JP2012204173A

JP2012204173A - Electron gun, electron beam drawing device, and degassing processing method for electron gun

Info

Publication number: JP2012204173A
Application number: JP2011068442A
Authority: JP
Inventors: Ryoei Kobayashi; 良栄小林
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron gun, an electron beam drawing device, and a degassing processing method for an electron gun that can shorten a downtime when the device operates.SOLUTION: An electron gun 20 includes an electron source 4 which emits electrons, an anode 6 such that an acceleration voltage is applied between the anode and the electron source 4, a Wehnelt part 5 which is arranged between the electron source 4 and the anode 6 and converges the electrons emitted by the electron source 4, and an electron discharge part 12 which discharges thermal electrons toward the Wehnelt part 5. Efficient degassing processing of the electron gun 20 is realized in a method of raising the temperature of the Wehnelt part 5 by causing the thermal electrons discharged from the electron discharge part 12 to collide against the Wehnelt part 5. An electron beam drawing device 80 is constituted by using the electron gun 20, and shorten the downtime of the device accompanying the degassing processing.

Description

本発明は、電子銃、電子ビーム描画装置および電子銃の脱ガス処理方法に関する。 The present invention relates to an electron gun, an electron beam drawing apparatus, and an electron gun degassing method.

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭く微細なものとなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビームを使用し、微細パターンの描画が可能な電子ビーム描画装置を用いることができる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。 In recent years, with the high integration and large capacity of large-scale integrated circuits (LSIs), the circuit line width required for semiconductor elements has become increasingly narrow and fine. The semiconductor element uses an original pattern pattern (a mask or a reticle, which will be collectively referred to as a mask hereinafter) on which a circuit pattern is formed, and the circuit is exposed and transferred onto a wafer by a reduction projection exposure apparatus called a stepper. Manufactured by forming. For manufacturing a mask for transferring such a fine circuit pattern onto a wafer, an electron beam drawing apparatus capable of drawing a fine pattern using an electron beam can be used. Attempts have also been made to develop a laser beam drawing apparatus for drawing using a laser beam.

電子ビームを用いる電子ビームリソグラフィ技術は、電子ビームが荷電粒子ビームであるために、本質的に優れた解像度を有している。このため、上述のように、ウェハにＬＳＩパターンを転写する際の原版となるマスクまたはレチクルの製造現場において、電子ビームリソグラフィ技術は、広く使わるようになっている。さらに、電子ビームリソグラフィ技術を用いて、ウェハ上にパターンを直接描画する電子ビーム描画装置がＤＲＡＭを代表とする最先端デバイスの開発に適用されている他、一部ＡＳＩＣの生産にも用いられている。 The electron beam lithography technology using an electron beam has an essentially excellent resolution because the electron beam is a charged particle beam. For this reason, as described above, the electron beam lithography technique is widely used in the manufacturing site of a mask or a reticle that is an original when transferring an LSI pattern onto a wafer. Furthermore, an electron beam lithography apparatus that directly draws a pattern on a wafer using an electron beam lithography technique is applied to the development of state-of-the-art devices such as DRAMs, and is also used for the production of some ASICs. Yes.

電子ビームリソグラフィ技術を用いる電子ビーム描画装置では、電子ビームを発する電子銃を有する（例えば、特許文献１参照）。 An electron beam lithography apparatus using an electron beam lithography technique has an electron gun that emits an electron beam (see, for example, Patent Document 1).

図７は、従来の電子銃の概略構成を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional electron gun.

図７に示すように、従来の電子銃５００は、電子ビームを放出するカソード５０１と、アース電極を備えるアノード５０６とを有する。カソード５０１は、電子を放出する電子源５０４とウェネルト５０５とを有する。電子銃５００は、真空チャンバ５０７を有し、カソード５０１など、電子銃５００の各構成部材を収容する。そして、それらの周囲を高真空の状態に保てるようにする。 As shown in FIG. 7, a conventional electron gun 500 includes a cathode 501 that emits an electron beam and an anode 506 that includes a ground electrode. The cathode 501 includes an electron source 504 that emits electrons and a Wehnelt 505. The electron gun 500 has a vacuum chamber 507 and accommodates each component of the electron gun 500 such as the cathode 501. Then, the surroundings can be kept in a high vacuum state.

カソード５０１は、電子源５０４とウェネルト５０５とを有する。電子源５０４は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）などからなる。電子源５０４は、カソード加熱ヒータ５０９、５１０に挟持され、カソード加熱ヒータ５０９、５１０は、カソード加熱ヒータ電源５０３に接続されている。したがって、電子源５０４は、カソード加熱ヒータ５０９およびカソード加熱ヒータ５１０により加熱され、高温の状態になるよう構成されている。ウェネルト５０５は、電子源５０４から放出される電子ビームが通過する開口部分を有する。この開口部分は、電子ビームを収束させるのに好適な径が選択される。そして、ウェネルト５０５は、電子源５０４から所望のビーム電流が得られるようバイアス電源５０２により制御され、電子源５０４から放出される電子を収束させるよう機能する。 The cathode 501 includes an electron source 504 and Wehnelt 505. The electron source 504 is made of, for example, lanthanum hexaboride (LaB ₆ ). The electron source 504 is sandwiched between the cathode heaters 509 and 510, and the cathode heaters 509 and 510 are connected to the cathode heater power source 503. Therefore, the electron source 504 is heated by the cathode heater 509 and the cathode heater 510 so as to be in a high temperature state. The Wehnelt 505 has an opening through which an electron beam emitted from the electron source 504 passes. A diameter suitable for converging the electron beam is selected for the opening. The Wehnelt 505 is controlled by the bias power source 502 so as to obtain a desired beam current from the electron source 504, and functions to converge the electrons emitted from the electron source 504.

電子ビーム描画装置の描画動作時において、真空チャンバ５０７内のカソード５０１などの周囲は高真空の状態となる。この状態で、ヒータ５０９、５１０を介して、電子源５０４とアノード５０６の間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）を、加速電源５１１を用いて印加する。そして、カソード加熱ヒータ電源５０３を用いてカソード加熱電流５０８を供給することにより、カソード加熱ヒータ５０９、５１０を通電加熱する。その結果、電子源５０４は加熱され、電子源５０４から熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速されて、カソード５０１から電子ビームが放出される。電子ビームは、電子ビーム描画装置の電子光学鏡筒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の光学系により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、所定のタイミングで電子ビーム描画装置の下部に配置された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。 During the drawing operation of the electron beam drawing apparatus, the surroundings of the cathode 501 and the like in the vacuum chamber 507 are in a high vacuum state. In this state, a high voltage (acceleration voltage) of about 50 kV, for example, is applied between the electron source 504 and the anode 506 via the heaters 509 and 510 using the acceleration power source 511. The cathode heaters 509 and 510 are energized and heated by supplying a cathode heating current 508 using the cathode heater power source 503. As a result, the electron source 504 is heated and thermal electrons are emitted from the electron source 504. The thermal electrons are accelerated by the acceleration voltage, and an electron beam is emitted from the cathode 501. The electron beam is shaped into a required shape by an optical system such as various lenses, various deflectors, and a beam shaping aperture provided in the electron optical column of the electron beam drawing apparatus. The shaped electron beam is irradiated onto the sample in the sample chamber arranged at the lower part of the electron beam drawing apparatus at a predetermined timing, whereby a pattern is drawn on the sample.

以上のように、電子ビーム描画装置において、電子ビームは、真空チャンバ５０７内の電子銃５００のカソード５０１から放出される。このとき、安定した電子ビーム放出が実現されるよう、カソード５０１やアノード５０６等の周囲は、安定した高真空の状態に維持される必要がある。 As described above, in the electron beam drawing apparatus, the electron beam is emitted from the cathode 501 of the electron gun 500 in the vacuum chamber 507. At this time, the periphery of the cathode 501 and the anode 506 needs to be maintained in a stable high vacuum state so that stable electron beam emission is realized.

しかしながら、金属材料は、大気中に置かれると水や他の気体の分子など多様な吸着物質が吸着することが知られている。そして、図７に示すように、電子銃５００の電子源５０４やカソード加熱ヒータ５０９、５１０やウェネルト５０５においても、金属材料を使用した部分に水や他の気体等の吸着物質５１２が吸着している場合がある。このような吸着物質５１２は、真空チャンバ５０７内で脱離することがあり、真空チャンバ５０７内に放出される可能性がある。真空チャンバ５０７内での吸着物質５１２の脱離は、カソード５０１の電子源５０４およびウェネルト５０５やアノード５０６の周囲の真空度に影響する。すなわち、チャンバ５０７内の高真空状態の形成の妨げとなり、また、描画動作時において電子銃５００から放出される電子ビームを不安定にすることがある。 However, metal materials are known to adsorb various adsorbents such as water and other gas molecules when placed in the atmosphere. As shown in FIG. 7, in the electron source 504, the cathode heaters 509 and 510, and the Wehnelt 505 of the electron gun 500, the adsorbing substance 512 such as water or other gas is adsorbed on the portion using the metal material. There may be. Such an adsorbent 512 may be desorbed in the vacuum chamber 507 and may be released into the vacuum chamber 507. The desorption of the adsorbed substance 512 in the vacuum chamber 507 affects the degree of vacuum around the electron source 504 of the cathode 501 and the Wehnelt 505 and the anode 506. That is, the formation of a high vacuum state in the chamber 507 is hindered, and the electron beam emitted from the electron gun 500 may be unstable during the drawing operation.

