(57)【要約】【課題】収差の低減に有利な荷電粒子光学系を提供する。【解決手段】荷電粒子線を射出する荷電粒子光学系であって、静電レンズと、前記静電レンズの光軸に沿って前記静電レンズに対向して配置され、前記静電レンズと協働して静電場を形成するグリッド電極と、を有し、前記グリッド電極の前記静電レンズに対向する電極面は、前記光軸の方向における前記静電レンズからの距離が場所によって異なっている、ことを特徴とする荷電粒子光学系を提供する。【選択図】図１
2013236053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を射出する荷電粒子光学系であって、
静電レンズと、
前記静電レンズの光軸に沿って前記静電レンズに対向して配置され、前記静電レンズと協働して静電場を形成するグリッド電極と、
を有し、
前記グリッド電極の前記静電レンズに対向する電極面は、前記光軸の方向における前記静電レンズからの距離が場所によって異なっている、ことを特徴とする荷電粒子光学系。
【請求項２】
前記電極面は、前記距離が場所によらず一定である場合より、前記静電レンズの球面収差を低減する形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子光学系。
【請求項３】
前記荷電粒子線が前記静電場から受ける静電気力の前記光軸に平行な成分は、前記電極面から前記静電レンズに向かう向きを有し、前記電極面の形状は、前記静電レンズに向かって凹である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子光学系。
【請求項４】
前記荷電粒子線が前記静電場から受ける静電気力の前記光軸に平行な成分は、前記静電レンズから前記電極面に向かう向きを有し、前記電極面の形状は、前記静電レンズに向かって凸である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子光学系。
【請求項５】
前記グリッド電極は、格子状に配列された導体線を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系。
【請求項６】
前記グリッド電極には、前記静電レンズからの荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するための複数の開口が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系。
【請求項７】
前記グリッド電極によって生成された前記複数の荷電粒子線をそれぞれ整形するための複数の開口が形成された開口板を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子光学系。
【請求項８】
前記電極面の形状は、前記光軸を回転軸とした回転放物面又は球面である、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系。
【請求項９】
物面上の荷電粒子線を像面に投影する荷電粒子光学系であって、
静電レンズと、
前記静電レンズの光軸に沿って前記静電レンズに対向して配置され、前記静電レンズと協働して静電場を形成するグリッド電極と、
を有し、
前記グリッド電極の前記静電レンズに対向する電極面は、前記光軸の方向における前記静電レンズからの距離が場所によって異なっている、ことを特徴とする荷電粒子光学系。
【請求項１０】
荷電粒子線を射出する荷電粒子光学系であって、
静電レンズと、
前記静電レンズの光軸に沿って前記静電レンズに対向して配置され、前記静電レンズと協働して静電場を形成するグリッド電極と、
を有し、
前記グリッド電極は、格子状に配列された導体線を含み、
前記グリッド電極の前記静電レンズに対向する電極面は、前記光軸の方向における前記静電レンズからの距離が場所によって異なっている、ことを特徴とする荷電粒子光学系。
【請求項１１】
前記電極面は、前記距離が場所によらず一定である場合より、前記静電レンズの球面収差を低減する形状を有する、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１２】
前記荷電粒子線が前記静電場から受ける静電気力の前記光軸に平行な成分は、前記電極面から前記静電レンズに向かう向きを有し、前記電極面の形状は、前記静電レンズに向かって凹である、ことを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１３】
前記荷電粒子線が前記静電場から受ける静電気力の前記光軸に平行な成分は、前記静電レンズから前記電極面に向かう向きを有し、前記電極面の形状は、前記静電レンズに向かって凸である、ことを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１４】
前記グリッド電極は、格子状に配列された導体線を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１５】
前記グリッド電極には、入射する荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するための複数の開口が形成されている、ことを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１６】
前記グリッド電極によって生成された荷電粒子線を整形するための複数の開口が形成された開口板を有する、ことを特徴とする請求項１０又は１４に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１７】
前記電極面の形状は、前記光軸を回転軸とした回転放物面又は球面である、ことを特徴とする請求項９乃至１６のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系。
【請求項１８】
荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、
前記荷電粒子線を射出する請求項１乃至１７のうちいずれか１項に記載の荷電粒子光学系を有することを特徴とする描画装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の描画装置を用いて基板に描画を行う工程と、
