JP2004362954A

JP2004362954A - 電子ビームの照射条件維持方法

Info

Publication number: JP2004362954A
Application number: JP2003160512A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takano; 泰洋高野
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】試料に照射される電子ビームの集束状態を一定に維持したまま、プローブ電流を一定に制御すること。
【解決手段】対物アパーチャー１８とフィラメント１１ａの加熱電源１５には、Ｉ／Ｖ変換器６１、Ａ／Ｄ変換器６２、ＣＰＵ６３、Ｄ／Ａ変換器６４、フィラメント電流制御回路６５、主フィラメント電流設定器６６、メモリ６７を含む電子回路６が接続されている。エミッター１１から試料２に向けて放射された電子ビームＡ’’のプローブ電流Ｉ_ｐを一定に制御するに際し、電子回路６は、対物アパーチャー１８に流れるアパーチャー電流Ｉ_ｎを測定し、Ｉ_ｐとの略比例関係に基づいてＩ_ｐを推定し、推定されたＩ_ｐがメモリ６７に記憶された所定値となるように、フィラメント１１１に流れるフィラメント電流Ｉ_Ｆを、Ｉ_ｐとの略比例関係に基づいて、エミッター１１の適正動作温度の許容範囲内で増減制御する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームの照射条件維持方法に関し、特に、熱電界放射型電子銃から放射される電子ビームの集束状態を変えることなく、プローブ電流を一定に制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子描画装置、電子露光装置、電子顕微鏡等の電子放射に用いられる電子銃は、熱電子放射型電子銃と、電界放射型電子銃と、熱電界放射型電子銃とに大別される。
【０００３】
熱電子放射型電子銃は、エミッター（例えばタングステンフィラメントやホウ化ランタン（ＬａＢ６）で構成される）を真空中で加熱することによって電子を発生させる。一方、電界放射型電子銃は、針状に先端を尖らせたエミッターの先端に強電界をかけることによって、電子を発生させる。
【０００４】
熱電界放射型電子銃は、上記２種類の電子銃の両方の性質を合わせ持ち、エミッターの先端を加熱しながら強電界をかけることにより、エミッターの先端に静電応力と表面張力とがバランスする状態を作り、電子を発生させる。
【０００５】
熱電界放射型電子銃は、一般的には図４に示すように、主としてエミッター１１、引き出し電極１２、コンデンサー電極１３ａ、接地電極１４から構成される。エミッター１１は、発生した電子を加速させて電子ビームとして放射するための加速電圧Ｅ（例えば−５０．４ｋＶ）が接地電極１４の接地電位に対して印加され、更にサプレッサー電圧Ｈ（例えば４００Ｖ）が印加され、−５０ｋＶの電位にある。引き出し電極１２には電界を発生させるための引き出し電圧Ｆが加速電位よりも高く印加され、コンデンサー電極１３ａには電子ビームの集束を調節するためのコンデンサー電圧Ｇが加速電位よりも一般には高く印加される。
【０００６】
エミッター１１は、例えば図５に示すように、ヘアピン状のタングステンフィラメント１１ａの先端に針状のタングステン線ニードル１１ｂを溶接し、溶接されたニードル１１ｂの根元部に塗りつけた水酸化ジルコン（ＺｒＨ_２）を酸素雰囲気中で加熱することで、ニードル１１ｂの先端にＺｒ／Ｏ／Ｗコンポジションを形成したものである。
【０００７】
このエミッター１１のフィラメント１１ａは、図４に示すように、加速電位に設けられた０〜３Ｖ、０〜３Ａの容量を持つ加熱電源１５に接続される。Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターは、フィラメント電流Ｉ_ｆを流すことにより、適正動作温度である１８００Ｋに加熱される。Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターは、高真空雰囲気下（例えば１×１０^−８Ｐａ程度）で安定動作するため、サプレッサーキャップ１６に覆われ、ニードル１１ｂの先端のみがサプレッサーキャップ１６からわずかに突出している。
