(57)【要約】      （修正有）【課題】電子放出面の周辺部の異常が生じないカソードを選別する手法を提供する。【解決手段】カバー部材によって電子放出面が平面に限定された測定対象カソードを用いて測定対象カソードの温度を予め設定された温度に維持し測定対象カソードとアノード電極と間に加速電圧を印加した状態でウェネルト電極に印加するバイアス電圧を調整し、温度制限領域で前記測定対象カソードの動作を開始させる工程Ｓ１１０と、所定の期間、測定対象カソードの動作を開始させた際におけるエミッション電流の値を維持するようにバイアス電圧を制御する工程Ｓ１１２と、所定の期間中のバイアス電圧の変動量が予め設定された閾値よりも小さいかどうかを判定する工程Ｓ１１４と、判定の結果、測定対象カソードを用いた場合のバイアス電圧の変動量が閾値よりも小さい場合に測定対象カソードを使用可能なカソードとして選別する工程Ｓ１１６と、を備える。【選択図】図７
2016225358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバー部材が装着され、前記カバー部材によって電子放出面が平面に限定された測定対象カソードを用いて、前記測定対象カソードの温度を予め設定された温度に維持し、前記測定対象カソードと前記測定対象カソードに対向するアノード電極と間に加速電圧を印加した状態で、前記測定対象カソードと前記アノード電極との間に配置されたウェネルト電極に印加するバイアス電圧を調整することによって、温度制限領域で前記測定対象カソードの動作を開始させる工程と、
所定の期間、前記測定対象カソードの動作を開始させた際における前記測定対象カソードと前記アノード電極との間に流れるエミッション電流の値を維持するように、前記バイアス電圧を制御する工程と、
前記所定の期間中の前記バイアス電圧の変動量が予め設定された閾値よりも小さいかどうかを判定する工程と、
判定の結果、前記測定対象カソードを用いた場合の前記バイアス電圧の変動量が前記閾値よりも小さい場合に前記測定対象カソードを使用可能なカソードとして選別する工程と、
を備えたことを特徴とするカソード選別方法。
【請求項２】
前記測定対象カソードの温度を予め設定された前記温度に維持した状態で、空間電荷制限領域と温度制限領域とにおける前記エミッション電流と前記バイアス電圧との関係を取得する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のカソード選別方法。
【請求項３】
前記所定の期間中の前記測定対象カソードの温度は、選別後に使用される電子ビーム装置で電子放出に用いられる温度に設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のカソード選別方法。
【請求項４】
前記カバー部材の材料として、カーボンが用いら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選別方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載のカソード選別方法によって使用可能なカソードとして選別された前記測定対象カソードを装着した電子銃と、
前記電子銃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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード選別方法及び電子ビーム描画装置に係り、例えば、電子ビーム装置で用いるビーム源のカソードの選別手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム装置では、ビーム源となる電子銃が用いられる。電子ビーム装置には、例えば、電子ビーム描画装置、電子顕微鏡といった種々も装置が存在する。例えば、電子ビーム描画について言えば、本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【０００３】
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。
【０００４】
図１５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。
【０００５】