前記工程で描画を行われた前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子光学系、描画装置及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電レンズの近傍にグリッド（格子）を近接させて、静電レンズの収差を低減させる技術が知られている（特許文献１及び２参照）。かかる技術では、マスクとして使用するグリッドを静電レンズの静電界（静電場）に界浸して（静電レンズの静電場に影響を与える位置に配置して）負の屈折力を得ることで、静電レンズ系の収差を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６４５０８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４９７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術の荷電粒子光学系は、その収差を十分に低減させることができず、近年要求される仕様を満たすことができなくなってきている。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、収差の低減に有利な荷電粒子光学系を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての荷電粒子光学系は、荷電粒子線を射出する荷電粒子光学系であって、静電レンズと、前記静電レンズの光軸に沿って前記静電レンズに対向して配置され、前記静電レンズと協働して静電場を形成するグリッド電極と、を有し、前記グリッド電極の前記静電レンズに対向する電極面は、前記光軸の方向における前記静電レンズからの距離が場所によって異なっている、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、収差の低減に有利な荷電粒子光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一側面としての荷電粒子光学系の構成を示す概略図である。
【図２】静電レンズの中間電極に負又は正の電圧を印加したときに、静電レンズの各電極が有するレンズパワーを示す図である。
【図３】平面形状のグリッドを静電レンズに界浸させた構成において、静電レンズとグリッドとの間の間隔とレンズパワーとの関係を示す図である。
【図４】図１に示す荷電粒子光学系の構成を具体的に説明するための図である。
【図５】静電レンズを有する荷電粒子光学系に対して曲面形状のグリッドを配置した場合の効果を説明するための図である。
【図６】静電レンズを有する荷電粒子光学系に対して曲面形状のグリッドを配置した場合の効果を説明するための図である。
【図７】荷電粒子光学系の一例としての投影光学系を示す概略図である。
【図８】荷電粒子光学系の一例としての照明光学系を示す概略図である。
【図９】荷電粒子光学系の一例としての照明光学系を示す概略図である。
【図１０】荷電粒子光学系の一例としての照明光学系を示す概略図である。
【図１１】本発明の一側面としての描画装置の構成を示す概略図である。
【図１２】荷電粒子光学系の一例としての投影光学系を示す概略図である。
【図１３】荷電粒子光学系の一例としての投影光学系を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）乃至図１（ｄ）は、本発明の一側面としての荷電粒子光学系１０の構成を示す概略図である。荷電粒子光学系１０は、本実施形態では、静電レンズ１００と、グリッド（グリッド電極）１０２とを含み、荷電粒子線として電子線を射出する。但し、荷電粒子線は電子線に限定されるものではなく、例えば、イオンビームなどであってもよい。
【００１２】
静電レンズ１００は、例えば、荷電粒子線を通過させる開口を有する３つの電極、即ち、上部電極１００ａ、中間電極１００ｂ及び下部電極１００ｃで構成される。静電レンズ１００は、上部電極１００ａ又は下部電極１００ｃを接地し、中間電極１００ｂに負又は正の電圧が印加される、所謂、アインツェルレンズである。
【００１３】
グリッド１０２は、静電レンズ１００によって形成される静電場ＥＦに界浸するように、静電レンズ１００の上部電極１００ａ又は下部電極１００ｃに近接して配置される。換言すれば、グリッド１０２は、静電レンズ１００の光軸（レンズ軸）ＡＸに沿って静電レンズ１００に対向して配置され、静電レンズ１００と協働して静電場を形成する。グリッド１０２は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す荷電粒子光学系１０では、静電レンズ側に凸面となる（即ち、静電レンズ１００に向かって凸である）曲面形状を有する。また、グリッド１０２は、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す荷電粒子光学系１０では、静電レンズ側に凹面となる（即ち、静電レンズ１００に向かって凹である）曲面形状を有する。ここで、曲面形状とは、図１（ａ）乃至図１（ｄ）に示すように、滑らかな曲線で規定される形状だけではなく、直線で規定される形状、例えば、三角形状や階段状の形状なども含むものとする。
【００１４】
グリッド１０２は、導電性を有し、静電レンズ１００によって形成される静電場ＥＦを制御する導電面（電極面）を規定する。グリッド１０２は、例えば、格子状（正方格子状など）に配列された導体線に曲率をつけたものや曲面形状の導体板に開口を形成したもので構成される。グリッド１０２は、その曲面形状に沿うような等ポテンシャル面を形成することを目的としている。従って、グリッド１０２は、上述した例に限定されるものではなく、実質的に高い開口率を有する曲面形状の導体構造物など、曲面形状の等ポテンシャル面を形成できるものであればよい。また、グリッド１０２の曲面形状は、後述するように、静電レンズ１００の軸（レンズ軸）ＡＸを回転軸とした回転放物面であるとよい。但し、グリッド１０２の曲面形状は、加工性などを考慮して、レンズ軸ＡＸを回転軸とした球面であってもよい。また、グリッド１０２は、静電レンズ１００がシリンドリカルレンズである場合などには、回転対称な形状でなくてもよい。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す荷電粒子光学系１０では、中間電極１００ｂに負の電圧を印加しているため、上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃの外側近傍には、矢印で示すような静電場ＥＦが形成される。かかる静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きは、グリッド１０２から静電レンズ１００に向かう向きとなっている。
【００１６】
一方、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す荷電粒子光学系１０では、中間電極１００ｂに正の電圧を印加しているため、上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃの外側近傍には、矢印で示すような静電場ＥＦが形成される。かかる静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きは、静電レンズ１００からグリッド１０２に向かう向きとなっている。
