JP2012018790A - Driving method of electron gun, electron beam lithography apparatus, and electron beam lithography method - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving method of an electron gun capable of realizing the long service life of a cathode, to provide an electron beam lithography apparatus having this function, and in addition, to provide an electron beam lithography method capable of realizing the long service life of a cathode.SOLUTION: A driving method of an electron gun comprises the steps of: measuring a current density of an electron beam at a predetermined interval; and adjusting an emission current, when a luminance obtained from the measurement value is not within a specification of a target luminance, so that the luminance is within the specification. Preferably, the method comprises a step of adjusting the emission current after adjusting so that a measurement value of an opening angle of the electron beam is within a predetermined range.

Description

本発明は、電子銃の駆動方法、電子ビーム描画装置および電子ビーム描画方法に関する。   The present invention relates to an electron gun driving method, an electron beam drawing apparatus, and an electron beam drawing method.

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

電子ビーム描画装置は、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるため本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。かかる電子ビーム描画装置の一例となる可変成形型の電子ビーム描画装置は、電子ビームを照射する電子銃と、第１成形アパーチャと、第２成形アパーチャと、成形偏向器とを有し、さらに電子ビームを集束するためのいくつかの電子レンズを有する。電子銃から照射された電子ビームは、第１成形アパーチャに結像された後、第２成形アパーチャに結像される。そして、成形偏向器により偏向されて、第１成形アパーチャ像と第２成形アパーチャ像とが光学的に重ね合わされることにより、電子ビームの寸法と形状が可変成形される。成形された電子ビームは、描画対象であるマスク上にショットされ、ショット図形が高精度に繋がれることによってパターンが描画される。   The electron beam lithography system has an essentially excellent resolution because the electron beam used is a charged particle beam, and can secure a large depth of focus, so that it is possible to suppress dimensional fluctuations even on high steps. Have advantages. A variable shaping type electron beam drawing apparatus as an example of such an electron beam drawing apparatus includes an electron gun that irradiates an electron beam, a first shaping aperture, a second shaping aperture, and a shaping deflector, and further includes an electron deflector. It has several electron lenses for focusing the beam. The electron beam emitted from the electron gun is imaged on the first shaping aperture and then on the second shaping aperture. Then, it is deflected by the shaping deflector, and the first shaping aperture image and the second shaping aperture image are optically superimposed, whereby the size and shape of the electron beam are variably shaped. The shaped electron beam is shot on a mask to be drawn, and a pattern is drawn by connecting shot figures with high accuracy.

電子銃としては、カソードフィラメントを用いた熱電子放射型の電子銃が用いられる。この電子銃では、フィラメント電力によりカソードを加熱することで電子が放出される。放出された電子は加速電圧により加速され、またバイアス電圧により制御されて、所定のエミッション電流となりマスク上に照射される（例えば、特許文献１参照。）。   As the electron gun, a thermionic emission type electron gun using a cathode filament is used. In this electron gun, electrons are emitted by heating the cathode with filament power. The emitted electrons are accelerated by an acceleration voltage and controlled by a bias voltage to become a predetermined emission current and irradiate the mask (for example, refer to Patent Document 1).

上記のような電子銃の動作条件は、通常、エミッション電流を所定の値に設定したときのフィラメント電力とバイアス電圧の関係から決定される。具体的には、エミッション電流を所定の値にして、フィラメント電力とバイアス電圧との関係を測定する。次いで、フィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点（バイアス飽和点）におけるフィラメント電力を求める。得られたフィラメント電力に所定のマージンを持たせて最適動作点としている。   The operating conditions of the electron gun as described above are usually determined from the relationship between the filament power and the bias voltage when the emission current is set to a predetermined value. Specifically, the emission current is set to a predetermined value, and the relationship between the filament power and the bias voltage is measured. Next, the filament power at the point (bias saturation point) where the bias voltage is saturated with respect to the change in the filament power is obtained. The filament power obtained is given an optimum operating point with a predetermined margin.

描画動作時における電子銃の周囲は高真空となっており、この状態でカソードとアノードの間に高電圧（加速電圧）が印加され、エミッタが加熱されると、エミッタから熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速されて、電子ビームとして放出される。   The surrounding of the electron gun during the drawing operation is in a high vacuum, and when a high voltage (acceleration voltage) is applied between the cathode and the anode in this state and the emitter is heated, thermoelectrons are emitted from the emitter. . These thermal electrons are accelerated by an acceleration voltage and emitted as an electron beam.

カソードを構成する材料としては、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）が知られている。この材料は、高い融点と低い仕事関数を持ち、また、残留ガスに対して比較的安定で、他の材料を使用した場合に比べ長寿命でもあり、さらに優れたイオン衝撃性を有することから、電子ビーム描画装置だけでなく、電子顕微鏡などの熱電子放出エミッタにも使用されている。 As a material constituting the cathode, lanthanum hexaboride (LaB ₆ ) is known. This material has a high melting point and a low work function, is relatively stable to residual gas, has a longer life than other materials, and has superior ion bombardment, It is used not only for electron beam lithography equipment but also for thermionic emission emitters such as electron microscopes.

電子銃では、電子ビームを安定して照射するために、カソードに供給するフィラメント電流は直流となっている。しかし、カソードに長時間同じ方向の電流が流れると、蒸発した六硼化ランタンが、カソードを挟むヒータの片側にのみ飛散して付着する。すると、この付着した六硼化ランタンによってカソードに物理的な傾きが生じ、放射される電子ビームが傾いてしまう。こうした問題に対して、特許文献２には、フィラメント供給電源の極性を変更することにより、ヒータの片側にのみ六硼化ランタンが付着するのを防ぐようにした電子ビーム描画装置が開示されている。   In the electron gun, the filament current supplied to the cathode is a direct current in order to stably irradiate the electron beam. However, when a current in the same direction flows through the cathode for a long time, the evaporated lanthanum hexaboride scatters and adheres only to one side of the heater sandwiching the cathode. Then, the deposited lanthanum hexaboride causes a physical tilt on the cathode, and the emitted electron beam tilts. For such a problem, Patent Document 2 discloses an electron beam drawing apparatus in which the polarity of the filament supply power source is changed to prevent lanthanum hexaboride from adhering only to one side of the heater. .

特開平５−１６６４８１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-166481 特開２００９−２８３２１７号公報JP 2009-283217 A

ところで、六硼化ランタンなどのカソード構成材料は、加熱により蒸発して先端径（先端の直径。以下、本明細書において同じ。）が小さくなることが知られている。先端径が小さくなるにしたがって輝度は上昇していく。そして、目標とする輝度よりも高くなれば、実際に必要なカソードの動作温度よりも高い温度で動作させていることになり、結果としてカソードの寿命を縮めることになる。   By the way, it is known that cathode constituent materials such as lanthanum hexaboride evaporate by heating and the tip diameter (tip diameter; hereinafter the same applies in this specification) is reduced. The brightness increases as the tip diameter decreases. If the luminance is higher than the target luminance, the cathode is operating at a temperature higher than the cathode operating temperature that is actually required, and as a result, the life of the cathode is shortened.

図９は、カソード構成材料として六硼化ランタンと六硼化セリウムを用いた場合について、カソードの温度と蒸発量との関係を示す一例である。この図から分かるように、真空度の値によらず、カソードの温度が高くなると蒸発量は大きくなる。したがって、カソードを目標とする輝度に対応する温度Ｔよりも高い温度Ｔ’（Ｔ’＞Ｔ）で動作させれば、本来は温度Ｔに対応する蒸発量で済むはずのものが、温度Ｔ’に対応する蒸発量となってしまうため、カソードの寿命は短くなる。   FIG. 9 shows an example of the relationship between the cathode temperature and the amount of evaporation when lanthanum hexaboride and cerium hexaboride are used as the cathode constituent materials. As can be seen from this figure, the amount of evaporation increases as the temperature of the cathode increases regardless of the value of the degree of vacuum. Therefore, if the cathode is operated at a temperature T ′ (T ′> T) that is higher than the temperature T corresponding to the target luminance, the temperature T ′ that should normally be an evaporation amount corresponding to the temperature T is sufficient. Therefore, the life of the cathode is shortened.

