JP2001102295A - 電子ビーム描画装置およびパターン描画方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空間電荷効果の影響を大幅に減少して解像度
およびスループットに優れた低加速電子ビーム描画装置
およびパターン描画方法を提供する。 【解決手段】 １を除くアスペクト比の放出面を有する
矩形陰極１を含む電子銃と、多極子レンズＱａ_１，Ｑａ
_２を含む非対称レンズ系の照明光学系３と、ＣＰアパチ
ャー５と、多極子レンズＱｂ_１〜Ｑｂ_４を含む対称レン
ズ系の投影光学系８とを備える電子ビーム描画装置１０
を用い、矩形陰極１から５ｋＶ以下の低加速で電子ビー
ムを出射させ、矩形陰極１のアスペクト比に対応して短
軸方向と長軸方向とで異なる倍率でＣＰアパチャー５の
所望のキャラクタ上に等方な入射面で結像するように照
明光学系を制御し、アパチャー像としてＣＰアパチャー
５を出射した電子ビームが短軸方向および長軸方向のい
ずれも同一の縮小倍率で、かつ、クロスオーバを結ぶこ
とのない軌道を描いて短軸方向と長軸方向とで異なる入
射角で基板２１上面に入射して結像するように投影光学
系８を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セルプロジェクシ
ョン方式の電子ビーム描画装置およびパターン描画方法
に関するもので、特に、低エネルギーの電子ビームを用
いるパターン描画に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム（Electron Beam）を用いて
半導体ウェーハなどの基板表面にパターンを描画する電
子ビーム描画装置は、解像度の点で特に優れているた
め、半導体回路のより一層の微細化要求に応えるものと
して注目されている。

【０００３】現在、実用化されている電子ビーム描画装
置に対しては、 (1)近接効果の影響によりパターン精度が悪い (2)スループットが小さい 等の欠点が指摘されている。

【０００４】近接効果とは、高い加速電圧で入射した電
子がウェーハ上のレジストの内部で散乱し、背面散乱電
子が入射点の周辺のレジストまでも露光してしまい、パ
ターンの精度が低下する現象である。これを補正するた
めには、パターンのレイアウトに対応してドーズ量の補
正を行うことが必要になり、これが装置の構成を極めて
複雑にしている。

【０００５】スループットが小さい原因の一つにレジス
トの感度が低いことがある。これは、レジストの感度が
電子ビームの入射により発生する二次電子の量に依存す
るのに対し、高い加速電圧で電子ビームを入射させる
と、入射電子がレジストを突き抜けてしまい、必要な二
次電子が十分に発生しないためである。

【０００６】上記の二つの問題を解決できる手法として
低加速電子ビーム描画方式がある。ここでいう低加速と
は、近接効果の影響を無視できる程度の加速電圧を指
し、具体的には概ね５ｋｖ以下である。加速電圧が低い
と、入射電子のエネルギーが低く、背面散乱電子の影響
が小さいので、近接効果を軽減できるからである。ま
た、入射電子のエネルギーが低いと、レジスト内部の散
乱断面積が大きくなって、二次電子の発生効率が高くな
る。レジストの感光に寄与するのは低エネルギーの二次
電子であるので、二次電子の発生効率の向上はそのまま
レジストの感度の向上となってあらわれる。レジストの
高感度化はそのままスループットの向上となってあらわ
れる。

【０００７】このように、低加速電子ビーム描画方式
は、高加速方式に比べて大きな利点を有しており、特に
直接描画の分野で顕著な利点となる。さらに、低加速電
子ビーム描画方式を採用する他の利点として、加速電圧
が低いと静電型コラム(電界型レンズを用いた電子光学
系)を使用できる点が挙げられる。静電型コラムは、小
型化が容易であること、電界レンズであるため磁界型レ
ンズのようにヒステリシスがないので応答性がよい、等
の特長がある。しかし、この反面で、収束レンズとして
使用するときのレンズ電圧が高くなるという欠点があっ
た。例えば、加速電圧が５０ｋＶのとき、レンズ電圧は
７０〜１００ｋＶとなるため、これでは実用性に乏し
い。しかし、低加速電圧（５ｋＶ以下）であれば、レン
ズ電圧は１０ｋＶ程度となり、現状の高電圧電源技術で
実用化可能である。静電型レンズは、収束レンズとして
ではなく、高速性の要求される偏向器としてはすでに実
用化されているが、全てを静電型レンズで構成された電
子ビーム描画装置は未だ実用化されていない。

【０００８】一方、静電型コラムを用いた低加速電子ビ
ーム描画装置は、特願平１０−２７９０７５号（特開２
０００−１７３５２９「電子ビーム描画方法及びその装
置」）で既に提案されている。この出願明細書（以下、
先行技術１という）においては、セルプロジェクション
方式の電子ビーム描画装置のコラムを全て静電型レンズ
で構成することが提案されている（ここでは、広い意味
で偏向器や収差補正器も含めてレンズと呼んでいる）。
ただし、本提案において収束用レンズは、回転対称系の
静電型レンズで構成されている。

【０００９】このように、低加速電子ビーム描画技術に
よれば、スループットの大きい直接描画の可能性があ
り、しかも静電型コラムにより、小型で制御性の高い描
画装置が実現される可能性がある。このことは、将来の
微細化パターンの形成に大きな効果を奏することが期待
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低加速
電子ビーム描画装置については、空間電荷効果という大
きな問題がある。空間電荷効果とは、空間電荷によって
形成される空間電位により荷電粒子の流れが制限される
現象であり、電子ビーム描画装置においては、陰極（カ
ソード）からの放出電流の制限、クロスオーバを含む電
子ビームの収束時におこるビーム径の広がり（いわゆる
ビームぼけ）となって現れる。空間電荷効果は、電子ビ
ームのエネルギーに依存するため、電子ビームのエネル
ギーが低い場合は空間電荷効果が顕著に現れる。従っ
て、低加速電子ビームコラムにおいて重大な問題とな
る。

【００１１】先行技術１に記載されたセルプロジェクシ
ョン方式のコラムにおけるレンズ構成例を図７に示す。
ただし、ここでは本発明の説明に直接関係のないビーム
の走査偏向系、非点収差補正等の収差補正系に関する説
明は省略する。なお、以下の各図において、同一の部分
は、同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。

【００１２】先行技術１に提案されたセルプロジェクシ
ョン方式のコラムは、図７に示すように、主として電子
銃５１、照明光学系５３、キャラクタープロジェクショ
ンアパーチャ（Character Projection aperture；以
下、単にＣＰアパーチャという）５、投影光学系５８か
ら構成されている。

