(57)【要約】【課題】  静電型の荷電粒子線レンズは、開口形状の対称性に対する非点収差が敏感であり低収差とするための課題であった。【解決手段】  荷電粒子線レンズは光軸方向を法線とする第１の面と、該第１の面とは反対側の第２の面とを有する平板を含み、前記第１の面から前記第２の面に貫通する貫通孔を有する電極を有し、前記貫通孔の前記法線に垂直な面での開口面を開口断面とし、前記開口断面の回帰分析により得られた円の直径を代表直径とするとき、前記第１の面側である第１の領域における前記開口断面の代表直径と、前記第２の面側である第２の領域における前記開口断面の代表直径と、が前記第１の面と前記第２の面とで挟まれた前記電極の内部の領域である第３の領域における前記開口断面の代表直径よりも小さい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電型の荷電粒子線レンズであって、
前記荷電粒子線レンズは光軸方向を法線とする第１の面と、該第１の面とは反対側の第２の面とを有する平板を含み、
かつ、
前記第１の面から前記第２の面に貫通する貫通孔を有する電極を有し、
前記貫通孔の前記法線に垂直な面での開口面を開口断面とし、
前記開口断面の回帰分析により得られた円の直径を代表直径とするとき、
前記第１の面側である第１の領域における前記開口断面の代表直径と、
前記第２の面側である第２の領域における前記開口断面の代表直径と、
が各々、
前記第１の面と前記第２の面とで挟まれた前記電極の内部の領域である第３の領域における前記開口断面の代表直径よりも小さいことを特徴とする荷電粒子線レンズ。
【請求項２】
前記開口断面を中心が同一な２つの同心円で挟み、
２つの前記同心円を、前記同心円の半径の差が
最小になる場合を半径の小さい方から内接円、外接円とするとき、
前記第１の領域における前記開口断面の前記外接円と前記内接円の半径の差と
前記第２の領域における前記開口断面の前記外接円と前記内接円の半径の差と
が各々
前記第３の領域における前記開口断面の前記外接円と前記内接円の半径の差よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項３】
前記第１の領域および前記第２の領域における代表直径は、
前記第３の領域における代表直径の４０％より大きいことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項４】
前記第１の領域及び前記第２の領域の厚さは、
前記第３の領域の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項５】
前記第１の領域の厚さは、
前記第１の領域における代表直径の１／８より大きく前記第２の領域の厚さは、
前記第２の領域における代表直径の１／８より大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項６】
前記第１の領域又は前記第２の領域の少なくとも一方が前記第３の領域に対して積層又は接合された構造であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項７】
前記電極は電気伝導性膜で覆われていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項８】
前記電極は、複数の開口を有し、
複数の荷電粒子線の電子光学特性を制御するアレイであることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項９】
請求項１に記載する荷電粒子線レンズを有し、荷電粒子線を用いることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
複数の荷電粒子線を用いることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子線を用いた装置に使用される電子光学系の技術分野に属し、特に露光装置に用いられる電子光学系に関するものである。また、本発明において、光とは広義の光を意味し、可視光だけでなく、電子線等の電磁波も含む。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの生産において、電子ビーム露光技術は、０．１μｍ以下の微細パターン露光を可能とするリソグラフィの有力候補である。これらの装置では、電子ビームの光学特性を制御するための電子光学素子が用いられる。電子レンズには、電磁型と静電型があり、静電型は電磁型に比べコイルコアを設ける必要がなく構成が容易であり小型化に有利となる。また、電子ビーム露光技術のうち、マスクを用いずに複数本の電子ビームで同時にパターンを描画するマルチビームシステムの提案がなされている。マルチビームシステムでは電子レンズを１次元または２次元のアレイ状に配列した電子レンズアレイが用いられる。電子ビーム露光技術では、微細加工の限界が電子ビームの回折限界より主に電子光学素子の光学収差で決定されるので、収差の小さい電子光学素子を実現することが重要である。
【０００３】
例えば特許文献１には、複数の荷電粒子線レンズを二次元配列してなる荷電粒子線レンズアレイであって、全レンズに同一電圧を供給したときの各レンズのパワーが少なくとも２種類に分かれるように設定される構成を有する荷電粒子線レンズアレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２３５９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電型の荷電粒子線レンズは、電磁型のレンズと比較すると相対的に構造は単純だが、レンズ開口の製造誤差に対する光学収差の敏感度が高い。開口が円形の場合の真円度（円であるべき部分の幾何学的円からの狂いの大きさ）のような開口形状の対称性に対する非点収差が敏感である。非対称性を有する開口の形状の影響を受けて集束された電子ビームは非点収差やその他の高次項の収差を持つ。
【０００６】
特に、電子ビームが複数本あり、個々のビームが異なる非点収差を持つ場合、通常の非点収差補正器を用いて補正することができないため重要な課題となる。
【０００７】
また、電極の剛性が低いと電子光学特性を制御するための電圧による静電引力で電極が変形する場合がある。電極に変形が生じるとレンズの焦点距離に誤差が生じることとなる。
【０００８】
特に、複数本の電子ビームを制御する電子レンズアレイの場合、開口をアレイ状に配置するため電極面積が大きくなり電極の剛性が低下しやすいため重要な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
