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JP6000203B2 - Power supply device and electron beam drawing apparatus for electron beam generator - Google Patents

Power supply device and electron beam drawing apparatus for electron beam generator Download PDF

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JP6000203B2 JP2013155417A JP2013155417A JP6000203B2 JP 6000203 B2 JP6000203 B2 JP 6000203B2 JP 2013155417 A JP2013155417 A JP 2013155417A JP 2013155417 A JP2013155417 A JP 2013155417A JP 6000203 B2 JP6000203 B2 JP 6000203B2
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Description

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。   The present invention relates to a power supply device and an electron beam drawing apparatus for an electron beam generator that generates an electron beam from an electron gun.

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。   For example, there is an electron beam drawing apparatus as an electron beam generating apparatus that generates an electron beam from an electron gun. The electron beam drawing apparatus performs drawing by irradiating an object with an electron beam from an electron gun. The electron beam is accelerated by a voltage from a high-voltage power supply device and irradiated from an electron gun (see, for example, Patent Document 1). The power supply device of the electron beam drawing apparatus is composed of a high voltage unit that generates a high DC voltage and a control unit for controlling the output voltage of the high voltage unit to be constant. The output voltage of the high voltage unit is the load of the electron gun that is a load. Output as acceleration voltage.

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。   In such an electron beam drawing apparatus power supply device, when the acceleration voltage, which is the output voltage of the high voltage unit, is several tens kV of direct current, the stability standard is strict, for example, 2.0 ppm / hour. In order to maintain the stability standard, the voltage fluctuation range of the acceleration voltage is preferably less than 2.0 ppm / hour.

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。   The high-voltage unit of the power supply device of the electron beam lithography system boosts the AC voltage from the inverter circuit of the control unit with a transformer, converts it into a DC voltage boosted with a high-voltage generator, and uses it as an acceleration voltage for the electron gun. Output.

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。   In this case, in order to approximate the voltage waveform on the primary side of the transformer to a sine wave, the secondary open inductance of the transformer (inductance converted to the primary side when the secondary winding of the transformer is opened) and The parallel resonance is performed by the equivalent input capacitance of the high voltage generator (primary conversion value of the stray capacitance on the secondary side). That is, the drive frequency of the main element of the inverter circuit of the control unit is adjusted to coincide with this resonance frequency. Thereby, the voltage fluctuation width of the electron beam from the electron gun is reduced, and the acceleration stability is stabilized.

特開平5−144404号公報JP-A-5-144404

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。   However, in the conventional device, when the output current of the electron gun that is a load changes, the resonance frequency changes. As a result, the drive frequency deviates from the resonance frequency, and the acceleration stability may become unstable. The reason why the resonance frequency changes when the output current changes is that the impedance on the output side viewed from the input side changes due to the change in the output current.

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。   Therefore, when the output current is constant or the output current range is narrow, the drive frequency of the main element of the inverter circuit of the control unit can be handled at a constant frequency (resonance frequency), but the load of the electron gun When the operating width of the output current is increased, the driving frequency is deviated from the resonance frequency, and the acceleration stability is not stabilized.

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。   Until now, the operating range of the output current of the electron beam drawing apparatus has been narrow, but recently, an electron beam drawing apparatus having a large output current has been developed, and the operating range of the output current has been increased.

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。   An object of the present invention is to provide a power supply device and an electron beam drawing apparatus for an electron beam generator that can be adjusted to an optimum driving frequency in accordance with the operating range of the output current of the electron beam generator.

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。 A power supply device for an electron beam generator according to the present invention includes a high voltage unit that generates a DC high voltage as an acceleration voltage of an electron gun of the electron beam generator, a constant output voltage of the high voltage unit, and the electron gun. A control unit for controlling the output current of the current setter to be a current set value set in the current setter, and a digital potentiometer linked to the current set value of the current setter, and based on the set position of the digital potentiometer And a frequency setting unit for setting the drive frequency so that the drive frequency of the control unit becomes a predetermined frequency.

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。   An electron beam drawing apparatus according to the present invention comprises the power supply device for an electron beam generator according to claim 1 or 2.

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。   According to the present invention, it is possible to adjust to an optimum driving frequency corresponding to the operating width of the output current of the electron beam generator, and thus a stable acceleration voltage can be obtained. In addition, the frequency setting unit has a digital potentiometer that is linked to the current setting value, so fine adjustment of the frequency setting is possible, and the frequency setting can be performed accurately even when the operating range of the output current is widened. Is obtained.

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。The block diagram of the power supply device of the electron beam generator which concerns on embodiment of this invention. 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。The graph which shows the relationship between the output current of an electron gun and acceleration voltage stability which made the parameter the drive frequency of the control unit in embodiment of this invention. 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。The wave form diagram of the acceleration voltage of the drive frequency f1 of the control unit in the embodiment of the present invention. 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。The wave form diagram of the acceleration voltage of the drive frequency f2 of the control unit in the embodiment of the present invention.

