JPS58147946A - 電子銃装置 - Google Patents

電子銃装置

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JPS58147946A
JPS58147946A JP2960782A JP2960782A JPS58147946A JP S58147946 A JPS58147946 A JP S58147946A JP 2960782 A JP2960782 A JP 2960782A JP 2960782 A JP2960782 A JP 2960782A JP S58147946 A JPS58147946 A JP S58147946A
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JP
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cathode
temperature
distance
wehnelt
heater
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JP2960782A
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JPS6322408B2 (ja
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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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

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】 〔発明の技伽分野〕 本発明は、電子ビーム描画装置g+電子嗣倣説等の電子
ビーム装置に用いられる′直子絖装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、電子ビーム描画装置に用いられる電子銃は、カソ
ード、ウェネルト電極およびアノードからなる熱電子放
射形のものが一般的である。
この電子銃のカソードとしてはタングステンやランタン
ヘキサプライト(LaB6)等が用いられているが、上
記カソードは必要な輝度を得るために極めて高い温度で
1更用される。このため、カソードの蒸発による消耗が
無睨できず、これが原因でカソード寿命が尽きてしまう
。すなわち、カソードが蒸発するとカソード・ウェネル
ト間距離が長くなり、輝度が低下してその寿命が尽きる
のが通常である。したがって、カソードの温度制御鐸が
襖めて重要となるが、従来王に電子銃の谷補特性により
カソード温度を推定しているのみで、正確な温度制御は
なされ−Cいない。
カソードとしてタングステンを用いた」易合、その構造
がry5yで容易に人手oJ能なので交換は比較的簡単
であるが、輝度が低いと云う短所がある。これに対しL
aB6は、タングステンより10倍以上もの高輝度を有
しその寿命も長いので、特に電子ビーム描画装置の電子
銃カソードとして望ましく、今後は殆んどLaB6にな
っていくものと予想される。しかし、LaB6はタング
ステンに比して非常に高価なものであるため、その寿命
を−1−長く保つことが生産性の点からも重要である。
本発明者等の実験によれば、LaJカソードの使用温度
を1600 [℃/]とした場合その寿命は約500時
間であったが、上記使用温度を1530 [℃]とした
場合の寿命は3000時間もと大幅に長くなった。この
ようにカソード温度を高くすると、カソードの蒸発が早
くなりその寿命が短くなる。さらに、LaB6カソード
では加熱材(ヒータ)との反応も進み易くなるので、安
定性の面からも望ましくない精米となる。
以上のように、カソード温度、寿命、カソード・ウェネ
ルト間距離および安定性の4省間には密接な関係がある
。そして、カソード温度およびカソード・ウェネルト間
距離を常に適切な値で一定に保つことができれば、カソ
ードの寿命は長くなることが判る。また、必要な輝度で
安定に、かつ長寿命をはかるには、カソード温度および
カソード・ウェネルト間距離を微妙に調節する必要があ
る。
従来、カソードを加熱するには定′醒流源或いは定電圧
源が用いられ、ヒータへの通電電流やヒータへの印加電
圧等が一定となるようにしている。しかしながら、時間
の経過に伴いカソード或いはカソードを加熱するための
ヒータの抵抗値が変化し、これによりカソード混就も徐
々に変化するのが常である。すなわち、従来の電子銃装
置ではカソード温度を一定に保つことが困難であり、カ
ソードの長寿命化をはかることはできなかった。また、
カソード・ウェネルト間距離を変えるときには、電子銃
の点火を一旦停止し、カソード構造体を真空系外に取如
出して調節しなければならず、このため装置稼動率の低
下を招く等の問題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、カソード温度およびカソード・ウェネ
ルト間距離をそれぞれ一定範囲内に制御することができ
、特性の安定化および長寿命化をはかり得る電子銃装置
を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、熱電子放射形の電子銃装置におい=5− て、カソードの温度を検出すると共に該温度が所定温度
