TWI868496B

TWI868496B - 電子槍的陰極壽命預測方法、及電子線描繪裝置

Info

Publication number: TWI868496B
Application number: TW111138648A
Authority: TW
Inventors: 宮本房雄
Original assignee: 日商紐富來科技股份有限公司
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2025-01-01
Also published as: US20230154720A1; DE102022211238A1; TW202324477A; CN116136934A; KR20230071731A

Abstract

提供能夠以高精度預測電子槍的陰極壽命的電子槍的陰極壽命預測方法和電子線描繪裝置。本發明的一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將電子束相關的參數的值中對應於用於放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量與陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為前述陰極的壽命，或者，使用近似了多次記錄的變化量的近似線並將變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。

Description

電子槍的陰極壽命預測方法、及電子線描繪裝置

本發明的一態樣係關於電子槍的陰極壽命預測方法及電子線描繪裝置。 [關連申請]

本申請主張日本專利申請2021-186687號(申請日：2021年11月16日)，和日本專利申請2022-130652號(申請日：2022年8月18日)的基礎申請的優先權。本申請藉由參照該基礎申請而包含基礎申請的全部內容。

微影技術負責半導體部件的微細化進程，是半導體製程中唯一極其重要的產生圖案的製程。近年來，隨著LSI的高度集成化，半導體部件所要求的電路線寬逐年微細化。在此，電子線(電子束(electron beam))描繪技術本來就具有優異的分辨率，使用電子線在空白光罩(mask blanks)上進行光罩圖案的描繪。例如，有一種使用多射束(multibeam)的描繪裝置。與使用單一電子束進行描繪之情況相比，使用多射束可以一次照射多個射束，從而大大提高了產量。在這種多射束方式的描繪裝置中，例如，使從電子槍放射的電子束穿過具有多個孔的光罩以形成多射束，每個射束被進行消隱控制，沒有被屏蔽的各個射束由光學系統縮小，光罩圖像被縮小，由偏轉器偏轉，並照射到樣品上的所需位置。在放射電子束的電子槍中，陰極的動作溫度隨著陰極亮度的增加而變高。結果，陰極晶體的消耗速度變快。當一定量的晶體蒸發後就無法獲得應有的性能，因此已達到使用壽命，必須更換。因此，需要預測陰極的壽命。如果無法預測使用壽命，則無法確定更換陰極的時間，從而難以計劃性地運用裝置。另外，如果無法預測使用壽命，則必須提前更換陰極，這樣會縮短陰極的使用壽命，增加因更換陰極而導致的裝置的停機時間。此外，如果在描繪過程中陰極的壽命用盡，描繪過程中的處理將被浪費。現有已經公開了測量偏壓飽和點的發射電流與電流密度之間的關係，以及偏壓飽和點中發射電流與燈絲電力之間的關係，參照這些關係獲得在設定電流密度下的發射電流，並且計算燈絲電力的技術(例如，參照日本特開 2010-062374號公報)。

本發明的一態樣提供一種能夠以高精度預測電子槍的陰極壽命的電子槍陰極壽命預測方法和電子線描繪裝置。本發明的一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將電子束相關的參數的值中對應於放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的變化量實施了近似的近似線並將變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。本發明的另一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將以電子束的發射電流對照射電子束的樣品表面位置處的樣品表面電流進行微分得到的值中對應於放射電子束的電子槍的陰極每單位上升溫度的變化量，與陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的變化量實施了近似的近似線並將變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。

本發明的另一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將施加到放射電子束的電子槍的Wehnelt電極的偏壓中對應於陰極每單位上升溫度的變化量，與電子槍的陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為陰極的壽命，或者，使用近似多次記錄的變化量的近似線將變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。本發明的另一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將照射了電子束的樣品表面位置處的樣品表面電流中對應於放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的變化量實施了近似的近似線並將變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。

本發明的另一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將照射了電子束的樣品表面位置處的電流密度中對應於放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的變化量實施了近似的近似線並將變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。本發明的另一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將放射電子束的電子槍的陰極溫度與陰極的使用時間建立關連並記錄，使用對記錄了的陰極溫度的變化實施了近似的近似線並將陰極溫度達到閾值的時期預測為陰極的壽命並輸出。

本發明的另一態樣的電子槍的陰極壽命預測方法為，將從電子槍放射的電子束的發射電流的每單位時間的變化量與電子槍的陰極的使用時間建立關連並記錄，使用對多次記錄了的變化量實施了近似的近似線並將在變化量變為零的時期加上餘裕度獲得的時期預測為陰極的壽命並輸出。本發明的一態樣的電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行上述記錄；預測電路，用於進行上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，具有放射電子束的電子槍，並且使用電子束在樣品上描繪圖案。

[實施形態]

本發明的一態樣提供能夠以高精度預測電子槍的陰極壽命的方法及裝置。

以下，在實施形態中，將說明使用多射束作為電子束的構成。然而，構成不限於此，也可以是使用單一射束的構成。另外，以下對描繪裝置進行說明，但只要是利用從熱電子放射源放射的電子束的裝置，也可以是描繪裝置以外的裝置。例如，它可以是圖像取得裝置、檢測裝置等。

實施形態1.

圖1是表示實施形態1的描繪裝置的構成的概念圖。在圖1中，描繪裝置100具有描繪機構150和控制系統電路160。描繪裝置100是多束電子束描繪裝置的一個例子。描繪機構150具備電子鏡筒102(多束電子束柱)和描繪室103。在電子鏡筒102內配置有電子槍201、照明透鏡202、成形孔徑陣列基板203、消隱孔徑陣列機構204、縮小透鏡205、限制孔徑基板206、物鏡207、檢測器108、偏轉器208、和偏轉器209。XY載物台105配置在描繪室103內。在XY載物台105上配置有作為描繪時的描繪對象基板的塗布有抗蝕劑的空白光罩等樣品101。樣品101包括用於製造半導體裝置的曝光光罩、或用於製造半導體裝置的半導體基板(矽晶圓)等。用於測量XY載物台105的位置的反射鏡210也配置在XY載物台105上。在XY載物台105上還設置有法拉第杯106。標記107也配置在XY載物台105上。

電子槍201(電子束放射源)具有陰極222、 Wehnelt 224(Wehnelt電極)和陽極226(陽極電極)。此外，陽極226被接地(earthed)。

控制系統電路160具備控制電腦110、記憶體112、監視器114、電子槍電源裝置120、偏轉控制電路130、數位/類比轉換(DAC)放大器單元132、134、電流檢測電路136、載物台位置檢測器139、及磁碟裝置等記憶裝置140。控制電腦110、記憶體112、監視器114、電子槍電源裝置120、偏轉控制電路130、數位/類比轉換(DAC)放大器單元132、134、電流檢測電路136、載物台位置檢測器139、及記憶裝置140係藉由匯流排(不圖示)相互連接。DAC放大器單元132、134以及消隱孔徑陣列機構204連接到偏轉控制電路130。DAC放大器單元132的輸出連接到偏轉器209。DAC放大器單元134的輸出連接到偏轉器208。偏轉器208由4個以上的電極構成，由偏轉控制電路130經由DAC放大器單元134控制各電極。偏轉器209由4個以上的電極構成，由偏轉控制電路130經由DAC放大器132控制各電極。載物台位置檢測器139向XY載物台105上的反射鏡210照射雷射光並接收來自反射鏡210的反射光。然後，利用該反射光資訊利用雷射光干涉原理測量XY載物台105的位置。法拉第杯106的輸出連接到電流檢測電路136。

