JP2022081185A - 電子放出源の動作制御方法、電子ビーム描画方法、及び電子ビーム描画装置 - Google Patents

電子放出源の動作制御方法、電子ビーム描画方法、及び電子ビーム描画装置 Download PDF

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Abstract

【目的】電子放出源から放出される電子ビームが必要な輝度を維持しつつカソード温度を低くすることが可能な方法を提供する。【構成】本発明の一態様の電子放出源の動作制御方法は、電子ビームを放出する工程と、試料面上で所望の電流が得られるように電子ビームを調整する工程と、電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する工程と、特性のうち所定の範囲における、エミッション電流に対する試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を特性から算出する工程と、電子ビームが調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する工程と、電子ビームが調整された状態での傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明の一態様は、電子放出源の動作制御方法、電子ビーム描画方法、及び電子ビーム描画装置に係り、例えば、電子銃の動作条件を制御する手法に関する。
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、マスクブランクスへ電子線を使ってマスクパターンを描画することが行われている。
例えば、マルチビームを使った描画装置がある。１本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで一度に多くのビームを照射できるのでスループットを大幅に向上させることができる。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが光学系で縮小され、マスク像が縮小されて、偏向器で偏向され試料上の所望の位置へと照射される。
電子ビームを放出する電子銃では、カソードの高輝度化に伴い、カソードの動作温度が高くなっている。その結果、カソード結晶の消耗速度が速くなってきている。結晶が一定量蒸発すると所望の性能が出せなくなるため寿命となり交換する必要がある。カソードの交換には描画装置を停止する必要があるので装置の稼働率を下げてしまう。よって、必要な輝度を維持した上でカソードの蒸発速度をできるだけ遅くすることが望ましい。そのためには、必要な輝度が得られる範囲でカソード温度をできるだけ低く保つことが望ましい。
従来、バイアス飽和点におけるエミッション電流と電流密度との関係と、バイアス飽和点におけるエミッション電流とフィラメント電力との関係を測定しておき、これらの関係を参照して設定電流密度におけるエミッション電流が得られるフィラメント電力を算出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－０６２３７４号公報
本発明の一態様は、電子放出源から放出される電子ビームが必要な輝度を維持しつつカソード温度を低くすることが可能な方法および装置を提供する。
本発明の一態様の電子放出源の動作制御方法は、
電子ビームを放出する工程と、
試料面上で所望の電流が得られるように電子ビームを調整する工程と、
電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する工程と、
特性のうち所定の範囲における、エミッション電流に対する試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を特性から算出する工程と、
電子ビームが調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する工程と、
電子ビームが調整された状態での傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、所定の範囲は、特性のピーク位置を含むと好適である。
また、所定の期間毎に、特性の取得と、所定の範囲の傾き値の算出と、上述した輝度が得られるように電子ビームが調整された状態の傾き値の算出と、が実施され、
所定の期間毎に、傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内かどうかを判定する工程をさらに備え、
判定の結果、傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内から外れていた場合に、再度、傾き値が所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整すると好適である。
本発明の一態様の電子ビーム描画方法は、
電子ビームを放出する工程と、
試料面上で所望の電流が得られるように電子ビームを調整する工程と、
電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する工程と、
特性のうち所定の範囲における、前記エミッション電流に対する試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を特性から算出する工程と、
電子ビームが調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する工程と、
電子ビームが調整された状態での傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する工程と、
この傾き値が所定の範囲の傾き値の範囲内になるカソード温度に調整された電子ビームを用いて、試料にパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
電子ビームを放出する電子放出源と、
電子ビーム放出源から放出される電子ビームのエミッション電流を制御するエミッション電流制御部と、
電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、電子ビームのエミッション電流との間の特性を取得する取得部と、
特性のうち所定の範囲の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を特性から算出する第１の傾き値算出部と、
試料面上で所望の電流が得られるように電子ビームが調整された状態における試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する第２の傾き値算出部と、
電子ビームが調整された状態での傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する温度調整部と、
この傾き値が所定の範囲の傾き値の範囲内になるカソード温度に調整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機構と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、電子放出源から放出される電子ビームが必要な輝度を維持しつつカソード温度を低くすることができる。
