JPH0450732B2

JPH0450732B2 -

Info

Publication number: JPH0450732B2
Application number: JP55035834A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Takigawa; Yoshihide Kato
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-03-21
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1992-08-17
Also published as: JPS56133825A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はケラー照明によるアパーチヤ像投影型
の電子線装置において、例えばランタンヘキサボ
ライド等の単結晶チツプからなる電子銃のバイア
ス条件を効果的に最適化し得る電子線装置に関す
る。

［従来の技術］ケラー照明によるアパーチヤ像投影型の電子線
装置における電子銃としては、従来一般にタング
ステンヘアピン型のものが用いられているが、近
時、高輝度化等の諸性能の向上要求からランタン
ヘキサボライド（LaB₆）等の単結晶チツプ型の
ものを用いることが種々試みられている。この
種、単結晶チツプは第１図に示す如く、直方体チ
ツプ先端部を半頂角θに円錐状加工し、且つその
円錐頂部を曲率半径ｒで球面加工した形状を有す
るもので、ヒータ電源により通電加熱した状態で
上記単結晶チツプとウエネルトと間に所定のバイ
アス電圧を印加して使用される。しかして電子ビ
ームは上記単結晶チツプの先端部を中心に放出さ
れ、その電子ビーム特性は一般に単結晶チツプの
結晶軸方位、チツプ先端部の曲率半径ｒ、その半
頂角θ等に依存する。

第２図は＜100＞単結晶LaB₆チツプとウエネル
トとの間に印加されるバイアス電圧Ｖと電子ビー
ム輝度Ｂとの関係を、そのチツプ温度Ｔをパラメ
ータとして示したものである。尚、上記チツプ温
度Ｔはヒータ電流により調整される。この特性に
示されるように、電子ビームの最大輝度B_naxは、
チツプ温度Ｔ（T1＜T2＜T3）が高い程高くなる
が一定のバイアス電圧V2で得られる。またバイ
アス電圧V4（＞V2）に高めた場合、チツプ温度
Ｔによつて多少の差異はあるが一定輝度B_cpostに
収束する。

第３図ａ〜ｄは上述したバイアス電圧がV1〜
V4における電子ビームのエミツシヨンパターン
（強度分布）を模式的に示したものである。この
模式図に示すように単結晶チツプに加わるバイア
ス電圧がV1，V2（＜V3）と低い場合には、チツ
プの結晶方位を反映して同図ａ，ｂにそれぞれ示
すようにそのエミツシヨンパターンは４回対称パ
ターンとして現われる。またバイアス電圧が前記
最大輝度B_naxを得る電圧V2と一定輝度B_cpostを得
る電圧V4の略中間値であるV3以上になつた場合
には第３図ｃに示すように中心部の電流強度が僅
かに低いが略一様な強度分布を示すエミツシヨン
パターンとなる。そしてバイアス電圧がV4以上
になつた場合には同図ｄに示すようにガウス分布
特性を示すエミツシヨンパターンとなる。尚、こ
のバイアス電圧Ｖとエミツシヨンパターンとの関
係は前述したチツプ軸方位やｒ，θには殆んど依
存することがない。

ところが前記単結晶チツプとウエネルトとの間
に印加されるバイアス電圧Ｖは、通常、上記単結
晶チツプとウエネルトとの間に介挿されたバイア
ス抵抗にエミツシヨン電流を流すことによつて与
えられる。そしてそのバイアス電圧Ｖの調整は、
上記バイアス抵抗Ｒを可変して行われる。

ところがこのようにしてバイアス抵抗Ｒを可変
した場合、これによつてそのエミツシヨン電流が
かなり変化することが否めない。この為、バイア
ス電圧Ｖを調整するべくバイアス抵抗を可変した
場合、上記バイアス電圧の変化に起因して第４図
に示すように電子ビーム輝度Ｂは、そのときのチ
ツプ温度Ｔによつて異なる変化特性を示す。換言
すれば、適正なバイアス電圧Ｖを設定する為のバ
イアス抵抗Ｒの制御値は上記チツプ温度Ｔに大き
く依存し、同じ制御値を与えた場合であつても、
そのときのチツプ温度Ｔによつて電子ビーム輝度
は全く異なつたものとなる。

尚、チツプ温度がT3のときの第４図に示すバ
イアス抵抗R1〜R4は前述した第２図に示すバイ
アス電圧V1〜V4にそれぞれ対応する。そしてこ
の場合には、上記バイアス抵抗R1〜R4のときの
電子ビームのエミツシヨンパターンは前述した第
３図ａ〜ｄにそれぞれ示すようになる。

