CN114518697A - 电子放射源的动作控制方法、电子射束描绘方法和电子射束描绘装置 - Google Patents

电子放射源的动作控制方法、电子射束描绘方法和电子射束描绘装置 Download PDF

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Abstract

本发明的一个方式的电子放射源的动作控制方法的特征在于，具备如下步骤：一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性；根据特性计算特性中的规定范围内的、相对于发射电流的试样面电流除以发射电流而得到的第一斜率值；计算电子射束已被调整的状态的试样面电流除以发射电流而得到的第二斜率值；以使电子射束已被调整的状态下的第二斜率值在规定范围的第一斜率值的范围内的方式对阴极温度进行调整。

Description

电子放射源的动作控制方法、电子射束描绘方法和电子射束 描绘装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并主张2020年11月19日申请的日本国专利申请2020-192571的优先权的利益，该日本国专利申请的全部内容被引用于本申请。
技术领域
本发明的一个方式涉及电子放射源的动作控制方法、电子射束描绘方法以及电子射束描绘装置，例如涉及对电子枪的动作条件进行控制的方法。
背景技术
担负半导体器件的微细化的进展的光刻技术，是在半导体制造工艺中生成唯一图案的极其重要的工艺。近年来，伴随着LSI的高集成化，半导体器件所要求的电路线宽逐年被微细化。在此，电子线(电子射束)描绘技术实质上具有优异的分辨率，使用电子射束对掩模坯描绘掩模图案。
例如，存在使用多射束的描绘装置。与用1根电子射束进行描绘的情况相比，通过使用多射束，能够一次照射较多的射束，所以能够大幅提高吞吐量。在该多射束方式的描绘装置中，例如，使从电子枪放射的电子射束通过具有多个孔的掩模而形成多射束，分别进行消隐控制，未被遮挡的各射束被光学系统缩小，掩模像被缩小，被偏转器偏转而向试样上的所希望的位置照射。
在放射电子射束的电子枪中，伴随着阴极的高亮度化，阴极的动作温度变高。其结果，阴极晶体的消耗速度变快。若结晶蒸发一定量，则无法发挥所希望的性能，因此到了寿命而需要进行更换。在阴极的更换中需要使描绘装置停止，因此降低了装置的运转率。因此，期望在维持所需的亮度的基础上尽可能减慢阴极的蒸发速度。因此，期望在获得所需的亮度的范围内将阴极温度保持为尽可能低。
以往，公开了如下技术：预先测定偏置饱和点处的发射电流与电流密度之间的关系、以及偏置饱和点处的发射电流与灯丝功率之间的关系，参照这些关系来计算得到设定电流密度下的发射电流的灯丝功率(例如，参照日本特开2010-062374号公报)。
发明内容
本发明的一个方式的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，具备如下步骤：
放射电子射束，
以在试样面上得到所希望的电流的方式调整电子射束，
一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性，
根据特性，计算第一斜率值，该第一斜率值是特性中发射电流的规定范围内的、试样面电流除以发射电流而得到的，
计算第二斜率值，该第二斜率值是电子射束已被调整的状态下的试样面电流除以发射电流而得到的，
以使电子射束已被调整的状态下的第二斜率值在发射电流的规定范围的第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度。
本发明的一个方式的电子射束描绘方法，其特征在于，具备如下步骤：
放射电子射束，
以在试样面上得到所希望的电流的方式调整电子射束，
一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性，
根据特性，计算第一斜率值，该第一斜率值是特性中发射电流的规定范围内的、试样面电流除以发射电流而得到的，
计算第二斜率值，该第二斜率值是电子射束已被调整的状态下的试样面电流除以发射电流而得到的，
以使电子射束已被调整的状态下的第二斜率值在发射电流的规定范围的第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度，
使用已被调整为该第二斜率值在发射电流的规定范围的第一斜率值的范围内的阴极温度的电子射束，在试样上描绘图案。
本发明的一个方式的电子射束描绘装置，其特征在于，具备：
电子放射源，放射电子射束；
发射电流控制电路，控制从电子射束放射源放射的电子射束的发射电流；
取得电路，取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与电子射束的发射电流之间的特性；
第一斜率值计算电路，根据特性，计算第一斜率值，该第一斜率值是特性中发射电流的规定范围内的试样面电流除以发射电流而得到的；
第二斜率值计算部，计算第二斜率值，该第二斜率值是在以在试样面上得到所希望的电流的方式调整了电子射束后的状态下的试样面电流除以发射电流而得到的；
温度调整电路，以使电子射束已被调整的状态下的第二斜率值在发射电流的规定范围的第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度；以及
描绘机构，使用已被调整为该第二斜率值在发射电流的规定范围的第一斜率值的范围内的阴极温度的电子射束，在试样上描绘图案。
附图说明
图1是表示实施方式1中的描绘装置的结构的概念图。
图2是表示实施方式1中的成形孔径阵列基板的结构的概念图。
图3是表示实施方式1中的消隐孔径阵列机构的结构的剖视图。
图4是表示实施方式1中的试样面电流与发射电流之间的特性的一例的图。
图5是表示实施方式1中的描绘方法的主要部分工序的流程图的一例。
图6是表示实施方式1中的射束轮廓的一例的图。
图7是用于说明实施方式1中的收敛角、射束尺寸、到焦点位置的距离的关系的图。
图8A和图8B是表示实施方式1中的特性曲线和斜率值的一例的图。
图9是表示实施方式1中的斜率与设定范围的关系的一例的图。
图10是用于说明实施方式1中的描绘动作的一例的概念图。
图11是表示实施方式1中的多射束的照射区域和描绘对象像素的一例的图。
图12是用于说明实施方式1中的多射束的描绘方法的一例的图。
图13是表示实施方式1中的描绘开始后的电子枪的动作控制方法的一例的图。
具体实施方式
以下，在实施方式中，对能够在从电子放射源放射的电子射束维持所需的亮度的同时降低阴极温度的方法及装置进行说明。
另外，以下，在实施方式中，对使用多射束作为电子射束的结构进行说明。但是，并不限定于此，也可以是使用了单射束的结构。另外，以下，对描绘装置进行说明，但只要是使用从热电子放射源放射的电子射束的装置，则也可以是描绘装置以外的装置。例如，也可以是图像取得装置或检查装置等。
实施方式1.
