JPH0450732B2 - - Google Patents

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JPH0450732B2
JPH0450732B2 JP55035834A JP3583480A JPH0450732B2 JP H0450732 B2 JPH0450732 B2 JP H0450732B2 JP 55035834 A JP55035834 A JP 55035834A JP 3583480 A JP3583480 A JP 3583480A JP H0450732 B2 JPH0450732 B2 JP H0450732B2
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JP
Japan
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electron beam
electron
bias
intensity distribution
bias voltage
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JP55035834A
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Japanese (ja)
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JPS56133825A (en
Inventor
Tadahiro Takigawa
Yoshihide Kato
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPH0450732B2 publication Critical patent/JPH0450732B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はケラー照明によるアパーチヤ像投影型
の電子線装置において、例えばランタンヘキサボ
ライド等の単結晶チツプからなる電子銃のバイア
ス条件を効果的に最適化し得る電子線装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention effectively adjusts the bias conditions of an electron gun made of a single crystal chip such as lanthanum hexaboride in an aperture image projection type electron beam device using Keller illumination. This invention relates to an electron beam device that can be optimized for.

[従来の技術] ケラー照明によるアパーチヤ像投影型の電子線
装置における電子銃としては、従来一般にタング
ステンヘアピン型のものが用いられているが、近
時、高輝度化等の諸性能の向上要求からランタン
ヘキサボライド(LaB6)等の単結晶チツプ型の
ものを用いることが種々試みられている。この
種、単結晶チツプは第1図に示す如く、直方体チ
ツプ先端部を半頂角θに円錐状加工し、且つその
円錐頂部を曲率半径rで球面加工した形状を有す
るもので、ヒータ電源により通電加熱した状態で
上記単結晶チツプとウエネルトと間に所定のバイ
アス電圧を印加して使用される。しかして電子ビ
ームは上記単結晶チツプの先端部を中心に放出さ
れ、その電子ビーム特性は一般に単結晶チツプの
結晶軸方位、チツプ先端部の曲率半径r、その半
頂角θ等に依存する。
[Prior Art] A tungsten hairpin type electron gun has conventionally been generally used in an aperture image projection type electron beam device using Keller illumination, but recently there has been a demand for improved performance such as higher brightness. Various attempts have been made to use single crystal chip type materials such as lanthanum hexaboride (LaB 6 ). As shown in Fig. 1, this type of single crystal chip has a shape in which the tip of a rectangular parallelepiped chip is machined into a conical shape with a half-vertical angle θ, and the top of the cone is machined into a spherical shape with a radius of curvature r. It is used by applying a predetermined bias voltage between the single crystal chip and Wehnelt in a heated state. The electron beam is emitted centering on the tip of the single crystal chip, and the characteristics of the electron beam generally depend on the crystal axis orientation of the single crystal chip, the radius of curvature r of the tip of the chip, its half-vertex angle θ, and the like.

第2図は<100>単結晶LaB6チツプとウエネル
トとの間に印加されるバイアス電圧Vと電子ビー
ム輝度Bとの関係を、そのチツプ温度Tをパラメ
ータとして示したものである。尚、上記チツプ温
度Tはヒータ電流により調整される。この特性に
示されるように、電子ビームの最大輝度Bnaxは、
チツプ温度T(T1<T2<T3)が高い程高くなる
が一定のバイアス電圧V2で得られる。またバイ
アス電圧V4(>V2)に高めた場合、チツプ温度
Tによつて多少の差異はあるが一定輝度Bcpost
収束する。
FIG. 2 shows the relationship between the bias voltage V applied between a <100> single crystal LaB 6 chip and Wehnelt and the electron beam brightness B, using the chip temperature T as a parameter. Note that the chip temperature T is adjusted by the heater current. As shown in this characteristic, the maximum brightness B nax of the electron beam is
The higher the chip temperature T (T1<T2<T3), the higher the value, but it can be obtained with a constant bias voltage V2. Further, when the bias voltage is increased to V4 (>V2), the brightness converges to a constant brightness B cpost although there are some differences depending on the chip temperature T.

第3図a〜dは上述したバイアス電圧がV1〜
V4における電子ビームのエミツシヨンパターン
(強度分布)を模式的に示したものである。この
模式図に示すように単結晶チツプに加わるバイア
ス電圧がV1,V2(<V3)と低い場合には、チツ
プの結晶方位を反映して同図a,bにそれぞれ示
すようにそのエミツシヨンパターンは4回対称パ
ターンとして現われる。またバイアス電圧が前記
最大輝度Bnaxを得る電圧V2と一定輝度Bcpostを得
る電圧V4の略中間値であるV3以上になつた場合
には第3図cに示すように中心部の電流強度が僅
かに低いが略一様な強度分布を示すエミツシヨン
パターンとなる。そしてバイアス電圧がV4以上
になつた場合には同図dに示すようにガウス分布
特性を示すエミツシヨンパターンとなる。尚、こ
のバイアス電圧Vとエミツシヨンパターンとの関
係は前述したチツプ軸方位やr,θには殆んど依
存することがない。
Figures 3 a to d show that the bias voltage mentioned above is V1 ~
This is a schematic diagram of the electron beam emission pattern (intensity distribution) in V4. As shown in this schematic diagram, when the bias voltage applied to a single-crystal chip is as low as V1, V2 (<V3), its emitters will change as shown in Figure a and b, respectively, reflecting the crystal orientation of the chip. The pattern appears as a 4-fold symmetrical pattern. Furthermore, when the bias voltage exceeds V3, which is approximately the intermediate value between the voltage V2 that obtains the maximum brightness B nax and the voltage V4 that obtains the constant brightness B cpost , the current intensity at the center increases as shown in Figure 3c. This results in an emission pattern that exhibits a slightly low but approximately uniform intensity distribution. When the bias voltage exceeds V4, the emission pattern exhibits Gaussian distribution characteristics as shown in d of the same figure. Incidentally, the relationship between this bias voltage V and the emission pattern hardly depends on the above-mentioned chip axis direction, r, and θ.

ところが前記単結晶チツプとウエネルトとの間
に印加されるバイアス電圧Vは、通常、上記単結
晶チツプとウエネルトとの間に介挿されたバイア
ス抵抗にエミツシヨン電流を流すことによつて与
えられる。そしてそのバイアス電圧Vの調整は、
上記バイアス抵抗Rを可変して行われる。
However, the bias voltage V applied between the single crystal chip and Wehnelt is normally provided by passing an emission current through a bias resistor inserted between the single crystal chip and Wehnelt. And the adjustment of the bias voltage V is
This is done by varying the bias resistor R mentioned above.

ところがこのようにしてバイアス抵抗Rを可変
した場合、これによつてそのエミツシヨン電流が
かなり変化することが否めない。この為、バイア
ス電圧Vを調整するべくバイアス抵抗を可変した
場合、上記バイアス電圧の変化に起因して第4図
に示すように電子ビーム輝度Bは、そのときのチ
ツプ温度Tによつて異なる変化特性を示す。換言
すれば、適正なバイアス電圧Vを設定する為のバ
イアス抵抗Rの制御値は上記チツプ温度Tに大き
く依存し、同じ制御値を与えた場合であつても、
そのときのチツプ温度Tによつて電子ビーム輝度
は全く異なつたものとなる。
However, when the bias resistor R is varied in this manner, it is undeniable that the emission current changes considerably. Therefore, when the bias resistance is varied to adjust the bias voltage V, the electron beam brightness B changes differently depending on the chip temperature T at that time, as shown in FIG. 4 due to the change in the bias voltage. Show characteristics. In other words, the control value of the bias resistor R for setting an appropriate bias voltage V largely depends on the chip temperature T, and even when the same control value is given,
The electron beam brightness becomes completely different depending on the chip temperature T at that time.

尚、チツプ温度がT3のときの第4図に示すバ
イアス抵抗R1〜R4は前述した第2図に示すバイ
アス電圧V1〜V4にそれぞれ対応する。そしてこ
の場合には、上記バイアス抵抗R1〜R4のときの
電子ビームのエミツシヨンパターンは前述した第
3図a〜dにそれぞれ示すようになる。
Incidentally, the bias resistors R1 to R4 shown in FIG. 4 when the chip temperature is T3 correspond to the bias voltages V1 to V4 shown in FIG. 2 described above, respectively. In this case, the electron beam emission patterns for the bias resistors R1 to R4 are as shown in FIGS. 3a to 3d, respectively.

