１，Ｖ２１）に変更することができる。
【００１１】
上記の例では、Ｖ０，Ｖ２の変化量（ΔＶ０，ΔＶ２）は固定された値であるが、設定値（Ｖ０１，Ｖ２１）が入力された時に、ΔＶ０，ΔＶ２の値を計算して決めることも可能である。この場合、段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）の変化の割合を一定にするように変化量を決めることで、段間電圧を常に上限値（Ｖｍａｘ）を越えないようにすることができる。
【００１２】
また、本発明の制御方法を用いると加速電圧（Ｖ０）と制御電圧（Ｖ２）の変更が同時にスタートしない場合においても、段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）を上限値（Ｖｍａｘ）より大きくならないように制御することができるので、放電を防止することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、荷電粒子加速器において加速電圧（Ｖ０）が大きく変化した場合においても、多段加速管２の各段間電圧（Ｖａ，Ｖｂ）を上限値（Ｖｍａｘ）を超えないように制御することができるので、放電等による荷電粒子源１等の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の概略図。
【図２】本発明の制御フローの一例を示す図。
【図３】本発明の具体的な実施例を説明するための概略図。
【図４】本発明の具体的な実施例を示す図。
【符号の説明】
１…荷電粒子源、２…加速管、３…引出電極、４…制御電極、５…抵抗、６…最終段の電極、７…荷電粒子線。

Claims (2)

1. 荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、
   上記荷電粒子源より荷電粒子線を引き出す引出電極と、
   上記荷電粒子線の軌道を制御するための制御電極と、
   前記引出電極と前記制御電極を含み、上記荷電粒子線を加速する多段加速管を備えた荷電粒子線加速装置において、
   前記荷電粒子源と接地電位間に印加される電圧を上昇させたとき、当該荷電粒子源と接地電位間の電圧の上昇に伴って上昇する前記多段加速管の段間電圧を、設定値を越えないようにしつつ、上昇させるように電圧制御することを特徴とする荷電粒子線加速装置。
2. 請求項１に記載された荷電粒子線加速装置において、
   前記多段加速管の前記制御電極を１段目とした１段目からＮ段目までの段間電圧を抵抗を用いて等分割し、前記制御電極に与える電圧により前記荷電粒子線の軌道と前記多段加速管の各段の段間電圧とを同時に制御することを特徴とした荷電粒子線加速装置。

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