【０００８】
ここで、ニードル１１ｂの先端と引き出し電極１２の距離が約０．０３インチ、サプレッサー電圧Ｈがエミッター１１に対して約−４００Ｖあり、フィラメント電流Ｉ_ｆが約２．３Ａである場合、電子銃から放射される電子ビームの電荷量に対応するトータルのエミッション電流Ｉ_ｔ（図４中示されるＩ_ｔを測定）と引き出し電圧（Ｖ_ｅｘ）との関係は、図６に示す通りである。図６に示したように、引き出し電圧Ｖ_ｅｘを変えると、エミッション電流Ｉ_ｔが変わることが分かる。
【０００９】
エミッター１１から発生した電子は加速されて電子ビームとして放射された後、まず、引き出し電極１２内に設けたビームリミッティングアパーチャー１２ａで不要な電子ビームが制限される。更に、電子ビームは、コンデンサー電極１３ａより下に設けられたブランキング電極１７（図示せず）の位置にクロスオーバーを形成するように集束され、偏向コイル１９、対物レンズ２０（いずれも図示せず）を経て、最終的に微細な電子ビームとなり、試料（例えば電子描画装置では、シリコンウェハーにレジストを塗布した基板）の所定位置に照射され、検出、プロッタリング（露光）等が行われる。
【００１０】
熱電界放射型電子銃は、熱電子型電子銃に比べて、エミッターの大きさが遥かに小さいにもかかわらず高輝度な電子ビームが得られ、又、電界放射型電子銃に比べて、安定なエミッション電流が得られるので、高分解能が要求される電子描画装置等には欠かせない。
【００１１】
このように、電子描画装置等に熱電界放射型電子銃を用いる場合、当然のことながら、照射条件が一定に維持されることが要求される。照射条件が一定でないと、例えば露光装置では露光条件等の各種の条件が変わってしまい、装置としての品質、精度が保証されないからである。
【００１２】
ここで、照射条件を一定に維持するためには、一定の集束状態で試料の所定位置に一定のビーム径の電子ビームが照射されること、試料に照射される電子ビームの電荷量に対応するプローブ電流が、長時間（例えば１０時間程度）に渡って一定であることが必要である。
【００１３】
しかし、熱電界放射型電子銃を長時間に渡って連続使用していると、高真空雰囲気下であっても、エミッター１１の先端表面の状態が変化し、電子の発生量が減少し、プローブ電流が変化してしまう。
【００１４】
そこで従来は、長時間プローブ電流を一定に保つために、引き出し電圧Ｆを変化させる方法が採用されていた（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。
【００１５】
しかし、このような方法を採用した場合、以下に説明する技術的な課題があった。
【００１６】
【特許文献１】
特許第２８１８０１４号公報
【特許文献２】
特許第３０１４２０６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
引き出し電極１２から、ブランキング電極１７位置のクロスオーバー形成ポイントまでの距離をＺ_ｉとすると、Ｚ_ｉは図７に示すように、加速電圧（Ｖ_ＡＣＣ）、引き出し電圧（Ｖ_ｅｘｔ）、コンデンサー電圧（Ｖ_ＣＬ）との関係で決められる。
【００１８】
つまり、加速電圧Ｅ、コンデンサー電圧Ｇを一定にした状態で引き出し電圧Ｆのみを変化させると、確かに図６に示したようにエミッション電流Ｉ_ｔは調節出来るが、Ｚ_ｉが変化してしまうので、電子ビームの集束状態が変化し、試料上のビーム径が変化してしまう。
【００１９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、一旦調整された電子ビームの集束状態を変えることなく、長時間に渡って、電子ビームの照射条件を一定に維持する方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、
