JP5912835B2 - Electron gun, driving device thereof, and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は可変成形電子ビーム描画装置に用いられる電子銃、その駆動装置、およびその制御方法に関し、更に詳しくはカソード形状および寸法が変化しても電流密度均一性が低下しない電子銃、その駆動装置、およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an electron gun used in a variable shaped electron beam lithography apparatus, a driving apparatus thereof, and a control method thereof, and more particularly, an electron gun which does not deteriorate current density uniformity even when the cathode shape and dimensions change, and the driving apparatus thereof And a control method thereof.

可変成形電子ビーム描画装置は、断面積が大きく、かつ断面形状および寸法が可変のビームを用いた電子ビーム描画装置である。同装置は、主に半導体素子製造用フォトマスクの描画に用いられる。近年における半導体素子の微細化等に伴い、同装置に要求される描画精度は年々高くなっている。   The variable shaped electron beam drawing apparatus is an electron beam drawing apparatus using a beam having a large cross-sectional area and a variable cross-sectional shape and size. This apparatus is mainly used for drawing a photomask for manufacturing semiconductor elements. With the recent miniaturization of semiconductor elements and the like, the drawing accuracy required for the apparatus is increasing year by year.

同装置の描画精度を向上させるには、被描画材料すなわちレジスト(感光剤)の塗布された材料に与えられる露光量(電流密度と露光時間の積)を、精度良く制御することが要求される。これは、露光の結果レジストに転写される図形の寸法が、同露光量に依存するためである。   In order to improve the drawing accuracy of the apparatus, it is necessary to accurately control the exposure amount (product of current density and exposure time) given to the drawing material, that is, the material coated with the resist (photosensitive agent). . This is because the size of the figure transferred to the resist as a result of exposure depends on the exposure amount.

上記要求のためには、被描画材料を露光する電子ビームの電流密度安定性および均一性を高く保つことが必要となる。これは、同安定性が低くなれば、レジストに転写される図形の寸法の時間的な変動が大きくなり、同均一性が低くなれば、同図形の部分的な露光過多あるいは不足に起因する寸法誤差が大きくなることによる。   In order to meet the above requirements, it is necessary to maintain high current density stability and uniformity of the electron beam for exposing the drawing material. This is because if the stability is lowered, the temporal variation of the dimension of the figure transferred to the resist becomes larger. If the uniformity is lowered, the dimension is caused by partial overexposure or underexposure of the figure. This is due to the increased error.

上記安定性および均一性は、電子ビームを発生する電子銃およびその制御方法に依存する。可変成形電子ビーム描画装置に向けた電子銃およびその駆動装置として、従来から用いられているものを図1に示す。同図の電子銃は、熱電子放出型の電子銃である。その制御は、自己バイアス方式と呼ばれる制御方式に基づく。   The stability and uniformity depend on the electron gun that generates the electron beam and its control method. FIG. 1 shows a conventionally used electron gun and its driving device for a variable shaped electron beam drawing apparatus. The electron gun in the figure is a thermionic emission type electron gun. The control is based on a control method called a self-bias method.

図1の電子銃およびその駆動装置は、同図に示すように、カソード1、アノード2、グリッド3、カソード加熱電源4、加速電圧源5、および自己(セルフ)バイアス抵抗器6から構成される。   1 includes a cathode 1, an anode 2, a grid 3, a cathode heating power source 4, an acceleration voltage source 5, and a self (self) bias resistor 6, as shown in FIG. .

同電子銃および駆動装置は、上記構成のもと、電子ビーム7を生成し、同ビームをアノード2の開口から放出する。その際、同電子銃は、図1に示すように、その内部において同ビームを収束し、クロスオーバー8(ビーム径が最小となる部分)を結ぶ。   The electron gun and the driving device generate the electron beam 7 and emit the beam from the opening of the anode 2 based on the above configuration. At that time, as shown in FIG. 1, the electron gun converges the same beam inside and ties a crossover 8 (a portion where the beam diameter is minimized).

同電子銃および駆動装置の上記動作は、第一に、カソード1からの熱電子の発生、第二に、加速電圧による同電子の加速、第三に、バイアス電圧によるエミッション電流の制限という動作原理に基づく。ここで、加速電圧およびバイアス電圧とは、それぞれカソード1とアノード2間およびカソード1とグリッド3間の電圧を指す。また、エミッション電流とは、カソード1からアノード2の向きに流れる電流を指す。   The above-described operation of the electron gun and the driving device is based on the operating principle of first generation of thermoelectrons from the cathode 1, second acceleration of the electron by acceleration voltage, and third limitation of emission current by bias voltage. based on. Here, the acceleration voltage and the bias voltage refer to voltages between the cathode 1 and the anode 2 and between the cathode 1 and the grid 3, respectively. The emission current refers to a current that flows from the cathode 1 to the anode 2.

上記原理のうち、まず、熱電子の発生は、カソード1に接触させた発熱体(図示せず)にカソード加熱電源4の出力電流を供給することによる。第二に、同電子の加速は、加速電圧源5の出力電圧を、自己バイアス抵抗器6を介してカソード1とアノード2間に印加することによる。ただし、アノード2の電位は、それ以降の光学系および被描画材料の電位と同様にグランド電位とされるため、カソード1の電位の符号は負となる。第三に、エミッション電流の制限は、同電流が自己バイアス抵抗器6に流れることで同抵抗器の両端間に発生する電圧を、バイアス電圧として利用することによる。すなわち、上記構成におけるバイアス電圧はエミッション電流に比例する。ただし、上記エミッション電流の符号は負であるため、グリッド3の電位はカソード1の電位より低くなる。   Among the above principles, first, the generation of the thermoelectrons is caused by supplying the output current of the cathode heating power source 4 to a heating element (not shown) brought into contact with the cathode 1. Second, the acceleration of the electrons is caused by applying the output voltage of the acceleration voltage source 5 between the cathode 1 and the anode 2 via the self-bias resistor 6. However, since the potential of the anode 2 is set to the ground potential in the same manner as the potential of the optical system and the drawing material thereafter, the sign of the potential of the cathode 1 is negative. Third, the emission current is limited because the voltage generated between both ends of the resistor due to the current flowing through the self-bias resistor 6 is used as the bias voltage. That is, the bias voltage in the above configuration is proportional to the emission current. However, since the sign of the emission current is negative, the potential of the grid 3 is lower than the potential of the cathode 1.

上記バイアス電圧のようにエミッション電流に依存するバイアス電圧は、自己バイアス電圧と呼ばれる。これに対し、エミッション電流に依存しないバイアス電圧は、固定バイアス電圧と呼ばれる。   A bias voltage depending on the emission current like the bias voltage is called a self-bias voltage. On the other hand, a bias voltage that does not depend on the emission current is called a fixed bias voltage.

上記バイアス電圧すなわち自己バイアス電圧は、上記性質のため、エミッション電流に対し負の帰還を与える。従って、同電流を変動させうる何らかの因子が発生しても、自己バイアス電圧のこの作用により、同電流の変動は小さく抑えられる。従来の電子ビーム描画装置はこのことを利用し、エミッション電流を、ひいては電子ビームの電流密度を、安定化させていた。   The bias voltage, that is, the self-bias voltage, provides negative feedback with respect to the emission current due to the above property. Therefore, even if any factor that can cause the current to fluctuate occurs, the fluctuation of the current can be kept small by this action of the self-bias voltage. The conventional electron beam drawing apparatus utilizes this fact to stabilize the emission current and, consequently, the current density of the electron beam.