静電型の荷電粒子線レンズであって、前記荷電粒子線レンズは光軸方向を法線とする第１の面と、該第１の面とは反対側の第２の面とを有する平板を含み、かつ、前記第１の面から前記第２の面に貫通する貫通孔を有する電極を有し、前記貫通孔の前記法線に垂直な面での開口面を開口断面とし、前記開口断面を中心が同一な２つの同心円で挟み、２つの前記同心円を、前記同心円の半径の差が最小になる場合を半径の小さい方から内接円、外接円と呼び、前記内接円と前記外接円の直径の平均値を代表直径とするとき、前記第１の面側である第１の領域における前記開口断面の代表直径と、前記第２の面側である第２の領域における前記開口断面の代表直径と、が各々、前記第１の面と前記第２の面とで挟まれた前記電極の内部の領域である第３の領域における前記開口断面の代表直径よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の荷電粒子線レンズによれば、加工精度を向上しないで電極の収差を低減することが可能となる。そして、第１第３第１・第２の領域を薄くすることも可能となる。そのため、レンズ収差への寄与率の大きい第１第３第１・第２の領域の開口加工を容易とし良好な真円度を有する開口を低コストに形成可能となる。更に、第２第３の領域を厚くして電極全体の剛性を高めることができる。そのとき第２第３の領域は収差への寄与率が低いため、加工精度が向上しなくても収差の増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の荷電粒子線レンズの断面図である。（ｂ）本発明の実施例１の荷電粒子線レンズの上面図である。
【図２】（ａ）図１（ａ）の破線Ｍの部分の拡大した断面図である。（ｂ）直径Ｄ１とＤ２が等しい場合の開口の断面図である。
【図３】（ａ）図２（ａ）の破線Ｙの部分の拡大した断面図である。（ｂ）式１で示した係数Ｋｆの変化を示すグラフである。（ｃ）係数Ｋｆの微分係数の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第１・第２の領域の厚さと収差への寄与率を示すグラフである。
【図５】実施例１の実際の設計例を示すグラフである。
【図６】荷電粒子線レンズの集束のメカニズムを示す概念図である。
【図７】荷電粒子線レンズの開口付近の電位分布を示す図である。
【図８】従来技術の荷電粒子線レンズを示す概念図である。
【図９】従来技術の開口を示す概念図である。
【図１０】実施例１の第３の領域の設計例を示すグラフである。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）開口断面の真円度の定義を説明する概念図である。
【図１２】本発明の実施例２の荷電粒子線レンズアレイの断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）開口断面の代表直径・代表半径の定義を説明する概念図である。
【図１４】厚さ方向への代表直径の定義を説明する概念図である。
【図１５】本発明の実施例１の開口断面の断面図である。
【図１６】本発明の実施例１の第３の領域の収差の寄与率を示すグラフである。
【図１７】（ａ）第３の領域の真円度の分布を示すグラフである。（ｂ）第３の領域の収差の寄与率を示すグラフである。
【図１８】第３の領域の直径と収差分布を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例３の荷電粒子線を用いた描画装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明において第１の面、第２の面とは、本発明の荷電粒子線レンズを構成する電極の一方の面（表面）とその反対側の面（裏面）を意味する。また、第１の領域、第２の領域、及び第３の領域は、上記電極を厚さ方向で所定の厚さに３つに分割した場合の各々の領域を意味する。
【００１３】
本発明において、「第Ｘの面から第Ｙの面へ貫通する貫通孔（Ｘ、Ｙは１から６の整数）」とは、第Ｘの面と第Ｙの面とを連通するように形成された貫通孔を意味するものであって、貫通孔形成時の孔を開ける向きは問わない。即ち第Ｘの面側から貫通孔を形成しても良く、第Ｙの面側から貫通孔を形成しても良く、第Ｘの面側と第Ｙの面側の両方から貫通孔を形成しても良い。
【００１４】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１・第２・第３の領域に開口を分割し、第１・第２の領域よりも第３の領域の代表直径が大きくなるように構成する。このことにより、第２・第３の領域の開口断面の寄与率を下げることができる。そのため、加工精度を向上させなくても電極の収差を低減することが可能となる。そして、第１第３第１・第２の領域を薄くすることも可能となる。そのため、レンズ収差への寄与率の大きい第１・第２の領域の開口加工を容易とし良好な真円度を有する開口を低コストに形成可能となる。更に、第３の領域を厚くして電極全体の剛性を高めることができる。そのとき当該厚くした第３の領域は収差への寄与率が低いため、収差の増加を抑えることができる。即ち第３の領域の加工精度を高めなくても収差の増加を抑えることができる。
【００１５】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１の領域、第２の領域の開口の形状誤差（後述する本発明の真円度に相当）を第３の領域の開口の形状誤差よりも小さくなるように構成することが好ましい。このような構成とすることにより、レンズ全体の収差への寄与率の高い第１・第２の領域の開口断面が高精度に形成されているため、第３の領域の開口加工の許容誤差を広げることができる。そして、第３の領域の厚さを大きくすることでレンズの収差の増加を抑えながら電極全体の厚さを厚くし、剛性を高めることができる。
【００１６】
本発明の荷電粒子線レンズは、直径Ｄ１と直径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２を０．４≦Ｄ１／Ｄ２＜１．０とすることが好ましい。このような構成とすることによって、第１・第２の領域の開口形状の変形と加工誤差に対する変形ばらつきの両方を小さくすることができる。そのため変形により第１・第２の領域の開口の真円度がばらついたり、実効的な直径Ｄ１がばらついたりするのを低減することができる。
【００１７】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１・第２の領域の厚さを第３の領域の厚さよりも小さくすることが好ましい。このような構成とすることにより、第１・第２の領域の開口の形状加工の精度を第３の領域の開口の形状加工の精度よりも高精度とすることが可能となる。また、許容誤差の大きい第３の領域の開口加工を厚い（深い）貫通孔加工とすることができるため、基板貫通孔加工の難易度を下げ低コストに加工を行うことが可能となる。
【００１８】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１・第２の領域の開口の収差の合計が電極全体の収差の８０％を決定する構造とすることができる。この時、第３の領域の開口の真円度は第１・第２の領域の２倍以上許容できる構造となる。第３の領域の開口の真円度を第１・第２の領域より２倍以上とすることで、第３の領域の厚さを第１・第２の領域と比べて大きくしても実際の加工を容易とすることが可能となる。
【００１９】