この問題に対し、従来は、上昇した輝度、すなわち、電子ビームの電流密度に応じてショット時間を調整することで対応していた。しかしながら、ショット時間が速くなると、電子ビームの偏向やブランキングも速くする必要が生じるため、かかる対応法には限界がある。   Conventionally, this problem has been dealt with by adjusting the shot time according to the increased luminance, that is, the current density of the electron beam. However, as the shot time increases, it is necessary to increase the deflection and blanking of the electron beam.

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、カソードの長寿命化を図ることが可能な電子銃の駆動方法と、この機能を備えた電子ビーム描画装置、さらには、カソードの長寿命化を図ることが可能な電子ビーム描画方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of these points. That is, an object of the present invention is to drive an electron gun capable of extending the life of the cathode, an electron beam drawing apparatus having this function, and further to extend the life of the cathode. It is to provide an electron beam drawing method.

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

本発明の第１の態様は、所定間隔毎に、電子ビームの電流密度を測定し、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内でない場合に、エミッション電流を調整して前記輝度が前記スペック内となるようにすることを特徴とする電子銃の駆動方法に関する。
この電子銃は、加熱により電子を放出するカソードと、カソードとの間に加速電圧を印加され、カソードから放出された電子を収束して電子ビームを形成するアノードとを備えた熱電子放射型の電子銃とすることができる。
カソードの構成材料は、金属六硼化物またはタングステンとすることができる。金属六硼化物は、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）、六硼化セリウム（ＣｅＢ_６）、六硼化ガドリニウム（ＧｄＢ_６）および六硼化イットリウム（ＹＢ_６）よりなる群から選ばれることが好ましい。
所定間隔毎は、電子銃の稼動期間における所定期間毎、または、この電子銃を電子ビーム描画装置に用いたときの描画処理の所定進度毎とすることができる。 According to a first aspect of the present invention, the current density of the electron beam is measured at predetermined intervals, and when the luminance obtained from this value is not within the specification of the target luminance, the emission current is adjusted to adjust the luminance to the specification. The present invention relates to a driving method of an electron gun characterized in that the inside of the electron gun is inside.
This electron gun is a thermionic emission type comprising a cathode that emits electrons by heating, and an anode that is applied with an acceleration voltage between the cathode and converges the electrons emitted from the cathode to form an electron beam. It can be an electron gun.
The constituent material of the cathode can be metal hexaboride or tungsten. The metal hexaboride is preferably selected from the group consisting of lanthanum hexaboride (LaB ₆ ), cerium hexaboride (CeB ₆ ), gadolinium hexaboride (GdB ₆ ), and yttrium hexaboride (YB ₆ ). .
The predetermined interval can be set for every predetermined period in the operation period of the electron gun, or for every predetermined progress of drawing processing when this electron gun is used in an electron beam drawing apparatus.

本発明の第１の態様は、電子ビームの開き角の測定値が設定範囲内となるように調整してから、エミッション電流の調整を行うことが好ましい。   In the first aspect of the present invention, it is preferable to adjust the emission current after adjusting the measured value of the opening angle of the electron beam to be within the set range.

本発明の第２の態様は、電子ビームを放出する電子銃を備えた電子ビーム描画装置において、
電子ビームの電流密度を測定する測定部と、
電流密度から得られる輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する判断部と、
輝度がスペック内でない場合に、電子銃のエミッション電流を調整して輝度がスペック内となるようにする制御部とを有することを特徴とするものである。
電子銃は、加熱により電子を放出するカソードと、カソードとの間に加速電圧を印加され、カソードから放出された電子を収束して電子ビームを形成するアノードとを備えた熱電子放射型の電子銃とすることができる。
カソードの構成材料は、金属六硼化物またはタングステンとすることができる。金属六硼化物は、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）、六硼化セリウム（ＣｅＢ_６）、六硼化ガドリニウム（ＧｄＢ_６）および六硼化イットリウム（ＹＢ_６）よりなる群から選ばれることが好ましい。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electron beam lithography apparatus including an electron gun that emits an electron beam.
A measurement unit for measuring the current density of the electron beam;
A determination unit for determining whether or not the luminance obtained from the current density is within the specification of the target luminance;
And a control unit that adjusts the emission current of the electron gun so that the luminance is within the specification when the luminance is not within the specification.
An electron gun is a thermionic emission type electron having a cathode that emits electrons by heating and an anode that is applied with an acceleration voltage between the cathode and converges the electrons emitted from the cathode to form an electron beam. Can be a gun.
The constituent material of the cathode can be metal hexaboride or tungsten. The metal hexaboride is preferably selected from the group consisting of lanthanum hexaboride (LaB ₆ ), cerium hexaboride (CeB ₆ ), gadolinium hexaboride (GdB ₆ ), and yttrium hexaboride (YB ₆ ). .

本発明の第２の態様において、判断部は、電子ビームの開き角の測定値が設定範囲内であるか否かについても判断することが好ましい。   In the second aspect of the present invention, it is preferable that the determination unit also determines whether or not the measured value of the opening angle of the electron beam is within a set range.

本発明の第３の態様は、電子銃から電子ビームを放出して描画を行う電子ビーム描画方法において、
所定間隔毎に、電子ビームの電流密度を測定し、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内でない場合に、電子銃のエミッション電流を調整して輝度がスペック内となるようにすることを特徴とするものである。
電子銃は、加熱により電子を放出するカソードと、カソードとの間に加速電圧を印加され、カソードから放出された電子を収束して電子ビームを形成するアノードとを備えた熱電子放射型の電子銃とすることができる。
カソードの構成材料は、金属六硼化物またはタングステンとすることができる。金属六硼化物は、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）、六硼化セリウム（ＣｅＢ_６）、六硼化ガドリニウム（ＧｄＢ_６）および六硼化イットリウム（ＹＢ_６）よりなる群から選ばれることが好ましい。
所定間隔毎は、電子銃の稼動期間における所定期間毎、または、描画処理の所定進度毎とすることができる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electron beam drawing method for performing drawing by emitting an electron beam from an electron gun.
The current density of the electron beam is measured at predetermined intervals, and if the brightness obtained from this value is not within the target brightness specifications, the emission current of the electron gun is adjusted so that the brightness is within the specifications. It is a feature.
The electron gun is a thermionic emission type electron having a cathode that emits electrons by heating and an anode that is applied with an acceleration voltage between the cathode and converges the electrons emitted from the cathode to form an electron beam. Can be a gun.
The constituent material of the cathode can be metal hexaboride or tungsten. The metal hexaboride is preferably selected from the group consisting of lanthanum hexaboride (LaB ₆ ), cerium hexaboride (CeB ₆ ), gadolinium hexaboride (GdB ₆ ), and yttrium hexaboride (YB ₆ ). .
The predetermined interval can be set every predetermined period in the operation period of the electron gun or every predetermined progress of the drawing process.

本発明の第３の態様は、電子ビームの開き角の測定値が設定範囲内となるように調整してから、エミッション電流の調整を行うことが好ましい。   In the third aspect of the present invention, it is preferable to adjust the emission current after adjusting the measured value of the opening angle of the electron beam to be within the set range.

