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JPH0156501B2 - - Google Patents
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JPH0156501B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0156501B2
JPH0156501B2 JP54168169A JP16816979A JPH0156501B2 JP H0156501 B2 JPH0156501 B2 JP H0156501B2 JP 54168169 A JP54168169 A JP 54168169A JP 16816979 A JP16816979 A JP 16816979A JP H0156501 B2 JPH0156501 B2 JP H0156501B2
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JP
Japan
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crossover
electron beam
image
electron
chip
Prior art date
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Application number
JP54168169A
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Japanese (ja)
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JPS5691363A (en
Inventor
Tadahiro Takigawa
Isao Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to US06/216,948 priority patent/US4424448A/en
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Priority to EP85109319A priority patent/EP0168064B1/en
Priority to EP80108139A priority patent/EP0031579B1/en
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Publication of JPH0156501B2 publication Critical patent/JPH0156501B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/248Components associated with high voltage supply

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶ランタンヘキサボライド
(LaB6)電子銃の最適使用条件による調整方法に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for adjusting a single crystal lanthanum hexaboride (LaB 6 ) electron gun according to optimum operating conditions.

高輝度及び長寿命の為に単結晶LaB6電子銃が
最近電子線装置に使用されるようになつてきた。
しかしLaB6電子銃の使用最適条件はあまり明確
でない。動作温度については清浄な表面が露出す
る1400℃以上でかつ蒸発速度があまり大きくない
1600℃以下が最適であることが報告されている。
さらに進めて本発明者等はLaB6電子銃の総合特
性評価を行ない、クロスオーバ像を用いる走査型
電子顕微境や電子線露光装置には特有の最適バイ
アス電圧が存在することをみいだした。
Single-crystal LaB 6 electron guns have recently come into use in electron beam equipment because of their high brightness and long lifetime.
However, the optimal conditions for using the LaB 6 electron gun are not very clear. The operating temperature is 1400℃ or higher, which exposes a clean surface, and the evaporation rate is not very high.
It has been reported that a temperature below 1600°C is optimal.
Further, the present inventors conducted a comprehensive characteristic evaluation of the LaB 6 electron gun and found that there is a unique optimal bias voltage for scanning electron microscopes and electron beam exposure systems that use crossover images.

本発明の目的はプローブとしてクロスオーバー
像を用いるかあるいはクリテイカル照明を用いる
電子線装置の単結晶LaB6電子銃の最適なバイア
ス電圧条件による調整方法を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a method for adjusting a single-crystal LaB 6 electron gun of an electron beam apparatus using a crossover image as a probe or critical illumination using optimal bias voltage conditions.