電子ビーム描画では、集積回路の微細化に伴い、ショットサイズが小さくなると共にショット数が増大している。その結果、描画時間も長くなってしまう。そのため、描画時間の短縮、言い換えれば描画装置のスループットの向上が望まれている。描画装置のスループットを向上させるためには電子ビームの電流密度を増大させる必要がある。電流密度を増大させるためには、ビーム源となる電子銃のカソードの高輝度化が必要となる。カソードの高輝度化に対応すべく、円錐台の斜面等がカバー材で覆われて電子放出面が平面に限定されたカソードが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような放出面限定型カソードを製造する際、製造された複数のカソードのうち、描画装置で使用している最中に成形ビームの電流密度が大きく変動してしまう現象が発生するカソードが混在してしまうといった問題があった。かかるカソードをそのまま使用を続けると、電子放出面の周辺部が化学反応により腐食してえぐれてしまうことから、電子放出面の周辺部に生じている何らかの異常が成形ビームの電流密度の変動を引き起こす原因になっていると考えられる。このような異常が生じているカソードを描画装置に搭載すると、使用している最中に成形ビームの電流密度が変動してしまい、描画されるパターンの寸法が劣化してしまう。よって、かかる問題が発生するカソードを予め排除することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２８７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、電子放出面の周辺部の異常が生じないカソードを選別する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様のカソード選別方法は、
カバー部材が装着され、カバー部材によって電子放出面が平面に限定された測定対象カソードを用いて、測定対象カソードの温度を予め設定された温度に維持し、測定対象カソードと測定対象カソードに対向するアノード電極と間に加速電圧を印加した状態で、測定対象カソードとアノード電極との間に配置されたウェネルト電極に印加するバイアス電圧を調整することによって、温度制限領域で前記測定対象カソードの動作を開始させる工程と、
所定の期間、測定対象カソードの動作を開始させた際における測定対象カソードとアノード電極との間に流れるエミッション電流の値を維持するように、バイアス電圧を制御する工程と、
所定の期間中のバイアス電圧の変動量が予め設定された閾値よりも小さいかどうかを判定する工程と、
判定の結果、測定対象カソードを用いた場合のバイアス電圧の変動量が閾値よりも小さい場合に測定対象カソードを使用可能なカソードとして選別する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、測定対象カソードの温度を予め設定された上述した温度に維持した状態で、空間電荷制限領域と温度制限領域とにおけるエミッション電流とバイアス電圧との関係を取得する工程をさらに備えると好適である。
【００１０】
また、所定の期間中の測定対象カソードの温度は、選別後に使用される電子ビーム装置で電子放出に用いられる温度に設定されると好適である。
【００１１】
また、カバー部材の材料として、カーボンが用いられると好適である。
【００１２】
本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
上述したカソード選別方法によって使用可能なカソードとして選別された測定対象カソードを装着した電子銃と、
電子銃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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、電子放出面の周辺部の異常が生じないカソードを選別できる。よって、使用する装置に搭載する前に予め電子放出面の周辺部の異常が生じるカソードを排除できる。その結果、電子放出面の周辺部の異常に起因した電流密度の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１におけるカソードの一例を示す断面図である。
【図２】実施の形態１におけるカソード選別用測定装置の一例の装置構成を示す概念図である。
【図３】実施の形態１における成形ビームの電流密度変化のタイムチャートの一例を示す図である。
【図４】実施の形態１における温度制限領域と空間電荷制限領域とを説明するための概念図である。
【図５】実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係における測定点の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１におけるカソード選別方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図８】実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係を取得する手法を説明するための図である。
【図９】実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係の他の例を取得する手法を説明するための図である。
【図１０】実施の形態１におけるカソードの異常個所を示す断面図である。
