JPH11250845A - 電子線源 - Google Patents
電子線源Info
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- JPH11250845A JPH11250845A JP10061982A JP6198298A JPH11250845A JP H11250845 A JPH11250845 A JP H11250845A JP 10061982 A JP10061982 A JP 10061982A JP 6198298 A JP6198298 A JP 6198298A JP H11250845 A JPH11250845 A JP H11250845A
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Links
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 陰極の寿命や電子線源の輝度を直接指定でき
るようにして、操作性を向上させた電子線源を提供す
る。 【解決手段】 陰極１と、陰極加熱電源２と、ウエーネ
ルト６と、陽極７と、陰極加熱電源２にバイアス切換装
置３を介して接続した高圧電源４と、陰極加熱電源２と
バイアス切換装置３と高圧電源４とを制御する操作表示
部・制御部９とを備えた電子線源において、前記操作表
示部・制御部９は、陰極寿命の指定部と輝度指定部とを
備え、前記各指定部による寿命又は輝度の指定値に基づ
いて、前記陰極加熱電源２及びバイアス切換装置３を制
御して、陰極の加熱電源２の加熱量及びエミッション電
流を設定するように構成する。
るようにして、操作性を向上させた電子線源を提供す
る。 【解決手段】 陰極１と、陰極加熱電源２と、ウエーネ
ルト６と、陽極７と、陰極加熱電源２にバイアス切換装
置３を介して接続した高圧電源４と、陰極加熱電源２と
バイアス切換装置３と高圧電源４とを制御する操作表示
部・制御部９とを備えた電子線源において、前記操作表
示部・制御部９は、陰極寿命の指定部と輝度指定部とを
備え、前記各指定部による寿命又は輝度の指定値に基づ
いて、前記陰極加熱電源２及びバイアス切換装置３を制
御して、陰極の加熱電源２の加熱量及びエミッション電
流を設定するように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電子顕微鏡など
に用いる電子線源に関し、特に電子線源の電子光学的輝
度や陰極の寿命等を直接指定できるようにした電子線源
に関する。
に用いる電子線源に関し、特に電子線源の電子光学的輝
度や陰極の寿命等を直接指定できるようにした電子線源
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子顕微鏡等の電子線源には様々なタイ
プのものがあるが、安定した電子線電流を得るため、金
属の熱電子放出を利用した陰極が広く用いられている。
ところで、金属の熱電子放出を利用する従来の電子線源
においては、線源の電子光学的な輝度βや陰極（カソー
ド）の寿命τなどを、操作表示部に数値的にあるいは視
覚的に直接指定する機能を備えていない。したがって、
例えば、線源の輝度βを変更する場合には、陰極先端と
ウエーネルト（グリッド）との距離を手動で変えるか、
又は陰極とウエーネルト間の電圧（バイアス電圧）の設
定を手動で変えることによって、試行錯誤的にエミッシ
ョン電流を変え、このエミッション電流の大きさから線
源の輝度βの大小を経験的に決めている。また、陰極の
寿命に関しては、陰極の加熱量を示す加熱量設定つまみ
の位置やコード番号の値、あるいは陰極電流の大小関係
を読み取ることによって、陰極寿命の長短を経験的に決
めている。
プのものがあるが、安定した電子線電流を得るため、金
属の熱電子放出を利用した陰極が広く用いられている。
ところで、金属の熱電子放出を利用する従来の電子線源
においては、線源の電子光学的な輝度βや陰極（カソー
ド）の寿命τなどを、操作表示部に数値的にあるいは視
覚的に直接指定する機能を備えていない。したがって、
例えば、線源の輝度βを変更する場合には、陰極先端と
ウエーネルト（グリッド）との距離を手動で変えるか、
又は陰極とウエーネルト間の電圧（バイアス電圧）の設
定を手動で変えることによって、試行錯誤的にエミッシ
ョン電流を変え、このエミッション電流の大きさから線
源の輝度βの大小を経験的に決めている。また、陰極の
寿命に関しては、陰極の加熱量を示す加熱量設定つまみ
の位置やコード番号の値、あるいは陰極電流の大小関係
を読み取ることによって、陰極寿命の長短を経験的に決
めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子線源におい
ては、上記のように電子線源の輝度βや、陰極の寿命τ
等を、操作表示部において数値的あるいは視覚的に直接
指定することができないため、電子線源の他のファクタ
の数値や条件に基づいて、これらの輝度βや寿命τを経
験的に類推するしかなく、これらの輝度βや寿命τを他
のファクタの数値や条件に基づいて類推する場合でも、
定量的な情報が直接的に操作表示部に示されないため、
これらの輝度βや寿命τの大小関係を直接的に確認する
ことができないという問題があった。このように、オペ
レータにとって重要な数値が間接的にしか類推できない
ということは、オペレータにとって電子線源の操作運用
を困難ならしめている。
ては、上記のように電子線源の輝度βや、陰極の寿命τ
等を、操作表示部において数値的あるいは視覚的に直接
指定することができないため、電子線源の他のファクタ
の数値や条件に基づいて、これらの輝度βや寿命τを経
験的に類推するしかなく、これらの輝度βや寿命τを他
のファクタの数値や条件に基づいて類推する場合でも、