ここで、バイアス抵抗Rとバイアス電圧Vとの
間には、エミツシヨン電流をIとするとV=IR
の関係があるが、バイアス抵抗Rを変えるとエミ
ツシヨン電流Iも変化し、さらにエミツシヨン電
流はチツプ温度Tによつても変化する。従つて、
チツプ温度Tが変わると、バイアス抵抗の調整値
R1〜R4とエミツシヨンパターンとの間の前述し
た関係が成立しなくなることを意味する。これ
故、バイアス抵抗の調整により単結晶チツプに加
えるバイアス電圧Vを可変設定する場合には、上
記チツプ温度Tが変る都度、その調整条件を変え
ることが必要となる。この為、単結晶チツプを電
子銃として組込んだ電子線装置にあつては、バイ
アス抵抗Rを調整して単結晶チツプに対するバイ
アス条件を適正設定することが非常に困難であ
り、ケラー照明条件を最適化することが難しかつ
た。
Here, between the bias resistor R and the bias voltage V, if the emission current is I, then V=IR
However, when the bias resistance R is changed, the emission current I also changes, and the emission current also changes depending on the chip temperature T. Therefore,
When the chip temperature T changes, the bias resistance adjustment value changes.
This means that the above-mentioned relationship between R1 to R4 and the emission pattern no longer holds true. Therefore, when the bias voltage V applied to the single crystal chip is variably set by adjusting the bias resistor, it is necessary to change the adjustment conditions each time the chip temperature T changes. For this reason, in an electron beam device incorporating a single-crystal chip as an electron gun, it is extremely difficult to adjust the bias resistance R to properly set the bias conditions for the single-crystal chip. It was difficult to optimize.

なお、第2図及び第4図のデータは、共に後述
する第5図に示すような電子光学系において、加
速電源(高圧電源3)を一定に保持した状態で、
バイアス抵抗Rを可変(バイアス抵抗回路5を調
整)したときの輝度を測定したものである。より
具体的には、第4図のデータは、ヒータ電流の制
御によりチツプ温度を一定(例えばT1)に保持
した状態で、バイアス抵抗Rを可変したときの輝
度を測定する。さらに、チツプ温度をT2,T3,
T4と順次変えて上記測定を行う。そして、バイ
アス抵抗Rに対する輝度の変化をプロツトしたも
のである。また、第2図のデータは、上記と同様
に測定し、バイアス電圧Vに対する輝度の変化を
プロツトしたものである。
Note that the data in FIGS. 2 and 4 are obtained when the acceleration power source (high-voltage power source 3) is held constant in an electron optical system as shown in FIG. 5, which will be described later.
The brightness was measured when the bias resistance R was varied (bias resistance circuit 5 was adjusted). More specifically, the data in FIG. 4 is obtained by measuring the brightness when the bias resistor R is varied while the chip temperature is held constant (for example, T1) by controlling the heater current. Furthermore, the chip temperature is T2, T3,
Perform the above measurements by changing T4 sequentially. The change in brightness with respect to the bias resistance R is plotted. The data shown in FIG. 2 was measured in the same manner as above, and the change in brightness versus bias voltage V was plotted.

[発明が解決しようとする課題] このように単結晶チツプを電子銃として組込ん
だ電子線装置にあつては、電子ビーム特性を決定
する上記単結晶チツプに対するバイアス条件を適
正化設定することが非常に困難であつた。
[Problems to be Solved by the Invention] In an electron beam device incorporating a single crystal chip as an electron gun, it is necessary to appropriately set the bias conditions for the single crystal chip that determine the electron beam characteristics. It was extremely difficult.

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ケラー照明に必
要な電子ビームの強度の均一性とその輝度を与え
るべく、電子銃として組込まれた単結晶チツプに
対するバイアス条件を簡易に設定できる実用性に
富んだ電子線装置を提供することにある。
The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide a single crystal incorporated as an electron gun in order to provide the uniformity of electron beam intensity and brightness necessary for Keller illumination. It is an object of the present invention to provide a highly practical electron beam device in which bias conditions for a chip can be easily set.

[実施例] 以下、図面を参照して本発明に係る電子線装置
の一実施例につき説明する。
[Example] Hereinafter, an example of an electron beam apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第5図は本装置の電子光学系と測定制御系とを
概略的に示したものである。この第5図を参照し
て、先ず本装置の概略的な構成について説明す
る。
FIG. 5 schematically shows the electron optical system and measurement control system of this apparatus. Referring to FIG. 5, the general configuration of this device will first be described.

電子銃1はランタンヘキサボライド(LaB6
単結晶チツプ1aとウエネルト1bとから構成さ
れて、陽極2に対向配置されている。この電子銃
1は高圧電源3により前記陽極2との間に高電圧
が印加されて付勢される。しかして上記電子銃1
の単結晶チツプ1aはヒータ電源4により通電加
熱されてチツプ温度が設定され、また単結晶チツ
プ1aとウエネルト1bとの間に介挿されたバイ
アス抵抗可変回路5によつてバイアス条件(バイ
アス電圧、バイアス抵抗)が設定されている。こ
のようにして電子銃1が駆動され、前記単結晶チ
ツプ1aから電子ビームが発せられる。尚、上記
高圧電源3と接地間に介挿された電流検出器6
は、電子銃1のエミツシヨン電流IRを検出するも
のである。このエミツシヨン電流IRによつて電子
銃1の駆動状態がモニタされる。
Electron gun 1 is lanthanum hexaboride (LaB 6 )
It is composed of a single crystal chip 1a and a Wehnelt chip 1b, and is arranged opposite to the anode 2. This electron gun 1 is energized by applying a high voltage between it and the anode 2 by a high voltage power source 3. However, the above electron gun 1
The single crystal chip 1a is electrically heated by a heater power supply 4 to set the chip temperature, and the bias conditions (bias voltage, bias resistance) is set. In this manner, the electron gun 1 is driven and an electron beam is emitted from the single crystal chip 1a. In addition, a current detector 6 inserted between the high voltage power supply 3 and the ground
is for detecting the emission current I R of the electron gun 1. The driving state of the electron gun 1 is monitored by this emission current I R.

しかして上記電子銃1の発した電子ビームの第
1のクロスオーバ像Aの位置にはブランキング板
7が対向配置され、以下に示す電子光学系に対す
る電子ビームのブランキング制御がなされてい
る。
A blanking plate 7 is disposed opposite to the position of the first crossover image A of the electron beam emitted by the electron gun 1, and blanking control of the electron beam for the electron optical system described below is performed.

この第1のクロスオーバ像Aは、散乱防止アパ
ーチヤ8を備えた照明レンズ9によつて整形偏向
器11の偏向中心位置に結像され、第2のクロス
オーバ像Cが作られる。この第2のクロスオーバ
像Cの位置に設けられたビーム形状可変制御用の
偏向電極11はアパーチヤ10上に形成される第
1のアパーチヤ像Bを偏向制御しており、この偏
向電極11による偏向制御を受けた上記第1のア
パーチヤ像Bは、アパーチヤ12を備えた投影レ
ンズ13を介して第2のビーム整形アパーチヤ1
4に投影される。この第2のビーム整形アパーチ
ヤ14上に投影された前記アパーチヤ像Bと同ア
パーチヤ14との形状的な重なりによつて、ビー
ム断面形状が可変さた第2のアパーチヤ像Dが形
成される。
This first crossover image A is focused on the deflection center position of the shaping deflector 11 by an illumination lens 9 having an anti-scattering aperture 8, and a second crossover image C is created. A deflection electrode 11 for beam shape variable control provided at the position of the second crossover image C controls the deflection of the first aperture image B formed on the aperture 10. The controlled first aperture image B is transmitted to a second beam shaping aperture 1 through a projection lens 13 having an aperture 12.
Projected to 4. The aperture image B projected onto the second beam shaping aperture 14 overlaps with the aperture 14 to form a second aperture image D having a variable beam cross-sectional shape.