ここで、バイアス抵抗Ｒとバイアス電圧Ｖとの
間には、エミツシヨン電流をＩとするとＶ＝IR
の関係があるが、バイアス抵抗Ｒを変えるとエミ
ツシヨン電流Ｉも変化し、さらにエミツシヨン電
流はチツプ温度Ｔによつても変化する。従つて、
チツプ温度Ｔが変わると、バイアス抵抗の調整値
R1〜R4とエミツシヨンパターンとの間の前述し
た関係が成立しなくなることを意味する。これ
故、バイアス抵抗の調整により単結晶チツプに加
えるバイアス電圧Ｖを可変設定する場合には、上
記チツプ温度Ｔが変る都度、その調整条件を変え
ることが必要となる。この為、単結晶チツプを電
子銃として組込んだ電子線装置にあつては、バイ
アス抵抗Ｒを調整して単結晶チツプに対するバイ
アス条件を適正設定することが非常に困難であ
り、ケラー照明条件を最適化することが難しかつ
た。

なお、第２図及び第４図のデータは、共に後述
する第５図に示すような電子光学系において、加
速電源（高圧電源３）を一定に保持した状態で、
バイアス抵抗Ｒを可変（バイアス抵抗回路５を調
整）したときの輝度を測定したものである。より
具体的には、第４図のデータは、ヒータ電流の制
御によりチツプ温度を一定（例えばT1）に保持
した状態で、バイアス抵抗Ｒを可変したときの輝
度を測定する。さらに、チツプ温度をT2，T3，
T4と順次変えて上記測定を行う。そして、バイ
アス抵抗Ｒに対する輝度の変化をプロツトしたも
のである。また、第２図のデータは、上記と同様
に測定し、バイアス電圧Ｖに対する輝度の変化を
プロツトしたものである。

［発明が解決しようとする課題］このように単結晶チツプを電子銃として組込ん
だ電子線装置にあつては、電子ビーム特性を決定
する上記単結晶チツプに対するバイアス条件を適
正化設定することが非常に困難であつた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ケラー照明に必
要な電子ビームの強度の均一性とその輝度を与え
るべく、電子銃として組込まれた単結晶チツプに
対するバイアス条件を簡易に設定できる実用性に
富んだ電子線装置を提供することにある。

［実施例］以下、図面を参照して本発明に係る電子線装置
の一実施例につき説明する。

第５図は本装置の電子光学系と測定制御系とを
概略的に示したものである。この第５図を参照し
て、先ず本装置の概略的な構成について説明す
る。

電子銃１はランタンヘキサボライド（LaB₆）
単結晶チツプ１ａとウエネルト１ｂとから構成さ
れて、陽極２に対向配置されている。この電子銃
１は高圧電源３により前記陽極２との間に高電圧
が印加されて付勢される。しかして上記電子銃１
の単結晶チツプ１ａはヒータ電源４により通電加
熱されてチツプ温度が設定され、また単結晶チツ
プ１ａとウエネルト１ｂとの間に介挿されたバイ
アス抵抗可変回路５によつてバイアス条件（バイ
アス電圧、バイアス抵抗）が設定されている。こ
のようにして電子銃１が駆動され、前記単結晶チ
ツプ１ａから電子ビームが発せられる。尚、上記
高圧電源３と接地間に介挿された電流検出器６
は、電子銃１のエミツシヨン電流I_Rを検出するも
のである。このエミツシヨン電流I_Rによつて電子
銃１の駆動状態がモニタされる。

しかして上記電子銃１の発した電子ビームの第
１のクロスオーバ像Ａの位置にはブランキング板
７が対向配置され、以下に示す電子光学系に対す
る電子ビームのブランキング制御がなされてい
る。

この第１のクロスオーバ像Ａは、散乱防止アパ
ーチヤ８を備えた照明レンズ９によつて整形偏向
器１１の偏向中心位置に結像され、第２のクロス
オーバ像Ｃが作られる。この第２のクロスオーバ
像Ｃの位置に設けられたビーム形状可変制御用の
偏向電極１１はアパーチヤ１０上に形成される第
１のアパーチヤ像Ｂを偏向制御しており、この偏
向電極１１による偏向制御を受けた上記第１のア
パーチヤ像Ｂは、アパーチヤ１２を備えた投影レ
ンズ１３を介して第２のビーム整形アパーチヤ１
４に投影される。この第２のビーム整形アパーチ
ヤ１４上に投影された前記アパーチヤ像Ｂと同ア
パーチヤ１４との形状的な重なりによつて、ビー
ム断面形状が可変さた第２のアパーチヤ像Ｄが形
成される。

