JP2015232952A - カソードの取得方法および電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の輝度が得られるカソードを取得する手法を提供する。
【解決手段】電子放出部材と、隙間を設けて電子放出材料の側面を覆うカバー部とを有する複数のカソードを製作する工程Ｓ１０６と、複数のカソードのカソード毎に、電子放出部材の上面の外径寸法を測定する工程Ｓ１０８と、複数のカソードのカソード毎に、電子放出部材の上面と同一面での隙間の外径寸法を測定する工程Ｓ１１０と、複数のカソードのカソード毎に、同一面での隙間の面積を電子放出部材の上面の面積で除した面積比を演算する工程Ｓ１１２と、輝度と面積比との相関関係を用いて、所望の輝度に対応する面積比の上限値を取得する工程と、製作された複数のカソードのうち、上限値以下の面積比を有するカソードを選択する工程Ｓ１１４と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、カソードの取得方法および電子ビーム描画装置に係り、例えば、電子ビーム描画装置で用いるビーム源のカソードの選別手法に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅はさらに微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ回路パターンを形成するための露光用マスク（レチクルともいう。）を形成する方法として、優れた解像性を有する電子ビーム（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画技術が用いられる。

図１２は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式（ＶＳＢ方式）という。

電子ビーム描画では、電子銃が用いられる。かかる電子銃のカソード（陰極）材として、焼結形態または結晶形態を成す六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、或いは炭化ハフニウム（ＨｆＣ）等が用いられる。かかるカソード材は、様々な電子ビーム装置（例えば、リソグラフィ装置、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）など）において電子源またはエミッタとして使用される。カソードは、例えば、円錐角を伴うテーパ形状または円錐形状の先端（頂部）を平面に切り取った形状として作成される。

図１３は、円錐面をカーボンでコーティングされたカソードの一例を示す図である。図１３に示すように、例えば、カソード材の円錐面をカーボンでコーティングする。かかる構成により、電子放出面がカソード上面に限定され、放出面積を限定させることができる。これにより電子銃の輝度を向上させることが試みられている。

図１４は、側面をカーボンでコーティングされたカソードの上面の一例を示す図である。図１４に示すように、カーボンコーティングとＬａＢ_６或いはＣｅＢ_６カソード材料との間の化学的な相互作用によってカソードの電子放出面が腐食してしまう。図１４に示されるように、カーボンコーティングと接触する電子放出面の縁部は、損傷されている（例えば、穴があけられた、および／またはエッチングされた）ように見える。実際に、電子放出面のこれらの領域は、損なわれており、もはや電子を効果的に放射することが困難となる。そのため、カソードの電子放出面の外周部付近に対して、カソード材とカーボンコーティングとの間に隙間を設ける構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、カーボンコーティングとカソードにおける電子放出面外周部との間の化学反応を抑えることができる。

ここで、カソード本体（エミッタ）とカーボンコーティングとの間の隙間が大きいと輝度が低下してしまうといった問題があった。かかる隙間を形成するために使用する犠牲膜の塗布、及び除去工程のプロセスにおいて製品にばらつきが生じるため、製造された製品（カソード）の隙間寸法にばらつきが生じてしまう。隙間が大きく製造されたカソードは、電子ビーム描画装置で要求される高輝度を実現することが困難となってしまう。従来、製造されたカソードの外観から、そのカソードが高輝度を実現できるかどうかを見分けることが困難であった。そのため、製造されたカソードを実際に描画装置に搭載した後で輝度不足が判明し、かかるカソードが使用できないといった不具合が発生し、装置の信頼性を低下させる一因になっていた。

特開２０１２−０６９３６４公報

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、所望の輝度が得られるカソードを取得する手法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のカソードの取得方法は、
電子放出部材と、隙間を設けて電子放出材料の側面を覆うカバー部とを有する複数のカソードを製作する工程と、
複数のカソードのカソード毎に、電子放出部材の上面の外径寸法を測定する工程と、
複数のカソードのカソード毎に、電子放出部材の上面と同一面での隙間の外径寸法を測定する工程と、
複数のカソードのカソード毎に、同一面での隙間の面積を電子放出部材の上面の面積で除した面積比を演算する工程と、
輝度と面積比との相関関係を用いて、所望の輝度に対応する面積比の上限値を取得する工程と、
製作された複数のカソードのうち、上限値以下の面積比を有するカソードを選択する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、電子放出部材の材料として、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）と六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）とのうち１つが用いられ、
カバー部の材料として、カーボン（Ｃ）が用いられると好適である。

