(57)【要約】【課題】装置の動作時においてダウンタイムを短縮できる電子銃、電子ビーム描画装置および電子銃の脱ガス処理方法を提供する。【解決手段】電子銃２０は、電子を放出する電子源４と、電子源４との間で加速電圧が印加されるアノード６と、電子源４とアノード６との間に配置され、電子源４から放出された電子を収束させるウェネルト５と、ウェネルト５に向けて熱電子を放出する電子放出部１２とを有する。電子放出部１２から放出される熱電子をウェネルト５に衝突させて、ウェネルト５の温度を上昇させる方法に従い、効率の良い電子銃２０の脱ガス処理を実現する。電子ビーム描画装置８０は電子銃２０を用いて構成し、脱ガス処理に伴う装置のダウンタイムを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子源と、前記電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、前記電子源と前記アノードとの間に配置され、前記電子源から放出された電子を収束するウェネルトとを有する電子銃であって、
前記ウェネルトに向けて熱電子を放出する電子放出部を設けたことを特徴とする電子銃。
【請求項２】
前記電子源を複数有し、前記複数の電子源が、回転自在に配設された回転体上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
電子を放出する電子源と、前記電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、前記電子源と前記アノードとの間に配置され、前記電子源から放出された電子を収束させるウェネルトとを有する電子銃を備えた電子ビーム描画装置であって、
前記電子銃は、前記ウェネルトに向けて熱電子を放出する電子放出部を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項４】
電子を放出する電子源と、前記電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、前記電子源と前記アノードとの間に配置され、前記電子源から放出された電子を収束させるウェネルトとを有する電子銃の吸着物質を除去する電子銃の脱ガス処理方法であって、
前記ウェネルトに向けて熱電子を放出し、前記ウェネルトを加熱することを特徴とする電子銃の脱ガス処理方法。
【請求項５】
電子を放出する電子源を複数備えて回転自在に配設された回転体を有する電子銃の吸着物質を除去する電子銃の脱ガス処理方法であって、
前記回転体を回転させるとともに、前記回転体に向けて熱電子を放出し、前記回転体を加熱することを特徴とする電子銃の脱ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃、電子ビーム描画装置および電子銃の脱ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭く微細なものとなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビームを使用し、微細パターンの描画が可能な電子ビーム描画装置を用いることができる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。
【０００３】
電子ビームを用いる電子ビームリソグラフィ技術は、電子ビームが荷電粒子ビームであるために、本質的に優れた解像度を有している。このため、上述のように、ウェハにＬＳＩパターンを転写する際の原版となるマスクまたはレチクルの製造現場において、電子ビームリソグラフィ技術は、広く使わるようになっている。さらに、電子ビームリソグラフィ技術を用いて、ウェハ上にパターンを直接描画する電子ビーム描画装置がＤＲＡＭを代表とする最先端デバイスの開発に適用されている他、一部ＡＳＩＣの生産にも用いられている。
【０００４】
電子ビームリソグラフィ技術を用いる電子ビーム描画装置では、電子ビームを発する電子銃を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図７は、従来の電子銃の概略構成を示す図である。
【０００６】
図７に示すように、従来の電子銃５００は、電子ビームを放出するカソード５０１と、アース電極を備えるアノード５０６とを有する。カソード５０１は、電子を放出する電子源５０４とウェネルト５０５とを有する。電子銃５００は、真空チャンバ５０７を有し、カソード５０１など、電子銃５００の各構成部材を収容する。そして、それらの周囲を高真空の状態に保てるようにする。
【０００７】
カソード５０１は、電子源５０４とウェネルト５０５とを有する。電子源５０４は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）などからなる。電子源５０４は、カソード加熱ヒータ５０９、５１０に挟持され、カソード加熱ヒータ５０９、５１０は、カソード加熱ヒータ電源５０３に接続されている。したがって、電子源５０４は、カソード加熱ヒータ５０９およびカソード加熱ヒータ５１０により加熱され、高温の状態になるよう構成されている。ウェネルト５０５は、電子源５０４から放出される電子ビームが通過する開口部分を有する。この開口部分は、電子ビームを収束させるのに好適な径が選択される。そして、ウェネルト５０５は、電子源５０４から所望のビーム電流が得られるようバイアス電源５０２により制御され、電子源５０４から放出される電子を収束させるよう機能する。