ただし、上記構成において自己バイアス電圧を発生させると、図1から分かるように、加速電圧源4の負側の電位は、グリッド3の電位とは等しくなるが、カソード1の電位とは等しくなくなる。すなわち、エミッション電流が零でない限り、カソード1とアノード2間の電圧すなわち加速電圧は、加速電圧源4の出力電圧と等しくなく、エミッション電流に依存する。   However, when a self-bias voltage is generated in the above configuration, as can be seen from FIG. 1, the potential on the negative side of the acceleration voltage source 4 is equal to the potential of the grid 3, but not the potential of the cathode 1. That is, as long as the emission current is not zero, the voltage between the cathode 1 and the anode 2, that is, the acceleration voltage is not equal to the output voltage of the acceleration voltage source 4 and depends on the emission current.

そこで、実際には、上記構成に対し、エミッション電流によらず加速電圧が一定に保たれるような制御(図示せず)が施される。具体的には、同制御は、カソード1の電位を検出し、その変化を補償すべく加速電圧源4の出力電圧を変化させることによる。   Therefore, in practice, control (not shown) is performed on the above configuration so that the acceleration voltage is kept constant regardless of the emission current. Specifically, this control is based on detecting the potential of the cathode 1 and changing the output voltage of the acceleration voltage source 4 to compensate for the change.

特開2005−26241JP-A-2005-26241

従来の可変成形電子ビーム描画装置における電子ビーム、すなわち図1の電子銃および駆動装置の生成する電子ビーム7に対しその電流密度安定性を高くするには、以上で示したように、同電子銃に対し自己バイアス方式に基づく制御を実施すればよい。一方、同ビームに対しその電流密度均一性を高くするには、同電子銃に対しバイアス電圧を適正に設定することが求められる。これは、同均一性がバイアスの深さに依存するためである。ここで、バイアスの深さとは、バイアス電圧がエミッション電流を制限する度合いを表す。つまり、バイアスが深いとき、エミッション電流は強く制限され、小さくなる。   In order to increase the current density stability of the electron beam in the conventional variable shaped electron beam drawing apparatus, that is, the electron beam 7 generated by the electron gun and the driving device of FIG. 1, as described above, However, control based on the self-bias method may be performed. On the other hand, in order to increase the current density uniformity for the beam, it is required to appropriately set the bias voltage for the electron gun. This is because the uniformity depends on the depth of the bias. Here, the depth of the bias represents the degree to which the bias voltage limits the emission current. That is, when the bias is deep, the emission current is strongly limited and decreases.

電子ビーム7の電流密度均一性がバイアスの深さに依存するのは、上記構成においてバイアス電圧によりエミッション電流が制限される際、同電圧によりカソード1におけるエミッション領域(熱電子放出領域)が制限されることによる。同領域は、上記電子銃の通常の使用状態においては、カソード1の先端付近に局在している。   The current density uniformity of the electron beam 7 depends on the bias depth. When the emission current is limited by the bias voltage in the above configuration, the emission region (thermionic emission region) in the cathode 1 is limited by the voltage. By. This region is localized near the tip of the cathode 1 in the normal use state of the electron gun.

ただし、上記領域の大きさは、カソード1の先端径に依存する。カソード1の先端は、図1から分かるように、平坦に加工されている。同先端がこのように平坦とされるのは、電子ビーム7の被描画材料上における断面積すなわち露光領域をできるだけ大きくする(下記成形開口板の照射領域を大きくする)という要求からである。   However, the size of the region depends on the tip diameter of the cathode 1. As can be seen from FIG. 1, the tip of the cathode 1 is processed flat. The reason why the tip is made flat in this way is that the cross-sectional area of the electron beam 7 on the material to be drawn, that is, the exposure area is as large as possible (the irradiation area of the shaped aperture plate described below is increased).

電子ビーム7の電流密度分布を図2に示す。図2(a)は図1の電子銃に対しバイアスが浅すぎる場合、図2(b)はバイアスが深すぎる場合、図2(c)はバイアスが適正な場合の電流密度分布を表す。   The current density distribution of the electron beam 7 is shown in FIG. 2A shows the current density distribution when the bias is too shallow with respect to the electron gun of FIG. 1, FIG. 2B shows the current density distribution when the bias is too deep, and FIG. 2C shows the current density when the bias is appropriate.

ただし、これらの表す電流密度は、電子ビーム7の成形開口板上における電流密度分布である。ここで、成形開口板とは、被描画材料上における同ビームによる露光領域の形状および寸法を決定するための開口(絞り)を有する板状部材を指す。また、各図にて2本の破線間に限定された領域は、同開口板の開口に相当する。つまり、同領域内の電流密度分布が被描画材料上の露光量分布に反映される。   However, these current densities are the current density distribution of the electron beam 7 on the shaped aperture plate. Here, the molded aperture plate refers to a plate-like member having an aperture (a stop) for determining the shape and size of an exposure region by the same beam on the drawing material. Moreover, the area | region limited between two broken lines in each figure is equivalent to opening of the opening plate. That is, the current density distribution in the same region is reflected in the exposure amount distribution on the drawing material.

上記電子銃に対しバイアスが浅すぎる場合には、図2(a)に示すように、電流密度分布は凹型になる。この場合、カソード1におけるエミッション領域は大きく、同カソードの平坦部より根元側の領域にまで及んでいる。逆にバイアスが深すぎる場合には、図2(b)に示すように、凸型になる。この場合、カソード1におけるエミッション領域は小さく、同平坦部の中央付近に収まっている。これらのいずれの場合においても、電流密度均一性は低い。   When the bias is too shallow with respect to the electron gun, the current density distribution becomes concave as shown in FIG. In this case, the emission region in the cathode 1 is large and extends from the flat part of the cathode to the region on the root side. On the other hand, when the bias is too deep, a convex shape is formed as shown in FIG. In this case, the emission region in the cathode 1 is small and is located near the center of the flat portion. In any of these cases, the current density uniformity is low.

しかし、バイアスが適正な場合には、このような凹凸が中和され、図2(c)に示すように、電流密度分布は平坦となる。すなわち、電流密度均一性は高くなる。厳密には、同分布は完全には平坦ではないが、上記領域すなわち成形開口板の開口においては、実質的に平坦と見なせる。   However, when the bias is appropriate, such unevenness is neutralized, and the current density distribution becomes flat as shown in FIG. That is, the current density uniformity is increased. Strictly speaking, the distribution is not completely flat, but can be regarded as substantially flat in the above-mentioned region, ie, the opening of the shaped aperture plate.

電子ビーム7の電流密度均一性はこのようにバイアスを適正とすることで高くなるが、同均一性は、時間とともに変化しうる。これは、カソード1が、その加熱の結果、時間とともに消耗し、その形状・寸法を変えることによる。従って、上記電子銃の使用開始時点において、バイアスが適正であり、電子ビーム7の電流密度均一性が高かったとしても、同均一性は、その後、同電子銃の使用時間とともに低下しうる。   The current density uniformity of the electron beam 7 is increased by making the bias appropriate in this way, but the uniformity can change with time. This is because the cathode 1 is consumed over time as a result of the heating, and changes its shape and dimensions. Therefore, even if the bias is appropriate and the current density uniformity of the electron beam 7 is high at the start of use of the electron gun, the uniformity can subsequently decrease with the use time of the electron gun.

カソード1がその消耗とともに形状・寸法を変える様子を、図3に示す。図3(a)はカソード1の先端角が大きい場合の、図3(b)は同先端角が小さい場合の形状・寸法変化を表す。   FIG. 3 shows how the cathode 1 changes its shape and dimensions as it is consumed. FIG. 3A shows a change in shape and dimensions when the tip angle of the cathode 1 is large, and FIG. 3B shows a change in shape and dimensions when the tip angle is small.