【００１７】
本実施形態において、静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きがグリッド１０２から静電レンズ１００に向かう向きであると、グリッド１０２は、静電レンズ側に凸面となる形状となっている。また、静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きが静電レンズ１００からグリッド１０２に向かう向きであると、グリッド１０２は、静電レンズ側に凹面となる形状となっている。この理由については後述するが、グリッド１０２を静電レンズ１００によって形成される静電場ＥＦに界浸させた構成において、グリッド１０２の凹凸を静電場ＥＦに応じて決めることによって、従来技術よりも大きな収差低減を実現することができる。
【００１８】
ここで、静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きとグリッド１０２の静電レンズ側の凹凸との関係は、より一般的に、荷電粒子線が静電場ＥＦから受ける静電気力の向きを用いて表すことができる。例えば、荷電粒子線に作用する静電気力のレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きがグリッド１０２から静電レンズ１００に向かう向きであると、グリッド１０２は、静電レンズ側に凹面となる形状である。また、荷電粒子線に作用する静電気力のレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きが静電レンズ１００からグリッド１０２に向かう向きであると、グリッド１０２は、静電レンズ側に凸面となる形状である。静電気力を用いたグリッド１０２の凹凸の関係は、電子線だけではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子線にも適用することができる。
【００１９】
図２乃至図４を参照して、本発明の原理について説明する。図２（ａ）は、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに負の電圧を印加したときに、静電レンズ１００の各電極が有するレンズパワーを示す図である。図２（ｂ）は、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに正の電圧を印加したときに、静電レンズ１００の各電極が有するレンズパワーを示す図である。
【００２０】
図２（ａ）を参照するに、中間電極１００ｂに負の電圧を印加すると、上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃが凹レンズのレンズパワーを有し、中間電極１００ｂが凸レンズのレンズパワーを有し、静電レンズ全体で凸レンズのレンズパワーを有する。また、静電レンズ１００の外側近傍に形成される静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きは、矢印で示すように、静電レンズの外側から静電レンズ側に向かう向きとなる。従って、静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きが静電レンズの外側から静電レンズ側に向かう向きであれば、静電レンズ１００の外側の電極、即ち、上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃは凹レンズとなる。これは、３つの電極で構成されるアインツェルレンズに限らず、開口を有する電極で構成される静電レンズについても一般的にいえることである。
【００２１】
一方、図２（ｂ）を参照するに、中間電極１００ｂに正の電圧を印加すると、上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃが凸レンズのレンズパワーを有し、中間電極１００ｂが凹レンズのレンズパワーを有し、静電レンズ全体で凸レンズのレンズパワーを有する。また、静電レンズ１００の外側近傍に形成される静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きは、矢印で示すように、静電レンズ側から静電レンズの外側に向かう向きとなる。従って、静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きが静電レンズ側から静電レンズの外側に向かう向きであれば、静電レンズ１００の外側の電極、即ち、上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃは凸レンズとなる。これも、上述したように、３つの電極で構成されるアインツェルレンズに限らず、開口を有する電極で構成される静電レンズについても一般的にいえることである。
【００２２】
このように、静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きと上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃ（静電レンズ１００の外側の電極）が有するレンズパワーとは対応づけられることがわかる。これが本発明の原理を理解する上で１つ目の重要な点である。
【００２３】
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）には、静電レンズ１００の収差において一般的に支配的である球面収差によって、静電レンズ１００の像面ＩＰでボケが生じている様子も示している。かかるボケ量δは、静電レンズ１００の球面収差係数Ｃｓ及び荷電粒子光学系１０の収束半角αを用いて、δ＝Ｃｓα３と表すことができる。静電レンズを構成した場合に生じる球面収差は、一般的に、正となる。これは、静電レンズのレンズ軸の外側の領域ほど（レンズ軸から離れるにつれて）レンズパワーが大きくなるような収差であることを意味している。従って、このような球面収差（正）を打ち消す（低減する）ためには、静電レンズのレンズ軸の外側の領域ほどレンズパワーが小さくなるような補正を行えばよい。これが本発明の原理を理解する上で２つ目の重要な点である。
【００２４】
図３及び図４は、本実施形態において、静電レンズのレンズ軸の外側の領域ほどレンズパワーが小さくなるような補正をどのように行うのかを具体的に説明するための図である。図３（ａ）乃至図３（ｄ）は、従来技術のように、平面形状のグリッド３０２を静電レンズ１００に界浸させた構成において、静電レンズ１００（上部電極１００ａ）とグリッド３０２との間のギャップとレンズパワーとの関係を示す図である。平面形状のグリッド３０２は、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの方向における静電レンズ１００からの距離が場所によらず一定となる形状を有していると言える。