定量的な情報が直接的に操作表示部に示されないため、
これらの輝度βや寿命τの大小関係を直接的に確認する
ことができないという問題があった。このように、オペ
レータにとって重要な数値が間接的にしか類推できない
ということは、オペレータにとって電子線源の操作運用
を困難ならしめている。
【０００４】本発明は、従来の電子線源における上記問
題点を解消するためになされたもので、電子線源の輝度
あるいは陰極の寿命を直接指定することができ、操作性
を向上させた電子線源を提供することを目的とする。
題点を解消するためになされたもので、電子線源の輝度
あるいは陰極の寿命を直接指定することができ、操作性
を向上させた電子線源を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、陰極と、陰極加熱装置と、前記陰極から
の熱電子放出を制御するバイアス電圧を印加する電極
と、陽極とを備えた電子線源において、予め設定された
加速電圧のもとで、陰極の寿命を指定する手段又は電子
線源の電子光学的輝度を指定する手段と、前記陰極寿命
指定手段又は電子光学的輝度指定手段の指定値に基づい
て前記陰極加熱装置の加熱量を設定制御する手段とを備
えていることを特徴とするものである。
め、本発明は、陰極と、陰極加熱装置と、前記陰極から
の熱電子放出を制御するバイアス電圧を印加する電極
と、陽極とを備えた電子線源において、予め設定された
加速電圧のもとで、陰極の寿命を指定する手段又は電子
線源の電子光学的輝度を指定する手段と、前記陰極寿命
指定手段又は電子光学的輝度指定手段の指定値に基づい
て前記陰極加熱装置の加熱量を設定制御する手段とを備
えていることを特徴とするものである。
【０００６】このように、陰極の寿命を指定する手段又
は電子線源の電子光学的輝度を指定する手段と、陰極寿
命指定手段又は輝度指定手段の指定値に基づいて陰極加
熱装置の加熱量を設定制御する手段とを備えているの
で、陰極の寿命を直接指定するか又は電子線源の輝度を
直接設定して陰極加熱を制御することができ、操作性を
向上させた電子線源を実現することができる。
は電子線源の電子光学的輝度を指定する手段と、陰極寿
命指定手段又は輝度指定手段の指定値に基づいて陰極加
熱装置の加熱量を設定制御する手段とを備えているの
で、陰極の寿命を直接指定するか又は電子線源の輝度を
直接設定して陰極加熱を制御することができ、操作性を
向上させた電子線源を実現することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る電子線源の実施の形態を示す
概略構成図である。図１において、１は陰極で、該陰極
１は陰極加熱電源２によって加熱されるようになってお
り、この陰極加熱電源２には陰極加熱電流をモニタする
装置が含まれている。また、陰極１に電位（−Ｖa ）を
供給するため、陰極加熱電源２はバイアス切換装置３を
介して高圧電源４に接続されている。そして、高圧電源
４と陰極加熱電源２との間には帰還抵抗５が接続されて
おり、エミッション電流Ｉe が変化しても陰極１の電位
（加速電圧Ｖa に対応）が一定に保たれるようになって
いる。６はウエーネルトで、陰極１からの熱電子放出を
制御するバイアス電圧（−Ｖg ）が印加されている。７
は陽極で接地されており、陽極７と陰極１との間の電位
差が加速電圧Ｖa になる。また、高圧電源４には陰極１
から放出されるエミッション電流Ｉe を検出するための
エミッション電流検出器８が接続されている。なお、図
１において、ＩL はバイアス切換装置３を流れる電流、
ＩO は帰還抵抗５を流れる電流である。
る。図１は、本発明に係る電子線源の実施の形態を示す
概略構成図である。図１において、１は陰極で、該陰極
１は陰極加熱電源２によって加熱されるようになってお
り、この陰極加熱電源２には陰極加熱電流をモニタする
装置が含まれている。また、陰極１に電位（−Ｖa ）を
供給するため、陰極加熱電源２はバイアス切換装置３を
介して高圧電源４に接続されている。そして、高圧電源
４と陰極加熱電源２との間には帰還抵抗５が接続されて
おり、エミッション電流Ｉe が変化しても陰極１の電位
（加速電圧Ｖa に対応）が一定に保たれるようになって
いる。６はウエーネルトで、陰極１からの熱電子放出を
制御するバイアス電圧（−Ｖg ）が印加されている。７
は陽極で接地されており、陽極７と陰極１との間の電位
差が加速電圧Ｖa になる。また、高圧電源４には陰極１
から放出されるエミッション電流Ｉe を検出するための
エミッション電流検出器８が接続されている。なお、図
１において、ＩL はバイアス切換装置３を流れる電流、
ＩO は帰還抵抗５を流れる電流である。
【０００８】９は操作表示部・制御部で、コンピュータ
制御装置又はこれに相当する機能を含むもので、該操作
表示部・制御部９は信号線10を介して陰極加熱電源２，
バイアス切換装置３，高圧電源４に接続されており、電
子線の加速電圧Ｖa の指定部や、電子線源の輝度β及び
陰極の寿命τの指定部、並びにこれらの表示部、更には
これらの指定に基づく陰極加熱電流の設定制御、バイア
ス切換装置の切り換え制御、陰極加熱電流のモニタ信号
の読み込み、エミッション電流の読み込み等の動作を行
うようになっている。
制御装置又はこれに相当する機能を含むもので、該操作
表示部・制御部９は信号線10を介して陰極加熱電源２，
バイアス切換装置３，高圧電源４に接続されており、電
子線の加速電圧Ｖa の指定部や、電子線源の輝度β及び
陰極の寿命τの指定部、並びにこれらの表示部、更には
これらの指定に基づく陰極加熱電流の設定制御、バイア
ス切換装置の切り換え制御、陰極加熱電流のモニタ信号
の読み込み、エミッション電流の読み込み等の動作を行
うようになっている。
