JPH05128990A - 荷電粒子銃 - Google Patents
荷電粒子銃Info
- Publication number
- JPH05128990A JPH05128990A JP3288362A JP28836291A JPH05128990A JP H05128990 A JPH05128990 A JP H05128990A JP 3288362 A JP3288362 A JP 3288362A JP 28836291 A JP28836291 A JP 28836291A JP H05128990 A JPH05128990 A JP H05128990A
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- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高加速電圧を用いる荷電粒子銃を安定に動作さ
せる。 【構成】荷電粒子源の１つである電子源１と陽極３の間
に中間電極２を設け、陰極部を中間電極電位で覆う。ま
た中間電極とその電源４との間に保護抵抗６を接続す
る。 【効果】電子源と陽極の電位差が直接生じる箇所がなく
放電を防止することが出来る。また放電が生じても保護
抵抗により荷電粒子銃の損傷を防止できる。
せる。 【構成】荷電粒子源の１つである電子源１と陽極３の間
に中間電極２を設け、陰極部を中間電極電位で覆う。ま
た中間電極とその電源４との間に保護抵抗６を接続す
る。 【効果】電子源と陽極の電位差が直接生じる箇所がなく
放電を防止することが出来る。また放電が生じても保護
抵抗により荷電粒子銃の損傷を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子銃に係わり特
に高電圧で加速する荷電粒子銃に関する。
に高電圧で加速する荷電粒子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下、本発明を荷電粒子銃の１つである
電子銃によって説明するが、本発明の用途を限るもので
はない。従来の高圧電子銃は特開昭57−95054 号公報
（電界放射型電子銃）に松田等が記載している様に、図
２に示す多段加速方式による電子銃構造が取られてい
た。これは電子源１と引出電極１６を含む陰極部と、接
地されている陽極部３との間に中間電極２を設け、個々
の電極間の電位差を小さくして放電を防止していた。
電子銃によって説明するが、本発明の用途を限るもので
はない。従来の高圧電子銃は特開昭57−95054 号公報
（電界放射型電子銃）に松田等が記載している様に、図
２に示す多段加速方式による電子銃構造が取られてい
た。これは電子源１と引出電極１６を含む陰極部と、接
地されている陽極部３との間に中間電極２を設け、個々
の電極間の電位差を小さくして放電を防止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術は
陰極部と陽極３との間は中間電極２によって完全には覆
われておらず碍子１４などを通して両部の間に放電がお
きてしまう問題があった。また、放電が起きると電子源
が破壊される現象があるが、これに関しての考慮がなさ
れていなかった。
陰極部と陽極３との間は中間電極２によって完全には覆
われておらず碍子１４などを通して両部の間に放電がお
きてしまう問題があった。また、放電が起きると電子源
が破壊される現象があるが、これに関しての考慮がなさ
れていなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には電子の取り出し口を除いて陰極部を全て中間電極で
覆えば良い。即ち図１に示すように最高電圧の印加され
ている電子源１から電子源に電圧を供給する陰極線９ま
で中間電極２の内部に入れてしまう。具体的には電子源
を支える碍子１４に中間電極２を取り付ける中間端子２
０を設け、ケーブルは中間電極と接地電位が同心円状の
ものとし、電源まで中間電極電位で覆う。また中間電極
２と中間電極の電源４の間に放電の際の電流を抑制する
保護抵抗６を挿入する。さらに、保護抵抗と共に電源か
ら電極へ電流を流すダイオード７を結合する。
には電子の取り出し口を除いて陰極部を全て中間電極で
覆えば良い。即ち図１に示すように最高電圧の印加され
ている電子源１から電子源に電圧を供給する陰極線９ま
で中間電極２の内部に入れてしまう。具体的には電子源
を支える碍子１４に中間電極２を取り付ける中間端子２
０を設け、ケーブルは中間電極と接地電位が同心円状の
ものとし、電源まで中間電極電位で覆う。また中間電極
２と中間電極の電源４の間に放電の際の電流を抑制する
保護抵抗６を挿入する。さらに、保護抵抗と共に電源か
ら電極へ電流を流すダイオード７を結合する。
【０００５】
【作用】図１から陰極と中間電極の配線を１つのケーブ
ルとすることで陰極の露出部を無くすことができること