図3から分かるように、カソード1の消耗とともに、その先端は後退(根元側に移動)し、それと同時に先端径は小さくなる。ただし、図3において、tは同カソードの先端の後退量、dおよびd’はそれぞれ同カソードの消耗前および消耗後の先端径を表す。   As can be seen from FIG. 3, as the cathode 1 is consumed, the tip of the cathode 1 retreats (moves toward the base side), and at the same time, the tip diameter decreases. In FIG. 3, t represents the retreat amount of the tip of the cathode, and d and d 'represent the tip diameters before and after the cathode is consumed.

このようにカソード1の先端が後退すると、同カソードの先端からグリッド3の開口までの距離が増加する。その結果、カソード1の先端付近の電位が下がり、エミッション領域が小さくなる。このことは、バイアスが深くなることに相当する。   When the tip of the cathode 1 moves backward in this way, the distance from the tip of the cathode to the opening of the grid 3 increases. As a result, the potential near the tip of the cathode 1 decreases, and the emission region becomes smaller. This corresponds to a deeper bias.

しかし、それと同時にカソード1の先端径が小さくなると、バイアスはその分だけ浅くなる。これは、同先端径の減少とともにカソード1におけるエミッション領域が小さくなり、エミッション電流が減少する(自己バイアスが浅くなる)ことによる。   However, when the tip diameter of the cathode 1 becomes smaller at the same time, the bias becomes shallower accordingly. This is because as the tip diameter decreases, the emission region in the cathode 1 becomes smaller and the emission current decreases (self-bias becomes shallower).

後者のメカニズムに基づくバイアス変化は、カソード1の先端角が小さい場合(図3(b))に顕著になる。これは、同先端角が小さいと、先端後退量tに対する先端径減少量Δd=d−d’の比が大きくなることによる。   The bias change based on the latter mechanism becomes significant when the tip angle of the cathode 1 is small (FIG. 3B). This is because when the tip angle is small, the ratio of the tip diameter reduction amount Δd = d−d ′ to the tip retraction amount t is increased.

請求項1記載の発明は、電子を放出するカソードと、
該カソードから放出された電子を加速するためのアノードと、
前記カソードから生じた電子ビームのクロスオーバーを結ぶとともに前記カソードから流れるエミッション電流Ieを制限するためのグリッドと、
前記カソードを加熱するためのカソード加熱電源と、
前記グリッドと前記カソード間にバイアス電圧Vbを印加するバイアス電圧発生部であって、自己バイアス抵抗器と、固定バイアス電圧を印加するための固定バイアス電圧印加手段とを備え、
前記自己バイアス抵抗器の抵抗すなわち自己バイアス抵抗と前記エミッション電流Ieとの積を自己バイアス電圧とし、
該自己バイアス電圧と前記固定バイアス電圧との和を前記バイアス電圧Vbとしたバイアス電圧発生部と、
からなる電子銃およびその駆動装置であって、
前記クロスオーバーから発散する電子ビームの電流密度均一性を最高とする前記バイアス電圧Vbの値を前記バイアス電圧Vbの最適値とし、
前記バイアス電圧Vbを前記最適値に一致させたときに流れる前記エミッション電流Ieの値を前記エミッション電流Ieの最適値とし、
前記カソードの消耗の度合いの異なる複数の時点におけるこれらの最適値に対する回帰直線Ie=Vb/C−D/CすなわちVb=C・Ie+Dの一次項の係数Cおよび定数項Dと前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧とを各々一致させたことを特徴とする電子銃およびその駆動装置である。
The invention according to claim 1 is a cathode for emitting electrons,
An anode for accelerating electrons emitted from the cathode;
A grid for connecting a crossover of electron beams generated from the cathode and limiting an emission current Ie flowing from the cathode;
A cathode heating power source for heating the cathode;
A bias voltage generator for applying a bias voltage Vb between the grid and the cathode, comprising a self-bias resistor and a fixed bias voltage applying means for applying a fixed bias voltage;
The product of the resistance of the self-bias resistor, that is, the self-bias resistor and the emission current Ie is a self-bias voltage,
A bias voltage generation unit in which the sum of the self-bias voltage and the fixed bias voltage is the bias voltage Vb ;
An electron gun and a driving device thereof,
The value of the bias voltage Vb to the maximum current density uniformity of the electron beam emanating from the cross-over to the optimum value of the bias voltage Vb,
The value of the emission current Ie flowing through the bias voltage Vb when fitted to the said optimum value and the optimum value of the emission current Ie,
The regression line Ie = Vb / C−D / C, that is, Vb = C · Ie + D, the first order term coefficient C, the constant term D, the self-bias resistance, An electron gun and a driving device thereof, wherein the fixed bias voltages are made to coincide with each other.

請求項2記載の発明は、前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧を可変とした請求項1記載の電子銃およびその駆動装置である。   The invention according to claim 2 is the electron gun and the driving device thereof according to claim 1, wherein the self-bias resistor and the fixed bias voltage are variable.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の電子銃およびその駆動装置に対する制御方法であって、
前記カソードの消耗の度合いの異なる複数の時点において前記電子ビームの電流密度均一性を測定する第1の工程と、
前記複数の時点における前記バイアス電圧Vbおよび前記エミッション電流Ieの最適値を特定し該最適値を記憶する第2の工程と、
前記最適値に対する前記回帰直線を決定する第3の工程と、
前記一次項の係数Cおよび定数項Dに前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧を各々一致させる第4の工程と、
からなる電子銃およびその駆動装置の制御方法である。
The invention described in claim 3 is a control method for the electron gun and the driving device thereof according to claim 2,
A first step of measuring current density uniformity of the electron beam at a plurality of time points with different degrees of consumption of the cathode;
A second step of identifying optimum values of the bias voltage Vb and the emission current Ie at the plurality of times and storing the optimum values;
A third step of determining the regression line for the optimal value;
A fourth step of causing the self-bias resistor and the fixed bias voltage to coincide with the coefficient C and the constant term D of the primary term,
And a method for controlling the driving device thereof.

請求項1記載の発明によれば、所定の形状・寸法のカソードを用いた電子銃に対し、同カソードの消耗に関わらず、同電子銃の生成する電子ビームの電流密度均一性を高く保つことができる。   According to the first aspect of the present invention, with respect to an electron gun using a cathode having a predetermined shape and size, the current density uniformity of the electron beam generated by the electron gun is kept high regardless of the consumption of the cathode. Can do.

請求項2記載の発明によれば、用いられるカソードの形状・寸法が変わり、それに伴い前記回帰直線の一次項の係数Cおよび定数項Dの値が変わっても、これらの値に前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧をそれぞれ一致させることができる。すなわち、異なる形状・寸法のカソードに対応することができる。   According to the second aspect of the present invention, even if the shape and dimensions of the cathode used are changed, and the values of the coefficient C and the constant term D of the primary term of the regression line are changed accordingly, the self-bias resistance is changed to these values. And the fixed bias voltage can be matched. That is, it is possible to deal with cathodes having different shapes and dimensions.

請求項3記載の発明によれば、請求項1または2記載の発明において採用すべき自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧の値を決定することができる。   According to the third aspect of the present invention, the values of the self-bias resistor and the fixed bias voltage to be adopted in the first or second aspect of the invention can be determined.