また前記投影レンズ１３は、上記アパーチヤ１
４の下方位置に第３のクロスオーバ像Ｅを結像し
ている。アパーチヤ１５を備えた縮小レンズ１６
は、上記第３のクロスオーバＥの像Ｆを対物レン
ズ１７に内在された散乱防止用対物アパーチヤ１
８面上に結像すると共に、前記第２のビーム整形
アパーチヤ１４上に形成されるアパーチヤ像Ｄの
縮小された第３のアパーチヤ像Ｇを形成し、これ
を前記対物レンズ１７を介して試料面１９上に第
４のアパーチヤ像Ｈとして結像照射している。

このような光学系により電子銃１から発せら
れ、第１および第２のビーム整形アパーチヤ１
０，１４によつてビーム断面形状が整形された電
子ビームのアパーチヤ像が、対物レンズ１７を介
して試料面１９上に結像され、試料面１９に対す
る電子ビームのケラー照明系が構成されている。

しかして上記縮小レンズ１５と対物レンズ１７
との間に対向配置された偏向電極板２０は、Ｄ／
Ａ変換器２１の出力を受けて動作する反転増幅器
２２および非反転増幅器２３により駆動されるも
のである。この偏向電極板２０によつて前記第３
のアパーチヤ像Ｇが偏向され、対物レンズ１７に
よる試料面１９上の電子ビーム照射位置が可変設
定される。この試料面１９への電子ビーム照射位
置の可変制御により、例えば電子ビームの照射位
置走査が行われる。

さて上記の如くケラー照明系を構成した本装置
の前記試料面１９の位置には電子ビーム強度分布
測定器（第１の測定系）が設けられている。この
電子ビーム強度分布測定器は、例えば電子ビーム
の強度分布およびビーム寸法を測定する為の十字
形状に張設された金の細線２４、この細線２４に
よつて散乱された大きな散乱角を有する電子ビー
ムを吸収するアパーチヤ２５、そして上記金の細
線２４によつて遮られなかつた電子ビーム電流を
検出するフアラデーカツプ（第２の測定系）２６
とにより構成される。しかしてこの測定器（フア
ラデーカツプ２６）によつて検出された電子ビー
ム電流はセンスアンプ２７によつて増幅されたの
ち、Ａ／Ｄ変換器２８を介してデジタル情報化さ
れ、後述するインターフエース３３を介して計算
機３４に与えられる。

また前記投影レンズ１３および縮小レンズ１６
の各アパーチヤ１２，１５では、そのアパーチヤ
によって遮つた電子ビームの電流を該電子ビーム
の軸ずれ情報として検出している。そしてこれら
のアパーチヤ１２，１５によつて各々検出される
ビーム電流は、センスアンプ２９，３０によつて
それぞれ増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換器３１，３
２にてデジタル情報化され、前記インターフエー
ス３３を介して計算機３４に与えられている。

計算機３４はインターフエース３３を介して、
前記アパーチヤ１２，１５により検出されて上記
Ａ／Ｄ変換器３１，３２から出力される電子ビー
ムの軸ずれの情報、また前記フアラデーカツプ２
６により検出されてＡ／Ｄ変換器２８から出力さ
れの電子ビーム電流情報、および前記電流検出器
６によつて検出される電子銃１のエミツシヨン電
流の情報をそれぞれ取込み、前述した電子光学系
に対する一連の制御動作を実行する。

即ち、この計算機３４は予め設定されたプログ
ラム情報に従つて前述したブランキング板７や偏
向板１１を制御駆動して、そのブランキング制御
およびビーム形状の整形制御を行う。また計算機
３４は前記Ｄ／Ａ変換器２１に対してインターフ
エース３３を介して電子ビームの走査制御情報を
出力し、偏向電極板２０を付勢して一連した電子
ビームの偏向走査による露光制御を行う。

更には上記計算機３４は上述した如く取込み入
力される各種情報に従い、後述するように前記バ
イアス抵抗可変回路５およびヒータ電源４の動作
条件の制御を行なう。このバイアス抵抗可変回路
５およびヒータ電源４に対する制御により前記電
子銃１の動作条件が、電子光学系のケラー照明に
十分な電子ビーム特性を得るべく制御され、その
最適設定が行われる。

また計算機３４は前記アパーチヤ１２，１５よ
り得られた情報（軸ずれの情報）に従い、インタ
ーフエース３３を介してＤ／Ａ変換器３５，３
６，３７，３８，３９にそれぞれ制御データを与
えている。これらのＤ／Ａ変換器３５，〜３９は
ドライブアンプ４０，４１，４２，４３，４４を
各別に介して、前記電子光学系のブランキング板
７，第１のビーム整形アパーチヤ１０、投影レン
ズ１３、第２のビーム整形アパーチヤ１４、縮小
レンズ１５の各位置に設けられた偏向コイル４
５，４６，４７，４８，４９を駆動するものであ
る。これらの偏向コイル４５，４６，４７，４
８，４９の駆動により、光学系に対する電子ビー
ムの中心軸位置合せが行われる。