従来、電子銃５００の吸着物質５１２の脱離による影響を排除するため、電子ビーム描画装置の描画動作前に、いわゆる電子銃の「脱ガス処理」が行われてきた。電子銃の脱ガス処理は、電子ビーム描画装置の描画動作前に電子銃５００の吸着物質５１２を除去することを目的とする。従来の脱ガス処理では、電子源５０４を挟持するカソード加熱ヒータ５０９、５１０を高真空の条件下で通電加熱する。この加熱によってカソード加熱ヒータ５０９、５１０、電子源５０４およびウェネルト５０５を加熱して、それらに吸着した吸着物質５１２の脱離を強制的に行う。そして、真空チャンバ５０７内の所望の高真空状態を実現することを確認して処理を終了し、電子ビーム描画装置の描画動作を開始するようにしていた。 Conventionally, in order to eliminate the influence of desorption of the adsorbed substance 512 of the electron gun 500, a so-called “degassing process” of the electron gun has been performed before the drawing operation of the electron beam drawing apparatus. The degassing process of the electron gun is intended to remove the adsorbed material 512 of the electron gun 500 before the drawing operation of the electron beam drawing apparatus. In the conventional degassing process, the cathode heaters 509 and 510 that sandwich the electron source 504 are energized and heated under high vacuum conditions. By this heating, the cathode heaters 509 and 510, the electron source 504, and the Wehnelt 505 are heated to forcibly desorb the adsorbed substance 512 adsorbed on them. Then, it is confirmed that a desired high vacuum state in the vacuum chamber 507 is realized, the processing is terminated, and the drawing operation of the electron beam drawing apparatus is started.

特開２００８−７８１０３号公報JP 2008-78103 A

従来、電子ビーム描画装置では、上述のように、使用開始前に上述の電子銃５００の脱ガス処理を行ってきたが、処理の時間に長時間を要し、電子ビーム描画装置の稼働率を低下させるという問題を有していた。 Conventionally, in the electron beam lithography apparatus, as described above, the degassing process of the electron gun 500 described above has been performed before the start of use. However, it takes a long time to process, and the operation rate of the electron beam lithography apparatus is increased. It had the problem of lowering.

上述の電子銃５００の脱ガス処理は、高真空の条件下で、カソード加熱ヒータ５０９、５１０を通電加熱する。そして、この加熱によってカソード加熱ヒータ５０９、５１０、電子源５０４およびウェネルト５０５を加熱して、それらに吸着した吸着物質５１２を放出させてきた。このとき、カソード加熱ヒータ５０９、５１０および電子源５０４では、カソード加熱ヒータ５０９、５１０の加熱により短時間で温度が上昇され、それらに吸着した吸着物質５１２をすばやく脱離させることができた。 In the degassing process of the electron gun 500 described above, the cathode heaters 509 and 510 are energized and heated under high vacuum conditions. Then, the cathode heaters 509 and 510, the electron source 504, and the Wehnelt 505 are heated by this heating, and the adsorbed substance 512 adsorbed on them is released. At this time, in the cathode heaters 509 and 510 and the electron source 504, the temperature increased in a short time due to the heating of the cathode heaters 509 and 510, and the adsorbed substance 512 adsorbed on them could be quickly desorbed.

しかしながら、ウェネルト５０５は、カソード加熱ヒータ５０９、５１０と離れて配置され、カソード加熱ヒータ５０９、５１０からの放射と熱伝導により加熱がなされている。加えて、ウェネルト５０５は体積が大きい場合もあり、すばやく昇温させることは困難であった。そのため、ウェネルト５０５では、吸着物質５１２を脱離させる温度に到達するまでに長時間を要し、脱ガス処理に必要な時間を長くしてしまう要因となっていた。 However, the Wehnelt 505 is disposed apart from the cathode heaters 509 and 510, and is heated by radiation and heat conduction from the cathode heaters 509 and 510. In addition, the Wehnelt 505 sometimes has a large volume, and it was difficult to quickly raise the temperature. Therefore, in Wehnelt 505, it takes a long time to reach the temperature at which the adsorbed substance 512 is desorbed, which is a factor that increases the time required for the degassing process.

こうしたことから、電子ビーム描画装置の電子銃では、脱ガス処理にかかる時間を短縮することが求められている。 For these reasons, it is required to reduce the time required for degassing in the electron gun of the electron beam drawing apparatus.

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、電子銃の脱ガス処理にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃およびこの電子銃を用いた電子ビーム描画装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、装置のダウンタイムを短くすることができる、効率の良い電子銃の脱ガス処理を可能とする電子銃の脱ガス処理方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems. That is, an object of the present invention is to provide an electron gun capable of reducing the time required for degassing the electron gun and reducing the downtime of the apparatus, and an electron beam drawing apparatus using the electron gun. .
Furthermore, an object of the present invention is to provide an electron gun degassing method capable of shortening the downtime of the apparatus and enabling efficient electron gun degassing.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。 Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の第１の態様は、電子を放出する電子源と、その電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、電子源とアノードとの間に配置され、電子源から放出された電子を収束するウェネルトとを有する電子銃であって、
ウェネルトに向けて熱電子を放出する電子放出部を設けたことを特徴とする電子銃に関する。 According to a first aspect of the present invention, an electron source that emits electrons, an anode to which an acceleration voltage is applied between the electron source, and the electron source are disposed between the anode and the electron source. An electron gun having Wehnelt for focusing electrons,
The present invention relates to an electron gun provided with an electron emission portion that emits thermoelectrons toward Wehnelt.

本発明の第１の態様において、電子源を複数有し、その複数の電子源が、回転自在に配設された回転体上に配置されることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that a plurality of electron sources are provided, and the plurality of electron sources are arranged on a rotating body that is rotatably arranged.

本発明の第２の態様は、電子を放出する電子源と、その電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、電子源とアノードとの間に配置され、電子源から放出された電子を収束させるウェネルトとを有する電子銃を備えた電子ビーム描画装置であって、
電子銃は、ウェネルトに向けて熱電子を放出する電子放出部を有することを特徴とする電子ビーム描画装置に関する。 According to a second aspect of the present invention, an electron source that emits electrons, an anode to which an acceleration voltage is applied between the electron source, and the electron source are disposed between the anode and the electron source. An electron beam lithography apparatus comprising an electron gun having a Wehnelt for converging electrons,
The electron gun relates to an electron beam drawing apparatus including an electron emission unit that emits thermoelectrons toward Wehnelt.

本発明の第３の態様は、電子を放出する電子源と、その電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、電子源とアノードとの間に配置され、電子源から放出された電子を収束させるウェネルトとを有する電子銃の吸着物質を除去する電子銃の脱ガス処理方法であって、
ウェネルトに向けて熱電子を放出し、ウェネルトを加熱することを特徴とする電子銃の脱ガス処理方法に関する。 According to a third aspect of the present invention, an electron source that emits electrons, an anode to which an acceleration voltage is applied between the electron source, and the electron source are disposed between the anode and the electron source. An electron gun degassing method for removing an adsorbent of an electron gun having a Wehnelt that converges electrons,
The present invention relates to a method for degassing an electron gun, which emits thermoelectrons toward Wehnelt and heats the Wehnelt.

本発明の第４の態様は、電子を放出する電子源を複数備えて回転自在に配設された回転体を有する電子銃の吸着物質を除去する電子銃の脱ガス処理方法であって、
回転体を回転させるとともに、その回転体に向けて熱電子を放出し、回転体を加熱することを特徴とする電子銃の脱ガス処理方法に関する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electron gun degassing method for removing an adsorbed material of an electron gun having a rotating body that is rotatably provided with a plurality of electron sources that emit electrons.
The present invention relates to a degassing method for an electron gun, characterized by rotating a rotating body, emitting thermoelectrons toward the rotating body, and heating the rotating body.

本発明の第１の態様によれば、電子銃の脱ガス処理にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an electron gun capable of shortening the time required for degassing the electron gun and shortening the downtime of the apparatus.

