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(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】
(24)【登録日】2025-05-13
(45)【発行日】2025-05-21
(54)【発明の名称】電子銃の陰極機構、及び電子銃の陰極機構の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/06 20060101AFI20250514BHJP
H01L 21/027 20060101ALI20250514BHJP
【ＦＩ】
H01J37/06 B
H01L21/30 541B
H01L21/30 541W
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021174612
(22)【出願日】2021-10-26
(65)【公開番号】P2023064369
(43)【公開日】2023-05-11
【審査請求日】2024-09-04
(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】100178984
【弁理士】
【氏名又は名称】高下 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】小林 良栄
【審査官】佐藤 海
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－２２１８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０８９８８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１４３４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４６９１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第７５７３６０１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】米国特許第１０５９３５０５（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
加熱することで熱電子を放出する第１の面を有する柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせの上部と、前記第１の面と略平行であり前記上部の最大径サイズよりも大きい径サイズの第２の面を有し前記上部と一体で構成された下部と、を有する結晶と、上面側から第１の径サイズと前記第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとの異なる複数の内径を有する筒状に形成され、前記結晶の前記第１の面が上面よりも飛び出し、かつ筒内で前記結晶の前記第２の面と当接した状態で、前記結晶を保持する保持部と、
前記結晶の前記下部の裏面側で前記結晶を前記保持部から外れないように抑える抑え部と、
を備えたことを特徴とする電子銃の陰極機構。
【請求項2】
前記保持部の上面からの前記第１の面の飛び出し量は、前記第１の面の直径の１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の電子銃の陰極機構。
【請求項3】
前記保持部には、前記上面から途中の高さ位置まで前記第１の径サイズとなり、若しくは前記上面から拡がりながら前記途中の高さ位置で前記第１の径サイズとなり、前記途中の高さ位置から裏面側に向かって前記第１の径サイズよりも大きい前記第２の径サイズとなる開口部が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の電子銃の陰極機構。
【請求項4】
前記保持部を支持する、それぞれ同一断面サイズを維持した状態で延びる第１と第２の支柱をさらに備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電子銃の陰極機構。
【請求項5】
前記保持部と前記抑え部とは、同一材料で構成されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電子銃の陰極機構。
【請求項6】
上面側から第１の径サイズと前記第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとの異なる複数の内径の開口部が形成された筒状の保持部の裏面側から、加熱することで熱電子を放出する第１の面を有する柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせの上部と、前記第１の面と略平行であり前記上部の最大径サイズよりも大きい径サイズの第２の面を有し前記上部と一体で構成された下部と、を有する結晶を前記開口部内に差し込む工程と、前記第１の面が前記開口部の差し込んだ先から飛び出し、かつ前記開口部内の前記第２の径サイズから前記第１の径サイズに変わる面に前記結晶の前記第２の面を当接させた状態で、抑え部により前記結晶の前記下部の裏面側で前記結晶を前記保持部から外れないように抑える工程と、
を備えたことを特徴とする電子銃の陰極機構の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、電子銃の陰極機構、及び電子銃の陰極機構の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