图1是表示实施方式1中的描绘装置100的结构的概念图。在图1中，描绘装置100具备描绘机构150和控制系统电路160。描绘装置100是多电子射束描绘装置的一例。描绘机构150具备电子镜筒102(多电子射束柱)和描绘室103。在电子镜筒102内配置有电子枪201、照明透镜202、成形孔径阵列基板203、消隐孔径阵列机构204、缩小透镜205、限制孔径基板206、物镜207、检测器108、偏转器208以及偏转器209。在描绘室103内配置XY工作台105。在XY工作台105上，配置有在描绘时成为描绘对象基板的被涂布抗蚀剂的掩模坯等试样101。试样101包括制造半导体装置时的曝光用掩模、或者制造半导体装置的半导体基板(硅晶片)等。在XY工作台105上还配置有XY工作台105的位置测定用的反射镜210。在XY工作台105上还配置有法拉第杯106。在XY工作台105上还配置有标记107。
电子枪201(电子射束放射源)具有阴极222、维纳尔筒224(Wehnelt，维纳尔电极)和阳极226(阳极电极)。另外，阳极226被接地(地线)。
控制系统电路160具有控制计算机110、存储器112、电子枪电源装置120、偏转控制电路130、数字/模拟转换(DAC)放大器单元132、134、电流检测电路136、工作台位置检测器139以及磁盘装置等存储装置140。控制计算机110、存储器112、电子枪电源装置120、偏转控制电路130、DAC放大器单元132、134、电流检测电路136、工作台位置检测器139以及存储装置140经由未图示的总线相互连接。偏转控制电路130与DAC放大器单元132、134以及消隐孔径阵列机构204连接。DAC放大器单元132的输出与偏转器209连接。DAC放大器单元134的输出与偏转器208连接。偏转器208由4极以上的电极构成，按每个电极经由DAC放大器134由偏转控制电路130控制。偏转器209由4极以上的电极构成，按每个电极经由DAC放大器132由偏转控制电路130控制。工作台位置检测器139将激光照射到XY工作台105上的反射镜210，接收来自反射镜210的反射光。然后，利用使用了该反射光的信息的激光干涉的原理来测定XY工作台105的位置。法拉第杯106的输出与电流检测电路136连接。
在控制计算机110内配置有电流密度J测定部52、收敛角测定部54、描绘数据处理部56以及描绘控制部58。J测定部52、收敛角测定部54、描绘数据处理部56以及描绘控制部58这样的各“～部”具有处理电路。该处理电路例如包括电路、计算机、处理器、电路基板、量子电路、或者半导体装置。各“～部”可以使用共通的处理电路(相同的处理电路)，或者也可以使用不同的处理电路(不同的处理电路)。向J测定部52、收敛角测定部54、描绘数据处理部56以及描绘控制部58输入输出的信息以及运算中的信息每次都被存储于存储器112。
在电子枪电源装置120内配置有控制计算机232、存储器78、磁盘装置等存储装置79、加速电压电源电路236、偏置电压电源电路234、灯丝功率供给电路231(灯丝功率供给部)以及电流计238。存储器78、存储装置79、加速电压电源电路236、偏置电压电源电路234、灯丝功率供给电路231以及电流计238通过未图示的总线而与控制计算机232连接。
在控制计算机232内配置有特性取得部60、斜率值计算部62、斜率值计算部64、判定部66、判定部68、判定部69、阴极温度T设定部70、发射电流I设定部72、偏置电压B控制部74、以及阴极温度T控制部76。特性取得部60、斜率值计算部62、斜率值计算部64、判定部66、判定部68、判定部69、T设定部70、I设定部72、B控制部74以及T控制部76这样的各“～部”具有处理电路。该处理电路例如包括电路、计算机、处理器、电路基板、量子电路、或者半导体装置。各“～部”可以使用共通的处理电路(相同的处理电路)，或者也可以使用不同的处理电路(不同的处理电路)。将对特性取得部60、斜率值计算部62、斜率值计算部64、判定部66、判定部68、判定部69、T设定部70、I设定部72、B控制部74以及T控制部76输入输出的信息以及运算中的信息每次都被存储于存储器78。
加速电压电源电路236的阴极(－)侧与电子镜筒102内的阴极222的两极连接。加速电压电源电路236的阳极(+)侧经由被串联连接的电流计238而被接地(接地连接)。另外，加速电压电源电路236的阴极(－)也分支地连接于偏置电压电源电路234的阳极(+)，偏置电压电源电路234的阴极(－)电连接于配置于阴极222与阳极226之间的维纳尔筒。换言之，偏置电压电源电路234被配置为电连接在加速电压电源电路236的阴极(负)与维纳尔筒之间。并且，由T控制部76控制的灯丝功率供给电路231使电流在该阴极222的两极间流通而将阴极222加热至规定的温度。换言之，灯丝功率供给电路231向阴极222供给灯丝功率W。灯丝功率W与阴极温度T能够以一定的关系进行定义，能够通过灯丝功率W加热至所希望的阴极温度。因此，阴极温度T由灯丝功率W控制。灯丝功率W由在阴极222的两极间流动的电流与在阴极222的两极间通过灯丝功率供给电路231施加的电压之积来定义。加速电压电源电路236向阴极222与阳极226之间施加加速电压。由B控制部74控制的偏置电压电源电路234对维纳尔筒224施加负的偏置电压。
另外，描绘数据从描绘装置100的外部被输入，并被保存在存储装置140中。在描绘数据中，通常定义用于描绘的多个图形图案的信息。具体而言，针对每个图形图案，定义图形代码、坐标以及尺寸等。
在此，在图1中，记载了说明实施方式1所需的结构。对于描绘装置100而言，通常也可以具备必要的其他结构。