測量部52、參數計算部54、參數計算部55、記錄部56、預測部58、警報處理部59、描繪數據處理部40和描繪控制部42設置在控制電腦110內。測量部52、參數計算部54、參數計算部55、記錄部56、預測部58、警報處理部59、描繪數據處理部40和描繪控制部42中的每一個「～部」具有處理電路。這樣的處理電路包括例如電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路或半導體裝置。每一個「～部」可以使用共同的處理電路(相同的處理電路)或者可以使用不同的處理電路(個別的處理電路)。輸入到或從測量部52、參數計算部54、參數計算部55、記錄部56、預測部58、警報處理部59、描繪數據處理部40和描繪控制部42輸出的資訊和運算過程中的資訊每次都儲存在記憶體112。在電子槍電源裝置120內配置有控制電腦232、記憶體78、磁碟裝置等記憶裝置79、加速電壓電源電路236、偏壓電源電路234、燈絲電力供給電路231(燈絲電力供給部)、及電流計238。記憶體78、記憶裝置79、加速電壓電源電路236、偏壓電源電路234、燈絲電力供給電路231、及電流計238藉由匯流排(未圖示)連接到控制電腦232。

在控制電腦232內配置有特性獲取部60、斜率值計算部62、斜率值計算部64、判定部66、陰極溫度T設定部70、發射電流Emi設定部72、偏壓B控制部74、陰極溫度T控制部76。特性獲取部60、斜率值計算部62、斜率值計算部64、判定部66、陰極溫度T設定部70、發射電流Emi設定部72、偏壓B控制部74、陰極溫度T控制部76中的每一個「～部」具有處理電路。這樣的處理電路包括例如電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路或半導體裝置。每一個「～部」可以使用共同的處理電路(相同的處理電路)或者可以使用不同的處理電路(個別的處理電路)。輸入到或從特性獲取部60、斜率值計算部62、斜率值計算部64、判定部66、陰極溫度T設定部70、發射電流Emi設定部72、偏壓B控制部74、陰極溫度T控制部76輸出的資訊和運算過程中的資訊每次都儲存在記憶體78。

加速電壓電源電路236的陰極(-)側連接到電子鏡筒102內的陰極222的兩極。加速電壓電源電路236的陽極(+)側經由串聯連接的電流計238接地(ground連接)。加速電壓電源電路236的陰極(-)也分支連接到偏壓電源電路234的陽極(+)。偏壓電源電路234的陰極(-)電連接到配置在陰極222和陽極226之間的Wehnelt 224。換句話說，偏壓電源電路234被配置成電連接在加速電壓電源電路236的陰極(-)和Wehnelt 224之間。由陰極溫度T控制部76控制的燈絲電力供給電路231在該陰極222的兩極間流過電流以將陰極222加熱到預定溫度。換言之，燈絲電力供給電路231將燈絲電力W提供給陰極222。燈絲電力W與陰極溫度T可以定義為一定的關係，燈絲電力W可以將陰極加熱到所需的溫度。因此陰極溫度T由燈絲電力W控制。燈絲電力W定義為流過陰極222的兩極間的電流與由燈絲電力供給電路231施加在陰極222的兩極間的電壓的乘積。加速電壓電源電路236在陰極222與陽極226之間施加加速電壓。由偏壓B控制部74控制的偏壓電源電路234，係向Wehnelt 224施加負的偏壓。另外，從描繪裝置100的外部輸入描繪數據並儲存在記憶裝置140中。描繪數據通常定義用於描繪的多個圖形圖案的資訊。具體而言，為每個圖形圖案定義圖形代碼、座標、和尺寸等。這裡，圖1記載了說明實施形態1所需的構成。描繪裝置100可以具有通常需要的其他構成。

圖2是表示實施形態1的成形孔徑陣列基板203的構成的概念圖。在圖2中，在成形孔徑陣列基板203形成有以預定排列間距排列成矩陣的縱(y方向)p列×橫(x方向)q列(p、q≧2)的孔(開口部)22。在圖2中，例如，在縱橫方向(x、y方向)上形成有512×512列的孔22。每個孔22形成為具有相同尺寸和形狀的矩形。或者，它們可以是具有相同直徑的圓形。成形孔徑陣列基板203(射束形成機構)用於形成多射束20。具體而言，由電子束200的一部分分別通過這些多個孔22來形成多射束20。另外，孔22的配列方式不限於如圖2所示那樣以格子狀縱橫配置的情況。例如，縱方向(y方向)的第k段的列和第k+1段的列的孔彼此之間在橫方向(x方向)可以錯開尺寸a配置。同樣地縱方向(y方向)的第k+1段的列和第k+2段的列的孔彼此之間在橫方向(x方向)可以錯開尺寸b配置。

圖3是表示實施形態1的消隱孔徑陣列機構204的構成的剖視圖。在消隱孔徑陣列機構204中，如圖3所示，由矽等形成的半導體基板31被配置在支撐台33上。基板31的中央部例如從背面側被切削，加工成薄的膜厚h的膜區域330(第一區域)。圍繞膜區域330的周圍是厚的膜厚H的外周區域332(第二區域)。膜區域330的上表面和外周區域332的上表面形成為在相同的高度位置或實質上相同的高度位置。基板31在外周區域332的背面被保持在支撐台33上。支撐台33的中央部開口，膜區域330的位置位於支撐台33的開口區域。在膜區域330中，在對應於圖2所示的成形孔徑陣列基板203的每個孔22的位置處具有用於使多射束20的每個射束通過的通孔25(開口部)。換句話說，在基板31的膜區域330中，以陣列狀形成多個通孔25，使用電子線的多射束20中相應的每個射束通過這些通孔25。在基板31的膜區域330上，且在隔著多個通孔25中對應的通孔25的對向的位置處分別配置有具有兩個電極的多個電極對。具體而言，在膜區域330上，如圖3所示，在每個通孔25附近的位置處隔著對應的通孔25分別設置有用於消隱偏轉的一組控制電極24和對向電極26(消隱器(blanker)：消隱偏轉器(blanking deflector))。在基板31的內部，在膜區域330上的各通孔25的附近配置有用於對各通孔25的控制電極24施加偏轉電壓的控制電路41(邏輯電路)。每個射束的對向電極26被接地。

在控制電路41內配置有CMOS反相器電路等放大器(開關電路的一例)(未圖示)。放大器的輸出端(OUT)連接到控制電極24。另一方面，對向電極26被施加接地電位。在放大器的輸入端(IN)被施加有低於閾值電壓的L(低)電位(例如接地電位)或閾值電壓以上的H(高)電位(例如1.5V)的任一作為控制信號。在實施形態1中，當L電位被施加到放大器的輸入端(IN)的狀態下，放大器的輸出端(OUT)變為正電位(Vdd)，並且對應的射束被與對向電極26的接地電位之間的電位差產生的電場偏轉，藉由限制孔徑基板206的屏蔽來控制成為beam OFF(射束屏蔽)。另一方面，當H電位被施加到放大器的輸入端(IN)的狀態下(active state)，放大器的輸出端(OUT)變為接地電位，並且由於與對向電極26的接地電位之間的電位差消失，對應的射束不發生偏轉並且通過限制孔徑基板206而被控制成為beam ON(射束穿過)。控制電極24和對向電極26的組，係根據作為分別對應的切換電路的放大器的切換電位來分別個別地消隱偏轉多射束20中的對應的射束。以這種方式，多個消隱器對已經通過成形孔徑陣列基板203的多個孔22(開口部)的多射束20中的每個對應的射束進行消隱偏轉。