電子ビームを放出する熱電子銃の陰極（カソード）には、電子放出面と同じ高さ位置まで側面が被覆材で被覆された結晶が用いられる（例えば、特許文献１参照）。結晶は使用と共に消耗し、初期の状態よりも電子放出面が後退してしまう。側面が被覆材で被覆された結晶を用いる場合、電子放出面が被覆材の端面よりも所定量後退してしまうと、所望の輝度分布が得られなくなってしまいカソードの寿命を迎えることになる。カソードが寿命を迎えると、その都度、装置を停止させる必要があり、装置の稼働時間が短くなってしまう。一方、側面が被覆されていない結晶を用いる場合、結晶の側面からも電子が放出されてしまい所望の輝度分布に制御することが難しい。よって、所望の輝度分布が得られるカソードの寿命を延ばすことが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】再公表特許ＷＯ２００７／０５５１５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の一態様は、所望の輝度分布が得られるカソードの寿命を延ばすことが可能な陰極機構及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様の電子銃の陰極機構は、
加熱することで熱電子を放出する第１の面を有する柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせの上部と、第１の面と略平行であり上部の最大径サイズよりも大きい径サイズの第２の面を有し上部と一体で構成された下部と、を有する結晶と、
上面側から第１の径サイズと第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとの異なる複数の内径を有する筒状に形成され、結晶の第１の面が上面よりも飛び出し、かつ筒内で結晶の第２の面と当接した状態で、結晶を保持する保持部と、
結晶の下部の裏面側で結晶を保持部から外れないように抑える抑え部と、
を備えたことを特徴とする。
加熱することで熱電子を放出する第１の面を有する柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせの上部と、第１の面と略平行であり上部の最大径サイズよりも大きい径サイズの第２の面を有し上部と一体で構成された下部と、を有する結晶と、
上面側から第１の径サイズと第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとの異なる複数の内径を有する筒状に形成され、結晶の第１の面が上面よりも飛び出し、かつ筒内で結晶の第２の面と当接した状態で、結晶を保持する保持部と、
結晶の下部の裏面側で結晶を保持部から外れないように抑える抑え部と、
を備えたことを特徴とする。
【0008】
また、保持部の上面からの第１の面の飛び出し量は、第１の面の直径の１０％以下であると好適である。
【0009】
また、保持部には、上面から途中の高さ位置まで第１の径サイズとなり、若しくは上面から拡がりながら途中の高さ位置で第１の径サイズとなり、途中の高さ位置から裏面側に向かって第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとなる開口部が形成されると好適である。
【0010】
また、保持部を支持する、それぞれ同一断面サイズを維持した状態で延びる第１と第２の支柱をさらに備えると好適である。
【0011】
また、保持部と抑え部とは、同一材料で構成されると好適である。
【0012】
本発明の一態様の電子銃の陰極機構の製造方法は、
上面側から第１の径サイズと第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとの異なる複数の内径の開口部が形成された筒状の保持部の裏面側から、加熱することで熱電子を放出する第１の面を有する柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせの上部と、第１の面と略平行であり上部の最大径サイズよりも大きい径サイズの第２の面を有し上部と一体で構成された下部と、を有する結晶を開口部内に差し込む工程と、
第１の面が開口部の差し込んだ先から飛び出し、かつ開口部内の第２の径サイズから第１の径サイズに変わる面に結晶の第２の面を当接させた状態で、抑え部により結晶の下部の裏面側で結晶を保持部から外れないように抑える工程と、
を備えたことを特徴とする。
上面側から第１の径サイズと第１の径サイズよりも大きい第２の径サイズとの異なる複数の内径の開口部が形成された筒状の保持部の裏面側から、加熱することで熱電子を放出する第１の面を有する柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせの上部と、第１の面と略平行であり上部の最大径サイズよりも大きい径サイズの第２の面を有し上部と一体で構成された下部と、を有する結晶を開口部内に差し込む工程と、
第１の面が開口部の差し込んだ先から飛び出し、かつ開口部内の第２の径サイズから第１の径サイズに変わる面に結晶の第２の面を当接させた状態で、抑え部により結晶の下部の裏面側で結晶を保持部から外れないように抑える工程と、
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、保持部の上面からの結晶の飛び出し量を高精度に制御できる。この結果、所望の輝度分布が得られるカソードの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実施の形態１における電子銃の陰極機構の構成の一例を示す断面図である。
【図2】実施の形態１における電子銃の陰極機構の構成の一例を示す上面図である。
【図3】実施の形態１における結晶の一例と保持部の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
【図4】実施の形態１における電子銃の陰極機構の製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図5】実施の形態１における抑え部の固定方法の一例を示す図である。
