JPH01120745A - 熱電界放射型陰極用電源装置 - 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、熱電界放射型陰極用電源装置に関し、更に詳
しくは信頼性を向上させた熱電界放射型陰極用電源装置
に関する。

［従来の技術］ 走査型電子顕微！７１（ＳＥＭ）や電子ビーム描画装置
等に用いられる電子銃としては、熱電界放射型陰極が用
いられることが多い。第２図は熱雷Ｗ放射型陰極の構成
例を示す図である。フィラメント用電源Ｖｐから供給さ
机る電流１１は、フィラメント１を流れ、フィラメント
を加熱する。加熱されたフィラメント１からは、熱電子
が放射される。放射された熱電子は抑制電極３によって
戻されるため、ビームＢｉに加算されない。ところが、
フィラメント１の先端１ａは抑制電極３の下端より僅か
引出し電極２側に突出している。それ故、引出し電極印
加用電源Ｖε×Ｔから引出し電極２に印加される電圧に
より突出した微小部分から電界放射が生じビームＢｉ　
となって出射される。

ビームＢｉが出射すると、回路には図に小寸ようなエミ
ッション電流１２が流れる。このエミッション電流１２
が流れすぎると、フィラメント１が焼切れる等の障害が
発生する。図中のＶｓｕｐは抑制電極印加用電源である
。

この種の熱電界放射型陰極では、電界放射電子の放射量
を増加させるために、フィラメント１を構成するタング
ステン単結晶の表面にＺｒＯ（Ｍ化ジルコニウム）を拡
散することが行われる。第２図の斜線領域が、このＺｒ
Ｏ塗付部を示している。ＺｒＯを塗付したタングステン
単結晶（１００）面の仕事関数は著しく低下し、先端の
狭い領域１ａ（エミッタという）は電子放射密度が高く
なり、良好な電子ｔｌｉ剣が行われる。

［発明が解決しようとする問題点１ １）η述したように、フィラメントの構成主体であるタ
ングステン単結晶の表面にＺｒＯを拡散することは、電
子の放射効率を上げるのに効果がある。

従って、熱電界放射モード動作が正常に行われるために
は、陰極先端の形状が変化しないようにすること及び拡
散されたＺｒｏが最良の状態に保持されていることが必
要である。しかしながら、何らかの原因によりエミッシ
ョン電流が増大すると、ＺｒＯが蒸発して電子の放射効
率が急減する。

本発明はこのような貞に鑑みてなされたものであって、
その目的は常に安定した電子を放射することができる信
頼性を向上させた熱電界ｔＪＲ１Ｏ１ｌＪ型陰極用電源
装型金極用電源装置にある。

［問題点を解決するための手段］ 前記した問題点を解決する本発明は、熱電界放射型陰極
に印加する各種電圧を発生させる高圧側直流電圧供給源
と、該高圧側直流電圧供給源より供給される直流電圧の
立上りよりも遅れてフィシメン１〜電圧が立上るように
タイマ回路を設けたフィラメント電源ｉ源部と、エミッ
ション電流が許容値を越えたことを検出して前記高圧側
直流電圧供給源及びフィラメント電源部の出力を遮断す
る遮断信号を出力するエミッション電流検出回路と、外
部信号を受けて高圧側直流電圧供給源及びフィラメント
電源部を復帰させる復帰回路とにより構成されたことを
特徴とづ゛る。

［作用１ 高圧直流電圧源よりもフィラメント電源を遅れて立上が
らせると共に、エミッション電流が許容値を越えたら熱
雷開放ｅＡ型陰極に供給される電源を遮ｆ！Ｉ′ｉする
。

［実施例１ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

本発明は、図に示Ｊように熱電Ｗ成用型陰極を動作させ
るための電源に関す−るものである。先ず、電子ビーム
装ｕ側の構成について説明する。加速電圧源ＶＡ　ｃ　
ｃにより高電位にあるフィラメント１には、端子ａ、ｂ
から電圧が印加される。これにより該フィラメント１は
発熱し、熱電子を放射する。放射された電子は抑制電極
３により戻されるが、フィラメント１の先端微小部分か
らは、引出し電極２から与えられる引出し電位により放
射電子が外に引出される（電界放射作用）。このように
して放射された電子ビームＢ１は、陽極４、ブランキン
グ電極５、アライメント電極６を経て対物レンズ７によ
り収束を受けた後、材料８に照射される。ここで、対物
レンズ７の内部には偏向器９が配冒されており、電子ビ
ーム３ｉを２次元方向に偏向する。そして、ブランキン
グ７ｒｉＫ８５による電子ビームＢｉのオン／オフと偏
向器９によるビーム偏向により、材料８上には所定のパ
ターンが描かれることになる。

１０は、熱電界放射型陰極に印加する各種電圧を発生さ
せる高圧側直流電圧供給源、２０は該高圧側直流電圧供
給源１０より供給される直流電圧の立上がりよりも遅れ
てフィラメント電圧が゛立上がるようにタイマ回路を設
けたフィラメント電源部、３０はエミッション電流が許
容値を越えたことを検出して前記高圧側直流電圧供給源
１０及びフィラメント電源部２０の出力を遮断する′ａ
断信号を発生するエミッション電流検出回路である。

このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の
とおりである。

先ず、高圧側直流電圧供給源１０部について説明する。

発娠器（Ｏ２０）１１の出力×と可変抵抗ＶＲ１の分圧
出力Ｙは、乗埠器１２に与えられる。東算器１５はこれ
ら入力×（交流）、Ｙ（直流）の乗鋒を行う。従って、
結果は交流となる。

乗算器１２の出力ＸＹはアンプ１３に入り、該アンプ１
３は入力に応じて昇圧トランスＴ１の１次側を駆動する
。これによりトランスＴ１の２次側には交流信号が伝わ
り、この交流信号は続く整流平滑回路１４に入る。該整
流平滑回路１４は、交流信号を整流平滑して図に示すよ
うな多くの直流電圧を発生させる。発生する電圧として
は、高圧側に与える±２４Ｖ（１−ＩＮ、エミッション
電流検出回路（後述）用の電圧、抑ｔｌｌ電穫３に印加
する電圧Ｖｓ　　　引出し電極２に印加する電圧１／ｌ
’１ ＶＥＸＴ、ＶＣＬＬ及びフィラメント電流検出回路（後
述）用の電圧等である。

次にフィラメント電源部２０について説明する。

可変抵抗ＶＲ２で設定されたフィラメント電流設定値は
、アンプ２１に入って増幅される。このアンプ２１の出
力は、可変抵抗ＶＲ３によって分圧された模、乗０３２
２にＹ入力として入る。一方、発振器２３からの出力は
Ｘ入力として乗算器２２に入る。該乗算器２２は、これ
らＸ、Ｙ多入力を受けて乗ｎを行い、その結果×Ｙを出
力する。乗σ器２２の出力（交流）は、アンプ２４によ
って増幅されＩＣ後、トランスＴ２の１次側を駆動する
。

この結果、トランスＴ２の２次側には交流が発生する。

この交流は、整流回路２５により直流に直された後、続
く平滑回路２６により滑らかな直流にされる。この直流
は前記フィラメント１の端子ａ、ｂに接続され、フィラ
メント用の電力を供給する。

ところで、平滑回路２６の出力側に直列に、フィラメン
ト電流検出用の抵抗Ｒ１が接続されている。抵抗Ｒ１の
両端に発生した電圧（フィラメント電流に対応している
）は、フィラメント電流検出回路２７により検出され、
該検出された電流に応じた信号電圧が前記アンプ２１に
印加される。

従って、アンプ２１は可変抵抗Ｒ２により設定した電圧
とフィラメント電流検出回路２７の出力との差分を増幅
する。最終的には、両者が一致した時点でこのフィード
バックループは安定する。

一方、アンプ２１の入力ラインと接地間には、リレーＲ
Ｙ１が接続されている。そして、このリレーＲＹＩはタ
イマ回路２８により制御される。

つまり、このリレー接点は無通電状態ではオンになって
おり、装置の電源が入った後、所定時間経過してからタ
イマ回路２８から与えられる信号により、その接点がオ
フになるように構成されている。従って、電源がオンに
なった後しばらくは、アンプ２１の入力は強制的にＯに
なっている。この間は、当然に平滑回路２６の出力はＯ
であり、従ってフィラメント１には電力は供給されない
。

所定時間経過した後、タイマ回路２８はリレーＲＹ１の
接点をオフにする。この後は、前述した動作により平滑
回路２６からフィラメント１に電力が供給される。

このように、タイマ回路２８を設けて、フィラメント電
源のみその立上がりを遅らせるのは、以下の理由による
。若し、高圧側直流電圧供給源１０がフィラメント電源
部よりも遅れて立上がったものとする。フィラメント１
には、フィラメント電源部２０より電力が供給され、フ
ィラメント１には電流が流れる。ところが、フィラメン
ト電流検出回路２７にはまだ電力が供給されていないの
で、抵抗Ｒ１には電位差が生じているにも拘らず、フィ
ラメント電源部２０のネガティブフィードバック回路は
フィラメント１には電流が流れていないものと判断する
。この結果、！滑回路２６の出力電圧はますます増大す
るので、フィラメント１には更に大きな電流が流れるこ
ととなり、ついには熱電界放射型陰極を破壊してしまう
。そこで、フィラメント電源部２０を高圧側直流電圧供
給源１０よりも遅れて立上がるようにして、安全性と信
頼性を高めたものである。

次に、エミッション電流検出回路３０について説明する
。熱電界放射型陰極から電子ビームが放射されると、フ
ィラメント１と接地間にエミッション電流が流れる。こ
の結果、フィラメント１と接地間に接続された電流検出
用の抵抗Ｒ２にはエミッション電流に応じた電圧が発生
する。この電圧は、アンプ３１に入って増幅された後、
アンプ３２に入る。該アンプ３２には又、可変抵抗ＶＲ
３によって設定されるエミッション電流の目標値が入力
されている。アンプ３２は、エミッション電流目標６０
と実際の測定値との差分を増幅する。そして、この差分
がある値を越えた時にトランジスタＴＲをオンにする。