图2是表示实施方式1中的成形孔径阵列基板203的结构的概念图。在图2中，在成形孔径阵列基板203上，纵(y方向)p列×横(x方向)q列(p、q≥2)的孔(开口部)22以规定的排列间距形成为矩阵状。在图2中，例如，在纵横(x，y方向)上形成512×512列的孔22。各孔22均由相同尺寸形状的矩形形成。或者，也可以是相同直径的圆形。成形孔径阵列基板203(射束形成机构)形成多射束20。具体而言，电子射束200的一部分分别通过这多个孔22，从而形成多射束20。另外，孔22的排列方式不限于如图2那样纵横配置成格子状的情况。例如，也可以是纵向(y方向)第k段的列与第k+1段的列的孔彼此在横向(x方向)上错开尺寸a地配置。同样地，也可以是纵向(y方向)第k+1段的列和第k+2段的列的孔彼此在横向(x方向)上错开尺寸b地配置。
图3是表示实施方式1中的消隐孔径阵列机构204的结构的剖视图。如图3所示，消隐孔径阵列机构204在支承台33上配置有由硅等构成的半导体基板31。基板31的中央部例如从背面侧被切削，而被加工成薄的膜厚h的膜片区域330(第一区域)。包围膜片区域330的周围成为厚的膜厚H的外周区域332(第二区域)。膜片区域330的上表面和外周区域332的上表面形成为相同的高度位置或者实质上相同的高度位置。基板31在外周区域332的背面保持于支承台33上。支承台33的中央部开口，膜片区域330的位置位于支承台33的开口了的区域。
在膜片区域330，在与图2所示的成形孔径阵列基板203的各孔22对应的位置开设有多射束20各自的射束通过用的通过孔25(开口部)。换言之，在基板31的膜片区域330，以阵列状形成有供使用电子射束的多射束20的每一个对应的射束通过的多个通过孔25。而且，在基板31的膜片区域330上、且在隔着多个通过孔25中的对应的通过孔25而对置的位置，分别配置有具有2个电极的多个电极对。具体而言，如图3所示，在膜片区域330上，在各通过孔25的附近位置隔着相应的通过孔25而分别配置消隐偏转用的控制电极24和对置电极26的组(消隐器：消隐偏转器)。另外，在基板31内部且膜片区域330上的各通过孔25的附近，配置有对各通过孔25用的控制电极24施加偏转电压的控制电路41(逻辑电路)。各射束用的对置电极26被接地连接。
在控制电路41内配置有例如CMOS反相器电路等未图示的放大器(开关电路的一例)。放大器的输出线(OUT)与控制电极24连接。另一方面，对置电极26施加接地电位。向放大器的输入(IN)施加比阈值电压低的L(低，low)电位(例如接地电位)和成为阈值电压以上的H(高，high)电位(例如1.5V)中的某一个电位作为控制信号。在实施方式1中，在对放大器的输入(IN)施加L电位的状态下，以如下方式进行控制：放大器的输出(OUT)成为正电位(Vdd)，通过由与对置电极26的接地电位之间的电位差而产生的电场使对应射束偏转，并利用限制孔径基板206进行屏蔽，从而成为射束关断(OFF)。另一方面，在对放大器的输入(IN)施加H电位的状态(激活状态)下，以如下方式进行控制：放大器的输出(OUT)成为接地电位，与对置电极26的接地电位的电位差消失，不使对应射束偏转，因此在限制孔径基板206通过，从而成为射束开启(ON)。
控制电极24与对置电极26的组通过由成为各个对应的开关电路的放大器来切换的电位，使多射束20的对应射束分别单独地消隐偏转。这样，多个消隐器进行在成形孔径阵列基板203的多个孔22(开口部)通过后的多射束20中的、各个对应的射束的消隐偏转。
接下来，对描绘装置100中的描绘机构150的动作进行说明。从电子枪201(电子放射源)放射的电子射束200通过照明透镜202对成形孔径阵列基板203整体进行照明。在成形孔径阵列基板203形成有矩形的多个孔22(开口部)，电子射束200对包含全部多个孔22的区域进行照明。照射到多个孔22的位置的电子射束200的各一部分分别在该成形孔径阵列基板203的多个孔22通过，由此形成例如矩形形状的多个电子射束(多射束20)。该多射束20在消隐孔径阵列机构204各个对应的消隐器(第一偏转器：单独消隐机构)内通过。该消隐器分别使单独通过的电子射束偏转(进行消隐偏转)。
通过了消隐孔径阵列机构204的多射束20被缩小透镜205缩小，朝向在限制孔径基板206形成的中心的孔前进。在此，在多射束20中由消隐孔径阵列机构204的消隐器偏转后的电子射束的位置从限制孔径基板206的中心的孔偏离，被限制孔径基板206遮蔽。另一方面，未被消隐孔径阵列机构204的消隐器偏转的电子射束如图1所示那样在限制孔径基板206的中心的孔通过。通过该个别消隐机构的开启(ON)/关闭(OFF)，进行消隐控制，控制射束的ON/OFF。并且，针对每个射束，通过从成为射束ON到成为射束OFF为止所形成的、通过了限制孔径基板206的射束，形成1次发射的射束。通过了限制孔径基板206的多射束20被物镜207聚焦，成为所希望的缩小率的图案像，通过偏转器208、209，通过了限制孔径基板206的各射束(通过了的多射束20整体)向相同方向一并偏转，照射到各射束的试样101上的各个照射位置。一次照射的多射束20理想地以对成形孔径阵列基板203的多个孔22的排列间距乘以上述所希望的缩小率而得到的间距排列。
如上所述，在放射电子射束200的电子枪201中，伴随着阴极222的高亮度化，阴极222的动作温度变高。其结果，阴极晶体的消耗速度变快。因此，期望在维持所需的亮度的基础上尽可能减慢阴极222的消耗速度(蒸发速度)。因此，期望在获得所需的亮度的范围内尽可能地将阴极温度T保持得较低。
图4是表示实施方式1中的试样面电流与发射电流之间的特性的一例的图。如图4所示，在试样面电流与发射电流之间的特性中存在峰值。并且，阴极温度越高，该峰值位置越向大发射电流侧移动。试样面电流是与电流密度J对应的值，该电流密度J是用于得到试样面101高度位置处的电子射束的亮度的参数。电子枪201以成为得到预先设定的亮度的电流密度J的方式控制发射电流。换言之，以试样面电流成为用于得到预先设定的亮度的目标值的方式控制发射电流。得到峰值位置成为试样面电流的目标值的特性的阴极温度为能够确保所需的亮度的最低温度。由此，如果降低阴极温度，则成为在试样面上得不到所需的亮度的特性。相反，与此相比，越是提高阴极温度，则成为阴极的蒸发速度越大的特性。因此，得到峰值位置为试样面电流的目标值的特性的阴极温度成为理想的阴极温度。在现有的电子枪的动作条件的调整方法中，以与峰值位置的发射电流相比充分小的发射电流将试样面电流控制为目标值。相应地，在阴极温度高的状态下使用。因此，在实施方式1中，以阴极温度接近理想的阴极温度的方式进行控制。此时，阴极的动作模式也可以是温度限制区域。
