(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荷電粒子銃および荷電粒子ビーム描画装置を提供する。【解決手段】荷電粒子銃である電子銃１０は、荷電粒子源である電子源を備えて電子ビームを放出するカソード１３を複数備えて回転自在に配設された回転体バレル１２と、加熱機構２１とを有する。バレル１２はチャンバ１１内に収容されており、かつ動力部１４に接続された回転軸１５と、支持部１６によって支持される。そして、上部に設けられた加熱機構２１からの放射により加熱が可能とされる。電子ビーム描画装置は電子銃１０を用いて構成され、加熱機構２１によるバレル１２の加熱によってバレル１２の素早い加熱が可能とされ、カソード１３の素早い安定化が可能とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源を複数備えて回転自在に配設された回転体と、
前記回転体を加熱する加熱機構とを有することを特徴とする荷電粒子銃。
【請求項２】
前記加熱機構は、放射により前記回転体を加熱するものであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。
【請求項３】
前記加熱機構は、熱伝導により前記回転体を加熱するものであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。
【請求項４】
荷電粒子ビームを放出する荷電粒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と、
前記電子銃の前記回転体を加熱する加熱機構とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記加熱機構は、放射および熱伝導のうちのいずれかにより前記回転体を加熱するものであることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子銃および荷電粒子ビーム描画装置に関する。特に、タレット型の荷電粒子銃およびその荷電粒子銃を有する荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【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、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。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。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【０００３】
電子ビームリソグラフィ技術は、利用する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、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も、電子ビームリソグラフィ技術が広く一般に使われている。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、荷電粒子銃として、電子ビームを発する電子銃を有する。
【０００５】
図９は、従来の電子銃の概略構成を示す図である。
【０００６】
図９に示すように、電子銃５００は、電子ビームを放出するカソード５０１と、アース電極をもつアノード５０６と、バイアス電源５０２の作用によりカソード５０１に印加する電圧よりも低い電位を与えられてカソード５０１から出射される電子を収束させるウェネルト５０５と、支持電極５０７、５０８を支持するベース５１２とを有する。
【０００７】
カソード５０１は、荷電粒子である電子を放出して荷電粒子源となる電子源５０４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。ウェネルト５０５は、電子源５０４から射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。電子源５０４は、支持電極５０７と支持電極５０８に支持され、ヒータ５０９およびヒータ５１０によって加熱可能な構成となっている。
【０００８】
電子ビーム描画装置の描画動作時において、電子銃５００の周囲は高真空となる。この状態で、ヒータ５０９、５１０を介して、支持電極５０７、５０８の先端に取り付けられた電子源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。また、加熱電源５０３を用いて支持電極５０７、５０８の間に加熱電圧を印加することにより、ヒータ５０９、５１０を通電加熱して、電子源５０４を加熱する。すると、電子源５０４から熱電子が出射し、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、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。
【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、電子銃５００内のカソード５０１から放出されるが、カソード５０１においては、異常や寿命の問題が発生することがある。電子銃５００にカソード５０１が１個のみ搭載された、所謂シングル型の電子銃の場合、電子源５０４やその電子源５０４を有するカソード５０１に異常や寿命の問題が発生すると、電子銃５００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。