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。   Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device of an electron beam generator according to an embodiment of the present invention. In the following description, a case where the power supply device for the electron beam generator is a power supply device for an electron beam lithography apparatus will be described. The power supply device of the electron beam drawing apparatus includes a high voltage unit 11 that generates a high DC voltage, a control unit 12 that controls the output voltage and output current of the high voltage unit 11, and a frequency for setting the drive frequency of the control unit 12. The setting unit 13 includes a current setting unit 15 for setting a current setting value of an output current of the high voltage unit 11 (an output current of the electron gun 14).

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。   The high voltage unit 11 includes a transformer 17 that receives and boosts the AC voltage from the inverter circuit 16 of the control unit 12, and a high voltage generator 20 that further boosts the AC voltage boosted by the transformer 17 and converts it into a DC voltage. Have

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。   The transformer 17 of the high voltage unit 11 boosts the AC voltage obtained by the inverter circuit 16 of the control unit 12. The inverter circuit 16 of the control unit 12 drives and controls the main element of the inverter circuit 16 at the drive frequency set by the frequency setting unit 13 by the frequency circuit 18 of the control unit, and the DC voltage of the DC power source 19 is changed to an alternating current of a predetermined frequency. Convert to voltage.

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。   Here, the predetermined frequency is a frequency at which the voltage fluctuation width of the electron beam from the electron gun 14 satisfies the stability standard. For example, the resonance frequency of the parallel resonance circuit formed by the inductance L2 when the secondary winding of the transformer 17 of the high-voltage unit 11 is opened and the stray capacitance C2 on the secondary side of the transformer 17 is used. In the present invention, the inductance L2 when the secondary winding of the transformer 17 is opened and the stray capacitance C2 on the secondary side of the transformer 17 are externally connected to the inductance and stray capacitance. This also includes the case where capacity is added.

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。   By making the drive frequency of the main element of the inverter circuit 16 (hereinafter referred to as the drive frequency of the control unit) the resonance frequency of the parallel resonance circuit, the voltage waveform on the primary side of the transformer 17 is made close to a sine wave, and the electron gun 14 To reduce the voltage fluctuation range of the electron beam from and stabilize the acceleration stability.

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。   Next, the high pressure generator 20 of the high voltage unit 11 is formed by a Cockcroft-Walton circuit. The Cockcroft-Walton circuit is formed by connecting half-wave voltage doubler rectifier circuits in multiple stages, and has a function of boosting an AC voltage and converting it to a DC voltage. The output voltage of the high voltage generator 20 is output as the acceleration voltage of the electron gun 14 that is a load.

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。   The output voltage of the high voltage generator 20 is detected by the voltage detector 21, and the output current of the high voltage generator 20 is detected by the current detector 22 and input to the control circuit 23 of the control unit 12. The control circuit 23 of the control unit 12 ensures that the output current of the high voltage generator 20 becomes the current set value set by the current setter 15, and the output voltage of the high voltage generator 20 becomes a predetermined voltage. Thus, the inverter circuit 16 is controlled. As a result, the applied voltage of the electron gun 14 becomes a predetermined voltage, and the output current of the electron gun 14 becomes a current setting value set in the current setting device 15.

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。   The frequency setting unit 13 sets the driving frequency of the control unit 12 based on the current setting value set in the current setting unit 15 so that the driving frequency of the control unit 12 becomes a predetermined frequency (resonance frequency of the resonance circuit). To do. As described above, when the output current of the electron gun 14 that is a load changes, the resonance frequency of the resonance circuit changes. As a result, the drive frequency of the control unit 12 deviates from the resonance frequency, and the voltage fluctuation range of the electron beam increases. Acceleration stability may not be stable.

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。   Therefore, in order to reduce the voltage fluctuation range of the electron beam from the electron gun 14 and stabilize the acceleration voltage stability, the drive frequency of the control unit 12 is adjusted to be a predetermined frequency (resonance frequency of the resonance circuit). That is, the drive frequency of the control unit 12 is changed so that the drive frequency of the control unit 12 becomes a predetermined frequency (resonance frequency of the resonance circuit) in accordance with the current setting value set in the current setting device 15.

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。   The frequency setting unit 13 includes a digital potentiometer 24 that is linked to the current set value of the current setter 15, and the pulse generator 25 is configured so that the drive frequency of the control unit 12 is set to a predetermined frequency based on the set position of the digital potentiometer 24. Thus, the drive frequency of the control unit 12 is set in the frequency circuit 18. For example, the pulse generator 25 is formed by a timer IC, a digital potentiometer 24 is provided instead of the variable resistor, and the frequency is adjusted by changing the wiper of the setting position of the digital potentiometer 24.