実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。 実施の形態１における試料面電流とエミッション電流との間の特性の一例を示す図である。 実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図の一例である。 実施の形態１におけるビームプロファイルの一例を示す図である。 実施の形態１における収束角とビームサイズと焦点位置までの距離との関係を説明するための図である。 実施の形態１における特性グラフと傾き値の一例を示す図である。 実施の形態１における傾きと設定範囲との関係の一例を示す図である。 実施の形態１における描画動作の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。 実施の形態１におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。 実施の形態１における描画開始後の電子銃の動作制御方法の一例を示す図である。
以下、実施の形態では、電子ビームとして、マルチビームを用いた構成について説明する。但し、これに限るものではなく、シングルビームを用いた構成であっても構わない。また、以下、描画装置について説明するが、熱電子放出源から放出される電子ビームを用いる装置であれば、描画装置以外の装置であっても構わない。例えば、画像取得装置、或いは検査装置等であっても構わない。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置１００の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画機構１５０と制御系回路１６０を備えている。描画装置１００は、マルチ電子ビーム描画装置の一例である。描画機構１５０は、電子鏡筒１０２（マルチ電子ビームカラム）と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、検出器１０８、偏向器２０８、及び偏向器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基板となるレジストが塗布されたマスクブランクス等の試料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、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。ＸＹステージ１０５上には、さらに、ＸＹステージ１０５の位置測定用のミラー２１０が配置される。ＸＹステージ１０５上には、さらに、ファラディーカップ１０６が配置される。ＸＹステージ１０５上には、さらに、マーク１０７が配置される。
電子銃２０１（電子ビーム放出源）は、カソード２２２、ウェネルト２２４（ウェネルト電極）及びアノード２２６（アノード電極）を有している。また、アノード２２６は、接地（地絡）されている。
制御系回路１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、電子銃電源装置１２０、偏向制御回路１３０、デジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）アンプユニット１３２，１３４、電流検出回路１３６、ステージ位置検出器１３９、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、電子銃電源装置１２０、偏向制御回路１３０、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４、電流検出回路１３６、ステージ位置検出器１３９及び記憶装置１４０は、図示しないバスを介して互いに接続されている。偏向制御回路１３０には、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４及びブランキングアパーチャアレイ機構２０４が接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３２の出力は、偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプユニット１３４の出力は、偏向器２０８に接続される。偏向器２０８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１３４を介して偏向制御回路１３０により制御される。偏向器２０９は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１３２を介して偏向制御回路１３０により制御される。ステージ位置検出器１３９は、レーザ光をＸＹステージ１０５上のミラー２１０に照射し、ミラー２１０からの反射光を受光する。そして、かかる反射光の情報を使ったレーザ干渉の原理を利用してＸＹステージ１０５の位置を測定する。ファラディーカップ１０６の出力は、電流検出回路１３６に接続される。
制御計算機１１０内には、電流密度Ｊ測定部５２、収束角測定部５４、描画データ処理部５６、及び描画制御部５８が配置されている。Ｊ測定部５２、収束角測定部５４、描画データ処理部５６、及び描画制御部５８といった各「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置を含む。各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。Ｊ測定部５２、収束角測定部５４、描画データ処理部５６、及び描画制御部５８に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１２にその都度格納される。
電子銃電源装置１２０内には、制御計算機２３２、メモリ７８、磁気ディスク装置等の記憶装置７９、加速電圧電源回路２３６、バイアス電圧電源回路２３４、フィラメント電力供給回路２３１（フィラメント電力供給部）、及び電流計２３８が配置される。制御計算機２３２には、メモリ７８、記憶装置７９、加速電圧電源回路２３６、バイアス電圧電源回路２３４、フィラメント電力供給回路２３１、及び電流計２３８が、図示しないバスによって接続されている。
制御計算機２３２内には、特性取得部６０、傾き値算出部６２、傾き値算出部６４、判定部６６、判定部６８、判定部６９、カソード温度Ｔ設定部７０、エミッション電流Ｉ設定部７２、バイアス電圧Ｂ制御部７４、及びカソード温度Ｔ制御部７６が配置されている。特性取得部６０、傾き値算出部６２、傾き値算出部６４、判定部６６、判定部６８、判定部６９、Ｔ設定部７０、Ｉ設定部７２、Ｂ制御部７４、及びＴ制御部７６といった各「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置を含む。各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。特性取得部６０、傾き値算出部６２、傾き値算出部６４、判定部６６、判定部６８、判定部６９、Ｔ設定部７０、Ｉ設定部７２、Ｂ制御部７４、及びＴ制御部７６に入出力される情報および演算中の情報はメモリ７８にその都度格納される。
加速電圧電源回路２３６の陰極（－）側が電子鏡筒１０２内のカソード２２２の両極に接続される。加速電圧電源回路２３６の陽極（＋）側は、直列に接続された電流計２３８を介して接地（グランド接続）されている。また、加速電圧電源回路２３６の陰極（－）は、バイアス電圧電源回路２３４の陽極（＋）にも分岐して接続され、バイアス電圧電源回路２３４の陰極（－）は、カソード２２２とアノード２２６との間に配置されたウェネルト２２４に電気的に接続される。言い換えれば、バイアス電圧電源回路２３４は、加速電圧電源回路２３６の陰極（－）とウェネルト２２４との間に電気的に接続されるように配置される。そして、Ｔ制御部７６によって制御されたフィラメント電力供給回路２３１は、かかるカソード２２２の両極間に電流を流してカソード２２２を所定の温度に加熱する。言い換えれば、フィラメント電力供給回路２３１は、カソード２２２にフィラメント電力Ｗを供給することになる。フィラメント電力Ｗとカソード温度Ｔは一定の関係で定義可能であり、フィラメント電力Ｗによって、所望のカソード温度に加熱することができる。よって、カソード温度Ｔは、フィラメント電力Ｗによって制御される。フィラメント電力Ｗは、カソード２２２の両極間に流れる電流とカソード２２２の両極間にフィラメント電力供給回路２３１によって印加した電圧の積で定義される。加速電圧電源回路２３６は、カソード２２２とアノード２２６間に加速電圧を印加することになる。Ｂ制御部７４によって制御されたバイアス電圧電源回路２３４は、ウェネルト２２４に負のバイアス電圧を印加することになる。