本発明の第２の態様によれば、脱ガス処理にかかる時間が短縮された電子銃を用い、装置のダウンタイムを短くすることができる電子ビーム描画装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided an electron beam drawing apparatus that can shorten the downtime of the apparatus by using an electron gun in which the time required for the degassing process is shortened.

本発明の第３の態様によれば、電子銃の脱ガス処理にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃の脱ガス処理方法が提供される。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a method for degassing an electron gun that can shorten the time required for degassing the electron gun and reduce the downtime of the apparatus.

本発明の第４の態様によれば、電子銃の脱ガス処理の効率を向上し、処理作業にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, there is provided an electron gun capable of improving the efficiency of degassing processing of the electron gun, reducing the time required for processing work, and shortening the downtime of the apparatus.

本発明の第１の実施形態の電子銃の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the electron gun of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の電子銃の電子ビーム放出時の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state at the time of electron beam discharge | release of the electron gun of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の電子銃の正面を一部断面して示す模式的な構造図である。FIG. 6 is a schematic structural diagram showing a part of a front view of an electron gun according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態の電子銃の主要部の模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of the principal part of the electron gun of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態の電子ビーム描画装置の構成図である。It is a block diagram of the electron beam drawing apparatus of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明における電子ビーム描画方法の説明図である。It is explanatory drawing of the electron beam drawing method in this invention. 従来の電子銃を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional electron gun typically.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の電子銃の構造を示す模式的な断面図である。
図１に示す、第１の実施形態の電子銃２０は、電子ビームを放出するカソード１と、アース電極を備えるアノード６と、電子放出部１２と、それらを収容する真空チャンバ７とを有する。真空チャンバ７は、カソード１、アノード６、および電子放出部１２を収容し、それらの周囲を高真空の状態に保てるようにする。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electron gun according to the first embodiment of the present invention.
An electron gun 20 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a cathode 1 that emits an electron beam, an anode 6 that includes a ground electrode, an electron emission unit 12, and a vacuum chamber 7 that accommodates them. The vacuum chamber 7 accommodates the cathode 1, the anode 6, and the electron emission unit 12 so that the surroundings can be maintained in a high vacuum state.

カソード１は、電子を放出する電子源４とウェネルト５とを有する。電子源４は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）などからなる。電子源４は、カソード加熱ヒータ９、１０に挟持される。カソード加熱ヒータ９、１０は、カソード加熱電流の供給により通電加熱され、高温の状態となることが可能になっている。ウェネルト５は、電子源４から放出される電子ビームが通過する開口部分を有する。この開口部分は、電子ビームを収束させるのに好適な径が選択される。そして、ウェネルト５は、電子源４から所望のビーム電流が得られるようバイアス電源により制御され、電子源４から放出される電子を収束させるよう機能する。 The cathode 1 includes an electron source 4 that emits electrons and a Wehnelt 5. The electron source 4 is made of, for example, lanthanum hexaboride (LaB ₆ ). The electron source 4 is sandwiched between the cathode heaters 9 and 10. The cathode heaters 9 and 10 are energized and heated by supplying a cathode heating current, and can be in a high temperature state. The Wehnelt 5 has an opening through which an electron beam emitted from the electron source 4 passes. A diameter suitable for converging the electron beam is selected for the opening. The Wehnelt 5 is controlled by a bias power source so as to obtain a desired beam current from the electron source 4 and functions to converge electrons emitted from the electron source 4.

電子ビーム描画装置の描画動作時において、真空チャンバ７内の電子銃２０の構成各部の周囲は高真空となる。この状態で、カソード加熱ヒータ９、１０を介して、電子源４とアノード６の間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）を印加する。併せて、カソード加熱電流を供給することにより、カソード加熱ヒータ９、１０を通電加熱する。その結果、電子源４は加熱され、電子源４から熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速され、カソード１から電子ビームが放出される。電子ビームは、後述するように、電子ビーム描画装置の電子光学鏡筒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の光学系により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、所定のタイミングで電子ビーム描画装置の下部に配置された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。 During the drawing operation of the electron beam drawing apparatus, the surroundings of the constituent parts of the electron gun 20 in the vacuum chamber 7 are in a high vacuum. In this state, a high voltage (acceleration voltage) of, for example, about 50 kV is applied between the electron source 4 and the anode 6 via the cathode heaters 9 and 10. In addition, the cathode heaters 9 and 10 are energized and heated by supplying a cathode heating current. As a result, the electron source 4 is heated and thermal electrons are emitted from the electron source 4. The thermal electrons are accelerated by the acceleration voltage, and an electron beam is emitted from the cathode 1. As will be described later, the electron beam is shaped into a required shape by an optical system such as various lenses, various deflectors, and a beam shaping aperture provided in the electron optical column of the electron beam drawing apparatus. The shaped electron beam is irradiated onto the sample in the sample chamber arranged at the lower part of the electron beam drawing apparatus at a predetermined timing, whereby a pattern is drawn on the sample.

本実施の形態の電子銃２０は、図１に示すように、脱ガス処理のための新たな機構として、電子放出部１２を有する。電子放出部１２は、脱ガス処理時に、電子銃２０の構成部材から吸着物質を効率良く脱離させ、脱ガス処理を効率的に実施するように機能する。以下、電子銃２０の電子放出部１２について説明する。 As shown in FIG. 1, the electron gun 20 of the present embodiment has an electron emission unit 12 as a new mechanism for degassing processing. The electron emission unit 12 functions to efficiently desorb the adsorbed substance from the constituent members of the electron gun 20 during the degassing process and efficiently perform the degassing process. Hereinafter, the electron emission part 12 of the electron gun 20 will be described.

電子放出部１２は、通電加熱によって加熱されたときに熱電子を放出する材料によって構成される。例えば、タングステン、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）などの熱電子放出材料が好ましく、他に通電加熱で電子放出可能な材料であれば、これらに限る必要はない。そして、電子放出部１２は、電子銃２０の真空チャンバ７内の所望の位置に配置される。図１に示す本実施形態の電子銃２０では、タングステン製の線材を用い、リング状となるように構成された電子放出部１２を有する。この電子放出部１２は、ウェネルト５と対向するように、真空チャンバ７の底面のアノード６の周囲に配置されている。 The electron emission part 12 is comprised with the material which discharge | releases a thermoelectron when heated by energization heating. For example, thermionic emission materials such as tungsten and lanthanum hexaboride (LaB ₆ ) are preferable, and other materials are not necessary as long as the materials can emit electrons by current heating. The electron emission unit 12 is disposed at a desired position in the vacuum chamber 7 of the electron gun 20. The electron gun 20 of the present embodiment shown in FIG. 1 has an electron emission portion 12 configured to be ring-shaped using a tungsten wire. The electron emission portion 12 is disposed around the anode 6 on the bottom surface of the vacuum chamber 7 so as to face the Wehnelt 5.

そして、電子放出部１２は、ケーブル１３を介して、電子放出部加熱電源１４に接続することができる。そして、スイッチ１５を介して、グラウンドに接続可能である。よって、図１に示すように、スイッチ１５を開状態にし、電子放出部加熱電源１４によって電圧を印加することにより、電子放出部１２では電子の放出が可能である。 The electron emission unit 12 can be connected to the electron emission unit heating power source 14 via the cable 13. Then, it can be connected to the ground via the switch 15. Therefore, as shown in FIG. 1, the electron emission unit 12 can emit electrons by opening the switch 15 and applying a voltage by the electron emission unit heating power supply 14.

ウェネルト５はウェネルト電圧制御電源１６に接続可能であり、正の電圧の印加が可能となっている。電子源４は、カソード加熱ヒータ９、１０を介してカソード電圧制御電源１１に接続することができる。
電子放出部１２は、高真空の条件下、熱電子を放出するとともに、放出した電子をウェネルト５に衝突させ、ウェネルト５の温度を効率良く昇温させる。そうして、ウェネルト５からの吸着物質の脱離を促進し、電子銃２０の脱ガス処理の効率を向上させる。 The Wehnelt 5 can be connected to a Wehnelt voltage control power supply 16 so that a positive voltage can be applied. The electron source 4 can be connected to a cathode voltage control power source 11 via cathode heaters 9 and 10.
The electron emission unit 12 emits thermoelectrons under high vacuum conditions, collides the emitted electrons with the Wehnelt 5 and efficiently raises the temperature of the Wehnelt 5. Thus, desorption of the adsorbed material from the Wehnelt 5 is promoted, and the efficiency of the degassing process of the electron gun 20 is improved.