图5是表示实施方式1中的描绘方法的主要部分工序的流程图的一例。在图5中，实施方式1中的描绘方法实施如下一系列工序：初始值设定工序(S102)、射束调整工序(S104)、判定工序(S106)、阴极温度提高处理工序(S108)、标志相加工序(S110)、特性测定工序(S112)、规定范围斜率值计算工序(S114)、斜率值计算工序(S116)、判定工序(S118)、阴极温度降低处理工序(S120)、射束调整工序(S122)、判定工序(S130)、阴极温度降低处理工序(S132)、射束调整工序(S134)、判定工序(S136)、阴极温度提高处理工序(S138)、射束调整工序(S140)、描绘工序(S150)。
另外，实施方式1中的电子放射源的动作控制方法实施图5的各工序中的初始值设定工序(S102)、射束调整工序(S104)、判定工序(S106)、阴极温度提高处理工序(S108)、标志相加工序(S110)、特性测定工序(S112)、规定范围斜率值计算工序(S114)、斜率值计算工序(S116)、判定工序(S118)、阴极温度降低处理工序(S120)、射束调整工序(S122)、判定工序(S130)、阴极温度降低处理工序(S132)、射束调整工序(S134)、判定工序(S136)、阴极温度提高处理工序(S138)和射束调整工序(S140)。
作为初始值设定工序(S102)，设定发射电流I的初始值、阴极温度T的初始值、标志＝0。具体而言，T设定部70设定阴极温度T的初始值以及标志＝0。I设定部72设定发射电流I的初始值。
作为射束调整工序(S104)，首先，在初始值条件下从电子枪201放射电子射束200。以下，具体地进行说明。首先，加速电压电源电路236向阴极222与阳极226之间施加预先设定的加速电压。然后，从由T控制部76控制的灯丝功率供给电路231向阴极222供给与阴极温度T的初始值对应的灯丝功率W。阴极温度T由灯丝功率W决定。因此，在控制系统中，利用灯丝功率W控制阴极温度T。在该状态下，由B控制部74控制的偏置电压电源电路234以使由电流计238检测出的电流值成为发射电流I的初始值的方式，调整施加于维纳尔筒224的负的偏置电压。由此，从电子枪201放射初始值条件下的电子射束200。
接着，以在所设定的阴极温度下从电子枪201放射的电子射束200满足规定的条件的方式调整电子射束200。在实施方式1中，以在试样面上得到所希望的电流的方式调整电子射束。具体而言，以在试样面上得到预先设定的亮度的方式调整电子射束200。试样面上的亮度由电流密度J和收敛角θ定义。因此，为了得到预先设定的亮度，能够通过将电流密度J调整为电流密度用的容许范围并且将收敛角调整为收敛角用的容许范围来实现。因此，一边使发射电流I可变，一边利用各发射电流I测定电流密度J和收敛角θ，调整为电流密度J和收敛角θ都进入容许范围的发射电流I。发射电流I可以通过由B控制部74控制的偏置电压电源电路234调整偏置电压来变更。因此，B控制部74是发射电流控制部的一例。
首先，使XY工作台105移动到多射束20能够入射到法拉第杯106的位置。然后，利用法拉第杯106检测由从电子枪201放射的电子射束200形成、并到达试样面上的多射束20的电流值。法拉第杯106既可以同时入射多射束20整体而检测多射束20整体的电流值，也可以将多射束20分割成多个射束阵列组而针对每个射束阵列组检测电流。检测出的电流值被输出到电流检测电路136，将模拟信号变换为数字信号后，输出到J测定部52。电流密度J测定部52能够通过将所输入的电流值除以成形孔径阵列基板203的多个孔22中的所测定出的射束用的孔22的开口面积的合计来测定电流密度J。
多射束20的各射束的收敛角能够通过一边使物镜207的透镜值可变一边测定射束尺寸而得到。
图6是表示实施方式1中的射束轮廓的一例的图。用多射束20扫描标记107上，用检测器108检测反射电子，由此能够得到射束轮廓。只要通过偏转器208(或偏转器209)使多射束20偏转来扫描标记107上即可。检测器108的输出经由未图示的检测电路输出到收敛角测定部54。另外，从未图示的透镜控制电路向收敛角测定部54输出物镜207的透镜值(或者焦距)。
图7是用于说明实施方式1中的收敛角、射束尺寸、到焦点位置的距离的关系的图。物镜207与试样101面之间的距离H1由装置的结构唯一地确定。此外，从物镜207的透镜主面(例如，中心高度位置)到焦点位置的距离H2对应于物镜207的透镜值。因此，能够求出从焦点位置到试样面的距离H3(＝H1-H2)。收敛角测定部54通过使用从焦点位置到试样面的距离H3和射束尺寸D来计算收敛角θ从而能够测定收敛角θ。例如，可以通过收敛角θ＝2tan－1(D/(2×H3))求出。
作为判定工序(S106)，判定部66判定在设定的阴极温度下是否得到预先设定的亮度。具体而言，判定是否能够以在设定的阴极温度下得到成为预先设定的亮度的电流密度J和收敛角θ的方式进行发射电流I的调整。在判定为无法进行发射电流I的调整的情况下，阴极温度过低，因此进入阴极温度提高处理工序(S108)。在判定为能够进行发射电流I的调整的情况下，存在阴极温度过高的情况，因此进入特性测定工序(S112)。
作为阴极温度提高处理工序(S108)，T控制部76以使阴极温度T提高1步的方式控制灯丝功率供给电路231。灯丝功率供给电路231供给将阴极温度T提高1步的灯丝功率W。阴极温度T的每1步的变更幅度可以是任意的。例如，优选在5～50℃的范围内设定。例如，设定为10℃。
作为标志相加工序(S110)，T控制部76对标志加1。优选标志被定义为阴极温度T的属性数据，但不限于此。也可以定义为独立的数据。由于标志的初始值为零，所以如果标志为不是零的值，则表示阴极温度T的初始值过低。换言之，阴极温度T从较低方被调整为较高方。