また、描画装置１００の外部から描画データが入力され、記憶装置１４０に格納される。描画データには、通常、描画するための複数の図形パターンの情報が定義される。具体的には、図形パターン毎に、図形コード、座標、及びサイズ等が定義される。
ここで、図１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。
図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板２０３の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、縦（ｙ方向）ｐ列×横（ｘ方向）ｑ列（ｐ，ｑ≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）に５１２×５１２列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ直径の円形であっても構わない。成形アパーチャアレイ基板２０３（ビーム形成機構）は、マルチビーム２０を形成する。具体的には、これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。
図３は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構２０４の構成を示す断面図である。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、図３に示すように、支持台３３上にシリコン等からなる半導体基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３３０の上面と外周領域３３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に同じ高さ位置になるように形成される。基板３１は、外周領域３３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。
メンブレン領域３３０には、図２に示した成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビーム２０のそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。言い換えれば、基板３１のメンブレン領域３３０には、電子線を用いたマルチビーム２０のそれぞれ対応するビームが通過する複数の通過孔２５がアレイ状に形成される。そして、基板３１のメンブレン領域３３０上であって、複数の通過孔２５のうち対応する通過孔２５を挟んで対向する位置に２つの電極を有する複数の電極対がそれぞれ配置される。具体的には、メンブレン領域３３０上に、図３に示すように、各通過孔２５の近傍位置に該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、基板３１内部であってメンブレン領域３３０上の各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。
制御回路４１内には、例えば、ＣＭＯＳインバータ回路等の図示しないアンプ（スイッチング回路の一例）が配置される。アンプの出力線（ＯＵＴ）は制御電極２４に接続される。一方、対向電極２６は、グランド電位が印加される。アンプの入力（ＩＮ）には、閾値電圧よりも低くなるＬ（ｌｏｗ）電位（例えばグランド電位）と、閾値電圧以上となるＨ（ｈｉｇｈ）電位（例えば、１．５Ｖ）とのいずれかが制御信号として印加される。実施の形態１では、アンプの入力（ＩＮ）にＬ電位が印加される状態では、アンプの出力（ＯＵＴ）は正電位（Ｖｄｄ）となり、対向電極２６のグランド電位との電位差による電界により対応ビームを偏向し、制限アパーチャ基板２０６で遮蔽することでビームＯＦＦになるように制御する。一方、アンプの入力（ＩＮ）にＨ電位が印加される状態（アクティブ状態）では、アンプの出力（ＯＵＴ）はグランド電位となり、対向電極２６のグランド電位との電位差が無くなり対応ビームを偏向しないので制限アパーチャ基板２０６を通過することでビームＯＮになるように制御する。
制御電極２４と対向電極２６の組は、それぞれ対応するスイッチング回路となるアンプによって切り替えられる電位によってマルチビーム２０の対応ビームをそれぞれ個別にブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビーム２０のうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。
次に描画装置１００における描画機構１５０の動作について説明する。電子銃２０１（電子放出源）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム２０）が形成される。かかるマルチビーム２０は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビームを偏向する（ブランキング偏向を行う）。
ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過したマルチビーム２０は、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、マルチビーム２０のうち、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向された電子ビームは、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビームは、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。そして、ビーム毎に、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８，２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過した各ビーム（通過したマルチビーム２０全体）が同方向に一括して偏向され、各ビームの試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。
上述したように、電子ビーム２００を放出する電子銃２０１では、カソード２２２の高輝度化に伴い、カソード２２２の動作温度が高くなっている。その結果、カソード結晶の消耗速度が速くなってきている。よって、必要な輝度を維持した上でカソード２２２の消耗速度（蒸発速度）をできるだけ遅くすることが望ましい。そのためには、必要な輝度が得られる範囲でカソード温度Ｔをできるだけ低く保つことが望ましい。
図４は、実施の形態１における試料面電流とエミッション電流との間の特性の一例を示す図である。図４に示すように、試料面電流とエミッション電流との間の特性にはピークが存在する。そして、かかるピーク位置は、カソード温度が高いほど、大エミッション電流側に移動する。試料面電流は、試料面１０１高さ位置での電子ビームの輝度を得るためのパラメータである電流密度Ｊに対応する値である。電子銃２０１は、予め設定された輝度が得られる電流密度Ｊになるようにエミッション電流を制御する。言い換えれば、試料面電流が、予め設定された輝度を得るための目標値になるようにエミッション電流を制御する。ピーク位置が試料面電流の目標値になる特性が得られるカソード温度が、必要な輝度を確保できる最も低温の温度となる。これよりカソード温度を低くしてしまうと試料面上で必要な輝度が得られなくなる特性になってしまう。逆に、これよりカソード温度を高くすればするほどカソードの蒸発速度が大きくなる特性になる。よって、ピーク位置が試料面電流の目標値になる特性が得られるカソード温度が理想的なカソード温度となる。従来の電子銃の動作条件の調整の仕方では、ピーク位置のエミッション電流よりも十分小さいエミッション電流で試料面電流を目標値に制御していた。その分だけカソード温度が高い状態で使用されていた。そこで、実施の形態１では、カソード温度が理想的なカソード温度に近づくように制御する。