従来の可変成形電子ビーム描画装置に用いられる一般的な電子銃を表す図である。It is a figure showing the general electron gun used for the conventional variable shaping | molding electron beam drawing apparatus. 電子ビーム7の電流密度分布を表す図である。3 is a diagram illustrating a current density distribution of an electron beam 7. FIG. カソード1の消耗に伴うその形状・寸法の変化を表す図である。It is a figure showing the change of the shape and dimension accompanying consumption of the cathode 1. FIG. 本発明を実施するための代表的な形態の図である。It is a figure of the typical form for implementing this invention. 自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧の設定の流れを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the flow of the setting of a self-bias resistance and a fixed bias voltage. 電子ビーム7により第1の成形開口板12が走査される様子を表す図である。It is a figure showing a mode that the 1st shaping | molding aperture plate 12 is scanned by the electron beam 7. FIG. カソード1の消耗に伴うバイアス電圧Vbおよびエミッション電流Ieの最適値の推移を説明する図である。It is a figure explaining transition of the optimum value of bias voltage Vb and emission current Ie accompanying consumption of cathode 1. FIG. カソード1の消耗の度合いの異なる複数の時点におけるバイアス電圧Vbおよびエミッション電流Ieの最適値に対する回帰直線Vb=C・Ie+Dを説明する図である。It is a figure explaining the regression line Vb = C * Ie + D with respect to the optimal value of the bias voltage Vb and the emission current Ie in several time points from which the degree of consumption of the cathode 1 differs.

以下に、本発明を実施するための代表的な形態として、本発明を適用した可変成形電子ビーム描画装置の例について説明する。同装置の構成を図4に示す。   Hereinafter, an example of a variable shaped electron beam drawing apparatus to which the present invention is applied will be described as a typical form for carrying out the present invention. The configuration of this apparatus is shown in FIG.

本装置は、図4に示すように、本発明による電子銃およびその駆動装置、照射光学系(アノード2から第1の成形開口板12まで)、成形光学系(第1の成形開口板12から第2の成形開口板19まで)、縮小投影光学系(第2の成形開口板19から被描画材料16まで)、およびこれらに対する制御系からなる。   As shown in FIG. 4, the apparatus includes an electron gun according to the present invention, a driving apparatus for the electron gun, an irradiation optical system (from the anode 2 to the first molded aperture plate 12), and a molded optical system (from the first molded aperture plate 12). (Up to the second shaping aperture plate 19), a reduction projection optical system (from the second shaping aperture plate 19 to the drawing material 16), and a control system for these.

本装置の電子銃およびその駆動装置は、図4に示すように、カソード1、アノード2、グリッド3、カソード加熱電源4、加速電圧源5、自己バイアス抵抗器6、固定バイアス電圧源9、およびエミッション電流計10から構成される。   As shown in FIG. 4, the electron gun and its driving device of this apparatus include a cathode 1, an anode 2, a grid 3, a cathode heating power supply 4, an acceleration voltage source 5, a self-bias resistor 6, a fixed bias voltage source 9, and It consists of an emission ammeter 10.

上記構成要素のうち、カソード1、アノード2、グリッド3、カソード加熱電源4、加速電圧源5、および自己バイアス抵抗器6は、図1の電子銃および駆動装置におけるそれらと同じである。ただし、自己バイアス抵抗器6の抵抗は可変とする。   Among the above components, the cathode 1, the anode 2, the grid 3, the cathode heating power source 4, the acceleration voltage source 5, and the self-bias resistor 6 are the same as those in the electron gun and driving device of FIG. However, the resistance of the self-bias resistor 6 is variable.

すなわち、本装置の電子銃およびその駆動装置は、図1の電子銃および駆動装置に対し、固定バイアス電圧源9およびエミッション電流計10を追加したものである。   That is, the electron gun and its driving device of the present apparatus are obtained by adding a fixed bias voltage source 9 and an emission ammeter 10 to the electron gun and driving device of FIG.

これらのうち、固定バイアス電圧源9は、自己バイアス抵抗器6によるバイアス電圧すなわち自己バイアス電圧とは別に、固定バイアス電圧を、カソード1とグリッド3間に印加する。すなわち、本装置の電子銃におけるバイアス電圧は、自己バイアス抵抗器6による自己バイアス電圧と、固定バイアス電圧源9による固定バイアス電圧との和である。ただし、同電圧源の出力電圧は可変とする。一方、エミッション電流計10は、上記構成において流れるエミッション電流を測定する。   Among these, the fixed bias voltage source 9 applies a fixed bias voltage between the cathode 1 and the grid 3 separately from the bias voltage by the self-bias resistor 6, that is, the self-bias voltage. That is, the bias voltage in the electron gun of this apparatus is the sum of the self-bias voltage by the self-bias resistor 6 and the fixed bias voltage by the fixed bias voltage source 9. However, the output voltage of the same voltage source is variable. On the other hand, the emission ammeter 10 measures the emission current flowing in the above configuration.

上記構成における固定バイアス電圧の発生は、固定バイアス電圧源9を用いる代わりに、自己バイアス抵抗器6の両端部間あるいは同抵抗器のカソード1側端部とグランド間に電流源を設け、同電流源の出力電流をエミッション電流とともに同抵抗器に流すことによってもよい。そのようにすれば、同抵抗器の両端部間に、バイアス電圧として、自己バイアス電圧と固定バイアス電圧の和が発生する。   In the above configuration, the fixed bias voltage is generated by providing a current source between both ends of the self-bias resistor 6 or between the cathode 1 side end of the resistor and the ground instead of using the fixed bias voltage source 9. The output current of the source may be passed through the resistor together with the emission current. By doing so, a sum of a self-bias voltage and a fixed bias voltage is generated as a bias voltage between both ends of the resistor.

本装置の電子銃およびその駆動装置の動作は、バイアス電圧が上記のように自己バイアス電圧と固定バイアス電圧の和となることを除いては、図1のそれらの動作と基本的に同じである。すなわち、カソード1から発生した電子が加速電圧により加速された結果、アノード2の開口から電子ビーム7が放出される。その際、エミッション電流はバイアス電圧により制限される。   The operation of the electron gun of this device and its driving device is basically the same as those of FIG. 1 except that the bias voltage is the sum of the self-bias voltage and the fixed bias voltage as described above. . That is, as a result of the electrons generated from the cathode 1 being accelerated by the acceleration voltage, the electron beam 7 is emitted from the opening of the anode 2. At that time, the emission current is limited by the bias voltage.

本装置の照射光学系は、上記電子銃から供給された電子ビーム7を照射レンズ11により収束し、同ビームにより第1の成形開口板12を照射する。その際、照射レンズ11は、同開口板の下に第1の光源の像(図示せず)を結ぶ。   The irradiation optical system of this apparatus converges the electron beam 7 supplied from the electron gun by the irradiation lens 11 and irradiates the first shaping aperture plate 12 with the beam. At that time, the irradiation lens 11 forms an image (not shown) of the first light source under the aperture plate.

