JPH0574395A - 電子源システム及びその制御法 - Google Patents

電子源システム及びその制御法

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JPH0574395A
JPH0574395A JP3237828A JP23782891A JPH0574395A JP H0574395 A JPH0574395 A JP H0574395A JP 3237828 A JP3237828 A JP 3237828A JP 23782891 A JP23782891 A JP 23782891A JP H0574395 A JPH0574395 A JP H0574395A
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JP
Japan
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cathode
electron
power supply
heater
feedback signal
Prior art date
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JP3237828A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Sakai
克彦 酒井
Katsunobu Abe
勝信 安部
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】カソード101は、カソードのヒータ電源10
2によつて加熱され電子引出電源103によって電子1
04を放出する。放出された電子104は、差動アンプ
106で設定値107と比較されて、その出力をヒータ
電源102と電子引出電源103の両方へフィードバッ
ク信号として戻される。これによりヒータ電源102と
電子引出電源103の出力が制御される。素速い変動に
対しては、電子引出電源103が対応し、比較的長い時
間を掛けた変化には、ヒータ電源102も対応する。 【効果】電子エミッション電流の応答性を損なうことな
くカソードのヒータ電流を自動設定でき、カソードを低
温に保ち、カソードの長寿命化,周囲の部品の加熱防
止、さらに、加熱によるカソードと試料との相互汚染の
低減がはかれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空中でカソードを加
熱し熱電子を引き出す電子源及びこの電子源を組み込ん
だシステム、さらにその応用装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置は、特願昭63−261538号及び
特願昭63−239310号の明細書に記載のとうり、エミッシ
ョン電流を制御するためにカソードのヒータ電源にフィ
ードバック信号を返して制御していた。また一方、特願
平2−159738 号の明細書に記載のとうりフィードバック
信号を、電子引出電圧電源に返してエミッション電流を
制御していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のフィー
ドバック信号をカソードのヒータ電源にフィードバック
する場合、カソードに十分な電子引出電界が印加されて
いれば、カソードの温度は、必要十分な温度、つまり必
要なエミッション電流を得るための最低の電流電圧が印
加されている。そのためカソードは、不必要な高温にな
らず、高温のためにカソード寿命を縮めてしまったり、
不必要に周囲部品を加熱してしまうことがない。
【0004】しかし、このカソードのヒータ電流電圧
で、エミッション電流を制御する場合には、カソードが
加熱または放熱し、温度が上下して初めてエミッション
電流が変化するため、エミッション電流の応答性は、カ
ソード及びヒータの熱容量に依存する。そしてこの応答
性は、実際あまりよくなく、msec.オーダーの信号変化
にはほとんど応答しない。
【0005】一方、上記従来技術のフィードバック信号
を電子引出電圧電源へ返した場合、引き出す電子量は印
加される電圧の3/2乗に比例する。すなわち
【0006】
【数1】
【0007】ここで、Ieはエミッション電流、Vは印
加電圧、Aは比例定数である。
【0008】引出電圧印加は速やかに行われるので、エ
ミッション電流の応答性は良い。しかし、カソードは常
に最大エミッション電流を出すのに必要な温度まで上げ
ておかなければならず、高温のためにカソード寿命が低
下する恐れがある。
【0009】またカソード周囲の部品もカソードによっ
て加熱され必要以上の高温になる。周囲の部品が高温に
なると、それらの部品上の物質が蒸発してカソード上に
