(57)【要約】【課題】立ち上げ時に大きなエミッション電流が流れることのない電子銃を提供する。【解決手段】まず、カソードに供給する熱量を一定に制御する。この熱量は、この熱量を与え続けて平衡状態になったときに、カソードの温度がカソードがエミッションを始める温度よりも僅かに低い温度となるように、予め測定して決定されている。カソードの周辺の温度が平衡状態に達したとき、制御装置は、今までにフィラメントに流していた電流より多い電流をフィラメントに流し、カソードを加熱する。そして、エミッション電流が流れ始めた時点で、エミッション電流が一定になるように、フィラメントに流す電流を操作するフィードバック制御を開始する。これにより、カソード１に供給される熱量はやや増加し、エミッション電流は目標値から少しオーバシュートして目標値に収斂するが、そのオーバシュート量は、従来の制御方式による場合に比して大幅に小さくなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の手順により立ち上げを行う制御装置を有することを特徴とする電子銃。
（１）カソードの温度がカソードエミッションを始める温度より僅かに低い温度となるような所定の熱量をカソードに供給する制御を行ってカソード加熱を始め、カソード周囲の温度が平衡状態になるまで、この制御状態を保持する。
（２）カソード周囲の温度が平衡に達したら、（１）における所定の熱量より多い熱量をカソードに供給する制御を行ってカソードを加熱する。
（３）カソードが僅かにエミッションを始めた瞬間に、カソードエミッション電流を一定に制御する方法に制御方法を切り替える。
【請求項２】
電子線源として、請求項１に記載の電子銃を使用していることを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃及び電子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子線露光装置のスループットを上げるために、ＥＢステッパーのような大面積一括転写露光型の電子線露光装置の開発が進んでいる。大面積一括転写露光型の電子線露光装置の電子銃としては、一般に高加速電圧の電子銃が用いられ、また広い領域を一様に照明する必要から、エミッション電流が温度に強く依存する状態(温度制限領域)で電子銃を運転するのが一般的である。温度制限領域電子銃においては、エミッション電流を所望の値に制御するために、カソードの温度を高精度に制御する必要がある。
【０００３】
従来、このような電子銃を立ち上げる際には、エミッション電流を所定の目標値にするように、カソードに供給する熱量を操作していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような制御を行った場合の、カソードに供給する熱量（フィラメントに流す電流）、カソードの温度、エミッション電流値の関係を図４に示す。例えば、カソードの材質としてタンタルの１１１結晶面を用いた場合には、カソード温度が約2000℃の所定温度に達するまではエミッションが発生せず、エミッション電流は０である。このため、カソードには最大限の熱量が供給され、カソード温度は急激に上昇する。
【０００５】
カソードの温度が所定の温度に達するとエミッション電流が流れ始め、それに合わせてカソードに供給される熱量も低下するが、既に大きな熱量が供給されているため、カソードの温度が上昇し続け、図に示すように、エミッション電流が目標値となる温度大きくを超えてオーバシュートする。そのため、エミッション電流値も目標値を超えて大きくオーバシュートする。
【０００６】
これにより、電子鏡筒内の部品の溶解、破損、大量の電子が散乱されるために起こるチャージアップ、放電、部品の絶縁破壊などが発生する危険がある。また、電流値が高圧電源の能力を超えてしまうために電源の破損が起こる危険もある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、立ち上げ時に大きなエミッション電流が流れることのない電子銃、およびこの電子銃を使用した電子線装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第の手段は、以下の手順により立ち上げを行う制御装置を有することを特徴とする電子銃である。
（１）カソードの温度がカソードエミッションを始める温度より僅かに低い温度となるような所定の熱量をカソードに供給する制御を行ってカソード加熱を始め、カソード周囲の温度が平衡状態になるまで、この制御状態を保持する。
（２）カソード周囲の温度が平衡に達したら、（１）における所定の熱量より多い熱量をカソードに供給する制御を行ってカソードを加熱する。
（３）カソードが僅かにエミッションを始めた瞬間に、カソードエミッション電流を一定に制御する方法に制御方法を切り替える。
【０００９】
前記課題を解決するための第２の手段は、電子線源として、前記第１の手段である電子銃を使用していることを特徴とする電子線装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、立ち上げ時に大きなエミッション電流が流れることのない電子銃、およびこの電子銃を使用した電子線装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である電子銃の概要を示す図である。タンタルの１１１結晶面を電子放出面とするカソード１とフィラメント２との間には、ボンバードメント用電源装置３により３ｋＶの電圧が印加されており、フィラメント２から放出される熱電子が、ボンバードメント用電源装置３の電圧により加速されてカソード１に衝突し、そのエネルギーによりカソード１を加熱する。カソード１の温度が約2000℃になると、カソード１の電子放出面から電子が放出され、アノード４とカソード１間に設けられた加速電源５による加速電圧（100ｋＶ）により加速されて放出される。なお、アノード４は接地されているので、カソード１の電位は−100ｋＶ、フィラメント２の電位は−103ｋＶである。