が容易に分かる。これにより陰極の電圧が直接影響する
部分が無くなり放電を防止することが可能となる。ま
た、中間電極の形状を工夫する（例えば曲率半径の大き
な構造とする）ことにより電場の集中を防止することも
可能であり、より放電が生じにくくなる。更に中間電極
の電位を陰極電位の４０〜６０％の範囲とすれば、電場
をできるだけ均一にするために中間電極と配線を空間的
にも中間におけば良い。この場合電極やケーブルの構造
が簡単になる。
ルとすることで陰極の露出部を無くすことができること
が容易に分かる。これにより陰極の電圧が直接影響する
部分が無くなり放電を防止することが可能となる。ま
た、中間電極の形状を工夫する（例えば曲率半径の大き
な構造とする）ことにより電場の集中を防止することも
可能であり、より放電が生じにくくなる。更に中間電極
の電位を陰極電位の４０〜６０％の範囲とすれば、電場
をできるだけ均一にするために中間電極と配線を空間的
にも中間におけば良い。この場合電極やケーブルの構造
が簡単になる。
【０００６】一方、もし電子源と中間電極の間に放電が
起きても中間電極とその電源との間に抵抗があればその
抵抗により流れる電流が制限されまた自動的に中間電極
の電位が変化する。この結果放電は軽微ですみ、電子源
や電極への損傷を押さえることができる。例えば陰極−
５０ｋＶ・中間電極−２５ｋＶの場合、放電を１００μ
Ａ以下に押さえるためには電位差を電流で割って２５０
ＭΩが必要である。またダイオードも接続してあれば、
中間電極から陽極に放電した場合には電源からの電子の
供給が瞬時に行なわれ中間電極の電位は維持されるの
で、電子源側での放電の誘発を防止できる。
起きても中間電極とその電源との間に抵抗があればその
抵抗により流れる電流が制限されまた自動的に中間電極
の電位が変化する。この結果放電は軽微ですみ、電子源
や電極への損傷を押さえることができる。例えば陰極−
５０ｋＶ・中間電極−２５ｋＶの場合、放電を１００μ
Ａ以下に押さえるためには電位差を電流で割って２５０
ＭΩが必要である。またダイオードも接続してあれば、
中間電極から陽極に放電した場合には電源からの電子の
供給が瞬時に行なわれ中間電極の電位は維持されるの
で、電子源側での放電の誘発を防止できる。
【０００７】この保護抵抗は電子放出時に電流の流れる
陰極や陽極には電流の変動が電圧の変動となるために接
続することができない。逆に言えば中間電極には電子が
衝突しないように電極構造を工夫する（例えば電極の内
径を最適化する）必要がある。
陰極や陽極には電流の変動が電圧の変動となるために接
続することができない。逆に言えば中間電極には電子が
衝突しないように電極構造を工夫する（例えば電極の内
径を最適化する）必要がある。
【０００８】
【実施例】以下本発明の詳しい説明を実施例に基づいて
行なう。
行なう。
【０００９】実施例１ 図３に電子銃の構成を示す。本発明をＬａＢ6 の電子源
に用いた例で説明する。電子源１はＬａＢ6 熱電子源で
あることから陰極部２６は電子源１とウエネルト２３か
ら構成されている。電子源には−５０ｋＶ，ウエネルト
電極には−50.5ｋＶのほぼ同じ電圧が印加されている。
また電子源１の加熱電流を供給するために陰極線は２本
のケーブルで構成されている。陽極３は０Ｖに接地され
ている。電場の分布をできるだけ一定にするために、２
つの電極からほぼ等距離の位置に中間電極２を設け−２
５ｋＶの電圧を印加する。中間電極２の配線は陰極部を
包む中間電極線８を通して電源に接続している。
に用いた例で説明する。電子源１はＬａＢ6 熱電子源で
あることから陰極部２６は電子源１とウエネルト２３か
ら構成されている。電子源には−５０ｋＶ，ウエネルト
電極には−50.5ｋＶのほぼ同じ電圧が印加されている。
また電子源１の加熱電流を供給するために陰極線は２本
のケーブルで構成されている。陽極３は０Ｖに接地され
ている。電場の分布をできるだけ一定にするために、２
つの電極からほぼ等距離の位置に中間電極２を設け−２
５ｋＶの電圧を印加する。中間電極２の配線は陰極部を
包む中間電極線８を通して電源に接続している。
【００１０】図４に電源線と中間電極線を含むケーブル
の断面構造を示す。また、中間電極と電源の間には１Ｇ
Ωの保護抵抗６が接続されている。
の断面構造を示す。また、中間電極と電源の間には１Ｇ
Ωの保護抵抗６が接続されている。
【００１１】以上の構成で真空度５／１０8Torr ，電子
源温度１５００℃，電流５００μＡの条件のもとで動作
させたところ２０００時間安定に電子線を得ることがで
きた。
源温度１５００℃，電流５００μＡの条件のもとで動作
させたところ２０００時間安定に電子線を得ることがで
きた。
【００１２】中間電極の電圧を−１０ｋＶとしたところ
放電が生じ、電源が停止した。しかし、保護抵抗のため
に放電の電流は少なく電子源に悪影響を与えることがな
かった。電源を復帰させることによりまた正常に動作を
開始した。中間電極の配線に接続してある抵抗を除いて