くっつき、カソードを汚染劣化させ加速度的にカソード
寿命を低下させる恐れがある。カソードを高温に保つと
カソード物質も蒸発する。そのため周囲の部品がカソー
ド物質で汚染され不都合が出る場合もある。カソード
は、出来るだけ低温で使うことが望ましい。
【0010】さらに電子銃の制御において、エミッショ
ンの応答性を重視して電子引出電圧電源にフィードバッ
ク信号を返した場合、カソードのヒータ電流はあらかじ
めマニュアルで設定しておく必要があるが、エミッショ
ン電流の広いダイナミックレンジに対応するためには、
カソードのヒータ電流は大きめに設定する必要がある。
一方カソードの寿命、及び周囲部品やワークの温度上昇
を考慮すると、カソードのヒータ電流は小さく抑えた
い。この必要十分なヒータ電流を決定するにはある程度
のデータの蓄積が必要である。
【0011】本発明の目的は、応答性を損なわずにカソ
ードをより低温に保つようにした電子源システムを提供
することにある。
【0012】さらに、本発明の目的は、カソードをより
低温に保つことによりカソード寿命を延ばしカソード及
びワーク相互の汚染を低減した電子源システム及び電子
源システムの制御法を提供することにある。
【0013】またさらなる本発明の目的は、カソードの
ヒータ電流及び電子引出電圧を最適な値に自動設定する
電子源システム及び電子源システムの制御法を提供する
ことにある。
【0014】本発明の他の目的は、このような電子源シ
ステムをイオン源または、打ち込み室のエレクトロンシ
ャワに応用したイオン打ち込み装置を提供することにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記手段を達成させるた
めに、フィードバック信号をカソードのヒータ電源と電
子引出電圧電源両方へ返すようにした。
【0016】このとき、ヒータ電源と電子引出電圧電源
は同時に変化しても良い。
【0017】またヒータ電源は、電子引出電圧がある一
定値以上になったとき増大し、ある一定値以下になった
とき減少するように回路を構成しても良い。さらにこの
ヒータ電源の制御をソフトウェアによって上記動作をす
るようにしても良い。
【0018】カソードが十分高温になり、電子引出電圧
が最大になったとき必要な最大エミッションが得られる
ことが必要である。
【0019】また、カソードはエミッションを得るのに
最低限の温度以上になっていることが必要である。
【0020】
【作用】初期の立ち上げにおいて、ある所望のエミッシ
ョンを出すため、電子引出電圧はカソードが十分高温に
なるまで、過渡的に最大になる。
【0021】カソードがあったまってくると次第に、電
子引出電圧はある一定値まで低下し、カソード温度もあ
る一定値に落ち着く。
【0022】このとき電子引出電圧は、最大値の6割程
度であることが望ましい。
【0023】電子引出電圧の応答性は、十分に速い。そ
してカソード温度の応答速度は、電子引出電圧の応答速
度よりは低下する。
【0024】したがって速いエミッション電流の設定変
化に対しては、電子引出電圧が素速く変化して対応す
る。このときのカソード温度は、必要かつ十分な温度に
なっている。また長時間使用中に、必要なエミッション
電流のおおよその平均値が増減したらカソードのヒータ
電流も増減し、電子引出電圧の平均値は、常に最大値の
約6割の値になっているよう構成する。
【0025】ヒータ電流は、電子引出電圧と同時に変化
させてもよいし、電子引出電圧にしきい値を設け、ある
値以上になったらヒータ電流も増大し、ある値以下にな
ったらヒータ電流を減少させ、これら2つの値のあいだ
では増減しないように構成しても良い。
【0026】またこのヒータ電源の制御は、上記の動作
をするようにソフトウェアを組みマイコンによって制御
するよう構成しても良い。
【0027】
【実施例】以下、本発明の1実施例を図1ないし図5に
より説明する。
【0028】図1において、カソード101は、カソー
ドのヒータ電源102によって加熱され電子引出電源1
03によって電子104を放出する。放出された電子1
04は、電極105によって捕獲され、差動アンプ10
6で設定値107と比較されて、その出力をヒータ電源
102と電子引出電源103の両方へフィードバック信
号として戻される。図では示していないが、電子の放出
は真空中で行う。放出した電子104の電流値は、真空
度その他のパラメータの変動の影響を受ける。また必要
な電子量によつて設定値107が変化する。この変動等
に対応するためヒータ電源102と電子引出電源103
の出力が制御される。素速い変動に対しては、電子引出
電源103が対応し、比較的長い時間を掛けた変化に
は、ヒータ電源102も対応する。このとき定常状態で
は、電子引出電源103の出力が、定格出力の6割程度
