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JP2016225358A - Cathode sorting method and electron beam drawing apparatus - Google Patents

Cathode sorting method and electron beam drawing apparatus Download PDF

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JP2016225358A
JP2016225358A JP2015107562A JP2015107562A JP2016225358A JP 2016225358 A JP2016225358 A JP 2016225358A JP 2015107562 A JP2015107562 A JP 2015107562A JP 2015107562 A JP2015107562 A JP 2015107562A JP 2016225358 A JP2016225358 A JP 2016225358A
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cathode
measurement target
bias voltage
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electron
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JP2015107562A
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Japanese (ja)
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斎藤 賢一
Kenichi Saito
賢一 斎藤
裕介 立道
Yusuke Tatemichi
裕介 立道
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Nuflare Technology Inc
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Nuflare Technology Inc
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Abstract

【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7Provided is a method for selecting a cathode in which no abnormality occurs in the periphery of an electron emission surface. An acceleration voltage is applied between a measurement target cathode and an anode electrode while maintaining the temperature of the measurement target cathode at a preset temperature using a measurement target cathode whose electron emission surface is limited to a flat surface by a cover member. In step S110, the bias voltage applied to the Wehnelt electrode is adjusted to start the operation of the measurement target cathode in the temperature limited region, and the emission current value when the operation of the measurement target cathode is started for a predetermined period. Step S112 for controlling the bias voltage so as to be maintained, Step S114 for determining whether or not the amount of fluctuation of the bias voltage during a predetermined period is smaller than a preset threshold value, and using the measurement target cathode as a result of the determination. If the amount of fluctuation in the bias voltage is smaller than the threshold value, the measurement target cathode is selected as a usable cathode. Comprising the step S116 that, the. [Selection] Figure 7

Description

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。   The present invention relates to a cathode selection method and an electron beam drawing apparatus, and, for example, relates to a cathode selection method for a beam source used in an electron beam apparatus.

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。   In the electron beam apparatus, an electron gun serving as a beam source is used. There are various types of electron beam apparatuses such as an electron beam drawing apparatus and an electron microscope. For example, when it comes to electron beam drawing, it has an essentially excellent resolution and is used for the production of high-precision original picture patterns.

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。   In recent years, with the high integration of LSI, the circuit line width of a semiconductor device has been further miniaturized. As a method for forming an exposure mask (also referred to as a reticle) for forming a circuit pattern on these semiconductor devices, an electron beam (EB) drawing technique having excellent resolution is used.

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。   FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining the operation of the variable shaping type electron beam drawing apparatus. The variable shaping type electron beam drawing apparatus operates as follows. In the first aperture 410, a rectangular opening 411 for forming the electron beam 330 is formed. Further, the second aperture 420 is formed with a variable shaping opening 421 for shaping the electron beam 330 having passed through the opening 411 of the first aperture 410 into a desired rectangular shape. The electron beam 330 irradiated from the charged particle source 430 and passed through the opening 411 of the first aperture 410 is deflected by the deflector, passes through a part of the variable shaping opening 421 of the second aperture 420, and passes through a predetermined range. The sample 340 mounted on a stage that continuously moves in one direction (for example, the X direction) is irradiated. That is, the drawing area of the sample 340 mounted on the stage in which the rectangular shape that can pass through both the opening 411 of the first aperture 410 and the variable shaping opening 421 of the second aperture 420 is continuously moved in the X direction. Drawn on. A method of creating an arbitrary shape by passing both the opening 411 of the first aperture 410 and the variable shaping opening 421 of the second aperture 420 is referred to as a variable shaping method (VSB method).

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。   In electron beam drawing, with the miniaturization of integrated circuits, the shot size is reduced and the number of shots is increased. As a result, the drawing time becomes longer. Therefore, it is desired to shorten the drawing time, in other words, to improve the throughput of the drawing apparatus. In order to improve the throughput of the drawing apparatus, it is necessary to increase the current density of the electron beam. In order to increase the current density, it is necessary to increase the brightness of the cathode of the electron gun serving as the beam source. In order to cope with higher luminance of the cathode, a cathode is used in which the inclined surface of the truncated cone is covered with a cover material and the electron emission surface is limited to a flat surface (for example, see Patent Document 1). When manufacturing such an emission surface limited type cathode, among the plurality of manufactured cathodes, there is a mixture of cathodes that cause a phenomenon that the current density of the shaped beam fluctuates greatly during use in the drawing apparatus. There was a problem such as. If such a cathode continues to be used as it is, the periphery of the electron emission surface will be corroded by chemical reaction, so some abnormality occurring in the periphery of the electron emission surface will cause fluctuations in the current density of the shaped beam. It seems to be the cause. When a cathode having such an abnormality is mounted on a drawing apparatus, the current density of the shaped beam fluctuates during use, and the dimensions of the drawn pattern deteriorate. Therefore, it is required to eliminate in advance the cathode in which such a problem occurs.

