(57)【要約】【課題】レンズにて球面収差が生じることを防止して、対象物上に荷電粒子線要素を精度よく照射する。【解決手段】描画装置は、２次元的に配列された複数の出射源から複数の電子ビーム要素をそれぞれ出射する電子ビーム出射部、および、複数の電子ビーム要素を基板上に導く電子光学系を備え、電子光学系は、出射方向に平行な中心軸Ｊ１に対して回転対称のポテンシャルを生成する静電レンズ４１を有する。パターンの描画の際には、中心軸Ｊ１を中心としてリング状に出射される電子ビーム要素群を、リング半径を変更しつつ順次出射させるとともに、リング半径に関わらず電子ビーム要素群が中心軸Ｊ１上の同一の位置を通過するように、静電レンズ４１により電子ビーム要素群に作用する場がリング半径に応じて変更される。これにより、静電レンズ４１にて球面収差が生じることを防止して、基板上に電子ビーム要素を精度よく照射することができる。【選択図】図７
2011023126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物上に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、
出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源から、強度制御およびタイミング制御可能な複数の荷電粒子線要素をそれぞれ出射する荷電粒子線出射部と、
前記出射方向に平行な中心軸に対して回転対称のポテンシャルを生成するレンズを有し、前記複数の荷電粒子線要素を対象物上に導く荷電粒子光学系と、
前記中心軸を中心としてリング状に出射される荷電粒子線要素群を、リング半径を変更しつつ前記荷電粒子線出射部から順次出射させるとともに、前記リング半径に関わらず前記荷電粒子線要素群が前記中心軸上の同一の位置を通過するように、前記レンズにより前記荷電粒子線要素群に作用する場を前記リング半径に応じて変更する制御部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線照射装置であって、
前記レンズに入射する前記荷電粒子線要素群の経路が前記中心軸に平行となっており、
前記荷電粒子光学系が、前記中心軸に対して回転対称のポテンシャルを生成するとともに、前記中心軸上の前記同一の位置を通過した前記荷電粒子線要素群の経路が前記中心軸に平行となるように、前記リング半径に応じて前記荷電粒子線要素群に作用する場を変更する他のレンズをさらに有することを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の荷電粒子線照射装置であって、
前記荷電粒子線出射部が、
前記出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された前記複数の出射源にて前記複数の荷電粒子線要素を生成しつつ出射する荷電粒子線生成部と、
複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成された少なくとも１つのアパーチャ板を前記出射方向に配列して有し、前記荷電粒子線生成部から出射された前記複数の荷電粒子線要素の進行方向を一定の方向に制限する方向制限部と、
前記方向制限部を通過した前記複数の荷電粒子線要素の進行速度を均一化する速度均一化部と、
を備え、
前記速度均一化部が、
前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、前記出射方向において前記２つの開口が前記少なくとも１つのアパーチャ板のうちの前記荷電粒子線生成部から最も離れたアパーチャ板のいずれかの開口と部分的に重なるシフト静電レンズアレイと、
複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成されるとともに、前記シフト静電レンズアレイの各静電レンズの作用を受けた荷電粒子線要素の一部が、前記複数の開口のいずれかを通過する中間アパーチャ板と、
前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、各静電レンズの前側焦点が前記中間アパーチャ板のいずれかの開口の中央となる補正静電レンズアレイと、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線照射装置であって、
前記速度均一化部が、前記シフト静電レンズアレイ、前記中間アパーチャ板および前記補正静電レンズアレイの組合せである最初の速度均一化ユニットと同様の構造の少なくとも１つの速度均一化ユニットを前記出射方向に配列して有し、
前記少なくとも１つの速度均一化ユニットのそれぞれのシフト静電レンズアレイの互いに対応する２つの開口が、前記出射方向において直前の速度均一化ユニットの補正静電レンズアレイのいずれかの開口と少なくとも一部にて重なることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線照射装置であって、
前記少なくとも１つの速度均一化ユニットが２以上の速度均一化ユニットであり、
前記最初の速度均一化ユニットおよび前記２以上の速度均一化ユニットによる各荷電粒子線要素の経路が前記出射方向に沿っておよそ螺旋状となることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の荷電粒子線照射装置であって、
前記荷電粒子線生成部が、
空間変調された光を出射する光出射部と、
それぞれが前記出射方向に伸びるとともに、内部にて電子を増幅する複数のマイクロチャネルを前記複数の出射源として有し、前記光出射部からの光の入射に起因して前記複数の荷電粒子線要素を出射する変換部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項７】
対象物上に荷電粒子線を照射してパターンを描画する描画装置であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載の荷電粒子線照射装置と、
描画データを記憶する記憶部と、
を備え、
前記荷電粒子線照射装置が前記描画データに従って対象物上への荷電粒子線の照射を制御することを特徴とする描画装置。
【請求項８】
対象物上に荷電粒子線を照射して対象物の画像を取得する分析顕微鏡であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載の荷電粒子線照射装置と、
荷電粒子線の照射により対象物から放出される粒子線または電磁波を検出する検出器と、
を備えることを特徴とする分析顕微鏡。
【請求項９】
荷電粒子線を出射する荷電粒子線出射装置であって、
出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源にて複数の荷電粒子線要素を生成しつつ出射する荷電粒子線生成部と、
複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成された少なくとも１つのアパーチャ板を前記出射方向に配列して有し、前記荷電粒子線生成部から出射された前記複数の荷電粒子線要素の進行方向を一定の方向に制限する方向制限部と、
前記方向制限部を通過した前記複数の荷電粒子線要素の進行速度を均一化する速度均一化部と、
を備え、
前記速度均一化部が、
前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、前記出射方向において前記２つの開口が前記少なくとも１つのアパーチャ板のうちの前記荷電粒子線生成部から最も離れたアパーチャ板のいずれかの開口と部分的に重なるシフト静電レンズアレイと、
複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成されるとともに、前記シフト静電レンズアレイの各静電レンズの作用を受けた荷電粒子線要素の一部が、前記複数の開口のいずれかを通過する中間アパーチャ板と、
前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、各静電レンズの前側焦点が前記中間アパーチャ板のいずれかの開口の中央となる補正静電レンズアレイと、
を備えることを特徴とする荷電粒子線出射装置。
【請求項１０】
荷電粒子線用のレンズ装置であって、
それぞれが中心軸を中心とするとともに、前記中心軸に沿って配列される複数のリング部材と、