電子を発生させるエミッターと、前記エミッターのフィラメントにフィラメント電流を流して前記エミッターを加熱する加熱電源と、前記エミッターの先端との間に電界を発生させる引き出し電極と、前記電子を加速して電子ビームとするための加速電位を前記エミッターに対して与える接地電極とを少なくとも備える熱電界放射型電子銃と、前記電子ビームを集束するレンズと、不要な電子ビームを制限して試料への照射に必要な電子ビームを通過させるアパーチャーとを備えた電子ビーム発生装置において、前記エミッター、前記電極、前記レンズ、及び前記アパーチャーの調整によって得られる所定条件を、前記試料への照射の際に維持する電子ビームの照射条件維持方法であって、前記アパーチャーに照射される不要な電子ビームの電荷量に対応するアパーチャー電流を測定し、前記アパーチャー電流に基づいて、前記フィラメント電流を前記エミッターの適正動作温度の許容範囲内で増減制御して、前記電子ビームの集束状態を一定に維持したまま、前記試料に照射される電子ビームの電荷量に対応するプローブ電流を一定にする電子ビームの照射条件維持方法である。
【００２１】
請求項１の発明により、一旦、電極やレンズ等の調整を終えた後は、引き出し電圧を変化させなくても、試料に照射される電子ビームの集束状態が変わることなく、プローブ電流が一定に制御されるので、試料への照射条件が維持され、長時間電子銃を稼動させることが出来る。
【００２２】
請求項２の発明は、
前記プローブ電流は、前記アパーチャー電流との略比例関係に基づいて推定され、前記フィラメント電流は、前記推定されたプローブ電流との略比例関係に基づいて制御される電子ビームの照射条件維持方法である。
【００２３】
請求項２の発明により、アパーチャー電流からプローブ電流の推定、推定されたプローブ電流からフィラメント電流の算出が高速に行われ、加熱電源への素早いフィードバックが可能となる。
【００２４】
請求項３の発明は、
前記アパーチャーは、対物アパーチャーである電子ビームの照射条件維持方法である。
【００２５】
請求項３の発明により、測定されるアパーチャー電流とプローブ電流の比例関係の精度が増すので、細かいプローブ電流制御を行うことが出来る。
【００２６】
請求項４の発明は、
前記エミッターは、Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターである電子ビームの照射条件維持方法である。
【００２７】
請求項５の発明は、
前記Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターの適正動作温度の許容範囲は、定常状態の±５０Ｋである電子ビームの照射条件維持方法である。
【００２８】
請求項６の発明は、
前記Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターのフィラメント電流の許容範囲は、定常状態の±５％である電子ビームの照射条件維持方法である。
【００２９】
これら発明により、超高真空環境を必要とし、安定動作を得ることが難しいＺｒ／Ｏ／Ｗエミッターのプローブ電流を、エミッターが破壊、故障等することなく、一定に制御することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３は、本発明にかかる電子ビームの照射条件維持方法の一実施例を示している。
【００３１】
尚、以下に説明する実施例では、前述した従来例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付している。
【００３２】
図１は、熱電界放射型電子銃を用いた電子露光装置の構成の概要を示している。この電子露光装置は、電子ビームＡを放射する電子銃１、電子ビームＡ’を集束してクロスオーバー点Ｂをブランキング電極１７の位置に形成する磁界型コンデンサーレンズ１３ｂ、電子ビームＡ’を偏向制御するブランキング電極１７、電子ビームＡ’のうち不要な電子ビームを制限して試料２に必要な電子ビームＡ’’のみを通過させる対物アパーチャー１８、電子ビームＡ’’を走査する偏向コイル１９、電子ビームＡ’’を試料２の所定位置Ｃに集束する磁界型対物レンズ２０が、上から順に、電子ビームＡが電子ビームＡ’’として試料２に到達するまでの間に設置されている。
【００３３】