【００１０】
電子ビーム描画装置の稼動を停止した場合、稼働を再開できるまでに、カソードの交換作業およびその交換に伴う装置の稼動立上げを行う必要がある。そのため、メンテナンス作業が長時間必要になり、電子ビーム描画装置の操業効率は大幅に低下する。
【００１１】
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。
【００１２】
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。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（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１５３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
電子ビーム描画装置では、電子ビームリソグラフィ技術による高い描画精度を維持しながら、装置の駆動率を向上させるよう、電子銃の取り付けあるいは交換の後、さらに、電子銃のメンテナンス後において、電子銃のコンディショニング処理（ノッキング処理ともいう。）や、安定した電子ビームを得るための、所謂「ビーム出し」処理を施すことが一般的に行われる。
【００１６】
例えば、図９に示す電子銃５００においては、高電圧が印加されると、電極表面におけるバリや傷等の突起部、塵埃等の付着物などの放電要因に起因した異常放電が発生することがある。
【００１７】
この異常放電の発生は、電子ビーム描画装置の加速電源５１１の動作時に、電圧ドロップを引き起こし、その稼動を停止させることがある。そして、電子ビーム描画の工程で電子ビームが消えてしまい、描画精度が悪化して製品歩留まりの低下を引き起こすと共に、描画装置の稼動停止により稼働率低下を生じさせる。
【００１８】
このような異常放電の発生を抑制あるいは防止するために実施される電子銃のコンディショニング方法としては、ガスコンディショニングや真空コンディショニングが知られている。これらは併用されることも多く、電圧の印加によって電子銃のカソードの予備加熱（以下、プリヒートとも言う）を行った後、ガスコンディショニングと真空コンディショニングとが行われる。
【００１９】
ガスコンディショニングは、電子銃内を真空排気した後、放電が比較的に生じ易い所定ガスを電子銃内に導入して、所定の圧力のガス雰囲気を形成し、コンディショニング処理を行うことを特徴とする。ガスとしては、窒素（Ｎ２）ガス等が使用される。
【００２０】
ガスコンディショニングの後、電子銃内への窒素ガス供給を絞り、電子銃内が高真空となってから真空コンディショニングが行われる。例えば、図９に示す電子銃５００の場合、支持電極５０７、５０８間の電圧印加を停止し、電子源５０４から熱電子の出射を止めたままにする。この状態で、支持電極５０７、５０８とウェネルト５０５とに、それぞれ加速電源５１１の負電圧を印加する。このとき、アノード５０６は接地電位に固定する。
【００２１】
加速電源５１１の負電圧の絶対値を、例えば、時間の経過と共に一定の時間間隔で低い印加電圧から高い電圧にステップ状に徐々に増加させ、電子銃５００のコンディショニング処理を行う。その後、所定の時間、例えば、１０分間程度、所定の最高値の電圧を保持して異常放電の生じないことを確認してから、上記真空コンディショニングを終了する。
【００２２】
電子ビーム描画装置においては、電子銃のコンディショニングにより、電極表面の放電要因の除去が行われた後、電子ビームの安定化のための、いわゆる「ビーム出し」処理が行われる。ビーム出し処理では、電圧の印加により、電子銃から実際に電子ビームが放出される。そして、そのまま、放出される電子ビームが安定化するまで、電子ビームの放出状態を維持し、待機をする処理がなされる。
【００２３】
このビーム出し処理では、電極に高電圧を印加する高電圧源（加速電源）の安定化と、電子銃のカソードの安定化が行われている。ビーム出し処理は、通常、数時間程度の待機期間を要しており、電子ビーム描画装置のダウンタイムを長期間化させ、描画装置の稼働効率の低下という問題を招いていた。したがって、電子ビーム描画装置では、ビーム出し処理時間の短縮化が求められている。
【００２４】
電子ビームを安定化させ、ビーム出し処理の時間を短縮させるためには、カソードの安定化に要する時間を短縮することが有効であることがわかっている。カソードの安定化には、電子線放出時のカソードの温度の安定が必要となる。すなわち、カソード温度が一定状態となって安定化した時に、カソードから放出される電子ビームも安定化し、カソードの安定化は実現される。
【００２５】
ここで、タレット型の電子銃の場合、上述のように、回転体であるバレルに複数のカソードが設けられた構造を有している。そのため、熱容量の大きいバレルの影響を受け、電子ビーム放出時のカソード周囲の温度の安定化は緩慢となる。例えば、カソードの有する電子源の温度は１８００℃程度に達するが、バレルは５０℃〜６０℃程度の温度まで徐々に昇温する。その結果、タレット型の電子銃では、シングル型の場合に比べ、カソード温度の安定化により長い時間が必要となる。
【００２６】