【図１１】実施の形態１におけるカソードの異常個所を示す電子顕微鏡写真である。
【図１２】実施の形態１におけるカソードの他の一例を示す図である。
【図１３】実施の形態１における選別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１４】実施の形態２における測定装置の装置構成を示す概念図である。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるカソードの一例を示す断面図である。図１において、カソード１０（測定対象カソード）は、例えば円柱状のＬａＢ６結晶２０の下部をテーパ状に先細りさせ、また、下面１１を平面に加工した円錐台に形状に加工される。そして、テーパ状の下部を少なくとも含む側面全周には例えば炭素（カーボン）膜３０（カバー部材）を配置する（装着される）。後述するように、ＬａＢ６結晶２０の上部はヒータ等で覆われてしまうので、加熱した際に露出するのは、平面に形成された下面１１のみとなり、炭素（カーボン）膜３０によって、かかる露出した下面１１を電子の放出面に限定できる。
【００１６】
なお、カソード１０の結晶材料は、一般に単結晶であり、焼結されてもよい、或いは焼結されなくてもよい幾つかの適した種類の結晶材料のうちのいずれかから形成されてもよく、またはそのような材料を含んでもよい。使用されてもよい典型的な材料としては、単結晶六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）の他、単結晶六ホウ化セリウム（ＣｅＢ６）、単結晶炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、焼結ＬａＢ６、焼結ＣｅＢ６、焼結ＨｆＣ、焼結タングステン−バリウム−酸素−Ａｌ（Ｗ−Ｂａ−Ａｌ−Ｏ）、焼結スカンデート（Ｂａ−Ｓｃ−Ｗ−Ｏ）などが挙げられるが、これらに限定されない。なお、「焼結」材料は、熱および／または圧力に晒されることにより結合される粒子から形成される材料である。そして、カソードカバーの材料には、導体であって、カソード１０の結晶材料よりも仕事関数の大きい材料として、例えば、カーボン材を用いると好適である。よって、実施の形態１のカソード１０では、電子放出面が光軸方向に直交する平面（下面）に限定されることになる。よって、電子の放出段階において電流密度の一様性を保つことができる。
【００１７】
かかるカソード１０を複数個製造すると、少なくない数の不良カソードが混在する。不良カソードでは、成形ビームの電流密度が大きく変動してしまう異常が生じる。
【００１８】
製造された複数のカソード１０のうち、異常が生じてしまう不良カソードを排除できれば、描画装置で使用している最中に成形ビームの電流密度が大きく変動してしまう現象を回避できる。そこで、実施の形態１では、製造された複数のカソード１０の中から、かかる異常が生じていないカソードを選別する。言い換えれば、異常が生じてしまう不良カソードを排除する。
【００１９】
図２は、実施の形態１におけるカソード選別用測定装置の一例の装置構成を示す概念図である。図２において、測定装置３００は、真空容器５０と電子銃電源６０とを備えている。電子銃電源６０内では、加速電圧電源６２とウェネルト用電源６４とヒータ用電源６６と制御回路６５とが配置される。加速電圧電源６２の陰極（−）側が真空容器５０内のカソード１０に接続される。加速電圧電源６２の陽極（＋）側は、真空容器５０内のアノード電極５４に接続されると共に接地されている。また、加速電圧電源６２の陽極（＋）とアノード電極５４との間に電流計７０が直列に接続されている。また、加速電圧電源６２の陰極（−）は、ウェネルト用電源６４（バイアス電圧電源）の陽極（＋）にも分岐して接続され、ウェネルト用電源６４の陰極（−）は、カソード１０とアノード電極５４との間に配置されたウェネルト電極５６に接続される。また、真空容器５０内では、カソード１０の電子放出面とは異なる炭素カバーで覆われた側面がヒータ５９に覆われている。そして、ヒータ用電源６６は、ヒータ５９に接続される。ウェネルト電極５６には、カソード１０の電子放出面から放出された電子がアノード電極５４側へと通過するための開口部が形成されている。ウェネルト電極５６にウェネルト用電源６４から負のウェネルト電圧（バイアス電圧）が印加された状態で、カソード１０に加速電圧電源６２から一定の負の加速電圧が印加され、ヒータ５９によりカソード１０が一定の温度になるように加熱されると、カソード１０から電子（電子群）が放出され、放出電子（電子群）は加速電圧によって加速されて電子ビーム４０となってアノード電極５４に向かって進む。ここでは、加速電圧と温度とをそれぞれ一定値に設定された状態で、所定の期間、電流計７０で測定される全放出電流Ｉ（エミッション電流）が一定値を維持するようにウェネルト用電源６４によって可変に制御されるバイアス電圧を制御回路６５によって測定する。