本発明の荷電粒子線レンズは、形状精度が必要な第１・第２の領域の開口を形成する工程と第３の領域の開口を形成する工程を別々に行うことが好ましい。このように形成することで、半導体製造技術により微細・高精度な開口を形成しエッチング条件の制御や歩留まりを向上させることができる。特に、フォトリソグラフとドライエッチングといった高精度の加工技術と平坦性の高いシリコンウエハを介したウエハ接合により微細な開口を有する電極を高精度に形成可能となる。数十μｍオーダの開口径をｎｍオーダの真円度で静電型の荷電粒子線レンズ形成することが可能となる。この際、必要に応じてウエハを複数接合して積層構造とすることもできる。例えば、ウエハの厚さが厚くなると一般に加工精度が低下するため、１枚のウエハの厚さは求められる加工精度に応じて決定（精度を高くする場合には薄くする）する。その結果電極全体の厚さが不足する場合に複数層のウエハを積層することが好ましい。さらに積層するものは、ウエハには限定されず、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、気相又は液相のエピタキシャル成長法、めっき法等で必要な堆積膜を形成することにより電極とすることもできる。
【００２０】
本発明の荷電粒子線レンズは、必要に応じて電極全体を電気伝導性膜で覆うことにより電極電位を一定とし、意図しない帯電により荷電粒子線が揺らぐのを防ぐことができる。
【００２１】
本発明の荷電粒子線レンズは、電極が複数の開口を有する荷電粒子線レンズアレイとすることができる。レンズ収差に寄与の大きい第１・第２の領域の開口断面を高精度加工できるので、レンズアレイの個々のレンズの開口断面の真円度のばらつきを低減することができる。レンズアレイの場合、個々のレンズの真円度は偶然誤差なので、個別に補正を行うことは難しい。しかし本発明により開口断面の真円度のばらつきを低減できるので、大規模なレンズアレイとしても個別の補正の必要性を無くすか若しくは大きく低減することができる。そして、接合構造による電極を用いる場合は、開口断面のばらつきを十分に低減することができる。接合のアライメント精度により第１・第２の領域の開口の位置ずれが生じるが、このずれはレンズアレイ全体の系統的な位置のずれであるため補正することが容易である。そのため、大規模なレンズアレイに好適な形態となる。
【００２２】
本発明の露光装置は、収差の少ない本発明の荷電粒子線レンズを用いることで、高精度の微細パターンが形成可能な露光装置とすることができる。
【００２３】
本発明の露光装置は、収差の少ない本発明の荷電粒子線レンズを用い、複数の荷電粒子線を用いることで、高精度の微細パターンを描画時間が短く形成可能な露光装置とすることができる。
【実施例】
【００２４】
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を説明する。
【００２６】
図１（ａ）は本発明の荷電粒子線レンズの図１（ｂ）Ａ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は荷電粒子線レンズの上面図である。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、本発明の荷電粒子線レンズは電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃの３枚の電極を有している。３枚の電極は、光軸Ｊを法線とする平板であり、一方の面である第１の面とその反対側の面である第２の面を有している。そして、前記３枚の各電極は互いに電気的に絶縁されている。第１の面は典型的には電極の表面であり、第２の面は典型的には電極の裏面である。但しここでいう、「表」、「裏」とは相対的な関係を示す便宜的な表現である。電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃはそれぞれ給電パッド１０を有しており、このパッドを介して電極の電位を規定することができる。また光軸Ｊの矢印の方向に、図示しない光源から射出された荷電粒子線が通過する。なお、光軸Ｊの方向の電極の寸法を厚さとする。
【００２８】
３枚の電極は、第１の領域５、第３第２の領域６、と第１第３第１・第２の領域に挟まれた第２第３の領域７の所定の厚さを有する３つの領域を有している。第１の領域５は、図１（ａ）の通り光軸Ｊの光源側の電極の全表面を含んで厚さを有して形成されている。同様に第３第２の領域は、光軸Ｊの光源とは反対側の電極の全表面を含んで所定の厚さを有して形成されている。そして、第２第３の領域は、第１第３第１・第２の領域に挟まれて電極の残りの領域として所定の厚さを有する領域として定義される。
【００２９】
第１第２第３第１・第２、第３の領域５〜７は、開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃをそれぞれ有している。そして、図示の通り開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃは電極を厚さ方向へ貫通する貫通孔である。荷電粒子線がこの開口（及び貫通孔）を通過することができる。また、図１（ｂ）のように開口２Ａは円形形状を有している。同様に、光軸Ｊを法線とする平面での開口を開口断面とすれば、開口２Ｂ、２Ｃの開口断面も開口２Ａと同心円の円形形状である。ただし、開口２Ｃの開口断面は２Ａ、２Ｂに比べて直径が大きく図１（ａ）に示すように電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、出入口の直径が小さい開口で形成される貫通孔のプロファイルを有することなる。ここで光軸とは電子線が通過する方向である。
【００３０】
例えば、電極３Ｂには、負極性の静電圧を印加し、電極３Ａ、３Ｂはアース電位とすることで、いわゆるアインツェル型の静電レンズを構成することができる。本発明において、アインツェル型の静電レンズとは、複数（典型的には３つ）の電極を間に所定の間隔をおいて配置し、最外部に位置する電極をアース電位とし、間の電極を正又は負の極性の電位を印加する構成を有する静電レンズを意味する。３つの電極から構成される場合であれば荷電粒子線の入射側から１つ目と３つ目の電極がアース電位で、２つ目の電極が正又は負の極性の電位を印加する構成となる。荷電粒子線は、電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃの開口を順に通過することで、レンズの効果を受ける。同時に、電極３Ａ、３Ｂまたは、３Ｂ、３Ｃ間には静電引力が発生する。
【００３１】
まず、図１１を用いて本発明の荷電粒子線レンズの説明に必要な開口断面の対称性の定義を行う。静電型の荷電粒子線レンズのレンズ効果を生じる静電場は開口断面によって形成される。特に光軸Ｊを軸とした回転対称性のずれの大きさにより非点収差やより高次の収差が発生するため、真円からのずれが重要な指標となる。
【００３２】
図１１（ａ）は理想的な円形（真円）の開口断面４を示している。ここで開口断面とは光軸Ｊを法線とする平面と開口が交わる閉曲線である。そして開口断面は厚さ方向のいずれの位置でも定義することができる。（ｂ）には楕円の開口断面４を示している。本発明の荷電粒子線レンズの非点収差やより高次の収差に影響を与える形状誤差として次のような指標を定義する。図１１（ｂ）の楕円の開口断面４を２つの同心円で挟む。内側の円を内接円１１、外側の円を外接円１２とする。このような同心円の組み合わせは同心円の中心を選べば様々に存在するが、その中で内接円・外接円の半径の差が最も小さい２つを選ぶ。このように選択した内接円・外接円の半径の差の１／２を真円度とする。真円度は、図１１（ａ）のような完全に円形の開口断面４の場合、外接円と内接円が一致するため０となる。
【００３３】
