(57)【要約】【課題】広い面積に対して均一な電流密度で電子を照射できる電子線光源を提供すること。【解決手段】ターゲットＴに電子流ＥＦを照射するための電子線光源において、二次元配列され、電子ビームＥＢを形成する複数の電子銃１０と、前記電子銃１０により形成される電子ビームＥＢの電流密度をガウシアン分布とし、これらをオーバーラップさせることで、前記電子流ＥＦを形成する第３グリッド５とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに電子流を照射するための電子線光源において、
二次元配列され、電子ビームを形成する複数の電子銃と、
前記電子銃により形成される電子ビームの電流密度をガウシアン分布とし、これらをオーバーラップさせることで、前記電子流を形成する電子流形成手段と、
を具備することを特徴とする電子線光源。
【請求項２】
前記電子流形成手段は、前記電子ビームの結像点を前記ターゲットの上流に設定することで、前記複数の電子ビームをオーバーラップさせることを特徴とする請求項１記載の電子線光源。
【請求項３】
前記電子銃は、千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１記載の電子線光源。
【請求項４】
前記電子流の断面形状を整形する整形手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電子線光源。
【請求項５】
前記電子流形成手段は、
前記電子銃により形成される電子ビームを通過させる複数の開口部を備えたグリッドと、
前記グリッドに制御電圧を印加して、前記グリッドにより前記開口部を通過する電子ビームに対してレンズ作用を施すことで、前記電子ビームを制御する電圧印加手段と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子線光源。
【請求項６】
前記電圧印加手段は、前記複数の電子銃に駆動電圧を印加することを特徴とする請求項５記載の電子線光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線描画装置や電子線照射装置等に使用される電子線光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を使用しないパターン転写装置として、電子線描画装置が知られている。この電子線描画装置は、パターンの電子データに基づいて電子ビームを照射し、ウエハやマスク等の対象物にパターンを描画する装置である。
【０００３】
この電子線描画装置では、対象物に電子ビームをショットしていくＶＳＢ（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｈａｐｅ  ｂｅａｍ）方式が使用されることが多い。しかしながら、ＶＳＢ方式は、描画に時間がかかり、スループットが悪いという問題がある。
【０００４】
そこで近年、高速な描画を実現するために、細かいパターンの集合体をブロックごとに描画するブロック描画方式が開発された。ところで、この電子線描画装置では、電子線を発生させる手段として、数ミクロンの光源からなる電子銃が使用されており、通常は電子銃からの電子線をレンズで拡大してから使用している。従って、ブロックごとに描画するブロック描画方式では、電子ビームをさらに大きく拡大する必要があり、ビーム電流の不均一性や電流量の極端な低下等を引き起こす。このため、電子線描画装置では、照明光学系として１電子光源からのビームを使用できないため、低ドーズの電子描画となり、スループット的に問題がある。
【０００５】
また、光を使用しない表面処理装置として、電子線照射装置が知られている。この電子線照射装置は、大気中に置かれたフィルム等の被処理物に電子ビームを照射し、被処理物の表面を改質する装置である（例えば、非特許文献１参照。）。また、この電子線照射装置は、インキの乾燥やオーバコート樹脂の硬化等、種々の産業分野の製造工程にも応用されている。
【０００６】
電子線照射装置の種類には、真空管により電子を取り出す真空管型電子線照射装置や、線状フィラメントから放射された電子を加速管により取り出す加速管型電子線照射装置などの幾つかの方式がある。これらの丸状または線状の電子ビームに対して被処理物を移動させることで、被処理物全体の処理を行うものであるが、均一な電流密度の電子ビームを得る制御が難しい。
【非特許文献１】水島康守、「塗装技術」、（株）理工出版社、２００１年１０月、１０月号、ｐ．９０〜９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、広い面積に対して均一な電流密度で電子を照射できる電子線光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の電子線光源は次のように構成されている。
