DE102022211238A1

DE102022211238A1 - Verfahren zum Abschätzen von Kathoden-Lebensdauer von Elektronenkanone und Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung

Info

Publication number: DE102022211238A1
Application number: DE102022211238.5A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Miyamoto
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2023-05-17
Also published as: TW202324477A; KR20230071731A; CN116136934A; US20230154720A1

Abstract

Ein Verfahren zum Abschätzen der Kathoden-Lebenszeit einer Elektronenkanone beinhaltet das Aufzeichnen des Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Parameterwert, der sich auf den Elektronenstrahl bezieht, der in Relation zur Verwendungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen der Lebensdauer der Kathode durch entweder Abschätzen einer Zeit, welche ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrags niedriger als ein vorgegebener Wert wird, als die Lebenszeit der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, die ermittelt wird durch Annähern des mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, die Lebenszeit der Kathode, und Ausgeben der geschätzten Lebenszeit.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Ein Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abschätzen/Vorhersagen der Lebensdauer der Kathode einer Elektronenkanone und auf eine 2-Schreibeinrichtung.
BESCHREIBUNG VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
Die Lithographie-Technik, welche die Miniaturisierung von Halbleitervorrichtungen voranbringt, ist extrem wichtig als ein einmaliger Prozess, wodurch Muster bei der Halbleiterfertigung gebildet werden. In den letzten Jahren wird mit hoher Integration von LSI die Linienbreite (kritische Abmessung), welche für Halbleitervorrichtungs-Schaltungen erforderlich ist, Jahr um Jahr wachsend schmaler. Die Elektronenstrahl-Schreibtechnik, welche intrinsisch exzellente Auflösung hat, wird zum Beschreiben oder „Zeichnen“ eines Maskenmusters oder eines Maskenrohlings mit Elektronenstrahlen verwendet.
Beispielsweise gibt es als ein bekanntes Beispiel des Einsetzens der Elektronenstrahl-Schreibtechnik eine Schreibeinrichtung, die mehrere Strahlen verwendet. Da es für ein Mehrstrahlschreiben möglich ist, mehrere Strahlen gleichzeitig anzuwenden, kann der Schreibdurchsatz im Vergleich mit Einzel-Elektronenstrahlschreiben stark erhöht werden. Beispielsweise führt eine Schreibeinrichtung, die das Mehrstrahlsystem einsetzt, es durch, mehrere Strahlen zu bilden, indem Bereiche eines aus einer Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls individuell eines einer entsprechenden Vielzahl von Löchern in einer Maske passieren gelassen wird, um eine Ausblend- (Blanking-)-steuerung für die jeweils gebildeten Strahlen bereitzustellen, um durch ein optisches System Strahlen zu reduzieren, welche nicht im Rohlingprozess blockiert sind, um ein Maskenbild zu reduzieren und durch einen Deflektor die reduzierten Strahlen abzulenken, um ein gewünschte Position auf einer Probe oder einem „Zielobjekt“ zu bestrahlen.
In einer Elektronenkanone, die Elektronenstrahlen emittiert, steigt die Betriebstemperatur der Kathode zusammen mit der Erzielung höherer Helligkeit der Kathode. Als Ergebnis wird die Abnutzungsrate des Kathodenkristalls vergrößert. Falls eine gewisse Menge des Kristalls verdampft, da die gewünschte Leistung nicht erzielt werden kann, endet die Lebensdauer der Kathode und muss die Kathode ausgetauscht werden. Daher ist es wünschenswert und erforderlich, die Lebensdauer der Kathode abzuschätzen/vorherzusagen. Falls die Lebensdauer nicht abgeschätzt werden kann, da das Timing des Kathodentauschs nicht messbar ist, wird es schwierig, die Einrichtung systematisch zu betreiben. Weiter, falls die Lebensdauer nicht abgeschätzt werden kann, muss ein Kathodentausch früher durchgeführt werden und damit wird die Lebensdauer der Kathode kurz, wodurch die Wartungszeit der Einrichtung aufgrund des kontaktiert Kathodentauschs vergrößert wird. Weiterhin, falls die Kathoden-Lebensdauer während des Schreibens erschöpft ist, resultiert die Verarbeitung während des Schreibens in Ausschuss.
Es wird konventioneller Weise eine Technik offenbart, in der die Relation zwischen einem Emissionsstrom und einer Stromdichte an einem Vorspannungs-Sättigungspunkt und die Relation zwischen einem Emissionsstrom und Filamentleistung bei einem Vorspannungs-Sättigungspunkt gemessen werden und Bezug nehmend auf die Relationen eine Filamentleistung, die einen Emissionsstrom in einer eingestellten Stromdichte bereitstellt, berechnet wird (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2010-062374 A ).
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone
Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Parameterwert, der sich auf den Elektronenstrahl bezieht, der in Relation zu eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode durch entweder Abschätzen einer Zeit, die durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorbeschriebener Wert wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Annähern des mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone,
Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Wert, der durch Ableiten eines ProbenOberflächenstroms an einer Position auf einer Probenoberfläche, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erhalten wird, durch einen Emissionsstrom des Elektronenstrahls, der in Relation zu einer Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, die durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorgeschriebener Wert wird, erhalten wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung eine Annäherungslinie, welche durch Annähern des Änderungsbetrags, der mehrfach aufgezeichnet ist, erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone
Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Einheits-Temperaturanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf eine an eine Wehnelt-Elektrode der Elektronenkanone anzulegende Vorspannung, die in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, welche durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger wird als ein vorbeschriebener Wert, erhalten wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern eines mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone
Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Probenoberflächenstrom des Elektronenstrahls an einer Position auf einer Probenoberfläche, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt ist, die in Bezug auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, die erhalten wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern des mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone
Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf eine Stromdichte des Elektronenstrahls an einer Position auf einer Probenoberfläche, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, der in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorgegebener Wert wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern des Änderungsbetrags, der mehrmals aufgezeichnet ist, erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone,
Aufzeichnen einer Temperatur einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, die in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern eine Änderung der Temperatur der aufgezeichnet worden seienden Kathode erhalten wird, einer Zeit, zu welcher die Temperatur der Kathode einen Schwellenwert erreicht, als eine Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer abgeschätzten Lebensdauer.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone
Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Zeiteinheit in Bezug auf einen Emissionsstrom eines aus einer Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls, der in Relation auf eine Nutzungszeit einer Kathode der Elektronenkanone aufzuzeichnen ist, und
Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern des Änderungsbetrags, der mehrmals aufgezeichnet worden ist, erhalten wird, einer Zeit, die erhalten wird durch Addieren einer Marge zu einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als eine Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung
eine Aufzeichnungsschaltung, die konfiguriert ist, Aufzeichnung wie oben beschrieben durchzuführen,
eine Schätzschaltung, die konfiguriert ist, eine Lebensdauer wie oben beschrieben abzuschätzen,
eine Ausgangsschaltung, die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt, und
einen Schreibmechanismus, der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Schreibeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Konfiguration eines Formungsblenden-Rastersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine Schnittansicht, welche eine Konfiguration eines Blanking-Blendenrastermechanismus gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Graphik, die ein Beispiel einer Charakteristik zwischen einem Probenoberflächenstrom und einem Emissionsstrom gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5A und 5B sind Beispiele, die einen Charakteristik-Graphen und einen Gradientenwert gemäß der ersten Ausführungsform zeigen;
6 ist ein Flussdiagramm, welches Hauptschritte eines Beispiels eines Steuerverfahrens einer Schreibeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7A bis 7F sind Graphen, die eine Änderung jedes Parameters gemäß Verwendung der Kathode gemäß der ersten Ausführungsform illustrieren;
8 ist eine Illustration zum Erläutern des Zustands eines Emissionsstroms zum Zeitpunkt des Änderns der Kathoden-Temperatur gemäß der ersten Ausführungsform.
9 ist ein Beispiel eines Graphen zum Erläutern eines Änderungsbetrags pro Einheits-Temperaturanstieg einer Kathode in Bezug auf jeden Parameter gemäß der ersten Ausführungsform;
10 ist ein Beispiel eines Graphen, der einen Übergang einer Änderung einer Kathoden-Temperatur gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
11 ist ein Beispiel eines Graphen zum Erläutern eines Änderungsbetrags pro Einheitszeit in Bezug auf einen Emissionsstrom gemäß der ersten Ausführungsform;
12 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel einer Schreiboperation gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bestrahlungsregion von mehreren Strahlen und eines Schreibzielpixels gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Schreibverfahrens mehrerer Strahlen gemäß der ersten Ausführungsform illustriert; und
15 ist ein Beispiel eines Graphen zum Erläutern eines Änderungsbetrags pro einem Temperatureinheitsanstieg einer Kathode in Bezug auf jeden Parameter gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren und eine Einrichtung bereit, die mit hoher Genauigkeit die Lebensdauer der Kathode einer Elektronenkanone abschätzen/vorhersagen können.
Ausführungsformen unten beschreiben eine Konfiguration, die mehrere Strahlen als einen Elektronenstrahl verwendet. Jedoch ist dies nicht darauf beschränkt. Eine Konfiguration, die einen Einzelstrahl verwendet, ist auch bevorzugt. Weiter, obwohl unten eine Schreibeinrichtung beschrieben wird, sind auch andere Einrichtungen bevorzugt, solange wie sie Elektronenstrahlen verwenden, die aus einer thermischen Elektronen-Emissionsquelle emittiert werden. Beispielsweise kann es eine Bild-Erfassungseinrichtung, eine Inspektions-Einrichtung oder dergleichen sein.
Erste Ausführungsform
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Schreib- oder „Zeichen“-Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet eine Schreibeinrichtung 100 einen Schreibmechanismus 150 und eine Steuersystemschaltung 160. Die Schreibeinrichtung 100 ist ein Beispiel einer Mehrfach-Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung. Der Schreibmechanismus 150 beinhaltet eine Elektronenstrahlsäule 102 (Mehrfach-Elektronenstrahlsäule) und eine Schreibkammer 103. In der Elektronenstrahlsäule 102 sind eine Elektronenkanone 201, eine Beleuchtungslinse 202, ein Formblendenrastersubstrat 203, ein Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204, eine Verkleinerungslinse 205, ein Begrenzungsblendensubstrat 206, eine Objektivlinse 207, einen Detektor 108, einen Deflektor 208 und ein Deflektor 209 angeordnet. In der Schreibkammer 103 ist eine XY-Bühne 105 angeordnet. Auf der XY-Bühne 105 ist ein Zielobjekt oder eine „Probe“ 101, wie etwa dem Maskenrohling, auf welchem Resist aufgebracht worden ist, platziert, der als ein Schreibzielsubstrat dient, wenn ein schreiben durchgeführt wird. Die Probe 101 ist beispielsweise eine Belichtungsmaske, die verwendet wird, wenn Halbleitervorrichtungen hergestellt werden, oder ein Halbleitersubstrat (Silizium-Wafer) zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen. Weiter sind auf der XY-Bühne 105 ein Spiegel 210 zum Messen der Position der XY-Bühne 105 und ein Farradaybecher 106 platziert. Weiterhin ist auf der XY-Bühne 105 eine Markierung 107 angeordnet (ausgebildet).
Die Elektronenkanone 201 (Elektronenstrahl-Emissionsquelle) beinhaltet eine Kathode 222, eine Wehnelt 224 (Wehnelt-Elektrode) und eine Anode 226 (Anoden-Elektrode). Die Anode 226 ist geerdet.
