(57)【要約】【課題】制御回線にノイズが生じてもエミッション電流の自動制御を安全に行う電子ビーム装置を提供する。【解決手段】電子ビーム装置（２１）は、引き出し電圧変更手段（２３）、バイアス電圧変更手段（２５）、陰極加熱電流変更手段（２７）、これら各変更手段による１回分の許容変更量幅を、現在値に対して一定比率以下に制限する相対値制御部（２９）を備え、外部制御装置（５１）とインタフェース（３１）との間の制御回線にノイズが生じても、急激な変更制御を回避するよう構成した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に設けられ、陰極と該陰極からみて後方に位置する前記陰極のエミッション電流を加減可能な電極とを有する電子銃と、
前記真空チャンバ内の真空度状態を検出する真空度検出手段とを備えた電子ビーム装置において、
該電子ビーム装置は、所望のエミッション電流と現在のエミッション電流との比較結果および所望の真空度状態と現在の真空度状態との比較結果に基づき、前記電極に印加する電圧を変更する電圧変更手段を備え、
該電圧変更手段の１回の変更量許容幅は、現在の電圧値に対する比率により定められることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項２】
前記電極がバイアス電極であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム装置。
【請求項３】
前記電極が引き出し電極であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム装置。
【請求項４】
前記電子ビーム装置は、少なくとも現在のエミッション電流および現在の真空度状態を出力し、かつ少なくとも前記電極に印加する電圧の変更量を入力する入出力インタフェースを備え、
該入出力インタフェースは、コモンモードノイズ除去手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項５】
前記電子ビーム装置は、前記陰極の所望の陰極温度と現在の陰極温度との比較結果および所望の真空度状態と現在の真空度状態との比較結果に基づき、前記陰極の加熱ループに流れる陰極加熱電流を変更する陰極加熱電流変更手段を備え、
該陰極加熱電流変更手段の１回の変化量許容幅は、現在の陰極加熱電流値に対する比率により定められることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項６】
前記電子ビーム装置は、少なくとも現在の陰極加熱電流値を出力し、かつ少なくとも陰極加熱電流値の変更量を入力する入出力インタフェースを備え、
該入出力インタフェースは、コモンモードノイズ除去手段を有することを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム装置。
【請求項７】
前記電子銃のエミッション開始時において、前記陰極加熱電流変更手段によって陰極を所望の陰極温度とした後に、前記電圧変更手段によりエミッション電流を所望の電流値に調節することを特徴とする請求項５または６に記載の電子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡または電子ビーム検査装置などの電子ビーム装置に関し、特にそのような電子ビーム装置におけるエミッション電流の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示す電子ビーム近接露光装置のような電子ビーム装置１を使用する際には、まず真空チャンバ３内を真空に排気した後、加速電圧ＶＡ、バイアス電極５にバイアス電圧ＶＢおよび引き出し電極７に引き出し電圧ＶＥを印加し、また陰極９の加熱ループ１１に陰極加熱電流ＩＦを流して陰極を加熱して電子ビーム１３を放射（エミッション）させている。
【０００３】
かかる電子ビーム１３のエミッション電流値ＩＥは、上述の陰極温度、加速電圧ＶＡ、バイアス電圧ＶＢおよび引き出し電圧ＶＥなど様々な制御パラメータに依存し、これらの制御パラメータは個々の装置によってばらつきがあるのが通常である。したがってその調整には多大な時間を要するとともに、調整者にはある程度の経験を必要としていた。
【０００４】
上記事情のため、従来より陰極加熱電流（フィラメント電流）、バイアス電圧などの最適な基準値を常に計算・記憶し、該基準値と現在の設定値との誤差が所定の範囲外となった場合に、最適な設定値を算出して自動的に設定する走査型電子顕微鏡が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３０６４０９号公報（段落番号〔０００７〕−段落番号〔００１８〕、第１図および第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように電子ビーム装置の外部に設けた制御部などによって制御パラメータを自動的に修正してエミッション電流を制御するシステムでは、電子ビーム装置周辺に発生した電磁波などの影響で外部の計算機と電子ビーム装置を接続する制御回線等にノイズが生じた場合に、誤った制御パラメータにより誤作動が生じたときに急激に制御パラメータが変化して、電子ビーム装置自体を破損するなどの危険性がある。このために特に状態変化が大きい電子ビーム装置の使用を始める際の電子銃のエミッション開始時には、これら制御パラメータの設定を手動によって行う必要があった。