【０００９】
（１）ターゲットに電子流を照射するための電子線光源において、二次元配列され、電子ビームを形成する複数の電子銃と、前記電子銃により形成される電子ビームの電流密度をガウシアン分布とし、これらをオーバーラップさせることで、前記電子流を形成する電子流形成手段とを具備する。
【００１０】
（２）（１）に記載された電子線光源において、前記電子流形成手段は、前記電子ビームの結像点を前記ターゲットの上流に設定することで、前記複数の電子ビームをオーバーラップさせる。
【００１１】
（３）（１）に記載された電子線光源において、前記電子銃は、千鳥状に配列されている。
【００１２】
（４）（１）に記載された電子線光源において、前記電子流の断面形状を整形する整形手段を具備する。
【００１３】
（５）（１）または（２）に記載された電子線光源において、前記電子流形成手段は、前記電子銃により形成される電子ビームを通過させる複数の開口部を備えたグリッドと、前記グリッドに制御電圧を印加して、前記グリッドにより前記開口部を通過する電子ビームに対してレンズ作用を施すことで、前記電子ビームを制御する電圧印加手段とを具備する。
【００１４】
（６）（５）に記載された電子線光源において、前記電圧印加手段は、前記複数の電子銃に駆動電圧を印加する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、広い面積に対して均一な電流密度で電子を照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る電子線光源の概略図、図２は同実施形態に係る第１グリッド３、第２グリッド４、第３グリッド５、及びアノード６の第１の例を示す図、図３は同実施形態に係る第１グリッド３、第２グリッド４、第３グリッド５、及びアノード６の第２の例を示す図である。  
図１に示すように、この電子線光源は、ヒータ１、カソード２、第１グリッド３、第２グリッド４、第３グリッド５、アノード６、アパーチャ７、及び制御回路８から構成される。なお、符号Ｔは、この電子線光源により形成される電子流ＥＦのターゲットである。
【００１７】
以下、各構成要件について説明する。  
ヒータ１は、フィラメント１ａを備え、制御回路８からの電圧印加により、カソード２を加熱する。カソード２は矩形あるいは円形のプレート状をしており、ヒータ１からの加熱により、ヒータ１と反対側の面から電子ｅを放射する。カソード２の材料としては、タングステン等の金属が使用される。
【００１８】
第１グリッド３、第２グリッド４、第３グリッド５、及びアノード６は、円形あるいは矩形のプレート状をしており（図２、３を参照）、その全体には複数の開口部３ａ、４ａ、５ａ、６ａが均一な密度で二次元配列されている。なお、開口部３ａ、４ａ、５ａ、６ａの配列方法としては、開口部の密度を高めることができる、いわゆる千鳥配列等が採用されている。
【００１９】
第２グリッド４は、制御回路８から印加される正の電圧により、カソード２から放射された電子ｅをターゲットＴ側に引き出す。第１グリッド３は、制御回路８から印加される負の電圧により、ターゲットＴ側に引き出された電子ｅを抑制・収束して電子ビームＥＢを形成する。すなわち、電子ビームＥＢの電流量は、第１グリッド３と第２グリッド４の電圧バランスにより調整される。
【００２０】
なお、電子ビームＥＢの電流量は、第１、第２グリッド３、４の電圧バランスだけでなく、第１、第２グリッド３、４の間隔、及び各グリッド３、４に設けられた開口部３ａ、４ａの内径等の影響も受ける。
【００２１】
発明者が実験したところ、第１、第２グリッド３、４の間隔を０．３ｍｍ、開口部３ａ、４ａの内径を０．４ｍｍとすれば、電子銃１０ごとに５０μＡ程度の安定した電子ビームＥＢを得ることができた。従って、電子銃１０の数を増やせば、大電流の安定した電子ビームＥＢを得ることが可能である。
【００２２】
アノード６は、制御回路８から印加されるグランド電圧により、第１グリッド３を通過した電子をターゲットＴに向けて加速させる。すなわち、本発明に係る、二次元配列された複数の電子銃１０は、前記ヒータ１、カソード２、第１グリッド３、第２グリッド４、及びアノード６により構成される。
【００２３】
第３グリッド５は、制御回路８から印加される負の電圧により、電子ビームＥＢを絞り、その結像点ＣをターゲットＴ上流に設定するとともに、電流密度をガウシアン分布にする。これにより、アノード６を通過した複数の電子ビームＥＢは、結像点Ｃの下流で急激に拡大し、その外周部と外周部とがオーバーラップすることで、電流密度が均一で、且つ大面積の電子流ＥＦが形成される。
【００２４】
