(57)【要約】【課題】カソード寿命を改善させることが可能なタレット電子銃及び電子ビーム描画装置を提供すること。【解決手段】本発明のタレット電子銃は、複数の空気抜き用開口部２０が設けられた円筒型の側部１５１と、この側部の一端に形成され電子ビーム射出用開口部１６が設けられた底部を有するウェネルト１５と、このウェネルト１５の内部に設けられたエミッタ１７と、このエミッタ１７に電流を供給するフィラメント１８を挟み込み、ウェネルトの側部１５１の他端を封止する碍子を備える複数のカソード１４と、複数のカソード１４をそれぞれ保持し、ウェネルト１５の側部の空気抜き用開口部２０においてウェネルト１５との間に所定幅の間隙を有する複数の開口部１３３を側面に備えるバレル１３を具備することを特徴とする。【選択図】図３
2009231102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空気抜き用開口部が設けられた円筒型の側部と、この側部の一端に形成され電子ビーム射出用開口部が設けられた底部を有するウェネルトと、このウェネルトの内部に設けられたエミッタと、このエミッタに電流を供給するフィラメントを挟み込み、前記ウェネルトの側部の他端を封止する碍子を備える複数のカソードと、
前記複数のカソードをそれぞれ保持し、前記ウェネルトの側部の前記空気抜き用開口部において前記ウェネルトとの間に所定幅の間隙を有する複数の開口部を側面に備えるバレルを具備することを特徴とするタレット電子銃。
【請求項２】
前記ウェネルト内部の空間と前記ウェネルト外部の空間のコンダクタンスＣを、
Ｃ＝Ｃ０＋１［（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２）］
Ｃ０：電子ビーム射出用開口部のコンダクタンス
Ｃ１：所定幅の間隙のコンダクタンス
Ｃ２：複数の空気抜き用開口部のコンダクタンス
としたとき、コンダクタンスＣが、前記間隙の幅が無限大となるときのコンダクタンスＣ（∞）の８０％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載のタレット電子銃。
【請求項３】
前記バレルの開口部の形状は、真円または回転対称性を有する多角形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタレット電子銃。
【請求項４】
前記バレルの開口部の縁は、丸みを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタレット電子銃。
【請求項５】
複数の空気抜き用開口部が設けられた円筒型の側部と、この側部の一端に形成され電子ビーム射出用開口部が設けられた底部を有するウェネルトと、このウェネルトの内部に設けられたエミッタと、このエミッタに電流を供給するフィラメントを挟み込み、前記ウェネルトの側部の他端を封止する碍子を備える複数のカソードと、
前記複数のカソードをそれぞれ保持し、前記ウェネルトの側部の前記空気抜き用開口部において前記ウェネルトとの間に所定幅の間隙を有する複数の開口部を側面に備えるバレルと、
前記バレルを回転させる回転機構と、
前記カソードに加速電圧を印加する高圧端子と、
前記カソードに対向して設けられるアノードと、
を具備し、電子ビームを射出するタレット電子銃と、
パターンが描画される基板を載置するステージと、
前記基板上の所定の位置に、所定のパターンを形成するために前記電子ビームを成形する電子ビーム制御系を備えることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の側部に複数のカソードが保持されたタレット電子銃及び、これを用いた電子ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ＬＳＩ等の回路パターンの微細化が要求されている。この微細な回路パターンは、リソグラフィー技術によって形成されており、このリソグラフィー技術として、優れた解像度を有する電子ビーム描画装置が利用されている。
【０００３】
この電子ビーム描画装置は、主に、電子ビームを射出する電子銃と、パターンが描画される試料を載置するステージと、試料上の所望の位置に、所望のパターンを形成するために電子ビームを成形する電子ビーム制御系から構成されている。
【０００４】
このような電子ビーム描画装置に用いられる電子銃は、カソードと、カソードに対向配置され、カソードから放出された電子が通過する開口部を有するアノードを有している。そして、カソードに高電圧を印加し、アノードを接地することで、カソードから射出される電子を、カソードとアノードとの間に発生した電界によって加速して外部に射出している。
【０００５】
カソードは、電子ビーム射出用開口部を有するウェネルトと、このウェネルトの内部に保持されたエミッタと、このエミッタに外部から電流を供給するためのフィラメントを挟みこみ、ウェネルトの他端を封止する碍子とで構成されており、側部に複数の空気抜き用開口部が設けている（例えば特許文献１など参照）。
【０００６】
しかしながら、このような電子銃において、カソードに異常や故障が発生した場合には、電子ビーム描画装置の稼動を停止し、カソードを交換した後に、装置の稼動を再開する必要がある。従って、稼働率が低下してしまう。
