(57)【要約】      （修正有） 【課題】所望のビーム強度になるよう調整性能が改善され、低いソース表面温度で動作する電子ビーム源を提供する。【解決手段】電子ビーム源１は、強度が調整自在である光子ビーム２９によって照射されるソース表面を備えている。光子ビームによって、光電効果を利用してソース表面からの電子の放出を補助している。抽出電界によってさらに、電子の放出が補助されている。さらに、熱電子効果によって電子の放出をさらに補助するためにヒータ７が設けられている。電子ビーム電流を測定し、測定した電子ビーム電流に基づいて光子ビームの強度を調整する。【選択図】図１
2004273419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを生成する電子ビーム源であって、電子を放出するためのソース表面を有する陰極体と、
前記陰極体から離れた位置に配置され、前記ソース表面から前記電子を抽出するための抽出電界を生成する陽極と、
前記陰極体を加熱するためのヒータと、
前記電子放出を補助するために前記ソース表面上に向かう少なくとも１つの光子ビームを生成するための光子源であって前記少なくとも１つの光子ビームの強度が調整自在であるように構成された光子源と、
前記電子ビームのビーム電流を検出して前記電子ビーム電流を表す計測信号を提供するための検出器と、
前記電子ビーム源の通常動作モードでの前記計測信号に基づいて前記光子ビームの強度を制御するよう構成されたコントローラとを備え、
前記通常動作モードとは異なる動作モードにおいて、前記光子ビームは前記ソース表面上に向かわず、前記通常動作モードとは異なる動作モードにおける前記電子ビーム電流が、前記通常動作モードにおける前記電子ビーム電流の約０．３倍より大きいことを特徴とする電子ビーム源。
【請求項２】
前記光子ビームが前記ソース表面上に向かわない前記異なる動作モードにおいて、前記電子ビーム電流が、前記通常動作モードにおける前記電子ビーム電流の約０．６５倍より大きい請求項１に記載の電子ビーム源。
【請求項３】
前記光子ビームが前記ソース表面上に向かわない前記異なる動作モードにおいて、前記電子ビーム電流が、前記通常動作モードにおける前記電子ビーム電流の約０．８０倍より大きい請求項１に記載の電子ビーム源。
【請求項４】
前記通常動作モードにおける前記光子ビームの最大強度が、前記ソース表面の温度が前記通常動作モードとは異なる動作モードにおいて約１３００Ｋより低くなるように制限されており、かつ前記光子ビーム以外のその他のエネルギーは前記陰極体に供給されない請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項５】
前記通常動作モードにおける前記光子ビームの最大強度が、前記ソース表面の温度が前記通常動作モードとは異なる動作モードにおいて約１１００Ｋより低くなるように制限されており、かつ前記光子ビーム以外のその他のエネルギーは前記陰極体に供給されない請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項６】
前記ヒータが、電気抵抗ヒータを備える請求項１から５のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項７】
前記コントローラが、前記電子ビーム電流が前記通常動作モードにおいて経時的に略一定であるように前記光子源を制御するよう構成される請求項１から６のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光子ビームを偏向するミラーが、前記光子源と前記ソース表面との間の前記少なくとも１つの光子ビームのビーム路上に配置される請求項１から７のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項９】
前記ミラーが、前記電子ビームが通過する開口ビーム絞り上に設けられる請求項８に記載の電子ビーム源。
【請求項１０】
前記ミラーが、略放物線形状である請求項８または９に記載の電子ビーム源。
【請求項１１】
複数の光子ビームが前記ソース表面上に向かう請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項１２】
前記検出器が、前記電子ビームが通過する開口ビーム絞り上に入射する放出された電子の強度を検出するよう構成される請求項１から１２のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項１３】
