(57)【要約】【課題】製造歩留まりを向上させる熱電子放出源の製造方法を提供し、生産効率を向上させるカソードの製造方法を提供する。【解決手段】電子銃のカソード用の熱電子放出源の製造方法において、熱電子を放出する第１の材料を準備する工程と、第１の材料より仕事関数の大きい第２の材料で第１の材料を被覆する工程と、機械加工により第２の材料の一部から第１の材料を露出させる工程とを設け、露出された第１の材料の露出部分の直径が仕様直径値より大きい場合に、加熱処理工程を設けて、第１の材料の露出部分を小さくする調整を行うようにする。【選択図】図２
2015043394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃用の熱電子放出源の製造方法であって、
熱電子を放出する第１の材料を準備する工程と、
前記第１の材料より仕事関数の大きい第２の材料で該第１の材料を被覆する工程と、
機械加工により前記第２の材料の一部から前記第１の材料を露出させる工程とを有し、
露出された前記第１の材料の露出部分の直径が仕様直径値より大きい場合に、加熱処理工程を設けて、前記第１の材料の露出部分を小さくする調整を行うことを特徴とする熱電子放出源の製造方法。
【請求項２】
熱電子放出源の製造方法であって、
熱電子を放出する第１の材料を準備する工程と、
前記第１の材料より仕事関数が大きい第２の材料で該第１の材料を被覆する工程と、
機械加工により前記第２の材料の一部から前記第１の材料を露出させ、露出された前記第１の材料の露出部分の直径が仕様直径値より大きくなるようにする工程と、
加熱処理により前記第１の材料の露出部分を小さくし、該露出部分の直径が仕様直径値となるようにする工程とを有することを特徴とする熱電子放出源の製造方法。
【請求項３】
前記第１の材料は、金属六硼化物またはタングステンであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電子放出源の製造方法。
【請求項４】
前記第２の材料は、カーボン（Ｃ）材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電子放出源の製造方法。
【請求項５】
電子銃用のカソードの製造方法であって、
熱電子を放出する第１の材料を、該第１の材料より仕事関数が大きい第２の材料で被覆するとともに、該第２の材料の一部から前記第１の材料を露出するよう構成された熱電子放出源を準備する工程と、
前記熱電子放出源を組み込んで、カソード構造を構成する工程と、
加熱処理により、前記カソード構造に組み込まれた前記熱電子放出源の前記第１の材料の露出部分を小さくし、該露出部分の直径が仕様直径値となるようにして電子放出面を形成する加熱処理工程とを有することを特徴とするカソードの製造方法。
【請求項６】
前記加熱処理工程の後に、前記電子放出面の高さ調整を行う工程を有することを特徴とする請求項５に記載のカソードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電子放出源の製造方法およびカソードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭く微細なものとなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【０００３】
電子ビーム描画装置は、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるため本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。このような電子ビーム描画装置の一例となる可変成形型の電子ビーム描画装置は、電子ビームを照射する電子銃と、第１成形アパーチャと、第２成形アパーチャと、成形偏向器とを有し、さらに電子ビームを集束するためのいくつかの電子レンズを有する。電子銃から照射された電子ビームは、第１成形アパーチャに結像された後、第２成形アパーチャに結像される。そして、成形偏向器により偏向されて、第１成形アパーチャ像と第２成形アパーチャ像とが光学的に重ね合わされることにより、電子ビームの寸法と形状が可変成形される。成形された電子ビームは、描画対象であるマスク上にショットされ、ショット図形が高精度に繋がれることによってパターンが描画される。
【０００４】
電子ビーム描画装置において、電子銃としては、カソードフィラメントをヒータとする熱電子放射型の電子銃が用いられる。この電子銃では、フィラメント電力によりカソードを加熱することで電子が放出される。放出された電子は加速電圧により加速され、またバイアス電圧により制御されて、所定のエミッション電流となりマスク上に照射される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
描画動作時における電子銃の周囲は高真空となっており、この状態でカソードとアノードの間に高電圧（加速電圧）が印加され、カソードの有する熱電子放出源が加熱されると、その熱電子放出源から熱電子が放出される。この熱電子は、加速電圧により加速されて、電子ビームとして放出される。
【０００６】
熱電子放出源を構成する材料としては、六硼化ランタン（ＬａＢ６）が知られている。六硼化ランタン（ＬａＢ６）は、高い融点と低い仕事関数を持ち、また、残留ガスに対して比較的安定で、他の材料を使用した場合に比べ長寿命でもある。さらに、六硼化ランタン（ＬａＢ６）は、優れたイオン衝撃性を有することから、電子ビーム描画装置だけでなく、電子顕微鏡などの熱電子放出エミッタにも使用されている。
【０００７】
そして、電子銃では、輝度を向上させるために、熱電子放出源を構成する材料の表面をその材料より仕事関数の大きい材料で被覆して、熱電子放出源からの電子の放出面積を制限する技術が知られている。例えば、非特許文献１には、六硼化ランタン（ＬａＢ６）をカーボン（Ｃ）で被覆することが記載されている。具体的な被覆方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃｈａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりカーボン（Ｃ）を六硼化ランタン（ＬａＢ６）の表面に蒸着したり、この表面にカーボン（Ｃ）を含む液を塗布したり、あるいは、この液の中に六硼化ランタン（ＬａＢ６）を浸漬したりすることが挙げられる。被覆後は、機械加工によってカーボン（Ｃ）の一部から六硼化ランタン（ＬａＢ６）を露出させ、この部分を通じて電子が放出されるようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１６６４８１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐ．Ｂ．Ｓｅｗｅｌｌ  ｅｔ．ａｌ（ピー・ビー・セウェルら）、「微細平面を有する六硼化ランタン単結晶における熱的エミッションの研究」、Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｐｐ．１６３−１７０、ＳＥＭ  Ｉｎｃ．，  ＡＭＦ  Ｏ’Ｈａｒｅ  （Ｃｈｉｃａｇｏ），  ＩＬ６０６６６−０５０７，Ｕ．Ｓ．Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、従来の電子銃のカソードを構成する熱電子放出源は、六硼化ランタン（ＬａＢ６）等の構成材料をカーボン（Ｃ）層で被覆する構造を有することが好ましい。
【００１１】
図１８は、従来の熱電子放出源の模式的な断面図である。
【００１２】
図１８に示すように、従来の熱電子放出源１００は、円筒形状の本体部１０１と、先端が平坦な円錐形状を有する先端部１０２とが、カーボン（Ｃ）層１０３により表面を被覆されて構成される。熱電子放出源１００の本体部１０１および先端部１０２は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）を用いて一体的に形成されている。
【００１３】
熱電子放出源１００の先端部分からは、六硼化ランタン（ＬａＢ６）からなる先端部１０２の平坦な先端が露出している。このような熱電子放出源１００の構造は、下記に示すように、研磨等の機械加工を利用して形成される。
【００１４】
図１９は、従来の熱電子放出源の機械加工前の状態を示す模式的な断面図である。
【００１５】