【００１３】電子銃５１から出射された電子ビームは、
第１の開き角絞り５２により矩形の断面形状を有するよ
うに成形され、照明光学系５３によりその軌道が制御さ
れてＣＰアパーチャ５上に拡大投影される。第１の静電
式成形偏向器４は、ＣＰアパーチャ５上に形成されてい
る多数のキャラクターから所望の描画パターンに対応し
たキャラクターを選択し、ビームを偏向することによ
り、選択されたキャラクタ上に照射させる。照明光学系
５３は、例えばＣＰアパーチャ５の有効領域が５０μｍ
であるとすると、５０μｍ領域をカバーするように電子
ビームを結像させる。第２の静電式成形偏向器６は、偏
向された電子ームを光軸中心に振り戻すためのものであ
る。

【００１４】ＣＰアパーチャ５のキャラクタに照射した
電子ビームは、キャラクタの形状に対応して成形され、
ＣＰアパーチャ５を起点とするセルパターンビームとし
て投影光学系５８に入射し、投影光学系５８によって基
板上面に縮小投影される。基板表面で一括して露光する
領域を５μｍ角とすると、縮小率は１／１０である。

【００１５】セルプロジェクション方式の描画装置は、
上記先行技術の他にも、H.Sunaoshiet.al;Jpn.J.Appl.P
hys.Vol.34(1995),pp.6679-6683（以下、先行技術２と
いう）や、K.Hattori et.al;J.Vac.Scl.Technol.B 11
(6),Nov/Dec 1993,p.2346（以下、先行技術３という）
にも記載されている。

【００１６】投影光学系は、先行技術３にも示されてい
るように、縮小レンズ（ReductionLens）と対物レンズ
（Objective Lens）からなる二段縮小レンズ系になって
いる。空間電荷効果によるビームぼけは、この投影光学
系内部と基板上面で発生する。

【００１７】静電型レンズでは、減速モードと加速モー
ドの２つのモードが選択できる。一般的に収差性能は加
速モードの方が優れているが、加速モードではレンズ電
界に高電界が必要なので実用性が低く、このため、一般
的には減速モードが用いられる。減速モードでは、電子
はレンズ内部で一旦減速された後、再び加速されてレン
ズを出射する。

【００１８】電子ビームは、縮小レンズで一旦クロスオ
ーバを結び、対物レンズ内部でさらに減速されるため、
このときに空間電荷効果の影響を大きく受けてしまう。

【００１９】さらに、最も空間電荷効果の影響を顕著に
受けるのが基板面である。この部分では、空間電荷効果
によるビームのぼけは、開き角と焦点距離（電子が無電
界空間を走行する距離）に依存する。即ち、開き角が小
さくなると空間電荷効果の影響は大きくなり、焦点距離
が長くなると空間電荷効果の影響は大きくなる。しか
し、空間電荷効果の影響を軽減するために開き角を大き
くすると、収差の影響が大きくなり、特に低加速電圧動
作のときには色収差の影響が大きくなってしまうため、
あまり開き角を大きくとることはできない。このことが
低加速電子ビーム描画装置の電子光学系を設計するにあ
たっての困難な問題になっている。

【００２０】基板表面における空間電荷効果の影響は、
Y.Yamazaki and M.Miyoshi;Optik 96.No.4(1994)pp.184
-186（以下、先行技術４という）において解析されてい
る。これは、楕円断面ビームの空間電荷効果によるビー
ム径の増大比と開き角比の関係を解析したものである。
より具体的には、均一な電流密度を有する楕円断面ビー
ムをアナモルフィック結像光学条件において基板表面で
円形スポットに結像する場合において光学系に現れる空
間電荷効果の影響について解析されている。

【００２１】空間電荷効果によるビーム径の増大比と開
き角比との関係を図８に示す。回転対称系ではＸ方向、
Ｙ方向の軌道はいずれも同じであるから、入射電子の開
き角は相互に等しく、従って開き角比は１である（α／
γ＝１）。図８のグラフは、回転対称系、即ち、α／γ
＝１の場合の空間電荷効果によるビームの広がりを１と
して、開き角の比の増大に伴って変化する、空間電荷効
果によるビームの広がりの減少率を示している。このグ
ラフからは、α／γ＝γ／α＝１から離れる（即ち、開
き角比が大きくなる）に従って、ビーム径の増大比は小
さくなっていき、ビームのぼけが軽減されていくことが
わかる。

【００２２】これは、開き角比の増大に従い、等電位空
間での楕円断面ビームのアスペクト比が増大し、ビーム
束の最外端の電子に作用する電界強度が低減し、空間電
荷効果によるビーム径の影響が抑制されることを示して
いる。例えば、開き角比１０のとき、最外端電子に作用
する電界は、図中の破線で示しているように、円形断面
ビームの場合に比べて５８％に低減していることがわか
る。これと比例してビーム径の増大も抑制される。

【００２３】従って、楕円断面ビームにより基板上に等
方的なＣＰアパーチャ像を結像し、なおかつその楕円断
面のアスペクト比を大きくできる光学系、言い換えれ
ば、基板面に入射する入射角比を大きくする光学系を形
成できれば、空間電荷効果によるビームぼけが著しく軽
減された電子光学鏡筒を提供することができることがわ
かる。

【００２４】四極子レンズに代表される多極子非対称レ
ンズ系をプローブ形成に用いることは、既にいくつかの
論文に記載されている。このような多極子非対称レンズ
系のいくつかの応用例が電子顕微鏡；Vol.25,No.3(199
0)pp.159-166（以下、先行技術４という）、電子顕微
鏡；Vol.25,No.1(1991)pp.58-65（以下、先行技術５と
いう）に記載されている。先行技術４のｐ．１５９に
は、３段の電界型四極子レンズを用いた可変成形型の電
子ビーム描画装置の電子光学系の概念図が示されてい
る。この電子光学系の構成について図９を参照しながら
説明する。

【００２５】図９に示す可変成形ビーム方式の電子光学
系は、電子銃７１から出射した電子ビームを磁界レンズ
（コンデンサーレンズ７２）で矩形絞り７３上に照射
し、これを通過した矩形ビームに対して、Ｘ，Ｙ方向の
縮小率を３段の四極子レンズ系７４によって制御する電
子光学系である。八極子レンズ７５は、非点収差の補正
および電子ビームの偏向に用いられる。図９から分かる
ように、先行技術４に記載された電子光学系は、照明光
学系である電子銃からコンデンサーレンズまでは回転対
称系のレンズで構成されている。投影光学系は四極子レ
ンズ系７４と八極子レンズ７５から構成されている非対
称レンズ系で構成されている。

【００２６】電子光学系の上半分、即ち、照明光学系が
回転対称系であるため、矩形アパーチャ７３を出射した
電子のＸ，Ｙ方向における軌道の出射角はいずれも等し
い（α＝γ）。従って、単純に矩形アパーチャ像を縮小
投影した場合には、基板面の入射角も相互に等しいこと
になる。即ち、Ｘ軸方向の倍率とＹ軸方向の倍率は相互
に等しく、従って、Ｘ方向入射角をα_２とし、Ｙ方向入
射角をγ_２とすると、α_２＝γ_２である。