接著，對描繪裝置100的描繪機構150的動作進行說明。從電子槍201(電子放射源)放射的電子束200藉由照明透鏡202照明整個成形孔徑陣列基板203。成形孔徑陣列基板203上形成有矩形的多個孔22(開口部)，電子束200照明包括所有多個孔22的區域。照射到多個孔22的位置的電子束200的各一部分分別穿過該成形孔徑陣列基板203的多個孔22，從而形成例如矩形形狀的多個電子束(多射束20)。該多射束20穿過消隱孔徑陣列機構204中對應的每個消隱器(第一偏轉器：個別消隱機構)內。該消隱器分別使個別穿過的電子束偏轉(進行消隱偏轉)。

穿過了消隱孔徑陣列機構204的多射束20經縮小透鏡205縮小後朝向形成在限制孔徑基板206的中心的孔前進。這裡，在多射束20之中，被消隱孔徑陣列機構204的消隱器偏轉了的電子束的位置偏離了限制孔徑基板206的中心的孔，並被限制孔徑基板206屏蔽。另一方面，未被消隱孔徑陣列機構204的消隱器偏轉的電子束，如圖1所示穿過限制孔徑基板206的中心的孔。藉由該個別消隱機構的ON/OFF(穿過/屏蔽)來進行消隱控制，並控制射束的ON/OFF(穿過/屏蔽)。然後，對於每個射束，藉由從beam ON到beam OFF為止被形成並且穿過了限制孔徑基板206的射束來形成一發射束(beam for one shot)。穿過了限制孔徑基板206的多射束20被物鏡207聚焦並形成具有期望的縮小率的圖案圖像，由偏轉器208、209將已經穿過了限制孔徑基板206的每個射束(已經穿過了的所有多射束20)集中地偏轉到相同的方向，並且將每個射束照射到樣品101上的每個照射位置。一次照射的多射束20理想地以成形孔徑陣列基板203的多個孔22的排列間距乘以上述期望的縮小率而獲得的間距被排列。如上所述，在放射電子束200的電子槍201中，陰極222的動作溫度隨著陰極222的亮度增加而變高。結果，陰極晶體的消耗速度變快。因此，希望在保持必要的亮度的同時盡可能地降低陰極222的消耗速度(蒸發速度)。因此，期望在可以獲得必要的亮度的範圍內將陰極溫度T保持在盡可能低。

圖4是表示實施形態1中的樣品表面電流與發射電流之間的特性的一例的圖。如圖4所示，在樣品表面電流與發射電流之間的特性中存在峰值。隨著陰極溫度升高，該峰值位置向大發射電流側移動。樣品表面電流是樣品表面101高度位置處所有電子束的合計電流值。電子槍201中控制發射電流以便成為可以獲得預設亮度的樣品表面電流。換言之，控制發射電流使得樣品表面電流成為可以獲得預設亮度的目標值。可以獲得峰值位置成為樣品表面電流的目標值時的陰極溫度，是可以確保必要亮度的最低溫度。如果使陰極溫度低於此最低溫度，則具有無法在樣品表面上獲得必要亮度的特性。反之，陰極溫度越高，陰極蒸發速度越快。因此，理想的陰極溫度是峰值位置成為樣品表面電流的目標值時的陰極溫度。在調整空間電荷區域的電子槍的動作條件的現有方法中，在比峰值位置處的發射電流足夠小的發射電流下將樣品表面電流控制成為目標值。因此，陰極溫度在高於必要溫度以上的狀態下使用。在高於必要溫度以上的陰極溫度下的運轉會縮短陰極壽命。因此，在實施形態1中，在發射電流對應於陰極溫度的變化而變化的溫度限制區域中，控制陰極溫度使成為接近理想的溫度。首先，設定發射電流Emi的初始值和陰極溫度T的初始值。具體而言，陰極溫度T設定部70設定陰極溫度T的初始值。發射電流Emi設定部72設定發射電流Emi的初始值。

首先，電子束200在初始值條件下從電子槍201放射。以下將進行具體說明。首先，加速電壓電源電路236在陰極222與陽極226之間施加預設的加速電壓。然後，與陰極溫度T的初始值對應的燈絲電力W從由陰極溫度T控制部76控制的燈絲電力供給電路231被供給到陰極222。陰極溫度T由燈絲電力W決定。因此，在控制系統中，陰極溫度T由燈絲電力W控制。在這種狀態下，由偏壓B控制部74控制的偏壓電源電路234，對施加到Wehnelt 224的負偏壓進行調整，使得電流計238檢測到的電流值成為發射電流Emi的初始值。藉此，處於初始值條件下的電子束200從電子槍201放射。接著，測量在設定的陰極溫度下從電子槍201射出的電子束200是否達到預先設定的樣品表面電流的目標值。首先，將XY載物台105移動到多射束20能夠入射法拉第杯106的位置。然後，法拉第杯106檢測從電子槍201射出的電子束200所形成並且到達了試料表面位置的多射束20的電流值。法拉第杯106可以藉由使整個多射束20同時入射來檢測整個多射束20的電流值，或者將多射束20分割成多個射束陣列組來檢測每個射束陣列組的電流。檢測出的電流值被輸出到電流檢測電路136，從類比信號轉換為數位信號後，輸出到測量部52。當測量到的整個多射束20中的電流沒有達到樣品表面電流的目標值時，調整施加到Wehnelt224的負偏壓。如果仍然沒有達到樣品表面電流的目標值時表明陰極溫度不夠，因此一邊階段式提高陰極溫度一邊同樣地進行調整直到可以獲得樣品表面電流的目標值。陰極溫度T的每一步的變化幅度可以是任意的。例如，優選設定在5～50℃的範圍內。例如，設定為10℃。

特性獲取部60在變化電子束的發射電流的同時獲取樣品表面被電子束照射的位置處的樣品表面電流與發射電流之間的特性。換言之，獲得在設定的陰極溫度下樣品表面電流與發射電流之間的特性。樣品表面電流的值可以作為法拉第杯106檢測到的多射束20的電流值而獲得。發射電流的值可以作為電流計238檢測到的電流值而獲得。結果，獲得如圖4所示的特性曲線的數據。獲得的特性數據儲存在記憶裝置79中。圖5A和圖5B是示出實施形態1的特性曲線和斜率值的一例的圖。圖5A示出了樣品表面電流與發射電流之間的特性曲線的一部分。在圖5A的示例中，特性曲線中的包括峰值位置的範圍被示出為設定範圍(實線)。例如，以峰值位置處的發射電流為中心而將峰值位置處的發射電流的±數%至±數10%(例如±20%)的發射電流的範圍顯示為設定範圍。然而，設定範圍不限於此。例如，優選以峰值位置作為上限且峰值位置處的發射電流的-數10%至-數%(例如 -40%)的發射電流作為下限的範圍來作為設定範圍(虛線)。或者，上限為比峰值位置的發射電流稍小的發射電流，下限為峰值位置處的發射電流的-數10%至-數%(例如 -40%)的發射電流，並且將該上下限的範圍作為設定範圍。

