JP2012204624A - 描画装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 照射角度の不均一な照射光学系を備えるも、複数の荷電粒子線間の特性の均一性の点で有利な描画装置を提供すること。
【解決手段】 コリメータレンズを含む照射光学系（１４０）と、照射光学系から射出した荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するアパーチャアレイ（１１７）と、アパーチャアレイから射出した複数の荷電粒子線からそれぞれ複数のクロスオーバを形成する集束レンズアレイ（１１９）と、複数のクロスオーバに対応する複数の開口を備えた素子（１２２）と荷電粒子線を基板上に投影する複数の投影ユニットとを含む投影系（１６０）と、を有し、照射光学系の収差に依る入射角でアパーチャアレイに入射して集束レンズアレイにより形成される複数のクロスオーバのそれぞれの位置が前記素子における対応する開口に整合するように、集束レンズアレイは、前記素子における対応する開口に対して偏心している集束レンズを含む、描画装置とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置に関する。

当該描画装置として、１つの荷電粒子線毎に投影ユニットを備える、いわゆるマルチカラム式の描画装置が知られている（特許文献１）。このような描画装置は、投影ユニットが個別に存在することから、複数の荷電粒子線全体が集束するクロスオーバを持たない。よって、空間電荷効果（クーロン効果）の影響が小さいため、荷電粒子線の本数を増やすのに有利といえる。

特開平０９−００７５３８号公報

ところが、マルチカラム式の描画装置において荷電粒子線の本数を増やすには、一般に、複数の投影ユニットの前側にある照射光学系中の荷電粒子源からの荷電粒子線の発散角（発散半角）を大きくする必要がある。荷電粒子源からの荷電粒子線の発散角が大きくなると、複数の投影ユニットに照射される光線は、照射光学系の収差により十分な平行化が困難であるため、照射角度（入射角）が不均一となってしまう。この照射角度の不均一性は、結果として、複数の荷電粒子線間の特性の不均一性を生じさせる。従来、投影光学系の収差に係る課題や当該収差を補償するための構成は知られているが、上述のような照射光学系の収差に係る課題は、発明者が独自に認識するに至ったものである。

本発明は、照射角度の不均一な照射光学系を備えるも、複数の荷電粒子線間の特性の均一性の点で有利な描画装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一つの側面は、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、
発散する荷電粒子線が入射するコリメータレンズを含む照射光学系と、
前記照射光学系から射出した荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するアパーチャアレイと、
前記アパーチャアレイから射出した複数の荷電粒子線からそれぞれ複数のクロスオーバを形成する集束レンズアレイと、
前記複数のクロスオーバに対応する複数の開口を備えた素子と、該複数の開口に対してそれぞれ設けられて荷電粒子線を前記基板上に投影する複数の投影ユニットと、を含む投影系と、を有し、
前記照射光学系の収差に依る入射角で前記アパーチャアレイに入射して前記集束レンズアレイにより形成される前記複数のクロスオーバのそれぞれの位置が前記素子における対応する開口に整合するように、前記集束レンズアレイは、前記素子における対応する開口に対して偏心している集束レンズを含む、ことを特徴とする描画装置である。

本発明によれば、例えば、照射角度の不均一な照射光学系を備えるも、複数の荷電粒子線間の特性の均一性の点で有利な描画装置を提供することができる。

実施形態１の描画装置の構成を示す図。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る荷電粒子線を示す図（本発明を適用しない場合）。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における荷電粒子線配列とを示す図（図２の構成の場合）。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る荷電粒子線を示す図（実施形態１の場合）。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における荷電粒子線配列を示す図（図４の構成の場合）。 照射光学系のデフォーカスの有無によるアパーチャアレイ・集束レンズアレイの開口配列の違いを示す図。 実施形態２のアパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る荷電粒子線を示す図。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における荷電粒子線配列とを示す図。 ビームスポット内の各部に到達する荷電粒子線を示す図。 荷電粒子線の角度の見積もりに誤差がある場合の光線を示す図。 実施形態３の描画装置の構成を示す図。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における荷電粒子線配列とを示す図。 実施形態４の描画装置の構成を示す図。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る荷電粒子線と、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列ならびに結像面における荷電粒子線配列とを示す図（本発明を適用しない場合）。 アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る荷電粒子線と、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列ならびに結像面における荷電粒子線配列とを示す図（実施形態４の場合）。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、原則として、全図を通じ同一の部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る描画装置（複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置）の構成を示す図である。本実施形態の描画装置は、荷電粒子線毎に投影ユニットを備えた、いわゆるマルチカラム式の描画装置である。荷電粒子線として電子線（電子ビーム）を用いた例を説明するが、それに限らず、イオン線等の他の荷電粒子線を用いてもよい。図１において、電子源１０８から、ウェーネルト電極１０９による調整を介して、アノード電極１１０によって引き出された電子ビームは、クロスオーバ調整光学系１１１（クロスオーバ調整系ともいう）によって（照射光学系）クロスオーバ１１２を形成する。ここで、電子源１０８は、ＬａＢ_６またはＢａＯ／Ｗ（ディスペンサーカソード）等を電子放出部に含むいわゆる熱電子型の電子源としうる。クロスオーバ調整光学系１１１は２段の静電レンズで構成されており、各静電レンズは、３枚の電極から構成され、中間電極には負の電位を与え、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としうる。クロスオーバ１１２から広角をもって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を照射する。