然后，返回到射束调整工序(S104)，反复进行从射束调整工序(S104)到标志相加工序(S110)，直到在判定工序(S106)中判定为在所设定的阴极温度下得到预先设定的亮度。由此，能够消除阴极温度不足。
作为特性测定工序(S112)，特性取得部60一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性。换言之，取得所设定的阴极温度下的发射电流之间的特性。试样面电流的值能够作为由法拉第杯106检测出的多射束20的电流值而得到。发射电流的值能够作为由电流计238检测出的电流值而得到。由此，得到图4所示的特性曲线的数据。所获得的特性数据被存储于存储装置79中。
作为规定范围斜率值计算工序(S114)，斜率值计算部62(第一斜率值计算部)根据特性来计算特性中发射电流的设定范围(规定范围)内的、试样面电流除以发射电流而得到的斜率值。
图8A和图8B是表示实施方式1中的特性曲线和斜率值的一例的图。在图8A中，示出了试样面电流与发射电流之间的特性曲线的一部分。在图8A的例子中，将特性曲线中包含峰值位置的范围表示为设定范围(实线)。例如，以峰值位置的发射电流为中心，将峰值位置的发射电流的±数％～±数10％(例如±20％)的发射电流的范围表示为设定范围。但是，设定范围并不限于此。例如，也可以以峰值位置为上限地将峰值位置的发射电流的-数10％～-数％(例如-40％)的发射电流作为下限的范围设为设定范围(虚线)。或者，也可以将比峰值位置的发射电流稍小的发射电流作为上限，将峰值位置的发射电流的-数10％～-数％(例如-40％)的发射电流作为下限的范围设为设定范围。
图8B表示斜率值的一例。在图8B中，纵轴表示试样面电流/发射电流，横轴表示发射电流。在图8B的例子中，示出了图8A所示的设定范围(实线)的试样面电流除以发射电流而得到的特性曲线的斜率值(微分值)。在图8A所示的设定范围中，如图8B所示，特性曲线的上升的正的斜率朝向峰值减少，在峰值位置成为零，峰值位置以后成为下降而转为负的斜率。因此，在图8B的例子中，设定范围的发射电流的下限值处的斜率值为最大值(max)、且设定范围的发射电流的上限值处的斜率值为最小值(min)的斜率值被计算出。计算出的斜率值的数据被存储于存储装置79中。
作为斜率值计算工序(S116)，斜率值计算部64(第二斜率值计算部)计算电子射束200已被调整的状态下的试样面电流除以发射电流而得到的斜率值。具体而言，计算以在所设定的阴极温度下得到预先设定的亮度的方式对电子射束200进行了调整的状态下的试样面电流除以发射电流而得到的斜率值。具体而言，在取得上述特性之后，在将发射电流调整为在判定工序(S106)中判定为在设定的阴极温度下可得到预先设定的亮度的发射电流值后，计算出该状态下的斜率值(微分值)。
接着，T控制部76(温度调整部)以电子射束已被调整的状态下的斜率值在发射电流的规定范围的斜率值的范围内的方式调整阴极温度。换言之，以斜率值在发射电流的规定范围的斜率值的范围内的方式调整阴极温度。以下，具体地进行说明。
作为判定工序(S118)，判定部68判定在已被判定为得到预先设定的亮度的射束调整的状态下的斜率值是否在特性的发射电流的设定范围的斜率值的范围内。
图9是表示实施方式1中的斜率与设定范围的关系的一例的图。在图9中，在阴极温度T＝T1的情况下，如曲线A所示那样得到预先设定的亮度的发射电流值I1从设定范围偏离。在该状态下，发射电流值I1下的斜率值不会成为图8B所示的特性的设定范围的斜率值的范围内。因此，判定部68判定为发射电流值I1的斜率值不在特性的设定范围的斜率值的范围内。与此相对，在阴极温度T＝T2的情况下，如曲线B所示那样得到预先设定的亮度的发射电流值I2在设定范围内。在该状态下，发射电流值I2下的斜率值在图8B所示的特性的设定范围的斜率值的范围内。因此，判定部68判定为发射电流值I2下的斜率值在特性的设定范围的斜率值的范围内。
在判定为斜率值不在特性的设定范围的斜率值的范围内的情况下，如图9所示那样为阴极温度T过高的状态，因此进入到阴极温度降低处理工序(S120)。在判定为斜率值在特性的设定范围的斜率值的范围内的情况下，能够调整为能够得到与理想状态的特性接近的特性的阴极温度T。因此，判断为完成了阴极温度T的调整，也可以结束电子枪201的动作条件的调整。但是，在实施方式1中，为了探测进一步降低阴极温度T的可能性，进入判定工序(S130)。
作为阴极温度降低处理工序(S120)，T控制部76以使阴极温度T降低1步的方式控制灯丝功率供给电路231。灯丝功率供给电路231供给将阴极温度T降低1步骤的灯丝功率W。阴极温度T的每1步的变更幅度可以与提高1步的情况相同。如上所述。例如，优选在5～50℃的范围内设定。例如，设定为例如10℃。
作为射束调整工序(S122)，以在所设定的阴极温度下从电子枪201放射的电子射束200满足规定的条件的方式调整电子射束200。射束调整工序(S122)的内容与射束调整工序(S104)相同。在实施射束调整工序(S122)的情况下，因为是阴极温度T过高的状态，所以不会成为亮度不足，能够调整为得到预先设定的亮度的发射电流。然后，返回到特性测定工序(S112)，反复进行从特性测定工序(S112)到射束调整工序(S122)的各工序，直到判定为在判定工序(S118)中判定为能够得到预先设定的亮度的射束调整的状态下的斜率值在特性的设定范围的斜率值的范围内。
作为判定工序(S130)，判定部69判定标志的值是否为零。可知在标志的值不为零的情况下，正在进行用于从阴极温度T的初始值过低的状态起提高阴极温度T的调整。相反，可知在标志的值为零的情况下，正在进行用于从阴极温度T的初始值过高的状态起降低阴极温度T的调整。在标志的值不为零的情况下，能够在得到所需的亮度的范围内调整为能够得到与理想状态的特性接近或者一致的特性的阴极温度T。因此，判断为完成了阴极温度T的调整，进入描绘工序(S150)。与此相对，在标志的值为零的情况下，可能存在进一步降低阴极温度T的余地，因此进入阴极温度降低处理工序(S132)。