また、電子放出部材の上部は、円錐形状の先端を上面が平面になるように切り取った形状に形成されると好適である。

また、選択対象のカソードには、同一面での隙間の外周形状と電子放出部材の上面形状とが同心円に形成されていないカソードが含まれても構わない。

本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
上述したカソードの取得方法によって取得されたカソードが搭載された電子銃と、
カソードから放出された電子ビームを用いて、試料にパターンを描画する描画部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様のカソードの取得方法は、
電子放出部材と、隙間を設けて前記電子放出部材の側面を覆うカバー部とを有するカソードを製作する工程と、
前記カソードの、前記電子放出部材の上面の外径寸法を測定する工程と、
前記カソードの、前記電子放出部材の上面と同一面での前記隙間の外径寸法を測定する工程と、
前記カソードの、前記同一面での前記隙間の面積を前記電子放出部材の上面の面積で除した面積比を演算する工程と、
予め求めた輝度と前記面積比との相関関係を用いて、所望の輝度に対応する前記面積比の上限値を取得する工程と、
製作された前記カソードが前記上限値以下の前記面積比を有するか否かを判定し、前記上限値以下の前記面積比を有するカソードを取得する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、所望の輝度が得られるカソードを取得できる。よって、高輝度化に対応するカソードが得られる。

実施の形態１におけるカソードの取得方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるカソードの構成の一例を示す断面図である。 実施の形態１におけるカソードの放射面の平面内における上面図である。 実施の形態１におけるカソード上部の斜視図である。 実施の形態１におけるカソードの形成方法の一例の要部工程を示す工程断面図である。 実施の形態１におけるカソード上面の一部とカソード断面の一部を示す図である。 実施の形態１における輝度と面積比との理想状態での関係の一例を示す図である。 実施の形態１における輝度を測定するための手法を説明するための図である。 実施の形態１における輝度と面積比との関係の実験結果の一例を示す図である。 実施の形態１における取得されたカソードを搭載した描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における各領域を説明するための概念図である。 可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。 円錐面をカーボンでコーティングされたカソードの一例を示す図である。 側面をカーボンでコーティングされたカソードの上面の一例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるカソードの取得方法の要部工程を示すフローチャート図である。図１において、実施の形態１におけるカソードの取得方法は、輝度（Ｂ）と面積比（Ｒ）との相関取得工程（Ｓ１０２）と、上限面積比（Ｒｍ）取得工程（Ｓ１０４）と、カソード製作工程（Ｓ１０６）と、半径（ｒ_１）測定工程（Ｓ１０８）と、半径（ｒ_２）測定工程（Ｓ１１０）と、面積比（Ｒ）演算工程（Ｓ１１２）と、選択工程（Ｓ１１４）と、いう一連の工程を実施する。なお、半径（ｒ１）測定工程（Ｓ１０８）と、半径（ｒ２）測定工程（Ｓ１１０）とは同時に行われても構わないし、別々に実施されても構わない。また、別々に実施される場合にどちらの工程が先に実施されても構わない。また、相関取得工程（Ｓ１０２）から上限面積比（Ｒｍ）取得工程（Ｓ１０４）までの工程と、カソード製作工程（Ｓ１０６）から面積比（Ｒ）取得工程（Ｓ１１２）までの工程とは、どちらを先に実施しても構わない。

図２は、実施の形態１におけるカソードの構成の一例を示す断面図である。図２において、カソード３２０は、陰極ホルダ３２１上に固定される。カソード３２０は、カソード本体３０（電子放出部材）（カソード本体は「エミッタ」ともいう。）と側面カバー部４０とを備えている。カソード本体３０は、材料として、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、及び六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）のいずれかの焼結形態または結晶形態が用いられると好適である。カソード本体３０は下部が円柱状に形成され、上部２０が円錐形状の側面２１（斜面）と円錐形状先端（頂部）を平面になるように切り取った円錐台形状の上面２２（電子放出面）とを有する。

側面カバー部４０（コーティング部）はテーパ状（円錐面）に狭まる上側カバー部４１と円筒状の下側カバー部４２とを有する。図２に示すように、下側カバー部４２は、カソード本体３０の下部外周側面３１の図面縦方向の長さに沿って下部外周側面３１に直接隣接してこの下部外周側面３１に対して直接に付着される。下側カバー部４２は、カソード本体３０の下部外周側面３１を取り囲んでこの下部外周側面３１と接触する。その一方で、上側カバー部４１はカソードの上部側面２１と直接に接触しない。それどころか、これらの２つの間に隙間５０が介在する（存在する）。隙間５０は、幅が例えば約１μｍ〜約１５μｍの範囲をとり得るが、用途に応じて隙間を更に小さくすることができ、または更に大きくすることができる。また、上側カバー部４１は、カソード本体３０の上面２２と実質的に同一面に平面形状の上面４３が形成される。