同様の放電を起こしてみたところ放電後の放出電子の放
射角分布が変化しており、放電により電子源が損傷を受
けたものと考えられる。
放電が生じ、電源が停止した。しかし、保護抵抗のため
に放電の電流は少なく電子源に悪影響を与えることがな
かった。電源を復帰させることによりまた正常に動作を
開始した。中間電極の配線に接続してある抵抗を除いて
同様の放電を起こしてみたところ放電後の放出電子の放
射角分布が変化しており、放電により電子源が損傷を受
けたものと考えられる。
【００１３】次に中間電極の電位を−４０ｋＶに変化さ
せたところ、放電を起こすと同時に陽極と中間電極の間
でも放電が生じた。これは初めの放電により中間電極の
電位が一時的に大きく上がったためと考えられる。抵抗
にダイオード７を並列に接続した場合は中間電極の電位
が変化しないために放電は下の２電極間のみで終わり電
子源への影響は無かった。
せたところ、放電を起こすと同時に陽極と中間電極の間
でも放電が生じた。これは初めの放電により中間電極の
電位が一時的に大きく上がったためと考えられる。抵抗
にダイオード７を並列に接続した場合は中間電極の電位
が変化しないために放電は下の２電極間のみで終わり電
子源への影響は無かった。
【００１４】更に中間電極に電流計１９を接続して中間
電極に流れた電流を調べた。中間電極に電流が流れると
保護抵抗の為に中間電極の電位が低下する。そのために
通常の状態では中間電極に電子が照射しないようにする
必要がある。放電が起きれば中間電極に電流が流れ、放
電をモニターすることが出来る。例えばマイクロ放電に
より中間電極に微小な電流が流れれば、電源電圧を調整
して予め大放電を防止することが可能であり、流れる電
流の向きを知れば中間電極の上下いずれに放電が生じた
かわかる。このように中間電極に流れる電流をモニター
することには種々の効果が期待できる。
電極に流れた電流を調べた。中間電極に電流が流れると
保護抵抗の為に中間電極の電位が低下する。そのために
通常の状態では中間電極に電子が照射しないようにする
必要がある。放電が起きれば中間電極に電流が流れ、放
電をモニターすることが出来る。例えばマイクロ放電に
より中間電極に微小な電流が流れれば、電源電圧を調整
して予め大放電を防止することが可能であり、流れる電
流の向きを知れば中間電極の上下いずれに放電が生じた
かわかる。このように中間電極に流れる電流をモニター
することには種々の効果が期待できる。
【００１５】なお本実施例では保護抵抗を接続したが、
中間電極線に抵抗ケーブルを用いれば新たに保護抵抗を
接続することなく装置構成が簡単となる。また電子源の
みならず電子源の電源も中間電極電位で覆うようにすれ
ば電子銃から電源まで一貫して放電を防止することがで
きる。
中間電極線に抵抗ケーブルを用いれば新たに保護抵抗を
接続することなく装置構成が簡単となる。また電子源の
みならず電子源の電源も中間電極電位で覆うようにすれ
ば電子銃から電源まで一貫して放電を防止することがで
きる。
【００１６】実施例２ 図５に電子銃の構成を示す。本実施例ではＷの電界放出
電子銃に適用した。従って陰極部２６は電子源１と引出
電極１６から構成されている。電子源に−５０ｋＶ，引
出電極に−４７ｋＶ印加した。中間電極２には−２０ｋ
Ｖ，陽極は接地した。本実施例では図６に示すケーブル
を用い、陰極の引出電圧も電子源への配線を覆う形とし
た。更にそれぞれの電源は抵抗分割１８により電圧を設
定している。電界放出型の電子源は特に放電による損傷
が激しくその保護には十分な注意を払う必要がある。本
実施例では保護抵抗６として１０ＧΩの抵抗を接続した
これにより放電時に流れる電流は１μＡと非常に少なく
なる。この構造で１０００時間安定に放出電流０.５μ
Ａ を得ることができた。
電子銃に適用した。従って陰極部２６は電子源１と引出
電極１６から構成されている。電子源に−５０ｋＶ，引
出電極に−４７ｋＶ印加した。中間電極２には−２０ｋ
Ｖ，陽極は接地した。本実施例では図６に示すケーブル
を用い、陰極の引出電圧も電子源への配線を覆う形とし
た。更にそれぞれの電源は抵抗分割１８により電圧を設
定している。電界放出型の電子源は特に放電による損傷
が激しくその保護には十分な注意を払う必要がある。本
実施例では保護抵抗６として１０ＧΩの抵抗を接続した
これにより放電時に流れる電流は１μＡと非常に少なく
なる。この構造で１０００時間安定に放出電流０.５μ
Ａ を得ることができた。
【００１７】実施例３ 図７に電子銃の構造を示す。実施例１と同様にＬａＢ6
の熱電子銃に適用したが、本実施例では中間電極２の電
圧を抵抗分割により設定し、電源構造の簡易化を図っ
た。分割抵抗１８の値はそれぞれ２００ＭΩであるが熱
電子銃でもこれでは保護が不十分と考えられ１ＧΩの保
護抵抗６を追加した。電子源に−５０ｋＶ，ウエネルト
に−５０.５ｋＶ ，中間電極に−３０ｋＶの電圧を与え