同光学系には、上記構成要素のほか、ブランカー13および照射アライナー14が備えられる。これらのうち、ブランカー13は静電型の偏向器である。同ブランカーは、露光時間を制御する。同ブランカーにはブランカー電源(図示せず)が接続されている。同電源が同ブランカーに電圧を印加すると、電子ビーム7は同ブランカーにより偏向され、ブランキング開口板15の非開口部に遮られる。その結果、電子ビーム7は被描画材料16に到達しなくなる。一方、照射アライナー14は、磁界型の偏向器である。同アライナーは、第1の成型開口板12の開口に対する電子ビーム7の入射位置を制御する。同アライナーにはアライナー駆動アンプ17が接続されている。同アンプは同アライナーに必要に応じた電流を供給する。   In addition to the above components, the optical system includes a blanker 13 and an irradiation aligner 14. Among these, the blanker 13 is an electrostatic deflector. The blanker controls the exposure time. A blanker power source (not shown) is connected to the blanker. When the same power source applies a voltage to the blanker, the electron beam 7 is deflected by the blanker and blocked by the non-opening portion of the blanking aperture plate 15. As a result, the electron beam 7 does not reach the drawing material 16. On the other hand, the irradiation aligner 14 is a magnetic field type deflector. The aligner controls the incident position of the electron beam 7 with respect to the opening of the first molded aperture plate 12. An aligner driving amplifier 17 is connected to the aligner. The amplifier supplies current to the aligner as needed.

本装置の成形光学系は、電子ビーム7により照射された第1の成形開口板12の開口の像を、成形レンズ18により、第2の成形開口板19上に投影する。その際、成形レンズ18は、ブランキング開口板15の高さ位置に第2の光源の像(図示せず)を結ぶ。   The shaping optical system of this apparatus projects an image of the opening of the first shaping aperture plate 12 irradiated by the electron beam 7 onto the second shaping aperture plate 19 by the shaping lens 18. At that time, the molded lens 18 forms an image (not shown) of the second light source at the height position of the blanking aperture plate 15.

同光学系には上記構成要素のほか、成形偏向器20が備えられる。同偏向器は静電型の偏向器である。同偏向器は、上記開口の像を第2の成形開口板19の開口に対し移動させることで、同像と同開口との重なり(論理積)により生じる図形の形状および寸法を制御する。同偏向器には偏向器駆動アンプ(図示せず)が接続されている。同アンプは同偏向器に必要に応じた電圧を印加する。   In addition to the above components, the optical system includes a shaping deflector 20. The deflector is an electrostatic deflector. The deflector moves the image of the opening with respect to the opening of the second shaping aperture plate 19, thereby controlling the shape and size of the figure generated by the overlap (logical product) of the image and the opening. A deflector drive amplifier (not shown) is connected to the deflector. The amplifier applies a voltage as necessary to the deflector.

同光学系にはさらに、第2の成形開口板19に入射する電子ビーム7の電流を測定する機能が備えられている。その測定のため、第2の成形開口板19には、第1の電子ビーム電流計21が接続されている。   The optical system further has a function of measuring the current of the electron beam 7 incident on the second shaping aperture plate 19. For the measurement, a first electron beam ammeter 21 is connected to the second shaped aperture plate 19.

本装置の縮小投影光学系は、第1の成形開口板12の開口像と第2の成形開口板19の開口との重なりにより生じる上記図形の像を、縮小レンズ22と対物レンズ23により、被描画材料16上に投影する。その結果、被描画材料16が露光される。その際、縮小レンズ22は、対物レンズ23の高さ位置に第3の光源の像(図示せず)を結ぶ。   The reduction projection optical system of the present apparatus uses the reduction lens 22 and the objective lens 23 to convert an image of the above-mentioned figure generated by the overlap of the opening image of the first shaping aperture plate 12 and the opening of the second shaping aperture plate 19. Project onto the drawing material 16. As a result, the drawing material 16 is exposed. At that time, the reduction lens 22 forms an image (not shown) of the third light source at the height position of the objective lens 23.

同光学系には上記構成要素のほか、対物偏向器24が備えられる。同偏向器は静電型の偏向器である。同偏向器は、上記図形の像を被描画材料16上の任意の位置に移動させることで、同材料上に所望の図形を描画する。同偏向器には偏向器駆動アンプ(図示せず)が接続されている。同アンプは同偏向器に必要に応じた電圧を印加する。   In addition to the above components, the optical system is provided with an objective deflector 24. The deflector is an electrostatic deflector. The deflector draws a desired figure on the material by moving the figure image to an arbitrary position on the drawing material 16. A deflector drive amplifier (not shown) is connected to the deflector. The amplifier applies a voltage as necessary to the deflector.

ただし、対物偏向器24により同像が移動する範囲には限りがある(一般には1mm四方程度)ため、被描画材料16上の広い範囲に渡り所望の図形を描画するには、同偏向器と材料ステージ25を併用する。   However, since the range in which the image is moved by the objective deflector 24 is limited (generally about 1 mm square), in order to draw a desired figure over a wide range on the drawing material 16, The material stage 25 is used together.

材料ステージ25には、ファラデーカップ26が設けられる。ファラデーカップ26には第2の電子ビーム電流計27が接続されている。従って、材料ステージ25によりファラデーカップ26を移動させ、それに電子ビームを入射させれば、描画中に被描画材料16に入射する電子ビーム7の電流を測定することができる。そして、同電流と被描画材料16上における電子ビーム7の断面積とから同ビームの電流密度が計算でき、同電流密度と必要な露光量とから必要な露光時間が計算できる。


The material stage 25 is provided with a Faraday cup 26. A second electron beam ammeter 27 is connected to the Faraday cup 26. Accordingly, if the Faraday cup 26 is moved by the material stage 25 and the electron beam 7 is made incident thereon, the current of the electron beam 7 incident on the drawing material 16 can be measured during drawing. The current density of the beam can be calculated from the current and the cross-sectional area of the electron beam 7 on the drawing material 16, and the required exposure time can be calculated from the current density and the required exposure amount.


本装置の制御系は、制御装置28、記憶装置29、および演算装置30からなる。制御装置28は、レンズ、偏向器、およびアライナー類に加え、自己バイアス抵抗器6および固定バイアス電圧源9を設定および制御するほか、エミッション電流計10をはじめとする電流計の測定値を読み取る。記憶装置29は、上記要素に関する設定値、測定値、および演算結果を記憶する。演算装置30は、上記測定値や、記憶装置29により記憶されているデータを用いて、上記設定および制御に必要な演算を行う。   The control system of this apparatus includes a control device 28, a storage device 29, and an arithmetic device 30. The control device 28 sets and controls the self-bias resistor 6 and the fixed bias voltage source 9 in addition to the lens, the deflector, and the aligners, and reads the measured values of the ammeters including the emission ammeter 10. The storage device 29 stores setting values, measured values, and calculation results related to the above elements. The computing device 30 performs computations necessary for the setting and control using the measured values and the data stored in the storage device 29.

本装置の電子銃およびその駆動装置において自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧を設定する流れを、以下に説明する。そのため、同流れを表すフローチャートを図5に示す。   The flow of setting the self-bias resistor and the fixed bias voltage in the electron gun of this apparatus and its driving apparatus will be described below. Therefore, a flowchart showing the same flow is shown in FIG.

まず、メインルーチン(図5(a))について説明する。同ルーチンの制御は制御装置28により、同ルーチンに関わる数値の記憶は記憶装置29に、それらに関する演算は演算装置30による。   First, the main routine (FIG. 5A) will be described. The control of the routine is performed by the control device 28, the numerical values related to the routine are stored in the storage device 29, and the calculation related thereto is performed by the arithmetic device 30.

工程M1:自己バイアス抵抗を使用上の最小値に設定する。
工程M2:ループ変数iを初期化する。すなわちi=0とする。
工程M3:サブルーチンを実行する。同ルーチンは、固定バイアス電圧を振りながら電流密度むらUを測定し、固定バイアス電圧の最適値、すなわち電流密度むらUの値が最小となる固定バイアス電圧の値を特定する。
Step M1: Set the self-bias resistance to the minimum value for use.
Step M2: The loop variable i is initialized. That is, i = 0.
Step M3: A subroutine is executed. The routine measures the current density unevenness U while swinging the fixed bias voltage, and specifies the optimum value of the fixed bias voltage, that is, the value of the fixed bias voltage that minimizes the current density unevenness U.