前記中心軸に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源から出射されて前記複数のリング部材内に入射する複数の荷電粒子線要素が通過する前記複数のリング部材内の空間において、前記複数のリング部材よりも十分に大きいレンズにて生成されるポテンシャルと同等のポテンシャルが生成されるように、前記複数のリング部材に電位を付与する電圧源と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線用のレンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物上に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置、当該荷電粒子線照射装置を有する描画装置および分析顕微鏡、荷電粒子線を出射する荷電粒子線出射装置、並びに、荷電粒子線用のレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の微細化に伴い、露光光源の短波長化及び高品質化に対する要求が高まっている。近年、投影レンズと半導体基板の間に液体を満たした状態で露光を行う液浸露光装置が広く用いられているが、液浸露光法による微細化には、現実的な課題が数多く存在する。例えば、高屈折率の液体が光を吸収することによるレジスト表面での光強度の低下、それに伴うスループットの低下、また液体の熱分解、気泡の発生等が挙げられ、これらの課題を克服可能な高屈折率液体が、研究開発の目標の中心となっている。一方で、基礎研究レベルでは、例えば１５ナノメートル（ｎｍ）未満の半導体素子が電子ビームを用いる電子ビーム露光法により試作されている。電子ビームは、加速電圧により、その波長制御が可能であり、容易に１ｎｍ未満の波長を得ることが可能な波動である。
【０００３】
電子ビームを用いてパターンを描画する描画装置としては、電子源から電子ビームを出射し、この電子ビームの照射位置を基板上にて走査することによりパターンを描画する方式が一般的である。しかしながら、いわゆる一筆書きにてパターンを描画する上記装置では、基板全体へのパターンの描画に多大な時間を要し、半導体装置の製造コストが増大してしまうため、半導体製造装置としては実用化されてない。
【０００４】
そこで、近年、形成すべきパターンに応じた空孔を有するレチクルに電子ビーム（実際には、一度に広範囲に照射される電子ビームであるため、電子ビーム要素の集合と捉えることができる。）を照射し、空孔を通過した電子ビームを基板上に照射することにより、基板上にパターンを描画する描画装置が提案されており、例えば、特許文献１では、このような描画装置において可変軸レンズを用いる手法（ＰＲＥＶＡＩＬ（Projection Reduction Exposure with Variable Axis Immersion Lenses）方式として知られている。）が開示されている。ＰＲＥＶＡＩＬ方式の描画装置では、レチクル上において光軸を実質的にシフトすることにより、光学系の本来の光軸から外れたレチクル上の位置において、当該光軸に沿って電子ビームを進行させることが可能となる。すなわち、装置の中心軸から外れた領域でも近軸光線を得ることができ、収差低減の役割を果たす。
【０００５】
一方、特許文献２では、複数のマイクロチャネルの束の一端側に２次元の光パターンを入射させ、他端側から光パターンに基づく電子ビームアレイを出射させることにより、２次元の描画パターンの形成を、２次元一括露光により迅速に実現する手法が開示されている。なお、特許文献３では、上記と同様の複数のマイクロチャネルから観察対象である試料に電子ビームアレイを照射し、２次電子検出器にて２次電子を検出することにより電子顕微鏡画像を生成する際に、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の２次元パターンを、互いに独立した２次元パターンとなるように時系列で設定し、時系列の２次元パターンと、上記２次電子検出器において検出された時系列の検出信号とに基づいて、高いＳ／Ｎ比の電子顕微鏡画像を得る手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，４６６，９０４号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／１２３４４７号パンフレット
【特許文献３】特開２００７−１４１７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１ないし３の装置のように、一回の描画動作にて対象物上の比較的大きい領域に電子ビーム（実際には、複数の電子ビーム要素の集合となっている。）を照射する場合には、電子光学系のレンズにおいて光軸に平行に入射する複数の電子ビーム要素のうち、光軸（ＰＲＥＶＡＩＬ方式の描画装置では、シフトした光軸）近傍の電子ビーム要素がレンズの作用により光軸上を通過する位置と、光軸から離れた電子ビーム要素がレンズの作用により光軸上を通過する位置とが相違する現象である球面収差が生じる。これにより、対象物上に電子ビーム要素を精度よく照射することが困難となる。このような問題は、電子ビーム以外の荷電粒子線を対象物上に照射する場合においても同様に生じ、電子顕微鏡や電子線露光装置などにおいて、その解像度は波長よりむしろ収差によって支配的に決められていることが多い。また、対象物上に荷電粒子線要素をより精度よく照射するには、一定の速度にて進行する荷電粒子線要素を出射部から出射することも求められる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、レンズにて球面収差が生じることを防止して、対象物上に荷電粒子線要素を精度よく照射することを主たる目的とし、一定の速度にて進行する荷電粒子線要素を出射することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、対象物上に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源から、強度制御およびタイミング制御可能な複数の荷電粒子線要素をそれぞれ出射する荷電粒子線出射部と、前記出射方向に平行な中心軸に対して回転対称のポテンシャルを生成するレンズを有し、前記複数の荷電粒子線要素を対象物上に導く荷電粒子光学系と、前記中心軸を中心としてリング状に出射される荷電粒子線要素群を、リング半径を変更しつつ前記荷電粒子線出射部から順次出射させるとともに、前記リング半径に関わらず前記荷電粒子線要素群が前記中心軸上の同一の位置を通過するように、前記レンズにより前記荷電粒子線要素群に作用する場を前記リング半径に応じて変更する制御部とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の荷電粒子線照射装置であって、前記レンズに入射する前記荷電粒子線要素群の経路が前記中心軸に平行となっており、前記荷電粒子光学系が、前記中心軸に対して回転対称のポテンシャルを生成するとともに、前記中心軸上の前記同一の位置を通過した前記荷電粒子線要素群の経路が前記中心軸に平行となるように、前記リング半径に応じて前記荷電粒子線要素群に作用する場を変更する他のレンズをさらに有する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の荷電粒子線照射装置であって、前記荷電粒子線出射部が、前記出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された前記複数の出射源にて前記複数の荷電粒子線要素を生成しつつ出射する荷電粒子線生成部と、複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成された少なくとも１つのアパーチャ板を前記出射方向に配列して有し、前記荷電粒子線生成部から出射された前記複数の荷電粒子線要素の進行方向を一定の方向に制限する方向制限部と、前記方向制限部を通過した前記複数の荷電粒子線要素の進行速度を均一化する速度均一化部とを備え、前記速度均一化部が、前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、前記出射方向において前記２つの開口が前記少なくとも１つのアパーチャ板のうちの前記荷電粒子線生成部から最も離れたアパーチャ板のいずれかの開口と部分的に重なるシフト静電レンズアレイと、複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成されるとともに、前記シフト静電レンズアレイの各静電レンズの作用を受けた荷電粒子線要素の一部が、前記複数の開口のいずれかを通過する中間アパーチャ板と、前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、各静電レンズの前側焦点が前記中間アパーチャ板のいずれかの開口の中央となる補正静電レンズアレイとを備える。