となることが望ましい。それは、電子引出電源103の
出力の高電圧側では、出力電圧に対する電子エミッショ
ン電流のゲインが一般に大きいので、定常時の値を中央
値(最大値の1/2)よりやや高めに設定することによ
り、素速い電子電流の増加,減少に対応するためであ
る。
【0029】図2は図1の差動アンプ106を制御装置
206に置き換えたものである。ここでは、エミッショ
ン電流の変化や、設定値203の変化に対してダイレク
トに電子引出電源103にフィードバック信号を伝える
ように構成する。そして、その電圧出力を取り込み電圧
があらかじめ設定した値以上になったら、カソードのヒ
ータ電流を増加するようにヒータ電源102に信号を送
り、また電子引出電圧がある一定値以下になったらヒー
タ電流を減少するようにヒータ電源102に信号を送る
ようにしたものである。この制御は、マイコンを用いた
ソフトウェアによる制御で行なってもかまわない。
【0030】図3は、図1,図2の電子源の応用装置の
一例の本人出願の特願平2−159738号の明細に記
載されているごときの従来のイオン打ち込み装置であ
る。
【0031】図3においてイオン源301から放出加速
されたイオンビーム302は、質量分離磁石303の質
量分析管304にて質量分離される。質量分離されたイ
オンのうち必要なイオンが質量分離スリット305にて
選択され、打ち込み室306の試料307に打ち込まれ
る。
【0032】図4は、図3のイオン源の詳細を示したも
のである。このイオン源は、いわゆるフリーマンタイプ
のイオン源に本発明を適用した一実施例である。
【0033】このイオン源では、カソード401から電
子を放出し、ガス導入管408から導入したガスをイオ
ン化することにより、イオンビーム409を放出する。
【0034】電子の制御方法は、図1ないし図2に示し
た原理方法と同じである。
【0035】この場合電子をたくさん放出するとより多
くのイオンビーム409が得られる。したがって、ある
所望のイオン電流を安定に得るために電子量が制御され
る。イオンビームに対応する信号は他の制御装置410
より送られて来る。従って、イオンビーム電流が設定値
よりも低下すると電子をより多く出すよう制御装置40
6が働き、その逆も同様に電子電流を低減させるように
働く。
【0036】図5は、図3の打ち込み室306内の試料
(またはワーク)307の帯電防止用のエレクトロンシ
ャワに本発明を適用した1実施例である。
【0037】カソード501を放出して試料511の帯
電を防止する。制御の一例として試料511に入るイオ
ンビーム509による正の電流と電子504にの負の電
流の和、すなわちターゲット電流を電流測定器510で
測定し、その値が一定になるように制御する。イオンビ
ームが変動するとそれに対応して、ターゲット電流変動
する。この電流値は測定器510で測定され電子源制御
装置506に信号として送られる。これ以後の電子の制
御は、図1ないし図2に示したものと同じである。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、電子エミッション電流
の応答性を損なうことなくカソードのヒータ電流を必要
十分の値に自動設定できるので、ヒータ電流の設定にわ
ずらわされることがない。そして、不必要にヒータ電流
をあげてカソードの寿命を低下させたり、周囲の部品を
必要以上に加熱させたりすることがない。
【0039】さらに、加熱によるカソードと試料との相
互汚染も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例でカソードのヒータ電源と電
子引出電源とに同時にフィードバック信号を戻した場合
の例を示す図である。
【図2】図1の差動アンプを制御装置に置き換えた図で
ある。
【図3】従来のイオン打ち込み装置を示す図である。
【図4】図3のイオン源の詳細を示した図である。
【図5】図3の打ち込み室内の試料(またはワーク)の
帯電防止用のエレクトロンシャワに本発明を適用した1
実施例を示す図である。
【符号の説明】
101,201,401,501…カソード、102,
202,402,502…カソードのヒータ電源、10
3,203,403,503…電子引出電源、104,
204,404,504…電子、105,205…電
極、405…アークチャンバ、106…差動アンプ、2
06,406,506…制御装置、107,207…設
定値、301…イオン源、302,409…イオンビー
ム、303…質量分離磁石、304…質量分析管、30
5…質量分離スリット、306…打ち込み室、307…
試料、410,510…他の制御装置、505…打ち込
み室チャンバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/265