斜率值計算部62從特性計算出在特性的設定範圍(預定範圍)內的將樣品表面電流除以發射電流而得到的斜率值(微分值)。圖5B示出斜率值的一個示例。在圖5B中，縱軸表示以發射電流Emi微分樣品表面電流I得到的斜率值，橫軸表示發射電流。圖5B的示例示出藉由將圖5A中所示的設定範圍(實線)的樣品表面電流除以發射電流而獲得的特性曲線的斜率值(微分值)。在圖5A所示的設定範圍內，如圖5B所示，特性曲線上升的正斜率向峰值減小，在峰值位置變為零，在峰值位置之後下降並轉為負的斜率。因此，在圖5B的例子中，計算出在設定範圍內的發射電流的下限值處的斜率值成為最大值(max)，並且在設定範圍內的發射電流的上限值處的斜率值成為最小值(min)的傾斜值。計算出的傾斜值的數據儲存儲在記憶裝置79中。斜率值計算部64藉由將電子束200被調整為達到樣品表面電流的目標值的狀態下的樣品表面電流I以發射電流Emi進行微分來計算斜率值Emislope(微分值)。

然後，在電子束200達到樣品表面電流的目標值的條件下，調整陰極溫度使得計算出的斜率值Emislope落入特性的設定範圍的斜率值的範圍內。具體而言，在電子束200達到樣品表面電流目標值的條件下，一邊逐步降低陰極溫度，一邊調整成為計算出的斜率值Emislope落入特性的設定範圍的斜率值的範圍內的陰極溫度中的最小陰極溫度。藉此可以使陰極溫度接近圖4中所示的理想的陰極溫度。完成電子槍的初始設定後，開始描繪處理。此時，在電子槍電源裝置120中控制偏壓B，以便在描繪裝置100的運轉中，使得電子槍201保持在如上所述調整的陰極溫度下計算出斜率值Emislope時的電子束200的發射電流Emi。但是，如上所述，如果持續使用陰極222，則陰極特性會因陰極晶體的消耗(蒸發)而發生變化，各參數的值也會發生變化。

圖6是表示實施形態1的描繪裝置的控制方法的一例的主要工程的流程圖。在圖6中，實施形態1的描繪裝置的控制方法係實施判定工程(S102)、陰極溫度變更工程(S104)、參數計算工程(S106)、記錄工程(S108)、壽命預測工程(S110)、判定工程(S112)和警報輸出工程(S114)的一系列工程。另外，在實施形態1的電子槍的陰極壽命的預測方法中，係實施上述工程中的參數計算工程(S106)、記錄工程(S108)和壽命預測工程(S110)。作為判定工程(S102)，判定部66判定藉由將樣品表面電流I以發射電流Emi微分而獲得的斜率值Emislope是否已經降低到預設的閾值Eth。為此，在每個預定的期間中，藉由法拉第杯106檢測多射束20的電流量並且測量樣品表面電流I。此外，斜率值計算部64在每次測量樣品表面電流I時計算斜率值Emislope。判定工程(S102)優選地在例如每次計算斜率值Emislope時執行。

圖7A～圖7F是說明實施形態1中各個參數隨著陰極的使用而變化的圖。在圖7A中，縱軸表示將樣品表面電流I以發射電流Emi微分而獲得的斜率值Emislope，橫軸表示陰極的運轉時間(使用時間)。在圖7B中，縱軸表示偏壓B，橫軸表示陰極的運轉時間(使用時間)。在圖7C中，縱軸表示陰極溫度T，橫軸表示陰極的運轉時間(使用時間)。在圖7D中，縱軸表示發射電流Emi，橫軸表示陰極的運轉時間(使用時間)。如圖7A所示，樣品表面電流I以發射電流Emi微分得到的斜率值Emislope對應於陰極的運轉時間(使用時間)而降低並達到閾值Eth。如圖7F所示，電子槍電源裝置120控制偏壓B使得樣品表面電流I成為恆定。如圖7B所示，當斜率值Emislope降低時，偏壓B藉由偏壓B控制部74的控制而降低，以將樣品表面電流維持在控制目標值。作為陰極溫度變更工程(S104)，當斜率值Emislope降低並達到閾值Eth時，燈絲電力供給電路231如圖7C所示升高陰極溫度T。結果，斜率值Emislope和偏壓B上升。此後，在經過陰極的運轉時間(使用時間)時，斜率值Emislope同樣地降低並達到閾值Eth。同樣地，即使斜率值Emislope降低，偏壓B也由偏壓B控制部74控制使其降低以將樣品表面電流維持在控制目標值。然後，當斜率值Emislope降低並達到閾值Eth時，陰極溫度T再次升高，如圖7C所示。結果，斜率值Emislope和偏壓B上升。重複進行該動作。每一次的陰極溫度的上升幅度可以設定為例如5℃～50℃(例如10℃)。

在上述例子中說明當斜率值Emislope降低並達到閾值Eth時，陰極溫度T升高之情況，但本發明不限於此。在每個預定的期間中使陰極溫度T上升也是合適的。例如，在每一到四個星期(例如每兩個星期)使陰極溫度T上升也是合適的。在此，陰極溫度上升時的斜率值Emislope的變化量 ∆Emislope係隨著陰極的運轉時間(使用時間)的經過而變小。換句話說，隨著陰極222的運轉時間(使用時間)的經過，陰極222的每單位上升溫度的斜率值Emislope的變化量∆Emislope逐漸減小，最終，即使陰極溫度上升，斜率值Emislope也不會上升。亦即，變化量∆Emislope變為零。同樣地，陰極溫度上升時的偏壓B的變化量∆B也是隨著陰極的運轉時間(使用時間)的經過而變小。亦即，陰極222的每單位上升溫度的偏壓B的變化量∆B隨著陰極的運轉時間(使用時間)的經過而逐漸變小，最終變化量變為零。另一方面，發射電流Emi最初的下降量大，但隨著陰極的運轉時間(使用時間)的經過，下降減少並最終停止下降。之後，發射電流Emi轉為上升。

圖8是用於說明實施形態1中使陰極溫度變化時的發射電流的狀態的圖。縱軸表示發射電流Emi。橫軸表示陰極的運轉時間(使用時間)。即使陰極特性發生變化，藉由調整偏壓B來控制樣品表面電流I以維持控制值，伴隨著此，發射電流Emi也發生變化。然後，當斜率值Emislope降低到閾值Eth時，陰極溫度T以預定的上升幅度上升。結果，如圖8所示，發射電流Emi雖然上升，但是藉由偏壓B控制部74的控制來上升偏壓B以將樣品表面電流I調整到控制目標值，從而降低發射電流Emi。因此，如圖7B所示，當陰極溫度T改變(上升)時偏壓B上升。這裡，如圖8所示，相比陰極溫度第一次上升時的發射電流Emi的變化量(上升幅度)，陰極溫度第二次上升時的發射電流Emi的變化量(上升幅度)變小。同樣地，陰極溫度第三次上升時的發射電流Emi的變化量(上升幅度)進一步變小。然後，隨著陰極222的使用時間變長，最終即使陰極溫度上升，發射電流Emi也不會增加。因此，偏壓B的控制幅度(上升幅度)也對應於陰極溫度的變化次數而減小，最終變為零。如圖7E所示，藉由變更偏壓來變化發射電流，如圖7F所示，樣品表面電流I被保持在恆定的控制目標值。此時，如圖7D的放大部所示，發射電流Emi隨著圖7E所示的偏壓的調整而變動，但整體減少。