【００２７】先行技術４に記載された電子光学系は、可
変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を提供すること
を目的としている。そのため、等方的な矩形アパーチャ
像に対してＸ，Ｙ方向の倍率を任意に変化させることに
より電子ビームの基板上における照射面の形状を変化さ
せる。線状ビームにして投影するときには、Ｘ，Ｙ方向
の倍率を変化させる。具体的には、先行技術４に示され
ているように、３段の四極子レンズの各電極Ｑ１〜Ｑ３
のうち、電極Ｑ１の励磁条件を固定して、電極Ｑ２，Ｑ
３の励起条件を変化させる。これによりＸ軸方向とＹ軸
方向の倍率は、相互に異なることとなり、従って基板表
面への入射角も異なることとなり、Ｘ方向の入射角を
α’、Ｙ方向の入射角をγ’とすれば、α’≠γ’とな
る。

【００２８】異なる入射角による結像光学系は、Y.Yama
zaki and M.Miyoshi;Nuclear lnstruments and Methods
In Phisics Research A363(1995)67-72（先行技術６）
に記載されている。ここでは、線状陰極（正確には矩形
陰極）を等方的な円ビームに縮小投影するための電界型
四極子レンズ系の結像条件について記載されている。こ
こに示された電子光学系では、光源を１０μｍ×１００
μｍ、アスペクト比１０のＬａＢ_６線状陰極で構成し、
３段の四極子レンズ系（トリプレット）でアナモルフィ
ック結像系を構成し、Ｘ軸（短軸）の倍率を１／１００
０、Ｙ軸（長軸）の倍率を１／１００に設定しすること
により矩形ビームを円ビームに変形・縮小することが示
されている。

【００２９】先行技術６に記載された、四極子レンズに
よるトリプレットの結像光学系の光線図を図１０に示
す。矩形陰極の長軸がＸ軸、短軸がＹ軸である。同図に
おいては、四極子レンズ電極Ｑ２の励起条件に基づく２
つの結像条件が示されているが、縮小率を満足するため
には、図中実線で示した強励起モードが最適解である。
長軸軌道であるＸ軌道８１は、四極子レンズ電極Ｑ１で
収束軌道、四極子レンズ電極Ｑ２で発散軌道をとり、最
終的に四極子レンズ電極Ｑ３で収束されて基板２１の上
面に結像する。この一方、短軸軌道であるＹ軌道８２は
四極子レンズ電極Ｑ１で発散軌道、四極子レンズ電極Ｑ
２で収束軌道をとり、最終的に四極子レンズ電極Ｑ３で
発散しながら結像する。

【００３０】非対称な矩形陰極から出射した電子ビーム
を等方的な丸ビームに結像するため、Ｘ，Ｙ各軸の倍率
が異なるので、基板表面における入射角度は倍率比に一
致して異なっている（p.68,Fig.15)。この先行技術６に
よれば、Ｍｘ（Ｘ軸軌道の倍率）＝１／１０００，Ｍｙ
（Ｙ軸軌道の倍率）＝１／１００であるから、入射角の
比は１：１０になる。このように、先行技術６によれ
ば、非対称な矩形陰極から出射した電子ビームを等方的
な丸ビームに結像するための結像光学系の構成に関する
基本概念は示されているが、セルプロジェクション方式
の電子光学系に適用するための具体的手段は記載されて
いなかった。

【００３１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、空間電荷効果の影響を大幅に減少
して解像度およびスループットに優れた低加速電子ビー
ム描画装置およびパターン描画方法を提供することにあ
る。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。

【００３３】即ち、本発明によれば、電子ビームを基板
に照射して所望のパターンを描画する電子ビーム描画装
置であって、上記電子ビームの照射により上記基板から
発生する背面散乱電子の量が近接する描画パターンの露
光量に影響を及す量を下回る加速電圧で、かつ、光軸に
対して非対称な断面形状を有する上記電子ビームを出射
する電子ビーム出射手段と、上記所望のパターン形状に
対応した形状の絞り孔を有する成形アパーチャと、約１
である第１のアスペクト比を有する断面形状で上記電子
ビームが上記成形アパーチャに照射するように上記電子
ビームの光軸に対して非対称な倍率が設定される照明光
学系と、上記光軸の方向をＺ軸方向とすると、上記成形
アパーチャの形状に対応して成形されて上記成形アパー
チャを出射した上記電子ビームをＸ軸方向およびＹ軸方
向のいずれも同一の倍率で縮小するとともに、上記光軸
に対して非対称な軌道を経て上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方
向とで異なる入射角をもって上記基板に結像させる投影
光学系と、を含む電子光学系を備える電子ビーム描画装
置が提供される。

【００３４】上記電子ビーム描画装置によれば、上記照
明光学系に上記光軸に対して非対称な倍率が設定される
ので、上記電子ビームは、上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向
とで異なる入射角をもって上記成形アパーチャに入射す
る。このとき、一般的に、照明光学系は、結像条件で、
即ち、上記Ｘ軸方向のビーム軌道と上記Ｙ軸方向のビー
ム軌道が上記光軸上の一点で交差するという条件で動作
する。回転対称の光学系では、必ず結像条件が成立する
が、非対称の光学系では、Ｘ軸方向の焦点位置（Ｘ軌道
がＺ軸と交差する点をいう）とＹ軸方向の焦点位置（Ｙ
軌道がＺ軸と交差する点をいう）とが一致する場合に結
像条件が成立する。照明光学系の本来の目的は、ＣＰア
パーチャを照明することであるため、本発明において
は、必ずしも結像する必要はない。従って、光源から非
対称に出射された上記電子ビームが等方な断面形状（ア
スペクト比が約１）で上記成形アパーチャに入射するの
で、絞り孔の形状に応じた断面形状（ＣＰアパーチャ
像）を有する電子ビームが上記成形アパーチャへの入射
角と同一の出射角で上記絞り孔から出射する。また、上
記投影光学系は、上記絞り孔から出射した上記電子ビー
ムを上記Ｘ軸方向および上記Ｙ軸方向のいずれも同一の
倍率で縮小するとともに、光軸に対して非対称な軌道を
経て上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向とで異なる入射角をも
って上記基板表面に結像させる。これにより、上記電子
ビームが照明光学系および投影光学系内でクロスオーバ
を一切結ぶことなく縮小されて上記基板表面で等方的に
結像する。この結果、上記投影光学系内における空間電
荷効果の影響が解消され、上記基板表面における空間電
荷効果の影響を大幅に低減することができる。これによ
り、低加速の電子ビーム描画装置で従来発生していたビ
ームぼけを大幅に低減することができる。この結果、低
エネルギーの電子ビームを用いながら、解像度に優れ、
スループットの高い電子ビーム描画装置が提供される。