本発明によれば、カソードの長寿命化を図ることが可能な電子銃の駆動方法と、この機能を備えた電子ビーム描画装置、さらには、カソードの長寿命化を図ることが可能な電子ビーム描画方法が提供される。   According to the present invention, an electron gun driving method capable of extending the life of the cathode, an electron beam drawing apparatus having this function, and an electron beam capable of extending the life of the cathode A drawing method is provided.

本実施の形態の電子ビーム描画装置について、主として熱電子放射型の電子銃の構成を示す図である。It is a figure which mainly shows the structure of a thermionic emission type electron gun about the electron beam drawing apparatus of this Embodiment. 六硼化ランタンを用いた場合のエミッション電流と輝度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the emission current at the time of using a lanthanum hexaboride, and a brightness | luminance. カソード温度とバイアス電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between cathode temperature and bias voltage. 本実施の形態における電子銃の駆動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the drive method of the electron gun in this Embodiment. 本実施の形態における別の電子銃の駆動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the drive method of another electron gun in this Embodiment. 六硼化ランタンの先端径と、先端径が３０μｍになるまでに要した日数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the front-end | tip diameter of lanthanum hexaboride, and the days required until the front-end | tip diameter became 30 micrometers. 本実施の形態の電子ビーム描画装置について、主として描画制御部の構成を示す図である。It is a figure which mainly shows the structure of a drawing control part about the electron beam drawing apparatus of this Embodiment. 本実施の形態における電子ビーム描画方法の説明図である。It is explanatory drawing of the electron beam drawing method in this Embodiment. カソード構成材料として六硼化ランタンと六硼化セリウムを用いた場合について、カソードの温度と蒸発量との関係を示す一例である。It is an example which shows the relationship between the temperature of a cathode, and the amount of evaporation about the case where lanthanum hexaboride and cerium hexaboride are used as a cathode constituent material.

図１は、本実施の形態の電子ビーム描画装置について、主として熱電子放射型の電子銃の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram mainly showing a configuration of a thermionic emission type electron gun in the electron beam drawing apparatus according to the present embodiment.

図１に示すように、電子銃１０は、電子源であるカソード１１と、カソード１１から放射される電子を集束させるウェネルト１４と、ウェネルト１４の下方に配置されたアノード１６とを有する。カソード１１の先端は、微小領域に電界を集中させて輝度を向上させるために凸形状をしている。カソード１１を構成する材料には、低い仕事関数、高い電気伝導、高温における機械的強度と化学的安定性が求められる。具体的には、希土類元素の硼化物、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ_６）、六硼化セリウム（ＣｅＢ_６）、六硼化ガドリニウム（ＧｄＢ_６）、六硼化イットリウム（ＹＢ_６）などの金属六硼化物が挙げられる。また、タングステン（Ｗ）などをカソード構成材料として用いることも可能である。 As shown in FIG. 1, the electron gun 10 includes a cathode 11 that is an electron source, a Wehnelt 14 that focuses electrons emitted from the cathode 11, and an anode 16 that is disposed below the Wehnelt 14. The tip of the cathode 11 has a convex shape in order to concentrate the electric field in a minute region and improve the luminance. The material constituting the cathode 11 is required to have a low work function, high electrical conductivity, mechanical strength and chemical stability at high temperatures. Specifically, rare earth element borides such as lanthanum hexaboride (LaB ₆ ), cerium hexaboride (CeB ₆ ), gadolinium hexaboride (GdB ₆ ), yttrium hexaboride (YB ₆ ), etc. Metal hexaboride is mentioned. Also, tungsten (W) or the like can be used as the cathode constituent material.

図１において、カソード１１は、フィラメント１２を介して、カソード１１を加熱するためのフィラメント供給電源１３と接続され、フィラメント回路が構成されている。また、カソード１１とフィラメント１２を囲むように、ウェネルト１４が配置されている。ウェネルト１４は、カソード１１の下方に開口部を有していて、カソード１１から放出される電子を収束し制御する。ウェネルト１４には、カソード１１との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源１５が接続されており、これによってバイアス回路が構成されている。   In FIG. 1, a cathode 11 is connected to a filament supply power source 13 for heating the cathode 11 via a filament 12 to constitute a filament circuit. A Wehnelt 14 is arranged so as to surround the cathode 11 and the filament 12. The Wehnelt 14 has an opening below the cathode 11, and converges and controls electrons emitted from the cathode 11. A bias power supply 15 for applying a bias voltage is connected between the Wehnelt 14 and the cathode 11, thereby forming a bias circuit.

ウェネルト１４の下方には、アノード１６が配置されている。そして、アノード１６、フィラメント回路およびバイアス回路には、カソード１１とアノード１６の間に加速電圧を印加してエミッション電流を供給する加速電源１７が接続されている。   An anode 16 is disposed below the Wehnelt 14. The anode 16, the filament circuit, and the bias circuit are connected to an acceleration power source 17 that applies an acceleration voltage between the cathode 11 and the anode 16 to supply an emission current.

フィラメント供給電源１３とバイアス電源１４は、フィラメント電力およびエミッション電流を制御するための制御部１８に接続されている。さらに、制御部１８は、判断部２３に接続されている。また、判断部２３には、各パラメータの関係を記憶し、設定電流密度Ｊよりエミッション電流値とフィラメント電力値を算出するための記憶演算部１９も接続されている。   The filament supply power source 13 and the bias power source 14 are connected to a control unit 18 for controlling the filament power and the emission current. Further, the control unit 18 is connected to the determination unit 23. The determination unit 23 is also connected with a storage calculation unit 19 for storing the relationship between the parameters and calculating the emission current value and the filament power value from the set current density J.

電子銃１０の下方には、電子ビーム２０を制御するための励磁レンズなどを含む電子ビーム制御系２１が設置されており、さらに、描画に供される試料が載置されるステージ（図示せず）が設置されている。描画時には、ステージ上に描画対象となるマスク等の試料が配置されることになる。また、ステージ上には、試料が配置される位置とは異なる位置に、電流密度Ｊを測定するのに必要な検出器２２が設置されている。検出器２２は、判断部２３を介して制御部１８に接続される。検出器２２としては、ファラデーカップまたは半導体検出器（ＳＳＤ；Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などが用いられる。   Below the electron gun 10, an electron beam control system 21 including an exciting lens for controlling the electron beam 20 is installed, and a stage (not shown) on which a sample to be drawn is placed. ) Is installed. At the time of drawing, a sample such as a mask to be drawn is placed on the stage. On the stage, a detector 22 necessary for measuring the current density J is installed at a position different from the position where the sample is arranged. The detector 22 is connected to the control unit 18 via the determination unit 23. As the detector 22, a Faraday cup or a semiconductor detector (SSD) is used.

図２は、カソード構成材料として六硼化ランタン（ＬａＢ_６）を用いた場合について、エミッション電流と輝度との関係を示した図である。この図から分かるように、エミッション電流が同じであれば、カソードの先端径が小さいものほど輝度は高くなる。換言すると、所定の輝度を得るのに必要なエミッション電流は、カソードの先端径が小さいものほど低い値で済む。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the emission current and the luminance when lanthanum hexaboride (LaB ₆ ) is used as the cathode constituent material. As can be seen from this figure, if the emission current is the same, the smaller the tip diameter of the cathode, the higher the luminance. In other words, the emission current required to obtain a predetermined luminance is smaller as the cathode tip diameter is smaller.

