JP2010218885A - 電子銃のコンディショニング処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子銃の放電要因を確実に除去することが可能なコンディショニング処理方法を提供する。
【解決手段】電子銃内の圧力に基づいて、電子銃の電極に印加する印加電圧Ｖを制御する。時刻ｔ１０において印加電圧が所定の電圧に昇圧された後、異常放電が発生することにより電子銃内の圧力Ｐが上昇する。圧力Ｐが基準値Ｐｔｈ以下となる時刻ｔ１１において、印加電圧Ｖを次のステップの電圧に昇圧させる。また、電子銃の電極を流れるリーク電流Ｉ_Ｌが基準値Ｉｔｈ以下となり、かつ、圧力Ｐが基準値Ｐｔｈ以下となった時点で、印加電圧Ｖを次のステップの電圧に昇圧させてもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子ビーム描画装置の電子銃を構成する電極あるいは絶縁体の表面に存在する放電要因を除去し、電子銃の耐電圧特性を向上させるコンディショニング処理方法に関する。

図４は、電子ビーム描画装置に用いられる電子銃の一例を示す図である。電子銃１００は、電子光学鏡筒１０１の上方に設けられ、一対の第１の電極１０２（１０２ａ、１０２ｂ）、第２の電極１０３及び第３の電極（例えば、ウェーネルト電極）１０４を備えている。

ここで、電子ビーム描画装置における描画動作時には、電子銃１００及び電子光学鏡筒１０１の内部が高真空にされ、第１の電極１０２の先端に取り付けられたカソード１０５と第３の電極（アノード）１０４の間に例えば５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）が印加される。そして、第１の電極１０２ａと１０２ｂの間に印加される加熱電圧により例えば六硼化ランタン（ＬａＢ_６）からなるカソード１０５から熱電子が出射し、この熱電子が上記加速電圧により加速されて電子ビーム１０６として電子光学鏡筒１０１内に放出される。この電子ビーム１０６は、電子光学鏡筒１０１内に設けられた各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等により所要の形状に成形される。成形された電子ビーム１０６は、電子光学鏡筒１０１の下方に配置された図示省略する試料室内の試料に照射され、これにより試料にパターンが描画される。

上記電子銃１００において、第３の電極１０４は引き出し電極１０７を通して高電圧源１０８の負極側に接続され、第１の電極１０２はバイアス電源１０９を介して上記高電圧源１０８の負極側に接続されている。このため、第３の電極１０４が第１の電極１０２よりも例えば５００Ｖ程度負側に高くなる。また、第２の電極１０３は、高電圧源１０８の正極側に接続され接地電位にされる。これら第１の電極１０２ａ、１０２ｂ、第２の電極１０３、第３の電極１０４の間は、例えば、セラミックス等の絶縁体により絶縁分離されている。

上記電子銃１００に高電圧が印加されると、その電極表面に存在するバリや傷のような微小な突起部や、塵埃のような付着物等の放電要因に起因した異常放電が、電極間（例えば、第２の電極１０３と第３の電極１０４の間）において発生することがある。あるいは、電極間の絶縁体表面に存在する不純物や付着物等の放電要因に起因した異常放電が発生することがある。このような異常放電の発生頻度は、新しい電子銃の取り付けあるいは交換後、又は電子銃のメンテナンス後の初期状態において高い。

この異常放電の発生は、例えば、電子ビーム描画装置の高電圧源１０８の動作時に５００Ｖ程度の電圧ドロップを引き起こし、その稼働を停止させるため、描画装置の稼働率が低下する。そして、電子ビーム描画に必要な電子ビームが消えてしまうため、描画精度が悪化し、製品歩留まりの低下を招く。

そこで、このような異常放電の発生を抑制するために、新しい電子銃の取り付けあるいは交換後、又は電子銃のメンテナンス後において、異常放電の要因を取り除く電子銃のコンディショニング処理（ノッキング処理ともいう。）を施すことが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

従来のコンディショニング処理では、先ず、電子光学鏡筒１０１及び電子銃１００内を真空排気して高真空（例えば、１０^−５Ｐａ）にする。そして、第１の電極１０２ａと１０２ｂとの間の電圧印加を停止することによってカソード１０５から熱電子の出射を止めたままにして、第１の電極１０２にはバイアス電源１０９を介して、第３の電極１０４には直接に、それぞれ高電圧源１０８の負電圧を印加する。また、第２の電極１０３は接地電位に固定する。

