(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、製造工程で破損しやすい。【解決手段】  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大きい。【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大き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大き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又は２に記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項４】
前記第１の領域の厚さは、
前記第３の領域における代表直径の１／８より小さく前記第２の領域の厚さは、
前記第３の領域における代表直径の１／８より小さいことを特徴とする請求項１から３何れか１つに記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項５】
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４何れか１つに記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項６】
前記第１の領域における代表直径と前記第３の領域における代表直径は、
前記第１の領域と前記第３の領域の界面において異なっており前記第２の領域における代表直径と前記第３の領域における代表直径は、
前記第２の領域と前記第３の領域の界面において異なっていることを特徴とする請求項１から５何れか１つ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何れか１つに記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項８】
前記電極は、複数の開口を有することを特徴とする請求項１から７何れか１つに記載の荷電粒子線レンズ。
【請求項９】
請求項１から８いずれか１つ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。特に、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】
特許文献１には、複数の電極基板を有する静電レンズ装置であって、複数の電極基板は光軸に対して垂直な面内に配置された開口を有し、各電極の開口の配置を調整して組み立てる静電レンズ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０１９１９４
【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。特に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収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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の荷電粒子線レンズは、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大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の荷電粒子線レンズによれば、第１・第２・第３の領域に開口を分割し、第３の領域より第１・第２の領域における開口の代表直径を大きくすることにより、第１・第２の領域の開口断面のレンズ収差への寄与率を下げることができる。第１・第２の領域の開口は電極の最表面を含んでおり、この部分の開口断面が製造工程中に意図しない破損やゴミの付着が生じてもレンズ収差の増加を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の荷電粒子線レンズの断面図である。
【図２】（ａ）本発明の実施例１の荷電粒子線レンズの開口の上面図である。（ｂ）図２（ａ）Ａ−Ａ線における断面図である。
【図３】（ａ）従来技術の開口を示す断面図である。（ｂ）本発明の実施例１の開口を示す断面図である。
【図４】本発明の第１・第２の領域の開口の収差への寄与率を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２の荷電粒子線レンズの断面図である。
【図６】静電型の荷電粒子線レンズの集束効果を説明する概念図である。
【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】（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９】本発明の実施例３の荷電粒子線レンズの断面図である。
【図１０】本発明の実施例４の描画装置を示す概念図である。
【図１１】（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１２】厚さ方向への代表直径の定義を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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３の領域より第１・第２の領域における開口の代表直径を大きくすることにより、第１・第２の領域の開口断面のレンズ収差への寄与率を下げることができる。第１・第２の領域の開口は電極の最表面を含んでおり、この部分の開口断面が製造工程中に意図しない破損やゴミの付着が生じてもレンズ収差の増加を抑えることが可能となる。そのため、電極の開口を製造する工程の歩留まりが向上し、保護のための追加の工数も必要としないので、レンズを安価に製造可能となる。また、使用中にゴミなどが付着してもレンズ収差の増加を抑えることが可能となる。更に、第１・第２の領域を形成しても電極の全体厚さがほとんど変わらないため、電極を高剛性にすることができる。そのため、高電界を印加するレンズに適用しても静電引力による電極の変形を低減することができる。
【００１２】
本発明の荷電粒子線レンズは、レンズ収差に大きく影響する第３の領域の開口断面を高い真円度で形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、収差の少ない荷電粒子線レンズとすることができる。また、第１・第２の領域の開口は、製造工程中に破損を許容し、加工公差の大きい加工方法で加工することも可能とする。この結果、歩留まりが向上し、安価にレンズを製造可能となる。
【００１３】
本発明の荷電粒子線レンズは、第３の領域よりも第１・第２の領域の厚さを小さくすることで、第３の領域よりも第１・第２の領域の収差への寄与率を更に低くすることができる。そのため、第１・第２の領域の開口断面の真円度がより大きく悪化しても収差の増加を抑えることが可能となる。
【００１４】
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％を超えない構造とすることが好ましい。このような構成とすることで、第１・第２の領域の開口の真円度は第３の１／２の値以上を許容できる構造となる。第１・第２の領域が上記の寄与率を超えなければ、実際の加工で第１・第２の領域の開口断面の製造を容易とすることが可能となる。
