(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム発生装置の電子銃の加速電圧として直流の高電圧を発生する高圧ユニットと、
前記高圧ユニットの出力電圧を一定に制御するとともに前記電子銃の出力電流を電流設定値になるように制御する制御ユニットと、
前記電流設定値に基づいて、前記制御ユニットの駆動周波数が電子ビームの電圧変動幅が安定度規格を満たすための周波数になるように、前記駆動周波数を設定するための周波数設定ユニットとを備えたことを特徴とする電子ビーム発生装置の電源装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を有するとともに、前記高圧ユニットは前記インバータ回路で得られた交流電圧を昇圧する変圧器を有し、前記制御ユニットの前記駆動周波数は、前記制御ユニットの前記インバータ回路のメイン素子の駆動周波数であり、前記所定周波数は、前記高圧ユニットの前記変圧器の２次側巻線を開放したときのインダクタンスと、前記変圧器の２次側の浮遊容量とにより形成される並列共振回路の共振周波数であることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム発生装置の電源装置。
【請求項３】
前記周波数設定ユニットは、前記制御ユニットの前記駆動周波数をパラメータとした、前記電子銃の前記出力電流と前記電子銃の前記加速電圧の安定度との関係を記憶していることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム発生装置の電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の電子ビーム発生装置の電源装置を備えたことを特徴とする電子線描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃から電子ビームを発生する電子ビーム発生装置の電源装置及び電子線描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子銃から電子ビームを発生する電子ビーム発生装置として電子線描画装置がある。電子線描画装置は、電子銃からの電子ビームを被描画物に照射して描画するものである。電子ビームは高電圧の電源装置からの電圧により加速され、電子銃から照射される（例えば、特許文献１参照）。電子線描画装置の電源装置は、直流の高電圧を発生する高圧ユニットと、高圧ユニットの出力電圧を一定に制御するための制御ユニットからなり、高圧ユニットの出力電圧は、負荷である電子銃の加速電圧として出力される。
【０００３】
このような電子線描画装置の電源装置において、高圧ユニットの出力電圧である加速電圧が直流の数十kVである場合、その安定度規格は例えば2.0ppm/hour と厳しい。その安定度規格を維持するため、加速電圧の電圧変動幅は2.0ppm/hour未満にすることが望ましい。
【０００４】
電子線描画装置の電源装置の高圧ユニットは、制御ユニットのインバータ回路からの交流電圧を変圧器で昇圧し、さらに高電圧発生装置にて、昇圧した直流電圧に変換し、電子銃の加速電圧として出力する。
【０００５】
この場合、変圧器の１次側の電圧波形を正弦波に近づけるために、変圧器の２次側オープンインダクタンス（変圧器の２次側巻線を開放したときの１次側換算のインダクタンス）と、高電圧発生装置の等価入力容量（２次側の浮遊容量の１次側換算値）とによる並列共振を行っている。すなわち、制御ユニットのインバータ回路のメイン素子の駆動周波数を、この共振周波数に一致するように調整している。これにより、電子銃からの電子ビームの電圧変動幅が小さくなり加速安定度が安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１４４４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のものでは、負荷である電子銃の出力電流が変化すると共振周波数が変化し、これにより、駆動周波数が共振周波数からずれてしまい、加速安定度が安定しなくなることがある。出力電流が変化すると共振周波数が変化するのは、出力電流の変化によって入力側から見た出力側のインピーダンスが変化するためである。
【０００８】
従って、出力電流が一定のときや出力電流の範囲が狭いときは、制御ユニットのインバータ回路のメイン素子の駆動周波数を一定の周波数（共振周波数）で対応可能であるが、負荷である電子銃の出力電流の運用幅が大きくなると、駆動周波数が共振周波数からずれてしまい加速安定度が安定しなくなる。
【０００９】
今までの電子線描画装置の出力電流の運用幅は狭いものであったが、最近は、出力電流の大きな電子線描画装置も開発されており、出力電流の運用幅が大きくなっている。
【００１０】