ここで、高電圧源１０８の負電圧の絶対値は、時間の経過と共に一定の時間間隔で低い印加電圧から高い電圧にステップ状に徐々に増加させる。例えば、１分間隔で１ｋＶ〜５ｋＶずつ昇圧させて、電子銃のコンディショニング処理を行う。印加電圧の最高値を電子銃の実使用電圧（５０ｋＶ）の１．５〜１．６倍程度の７５ｋＶ〜８０ｋＶにし、所定時間（例えば、１０分間）この最高値の電圧を保持して異常放電のないことを確認して上記コンディショニング処理を終了する。

このようなコンディショニング処理（すなわち電極放電加工）を電子銃に施すことによって、第１の電極１０２、第２の電極１０３、第３の電極１０４等の電極表面あるいは絶縁体表面の放電要因が除去され、電子銃の耐電圧特性が向上する。

しかしながら、一定の時間間隔で昇圧させる従来の電子銃のコンディショニング処理では、放電要因を確実に除去することができず、コンディショニング処理中に大きな放電が発生することがある。大きな放電が生じると、例えば、電極表面に存在するある１つの突起部から複数の微小な突起部が生じ、これら複数の微小な突起部が更に大きな異常放電を誘発する可能性がある。また、このような大きな放電により電子銃の電極あるいは絶縁体の表面割れ、クラック等の損傷が生じる問題がある。その結果、電子銃の耐電圧特性を向上させることができない。

特開２００５−２６１１２号公報

本発明の課題は、上記課題に鑑み、電子銃の放電要因を確実に除去することが可能な電子銃のコンディショニング処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、電子銃を構成する電極に印加する電圧をステップ状に徐々に増加させて、電極の表面あるいは電子銃を構成する絶縁体の表面に存在する放電要因を除去する電子銃のコンディショニング処理方法において、電子銃内の圧力を検出し、圧力に基づいて電圧を制御することを特徴とする。

この第１の態様において、電極に所定の電圧が印加されている場合に圧力が基準値以下に低下した時点で、次のステップの電圧に昇圧することが好ましい。

この第１の態様において、電極に印加する電圧を電子銃の実使用電圧よりも高い所定の電圧に昇圧した後、圧力が第１の基準値以下である状態が所定時間続いた場合に、電子銃のコンディショニング処理を終了することが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明の第２の態様は、電子銃を構成する電極に印加する電圧をステップ状に徐々に増加させて、電極の表面あるいは電子銃を構成する絶縁体の表面に存在する放電要因を除去する電子銃のコンディショニング処理方法において、電子銃内の圧力と、電極に流れるリーク電流とを検出し、圧力とリーク電流とに基づいて電圧を制御することを特徴とする。

この第２の態様において、電極に所定の電圧が印加されている場合に圧力が第１の基準値以下に低下し、かつ、リーク電流が第２の基準値以下に低下した時点で、次のステップの電圧に昇圧することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、電子銃内の圧力に基づいて電極への印加電圧を制御するため、放電要因を確実に除去することができる。従って、電子銃の耐電圧特性を向上させることができる。

本発明の第２の態様によれば、電極に流れるリーク電流と電子銃内の圧力に基づいて電極への印加電圧を制御するため、放電要因を確実に除去することができる。従って、電子銃の耐電圧特性を向上させることができる。

本発明の実施の形態において、電子銃のコンディショニング処理装置の構成を示す概略図である。 異常放電があったときのリーク電流の変化と電子銃内の圧力の変化とを示す図である。 本発明の実施の形態において、コンディショニング処理中の印加電圧、チャージ電流、リーク電流及び電子銃内の圧力の変化を示す図である。 電子銃の一例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１は、本実施の形態において、電子銃のコンディショニング処理装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、電子銃のコンディショニング処理装置１０は、電子銃１００に高電圧を供給する電圧供給部１１と、この電圧供給部１１の電圧値を調整する電圧調整部１２と、電子銃１００の電極間を流れるリーク電流を検出する電流検出部１３とを備えている。電圧供給部１１からは、接続部１４により短絡される第１の電極１０２及び引き出し電極１０７（図４参照）に負の高電圧が印加される。また、コンディショニング処理装置１０は、電子銃１００内を減圧するための真空排気部１５と、電子銃１００内の圧力（真空度）を検出する圧力検出部１６とを備えている。

