JP2016197503A - Electron beam device - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To provide an electron beam device capable of improving the uniformity of current density distribution on the beam forming surface of an electron beam emitted from an electron gun.CONSTITUTION: An electron beam device includes a cathode 10 where the electron emission surface is limited to a plane, a cathode cover 16 using a material having a work function larger than that of the material of the cathode, and arranged to cover the periphery of the electron emission surface, while leaving the electron emission surface of such a plane, an anode 14 having a first opening for passing the electron beam emitted from the cathode, and held at a potential on the positive side relatively to the potential of the electron beam, a Wehnelt 12 disposed between the cathode and anode, an illumination lens 202 for refracting the electron beam passed through the anode electrode, and a spherical aberration correction device 212 disposed between the anode electrode and collimator lens, correcting the spherical aberration of an electric field and exerting lens action formed by the cathod and Wehnelt electrode and anode electrode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電子ビーム装置に係り、例えば、ステージ上の試料にマルチ荷電粒子ビームを照射することによりパターンを描画するマルチビーム描画装置に関する。   The present invention relates to an electron beam apparatus, for example, a multi-beam drawing apparatus that draws a pattern by irradiating a sample on a stage with a multi-charged particle beam.

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、ウェハ等へ電子線を使って描画することが行われている。   Lithography technology, which is responsible for the progress of miniaturization of semiconductor devices, is an extremely important process for generating a pattern among semiconductor manufacturing processes. In recent years, with the high integration of LSI, circuit line widths required for semiconductor devices have been reduced year by year. Here, the electron beam (electron beam) drawing technique has an essentially excellent resolution, and drawing is performed on a wafer or the like using an electron beam.

例えば、マルチビームを使った描画装置がある。１本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで一度に多くのビームを照射できるのでスループットを大幅に向上させることができる。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが試料上の所望の位置へと照射される（例えば、特許文献１参照）。   For example, there is a drawing apparatus using a multi-beam. Compared with the case of drawing with one electron beam, the use of multi-beams enables irradiation with many beams at a time, so that the throughput can be significantly improved. In such a multi-beam type drawing apparatus, for example, an electron beam emitted from an electron gun is passed through a mask having a plurality of holes to form a multi-beam, and each of the unshielded beams is blanked. Irradiation to a desired position on the sample (see, for example, Patent Document 1).

電子ビーム描画装置や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子ビーム装置では、ビーム形状を成形するビーム成形面上の電流密度分布の一様性が高いことが望まれる。電流密度分布の一様性が高ければ、その分、利用可能なビーム領域を大きくできるからである。かかる問題は、シングルビームを用いる装置およびマルチビームを用いる装置において共に問題となる。そして、シングルビームよりも多数のビームを用いるマルチビーム装置においてより深刻な問題となる。例えば、マルチ電子ビーム描画装置では、マルチビームを形成するマスク面（ビーム成形面）上の電流密度分布の一様性が高いことが望まれる。電流密度分布が一定ではない電子ビームからマルチビームを形成すると、中央部と端部とで電流密度が異なるので、同じ照射量のビームを照射する場合でも照射時間が異なってしまう。よって、電流密度分布が一定なビーム領域部分を利用することになる。従来の電子銃では、マスク面上の電流密度分布がガウス分布になるため、電流密度分布の一様性が低い。よって、マルチビーム形成に利用できるビームの電流は、電子銃から放出されるエミッション電流に比べて非常に小さいといった問題があった。そのため、マルチビーム描画装置でのスループットを向上させるためには、電子銃駆動電源の出力電流を大きくしなければならないといった問題があった。   In an electron beam apparatus such as an electron beam drawing apparatus or a scanning electron microscope (SEM), it is desired that the uniformity of the current density distribution on the beam shaping surface for shaping the beam shape is high. This is because if the uniformity of the current density distribution is high, the usable beam area can be increased accordingly. Such a problem becomes a problem in both a device using a single beam and a device using a multi-beam. This becomes a more serious problem in a multi-beam apparatus that uses a larger number of beams than a single beam. For example, in a multi-electron beam drawing apparatus, it is desired that the current density distribution on a mask surface (beam shaping surface) on which a multi-beam is formed has high uniformity. When a multi-beam is formed from an electron beam having a non-constant current density distribution, the current density is different between the central portion and the end portion, and therefore the irradiation time is different even when a beam having the same irradiation amount is irradiated. Therefore, a beam region portion having a constant current density distribution is used. In the conventional electron gun, since the current density distribution on the mask surface is a Gaussian distribution, the uniformity of the current density distribution is low. Therefore, there is a problem that the beam current that can be used for multi-beam formation is very small compared to the emission current emitted from the electron gun. Therefore, in order to improve the throughput in the multi-beam drawing apparatus, there is a problem that the output current of the electron gun driving power source has to be increased.

特許第４９７５０９５号公報Japanese Patent No. 4975095

“Ｄｅｌｔａ型新球面収差補正装置”，沢田英敬他著，社団法人日本顕微鏡学会，顕微鏡Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３（２０１０）"Delta-type new spherical aberration corrector", Hidetaka Sawada et al., The Japanese Society for Microscopy, Microscope Vol. 45, no. 3 (2010)

そこで、本発明の一態用は、電子銃から放出された電子ビームのビーム成形面上における電流密度分布の一様性を向上させることが可能な電子ビーム装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of one embodiment of the present invention is to provide an electron beam apparatus capable of improving the uniformity of the current density distribution on the beam shaping surface of the electron beam emitted from the electron gun.

本発明の一態様の電子ビーム装置は、
電子放出面が平面に限定されたカソードと、
カソードの材料よりも仕事関数の大きい材料を用いた、かかる平面の電子放出面を残して、電子放出面の周囲のカソードの表面を覆うように配置されたカバー部材と、
カソードから放出された電子ビームを通過させる第１の開口部が形成され、電子ビームの電位に対して相対的に正側の電位に保持されたアノード電極と、
カソードとアノードとの間に配置されたウェネルト電極と、
アノード電極を通過した電子ビームを屈折させるコリメータレンズと、
アノード電極とコリメータレンズとの間に配置され、カソードとウェネルト電極とアノード電極とによって形成されるレンズ作用を及ぼす電界の球面収差を補正する球面収差補正装置と、
を備えたことを特徴とする。 An electron beam apparatus according to one embodiment of the present invention includes:
A cathode whose electron emission surface is limited to a plane;
A cover member arranged to cover the surface of the cathode around the electron emission surface, leaving such a flat electron emission surface using a material having a work function larger than that of the cathode material;
A first opening that allows the electron beam emitted from the cathode to pass therethrough, and an anode electrode that is held at a positive potential relative to the potential of the electron beam;
A Wehnelt electrode disposed between the cathode and the anode;
A collimator lens that refracts the electron beam that has passed through the anode electrode;
A spherical aberration correction device that is arranged between the anode electrode and the collimator lens and corrects the spherical aberration of the electric field exerting the lens action formed by the cathode, the Wehnelt electrode, and the anode electrode;
It is provided with.

また、球面収差補正装置による結像点の位置が、コリメータレンズの焦点位置になるように、球面収差補正装置とコリメータレンズとが配置されると好適である。   In addition, it is preferable that the spherical aberration corrector and the collimator lens are arranged so that the position of the image forming point by the spherical aberration corrector becomes the focal position of the collimator lens.

また、複数の第２の開口部が形成され、複数の第２の開口部全体が含まれる領域にコリメータレンズを通過した電子ビームの照射を受け、複数の第２の開口部を電子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイ部材と、
複数の第２の開口部を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う複数のブランカーが配置されたブランキングアパーチャアレイ部と、
第３の開口部が形成され、マルチビームのうち複数のブランカーによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを第３の開口部から外れた位置にて遮蔽し、ビームＯＮの状態になる各ビームを第３の開口部から通過させる制限アパーチャ部材と、
をさらに備えると好適である。 In addition, a plurality of second openings are formed, and the region including the whole of the plurality of second openings is irradiated with the electron beam that has passed through the collimator lens, and the plurality of second openings are formed in the electron beam. A molded aperture array member that forms a multi-beam by passing each part;
A blanking aperture array portion in which a plurality of blankers that perform blanking deflection of the corresponding beams among the multi-beams that have passed through the plurality of second openings are disposed;
A third opening is formed, and each beam deflected so as to be in a beam OFF state by a plurality of blankers among the multi-beams is shielded at a position off the third opening, so that the beam is in an ON state. A limiting aperture member that passes each beam through the third opening;
It is preferable to further include

また、空間電荷制限領域になるカソード温度とバイアス電圧との組合せに、カソード温度とバイアス電圧とを制御する制御部をさらに備えると好適である。   In addition, it is preferable that a control unit for controlling the cathode temperature and the bias voltage is further provided for the combination of the cathode temperature and the bias voltage that become the space charge limiting region.

また、球面収差補正装置として、デルタ型球面収差補正装置を用いると好適である。   In addition, it is preferable to use a delta spherical aberration correction device as the spherical aberration correction device.