次にこのように構成された本装置における前記
単結晶チツプ１ａに対するバイアス条件設定の基
本原理につき説明する。

今、電子銃１からの電子ビームの中心軸が電子
光学系に対して軸合せされており、且つ光学系内
における軸合せもなされているものとする。この
ような条件下で上記電子ビームを偏向走査して第
６図ａに示すようにアパーチヤ像Ｈを金の細線２
４を横切らせ、フアラデーカツプ２６にてこのと
きのビーム電流の変化を検出すると、例えば第６
図ｂに示すような電子ビーム電流Ｉの検出結果が
求められる。尚、この第６図ａにおいては説明の
徒な複雑化を避けるために電子ビームをｘ方向に
のみ走査し、ｙ方向に張設された直径100μm〓程
度の金の細線２４にて電子ビーム電流を測定する
例を示しているが、電子ビームをｙ方向に偏向走
査したときにも同様にしてそのビーム電流Ｉの検
出が行われる。またここでは第４のアパーチヤ像
Ｈの電流強度の高い部分を模式的に領域Ｋとして
示してあり、そのアパーチヤ像Ｈとしては最大寸
法のものを想定して現わしてある。

ここで第６図ｂは電子ビームのアパーチヤ像Ｈ
の全てがフアラーデーカツプ２６に照射されてい
る状態（金の細線２４によつて上記アパーチヤ像
Ｈが遮られていない状態）から、電子ビームの偏
向走査に伴つて電子ビームのアパーチヤー像Ｈが
徐々に金の細線２４によつて遮られ、上記アパー
チヤ像Ｈの全てが金の細線２４により遮られるま
での状態を示している。

しかして電子ビームのアパーチヤ像Ｈが、前記
した最大輝度B_naxを得るバイアス電圧V2の条件
下におけるエミツシヨンパターンのものであると
すると、上記アパーチヤ像Ｈの金の細線２４によ
り遮られる部分の電流強度の異なりから、アパー
チヤ像Ｈの金の細線２４の横切りに伴つて第６図
ｂに実線で示す如き凹凸状の変化を示すビーム電
流Ｉが検出される。ちなみにアパーチヤ像Ｈのビ
ーム強度分布が一様である場合には、金の細線２
４によつて遮られる電子ビームの断面面積とそこ
での電流強度とが比例関係にあるから、第６図ｂ
に破線で示すような直線的なビーム電流Ｉの変化
特性が検出されることになる。

次にこのようにして検出されるビーム電流Ｉか
らそのビーム強度分布を評価するべく、前記計算
機３４にて上述した如く検出されるビーム電流Ｉ
の変化を電子ビームの走査移動距離ｘにて微分
し、［dI／dX］なる情報を強度分布情報として第
６図ｃに示す如く算出する。更にこの情報［dI／
dX］を微分して［d²Ｉ／dX²］なる情報を同図
ｄに示す如く算出する。

この演算において電子ビームの偏向速度がυで
ある場合、上記走査移動距離ｘはυt（ｔ：時間）
で示されることは云うまでもない。従つて計算機
３４では、偏向走査速度υを一定化して、時間ｔ
に関する微分演算処理を行うようにしてもよい。
またこのような信号演算処理は上記ｘ方向のみな
らず、ｙ方向についても同様に行い、［dI／dy］
および［d²Ｉ／dy²］なる情報もそれぞれ求める。

しかして次に上記［dI／dX］（ｙ方向について
は［dI／dy］）なる特性の凹凸を比較判定する。
この特性に凹凸構造が存在する場合、これはエミ
ツシヨンパターンにLaB₆単結晶チツプ１ａの仕
事関数に起因する前述した第３図ａ，ｂに示すよ
うな結晶面異方性が現われていることを示してい
る。従つてこの場合には、電子銃１（単結晶チツ
プ１ａ）に対するバイアス電圧を増大させること
で、そのエミツシヨンパターンを第３図ｃ，ｄに
示すようにその電流強度を略一様化する必要があ
ることがわかる。

例えばアパーチヤ像Ｈのビーム強度分布が一様
であり、上記の如く［dI／dX］特性に凹凸がな
い場合、その微分特性［d²Ｉ／dx²］は第６図ｄ
中破線で示すように領域x0〜x1の範囲で零にな
る。逆に［dI／dX］特性に凹凸が存在する場合
には、その微分特性［d²Ｉ／dx²］は上記範囲に
おいて正負に極性変化する大きな凹凸が生じる。
従つて上記［d²Ｉ／dx²］の関数形を求め、領域
x0〜x1において［d²Ｉ／dx²］が零になるように
前記バイアス抵抗可変回路５を制御してバイアス
抵抗Ｒの調整すれば、［dI／dX］特性の凹凸をな
くし、前述したフアラデーカツプ２６で検出され
る電子ビーム強度Ｉの変化が直線となるようにす
ることができ、ここに電子ビームの強度分布を略
一様化するこが可能となる。尚、上記x0は、［d²
Ｉ／dx²］の特性において最初（図中左側）から
２番目に零値が検出される位置であり、x1は最
後（図中右側）から２番目に零値が検出される位
置である。