【０００８】
電子ビーム描画装置の描画動作時において、真空チャンバ５０７内のカソード５０１などの周囲は高真空の状態となる。この状態で、ヒータ５０９、５１０を介して、電子源５０４とアノード５０６の間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）を、加速電源５１１を用いて印加する。そして、カソード加熱ヒータ電源５０３を用いてカソード加熱電流５０８を供給することにより、カソード加熱ヒータ５０９、５１０を通電加熱する。その結果、電子源５０４は加熱され、電子源５０４から熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速されて、カソード５０１から電子ビームが放出される。電子ビームは、電子ビーム描画装置の電子光学鏡筒内に設けられた各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等の光学系により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、所定のタイミングで電子ビーム描画装置の下部に配置された試料室内の試料に照射され、これにより試料にパターンが描画される。
【０００９】
以上のように、電子ビーム描画装置において、電子ビームは、真空チャンバ５０７内の電子銃５００のカソード５０１から放出される。このとき、安定した電子ビーム放出が実現されるよう、カソード５０１やアノード５０６等の周囲は、安定した高真空の状態に維持される必要がある。
【００１０】
しかしながら、金属材料は、大気中に置かれると水や他の気体の分子など多様な吸着物質が吸着することが知られている。そして、図７に示すように、電子銃５００の電子源５０４やカソード加熱ヒータ５０９、５１０やウェネルト５０５においても、金属材料を使用した部分に水や他の気体等の吸着物質５１２が吸着している場合がある。このような吸着物質５１２は、真空チャンバ５０７内で脱離することがあり、真空チャンバ５０７内に放出される可能性がある。真空チャンバ５０７内での吸着物質５１２の脱離は、カソード５０１の電子源５０４およびウェネルト５０５やアノード５０６の周囲の真空度に影響する。すなわち、チャンバ５０７内の高真空状態の形成の妨げとなり、また、描画動作時において電子銃５００から放出される電子ビームを不安定にすることがある。
【００１１】
従来、電子銃５００の吸着物質５１２の脱離による影響を排除するため、電子ビーム描画装置の描画動作前に、いわゆる電子銃の「脱ガス処理」が行われてきた。電子銃の脱ガス処理は、電子ビーム描画装置の描画動作前に電子銃５００の吸着物質５１２を除去することを目的とする。従来の脱ガス処理では、電子源５０４を挟持するカソード加熱ヒータ５０９、５１０を高真空の条件下で通電加熱する。この加熱によってカソード加熱ヒータ５０９、５１０、電子源５０４およびウェネルト５０５を加熱して、それらに吸着した吸着物質５１２の脱離を強制的に行う。そして、真空チャンバ５０７内の所望の高真空状態を実現することを確認して処理を終了し、電子ビーム描画装置の描画動作を開始するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−７８１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来、電子ビーム描画装置では、上述のように、使用開始前に上述の電子銃５００の脱ガス処理を行ってきたが、処理の時間に長時間を要し、電子ビーム描画装置の稼働率を低下させるという問題を有していた。
【００１４】
上述の電子銃５００の脱ガス処理は、高真空の条件下で、カソード加熱ヒータ５０９、５１０を通電加熱する。そして、この加熱によってカソード加熱ヒータ５０９、５１０、電子源５０４およびウェネルト５０５を加熱して、それらに吸着した吸着物質５１２を放出させてきた。このとき、カソード加熱ヒータ５０９、５１０および電子源５０４では、カソード加熱ヒータ５０９、５１０の加熱により短時間で温度が上昇され、それらに吸着した吸着物質５１２をすばやく脱離させることができた。
【００１５】
しかしながら、ウェネルト５０５は、カソード加熱ヒータ５０９、５１０と離れて配置され、カソード加熱ヒータ５０９、５１０からの放射と熱伝導により加熱がなされている。加えて、ウェネルト５０５は体積が大きい場合もあり、すばやく昇温させることは困難であった。そのため、ウェネルト５０５では、吸着物質５１２を脱離させる温度に到達するまでに長時間を要し、脱ガス処理に必要な時間を長くしてしまう要因となっていた。
【００１６】
こうしたことから、電子ビーム描画装置の電子銃では、脱ガス処理にかかる時間を短縮することが求められている。
【００１７】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、電子銃の脱ガス処理にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃およびこの電子銃を用いた電子ビーム描画装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、装置のダウンタイムを短くすることができる、効率の良い電子銃の脱ガス処理を可能とする電子銃の脱ガス処理方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様は、電子を放出する電子源と、その電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、電子源とアノードとの間に配置され、電子源から放出された電子を収束するウェネルトとを有する電子銃であって、
