JP4412484B2 - 電子銃の加速電圧補正方法、及び電子銃制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＦＴアレイ検査装置等に用いる電子銃の制御に関し、電子銃のフィラメントに印加する加速電圧を補正する補正方法、及び電子銃制御装置に関する。

液晶基板や薄膜トランジスタアレイ基板（ＴＦＴアレイ基板）は、ガラス基板等の基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がマトリックス状に配置されてなるＴＦＴアレイと、この薄膜トランジスタに駆動信号を供給する信号電極とを備え、薄膜トランジスタは走査信号電極端子，映像信号電極端子からの信号により駆動される。

基板に形成されるＴＦＴアレイや液晶基板を検査する装置としてＴＦＴアレイ検査装置や液晶基板検査装置等の基板検査装置が知られている。基板検査装置としては、検査用プローバを介して液晶基板に検査信号を印加することによって液晶基板を駆動し、この駆動により液晶基板に発生する電圧状態を検査することによって、液晶基板の短絡、点欠陥、断線等の検査を行うものが知られている。液晶基板に電圧状態の検査は、電子銃で発生した電子を液晶基板等の被検体に照射し、被検体から発生した二次電子を検出することで行うことができる。

電子銃は、フィラメントに加速電圧を印加してエミッション電流を流すことによって電子ビームを発生し、当該電子ビームを被検体上で走査させる。電子ビームの走査は、コイル電流による磁場偏向や、電極に印加する電位偏向により行う。

電子銃に印加する加速電圧は、高電圧源から電子銃のフィラメント電流制御回路の基準電圧部に接続して行う。その際、電子銃のフィラメント制御回路出力や電子銃内部で放電現象が発生したとき、加速電圧源内部や、加速電圧が印加された部位に存在する浮遊容量に蓄積された電荷によって過大な放電電流がエミッション電流に加わって流れる。

従来、この過大な放電電流を制限するために、フィラメント電流制御回路の加速電圧入力部に電流制限用の固定抵抗器を直列に挿入している。

図３は、従来の電子銃制御装置の概略構成及び電圧状態を説明するための図である。図３において、電子銃制御装置１０１は、加速電圧源１０２から加速電圧を受けてフィラメント電流制御回路１０４の基準電圧部に電圧を供給し、電子銃のフィラメント１０７に対して加速電圧を印加する。フィラメント１０７にはフィラメント電流が流れて加熱され、加熱されたフィラメントに加速電圧を印加することで自由電子が放出される。ここで、エミッション電流は、フィラメントから放出される自由電子の電荷移動総量として表される。

電子銃制御装置１０１内には、フィラメント電流制御回路１０４の入力部に放電電流制限抵抗１０３（Ｒc）が接続され、これによって、放電発生時に流れる過剰電流を制限している。この放電電流制限抵抗１０３を接続することで、電子銃制御装置１０１がフィラメント１０７に印加する加速電圧Ｖoは、加速電圧源１０２から供給される加速電圧Ｖiから放電電流制限抵抗１０３にエミッション電流が流れることによる電圧降下分だけ減少した電圧となる。

放電電流を充分に小さな値まで制限するには、電流制限抵抗の制限抵抗値を充分大きくする必要がある。この放電電流制御抵抗は、放電が発生していない通常の使用時において、エミッション電流が流れることによって電圧降下が発生する。

本出願の発明者は、この放電電流制御抵抗による電圧降下は電子ビームの走査に影響し、電子ビームの走査精度を低下させることを見いだした。

例えば、１０kVの加速電圧の印加が求められるとき、放電電流制御抵抗として１MΩを挿入した場合には、放電電流を１０kV／１MΩ＝１mAに制限することができる。一方、電子銃の通常制御時において、エミッション電流の運用値を１０〜２０μAmとするとき、放電電流制御抵抗における電圧降下量は、１MΩ×（１０μAm〜２０μAm）＝１０V〜２０Vとなる。

この１０V〜２０Vの電圧降下は、電子銃の加速電圧を変化させ、電子銃のフィラメントに印加される加速電圧は１０kVではなく、９．９９kV〜９．９８kVとなり、運用中において設定電圧に対して０．１％の電圧変化が発生する。