前記陰極体の前記ソース表面が、酸化バリウムを含む材料からなる請求項１から１２のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項１４】
前記通常動作モードにおいて前記ソース表面は運転温度にあり、
前記通常動作モードとは異なるアニーリングモードにおいて、前記ソース表面の温度が前記運転温度より約１００Ｋを越えて高くなるように、前記光子ビームの強度を増加するよう前記光子源が構成される請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項１５】
前記通常動作モードにおいて前記ソース表面は運転温度にあり、
前記通常動作モードとは異なるアニーリングモードにおいて、前記ソース表面の温度が前記運転温度より約２００Ｋを越えて高くなるように、前記光子ビームの強度を増加するよう前記光子源が構成される請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項１６】
前記通常動作モードにおいて前記ソース表面は運転温度にあり、
前記通常動作モードとは異なるアニーリングモードにおいて、前記ソース表面の温度が前記運転温度より約３００Ｋを越えて高くなるように、前記光子ビームの強度を増加するよう前記光子源が構成される請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム源。
【請求項１７】
電子ビームを対物レンズの対物平面内のある位置に集束させるための対物レンズと、前記電子ビームを生成するための電子ビーム源とを備える電子光学装置であって、
前記電子ビーム源は、電子を放出するためのソース表面を有する陰極体と、前記陰極体から離れた位置に配置され、前記ソース表面から前記電子を抽出するための抽出電界を生成する陽極と、前記陰極体を加熱するためのヒータと、前記電子放出を補助するために前記ソース表面上に向かう少なくとも１つの光子ビームを生成するための光子源であって、前記少なくとも１つの光子ビームの強度が調整自在であるように構成された光子源と、前記電子ビームのビーム電流を検出して前記電子ビーム電流を表す計測信号を与えるための検出器と、前記電子ビーム源の通常動作モードでの前記計測信号に基づいて前記光子ビームの強度を制御するよう構成されたコントローラとを備え、前記通常動作モードとは異なる動作モードにおいて、前記光子ビームは前記ソース表面上に向かわず、前記通常動作モードとは異なる動作モードにおける前記電子ビーム電流は、前記通常動作モードにおける前記電子ビーム電流の約０．３倍より大きいことを特徴とする電子光学装置。
【請求項１８】
前記対象物から放出される二次電子を検出するための検出器を更に備える請求項１７に記載の電子光学装置。
【請求項１９】
前記電子ビームが前記対物平面内で集束する前記位置を走査するための偏向装置を更に備える請求項１７に記載の電子光学装置。
【請求項２０】
ソース表面を有する陰極体を備える電子ビーム源の駆動方法であって、前記電子ビーム源を通常動作モードにおいて作動する方法を含み、
前記通常動作モードでは、前記陰極体を加熱し、調整自在な強度を有する光子ビームで前記ソース表面を照射し、前記ソース表面から電子を抽出し、抽出された電子は前記電子ビームを形成するよう成形され、前記電子ビームの強度を表す量を測定し、前記測定された量に基づいて前記光子ビームの強度を制御し、
前記通常動作モードにおいて前記陰極体は、前記ソース表面が前記光子ビームによって照射されず、前記陰極体が前記通常動作モードと同じ方法で加熱される、前記通常動作モードとは異なる動作モードにおいて、前記電子ビームの強度が、前記通常動作モードにおける前記電子ビームの強度の約０．３倍より大きくなるように加熱されることを特徴とする電子ビーム源の駆動方法。
【請求項２１】
アニーリング動作モードにおいて前記電子ビーム源を作動する方法をさらに備え、
前記アニーリング動作モードでは、前記ソース表面の温度が前記通常動作モードの前記ソース表面の温度より約１００Ｋを越えて高くなるように、ある期間の間、前記光子ビームの強度を前記通常動作モードにおける前記光子ビームの強度に対して増加させる請求項２０に記載の電子ビーム源の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム源、電子ビーム源の駆動方法およびそのようなビーム源を用いた電子光学装置に関するものである。
【０００２】
電子顕微鏡および電子リソグラフィー装置等の撮像を目的として電子を使用する電子光学装置は、電子光学的撮像またはその他の用途のために装置において使用される電子ビームを供給するための少なくとも１つの電子ビーム源を備えている。
