(57)【要約】 【課題】カソードの交換時にパーティクルが発生しないようにする。【解決手段】電子銃は、複数のカソードと、複数のカソードを移動又は回転自在に支持する支持部材と、複数のカソードのうち支持部材により所定の位置に位置決めされたカソードに接触可能な高圧導入端子と、高圧導入端子を所定の位置に位置決めされたカソードに接触させるか、又は所定の位置へのカソードの位置決めが完了するまでの少なくとも一部では高圧導入端子を複数のカソードに接触しない位置に退避させる端子移動機構部と、高圧導入端子に接触されたカソードから離隔した位置に配置され、高圧導入端子に接触されたカソードから出射された荷電粒子ビームを試料面方向に進行させるアノードと、を備える。【選択図】図１
2020140834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカソードと、
前記複数のカソードを移動又は回転自在に支持する支持部材と、
前記複数のカソードのうち前記支持部材により所定の位置に位置決めされたカソードに接触可能な高圧導入端子と、
前記高圧導入端子を前記所定の位置に位置決めされた前記カソードに接触させるか、又は前記所定の位置への前記カソードの位置決めが完了するまでの少なくとも一部では前記高圧導入端子を前記複数のカソードに接触しない位置に退避させる端子移動機構部と、
前記高圧導入端子に接触された前記カソードから離隔した位置に配置され、前記高圧導入端子に接触された前記カソードから出射された荷電粒子ビームを試料面方向に進行させるアノードと、を備える、電子銃。
【請求項２】
前記端子移動機構部は、前記高圧導入端子を前記所定の位置で前記カソードに接触させる際には収縮し、前記高圧導入端子を前記所定の位置から前記複数のカソードに接触しない位置に退避させる際には伸長する伸縮部材を有する、請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記端子移動機構部は、前記伸縮部材の伸縮方向に沿って延びる案内部材を有し、
前記伸縮部材は、前記案内部材に沿って伸縮し、前記高圧導入端子を前記所定の位置で前記カソードに接触させる際には、締結具を用いて前記伸縮部材を前記案内部材に固定する、請求項２に記載の電子銃。
【請求項４】
前記高圧導入端子は、前記所定の位置で前記カソードに接触される第１弾性部材と、前記所定の位置で前記支持部材に接触される第２弾性部材と、を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子銃。
【請求項５】
荷電粒子線を放射する電子銃と、
前記電子銃から放射された前記荷電粒子線を試料面の方向に導く荷電粒子線制御部と、を備え、
前記電子銃は、
複数のカソードと、
前記複数のカソードを移動又は回転自在に支持する支持部材と、
前記複数のカソードのうち前記支持部材により所定の位置に位置決めされたカソードに接触可能な高圧導入端子と、
前記高圧導入端子を前記所定の位置に位置決めされた前記カソードに接触させるか、又は前記所定の位置への前記カソードの位置決めが完了するまでの少なくとも一部では前記高圧導入端子を前記複数のカソードに接触しない位置に退避させる端子移動機構部と、
前記高圧導入端子に接触された前記カソードから離隔した位置に配置され、前記高圧導入端子に接触された前記カソードから出射された荷電粒子ビームを試料面方向に進行させるアノードと、を有する、荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子銃及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線描画装置等に用いられる電子銃は、カソードを加熱しつつ高電圧を印加して、カソードから電子を放射させる。カソードは、加熱された上で高電圧が印加されることから、劣化しやすい。このため、カソードは定期的に交換する必要がある。電子銃内部は、エミッタが残留ガス(特に酸素)と反応するのを防ぐためや、電子線が気体分子と衝突することでエネルギーが失われるのを防ぐために、真空状態にしている。大気にさらしてカソードを交換する場合、カソードの交換後に電子銃の内部を真空に引く作業が必要となり、カソードの交換に要する時間（ダウンタイム）が長くなる。
【０００３】
このような背景から、電子銃内に予め複数のカソードを設けておき、大気にさらすことなく、回転又は移動によりカソードを交換できるようにしたタレット電子銃が提案されている。
【０００４】