【００２５】
図３（ａ）は、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに負の電圧を印加した（上部電極１００ａが凹レンズのレンズパワーを有する）状態を示している。図３（ａ）において、Ｄは、静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップを示し、Δｆは、ギャップＤを変更した場合に生じる静電レンズ１００のデフォーカス量を示している。ここでは、デフォーカス量Δｆのプラス方向を静電レンズ１００の焦点距離が長くなる方向とし、デフォーカス量Δｆがプラスである場合にレンズパワーが小さくなっていることを意味するものとする。図３（ｂ）は、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに負の電圧を印加した状態における静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップＤと静電レンズ１００のデフォーカス量Δｆとの関係を示すグラフである。図３（ｂ）では、ギャップＤを横軸に採用し、デフォーカス量Δｆを縦軸に採用している。図３（ｂ）を参照するに、ギャップＤに対して、デフォーカス量Δｆが概ね線形に減少していることがわかる。デフォーカス量Δｆが減少することはレンズパワーが増大することと同義である。従って、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに負の電圧を印加した状態、即ち、上部電極１００ａが凹レンズのレンズパワーを有する状態においては、ギャップＤが狭まるほど静電レンズ１００のレンズパワーが増大する。
【００２６】
図３（ｃ）は、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに正の電圧を印加した（上部電極１００ａが凸レンズのレンズパワーを有する）状態を示している。図３（ａ）と同様に、図３（ｃ）において、Ｄは、静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップを示し、Δｆは、ギャップＤを変更した場合に生じる静電レンズ１００のデフォーカス量を示している。図３（ｄ）は、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに正の電圧を印加した状態における静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップＤと静電レンズ１００のデフォーカス量Δｆとの関係を示すグラフである。図３（ｄ）を参照するに、図３（ｂ）とは逆の傾向が現れ、ギャップＤに対して、デフォーカス量Δｆが概ね線形に増大していることがわかる。従って、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに正の電圧を印加した状態、即ち、上部電極１００ａが凸レンズのレンズパワーを有する状態においては、ギャップＤが狭まるほど静電レンズ１００のレンズパワーが減少する。
【００２７】
静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップＤを変更したときに静電レンズ１００のレンズパワーが変化する理由は、グリッド３０２が上部電極１００ａの近傍の静電場に界浸し、上部電極１００ａのレンズ場を弱める働きをしているからと考えられる。
【００２８】
例えば、図３（ａ）では、上部電極１００ａが凹レンズのレンズパワーを有し、これに対して、上部電極１００ａの近傍の静電場に界浸するようにグリッド３０２を配置すると、上部電極１００ａに近接した位置に等ポテンシャル面が形成されることになる。従って、上部電極１００ａの近傍の静電場は、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの方向に沿った方向をより向くようになる。静電レンズ１００のレンズパワーを生じさせているのは、静電場のレンズ光軸ＡＸの方向に垂直な方向の成分である。従って、グリッド３０２を静電レンズ１００（上部電極１００ａ）に近接して配置すると、上部電極１００ａのレンズ場を弱めることになる。図３（ａ）では、上部電極１００ａが凹レンズのレンズパワーを有しているため、グリッド３０２を近接させることで上部電極１００ａのレンズ場が弱まれば（即ち、凹レンズの作用が弱まれば）、静電レンズ全体のレンズパワーは増大する。
【００２９】
図３（ｃ）に対しても図３（ａ）と同様な説明が可能であることは明らかである。図３（ｃ）では、上部電極１００ａが凸レンズのレンズパワーを有し、上部電極１００ａの近傍の静電場に界浸するようにグリッド３０２を近接させると、上部電極１００ａのレンズ場を弱めることになる。従って、グリッド３０２を近接させることで上部電極１００ａのレンズ場が弱まれば（即ち、凸レンズの作用が弱まれば）、静電レンズ全体のレンズパワーは減少する。
【００３０】
上述したように、静電レンズ１００に対して平面形状のグリッド３０２を近接させる構成においては、静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップＤが変更されると、静電レンズ全体のレンズパワーが変化する。本実施形態では、このような現象を利用して、静電レンズ１００の球面収差（正）が打ち消されるように、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーを小さくする。
【００３１】
図４（ａ）は、図２（ａ）と同様に、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに負の電圧を印加した状態を示している。図４（ａ）に示す矢印は、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーが大きくなる様子を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対して、曲面形状のグリッド１０２を静電レンズ１００に近接して配置した状態、即ち、本実施形態の荷電粒子光学系１０の構成を示している。グリッド１０２は、図１（ａ）と同様に、静電レンズ側に凸面となる曲面形状を有している。このように、静電レンズ側に凸面となる曲面形状のグリッド１０２を上部電極１００ａの近傍の静電場に界浸させることで、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーを小さくすることが可能となる。