図１９に示す、カーボン（Ｃ）層２０３により被覆された熱電子放出源構成材２００は、研磨等の機械加工前の熱電子放出源１００に対応し、例えば、研磨を受けて図１の熱電子放出源１００となる。
【００１６】
熱電子放出源構成材２００は、図１８の本体部１０１と同様の円筒形状の本体部２０１と、先端が尖った円錐形状を有する先端部２０２とからなる。そして、熱電子放出部構成材２００は、表面がカーボン（Ｃ）層２０３により被覆されている。熱電子放出部構成材２００の本体部２０１および先端部２０２は、図１８の熱電子放出源１００の本体部１０１および先端部１０２と同様であって、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）から一体的に形成されている。
【００１７】
すなわち、熱電子放出源構成材２００の先端部２０２は、先端が尖った円錐形状を有し、カーボン（Ｃ）層２０３は、先端部２０２の錐面および本体部２０１の側面を被覆している。
【００１８】
そして、カーボン（Ｃ）層２０３により被覆された熱電子放出源構成材２００を用い、例えば、研磨物でその先端部分を研磨する機械加工により、図１８に示す従来の熱電子放出源１００を製造することができる。その場合、機械加工後の被覆層２０３は、図１８の熱電子放出源１００の被覆層１０３となり、機械加工後の熱電子放出源構成材２００の先端部２０２は、図１８の先端が平坦な先端部１０２となる。熱電子放出源構成材２００の本体部２０１は、そのまま、図１８の本体部１０１となる。
【００１９】
また、熱電子放出源１００の製造方法では、カーボン（Ｃ）層２０３により被覆された熱電子放出源構成材２００の研磨に際し、その先端のカーボン（Ｃ）層から露出する部分の径を光学顕微鏡等で確認し、その径が目標値となる仕様直径値より小さい場合に、さらに研磨を繰り返すようにする。熱電子放出源構成材２００の円錐形状の先端部２０２はコーン角を有し、研磨にしたがってカーボン（Ｃ）層から露出する部分の直径、すなわち、六硼化ランタン（ＬａＢ６）の直径は徐々に大きくなる。
【００２０】
熱電子放出源構成材２００の、六硼化ランタン（ＬａＢ６）からなる先端部２０２に対し、層厚が均一になるようにカーボン（Ｃ）層２０３を形成することは難しい。その結果、研磨によって熱電子放出源構成材２００の先端部分を削りながら、その先端のカーボン（Ｃ）層から露出する部分の径を予測するのは非常に難しい。
【００２１】
そのため、研磨の結果、得られた熱電子放出源１００の先端部１０２の露出する先端の直径、すなわち、六硼化ランタン（ＬａＢ６）の直径が仕様直径値より大きくなってしまうことがある。その場合、同様の研磨等の機械加工によっては、その露出する先端の直径を小さくすることはできない。すなわち、熱電子放出源１００の製造方法においては、先端部１０２の先端をカーボン（Ｃ）層１０３から露出させるための機械加工で削りすぎが生じた場合、その復活は困難であった。
【００２２】
したがって、熱電子放出源１００の製造において、上述した先端部１０２の削りすぎが生じた場合、その熱電子放出源１００は仕様を満たしていない製品として廃棄されるしかなかった。すなわち、熱電子放出源１００の製造においては、カーボン（Ｃ）層から露出する、六硼化ランタン（ＬａＢ６）からなる先端部１０２の先端が、仕様直径値より大きな直径となった場合、その熱電子放出源１００を廃棄をするしかなかった。その結果、熱電子放出源１００の製造においては、歩留まりの低下が生じていた。
【００２３】
そして、熱電子放出源１００を組み込んで電子銃のカソードを製造しようとする場合、熱電子放出源１００の製造歩留まりの低下が生ずれば、カソードの生産性は低下する。
【００２４】
以上から、電子銃のカソードを構成する熱電子放出源の製造方法においては、歩留まりを向上させる技術が求められている。また、電子銃に用いるカソードの製造方法においては、生産効率を向上させる技術が求められている。
【００２５】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、製造歩留まりを向上させる熱電子放出源の製造方法を提供することにある。
【００２６】
また、本発明の目的は、生産効率を向上させるカソードの製造方法を提供することにある。
【００２７】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の第１の態様は、電子銃用の熱電子放出源の製造方法であって、
熱電子を放出する第１の材料を準備する工程と、
第１の材料より仕事関数の大きい第２の材料でその第１の材料を被覆する工程と、
機械加工により第２の材料の一部から第１の材料を露出させる工程とを有し、
露出された第１の材料の露出部分の直径が仕様直径値より大きい場合に、加熱処理工程を設けて、第１の材料の露出部分を小さくする調整を行うことを特徴とする熱電子放出源の製造方法に関する。
【００２９】
本発明の第２の態様は、熱電子放出源の製造方法であって、
熱電子を放出する第１の材料を準備する工程と、
第１の材料より仕事関数が大きい第２の材料でその第１の材料を被覆する工程と、
機械加工により第２の材料の一部から第１の材料を露出させ、露出された第１の材料の露出部分の直径が仕様直径値より大きくなるようにする工程と、
加熱処理により第１の材料の露出部分を小さくし、その露出部分の直径が仕様直径値となるようにする工程とを有することを特徴とする熱電子放出源の製造方法に関する。
【００３０】
本発明の第１の態様および本発明の第２の態様において、第１の材料は、金属六硼化物またはタングステンであることが好ましい。
【００３１】
本発明の第１の態様および本発明の第２の態様において、第２の材料は、カーボン（Ｃ）材であることが好ましい。
【００３２】
本発明の第３の態様は、電子銃用のカソードの製造方法であって、
熱電子を放出する第１の材料を、その第１の材料より仕事関数が大きい第２の材料で被覆するとともに、その第２の材料の一部から第１の材料を露出するよう構成された熱電子放出源を準備する工程と、
熱電子放出源を組み込んで、カソード構造を構成する工程と、
加熱処理により、カソード構造に組み込まれた熱電子放出源の第１の材料の露出部分を小さくし、その露出部分の直径が仕様直径値となるようにして電子放出面を形成する加熱処理工程とを有することを特徴とするカソードの製造方法に関する。
【００３３】
本発明の第３の態様において、加熱処理工程の後に、電子放出面の高さ調整を行う工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の第１の態様によれば、製造歩留まりを向上させる熱電子放出源の製造方法が提供される。
【００３５】
本発明の第２の態様によれば、製造歩留まりを向上させる熱電子放出源の製造方法が提供される。
【００３６】
本発明の第３の態様によれば、生産効率を向上させるカソードの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態の熱電子放出源の模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の熱電子放出部構成材を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施形態である被覆層の形成された熱電子放出部構成材を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態の熱電子放出源における加熱処理前の状態を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態のカソードの構造を説明する模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態の電子ビーム描画装置について、主として熱電子放射型の電子銃の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第２例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態の熱電子放出源の加熱処理前の状態の別の例を示す模式的な断面図である。
【図１０】熱電子放出源の製造に用いる電子放出部構成材の構造を説明する模式的な断面図である。
【図１１】犠牲膜の形成された電子放出部構成材を示す模式的な断面図である。
【図１２】被覆層の形成された電子放出部構成材および犠牲膜を示す模式的な断面図である。
【図１３】本発明の実施形態の熱電子放出源の別の例の模式的な断面図である。