【００１５】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１・第２・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。このように加工を行うことにより、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することができる。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。そして、第１・第２・第３の領域の厚さも正確に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。
【００１６】
本発明の荷電粒子線レンズは、第１・第２の領域の第３の領域の界面付近の開口断面まで破損が生じても、レンズ収差の増加を抑えることが可能となる。また、第１・第２の領域の開口を形成する場合、第３の領域の開口とは独立に加工を行えばよいため加工が容易となる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。複数の開口が形成される領域が大きくなっても剛性を保つ電極全体の実質的な厚さを薄くしないで、第１・第２の領域の開口断面の破損やゴミの付着による真円度の悪化を許容することが可能となる。そして、複数の開口全てに渡ってこれらの許容をすることができるため、レンズアレイの歩留まりや収差の増加を抑えることが可能となる。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。
【００１９】
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。また安価なレンズを用いることができるため露光装置を安価に提供可能となる。さらに、取り付けや使用中に最表面に付着するゴミ・塵についても許容を大きくすることができるため保守を容易にし、保守期間を長くし信頼性を向上することができる。
【００２０】
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。レンズアレイのアレイ数が増大し、開口形成面積が大きくなってもレンズアレイの歩留まりの低下を抑え安価に露光装置を製造可能となる。
【実施例】
【００２１】
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。
【００２２】
（実施例１）
図を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。
【００２３】
図１は本発明の荷電粒子線レンズの断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は図１の破線Ｍで示した電極３Ｂの開口断面について拡大した上面図、断面図をそれぞれ示している。（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線における断面図である。
【００２４】
図１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の面を有しており、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。
【００２５】
また、図２（ｂ）に電極３Ｂの構造として示したように、３枚の電極は、第１の領域５、第２の領域６、と第１・第２の領域に挟まれた第３の領域７の３つの領域を有している。光軸Ｊの方向の寸法を電極の厚さとすれば、第１の領域５は、図２（ｂ）の通り光軸Ｊの光源側の電極の表面である第１の面８を含んで所定の厚さを有して形成されている。同様に第２の領域６は、光軸Ｊの光源とは反対側の電極の表面である第２の面９を含んで所定の厚さを有して形成されている。そして、第３の領域７は、第１、第２の領域に挟まれた所定の厚さを有する領域であり、電極の残りの領域として定義される。
【００２６】
図示のとおり、第１、第２、第３の領域５〜７は、実質的には開口２Ａ、２Ｂ、２Ｃの直径により規定されている。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を通過することができる。また、図２（ａ）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とほぼ同心円状の円形形状である。ただし、開口断面は２Ａ、２Ｂは、開口２Ｃに比べて直径が大きく図２（ｂ）に示すように電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、出入口の直径が大き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。
【００２７】
そして、図２（ａ）に示すように、開口２Ａは、欠け１５が生じている。これは、電極の製造工程中に電極最表面に意図しない接触等が生じて破損してしまった例である。また、欠け１５とは反対にゴミ・塵等の付着物が付着することもある。このようにして、開口２Ａは製造工程で開口断面の真円からのずれが大きくなっている。
【００２８】
また、図２（ｂ）に示すように、開口２Ａ・２Ｂ・２Ｃはそれぞれ代表直径Ｄ１、Ｄ１、Ｄ２を有している。また、前述のとおりＤ１＞Ｄ２の関係を有している。そして、開口２Ａ・２Ｂ・２Ｃの厚さはそれぞれｔ、ｔ、ｔ’となっている。また、開口２Ａと２Ｃの界面１３での開口２Ａと２Ｃの開口断面の代表直径は異なっている。同様に、開口２Ｂと２Ｃの界面１４でのそれぞれの開口断面の代表直径も異なっている。
【００２９】
そして、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。
【００３０】
まず、図８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。
【００３１】
図８（ａ）は理想的な円形の開口断面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８（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８（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。
【００３２】
そして図８（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。
【００３３】
また円形形状が理想形状ではなく、図８（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８（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８（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８（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。
【００３４】
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。
【００３５】
ここで、上記した代表直径・代表半径は以下のように定義する。図１１には図８（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１１（ａ）のような開口断面４は図１１（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１１（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。
【００３６】
また、図８（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。
【００３７】