以下本発明の詳細を図面を参照しながら説明す
る。
The details of the present invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図にフオーゲルタイプの電子銃を示す。1
01はLaB6チツプ、102はヒーター、103
はLaB6チツプ101とヒーター102の保持具、
104はLaB6チツプ、ヒーター、保持具をマウ
ントする碍子である。105はウエネルト、10
6は陽極である。第2図にLaB6チツプの図を示
す。LaB6チツプは代表的には、4角錐の1端を
円錐とし円錐の先端を球面に加工したものであ
る。このような構造の電子銃から得られる電子ビ
ームの特性は、チツプ温度T、ウエネルト105
チツプ101間のバイアス電圧V、ウエネルト1
05チツプ101間の距離L、ウエネルトの穴径
Wd、ウエネルト105陽極106間の距離S、
チツプ先端の曲率半径rt(第2図参照)、チツプ先
端の円錐のなす半頂角θ、LaB6チツプ軸の結晶
方位〈a,b,c>に依存する。このうち、S,
Wdの変化は輝度とクロスオーバー系に影響を与
えることは既に知られている。発明者等はV,
T,rt,θ,Lとチツプの結晶方位をパラメータ
ーとして電子ビームの特性を調べた。まずS=10
mm,Wd=1.5mm,rt=15μm,θ=45゜,L=0.2mm
の条件下で、チツプの軸方位が<100>である場
合の輝度B、クロスオーバ形状、電子ビームの強
度角度分布パターン(エミツシヨン)とバイアス
電位の関係をそれぞれ第3図A,B,C,に示
す。ここでT1=1400℃,T2=1500℃,T3=1600
℃である。第3図Aに示すように最大輝度Bmax
は温度によらず(1400℃〜1600℃)ある一定のバ
イアス電圧V3で与えられる。バス電圧V4より高
い電圧では温度Tによらず輝度はある一定値
Bconstに収束する。第3図B,Cにバイアス電
圧V1,V2,V3,V4に対応するクロスオーバー像
とエミツシヨンパターンを示す。V1V<V3
はクロスオーバー像とエミツシヨンパターンは仕
事函数の結晶面異方性を反映し4回対称パターン
である。V3V<V4ではクロスオーバー像の電
流強度分布はガウス分布であるが、エミツシヨン
パターンは4回対称パターンである。V4Vで
は共にガウス分布である。注目すべき点はV
V3でクロスオーバー像の電流強度はガウス分布
となり、しかも最大輝度となる。このような関係
は発明者等の実験によるとチツプ先端の曲率半径
rt、チツプ先端の円錐のなす半頂角θ、LaB6
ツプの結晶方位、チツプ先端とウエネルトの距離
Lに依存しなかつた。LaB6チツプの結晶方位は
クロスオーバー像及びエミツシヨンパターンの形
状のみに係り、rtとθは主にバイアス電圧の絶対
値及びクロスオーバー像とエミツシヨンパターン
の異方性の強弱に係り、Lはバイアス電圧の絶対
値のみに関係した。結論として第3図に示す関係
は単結晶LaB6電子銃に一般的に成立した。
Figure 1 shows a Vogel type electron gun. 1
01 is LaB 6 chip, 102 is heater, 103
is a holder for LaB 6 chip 101 and heater 102,
104 is an insulator that mounts the LaB 6 chip, heater, and holder. 105 is Wehnelt, 10
6 is an anode. Figure 2 shows a diagram of the LaB 6 chip. The LaB 6 chip is typically a four-sided pyramid with one end conical and the tip of the cone shaped into a spherical surface. The characteristics of the electron beam obtained from an electron gun with such a structure are as follows: chip temperature T, Wehnelt 105
Bias voltage V across chip 101, Wehnelt 1
05 Distance L between chips 101, Wehnelt hole diameter
Wd, distance S between Wehnelt 105 anodes 106,
It depends on the radius of curvature rt of the tip of the chip (see Figure 2), the half-apex angle θ formed by the cone at the tip of the chip, and the crystal orientation of the LaB 6 chip axis <a, b, c>. Among these, S,
It is already known that changes in Wd affect the brightness and crossover system. The inventors are V,
The characteristics of the electron beam were investigated using T, rt, θ, L, and the crystal orientation of the chip as parameters. First S=10
mm, Wd=1.5mm, rt=15μm, θ=45°, L=0.2mm
The relationships between the brightness B, crossover shape, electron beam intensity angular distribution pattern (emission), and bias potential when the chip axis orientation is <100> are shown in Figure 3 A, B, C, and C under the following conditions, respectively. Shown below. Here, T 1 = 1400℃, T 2 = 1500℃, T 3 = 1600
It is ℃. Maximum brightness Bmax as shown in Figure 3A
is given at a constant bias voltage V 3 regardless of temperature (1400°C to 1600°C). At voltages higher than the bus voltage V 4 , the brightness remains at a certain value regardless of the temperature T.
Converges to Bconst. FIGS. 3B and 3C show crossover images and emission patterns corresponding to bias voltages V 1 , V 2 , V 3 , and V 4 . When V 1 V<V 3 , the crossover image and the emission pattern are 4-fold symmetrical patterns reflecting the crystal plane anisotropy of the work function. When V 3 V<V 4 , the current intensity distribution in the crossover image is a Gaussian distribution, but the emission pattern is a 4-fold symmetrical pattern. At V 4 V, both have a Gaussian distribution. The noteworthy point is V
At V 3 , the current intensity of the crossover image becomes a Gaussian distribution and reaches its maximum brightness. According to experiments conducted by the inventors, this relationship is based on the radius of curvature of the tip of the chip.
rt, the half-apex angle θ formed by the cone at the chip tip, the crystal orientation of the LaB 6 chip, and the distance L between the chip tip and Wehnelt. The crystal orientation of the LaB 6 chip is related only to the shape of the crossover image and the emission pattern, and rt and θ are mainly related to the absolute value of the bias voltage and the strength of the anisotropy of the crossover image and the emission pattern. L was related only to the absolute value of the bias voltage. In conclusion, the relationship shown in Figure 3 was generally established for single-crystal LaB 6 electron guns.