特開2005−228741号公報JP 2005-228741 A

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。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for selecting a cathode that does not cause an abnormality in the periphery of the electron emission surface.

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。
The cathode sorting method of one embodiment of the present invention includes:
Using a measurement target cathode that is attached with a cover member and whose electron emission surface is limited to a flat surface by the cover member, the temperature of the measurement target cathode is maintained at a preset temperature, and faces the measurement target cathode and the measurement target cathode. By adjusting the bias voltage applied to the Wehnelt electrode arranged between the cathode to be measured and the anode electrode with the acceleration voltage applied to the anode electrode, the operation of the cathode to be measured is controlled in the temperature limited region. Starting the process;
Controlling the bias voltage so as to maintain the value of the emission current flowing between the measurement target cathode and the anode electrode when the operation of the measurement target cathode is started for a predetermined period;
Determining whether the amount of variation in bias voltage during a predetermined period is smaller than a preset threshold;
As a result of the determination, when the variation amount of the bias voltage when the measurement target cathode is used is smaller than a threshold, the measurement target cathode is selected as a usable cathode; and
It is provided with.

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。   Further, it is preferable to further include a step of obtaining a relationship between the emission current and the bias voltage in the space charge limited region and the temperature limited region in a state where the temperature of the measurement target cathode is maintained at the above-described preset temperature. .

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。   In addition, it is preferable that the temperature of the cathode to be measured during a predetermined period is set to a temperature used for electron emission in an electron beam apparatus used after sorting.

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。   Moreover, it is preferable that carbon is used as the material of the cover member.

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。
An electron beam drawing apparatus according to one embodiment of the present invention includes:
An electron gun equipped with a measurement target cathode selected as a cathode usable by the cathode selection method described above;
A drawing unit for drawing a pattern on a sample using an electron beam emitted from an electron gun;
It is provided with.

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。   According to one aspect of the present invention, it is possible to select a cathode that does not cause an abnormality in the periphery of the electron emission surface. Therefore, it is possible to eliminate a cathode in which an abnormality occurs in the peripheral portion of the electron emission surface before being mounted on a device to be used. As a result, it is possible to suppress fluctuations in current density due to abnormalities in the periphery of the electron emission surface.

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。3 is a cross-sectional view illustrating an example of a cathode in Embodiment 1. FIG. 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。2 is a conceptual diagram illustrating an apparatus configuration of an example of a cathode sorting measurement apparatus according to Embodiment 1. FIG. 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。6 is a diagram showing an example of a time chart of a change in current density of a shaped beam in the first embodiment. FIG. 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。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a temperature limited region and a space charge limited region in the first embodiment. 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。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between an emission current and a bias voltage in the first embodiment. 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。6 is a diagram illustrating an example of measurement points in a relationship between an emission current and a bias voltage in the first embodiment. FIG. 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。FIG. 3 is a flowchart showing main steps of the cathode selection method in the first embodiment. 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。6 is a diagram for explaining a method for obtaining a relationship between an emission current and a bias voltage in the first embodiment. FIG. 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。FIG. 10 is a diagram for explaining a method for acquiring another example of the relationship between the emission current and the bias voltage in the first embodiment. 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。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an abnormal part of the cathode in the first embodiment. 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。3 is an electron micrograph showing an abnormal portion of the cathode in the first embodiment. 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。FIG. 4 is a diagram showing another example of the cathode in the first embodiment. 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。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a drawing apparatus equipped with a selected cathode in the first embodiment. 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。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a device configuration of a measuring device in a second embodiment. 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。It is a conceptual diagram for demonstrating operation | movement of a variable shaping type | mold electron beam drawing apparatus.

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LaB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、LaB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。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the cathode in the first embodiment. In FIG. 1, a cathode 10 (measurement target cathode) is processed into a truncated cone shape in which, for example, a lower portion of a cylindrical LaB 6 crystal 20 is tapered and a lower surface 11 is processed into a flat surface. For example, a carbon film 30 (cover member) is disposed (attached) on the entire side surface including at least the tapered lower portion. As will be described later, since the upper portion of the LaB 6 crystal 20 is covered with a heater or the like, only the lower surface 11 formed in a plane is exposed when heated, and the carbon (carbon) film 30 exposes the exposure. The lower surface 11 can be limited to the electron emission surface.