【０００３】
電子ビーム源が満たすべき要件の典型的なものは、高ビーム電流、高輝度、経時的に十分一定である強度、ビーム中の電子の運動エネルギー分布の幅が小さいこと等の特性を備えた電子ビームを供給することである。このような分布幅は、半値全幅（以降ＦＷＨＭ）と称されることが多い。また、特別な高真空を得られない条件下で、電子ビーム源を駆動することが望ましいことが多い。
【背景技術】
【０００４】
従来の電子ビーム源は、電子が放出されるソース表面を有する陰極体と、ソース表面から距離をおいた所に配置され、ソース表面からの電子の放出を補助するための抽出電界を印加するための陽極とを備えている。表面からの電子の放出過程をさらに補助するためにソース表面を加熱するためにヒータを設けてもよい。
【０００５】
抽出電界の強度およびソース表面の温度に依存するため、ソース表面からの電子の放出を引き起こす物理的過程には複数のものが知られている。これらの過程については、例えば、Reimer, Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis 2nd edition, Springer series in optical sciences, 1998において例証されている。ソース表面から脱離するためには、電子が金属−真空界面における電位障壁を通り抜ける必要がある。この電位障壁は、仕事関数φwまたは化学ポテンシャルμeと呼ばれている。
【０００６】
熱電子放出過程では、ソース表面の温度は、陰極材料のフェルミレベルＥFからの電子が熱電子励起によって電位障壁を乗り越えられる程に十分高い温度である。例えば、タングステン製の陰極を用いると、陰極材料の温度が２５００Ｋから３０００Ｋを越えると、熱電子放出が行われる。
【０００７】
熱電子励起が実質上電子放出に寄与しないような低い温度であって強励起場であるときは、電界放出過程が表面からの電子放出において優位な過程である。このような状況において作動する電子源は、電界放出源と呼ばれる。半径約０．１μｍのタングステン先端部からの電界放出は、表面での電界強度が１０7Ｖ／ｃｍより高い場合に始まる。このような強電場では、ソース表面の前方で電位障壁の幅が数ナノメータまで減少し、フェルミレベルＥFからの電子は波動力学的トンネル効果によって電位障壁を透過することができる。
【０００８】
従来の電子ビーム源はさらに、ショットキー放出銃を備えており、電位障壁または仕事関数φwはショットキー効果によって減少する。ショットキー放出源における抽出電界は、電界放出銃に較べると約１０分の１程度に弱いので、波動力学的トンネル効果が放出全体に対して実質的に寄与するような電位障壁の十分な狭窄が発生しない。ショットキー放出源は、対応する熱電子放出源の作動温度よりも実質的に低い温度に加熱される。しかしながら、この温度は、ショットキー効果によって減じられた残りの電位障壁を電子が乗り越えられる程に十分に高い温度である。
【０００９】
電子源のエネルギー幅（ＦＷＨＭ）を小さくすることを考慮して、このエネルギー幅の熱的な広がりを抑制するために、ソース表面を低い温度にすべきである。この点からは、電界放出型のビーム源が好ましい。なぜなら、この種のビーム源は室温で作動させることができるからである。短所として、電界放出型のビーム源は、イオン衝突によるソース表面の破壊を防止するために超高真空条件での駆動を必要とする。電界放出型のビーム源はさらに、最大ビーム電流に関しても不十分である。
【００１０】
ショットキー放出型のビーム源は、エネルギー幅を小さくするためにソース表面の温度を低くすることと、真空条件に関する高い要求を避けることとの妥協案として用いられることが多い。ショットキー放出型のビーム源の短所は、ビーム電流の安定性が低下することである。温度変化や表面不純物の変化等の駆動条件の小さな変化が、ビーム電流の比較的大きな変化につながる。
【００１１】
従来からの電子ビーム源はさらに、米国特許４，４６０，８３１号や米国特許５，８０８，３０９号において示されているような光放出装置を備える。この光電放出源では、光電効果によってソース表面から電子を脱離させるために、ソース表面を光子ビームで照射する。この光子放出源は、電子ビームのオン・オフをすばやく切り替える必要がある用途において用いられる。迅速に切替自在な光源は容易に入手でき、その電子ビーム強度は切替えられた光子強度と同期しながら直ちに追従する。しかしながら、光電効果では、電子源として使用される典型的な材料からなるソース表面を用いる光電放出源においては、特に短波長の放射の使用が必要となる。ソース表面上に入射する光子のエネルギーは、電位障壁または仕事関数φwより高くする必要がある。十分に短い波長の光源は高価であり、その駆動も複雑である。