電子銃２０において電子放出部１２を用いて行う脱ガス処理については、以下のようにして行われる。
はじめに、電子銃２０のカソード１等が収納された真空チャンバ７内を高真空の状態にする。例えば、真空チャンバ７内を圧力が１０^−５Ｐａ（パスカル）オーダーとなるように真空引きを行う。次いで、電子放出部加熱電源１４を用いて電子銃放出部１２を通電加熱する。電子放出部１２は、熱電子が放出される温度に到達するまで加熱される。 The degassing process performed using the electron emission unit 12 in the electron gun 20 is performed as follows.
First, the inside of the vacuum chamber 7 in which the cathode 1 and the like of the electron gun 20 are housed is put into a high vacuum state. For example, the vacuum chamber 7 is evacuated so that the pressure is on the order of 10 ⁻⁵ Pa (Pascal). Next, the electron gun emission unit 12 is energized and heated using the electron emission unit heating power source 14. The electron emission unit 12 is heated until reaching a temperature at which the thermoelectrons are emitted.

次に、ウェネルト５に、ウェネルト電圧制御電源１６を用いて正の電圧（Ｖｗ）を印加する。こうして、電子放出部１２から放出された熱電子がウェネルト５に衝突するようにする。熱電子の衝突を受けて、ウェネルト５の温度は上昇する。このとき、電子源４とウェネルト５との間で放電が生じないように、電子源４にはカソード加熱ヒータ９、１０を介して、カソード電圧制御電源１１による正の電圧（Ｖｃ）を印加する。ただし、電子放出部１２から放出された熱電子が、電子源４に衝突して損傷を与えることがないようにする必要があるため、電子源４に印加する電圧（Ｖｃ）は、ウェネルト５に印加する電圧（Ｖｗ）より低くなるよう設定する。例えば、ＶｗとＶｃとの関係が、Ｖｗ−Ｖｃ≦５００Ｖ（ボルト）となるように制御する。その場合、一例として、Ｖｗを＋８００Ｖとし、Ｖｃを＋３００Ｖに制御することなどが可能である。 Next, a positive voltage (Vw) is applied to the Wehnelt 5 using the Wehnelt voltage control power supply 16. In this way, the thermoelectrons emitted from the electron emission unit 12 collide with the Wehnelt 5. The temperature of the Wehnelt 5 rises due to the impact of the thermal electrons. At this time, a positive voltage (Vc) from the cathode voltage control power supply 11 is applied to the electron source 4 via the cathode heaters 9 and 10 so that no discharge occurs between the electron source 4 and the Wehnelt 5. . However, since it is necessary to prevent the thermoelectrons emitted from the electron emitter 12 from colliding with the electron source 4 and causing damage, the voltage (Vc) applied to the electron source 4 is applied to the Wehnelt 5. The voltage is set to be lower than the applied voltage (Vw). For example, the control is performed so that the relationship between Vw and Vc satisfies Vw−Vc ≦ 500 V (volts). In that case, as an example, it is possible to control Vw to + 800V and Vc to + 300V.

図１に示す電子銃２０においては、例えば、電子放出部１２を線径０．５ｍｍのタングステン線から構成して直径７ｍｍのリング状とし、２０Ａ（アンペア）の加熱電流を流すことにより、数分程度で、ウェネルト５の温度を１００℃程度まで昇温させることができる。
以上のように、本実施の形態の電子銃２０では、ウェネルト５の脱ガス処理を効率的に行うことが可能となる。 In the electron gun 20 shown in FIG. 1, for example, the electron emitting portion 12 is formed of a tungsten wire having a wire diameter of 0.5 mm and is formed in a ring shape having a diameter of 7 mm, and a heating current of 20 A (ampere) is allowed to flow for several minutes. The temperature of the Wehnelt 5 can be raised to about 100 ° C.
As described above, in the electron gun 20 of the present embodiment, the Wehnelt 5 can be efficiently degassed.

そして、本実施の形態の電子放出部１２を用いた電子銃２０の脱ガス処理方法は、カソード加熱ヒータ９、１０を用いた加熱により、電子源４やカソード加熱ヒータ９、１０上の吸着物質の脱離を促す脱ガス処理方法と組み合わせることができる。適宜それら方法を組み合わせることにより、本実施の形態の電子銃２０では、電子銃２０の脱ガス処理を迅速かつ効率的に行うことが可能となる。 And the degassing method of the electron gun 20 using the electron emission part 12 of this Embodiment is the adsorption material on the electron source 4 and the cathode heaters 9 and 10 by the heating using the cathode heaters 9 and 10. It can be combined with a degassing treatment method that promotes desorption. By appropriately combining these methods, in the electron gun 20 of the present embodiment, the degassing process of the electron gun 20 can be performed quickly and efficiently.

また、本実施の形態の電子銃２０においては、電子放出部１２を用いた素早く効率の良い電子銃２０の脱ガス処理が可能である。そのため、電子銃２０では、電子ビーム描画装置の描画使用の開始前のほか、その後の使用途中において脱ガス処理を行うことを可能とする。描画使用の途中段階での脱ガス処理を可能とすることにより、描画動作中に電子銃の構成部材から吸着物質の脱離があっても、高真空状態を素早く回復でき、電子銃を安定した条件の下で使用することができる。 In addition, in the electron gun 20 of the present embodiment, the degassing process of the electron gun 20 using the electron emission unit 12 can be performed quickly and efficiently. Therefore, the electron gun 20 can perform the degassing process before starting the drawing use of the electron beam drawing apparatus and during the subsequent use. By enabling degassing in the middle of drawing use, even if the adsorbed material is detached from the electron gun components during the drawing operation, the high vacuum state can be quickly recovered and the electron gun can be stabilized. Can be used under conditions.

尚、電子放出部１２の形状と設置場所は、図１に示した例に限られることは無い。電子放出部１２は、電子を効率的にウェネルト５に衝突させることができ、一方、電子源４の損傷を回避できる位置に配置される。例えば、電子放出部１２は、ウェネルト５の下方側のより近傍や、側部の周囲や、上部側などに配置することが可能である。電子放出部１２の設置位置に従い、ウェネルト５の昇温時間が変化するため、より素早くウェネルトを昇温させることのできる位置を選択して電子放出部を配設することが好ましい。また、電子放出部１２は、真空チャンバ７の天井部および底面部や、ウェネルト５の側面部および底面部など、複数を配置し、脱ガス処理の効率をより向上させることも望ましい。 In addition, the shape and installation location of the electron emission part 12 are not restricted to the example shown in FIG. The electron emission part 12 is arranged at a position where electrons can be efficiently collided with the Wehnelt 5 while damage to the electron source 4 can be avoided. For example, the electron emission part 12 can be arranged nearer the lower side of the Wehnelt 5, around the side part, or on the upper side. Since the temperature rise time of the Wehnelt 5 changes according to the installation position of the electron emission part 12, it is preferable to select the position where the temperature of the Wehnelt can be raised more quickly and arrange the electron emission part. It is also desirable to arrange a plurality of electron emission portions 12 such as the ceiling and bottom portions of the vacuum chamber 7 and the side and bottom portions of Wehnelt 5 to further improve the efficiency of the degassing process.

次に、本発明の第１の実施形態の電子銃２０において、電子放出部１２が使用されていない状態について説明する。電子銃２０では、脱ガス処理の後、電子放出部１２が未使用の状態にされる。その間に、電子銃２０からは電子ビームが放出され、電子ビーム描画装置での描画動作が行われる。 Next, the state where the electron emission unit 12 is not used in the electron gun 20 of the first embodiment of the present invention will be described. In the electron gun 20, after the degassing process, the electron emission unit 12 is set to an unused state. Meanwhile, an electron beam is emitted from the electron gun 20, and a drawing operation is performed by the electron beam drawing apparatus.

図２は、本発明の第１の実施形態の電子銃の電子ビーム放出時の状態を示す模式的な断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state of the electron gun according to the first embodiment of the present invention when the electron beam is emitted.

図２は、電子ビーム描画装置の描画動作のため、電子銃２０から電子ビーム１８を放出する状態を示している。電子放出部１２は使用されない。このとき、電子放出部１２に接続する電子放出部加熱電源１４の出力を０Ｖに設定することができる。そして、スイッチ１５を閉状態とし、電子放出部１２をグラウンドに接続することができる。 FIG. 2 shows a state in which the electron beam 18 is emitted from the electron gun 20 for the drawing operation of the electron beam drawing apparatus. The electron emission part 12 is not used. At this time, the output of the electron emission unit heating power supply 14 connected to the electron emission unit 12 can be set to 0V. And the switch 15 can be made into a closed state and the electron emission part 12 can be connected to a ground.