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(LaB)の他、単結晶六ホウ化セリウム(CeB)、単結晶炭化ハフニウム(HfC)、焼結LaB、焼結CeB、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。 It should be noted that the crystalline material of the cathode 10 is generally a single crystal and may be formed from any of several suitable types of crystalline materials that may or may not be sintered. Or may include such materials. Typical materials that may be used include single crystal lanthanum hexaboride (LaB 6 ), single crystal cerium hexaboride (CeB 6 ), single crystal hafnium carbide (HfC), sintered LaB 6 , sintered Examples include, but are not limited to, CeB 6 , sintered HfC, sintered tungsten-barium-oxygen-Al (W—Ba—Al—O), sintered scandate (Ba—Sc—W—O), and the like. . A “sintered” material is a material formed from particles that are combined by exposure to heat and / or pressure. As the material of the cathode cover, for example, a carbon material is preferably used as a material that is a conductor and has a work function larger than that of the crystal material of the cathode 10. Therefore, in the cathode 10 of Embodiment 1, the electron emission surface is limited to a plane (lower surface) orthogonal to the optical axis direction. Therefore, the uniformity of the current density can be maintained in the electron emission stage.

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。   When a plurality of such cathodes 10 are manufactured, a number of defective cathodes are mixed. In the defective cathode, an abnormality that the current density of the shaped beam fluctuates greatly occurs.

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。   If a defective cathode that causes an abnormality among the plurality of manufactured cathodes 10 can be eliminated, the phenomenon that the current density of the shaped beam fluctuates greatly during use in the drawing apparatus can be avoided. Therefore, in the first embodiment, a cathode that does not have such an abnormality is selected from a plurality of manufactured cathodes 10. In other words, defective cathodes that cause abnormalities are eliminated.

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。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing an apparatus configuration of an example of the cathode sorting measurement apparatus according to the first embodiment. In FIG. 2, the measuring apparatus 300 includes a vacuum container 50 and an electron gun power supply 60. In the electron gun power source 60, an acceleration voltage power source 62, a Wehnelt power source 64, a heater power source 66, and a control circuit 65 are arranged. The cathode (−) side of the acceleration voltage power supply 62 is connected to the cathode 10 in the vacuum vessel 50. The anode (+) side of the acceleration voltage power supply 62 is connected to the anode electrode 54 in the vacuum vessel 50 and grounded. An ammeter 70 is connected in series between the anode (+) of the acceleration voltage power supply 62 and the anode electrode 54. The cathode (−) of the acceleration voltage power source 62 is also branched and connected to the anode (+) of the Wehnelt power source 64 (bias voltage power source). The cathode (−) of the Wehnelt power source 64 is connected to the cathode 10 and the anode. It is connected to a Wehnelt electrode 56 disposed between the electrodes 54. In the vacuum vessel 50, the heater 59 covers a side surface covered with a carbon cover different from the electron emission surface of the cathode 10. The heater power supply 66 is connected to the heater 59. The Wehnelt electrode 56 is formed with an opening through which electrons emitted from the electron emission surface of the cathode 10 pass to the anode electrode 54 side. In a state where a negative Wehnelt voltage (bias voltage) is applied from the Wehnelt power source 64 to the Wehnelt electrode 56, a constant negative acceleration voltage is applied to the cathode 10 from the acceleration voltage power source 62. When heated to a temperature, electrons (electron group) are emitted from the cathode 10, and the emitted electrons (electron group) are accelerated by an acceleration voltage to become an electron beam 40 and travel toward the anode electrode 54. Here, the Wehnelt power source 64 is set so that the total emission current I (emission current) measured by the ammeter 70 maintains a constant value for a predetermined period in a state where the acceleration voltage and the temperature are set to a constant value. The control circuit 65 measures the bias voltage variably controlled by the control circuit 65.

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。   As a cause of the phenomenon that the current density of the shaped beam fluctuates greatly while the cathode 10 is used in a drawing apparatus, the work function in the peripheral part of the electron emission surface is increased compared to the central part. . It is presumed that the increase in work function is affected by a chemical reaction occurring in the periphery of the electron emission surface. For example, a chemical reaction between the crystal 20 of the cathode 10 and the carbon film 30, or a chemical reaction between the rest of a polymer material such as a resist used when the carbon film 30 is processed and the crystal 20 is assumed. In the drawing apparatus, the bias voltage is controlled so as to keep the emission current constant under a constant temperature condition. However, as the work function increases, the emission current varies. Therefore, in order to keep the emission current constant under a constant temperature condition, the bias voltage varies according to the variation of the emission current.