ウェネルトに向けて熱電子を放出する電子放出部を設けたことを特徴とする電子銃に関する。
【００２０】
本発明の第１の態様において、電子源を複数有し、その複数の電子源が、回転自在に配設された回転体上に配置されることが好ましい。
【００２１】
本発明の第２の態様は、電子を放出する電子源と、その電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、電子源とアノードとの間に配置され、電子源から放出された電子を収束させるウェネルトとを有する電子銃を備えた電子ビーム描画装置であって、
電子銃は、ウェネルトに向けて熱電子を放出する電子放出部を有することを特徴とする電子ビーム描画装置に関する。
【００２２】
本発明の第３の態様は、電子を放出する電子源と、その電子源との間で加速電圧が印加されるアノードと、電子源とアノードとの間に配置され、電子源から放出された電子を収束させるウェネルトとを有する電子銃の吸着物質を除去する電子銃の脱ガス処理方法であって、
ウェネルトに向けて熱電子を放出し、ウェネルトを加熱することを特徴とする電子銃の脱ガス処理方法に関する。
【００２３】
本発明の第４の態様は、電子を放出する電子源を複数備えて回転自在に配設された回転体を有する電子銃の吸着物質を除去する電子銃の脱ガス処理方法であって、
回転体を回転させるとともに、その回転体に向けて熱電子を放出し、回転体を加熱することを特徴とする電子銃の脱ガス処理方法に関する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の態様によれば、電子銃の脱ガス処理にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃が提供される。
【００２５】
本発明の第２の態様によれば、脱ガス処理にかかる時間が短縮された電子銃を用い、装置のダウンタイムを短くすることができる電子ビーム描画装置が提供される。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、電子銃の脱ガス処理にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃の脱ガス処理方法が提供される。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、電子銃の脱ガス処理の効率を向上し、処理作業にかかる時間を短縮し、装置のダウンタイムを短くすることができる電子銃が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の電子銃の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の電子銃の電子ビーム放出時の状態を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の電子銃の正面を一部断面して示す模式的な構造図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の電子銃の主要部の模式的な斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の電子ビーム描画装置の構成図である。
【図６】本発明における電子ビーム描画方法の説明図である。
【図７】従来の電子銃を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の電子銃の構造を示す模式的な断面図である。
図１に示す、第１の実施形態の電子銃２０は、電子ビームを放出するカソード１と、アース電極を備えるアノード６と、電子放出部１２と、それらを収容する真空チャンバ７とを有する。真空チャンバ７は、カソード１、アノード６、および電子放出部１２を収容し、それらの周囲を高真空の状態に保てるようにする。
【００３１】
カソード１は、電子を放出する電子源４とウェネルト５とを有する。電子源４は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）などからなる。電子源４は、カソード加熱ヒータ９、１０に挟持される。カソード加熱ヒータ９、１０は、カソード加熱電流の供給により通電加熱され、高温の状態となることが可能になっている。ウェネルト５は、電子源４から放出される電子ビームが通過する開口部分を有する。この開口部分は、電子ビームを収束させるのに好適な径が選択される。そして、ウェネルト５は、電子源４から所望のビーム電流が得られるようバイアス電源により制御され、電子源４から放出される電子を収束させるよう機能する。
【００３２】