第4図Aに本発明に用いられるクロスオーバー
縮小像を用いる電子線露光装置の光学系を示す。
701は電子銃、702は陽極、703は第1ク
ロスオーバー、704は第1コンデンサーレン
ズ、705は第1コンデンサーレンズアパーチヤ
ー、706は第2クロスオーバー、707はブラ
ンキング板、708は第2コンデンサーレンズ、
709は第2コンデンサーレンズパーチヤー、7
10は第3クロスオーバー、711は偏向系71
2は対物レンズ、813は対物レンズアパーチヤ
ー、714は第4クロスオーバー、715は試料
面である。正確な描画を行なう為には第3図Bに
示したようにクロスオーバー像714の電流強度
分布がガウス分布、すなわち円形に近い形状であ
る必要がある。(即ち第1クロスオーバーの電流
強度分布がガウス分布であること)。エミツシヨ
ンパターンの電流強度分布も第3図CのV=V4
で与えられるようにガウス分布であることが望ま
しいが、第3図A,Cで示したように、高輝度を
得ようとする場合はVV3で与えられるように
エミツシヨンパターンが異方性を示す形状である
必要がある。V=V4の場合第4図Bに示すよう
に電子ビームの光路が721から722へ変化し
ても第2クロスオーバー706に流れ込む電流は
変化しない。これに反しエミツシヨンパターンに
異方性があると第4図Cに示すように電子ビーム
光路が723(実線)から724(点線)へ変化
すると、第2クロスオーバー706へ流れ込む電
流が変化してしまう。エミツシヨンパターンに異
方性があると電流安定性が劣るとされ、従来異方
性が無視できるようなバイアス領域で使用されて
いた。しかしながら、発明者等の実験によればエ
ミツシヨンパターンに異方性がある場合でも、第
4図Aに示すように電子銃702から対物レンズ
712の空間の真空度がおおむね1×10-6Torr
より良ければ十分安定することが分つた。1×
10-6Torrより悪い場合は時間と共に鏡体内のよ
ごれがめだち、ビーム電流の安定性が悪くなつ
た。クロスオーバー像やエミツシヨンパターンの
形状の検出については後述する。
FIG. 4A shows an optical system of an electron beam exposure apparatus using a crossover reduced image used in the present invention.
701 is an electron gun, 702 is an anode, 703 is a first crossover, 704 is a first condenser lens, 705 is a first condenser lens aperture, 706 is a second crossover, 707 is a blanking plate, 708 is a second condenser lens,
709 is the second condenser lens perch, 7
10 is the third crossover, 711 is the deflection system 71
2 is an objective lens, 813 is an objective lens aperture, 714 is a fourth crossover, and 715 is a sample surface. In order to perform accurate drawing, the current intensity distribution of the crossover image 714 needs to have a Gaussian distribution, that is, a shape close to a circle, as shown in FIG. 3B. (That is, the current intensity distribution of the first crossover is a Gaussian distribution). The current intensity distribution of the emission pattern is also V=V 4 in Figure 3C.
It is desirable that the emission pattern be a Gaussian distribution as given by It must be of a shape that shows When V=V 4 , as shown in FIG. 4B, even if the optical path of the electron beam changes from 721 to 722, the current flowing into the second crossover 706 does not change. On the other hand, if the emission pattern has anisotropy, as shown in FIG. 4C, when the electron beam optical path changes from 723 (solid line) to 724 (dotted line), the current flowing into the second crossover 706 changes. I end up. It is said that anisotropy in the emission pattern results in poor current stability, and it has conventionally been used in bias regions where anisotropy can be ignored. However, according to experiments conducted by the inventors, even when the emission pattern has anisotropy, the degree of vacuum in the space from the electron gun 702 to the objective lens 712 is approximately 1×10 -6 as shown in FIG. 4A. Torr
It turns out that the better it is, the more stable it will be. 1×
When the intensity was worse than 10 -6 Torr, the contamination inside the mirror became noticeable over time, and the stability of the beam current worsened. Detection of the crossover image and the shape of the emission pattern will be described later.