図３は、実施の形態１におけるカソードの放射面の平面内における上面図である。なお、図２、図３、及び後述する図４に示す各図に示した構成のサイズは、互いに一致していない場合がある。よって、原寸に比例していない。図３では、環状の隙間５０によって取り囲まれる中心のカソード本体３０の上面２２を示しており、隙間５０は、図２に示すカバー部４０の上側カバー部４１の上端または上側の上面４３によって取り囲まれる。

図４は、実施の形態１におけるカソード上部の斜視図である。図４において、隙間５０は、カバー部４０の下側カバー部４２の上側にあってこの下側カバー部４２と連続する上側カバー部４１の上端または上側の上面４３によって取り囲まれる。

カソード本体３０の上部２０の、例えば１０〜２００μｍに形成される部分は、円錐形、円柱形、正方形、長方形、ピラミッド形などであってもよく、そのような実施形態の全てが本実施の形態１に包含される。図２〜４の例では、形状が円錐台形状であり、その円錐角は、例えば９０°以下の範囲であると好適である。９０度よりも大きくすべきではなく、約２０度〜約９０度の範囲（例えば、約２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５または９０度）がより好適である。また、６０度〜９０度の範囲（例えば、約６０、６５、７０、７５、８０、８５または９０度）であるとさらに好ましい。

カソード本体３０の上部２０と上側カバー部４１とを離間させる隙間５０は、約１μｍ〜約１５μｍの幅が好適である。円錐面に沿う隙間５０の深さは、例えば１０〜２００μｍが好適である。例えば、側面２１の全体にわたって離間した状態でカバーし、カソード本体３０の上端で終端する。円錐側面２１を取り囲んで隙間５０で離間されたカーボン層は、図２の上側カバー部４１で示したように、円錐の輪郭をたどり、したがって、それ自体が円錐形を成して、円錐の角度と同じまたは類似する角度で位置決めされると良い。

図２に示したカバー部４０は、カーボン（Ｃ）層またはカーボンコーティングによって形成される。そして、カーボン層またはカーボンコーティングは任意の適した材料から形成されてもよく、そのような材料の例としては、黒鉛、コロイド黒鉛（例えば、アクアダッグ）、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、熱分解炭素などが挙げられるが、これらに限定されない。

カソード本体３０の上面２２は、所望の切頂度および所望の円錐角に応じて、直径が例えば５〜４００μｍのサイズまでの範囲の大きさであると好適である。例えば、直径１００μｍの円形状の平坦な面をもつ。

カーボンコーティングされた放射面を有する典型的な従来技術の陰極は、例えば、全体を参照することによりその全内容が本明細書に組み入れられる米国特許第７，１７６，６１０号明細書に記載されている。

図５は、実施の形態１におけるカソードの形成方法の一例の要部工程を示す工程断面図である。図５（ａ）では、陰極ホルダ２００上に配置されたカソード本体３０が示されている。図５（ｂ）では、一時的なまたは犠牲的なコーティングでカソード本体３０の上部２０の円錐側面および上面が被覆された犠牲膜６０を示している。図５（ｃ）では、犠牲膜６０を介してカソード本体３０の側面全体がカバー部４０の材料でコーティングされた状態を示している。図５（ｄ）は、犠牲膜６０が除去されて、カソード本体３０の上部２０の円錐形側面とその周りを取り囲むカバー部４０との間に隙間５０が残存し、カバー部４０は円錐形側面を取り囲むが直接に接触しない状態が示されている。また、カバー部４０上面は、カソード本体３０の上面と同一平面になるように平坦化されると良い。犠牲膜６０の材料としては、様々な有機膜、アクリル樹脂、ニトロセルロースなどが挙げられるが、これらに限定されない。有機膜の例としては、４−メタクリロイルオキシエチルトリメリテートアンハイドライド（４−ＭＥＴＡ）、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）（メタメチル−メタクリレート）等が好適である。

犠牲膜６０を除去する手法は、犠牲膜６０の材料の種類にしたがって異なる。例えば、犠牲膜６０が有機材料から形成される場合には、犠牲膜６０を除去するために熱が使用されてもよい。例えば、４００〜６００℃の範囲の温度までカソードを加熱することが挙げられる。そのような状態下では、有機膜が蒸発し、それにより、隙間５０が残る。このように、除去する際は、有機材料の蒸発を引き起こすのに十分な熱を加えることによって行なわれる。