作为阴极温度降低处理工序(S132)，T控制部76以使阴极温度T降低1步的方式控制灯丝功率供给电路231。阴极温度降低处理工序(S132)的内容与阴极温度降低处理工序(S120)相同。
作为射束调整工序(S134)，以在所设定的阴极温度下从电子枪201放射的电子射束200满足规定的条件的方式调整电子射束200。射束调整工序(S134)的内容与射束调整工序(S104)相同。
作为判定工序(S136)，判定部66判定在设定的阴极温度下是否得到预先设定的亮度。判定工序(S136)的内容与判定工序(S106)相同。在判定为在设定的阴极温度下得到预先设定的亮度的情况下，有可能存在进一步降低阴极温度T的余地，因此返回到特性测定工序(S112)，反复进行从特性测定工序(S112)到判定工序(S136)的各工序，直到在判定工序(S136)中判定为在设定的阴极温度下无法得到预先设定的亮度。
与此相对，在判定为在设定的阴极温度下无法得到预先设定的亮度的情况下，过度降低了阴极温度，所以为了返回到得到亮度的状态，而进入阴极温度提高处理工序(S138)。
作为阴极温度提高处理工序(S138)，T控制部76以使阴极温度T提高1步的方式控制灯丝功率供给电路231。阴极温度提高处理工序(S138)的内容与阴极温度提高处理工序(S108)相同。这样，在实施方式1中，在以成为特性的设定范围的斜率值的范围内的方式调整阴极温度的情况下，在降低了阴极温度之后，进行提高阴极温度的处理。在通过降低阴极温度而成为无法得到预先设定的亮度的状态之后，将阴极温度T提高1步，从而能够返回到能够进行得到预先设定的亮度的射束调整的范围。与此同时，斜率值形成在特性的设定范围的斜率值的范围内。
作为射束调整工序(S140)，以在所设定的阴极温度下从电子枪201放射的电子射束200满足规定的条件的方式调整电子射束200。射束调整工序(S140)的内容与射束调整工序(S104)相同。将阴极温度T提高1步的状态为已经通过射束调整工序(S134)在过去进行了射束调整，因此在此，与返回到能够进行过去的射束调整时的状态相同。
如以上那样，在能够进行得到预先设定的亮度的射束调整、并且能够在斜率值在特性的设定范围的斜率值(的分布)的范围内的过程中，能够进一步降低阴极温度T。换言之，如图9的特性曲线B所示，斜率值在特性的设定范围的斜率值的范围内，进而能够调整为得到与理想状态的特性接近的特性的阴极温度T(例如T＝T2)。由此，判断为完成了阴极温度T的调整，进入描绘工序(S150)。
作为描绘工序(S150)，描绘数据处理部56读出存储于存储装置140的描绘数据，生成通过多射束进行描绘所用的描绘时间数据。描绘控制部58将照射时间数据按照描绘序列以发射顺序重新排列。然后，以发射顺序将照射时间数据传送到偏转控制电路130。偏转控制电路130以发射顺序向消隐孔径阵列机构204输出消隐控制信号，并且以发射顺序对DAC放大器单元132、134输出偏转控制信号。被描绘控制部58控制的描绘机构150使用已被调整为斜率值成为设定范围(规定范围)的斜率值的范围内的阴极温度T的电子射束，对试样101描绘图案。
图10是用于说明实施方式1中的描绘动作的一例的概念图。如图10所示，试样101的描绘区域30例如朝向y方向以规定的宽度被虚拟分割为长条状的多个条带区域32。首先，使XY工作台105移动，调整为在第一个条带区域32的左端或更左侧的位置存在以一次多射束20的发射能够照射的照射区域34，开始描绘。在描绘第一个条带区域32时，通过使XY工作台105例如在-x方向上移动，从而相对地在x方向上进行描绘。XY工作台105例如以等速连续移动。在第一个条带区域32的描绘结束后，使工作台位置向-y方向移动，调整为照射区域34相对地在y方向位于第二个条带区域32的右端或更右侧的位置，此次使XY工作台105例如向x方向移动，由此朝向-x方向同样地进行描绘。以在第三个条带区域32中朝向x方向进行描绘，且在第四个条带区域32中朝向-x方向进行描绘的方式，一边交替地改变朝向一边进行描绘，从而能够缩短描绘时间。但是，并不限于一边交替改变朝向一边进行描绘的情况，在描绘各条带区域32时，也可以朝向相同的方向进行描绘。在1次发射中，通过在成形孔径阵列基板203的各孔22通过而形成的多射束，最多一次形成与形成于成形孔径阵列基板203的多个孔22相同数量的多个发射图案。另外，在图10的例子中，示出了将各条带区域32各描绘1次的情况，但不限于此。也可以进行多次描绘相同区域的多重描绘。在进行多重描绘的情况下，优选一边错开位置一边设定各路径的条带区域32。
图11是表示实施方式1中的多射束的照射区域和描绘对象像素的一例的图。在图11中，在条带区域32中，例如设定以试样101面上的多射束20的射束尺寸间距呈格子状排列的多个控制栅格27(设计栅格)。例如，优选设为10nm左右的排列间距。该多个控制栅格27成为多射束20的设计上的照射位置。控制栅格27的排列间距并不限定于射束尺寸，也可以与射束尺寸无关地以能够作为偏转器209的偏转位置进行控制的任意的大小构成。并且，设定以各控制栅格27为中心的、以与控制栅格27的排列间距相同的尺寸被虚拟分割成网格状的多个像素36。各像素36成为多射束的每1个射束的照射单位区域。在图11的例子中，示出了试样101的描绘区域例如在y方向上以与通过1次多射束20的照射能够照射的照射区域34(描绘区域)的尺寸实质相同的宽度尺寸被分割为多个条带区域32的情况。照射区域34的x方向尺寸可以用对多射束20的x方向的射束间间距乘以x方向的射束数而得到的值来定义。照射区域34的y方向尺寸可以用对多射束20的y方向的射束间间距乘以y方向的射束数而得到的值来定义。另外，条带区域32的宽度并不限定于此。优选为照射区域34的n倍(n为1以上的整数)的尺寸。在图11的例子中，例如将512×512列的多射束的图示省略表示为8×8列的多射束。而且，在照射区域34内，示出了以1次多射束20的照射能够照射的多个像素28(射束的描绘位置)。换言之，相邻的像素28之间的间距成为设计上的多射束的各射束间的间距。在图11的例子中，通过由射束间间距包围的区域来构成1个子照射区域29。在图11的例子中，示出了各子照射区域29由4×4像素构成的情况。