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の荷電粒子線照射装置であって、前記速度均一化部が、前記シフト静電レンズアレイ、前記中間アパーチャ板および前記補正静電レンズアレイの組合せである最初の速度均一化ユニットと同様の構造の少なくとも１つの速度均一化ユニットを前記出射方向に配列して有し、前記少なくとも１つの速度均一化ユニットのそれぞれのシフト静電レンズアレイの互いに対応する２つの開口が、前記出射方向において直前の速度均一化ユニットの補正静電レンズアレイのいずれかの開口と少なくとも一部にて重なる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の荷電粒子線照射装置であって、前記少なくとも１つの速度均一化ユニットが２以上の速度均一化ユニットであり、前記最初の速度均一化ユニットおよび前記２以上の速度均一化ユニットによる各荷電粒子線要素の経路が前記出射方向に沿っておよそ螺旋状となる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の荷電粒子線照射装置であって、前記荷電粒子線生成部が、空間変調された光を出射する光出射部と、それぞれが前記出射方向に伸びるとともに、内部にて電子を増幅する複数のマイクロチャネルを前記複数の出射源として有し、前記光出射部からの光の入射に起因して前記複数の荷電粒子線要素を出射する変換部とを備える。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、対象物上に荷電粒子線を照射してパターンを描画する描画装置であって、請求項１ないし６のいずれかに記載の荷電粒子線照射装置と、描画データを記憶する記憶部とを備え、前記荷電粒子線照射装置が前記描画データに従って対象物上への荷電粒子線の照射を制御する。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、対象物上に荷電粒子線を照射して対象物の画像を取得する分析顕微鏡であって、請求項１ないし６のいずれかに記載の荷電粒子線照射装置と、荷電粒子線の照射により対象物から放出される粒子線または電磁波を検出する検出器とを備える。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、荷電粒子線を出射する荷電粒子線出射装置であって、出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源にて複数の荷電粒子線要素を生成しつつ出射する荷電粒子線生成部と、複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成された少なくとも１つのアパーチャ板を前記出射方向に配列して有し、前記荷電粒子線生成部から出射された前記複数の荷電粒子線要素の進行方向を一定の方向に制限する方向制限部と、前記方向制限部を通過した前記複数の荷電粒子線要素の進行速度を均一化する速度均一化部とを備え、前記速度均一化部が、前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、前記出射方向において前記２つの開口が前記少なくとも１つのアパーチャ板のうちの前記荷電粒子線生成部から最も離れたアパーチャ板のいずれかの開口と部分的に重なるシフト静電レンズアレイと、複数の開口が前記複数の出射源と同様の配列にて形成されるとともに、前記シフト静電レンズアレイの各静電レンズの作用を受けた荷電粒子線要素の一部が、前記複数の開口のいずれかを通過する中間アパーチャ板と、前記複数の出射源と同様の配列にて形成された複数の開口を有する１対の電極板を有し、前記１対の電極板の互いに対応する２つの開口の周囲の部位が１つの静電レンズとなっており、各静電レンズの前側焦点が前記中間アパーチャ板のいずれかの開口の中央となる補正静電レンズアレイとを備える。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、荷電粒子線用のレンズ装置であって、それぞれが中心軸を中心とするとともに、前記中心軸に沿って配列される複数のリング部材と、前記中心軸に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源から出射されて前記複数のリング部材内に入射する複数の荷電粒子線要素が通過する前記複数のリング部材内の空間において、前記複数のリング部材よりも十分に大きいレンズにて生成されるポテンシャルと同等のポテンシャルが生成されるように、前記複数のリング部材に電位を付与する電圧源とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１ないし８、並びに、請求項１０の発明では、レンズにて球面収差が生じることを防止して、対象物上に荷電粒子線要素を精度よく照射することができる。
【００２０】
また、請求項２の発明では、両側テレセントリック光学系を構成する２つのレンズにて球面収差が生じることを防止することにより、対象物上の荷電粒子線要素群の照射領域の光軸方向の座標が変化しても倍率が一定に保たれるようにしつつ、荷電粒子線要素を精度よく照射することができる。
【００２１】
請求項３ないし６、並びに、請求項９の発明では、一定の方向に一定の速度にて進行する荷電粒子線要素を出射することができる。
【００２２】
また、請求項４および５の発明では、荷電粒子線出射部において、荷電粒子線要素の速度をさらに一定にすることができ、請求項７の発明では、パターンを精度よく描画することができ、請求項８の発明では、対象物の画像を精度よく取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】描画装置の構成を示す図である。
【図２】ＭＣＰを示す斜視図である。
【図３】電子ビーム制限部の一部の構成を示す図である。
【図４】速度均一化ユニットの一部を拡大して示す図である。
【図５】複数の補正静電レンズアレイの静電レンズの位置を示す図である。
【図６】ＭＣＰを示す斜視図である。
【図７】ＭＣＰおよび静電レンズを示す斜視図である。
【図８】電子ビーム要素群の軌道を示す図である。
【図９】電子ビーム要素群の軌道を示す図である。
【図１０】静電レンズに付与する電圧を決定する処理の流れを示す図である。
【図１１】電子ビーム要素群の軌道を示す図である。
【図１２】各リング半径の電子ビーム要素群に作用するポテンシャルを示す図である。
【図１３】参照基板上のパターンを示す図である。
【図１４】参照基板の断面図である。
【図１５】電子ビーム要素群を示す図である。
【図１６】電子ビーム照射行列を示す図である。
【図１７】比較例の描画装置における静電レンズを示す図である。
【図１８】比較例の描画装置における静電レンズを示す図である。
【図１９】比較例の描画装置における電子ビーム要素の軌道を示す図である。
【図２０】比較例の描画装置における電子ビーム要素の軌道を示す図である。
【図２１】比較例の描画装置における静電レンズを示す図である。
【図２２】レンズ装置を示す斜視図である。
【図２３】電子ビーム出射部の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る描画装置１の構成を示す図である。描画装置１は、基板９上に電子ビームを照射して、基板９（の電子ビームレジスト９２）にパターンを描画するものであり、電子ビーム露光装置とも呼ばれる。基板９の一の主面上には、金属薄膜、半導体膜、絶縁膜等の薄膜９１および電子ビームレジスト９２が順に形成されている。
【００２５】
描画装置１は、基板９が載置されるステージ２１、電子ビームを出射する電子ビーム出射部３、電子ビーム出射部３からの電子ビームを所定の中心軸Ｊ１に沿ってステージ２１上の基板９に導く電子光学系４、電子ビームの照射により基板９から放出される２次電子を検出する検出器５、電子ビーム出射部３および電子光学系４に対してステージ２１を基板９の主面に沿って移動する移動機構２２、並びに、描画装置１の全体制御を担う制御部６を備える。制御部６は、電子ビームの出射制御を担う電子出射制御部６１、電子ビームの出射時に後述する光パターンの信号を生成する光パターン生成部６２、電子光学系４の静電レンズ４１，４２を制御する静電レンズ制御部６３、静電レンズ４１，４２に印加する電圧を求める印加電圧演算部６４、検出器５からの信号を処理する検出信号処理部６５、並びに、移動機構２２を制御するステージ駆動制御部６６を備える。電子出射制御部６１は、基板９上に描画されるパターンを示す描画データ６１２を記憶する記憶部６１１、および、後述の動作にて基板上の画像を取得する際に所定の信号を発生する符号化信号発生部６１３を備える。