犠牲膜６０の材料として、可溶性材料を用いる場合には、カソードを適切な溶媒（例えば、水、有機溶媒など）に晒すことにより除去すればよい。犠牲膜６０は、任意の適した材料から形成されてもよく、犠牲膜６０は、エッチング、溶解、蒸発、溶融、アブレーションなどを含むがこれらに限定されない、他の陰極構成要素を損傷させることなく除去をもたらす任意の適した方法によって除去されてもよい。

相関取得工程（Ｓ１０２）として、輝度（Ｂ）と面積比（Ｒ）との相関関係を取得する。

図６は、実施の形態１におけるカソード上面の一部とカソード断面の一部を示す図である。図６（ａ）では、カソード上面の一部を示している。図６（ｂ）では、カソード断面の一部を示している。図６（ａ）に示す面は、図６（ｂ）に示すカソード上面２２と同一面４００での状態を示している。カソード上面２２の外径寸法（例えば直径）は２ｒ_１で定義される。よって、ｒ_１は、カソード上面２２の半径を示す。カソード上面２２と同一面４００での隙間５０の外径寸法（例えば直径）は２ｒ_２で定義される。よって、ｒ_２は、隙間５０の半径を示す。ここで、カソード３２０から放出される全エミッション電流Ｉｅは、カソード上面２２から放出される電子の電流Ｉ_１とカソード上部の側面２１（斜面）から放出される電子の電流Ｉ_２とを用いて次の式（１）で定義される。
（１） Ｉｅ＝Ｉ_１＋Ｉ_２

また、電流密度Ｊｅｍは、全エミッション電流Ｉｅとカソード上面２２の面積とを用いて、次の式（２）で定義される。
（２） Ｊｅｍ＝Ｉｅ／πｒ_１ ^２

電流密度Ｊｅｍは、全エミッション電流をエミッタ面の面積で割った量であり、カソード上面２２形状とカソード駆動電流が定まれば、一義的に求まる量である。

また、カソード上面２２から放出される電子の面４００上での電流密度Ｊｅ_１と、カソード上部の側面２１（斜面）から放出される電子の面４００上での電流密度Ｊｅ_２とが、面４００内で一定と仮定すると、以下の式（３）と式（４）とが成り立つ。
（３） Ｉ_１＝Ｊｅ_１・πｒ_１ ^２
（４） Ｉ_２＝Ｊｅ_２・π（ｒ_２ ^２−ｒ_１ ^２）

また、式（２）は、次の式（５）に変形できる。
（５） Ｊｅｍ＝（Ｉ_１＋Ｉ_２）／πｒ_１ ^２
＝Ｊｅ_１＋Ｊｅ_２・｛（ｒ_２／ｒ_１）^２−１｝

よって、電流密度Ｊｅ_１は、次の式（６）で定義できる。
（６） Ｊｅ_１＝Ｊｅｍ−Ｊｅ_２・｛（ｒ_２／ｒ_１）^２−１｝

また、描画装置では、カソード上面２２から放出される電子でビームとして使用するので、描画装置で使用した際のカソード３２０の輝度Ｂは、電流密度Ｊｅ_１、カソード温度Ｔ、ボルツマン定数ｋ、素電荷ｅ、及び電子のポテンシャル（加速電圧）Ｕを用いて、ラングミュラーの式（７）で定義できる。
（７） Ｂ＝Ｊｅ_１（ｅＵ／πｋＴ）
＝３６９３．８Ｊｅ_１（Ｕ／Ｔ）

よって、カソード３２０の輝度Ｂは、次の式（８）に変形できる。
（８） Ｂ＝３６９３．８（Ｕ／Ｔ）（Ｊｅｍ−Ｊｅ_２・｛（ｒ_２／ｒ_１）^２−１｝）

ここで、カソード上面２２と同一面４００での隙間５０の面積をカソード上面２２の面積で除した面積比Ｒを定義する。面積比Ｒは、以下の式（９）で定義される。
（９） Ｒ＝π（ｒ_２ ^２−ｒ_１ ^２）／πｒ_１ ^２
＝（ｒ_２／ｒ_１）^２−１