た。この状態で電子源１を１５５０℃に加熱して、１ｍ
Ａの電流を３０００時間以上の長期間安定に得ることが
出来た。中間電極を−１０ｋＶとすると陰極と中間電極
との間で放電が生じたが、元の設定に戻すと電子銃の動
作は再現し電子銃に損傷のないことが明らかとなった。
の熱電子銃に適用したが、本実施例では中間電極２の電
圧を抵抗分割により設定し、電源構造の簡易化を図っ
た。分割抵抗１８の値はそれぞれ２００ＭΩであるが熱
電子銃でもこれでは保護が不十分と考えられ１ＧΩの保
護抵抗６を追加した。電子源に−５０ｋＶ，ウエネルト
に−５０.５ｋＶ ，中間電極に−３０ｋＶの電圧を与え
た。この状態で電子源１を１５５０℃に加熱して、１ｍ
Ａの電流を３０００時間以上の長期間安定に得ることが
出来た。中間電極を−１０ｋＶとすると陰極と中間電極
との間で放電が生じたが、元の設定に戻すと電子銃の動
作は再現し電子銃に損傷のないことが明らかとなった。
【００１８】実施例４ 図８に電子銃の構造を示す。実施例１の中間電極と碍子
の構造を維持したまま中間電極への電源供給方法を変え
た。この方法でも碍子を通した陰極の放電は防止するこ
とが出来るため電子銃として比較的安定に動作する。−
５０ｋＶ印加して１０００時間無放電であった。
の構造を維持したまま中間電極への電源供給方法を変え
た。この方法でも碍子を通した陰極の放電は防止するこ
とが出来るため電子銃として比較的安定に動作する。−
５０ｋＶ印加して１０００時間無放電であった。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば安定に高加速電圧の荷電
粒子銃を得ることが出来る。また、例え真空度の低下等
により放電が生じたとしても放電による荷電粒子銃の損
傷を防ぐことが出来る。従ってこの荷電粒子銃を搭載し
た荷電粒子線装置は長時間安定に動作する。特に電子線
描画装置等の製造装置では長時間の安定性が特に効果的
となる。
粒子銃を得ることが出来る。また、例え真空度の低下等
により放電が生じたとしても放電による荷電粒子銃の損
傷を防ぐことが出来る。従ってこの荷電粒子銃を搭載し
た荷電粒子線装置は長時間安定に動作する。特に電子線
描画装置等の製造装置では長時間の安定性が特に効果的
となる。
【図１】本発明による電子銃の構造図。
【図２】従来の電子銃の構造図。
【図３】実施例１で用いた電子銃の構造図。
【図４】実施例１で用いたケーブルの断面図。
【図５】実施例２で用いた電子銃の構造図。
【図６】実施例２で用いたケーブルの断面図。
【図７】実施例３で用いた電子銃の構造図。
【図８】実施例４で用いた電子銃の構造図。
１…電子源（陰極）、２…中間電極、３…陽極、４…中
間電極電源、５…陰極電源、６…保護抵抗、７…ダイオ
ード、８…中間電極線、９…陰極線、１０…アース、１
１…ケーブル被覆、１２…電子銃ヘッド、１３…アース
線、１４…碍子、１５…引出電極電源、１６…引出電
極、１７…引出電極線、１８…分割抵抗、１９…電流
計、２０…中間端子、２１…電子源線１、２２…電子源
線２、２３…ウエネルト電極、２４…ウエネルト電極
線、２５…ウエネルト電源、２６…陰極部。
間電極電源、５…陰極電源、６…保護抵抗、７…ダイオ
ード、８…中間電極線、９…陰極線、１０…アース、１
１…ケーブル被覆、１２…電子銃ヘッド、１３…アース
線、１４…碍子、１５…引出電極電源、１６…引出電
極、１７…引出電極線、１８…分割抵抗、１９…電流
計、２０…中間端子、２１…電子源線１、２２…電子源
線２、２３…ウエネルト電極、２４…ウエネルト電極
線、２５…ウエネルト電源、２６…陰極部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 慎一 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測器事業部内
Claims (11)
- 【請求項１】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、陰極を支える碍子の中間部に
中間電極を接続したことを特徴とする荷電粒子銃。 - 【請求項２】請求項１に記載の荷電粒子銃において中間
電極への電源の供給が荷電粒子源を支える碍子を貫通し
て行なわれることを特徴とする荷電粒子銃。 - 【請求項３】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、電源ケーブルのアース線と中
間電極線が同心円状でありかつ荷電粒子源の電源線が中
間電極線に内包されていることを特徴とする荷電粒子
銃。 - 【請求項４】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、荷電粒子が衝突しないように
中間電極が構成されていることを特徴とする荷電粒子
銃。 - 【請求項５】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、中間電極とその電源の間に放