図５は、実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図の一例である。図５において、実施の形態１における描画方法は、初期値設定工程（Ｓ１０２）と、ビーム調整工程（Ｓ１０４）と、判定工程（Ｓ１０６）と、カソード温度上げ処理工程（Ｓ１０８）と、フラグ加算工程（Ｓ１１０）と、特性測定工程（Ｓ１１２）と、所定範囲傾き値算出工程（Ｓ１１４）と、傾き値算出工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１１８）と、カソード温度下げ処理工程（Ｓ１２０）と、ビーム調整工程（Ｓ１２２）と、判定工程（Ｓ１３０）と、カソード温度下げ処理工程（Ｓ１３２）と、ビーム調整工程（Ｓ１３４）と、判定工程（Ｓ１３６）と、カソード温度上げ処理工程（Ｓ１３８）と、ビーム調整工程（Ｓ１４０）と、描画工程（Ｓ１５０）と、という一連の工程を実施する。
また、実施の形態１における電子放出源の動作制御方法は、図５の各工程のうち、初期値設定工程（Ｓ１０２）と、ビーム調整工程（Ｓ１０４）と、判定工程（Ｓ１０６）と、カソード温度上げ処理工程（Ｓ１０８）と、フラグ加算工程（Ｓ１１０）と、特性測定工程（Ｓ１１２）と、所定範囲傾き値算出工程（Ｓ１１４）と、傾き値算出工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１１８）と、カソード温度下げ処理工程（Ｓ１２０）と、ビーム調整工程（Ｓ１２２）と、判定工程（Ｓ１３０）と、カソード温度下げ処理工程（Ｓ１３２）と、ビーム調整工程（Ｓ１３４）と、判定工程（Ｓ１３６）と、カソード温度上げ処理工程（Ｓ１３８）と、ビーム調整工程（Ｓ１４０）と、を実施する。
初期値設定工程（Ｓ１０２）として、エミッション電流Ｉの初期値、カソード温度Ｔの初期値、フラグ＝０を設定する。具体的には、Ｔ設定部７０は、カソード温度Ｔの初期値、及びフラグ＝０を設定する。Ｉ設定部７２は、エミッション電流Ｉの初期値を設定する。
ビーム調整工程（Ｓ１０４）として、まず、初期値条件で電子銃２０１から電子ビーム２００を放出する。以下、具体的に説明する。まず、加速電圧電源回路２３６が、カソード２２２とアノード２２６間に予め設定された加速電圧を印加する。そして、Ｔ制御部７６によって制御されたフィラメント電力供給回路２３１からカソード２２２にカソード温度Ｔの初期値に対応するフィラメント電力Ｗを供給する。カソード温度Ｔは、フィラメント電力Ｗによって決定される。よって、制御系では、カソード温度Ｔをフィラメント電力Ｗによって制御する。かかる状態で、Ｂ制御部７４によって制御されたバイアス電圧電源回路２３４は、電流計２３８で検出される電流値がエミッション電流Ｉの初期値になるように、ウェネルト２２４に印加する負のバイアス電圧を調整する。これにより、初期値条件での電子ビーム２００が電子銃２０１から放出される。
次に、設定されたカソード温度において電子銃２０１から放出される電子ビーム２００が所定の条件を満たすように電子ビーム２００を調整する。実施の形態１では、試料面上で所望の電流が得られるように電子ビームを調整する。具体的には、試料面上で予め設定された輝度が得られるように電子ビーム２００を調整する。試料面上での輝度は、電流密度Ｊと収束角θとによって定義される。よって、予め設定された輝度を得るためには、電流密度Ｊを電流密度用の許容範囲に調整すると共に収束角を収束角用の許容範囲に調整することで実現できる。そこで、エミッション電流Ｉを可変にしながら、各エミッション電流Ｉで電流密度Ｊと収束角θとを測定し、電流密度Ｊと収束角θが共に許容範囲に入るエミッション電流Ｉに調整する。エミッション電流Ｉは、Ｂ制御部７４によって制御されたバイアス電圧電源回路２３４によってバイアス電圧を調整することで変更できる。よって、Ｂ制御部７４は、エミッション電流制御部の一例である。
まず、マルチビーム２０がファラディーカップ１０６に入射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させる。そして、電子銃２０１から放出された電子ビーム２００から形成され、試料面上に到達したマルチビーム２０の電流値をファラディーカップ１０６で検出する。ファラディーカップ１０６は、マルチビーム２０全体を同時に入射してマルチビーム２０全体の電流値を検出しても良いし、マルチビーム２０を複数のビームアレイグループに分割して、ビームアレイグループ毎に電流を検出しても良い。検出された電流値は電流検出回路１３６に出力され、アナログ信号をデジタル信号に変換された後、Ｊ測定部５２に出力される。電流密度Ｊ測定部５２は、入力された電流値を成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２のうち測定されたビーム用の穴２２の開口面積の合計で割ることで電流密度Ｊを測定できる。
マルチビーム２０の各ビームの収束角は、対物レンズ２０７のレンズ値を可変にしながらビームサイズを測定することで得ることができる。そのため、
図６は、実施の形態１におけるビームプロファイルの一例を示す図である。マーク１０７上をマルチビーム２０で走査し、反射電子を検出器１０８で検出することで、ビームプロファイルを得ることができる。偏向器２０８（或いは偏向器２０９）によりマルチビーム２０を偏向することでマーク１０７上を走査すればよい。検出器１０８の出力は図示しない検出回路を介して収束角測定部５４に出力される。また、図示しないレンズ制御回路から対物レンズ２０７のレンズ値（或いは焦点距離）が収束角測定部５４に出力される。
図７は、実施の形態１における収束角とビームサイズと焦点位置までの距離との関係を説明するための図である。対物レンズ２０７と試料１０１面との距離Ｈ１は装置の構造から一意に決まる。また、対物レンズ２０７のレンズ主面（例えば、中心高さ位置）から焦点位置までの距離Ｈ２は、対物レンズ２０７のレンズ値に対応する。よって、焦点位置から試料面までの距離Ｈ３（＝Ｈ１－Ｈ２）を求めることができる。収束角測定部５４は、焦点位置から試料面までの距離Ｈ３とビームサイズＤとを用いて収束角θを算出することで収束角θを測定できる。例えば収束角θ＝２ｔａｎ－１（Ｄ／（２×Ｈ３））で求めることができる。
判定工程（Ｓ１０６）として、判定部６６は、設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られるかどうかを判定する。具体的には、設定されたカソード温度で予め設定された輝度になる電流密度Ｊと収束角θとが得られるようにエミッション電流Ｉの調整ができたかどうかを判定する。エミッション電流Ｉの調整ができないと判定された場合には、カソード温度が低すぎるので、カソード温度上げ処理工程（Ｓ１０８）に進む。エミッション電流Ｉの調整ができると判定された場合には、カソード温度が高すぎる場合があるので特性測定工程（Ｓ１１２）に進む。
カソード温度上げ処理工程（Ｓ１０８）として、Ｔ制御部７６は、カソード温度Ｔを１ステップ上げるようにフィラメント電力供給回路２３１を制御する。フィラメント電力供給回路２３１は、カソード温度Ｔを１ステップ上げるフィラメント電力Ｗを供給する。カソード温度Ｔの１ステップあたりの変更幅は、任意で構わない。例えば、５～５０℃の範囲で設定されると好適である。例えば、１０℃に設定する。