また前記投影レンズ13は、上記アパーチヤ1
4の下方位置に第3のクロスオーバ像Eを結像し
ている。アパーチヤ15を備えた縮小レンズ16
は、上記第3のクロスオーバEの像Fを対物レン
ズ17に内在された散乱防止用対物アパーチヤ1
8面上に結像すると共に、前記第2のビーム整形
アパーチヤ14上に形成されるアパーチヤ像Dの
縮小された第3のアパーチヤ像Gを形成し、これ
を前記対物レンズ17を介して試料面19上に第
4のアパーチヤ像Hとして結像照射している。
Further, the projection lens 13 has the aperture 1
A third crossover image E is formed at a position below 4. Reduction lens 16 with aperture 15
The image F of the third crossover E is transferred to the anti-scattering objective aperture 1 included in the objective lens 17.
At the same time, a third aperture image G, which is a reduced aperture image D formed on the second beam shaping aperture 14, is formed on the sample surface through the objective lens 17. 19 as a fourth aperture image H.

このような光学系により電子銃1から発せら
れ、第1および第2のビーム整形アパーチヤ1
0,14によつてビーム断面形状が整形された電
子ビームのアパーチヤ像が、対物レンズ17を介
して試料面19上に結像され、試料面19に対す
る電子ビームのケラー照明系が構成されている。
With such an optical system, the electron beam is emitted from the electron gun 1 and the first and second beam shaping apertures 1
An aperture image of the electron beam whose cross-sectional shape has been shaped by 0 and 14 is formed on the sample surface 19 via the objective lens 17, thereby forming a Keller illumination system for the electron beam on the sample surface 19. .

しかして上記縮小レンズ15と対物レンズ17
との間に対向配置された偏向電極板20は、D/
A変換器21の出力を受けて動作する反転増幅器
22および非反転増幅器23により駆動されるも
のである。この偏向電極板20によつて前記第3
のアパーチヤ像Gが偏向され、対物レンズ17に
よる試料面19上の電子ビーム照射位置が可変設
定される。この試料面19への電子ビーム照射位
置の可変制御により、例えば電子ビームの照射位
置走査が行われる。
Therefore, the reduction lens 15 and the objective lens 17
The deflection electrode plate 20 is arranged oppositely between D/
It is driven by an inverting amplifier 22 and a non-inverting amplifier 23 which operate upon receiving the output of the A converter 21. By this deflection electrode plate 20, the third
The aperture image G is deflected, and the position of electron beam irradiation on the sample surface 19 by the objective lens 17 is variably set. By variable control of the electron beam irradiation position on the sample surface 19, for example, scanning of the electron beam irradiation position is performed.

さて上記の如くケラー照明系を構成した本装置
の前記試料面19の位置には電子ビーム強度分布
測定器(第1の測定系)が設けられている。この
電子ビーム強度分布測定器は、例えば電子ビーム
の強度分布およびビーム寸法を測定する為の十字
形状に張設された金の細線24、この細線24に
よつて散乱された大きな散乱角を有する電子ビー
ムを吸収するアパーチヤ25、そして上記金の細
線24によつて遮られなかつた電子ビーム電流を
検出するフアラデーカツプ(第2の測定系)26
とにより構成される。しかしてこの測定器(フア
ラデーカツプ26)によつて検出された電子ビー
ム電流はセンスアンプ27によつて増幅されたの
ち、A/D変換器28を介してデジタル情報化さ
れ、後述するインターフエース33を介して計算
機34に与えられる。
Now, an electron beam intensity distribution measuring device (first measuring system) is provided at the position of the sample surface 19 of this apparatus configured with the Keller illumination system as described above. This electron beam intensity distribution measuring device uses, for example, a thin gold wire 24 stretched in a cross shape for measuring the intensity distribution and beam size of an electron beam, and electrons scattered by this thin wire 24 with a large scattering angle. an aperture 25 that absorbs the beam, and a Faraday cup (second measurement system) 26 that detects the electron beam current that is not blocked by the thin gold wire 24.
It is composed of However, the electron beam current detected by the lever measuring device (Faraday cup 26) is amplified by the sense amplifier 27, then converted into digital information via the A/D converter 28, and then sent to the interface 33, which will be described later. It is given to the computer 34 via the computer 34.

また前記投影レンズ13および縮小レンズ16
の各アパーチヤ12,15では、そのアパーチヤ
によって遮つた電子ビームの電流を該電子ビーム
の軸ずれ情報として検出している。そしてこれら
のアパーチヤ12,15によつて各々検出される
ビーム電流は、センスアンプ29,30によつて
それぞれ増幅されたのち、A/D変換器31,3
2にてデジタル情報化され、前記インターフエー
ス33を介して計算機34に与えられている。
Further, the projection lens 13 and the reduction lens 16
Each of the apertures 12 and 15 detects the current of the electron beam blocked by the aperture as information on the axis deviation of the electron beam. The beam currents detected by these apertures 12 and 15 are amplified by sense amplifiers 29 and 30, respectively, and then amplified by A/D converters 31 and 3.
2 is converted into digital information and provided to the computer 34 via the interface 33.

計算機34はインターフエース33を介して、
前記アパーチヤ12,15により検出されて上記
A/D変換器31,32から出力される電子ビー
ムの軸ずれの情報、また前記フアラデーカツプ2
6により検出されてA/D変換器28から出力さ
れの電子ビーム電流情報、および前記電流検出器
6によつて検出される電子銃1のエミツシヨン電
流の情報をそれぞれ取込み、前述した電子光学系
に対する一連の制御動作を実行する。
The computer 34 via the interface 33
Information on the axis deviation of the electron beam detected by the apertures 12 and 15 and output from the A/D converters 31 and 32, and the Faraday cup 2
6 and output from the A/D converter 28, and information on the emission current of the electron gun 1 detected by the current detector 6 are respectively taken in, and the information is applied to the electron optical system described above. Perform a series of control actions.

即ち、この計算機34は予め設定されたプログ
ラム情報に従つて前述したブランキング板7や偏
向板11を制御駆動して、そのブランキング制御
およびビーム形状の整形制御を行う。また計算機
34は前記D/A変換器21に対してインターフ
エース33を介して電子ビームの走査制御情報を
出力し、偏向電極板20を付勢して一連した電子
ビームの偏向走査による露光制御を行う。
That is, this computer 34 controls and drives the blanking plate 7 and deflection plate 11 described above in accordance with preset program information to perform blanking control and beam shape shaping control. Further, the computer 34 outputs electron beam scanning control information to the D/A converter 21 via the interface 33, energizes the deflection electrode plate 20, and controls exposure by a series of electron beam deflection scans. conduct.

更には上記計算機34は上述した如く取込み入
力される各種情報に従い、後述するように前記バ
イアス抵抗可変回路5およびヒータ電源4の動作
条件の制御を行なう。このバイアス抵抗可変回路
5およびヒータ電源4に対する制御により前記電
子銃1の動作条件が、電子光学系のケラー照明に
十分な電子ビーム特性を得るべく制御され、その
最適設定が行われる。
Further, the computer 34 controls the operating conditions of the variable bias resistance circuit 5 and the heater power source 4, as described later, in accordance with the various information input as described above. By controlling the bias resistance variable circuit 5 and the heater power source 4, the operating conditions of the electron gun 1 are controlled to obtain sufficient electron beam characteristics for Keller illumination of the electron optical system, and the optimum settings thereof are performed.

また計算機34は前記アパーチヤ12,15よ
り得られた情報(軸ずれの情報)に従い、インタ
ーフエース33を介してD/A変換器35,3
6,37,38,39にそれぞれ制御データを与
えている。これらのD/A変換器35,〜39は
ドライブアンプ40,41,42,43,44を
各別に介して、前記電子光学系のブランキング板
7,第1のビーム整形アパーチヤ10、投影レン
ズ13、第2のビーム整形アパーチヤ14、縮小
レンズ15の各位置に設けられた偏向コイル4
5,46,47,48,49を駆動するものであ
る。これらの偏向コイル45,46,47,4
8,49の駆動により、光学系に対する電子ビー
ムの中心軸位置合せが行われる。
Further, the computer 34 connects the D/A converters 35 and 3 via the interface 33 according to the information (information on axis deviation) obtained from the apertures 12 and 15.
Control data is given to 6, 37, 38, and 39, respectively. These D/A converters 35, - 39 are connected to the blanking plate 7 of the electron optical system, the first beam shaping aperture 10, and the projection lens 13 via drive amplifiers 40, 41, 42, 43, and 44, respectively. , the second beam shaping aperture 14, and the deflection coil 4 provided at each position of the reduction lens 15.
5, 46, 47, 48, and 49. These deflection coils 45, 46, 47, 4
By driving 8 and 49, the center axis of the electron beam is aligned with respect to the optical system.