Die Steuersystemschaltung 160 beinhaltet einen Steuercomputer 110, einen Speicher 112, einen Monitor 114, eine Elektronenkanonen-Stromversorgungsvorrichtung 120, eine Ablenksteuerschaltung 130, DAC (Digital-Analog-Wandler)-Verstärkungseinheit 132 und 134, eine Stromdetektionsschaltung 136, einen Bühnenpositionsdetektor 139 und eine Speichervorrichtung 140, wie etwa ein Magnet-Disk-Laufwerk. Der Steuercomputer 110, der Speicher 112, der Monitor 114, die Elektronenkanonen-Stromversorgungsvorrichtung 120, die Ablenkungs-Steuerschaltung 130, die DAC-Verstärkereinheiten 132 und 134, die Stromdetektionsschaltung 136, der Bühnen-Detektionsdetektor 139 und die Speichervorrichtung 140 sind miteinander über einen (nicht gezeigten) Bus verbunden. Die DAC-Verstärkereinheiten 132 und 134 und der Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 sind mit der Ablenksteuerschaltung 130 verbunden. Ausgänge der DAC-Verstärkereinheit 132 sind mit dem Deflektor 209 verbunden. Ausgänge der DAC-Verstärkereinheit 134 sind mit dem Deflektor 208 verbunden. Der Deflektor 208 besteht aus zumindest vier Elektroden (oder „Polen“) und jede Elektrode ist mit einem DAC-Verstärker 134 verbunden und durch die Ablenksteuerschaltung 130 durch den entsprechenden DAC-Verstärker 134 gesteuert. Der Deflektor 209 besteht aus zumindest vier Elektroden (oder „Polen“) und jede Elektrode ist mit einer DAC-Verstärkereinheit 132 verbunden und durch die Ablenksteuerschaltung 130 über die entsprechenden DAC-Verstärker 132 gesteuert. Der Bühnenpositionsdetektor 139 emittiert Laserlichter auf den Spiegel 210 auf der XY-Bühne 105 und empfängt ein aus dem Spiegel 210 reflektiertes Licht. Der Bühnenpositionsdetektor 139 misst die Position der XY-Bühne 105 auf Basis des Prinzips von Laser-Interferometrie, welche Information des reflektierten Lichts verwendet. Ausgänge des Faraday-Bechers 106 sind mit der Strom-Detektionsschaltung 136 verbunden.
Im Steuercomputer 110 sind eine Messeinheit 52, eine Parameter-Recheneinheit 54, eine Parameter-Recheneinheit 55, eine Aufzeichnungseinheit 56, eine Schätzeinheit 58, eine Alarm-Verarbeitungseinheit 59, eine Schreibdaten-Verarbeitungseinheit 40 und eine Schreibsteuereinheit 42 angeordnet. Jede der „...-Einheiten“, wie etwa die Messeinheit 52, die Parameter-Recheneinheit 54, die Parameter-Recheneinheit 55, die Aufzeichnungseinheit 56, die Schätzeinheit 58, die Alarm-Verarbeitungseinheit 59, die Schreibdaten-Verarbeitungseinheit 40 und die Schreibsteuereinheit 42 beinhalten Verarbeitungsschaltungen. Als Verarbeitungsschaltungen können beispielsweise eine elektrische Schaltung, Computer, Prozessor, Schaltungsplatine, Quantenschaltung, Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet werden. Jede „...-Einheit“ kann gemeinsame Verarbeitungsschaltungen (dieselbe Verarbeitungsschaltung) oder unterschiedliche Verarbeitungsschaltungen (getrennte Verarbeitungsschaltungen) verwenden. Informations-Ein/Ausgabe an/aus der Messeinheit 52, der Parameter-Recheneinheit 54, der Parameter-Recheneinheit 55, der Aufzeichnungseinheit 56, der Schätzeinheit 58, der Alarm-Verarbeitungseinheit 59, der Schreibdaten-Verarbeitungseinheit 40 und der Schreibsteuereinheit 42 und Information, die bearbeitet wird, werden jedes Mal im Speicher 112 gespeichert.
In der Elektronenkanonen-Stromversorgungsvorrichtung 120 sind ein Steuercomputer 232, ein Speicher 78, eine Speichervorrichtung 79 wie etwa ein Magnetplattenlaufwerk, eine Beschleunigungsspannungs-Stromschaltung 236, eine Vorspannungs-Leistungsschaltung 234, eine Filament-Stromversorgungschaltung 231(Filament-Stromversorgungseinheit), und ein Amperemeter 238 angeordnet.
Mit dem Steuercomputer 232 sind der Speicher 78, die Speichervorrichtung 79, die Beschleunigungsspannungs-Stromschaltung 236, die Vorspannungs-Leistungsschaltung 234, die Filament-Stromversorgungsschaltung 231 und das Amperemeter 238 über einen (nicht gezeigten) Bus verbunden.
Im Steuercomputer 232 sind eine Charakteristik-Erfassungseinheit 60, eine Gradientenwert-Recheneinheit 62, eine Gradientenwert-Recheneinheit 64, eine Bestimmungseinheit 66, eine Kathodentemperatur-(T)-Einstelleinheit 70, eine Emissionsstrom-(EMI)-Einstelleinheit 72, eine Vorspannungs-(B)-Steuereinheit 74 und eine Kathodentemperatur-(T)-Steuereinheit 76 angeordnet. Jede der „...-Einheiten“, wie etwa die Charakteristik-Erfassungseinheit 60, die Gradientenwert-Recheneinheit 62, die Gradientenwert-Recheneinheit 64, die Bestimmungseinheit 66, die Kathodentemperatur-(T)-Einstelleinheit 70, die Emissionsstrom-(EMI)-Einstelleinheit 72, die Vorspannungs-(B)-Steuereinheit 74 und die Kathodentemperatur-(T)-Steuereinheit 76 beinhalten Verarbeitungsschaltungen. Als Verarbeitungsschaltungen können beispielsweise eine elektrische Schaltung, ein Computer, ein Prozessor, eine Schaltungsplatine, eine Quantenschaltung, eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet werden. Jede „...-Einheit“ kann übliche Verarbeitungsschaltungen (dieselben Verarbeitungsschaltungen) oder unterschiedliche Verarbeitungsschaltungen (getrennte Verarbeitungsschaltungen) verwenden. Die Informations-Eingabe/Ausgabe An/Aus der Charakteristik-Erfassungseinheit 60, eine Gradientenwert-Recheneinheit 62, eine Gradientenwert-Recheneinheit 64, eine Bestimmungseinheit 66, eine Kathodentemperatur-(T)-Einstelleinheit 70, eine Emissionsstrom-(EMI)-Einstelleinheit 72, eine Vorspannungs-(B)-Steuereinheit 74 und eine Kathodentemperatur-(T)-Steuereinheit 76 angeordnet. Jede der „...-Einheiten“, wie etwa die Charakteristik-Erfassungseinheit 60, die Gradientenwert-Recheneinheit 62, die Gradientenwert-Recheneinheit 64, die Bestimmungseinheit 66, die Kathodentemperatur-(T)-Einstelleinheit 70, die Emissionsstrom-(EMI)-Einstelleinheit 72, die Vorspannungs-(B)-Steuereinheit 74 und die Kathodentemperatur-(T)-Steuereinheit 76 und bearbeitet werdende Information werden im Speicher 78 jedes Mal gespeichert.
Die Negativelektroden-(-)-Seite der Beschleunigungsspannungs-Leistungsschaltung 236 ist mit beiden Polen der Kathode 222 in der Elektronenstrahlsäule 102 verbunden. Die Positivelektroden-(+)-Seite der Beschleunigungsspannungs-Leistungsschaltung 236 ist über das in Reihe geschaltete Amperemeter 238 geerdet. Weiter verzweigt sich die Negativelektrode (-) der Beschleunigungsspannungs-Leistungsschaltung 236, um auch mit der Positivelektrode (+) der Vorspannungs-Leistungsschaltung 234 verbunden zu sein. Die Negativelektrode (-) der Vorspannungs-Leistungsschaltung 234 ist elektrisch mit der Wehnelt 224 verbunden, welche zwischen der Kathode 222 und der Anode 226 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Vorspannungs-Leistungsschaltung 234 angeordnet, elektrisch zwischen der Negativelektrode (-) der Beschleunigungsspannungs-Leistungsschaltung 236 und der Wehnelt 224 zu sein. Dann liefert die durch die T-Steuereinheit 276 gesteuerte Filament-Stromversorgungsschaltung 231 einen Strom zwischen beide Elektroden der Kathode 224, um die Kathode 224 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen. Mit anderen Worten liefert die Filament-Stromversorgungsschaltung 231 einen Filament-Strom W an die Kathode 222. Der Filament-Strom W und die Kathoden-Temperatur T können durch eine gewisse Relation definiert sein und die Kathode kann auf eine gewünschte Temperatur durch den Filament-Strom W erhitzt werden. Somit wird die Kathodentemperatur T durch den Filament-Strom W gesteuert. Der Filament-Strom W ist durch das Produkt des Stroms, welcher zwischen beiden Elektroden der Kathode 222 fließt, und einer Spannung, die an zwischen beiden Elektroden der Kathode 222 durch die Filament-Stromversorgungsschaltung 231 angelegt wird, definiert. Die Beschleunigungsspannungs-Leistungsschaltung 236 legt eine Beschleunigungsspannung zwischen Kathode 222 und Anode 226 an. Die Vorspannungs-Leistungsschaltung 234, welche durch die B-Steuereinheit 74 gesteuert ist, legt eine negative Vorspannung an die Wehnelt 224 an.
Schreibdaten werden von außerhalb der Schreibeinrichtung 100 eingegeben und in der Speichervorrichtung 140 gespeichert. Die Schreibdaten definieren allgemein Information über eine Vielzahl von Figurmustern, die zu schreiben sind. Spezifisch definieren sie einen Figuren-Code, Koordinaten, Größe, etc. jedes Figurenmusters.
1 zeigt eine Konfiguration, die zum Beschreiben der ersten Ausführungsform nötig ist. Andere Konfigurationselemente, die allgemein für die Schreibeinrichtung 100 nötig sind, können auch darin enthalten sein.
2 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Konfiguration des Formblendenrastersubstrats 203 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 2 gezeigt, sind Löcher (Öffnungen) 22 von p Reihen lang (Länge in der y-Richtung) und q Spalten breit (Breite in der x-Richtung) (p ≥ 2, q ≥ 2) gebildet, wie eine Matrix, bei einem vorbestimmtem Anordnungsabstand im Formblendenrastersubstrat 203. Im Falle von 2 sind beispielsweise Löcher (Öffnungen) 22 von 512x512, das heißt 512 (Reihen von in der y-Richtung angereihten Löchern) x 512 (Spalten von in der x-Richtung angereihten Löchern) gebildet. Jedes der Löcher 22 ist rechteckig, einschließlich quadratisch, wobei sie dieselbe Abmessung und Form zueinander aufweisen. Alternativ kann jedes der Löcher 22 ein Kreis mit demselben Durchmesser wie die anderen haben. Das Formblendenrastersubstrat 203 (Strahlform-Mechanismus) bildet die Mehrfachstrahlen 20. Spezifisch werden die Mehrfachstrahlen 20 dadurch gebildet, dass Bereiche des Elektronenstrahls 200 individuell ein entsprechendes der Vielzahl von Löchern 22 passieren lassen wird. Das Verfahren des Anordnens der Löcher 22 ist nicht auf den Fall von 2 beschränkt, wo die Löcher wie ein Raster in Breiten- und Längenrichtungen angeordnet sind. Beispielsweise kann in Bezug auf die x-Richtung k-te und (k+1)-te Reihen, die in Längenrichtung (in y-Richtung) eingereiht sind, jedes Loch in der Kartenreihe und jedes Loch in der (k+1)-ten Reihe zueinander in der Breitenrichtung (in der x-Richtung) um ein Abmessung „a“ versetzt angeordnet sein. Ähnlich kann in Bezug auf die x-Richtung, (k+1)-te und (k+2)-te Reihen, die in der Längenrichtung (in der y-Richtung) eingereiht sind, jedes Loch in der (k+1)-ten Reihe und jedes Loch in der (k+2)-ten Reihe in der Breitenrichtung (in der x-Richtung) um eine Abmessung „b“ zueinander versetzt angeordnet sein.
