特許 6166910 カソードの動作温度調整方法、及び描画装置

(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】6166910

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】カソードの動作温度調整方法、及び描画装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/04 20060101AFI20170710BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20170710BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20170710BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20170710BHJP

   H01J 37/06 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/04 A

   H01L21/30 541B

   H01L21/30 541E

   G03F7/20 504

   H01J37/305 B

   H01J37/06 Z

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-36257(P2013-36257)

(22)【出願日】2013年2月26日

(65)【公開番号】特開2014-165075(P2014-165075A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2016年1月13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】宮本 房雄

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１８３０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８３０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５０８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１８７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６２３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１００７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２１９８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／２９５

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カソードを用いた電子ビーム源におけるエミッション電流値と、前記エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和する前記カソードの動作温度と、の相関関係を近似した近似式を取得する工程と、
第ｎ番目（ｎは自然数）のエミッション電流値と前記カソードの第ｎ番目の動作温度とが前記電子ビーム源に設定された状態で、前記カソードから放出された電子ビームの電流密度を測定する工程と、
測定された電流密度が許容範囲内かどうかを判定する工程と、
前記電流密度が許容範囲内でない場合に、設定された前記第ｎ番目のエミッション電流値を第ｎ＋１番目のエミッション電流値に変更する工程と、
前記近似式を用いて、前記第ｎ＋１番目のエミッション電流値に対応するカソードの動作温度を演算し、カソードの第ｎ＋１番目の動作温度として、前記電子ビーム源に設定する工程と、
を備えたことを特徴とするカソードの動作温度調整方法。

【請求項2】

許容される最大エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度を測定する工程と、
許容される最小エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度を測定する工程と、
をさらに備え、
前記近似式は、前記最大エミッション電流値に対応するカソードの動作温度と前記最小エミッション電流値に対応するカソードの動作温度とを用いて取得されることを特徴とする請求項１記載のカソードの動作温度調整方法。

【請求項3】

演算されたカソードの動作温度が許容値内かどうかを判定する工程をさらに備え、
前記カソードの動作温度は、許容値内の範囲で調整されることを特徴とする請求項１又は２記載の熱放出型電子銃装置におけるカソードの動作温度調整方法。

【請求項4】

前記近似式は、両エミッション電流値に対応するカソードの動作温度の測定結果をフィッティングして得られる１次多項式によって定義されることを特徴とする請求項２記載のカソードの動作温度調整方法。

【請求項5】

カソードを用いた電子ビーム源と、
前記電子ビーム源におけるエミッション電流値と、前記エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度と、の相関関係を近似した近似式或いは前記近似式の係数を記憶する記憶部と、
第ｎ番目のエミッション電流値とカソードの第ｎ番目の動作温度とが前記電子ビーム源に設定された状態で前記カソードから放出された電子ビームの電流密度が許容範囲内かどうかを判定する判定部と、
前記電流密度が許容範囲内でない場合に、設定された前記第ｎ番目のエミッション電流値を第ｎ＋１番目のエミッション電流値に変更するエミッション電流設定変更部と、
前記近似式を用いて、前記第ｎ＋１番目のエミッション電流値に対応するカソードの動作温度を取得する取得部と、
設定された前記第ｎ番目の動作温度を、取得され動作温度に第ｎ＋１番目の動作温度として変更する動作温度設定変更部と、
前記許容範囲内の電流密度の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、カソードの動作温度調整方法、及び描画装置に係り、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動作温度を調整する手法に関する。

【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７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】

電子ビーム描画装置のスループットを向上させるためには、ビームの電流密度の増大が不可欠となっている。そして、その大電流密度を実現させるためには、電子銃のカソード温度を高温に設定する必要が生じる。しかし、カソードを高温に設定するとカソード材料の蒸発速度が大きくなるために、描画中にカソード先端形状が変化してしまう。よって、高温化するにも限界があった。