次にこのように構成された本装置における前記
単結晶チツプ1aに対するバイアス条件設定の基
本原理につき説明する。
Next, the basic principle of setting the bias conditions for the single crystal chip 1a in the apparatus thus constructed will be explained.

今、電子銃1からの電子ビームの中心軸が電子
光学系に対して軸合せされており、且つ光学系内
における軸合せもなされているものとする。この
ような条件下で上記電子ビームを偏向走査して第
6図aに示すようにアパーチヤ像Hを金の細線2
4を横切らせ、フアラデーカツプ26にてこのと
きのビーム電流の変化を検出すると、例えば第6
図bに示すような電子ビーム電流Iの検出結果が
求められる。尚、この第6図aにおいては説明の
徒な複雑化を避けるために電子ビームをx方向に
のみ走査し、y方向に張設された直径100μm〓程
度の金の細線24にて電子ビーム電流を測定する
例を示しているが、電子ビームをy方向に偏向走
査したときにも同様にしてそのビーム電流Iの検
出が行われる。またここでは第4のアパーチヤ像
Hの電流強度の高い部分を模式的に領域Kとして
示してあり、そのアパーチヤ像Hとしては最大寸
法のものを想定して現わしてある。
It is now assumed that the central axis of the electron beam from the electron gun 1 is aligned with the electron optical system, and that the axis within the optical system is also aligned. Under these conditions, the electron beam is deflected and scanned to form an aperture image H as shown in FIG.
For example, if the change in beam current at this time is detected by Faraday cup 26,
A detection result of the electron beam current I as shown in FIG. b is obtained. In Fig. 6a, in order to avoid unnecessary complication in the explanation, the electron beam is scanned only in the x direction, and the electron beam current is Although an example is shown in which the beam current I is measured, the beam current I is similarly detected when the electron beam is deflected and scanned in the y direction. Further, here, a portion of the fourth aperture image H where the current intensity is high is schematically shown as a region K, and the aperture image H is shown assuming the largest size.

ここで第6図bは電子ビームのアパーチヤ像H
の全てがフアラーデーカツプ26に照射されてい
る状態(金の細線24によつて上記アパーチヤ像
Hが遮られていない状態)から、電子ビームの偏
向走査に伴つて電子ビームのアパーチヤー像Hが
徐々に金の細線24によつて遮られ、上記アパー
チヤ像Hの全てが金の細線24により遮られるま
での状態を示している。
Here, FIG. 6b shows the aperture image H of the electron beam.
As the electron beam deflects and scans, the aperture image H of the electron beam is The state is shown in which the aperture image H is gradually blocked by the thin gold wire 24 until the entire aperture image H is blocked by the thin gold wire 24.

しかして電子ビームのアパーチヤ像Hが、前記
した最大輝度Bnaxを得るバイアス電圧V2の条件
下におけるエミツシヨンパターンのものであると
すると、上記アパーチヤ像Hの金の細線24によ
り遮られる部分の電流強度の異なりから、アパー
チヤ像Hの金の細線24の横切りに伴つて第6図
bに実線で示す如き凹凸状の変化を示すビーム電
流Iが検出される。ちなみにアパーチヤ像Hのビ
ーム強度分布が一様である場合には、金の細線2
4によつて遮られる電子ビームの断面面積とそこ
での電流強度とが比例関係にあるから、第6図b
に破線で示すような直線的なビーム電流Iの変化
特性が検出されることになる。
Therefore, if the aperture image H of the electron beam is of the emission pattern under the condition of the bias voltage V2 that obtains the maximum brightness B nax described above, then the portion of the aperture image H that is blocked by the thin gold wire 24 is Due to the difference in current intensity, as the thin gold line 24 of the aperture image H traverses, a beam current I is detected that shows uneven changes as shown by the solid line in FIG. 6b. By the way, if the beam intensity distribution of the aperture image H is uniform, the thin gold wire 2
Since there is a proportional relationship between the cross-sectional area of the electron beam blocked by 4 and the current intensity there, Figure 6b
A linear change characteristic of the beam current I as shown by the broken line is detected.

次にこのようにして検出されるビーム電流Iか
らそのビーム強度分布を評価するべく、前記計算
機34にて上述した如く検出されるビーム電流I
の変化を電子ビームの走査移動距離xにて微分
し、[dI/dX]なる情報を強度分布情報として第
6図cに示す如く算出する。更にこの情報[dI/
dX]を微分して[d2I/dX2]なる情報を同図
dに示す如く算出する。
Next, in order to evaluate the beam intensity distribution from the beam current I detected in this way, the beam current I detected as described above is used by the computer 34.
The change in is differentiated by the scanning movement distance x of the electron beam, and the information [dI/dX] is calculated as intensity distribution information as shown in FIG. 6c. Furthermore, this information [dI/
dX] is differentiated to calculate the information [d 2 I/dX 2 ] as shown in d of the figure.

この演算において電子ビームの偏向速度がυで
ある場合、上記走査移動距離xはυt(t:時間)
で示されることは云うまでもない。従つて計算機
34では、偏向走査速度υを一定化して、時間t
に関する微分演算処理を行うようにしてもよい。
またこのような信号演算処理は上記x方向のみな
らず、y方向についても同様に行い、[dI/dy]
および[d2I/dy2]なる情報もそれぞれ求める。
In this calculation, if the deflection speed of the electron beam is υ, the scanning movement distance x is υt (t: time)
Needless to say, this is shown in . Therefore, in the calculator 34, the deflection scanning speed υ is made constant, and the time t
Alternatively, differential calculation processing may be performed regarding .
In addition, such signal calculation processing is performed not only in the x direction but also in the y direction, and [dI/dy]
and [d 2 I/dy 2 ] information is also obtained.

しかして次に上記[dI/dX](y方向について
は[dI/dy])なる特性の凹凸を比較判定する。
この特性に凹凸構造が存在する場合、これはエミ
ツシヨンパターンにLaB6単結晶チツプ1aの仕
事関数に起因する前述した第3図a,bに示すよ
うな結晶面異方性が現われていることを示してい
る。従つてこの場合には、電子銃1(単結晶チツ
プ1a)に対するバイアス電圧を増大させること
で、そのエミツシヨンパターンを第3図c,dに
示すようにその電流強度を略一様化する必要があ
ることがわかる。
Next, the unevenness of the characteristic [dI/dX] ([dI/dy] in the y direction) is compared and determined.
If this characteristic has an uneven structure, this means that crystal plane anisotropy appears in the emission pattern as shown in Figures 3a and b, which is caused by the work function of the LaB 6 single crystal chip 1a. It is shown that. Therefore, in this case, by increasing the bias voltage to the electron gun 1 (single crystal chip 1a), the current intensity of the emission pattern can be made approximately uniform as shown in FIGS. 3c and 3d. I understand that it is necessary.

例えばアパーチヤ像Hのビーム強度分布が一様
であり、上記の如く[dI/dX]特性に凹凸がな
い場合、その微分特性[d2I/dx2]は第6図d
中破線で示すように領域x0〜x1の範囲で零にな
る。逆に[dI/dX]特性に凹凸が存在する場合
には、その微分特性[d2I/dx2]は上記範囲に
おいて正負に極性変化する大きな凹凸が生じる。
従つて上記[d2I/dx2]の関数形を求め、領域
x0〜x1において[d2I/dx2]が零になるように
前記バイアス抵抗可変回路5を制御してバイアス
抵抗Rの調整すれば、[dI/dX]特性の凹凸をな
くし、前述したフアラデーカツプ26で検出され
る電子ビーム強度Iの変化が直線となるようにす
ることができ、ここに電子ビームの強度分布を略
一様化するこが可能となる。尚、上記x0は、[d2
I/dx2]の特性において最初(図中左側)から
2番目に零値が検出される位置であり、x1は最
後(図中右側)から2番目に零値が検出される位
置である。
For example, if the beam intensity distribution of the aperture image H is uniform and there is no unevenness in the [dI/dX] characteristic as described above, the differential characteristic [d 2 I/dx 2 ] is shown in Figure 6 d.
It becomes zero in the region x0 to x1 as shown by the middle broken line. On the other hand, if there are irregularities in the [dI/dX] characteristic, the differential characteristic [d 2 I/dx 2 ] will have large irregularities whose polarity changes between positive and negative within the above range.
Therefore, find the functional form of [d 2 I/dx 2 ] above, and calculate the area
By controlling the bias resistance variable circuit 5 and adjusting the bias resistance R so that [d 2 I/dx 2 ] becomes zero in x0 to x1, unevenness in the [dI/dX] characteristic can be eliminated, and the above-mentioned Faraday cup It is possible to make the change in the electron beam intensity I detected at 26 linear, thereby making it possible to make the intensity distribution of the electron beam substantially uniform. In addition, the above x0 is [d 2
I/dx 2 ] is the position where a zero value is detected second from the first (left side in the figure), and x1 is the position where a zero value is detected second from the last (right side in the figure).