アパーチャアレイ１１７を照射した平行ビームは、アパーチャアレイ１１７によって分割され、マルチ電子ビーム１１８（複数の電子線）となる。マルチ電子ビーム１１８は、それぞれ、（第１）集束レンズアレイ１１９によって集束され、ブランカーアレイ１２２上に結像する。ここで、集束レンズアレイ１１９は、３枚の多孔電極から構成され、３枚の電極のうち中間の電極には負の電位を与え、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としうる。なお、アパーチャアレイ１１７は、集束レンズアレイ１１９の瞳面を通過する電子ビームの領域を規定する役割も持たせるため、集束レンズアレイ１１９の瞳面の位置（集束レンズアレイ１１９の前側焦点面の位置）に置かれている。

ブランカーアレイ１２２は、個別に制御可能な偏向電極（より正確には、偏向電極対）を含むデバイスである。ブランカーアレイ１２２は、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によって生成されたブランキング信号に基づき、マルチ電子ビーム１１８を個別に偏向してブランキングを行う。電子ビームをブランキングしない場合は、ブランカーアレイ１２２の偏向電極には電圧を印加せず、電子ビームをブランキングする場合は、ブランカーアレイ１２２の偏向電極に電圧を印加すればよい。ここで、ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビームは、後側にあるストップアパーチャアレイ１２３によって遮断されてブランキング状態となる。本実施形態において、ブランカーアレイ・ストップアパーチャアレイは２段で構成されている。すなわち、（第１）ブランカーアレイ１２２及び（第１）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が後側に配置されている。

ブランカーアレイ１２２を通ったマルチ電子ビーム１１８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上に結像する。さらに、マルチ電子ビーム１１８は、第３集束レンズ１３０・第４集束レンズ１３２によって集束されてウエハ１３３（基板）上に結像する。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、第１集束レンズアレイ１１９と同様に、アインツェル型の静電レンズアレイとしうる。

ここで、第４集束レンズアレイ１３２は、対物レンズアレイとなっており、その縮小率は、例えば、１／１００倍程度に設定される。これにより、ブランカーアレイ１２２上の中間結像面での電子ビーム１２１のスポット径（ＦＷＨＭ（半値全幅）で２μｍ）は、ウエハ１３３上で１００分の１程度に縮小され、ＦＷＨＭで２０ｎｍ程度のスポット径となる。

ウエハ１３３上でのマルチ電子ビーム１１８のスキャン（走査）は、偏向器１３１で行うことができる。偏向器１３１は、対向する電極対によって形成され、例えば、ｘ・ｙ各方向について２段の偏向を行うため、４段の対向電極対で構成されうる（図中では、簡単のため、２段の偏向器を１ユニットとして示している）。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。

パターンの描画中は、ウエハ１３３を保持するステージ１３４をＸ方向に連続的に移動させる。これと並行して、位置計測器（例えばレーザ測長機を利用したもの）による実時間でのステージ１３４の位置計測結果に基づき、ウエハ上の電子ビーム１３５を偏向器１３１によってＹ方向に偏向する。さらに、これらと並行して、第１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電子ビームのブランキングを行う。このような動作により、ウエハ１３３上にパターンを高速に描画することができる。

なお、以上に説明した電子（荷電粒子）光学系は、つぎの３つの部分に大別できる。１つ目は、電子源１０８からコリメータレンズ１１５までの要素を含む照射光学系１４０（照射系ともいう）である。２つ目は、照射光学系１４０から射出した電子ビームをマルチ電子ビームに分割するアパーチャアレイ１１７と、当該マルチ電子ビームから複数のクロスオーバを形成する集束レンズアレイ１１９とを含むマルチビーム形成光学系１５０である。なお、マルチビーム形成光学系１５０は、単にマルチビーム形成系ともいう。３つ目は、当該複数のクロスオーバに対応する複数の開口を備えた素子と、当該複数の開口に対してそれぞれ設けられて電子ビーム（クロスオーバ）をウエハ上（基板上）に投影する複数の投影光学ユニットとを含む投影光学系１６０である。ここで、当該素子は、例えば、ブランカーアレイ１２２である。なお、投影光学ユニットは、単に投影ユニットともいい、投影光学系は、単に投影系ともいう。本実施形態は、マルチビーム形成光学系１５０の構成に特徴を有するものである。