同様にしてｙ方向に対しても、［d²Ｉ／dy²］の
特性（関数形）に従つてバイアス抵抗Ｒの調節を
行わしめる。このようなバイアス抵抗Ｒの調節に
よつて電子ビーム強度分布（輝度）の一様化が図
られる。

ところで上述した如くバイアス抵抗Ｒの調整に
よつて強度分布が一様化されて試料面１９上に照
射されるときの前記整形アパーチヤ１０における
電子ビームの輝度βは、そのときに前記フアラデ
ーカツプ２６にて検出される電子ビーム電流（金
の細線２４で遮ぎられることなく、電子ビームの
全てをフアラデーカツプ２６にて検出したときの
ビーム電流）をI_nax、電子ビームの断面面積を
Ｓ、対物レンズ１７によつて収束される電子ビー
ムの半頂角をαしたとき次式で示される。

β＝I_nax／｛（πα）²Ｓ｝従つてビーム面積Ｓを一定化、例えば最大面積
S_naxに固定しておけば、上記アパーチヤ１０にお
ける電子ビームの輝度とビーム電流I_naxとが比例
関係になるので、上記輝度βの代りに前記フアラ
デーカツプ２６にて測定される電子ビーム電流
I_naxを制御量としてバイアス電圧Ｖを操作してア
パーチヤ１０における電子ビームの輝度βを調節
することが可能である。

そこで前記フアラデーカツプ２６によつて検出
されるビーム電流Ｉ（＝I_nax）から上記条件にお
ける輝度βを上述した関係式に従つて計算機３４
にて求める。しかる後、電子線照射に所望とする
輝度β_oeedと比較演算し、例えば［β＞β_oeed］な
る関係を得たときには、バイアス電圧Ｖを高めて
［β＝β_oeed］が得られるように上記バイアス電圧
Ｖを可変制御する。つまり既に電子ビームの強度
分布の一様化が図られていることから、そのとき
のバイアス電圧は最大輝度B_naxを得るバイアス
電圧V2よりも高く設定されている（第２図にお
けるV3の状態）。そこで更にそのバイアス電圧を
高め、電子ビーム輝度が一定輝度B_cpostに向けて
低下（収束）するようにし、上記アパーチヤ１０
における輝度βを所望とする輝度β_oeedに調節す
る。

また逆に［β＜β_oeed］なる関係が得られた場
合には前記ヒータ電源４を可変制御して単結晶チ
ツプ１ａの温度Ｔを高め、電子ビームの強度Ｂ自
体を高めることによつて［β＝β_oeed］が得られ
るようにする。即ち、この状態は電子ビームの強
度分布の一様化が図られており、そのときのバイ
アス電圧は最大輝度B_naxを得るバイアス電圧V2
よりも高く設定されている状態にある。これ故、
バイアス電圧の調整によつて輝度を高めると、電
子ビームの強度分布が一様化された状態を崩すこ
とを意味する。そこでチツプ温度自体を高め、最
大輝度B_naxが得られるようにそのバイアス電圧
を高くした上で、上述した電子ビームの強度分布
の一様化の調整手続を繰返し実行し、これによつ
て［β＞β_oeed］なる関係を得た上で所望とする
輝度B_oeedを得るべくバイアス電圧を調節する。

このようなバイアス電圧の調整により電子ビー
ム露光に必要な輝度β_oeedを電子銃１から得るこ
とが可能となる。

尚、単結晶チツプ１ａに印加されるバイアス電
圧Ｖを直接モニタしながらバイアス抵抗Ｒを可変
し、これによつてバイアス電圧を調節することに
代えて、前記電流検出器６により求められる前述
した単結晶チツプ１ａのエミツシヨン電流I_Rから
バイアス電圧Ｖをモニタし、このモニタ結果に応
じてバイアス抵抗Ｒを可変設定してバイアス電圧
Ｖの調節を行うようにしても良い。