尚、図４に示した電子銃１の構成のうち、コンデンサー電極１３ａにもレンズ作用はあるため、コンデンサーレンズ１３ｂの代わりに、コンデンサー電極１３ａがその役割を担ってもよいし、コンデンサーレンズ１３ｂとコンデンサー電極１３ａが併用されてもよい。又、コンデンサーレンズ１３ｂは電界型レンズであってもよい。
【００３４】
電子銃１は、電子を発生させるエミッター１１、電界を発生させるための引き出し電極１２、電子を加速して電子ビームＡとして放射するための加速電位をエミッター１１に対して与える接地電極１４からなる。尚、電子銃１は、図４に示したようにコンデンサー電極１３ａを有していてもよい。
【００３５】
エミッター１１には加速電圧（例えば−５０ｋＶ）が印加され、引き出し電極１２には加速電位よりも一般に高い引き出し電圧（例えば４ｋＶ）が印加され、接地電極１４は、エミッター１１の加速電位の基準グランド（大地電位）に接続される。
【００３６】
エミッター１１は、図５に示したのと同様、ヘアピン状のタングステンフィラメント１１ａの先端に針状のタングステン線ニードル１１ｂを溶接し、溶接されたニードル１１ｂの根元部に塗りつけた水酸化ジルコン（ＺｒＨ_２）を酸素雰囲気中で加熱することで、ニードル１１ｂの先端にＺｒ／Ｏ／Ｗコンポジションを形成したものである。
【００３７】
このエミッター１１のフィラメント１１ａは、加速電位に設けられた０〜３Ｖ、０〜３Ａの容量を持つ加熱電源１５に接続される。Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターは、フィラメント電流Ｉ_Ｆ（例えば２．６Ａ）を流すことにより、約１８００Ｋに加熱される。この温度は、Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターが最も効率よく動作する適正温度であり、原則としてフィラメント電流Ｉ_Ｆ、温度ともに一定に保持されるべきであるが、フィラメント電流Ｉ_Ｆについては±５％、温度については±５０Ｋの範囲内の変化であれば許容され、エミッター１１は破壊することなく、適正な動作が保証される。
【００３８】
電子ビームＡのエミッション電流は、図６に示したように引き出し電圧を調整することで変えられる。又、クロスオーバー点Ｂの調整は、加速電圧、引き出し電圧、コンデンサーレンズ１３ｂの電流（電界型レンズの場合には電圧）を調整することによって行われる。
【００３９】
更に、図１に示した電子露光装置は、電子ビームＡ’’が試料２の所定位置Ｃに照射された際に放射される２次電子を検出する検出手段３、検出された２次電子を増幅して映像信号とする増幅器４、映像信号を映し出すモニター５を備える。
【００４０】
モニター５は、電子露光装置の使用前に、電子ビームＡ’’の試料２への照射条件のうち、集束状態を確認するために用いられる。ここで、正しい集束状態とは、電子ビームＡ’が所定位置Ｂにクロスオーバー点を形成して、電子ビームＡ’’として試料２の所定位置Ｃに焦点を合わせて一定のビーム径で集束される状態を指し、このために、電極やコンデンサーレンズ１３ｂの調整を行う。
【００４１】
電子露光装置の使用前には、上記集束状態を確認する他、電子ビームＡ’’の電荷量に対応する一定の電流（プローブ電流）が試料２に対して流れることを確認する必要がある。そのため、対物アパーチャー１８を最適な位置に調整し、かつ、エミッター１１や引き出し電極１２に印加される電圧及び加熱電源１５の電圧の調整を行う。
【００４２】
このように、電子露光装置では、上述したような照射条件（一定の集束状態及び一定のプローブ電流）が満足されるよう、電子露光装置の各構成要素の調整を行う。
【００４３】
この電子ビームＡ’’の試料２への照射条件は、長時間に渡って一定に維持されることが要求される。
【００４４】
しかし、熱電界放射型電子銃を長時間に渡って連続使用していると、高真空雰囲気下であっても、エミッター１１の先端表面の状態が変化し、電子の発生量が減少し、プローブ電流が変化してしまう。この時の電流変動は１０時間で１０％程度となることがあり、これでは電子露光装置としての目標スペックに到達しない。
【００４５】