【０００９】次に、このように構成されている電子線源
における電子線源の輝度β及び陰極の寿命τの指定の原
理について説明する。一般に、金属の熱電子放出を利用
した陰極において、陰極の温度をＴ〔Ｋ〕，陰極の材質
によって決まる仕事関数をφ[eＶ] とすると、熱電子放
出による陰極の電流密度Ｊs[Ａcm-2] は、次式（１）で
示すRichardson−Dushman の公式で与えられる。 Ｊs ＝ＡＴ2 exp （−φ／ｋＴ） ・・・・・・・・・（１） ここで、Ａは常数で、理論値はＡ＝120.4 Ａcm-2Ｋ-2で
あるが、陰極の表面状態によって変化することが知られ
ている。なお、ｋは Boltzmann定数（＝ 8.617×10-5 e
ＶＫ-1）である。
における電子線源の輝度β及び陰極の寿命τの指定の原
理について説明する。一般に、金属の熱電子放出を利用
した陰極において、陰極の温度をＴ〔Ｋ〕，陰極の材質
によって決まる仕事関数をφ[eＶ] とすると、熱電子放
出による陰極の電流密度Ｊs[Ａcm-2] は、次式（１）で
示すRichardson−Dushman の公式で与えられる。 Ｊs ＝ＡＴ2 exp （−φ／ｋＴ） ・・・・・・・・・（１） ここで、Ａは常数で、理論値はＡ＝120.4 Ａcm-2Ｋ-2で
あるが、陰極の表面状態によって変化することが知られ
ている。なお、ｋは Boltzmann定数（＝ 8.617×10-5 e
ＶＫ-1）である。
【００１０】ところで、電子線源の電子光学的な輝度β
〔Ａcm-2sr-1〕は、単位面積・単位立体角内に得られる
ビーム電流Ｉp[Ａ] として定義されている。電子線源の
実質的な光源としての有効半径をｒ[cm]，ビームの開き
各（半頂角）をα[rad] とすると、光源の電流密度は、
Ｊ＝Ｉp ／（πｒ2 ）に相当するため、αが小さい場合
には、次式（２）が与えられる。 β＝Ｊ／（πα2 ） ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
〔Ａcm-2sr-1〕は、単位面積・単位立体角内に得られる
ビーム電流Ｉp[Ａ] として定義されている。電子線源の
実質的な光源としての有効半径をｒ[cm]，ビームの開き
各（半頂角）をα[rad] とすると、光源の電流密度は、
Ｊ＝Ｉp ／（πｒ2 ）に相当するため、αが小さい場合
には、次式（２）が与えられる。 β＝Ｊ／（πα2 ） ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００１１】一方、電子に対する加速電圧をＶa ，電子
の電荷の絶対値をｅ〔Ｃ〕とすると、電子線をレンズ系
を用いて集束しても、得られる最大電流密度Ｊm[Ａc
m-2] は、Langmuirの熱的制限による式で制限されるた
め、αが小さい場合には、次式（３）で表される。 Ｊm ＝Ｊs(１＋eVa/kT)sin2 α≒Ｊs(eVa/kT) α2 ・・・・・・（３） したがって、電子光学的な理論的最大輝度は、次式
（４）で表される。 β＝Ｊm ／πα2 ≒（Ｊs ／π）・（ｅＶａ／ｋＴ） ・・・・・（４）
の電荷の絶対値をｅ〔Ｃ〕とすると、電子線をレンズ系
を用いて集束しても、得られる最大電流密度Ｊm[Ａc
m-2] は、Langmuirの熱的制限による式で制限されるた
め、αが小さい場合には、次式（３）で表される。 Ｊm ＝Ｊs(１＋eVa/kT)sin2 α≒Ｊs(eVa/kT) α2 ・・・・・・（３） したがって、電子光学的な理論的最大輝度は、次式
（４）で表される。 β＝Ｊm ／πα2 ≒（Ｊs ／π）・（ｅＶａ／ｋＴ） ・・・・・（４）
【００１２】したがって、加速電圧Ｖa において、輝度
βの値を指定すれば、（１），（４）式から陰極の温度
Ｔが定まる。すなわち、（１）式を（４）式に代入し、
数値計算により温度Ｔが求められる。例えば、陰極とし
て線径が約 0.1mmのタングステンのヘアピン型のフィラ
メントを用いた場合、φ＝4.4eＶ，Ａ＝ 120Ａcm
-2Ｋ-2，Ｖａ＝25ｋＶと仮定すると、輝度β＝0.86×10
5 及び 3.7×105 〔Ａcm-2sr-1〕に対する陰極の温度Ｔ
は、それぞれ2600及び2800〔Ｋ〕となる。この温度Ｔ
は、陰極加熱電源２に設定された加熱量を示す値Ｆc(例
えば加熱電流Ｉf や加熱電圧Ｖf に相当）によって設定
できる。より正確な加熱を行うには、実際に流れた加熱
電流Ｉf をモニタして所定の加熱量とすればよい。
βの値を指定すれば、（１），（４）式から陰極の温度
Ｔが定まる。すなわち、（１）式を（４）式に代入し、
数値計算により温度Ｔが求められる。例えば、陰極とし
て線径が約 0.1mmのタングステンのヘアピン型のフィラ
メントを用いた場合、φ＝4.4eＶ，Ａ＝ 120Ａcm
-2Ｋ-2，Ｖａ＝25ｋＶと仮定すると、輝度β＝0.86×10
5 及び 3.7×105 〔Ａcm-2sr-1〕に対する陰極の温度Ｔ
は、それぞれ2600及び2800〔Ｋ〕となる。この温度Ｔ
は、陰極加熱電源２に設定された加熱量を示す値Ｆc(例
えば加熱電流Ｉf や加熱電圧Ｖf に相当）によって設定
できる。より正確な加熱を行うには、実際に流れた加熱
電流Ｉf をモニタして所定の加熱量とすればよい。
【００１３】陰極から放出される電子の量（エミッショ
ン電流Ｉe ，すなわち陰極の電流密度Ｊに陰極微小表面
積dsを乗じた積分値∫Ｊds）を決めるファクタには、陰
極の温度Ｔの他に、陰極１の電位（−Ｖa ）とウエーネ
ルト６の電位（−Ｖg ）がある。すなわち、図２に示す
ように、Ｖa を大又はＶg を小とするとエミッション電
流Ｉe が大きくなり、Ｖa を小又はＶg を大とするとエ
ミッション電流Ｉe は小さくなる。また通常は、安定な
エミッション電流Ｉe を得るために、図２に示すよう