【００３５】上記電子ビーム描画装置において、上記照
明光学系は、第１の多極子レンズを有すると好適であ
り、さらに、少なくとも２段の上記第１の多極子レンズ
を有することが望ましい。

【００３６】非対称な断面形状の電子ビームを形成する
方法には、矩形陰極からＸ軸方向およびＹ軸方向ともに
等しい出射角度で電子を放出させる方法と、円陰極から
Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なる出射角度で電子を放出さ
せる方法とが含まれる。いずれの方法によっても、多極
子レンズ系から構成される非対称光学系では同様の効果
が得られる。

【００３７】即ち、上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向とのア
スペクト比が１を除く第２のアスペクト比である矩形状
の第１の陰極を有する場合は、上記電子ビーム出射装置
から上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向とで等しい出射角で出
射した電子が上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向とで異なる入
射角で上記成形アパーチャ上に入射する。この結果、非
対称な断面形状で出射した電子ビームが実質的に等方な
断面形状で上記成形アパーチャに入射する。上記照明光
学系が上記少なくとも２段の多極子レンズを有する場合
は、これらの多極子レンズが上記第２のアスペクト比に
対応して、上記短軸の方向で拡大系となり上記長軸の方
向で縮小系となるように上記照明光学系の焦点条件が設
定されると好適である。

【００３８】この一方、実質的に円形状である第２の陰
極を有する場合は、上記電子ビーム出射装置から上記Ｘ
軸方向と上記Ｙ軸方向とで異なる出射角で出射した電子
が光軸に非対称な軌道を経て上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方
向とで任意の異なる入射角で上記成形アパーチャに入射
するように、上記照明光学系の焦点条件が設定されると
良い。この焦点条件は、上記Ｘ軸方向における上記電子
ビームの焦点位置と上記Ｙ軸方向における上記電子ビー
ムの焦点位置とが異なる位置となるように、上記Ｘ軸方
向と上記Ｙ軸方向とで相互に独立して設定される条件で
あることが望ましい。この結果、電子ビームはクロスオ
ーバを結ぶことなく上記成形アパーチャに入射する。

【００３９】上記第１の陰極は、ランタンヘキサボライ
ド（ＬａＢ_６）を用いて形成されると好適であり、ま
た、上記第２の陰極は、ＺｒＯ／Ｗ熱電界放出型が好適
である。

【００４０】上記電子ビーム描画装置において、上記投
影光学系は、第２の多極子レンズを有することが望まし
い。

【００４１】さらに、上記投影光学系は、４段の上記第
２の多極子レンズを有し、これらの多極子レンズは、上
記電子ビームが上記Ｘ軸方向で発散および収束を繰返す
軌跡を描き、上記Ｙ軸方向で上記Ｘ軸方向とは逆に集束
および発散を繰返す軌跡を描くように結像条件が設定さ
れると好適である。

【００４２】これにより、上記開き絞り孔の形状に応じ
た断面形状を有する電子ビームが投影光学系の内部でク
ロスオーバを一切結ぶことなく基板表面に結像する。こ
の結果、投影光学系内部における空間電荷効果の影響が
解消され、また基板表面における空間電荷効果の影響が
大幅に低減するので、ビームぼけを大幅に低減すること
ができる。

【００４３】上記多極子レンズは、静電型四極子レンズ
または八極子レンズを含むと良い。また、本発明によれ
ば、電子ビームを出射する電子銃と、所望のパターン形
状に対応した形状の絞り孔を有する成形アパーチャと、
出射された上記電子ビームを制御して上記成形アパーチ
ャに照射させる照明光学系と、上記絞り孔の形状に応じ
て成形され上記成形アパーチャを出射した上記電子ビー
ムを制御して基板の表面に結像させる投影光学系と、を
含む電子光学系を備える電子ビーム描画装置を用いて上
記基板に上記所望のパターンを描画するパターン描画方
法であって、上記電子ビームの照射により上記基板から
発生する背面散乱電子の量が近接する描画パターンの露
光量に影響を及す量を下回る加速電圧で、かつ、光軸に
対して非対称な断面形状を有する上記電子ビームを出射
させる第１の手順と、上記照明光学系の倍率を上記光軸
に対して非対称な倍率に設定し、実質的に等方な断面形
状で上記電子ビームが上記成形アパーチャに入射するよ
うに上記電子ビームを制御する第２の手順と、上記光軸
の方向をＺ軸方向とすると、上記成形アパーチャを出射
した上記電子ビームをＸ軸方向およびＹ軸方向のいずれ
においても同一の倍率で縮小させるとともに、上記光軸
に対して非対称の軌跡を描き、かつ、上記Ｘ軸方向と上
記Ｙ軸方向とで異なる入射角で上記基板に入射して結像
するように上記投影光学系を制御する第３の手順と、を
備えるパターン描画方法が提供される。

【００４４】上記第２の手順は、上記電子ビームが上記
Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向とで異なる入射角で上記成形ア
パーチャに入射するように、上記照明光学系の焦点条件
を設定する手順であることが望ましい。

【００４５】さらに、上記焦点条件を設定する手順は、
上記Ｘ軸方向における上記電子ビームの焦点位置と上記
Ｙ軸方向における上記電子ビームの焦点位置とが異なる
位置となるように、上記Ｘ軸方向の焦点条件と上記Ｙ軸
方向の焦点条件とを相互に独立して設定する手順である
と良い。これにより、照明光学系においてもビーム軸に
対して非対称の光学系が形成され、上記電子ビームがク
ロスオーバを結ぶことを回避することができる。

【００４６】上記第３の手順は、上記電子ビームが上記
Ｘ軸方向で発散および収束を繰返す軌跡を描き、上記Ｙ
軸方向で上記Ｘ軸方向とは逆に収束および発散を繰返す
軌跡を描くように上記投影光学系に結像条件を設定する
手順を含むと好適である。

【００４７】上記電子銃は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とのア
スペクト比が１を除く値である第１のアスペクト比であ
る矩形状の第１の陰極を有し、上記第１の手順は、この
第１の陰極から等しい出射角で電子を出射する手順を含
むことが望ましい。

【００４８】また、これとは代替的に、実質的に円形状
である第２の陰極を上記電子銃が有し、上記第１の手順
は、上記Ｘ軸方向と上記Ｙ軸方向とで異なる出射角で電
子を放出させる手順を含むこととしても同様の結果が得
られる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかについて図面を参照しながら説明する。

【００５０】（１）第１の実施形態 図１は、本発明にかかる電子ビーム描画装置の第１の実
施の形態が備える電子光学系の概略構成を示すブロック
図である。同図に示すように、本実施形態におけるセル
プロジェクション方式の電子光学系１０は、陰極１を有
する電子銃と、第１の開き角絞り２と、照明光学系３
と、第１の成形偏向器４と、ＣＰアパーチャ（成形アパ
ーチャ）５と、第２の成形偏向器６と、第２の開き角絞
り７と、投影光学系８とを備えている。