このカソード温度に対するバレルの影響は、カソードの安定化に影響を与える。ここで、従来、シングル型の電子銃では、カソードの安定化に１時間〜２時間程度を要するのに対し、タレット型では、６時間〜７時間もの長い時間が必要とされていた。このようなバレルの影響は、タレット型の電子銃においてビーム出し時間を長時間化させる一つの要因となっていた。
【００２７】
こうしたことから、タレット型の電子銃では、カソードの安定化に対し、バレルの影響を低減して、ビーム出し処理にかかる時間を短縮することが求められている。
【００２８】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされてものである。すなわち、本発明の目的は、ビーム出し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荷電粒子銃および荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００２９】
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】
【００３０】
本発明の第１の態様は、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源を複数備えて回転自在に配設された回転体と、
回転体を加熱する加熱機構とを有することを特徴とする荷電粒子銃に関する。
【００３１】
本発明の第１の態様において、加熱機構は、放射により回転体を加熱するものであることが好ましい。
【００３２】
本発明の第１の態様において、加熱機構は、熱伝導により回転体を加熱するものであることが好ましい。
【００３３】
本発明の第２の態様は、荷電粒子ビームを放出する荷電粒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と、
その電子銃の回転体を加熱する加熱機構とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【００３４】
本発明の第２の態様において、加熱機構は、放射および熱伝導のうちのいずれかにより回転体を加熱するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の第１の態様によれば、荷電粒子ビーム描画装置に用いられ、ビーム出し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荷電粒子銃が提供される。
【００３６】
本発明の第２の態様によれば、ビーム出し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荷電粒子ビーム描画装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１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２】本発明の第１の実施形態の電子銃において行われるバレルの加熱方法の一例を説明する図である。
【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概略構成を示す図である。
【図５】タレット型の電子銃のバレルの昇温について説明する図である。
【図６】本発明の第３の実施形態であるバレルの加熱方法を説明する図である。
【図７】本発明の第４の実施形態の電子ビーム描画装置の構成図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における電子ビーム描画方法の説明図である。
【図９】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】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３９】
（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正面を一部断面して示す模式的な構造図である。
図１に示す電子銃１０は、タレット型の電子銃である。電子銃１０は、複数のカソード１３と、アース電極をもつアノードと、カソード１３から出射される電子を収束させるウェネルトとを有する。カソード１３はそれぞれ、電子を放出する電子源を有し、後述する図４の電子銃１１０のカソード１１３と同様の構成を備える。
【００４０】
タレット型の電子銃１０では、チャンバ１１内に円筒形状の回転体であるバレル１２が回転自在に収容され、かつ動力部１４に接続された回転軸１５と、支持部１６によって支持される。バレル１２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。
【００４１】
バレル１２の外周面には、開口部１８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１に示すように、開口部１８を４個設けることができる。開口部１８の内部には、電子ビームを放出するカソード１３が設けられている。バレル１２を支持する支持部１６には、カソード１３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。
【００４２】