そして、第１・第２・第３の領域は厚みを有して形成されている。そのため厚み方向へのそれぞれの領域における真円度・代表直径・代表半径は次のようにして定義することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
図１２は、直径や真円度が厚み方向に分布を有している第３の領域７を示している。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、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・真円度とも大きく値が異ならない（例えばオーダが異なる（位が異なる）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１２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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に開口断面の真円度が収差に与える効果について詳細に説明する。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収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。
【００４２】
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、Ｘ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Ｘがより大きい区間には電位はないものと近似する。
【００４３】
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の矢印で示す。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では収束され、領域ＩＩＩでは収束され、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。
【００４４】
そして、荷電粒子線が収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における収束作用が区間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。
【００４５】
以上の理由から収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収束される。また荷電粒子線の有する電荷を正電荷としても収束される。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収束効果が現れる。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、収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。
【００４６】
次に、これら電極の表面付近の開口断面に大きく影響されるメカニズムについて説明する。
【００４７】
図７を用いて、第１の領域５、第２の領域７の開口２Ａ、２Ｃ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の開口２が形成されていない側（以下、電気力線Ｈの外側とする）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。
【００４８】
一方、電気力線Ｈより開口２が形成される側（以下、電気力線Ｈの内側とする）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から内側に向かう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収束への影響は、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。
【００４９】
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収束へ最も影響する。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。
【００５０】
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。つまりどのような厚さの電極に形成される開口においても、表面付近の開口断面の形状にレンズの収差が大きく影響されることとなる。
【００５１】
ここで、電極の表面付近の開口形状は、電極の製造工程で最も破損やゴミ・塵などの付着の確率が高い箇所となっている。特に、図７の電気力線Ｈが入射する最表面の開口断面はこのような破損やゴミ付着の可能性が非常に高い。
【００５２】
本発明の荷電粒子線レンズは、開口２Ｃより代表直径が大きい第１の領域５、第２の領域６の開口２Ａ、２Ｂを開口２Ｃの両端に設けることで、開口２Ａ、２Ｂの開口断面が製造工程などで破損やゴミ付着が生じても、レンズ収差への影響を減ずることができる。そのためレンズの製造歩留まりを向上し安価に荷電粒子線レンズを製造可能となる。
【００５３】
次に、本実施例の代表直径の関係により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説明する。図２に示すように、欠け１５により開口２Ａの断面形状の真円度が悪くなっている。しかし、開口２Ｃは開口２Ａが形成されているため電極の最表面に接しておらず、欠け１５によるこの部分の開口断面の真円度の劣化は生じていない。そして、代表直径の関係をＤ１＞Ｄ２の関係とすることにより、開口２Ａのレンズ収差へ与える寄与率を低減することができる。そのため、開口２Ａの真円度の劣化の収差への影響を低減することが可能となる。
【００５４】
図４は、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、直径Ｄ２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１．４の比となる本実施例、中空の丸印が直径Ｄ１と直径Ｄ２が等しい場合を示している。
【００５５】
直径Ｄ１、Ｄ２が等しい場合、開口２Ａ、２Ｃの厚さｔが直径Ｄ１の１／８の厚さで、開口２Ａ・２Ｃ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・２Ｃ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。
【００５６】
一方、本発明の実施例である中実の丸印は、直径Ｄ１がＤ２の１．４倍の場合である。直径Ｄ１、Ｄ２が等しい場合に比べ、開口２Ａ、２Ｂの寄与率が小さくなる。厚さｔが直径Ｄ１の１／８で約３５％、１／５で４０％の寄与率となる。このように特に直径Ｄ１＞Ｄ２とすれば、同じ厚さｔの開口２Ａ・２Ｂに対して収差への寄与率を低減することができる。
【００５７】
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２Ｂ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。
【００５８】
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５、第２の領域６、第３の領域７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２Ｂの直径Ｄ２は２２μｍである。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する。また開口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。しかし、開口２Ａは微小な欠け１５が生じており、欠け１５の平均値は５０ｎｍ程度である。