【図１４】本発明の実施形態のカソードの製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】加熱処理前の状態の熱電子放出源を用いて構成されたカソード構造を説明する模式的な断面図である。
【図１６】本発明の実施形態のカソードの熱電子放出源の電子放出面が後退した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１７】本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例を示すフローチャートである。
【図１８】従来の熱電子放出源の模式的な断面図である。
【図１９】従来の熱電子放出源の機械加工前の状態を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施形態の電子銃は、荷電粒子ビームである電子ビームを照射するように、電子源であるカソードと、アース電極を備えたアノードとを有して構成される。本発明の実施形態の電子銃のカソードは、本発明の実施形態の熱電子放出源を有する。本発明の実施形態の熱電子放出源は、加熱されて熱電子を放出する。すなわち、本発明の実施形態の熱電子放出源は、電子銃用に用いることができる。
【００３９】
図１は、本発明の実施形態の熱電子放出源の模式的な断面図である。
【００４０】
図１に示すように、本発明の実施形態の熱電子放出源１は、熱電子放出部２が、被覆層３により被覆されて構成されている。熱電子放出源１の熱電子放出部２は、円筒形状の本体部４と、先端が平坦な円錐形状を有する先端部５とからなる。
【００４１】
熱電子放出源１の熱電子放出部２の本体部４および先端部５はそれぞれ、同じ構成材料を用いて一体的に形成することができる。熱電子放出源１の高さは、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、熱電子放出部２の本体部４の直径は２００μｍ〜８００μｍ程度である。そして、先端部５の円錐角は、２０度〜９０度が好ましく、６０度〜９０度がより好ましい。
【００４２】
熱電子放出源１の熱電子放出部２を構成する本体部４および先端部５において、それらの構成材料としては、熱電子を放出する材料であって、例えば、金属六硼化物およびタングステンを挙げることができる。金属六硼化物としては、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）、六硼化セリウム（ＣｅＢ６）、六硼化ガドリニウム（ＧｄＢ６）および六硼化イットリウム（ＹＢ６）を挙げることができる。そして、本体部４および先端部５の構成材料は、六硼化ランタン（ＬａＢ６）を選択することがより好ましい。六硼化ランタン（ＬａＢ６）は、高い融点と低い仕事関数を持ち、また、熱電子放出源１に用いられた場合、残留ガスに対して比較的安定で、他の材料を使用した場合に比べ長寿命でもある。さらに、六硼化ランタン（ＬａＢ６）は、優れたイオン衝撃性を有しており、好ましい材料となる。
【００４３】
熱電子放出源１の被覆層３は、熱電子放出源１の熱電子放出部２を構成する本体部４および先端部５より仕事関数の大きい材料を用いて形成される。このような材料による被覆により、熱電子放出源１からの電子の放出面積を制限することができ、熱電子放出源１を有する電子銃の輝度を向上させることができる。
【００４４】
被覆層３を構成する材料としては、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、コロイダル黒鉛（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ダイヤモンド状炭素および熱分解黒鉛（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  ｇｒａｐｈｉｔｅ）等のカーボン（Ｃ）材を挙げることができる。
【００４５】
そして、熱電子放出源１において、被覆層３は、熱電子放出部２の本体部４の外周面および先端部５の錐面を被覆する。被覆層３は、本体部４の外周面に直接接した状態でその外周面を被覆しているが、先端部５においては、その錐面と直接に接した状態ではなく、隙間が形成された状態で、その錐面を被覆している。
【００４６】
そして、熱電子放出源１の先端部分からは、熱電子放出部２の先端部５の平坦な先端が露出して、電子放出面６を構成している。
【００４７】
尚、図１に示す例の熱電子放出源１の先端部５の先端に設けられた電子放出面６は、上述したように、形状が平坦であるが、球形状とすることも可能である。
【００４８】
熱電子放出源１の電子放出面６の平面形状は円形とすることが好ましく、その場合、電子放出面６の直径は、設計上の目標値となる仕様直径値とされ、例えば、５μｍ〜２００μｍの範囲内で設定することができる。
【００４９】
尚、本実施形態の熱電子放出源１では、電子放出面６が目標値である仕様直径値を有するように、その製造時おいて、後述するように、サイズの調整が行われる。その結果、先端部５においては、その錐面と被覆層３とが直接に接した状態ではなく、図１に示すように、隙間が形成された状態を形成している。
【００５０】
次に、本発明の実施形態の熱電子放出源１の製造方法について説明する。
【００５１】
図２は、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例を示すフローチャートである。
【００５２】
図２を用いた本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の説明では、適宜、図１を参照し、上述した熱電子放出源１の製造方法を例として説明する。尚、図２は、さらに、熱電子放出源１を用いたカソードの製造方法、およびそのカソードを組み込んで電子銃を製造して電子ビーム描画装置を製造する方法についても示す構成となっている。
【００５３】
図２に示すように、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例では、まず、熱電子を放出する熱電子放出部構成材を準備する（Ｓ１０１）。熱電子放出部構成材は、熱電子放出源１の熱電子放出部２を形成するための部材である。熱電子放出部構成材は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）を用いて構成することができる。その場合、熱電子放出源１の熱電子放出部２は、六硼化ランタン（ＬａＢ６）から形成されることになる。
【００５４】
図３は、本発明の実施形態の熱電子放出部構成材を示す模式的な断面図である。
【００５５】
図３に示す熱電子放出部構成材２０は、後述する機械加工前の熱電子放出源１の熱電子放出部２に対応し、例えば、研磨等の機械加工が施されて、図１の熱電子放出部２となる。
【００５６】
熱電子放出部構成材２０は、図１の熱電子放出源１の熱電子放出部２の本体部４となる円筒形状の本体部２１と、先端が尖った円錐形状を有する先端部２２とからなる。先端部２２は、後述する図４を用いて説明するように、被覆層２３で被覆された後、研磨等の機械加工が施されて、図１の熱電子放出源１の熱電子放出部２の先端部５となる。
【００５７】
熱電子放出部構成材２０の本体部２１および先端部２２はそれぞれ、図１の熱電子放出源１の本体部４および先端部５と同様であって、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）を用いて一体的に形成されている。熱電子放出部構成材２０は、この段階で、先端が尖った形状を有する。
【００５８】
図４は、本発明の実施形態である被覆層の形成された熱電子放出部構成材を示す模式的な断面図である。
【００５９】
次に、図２のフローチャートおよび図４に示すように、熱電子放出部構成材２０の表面に被覆層２３を形成し、その表面を被覆する（Ｓ１０２）。被覆層２３は、熱電子放出部構成材２０より仕事関数の大きい材料によって構成されることが好ましい。すなわち、この工程は、熱電子放出部構成材２０より仕事関数の大きい材料で熱電子放出部構成材２０を被覆する工程となる。
【００６０】
被覆層２３の構成材料は、例えば、カーボン（Ｃ）材とすることができる。その場合、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃｈａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりカーボン（Ｃ）を熱電子放出部構成材２０の表面に形成したり、この表面にカーボン（Ｃ）を含む液を塗布したり、または、この液の中に熱電子放出部構成材２０を浸漬したりして、熱電子放出部構成材２０の表面に被覆層２３を形成することができる。