に、温度Ｔの変化でエミッション電流Ｉe が大幅に変化
する温度制限領域ではなく、温度Ｔが多少変化してもエ
ミッション電流Ｉe があまり変化しない空間電荷制限領
域で使用される。
ン電流Ｉe ，すなわち陰極の電流密度Ｊに陰極微小表面
積dsを乗じた積分値∫Ｊds）を決めるファクタには、陰
極の温度Ｔの他に、陰極１の電位（−Ｖa ）とウエーネ
ルト６の電位（−Ｖg ）がある。すなわち、図２に示す
ように、Ｖa を大又はＶg を小とするとエミッション電
流Ｉe が大きくなり、Ｖa を小又はＶg を大とするとエ
ミッション電流Ｉe は小さくなる。また通常は、安定な
エミッション電流Ｉe を得るために、図２に示すよう
に、温度Ｔの変化でエミッション電流Ｉe が大幅に変化
する温度制限領域ではなく、温度Ｔが多少変化してもエ
ミッション電流Ｉe があまり変化しない空間電荷制限領
域で使用される。
【００１４】前記陰極加熱電源２に設定された加熱量を
示す値Ｆc 付近に対応する温度Ｔが、陰極の電子放出が
温度制限領域から空間電荷制限領域に移る部分（飽和
点、図２において点線で示す部分）であれば、指定され
た電子線源の輝度βが陰極の加熱し過ぎなしに得られ
る。この表面の各温度Ｔにおける電流密度Ｊs から、陰
極の形状（特に表面積）に応じた、すなわち各電流密度
Ｊs に表面積dsを乗じた積分値∫Ｊs dsより、エミッシ
ョン電流Ｉe が得られる。
示す値Ｆc 付近に対応する温度Ｔが、陰極の電子放出が
温度制限領域から空間電荷制限領域に移る部分（飽和
点、図２において点線で示す部分）であれば、指定され
た電子線源の輝度βが陰極の加熱し過ぎなしに得られ
る。この表面の各温度Ｔにおける電流密度Ｊs から、陰
極の形状（特に表面積）に応じた、すなわち各電流密度
Ｊs に表面積dsを乗じた積分値∫Ｊs dsより、エミッシ
ョン電流Ｉe が得られる。
【００１５】例えば、線径が約 0.1mmのヘアピン型のタ
ングステンフィラメントの場合、Ｔ＝2600及び2800
〔Ｋ〕に対して、それぞれ電流密度Ｊs ＝２及び10〔Ａ
cm-2〕が得られ、これら電流密度に対応して、装置に固
有な値ではあるが、それぞれエミッション電流Ｉe ＝20
及び 100〔μＡ〕が近似的に求められる。したがって、
加速電圧Ｖa と電子線源の輝度βを指定することによ
り、これらの指定値を満たすエミッション電流Ｉe が定
められることになる。
ングステンフィラメントの場合、Ｔ＝2600及び2800
〔Ｋ〕に対して、それぞれ電流密度Ｊs ＝２及び10〔Ａ
cm-2〕が得られ、これら電流密度に対応して、装置に固
有な値ではあるが、それぞれエミッション電流Ｉe ＝20
及び 100〔μＡ〕が近似的に求められる。したがって、
加速電圧Ｖa と電子線源の輝度βを指定することによ
り、これらの指定値を満たすエミッション電流Ｉe が定
められることになる。
【００１６】また、陰極の温度Ｔと陰極の蒸発率Ｒt の
関係や、陰極の蒸発率Ｒt と陰極の寿命τについては、
様々な文献で紹介がなされている。例えば、線径が 0.1
mmのヘアピン型のタングステンフィラメントの場合は、
温度Ｔ＝2600及び2800〔Ｋ〕に対して、それぞれ陰極の
寿命τ＝ 600及び50〔hour〕が近似的に得られる。逆
に、寿命τの値を指定することにより、陰極の蒸発率Ｒ
t と温度Ｔが定まり、この温度Ｔと加速電圧Ｖa から、
陰極の輝度βと電流密度Ｊs が求められ、設定すべきエ
ミッション電流Ｉe が定められる。
関係や、陰極の蒸発率Ｒt と陰極の寿命τについては、
様々な文献で紹介がなされている。例えば、線径が 0.1
mmのヘアピン型のタングステンフィラメントの場合は、
温度Ｔ＝2600及び2800〔Ｋ〕に対して、それぞれ陰極の
寿命τ＝ 600及び50〔hour〕が近似的に得られる。逆
に、寿命τの値を指定することにより、陰極の蒸発率Ｒ
t と温度Ｔが定まり、この温度Ｔと加速電圧Ｖa から、
陰極の輝度βと電流密度Ｊs が求められ、設定すべきエ
ミッション電流Ｉe が定められる。
【００１７】以上、電子線源における輝度β及び陰極の
寿命τの指定の原理について説明したが、次に、図１に
示した実施の形態における電子線源の輝度β及び陰極の
寿命τの具体的な指定動作について説明する。まず、電
子線源の輝度βを指定する場合について説明する。与え
られた加速電圧Ｖa ＝Ｖa1に対し、操作表示部・制御部
９の指定部において電子線源の輝度β＝β1 を数値で
（又は輝度が高、中、低などと感覚的に）指定し表示す
る。この輝度β1 の指定により、操作表示部・制御部９
においては、加速電圧Ｖa1，輝度β1 という条件下で、
陰極加熱電源２による陰極加熱が飽和点から著しく離れ
た加熱にならないように、陰極加熱電流Ｉf1＝Ｉf(Ｖ
a1，β1 ）を、加速電圧Ｖa と輝度βのテーブルＴＡか
ら選び出し、陰極加熱電源２に設定を指令する。
寿命τの指定の原理について説明したが、次に、図１に
示した実施の形態における電子線源の輝度β及び陰極の
寿命τの具体的な指定動作について説明する。まず、電
子線源の輝度βを指定する場合について説明する。与え
られた加速電圧Ｖa ＝Ｖa1に対し、操作表示部・制御部
９の指定部において電子線源の輝度β＝β1 を数値で
（又は輝度が高、中、低などと感覚的に）指定し表示す
る。この輝度β1 の指定により、操作表示部・制御部９
においては、加速電圧Ｖa1，輝度β1 という条件下で、
陰極加熱電源２による陰極加熱が飽和点から著しく離れ
た加熱にならないように、陰極加熱電流Ｉf1＝Ｉf(Ｖ
a1，β1 ）を、加速電圧Ｖa と輝度βのテーブルＴＡか
ら選び出し、陰極加熱電源２に設定を指令する。
【００１８】次に、操作表示部・制御部９において、指
定輝度β1 が得られるエミッション電流Ｉe1＝Ｉe(Ｖ
a1，β1 ）を、加速電圧Ｖa と輝度βのテーブルＴＢか