3 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In Bezug auf die Struktur des Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 wird ein aus Silizium etc. hergestelltes Halbleitersubstrat 31 auf einem Haltetisch 33 platziert, wie in 3 gezeigt. Der zentrale Teil des Substrats 31 wird beispielsweise von der Rückseite zu einer Membranregion 330 (erste Region) mit einer Dünnfilmdicke h rasiert. Die, die Membranregion 330 umgebende Peripherie ist eine äußere Peripherieregion 232 (zweite Region) mit eine Dickfilmdicke H. Die obere Oberfläche der Membranregion 330 und die obere Oberfläche der äußeren Peripherieregion 332 sind so gebildet, dass sie bündig oder im Wesentlichen bündig in der Höhe miteinander sind. An der Rückseite der äußeren Peripherieregion 332 wird das Substrat 31 auf dem Haltetisch 33 gehalten. Der Zentralteil des Haltetischs 33 ist offen und die Membranregion 330 ist an dieser Öffnungsregion lokalisiert.
In der Membranregion 330 sind Passagelöcher 25 (Öffnungen), durch jedes von welchen eine entsprechender der Mehrfachstrahlen 20 passiert, an Positionen gebildet, die alle jedem Loch 22 in dem in 2 gezeigten Formblendenrastersubstrat 203 entsprechen. Mit anderen Worten werden in der Membranregion 330 des Substrats 31 eine Vielzahl von Passagelöchern 25 gebildet, in einem Rasterzustand, durch jedes von welchen ein entsprechender der Mehrfachstrahlen 20 passiert. Weiter gibt es in der Membranregion 330 des Substrats 31 eine Vielzahl von Elektrodenpaaren angeordnet, die alle aus zwei Elektroden aufgebaut sind, die einander in Bezug auf ein entsprechendes einer Vielzahl von Passagelöchern 25 gegenüberliegen. Spezifisch ist in der Membranregion 330, wie in 3 gezeigt, jedes Paar (Blanker: Blanking Deflektor) einer Steuerelektrode 24 und einer Gegenelektrode 26 zum Ausblenden (Blanking) von Ablenkung nahe an einem entsprechenden Passageloch 25 in einer Weise angeordnet, dass die Elektroden 24 und 26 zueinander über das Passageloch 25, das betroffen ist, gegenüberliegend sind. Weiter ist nahe an jedem Passageloch 25 in der Membranregion 330 innerhalb des Substrats 31 eine Steuerschaltung 41 (Logikschaltung) angeordnet, welche eine Ablenkspannung an die Steuerelektrode 24 für das betreffende Passageloch 25 anlegt. Die Gegenelektrode 26 für jeden Strahl ist geerdet.
In der Steuerschaltung 41 ist ein Verstärker (ein Beispiel einer Umschaltschaltung) (nicht gezeigt), wie etwa einer CMOS-Inverterschaltung angeordnet. Die Ausgangsleitung (OUT) des Verstärkers ist mit der Steuerelektrode 24 verbunden. Andererseits wird die Gegenelektrode 26 mit einem elektrischen Erdungspotential versorgt. Als ein Eingang (IN) des Verstärkers wird entweder ein L (low, niedrig) Potential (zum Beispiel Erdungspotential) niedriger als ein Schwellenwertspannung oder ein H (hoch) (zum Beispiel 1,5 V) höher als oder gleich der Schwellenwertspannung als ein Steuersignal angelegt. Gemäß der ersten Ausführungsform, in einem Zustand, bei dem ein L-Potential an den Eingang (IN) des Verstärkers angelegt wird, wird der Ausgang (OUT) ein positives Potential (Vdd) und dann wird ein entsprechender Strahl durch ein elektrisches Feld aufgrund einer Potentialdifferenz gegenüber dem Erdungspotential der Gegenelektrode 26 so abgelenkt, dass er durch das Begrenzungsblendensubstrat 206 blockiert wird, und somit wird er gesteuert, in einer Strahl-Aus-Bedingung zu sein. Andererseits, in einem Zustand (aktiver Zustand), wo ein H-Potential an den Eingang (IN) des Verstärkers angelegt wird, wird der Ausgang (OUT) des Verstärkers ein Erdungspotential und daher, da es keine Potentialdifferenz gegenüber dem Erdungspotential der Gegenelektrode 26 gibt, wird ein entsprechender Strahl dadurch abgelenkt, und gesteuert, in einem Strahl-EIN-Bedingung zu sein, durch Passieren des Begrenzungsblendensubstrats 206.
Ein Paar der Steuerelektrode 24 und der Gegenelektrode 26 stellt individuell Blanking-Ablenkung eines entsprechenden Strahls der Mehrfachstrahlen 20 durch ein elektrisches Potential bereit, welches durch den Verstärker umschaltbar ist, der als entsprechende Umschaltschaltung dient. Somit führt jede der Vielzahl von Blankern eine Blanking-Ablenkung eines entsprechenden Strahls in den Mehrfachstrahlen durch, welche die Mehrzahl von Löchern 22 (Öffnungen) in dem Formblendenrastersubstrat 203 passiert haben.
Als Nächstes werden Operationen des Schreibmechanismus 150 der Schreibeinrichtung 100 beschrieben. Der Elektronenstrahl 200, welcher aus der Elektronenkanone 201 (Elektroden-Emissionsquelle) emittiert wird, beleuchtet das gesamte Formblendenrastersubstrat 203 durch die Beleuchtungslinse 202. Eine Vielzahl von viereckigen Löchern 22 (Öffnungen) sind in dem Formblendenrastersubstrat 203 gebildet. Die Region, die alle der Vielzahl von Löchern 22 beinhaltet, wird mit dem Elektronenstrahl 200 bestrahlt. Beispielsweise werden eine Vielzahl von rechteckigen Elektronenstrahlen (Mehrfachstrahlen 20) gebildet, indem Bereiche des Elektronenstrahls 200, die auf die Positionen der Vielzahl von Löchern 22 angewendet werden, individuell ein entsprechendes Loch der Vielzahl von Löchern 22 des Formblendenrastersubstrats 203 passieren gelassen werden. Die Mehrfachstrahlen 20 passieren individuell entsprechende Blanker (erster Deflektor: individueller Blanking-Mechanismus) des Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204. Jeder Blanker lenkt einen Elektronenstrahl, der diesen passiert, individuell ab (stellt Blanking-Ablenkung bereit).
Mehrfachstrahlen 20, welche den Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 passiert haben, werden durch die Verkleinerungslinse 205 verkleinert und gehen zum Loch im Zentrum des Begrenzungsblendensubstrats 206. Dann weicht der Elektronenstrahl in den Mehrfachstrahlen 20, welcher durch den Blanker des Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 abgelenkt wurde, vom Loch im Zentrum des Begrenzungsblendensubstrats 206 ab (verschiebt ihn) und wird durch das Begrenzungsblendensubstrat 206 blockiert. Andererseits passiert der Elektronenstrahl, welcher nicht durch den Blanker des Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 abgelenkt wurde, das Loch im Zentrum des Begrenzungsblendensubstrats 206, wie in 1 gezeigt. Die Blanking-Steuerung wird durch EIN/AUS des individuellen Blanking-Mechanismus bereitgestellt, um so das EIN/AUS von Strahlen zu steuern. Dann ist für jeden Strahl ein Schussstrahl durch einen Strahl gebildet, der während einer Periode von dann, wenn der Strahl EIN wird, bis dann, wenn der Strahl AUS wird, gemacht wird und das Begrenzungsblendensubstrat 206 passiert hat. Die Mehrfachstrahlen 20, welche das Begrenzungsblendensubstrat 206 passiert haben, werden durch die Objektivlinse 207 so fokussiert, dass sie ein Musterbild eines gewünschten Verkleinerungsverhältnisses haben. Dann werden entsprechende Strahlen, die (alle der Mehrfachstrahlen 20 passiert habend) das Begrenzungsblendensubstrat 206 passiert haben, kollektiv in derselben Richtung durch die Deflektoren 208 und 209 abgelenkt, um entsprechende Strahl-Bestrahlungspositionen auf der Probe 101 zu bestrahlen. Idealerweise sind die gleichzeitig bestrahlenden Mehrfachstrahlen 20 in Abständen ausgerichtet, die durch Multiplizieren des Anordnungsabstandes einer Vielzahl von Löchern 22 des Formblendenrastersubstrats 203 mit einem gewünschten Verkleinerungs-Verhältnis, welches oben beschrieben wird, erhalten werden.
Wie oben beschrieben, steigt die Betriebstemperatur der Kathode 222 der Elektronenkanone 201, welche den Elektronenstrahl 200 emittiert, zusammen mit dem Erzielen höherer Helligkeit der Kathode 222. Als Ergebnis wird die Abnutzungsrate des Kathodenkristalls vergrößert. Daher, während eine erforderliche Helligkeit aufrechterhalten wird, ist es wünschenswert, die Abnutzungsrate (Verdampfungsrate) der Kathode 222 so niedrig als möglich zu halten. Um dies zu erzielen, ist es wünschenswert, die Kathoden-Temperatur T so niedrig wie möglich innerhalb des Bereichs zu halten, um die erforderliche Helligkeit zu erhalten.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Charakteristik zwischen einem Probenoberflächenstrom und einem Emissionsstrom gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 gezeigt, existiert eine Spitze bei der Charakteristik zwischen dem Probenoberflächenstrom und dem Emissionsstrom. Die Spitzenposition bewegt sich zu der Seite des größeren Emissionsstroms zusammen mit einem Anstieg der Kathoden-Temperatur. Der Probenoberflächenstrom ist ein Gesamtstromwert aller Elektronenstrahlen an der Höhenposition der Oberfläche der Probe 101. Die Elektronenkanone 201 steuert den Emissionsstrom so, dass der Probenoberflächenstrom eine voll eingestellte Helligkeit ergibt. Mit anderen Worten steuert die Elektronenkanone 201 den Emissionsstrom so, dass der Probenoberflächenstrom zum Zielwert für das Erhalten einer voreingestellten Helligkeit wird. Die Kathodentemperatur, die eine Charakteristik bereitstellt, dass der Probenoberflächenstrom an der Spitzenposition der Zielwert des Probenoberflächenstroms ist, ist die niedrigste Kathodentemperatur, um eine erforderliche Helligkeit zu erhalten. Falls die Kathodentemperatur auf niedriger als dies reduziert wird, zeigt die Charakteristik, dass es unmöglich ist, eine Helligkeit bereitzustellen, die auf der Oberfläche der Probe erforderlich ist. Umgekehrt, falls die Kathodentemperatur gesteigert wird, um höher als dies zu sein, zeigt die Charakteristik, dass die Verdampfungsrate der Kathode höher wird, zusammen mit der erhöhten Kathodentemperatur. Daher ist die Kathodentemperatur, die eine Charakteristik bereitstellt, bei der der Probenoberflächenstrom eine Spitzenposition der Zielwert des Probenoberflächenstroms ist, eine ideale Kathodentemperatur. Im konventionellen Verfahren zum Justieren der Betriebsbedingungen der Elektronenkanone in der Raumladeregion wird die Elektronenkanone so gesteuert, dass der Zielwert des Probenoberflächenstroms in einem Emissionsstrom ermittelt wird, der ausreichend kleiner als der Emissionsstrom an der Spitzenposition ist. Daher ist die Kathode verwendet worden in einem Zustand einer höheren Kathodentemperatur als erforderlich. Die Operation unter einer Kathodentemperatur höher als benötigt, wird die Nutzungszeit der Kathode verkürzen. Dann wird gemäß der ersten Ausführungsform die Kathodentemperatur gesteuert, sich einer idealen zu nähern, in der temperatur-beschränkten Region, wo der Emissionsstrom sich abhängig von einer Änderung der Kathodentemperatur ändert.
Zuerst werden ein Anfangswert des Emissionsstroms Emi und ein Anfangswert der Kathodentemperatur T eingestellt. Spezifisch stellt die T-Einstelleinheit 70 einen Anfangswert der Kathodentemperatur T ein. Die Emi-Einstelleinheit 72 stellt einen Anfangswert des Emissionsstroms Emi ein.
