JPS58147946A - 電子銃装置 - 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】 〔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