【００２６】
描画装置１は、ステージ２１、電子ビーム出射部３、電子光学系４、検出器５および移動機構２２を内部に収容するチャンバ本体１１をさらに備え、チャンバ本体１１の内部は、図示省略の真空ポンプにより、例えば１０−６トル（Ｔｏｒｒ）（１３３．３×１０−６パスカル（Ｐａ））以下の圧力（本実施の形態では、１０−８Ｔｏｒｒ）に減圧されている。
【００２７】
図１に示すように、電子ビーム出射部３は、チャンバ本体１１内の頂部近傍に設けられるとともに空間変調された光を出射する光出射部３１、入射する光に応じて電子ビームを出射する変換部３２、および、電子光学系４に入射する電子ビームを進行方向および進行速度が一定のものに制限する電子ビーム制限部３４を備える。光出射部３１は、例えば、光を出射する光源、および、液晶シャッタ等の空間光変調デバイスを有し、描画すべきパターンに合わせて変調された光（２次元の光パターン）が中心軸Ｊ１に平行な出射方向に出射される。なお、光出射部３１は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）により光源からの光を変調するものや、複数の光源が２次元に配列されたものであってもよい。
【００２８】
変換部３２は、厚い円板状のマイクロチャネルプレート（以下、単に「ＭＣＰ」という。）３３を有し、光出射部３１から出射された光は、ＭＣＰ３３の光出射部３１側に設けられる光電膜３３２に入射する。光電膜３３２は中心軸Ｊ１に垂直な方向に広がっており、実際には、光学レンズ３１１により光出射部３１の出射面の像が光電膜３３２上に形成され、入射した光が電子に変換されてＭＣＰ３３内に放出される。
【００２９】
図２はＭＣＰ３３の一部を破断して示す斜視図である。図２に示すように、ＭＣＰ３３は、それぞれが出射方向（すなわち、中心軸Ｊ１方向）に伸びるとともに、内部にて電子を増幅する複数のマイクロチャネル３３１を有し、互いに平行な複数のマイクロチャネル３３１は、中心軸Ｊ１（図１参照）を中央に配置しつつ出射方向に垂直な方向に密に配列形成される。各マイクロチャネル３３１の内周面には、電子の衝突により２次電子を放出する半導体膜が形成されており、図１の変換部３２では、光出射部３１からの光が複数のマイクロチャネル３３１の一端側に光電膜３３２を介して入射することにより、各マイクロチャネル３３１の他端側から電子ビーム要素が出射される。図２では、符号Ｂ１を付す矢印にて示すように、ＭＣＰ３３から図２の上側（正確には、左上側）に向かって電子ビーム要素が進行するものとしているが、実際の描画装置１では、ＭＣＰ３３からの電子ビーム要素は図１の下側に向かって進行する（後述の図３、図４、図６、図７および図２２において同様）。光出射部３１からの光の入射に起因して変換部３２から出射される複数の電子ビーム要素は、電子ビーム制限部３４に入射する。
【００３０】
以上のように、描画装置１では、各マイクロチャネル３３１が電子ビーム要素の出射源となっており、出射方向に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源にて複数の電子ビーム要素を生成しつつ出射する電子ビーム生成部が、光出射部３１および変換部３２により実現される。なお、ＭＣＰ３３は、鉛ガラスを主成分とし、主面に垂直な方向に伸びる複数の貫通孔（マイクロチャネル）を形成し、両面に電極を形成することにより作製される。ＭＣＰ３３におけるマイクロチャネル３３１は必ずしも規則的に配列される必要はない。
【００３１】
図３は、電子ビーム制限部３４の一部の構成を示す図である。図３に示すように、電子ビーム制限部３４は、ＭＣＰ３３から出射された複数の電子ビーム要素の進行方向を一定の方向に制限する（コリメートする）方向制限部３５、および、方向制限部３５を通過した複数の電子ビーム要素の進行速度を均一化する速度均一化部３６を備える。
【００３２】
方向制限部３５は、それぞれが出射方向（図３中の縦方向）に垂直な方向に広がる複数のアパーチャ板３５１を出射方向に配列して有し、各アパーチャ板３５１では、複数の開口３５２が複数のマイクロチャネル３３１（図２参照）と同様の配列にて形成される。アパーチャ板３５１の各開口３５２は、ＭＣＰ３３のいずれか１つのマイクロチャネル３３１と出射方向において重なっており、各マイクロチャネル３３１から出射された電子ビーム要素では、複数のアパーチャ板３５１の互いに対応する複数の開口３５２を通過した成分（電子）のみが速度均一化部３６へと導かれる。図３では、符号Ｂ２を付す矢印にて電子ビーム要素の成分の進行方向を示している。
【００３３】
複数のアパーチャ板３５１は、例えば、ＭＣＰ３３を作製する際に、複数の貫通孔を形成した直後の鉛ガラス板を主面に沿ってスライスし、必要に応じて表面に金属膜を蒸着することにより作製される（後述のシフト静電レンズアレイ３７、中間アパーチャ板３８および補正静電レンズアレイ３９において同様）。このようなアパーチャ板３５１では、その主面上における複数の開口３５２の相対位置が、中心軸Ｊ１に垂直な面上における複数のマイクロチャネル３３１の相対位置と同じとなるとともに（すなわち、複数の開口３５２が複数のマイクロチャネル３３１と同様の配列となる。）、各開口３５２の大きさもマイクロチャネル３３１と同一となり、アパーチャ板３５１の開口３５２の全体を、ＭＣＰ３３のいずれか１つのマイクロチャネル３３１の開口全体と出射方向において正確に重ねることが可能となる。本実施の形態では、複数のアパーチャ板３５１間にて電圧は付与されないが、描画装置１の設計によっては、複数のアパーチャ板３５１間にて電圧が付与されてもよい。
【００３４】
速度均一化部３６は、方向制限部３５を通過した複数の電子ビーム要素において、およそ一定の進行速度を有する成分（電子）のみを抽出する複数の速度均一化ユニット３６０（図３では、１つの速度均一化ユニットに符号３６０ａを付している。）を有し、複数の速度均一化ユニット３６０，３６０ａは出射方向に配列して設けられる。各速度均一化ユニット３６０，３６０ａは、複数の電子ビーム要素に作用する電場をそれぞれ形成する複数の静電レンズが配列されたシフト静電レンズアレイ３７、シフト静電レンズアレイ３７の各静電レンズの作用を受けた電子ビーム要素のうちの一部の成分のみが通過する中間アパーチャ板３８、および、中間アパーチャ板３８を通過した各電子ビーム要素の進行方向を中心軸Ｊ１に平行な出射方向へと戻す補正静電レンズアレイ３９を有する。
【００３５】
図４は、方向制限部３５に隣接する最初の速度均一化ユニット３６０ａの一部を拡大して示す図である。シフト静電レンズアレイ３７は、複数のマイクロチャネル３３１（図２参照）と同様の配列にて形成された複数の開口３７２を有する１対の電極板３７１を有し（図４では、各電極板３７１の１つの開口３７２のみを図示している。中間アパーチャ板３８および補正静電レンズアレイ３９において同様。）、１対の電極板３７１は図示省略の電圧源に接続される。一方の電極板３７１の各開口３７２は他方の電極板３７１のいずれかの開口３７２と出射方向（図４中の縦方向）において正確に重なっており、１対の電極板３７１の互いに対応する２つの開口３７２の周囲の部位が１つの静電レンズとなっている。電子ビーム制限部３４では、各静電レンズに対応する２つの開口３７２が、方向制限部３５におけるＭＣＰ３３から最も離れたアパーチャ板３５１のいずれかの開口３５２と出射方向において部分的に重なるように、当該静電レンズの出射方向に平行な光軸Ｊ３が、アパーチャ板３５１の当該開口３５２の中央を通るとともに出射方向に平行な軸Ｊ２とずれた状態にてシフト静電レンズアレイ３７が配置される。なお、図４では、図４中の横方向における軸Ｊ２と光軸Ｊ３とのずれ量を符号Ｗ１を付す矢印にて示している（光軸Ｊ３と後述の軸Ｊ４とのずれ量Ｗ２において同様）。
【００３６】
中間アパーチャ板３８においても、複数の開口３８１が複数のマイクロチャネル３３１と同様の配列にて形成されており、各開口３８１がシフト静電レンズアレイ３７のいずれかの静電レンズにおける開口３７２と出射方向において部分的に重なるように、当該開口３８１の中央を通るとともに出射方向に平行な軸Ｊ４が、当該静電レンズの光軸Ｊ３とずれた状態にて（図４では、静電レンズの光軸Ｊ３の位置から見て、アパーチャ板３５１の開口３５２の軸Ｊ２とは反対側にずれた状態にて）中間アパーチャ板３８が配置される。
【００３７】
