知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6087108
(24)【登録日】2017年2月10日
(45)【発行日】2017年3月1日
(54)【発明の名称】カソード選別方法
(51)【国際特許分類】
H01J 9/04 20060101AFI20170220BHJP
【ＦＩ】
H01J9/04 A
【請求項の数】4
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2012-239012(P2012-239012)
(22)【出願日】2012年10月30日
(65)【公開番号】特開2014-89881(P2014-89881A)
(43)【公開日】2014年5月15日
【審査請求日】2015年9月4日
(73)【特許権者】
【識別番号】504162958
【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100119035
【弁理士】
【氏名又は名称】池上 徹真
(74)【代理人】
【識別番号】100141036
【弁理士】
【氏名又は名称】須藤 章
(74)【代理人】
【識別番号】100088487
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 允之
(72)【発明者】
【氏名】斎藤 賢一
【審査官】
鳥居 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１０−１６１０６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０９−０５５１５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ９／００ −９／１８
Ｈ０１Ｊ ９／２４ −９／５２
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子放出面が平面であって放出面積が限定されたカソードを用いて、前記カソードから放出される全放出電流を測定する工程と、
測定された全放出電流の値を用いて、リチャードソン・ダッシマンの式から仕事関数を演算する工程と、
電子放出面の電流密度Ｊと素電荷ｅと加速電圧Ｖとの積をカソード温度Ｔとボルツマン定数ｋとの積で除する項を用いて輝度を定義するラングミュラーの式を満たす所望の輝度が得られるための電流密度に対応する仕事関数の上限値を演算する工程と、
前記仕事関数が前記上限値以下のカソードかどうかを判定する工程と、
を備えたことを特徴とするカソード選別方法。
測定された全放出電流の値を用いて、リチャードソン・ダッシマンの式から仕事関数を演算する工程と、
電子放出面の電流密度Ｊと素電荷ｅと加速電圧Ｖとの積をカソード温度Ｔとボルツマン定数ｋとの積で除する項を用いて輝度を定義するラングミュラーの式を満たす所望の輝度が得られるための電流密度に対応する仕事関数の上限値を演算する工程と、
前記仕事関数が前記上限値以下のカソードかどうかを判定する工程と、
を備えたことを特徴とするカソード選別方法。
【請求項2】
光学顕微鏡を用いて前記放出面積を測定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】
前記カソードからの電子放出時に、前記カソードの前記電子放出面の温度を測定する工程をさらに備えた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】
前記カソードの温度は、温度制限領域内の温度にて測定されることを特徴とする請求項３記載のカソード選別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カソード選別方法に係り、例えば、荷電粒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。
【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】
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。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。電子ビーム描画装置は、かかる高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【0004】
図１８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。
【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。カソードは、例えば、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）結晶が用いられる（例えば、特許文献１参照）。熱電子放出カソードの輝度を上げるためには、カソード温度を増大させる方法がある。しかしながら、カソード温度を増大させるとカソード材料の蒸発速度が大きくなるため、カソード寿命が短くなってしまう。例えば、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）結晶を材料とするカソードでは、カソード温度を例えば１８００Ｋよりも大幅に上げることは困難である。そのため、使用するカソードの温度を上げることで高輝度化を達成しようとしても限界がある。