【０００７】
そこで、カソード交換時間を短縮し、装置ダウンタイムを低減させるために、一つの電子銃に複数のカソードが装着されたタレット電子銃が用いられている（例えば特許文献２など参照）。
【０００８】
このようなタレット電子銃においては、カソードに異常や寿命等が発生した場合、バレルを回転させることでカソードを交換することができる。従って、長時間に渡って電子ビーム描画装置の稼動を中断させることなく描画を行うことができる。
【０００９】
しかしながら、このようなタレット電子銃において、カソードの側部に形成された空気抜き用の開口部がバレルで塞がれているため、カソードの内部の真空度が悪化するという問題がある。そして、このようにカソードの内部の真空度が悪い場合、エミッタの蒸発速度が速くなるため、カソードの寿命が短くなるという問題がある。
【００１０】
そのため、カソードをバレルより突出させ、空気抜き用の開口部を開放することによりカソード内部の真空度を向上させることが考えられる。しかしながら、突出したカソードの端部において、電界が集中し、放電が起こりやすくなるため、カソードにダメージが生じ、カソードの寿命が短くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−５８４２４号公報
【特許文献２】特開平５−２５８７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、タレット電子銃は、カソードの側部の空気抜き用開口部がバレルで塞がれているため、カソードの内部の真空度が悪化する、あるいは、カソードの端部が突出することにより電界集中によるダメージが生じることにより、カソード寿命が短くなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、カソード寿命を改善させることが可能なタレット電子銃及び電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のタレット電子銃は、複数の空気抜き用開口部が設けられた円筒型の側部と、この側部の一端に形成され電子ビーム射出用開口部が設けられた底部を有するウェネルトと、このウェネルトの内部に設けられたエミッタと、このエミッタに電流を供給するフィラメントを挟み込み、ウェネルトの側部の他端を封止する碍子を備える複数のカソードと、複数のカソードをそれぞれ保持し、ウェネルトの側部の空気抜き用開口部においてウェネルトとの間に所定幅の間隙を有する複数の開口部を側面に備えるバレルを具備することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のタレット電子銃において、ウェネルト内部の空間と前記ウェネルト外部の空間のコンダクタンスＣを、
Ｃ＝Ｃ０＋１［（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２）］
Ｃ０：電子ビーム射出用開口部のコンダクタンス
Ｃ１：所定幅の間隙のコンダクタンス
Ｃ２：複数の空気抜き用開口部のコンダクタンス
としたとき、コンダクタンスＣが、間隙の幅が無限大となるときのコンダクタンスＣ（∞）の８０％〜９５％であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のタレット電子銃において、バレルの開口部の形状は、真円または回転対称性を有する多角形であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のタレット電子銃において、バレルの開口部の縁は、丸みを有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の電子ビーム描画装置は、複数の空気抜き用開口部が設けられた円筒型の側部と、この側部の一端に形成され電子ビーム射出用開口部が設けられた底部を有するウェネルトと、このウェネルトの内部に設けられたエミッタと、このエミッタに電流を供給するフィラメントを挟み込み、ウェネルトの側部の他端を封止する碍子を備える複数のカソードと、複数のカソードをそれぞれ保持し、ウェネルトの側部の空気抜き用開口部においてウェネルトとの間に所定幅の間隙を有する複数の開口部を側面に備えるバレルと、バレルを回転させる回転機構と、カソードに加速電圧を印加する高圧端子と、カソードに対向して設けられるアノードとを具備し、電子ビームを射出するタレット電子銃と、パターンが描画される基板を載置するステージと、基板上の所定の位置に、所定のパターンを形成するために電子ビームを成形する電子ビーム制御系を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カソード寿命を改善させることが可能なタレット電子銃及び電子ビーム描画装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、本実施形態のタレット電子銃の構造断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。図に示すように、チャンバ１１の内部に、チャンバ１１を貫通して設けられた回転機構１２により回転可能なステンレス（ＳＵＳ）、Ｔｉ、Ｍｏなどからなるバレル１３が設けられている。このようなバレル１３には、円形の開口部１３３が複数箇所、例えば４箇所に形成されており、これらの円形の開口部１３３の縁（エッジ）は、丸み（Ｒ）を有している。