【図6】実施の形態１における抑え部の固定方法の他の一例を示す図である。
【図7】実施の形態１の比較例におけるカソードの寿命を説明するための図である。
【図8】実施の形態１におけるカソードの寿命を説明するための図である。
【図9】実施の形態１における結晶の電子放出面の高さ位置と電界分布との関係を説明するための図である。
【図10A】実施の形態１における輝度、カソード温度、及びエミッション電流と、電子放出面の飛び出し量との関係を示す図である。
【図10B】実施の形態１におけるエミッション電流と、電子放出面の飛び出し量との関係を示す図である。
【図11】実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
【図12】実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
【図13】実施の形態１における結晶の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
【図14】実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
【図15】実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
【図16】実施の形態１における描画装置の構成の一例を示す図である。
【図17】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。
【図18】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。
【図19】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20】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21】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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における電子銃の陰極機構の構成の一例を示す断面図である。
図２は、実施の形態１における電子銃の陰極機構の構成の一例を示す上面図である。
図３は、実施の形態１における結晶の一例と保持部の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
図１及び図２において、電子銃のカソード機構２２２（陰極機構）は、結晶１０と、保持部１２と、抑え部１３と、１対の支柱１４，１６と、１対のベース部１８，１９とを備える。
図１は、実施の形態１における電子銃の陰極機構の構成の一例を示す断面図である。
図２は、実施の形態１における電子銃の陰極機構の構成の一例を示す上面図である。
図３は、実施の形態１における結晶の一例と保持部の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。
図１及び図２において、電子銃のカソード機構２２２（陰極機構）は、結晶１０と、保持部１２と、抑え部１３と、１対の支柱１４，１６と、１対のベース部１８，１９とを備える。
【0017】
結晶１０は、加熱することで一端面となる電子放出面１１（第１の面）から熱電子を放出する。結晶１０の材料として、例えば、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）が用いられる。結晶１０の電子放出面１１内の結晶方位は、同一である。例えば、（１００）或いは（３１０）の結晶方位を有すると好適である。
【0018】
図３に示すように、結晶１０は、上部７０と下部８０とにより構成される。上部７０と下部８０とは一体に構成される。上部７０は、柱状、円錐台状、若しくはこれらの組み合わせにより構成される。柱状には、例えば、円柱、四角柱、或いは四角よりも多角な多角柱が含まれる。図１～図３の例では、上部７０が直径φ１の円柱状に形成される場合を示している。上部７０の上面が電子放出面１１（第１の面）となる。電子放出面１１は円形であることが望ましい。
【0019】
下部８０は、柱状若しくは円錐台状により構成される。柱状には、例えば、円柱、四角柱、或いは四角よりも多角な多角柱が含まれる。同様に、柱状には、例えば、円柱、四角柱、或いは四角よりも多角な多角柱が含まれる。或いは３角柱であっても構わない。或いは最大径サイズが異なる複数の柱体若しくは円錐台状の組み合わせであっても構わない。図１～３の例では、下部８０が上部７０の最大径サイズよりも大きい直径φ２の円柱状に形成される場合を示している。下部８０は、上部７０の最大径サイズよりも大きい径サイズの座面８１（第２の面）を有する。座面８１は、下部８０の上面となる。座面８１は、電子放出面１１と略平行に形成される。
【0020】
保持部１２は、結晶１０の電子放出面１１を露出し、結晶１０の他の面の少なくとも一部を被覆した状態で、結晶１０を保持する。保持部１２の材料として、グラファイト、タンタル、タングステン、及びイリジウムのうち１つを用いることができる。具体的には、保持部１２は、上面側から小さい径サイズ（第１の径サイズ）とかかる小さい径サイズよりも大きい径サイズ（第２の径サイズ）との異なる複数の内径を有する筒状に形成され、結晶１０の電子放出面１１が上面よりも飛び出し、かつ筒内で結晶１０の座面８１と当接した状態で、結晶１０を保持する。保持部１２は、例えば、直径φ３の円柱体の中央部に貫通した開口部４２が形成される。具体的には、以下の開口部４２が形成される。
【0021】