そして図１１（ｃ）のように、楕円以外の任意の形状についても同様の方法で真円度を定義することができる。
【００３４】
また円形形状が理想形状ではなく、図１１（ｄ）に示すように多角形（以下の説明では一例として八角形）を設計上の理想形状とした場合でも以下の方法により、真円度・代表半径・代表直径を定義（代表半径・代表直径の定義は後述）できる。即ち、上記の真円度・代表半径・代表直径を定義して理想の八角形からの対称性のずれと開口の大きさを比較することができる。図１１（ｄ）は理想的な正八角形の外接円１１・内接円１２を示している。このように八角形の場合は、理想状態でも真円度は０以上となる。しかし、図１１（ｅ）に示すように八角形に形状誤差が生じ正八角形からずれた場合、外接円１１・内接円１２は図示のようになる。したがって、図１１（ｄ）と（ｅ）の真円度を比較すれば、正八角形より真円度は大きくなる。
【００３５】
これらの真円度は、断面形状を実際に測定して定義することができる。周長に対して十分な分割数で測定できる場合は、画像処理で外接円１１・外接円１２を求めて算出することができる。
【００３６】
また、代表直径・代表半径は以下のように定義する。図１３には図１１（ｃ）の開口断面４の代表直径を決定する手順を示している。図１３（ａ）のような開口断面４は図１３（ｂ）に示すように輪郭線を十分に細かい間隔の離散的な測定点１３の集合として測定する。必要な間隔は開口断面４の凹凸の代表的な周期の半分より細かいことが望ましい。このようにして測定した測定点１３を用いて図１３（ｃ）に示すように、代表円１４を１つ決定することができる。測定点１３を用いて、回帰分析を行い円の方程式に幾何学的にフィッティングを行う。回帰分析には一般的には最尤推定を用いることができ、測定点１３を十分に細かい間隔で測定すれば最小自乗法を用いることができる。このようにして決定した代表円１４の直径・半径をそれぞれ代表直径・代表半径とすることができる。荷電粒子線は、開口の中心を通過するため光軸上とその付近の電位分布を規定する代表形状として代表円の代表直径・代表半径は重要となる。
【００３７】
また、図１１（ｆ）に示すように開口断面４のほとんどの部分が円形であり、ごく一部が突出したような形状の開口断面の場合でも、上記の方法で、光軸付近の静電場に寄与している代表形状として代表円を決定し、代表直径・代表半径を求めることができる。そして、このような円が得られれば、フィッティングで求めた円の中心と同心円を描き、外接円１１・内接円１２を定義することができる。
【００３８】
上記の定義により、任意の開口断面についての真円度・代表半径・代表直径を定義する。以下明細書では、円形形状の開口断面を理想とする場合の説明とするが、開口断面の理想形は、八角形やその他任意の曲線でもよい。その場合でも、真円度・代表半径・代表直径を定義して本発明を実施することが可能となる。
【００３９】
次に開口断面の真円度が収差に与える効果について説明する。そのために、まず、図６を用いて静電型の荷電粒子線レンズが荷電粒子線を集束させるメカニズムについて説明する。図ではレンズの半径方向をＲ軸、光軸方向をＪ軸とし図のように原点Ｏとする。そして、アインツェル型レンズをＪ軸と平行な平面で切断した時に横から見た図である。アインツェル型レンズを構成する３枚の電極のうち、電極３Ａ、３Ｃはアース電位とし、電極３Ｂには負の電位が印加されている。また荷電粒子線は負の電荷を有している。３枚の電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃは光軸Ｊを法線とする３枚の平板である。
【００４０】
その状態における電気力線を実線の矢印Ｈで示した。また、Ｘ方向で３枚の電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃの中間面と３枚の電極間隔の中間面を破線で示した。さらに、図のように、Ｊ軸の破線で区分される区間をそれぞれ区間Ｉ、区間ＩＩ、区間ＩＩＩ、区間ＩＶとする。そして、特にアインツェル型レンズの主なレンズ効果を説明するために、区間Ｉより原点Ｏ側の区間、区間ＩＶより原点Ｏから遠ざかる区間には電位はないものと近似する。
【００４１】
Ｒ＞０の領域での区間Ｉ、区間ＩＩ、区間ＩＩＩ、区間ＩＶにおけるＲ方向の電界の向きをそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４の矢印で示した。つまり、区間Ｉ、区間ＩＩ、区間ＩＩＩ、区間ＩＶそれぞれで負、正、正、負となっている。そのため、ある像高ｒ０を通過する荷電粒子線の軌跡は矢印Ｅで示すようになる。つまり、区間Ｉでは荷電粒子線は発散され、領域ＩＩでは集束され、領域ＩＩＩでは集束され、領域ＩＶでは発散される。これは、Ｘ軸方向に光学的な凹レンズ・凸レンズ・凸レンズ・凹レンズが並んでいるのと等価である。
【００４２】
そして、荷電粒子線が集束される理由は以下の２つである。第１の理由は、荷電粒子線が受ける力は像高が高いほど強くなるため、区間ＩＩと区間ＩＩＩにおける集束作用が区間Ｉと区間ＩＶにおける発散作用を上回るからである。第２の理由は、区間Ｉに比べ区間ＩＩが、区間ＩＶに比べ区間ＩＩＩが荷電粒子線の走行時間が長いからである。運動量変化は力積に等しいため、走行時間が長い領域が電子ビームに与える効果が大きくなる。
【００４３】
以上の理由から集束効果をうけることとなる。なお、電極３Ｂに正の電位を印加した場合も同様に荷電粒子線は集束される。また荷電粒子線の有する電荷を正電荷としても集束される。電極３Ｂの電位・荷電粒子線の電荷の正負のいずれの組み合わせにおいても集束効果が現れる。そして、区間Ｉ〜ＩＶの静電場を形成している開口２の形状誤差により、集束場の対称性が崩れる場合、静電レンズは非点収差のような高次の収差を有することとなる。したがって、静電型の荷電粒子線レンズは電極に形成された開口の形状誤差が収差に敏感に影響を与えるため、開口形状を正確に形成することが必要となる。
【００４４】
開口の形状誤差は厚い電極へ開口を加工するほど低減するのが困難となる。電極の厚さが厚いと電極表裏の開口形状やその内部に渡って形状誤差を制御するのが難しくなる。そのため加工のコストが高くなる、或いは精度によっては実現するのが困難になる場合がある。一方、加工難易度を下げるため電極の厚さを薄くすることが考えられる。しかし、単に電極の厚さを薄くすると、電極に印加する電圧による静電引力によって電極の変形が生じてしまう場合がある。静電型のレンズの収差を小さくするためには、レンズの焦点距離を短くしてレンズの球面収差を低減することも必要となる。この場合電極間に印加する電界強度が大きくなるため静電引力が大きくなり電極の変形が顕著な課題となる。電極の変形が生じると電極間隔の誤差となり、開口が光軸Ｊから傾き後述するように荷電粒子線へのレンズ効果としての実質的な開口形状の対称性が崩れる場合がある。そのため、球面収差を低減してもそれより高次の収差が増加する、或いは１つの電極に開口が複数形成されるレンズアレイの場合には、個々のレンズの焦点距離にばらつきが生じる場合がある。
【００４５】
したがって、厚く貫通する部分の開口断面の真円度の収差への寄与を低減することができれば貫通部分の加工難易度を上げずにレンズ収差を低減することができる。