電子銃の動作条件は、エミッション電流を所定の値としたときのフィラメント電流とバイアス電圧の関係から決定される。具体的には、エミッション電流を所定の値にして、フィラメント電力とバイアス電圧との関係を測定し、次いで、フィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点（バイアス飽和点）におけるフィラメント電力を求め、得られたフィラメント電力に所定のマージンを持たせて最適動作点とする。   The operating condition of the electron gun is determined from the relationship between the filament current and the bias voltage when the emission current is set to a predetermined value. Specifically, the emission current is set to a predetermined value, the relationship between the filament power and the bias voltage is measured, and then the filament power at the point where the bias voltage saturates (bias saturation point) with respect to the change in the filament power is measured. The obtained filament power is determined to have a predetermined margin as an optimum operating point.

フィラメント電力とカソード温度は相関する。図３は、カソード温度とバイアス電圧との関係を示す図である。バイアス電圧が変化している領域は温度制限領域である。この領域内では、カソード先端の電界が十分に高く、カソードから放出された電子は全てカソード外に出て行く。また、この条件下で放出される電子の量はカソードの温度で決まる。一方、バイアス電圧が一定となる領域は、空間電荷制限領域である。この領域では、カソード先端の電界が低く、カソードから放出された電子はカソード前方の空間に滞留して空間電荷を形成する。空間電荷は放出される電子の量の変化を抑制するので、カソードの温度が多少変化しても電子の量は安定する。   Filament power and cathode temperature are correlated. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the cathode temperature and the bias voltage. The region where the bias voltage is changing is a temperature limited region. In this region, the electric field at the tip of the cathode is sufficiently high, and all the electrons emitted from the cathode go out of the cathode. Also, the amount of electrons emitted under these conditions is determined by the temperature of the cathode. On the other hand, the region where the bias voltage is constant is a space charge limited region. In this region, the electric field at the cathode tip is low, and electrons emitted from the cathode stay in the space in front of the cathode to form space charges. Since the space charge suppresses the change in the amount of electrons emitted, the amount of electrons is stabilized even if the temperature of the cathode changes somewhat.

また、図３は、先端径の異なる３種類のカソードについて、これらの輝度が同じとなるようエミッション電流を設定したときのカソード温度とバイアス電圧の関係を示している。例えば、先端径６０μｍのカソードと先端径４０μｍのカソードは、同じエミッション電流であれば、前者の方が後者より輝度は小さくなる。したがって、先端径６０μｍのカソードを先端径４０μｍのカソードと同じ輝度にするには、先端径４０μｍのカソードより高いエミッション電流とする必要がある。その結果、先端径６０μｍのカソードは、先端径４０μｍのカソードより動作温度が高くなる。   FIG. 3 shows the relationship between the cathode temperature and the bias voltage when the emission current is set so that the luminance is the same for three types of cathodes having different tip diameters. For example, if the cathode having a tip diameter of 60 μm and the cathode having a tip diameter of 40 μm have the same emission current, the former has lower luminance than the latter. Therefore, in order to make the cathode having the tip diameter of 60 μm have the same luminance as the cathode having the tip diameter of 40 μm, it is necessary to set the emission current higher than that of the cathode having the tip diameter of 40 μm. As a result, the operating temperature of the cathode having a tip diameter of 60 μm is higher than that of the cathode having a tip diameter of 40 μm.

カソード温度が高いとカソードの蒸発を早めてカソード寿命を縮める結果となるので、カソード温度ができるだけ低くなるようなフィラメント電力にする必要がある。つまり、フィラメント電力の最適動作点はこの点を考慮して決定される。具体的には、空間電荷制限領域内であって、カソード温度が低くなるところで電子銃が動作するように、最適動作点を設定する。図３において、温度Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３は、それぞれ、カソードの先端径が４０μｍ、５０μｍ、６０μｍである場合の最適動作点における温度である。 When the cathode temperature is high, the cathode evaporation is accelerated and the cathode life is shortened. Therefore, it is necessary to set the filament power so that the cathode temperature is as low as possible. That is, the optimum operating point of the filament power is determined in consideration of this point. Specifically, the optimum operating point is set so that the electron gun operates within the space charge limited region and where the cathode temperature becomes low. In FIG. 3, temperatures T ₁ , T ₂ , and T ₃ are temperatures at the optimum operating point when the tip diameter of the cathode is 40 μm, 50 μm, and 60 μm, respectively.

従来法において、エミッション電流は一定であり、先端径が小さくなることによる輝度の上昇に対しては、電子ビームの電流密度の増加に応じてショット時間を調整することで対処していた。しかしながら、この方法では、ショット時間が速くなると、電子ビームの偏向やブランキングも速くする必要が生じる。   In the conventional method, the emission current is constant, and the increase in luminance due to the decrease in the tip diameter is dealt with by adjusting the shot time according to the increase in the current density of the electron beam. However, in this method, if the shot time is increased, it is necessary to increase the deflection and blanking of the electron beam.

電子ビーム描画装置における輝度は、描画精度やスループットから決定される。カソードの先端径が小さくなることによる輝度の変化に対しては、目標輝度となるように調整することで、ショット時間を変えずに済ますことができる。輝度の調整は、図２に示すようにエミッション電流を変えることで可能であり、エミッション電流を低くして輝度を低下させれば、カソードの動作温度も低くすることができる。そして、カソードの動作温度が低くなれば、六硼化ランタンや六硼化セリウムなどのカソード構成材料の蒸発速度が遅くなるので、カソードの寿命を延ばすことができる。   The luminance in the electron beam drawing apparatus is determined from drawing accuracy and throughput. With respect to the change in luminance due to the decrease in the tip diameter of the cathode, it is possible to avoid changing the shot time by adjusting the target luminance. The brightness can be adjusted by changing the emission current as shown in FIG. 2. If the emission current is lowered to lower the brightness, the operating temperature of the cathode can be lowered. If the operating temperature of the cathode is lowered, the evaporation rate of cathode constituent materials such as lanthanum hexaboride and cerium hexaboride is slowed, so that the life of the cathode can be extended.

図４は、本実施の形態における電子銃の駆動方法を示すフローチャートである。尚、図４に示すフローは、所定間隔毎、すなわち、電子銃の稼動期間における所定期間毎とすることができる。また、この電子銃を電子ビーム描画装置に用いたときの描画処理の所定進度毎、例えば、所定枚数の試料への描画を終える毎とすることもできる。   FIG. 4 is a flowchart showing a method of driving the electron gun in the present embodiment. The flow shown in FIG. 4 can be performed at predetermined intervals, that is, every predetermined period in the operation period of the electron gun. It can also be made every predetermined progress of the drawing process when this electron gun is used in an electron beam drawing apparatus, for example, every time drawing on a predetermined number of samples is finished.

図４に示すように、まず、電子ビームの電流密度を測定する（Ｓ１０１）。次いで、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する（Ｓ１０２）。具体的には、図１において、検出器２２によって電流密度Ｊを測定する。測定値は判断部２３に送られ、判断部２３において、測定値から輝度を求め、この値が目標輝度のスペック内であるかどうかを判断する。スペックは、例えば、目標輝度から±５％とすることができる。   As shown in FIG. 4, first, the current density of the electron beam is measured (S101). Next, it is determined whether or not the luminance obtained from this value is within the specification of the target luminance (S102). Specifically, in FIG. 1, the current density J is measured by the detector 22. The measurement value is sent to the determination unit 23. The determination unit 23 determines the luminance from the measurement value, and determines whether this value is within the specification of the target luminance. For example, the specification can be ± 5% from the target luminance.

Ｓ１０２でスペック内でないと判断されれば、制御部１８でエミッション電流の調整を行って、輝度が目標輝度のスペック内となるようにする（Ｓ１０３）。具体的には、記憶演算部１９において、設定電流密度より求められたエミッション電流値が判断部２３に送られ、この値に基づいて制御部１８でエミッション電流の調整が行われる。   If it is determined in S102 that it is not within the specification, the control unit 18 adjusts the emission current so that the luminance is within the specification of the target luminance (S103). Specifically, in the storage calculation unit 19, the emission current value obtained from the set current density is sent to the determination unit 23, and the control unit 18 adjusts the emission current based on this value.