図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して説明したように、静電レンズ１００とグリッド３０２との間のギャップＤを変更することで、静電レンズ１００のレンズパワーを変化させることができる。従って、図４（ｂ）に示すように、レンズ軸ＡＸの外側ほど静電レンズ１００とグリッド１０２との間のギャップを広くすることで、レンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーを小さくすることができる。図４（ｂ）では、上部電極１００ａが凹レンズのレンズパワーを有しているため、グリッド１０２は、レンズ軸ＡＸに近い領域ほど凹レンズのレンズパワーを弱めるように作用していると考えることができる。これは、静電レンズ全体としては、レンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーが小さくなることを意味している。従って、図４（ｂ）に示す矢印のように、静電レンズ１００のレンズ軸上におけるレンズパワーと静電レンズ１００のレンズ軸外におけるレンズパワーとの差が低減し（理想的には、差がなくなり）、静電レンズ１００の球面収差が補正されることになる。
【００３２】
図４（ｃ）は、図２（ｂ）と同様に、静電レンズ１００の中間電極１００ｂに正の電圧を印加した状態を示している。図４（ｃ）に示す矢印は、図４（ａ）と同様に、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーが大きくなる様子を示している。図４（ｄ）は、図４（ｃ）に対して、曲面形状のグリッド１０２を静電レンズ１００に近接して配置した状態、即ち、本実施形態の荷電粒子光学系１０の構成を示している。グリッド１０２は、図１（ｃ）と同様に、静電レンズ側に凹面となる曲面形状を有している。このように、静電レンズ側に凹面となる曲面形状のグリッド１０２を上部電極１００ａの近傍の静電場に界浸させることで、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーを小さくすることが可能である。これにより、図４（ｄ）に示す矢印のように、静電レンズ１００のレンズ軸上におけるレンズパワーと静電レンズ１００のレンズ軸外におけるレンズパワーとの差が低減し、静電レンズ１００の球面収差が補正されることになる。
【００３３】
図４（ｂ）と図４（ｄ）とで、グリッド１０２の凹凸が逆になる理由は、これまでの説明を考えると容易に理解されるであろう。図４（ｄ）では、上部電極１００ａが凸レンズのレンズパワーを有している。従って、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーを小さくするためには、グリッド１０２を用いて、レンズ軸ＡＸの外側の領域ほど上部電極１００ａが有する凸レンズのレンズパワーを弱める必要がある。このためには、レンズ軸ＡＸの外側ほど静電レンズ１００とグリッド１０２との間のギャップを狭くすればよく、図４（ｄ）に示すように、グリッド１０２を静電レンズ側に凹面となる曲面形状にすればよい。
【００３４】
これまで説明したように、静電レンズ１００によって形成される静電場ＥＦのレンズ軸ＡＸに沿った方向の成分の向きと上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃが有するレンズパワー（凹レンズ又は凹レンズのレンズパワー）とは対応づけることができる。また、静電レンズ１００の球面収差（正）を打ち消すためには、グリッド１０２を用いて、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーが小さくなるようにすればよい。そこで、本実施形態では、グリッド１０２は、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸにおける静電レンズ１００からの距離が場所によって異なっているような形状（曲面形状）を有している。具体的には、上部電極１００ａ（下部電極１００ｂ）が凹レンズのレンズパワーを有していれば、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸに近い領域ほど凹レンズのレンズパワーを弱めるように、グリッド１０２の曲面形状を静電レンズ側に凸面となる形状とする。また、上部電極１００ａ（下部電極１００ｂ）が凸レンズのレンズパワーを有していれば、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほど凸レンズのレンズパワーを弱めるように、グリッド１０２の曲面形状を静電レンズ側に凹面となる形状とする。
【００３５】
次に、グリッド１０２の曲面形状を設計例に基づいて説明する。グリッド１０２の曲面形状は、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸを回転軸とした回転放物面にするとよいが、その理由について説明する。上述したように、静電レンズ１００（上部電極１００ａ又は下部電極１００ｃ）とグリッド１０２との間のギャップが狭まると静電レンズ１００のレンズパワーが線形に変動するが、これは、以下の式（１）で表される。
Δθ（α）＝ｋＤα      ・・・（１）
式（１）において、Δθはデフォーカスによる電子線軌道の角度変化であり、Ｄは静電レンズ１００とグリッド１０２との間のギャップであり、αは荷電粒子光学系１０の収束半角であり、ｋは比例定数である。また、比例定数ｋは、静電レンズ１００の外側の電極（上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃ）が凹レンズのレンズパワーを有する場合には負であり、静電レンズ１００の外側の電極が凸レンズのレンズパワーを有する場合には正である。
【００３６】
グリッド１０２を曲面としてＤをαの関数として変化させることを考えると、以下の式（２）となる。
Δθ（α）＝ｋＤ（α）α      ・・・（２）
式（２）におけるΔθが静電レンズ１００の補正したい収差、例えば、球面収差（Ｃｓα３）を打ち消す量であるためには、以下の式（３）及び式（４）となる。
ｋＤ（α）α＝−Ｃｓα３      ・・・（３）
Ｄ（α）＝−（Ｃｓ／ｋ）α２      ・・・（４）
静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸからの距離（電子束幅）と収束半角αとがほぼ一対一に対応する場合、即ち、像高が小さく、軸上収差が支配的な場合を考える。この場合、以下の式（５）に表すように、収束半角αの代わりにレンズ光軸ＡＸからの距離Ｒで式（４）を書き換えることができる。
Ｄ（Ｒ）＝−ｋ’ＣｓＲ２      ・・・（５）