従来のタレット電子銃は、高圧導入端子をカソードに接触させたままで、回転又は移動によりカソードを交換していたため、カソードの交換時に高圧導入端子とカソードがこすれてパーティクルが発生し、発生したパーティクルが放電を引き起こして、電子線放射に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010-73878号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、カソードの交換時にパーティクルが発生しないようにした電子銃及び荷電粒子線装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態では、複数のカソードと、
前記複数のカソードを移動又は回転自在に支持する支持部材と、
前記複数のカソードのうち前記支持部材により所定の位置に位置決めされたカソードに接触可能な高圧導入端子と、
前記高圧導入端子を前記所定の位置に位置決めされた前記カソードに接触させるか、又は前記所定の位置への前記カソードの位置決めが完了するまでの少なくとも一部では前記高圧導入端子を前記複数のカソードに接触しない位置に退避させる端子移動機構部と、
前記高圧導入端子に接触された前記カソードから離隔した位置に配置され、前記高圧導入端子に接触された前記カソードから出射された荷電粒子ビームを試料面方向に進行させるアノードと、を備える、電子銃が提供される。
【０００８】
前記端子移動機構部は、前記高圧導入端子を前記所定の位置で前記カソードに接触させる際には収縮し、前記高圧導入端子を前記所定の位置から前記複数のカソードに接触しない位置に退避させる際には伸長する伸縮部材を有してもよい。
【０００９】
前記端子移動機構部は、前記伸縮部材の伸縮方向に沿って延びる案内部材を有し、
前記伸縮部材は、前記案内部材に沿って伸縮し、前記高圧導入端子を前記所定の位置で前記カソードに接触させる際には、締結具を用いて前記伸縮部材を前記案内部材に固定してもよい。
【００１０】
前記高圧導入端子は、前記所定の位置で前記カソードに接触される第１弾性部材と、前記所定の位置で前記支持部材に接触される第２弾性部材と、を有してもよい。
【００１１】
他の一実施形態では、荷電粒子線を放射する電子銃と、
前記電子銃から放射された前記荷電粒子線を試料面の方向に導く荷電粒子線制御部と、を備え、
前記電子銃は、
複数のカソードと、
前記複数のカソードを移動又は回転自在に支持する支持部材と、
前記複数のカソードのうち前記支持部材により所定の位置に位置決めされたカソードに接触可能な高圧導入端子と、
前記高圧導入端子を前記所定の位置に位置決めされた前記カソードに接触させるか、又は前記所定の位置への前記カソードの位置決めが完了するまでの少なくとも一部では前記高圧導入端子を前記複数のカソードに接触しない位置に退避させる端子移動機構部と、
前記高圧導入端子に接触された前記カソードから離隔した位置に配置され、前記高圧導入端子に接触された前記カソードから出射された荷電粒子ビームを試料面方向に進行させるアノードと、を有する、荷電粒子線装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態による電子銃の概略的な構造を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】（ａ）は高圧導入端子が所定の位置に位置決めされたカソードに接触している例を示す図、（ｂ）は高圧導入端子がカソードに接触しないように高圧導入端子を退避させた例を示す図。
【図４】（ａ）と（ｂ）はカソードを交換する手順を説明する図。
【図５】高圧導入端子の先端部の構造の一例を模式的に示す図。
【図６】本実施形態による電子銃を備えた電子線装置の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００１４】
図１は一実施形態による電子銃１の概略的な構造を示す断面図である。図１の電子銃１は、大気にさらすことなくカソードを交換可能なタレット電子銃１である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１５】
図１の電子銃１は、内部が真空状態に保持されるチャンバ２を備えている。チャンバ２の内部には、複数のカソード３、支持部材４、高圧導入端子５、及びアノード６が設けられている。また、チャンバ２には、支持部材４に接合されて複数のカソード３を回転させるハンドル７と、高圧導入端子５を移動させる端子移動機構部８とが取り付けられている。
【００１６】