【００４６】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１の領域、第３第２の領域の開口２Ａ、２Ｂと第２第３の領域の開口２Ｃとに荷電粒子が通過する開口を分割し、開口２Ａ、２Ｂより開口２Ｃの代表直径が大きくなっている。このような開口の分割により開口２Ｃの収差への寄与を低減し、この部分の開口断面の真円度が悪くてもレンズ収差への影響を減ずることができる。
【００４７】
次に、本実施例の代表直径の関係により第２第３の領域の開口２Ｃの真円度がレンズ全体の非点収差へ与える影響を低減できることを図２、図４を用いて説明する。
【００４８】
図２（ａ）は、本実施例の図１（ａ）の電極３Ｂの破線Ｍで囲まれた部分の拡大断面図である。図示のように第１の領域５の開口２Ａ、第２第３第２の領域の開口２Ｂ、第３の領域の開口２Ｃはそれぞれ代表直径Ｄ１、Ｄ１、Ｄ２を有している。ここで、第１の領域５の自由表面側の面が、電極３Ｂの第１の面であり、第２の領域６の自由表面側の面が第２の面である。即ち電極３Ｂは第１の面とその反対側の第２の面を有する。また前述の通り、Ｄ１＜Ｄ２である。また厚さはそれぞれｔ、ｔ、ｔ’である。そして、第１の界面１３、第２の界面１４によって接合された構造となっている。また、第１の領域５は光軸Ｊを法線とする電極２Ｂの最表面である第１の面８を含んで構成される。第３第２の領域は光軸Ｊを法線とする電極２Ｂの第１の面８とは反対側の最表面である第２の面９を含んでいる。一方、図２（ｂ）は、従来技術である代表直径Ｄ１とＤ２が同一の場合を示した。図２（ｂ）は代表直径Ｄ１、Ｄ２の関係以外は、図示の通り図２（ａ）と同一の構造を有している。
【００４９】
そして、図４は、図２（ａ）（ｂ）の場合の開口２Ａ・２Ｂの収差の合計がレンズの非点収差へ占める割合（寄与率）を示している。横軸は、開口２Ａ、２Ｂの直径Ｄ１と開口２Ａ、２Ｂの厚さｔとの比である。中実の丸印が直径Ｄ１と直径Ｄ２が等しい場合である。
【００５０】
直径Ｄ１、Ｄ２が等しい場合、開口２Ａ、２Ｂの厚さｔが直径Ｄ１の１／８の厚さで、開口２Ａ・２Ｂの収差の合計が全体収差の８０％を占めることができる。開口２Ａ・２Ｂは互いに若干の差があるため、開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃの寄与率の内訳はそれぞれ４４％、３６％、２０％となっている。
【００５１】
一方、本実施例である中空の丸印は、直径Ｄ１がＤ２の０．８倍の場合である。直径Ｄ１がＤ２の０．８倍の場合では、直径Ｄ１、Ｄ２が等しい場合に比べ、厚さｔが小さくても開口２Ａ、２Ｂの寄与率が大きくなる。厚さｔが直径Ｄ１の１／８で約９４％、１／５で９６％の寄与率となる。このように特に直径Ｄ１＜Ｄ２となる領域では、同じ厚さｔの開口２Ａ・２Ｂに対して収差への寄与率を更にあげることができる。
【００５２】
そして、この寄与率の関係は、開口２Ｃの厚さｔ’を変えても変化しない。したがって、開口２Ｃの厚さを大きくすることで寄与率の関係を変えないで電極全体の厚さを厚くし電極の剛性を上げることができる。このとき、開口２Ａ、２Ｂ部分の収差への寄与率が高いため、開口２Ｃの製造誤差が大きくなってもレンズ全体の収差への影響を低減することができる。
【００５３】
以下に、このような収差の寄与率が開口２Ａ、２Ｂのような表面付近の開口断面に大きく影響されるメカニズムと開口を形成する平板の厚さと開口断面の真円度の関係について順次説明する。
【００５４】
図７を用いて、第１の領域、第２第２の領域の開口２Ａ、２Ｂのような電極表面付近から内側に向かうにつれ開口形状の収差への寄与が低減していくことを説明する。図７に図６の破線Ｚで囲まれた領域を拡大した。曲線Ｋ、Ｌ、Ｍは電極３Ｂの開口２の表面付近の空間の等電位線をしめしている。また、曲線Ｈは、開口２の最表面に対応する電気力線を示している。図のように、電気力線Ｈより開口の外側（つまり、開口２が形成されていない側）の領域では、曲線Ｋ、Ｌ、Ｍは電極３Ｂの表面にほぼ平行となっている。したがって、この領域での電気力線は電極の法線方向に平行な方向に形成されることとなる。そのため、この部分の電極形状は、レンズ効果の場となるＲ方向の電界（図６ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を参照）に対してほとんど影響していない。
【００５５】
一方、電気力線Ｈより開口の内側（つまり、開口２が形成されている側）の領域において、等電位線Ｋ、Ｌ、Ｍは、開口２の内部に回り込んでいることが分かる。したがって、電気力線Ｈとそれより内側の電気力線によって、図６で説明したレンズ効果の場となるＲ方向の電界が主に形成されることとなる。荷電粒子線は、立体的には光軸Ｊを法線とする平面において、光軸Ｊを中心として周方向のいずれの方向についても図６で示したレンズ効果の場となるＲ方向の電界の影響を受けている。電気力線Ｈとそれより内側の電気力線のこのような光軸Ｊを中心として周方向の対称性（つまり円形形状における真円度）に影響するのは、光軸Ｊを法線とする平面での開口２の断面形状の対称性となる。そして、等電位線Ｋ、Ｌ、Ｍの間隔は、開口２の光軸Ｊに向かうにつれて大きくなっている。電気力線の密度は、電気力線Ｈから内側に向かい、又、厚さ方向へ深くなるにつれ疎となっていく。したがって、開口２の断面形状の荷電粒子線の集束への影響は、電極の最表面が最も大きく、厚さ方向へ深くなるにつれて少なくなっていく。
【００５６】
ここでは、図６の区間ＩＩにおける電界の向きｆ２について詳しく説明した。しかし、上記と同様の理由で区間Ｉ、区間ＩＩＩ、区間ＩＶの電界の向きｆ１、ｆ３、ｆ４についても電極の最表面の位置の開口２の断面形状が荷電粒子線への集束へ最も影響する。したがって、厚み方向へ最表面から遠ざかるにつれて影響が小さくなっていく。
【００５７】
そして、開口の深さが深くなっても表面付近の開口断面の寄与率は変化しない。つまり開口２Ｃを厚くすることによって、開口２Ａ、２Ｂの収差への寄与率を変えないで開口２Ｃの厚さを増加させることができる。開口２Ｃは本実施例の代表直径Ｄ１＜Ｄ２の関係により開口断面の真円度の収差への寄与率が小さいため、収差の増加を抑えながら、電極全体を厚くし剛性を高くすることができる。
【００５８】
ここで図８・図９を用いて、平板へ貫通した開口加工と真円度の関係について説明する。図８は、単結晶シリコンの平板を電極３Ａ・３Ｂ・３Ｃとする荷電粒子線レンズの断面図である。それぞれの電極は、図１と同様に荷電粒子線が通過する開口２を有している。そして、図９は、図８の破線Ｕで囲んだ部分の拡大した断面図を示している。
【００５９】
図９は矢印Ｎの方向に単結晶シリコンを貫通する深堀ドライエッチングを施した断面形状を示している。深堀ドライエッチングでは、エッチングと保護のガスを交互に切り替えながらエッチングが進行する。そのため、側壁にはスキャロップと呼ばれる小さな凹凸が図示のように形成される。これらの凹凸はエッチングが進行するにつれてエッチング・保護のガスの供給や排気、化学反応に伴う発熱の度合い等の誤差因子が増加する。そのため、凹凸のピッチや深さが場所により変化したりして真円度が悪化してしまう。また貫通する間際になると貫通する先の界面の影響でエッチングガスの進路が曲げられ破線Ｓで囲んだ領域のようにノッチングとよばれる孔が広がる現象が生じることが知られている。これらの効果により、このような開口では矢印Ｎに進むにつれて真円度が悪化することとなる。したがって破線Ｓで囲まれた領域が最も真円度が悪い。また、開口のエッチング深さが深いほど、エッチング開始面（矢印Ｎの根元側表面）においてもエッチングマスクのエッジ部分（不図示）にサイドエッチングが生じエッチングマスクの開口形状が変化してしまう。そのため、真円度が悪化することとなる。以上のように平板に開口を加工する場合、厚さが厚いほど真円度が劣化してしまう恐れがある。