本出願の発明者は、この電圧変化は電子ビームの走査精度に大きく影響することを見いだした。電子ビームの走査は、コイル電流による磁場偏向や、電極に印加する電位偏向により行うが、この偏向量は加速電圧にリニアに対応する。例えば、偏向によって電子ビームを５０mm曲げて被検体に照射する際、加速電圧が０．１％変動すると、偏向量も０．１％変動し、被検体上の電子ビームの照射位置は５０μm（＝５０mm×０．１％）変動する。

図４は、加速電圧の変動と電子ビームの照射位置の関係を説明するための図である。図４は、電子ビームを５０mm曲げて照射する際に、加速電圧が０．１％変動した場合の電子ビームの照射位置の変動状態を示している。目標とする照射位置Ａは加速電圧の変動によって５０μm変動し照射位置Ｂとなる。被検体の検査に要する照射位置精度を±１０μmとしたとき、加速電圧の０．１％の変動は照射位置を５０μm変動させるため、電子ビームを照射位置に照射させることができないことになる。

エミッション電流は電子銃による電子ビームの走査中に変動するため、エミッション電流の変動にかかわらず電子銃に印加する加速電圧が一定であることが求められる。

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、放電電流制御抵抗にエミッション電流が流れることで生じる電圧降下にかかわらず、電子銃に印加する加速電圧を一定に保持することを目的とする。

本発明は、電子銃に印加する加速電圧を制御する電子銃制御において、加速電圧源が出力する加速電圧により生成されるエミッション電流を放電電流制限抵抗により電流制限するとともに、放電電流制限抵抗による電圧降下分を補正して、電子銃に印加する加速電圧をエミッション電流の変化に因らず一定に保持する。

本発明の電子銃制御装置は、電子銃に印加する加速電圧を制御する電子銃制御装置において、エミッション電流を電流制限するために加速電圧源に接続される放電電流制限抵抗と、放電電流制限抵抗による電圧降下分を補正する電圧補正回路を備えた構成とする。電圧補正回路は、電子銃に印加する加速電圧をエミッション電流の変化に因らず一定に保持する。

電圧補正回路を設けることによって、エミッション電流が変動した場合であっても、電子銃に印加される加速電圧は変動することなく常に一定に保持される。電子銃に印加する加速電圧を一定に保持することで、フィラメントから放出された電子ビームが被検体に照射される照射位置の変動を抑制することができ、検査精度を高めることができる。

本発明の電子銃制御装置の第１の態様は、電子銃に印加する加速電圧を制御する電子銃制御装置において、加速電圧源と接続され、エミッション電流の電流を制限する放電電流制限抵抗と、電流制限されたエミッション電流を電圧に変換するエミッション電流／電圧変換回路と、変換された電圧について前記放電電流制限抵抗による電圧降下分を補正する電圧補正回路と、電圧補正により得られた電圧を基準電圧としてフィラメント電流を制御するフィラメント電流制御回路とを備える。

電圧補正回路は、エミッション電流／電圧変換回路で変換された電圧に対して、エミッション電流が放電電流制限抵抗を流れることで生じた電圧降下分を補正し、加速電圧源が出力する加速電圧と電子銃に印加する加速電圧との間の変動を抑制して、電子銃に対して常に一定の加速電圧を印加する。

電圧補正回路は、その増幅度とエミッション電流／電圧変換回路の増幅度との積が“１”となるように設定する。エミッション電流／電圧変換回路の増幅度で定まる出力電圧は、放電電流制限抵抗による電圧降下分だけ加速電圧よりも低下する。電圧補正回路は、その増幅度とエミッション電流／電圧変換回路の増幅度との積が“１”となるように設定することにより電圧降下分が補償され、加速電圧源からの加速電圧と同じ電圧を出力することができる。

前記した増幅度の設定は、電圧補正回路を構成する反転増幅器に接続する抵抗により定めることができる。エミッション電流／電圧変換回路及び電圧補正回路を反転増幅器で構成し、エミッション電流／電圧変換回路の入力抵抗を放電電流制限抵抗とし、電圧補正回路の帰還抵抗と入力抵抗との比（入力抵抗／帰還抵抗）が、エミッション電流／電圧変換回路の放電電流制限抵抗と帰還抵抗との比（帰還抵抗／放電電流制限抵抗）と一致するように、電圧補正回路の帰還抵抗と入力抵抗を定める。