【００２１】
このようなバレルの開口部１３３の内部には、カソード１４が保持されている。回転機構１２には、カソード１４に加速電圧を印加するための高圧端子２２が設けられている。そして、カソード１４の下部には、カソード１４と対向するようにアノード２３が配置され、アノード２３には、その中心部にカソード１４から放出された電子が通過する開口部２４が形成されている。
【００２２】
カソード１４の断面図を図２に示す。図に示すように、円筒型の側部１５１と、この側部１５１の一端に形成された円板状の底部１５２より構成されたウェネルト１５の底部１５２の中心部に電子ビーム射出用開口部１６が形成されている。ウェネルト１５の内部には、エミッタ１７が保持されている。エミッタ１７には、外部から電流を供給するためのフィラメント１８が接続され、碍子１９によりこのフィラメント１８を挟みこみ、ウェネルト１５の他端が封止されている。このカソード１４において、ウェネルト１５の側部１５１には複数箇所、例えば４箇所に、例えば円柱状に空気抜き用開口部２０が設けられている。
【００２３】
図３にバレル１３にカソード１４が保持された状態の断面図を示す。カソード１４は、バレルの開口部１３３において、空気抜き用開口部２０がバレル１３によって塞がれないように、この開口部の直径ｄ１がカソード１４の直径ｄ２より大きくなっている。すなわち、ウェネルトの側部の空気抜き用開口部において、ウェネルトとの間に所定幅の間隙ｄ１−ｄ２を有している。そして、カソード１４は、カソードの底部１５２が、バレルの側壁１３１で定まる周２１より内側に位置している。
【００２４】
このとき、ウェネルト内部の空間とウェネルト外部の空間のコンダクタンスＣの関係は、次の関係式で示される。
【００２５】
Ｃ＝Ｃ０＋１/[（１/Ｃ１）＋（１/Ｃ２）]
このとき、Ｃ０は電子ビーム射出用開口部１６のコンダクタンス、Ｃ２は空気抜き用開口部２０のコンダクタンスを示す。そして、Ｃ１は、バレルの開口部１３３とカソード１４との間の間隙のコンダクタンスを示しており、例えば次式で近似することができる。
【００２６】
Ｃ１＝１２１Ｋ（ｄ１−ｄ２）２(ｄ１＋ｄ２)/Ｌ
ここで、Ｋ＝０．８５４（ｄ２/ｄ１）２−０．２１２（ｄ２/ｄ１）＋１．０３、Ｌはカソードの底部１５２から空気抜き用開口部２０までの距離を示す。
【００２７】
ここで、間隙ｄ１−ｄ２は、例えば、バレルの開口部１３３の間隙ｄ１−ｄ２が無限大である場合におけるコンダクタンスＣ（∞）を１００％としたとき、コンダクタンスＣが９０％となるように決定される。
【００２８】
例えば、電子ビーム射出用開口部１６の直径を４ｍｍ、空気抜き用開口部２０の直径を３ｍｍ、カソード１４の断面の直径ｄ２を２０ｍｍ、カソードの底部１５２から空気抜き用開口部２０までの距離Ｌを１０ｍｍとし、さらに空気抜き用開口部２０が４箇所に設けられているとする。この場合において、バレルの開口部１３３の直径ｄ１とコンダクタンスＣは、図４に示すような関係になる。この結果より、コンダクタンスＣが、コンダクタンスＣ（∞）、すなわちコンダクタンスＣの収束値（Ｃ（１００））の９０％となるように（Ｃ（９０））、バレルの開口部１３３の直径ｄ１を求めると、ｄ１は２７ｍｍとなる。
【００２９】
このように構成されたタレット電子銃において、バレル１３の外部からフィラメント１８に電流を流し、エミッタ１７を加熱することにより、電子が放出される。そして、カソード出た電子は、高圧端子２２により例えば−５０Ｖの加速電圧が印加されたカソード１４と、接地されたアノード２３との間に発生する電界によって加速され、開口部２４を通過して、射出される。
【００３０】
そして、このようなタレット電子銃は、例えば図５に示すような電子ビーム描画装置に用いられる。
【００３１】
図に示すように、タレット電子銃６１と、この電子銃６１から射出した電子ビーム６２を二等辺三角形または正方形に成形する電子ビーム制御系６３と、この電子ビーム制御系６３によって成形された電子ビーム６２が照射され、描画処理されるガラス基板などの基板６４が載置されるステージ６５より構成されている。
【００３２】
また、電子ビーム制御系６３は、正方形の開口部を有する第１のアパーチャー６３１と、この第１のアパーチャー６３１全体に電子ビームを照射するための第１のレンズ６３２とを有している。さらにこの第１のアパーチャー６３１の下方には、カギ穴型の開口部を有し、正方形に成形された電子ビーム６２をさらに成形するための第２のアパーチャー６３３と、この第２のアパーチャー６３３の任意の箇所に電子ビームを照射するための第１の偏向器６３４及び第２のレンズ６３５とを有している。さらに、第２のアパーチャー６３３の下方には、正方形または二等辺三角形に成形された電子ビームを縮小するための第３、第４のレンズ６３６、６３７と、これらのレンズ６３６、６３７によって縮小された電子ビームをステージ６５上に載置された基板６４の所定の箇所に照射するための第２の偏向器６３８とを有している。
【００３３】
このような電子ビーム描画装置を用いて、以下のようにして、基板６４に描画処理が施される。先ず、タレット電子銃６１から射出された電子ビーム６２は、初めに、第１のレンズ６３２によって第１のアパーチャー６３１全体に照射され、第１のアパーチャー６３１が有する正方形の開口部に対応した正方形に成形される。