同様にしてy方向に対しても、[d2I/dy2]の
特性(関数形)に従つてバイアス抵抗Rの調節を
行わしめる。このようなバイアス抵抗Rの調節に
よつて電子ビーム強度分布(輝度)の一様化が図
られる。
Similarly, the bias resistance R is adjusted in the y direction according to the characteristic (functional form) of [d 2 I/dy 2 ]. By adjusting the bias resistor R in this manner, the electron beam intensity distribution (brightness) can be made uniform.

ところで上述した如くバイアス抵抗Rの調整に
よつて強度分布が一様化されて試料面19上に照
射されるときの前記整形アパーチヤ10における
電子ビームの輝度βは、そのときに前記フアラデ
ーカツプ26にて検出される電子ビーム電流(金
の細線24で遮ぎられることなく、電子ビームの
全てをフアラデーカツプ26にて検出したときの
ビーム電流)をInax、電子ビームの断面面積を
S、対物レンズ17によつて収束される電子ビー
ムの半頂角をαしたとき次式で示される。
By the way, as mentioned above, when the intensity distribution is made uniform by adjusting the bias resistor R and the electron beam is irradiated onto the sample surface 19, the brightness β of the electron beam at the shaping aperture 10 is determined by the brightness β at the Faraday cup 26 at that time. The detected electron beam current (the beam current when the entire electron beam is detected by the Faraday cup 26 without being blocked by the thin gold wire 24) is Inax , the cross-sectional area of the electron beam is S, and the objective lens 17 is When the half apex angle of the converged electron beam is α, it is expressed by the following equation.

β=Inax/{(πα)2S} 従つてビーム面積Sを一定化、例えば最大面積
Snaxに固定しておけば、上記アパーチヤ10にお
ける電子ビームの輝度とビーム電流Inaxとが比例
関係になるので、上記輝度βの代りに前記フアラ
デーカツプ26にて測定される電子ビーム電流
Inaxを制御量としてバイアス電圧Vを操作してア
パーチヤ10における電子ビームの輝度βを調節
することが可能である。
β=I nax /{(πα) 2 S} Therefore, the beam area S is kept constant, for example, the maximum area
If it is fixed at S nax , the brightness of the electron beam at the aperture 10 and the beam current I nax will be in a proportional relationship, so the electron beam current measured at the Faraday cup 26 instead of the brightness β
It is possible to adjust the brightness β of the electron beam at the aperture 10 by manipulating the bias voltage V using I nax as a control variable.

そこで前記フアラデーカツプ26によつて検出
されるビーム電流I(=Inax)から上記条件にお
ける輝度βを上述した関係式に従つて計算機34
にて求める。しかる後、電子線照射に所望とする
輝度βoeedと比較演算し、例えば[β>βoeed]な
る関係を得たときには、バイアス電圧Vを高めて
[β=βoeed]が得られるように上記バイアス電圧
Vを可変制御する。つまり既に電子ビームの強度
分布の一様化が図られていることから、そのとき
のバイアス電圧は最大輝度Bnaxを得るバイアス
電圧V2よりも高く設定されている(第2図にお
けるV3の状態)。そこで更にそのバイアス電圧を
高め、電子ビーム輝度が一定輝度Bcpostに向けて
低下(収束)するようにし、上記アパーチヤ10
における輝度βを所望とする輝度βoeedに調節す
る。
Therefore, the brightness β under the above conditions is calculated from the beam current I (=I nax ) detected by the Faraday cup 26 using the calculator 34 according to the above-mentioned relational expression.
Find it at After that, a comparison calculation is made with the brightness β oeed desired for electron beam irradiation, and when a relationship such as [β>β oeed ] is obtained, the bias voltage V is increased to obtain the above-described relationship [β=β oeed ]. The bias voltage V is variably controlled. In other words, since the intensity distribution of the electron beam has already been made uniform, the bias voltage at that time is set higher than the bias voltage V2 that obtains the maximum brightness B nax (state of V3 in Figure 2). . Therefore, the bias voltage is further increased so that the electron beam brightness decreases (converges) toward a constant brightness B cpost , and the aperture 10
The brightness β at is adjusted to the desired brightness β oeed .

また逆に[β<βoeed]なる関係が得られた場
合には前記ヒータ電源4を可変制御して単結晶チ
ツプ1aの温度Tを高め、電子ビームの強度B自
体を高めることによつて[β=βoeed]が得られ
るようにする。即ち、この状態は電子ビームの強
度分布の一様化が図られており、そのときのバイ
アス電圧は最大輝度Bnaxを得るバイアス電圧V2
よりも高く設定されている状態にある。これ故、
バイアス電圧の調整によつて輝度を高めると、電
子ビームの強度分布が一様化された状態を崩すこ
とを意味する。そこでチツプ温度自体を高め、最
大輝度Bnaxが得られるようにそのバイアス電圧
を高くした上で、上述した電子ビームの強度分布
の一様化の調整手続を繰返し実行し、これによつ
て[β>βoeed]なる関係を得た上で所望とする
輝度Boeedを得るべくバイアス電圧を調節する。
Conversely, if the relationship [β<β oeed ] is obtained, the temperature T of the single crystal chip 1a is increased by variably controlling the heater power source 4, and the intensity B of the electron beam itself is increased. β=β oeed ]. That is, in this state, the intensity distribution of the electron beam is made uniform, and the bias voltage at this time is the bias voltage V2 that obtains the maximum brightness B nax .
It is in a state where it is set higher than . Therefore,
Increasing the brightness by adjusting the bias voltage means that the uniform intensity distribution of the electron beam is disrupted. Therefore, after raising the chip temperature itself and increasing its bias voltage so as to obtain the maximum brightness B nax , the above-mentioned adjustment procedure for making the intensity distribution of the electron beam uniform is repeatedly executed. >β oeed ], and then adjust the bias voltage to obtain the desired brightness B oeed .

このようなバイアス電圧の調整により電子ビー
ム露光に必要な輝度βoeedを電子銃1から得るこ
とが可能となる。
By adjusting the bias voltage in this manner, it becomes possible to obtain from the electron gun 1 the brightness β oeed necessary for electron beam exposure.

尚、単結晶チツプ1aに印加されるバイアス電
圧Vを直接モニタしながらバイアス抵抗Rを可変
し、これによつてバイアス電圧を調節することに
代えて、前記電流検出器6により求められる前述
した単結晶チツプ1aのエミツシヨン電流IRから
バイアス電圧Vをモニタし、このモニタ結果に応
じてバイアス抵抗Rを可変設定してバイアス電圧
Vの調節を行うようにしても良い。
Incidentally, instead of directly monitoring the bias voltage V applied to the single crystal chip 1a and varying the bias resistor R, thereby adjusting the bias voltage, The bias voltage V may be monitored from the emission current I R of the crystal chip 1a, and the bias voltage V may be adjusted by variably setting the bias resistor R in accordance with the monitoring result.