タレット型の電子銃１０では、放電異常や寿命の問題などにより、カソード１３の交換が必要となったときには、動力部１４および回転軸１５を介してバレル１２を回転させる。カソード１３の下部には、カソード１３と対向するようにアノード１９が配置されている。したがって、バレル１２を回転させることにより、未使用のカソード１３を下部のアノード１９に対向配置させることができ、使用済みのカソード１３と交換することができる。アノード１９には、その中心部にカソード１３から放出された電子ビームが通過する開口部２０が形成されている。
【００４３】
このように、バレル１２を回転させるだけの簡単な操作により、バレル１２に設けた未使用のカソード１３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１３の異常発生頻度や寿命が従来と同等であっても、バレル１２に設けられた複数のカソード１３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１０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１３を交換する際、真空度を高めたチャンバ１１を分解する必要がないので、チャンバ１１内が外気汚染を受ける機会を低減することができる。
【００４４】
本実施形態のタレット型の電子銃１０では、チャンバ１１内のバレル１２の上部に、加熱機構２１が設けられている。この加熱機構２１は、放射によってバレル１２を外部から加熱する装置である。加熱機構２１は熱線２２を放射してバレル１２を加熱する。例えば、加熱機構２１は、赤外線を放射する赤外線ハロゲンランプなどを用いて構成することが可能である。そして、所望の設定温度までバレル１２を昇温させることができる。尚、電子銃１０においては、バレル１２の温度を測定するための温度測定機構（図示されない）が設けられている。この温度測定機構は、例えば、熱電対などを用いて構成することが可能である。
【００４５】
このような加熱機構２１を設けることにより、電子銃１０では、所望の時期に所望の期間、バレル１２の温度を所望の設定値にまで昇温させることが可能となる。
【００４６】
本実施形態の電子銃１０においては、上述のように、電子銃１０のコンディショニングにより電極表面の放電要因の除去が行われた後、電子ビームの安定化のためのビーム出し処理が行われる。ビーム出し処理では、電圧の印加により、電子銃１０から電子ビームが放出される。そして、電子ビームの放出に伴ってカソード１３の温度が安定化し、その結果、電子ビームが安定化するまで、電子ビームの放出状態が維持される。
【００４７】
このとき、本実施の形態の電子銃１０では、加熱機構２１によるバレル１２の加熱が可能となっている。これにより、カソード１３の電子源（図１中、図示されない）から発生する熱がバレル１２に移動して、カソード１３の温度が変動するのを防ぐことができる。また、電子ビーム放出時のカソード１３において、熱容量の大きいバレル１２の影響を受け、カソード１３の温度が安定化するまでに時間がかかるのを防ぐこともできる。すなわち、本実施の形態の構成によれば、カソード１３の温度変動を早期に抑制し、カソード１３の特性をより早く安定化することができる。
【００４８】
その結果、バレル１２の影響は低減され、電子銃１０のビーム出し処理にかかる時間を短縮することができる。
【００４９】
このとき、加熱機構２１によるバレル１２の加熱方法については、以下に説明する方法を実施することが可能である。
【００５０】
例えば、電子銃１０では、加熱機構２１によりバレル１２を加熱するとき、カソード１３の電子源（図示されない）を所望の設定温度で保持した場合に、バレル１２が到達する飽和温度（Ｔ)を加熱機構２１の目標温度（Ｔ）として固定することができる。そして、その固定された温度（Ｔ）に到達するよう、所定の期間、一定の出力により加熱機構２１を駆動し、バレル１２の加熱を行うことが可能である。
【００５１】
一方、本実施形態においては、次に述べるような加熱方法を実施することも可能である。
【００５２】
図２は、本実施の形態の電子銃において行われるバレルの加熱方法の一例を説明する図である。図２において、横軸は経過時間（分）を表し、縦軸は温度（Ｋ）を表している。
【００５３】
図２のグラフにおいて、実線は、加熱機構２１がバレル１２を加熱する際の目標となる、ある時間での加熱機構２１による設定温度を示す。破線は、加熱されるバレル１２の到達温度を模式的に示している。図２では、加熱機構２１によるバレル１２の加熱を開始してからの経過時間と加熱機構による設定温度の関係、および経過時間とバレル１２の到達温度の関係が示される。
【００５４】
図２に示すように、上述のバレル１２の目標温度（Ｔ）より高い温度を、初めに加熱機構２１の目標温度として設定することも可能である。そして、より高出力で加熱機構２１を駆動させ、より高温状態となるような加熱を開始する。その後、バレル１２の到達温度の状況により、加熱機構２１による設定温度を適宜上下に変動させて、バレル１２の到達温度を所望の目標温度（Ｔ）に誘導することも可能である。
【００５５】
以上の方法を実施することにより、より素早くバレル１２の温度を上昇させることが可能となる。そして、カソード１３の温度を素早く安定化させ、ビーム出し処理にかかる時間を短縮することが可能となる。尚、こうした目標温度の設定と調整は、加熱機構２１を制御する制御装置（図示されない）により自動制御により実現することが可能である。
【００５６】