ら選び出す。そして、この選び出されたエミッション電
流Ｉe1に最も近いエミッション電流が流れるように、バ
イアス切換装置３に対してバイアスの切り換えを指令す
る。図１に示す最も簡単な実施の形態においては、複数
個のバイアス抵抗の中から適切な抵抗値のものを選ぶこ
とにより、所定のバイアスの設定を行う。
定輝度β1 が得られるエミッション電流Ｉe1＝Ｉe(Ｖ
a1，β1 ）を、加速電圧Ｖa と輝度βのテーブルＴＢか
ら選び出す。そして、この選び出されたエミッション電
流Ｉe1に最も近いエミッション電流が流れるように、バ
イアス切換装置３に対してバイアスの切り換えを指令す
る。図１に示す最も簡単な実施の形態においては、複数
個のバイアス抵抗の中から適切な抵抗値のものを選ぶこ
とにより、所定のバイアスの設定を行う。
【００１９】実際のエミッション電流Ｉesは、エミッシ
ョン電流検出器８で検出され、操作表示部・制御部９
は、検出したエミッション電流Ｉesの値が、前記テーブ
ルＴＢから選び出されたエミッション電流Ｉe1より大き
ければ、バイアス切換装置３のバイアス抵抗値を大きい
方に切り換えて、エミッション電流を小さくし、検出エ
ミッション電流Ｉesが選出エミッション電流Ｉe1より小
さければ、バイアス切換装置３のバイアス抵抗値を小さ
い方に切り換えて、エミッション電流を大きくするよう
に、バイアス切換装置３へ指令を行う。そして、操作表
示部・制御部９は、サンプリングした検出エミッション
電流Ｉesのうち、｜（Ｉes−Ｉe1）／Ｉe1｜の値が最も
小さくなるようなバイアス抵抗値を選び、バイアス切換
装置３にこの抵抗値の設定の指令をする。
ョン電流検出器８で検出され、操作表示部・制御部９
は、検出したエミッション電流Ｉesの値が、前記テーブ
ルＴＢから選び出されたエミッション電流Ｉe1より大き
ければ、バイアス切換装置３のバイアス抵抗値を大きい
方に切り換えて、エミッション電流を小さくし、検出エ
ミッション電流Ｉesが選出エミッション電流Ｉe1より小
さければ、バイアス切換装置３のバイアス抵抗値を小さ
い方に切り換えて、エミッション電流を大きくするよう
に、バイアス切換装置３へ指令を行う。そして、操作表
示部・制御部９は、サンプリングした検出エミッション
電流Ｉesのうち、｜（Ｉes−Ｉe1）／Ｉe1｜の値が最も
小さくなるようなバイアス抵抗値を選び、バイアス切換
装置３にこの抵抗値の設定の指令をする。
【００２０】この後、陰極１の加熱し過ぎを避けて陰極
１の寿命を伸ばすため、必要に応じて電子線源の飽和点
判定を実施することができる。本実施の形態においては
詳細な説明は省略するが、この飽和点の判定は、陰極温
度Ｔの変化に対するエミッション電流Ｉe や電子ビーム
電流の変化分を測定して行うものであり、この飽和点の
設定は自動的に行うこともできる。この飽和領域では陰
極加熱を変更してもエミッション電流の変化は少ないの
で、最初に指定した輝度がこの段階でずれることは実質
的にない。以上のようにして、電子線源の輝度を、陰極
の寿命を必要以上に縮めることなく指定することができ
る。
１の寿命を伸ばすため、必要に応じて電子線源の飽和点
判定を実施することができる。本実施の形態においては
詳細な説明は省略するが、この飽和点の判定は、陰極温
度Ｔの変化に対するエミッション電流Ｉe や電子ビーム
電流の変化分を測定して行うものであり、この飽和点の
設定は自動的に行うこともできる。この飽和領域では陰
極加熱を変更してもエミッション電流の変化は少ないの
で、最初に指定した輝度がこの段階でずれることは実質
的にない。以上のようにして、電子線源の輝度を、陰極
の寿命を必要以上に縮めることなく指定することができ
る。
【００２１】次に、陰極の寿命の指定について説明す
る。操作表示部・制御部９において陰極１の寿命τ＝τ
1 を指定すると、寿命までの陰極１の蒸発率Ｒt が指定
されたことになる。この蒸発率Ｒt を与える陰極温度Ｔ
は、陰極１の材質によって決まる。次に、これにより決
まる陰極温度Ｔと、与えられた加速電圧Ｖa ＝Ｖa1に対
し、陰極の各材質に関して使用可能な電子線源の輝度β
1 が、β1 ＝β（Ｖa1，τ1 ）として、加速電圧Ｖa と
寿命τのテーブルＴＣから求められる。使用可能な輝度
β1 が求められると、先に述べた手順に従って目的とす
る陰極加熱を行うことができる。
る。操作表示部・制御部９において陰極１の寿命τ＝τ
1 を指定すると、寿命までの陰極１の蒸発率Ｒt が指定
されたことになる。この蒸発率Ｒt を与える陰極温度Ｔ
は、陰極１の材質によって決まる。次に、これにより決
まる陰極温度Ｔと、与えられた加速電圧Ｖa ＝Ｖa1に対
し、陰極の各材質に関して使用可能な電子線源の輝度β
1 が、β1 ＝β（Ｖa1，τ1 ）として、加速電圧Ｖa と
寿命τのテーブルＴＣから求められる。使用可能な輝度
β1 が求められると、先に述べた手順に従って目的とす
る陰極加熱を行うことができる。
【００２２】上記実施の形態の説明においては、電子線
源の電子光学的な輝度βや陰極の寿命τを指定して陰極
の加熱条件を設定するようにした構成のものを示してい
るが、前記の説明から明らかなように、輝度βや寿命τ
を指定する代わりに、予め設定された加速電圧Ｖa のも
とで、エミッション電流Ｉe を指定して、このエミッシ
ョン電流Ｉe で飽和点付近になるように陰極を加熱する
こともできる。すなわち、指定されたエミッション電流
Ｉe1に最も近いエミッション電流が流れるようにバイア
ス切換装置３に対してバイアスの切り換えを指令して、
陰極の加熱を行うことができる。
源の電子光学的な輝度βや陰極の寿命τを指定して陰極
の加熱条件を設定するようにした構成のものを示してい
るが、前記の説明から明らかなように、輝度βや寿命τ