Unter Anfangswert-Bedingungen wird der Elektronenstrahl 200 aus der Elektronenkanone 201 emittiert. Spezifisch legt zuerst die Beschleunigungsspannungs-Leistungsschaltung 236 eine voreingestellte Beschleunigungsspannung zwischen Kathode 222 und Anode 226 an. Die Filament-Stromversorgungsschaltung 231, welche durch die T-Steuereinheit 76 gesteuert wird, liefert an die Kathode 222 eine Filament-Leistung W entsprechend dem Anfangswert der Kathodentemperatur T. Die Kathodentemperatur T wird durch die Filament-Leistung W bestimmt. Daher wird in dem Steuersystem die Kathodentemperatur T durch die Filament-Leistung W gesteuert. In einem solchen Zustand justiert die durch die B-Steuereinheit 74 gesteuerte Vorspannungs-Leistungsschaltung 234 eine negative Vorspannung, die an die Vene 224 anzulegen ist so, dass der durch das Amperemeter 238 detektierte Stromwert zum Anfangswert des Emissionsstroms EMI wird. Dadurch wird der Elektronenstrahl 200 unter Anfangswert-Bedingungen aus der Elektronenkanone 201 emittiert.
Als Nächstes wird gemessen, ob der aus der Elektronenkanone 201 emittierte Elektronenstrahl 200 bei einer eingestellten Kathodentemperatur einen voreingestellten Zielwert des Probenoberflächenstroms erreicht hat.
Die XY-Bühne 105 wird zu der Position bewegt, wo die Mehrfachstrahlen 20 auf den Farraday-Becher 106 einfallen können. Dann detektiert der Farraday-Becher 106 einen Stromwert der Mehrfachströme 20, der aus dem aus der Elektronenkanone 201 emittierten Elektronenstrahl 200 gebildet wird, und die Oberfläche der Probe erreicht hat. Der Farraday-Becher 106 kann den Stromwert der gesamten Mehrfachströme 20 detektieren, welche den Becher simultan betreten oder kann den Stromwert jeder Strahlrastergruppe detektieren, der durch Unterteilen der Mehrfachströme 20 in eine Vielzahl von Strahlrastergruppen erhalten wird. Der detektierte Stromwert wird an die Stromdetektionsschaltung 136 ausgegeben und nachdem Analogsignale in Digitalsignale umgewandelt werden, an die Messeinheit 52 ausgegeben. Wenn der gemessene Stromwert aller der Mehrfachströme 20 nicht den Zielwert des Probenoberflächenstroms erreicht hat, wird die an die Vene 224 anzulegende negative Vorspannung justiert.
Falls selbst dadurch der Zielwert des Probenoberflächenstroms noch nicht erreicht wird, da die Kathodentemperatur unzureichend ist, wird das Justieren ähnlich wiederholt, während die Kathodentemperatur Schritt für Schritt erhöht wird, bis der Zielwert erhalten wird. Die Änderungsbreite (Bereich) der Kathodentemperatur T pro Schritt kann optional sein. Beispielsweise ist bevorzugt, im Bereich zwischen 5°C und 50°C einzustellen. Beispielsweise wird er auf 10°C eingestellt.
Die Charakteristik-Erfassungseinheit 60 erfasst während Änderung des Emissionsstroms eines Elektronenstrahls eine Charakteristik zwischen dem Probenoberflächenstrom an der mit dem Elektronenstrahl bestrahlten Position und dem Emissionsstrom. Mit anderen Worten wird die Charakteristik zwischen dem Probenoberflächenstrom und dem Emissionsstrom bei der eingestellten Kathodentemperatur erfasst. Der Wert des Probenoberflächenstroms kann als ein Stromwert der Mehrfachströme 20, die durch den Farraday-Becher 106 detektiert werden, erhalten werden. Der Wert des Emissionsstroms kann als ein durch das Amperemeter 238 detektierter Stromwert erhalten werden. Dadurch können Daten eines Charakteristikgraphs, wie in 4 gezeigt, erhalten werden. Die erhaltenen Charakteristikdaten werden in der Speichervorrichtung 79 gespeichert.
5A und 5B zeigen Beispiele eines Charakteristik-Graphen und eines Gradientenwerts gemäß der ersten Ausführungsform. 5A zeigt einen Bereich eines Graphen von Charakteristik zwischen dem Probenoberflächenstrom und dem Emissionsstrom. Im Beispiel von 5A ist der die Spitzenposition beinhaltende Bereich als ein Einstellbereich (durchgezogene Linie) im Charakteristikgraph gezeigt. Beispielsweise ist ein Emissionsstrombereich, der auf dem Emissionsstrom an der Spitzenposition zentriert und ± mehrerer Prozent bis ± mehrere 10% (zum Beispiel ± 20%) des Emissionsstroms an der Spitzenposition beinhaltet, als ein Einstellbereich gezeigt.
Jedoch ist der Einstellbereich nicht darauf beschränkt. Beispielsweise wird es auch bevorzugt, den Bereich, dessen Obergrenze der Emissionsstrom eine Spitzenposition ist, einzustellen und unterer Grenzwert der Emissionsstrom ist, der gegenüber dem Emissionsstrom einer Spitzenposition und mehrere Prozent bis mehrere zehn Prozent (zum Beispiel 40%) reduziert ist, wird als ein Einstellbereich eingestellt (gepunktete Linie). Alternativ wird es auch bevorzugt, den Bereich, bis Obergrenze der Emissionsstrom ist, etwas kleiner als dem Emissionsstrom an der Spitzenposition einzustellen und die Untergrenze ist der Emissionsstrom, der gegenüber dem Emissionsstrom an der Spitzenposition um mehrere Prozent bis zehn Prozent zum Beispiel 40%) reduziert ist.
Basierend auf der Charakteristik berechnet die Gradientenwert-Recheneinheit 62 Gradientenwerte (Differentialwerte), die alle durch Dividieren des Probenoberflächenstroms durch den Emissionsstrom im Einstellbereich (vorbestimmter Bereich) in der Charakteristik ermittelt werden.
5B zeigt ein Beispiel eines Gradientenwerts. In 5B repräsentiert die Ordinatenachse einen Gradientenwert, der durch Differenzieren eines Probenoberflächenstroms I durch einen Emissionsstrom Emi erhalten wird, und repräsentiert die Abszissenachse einen Emissionsstrom. Das Beispiel von 5B zeigt einen Gradientenwert (Differentialwert) des Charakteristikgraphen, welcher ermittelt wird durch Dividieren des Probenoberflächenstroms durch den Emissionsstrom im Einstellbereich (durchgezogenen Linie) von 5A. Wie in 5B gezeigt, sinkt in Bezug auf den Einstellbereich von 5A der positive Gradient des Anstiegs des Charakteristikgraphen zur Spitze hin und wird Null an der Spitzenposition und fällt als ein negativer Gradient nach der Spitzenposition. Daher wird im Beispiel von 5B der Gradientenwert ermittelt, wo der Gradientenwert an der Untergrenze des Emissionsstroms im Einstellbereich der Maximalwert (max) ist und ist der Gradientenwert an der Obergrenze des Emissionsstroms im Einstellbereich der Minimalwert (min). Daten des berechneten Gradientenwerts werden in der Speichervorrichtung 79 gespeichert.
Die Gradientenwert-Recheneinheit 64 berechnet einen Gradientenwert Emislope (Differentialwert) durch Ableiten, um den Emissionsstrom Emi des Probenoberflächenstroms I in dem Zustand, bei dem der Elektronenstrahl 200 justiert worden ist, um den Zielwert des Probenoberflächenstroms zu erreichen.
Dann, unter der Bedingung, dass der Elektronenstrahl 200 den Zielwert des Probenoberflächenstroms erreicht hat, wird die Kathodentemperatur so justiert, dass der berechnete Gradientenwert Emislope im Bereich des Gradientenwerts im Einstellbereich der Charakteristik sein kann. Spezifisch, unter der Bedingung, dass der Elektronenstrahl 200 den Zielwert des Probenoberflächenstroms erreicht hat, während die Kathodentemperatur Schritt für Schritt gesenkt wird, wird er justiert, das Minimum der Kathodentemperatur zu sein, unter welcher der berechnete Gradientenwert Emislope im Bereich des Gradientenwerts im Einstellbereich der Charakteristik ist. Dadurch kann die Kathodentemperatur nahe an die ideale Kathodentemperatur, die in 4 gezeigt ist, gebracht werden.
Nach Abschließen der Anfangseinstellung der Elektronenkanone wird die Schreibverarbeitung gestartet. Dann, während des Betriebs der Schreibeinrichtung 100 in der Elektronenkanonen-Stromversorgungsvorrichtung 120, wird eine Vorspannung B unter der Kathodentemperatur, die wie oben beschrieben justiert ist, so gesteuert, dass die Elektronenkanone 201 den Emissionsstrom Emi des Elektronenstrahls 200 in dem Zustand halten kann, wenn der Gradientenwert Emislope berechnet wurde. Falls jedoch die Kathode 220 kontinuierlich verwendet wird, ändert sich die Kathoden-Charakteristik aufgrund der Abnutzung (Verdampfung) des Kathodenkristalls und daher ändert sich jeder Parameterwert wie oben beschrieben.
6 ist ein Flussdiagramm, das Hauptschritte eines Beispiels eines Steuerverfahrens einer Schreibeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 6 führt das Steuerverfahren der Schreibeinrichtung der ersten Ausführungsform eine Reihe von Schritten aus: einen Bestimmungsschritt (S102), einen Kathodentemperatur-Änderungsschritt (S104), einen Parameter-Rechenschritt (S106), einen Aufzeichnungsschritt (S108), einen Nutzungszeit-Schätzschritt (S110), einen Bestimmungsschritt (S112) und einen Alarmausgabeschritt (S114).
Das Schätz/Vorhersageverfahren der Kathoden-Nutzungszeit der Elektronenkanone gemäß der ersten Ausführungsform führt den Parameter-Rechenschritt S106, den Aufzeichnungsschritt S108 und den Nutzungszeit-Schätzschritt (110) in den oben beschriebenen Schritten aus.
Im Bestimmungsschritt S102 bestimmt die Bestimmungseinheit 66, ob der durch Ableiten des Probenoberflächenstroms I durch den Emissionsstrom Emi erhaltene Gradientenwert Emislope auf einen voreingestellten Schwellenwert Eth gesunken ist. Daher wird für jede vorbestimmte Periode der Strombetrag der Mehrfachstrahlen 20 durch den Farraday-Becher 106 detektiert, um den Probenoberflächenstrom I zu messen. Die Gradientenwert-Recheneinheit 64 berechnet einen Gradientenwert Emislope bei jeder Messung des Probenoberflächenstroms I. Es wird bevorzugt, den Bestimmungsschritt S102 beispielsweise immer dann auszuführen, wenn der Gradientenwert Emislope berechnet wird.
7A bis 7F sind Graphen, die eine Änderung jedes Parameters gemäß der Verwendung der Kathode gemäß der ersten Ausführungsform illustrieren. In 7A repräsentiert die Ordinatenachse einen Gradientenwert Emislope, der durch Ableiten eines Probenoberflächenstroms I mit dem Emissionsstrom Emi ermittelt wird und repräsentiert die Abszissenachse eine Betriebszeit (Verwendungsdauer) einer Kathode. In 7B repräsentiert die Ordinatenachse eine Vorspannung B und repräsentiert die Abszissenachse eine Betriebszeit (Verwendungszeit) einer Kathode. In 7C repräsentiert die Ordinatenachse eine Kathodentemperatur T und repräsentiert die Abszissenachse eine Betriebszeit (Verwendungszeit) einer Kathode. In 7D repräsentiert die Ordinatenachse einen Emissionsstrom Emi und repräsentiert die Abszissenachse eine Betriebszeit (Verwendungszeit) einer Kathode.
Wie in 7A gezeigt, sinkt abhängig von der Betriebszeit (Verwendungszeit) der Kathode der Gradientenwert Emislope, der durch Ableiten des Probenoberflächenstroms I durch den Emissionsstrom Emi erhalten wird, und erreicht den Schwellenwert Eth. Wie in 7F gezeigt, steuert die Elektronenkanonen-Stromversorgungsvorrichtung 120 die Vorspannung B so, dass der Probenoberflächenstrom I konstant werden kann. Wie in 7B gezeigt, wenn der Gradientenwert Emislope sinkt, da die Vorspannung B-Steuereinheit 74 so steuert, dass der Oberflächenstrom auf dem Steuerzielwert gehalten wird, sinkt die Vorspannung B.