このとき、既述のように、静電レンズの光軸Ｊ３とアパーチャ板３５１の開口３５２の軸Ｊ２とがずれていることにより、当該静電レンズの作用を受けた電子ビーム要素では、各成分の進行速度に応じて進行方向が相違する。具体的には、図４中に長い矢印Ｂ２にて示すように、進行速度が速い成分は進行方向の変化が小さくなり、図４中に短い矢印Ｂ２にて示すように、進行速度が遅い成分は進行方向の変化が大きくなり、およそ一定の進行速度を有する成分のみが中間アパーチャ板３８のいずれかの開口３８１を通過することとなる。中間アパーチャ板３８を通過した電子ビーム要素の成分は補正静電レンズアレイ３９へと向かう。
【００３８】
補正静電レンズアレイ３９は、シフト静電レンズアレイ３７と同様の構造となっており、複数のマイクロチャネル３３１と同様の配列にて形成された複数の開口３９２を有する１対の電極板３９１を有し、１対の電極板３９１の互いに対応する２つの開口３９２の周囲の部位が１つの静電レンズとなっている。電子ビーム制限部３４では、各静電レンズの前側焦点が中間アパーチャ板３８のいずれかの開口３８１の中央となるように、補正静電レンズアレイ３９が配置されており、出射方向に平行な静電レンズの光軸は、中間アパーチャ板３８の開口３８１の軸Ｊ４と一致している。これにより、中間アパーチャ板３８を通過して補正静電レンズアレイ３９の静電レンズに入射する電子ビーム要素の進行方向が出射方向におよそ平行となる。
【００３９】
実際には、既述のように、複数の速度均一化ユニット３６０，３６０ａが出射方向に配列され、最初の速度均一化ユニット３６０ａ以外の残りの速度均一化ユニット３６０も、シフト静電レンズアレイ３７、中間アパーチャ板３８および補正静電レンズアレイ３９の組合せである図４の速度均一化ユニット３６０ａと同様の構造となっている。これらの速度均一化ユニット３６０（すなわち、２番目以降の速度均一化ユニット３６０）のそれぞれでは、シフト静電レンズアレイ３７の互いに対応する２つの開口３７２が、出射方向において直前の速度均一化ユニット３６０（すなわち、ＭＣＰ３３側（図４の下側）に隣接する速度均一化ユニット３６０）の補正静電レンズアレイ３９のいずれかの開口３９２と部分的に重なっており、開口３９２を通過した電子ビーム要素は、シフト静電レンズアレイ３７の静電レンズの光軸（開口３７２の中央）から外れた位置に入射し、当該静電レンズを通過した各成分の進行方向がその進行速度に応じて相違することとなる。したがって、各速度均一化ユニット３６０においても、電子ビーム要素における一定の進行速度を有する成分の抽出が行われる。
【００４０】
なお、補正静電レンズアレイ３９の開口３９２の全体と、これに隣接するシフト静電レンズアレイ３７の開口３７２の全体とが、出射方向において正確に重なる場合であっても、電子ビーム要素は、軸Ｊ４に対して傾斜した方向に進行しつつ中間アパーチャ板３８の開口３８１を通過するため、その後、開口３９２を通過した電子ビーム要素は、シフト静電レンズアレイ３７の開口３７２の中央から外れた位置に入射し、当該シフト静電レンズアレイ３７を有する速度均一化ユニット３６０での電子ビーム要素の進行速度の制限が可能となる。したがって、補正静電レンズアレイ３９の開口３９２とこの補正静電レンズアレイ３９に隣接するシフト静電レンズアレイ３７の開口３７２とは少なくとも一部にて重なっておればよい。
【００４１】
図５は、出射方向に沿って見た場合における複数の速度均一化ユニット３６０，３６０ａの補正静電レンズアレイ３９の静電レンズ（開口３９２）の位置を示す図である。また、図５では、方向制限部３５の複数のアパーチャ板３５１のうちのＭＣＰ３３から最も離れたアパーチャ板３５１（すなわち、最後のアパーチャ板３５１）の開口３５２も破線にて図示している。実際には、開口３９２と開口３５２とは同じ大きさとなっている。
【００４２】
ここで、図５に示すように、複数の速度均一化ユニット３６０，３６０ａに含まれる複数の補正静電レンズアレイ３９の静電レンズを構成する開口３９２（正確には、２つの開口３９２であるが、図５では１つの開口３９２のみを図示している。）およびアパーチャ板３５１の開口３５２を出射方向に垂直な面上に投影した場合を考える。また、最後の速度均一化ユニット３６０を除く速度均一化ユニット３６０，３６０ａの１つに含まれる補正静電レンズアレイ３９の各静電レンズに注目する。以下、この静電レンズを「注目静電レンズ」という。
【００４３】
この場合に、注目静電レンズの中央（すなわち、開口３９２の中央）を始点とし、次の速度均一化ユニット３６０の静電レンズの中央を終点とする出射ベクトルが示す方向が、注目静電レンズの直前の速度均一化ユニット３６０，３６０ａの静電レンズ（注目静電レンズが最初の速度均一化ユニット３６０ａに含まれる場合には、最後のアパーチャ板３５１の開口３５２）の中央を始点とし、注目静電レンズの中央を終点とする入射ベクトルが示す方向に対して（３６０／ｎ）度（ただし、ｎは３以上の整数であり、図５の例ではｎは４となっている。）だけ、反時計回り（時計回りであってもよい。）に傾斜するように、速度均一化ユニット３６０，３６０ａが配置される。電子ビーム制限部３４では、各速度均一化ユニット３６０，３６０ａと、当該速度均一化ユニット３６０，３６０ａに隣接する（すなわち、上下の）速度均一化ユニットとが、上記と同様の位置関係となっており、これにより、複数の速度均一化ユニット３６０，３６０ａによる各電子ビーム要素の経路が出射方向に沿っておよそ螺旋状となり、電子ビームの進行方向が装置の中心軸から外れることが抑制される。なお、描画装置１の設計によっては、各注目静電レンズにおいて入射ベクトルが示す方向が、出射ベクトルが示す方向に対して１８０度（すなわち、（３６０／２）度）だけ傾斜するように、複数の速度均一化ユニット３６０が配置されてもよい。
【００４４】
本実施の形態における描画装置１では、最後の速度均一化ユニット３６０に含まれる補正静電レンズアレイ３９の静電レンズ（開口３９２）が、最後のアパーチャ板３５１の開口３５２と出射方向において正確に重なっており、複数の速度均一化ユニット３６０，３６０ａを通過した複数の電子ビーム要素の出射方向に垂直な面上における中心が中心軸Ｊ１上となる。
【００４５】
図６は、ＭＣＰ３３を示す斜視図である。図１の電子ビーム出射部３の光出射部３１では、制御部６による一度の出射制御にて、中心軸Ｊ１に垂直な光束断面が中心軸Ｊ１を中心とするリング状（環状）となる光が出射され、ＭＣＰ３３において中心軸Ｊ１を中心とする同一半径に位置するマイクロチャネル３３１から電子ビーム要素がリング状に出射される（以下、一度の出射制御に応答して出射される電子ビーム要素の集合を「電子ビーム要素群」という。）。
【００４６】
実際には、図６に示すように、光出射部３１から順次出射される光パターン（図６中にて符号Ｌ１〜Ｌ５を付す。）の半径を出射制御毎に変更することにより、電子ビーム要素群の中心軸Ｊ１に垂直な面上における半径（以下、「リング半径」という。）を変更しつつ複数の電子ビーム要素群（図６では、リング半径ｒ１の光パターンＬ１に対応する電子ビーム要素群を符号Ｅ１を付して示している。）が順次出射される。ここでは、各電子ビーム要素群に対応する全ての出射源がＯＮとされると仮定して電子ビーム要素群がリング状に出射されるものとしているが、実際には、描画データ６１２に従って制御部６により出射源のＯＮ／ＯＦＦが制御されるため、一度の出射制御に対応する電子ビーム要素群は、必ずしも正確なリング状となる訳ではない。なお、図６では、中心軸Ｊ１に垂直なＭＣＰ３３の両主面上の電極間に電圧を付与する電圧源３３３も矩形にて図示している（後述の図７および図２２において同様）。
【００４７】
図７は、ＭＣＰ３３および１つの静電レンズ４１を示す斜視図である。なお、図７では、静電レンズ４１とＭＣＰ３３との間に設けられる電子ビーム制限部３４（図１参照）の図示を省略している。
【００４８】
図７に示すように、電子光学系４の静電レンズ４１は中心軸Ｊ１を中心とする２つのリング部材４１１の組合せとされ、金属等の導電性材料にて形成されるこれらのリング部材４１１間に電圧源３３３により電圧を付与することにより、中心軸Ｊ１に対して回転対称のポテンシャル（すなわち、中心軸Ｊ１に垂直な面上における各位置の静電ポテンシャルが中心軸Ｊ１を中心とする回転方向に依存せず、中心軸Ｊ１からの距離のみに依存する軸対称の電場）が生成される。電子ビーム制限部３４を通過した電子ビーム要素群は、加速管部４９（図１において図示を省略している。）により加速されて中心軸Ｊ１に平行な経路に沿って静電レンズ４１に入射する。このとき、描画装置１では、静電レンズ４１により電子ビーム要素群に作用する電場が、リング半径に応じて変更される。
【００４９】