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。   FIG. 3 is a diagram showing an example of a time chart of a change in the current density of the shaped beam in the first embodiment. When the cathode 10 is mounted on an electron gun of a drawing apparatus and an electron beam is emitted, the current density of the shaped beam is kept uniform as shown in FIG. 3 when the cathode 10 is initially heated. However, when time elapses, for example, about several tens of minutes (for example, 30 minutes) elapses and time t1 is reached, the current density of the shaped beam changes greatly. After reaching the maximum at time t2, it gradually decreases and returns to the original state at time t3. After the current density of the shaped beam changes greatly and becomes maximum, for example, it returns to the original uniform current density in about one hour. On the other hand, as shown in FIG. 3, the bias voltage greatly decreases at time t1, reaches a minimum at time t2, gradually increases, and returns to the original state at time t3. Also, the emission current is kept constant. Such a phenomenon is that the work function of the cathode 10 increased from time t1 to time t2 when the current density of the shaped beam changes greatly, and thus the emission current should decrease accordingly. However, the bias voltage tries to keep the emission current constant. As a result of the control, the emission current is kept constant as shown in FIG.

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。   Therefore, if such a defective cathode whose bias voltage fluctuates can be eliminated, a phenomenon that the current density of the shaped beam fluctuates greatly can be avoided. However, in the drawing apparatus, when the pattern is actually drawn on the sample, the cathode 10 is operated in a state where the operating point (use operation setting) of the cathode 10 is controlled to be located in the space charge limiting region.

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。   FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the temperature limited region and the space charge limited region in the first embodiment. In the temperature limited region, as shown in FIG. 4A, all the electrons emitted from the cathode 52 travel toward the anode electrode 54. In such a state, the number of electrons emitted (corresponding to the emission current) varies greatly with changes in the work function and temperature of the cathode. In other words, the Richardson Dashman equation holds. In the Richardson Dashman equation, the number of electrons emitted (corresponding to the emission current) increases as the temperature increases, and decreases as the work function increases. On the other hand, in the space charge limited region, an electron cloud called space charge 82 is formed on the front surface of the cathode 52 as shown in FIG. The space charge 82 has a negative feedback effect on the electron emission phenomenon from the cathode 52. In such a state, the number of electrons emitted (corresponding to the emission current) hardly depends on the work function or temperature of the cathode. Whether the state is the temperature limit region or the space charge limit region is determined by the relationship (combination) of the cathode temperature, the bias voltage, and the emission current. For example, in the temperature limited region, in order to maintain the emission current at a predetermined value, when the cathode temperature is increased, the bias voltage needs to be increased (in the negative direction) accordingly. However, when the cathode temperature increases and exceeds the limit value, the bias voltage becomes almost constant thereafter. In other words, the emission current becomes independent of temperature. Such a state is a space charge limited region.

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。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the emission current and the bias voltage in the first embodiment. In FIG. 5, the vertical axis represents the emission current, and the horizontal axis represents the bias voltage. In a state where the cathode temperature is kept constant, as shown in a graph 501 in FIG. 5, in the temperature limited region, the emission current gradually decreases as the bias voltage increases (in the negative direction). When the bias voltage increases (in the negative direction) and exceeds the limit value, the emission current decreases greatly as the bias voltage increases (in the negative direction) thereafter. Such a state is a space charge limited region. In the space charge limited region, the emission current stops flowing when the bias voltage is further increased. Here, since the emission current decreases as the work function of the cathode 10 increases, the graph 501 changes like a graph 503. As described above, in the drawing apparatus, when a pattern is actually drawn on a sample, the cathode is operated in a state in which the operating point of the cathode is controlled to be located in the space charge limiting region. In the example of FIG. 4, for example, the operating point 502 is set in the space charge limited region. When the work function of the cathode 10 increases in this state, the bias voltage is changed to maintain the emission current value at the operating point 502. As a result, the operating point 502 shifts to the operating point 504. As shown in FIG. 5, in the space charge limited region, the fluctuation of the bias voltage is very small as the work function of the cathode 10 increases. Specifically, for example, the amount of change in the bias voltage with respect to the bias voltage is about 1 × 10 −5 . Therefore, in order to detect a change in bias voltage with respect to an increase in work function, it is necessary to reduce the control resolution of the Wehnelt power supply 64. This makes the circuit expensive and is not realistic.