【００６１】
その結果、被覆層２３の形成された熱電子放出部構成材２０は、後述する機械加工が施される前の状態の熱電子放出源１に対応する。そして、図４は、本発明の実施形態の熱電子放出源における機械加工前の状態を模式的な断面図によって示すものとなる。
【００６２】
すなわち、機械加工を施される前の状態の熱電子放出源１では、熱電子放出部構成材２０の先端部２２が先端の尖った円錐形状を有し、被覆層２３は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）からなる先端部２２の錐面および本体部２１の側面の全体を被覆している。
【００６３】
次に、機械研削または機械研磨などの機械加工によって、被覆層２３の形成された熱電子放出部構成材２０の先端を削り、被覆層２３の一部から熱電子放出部構成材２０の先端部２２を露出させる（Ｓ１０３）。熱電子放出部構成材２０に対し研磨を行う場合、例えば、グラインダーやヤスリ等を使用することができる。
【００６４】
その結果、後述する図５に示す、機械加工の施された熱電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ａは、熱電子放出源１ａを構成する。本実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例では、この後、必要な場合に加熱処理が行われるが、熱電子放出源１ａは、熱電子放出源１の製造を行うにあたり、後述する加熱処理の前の熱電子放出源１の状態に対応する。
【００６５】
図５は、本発明の実施形態の熱電子放出源における加熱処理前の状態を示す模式的な断面図である。
【００６６】
図４に示した電子放出部構成材２０および被覆層２３は、機械研削または機械研磨などによって、図５に示すように、先端部分が先端側から削られる。その結果、被覆層２３が削られて被覆層２３ａとなるとともに、熱電子放出部構成材２０も削られて熱電子放出部構成材２０ａとなり、熱電子放出源１ａが形成される。そして、熱電子放出源１ａでは、被覆層２３ａの一部から熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの平坦な先端が露出する。図５に示す熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａは、後述する加熱処理前の熱電子放出源１の熱電子放出部２に対応し、必要な場合に加熱処理が施されて、図１の熱電子放出部２となる。
【００６７】
そのとき、熱電子放出源１ａの露出した先端部２２ａの平坦な先端は、上述の加熱処理によってサイズの調整がなされる。すなわち、先端部２２ａは、露出する平坦な先端の径（以下、単に、先端径とも言う。）が、所定の値を有するようにされて、図１に示した電子放出面６となる。
【００６８】
次いで、上述した機械加工の後、図２のフローチャートに示すように、先端部２２ａの先端径の値が、設計上の目標値である仕様直径値より小さいか否かの確認を行う（Ｓ１０４）。この先端径の確認は、例えば、光学顕微鏡等を用いて行うことができる。
【００６９】
確認された先端径の値が、目標値となる仕様直径値より小さい値ではなかった場合、次の仕様直径値より大きいか否かの確認を行うためのステップ（Ｓ１０５）に進む。
【００７０】
一方、確認された先端径が目標値となる仕様直径値より小さかった場合には、上述したステップ（Ｓ１０３）に戻り、さらに機械加工を行うようにする。図３および図４に示すように、熱電子放出部構成材２０の円錐形状の先端部２２はコーン角を有し、研磨にしたがって被覆層２３から露出する先端の直径、すなわち、先端部２２ａの先端径は徐々に大きくなる。
【００７１】
したがって、ステップ（Ｓ１０３）に戻った後、機械研削または機械研磨などの機械加工を繰り返すことにより、先端部２２ａの先端径を大きくすることができる。
【００７２】
そして再度、図２のフローチャートに示すように、熱電子放出源１ａの先端部２２ａの先端径の値が、設計上の目標値である仕様直径値より小さいか否かの確認が行われる。このように、電子放出部構成材２０、２０ａの機械加工と先端部２２ａの先端径の確認は、先端径の値が仕様直径値よりも小さい値でなくなるまで繰り返し行われる。
【００７３】
そして、先端部２２ａの先端径の値が、目標値となる仕様直径値より小さい値ではないことが確認された場合、続いて、先端部２２ａの先端径の値が、目標値となる仕様直径値より大きいか否かの確認を行う（Ｓ１０５）。
【００７４】
確認された先端径の値が、目標値となる仕様直径値となっている場合、熱電子放出源の製造工程は終了し、次のカソード製造の工程ステップ（Ｓ１０７）に進む。
【００７５】
一方、確認された先端部２２ａの先端径が仕様直径値より大きい値となっている場合、加熱処理工程を設けて、加熱処理を行う（Ｓ１０６）。この加熱処理では、熱電子放出源１ａの先端部２２ａが消耗され、先端部２２ａの露出部分である平坦な先端のサイズの調整がなされる。すなわち、先端部２２ａは、加熱処理により消耗されて、先端径が小さくなるようにサイズの調整がなされる。そして、先端部２２ａは、先端径が、目標値となる仕様直径値になるように加工される。
【００７６】
例えば、先端部２２ａの先端径について、仕様直径値が１００μｍ±５μｍに設定されている場合、加熱処理によって、５μｍ〜１０μｍ程度のサイズ調整を行うことができる。
【００７７】
尚、この加熱処理においては、被覆層２３ａは消耗せず、変形しないように条件が選択されることが好ましい。
【００７８】
この加熱処理の条件については、熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａや被覆層２３ａの構成材料に合わせて適宜選択をすることができる。温度条件については、加熱温度が低すぎると、先端径が小さくなるようにサイズの調整をすることができない。一方、加熱温度が高すぎると、例えば、先端部２２ａを構成する六硼化ランタン（ＬａＢ６）の結晶性が損なわれて電子放出特性が低下する。
【００７９】
したがって、加熱処理では、例えば、カーボン（Ｃ）材からなる被覆層２３ａが蒸発する温度より低い温度で加熱するとともに、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）など、熱電子放出部構成材２０ａを構成する材料の融点より低い温度で加熱する。
【００８０】
そして、加熱処理の温度条件については、熱電子放出源１が組み込まれた電子銃を有する電子ビーム描画装置の実際の動作条件を考慮して決めることができる。例えば、熱電子放出源１を組み込んで構成された電子銃を有する本発明の実施形態の電子ビーム描画装置の実際の動作条件に近い温度で加熱処理を行うことができる。より具体的には、熱電子放出源１を有するカソードを備えた電子銃の動作温度から上下２００℃の範囲で加熱処理することができる。
【００８１】
尚、加熱時の圧力を高くすると加熱時間を短くすることができるが、電子ビーム描画装置の実際の動作条件に近い圧力で行うことが好ましい。電子ビームによる描画は、例えば、１×１０−５Ｐａ〜１×１０−４Ｐａの圧力で１７５０Ｋ程度の温度で行われることから、加熱処理も同様の条件で行うことが好ましい。具体的には、１×１０−４Ｐａ以下の圧力で１５００Ｋ〜１９００Ｋの温度で加熱処理することが好ましい。
【００８２】
また、本実施形態においては、図１の熱電子放出源１の熱電子放出部２を構成する材料として、上述したように、例示した六硼化ランタン（ＬａＢ６）以外のものを用いることができ、その場合、加熱処理の条件が適宜変わることは言うまでもない。熱電子放出部２の構成材料には、高い電気伝導、高温における機械的強度と化学的安定性が求められる。ここで、高温における機械的強度と化学的安定性は、高い融点を有することによって実現可能である。尚、高い融点とは、具体的には、電子ビーム描画装置の動作温度より高い融点を言う。
【００８３】
こうした特性を満たし、さらに六硼化ランタン（ＬａＢ６）と同程度に低い仕事関数を有する材料としては、上述したように、六硼化セリウム（ＣｅＢ６）、六硼化ガドリニウム（ＧｄＢ６）、六硼化イットリウム（ＹＢ６）などの金属六硼化物が挙げられる。また、タングステン（Ｗ）などを熱電子放出部２の構成材料として用いることも可能である。タングステン（Ｗ）は、六硼化ランタン（ＬａＢ６）や六硼化セリウム（ＣｅＢ６）に比べて融点が高いので、例えば、２０００Ｋ程度の温度で加熱処理することも可能である。
