JPS58147945A - 電子銃の使用方法 - Google Patents

電子銃の使用方法

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JPS58147945A
JPS58147945A JP2960682A JP2960682A JPS58147945A JP S58147945 A JPS58147945 A JP S58147945A JP 2960682 A JP2960682 A JP 2960682A JP 2960682 A JP2960682 A JP 2960682A JP S58147945 A JPS58147945 A JP S58147945A
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JP
Japan
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cathode
temperature
electron gun
resistance
aging
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JP2960682A
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JPH0419663B2 (ja
Inventor
Isao Sasaki
勲 佐々木
Tadahiro Takigawa
忠宏 滝川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/06Electron sources; Electron guns

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、硼化物カソードを用いた電子銃の1更用方法
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、電子ビーム描画技術の発展に伴い各種の電子銃が
開発はれているが、これらの代表的なものとしてカソー
ドを硼化物、特にランタン・ヘキサ・プライト(LaB
6)で形成した電子銃が注目されている。LaB6カソ
ードを用いた電子銃は萬輝度を得ることができるが、L
aB6が高温で他の物質と反応し易いため、その加熱に
は特別な工夫が要求される。そこで、通常層状グラファ
イトに゛直接通電して加熱する方法が採用されている。
ところで、電子ビーム描画装置に用いられる電子銃では
、装置稼動率を上げるためにカソードの長寿命化が要求
される。これは、カンードを新しいものと交換する場合
、交換後電子銃室を高真空にするまで2〜3時間を要し
、さらにカソード点火後電子銃が熱的に安定する1で約
2日もかかり、この期間は上記装置を稼動することがで
きないためである。
LaB6カソードの寿命を左右する因子には柚々あるが
、その中でもカソード温度が最も重要なものである。そ
の理由は次の(1)〜(3)に示す通電である。
(1)  カソードの蒸発によシカソードの形状および
カソード・ウェネルト間距離が変わり、エミッション特
性が変化する。このエミッション特性変化はカソード温
度に対し指数函数的に早くなる。
(2)  蒸発物がウェネルト内面に付着し、カソード
・ウェネルト間でマイクロ放電が生じる。
このトラブルの発生頻度はカソード温度が高いと飛躍的
に増加する。
(3)加熱材料である層状グラファイトとLa136と
の反応は、高温で進み、それにつれて電子放射が不安定
となる。
このようにカソード温度を必要以上に高くすると、トラ
ブルが発生し寿命が短くなる。
一方、レノストパターンの線幅制御や電子ビーム描画装
置の高速化等にあっては、電子銃の輝度が高い方が有利
である。輝度は、一般にカソード温度が上昇する程高く
なる1このため、できるだけ高温でカソード・を動作さ
せたψと云う要望がある。このように高輝度を得るため
の条件と長寿命化をはかるだめの条件とは相反する関係
にある。したがって、電子銃のカソード温度は、必要な
輝度が得られる範囲でできるだけ低くしなけれはならな
い。つ19、長寿命で高輝度の特性を得るには、カソー
ド温度全最適な温度領域に保持する必要がある。
ところで、電子ビーム描画装置等では、電子銃が金属製
の真空容器内に取り伺けられておバカソード温度を外部
から測温することはできない。そこで従来は、電子銃の
放射性性からカソードの使用温度条件全求めていた。し
かしながら、この方法では使用温度設定に熟練を必要と
し、特性の異なる電子銃に対しては設定温度を誤まる等
の欠点がある。また、層状グラファイトの抵抗が経時的
に変化し、これに起因して設定温度が変化する等の欠点
がある。以上の理由で、従来のカソード寿命は100〜
2000時間の範囲にばらつき、さらにLa86カソー
ドを最適温度で使用していくことは困難であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、硼化物カソードを常に最適温度条件で
使用することができ、電子銃の高輝度化および長寿命化