フラグ加算工程（Ｓ１１０）として、Ｔ制御部７６は、フラグに１を加算する。フラグはカソード温度Ｔの属性データとして定義されると好適であるが、これに限るものではない。独立したデータとして定義してもよい。フラグの初期値がゼロなので、フラグがゼロではない値であれば、カソード温度Ｔの初期値が低すぎたことを示すことになる。言い換えれば、カソード温度Ｔが低い方から高い方に調整されることになる。
そして、ビーム調整工程（Ｓ１０４）に戻り、判定工程（Ｓ１０６）にて、設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られると判定されるまで、ビーム調整工程（Ｓ１０４）からフラグ加算工程（Ｓ１１０）までを繰り返す。これにより、カソード温度不足を解消できる。
特性測定工程（Ｓ１１２）として、特性取得部６０は、電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する。言い換えれば、設定されたカソード温度におけるエミッション電流との間の特性を取得する。試料面電流の値は、ファラディーカップ１０６で検出されるマルチビーム２０の電流値として得ることができる。エミッション電流の値は、電流計２３８で検出される電流値として得ることができる。これにより、図４に示すような特性グラフのデータが得られる。得られた特性データは、記憶装置７９に格納される。
所定範囲傾き値算出工程（Ｓ１１４）として、傾き値算出部６２（第１の傾き値算出部）は、特性のうち設定範囲（所定の範囲）における、エミッション電流に対する試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を特性から算出する。
図８は、実施の形態１における特性グラフと傾き値の一例を示す図である。図８（ａ）では、試料面電流とエミッション電流との間の特性グラフの一部を示している。図８（ａ）の例では、特性グラフのうち、ピーク位置を含む範囲を設定範囲（実線）として示している。例えば、ピーク位置のエミッション電流を中心にピーク位置のエミッション電流の±数％～±数１０％（例えば±２０％）のエミッション電流の範囲を設定範囲として示している。但し、設定範囲はこれに限るものではない。例えば、ピーク位置を上限にピーク位置のエミッション電流の－数１０％～－数％（例えば－４０％）のエミッション電流を下限とする範囲を設定範囲（点線）にしても好適である。或いは、ピーク位置のエミッション電流よりも若干小さいエミッション電流を上限として、ピーク位置のエミッション電流の－数１０％～－数％（例えば－４０％）のエミッション電流を下限とする範囲を設定範囲にしても構わない。
図８（ｂ）は、傾き値の一例を示している。図８（ｂ）において縦軸に試料面電流／エミッション電流を示し、横軸にエミッション電流を示している。図８（ｂ）の例では、図８（ａ）に示した設定範囲（実線）の試料面電流をエミッション電流で割った特性グラフの傾き値（微分値）を示している。図８（ａ）に示した設定範囲では、図８（ｂ）に示すように特性グラフの立ち上がりの正の傾きがピークに向けて減少していき、ピーク位置でゼロになり、ピーク位置以降は立ち下がりとなり負の傾きに転じる。よって、図８（ｂ）の例では、設定範囲のエミッション電流の下限値での傾き値が最大値（ｍａｘ）となり、設定範囲のエミッション電流の上限値での傾き値が最小値（ｍｉｎ）となる傾き値が算出される。算出された傾き値のデータは、記憶装置７９に格納される。
傾き値算出工程（Ｓ１１６）として、傾き値算出部６４（第２の傾き値算出部）は、電子ビーム２００が調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する。具体的には、設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られるように電子ビーム２００が調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する。具体的には上述した特性を取得した後、判定工程（Ｓ１０６）にて設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られると判定されたエミッション電流値にエミッション電流を調整した上で、かかる状態での傾き値（微分値）を算出する。
次に、Ｔ制御部７６（温度調整部）は、電子ビームが調整された状態での傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する。言い換えれば、傾き値が、所定の範囲の傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する。以下、具体的に説明する。
判定工程（Ｓ１１８）として、判定部６８は、予め設定された輝度が得られると判定されたビーム調整の状態での傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内かどうかを判定する。
図９は、実施の形態１における傾きと設定範囲との関係の一例を示す図である。図９において、カソード温度Ｔ＝Ｔ１の場合、グラフＡに示すように予め設定された輝度が得られるエミッション電流値Ｉ１は、設定範囲から外れている。かかる状態では、エミッション電流値Ｉ１での傾き値は、図８（ｂ）に示す特性の設定範囲の傾き値の範囲内にはならない。よって、判定部６８は、エミッション電流値Ｉ１での傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内ではないと判定する。これに対して、カソード温度Ｔ＝Ｔ２の場合、グラフＢに示すように予め設定された輝度が得られるエミッション電流値Ｉ２は、設定範囲内にある。かかる状態では、エミッション電流値Ｉ２での傾き値は、図８（ｂ）に示す特性の設定範囲の傾き値の範囲内にある。よって、判定部６８は、エミッション電流値Ｉ２での傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内にあると判定する。
傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内ではないと判定された場合、図９に示すようにカソード温度Ｔが高過ぎる状態なので、カソード温度下げ処理工程（Ｓ１２０）に進む。傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内にあると判定された場合、理想状態の特性に近づいた特性が得られるカソード温度Ｔに調整できている。よって、カソード温度Ｔの調整を完了したと判断し、電子銃２０１の動作条件の調整を終了しても好適である。但し、実施の形態１では、カソード温度Ｔをさらに下げられる可能性を探るべく、判定工程（Ｓ１３０）に進む。
カソード温度下げ処理工程（Ｓ１２０）として、Ｔ制御部７６は、カソード温度Ｔを１ステップ下げるようにフィラメント電力供給回路２３１を制御する。フィラメント電力供給回路２３１は、カソード温度Ｔを１ステップ下げるフィラメント電力Ｗを供給する。カソード温度Ｔの１ステップあたりの変更幅は、１ステップ上げる場合と同様で構わない。上述したように。例えば、５～５０℃の範囲で設定されると好適である。例えば、例えば、１０℃に設定する。
ビーム調整工程（Ｓ１２２）として、設定されたカソード温度において電子銃２０１から放出される電子ビーム２００が所定の条件を満たすように電子ビーム２００を調整する。ビーム調整工程（Ｓ１２２）の内容は、ビーム調整工程（Ｓ１０４）と同様である。ビーム調整工程（Ｓ１２２）が実施される場合、カソード温度Ｔが高過ぎる状態なので、輝度不足にはならず、予め設定された輝度が得られるエミッション電流に調整可能である。そして、特性測定工程（Ｓ１１２）に戻り、判定工程（Ｓ１１８）において予め設定された輝度が得られると判定されたビーム調整の状態での傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内になると判定されるまで、特性測定工程（Ｓ１１２）からビーム調整工程（Ｓ１２２）までの各工程を繰り返す。