図２は、本発明を適用しない場合において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る電子ビームを示す図である。図２は、図１におけるマルチビーム形成光学系１５０を含む部分を図示している。図２において、クロスオーバ１１２から広角に放射された電子ビームは、コリメータレンズ１１５に入射し、コリメータレンズ１１５によってコリメート（略平行化）される。しかし、電子ビームの発散角（発散半角）が大きい場合、電子ビームは、照射光学系１４０の収差により、完全には平行化されず、被照射面内の位置によって照射角度（入射角度）が異なる不均一性が生じてしまう。ここで照射光学系の収差は、クロスオーバ調整光学系１１１の球面収差や、コリメータレンズ１１５の球面収差、電子源からアパーチャアレイ１１７までの間の空間電荷効果による収差（凹レンズの球面収差に相当する）を含む。例えば、照射光学系１４０の収差のうち、コリメータレンズ１１５の球面収差が支配的である場合、凸レンズの球面収差（正の球面収差）により、アパーチャアレイ１１７に入射する電子ビーム２０４は、電子ビームがより外側になるほどより内側に傾いてしまう。よって、アパーチャアレイを通過したマルチ電子ビームの主光線２０５も、同様に、より外側のものほどより内側に傾いた状態となる。

これにより、集束レンズアレイ１１９を通過した電子ビームは、より外側になるほど、ブランカーアレイ１２２上において所望の位置から、より内側にずれてしまうことになる。このようにして、マルチ電子ビームのビーム配列が不均一となり、外側の電子ビームがブランカーアレイ１２２の開口２０３の中心を通らなくなる。その結果、ブランカーアレイ１２２の偏向特性が不均一になってしまう。

また、空間電荷効果による収差の影響が支配的になった場合には、凹レンズの球面収差（負の球面収差）により、アパーチャアレイ１１７に入射する電子ビーム２０４は、逆に、電子ビームがより外側になるほどより外側に傾くことになる。よって、クロスオーバ調整光学系１１１及びコリメータレンズ１１５による凸レンズの球面収差（正の球面収差）と、空間電荷効果による収差（凹レンズの（すなわち負の）球面収差に相当）との和が電子ビームの角度分布を決める。すなわち、当該和によって、より外側の電子ビームがより内側に傾いてしまうか、または、より外側に傾いてしまうかが決まる。本願明細書の実施形態では、図２と同様、照射光学系の収差は、コリメータレンズ１１５の球面収差が支配的であり、アパーチャアレイに入射する電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより内側に傾いている不均一性を有している場合を例に説明する。

図３は、図２の構成において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における電子ビームの配列とを示す図である。図３（Ａ）におけるアパーチャアレイの開口配列２０１及び集束レンズアレイの開口配列２０２は、図３（Ｂ）におけるブランカーアレイの開口配列２０３に一致するようにしている。ここでは、一例として、ブランカーアレイの開口２０３の配列を正方格子状の配列としているが、それに限らず、例えば、千鳥格子状の配列など規則性を有する他の配列としてもよい。図３（Ｂ）に示すように、照射光学系の収差により、前述したとおり、結像面（またはブランカーアレイ）上の電子ビーム１２１の位置は、ブランカーアレイの開口２０３の位置に対して、電子ビームがより外側になるほどより内側となる。すなわち、照射光学系の収差により、ブランカーアレイ（結像面）上のビーム配列１２１は、ブランカーアレイの開口２０３の配列に対してずれてしまう。したがって、照射光学系の収差を前提にすると、アパーチャアレイの開口２０１の配列及び集束レンズアレイの開口２０２の配列をブランカーアレイの開口２０３の配列に一致させるのは好ましくないことになる。

これに対し、図４は、本実施形態１において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る電子ビームを示す図である。図４において、アパーチャアレイ１１７及び集束レンズアレイ１１９の各開口の位置は、ブランカーアレイ１２２（または結像面）上の対応する開口の位置（所望の電子ビームの位置）に対して、共に同量だけずらすようにしている。ここで、同量とは、量が完全に一致している場合のみならず、製造誤差や配置誤差等により、描画装置に要求される精度から設定される許容範囲内で量が不一致である場合も含む。この開口位置の変位量（偏心量）は、照射光学系の収差に対応した電子ビームの入射角に基づいて設定すればよい。当該入射角は、ブランカーアレイ１２２上の位置のブランカー中心からの距離の関数、例えば、３次の多項式（後述）、により設定することができる。

このように電子ビームの入射角を考慮し、アパーチャアレイ１１７及び集束レンズアレイ１１９の開口位置をずらした場合のマルチ電子ビームの軌道４０１は、図４のようになる。すなわち、ブランカーアレイ１２２（または結像面）上の電子ビーム配列１２１がブランカーアレイの開口２０３の中心の配列に一致するような軌道となる。このようにマルチ電子ビームのビーム配列の不均一性を補償することにより、外側の電子ビームもブランカーアレイの開口２０３の中心を通るようになり、ブランカーアレイ１２２の偏向特性が改善される。図４は、比較のため、図２の構成におけるマルチ電子ビームの軌道４０２を点線で示している。