そこで、引き出し電極１２の引き出し電圧を変化させれば、電子銃１から放射される電子ビームＡの電荷量に対応するエミッション電流を制御することが出来るので、容易にプローブ電流をも制御することが出来るように思われる。しかしその場合、従来例で説明したように、クロスオーバー点Ｂの位置が変化してしまい、ビーム径の変化が起きるため、せっかく行った電極やレンズ等の調整が台無しになってしまう。特に、Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターは、高真空雰囲気下で安定動作するため、電子銃１の稼動中に電極やレンズ等の調整をし直すことは困難である。
【００４６】
そこで、本実施例では、クロスオーバー点Ｂの位置を変えることなく、すなわち最初に設定した集束状態を変えることなく、プローブ電流を長時間に渡って一定に制御するために、対物アパーチャー１８に照射され、このアパーチャーを通過しなかった不要な電子ビームの電荷量に対応するアパーチャー電流Ｉ_ｎを測定し、測定されたアパーチャー電流Ｉ_ｎに基づいて、フィラメント電流Ｉ_Ｆをエミッター１１の適正動作温度の許容範囲内で増減制御する電子回路６を、対物アパーチャー１８及びエミッター１１の加熱電源１５に接続するようにした。
【００４７】
この電子回路６の詳細を図２に示している。同図に示した電子回路６は、大地電位からフローティングされた対物アパーチャー１８から接地電位に対して流れるアパーチャー電流Ｉ_ｎを電圧に変換するＩ／Ｖ変換器６１（通常オペアンプ等で構成される）と、電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６２と、演算処理を行うＣＰＵ６３と、演算処理結果をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器６４と、エミッター１１のフィラメント１１ａに流すフィラメント電流Ｉ_Ｆを制御するフィラメント電流制御回路６５と、フィラメント電流Ｉ_Ｆのデフォルト値Ｉ_ｆを設定する主フィラメント電流設定器６６と、演算処理結果や設定値を記憶するメモリ６７を含む。
【００４８】
フィラメント電流制御回路６５は、大容量のトランジスタ等で構成され、その場合、加熱電源１５はトランジスタのエミッタとコレクタに接続され、ベースには演算処理結果に応じて可変となるような入力信号が接続される。尚、電子銃１のエミッター１１の許容範囲を超えるフィラメント電流を流すと、エミッター１１の破壊につながるため、過電流保護回路（サーミスタ、ポジスタ、ポリスイッチ、その他スイッチ等）を設けて、電流制限や温度制限を行うことが望ましい。
【００４９】
電子回路６の具体的動作について、以下説明する。図３に示した表とグラフは、実験により、電子ビームＡ’’の集束状態が一定となるように電子銃１の電極に印加される電圧やレンズ、アパーチャー等の設定調整を行い、クロスオーバー点Ｂの位置、電子ビームＡ’’が照射される試料２上の所定位置Ｃ、試料２上のビーム径をそれぞれ固定とした上で、電子ビームＡ’’のプローブ電流Ｉ_ｐ（図３中のＩ_{ｐｒｏｂｅ}を指す）をエミッター１１が破壊せず適正な動作が保証される許容範囲内で変化させた時の、電子ビームＡのトータルエミッション電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}（図４に示したＩ_ｔと同じ）、フィラメント電流Ｉ_ｆをそれぞれ測定したものある。
【００５０】
尚、図３に示す結果は、実験により得られたものであり、試料２の電子ビーム照射位置にファラデーカップを設置し、そのファラデーカップにたまった電荷量に基づいてプローブ電流Ｉ_ｐを測定したが、実際、電子露光装置の稼動中に試料２に流れるプローブ電流Ｉ_ｐを直接正確に測定することは出来ない。
【００５１】
図３に示すように、プローブ電流Ｉ_ｐとトータルエミッション電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}とフィラメント電流Ｉ_ｆには、相互に略比例関係があることが分かる。つまり、プローブ電流Ｉ_ｐを一定に維持するためには、フィラメント電流Ｉ_ｆをエミッター１１の適正動作温度の許容範囲内で制御すればよい。