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。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of measurement points in the relationship between the emission current and the bias voltage in the first embodiment. As described above, since the emission current decreases as the work function of the cathode 10 increases, the graph 501 changes like the graph 503. However, it is difficult to detect fluctuations in the bias voltage even when the operating point 502 is shifted to the operating point 504 in the space charge limited region. Therefore, in the first embodiment, a change in the bias voltage is detected not in the space charge limited region but in the temperature limited region. In the example of FIG. 6, for example, the operating point 701 is set in the temperature limited region. When the work function of the cathode 10 increases in such a state, the bias voltage is changed in order to maintain the emission current value at the operating point 701. As a result, the operating point 701 is shifted to the operating point 702. As shown in FIG. 6, in the temperature limited region, the fluctuation of the bias voltage is very large as the work function of the cathode 10 increases. This is based on the fact that the correlation between the emission current and the bias voltage is different between the temperature limited region and the space charge limited region. In the space charge limited region, the change in the emission current is large with respect to the change in the bias voltage. In other words, the slope of the graph 501 is steep. On the other hand, in the temperature limited region, the change in the emission current is small with respect to the change in the bias voltage. In other words, the slope of the graph 501 is small. Therefore, in the first embodiment, the cathode 10 is intentionally operated in the temperature limited region to detect a defective cathode.

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。   FIG. 7 is a flowchart showing the main steps of the cathode selection method in the first embodiment. In FIG. 7, the cathode selection method in the first embodiment includes a cathode arrangement step (S104), a cathode heating step (S106), a correlation acquisition step (S108), a cathode operating point setting step (S110), a bias A series of steps of a voltage measurement step (S112), a determination step (S114), a selection step (S116), and a determination step (S118) are performed.

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LaB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。 First, the cathode to be selected is manufactured. As shown in FIG. 1, the manufactured cathode 10 is formed by the carbon film 30 in a shape in which the electron emission surface (lower surface 11) is flat and the emission area is limited. In other words, an emission area limited type cathode having a flat electron emission surface (lower surface 11) is manufactured. The cathode is manufactured by, for example, a mass of LaB 6 crystals by a zone melting method or the like. Then, such a lump is processed to produce a plurality of cathodes 10. Here, the manufactured cathode 10 may be formed of the same crystal or may be formed of different crystals.

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。   As the cathode arrangement step (S104), one of the plurality of cathodes 10 is arranged in the vacuum container 50 of the measuring apparatus 300 shown in FIG. In the vacuum vessel 50, the upper side surface covered with the carbon film 30 (carbon cover) different from the electron emission surface of the cathode 10 is held so as to be covered with the heater 59.

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。   In the cathode heating step (S <b> 106), a current is passed through the heater 59 by the heater power supply 66, and the cathode 10 is heated by the heater 59. At that time, the temperature of the cathode 10 to be measured is set to a temperature used for electron emission in a drawing apparatus (an example of an electron beam apparatus) used after selection. For example, it is preferable to set to 1700-1900K.

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。   In the correlation acquisition step (S108), the relationship between the emission current and the bias voltage in the space charge limited region and the temperature limited region is acquired while maintaining the temperature of the measurement target cathode 10 at the preset temperature. Specifically, the temperature of the measurement target cathode 10 is maintained at a preset temperature, and an acceleration voltage is applied between the measurement target cathode 10 and the anode electrode 54 facing the measurement target cathode 10. Then, a sufficiently large bias voltage is applied to the Wehnelt electrode 56 on the negative side with respect to the cathode 10 potential. When the bias voltage is sufficiently large on the negative side with respect to the cathode 10 potential, no emission current flows. When the bias voltage is gradually lowered to the positive side, an emission current starts to flow.

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。   FIG. 8 is a diagram for explaining a method for obtaining the relationship between the emission current and the bias voltage in the first embodiment. In FIG. 8, the vertical axis represents the emission current, and the horizontal axis represents the bias voltage. As shown in FIG. 8, when the bias voltage is gradually lowered to the positive side from the case where the bias voltage is sufficiently large on the negative side with respect to the cathode 10 potential, the emission current starts to flow. As the bias voltage is lowered to the positive side, the emission current greatly increases. When the bias voltage is lowered to the positive side to a certain limit value, the rate of increase in the emission current is reduced. As the bias voltage is further lowered to the positive side, the emission current gradually increases. The emission current may be measured by an ammeter 70, and the bias voltage may be a desired voltage applied by the Wehnelt power source 64 controlled by the control circuit 65. The measurement result is stored as data associated with the bias voltage in a storage device (not shown) in the control circuit 65. The control circuit 65 may plot the measurement data by a plot circuit (not shown) and output the data to the outside. Thereby, the graph 801 showing the relationship between the emission current and the bias voltage can be acquired. An intersection 804 of a straight line 803 that approximates a measurement point in a region where the emission current flows and the emission current greatly increases, and a straight line 802 that approximates a measurement point in a region where the increase rate of the emission current is small is a space charge. It can be regarded as a branch point between the restriction region and the temperature restriction region. A region where the emission current greatly increases is the space charge limited region, and a region where the increase rate of the emission current is small is the temperature limited region.