【0006】

一方、電流密度は、カソードから放出される電子によって流れるエミッション電流を調整することで調整される。よって、従来の電子ビーム描画装置では、当初設定したエミッション電流が常に一定になるように電子銃を制御していた。このような制御方法のまま大電流密度条件下で描画をおこなうと、カソード先端形状の変化等（カソードの劣化）によって、当初のエミッション電流に対するカソードの最適動作温度が変わってしまう。そのため、カソードの劣化後においては、当初のカソードの動作温度では、エミッション電流が不安定になってしまう。そのため、かかるカソードの状態で、安定なエミッション電流を得るためのカソードの最適動作温度を新たに求める必要が生じる。しかし、カソード温度を変化させると電流密度が変わってしまう。電流密度が変化してしまうと試料への照射量（Ｄｏｓｅ）が変化してしまうので、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題を引き起こす。よって、電流密度を維持することが必要となる。

【0007】

よって、所望の電流密度を維持するために、カソードの劣化状態に合わせてその都度エミッション電流を調整する必要がある。しかし、エミッション電流を調整するとカソードの最適動作温度が変わってしまうため、今度はカソード温度の最適化を行う必要がある。さらに、カソード温度を変化させるとまた電流密度が変わってしまう。そのため、カソードの劣化状態に合わせてその都度、エミッション電流の調整とカソード温度の調整を何度も繰り返し行いながら、所望の電流密度になるように、エミッション電流とカソード温度を最適化する必要が生じる。よって、調整に時間がかかるといった問題があった。特に、かかるエミッション電流を調整する際のカソード温度の最適化に時間がかかるといった問題があった。

【0008】

ここで、本願発明者は、装置立ち上げ時のまだカソードが劣化する前の段階で数多くのエミッション電流の各値におけるカソードの最適動作温度をそれぞれ測定によって求め、プロットしておくことで、装置立ち上げ時における所望の電流密度に対するエミッション電流とカソード温度の最適化を行う技術について提案している（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、かかるプロットデータはカソードが劣化した後では適合しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０−６２３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、所望の電流密度を得るためにエミッション電流を調整する際の電子銃のカソード温度の最適化を短時間で実施することが可能な装置および方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】

【0011】

本発明の一態様のカソードの動作温度調整方法は、
カソードを用いた電子ビーム源におけるエミッション電流値と、かかるエミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度と、の相関関係を近似した近似式を取得する工程と、
第ｎ番目（ｎは自然数）のエミッション電流値とカソードの第ｎ番目の動作温度とが電子ビーム源に設定された状態で、カソードから放出された電子ビームの電流密度を測定する工程と、
測定された電流密度が許容範囲内かどうかを判定する工程と、
電流密度が許容範囲内でない場合に、設定された第ｎ番目のエミッション電流値を第ｎ＋１番目のエミッション電流値に変更する工程と、
近似式を用いて、第ｎ＋１番目のエミッション電流値に対応するカソードの動作温度を演算し、カソードの第ｎ＋１番目の動作温度として、電子ビーム源に設定する工程と、
を備えたことを特徴とする。

【0012】

また、許容される最大エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度を測定する工程と、
許容される最小エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度を測定する工程と、
をさらに備え、
近似式は、最大エミッション電流値に対応するカソードの動作温度と最小エミッション電流値に対応するカソードの動作温度とを用いて取得されると好適である。

【0013】

また、演算されたカソードの動作温度が許容値内かどうかを判定する工程をさらに備え、
カソードの動作温度は、許容値内の範囲で調整される。

【0014】

また、近似式は、両エミッション電流値に対応するカソードの動作温度の測定結果をフィッティングして得られる１次多項式によって定義されると好適である。

【0015】

本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
カソードを用いた電子ビーム源と、
電子ビーム源におけるエミッション電流値と、エミッション電流値においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度と、の相関関係を近似した近似式或いは近似式の係数を記憶する記憶部と、
第ｎ番目のエミッション電流値とカソードの第ｎ番目の動作温度とが電子ビーム源に設定された状態でカソードから放出された電子ビームの電流密度が許容範囲内かどうかを判定する判定部と、
電流密度が許容範囲内でない場合に、設定された第ｎ番目のエミッション電流値を第ｎ＋１番目のエミッション電流値に変更するエミッション電流設定変更部と、
近似式を用いて、第ｎ＋１番目のエミッション電流値に対応するカソードの動作温度を取得する取得部と、
設定された第ｎ番目の動作温度を、取得された動作温度に第ｎ＋１番目の動作温度として変更する動作温度設定変更部と、
許容範囲内の電流密度の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】