Im Kathodentemperatur-Änderungsschritt (S104), wenn der Gradientenwert Emislope sinkt und den Schwellenwert Eth erreicht, erhöht die Filament-Stromversorgungsschaltung 231 die Kathodentemperatur T, wie in 7C gezeigt. Dadurch steigen der Gradientenwert Emislope und die Vorspannung B. Dann, wenn die Betriebszeit (Verwendungszeit) der Kathode weiter vorrückt, sinkt ähnlich der Gradientenwert Emislope und erreicht den Schwellenwert Eth. Da ähnlicherweise die Vorspannungs-B-Steuereinheit 74 so steuert, dass der Probenoberflächenstrom auf dem Steuerzielwert gehalten wird, selbst wenn der Gradientenwert Emislope sinkt, sinkt die Vorspannung B. Dann, wie in 7C gezeigt, wenn der Gradientenwert Emislope sinkt und den Schwellenwert Eth erreicht, wird die Kathodentemperatur T dazu gebracht, wieder zu steigen. Dadurch steigen der Gradientenwert Emislope und die Vorspannung B. Dieser Betrieb wird wiederholt durchgeführt. Die Anstiegsbereite (Bereich) der Kathodentemperatur pro Operation wird vorzugsweise eingestellt, zwischen 5°C und 50°C zu sein (zum Beispiel 10°C) .
Obwohl die obigen Beispiele den Fall beschreiben, bei dem, wenn der Gradientenwert Emislope sinkt und den Schwellenwert Eth erreicht, die Kathodentemperatur T dazu gebracht wird, zu steigen, ist dies nicht darauf beschränkt. Es wird auch bevorzugt, für jede vorbestimmte Periode die Kathodentemperatur T zu erhöhen. Beispielsweise wird es bevorzugt, die Kathodentemperatur T für jede 1 bis 4 Wochen zu erhöhen (zum Beispiel alle 2 Wochen).
Wenn die Kathodentemperatur erhöht wird, sinkt der Änderungsbetrag ΔEmislope des Gradientenwerts Emislope gemäß dem Verlauf der Betriebszeit (Verwendungszeit) der Kathode. Mit anderen Worten sinkt der Änderungsbetrag ΔEmislope des Gradientenwerts Emislope, wo der Änderungsbetrag pro Temperatureinheits-Anstieg der Kathode 222 ist, graduell gemäß dem Verlauf der Betriebszeit (Verwendungszeit) der Kathode 222, und im Regelverlauf, selbst wenn die Kathodentemperatur erhöht wird, erhöht sich der Gradientenwert Emislope nicht. Das heißt, dass der Änderungsbetrag ΔEmislope Null wird. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrag ΔB der Vorspannung B im Falle der Steigung der Kathodentemperatur entsprechend dem Fortschreigen der Betriebszeit (Nutzungszeit) der Kathode. Mit anderen Worten sinkt der Änderungsbetrag ΔB der Vorspannung B, wo Änderungsbetrag pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ist, graduell gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Nutzungszeit) der Kathode und wird nach und nach Null.
Im Gegensatz dazu, obwohl der Sinkbetrag des Emissionsstrom Emi am Anfang groß ist, wird der Sinkbetrag entsprechend dem Zeitverlauf der Betriebszeit (Nutzungszeit) der Kathode klein und wird nach und nach der Emissionsstrom Emi so, dass er nicht absinkt. Danach dreht sich der Emissionsstrom Emi hin zum Steigen.
8 ist eine Illustration zum Erläutern des Zustands eines Emissionsstroms zum Zeitpunkt des Änderns der Kathodentemperatur gemäß der ersten Ausführungsform. Die Ordinatenachse repräsentiert einen Emissionsstrom Emi und die Abszissenachse repräsentiert eine Betriebszeit (Nutzungszeit).
Bei der Änderung der Kathoden-Charakteristik ändert sich der Emissionsstrom Emi gemäß dem, dass der Steuerwert des Probenoberflächenstroms I aufrechterhalten wird, durch Justieren der Vorspannung B. Dann, wenn der Gradientenwert Emislope auf den Schwellenwert Eth sinkt, wird die Kathodentemperatur T um eine vorbestimmte Anstiegsbreite erhöht. Dadurch, wie in 8 gezeigt, obwohl der Emissionsstrom Emi steigt, da die Vorspannungs-B-Steuereinheit 74 so steuert, dass der Probenoberflächenstrom I justiert wird, ein Steuerzielwert zu sein, durch Erhöhen der Vorspannung B, sinkt der Emissionsstrom Emi. Daher, wie in 7B gezeigt, wenn die Kathodentemperatur T sich ändert (gesteigert wird), steigt die Vorspannung B. Zu dieser Zeit, wie in 8 gezeigt, ist der Änderungsbetrag (Anstiegsbreite des Emissionsstroms Emi beim zweiten Anstieg der Kathodentemperatur kleiner als derjenige des ersten Anstiegs der Kathodentemperatur. Der Änderungsbetrag (Anstiegsbreite) des Emissionsstroms Emi beim dritten Anstieg der Kathodentemperatur ist weiter kleiner. Dann wenn eine lange Verwendungszeit der Kathode 222 verstreicht, wird der Emissionsstrom Emi nicht ansteigend, selbst falls die Kathodentemperatur erhöht wird. Daher wird auch die Steuerbreite (Anstiegsbreite) der Vorspannung B klein, gemäß der Anzahl von Malen des Änderns der Kathodentemperatur und wird nach und nach Null.
Wie in 7E gezeigt, da der Emissionsstrom durch Ändern der Vorspannung verändert wird, wird der Probenoberflächenstrom I auf einem fixen Steuerzielwert gehalten, wie in 7F gezeigt. In diesem Prozess, wie in dem vergrößerten Teil von 7D gezeigt, obwohl sich der Emissionsstrom Emi gemäß der Justierung der in 7E gezeigten Vorspannung ändert, sinkt er insgesamt. Dann, obwohl der Probenoberflächenstrom I durch das erste Erhöhen der Kathodentemperatur ansteigt, wird die Vorspannung geändert, um den Probenoberflächenstrom zu halten, konstant zu sein, und als Ergebnis wird der Emissionsstrom nahe zum Originalwert zurückgebracht. In Bezug auch auf den Probenoberflächenstrom I, ähnlich zum in 8 gezeigten Emissionsstrom, ist der Änderungsbetrag (Anstiegsbreite) des Probenoberflächenstroms I beim zweiten Ansteigen der Kathodentemperatur kleiner als derjenige beim ersten Ansteigen der Kathodentemperatur. Der Änderungsbetrag ΔB (Anstiegsbreite) des Probenoberflächenstroms I beim dritten Ansteigen der Kathodentemperatur ist weiter kleiner. Dann, wenn eine lange Verwendungszeit der Kathode 222 verstreicht, wird der Probenoberflächenstrom I nicht ansteigen, selbst wenn die Kathodentemperatur erhöht wird.
Die Stromdichte J kann ermittelt werden durch Dividieren des Probenoberflächenstroms I durch die Gesamtheit von Blendenflächen der Löcher 22 für gemessene Strahlen in der Vielzahl von Löchern 22 des Formblendenrastersubstrats 203. Daher, wie in 7F gezeigt, zeigt die Stromdichte J dasselbe Verhalten wie dasjenige des Probenoberflächenstroms I. Das Nächste gilt für den Fall des Änderns der Kathodentemperatur. Spezifisch sinkt die Stromdichte J gemäß der Änderung (Rückzug des Kathodenkristalls aufgrund Verdampfung) der Kathoden-Charakteristik. Dann steigt die Stromdichte J durch das erste Erhöhen der Kathodentemperatur.
Ähnlich zu dem in 8 gezeigten Emissionsstrom ist der Änderungsbetrag (Anstiegsbreite) der Stromdichte J beim zweiten Steigern der Kathodentemperatur kleiner als der beim ersten Erhöhen der Kathodentemperatur. Der Änderungsbetrag (Anstiegsbreite) der Stromdichte J beim dritten Erhöhen der Kathodentemperatur ist weiter kleiner. Dann, wenn eine lange Verwendungszeit der Kathode 222 verstreicht, wird die Stromdichte J nicht ansteigend, selbst wenn die Kathodentemperatur erhöht wird.
Im Parameterrechenschritt S106 berechnet die Parameter-Recheneinheit 54 für jede Änderung der Kathodentemperatur den Wert jedes Parameters. Spezifisch berechnet die Parameter-Recheneinheit 54 den Probenoberflächenstrom I. Das Verfahren zur Berechnung ist wie oben beschrieben. Mit anderen Worten wird der Strombetrag der Mehrfachströme 20 gemessen, für jede Änderung der Kathodentemperatur durch den Faraday-Becher 106. Der berechnete Wert des Probenoberflächenstroms I wird an den Steuercomputer 232 ausgegeben. Die Parameter-Recheneinheit 54 berechnet die Stromdichte J. Die Gradientenwert-Recheneinheit 64 berechnet den Gradientenwert Emislope zur Zeit des Änderns der Kathodentemperatur. Der Vorspannungswert B zur Zeit der Justierung aufgrund der Änderung der Kathodentemperatur wird aus der B-Steuereinheit 74 ausgegeben. Die Kathodentemperatur kann aus der Kathodentemperatur-T-Steuereinheit 76 ausgelesen werden. Der Wert des Emissionsstrom Emi kann aus dem Amperemeter 238 ausgelesen werden.
Als Nächstes berechnet die Parameter-Recheneinheit 55 für jeden Anstieg der Kathodentemperatur der Elektronenkanone 201 einen Änderungsbetrag pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf jeden Parameter. Spezifisch berechnet beispielsweise die Parameter-Recheneinheit 55 für jeden Anstieg der Kathodentemperatur einen Änderungsbetrag dEmislope/DT (Ableitungswert) pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf den Gradientenwert Emislope, welcher durch Ableiten des Probenoberflächenstroms I an der Position der mit dem Elektronenstrahl 200 (Mehrfachstrahlen 20) bestrahlten Probenoberfläche ermittelt wird, durch den Emissionsstrom Emi des Elektronenstrahls.
Alternativ oder/und zusätzlich berechnet beispielsweise die Parameter-Recheneinheit 55 für jeden Anstieg der Kathodentemperatur einen Änderungsbetrag dB/dT (Ableitungswert) pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die an die Wehnelt 224 der Elektronenkanone 201 anzulegenden Vorspannung B.
Alternativ oder/und zusätzlich berechnet beispielsweise die Parameter-Recheneinheit 55 für jeden Anstieg der Kathodentemperatur einen Änderungsbetrag dI/dT (Ableitungswert) pro Einheits-Temperaturanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den Probenoberflächenstrom I an der Position der mit einem Elektronenstrahl bestrahlten Probenoberfläche.
Alternativ oder/und zusätzlich berechnet beispielsweise die Parameter-Recheneinheit 55 für jeden Anstieg der Kathodentemperatur einen Änderungsbetrag dJ/dT (Ableitungswert) pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Stromdichte J an der Position der mit einem Elektronenstrahl bestrahlten Probenoberfläche.
Alternativ oder/und zusätzlich berechnet beispielsweise die Parameter-Recheneinheit 55 einen Änderungsbetrag dEmislope/dT (Ableitungswert) pro Zeiteinheit dT in Bezug auf den Emissionsstrom Emi eines aus der Elektronenkanone 201 emittierten Elektronenstrahls.
Im Aufzeichnungsschritt S108 zeichnet die Aufzeichnungseinheit 56 einen Änderungsbetrag in Bezug auf jeden Parameterwert auf, welcher pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ist, und für jede Änderung der Kathodentemperatur berechnet wird, die in Relation zur Nutzungszeit der Kathode 220 aufzuzeichnen ist.
Beispielsweise zeichnet die Aufzeichnungseinheit 55 einen Änderungsbetrag dEmislope/dT in Bezug auf den Gradientenwert Emislope auf, welcher ein Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ist und für jede Änderung der Kathodentemperatur berechnet wird, die in Relation auf die Nutzungszeit der Kathode 222 aufgezeichnet ist.