工程M4:固定バイアス電圧を上記最適値に設定した場合に、電流密度均一性Uがその基準ε未満となるか、すなわちU<εが満たせるかどうか判定する。これが満たせなければメインルーチンを終了させるが、満たせれば工程M5に進む。   Step M4: When the fixed bias voltage is set to the optimum value, it is determined whether the current density uniformity U is less than the reference ε, that is, whether U <ε can be satisfied. If this is not satisfied, the main routine is terminated, but if it is satisfied, the process proceeds to step M5.

工程M5:固定バイアス電圧を上記最適値Vfに設定する。このとき、電流密度均一性は最も高くなる。 Step M5: a fixed bias voltage is set to the optimum value Vf i. At this time, the current density uniformity is the highest.

工程M6:エミッション電流Ieを測定し、記憶する。以降では、Ieはエミッション電流の最適値とする。 Step M6: The emission current Ie i is measured and stored. Hereinafter, Ie i is the optimum value of the emission current.

工程M7:バイアス電圧の最適値Vb=Rb・Ie+Vfを計算し、記憶する。ここで、Rbは自己バイアス抵抗の値を表すが、この時点ではまだその最適値ではない。 Step M7: Calculate and store the optimum bias voltage Vb i = Rb i · Ie i + Vf i . Here, Rb i represents the value of the self-bias resistance, but at this point it is not yet the optimum value.

工程M8:i=0かどうか判定する。i=0でなければ工程M16に進むが、i=0であれば工程M9に進む。   Step M8: Determine if i = 0. If i = 0, the process proceeds to Step M16, but if i = 0, the process proceeds to Step M9.

工程M9:制御装置28に備えられたタイマーを初期化する。   Step M9: A timer provided in the control device 28 is initialized.

工程M10:本装置を本来の目的のために運用する。すなわち、被描画材料16に対し描画を実施する。その際、電子ビーム7の電流をファラデーカップ26で適宜測定し、その都度、必要な露光時間を計算する。   Step M10: Operate this apparatus for its original purpose. That is, drawing is performed on the drawing material 16. At that time, the current of the electron beam 7 is appropriately measured by the Faraday cup 26, and the necessary exposure time is calculated each time.

工程M11:工程M10が完了するたびに上記タイマーを参照し、所定の時間(たとえば1週間)が経過したかどうか判定する。所定の時間が経過していなければ工程M10に戻り、本装置の運用を続けるが、経過していれば工程M12に進む。   Step M11: When the step M10 is completed, the timer is referred to and it is determined whether a predetermined time (for example, one week) has elapsed. If the predetermined time has not elapsed, the process returns to step M10, and the operation of the apparatus is continued. If it has elapsed, the process proceeds to step M12.

工程M12:電流密度Jの分布を測定する。そのため、アライナー駆動アンプ17に偏向信号を送り、同アンプを介して照射アライナー14により電子ビーム7を偏向し、図6に示すように同ビームにより第1の成形開口板12を走査する。そして、その際に第1の成形開口12の開口を通過した電子ビーム7を第2の成形開口板19の非開口部に入射させ、同ビームの電流を第1の電子ビーム電流計21により測定する。(必要があれば、成形偏向器20により同ビームを偏向し、同ビームが第2の成形開口板19の開口を通過しないようにする。)同電流の測定値は、上記偏向信号とともに、すなわち照射アライナー14による電子ビーム7の偏向量とともに記憶する。   Step M12: The distribution of current density J is measured. Therefore, a deflection signal is sent to the aligner driving amplifier 17, the electron beam 7 is deflected by the irradiation aligner 14 through the amplifier, and the first shaped aperture plate 12 is scanned by the beam as shown in FIG. At that time, the electron beam 7 that has passed through the opening of the first shaping aperture 12 is made incident on the non-opening portion of the second shaping aperture plate 19, and the current of the beam is measured by the first electron beam ammeter 21. To do. (If necessary, the beam is deflected by the shaping deflector 20 so that the beam does not pass through the opening of the second shaping aperture plate 19). This is stored together with the deflection amount of the electron beam 7 by the irradiation aligner 14.

工程M13:電流密度むらUを計算する。同むらUは、工程M12で得られた電流密度の最大値をJmax、最小値をJminとし、
U=|(Jmax−Jmin)/Jmax| (式1)
により計算する。
Step M13: Current density unevenness U is calculated. The unevenness U is defined as Jmax as the maximum value of the current density obtained in step M12, and Jmin as the minimum value.
U = | (Jmax−Jmin) / Jmax | (Formula 1)
Calculate according to

工程M14:電流密度均一性Uがその基準ε未満となるか、すなわちU<εが満たされるかどうか判定する。これが満たされれば工程M9に戻るが、満たされなければ工程M15に進む。   Step M14: It is determined whether the current density uniformity U is less than the reference ε, that is, whether U <ε is satisfied. If this is satisfied, the process returns to Step M9, but if not satisfied, the process proceeds to Step M15.

工程M15:ループ変数iの値を1だけ増加させる。   Step M15: Increase the value of the loop variable i by 1.

工程M16:工程M8にてi=0でなければ、自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧の最適値RbおよびVfを計算する。同最適値RbおよびVfは、
Vbi−1=Rb・Iei−1+Vfi−1 (式2)
Vb=Rb・Ie+Vf(式3)
を連立させて解く。すなわち、2点(Vbi−1,Iei−1)および(Vb,Ie)を通る直線Vb=Rb・Ie+Vfを決定する。
Step M16: Unless i = 0 in Step M8, the optimum values Rb i and Vf i of the self-bias resistor and the fixed bias voltage are calculated. The optimum values Rb i and Vf i are
Vb i-1 = Rb i · Ie i-1 + Vf i-1 (Formula 2)
Vb i = Rb i · Ie i + Vf i (Formula 3)
To solve the problem. That is, two points (Vb i-1, Ie i -1) and (Vb i, Ie i) determining a linear Vb = Rb i · Ie + Vf i that passes through the.

工程M17:自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧をこれらの最適値RbおよびVfに設定する。 Step M17: setting a self-bias resistor and a fixed bias voltage to the optimum values Rb i and Vf i.

以上がメインルーチンの全工程である。これらの工程により、カソードの消耗に関わらず、電子ビーム7の電流密度むらを小さく、すなわち電流密度均一性を高く保つことができる。   The above is the entire process of the main routine. By these steps, the current density unevenness of the electron beam 7 can be reduced, that is, the current density uniformity can be kept high regardless of the consumption of the cathode.

次に、サブルーチン(図5(b))について説明する。同ルーチンの制御は制御装置28により、同ルーチンに関わる数値の記憶は記憶装置29に、それらに関する演算は演算装置30による。   Next, the subroutine (FIG. 5B) will be described. The control of the routine is performed by the control device 28, the numerical values related to the routine are stored in the storage device 29, and the calculation related thereto is performed by the arithmetic device 30.

工程S1:固定バイアス電圧を使用上の最大値に設定する。   Step S1: A fixed bias voltage is set to a maximum value in use.

工程S2:電流密度Jの分布を測定する。その測定は工程M12の方法と同じ方法による。   Step S2: The distribution of the current density J is measured. The measurement is performed by the same method as in step M12.