式（５）において、ｋ’は、ｋにαからＲに変換する際に乗じる比例定数をかけた定数である。定数ｋ’は、比例定数ｋと同様に、静電レンズ１００の外側の電極が凹レンズのレンズパワーを有する場合には負であり、静電レンズ１００の外側の電極が凸レンズのレンズパワーを有する場合には正である。
【００３７】
式（５）は、ギャップＤがレンズ光軸ＡＸからの距離Ｒの２次関数になることを表しており、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸを回転軸とした回転放物面がグリッド１０２の曲面形状として好ましいことを示している。
【００３８】
このように、グリッド１０２の曲面形状は、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸを回転軸とした回転放物面であるとよい。但し、グリッド１０２の曲面形状は、加工性などを考慮し、回転放物面の代替として、レンズ軸ＡＸを回転軸とした球面でもよい。
【００３９】
グリッド１０２の曲面形状の設計手順の一例について説明する。まず、静電レンズ１００に対して、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示したように、平面形状のグリッド３０２を近接させたモデルにおいて、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すグラフを電子光学シミュレーションによって求める。静電レンズ１００に対するグリッド３０２の位置によっては、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すグラフのような線形関係が得られない場合（例えば、静電レンズ１００とグリッド３０２との間の距離が離れすぎている場合など）も考えられる。従って、曲面形状のグリッド１０２のモデルを考える前に、平面形状のグリッド３０２のモデルを用いて、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すグラフのような線形関係を確認するとよい。
【００４０】
静電レンズ１００と平面形状のグリッド３０２との間のギャップとレンズパワーとの関係が確認できれば、式（１）乃至式（５）に基づいて、グリッド１０２の曲面形状（初期モデル）を決定することができる。但し、初期モデルの曲面形状のグリッド１０２では、静電レンズ１００の球面収差を十分に低減できないこともある。このような場合には、例えば、式（５）におけるｋ’をパラメータとして、電子光学シミュレーションを繰り返し実行して最適値を探索すればよい。グリッド１０２の曲面形状が回転放物面に決定されていれば、パラメータは１つだけであるので、最適値の探索は比較的容易に行うことができる。
【００４１】
図５及び図６は、アインツェルレンズ（静電レンズ）を有する大画角の照明光学系（荷電粒子光学系）に対して、上述したように、曲面形状のグリッド１０２を配置した場合の効果を説明するための図である。図５は、アインツェルレンズの中間電極に正の電圧を印加し、上部電極及び下部電極が凹レンズのレンズパワーを有する場合を示している。図６は、アインツェルレンズの中間電極に負の電圧を印加し、上部電極及び下部電極が凸レンズのレンズパワーを有する場合を示している。図５（ａ）及び図６（ａ）は、平面形状のグリッド３０２や曲面形状のグリッド１０２がない場合の電子線の軌道を示している。図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、平面形状のグリッド３０２を配置した場合の電子線の軌道を示している。図５（ｃ）及び図６（ｃ）は、曲面形状のグリッド１０２を配置した場合の電子線の軌道を示している。グリッド１０２は、図５（ｃ）では、アインツェルレンズ側に凹面となる曲面形状を有し、図６（ｃ）では、アインツェルレンズ側に凸面となる曲面形状を有している。また、図５及び図６には、電子光学シミュレーションによって解析した電子線の軌道に加えて、等電位線も示している。図５（ｄ）は、図５（ａ）乃至図５（ｃ）のそれぞれに示す照明光学系の収差特性を示すグラフであって、照明画角を横軸に採用し、レンズ収差に対応するテレセンずれを縦軸に採用している。図５（ｅ）は、図５（ａ）乃至図５（ｃ）のそれぞれに示す照明光学系の設計パラメータを示している。図６（ｄ）は、図６（ａ）乃至図６（ｃ）のそれぞれに示す照明光学系の収差特性を示すグラフであって、照明画角を横軸に採用し、レンズ収差に対応するテレセンずれを縦軸に採用している。図６（ｅ）は、図６（ａ）乃至図６（ｃ）のそれぞれに示す照明光学系の設計パラメータを示している。
【００４２】
図５及び図６を参照するに、曲面形状のグリッド１０２を配置した場合には、照明画角の全域で収差が低減（補正）されていることがわかる。このように、静電レンズ１００の上部電極１００ａ及び下部電極１００ｃが有するレンズパワーによって、グリッド１０２の曲面形状（静電レンズ側に凸面又は凹面となる形状）を適切に選択することで、静電レンズ１００の収差を補正することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、曲面形状のグリッド１０２によって低減する収差の対象を静電レンズ１００の球面収差として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、荷電粒子光学系として、像高の非常に大きな（大フィールドの）物体を比較的小さな収束角で縮小投影する投影光学系を考えると、上述した収差（球面収差）は、ディストーション（歪曲）に概ね対応することになる。このようなディストーションも曲面形状のグリッド１０２を用いることによって低減することができる。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、荷電粒子光学系の一例としての投影光学系２０を示す概略図である。投影光学系２０は、投影レンズとして機能する静電レンズ１００を含み、大フィールドの物体を縮小投影する光学系である。
【００４５】
図７（ａ）は、曲面形状のグリッド１０２がない場合の電子線の軌道を示している。図７（ａ）を参照するに、像高の大きな主光線（フィールドの外側の電子線）が静電レンズ１００の収差によって内側に曲がり、像面ＩＰにおける像の歪み（ディストーション）を生じさせている。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す投影光学系２０が像面ＩＰに形成する像パターンＰＴを示している。図７（ｂ）には、静電レンズ１００の収差がない場合に投影光学系２０が像面ＩＰに形成する理想的な像パターンＩＰＴも示している。理想的な像パターンＩＰＴは、３×３の正方格子上のスポットパターンである。図７（ｂ）を参照するに、静電レンズ１００の収差によって像パターンＰＴの位置と理想的な像パターンＩＰＴの位置との間にずれが生じていることがわかる。