支持部材４は、複数のカソード３を回転自在に支持する。支持部材４は、バレルとも呼ばれ、ステンレス等の金属で形成されている。支持部材４には、支持部材４を回転させる軸部材９が取り付けられている。軸部材９は、チャンバ２の内部から外側まで延びており、軸部材９の端部にはハンドル７が取り付けられている。作業者がハンドル７を回転させることで、支持部材４が回転し、支持部材４に支持された複数のカソード３も回転する。軸部材９は、チャンバ２の開口部２ａに挿通されている。軸部材９とチャンバ２の壁面との隙間はＯリング１０で封止されており、軸部材９とチャンバ２の壁面との隙間である開口部２ａから大気がチャンバ２の内部に入り込むことを防止している。
【００１７】
なお、図１及び図２では、支持部材４が複数のカソード３を回転自在に支持する例を示しているが、支持部材４は複数のカソード３を一方向又は複数方向に移動自在に支持してもよい。以下では、支持部材４が複数のカソード３を回転自在に支持する例を説明する。
【００１８】
図２に示すように、支持部材４の外周面には一定間隔で複数の凹部４ａが設けられており、各凹部４ａ内にカソード３が設けられている。図２の例では、支持部材４の外周面に４つの凹部４ａを設ける例を示しているが、凹部４ａは２つ以上あればよく、その数に特に制限はない。
【００１９】
各カソード３は、高圧導入端子５に接続される２つのフィラメント１１と、これらフィラメント１１の各一端部に接続されるエミッタ１２と、エミッタ１２に対向配置されるウェネルト電極１３とを有する。エミッタ１２の材料としては、例えばタングステンや六ホウ化ランタン（ＬａＢ6）などが用いられる。フィラメント１１の周囲には絶縁物であるガイシ４ｂが配置されており、このガイシ４ｂによりフィラメント１１と支持部材４（バレル）は互いに絶縁されている。支持部材４は、ウェネルト電極１３と同電位に設定されている。
【００２０】
作業者がハンドル７を回転させることにより、複数のカソード３のうち、いずれか一つがアノード６と対向する所定の位置に位置決めされる。アノード６と対向する所定の位置に位置決めされたカソード３が電子の放射のために使用されるカソード３となる。カソード３から放射された電子は、アノード６に引き寄せられて、アノード６の隙間から出射されて、不図示の試料面の方向に進行する。
【００２１】
高圧導入端子５は、所定の位置に位置決めされたカソード３に接触可能とされている。高圧導入端子５は、後述する図５に示すように例えば３つの端子ＴＬ１〜ＴＬ３を有し、これらのうちの２つの端子ＴＬ１，ＴＬ２は、カソード３のフィラメント１１に接触するためのものであり、残りの１つの端子ＴＬ３は、支持部材（バレル）４に接触するためのものである。
【００２２】
高圧導入端子５は、端子移動機構部８にて、図１の矢印方向に移動可能とされている。端子移動機構部８は、高圧導入端子５を所定の位置に位置決めされたカソード３のフィラメント１１に接触させるか、又は所定の位置へのカソード３の位置決めが完了するまでの少なくとも一部では高圧導入端子５を複数のカソード３のフィラメント１１に接触しない位置に退避させる。端子移動機構部８は、高圧導入端子５を所定の位置でカソード３に接触させる際には収縮し、高圧導入端子５を所定の位置から複数のカソード３に接触しない位置に退避させる際には伸長する伸縮部材１４を有する。伸縮部材１４は、例えば金属製のベローズ部材である。
【００２３】
高圧導入端子５を所定の位置でカソード３のフィラメント１１に接触させる場合、カソード３には、例えば−５０ｋＶの負の高電圧が印加される。また、ウェネルト電極１３には、例えばカソード３に印加される−５０ｋＶにバイアス電圧を加えた、−５０ｋＶ＋バイアス電圧の電圧が印加される。バイアス電圧を調整することで、エミッタ１２から放出される電子の量が可変制御される。なお、アノード６は例えば０Ｖに設定される。
【００２４】
図３（ａ）は高圧導入端子５が所定の位置に位置決めされたカソード３のフィラメント１１に接触している例を示す図である。また、図３（ｂ）は高圧導入端子５がカソード３のフィラメント１１に接触しないように高圧導入端子５を退避させた例を示す図である。
【００２５】
端子移動機構部８は、伸縮部材１４の伸縮方向に沿って延びる案内部材１５を有する。案内部材１５は、伸縮部材１４の周囲の複数箇所に設けられ、ネジ溝が形成された複数の棒状部材を有する。これら棒状部材には、固定のナット１６が取り付けられると共に、伸縮部材１４の周縁部に設けられた孔部１４ａが貫通され、別のナット１７で伸縮部材１４を締結可能としている。