よって、カソード３２０の輝度Ｂは、次の式（１０）に変形できる。
（１０） Ｂ＝３６９３．８（Ｕ／Ｔ）（Ｊｅｍ−Ｊｅ_２・Ｒ）

図７は、実施の形態１における輝度と面積比との理想状態での関係の一例を示す図である。図７では、計算条件として、例えば、電子のポテンシャル（加速電圧）Ｕ＝５０ｋｅＶ、Ｔ＝１８５０Ｋ、Ｊｅ_２＝０．３８・Ｊｅｍとする。式（９）及び図７に示すように、面積比Ｒが大きくなるとカソード３２０の輝度Ｂは小さくなることがわかる。よって、所望の輝度Ｂを得るためには、面積比Ｒの上限Ｒｍが存在することがわかる。そこで、実施の形態１では、輝度Ｂと面積比Ｒとの相関関係を取得する。そのために、予め、面積比Ｒを変えた複数の実験用カソードを製作し、各実験用カソードの輝度Ｂを実験により測定する。

図８は、実施の形態１における輝度を測定するための手法を説明するための図である。図８では、一例として、いわゆるアパーチャ法について説明する。但し、輝度を測定するための手法はこれに限るものではなく、その他の方法で測定してもよい。電子光学系の光軸上に各々直径Ｄ_１、Ｄ_２の開口部が形成されたアパーチャ部材５２，５４を実験用カソード５０側からアパーチャ部材５２，５４の順で距離Ｌだけ離して配置する。アパーチャ部材５４の光軸上の下流側にはファラディカップ５６が配置される。また、図８では、電子銃として必要なウェネルト、アノード、加熱装置、及び電圧印加装置等の図示を省略している。実験用カソード５０から放出された電子は、クロスオーバー（ｃ．ｏ．）を形成した後、アパーチャ部材５２を照射する。そして、アパーチャ部材５２を通過した電子は、アパーチャ部材５４を照射する。そして、アパーチャ部材５４を通過した電子は、ファラディカップ５６に到達する。ファラディカップ５６に到達した電子による電流Ｉを電流計５８で計測する。なお、かかるアパーチャ法では、クロスオーバー径Ｓがアパーチャ部材５２の開口径Ｄ_１に比べて十分大きいものとし、アパーチャ部材５２の開口部内のどの点からも一様にアパーチャ部材５４を照射しているものとする。かかる場合、実験用カソード５０の輝度Ｂは、次の式（１１）で定義できる。
（１１） Ｂ＝Ｉ／｛π（Ｄ_１／２）^２・π（Ｄ_２／２Ｌ）^２｝

各実験用カソードの面積比Ｒは、光学顕微鏡等で実験用カソード上面半径と隙間の外径寸法（半径）を計測し、かかる値を用いて演算すればよい。以上のようにして、面積比Ｒを変えた複数の実験用カソードを用いて、各実験用カソードの輝度Ｂと各実験用カソードの面積比Ｒの関係を求める。

図９は、実施の形態１における輝度と面積比との関係の実験結果の一例を示す図である。実験により求めた輝度Ｂと面積比Ｒとをプロットしたグラフを作成し、輝度Ｂと面積比Ｒの相関関係を求める。例えば、輝度Ｂの平均値を用いた相関関係Ａを求める。図９では、縦軸に、隙間を設けないで作製したカソードの輝度との相対値で輝度を定義して示している。横軸に面積比を示している。なお、実験により求めた輝度にはばらつきが生じるため、安全を見越して測定輝度の下限で近似した相関関係Ｂを用いても好適である。

上限面積比（Ｒｍ）取得工程（Ｓ１０４）として、輝度Ｂと面積比Ｒとの相関関係を用いて、所望の輝度に対応する面積比の上限値Ｒｍを取得する。図９の例では、例えば、所望の輝度（相対値）が０．８である場合の対応する面積比が０．５であることがわかる。よって、所望の輝度（相対値）０．８を得るためには、上限面積比Ｒｍが０．５であることがわかる。

カソード製作工程（Ｓ１０６）として、カソード本体３０と、隙間５０を設けてカソード本体３０の側面２１を覆うカバー部４０とを有する製品用の複数のカソード３２０を製作する。カソード３２０の製作方法は、上述した内容で良い。

半径（ｒ_１）測定工程（Ｓ１０８）として、製品用に製作された複数のカソード３２０について、光学顕微鏡を用いて、複数のカソード３２０のカソード毎に、カソード本体３０（電子放出部材）の上面２２の外径寸法（半径ｒ_１）を測定する。ここでは、半径を測定しているが、直径（２ｒ_１）でも良いことは言うまでもない。

半径（ｒ_２）測定工程（Ｓ１１０）として、製品用に製作された複数のカソード３２０について、光学顕微鏡を用いて、複数のカソード３２０のカソード毎に、カソード本体３０（電子放出部材）の上面２２と同一面４００での隙間５０の外径寸法（半径ｒ_２）を測定する。ここでは、半径を測定しているが、直径（２ｒ_２）でも良いことは言うまでもない。