【0016】

本発明の一態様によれば、エミッション電流を調整する際の電子銃のカソードの最適動作温度の最適化を短時間で実施できる。よって、所望の電流密度を得る際の調整時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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。

【図2】実施の形態１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示すグラフである。

【図3】実施の形態１における電流密度とフィラメント電力との関係を示す概念図である。

【図4】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である。

【図5】実施の形態１における最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}でのバイアス電圧とカソード温度（フィラメント電力Ｗ）の関係を示すグラフである。

【図6】実施の形態１におけるエミッション電流Ｉｅと動作温度との相関の一例を示すグラフである。

【図7】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】

【0018】

実施の形態１．
図１は、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。図１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、電子ビーム描画装置の一例となる。そして、描画装置１００は、試料に所望するパターンを描画する。描画部１５０は、電子鏡筒１０２、描画室１０３を有している。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１の成形アパーチャ２０３、成形レンズ２０４、成形偏向器２０５、第２の成形アパーチャ２０６、対物レンズ２０７、副偏向器２１２、及び主偏向器２１４が配置されている。また、描画室１０３内には、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５が配置されている。また、ＸＹステージ１０５には、電子ビーム２００の電流を測定するためのビーム吸収電極（ファラデーカップ２０９）が配置されている。電子銃２０１（電子ビーム源）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。また、ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる試料が配置される。試料として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のマスク基板が含まれる。マスク基板としては、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。

【0019】

制御部１６０は、電子銃電源装置１１０、描画制御回路１２０、及び制御回路１３０を有している。電子銃電源装置１１０、描画制御回路１２０、及び制御回路１３０は、図示しないバスによって互いに接続されている。

【0020】

電子銃電源装置１１０内では、制御計算機２３２、メモリ１１２、磁気ディスク装置等の記憶装置１４０、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１１２、記憶装置１４０、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。

【0021】

制御計算機２３２内には、エミッション電流Ｉｅ設定部５０、フィラメント電力Ｗ設定部５２、近似演算部５４、判定部５６、エミッション電流Ｉｅ変更部５８、判定部６０、フィラメント電力Ｗ演算部６２、判定部６４、フィラメント電力Ｗ変更部６６、加速電圧Ｖ_Ａ制御部６８、バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９、及びフィラメント電力Ｗ制御部７０が配置される。エミッション電流Ｉｅ設定部５０、フィラメント電力Ｗ設定部５２、近似演算部５４、判定部５６、エミッション電流Ｉｅ変更部５８、判定部６０、フィラメント電力Ｗ演算部６２、判定部６４、フィラメント電力Ｗ変更部６６、加速電圧Ｖ_Ａ制御部６８、バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９、及びフィラメント電力Ｗ制御部７０といった各機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。エミッション電流Ｉｅ設定部５０、フィラメント電力Ｗ設定部５２、近似演算部５４、判定部５６、エミッション電流Ｉｅ変更部５８、判定部６０、フィラメント電力Ｗ演算部６２、判定部６４、フィラメント電力Ｗ変更部６６、加速電圧Ｖ_Ａ制御部６８、バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９、及びフィラメント電力Ｗ制御部７０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。

【0022】

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、フィラメント電力Ｗ制御部７０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Ｖ_Ａ制御部６８によって制御された加速電圧電源回路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。バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９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。

【0023】

描画制御回路１２０内には、描画データ処理部１２２、描画制御部１２４、及び電流密度測定部２４２が配置される。描画データ処理部１２２、描画制御部１２４、及び電流密度測定部２４２といった各機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。描画データ処理部１２２、描画制御部１２４、及び電流密度測定部２４２に入出力される情報および演算中の情報は図示しないメモリにその都度格納される。