又エミツシヨンパターンに異方性がある場合の
自動軸合わせの方法は、アパーチヤーを通過する
電流が最大となるような帰還回路が最適であるこ
とがわかつた。第5図にその1つの例を示す。こ
こでは801はm番目(m=1,2,…)のクロ
スオーバー、802は軸合わせコイル、803は
レンズ、804はレンズ803のアパーチヤー
で、電子ビーム電流を検出する機能も有してい
る。805は(m+1)番目のクロスオーバー、
806は増幅器、807はアナログ・デイジタル
変換器、808は増幅器809はデイジタルアナ
ログ変換器、810は計算機811とこれら回路
を結びつけるインタフエースである。まず軸合わ
せコイル802を操作して電子ビームをアパーチ
ヤー804上で2次元走査し、アパーチヤー80
4を流れる電流が最小となるような軸合わせコイ
ル励磁条件をみいだし、これを初期設定値とす
る。もし必要ならばアパーチヤー804に流れた
切期最小電流を計算機に格納し、アパーチヤー8
04を流れる電流を常にこの初期最小電流と等し
くなるよう軸合わせコイル802を制御してもよ
い。検出電極とレンズアパーチヤーを兼用させた
が、独立させてもよい。又計算機を用いない帰還
回路を設けてもよい。
It has also been found that when the emission pattern has anisotropy, the optimal method for automatic axis alignment is a feedback circuit that maximizes the current passing through the aperture. FIG. 5 shows one example. Here, 801 is an m-th (m=1, 2, . . . ) crossover, 802 is an alignment coil, 803 is a lens, and 804 is an aperture of the lens 803, which also has a function of detecting the electron beam current. 805 is the (m+1)th crossover,
806 is an amplifier, 807 is an analog-to-digital converter, 808 is an amplifier, 809 is a digital-to-analog converter, and 810 is an interface that connects the computer 811 with these circuits. First, the alignment coil 802 is operated to two-dimensionally scan the electron beam over the aperture 804.
4. Find the alignment coil excitation condition that minimizes the current flowing through 4, and use this as the initial setting value. If necessary, store the minimum cut-off current flowing through the aperture 804 in the computer, and
The alignment coil 802 may be controlled so that the current flowing through 04 is always equal to this initial minimum current. Although the detection electrode and the lens aperture are used together, they may be used independently. Also, a feedback circuit that does not use a computer may be provided.

このような単結晶LaB6の使用条件と軸合わせ
方法はクリテイカル照明を用いた電子線装置にも
有効である。第6図にクリテイカル照明を用いた
電子線露光装置を示す。901は電子銃、902
は陽極、903は第1クロスオーバー、904は
クロスオーバー拡大レンズ、905は散乱防止ア
パーチヤー、906はブランキング電極、907
はコンデンサーレンズ、908は電子ビーム整形
アパーチヤー、909は電子ビーム整形アパーチ
ヤー上に結像された第2のクロスオーバー、91
0は偏向系、911は対物レンズ、912は散乱
防止アパーチヤー、913は試料面、914は電
子ビーム整形アパーチヤーの投影像すなわち、整
形像である。このような電子線装置ではクロスオ
ーバーの形状が円形で軸対称であることが必要で
ある。クロスオーバーに異方性があると電子ビー
ム整形アパーチヤー908を一様に照明できず、
結果として描画する為の電子ビーム914の強度
分布が一様でなくなり正確な描画ができなくな
る。エミツシヨンパターンも円形であることが望
ましいが、クロスオーバー縮小型の装置と同様の
条件で異方性があつてもよい。
Such conditions for using single crystal LaB 6 and alignment method are also effective for electron beam equipment using critical illumination. FIG. 6 shows an electron beam exposure apparatus using critical illumination. 901 is an electron gun, 902
is an anode, 903 is a first crossover, 904 is a crossover magnifying lens, 905 is an anti-scattering aperture, 906 is a blanking electrode, 907
is a condenser lens, 908 is an electron beam shaping aperture, 909 is a second crossover imaged on the electron beam shaping aperture, 91
0 is a deflection system, 911 is an objective lens, 912 is an anti-scattering aperture, 913 is a sample surface, and 914 is a projected image of an electron beam shaping aperture, that is, a shaping image. In such an electron beam device, the shape of the crossover must be circular and axially symmetrical. If the crossover has anisotropy, the electron beam shaping aperture 908 cannot be uniformly illuminated.
As a result, the intensity distribution of the electron beam 914 used for drawing becomes uneven, making accurate drawing impossible. The emission pattern is also preferably circular, but may be anisotropic under the same conditions as a crossover reduction type device.