【００１２】
米国特許５，０４１，７２４号から、追加的な強力抽出電界を印加し、光子の放出を補助する電界を得ることによって、またはソース表面を加熱することによって熱によって光子の放出を補助することによって、電位障壁の高さを低くすることにより、光電子放出を発生させるのに必要な光子エネルギーを減少させる、迅速に切替自在な光電放出源が知られている。
【００１３】
さらに、米国特許５，７６３，８８０号には、ソース表面に酸化層または窒化層を設けることにより、陰極体の電位障壁または仕事関数φwを減少させることが開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、作動温度が低い電子源では、波動力学的トンネル効果の寄与が増すために、ビーム強度の調整性能が欠けている。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、所望のビーム強度になるよう調整性能が改善されると共に、低いソース表面温度で作動する電子ビーム源を提供することである。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、エネルギー幅が小さく、かつ、ビーム電流の調整性能が改善された電子ビームを生成する電子光学装置、特に電子顕微鏡を提供することである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、対応する電子源を駆動する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、電子ビームを生成する電子ビーム源を提供し、電子を放出するためにソース表面に入射する光子ビームの強度は、発生する電子ビームの強度に応じて調節され、光子ビームの照射とは異なる過程によってソース表面を加熱することにより、ソース表面からの電子の放出を補助する。
【００１９】
実施態様の１つによれば、電子ビーム源は、電子を放出するためのソース表面を有する陰極体と、陰極体から離れた位置に配置され、抽出電界を生成するための陽極とを備えている。電子が電位障壁を乗り越えるのを補助するために、すなわち、ショットキー放出源に関して上述したように、ある量だけ少なくとも電位障壁を減少させるために、および、電界放出過程に関して上述したように、波動力学的トンネル効果が電子放出に少なくとも何らかの寄与をするように、ある量だけ少なくとも電位障壁の幅を減少させるために、抽出電界が設けられている。
【００２０】
電子ビーム源はさらに、光電効果に関して上述したように、電子の放出を補助するためにソース表面に向かう少なくとも１つの光子ビームを生成するための光子源を備えている。このように、少なくとも抽出電界と光子ビームとが共に、ソース表面からの電子の放出に寄与する。
【００２１】
光子ビームの強度を減少させ、かつ、光子エネルギーを減少又は光子ビームの光の波長を増加させることを考慮して、陰極体を加熱し、電子の熱電子励起もソース表面からの電子の放出に寄与させるためにヒータが設けられている。
【００２２】
ここで、電子ビーム源をショットキー放出型ビーム源の作動条件に近い条件で駆動することができ、この場合熱電子励起過程が電子放出過程に実質上寄与する。光子ビームがソース表面に向かわない場合においても、電子ビーム源は、暗電流とは実質的に異なる電子ビームも発生する。その場合、電子を放出させるために必要なエネルギーの大部分は、光子源に較べると単純な構造であるヒータによって提供される。その場合、光子源は主に、電子ビームの強度を調整するために使用され、特に、電子ビームの強度を一定レベルに保つために使用される。
【００２３】
陰極体での光子のエネルギー付与によって、ソース表面が室温より高い温度に加熱され、光子ビームによる陰極体の加熱によっても放出過程に対する熱的な寄与が発生する場合であっても、このような寄与は、ヒータの寄与に較べると小さいものである。光子ビームだけがソース表面に入射し、付加的なヒータ等のその他のタイプのエネルギーが陰極体に実際に供給されない場合に、ソース表面の温度が、室温からスタートして、１７００Ｋ、または、１２００Ｋ、より好都合には７００Ｋを越える温度に到達しないように電子源の通常動作モードでの光子ビームの最大強度を制限するのが好ましい。
【００２４】
