TW202234448A - 電子槍的陰極機構、電子槍、及電子束描繪裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的一態樣的電子槍的陰極機構的特徵在於包括：晶體，藉由加熱而自一端面發射熱電子；保持部，於露出一端面並被覆晶體的另一面的至少一部分的狀態下保持晶體；第一支柱及第二支柱，支撐保持部且分別於維持同一剖面尺寸的狀態下延伸；第一基座部，固定第一支柱；以及第二基座部，固定第二支柱，保持部、第一支柱、第二支柱、第一基座部與第二基座部由利用同一材料所得的一體結構形成，藉由使電流於一體結構中流動而對晶體進行加熱。

Description

電子槍的陰極機構、電子槍、及電子束描繪裝置
本發明的一態樣是有關於一種電子槍的陰極機構、電子槍、及電子束描繪裝置。
本申請案是以2021年2月25日向日本專利廳提出申請的專利申請案（日本專利特願2021-029008）為基礎而主張優先權的申請案。該專利申請案中記載的所有內容藉由參照而併入本申請案中。
承擔半導體元件的微細化進展的微影技術是於半導體製造製程中生成唯一圖案的極為重要的製程。近年來，伴隨大規模積體電路（Large Scale Integration，LSI）的高積體化，對半導體元件所要求的電路線寬逐年微細化。此處，電子射線（電子束）描繪技術本質上具有優異的解析性，使用電子射線來對空白光罩（mask blanks）描繪光罩圖案。
例如，有一種使用多射束（multi beam）的描繪裝置。與利用一根電子束來進行描繪的情況相比，藉由使用多射束，可一次照射大量的射束，因此可大幅提高生產量（throughput）。於該多射束方式的描繪裝置中，例如使自電子槍發射的電子束通過包括多個孔的光罩而形成多射束，並分別進行遮蔽（blanking）控制，未被遮蔽的各射束經光學系統縮小，從而光罩像縮小，並利用偏向器而偏向，從而照射至試樣上的所期望的位置。
於發射電子束的熱電子槍中，伴隨陰極（負極（cathode））的高亮度化，負極的動作溫度變高。先前的負極是將電流流通的多個零件機械性接合而組裝。因此，存在多個電性接觸部位，從而存在負極整體的電阻變得不穩定的問題。另外，於將電流流通的多個零件於作為絕緣部的陶瓷內固定的情況下，存在加熱時陶瓷亦會成為高溫從而容易產生絕緣破壞的問題。
此處，揭示了一種負極機構，其是一對通電用端子、自各端子以剖面積逐漸變小的方式延伸的一對腳部、與於最細部連接一對腳並載置六硼化鑭（LaB 6）的粉末的支撐部由玻璃狀碳一體地形成（例如，參照日本專利特開2001-084932）。
本發明的一態樣的電子槍的陰極機構的特徵在於包括： 晶體，藉由加熱而自一端面發射熱電子； 保持部，於露出一端面並被覆晶體的另一面的至少一部分的狀態下保持晶體； 第一支柱及第二支柱，支撐保持部且分別於維持同一剖面尺寸的狀態下延伸； 第一基座部，固定第一支柱；以及 第二基座部，固定第二支柱， 保持部、第一支柱、第二支柱、第一基座部與第二基座部由利用同一材料所得的一體結構形成，藉由使電流於一體結構中流動而對晶體進行加熱。
本發明的一態樣的電子槍的特徵在於包括： 上文所述的電子槍的陰極機構；以及 正極（anode）電極，相較於晶體而被控制為正的電位的狀態，引出自晶體發射出的熱電子。
本發明的一態樣的電子束描繪裝置的特徵在於包括： 上文所述的電子槍；以及 描繪機構，使用自電子槍發射出的熱電子對試樣描繪圖案。
以下，於實施形態中，對實現負極的電阻的穩定性與絕緣破壞的抑制，並且能夠效率良好地對晶體進行加熱的陰極機構進行說明。
另外，以下，於實施形態中，對使用多射束來作為電子束的結構進行說明。但是，並不限於此，亦可為使用單射束（single beam）的結構。另外，以下，對描繪裝置進行說明，但只要是使用自熱電子發射源發射出的電子束的裝置，則亦可為描繪裝置以外的裝置。例如，亦可為圖像獲取裝置或者檢查裝置等。 實施形態1.