Alternativ oder/und zusätzlich zeichnet beispielsweise die Aufzeichnungseinheit 56 einen Änderungsbetrag dB/dT in Bezug auf die Vorspannung B auf, die einen Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ist und für jede Änderung der Kathodentemperatur berechnet wird, die in Relation zu der Nutzungszeit der Kathode 222 aufzuzeichnen ist.
Alternativ oder/und zusätzlich zeichnet beispielsweise die Aufzeichnungseinheit 56 einen Änderungsbetrag dI/dT in Bezug auf den Probenoberflächenstrom I auf, der ein pro-Temperatureinheitsanstieg 222 ist und für jede Änderung der Kathodentemperatur berechnet wird, die in Relation zu der Nutzungszeit der Kathode 222 aufzuzeichnen ist.
Alternativ und/oder zusätzlich zeichnet beispielsweise die Aufzeichnungseinheit 56 einen Änderungsbetrag dJ/dT in Bezug auf die Stromdichte J, die pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ist, und für jede Änderung der Kathodentemperatur berechnet wird, die in Relation zur Nutzungszeit der Kathode 222 aufzuzeichnen ist.
Alternativ oder/und zusätzlich zeichnet beispielsweise die Aufzeichnungseinheit 56 eine Kathodentemperatur der Elektronenkanone 201, die den Elektronenstrahl 200 aufzeichnet, auf, die in Relation zur Verwendungszeit der Kathode 220 aufzuzeichnen ist. Die Kathodentemperatur kann aus der Kathodentemperatur T-Steuereinheit 76 ausgelesen werden.
Alternativ oder/und zusätzlich zeichnet beispielsweise die Aufzeichnungseinheit 56 einen Änderungsbetrag ΔEmi/dT pro Zeiteinheit dT in Bezug auf den Emissionsstrom Emi des Elektronenstrahls 200, der aus der Elektronenkanone 201 emittiert wird, auf, die in Relation zur Nutzungszeit der Kathode der Elektronenkanone 201 aufzuzeichnen ist. Der Wert des Emissionsstroms Emi kann aus dem Amperemeter 238 ausgelesen werden.
9 ist ein Beispiel eines Graphen zum Erläutern eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf jeden Parameter gemäß der ersten Ausführungsform. In 9 repräsentiert die Ordinatenachse einen Änderungsbetrag dEmislope/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf den Gradientenwert Emislope, einen Änderungsbetrag dB/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf die Vorspannung B, einen Änderungsbetrag dI/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf den Probenoberflächenstrom I oder einen Änderungsbetrag dJ/dT pro Einheits-Temperaturanstieg der Kathode in Bezug auf die Stromdichte J. Die Abszissenachse repräsentiert eine Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 22) der Elektronenkanone 201. 9 zeigt den Fall, bei dem der Datenauftrag jedes für jede Temperaturänderung der Kathode 222 aufgezeichneten Parameters verwendet wird. Weiter zeigt 9 den Fall, bei dem jeder Parameter, der mehrmals aufgezeichnet wird, durch eine lineare Funktion approximiert wird.
Wie in 9 gezeigt, sinkt der Änderungsbetrag dEmislope/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf den Gradientenwert Emislope gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Nutzungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrag dB/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Vorspannung B gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Nutzungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrag dI/dT pro Einheitstemperaturanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den Probenoberflächenstrom I gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Nutzungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrag dJ/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Stromdichte J gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Nutzungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Dann wird gemäß der ersten Ausführungsform, basierend auf dem Verhalten jedes in 9 gezeigten Parameters, die Lebensdauer der Kathode 222 abgeschätzt/vorhergesagt.
Im Lebenszeit-Schätzschritt (S110) schätzt unter Verwendung der durch Approximieren des Änderungsbetrags dEmislope/dT ermittelten Annäherungslinie pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode in Bezug auf den aufgezeichneten Gradientenwert Emislope die Schätzeinheit 58 die Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag dEmislope/dT Null wird und schätzt (oder sieht an als) die geschätzte Zeit als die Lebensdauer der Kathode 222. Eine lineare Approximation kann nicht nur unter Verwendung von Daten bei der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 durchgeführt werden. Daher, beginnend ab der zweiten Änderung der Temperatur der Kathode 222 wird für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebensdauer der Kathode 220 neu abgeschätzt, um aktualisiert zu werden. Alternativ ist es auch bevorzugt, dass die ersten Datenaufträge des Änderungsbetrags dEmislope/dT, die experimentell erhalten werden können, und dann beginnend ab der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 für jede Temperaturänderung der Kathode 222, die Lebensdauer der Kathode 222 abgeschätzt wird.
Alternativ oder/und zusätzlich schätzt unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Approximieren des Änderungsbetrags dB/dT ermittelt wird, pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die aufgezeichnete Vorspannung B die Schätzeinheit 58 die Zeit ab, zu welcher der Änderungsbetrag dB/dT Null wird und schätzt (oder sieht an als) die geschätzte Zeit als die Lebensdauer der Kathode ab. Eine lineare Annäherung kann nicht nur unter Verwendung von Daten beim ersten Ändern der Temperatur der Kathode 222 durchgeführt werden. Daher, beginnend ab der zweiten Änderung der Temperatur der Kathode 220, wird für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebenszeit der Kathode 220 neu abgeschätzt, um so aktualisiert zu werden. Alternativ ist es auch bevorzugt, die ersten Datenaufträge des Änderungsbetrags dB/dT, die experimentell ermittelt werden können, und dann beginnend ab der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 für jede Temperaturänderung der Kathode 220 die Lebensdauer der Kathode 222 abgeschätzt wird.
Alternativ oder/und zusätzlich schätzt unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Approximieren des Änderungsbetrags dI/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ermittelt wird, in Bezug auf den aufgezeichneten Probenoberflächenstrom I die Schätzeinheit 58 die Zeit ab, zu welcher der Änderungsbetrag dI/dT Null wird, und schätzt (oder sieht an als) die geschätzte Zeit als die Lebensdauer der Kathode 222 an. Eine lineare Annäherung kann nicht nur unter Verwendung der Daten bei der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 durchgeführt werden. Daher wird, beginnend bei der zweiten Änderung der Temperatur der Kathode 222 für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebenszeit der Kathode 220 neu abgeschätzt, um aktualisiert zu werden. Alternativ wird es auch bevorzugt, dass die ersten Daten den Änderungsbetrags dI/dT, der experimentell ermittelt werden kann, auftragen, und dann beginnend bei der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebensdauer der Kathode 222 abgeschätzt wird.
Alternativ oder/und zusätzlich schätzt unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Approximieren des Änderungsbetrags dJ/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 ermittelt wird, in Bezug auf die aufgezeichnete Stromdichte J die Schätzeinheit 58 die Zeit ab, zu welcher der Änderungsbetrag dJ/dT Null wird und schätzt (oder sieht an als) die geschätzte Zeit als die Lebensdauer der Kathode 222 ab. Eine lineare Annäherung kann nicht nur unter Verwendung der Daten der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 durchgeführt werden. Daher, beginnend ab der zweiten Änderung der Temperatur der Kathode 222, wird für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebenszeit der Kathode 220 neu abgeschätzt, um aktualisiert zu werden. Alternativ wird es auch bevorzugt, dass die ersten Daten den Änderungsbetrags dJ/dT, der experimentell ermittelt werden kann, auftragen und dann, beginnend ab der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebenszeit der Kathode 222 abgeschätzt wird.
10 ist ein Beispiel eines Graphen, der einen Übergang einer Änderung einer Kathodentemperatur gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 10 repräsentiert die Ordinatenachse eine Kathodentemperatur T und repräsentiert die Abszissenachse eine Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Für jede Änderung der Kathodentemperatur steigt die Kathodentemperatur T um eine vorbestimmte Anstiegsbreite (Bereich) an und wird eine feste Temperatur bis zur nächsten Änderung gehalten.
Als ein anderes Beispiel des Lebenszeit-Schätzschritts S110 schätzt beispielsweise unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Approximieren der aufgezeichneten Kathodentemperatur-Änderung ermittelt wird, die Schätzeinheit 58 die Zeit ab, zu welcher die Kathodentemperatur den Schwellenwert Tth erreicht und schätzt (oder sieht an als) die geschätzte Zeit als die Lebenszeit der Kathode 222 ab.
10 zeigt den Fall, bei dem die aufgezeichnete Kathodentemperatur T durch eine quadratische Funktion oder eine Exponentialfunktion angenähert wird. Beispielsweise wird es bevorzugt, ein Anpassen der Kathodentemperatur zur Mittelzeit zwischen jeder Änderungszeit der Kathodentemperatur und ihrer einen vorigen Änderungszeit der Kathodentemperatur durchzuführen. Eine lineare Annäherung kann nicht unter Verwendung nur von Daten der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 durchgeführt werden. Daher wird, beginnend ab der zweiten Änderung der Temperatur der Kathode 222, für jede Temperaturänderung der Kathode 222 die Lebenszeit der Kathode 222 neu eingeschätzt, um aktualisiert zu werden.
11 ist ein Beispiel eines Graphen zum Erläutern eines Änderungsbetrags pro Einheitszeit in Bezug auf einen Emissionsstrom gemäß der ersten Ausführungsform. In 11 repräsentiert die Ordinatenachse einen Änderungsbetrag ΔEmi/dt pro Zeiteinheit dt in Bezug auf den Emissionsstrom Emi und repräsentiert die Abszissenachse eine Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. 11 zeigt den Fall, bei dem der Datenauftrag des Änderungsbetrags ΔEmi/dt, welcher für jede Temperaturänderung der Kathode 222 aufgezeichnet wird, verwendet wird. Weiter zeigt 11 den Fall, bei dem jeder mehrmals aufgezeichnete Parameter durch eine lineare Funktion angenähert wird. Wie in 7D gezeigt, obwohl der Absenkbetrag am Anfang groß ist, wird der Absenkbetrag gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Nutzungszeit) der Kathode klein und nach und nach wird er zu nicht abfallend. Danach wendet sich der Änderungsbetrags ΔEmi/dt des Emissionsstroms dazu, zu steigen. Daher ändert sich der Änderungsbetrags ΔEmi/dt von einem negativen Wert zu Null. Dann, nach Erreichen von Null, wendet er sich in einen positiven Wert.
Als ein anderes Beispiel des Lebenszeit-Schätzschritt S110 schätzt beispielsweise unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Approximieren des aufgezeichneten Änderungsbetrags ΔEmi/dt ermittelt wird, die Schätzeinheit 58 die Zeit ab, zu welcher der Änderungsbetrag ΔEmi/dt Null wird und schätzt (oder sieht an) die Zeit, die durch Addieren einer Marge einer geschätzten Zeit ermittelt wird, als die Lebenszeit der Kathode 222 ab. Hier wird bevorzugt, mehrere beispielsweise Tage bis mehrere Wochen (zum Beispiel 2 Wochen) als Marge zu verwenden. Die Marge kann durch Experiment oder dergleichen eingestellt werden.
In den oben beschriebenen Beispielen werden als der Parameter zum Abschätzen der Lebenszeit der Kathode 222 der Änderungsbetrag dEmislope/dT des Gradientenwerts Emislope, der Änderungsbetrag dB/dT der Vorspannung B, der Änderungsbetrag dI/dT des Probenoberflächenstroms I, der Änderungsbetrag dJ/dT der Stromdichte J, die Kathodentemperatur T und der Änderungsbetrag ΔEmi/dt des Emissionsstroms Emi erleichtert. Die Kathoden-Lebenszeit kann unter Verwendung aller dieser Parameter oder von zwei oder mehr abgeschätzt werden. Es wird bevorzugt, die Kathoden-Lebenszeit unter Verwendung irgendeines der Parameter abzuschätzen. Die abgeschätzte Lebenszeit der Kathode 222 wird in der Speichervorrichtung 140 gespeichert.