を指定する代わりに、予め設定された加速電圧Ｖa のも
とで、エミッション電流Ｉe を指定して、このエミッシ
ョン電流Ｉe で飽和点付近になるように陰極を加熱する
こともできる。すなわち、指定されたエミッション電流
Ｉe1に最も近いエミッション電流が流れるようにバイア
ス切換装置３に対してバイアスの切り換えを指令して、
陰極の加熱を行うことができる。
【００２３】また、上記実施の形態においては、例えば
タングステンなど単一の材質で構成した一種類の陰極を
用いている場合について説明を行ったが、陰極の材質を
操作表示部・制御部９で指定し表示できるようにし、そ
して指定した材質の陰極に適するように、飽和点からあ
まり離れていない陰極加熱電流Ｉf1＝Ｉf(Ｖa1，β1）
を求めるテーブルＴＡ，エミッション電流Ｉe1＝Ｉe(Ｖ
a1，β1 ）を求めるテーブルＴＢ，輝度β1 ＝β（Ｖ
a1，τ1 ）を求めるテーブルＴＣを、それぞれ切り換え
て用いるように構成することもできる。
タングステンなど単一の材質で構成した一種類の陰極を
用いている場合について説明を行ったが、陰極の材質を
操作表示部・制御部９で指定し表示できるようにし、そ
して指定した材質の陰極に適するように、飽和点からあ
まり離れていない陰極加熱電流Ｉf1＝Ｉf(Ｖa1，β1）
を求めるテーブルＴＡ，エミッション電流Ｉe1＝Ｉe(Ｖ
a1，β1 ）を求めるテーブルＴＢ，輝度β1 ＝β（Ｖ
a1，τ1 ）を求めるテーブルＴＣを、それぞれ切り換え
て用いるように構成することもできる。
【００２４】また、上記実施の形態においては、加速電
圧Ｖa と共に電子線源の輝度β，又は陰極の寿命τを指
定して表示するようにしたものを示したが、図３に示す
ように加速電圧Ｖa と共に電子線源の輝度βを指定した
場合、陰極の温度Ｔが定まり、陰極温度Ｔが定まると陰
極の材質により蒸発率Ｒt が定まり、したがって、陰極
の寿命τが定まることになるので、指定した電子線源の
輝度βと共に寿命τを表示するように構成することがで
きる。また同様に、加速電圧Ｖa と共に陰極の寿命τを
指定し表示した場合には、これらの条件下で得られる輝
度βを同時に表示することができる。
圧Ｖa と共に電子線源の輝度β，又は陰極の寿命τを指
定して表示するようにしたものを示したが、図３に示す
ように加速電圧Ｖa と共に電子線源の輝度βを指定した
場合、陰極の温度Ｔが定まり、陰極温度Ｔが定まると陰
極の材質により蒸発率Ｒt が定まり、したがって、陰極
の寿命τが定まることになるので、指定した電子線源の
輝度βと共に寿命τを表示するように構成することがで
きる。また同様に、加速電圧Ｖa と共に陰極の寿命τを
指定し表示した場合には、これらの条件下で得られる輝
度βを同時に表示することができる。
【００２５】また、陰極加熱電源２又は操作表示部・制
御部９の内部に、陰極１を加熱した時間を測定するタイ
マー（又はタイマーの働きをするソフトウエア）を設け
て、図３に示すように陰極使用時間ｔu を操作表示部・
制御部９に表示できるようにすると共に、指定した寿命
τに対して残りの寿命τr ＝τ−ｔu を操作表示部・制
御部９に表示するように構成することもできる。
御部９の内部に、陰極１を加熱した時間を測定するタイ
マー（又はタイマーの働きをするソフトウエア）を設け
て、図３に示すように陰極使用時間ｔu を操作表示部・
制御部９に表示できるようにすると共に、指定した寿命
τに対して残りの寿命τr ＝τ−ｔu を操作表示部・制
御部９に表示するように構成することもできる。
【００２６】また、陰極１の寿命に至るまでの間に、輝
度β（ｎ）を変えたり、寿命τ（ｎ）を変更して用いる
場合には（但しｎは変更した順番を表し、ｎ＝１，２，
３，・・・・・ｍとする）、各陰極温度Ｔ（ｎ）に対す
る陰極の蒸発率Ｒt(ｎ）と使用時間ｔu(ｎ），並びに陰
極の蒸発量の限界値Ｅc から、ｍ回目の指定以降に許容
される残りの蒸発量Ｅr(ｍ）は、次式（５）で求められ
る。 Ｅr(ｍ）＝Ｅc −ΣＲt(ｎ）・ｔu(ｎ） ・・・・・・（５） 残りの寿命τr(ｍ）は、次式（６）で表される。 τr(ｍ）＝Ｅr(ｍ）／Ｒt(ｍ） ・・・・・・・・・・（６） これらの演算を操作表示部・制御部９で行い、全体の使
用時間Σｔu(ｎ）等と共に操作表示部・制御部９に表示
することもできる。なお、上記総和記号Σにおける総和
範囲は、ｎ＝１からｎ＝ｍ−１までである。
度β（ｎ）を変えたり、寿命τ（ｎ）を変更して用いる
場合には（但しｎは変更した順番を表し、ｎ＝１，２，
３，・・・・・ｍとする）、各陰極温度Ｔ（ｎ）に対す
る陰極の蒸発率Ｒt(ｎ）と使用時間ｔu(ｎ），並びに陰
極の蒸発量の限界値Ｅc から、ｍ回目の指定以降に許容
される残りの蒸発量Ｅr(ｍ）は、次式（５）で求められ
る。 Ｅr(ｍ）＝Ｅc −ΣＲt(ｎ）・ｔu(ｎ） ・・・・・・（５） 残りの寿命τr(ｍ）は、次式（６）で表される。 τr(ｍ）＝Ｅr(ｍ）／Ｒt(ｍ） ・・・・・・・・・・（６） これらの演算を操作表示部・制御部９で行い、全体の使
用時間Σｔu(ｎ）等と共に操作表示部・制御部９に表示
することもできる。なお、上記総和記号Σにおける総和
範囲は、ｎ＝１からｎ＝ｍ−１までである。
【００２７】また、加速電圧Ｖa を変更すると、前記
（４）式からわかるように、得られる最大輝度βは変化
する。予め指定された寿命τ，したがって指定された陰
極温度Ｔに対し、空間電荷制限領域において最大の輝度
βが得られるように、バイアス切換装置を調整すること
ができる。すなわち、陰極温度Ｔに対して使用可能な電
子線源の輝度βが加速電圧と寿命のテーブルＴＣから求
められ、この輝度βが得られるエミッション電流が加速
電圧と輝度のテーブルＴＢから選び出され、このエミッ
ション電流が流れるようにバイアス切換装置が調整され