保持部１２には、上面から途中の高さ位置ｈまで結晶１０の上部７０の最大径サイズ＋αのサイズ（第１の径サイズ）となり、若しくは上面からテーパー状に拡がりながら途中の高さ位置ｈで結晶１０の上部７０の最大径サイズとなり、途中の高さ位置ｈから裏面側に向かって結晶１０の上部７０の最大径サイズよりも大きい結晶１０の下部８０の最大径サイズ＋αのサイズ（第２の径サイズ）となる開口部４２が形成される。図３の例では、上面から途中の高さ位置ｈまで直径φ１＋αのサイズの開口部分４２－１で形成され、途中の高さ位置ｈから裏面側に向かって直径φ２＋αのサイズの開口部分４２－２で開口部４２が形成される場合を示している。ここでαは所定の嵌め合い関係になるためのマージンである。よって、高さ位置ｈに座繰り面４３（筒底）が形成されることになる。
【0022】
抑え部１３は、結晶１０の下部８０の裏面側に当接させた状態で配置される。抑え部１３は、結晶１０が保持部１２から外れないように結晶１０を抑える。抑え部１３は、保持部１２と同一材料で構成されると好適である。抑え部１３の材料として、グラファイト、タンタル、タングステン、及びイリジウムのうち１つを用いることができる。
【0023】
図４は、実施の形態１における電子銃の陰極機構の製造方法の一例を説明するための断面図である。図４に示すように、まず、保持部１２の裏面側から、結晶１０を開口部４２内に差し込む。その際、結晶１０は上部７０が先に開口部４２に入る向きで差し込む。そして、座面８１が開口部４２内の座繰り面４３に当接する位置まで差し込む。これにより、電子放出面１１を開口部４２の差し込んだ先から所定の飛び出し量ｄだけ飛び出させることができる。座面８１と座繰り面４３との当接が無ければ、飛び出し量ｄを調整することは難しい。実施の形態１では、座面８１と座繰り面４３とを当接させることで、設計寸法通りに結晶１０を配置できる。
【0024】
このように、電子放出面１１が開口部４２の差し込んだ先から飛び出し、かつ開口部４２内の結晶１０の下部８０の最大径サイズ（第２の径サイズ）から結晶１０の上部７０の最大径サイズ（第１の径サイズ）に変わる座繰り面４３に結晶１０の座面８１を当接させた状態で、抑え部１３により結晶１０の下部８０の裏面側で結晶１０を保持部１２から外れないように抑える。
【0025】
図５は、実施の形態１における抑え部の固定方法の一例を示す図である。図５の例では、抑え部１３の側面に例えばカーボンペースト材等の接着剤９０を塗布した状態で、保持部１２の開口部４２に抑え部１３を差し込む。これにより、抑え部１３を保持部１２に接着できる。或いは、接着剤９０はネジでも代用でき、例えばこの場合上記の構造、方法で結晶を抑えることができる。
【0026】
図６は、実施の形態１における抑え部の固定方法の他の一例を示す図である。図６の例では、保持部１２の外周側から開口部４２内に貫通する少なくとも１つの孔９３を形成しておく。各孔９３は、抑え部１３が配置される高さ位置に形成される。例えば、水平方向に孔９３を形成する。また、例えば、位相を１８０度ずらして２つの孔９３を形成すると良い。或いは、位相を１２０度ずつずらして３つの孔９３を形成するとさらに良い。抑え部１３が保持部１２の開口部４２に差し込まれた状態で、孔９３を通じて楔９２を抑え部１３に打ち込む。これにより、抑え部１３が変形し、保持部１２内に固定される。
【0027】
或いは、抑え部１３が配置される高さ位置において、抑え部１３の側面に孔９３と対応する位置に孔９３が延びる方向にメネジを形成する。そして、抑え部１３が保持部１２の開口部４２に差し込まれた状態で、孔９３を通じてオネジ９４を差し込み、さらに、抑え部１３の側面に形成されたメネジにオネジ９４をねじ込むことで、抑え部１３を保持部１２内に固定しても良い。図６の例では、オネジ９４に頭部が付いていないものを示しているが、これに限るものではない。一般的な頭部の付いたボルトを用いても構わない。
【0028】
或いは、保持部１２に形成される孔９３にメネジを形成する。そして、抑え部１３が保持部１２の開口部４２に差し込まれた状態で、孔９３にオネジ９４をねじ込んでいき、オネジ９４の先を抑え部１３に当接させ、さらに押圧するようにしても好適である。これにより、抑え部１３側面では、オネジ９４の先との摩擦により抑え部１３が保持部１２内に固定される。
【0029】
以上のように、座面８１が座繰り面４３と当接するように構成されることで、電子放出面１１の飛び出し量ｄを高精度に制御できる。
【0030】
１対の支柱１４（第１の支柱）と支柱１６（第２の支柱）は、保持部１２を支持する。１対の支柱１４，１６は、それぞれ同一断面サイズを維持した状態で延びる。１対の支柱１４，１６は、隙間の幅Ｗを開けて配置される。１対の支柱１４，１６は、保持部１２を介して結晶１０を加熱するためのヒータとして機能する。
【0031】
１対のベース部１８，１９は、１対の支柱１４，１６を固定する。具体的には、ベース部１８は、支柱１４の下側端を固定する。ベース部１９は、支柱１６の下側端を固定する。ベース部１８は、碍子５４に支持された、金属製の配線５０に接続され、配線５０によって支持される。ベース部１９は、碍子５４に支持された、金属製の配線５２に接続され、配線５２によって支持される。
【0032】
保持部１２と、１対の支柱１４，１６と、１対のベース部１８，１９とは、同一材料による一体構造により形成される。一体構造の材料として、グラファイト、タンタル、タングステン、及びイリジウムのうち１つを用いることができる。保持部１２と、１対の支柱１４，１６と、１対のベース部１８，１９とを一体構造に形成する場合、まず、板状のベース部分の中央に円柱を直立させた形状に母材を形成する。ベース部分の幅Ｌは、円柱の直径φ４に比べて十分大きいサイズにすると好適である。例えば、２倍以上のサイズに形成する。図２の例では、例えば３倍程度のサイズで形成される場合を示している。そして、ベース部の長手方向の中央部であって円柱の中央部を通る位置に保持部１２にあたる部分を残して幅Ｗの切込み加工を施して、ベース部１８とベース部１９とを分離すると共に、支柱１４と支柱１６とを分離する。これにより、ベース部１８、支柱１４、保持部１２、支柱１６、及びベース１９の順で電流が流れる直列の流路を形成できる。また、円柱状の保持部１２の上面の中央部に上述した開口部４２を形成する。これにより一体構造の保持部１２と、１対の支柱１４，１６と、１対のベース部１８，１９とを形成できる。