判定工程（Ｓ１３０）として、判定部６９は、フラグの値がゼロかどうかを判定する。フラグの値がゼロではない場合、カソード温度Ｔの初期値が低過ぎた状態からカソード温度Ｔを上げるための調整を行っていることがわかる。逆に、フラグの値がゼロである場合、カソード温度Ｔの初期値が高過ぎた状態からカソード温度Ｔを下げるための調整を行っていることがわかる。フラグの値がゼロではない場合、必要な輝度が得られる範囲で理想状態の特性に近い或いは一致した特性が得られるカソード温度Ｔに調整できている。よって、カソード温度Ｔの調整を完了したと判断し、描画工程（Ｓ１５０）に進む。これに対して、フラグの値がゼロである場合、カソード温度Ｔをさらに下げる余地があり得るのでカソード温度下げ処理工程（Ｓ１３２）に進む。
カソード温度下げ処理工程（Ｓ１３２）として、Ｔ制御部７６は、カソード温度Ｔを１ステップ下げるようにフィラメント電力供給回路２３１を制御する。カソード温度下げ処理工程（Ｓ１３２）の内容は、カソード温度下げ処理工程（Ｓ１２０）と同様である。
ビーム調整工程（Ｓ１３４）として、設定されたカソード温度において電子銃２０１から放出される電子ビーム２００が所定の条件を満たすように電子ビーム２００を調整する。ビーム調整工程（Ｓ１３４）の内容は、ビーム調整工程（Ｓ１０４）と同様である。
判定工程（Ｓ１３６）として、判定部６６は、設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られるかどうかを判定する。判定工程（Ｓ１３６）の内容は、判定工程（Ｓ１０６）と同様である。設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られると判定された場合、カソード温度Ｔをさらに下げる余地があり得るので特性測定工程（Ｓ１１２）に戻り、判定工程（Ｓ１３６）にて設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られないと判定されるまで、特性測定工程（Ｓ１１２）から判定工程（Ｓ１３６）までの各工程を繰り返す。
これに対して、設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られないと判定された場合、カソード温度を下げ過ぎているので、輝度が得られる状態に戻すためカソード温度上げ処理工程（Ｓ１３８）に進む。
カソード温度上げ処理工程（Ｓ１３８）として、Ｔ制御部７６は、カソード温度Ｔを１ステップ上げるようにフィラメント電力供給回路２３１を制御する。カソード温度上げ処理工程（Ｓ１３８）の内容は、カソード温度上げ処理工程（Ｓ１０８）と同様である。カソード温度Ｔを１ステップ上げることで、予め設定された輝度が得られるビーム調整ができる範囲に戻すことができると共に、傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内にできる。
ビーム調整工程（Ｓ１４０）として、設定されたカソード温度において電子銃２０１から放出される電子ビーム２００が所定の条件を満たすように電子ビーム２００を調整する。ビーム調整工程（Ｓ１４０）の内容は、ビーム調整工程（Ｓ１０４）と同様である。カソード温度Ｔを１ステップ上げた状態は、既にビーム調整工程（Ｓ１３４）にて過去にビーム調整ができているので、ここでは、過去のビーム調整ができた際の状態に戻すことと同じである。
以上のようにして、予め設定された輝度が得られるビーム調整ができ、かつ傾き値が、特性の設定範囲の傾き値（の分布）の範囲内である中で、カソード温度Ｔをさらに下げるができる。言い換えれば、図９の特性グラフＢに示すように、傾き値が特性の設定範囲の傾き値の範囲内にあり、さらに理想状態の特性に近づけた特性が得られるカソード温度Ｔ（例えばＴ＝Ｔ２）に調整できる。これにより、カソード温度Ｔの調整を完了したと判断し、描画工程（Ｓ１５０）に進む。
描画工程（Ｓ１５０）として、描画データ処理部５６は、記憶装置１４０に格納された描画データを読み出し、マルチビームで描画するための描画時間データを生成する。描画制御部５８は、照射時間データを描画シーケンスに沿ってショット順に並び替える。そして、ショット順に照射時間データを偏向制御回路１３０に転送する。偏向制御回路１３０は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４にショット順にブランキング制御信号を出力すると共に、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４にショット順に偏向制御信号を出力する。描画制御部５８に制御された描画機構１５０は、傾き値が設定範囲（所定の範囲）の傾き値の範囲内になるカソード温度Ｔに調整された電子ビームを用いて、試料１０１にパターンを描画する。
図１０は、実施の形態１における描画動作の一例を説明するための概念図である。図１０に示すように、試料１０１の描画領域３０は、例えば、ｙ方向に向かって所定の幅で短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割される。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のストライプ領域３２の左端、或いはさらに左側の位置に一回のマルチビーム２０のショットで照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、描画が開始される。第１番目のストライプ領域３２を描画する際には、ＸＹステージ１０５を例えば－ｘ方向に移動させることにより、相対的にｘ方向へと描画を進めていく。ＸＹステージ１０５は例えば等速で連続移動させる。第１番目のストライプ領域３２の描画終了後、ステージ位置を－ｙ方向に移動させて、第２番目のストライプ領域３２の右端、或いはさらに右側の位置に照射領域３４が相対的にｙ方向に位置するように調整し、今度は、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に移動させることにより、－ｘ方向に向かって同様に描画を行う。第３番目のストライプ領域３２では、ｘ方向に向かって描画し、第４番目のストライプ領域３２では、－ｘ方向に向かって描画するといったように、交互に向きを変えながら描画することで描画時間を短縮できる。但し、かかる交互に向きを変えながら描画する場合に限らず、各ストライプ領域３２を描画する際、同じ方向に向かって描画を進めるようにしても構わない。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で成形アパーチャアレイ基板２０３に形成された複数の穴２２と同数の複数のショットパターンが一度に形成される。また、図６の例では、各ストライプ領域３２を１回ずつ描画する場合を示しているが、これに限るものではない。同じ領域を複数回描画する多重描画を行っても好適である。多重描画を行う場合には、位置をずらしながら各パスのストライプ領域３２を設定すると好適である。