Im Bestimmungsschritt S112 liest die Alarm-Verarbeitungseinheit 59 die letzte abgeschätzte Lebenszeit der Kathode 222 aus der Speichervorrichtung 140 aus und bestimmt, ob die abgeschätzte Lebenszeit näherrückt. Beispielsweise wird bestimmt, ob die verbleibende Periode der Lebenszeit eine vorbestimmte Periode von mehreren Tagen bis mehreren Wochen erreicht hat (zum Beispiel 2 Wochen). Falls die verbleibende Periode der Lebenszeit die vorbestimmt Periode tth nicht erreicht hat, kehrt die zum Bestimmungsschritt S102 zurück, um jeden oben beschriebenen Schritt zu wiederholen. Wenn die verbleibende Periode der Lebenszeit die vorbestimmte Periode tth erreicht, schreitet sie zum Alarmausgabeschritt S114 fort.
Im Alarmausgabeschritt S114, wenn sich das geschätzte Lebenszeitende nähert, gibt die Alarm-Verarbeitungseinheit 59 (ein Beispiel einer Ausgabeeinheit) Information, die angibt, dass die Lebenszeit bald zu einem Ende gelangt, aus. Beispielsweise zeigt der Monitor 114 (ein anderes Beispiel der Ausgabeeinheit) die Information an, die angibt, dass das Lebenszeitende sehr bald kommt. Es ist bevorzugt, als die, ein Annähern des Lebenszeitendes angebende Information eine Alarm-Indikation, verbleibende Tage oder dergleichen anzuzeigen.
Als Nächstes wird ein Schreibverarbeitungsverfahren beschrieben. Die Schreibdaten-Verarbeitungseinheit 40 liest Schreibdaten, die in der Speichervorrichtung 140 gespeichert sind, aus und erzeugt Schreibzeitdaten zum Durchführen von Schreiben mit Mehrfachstrahlen. Die Schreibsteuereinheit 42 re-arrangiert die Bestrahlungszeitdaten in der Reihenfolge des Schusses gemäß der Schreibsequenz. Dann werden die Beschleunigungs-Zeitdaten an die Ablenksteuerschaltung 130 in der Reihenfolge des Schießens übertragen. Die Ablenksteuerschaltung 130 gibt Ablenk-Steuersignale an die DAC-Verstärkereinheiten 132 und 134 in der Reihenfolge des Schießens aus, während sie ein Blanking-Steuersignal an den Blanking-Blenden-Rastermechanismus 204 in der Reihenfolge des Schießens ausgibt. Der Schreibmechanismus 150, welcher durch die Schreibsteuereinheit 42 gesteuert wird, schreibt ein Muster auf die Probe 101 unter Verwendung eines Elektronenstrahls, der strahljustiert worden ist.
12 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel einer Schreiboperation gemäß der ersten Ausführungsform illustriert. Wie in 12 gezeigt, ist eine Schreibregion 30 der Probe 101 virtuell beispielsweise durch eine vorbestimmte Breite in der y-Richtung in einer Vielzahl von Streifenregionen 32 in Streifenform unterteilt. Zuerst wird die XY-Bühne 105 bewegt, um eine Justierung so vorzunehmen, dass eine Bestrahlungsregion 34, die mit einem Schuss der Mehrfachstrahlen 20 bestrahlt werden kann, am linken Ende der ersten Streifenregion 32 oder an einer Position weiter links als dem linken Ende lokalisiert ist und dann wird das Schreiben gestartet. Wenn die erste Streifenregion 32 beschrieben wird, wird die XY-Bühne 105 beispielsweise in der -X-Richtung so bewegt, dass das Schreiben relativ in X-Richtung fortschreiten kann. Die XY-Bühne wird bewegt, beispielsweise kontinuierlich bei einer konstanten Geschwindigkeit. Nach Beschreiben der ersten Streifenregion 32 wird die Bühnenposition in der -Y-Richtung bewegt, um eine Justierung so vorzunehmen, dass die Bestrahlungsregion 34 am rechten Ende der zweiten Streifenregion 32 oder an einer Position weiter rechts als dem rechten Ende lokalisiert ist, um so relativ in der Y-Richtung lokalisiert zu sein. Dann, indem die XY-Bühne 105 in der X-Richtung bewegt wird, schreitet beispielsweise das Schreiben in der -X-Richtung fort. Das heißt, das Schreiben wird durchgeführt, während abwechselnd die Richtung geändert wird, wie etwa Durchführen von Schreiben in der X-Richtung in der dritten Streifenregion 32 und in der -X-Richtung in der vierten Streifenregion 32, wodurch die Schreibzeit reduziert wird. Jedoch ist die Schreiboperation nicht auf das Schreiben bei abwechselndem Ende in der Richtung beschränkt und es ist auch bevorzugt, Schreiben in derselben Richtung durchzuführen, wenn jede Streifenregion 32 beschrieben wird. Eine Vielzahl von Schussmustern maximal bis zu der Anzahl von Löchern 22 sind gleichzeitig durch einen Schuss von Mehrfachstrahlen gebildet, die gebildet worden sind, indem sie die Löcher 22 in dem Formblendenrastersubstrat 203 passieren. Weiter, obwohl 12 den Fall zeigt, bei dem Schreiben einmal für jede Streifenregion 32 durchgeführt wird, ist er nicht darauf beschränkt. Es wird auch bevorzugt, Mehrfachschreiben durchzuführen, welches dieselbe Region mehrere Male beschreibt. Beim Durchführen des Mehrfachschreibens wird vorzugsweise die Streifenregion 32 in jedem Durchgang eingestellt, während die Position verschoben wird.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bestrahlungsregion von Mehrfachstrahlen und ein zu beschreibendes Pixel (Schreibzielpixel) gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 13 werden in der Streifenregion 32 eine Vielzahl von Steuerrastern 27 (Designrastern) eingestellt, die in einer Rasterform bei dem Strahlgrößenabstand der Mehrfachstrahlen 20 auf der Oberfläche der Probe 101 beispielsweise angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie in einem Abstand von etwa 10 nm angeordnet. Die Vielzahl von Steuerrastern 27 dient als die Design-Strahlungsposition der Mehrfachstrahlen 20. Der Anordnungsabstand des Steuerrasters 27 ist nicht auf die Strahlgröße beschränkt und kann jegliche Größe sein, die als eine Ablenkposition des Deflektors 209 gesteuert werden kann, unabhängig von der Strahlgröße. Dann werden eine Vielzahl von Pixeln 36, die sich alle auf jedes Steuerraster 27 zentrieren, durch virtuelles Unterteilen in eine Gitterform durch dieselbe Größe wie diejenige des Anordnungsabstands des Steuerrasters 27 eingestellt. Jedes Pixel 36 dient als eine Bestrahlungs-Einheitsregion pro Strahl der Mehrfachstrahlen. 11 zeigt den Fall, bei dem die Schreibregion der Probe 101 unterteilt wird, beispielsweise in der Y-Richtung in eine Vielzahl von Streifenregionen 32 durch die Breitengröße, die im Wesentlichen die gleiche wie die Größe der Bestrahlungsregion 34 (Schreibfeld) ist, welche durch eine Bestrahlung mit den Mehrfachstrahlen 20 bestrahlt werden kann. Die X-Richtungsgröße der Bestrahlungsregion 34 kann durch den Wert definiert werden, welcher durch Multiplizieren des Strahlabstands (Abstand zwischen Strahlen) in der X-Richtung der Mehrfachstrahlen 20 durch die Anzahl von Strahlen in der X-Richtung ermittelt wird. Die Y-Richtungsgröße der Bestrahlungsregion 34 kann durch den Wert definiert werden, welcher durch Multiplizieren des Strahlenabstands in der Y-Richtung der Mehrfachstrahlen 20 durch die Anzahl von Strahlen in der Y-Richtung ermittelt wird. Die Breite der Streifenregion 32 ist auch nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise beträgt die Breite der Streifenregion das n-Fache (wobei n eine Ganzzahl von 1 oder mehr ist) der Größe der Bestrahlungsregion 34. 13 zeigt den Fall, bei dem die Mehrfachstrahlen von 512 x 512 (Reihen x Spalten) auf 8x8 (Reihen x Spalten) vereinfacht werden. In der Bestrahlungsregion 34 ist eine Vielzahl von Pixeln 28 (Strahlschreibpositionen) gezeigt, die mit einem Schuss der Mehrfachstrahlen 20 bestrahlt werden können. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen angrenzenden Pixeln 28 der Abstand zwischen Strahlen der Design-Mehrfachstrahlen. Im Beispiel von 13 ist eine Unter-Bestrahlungsregion 29 eine Region, die durch Strahlabstände umgeben ist. In dem Fall von 13 ist jede Unterbestrahlungsregion 29 aus 4 x 4 Pixeln aufgebaut.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Schreibverfahrens von Mehrfachstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform illustriert. 14 zeigt einen Bereich der Unterbestrahlungsregion 29, die durch jeden der Strahlen an den Koordinaten (1, 3), (2, 3), (3, 3), ..., (512, 3) in der y-Richtung dritte Reihe von unten in den Mehrfachstrahlen zum Schreiben der in 12 gezeigten Streifenregion 32 zu beschreiben ist. Im Beispiel von 14, während sich die XY-Bühne 105 um die Distanz von acht Strahlabständen bewegt, werden beispielsweise vier Pixel geschrieben (exponiert). Damit sich die Relativposition zwischen der Bestrahlungsregion 34 und der Probe 131 nicht um die Bewegung der XY-Bühne 105 verschieben kann, während die vier Pixel beschrieben werden (exponiert), kann die Bestrahlungsregion 34 dazu gebracht werden, der Bewegung der XY-Bühne 105 durch kollektive Ableitung aller der Mehrfachstrahlen 20 durch den Deflektor 208 zu folgen. Mit anderen Worten wird eine Tracking-Steuerung durchgeführt. In den Fällen von 7A bis 7F wird ein Tracking-Zyklus durch Schreiben (Exponieren) von vier Pixeln während des Verschiebens pro Schuss des Bestrahlungszielpixels 36 in der Y-Richtung während einer Bewegung der Distanz von acht Strahlabständen ausgeführt.
Spezifisch bestrahlt der Schreibmechanismus 150 jedes Steuerraster 27 mit einem entsprechenden Strahl im EIN-Zustand der Mehrfachstrahlen 20 während einer Schreibzeit (Bestrahlungszeit oder Belichtungszeit) entsprechend jedem Steuerraster 27 innerhalb einer maximalen Bestrahlungszeit der Bestrahlungszeit jedes Strahls der Mehrfachstrahlen des betreffenden Schusses. Die maximale Bestrahlungszeit Ttr wird vorab eingestellt. Obwohl die Zeit, die durch Addieren einer Einschwingzeit von Strahlablenkung zu einer maximalen Bestrahlungszeit Ttr tatsächlich als ein Schusszyklus dient, wird die Einschwingzeit der Strahlablenkung hier weggelassen, um die maximale Bestrahlungszeit TTR als den Schusszyklus anzugeben. Nachdem ein Tracking-Zyklus abgeschlossen ist, wird die Tracking-Steuerung rückgesetzt, um so die Tracking-Position zur Startposition des nächsten Tracking-Zyklus rückzuschwingen (rückzuführen).
Da das Schreiben der Pixel in der ersten Spalte ab rechts jeder Unterbestrahlungsregion 29 abgeschlossen worden ist, führt im nächsten Tracking-Zyklus nach Rücksetzen des Trackings zuerst der Deflektor 209 eine Ablenkung so durch, dass die Schreibposition jedes entsprechenden Strahls justiert (verschoben) wird zu dem Steuerraster 27 des Pixels an der Bodenreihe in der zweiten Spalte von rechts jeder Unterbestrahlungsregion 29.