圖1是表示實施形態1中的電子槍的陰極機構的結構的一例的剖視圖。 圖2是表示實施形態1中的電子槍的陰極機構的結構的一例的俯視圖。圖3是表示實施形態1中的電子槍的陰極機構的結構的一例的參考用立體圖。圖3所示的陰極機構的形狀的一部分與圖1及圖2所示的形狀不一致。圖1及圖2中，電子槍的負極機構222（陰極機構）包括：晶體10、保持部12、一對支柱14、16、以及一對基座部18、19。
晶體10藉由加熱而自作為一端面的電子發射面11發射熱電子。作為晶體10的材料，例如使用六硼化鑭（LaB 6）。晶體10的電子發射面11內的晶體方位相同。例如，適宜為具有（100）或者（310）的晶體方位。晶體10形成為圓柱狀與圓錐台狀中的至少一者的形狀。例如，適宜為如圖1所示，形成為圓柱狀的下部與圓錐台狀的上部的組合。或者，亦可自下部至上部形成為圓柱狀。或者亦可自下部至上部形成為圓錐台狀。或者亦可為稜柱。
保持部12於露出晶體10的電子發射面11並被覆晶體10的另一面的至少一部分的狀態下保持晶體10。於圓柱狀的保持部12的上表面的中央部以規定的深度形成孔。孔的尺寸與晶體10的尺寸一致。藉由將晶體10自下部側嵌入該孔中來保持晶體10。藉此，於圖1的例子中，將晶體10的底面及下部側的側面被覆。於被覆的面上，保持部12與晶體10接觸，對晶體10進行加熱，並且向晶體10施加加速電壓。於晶體10例如為圓柱、圓錐台或者它們的組合的情況下，保持部12的孔的形狀只要設為圓柱即可。於晶體10例如為稜柱的情況下，保持部12的孔的形狀只要設為稜柱即可。
一對支柱14（第一支柱）及支柱16（第二支柱）支撐保持部12。一對支柱14、16分別於維持同一剖面尺寸的狀態下延伸。一對支柱14、16配置成隔開間隙15的寬度W。一對支柱14、16作為用於經由保持部12對晶體10進行加熱的加熱器發揮功能。
一對基座部18、19固定一對支柱14、16。具體而言，基座部18固定支柱14的下側端。基座部19固定支柱16的下側端。基座部18連接於由絕緣子54支撐的金屬製的配線50，並由配線50支撐。基座部19連接於由絕緣子54支撐的金屬製的配線52，並由配線52支撐。
保持部12、一對支柱14、16、以及一對基座部18、19由利用同一材料所得的一體結構形成。作為一體結構的材料，可使用石墨、鉭、鎢、及銥中的一個。於將保持部12、一對支柱14、16、以及一對基座部18、19形成為一體結構的情況下，首先，將母材形成為使圓柱於板狀的基座部分的中央直立的形狀。基座部分的寬度L適宜為設為與圓柱的直徑ϕ相比足夠大的尺寸。例如，形成為2倍以上的尺寸。於圖2及圖3的例子中，示出了例如以3倍左右的尺寸形成的情況。然後，於基座部的長度方向的中央部且為穿過圓柱的中央部的位置，殘留相當於保持部12的部分並實施寬度W的切入加工，而將基座部18與基座部19分離，並且將支柱14與支柱16分離。藉此，可形成電流以基座部18、支柱14、保持部12、支柱16、及基座部19的順序流通的串聯的流路。另外，藉此，自保持部12的背面開始形成在兩個支柱14、16之間及兩個基座部18、19之間連續的相同寬度W的空間。另外，於圓柱狀的保持部12的上表面的中央部以規定的深度形成孔。孔的直徑尺寸與晶體10的尺寸一致。孔的深度適宜為設定為晶體10長度以下。藉此可形成一體結構的保持部12、一對支柱14、16、以及一對基座部18、19。
經由配線50流向寬度L的基座部18的電流由於剖面積大，因此可將電阻抑制得小，可抑制發熱量。而且，於剖面積自基座部18急遽變小的支柱14中，由於電阻大，因此可增大發熱量。此處，例如於逐漸減小剖面積的形狀中，電阻大的部分少，為了獲得所需的發熱量，需要大的電力。與此相對，於實施形態1中，支柱14於維持小的剖面積的狀態下朝向保持部12延伸，因此可維持電阻大的狀態。因此，於獲得所需的發熱量時，能夠以小的電力效率良好地發熱。支柱16亦同樣如此。
一對支柱14、16是如上所述般自直徑ϕ的圓柱部分削出。直徑ϕ的圓柱部分藉由殘留保持部12的區域並於中央部形成寬度W的切口而削出成兩個對開狀部分。進而，如圖1的右上的一對支柱的俯視圖所示，分別切削經對開的部分的兩側的部分2、部分3、部分4、部分5，形成剖面的外側邊成為圓弧狀的寬度D的一對支柱14、16。藉此，支柱14、支柱16具有三邊為直線、一邊為曲線的剖面結構。藉由進一步切削經對開的部分的兩側的部分2、部分3、部分4、部分5，可進一步減小支柱14、支柱16的剖面積。藉由減小剖面積，可提高電阻，於使電流流動時效率良好地使溫度上升。