【００５２】
トータルエミッション電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}とプローブ電流Ｉ_ｐは、それぞれ電子ビームの出発点と終着点で測定された電流量であり、放射された電子ビームＡの大部分は、引き出し電極１２に設けられたビームリミッティングアパーチャー１２ａでおよそ１／２００にまで制限され、更に、対物アパーチャー１８でも制限されるから、Ｉ_{ｔｏｔａｌ}とＩ_ｐそれぞれの電流の単位、桁数は大きく異なる。それでも、図３に示したような比例関係は明らかである。
【００５３】
更に、ビームリミッティングアパーチャー１２ａを通過した電子ビームＡ’は、最終段階で、対物アパーチャー１８で不要な電子ビームが制限されて電子ビームＡ’’となるが、対物アパーチャー１８で制限される不要な電子ビームの量は、ビームリミッティングアパーチャー１２ａで制限される不要な電子ビームの量と比較して十分に少ない。
【００５４】
つまり、対物アパーチャー１８で制限される不要な電子ビームのアパーチャー電流Ｉ_ｎと、対物アパーチャー１８を通過した電子ビームＡ’’のプローブ電流Ｉ_ｐとの間にも、当然の如く略比例関係が存在することとなる。しかも、アパーチャー電流Ｉ_ｎとプローブ電流Ｉ_ｐの比率は、トータルエミッション電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}とプローブ電流Ｉ_ｐの比率よりも十分に小さく、比例関係の精度及び再現性が高い。
【００５５】
そこで、時間の経過に伴ってエミッター１１先端に付着するガス等の要因により、変化してしまうプローブ電流Ｉ_ｐを一定に保つため、アパーチャー電流Ｉ_ｎを測定し、測定されたアパーチャー電流Ｉ_ｎとプローブ電流Ｉ_ｐとの相関関係に基づいてプローブ電流Ｉ_ｐを推定し、推定されたプローブ電流Ｉ_ｐが所定値となるように、プローブ電流Ｉ_ｐと相関関係があるフィラメント電流Ｉ_Ｆを、エミッター１１の適正動作温度の許容範囲内で増減制御すればよいことになる。
【００５６】
まずは、電子露光装置を使用する前に、各構成要素の設定調整を行い、その調整によって得られる電子ビームの照射条件毎に、一定にすべきプローブ電流Ｉ_ｐを設定しておく。
【００５７】
ここで、図３に示した例によれば、プローブ電流Ｉ_ｐの設定値を０．９１０ｎＡとし、この値を例えば、キー入力等でＣＰＵ６３からメモリ６７に記憶させておく。０．９１０ｎＡのプローブ電流Ｉ_ｐを流すために必要なフィラメント電流Ｉ_Ｆは、図３に示した表から２．２８９Ａである。この定電流Ｉ_ｆは、予め、図２に示した主フィラメント電流設定器６６で設定され、既にフィラメント電流Ｉ_Ｆが２．２８９Ａとなるよう電子銃１が稼動している。
【００５８】
電子露光装置の使用開始後、任意の時間を経過して測定されたアパーチャー電流Ｉ_ｎがＩ／Ｖ変換器６１で電圧変換され、Ａ／Ｄ変換器６２でデジタル信号としてＣＰＵ６３に入力される。ＣＰＵ６３は、予めメモリ６７に記憶されたアパーチャー電流Ｉ_ｎとプローブ電流Ｉ_ｐの比例関係に基づいて、測定されたアパーチャー電流Ｉ_ｎからプローブ電流Ｉ_ｐを推定する。例えば、アパーチャー電流Ｉ_ｎとプローブ電流Ｉ_ｐが１０：１の関係にあり、実際に測定されたアパーチャー電流Ｉ_ｎが１１ｎＡであれば、プローブ電流Ｉ_ｐは１．１ｎＡと推定される。
【００５９】
ここで、推定されたプローブ電流Ｉ_ｐが予め設定された値と異なる場合には、ＣＰＵ６３は、図３に示したグラフより判断して、プローブ電流Ｉ_ｐが設定された値になるように、プローブ電流Ｉ_ｐと比例関係にあるフィラメント電流Ｉ_Ｆを許容される微小な範囲内で増減させるというフィードバックを加熱電源１５に対して行う。
【００６０】
例えば、推定されたプローブ電流Ｉ_ｐが１．１ｎＡであった場合、図３に示したグラフから、現状流れているフィラメント電流Ｉ_Ｆは主フィラメント電流設定器６６で設定された値よりも２％多いことが分かる。つまり、フィラメント電流Ｉ_Ｆを現状より２％減らせば、フィラメント電流Ｉ_Ｆが設定値に戻ることが予想される。ここでの−２％は、２．２８９×（−０．０２）＝約−０．０４５Ａに相当する。