【0006】
一方、ゾーンメルティング法等で製作される例えばＬａＢ６結晶では、ランタン（Ｌａ）とホウ素（Ｂ）との組成比、及び不純物の濃度等が結晶内の位置によって異なっている。そのため、同じ結晶の塊から複数のカソードを製作しても、完成したカソードによって得られる輝度にばらつきが生じてしまう。よって、複数のカソードを製作しても、電子ビーム装置で使用する際に所望する輝度が得られないカソードが多く含まれてしまうといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【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】
【0008】
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】
【0009】
本発明の一態様のカソード選別方法は、電子放出面が平面であって放出面積が限定されたカソードを用いて、カソードから放出される全放出電流を測定する工程と、
測定された全放出電流の値を用いて、リチャードソン・ダッシマンの式から仕事関数を演算する工程と、
電子放出面の電流密度Ｊと素電荷ｅと加速電圧Ｖとの積をカソード温度Ｔとボルツマン定数ｋとの積で除する項を用いて輝度を定義するラングミュラーの式を満たす所望の輝度が得られるための電流密度に対応する仕事関数の上限値を演算する工程と、
かかる仕事関数が前記上限値以下のカソードかどうかを判定する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、許容値は、ラングミュラーの式を満たす所望の輝度が得られるための仕事関数値を用いると好適である。
【0011】
また、光学顕微鏡を用いて放出面積を測定する工程をさらに備えると好適である。
【0012】
また、カソードからの電子放出時に、カソードの電子放出面の温度を測定する工程をさらに備えと好適である。
【0013】
また、カソードの温度は、温度制限領域内の温度にて測定されると好適である。
【発明の効果】
【0014】
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選別できる。よって、高輝度化に対応するカソードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】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2】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3】実施の形態１におけるカソードの他の一例を示す断面図である。
【図4】実施の形態１におけるカソードの他の一例を示す断面図である。
【図5】実施の形態１におけるカソードの電子放出面の一例と比較例とを示す概念図である。
【図6】実施の形態１における電子放出面を光学顕微鏡で撮像した一例を示す図である。
【図7】実施の形態１における仕事関数取得用パラメータ測定装置の装置構成を示す概念図である。
【図8】実施の形態１における全放出電流とカソード温度との関係を示すグラフである。
【図9】実施の形態１における温度制限領域と空間電荷領域とを説明するための概念図である。
【図10】実施の形態１における全放出電流とカソード温度との測定結果の一例とその関係を示すグラフである。
【図11】実施の形態１における仕事関数とカソード温度との関係を示すグラフである。
【図12】実施の形態１における仕事関数とカソード温度との測定結果の一例とその関係を示すグラフである。
【図13】実施の形態１における輝度と仕事関数との関係の一例を示す図である。
【図14】実施の形態１における全カソードに占める割合と仕事関数との関係の一例を示す図である。
【図15】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16】実施の形態２における仕事関数取得用パラメータ測定装置の装置構成を示す概念図である。
【図17】実施の形態３における仕事関数取得用パラメータ測定装置の装置構成を示す概念図である。
【図18】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】
【0016】
例えば、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）結晶等を用いた熱電子放出型のカソードの輝度Ｂは、電子放出面の電流密度Ｊ、カソード温度Ｔ、ボルツマン定数ｋ、素電荷ｅ、及び加速電圧Ｖを用いて、ラングミュラーの式（１）で定義できる。
【0017】
【数1】
【0018】