图12是用于说明实施方式1中的多射束的描绘方法的一例的图。在图12中，示出了通过描绘图11所示的条带区域32的多射束中的、y方向第三段的坐标(1，3)，(2，3)，(3，3)，…，(512，3)的各射束来描绘的子照射区域29的一部分。在图6的例子中，例如示出了在XY工作台105移动8射束间距量的距离的期间描绘(曝光)4个像素的情况。以在描绘(曝光)该4个像素的期间、避免照射区域34因XY工作台105的移动而与试样101的相对位置偏移的方式，通过偏转器208使多射束20整体一并偏转，由此使照射区域34追随XY工作台105的移动。换言之，进行跟踪控制。在图12的例子中，示出了如下情况：在移动8射束间距量的距离的期间，按每个发射在y方向上使射束照射对象的像素36移动、同时描绘(曝光)4个像素，由此实施1次跟踪循环。
具体而言，描绘机构150在该发射中的多射束的各射束的各自的照射时间中的最大照射时间Ttr内的各个控制栅格27所对应的描绘时间(照射时间、或者曝光时间)，对各控制栅格27照射多射束20中的与开启射束分别对应的射束。最大照射时间Ttr被预先设定。实际上，对最大照射时间Ttr加上射束偏转的设定时间(settling time)而得到的时间成为发射周期，但在此，将射束偏转的设定时间省略，将最大照射时间Ttr表示为发射周期。然后，当1次跟踪循环结束时，将跟踪控制复位，使跟踪位置向下一个跟踪周期的开始位置返回。
另外，各子照射区域29的从右起第一个像素列的描绘结束，因此在进行跟踪复位之后，在下次的跟踪循环中首先偏转器209以使与从各子照射区域29的下起第一段且从右起第二个像素的控制栅格27分别对应的射束的描绘位置对齐(移位)的方式进行偏转。
如上所述，在相同的跟踪循环中，在通过偏转器208将照射区域34控制为处于相对于试样101而言相对位置相同的位置的状态下，一边通过偏转器209使各移位1个控制栅格27(像素36)一边进行各发射。然后，在跟踪循环结束1个循环后，使照射区域34的跟踪位置返回后，如图10的下段所示，例如在偏移1个控制栅格(1个像素)后的位置对准第一次的发射位置，一边进行下一跟踪控制，一边通过偏转器209使各移位1个控制栅格(1个像素)的同时进行各发射。在条带区域32的描绘中，反复进行该动作，从而照射区域34的位置依次移动为照射区域34a～34o这样的情况，进行该条带区域的描绘。
而且，通过描绘序列来决定对试样101上的哪个控制栅格27(像素36)照射多射束的哪个束。如果子照射区域29为n×n像素的区域，则在1次跟踪动作中，描绘n控制栅格(n像素)。在下次的跟踪动作中，通过与上述的射束不同的射束同样地描绘n像素。这样，通过在n次跟踪动作中分别通过不同的射束n个像素n个像素地进行描绘，从而描绘1个n×n像素的区域内的所有像素。对于多射束的照射区域内的其他n×n像素的子照射区域29，也在相同时期实施同样的动作，同样地进行描绘。
在此，阴极222在描绘中可能会发生劣化(蒸发)。伴随着阴极222的劣化，试样面电流与发射电流之间的特性发生变化。因此，在电子枪201中，持续以在设定的阴极温度下得到所需的亮度的方式调整发射电流。其结果，也可能发生在正在使用的状态下的上述的斜率值从特性的设定范围的斜率值的范围偏离的情况。其结果是，也有可能电子枪201在必要以上的高的阴极温度T进行动作。因此，在实施方式1中，在描绘中检查阴极温度T是否适当。以下，具体地进行说明。
图13是表示实施方式1中的描绘开始后的电子枪的动作控制方法的一例的图。在图13中，实施方式1中的描绘开始后的电子枪的动作控制方法实施如下一系列工序：判定工序(S206)、特性测定工序(S208)、斜率值计算工序(S210)、斜率值计算工序(S212)、判定工序(S214)。
作为判定工序(S206)，描绘控制部58判定从描绘开始起是否经过了规定期间。在还未经过规定期间的情况下，反复进行判定工序(S206)直到经过为止。
作为特性测定工序(S208)，每隔规定期间，特性取得部60一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性。特性测定工序(S208)的内容与特性测定工序(S112)相同。所获得的特性数据被存储于存储装置79中。
作为斜率值计算工序(S210)，每隔规定期间，斜率值计算部62根据在特性测量工序(S208)中得到的特性，计算特性中发射电流的设定范围内的试样面电流除以发射电流而得到的斜率值。规定范围斜率值计算工序(S210)的内容与规定范围斜率值计算工序(S114)相同。计算的斜率值的数据被存储于存储装置79中。
作为斜率值计算工序(S212)，每隔规定期间，斜率值计算部64计算以在设定的阴极温度下得到预先设定的亮度的方式对电子射束200进行了调整的状态下的试样面电流除以发射电流而得到的斜率值。斜率值计算工序(S212)的内容与斜率值计算工序(S116)相同。
作为判定工序(S214)，每隔规定期间，判定部68判定在被判定为能够得到预先设定的亮度的射束调整的状态下的斜率值是否在特性的设定范围的斜率值的范围内。
作为判定的结果，如果斜率值在特性的设定范围的斜率值的范围内，则继续描绘处理。另一方面，在斜率值从特性的设定范围的斜率值的范围内偏离的情况下，再次调整阴极温度，使得斜率值在特性的设定范围发行斜率值的范围内。再调整的方法与图5的流程图相同。
如以上那样，在描绘中更新阴极温度T，从而能够防止或减少在描绘中成为阴极温度T过高的状态。
如以上那样，根据实施方式1，能够在从电子枪201放射的电子射束维持必要的亮度的同时降低的阴极温度T。
以上，参照具体例对实施方式进行了说明。但是，本发明并不限定于这些具体例。
另外，关于装置结构、控制方法等在本发明的说明中不直接需要的部分等，省略了记载，但能够适当选择所需的装置结构、控制方法来使用。例如，关于控制描绘装置100的控制部结构，省略了记载，但当然也可以适当选择所需的控制部结构来使用。