本発明の一態様によれば、電子銃から放出された電子ビームのビーム成形面上における電流密度分布の一様性を向上させることができる。   According to one embodiment of the present invention, the uniformity of the current density distribution on the beam shaping surface of the electron beam emitted from the electron gun can be improved.

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a drawing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における電子銃と高圧電源回路の回路構成の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an electron gun and a high-voltage power supply circuit according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の比較例におけるカソードと電子軌道の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a cathode and an electron trajectory in a comparative example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の比較例となる従来の電子軌道と理想的な電子軌道とを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional electron orbit and an ideal electron orbit, which are comparative examples of the first embodiment. 実施の形態１におけるカソードと電子軌道の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a cathode and an electron trajectory in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の構成による電子軌道を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an electron trajectory according to the configuration of the first embodiment. 実施の形態１におけるカソード温度とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between a cathode temperature and a bias voltage in the first embodiment. 実施の形態１における温度制限領域と空間電荷領域とを説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a temperature limiting region and a space charge region in the first embodiment. 実施の形態１におけるカソードとカソードカバーの他の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating another example of the cathode and the cathode cover in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a molded aperture array member in the first embodiment. 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a blanking aperture array section in the first embodiment. 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。FIG. 4 is a top conceptual view showing a part of the configuration in the membrane region of the blanking aperture array section in the first embodiment. 実施の形態１における描画順序を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a drawing order according to Embodiment 1. FIG.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００（電子ビーム装置の一例）は、マルチ電子ビーム描画装置の一例である。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、球面収差補正装置２１２、照明レンズ２０２（コリメータレンズ）、成形アパーチャアレイ部材２０３、ブランキングアパーチャアレイ部２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、及び、偏向器２０８が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象基板となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。また、試料１０１には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。ＸＹステージ１０５上には、さらに、ＸＹステージ１０５の位置測定用のミラー２１０が配置される。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a drawing apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, the drawing apparatus 100 includes a drawing unit 150 and a control unit 160. The drawing apparatus 100 (an example of an electron beam apparatus) is an example of a multi-electron beam drawing apparatus. The drawing unit 150 includes an electron column 102 and a drawing chamber 103. In the electron column 102, an electron gun 201, a spherical aberration correction device 212, an illumination lens 202 (collimator lens), a molded aperture array member 203, a blanking aperture array unit 204, a reduction lens 205, a limiting aperture member 206, an objective lens 207 and a deflector 208 are arranged. An XY stage 105 is disposed in the drawing chamber 103. On the XY stage 105, a sample 101 such as a mask to be a drawing target substrate at the time of drawing is arranged. The sample 101 includes an exposure mask for manufacturing a semiconductor device, or a semiconductor substrate (silicon wafer) on which the semiconductor device is manufactured. Further, the sample 101 includes mask blanks to which a resist is applied and nothing is drawn yet. On the XY stage 105, a mirror 210 for measuring the position of the XY stage 105 is further arranged.

また、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７は、共に、電磁レンズで構成され、磁場が逆方向で励磁の大きさが例えば等しくなるように配置される。縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７によって縮小光学系が構成される。   The reduction lens 205 and the objective lens 207 are both configured by electromagnetic lenses, and are arranged so that the magnetic field is in the reverse direction and the magnitude of excitation is equal, for example. The reduction lens 205 and the objective lens 207 constitute a reduction optical system.

電子銃２０１は、熱電子放出型のカソード１０と、ウェネルト１２（ウェネルト電極）と、アノード１４（アノード電極）と、カソードカバー１６と、を有する。ウェネルト１２は、カソード１０とアノード１４との間に配置される。また、アノード１４には、カソード１０から放出された電子ビーム２００を通過させる開口部１５（第１の開口部）が形成されている。アノード１４は、接地され、電位がグランド電位に設定されている。言い換えれば、アノード１４は、電子ビーム２００の電位に対して相対的に正側の電位に保持される。電子銃２０１には、高圧電源回路１２０が接続される。高圧電源回路１２０は、カソード１０とアノード１４間に加速電圧を印加することになる。加速電圧は、カソード１０に、グランド電位のアノード１４に対して負の電位を印加する。また、高圧電源回路１２０は、ウェネルト１２に負のバイアス電圧を印加することになる。   The electron gun 201 includes a thermionic emission type cathode 10, Wehnelt 12 (Wernert electrode), an anode 14 (anode electrode), and a cathode cover 16. The Wehnelt 12 is disposed between the cathode 10 and the anode 14. The anode 14 is formed with an opening 15 (first opening) through which the electron beam 200 emitted from the cathode 10 passes. The anode 14 is grounded and the potential is set to the ground potential. In other words, the anode 14 is held at a positive potential relative to the potential of the electron beam 200. A high voltage power supply circuit 120 is connected to the electron gun 201. The high voltage power supply circuit 120 applies an acceleration voltage between the cathode 10 and the anode 14. As the acceleration voltage, a negative potential is applied to the cathode 10 with respect to the anode 14 having the ground potential. The high voltage power supply circuit 120 applies a negative bias voltage to the Wehnelt 12.

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、高圧電源回路１２０、収差補正制御回路１２２、レンズ制御回路１２４、偏向制御回路１３０、ステージ位置検出器１３９及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、高圧電源回路１２０、収差補正制御回路１２２、レンズ制御回路１２４、偏向制御回路１３０、ステージ位置検出器１３９及び記憶装置１４０は、図示しないバスを介して互いに接続されている。高圧電源回路１２０、収差補正制御回路１２２、レンズ制御回路１２４、及び偏向制御回路１３０は、制御計算機１１０によって制御される。また、制御計算機１１０に入力された情報、及び制御計算機１１０内で演算された情報は、メモリ１１２に格納される。また、複数の図形パターンを含むチップのチップデータ（描画データ）が外部から描画装置１００に入力され、記憶装置１４０に格納される。制御計算機１１０は、かかる描画データを記憶装置１４０から読み出し、複数段のデータ処理を行うと共に、描画シーケンスに沿って高圧電源回路１２０、収差補正制御回路１２２、レンズ制御回路１２４、及び偏向制御回路１３０を制御する。   The control unit 160 includes a control computer 110, a memory 112, a high-voltage power supply circuit 120, an aberration correction control circuit 122, a lens control circuit 124, a deflection control circuit 130, a stage position detector 139, and a storage device 140 such as a magnetic disk device. ing. The control computer 110, the memory 112, the high-voltage power supply circuit 120, the aberration correction control circuit 122, the lens control circuit 124, the deflection control circuit 130, the stage position detector 139, and the storage device 140 are connected to each other via a bus (not shown). . The high voltage power supply circuit 120, the aberration correction control circuit 122, the lens control circuit 124, and the deflection control circuit 130 are controlled by the control computer 110. Information input to the control computer 110 and information calculated in the control computer 110 are stored in the memory 112. Further, chip data (drawing data) of a chip including a plurality of graphic patterns is input from the outside to the drawing apparatus 100 and stored in the storage device 140. The control computer 110 reads the drawing data from the storage device 140, performs data processing in a plurality of stages, and along with the drawing sequence, the high-voltage power supply circuit 120, the aberration correction control circuit 122, the lens control circuit 124, and the deflection control circuit 130. To control.

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。例えば、ステージ駆動系の制御回路や、偏向器２０８用のアンプを含む制御回路等の図示が省略されているが、制御部１６０がこれらを備えていることは言うまでもない。   Here, FIG. 1 shows a configuration necessary for explaining the first embodiment. The drawing apparatus 100 may normally have other necessary configurations. For example, illustration of a stage drive system control circuit and a control circuit including an amplifier for the deflector 208 is omitted, but it goes without saying that the control unit 160 includes these.