工程S3:上記分布から電流密度むらUを計算し、固定バイアス電圧の値とともに記憶する。その計算は工程M13の方法と同じ方法による。   Step S3: The current density unevenness U is calculated from the above distribution and stored together with the value of the fixed bias voltage. The calculation is performed by the same method as that in step M13.

工程S4:固定バイアス電圧が使用上の最小値かどうか判定する。最小値でなければ工程S5に進むが、最小値であれば工程S6に進む。   Step S4: Determine whether the fixed bias voltage is the minimum value in use. If it is not the minimum value, the process proceeds to step S5. If it is the minimum value, the process proceeds to step S6.

工程S5:固定バイアス電圧を1ステップだけ減ずる。   Step S5: Decrease the fixed bias voltage by one step.

工程S6:工程S3にて記憶された電流密度むらUと固定バイアス電圧のデータから、固定バイアス電圧の最適値、すなわち電流密度むらUが最小となる固定バイアス電圧の値を特定する。   Step S6: The optimum value of the fixed bias voltage, that is, the value of the fixed bias voltage that minimizes the current density unevenness U is specified from the data of the current density unevenness U and the fixed bias voltage stored in Step S3.

以上がサブルーチンの全工程である。これらの工程により、固定バイアス電圧を振りながら電子ビーム7の電流密度むらUを測定し、固定バイアス電圧の最適値、すなわち同ビームの電流密度むらUが最小となる固定バイアス電圧の値を特定することができる。   The above is the whole process of the subroutine. Through these steps, the current density unevenness U of the electron beam 7 is measured while swinging the fixed bias voltage, and the optimum value of the fixed bias voltage, that is, the value of the fixed bias voltage that minimizes the current density unevenness U of the beam is specified. be able to.

上記メインルーチンおよびサブルーチンの実行により上記バイアス電圧Vbおよびエミッション電流Ieが変化する様子を、図7に示す。ただし、便宜上、バイアス電圧Vbおよびエミッション電流Ieの符号は正とする。すなわち、バイアス電圧Vbの値が正の向きに大きいとき、バイアスが深い。   FIG. 7 shows how the bias voltage Vb and the emission current Ie change due to the execution of the main routine and subroutine. However, for convenience, the signs of the bias voltage Vb and the emission current Ie are positive. That is, when the value of the bias voltage Vb is large in the positive direction, the bias is deep.

図7中、3点(Vb,Ie)、(Vb’,Ie’)、および(Vb,Ie)は、それぞれ、上記バイアス電圧Vbおよびエミッション電流Ieを表す点(Vb,Ie)の、工程M5(i=0)の直後、工程M17(i=1)の直前、工程M17(i=1)の直後における座標を表す。また、2点(Vb,Ie)および(Vb,Ie)を通る直線は、工程M16で決定される直線Vb=Rb・Ie+Vfに相当する。同直線は、自己バイアス電圧の最適値Rb・Ieと固定バイアス電圧の最適値Vfの和を表すと解釈できる。 In FIG. 7, the three points (Vb 0 , Ie 0 ), (Vb 0 ′, Ie 0 ′), and (Vb 1 , Ie 1 ) are points (Vb, The coordinates of Ie) immediately after the step M5 (i = 0), immediately before the step M17 (i = 1), and immediately after the step M17 (i = 1) are represented. A straight line passing through the two points (Vb 0 , Ie 0 ) and (Vb 1 , Ie 1 ) corresponds to the straight line Vb = Rb 1 · Ie + Vf 1 determined in step M16. This straight line can be interpreted as representing the sum of the optimum value Rb 1 · Ie of the self-bias voltage and the optimum value Vf 1 of the fixed bias voltage.

上記点(Vb,Ie)は、まず、カソード1の消耗とともに点(Vb,Ie)から点(Vb’,Ie’)に移動する。図7から分かるようにVb’<Vbであるから、点(Vb’,Ie’)においては、バイアスが浅い。従って、この点における電流密度分布は凹型となる(図2(a)参照)。 The point (Vb, Ie) is first point with consumption of the cathode 1 (Vb 0, Ie 0) from point (Vb 0 ', Ie 0' ) moves in. As can be seen from FIG. 7, since Vb 0 ′ <Vb 1 , the bias is shallow at the point (Vb 0 ′, Ie 0 ′). Therefore, the current density distribution at this point is concave (see FIG. 2A).

上記点(Vb,Ie)は次に、自己バイアス抵抗と固定バイアス抵抗が最適値に設定された結果、点(Vb’,Ie’)から点(Vb,Ie)に移動する。ただし、その移動は、図7中の左側の破線に沿う。同図中の破線は、エミッション電流のバイアス電圧依存性を表す。 Next, the point (Vb, Ie) moves from the point (Vb 0 ′, Ie 0 ′) to the point (Vb 1 , Ie 1 ) as a result of setting the self-bias resistor and the fixed bias resistor to the optimum values. However, the movement follows the broken line on the left side in FIG. The broken line in the figure represents the bias voltage dependence of the emission current.

上記点(Vb’ ,Ie’)が点(Vb,Ie)に一致しないのは、工程M1から工程M17の直前までは、自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧の値がそれぞれこれらの最適値RbおよびVfに一致していないことによる。 The above point (Vb 0 ′, Ie 0 ′) does not coincide with the point (Vb 1 , Ie 1 ) because the values of the self-bias resistance and the fixed bias voltage are respectively optimum from step M1 to immediately before step M17. This is because the values Rb 1 and Vf 1 do not match.

しかし、もし工程M5以前にRbがRbに一致していたとすれば、カソード1の消耗に伴う上記点(Vb,Ie)の移動は、近似的に上記直線Vb=Rb・Ie+Vfに沿うはずである。そしてこのことは、工程M15以降にも当てはまるはずである。これが、工程M16にて決定される自己バイアス抵抗および固定バイアス電圧の値RbおよびVfがそれぞれの最適値となる所以である。 However, if Rb 0 coincides with Rb 1 before the process M5, the movement of the point (Vb, Ie) accompanying the consumption of the cathode 1 is approximately the straight line Vb = Rb 1 · Ie + Vf 1 Should be along. This should also apply to step M15 and subsequent steps. This is the reason why the values Rb 1 and Vf 1 of the self-bias resistance and the fixed bias voltage determined in step M16 are the optimum values.

上記ルーチンにおいては、Rbは自己バイアス抵抗の使用上の最小値(工程M1)としたが、その代わりに、経験的に得られた自己バイアス抵抗の最適値としてもよい。そのようにすれば、上記点(Vb’ ,Ie’ )は点(Vb ,Ie)に近づく。すなわち、工程M5以降、電流密度均一性の高い状態が長く続く。 In the above routine, Rb 0 is the minimum value for use of the self-bias resistor (step M1), but instead, it may be an empirically obtained optimum value of the self-bias resistor. By doing so, the point (Vb 0 ′, Ie 0 ′) approaches the point (Vb 1 , Ie 1 ). That is, after the step M5, a state with high current density uniformity continues for a long time.