【0024】

図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わない。

【0025】

図２は、実施の形態１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示すグラフである。上述したように、カソード温度は、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、カソード温度をフィラメント電力Ｗによって制御する。エミッション電流Ｉｅのカソード最適動作温度は、バイアス飽和特性によって求めることができる。エミッション電流Ｉｅに対して、バイアス電圧とフィラメント電力Ｗ（カソード温度）を上げていくと、いずれバイアス電圧が飽和する。かかるエミッション電流Ｉｅにおけるカソードの最適動作温度は、フィラメント電力を徐々に上げていったときの最大バイアス電圧の例えば９９．６％の値の時点のフィラメント電力（カソード温度）で定義することができる。かかるカソード最適動作温度よりも低い温度に設定すると、エミッション電流Ｉｅが不安定になってしまい、所望のエミッション電流Ｉｅが得られなくなってしまう。図２に示すように、エミッション電流Ｉｅをエミッション電流Ｉｅ（１）からエミッション電流Ｉｅ（４）へと高くしていくと、それに伴い、最適フィラメント電力（カソード最適動作温度）が、Ｗ１からＷ４へと順に例えば高くなるように変化する。カソードの状態が同じ状態であれば、かかる関係は同視できる。カソードが劣化すると、各エミッション電流Ｉｅにおけるバイアス飽和特性が変化する。例えば、エミッション電流Ｉｅ（１）について、図２の実線のグラフから点線のグラフへとバイアス飽和特性が変化する。かかる変化に伴い、カソード最適動作温度も変化してしまうことになる。

【0026】

図３は、実施の形態１における電流密度とフィラメント電力との関係を示す概念図である。図３において、電流密度Ｊは、フィラメント電力（カソード温度）が変化すると変化する関係にある。ここでは、右上がりの直線で示しているがこれは便宜上示したに過ぎず、これに限るものではない。

【0027】

以上のように、カソードが劣化すると、各エミッション電流Ｉｅにおけるバイアス飽和特性が変化する。さらに、電流密度Ｊは、フィラメント電力（カソード温度）の変化に伴い変化する。よって、カソード２２２の劣化状態に合わせて、所望の電流密度Ｊが得られるエミッション電流Ｉｅとその最適フィラメント電力（カソード最適動作温度）を求める必要が生じる。しかし、上述したように、所望の電流密度Ｊが得られるエミッション電流Ｉｅとフィラメント電力（カソード動作温度）の最適化には時間がかかってしまう。そこで、実施の形態１では、以下のように各工程を実施することで、かかる時間を短縮する。

【0028】

図４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である。図４において、実施の形態１における描画方法は、カソードの動作温度調整方法となる各工程と、描画工程（Ｓ１３０）とを実施する。カソードの動作温度調整方法は、その内部工程として、最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}入力工程（Ｓ１０２）と、最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}での動作温度測定工程（Ｓ１０４）と、最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}での動作温度測定工程（Ｓ１０６）と、エミッション電流Ｉｅ−動作温度相関式取得工程（Ｓ１０８）と、初期値設定工程（Ｓ１１０）と、電流密度Ｊ測定工程（Ｓ１１２）と、判定工程（Ｓ１１４）と、エミッション電流Ｉｅ変更（設定）工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１１８）と、動作温度（フィラメント電力Ｗ）取得工程（Ｓ１２０）と、判定工程（Ｓ１２２）と、動作温度（フィラメント電力Ｗ）変更（設定）工程（Ｓ１２４）と、光軸調整工程（Ｓ１２６）と、いう一連の工程を実施する。

【0029】

最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}入力工程（Ｓ１０２）として、エミッション電流Ｉｅ設定部５０は、許容される最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}の値を入力する。