【００３４】
次に、正方形に成形された電子ビーム６２は、第１の偏向器６３４及び第２のレンズ６３５によって、第２のアパーチャー６３３が有するカギ穴型の開口部の所定の箇所に照射され、正方形または二等辺三角形に成形される。
【００３５】
そして、正方形または二等辺三角形に成形された電子ビーム６２は、第３、第４のレンズ６３６、６３７によって縮小され、さらに第２の偏向器６３８によって基板６４の所定の箇所に照射される。
【００３６】
これら一連の動作を、ステージ６５をＸ−Ｙ方向に制御して移動しながら行うことで、基板６４上に、所望のパターンが描画される。
【００３７】
本実施形態によれば、タレット電子銃のカソードの側部に形成された空気抜き用開口部が、このカソードを保持するバレルによって塞がれていないため、カソードの内部の真空度を高く維持することができ、エミッタの蒸発速度を遅くすることができる。また、カソードがバレルの側壁で定まる周より内側に位置しているため、カソード端部における放電を、カソードを突出させたときの１／１０程度まで抑制することができる。従って、カソードの寿命を改善させること可能となる。
【００３８】
また、タレット電子銃のカソードの寿命が改善されることにより、これを電子ビーム描画装置に用いたとき、カソードの交換頻度を低減することができるため、さらにカソードの交換時間を短縮し、装置ダウンタイムを低減させることができる。
【００３９】
以上に本発明の実施の形態について述べたが、実施の形態はこれに限るものではなく、様々に変形可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態においては、一例として、間隙ｄ１−ｄ２をコンダクタンスＣ（∞）を１００％としたとき、コンダクタンスＣが９０％となるように決定しているが、８０％〜９５％に設定すればよい。８０％未満であると十分なコンダクタンスが得られず、カソード内部の真空度が低下してしまう。一方、９５％を越えると、カソード端部での放電を十分押さえることが困難となる。
【００４１】
また、本実施形態においては、バレルの側壁に設けられた開口部の形状を真円としたが、バレルの開口部の形状は、回転対称性を有する多角形であってもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては、バレルの開口部を４箇所としたが、４箇所以上であってもよく、例えば８箇所に設けられていてもよい。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、エミッタの空気抜き用開口部を４箇所に設けているが、４箇所以上であってもよく、例えば８箇所に設けられていてもよい。また、開口部の形状についても、円柱状に限定されるものではなく、十分なコンダクタンスが取れれば、円錐状など、他の形状であってもよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、エミッタは電子放出源であった。しかし、エミッタは、イオン放出源であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１（ａ）】本発明の一態様の電子銃を示す構造断面図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）の破線Ａ−Ａ´に沿った構造断面図である。
【図２】本発明の一態様の電子銃に係るカソードを示す構造断面図である。
【図３】本発明の一態様の電子銃に係るバレルとこれに保持されるカソードとの関係を示す構造断面図である。
【図４】本発明の一態様の電子銃に係るバレルの開口部の直径と、ウェネルト内部の空間とウェネルト外部の空間のコンダクタンスとの関係を示す説明図である。
【図５】本発明の一態様に係る電子銃を使用した電子ビーム描画装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１…チャンバ
１２…回転機構
１３…バレル
１３１…バレルの側壁
１３３…バレルの開口部
１４…カソード
１５…ウェネルト
１５１…ウェネルトの側部
１５２…ウェネルトの底部
１６…電子ビーム射出用開口部
１７…エミッタ
１８…フィラメント
１９…碍子
２０…空気抜き用開口部
２１…バレルの側壁で定まる周
２２…高圧端子
２３…アノード
２４…開口部
６１…タレット電子銃
６２…電子ビーム
６３…電子ビーム制御系
６４…基板
６５…ステージ
６３１…第１のアパーチャー
６３２…第１のレンズ
６３３…第２のアパーチャー
６３４…第１の偏向器
６３５…第２のレンズ
６３６…第３のレンズ
６３７…第４のレンズ
６３８…第２の偏向器
【図１（ａ）】
2009231102.tif 000003
【図１（ｂ）】
2009231102.tif 000004
【図２】
2009231102.tif 000005
【図３】
2009231102.tif 000006
【図４】
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【図５】
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