ところで上述した電子銃1のバイアス条件設定
は、電子ビームの中心軸が電子光学系に対して軸
合せされており、且つ光学系内における軸合せも
なされているものとの前提条件の下で説明した。
しかし単結晶チツプ1aから放出される電子ビー
ムの強度分布が一様であつても、その中心軸が電
子光学系に対してずれを生じている場合、前述し
た如くフアラデーカツプ26から検出されるビー
ム電流Iの微分特性[dI/dx]で示される強度
分布の情報が第7図aに示すように軸対称性を失
い、[dI/dx]に傾きが生じる。この場合には、
第7図bに上記[dI/dx]の微分特性[d2I/
dx2]を示すように前述した零値の位置x0,x1は
同一点となる。つまり上記零値の位置x0とx1で
示される[d2I/dx2]が零となる範囲自体が零
となる。
By the way, the bias condition settings for the electron gun 1 mentioned above are explained under the assumption that the central axis of the electron beam is aligned with the electron optical system, and that the axis is also aligned within the optical system. did.
However, even if the intensity distribution of the electron beam emitted from the single crystal chip 1a is uniform, if the central axis of the electron beam is misaligned with respect to the electron optical system, the beam current detected from the Faraday cup 26 as described above. Information on the intensity distribution represented by the differential characteristic of I [dI/dx] loses its axial symmetry as shown in FIG. 7a, and a slope occurs in [dI/dx]. In this case,
Figure 7b shows the differential characteristic [d 2 I/dx] of the above [dI/dx].
dx 2 ], the zero value positions x0 and x1 described above are the same point. In other words, the range in which [d 2 I/dx 2 ], indicated by the above zero value positions x0 and x1, is zero is itself zero.

そこで計算機34では上記x0とx1の位置を比
較し、その位置が同一であるならばこれを電子ビ
ームの中心軸が電子光学系に対してずれを生じて
いると判定している。そしてこの場合には、計算
機34によるD/A変換器35の付勢によつて前
記偏向コイル45を駆動し、前記[d2I/dx2
における零値点間距離|x0−x1|が最大となる
べく電子ビームの中心軸合せの制御を行う。この
距離|x0−x1|の最大化調整により単結晶チツ
プ1aから放出される電子ビームの中心軸の電子
光学系に対するずれ補正がなされ、前述した第1
のアパーチヤ10は電子ビームの均一な強度の照
明を受けることになる。
Therefore, the computer 34 compares the positions of x0 and x1, and if the positions are the same, it is determined that the central axis of the electron beam has shifted with respect to the electron optical system. In this case, the deflection coil 45 is driven by the energization of the D/A converter 35 by the computer 34, and the [d 2 I/dx 2 ]
The center axis alignment of the electron beam is controlled so that the distance between zero value points |x0−x1| in is maximized. By maximizing this distance |x0−x1|, the deviation of the central axis of the electron beam emitted from the single crystal chip 1a with respect to the electron optical system is corrected.
The aperture 10 of will receive uniform intensity illumination of the electron beam.

また光学系内における軸合せが不良な場合に
は、前記投影レンズ13および縮小レンズ16に
おけるアパーチヤ12,15によつて遮られる電
子ビームの割合が増大する。そこで計算機34は
第8図に示されるように(dI/dx)naxを最大とす
るべく制御して光学系内の軸ずれを補正するべく
その軸合せを行う。この軸合せにより前記フアラ
デーカツプ26で測定される電子ビーム電流Iの
最大化が図られ、この条件下で測定される電子ビ
ーム電流Iが前述したアパーチヤ10での輝度β
を算出する際のビーム電流Inaxとして用いられ
る。
Furthermore, if the alignment within the optical system is poor, the proportion of the electron beam that is blocked by the apertures 12 and 15 in the projection lens 13 and the reduction lens 16 increases. Therefore, as shown in FIG. 8, the computer 34 performs control to maximize (dI/dx) nax and aligns the optical system in order to correct the axis deviation within the optical system. By this alignment, the electron beam current I measured by the Faraday cup 26 is maximized, and the electron beam current I measured under this condition is equal to the brightness β at the aperture 10 described above.
It is used as the beam current I nax when calculating.

即ち、上記光学系内の軸合せが不良な場合、電
子ビーム形状整形用の偏向板11に電位を与えな
い状態においては、第1のアパーチヤ像Bが第2
のビーム整形用アパーチヤ14上に正しく投影さ
れないことになり、その一部が投影レンズ13の
アパーチヤ12によつて遮られることになる。こ
の結果、上記アパーチヤ12は、電子ビームを遮
つた分の電子ビーム電流を検出することになる。
そこでこのアパーチヤ12により検出されるビー
ム電流を零とするべく、或いは最小とするべく前
記偏向コイル46,47を相互に関連させて駆動
制御し、第1および第2のビーム整形アパーチヤ
10,14間の電子ビームの軸合せを行なう。
That is, if the axis alignment in the optical system is poor, the first aperture image B will become the second
will not be correctly projected onto the beam shaping aperture 14 of the projection lens 13, and a portion of it will be blocked by the aperture 12 of the projection lens 13. As a result, the aperture 12 detects the electron beam current equivalent to the amount of electron beam intercepted.
Therefore, in order to make the beam current detected by this aperture 12 zero or minimize it, the deflection coils 46 and 47 are driven and controlled in relation to each other, and the beam current detected by the aperture 12 is adjusted between the first and second beam shaping apertures 10 and 14. The axis of the electron beam is aligned.

また第2のアパーチヤ像Dに対する対物レンズ
17の軸合せが不良な場合、縮小レンズ16にお
けるアパーチヤ15による電子ビームの遮りによ
り、このアパーチヤ15にて電子ビーム電流が検
出されることになる。この電子ビーム電流は、軸
合せが完全な場合には本来得られるべきものでな
いから、このアパーチヤ15により検出される電
子ビーム電流が零となるべく偏向コイル48を駆
動して軸合せがなされる。
Further, if the axis alignment of the objective lens 17 with respect to the second aperture image D is poor, the electron beam current is detected at the aperture 15 in the reduction lens 16 because the aperture 15 blocks the electron beam. Since this electron beam current is not what should originally be obtained if the alignment is perfect, alignment is achieved by driving the deflection coil 48 so that the electron beam current detected by the aperture 15 is zero.

このようにしてアパーチヤ12,15に流れ込
む電子ビーム電流を最小化するように偏向コイル
46,47,48を駆動することによつて光学系
の軸合せが行われる。
In this manner, the optical system is aligned by driving the deflection coils 46, 47, 48 so as to minimize the electron beam current flowing into the apertures 12, 15.

そしてこのような電子ビームの中心軸の電子光
学系に対する軸合せと、光学系内部の軸合せとが
行われた状態でバイアス条件設定の為の前準備が
完了し、前述した電子銃1に対するバイアス条件
の最適化調整が実施されることになる。
After the central axis of the electron beam is aligned with the electron optical system and the axis inside the optical system is completed, preparations for setting the bias conditions are completed, and the bias for the electron gun 1 described above is completed. Optimizing adjustments to conditions will be made.

ここで上述した電子銃1に対するバイアス条件
設定について上述した前準備の処理を含めて整理
してみると、その処理手順は第10図に示すよう
になる。
If the bias condition setting for the electron gun 1 described above is summarized including the preparatory processing described above, the processing procedure will be as shown in FIG. 10.

この処理手続は、先ず単結晶チツプ1aを或る
バイアス条件で駆動し、そのときの電子ビームを
x方向に偏向走査して、前記フアラデーカツプ2
6にて上記電子ビームのビーム電流Iを検出する
ことから開始される(ステツプa)。尚、ここで
は電子ビームをx方向に偏向走査する場合につい
て述べるが、y方向についても同様にその処理手
続が進められる。
In this processing procedure, first, the single crystal chip 1a is driven under a certain bias condition, the electron beam at that time is deflected and scanned in the x direction, and the Faraday cup 2 is
The process starts with detecting the beam current I of the electron beam at step 6 (step a). Note that although the case where the electron beam is deflected and scanned in the x direction will be described here, the processing procedure is similarly carried out in the y direction.