【0033】
電線５０を介して幅Ｌのベース部１８に流れる電流は、断面積が大きいため抵抗を小さく抑えることができ、発熱量を抑制できる。そして、ベース部１８から急激に断面積が小さくなる支柱１４では抵抗が大きいため、発熱量を増大させることができる。ここで、例えば、徐々に断面積を小さくする形状では、抵抗が小さい部分が少なく必要な発熱量を得るためには大きな電力が必要となってしまう。これに対して実施の形態１では、支柱１４は、小さい断面積を維持したまま保持部１２に向かって延びるため抵抗が大きい状態を維持できる。よって、必要な発熱量を得る際に、小さい電力で効率よく発熱できる。支柱１６についても同様である。
【0034】
１対の支柱１４，１６は、上述したように直径φ４の円柱部分から削り出される。直径φ４の円柱部分は、保持部１２の領域を残して、中央部に幅Ｗの切込みを形成することにより２つの半割状部分に削り出される。さらに、図１の右上の１対の支柱の上面図に示したように、半割された部分の両側の部分２，３，４，５をそれぞれ削り、断面の外側辺が円弧状となった幅Ｄの１対の支柱１４，１６が形成される。これにより、支柱１４，１６は、３辺が直線で１辺が曲線の断面構造を有する。半割された部分の両側の部分２，３，４，５をさらに削ることで、支柱１４，１６の断面積をさらに小さくできる。断面積を小さくすることで抵抗を高め、電流を流す際に効率よく温度を上昇させることができる。
【0035】
図７は、実施の形態１の比較例におけるカソードの寿命を説明するための図である。
図８は、実施の形態１におけるカソードの寿命を説明するための図である。
図７（ａ）では、円柱状の下部の上に円錐台状の上部が配置された結晶６０を用いる場合を示している。比較例では、保持部６２の上面と結晶６０の上面（電子放出面）とが同じ高さ位置になるように配置される。また、保持部６２には、結晶６０の円錐台の斜面に沿って、斜面と隙間を空けてフィラー材６１が配置される場合を示している。比較例では、使用による結晶６０の消耗により、図７（ｂ）に示すように電子放出面が後退する。後退量Δが所定の値になると所望の輝度分布が得られなくなり、カソードの寿命となる。カソードが寿命を迎えると、その都度、装置を停止させる必要がある。使用開始から保持部６２の上面からの後退量Δが所定の値に達するまでの期間が短いと、カソード交換の頻度が増加し、装置のダウンタイムが増えてしまう。これに対して、実施の形態１では、図８に示すように、電子放出面１１を保持部１２の上面から所定の飛び出し量ｄだけ飛び出すように配置する。そのため、使用開始から保持部６２の上面からの後退量Δが所定の値に達するまでの期間を比較例よりも長くすることができる。よって、カソードの寿命を延ばすことができる。但し、ビームの安定した輝度或いは一様の輝度分布を得るためには、単純に電子放出面１１を保持部１２の上面から突出させれば良いわけではない。飛び出し量ｄを制御することが重要である。
図８は、実施の形態１におけるカソードの寿命を説明するための図である。
図７（ａ）では、円柱状の下部の上に円錐台状の上部が配置された結晶６０を用いる場合を示している。比較例では、保持部６２の上面と結晶６０の上面（電子放出面）とが同じ高さ位置になるように配置される。また、保持部６２には、結晶６０の円錐台の斜面に沿って、斜面と隙間を空けてフィラー材６１が配置される場合を示している。比較例では、使用による結晶６０の消耗により、図７（ｂ）に示すように電子放出面が後退する。後退量Δが所定の値になると所望の輝度分布が得られなくなり、カソードの寿命となる。カソードが寿命を迎えると、その都度、装置を停止させる必要がある。使用開始から保持部６２の上面からの後退量Δが所定の値に達するまでの期間が短いと、カソード交換の頻度が増加し、装置のダウンタイムが増えてしまう。これに対して、実施の形態１では、図８に示すように、電子放出面１１を保持部１２の上面から所定の飛び出し量ｄだけ飛び出すように配置する。そのため、使用開始から保持部６２の上面からの後退量Δが所定の値に達するまでの期間を比較例よりも長くすることができる。よって、カソードの寿命を延ばすことができる。但し、ビームの安定した輝度或いは一様の輝度分布を得るためには、単純に電子放出面１１を保持部１２の上面から突出させれば良いわけではない。飛び出し量ｄを制御することが重要である。
【0036】
図９は、実施の形態１における結晶の電子放出面の高さ位置と電界分布との関係を説明するための図である。図９では、電子放出面１１の高さ位置が、保持部１２上面と同じ高さ位置Ａと、保持部１２上面から突出した高さ位置Ｂと、さらに突出した高さ位置Ｃと、保持部１２上面よりも後退した高さ位置Ｄとを示す。図９のグラフでは、Ａ～Ｄのそれぞれの状態での電子放出面１１付近の電界分布を示している。電子放出面１１の高さ位置が、保持部１２上面からずれると電子放出面１１付近の電界分布も同様に一様では無くなる。電子放出面１１の保持部１２上面からの高さ位置のずれが大きくなると、それに伴い電界分布のずれが大きくなる。電界分布のずれが大きくなると、電界によるレンズ効果が大きくなりビームは広がりを持つようになり、試料面上での輝度（又は電流密度）或いは輝度分布（又は電流密度分布）を許容範囲内に制御することが困難になる。そのため、電子放出面１１の高さ位置は許容範囲内に調整される必要がある。
【0037】