本発明の目的は、電子ビーム発生装置の出力電流の運用幅に対応して、最適な駆動周波数に調整できる電子ビーム発生装置の電源装置及び電子線描画装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電子ビーム発生装置の電源装置は、電子ビーム発生装置の電子銃の加速電圧として直流の高電圧を発生する高圧ユニットと、前記高圧ユニットの出力電圧を一定に制御するとともに前記電子銃の出力電流を電流設定器に設定された電流設定値になるように制御する制御ユニットと、前記電流設定器の電流設定値に連動するデジタルポテンショメータを有し、前記デジタルポテンショメータの設定位置に基づいて前記制御ユニットの駆動周波数が所定周波数になるように前記駆動周波数を設定するための周波数設定ユニットとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る電子線描画装置は、請求項１又は２記載の電子ビーム発生装置の電源装置を備えたことを特徴とする電子線描画装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子ビーム発生装置の出力電流の運用幅に対応して、最適な駆動周波数に調整できるので、安定した加速電圧が得られる。また、周波数設定ユニットは、電流設定値に連動するデジタルポテンショメータを有するので、周波数設定の微調整が可能となり、出力電流の運用幅が広がっても周波数設定が正確に行え、これによって安定した加速電圧が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電子ビーム発生装置の電源装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態における制御ユニットの駆動周波数をパラメータとした電子銃の出力電流と加速電圧安定度との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の実施形態における制御ユニットの駆動周波数ｆ１の加速電圧の波形図。
【図４】本発明の実施形態における制御ユニットの駆動周波数ｆ２の加速電圧の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム発生装置の電源装置の構成図である。以下の説明では、電子ビーム発生装置の電源装置として電子線描画装置の電源装置である場合について説明する。電子線描画装置の電源装置は、直流の高電圧を発生する高圧ユニット１１と、高圧ユニット１１の出力電圧及び出力電流を制御する制御ユニット１２と、制御ユニット１２の駆動周波数を設定するための周波数設定ユニット１３と、高圧ユニット１１の出力電流（電子銃１４の出力電流）の電流設定値を設定するための電流設定器１５とからなる。
【００１６】
高圧ユニット１１は、制御ユニット１２のインバータ回路１６からの交流電圧を入力し昇圧する変圧器１７と、変圧器１７で昇圧された交流電圧をさらに昇圧して直流電圧に変換する高圧発生装置２０とを有する。
【００１７】
高圧ユニット１１の変圧器１７は、制御ユニット１２のインバータ回路１６で得られた交流電圧を昇圧するものである。制御ユニット１２のインバータ回路１６は、制御ユニットの周波数回路１８により、周波数設定ユニット１３で設定された駆動周波数でインバータ回路１６のメイン素子を駆動制御し、直流電源１９の直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換する。
【００１８】
ここで、所定周波数は、電子銃１４からの電子ビームの電圧変動幅が安定度規格を満たす周波数である。例えば、高圧ユニット１１の変圧器１７の２次側巻線を開放したときのインダクタンスＬ２と、変圧器１７の２次側の浮遊容量Ｃ２とにより形成される並列共振回路の共振周波数である。なお、本発明では、変圧器１７の２次側巻線を開放したときのインダクタンスＬ２、変圧器１７の２次側の浮遊容量Ｃ２には、そのインダクタンスや浮遊容量に対して、外付けでインダクタンスや容量を付加した場合も含むものとする。
【００１９】
インバータ回路１６のメイン素子の駆動周波数（以下、制御ユニットの駆動周波数という）を並列共振回路の共振周波数にすることによって、変圧器１７の１次側の電圧波形を正弦波に近づけ、電子銃１４からの電子ビームの電圧変動幅を小さくし加速安定度を安定させる。
【００２０】
次に、高圧ユニット１１の高圧発生装置２０は、コッククロフト・ウォルトン回路で形成される。コッククロフト・ウォルトン回路は半波倍電圧整流回路を多段に接続して構成され、交流電圧を昇圧して直流電圧に変換する機能を有する。高圧発生装置２０の出力電圧は、負荷である電子銃１４の加速電圧として出力される。
【００２１】
高圧発生装置２０の出力電圧は電圧検出器２１で検出され、また、高圧発生装置２０の出力電流は電流検出器２２で検出されて、制御ユニット１２の制御回路２３に入力される。制御ユニット１２の制御回路２３は、高圧発生装置２０の出力電流が電流設定器１５で設定された電流設定値になるように、また、高圧発生装置２０の出力電圧が予め定めた所定電圧になるようにインバータ回路１６を制御する。これにより、電子銃１４の印加電圧は所定電圧となり、また、電子銃１４の出力電流は電流設定器１５に設定された電流設定値となる。
【００２２】