【００６１】
そこで、Ｄ／Ａ変換器６４は、ＣＰＵ６３から出された指令をアナログ信号に変換し、フィラメント電流Ｉ_Ｆの増減量ΔＩ_ｆを出力する。フィラメント電流制御回路６５を構成するトランジスタのベース部分には、加算器等が接続され、主フィラメント電流設定器６６の信号Ｉ_ｆと、先の増減量ΔＩ_ｆのアナログ信号とが加算され、ベースに電流を流すことで、トランジスタの増幅率に応じたフィラメント電流Ｉ_Ｆがトランジスタのエミッタ・コレクタ間に流れる。つまり、加熱電源１５のフィラメント電流Ｉ_Ｆが制御され、プローブ電流Ｉ_ｐは間接的に一定に維持される。
【００６２】
ここでは、主フィラメント電流設定器６６の値Ｉ_ｆである２．２８９と、ΔＩ_ｆである−０．０４５を加算した結果、２．２８９−０．０４５＝２．２４４Ａがフィラメント電流Ｉ_Ｆとして流れる。尚、主フィラメント電流設定器６６と加算器の機能がＣＰＵ６３に含まれ、加算器の結果をＣＰＵ６３が出力するようであってもよい。
【００６３】
又、プローブ電流Ｉ_ｐとアパーチャー電流Ｉ_ｎの間、プローブ電流Ｉ_ｐとフィラメント電流Ｉ_Ｆの間に、各々比例関係があれば、アパーチャー電流Ｉ_ｎとフィラメント電流にも比例関係がある。従って、プローブ電流Ｉ_ｐの設定値をメモリ６７に記憶させる代わりに、キー入力等のトリガが入力された時点（例えば、プローブ電流Ｉ_ｐが設定値となった時）のアパーチャー電流Ｉ_ｎをメモリ６７に記憶しておき、フィラメント電流Ｉ_Ｆの許容範囲内でアパーチャー電流Ｉ_ｎが一定になるようにフィラメント電流Ｉ_Ｆを変化させ、その結果プローブ電流Ｉ_ｐが一定となるようにしてもよい。この場合、プローブ電流Ｉ_ｐの推定過程が不要となる。
【００６４】
電子回路６は、電子露光装置が、電子ビームＡ’’の試料２への照射条件一定下で稼動している間は、一定周期でアパーチャー電流Ｉ_ｎの測定を繰り返すことにより、逐次、フィラメント電流Ｉ_Ｆの微量補正を行う。これにより、引き出し電圧を変えなくても、プローブ電流Ｉ_ｐが一定に保たれ、しかも、電子ビームＡ’’の集束状態が変化しないので、電子露光装置として一定の品質、精度が維持される。
【００６５】
特に、超高真空環境を必要とし、安定動作を得ることが難しいＺｒ／Ｏ／Ｗエミッターの場合には、稼動中に電極やレンズの調整をする必要がなくなるため、エミッターが破壊、故障等することなく、プローブ電流を一定に制御することが可能となる。
【００６６】
尚、アパーチャー電流Ｉ_ｎの測定周期、増減量ΔＩ_ｆの与え方（パルス、連続）、フィラメント電流制御回路６５の具体的実現手段は、上記説明した例以外にも、電子露光装置の仕様、構成等に合わせて任意に決めることが出来る。例えば、プローブ電流Ｉ_ｐが一定時間は変化しないことが予め分かっていれば、その時間が経過した後からアパーチャー電流Ｉ_ｎの測定を開始すればよい。
【００６７】
本実施例では、最も細かくフィラメント電流Ｉ_Ｆの制御を行うため、プローブ電流Ｉ_ｐとの相関関係が最も高い、対物アパーチャー１８に流れる電流を測定したが、その他のアパーチャー（例えば図４に示したビームリミッティングアパーチャー１２ａ）に流れる電流を測定しても、図３に示した表やグラフ同様に、プローブ電流Ｉ_ｐ及びフィラメント電流Ｉ_Ｆとの相関関係は得られるので、その関係に基づいてフィラメント電流Ｉ_Ｆを制御してもよい。
【００６８】
本発明の電子ビームの照射条件維持方法は、電子露光装置のみならず、熱電界放射型電子銃を備えた電子描画装置、電子顕微鏡等の電子ビーム発生装置にも等しく適用可能であり、又、熱電界放射型電子銃のエミッターであれば、その種類は問わない。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる電子ビームの照射条件維持方法によれば、引き出し電圧を変えなくても、試料に照射される電子ビームのプローブ電流を一定に保つことが出来、しかも電子ビームの集束状態が変わらないので、一定条件を継続する間は、電子顕微鏡、電子描画装置、電子露光装置等のメンテナンスや光学系の調整を加えることなく、長時間使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子ビームの照射条件維持方法が適用される電子露光装置の構成図である。