第3図Aで示すバイアス電圧V3で電子銃を動
作させれば、同一チツプ温度でもつとも高い輝度
が得られ、しかもクロスオーバー像は円形でエミ
ツシヨンパターンに異方性がある。場合により最
高輝度より低い条件で使用する場合は、V3より
高くV4より低い領域にバイアス電圧を設定すれ
ばエミツシヨンパターンには異方性があるが、ク
ロスオーバー像は円形となる。即わちV3
V4の条件で電子銃を動作させてもよいことにな
る。
If the electron gun is operated at the bias voltage V3 shown in FIG. 3A, high brightness can be obtained at the same chip temperature, and the crossover image is circular and the emission pattern is anisotropic. In some cases, when using the device under conditions lower than the maximum brightness, if the bias voltage is set in a region higher than V 3 and lower than V 4 , the emission pattern will have anisotropy, but the crossover image will be circular. That is, V 3 V
This means that the electron gun can be operated under V4 conditions.

第7図に第4図に示す光学系において本発明を
適用し、最適バイアス電圧に自動設定できるよう
にした電子線露光装置の構成図を示す。この電子
線露光装置は第4図Aに示したものと同様にクロ
スオーバー縮小像を用いた装置である。1001
は電子銃、1002は陽極、1003は第1コン
デンサー軸合わせコイル、1004は第1コンデ
ンサー、1005は散乱防止及び電子ビーム検出
アパーチヤー、1006は第2コンデンサー軸合
わせコイル、1007はブランキング電極、10
08は第2コンデンサー、1009は散乱防止及
び電子ビーム検出アパーチヤー、1010は対物
レンズ軸合わせコイル、1011は偏向電極、1
012は対物レンズ、1013は対物レンズアパ
ーチヤー、1014はフアラデーカツプ、101
5はナイフエツジ、1016は反射電子検出器で
ある。次に制御系の説明を行なう。1017及び
1026は第1コンデンサー軸合わせコイルを操
作する為の増幅器とD―A変換器、1018と1
027は検出アパーチヤー1005に流れる電流
を検出する為の増幅器とA―D変換器、1019
と1028は第2コンデンサーレンズ軸合わせコ
イルを操作する為の増幅器とD―A変換器、10
20と1029は検出アパーチヤーを流れる電流
を検出する為の増幅器とA―D変換器、1021
と1030は対物レンズ軸合わせコイルを操作す
る為の増幅器とD―A変換器、1022,102
3,1031は偏向電極に走査波を与える為の増
幅器1022と1023とD―A変換器、102
4と1032は反射信号を検出する為の増幅器と
A―D変換器、1025と1033はフアラデー
カツプに流れる電流を検出する為の増幅器とA―
D変換器である。1035は所定のバイアス抵抗
Rを設定する為のバイアス抵抗制御機構で、計算
機1041の指令により望むバイアス抵抗を設定
することができる。1037は高圧回路、103
8は高圧回路を流れる負荷電流Itを検出し、デイ
ジタル信号を計算機へ送る機能を有する検出機構
である。バイアス電圧VはV=IpRで与えられ
る。輝度Bはビームの直径をd、ビーム電流を
IP、電子ビームの収束半頂角をαとしたとき B=4Ip/(παd)2 …(1) で与えられる。IPはフアラデーカツプにより検出
され、dはナイフエツジを電子ビームが偏向によ
り横断した時の反射電子信号の立ち上がりから観
測される。なおIPを測定する為には各検出アパー
チヤー1005,1009,1012を通過する
電流が最大となるよう各軸合わせコイル100
3,1006,1010は操作される。BをVの
函数としてサンプリングし、V3,V4の値を求め
る。
FIG. 7 shows a configuration diagram of an electron beam exposure apparatus in which the present invention is applied to the optical system shown in FIG. 4 so that the optimum bias voltage can be automatically set. This electron beam exposure apparatus is an apparatus using a cross-over reduced image similar to the one shown in FIG. 4A. 1001
is an electron gun, 1002 is an anode, 1003 is a first capacitor alignment coil, 1004 is a first capacitor, 1005 is an anti-scattering and electron beam detection aperture, 1006 is a second capacitor alignment coil, 1007 is a blanking electrode, 10
08 is a second condenser, 1009 is an anti-scattering and electron beam detection aperture, 1010 is an objective lens alignment coil, 1011 is a deflection electrode, 1
012 is an objective lens, 1013 is an objective lens aperture, 1014 is a Faraday cup, 101