該トランジスタＴＲがオンになると、このトランジスタ
ＴＲのエミッタに負荷として接続されているリレーＲＹ
２をオンにする。

リレーＲＹ２がオンになるとその接点ｒ１がオンになる
。接点ｒ１がオンになると、該接点ｒ１と直列に接続さ
れるリレーＲＹ３がオンになる。

リレーＲＹ３がオンになると、その接点ｒ２もオンにな
る。接点ｒ２がオンになると、該接点と直列に接続され
ているリレーＲＹ４がオンになる。

該リレーＲＹ４がオンになると、その接点ｒ３゜ｒ４．
ｒ５がオンになる。接点ｒ４は高圧側直流供給源１０の
乗算器１２の出力ラインを接地する。

この結末、トランスＴ１の１次側には電圧が印加されず
、その２次側出力もＯになる。この結果、熱電界放射型
陰極には、高圧が印加されない。−方、接点ｒ５はフィ
ラメント電源部２０の乗算器２２の出力ラインを接地し
てＯにする。従って、トランスＴ２もＴ１と同様作動せ
ず、フィラメント１にはパワーが供給されない。このよ
うにして、エミッション電流が過大になった場合に電流
の供給を遮断するので、熱電界放射型陰極のＺｒＯの蒸
発等を防ぐことができる。なお、ここで説明したリレー
回路には、低圧側直流電圧供給１１ｉ４０から電力が供
給される。

ここで、リレーＲＹ４は−たんオンになるとそのオン状
態を自己保持するので他のリレーＲＹ２、ＲＹ３がオフ
になってもオフにならない。従って、そのまま熱電界放
射型陰極が保護状態を保ち続けることになる。このよう
にして、熱電界放射型陰極の保護状態になると、そのま
までは電子ビーム装置は始動しない。そこで、電源装置
を再始動してやる必要がある。具体的には、電源部の再
始動は接点ｒ３と直列に接続されたリセットスイッチＳ
を押すことにより行う。リセット（ＲＥＳＥＴ＞スイッ
チＳを押すと、リレーＲＹ４に励磁していた回路が断た
れ、リレーＲＹ４の接点ｒ３〜ｒ５もオフになる。この
結果、高圧側直流電圧供給源１０のアンプ１３には乗算
器１２の出力がそのまま印加されることとなり、整流平
滑回路１４からは熱電界放射型陰極に与える高圧が出力
される。

また、フィラメント電源部２０の平滑回路２６からはフ
ィラメント１に電力が供給される。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば高圧直流電
源よりもフィラメント電源を避れて立上がら拷ると共に
、エミッション電流が許容値を越えたら熱電界放射型陰
極に供給される電源を遮断することにより熱電界放射型
陰極のフィラメント部に拡散されたＺｒＯの蒸発等を防
ぐことができる。従って、本発明によれば常に安定した
電子を放射することができ、信頼性を向上させた熱電界
ｔＪＩＩＩ）１　’Ｊ！陰極用電源装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、、第２図は熱
電界放射型陰極の構成例を示す図である。 １・・・フィラメント　　　２・・・引出し電極３・・
・抑制７Ｆ２極　　　　　４・・・陽極５・・・ブラン
キング電極　６・・・アライメントｍ　＋Ｎ７・・・対
物レンズ　　　　８・・・材料９・・・偏向器 １０・・・高圧側直流電圧供給源 １１．２３・・・発振器　　１２．２２・・・乗算器１
３．２１．２４，３１．３２・・・アンプ１４・・・整
流平滑回路 ２０・・・フィラメント電源部 ２５・・・整流回路　　　　２６・・・平滑回路２７・
・・フィラメント電流検出回路 ３０・・・エミッション電流検出回路 Ｔ１．Ｔ２・・・トランス ＲＹＩ〜ＲＹ４・・・リレー 特許出願人　　日　　本　　電　　子　　株　　式　　
会　　社代　　理　　人　　　　弁　　理　　士　　　
　井　　島　　藤　　治外１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　熱電界放射型陰極に印加する各種電圧を発生させる高
   圧側直流電圧供給源と、該高圧側直流電圧供給源より供
   給される直流電圧の立上りよりも遅れてフィラメント電
   圧が立上るようにタイマ回路を設けたフィラメント電源
   部と、エミッション電流が許容値を越えたことを検出し
   て前記高圧側直流電圧供給源及びフィラメント電源部の
   出力を遮断する遮断信号を出力するエミッション電流検
   出回路と、外部信号を受けて高圧側直流電圧供給源及び
   フィラメント電源部を復帰させる復帰回路とにより構成
   されてなる熱電界放射型陰極用電源装置。