【００８４】
以上の加熱処理により、図１に示す本発明の実施形態の熱電子放出源１を得ることができる。そして、得られた本実施形態の熱電子放出源１は、熱電子放出部２が、被覆層３により覆われて構成され、熱電子放出源１の先端部分からは、熱電子放出部２の先端部５の平坦な先端が露出して、電子放出面６を構成する。
【００８５】
尚、本実施形態の熱電子放出源１の熱電子放出部２を覆う被覆層３については、カーボン（Ｃ）材を用いて形成する方法を例として説明したが、カーボン（Ｃ）材以外の材料を用いてもよい。但し、電子ビーム描画装置の動作時において機械的にも化学的にも安定であって、熱電子放出部２を構成する六硼化ランタン（ＬａＢ６）などの電子を放出する材料に比べて仕事関数の大きいもの、例えば、１．５〜２倍程度の大きさの仕事関数を有する材料を用いることが好ましい。
【００８６】
加熱処理を終えた後は、製造された本発明の実施形態の熱電子放出源１を用いて公知の方法によりカソードを製造する（Ｓ１０７）。
【００８７】
図６は、本発明の実施形態のカソードの構造を説明する模式的な断面図である。
【００８８】
本発明の実施形態のカソード４１は、図６に示すように、電子を放出するための上述の本実施形態の熱電子放出源１と、熱電子放出源１に印加する電圧よりも低い電位を与えられて熱電子放出源１から出射される電子を収束させるウェネルト４２と、ヒータ電力入力端子４３、４４を支持するベース４５を有する。ウェネルト４２は熱電子放出源１を囲むように配置される一方、熱電子放出源１から射出される電子ビームが通過する開口部分を有する。このウェネルト４２の開口部分は電子ビームを収束させるのに適当なように径が選択されている。そして、熱電子放出源１は、ヒータ電力入力端子４３、４４により支持されてベース４５上で支持され、ヒータ４６、４７によって加熱可能な構成となっている。
【００８９】
さらに、製造されたカソードを用いて電子銃を製造し、得られた電子銃を組み込んで電子ビーム描画装置を製造することができる（Ｓ１０８）。ステップ（Ｓ１０８）の電子銃および電子ビーム描画装置の製造方法には、それぞれ公知の方法が適用できる。
【００９０】
図７は、本発明の実施形態の電子ビーム描画装置について、主として熱電子放射型の電子銃の構成を示す図である。
【００９１】
図７に示すように、電子ビーム描画装置５１に組み込まれた電子銃５０は、カソード４１とアノード５６とを有する。
【００９２】
電子銃５０のカソード４１は、図６に示したように、電子源である上述した本実施形態の熱電子放出源１と、熱電子放出源１を支持するベース４５と、熱電子放出源１から放射される電子を集束させるウェネルト４２とを有する。アノード５６は、カソード４１の有するウェネルト４２の下方に配置される。
【００９３】
図７に示すように、カソード４１の熱電子放出源１は、ヒータ４６、４７（図７中、図示されない。）を介して、熱電子放出源１を加熱するためのヒータ電源５３と接続され、ヒータ回路が構成されている。例えば、ヒータとしてフィラメントが用いられている場合、ヒータ電源５３はフィラメント供給電源となり、上述のヒータ回路はフィラメント回路となる。
【００９４】
また、ウェネルト４２は、上述したように、熱電子放出源１を囲むように配置されている。そして、ウェネルト４２は、熱電子放出源１の下方に開口部を有していて、熱電子放出源１から放出される電子を収束し制御する。ウェネルト４２には、熱電子放出源１との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源５５が接続されており、これによってバイアス回路が構成されている。
【００９５】
そして、アノード５６、ヒータ回路およびバイアス回路には、熱電子放出源１とアノード５６の間に加速電圧を印加してエミッション電流を供給する加速電源５７が接続されている。
【００９６】
電子銃５０の組み込まれた電子ビーム描画装置５１の描画動作時において、電子銃５０の周囲は高真空となる。この状態で、カソード４１とアノード５６との間に、例えば、５０ｋＶ程度の高電圧（加速電圧）が、加速電源５７を用いて印加される。一方で、ヒータ電源５３を用いてヒータ電力入力端子４３、４４（図７中、図示されない。）の間に加熱電圧を印加することにより、ヒータ４６、４７（図７中、図示されない。）を通電加熱して熱電子放出源１が加熱される。すると、熱電子放出源１から熱電子が出射し、この熱電子が加速電圧により加速されて電子ビーム６０として放出される。
【００９７】
電子ビーム６０は、電子ビーム描画装置５１内に設けられた各種レンズ、各種偏向器、ビーム成形用アパーチャ等の電子ビーム制御系６１により所要の形状に成形される。成形された電子ビーム６０は、電子ビーム描画装置５１の下部に配置された試料室（図示されない）内の試料（図示されない）に照射され、これにより試料にパターンが描画される。
【００９８】
以上の図２等を用いて説明した本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例では、機械加工のステップ（Ｓ１０３）において、熱電子放出部構成材２０の先端部２２ａの先端径の値が、仕様直径値となるように機械加工が行われた。そのため、熱電子放出部構成材２０の先端部２２ａの先端径の値が、目標値となる仕様直径値より大きいか否かの確認を行うステップ（Ｓ１０５）が設けられ、先端径の値が、目標値となる仕様直径値より大きい場合にのみ、加熱処理（Ｓ１０６）が行われた。
【００９９】
しかしながら、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法では、熱電子放出部構成材２０の先端部２２ａの先端径の値が、はじめから仕様直径値より大きくなるように機械加工し、その後、必ず加熱処理を実施するようにすることも可能である。
【０１００】
図８は、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第２例を示すフローチャートである。
【０１０１】
図８に示す本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第２例は、図２の本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例と同様の製造工程を含んで構成されている。例えば、図８における熱電子放出部構成材の準備（Ｓ２０１）は、図２の第１例におけるステップ（Ｓ１０１）と同様であり、被覆層の形成（Ｓ２０２）は、図２の第１例におけるステップ（Ｓ１０２）と同様であり、加熱処理（Ｓ２０４）は、図２の第１例におけるステップ（Ｓ１０６）と同様であり、カソード製造（Ｓ２０５）は、図２の第１例におけるステップ（Ｓ１０７）と同様であり、電子ビーム描画装置への組み込み（Ｓ２０６）は、図２の第１例におけるステップ（Ｓ１０８）と同様である。したがって、重複する説明は可能な限り省略することにする。
【０１０２】
本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第２例では、熱電子放出部構成材の準備をし（Ｓ２０１）、熱電子放出部構成材より仕事関数の大きい材料で熱電子放出部構成材を被覆するようにして被覆層の形成を行う（Ｓ２０２）。その結果、熱電子放出源１の機械加工を施される前の状態のでは、図４に示すように、熱電子放出部構成材２０の先端部２２が先端の尖った円錐形状を有し、被覆層２３は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）からなる先端部２２の錐面および本体部２１の側面の全体を被覆している。
【０１０３】
次に、機械研削または機械研磨などの機械加工によって、被覆層２３の形成された熱電子放出部構成材２０の先端を削り、図５に示す熱電子放出源１ａを形成し、被覆層２３ａの一部から熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａを露出させる（Ｓ２０３）。熱電子放出構成材２０等に対し研磨を行う場合、例えば、グラインダーやヤスリ等を使用することができる。
【０１０４】
その結果、機械加工の施された熱電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ａは、熱電子放出源１ａを構成する。本実施形態の熱電子放出源の製造方法の第２例では、この後に加熱処理が行われるが、熱電子放出源１ａは、熱電子放出源１の製造を行うにあたり、後述する加熱処理の前の熱電子放出源１の状態に対応する。