光子ビームの陰極体の加熱に対する寄与は比較的低いものの、光子ビームは、放出される光子ビームの強度調整という重要な手段を提供する。なぜなら、電子ビームの強度は光子ビームの強度を変更することによって調整されるからである。このために、電子ビーム源はさらに、電子ビームのビーム電流を検出し、ビーム電流を表す計測信号を生成するための検出器を備えている。電子ビーム源はさらに、計測信号に反応するコントローラを備えており、このコントローラは、計測信号に基づいて光子ビームの強度を変更するために電子ビーム源の通常動作モードにおいて光子源を制御するよう構成されている。
【００２５】
この結果、調整すべき電子ビーム源の特性、すなわち、電子ビームの強度が、光子ビームを規定量と同一となるように調整するための計測量として使用され、最終的に電子ビーム強度が所望の強度に制御されることとなる。好ましい実施態様によれば、電子ビーム強度を一定レベルに保持するように、コントローラを構成してもよい。あるいは、所望のビーム積算電流、すなわち電子ビーム源によって放出される電荷の総量を考慮して、電子ビーム強度を制御するよう、コントローラを構成してもよい。そうすれば、電子ビーム強度に応じて光子ビームの強度を制御しなかった場合には生じるかもしれない電子ビーム源におけるずれや変化を補償することができる。このようなずれや変化は、ソース表面の温度の小さな変化やソース表面の不純物から生じる場合がある。このような変更は、ソース表面の温度が通常動作モードにおいて低い場合に特に大きな効果がある。
【００２６】
更なる実施態様によれば、ソース表面を作製する材料、抽出電界、陰極体の加熱、および光子ビームの強度は、光子ビームがソース表面に向かわない状態でのビーム電流が、光子ビームがソース表面に向かう電子ビーム源の通常動作モードにおけるビーム電流の約３０％より大きい、特に約６５％より大きい、より好ましくは約８０％より大きくなるように、電子ビーム源の通常動作モードにおいて互いに調整される。
【００２７】
更なる実施態様によれば、ヒータは、オーム抵抗によって陰極体を加熱するための熱を発生するような電気ヒータを備えている。
【００２８】
更なる実施態様によれば、検出器は、ビーム絞り上に入射する電子の強度を測定することによって、すなわち、ビーム絞りによって供給される電流を計測することによって、電子ビーム強度を検出する。ビーム絞りは、電子ビームが通過する開口部を有するビーム絞りを備えていてもよく、特に、抽出電界を生成するための陽極を備えていてもよい。
【００２９】
更なる実施態様によれば、陰極体のソース表面は、酸化バリウムを含む、または酸化バリウムからなる。この種類の材料は特に仕事関数φwが低いからである。好ましい実施態様によれば、タングステン等からなる陰極体に酸化バリウムを堆積させる。
【００３０】
本発明の更なる実施態様によれば、通常動作モードにおいて電子ビーム強度を調整するための機能とは別に、光子ビームを更なる用途のために使用する。アニーリング動作モードでは、光子ビームは、ソース表面およびソース表面を提供する陰極体の部分をアニールするためにソース表面に向かう。通常動作モードにおいて、電子ビーム源が配置される真空チャンバー内の残留ガスのイオンの堆積等、ソース表面の構成に変化が生じる場合がある。ソース表面をアニールして、アニーリング動作モードにおけるソース表面の温度が通常の動作モードのソース表面の温度を約１００Ｋより高い温度だけ、より好ましくは約２００Ｋより高い温度だけ、特に好ましくは約３００Ｋまたは約５００Ｋだけ高い温度だけ越えるように、光子ビームの強度を増加させることによって、このような変化を元に戻すことができる。
【００３１】
更なる実施態様によれば、電子顕微鏡や電子リソグラフィー装置等の電子光学装置において、電子源を使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施態様について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１に示す電子ビーム源１は、所定の運動エネルギーの電子ビーム３を生成するのに使用される。この電子ビーム源１は、Ｖ字形状の加熱ワイヤ７上におけるＶ字形状の先端上に搭載された熱作用加熱型の陰極体５を有する。加熱ワイヤ７には、電流源９によって加熱電流が供給される。陰極体５の先端部の最端部の形状は、電子ビーム５の放出方向を指し示す形状である。陰極体５の先端部の最端部は、その基体部分において約１μｍの直径を有し、かつ陰極体５のソース表面、すなわち、電子ビーム３を形成する電子が放出される表面部を提供する。
【００３４】