図１１は、実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。図１１において、ストライプ領域３２には、例えば、試料１０１面上におけるマルチビーム２０のビームサイズピッチで格子状に配列される複数の制御グリッド２７（設計グリッド）が設定される。例えば、１０ｎｍ程度の配列ピッチにすると好適である。かかる複数の制御グリッド２７が、マルチビーム２０の設計上の照射位置となる。制御グリッド２７の配列ピッチはビームサイズに限定されるものではなく、ビームサイズとは関係なく偏向器２０９の偏向位置として制御可能な任意の大きさで構成されるものでも構わない。そして、各制御グリッド２７を中心とした、制御グリッド２７の配列ピッチと同サイズでメッシュ状に仮想分割された複数の画素３６が設定される。各画素３６は、マルチビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる。図１１の例では、試料１０１の描画領域が、例えばｙ方向に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４（描画フィールド）のサイズと実質同じ幅サイズで複数のストライプ領域３２に分割された場合を示している。照射領域３４のｘ方向サイズは、マルチビーム２０のｘ方向のビーム間ピッチにｘ方向のビーム数を乗じた値で定義できる。照射領域３４のｙ方向サイズは、マルチビーム２０のｙ方向のビーム間ピッチにｙ方向のビーム数を乗じた値で定義できる。なお、ストライプ領域３２の幅は、これに限るものではない。照射領域３４のｎ倍（ｎは１以上の整数）のサイズであると好適である。図１１の例では、例えば５１２×５１２列のマルチビームの図示を８×８列のマルチビームに省略して示している。そして、照射領域３４内に、１回のマルチビーム２０のショットで照射可能な複数の画素２８（ビームの描画位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う画素２８間のピッチが設計上のマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図１１の例では、ビーム間ピッチで囲まれる領域で１つのサブ照射領域２９を構成する。図１１の例では、各サブ照射領域２９は、４×４画素で構成される場合を示している。
図１２は、実施の形態１におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。図１２では、図１１で示したストライプ領域３２を描画するマルチビームのうち、ｙ方向３段目の座標（１，３），（２，３），（３，３），・・・，（５１２，３）の各ビームで描画するサブ照射領域２９の一部を示している。図６の例では、例えば、ＸＹステージ１０５が８ビームピッチ分の距離を移動する間に４つの画素を描画（露光）する場合を示している。かかる４つの画素を描画（露光）する間、照射領域３４がＸＹステージ１０５の移動によって試料１０１との相対位置がずれないように、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括偏向することによって、照射領域３４をＸＹステージ１０５の移動に追従させる。言い換えれば、トラッキング制御が行われる。図６の例では、８ビームピッチ分の距離を移動する間にショット毎にｙ方向にビーム照射対象の画素３６をシフトしながら４つの画素を描画（露光）することで１回のトラッキングサイクルを実施する場合を示している。
具体的には、描画機構１５０は、当該ショットにおけるマルチビームの各ビームのそれぞれの照射時間のうちの最大照射時間Ｔｔｒ内のそれぞれの制御グリッド２７に対応する描画時間（照射時間、或いは露光時間）、各制御グリッド２７にマルチビーム２０のうちＯＮビームのそれぞれ対応するビームを照射する。最大照射時間Ｔｔｒは、予め設定される。実際には、最大照射時間Ｔｔｒにビーム偏向のセトリング時間を加えた時間がショットサイクルとなるが、ここでは、ビーム偏向のセトリング時間を省略し、最大照射時間Ｔｔｒをショットサイクルとして示している。そして、１回のトラッキングサイクルが終了すると、トラッキング制御をリセットして、次のトラッキングサイクルの開始位置へとトラッキング位置を振り戻す。
なお、各サブ照射領域２９の右から１番目の画素列の描画は終了しているので、トラッキングリセットした後に、次回のトラッキングサイクルにおいてまず偏向器２０９は、各サブ照射領域２９の下から１段目かつ右から２番目の画素の制御グリッド２７にそれぞれ対応するビームの描画位置を合わせる（シフトする）ように偏向する。
以上のように同じトラッキングサイクル中は偏向器２０８によって照射領域３４を試料１０１に対して相対位置が同じ位置になるように制御された状態で、偏向器２０９によって１制御グリッド２７（画素３６）ずつシフトさせながら各ショットを行う。そして、トラッキングサイクルが１サイクル終了後、照射領域３４のトラッキング位置を戻してから、図１０の下段に示すように、例えば１制御グリッド（１画素）ずれた位置に１回目のショット位置を合わせ、次のトラッキング制御を行いながら偏向器２０９によって１制御グリッド（１画素）ずつシフトさせながら各ショットを行う。ストライプ領域３２の描画中、かかる動作を繰り返すことで、照射領域３４ａ～３４ｏといった具合に順次照射領域３４の位置が移動していき、当該ストライプ領域の描画を行っていく。
そして、試料１０１上のどの制御グリッド２７（画素３６）をマルチビームのどのビームが照射するのかは描画シーケンスによって決まる。サブ照射領域２９がｎ×ｎ画素の領域とすると、１回のトラッキング動作で、ｎ制御グリッド（ｎ画素）が描画される。次回のトラッキング動作で上述したビームとは異なるビームによって同様にｎ画素が描画される。このようにｎ回のトラッキング動作でそれぞれ異なるビームによってｎ画素ずつ描画されることにより、１つのｎ×ｎ画素の領域内のすべての画素が描画される。マルチビームの照射領域内の他のｎ×ｎ画素のサブ照射領域２９についても同時期に同様の動作が実施され、同様に描画される。
ここで、カソード２２２は、描画中に劣化（蒸発）が進むことがあり得る。カソード２２２の劣化に伴い、試料面電流とエミッション電流との間の特性が変化する。そのため、電子銃２０１では、設定されたカソード温度において必要な輝度が得られるようにエミッション電流が調整され続ける。その結果、使用されている状態での上述した傾き値が特性の設定範囲の傾き値の範囲から外れている場合も起こり得る。その結果、必要以上に高いカソード温度Ｔで電子銃２０１が動作している可能性もある。そこで、実施の形態１では、描画中にカソード温度Ｔが適正かどうかをチェックする。以下、具体的に説明する。
図１３は、実施の形態１における描画開始後の電子銃の動作制御方法の一例を示す図である。図１３において、実施の形態１における描画開始後の電子銃の動作制御方法は、判定工程（Ｓ２０６）と、特性測定工程（Ｓ２０６）と、傾き値算出工程（Ｓ２１０）と、傾き値算出工程（Ｓ２１２）と、判定工程（Ｓ２１４）と、という一連の工程を実施する。
判定工程（Ｓ２０６）として、描画制御部５８は、描画開始から所定の期間が経過したかどうかを判定する。まだ所定の期間が経過していない場合には経過するまで判定工程（Ｓ２０６）を繰り返す。
特性測定工程（Ｓ２０６）として、所定の期間毎に、特性取得部６０は、電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する。特性測定工程（Ｓ２０６）の内容は特性測定工程（Ｓ１１２）と同様である。得られた特性データは、記憶装置７９に格納される。
傾き値算出工程（Ｓ２１０）として、所定の期間毎に、傾き値算出部６２は、特性のうち設定範囲の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を特性測定工程（Ｓ２０６）にて得られた特性から算出する。所定範囲傾き値算出工程（Ｓ２１０）の内容は、所定範囲傾き値算出工程（Ｓ１１４）と同様である。算出された傾き値のデータは、記憶装置７９に格納される。
傾き値算出工程（Ｓ２１２）として、所定の期間毎に、傾き値算出部６４は、設定されたカソード温度で予め設定された輝度が得られるように電子ビーム２００が調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する。傾き値算出工程（Ｓ２１２）の内容は傾き値算出工程（Ｓ１１６）と同様である。