次に、本実施の形態の電子銃１０では、電子銃１０のコンディショニングの前の電子銃１０のプリヒートの段階において、加熱機構２１によりバレル１２を所望の温度に加熱することが可能である。このようなプリヒート段階での加熱により、バレル１２から吸着ガスを効率良く取り除くことができる。また、カソード１３を加熱することにより発生した吸着ガスがバレル１２に吸着するのを防ぐこともできる。すなわち、カソード１３の加熱とバレル１２の加熱とが可能となり、電子銃１０のプリヒートを効率良く行うことができる。そして、次いで行われる電子銃１０のガスコンディショニングにおいて、バレル１２からの吸着ガス放出の影響を低減することが可能となる。
【００５７】
また、図１に示す本実施の形態の電子銃１０では、加熱機構２１はチャンバ１１内のバレル１２の上部に設けられている。しかしながら、加熱機構２１を設ける位置はこの例のみに限られるわけでは無い。加熱機構２１は、チャンバ１１内であってバレル１２を効率良く加熱でき、放出される電子ビームの妨げとならない位置であれば、いずれの場所に設けることも可能である。例えば、バレル１２の側面側にあるチャンバ１１の側壁上などに設けることが可能である。
【００５８】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の電子銃について説明する。
【００５９】
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。
【００６０】
図３に示す電子銃１１０は、複数のカソード１１３が搭載されたタレット型の電子銃である。
【００６１】
タレット型の電子銃１１０では、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。
【００６２】
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、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。
【００６３】
本実施形態のタレット型の電子銃１１０では、バレル１１２の外周面上、カソード１１３からの電子ビーム放出の妨げとならない位置に加熱機構１２１が設けられている。この加熱機構１２１は、熱の伝導を利用してバレル１１２を加熱する装置である。そして、加熱機構１２１は、例えば、発熱線からなり、バレル１１２の外周面上に巻き付くように配設されている。加熱機構１２１は、例えば、ニクロム線などを用いて構成することが可能である。加熱機構１２１に電圧を印加するための端子１２２は、チャンバ１１１外部の支持部１１６の末端部分に設けられている。そして、加熱機構１２１への電圧印加により、所望の設定温度までバレル１１２を昇温させることができる。尚、電子銃１１０においては、バレル１１２の温度を測定するための温度測定機構（図示されない）を設けることができる。この温度測定機構は、例えば、熱電対などを用いて構成することが可能である。
【００６４】
図４は、本発明の第２の実施形態の電子銃の概略構成を示す図である。
【００６５】
図４では、電子銃１１０の要部構成を模式的に説明している。電子銃１１０は、図４に示す複数のカソード１１３が搭載されたタレット型の電子銃である。但し、図４では、便宜上、１つのカソード１１３のみを用いて説明し、他は省略している。
【００６６】
図４に示すように、電子銃１１０は、電子ビームを放出するカソード１１３と、アース電極をもつアノード１１９とを備える。カソード１１３は、荷電粒子である電子を放出して荷電粒子源となる電子源２０４を有する。電子源２０４は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）などからなる。
【００６７】
カソード１１３は、ウェネルト２０５と、支持電極２０７、２０８を支持するベース２１２とを有する。ウェネルト２０５は、バイアス電源２０２の作用により、カソード１１３に印加する電圧よりも低い電位を与えられて、カソード２０１から出射される電子を収束させる機能を有する。このため、ウェネルト２０５は、電子源２０４から射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。電子源２０４は、支持電極２０７と支持電極２０８に支持される。
【００６８】
本実施の形態では、加熱電源２０３を用いて、支持電極２０７、２０８の間に加熱電圧を印加することにより、ヒータ２０９およびヒータ２１０によって電子源２０４を加熱可能な構成となっている。ヒータ２０９、２１０を加熱すると、電子源２０４から熱電子が出射する。そして、この熱電子が、加速電源２１１からの加速電圧の印加により加速され、カソード１１３から電子ビームとして放出される。
【００６９】
図３に示すように、電子銃１１０では、カソード１１３を搭載するバレル１１２を加熱するための加熱機構１２１が設けられている。加熱機構１２１は、例えば、上述のようにニクロム線などから構成され、図４に示すように、加熱電源２１５による電圧の印加によって発熱し、バレル１１２を加熱する構成となっている。
【００７０】
本実施形態のタレット型の電子銃１１０では、このような加熱機構１２１を設けることにより、電子銃１１０では、所望の時期に所望の期間、バレル１１２の温度を所望の設定値にまで昇温させることが可能となる。
【００７１】