よって、輝度を高めるためには、電子放出面の電流密度Ｊを増大させればよいことがわかる。また、式（１）における電子放出面の電流密度Ｊは、仕事関数φ、リチャードソン定数Ａ、カソード温度Ｔ、及びボルツマン定数ｋを用いて、次のリチャードソン・ダッシマンの式（２）で定義できる。
【0019】
【数2】
【0020】
リチャードソン定数Ａは、例えばＬａＢ６結晶について、理論的には１２０Ａ／ｃｍ２Ｋ２であるが、実際には、８０Ａ／ｃｍ２Ｋ２程度が妥当であることがわかっている。式（２）から電子放出面の電流密度Ｊを大きくするためには、言い換えれば、輝度を高めるためには、仕事関数φを小さくできればよいことがわかる。しかしながら、仕事関数φを小さくすることは容易ではない。従来、実用化レベルでカソード製造に適用できる仕事関数低減法は見当たらない。また、上述したように、ゾーンメルティング法等で製作される例えばＬａＢ６結晶では、ランタン（Ｌａ）とホウ素（Ｂ）との組成比、及び不純物の濃度等が結晶内の位置によって異なっている。そのため、同じ結晶の塊から複数のカソードを製作しても、完成したカソードによって得られる仕事関数にばらつきが生じてしまう。また、電子放出面の電流密度Ｊは、全放出電流Ｉを電子放出面の面積Ｓで割った値として定義できるので、式（２）を変形することによって、仕事関数φは、次のリチャードソン・ダッシマンの変形式である式（３）で定義できる。
【0021】
【数3】
【0022】
そこで、実施の形態１では、かかる仕事関数のばらつきに着目し、仕事関数の値によって、カソードを選別する。
【0023】
図１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１において、実施の形態１におけるカソード選別方法は、カソード製作工程（Ｓ１０２）と、放出面積測定工程（Ｓ１０４）と、電子放出工程（Ｓ１０６）と、仕事関数演算工程（Ｓ１１２）と、許容値演算工程（Ｓ１２０）と、判定工程（Ｓ１２２）と、選別工程（Ｓ１２４）と、判定工程（Ｓ１２６）という一連の工程を実施する。また、電子放出工程（Ｓ１０６）の際に、全放出電流測定工程（Ｓ１０８）と、温度測定工程（Ｓ１１０）とを実施する。
【0024】
カソード製作工程（Ｓ１０２）として、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は、電子放出面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、複数のカソードを製作する。ここで、製作されるカソードは、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。
【0025】
図２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２において、カソード１０は、例えば円柱状のＬａＢ６結晶２０の上部をテーパ状に先細りさせ、また、上面１１を平面に加工する。そして、テーパ状の上部側面全体には例えば炭素（カーボン）膜３０を配置する。後述するように、ＬａＢ６結晶２０の下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、平面に形成された上面１１のみとなり、かかる露出した上面１１を電子の放出面に限定できる。よって、電子の放出面積は、かかる上面１１の面積Ｓに限定できる。
【0026】
図３は、実施の形態１におけるカソードの他の一例を示す断面図である。図３において、カソード１０は、断面が例え６角形のＬａＢ６結晶２１の上面１１を平面に加工する。そして、側面全体にはカーボン膜３１を配置する。かかる構成でも加熱した際に露出するのは、平面に形成された上面１２のみとなり、かかる露出した上面１２を電子の放出面に限定できる。よって、電子の放出面積は、かかる上面１２の面積Ｓに限定できる。
【0027】
図４は、実施の形態１におけるカソードの他の一例を示す断面図である。図４において、カソード１０は、ＬａＢ６結晶２２の上部の中心部に凸部を設け、凸部上面１３以外の面全体にはカーボン膜３２を配置する。凸部上面１３は、平面に加工される。かかる構成でも加熱した際に露出するのは、平面に形成された上面１３のみとなり、かかる露出した上面１３を電子の放出面に限定できる。よって、電子の放出面積は、かかる上面１３の面積Ｓに限定できる。
【0028】
図５は、実施の形態１におけるカソードの電子放出面の一例と比較例とを示す概念図である。式（３）において、高精度に仕事関数φを演算するためには、電子放出面の面積Ｓを高精度に測定する必要がある。図５（ａ）に示すように、ＬａＢ６結晶の露出面に制限がない構造のカソードでは、カソード温度とウェネルト電圧（バイアス電圧）によって、電子放出面の面積が変化してしまう。そのため、仕事関数φを正確に求めることはできない。これに対して、図５（ｂ）に示すように、ＬａＢ６結晶の露出面が平面の上面だけに限定された構造のカソードでは、カソード温度とウェネルト電圧（バイアス電圧）にかかわらず、電子は放出面からほぼ一様に放出される。実際には放出面の電界分布が完全に一様にはならないので、電流密度分布が完全に一様にならないかもしれない。しかし、全放出電流と放出面積を高精度に測定できれば、実効的な高精度の仕事関数φの比較ができることが実験等によりわかっている。