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。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the output current of the electron gun 14 and the acceleration voltage stability with the drive frequency of the control unit 12 in the embodiment of the present invention as a parameter. FIG. 2 shows the acceleration voltage stability when the output voltage (acceleration voltage) of the high voltage generator 20 is about E0 kV of direct current. Moreover, the drive frequency f of the control unit 12 shows a case where it is changed between f1 <f <f2. As described above, when the acceleration voltage is E0 kV, the stability standard is 2.0 ppm / hour, so that the voltage fluctuation range of the acceleration voltage is preferably less than 2.0 ppm / hour. A function of this graph is stored in the pulse generation circuit 25 in advance.

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。   As shown in FIG. 2, when the drive frequency f of the control unit 12 is f1, the voltage fluctuation range of the acceleration voltage satisfies less than 2.0 ppm / hour because the output current of the electron gun 14 is in the range ΔI1 between I11 and I12. It is. When the drive frequency f of the control unit 12 is f2, the voltage fluctuation width of the acceleration voltage satisfies less than 2.0 ppm / hour is in the range ΔI2 where the output current of the electron gun 14 is I22 or less.

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。   Similarly, for the drive frequencies fa, fb, fc, and fd that satisfy f1 <fa <fb <fc <fd <f2, the output current of the electron gun 14 is the same at the drive frequency fa (f1 <fa <fb). When the driving frequency fb (fa <fb <fc) is within the range ΔIa between Ia1 and Ia2, when the output current of the electron gun 14 is within the range ΔIb between Ib1 and Ib2, and when the driving frequency fc (fb <fc <fd) Is the voltage of the acceleration voltage when the output current of the electron gun 14 is in the range ΔIc below Ic2, and at the drive frequency fd (fc <fd <f2), the output current of the electron gun 14 is in the range ΔId below Id2. Satisfies fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour. Therefore, the drive frequency f of the control unit 12 can be set to satisfy the voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour of the acceleration voltage in the entire range where the output current of the electron gun 14 is equal to or less than I12 (about I0 + 4Iα).

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。   For example, when the output current value of the electron gun 14 set in the current setting unit 15 is I0 + 3Iα, the pulse generation circuit 25 sets f1 as the drive frequency f of the control unit 12. When the output current value of the electron gun 14 is I0 + 3Iα, the range that satisfies the voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour of the accelerating voltage satisfies not only the drive frequency f1 but also the drive frequencies fa and fb. . As described above, the range satisfying the voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour of the acceleration voltage overlaps with the respective drive frequencies f1, fa, fb, fc, fd, and f2. When the output current value of the electron gun 14 is in the overlapping range, it is desirable to select the drive frequency f whose output current value is close to the minimum value (minimum value). Alternatively, a function in which the output current value of the electron gun 14 set in the current setting unit 15 becomes a minimum value (minimum value) may be calculated, and the drive frequency fx determined by the function may be calculated and output.

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。   FIG. 3 is a waveform diagram of the acceleration voltage at the drive frequency f1 of the control unit. FIG. 3A is a waveform of the acceleration voltage at the drive frequency f1 of the control unit when the output current of the electron gun of FIG. 2 is I0 (point A). FIG. 3 and FIG. 3B are waveform diagrams of the acceleration voltage at the drive frequency f1 of the control unit when the output current of the electron gun of FIG. 2 is I0 + 3Iα (point B). FIGS. 3A and 3B show the waveform of the acceleration voltage per hour.

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。   As shown in FIG. 3A, the acceleration voltage of the drive frequency f1 of the control unit 12 when the output current of the electron gun 14 of FIG. 2 is I0 (point A) has a large voltage fluctuation range ΔEa with respect to the acceleration voltage E0kV. It can be seen that the stability standard of 2.0 ppm / hour is not satisfied. This is because, as shown in FIG. 2, the point A is outside the range where the acceleration voltage at the drive frequency f1 of the control unit 12 satisfies the voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour.

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。   On the other hand, as shown in FIG. 3B, the acceleration voltage at the drive frequency f1 of the control unit 12 when the output current of the electron gun 14 of FIG. 2 is I0 + 400 (point B) is a voltage fluctuation range with respect to the acceleration voltage E0kV. It can be seen that ΔEb is small and satisfies the stability standard of 2.0 ppm / hour. This is because, as shown in FIG. 2, the point B is within a range where the acceleration voltage at the drive frequency f <b> 1 of the control unit 12 satisfies a voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour.

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。   4 is a waveform diagram of the acceleration voltage at the drive frequency f2 of the control unit. FIG. 4A is a waveform diagram of the acceleration voltage at the drive frequency f2 of the control unit when the output current of the electron gun of FIG. 2 is I0. FIG. 4B is a waveform diagram of the acceleration voltage at the drive frequency f2 of the control unit when the output current of the electron gun of FIG. 2 is I0 + 1.2Iα, and FIG. It is a wave form diagram of drive frequency f2 acceleration voltage of a control unit. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) show waveforms of acceleration voltage per hour.