内となるようヒータへの通電電流を可変制御し、さらに
カソード・ウェネルト間の距離を検出すると共に該距離
が所定距離範囲となるようカソード或いはウェネルトt
#J!、を真空系外部から移動できるようにしたもので
ある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、カソードの温度が経時的に変化、特に
上昇しすぎることを防止でき、さらに真空を破ることな
くカソード・ウェネルト間距離を一定に保持することが
できる。このため、カソードの長寿命化をはかシ傅て、
装置稼動率の向上をはか9得る。さらに、輝度やビーム
電流等を安定に保持することができるので、電子ビーム
描画装置に用いるのに極めて有効となる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。図
中1はカソード、2はヒータ、3はウェネルト電極、4
はアノードであシ、これらから電子銃本体が形成されて
いる。ヒータ2は6− 計?4−磯6に接続されたヒータ用電源回路7により、
その通電電流が可変制御される。アノード4の上向には
、赤外線に対して感度のよいシリコンフォトダイオード
やサーモ、fイル等からなる温度検出索子8が設けられ
ている。この温度検出素子8の出力信号、つまりカソー
ドIの温度に対応した信号は温度検出回路9に供給され
、同回路9によりカソード1の温度が検出される。
温度検出回路9の検出温度情報は計算機6にて読み出さ
れ、プログラムに従って所定の温度になっているか判断
される。そして、カソード1の温度が規定値よりずれて
いる場合には、計算機6からの指令によシヒータ用電源
回路7がヒータ2の通を電流を可変制御し、これにより
カソード1の温度は規定値に保持されるものとなってい
る。
また、図中10はカソード1とウェネルト′酸極3との
間の距離を検出する距離検出部であり、この検出部10
の検出距離情報は計算機6にて読み出され規定値と比較
される。そして、カソード・ウェネルト間距離が規定値
よりずれている場合には、計算機6からの指令により駆
動部11が作動し、ウェネルト電極3を上下動する。
これにより、カソード・ウェネルト間距離も規定値に保
持されるものとなっている。なお、図中12はウェネル
ト電極3に・ぐイアスミ圧を印加するだめのバイアス回
路、13は試料台上叫に設けられたフψラデーカツプ、
ナイフェツゾ、その他からなりビーム電流およびビーム
径等を検出する各種検出部を示している。また、図中1
4.15.16はデジタル・アナログ・コンバータ(D
/A)であシ、17.18.19はアナログ・デジタル
・コンバータ(A/D )である。
ところで、前記距離検出部10、駆動部11(距離制御
手段)の構成および作用を詳しく説明すると以下の通り
である。第2図は本実施例装置の特に距離検出部10お
よび駆動部1ノに係わる部分を示すものであり、図中2
1は真空外容器、22は支持台、23はセラミック、2
4はウオーム歯車、25は鏡である。また、26はスプ
リング、27は調整棒、28は調整ナツト、29は絶縁
物、3θ、31はガラス窓である。カソード1の位置の
調整はまず最初にカソード1の中心をウェネルト電極3
の穴、直径りの中心に一致させる。その方法は、45度
の角度に設定された鋭25をウェネルト穴の直下にもっ
てくる。真空外囲器21に設けられたガラス窓30より
この鏡25を見ると、ウェネルトの穴とカソード1とが
見える。この窓30より観察しながらベローズを介して
取り付けられたネジの切られている調整棒27を調整ナ
ツト28を回して左右に動かし、カソード1の固定され
ているセラミック23を動かす。セラミック23は支持
台22に入っている。この図には載っていないが、この
図面に対して垂直な方向にもこれと同様な機構があシ全
く同様に操作できる。この2方向を調節すれば、カソー
ド1の先端をウェネルト穴の中心に丁度合わせることが
できる。スプリング26はこの調節がし易いように入れ
られたもので、調節終了抜上ラミ9− ツク23が安定して動くことのないように適当なバネ定
数のものが用いられる。
カソード1の中心への位置合わせが行なわれた後に、カ
ソード先端とウェネルト間の距離を合わせる。この調節
はウオーム両車24を外部より回転させることによシ、
これとウェネルト周囲の歯とのかみ合いによシウエネル
ト3が回転する。ウェネルト3は上方で固定された支持
台22とネジによってかみ合わされているので、ウェネ
ルト3は回転と共に上下しカソード・ウェネルト間距離
りが変化する。この距離りは次のようにして測定できる
。ウェネルト3に対してθの角度の方向の真空外囲器に
ガラス窓31があり、このガラス窓31よシ、この方向
に鉛直な面に投影した場合の、カソード先端とウェネル
ト穴径の内側のへりとの距離aを外部より正確に計測す
る。カソード先端はウェネルト穴の中心に合っているの
でθとaがわかればLは次式よシ計算される。
10− かくして求められた距離りに応じてウオーム歯車24が
回転駆動され、すなわち前記距離検出部10にて求めら
れた距離りに応じて駆動部11がウェネルト電極3を上
下動し、カソード・ウェネルト開用l@Lが所定w!、
囲内となるよう制イIllされるものとなっている。
次に、本実施例装置の作用を第3図に示すフローチャー
トを参照して説明する。
まず、ステツノaでカソード1の温度Tを1500 C
’C)に設定し、ステップbでカソード・ウェネルト開
用14Lを0.15 en)に設定する。