図２に示すように、電子ビーム描画装置の描画動作時において、真空チャンバ７内の電子銃２０のカソード１等の各部の周囲は高真空とされる。この状態で、ヒータ９、１０を介して、電子源４とアノード６の間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）を、加速電源１９を用いて印加することができる。併せて、カソード加熱ヒータ電源３を用いてカソード加熱電流８を供給することにより、カソード加熱ヒータ９、１０を通電加熱することができる。その結果、電子源４は加熱され、電子源４から熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速されて、カソード１から電子ビーム１８が射出される。ウェネルト５は、電子源４から所望のビーム電流が得られるようバイアス電源２により制御され、電子源４から放出される電子を収束させるよう機能する。電子ビーム１８は、電子ビーム描画装置の図示されない電子光学鏡筒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の光学系により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、所定のタイミングで電子ビーム描画装置の下部に配置された、図示されない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。 As shown in FIG. 2, during the drawing operation of the electron beam drawing apparatus, the periphery of each part such as the cathode 1 of the electron gun 20 in the vacuum chamber 7 is set to a high vacuum. In this state, a high voltage (acceleration voltage) of, for example, about 50 kV can be applied between the electron source 4 and the anode 6 via the heaters 9 and 10 using the acceleration power source 19. In addition, the cathode heaters 9 and 10 can be energized and heated by supplying the cathode heating current 8 using the cathode heater power source 3. As a result, the electron source 4 is heated and thermal electrons are emitted from the electron source 4. The thermoelectrons are accelerated by the acceleration voltage, and an electron beam 18 is emitted from the cathode 1. The Wehnelt 5 is controlled by the bias power source 2 so as to obtain a desired beam current from the electron source 4 and functions to converge the electrons emitted from the electron source 4. The electron beam 18 is formed into a required shape by an optical system such as various lenses, various deflectors, and a beam shaping aperture provided in an electron optical column (not shown) of the electron beam drawing apparatus. The shaped electron beam is irradiated to a sample in a sample chamber (not shown) arranged at a lower part of the electron beam drawing apparatus at a predetermined timing, thereby drawing a pattern on the sample.

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の電子銃の正面を一部断面して示す模式的な構造図である。
図４は、本発明の第２の実施形態の電子銃の主要部の模式的な斜視図である。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic structural diagram showing a partial cross section of the front of the electron gun according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view of the main part of the electron gun according to the second embodiment of the present invention.

図３および図４に示す電子銃１００は、タレット型の電子銃である。電子銃１００は、複数のカソード１１３と、複数のカソード１１３を保持する円筒形状の回転体であるバレル１１２と、アース電極をもつアノード１１９と、電子放出部１１０とを有する。カソード１１３はそれぞれ、電子を放出する電子源を有する。電子源から出射される電子を収束するためのウェネルトの機能については、バレル１１２の所定の部分が各カソード１１３に対して果たすようにされている。したがって、カソード１１３は、上述した図１の電子銃２０のカソード１と同様の構成を有する。 The electron gun 100 shown in FIGS. 3 and 4 is a turret type electron gun. The electron gun 100 includes a plurality of cathodes 113, a barrel 112 that is a cylindrical rotating body that holds the plurality of cathodes 113, an anode 119 having a ground electrode, and an electron emission unit 110. Each cathode 113 has an electron source that emits electrons. With regard to the Wehnelt function for converging electrons emitted from the electron source, a predetermined portion of the barrel 112 serves for each cathode 113. Therefore, the cathode 113 has the same configuration as the cathode 1 of the electron gun 20 in FIG. 1 described above.

一般に、電子銃においては、カソードの電子源に異常や寿命の問題が発生することがある。電子銃にカソードが１個のみ搭載された、所謂シングル型の電子銃では、カソードに異常や寿命の問題が発生すると、電子銃から電子ビームが放出できなくなる。その結果、電子ビーム描画装置の稼働を停止する必要が生じる。 In general, in an electron gun, there are cases in which an abnormality or a lifetime problem occurs in the electron source of the cathode. In a so-called single-type electron gun in which only one cathode is mounted on the electron gun, an electron beam cannot be emitted from the electron gun when an abnormality or a problem of life occurs in the cathode. As a result, it is necessary to stop the operation of the electron beam drawing apparatus.

そこで、複数のカソードを１個のバレルに搭載して構成されたタレット型の電子銃が用いられている。
タレット型の電子銃では、複数のカソードが、回転可能なバレル上に間隔をあけて設けられている。電子源での異常発生や寿命等の問題によって、現在使用しているカソードを交換する場合には、バレルを回転させることで、未使用のカソードをアノードに対向配置させることができる。 Therefore, a turret type electron gun configured by mounting a plurality of cathodes on one barrel is used.
In the turret-type electron gun, a plurality of cathodes are provided at intervals on a rotatable barrel. When replacing the cathode currently in use due to problems such as the occurrence of an abnormality in the electron source and the lifespan, the unused cathode can be disposed opposite to the anode by rotating the barrel.

タレット型の電子銃によれば、個々のカソードの異常発生頻度や寿命が従来のものと同等であっても、バレルに設けられた複数のカソードを交換しながら使用することが可能である。したがって、長期間にわたって電子銃およびこれを搭載した電子ビーム描画装置を稼動することができる。また、１個のカソードを搭載するシングル型の電子銃に比べて、異常、寿命などに起因する装置の操業効率の低下を改善することができるので、装置の操業効率を向上させることもできる。 According to the turret type electron gun, it is possible to use a plurality of cathodes provided in the barrel while exchanging them even if the frequency of occurrence and life of each cathode are equal to those of the conventional one. Therefore, it is possible to operate the electron gun and the electron beam drawing apparatus equipped with the electron gun for a long period of time. In addition, since a reduction in the operation efficiency of the apparatus due to an abnormality, a lifetime, etc. can be improved as compared with a single-type electron gun equipped with a single cathode, the operation efficiency of the apparatus can also be improved.

図３に示す、本実施の形態のタレット型の電子銃１００では、真空チャンバ１１１内に円筒形状の回転体であるバレル１１２が回転自在に収容され、かつ動力部１１４に接続された回転軸１１５と、支持部１１６によって支持される。バレル１１２は、ステンレス（ＳＵＳ）、Ｔｉ（チタン）、またはＭｏ（モリブデン）などの材料を用いて構成される。 In the turret type electron gun 100 of the present embodiment shown in FIG. 3, a barrel 112, which is a cylindrical rotating body, is rotatably accommodated in a vacuum chamber 111 and is connected to a power unit 114. And supported by the support 116. The barrel 112 is configured using a material such as stainless steel (SUS), Ti (titanium), or Mo (molybdenum).

バレル１１２の外周面には、開口部１１８が、円周上にほぼ等間隔に複数個設けられている。例えば、図３に示すように、開口部１１８を４個設けることができる。開口部１１８の内部には、電子ビームを放出するカソード１１３が設けられている。バレル１１２を支持する支持部１１６には、カソード１１３に高電圧を印加するための高圧端子（図示されない）が設けられている。 A plurality of openings 118 are provided on the outer circumferential surface of the barrel 112 at substantially equal intervals on the circumference. For example, as shown in FIG. 3, four openings 118 can be provided. A cathode 113 that emits an electron beam is provided inside the opening 118. The support portion 116 that supports the barrel 112 is provided with a high-voltage terminal (not shown) for applying a high voltage to the cathode 113.

タレット型の電子銃１００では、放電異常や寿命の問題などにより、カソード１１３の交換が必要となったときには、動力部１１４および回転軸１１５を介してバレル１１２を回転させる。カソード１１３の下部には、カソード１１３と対向するようにアノード１１９が配置されている。したがって、バレル１１２を回転させることにより、未使用のカソード１１３を下部のアノード１１９に対向配置させることができ、使用済みのカソード１１３と交換することができる。アノード１１９には、その中心部にカソード１１３から放出された電子ビームが通過する開口部分が形成されている。開口部分は、電子ビームを収束させるのに好適な径が選択される。 In the turret type electron gun 100, the barrel 112 is rotated via the power unit 114 and the rotating shaft 115 when the cathode 113 needs to be replaced due to a discharge abnormality or a life problem. An anode 119 is disposed below the cathode 113 so as to face the cathode 113. Therefore, by rotating the barrel 112, the unused cathode 113 can be disposed opposite the lower anode 119, and can be replaced with the used cathode 113. The anode 119 is formed with an opening through which the electron beam emitted from the cathode 113 passes at the center. A diameter suitable for converging the electron beam is selected for the opening portion.