る。これにより陰極の寿命期間中効率よく電子線源を動
作させることができる。
（４）式からわかるように、得られる最大輝度βは変化
する。予め指定された寿命τ，したがって指定された陰
極温度Ｔに対し、空間電荷制限領域において最大の輝度
βが得られるように、バイアス切換装置を調整すること
ができる。すなわち、陰極温度Ｔに対して使用可能な電
子線源の輝度βが加速電圧と寿命のテーブルＴＣから求
められ、この輝度βが得られるエミッション電流が加速
電圧と輝度のテーブルＴＢから選び出され、このエミッ
ション電流が流れるようにバイアス切換装置が調整され
る。これにより陰極の寿命期間中効率よく電子線源を動
作させることができる。
【００２８】また、予め指定された輝度βに対し、もし
変更された加速電圧Ｖa で前記指定輝度βが実現できる
場合には、前記（４）式からわかるように、輝度βを一
定に保つように陰極の温度Ｔを変更することもできる。
変更された加速電圧Ｖa で前記指定輝度βが実現できる
場合には、前記（４）式からわかるように、輝度βを一
定に保つように陰極の温度Ｔを変更することもできる。
【００２９】
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、電子線源の輝度又は陰極の寿命を
指定し、それに基づいて陰極加熱を制御して電子線源を
動作させることができ、輝度や陰極を従来のように経験
や感に頼って設定する必要がなく、操作性を向上させた
電子線源を実現することができる。また、陰極の寿命と
電子線源の輝度とを対にして表示することが可能となる
ので、電子線源の所望動作態様の選定を容易に行うこと
ができる。また、指定あるいは設定された電子線源の輝
度や陰極の使用時間の表示に加えて、陰極の残りの使用
可能な時間を表示することが可能なので、電子線源の陰
極の交換時期等を容易に把握することができる。また、
バイアス電圧切換装置の切換制御手段に、指定された寿
命と加速電圧に対し、電子線源の輝度が常に最大になる
ようにバイアス電圧を制御する制御モードを備えること
により、陰極の寿命期間中効率よく電子線源を動作させ
ることが可能となる。また、陰極加熱装置の制御手段及
びバイアス電圧切換装置の切換制御手段に、予め指定さ
れた輝度が理論的に実現できる範囲内で、指定された加
速電圧が変更されても常に一定になるように陰極加熱及
びバイアス電圧を制御する制御モードを設けることによ
り、電子線源からのビームを集束する場合、加速電圧を
変えてもビームの集束状態の変化を低減することが可能
となる。
に、本発明によれば、電子線源の輝度又は陰極の寿命を
指定し、それに基づいて陰極加熱を制御して電子線源を
動作させることができ、輝度や陰極を従来のように経験
や感に頼って設定する必要がなく、操作性を向上させた
電子線源を実現することができる。また、陰極の寿命と
電子線源の輝度とを対にして表示することが可能となる
ので、電子線源の所望動作態様の選定を容易に行うこと
ができる。また、指定あるいは設定された電子線源の輝
度や陰極の使用時間の表示に加えて、陰極の残りの使用
可能な時間を表示することが可能なので、電子線源の陰
極の交換時期等を容易に把握することができる。また、
バイアス電圧切換装置の切換制御手段に、指定された寿
命と加速電圧に対し、電子線源の輝度が常に最大になる
ようにバイアス電圧を制御する制御モードを備えること
により、陰極の寿命期間中効率よく電子線源を動作させ
ることが可能となる。また、陰極加熱装置の制御手段及
びバイアス電圧切換装置の切換制御手段に、予め指定さ
れた輝度が理論的に実現できる範囲内で、指定された加
速電圧が変更されても常に一定になるように陰極加熱及
びバイアス電圧を制御する制御モードを設けることによ
り、電子線源からのビームを集束する場合、加速電圧を
変えてもビームの集束状態の変化を低減することが可能
となる。
【図１】本発明に係る電子線源の実施の形態を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図２】飽和点におけるエミッション電流を説明するた
めの陰極温度とエミッション電流の関係を示す図であ
る。
めの陰極温度とエミッション電流の関係を示す図であ
る。
【図３】図１に示した実施の形態における操作表示部・
制御部における輝度の指定と寿命等の表示態様を示す図
である。
制御部における輝度の指定と寿命等の表示態様を示す図
である。
１ 陰極 ２ 陰極加熱電源 ３ バイアス切換装置 ４ 高圧電源 ５ 帰還抵抗 ６ ウエーネルト ７ 陽極 ８ エミッション電流検出器 ９ 操作表示部・制御部 10 信号線
Claims (6)
- 【請求項１】 陰極と、陰極加熱装置と、前記陰極から
の熱電子放出を制御するバイアス電圧を印加する電極
と、陽極とを備えた電子線源において、予め設定された
加速電圧のもとで、陰極の寿命を指定する手段又は電子
線源の電子光学的輝度を指定する手段と、前記陰極寿命
指定手段又は電子光学的輝度指定手段の指定値に基づい
て前記陰極加熱装置の加熱量を設定制御する手段とを備
えていることを特徴とする電子線源。 - 【請求項２】 電子線源のエミッション電流を切り換え
るためのバイアス電圧切換装置と、該バイアス電圧切換
装置を切り換え制御する手段とを備え、前記予め設定さ
れた加速電圧のもとで、陰極の寿命又は電子光学的輝度
を指定した場合、エミッション電流が、前記加速電圧と
陰極の寿命の組み合わせ又は前記加速電圧と電子光学的
輝度の組み合わせで決定されるエミッション電流に最も
近い値になるように、前記バイアス電圧切換装置を制御
するように構成されていることを特徴とする請求項１記
載の電子線源。 - 【請求項３】 陰極と、陰極加熱装置と、前記陰極から
の熱電子放出を制御するバイアス電圧を印加する電極