如此，例如自藉由對石墨材料進行車床加工而製作的圓柱刮削狹縫（W）及部分2、部分3、部分4、部分5，可容易地製作加熱器。換言之，為容易製作的構造。進而，由於是藉由車床加工而均等且於弱的負載下製成的應力少的圓柱，因此圓柱自身不易產生裂紋等。進而，剖面積小且可提高電阻，且剖面相較於四邊形強度提升。
圖4是表示實施形態1的比較例1中的陰極機構的一例的結構圖。圖4中，於比較例1中，例如自外部垂直地貫通圓盤狀的陶瓷基座354並被固定的兩根導線350於貫通陶瓷基座354後彼此向內側彎曲地延伸。然後，於兩根導線350的前端部分，藉由板狀的熱解石墨（Pyrolytic Graphite，PG）312夾持晶體310。於所述結構中，存在各導線350與各PG 312的機械性及電性的接合部位、以及兩PG 312與晶體310的機械性及電性的接合部位。特別是成為晶體310於板狀的各PG 312的前端部分的接合。因此，存在該些接合部位處的接觸電阻容易變化的問題。
圖5是表示實施形態1的比較例2中的陰極機構的一例的結構圖。圖5中，於比較例2中，兩根基座銷450、452例如自圓盤狀的陶瓷基座454的上表面外周部向斜內側延伸，於基座銷450前端部分連接板簧418。同樣地，於基座銷452前端部分連接板簧419。板簧418、板簧419與陶瓷基座454的上表面平行地向中央部側延伸，於配置於中央部的絕緣性小的絕緣子塊453內被固定。於絕緣子塊453內，加熱器棒414連接於板簧418。同樣地，於絕緣子塊453內，加熱器棒416連接於板簧419。由絕緣子塊453定心的兩根加熱器棒414、416垂直地延伸並連接於保持部412。晶體410嵌入保持部412上表面。於所述結構中，存在基座銷450前端部分與板簧418的機械性及電性的接合部位、基座銷452前端部分與板簧419的機械性及電性的接合部位。另外，於絕緣子塊453內存在加熱器棒414與板簧418的機械性及電性的接合部位。同樣地，於絕緣子塊453內存在加熱器棒416與板簧419的機械性及電性的接合部位。因此，存在該些接合部位處的接觸電阻容易變化的問題。進而，由於加熱器棒414、加熱器棒416會成為高溫，因此絕緣子塊453自身亦會成為高溫。其結果，儘管原本是絕緣性優異的材質，但於絕緣子塊453內會產生絕緣不良。其結果，存在絕緣子塊453內產生加熱器棒414、加熱器棒416間的絕緣破壞，陰極機構整體的電阻變化的問題。
進而，於比較例2中，污染物（contamination）堆積於絕緣子塊453上，污染物將加熱器棒414、加熱器棒416間電性連接，因此存在產生加熱器棒414、加熱器棒416間的絕緣破壞，陰極機構整體的電阻變化的問題。
與此相對，於實施形態1中，保持部12、一對支柱14、16、以及一對基座部18、19由利用同一材料所得的一體結構形成，因此可消除機械性及電性的接合部位。因此，可消除接觸電阻的變化。另外，雖然一對支柱14、16的各端部連接於分離的基座部18、基座部19的其中一者，但是不存在絕緣子塊，因此可避免污染物堆積。因此，可消除支柱14、支柱16間的絕緣破壞，並消除陰極機構整體的電阻的變化。
如以上所述，根據實施形態1，可實現負極機構222的電阻的穩定性與絕緣破壞的抑制，並且可效率良好地對晶體10進行加熱。藉由使負極機構222的電阻穩定，可抑制晶體10的溫度變化，並可發射穩定的熱電子。
圖6是表示實施形態1中的描繪裝置100的結構的一例的圖。圖1中，描繪裝置100包括描繪機構150與控制系統電路160。描繪裝置100為多電子束描繪裝置的一例。描繪機構150包括電子鏡筒102（多電子束管柱）與描繪室103。於電子鏡筒102內，配置有電子槍201、照明透鏡202、成形孔徑陣列基板203、遮蔽孔徑陣列機構204、縮小透鏡205、限制孔徑基板206、物鏡207、偏向器208、及偏向器209。於描繪室103內，配置有XY載台105。於XY載台105上，配置有於描繪時成為描繪對象基板的、塗佈有抗蝕劑的空白光罩等的試樣101。試樣101包含製造半導體裝置時的曝光用光罩、或者製造半導體裝置的半導體基板（矽晶圓）等。於XY載台105上，進而配置有XY載台105的位置測定用的鏡210。
電子槍201（電子束發射源）具有上文所述的負極機構222。電子槍201除了具有負極機構222以外，亦具有韋乃特（Wehnelt）224（韋乃特電極）及正極226（正極電極）。另外，正極226相較於負極機構222的晶體10而被控制為正的電位的狀態，並引出自晶體10發射的熱電子。例如，正極226接地（連接地線）。