このように、バレル１１２を回転させるだけの簡単な操作により、バレル１１２に設けた未使用のカソード１１３と次々に交換することができる。そのため、個々のカソード１１３の異常発生頻度や寿命が従来と同等であっても、バレル１１２に設けられた複数のカソード１１３を全て使用し終わるまで、長期間にわたって電子銃および電子銃を搭載した装置を稼動できる。その結果、電子銃１００を用いた電子ビーム描画装置の操業効率を向上させることができる。また、カソード１１３を交換する際、真空度を高めた真空チャンバ１１１を分解する必要がないので、真空チャンバ１１１内が外気汚染を受ける機会を低減することができる。 Thus, it is possible to replace the unused cathode 113 provided on the barrel 112 one after another by a simple operation by simply rotating the barrel 112. Therefore, even if the abnormality occurrence frequency and life of each cathode 113 are equal to those of the conventional one, an electron gun and an electron gun mounted on the barrel 112 for a long period until all the plurality of cathodes 113 provided in the barrel 112 are used. Can be operated. As a result, the operational efficiency of the electron beam drawing apparatus using the electron gun 100 can be improved. In addition, when replacing the cathode 113, it is not necessary to disassemble the vacuum chamber 111 having a higher degree of vacuum, so that the chance of being exposed to outside air in the vacuum chamber 111 can be reduced.

本実施形態のタレット型の電子銃１００では以上の構成を備えるが、効率良い脱ガス処理のために、真空チャンバ１１１内のバレル１１２の上部と下部に、それぞれ電子放出部１１０が設けられている。この電子放出部１１０は、上述の第１の実施形態の電子銃２０の電子放出部１２と同様の構成を有し、通電加熱によって電子をバレル１１２に向けて放出することができる。 Although the turret type electron gun 100 of the present embodiment has the above-described configuration, an electron emission unit 110 is provided at each of an upper part and a lower part of the barrel 112 in the vacuum chamber 111 for efficient degassing processing. . The electron emission unit 110 has the same configuration as the electron emission unit 12 of the electron gun 20 of the first embodiment described above, and can emit electrons toward the barrel 112 by energization heating.

電子銃１００において電子放出部１１０ガス処理を行う場合、はじめに、電子銃１００のバレル１１２が収納された真空チャンバ１１１内を高真空の状態にする。例えば、真空チャンバ１１１内を圧力が１０^−５Ｐａ（パスカル）オーダーとなるように真空引きを行う。次いで、電子銃放出部１１０を用いて通電加熱し、熱電子が放出される温度に到達するまで加熱する。 When the electron gun 100 performs gas processing on the electron gun 100, first, the inside of the vacuum chamber 111 in which the barrel 112 of the electron gun 100 is housed is put into a high vacuum state. For example, the vacuum chamber 111 is evacuated so that the pressure is on the order of 10 ⁻⁵ Pa (Pascal). Subsequently, the electron gun emission unit 110 is energized and heated until reaching a temperature at which thermoelectrons are emitted.

次に、ウェネルトの機能を果たすバレル１１２の部分（図示されない）に、正の電圧（Ｖｗ２）を印加する。そして、電子放出部１１０から放出された熱電子が、バレル１１２に向かい、バレル１１２に衝突するようにする。その結果、熱電子の衝突を受けて、バレル１１２の温度が上昇する。このとき、電子源（図示されない）とバレル１１２との間で放電が生じないように、電子源にも正の電圧（Ｖｃ２）が印加される。ただし、電子放出部１１０から放出された熱電子が、電子源に衝突してそれに損傷を与えないよう、電子源に印加される電圧（Ｖｃ２）は、バレル１１２に印加される電圧（Ｖｗ２）より低く設定される。例えば、Ｖｗ２とＶｃ２との関係が、（Ｖｗ２）−（Ｖｃ２）≦５００Ｖ（ボルト）となるように制御される。その場合、一例として、Ｖｗ２を＋８００Ｖとし、Ｖｃ２を＋３００Ｖに制御することが可能である。 Next, a positive voltage (Vw2) is applied to a portion (not shown) of the barrel 112 that functions as Wehnelt. Then, the thermoelectrons emitted from the electron emission unit 110 are directed to the barrel 112 and collide with the barrel 112. As a result, the temperature of the barrel 112 rises due to the impact of the thermal electrons. At this time, a positive voltage (Vc2) is also applied to the electron source so that no discharge occurs between the electron source (not shown) and the barrel 112. However, the voltage (Vc2) applied to the electron source is less than the voltage (Vw2) applied to the barrel 112 so that the thermoelectrons emitted from the electron emission unit 110 do not collide with and damage the electron source. Set low. For example, the relationship between Vw2 and Vc2 is controlled so that (Vw2) − (Vc2) ≦ 500 V (volts). In that case, as an example, it is possible to control Vw2 to + 800V and Vc2 to + 300V.

図３に示す電子銃１００において、例えば、電子放出部１１０を線径０．５ｍｍのタングステン線から構成して直径７ｍｍのリング状とする。そして、通電加熱により２６００Ｋ程度まで加熱し、バレル１１２に１ｋＶの正の電圧を印加する。このとき、電子放出部１１０から放出された熱電子の約半数をバレル１１２に衝突させることができれば、５分程度の時間内に、バレル１１２の温度を室温から１００℃程度まで昇温させることができる。
こうして、本実施の形態の電子銃１００では、脱ガス処理を効率的に行うことが可能となる。 In the electron gun 100 shown in FIG. 3, for example, the electron emission portion 110 is formed of a tungsten wire having a wire diameter of 0.5 mm and is formed in a ring shape having a diameter of 7 mm. Then, it is heated to about 2600 K by energization heating, and a positive voltage of 1 kV is applied to the barrel 112. At this time, if about half of the thermoelectrons emitted from the electron emission unit 110 can collide with the barrel 112, the temperature of the barrel 112 can be raised from room temperature to about 100 ° C. within about 5 minutes. it can.
Thus, in the electron gun 100 of the present embodiment, the degassing process can be performed efficiently.

そして、図４に示すように、本実施の形態の電子銃１００においては、脱ガス処理時において、バレル１１２の加熱ムラをなくすよう、バレル１１２を回転させて脱ガス処理を行うことが可能である。バレル１１２を回転ながら電子放出部１１０による熱電子放出を行い、熱電子をバレル１１２にムラなく衝突させて、バレル１１２をムラなく昇温させることが可能となる。こうして、ムラない昇温状態を実現して脱ガス処理を行うことにより、素早く、効率の良い脱ガス処理を行うことが可能となる。 As shown in FIG. 4, in the electron gun 100 of the present embodiment, the degassing process can be performed by rotating the barrel 112 so as to eliminate the heating unevenness of the barrel 112 during the degassing process. is there. It is possible to emit thermoelectrons by the electron emission unit 110 while rotating the barrel 112 so that the thermoelectrons collide with the barrel 112 without unevenness, and to raise the temperature of the barrel 112 without unevenness. Thus, by performing a degassing process while realizing a uniform temperature rise state, it is possible to perform a degassing process quickly and efficiently.

以上のように、本実施の形態の電子銃１００では、バレル１１２の脱ガス処理を効率的に行うことが可能となる。
そして、カソード加熱ヒータを用いて電子源やカソード加熱ヒータでの脱ガス処理を主に行う脱ガス処理方法と組み合わせることにより、本実施の形態の電子銃１００では脱ガス処理を迅速かつ効率的に行うことが可能となる。 As described above, in the electron gun 100 of the present embodiment, the degassing process of the barrel 112 can be performed efficiently.
Then, by combining with a degassing method that mainly uses a cathode heater to perform degassing with an electron source or a cathode heater, the electron gun 100 of the present embodiment performs degassing quickly and efficiently. Can be done.

尚、電子放出部１１０の形状と設置場所は、図３および図４に示した例に限られることは無い。効率的にバレル１１２に熱電子を衝突させることができる位置であれば、電子放出部１１０を、バレル１１２のより近傍や側面部などに配置することが可能である。電子放出部１１０の設置位置に従い、ウェネルトの昇温時間が変化するため、より素早くウェネルトを昇温させることのできる位置を選択して電子放出部１１０を配設することが好ましい。また、電子放出部１１０は、バレル１１２の下部または上部のいずれか一方など、配置する数を１個とすることも可能である。逆に、電子放出部１１０を３個以上設け、より高効率な脱ガス処理を可能とすることも可能である。 In addition, the shape and installation location of the electron emission part 110 are not restricted to the example shown in FIG. 3 and FIG. The electron emission unit 110 can be disposed in the vicinity of the barrel 112, in a side surface portion, or the like as long as it is a position where the thermal electrons can efficiently collide with the barrel 112. Since the Wehnelt temperature rise time changes according to the installation position of the electron emission unit 110, it is preferable to select the position where the Wehnelt temperature can be raised more quickly and arrange the electron emission unit 110. In addition, the number of the electron emission units 110 to be arranged, such as one of the lower part and the upper part of the barrel 112, may be one. On the contrary, it is possible to provide three or more electron emission portions 110 to enable more efficient degassing treatment.

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、第１の実施形態の電子銃２０を用いた電子ビーム描画装置８０について説明する。 (Third embodiment)
Next, an electron beam drawing apparatus 80 using the electron gun 20 of the first embodiment will be described as a third embodiment of the present invention.