【００２０】
カソード１０を描画装置で使用している最中に成形ビームの電流密度が大きく変動してしまう現象の原因として、電子放出面の周辺部の仕事関数が中央部に比べて増加することが挙げられる。仕事関数の増加は、電子放出面の周辺部に生じる化学反応が影響しているものと推定される。例えば、カソード１０の結晶２０とカーボン膜３０との化学反応、若しくは、カーボン膜３０を加工する際に使用したレジスト等の高分子材料の残りと結晶２０との化学反応等が想定される。描画装置では、温度一定の条件下でエミッション電流を一定に維持すべくバイアス電圧を制御する。しかし、かかる仕事関数が増加するとエミッション電流が変動する。よって、温度一定の条件下でかかるエミッション電流を一定に維持するためにエミッション電流の変動に応じてバイアス電圧が変動することになる。
【００２１】
図３は、実施の形態１における成形ビームの電流密度変化のタイムチャートの一例を示す図である。カソード１０を描画装置の電子銃に装着して、電子ビームを放出させると、カソード１０の加熱当初は、図３に示すように成形ビームの電流密度が一様を保っている。しかし、時間が経過し、例えば数１０分（例えば３０分）程度経過し、時刻ｔ１になると、成形ビームの電流密度が大きく変化する。そして、時刻ｔ２で最大になった後、徐々に小さくなり、時刻ｔ３で元の状態に戻る。成形ビームの電流密度が大きく変化し、最大になった後、例えば、１時間程度で元の一様の電流密度に戻る。一方、バイアス電圧は、図３に示すように、時刻ｔ１になると、大きく低下し、時刻ｔ２で最小になった後、徐々に大きくなり、時刻ｔ３で元の状態に戻る。また、エミッション電流は一定に保たれる。かかる現象は、成形ビームの電流密度が大きく変化する時刻ｔ１からｔ２にかけてカソード１０の仕事関数が増加したため、エミッション電流がその分低下するはずであるが、バイアス電圧がエミッション電流を一定に保持しようと制御される結果、図３に示すようにエミッション電流は一定に保たれる。
【００２２】
そこで、かかるバイアス電圧が変動する不良カソードを排除できれば、成形ビームの電流密度が大きく変動してしまう現象を回避できる。しかしながら、描画装置では、実際に試料にパターンを描画する場合に、カソード１０の動作点（使用動作設定）を空間電荷制限領域内に位置するように制御した状態でカソード１０を動作させる。
【００２３】
図４は、実施の形態１における温度制限領域と空間電荷制限領域とを説明するための概念図である。温度制限領域では、図４（ａ）に示すように、カソード５２から放出された電子はすべてアノード電極５４方向に進む。かかる状態では、放出される電子数（エミッション電流に対応）はカソードの仕事関数や温度の変化によって大きく変化する。言い換えれば、リチャードソン・ダッシマンの式が成り立つ。リチャードソン・ダッシマンの式では、放出される電子数（エミッション電流に対応）は温度が高くなると大きくなり、仕事関数が大きくなると逆に小さくなる。一方、空間電荷制限領域では、図４（ｂ）に示すように、カソード５２の前面に空間電荷８２と呼ばれる電子雲が形成される。空間電荷８２はカソード５２からの電子放出現象に負のフィードバック効果をもたらす。かかる状態では、放出される電子数（エミッション電流に対応）はカソードの仕事関数や温度にほとんど依存しなくなる。状態が温度制限領域になるか空間電荷制限領域になるかは、カソード温度とバイアス電圧とエミッション電流との関係（組み合わせ）によって定まる。例えば、温度制限領域では、エミッション電流を所定の値に維持するためには、カソード温度を上昇させるとそれに応じてバイアス電圧も大きく（負の方向に）する必要がある。しかし、カソード温度が高くなり、制限値を超えると、それ以降はバイアス電圧がほぼ一定になる。言い換えれば、エミッション電流は温度に依存しなくなる。かかる状態が空間電荷制限領域である。
【００２４】
図５は、実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。図５では、縦軸にエミッション電流を示し、横軸にバイアス電圧を示している。カソード温度を一定に保った状態では、図５のグラフ５０１に示すように、温度制限領域では、バイアス電圧が大きく（負の方向に）なるとエミッション電流が徐々に小さくなる。そして、バイアス電圧が（負の方向に）大きくなり、制限値を超えると、それ以降はバイアス電圧の（負の方向への）増加に伴い、エミッション電流が大きく低下していく。かかる状態が空間電荷制限領域である。そして、空間電荷制限領域において、さらにバイアス電圧がさらに大きくなるとエミッション電流が流れなくなる。ここで、カソード１０の仕事関数が増加するとエミッション電流が低下するため、グラフ５０１はグラフ５０３のように変化する。上述したように、描画装置では、実際に試料にパターンを描画する場合に、カソードの動作点を空間電荷制限領域内に位置するように制御した状態でカソードを動作させる。