【０１０５】
図４に示した電子放出部構成材２０および被覆層２３は、機械研削または機械研磨などによって、図５に示すように、先端部分が先端側から削られる。その結果、被覆層２３が削られて被覆層２３ａとなるとともに、熱電子放出部構成材２０も削られて熱電子放出部構成材２０ａとなり、熱電子放出源１ａが形成される。そして、熱電子放出源１ａでは、被覆層２３ａの一部から熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの平坦な先端が露出する。
【０１０６】
このとき、本実施形態の熱電子放出源の製造方法の第２例では、熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの先端径の値が、仕様直径値より大きくなるように機械加工を行う。そして、図５に示す熱電子放出部構成材２０ａは、その後、加熱処理が施されて、図１の熱電子放出部２となる。
【０１０７】
そして、上述の露出した先端部２２ａの平坦な先端は、その加熱処理によってサイズが小さくなる調整がなされる。すなわち、先端部２２ａは、先端径の値が、目標値である仕様直径値となるようにされる。そして、先端部２２ａの平坦な先端は、図１に示した電子放出面６となる。その結果、本発明の実施形態の熱電子放出源１を得ることができる。
【０１０８】
加熱処理を終えて本発明の実施形態の熱電子放出源１を得た後、製造された熱電子放出源１を用いて公知の方法によりカソードを製造する（Ｓ２０５）。
【０１０９】
さらに、製造されたカソードを用いて電子銃を製造し、得られた電子銃を組み込んで用いて電子ビーム描画装置を製造することができる（Ｓ２０６）。ステップ（Ｓ２０６）の電子銃および電子ビーム描画装置の製造方法には、それぞれ公知の方法が適用できる。
【０１１０】
以上のように、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法では、熱電子放出源１を製造する場合、加熱処理の工程が設けられ、熱電子放出源１ａの電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの先端径の調整が行われて、図１に示した電子放出面６の形成が行われる。しかしながら、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法において、電子放出部構成材および被覆層の構造は、図５に示したもののみに限られるわけではない。すなわち、熱電子放出源を製造するための機械加工後の状態、すなわち、加熱処理前の状態は、図５に示したもののみに限定されるわけではない。
【０１１１】
図９は、本発明の実施形態の熱電子放出源の加熱処理前の状態の別の例を示す模式的な断面図である。
【０１１２】
図９に示すように、加熱処理前の熱電子放出源の別の例に相当する熱電子放出源１ｂは電子放出部構成材２０ａと被覆層２３ｂとを有する。電子放出部構成材２０ａは、円筒形状の本体部２１と、先端が平坦な円錐形状を有する先端部２２ａとからなる。そして、電子放出部構成材２０ａと被覆層２３ｂとにおいて、先端部２２ａの錐面と被覆層２３ｂとの間にあらかじめ均一性の高い隙間を形成しておき、その後、加熱処理を行うことによって、さらに先端部２２ａの先端径を調整し、本発明の実施形態の熱電子放出源の別の例を製造することができる。
【０１１３】
以下で、図９に示す、先端部分に隙間を有する電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ｂを形成する方法について説明する。
【０１１４】
図１０は、熱電子放出源の製造に用いる電子放出部構成材の構造を説明する模式的な断面図である。
【０１１５】
まず、電子放出部構成材２０ａを準備する。電子放出部構成材２０ａは、図１における熱電子放出源１の熱電子放出部２の本体部４となる円筒形状の本体部２１と、先端が平坦な円錐形状を有する先端部２２ａとからなる。電子放出部構成材２０ａは、上述したのと同様、例えば、図３に示した先端の尖った電子放出部構成材２０を準備し、研磨等の機械加工を施して、先端側から削ることにより得ることができる。
【０１１６】
次に、電子放出部構成材２０ａの表面に犠牲膜７１を形成する。
【０１１７】
図１１は、犠牲膜の形成された電子放出部構成材を示す模式的な断面図である。
【０１１８】
図１１に示すように、犠牲膜７１は、電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの表面に形成されることが好ましい。犠牲膜７１は電子放出部構成材２０ａに影響を与えることなく、電子放出部構成材２０ａから除去できることが好ましい。犠牲膜７１には、種々の有機膜を使用でき、例えば、アクリル樹脂やニトロセルロースなどをその構成材料として用いることができる。
【０１１９】
次に、電子放出部構成材２０ａおよび犠牲膜７１上に被覆層２３ｂを形成する。
【０１２０】
図１２は、被覆層の形成された電子放出部構成材および犠牲膜を示す模式的な断面図である。
【０１２１】
被覆層２３ｂは、蒸着等により形成することができる。このとき、被覆層２３ｂは、電子放出部構成材２０ａの本体部２１の外周面および先端部２２ａの錐面上にのみ形成するようにし、後に電子放出面を構成する先端部２２ａの先端側の面には形成しないようにする。
【０１２２】
次に、犠牲膜７１を除去して、図９に示した、先端部分に隙間を有する電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ｂを得る。このとき、電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ｂに損傷を与えないように留意される。犠牲膜７１の除去は、多様な方法が可能であるが、例えば、犠牲膜７１が有機膜である場合、加熱する方法が有効である。その場合、加熱温度は、３００℃〜６００℃とすることが好ましい。
【０１２３】
以上で説明した方法により、図９に示す、先端部分に均一性の高い隙間を有する電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ｂを形成することができ、熱電子放出源１ｂを得ることができる。
【０１２４】
その後、本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例における加熱処理（Ｓ１０６）と同様の加熱処理を行い、先端部２２ａの先端径を調整し、本発明の実施形態の別の例である熱電子放出源を得ることができる。
【０１２５】
図１３は、本発明の実施形態の熱電子放出源の別の例の模式的な断面図である。
【０１２６】
本発明の実施形態の別の例である熱電子放出源８１は、図９に示した、被覆層２３ｂの形成された電子放出部構成材２０ａと同様の形状を有するが、先端部８５の形成された熱電子放出部８２が異なる構造を有している。
【０１２７】
図１３に示すように、本発明の実施形態の熱電子放出源８１は、熱電子放出部８２が、被覆層２３ｂにより覆われて構成されている。熱電子放出源８１の熱電子放出部８２は、円筒形状の本体部２１と、先端が平坦な円錐形状を有する先端部８５とからなる。このとき、熱電子放出部８２の本体部２１は、図９や図１０等に示した電子放出部構成材２０ａの本体部２１に対応する。また、先端部８５は、図９や図１０等に示した電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａから加熱処理によって形成されたものである。
【０１２８】
そして、熱電子放出源８１の先端部分では、熱電子放出部８２の先端部８５の平坦な先端が、電子放出面８６を構成している。また、電子放出部８２の先端部８５の錐面と被覆層２３ｂとの間には、隙間が形成されている。この隙間は、幅が１μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましく、図１３の上下方向の深さは、１０μｍ〜２００μｍ程度であることが好ましい。
【０１２９】
以上のように、本発明の実施形態の別の例である熱電子放出源は、製造の段階であらかじめ熱電子放出部の先端部の錐面と被覆層との間に均一な隙間を形成しておくことができる。そして、所望とする直径の電子放出面を有するとともに、電子銃に組み込まれた際に、熱電子放出源の先端における電界分布の均一性を高めることができる。
【０１３０】