【0030】

最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}での動作温度測定工程（Ｓ１０４）として、エミッション電流Ｉｅ設定部５０は、入力された最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}を目標値として設定する。そして、許容される最大エミッション電流値Ｉｅ_{（ｍａｘ）}においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）を測定する。具体的には、加速電圧Ｖ_Ａ制御部６８によって制御された加速電圧電源回路２３６が、カソード２２２とアノード２２６間に加速電圧を印加する。そして、フィラメント電力Ｗ制御部７０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にフィラメント電力Ｗを供給する。かかる状態で、バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９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最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}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。フィラメント電力Ｗとバイアス電圧をそれぞれ可変にして、バイアス電圧が飽和するまで、電流計２３８で検出される電流値が最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}になるフィラメント電力Ｗとバイアス電圧の組を順次測定していく。

【0031】

図５は、実施の形態１における最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}でのバイアス電圧とカソード温度（フィラメント電力Ｗ）の関係を示すグラフである。フィラメント電力Ｗとバイアス電圧をそれぞれ可変にして、最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}になるフィラメント電力Ｗとバイアス電圧の組を順次測定していくと、図５に示すように、カソード温度（フィラメント電力Ｗ）がある温度（電力）以上についてはカソード温度（フィラメント電力Ｗ）に関わらずバイアス電圧が飽和する。かかる最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}におけるカソードの最適動作温度（フィラメント電力Ｗ_{Ｉ（ｍａｘ）}）は、フィラメント電力を徐々に上げていったときの最大バイアス電圧の例えば９９．６％の値の時点のフィラメント電力（カソード温度）で定義することができる。

【0032】

最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}での動作温度測定工程（Ｓ１０６）として、エミッション電流Ｉｅ設定部５０は、入力された最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}を目標値として設定する。そして、許容される最小エミッション電流値Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）を測定する。具体的には、加速電圧Ｖ_Ａ制御部６８によって制御された加速電圧電源回路２３６が、カソード２２２とアノード２２６間に加速電圧を印加する。そして、フィラメント電力Ｗ制御部７０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にフィラメント電力Ｗを供給する。かかる状態で、バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９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最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}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。フィラメント電力Ｗとバイアス電圧をそれぞれ可変にして、バイアス電圧が飽和するまで、電流計２３８で検出される電流値が最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}になるフィラメント電力Ｗとバイアス電圧の組を順次測定していく。

【0033】

図５に示すように、カソード温度（フィラメント電力Ｗ）がある温度（電力）以上についてはカソード温度（フィラメント電力Ｗ）に関わらずバイアス電圧が飽和する。かかる最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}におけるカソードの最適動作温度（フィラメント電力Ｗ_{Ｉ（ｍｉｎ）}）は、フィラメント電力を徐々に上げていったときの最大バイアス電圧の例えば９９．６％の値の時点のフィラメント電力（カソード温度）で定義することができる。

【0034】

エミッション電流Ｉｅ−動作温度相関式取得工程（Ｓ１０８）として、近似演算部５４は、エミッション電流値と、エミッション電流においてバイアス電圧が飽和するカソードの動作温度と、の相関関係を近似した近似式を取得する。近似式は、最大エミッション電流値に対応するカソードの動作温度と最小エミッション電流値に対応するカソードの動作温度とを用いて取得される。

【0035】

図６は、実施の形態１におけるエミッション電流Ｉｅと動作温度との相関の一例を示すグラフである。図６において、縦軸にカソード温度（フィラメント電力Ｗ）を示す。横軸にエミッション電流Ｉｅを示す。実施の形態１では、図６に示すように、最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}の２点の両エミッション電流値Ｉｅに対応するカソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）の測定結果をフィッティングして得られる１次多項式によって近似式（１）を定義する。
（１） Ｗ＝ａ・Ｉｅ＋ｂ