図２は、実施の形態１における電子銃と高圧電源回路の回路構成の一例を示す図である。高圧電源回路１２０内では、加速電圧電源６２とウェネルト用電源６４とヒータ用電源６６とが配置される。加速電圧電源６２の陰極（−）側が、電子銃２０１内でヒータ５９を介してカソード１０に接続される。加速電圧電源６２の陽極（＋）側は、電子銃２０１内のアノード１４（アノード電極）に接続されると共にグランド接続されている。また、加速電圧電源６２の陽極（＋）とアノード１４との間に電流計７０が直列に接続されている。また、加速電圧電源６２の陰極（−）は、ウェネルト用電源６４の陽極（＋）にも分岐して接続され、ウェネルト用電源６４の陰極（−）は、カソード１０とアノード１４との間に配置されたウェネルト１２（ウェネルト電極）に接続される。ヒータ用電源６６は、ヒータ５９に接続される。そして、電子ビーム放出時には、電子銃２０１の配置雰囲気が図示しない真空ポンプによって所定の圧力の真空状態に維持された後、ウェネルト１２にウェネルト用電源６４から一定の負のウェネルト電圧（バイアス電圧）が印加され、カソード１０に加速電圧電源６２から一定の負の加速電圧が印加された状態で、ヒータ５９によりカソード１０を加熱すると、カソード１０から電子（電子群）が放出され、放出電子（電子群）は加速電圧によって加速されて電子ビームとなってアノード１４に向かって進む。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the electron gun and the high-voltage power supply circuit in the first embodiment. In the high voltage power supply circuit 120, an acceleration voltage power supply 62, a Wehnelt power supply 64, and a heater power supply 66 are arranged. The cathode (−) side of the acceleration voltage power supply 62 is connected to the cathode 10 through the heater 59 in the electron gun 201. The anode (+) side of the acceleration voltage power source 62 is connected to the anode 14 (anode electrode) in the electron gun 201 and to the ground. An ammeter 70 is connected in series between the anode (+) of the acceleration voltage power supply 62 and the anode 14. The cathode (−) of the acceleration voltage power source 62 is also branched and connected to the anode (+) of the Wehnelt power source 64, and the cathode (−) of the Wehnelt power source 64 is connected between the cathode 10 and the anode 14. It is connected to the arranged Wehnelt 12 (Wehnelt electrode). The heater power supply 66 is connected to the heater 59. When the electron beam is emitted, after the atmosphere in which the electron gun 201 is arranged is maintained in a vacuum state at a predetermined pressure by a vacuum pump (not shown), a constant negative Wehnelt voltage (bias voltage) is applied to the Wehnelt 12 from the Wehnelt power supply 64. When the cathode 10 is heated by the heater 59 in a state where a constant negative acceleration voltage is applied to the cathode 10 from the acceleration voltage power source 62, electrons (electron group) are emitted from the cathode 10 and emitted electrons (electron group). ) Is accelerated by an accelerating voltage to become an electron beam and travel toward the anode 14.

図３は、実施の形態１の比較例におけるカソードと電子軌道の一例を示す図である。カソード１０の形状は、例えば、頂点が下に向かった円錐形の途中を水平面で切り取った円錐台形状に形成される。そのため、カソード１０は、例えば水平面と円錐面となる斜面とを備える。実施の形態１の比較例では、熱放出型カソードの下面の平面部（水平面）の他に、かかる下面につながる側面（斜面）が電子放出面となる。このようなカソード形状では、カソード中心（光軸）から離れるほどカソード表面に印加される電界が急激に小さくなる。よって、比較例に示すカソードでは、電子の放出段階において電流密度の一様性がそもそも低くなってしまう。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the cathode and the electron trajectory in the comparative example of the first embodiment. The shape of the cathode 10 is formed in, for example, a truncated cone shape in which a halfway of a conical shape whose apex is directed downward is cut by a horizontal plane. Therefore, the cathode 10 includes, for example, a horizontal plane and a slope that becomes a conical surface. In the comparative example of the first embodiment, in addition to the flat surface portion (horizontal plane) on the lower surface of the heat-emitting cathode, the side surface (slope) connected to the lower surface is the electron emission surface. In such a cathode shape, the electric field applied to the cathode surface decreases rapidly as the distance from the cathode center (optical axis) increases. Therefore, in the cathode shown in the comparative example, the uniformity of the current density becomes low in the electron emission stage.

これに対して、実施の形態１のカソード１０は、図２に示すように、円筒形の上部と円錐形の頂部を水平に切り取って下面を平面とした円錐台形状の下部とを組み合わせた形状に形成されている。そして、円錐台形状のカソード１０の下面（平面）を残して、下面（平面）の周囲のカソード１０の表面（側面の斜面）と円筒形の上部の側面とがカソードカバー１６（カバー部材）によって覆われている。カソードカバー１６は、下面が平面の導体であって、カソード１０の材料よりも仕事関数の大きい材料を用いればよい。カソード１０、及びカソードカバー１６の下面は、同一平面になっている。このようにカソード１０、及びカソードカバー１６を一体構造とし、その下面を平面としているので、カソード面に印加される電界は、カソード中心(光軸)から離れた位置でも大きく減少せず、カソード中心とほぼ同じ電界になる。このためカソードから放出される電流密度分布は、ほぼ一様になる。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the cathode 10 of the first embodiment has a shape in which a cylindrical upper portion and a truncated cone-shaped lower portion having a flat bottom surface cut horizontally from a top portion of a conical shape are combined. Is formed. Then, leaving the lower surface (plane) of the truncated cone-shaped cathode 10, the surface of the cathode 10 (side slope) around the lower surface (plane) and the cylindrical upper side surface are covered by the cathode cover 16 (cover member). Covered. The cathode cover 16 may be made of a material having a flat bottom surface and a work function larger than that of the cathode 10. The cathode 10 and the lower surface of the cathode cover 16 are in the same plane. As described above, the cathode 10 and the cathode cover 16 are integrally structured, and the lower surface thereof is flat. Therefore, the electric field applied to the cathode surface does not greatly decrease even at a position away from the cathode center (optical axis). And almost the same electric field. For this reason, the current density distribution emitted from the cathode is almost uniform.

なお、カソード１０の材料は、一般に単結晶であり、焼結されてもよい、或いは焼結されなくてもよい幾つかの適した種類の結晶材料のうちのいずれかから形成されてもよく、またはそのような材料を含んでもよい。使用されてもよい典型的な材料としては、単結晶六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、単結晶六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、単結晶炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、焼結ＬａＢ_６、焼結ＣｅＢ_６、焼結ＨｆＣ、焼結タングステン−バリウム−酸素−Ａｌ（Ｗ−Ｂａ−Ａｌ−Ｏ）、焼結スカンデート（Ｂａ−Ｓｃ−Ｗ−Ｏ）などが挙げられるが、これらに限定されない。なお、「焼結」材料は、熱および／または圧力に晒されることにより結合される粒子から形成される材料である。そして、カソードカバー１６の材料には、導体であって、これらのカソード１０の材料よりも仕事関数の大きい材料として、例えば、カーボン材を用いると好適である。よって、実施の形態１のカソード１０では、電子放出面が光軸方向に直交する平面（下面）に限定されることになる。よって、電子の放出段階において電流密度の一様性を保つことができる。 It should be noted that the material of the cathode 10 is generally a single crystal and may be formed from any of several suitable types of crystalline materials that may or may not be sintered, Or such materials may be included. Typical materials that may be used include single crystal lanthanum hexaboride (LaB ₆ ), single crystal cerium hexaboride (CeB ₆ ), single crystal hafnium carbide (HfC), sintered LaB ₆ , sintered CeB. ₆ , sintered HfC, sintered tungsten-barium-oxygen-Al (W—Ba—Al—O), sintered scandate (Ba—Sc—W—O), and the like, but are not limited thereto. A “sintered” material is a material formed from particles that are combined by exposure to heat and / or pressure. As the material of the cathode cover 16, it is preferable to use, for example, a carbon material as a material having a work function larger than that of the material of the cathode 10 as a conductor. Therefore, in the cathode 10 of Embodiment 1, the electron emission surface is limited to a plane (lower surface) orthogonal to the optical axis direction. Therefore, the uniformity of the current density can be maintained in the electron emission stage.

図４は、実施の形態１の比較例となる従来の電子軌道と理想的な電子軌道とを説明するための図である。図４（ａ）では、従来の電子銃から放出される電子の電子軌道の一例を示している。従来のカソードでは、上述したように電子の放出段階（放出時点）から電流密度が一様ではない。よって、図４（ａ）に示すように、光軸からの距離ｒに対して電流密度Ｊが一様ではない。また、カソードとウェネルト電極とアノード電極とによってレンズ作用を及ぼす電界が形成される。かかる電界の作用によって、カソードから放出された電子はクロスオーバーを形成する。上記レンズ作用を及ぼす電界には、球面収差を発生させる電界の歪みが存在するので、rが大きい位置から放出された電子の電子軌道（例えば電子軌道２）と光軸との交点は、rが小さい位置から放出された電子の電子軌道（例えば電子軌道１）と光軸との交点よりもカソード側（上流側）に位置することになる。すなわち、電子軌道が光軸上の１点で交わらない。よって、図４（ａ）に示すように、クロスオーバー後は、電子軌道の光軸から角度αによって、電子数が大きく異なる。これらの影響によって、従来の電子銃から放出される電子ビームは、コリメータレンズによって平行光に屈折させられて例えば成形アパーチャアレイ部材２０３面上に照射された場合に、電流密度分布がガウス分布に近い状態となる。言い換えれば、電子の放出段階よりもさらに電流密度分布は大きく変化することになる。   FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional electron trajectory and an ideal electron trajectory as a comparative example of the first embodiment. FIG. 4A shows an example of an electron trajectory of electrons emitted from a conventional electron gun. In the conventional cathode, as described above, the current density is not uniform from the electron emission stage (emission time). Therefore, as shown in FIG. 4A, the current density J is not uniform with respect to the distance r from the optical axis. An electric field exerting a lens action is formed by the cathode, the Wehnelt electrode, and the anode electrode. Due to the action of such an electric field, electrons emitted from the cathode form a crossover. Since the electric field exerting the lens action includes distortion of the electric field that generates spherical aberration, the intersection of the electron trajectory (for example, the electron trajectory 2) of the electrons emitted from the position where r is large and the optical axis is r. It is located on the cathode side (upstream side) from the intersection of the electron orbit of electrons emitted from a small position (for example, electron orbit 1) and the optical axis. That is, the electron trajectories do not intersect at one point on the optical axis. Therefore, as shown in FIG. 4A, after the crossover, the number of electrons greatly varies depending on the angle α from the optical axis of the electron orbit. Due to these effects, when the electron beam emitted from the conventional electron gun is refracted into parallel light by a collimator lens and irradiated onto the surface of the shaped aperture array member 203, for example, the current density distribution is close to a Gaussian distribution. It becomes a state. In other words, the current density distribution changes much more than in the electron emission stage.