そして、図３に示された、第２の実施形態のタレット型の電子銃１１０では、上述した第１の実施形態の電子銃１０と同様、バレル１１２の回転が可能である。したがって、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１２０が形成されている。
【００７２】
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１１０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、真空度を高めたチャンバ１１１を分解する必要がないので、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。
【００７３】
第２の実施形態の電子銃１１０においては、上述のように、電子銃１１０のコンディショニングにより電極表面の放電要因の除去が行われた後、電子ビームの安定化のためのビーム出し処理が行われる。ビーム出し処理では、電圧の印加により、電子銃から電子ビームが放出される。この電子ビームの放出に伴って、カソード１１３の温度が安定化し、その結果、電子ビームが安定化するまで、電子ビームの放出状態が維持される。
【００７４】
このとき、本実施の形態の電子銃１１０では、加熱機構１２１によるバレル１１２の加熱が可能となっている。これにより、カソード１１３の電子源２０４から発生する熱がバレル１１２に移動して、カソード１１３の温度が変動することを防ぐことができる。また、電子ビーム放出時のカソード１１３において、熱容量の大きいバレル１１２の影響を受け、カソード１１３の温度の安定化が遅くなることを防ぐこともできる。すなわち、本実施の形態の構成によれば、カソード１１３の温度変動を早期に抑制し、カソード１１３の特性をより早く安定化することができる。その結果、バレル１１２の影響は低減され、電子銃１１０のビーム出し処理にかかる時間を短縮することができる。
【００７５】
加熱機構１２１によるバレル１１２の加熱方法については、カソード１１３における所望の設定温度を加熱機構１２１の温度目標として固定し、その固定された設定温度に到達するよう、所定の期間、一定の出力により加熱機構１２１を駆動し、バレル１１２の加熱を行うことが可能である。
【００７６】
また、上述した第１の実施形態の電子銃１０と同様、図３に示す方法に従い、カソード１３の電子源を所望の設定温度で保持した場合に、バレル１１２が到達する飽和温度（Ｔ)を加熱機構１２１の温度目標とし設定することも可能である。こうすることにより、より素早くバレル１１２の温度を上昇させることが可能となり、バレル１１２の温度を素早く安定化させ、ビーム出し処理にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００７７】
以上、本発明の第１および第２の実施形態のタレット型の電子銃１０、１１０では、複数のカソードを搭載するバレル１２、１１２を加熱するため、加熱機構２１、１２１を有する。しかし、別の加熱方法により、そうした加熱機構２１、１２１を設けること無く、効率良くタレットを昇温させることも可能である。そして、電子ビーム放出時のカソード１３、１１３において、熱容量の大きいバレル１２、１１２の影響を低減し、カソード１３、１１３の温度の安定化が遅くなることを防ぐことが可能である。
【００７８】
（第３の実施形態）
本実施の形態では、実施の形態１や２で述べた加熱機構を利用せずに、バレルを効率良く昇温させて安定化させ、カソードを安定化させる方法について説明する。
【００７９】
本実施の形態の電子銃は、第２の実施形態で述べた図３において、加熱機構１２１を有しない構成とすることができる。以下では、図３を参照して本実施の形態の電子銃について説明する。
【００８０】
加熱機構を有しないタレット型電子銃におけるバレルの昇温の様子を図５に示す。尚、図５において、横軸は経過時間（分）を表し、縦軸は温度（Ｋ）を表している。また、実線は、電子源の設定温度を示し、破線は、加熱されるバレル１１２の到達温度を模式的に示している。
【００８１】
図３の構成では、図５に示すように、電子源２０４について目標温度（Ｔ１）を設定し、電子源２０４がこの温度に到達した後はこれを保持することが考えられる。このとき、設定した温度（Ｔ１）に対応して、カソード１１３の電子源２０４から電子ビームが放出され、その結果、バレル１１２の温度は、長い時間をかけて徐々に上昇した後に飽和状態に達する。
【００８２】
これに対して、本実施形態のバレルの加熱方法では、バレルを目標温度に早く到達させるために、電子源の設定温度を目標温度より高くした後（第１の工程）、追随するバレルの温度に合わせて設定温度を適宜変化させる（第２の工程）。続いて、設定温度を目標温度に一致させて（第３の工程）、バレルの温度を目標温度で一定となるようにする。
【００８３】
図６は、本実施の形態のバレル１１２の加熱方法を説明する図である。図６において、横軸は経過時間（分）を表し、縦軸は温度（Ｋ）を表している。また、実線は、カソード１１３の電子源２０４の設定温度を示す。破線は、バレル１１２の到達温度が変化する様子を示している。
【００８４】
図６に示すように、まず、電子源２０４を目標温度（Ｔ１）より高い温度に設定する（第１の工程）。これにより、バレル１１２は急速に加熱され、急峻に昇温することになる。
【００８５】
次に、バレル１１２の温度に合わせて、電子源２０４の設定温度を適宜上下に変動させて、バレル１１２の到達温度が目標温度（Ｔ２）となるように誘導する（第２の工程）。