図５は、実施形態１において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面（またはブランカーアレイ１２２上）における電子ビーム配列とを示す図である。図５（Ａ）は、アパーチャアレイの各開口２０１の位置及び集束レンズアレイの各開口２０２の位置を、ブランカーアレイの対応する開口２０３の位置に対し、ともに同量だけ変位させたアパーチャアレイ及び集束レンズアレイの配列を示している。図５（Ｂ）は、結像面上の電子ビーム配列を示しており、当該電子ビーム配列は、補償の結果、所望の電子ビーム配列に整合している。ここで、整合とは、各電子ビームの位置の目標位置に対するずれがトレランス内であることを意味する。

ここで、アパーチャアレイ１１７は集束レンズアレイ１１９の瞳面（前側焦点面）上に置かれているのが好ましい。アパーチャアレイ１１７が集束レンズアレイ１１９の瞳面上に置かれた状態で、アパーチャアレイの開口配列２０１及び集束レンズアレイの開口配列２０２を同量ずらした場合、ア集束レンズアレイ１１９の瞳面を通過する電子ビームの領域は変化しない。そのため、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口中心が同軸上にある状態を保って開口位置を同量だけ変位させても、結像面に入射するマルチ電子ビームの主光線の角度を均一に保つことができる。つまり、アパーチャアレイ１１７を集束レンズアレイ１１９の前側焦点面に配置して上述の補償を行うことで、結像面上のマルチ電子ビームのビーム配列の不均一性を補償できるだけでなく、結像面への入射角の均一性も保つことができる。

なお、アパーチャアレイ１１７と集束レンズアレイ１１９との間に平行偏心があった場合、集束レンズアレイ１１９の瞳面を通過する電子ビームの領域がマルチ電子ビーム全体で一様に変化し、結像面上においてマルチ電子ビーム全体が一様に傾斜することになる。このような均一な傾斜は、アライナー偏向器１２０によって、一括の補正が容易に行える。問題は、マルチ電子ビームで個別に生じる不均一性であって、本発明の目的は、照射光学系の収差によって生じる個別の不均一性を低減することにある。

実施形態１において、アパーチャアレイの開口配列２０１及び集束レンズアレイ２０２の開口配列をずらす量は、具体的には、ブランカーアレイ上の電子ビームのブランカーアレイ中心からの距離（像高）Ｙに加え、３つのパラメータにより決定できる。当該３つのパラメータは、照射光学系の球面収差係数Ｃｓ・コリメータレンズの焦点距離ｆ・デフォーカス調整量Δｆである。ここで、デフォーカス調整量Δｆは、クロスオーバ調整光学系１１１によって調整できるが、それには限定されず、例えば、コリメータレンズのパワーを変えることによって調整してもよい。

ここで、照射光学系の球面収差係数Ｃｓは、Ｃｓ＝Ｃｓ（ＣＯ＿ａｄｊｕｓｔ）＋Ｃｓ（ＣＬ）＋Ｃｓ（Ｃｏｕｌｏｍｂ）という数式で表わすことができる。Ｃｓ（ＣＯ＿ａｄｊｕｓｔ）は、クロスオーバ調整光学系の球面収差係数、Ｃｓ（ＣＬ）は、コリメータレンズの球面収差係数、Ｃｓ（Ｃｏｕｌｏｍｂ）は、空間電荷効果による球面収差係数（特定の凹レンズの球面収差係数に相当）である。

照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ量Δθは、上記のパラメータを用いて、Δθ＝Ｃｓ（Ｙ／ｆ）^３＋Δｆ（Ｙ／ｆ）と近似的に表すことができる。この式は、距離Ｙに関して３次の多項式となっている。

図６は、実施形態１において、照射光学系のデフォーカスの有無によるアパーチャアレイ・集束レンズアレイの開口配列の違いを示す図である。図６（Ａ）はデフォーカス調整量Δｆが０（デフォーカス量がゼロ）のときのアパーチャアレイの開口配列２０１及び集束レンズアレイの開口配列２０２である。図６（Ｂ）はデフォーカス調整を行った（デフォーカスさせた）場合のアパーチャアレイの開口配列２０１及び集束レンズアレイの開口配列２０２である。図６（Ｃ）は距離（像高）Ｙを横軸とし、照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ量（電子ビームが内側に傾いた場合を正とする）を縦軸として表したグラフである（Ｃｓ＝５０００ｍｍ、ｆ＝５００ｍｍ、Δｆ＝１．５ｍｍの場合を示す）。

図６（Ｃ）において、デフォーカス調整がない場合の電子ビームの角度ずれ量は、距離Ｙの３乗に比例する。このため、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列も、図６（Ａ）のように距離Ｙの３乗に比例したずれ量をもった開口配列とすることにより、補償を行う。