電子ビーム描画装置の描画動作時において、真空チャンバ７内の電子銃２０の構成各部の周囲は高真空となる。この状態で、カソード加熱ヒータ９、１０を介して、電子源４とアノード６の間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）を印加する。併せて、カソード加熱電流を供給することにより、カソード加熱ヒータ９、１０を通電加熱する。その結果、電子源４は加熱され、電子源４から熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速され、カソード１から電子ビームが放出される。電子ビームは、後述するように、電子ビーム描画装置の電子光学鏡筒内に設けられた各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等の光学系により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、所定のタイミングで電子ビーム描画装置の下部に配置された試料室内の試料に照射され、これにより試料にパターンが描画される。
【００３３】
本実施の形態の電子銃２０は、図１に示すように、脱ガス処理のための新たな機構として、電子放出部１２を有する。電子放出部１２は、脱ガス処理時に、電子銃２０の構成部材から吸着物質を効率良く脱離させ、脱ガス処理を効率的に実施するように機能する。以下、電子銃２０の電子放出部１２について説明する。
【００３４】
電子放出部１２は、通電加熱によって加熱されたときに熱電子を放出する材料によって構成される。例えば、タングステン、六硼化ランタン（ＬａＢ６）などの熱電子放出材料が好ましく、他に通電加熱で電子放出可能な材料であれば、これらに限る必要はない。そして、電子放出部１２は、電子銃２０の真空チャンバ７内の所望の位置に配置される。図１に示す本実施形態の電子銃２０では、タングステン製の線材を用い、リング状となるように構成された電子放出部１２を有する。この電子放出部１２は、ウェネルト５と対向するように、真空チャンバ７の底面のアノード６の周囲に配置されている。
【００３５】
そして、電子放出部１２は、ケーブル１３を介して、電子放出部加熱電源１４に接続することができる。そして、スイッチ１５を介して、グラウンドに接続可能である。よって、図１に示すように、スイッチ１５を開状態にし、電子放出部加熱電源１４によって電圧を印加することにより、電子放出部１２では電子の放出が可能である。
【００３６】
ウェネルト５はウェネルト電圧制御電源１６に接続可能であり、正の電圧の印加が可能となっている。電子源４は、カソード加熱ヒータ９、１０を介してカソード電圧制御電源１１に接続することができる。
電子放出部１２は、高真空の条件下、熱電子を放出するとともに、放出した電子をウェネルト５に衝突させ、ウェネルト５の温度を効率良く昇温させる。そうして、ウェネルト５からの吸着物質の脱離を促進し、電子銃２０の脱ガス処理の効率を向上させる。
【００３７】
電子銃２０において電子放出部１２を用いて行う脱ガス処理については、以下のようにして行われる。
はじめに、電子銃２０のカソード１等が収納された真空チャンバ７内を高真空の状態にする。例えば、真空チャンバ７内を圧力が１０−５Ｐａ（パスカル）オーダーとなるように真空引きを行う。次いで、電子放出部加熱電源１４を用いて電子銃放出部１２を通電加熱する。電子放出部１２は、熱電子が放出される温度に到達するまで加熱される。
【００３８】
次に、ウェネルト５に、ウェネルト電圧制御電源１６を用いて正の電圧（Ｖｗ）を印加する。こうして、電子放出部１２から放出された熱電子がウェネルト５に衝突するようにする。熱電子の衝突を受けて、ウェネルト５の温度は上昇する。このとき、電子源４とウェネルト５との間で放電が生じないように、電子源４にはカソード加熱ヒータ９、１０を介して、カソード電圧制御電源１１による正の電圧（Ｖｃ）を印加する。ただし、電子放出部１２から放出された熱電子が、電子源４に衝突して損傷を与えることがないようにする必要があるため、電子源４に印加する電圧（Ｖｃ）は、ウェネルト５に印加する電圧（Ｖｗ）より低くなるよう設定する。例えば、ＶｗとＶｃとの関係が、Ｖｗ−Ｖｃ≦５００Ｖ（ボルト）となるように制御する。その場合、一例として、Ｖｗを＋８００Ｖとし、Ｖｃを＋３００Ｖに制御することなどが可能である。
【００３９】
図１に示す電子銃２０においては、例えば、電子放出部１２を線径０．５ｍｍのタングステン線から構成して直径７ｍｍのリング状とし、２０Ａ（アンペア）の加熱電流を流すことにより、数分程度で、ウェネルト５の温度を１００℃程度まで昇温させることができる。
以上のように、本実施の形態の電子銃２０では、ウェネルト５の脱ガス処理を効率的に行うことが可能となる。
【００４０】
そして、本実施の形態の電子放出部１２を用いた電子銃２０の脱ガス処理方法は、カソード加熱ヒータ９、１０を用いた加熱により、電子源４やカソード加熱ヒータ９、１０上の吸着物質の脱離を促す脱ガス処理方法と組み合わせることができる。適宜それら方法を組み合わせることにより、本実施の形態の電子銃２０では、電子銃２０の脱ガス処理を迅速かつ効率的に行うことが可能となる。
【００４１】
また、本実施の形態の電子銃２０においては、電子放出部１２を用いた素早く効率の良い電子銃２０の脱ガス処理が可能である。そのため、電子銃２０では、電子ビーム描画装置の描画使用の開始前のほか、その後の使用途中において脱ガス処理を行うことを可能とする。描画使用の途中段階での脱ガス処理を可能とすることにより、描画動作中に電子銃の構成部材から吸着物質の脱離があっても、高真空状態を素早く回復でき、電子銃を安定した条件の下で使用することができる。
【００４２】