コンディショニング処理装置１００は、電流検出部１３に接続された第１の制御部１７と、圧力検出部１６に接続された第２の制御部１８とを備えている。これら第１及び第２の制御部１７、１８は、ＡＮＤ回路１９に接続されている。

電圧供給部１１は、負の高電圧に昇圧することが可能な直流の高電圧源を備えている。この高電圧源の負極は、接続部１４を介して電子銃１００の第１の電極１０２及び第３の電極１０４に接続されている。高電圧源の正極は、例えば、放電保護用の抵抗を介して接地されている。そして、第１の電極１０２及び第３の電極１０４と第２の電極１０３との間に、後述するような高電圧がステップ状に印加される。高電圧源は、例えば、コンデンサを介して昇圧される周知の多段昇圧式構造を有する。この高電圧源としては、電子銃１００の実動作に使用される高電圧源１０８を用いてもよく、実動作に使用される高電圧源とは別個の高電圧源を用いてもよい。

電圧調整部１２は、ＡＮＤ回路１９を介して入力される指令により電圧供給部１１の高電圧源から出力される直流電圧を昇圧、降圧あるいは維持する。

電流検出部１３は、電流計を備えており、電子銃１００の第１の電極１０２及び第３の電極１０４と第２の電極１０３との間に流れるリーク電流を検出する。この電流検出部１３は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵しており、このＡ／Ｄ変換器によりリーク電流をＡ／Ｄ変換して得られたデジタル信号を第１の制御部１７に出力するように構成されている。ここで、電流計は、上記高電圧源の正極側の抵抗体に生じる電位を検出するものであってもよく、例えば高電圧源の正極側が接地される導線と電磁結合した誘導コイルの電流を計測するように構成されていてもよい。

真空排気部１５は、例えば、イオンポンプ、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えた真空排気装置である。

圧力検出部１６は、例えば、Ｂ−Ａ真空計のような電離真空計を備えている。圧力検出部１６は、電子銃１００内の圧力（真空度）を検出し、検出した圧力を第２の制御部１８に出力する。

第１の制御部１７は、電流検出部１３で検出されたリーク電流と後述する基準値とを比較し、その比較結果に基づいて電圧調整部１２に対する指令を出力する。第１の制御部１７は、コンディショニング処理の終了判定に用いるタイマーを内部に備えている。

第２の制御部１８は、圧力検出部１６で検出された電子銃１００内の圧力と後述する基準値とを比較し、その比較結果に基づいて電圧調整部１２に対する指令を出力する。また、第２の制御部１８は、真空排気部１５の制御を行うことで、電子銃１００内の圧力を高真空に制御する。第２の制御部１８は、上記第１の制御部１７と同様に、コンディショニング処理の終了判定に用いるタイマーを内部に備えている。

ＡＮＤ回路１９は、第１の制御部１７からの指令と第２の制御部１８からの指令とをＡＮＤ演算し、その演算結果たる最終指令を電圧調整部１２に出力するものである。

次に、上記コンディショニング処理装置の動作、すなわち、電子銃１００のコンディショニング処理方法について説明する。図２は、異常放電があったときのリーク電流の変化と電子銃内の圧力の変化とを示す図である。図３は、コンディショニング処理中の印加電圧、チャージ電流、リーク電流及び電子銃内の圧力の変化を示す図である。

本実施の形態の電子銃１００のコンディショニング処理では、先ず、真空排気部１５により電子銃１００内を真空排気して、例えば、２×１０^−５Ｐａ以下の圧力にする。そして、第１の電極１０２および第３の電極１０４と第２の電極１０３との間に電圧供給部１１から所定の最小電圧を印加する。この印加電圧を保持した状態で、電流検出部１３により第１の電極１０２及び第３の電極１０４と第２の電極１０３との間のリーク電流Ｉ_Ｌを検出すると共に、圧力検出部１６により電子銃１００内の圧力Ｐを検出する。