【００５１】陰極１は、ランタンヘキサボライド（Ｌａ
Ｂ_６）から形成された矩形陰極である。本実施形態にお
いて、陰極１は、短辺がｌ０μｍ、長辺が１００μｍで
あり、そのアスペクト比（第１のアスペクト比）は１０
となっている。

【００５２】照明光学系３は、本実施形態において特徴
的な構成要素であり、電極Ｑａ_１，Ｑａ_２をそれぞれ有
する四極子レンズ（第１の多極子レンズ）を用いた２段
の非対称レンズ系（ダブレット）となっている。照明光
学系３は、陰極１から出射した電子ビームを均一な密度
でＣＰアパーチャ５上に照射させ、ＣＰアパーチャ像を
形成させる。ＣＰアパーチャにおける照射領域は、通常
５０〜１００μｍ角程度である。なお、第１の開き角絞
り２は陰極１からの電子の出射角度を規定するためのも
のである。また、第２の開き角絞り７は、Ｘ，Ｙ軌道の
投影光学系への入射角度を規定するためのもので、Ｘ軸
およびＹ軸についてそれぞれの絞りが必要なので、Ｘ，
Ｙ一対の開き角絞りで一つの絞りを構成している。

【００５３】投影光学系８は、電極Ｑｂ_１〜Ｑｂ_４をそ
れぞれ有する４極子レンズ（第２の多極子レンズ）を用
いた４段の非対称レンズ系（カルテット）で構成され、
ＣＰアパーチャ５のキャラクタパターンにより成形され
たアパーチャ像を縮小して投影し、基板２１の上面に正
確に結像させる。本実施形態において基板２１の上面の
有効露光領域は５μｍであり、投影光学系８の縮小率
は、１／１０である。投影光学系８に４段の四極子レン
ズ系を採用した理由は、縮小率と収差特性とを同時に達
成するためである。

【００５４】図１に示す電子光学系１０の制御方法につ
いて、本発明にかかるパターン描画方法の第１の実施の
形態として図面を参照しながら説明する。

【００５５】図２は、図１に示す電子光学系１０により
制御される電子ビームのビーム軌道を示す模式図であ
る。同図においては、矩形陰極１の短辺方向をＸ軸方
向、長辺方向をＹ軸方向とし、電子ビームのビーム軌道
がＸ軸方向とＹ軸方向のそれぞれについて示されてい
る。即ち、ビーム軌道１１，１２は、陰極１から出射し
た電子ビームがＣＰアパーチャ５を通過するまでのＸ，
Ｙ方向のビーム軌道をそれぞれ示し、また、ビーム軌道
１３，１４は、投影光学系内におけるＸ，Ｙ方向のビー
ム軌道をそれぞれ示す。

【００５６】本実施形態のパターン描画方法の最大の特
徴は、照明光学系３の倍率を非対称に設定し、これによ
り、電子ビームをＣＰアパーチャ５上に等方的（正方形
または円形）に照射できるようにした点にある。即ち、
陰極１の電子ビーム放出面の形状について非対称である
矩形状を持たせ、照明光学系３の倍率を光軸に垂直なビ
ーム切断面の短軸方向と長軸方向とで互いに異なるよう
に、即ち非対称に設定することにより、等しい出射角度
で陰極１を出射した電子がＣＰアパーチャ５へ異なる入
射角度で入射させる。この入射角度の相違は、単純に異
なる倍率比を設定することによって決まり、さらに各倍
率比は、陰極１のアスペクト比によって決まる。例え
ば、本実施形態のように、矩形陰極１のアスペクト比が
１：ｌ０であれば、Ｘ軸（短軸）方向とＹ軸（長軸）方
向との間の倍率比はｌ０になり、従って入射角比は１：
ｌ０になる。

【００５７】本実施形態では、１０μｍ×ｌ００μｍの
サイズのＬａＢ_６陰極１を用いているので、ＣＰアパー
チャ５への入射角は、Ｘ軸軌道方向の入射角α_１＝０．
２ｍｒａｄ，Ｙ軸軌道方向の入射角γ_１＝２ｍｒａｄと
なり、基板２１の上面への入射角は、Ｘ軸軌道方向α_２
＝２ｍｒａｄ、Ｙ軸軌道方向γ_２＝２０ｍｒａｄとな
る。以下、このような入射角を実現するための制御方法
を各光学系について詳細に説明する。

【００５８】１）照明光学系の制御方法 図３に二段四極子レンズ系を用いた照明光学系３の具体
的構成とビーム軌道を示す。

【００５９】ＬａＢ_６陰極１からの電子の放出角度は、
一般に１ｍｒａｄ〜１０ｍｒａｄである。ここでは１ｍ
ｒａｄに設定している。四極子レンズ系に代表される多
極子レンズ系の特長は、結像倍率をＸ軸方向、Ｙ軸方向
でそれぞれ独立に設定できる点にある。

【００６０】本実施形態においては、セルプロジェクシ
ョン方式に従ってパターンを描画するので、ＣＰアパチ
ャー５で５０μｍ角の等方形状の入射面を有するように
電子ビームを成形する必要がある。

【００６１】四極子レンズ系において、電子ビームの軌
道は、Ｘ軸方向とＹ軸方向のうち、一方が収束軌道をと
るときには、もう一方は必ず発散軌道をとる。このた
め、四極子レンズ系で収束光学系を構成するためには、
２段以上の構成が必要になり、ここで示しているダブレ
ットは最小構成である。実用上は、収差性能や縮小率を
考慮すると、急激な軌道変化を避けなければならないの
で、さらに多段の構成にすることが一般的であるが、セ
ルプロジェクション方式の照明光学系においては、収差
の影響は大きな問題にはならないので、図１に示す電子
ビーム描画装置１０は、最小構成のダブレットを採用す
ることで小型化を実現している。

【００６２】ＬａＢ_６矩形陰極１からは、短辺方向（Ｘ
方向）および長辺方向（Ｙ方向）のいずれからも等しい
開き角で電子が出射するので、ＣＰアパチャー５上で正
方形の５０μｍ角のビームを形成するためには、Ｘ軸方
向を拡大系、Ｙ軸方向を縮小系の結像条件を設定する。
図１に示す電子光学系１０において矩形陰極１の短辺の
サイズが１０μｍ、長辺のサイズがｌ００μｍなので、
電子ビームの倍率のうちＸ軸軌道の倍率をＭｘ、Ｙ軸軌
道の倍率をＭｙとすると、Ｍｘ＝５、Ｍｙ＝０．５とな
る。

【００６３】先ず、Ｘ軸軌道１１を第１の電極Ｑａ_ｌで
収束させた後、第２の電極Ｑａ_２で発散作用を与えてＣ
Ｐアパチャー５の上面で結像させる。

【００６４】この一方、Ｙ軸軌道１２については、Ｘ軸
軌道とは反対に、まず第１電極Ｑａ _１で発散させた後、
第２電極Ｑａ_２で収束作用を与えてＣＰアパチャー５の
上面で結像させる。このときのＣＰアパチャー５への入
射角はα_１＝０．２ｍｒａｄ、γ_１＝２ｍｒａｄと、非
対称になる。