【0029】
そこで、実施の形態１では、上述したように、電子放出面が平面であって放出面積が限定された形状のカソード１０を用いる。
【0030】
放出面積測定工程（Ｓ１０４）として、製作された複数のカソードについて、光学顕微鏡を用いて、電子放出面となる上面１１（１２，１３）の放出面積を測定する。
【0031】
図６は、実施の形態１における電子放出面を光学顕微鏡で撮像した一例を示す図である。軸となるＬａＢ６結晶２０の周囲に炭素３０が配置されている。かかるＬａＢ６結晶２０の直径或いは半径を測定することで、放出面積Ｓを算出できる。さらに、上面が平面なので、面積も高精度に算出が可能となる。
【0032】
電子放出工程（Ｓ１０６）として、製作されたカソードについてそれぞれ電子を放出させて仕事関数を求めるためのパラメータを測定する。
【0033】
図７は、実施の形態１における仕事関数取得用パラメータ測定装置の装置構成を示す概念図である。図７において、測定装置３００は、真空容器５０と電子銃電源６０と電流計７０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の電子放出面とは反対側の周囲が炭素膜で覆われていない部分がヒータ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５６にウェネルト用電源６４から一定の負のウェネルト電圧（バイアス電圧）が印加され、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た状態で、ヒータ５９によりカソード１０を加熱すると、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、加速電圧とウェネルト電圧とをそれぞれ一定値に設定した状態で、カソード温度Ｔを変化させて全放出電流Ｉを測定する。
【0034】
全放出電流測定工程（Ｓ１０８）として、測定装置３００を用いて、カソード１０からアノード電極５４に向かって電子ビームが放出される際の全放出電流を電流計７０により測定する。加速電圧電源６２、カソード１０、アノード電極５４、そして加速電圧電源６２に繋がる直列回路間の電流を電流計７０により測定することでカソード１０から放出される全放出電流を測定できる。かかる回路の電流値を電流計７０により測定する方が、電子ビームそのものの電流をファラディカップ等の検出器で測定するよりも簡易かつ高精度に測定が可能となる。
【0035】
温度測定工程（Ｓ１１０）として、カソード１０からの電子放出時に、カソード１０の電子放出面の温度を測定する。真空容器５０には、外部から内部を直視できる窓５８（ビューイングポート）が配置される。かかる窓５８は、カソード１０の電子放出面を直視できる位置に配置されると好適である。これにより、電子放出時の電子放出面の温度を測定できる。図７の例では、ウェネルト５６の側面に開口部を形成して、かかるウェネルト５６の開口部を介して、窓５８からカソード１０の電子放出面を直視できる。真空容器５０の外部では、窓５８の近傍にパイロメータ７２（温度測定器）を配置する。これにより、真空容器５０の外から、パイロメータ７２によってカソード１０の電子放出面の温度を測定する。カソードの温度は、温度制限領域内の温度にて測定される。
【0036】
図８は、実施の形態１における全放出電流とカソード温度との関係を示すグラフである。縦軸に電子の全放出電流Ｉを、横軸にカソード温度Ｔを示す。電流密度Ｊを全放出電流Ｉと電子放出面の面積Ｓで置き換えて、リチャードソン・ダッシマンの式（２）を変形させると、全放出電流Ｉは、次のリチャードソン・ダッシマンの変形式である式（４）で定義できる。
【0037】
【数4】
【0038】
ある仕事関数φを持ったカソード１０では、電子放出面の面積Ｓが固定されているので、カソード温度Ｔを上昇させていくと、全放出電流Ｉは、図８に示すように、リチャードソン・ダッシマンの式（４）に従って増加する。しかし、カソード温度Ｔをさらに増加させると、温度制限領域から空間電荷領域へと移行し、空間電荷領域では、全放出電流Ｉは、一定値となる。
【0039】
図９は、実施の形態１における温度制限領域と空間電荷領域とを説明するための概念図である。カソード温度がある制限値より低い場合、図９（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、放出される電子数はカソード温度の関数となる。すなわち、リチャードソン・ダッシマンの式が成り立つ。かかる状態のカソード温度領域が温度制限領域となる。これに対して、カソード温度が高くなり、制限値を超えると、カソード５２から放出された電子の数が増え、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、放出される電子数はカソード温度に依存しなくなる。かかる状態のカソード温度領域が空間電荷領域となる。実施の形態１では、リチャードソン・ダッシマンの式が成り立つ温度制限領域内のカソード温度にて測定される。
【0040】