マルチ電子ビーム描画装置では、成形アパーチャアレイ部材２０３面上の電流密度分布（Ｊ−Ｒ分布）の一様性が良いことが要求される。Ｒは、成形アパーチャアレイ部材２０３面における光軸からの距離を示す。たとえば、ガウス分布で定義される電流密度の一様性を表わす量ｎが、成形アパーチャアレイ部材２０３面上で例えば０．９以上であることが要求される。成形アパーチャアレイ部材２０３面上の電流密度分布（Ｊ−ｒ分布）がガウス分布に近い形状の場合、電流密度の一様性が良い領域を通過するビームの電流が、カソードから放出される全電子の電流（以下、エミッション電流と呼ぶ）に比べて非常に小さくなる。例えば、電流密度分布がガウス分布の場合、ｎ以上の一様性を持つビーム領域の電流Ｉ（ｎ）と、エミッション電流Ｉｔの関係は次の式（１）で表わされる。
（１） Ｉ（ｎ）＝Ｉｔ（１−ｎ） In the multi-electron beam drawing apparatus, it is required that the current density distribution (JR distribution) on the surface of the shaped aperture array member 203 is uniform. R represents the distance from the optical axis on the surface of the molded aperture array member 203. For example, the quantity n representing the uniformity of the current density defined by the Gaussian distribution is required to be, for example, 0.9 or more on the surface of the molded aperture array member 203. When the current density distribution (Jr distribution) on the surface of the shaped aperture array member 203 has a shape close to a Gaussian distribution, the current of the beam passing through the region where the current density is uniform is all electrons emitted from the cathode. Compared to the current (hereinafter referred to as emission current). For example, when the current density distribution is a Gaussian distribution, the relationship between the current I (n) in the beam region having a uniformity of n or more and the emission current It is expressed by the following equation (1).
(1) I (n) = It (1-n)

例えば、ｎ＝０．９の場合、Ｉ（ｎ）＝０．１×Ｉｔとなる。すなわちエミッション電流の１０％の電流のみを成形アパーチャアレイ部材２０３面を通過するビームとして使用し、残りの９０％の電流は使用しないことになる。そのため、従来の電子銃を用いたマルチ電子ビーム描画装置では、加速電圧電源の出力電流が非常に大きくなる。例えば、成形アパーチャアレイ部材２０３面を通過するマルチビーム全体のビーム電流として５００μＡが必要な場合、加速電圧電源の出力電流は５ｍＡとなる。一般に出力電流が大きいほど、短期電圧変動が小さく、かつ、長期電圧ドリフトが小さい加速電圧電源（安定性の良い加速電圧電源）を製作することが難しい。出力電流が５ｍＡと大きくなると、マルチ電子ビーム描画装置に要求される高い安定性をもつ加速電圧電源の製作は困難となるという問題があった。   For example, when n = 0.9, I (n) = 0.1 × It. That is, only 10% of the emission current is used as a beam passing through the surface of the shaped aperture array member 203, and the remaining 90% of the current is not used. Therefore, in the multi-electron beam drawing apparatus using the conventional electron gun, the output current of the acceleration voltage power source becomes very large. For example, when 500 μA is required as the beam current of the entire multi-beam passing through the surface of the shaped aperture array member 203, the output current of the acceleration voltage power source is 5 mA. In general, the larger the output current, the smaller the short-term voltage fluctuation and the smaller the long-term voltage drift, and it is difficult to produce an acceleration voltage power source (acceleration voltage power source with good stability). When the output current becomes as large as 5 mA, there is a problem that it becomes difficult to manufacture an acceleration voltage power source having high stability required for a multi-electron beam drawing apparatus.

理想的には、図４（ｂ）に示すように、カソードから電子が放出される放出段階での電流密度分布を一様にでき、かつ各電子の電子軌道が光軸上の１点で交わるようにできれば、成形アパーチャアレイ部材２０３面上の電流密度分布（Ｊ−ｒ分布）を一様にできる。言い換えれば、図４（ｂ）に示すように、カソードの電子放出面上における光軸からの距離ｒに対して電流密度が一様になるように電子を放出させる。そして、クロスオーバー後は、電子軌道の光軸からの角度αによらず電子数を一定にさせる。これらができれば、成形アパーチャアレイ部材２０３面上の電流密度分布（Ｊ−Ｒ分布）を一様にできる。そこで、実施の形態１では、カソード１０から電子が放出される放出段階での電流密度分布の一様性を高めると共に、カソード１０とウェネルト１２とアノード１４とによって形成されるレンズ作用を及ぼす電界で生じる球面収差の作用の低減を図る。   Ideally, as shown in FIG. 4B, the current density distribution in the emission stage where electrons are emitted from the cathode can be made uniform, and the electron trajectories of the electrons intersect at one point on the optical axis. If possible, the current density distribution (Jr distribution) on the surface of the molded aperture array member 203 can be made uniform. In other words, as shown in FIG. 4B, electrons are emitted so that the current density is uniform with respect to the distance r from the optical axis on the electron emission surface of the cathode. After the crossover, the number of electrons is made constant regardless of the angle α from the optical axis of the electron trajectory. If these are possible, the current density distribution (JR distribution) on the surface of the molded aperture array member 203 can be made uniform. Therefore, in the first embodiment, the uniformity of the current density distribution in the emission stage in which electrons are emitted from the cathode 10 is improved, and an electric field exerting a lens action formed by the cathode 10, Wehnelt 12 and the anode 14 is used. To reduce the effect of the generated spherical aberration.

図５は、実施の形態１におけるカソードと電子軌道の一例を示す図である。カソード１０とウェネルト１２とアノード１４とによってレンズ作用を及ぼす電界１８が形成される。カソード１０の下面（平面）から放出された電子は、点線で示す等電位線に、できるだけ直交するように進む。そのため、カソード１０の下面（平面）の光軸に近い位置から放出された電子の軌道１７ｂよりも光軸から離れた位置から放出された電子の軌道１７ａの方が大きく曲げられることになる。よって、電子の軌道１７ａの方が電子の軌道１７ｂよりもカソード１０側（上流側）で光軸と交わることになる。すなわち、電子軌道が光軸上の１点で交わらない。すなわち、かかる電界１８レンズ作用によって球面収差が生じている。しかしながら、実施の形態１のカソード１０は、図５に示すように、カソード１０の下面（平面）を残して、下面（平面）の周囲の表面（側面の斜面）がカソードカバー１６（カバー部材）によって覆われている。カソード１０とカソードカバー１６の作る下面は同一平面になっているため、カソード１０の下面に近い領域の等電位線１９は、カソード１０の下面とほぼ平行になっている。このため、カソード１０の下面（平面）に印加される電界はほぼ一様となり、カソード１０から放出される電子の電流密度分布はほぼ一様にとなる。これらにより、電子の放出段階（放出時点）では、電流密度分布（Ｊ−ｒ分布）を実質的に一様にできる。よって、電界１８のレンズ作用による球面収差が解消できれば、成形アパーチャアレイ部材２０３面上の電流密度分布（Ｊ−Ｒ分布）を一様にできる。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the cathode and the electron trajectory in the first embodiment. The cathode 10, Wehnelt 12 and anode 14 form an electric field 18 that acts as a lens. Electrons emitted from the lower surface (plane) of the cathode 10 travel so as to be as orthogonal as possible to the equipotential lines indicated by dotted lines. For this reason, the electron trajectory 17a emitted from a position away from the optical axis is bent more greatly than the electron trajectory 17b emitted from a position near the optical axis of the lower surface (plane) of the cathode 10. Therefore, the electron orbit 17a intersects the optical axis on the cathode 10 side (upstream side) than the electron orbit 17b. That is, the electron trajectories do not intersect at one point on the optical axis. That is, spherical aberration is caused by the action of the electric field 18 lens. However, as shown in FIG. 5, the cathode 10 of the first embodiment has a lower surface (plane) of the cathode 10, and the surface (side slope) around the lower surface (plane) is the cathode cover 16 (cover member). Covered by. Since the lower surface formed by the cathode 10 and the cathode cover 16 is on the same plane, the equipotential lines 19 in a region near the lower surface of the cathode 10 are substantially parallel to the lower surface of the cathode 10. For this reason, the electric field applied to the lower surface (plane) of the cathode 10 becomes substantially uniform, and the current density distribution of electrons emitted from the cathode 10 becomes almost uniform. As a result, the current density distribution (Jr distribution) can be substantially uniform at the electron emission stage (emission time). Therefore, if the spherical aberration due to the lens action of the electric field 18 can be eliminated, the current density distribution (JR distribution) on the surface of the shaped aperture array member 203 can be made uniform.