【図２】図１に示した電子回路の詳細構成図である。
【図３】エミッターから放射されるトータルエミッション電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}と、プローブ電流_Ｉｐと、フィラメント電流Ｉ_ｆの関係を示す図及び表である。
【図４】従来の熱電界放射型電子銃の構成図である。
【図５】図４に示したエミッター先端の拡大図である。
【図６】引き出し電圧Ｖ_ｅｘとトータルエミッション電流Ｉ_ｔの関係を示す図である。
【図７】引き出し電圧Ｖ_ｅｘｔと加速電圧Ｖ_ＡＣＣとコンデンサー電圧Ｖ_ＣＬとクロスオーバー距離Ｚ_ｉの関係を示す図である。
【符号の説明】
１：電子銃
１１：エミッター
１１ａ：フィラメント
１１ｂ：ニードル
１２：引き出し電極
１２ａ：ビームリミッティングアパーチャー
１３ａ：コンデンサー電極
１３ｂ：コンデンサーレンズ
１４：接地電極
１５：加熱電源
１６：サプレッサーキャップ
１７：ブランキング電極
１８：対物アパーチャー
１９：偏向コイル
２０：対物レンズ
２：試料
３：検出手段
４：増幅器
５：モニター
６：電子回路
６１：Ｉ／Ｖ変換器
６２：Ａ／Ｄ変換器
６３：ＣＰＵ
６４：Ｄ／Ａ変換器
６５：フィラメント電流制御回路
６６：主フィラメント電流設定器
６７：メモリ

Claims

電子を発生させるエミッターと、前記エミッターのフィラメントにフィラメント電流を流して前記エミッターを加熱する加熱電源と、前記エミッターの先端との間に電界を発生させる引き出し電極と、前記電子を加速して電子ビームとするための加速電位を前記エミッターに対して与える接地電極とを少なくとも備える熱電界放射型電子銃と、
前記電子ビームを集束するレンズと、
不要な電子ビームを制限して試料への照射に必要な電子ビームを通過させるアパーチャーとを備えた電子ビーム発生装置において、
前記エミッター、前記電極、前記レンズ、及び前記アパーチャーの調整によって得られる所定条件を、前記試料への照射の際に維持する電子ビームの照射条件維持方法であって、
前記アパーチャーに照射される不要な電子ビームの電荷量に対応するアパーチャー電流を測定し、
前記アパーチャー電流に基づいて、前記フィラメント電流を前記エミッターの適正動作温度の許容範囲内で増減制御して、
前記電子ビームの集束状態を一定に維持したまま、前記試料に照射される電子ビームの電荷量に対応するプローブ電流を一定にする
ことを特徴とする電子ビームの照射条件維持方法。
前記プローブ電流は、前記アパーチャー電流との略比例関係に基づいて推定され、
前記フィラメント電流は、前記推定されたプローブ電流との略比例関係に基づいて制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビームの照射条件維持方法。
前記アパーチャーは、対物アパーチャーである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子ビームの照射条件維持方法。
前記エミッターは、Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターである
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子ビームの照射条件維持方法。
前記Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターの適正動作温度の許容範囲は、定常状態の±５０Ｋである
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ビームの照射条件維持方法。
前記Ｚｒ／Ｏ／Ｗエミッターのフィラメント電流の許容範囲は、定常状態の±５％である
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電子ビームの照射条件維持方法。