図４の例では、空間電荷制限領域内の、例えば、動作点５０２に設定する。かかる状態でカソード１０の仕事関数が増加すると、動作点５０２でのエミッション電流の値を維持すべく、バイアス電圧を変化させる。これにより、動作点５０２から動作点５０４へと移行することになる。図５に示すように、空間電荷制限領域では、カソード１０の仕事関数の増加に対して、バイアス電圧の変動が非常に小さい。具体的には、例えば、バイアス電圧に対するバイアス電圧変化量が、１×１０−５程度となっている。そのため、仕事関数の増加に対するバイアス電圧の変動を検出するためには、ウェネルト用電源６４の制御分解能を小さくすることが必要となってしまう。これでは回路が高価なものになってしまい現実的ではない。
【００２５】
図６は、実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係における測定点の一例を示す図である。上述したように、カソード１０の仕事関数が増加するとエミッション電流が低下するため、グラフ５０１はグラフ５０３のように変化する。しかし、空間電荷制限領域内で動作点５０２から動作点５０４へと移行してもバイアス電圧の変動を検出することは困難である。そこで、実施の形態１では、空間電荷制限領域ではなく、あえて温度制限領域でのバイアス電圧の変動を検出する。図６の例では、温度制限領域内の、例えば、動作点７０１に設定する。かかる状態でカソード１０の仕事関数が増加すると、動作点７０１でのエミッション電流の値を維持すべく、バイアス電圧を変化させる。これにより、動作点７０１から動作点７０２へと移行することになる。図６に示すように、温度制限領域では、カソード１０の仕事関数の増加に対して、バイアス電圧の変動が非常に大きい。これは、エミッション電流とバイアス電圧との相関関係が温度制限領域と空間電荷制限領域とでは異なることに基づいている。空間電荷制限領域では、バイアス電圧の変化に対してエミッション電流の変化も大きい。言い換えれば、グラフ５０１の傾きが急峻である。これに対して、温度制限領域では、バイアス電圧の変化に対してエミッション電流の変化が小さい。言い換えれば、グラフ５０１の傾きが小さい。そこで、実施の形態１では、あえて温度制限領域でカソード１０を動作させることで、不良カソードを検出する。
【００２６】
図７は、実施の形態１におけるカソード選別方法の要部工程を示すフローチャート図である。図７において、実施の形態１におけるカソード選別方法は、カソード配置工程（Ｓ１０４）と、カソード加熱工程（Ｓ１０６）と、相関関係取得工程（Ｓ１０８）と、カソード動作点設定工程（Ｓ１１０）と、バイアス電圧測定工程（Ｓ１１２）と、判定工程（Ｓ１１４）と、選別工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１１８）と、いう一連の工程を実施する。
【００２７】
まず、選別対象となるカソードを製作する。製作されるカソード１０は、図１に示したように、カーボン膜３０によって電子放出面（下面１１）が平面であって放出面積が限定された形状に形成する。言い換えれば、電子放出面（下面１１）が平面の放出面積限定型カソードを製作する。カソード製作は、ゾーンメルティング法等で例えばＬａＢ６結晶の塊を製作する。そして、かかる塊を加工して、複数のカソード１０を製作する。ここで、製作されるカソード１０は、同じ結晶から形成されてもよいし、異なる結晶から形成されてもよい。
【００２８】
カソード配置工程（Ｓ１０４）として、複数のカソード１０のうちの１つを図２に示した測定装置３００の真空容器５０内に配置する。真空容器５０内では、カソード１０の電子放出面とは異なるカーボン膜３０（炭素カバー）で覆われた上部側面がヒータ５９によって覆われるように保持される。
【００２９】
カソード加熱工程（Ｓ１０６）として、ヒータ用電源６６によってヒータ５９に電流を流し、ヒータ５９によりカソード１０を加熱する。その際、測定対象カソード１０の温度は、選別後に使用される描画装置（電子ビーム装置の一例）で電子放出に用いられる温度に設定される。例えば、１７００〜１９００Ｋに設定されると好適である。
【００３０】
相関関係取得工程（Ｓ１０８）として、測定対象カソード１０の温度を予め設定されたかかる温度に維持した状態で、空間電荷制限領域と温度制限領域とにおけるエミッション電流とバイアス電圧との関係を取得する。具体的には、測定対象カソード１０の温度を予め設定された温度に維持し、測定対象カソード１０と測定対象カソード１０に対向するアノード電極５４と間に加速電圧を印加する。そして、カソード１０電位に対して負側に十分大きなバイアス電圧をウェネルト電極５６に印加する。バイアス電圧がカソード１０電位に対して負側に十分に大きい場合にはエミッション電流が流れない。そして、徐々にバイアス電圧を正側に下げていくとエミッション電流が流れ出す。