なお、カソード毎に、上面２２の外径寸法（半径ｒ_１）と隙間５０の外径寸法（半径ｒ_２）とを同時或いは同時期に測定すると効率的である。

面積比（Ｒ）演算工程（Ｓ１１２）として、製品用に製作された複数のカソード３２０のカソード毎に、同一面４００での隙間５０の面積をカソード本体３０（電子放出部材）の上面２２の面積で除した面積比Ｒを演算する。面積比Ｒは上述した式（９）を用いて求めればよい。

選択工程（Ｓ１１４）として、製品用に製作された複数のカソード３２０のうち、上限値Ｒｍ以下の面積比Ｒを有するカソード３２０を選択する。

以上により、製品用に製作された複数のカソード３２０の中から所望する輝度Ｂを実現可能なカソード３２０を取得できる。よって、高輝度化に対応するカソードが得られる。

なお、図６（ａ）に示したように、選択対象のカソードには、同一面４００での隙間５０の外周形状とカソード本体３０（電子放出部材）の上面２２形状とが同心円に形成されていないカソードが含まれても構わない。

図１０は、実施の形態１における取得されたカソードを搭載した描画装置の構成を示す概念図である。図１０において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、選別（取得）されたカソード３２０を搭載する荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型（ＶＳＢ型）の描画装置の一例である。描画部１５０は、電子銃機構２３０、電子鏡筒１０２、及び描画室１０３を備えている。電子銃機構２３０内には、電子銃２０１が配置される。電子鏡筒１０２内には、電子レンズ２１１、照明レンズ２０２、ブランキング偏向器２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスクが含まれる。また、試料１０１には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。ブランキング偏向器２１２として、例えば１対の電極が用いられる。

また、電子銃２０１は、実施の形態１における選別されたカソード３２０、ウェネルト３２２、及びアノード３２４を有している。カソード３２０として、例えば、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）結晶等を用いると好適である。ウェネルト３２２は、カソード３２０とアノード３２４との間に配置される。また、アノード３２４は、接地され、電位がグランド電位に設定されている。電子銃２０１には、図示しない電子銃電源装置が接続される。電子銃機構２３０と電子鏡筒１０２との境界は電子ビームが通過可能に形成されている。

制御部１６０は、制御計算機１１０および制御回路１２０を有している。

ここで、図１０では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。例えば、位置偏向用には、主偏向器２０８と副偏向器２０９の主副２段の多段偏向器を用いているが、１段の偏向器或いは３段以上の多段偏向器によって位置偏向を行なう場合であってもよい。また、描画装置１００には、マウスやキーボード等の入力装置、及びモニタ装置等が接続されていても構わない。また、図１０の例では、ブランキングアパーチャ２１４が、第１のアパーチャ２０３よりも上方側に配置されているが、これに限るものではなく、ブランキング動作が可能である位置であれば構わない。例えば、第１のアパーチャ２０３或いは第２のアパーチャ２０６よりも下方側に配置されても構わない。

図１１は、実施の形態１における各領域を説明するための概念図である。図１１において、試料１０１の描画領域５１０は、主偏向器２０８のＹ方向偏向可能幅である、短冊状の複数のストライプ領域５２０に仮想分割される。また、各ストライプ領域５２０は、副偏向器２０９の偏向可能サイズである複数のサブフィールド（ＳＦ）５３０（小領域）に仮想分割される。そして、各ＳＦ５３０の各ショット位置にショット図形５５２，５５４，５５６が描画される。

制御計算機１１０からの制御信号によって操作される制御回路１２０からブランキング制御用の図示しないＤＡＣアンプに対して、ブランキング制御用のデジタル信号が出力される。そして、ブランキング制御用のＤＡＣアンプでは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、ブランキング偏向器２１２に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットの照射時間（照射量）が制御される。

制御回路１２０から図示しないＤＡＣアンプに対して、主偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、主偏向制御用のＤＡＣアンプでは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、主偏向器２０８に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームがメッシュ状に仮想分割された、目標となるＳＦ３０の基準位置に偏向される。

制御回路１２０から図示しないＤＡＣアンプに対して、副偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、副偏向制御用のＤＡＣアンプでは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、副偏向器２０９に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームが対象となるＳＦ３０内の各ショット位置に偏向される。