ここで、電子銃１００で異常放電が起こると、図２に示すように、リーク電流Ｉ_Ｌが変化する。異常放電が起こった時刻ｔ０においてリーク電流Ｉ_Ｌが立ち上がり、この時刻ｔ０から時間Ａが経過した時刻ｔ１においてリーク電流Ｉ_Ｌが立ち下がっている。従って、リーク電流Ｉ_Ｌをモニタすることによって異常放電を検出することができる。

但し、小さな異常放電の場合、このリーク電流Ｉ_Ｌの変化時間Ａは非常に短くなる。リーク電流Ｉ_Ｌのサンプリング時間は、電流検出部１３に内蔵されるＡ／Ｄ変換器により定まる。このため、コンディショニング処理中のリーク電流Ｉ_Ｌの変動をモニタするだけでは、上記のように変化時間Ａが非常に短い（例えば、数１００μｓｅｃ）小さな異常放電を検出することができない場合がある。この場合、小さな異常放電が発生しているにも拘わらず、電子銃１００の電極への印加電圧が昇圧される。その結果、放電要因が確実に除去されず、その除去されなかった放電要因によって大きな異常放電の発生を招く可能性がある。

そこで、本実施の形態では、コンディショニング処理中の圧力変化をモニタすることで、異常放電を検出し、印加電圧を制御する。電子銃１００の異常放電時には、電極表面の微小突起部や付着物あるいは絶縁体表面の不純物や付着物等が加熱され蒸発するため、図２に示すように、電子銃１００内の圧力が上昇する。また、電極（例えば、第３の電極１０４）の微小突起部から放出された電子が対向電極（例えば、第２の電極１０３）に衝突し、対向電極から脱ガスが生じることによっても、電子銃１００内の圧力Ｐが上昇する。電子銃１００内は真空排気部１５により真空排気されるため、上昇した圧力Ｐは徐々に下降するようになる。図２に示すように、異常放電が起こった時刻ｔ０において圧力Ｐが立ち上がり、この時刻ｔ０から時間Ｂが経過した時刻ｔ２において元の圧力Ｐに達している。このような圧力Ｐの変化は、上記したリーク電力Ｉ_Ｌの変化に比べて緩やかであり、変化時間Ｂが長い（例えば、１ｓｅｃ以上）。従って、圧力Ｐをモニタすることで、小さな異常放電を検出することができる。そして、小さな異常放電が発生している間は印加電圧の昇圧を行わないことで、放電要因を確実に除去することができる。

図３に示す例では、時刻ｔ１０において印加電圧Ｖが所定の電圧ΔＶだけステップ状に昇圧される。この電圧ΔＶは、例えば、１ｋＶ〜５ｋＶの間で任意に設定することができ、第１の制御部１７及び第２の制御部１８にそれぞれ記憶されている。上記したようにＡＮＤ回路１９により第１の制御部１７からの指令と第２の制御部１８からの指令とがＡＮＤ演算され、そのＡＮＤ演算後の指令により電圧供給部１１からの印加電圧Ｖが昇圧される。つまり、本実施の形態では、図３に示すように、リーク電流Ｉ_Ｌが基準値Ｉｔｈ以下になり、かつ、圧力Ｐが基準値Ｐｔｈ以下になった時刻ｔ１１、時刻ｔ１２において、印加電圧Ｖが電圧ΔＶだけ昇圧される。ここで、異常放電を検出する閾値である圧力基準値Ｐｔｈは、例えば、２．２×１０^−５Ｐａに設定することができる。つまり、圧力Ｐが１０％上昇すると、異常放電が検出される。

ところで、図３に示すように、印加電圧Ｖを昇圧する時には、上記高電圧源にチャージ電流（充電電流）Ｉ_Ｃが流れる。電流検出部１３においてチャージ電流Ｉ_Ｃと上記リーク電流Ｉ_Ｌとを分離して検出できない場合、電流検出部１３により検出された電流に双方の電流Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｌが含まれる時間が生じ、その間はリーク電流Ｉ_Ｌに基づき異常放電を検出することができない。但し、本実施の形態ではリーク電流Ｉ_Ｌと共に圧力Ｐをモニタしているため、チャージ電流Ｉ_Ｃの影響によってリーク電流Ｉ_Ｌに基づき検出できない異常放電を圧力Ｐに基づき検出することが可能である。