此外，具备本发明的要素、且本领域技术人员能够适当设计变更的全部电子放射源的动作控制方法、电子射束描绘方法以及电子射束描绘装置被包含在本发明的范围内。
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子进行提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (10)

1.一种电子放射源的动作控制方法，其特征在于，具备如下步骤：
放射电子射束；
以在试样面上得到所希望的电流的方式调整所述电子射束；
一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性；
根据所述特性来计算第一斜率值，该第一斜率值是所述特性中发射电流的规定范围中的、所述试样面电流除以所述发射电流而得到的；
计算第二斜率值，该第二斜率值是所述电子射束已被调整的状态的试样面电流除以发射电流而得到的；以及
以使在所述电子射束已被调整的状态下的所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度。
2.根据权利要求1所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，所述规定范围包含所述特性的峰值位置。
3.根据权利要求1所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
每隔规定期间，实施所述特性的取得、发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的计算、和以得到所述所希望的电流的方式调整了所述电子射束的状态的所述第二斜率值的计算；
每隔所述规定期间，判定所述第二斜率值是否在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内；
在判定的结果是所述第二斜率值从发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内偏离的情况下，再次以使所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整所述阴极温度。
4.根据权利要求3所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，
再次以使所述第二斜率值在所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整所述阴极温度的步骤包括如下步骤：
降低所述阴极温度。
5.根据权利要求3所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，
再次以使所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整所述阴极温度的步骤包括如下步骤：
判定在设定的阴极温度下是否得到预先设定的亮度。
6.根据权利要求5所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，
再次以使所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整所述阴极温度的步骤包括如下步骤：
在得不到预先设定的所述亮度的情况下，提高所述阴极温度。
7.根据权利要求1所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，
以使所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度的步骤包括如下步骤：
降低所述阴极温度，
降低所述阴极温度后，提高所述阴极温度。
8.根据权利要求7所述的电子放射源的动作控制方法，其特征在于，
在降低了所述阴极温度之后，判定在设定的阴极温度下是否得到预先设定的亮度。
9.一种电子射束描绘方法，其特征在于，具备如下步骤：
放射电子射束；
以在试样面上得到所希望的电流的方式调整所述电子射束；
一边改变电子射束的发射电流，一边取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与发射电流之间的特性；
根据所述特性来计算第一斜率值，该第一斜率值是所述特性中发射电流的规定范围中的、所述试样面电流除以所述发射电流而得到的；
计算第二斜率值，该第二斜率值是所述电子射束已被调整的状态的试样面电流除以发射电流而得到的；
以使在所述电子射束已被调整的状态下的所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度；以及
使用已被调整为所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的所述阴极温度的电子射束，在试样上描绘图案。
10.一种电子射束描绘装置，其特征在于，具备：
电子放射源，放射电子射束；
发射电流控制电路，控制从所述电子射束放射源放射的所述电子射束的发射电流；
取得电路，取得被电子射束照射的试样面位置处的试样面电流与电子射束的发射电流之间的特性；
第一斜率值计算电路，根据所述特性，计算第一斜率值，该第一斜率值是所述特性中发射电流的规定范围的所述试样面电流除以所述发射电流而得到的；
第二斜率值计算部，计算第二斜率值，该第二斜率值是以在试样面上得到所希望的电流的方式调整了所述电子射束后的状态的试样面电流除以发射电流而得到的；
温度调整电路，以使所述电子射束已被调整的状态下的所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的方式调整阴极温度；以及
描绘机构，使用已被调整为所述第二斜率值在发射电流的所述规定范围的所述第一斜率值的范围内的所述阴极温度的电子射束，在试样上描绘图案。
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