陰極体５はタングステンからなり、その表面、特にソース表面は、ソース表面の仕事関数がタングステンそのものの仕事関数よりも実質的に小さくなるように酸化バリウム層で被覆されている。ソース表面の準備方法に応じて、その仕事関数φwは、約１．５ｅＶから２．５ｅＶになる。ソース表面の酸化バリウムコートは、上記米国特許５，７６３，８８０号において酸化バリウム以外の材料に関して開示されているような方法に従って製造してもよい。
【００３５】
ただし、酸化バリウムは大気中で安定していないので、ソース表面の準備は真空条件下で行う。例えば、バリウムワイヤを複数回巻き回したものを、バリウム供給源として陰極体上に設け、タングステンの本体部を真空下で加熱してもよい。その後、真空雰囲気中に酸素を供給して、バリウム供給源を酸化し、陰極体の表面上に行き渡らせる。
【００３６】
ソース表面を電子ビーム源の真空ケーシング外で製造および準備し、陰極体を電子ビーム源へ搬送するために別の真空ケーシングを使用することもできる。ソース本体を適当な真空エアロック機構を介して電子ビーム源の真空ケーシング内に搬送してもよい。さらに、加熱ワイヤ７上にバリウム供給源を備えた陰極体を搭載し、陰極体に近い位置に配置された適当な供給源（図１には示さず）を介して酸素を供給しながら電子ビーム源の真空雰囲気中で陰極体を加熱することによって、電子ビーム源の真空ケーシング内でソース表面の準備を行うこともできる。通常動作モードでは、陰極体の領域における真空度は、約１０-8ｍｂａｒである。
【００３７】
陽極ビーム絞り１１は、高電圧源１３を用いてソース表面と陽極ビーム絞り１１との間に抽出電界を生成させるために、ソース表面から離れた所に配置されている。この陽極ビーム絞り１１は、電子ビームを通過させるための開口部１２を有している。陰極体５および加熱ワイヤ７は、抑制電極１５で囲まれており、この抑制電極１５には、ソース表面から放出される電子が陽極ビーム絞り１２に設けられた開口部１２を通して導かれ、かつ集束して、電子ビーム３を形成するように、ソース表面と陽極ビーム絞り１１との間の抽出電界を成形するのに適した電圧が電圧源（図１には示さず）によって供給されている。
【００３８】
陽極ビーム絞り１１の下流において、電子ビーム３は、開口部１８を有する更なる開口ビーム絞り１７を通過する。この開口ビーム絞り１１は金属からなり、ソース表面に面する放物線状の表面１９を有する。放物線状の表面１９は、ソース表面と放物線の底部との間の距離が、放物線の底部における放物線表面の曲率半径の２倍であるように、陰極体５の先端部に対して形成され配置される。
【００３９】
高電圧源２３が、電子が陽極１１を通過した後に加速されるように、陰極体５に対して開口ビーム絞り１７にバイアスを加えるために設けられている。
【００４０】
光子源２７は、放物線状ミラー１９上に向かう平行光子ビーム２９を生成する。この光子源２７は、発散ビームとして波長６５０ｎｍの光を放出する半導体レーザダイオード３１を備えている。この発散ビームは、平行ビーム２９を成形するためのコリメータ光学系３３によって平行光となる。ビーム２９は、電子ビーム源１の真空ケーシング３５に設けられた窓３７を通過する。光子ビーム２９は、放物線状ミラー１９によってソース表面上で集束し、この集束ビームは陽極１１の開口部１２を通過する。光子ビーム２９の光子によって、光電効果型の機構によりソース表面からの電子の放出が補助される。
【００４１】
光子ビーム２９の強度は、レーザダイオード３１に供給する電力を制御するコントローラ３９によって調節してもよい。
【００４２】
高電圧源２３と開口電極１７との間の接続線４３には、電流計４１が設けられている。この電流計４１によって、陰極体５と開口電極１７との間の電流を測定する。この電流は、ソース表面から放出されて開口電極１７に入射する単位時間当たりの電子の数、すなわち、開口電極１７の開口部１８を通過しない放出電子の数によって決定される。電流計４１によって提供される計測信号は、開口電極１７の開口部１８の下流における電子ビーム３の強度を表している。
【００４３】
電流計４１の計測信号は、コントローラ３９に供給される。コントローラ３９は、電流計４１の計測信号が電子ビーム源１の通常の動作モードにおいて略一定となるように光子源２７のレーザダイオード３１を制御する。この結果、電子ビーム源３の強度は一定レベルに安定する。
【００４４】