図１０Ａは、実施の形態１における輝度、カソード温度、及びエミッション電流と、電子放出面の飛び出し量との関係を示す図である。図１０Ａにおいて、電子放出面の飛び出し量は、電子放出面１１の直径に対する飛び出し量の割合で示している。カソード温度及びエミッション電流が一定の条件では、飛び出し量が増加するのに伴い、輝度が低下してしまう。
輝度は限られた電子放出面１１から多くの電子放出がされた方が高くなる。そして、飛び出し構造になると電子放出面１１の他、円柱外周からも電子放出が起こる。飛び出し構造では電子放出面１１以外にさらに外周面の面積を考慮する必要が生じる。エミッション電流が一定の条件、かつカソード温度が同一条件で比較した場合、飛び出し構造の結晶１０の方が、飛び出していない構造の結晶よりも表面積が大きいため、エミッション電流を表面積で割った電子密度は低くなる。その結果、輝度が低くなってしまう。
輝度を一定に維持するためには、カソード温度及びエミッション電流を大きくする必要がある。しかしながら、カソード温度及びエミッション電流を大きくするにも限界がある。そのため、ビーム全体で所望の輝度範囲（許容範囲）を維持するためには、電子放出面の飛び出し量ｄに制限がある。
輝度は限られた電子放出面１１から多くの電子放出がされた方が高くなる。そして、飛び出し構造になると電子放出面１１の他、円柱外周からも電子放出が起こる。飛び出し構造では電子放出面１１以外にさらに外周面の面積を考慮する必要が生じる。エミッション電流が一定の条件、かつカソード温度が同一条件で比較した場合、飛び出し構造の結晶１０の方が、飛び出していない構造の結晶よりも表面積が大きいため、エミッション電流を表面積で割った電子密度は低くなる。その結果、輝度が低くなってしまう。
輝度を一定に維持するためには、カソード温度及びエミッション電流を大きくする必要がある。しかしながら、カソード温度及びエミッション電流を大きくするにも限界がある。そのため、ビーム全体で所望の輝度範囲（許容範囲）を維持するためには、電子放出面の飛び出し量ｄに制限がある。
【0038】
図１０Ｂは、実施の形態１におけるエミッション電流と、電子放出面の飛び出し量との関係を示す図である。図１０Ｂでは、縦軸にエミッション電流Ｅを示す。横軸に電子放出面の飛び出し量（％）を示す。図１０Ａと図１０Ｂでは縮尺が合っていない。図１０Ｂでは、輝度、ここでは輝度の代わりに電流密度Ｊを一定に維持した場合のエミッション電流の変化を示している。電子放出面の飛び出し量を大きくすると、図１０Ａに示したように輝度（電流密度）が低下するので、一定の輝度（電流密度）を維持するためには、図１０Ｂに示すように、エミッション電流Ｅを増加する。その他、カソード温度も増加する。エミッション電流を大きくすることはエミッション電流を制御している電源の容量の増加につながるので好ましくない。また、カソードの温度上昇は結晶の蒸発、昇華を速めてしまい寿命が早く来てしまう。カソードの温度上昇を許容した場合でも、高圧電源の保証範囲からエミッション電流Ｅの最大値Ｅｍａｘが決まる。その結果、図１０Ｂに示すように、エミッション電流Ｅの最大値Ｅｍａｘとなる電子放出面の飛び出し量が一義的に決まり、その飛び出し量は電子放出面の直径の１０%となる。よって、保持部１２の上面からの電子放出面１１の飛び出し量ｄは、電子放出面１１の直径の１０％以下であることが好適である。
【0039】
実施の形態１では、結晶１０の座面８１と保持部１２の座繰り面４３とを当接させることで、それ以上電子放出面１１が突出することを抑制できる。よって、電子放出面１１と座面８１との距離と、保持部１２上面と座繰り面４３との距離とを精度良く製造していれば、座面８１と座繰り面４３とを当接させることにより、カソード機構２２２を製造するにあたり、かかる電子放出面１１の飛び出し量ｄを高精度に制御した組み立てができる。
【0040】
【0041】
図１１は、実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。図１１の例では、結晶１０の上部７０の形状が円錐台状の場合を示している。図１１の例では、電子放出面１１が直径φ１で上部７０の下端が直径φ５となる下端に向かってテーパー状に広がる円錐台の形状を示している。その場合、上部７０の最大径サイズは、上部７０の下端の直径φ５となる。下部８０は上部７０の最大径サイズである直径φ５よりも大きい直径φ２の円柱状に形成される。よって、座面８１は、直径φ５と直径φ２の間の平面となる。
【0042】
保持部１２には、上面から途中の高さ位置ｈまで上面からテーパー状に拡がりながら途中の高さ位置ｈで結晶１０の上部７０の最大径サイズとなり、途中の高さ位置ｈから裏面側に向かって結晶１０の上部７０の最大径サイズよりも大きい結晶１０の下部８０の最大径サイズ（第２の径サイズ）となる開口部４２が形成される。図１１の例では、上面から途中の高さ位置ｈまで上部７０の斜面に沿ってテーパー状に広がり途中の高さ位置ｈで直径φ５＋αのサイズで形成され、途中の高さ位置ｈから裏面側に向かって直径φ２＋αのサイズで開口部４２が形成される場合を示している。ここでαは所定の嵌め合い関係になるためのマージンである。よって、高さ位置ｈに座繰り面４３が形成されることになる。
【0043】
図１２は、実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。図１２の例では、結晶１０の上部７０の形状が柱状と円錐台状を組み合わせた形状の場合を示している。図１２の例では、円錐台の上に円柱が配置された形状を示している。図１２の例では、結晶１０の上部７０のうち、保持部１２上面付近から電子放出面１１までの部分が円柱で構成され、保持部１２上面付近から結晶１０の下部８０までが円錐台で構成される。図１２の例では、電子放出面１１が直径φ１で保持部１２上面まで直径φ１のまま同じ径サイズとなり、直径φ１の保持部１２上面高さ位置から直径φ５となる上部７０の下端に向かってテーパー状に広がる円錐台の形状を示している。その場合、上部７０の最大径サイズは、上部７０の下端の直径φ５となる。下部８０は上部７０の最大径サイズである直径φ５よりも大きい直径φ２の円柱状に形成される。よって、座面８１は、直径φ５と直径φ２の間の平面となる。