上記のように抵抗を設定することによって、電圧補正回路は、その増幅度とエミッション電流／電圧変換回路の増幅度との積を“１”となるように設定することができる。

本発明によれば、放電電流制御抵抗にエミッション電流が流れることで生じる電圧降下にかかわらず、電子銃に印加する加速電圧を一定に保持することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の電子銃制御装置の概略構成及び電圧状態を説明するための図である。図１において、電子銃制御装置１は、加速電圧源２から加速電圧を受けてフィラメント電流制御回路４の基準電圧部に電圧を供給し、電子銃のフィラメント７に対して加速電圧を印加する。フィラメント７にはフィラメント電流が流れて加熱されｍ加熱されたフィラメントに加速電圧を印加することで自由電子が放出される。

電子銃制御装置１内には、フィラメント電流制御回路４の入力部に放電電流制限抵抗３（Ｒc）が接続され、これによって、放電発生時に流れる過剰電流を制限している。放電電流制限抵抗３として、例えば１MΩ程度の抵抗値を用いることによって、加速電圧が１０kVの場合には放電電流は１０mA（＝１０kV／１MΩ）に制限される。

放電電流制限抵抗３を接続することで、電子銃制御装置１がフィラメント７に印加する加速電圧Ｖoは、加速電圧源２から供給される加速電圧Ｖiから放電電流制限抵抗３にエミッション電流が流れることによる電圧降下分だけ減少したＶeとなる。

本発明の電子銃制御装置１は、この放電電流制限抵抗３で変動した電圧降下分を電圧補正回路１０で補正し、フィラメント電流制御回路４からフィラメント７に印加する加速電圧Ｖoが加速電圧源２で設定した加速電圧Ｖiと一致させ、常に一定の加速電圧Ｖiが印加されるようにする。

図２は本発明の電子銃制御装置の第１の構成例を説明するための図である。電子銃制御装置１は、加速電圧源２が接続されて加速電圧Ｖiによるエミッション電流の供給を受け、電子銃６に加速電圧Ｖoを印加してフィラメント７にエミッション電流を流す。

フィラメント７はフィラメント電流により発熱し、電子ビームを放出する。放出された電子ビーム８は偏向器９によって軌道が曲げられ、被検体２０上を走査する。偏向器９はコイルによる電場偏向や、電極による電位偏向とすることができる、その偏向方向や偏向量は偏向回路５によって制御される。

電子銃制御装置１は、加速電圧源２と放電電流制限抵抗３（Ｒc）を介して接続され、浮遊容量（例えば、図２中の破線で示す）が放電される際の過剰電流を制限する。放電電流制限抵抗３とフィラメント電流制御回路４との間には、エミッション電流／電圧変換回路１１と電圧補正回路１１ａを直列接続する。

エミッション電流／電圧変換回路１１は、例えば、オペレーショナルアンプと帰還抵抗Ｒfからなる反転増幅器で構成することができる。エミッション電流／電圧変換回路１１は、放電電流制限抵抗３から入力端に入力したエミッション電流１２を電流／電圧変換して電圧Ｖeを出力する。この出力電圧Ｖeは、加速電圧源２により入力された加速電圧Ｖiから、エミッション電流１２が放電電流制限抵抗３を流れることによる電圧降下分を差し引いた電圧となる。

電圧補正回路１０は、この電圧降下分変動した電圧Ｖeを電圧補正し、加速電圧Ｖiと同電圧の電圧Ｖoを出力する。電圧補正回路１０は、例えば、オペレーショナルアンプと入力抵抗Ｒ1と帰還抵抗Ｒ2からなる反転増幅器で構成することができる。この反転増幅器の増幅度は、（帰還抵抗Ｒ2／入力抵抗Ｒ1）で定められる。

一方、エミッション電流／電圧変換回路１１を構成する反転増幅器の増幅度は、放電電流制限抵抗３を入力抵抗とした場合、（帰還抵抗Ｒf／放電電流制限抵抗Ｒc）で定められる。