図５は、本発明の第３の実施形態の電子ビーム描画装置の構成図である。 FIG. 5 is a configuration diagram of an electron beam drawing apparatus according to the third embodiment of the present invention.

図５において、電子ビーム描画装置８０の試料室３１内には、試料であるマスク基板３２が設置されたステージ３３が設けられている。ステージ３３は、ステージ駆動回路３４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路３５により測定される。 In FIG. 5, a stage 33 on which a mask substrate 32 as a sample is installed is provided in the sample chamber 31 of the electron beam drawing apparatus 80. The stage 33 is driven by the stage drive circuit 34 in the X direction (left-right direction on the paper surface) and the Y direction (vertical direction on the paper surface). The moving position of the stage 33 is measured by a position circuit 35 using a laser length meter or the like.

試料室３１の上方には、電子ビーム光学系４０が設置されている。この光学系４０は、上述した第１の実施形態の電子銃２０、各種レンズ３７、３８、３９、４１、４２、ブランキング用偏向器４３、成形偏向器４４、ビーム走査用の主偏向器４５、ビーム走査用の副偏向器４６、および、２個のビーム成形用アパーチャ４７、４８等から構成されている。 An electron beam optical system 40 is installed above the sample chamber 31. This optical system 40 includes the electron gun 20 of the first embodiment, various lenses 37, 38, 39, 41, 42, a blanking deflector 43, a shaping deflector 44, and a main deflector 45 for beam scanning. , The beam scanning sub-deflector 46, and two beam shaping apertures 47, 48, and the like.

電子ビーム描画装置８０の有する電子銃２０は、上述した第１の実施形態の電子銃２０である。電子銃２０は、図１に示すように、カソード１とアノード６に加え、熱電子をウェネルトに向けて放出可能な電子放出部１２を有する。電子ビーム描画装置８０では、描画動作開始前および描画動作途中の適当な時期に、電子放出部１２を用いて電子銃２０における脱ガス処理を行うことが可能である。すなわち、電子銃２０の脱ガス処理を効率良く短時間で行うことができる。そして、電子ビーム描画装置８０は、描画動作時、電子銃２０において安定した所望の高真空の状態を維持することができる。したがって、電子ビーム描画装置８０は、描画動作時において、装置のダウンタイムを従来に比べて大幅に短縮することができる。 The electron gun 20 included in the electron beam drawing apparatus 80 is the electron gun 20 of the first embodiment described above. As shown in FIG. 1, the electron gun 20 includes an electron emission portion 12 that can emit thermal electrons toward Wehnelt in addition to the cathode 1 and the anode 6. In the electron beam drawing apparatus 80, it is possible to perform degassing processing in the electron gun 20 using the electron emission unit 12 before starting the drawing operation and at an appropriate time during the drawing operation. That is, the degassing process of the electron gun 20 can be performed efficiently and in a short time. The electron beam drawing apparatus 80 can maintain a stable desired high vacuum state in the electron gun 20 during the drawing operation. Therefore, the electron beam drawing apparatus 80 can significantly reduce the downtime of the apparatus during the drawing operation as compared with the prior art.

図６は、本発明における電子ビーム描画方法の説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram of an electron beam writing method according to the present invention.

この描画方法は、本発明の第３の実施の形態の電子ビーム描画装置８０を使用して実現される。すなわち、図６に示す電子ビーム８４は、本実施の形態の電子ビーム描画装置８０の電子銃２０によって放出された電子ビームである。 This drawing method is realized by using the electron beam drawing apparatus 80 according to the third embodiment of the present invention. That is, the electron beam 84 shown in FIG. 6 is an electron beam emitted by the electron gun 20 of the electron beam drawing apparatus 80 of the present embodiment.

図６に示すように、マスク基板３２上に描画されるパターン８１は、短冊状のフレーム領域８２に分割されている。電子ビーム描画装置８０の電子銃２０によって放出される電子ビーム８４による描画は、ステージ３３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域８２毎に行われる。フレーム領域８２は、さらに副偏向領域８３に分割されており、電子ビーム８４は、副偏向領域８３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域８２は、主偏向器４５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域８３は、副偏向器４６の偏向幅で決まる単位描画領域である。 As shown in FIG. 6, the pattern 81 drawn on the mask substrate 32 is divided into strip-shaped frame regions 82. Drawing with the electron beam 84 emitted by the electron gun 20 of the electron beam drawing apparatus 80 is performed for each frame region 82 while the stage 33 continuously moves in one direction (for example, the X direction). The frame area 82 is further divided into sub-deflection areas 83, and the electron beam 84 draws only necessary portions in the sub-deflection areas 83. The frame area 82 is a strip-shaped drawing area determined by the deflection width of the main deflector 45, and the sub-deflection area 83 is a unit drawing area determined by the deflection width of the sub-deflector 46.

副偏向領域８３内での電子ビーム８４の位置決めは、副偏向器４６で行われる。副偏向領域８３の位置制御は、主偏向器４５によってなされる。すなわち、主偏向器４５によって、副偏向領域８３の位置決めがされ、副偏向器４６によって、副偏向領域８３内でのビーム位置が決められる。さらに、成形偏向器４４とビーム成形用アパーチャ４７、４８によって、電子ビーム８４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域８３内を描画し、１つの副偏向領域８３の描画が終了したら、次の副偏向領域８３を描画する。フレーム領域８２内の全ての副偏向領域８３の描画が終了したら、ステージ３３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域８２を順次描画して行く。 The positioning of the electron beam 84 in the sub deflection region 83 is performed by the sub deflector 46. The position of the sub deflection region 83 is controlled by the main deflector 45. That is, the main deflector 45 positions the sub deflection region 83, and the sub deflector 46 determines the beam position in the sub deflection region 83. Further, the shape and size of the electron beam 84 are determined by the shaping deflector 44 and the beam shaping apertures 47 and 48. Then, the sub-deflection area 83 is drawn while continuously moving the stage 33 in one direction. When drawing of one sub-deflection area 83 is completed, the next sub-deflection area 83 is drawn. When drawing of all the sub deflection areas 83 in the frame area 82 is completed, the stage 33 is moved stepwise in a direction orthogonal to the direction in which the stage 33 is continuously moved (for example, the Y direction). Thereafter, similar processing is repeated, and the frame area 82 is sequentially drawn.

電子ビーム８４による描画を行う際には、まず、ＣＡＤシステムを用いて設計された半導体集積回路などのパターンデータ（ＣＡＤデータ）が、電子ビーム描画装置１００に入力することのできる形式のデータ（レイアウトデータ）に変換される。次いで、レイアウトデータが変換されて描画データが作成された後、描画データは実際に電子ビーム８４がショットされるサイズに分割された後、ショットサイズ毎に描画が行われる。 When drawing with the electron beam 84, first, pattern data (CAD data) of a semiconductor integrated circuit or the like designed using a CAD system can be input to the electron beam drawing apparatus 100 (layout). Data). Next, after the layout data is converted and drawing data is created, the drawing data is divided into sizes that are actually shot by the electron beam 84 and then drawn for each shot size.

レイアウトデータから変換された描画データは、記憶媒体である入力部５１に記録された後、制御計算機５０によって読み出され、フレーム領域８２毎にパターンメモリ５２に一時的に格納される。パターンメモリ５２に格納されたフレーム領域８２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ５３と描画データデコーダ５４に送られる。次いで、これらを介して、副偏向領域偏向量算出部６０、ブランキング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器ドライバ５７、副偏向器ドライバ５８に送られる。 The drawing data converted from the layout data is recorded in the input unit 51 which is a storage medium, read by the control computer 50, and temporarily stored in the pattern memory 52 for each frame area 82. The pattern data for each frame area 82 stored in the pattern memory 52, that is, the frame information composed of the drawing position, the drawing graphic data, etc. is sent to the pattern data decoder 53 and the drawing data decoder 54 which are data analysis units. Next, the sub-deflection area deflection amount calculation unit 60, the blanking circuit 55, the beam shaper driver 56, the main deflector driver 57, and the sub-deflector driver 58 are sent via these.

また、制御計算機５０には、偏向制御部６２が接続している。偏向制御部６２は、セトリング時間決定部６１に接続し、セトリング時間決定部６１は、副偏向領域偏向量算出部６０に接続し、副偏向領域偏向量算出部６０は、パターンデータデコーダ５３に接続している。また、偏向制御部６２は、ブランキング回路５５と、ビーム成形器ドライバ５６と、主偏向器ドライバ５７と、副偏向器ドライバ５８とに接続している。 In addition, a deflection control unit 62 is connected to the control computer 50. The deflection control unit 62 is connected to the settling time determination unit 61, the settling time determination unit 61 is connected to the sub deflection region deflection amount calculation unit 60, and the sub deflection region deflection amount calculation unit 60 is connected to the pattern data decoder 53. is doing. Further, the deflection control unit 62 is connected to the blanking circuit 55, the beam shaper driver 56, the main deflector driver 57, and the sub deflector driver 58.