図６は、実施の形態１の構成による電子軌道を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、カソード１０の下面（平面）を残して、下面（平面）の周囲の表面（側面の斜面）がカソードカバー１６（カバー部材）によって覆われている。よって、図６（ｂ）に示すように電子の放出段階（放出時点）では、電流密度分布（Ｊ−ｒ分布）を実質的に一様にできる。しかし、カソード１０とウェネルト１２とアノード１４とによってレンズ作用を及ぼす電界１８のレンズ作用によってクロスオーバー（Ｃ．Ｏ．１）が１点で形成されず、球面収差が生じる。よって、図６（ｂ）に示すように、Ｃ．Ｏ．１形成後は光軸との角度α１によって電子数が異なり、電流密度分布（放出角分布）が一様ではなくなる。   FIG. 6 is a diagram for explaining an electron trajectory according to the configuration of the first embodiment. As shown in FIG. 6A, the surface (side slope) around the lower surface (plane) is covered with the cathode cover 16 (cover member), leaving the lower surface (plane) of the cathode 10. Therefore, as shown in FIG. 6B, the current density distribution (Jr distribution) can be made substantially uniform at the electron emission stage (emission time). However, the crossover (C.O.1) is not formed at one point due to the lens action of the electric field 18 exerting the lens action by the cathode 10, the Wehnelt 12 and the anode 14, and spherical aberration occurs. Therefore, as shown in FIG. O. After the formation of 1, the number of electrons varies depending on the angle α1 with the optical axis, and the current density distribution (emission angle distribution) is not uniform.

そこで、実施の形態１では、図６（ａ）に示すように、アノード１４と照明レンズ（コリメータレンズ）２０２との間に球面収差補正装置２１２を配置する。球面収差補正装置として、例えばデルタ型球面収差補正装置を用いると好適である。或いは、その他の球面収差補正装置を用いてもよい。例えば、二段ヘキサポール型球面収差補正装置を用いても好適である。球面収差補正装置２１２の構成は、既に知られている技術を用いた構成で構わない。収差補正制御回路１２２によって球面収差補正装置２１２を構成するレンズ等に流す電流等が制御されることによって、球面収差補正装置２１２は、カソード１０とウェネルト１２とアノード１４とによって形成されるレンズ作用を及ぼす電界１８の球面収差を補正する。そして、球面収差補正装置２１２による結像点で電子ビームにクロスオーバー（Ｃ．Ｏ．２）を形成させる。球面収差補正装置２１２によって球面収差が補正されるので、Ｃ．Ｏ．２を１点で形成させることができる。これにより、図６（ｂ）に示すように、Ｃ．Ｏ．２形成後は光軸との角度α２に対する電子数（放出角分布）を一定に近づけることができる。そして、球面収差補正装置２１２による結像点の位置が、照明レンズ（コリメータレンズ）２０２の焦点位置になるように、球面収差補正装置２１２と照明レンズ（コリメータレンズ）２０２とを配置する。言い換えれば、レンズ制御回路１２４によって、照明レンズ（コリメータレンズ）２０２の焦点位置を球面収差補正装置２１２による結像点の位置に合わせるように照明レンズ（コリメータレンズ）２０２に流す電流値を制御する。或いは、収差補正制御回路１２２とレンズ制御回路１２４とにより、球面収差補正装置２１２による結像点の位置が、照明レンズ（コリメータレンズ）２０２の焦点位置になるように調整すればよい。そして、照明レンズ（コリメータレンズ）２０２がアノード１４を通過した電子ビームを平行光に屈折させ、成形アパーチャアレイ部材２０３面に電子ビームを照射する。これにより、図６（ｂ）に示すように、成形アパーチャアレイ部材２０３面（ＢＡＡ面）上に照射される電子ビーム２００の電流密度分布（Ｊ−Ｒ分布）を一様に近づけることができる。   Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 6A, a spherical aberration correction device 212 is disposed between the anode 14 and the illumination lens (collimator lens) 202. For example, a delta spherical aberration corrector is preferably used as the spherical aberration corrector. Alternatively, other spherical aberration correction devices may be used. For example, a two-stage hexapole spherical aberration corrector may be used. The configuration of the spherical aberration correction device 212 may be a configuration using a known technique. The aberration correction control circuit 122 controls the current flowing through the lens and the like constituting the spherical aberration correction device 212, so that the spherical aberration correction device 212 performs the lens action formed by the cathode 10, Wehnelt 12, and the anode 14. The spherical aberration of the applied electric field 18 is corrected. Then, a crossover (C.O.2) is formed in the electron beam at the image point formed by the spherical aberration corrector 212. Since the spherical aberration is corrected by the spherical aberration corrector 212, C.I. O. 2 can be formed at one point. As a result, as shown in FIG. O. 2 is formed, the number of electrons (emission angle distribution) with respect to the angle α2 with respect to the optical axis can be made to be nearly constant. Then, the spherical aberration corrector 212 and the illumination lens (collimator lens) 202 are arranged so that the position of the image point formed by the spherical aberration corrector 212 is the focal position of the illumination lens (collimator lens) 202. In other words, the lens control circuit 124 controls the value of the current passed through the illumination lens (collimator lens) 202 so that the focal position of the illumination lens (collimator lens) 202 matches the position of the image point formed by the spherical aberration correction device 212. Alternatively, the aberration correction control circuit 122 and the lens control circuit 124 may be adjusted so that the position of the image formation point by the spherical aberration correction device 212 becomes the focal position of the illumination lens (collimator lens) 202. The illumination lens (collimator lens) 202 refracts the electron beam that has passed through the anode 14 into parallel light, and irradiates the surface of the shaped aperture array member 203 with the electron beam. Thereby, as shown in FIG.6 (b), the current density distribution (JR distribution) of the electron beam 200 irradiated on the shaping | molding aperture array member 203 surface (BAA surface) can be closely approximated.

以上のように、実施の形態１では、光軸方向に直交する平面にカソード１０の電子放出面を限定し、球面収差補正装置２１２により電界１８の球面収差を補正させる。これらの相乗効果により、照明レンズ（コリメータレンズ）２０２が、電流密度分布（Ｊ−Ｒ分布）が一様の電子ビームを成形アパーチャアレイ部材２０３面に照射できる。   As described above, in the first embodiment, the electron emission surface of the cathode 10 is limited to a plane orthogonal to the optical axis direction, and the spherical aberration of the electric field 18 is corrected by the spherical aberration correction device 212. Due to these synergistic effects, the illumination lens (collimator lens) 202 can irradiate the surface of the shaped aperture array member 203 with an electron beam having a uniform current density distribution (J-R distribution).

例えばｎ＝０．９以上の均一性を有する円形領域のビーム電流が、成形アパーチャアレイ部材２０３面を通過するマルチビーム全体のビーム電流として、例えば５００μＡ必要であるとする。ガウス分布に沿った電流密度分布であった従来の手法では、加速電圧電源６２の出力電流が例えば５ｍＡ必要であったのに対して、実施の形態１によれば、１ｍＡで済ますことができる。言い換えれば、実施の形態１によれば、描画装置１００で使用可能な電流密度分布（Ｊ−Ｒ分布）が一様の電子ビームの割合を例えば１０％から５０％に増加させることができる。   For example, it is assumed that a beam current of a circular region having a uniformity of n = 0.9 or more needs, for example, 500 μA as the beam current of the entire multi-beam passing through the surface of the shaping aperture array member 203. In the conventional method that was a current density distribution along the Gaussian distribution, the output current of the acceleration voltage power supply 62 required 5 mA, for example, but according to the first embodiment, 1 mA can be used. In other words, according to the first embodiment, the ratio of the electron beam having a uniform current density distribution (JR distribution) usable in the drawing apparatus 100 can be increased from 10% to 50%, for example.

なお、電子銃２０１が電子を放出する場合に、高圧電源回路１２０（制御部）は、空間電荷制限領域になるカソード温度とバイアス電圧との組合せになるように、カソード温度とバイアス電圧とを制御する。   When the electron gun 201 emits electrons, the high-voltage power supply circuit 120 (control unit) controls the cathode temperature and the bias voltage so as to be a combination of the cathode temperature and the bias voltage that become the space charge limiting region. To do.