Ｓ１０３でエミッション電流の調整をした後、再びＳ１０１に戻り、電子ビームの電流密度を測定する。そして、Ｓ１０２で、測定値から求められた輝度が目標輝度のスペック内であるか否かが判断される。スペック内でなければ、Ｓ１０３に戻り、上記工程を繰り返す。一方、測定値から得られた輝度が目標輝度のスペック内である場合には、Ｓ１０４に進む。   After adjusting the emission current in S103, the process returns to S101 again to measure the current density of the electron beam. In S102, it is determined whether or not the luminance obtained from the measured value is within the specification of the target luminance. If it is not within the specification, the process returns to S103 and the above steps are repeated. On the other hand, if the luminance obtained from the measured value is within the specification of the target luminance, the process proceeds to S104.

Ｓ１０４では、カソード動作温度の最適化が行われる。Ｓ１０３でエミッション電流を調整して輝度が目標輝度のスペック内となるようにしたので、カソードの動作温度を調整後の輝度に対応する温度となるようにする必要があるからである。具体的には、エミッション電流は変えずに、フィラメント電力とバイアス電圧との関係を測定する。次いで、フィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点（バイアス飽和点）におけるフィラメント電力を求め、この値からカソードの動作温度の最適値を求める。Ｓ１０４は、図１の制御部１８で行うことができるが、フィラメント回路とバイアス回路に接続する測定部を別途設け、この測定部を制御部に接続するようにしてもよい。   In S104, the cathode operating temperature is optimized. This is because the emission current is adjusted in S103 so that the luminance is within the specification of the target luminance, and therefore it is necessary to set the operating temperature of the cathode to a temperature corresponding to the adjusted luminance. Specifically, the relationship between the filament power and the bias voltage is measured without changing the emission current. Next, the filament power at the point where the bias voltage is saturated (bias saturation point) with respect to the change in the filament power is obtained, and the optimum value of the operating temperature of the cathode is obtained from this value. S104 can be performed by the control unit 18 of FIG. 1, but a measurement unit connected to the filament circuit and the bias circuit may be separately provided, and this measurement unit may be connected to the control unit.

次に、Ｓ１０５で、改めて電子ビームの電流密度を測定する。次いで、Ｓ１０６において、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する。スペックは、例えば、目標輝度から±５％とすることができる。スペック内でなければ、Ｓ１０３に戻ってエミッション電流の調整を行う。そして、上記ステップを繰り返す。一方、Ｓ１０６において、測定値から得られた輝度が目標輝度のスペック内である場合には、一連の工程を終了する。   Next, in S105, the current density of the electron beam is measured again. Next, in S106, it is determined whether or not the luminance obtained from this value is within the specification of the target luminance. For example, the specification can be ± 5% from the target luminance. If not within the specification, the process returns to S103 to adjust the emission current. Then, the above steps are repeated. On the other hand, if the luminance obtained from the measurement value is within the specification of the target luminance in S106, the series of steps is terminated.

このように、本実施の形態では、カソードの先端径が小さくなることで上昇した輝度を、エミッション電流を低くして目標とする輝度のスペック内に収める。これにより、カソードの動作温度を低くすることができるので、カソード構成材料の蒸発速度が遅くなり、カソードの寿命を延ばすことが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the luminance that has increased as the tip diameter of the cathode is reduced falls within the target luminance specification by reducing the emission current. Thereby, since the operating temperature of the cathode can be lowered, the evaporation rate of the cathode constituent material becomes slow, and the life of the cathode can be extended.

図５は、本実施の形態における別の電子銃の駆動方法を示すフローチャートである。尚、図５に示すフローも、稼動している電子ビーム描画装置について所定期間毎に行うことができる。また、描画処理の所定進度毎、例えば、所定枚数の試料への描画を終える毎に行うこともできる。   FIG. 5 is a flowchart showing another electron gun driving method in the present embodiment. Note that the flow shown in FIG. 5 can also be performed at predetermined intervals for the electron beam drawing apparatus in operation. Further, it can be performed every predetermined progress of the drawing process, for example, every time drawing on a predetermined number of samples is finished.

図５の例では、図４で説明した一連の工程に加えて、試料面（ステージ）上での電子ビームの開き角を測定し、図１の電子ビーム制御系２１を構成するレンズの調整を行うことを特徴とする。   In the example of FIG. 5, in addition to the series of steps described with reference to FIG. 4, the opening angle of the electron beam on the sample surface (stage) is measured, and adjustment of the lenses constituting the electron beam control system 21 of FIG. It is characterized by performing.

輝度は、電子ビームの開き角によっても変化する。すなわち、輝度（Ｂ）と、電流密度（Ｊ）と、試料面上での電子ビームの開き角（α）との間には、Ｂ＝Ｊ／（πα^２）の関係が成立する。したがって、開き角の調整を行うことで、より正確な輝度調整が可能となる。 The luminance also changes depending on the opening angle of the electron beam. That is, a relationship of B = J / (πα ² ) is established between the luminance (B), the current density (J), and the opening angle (α) of the electron beam on the sample surface. Therefore, more accurate brightness adjustment is possible by adjusting the opening angle.

図５では、まず、試料面上での電子ビームの開き角を測定する（Ｓ２０１)。測定値は、図１の判断部２３に送られる。次いで、判断部２３において、この測定値が設定された開き角のスペック内であるか否かを判断する（Ｓ２０２）。スペックは、例えば、設定された開き角から±５％とすることができる。   In FIG. 5, first, the opening angle of the electron beam on the sample surface is measured (S201). The measured value is sent to the determination unit 23 in FIG. Next, the determination unit 23 determines whether or not the measurement value is within the set opening angle specification (S202). For example, the specification can be ± 5% from the set opening angle.

Ｓ２０２でスペック内でないと判断されれば、電子ビーム制御系２１の調整、具体的にはレンズ系の調整が行われる（Ｓ２０３）。再びＳ２０１に戻り、電子ビームの開き角を測定する。そして、Ｓ２０２で、この測定値が設定された開き角のスペック内であるか否かを判断する。スペック内でなければＳ２０３に戻り、上記工程を繰り返す。   If it is determined in S202 that it is not within the specifications, the electron beam control system 21 is adjusted, specifically, the lens system is adjusted (S203). Returning to S201 again, the opening angle of the electron beam is measured. Then, in S202, it is determined whether or not the measured value is within the set opening angle specification. If it is not within the specification, the process returns to S203 and the above steps are repeated.

一方、Ｓ２０２でスペック内であると判断されれば、Ｓ２０４に進んで電子ビームの電流密度を測定する。次いで、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する（Ｓ２０５）。具体的には、図１において、検出器２２によって電流密度Ｊを測定する。測定値は判断部２３に送られ、判断部２３において、測定値から輝度を求め、この値が目標輝度のスペック内であるかどうかを判断する。スペックは、例えば、目標輝度から±５％とすることができる。   On the other hand, if it is determined in S202 that it is within the specification, the process proceeds to S204 to measure the current density of the electron beam. Next, it is determined whether or not the luminance obtained from this value is within the specification of the target luminance (S205). Specifically, in FIG. 1, the current density J is measured by the detector 22. The measurement value is sent to the determination unit 23. The determination unit 23 determines the luminance from the measurement value, and determines whether this value is within the specification of the target luminance. For example, the specification can be ± 5% from the target luminance.