次にこの処理手続にて測定された電子ビーム電
流Iの特性から、計算機34にてその微分特性
[dI/dx]と、この微分特性[dI/dx]を更に微
分した特性[d2I/dx2]を算出する(ステツプ
b)。そしてこの特性[d2I/dx2]から、前述し
た零値をとる2つの位置x0,x1をそれぞれ求め
(ステツプc)、それらの位置x0,x1が同一位置
であるか否かを判定する(ステツプd)。この判
定処理により、前述したように前記電子ビームの
中心軸が電子光学系に対して軸合せがなされてい
るか否かが判定される。そして上記2つの位置
x0,x1が同一位置であり、電子ビームの中心軸
が電子光学系に対してずれがあると判定された場
合には、前述したように偏向コイル45の駆動に
より、距離|x0−x1|が最大となるようにして
その中心軸合せを行う(ステツプe)。この電子
ビームの中心軸の電子光学系に対する軸合せは、
前述したステツプa,bの処理を繰返し行ないな
がら、そのときに検出される上記2つの位置x0,
x1から逐次距離|x0−x1|を算出して行われる。
Next, from the characteristics of the electron beam current I measured in this processing procedure, the computer 34 calculates its differential characteristic [dI/dx] and the characteristic obtained by further differentiating this differential characteristic [dI/dx] [d 2 I/dx]. dx 2 ] (step b). Then, from this characteristic [d 2 I/dx 2 ], find the two positions x0 and x1 that take the aforementioned zero value (step c), and determine whether these positions x0 and x1 are the same position. (Step d). Through this determination process, it is determined whether or not the central axis of the electron beam is aligned with the electron optical system as described above. And the above two positions
If x0 and x1 are at the same position and it is determined that the center axis of the electron beam is misaligned with respect to the electron optical system, the distance |x0−x1| is changed by driving the deflection coil 45 as described above. The center axes are aligned so that the center axis is maximized (step e). The alignment of the central axis of this electron beam with respect to the electron optical system is
While repeating the processes of steps a and b described above, the two positions x0 and x0 detected at that time are
This is done by sequentially calculating the distance |x0−x1| from x1.

しかして電子ビームの中心軸の電子光学系に対
する軸合せが完了したとき、或いは前述したステ
ツプdにより示される判定処理において2つの位
置x0,x1が異なることから電子ビームの中心軸
が電子光学系に対して軸合せされていることが確
認された場合には、次に光学系内の軸合せを前述
したように行う(ステツプf)。即ち、アパーチ
ヤ12,15によつて検出される電子ビーム電流
が零、若しくは最小となるようにして偏向コイル
46,47を駆動して光学系内の軸合せを行う。
When the alignment of the central axis of the electron beam with respect to the electron optical system is completed, or because the two positions x0 and x1 are different in the determination process shown in step d described above, the central axis of the electron beam is aligned with the electron optical system. If it is confirmed that the optical system is aligned, then the alignment within the optical system is performed as described above (step f). That is, the deflection coils 46 and 47 are driven so that the electron beam current detected by the apertures 12 and 15 becomes zero or minimum, thereby aligning the axis within the optical system.

以上の処理手続によつて電子ビームの中心軸の
電子光学系に対する軸合せと、光学系内の軸合せ
が完了する。そしてこの前準備処理が終了した時
点で、電子銃1のバイアス条件を最適化設定する
為の処理に移る。
Through the above processing procedure, alignment of the central axis of the electron beam with respect to the electron optical system and alignment within the optical system are completed. When this preparatory process is completed, a process for optimizing the bias conditions of the electron gun 1 is started.

この処理は、先ず、前述したステツプa,〜c
に示される処理と同様にして前記電子ビームをx
方向に偏向走査し、上述した軸合せの全てが完了
している状態での電子ビームのビーム電流Iを前
記フアラデーカツプ26にて検出し、この電子ビ
ーム電流Iの特性から、計算機34にてその微分
特性[dI/dx]と、この微分特性[dI/dx]を
更に微分した特性[d2I/dx2]を算出すること
から始められる(ステツプg)。そして次に上記
特性[d2I/dx2]から電子ビームの強度分布を
示す特性[dI/dx]に凹凸が有るか否かを判定
し(ステツプh)、電子ビームの強度分布が略一
様であるか否かを調べる。
This process begins with the steps a, to c described above.
The electron beam is
The beam current I of the electron beam is detected by the Faraday cup 26 in a state where all of the above-mentioned axis alignments have been completed, and from the characteristics of this electron beam current I, the computer 34 calculates its differential. The process starts by calculating the characteristic [dI/dx] and the characteristic [d 2 I/dx 2 ] obtained by further differentiating this differential characteristic [dI/dx] (step g). Next, it is determined from the above characteristic [d 2 I/dx 2 ] whether or not there is any unevenness in the characteristic [dI/dx] indicating the intensity distribution of the electron beam (step h), and it is determined whether the intensity distribution of the electron beam is approximately uniform. Check whether it is the same or not.

この判定により特性[dI/dx]に凹凸がある
ことが示された場合には、前述したようにバイア
ス抵抗Rを調節し(ステツプi)、その微分特性
[d2I/dx2]に示される上述した2つの零値位置
x0,x1で示される範囲内の[d2I/dx2]の値が
零となるように調整する。
If this judgment shows that there are irregularities in the characteristic [dI/dx], the bias resistor R is adjusted as described above (step i), and the differential characteristic [d 2 I/dx 2 ] is The two zero value positions mentioned above
Adjustment is made so that the value of [d 2 I/dx 2 ] within the range indicated by x0 and x1 becomes zero.

しかしてバイアス抵抗Rの調節により電子ビー
ムの強度分布が略一様化されたとき、或いは特性
[dI/dx]に凹凸がないことで電子ビームの強度
分布が略一様であることが確認された後には、次
に前記フアラデーカツプ26で求められる電子ビ
ーム電流I(金の細線24で遮られることのない
状態での測定ビーム電流Inax)から計算機34に
てそのときの電子ビームの輝度βを計算する(ス
テツプj)。そしてこの計算された電子ビームの
輝度βと、ケラー照明に必要な輝度βoeedとの比
較を行ない(ステツプk)、[β>βoeed]ならば
前記バイアス電圧Vを高めてその輝度βをβoeed
に調節する(ステツプl)。また逆に[β<
βoeed]であるならば、ヒータ電源を調節し、チ
ツプ温度Tを高めてその輝度βをβoeedに調節す
る(ステツプm)。
Therefore, when the intensity distribution of the electron beam is made approximately uniform by adjusting the bias resistor R, or when there is no unevenness in the characteristic [dI/dx], it is confirmed that the intensity distribution of the electron beam is approximately uniform. After that, the computer 34 calculates the brightness β of the electron beam at that time from the electron beam current I determined by the Faraday cup 26 (the measurement beam current I nax in a state where it is not blocked by the thin gold wire 24). Calculate (step j). Then, this calculated brightness β of the electron beam is compared with the brightness β oeed required for Keller illumination (step k), and if [β>β oeed ], the bias voltage V is increased to reduce the brightness β to β oed
(Step 1). And conversely [β<
β oeed ], the heater power is adjusted to raise the chip temperature T and adjust the brightness β to β oeed (step m).

このような一連の処理手続により、電子銃1に
対するバイアス条件の最適化設定がなされ、電子
ビーム露光にに必要な輝度βoeedを得て、その処
理手続を完了する(ステツプn)。
Through this series of processing procedures, the bias conditions for the electron gun 1 are optimized, the brightness β oeed necessary for electron beam exposure is obtained, and the processing procedure is completed (step n).

尚、本発明は上記した実施例のみに限定される
ものではない。例えば上記実施例では、試料面1
9上で電子ビームのビーム電流Iを検出し、その
強度分布を求めたが、必ずしも上記試料面に特定
されることはない。例えば第9図に示すように、
照明レンズ9の下方位置に設けられた第1のビー
ム整形アパーチヤ10のマスクエツジ近傍に
100μmの孔10aを設け、この孔10aに対向し
てフアラデーカツプ26を設けてビーム電流Iを
検出するようにしてもよい。このような構造を採
用した場合には、上記アパーチヤ10上に照明さ
れる電子ビームを2次元走査し、その時の偏向電
流の大きさとフアラデーカツプ26によるビーム
電流の検出値とからアパーチヤ10上での電子ビ
ーム強度分布を求めることができる。この場合、
[d2I/dxdy]が上記フアラデーカツプ26で検
出される量となるから、アパーチヤ10の開口内
において上記[d2I/dxdy]が一定となるよう
にバイアス電圧Vを調節するようにすればよい。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the sample surface 1
9, the beam current I of the electron beam was detected and its intensity distribution was determined, but it is not necessarily specific to the sample surface. For example, as shown in Figure 9,
Near the mask edge of the first beam shaping aperture 10 provided below the illumination lens 9
A 100 μm hole 10a may be provided, and a Faraday cup 26 may be provided opposite the hole 10a to detect the beam current I. When such a structure is adopted, the electron beam illuminated on the aperture 10 is two-dimensionally scanned, and the electron beam on the aperture 10 is determined based on the magnitude of the deflection current at that time and the value of the beam current detected by the Faraday cup 26. Beam intensity distribution can be determined. in this case,
[d 2 I/dxdy] is the amount detected by the faraday cup 26, so if the bias voltage V is adjusted so that the above [d 2 I/dxdy] is constant within the opening of the aperture 10, good.