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空中でカソードを加熱し熱電子を引き出
    す電子源において、エミッション電流を制御するために
    カソードのヒータ電源と電子引出電圧電源の両方へフィ
    ードバック信号を返すようにしたことを特徴とする電子
    源システム。
  2. 【請求項2】真空中でカソードを加熱し熱電子を引き出
    す電子源において、エミッション電流を制御するために
    カソードのヒータ電源と電子引出電圧電源の両方へ同時
    にフィードバック信号を返すようにしたことを特徴とす
    る電子源システム。
  3. 【請求項3】フィードバック信号を電子引出電圧電源に
    返し、フィードバック信号により電子引出電圧があらか
    じめ決定しておいた値V1 より大きくなったとき、カソ
    ードのヒータ電流を増加させる機能を持った回路と、フ
    ィードバック信号により電子引出電圧があらかじめ決定
    しておいた値V2 より小さくなったとき、カソードのヒ
    ータ電流を減少させる機能を持った回路とを備えたこと
    を特徴とする電子源システム。
  4. 【請求項4】フィードバック信号を電子引出電圧電源に
    返し、フィードバック信号により電子引出電圧があらか
    じめ決定しておいた値V1 より大きくなったとき、カソ
    ードのヒータ電流を増加させる機能と、フィードバック
    信号により電子引出電圧があらかじめ決定しておいた値
    2 より小さくなったとき、カソードのヒータ電流を減
    少させる機能とを持ったソフトウェアによりマイコンが
    カソードのヒータ電源を制御することを特徴とする電子
    源システム。
  5. 【請求項5】請求項1ないし4のいずれか1項に記載の
    真空中でカソードを加熱し熱電子を引き出す電子源にお
    いて、カソードのヒータ電流に下限値を設けたことを特
    徴とする電子源システム。
  6. 【請求項6】請求項1ないし5のいずれか1項に記載の
    電子源システムを用いたことを特徴とするイオン源。
  7. 【請求項7】請求項1ないし5のいずれか1項に記載の
    電子源システムを用いたことを特徴とするエレクトロン
    シャワ。
  8. 【請求項8】請求項6のイオン源を用いたことを特徴と
    するイオン打ち込み装置。
  9. 【請求項9】請求項7のエレクトロンシャワを用いたこ
    とを特徴とするイオン打ち込み装置。
  10. 【請求項10】真空中でカソードを加熱し熱電子を引き
    出す電子引出制御方法において、エミッション電流を制
    御するためにカソードのヒータ電源と電子引出電圧電源
    の両方へフィードバック信号を返すようにしたことを特
    徴とする電子源システムの制御方法。
  11. 【請求項11】真空中でカソードを加熱し熱電子を引き
    出す電子引出制御方法において、エミッション電流を制
    御するためにカソードのヒータ電源と電子引出電圧電源
    の両方へ同時にフィードバック信号を返すようにしたこ
    とを特徴とする電子源システムの制御方法。
  12. 【請求項12】フィードバック信号を電子引出電圧電源
    に返し、フィードバック信号により電子引出電圧があら
    かじめ決定しておいた値V1 より大きくなったとき、カ
    ソードのヒータ電流を増加させ、フィードバック信号に
    より電子引出電圧があらかじめ決定しておいた値V2
    り小さくなったとき、カソードのヒータ電流を減少させ
    ることを特徴とする電子源システムの制御方法。
  13. 【請求項13】請求項10ないし12のいずれか1項に
    記載の真空中でカソードを加熱し熱電子を引き出す電子
    引出制御方法において、カソードのヒータ電流に下限値
    を設けたことを特徴とする電子源システムの制御方法。
JP3237828A 1991-09-18 1991-09-18 電子源システム及びその制御法 Pending JPH0574395A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013034258A1 (de) * 2011-09-08 2013-03-14 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Plasmaquelle
JP2019501284A (ja) * 2015-11-17 2019-01-17 ア−カム アーベー 電子ビーム源及び電子ビームのための方法

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