【００６５】２）投影光学系の制御方法 図４に四段四極子レンズ系（カルテット）を用いた投影
光学系８の具体的構成とビーム軌道を示す。本実施形態
では、ＣＰアパチャー５の有効領域が５０μｍ角である
ため、基板２１の上面での描画領域を５μｍ角と設定し
ている。即ち、縮小率は１／１０である。投影光学系８
の光源となるＣＰアパーチャ５からの電子ビームの出射
角は、前述した入射角と等しいので、α_１＝０．２ｍｒ
ａｄ（短軸：Ｘ軸方向）、γ_１＝２ｍｒａｄ（長軸：Ｙ
軸方向）である。投影光学系８では、等方的にＸ軸、Ｙ
軸ともに１／１０となるように電子ビームを縮小させて
基板２１の上面で投影させる。従って、Ｘ軸、Ｙ軸とも
に等しい倍率を設定する。即ち、Ｍｘ＝Ｍｙ＝１／１０
である。

【００６６】投影光学系８においても、前述したよう
に、四極子レンズ系により交互に収束と発散を繰り返し
ながら最終的に基板２１の上面にＣＰアパーチャ像を結
像させる。Ｘ軸軌道１３は、投影光学系の光源であるＣ
Ｐアパーチャ５をα_１＝０．２ｍｒａｄの出射角で出射
した後、電極Ｑｂ_１で発散、電極Ｑｂ_２で収束、電極Ｑ
ｂ_３で発散、そして電極Ｑｂ_４で収束させて、基板２１
の上面に結像させる。この一方、Ｙ軸軌道１４は、ＣＰ
アパーチャ５をγ_１＝２ｍｒａｄの出射角で出射した
後、電極Ｑｂ_１で収束、電極Ｑｂ_２で発散、電極Ｑｂ_３
で収束、そして電極Ｑｂ_４で発散させて、基板２１の上
面に結像させる。

【００６７】ここで着目するべきことは、Ｘ，Ｙ軌道を
見て分かるように、投影光学系内部でクロスオーバを一
切結ばせることなく、基板２１上面に結像させる点であ
る。従って、従来技術で問題点として指摘した投影光学
系内部でのクロスオーバによる空間電荷効果によるビー
ムぼけは発生しない。

【００６８】Ｘ，Ｙ軸方向ともに倍率は、Ｍｘ＝Ｍｙ＝
１／１０である。従って、基板２１の表面への入射角を
それぞれα_２、γ_２とすると、α_２＝２ｍｒａｄ、γ_２
＝２０ｍｒａｄとなる。このことは、従来技術で一般原
理として示したように、電子ビームの入射角度が非対称
ならば基板表面での空間電荷効果が軽減されることに一
致する。即ち、本実施形態のパターン描画方法によれ
ば、基板２１へのＸ，Ｙ軸方向の入射角度比は１：１０
であるので、空間電荷効果によるビームのぼけは、次式 Δｘ／Δα＝Δｙ／Δγ＝２／〔（α／γ）^１／２＋
（γ／α）^１／２〕 で表され、空間分解能への影響が１／１．８に軽減され
る。

【００６９】本実施形態では、ＬａＢ_６矩形陰極のアス
ペクト比を１：１０としてこの上記結果を取得したが、
製造技術上では既に１：１００のアスペクト比が得られ
るので、このような矩形陰極を用いれば、空間電荷効果
の影響を約１／１０と、さらに一桁軽減することが可能
である。

【００７０】このように、本実施形態によれば、既に知
られている原理（先行技術４）である、結像断面におけ
る電子ビームの開き角と空間電荷効果との関係を成立さ
せて、空間電荷効果の影響を大幅に軽減できるパターン
描画方法を低加速セルプロジェクション方式の電子ビー
ム描画装置を用いて達成することができる。

【００７１】（２）第２の実施形態 上述した第１の実施形態では、矩形光源を備える場合に
ついて説明したが、本発明によれば、一般に広く用いら
れている円光源でも前述した目的を達成することができ
る。

【００７２】図５は、本発明にかかる電子ビーム描画装
置の第２の実施の形態が備える電子光学系の概略構成を
示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態
におけるセルプロジェクション方式の電子光学系２０
は、円陰極８１を有する電子銃を備える。円陰極８１
は、ＺｒＯ／Ｗを用いて約１μｍの大きさで形成され
（先端に１μｍφの球を有する）、本実施形態の電子銃
は、熱電界放出型（Thermal-assinted Field Emissio
n：以下、単にＴＦＥという）電子銃である。熱電界放
出型電子銃は、輝度が高く、かつ、エネルギ幅が１ｅＶ
と小さいので、色収差の影響を軽減できるという利点を
有する。図５に示す電子光学系２０における電子銃以外
の構成は、図１に示す電子光学系１０とほぼ同一であ
る。従って、最小構成である２段の四極子レンズ系３が
採用されている。

【００７３】図５に示す電子光学系２０の制御方法につ
いて、本発明にかかるパターン描画方法の第２の実施の
形態として図面を参照しながら説明する。

【００７４】電子光学系２０の投影光学系の動作条件も
上述した第１の実施形態とほぼ同一であるので、その説
明は省略し、以下では照明光学系の制御方法について説
明する。本実施形態における制御方法の特徴は、Ｘ軸軌
道の焦点位置とＹ軸軌道の焦点位置とを互いに独立に設
定することにより、非対称の光学系を構成する点にあ
る。

【００７５】図６は、図５に示す電子光学系２０が備え
る照明光学系の概略構成とビーム軌道を説明する模式図
である。図３と同様に、図６においても、電子ビームの
ビーム軸をＺ軸方向とし、電子ビームのビーム軌道がＸ
軸方向とＹ軸方向のそれぞれについて示されている。即
ち、ビーム軌道１６，１７は、円陰極８１から出射した
電子ビームがＣＰアパーチャ５を通過するまでのＸ，Ｙ
方向のビーム軌道をそれぞれ示す。

【００７６】まず、第１の開き角絞り２を適切に配置す
ることにより（図５参照）、電子ビームの開き角のう
ち、Ｘ軸方向の開き角α_０とＹ軸方向の開き角γ_０とを
それぞれ異なる値に設定する。本実施形態においては、
ＴＦＥ陰極の大きさは約１μｍであるため、５０μｍの
ＣＰアパーチャ５を照明するために、電子ビームの放出
は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに拡大系となる。