【００６０】
本実施例では開口２Ｃの厚さを厚くしても、この部分の開口断面の真円度が収差に与える寄与率が小さい。そのため、上記のように開口加工の真円度の精度を、厚さを増したことにより向上できなくともレンズ収差の増加を抑えることが可能となる。
【００６１】
次に、このように厚さ方向への第１・第２・第３の領域における開口断面の真円度について説明する。図１４は、図９のような一方向からのシリコンの深堀ドライエッチングによる貫通孔を図２（ａ）の第３の領域７へ適用した場合を示している。図１４には特に第３の領域７だけを抜粋して示している。図の矢印Ｔ１〜Ｔ５に示すように深さ方向の任意の位置で開口断面を定義することができる。このような個々の開口断面について前述した代表直径・真円度を定義することができる。ここで第３の領域７の代表直径・真円度とはこのよう開口の深さ方向へ任意の位置で定義される。領域の最表面（自由表面ともいう）以外の代表直径・真円度の測定については、開口を一度メッキ等で埋め戻し研磨することで観察して確認することができる。また、このような直接の測定を行わずに最表面の測定で代表することもできる。第１・第２・第３の領域の最表面以外の箇所は、後述するように収差への寄与が更に少なくなる部分であり、最表面に比べ代表直径・真円度ともオーダが同程度の変化ならば収差への影響が少ない。したがって、開口の厚み方向の断面観察を数か所行って代表直径・真円度ともオーダが異なるような分布がないことを確認すれば、最表面の代表直径・真円度（つまり図１４の場合Ｔ１、Ｔ５の位置）を測定しその平均値で代表することができる。
【００６２】
次に図３を用いて、直径Ｄ１＜Ｄ２の更に望ましい範囲について説明する。図３（ａ）は図２（ａ）の破線Ｙで囲まれた領域の拡大図である。そして、図１（ａ）電極２Ａ、電極２Ｃにはアース電位を、電極２Ｂには負極性の電位を印加している。したがって、第１の領域５の上面には、静電引力が生じている。以下この静電引力は分布荷重ｗとして近似して扱う。
【００６３】
直径Ｄ１＜Ｄ２では図３（ａ）のように第１の領域５が第２第３の領域へリング状に突出した形状となる。この突出した形状が静電引力を受けると分布荷重ｗの方向へ変形してしまう。今、突出した形状の先端の面（図３（ａ）断面図の線分ＰＱ）の分布荷重方向の変形をｙとすれば、
【００６４】
【数１】
2012195096.tif 000003
【００６５】
【数２】
2012195096.tif 000004
【００６６】
ただし、Ｅはヤング率、ｖはポワソン比
【００６７】
式１の係数Ｋｆは、直径Ｄ１と直径Ｄ２の比の関数で、リング状の突出した形状の剛性における直径Ｄ１・Ｄ２の形状因子の係数となる。係数Ｋｆは変位ｙの比例係数なので値が大きいほど剛性が低くなる。
【００６８】
図３（ｂ）に係数Ｋｆを直径Ｄ１・Ｄ２の比の関数としてプロットした。Ｄ１／Ｄ２が１に近づくにつれて（つまり突出した形状が少なくなるにつれて）剛性が増加しているのが分かる。更に図３（ｃ）にこの係数ＫｆをＤ１／Ｄ２で微分した関数をプロットした。係数Ｋｆの微分係数はＤ１／Ｄ２＝０．４付近で極小となる変化を示すことがわかる。
【００６９】
係数Ｋｆの微分係数の極小付近では、Ｄ１／Ｄ２の変化に対する係数Ｋｆの変化率が最も大きい領域となる。つまり、加工誤差によりＤ１／Ｄ２が変化した場合剛性の変化が大きくなってしまう。そのため、突出した形状の変位ｙが大きく変化する。このように加工誤差に敏感に変位がばらつくと、開口２Ａの真円度がばらついたり、変形により実効的な直径Ｄ１がばらついたりする。また、電極が複数の開口を有するレンズアレイの場合には、個々の開口間の変形ばらつきが大きくなってしまう。
【００７０】
したがって、望ましいＤ１／Ｄ２は０．４≦Ｄ１／Ｄ２＜１．０となる。この範囲において、係数Ｋｆとその微分係数の絶対値が小さい領域とすることができ、突出した形状の変形と開口の加工誤差に対する変形ばらつきの両方を小さくすることができる。
【００７１】
また、０．８≦Ｄ１／Ｄ２＜１．０の範囲で用いれば更に変形と変形ばらつきを低く抑えることができるため更に好適な範囲となる。特にＤ１／Ｄ２＝０．８は０．８≦Ｄ１／Ｄ２＜１．０の範囲内で最も収差が小さくなる領域なので最適な形態となる。
【００７２】
次に本実施例の具体的な材料・寸法例を説明する。電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃの第１の領域、第２第２の領域、第３第３の領域とも単結晶シリコンで形成される。厚さはそれぞれ６μｍ、９０μｍ、６μｍである。開口２Ａ、２Ｂの直径Ｄ１は３０μｍ、開口２Ｃの直径Ｄ２は３６μｍである。給電パッド１０はシリコンと密着性がよく通電性が高く酸化しにくい金属膜で形成される。例えば、チタン・白金・金の多層膜を用いることができる。界面１３、１４にはシリコン酸化膜が形成されている。電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃの第１の面８、第２の面９や開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃの内壁面はすべて金属膜で覆ってもよい。この場合、酸化しにくい白金族の金属や酸化物に導電性がみられるモリブデンのような金属を用いることができる。電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃはそれぞれ４００μｍ離間して光軸Ｊを法線とする平面に平行に設置される。それぞれの電極は電気的に絶縁されている。電極３Ａ、３Ｃにはアース電位を印加し、電極３Ｂには−３．７ｋＶの電位を印加してアインツェル型のレンズとして機能する。荷電粒子線は電子であり、加速電圧を５ｋｅＶとしたとき本実施例の電極３Ｂの非点収差は図５のとおりとなる。開口２Ａ、開口２Ｂの真円度は９ｎｍ、開口２Ｃの真円度は９０ｎｍで形成されている。表に示すように、それぞれの非点収差の内訳は２．１４ｎｍ、２．９４ｎｍ、１．７４ｎｍであり、開口２Ｃの真円度は、開口２Ａ、２Ｂの１０倍にもかかわらず、トータルの電極３Ｂの非点収差は４．０ｎｍとなる。（非点収差の値はすべてガウス分布の１／ｅ半径を示している。）これは、開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃすべての直径が３０μｍと等しく、厚さ１００μｍすべての断面形状の真円度が９ｎｍである場合の非点収差に等しい。
【００７３】
高い真円度（真円度９ｎｍに相当）が必要な箇所は厚さ６μｍという薄い平板への加工でよいため、加工の難易度を下げ開口全面にわたって９ｎｍのような高精度の真円開口を形成することが可能となる。一方、剛性を保つ開口２Ｂの領域は厚さ９０μｍの貫通孔加工が必要となるが、この部分の真円度は１０倍悪くてもよいため加工難易度を下げることができる。
【００７４】