電の際の電流量を抑制する抵抗を設けたことを特徴とす
る荷電粒子銃。 - 【請求項６】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、中間電極の電源ケーブルを抵
抗ケーブルとしたことを特徴とする荷電粒子銃。 - 【請求項７】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、中間電極とその電源の間に放
電の際の電流量を抑制する抵抗と中間電極から電源に電
流の流れるダイオードを設けたことを特徴とする荷電粒
子銃。 - 【請求項８】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、中間電極に流れる電流を検出
できる回路を設けたことを特徴とする荷電粒子銃。 - 【請求項９】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を設
けた荷電粒子銃において、中間電極に流れる電流を検出
し、その電流値を用いて電源を制御することを特徴とす
る荷電粒子銃。 - 【請求項１０】荷電粒子源と接地電極の間に中間電極を
設けた荷電粒子銃において、荷電粒子源の電源が中間電
極電位により覆われていることを特徴とする荷電粒子
銃。 - 【請求項１１】請求項１から１０に記載の荷電粒子銃を
用いた荷電粒子装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3288362A JPH05128990A (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 荷電粒子銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3288362A JPH05128990A (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 荷電粒子銃 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05128990A true JPH05128990A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17729224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3288362A Pending JPH05128990A (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | 荷電粒子銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05128990A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022539216A (ja) * | 2019-07-02 | 2022-09-07 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ | 荷電粒子のパルス発生器および荷電粒子のパルス発生器を使用するための方法 |
| WO2025150183A1 (ja) * | 2024-01-12 | 2025-07-17 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置 |
-
1991
- 1991-11-05 JP JP3288362A patent/JPH05128990A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022539216A (ja) * | 2019-07-02 | 2022-09-07 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ | 荷電粒子のパルス発生器および荷電粒子のパルス発生器を使用するための方法 |
| US12278082B2 (en) | 2019-07-02 | 2025-04-15 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Pulsed generator of electrically charged particles and method for using a pulsed generator of electrically charged particles |
| WO2025150183A1 (ja) * | 2024-01-12 | 2025-07-17 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置 |
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