図１０は、実施の形態１における全放出電流とカソード温度との測定結果の一例とその関係を示すグラフである。縦軸に電子の全放出電流Ｉを、横軸にカソード温度Ｔを示す。ここでは、加速電圧電源の出力を例えば１０ｋＶ、ウェネルト電圧を０．５ｋＶに設定した場合の結果の一例を示している。図１０に示すように、カソード温度Ｔを１６５０Ｋ、１７００Ｋ、１７５０Ｋ、１８００Ｋ、及び１８５０Ｋに可変した際の全放出電流Ｉをそれぞれ測定した。その結果、全放出電流Ｉは徐々に上昇し、１７５０Ｋを過ぎたあたりから一定値となった。よって、１７５０Ｋ以下での全放出電流Ｉの測定結果を仕事関数の演算に使用する。
【0041】
仕事関数演算工程（Ｓ１１２）として、測定された全放出電流Ｉの値を用いて、リチャードソン・ダッシマンの式から仕事関数を演算する。ここでは、上述した式（３）を用いればよい。
【0042】
図１１は、実施の形態１における仕事関数とカソード温度との関係を示すグラフである。縦軸にカソードの仕事関数φを、横軸にカソード温度Ｔを示す。リチャードソン・ダッシマンの変形式である式（３）に、測定された、電子放出面の面積Ｓとカソード温度Ｔと全放出電流Ｉを代入して、測定対象のカソードの仕事関数φを演算すればよい。図１１に示すように、温度制限領域内では、測定誤差の範囲内で仕事関数φは一定となる。一方、空間電荷領域内では、リチャードソン・ダッシマンの式に従わなくなるので、見かけ上、カソード温度の上昇と共に仕事関数φは上昇する。よって、実施の形態１では、温度制限領域内での一定値を、かかるカソードの仕事関数φとすればよい。
【0043】
図１２は、実施の形態１における仕事関数とカソード温度との測定結果の一例とその関係を示すグラフである。縦軸にカソードの仕事関数φを、横軸にカソード温度Ｔを示す。図１２では、図１０で示した測定結果から演算された仕事関数φの一例を示している。図１２に示すように、カソード温度Ｔを１６５０Ｋ、１７００Ｋ、１７５０Ｋ、１８００Ｋ、及び１８５０Ｋに可変した際の仕事関数φをそれぞれ演算した。その結果、仕事関数φは誤差範囲で一定値を示し、１７５０Ｋを過ぎたあたりから上昇に転じた。よって、実施の形態１では、１７５０Ｋ以下での仕事関数φの演算結果を使用する。
【0044】
実施の形態１では、温度制限領域内での仕事関数φの複数の演算結果の平均値を、かかるカソードの仕事関数φの値とする。これにより、誤差を小さくできる。但し、これに限るものではなく、誤差が許容範囲内であれば、温度制限領域内でのカソード温度１点の全放出電流Ｉから演算されるカソードの仕事関数φの値を用いても構わない。
【0045】
許容値演算工程（Ｓ１２０）として、所望の輝度Ｂが得られるための仕事関数φの許容値φｍを演算する。許容値φｍは、ラングミュラーの式（１）を満たす所望の輝度Ｂが得られるための仕事関数値を用いる。
【0046】
図１３は、実施の形態１における輝度と仕事関数との関係の一例を示す図である。図１３において、縦軸に輝度Ｂを、横軸に仕事関数φを示している。例えば、電子ビーム描画装置等で使用する際に所望する輝度Ｂについて、ラングミュラーの式（１）を満たす仕事関数値を演算する。式（２）を変形することによって、仕事関数φは、次のリチャードソン・ダッシマンの変形式である式（５）で定義できる。
【0047】
【数5】
【0048】
一方、ラングミュラーの式（１）を変形することによって、電流密度Ｊは、次の式（６）で定義できる。
【0049】
【数6】
【0050】
式（５）に式（６）を代入すれば、ラングミュラーの式（１）による輝度Ｂを満たす仕事関数φの上限を取得できる。例えば、輝度Ｂが１．２×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上必要である場合、仕事関数φの上限は２．６２８ｅＶとなる。よって、かかる条件での許容値φｍは２．６２８ｅＶとなる。
【0051】
判定工程（Ｓ１２２）として、測定対象となるカソードの仕事関数φが許容値φｍ以下の小さいカソードかどうかを判定する。
【0052】
選別工程（Ｓ１２４）として、判定の結果、測定対象となるカソードの仕事関数φが許容値φｍ以下のカソードの場合、使用可能なカソード（ｏｋ）として選別する。判定の結果、仕事関数φが許容値φｍより大きい場合には、使用不可なカソード（ＮＧ）として選別する。
【0053】
判定工程（Ｓ１２６）として、製作されたすべてのカソードに対して選別されたかどうかを判定する。製作されたすべてのカソードに対して選別されていない場合には、放出面積測定工程（Ｓ１０４）に戻り、製作されたすべてのカソードに対して選別されるまで、放出面積測定工程（Ｓ１０４）から判定工程（Ｓ１２６）までを繰り返す。製作されたすべてのカソードに対して選別された場合には終了する。
【0054】
ここで、放出面積測定工程（Ｓ１０４）と、電子放出工程（Ｓ１０６）と、仕事関数演算工程（Ｓ１１２）と、判定工程（Ｓ１２２）と、選別工程（Ｓ１２４）とは、製作されたすべてのカソードに対してそれぞれ実施された後に、次の工程に進むようにしても構わない。
【0055】