【００８６】
バレル１１２の温度が目標温度（Ｔ２）に近付いた後は、電子源２０４の設定温度を電子源２０４の目標温度に一致させる（第３の工程）。
【００８７】
以上のようにすることにより、図５に示す場合に比べ、より素早くバレル１２の温度を上昇させることが可能となる。その結果、カソード１３の温度を素早く安定化させ、ビーム出し処理にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００８８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態として、第１の実施形態の電子銃１０を用いた電子ビーム描画装置１００について説明する。
【００８９】
図７は、本発明の第４の実施形態の電子ビーム描画装置の構成図である。
【００９０】
図７において、電子ビーム描画装置１００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。
【００９１】
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の実施形態のタレット型の電子銃１０、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。
【００９２】
電子ビーム描画装置１００の有する電子銃１０は、上述した第１の実施形態の電子銃１０である。電子銃１０は、図１に示すように、複数のカソード１３を搭載したバレル１２を有するタレット型であり、バレル１２を加熱する加熱機構２１が設けられている。電子ビーム描画装置１００では、タレット型の電子銃１０において、加熱機構２１によるバレル１２の加熱が可能であり、上述のように、電子銃１０のプリヒート、コンディショニングおよびビーム出し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１００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。
【００９３】
図８は、本発明における電子ビーム描画方法の説明図である。
【００９４】
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１００を使用して実現される。すなわち、図８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１００の電子銃１０によって放出された電子ビームである。
【００９５】
図８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１００の電子銃１０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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
尚、第４の実施形態の電子ビーム描画装置１００においては、電子銃に本発明の第１の実施形態の電子銃１０を使用しているが、第４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１０に代え、本発明の第２に実施形態の電子銃１１０を使用することが可能である。
【０１０５】
電子銃１１０を使用した第４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１１０において、加熱機構１２１によるバレル１１２の加熱が可能であり、電子銃１１０のプリヒート、コンディショニングおよびビーム出し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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
１０、１１０、５００    電子銃
１１、１１１    チャンバ
１２、１１２    バレル
１３、１１３、５０１    カソード
１４、１１４    動力部
１５、１１５    回転軸
１６、１１６    支持部
１８、２０、１１８、１２０    開口部
１９，１１９、５０６    アノード
２１、１２１    加熱機構
２２    熱線
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
８１    描画されるパターン
８２    フレーム領域
８３    副偏向領域
８４    電子ビーム
１００    電子ビーム描画装置
１２２    端子
２０２、５０２    バイアス電源
２０３、２１５、５０３    加熱電源
２０４、５０４    電子源
２０５、５０５    ウェネルト
２０７、２０８、５０７、５０８    支持電極
２０９、２１０、５０９、５１０    ヒータ
２１１、５１１    加速電源
２１２、５１２    ベース
【図１】
2012155860.tif 000003
【図２】
2012155860.tif 000004
【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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【図８】
2012155860.tif 000010
【図９】
2012155860.tif 000011