次に、図２を用いた本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の説明では、上述した熱電子放出源１の製造方法を例として説明し、さらに、熱電子放出源１を用いたカソードの製造方法等についても説明した。
【０１３１】
すなわち、熱電子放出源の先端部の先端径を上述した加熱処理によって調整し、所望とする直径の電子放出面を形成してから、その電子放出面を有する熱電子放出源を組み込んでカソードを製造する方法について説明した。このとき、本発明においては、加熱処理による熱電子放出源の先端部の先端径の調整の工程を、熱電子放出源の製造工程中にのみ設けるように限定しているわけではない。すなわち、加熱処理による熱電子放出源の先端部の先端径の調整の工程をカソードの製造工程に設けることも可能である。
【０１３２】
以下で、熱電子放出源の電子放出面の形成または調整の工程を含む、本発明の実施形態のカソードの製造方法について説明する。
【０１３３】
図１４は、本発明の実施形態のカソードの製造方法を示すフローチャートである。
【０１３４】
図１４に示す本発明の実施形態のカソードの製造方法は、図２の本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法の第１例と同様の製造工程を含んで構成されている。例えば、図１４における熱電子放出部構成材の準備（Ｓ３０１）は、図２の熱電子放出源の製造方法におけるステップ（Ｓ１０１）と同様であり、被覆層の形成（Ｓ３０２）は、図２の熱電子放出源の製造方法におけるステップ（Ｓ１０２）と同様であり、機械加工（Ｓ３０３）は、図２の熱電子放出源の製造方法におけるステップ（Ｓ１０３）と同様であり、加熱処理（Ｓ３０６）は、具体的な温度条件等が図２の熱電子放出源の製造方法におけるステップ（Ｓ１０６）と同様であり、電子ビーム描画装置への組み込み（Ｓ３０７）は、図２の熱電子放出源の製造方法におけるステップ（Ｓ１０８）と同様である。したがって、重複する説明は可能な限り省略することにする。
【０１３５】
本発明の実施形態のカソードの製造方法では、まず、熱電子放出源の製造を行い、その後、製造された熱電子放出源を用いて本発明の実施形態のカソードの製造を行う。
【０１３６】
本発明の実施形態のカソードの製造方法では、熱電子放出部構成材の準備をし（Ｓ３０１）、熱電子放出部構成材より仕事関数が大きい材料で被覆して被覆層の形成を行う（Ｓ３０２）。その結果、熱電子放出源１の機械加工を施される前の状態では、図４に示すように、熱電子放出部構成材２０の先端部２２が先端の尖った円錐形状を有し、被覆層２３は、例えば、六硼化ランタン（ＬａＢ６）からなる先端部２２の錐面および本体部２１の側面の全体を被覆している。
【０１３７】
次に、機械研削または機械研磨などの機械加工によって、被覆層２３の形成された熱電子放出部構成材２０の先端を削り、図５に示す熱電子放出源１ａを形成し、被覆層２３ａの一部から熱電子放出部構成材２０の先端部２２ａを露出させる（Ｓ３０３）。熱電子放出構成材２０等に対し研磨を行う場合、例えば、グラインダーやヤスリ等を使用することができる。
【０１３８】
その結果、機械加工が施されて形成された熱電子放出源１ａは、図５に示された、熱電子放出源１の加熱処理前の状態に対応する。
【０１３９】
図５に示すように、機械研削または機械研磨などによって、被覆層２３の形成された熱電子放出部構成材２０は、先端部分が先端側から削られる。その結果、被覆層２３が削られて被覆層２３ａとなる一方、熱電子放出部構成材２０も削られて熱電子放出部構成材２０ａとなり、被覆層２３ａの一部から熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの平坦な先端が露出する。
【０１４０】
このとき、本実施形態のカソードの製造方法では、熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの先端径の値が、仕様直径値より大きくなるように機械加工を行うことが好ましい。
【０１４１】
次に、図５に示された、熱電子放出源１の加熱処理前の状態である熱電子放出源１ａを得た後、その熱電子放出源１ａを用いて公知の方法によりカソード構造を構成する（Ｓ３０４）。
【０１４２】
図１５は、加熱処理前の状態の熱電子放出源を用いて構成されたカソード構造を説明する模式的な断面図である。
【０１４３】
尚、図１５に示したカソード構造は、加熱処理のなされていない熱電子放出源１ａを用いて構成されたものであるが、以下においては、便宜的にカソード９１ということにする。
【０１４４】
また、図１５に示された、熱電子放出源１ａを用いて構成されたカソード９１と、図６に示した本発明の実施形態のカソード４１とを比較すると、図６の熱電子放出源１が、図５の加熱処理前の状態の熱電子放出源１ａである以外は同様の構造を有する。したがって、共通する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１４５】
図１５に示すカソード９１は、熱電子放出源１の加熱処理前の状態である熱電子放出源１ａと、ウェネルト４２と、ヒータ電力入力端子４３、４４を支持するベース４５を有する。
【０１４６】
熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａは、円筒形状の本体部２１と、先端が平坦な円錐形状を有する先端部２２ａとからなる。そして、被覆層２３ａの一部から熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの平坦な先端が露出している。
【０１４７】
ウェネルト４２は、熱電子放出源１ａを囲むように配置される。そして、ウェネルト４２は、後述するように、加熱処理が行われて熱電子放出源１ａが熱電子放出源１となった後、熱電子放出源１から射出される電子ビームが通過するための開口部分を有する。そして、熱電子放出源１の加熱処理前の状態である熱電子放出源１ａは、ヒータ電力入力端子４３、４４により支持されてベース４５上で支持され、ヒータ４６、４７によって加熱可能な構成となっている。すなわち、熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａは、ヒータ４６、４７によって加熱可能な状態となっている。
【０１４８】
続いて、カソード９１に組み込まれた熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａに対し、先端部２２ａの先端径の値が、目標値となる仕様直径値より大きいか否かの確認を行う（Ｓ３０５）。
【０１４９】
確認された先端径の値が、目標値となる仕様直径値の範囲内となっている場合、カソード製造の工程は終了し、次の電子ビーム描画装置製造の工程（Ｓ３０７）に進む。
【０１５０】
一方、先端部２２ａの先端径が仕様直径値より大きい値となっていることが確認された場合、加熱処理を行う（Ｓ３０６）。
【０１５１】
この加熱処理は、熱電子放出源１の加熱処理前の状態である熱電子放出源１ａを組み込んで、カソード構造を形成した状態、すなわち、カソード９１を構成した状態で行う。上述したように、熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａは、カソード９１において、ヒータ４６、４７によって加熱可能となっている。したがって、ヒータ４６、４７を用いて、熱電子放出源１の加熱処理前の状態である熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ａに対し、加熱処理を行うことができる。
【０１５２】
尚、上述の加熱処理においては、ヒータ４６、４７とは別のヒータを準備し、カソード９１に組み込まれた熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａに対し、加熱処理を行うことも可能である。
【０１５３】
以上の加熱処理では、熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａが消耗され、先端部２２ａの露出した平坦な先端のサイズの調整がなされる。すなわち、先端部２２ａは、加熱処理により消耗されて、先端径が小さくなるようにサイズの調整がなされ、目標値となる仕様直径値を有するように加工される。そして、カソード９１の熱電子放出部構成材２０ａおよび被覆層２３ａは、加熱処理により、図１に示した熱電子放出源１となる。その結果、カソード９１は、加熱処理によって、図６に示したカソード４１となり、カソード４１が製造される。