図７は、実施の形態１におけるカソード温度とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。高圧電源回路１２０（制御部）は、エミッション電流を一定に保つために、カソード温度とバイアス電圧とを制御する。エミッション電流が一定であれば、カソード温度が変化してもバイアス電圧が一定になる空間電荷制限領域が存在する。ある仕事関数φを持ったカソード１０では、電子放出面の面積Ｓが固定されているので、カソード温度Ｔを上昇させていくと、全放出電流Ｉは、例えばリチャードソン・ダッシマンの式に従って増加する。しかし、カソード温度Ｔをさらに増加させると、温度制限領域から空間電荷領域へと移行し、空間電荷領域では、エミッション電流（全放出電流Ｉ）は、一定値となる。   FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the cathode temperature and the bias voltage in the first embodiment. The high voltage power supply circuit 120 (control unit) controls the cathode temperature and the bias voltage in order to keep the emission current constant. If the emission current is constant, there is a space charge limited region where the bias voltage is constant even if the cathode temperature changes. In the cathode 10 having a certain work function φ, the area S of the electron emission surface is fixed. Therefore, when the cathode temperature T is increased, the total emission current I increases according to, for example, the Richardson Dashman equation. . However, if the cathode temperature T is further increased, the temperature limit region shifts to the space charge region, and the emission current (total emission current I) becomes a constant value in the space charge region.

図８は、実施の形態１における温度制限領域と空間電荷領域とを説明するための概念図である。カソード温度がある制限値より低い場合、図８（ａ）に示すように、カソード１０から放出された電子８０はすべてアノード１４方向に進む。かかる状態では、放出される電子数はカソード温度の関数となる。かかる状態のカソード温度領域が温度制限領域となる。これに対して、カソード温度が高くなり、制限値を超えると、カソード１０から放出された電子の数が増え、カソード１０の前面に空間電荷８２と呼ばれる電子雲が形成される。空間電荷８２はカソード１０からの電子放出現象に負のフィードバック効果をもたらす。かかる状態では、放出される電子数はカソード温度に依存しなくなる。かかる状態のカソード温度領域が空間電荷領域となる。   FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the temperature limiting region and the space charge region in the first embodiment. When the cathode temperature is lower than a certain limit value, as shown in FIG. 8A, all the electrons 80 emitted from the cathode 10 travel toward the anode 14. In such a state, the number of electrons emitted is a function of the cathode temperature. The cathode temperature region in this state is the temperature limiting region. On the other hand, when the cathode temperature rises and exceeds the limit value, the number of electrons emitted from the cathode 10 increases, and an electron cloud called a space charge 82 is formed on the front surface of the cathode 10. The space charge 82 has a negative feedback effect on the electron emission phenomenon from the cathode 10. In such a state, the number of electrons emitted does not depend on the cathode temperature. The cathode temperature region in such a state becomes a space charge region.

図９は、実施の形態１におけるカソードとカソードカバーの他の一例を示す図である。図１では、円筒形の上部と円錐形の頂部を水平に切り取って下面を平面とした円錐台形状の下部とを組み合わせたカソード１０と円錐側面となる斜面と円筒側面とを覆った外周部が円筒状のカソードカバー１６を示したが、これに限るものではない。図９（ａ）では、円筒状のカソード１０ａと円筒の側面側の曲面をカソードカバー１６ａで覆った場合を示している。また、円筒状のカソード１０ａの下面（平面）が電子放出面Ｓとなる。図９（ｂ）では、カソード１０ｂの形状は図１と同様であるが、カソードカバー１６ｂでは、図１に示したカソードカバー１６のうち、円錐面となる斜面部分の外周部が内周側と同様に円錐形になった形状を示している。図９（ｃ）では、直径が大きい円筒状の上部部材の下に直径が小さい円筒状の下部部材を繋げた直径の異なる２段の円筒状のカソード１０ｂを２段の各円筒の側面側の曲面をカソードカバー１６ｂで覆った場合を示している。また、カソード１０ｂの直径が小さい円筒の下面（平面）が電子放出面Ｓとなる。図９（ｄ）では、カソード１０ｄの形状は図１と同様であるが、カソードカバー１６ｄでは、図１に示したカソードカバー１６のうち、円錐側面となる斜面部分にカソード１０ｄとカソードカバー１６ｄとの間に隙間Ｇを形成した形状を示している。かかる構成では、カソード１０ｄの円錐側面からも電子が放出されることになるが、下面（平面）の電子放出面Ｓの面積の割合がかかる下面（平面）上での隙間Ｇの面積に比べて十分大きければ電流密度分布への影響を無視できる。かかる割合については、適宜調整すればよい。   FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the cathode and the cathode cover in the first exemplary embodiment. In FIG. 1, the outer peripheral portion covering the cathode 10, the conical side surface and the cylindrical side surface, which is a combination of a cylindrical upper portion and a conical top portion cut horizontally and a truncated cone-shaped lower portion having a flat bottom surface. Although the cylindrical cathode cover 16 is shown, the present invention is not limited to this. FIG. 9A shows a case where the cylindrical cathode 10a and the curved surface on the side surface of the cylinder are covered with the cathode cover 16a. Further, the lower surface (plane) of the cylindrical cathode 10a becomes the electron emission surface S. 9B, the shape of the cathode 10b is the same as that in FIG. 1, but in the cathode cover 16b, the outer peripheral portion of the inclined portion that becomes the conical surface of the cathode cover 16 shown in FIG. Similarly, a conical shape is shown. In FIG. 9C, two-stage cylindrical cathodes 10b having different diameters, in which a cylindrical lower member having a small diameter is connected to a cylindrical upper member having a large diameter, are arranged on the side surfaces of the two cylinders. The case where the curved surface is covered with the cathode cover 16b is shown. Further, the lower surface (plane) of the cylinder with a small diameter of the cathode 10b becomes the electron emission surface S. In FIG. 9D, the shape of the cathode 10d is the same as that in FIG. 1, but in the cathode cover 16d, the cathode 10d and the cathode cover 16d are formed on the inclined portion that is the conical side surface of the cathode cover 16 shown in FIG. The shape which formed the gap | interval G between these is shown. In such a configuration, electrons are also emitted from the conical side surface of the cathode 10d, but the ratio of the area of the electron emission surface S of the lower surface (plane) is larger than the area of the gap G on the lower surface (plane). If it is sufficiently large, the influence on the current density distribution can be ignored. About this ratio, what is necessary is just to adjust suitably.

次に、かかる電子銃２０１及び球面収差補正装置２１２によって、電流密度分布が一様の電子ビームが照明レンズ（コリメータレンズ）２０２によって成形アパーチャアレイ部材２０３面に照射された後の動作について重点をおいて説明する。   Next, with the electron gun 201 and the spherical aberration correction device 212, the operation after the electron beam having a uniform current density distribution is irradiated onto the surface of the shaped aperture array member 203 by the illumination lens (collimator lens) 202 will be emphasized. And explain.

図１０は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。図１０（ａ）において、成形アパーチャアレイ部材２０３には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図１０（ａ）では、例えば、５１２×８列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。ここでは、ｙ方向の各列について、ｘ方向にＡからＨまでの８つの穴２２がそれぞれ形成される例が示されている。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、縦横（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。その他、例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図１０（ａ）のように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。図１０（ｂ）に示すように、例えば、縦方向（ｙ方向）１段目の列と、２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）２段目の列と、３段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。   FIG. 10 is a conceptual diagram showing the configuration of the molded aperture array member in the first embodiment. In FIG. 10A, the shaped aperture array member 203 has vertical (y direction) m rows × horizontal (x direction) n rows (m, n ≧ 2) holes (openings) 22 at a predetermined arrangement pitch. It is formed in a matrix. In FIG. 10A, for example, 512 × 8 rows of holes 22 are formed. Each hole 22 is formed of a rectangle having the same size and shape. Alternatively, it may be a circle having the same outer diameter. Here, an example is shown in which eight holes 22 from A to H are formed in the x direction for each row in the y direction. When a part of the electron beam 200 passes through each of the plurality of holes 22, the multi-beam 20 is formed. Here, an example in which two or more holes 22 are arranged in both the vertical and horizontal directions (x and y directions) is shown, but the present invention is not limited to this. In addition, for example, one of the vertical and horizontal directions (x and y directions) may be a plurality of rows and the other may be only one row. Further, the arrangement of the holes 22 is not limited to the case where the vertical and horizontal directions are arranged in a grid pattern as shown in FIG. As shown in FIG. 10B, for example, the holes in the first row in the vertical direction (y direction) and the holes in the second row are shifted by a dimension a in the horizontal direction (x direction). Also good. Similarly, the holes in the second row in the vertical direction (y direction) and the holes in the third row may be arranged shifted by a dimension b in the horizontal direction (x direction).