一方、図６（Ｃ）において、デフォーカス調整を行った場合の電子ビームの角度ずれ量は、距離Ｙの３乗に比例する項に加え、距離Ｙに比例するデフォーカス項が加わる。このため、デフォーカス調整を行った場合の電子ビームは、図６（Ｃ）からわかるように、距離Ｙが小さな領域では電子ビームが外側に傾き、距離Ｙが大きな領域では電子ビームが内側に傾くことになる。これを考慮すると、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列は、図６（Ｂ）のように、結像面上の所望のビーム配列に対し、距離Ｙの小さな領域の開口６０１は内側に、距離Ｙの大きな領域の開口６０２は外側にずらして、補償を行うことになる。

このように、デフォーカス調整を行った場合は、開口配列パターンが多少複雑になる。しかし、図６（Ｃ）のグラフから明らかなように、デフォーカス調整を行った場合のほうが角度ずれ量の絶対値のレンジは小さくなる。そのため、デフォーカス調整を行ったほうがアパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列をずらす量を小さくできるというメリットがある。このことは、図６（Ａ）と図６（Ｂ）とを比較するとよくわかる。

以上のように、デフォーカス調整の有無には、それぞれ長所・短所がある。そして、本発明の全実施形態において、デフォーカス調整によってアパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列のパターンは変化しうるものである。また、実施形態で示す開口の配列パターンは、例示に過ぎず、照射光学系の収差によって生じる電子ビームの角度の不均一性を補償するような配列パターンである限りは、本発明の範囲内である。

［実施形態２］
図７は、実施形態２において、アパーチャアレイ１１７及び集束レンズアレイ１９を通る電子ビームを示す図である。図７は、図１のマルチビーム形成光学系１５０に対応する部分であり、本実施形態のその他の構成要素は実施形態１のそれと同様である。

同図において、集束レンズアレイの開口位置２０２は、実施形態１と同様に、照射光学系の収差による結像面での電子ビーム配列の不均一性を補償するために、距離（像高）Ｙに関して３次の多項式に従ってずらされている。また、アパーチャアレイ１１７の位置は、集束レンズアレイ１１９の前側焦点面７０１からずれた位置に配置されている。理想的には、アパーチャアレイ１１７の位置は、集束レンズアレイ１１９の前側焦点面７０１に置かれるのが好ましい。しかし、実装スペースが確保できない場合や集束レンズアレイ１１９の焦点距離が非常に長い場合など、理想的な配置ができない場合も想定される。

このような場合においても、照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれが正確に把握できていれば、実施形態１の場合と同様、ブランカーアレイ１２２（または結像面）に対して均一な主光線の角度でマルチ電子ビームを入射させることができる。そのためには、図７において、アパーチャアレイ１１７の開口配列は、集束レンズアレイ１１９による電子ビームの収束角度分布がマルチ電子ビーム全体で一様になるように決定する必要がある。

すなわち、マルチ電子ビームの収束角度分布は集束レンズアレイの前側焦点面７０１を通る電子ビームの分布で決まる。よって、照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ（角度分布）が正確に把握できている場合には、前側焦点面７０１を通る電子ビームの分布を規定することができる。

具体的には、図７に示すようにすればよい。すなわち、実施形態１と同様に、集束レンズアレイの前側焦点面７０１における（仮想的な）電子ビーム分布７０３の中心が集束レンズアレイの光軸７０４上にあるように、アパーチャアレイ１１７の開口位置を決定すればよい。

例えば、図７において、アパーチャアレイ１１７の位置は、集束レンズアレイ１１９と集束レンズアレイの前側焦点面７０１との間のおよそ中央に配置されている。この場合、アパーチャアレイの開口２０１をずらす量は、集束レンズアレイの開口２０２をずらす量のおよそ半分にする。そうすることで、集束レンズアレイの前側焦点面７０１における（仮想的な）電子ビーム分布７０３の中心が集束レンズアレイの光軸７０４上に位置する。より一般的には、アパーチャアレイの開口２０１をずらす量は、集束レンズアレイの前側焦点面とアパーチャアレイとの間の距離７１０に比例させればよい。

図８は、実施形態２において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における電子ビーム配列とを示す図である。図８（Ａ）は、集束レンズアレイの開口２０２の配列、図８（Ｂ）は、アパーチャアレイの開口２０１の配列、図８（Ｃ）は、結像面上の電子ビーム配列を示す。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の丸点線は、ブランカーアレイの開口２０３を示している。図８（Ｂ）において、アパーチャアレイの開口をずらす量は、集束レンズアレイの前側焦点面７０１における電子ビーム分布７０３を前述のとおり規定するように、集束レンズアレイの開口をずらす量のおよそ半分に設定されている。以上のように、アパーチャアレイ１１７を集束レンズアレイの前側焦点面７０１に配置しない場合においても、本実施形態のように構成することによって、実施形態１と類似の効果を得ることができる。