5 is a knife edge, and 1016 is a backscattered electron detector. Next, the control system will be explained. 1017 and 1026 are amplifiers and D-A converters for operating the first capacitor alignment coil; 1018 and 1;
027 is an amplifier and an A-D converter for detecting the current flowing through the detection aperture 1005; 1019
and 1028 are amplifiers and D-A converters for operating the second condenser lens alignment coil, 10
20 and 1029 are amplifiers and A-D converters for detecting the current flowing through the detection aperture; 1021
and 1030 are amplifiers and D-A converters for operating the objective lens alignment coil, 1022, 102
3, 1031 are amplifiers 1022 and 1023 and a DA converter 102 for applying scanning waves to the deflection electrodes;
4 and 1032 are amplifiers and A-D converters for detecting reflected signals, and 1025 and 1033 are amplifiers and A-D converters for detecting the current flowing into the Faraday cup.
It is a D converter. 1035 is a bias resistance control mechanism for setting a predetermined bias resistance R, and a desired bias resistance can be set by a command from a computer 1041. 1037 is a high voltage circuit, 103
8 is a detection mechanism having a function of detecting the load current It flowing through the high voltage circuit and sending a digital signal to the computer. Bias voltage V is given by V=I p R. The brightness B is the beam diameter d and the beam current
I P is given by B=4I p /(παd) 2 (1), where α is the convergence half-vertex angle of the electron beam. I P is detected by a Faraday cup, and d is observed from the rise of the reflected electron signal when the electron beam crosses the knife edge due to deflection. In addition, in order to measure I P , each axis alignment coil 100 is
3,1006,1010 are operated. B is sampled as a function of V, and the values of V 3 and V 4 are determined.

ここで、クロスオーバー像の形状検出は例え
ば、第7図に示したフアラデーカツプ1014お
よびナイフエツジ1015を用いて行なうことが
できる。すなわち、電子ビームをナイフエツジ1
015で切るように偏向走査させた時に得られる
電子ビームの電流量をフアラデーカツプで検出す
ることによりクロスオーバー像の形状が円形であ
るかどうかを調べることができる。もし、前記ク
ロスオーバー像が円形でない場合は、フアラデー
カツプに流れる電流を検出するための増幅器10
25とA―D変換器1033よび計算機を介して
バイアス電圧を変えて、クロスオーバー像が円形
となるように調整する。
Here, the shape of the crossover image can be detected using, for example, a Faraday cup 1014 and a knife edge 1015 shown in FIG. In other words, the electron beam is
By using a Faraday cup to detect the amount of current of the electron beam obtained when the electron beam is deflected and scanned so as to cut at 015, it can be determined whether the shape of the crossover image is circular. If the crossover image is not circular, an amplifier 10 is used to detect the current flowing through the Faraday cup.
25, the A/D converter 1033, and a computer to adjust the bias voltage so that the crossover image becomes circular.