雖然樣品表面電流I由於陰極溫度的第一次上升而增加，但偏壓發生變化以保持樣品表面電流恆定，結果，發射電流恢復到接近原始值。與圖8所示的發射電流同樣地，關於樣品表面電流I，陰極溫度第二次上升時的樣品表面電流I的變化量(上升幅度)小於陰極溫度第一次上升時的樣品表面電流I的變化量(上升幅度)。同樣地，陰極溫度第三次上升時的樣品表面電流I的變化量(上升幅度)進一步減小。然後，隨著陰極222的使用時間變長，最終即使陰極溫度上升，樣品表面電流I也不增加。藉由將樣品表面電流I除以成形孔徑陣列基板203的多個孔22中的測量到的射束用的孔22的總開口面積來獲得電流密度J。因此，如圖7F所示，電流密度J也表現出與樣品表面電流I相同的行為。當變更陰極溫度時同樣適用。具體而言，電流密度J隨著陰極特性的變化(陰極晶體蒸發導致的衰退)而降低。然後，電流密度J由於陰極溫度的第一次上升而增加。然後，和圖8所示的發射電流同樣地，陰極溫度第二次上升時的電流密度J的變化量(上升幅度)小於陰極溫度第一次上升時的電流密度J的變化量(上升幅度)。同樣地，陰極溫度第三次上升時的電流密度J的變化量(上升幅度)進一步變小。然後，隨著陰極222的使用時間變長，最終即使陰極溫度上升，電流密度J也不增加。

作為參數計算工程(S106)，參數計算部54在每次陰極溫度的變更時計算每個參數的值。具體而言，參數計算部54計算樣品表面電流I。計算方法如上所述。換句話說，每當陰極溫度變更時，藉由法拉第杯106測量多射束20的電流量。計算出的樣品表面電流I的值被輸出到控制電腦232。此外，參數計算部54計算電流密度J。此外，陰極溫度變更時的斜率值Emislope由斜率值計算部64計算。另外，從偏壓B控制部74輸出使陰極溫度的變更而進行調整時的偏壓值B。另外，可以從陰極溫度T控制部76讀取陰極溫度。發射電流Emi的值可以從電流計238讀取。接著，每當電子槍201的陰極溫度上升時，參數計算部55計算每個參數的隨陰極的每單位上升溫度的變化量。具體而言，例如，每當陰極溫度上升時，參數計算部55計算被照射了電子束200(多射束20)的樣品表面位置處的樣品表面電流I用電子束的發射電流Emi微分得到的斜率值Emislope的對應於陰極的每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT(微分值)。或者/以及，例如，在每次陰極溫度上升時，參數計算部55計算出施加到電子槍201的Wehnelt 224的偏壓B的隨陰極222的每單位上升溫度的變化量dB/dT(微分值)。或者/以及，例如，在每次陰極溫度上升時，參數計算部55計算出在照射了電子束的樣品表面位置處的樣品表面電流I的對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dI/dT (微分值)。或者/以及，例如，在每次陰極溫度上升時，參數計算部55計算出在照射了電子束的樣品表面位置處的電流密度J的對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dJ/dT(微分值)。或者/以及，例如，參數計算部55計算出從電子槍201放射的電子束的發射電流Emi的每單位時間dt的變化量dEmi/dt(微分值)。

在記錄工程(S108)中，記錄部56將在陰極溫度的每次變更時計算出的每個參數值對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量與陰極222的使用時間建立相關聯並記錄。例如，記錄部56將在陰極溫度的每次變更時計算出的斜率值Emislope的隨陰極的每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT與陰極222的使用時間建立相關聯並記錄。或者/以及，例如，記錄部56將在陰極溫度的每次變更時計算出的偏壓B對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dB/dT與陰極222的使用時間建立相關聯並記錄。或者/以及，例如，記錄部56將在陰極溫度的每次變更時計算出的樣品表面電流I對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dI/dT與陰極222的使用時間建立相關聯並記錄。或者/以及，例如，記錄部56將在陰極溫度的每次變更時計算出的電流密度J對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dJ/dT與陰極222的使用時間建立相關聯並記錄。或者/以及，例如，記錄部56將發射電子束200的電子槍201的陰極溫度與陰極222的使用時間建立相關聯並記錄。陰極溫度可以從陰極溫度T控制部76讀出。或者/以及，例如，記錄部56將從電子槍201射出的電子束200的發射電流Emi的每單位時間dt的變化量ΔEmi/dt與電子槍201的陰極的使用時間建立相關聯並記錄。發射電流Emi的值可以從電流計238讀取。

圖9是表示說明實施形態1的各參數隨陰極的每單位上升溫度的變化量的曲線的一例的圖。在圖9中，縱軸表示斜率值Emislope隨陰極的每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT、偏壓B隨陰極222的每單位上升溫度的變化量dB/dT、樣品表面電流I隨陰極222的每單位上升溫度的變化量dI/dT、或電流密度J隨陰極222的每單位上升溫度的變化量dJ/dT。橫軸表示電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)。圖9示出了使用繪製了陰極222的每次溫度變化時記錄的每個參數而獲得的數據的情況。圖9示出了多次記錄的每個參數被線性函數近似的情況。如圖9所示，隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過，斜率值Emislope對應於陰極的每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT降低。同樣地，隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過，偏壓B對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dB/dT降低。同樣地，樣品表面電流I對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dI/dT隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過而減少。同樣地，隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過，電流密度J對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dJ/dT而減少。因此，在實施形態1中，使用圖9所示的各個參數的行為來估計陰極222的壽命來進行預測。

在壽命預測工程(S110)中，預測部58使用對所記錄了的斜率值Emislope中對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT進行近似的近似線來估計變化量dEmislope/dT變為零的時期，並將估計的時期預測為陰極222的壽命。僅用陰極222的溫度第一次變化時的數據不能進行線性近似。因此，在陰極222的溫度第二次變化後，每次陰極222的溫度變化時，都會重新估計並更新陰極222的壽命。或者，繪製根據經驗獲得的變化量dEmislope/dT作為最初的數據，並且在陰極222的溫度第一次變化之後每次陰極222的溫度變化時估計陰極222的壽命來進行預測也是合適的。或者/以及，預測部58使用對所記錄了的偏壓B中對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dB/dT進行了近似的近似線來估計變化量dB/dT變為零的時期，並將估計的時期預測為陰極的壽命。僅用陰極222的溫度第一次變化時的數據不能進行線性近似。因此，在陰極222的溫度第二次變化後每次陰極222的溫度變化時，都會重新估計並更新陰極222的壽命。或者，繪製根據經驗獲得的變化量dB/dT作為最初的數據，並且在之後的陰極222的溫度第一次變化時在每次陰極222的溫度變化時估計陰極222的壽命並進行預測也是適合的。