しかし、次に図９及び図１０を参照して説明するように、できる限り実施形態１のように、アパーチャアレイ１１７は集束レンズアレイの前側焦点面７０１に配置するのが好ましい。図９は、スポットビーム内の各部分に到達する電子ビームを示す図である。図９（Ａ）は、実施形態１のスポットビーム内の各部分に到達する電子ビームを示す図で、アパーチャアレイ１１７が集束レンズアレイの前側焦点面７０１に置かれている。このため、スポットビーム像の外側部分に向かう軸外ビームの主光線９０１も含めて、軸上・軸外の主光線が光軸と平行となる。

図９（Ｂ）は、実施形態２のスポットビーム内の各部分に到達する電子ビームを示す図で、アパーチャアレイ１１７は前側焦点面７０１に置かれていない。この場合、図からわかるように、集束レンズアレイの前側焦点面７０１上において、軸外の電子ビームの角度分布は軸上のそれとは異なっている。すなわち、スポットビーム像の外側部分へ向かう軸外ビームの主光線９０１は光軸とは平行とならずに傾いてしまうことになる。その結果、フォーカスがずれると、ビームスポットがボケやすくなる。つまり、実施形態２の構成では、軸上・軸外の主光線をともに光軸に平行にすることはできないということである。ただし、結像面上のビームスポット径が小さい場合は、この影響も小さい。よって、実施形態２の構成においては、結像面上のビームスポット径を軸外光線の傾きの影響が許容できる程度に小さくするのが好ましい。

続いて、図１０は、電子ビームの角度ずれの見積もりに誤差がある場合の電子ビームを示す図である。図１０（Ａ）は、実施形態１において、電子ビームの角度ずれの見積もりに誤差がある場合、実際の電子ビームを実線で、見積もり上の電子ビームを点線で示している。見積もり誤差があるために、電子ビームの結像位置１２１は見積もられた結像位置１００２に対してずれているが、電子ビームの主光線２０５は光軸と平行となる。これは、見積もり誤差がある場合でも、アパーチャアレイの開口２０１が集束レンズアレイの前側焦点面にあるためである。

図１０（Ｂ）は、実施形態２において、電子ビームの角度ずれの見積もりに誤差がある場合、実際の電子ビームを実線で、見積もり上の電子ビームを点線で示している。見積もり誤差があるために、電子ビームの結像位置１２１は見積もられた結像位置１００２に対してずれているのに加え、実施形態２の場合は、電子ビームの主光線２０５の角度もずれてしまう。これは、アパーチャアレイ１１７が集束レンズアレイの前側焦点面７０１上にないために、図をみるとわかるように、集束レンズアレイの前側焦点面７０１上の電子ビーム分布が見積もりに対してさらにずれてしまうからである。つまり、実施形態２の構成では、電子ビームの角度ずれの見積もりに誤差がある場合、マルチ電子ビームの結像位置１２１のみならず、主光線２０５の角度もずれてしまう点に留意する必要がある。

以上説明したように、実施形態２の構成をとる場合には、結像面上のビームスポット径を軸外ビームの傾きの影響が許容できる程度に小さくしたり、電子ビームの角度ずれの見積もり誤差が主光線の角度に与える影響に注意したりするべきである。

［実施形態３］
図１１は、実施形態３の描画装置の構成を示す図である。図１の構成とは異なる電子源アレイ１１１０及びマルチビーム形成光学系１５０のみ説明する。

電子源アレイ１１１０は、熱電界放出（ＴＦＥ）型の電子源を複数配列したものである。アレイ状に配列された熱電界放出型エミッタ１１０１から放出された電子ビーム群は、同様にアレイ状に配列されたクロスオーバ調整光学系１１１によって、アレイ状に配列された（照射光学系）クロスオーバ１１２を形成する。ここで、熱電界放出型エミッタ１１０１には、例えば、ＺｒＯ／Ｗ等の電界放出型のカソード材が用いられる。

アレイ状に配列されたクロスオーバ１１２から放射された電子ビーム１１４は、コリメータレンズアレイ１１０５によって各々平行化され、互いにオーバーラップしない複数の電子ビームを形成する。当該複数の電子ビームは、それぞれ、アパーチャアレイ１１７上の複数のサブアレイ領域（それぞれ複数の開口を含む）を照射する。

図１１からわかるように、複数の電子源アレイ１１１０のうちの一つに着目すれば、その光学系の構成は、図１のそれと等価である。よって、上述の実施形態の構成は、各電子源（各サブアレイ領域）に対応する光学系に並列に適用することができる。

図１２は、実施形態３において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列と、結像面における電子ビーム配列とを示す図である。図１２（Ａ）は、実施形態において、３×３のサブアレイ領域におけるアパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列を、図１２（Ｂ）は、３×３のサブアレイ領域における結像面上の電子ビーム配列１２１を示す図である。