周波数設定ユニット１３は、電流設定器１５に設定された電流設定値に基づいて、制御ユニット１２の駆動周波数が所定周波数（共振回路の共振周波数）になるように、制御ユニット１２の駆動周波数を設定するものである。前述したように、負荷である電子銃１４の出力電流が変化すると共振回路の共振周波数が変化し、これにより、制御ユニット１２の駆動周波数が共振周波数からずれ、電子ビームの電圧変動幅が大きくなり、加速安定度が安定しなくなることがある。
【００２３】
そこで、電子銃１４からの電子ビームの電圧変動幅を小さくし加速電圧安定度を安定させるために、制御ユニット１２の駆動周波数を所定周波数（共振回路の共振周波数）になるように調整する。つまり、電流設定器１５に設定された電流設定値に合わせて制御ユニット１２の駆動周波数が所定周波数（共振回路の共振周波数）になるように、制御ユニット１２の駆動周波数を変化させるようにした。
【００２４】
周波数設定ユニット１３は、電流設定器１５の電流設定値に連動するデジタルポテンショメータ２４を有し、パルス発生装置２５は、デジタルポテンショメータ２４の設定位置に基づいて、制御ユニット１２の駆動周波数が所定周波数になるように、周波数回路１８に制御ユニット１２の駆動周波数を設定する。例えば、パルス発生装置２５をタイマーＩＣで形成し、可変抵抗に代えてデジタルポテンショメータ２４を設け、デジタルポテンショメータ２４の設定位置をワイパーを変化させて周波数を調整する。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態における制御ユニット１２の駆動周波数をパラメータとした電子銃１４の出力電流と加速電圧安定度との関係を示すグラフである。図２では高圧発生装置２０の出力電圧（加速電圧）が直流の約Ｅ０kVである場合の加速電圧安定度を示している。また、制御ユニット１２の駆動周波数ｆは、ｆ１＜ｆ＜ｆ２の間で変化させた場合を示している。前述したように、加速電圧がＥ０kVである場合、その安定度規格は2.0ppm/hourであるので、加速電圧の電圧変動幅は2.0ppm/hour未満であることが望ましい。このグラフの関数を予めパルス発生回路２５に記憶しておく。
【００２６】
図２に示すように、制御ユニット１２の駆動周波数ｆがｆ１であるとき、加速電圧の電圧変動幅が2.0ppm/hour未満を満たすのは、電子銃１４の出力電流がI11〜I12の範囲ΔI1である。また、制御ユニット１２の駆動周波数ｆがｆ２であるとき、加速電圧の電圧変動幅が2.0ppm/hour未満を満たすのは、電子銃１４の出力電流がI22以下の範囲ΔI2である。
【００２７】
そして、ｆ１＜ｆａ＜ｆｂ＜ｆｃ＜ｆｄ＜ｆ２を満たす駆動周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄについても、同様に、駆動周波数ｆａ（ｆ１＜ｆａ＜ｆｂ）のときは電子銃１４の出力電流がIa1〜Ia2の範囲ΔIaのとき、駆動周波数ｆｂ（ｆａ＜ｆｂ＜ｆｃ）のときは電子銃１４の出力電流がIb1〜Ib2の範囲ΔIbのとき、駆動周波数ｆｃ（ｆｂ＜ｆｃ＜ｆｄ）のときは電子銃１４の出力電流がIc2以下の範囲ΔIcのとき、駆動周波数ｆｄ（ｆｃ＜ｆｄ＜ｆ２）のときは電子銃１４の出力電流がId2以下の範囲ΔIdのときに、それぞれ加速電圧の電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす。従って、電子銃１４の出力電流がI12（約I0+4Iα）以下のすべての範囲で、加速電圧の電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たすように、制御ユニット１２の駆動周波数ｆを設定できる。
【００２８】
例えば、電流設定器１５に設定された電子銃１４の出力電流値がI0+3Iαであるときは、パルス発生回路２５は制御ユニット１２の駆動周波数ｆとしてｆ１を設定する。なお、電子銃１４の出力電流値がI0+3Iαであるとき、加速電圧の電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲は、駆動周波数ｆ１だけでなく、駆動周波数ｆａ、ｆｂもその条件を満たす。このように、加速電圧の電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲は、各々の駆動周波数ｆ１、ｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄ、ｆ２で重複する範囲があるので、電流設定器１５に設定された電子銃１４の出力電流値が重複する範囲であるときは、その出力電流値が極小値（最小値）に近い駆動周波数ｆを選択するのが望ましい。また、電流設定器１５に設定された電子銃１４の出力電流値が極小値（最小値）となる関数を演算し、関数で定まる駆動周波数ｆｘを演算して出力するようにしてもよい。
【００２９】
図３は制御ユニットの駆動周波数ｆ１の加速電圧の波形図であり、図３（ａ）は図２の電子銃の出力電流がI0（点A）における制御ユニットの駆動周波数ｆ１の加速電圧の波形図、図３（ｂ）は図２の電子銃の出力電流がI0+3Iα（点B）における制御ユニットの駆動周波数ｆ１の加速電圧の波形図である。図３（ａ）、図３（ｂ）では１時間あたりの加速電圧の波形を示している。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、図２の電子銃１４の出力電流がI0（点A）における制御ユニット１２の駆動周波数ｆ１の加速電圧は、加速電圧E0kVに対し電圧変動幅ΔEaが大きく、安定度規格2.0ppm/hourを満たしていないことが分かる。これは、図２に示すように、点Aは制御ユニット１２の駆動周波数ｆ１の加速電圧が電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲外であるからである。