をはかり得る電子銃の使用方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、硼化物カソードを用いた電子銃を使用
する前に、予めエージング処理して層状グラファイトの
抵抗の経時変化をなくすことにある。エージング処理し
たのちは1輪状グラファイトへの通′亀電流とカソード
温度との間に一定の関係が成立する。したがって、層状
グラ5− ファイトへの通電電流を設定することで、カソード温度
を制御することができる。なお、本発明者等の実験によ
れば、上記エーシング処理時の温度を1550 (C)
以下とした場合層状グラファイトの抵抗が安定するまで
に長時間を要し実用的でなかった。さらに、上記温度を
1650〔℃〕以上とした場合、硼化物カソードと層状
グラファイトとの反応が短時間で生じ、カソードの劣化
を招き好ましくなかった。
本発明はこのような点に増目し、硼化物カソードを用い
た電子銃を使用するに際し、予めカソードを1550〜
1650 〔C〕の温度でエーシング処理したのち、カ
ソードの温度が最適温度となるよう層状グラファイトの
通電電流を可変制御するようにした方法である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、予めエージング処理を施すことにより
層状グラファイトの抵抗の経時変化を無視できるほど小
さくすのことができる。その結果、カソード温度を長時
間最適温度に保持6− することができ、電子銃の高輝度化および長寿命化をは
かり得る。このだめ、電子ビーム描画装置の稼動率向上
をはかシ得る等の効果を奏する。
〔発明の実施例〕
@1図は本発明の一実施例に係わる電子銃およびその駆
動系を示す概略構成図である。図中1はLa86カソー
F”−,2は層状グラファイト、3はウェネルト電極、
4はアノードであり、これらから電子銃が構成されてい
る。層状グラファイト2は直流電源5、DC/ACコン
・ぐ−夕6、絶縁トランス7およびAC/DCコンバー
タ8からなる高圧回路により通電されるものとなってい
る。
なお、図中9は上記高圧回路の1次側を流れる電流の大
きさを検出する電流計、10は・ぐイアス抵抗、11は
直流電源(20KV程度)を示している。
さて、LaB6カソード1は層状グラファイト2に挾み
込まれて取り付けられている。La86  自身は殆ん
ど金属的でその抵抗が低いので、カソード1は層状グラ
ファイト2の抵抗によるジュール熱にて昇温はれる。し
たがって、カソード1の温度を一定に保つには層状グラ
ファイト2の抵抗および通電電流を一定にしなければな
らない。しかし、通電電流は定電流源を用いることによ
り一定にできるが、層状グラファイト2の抵抗が経時的
に変化するため、通電電流を一定にしておいてもカソー
ド1の温度は経時的に変化する。第2図はカソード温度
の経時変化を示す特性図である。曲線Pは初期設定温度
を1550 (℃)とした場合であり、温j建が安定し
一定値になるまで約100時間を要した。なお、155
0 [C]以下の温度では一定値になるまでさらに長時
間を要する。また、曲線Qは初期設定温度を1600 
[’C]とした場合であシ、この場合には1時間で一定
値に落ち着いた。カソード温度の経時変化の理由は、蒸
発したLaB6が層状グラファイト2に付着し、それが
層状グラファイト2内に図中矢印方向へ拡散し、結果と
して層状グラファイト2の抵抗が低くなるためである。
したがって、電子銃を実際に使用する前に予めエージン
グ処理しておくことにより、層状グラファイト2の抵抗
の経時変化を極めて小さくできる。ここで、エージング
処理時の温度を1650 [01以上とした場合、La
B6とグラファイトとの間で反応が短時間に進み、カソ
ード1の劣化を招き好ましくない。また、エージング処
理時の温度を1550 [℃]以下とした場合、100
時間以上もの処理時間が必要となり現実的でない。した
がって、現実的な時間内でエージングを行う温度は15
50〜1650 〔0:]が適当でおる。
そこで本実施例では、電子銃を実際に使用する前に、予
め1600 (C)で1時間のニージンク処理ヲ行った
。このエーシング処理後は層状グラファイト2の抵抗の
経時変化は殆んど無視できるほど小さくなる。したがっ
て、層状グラファイト2への通電電流を適当な値に保つ
ことによシ、カソード1の温度を最適温度に、かつ長時
間安定に保持できることになる。
9− 次に、電子ビーム描画装置に取シ付けた電子銃のLaB
6カソードを最適温度に設定する方法を説明する。前記
第1図において高圧回路の内部抵抗はカソード抵抗(層
状グラファイト2の抵抗)に比して無視できない大きさ
となるので、1次電流と2次電流との比は2次側の負荷
抵抗でおるカソード抵抗によって変化する。カソード抵
抗はカソードによって変わシ一定でない。
したがって、まず始めに実際の装置にて高圧回路の2次
側にカソード抵抗値付近の独々の抵抗と電流計とを入れ
、1次側電流Iとこのときの2次側消費電力Wとの関係
を測定し、この測定結果を第3図(、)に示す。次に、
別の真空装置にて実際のカソード温度Tと消費電力と、
このときのカソード抵抗とを測定し、その測定結果(f
:第3図(b)に示す。LaB(、カソードの場合抵抗