パターンデータデコーダ５３からの情報は、ブランキング回路５５とビーム成形器ドライバ５６に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ５３で描画データに基づいてブランキングデータが作成され、ブランキング回路５５に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム寸法データも作成されて、副偏向領域偏向量算出部６０とビーム成形器ドライバ５６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ５６から、電子ビーム光学系４０の成形偏向器４４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム８４の形状と寸法が制御される。 Information from the pattern data decoder 53 is sent to a blanking circuit 55 and a beam shaper driver 56. Specifically, the pattern data decoder 53 creates blanking data based on the drawing data and sends it to the blanking circuit 55. Further, desired beam dimension data is also created based on the drawing data, and is sent to the sub deflection region deflection amount calculation unit 60 and the beam shaper driver 56. Then, a predetermined deflection signal is applied from the beam shaper driver 56 to the shaping deflector 44 of the electron beam optical system 40 to control the shape and size of the electron beam 84.

副偏向領域偏向量算出部６０は、パターンデータデコーダ５３で作成したビーム形状データから、副偏向領域８３における、１ショット毎の電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部６１に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。 The sub deflection region deflection amount calculation unit 60 calculates the deflection amount (movement distance) of the electron beam for each shot in the sub deflection region 83 from the beam shape data created by the pattern data decoder 53. The calculated information is sent to the settling time determination unit 61, and the settling time corresponding to the movement distance by the sub deflection is determined.

セトリング時間決定部６１で決定されたセトリング時間は、偏向制御部６２へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部６２より、ブランキング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器ドライバ５７、副偏向器ドライバ５８のいずれかに適宜送られる。 The settling time determined by the settling time determination unit 61 is sent to the deflection control unit 62, and then the blanking circuit 55, the beam shaper driver 56, the main shaper 56 It is appropriately sent to either the deflector driver 57 or the sub deflector driver 58.

描画データデコーダ５４では、描画データに基づいて副偏向領域８３の位置決めデータが作成され、このデータは、主偏向器ドライバ５７と副偏向器ドライバ５８に送られる。そして、主偏向器ドライバ５７から、電子光学系４０の主偏向器４５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム８４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ５８から、副偏向器４６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域８３内での描画が行われる。この描画は、具体的には、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム８４を繰り返し照射することによって行われる。 The drawing data decoder 54 creates positioning data for the sub deflection region 83 based on the drawing data, and sends this data to the main deflector driver 57 and the sub deflector driver 58. Then, a predetermined deflection signal is applied from the main deflector driver 57 to the main deflector 45 of the electron optical system 40, and the electron beam 84 is deflected and scanned to a predetermined main deflection position. In addition, a predetermined sub deflection signal is applied from the sub deflector driver 58 to the sub deflector 46 and drawing in the sub deflection region 83 is performed. Specifically, this drawing is performed by repeatedly irradiating the electron beam 84 after a settling time has elapsed.

尚、第３の実施形態の電子ビーム描画装置８０では、電子銃に本発明の第１の実施形態の電子銃２０を使用するが、第３の実施形態の電子ビーム描画装置の別の例として、電子銃２０に代え、本発明の第２に実施形態の電子銃１００を使用することが可能である。 In the electron beam drawing apparatus 80 according to the third embodiment, the electron gun 20 according to the first embodiment of the present invention is used as an electron gun, but as another example of the electron beam drawing apparatus according to the third embodiment. Instead of the electron gun 20, the electron gun 100 according to the second embodiment of the present invention can be used.

すなわち、第３の実施形態の電子ビーム描画装置の別の例においては、タレット型の電子銃１００を使用する。そして、電子銃１００は、電子放出部１１０を用いた素早いバレル１１２の加熱が可能であり、電子銃１００の脱ガス処理を効率良く短時間で行うことができる。したがって、電子ビーム描画装置の動作時において、装置のダウンタイムを従来に比べて大幅に短縮することができる。そして、上述したのと同様の電子ビーム描画方法を実施することができる。 That is, in another example of the electron beam drawing apparatus according to the third embodiment, a turret type electron gun 100 is used. The electron gun 100 can quickly heat the barrel 112 using the electron emission unit 110, and the degassing process of the electron gun 100 can be efficiently performed in a short time. Therefore, the downtime of the apparatus can be greatly shortened as compared with the prior art during the operation of the electron beam drawing apparatus. Then, the same electron beam drawing method as described above can be performed.

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において、種々変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

１、１１３、５０１カソード
２、５０２バイアス電源
３、５０３カソード加熱ヒータ電源
４、５０４電子源
５、５０５ウェネルト
６、１１９、５０６アノード
７、１１１、５０７真空チャンバ
９、１０、５０９、５１０カソード加熱ヒータ
１１カソード電圧制御電源
１２、１１０電子放出部
１３ケーブル
１４電子放出部加熱電源
１５スイッチ
１６ウェネルト電圧制御電源
１８、８４電子ビーム
１９、５１１加速電源
２０、１００、５００電子銃
３１試料室
３２マスク基板
３３ステージ
３４ステージ駆動回路
３５位置回路
３７、３８、３９、４１、４２各種レンズ
４０光学系
４３ブランキング用偏向器
４４成形偏向器
４５主偏向器
４６副偏向器
４７第１のアパーチャ
４８第２のアパーチャ
５０制御計算機
５１入力部
５２パターンメモリ
５３パターンデータデコーダ
５４描画データデコーダ
５５ブランキング回路
５６ビーム成形器ドライバ
５７主偏向器ドライバ
５８副偏向器ドライバ
６０副偏向領域偏向量算出部
６１セトリング時間決定部
６２偏向制御部
８０電子ビーム描画装置
８１描画されるパターン
８２フレーム領域
８３副偏向領域
１１２バレル
１１４動力部
１１５回転軸
１１６支持部
１１８開口部
５０８カソード加熱電流
５１２吸着物質 1, 113, 501 Cathode 2, 502 Bias power source 3, 503 Cathode heater power source 4, 504 Electron source 5, 505 Wehnelt 6, 119, 506 Anode 7, 111, 507 Vacuum chamber 9, 10, 509, 510 Cathode heater DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Cathode voltage control power supply 12,110 Electron emission part 13 Cable 14 Electron emission part heating power supply 15 Switch 16 Wehnelt voltage control power supply 18, 84 Electron beam 19, 511 Acceleration power supply 20, 100, 500 Electron gun 31 Sample chamber 32 Mask substrate 33 Stage 34 Stage drive circuit 35 Position circuit 37, 38, 39, 41, 42 Various lenses 40 Optical system 43 Blanking deflector 44 Molding deflector 45 Main deflector 46 Sub deflector 47 First aperture 48 Second aperture 50 control meter Computer 51 Input unit 52 Pattern memory 53 Pattern data decoder 54 Drawing data decoder 55 Blanking circuit 56 Beam shaper driver 57 Main deflector driver 58 Sub deflector driver 60 Sub deflection area deflection amount calculation unit 61 Settling time determination unit 62 Deflection Control unit 80 Electron beam drawing device 81 Pattern to be drawn 82 Frame region 83 Sub deflection region 112 Barrel 114 Power unit 115 Rotating shaft 116 Support unit 118 Opening portion 508 Cathode heating current 512 Adsorbing substance

Claims

An electron source that emits electrons; an anode to which an acceleration voltage is applied between the electron source; and a Wehnelt that is disposed between the electron source and the anode and converges the electrons emitted from the electron source. An electron gun having
An electron gun comprising an electron emission portion that emits thermoelectrons toward the Wehnelt.

The electron gun according to claim 1, wherein the electron gun includes a plurality of the electron sources, and the plurality of electron sources are arranged on a rotating body that is rotatably arranged.

An electron source that emits electrons, an anode to which an acceleration voltage is applied between the electron source, and a Wehnelt that is disposed between the electron source and the anode and converges electrons emitted from the electron source. An electron beam lithography apparatus comprising an electron gun having
The electron gun has an electron emission unit that emits thermoelectrons toward the Wehnelt.

An electron source that emits electrons, an anode to which an acceleration voltage is applied between the electron source, and a Wehnelt that is disposed between the electron source and the anode and converges electrons emitted from the electron source. An electron gun degassing method for removing an adsorbent of an electron gun having
A degassing method for an electron gun, comprising emitting thermoelectrons toward the Wehnelt and heating the Wehnelt.

An electron gun degassing method for removing an adsorbed material of an electron gun having a rotating body rotatably provided with a plurality of electron sources that emit electrons,
A degassing method for an electron gun, comprising rotating the rotating body, emitting thermoelectrons toward the rotating body, and heating the rotating body.