【００２６】
高圧導入端子５は、伸縮部材１４の図３（ａ）の左側から見た略中央部に取り付けられており、伸縮部材１４の伸縮に合わせて、伸縮部材１４の伸縮方向に移動する。
【００２７】
伸縮部材１４は、初期状態では伸長しており、この状態では、図３（ｂ）に示すように、高圧導入端子５は所定の位置に位置決めされたカソード３のフィラメント１１に接触しない位置に退避される。伸縮部材１４を作業者が手動でカソード３側に押し込んで、伸縮部材１４をナット１７で締結すると、図３（ａ）に示すように、高圧導入端子５は、所定の位置に位置決めされたカソード３のフィラメント１１に接触する。
【００２８】
図４はカソード３を交換する手順を説明する図である。まず、図４（ａ）に示すように、支持部材４に支持された複数のカソード３のうち、いずれか一つのカソード３（図４（ａ）ではカソードＡ）を所定の位置に位置決めした後、このカソード３に高圧導入端子５を接触させる。この状態で、カソード３を加熱しつつ高電圧を印加して、カソード３からアノード６に向けて電子を放射する。
【００２９】
その後、このカソード３のエミッタ１２が消耗して交換する必要が生じた場合、図４（ｂ）と図３（ｂ）に示すように、端子移動機構部８のナット１７を緩めて、伸縮部材１４を伸長させる。これにより、高圧導入端子５は、所定の位置に位置決めされたカソード３のフィラメント１１から退避される。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、作業者がハンドル７を回転させて、支持部材４に支持された複数のカソード３のうち、まだ使用していないカソード３（図４（ｃ）ではカソードＢ）を所定の位置に位置決めする。
【００３１】
次に、図４（ｄ）に示すように、作業者が伸縮部材１４をカソード３側に収縮させ、この状態でナット１７にて伸縮部材１４を締結する。これにより、高圧導入端子５は所定の位置に位置決めされたカソード３のフィラメント１１に接触する。
【００３２】
本実施形態では、カソード３を交換する際には、まずは高圧導入端子５をカソード３から退避させて、その後にカソード３を回転又は移動させて、新たなカソード３を位置決めし、その後に高圧導入端子５をカソード３に接触させる。このように、本実施形態では、高圧導入端子５をカソード３に接触させたままではカソード３を回転又は移動させないため、回転又は移動させている間に高圧導入端子５とカソード３のフィラメント１１の端部とがこすれてパーティクルが発生するという不具合が起きなくなる。
【００３３】
本実施形態では、所定の位置に新たなカソード３が位置決めされるまでは、高圧導入端子５を退避させ、所定の位置にカソード３が位置決めされた後に、高圧導入端子５をカソード３のフィラメント１１に接触させる。このため、高圧導入端子５とカソード３との電気的な導通性をよくするには、高圧導入端子５の先端部に弾力性を持たせるとともに、先端部のカソード３との接触面積をできるだけ大きくするのが望ましい。
【００３４】
図５は高圧導入端子５の先端部の構造の一例を模式的に示す図である。高圧導入端子５は、例えば３つの端子ＴＬ１〜ＴＬ３を有する。端子ＴＬ１とＴＬ２は、カソード３のフィラメント１１に接触するための弾性部材１８，１９にそれぞれ接続されている。端子ＴＬ３は、支持部材４（バレル）に接触するための弾性部材２０に接続されている。
【００３５】
弾性部材１８〜２０は、例えば導電性に優れた薄い金属板である。弾性部材１８〜２０の先端部１８ａ〜２０ａは幅広の平坦部になっており、カソード３のフィラメント１１又は支持部材４に面接触する。図５の弾性部材１８〜２０を設けることで、端子移動機構部８にて高圧導入端子５をカソード３側に近づけたときに、弾性部材１８〜２０の先端部１８ａ〜２０ａがカソード３のフィラメント１１と支持部材４に安定的に面接触し、電気的に接触抵抗を小さくできる。
【００３６】
なお、高圧導入端子５の先端部の構造は図５に示したものに限定されない。高圧導入端子５とカソード３のフィラメント１１との接触性をよくする構造及び材料であれば、どのような構造及び材料を採用してもよい。
【００３７】
図６は本実施形態による電子銃１を備えた電子線装置２１の概略構成を示すブロック図である。図６の電子線装置２１は、マルチビーム描画装置２２である。なお、本実施形態による電子線装置２１は、マルチビーム描画装置２２だけでなく、シングルビーム描画装置にも適用可能である。また、本実施形態による電子線装置２１は、描画装置だけでなく、検査装置等の荷電粒子線装置に幅広く適用可能である。試料に照射する荷電粒子は、必ずしも電子線には限らず、Ｘ線やα線などの種々の荷電粒子でも構わない。このように、本実施形態による電子線装置２１は、マルチビーム又はシングルビームを用いて、試料３６への描画又は試料３６の検査を行う装置に適用可能であるが、以下では、本実施形態をマルチビーム描画装置２２に適用した例を主に説明する。