【0044】
保持部１２には、上面から途中の高さ位置ｈまで上面からテーパー状に拡がりながら途中の高さ位置ｈで結晶１０の上部７０の最大径サイズとなり、途中の高さ位置ｈから裏面側に向かって結晶１０の上部７０の最大径サイズよりも大きい結晶１０の下部８０の最大径サイズ（第２の径サイズ）となる開口部４２が形成される。図１２の例では、上面で直径φ１＋αとなり、上面から途中の高さ位置ｈまで上部７０の斜面に沿ってテーパー状に広がり途中の高さ位置ｈで直径φ５＋αとなるサイズで形成され、途中の高さ位置ｈから裏面側に向かって直径φ２＋αのサイズで開口部４２が形成される場合を示している。ここでαは所定の嵌め合い関係になるためのマージンである。よって、高さ位置ｈに座繰り面４３が形成されることになる。
【0045】
上述した例では、保持部１２の開口部４２の側面と結晶１０の上部７０の側面との間に隙間が実質的に無い場合を示したが、これに限るものではない。
【0046】
図１３は、実施の形態１における結晶の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。図１３の例では、結晶１０の上部７０の側面と保持部１２との間に隙間Ｇを設けた構成を示している。その他の構成は、図３と同様である。
【0047】
図１４は、実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。図１４の例では、結晶１０の上部７０の円錐台斜面と保持部１２との間に隙間Ｇを設けた構成を示している。その他の構成は、図１１と同様である。
【0048】
図１５は、実施の形態１における結晶の他の一例と保持部の他の一例と抑え部の一例を拡大した断面図である。図１５の例では、結晶１０の上部７０の円錐台斜面と保持部１２との間に隙間Ｇを設けた構成を示している。その他の構成は、図１２と同様である。
【0049】
図３、及び図１１～図１５に示した構成のいずれの構成を用いる場合であっても構わない。いずれの構成を用いる場合であっても電子放出面１１の飛び出し量を高精度に制御しながらカソードの寿命を延ばすことができる。
【0050】
図１６は、実施の形態１における描画装置の構成の一例を示す図である。図１６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、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。
【0051】
電子銃２０１（電子ビーム放出源）は、上述したカソード機構２２２を有する。電子銃２０１は、カソード機構２２２の他に、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、カソード機構２２２の結晶１０よりも正の電位の状態に制御され、結晶１０から放出される熱電子を引き出す。例えば、アノード２２６は、接地（地絡）されている。
【0052】
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、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、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。
【0053】
制御計算機１１０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。
【0054】
電子銃電源装置１２０内には、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。
【0055】
加速電圧電源回路２３６の陰極（－）側が電子鏡筒１０２内のカソード機構２２２の両極の配線５０，５２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、カソード機構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、フィラメント電力供給回路２３１は、かかるカソード機構２２２の両極の配線５０，５２間に電流を流してカソード機構２２２内の結晶１０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、カソード機構２２２にフィラメント電力を供給することになる。フィラメント電力とカソード温度Ｔ（結晶１０の加熱温度）は一定の関係で定義可能であり、フィラメント電力によって、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、フィラメント電力によって制御される。フィラメント電力は、カソード機構２２２の両極間に流れる電流とカソード機構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、カソード機構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。
【0056】
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。
【0057】
ここで、図１６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。
【0058】
図１７は、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。図１７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１７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１７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。