【００１２】
フィラメント１に流す電流は、電源装置６から供給され、フィラメント電流計７により測定されている。又、カソード１から放出される電子の電流（エミッション電流）は、エミッション電流計８で測定される。又、カソード１の周囲の温度は、温度計１０により測定される。
【００１３】
制御装置９は、フィラメント電流計７、エミッション電流計８、及び温度計１０の信号を受けて、図２に示すようなフィラメント電流の制御を行う。カソード１を加熱する熱量は、フィラメント電流とボンバードメント電圧によって決定されるが、ボンバードメント電圧は一定であるので、フィラメント電流を操作することは、カソード１を加熱する熱量を操作することと同じである。
【００１４】
電子銃の立ち上げ時においては、図２に示すように、まず、カソードに供給する熱量、すなわちフィラメント電流を一定に制御する。この熱量は、この熱量を与え続けて平衡状態になったときに、カソード１の温度がカソード１がエミッションを始める温度よりも僅かに低い温度となるように、予め測定して決定されている。カソードに供給する熱量をこの熱量に保ったまま、温度計１０によりカソード１周辺の温度を監視し、この温度が平衡状態になるまで待機する。
【００１５】
カソード１の周辺の温度が平衡状態に達したとき、その温度はカソード１の温度にほぼ等しくなっている。なお、カソード１の加熱を開始してから、カソード１周辺の温度が平衡に達するまでの時間がほぼ一定であり、予め分かっているときは、温度計１０による監視は不要であり、単にその時間が経過した時点を、カソード１周辺の温度が平衡に達したときとすればよい。
【００１６】
カソード１周辺の温度が平衡に達したとき、制御装置９は、今までにフィラメント２に流していた電流より多い電流をフィラメント２に流し、カソード１を加熱する。そして、エミッション電流計８の電流を監視し、エミッション電流が流れ始めた時点で、エミッション電流が一定になるように、フィラメント２に流す電流を操作するフィードバック制御を開始する。これにより、カソード１に供給される熱量はやや増加し、エミッション電流は目標値から少しオーバシュートして目標値に収斂するが、そのオーバシュート量は、図４に示した従来の制御方式による場合に比して大幅に小さくなる。
【００１７】
そのため、従来の技術で問題となった、電子鏡筒内の部品の溶解、破損、大量の電子が散乱されるために起こるチャージアップ、放電、部品の絶縁破壊、電源の破壊等の恐れが少なくなる。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の概要を示す図である。図３において、１１は電子銃、１２Ａ〜１２Ｃは照明用レンズ、１３はビーム成形アパーチャ、１４は開口絞り、１５はレチクル、１６Ａ、１６Ｂは投影用レンズ、１７は散乱アパーチャ、１８はウエハである。電子線源である電子銃１１から放出された荷電粒子線は、照明用レンズ１２Ａによりビーム成形アパーチャ１３の開口面を均一に照明し、レンズ１２Ｂ，１２Ｃによりビーム成形アパーチャ１３の開口面の像をレチクル１５上に形成する。この像の領域が照明領域となる。レチクル１５上に形成されたパターンの像は、投影用レンズ１６Ａ、１６Ｂによりウエハ１８上に結像し、ウエハ１８上のレジストを感光させる。照明荷電粒子線の開口角を制限するために開口絞り１４が設けられ、レチクル１５で散乱された散乱線をカットするために散乱アパーチャ１７が設けられている。
【００１９】
又、倍率、回転、焦点位置を微少量、迅速に調整するためにフォーカスコイル（ダイナミックフォーカスコイル）１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃが設けられており、非点ボケ、直交度、非等方倍率の調整のために２つのスティグメータ２０Ａ、２０Ｂが設けられている。パターン像の位置を調整するために、偏向器２１Ａ〜２１Ｄが設けられている。
【００２０】
この実施の形態の電子線露光装置においては、電子銃として、図１に示したような電子銃を使用し、その立ち上げには、図２に示したような方法を使用している。よって、従来の技術で問題となった、電子鏡筒内の部品の溶解、破損、大量の電子が散乱されるために起こるチャージアップ、放電、部品の絶縁破壊、電源の破壊等の恐れが少なくなる。
【００２１】
なお、以上の説明は、電子線露光装置を例として行ったが、本発明は、電子線検査装置等、他の電子線装置にも適宜使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の１例である電子銃の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例である電子銃において実施されるフィラメント電流制御の概要図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の概要を示す図である。
【図４】従来の電子銃におけるフィラメント電流制御の概要図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…カソード、２…フィラメント、３…ボンバードメント用電源装置、４…アノード、５…加速電源、６…電源装置、７…フィラメント電流計、８…エミッション電流計、９…制御装置、１０…温度計、１１…電子銃、１２Ａ〜１２Ｃ…照明用レンズ、１３…ビーム成形アパーチャ、１４…開口絞り、１５…レチクル、１６Ａ、１６Ｂ…投影用レンズ、１７…散乱アパーチャ、１８…ウエハ、１９Ａ〜１９Ｃ…フォーカスコイル、２０Ａ，２０Ｂ…スティグメータ、２１Ａ〜２１Ｄ…偏向器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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