図１２（Ａ）に示すように、各サブアレイ領域において、照射光学系の収差による電子ビームの角度の不均一性を補償するように、アパーチャアレイの開口２０１及び集束レンズアレイの開口２０２を、ブランカーアレイの開口２０３に対してずらしている。同様の構成の照射光学系を並列に複数有しているため、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列は、どのサブアレイも同様としている。図１２（Ａ）において、アパーチャアレイ１１７は集束レンズアレイの前側焦点面７０１に置かれており、アパーチャアレイの開口２０１と集束レンズアレイの開口２０２は同量だけずらすようにしている。

図１２（Ａ）のように、サブアレイ毎に第１実施形態の構成を適用することによって、図１２（Ｂ）のように、マルチビームの不均一性が補正される。このように、照射光学系が並列に設けられていれば、複数の照射光学系に対して並列的に本発明を適用すればよい。よって、前述した照射光学系のデフォーカス調整を行った場合であっても、アパーチャアレイ・集束レンズアレイの開口配列は、図６で示した配列を照射光学系（サブアレイ）毎に適用すればよい。また、アパーチャアレイ１１７を集束レンズアレイの前側焦点面７０１からずらして配置した場合であっても、アパーチャアレイ・集束レンズアレイの開口配列は、図８で示した配列を照射光学系（サブアレイ）毎に適用すればよいのは明らかである。

［実施形態４］
図１３は、実施形態４の前提となる描画装置の構成を示す図である。同図において、上部の電子源１０８からアパーチャアレイ１１７までは図１と同様の構成であるため、繰り返しの説明は省略し、アパーチャアレイ１１７より下にある構成要素について説明する。

アパーチャアレイ１１７によって形成されたマルチ電子ビームは、集束レンズアレイ１１９によって集束される。実施形態４において、集束レンズアレイ１１９の各レンズのパワーは、後側のストップアパーチャアレイ１３０３上にマルチ電子ビームが集束するように設定されている。マルチ電子ビームは、集束レンズアレイ１１９を通過して直ちに、投影アパーチャアレイ１３０１によって、サブマルチ電子ビームへとさらに分割される。同図では、マルチ電子ビームの１つを３×３のサブマルチ電子ビームへと分割する様子を示している。

集束レンズアレイ１１９の各レンズのパワーが上述のように設定されているため、サブマルチ電子ビームは、ストップアパーチャアレイ１３０３上に集束する。ここで、ストップアパーチャアレイ１３０３には、サブマルチ電子ビームに対して１つの開口が設けられている。ストップアパーチャアレイの開口１３０４の配列は、投影アパーチャアレイ１３０１の３×３のサブアパーチャアレイの中心の開口の配列と一致するように構成されている。

投影アパーチャアレイ１３０１の直下にはブランカーアレイ１２２が備えられていて、図１の構成と同様、個別偏向によって、各電子ビームのブランキング動作を行うことができる。電子ビームをブランキング（遮断）したい場合、ブランカーアレイ１２２の対応する電極対に電圧を印加すれば、ストップアパーチャアレイ１３０３によって当該電子ビームが遮断される。図１３に、ブランカーアレイによって偏向（ブランキング）された電子ビーム１２５を示している。

ストップアパーチャアレイ１３０３を通過したサブマルチ電子ビームは、第２集束レンズアレイ１３２によって集束され、ウエハ１３３面上に結像する。第２集束レンズアレイの物体面には投影アパーチャアレイ１３０１が配置されており、投影アパーチャアレイ１３０１の３×３の開口パターンが第２集束レンズアレイの各レンズによりウエハ１３３面上に縮小投影される。例えば、投影アパーチャアレイ１３０１の開口径は２．５μｍであり、第２集束レンズアレイ１３２の投影倍率は１／１００倍に設定され、その結果、ウエハ１３３面上には２５ｎｍ径の像が形成される。なお、ストップアパーチャアレイ１３０３は、第２集束レンズアレイ１３２の前側焦点面に配置されており、第２集束レンズアレイ１３２の瞳面を通過する電子ビームの領域を規定している。

ストップアパーチャアレイ１３０３の近傍には偏向器アレイ１３０２が配置され、図１の構成同様、サブマルチ電子ビームの偏向（スキャン）を行うことができる。偏向器アレイ１３０２は、より単純には、共通の印加電圧で駆動され、電極構造は、くし歯状の対向電極で構成されうる。

図１４は、図１３の構成（本発明を適用していない場合）において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る電子ビームと、ストップアパーチャアレイ上の電子ビーム配列とを示す図である。

照射光学系の収差によって電子ビームの角度分布が不均一となった場合、前述の通り、集束レンズアレイ１１９によってストップアパーチャアレイ１３０３上に形成される電子ビーム（クロスオーバ）の配列が不均一となってしまう。つまり、ストップアパーチャアレイ１３０３上のサブマルチ電子ビームのスポットの配列が照射光学系の収差によって不均一になってしまう。その配列を示したのが図１４（Ｂ）であり、図３（Ｂ）同様、電子ビームがより外側になる（像高がより高くなる）ほど、所望の位置（ストップアパーチャアレイの開口１３０４の位置）に対してより内側に集束してしまう不均一性が生じる。