また上述した実施例では単結晶LaB6チツプを
用いた電子銃につき説明したが、単結晶チツプが
第1図に示す如き構造を有し、チツプ材料の仕事
関数が面異方性を持つものであれば、第2図およ
び第3図a〜dに示すような特性を有するので、
例えばタンタルカーバイト(Ta C)、チタンカ
ーバイト(Ti C)、ジルコニウムカーバイト
(Zr C)、LaB6のランタンの一部をネジオウムで
置換したLa03Nd07B6等の単結晶チツプについて
も適用することができる。また電子ビームの強度
分布測定を、ベリリウムの如き低原子密度の基板
上にビーム形状より小なる重金属微粉体を塗布
し、この微粉体を電子ビーム走査して得られる反
射電子を検出して行うようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, an electron gun using a single crystal LaB 6 chip was explained, but the single crystal chip has a structure as shown in FIG. 1, and the work function of the chip material has plane anisotropy. If so, it will have the characteristics shown in Figures 2 and 3 a to d, so
For example, single-crystal chips such as tantalum carbide (Ta C), titanium carbide (Ti C), zirconium carbide (Zr C), and La 03 Nd 07 B 6 in which part of the lanthanum in LaB 6 is replaced with ndiumium. Can be applied. In addition, the intensity distribution of the electron beam is measured by coating a heavy metal fine powder smaller than the beam shape on a substrate with a low atomic density such as beryllium, and detecting the reflected electrons obtained by scanning the fine powder with the electron beam. You may also do so.

また測定情報に基づくバイアス条件の制御値を
計算機34にて求めたが、専用の演算処理回路を
構成してその演算を行わせてもよいことは勿論の
ことである。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。
Further, although the control value of the bias condition based on the measurement information was determined by the computer 34, it goes without saying that a dedicated arithmetic processing circuit may be configured to perform the arithmetic operation. In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、電子ビー
ム強度分布と、アパーチヤにおける電子ビーム輝
度、或いはビーム寸法が一定化された条件下での
ブーム電流とに従つて非常に簡単にバイアス抵抗
あるいはバイアス電圧の制御値を得て、そのバイ
アス条件を露光に必要なビーム強度の均一化と十
分なる輝度を与えるべく調整が可能であり、ここ
に簡易で実用性に富んだ電子線装置を提供するこ
とができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is very easy to calculate the electron beam intensity according to the electron beam intensity distribution, the electron beam brightness at the aperture, or the boom current under the condition that the beam size is constant. By obtaining a control value for the bias resistor or bias voltage, it is possible to adjust the bias conditions to equalize the beam intensity and provide sufficient brightness necessary for exposure, making it possible to create a simple and highly practical electron beam device. can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明の実施例に係る電子線装置を示すも
ので、第1図は電子銃に用いられる単結晶チツプ
の構造を示す斜視図、第2図はバイアス電圧と輝
度との関係を示す図、第3図a〜dはエミツシヨ
ンパターンを模式的に示す図、第4図はバイアス
抵抗と輝度との関係を示す図、第5図は実施例装
置の全体構成を示す図、第6図a〜dはブーム強
度分布の測定原理を説明する為の図、第7図a,
bおよび第8図はビーム強度分布を示す図、第9
図はビーム強度分布測定の別の例を示す図、第1
0図は本装置における全体的な調整処理手順の流
れを示す図である。 1……電子銃、3……高圧電源、4……ヒータ
電源、5……バイアス抵抗可変回路、10……第
1のビーム整形アパーチヤ、14……第2のビー
ム整形アパーチヤ、17……対物レンズ、20…
…偏向電極板、26……フアラデーカツプ、34
……計算機。
The figures show an electron beam device according to an embodiment of the present invention. Fig. 1 is a perspective view showing the structure of a single crystal chip used in an electron gun, and Fig. 2 is a diagram showing the relationship between bias voltage and brightness. , FIGS. 3a to 3d are diagrams schematically showing emission patterns, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between bias resistance and brightness, FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the embodiment device, and FIG. Figures a to d are diagrams for explaining the measurement principle of boom strength distribution, Figure 7 a,
b and Fig. 8 are diagrams showing the beam intensity distribution, and Fig. 9 is a diagram showing the beam intensity distribution.
Figure 1 shows another example of beam intensity distribution measurement.
FIG. 0 is a diagram showing the flow of the overall adjustment processing procedure in this apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electron gun, 3... High voltage power supply, 4... Heater power supply, 5... Bias resistance variable circuit, 10... First beam shaping aperture, 14... Second beam shaping aperture, 17... Objective Lens, 20...
... Deflection electrode plate, 26 ... Faraday cup, 34
……calculator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 単結晶チツプを用いた電子銃と、この電子銃
から発せられる電子ビームをケラー照明して投影
するアパーチヤ像投影型の電子光学系と、上記電
子ビームの可変整形アパーチヤへの照明を制御す
る為のレンズ系と、前記電子ビームの強度分布を
測定する第1の測定系と、前記電子ビームの電子
ビーム電流を測定する第2の測定系と、これらの
第1および第2の測定系にて求められた測定結果
に基づいて前記電子銃のバイアス電圧またはバイ
アス抵抗を可変する制御系とを具備した電子線装
置において、 前記制御系は前記第1の測定系にて測定された
電子ビームの強度分布から前記電子銃のバイアス
電圧またはバイアス抵抗を可変して上記電子ビー
ムの強度分布を一様化する第1の手段と、この第
1の手段にて強度分布が一様化された条件下で与
えられる電子ビーム寸法での電子ビーム電流を前
記第2の測定系にて測定し、この第2の測定系に
て測定される電子ビーム電流と所望とする電子ビ
ーム電流とを比較する第2の制御手段と、この第
2の手段で求められる比較結果に従つて前記電子
銃のバイアス電圧またはバイアス抵抗を可変して
前記電子ビーム電流を所望値と一致させる第3の
手段とを具備したことを特徴とする電子線装置。 2 第1の測定系からの測定結果に基づく電子ビ
ームの強度分布の一様化は、電子ビーム寸法を一
定化して行われるものである特許請求の範囲第1
項記載の電子線装置。 3 電子銃を構成する単結晶チツプは、ランタン
ヘキサボライド(LaB6)単結晶である特許請求
の範囲第1項記載の電子線装置。 4 制御系は、電子光学系におけるケラー照明に
必要な電子ビームの強度分布の一様化と所定の輝
度を与えるべく、電子銃のバイアス電圧またはバ
イアス抵抗を可変制御するものである特許請求の
範囲第1項記載の電子線装置。
[Claims] 1. An electron gun using a single-crystal chip, an aperture image projection type electron optical system that projects an electron beam emitted from the electron gun with Keller illumination, and a variable shaping aperture for the electron beam. a lens system for controlling the illumination of the electron beam, a first measurement system for measuring the intensity distribution of the electron beam, a second measurement system for measuring the electron beam current of the electron beam; and a control system that varies the bias voltage or bias resistance of the electron gun based on the measurement results obtained by the second measurement system, wherein the control system performs the measurement using the first measurement system. a first means for making the intensity distribution of the electron beam uniform by varying the bias voltage or bias resistance of the electron gun based on the intensity distribution of the electron beam; Measure the electron beam current with the given electron beam dimensions under the specified conditions using the second measurement system, and compare the electron beam current measured by the second measurement system with the desired electron beam current. and third means for varying the bias voltage or bias resistance of the electron gun to match the electron beam current with a desired value according to the comparison result obtained by the second means. An electron beam device comprising: 2. The uniformity of the intensity distribution of the electron beam based on the measurement results from the first measurement system is performed by keeping the dimensions of the electron beam constant.
Electron beam device described in Section 1. 3. The electron beam device according to claim 1, wherein the single crystal chip constituting the electron gun is a lanthanum hexaboride (LaB 6 ) single crystal. 4. Claims in which the control system variably controls the bias voltage or bias resistance of the electron gun in order to uniformize the intensity distribution of the electron beam and provide a predetermined brightness necessary for Keller illumination in the electron optical system. The electron beam device according to item 1.
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