【００３１】
図８は、実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係を取得する手法を説明するための図である。図８では、縦軸にエミッション電流を示し、横軸にバイアス電圧を示している。図８に示すように、バイアス電圧がカソード１０電位に対して負側に十分に大きい場合から徐々にバイアス電圧を正側に下げていくとエミッション電流が流れ出す。そして、バイアス電圧を正側に下げていくに従い、エミッション電流が大きく増加する。そして、ある制限値までバイアス電圧を正側に下げていくとエミッション電流の増加の割合が小さくなる。そして、さらにバイアス電圧を正側に下げていくとエミッション電流が徐々に増加する。エミッション電流は電流計７０で測定すればよく、バイアス電圧は、制御回路６５によって制御されたウェネルト用電源６４によって所望の電圧が印加されればよい。そして、測定結果は制御回路６５内の図示しない記憶装置にバイアス電圧に対応付けされたデータとして記憶される。また、制御回路６５は、図示しないプロット回路により、測定データをプロットし、外部に出力すればよい。これにより、エミッション電流とバイアス電圧との関係を示すグラフ８０１を取得することができる。エミッション電流が流れ出し、エミッション電流が大きく増加する領域の測定点を近似した直線８０３と、エミッション電流の増加の割合が小さくなった領域の測定点を近似した直線８０２と、の交点８０４が、空間電荷制限領域と温度制限領域との分岐点になると見做すことができる。エミッション電流が大きく増加する領域が空間電荷制限領域であり、エミッション電流の増加の割合が小さくなった領域が温度制限領域である。
【００３２】
カソード動作点設定工程（Ｓ１１０）として、測定対象カソード１０の温度を予め設定された温度に維持し、測定対象カソード１０とアノード電極５４と間に加速電圧を印加した状態で、ウェネルト電極５６に印加するバイアス電圧を調整することによって、温度制限領域で測定対象カソード１０の動作を開始させる。例えば、温度制限領域内の動作点におけるバイアス電圧Ｖ２は、上述した分岐点（エミッション電流Ｉ１）でのバイアス電圧Ｖ１のｎ倍であるｎＶ１に設定すると好適である。係数ｎは０．５＜ｎ＜０．９程度が好適である。図８の交点８０４付近では、空間電荷制限領域と温度制限領域との両方の影響を受けてしまう可能性がある。ｎ＜０．９とすることにより確実に温度制限領域内でカソード１０を動作させることができる。また、０．５＜ｎとすることによりバイアス電圧変動が生じた際のバイアス電圧の最小値を確実に測定できる。
【００３３】
バイアス電圧測定工程（Ｓ１１２）として、所定の期間、測定対象カソード１０の動作を開始させた際における測定対象カソード１０とアノード電極５４との間に流れるエミッション電流Ｉｅの値を維持するように、ウェネルト用電源６４は、バイアス電圧を制御する。かかる期間中、ウェネルト用電源６４には、電流計７０で測定されたエミッション電流Ｉｅの値がフィードバックされ、ウェネルト用電源６４は、エミッション電流の値を維持するようにバイアス電圧を制御する。印加するバイアス電圧値の情報を制御回路６５に出力する。制御回路６５では、かかる期間中のバイアス電圧値を記憶装置に保存する。言い換えれば、かかる期間中のバイアス電圧の変動が記憶される。所定の期間として、例えば、１〜２時間程度が好適である。但し、これに限られるものではなくさらに長くてもよい。
【００３４】
判定工程（Ｓ１１４）として、制御回路６５内の図示しない判定部は、所定の期間中の前記バイアス電圧の変動量ΔＶｂが予め設定された閾値Ｖｔｈよりも小さいかどうかを判定する。判定結果は、外部に出力される。
【００３５】
選別工程（Ｓ１１６）として、制御回路６５内の図示しない選別部は、判定の結果、測定対象カソード１０を用いた場合のバイアス電圧の変動量ΔＶｂが閾値Ｖｔｈよりも小さい場合に測定対象カソード１０を描画装置で使用可能（ＯＫ）なカソードとして選別する。逆に、バイアス電圧の変動量ΔＶｂが閾値Ｖｔｈよりも小さくない場合に測定対象カソード１０を描画装置で使用不可（ＮＧ）なカソードとして選別する。
【００３６】
判定工程（Ｓ１１８）として、制御回路６５内の図示しない判定部は、作製された複数のカソードすべてについて選別されたかどうかを判定する。まだ、選別されていないカソードが存在する場合には、カソード配置工程（Ｓ１０４）に戻り、作成された複数のカソードすべてについてそれぞれ選別されるまで、カソード配置工程（Ｓ１０４）から判定工程（Ｓ１１８）までの各工程を繰り返す。
【００３７】