陰極体を加熱ワイヤ７を介して電流によってオーム加熱することにより、光子ビーム２９がオフに切り替わっている状態においても、ソース表面は約１０００Ｋの温度まで加熱される。この温度は、電子ビームを形成する電子がソース表面から既に放出される温度である。ただし、光子ビームがオフに切り替わっている状態で放出される電子ビームの強度は、電子ビーム２９がオンに切り替わっておりソース表面に向かっている通常の動作モードにおける電子ビーム源１のビーム電流の約８０％である。
【００４５】
高電圧源１３は、ソース表面での抽出電界が約１０6Ｖ／ｃｍとなるように陰極体５と陽極ビーム絞り１１との間に約５ｋＶの電圧を印加する。
【００４６】
光子ビーム２９がオフに切り替わると、陰極体の加熱と抽出電界とが協働して、ショットキー効果について先に述べたようにソース表面から電子を放出させる。これに伴う波動力学的トンネル効果によって、電子ビーム強度は、ソース表面の温度に強く依存し、電子ビーム源１の動作条件の非常に僅かな変化が電子ビーム電流の実質的な変化につながる可能性がある。しかしながら、このような電子ビーム電流の変化は、電流計４１によって検出され、コントローラ３９に伝達される。コントローラ３９は、動作条件の変化による電子ビーム強度の変化が補償されるように光子源２７を制御する。電子ビーム３のビーム強度は、光子ビーム２９によって安定する。同時に、ソース表面の約１０００Ｋという温度は、従来のショットキー放出型ビーム源に較べると低いので、電子ビーム３の電子の運動エネルギーの幅（ＦＷＨＭ）が小さくなる。図示した実施態様におけるエネルギー幅は、約０．３ｅＶである。
【００４７】
電子ビーム源１によって、エネルギー幅が小さく、経時的に恒常性の高い電子ビーム３が発生する。
【００４８】
光子源２７は、光子ビーム２９の強度を、通常の動作モードのビーム２９の強度よりも増加できるように構成されている。このようなアニーリング動作モードでは、光子ビームによってソース表面を約１３００Ｋから１５００Ｋの温度に加熱するように光子ビーム２９の強度を増加させてもよい。このようにすれば、ソース表面をアニールして約１ｍｓ以下程度の短い時間でその上の表面不純物を蒸発させることができる。アニーリング動作モードにおいては、ソース表面からの電子の抽出のためおよび電子ビームの成形のための電界はオフに切り替えておいてもよい。
【００４９】
以下に、更なる実施態様について記す。なお、図１を参照して説明した実施態様の構成要素の機能または構造に対応する構成要素には、同じ参照符号を付与するが、区別のために付加的な文字を補ってある。上述の記載は、参照を以ってその全文をここに引用する。
【００５０】
図２は、電子顕微鏡５１の概略図である。電子顕微鏡５１は、対物レンズ５３によって対物平面５４上で集束する電子ビーム３ａを生成するための電子ビーム源１ａを備える。電子ビーム３ａの電子によって、対物平面５５に配置された物体から放出される二次電子が発生する。この二次電子は、対物レンズ５３を通過して電子検出器５７に入射し、この電子検出器５７によって検出される。対物レンズ５３の内腔には偏向コイル５９が配置されており、これによって電子ビーム３ａが対物平面５４上で集束する位置を移動させる。対物平面５４の電子顕微鏡による像は、対物平面５５上の電子ビーム３ａの焦点の位置に応じて検出器５７を用いて検出された二次電子強度を記録することによって生成される。
【００５１】
電子ビーム源１ａは、図１を参照することによって上述した電子ビーム源と同様の構造を有している。抑制電極１５ａの内側に配置された陰極体５ａは、ヒータ（図２には示さず）によって加熱される。陽極ビーム絞り１７ａが陰極体５ａから離れた位置に配置されており、この陽極ビーム絞り１７ａは中央開口部１８ａを有し、そこを電子ビーム３ａが通過する。
【００５２】
図１の電子ビーム源とは違って、陽極ビーム絞り１７ａは放物線形状ではない。陽極ビーム絞り１７ａは、複数の平面ミラー表面６１を有しており、レーザビーム２９ａは各ミラー表面６１に向かう。ここで、レーザビーム２９ａは窓３７ａを通って電子顕微鏡５１の真空ケーシング３５ａ内に入る。
【００５３】
レーザビーム２９ａは、各レーザビーム２９ａがミラー表面５１によって反射された後、陰極体５ａの先端部上でその焦点が形成されるように集束する。これらの複数のレーザビーム２９ａは、レーザ源２７からの２、３、４本またはそれ以上のレーザビームを含んでおり、電子ビーム３ａの周囲において円周方向に分布している。このビーム２９ａは、ソース表面の６０％以上、より好ましくは８０％以上をレーザ光によって照射するようにソース表面に入射する。
【００５４】
さらに、電子ビーム源１ａは、レーザビーム３９ａの光源２７ａを制御するためのコントローラ３９ａを備えており、これによって図２には示されていない電流計によって検出される電子ビーム電流に応じてレーザビーム２９の強度を制御する。この制御動作は、電子ビーム電流が経時的に略一定となるように行われる。