【００７７】代表的なＴＦＥ電子銃が備えるＺｒＯ／Ｗ
陰極の放出角度分布において、安定的に放出電子を得ら
れる放出角度は、最大で３０ｍｒａｄである。そこで、
本実施形態では、γ_０＝３０ｍｒａｄ、α_０＝３ｍｒａ
ｄと設定することにより、アスペクト比１０の出射電子
を得る。さらに、照明光学系の倍率として約５０倍が必
要なので、焦点位置における開き角は、それぞれα
_１（Ｘ軸方向）が約０．００６ｍｒａｄ、γ_１（Ｙ軸方
向）が約０．６ｍｒａｄとなる。しかしながら、図６に
示すように、本実施形態においては、Ｘ軸方向の軌道と
Ｙ軸方向の軌道とで結像させることなく、しかも焦点位
置を互いにずらすように設定する。こもため、倍率値
は、約５０倍の近傍でＸ軸方向とＹ軸方向とで互いに異
なる値をとる。このような設定は、引き続く結像光学系
との間で最適化を図るためのものであり、単なる設計上
の問題であって本質的な問題ではない。

【００７８】図６には、Ｘ軸方向の軌道における焦点距
離Ｘ_{ｉｌｌｕｍＸ}とＹ軸方向の軌道における焦点距離Ｙ
_{ｉｌｌｕｍＹ}が示されている。また、従来技術に従って
ＣＰアパーチャ５の通過直後に電子ビームを結像させた
場合の結像位置をＺ_{ｉｌｌｕ ｍ}として示す。本実施形態
における照明光学系の制御方法によれば、光軸に対して
非対称な光学系を形成するので、これらの焦点距離Ｘ
_{ｉｌｌｕｍＸ}、Ｙ_{ｉｌｌ ｕｍＹ}は、それぞれ独立して設
定することができる。即ち、Ｘ_{ｉｌｌｕｍＸ}とＹ
_{ｉｌｌｕｍＹ}とをＺ_{ｉｌｌｕｍ}を挟んでＺ軸方向の上下
にずらして設定している。このため、本実施形態のパタ
ーン描画方法によれば、電子ビームが結像することなく
投影光学系に入射するので、光源からウェーハに至るま
でにクロスオーバが形成されることは一切ない。この結
果、クロスオーバによる電子の集中をさらに排除するの
で、空間電荷効果の影響をさらに軽減することができ
る。

【００７９】空間電荷効果の影響を軽減するためには、
前記電子ビームの断面形状におけるアスペクト比が大き
いほど好ましい。矩形陰極のアスペクト比は、現状でも
１００以上であるのに対し、ＴＦＥの場合は、安定的に
放出電子を得られる放出角度は、前述したとおり、最大
で３０ｍｒａｄである。従って、矩形陰極を用いる場合
と比較して、円陰極の場合には改善に限界があるが、本
実施形態の制御方法を用いることにより、空間電荷効果
の影響を大幅に軽減しつつ、高解像度および高スループ
ットでパターンを描画することができる。

【００８０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記形態に限ることなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【００８１】例えば、上述した電子ビーム描画装置の第
２の実施形態においては、陰極をＺｒＯ／Ｗ熱電界放出
型としたが、その他Ｗコールドカソード、カーバイド系
陰極であっても同様の効果が得られる。

【００８２】また、照明光学系、投影光学系のレンズに
ついても、Ｘ，Ｙ軸の収束特性、特に倍率を独立に設定
できる非対称レンズ系であれば、本発明の目的を達成で
きる。従って、上記実施形態で説明した静電型四極子レ
ンズ系でのみで構成する必要はなく、多極子レンズ（八
極子、さらにそれ以上の多極子）であれば本発明の目的
は達成される。また、多極子レンズの構成についても、
上述した実施形態においては、照明光学系で２段、投影
光学系で４段としたが、さらに多段の多極子レンズを用
いて収差性能を向上させることもできる。さらに、静電
型の多極子レンズの一部または全てを磁界型多極子レン
ズで置き換えることも動作上可能である。これは、コラ
ムの形状（大きさ）および重量と要求仕様との間におけ
る設計上のトレードオフの問題となる。

【００８３】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。

【００８４】即ち、本発明にかかる電子ビーム描画装置
によれば、空間電荷効果によるビームのぼけを大幅に軽
減できる電子光学系を備えるので、低加速の電子ビーム
を用いつつ、優れた解像度と大きなスループットを有す
る、セルプロジェクション方式の電子ビーム描画装置が
提供される。

【００８５】また、本発明にかかるパターン描画方法に
よれば、空間電荷効果によるビームのぼけを大幅に軽減
するので、低加速の電子ビームを用いつつ、優れた解像
度で所望のパターンを大きなスループットで基板上に描
画できるパターン描画方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電子ビーム描画装置の第１の実
施の形態における電子光学系の概略構成を示すブロック
図である。