尚、電子放出部１２の形状と設置場所は、図１に示した例に限られることは無い。電子放出部１２は、電子を効率的にウェネルト５に衝突させることができ、一方、電子源４の損傷を回避できる位置に配置される。例えば、電子放出部１２は、ウェネルト５の下方側のより近傍や、側部の周囲や、上部側などに配置することが可能である。電子放出部１２の設置位置に従い、ウェネルト５の昇温時間が変化するため、より素早くウェネルトを昇温させることのできる位置を選択して電子放出部を配設することが好ましい。また、電子放出部１２は、真空チャンバ７の天井部および底面部や、ウェネルト５の側面部および底面部など、複数を配置し、脱ガス処理の効率をより向上させることも望ましい。
【００４３】
次に、本発明の第１の実施形態の電子銃２０において、電子放出部１２が使用されていない状態について説明する。電子銃２０では、脱ガス処理の後、電子放出部１２が未使用の状態にされる。その間に、電子銃２０からは電子ビームが放出され、電子ビーム描画装置での描画動作が行われる。
【００４４】
図２は、本発明の第１の実施形態の電子銃の電子ビーム放出時の状態を示す模式的な断面図である。
【００４５】
図２は、電子ビーム描画装置の描画動作のため、電子銃２０から電子ビーム１８を放出する状態を示している。電子放出部１２は使用されない。このとき、電子放出部１２に接続する電子放出部加熱電源１４の出力を０Ｖに設定することができる。そして、スイッチ１５を閉状態とし、電子放出部１２をグラウンドに接続することができる。
【００４６】
図２に示すように、電子ビーム描画装置の描画動作時において、真空チャンバ７内の電子銃２０のカソード１等の各部の周囲は高真空とされる。この状態で、ヒータ９、１０を介して、電子源４とアノード６の間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）を、加速電源１９を用いて印加することができる。併せて、カソード加熱ヒータ電源３を用いてカソード加熱電流８を供給することにより、カソード加熱ヒータ９、１０を通電加熱することができる。その結果、電子源４は加熱され、電子源４から熱電子が放出される。この熱電子が加速電圧により加速されて、カソード１から電子ビーム１８が射出される。ウェネルト５は、電子源４から所望のビーム電流が得られるようバイアス電源２により制御され、電子源４から放出される電子を収束させるよう機能する。電子ビーム１８は、電子ビーム描画装置の図示されない電子光学鏡筒内に設けられた各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等の光学系により所要の形状に成形される。成形された電子ビームは、所定のタイミングで電子ビーム描画装置の下部に配置された、図示されない試料室内の試料に照射され、これにより試料にパターンが描画される。
【００４７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の電子銃の正面を一部断面して示す模式的な構造図である。
図４は、本発明の第２の実施形態の電子銃の主要部の模式的な斜視図である。
【００４８】
図３および図４に示す電子銃１００は、タレット型の電子銃である。電子銃１００は、複数のカソード１１３と、複数のカソード１１３を保持する円筒形状の回転体であるバレル１１２と、アース電極をもつアノード１１９と、電子放出部１１０とを有する。カソード１１３はそれぞれ、電子を放出する電子源を有する。電子源から出射される電子を収束するためのウェネルトの機能については、バレル１１２の所定の部分が各カソード１１３に対して果たすようにされている。したがって、カソード１１３は、上述した図１の電子銃２０のカソード１と同様の構成を有する。
【００４９】
一般に、電子銃においては、カソードの電子源に異常や寿命の問題が発生することがある。電子銃にカソードが１個のみ搭載された、所謂シングル型の電子銃では、カソードに異常や寿命の問題が発生すると、電子銃から電子ビームが放出できなくなる。その結果、電子ビーム描画装置の稼働を停止する必要が生じる。
【００５０】
そこで、複数のカソードを１個のバレルに搭載して構成されたタレット型の電子銃が用いられている。
タレット型の電子銃では、複数のカソードが、回転可能なバレル上に間隔をあけて設けられている。電子源での異常発生や寿命等の問題によって、現在使用しているカソードを交換する場合には、バレルを回転させることで、未使用のカソードをアノードに対向配置させることができる。
【００５１】
タレット型の電子銃によれば、個々のカソードの異常発生頻度や寿命が従来のものと同等であっても、バレルに設けられた複数のカソードを交換しながら使用することが可能である。したがって、長期間にわたって電子銃およびこれを搭載した電子ビーム描画装置を稼動することができる。また、１個のカソードを搭載するシングル型の電子銃に比べて、異常、寿命などに起因する装置の操業効率の低下を改善することができるので、装置の操業効率を向上させることもできる。
【００５２】
図３に示す、本実施の形態のタレット型の電子銃１００では、真空チャンバ１１１内に円筒形状の回転体であるバレル１１２が回転自在に収容され、かつ動力部１１４に接続された回転軸１１５と、支持部１１６によって支持される。バレル１１２は、ステンレス（ＳＵＳ）、Ｔｉ（チタン）、またはＭｏ（モリブデン）などの材料を用いて構成される。
【００５３】
バレル１１２の外周面には、開口部１１８が、円周上にほぼ等間隔に複数個設けられている。例えば、図３に示すように、開口部１１８を４個設けることができる。開口部１１８の内部には、電子ビームを放出するカソード１１３が設けられている。バレル１１２を支持する支持部１１６には、カソード１１３に高電圧を印加するための高圧端子（図示されない）が設けられている。