控制系統電路160具有：控制計算機110、記憶體112、電子槍電源裝置120、偏向控制電路130、數位/類比轉換（Digital Analog Conversion，DAC）放大器單元132、DAC放大器單元134、載台位置檢測器139及磁碟裝置等記憶裝置140。控制計算機110、記憶體112、電子槍電源裝置120、偏向控制電路130、DAC放大器單元132、DAC放大器單元134、載台位置檢測器139及記憶裝置140經由未圖示的匯流排而彼此連接。於偏向控制電路130，連接有DAC放大器單元132、DAC放大器單元134及遮蔽孔徑陣列機構204。DAC放大器單元132的輸出連接於偏向器209。DAC放大器單元134的輸出連接於偏向器208。偏向器208包括四極以上的電極，每個電極經由DAC放大器134而由偏向控制電路130予以控制。偏向器209包括四極以上的電極，每個電極經由DAC放大器132而由偏向控制電路130予以控制。載台位置檢測器139將雷射光照射至XY載台105上的鏡210，並接收來自鏡210的反射光。而且，利用使用了該反射光的資訊的雷射干涉的原理來測定XY載台105的位置。
輸入/輸出至控制計算機110的資訊及運算中的資訊每次均保存於記憶體112中。
於電子槍電源裝置120內配置有加速電壓電源電路236、偏置電壓電源電路234、燈絲電力供給電路231（燈絲電力供給部）、及電流計238。
加速電壓電源電路236的陰極（-）側連接於電子鏡筒102內的負極機構222的兩極的配線50、配線52。加速電壓電源電路236的陽極（+）側經由串聯連接的電流計238而接地（接地連接）。另外，加速電壓電源電路236的陰極（-）亦分支連接於偏置電壓電源電路234的陽極（+），偏置電壓電源電路234的陰極（-）電性連接於配置於負極機構222與正極226之間的韋乃特224。換言之，偏置電壓電源電路234以電性連接於加速電壓電源電路236的陰極（-）與韋乃特224之間的方式而配置。而且，燈絲電力供給電路231使電流於該負極機構222的兩極的配線50、配線52間流動而將負極機構222內的晶體10加熱至規定的溫度。換言之，燈絲電力供給電路231對負極機構222供給燈絲電力。燈絲電力與負極溫度T（晶體10的加熱溫度）能夠以固定的關係來定義，藉由燈絲電力，可加熱至所期望的負極溫度。因此，負極溫度T是藉由燈絲電力來進行控制。燈絲電力是以流經負極機構222的兩極間的電流與由燈絲電力供給電路231施加至負極機構222的兩極間的電壓之積來定義。加速電壓電源電路236對負極機構222與正極226間施加加速電壓。偏置電壓電源電路234對韋乃特224施加負的偏置電壓。
另外，自描繪裝置100的外部輸入描繪資料，並保存至記憶裝置140中。於描繪資料中，通常對用於描繪的多個圖形圖案的資訊進行定義。具體而言，針對每個圖形圖案來定義圖形代碼、座標及尺寸等。
此處，於圖6中，記載了說明實施形態1所需的結構。對於描繪裝置100而言，通常亦可包括所需的其他結構。
圖7是表示實施形態1中的成形孔徑陣列基板203的結構的概念圖。圖7中，於成形孔徑陣列基板203上，以規定的排列間距呈矩陣狀地形成有縱（y方向）p行×橫（x方向）q行（p、q≧2）的孔（開口部）22。圖2中，例如於縱橫（x、y方向）形成512×512行的孔22。各孔22均形成為相同的尺寸形狀的矩形。或者，亦可為相同直徑的圓形。成形孔徑陣列基板203（射束形成機構）形成多射束20。具體而言，藉由電子束200的一部分分別通過該些多個孔22，從而形成多射束20。另外，孔22的排列方式並不限於如圖7般縱橫配置成格子狀的情況。例如，縱方向（y方向）第k段的行與第k+1段的行的孔彼此亦可朝橫方向（x方向）偏離尺寸a而配置。同樣地，縱方向（y方向）第k+1段的行與第k+2段的行的孔彼此亦可朝橫方向（x方向）偏離尺寸b而配置。
圖8是表示實施形態1中的遮蔽孔徑陣列機構204的結構的剖視圖。如圖8所示，遮蔽孔徑陣列機構204於支撐台33上配置包含矽等的半導體基板31。基板31的中央部例如自背面側被切削而加工成薄的膜厚h的膜片區域330（第一區域）。圍繞膜片區域330的周圍成為厚的膜厚H的外周區域332（第二區域）。膜片區域330的上表面與外周區域332的上表面以成為相同的高度位置或者實質上相同的高度位置的方式形成。基板31於外周區域332的背面被保持於支撐台33上。支撐台33的中央部開口，膜片區域330的位置位於支撐台33的所開口的區域。