【0036】

得られた近似式（１）或いは近似式（１）の係数ａ，ｂは、記憶装置１４０（記憶部）に記憶される。実施の形態１では、最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}と最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}の２点で近似するので、数多くのエミッション電流Ｉｅにおけるカソードの最適動作温度を測定することを回避できる。カソードの最適動作温度を最適化するエミッション電流Ｉｅの数を減らすことで、測定時間を短縮できる。かかる近似式（１）をカソード２２２の劣化状態に応じて取得すれば、その時点でのエミッション電流Ｉｅと動作温度との相関式をより短時間で取得できる。

【0037】

初期値設定工程（Ｓ１１０）として、エミッション電流Ｉｅ設定部５０は、エミッション電流Ｉｅの初期値（第１番目（ｎ＝１）のエミッション電流Ｉｅ）を設定する。エミッション電流Ｉｅの初期値は、所望する電流密度Ｊに相当するであると経験的に予想される値にすると好適である。但し、これに限るものではなく、例えば、最小エミッション電流Ｉｅ_{（ｍｉｎ）}或いは最大エミッション電流Ｉｅ_{（ｍａｘ）}に設定してもよい。同様に、フィラメント電力Ｗ設定部５２は、エミッション電流Ｉｅの初期値に対応するカソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）の初期値（第１番目（ｎ＝１）のフィラメント電力Ｗ）を設定する。カソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）の初期値は、上述した近似式（１）にエミッション電流Ｉｅの初期値を代入して算出すればよい。

【0038】

電流密度Ｊ測定工程（Ｓ１１２）として、第ｎ番目（ｎは自然数）のエミッション電流値とカソード２２２の第ｎ番目の動作温度とが電子銃装置に設定された状態で、カソード２２２から放出された電子ビームの電流密度Ｊを測定する。ここでは、まず、エミッション電流値の初期値（ｎ＝１）とカソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）の初期値（ｎ＝１）とが電子銃装置に設定された状態で、カソード２２２から放出された電子ビームの電流密度Ｊを測定する。具体的には、加速電圧Ｖ_Ａ制御部６８によって制御された加速電圧電源回路２３６が、カソード２２２とアノード２２６間に加速電圧を印加する。そして、フィラメント電力Ｗ制御部７０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にフィラメント電力Ｗの初期値（ｎ＝１）を供給する。かかる状態で、バイアス電圧Ｖ_Ｂ制御部６９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値の初期値（ｎ＝１）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。以上のようにして、電子銃２０１から電子ビーム２００を放出する。そして、電流密度測定部２４２は、電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定する。すなわち、開口サイズが定まっている第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームをファラデーカップ２０９で受ける。具体的には、電子銃２０１から照射された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によって、第１の成形アパーチャ２０３上に照明される。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１の成形アパーチャ２０３像が第２の成形アパーチャ２０６に遮へいされないように成形偏向器２０５で電子ビーム２００を偏向する。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した全ビームのビーム電流をファラデーカップ２０９で測定する。そして、ファラデーカップ２０９の出力が電流密度測定部２４２に送信される。そして、電流密度測定部２４２で第１の成形アパーチャ電流値を第１の成形アパーチャ２０３の開口面積で割ることで電流密度Ｊを算出する。第１の成形アパーチャ電流を測定することで、成形レンズ２０４や成形偏向器２０５の変動（雑音）が電流密度算出精度に悪影響を及ぼすことを回避することができる。

【0039】

ここで、上述した例では、第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームから電流密度Ｊを算出しているが、これに限るものではない。例えば、第１の成形アパーチャ２０３と第２の成形アパーチャ２０６とにより例えば１μｍ角のビームを成形する。そして、その成形されたビームをファラデーカップ２０９で測定するようにしてもよい。そして、成形された面積でビーム電流値を割れば電流密度Ｊを求めることができる。このように、成形される面積を予め決めておけば電流密度Ｊを測定することができる。

【0040】

判定工程（Ｓ１１４）として、判定部５６は、測定された電流密度が許容範囲内かどうかを判定する。電流密度が許容範囲内でない場合に、エミッション電流Ｉｅ変更（設定）工程（Ｓ１１６）へと進む。電流密度が許容範囲内である場合に、描画工程（Ｓ１３０）へと進む。