描画装置１００では、複数段の多段偏向器を用いて、ストライプ領域５２０毎に描画処理を進めていく。ここでは、一例として、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９といった２段偏向器が用いられる。ＸＹステージ１０５が例えば−ｘ方向に向かって連続移動しながら、１番目のストライプ領域５２０についてｘ方向に向かって描画を進めていく。そして、１番目のストライプ領域５２０の描画終了後、同様に、或いは逆方向に向かって２番目のストライプ領域５２０の描画を進めていく。以降、同様に、３番目以降のストライプ領域５２０の描画を進めていく。そして、主偏向器２０８が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、ＳＦ５３０の基準位置に電子ビーム２００を順に偏向する。また、副偏向器２０９が、各ＳＦ５３０の基準位置から当該ＳＦ５３０内に照射されるビームの各ショット位置に電子ビーム２００を偏向する。このように、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、サイズの異なる偏向領域をもつ。そして、ＳＦ５３０は、かかる複数段の偏向器の偏向領域のうち、最小偏向領域となる。

カソード３２０に負の加速電圧が印加され、ウェネルト３２２に負のバイアス電圧が印加された状態で、カソード３２０を加熱すると、カソード３２０から電子（電子群）が放出され、放出電子（電子群）は、収束点（クロスオーバー：Ｃ．Ｏ．）を形成した（カソードクロスオーバー）後に広がり、加速電圧によって加速されて電子ビームとなってアノード３２４に向かって進む。そして、アノード３２４に設けられた開口部を電子ビームが通過して、電子ビーム２００が電子銃２０１から放出されることになる。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、電子レンズ２１１により例えばブランキング偏向器２１２内の中心高さ位置（所定の位置の一例）に収束させられ、収束点（クロスオーバー：Ｃ．Ｏ．）を形成する。そして、光軸方向に対して電子レンズ２１１よりも後側に配置されたブランキング偏向器２１２内を通過する際に、ブランキング用のＤＡＣアンプ１２２からの偏向信号によって制御されるブランキング偏向器２１２によって、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。言い換えれば、ブランキング偏向器２１２は、ビームＯＮとビームＯＦＦとを切り替えるブランキング制御を行う場合に、電子ビームを偏向する。光軸方向に対してブランキング偏向器２１２よりも後側に配置されたブランキングアパーチャ２１４（ブランキングアパーチャ部材）によって、ビームＯＦＦの状態になるように偏向された電子ビームは遮蔽される。すなわち、ビームＯＮの状態では、ブランキングアパーチャ２１４を通過するように制御され、ビームＯＦＦの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ２１４で遮へいされるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ２１４を通過した電子ビーム２００が１回の電子ビームのショットとなる。ブランキング偏向器２１２は、通過する電子ビーム２００の向きを制御して、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成する。例えば、ビームＯＮの状態では電圧０Ｖを印加し（或いは電圧を印加せず）、ビームＯＦＦの際にブランキング偏向器２１２に数Ｖの電圧を印加すればよい。かかる各ショットの照射時間ｔで試料１０１に照射される電子ビーム２００のショットあたりの照射量が調整されることになる。

以上のようにブランキング偏向器２１２とブランキングアパーチャ２１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形の穴を持つ第１の成形アパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２の成形アパーチャ２０６上に投影される。偏向器２０５によって、かかる第２の成形アパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させる（可変成形を行なう）ことができる。かかる可変成形はショット毎に行なわれ、通常ショット毎に異なるビーム形状と寸法に成形される。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された試料１０１の所望する位置に照射される。言い換えれば、光軸方向に対してブランキングアパーチャ２１４よりも後側に配置された対物レンズ２０７により、ビームＯＮの電子ビームを試料１０１上に結像する。図１では、位置偏向に、主副２段の多段偏向を用いた場合を示している。かかる場合には、主偏向器２０８でＳＦ３０の基準位置にステージ移動に追従しながら該当ショットの電子ビーム２００を偏向し、副偏向器２０９でＳＦ内の各照射位置にかかる該当ショットのビームを偏向すればよい。かかる動作を繰り返し、各ショットのショット図形を繋ぎ合わせることで、描画データに定義された図形パターンを試料に描画する。

実施の形態１では、選別された高輝度のカソード３２０を搭載しているので、所望の輝度で描画処理を行うことができる。

上述した例では、複数のカソードを製作して、その中から高輝度のカソード３２０を選択する場合について説明したが、カソードの製作数は少なくとも１つであれば構わない。２以上製作される場合には、上述した通りである。１つのカソードを製作した場合には、以下のようにすればよい。図１のカソード製作工程（Ｓ１０６）において、カソード本体３０と、隙間５０を設けてカソード本体３０の側面２１を覆うカバー部４０とを有する製品用のカソード３２０を製作する。カソード３２０の製作方法は、上述した内容で良い。