図１１は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部の構成を示す断面図である。
図１２は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。なお、図１１と図１２において、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１，４３の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ部２０４は、図１１に示すように、支持台３３上にシリコン等からなる半導体基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３０の上面と外周領域３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。基板３１は、外周領域３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the blanking aperture array section in the first embodiment.
FIG. 12 is a top conceptual view showing a part of the configuration in the membrane region of the blanking aperture array section in the first embodiment. 11 and 12, the positional relationship among the control electrode 24, the counter electrode 26, and the control circuits 41 and 43 is not shown to be the same. In the blanking aperture array unit 204, as shown in FIG. 11, a semiconductor substrate 31 made of silicon or the like is disposed on a support base 33. For example, the central portion of the substrate 31 is thinly cut from the back side and processed into a membrane region 30 (first region) having a thin film thickness h. The periphery surrounding the membrane region 30 is an outer peripheral region 32 (second region) having a thick film thickness H. The upper surface of the membrane region 30 and the upper surface of the outer peripheral region 32 are formed to have the same height position or substantially the height position. The substrate 31 is held on the support base 33 on the back surface of the outer peripheral region 32. The central part of the support base 33 is open, and the position of the membrane region 30 is located in the open area of the support base 33.

メンブレン領域３０には、図１０に示した成形アパーチャアレイ部材２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。そして、メンブレン領域３０上には、図１１及び図１２に示すように、各通過孔２５の近傍位置に該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、メンブレン領域３０上の各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。   In the membrane region 30, passage holes 25 (openings) for passage of the respective multi-beams are opened at positions corresponding to the respective holes 22 of the shaping aperture array member 203 shown in FIG. 10. On the membrane region 30, as shown in FIGS. 11 and 12, a set of a blanking deflection control electrode 24 and a counter electrode 26 across the passage hole 25 corresponding to the position in the vicinity of each passage hole 25 ( (Blanker: Blanking deflector) is arranged. A control circuit 41 (logic circuit) that applies a deflection voltage to the control electrode 24 for each passage hole 25 is disposed in the vicinity of each passage hole 25 on the membrane region 30. The counter electrode 26 for each beam is grounded.

また、図１２に示すように、各制御回路４１は、制御信号用の例えば１０ビットのパラレル配線が接続される。各制御回路４１は、制御信号用の例えば１０ビットのパラレル配線の他、クロック信号線および電源用の配線が接続される。クロック信号線および電源用の配線はパラレル配線の一部の配線を流用しても構わない。マルチビームを構成するそれぞれのビーム毎に、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。また、図３の例では、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とが基板３１の膜厚が薄いメンブレン領域３０に配置される。但し、これに限るものではない。   Further, as shown in FIG. 12, each control circuit 41 is connected to, for example, a 10-bit parallel wiring for a control signal. Each control circuit 41 is connected to a clock signal line and a power supply line in addition to, for example, a 10-bit parallel line for a control signal. As the clock signal line and the power supply wiring, a part of the parallel wiring may be used. An individual blanking mechanism 47 including the control electrode 24, the counter electrode 26, and the control circuit 41 is configured for each beam constituting the multi-beam. In the example of FIG. 3, the control electrode 24, the counter electrode 26, and the control circuit 41 are arranged in the membrane region 30 where the substrate 31 is thin. However, the present invention is not limited to this.

各通過孔２５を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立にかかる対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。言い換えれば、制御電極２４と対向電極２６の組は、成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。   The electron beam 20 passing through each passage hole 25 is deflected by a voltage applied to the two electrodes 24 and 26 that form a pair independently. Blanking is controlled by such deflection. In other words, the set of the control electrode 24 and the counter electrode 26 respectively blanks and deflects the corresponding beam among the multi-beams that have passed through the plurality of holes 22 (openings) of the shaping aperture array member 203.

次に描画装置１００における描画部１５０の動作について説明する。電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ部材２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ部材２０３には、矩形の複数の穴（第２の開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構）内を通過する。偏向制御回路１３０によってブランキング偏向が制御されたブランキングアパーチャアレイ部２０４内の各ブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。   Next, the operation of the drawing unit 150 in the drawing apparatus 100 will be described. The electron beam 200 emitted from the electron gun 201 (emission part) illuminates the entire shaped aperture array member 203 almost vertically by the illumination lens 202. A plurality of rectangular holes (second openings) are formed in the molded aperture array member 203, and the electron beam 200 illuminates a region including all of the plurality of holes. Each part of the electron beam 200 irradiated to the positions of the plurality of holes passes through the plurality of holes of the shaping aperture array member 203, thereby, for example, a plurality of rectangular electron beams (multi-beams) 20a to 20e. Is formed. The multi-beams 20a to 20e pass through the corresponding blankers (first deflector: individual blanking mechanism) of the blanking aperture array unit 204, respectively. Each blanker in the blanking aperture array unit 204 whose blanking deflection is controlled by the deflection control circuit 130 deflects the electron beam 20 that individually passes (performs blanking deflection).

ブランキングアパーチャアレイ部２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴（第３の開口部）に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、個別ブランキング機構によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビーム毎に、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ部材２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ部材２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８によって、制限アパーチャ部材２０６を通過した各ビーム（マルチビーム２０全体）が同方向に一括して偏向され、各ビームの試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。また、例えばＸＹステージ１０５が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ１０５の移動に追従（トラッキング）するように偏向器２０８によって制御される。ＸＹステージ１０５の位置は、ステージ位置検出器１３９からレーザをＸＹステージ１０５上のミラー２１０に向けて照射し、その反射光を用いて測定される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。描画装置１００は、各回のトラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０を偏向器２０８によるビーム偏向位置の移動によって１画素ずつ描画制御部７０により制御された描画シーケンスに沿って照射していく描画動作を行う。所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームＯＮに制御される。   The multi-beams 20a to 20e that have passed through the blanking aperture array unit 204 are reduced by the reduction lens 205 and travel toward a central hole (third opening) formed in the limiting aperture member 206. Here, the electron beam 20 deflected by the blanker of the blanking aperture array unit 204 is displaced from the central hole of the limiting aperture member 206 and is blocked by the limiting aperture member 206. On the other hand, the electron beam 20 that has not been deflected by the blanker of the blanking aperture array unit 204 passes through the central hole of the limiting aperture member 206 as shown in FIG. Blanking control is performed by ON / OFF of the individual blanking mechanism, and ON / OFF of the beam is controlled. As described above, the limiting aperture member 206 blocks each beam deflected so as to be in the beam OFF state by the individual blanking mechanism. For each beam, one shot beam is formed by the beam that has passed through the limiting aperture member 206 formed from when the beam is turned on until when the beam is turned off. The multi-beam 20 that has passed through the limiting aperture member 206 is focused by the objective lens 207 to form a pattern image with a desired reduction ratio, and each beam that has passed through the limiting aperture member 206 (the entire multi-beam 20) is deflected by the deflector 208. The beams are deflected collectively in the same direction, and irradiated to the respective irradiation positions on the sample 101 of each beam. For example, when the XY stage 105 is continuously moving, the beam irradiation position is controlled by the deflector 208 so as to follow (track) the movement of the XY stage 105. The position of the XY stage 105 is measured by irradiating a laser from the stage position detector 139 toward the mirror 210 on the XY stage 105 and using the reflected light. The multi-beams 20 irradiated at a time are ideally arranged at a pitch obtained by multiplying the arrangement pitch of the plurality of holes of the shaping aperture array member 203 by the desired reduction ratio. The drawing apparatus 100 draws the multi-beam 20 that becomes a shot beam while following the movement of the XY stage 105 during each tracking operation by the drawing control unit 70 by the drawing control unit 70 by moving the beam deflection position by the deflector 208. A drawing operation of irradiating along the sequence is performed. When drawing a desired pattern, a beam required according to the pattern is controlled to be turned on by blanking control.

図１３は、実施の形態１における描画順序を説明するための図である。試料１０１の描画領域３７（或いは描画されるチップ領域）は、所定の幅で短冊上のストライプ領域３５に分割される。そして、各ストライプ領域３５は、複数のメッシュ状の画素領域３６（画素）に仮想分割される。画素領域３６（画素）のサイズは、例えば、ビームサイズ、或いは、それ以下のサイズであると好適である。例えば、１０ｎｍ程度のサイズにすると好適である。画素領域３６（画素）は、マルチビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる。   FIG. 13 is a diagram for explaining a drawing order in the first embodiment. The drawing area 37 (or the chip area to be drawn) of the sample 101 is divided into striped areas 35 on a strip with a predetermined width. Each stripe region 35 is virtually divided into a plurality of mesh pixel regions 36 (pixels). The size of the pixel region 36 (pixel) is preferably, for example, a beam size or a size smaller than that. For example, a size of about 10 nm is preferable. The pixel area 36 (pixel) is an irradiation unit area per one beam of the multi-beam.