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。   In the cathode operating point setting step (S110), the temperature of the measurement target cathode 10 is maintained at a preset temperature, and an acceleration voltage is applied between the measurement target cathode 10 and the anode electrode 54 and applied to the Wehnelt electrode 56. By adjusting the bias voltage to be operated, the operation of the measurement target cathode 10 is started in the temperature limited region. For example, the bias voltage V2 at the operating point in the temperature limited region is preferably set to nV1, which is n times the bias voltage V1 at the branch point (emission current I1) described above. The coefficient n is preferably about 0.5 <n <0.9. In the vicinity of the intersection 804 in FIG. 8, there is a possibility of being affected by both the space charge limited region and the temperature limited region. By setting n <0.9, the cathode 10 can be reliably operated within the temperature limited region. Further, by setting 0.5 <n, the minimum value of the bias voltage when the bias voltage fluctuates can be reliably measured.

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。   As the bias voltage measurement step (S112), the Wenelt value is maintained so as to maintain the value of the emission current Ie flowing between the measurement target cathode 10 and the anode electrode 54 when the operation of the measurement target cathode 10 is started for a predetermined period. The power source 64 controls the bias voltage. During such a period, the value of the emission current Ie measured by the ammeter 70 is fed back to the Wehnelt power supply 64, and the Wehnelt power supply 64 controls the bias voltage so as to maintain the value of the emission current. Information on the bias voltage value to be applied is output to the control circuit 65. In the control circuit 65, the bias voltage value during this period is stored in the storage device. In other words, the variation of the bias voltage during such a period is stored. As the predetermined period, for example, about 1 to 2 hours is preferable. However, it is not limited to this and may be longer.

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。   As a determination step (S114), a determination unit (not shown) in the control circuit 65 determines whether the variation amount ΔVb of the bias voltage during a predetermined period is smaller than a preset threshold value Vth. The determination result is output to the outside.

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。   As a selection step (S116), the selection unit (not shown) in the control circuit 65 determines the measurement target cathode 10 when the bias voltage variation ΔVb when the measurement target cathode 10 is used is smaller than the threshold value Vth. The cathode is selected as a usable (OK) cathode in the drawing apparatus. Conversely, when the bias voltage variation ΔVb is not smaller than the threshold value Vth, the cathode 10 to be measured is selected as an unusable (NG) cathode in the drawing apparatus.

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。   As a determination step (S118), a determination unit (not shown) in the control circuit 65 determines whether all of the plurality of produced cathodes have been selected. If there is a cathode that has not yet been selected, the process returns to the cathode arrangement step (S104), from the cathode arrangement step (S104) to the determination step (S118) until all of the plurality of prepared cathodes are selected. Repeat these steps.

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。   FIG. 9 is a diagram for explaining a method for obtaining another example of the relationship between the emission current and the bias voltage in the first embodiment. In the correlation acquisition step (S108), solid differences occur for a plurality of fabricated cathodes, so that the bias voltage V1 and the emission current I1 at the branch point vary. Therefore, as shown in FIG. 9, the emission current on the vertical axis is defined by the emission current ratio Ie / I1 which is a relative value. Similarly, the bias voltage on the horizontal axis is defined by a bias voltage ratio Vb / V1 which is a relative value. As a result, the bias voltage V2 that is the operating point in the temperature limited region in the cathode operating point setting step (S110) can be set at a certain distance from the branch point.

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。   Alternatively, a plurality of cathodes made from rods of the same material often have generally similar characteristics. Therefore, the correlation acquisition process (S108) for the remaining cathodes may be omitted on the assumption that the correlation is acquired for one cathode and the remaining is approximate.

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。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing an abnormal portion of the cathode in the first embodiment. If the defective cathode is continuously used in the drawing apparatus, a groove is formed around the electron emission surface of the cathode as shown in FIG.

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LaB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。 FIG. 11 is an electron micrograph showing an abnormal portion of the cathode in the first embodiment. In FIG. 11, the electron emission surface of the LaB 6 crystal 20 indicated by LaB 6 is shown. As shown in FIG. 11, it can be seen that the outer peripheral portion of the electron emission surface covered with the carbon film 30 is corroded.

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。   Before the cathode 10 shown in FIGS. 10 and 11 is formed, in the first embodiment, the cathode that can cause the abnormality shown in FIGS. 10 and 11 can be excluded in advance.