【００３８】
図６のマルチビーム描画装置２２は、描画部２３と制御部２４とを備えている。描画部２３は、電子鏡筒２５と、描画室２６とを有する。電子鏡筒２５は、電子銃１と、照明レンズ２７と、第１アパーチャ部材２８と、第２アパーチャ部材２９と、縮小レンズ３０と、第３アパーチャ部材３１と、対物レンズ３２と、偏向器３３とを有する。描画室２６は、ＸＹステージ３４と、ミラー３５とを有する。
【００３９】
照明レンズ２７はコリメータレンズを含んでおり、電子銃１から放射された電子ビームを平行化して、第１アパーチャ部材２８に導く。第１アパーチャ部材２８は、複数の開口部を有し、これら開口部にて電子銃１から放射された電子ビームを通過させることで、マルチビームを生成する。
【００４０】
第２アパーチャ部材２９は、ブランキングアパーチャアレイとも呼ばれる。第２アパーチャ部材２９は、基板に実装された半導体チップ（ＢＡＡチップ）であり、この基板がブランキングアパーチャステージ装置３７上に載置されている。第１アパーチャ部材２８を通過したマルチビームを構成する個々のビームは、第２アパーチャ部材２９にて個別に偏向制御される。第２アパーチャ部材２９は複数の開口部を有し、これら開口部を通過したマルチビームは第３アパーチャ部材３１に導かれる。すなわち、第２アパーチャ部材２９を通過したマルチビームのうち一部のビームは第３アパーチャ部材３１を通過し、残りのビームは第３アパーチャ部材３１に衝突して吸収される。第３アパーチャ部材３１を通過したビームは、偏向器３３にて位置が制御されて、ＸＹステージ３４上に載置された試料３６上に照射される。
【００４１】
図６の制御部２４は、制御計算機３８と、メモリ３９と、偏向制御回路４０と、ステージ位置検出器４１と、第１記憶部４２と、第２記憶部４３とを備えている。
【００４２】
制御計算機３８は、種々のデータの情報処理を行うデータ処理部４４と、マルチビーム描画装置２２の描画動作を制御する描画制御部４５とを備えている。データ処理部４４と描画制御部４５は、制御計算機３８に内蔵されるハードウェアで構成されてもよいし、制御計算機３８が実行するプログラムによるソフトウェアで構成されてもよい。データ処理部４４および描画制御部４５における入出力情報や演算中の情報は、メモリ３９に必要に応じて格納される。描画制御部４５は、第１記憶部４２に記憶された描画データと、第２記憶部４３に記憶された各ショットの照射時間データと、ステージ位置検出器４１で検出されたＸＹステージ３４の位置とに基づいて、偏向制御回路４０を制御する。偏向制御回路４０は、第２アパーチャ部材２９（ブランキングアパーチャアレイ）におけるマルチビームの偏向を制御するとともに、偏向器３３におけるビームの偏向方向を制御する。
【００４３】
このように、本実施形態では、タレット電子銃１において、複数のカソード３のうち、所定の位置に位置決めされるカソード３を交換する場合、まずは伸縮部材１４を伸長させて高圧導入端子５をカソード３に接触しない位置に退避させた後、支持部材４を回転させて新たなカソード３を所定の位置に位置決めし、この後に、伸縮部材１４を収縮させて高圧導入端子５をカソード３に接触させる。すなわち、本実施形態では、高圧導入端子５をカソード３に接触させたままではカソード３を支持する支持部材４を移動させないため、カソードの交換時にカソード３のフィラメント１１の先端部が高圧導入端子とこすれてパーティクルが発生するという不具合が起きなくなり、電子銃１の寿命を延ばすことができる。
【００４４】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  電子銃、２  チャンバ、３  カソード、４  支持部材、５  高圧導入端子、６  アノード、７  ハンドル、８  端子移動機構部、９  軸部材、１０  Ｏリング、１１  フィラメント、１２  エミッタ、１３  ウェネルト電極、１４  伸縮部材、１８，１９，２０  弾性部材、２１  電子線装置、２２  マルチビーム描画装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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