自己バイアス抵抗のこのような最適値としては、過去に得られたバイアス電圧およびエミッション電流の最適値VbおよびIe(i=0、1、2、・・・)に対する回帰直線Ie=Vb/C−D/Cすなわち
Vb=C・Ie+D (式4)
の一次項の係数Cを選択すればよい。これは、(式4)の第1項および第2項が、それぞれ、自己バイアス電圧の最適値、および固定バイアス抵抗の最適値に相当することによる。同直線を、バイアス電圧およびエミッション電流の最適値VbおよびIe(i=0、1、2、・・・)とともに、図8に示す。ただし、便宜上、バイアス電圧Vbおよびエミッション電流Ieの符号は正とする。
Such an optimum value of the self-bias resistor includes a regression line Ie = Vb / for the optimum values Vb i and Ie i (i = 0, 1, 2,...) Of the bias voltage and emission current obtained in the past. C−D / C, that is, Vb = C · Ie + D (Formula 4)
The coefficient C of the first-order term may be selected. This is because the first and second terms of (Equation 4) correspond to the optimum value of the self-bias voltage and the optimum value of the fixed bias resistor, respectively. The straight line is shown in FIG. 8 together with the optimum values Vb i and Ie i (i = 0, 1, 2,...) Of the bias voltage and the emission current. However, for convenience, the signs of the bias voltage Vb and the emission current Ie are positive.

もし上記最適値の標本数を2に限定すれば、上記手法は、工程M16の手法すなわち2点(Vfi−1,Iei−1)および(Vf,Ie)を通る直線Vb=Rb・Ie+Vfを決定する手法と等価である。つまり、工程M16で決定される直線は、上記回帰直線の特別な例である。 If the number of samples of the optimum value is limited to 2, the above method is the method of step M16, that is, a straight line Vb = Rb passing through two points (Vf i−1 , Ie i−1 ) and (Vf i , Ie i ). This is equivalent to the method of determining i · Ie + Vf i . That is, the straight line determined in step M16 is a special example of the regression line.

以上で示したように、本発明においては、自己バイアス抵抗と固定バイアス電圧を、カソード1の消耗の度合いの異なる複数の時点におけるバイアス電圧とエミッション電流の最適値に対する回帰直線から得られる最適値に設定する。そのため、カソード1の消耗に関わらず、電子ビーム7の電流密度均一性を高く保つことができる。   As described above, in the present invention, the self-bias resistor and the fixed bias voltage are set to the optimum values obtained from the regression lines with respect to the optimum values of the bias voltage and the emission current at a plurality of time points with different degrees of consumption of the cathode 1. Set. Therefore, the current density uniformity of the electron beam 7 can be kept high regardless of the consumption of the cathode 1.

1…カソード
2…アノード
3…グリッド
4…カソード加熱電源
5…加速電圧源
6…自己バイアス抵抗器
7…電子ビーム
8…クロスオーバー
9…固定バイアス電圧源
10…エミッション電流計
11…照射レンズ
12…第1の成形開口板
13…ブランカー
14…照射アライナー
15…ブランキング開口板
16…被描画材料
17…アライナー駆動アンプ
18…成形レンズ
19…第2の成形開口板
20…成形偏向器
21…第1の電子ビーム電流計
22…縮小レンズ、
23…対物レンズ
24…対物偏向器
25…材料ステージ
26…ファラデーカップ
27…第2の電子ビーム電流計
28…制御装置
29…記憶装置
30…演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode 2 ... Anode 3 ... Grid 4 ... Cathode heating power supply 5 ... Acceleration voltage source 6 ... Self bias resistor 7 ... Electron beam 8 ... Crossover 9 ... Fixed bias voltage source 10 ... Emission ammeter 11 ... Irradiation lens 12 ... 1st shaping | molding aperture plate 13 ... Blanker 14 ... Irradiation aligner 15 ... Blanking aperture plate 16 ... Drawing material 17 ... Aligner drive amplifier 18 ... Molding lens 19 ... 2nd shaping aperture plate 20 ... Molding deflector 21 ... 1st Electron beam ammeter 22 ... reduction lens,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Objective lens 24 ... Objective deflector 25 ... Material stage 26 ... Faraday cup 27 ... Second electron beam ammeter 28 ... Control device 29 ... Storage device 30 ... Arithmetic device

Claims (3)

電子を放出するカソードと、
該カソードから放出された電子を加速するためのアノードと、
前記カソードから生じた電子ビームのクロスオーバーを結ぶとともに前記カソードから流れるエミッション電流Ieを制限するためのグリッドと、
前記カソードを加熱するためのカソード加熱電源と、
前記グリッドと前記カソード間にバイアス電圧Vbを印加するバイアス電圧発生部であって、自己バイアス抵抗器と、固定バイアス電圧を印加するための固定バイアス電圧印加手段とを備え、
前記自己バイアス抵抗器の抵抗すなわち自己バイアス抵抗と前記エミッション電流Ieとの積を自己バイアス電圧とし、
該自己バイアス電圧と前記固定バイアス電圧との和を前記バイアス電圧Vbとしたバイアス電圧発生部と、
からなる電子銃およびその駆動装置であって、
前記クロスオーバーから発散する電子ビームの電流密度均一性を最高とする前記バイアス電圧Vbの値を前記バイアス電圧Vbの最適値とし、
前記バイアス電圧Vbを前記最適値に一致させたときに流れる前記エミッション電流Ieの値を前記エミッション電流Ieの最適値とし、
前記カソードの消耗の度合いの異なる複数の時点におけるこれらの最適値に対する回帰直線Ie=Vb/C−D/CすなわちVb=C・Ie+Dの一次項の係数Cおよび定数項Dと前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧とを各々一致させたことを特徴とする電子銃およびその駆動装置。
A cathode that emits electrons;
An anode for accelerating electrons emitted from the cathode;
A grid for connecting a crossover of electron beams generated from the cathode and limiting an emission current Ie flowing from the cathode;
A cathode heating power source for heating the cathode;
A bias voltage generator for applying a bias voltage Vb between the grid and the cathode, comprising a self-bias resistor and a fixed bias voltage applying means for applying a fixed bias voltage;
The product of the resistance of the self-bias resistor, that is, the self-bias resistor and the emission current Ie is a self-bias voltage,
A bias voltage generation unit in which the sum of the self-bias voltage and the fixed bias voltage is the bias voltage Vb ;
An electron gun and a driving device thereof,
The value of the bias voltage Vb to the maximum current density uniformity of the electron beam emanating from the cross-over to the optimum value of the bias voltage Vb,
The value of the emission current Ie flowing through the bias voltage Vb when fitted to the said optimum value and the optimum value of the emission current Ie,
The regression line Ie = Vb / C−D / C, that is, Vb = C · Ie + D, the first order term coefficient C, the constant term D, the self-bias resistance, An electron gun and a driving apparatus thereof, wherein the fixed bias voltages are made to coincide with each other.
前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧を可変とした請求項1記載の電子銃およびその駆動装置。 The electron gun and its driving device according to claim 1, wherein the self-bias resistor and the fixed bias voltage are variable. 請求項2記載の電子銃およびその駆動装置に対する制御方法であって、
前記カソードの消耗の度合いの異なる複数の時点において前記電子ビームの電流密度均一性を測定する第1の工程と、
前記複数の時点における前記バイアス電圧Vbおよび前記エミッション電流Ieの最適値を特定し該最適値を記憶する第2の工程と、
前記最適値に対する前記回帰直線を決定する第3の工程と、
前記一次項の係数Cおよび定数項Dに前記自己バイアス抵抗および前記固定バイアス電圧を各々一致させる第4の工程と、
からなる電子銃およびその駆動装置の制御方法。
A control method for the electron gun and its driving device according to claim 2,
A first step of measuring current density uniformity of the electron beam at a plurality of time points with different degrees of consumption of the cathode;
A second step of identifying optimum values of the bias voltage Vb and the emission current Ie at the plurality of times and storing the optimum values;
A third step of determining the regression line for the optimal value;
A fourth step of causing the self-bias resistor and the fixed bias voltage to coincide with the coefficient C and the constant term D of the primary term,
And an electron gun control method.
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