また、第３の領域７の開口２Ｃの直径が大きいほど非点収差が小さくなることを図１０を用いて次に説明する。開口２Ｃの直径と非点収差の変化である。非点収差は特に開口２Ｃの開口断面の真円度が１０ｎｍのときのものである。図は、開口２Ａ・２Ｂが上記の寸法例で理想的な真円だった場合の開口２Ｃだけの収差値を示したものである。この図のように、Ｄ２が大きくなるほど非点収差が小さくなっていくのが分かる。したがって、Ｄ１＜Ｄ２で且つＤ２の値を大きくすれば開口２Ｃの真円度に対する非点収差の感度を小さくすることができる。そのため、開口２Ｃの開口断面の真円度が悪くてもＤ１＜Ｄ２の関係でＤ２を設定することにより収差を抑えた荷電粒子線レンズを作製することが可能となる。
【００７５】
次に、第３の領域７の厚み方向の真円度分布と収差の寄与率の関係について説明する。前述の設計例において電極２Ｂの開口について図１５に示すように、第３の領域７を厚み方向へ１０μｍ毎のＳ１〜Ｓ９の領域に分割する。そのそれぞれの領域に真円度の違いがある場合の真円度の非点収差への感度解析を行う。図１６は、横軸をＳ１〜Ｓ９の深さ位置（領域の中心深さを代表位置とした）、縦軸をその領域が第３の領域７全体の収差に占める割合（寄与率）を示している。つまりＳ１〜Ｓ９の真円度が等しい場合の非点収差への影響の大小関係を示している。図示の通り最表面の２０μｍの領域（Ｓ１・Ｓ２・Ｓ８・Ｓ９）合計で８４％程度の収差が決定される。また厚さの中央付近の領域（Ｓ４・Ｓ５・Ｓ６）はそれぞれ２％以下の寄与率となりこの領域はほとんど収差に寄与しないことが分かる。
【００７６】
次に、真円度の分布を実際に与えた収差の大小関係を説明する。図１７（ａ）は真円度のＳ１〜Ｓ９までの真円度の分布を示している。中空三角印はＳ１〜Ｓ９まで等しい真円度、中空丸印はＳ１・Ｓ９が最小の真円度でＳ５に向かって徐々に大きくなる場合、中実丸印はＳ１からＳ９へ向かうにつれて徐々に大きくなる場合である。
【００７７】
図９に示したように一方向からシリコンを深堀ドライエッチングする場合は中実丸印の真円度分布となる傾向がある。また、表面・裏面それぞれから深堀ドライエッチングを施す場合は、中空丸印となる傾向がある。そのため、これら２つの場合は実際の加工で現れる真円度分布の典型であるため重要である。そして、図１７（ｂ）は、非点収差の寄与率を示している。グラフのプロットのタイプがそれぞれの場合に対応している。中実丸印においては、真円度が低い側の最表面（Ｓ１・Ｓ２）の寄与率は低下しているが、反対側の最表面（Ｓ８・Ｓ９）の寄与率は増加する。そして、結果として最表面２０μｍの領域（Ｓ１・Ｓ２・Ｓ８・Ｓ９）合計で８４％程度の収差が決定される。中空丸印においては、厚さ中央付近の領域（Ｓ４・Ｓ５・Ｓ６）の寄与率は増加するがこの部分の寄与率はもともと低いため全体への影響は少ない。したがって、結果として最表面２０μｍの領域（Ｓ１・Ｓ２・Ｓ８・Ｓ９）合計で７６％程度の収差が決定される。
【００７８】
以上のように第３の領域７の総厚さが１００μｍの内、最表面２０μｍの真円度でいずれの真円度分布の場合もほとんどの収差が決定される。とくに最表面の寄与率は大きい。また実質的に厚さの内部において真円度が数倍になる図１７（ａ）中空丸印の場合も最表面の影響が最も大きい。領域内での開口の厚み方向のプロファイル観察を行ってオーダが異なるような極端な形状の変化・表面状態の変化が生じていなければ、表裏の最表面の真円度のみを測定しその平均値でその領域の平均の真円度とすることができる。このような測定で決定した代表的な真円度を用いても収差の確認計算には十分よい近似となる。したがって、真円度の厚さ分布を測定することが困難な場合は、このような方法で測定方法を簡略化して本発明の開口断面の形状を確認することが可能である。
【００７９】
また、図１８には図１７（ａ）の中実丸印の真円度分布を仮定して、第３の領域７の直径がΦ３４μｍとΦ３８μｍの場合の実際の非点収差の値を示している。直径が大きいほど収差が小さくなることは前述のとおりだが、特に最表面２０μｍの領域の変化が大きくなる。このように直径の変化についても最表面の影響が最も大きい。したがって、真円度と同様に、領域内での開口の厚み方向のプロファイル観察を行ってオーダが異なるような極端な形状の変化・表面状態の変化が生じていなければ、表裏面の開口断面の代表直径の平均値をその領域の平均の代表直径とすることができる。
【００８０】
次に、本実施例の製造方法を説明する。第１の領域、第２第３の領域、第３第２の領域を界面１３、１４で接合して形成する。第１の領域、第３第２の領域となる厚さ６μｍのデバイス層と埋め込み酸化膜層とハンドル層を有するＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板を用意する。まず、開口２Ａ、２Ｂをこのデバイス層に高精度のフォトリソグラフとシリコンのドライエッチングにより形成する。その後全体を熱酸化する。次に第２第３の領域と同じ厚さ８８μｍのシリコン基板にフォトリソグラフとシリコンの深堀ドライエッチングにより開口２Ｃを形成する。そして、開口２Ａ、開口２Ｂが形成されたＳＯＩ基板のデバイス層を開口２Ｃが形成されたシリコン基板の表裏面に熱酸化膜を介して直接接合する。２枚のＳＯＩウエハのハンドル層と埋め込み酸化膜層、開口２Ａ・２Ｂの接合界面以外の熱酸化膜を順次除去することで、第１の領域、第２第２の領域、第３第３の領域を有する電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃを形成することができる。なお、本実施例は界面１３・１４を接合界面とする接合構造だけでなく、他の部分に界面があるかまたは界面がない構造体でも同様の効果を有することができる。しかし、特に、上記のように界面１３・１４で接合した構造とした場合は、形状精度が必要な開口２Ａ、２Ｂを形成する工程と開口２Ｃを形成する工程を別々に行うことができる。そのため、エッチング条件の制御を正確に行ったり、歩留まりを向上したりすることができる。特に真円に近い加工が必要な開口２Ａ・２Ｂは厚さを薄くできるため高精度の加工を施すことができる。さらに開口２Ｃは精度が比較的低い加工工程も適用可能となるため製造コストや工数が低減され、歩留まりも向上することとなる。更に、単結晶シリコンを用いることでフォトリソグラフとドライエッチングといった高精度の開口形成と平坦性の高い平面を介したウエハ接合により本実施例の電極を高精度に形成可能となる。そして、この設計例のように数十μｍオーダの開口径をｎｍオーダの真円度で形成することが可能となる。
【００８１】
また、接合する場合に、開口２Ａ・２Ｂと開口２Ｃが界面１３、１４で接するとき、それぞれの開口のエッジは直径がＤ１＜Ｄ２と異なっているため同じ位置とならない。そのため、開口２Ａ・２Ｃを接合前に熱酸化したときにエッジ部に熱酸化膜の膜厚分布により突起が形成されるが、これらの突起が接合の妨げになることなく接合工程を行うことが可能となる。
【００８２】
（実施例２）
図１２を用いて本発明の実施例２を説明する。図１１は、荷電粒子線レンズの断面図である。尚、実施例１と同じ機能を有する個所には、同じ記号を付し、同じ効果についても説明を省略する。本実施例と実施例１では電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃが有する開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃが複数形成されている。本実施例では、図示のとおり１つの電極に５つの開口が形成されるレンズアレイとなっている。