於膜片區域330，於與圖7所示的成形孔徑陣列基板203的各孔22對應的位置，開設有多射束20各自的射束通過用的通過孔25（開口部）。換言之，於基板31的膜片區域330，呈陣列狀地形成有使用了電子射線的多射束20的各自對應的射束所通過的多個通過孔25。而且，於基板31的膜片區域330上且為夾著多個通過孔25中的對應的通過孔25而相向的位置，分別配置有具有兩個電極的多個電極對。具體而言，於膜片區域330上，如圖8所示，於各通過孔25的附近位置，夾著相應的通過孔25而分別配置有遮蔽偏向用的控制電極24與相向電極26的組（遮蔽器：遮蔽偏向器）。另外，於基板31內部且為膜片區域330上的各通過孔25的附近，配置有對各通過孔25用的控制電極24施加偏向電壓的控制電路41（邏輯電路）。各射束用的相向電極26接地連接。
於控制電路41內，例如配置有互補金氧半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）反相器電路等未圖示的放大器（開關電路的一例）。放大器的輸出（OUT）連接於控制電極24。另一方面，相向電極26被施加接地電位。對於放大器的輸入（IN），施加較臨限值電壓低的L（低（low））電位（例如接地電位）與為臨限值電壓以上的H（高（high））電位（例如1.5 V）中的任一者來作為控制訊號。實施形態1中，於對放大器的輸入（IN）施加有L電位的狀態下，放大器的輸出（OUT）成為正電位（Vdd），藉由因與相向電極26的接地電位的電位差所產生的電場來使對應射束偏向，並利用限制孔徑基板206來進行遮蔽，藉此控制為射束關閉（OFF）。另一方面，於對放大器的輸入（IN）施加H電位的狀態（主動（active）狀態）下，放大器的輸出（OUT）成為接地電位，與相向電極26的接地電位的電位差變無而不使對應射束偏向，因此通過限制孔徑基板206，藉此來控制為射束開啟（ON）。
控制電極24與相向電極26的組藉由利用作為各自對應的開關電路的放大器而切換的電位，來分別各別地對多射束20的對應射束進行遮蔽偏向。如此，多個遮蔽器進行通過了成形孔徑陣列基板203的多個孔22（開口部）的多射束20中的各自對應的射束的遮蔽偏向。
接下來對描繪裝置100中的描繪機構150的動作進行說明。描繪機構150使用自電子槍201發射出的熱電子對試樣101描繪圖案。具體而言以如下方式運作。自電子槍201（電子束發射源）發射出的電子束200藉由照明透鏡202而對成形孔徑陣列基板203整體進行照明。於成形孔徑陣列基板203，形成矩形的多個孔22（開口部），電子束200對包含所有的多個孔22的區域進行照明。照射至多個孔22的位置的電子束200的各一部分分別通過所述成形孔徑陣列基板203的多個孔22，藉此，形成例如矩形形狀的多個電子束（多射束20）。該多射束20通過於遮蔽孔徑陣列機構204的各自對應的遮蔽器（第一偏向器：各別遮蔽機構）內。該遮蔽器分別使各別地通過的電子束偏向（進行遮蔽偏向）。
通過了遮蔽孔徑陣列機構204的多射束20藉由縮小透鏡205而縮小，並朝向形成於限制孔徑基板206的中心的孔前進。此處，多射束20中的、藉由遮蔽孔徑陣列機構204的遮蔽器而偏向的電子束的位置偏離限制孔徑基板206的中心的孔，從而被限制孔徑基板206遮蔽。另一方面，未藉由遮蔽孔徑陣列機構204的遮蔽器而偏向的電子束如圖6所示般通過限制孔徑基板206的中心的孔。藉由該各別遮蔽機構的開啟/關閉來進行遮蔽控制，來控制射束的開啟/關閉。而且，對於每個射束，由自射束開啟直至射束關閉為止所形成的、通過了限制孔徑基板206的射束，來形成一次發射（shot）的射束。通過了限制孔徑基板206的多射束20藉由物鏡207來聚焦，成為所期望的縮小率的圖案像，且藉由偏向器208、偏向器209，通過了限制孔徑基板206的各射束（通過的多射束20整體）統一朝相同方向偏向，而照射至各射束於試樣101上的各個照射位置。一次照射的多射束20理想的是以將成形孔徑陣列基板203的多個孔22的排列間距乘以所述的所期望的縮小率所得的間距而排列。