【０００７】
上記事情を鑑みて、本発明では制御回線等にノイズが生じても電子ビーム装置を破損しない、またはかかるノイズの影響を受けくい、エミッション電流の自動制御手段を備えた電子ビーム装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による電子ビーム装置は、バイアス電極または引き出し電極のような、陰極からみて後方に位置に設けられ、エミッション電流を加減するために使用しうる電極に印加する電圧を変更する電圧変更手段および／または陰極の加熱ループに流れる電流値を変更する陰極加熱電流変更手段を備え、該電圧変更手段および該陰極加熱電流変更手段の１回の変更に係る変化量許容幅を、現在値に対する比率として定めることとした。
【０００９】
これにより、上記の制御パラメータの現在値にかかわらず該現在値に対する変更量の割合を常に一定以下に保つことが可能となり、制御回線等にノイズが生じたとしても一度に急激な変化が生ずることを防止することができる。したがって、急激に制御パラメータが変化して電子ビーム装置自体を破損する危険性を回避することが可能となり、電子銃のエミッション開始時においても制御パラメータの設定を自動で行うことが可能となる。
【００１０】
さらに本発明による電子ビーム装置は、バイアス電極や引き出し電極などの前記電極の印可電圧および陰極加熱電流とを制御する外部制御装置との入出力インタフェースを備え、該インタフェースはフォトカプラなどのコモンモードノイズ除去手段を有することとした。入出力インタフェースは、例えば真空度状態、バイアス電圧、引き出し電圧、エミッション電流および陰極加熱電流などの現在値を出力し、バイアス電圧、引き出し電圧および陰極加熱電流の変更量を入力するために使用される。
【００１１】
また、エミッション開始時には陰極表面に付着していた酸化物などの揮発が発生し真空度状態が悪化し、このように真空度が悪い状態でエミッションし続けると、陰極表面に不純物が堆積し電子銃に悪影響を及ぼす。前記の揮発物による真空チャンバ内の真空度の変化は、単位時間あたりのエミッション電流増加量に影響を受けるため、上記の設定パラメータを変更してエミッション電流を変化させる際には、適切な真空度状態が維持されることが必要である。
【００１２】
そこで、本発明による電子ビーム装置は電子銃のエミッション開始時において、必要とされる真空度状態と現在の真空度状態との比較結果に基づいて、バイアス電極または引き出し電極のような電極に印加する電圧、または陰極加熱電流を変更することとした。これにより、特にエミッション開始時のようにエミッション電流の単位時間あたりの変化量が多い場合においても、真空度が悪化したままエミッションを継続して電子銃を破損する危険を回避することが可能となり、よってエミッション開始時のエミッション電流の自動制御を安全に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電子ビーム装置を電子ビーム近接露光装置に適用した実施例を用いて図を参照して説明する。説明は電子ビーム近接露光装置についてのみ行うが、本発明による電子ビーム装置は他の電子ビーム装置、例えば電子ビーム露光装置、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡または電子線検査装置等にも適用しうる。
【００１４】
図３は、本発明の電子ビーム装置を適用した電子ビーム近接露光装置の外観図である。電子ビーム近接露光装置２１は、引き出し電圧変更手段２３、バイアス電圧変更手段２５および陰極加熱電流変更手段２７を備え、電子ビーム近接露光装置２１に設けられている相対値制御部２９に接続されている。相対値制御部２９は、入出力インタフェース３１を介して外部制御装置５１に接続され、そして外部制御装置５１から、引き出し電圧、バイアス電圧および陰極加熱電流に対して加えられるべき変更量を現在値に対する比率のデータ形式で受信し、該受信された変更量に基づき引き出し電圧変更手段２３、バイアス電圧変更手段２５および陰極加熱電流変更手段２７を駆動する。
【００１５】
その際、その受信された変更量が所定の比率として与えられている許容変更幅を越える場合には、前記変更量に代えて、許容変更幅の最大値（または最小値）により駆動する。これにより、外部制御装置５１と入出力インタフェース３１との間の制御回線上を流れる受信データにノイズが生じたとしても、前記変更量の最大値（または最小値）は、現在の電圧値または電流値から一定比率に抑えられるために、前記制御回線上のノイズにより電子ビーム近接露光装置２１が破損されることを防止することができる。
【００１６】