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。   As shown in FIG. 4A, the acceleration voltage at the drive frequency f2 of the control unit 12 when the output current of the electron gun 14 of FIG. 2 is I0 (point C) has a small voltage fluctuation range ΔEc with respect to the acceleration voltage E0kV. It can be seen that the stability standard satisfies 2.0 ppm / hour. This is because, as shown in FIG. 2, the point A is within a range in which the acceleration voltage at the drive frequency f <b> 2 of the control unit 12 satisfies a voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour.

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。   Further, as shown in FIG. 4 (b), the acceleration voltage of the drive frequency f2 of the control unit 12 when the output current of the electron gun 14 of FIG. 2 is I0 + 1.2Iα (point D) is compared with FIG. 4 (a). It can be seen that the voltage fluctuation range ΔEd is larger than the acceleration voltage E0 kV and does not satisfy the stability standard of 2.0 ppm / hour. This is because the point D is out of the range where the acceleration voltage at the drive frequency f2 of the control unit 12 satisfies the voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour, as compared with the case of the point C.

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。   Further, as shown in FIG. 4C, the acceleration voltage of the drive frequency f2 of the control unit 12 when the output current of the electron gun 14 of FIG. 2 is I0 + 3Iα (point E) is compared with FIG. It can be seen that the voltage fluctuation range ΔEe is further increased with respect to the acceleration voltage E0 kV and does not satisfy the stability standard of 2.0 ppm / hour. This is because the point E is further away from the range where the acceleration voltage at the drive frequency f2 of the control unit 12 satisfies the voltage fluctuation range of less than 2.0 ppm / hour, and is outside the range.

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。   As described above, in the present invention, as shown in FIG. 2, it is found that the drive frequency f of the control unit 12 and the output current value have a certain relationship, and the electron gun 14 set in the current setting unit 15. The drive frequency f is changed in accordance with the current set value of the output current so that the voltage fluctuation range of the electron beam from the electron gun 14 satisfies the stability standard.

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。   That is, the frequency is adjusted by changing the set position of the digital potentiometer 24 connected to the pulse generator 25 that generates the frequency in conjunction with the current set value of the current setter 15. As a result, the drive frequency f can be automatically determined based on the current set value set in the current setter 15.

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。   In this case, the relationship between the drive frequency f and the output current value shown in FIG. 2 is stored in the pulse generator 25 in advance, and the drive frequency f is automatically set using a function of the drive frequency f and the output current value. To decide.

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。   As a result, the driving frequency f of the control unit 12 automatically becomes an optimum frequency depending on the output current of the electron gun 14, so that a stable acceleration voltage satisfying the stability standard can be obtained. Further, by digitizing the frequency setting unit 13, the drive frequency f can be finely adjusted, and a stable acceleration voltage can be obtained even when the current width is widened.

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。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... High voltage unit, 12 ... Control unit, 13 ... Frequency setting unit, 14 ... Electron gun, 15 ... Current setting device, 16 ... Inverter circuit, 17 ... Transformer, 18 ... Frequency circuit, 19 ... DC power supply, 20 ... High voltage Generating device, 21 ... voltage detector, 22 ... current detector, 23 ... control circuit, 24 ... digital potentiometer, 25 ... pulse generator

Claims (4)

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、
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。
A high-voltage unit that generates a DC high voltage as the acceleration voltage of the electron gun of the electron beam generator;
A control unit for controlling so that the output voltage of the high voltage unit to the output current current setting value of the electron gun to control constant,
Based on the previous SL current setting value, so that the driving frequency of the control unit is a frequency of the voltage fluctuation range of the electron beam satisfies the stability standards, and a frequency setting unit for setting the driving frequency A power supply device for an electron beam generator, comprising:
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。   The control unit has an inverter circuit that converts a DC voltage into an AC voltage, and the high-voltage unit has a transformer that boosts the AC voltage obtained by the inverter circuit, and the drive frequency of the control unit is The drive frequency of the main element of the inverter circuit of the control unit, and the predetermined frequency is an inductance when the secondary winding of the transformer of the high-voltage unit is opened and a floating of the secondary side of the transformer 2. The power supply device for an electron beam generator according to claim 1, wherein the power supply device has a resonance frequency of a parallel resonance circuit formed by a capacitor. 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。The frequency setting unit stores a relationship between the output current of the electron gun and the stability of the acceleration voltage of the electron gun using the drive frequency of the control unit as a parameter. Item 3. A power supply device for an electron beam generator according to Item 1 or 2. 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。 An electron beam drawing apparatus comprising the power supply device for an electron beam generator according to any one of claims 1 to 3 .
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