図８および図９は電子ビーム要素群の軌道を示す図であり、図９は、図８中の符号Ａ１を付す円にて囲む部分を拡大したものである。図８および図９では、縦軸は中心軸Ｊ１に垂直な一の方向（リング状の電子ビーム要素群の半径方向であり、図８および図９中にてｒ方向として示す。）の位置を示し、横軸は中心軸Ｊ１方向（図８および図９中にてｚ方向として示す。）の位置を示し、ｚ軸は中心軸Ｊ１と一致している（後述の図１１、図１２、図１９および図２０において同様）。
【００５０】
描画装置１では、電子ビーム出射部３にて図８中の符号Ｅ１〜Ｅ９を付す線にて軌道を示す電子ビーム要素群が順次出射される際には、制御部６の制御により異なる電圧Ｖ１〜Ｖ９を静電レンズ４１に付与して、電子ビーム要素群Ｅ１〜Ｅ９に作用する電場を、電子ビーム要素群Ｅ１〜Ｅ９のリング半径に応じて変更することにより、図９に示すように、全ての電子ビーム要素群Ｅ１〜Ｅ９（ただし、図９では一部の電子ビーム要素群の軌道のみに符号を付している。）がリング半径に関わらず中心軸Ｊ１上（ｚ軸上）のほぼ同一の位置を通過する。静電レンズ４１を通過した電子ビーム要素群Ｅ１〜Ｅ９は図１に示すもう１つの静電レンズ４２へと入射する。
【００５１】
静電レンズ４２も図７の静電レンズ４１と同様の構成となっており、中心軸Ｊ１に対して回転対称のポテンシャルが生成される。また、ＭＣＰ３３側の静電レンズ４１の後側焦点にステージ２１側の静電レンズ４２の前側焦点が配置され、中心軸Ｊ１に沿って配置される２つの静電レンズ４１，４２により両側テレセントリック光学系が構成されている。静電レンズ４２においても、静電レンズ４１と同様に、電子ビーム要素群Ｅ１〜Ｅ９毎に異なる電圧が付与されることにより電子ビーム要素群Ｅ１〜Ｅ９に作用する電場がリング半径に応じて変更される。これにより、静電レンズ４１の作用により中心軸Ｊ１上の同一の位置を順次通過する電子ビーム要素群の経路が、静電レンズ４２により精度よく中心軸Ｊ１に平行とされて、電子ビーム要素群が基板９上へと導かれる。実際には、ＭＣＰ３３の出射面における像は、縮小して基板９上に形成され、描画データ６１２に従って変調される複数の電子ビーム要素群の照射により基板９上に微細なパターンが形成される。なお、電子光学系４では、必要に応じて他の光学要素が設けられてもよい。
【００５２】
次に、各電子ビーム要素群の出射時に静電レンズ４１，４２に付与する電圧を演算により決定する手法について説明する。図１０は、静電レンズに付与する電圧を決定する処理の流れを示す図である。以下、ＭＣＰ３３側に設けられる静電レンズ４１に着目して説明を行う。また、以下の説明では、ｚ軸に垂直な２軸をｘ軸およびｙ軸として規定する。
【００５３】
印加電圧演算部６４では、まず、電子ビーム要素の成分である電子が静電レンズ４１に入射する速度が、電子ビーム出射部３における制御パラメータの設定値を用いて求められるとともに、静電レンズ４１の印可電圧の初期値が設定される（ステップＳ１１）。ここでは、リング半径ｒｊ（ただし、ｊは正の整数）の１つの電子ビーム要素群に着目し、印可電圧をＶｊ，ｉと表記する。後述するように、印可電圧は必要に応じて更新され、添え字のｉは更新回数を示している。
【００５４】
続いて、印可電圧Ｖｊ，ｉを静電レンズ４１に付与した際における３次元ポテンシャル分布Ｐｊ，ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）が演算により求められ（ステップＳ１２）、その後、数１に基づいて電子ビーム要素群の軌道が算出される（ステップＳ１３）。数１において、ｍは電子の質量を示し、ｒｖは電子の位置ベクトルを示し、ｎは電子の電苛を示している。また、ｒｖ（２）はｒｖの時間についての２回微分（すなわち、加速度ベクトル）を示している。
【００５５】
【数１】
2011023126.tif 000003
【００５６】
電子ビーム要素群の軌道が算出されると、当該軌道がｚ軸（中心軸Ｊ１）と交わる位置ｚｊ，ｉが求められ、予め定められた目標位置ｚＡとの差Δｚが算出される（ステップＳ１４）。差Δｚは、所定の閾値βと比較され、閾値βよりも大きい（すなわち、（Δｚ＞β）である）場合には（ステップＳ１５）、ｉが１だけインクリメントされるとともに印加電圧Ｖｊ，ｉが更新される（ステップＳ１６）。例えば、更新後の印加電圧Ｖｊ，ｉは、直前の印加電圧をＶｊ，ｉ−１として、差Δｚを用いて数２にて表される。なお、αは所定の係数である。
【００５７】
【数２】
2011023126.tif 000004
【００５８】
印加電圧Ｖｊ，ｉが更新されると、上記と同様に、３次元ポテンシャル分布Ｐｊ，ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）が求められるとともに（ステップＳ１２）、電子ビーム要素群の軌道が算出され（ステップＳ１３）、当該軌道がｚ軸（中心軸Ｊ１）と交わる位置ｚｊ，ｉと目標位置ｚＡとの差Δｚが算出される（ステップＳ１４）。印加電圧演算部６４では、差Δｚが閾値β以下となるまで、印加電圧Ｖｊ，ｉを更新しつつ（ステップＳ１６）、上記ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が繰り返される（ステップＳ１５）。
【００５９】
上記繰り返し処理により、図１１中に符号Ｂ３を付す矢印にて示すように、電子ビーム要素群の軌道がｚ軸と交わる位置ｚｊ，ｉと目標位置ｚＡとの差を小さくする印加電圧が取得可能となる。なお、図１１では、更新回数が１、２、３（すなわち、ｉが１、２、３）である場合における電子ビーム要素群の軌道がｚ軸と交わる位置をそれぞれｚ１，ｚ２，ｚ３として示している。そして、差Δｚが閾値β以下（すなわち、（Δｚ≦β））となると（ステップＳ１５）、現在の印加電圧が最適印加電圧Ｖｊ，ｉｅとして決定される（ステップＳ１７）。
【００６０】
実際には、各リング半径の電子ビーム要素群に対して上記ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理が行われて最適印加電圧が求められ、各電子ビーム要素群が静電レンズ４１に入射する際に、当該最適印加電圧が静電レンズ４１に付与される。これにより、図１２に示すように、各リング半径ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５の電子ビーム要素群の出射時に、Ｐ１，ｉｅ（ｘ，ｙ，ｚ）、Ｐ２，ｉｅ（ｘ，ｙ，ｚ）、Ｐ３，ｉｅ（ｘ，ｙ，ｚ）、Ｐ４，ｉｅ（ｘ，ｙ，ｚ）、Ｐ５，ｉｅ（ｘ，ｙ，ｚ）のポテンシャルが生成され、各電子ビーム要素群が目標位置ｚＡ近傍を通過することとなる。静電レンズ４２においても同様に、中心軸Ｊ１上のおよそ同一の位置を通過した電子ビーム要素群の経路が中心軸Ｊ１に平行となるように最適印加電圧が決定される。
【００６１】
次に、描画装置１におけるキャリブレーション処理について説明する。本実施の形態では、図１３に示すように、所定位置から放射状に広がるパターンが形成された参照基板が予め準備される。図１３の参照基板上のパターンにおいて、平行斜線を付す部分は白色の部分よりも例えば１０ｎｍだけ突出しており、図１４の上段に示すように、当該位置を中心とする周方向（任意の半径位置における周方向であり、図１４においてθ方向として示す。）において、同じ幅の凸部９１１と凹部９１２とが繰り返されることとなる。
【００６２】
図１の描画装置１では、参照基板がステージ２１上に載置されるとともに、放射状のパターンの中心が中心軸Ｊ１上に位置するようにステージ２１が配置される。続いて、電子ビーム出射部３からの電子ビームを電子光学系４を介して参照基板上に照射しつつ、参照基板から放出される２次電子が検出器５にて検出される。
【００６３】
ここで、電子ビームを参照基板上に照射しつつ参照基板から放出される２次電子を検出する際における基本動作について説明する。以下の説明では、電子ビーム出射部３がＭ個の出射源（マイクロチャネル３３１）を有しているものとする。
【００６４】
基本動作では、Ｍ個の出射源において、１つの出射源のみをＯＮとし、残りの出射源をＯＦＦとして、ＯＮとされた出射源からの電子ビーム要素の参照基板への照射により参照基板から放出された２次電子が検出器５にて検出される。このとき、各静電レンズ４１，４２のリング部材の間に付与する電圧が、ＯＮとする出射源からの電子ビーム要素が含まれる電子ビーム要素群のリング半径に応じた最適印加電圧に変更される。描画装置１では、上記動作が、ＯＮとする出射源を切り替えつつ繰り返されることにより、Ｍ個の出射源のそれぞれをＯＮとした場合における検出器５の出力値が取得される。Ｍ個の出射源からの電子ビーム要素は、参照基板上においてＭ個の出射源と同様の配列となるＭ個の位置にそれぞれ照射されるため、これらの位置のそれぞれに検出器５の出力値を対応付けることにより、参照基板の画像（以下、「電子顕微鏡画像」という。）が取得される。