加熱体にグラファイトを用いているので、第3図(b)
に示すように温度上昇と共にカソード抵抗は減少する。
ぞして、第3図(、) (b)から1次側電流Iとカソ
ード温度Tとの関係は以下のようにし−1,0− テ求メラレる。捻ず、第3図(、)のカソード抵抗RI
  + R2+ R3+ R4におけるカソード温度T
とカソード電力Wと全同図(b)より求め各々をTI 
 + T2  + Ts  lT4およびWl 、w2
 。
R3、R4とする。次に、第3図(−)によりR1゜R
2、R3、R4の各々の曲線のWl 、w2 。
R3、R4における1次電流をf1+I2+I3 、I
、とすれば、1次電流II  、’2+I3 、I、に
おけるカソード温度は各々T1 。
T2  + T3  + T4となる。この関係をグラ
フにすると、第4図に示す如く1次″1E流に対しての
カソード温度の関係が得られ、1次電流の測定からカソ
ード温度を知ることができる。したがって、1次′直流
を適当な値に設定することにより、カソード温度を最適
温度に制御することができる。なお、LaB6カソード
1の使用温度を1570 〔℃〕以上とするとトラブル
が発生し易く、1470〔℃〕以下では必要な輝度が得
られない。したがって、上記の方法でL a 36カソ
ード1の使用温度を1470〜157 Q [’C]に
保持11− すればよい。
かくして本実施例によれば、層状グラファイト2の抵抗
の経時変化を無視できるほど小さくでき、かつカソード
温度を最適温度に設定し、その温度を長時間維持できる
ようになった。その結果、輝度I X 106[A7’
cm2sr ) (加速1−JE20KV)−ri命1
000〜4000時間を達成することができた。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、榎々変形して実施す
ることができる。例えば、前記カソードはLaB6に限
るものではなく、YB6゜EuB6. HfB6等の6
硼化物であればよい。また、カソード温度検出を前記高
圧回路の1次電流に基づいて行う必要はなく、例えば・
母イロメータを用いてカソード温度の検出を行うように
してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる電子銃およびその駆
動回路を示す概略構成図、第2図乃12− 主線4図はそれぞれ上記実施例の作用を説明するだめの
もので第2図はカソード温度の経時変化を示す特性図、
第3図(、)は1次側電流と2次側電力と、の関係を示
す特性図、第3図伽)はカソード温度とカソード電力お
よびカソード抵抗の関係を示す特性図、第4図は1次側
電流とカソード温度との関係を示す特性図である。 1・・・La86カソード、2・・・層状グラファイト
、3・・・ウニネル電極、4・・・アノード、5・・・
直流電源、6・・・1)C/ACmlンハ−p 、7・
・・絶縁トランス、8・・・AC/DCコンノぐ一タ、
9・・・’[fitt、7 o・・・バイアス抵抗、1
)・・・直流電源。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦13− 第2図 第4図 1項側で〕ん

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)硼化物カソード、ウェネルト電極、アノードおよ
    び通電されて上記カソードを加熱する層状グラファイト
    からなる熱電子放射型の電子銃を使用するに際し、予め
    前記カソードに1550〜1650 [C]の温度でエ
    ージング処理を施したのち、前記カソードの温度を検出
    し、該検出温度が最適温度となるよう前記層状グラファ
    イトの通電電流を可変制御することを特徴とする電子銃
    の使用方法。
  2. (2)  前記温度検出手段は、絶縁トランスを介して
    前記層状グラファイトに通電する高圧回路の1次側電流
    と、使用温度における層状グラファイトの抵抗値とに基
    づいて、前記カソードの温度を間接的に求めるものであ
    る特許請求の範囲第1項記載の電子銃の使用方法。
  3. (3)  前記カッニドとして、ランタン・ヘキサ・プ
    ライトを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の電子銃の使用方法。
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JPH0419663B2 JPH0419663B2 (ja) 1992-03-31

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010192808A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Nuflare Technology Inc 電子ビーム描画装置、その電子ビーム描画装置の電子銃のカソード加熱用の電力制御装置及び電力制御方法

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