【００４６】
図７（ｃ）は、静電レンズ１００の前側焦点面位置の近傍に曲面形状のグリッド１０２が配置された場合の電子線の軌道を示している。グリッド１０２は、静電レンズ側に凸面となる形状を有し、静電レンズ１００によって形成される静電場に界浸するように配置されている。図７（ｃ）を参照するに、グリッド１０２によって、静電レンズ１００のレンズ軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーが小さくなるため、静電レンズ１００の収差が低減され、像面ＩＰにおける像に歪みが生じてない（ディストーションが補正されている）。図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示す投影光学系２０が像面ＩＰに形成する像パターンＰＴを示している。かかる像パターンＰＴは、３×３の正方格子上のスポットパターンである理想的な像パターンと一致し、像の歪みが低減されている。
【００４７】
本実施形態では、曲面形状のグリッド１０２は、中央に単孔を有する曲面電極で構成され、かかる単孔の位置が静電レンズ１００の前側焦点面位置に一致するように配置されている。換言すれば、グリッド１０２は、ＮＡ絞りの機能を兼ねており、ＮＡ絞りによって電子線を絞り込むべき領域における透過率を低下させることなく、静電レンズ１００の収差を低減させることができる。
【００４８】
＜第３の実施形態＞
図８は、荷電粒子光学系の一例としての照明光学系３０を示す概略図である。照明光学系３０は、静電レンズ１００と、曲面形状のグリッド１０２とを含み、マスクＭＫを照明する光学系である。
【００４９】
電子源ＥＳから放射された電子線は、静電レンズ１００によってコリメートされる。ここで、静電レンズ１００によって形成される静電場に界浸するように、静電レンズ側に凸面となる形状を有するグリッド１０２が静電レンズ１００に近接して配置されている。従って、上述したように、静電レンズ１００の収差を低減して、高いテレセントリシティを有する電子線を得ることができる。
【００５０】
本実施形態では、曲面形状のグリッド１０２は、正方格子状に配列された導体線などで構成され、高い透過率を有するように構成される。グリッド１０２を通過した直後の電子線は、グリッド１０２で遮断された部分が抜けた状態となっている。但し、グリッド１０２から十分に離れた位置では、電子源ＥＳのサイズに依存した放射角の広がりによって、グリッド１０２で遮断された部分が周辺の電子線で補填され、実質的に均一な電子線となっている。マスクＭＫは、グリッド１０２から十分に離れた位置に配置されており、照明光学系３０は、静電レンズ１００及びグリッド１０２を介して、高いテレセントリシティを有する電子線でマスクＭＫを照明することができる。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
図９は、荷電粒子光学系の一例としての照明光学系４０を示す概略図である。照明光学系４０は、静電レンズ１００と、アパーチャアレイ４０２とを含む。アパーチャアレイ４０２は、複数の開口４０２ａを有し、高いトレセントリシティを有する電子線（シングルビーム）を複数の電子線（マルチビーム）ＥＢに分割する。
【００５２】
電子源ＥＳから放射された電子線は、静電レンズ１００によってコリメートされる。ここで、静電レンズ１００によって形成される静電場に界浸するように、アパーチャアレイ４０２が静電レンズ１００に近接して配置されている。アパーチャアレイ４０２は、本実施形態では、静電レンズ１００の収差を低減するような静電レンズ側に凸面となる曲面形状（例えば、回転放物面）を有する。従って、アパーチャアレイ４０２は、複数の開口４０２ａで電子線を分割する機能に加えて、曲面形状のグリッド１０２の機能を備えている。照明光学系４０は、電子線を分割する機能と曲面形状のグリッド１０２の機能とを兼ね備えたアパーチャアレイ４０２によって、高いトレセントリシティを有する複数の電子線ＥＢを生成することができる。
【００５３】
＜第５の実施形態＞
図１０は、荷電粒子光学系の一例としての照明光学系５０を示す概略図である。照明光学系５０は、照明光学系４０におけるアパーチャアレイ４０２の製造性及びメンテナンス性を向上させることを意図して構成されている。本実施形態では、照明光学系４０に対する照明光学系５０の差異についてのみ説明する。
【００５４】
照明光学系５０は、静電レンズ１００及びアパーチャアレイ４０２に加えて、開口板５０２を含む。開口板５０２は、アパーチャアレイ４０２によって分割された複数の電子線ＥＢのそれぞれの径を規定する（即ち、複数の電子線ＥＢをそれぞれ整形する）複数の開口５０２ａを有する。開口板５０２の開口５０２ａの径は、アパーチャアレイ４０２の開口４０２ａの径よりも小さい。また、開口板５０２は、例えば、リソグラフィプロセスを用いた高精度な孔空け加工が可能なシリコンなどで構成されている。高精度な孔空け加工で形成された開口５０２ａを有する開口板５０２を有することで、曲面形状のアパーチャアレイ４０２の開口４０２ａの孔空け精度が悪い場合であっても、アパーチャアレイ４０２で分割される電子線ＥＢの径を高精度に規定することが可能となる。従って、アパーチャアレイ４０２の開口４０２ａの加工精度が緩くなり、アパーチャアレイ４０２の製造性を向上させることができる。一方、開口板５０２は、曲面形状を有する必要がなく、例えば、平面形状であればよいため、高精度な孔空け加工を行うことができる。
【００５５】
また、照明光学系５０は、開口板５０２を有することで、アパーチャアレイ４０２に付着するカーボンなどのコンタミネーションに対するメンテナンス性を向上させることができる。アパーチャアレイ４０２には電子線が直接照射されるため、コンタミネーションの付着によって開口４０２ａの径が徐々に小さくなり、長時間使用した場合には、アパーチャアレイ４０２の交換が必要となると考えられる。但し、本実施形態では、アパーチャアレイ４０２の開口４０２ａによって電子線ＥＢの径を規定していないため、アパーチャアレイ４０２の開口４０２ａに対するコンタミネーションの影響が小さい。電子線ＥＢの径を規定する開口板５０２については、コンタミネーションの付着による交換の必要性が生じる可能性はあるが、開口板５０２のみを交換すればよく、アパーチャアレイ４０２を交換する（新たに製造する）必要はない。このように、平面形状の開口板５０２のみを交換部材とするとこで、アパーチャアレイ４０２のメンテナンス性を向上させることができる。
【００５６】
また、図８に示す照明光学系３０において、マスクＭＫを複数の開口を有するアパーチャアレイ（平面形状）に置換することで、本実施形態と同様に、曲面形状のグリッド１０２の製造性及びメンテナンス性を向上させることもできる。
【００５７】