次いで、ステツノCでカソード・ウェネルト間のバイア
ス電圧を可変すると共にステラfdで輝度βを測定し、
ステツノeで輝度βが最大となるβmaXを求める。す
なわち、上記ステツノc −−eの繰シ返しによシ輝度
βのバイアス依存性による最大輝度βmaxを求める。
この最大輝度βmaxが求められたらステップfへと進
み、設定輝度βCと最大#度l1naXとを比較する。
そして、設定輝度βCと最大輝度βmaxとが等しいと
きは、ステップgへと移9描画を開始する。また、ステ
ツノfで最大輝度βmaxが設定輝度βCより大きいと
きは、ステップhでカソード温度Tを備かに(−Δ′r
)低くしステラ7°C〜fにてβC−βmaxとなる丑
で温度Tを下げる。
一方、ステツffで最大輝度βmaxが設定輝度βCよ
り小さいときは、ステップ1にてカソード・ウェネルト
間距離りが測定されL≧00ときはステツfjにて距離
りを僅かに(−ΔL)短くしたのちステツノCに戻る。
そして、ステップc % fを繰り返しβC−βn1l
LX となるまで距離りを短くする。ここで、距離りを
短くしていくうちにL(0、すなわちカソード1がウェ
ネルト電極3を突き出た場合には、ステップkにてカソ
ード温度Tを僅かに高くする。温度Tが1600’Cを
越えない場合ステラftからステラfmに移り距離Hを
0.15 [朋]に設定したのち前記ステップCに戻る
。そして、ステツ7’c以降の手順を繰υ返しβC=β
maxとなるまで温度Tを高くする。この手順を練り返
しても輝度が不足で温度Tが1600℃を越えた場合に
は、ステップnに進みカソード1の寿命が尽きたと判断
し、カソード1の交換を行う。
かくして本実施例によれば、カソード温度Tおよびカソ
ード・ウェネルト開用@Lを最適値に保持することがで
き、さらに上記温度Tおよび距離りを微調整することに
より、N度βを一定に保持することができる。とのため
、カソード1の長寿命化をはかり得て装置稼動率の向上
をはかシ得る。
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、棟々変形して実施す
ることができる。例えば、前記駆動部は前記第2図に示
す構成に限るものではなく、前記カソードを上下動する
構成のものであってもよい。つまり、駆動部はカソード
或いはウェネルト電極を上下動しカソード・ウェネルト
間距離を可変制御し得る構成であれば一13= よい。さらに、前記距離検出部の構成も第2図に限らず
適宜変更することができる。また、本発明はカソード温
度検出機能、カソード温度制御機能、カソード・ウェネ
ルト間距離検出機能および上記距離を可変開側1する機
能を有していればよく、必ずしも計算機制御されたもの
でなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第2図は
上記実施例の要部構成を示す断面図、第3図は上記実施
例の作用を説明するだめの流れ作業図である。 1・・・カソード、2・・・ヒータ、3・・・ウェネル
ト電極、4・・・アノード、5・・・電子銃本体、6・
・・計算機、7・・・ヒータ用電源回路、8・・・温度
検出素子、9・・・温度検出回路、10・・・距離検出
部、1ノ・・・駆動部、12・・・/4イアス回路、1
3・・・各種検出部。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦14−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  ヒータによシ加熱されるカソード、ウェネル
    ト′lf極およびアノードからなる熱電子放射形の電子
    銃装置において、前記カソードの温度を検出する温度検
    出手段と、前記ヒータへの通電電流を9変して上記カソ
    ードの温度を制御する温度制御手段と、前記カソードと
    ウェネルト電極との間の距離を検出する距離検出手段と
    、前記カソード或いはウェネルト電極を真空系外部から
    駆動し上記カソードとウェネルト′電極との間の距離を
    制御する距離制御手段とを具備してなることを特徴とす
    る電子銃装置。
  2. (2)  前記温度!1111iII手段は前記温度検
    出手段によ)検出されたカソードの温度に基づき、該温
    度が所定温度範囲内となるよう前記ヒータへの通電電流
    を制御するものであシ、前記距離制御手段は前記距離検
    出手段によシ検出され九カソードとウェネルト電極との
    間の距離に基づき、該距離が所定路117i!範囲内と
    なるよう前記カンート゛或いはウェネルト電俤を移動せ
    しめることであることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項i己載の電子銃装置。
  3. (3)  前記カソードは、ランタンへキサrWライド
    (LaB6)単結晶からなるものであること′I!:特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の一子絖装置d2
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JP5273096B2 (ja) * 2010-05-27 2013-08-28 株式会社ダイフク ピッキング設備および投入表示器
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