【０１５４】
さらに、製造されたカソード４１を用いて電子銃を製造し、得られた電子銃を組み込んで用いて電子ビーム描画装置を製造することができる（Ｓ３０７）。ステップ（Ｓ３０７）の電子銃および電子ビーム描画装置の製造方法には、それぞれ公知の方法が適用できる。
【０１５５】
尚、上述した本発明の実施形態のカソードの製造方法では、加熱処理（Ｓ３０６）によって、熱電子放出源１ａの熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの先端径が小さくなるようにサイズの調整を行っている。その場合、先端部２２ａの平坦な先端が、熱電子放出源１の取り付け側に後退することがある。すなわち、図１５に示した熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの先端面が、ベース４５側に後退して電子放出面を形成することがある。
【０１５６】
図１６は、本発明の実施形態のカソードの熱電子放出源の電子放出面が後退した状態を説明する模式的な断面図である。
【０１５７】
図１６に示されたカソード４１ａの熱電子放出源１ｂは、加熱処理によって電子放出面が後退した状態となっている。そして、図１６に示されたカソード４１ａと、図６に示したカソード４１とを比較すると、図１６の熱電子放出源１ｂが、図６の熱電子放出源１と異なる以外は同様の構造を有する。したがって、共通する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１５８】
一般に、電子銃のカソードでは、ウェネルトと熱電放出源の電子放出面間の距離には、基準となる規定値が設けられるのが通常である。ウェネルトと電子放出面との間の距離が規定値より大きくなるなどして規定値から外れてしまうと、電子銃の性能や、その電子銃を用いた電子ビーム描画装置の電子ビーム制御系を劣化させる懸念がある。
【０１５９】
したがって、図１５に示すように、ウェネルト４２と熱電子放出部構成材２０ａの先端部２２ａの平坦な先端との間の距離を上述の規定値となるように設定し、その後の加熱処理によって、図１６に示す熱電子放出源１ａにおける電子放出面６ａの後退が生じた場合、熱電子放出源１ｂの高さ調節を行うことが好ましい。
【０１６０】
以下で、熱電子放出源の高さ調節の工程を含む、本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例について説明する。
【０１６１】
図１７は、本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例を示すフローチャートである。
【０１６２】
図１７に示す本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例は、図１４の本発明の実施形態のカソードの製造方法と同様の製造工程を含んで構成されている。例えば、図１７における熱電子放出部構成材の準備（Ｓ４０１）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０１）と同様であり、被覆層の形成（Ｓ４０２）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０２）と同様であり、機械加工（Ｓ４０３）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０３）と同様であり、カソード製造（Ｓ４０４）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０４）と同様であり、先端径が仕様直径値より大きいか否かの判断工程（Ｓ４０５）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０５）と同様であり、加熱処理（Ｓ４０６）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０６）と同様であり、電子ビーム描画装置への組み込み（Ｓ４０８）は、図１４の例におけるステップ（Ｓ３０７）と同様である。
【０１６３】
すなわち、図１７に示す本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例は、加熱処理工程（Ｓ４０６）の後に、熱電子放出源１ｂの高さを調節するための高さ調節工程（Ｓ４０７）を設けた以外は、図１４に示す本発明の実施形態のカソードの製造方法と同様となる。したがって、重複する説明は可能な限り省略することにする。
【０１６４】
本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例では、ステップ（Ｓ４０６）の加熱処理工程の後に、図１６の熱電子放出源１ｂの高さを調節する工程（Ｓ４０７）を設けて、カソード４１ａにおいて電子放出面６ａの高さ調整を行う。
【０１６５】
その結果、カソード４１ａにおいて、ウェネルト４２と熱電放出源１ｂの電子放出面６ａとの間の距離を、基準となる規定値の範囲内の値とすることができる。そして、カソード４１ａを用いた電子銃の性能劣化を抑え、また、その電子銃を用いた電子ビーム描画装置の電子ビーム制御系の劣化を抑えることができる。
【０１６６】
本発明の実施形態のカソードの製造方法の別の例において、熱電子放出源１ｂの高さを調節する方法は、次の２つの方法等が可能である。
【０１６７】
１つの方法は、熱電子放出源１ｂが取り付けられてそれを支持するベース４５を移動させる方法である。すなわち、ベース４５を移動させ、ウェネルト４２と熱電放出源１ｂの電子放出面６ａとの間の距離が規定値内の値となってから、ウェネルト４２を側面からねじ止め（図示されない）によって、ベース４５に固定する。この方法により、カソード４１ａにおいて、ウェネルト４２と熱電放出源１ｂの電子放出面６ａとの間の距離を、基準となる規定値の範囲内とすることができる。
【０１６８】
もう１つの方法は、ギャップ調整用のシムを用いる方法である。
通常のカソードにおいては、ウェネルトとベースとの間は、ねじ止め等によって固定され、ウェネルトと熱電放出源の電子放出面との間の距離が決められている。したがって、もう１つの熱電子放出源１ｂの高さを調節する方法では、ギャップ調整用のシムを間に介して、ウェネルト４２とベース４５との間をねじ止めによって固定し、シムの作用によって、ベース４５に支持された熱電放出源１ｂの電子放出面６ａとウェネルト４２との間の距離を調節する。その結果、カソード４１ａにおいて、ウェネルト４２と熱電放出源１ｂの電子放出面６ａとの間の距離を、基準となる規定値の範囲内とすることができる。
【０１６９】
以上で例示した２つの方法により、ステップ（Ｓ４０６）の加熱処理工程の後のステップ（Ｓ４０７）において、図１６の熱電子放出源１ｂの高さを調節することが可能となり、カソード４１ａにおいて、ウェネルト４２と熱電放出源１ｂの電子放出面６ａとの間の距離を、基準となる規定値の範囲内とすることができる。
【０１７０】
本発明の実施形態の熱電子放出源の製造方法によれば、機械加工の工程において、熱電子放出源の電子放出面の直径が設計上の仕様値より大きくなったとしても、廃棄することなく、容易に調整することができる。これにより、熱電子放出源の製造歩留まりを向上することが可能となる。その結果、高い生産効率で、電子銃を製造することができる。
【０１７１】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１、１ａ、１ｂ、８１、１００    熱電子放出源
２、８２    熱電子放出部
３、２３、２３ａ、２３ｂ    被覆層
４、２１、１０１、２０１    本体部
５、２２、２２ａ、８５、１０２、２０２    先端部
６、６ａ、８６    電子放出面
２０、２０ａ、２００    熱電子放出部構成材
４１、４１ａ、９１    カソード
４２    ウェネルト
４３、４４    ヒータ電力入力端子
４５    ベース
４６、４７    ヒータ
５０    電子銃
５１    電子ビーム描画装置
５３    ヒータ電源
５５    バイアス電源
５６    アノード
５７    加速電源
６０    電子ビーム
６１    電子ビーム制御系
７１    犠牲膜
１０３、２０３    カーボン（Ｃ）層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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