【００８３】
開口２Ｃの直径は開口２Ａの直径より大きく設定されている。しかし、隣接する開口のピッチよりは小さくなっているため、第２第３の領域で隣接する開口２Ｃがつながることはない。そのため、電極全体の剛性を低下させることなくレンズアレイを形成することができる。
【００８４】
さらに、開口断面を高精度加工できるので、レンズアレイの個々のレンズの開口断面の真円度のばらつきを低減することができる。レンズアレイの個々のレンズの真円度が偶然誤差なので、個別に補正を行うことが非常に難しくなる。したがって、開口断面の真円度のばらつきを低減できることにより、大規模なレンズアレイを形成することが可能となる。
【００８５】
特に、実施例１と同様の方法で製造される接合構造による電極を用いる場合は、開口断面のばらつきを十分に低減することができる。接合のアライメント精度により開口２Ａと開口２Ｂの位置ずれが生じるが、このずれはレンズアレイ全体で１つのずれとなるため補正することが容易である。そのため、大規模なレンズアレイに好適な形態となる。
【００８６】
（実施例３）
図１９は本発明の荷電粒子線レンズを用いたマルチ荷電粒子ビーム露光装置の構成を示す図である。本実施形態は個別に投影系をもついわゆるマルチカラム式である。
【００８７】
電子源１０８からアノード電極１１０によって引き出された放射電子ビームは、クロスオーバー調整光学系１１１によって照射光学系クロスオーバー１１２を形成する。
【００８８】
ここで電子源１０８としてはＬａＢ６やＢａＯ／Ｗ（ディスペンサーカソード）などのいわゆる熱電子型の電子源が用いられる。
【００８９】
クロスオーバー調整光学系１１１は２段の静電レンズで構成されており、１段目・２段目共に静電レンズは３枚の電極からなり、中間電極に負の電圧を印加し上下電極は接地する、いわゆるアインツェル型の静電レンズである。
【００９０】
照射光学系クロスオーバー１１２から広域に放射された電子ビームは、コリメータレンズ１１５によって平行ビームとなり、アパーチャアレイ１１７へと照射される。アパーチャアレイ１１７によって分割されたマルチ電子ビーム１１８は、集束レンズアレイ１１９によって個別に集束され、ブランカーアレイ１２２上に結像される。
【００９１】
ここで集束レンズアレイ１１９は３枚の多孔電極からなる静電レンズで、３枚の電極のうち中間の電極のみ負の電圧を印加し上下電極は接地する、アインツェル型の静電レンズアレイである。
【００９２】
またアパーチャアレイ１１７はＮＡ（集束半角）を規定する役割も持たせるため、集束レンズアレイ１１９の瞳面位置（集束レンズアレイの前側焦点面位置）に置かれている。
【００９３】
ブランカーアレイ１２２は個別の偏向電極を持ったデバイスで、描画パターン発生回路１０２、ビットマップ変換回路１０３、ブランキング指令回路１０７によって生成されるブランキング信号に基づき、描画パターンに応じて個別にビームのＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００９４】
ビームがＯＮの状態のときには、ブランカーアレイ１２２の偏向電極には電圧を印加せず、ビームがＯＦＦの状態のときには、ブランカーアレイ１２２の偏向電極に電圧を印加してマルチ電子ビームを偏向する。ブランカーアレイ１２２によって偏向されたマルチ電子ビーム１２５は後段にあるストップアパーチャアレイ１２３によって遮断され、ビームがＯＦＦの状態となる。
【００９５】
本実施例においてブランカーアレイは２段で構成されており、ブランカーアレイ１２２及びストップアパーチャアレイ１２３と同じ構造の、第２ブランカーアレイ１２７および第２ストップアパーチャアレイ１２８が後段に配置されている。
【００９６】
ブランカーアレイ１２２を通ったマルチ電子ビームは第２集束レンズアレイ１２６によって第２ブランカーアレイ１２７上に結像される。さらにマルチ電子ビームは第３・第四集束レンズによって集束されてウエハ１３３上に結像される。ここで、第２集束レンズアレイ１２６・第３集束レンズアレイ１３０・第四集束レンズアレイ１３２は集束レンズアレイ１１９同様に、アインツェル型の静電レンズアレイである。
【００９７】
特に第四集束レンズアレイ１３２は対物レンズとなっており、その縮小率は１００倍程度に設定される。これにより、ブランカーアレイ１２２の中間結像面上の電子ビーム１２１（スポット径がＦＷＨＭで２ｕｍ）が、ウエハー１３３面上で１００分の１に縮小され、ＦＷＨＭで２０ｎｍ程度のマルチ電子ビームがウエハー上に結像される。そして、この第四集束レンズアレイ１３２が本発明の実施例２に示す荷電粒子線レンズアレイとなっている。
【００９８】
ウエハー上のマルチ電子ビームのスキャンは偏向器１３１で行うことができる。偏向器１３１は対向電極によって形成されており、ｘ、ｙ方向について２段の偏向を行うために４段の対向電極で構成される（図中では簡単のため２段偏向器を１ユニットとして表記している）。偏向器１３１は偏向信号発生回路１０４の信号に従って駆動される。
【００９９】
パターン描画中はウエハー１３３はＸ方向にステージ１３４によって連続的に移動する。そして、レーザー測長機による実時間での測長結果を基準としてウエハー面上の電子ビーム１３５が偏向器１３１によってＹ方向に偏向される。そして、ブランカーアレイ１２２及び第２ブランカーアレイ１２７によって描画パターンに応じてビームのｏｎ／ｏｆｆが個別になされる。これにより、ウエハ１３３面上に所望のパターンを高速に描画することができる。
【０１００】
本発明の荷電粒子線レンズアレイを用いることによって収差の少ない結像が実現できる。そのため微細なパターンを形成するマルチ荷電粒子ビーム露光装置を実現することができる。また、マルチビームが通過する開口形成エリアを大きくしても電極の厚さを厚くできるためマルチビームの本数を多く構成することができる。そのためパターンを高速に描画する荷電粒子ビーム露光装置を実現することができる。
【０１０１】
また、本発明の荷電粒子線レンズアレイは、集束レンズアレイ１１９・第２集束レンズアレイ１２６・第３集束レンズアレイ１３０といったいずれの集束レンズアレイとしても用いることができる。
【０１０２】
なお、本発明の荷電粒子線レンズは、図１９の複数のビームが１本となった場合の荷電粒子線描画装置にも適用することができる。その場合でも、収差の少ないレンズを用いることによって微細なパターンを形成する荷電粒子ビーム露光装置を実現することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１Ａ、１Ｂ  スペーサ
２、２Ａ、２Ｂ  開口
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  電極
４  開口断面
５  第１の領域
６  第２第３の領域
７  第３第２の領域
８  第１の面
９  第２の面
１０  給電パッド
１１  内接円
１２  外接円
１３  第１の界面
１４  第２の界面
【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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