【００５９】
次に、本実施例の製造方法を説明する。第１の領域５、第２の領域６、第３の領域７は、エッチングを３回行うことによって形成する。まず、電極と同じ厚さのシリコン基板の両面にクロムや酸化膜等のハードマスクを開口２Ａ、２Ｂと同じ直径で形成する。次に、開口２Ｃと同じ直径のエッチングマスクをフォトレジストでシリコン基板の開口２Ａを形成する側に形成する。次に、図３（ａ）に示すように、矢印Ｎ１の方向にフォトレジストのマスクを用いて開口２Ｃとなる貫通孔を形成する。次にフォトレレジストを除去する。続いて、図３（ｂ）に示すように開口２Ａ、開口２Ｂを形成するために、ハードマスクを用いて矢印Ｎ２・Ｎ３の方向にエッチングによりザグリ加工を行う。このようにして、第１の領域５、第２の領域６、第３の領域７を形成することができる。
【００６０】
特に図３（ａ）に示すように、シリコン基板に貫通孔加工を行う場合、破線Ｓで示すノッチングが生じることが知られている。これは、貫通する先の界面の影響でエッチングを行うイオンやラジカルの向きが乱れることにより開口直径が広がる現象である。このようなノッチングが生じると、この部分の開口断面の真円度も劣化してしまう。図３（ｂ）のように両面から直径の大きいザグリ加工を施すことにより、この部分を取り除くことが可能となる。そのため、収差への寄与率の大きい開口２Ｃを高精度に加工可能となる。
【００６１】
（実施例２）
図５を用いて本発明の実施例２を説明する。実施例１と同じ機能・効果を有する個所には、同じ記号を付し説明を省略する。本実施例では、電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃが接合を用いた構造となっている点が異なっている。
【００６２】
電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、第１の領域５と第３の領域７、第２の領域６と第３の領域７の界面が酸化膜を介して接合されている。第１・第２の領域の厚さは６μｍ、第３の領域７の厚さは９０μｍである。
【００６３】
次に、本実施例の製造方法を説明する。第１の領域５、第２の領域６、第３の領域７を第１の界面１３、第２の１４で接合して形成する。第１の領域５、第３の領域７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の領域６と同じ厚さ９０μｍ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５、第２の領域６、第３の領域７を有する電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃを形成することができる。
【００６４】
上記のように接合した構造により、第１・第２・第３の領域の開口を形成する工程を別々に行うことができる。そのため、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することができる。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。そして、第１・第２・第３の領域の厚さも正確に形成することが可能となる。
【００６５】
（実施例３）
図９を用いて本発明の実施例３を説明する。図９は、荷電粒子線レンズの断面図である。尚、実施例２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２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点が異なっている。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。
【００６６】
開口２Ａ・２Ｂの直径は開口２Ｃ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１・第２の領域で隣接する開口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。
【００６７】
また、レンズアレイとなることで開口形成エリアが大きくなり最表面の欠け・ゴミの付着などの確率が大きくなっても、本実施例によりこれらの欠陥の収差に与える影響が小さくなるためレンズアレイの全体の収差のばらつきを低減することが可能となる。したがって、大規模なレンズアレイを安価に実現することが可能となる。
【００６８】
（実施例４）
図１０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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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４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４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。
【００７９】
特に第４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上に結像される。そして、この第４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。
【００８０】
ウエハ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。
【００８１】
パターン描画中はウエハ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。
【００８２】
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。
【００８３】
また安価なレンズを用いることができるため露光装置を安価に提供可能となる。さらに、取り付けや使用中に最表面に付着するゴミ・塵についても許容を大きくすることができるため保守を容易にし、保守期間を長くし信頼性を向上することができる。
【００８４】
更にレンズアレイのアレイ数が増大し、開口形成面積が大きくなってもレンズアレイの歩留まりの低下を抑え安価に露光装置を製造可能となる。
【００８５】
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。
【００８６】
なお、本発明の荷電粒子線レンズは、図１０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】
【００８７】
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の領域
７  第３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
１５  欠け
【図１】
2012195097.tif 000003
【図２】
2012195097.tif 000004
【図３】
2012195097.tif 000005
【図４】
2012195097.tif 000006
【図５】
2012195097.tif 000007
【図６】
2012195097.tif 000008
【図７】
2012195097.tif 000009
【図８】
2012195097.tif 000010
【図９】
2012195097.tif 000011
【図１０】
2012195097.tif 000012
【図１１】
2012195097.tif 000013
【図１２】
2012195097.tif 000014