【００５５】
通常の動作モードとは異なるレーザビーム２９ａがオフに切り替わった動作モードにおいて、電子ビーム源１ａは、通常の動作モードにおける電子ビーム３ａの強度の約８０％の強度の電子ビームを発生する。
【００５６】
図１に示した実施態様においては、陽極開口ビーム絞り１１は、更なる開口ビーム絞り１７の上流に配置されている。このような開口ビーム絞り１１は抽出電極と呼ばれることが多い。ただし、電子ビームを形成するのに十分な構造であれば、陽極開口ビーム絞り１１のみを設けることもできる。図１に示した実施態様の替わりに、陽極開口ビーム絞り１１に入射する電子流を計測し、光子ビーム強度の制御のためにこの計測信号をコントローラ３９に供給してもよい。
【００５７】
さらに、陰極体５ａと陽極１７ａとの間に更なる陽極開口電極または抽出電極を設けることもできる。なお、電子ビームと光子ビームとが開口を通過できるような十分な大きさの単一の開口部を設けることができる。ただし、電子ビーム３が通過する小さい中央開口部とビーム２９ａが通過する別の開口部を設けることもできる。
【００５８】
電子ビーム電流を計測するために、電子ビーム光路において更なる開口部を設けることもできる。さらに、検査対象物上に入射するビーム電流を計測することもできる。
【００５９】
図２に示した装置の別の実施態様において、この装置は電子リソグラフィー装置として使用される。この実施態様では、電子放出過程に対するヒータの寄与は減少し、光子ビーム２９ａおよび抽出電界が主に、ソース表面からの電子を放出させるための電子放出過程に寄与する。レーザビーム２９ａがオフに切り替わっている場合、非常に弱い電子ビームが発生している。この場合に、偏向コイル５９を用いて電子ビーム３ａを偏向させ、かつレーザビーム２９ａのオン・オフを切り替えることによって、対物平面５４に配置された対象物の電子を感知するレジストコート内にパターンを描くことができる。
【００６０】
電子ビームを単にオン・オフに切り替えて２値パターンだけを描くのではなく、レジスト内に「グレースケールイメージ」を描くことが望ましい場合が多い。その場合には、レジストの露光特性に応じて特定の位置に与えられた電子ビーム電荷の総量を制御することが必要である。所望のグレーレベルを得るためには、特定の場所に所定の電荷を正確に与える必要がある。コントローラは、検出した電流の積算値が所望のグレー値に対応する閾値を超えるまで積算する。その後、コントローラは、次の場所または画素上で電子ビームを集束させるために偏向装置５９を作動させる。このような過程を対物平面５４の各場所または画素に対して繰り返す。
【００６１】
上述の実施態様において、光子ビームは陽極開口側からソース表面に入射していた。しかしながら、任意の他の方向、特に放出される電子ビームの方向に略垂直な方向から、ソース表面上に光子ビームを向かわせることもできる。
【００６２】
上述の実施態様において、ソース表面は、タングステン先端部上に設けられた酸化バリウム層によって提供されていた。これらに代えて、例えば、イットリウム、スカンジウム、バナジウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、またはこれらを組み合わせたものの酸化物または窒化物を適当な陰極体上に堆積してなるソース表面を設けることもできる。
【００６３】
上述の実施態様において、光子ビームの強度は、光源に供給する電力を異ならせることによって調整していた。しかしながら、偏光子を有するポッケルスセル等のビームコントローラまたは光子ビームのビーム光路における低電圧変調器等のその他の適当な手段によって電子ビームの強度を変化させることができる。
【００６４】
したがって、本発明は、最も実用的で好ましい実施態様であると考えられるものによってここに記載されているが、本発明の趣旨の範囲内での変更は可能であり、故にここに記載された詳細に限定されるのではなく、全ての均等な方法および装置を包含するよう請求項に十分な範囲が与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施例による電子ビーム源を示した図である。
【図２】本発明の更なる実施例による電子ビーム源であって、本発明による電子光学装置に搭載されたものを示す図である。
【図１】
2004273419.tif 000003
【図２】
2004273419.tif 000004
【外国語明細書】
2004273419000001.pdf