圖9是用於說明實施形態1中的描繪動作的一例的概念圖。如圖9所示，試樣101的描繪區域30例如朝向y方向以規定的寬度被假想分割為長條狀的多個條紋區域32。首先，使XY載台105移動而進行調整，以使多射束20的一次發射可照射的照射區域34位於第一個條紋區域32的左端或者更左側的位置，並開始進行描繪。於對第一個條紋區域32進行描繪時，藉由使XY載台105例如朝-x方向移動，從而相對地朝x方向推進描繪。XY載台105例如是等速地連續移動。第一個條紋區域32的描繪結束後，使載台位置朝-y方向移動而進行調整，以使照射區域34相對地於y方向上位於第二個條紋區域32的右端或者更右側的位置，此次，藉由使XY載台105朝例如x方向移動，從而朝向-x方向同樣地進行描繪。於第三個條紋區域32中，朝向x方向進行描繪，於第四個條紋區域32中，朝向-x方向進行描繪，如此，一邊交替地改變方向一邊進行描繪，藉此可縮短描繪時間。但是，並不限於該一邊交替地改變方向一邊進行描繪的情況，於對各條紋區域32進行描繪時，亦可朝向相同的方向來推進描繪。於一次發射中，利用藉由通過成形孔徑陣列基板203的各孔22而形成的多射束，而一次形成最大與形成於成形孔徑陣列基板203的多個孔22同數量的多個發射圖案。另外，圖9的例子中，示出了逐次地對各條紋區域32進行描繪的情況，但並不限於此。即便進行多次描繪相同區域的多重描繪亦適宜。於進行多重描繪的情況下，適宜為一邊使位置錯開一邊設定各路徑（path）的條紋區域32。
圖10是表示實施形態1中的多射束的照射區域與描繪對象畫素的一例的圖。圖10中，對於條紋區域32，例如設定有以試樣101面上的多射束20的射束尺寸間距排列成格子狀的多個控制柵格（grid）27（設計柵格）。例如，適宜為設為10 nm左右的排列間距。該多個控制柵格27成為多射束20的設計上的照射位置。控制柵格27的排列間距並不限定於射束尺寸，亦可與射束尺寸無關地包括能夠作為偏向器209的偏向位置而控制的任意大小。而且，設定以各控制柵格27為中心的、以與控制柵格27的排列間距相同的尺寸假想分割成網狀的多個畫素36。各畫素36成為多射束的每一個射束的照射單位區域。於圖10的例子中，示出了下述情況，即，試樣101的描繪區域例如沿y方向，以與能夠利用多射束20的一次照射來照射的照射區域34（描繪場域）的尺寸實質上相同的寬度尺寸而分割為多個條紋區域32。照射區域34的x方向尺寸可利用將多射束20的x方向的射束間間距乘以x方向的射束數所得的值來定義。照射區域34的y方向尺寸可利用將多射束20的y方向的射束間間距乘以y方向的射束數所得的值來定義。再者，條紋區域32的寬度並不限於此。適宜為照射區域34的n倍（n為1以上的整數）的尺寸。於圖10的例子中，例如將512×512行的多射束的圖示省略表示為8×8行的多射束。而且，於照射區域34內，示出了能夠利用多射束20的一次發射而照射的多個畫素28（射束的描繪位置）。換言之，相鄰的畫素28間的間距成為設計上的多射束的各射束間的間距。於圖10的例子中，由以射束間間距包圍的區域構成一個子照射區域29。於圖10的例子中，示出了各子照射區域29包含4×4畫素的情況。
圖11是用於說明實施形態1中的多射束的描繪方法的一例的圖。於圖11中，示出了利用對圖10中所示的條紋區域32進行描繪的多射束中的、y方向第三段的座標（1，3）、（2，3）、（3，3）、…、（512，3）的各射束進行描繪的子照射區域29的一部分。於圖11的例子中，例如示出了於XY載台105移動八射束間距量的距離的期間對四個畫素進行描繪（曝光）的情況。於對該四個畫素進行描繪（曝光）的期間，藉由偏向器208來使多射束20整體統一偏向，以使得照射區域34不會因XY載台105的移動而與試樣101的相對位置發生偏離，藉此，使照射區域34追隨於XY載台105的移動。換言之，進行追蹤（tracking）控制。於圖11的例子中，示出了下述情況，即，於移動八射束間距量的距離的期間，於每次發射時一邊使作為射束照射對象的畫素36朝y方向偏移一邊對四個畫素進行描繪（曝光），藉此來實施一次追蹤循環。
具體而言，描繪機構150於所述發射中的多射束的各射束各自的照射時間中的最大照射時間Ttr內的與各個控制柵格27對應的描繪時間（照射時間或者曝光時間），對各控制柵格27照射多射束20中的開啟射束各自對應的射束。最大照射時間Ttr為預先設定。實際上，將最大照射時間Ttr加上射束偏向的穩定時間（settling time）所得的時間成為發射循環，但此處省略了射束偏向的穩定時間，而將最大照射時間Ttr表示為發射循環。而且，當一次追蹤循環結束時，對追蹤控制進行重置，而使追蹤位置返回至下個追蹤循環的開始位置。
再者，各子照射區域29的自右計起第一個畫素行的描繪結束，因此，於追蹤重置後，於下次追蹤循環中，首先偏向器209進行偏向，以使各自對應的射束的描繪位置對準（偏移至）各子照射區域29的自下計起第一段且自右計起第二個畫素的控制柵格27。