或者/以及，預測部58使用對所記錄了的樣品表面電流I中對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dI/dT進行了近似的近似線來估計變化量dI/dT變為零的時期，並將估計的時期預測為陰極222的壽命。僅用陰極222的溫度第一次變化時的數據不能進行線性近似。因此，在陰極222的溫度第二次變化後每次陰極222的溫度變化時，都會重新估計並更新陰極222的壽命。或者，繪製根據經驗獲得的變化量dI/dT作為最初的數據，並且在之後的陰極222的溫度第一次變化時在每次陰極222的溫度變化時估計陰極222的壽命並進行預測也是適合的。或者/以及，預測部58使用對所記錄了的電流密度J中對應於陰極222的每單位上升溫度的變化量dJ/dT進行了近似的近似線來估計變化量dJ/dT變為零的時期，並將估計的時期預測為陰極222的壽命。僅用陰極222的溫度第一次變化時的數據不能進行線性近似。因此，在陰極222的溫度第二次變化後每次陰極222的溫度變化時，都會重新估計並更新陰極222的壽命。或者，繪製根據經驗獲得的變化量dJ/dT作為最初的數據，並且在之後的陰極222的溫度第一次變化時在每次陰極222的溫度變化時估計陰極222的壽命並進行預測也是適合的。

圖10是表示實施形態1的陰極溫度的變化的過渡的曲線的一例的圖。在圖10中，縱軸表示陰極溫度T。橫軸表示電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)。在每次陰極溫度變化時，陰極溫度T以預定的上升幅度上升並成為恆定的溫度直到下一次變化。作為壽命預測工程(S110)的另一示例，例如，預測部58使用對所記錄了陰極溫度變化進行了近似的近似線來估計陰極溫度變化達到閾值Tth的時期，並將估計的時期預測為陰極222的壽命。圖10示出所記錄的陰極溫度T由二次函數或指數函數近似的情況。例如，優選在每次的陰極溫度變化時和前一次的陰極溫度變化時的中間時期擬合陰極溫度。僅用陰極222的溫度第一次變化時的數據不能進行線性近似。因此，在陰極222的溫度第二次變化後每次陰極222的溫度變化時，都會重新估計並更新陰極222的壽命。

圖11是表示說明實施形態1中的發射電流的每單位時間的變化量的曲線的一例的圖。在圖11中，縱軸表示發射電流Emi的每單位時間dt的變化量∆Emi/dt。橫軸表示電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)。圖11示出使用繪製了每次陰極222的溫度變化時記錄了的變化量∆Emi/dt的數據的情況。在圖11中示出了多次記錄的每個參數被線性函數近似的情況。如圖7D所示，最初降低量較大，但降低量隨著陰極的運轉時間(使用時間)而變少，最終停止降低。此後，發射電流的變化量∆Emi變為上升。因此，變化量∆Emi/dt從負值向零變化。達到零後，它將轉換為正值。作為壽命預測工程(S110)的另一示例，例如，預測部58使用對所記錄了的變化量dEmi/dt進行了近似的近似線來估計變化量dEmi/dt變為零的時期，並將估計出的時期加上餘裕度獲得的時期預測為陰極222的壽命。這裡，優選使用例如幾天到幾週(例如兩週)作為餘裕度。餘裕度可以藉由實驗等來設定。在上述示例中，作為估計陰極222的壽命的參數，是說明了斜率值Emislope的變化量dEmislope/dT、偏壓B的變化量dB/dT、樣品表面電流I的dI/dT、電流密度J的變化dJ/dT、陰極溫度T和發射電流Emi的變化量dEmi/dt。可以使用所有這些參數或兩個或更多個參數分別預測陰極壽命，但使用任何一個參數來預測陰極壽命亦可。預測出的陰極222的壽命的時期記憶在記憶裝置140中。

作為判定工程(S112)，警報處理部59從記憶裝置140讀出最新的預測出的陰極222的壽命的時期，判斷是否接近所預測的壽命的時期。例如，判斷剩餘壽命的期間是否達到預定期間，例如幾天到幾週(例如兩週)。如果剩餘壽命的期間還沒有達到預定期間tth，則返回到判定工程(S102)並重複上述各工程。當剩餘壽命的期間達到預定期間tth時，進行到警報輸出工程(S114)。作為警報輸出工程(S114)，警報處理部59(輸出部的一例)在預測出的壽命的時期接近時輸出表示壽命接近的資訊。例如，將表示壽命接近的資訊顯示在監視器114(輸出部的另一例)上。作為表示壽命接近的資訊，優選顯示警報或顯示剩餘天數。接下來，將說明描繪處理的方法。描繪數據處理部40讀取儲存在記憶裝置140中的描繪數據並且生成用於多射束描繪的描繪時間數據。描繪控制部42沿著描繪順序(sequence)按shot order(射擊順序)重新排列照射時間數據。然後，照射時間數據按shot order被轉送到偏轉控制電路130。偏轉控制電路130按shot order向消隱孔徑陣列機構204輸出消隱控制信號，並按shot order向DAC放大器單元132、134輸出偏轉控制信號。由描繪控制部42控制的描繪機構150使用射束已經被調整的電子束在樣品101上描繪圖案。

圖12是說明實施形態1的描繪動作的示例的概念圖。如圖12所示，例如，樣品101的描繪區域30被虛擬地分割成在y方向上具有預定寬度的帶狀的多個條狀區域32。首先，移動XY載物台105，進行調整使得多射束20的一發射擊(Single multibeam 20 shot)能夠照射到的照射區域34位於第一編號條狀區域32的左端或更左側的位置，並且開始描繪。當描繪第一編號條狀區域32時，XY載物台105例如在-x方向上移動，使得描繪在x方向上相對地進行。XY載物台105例如以恆定速度連續移動。在完成第一編號條狀區域32的描繪後，將載物台位置沿-y方向移動，進行調整使得照射區域34沿y方向相對定位於第二編號條狀區域32的右端或更右側的位置。之後，藉由例如在x方向上移動XY載物台105，在-x方向上同樣地進行描繪。在第三編號條狀區域32中，在x方向上進行描繪，在第四編號條狀區域32中，在-x方向上進行描繪，如上所述，藉由交替改變方向進行描繪而能夠縮短描繪時間。但是，不限於一邊交替地改變方向一邊進行描繪的情況，在對每個條狀區域32進行描繪時，也可以向同一方向進行描繪。在一發射擊中(in one shot)中，藉由通過成形孔徑陣列基板203的每個孔22所形成的多射束，可以一次性形成多個射擊圖案(shot pattern)，該射擊圖案的數量最多與形成在成形孔徑陣列基板203中的多個孔22相同的數量。此外，雖然圖12的示例示出了每個條狀區域32被描繪一次的情況，但是不限於此。同一區域被描繪多次，亦即進行多次描繪也是合適的。在進行多次描繪的情況下，優選一邊錯開位置一邊設定每個路徑(path)的條狀區域32。