図１４は、実施の形態１における全カソードに占める割合と仕事関数との関係の一例を示す図である。製作されたすべてのカソードに対して、上述した仕事関数を演算した結果の一例を示す。図１４に示すように、製作されるカソードが特性としてもつ仕事関数の値にはばらつきが生じることがわかる。例えば、上述した仕事関数φが２．６２８ｅＶ以下となるカソードは、製作されたすべてのカソードのうち数％に過ぎないことがわかる。よって、多数のカソードを製作しても、昨今のパターンの微細化に伴って高輝度を求められる電子ビーム描画装置に使用できるカソードの割合は小さい。よって、かかる少数のカソードを効率的に選別する必要がある。そのため、実施の形態１の選別方法で選別する意義は大きい。
【0056】
以上のように、実施の形態１によれば、所望の輝度Ｂが得られるカソードを選別できる。よって、高輝度化に対応するカソードが得られる。
【0057】
図１５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１５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における選別されたカソード１０が搭載される。
【0058】
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。
【0059】
選別された高輝度のカソード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。
【0060】
実施の形態２．実施の形態１では、カソードからアノードへと向かう光軸の側面方向からカソードの電子放出面の温度を測定するための窓を配置したが、これに限るものではない。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。
【0061】
図１６は、実施の形態２における仕事関数取得用パラメータ測定装置の装置構成を示す概念図である。図１６において、窓５８の配置位置と、窓５８からカソード１０の電子放出面までの間の遮蔽物を避けるための開口部を形成する部材と、が異なる点以外は、図７と同様である。図１６において、窓５８は、アノード電極５４の裏面側の真空容器５０の壁面に配置される。アノード電極５４に開口部を形成して、アノード電極５４の開口部を介して、窓５８からカソード１０の電子放出面を直視できる。真空容器５０の外部では、窓５８の近傍にパイロメータ７２（温度測定器）を配置する。これにより、真空容器５０の外から、パイロメータ７２によってカソード１０の電子放出面の温度を測定する。
【0062】
以上のように構成しても、実施の形態１と同様の効果を発揮できる。
【0063】
実施の形態３．実施の形態１，２では、仕事関数取得用パラメータ測定装置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３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或いは２と同様である。
【0064】
図１７は、実施の形態３における仕事関数取得用パラメータ測定装置の装置構成を示す概念図である。図１７において、実施の形態３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５６は、カソード１０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と電流計７０は、カソード１０毎にそれぞれ配置するとよい。電子銃電源６０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を同時に測定できる。なお、図１７に例では、各カソード温度測定用の窓５８が、アノード電極５４の裏面側の真空容器５０の壁面にそれぞれ配置される。そして、対応する窓５８とカソード１０間を遮蔽するアノード電極５４にそれぞれ開口部を形成する。そして、真空容器５０の外部に、共通のパイロメータ７２（温度測定器）を配置する。カソード温度の測定については、共通のパイロメータ７２を移動させることにより、各カソード１０の電子放出時に、真空容器５０の外から、パイロメータ７２によってカソード１０の電子放出面の温度を順に測定すればよい。
【0065】
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、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。
【0066】
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。
【0067】
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】
【0068】
１０ カソード１１，１２，１３ 上面
２０，２１，２２ ＬａＢ６結晶
３０，３１，３２ カーボン膜
５０ 真空容器
５４ アノード電極
５６ ウェネルト
５８ 窓
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
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