【0041】

エミッション電流Ｉｅ変更（設定）工程（Ｓ１１６）として、電流密度が許容範囲内でない場合に、電流密度が許容範囲内でない場合に、設定された第ｎ番目のエミッション電流値を第ｎ＋１番目のエミッション電流値に変更する。初期値（ｎ＝１）が設定されている場合には、第２番目のエミッション電流値に変更する。

【0042】

判定工程（Ｓ１１８）として、判定部６０は、変更された第ｎ＋１番目のエミッション電流値が許容値内かどうかを判定する。通常、第２番目のエミッション電流値は許容値内に入るようにエミッション電流値を可変制御するが、繰り返し変更することで、いずれ変更されたエミッション電流値が許容値から外れる場合もあり得る。変更された第ｎ＋１番目のエミッション電流値が許容値内でない場合には、ＮＧとして処理を終了する。そして、例えば、カソード２２２の交換を行う。変更された第ｎ＋１番目のエミッション電流値が許容値内の場合に、動作温度（フィラメント電力Ｗ）取得工程（Ｓ１２０）へと進む。

【0043】

動作温度（フィラメント電力Ｗ）取得工程（Ｓ１２０）として、フィラメント電力Ｗ演算部６２は、近似式（１）を用いて、変更された第ｎ＋１番目のエミッション電流値に対応するカソードの第ｎ＋１番目の動作温度を演算する。フィラメント電力Ｗ演算部６２は、記憶装置１４０から近似式（１）或いは係数ａ，ｂを読み出して、近似式（１）に変更された第ｎ＋１番目のエミッション電流値Ｉｅを代入することでフィラメント電力Ｗを演算できる。以上のように、実施の形態１によれば、近似式（１）から直ちにフィラメント電力Ｗを演算できる。よって、従来のように、エミッション電流値Ｉｅを変更する毎に、バイアス電圧とフィラメント電力Ｗの組を求める測定を繰り返し行い、バイアス電圧の飽和曲線を求める必要を無くすことができる。よって、エミッション電流値Ｉｅを変更する毎に、短時間でフィラメント電力Ｗの最適化を図ることができる。

【0044】

判定工程（Ｓ１２２）として、判定部６４は、演算されたカソードの動作温度（フィラメント電力Ｗ）が許容値内かどうかを判定する。通常、演算された第２番目のフィラメント電力Ｗは許容値内に入ると予想されるが、エミッション電流を繰り返し変更することで、いずれ対応する動作温度（フィラメント電力Ｗ）が許容値から外れる場合もあり得る。演算された動作温度（フィラメント電力Ｗ）が許容値内でない場合には、ＮＧとして処理を終了する。カソード２２２の動作温度は、許容値内の範囲で調整される。そして、例えば、カソード２２２の交換を行う。演算された動作温度（フィラメント電力Ｗ）が許容値内の場合に、動作温度（フィラメント電力Ｗ）変更（設定）工程（Ｓ１２４）へと進む。

【0045】

動作温度（フィラメント電力Ｗ）変更（設定）工程（Ｓ１２４）として、フィラメント電力Ｗ変更部６６（動作温度設定変更部）は、現在設定されている第ｎ番目の動作温度（フィラメント電力Ｗ）を、演算されたカソード２２２の動作温度（フィラメント電力Ｗ）に変更し、カソード２２２の第ｎ＋１番目の動作温度（フィラメント電力Ｗ）として設定する。

【0046】

光軸調整工程（Ｓ１２６）として、エミッション電流と動作温度（フィラメント電力Ｗ）を変更したことに伴う光軸のずれを必要に応じて調整する。

【0047】

そして、電流密度Ｊ測定工程（Ｓ１１２）に戻り、判定工程（Ｓ１１４）において測定された電流密度が許容範囲内になるまで、電流密度Ｊ測定工程（Ｓ１１２）から光軸調整工程（Ｓ１２６）までの各工程を繰り返す。そして、電流密度が許容範囲内に入った後、描画工程（Ｓ１３０）に進む。