ところで上述した電子銃１のバイアス条件設定
は、電子ビームの中心軸が電子光学系に対して軸
合せされており、且つ光学系内における軸合せも
なされているものとの前提条件の下で説明した。
しかし単結晶チツプ１ａから放出される電子ビー
ムの強度分布が一様であつても、その中心軸が電
子光学系に対してずれを生じている場合、前述し
た如くフアラデーカツプ２６から検出されるビー
ム電流Ｉの微分特性［dI／dx］で示される強度
分布の情報が第７図ａに示すように軸対称性を失
い、［dI／dx］に傾きが生じる。この場合には、
第７図ｂに上記［dI／dx］の微分特性［d²Ｉ／
dx²］を示すように前述した零値の位置x0，x1は
同一点となる。つまり上記零値の位置x0とx1で
示される［d²Ｉ／dx²］が零となる範囲自体が零
となる。

そこで計算機３４では上記x0とx1の位置を比
較し、その位置が同一であるならばこれを電子ビ
ームの中心軸が電子光学系に対してずれを生じて
いると判定している。そしてこの場合には、計算
機３４によるＤ／Ａ変換器３５の付勢によつて前
記偏向コイル４５を駆動し、前記［d²Ｉ／dx²］
における零値点間距離｜x0−x1｜が最大となる
べく電子ビームの中心軸合せの制御を行う。この
距離｜x0−x1｜の最大化調整により単結晶チツ
プ１ａから放出される電子ビームの中心軸の電子
光学系に対するずれ補正がなされ、前述した第１
のアパーチヤ１０は電子ビームの均一な強度の照
明を受けることになる。

また光学系内における軸合せが不良な場合に
は、前記投影レンズ１３および縮小レンズ１６に
おけるアパーチヤ１２，１５によつて遮られる電
子ビームの割合が増大する。そこで計算機３４は
第８図に示されるように（dI／dx）_naxを最大とす
るべく制御して光学系内の軸ずれを補正するべく
その軸合せを行う。この軸合せにより前記フアラ
デーカツプ２６で測定される電子ビーム電流Ｉの
最大化が図られ、この条件下で測定される電子ビ
ーム電流Ｉが前述したアパーチヤ１０での輝度β
を算出する際のビーム電流I_naxとして用いられ
る。

即ち、上記光学系内の軸合せが不良な場合、電
子ビーム形状整形用の偏向板１１に電位を与えな
い状態においては、第１のアパーチヤ像Ｂが第２
のビーム整形用アパーチヤ１４上に正しく投影さ
れないことになり、その一部が投影レンズ１３の
アパーチヤ１２によつて遮られることになる。こ
の結果、上記アパーチヤ１２は、電子ビームを遮
つた分の電子ビーム電流を検出することになる。
そこでこのアパーチヤ１２により検出されるビー
ム電流を零とするべく、或いは最小とするべく前
記偏向コイル４６，４７を相互に関連させて駆動
制御し、第１および第２のビーム整形アパーチヤ
１０，１４間の電子ビームの軸合せを行なう。

また第２のアパーチヤ像Ｄに対する対物レンズ
１７の軸合せが不良な場合、縮小レンズ１６にお
けるアパーチヤ１５による電子ビームの遮りによ
り、このアパーチヤ１５にて電子ビーム電流が検
出されることになる。この電子ビーム電流は、軸
合せが完全な場合には本来得られるべきものでな
いから、このアパーチヤ１５により検出される電
子ビーム電流が零となるべく偏向コイル４８を駆
動して軸合せがなされる。

このようにしてアパーチヤ１２，１５に流れ込
む電子ビーム電流を最小化するように偏向コイル
４６，４７，４８を駆動することによつて光学系
の軸合せが行われる。

そしてこのような電子ビームの中心軸の電子光
学系に対する軸合せと、光学系内部の軸合せとが
行われた状態でバイアス条件設定の為の前準備が
完了し、前述した電子銃１に対するバイアス条件
の最適化調整が実施されることになる。

ここで上述した電子銃１に対するバイアス条件
設定について上述した前準備の処理を含めて整理
してみると、その処理手順は第１０図に示すよう
になる。

この処理手続は、先ず単結晶チツプ１ａを或る
バイアス条件で駆動し、そのときの電子ビームを
ｘ方向に偏向走査して、前記フアラデーカツプ２
６にて上記電子ビームのビーム電流Ｉを検出する
ことから開始される（ステツプａ）。尚、ここで
は電子ビームをｘ方向に偏向走査する場合につい
て述べるが、ｙ方向についても同様にその処理手
続が進められる。