【００５４】
タレット型の電子銃１００では、放電異常や寿命の問題などにより、カソード１１３の交換が必要となったときには、動力部１１４および回転軸１１５を介してバレル１１２を回転させる。カソード１１３の下部には、カソード１１３と対向するようにアノード１１９が配置されている。したがって、バレル１１２を回転させることにより、未使用のカソード１１３を下部のアノード１１９に対向配置させることができ、使用済みのカソード１１３と交換することができる。アノード１１９には、その中心部にカソード１１３から放出された電子ビームが通過する開口部分が形成されている。開口部分は、電子ビームを収束させるのに好適な径が選択される。
【００５５】
このように、バレル１１２を回転させるだけの簡単な操作により、バレル１１２に設けた未使用のカソード１１３と次々に交換することができる。そのため、個々のカソード１１３の異常発生頻度や寿命が従来と同等であっても、バレル１１２に設けられた複数のカソード１１３を全て使用し終わるまで、長期間にわたって電子銃および電子銃を搭載した装置を稼動できる。その結果、電子銃１００を用いた電子ビーム描画装置の操業効率を向上させることができる。また、カソード１１３を交換する際、真空度を高めた真空チャンバ１１１を分解する必要がないので、真空チャンバ１１１内が外気汚染を受ける機会を低減することができる。
【００５６】
本実施形態のタレット型の電子銃１００では以上の構成を備えるが、効率良い脱ガス処理のために、真空チャンバ１１１内のバレル１１２の上部と下部に、それぞれ電子放出部１１０が設けられている。この電子放出部１１０は、上述の第１の実施形態の電子銃２０の電子放出部１２と同様の構成を有し、通電加熱によって電子をバレル１１２に向けて放出することができる。
【００５７】
電子銃１００において電子放出部１１０ガス処理を行う場合、はじめに、電子銃１００のバレル１１２が収納された真空チャンバ１１１内を高真空の状態にする。例えば、真空チャンバ１１１内を圧力が１０−５Ｐａ（パスカル）オーダーとなるように真空引きを行う。次いで、電子銃放出部１１０を用いて通電加熱し、熱電子が放出される温度に到達するまで加熱する。
【００５８】
次に、ウェネルトの機能を果たすバレル１１２の部分（図示されない）に、正の電圧（Ｖｗ２）を印加する。そして、電子放出部１１０から放出された熱電子が、バレル１１２に向かい、バレル１１２に衝突するようにする。その結果、熱電子の衝突を受けて、バレル１１２の温度が上昇する。このとき、電子源（図示されない）とバレル１１２との間で放電が生じないように、電子源にも正の電圧（Ｖｃ２）が印加される。ただし、電子放出部１１０から放出された熱電子が、電子源に衝突してそれに損傷を与えないよう、電子源に印加される電圧（Ｖｃ２）は、バレル１１２に印加される電圧（Ｖｗ２）より低く設定される。例えば、Ｖｗ２とＶｃ２との関係が、（Ｖｗ２）−（Ｖｃ２）≦５００Ｖ（ボルト）となるように制御される。その場合、一例として、Ｖｗ２を＋８００Ｖとし、Ｖｃ２を＋３００Ｖに制御することが可能である。
【００５９】
図３に示す電子銃１００において、例えば、電子放出部１１０を線径０．５ｍｍのタングステン線から構成して直径７ｍｍのリング状とする。そして、通電加熱により２６００Ｋ程度まで加熱し、バレル１１２に１ｋＶの正の電圧を印加する。このとき、電子放出部１１０から放出された熱電子の約半数をバレル１１２に衝突させることができれば、５分程度の時間内に、バレル１１２の温度を室温から１００℃程度まで昇温させることができる。
こうして、本実施の形態の電子銃１００では、脱ガス処理を効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
そして、図４に示すように、本実施の形態の電子銃１００においては、脱ガス処理時において、バレル１１２の加熱ムラをなくすよう、バレル１１２を回転させて脱ガス処理を行うことが可能である。バレル１１２を回転ながら電子放出部１１０による熱電子放出を行い、熱電子をバレル１１２にムラなく衝突させて、バレル１１２をムラなく昇温させることが可能となる。こうして、ムラない昇温状態を実現して脱ガス処理を行うことにより、素早く、効率の良い脱ガス処理を行うことが可能となる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態の電子銃１００では、バレル１１２の脱ガス処理を効率的に行うことが可能となる。
そして、カソード加熱ヒータを用いて電子源やカソード加熱ヒータでの脱ガス処理を主に行う脱ガス処理方法と組み合わせることにより、本実施の形態の電子銃１００では脱ガス処理を迅速かつ効率的に行うことが可能となる。
【００６２】
尚、電子放出部１１０の形状と設置場所は、図３および図４に示した例に限られることは無い。効率的にバレル１１２に熱電子を衝突させることができる位置であれば、電子放出部１１０を、バレル１１２のより近傍や側面部などに配置することが可能である。電子放出部１１０の設置位置に従い、ウェネルトの昇温時間が変化するため、より素早くウェネルトを昇温させることのできる位置を選択して電子放出部１１０を配設することが好ましい。また、電子放出部１１０は、バレル１１２の下部または上部のいずれか一方など、配置する数を１個とすることも可能である。逆に、電子放出部１１０を３個以上設け、より高効率な脱ガス処理を可能とすることも可能である。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、第１の実施形態の電子銃２０を用いた電子ビーム描画装置８０について説明する。