図９は、実施の形態１におけるエミッション電流とバイアス電圧との関係の他の例を取得する手法を説明するための図である。相関関係取得工程（Ｓ１０８）については、作製された複数のカソードについて固体差が生じるので、分岐点でのバイアス電圧Ｖ１とエミッション電流Ｉ１が変動する。そこで、図９に示すように、縦軸のエミッション電流を相対値であるエミッション電流比Ｉｅ／Ｉ１で定義する。同様に、横軸のバイアス電圧を相対値であるバイアス電圧比Ｖｂ／Ｖ１で定義する。これにより、分岐点から一定の距離に、カソード動作点設定工程（Ｓ１１０）における温度制限領域内の動作点にするバイアス電圧Ｖ２を設定できる。
【００３８】
或いは、同じ材料のロッドから作製された複数のカソードについては概ね近い特性を有する場合が多い。そのため、１つのカソードについて相関関係を取得し、残りは近似するものでとして、残りのカソードにおける相関関係取得工程（Ｓ１０８）を省略しても構わない。
【００３９】
図１０は、実施の形態１におけるカソードの異常個所を示す断面図である。不良カソードを描画装置で使用し続けると、図１０に示すように、カソードの電子放出面の周辺部に溝が形成されてしまう。
【００４０】
図１１は、実施の形態１におけるカソードの異常個所を示す電子顕微鏡写真である。図１１では、ＬａＢ６で示すＬａＢ６結晶２０の電子放出面を示している。図１１に示すように、カーボン膜３０に覆われた電子放出面の外周部が腐食されてえぐれているのがわかる。
【００４１】
図１０及び図１１に示すカソード１０になる前に、実施の形態１では、図１０及び図１１に示す異常を発生し得るカソードを予め排除できる。
【００４２】
図１２は、実施の形態１におけるカソードの他の一例を示す図である。図１では、円筒形の上部と円錐形の頂部を水平に切り取って下面を平面とした円錐台形状の下部とを組み合わせたカソード１０と円錐側面となる斜面と円筒側面とを覆った外周部が円筒状のカソードカバー（カーボン膜３０）を示したが、これに限るものではない。図１２（ａ）では、円筒状のカソード結晶２０ａと円筒の側面側の曲面をカソードカバー（カーボン膜３０ａ）で覆った場合を示している。また、円筒状の結晶２０ａの下面（平面）が電子放出面Ｓとなる。図１２（ｂ）では、結晶２０ｂの形状は図１と同様であるが、（カーボン膜３０ｂ）では、図１に示したカーボン膜３０のうち、円錐面となる斜面部分の外周部が内周側と同様に円錐形になった形状を示している。図１２（ｃ）では、直径が大きい円筒状の上部部材の下に直径が小さい円筒状の下部部材を繋げた直径の異なる２段の円筒状の結晶２０ｂを２段の各円筒の側面側の曲面をカーボン膜３０ｂで覆った場合を示している。また、結晶２０ｂの直径が小さい円筒の下面（平面）が電子放出面Ｓとなる。図１２（ｄ）では、結晶２０ｄの形状は図１と同様であるが、カーボン膜３０ｄでは、図１に示したカーボン膜３０のうち、円錐側面となる斜面部分に結晶２０ｄとカーボン膜３０ｄとの間に隙間Ｇを形成した形状を示している。かかる構成では、結晶２０ｄの円錐側面からも電子が放出されることになるが、下面（平面）の電子放出面Ｓの面積の割合がかかる下面（平面）上での隙間Ｇの面積に比べて十分大きければ電流密度分布への影響を無視できる。かかる割合については、適宜調整すればよい。
【００４３】
図１３は、実施の形態１における選別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。ここでは、選別されたカソードを搭載する電子ビーム装置の一例として、電子ビーム描画装置を示している。図１３において、描画装置１００は、描画部１５０と制御回路１６０を備えている。描画装置１００は、電子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型の描画装置の一例である。描画部１５０は、電子鏡筒１０２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、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。電子銃２０１に、実施の形態１における使用可能なカソードとして選別されたカソード１０が搭載（装着）される。そして、描画部１５０は、電子銃２０１から放出された電子ビーム２００を用いて試料１０１にパターンを描画する。具体的には以下のように動作する。
【００４４】
電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム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（可変成形させる）ことができる。そして、第２のアパーチャ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。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でストライプ領域をさらに仮想分割したサブフィールド（ＳＦ）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。
【００４５】