次にこの処理手続にて測定された電子ビーム電
流Ｉの特性から、計算機３４にてその微分特性
［dI／dx］と、この微分特性［dI／dx］を更に微
分した特性［d²Ｉ／dx²］を算出する（ステツプ
ｂ）。そしてこの特性［d²Ｉ／dx²］から、前述し
た零値をとる２つの位置x0，x1をそれぞれ求め
（ステツプｃ）、それらの位置x0，x1が同一位置
であるか否かを判定する（ステツプｄ）。この判
定処理により、前述したように前記電子ビームの
中心軸が電子光学系に対して軸合せがなされてい
るか否かが判定される。そして上記２つの位置
x0，x1が同一位置であり、電子ビームの中心軸
が電子光学系に対してずれがあると判定された場
合には、前述したように偏向コイル４５の駆動に
より、距離｜x0−x1｜が最大となるようにして
その中心軸合せを行う（ステツプｅ）。この電子
ビームの中心軸の電子光学系に対する軸合せは、
前述したステツプａ，ｂの処理を繰返し行ないな
がら、そのときに検出される上記２つの位置x0，
x1から逐次距離｜x0−x1｜を算出して行われる。

しかして電子ビームの中心軸の電子光学系に対
する軸合せが完了したとき、或いは前述したステ
ツプｄにより示される判定処理において２つの位
置x0，x1が異なることから電子ビームの中心軸
が電子光学系に対して軸合せされていることが確
認された場合には、次に光学系内の軸合せを前述
したように行う（ステツプｆ）。即ち、アパーチ
ヤ１２，１５によつて検出される電子ビーム電流
が零、若しくは最小となるようにして偏向コイル
４６，４７を駆動して光学系内の軸合せを行う。

以上の処理手続によつて電子ビームの中心軸の
電子光学系に対する軸合せと、光学系内の軸合せ
が完了する。そしてこの前準備処理が終了した時
点で、電子銃１のバイアス条件を最適化設定する
為の処理に移る。

この処理は、先ず、前述したステツプａ，〜ｃ
に示される処理と同様にして前記電子ビームをｘ
方向に偏向走査し、上述した軸合せの全てが完了
している状態での電子ビームのビーム電流Ｉを前
記フアラデーカツプ２６にて検出し、この電子ビ
ーム電流Ｉの特性から、計算機３４にてその微分
特性［dI／dx］と、この微分特性［dI／dx］を
更に微分した特性［d²Ｉ／dx²］を算出すること
から始められる（ステツプｇ）。そして次に上記
特性［d²Ｉ／dx²］から電子ビームの強度分布を
示す特性［dI／dx］に凹凸が有るか否かを判定
し（ステツプｈ）、電子ビームの強度分布が略一
様であるか否かを調べる。

この判定により特性［dI／dx］に凹凸がある
ことが示された場合には、前述したようにバイア
ス抵抗Ｒを調節し（ステツプｉ）、その微分特性
［d²Ｉ／dx²］に示される上述した２つの零値位置
x0，x1で示される範囲内の［d²Ｉ／dx²］の値が
零となるように調整する。

しかしてバイアス抵抗Ｒの調節により電子ビー
ムの強度分布が略一様化されたとき、或いは特性
［dI／dx］に凹凸がないことで電子ビームの強度
分布が略一様であることが確認された後には、次
に前記フアラデーカツプ２６で求められる電子ビ
ーム電流Ｉ（金の細線２４で遮られることのない
状態での測定ビーム電流I_nax）から計算機３４に
てそのときの電子ビームの輝度βを計算する（ス
テツプｊ）。そしてこの計算された電子ビームの
輝度βと、ケラー照明に必要な輝度β_oeedとの比
較を行ない（ステツプｋ）、［β＞β_oeed］ならば
前記バイアス電圧Ｖを高めてその輝度βをβ_oeed
に調節する（ステツプｌ）。また逆に［β＜
β_oeed］であるならば、ヒータ電源を調節し、チ
ツプ温度Ｔを高めてその輝度βをβ_oeedに調節す
る（ステツプｍ）。

このような一連の処理手続により、電子銃１に
対するバイアス条件の最適化設定がなされ、電子
ビーム露光にに必要な輝度β_oeedを得て、その処
理手続を完了する（ステツプｎ）。

尚、本発明は上記した実施例のみに限定される
ものではない。例えば上記実施例では、試料面１
９上で電子ビームのビーム電流Ｉを検出し、その
強度分布を求めたが、必ずしも上記試料面に特定
されることはない。例えば第９図に示すように、
照明レンズ９の下方位置に設けられた第１のビー
ム整形アパーチヤ１０のマスクエツジ近傍に
100μmの孔１０ａを設け、この孔１０ａに対向し
てフアラデーカツプ２６を設けてビーム電流Ｉを
検出するようにしてもよい。このような構造を採
用した場合には、上記アパーチヤ１０上に照明さ
れる電子ビームを２次元走査し、その時の偏向電
流の大きさとフアラデーカツプ２６によるビーム
電流の検出値とからアパーチヤ１０上での電子ビ
ーム強度分布を求めることができる。この場合、
［d²Ｉ／dxdy］が上記フアラデーカツプ２６で検
出される量となるから、アパーチヤ１０の開口内
において上記［d²Ｉ／dxdy］が一定となるよう
にバイアス電圧Ｖを調節するようにすればよい。