また、エミツシヨンパターン像の検出について
は、例えば、ビーム検出アパーチヤ1005に対
して、電子ビームを偏向により横断せしめた時に
得られるビーム電流から、前述したクロスオーバ
ー像の場合とほぼ同様にして、その形状の検出を
行なうことができる。エミツシヨンパターン像に
関しては、その形状が、異方性を示すように調整
すればよい。
Further, regarding the detection of the emission pattern image, for example, from the beam current obtained when the electron beam is deflected to cross the beam detection aperture 1005, in almost the same manner as in the case of the crossover image described above, Its shape can be detected. The shape of the emission pattern image may be adjusted to exhibit anisotropy.

電子線露光装置において制御すべき量はビーム
径dとビーム電流IPである。ところで(1)式が成立
する領域ではdとIPの代りにBとIPを制御すれば
よい。電子線露光装置では必ずしもB=Bmaxで
使用されるとは限らない。レジスト感度条件から
B<Bmaxで使用される場合もある。この場合に
はV3<Vの範囲で必要なくどを与えるVを選べ
ばよい。
The quantities to be controlled in an electron beam exposure apparatus are the beam diameter d and the beam current I P. By the way, in a region where equation (1) holds, B and I P may be controlled instead of d and I P. In an electron beam exposure apparatus, B=Bmax is not necessarily used. Depending on resist sensitivity conditions, B<Bmax may be used. In this case, it is sufficient to select V that provides the necessary hole within the range of V 3 <V.

バイアス電圧Vはバイアス抵抗Rの増加関数で
ある。従つて第8図のように輝度Bとバイアス抵
抗Rの関係を求め、バイアス抵抗Rを操作して電
子銃を制御してもよい。第8図でR1,R2,R3
R4はそれぞれバイアス電圧V1,V2,V3,V4に対
応する。ただしR1,R2,R3,R4はチツプ温度に
より変るので、チツプ温度を変えるたびに求め直
さねばならない。
Bias voltage V is an increasing function of bias resistance R. Therefore, the electron gun may be controlled by determining the relationship between the brightness B and the bias resistor R as shown in FIG. 8, and manipulating the bias resistor R. In Figure 8, R 1 , R 2 , R 3 ,
R 4 corresponds to bias voltages V 1 , V 2 , V 3 , and V 4 , respectively. However, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 change depending on the chip temperature, so they must be recalculated each time the chip temperature is changed.

単結晶LaB6につき述べてきたが、第2図のよ
うな構造のチツプでかつ単結晶材料であるチツプ
から電子ビームを放出させる電子銃ならすべて電
子ビーム特性は第3図のような性質を示す。従つ
て電子銃に有効なタンタルカーバイドTaC,チ
タンカーバイドTiC,ジルコニウムカーバイド
ZrC,ハフニウムカーバイドHfC,ランタンの1
部をネオジムでおきかえた結晶La0.3Nb0.7B6等の
単結晶も本発明に有効である。
As mentioned above for single-crystal LaB 6 , any electron gun that emits an electron beam from a chip with the structure shown in Figure 2 and made of single-crystal material will exhibit the electron beam characteristics as shown in Figure 3. . Therefore, tantalum carbide TaC, titanium carbide TiC, and zirconium carbide are effective for electron guns.
ZrC, hafnium carbide HfC, lanthanum 1
Single crystals such as La 0.3 Nb 0.7 B 6 in which parts are replaced with neodymium are also effective in the present invention.

以上は第4図Aに示した如きクロスオーバー縮
小像を用いた電子線露光装置での最適バイアス電
圧の自動化例であつたが、第6図に示した如きク
リテイカル照明を用いた電子線露光装置、すなわ
ちクロスオーバー整形像投影型の電子線露光装置
で第7図のように最適バイアス電圧に自動設定す
るようにしてもよい。
The above was an example of automating the optimal bias voltage in an electron beam exposure system using a crossover reduced image as shown in FIG. 4A, but an electron beam exposure system using critical illumination as shown in FIG. In other words, a cross-over shaped image projection type electron beam exposure apparatus may be used to automatically set the optimum bias voltage as shown in FIG.