如以上所述，於相同的追蹤循環中，於藉由偏向器208來進行控制以使照射區域34相對於試樣101的相對位置處於相同位置的狀態下，一邊藉由偏向器209來逐次偏移一控制柵格27（畫素36）一邊進行各發射。而且，於追蹤循環一循環結束後，使照射區域34的追蹤位置返回，然後如圖10的下段所示，使第一次的發射位置對準例如偏離了一控制柵格（一畫素）的位置，一邊進行接下來的追蹤控制，一邊藉由偏向器209來逐次偏移一控制柵格（一畫素）一邊進行各發射。於條紋區域32的描繪中，藉由重覆該動作，照射區域34的位置按照照射區域34a～照射區域34o的情況依序移動，從而進行所述條紋區域的描繪。
而且，多射束的哪個射束照射試樣101上的哪個控制柵格27（畫素36）是由描繪序列來決定。若設子照射區域29為n×n畫素的區域，則於一次追蹤動作中描繪n控制柵格（n畫素）。於下次追蹤動作中，藉由與所述射束不同的射束來同樣地描繪n畫素。如此，於n次追蹤動作中藉由各不相同的射束來逐次描繪n畫素，藉此，對一個n×n畫素的區域內的所有畫素進行描繪。關於多射束的照射區域內的其他n×n畫素的子照射區域29，亦於同時期實施同樣的動作，從而同樣地進行描繪。
如以上所述，由於負極機構222的電阻穩定，因此可發射穩定的電子束200。其結果，可進行高精度的描繪。
以上，參照具體例對實施形態進行了說明。但是，本發明並不限定於該些具體例。
另外，對於裝置結構或控制方法等本發明的說明並不直接需要的部分等省略了記載，但可適當選擇所需的裝置結構或控制方法來使用。例如，對於控制描繪裝置100的控制部結構省略了記載，但當然可適當選擇所需的控制部結構來使用。
此外，包括本發明的要素且本領域技術人員能夠適當設計變更的所有電子槍的陰極機構、電子槍、及電子束描繪裝置包含於本發明的範圍。
2、3、4、5:部分 10、310、410:晶體 11:電子發射面 12、412:保持部 14:支柱（第一支柱） 15:間隙 16:支柱（第二支柱） 18、19:基座部 20:多射束 22:孔（開口部） 24:控制電極 25:通過孔 26:相向電極 27:控制柵格（設計柵格） 28、36:畫素 29:子照射區域 30:描繪區域 31:基板（半導體基板） 32:條紋區域 33:支撐台 34:照射區域（描繪場域） 34a～34o:照射區域 41:控制電路（邏輯電路） 50、52:配線 54:絕緣子 100:描繪裝置 101:試樣 102:電子鏡筒 103:描繪室 105:XY載台 110:控制計算機 112:記憶體 120:電子槍電源裝置 130:偏向控制電路 132、134:DAC放大器單元 139:載台位置檢測器 140:記憶裝置 150:描繪機構 160:控制系統電路 200:電子束 201:電子槍（電子束發射源） 202:照明透鏡 203:成形孔徑陣列基板（射束形成機構） 204:遮蔽孔徑陣列機構 205:縮小透鏡 206:限制孔徑基板 207:物鏡 208、209:偏向器 210:鏡 222:負極機構（陰極機構） 224:韋乃特 226:正極 231:燈絲電力供給電路（燈絲電力供給部） 234:偏置電壓電源電路 236:加速電壓電源電路 238:電流計 312:PG 330:膜片區域 332:外周區域 350:導線 354、454:陶瓷基座 414、416:加熱器棒 418、419:板簧 450、452:基座銷 453:絕緣子塊 D、L、W:寬度 h、H:膜厚 Ttr:最大照射時間 x、y:方向 ϕ:直徑
圖1是表示實施形態1中的電子槍的陰極機構的結構的一例的剖視圖。 圖2是表示實施形態1中的電子槍的陰極機構的結構的一例的俯視圖。 圖3是表示實施形態1中的電子槍的陰極機構的結構的一例的參考用立體圖。 圖4是表示實施形態1的比較例1中的陰極機構的一例的結構圖。 圖5是表示實施形態1的比較例2中的陰極機構的一例的結構圖。 圖6是表示實施形態1中的描繪裝置的結構的一例的圖。 圖7是表示實施形態1中的成形孔徑陣列基板的結構的概念圖。 圖8是表示實施形態1中的遮蔽孔徑陣列機構的結構的剖視圖。 圖9是用於說明實施形態1中的描繪動作的一例的概念圖。 圖10是表示實施形態1中的多射束的照射區域與描繪對象畫素的一例的圖。 圖11是用於說明實施形態1中的多射束的描繪方法的一例的圖。
2、3、4、5:部分
10:晶體
11:電子發射面
12:保持部
14:支柱(第一支柱)