と、陽極とを備えた電子線源において、予め設定された
加速電圧のもとで、電子線源のエミッション電流を指定
する手段と、該エミッション電流指定手段の指定値に基
づいて前記陰極加熱装置の加熱量を設定制御する手段と
を備えていることを特徴とする電子線源。 - 【請求項４】 前記陰極加熱装置において設定された加
熱量Ｆc(n)〔ｎは異なる設定をした順番を示す整数〕
と、該加熱量で陰極を加熱する設定時間ｔu(n)とをモニ
タする表示手段を備え、該表示手段には前記指定された
電子線源の寿命に対する前記加熱量及び加熱時間に基づ
く残りの陰極使用可能時間を表示するように構成されて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の電子線源。 - 【請求項５】 前記バイアス電圧切換装置切換制御手段
は、指定された寿命と加速電圧に対し、電子線源の電子
光学的輝度が常に最大になるようにバイアス電圧を制御
する制御モードを備えていることを特徴とする請求項２
記載の電子線源。 - 【請求項６】 前記陰極加熱装置制御手段及びバイアス
電圧切換装置切換制御手段は、指定された電子線源の電
子光学的輝度が、加速電圧を変えても理論的に実現でき
る範囲内で常に一定になるように、陰極の加熱量及びバ
イアス電圧をそれぞれ制御する制御モードを備えている
ことを特徴とする請求項２記載の電子線源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06198298A JP3553359B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 電子線源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06198298A JP3553359B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 電子線源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11250845A true JPH11250845A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3553359B2 JP3553359B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=13186911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06198298A Expired - Fee Related JP3553359B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 電子線源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3553359B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003331763A (ja) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Ebara Corp | 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2007327766A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 温度測定装置、温度測定方法および電子顕微鏡 |
| JP2012018937A (ja) * | 2011-10-11 | 2012-01-26 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 温度測定装置、温度測定方法および電子顕微鏡 |
| JP2014165075A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Nuflare Technology Inc | カソードの動作温度調整方法、及び描画装置 |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP06198298A patent/JP3553359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003331763A (ja) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Ebara Corp | 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2007327766A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 温度測定装置、温度測定方法および電子顕微鏡 |
| JP2012018937A (ja) * | 2011-10-11 | 2012-01-26 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 温度測定装置、温度測定方法および電子顕微鏡 |
| JP2014165075A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Nuflare Technology Inc | カソードの動作温度調整方法、及び描画装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3553359B2 (ja) | 2004-08-11 |
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