【図２】図１に示す電子光学系のビーム軌道を説明する
模式図である。

【図３】図１に示す電子光学系が備える照明光学系の概
略構成とビーム軌道を説明する模式図である。

【図４】図１に示す電子光学系が備える投影光学系の概
略構成とビーム軌道を説明する模式図である。

【図５】本発明にかかる電子ビーム描画装置の第２の実
施の形態における電子光学系の概略構成を示すブロック
図である。

【図６】図５に示す電子光学系が備える照明光学系の概
略構成とビーム軌道を説明する模式図である。

【図７】従来の技術におけるセルプロジェクション方式
のコラムの一例を説明するためのレンズ構成図である。

【図８】空間電荷効果によるビーム径の増大比と開き角
比との関係を示すグラフである。

【図９】３段電界型四極子レンズを用いた従来の技術に
よる可変成形型電子ビーム描画装置の電子光学系の概念
図である。

【図１０】四極子レンズを用いたトリプレットの結像光
学系によるビーム軌道を示す模式図である。

【符号の説明】

１ ランタンヘキサボライド（ＬａＢ_６）矩形陰極 ２ 第１の開き角絞り ３ 照明光学系 ４ 第１の成形偏向器 ５ キャラクター（ＣＰ）アパーチャ ６ 第２の成形偏向器 ７ 第２の開き角絞り ８ 投影光学系 １０，２０ 電子ビーム描画装置 １３ 基板 １１〜１４ 電子ビーム軌道 ８１ 円陰極 Ｑａ_１，Ｑａ_２，Ｑｂ_１〜Ｑｂ_４ 四極子レンズの電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｍ ５４１Ｓ (72)発明者 奥 村 勝 弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを基板に照射して所望のパター
   ンを描画する電子ビーム描画装置であって、 前記電子ビームの照射により前記基板から発生する背面
   散乱電子の量が近接する描画パターンの露光量に影響を
   及す量を下回る加速電圧で、かつ、光軸に対して非対称
   な断面形状を有する前記電子ビームを出射する電子ビー
   ム出射手段と、 前記所望のパターン形状に対応した形状の絞り孔を有す
   る成形アパーチャと、 約１である第１のアスペクト比を有する断面形状で前記
   電子ビームが前記成形アパーチャに照射するように前記
   電子ビームの光軸に対して非対称な倍率が設定される照
   明光学系と、 前記光軸の方向をＺ軸方向とすると、前記成形アパーチ
   ャの形状に対応して成形されて前記成形アパーチャを出
   射した前記電子ビームをＸ軸方向およびＹ軸方向のいず
   れも同一の倍率で縮小するとともに、前記光軸に対して
   非対称な軌道を経て前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とで異
   なる入射角をもって前記基板に結像させる投影光学系
   と、を含む電子光学系を備える電子ビーム描画装置。
2. 【請求項２】前記照明光学系は、第１の多極子レンズを
   有することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描
   画装置。
3. 【請求項３】前記電子ビーム出射手段は、前記Ｘ軸方向
   と前記Ｙ軸方向とのアスペクト比が１を除く第２のアス
   ペクト比である矩形状の第１の陰極を備え、この第１の
   陰極から等しい出射角度で電子を放出させることを特徴
   とする請求項１または２に記載の電子ビーム描画装置。
4. 【請求項４】前記照明光学系は、少なくとも２段の前記
   第１の多極子レンズを有し、これらの多極子レンズは、
   前記第２のアスペクト比に対応して、前記Ｘ軸方向で拡
   大系となり前記Ｙ軸方向で縮小系となるように焦点条件
   が設定されることを特徴とする請求項３に記載の電子ビ
   ーム描画装置。
5. 【請求項５】前記第１の陰極は、ランタンヘキサボライ
   ド（ＬａＢ_６）を用いて形成されることを特徴とする請
   求項３または４に記載の電子ビーム描画装置。
6. 【請求項６】前記電子ビーム出射手段は、実質的に円形
   状である第２の陰極を有し、この第２の陰極から放出さ
   れる電子のうち、異なる出射角度で放出した電子に基づ
   いて前記電子ビームを出射することを特徴とする請求項
   １または２に記載の電子ビーム描画装置。
7. 【請求項７】前記照明光学系は、前記電子ビームが前記
   Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とで異なる入射角で前記成形ア
   パーチャに入射するように、焦点条件が設定されること
   を特徴とする請求項６に記載の電子ビーム描画装置。
8. 【請求項８】前記焦点条件は、前記電子ビームがクロス
   オーバを結ぶことを回避するために、前記Ｘ軸方向にお
   ける前記電子ビームの焦点位置と前記Ｙ軸方向における
   前記電子ビームの焦点位置とが異なる位置となるよう
   に、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とで相互に独立して設
   定される条件であることを特徴とする請求項７に記載の
   電子ビーム描画装置。
9. 【請求項９】前記投影光学系は、第２の多極子レンズを
   有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに
   記載の電子ビーム描画装置。
10. 【請求項１０】前記投影光学系は、４段の前記第２の多
    極子レンズを有し、これらの多極子レンズは、前記電子
    ビームが前記Ｘ軸方向で発散および収束を繰返す軌跡を
    描き、前記Ｙ軸方向で前記Ｘ軸方向とは逆に集束および
    発散を繰返す軌跡を描くように結像条件が設定されるこ
    とを特徴とする請求項９に記載の電子ビーム描画装置。
11. 【請求項１１】前記多極子レンズは、静電型四極子レン
    ズを含むことを特徴とする請求項２ないし１０のいずれ
    かに記載の電子ビーム描画装置。
12. 【請求項１２】前記多極子レンズは、八極子レンズを含
    むことを特徴とする請求項２ないし１０のいずれかに記
    載の電子ビーム描画装置。
13. 【請求項１３】電子ビームを出射する電子銃と、所望の
    パターン形状に対応した形状の絞り孔を有する成形アパ
    ーチャと、出射された前記電子ビームを制御して前記成
    形アパーチャに照射させる照明光学系と、前記絞り孔の
    形状に応じて成形され前記成形アパーチャを出射した前
    記電子ビームを制御して基板の表面に結像させる投影光
    学系と、を含む電子光学系を備える電子ビーム描画装置
    を用いて前記基板に前記所望のパターンを描画するパタ
    ーン描画方法であって、 前記電子ビームの照射により前記基板から発生する背面
    散乱電子の量が近接する描画パターンの露光量に影響を
    及す量を下回る加速電圧で、かつ、光軸に対して非対称
    な断面形状を有する前記電子ビームを出射させる第１の
    手順と、 前記照明光学系の倍率を前記光軸に対して非対称な倍率
    に設定し、実質的に等方な断面形状で前記電子ビームが
    前記成形アパーチャに入射するように前記電子ビームを
    制御する第２の手順と、 前記光軸の方向をＺ軸方向とすると、前記成形アパーチ
    ャを出射した前記電子ビームをＸ軸方向およびＹ軸方向
    のいずれにおいても同一の倍率で縮小させるとともに、
    前記光軸に対して非対称の軌跡を描き、かつ、前記Ｘ軸
    方向と前記Ｙ軸方向とで異なる入射角で前記基板に入射
    して結像するように前記投影光学系を制御する第３の手
    順と、を備えるパターン描画方法。
14. 【請求項１４】前記第２の手順は、前記電子ビームが前
    記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とで異なる入射角で前記成形
    アパーチャに入射するように、前記照明光学系の焦点条
    件を設定する手順であることを特徴とする請求項１３に
    記載のパターン描画方法。
15. 【請求項１５】前記焦点条件を設定する手順は、前記電
    子ビームがクロスオーバを結ぶことを回避するために、
    前記Ｘ軸方向における前記電子ビームの焦点位置と前記
    Ｙ軸方向における前記電子ビームの焦点位置とが異なる
    位置となるように、前記Ｘ軸方向の焦点条件と前記Ｙ軸
    方向の焦点条件とを相互に独立して設定する手順である
    ことを特徴とする請求項１４に記載のパターン描画方
    法。
16. 【請求項１６】前記電子銃は、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸
    方向とのアスペクト比が１を除く値である第１のアスペ
    クト比である矩形状の第１の陰極を有し、 前記第１の手順は、前記第１の陰極から等しい出射角で
    電子を出射する手順を含むことを特徴とする請求項１３
    ないし１５のいずれかに記載のパターン描画方法。
17. 【請求項１７】前記電子銃は、実質的に円形状である第
    ２の陰極を有し、 前記第１の手順は、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とで異
    なる出射角で電子を放出させる手順を含むことを特徴と
    する１３ないし１５のいずれかに記載のパターン描画方
    法。
18. 【請求項１８】前記第３の手順は、前記電子ビームが前
    記Ｘ軸方向で発散および収束を繰返す軌跡を描き、前記
    Ｙ軸方向で前記Ｘ軸方向とは逆に収束および発散を繰返
    す軌跡を描くように前記投影光学系の結像条件を設定す
    る手順を含むことを特徴とする請求項１３ないし１７の
    いずれかに記載のパターン描画方法。