15:間隙
16:支柱(第二支柱)
18、19:基座部
50、52:配線
54:絕緣子
222:負極機構(陰極機構)
D、W:寬度

Claims (10)

  1. 一種電子槍的陰極機構，其特徵在於包括： 晶體，藉由加熱而自一端面發射熱電子； 保持部，於露出所述一端面並被覆所述晶體的另一面的至少一部分的狀態下保持所述晶體； 第一支柱及第二支柱，支撐所述保持部且分別於維持同一剖面尺寸的狀態下延伸； 第一基座部，固定所述第一支柱；以及 第二基座部，固定所述第二支柱， 所述保持部、所述第一支柱、所述第二支柱、所述第一基座部與所述第二基座部由利用同一材料所得的一體結構形成，藉由使電流於所述一體結構中流動而對所述晶體進行加熱。
  2. 如請求項1所述的電子槍的陰極機構，其中所述第一支柱及所述第二支柱具有三邊為直線、一邊為曲線的剖面結構。
  3. 如請求項1所述的電子槍的陰極機構，其中所述晶體形成為圓柱狀與圓錐台狀中的至少一者的形狀。
  4. 如請求項1所述的電子槍的陰極機構，其中所述第一支柱及所述第二支柱作為用於經由所述保持部對所述晶體進行加熱的加熱器發揮功能。
  5. 如請求項1所述的電子槍的陰極機構，其中所述一端面內的晶體方位相同。
  6. 如請求項1所述的電子槍的陰極機構，其中作為所述一體結構的材料，使用石墨、鉭、鎢及銥中的一個。
  7. 如請求項1所述的電子槍的陰極機構，其中自所述保持部的背面開始形成在所述第一支柱與所述第二支柱之間及所述第一基座部與所述第二基座部之間連續的相同寬度的空間。
  8. 如請求項7所述的電子槍的陰極機構，其中所述第一支柱及所述第二支柱具有三邊為直線、一邊為曲線的剖面結構。
  9. 一種電子槍，其特徵在於包括： 如請求項1所述的電子槍的陰極機構；以及 正極電極，相較於所述晶體而被控制為正的電位的狀態，引出自所述晶體發射出的熱電子。
  10. 一種電子束描繪裝置，其特徵在於包括： 如請求項9所述的電子槍；以及 描繪機構，使用自所述電子槍發射出的熱電子對試樣描繪圖案。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US11901154B1 (en) * 2023-03-03 2024-02-13 Nuflare Technology, Inc. Conical heat shield for electron emitting cathode

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3677062D1 (de) * 1985-06-04 1991-02-28 Denki Kagaku Kogyo Kk Quelle geladener teilchen.
JP3561664B2 (ja) 1999-09-14 2004-09-02 株式会社リガク Ｘ線管の熱陰極及びその製造方法
WO2008084537A1 (ja) * 2007-01-11 2008-07-17 Advantest Corporation 電子銃及び電子ビーム露光装置
US8084929B2 (en) * 2009-04-29 2011-12-27 Atti International Services Company, Inc. Multiple device shaping uniform distribution of current density in electro-static focusing systems
CN102484024B (zh) * 2009-09-18 2015-08-12 株式会社爱发科 电子枪、真空处理装置
JPWO2011068101A1 (ja) * 2009-12-04 2013-04-18 株式会社アルバック フィラメントの支持方法、電子銃、及び処理装置
EP2680294B1 (en) * 2011-02-25 2015-09-09 Param Corporation Electron gun and electron beam device
US10573481B1 (en) * 2018-11-28 2020-02-25 Nuflare Technology, Inc. Electron guns for electron beam tools

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