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。   FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the cathode according to the first embodiment. In FIG. 1, the outer peripheral portion covering the cathode 10, the conical side surface and the cylindrical side surface, which is a combination of a cylindrical upper portion and a conical top portion cut horizontally and a truncated cone-shaped lower portion having a flat bottom surface. Although the cylindrical cathode cover (carbon film 30) is shown, the present invention is not limited to this. FIG. 12A shows a case where the cylindrical cathode crystal 20a and the curved surface on the side surface of the cylinder are covered with a cathode cover (carbon film 30a). Further, the lower surface (plane) of the cylindrical crystal 20a becomes the electron emission surface S. In FIG. 12B, the shape of the crystal 20b is the same as that in FIG. The shape which became conical like the side is shown. In FIG. 12 (c), two-stage cylindrical crystals 20b having different diameters, in which a cylindrical lower member having a small diameter is connected to a cylindrical upper member having a large diameter, are formed on the side surfaces of the two cylinders. The case where the curved surface is covered with the carbon film 30b is shown. In addition, the lower surface (plane) of the cylinder with a small diameter of the crystal 20b becomes the electron emission surface S. In FIG. 12D, the shape of the crystal 20d is the same as that of FIG. 1, but in the carbon film 30d, the crystal 20d and the carbon film 30d are formed on the slope portion that is the conical side surface of the carbon film 30 shown in FIG. The shape which formed the gap | interval G between these is shown. In such a configuration, electrons are also emitted from the conical side surface of the crystal 20d, but the ratio of the area of the electron emission surface S of the lower surface (plane) is larger than the area of the gap G on the lower surface (plane). If it is sufficiently large, the influence on the current density distribution can be ignored. About this ratio, what is necessary is just to adjust suitably.

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。   FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration of a drawing apparatus equipped with a selected cathode in the first embodiment. Here, an electron beam drawing apparatus is shown as an example of an electron beam apparatus on which the selected cathode is mounted. In FIG. 13, the drawing apparatus 100 includes a drawing unit 150 and a control circuit 160. The drawing apparatus 100 is an example of an electron beam drawing apparatus. In particular, it is an example of a variable shaping type drawing apparatus. The drawing unit 150 includes an electron column 102 and a drawing chamber 103. In the electron column 102, there are an electron gun 201, an illumination lens 202, a first aperture 203, a projection lens 204, a deflector 205, a second aperture 206, an objective lens 207, a main deflector 208, and a sub deflector 209. Has been placed. An XY stage 105 is disposed in the drawing chamber 103. On the XY stage 105, a sample 101 such as a mask to be drawn at the time of drawing is arranged. The sample 101 includes an exposure mask for manufacturing a semiconductor device. Further, the sample 101 includes mask blanks to which a resist is applied and nothing is drawn yet. The cathode 10 selected as the usable cathode in the first embodiment is mounted (mounted) on the electron gun 201. Then, the drawing unit 150 draws a pattern on the sample 101 using the electron beam 200 emitted from the electron gun 201. Specifically, it operates as follows.

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。   The electron beam 200 emitted from the electron gun 201 (emission unit) illuminates the entire first aperture 203 having a rectangular hole by the illumination lens 202. Here, the electron beam 200 is first shaped into a rectangle. Then, the electron beam 200 of the first aperture image that has passed through the first aperture 203 is projected onto the second aperture 206 by the projection lens 204. The deflector 205 controls the deflection of the first aperture image on the second aperture 206, and can change (variably shape) the beam shape and dimensions. The electron beam 200 of the second aperture image that has passed through the second aperture 206 is focused by the objective lens 207, deflected by the main deflector 208 and the sub deflector 209, and continuously moved. The desired position of the sample 101 arranged in the above is irradiated. FIG. 1 shows a case in which multi-stage deflection of main and sub two stages is used for position deflection. In such a case, the electron beam 200 of the corresponding shot is deflected while following the stage movement to the reference position of the sub-field (SF) where the stripe region is further virtually divided by the main deflector 208. What is necessary is just to deflect the beam of the shot concerning each irradiation position.

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。   Since the cathode 10 that does not cause the selected abnormality is mounted, the drawing process can be performed at a desired current density.

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。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to select a cathode that does not cause an abnormality in the periphery of the electron emission surface. Therefore, it is possible to eliminate a cathode in which an abnormality occurs in the peripheral portion of the electron emission surface before being mounted on a device to be used. As a result, it is possible to suppress fluctuations in current density due to abnormalities in the periphery of the electron emission surface.

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。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the configuration is such that only one cathode 10 can be arranged in the measuring apparatus 300, but this is not a limitation. In the second embodiment, an example in which a plurality of cathodes are simultaneously arranged will be described. The contents other than those described in particular are the same as those in the first embodiment.