Ｓ２０５でスペック内でないと判断されれば、制御部１８でエミッション電流の調整を行って、輝度が目標輝度のスペック内となるようにする（Ｓ２０６）。具体的には、記憶演算部１９において、設定電流密度より求められたエミッション電流値が判断部２３に送られ、この値に基づいて制御部１８でエミッション電流の調整が行われる。   If it is determined in S205 that it is not within the specification, the control unit 18 adjusts the emission current so that the luminance is within the specification of the target luminance (S206). Specifically, in the storage calculation unit 19, the emission current value obtained from the set current density is sent to the determination unit 23, and the control unit 18 adjusts the emission current based on this value.

Ｓ２０６でエミッション電流の調整をした後、再びＳ２０４に戻り、電子ビームの電流密度を測定する。そして、Ｓ２０５で、測定値から求められた輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する。スペック内でなければ、Ｓ２０６に戻り、上記工程を繰り返す。一方、測定値から得られた輝度が目標輝度のスペック内である場合には、Ｓ２０７に進む。   After adjusting the emission current in S206, the process returns to S204 again, and the current density of the electron beam is measured. In step S205, it is determined whether the luminance obtained from the measurement value is within the specification of the target luminance. If it is not within the specification, the process returns to S206 and the above steps are repeated. On the other hand, if the luminance obtained from the measurement value is within the specification of the target luminance, the process proceeds to S207.

Ｓ２０７では、カソード動作温度の最適化が行われる。Ｓ２０６でエミッション電流を調整して輝度が目標輝度のスペック内となるようにしたので、カソードの動作温度を調整後の輝度に対応する温度となるようにする必要があるからである。具体的には、エミッション電流は変えずに、フィラメント電力とバイアス電圧との関係を測定する。次いで、フィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点（バイアス飽和点）におけるフィラメント電力を求め、この値からカソードの動作温度の最適値を求める。Ｓ２０７は、図１の制御部１８で行うことができるが、フィラメント回路とバイアス回路に接続する測定部を別途設け、この測定部を制御部に接続するようにしてもよい。   In S207, the cathode operating temperature is optimized. This is because the emission current is adjusted in S206 so that the luminance is within the specification of the target luminance, and therefore it is necessary to set the operating temperature of the cathode to a temperature corresponding to the adjusted luminance. Specifically, the relationship between the filament power and the bias voltage is measured without changing the emission current. Next, the filament power at the point where the bias voltage is saturated (bias saturation point) with respect to the change in the filament power is obtained, and the optimum value of the operating temperature of the cathode is obtained from this value. S207 can be performed by the control unit 18 of FIG. 1, but a measurement unit connected to the filament circuit and the bias circuit may be separately provided, and this measurement unit may be connected to the control unit.

次に、改めて試料面上での電子ビームの開き角を測定する（Ｓ２０８)。測定値は、図１の判断部２３に送られる。次いで、判断部２３において、この測定値が設定された開き角のスペック内であるか否かを判断する（Ｓ２０９）。スペックは、例えば、設定された開き角から±５％とすることができる。   Next, the opening angle of the electron beam on the sample surface is measured again (S208). The measured value is sent to the determination unit 23 in FIG. Next, the determination unit 23 determines whether or not the measurement value is within the set opening angle specification (S209). For example, the specification can be ± 5% from the set opening angle.

Ｓ２０９でスペック内でないと判断されれば、再び、電子ビーム制御系２１の調整、具体的にはレンズ系の調整が行われる（Ｓ２０３）。そして、上記ステップを繰り返す。   If it is determined in S209 that it is not within the specifications, the electron beam control system 21 is adjusted again, specifically, the lens system is adjusted again (S203). Then, the above steps are repeated.

一方、Ｓ２０９でスペック内であると判断されれば、Ｓ２１０で、改めて電子ビームの電流密度を測定する。次いで、Ｓ２１１において、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する。スペックは、例えば、目標輝度から±５％とすることができる。スペック内でなければ、Ｓ２０６に戻ってエミッション電流の調整を行う。そして、上記ステップを繰り返す。一方、Ｓ２１１において、測定値から得られた輝度が目標輝度のスペック内である場合には、一連の工程を終了する。   On the other hand, if it is determined in S209 that it is within the specification, the current density of the electron beam is measured again in S210. Next, in S211, it is determined whether or not the luminance obtained from this value is within the specification of the target luminance. For example, the specification can be ± 5% from the target luminance. If not within the specification, the process returns to S206 to adjust the emission current. Then, the above steps are repeated. On the other hand, if the luminance obtained from the measured value is within the specification of the target luminance in S211, the series of steps is terminated.

図５の工程も図４の工程と同様に、カソードの先端径が小さくなることで上昇した輝度を、エミッション電流を低くして目標とする輝度のスペック内に収める。これにより、カソードの動作温度を低くすることができるので、カソード構成材料の蒸発速度が遅くなり、カソードの寿命を延ばすことが可能となる。さらに、図５の工程によれば、試料面（ステージ）上での電子ビームの開き角を測定してレンズの調整を行うので、より正確な輝度調整が可能となる。   In the process of FIG. 5, as in the process of FIG. 4, the luminance increased as the tip diameter of the cathode is reduced falls within the target luminance specification by reducing the emission current. Thereby, since the operating temperature of the cathode can be lowered, the evaporation rate of the cathode constituent material becomes slow, and the life of the cathode can be extended. Furthermore, according to the process of FIG. 5, since the lens is adjusted by measuring the opening angle of the electron beam on the sample surface (stage), more accurate luminance adjustment is possible.

図６は、カソード材料として用いた六硼化ランタン（ＬａＢ_６）の先端径と、先端径が３０μｍになるまでに要した日数との関係を示した図であり、本実施の形態による輝度調整を行った場合（□）と、輝度調整を行わない場合（○）とで比較したものである。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the tip diameter of lanthanum hexaboride (LaB ₆ ) used as the cathode material and the number of days required for the tip diameter to reach 30 μm. Luminance adjustment according to this embodiment This is a comparison between the case where the adjustment is performed (□) and the case where the luminance adjustment is not performed (◯).

図６では、先端径の異なる４種類のカソードについて、先端径が３０μｍになるまでの日数を示している。本実施の形態による輝度調整を行ったカソードについては、最初に目標輝度になるように調整した後、電子銃を最初に起動してから３０日経過後に図４の工程を行い、以後も３０日を経過する毎に図４の工程を繰り返して、先端径が３０μｍになるまでの日数を求めた。一方、輝度調整を行わないカソードについては、最初に目標輝度に設定した後は輝度調整を行わず、先端径が３０μｍになるまでの日数を求めた。   FIG. 6 shows the number of days until the tip diameter reaches 30 μm for four types of cathodes having different tip diameters. For the cathode subjected to the brightness adjustment according to the present embodiment, after adjusting the target brightness to the target brightness first, the process of FIG. 4 is performed 30 days after the electron gun is first started, and 30 days thereafter. The process of FIG. 4 was repeated every time, and the number of days until the tip diameter became 30 μm was obtained. On the other hand, for the cathode that is not adjusted for luminance, the luminance was not adjusted after first setting the target luminance, and the number of days until the tip diameter reached 30 μm was obtained.