そして、印加電圧Ｖが実使用電圧（例えば、５０ｋＶ）よりも高い目標電圧（例えば、７５ｋＶ〜８０ｋｖ）にまで昇圧された後、その目標電圧に保持し、リーク電流Ｉ_Ｌが基準値Ｉｔｈ以下であり、かつ、圧力Ｐが基準値Ｐｔｈ以下である状態で所定時間（例えば、１０分間）経過すると、コンディショニング処理を終了する。この目標電圧に保持される間も圧力Ｐに基づき異常放電を検出することで、放電要因を確実に除去することが可能である。

以上説明したように、本実施の形態においては、リーク電流Ｉ_Ｌと電子銃１００内の圧力Ｐとに基づいて印加電圧Ｖを制御する。圧力Ｐをモニタすることで、小さな異常放電を検出することができる。そして、小さな異常放電が発生している間は次のステップの電圧に昇圧しないため、放電要因を確実に除去することができる。これにより、大きな異常放電の発生が抑制されるため、電子銃１００の耐電圧特性を向上させることができる。また、圧力Ｐと共にリーク電流Ｉ_Ｌをモニタすることで、異常放電の検出についての信頼性が向上する。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態ではリーク電流Ｉ_Ｌと電子銃１００内の圧力Ｐとに基づいて印加電圧Ｖを制御しているが、本発明はこれに限られるものではなく、圧力Ｐのみに基づいて印加電圧Ｖを制御する場合にも適用可能である。この場合、上記第２の制御部１８の指令が電圧調整部１２に直接入力されるため、ある電圧が印加されている場合に圧力Ｐが基準値Ｐｔｈ以下になった時点で、印加電圧Ｖが次のステップの電圧に昇圧される。そして、印加電圧Ｖが上記目標電圧（７５ｋＶ〜８０ｋＶ）まで昇圧された後、圧力Ｐが基準値Ｐｔｈ以下である状態で所定時間（１０分間）経過すると、コンディショニング処理を終了することができる。この場合も電子銃１００内の圧力Ｐに基づき異常放電が検出されるため、確実に放電要因を除去することができ、電子銃１００の耐電圧特性を向上させることができる。

１０ コンディショニング処理装置
１１ 電圧供給部
１２ 電圧調整部
１３ 電流検出部
１４ 接続部
１５ 真空排気部
１６ 圧力検出部
１７ 第１の制御部
１８ 第２の制御部
１９ ＡＮＤ回路
１００ 電子銃
１０２ 第１の電極
１０３ 第２の電極
１０４ 第３の電極
１０８ 高電圧源

Claims (5)

1. 電子銃を構成する電極に印加する電圧をステップ状に徐々に増加させて、前記電極の表面あるいは前記電子銃を構成する絶縁体の表面に存在する放電要因を除去する電子銃のコンディショニング処理方法において、
   電子銃内の圧力を検出し、前記圧力に基づいて前記電圧を制御することを特徴とする電子銃のコンディショニング処理方法。
2. 前記電極に所定の電圧が印加されている場合に前記圧力が基準値以下に低下した時点で、次のステップの電圧に昇圧することを特徴とする請求項１記載の電子銃のコンディショニング処理方法。
3. 前記電極に印加する電圧を前記電子銃の実使用電圧よりも高い所定の電圧に昇圧した後、前記圧力が前記第１の基準値以下である状態が所定時間続いた場合に、前記電子銃のコンディショニング処理を終了することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子銃のコンディショニング処理方法。
4. 電子銃を構成する電極に印加する電圧をステップ状に徐々に増加させて、前記電極の表面あるいは前記電子銃を構成する絶縁体の表面に存在する放電要因を除去する電子銃のコンディショニング処理方法において、
   前記電子銃内の圧力と、前記電極に流れるリーク電流とを検出し、前記圧力と前記リーク電流とに基づいて前記電圧を制御することを特徴とする電子銃のコンディショニング処理方法。
5. 前記電極に所定の電圧が印加されている場合に前記圧力が第１の基準値以下に低下し、かつ、前記リーク電流が第２の基準値以下に低下した時点で、次のステップの電圧に昇圧することを特徴とする請求項４記載の電子銃のコンディショニング処理方法。
   

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