Wie oben beschrieben, in dem Zustand, bei dem die Relativposition der Bestrahlungsregion 34 zur Probe 101 durch den Deflektor 208 so gesteuert wird, dass dieselbe (unveränderte) Position während desselben Tracking-Zyklus ist, wird jeder Schuss ausgeführt, während das Verschieben von einem Steuerraster 27 (ein Pixel 38) zu einem anderen Steuerraster 27 (einem anderen Pixel 36) durch den Deflektor 290 geführt wird. Dann, nach Beenden eines Tracking-Zyklus und Rückkehren der Tracking-Position der Bestrahlungsregion 34 wird die erste Schussposition zur Position justiert, die beispielsweise um einen Steuerraster (einen Pixel) verschoben ist, wie im unteren Teil von 12 gezeigt, und wird jeder Schuss durchgeführt verschiebend von einem Steuerraster (einem Pixel) zu einem anderen Steuerraster (einem anderen Pixel) durch den Deflektor 209, während eine nächste Tracking-Steuerung ausgeführt wird. Durch Wiederholung dieser Operation während des Schreibens der Streifenregion 32 wird die Position der Bestrahlungsregion 34 sequentiell verschoben, wie etwa von 34a nach 34o, um das Schreiben der betreffenden Streifenregion durchzuführen.
Basierend auf der Schreibsequenz wird bestimmt, welcher Strahl der Mehrfachstrahlen welches Steuerraster 27 (Pixel 36) auf der Probe 101 bestrahlt. Unter der Annahme, dass die Unterbestrahlungsregion 29 eine Region ist, die aus nxn Pixeln aufgebaut ist, werden End-Steuerraster (n Pixel) durch eine Tracking-Operation geschrieben. Dann werden durch die nächste Tracking-Operation andere n Pixel in derselben nxn Pixelregion ähnlich durch einen anderen Strahl als der oben verwendete geschrieben. Somit wird Schreiben für alle n Pixel durch einen anderen Strahl jedes Mal in den n-maligen Tracking-Operationen durchgeführt, wodurch alle der Pixel in einer Region von nxn Pixeln geschrieben werden. In Bezug auch auf andere unterbestrahlte Regionen 29, die alle aus nxn Pixeln in der Bestrahlungsregion von Mehrfachstrahlen aufgebaut sind, wird dieselbe Operation gleichzeitig ausgeführt, um so ähnliches Schreiben durchzuführen.
Das Messen des Probenoberflächenstroms und Ändern der Kathodentemperatur, die oben beschrieben sind, werden zu der Zeit durchgeführt, wenn die Probe 101 nicht beschrieben wird. Beispielsweise werden sie durchgeführt nach Abschließen des Schreibens einer gewissen Probe und vor Starten des Schreibens der nächsten Probe. Alternativ werden sie selbst nach Starten des Schreibens der Probe und vor dem Beenden ihres Beschreibens, durchgeführt, nach Abschließen des Beschreibens der Streifenregion 32 und vor Starten des Beschreibens der nächsten Streifenregion 32.
Obwohl das obige Beispiel den Fall beschreibt, wo unter Verwendung einer Annäherungslinie die Zeit, zu welcher ein Änderungsbetrag Null wird, als die Kathoden-Lebenszeit abgeschätzt wird, ist dies nicht darauf beschränkt.
15 ist ein Beispiel eines Graphen zum Erläutern eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode in Bezug auf jeden Parameter gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform. In 15 repräsentiert die Ordinatenachse einen Änderungsbetrag dEmislope/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 122 in Bezug auf den Gradientenwert Emislope, einen Änderungsbetrag dB/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Vorspannung B, einen Änderungsbetrags dI/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den Probenoberflächenstrom I, oder einen Änderungsbetrags dJ/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Stromdichte J. Die Abszissenachse repräsentiert eine Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. 5 zeigt den Fall, bei dem der Datenauftrag jedes Parameters, der für jede Temperaturänderung der Kathode 222 aufgezeichnet wird, verwendet wird.
Wie in 15 gezeigt, sinkt der Änderungsbetrag dEmislope/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den Gradientenwert Emislope gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrag dB/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Vorspannung B gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrags dI/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den Probenoberflächenstrom I gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201. Ähnlich sinkt der Änderungsbetrags dJ/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die Stromdichte J gemäß dem Verstreichen der Betriebszeit (Verwendungszeit der Kathode 222) der Elektronenkanone 201.
Gemäß dem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform wird basierend auf dem Verhalten jedes in 15 gezeigten Parameters die Lebenszeit der Kathode 222 abgeschätzt/vorhersagt.
Im Lebenszeitabschnittschritt S110 schätzt die Schätzeinheit 58 als die Lebenszeit die Zeit ab, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu der Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag dEmislope/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den aufgezeichneten Gradientenwert Emislope zu einem vorgegebenen Wert wird. Es wird bevorzugt, beispielsweise etwa 10 Tage als die vorbestimmte Zeit zu verwenden. Es wird auch bevorzugt, für jede Temperaturänderung der Kathode 222 gegenüber der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222, den Änderungsbetrag dEmislope/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode aufzutragen, und wenn der Änderungsbetrag dEmislope/dT gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert wird, abzuschätzen die Zeit, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einem vorgegebenen Wert als die Lebenszeit.
Alternativ oder/und zusätzlich schätzt die Schätzeinheit 58 als die Lebenszeit die Zeit ab, die durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu der Zeit, zu welcher der Änderungsbetrags dB/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die aufgezeichnete Vorspannung B ein vergebener Wert wird, ermittelt wird. Es wird bevorzugt, beispielsweise etwa 10 Tage als die vorgegebene Zeit zu verwenden. Es wird auch bevorzugt, für jede Temperaturänderung der Kathode 222 gegenüber der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 den Änderungsbetrag dB/dT pro Einheitstemperaturanstieg der Kathode aufzutragen, und wenn der Änderungsbetrags dB/dT gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert wird, die Zeit, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu dem vorgegebenen Wert, als Lebenszeit abzuschätzen.
Alternativ oder/und zusätzlich schätzt die Schätzeinheit 58 als die Lebenszeit die Zeit ab, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu der Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag dI/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf den aufgezeichneten Probenoberflächenstrom I zu einem vorgegebenen Wert wird. Es wird bevorzugt, beispielsweise etwa 10 Tage als die vorgegebene Zeit zu verwenden. Es wird auch bevorzugt, für jede Temperaturänderung der Kathode 222 gegenüber der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222, den Änderungsbetrag dI/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode aufzutragen, und wenn der Änderungsbetrags dI/dT gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert wird, die Zeit, die durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einem vorbestimmten Wert ermittelt wird, als die Lebenszeit abzuschätzen.
Alternativ oder/und zusätzlich schätzt die Schätzeinheit 58 als die Lebenszeit die Zeit ab, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu der Zeit, zu welcher der Änderungsbetrags dJ/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode 222 in Bezug auf die aufgezeichnete Stromdichte J ein vorgegebener Wert wird. Es wird bevorzugt, beispielsweise etwa 10 Tage als die vorgegebene Zeit zu verwenden. Es wird auch bevorzugt, für jede Temperaturänderung der Kathode 222 gegenüber der ersten Änderung der Temperatur der Kathode 222 den Änderungsbetrags dJ/dT pro Temperatureinheitsanstieg der Kathode aufzutragen, und wenn der Änderungsbetrags dJ/dT gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert wird, die Zeit, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zum vorgegebenen Wert, als die Lebenszeit abzuschätzen.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, hochpräzise die Kathoden-Lebenszeit der Elektronenkanone abzuschätzen (vorherzusagen).
Es sind Ausführungsformen beschrieben worden, wobei auf oben beschriebene spezifische Beispiele Bezug genommen worden ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Beispiele beschrieben.
Während die Einrichtungs-Konfiguration, das Steuerverfahren und Anderes, was nicht direkt zum Erläutern der vorliegenden Erfindung notwendig ist, nicht beschrieben wird, können einige oder alle von ihnen angemessen ausgewählt und verwendet werden auf Fall-zu-Fall-Basis, bei Bedarf. Beispielsweise, obwohl die Beschreibung der Konfiguration der Steuereinheit zum Steuern der Schreibeinrichtung 100 weggelassen wird, versteht es sich, dass einiges oder das Geamte der Konfiguration der Steuereinheit ausgewählt und angemessen nach Bedarf verwendet werden kann.
Weiter sind jegliches Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebenszeit einer Elektronenkanone und Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung, die Elemente der vorliegenden Erfindung enthalten, und angemessen durch Fachleute modifiziert werden können, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung enthalten.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten leicht erscheinen. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details beschränkt und die hierin gezeigten und beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen. Entsprechend können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, wie in den angehängten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010062374 A [0005]

Claims

Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Parameterwert, der sich auf den Elektronenstrahl bezieht, der in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode durch entweder Abschätzen einer Zeit, die durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorbeschriebener Wert wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen unter Verwendung einer Annäherungslinie, die durch Annähern des mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Wert, der durch Ableiten eines ProbenOberflächenstroms an einer Position auf einer Probenoberfläche, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, erhalten wird, durch einen Emissionsstrom des Elektronenstrahls, der in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, die durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorgeschriebener Wert wird, erhalten wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung eine Annäherungslinie, welche durch Annähern des Änderungsbetrags, der mehrfach aufgezeichnet ist, erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Einheits-Temperaturanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf eine an eine Wehnelt-Elektrode der Elektronenkanone anzulegende Vorspannung, der in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, welche durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger wird als ein vorbeschriebener Wert, erhalten wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern eines mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf einen Probenoberflächenstrom des Elektronenstrahls an einer Position auf einer Probenoberfläche, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt ist, der in Bezug auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, die erhalten wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern des mehrmals aufgezeichneten Änderungsbetrags erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Temperatureinheitsanstieg einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, in Bezug auf eine Stromdichte des Elektronenstrahls an einer Position auf einer Probenoberfläche, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, der in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen einer Lebensdauer der Kathode entweder durch Abschätzen einer Zeit, die ermittelt wird durch Addieren einer vorbestimmten Zeit zu einer Zeit, zu welcher der mehrmals aufgezeichnete Änderungsbetrag niedriger als ein vorgegebener Wert wird, als die Lebensdauer der Kathode, oder Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern des Änderungsbetrags, der mehrmals aufgezeichnet ist, erhalten wird, einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als die Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen einer Temperatur einer Kathode einer Elektronenkanone, die einen Elektronenstrahl emittiert, die in Relation auf eine Nutzungszeit der Kathode aufzuzeichnen ist, und Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern eine Änderung der Temperatur der aufgezeichnet worden seienden Kathode erhalten wird, einer Zeit, zu welcher die Temperatur der Kathode einen Schwellenwert erreicht, als eine Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer abgeschätzten Lebensdauer.
Verfahren zum Abschätzen einer Kathoden-Lebensdauer einer Elektronenkanone, umfassend: Aufzeichnen eines Änderungsbetrags pro Zeiteinheit in Bezug auf einen Emissionsstrom eines aus einer Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls, der in Relation auf eine Nutzungszeit einer Kathode der Elektronenkanone aufzuzeichnen ist, und Abschätzen, unter Verwendung einer Annäherungslinie, welche durch Annähern des Änderungsbetrags, der mehrmals aufgezeichnet worden ist, erhalten wird, einer Zeit, die erhalten wird durch Addieren einer Marge zu einer Zeit, zu welcher der Änderungsbetrag Null wird, als eine Lebensdauer der Kathode, und Ausgeben einer geschätzten Lebensdauer.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 1 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 1 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 2 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 2 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 3 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 3 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 4 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 4 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 5 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 5 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 6 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 6 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.
Elektronenstrahl-Schreibeinrichtung (100), umfassend: eine Aufzeichnungsschaltung (56), die konfiguriert ist, eine Aufzeichnung gemäß Anspruch 7 durchzuführen, eine Schätzschaltung (58), die konfiguriert ist, eine Lebensdauer gemäß Anspruch 7 abzuschätzen, eine Ausgangsschaltung (59), die konfiguriert ist, zu einer Zeit, zu der sich ein Ende der abgeschätzten Lebensdauer nähert, Information auszugeben, die angibt, dass sich die Lebensdauer bald zu Ende neigt; und einen Schreibmechanismus (150), der konfiguriert ist, eine Elektronenkanone zu enthalten, die einen Elektronenstrahl emittiert, und ein Muster auf eine Probe unter Verwendung des Elektronenstrahls zu schreiben.