また上述した実施例では単結晶LaB₆チツプを
用いた電子銃につき説明したが、単結晶チツプが
第１図に示す如き構造を有し、チツプ材料の仕事
関数が面異方性を持つものであれば、第２図およ
び第３図ａ〜ｄに示すような特性を有するので、
例えばタンタルカーバイト（Ta Ｃ）、チタンカ
ーバイト（Ti Ｃ）、ジルコニウムカーバイト
（Zr Ｃ）、LaB₆のランタンの一部をネジオウムで
置換したLa₀₃Nd₀₇B₆等の単結晶チツプについて
も適用することができる。また電子ビームの強度
分布測定を、ベリリウムの如き低原子密度の基板
上にビーム形状より小なる重金属微粉体を塗布
し、この微粉体を電子ビーム走査して得られる反
射電子を検出して行うようにしてもよい。

また測定情報に基づくバイアス条件の制御値を
計算機３４にて求めたが、専用の演算処理回路を
構成してその演算を行わせてもよいことは勿論の
ことである。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、電子ビー
ム強度分布と、アパーチヤにおける電子ビーム輝
度、或いはビーム寸法が一定化された条件下での
ブーム電流とに従つて非常に簡単にバイアス抵抗
あるいはバイアス電圧の制御値を得て、そのバイ
アス条件を露光に必要なビーム強度の均一化と十
分なる輝度を与えるべく調整が可能であり、ここ
に簡易で実用性に富んだ電子線装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例に係る電子線装置を示すも
ので、第１図は電子銃に用いられる単結晶チツプ
の構造を示す斜視図、第２図はバイアス電圧と輝
度との関係を示す図、第３図ａ〜ｄはエミツシヨ
ンパターンを模式的に示す図、第４図はバイアス
抵抗と輝度との関係を示す図、第５図は実施例装
置の全体構成を示す図、第６図ａ〜ｄはブーム強
度分布の測定原理を説明する為の図、第７図ａ，
ｂおよび第８図はビーム強度分布を示す図、第９
図はビーム強度分布測定の別の例を示す図、第１
０図は本装置における全体的な調整処理手順の流
れを示す図である。１……電子銃、３……高圧電源、４……ヒータ
電源、５……バイアス抵抗可変回路、１０……第
１のビーム整形アパーチヤ、１４……第２のビー
ム整形アパーチヤ、１７……対物レンズ、２０…
…偏向電極板、２６……フアラデーカツプ、３４
……計算機。

Claims

【特許請求の範囲】１単結晶チツプを用いた電子銃と、この電子銃
から発せられる電子ビームをケラー照明して投影
するアパーチヤ像投影型の電子光学系と、上記電
子ビームの可変整形アパーチヤへの照明を制御す
る為のレンズ系と、前記電子ビームの強度分布を
測定する第１の測定系と、前記電子ビームの電子
ビーム電流を測定する第２の測定系と、これらの
第１および第２の測定系にて求められた測定結果
に基づいて前記電子銃のバイアス電圧またはバイ
アス抵抗を可変する制御系とを具備した電子線装
置において、前記制御系は前記第１の測定系にて測定された
電子ビームの強度分布から前記電子銃のバイアス
電圧またはバイアス抵抗を可変して上記電子ビー
ムの強度分布を一様化する第１の手段と、この第
１の手段にて強度分布が一様化された条件下で与
えられる電子ビーム寸法での電子ビーム電流を前
記第２の測定系にて測定し、この第２の測定系に
て測定される電子ビーム電流と所望とする電子ビ
ーム電流とを比較する第２の制御手段と、この第
２の手段で求められる比較結果に従つて前記電子
銃のバイアス電圧またはバイアス抵抗を可変して
前記電子ビーム電流を所望値と一致させる第３の
手段とを具備したことを特徴とする電子線装置。２第１の測定系からの測定結果に基づく電子ビ
ームの強度分布の一様化は、電子ビーム寸法を一
定化して行われるものである特許請求の範囲第１
項記載の電子線装置。３電子銃を構成する単結晶チツプは、ランタン
ヘキサボライド（LaB₆）単結晶である特許請求
の範囲第１項記載の電子線装置。４制御系は、電子光学系におけるケラー照明に
必要な電子ビームの強度分布の一様化と所定の輝
度を与えるべく、電子銃のバイアス電圧またはバ
イアス抵抗を可変制御するものである特許請求の
範囲第１項記載の電子線装置。