【００６４】
図５は、本発明の第３の実施形態の電子ビーム描画装置の構成図である。
【００６５】
図５において、電子ビーム描画装置８０の試料室３１内には、試料であるマスク基板３２が設置されたステージ３３が設けられている。ステージ３３は、ステージ駆動回路３４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路３５により測定される。
【００６６】
試料室３１の上方には、電子ビーム光学系４０が設置されている。この光学系４０は、上述した第１の実施形態の電子銃２０、各種レンズ３７、３８、３９、４１、４２、ブランキング用偏向器４３、成形偏向器４４、ビーム走査用の主偏向器４５、ビーム走査用の副偏向器４６、および、２個のビーム成形用アパーチャ４７、４８等から構成されている。
【００６７】
電子ビーム描画装置８０の有する電子銃２０は、上述した第１の実施形態の電子銃２０である。電子銃２０は、図１に示すように、カソード１とアノード６に加え、熱電子をウェネルトに向けて放出可能な電子放出部１２を有する。電子ビーム描画装置８０では、描画動作開始前および描画動作途中の適当な時期に、電子放出部１２を用いて電子銃２０における脱ガス処理を行うことが可能である。すなわち、電子銃２０の脱ガス処理を効率良く短時間で行うことができる。そして、電子ビーム描画装置８０は、描画動作時、電子銃２０において安定した所望の高真空の状態を維持することができる。したがって、電子ビーム描画装置８０は、描画動作時において、装置のダウンタイムを従来に比べて大幅に短縮することができる。
【００６８】
図６は、本発明における電子ビーム描画方法の説明図である。
【００６９】
この描画方法は、本発明の第３の実施の形態の電子ビーム描画装置８０を使用して実現される。すなわち、図６に示す電子ビーム８４は、本実施の形態の電子ビーム描画装置８０の電子銃２０によって放出された電子ビームである。
【００７０】
図６に示すように、マスク基板３２上に描画されるパターン８１は、短冊状のフレーム領域８２に分割されている。電子ビーム描画装置８０の電子銃２０によって放出される電子ビーム８４による描画は、ステージ３３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域８２毎に行われる。フレーム領域８２は、さらに副偏向領域８３に分割されており、電子ビーム８４は、副偏向領域８３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域８２は、主偏向器４５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域８３は、副偏向器４６の偏向幅で決まる単位描画領域である。
【００７１】
副偏向領域８３内での電子ビーム８４の位置決めは、副偏向器４６で行われる。副偏向領域８３の位置制御は、主偏向器４５によってなされる。すなわち、主偏向器４５によって、副偏向領域８３の位置決めがされ、副偏向器４６によって、副偏向領域８３内でのビーム位置が決められる。さらに、成形偏向器４４とビーム成形用アパーチャ４７、４８によって、電子ビーム８４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域８３内を描画し、１つの副偏向領域８３の描画が終了したら、次の副偏向領域８３を描画する。フレーム領域８２内の全ての副偏向領域８３の描画が終了したら、ステージ３３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域８２を順次描画して行く。
【００７２】
電子ビーム８４による描画を行う際には、まず、ＣＡＤシステムを用いて設計された半導体集積回路などのパターンデータ（ＣＡＤデータ）が、電子ビーム描画装置１００に入力することのできる形式のデータ（レイアウトデータ）に変換される。次いで、レイアウトデータが変換されて描画データが作成された後、描画データは実際に電子ビーム８４がショットされるサイズに分割された後、ショットサイズ毎に描画が行われる。
【００７３】
レイアウトデータから変換された描画データは、記憶媒体である入力部５１に記録された後、制御計算機５０によって読み出され、フレーム領域８２毎にパターンメモリ５２に一時的に格納される。パターンメモリ５２に格納されたフレーム領域８２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ５３と描画データデコーダ５４に送られる。次いで、これらを介して、副偏向領域偏向量算出部６０、ブランキング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器ドライバ５７、副偏向器ドライバ５８に送られる。
【００７４】
また、制御計算機５０には、偏向制御部６２が接続している。偏向制御部６２は、セトリング時間決定部６１に接続し、セトリング時間決定部６１は、副偏向領域偏向量算出部６０に接続し、副偏向領域偏向量算出部６０は、パターンデータデコーダ５３に接続している。また、偏向制御部６２は、ブランキング回路５５と、ビーム成形器ドライバ５６と、主偏向器ドライバ５７と、副偏向器ドライバ５８とに接続している。
【００７５】