【００６５】
既述のように、実際の電子ビーム出射部３には多数の出射源が設けられているため、電子顕微鏡画像を短時間に取得するには、各出射源のＯＮ時間を短くして、ＯＮとする出射源を高速に切り替える必要がある。しかしながら、出射源のＯＮ時間を短くすると、参照基板から放出される２次電子量が少なくなるため、ノイズの影響が大きくなってしまい、検出器５における検出感度が低下して、電子顕微鏡画像を精度よく取得することが困難となる可能性がある。
【００６６】
そこで、電子ビームを参照基板上に照射しつつ参照基板から放出される２次電子を検出する際における好ましい動作では、上記の特開２００７−１４１７９７号公報（特許文献３）と同様の手法が用いられ、パターン描画の際にリング状に出射される各電子ビーム要素群に対応する複数の出射源において、１回の出射制御にて２以上の出射源をＯＮとしつつ検出器５にて２次電子が検出され、ＯＮとする出射源の組合せを所定の規則に基づいて変化させて複数回の電子ビーム要素の出射制御が行われる。例えば、図１５に示すように、リング状に出射される一の電子ビーム要素群が、ａ１，ａ２，・・・，ａｋ，・・・ａｎのｎ個の電子ビーム要素を含む場合には、符号化信号発生部６１３の制御により、当該電子ビーム要素群に含まれる電子ビーム要素を出射するｎ個の出射源のうち、特定の２以上の出射源をＯＮとしつつ検出器５にて２次電子を検出する動作が、ＯＮとする出射源をｎ通りに変更してｎ回繰り返される。
【００６７】
ここで、１回の出射制御において、ＯＮとされる出射源を１とし、ＯＦＦとされる出射源を０として、図１６に示すように、ａ１からａｎまでの電子ビーム要素に対応するｎ個の出射源のＯＮ／ＯＦＦの状態を番号順にｎ次元の行ベクトルにて表し、ｎ回の出射制御にそれぞれ対応するものを列方向（図１６中の縦方向）に並べることにより、ｎ行ｎ列の電子ビーム照射行列Ｂを設定する。また、各出射源からの電子ビーム要素のみに起因して参照基板から放出される２次電子量（検出器５にて検出される電子量の一部であり、当該出射源がＯＮとされる場合には常に同じ量であると考えられる。）を番号順に列方向に並べたｎ次元の列ベクトルをＡとし、検出器５における出力値を時系列に列方向に並べたｎ次元の列ベクトルをＳとし、検出器５における出力値に重畳されるノイズ（機器ノイズ）を時系列に列方向に並べたｎ次元の列ベクトルをＣとすると、電子ビーム照射行列Ｂ、列ベクトルＡ、列ベクトルＳおよび列ベクトルＣの関係は（ＢＡ＋Ｃ＝Ｓ）として表される。
【００６８】
本動作例では、列ベクトルＳは検出器５における出力値として取得され、列ベクトルＣも電子ビームを参照基板に照射していない状態において取得されるため、電子ビーム照射行列Ｂの逆行列が存在する場合、すなわち、電子ビーム照射行列Ｂが正則行列である場合には、各出射源からの電子ビーム要素のみに起因して参照基板から放出される２次電子量を示す列ベクトルＡが算出可能となる。このとき、１回の出射制御にて参照基板から放出される総電子量を多くしてノイズの影響を小さくするには、電子ビーム照射行列Ｂの全ての行にて値１が占める割合を多くすることが好ましく、このような条件を満たすものの一例として、アダマール行列があげられる。これにより、各出射源からの電子ビーム要素のみに起因して参照基板から放出される２次電子量を高Ｓ／Ｎ比（基本動作に比べて近似的に（ｎ／２）の平方根倍だけ増大する。）にて取得することができる。そして、全てのリング半径（ｒ＝ｒ１，ｒ２，・・・，ｒｊ，・・・）の電子ビーム要素群に対して上記動作を行うことにより、出射源におけるＯＮ時間を短くしつつ参照基板の電子顕微鏡画像を精度よく取得することが可能となる。なお、上記基本動作では、電子ビーム照射行列Ｂが単位行列となっていると捉えることができる。
【００６９】
既述のように、参照基板では、所定位置から放射状に広がるパターンが形成されており、図１４の上段に示すように、参照基板上において各電子ビーム要素の照射領域の径（スポット径）Ｄ１，Ｄ２が広がっている場合には、図１４の下段に示すように、電子顕微鏡画像における対応する部分がぼけてしまう。したがって、描画装置１では、参照基板の電子顕微鏡画像において、各リング半径ｒｊに対応する凸部９１１および凹部９１２の繰り返しが正確に表現されるまで、電子ビーム出射部３等の制御パラメータを変更しつつ電子顕微鏡画像を取得する動作が繰り返される。これにより、電子ビーム出射部３等の制御パラメータの最終的な値が、電子ビーム要素群のリング半径毎に決定されて、キャリブレーション処理が完了する。また、電子ビーム照射行列を用いる場合には、キャリブレーション処理を短時間にて行うことが実現される。
【００７０】
ところで、図１７に示すように、１つの電子ビーム要素（図１７中にて符号９４を付す線にて示す。図１８において同様。）のみを用いる場合には、静電レンズ９３による球面収差の影響を考慮する必要はない。しかしながら、図１８に示すように、複数の電子ビーム要素９４が静電レンズ９３を同時に通過する場合には、球面収差の影響を考慮する必要が生じる。すなわち、光軸（中心軸）に平行な複数の電子ビーム要素が入射する静電レンズ９３において、光軸から離れた位置では、急峻なポテンシャル勾配により光軸に向かって大きな静電気力が電子ビーム要素に作用するため、図１９および図１９中の符号Ａ２を付す円にて囲む部分を拡大した図２０に示すように、静電レンズ９３に入射する際に光軸（ｚ軸）から離れている電子ビーム要素が静電レンズ９３の作用により光軸上を通過する位置が、静電レンズ９３に入射する際に光軸近傍となっている電子ビーム要素が静電レンズ９３の作用により光軸上を通過する位置よりも静電レンズ９３に近くなる（進行方向の後側になる）現象、すなわち、球面収差が生じる。これにより、基板上に照射される電子ビーム要素の位置精度が低下し、描画の目標とするパターンが、光軸（中心）から離れるに従って歪んで描画されてしまう。
【００７１】
これに対し、図１の電子ビーム出射部３、電子光学系４および制御部６が実現する電子ビーム照射装置では、中心軸Ｊ１を中心としてリング状に出射される電子ビーム要素群が、リング半径を変更しつつ電子ビーム出射部３から順次出射されるとともに、リング半径に関わらず電子ビーム要素群が中心軸Ｊ１上の同一の位置を通過するように、電子光学系４の静電レンズ４１により電子ビーム要素群に作用する場がリング半径に応じて変更される。これにより、静電レンズ４１にて球面収差が生じることを防止して、基板９上に変調可能な（すなわち、強度制御およびタイミング制御可能な）電子ビーム要素を精度よく照射することができる。
【００７２】
電子ビーム照射装置を有する描画装置１では、パターンの描画の際に、当該電子ビーム照射装置が描画データ６１２に従って基板９上への電子ビームの照射を制御することにより、パターンを精度よく描画することができる。また、両側テレセントリック光学系を構成する２つの静電レンズ４１，４２の双方にて球面収差が生じることを防止することにより、電子光学系４と基板９との間の距離が変化した場合であっても基板９上の電子ビーム要素群の照射領域のサイズ（基板９上におけるリング半径）が変化することを防止しつつ（すなわち、照射領域の光軸方向の座標が変化しても倍率が一定に保たれるようにしつつ）、電子ビーム要素を精度よく照射することができる。
【００７３】
また、図１の描画装置１では、上記電子ビーム照射装置および検出器５により電子顕微鏡としての機能が実現されており、所定のパターンが形成された基板９（電子ビームレジスト９２は形成されていなくてもよい。）をステージ２１上に載置し、各静電レンズ４１，４２のリング部材間の電圧をリング半径に応じて変更しつつ、電子顕微鏡画像の取得に係る上記基本動作、または、図１６の電子ビーム照射行列を用いる動作を行うことにより、基板９上に電子ビーム要素を精度よく照射して基板９の画像を精度よく取得することができる。また、電子ビーム照射行列を用いる動作にて電子顕微鏡画像を取得する電子顕微鏡では、基板９の画像を高速に取得することが可能となる。
【００７４】
ところで、全ての電子ビーム要素が静電レンズの光軸近傍を通過する場合には、静電レンズによる球面収差の影響を考慮する必要がないため、図２１に示すように、複数の電子ビーム要素９４が出射される場合に、巨大な静電レンズ９３ａ（例えば、静電レンズに入射する複数の電子ビーム要素９４の束の光軸に垂直な面上の領域が直径数十ｃｍの円である場合には、直径数ｍ〜１０ｍのリング部材にて構成される静電レンズ）を設けるときには、これらの電子ビーム要素９４が静電レンズ９３ａの光軸（中心軸）近傍を通過していると捉えることができ、球面収差の影響を無視することが可能となる。ただし、このようなサイズの静電レンズ９３ａを描画装置にて用いることは、その設置スペースや製造コスト、あるいは、調整の困難性等の観点から現実的ではない。