ここで、エミッション電流／電圧変換回路１１の増幅度と、電圧補正回路１０の増幅度との積を“１”とすることによって、電圧補正回路１０の出力電圧Ｖoを加速電圧源２からの加速電圧Ｖiと一致させることができる。この増幅度の積が“１”となる条件は、
（帰還抵抗Ｒ2／入力抵抗Ｒ1）×（帰還抵抗Ｒf／放電電流制限抵抗Ｒc）＝１ …（１）で表すことができ、これらの抵抗間の関係は
（帰還抵抗Ｒf／放電電流制限抵抗Ｒc）＝（入力抵抗Ｒ1／帰還抵抗Ｒ2） …（２）となる。

したがって、エミッション電流／電圧変換回路１１と電圧補正回路１０を反転増幅器で構成した場合には、これらの抵抗間の関係を上記式（２）に設定することにより、放電電流制限抵抗で変動した電圧降下分を補正して、出力電圧Ｖoを加速電圧Ｖiに戻すことができる。

これにより、電子銃６のフィラメント７には、エミッション電流の変動が関わらず常に一定の加速電圧Ｖiを印加することができるため、電子ビームを走査した場合にも加速電圧の変動による照射位置の変動を抑制し、照射の位置精度を高めることができる。

本発明の液晶パネルのほか、有機ＥＬパネルの検査等に適用することができる。

本発明の電子銃制御装置の概略構成及び電圧状態を説明するための図である。 本発明の電子銃制御装置の第１の構成例を説明するための図である。 従来の電子銃制御装置の概略構成及び電圧状態を説明するための図である。 加速電圧の変動と電子ビームの照射位置の関係を説明するための図である。

符号の説明

１…電子銃制御装置、２…加速電圧源、３…放電電流制限抵抗、４…フィラメント電流制御回路、５…偏向回路、６…電子銃、７…フィラメント、８…電子ビーム、９…偏向器、１０…電圧補正回路、１１…エミッション電流／電圧変換回路、１２…エミッション電流、２０…被検体。

Claims (5)

1. 電子銃に印加する加速電圧を制御する電子銃制御において、
   加速電圧源が出力する加速電圧により生成されるエミッション電流を放電電流制限抵抗により電流制限するとともに、当該放電電流制限抵抗による電圧降下分を補正し、
   前記電子銃に印加する加速電圧をエミッション電流の変化に因らず一定とすることを特徴とする、電子銃の加速電圧補正方法。
2. 電子銃に印加する加速電圧を制御する電子銃制御装置において、
   エミッション電流の電流制限を行うために加速電圧源に接続する放電電流制限抵抗と、
   前記放電電流制限抵抗による電圧降下分を補正する電圧補正回路を備え、
   前記電圧補正回路は、電子銃に印加する加速電圧をエミッション電流の変化に因らず一定に保持することを特徴とする、電子銃制御装置。
3. 電子銃に印加する加速電圧を制御する電子銃制御装置において、
   エミッション電流の電流制限を行うために加速電圧源に接続する放電電流制限抵抗と、
   前記電流制限されたエミッション電流を電圧に変換するエミッション電流／電圧変換回路と、
   前記変換された電圧について前記放電電流制限抵抗による電圧降下分を補正する電圧補正回路と、
   前記電圧補正により得られた電圧を基準電圧としてフィラメント電流を制御するフィラメント電流制御回路とを備え、
   前記電圧補正回路は、電子銃に印加する加速電圧をエミッション電流の変化に因らず一定に保持することを特徴とする、電子銃制御装置。
4. 前記電圧補正回路の増幅度は、前記エミッション電流／電圧変換回路の増幅度との積が１となるように設定することを特徴とする、請求項３に記載の電子銃制御装置。
5. 前記エミッション電流／電圧変換回路及び前記電圧補正回路を反転増幅器で構成し、
   前記エミッション電流／電圧変換回路の入力抵抗を放電電流制限抵抗とし、
   前記電圧補正回路の帰還抵抗と入力抵抗との比（入力抵抗／帰還抵抗）が、エミッション電流／電圧変換回路の放電電流制限抵抗と帰還抵抗との比（帰還抵抗／放電電流制限抵抗）と一致するように、電圧補正回路の帰還抵抗と入力抵抗を定めることを特徴とする、請求項４に記載の電子銃制御装置。
   

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