半径（ｒ_１）測定工程（Ｓ１０８）として、製品用に製作されたカソード３２０について、光学顕微鏡を用いて、カソード本体３０（電子放出部材）の上面２２の外径寸法（半径ｒ_１）を測定する。

半径（ｒ_２）測定工程（Ｓ１１０）として、製品用に製作されたカソード３２０について、光学顕微鏡を用いて、カソード本体３０（電子放出部材）の上面２２と同一面４００での隙間５０の外径寸法（半径ｒ_２）を測定する。

なお、上面２２の外径寸法（半径ｒ_１）と隙間５０の外径寸法（半径ｒ_２）とを同時或いは同時期に測定すると効率的である点は上述した通りである。

面積比（Ｒ）演算工程（Ｓ１１２）として、製品用に製作されたカソード３２０に対して、同一面４００での隙間５０の面積をカソード本体３０（電子放出部材）の上面２２の面積で除した面積比Ｒを演算する。面積比Ｒは上述した式（９）を用いて求めればよい。

選択工程（Ｓ１１４）を取得工程（Ｓ１１４）と読み替えて、取得工程（Ｓ１１４）として、製作されたカソード３２０が上限値Ｒｍ以下の面積比Ｒを有するか否かを判定し、上限値Ｒｍ以下の面積比Ｒを有するカソードを取得する。その他の内容は、上述した内容と同様である。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。選別されたカソードを搭載する電子ビーム装置は、描画装置に限るものではなく、電子顕微鏡等のその他の電子ビーム装置にも適用できる。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのカソードの取得方法および電子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

２０ 上部
２１ 側面
２２ 上面
３０ カソード本体
３１ 外周側面
４０ カバー部
４１ 上側カバー部
４２ 下側カバー部
４３ 上面
５０ 隙間
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１２０ 制御回路
１２２ ＤＡＣアンプ
１３０ レンズ制御回路
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１１ 電子レンズ
２１２ ブランキング偏向器
２１４ ブランキングアパーチャ
２１６ 高さ調整機構
２３０ 電子銃機構
３２０ カソード
３２１ 陰極ホルダ
３２２ ウェネルト
３２４ アノード
３３０ 電子線
４００ 面
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
５１０ 描画領域
５２０ ストライプ領域
５３０ ＳＦ
５５２，５５４，５５６ ショット図形

Claims (6)

1. 電子放出部材と、隙間を設けて前記電子放出部材の側面を覆うカバー部とを有する複数のカソードを製作する工程と、
   前記複数のカソードのカソード毎に、前記電子放出部材の上面の外径寸法を測定する工程と、
   前記複数のカソードのカソード毎に、前記電子放出部材の上面と同一面での前記隙間の外径寸法を測定する工程と、
   前記複数のカソードのカソード毎に、前記同一面での前記隙間の面積を前記電子放出部材の上面の面積で除した面積比を演算する工程と、
   輝度と前記面積比との相関関係を用いて、所望の輝度に対応する前記面積比の上限値を取得する工程と、
   製作された前記複数のカソードのうち、前記上限値以下の前記面積比を有するカソードを選択する工程と、
   を備えたことを特徴とするカソードの取得方法。
2. 前記電子放出部材の材料として、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）と六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）とのうち１つが用いられ、
   前記カバー部の材料として、カーボン（Ｃ）が用いられることを特徴とする請求項１記載のカソードの取得方法。
3. 前記電子放出部材の上部は、円錐形状の先端を上面が平面になるように切り取った形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のカソードの取得方法。
4. 選択対象のカソードには、前記同一面での前記隙間の外周形状と前記電子放出部材の上面形状とが同心円に形成されていないカソードが含まれることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のカソードの取得方法。
5. 請求項１〜４のいずれか記載のカソードの取得方法によって取得されたカソードが搭載された電子銃と、
   前記カソードから放出された電子ビームを用いて、試料にパターンを描画する描画部と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
6. 電子放出部材と、隙間を設けて前記電子放出部材の側面を覆うカバー部とを有するカソードを製作する工程と、
   前記カソードの、前記電子放出部材の上面の外径寸法を測定する工程と、
   前記カソードの、前記電子放出部材の上面と同一面での前記隙間の外径寸法を測定する工程と、
   前記カソードの、前記同一面での前記隙間の面積を前記電子放出部材の上面の面積で除した面積比を演算する工程と、
   予め求めた輝度と前記面積比との相関関係を用いて、所望の輝度に対応する前記面積比の上限値を取得する工程と、
   製作された前記カソードが前記上限値以下の前記面積比を有するか否かを判定し、前記上限値以下の前記面積比を有するカソードを取得する工程と、
   を備えたことを特徴とするカソードの取得方法。