【００７５】
そこで、巨大な静電レンズ９３ａが生成するポテンシャルと同等のポテンシャルを小型のレンズ装置にて生成する手法について説明する。図２２は、他の例に係る描画装置１にて用いられるレンズ装置４ａを示す斜視図である。レンズ装置４ａは、図１の静電レンズ４１（および静電レンズ４２）に代えて用いられるものである。なお、図２２では、電子ビーム出射部３のＭＣＰ３３も図示している。
【００７６】
ここでは、まず、図２２中にて二点鎖線にて示す巨大な静電レンズ９３ａが生成するポテンシャルの３次元分布が計算により求められ、ＭＣＰ３３からの全ての電子ビーム要素が通過する空間（すなわち、中心軸Ｊ１からの距離が所定値となる円柱状の空間）におけるポテンシャルが特定される。また、レンズ装置４ａでは、図２２に示すように、それぞれが中心軸Ｊ１を中心とするとともに中心軸Ｊ１方向に薄い複数のリング部材４３１（好ましくは、４以上のリング部材４３１であり、より好ましくは、１０以上のリング部材４３１）が中心軸Ｊ１に沿って配列して設けられており、上記計算にて特定されたポテンシャルが生成されるように、電圧源３３３により複数のリング部材４３１に所定の電位を付与することにより、巨大な静電レンズ９３ａが設けられている場合と同等のポテンシャル（すなわち、巨大な静電レンズ９３ａの光軸近傍のポテンシャル（近軸ポテンシャルとも呼ばれる。））が生成される。
【００７７】
これにより、中心軸Ｊ１に垂直な平面上に２次元的に配列された複数の出射源である複数のマイクロチャネル３３１（図２参照）から同時に出射されて複数のリング部材４３１内に中心軸Ｊ１に平行に入射する複数の電子ビーム要素が、中心軸Ｊ１からの距離に関わらず中心軸Ｊ１上のほぼ同一の位置を通過することとなる。
【００７８】
以上のように、レンズ装置４ａでは、複数の電子ビーム要素が通過する複数のリング部材４３１内の空間において、複数のリング部材４３１よりも十分に大きい静電レンズ９３ａ（例えば、直径がリング部材４３１の直径の５倍以上１００倍以下の静電レンズ）にて生成されるポテンシャルと同等のポテンシャルが生成されるように、複数のリング部材４３１に電位を付与することにより、複数のリング部材４３１により構成されるレンズにて球面収差が生じることを防止して、基板９上に電子ビーム要素を精度よく照射することができる。
【００７９】
もちろん、図２２のレンズ装置４ａが、電子顕微鏡に用いられてもよい。既述のように、レンズ装置４ａでは、光軸からある程度離れた領域においても球面収差が抑制されるため、このような電子顕微鏡では、小型化を図りつつ電子顕微鏡画像を精度よく取得することができる。また、この場合に、図１６の電子ビーム照射行列を用いる手法を採用するときには、全ての出射源に対する１つの電子ビーム照射行列が設定され、高Ｓ／Ｎ比にて高速に電子顕微鏡画像が取得される。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００８１】
図１の変換部３２では、ＭＣＰ３３上に光電膜３３２が設けられるが、光出射部３１から出射される光のエネルギーや波長によっては、入射する光によりマイクロチャネル３３１内にて電子が放出されるため、光電膜３３２を省略することも可能である。また、光電膜３３２およびＭＣＰ３３の組合せに代えてＨＡＲＰ（high-gain avalanche rushing amorphous photoconductor）膜が用いられてもよい。さらに、光出射部３１および変換部３２の組合せに代えて、例えば図２３に示す電子ビーム出射部７が用いられてもよい。図２３の電子ビーム出射部７では、エミッタ７１から放出される電子が、引き出し電極７２に形成された開口７２１を介して出射される。
【００８２】
描画装置１の設計によっては、図３の方向制限部３５において１つのアパーチャ板３５１のみが設けられてもよい。電子ビーム制限部３４では、複数の開口３５２が複数のマイクロチャネル３３１と同様の配列にて形成された少なくとも１つのアパーチャ板３５１が出射方向に配列して設けられることにより、ＭＣＰ３３から出射された複数の電子ビーム要素の進行方向を一定の方向に制限することが可能となる。
【００８３】
また、上記実施の形態における電子ビーム制限部３４では、３以上の速度均一化ユニット３６０，３６０ａが設けられるが、１つの速度均一化ユニット３６０ａのみが設けられる場合であっても、一定の方向に一定の速度にて進行する電子ビーム要素を出射することは可能である。ただし、電子ビーム制限部３４において、電子ビーム要素の速度をさらに一定にするには、最初の速度均一化ユニット３６０ａに加えて、少なくとも１つの速度均一化ユニット３６０が設けられることが好ましい。
【００８４】
電子光学系４において、回転対称のポテンシャルを生成するレンズは、静電レンズ以外に電磁レンズ（磁界レンズ）であってもよい。この場合においても、リング状の電子ビーム要素群を順次出射させつつ、電子ビーム要素群が中心軸Ｊ１上の同一の位置を通過するように、電磁レンズにより電子ビーム要素群に作用する磁場をリング半径に応じて変更することにより、電磁レンズにて球面収差が生じることを防止して、基板上に電子ビーム要素を精度よく照射することができる。
【００８５】
図１の描画装置１では、レチクル等を用いることなく（すなわち、マスクレスにて）、描画データ６１２からダイレクトに、かつ、リング状の領域に対して一括に描画を行うことが可能であるため、多品種の半導体装置を短時間に、かつ、低コストにて製造することが可能となるが、描画装置１における電子ビーム照射装置は、例えば、米国特許第５，４６６，９０４号明細書（特許文献１）におけるレチクルを用いる描画装置にて用いられてもよい。ただし、この装置では、電子ビームの照射領域をレチクル上にて走査させる必要がある、あるいは、周囲が空孔となった部位（すなわち、孤立した島状の部位）を有するレチクルの作製ができない等の問題点があるため、電子ビーム照射装置は、マスクレスにて一括に近い露光を実現する図１の描画装置１に特に適している。
【００８６】
電子ビームが照射される対象物は、レジストが形成された基板以外であってもよい。また、上記の電子ビーム照射装置、電子ビーム出射部３である電子ビーム出射装置、および、レンズ装置４ａは、電子ビーム以外の荷電粒子線を出射する装置（例えば、イオンビームを出射する集束イオンビーム装置等）において用いることも可能である。このように、電子ビーム照射装置は、対象物上に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置の一形態であり、電子ビーム出射装置は、荷電粒子線を出射する荷電粒子線出射装置の一形態であり、レンズ装置４ａは荷電粒子線用のレンズ装置の一形態であるといえる。同様に、上記描画装置１および電子顕微鏡において電子ビーム以外の荷電粒子線が用いられてもよく、描画装置１は、対象物上に荷電粒子線を照射してパターンを描画する装置の１つであり、電子顕微鏡は、対象物上に荷電粒子線を照射して対象物の画像を取得する分析顕微鏡の１つであるといえる。
【００８７】
また、分析顕微鏡における検出器５は、対象物からの２次電子を検出するもののみならず、荷電粒子線の照射により対象物から放出される粒子線または電磁波を検出するものであればよく、これにより、対象物の画像を精度よく取得することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１    描画装置
３    電子ビーム出射部
４    電子光学系
４ａ    レンズ装置
５    検出器
６    制御部
７    電子ビーム出射部
９    基板
３１    光出射部
３２    変換部
３５    方向制限部
３６    速度均一化部
３７    シフト静電レンズアレイ
３８    中間アパーチャ板
３９    補正静電レンズアレイ
４１，４２    静電レンズ
３３１    マイクロチャネル
３３３    電圧源
３５１    アパーチャ板
３５２，３７２，３８１，３９２    開口
３６０，３６０ａ    速度均一化ユニット
３７１，３９１    電極板
４３１    リング部材
６１１    記憶部
６１２    描画データ
Ｅ１〜Ｅ９    電子ビーム要素群
Ｊ１    中心軸
Ｌ１〜Ｌ５    光パターン
ｒ１〜ｒ５，ｒｊ    リング半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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