外部制御装置５１は、引き出し電圧検出手段３３、バイアス電圧検出手段３５および陰極加熱電流検出手段３７により検出された、引き出し電圧、バイアス電圧および陰極加熱電流、ならびにエミッション電流検出手段３９により検出されたエミッション電流の現在値および真空度検出手段４１により検出された真空度状態を入出力インタフェース３１を介して受信する。そして外部制御装置５１は、受信したこれらパラメータに基づいて所望するエミッション電流および陰極加熱電流を達成するために必要な引き出し電圧、バイアス電圧および陰極加熱電流の変更量を計算して、その変更量を現在値に対する比率として相対値制御部２９に出力する。
【００１７】
入出力インタフェース３１は、例えばフォトカプラのようなコモンモードノイズ除去手段を有し、これにより電子ビーム装置２１と外部制御装置５１間に生ずるコモンモードノイズを除去して、エミッション電流のより安定した自動制御が可能となる。
【００１８】
図３、４および５は、エミッション開始時における、図２の電子ビーム近接露光装置２１および外部制御装置５１による、電子ビーム近接露光装置２１の動作フローチャートである。まず加速電圧（Ｓ６１）、バイアス電極５にバイアス電圧および引き出し電極７に引き出し電圧を印加し（Ｓ６３）、また陰極９の加熱ループ１１に陰極加熱電流を流して陰極を加熱する（Ｓ６５）。特に、陰極として単結晶六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）を使用する場合には、単結晶六ホウ化ランタンが半導体的な抵抗温度特性を有しており温度上昇とともに抵抗値が減少する。したがって、陰極温度制御を電圧値制御により行うと熱暴走を生ずる恐れがあり、これを防ぐために陰極温度制御は電流値制御により行う。
【００１９】
電子ビームのエミッションが始まり、エミッション電流が増加し始めると真空チャンバ３内の真空度が変化するので陰極加熱電流を一定とした状態で一定時間待機し（Ｓ６５）、真空度状態が一定になるのを待った後に真空度状態を検出する（Ｓ６９）。このときエミッション電流が増加により真空度が悪化して一定の許容値を超えている場合には、陰極加熱電流ＩＦを減少して陰極を冷却して（Ｓ７１）、真空度が改善されるのを待つ（Ｓ６７）。
【００２０】
一方、真空度が一定の許容値を満足している場合には陰極温度が一定になるのを待った後（Ｓ７３）、陰極温度を検出する（Ｓ７５）。陰極温度は、陰極加熱電流検出手段３７により検出された陰極加熱電流より間接に求めるか、図示しない色温度計により求めることができる。所望の陰極温度を達成していない場合には、再び陰極９の加熱ループ１１に陰極加熱電流を流して陰極を加熱する（Ｓ６５）。
【００２１】
所望の陰極温度を達成している場合には、エミッション電流検出手段３９により現在のエミッション電流ＩＥを検出して、所望のエミッション電流を達成しているかどうかを判断する（Ｓ８１）。所望のエミッション電流を達成していない場合にはバイアス電圧、引き出し電圧を変更してエミッション電流を変更する（Ｓ９１）。エミッション電流の変化によって再び真空度状態が変化するので真空度状態を確認して（Ｓ９３）、一定の許容値を超えている場合にはバイアス電圧、引き出し電圧の前記変更量を少なくして（Ｓ９１）、真空度が改善されるまで繰り返す（Ｓ９３）。そして所望のエミッション電流を達成しているかどうかを判断し（Ｓ８１）、所望のエミッション電流を達成した場合には、エミッション開始動作は終了となる（Ｓ８３）。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば電子ビーム装置と外部の制御装置とを接続する制御回線にノイズが生じた場合でも、電子ビーム装置を破損しない、またはかかるノイズの影響を受けくいので、外部の制御装置により安全にエミッション電流を自動制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子ビーム近接露光装置の外観図である。
【図２】本発明による電子ビーム近接露光装置の外観図である。
【図３】エミッション開始時における、本発明による電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートである。
【図４】エミッション開始時における、本発明による電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートである。
【図５】エミッション開始時における、本発明による電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１、２１…電子ビーム近接露光装置
５…バイアス電極
７…引き出し電極
１３…電子ビーム
２３…引き出し電圧変更手段
２５…バイアス電圧変更手段
２７…陰極加熱電圧変更手段
２９…相対値制御部
３１…入出力インタフェース
４１…真空度検出手段
【図１】
2004164960.tif 000003
【図２】
2004164960.tif 000004
【図３】
2004164960.tif 000005
【図４】
2004164960.tif 000006
【図５】
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