＜第６の実施形態＞
図１１は、本発明の一側面としての描画装置６００の構成を示す概略図である。描画装置６００は、電子線を用いて基板の上にパターンを描画するリソグラフィ装置である。描画装置６００は、電子銃６０１と、コンデンサーレンズ６０２と、補正光学系６０３と、縮小光学系６０４と、偏向器６０６と、基板６０５を保持して移動する基板ステージ６０９とを有する。
【００５８】
電子銃６０１からの電子線は、コンデンサーレンズ６０２によって略平行となり、補正光学系６０３に入射する。補正光学系６０３は、複数の中間像を形成する。縮小光学系６０４は、補正光学系６０３によって形成された複数の中間像のそれぞれを基板６０５の上に縮小投影する（即ち、基板６０５の上に像を形成する）。
【００５９】
偏向器６０６は、補正光学系６０３からの電子線を偏向させて、基板６０５の上において、複数の像をｘ軸方向及びｙ軸方向に略同一の変位量だけ変位させる。換言すれば、偏向器６０６は、基板６０５の上に導かれる電子線が基板６０５の上で移動するように偏向する。
【００６０】
基板ステージ６０９は、光軸（ｚ軸）方向及びｘ軸回りの回転方向に移動可能なθ−ｚステージと、光軸と直交するｘ軸方向及びｙ軸方向に移動可能なｘｙステージとを含み、基板６０５を保持する。なお、基板ステージ６０９には、補正光学系６０３からの電子線の電荷量を検出するファラデーカップなどが配置される。
【００６１】
描画装置６００において、補正光学系６０３や縮小光学系６０４などの静電レンズを有する光学系には、上述したような曲面形状のグリッド１０２を有する荷電粒子光学系が適用されている。従って、描画装置６００では、補正光学系６０３や縮小光学系６０４における収差が低減されている。このように、描画装置６００は、優れた描画精度を実現し、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）などの物品を提供することができる。ここで、デバイスなどの物品は、描画装置６００を用いてレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）にパターンを描画する工程と、パターンが描画された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【００６２】
＜第７の実施形態＞
図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）は、第２の実施形態と同様に、荷電粒子光学系の一例としての投影光学系（投影系）２０Ａを示す概略図である。投影光学系２０Ａは、静電レンズ１００を含む静電レンズ群を含み、大フィールドの物体を縮小投影する光学系である。
【００６３】
図１２（ａ）は、曲面形状のグリッド１０２がない場合の電子線の軌道を示している。図１２（ａ）を参照するに、像高の大きな主電子線（フィールドの外側の電子線）が静電レンズ群の収差によって内側に曲がり、像面ＩＰにおける像の歪み（ディストーション）を生じさせている。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す投影光学系２０Ａが像面ＩＰに形成する像パターンＰＴを示している。図１２（ｂ）には、静電レンズ１００を含む静電レンズ群に収差がない場合に投影光学系２０Ａが像面ＩＰに形成する理想的な像パターンＩＰＴも示している。理想的な像パターンＩＰＴは、３×３の正方格子上のスポットパターンである。図１２（ｂ）を参照するに、静電レンズ群の収差によって像パターンＰＴの位置と理想的な像パターンＩＰＴの位置との間にずれが生じていることがわかる。
【００６４】
図１２（ｃ）は、静電レンズ１００の上部電極の近傍に曲面形状のグリッド１０２が配置された場合の電子線の軌道を示している。グリッド１０２は、静電レンズ側に凸面となる形状を有し、静電レンズ１００によって形成される静電場に界浸するように配置されている。図１２（ｃ）を参照するに、グリッド１０２によって、静電レンズ１００の光軸ＡＸの外側の領域ほどレンズパワーが小さくなるため、静電レンズ群の収差が低減され、像面ＩＰにおける像に歪みが生じていない（ディストーションが補正されている）。
【００６５】
図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）に示す投影光学系２０Ａが像面ＩＰに形成する像パターンＰＴを示している。かかる像パターンＰＴは、３×３の正方格子上のスポットパターンである理想的な像パターンと一致し、像の歪みが低減されている。ここで、静電レンズ１００の上部電極の近傍に配置された曲面形状のグリッド１０２の形状は、静電レンズ１００の球面収差を補正するような形状としてもよいが、より好ましくは、投影系全体の球面収差を補正するような形状とする。例えば、静電レンズ１００及び曲面形状のグリッド１０２からなる部分が負の球面収差を有し、かかる負の球面収差と後段のレンズの有する正の球面収差とが互いに打ち消し合う（少なくとも全系の球面収差が低減する）ような形状とする。
【００６６】
また、本発明は、投影系を構成する全ての電子レンズを静電レンズとする構成に限定されず、例えば、図１３（ａ）や図１３（ｂ）に示すように、磁界レンズ７００を少なくとも部分的に含む投影系に対しても適用することができる。静電レンズや磁界レンズの別に関わらず、投影系は、一般的には、両側テレセントリックとするため、２つ以上の電子レンズで構成される。しかしながら、それには限定されず、１つの静電レンズ１００と曲面形状のグリッド１０２とからなる投影系としてもよい。
【００６７】
なお、本実施形態においては、大フィールドに配列されたマルチビームが物面（物面上）に存在し、曲面形状のグリッド１０２にはマルチビームを透過させるための孔（開口）がマルチビームにおけるビームの数だけ備えられている例を示した。また、本実施形態では、曲面形状のグリッド１０２の前段（荷電粒子源側）で既にマルチビームが生成されている例を示した。しかしながら、これに限らず、曲面形状のグリッド１０２にコリメートされたシングルビームを照射し、曲面形状のグリッド１０２によってマルチビームを生成する構成としてもよい。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、静電レンズの上部電極及び下部電極のいずれか一方の近傍に曲面形状のグリッドを配置しているが、上部電極及び下部電極の両方の近傍に曲面形状のグリッドを配置してもよい。
【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５】
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【図６】
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