判定工程（Ｓ２１４）として、所定の期間毎に、判定部６８は、予め設定された輝度が得られると判定されたビーム調整の状態での傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内かどうかを判定する。
判定の結果、傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内であれば描画処理を継続する。一方、傾き値が、特性の設定範囲の傾き値の範囲内から外れていた場合に、再度、傾き値が特性の設定範囲記傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する。再調整の仕方は、図５のフローチャートと同様である。
以上のように、描画中にカソード温度Ｔを更新することで、描画中にカソード温度Ｔが高過ぎる状態になることを防止或いは低減できる。
以上のように、実施の形態１によれば、電子銃２０１から放出される電子ビームが必要な輝度を維持しつつカソード温度Ｔを低くすることができる。
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。
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電子放出源の動作制御方法、電子ビーム描画方法、及び電子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。
２０ マルチビーム
２２ 穴
２４ 制御電極
２５ 通過孔
２６ 対向電極
２７ 制御グリッド
２８ 画素
２９ サブ照射領域
３０ 描画領域
３２ ストライプ領域
３１ 基板
３３ 支持台
３４ 照射領域
３５ 単位領域
３６ 画素
３７，３９ 照射位置
４１ 制御回路
５２ 電流密度Ｊ測定部
５４ 収束角測定部
５６ 描画データ処理部
５８ 描画制御部
７８ メモリ
７９ 記憶装置
６０ 特性取得部
６２ 傾き値算出部
６４ 傾き値算出部
６６，６８，６９ 判定部
７０ Ｔ設定部
７２ Ｉ設定部
７４ Ｂ制御部
７６ Ｔ制御部
１００ 描画装置
１０１ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１０６ ファラディーカップ
１０７ マーク
１０８ 検出器
１１０ 制御計算機
１１２ メモリ
１２０ 電子銃電源装置
１３０ 偏向制御回路
１３２，１３４ ＤＡＣアンプユニット
１３６ 電流検出回路
１３９ ステージ位置検出器
１４０ 記憶装置
１５０ 描画機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０４ ブランキングアパーチャアレイ機構
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 対物レンズ
２０８，２０９ 偏向器
２１０ ミラー
２２２ カソード
２２４ ウェネルト
２２６ アノード
２３１ フィラメント電力供給回路
２３２ 制御計算機
２３４ バイアス電圧電源回路
２３６ 加速電圧電源回路
２３８ 電流計
３３０ メンブレン領域
３３２ 外周領域

Claims (5)

  1. 電子ビームを放出する工程と、
    試料面上で所望の電流が得られるように前記電子ビームを調整する工程と、
    電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する工程と、
    前記特性のうち所定の範囲における、前記エミッション電流に対する前記試料面電流を前記エミッション電流で割った傾き値を前記特性から算出する工程と、
    前記電子ビームが調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する工程と、
    前記電子ビームが調整された状態での傾き値が、前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する工程と、
    を備えたことを特徴とする電子放出源の動作制御方法。
  2. 前記所定の範囲は、前記特性のピーク位置を含むことを特徴とする請求項１記載の電子放出源の動作制御方法。
  3. 所定の期間毎に、前記特性の取得と、前記所定の範囲の前記傾き値の算出と、前記輝度が得られるように前記電子ビームが調整された状態の前記傾き値の算出と、が実施され、
    前記所定の期間毎に、前記傾き値が、前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内かどうかを判定する工程をさらに備え、
    判定の結果、前記傾き値が、前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内から外れていた場合に、再度、前記傾き値が前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内になるように前記カソード温度を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の電子放出源の動作制御方法。
  4. 電子ビームを放出する工程と、
    試料面上で所望の電流が得られるように前記電子ビームを調整する工程と、
    電子ビームのエミッション電流を変えながら、電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、エミッション電流との間の特性を取得する工程と、
    前記特性のうち所定の範囲における、前記エミッション電流に対する前記試料面電流を前記エミッション電流で割った傾き値を前記特性から算出する工程と、
    前記電子ビームが調整された状態の試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する工程と、
    前記電子ビームが調整された状態での傾き値が、前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する工程と、
    前記傾き値が前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内になる前記カソード温度に調整された電子ビームを用いて、試料にパターンを描画する工程と、
    を備えたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
  5. 電子ビームを放出する電子放出源と、
    前記電子ビーム放出源から放出される前記電子ビームのエミッション電流を制御するエミッション電流制御部と、
    電子ビームが照射される試料面位置での試料面電流と、電子ビームのエミッション電流との間の特性を取得する取得部と、
    前記特性のうち所定の範囲の前記試料面電流を前記エミッション電流で割った傾き値を前記特性から算出する第１の傾き値算出部と、
    試料面上で所望の電流が得られるように前記電子ビームが調整された状態における試料面電流をエミッション電流で割った傾き値を算出する第２の傾き値算出部と、
    前記電子ビームが調整された状態での傾き値が、前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内になるようにカソード温度を調整する温度調整部と、
    前記傾き値が前記所定の範囲の前記傾き値の範囲内になる前記カソード温度に調整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機構と、
    を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
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