【0048】

描画工程（Ｓ１３０）として、描画部１５０は、許容範囲内の電流密度の電子ビームを用いて、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。まず、描画データ処理部１２２によって、図示しない描画データを入力して、かかる描画データに対して、複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成する。ここで、描画データには、通常、複数の図形パターンが定義される。描画装置１００で図形パターンを描画するためには、１回のビームのショットで照射できるサイズに各図形パターンを分割する必要がある。そこで、描画データ処理部１２２内では、実際に描画するために、各図形パターンを１回のビームのショットで照射できるサイズに分割してショット図形を生成する。そして、ショット図形毎にショットデータを生成する。ショットデータには、例えば、図形種、図形サイズ、及び照射位置といった図形データが定義される。その他、照射量（照射時間）データ等が定義される。生成されたショットデータは、図示しない記憶装置に記憶される。描画制御部１２４に制御回路１３０を介して制御された描画部１５０は、かかるショットデータに従って、以下のように動作する。

【0049】

電子銃２０１内では、ウェネルト２２４に負のウェネルト電圧（バイアス電圧）が印加され、カソード２２２に一定の負の加速電圧が印加された状態で、カソード２２２を設定された動作温度（フィラメント電力Ｗ）で加熱すると、カソード２２２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２２６に向かって進む。これによって電子ビーム２００が電子銃２０１から放出される。ウェネルト２２４に印加されるバイアス電圧は、設定されたエミッション電流が流れるようにバイアス電圧電源回路２３４によって可変制御される。

【0050】

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。成形偏向器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２１４及び副偏向器２１２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、試料の描画領域が短冊上に分割された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）の基準位置に主偏向器２１４によって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２１２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。

【0051】

描画工程（Ｓ１３０）後は、定期的に電流密度Ｊ測定工程（Ｓ１１２）に戻り、判定工程（Ｓ１１４）において測定された電流密度が許容範囲内になるまで、電流密度Ｊ測定工程（Ｓ１１２）から光軸調整工程（Ｓ１２６）までの各工程を繰り返せばよい。そして、電流密度が許容範囲内に入った後、その後の描画工程（Ｓ１３０）に進めばよい。また、描画工程（Ｓ１３０）を複数回行っていった後に、電流密度調整を行った際、判定工程（Ｓ１１８）或いは判定工程（Ｓ１２２）において変更されたエミッション電流値或いはフィラメント電力が許容値から外れるまで判定工程（Ｓ１１４）において測定された電流密度が許容範囲内に収まらない場合もあり得る。かかる場合には、カソード２２２の劣化が進み近似式（１）が成立していない可能性がある。その場合には、改めて図４の各工程を実施してもよい。このように、カソード２２２が使用不可になるまで、カソード２２２の劣化状態に合わせて、図４の各工程を実施すればよい。

【0052】

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、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）結晶を用いると好適である。ＬａＢ_６結晶の他にも、タングステン（Ｗ）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）等、その他の熱電子放出材料にも適用できる。

【0053】

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。

【0054】

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ビーム描画装置、電子ビーム描画方法、及びカソードの動作温度調整方法は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0055】

５０ エミッション電流設定部
５２ フィラメント電力設定部
５４ 近似演算部
５６ 判定部
５８ エミッション電流変更部
６０ 判定部
６２ フィラメント電力演算部
６４ 判定部
６６ フィラメント電力変更部
６８ 加速電圧制御部
６９ バイアス電圧制御部
７０ フィラメント電力Ｗ制御部
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 電子銃電源装置
１１２ メモリ
１２０ 描画制御回路
１２２ 描画データ処理部
１２４ 描画制御部
１３０ 制御回路
１４０ 記憶装置
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 第１の成形アパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 成形偏向器
２０６ 第２の成形アパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０９ ファラデーカップ
２１２ 副偏向器
２１４ 主偏向器
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
２４２電流密度測定部
３３０ 電子線
４１０ 第１のアパーチャ
４１１ 開口
４２０ 第２のアパーチャ
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】