図１に示すように、アパーチャ７は、開口部７ａを備え、電子流ＥＦの周縁部を遮断して、その断面形状を開口部７ａと同形状に整形する。これにより、電子流ＥＦの周縁部に不要な波型等が存在しても、ターゲットＴには所望形状の電子流ＥＦを照射することができる。
【００２５】
制御回路８は、ヒータ１のフィラメント１ａ、カソード２、第１グリッド３、第２グリッド４、第３グリッド５、及びアノード６に接続されており、これらに対して所定の直流電圧を印加している。
【００２６】
次に、電子線光源による電子流ＥＦの形成工程について説明する。  
ヒータ１によりカソード２が加熱されると、カソード２から多数の電子ｅが放射される。この電子ｅは、第３グリッド４によりターゲットＴ側に引き出され、第１グリッド３で収束されて電子ビームＥＢとなる。
【００２７】
電子ビームＥＢは、第１グリッド３とアノード６との間の電圧により加速され、ターゲットＴに向かって進み、その途中で第３グリッド５により絞られる。これにより、ターゲットＴ上流に結像点Ｃが形成され、ターゲットＴ上における電子ビームＥＢのフォーカス寸法が拡大することで、ターゲットＴには、複数の電子ビームＥＢの裾野がオーバーラップしてできた大面積の電子流ＥＦが照射される。
【００２８】
図４は同実施形態に係る各電子ビームＥＢの電流密度の分布図、図５は同実施形態に係る電子流ＥＦの電流密度の分布図である。  
図４に示すように、各電子ビームＥＢの電流密度は、ガウシアン分布となっているが、これらをオーバーラップさせると、図５に示すように、電流密度が均一で、且つ大面積の電子流ＥＦを得ることができる。従って、本実施形態に係る電子線光源を使用すれば、ターゲットＴに対して均一な電流密度の電子流ＥＦを照射することができる。
【００２９】
本実施形態に係る電子線光源によれば、複数の電子銃１０を二次元配列している。そして、各電子銃１０からの電子ビームＥＢの電流密度をガウシアン分布とし、これらをオーバーラップさせることで、大面積の電子流ＥＦを形成している。
【００３０】
そのため、広い面積に対し均一な電流密度の電子流ＥＦを照射できるから、従来は困難であった電子ビームによるブロック描画を実現することができ、また電子ビームによる各種処理の時間を短縮することができる。
【００３１】
しかも、複数の電子銃１０を使用しているにも関わらず、電子銃１０、及び第３グリッド５を制御する制御回路が１つで足りるから、電気配線を簡素化でき、装置構成を小型化することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る電子線光源によれば、電子ビームＥＢの結像点ＣをターゲットＴ上流に作り、ターゲットＴ上におけるフォーカス寸法を制御している。そのため、極めて簡単な制御で、ガウシアンの電流密度分布を合成してフラットな電流密度分布を形成することが可能である。
【００３３】
更に、本実施形態に係る電子線光源によれば、電子銃１０の配列方法として、いわゆる千鳥配列を採用している。そのため、電子流ＥＦの電流密度を高めることができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る電子線光源によれば、電子流ＥＦの断面形状を整形するアパーチャ７を備えている。そのため、複数の電子銃１０のうち、最も外側に位置する電子銃１０の影響により、電子流ＥＦの外縁部の形状が波型となっても、アパーチャ７の形状を選択することで、ターゲットＴに対して所望の形状の電子流ＥＦを照射することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、カソード２、第１グリッド３、第２グリッド４、第３グリッド５、及びアノード６の形状を円形や矩形としているが、これに限定されるものではなく、最終的に得たい電子流ＥＦの断面形状に応じて選択可能である。
【００３６】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子線光源の概略図。
【図２】同実施形態に係る第１グリッド、第２グリッド、第３グリッド、及びアノードの代表図。
【図３】同実施形態に係る第１グリッド、第２グリッド、第３グリッド、及びアノードの第２の例を示す図。
【図４】同実施形態に係る各電子ビームの電流密度の分布図。
【図５】同実施形態に係る電子流の電流密度の分布図。
【符号の説明】
【００３８】
５…第３グリッド（グリッド）、５ａ…開口部、７…アパーチャ（整形手段）、８…制御回路（電圧印加手段）、１０…電子銃、Ｔ…ターゲット、ｅ…電子、ＥＢ…電子ビーム、ＥＦ…電子流、Ｃ…結像点。
【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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