圖13是表示實施形態1的多射束的照射區域和描繪對象像素的示例的圖。在圖13中，在條狀區域32中，設定有例如以樣品101的表面上的多射束20的射束尺寸間距排列成格子狀的多個控制柵格27(設計柵格)。例如，優選將排列間距設置為大約10nm。該多個控制柵格27成為多射束20的設計上的照射位置。控制格柵27的排列間距不限於射束尺寸，可以構成為與射束尺寸無關地能夠控制偏轉器209的偏轉位置的任意大小。以每個控制柵格27為中心而設置有多個像素36，該多個像素36被虛擬地分割成與控制柵格27的排列間距相同尺寸的網格。每個像素36成為多射束中的每一個射束的照射單位區域。在圖11的例子中表示，樣品101的描繪區域例如在y方向上被分割成寬度尺寸與多射束20的1次照射所能照射的照射區域34(描繪場)的尺寸大致相同的多個條狀區域32時。照射區域34的x方向的尺寸可以用將多射束20的x方向的射束間的間距乘以x方向的射束數而得到的值來定義。照射區域34的y方向的尺寸可以用將多射束20的y方向的射束間的間距乘以y方向的射束數而得到的值來定義。條狀區域32的寬度不限於此。優選為照射區域34的n倍(n為1以上的整數)的尺寸。在圖13的示例中，例如512×512列的多射束的圖示被省略而表示為8×8列的多射束。在照射區域34內示出了利用多射束20的一發射擊(With one multibeam 20 shot)所能照射的多個像素28(射束的描繪位置)。換句話說，相鄰像素28之間的間距成為多射束中的每個射束之間的設計上的間距。在圖13的例子中，由射束之間的間距包圍的區域來構成一個子照射區域29。圖13的示例示出了每個子照射區域29由4×4像素構成的情況。

圖14是說明實施形態1的多射束的描繪方法的一例的圖。在圖14中表示，對圖12所示的條狀區域32進行描繪的多射束之中，用y方向第3段座標(1,3)、(2,3)、(3,3)、…、(512,3)的每個射束所描繪的子照射區域29的一部分。在圖14的示例中示出例如在XY載物台105移動八個射束間距的距離的期間描繪(曝光)四個像素的情況。在這四個像素的描繪(曝光)期間，藉由由偏轉器208一齊偏轉整個多射束20，使得照射區域34不會由於XY載物台105的移動而相對於樣品101偏移位置，使照射區域34跟隨XY載物台105的移動。亦即，進行跟踪控制。在圖7A至圖7F的示例中表示，在移動八個射束間距的距離的期間，在每一發射擊中(shot by shot)在y方向上一邊移位射束照射對象的像素36一邊描繪(曝光)四個像素，從而實施一次的跟踪週期(tracking cycle)之情況。具體而言，描繪機構150在該射擊中的多射束的每個射束各自的照射時間中的最大照射時間Ttr內設置對應於每個控制柵格27的描繪時間(照射時間或曝光時間)，每個控制柵格27被多射束20中ON beam(穿過射束)分別對應的射束照射。最大照射時間Ttr是預先設定的。實際上，最大照射時間Ttr加上射束偏轉的穩定時間(Settling time)得到的時間就是shot cycle(射擊週期)，但是這裡省略了光束偏轉的穩定時間，最大照射時間Ttr表示為shot cycle。當一次的跟踪週期結束時，跟踪控制被重置(reset)，跟踪位置擺回下一個跟踪週期的起始位置。

由於每個子照射區域29的右起第一編號像素列的描繪已經完成，在跟踪重置(tracking reset)後，在下一次的跟踪週期中，首先，偏轉器209偏轉以對準(移位)到與每個子照射區域29中的從下部起的第一段並且是右起第二編號像素的控制柵格27分別對應的射束的描繪位置。如上所述，在相同的跟踪週期中藉由偏轉器208來控制照射區域34使得其相對於樣品101的位置處於相同的位置，在這樣的控制狀態下，由偏轉器209一邊移位一個控制柵格27(像素36)一邊進行每一發射擊。在一個週期的跟踪週期結束之後，返回照射區域34的跟踪位置後，如圖12的下段所示，例如將第1次的射擊位置對準已經移位了1個控制柵格(1個像素)的位置，一邊進行下一次的跟踪控制，一邊藉由偏轉器209移位1個控制柵格(1個像素)來進行每個射擊。在描繪條狀區域32中藉由重複該動作，照射區域34的位置依次移動到照射區域34a～34o，並且進行該條狀區域32的描繪。多射束中的哪個射束照射到樣品101上的哪個控制柵格27(像素36)是由描繪順序決定。假設子照射區域29是n×n個像素的區域，藉由一次的跟踪動作描繪n個控制柵格(n個像素)。在下一次的跟踪動作中藉由與上述射束不同的射束同樣地描繪n個像素。這樣地，在n次的跟踪動作中分別使用不同的射束來描繪各別的n個像素，從而描繪出一個n×n像素區域內的所有像素。對多射束的照射區域內的其他n×n像素的子照射區域29同時進行同樣的動作，同樣進行描繪。上述樣品表面電流的測量和陰極溫度的變化是在樣品101未被描繪的時期進行的。例如，某個樣品的描繪結束後在下一個樣品開始描繪之前進行。或者，也可以在樣品的描繪開始後、結束前進行，例如，條狀區域32的描繪結束後在下一個條狀區域32的描繪開始前進行。在上述例子中說明使用近似線將每個變化量變為零的時期預測為前述陰極的壽命，但本發明不限於此。

圖15是表示說明實施形態1的變形例中各個參數相對陰極每單位上升溫度的變化量的曲線的一例的圖。在圖15中，縱軸表示斜率值Emislope相對陰極每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT、偏壓B相對陰極222每單位上升溫度的變化量dB/dT、樣品表面電流I相對陰極222每單位上升溫度的變化量dI/dT、或電流密度J相對陰極222每單位上升溫度的變化量dJ/dT。橫軸表示電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)。圖15示出了使用每次陰極222的溫度變化時記錄的各個參數的繪製數據的情況。如圖15所示，隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過，斜率值Emislope中相對陰極每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT降低。同樣地，隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過，偏壓B中相對陰極222每單位上升溫度的變化量dB/dT降低。同樣地，樣品表面電流I中相對陰極222每單位上升溫度的變化量dI/dT隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過而降低。同樣地，電流密度J中相對陰極222每單位上升溫度的變化量dJ/dT隨著電子槍201的運轉時間(陰極222的使用時間)的經過而降低。在實施形態1的變形例中，使用圖15所示的各參數的行為估計陰極222的壽命而進行預測。

在壽命預測工程(S110)中，預測部58將所記錄的斜率值Emislope中相對陰極每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT達到規定值的時期加上預定時間而獲得的時期預測為壽命。例如，大約10天適合作為預定時間。在陰極222的第一次溫度變化後每次陰極222的溫度變化時，繪製了陰極每單位上升溫度的變化量dEmislope/dT，當變化量dEmislope/dT變為規定值以下時將規定值加上預定時間獲得的時期預測為壽命也很合適。或者/以及，預測部58將所記錄的偏壓B中相對陰極222每單位上升溫度的變化量dB/dT達到規定值的時期加上預定時間而獲得的時期預測為壽命。例如，大約10天適合作為預定時間。在陰極222的第一次溫度變化後每次陰極222的溫度變化時，繪製了陰極每單位上升溫度的變化量dB/dT，當變化量dB/dT變為規定值以下時將規定值加上預定時間獲得的時期預測為壽命也很合適。或者/以及，預測部58將所記錄的樣品表面電流I中相對陰極222每單位上升溫度的變化量dI/dT達到規定值的時期加上預定時間而獲得的時期預測為壽命。例如，大約10天適合作為預定時間。在陰極222的第一次溫度變化後每次陰極222的溫度變化時，繪製了陰極每單位上升溫度的變化量dI/dT，當變化量dI/dT變為規定值以下時將規定值加上預定時間獲得的時期預測為壽命也很合適。或者/以及，預測部58將所記錄的電流密度J中相對陰極222每單位上升溫度的變化量dJ/dT達到規定值的時期加上預定時間而獲得的時期預測為壽命。例如，大約10天適合作為預定時間。在陰極222的第一次溫度變化後每次陰極222的溫度變化時，繪製了陰極每單位上升溫度的變化量dJ/dT，當變化量dJ/dT變為規定值以下時將規定值加上預定時間獲得的時期預測為壽命也很合適。