本実施形態においては、マルチ電子ビームを投影アパーチャアレイ１３０１によってサブマルチ電子ビームにさらに分割しているため、投影アパーチャアレイ１３０１に照射される電子ビームがシフトしている影響も新たに考慮する必要がある。図１４からわかるように、投影アパーチャアレイ１３０１に照射される電子ビームは、照射光学系の収差によって、電子ビームが外側になるほどより内側にシフトする。その結果、サブマルチ電子ビームの各主光線は、照射光学系の収差によって、主光線が外側になるほどより内側に傾いてしまうことになる（図１４の中央の電子ビーム群と左右の電子ビーム群とを比較するとわかる）。このようにして、ストップアパーチャアレイ１３０３によって規定される電子ビームの角度分布は、サブアレイに依って異なってしまう。その結果、ウエハ１３３面上における電子ビームの配列や強度（電流強度）の不均一性を引き起こしてしまう。

図１５は、図１３の構成に本発明を適用した場合において、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイを通る電子ビームと、ストップアパーチャアレイ上の電子ビーム配列とを示す図である。本実施形態は、実施形態１と同様、アパーチャアレイの開口２０１及び集束レンズアレイの開口２０２を、図１５（Ａ）のように、距離（像高）Ｙに関して３次の多項式に従ってずらすことによって、上記不均一性の補償を行う。実施形態１及び実施形態２で用いた構成は、いずれも、本実施形態においても適用可能であり、それらも本発明の範囲内の実施形態である。

図１５に示すような本実施形態により、サブマルチ電子ビームの各主光線が照射光学系の収差によって傾くことなく、かつ、ストップアパーチャアレイの開口１３０４の中心に集束するように、補償を行うことができる。

［実施形態５］
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、当該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、アパーチャアレイの開口はずらさずに集束レンズアレイの開口をずらすことによって、集束レンズアレイの形成するクロスオーバの位置をブランカーアレイまたはストップアパーチャアレイ等の後側の素子の開口（の中心）に整合させるように構成してもよい。但し、当該構成は、当該素子の開口に入射する電子ビームの主光線が光軸とは平行にならないため、その点には留意が必要である。当該構成は、例えば、そのような主光線の角度ずれが許容できる場合や、当該角度ずれを補償する光学要素を別途追加する場合には、利用可能である。

１１５ コリメータレンズ
１４０ 照射光学系（照射系）
１１７ アパーチャアレイ
１１９ 集束レンズアレイ
１６０ 投影光学系（投影系）

Claims (10)

1. 複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、
   発散する荷電粒子線が入射するコリメータレンズを含む照射光学系と、
   前記照射光学系から射出した荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するアパーチャアレイと、
   前記アパーチャアレイから射出した複数の荷電粒子線からそれぞれ複数のクロスオーバを形成する集束レンズアレイと、
   前記複数のクロスオーバに対応する複数の開口を備えた素子と、該複数の開口に対してそれぞれ設けられて荷電粒子線を前記基板上に投影する複数の投影ユニットと、を含む投影系と、を有し、
   前記照射光学系の収差に依る入射角で前記アパーチャアレイに入射して前記集束レンズアレイにより形成される前記複数のクロスオーバのそれぞれの位置が前記素子における対応する開口に整合するように、前記集束レンズアレイは、前記素子における対応する開口に対して偏心している集束レンズを含む、ことを特徴とする描画装置。
2. 前記偏心している集束レンズは、前記照射光学系の収差を補償するように偏心している、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
3. 前記コリメータレンズは、荷電粒子線のクロスオーバから発散する荷電粒子線が入射し、該クロスオーバは、前記コリメータレンズの前側焦点からずれた位置にある、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の描画装置。
4. 前記アパーチャアレイは、前記集束レンズアレイにおける対応する集束レンズとともに前記素子における対応する開口に対して偏心しているアパーチャを含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の描画装置。
5. 前記アパーチャアレイは、前記集束レンズアレイの前側焦点に配置され、前記集束レンズアレイにおける対応する集束レンズと同じ量だけ前記素子における対応する開口に対して偏心しているアパーチャを含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の描画装置。
6. 前記アパーチャアレイは、前記集束レンズアレイの前側焦点からずれた位置に配置され、前記集束レンズアレイにおける対応する集束レンズとは異なる量だけ前記素子における対応する開口に対して偏心しているアパーチャを含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の描画装置。
7. 前記照射光学系と前記アパーチャアレイと前記集束レンズアレイと前記投影系とを含む組を並列に複数有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の描画装置。
8. 前記素子は、ブランカーアレイである、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の描画装置。
9. 前記素子は、ストップアパーチャアレイである、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の描画装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項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基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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