先端径の異なるカソードの輝度が同じとなるように調整する際、先端径が大きいほど高いエミッション電流となるので、カソードの動作温度は高くなる。カソードの動作温度が高いほど蒸発量が大きくなるので、先端径は小さくなる。つまり、先端径の大きいカソードほど輝度は徐々に高くなっていく。そこで、３０日経過毎にエミッション電流を低くする調整を行うことにより、輝度を低下させてカソードの動作温度を低くする。すると、蒸発量が小さくなり、カソード寿命は長くなる。図３の例では、先端径が３０μｍになるまでに８０日〜１１０日を要している。一方、輝度調整を行わない例では、先端径が３０μｍになるまでに要する日数は６０日〜７０日である。したがって、本実施の形態によれば、２０日〜４０日程度カソード寿命を延ばすことができる。   When adjusting the brightness of the cathodes having different tip diameters to be the same, the larger the tip diameter, the higher the emission current, and thus the higher the operating temperature of the cathode. The higher the operating temperature of the cathode, the larger the evaporation amount, and the smaller the tip diameter. That is, the luminance gradually increases as the tip diameter increases. Therefore, by adjusting the emission current to decrease every 30 days, the luminance is lowered and the operating temperature of the cathode is lowered. As a result, the amount of evaporation is reduced and the life of the cathode is increased. In the example of FIG. 3, it takes 80 to 110 days for the tip diameter to reach 30 μm. On the other hand, in the example where brightness adjustment is not performed, the number of days required for the tip diameter to reach 30 μm is 60 to 70 days. Therefore, according to the present embodiment, the cathode life can be extended by about 20 to 40 days.

図７は、本実施の形態の電子ビーム描画装置について、主として描画制御部の構成を示す図である。この電子ビーム描画装置は、図１で説明した本実施の形態の電子銃を備えており、本実施の形態による電子銃の駆動方法が実施可能である。   FIG. 7 is a diagram mainly illustrating a configuration of a drawing control unit in the electron beam drawing apparatus according to the present embodiment. This electron beam drawing apparatus includes the electron gun according to the present embodiment described with reference to FIG. 1, and the electron gun driving method according to the present embodiment can be implemented.

図７において、電子ビーム描画装置３０の試料室３１内には、試料であるマスク基板３２が設置されたステージ３３が設けられている。ステージ３３は、ステージ駆動回路３４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路３５により測定される。   In FIG. 7, a stage 33 on which a mask substrate 32 as a sample is installed is provided in a sample chamber 31 of the electron beam drawing apparatus 30. The stage 33 is driven by the stage drive circuit 34 in the X direction (left-right direction on the paper surface) and the Y direction (vertical direction on the paper surface). The moving position of the stage 33 is measured by a position circuit 35 using a laser length meter or the like.

試料室３１の上方には、電子ビーム光学系４０が設置されている。この光学系４０は、本実施の形態の電子銃１０、各種レンズ３７、３８、３９、４１、４２、ブランキング用偏向器４３、成形偏向器４４、ビーム走査用の主偏向器４５、ビーム走査用の副偏向器４６、および、２個のビーム成形用アパーチャ４７、４８等から構成されている。   An electron beam optical system 40 is installed above the sample chamber 31. The optical system 40 includes an electron gun 10 according to the present embodiment, various lenses 37, 38, 39, 41 and 42, a blanking deflector 43, a shaping deflector 44, a main deflector 45 for beam scanning, and beam scanning. Sub-deflector 46, and two beam shaping apertures 47, 48, and the like.

電子銃１０は、図１の電子銃１０に対応するものであり、所定時間経過毎にエミッション電流を低くする調整を行うことにより、カソードの蒸発で先端径が小さくなり上昇した輝度を目標とする輝度のスペック内に納まるようにする機能を備えている。輝度が低下すればカソードの動作温度は低くなるので、カソードの蒸発量を低減させてカソードの長寿命化を図ることができる。   The electron gun 10 corresponds to the electron gun 10 of FIG. 1, and by adjusting the emission current to decrease every elapse of a predetermined time, the tip diameter becomes smaller due to evaporation of the cathode, and the increased luminance is targeted. It has a function that fits within the luminance specifications. If the luminance is lowered, the operating temperature of the cathode is lowered. Therefore, it is possible to extend the life of the cathode by reducing the evaporation amount of the cathode.

図８は、本実施の形態における電子ビーム描画方法の説明図である。この描画方法は、本実施の形態の電子ビーム描画装置３０を使用することにより実現される。すなわち、図８に示す電子ビーム２０は、本実施の形態の電子ビーム描画装置３０の電子銃１０によって放出された電子ビームである。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the electron beam drawing method according to the present embodiment. This drawing method is realized by using the electron beam drawing apparatus 30 of the present embodiment. That is, the electron beam 20 shown in FIG. 8 is an electron beam emitted by the electron gun 10 of the electron beam drawing apparatus 30 of the present embodiment.

図８に示すように、マスク基板３２上に描画されるパターン８１は、短冊状のフレーム領域８２に分割されている。電子ビーム描画装置３０の電子銃１０によって放出される電子ビーム２０による描画は、ステージ３３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域８２毎に行われる。フレーム領域８２は、さらに副偏向領域８３に分割されており、電子ビーム２０は、副偏向領域８３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域８２は、主偏向器４５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域８３は、副偏向器４６の偏向幅で決まる単位描画領域である。   As shown in FIG. 8, the pattern 81 drawn on the mask substrate 32 is divided into strip-shaped frame regions 82. Drawing with the electron beam 20 emitted by the electron gun 10 of the electron beam drawing apparatus 30 is performed for each frame region 82 while the stage 33 continuously moves in one direction (for example, the X direction). The frame area 82 is further divided into sub-deflection areas 83, and the electron beam 20 draws only necessary portions in the sub-deflection areas 83. The frame area 82 is a strip-shaped drawing area determined by the deflection width of the main deflector 45, and the sub-deflection area 83 is a unit drawing area determined by the deflection width of the sub-deflector 46.

副偏向領域８３内での電子ビーム２０の位置決めは、副偏向器４６で行われる。副偏向領域８３の位置制御は、主偏向器４５によってなされる。すなわち、主偏向器４５によって、副偏向領域８３の位置決めがされ、副偏向器４６によって、副偏向領域８３内でのビーム位置が決められる。さらに、成形偏向器４４とビーム成形用アパーチャ４７、４８によって、電子ビーム２０の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域８３内を描画し、１つの副偏向領域８３の描画が終了したら、次の副偏向領域８３を描画する。フレーム領域８２内の全ての副偏向領域８３の描画が終了したら、ステージ３３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域８２を順次描画して行く。   The positioning of the electron beam 20 in the sub deflection region 83 is performed by the sub deflector 46. The position of the sub deflection region 83 is controlled by the main deflector 45. That is, the main deflector 45 positions the sub deflection region 83, and the sub deflector 46 determines the beam position in the sub deflection region 83. Further, the shape and size of the electron beam 20 are determined by the shaping deflector 44 and the beam shaping apertures 47 and 48. Then, the sub-deflection area 83 is drawn while continuously moving the stage 33 in one direction. When drawing of one sub-deflection area 83 is completed, the next sub-deflection area 83 is drawn. When drawing of all the sub-deflection areas 83 in the frame area 82 is completed, the stage 33 is moved stepwise in a direction orthogonal to the direction in which the stage 33 is continuously moved (for example, the Y direction). Thereafter, similar processing is repeated, and the frame area 82 is sequentially drawn.

電子ビームによる描画を行う際には、まず、ＣＡＤシステムを用いて設計された半導体集積回路などのパターンデータ（ＣＡＤデータ）が、図７の電子ビーム描画装置３０に入力することのできる形式のデータ（レイアウトデータ）に変換される。次いで、レイアウトデータが変換されて描画データが作成された後、描画データは実際に電子ビーム２０がショットされるサイズに分割された後、ショットサイズ毎に描画が行われる。   When performing drawing with an electron beam, first, pattern data (CAD data) such as a semiconductor integrated circuit designed by using a CAD system can be input to the electron beam drawing apparatus 30 in FIG. Converted to (layout data). Next, after the layout data is converted and drawing data is created, the drawing data is divided into a size at which the electron beam 20 is actually shot, and then drawing is performed for each shot size.