如上所述，根據實施形態1，可以高精度地預測電子槍的陰極壽命。以上已經參照具體示例說明了實施形態。然而，本發明不限於這些具體示例。另外，對於裝置構成或控制方法等對於本發明的說明不是直接必要的部分，省略了記載，但是能夠適當選擇使用必要的裝置構成或控制方法。例如，雖然省略了控制描繪裝置100的控制部的構成的記載，但是不言而喻，可以適當地選擇和使用必要的控制部構成。此外，凡是具有本發明的要素且本領域技術人員能夠適當變更設計的所有電子槍的陰極壽命預測方法及電子線描繪裝置，均包含在本發明的範圍內。

20:多射束 22:孔 24:控制電極 25:通孔 26:對向電極 27:控制柵格 28:像素 29:子照射區域 30:描繪區域 32:條狀區域 31:基板 33:支撐台 34:照射區域

36:像素

40:描繪數據處理部

41:控制電路

42:描繪控制部

52:測量部

54:參數計算部

55:參數計算部

56:記錄部

58:預測部

59:警報處理部

60:特性獲取部

62:斜率值計算部

64:斜率值計算部

66:判定部

70:陰極溫度T設定部

72:發射電流Emi設定部

74:偏壓B控制部

76:陰極溫度T控制部

78:記憶體

79:記憶裝置

100:描繪裝置

101:樣品

102:電子鏡筒

103:描繪室

105:XY載物台

106:法拉第杯

107:標記

108:檢測器

110:控制電腦

112:記憶體

114:監視器

120:電子槍電源裝置

130:偏轉控制電路

132,134:DAC放大器單元

136:電流檢測電路

139:載物台位置檢測器

140:記憶裝置

150:描繪機構

160:控制系統電路

200:電子束

201:電子槍

202:照明透鏡

203:成形孔徑陣列基板

204:消隱孔徑陣列機構

205:縮小透鏡

206:限制孔徑基板

207:物鏡

208,209:偏轉器

210:反射鏡

222:陰極

224:Wehnelt

226:陽極

231:燈絲電力供給電路

232:控制電腦

234:偏壓電源電路

236:加速電壓電源電路

238:電流計

330:膜區域

332:外周區域

34a~34o:照射區域

[圖1]是表示實施形態1的描繪裝置的構成的概念圖。 [圖2]是表示實施形態1的成形孔徑陣列基板的構成的概念圖。 [圖3]是表示實施形態1的消隱孔徑陣列機構的構成的剖視圖。 [圖4]是表示實施形態1的樣品表面電流與發射電流之間的特性的一例的圖。 [圖5A]和[圖5B]是表示實施形態1的特性曲線和斜率值的一例的圖。 [圖6]是表示實施形態1的描繪裝置的控制方法的一例的主要工程的流程圖。 [圖7A]~[圖7F]是說明實施形態1中各個參數隨著陰極的使用而變化的圖。 [圖8]是說明實施形態1中變更陰極溫度時的發射電流的狀態的圖。 [圖9]是說明實施形態1中的各個參數相對陰極每單位上升溫度的變化量的曲線的一例的圖。 [圖10]是表示實施形態1中的陰極溫度的變化的過渡的曲線的一例的圖。 [圖11]是說明實施形態1中的發射電流的每單位時間的變化量的曲線的一例的圖。 [圖12]是說明實施形態1的描繪動作的一例的概念圖。 [圖13]是表示實施形態1中的多射束的照射區域和描繪對象像素之一例的圖。 [圖14]是說明實施形態1的多射束的描繪方法的一例的圖。 [圖15]是說明實施形態1的變形例中各個參數對應陰極每單位上升溫度的變化量的曲線的一例的圖。

Claims

一種電子槍的陰極壽命預測方法，將電子束相關的參數的值中隨放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與前述陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的前述變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為前述陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的前述變化量實施了近似的近似線並將前述變化量變為零的時期預測為前述陰極的壽命並輸出。
一種電子槍的陰極壽命預測方法為，將以電子束的發射電流對照射了電子束的樣品表面位置處的樣品表面電流進行微分得到的值中隨放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與前述陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的前述變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為前述陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的前述變化量實施了近似的近似線並將前述變化量變為零的時期預測為前述陰極的壽命並輸出。
一種電子槍的陰極壽命預測方法，將施加到放射電子束的電子槍的Wehnelt電極的偏壓中隨前述電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與前述陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的前述變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為前述陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的前述變化量實施了近似的近似線並將前述變化量變為零的時期預測為前述陰極的壽命並輸出。
一種電子槍的陰極壽命預測方法，將照射了電子束的樣品表面位置處的樣品表面電流中隨放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與前述陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的前述變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為前述陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的前述變化量實施了近似的近似線並將前述變化量變為零的時期預測為前述陰極的壽命並輸出。
一種電子槍的陰極壽命預測方法，將照射了電子束的樣品表面位置處的電流密度中隨放射電子束的電子槍的陰極的每單位上升溫度的變化量，與前述陰極的使用時間建立關連並記錄，將在多次記錄了的前述變化量低於預定值的時期加上預定時間獲得的時期預測為前述陰極的壽命，或者，使用對多次記錄了的前述變化量實施了近似的近似線並將前述變化量變為零的時期預測為陰極的壽命並輸出。
一種電子槍的陰極壽命預測方法，將從電子槍放射的電子束的發射電流的每單位時間的變化量與前述電子槍的陰極的使用時間建立關連並記錄，使用對多次記錄了的前述變化量實施了近似的近似線並將在前述變化量變為零的時期加上餘裕度獲得的時期預測為前述陰極的壽命並輸出。
一種電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行如請求項1所述之上述記錄；預測電路，用於進行如請求項1所述之上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，其具有放射電子束的電子槍，並且使用前述電子束在樣品上描繪圖案。
一種電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行如請求項2所述之上述記錄；預測電路，用於進行如請求項2所述之上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，其具有放射電子束的電子槍，並且使用前述電子束在樣品上描繪圖案。
一種電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行如請求項3所述之上述記錄；預測電路，用於進行如請求項3所述之上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，其具有放射電子束的電子槍，並且使用前述電子束在樣品上描繪圖案。
一種電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行如請求項4所述之上述記錄；預測電路，用於進行如請求項4所述之上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，其具有放射電子束的電子槍，並且使用前述電子束在樣品上描繪圖案。
一種電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行如請求項5所述之上述記錄；預測電路，用於進行如請求項5所述之上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，其具有放射電子束的電子槍，並且使用前述電子束在樣品上描繪圖案。
一種電子線描繪裝置，係具備：記錄電路，用於進行如請求項6所述之上述記錄；預測電路，用於進行如請求項6所述之上述壽命的預測；輸出電路，在預測的壽命時期接近的時點將表示壽命接近的資訊進行輸出；及描繪機構，其具有放射電子束的電子槍，並且使用前述電子束在樣品上描繪圖案。