【００３１】
一方、  図３（ｂ）に示すように、図２の電子銃１４の出力電流がI0+400（点B）における制御ユニット１２の駆動周波数ｆ１の加速電圧は、加速電圧E0kVに対し電圧変動幅ΔEbが小さく、安定度規格2.0ppm/hourを満たしていることが分かる。これは、図２に示すように、点Bは制御ユニット１２の駆動周波数ｆ１の加速電圧が電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲内であるからである。
【００３２】
図４は制御ユニットの駆動周波数ｆ２の加速電圧の波形図であり、図４（ａ）は図２の電子銃の出力電流がI0における制御ユニットの駆動周波数ｆ２の加速電圧の波形図、図４（ｂ）は図２の電子銃の出力電流がI0+1.2Iαにおける制御ユニットの駆動周波数ｆ２の加速電圧の波形図、図４（ｃ）は図２の電子銃の出力電流がI0+3Iαにおける制御ユニットの駆動周波数ｆ２加速電圧の波形図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）では１時間あたりの加速電圧の波形を示している。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、図２の電子銃１４の出力電流がI0（点C）における制御ユニット１２の駆動周波数ｆ２の加速電圧は、加速電圧E0kVに対し電圧変動幅ΔEcが小さく、安定度規格2.0ppm/hourを満たしていることが分かる。これは、図２に示すように、点Aは制御ユニット１２の駆動周波数ｆ２の加速電圧が電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲内であるからである。
【００３４】
また、図４（ｂ）に示すように、図２の電子銃１４の出力電流がI0+1.2Iα（点D）における制御ユニット１２の駆動周波数ｆ２の加速電圧は、図４（ａ）と比較し、加速電圧E0kVに対し電圧変動幅ΔEdが大きくなっており、安定度規格2.0ppm/hourを満たしていないことが分かる。これは、点Dは点Cの場合より、制御ユニット１２の駆動周波数ｆ２の加速電圧が電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲外であるからである。
【００３５】
さらに、図４（ｃ）に示すように、図２の電子銃１４の出力電流がI0+3Iα（点E）における制御ユニット１２の駆動周波数ｆ２の加速電圧は、図４（ｂ）と比較し、加速電圧E0kVに対し電圧変動幅ΔEeがさらに大きくなっており、安定度規格2.0ppm/hourを満たしていないことが分かる。これは、点Eは点Dの場合より、制御ユニット１２の駆動周波数ｆ２の加速電圧が電圧変動幅2.0ppm/hour未満を満たす範囲よりさらに遠くなっており、その範囲外であるからである。
【００３６】
このように、本発明では、図２に示すように、制御ユニット１２の駆動周波数ｆと出力電流値とは一定の関連性があることを知見し、電流設定器１５に設定される電子銃１４の出力電流の電流設定値に合わせて駆動周波数ｆを変化させ、電子銃１４からの電子ビームの電圧変動幅が安定度規格を満たすようにした。
【００３７】
すなわち、周波数を作っているパルス発生装置２５に接続されているデジタルポテンショメータ２４の設定位置を電流設定器１５の電流設定値に連動して変化させて、周波数を調整する。それによって、電流設定器１５に設定された電流設定値にて駆動周波数ｆを自動的に決定することが可能となる。
【００３８】
この場合、図２に示す駆動周波数ｆと出力電流値との関係は、予めパルス発生装置２５に記憶しておき、その駆動周波数ｆと出力電流値との関数を用いて駆動周波数ｆを自動的に決定する。
【００３９】
これにより、電子銃１４の出力電流によって制御ユニット１２の駆動周波数ｆは自動的に最適な周波数となるため、安定度規格を満たした安定した加速電圧が得られる。また、周波数設定ユニット１３をデジタル化することにより、駆動周波数ｆの微調整が可能となり、電流の幅が広がっても安定した加速電圧が得られる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１１…高圧ユニット、１２…制御ユニット、１３…周波数設定ユニット、１４…電子銃、１５…電流設定器、１６…インバータ回路、１７…変圧器、１８…周波数回路、１９…直流電源、２０…高圧発生装置、２１…電圧検出器、２２…電流検出器、２３…制御回路、２４…デジタルポテンショメータ、２５…パルス発生装置
【図１】
0006000203.tif 000002
【図２】
0006000203.tif 000003
【図３】
0006000203.tif 000004
【図４】
0006000203.tif 000005