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

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

パターンデータデコーダ５３からの情報は、ブランキング回路５５とビーム成形器ドライバ５６に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ５３で描画データに基づいてブランキングデータが作成され、ブランキング回路５５に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム寸法データも作成されて、副偏向領域偏向量算出部６０とビーム成形器ドライバ５６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ５６から、電子ビーム光学系４０の成形偏向器４４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム２０の形状と寸法が制御される。   Information from the pattern data decoder 53 is sent to a blanking circuit 55 and a beam shaper driver 56. Specifically, the pattern data decoder 53 creates blanking data based on the drawing data and sends it to the blanking circuit 55. Further, desired beam dimension data is also created based on the drawing data, and is sent to the sub deflection region deflection amount calculation unit 60 and the beam shaper driver 56. Then, a predetermined deflection signal is applied from the beam shaper driver 56 to the shaping deflector 44 of the electron beam optical system 40 to control the shape and size of the electron beam 20.

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

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

描画データデコーダ５４では、描画データに基づいて副偏向領域８３の位置決めデータが作成され、このデータは、主偏向器ドライバ５７と副偏向器ドライバ５８に送られる。そして、主偏向器ドライバ５７から、電子光学系４０の主偏向器４５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム２０が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ５８から、副偏向器４６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域８３内での描画が行われる。この描画は、具体的には、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム２０を繰り返し照射することによって行われる。   The drawing data decoder 54 creates positioning data for the sub deflection region 83 based on the drawing data, and sends this data to the main deflector driver 57 and the sub deflector driver 58. Then, a predetermined deflection signal is applied from the main deflector driver 57 to the main deflector 45 of the electron optical system 40, and the electron beam 20 is deflected and scanned to a predetermined main deflection position. In addition, a predetermined sub deflection signal is applied from the sub deflector driver 58 to the sub deflector 46 and drawing in the sub deflection region 83 is performed. Specifically, this drawing is performed by repeatedly irradiating the electron beam 20 after a settling time has elapsed.

本実施の形態の電子ビーム描画方法によれば、カソードの先端径が小さくなることで上昇した輝度を、所定間隔毎に、電子ビームの電流密度を測定し、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内でない場合に、電子銃のエミッション電流を調整して輝度がスペック内となるようにする。これにより、カソードの動作温度を低くすることができるので、カソード構成材料の蒸発速度が遅くなり、カソードの寿命を延ばすことが可能となる。   According to the electron beam drawing method of the present embodiment, the brightness increased by decreasing the tip diameter of the cathode is measured at every predetermined interval, and the current density of the electron beam is measured, and the brightness obtained from this value is the target brightness. If it is not within the specifications, the emission current of the electron gun is adjusted so that the luminance is within the specifications. Thereby, since the operating temperature of the cathode can be lowered, the evaporation rate of the cathode constituent material becomes slow, and the life of the cathode can be extended.

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明は、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた荷電粒子銃、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法にも適用可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, although the electron beam is used in the above embodiment, the present invention can be applied to a charged particle gun, a charged particle beam drawing apparatus, and a charged particle beam drawing method using another charged particle beam such as an ion beam. is there.

１０ 電子銃
１１ カソード
１２ フィラメント
１３ フィラメント供給電源
１４ ウェネルト
１５ バイアス電源
１６ アノード
１７ 加速電源
１８ 制御部
１９ 記憶演算部
２０ 電子ビーム
２１ 電子ビーム制御系
２２ 検出器
２３ 判断部
３０ 電子ビーム描画装置
３１ 試料室
３２ マスク基板
３３ ステージ
３４ ステージ駆動回路
３５ 位置回路
３７、３８、３９、４１、４２ 各種レンズ
４０ 光学系
４３ ブランキング用偏向器
４４ 成形偏向器
４５ 主偏向器
４６ 副偏向器
４７、４８ ビーム成形用アパーチャ
５０ 制御計算機
５１ 入力部
５２ パターンメモリ
５３ パターンデータデコーダ
５４ 描画データデコーダ
５５ ブランキング回路
５６ ビーム成形器ドライバ
５７ 主偏向器ドライバ
５８ 副偏向器ドライバ
６０ 副偏向領域偏向量算出部
６１ セトリング時間決定部
６２ 偏向制御部
８１ 描画されるパターン
８２ フレーム領域
８３ 副偏向領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electron gun 11 Cathode 12 Filament 13 Filament supply power 14 Wehnelt 15 Bias power supply 16 Anode 17 Acceleration power supply 18 Control part 19 Memory | storage calculation part 20 Electron beam 21 Electron beam control system 22 Detector 23 Judgment part 30 Electron beam drawing apparatus 31 Sample room 32 Mask substrate 33 Stage 34 Stage drive circuit 35 Position circuit 37, 38, 39, 41, 42 Various lenses 40 Optical system 43 Blanking deflector 44 Molding deflector 45 Main deflector 46 Sub deflector 47, 48 For beam shaping Aperture 50 Control computer 51 Input section 52 Pattern memory 53 Pattern data decoder 54 Drawing data decoder 55 Blanking circuit 56 Beam shaper driver 57 Main deflector driver 58 Sub deflector driver 60 Sub deflection area deflection Quantity calculation unit 61 Settling time determination unit 62 Deflection control unit 81 Pattern to be drawn 82 Frame region 83 Sub deflection region

Claims (5)

所定間隔毎に、電子ビームの電流密度を測定し、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内でない場合に、エミッション電流を調整して前記輝度が前記スペック内となるようにすることを特徴とする電子銃の駆動方法。   The current density of the electron beam is measured at predetermined intervals, and when the luminance obtained from this value is not within the specification of the target luminance, the emission current is adjusted so that the luminance is within the specification. The driving method of the electron gun. 前記電子ビームの開き角の測定値が設定範囲内となるように調整してから、前記エミッション電流の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子銃の駆動方法。   2. The method of driving an electron gun according to claim 1, wherein the emission current is adjusted after adjusting the measured value of the opening angle of the electron beam to be within a set range. 電子ビームを放出する電子銃を備えた電子ビーム描画装置において、
前記電子ビームの電流密度を測定する測定部と、
前記電流密度から得られる輝度が目標輝度のスペック内であるか否かを判断する判断部と、
前記輝度が前記スペック内でない場合に、前記電子銃のエミッション電流を調整して前記輝度が前記スペック内となるようにする制御部とを有することを特徴とする電子ビーム描画装置。 In an electron beam lithography apparatus equipped with an electron gun that emits an electron beam,
A measuring unit for measuring the current density of the electron beam;
A determination unit for determining whether the luminance obtained from the current density is within a specification of the target luminance;
An electron beam drawing apparatus comprising: a control unit configured to adjust the emission current of the electron gun so that the luminance is within the specification when the luminance is not within the specification. 前記判断部は、前記電子ビームの開き角の測定値が設定範囲内であるか否かについても判断することを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。   The electron beam lithography apparatus according to claim 3, wherein the determination unit also determines whether or not the measured value of the opening angle of the electron beam is within a set range. 電子銃から電子ビームを放出して描画を行う電子ビーム描画方法において、
所定間隔毎に、前記電子ビームの電流密度を測定し、この値から得られる輝度が目標輝度のスペック内でない場合に、前記電子銃のエミッション電流を調整して前記輝度が前記スペック内となるようにすることを特徴とする電子ビーム描画方法。 In an electron beam drawing method for drawing by emitting an electron beam from an electron gun,
The current density of the electron beam is measured at predetermined intervals, and when the luminance obtained from this value is not within the target luminance specification, the emission current of the electron gun is adjusted so that the luminance is within the specification. An electron beam drawing method characterized by comprising:

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