【0059】
図１８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１８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。
【0060】
メンブレン領域３３０には、図１７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８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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。描画機構１５０は、電子銃２０１から放出された熱電子を用いて試料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。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）。
【0064】
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。
【0065】
図１９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１９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１９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。
【0066】
図２０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２０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２０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２０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２０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２０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。
【0067】
図２１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２１では、図２０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２１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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
以上のように、実施の形態１によれば、保持部１２の上面からの結晶１０の飛び出し量を高精度に制御できる。この結果、所望の輝度分布が得られるカソード機構２２２の寿命を延ばすことができる。よって、描画装置１００のダウンタイムを低減できる。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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銃の陰極機構、電子銃、及び電子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0076】
２，３，４，５ 部分
１０ 結晶
１１ 電子放出面
１２ 保持部
１３ 抑え部
１４，１６ 支柱
１８，１９ ベース部
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
４１ 制御回路
４２ 開口部
４３ 座繰り面
５４ 碍子
５０，５２ 配線
６０ 結晶
６１ フィラー材
６２ 保持部
７０ 上部
８０ 下部
８１ 座面
１００ 描画装置
１０１ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
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
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 カソード機構
２２４ ウェネルト
２２６ アノード
２３１ フィラメント電力供給回路
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
１０ 結晶
１１ 電子放出面
１２ 保持部
１３ 抑え部
１４，１６ 支柱
１８，１９ ベース部
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
４１ 制御回路
４２ 開口部
４３ 座繰り面
５４ 碍子
５０，５２ 配線
６０ 結晶
６１ フィラー材
６２ 保持部
７０ 上部
８０ 下部
８１ 座面
１００ 描画装置
１０１ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
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
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 カソード機構
２２４ ウェネルト
２２６ アノード
２３１ フィラメント電力供給回路
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】