選別された異常が生じないカソード１０を搭載しているので、所望の電流密度で描画処理を行うことができる。
【００４６】
以上のように、実施の形態１によれば、電子放出面の周辺部の異常が生じないカソードを選別できる。よって、使用する装置に搭載する前に予め電子放出面の周辺部の異常が生じるカソードを排除できる。その結果、電子放出面の周辺部の異常に起因した電流密度の変動を抑制できる。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態１では、測定装置３００に１つのカソード１０しか配置できない構成であったが、これに限るものではない。実施の形態２では、複数のカソードを同時に配置する例について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態１と同様である。
【００４８】
図１４は、実施の形態２における測定装置の装置構成を示す概念図である。図１４において、実施の形態２における測定装置３００は、真空容器５０内に、複数のカソード１０を同時に配置する。ウェネルト電極５６（５６ａ〜５６ｃ）は、カソード１０（１０ａ〜１０ｃ）毎にそれぞれ配置する。また、アノード電極５４は、共通でよい。電子銃電源６０（６０ａ〜６０ｃ）は、カソード１０（１０ａ〜１０ｃ）毎にそれぞれ配置するとよい。電子銃電源６０（６０ａ〜６０ｃ）内の図示しない加速電圧電源とカソード１０とを、共通のアノード電極５４に対して、並列に接続する。電子銃電源６０内の図示しない加速電圧電源、カソード１０、アノード電極５４、そしてかかる加速電圧電源に繋がる直列回路間の電流をそれぞれの電流計７０により測定することで各カソード１０から放出される全放出電流Ｉ（エミッション電流）を同時に測定できる。また、所定の期間のバイアス電圧の変動も各電子銃電源６０内の図示しない制御回路によりそれぞれ記録すればよい。そして、図７に示した各工程を図１４の測定装置３００に搭載可能なカソード数でバッチ処理すればよい。
【００４９】
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。描画装置についてもシングルビームを用いた可変成形型描画装置に限らず、例えば、ラスタービーム描画装置およびマルチビーム描画装置に適用しても好適である。また、カソード材料として、ＬａＢ６結晶を例に説明したが、タングステン（Ｗ）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ６）等、その他の熱電子放出材料にも適用できる。また、カソードの電子放出面を限定するためにカーボン膜を使用したが、カーボンに限定されるものではない。その他、レニウム（Ｒｅ）等、電子放出材料よりも高い仕事関数を持つ材料であればよい。
【００５０】
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。
【００５１】
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選別方法、カソード選別用の測定装置、電子ビーム描画装置、及び方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５２】
１０  カソード
１１  下面
２０  結晶
３０  カーボン膜
５０  真空容器
５４  アノード電極
５６  ウェネルト電極
５９  ヒータ
６０  電子銃電源
６２  加速電圧電源
６４  ウェネルト用電源
６５  制御回路
６６  ヒータ用電源
７０  電流計
１００  描画装置
１０１，３４０  試料
１０２  電子鏡筒
１０３  描画室
１０５  ＸＹステージ
１５０  描画部
１６０  制御回路
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
３００  測定装置
３３０  電子線
４１１  開口
４２１  可変成形開口
４３０  荷電粒子ソース
【図１】
2016225358.tif 000003
【図２】
2016225358.tif 000004
【図３】
2016225358.tif 000005
【図４】
2016225358.tif 000006
【図５】
2016225358.tif 000007
【図６】
2016225358.tif 000008
【図７】
2016225358.tif 000009
【図８】
2016225358.tif 000010
【図９】
2016225358.tif 000011
【図１０】
2016225358.tif 000012
【図１２】
2016225358.tif 000013
【図１３】
2016225358.tif 000014
【図１４】
2016225358.tif 000015
【図１５】
2016225358.tif 000016
【図１１】
2016225358.tif 000017