パターンデータデコーダ５３からの情報は、ブランキング回路５５とビーム成形器ドライバ５６に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ５３で描画データに基づいてブランキングデータが作成され、ブランキング回路５５に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム寸法データも作成されて、副偏向領域偏向量算出部６０とビーム成形器ドライバ５６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ５６から、電子ビーム光学系４０の成形偏向器４４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム８４の形状と寸法が制御される。
【００７６】
副偏向領域偏向量算出部６０は、パターンデータデコーダ５３で作成したビーム形状データから、副偏向領域８３における、１ショット毎の電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部６１に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。
【００７７】
セトリング時間決定部６１で決定されたセトリング時間は、偏向制御部６２へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部６２より、ブランキング回路５５、ビーム成形器ドライバ５６、主偏向器ドライバ５７、副偏向器ドライバ５８のいずれかに適宜送られる。
【００７８】
描画データデコーダ５４では、描画データに基づいて副偏向領域８３の位置決めデータが作成され、このデータは、主偏向器ドライバ５７と副偏向器ドライバ５８に送られる。そして、主偏向器ドライバ５７から、電子光学系４０の主偏向器４５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム８４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ５８から、副偏向器４６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域８３内での描画が行われる。この描画は、具体的には、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム８４を繰り返し照射することによって行われる。
【００７９】
尚、第３の実施形態の電子ビーム描画装置８０では、電子銃に本発明の第１の実施形態の電子銃２０を使用するが、第３の実施形態の電子ビーム描画装置の別の例として、電子銃２０に代え、本発明の第２に実施形態の電子銃１００を使用することが可能である。
【００８０】
すなわち、第３の実施形態の電子ビーム描画装置の別の例においては、タレット型の電子銃１００を使用する。そして、電子銃１００は、電子放出部１１０を用いた素早いバレル１１２の加熱が可能であり、電子銃１００の脱ガス処理を効率良く短時間で行うことができる。したがって、電子ビーム描画装置の動作時において、装置のダウンタイムを従来に比べて大幅に短縮することができる。そして、上述したのと同様の電子ビーム描画方法を実施することができる。
【００８１】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１、１１３、５０１    カソード
２、５０２    バイアス電源
３、５０３    カソード加熱ヒータ電源
４、５０４    電子源
５、５０５    ウェネルト
６、１１９、５０６    アノード
７、１１１、５０７    真空チャンバ
９、１０、５０９、５１０    カソード加熱ヒータ
１１    カソード電圧制御電源
１２、１１０    電子放出部
１３    ケーブル
１４    電子放出部加熱電源
１５    スイッチ
１６    ウェネルト電圧制御電源
１８、８４    電子ビーム
１９、５１１    加速電源
２０、１００、５００    電子銃
３１    試料室
３２    マスク基板
３３    ステージ
３４    ステージ駆動回路
３５    位置回路
３７、３８、３９、４１、４２    各種レンズ
４０    光学系
４３    ブランキング用偏向器
４４    成形偏向器
４５    主偏向器
４６    副偏向器
４７    第１のアパーチャ
４８    第２のアパーチャ
５０    制御計算機
５１    入力部
５２    パターンメモリ
５３    パターンデータデコーダ
５４    描画データデコーダ
５５    ブランキング回路
５６    ビーム成形器ドライバ
５７    主偏向器ドライバ
５８    副偏向器ドライバ
６０    副偏向領域偏向量算出部
６１    セトリング時間決定部
６２    偏向制御部
８０    電子ビーム描画装置
８１    描画されるパターン
８２    フレーム領域
８３    副偏向領域
１１２    バレル
１１４    動力部
１１５    回転軸
１１６    支持部
１１８    開口部
５０８    カソード加熱電流
５１２    吸着物質
【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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【図７】
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