この場合、アパーチヤー像は、第7図と同様に
フアラデーカツプからのビーム電流で測定でき、
エミツシヨンパターン像はアパーチヤ904や9
12からのビーム電流で測定することができる。
In this case, the aperture image can be measured using the beam current from the Faraday cup as in FIG.
The emission pattern image is aperture 904 or 9
The beam current from 12 can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はフオーゲル型LaB6電子銃の構成例を
示す断面図、第2図はLaB6チツプの構成を示す
斜視図、第3図に於いてAは第1図の電子銃のチ
ツプから得られる電子ビームの輝度とバイアス電
圧の関係を示す特性図、Bはクロスオーバー像と
バイアス電圧の関係を示す説明図、Cはエミツシ
ヨンパターンとバイアス電圧の関係を示す特性
図、第4図Aはクロスオーバー像の縮小像を用い
る電子線露光装置の光学系を示す構成図、B及び
Cは電子ビームの整形を示す説明図、第5図はエ
ミツシヨンパターンに異方性がある場合の軸合せ
方式を示すブロツク図、第6図クリテイカル照明
を用いた電子線露光装置の光学系を示す構成図、
第7図は本発明による電子線装置の一実施例を示
す配置図、第8図はバイアス抵抗と輝度の関係を
示す特性図である。
Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a Vogel type LaB 6 electron gun, Figure 2 is a perspective view showing the configuration of a LaB 6 chip, and A in Figure 3 is obtained from the chip of the electron gun in Figure 1. B is an explanatory diagram showing the relationship between the crossover image and bias voltage; C is a characteristic diagram showing the relationship between the emission pattern and bias voltage; FIG. 4A is a configuration diagram showing the optical system of an electron beam exposure apparatus that uses a reduced image of a crossover image, B and C are explanatory diagrams showing electron beam shaping, and Figure 5 is a diagram showing the case where the emission pattern has anisotropy. A block diagram showing the alignment method, Figure 6 is a configuration diagram showing the optical system of an electron beam exposure apparatus using critical illumination,
FIG. 7 is a layout diagram showing an embodiment of an electron beam device according to the present invention, and FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between bias resistance and brightness.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 先端を細くした単結晶チツプからなる陰極、
ウエネルト電極および陽極を備えた電子銃が形成
する電子ビームのクロスオーバーの像もしくはそ
の整形像を電子レンズを通じて試料面に結像する
電子銃の調整方法において、前記陰極の温度を
1400〜1600℃に設定するとともに前記クロスオー
バーの像もしくはその整形像および前記電子ビー
ムのエミツシヨンパターン像の形状を検出し、こ
の検出結果に基いて前記電子ビームのクロスオー
バーが円形に近く、前記エミツシヨンパターン像
が異方性形状を示すように前記陰極とウエネルト
電極間のバイアス電圧を設定することを特徴とす
る電子銃の調整方法。 2 単結晶チツプがランタンヘキサボライド単結
晶で構成されることを特徴とする特許請求の範囲
1項に記載した電子銃の調整方法。
[Claims] 1. A cathode made of a single crystal chip with a tapered tip;
In an electron gun adjustment method in which an electron beam crossover image or a shaped image thereof formed by an electron gun equipped with a Wehnelt electrode and an anode is focused on a sample surface through an electron lens, the temperature of the cathode is adjusted.
The temperature is set at 1400 to 1600°C, and the shape of the crossover image or its shaped image and the emission pattern image of the electron beam is detected, and based on the detection results, the crossover of the electron beam is close to a circle, A method for adjusting an electron gun, comprising setting a bias voltage between the cathode and the Wehnelt electrode so that the emission pattern image exhibits an anisotropic shape. 2. The method for adjusting an electron gun according to claim 1, wherein the single crystal chip is composed of a lanthanum hexaboride single crystal.
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