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。   FIG. 14 is a conceptual diagram showing a device configuration of the measuring device according to the second embodiment. In FIG. 14, the measuring apparatus 300 according to the second embodiment simultaneously arranges a plurality of cathodes 10 in a vacuum vessel 50. The Wehnelt electrodes 56 (56a to 56c) are arranged for each cathode 10 (10a to 10c). Further, the anode electrode 54 may be common. The electron gun power supply 60 (60a to 60c) may be arranged for each cathode 10 (10a to 10c). An acceleration voltage power source (not shown) in the electron gun power source 60 (60a to 60c) and the cathode 10 are connected in parallel to the common anode electrode 54. An accelerating voltage power source (not shown) in the electron gun power source 60, the cathode 10, the anode electrode 54, and the current between the series circuits connected to the accelerating voltage power source are measured by the respective ammeters 70. The emission current I (emission current) can be measured simultaneously. Further, the fluctuation of the bias voltage during a predetermined period may be recorded by a control circuit (not shown) in each electron gun power supply 60. And what is necessary is just to batch-process each process shown in FIG. 7 with the number of cathodes which can be mounted in the measuring apparatus 300 of FIG.

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、LaB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(CeB)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。 The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. The electron beam apparatus on which the selected cathode is mounted is not limited to the drawing apparatus, and can be applied to other electron beam apparatuses such as an electron microscope. The drawing apparatus is not limited to the variable shaping type drawing apparatus using a single beam, and may be suitably applied to, for example, a raster beam drawing apparatus and a multi-beam drawing apparatus. Further, as the cathode material has been described as an example LaB 6 crystal, a tungsten (W), such as cerium hexaboride (CeB 6), it can be applied to other thermionic emission material. Further, although a carbon film is used to limit the electron emission surface of the cathode, it is not limited to carbon. In addition, any material such as rhenium (Re) having a higher work function than the electron emission material may be used.

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。   In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used. For example, although the description of the control unit configuration for controlling the drawing apparatus 100 is omitted, it goes without saying that the required control unit configuration is appropriately selected and used.

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。   In addition, all cathode selection methods, cathode selection measuring devices, electron beam drawing apparatuses, and methods that include elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cathode 11 Lower surface 20 Crystal 30 Carbon film 50 Vacuum vessel 54 Anode electrode 56 Wehnelt electrode 59 Heater 60 Electron gun power supply 62 Accelerating voltage power supply 64 Wehnelt power supply 65 Control circuit 66 Heater power supply 70 Ammeter 100 Drawing apparatus 101,340 Sample 102 Electron column 103 Drawing chamber 105 XY stage 150 Drawing unit 160 Control circuit 200 Electron beam 201 Electron gun 202 Illumination lenses 203 and 410 First aperture 204 Projection lens 205 Deflectors 206 and 420 Second aperture 207 Objective lens 208 Main deflection 209 Sub deflector 300 Measuring device 330 Electron beam 411 Aperture 421 Variable shaping aperture 430 Charged particle source

Claims (5)

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。
Using a measurement target cathode having a cover member attached and having an electron emission surface limited to a flat surface by the cover member, the temperature of the measurement target cathode is maintained at a preset temperature, and the measurement target cathode and the measurement target are maintained. By adjusting the bias voltage applied to the Wehnelt electrode arranged between the cathode to be measured and the anode electrode in the state where the acceleration voltage is applied between the anode electrode facing the cathode and the anode electrode facing the cathode, Starting the operation of the cathode to be measured;
Controlling the bias voltage so as to maintain a value of an emission current flowing between the measurement target cathode and the anode electrode when the operation of the measurement target cathode is started for a predetermined period;
Determining whether the amount of fluctuation of the bias voltage during the predetermined period is smaller than a preset threshold;
As a result of the determination, when the variation amount of the bias voltage when the measurement target cathode is used is smaller than the threshold, the measurement target cathode is selected as a usable cathode; and
A cathode sorting method characterized by comprising:
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。   The method further comprises the step of obtaining a relationship between the emission current and the bias voltage in the space charge limited region and the temperature limited region in a state where the temperature of the cathode to be measured is maintained at the preset temperature. The cathode selection method according to claim 1. 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。   The cathode selection method according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the measurement target cathode during the predetermined period is set to a temperature used for electron emission in an electron beam apparatus used after the selection. 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。   The cathode selection method according to claim 1, wherein carbon is used as a material of the cover member. 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。
An electron gun equipped with the measurement target cathode selected as a cathode usable by the cathode selection method according to claim 1,
A drawing unit for drawing a pattern on a sample using an electron beam emitted from the electron gun;
An electron beam drawing apparatus comprising:
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