マルチビーム２０で試料１０１を描画する際、マルチビーム２０による１回の照射によって照射領域３４を照射することになる。上述したように、トラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０全体を一括して偏向器２０８によるビーム偏向位置の移動によって１画素ずつ順に連続して照射していく。そして、試料１０１上のどの画素をマルチビームのどのビームが照射するのかは描画シーケンスによって決まる。マルチビームのｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム間のビームピッチを用いて、試料１０１面上におけるｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム間のビームピッチ（ｘ方向）×ビームピッチ（ｙ方向）の領域はｎ×ｎ画素の領域（サブピッチ領域）で構成される。例えば、１回のトラッキング動作で、ＸＹステージ１０５が−ｘ方向にビームピッチ（ｘ方向）だけ移動する場合、ｘ方向或いはｙ方向（或いは斜め方向）に１つのビームによって照射位置をシフトしながらｎ画素が描画される。同じｎ×ｎ画素の領域内の他のｎ画素が次回のトラッキング動作で上述したビームとは異なるビームによって同様にｎ画素が描画される。このようにｎ回のトラッキング動作でそれぞれ異なるビームによってｎ画素ずつ描画されることにより、１つのｎ×ｎ画素の領域内のすべての画素が描画される。マルチビームの照射領域内の他のｎ×ｎ画素の領域についても同時期に同様の動作が実施され、同様に描画される。かかる動作によって、照射領域３４内の全画素が描画可能となる。これらの動作を繰り返すことで、対応するストライプ領域３５全体を描画することができる。そして、描画装置１００では、必要な画素に必要な照射量のビームを照射することにより形成される画素パターン（ビットパターン）の組み合わせにより、所望のパターンを描画することができる。   When the sample 101 is drawn with the multi-beam 20, the irradiation region 34 is irradiated by one irradiation with the multi-beam 20. As described above, while following the movement of the XY stage 105 during the tracking operation, the entire multi-beam 20 that becomes a shot beam is irradiated in sequence one pixel at a time by moving the beam deflection position by the deflector 208. Go. Then, which pixel of the multi-beam is irradiated to which pixel on the sample 101 is determined by the drawing sequence. Using the beam pitch between the beams adjacent to each other in the x and y directions of the multi-beam, the beam pitch between the beams adjacent to each other in the x and y directions on the surface of the sample 101 (x direction) × beam pitch (y direction). The region is composed of an n × n pixel region (sub-pitch region). For example, when the XY stage 105 moves in the −x direction by the beam pitch (x direction) in one tracking operation, the irradiation position is shifted by one beam in the x direction or the y direction (or oblique direction). Pixels are drawn. The other n pixels in the same n × n pixel region are similarly drawn by a beam different from the beam described above in the next tracking operation. In this way, by drawing n pixels by different beams in n tracking operations, all the pixels in one n × n pixel area are drawn. The same operation is performed at the same time for other n × n pixel areas in the multi-beam irradiation area, and drawing is performed in the same manner. With this operation, all the pixels in the irradiation region 34 can be drawn. By repeating these operations, the entire corresponding stripe region 35 can be drawn. The drawing apparatus 100 can draw a desired pattern by a combination of pixel patterns (bit patterns) formed by irradiating a necessary pixel with a beam having a necessary irradiation amount.

以上のように、実施の形態１によれば、電子銃から放出された電子ビームのビーム成形面上における電流密度分布の一様性を向上させることができる。よって、加速電圧電源６２を小さくできる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to improve the uniformity of the current density distribution on the beam shaping surface of the electron beam emitted from the electron gun. Therefore, the acceleration voltage power source 62 can be reduced.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。   The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。   In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used. For example, although the description of the control unit configuration for controlling the drawing apparatus 100 is omitted, it goes without saying that the required control unit configuration is appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。   In addition, all charged particle beam writing methods and charged particle beam writing apparatuses that include the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

１０ カソード
１２ ウェネルト
１４ アノード
１５ 開口部
１６ カソードカバー
２０ マルチビーム
２０ マルチビーム
２２ 穴
２４ 制御電極
２５ 通過孔
２６ 対向電極
３０ メンブレン領域
３１ 半導体基板
３２ 外周領域
３３ 支持台
３４ 照射領域
３５ ストライプ領域
３６ 画素
３７ 描画領域
４１ 制御回路
４７ 個別ブランキング機構
５９ ヒータ
６２ 加速電圧電源
６４ ウェネルト用電源
６６ ヒータ用電源
７０ 電流計
８０ 電子
８２ 空間電荷
１００ 描画装置
１０１ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 制御計算機
１１２ メモリ
１２０ 高圧電源回路
１２２ 収差補正制御回路
１２４ レンズ制御回路
１３０ 偏向制御回路
１３９ ステージ位置検出器
１４０ 記憶装置
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ部材
２０４ ブランキングアパーチャアレイ部
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１２ 球面収差補正装置
２１０ ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cathode 12 Wehnelt 14 Anode 15 Opening 16 Cathode cover 20 Multi-beam 20 Multi-beam 22 Hole 24 Control electrode 25 Passing hole 26 Counter electrode 30 Membrane region 31 Semiconductor substrate 32 Outer peripheral region 33 Support base 34 Irradiation region 35 Stripe region 36 Pixel 37 Drawing area 41 Control circuit 47 Individual blanking mechanism 59 Heater 62 Acceleration voltage power supply 64 Wehnelt power supply 66 Heater power supply 70 Ammeter 80 Electron 82 Space charge 100 Drawing device 101 Sample 102 Electronic column 103 Drawing room 105 XY stage 110 Control computer 112 Memory 120 High Voltage Power Supply Circuit 122 Aberration Correction Control Circuit 124 Lens Control Circuit 130 Deflection Control Circuit 139 Stage Position Detector 140 Storage Device 150 Drawing Unit 160 Control Unit 200 Electron Beam 201 Electron Gun 2 Second illumination lens 203 shaping aperture array member 204 blanking aperture array 205 reduction lens 206 limiting aperture member 207 objective lens 208 deflector 212 spherical aberration correcting device 210 mirror

Claims (5)

電子放出面が平面に限定されたカソードと、
前記カソードの材料よりも仕事関数の大きい材料を用いた、前記平面の前記電子放出面を残して、前記電子放出面の周囲の前記カソードの表面を覆うように配置されたカバー部材と、
前記カソードから放出された電子ビームを通過させる第１の開口部が形成され、前記電子ビームの電位に対して相対的に正側の電位に保持されたアノード電極と、
前記カソードと前記アノードとの間に配置されたウェネルト電極と、
前記アノード電極を通過した電子ビームを屈折させるコリメータレンズと、
前記アノード電極と前記コリメータレンズとの間に配置され、前記カソードと前記ウェネルト電極と前記アノード電極とによって形成されるレンズ作用を及ぼす電界の球面収差を補正する球面収差補正装置と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム装置。 A cathode whose electron emission surface is limited to a plane;
A cover member that is formed so as to cover the surface of the cathode around the electron emission surface, leaving the flat electron emission surface, using a material having a work function larger than that of the cathode;
A first opening for passing an electron beam emitted from the cathode is formed, and an anode electrode held at a positive potential relative to the potential of the electron beam;
A Wehnelt electrode disposed between the cathode and the anode;
A collimator lens that refracts the electron beam that has passed through the anode electrode;
A spherical aberration correction device that is disposed between the anode electrode and the collimator lens and corrects spherical aberration of an electric field exerting a lens action formed by the cathode, the Wehnelt electrode, and the anode electrode;
An electron beam apparatus comprising: 前記球面収差補正装置による結像点の位置が、前記コリメータレンズの焦点位置になるように、前記球面収差補正装置と前記コリメータレンズとが配置されることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。   2. The electron beam according to claim 1, wherein the spherical aberration corrector and the collimator lens are arranged so that a position of an image forming point by the spherical aberration corrector becomes a focal position of the collimator lens. apparatus. 複数の第２の開口部が形成され、前記複数の第２の開口部全体が含まれる領域に前記コリメータレンズを通過した電子ビームの照射を受け、前記複数の第２の開口部を前記電子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイ部材と、
前記複数の第２の開口部を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う複数のブランカーが配置されたブランキングアパーチャアレイ部と、
第３の開口部が形成され、前記マルチビームのうち前記複数のブランカーによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを前記第３の開口部から外れた位置にて遮蔽し、ビームＯＮの状態になる各ビームを前記第３の開口部から通過させる制限アパーチャ部材と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム装置。 A plurality of second openings are formed, and a region including the whole of the plurality of second openings is irradiated with an electron beam that has passed through the collimator lens, and the plurality of second openings are formed in the electron beam. A molded aperture array member that forms a multi-beam by passing a part of each,
A blanking aperture array portion in which a plurality of blankers for performing blanking deflection of the corresponding beams among the multi-beams that have passed through the plurality of second openings are disposed;
A third opening is formed, and each of the multi-beams deflected so as to be in a beam OFF state by the plurality of blankers is shielded at a position outside the third opening, and the beam is turned on. A limiting aperture member that passes each beam in the state from the third opening,
The electron beam apparatus according to claim 1, further comprising: 空間電荷制限領域になるカソード温度とバイアス電圧との組合せに、前記カソード温度と前記バイアス電圧とを制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電子ビーム装置。   The electron beam apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control unit that controls the cathode temperature and the bias voltage in a combination of the cathode temperature and the bias voltage that become a space charge limited region. . 前記球面収差補正装置として、デルタ型球面収差補正装置を用いることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電子ビーム装置。   The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a delta type spherical aberration correction apparatus is used as the spherical aberration correction apparatus.

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