JP2013026582A - 荷電粒子線レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電極が互いに間隔を隔てて対向して積層された構造の荷電粒子線レンズにおいて、クーロン引力による電極の変形を効果的に抑制することを可能とする技術を提供する。
【解決手段】静電型の荷電粒子線レンズにおいて、各電極２、４、８内には、荷電粒子線が通過するための複数の貫通孔の組３、５、９が少なくとも一組形成され、各対向電極２、４、８間にはスペーサとして少なくとも１本の線状の絶縁部材１、７が配置されている。線状の絶縁部材１、７は、電極２、４、８の面と平行方向に１回以上屈曲する屈曲部を有し、各電極２、４、８間の間隔を規定する。
【選択図】図２

Description

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荷電粒子光学系の分野の技術に関し、特に露光装置などに用いられる静電型の荷電粒子線レンズ（静電レンズ）に関する。

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の露光を可能とするリソグラフィの有力候補である。この露光装置では、電子ビームの光学特性を制御するための電子レンズが用いられる。電子レンズには電磁型と静電型があり、特に静電型は、電磁型に比べ、コイルコアを設ける必要がなく構成が簡易であり小型化に有利である。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もなされている。このようなマルチビームシステムでは、個々の電子レンズを２次元的にアレイ状に配列した静電レンズアレイが用いられる。

こうした静電レンズアレイにおいては、総電極面積が大きくなるため電極間には大きな静電引力が働くことになる。このため、電極間の間隔を精密に保つためには、間隔規定部材を各電極間に配置する必要が生ずる。また、レンズとしての収差低減の観点から、電極自体が厚いことは不利であり厚みの薄化が進められている。このため、電極面積が大きくなると、剛性不足を補うため、レンズアレイ全体の外周部のみではなく、個別の静電レンズの周囲にも間隔規定部材（以下スペーサとも称する）設ける必要が生じていた。

さらに、静電レンズにおいて、電極間には、通常、１〜数１０ｋＶ／ｍｍ程度の高電界が生じているため、スペーサの表面には高い沿面放電耐圧が要求される。この高い沿面放電耐圧を実現するためには、沿面の表面形状は平坦ではなく、電界と垂直方向に連なった凹凸を有する構造が有利であることは以前から知られていた（特許文献１参照）。この沿面の放電耐圧を向上させるための凹凸構造を有するスペーサを作製する手段としては、所定の形状に加工されたガラス母材を加熱延伸する方法などが知られていた（特許文献２参照）。

特開２００６−４９７０２号公報 特開２０００−２０３８５７号公報

上記ガラス母材を加熱延伸する加工方法では、火造り面とよばれる、微視的な欠陥がない非常に滑らかな表面を有する線材が作製できる。この手法を用いれば、カケ、キズ、バリ等が無い凹凸断面を有する線状やテープ形状の連続体を形成することができる。しかし、この方法で作られたスペーサは、そのままでは直線状であるため、平行に整列させて配置する方式しか採れなかった。そのため、このような直線状のスペーサでは、アレイ状に配列された個々の静電レンズの近傍において、例えばＸ方向側とＹ方向側の両方といった複数の個所を支えることは容易ではないため、電極に微小な変形が生じてしまう可能性があった。よって、本発明の目的は、少なくとも、対向電極間に柔軟な配置パターンで配置できて対向電極間の間隔を精密に保つことができるスペーサを備えた静電型の荷電粒子線レンズ（静電レンズ）を提供することである。

複数の電極が互いに間隔を隔てて対向して積層された構造の本発明の静電レンズは、各電極内には、荷電粒子線が通過するための複数の貫通孔の組が少なくとも一組形成され、各対向電極間にはスペーサとして少なくとも１本の線状の絶縁部材が配置される。そして、前記線状の絶縁部材は、前記電極の面と平行方向に１回以上屈曲する屈曲部を有することを特徴とする。

本発明の静電レンズによれば、各対向電極間に線状の絶縁部材を柔軟な配置パターンで配置できるので、対向電極間の間隔を精密に保つことができる。例えば、静電レンズアレイ内の個々の静電レンズ近傍のＸ方向に伸びる領域とＹ方向に伸びる領域を通って配置して、静電レンズにおける対向電極間の間隔を精密に規定することができる。また、線状の絶縁部材（例えば、ガラス線材）を適切に加工することで、バルク絶縁耐圧、加工容易性、スペーサ部分からの荷電粒子の放出が少ない性質（沿面放電耐圧が大きい性質）等を満たすこともできる。

本発明の第１の実施例の静電レンズ（アインツェルレンズ）の平面図及び断面図。 本発明の第２の実施例を示す平面図及び断面図。 本発明の第３の実施例における凹凸を有するスペーサの図。 本発明の第４の実施例における各電極間のスペーサの配置の平面図及び断面図。 本発明の第５の実施例におけるスペーサの配置の平面図及び断面図。 本発明の第６の実施例と第７の実施例における各スペーサ配置の平面図。 本発明の第８の実施例のスペーサ保持枠と第９の実施例のスペーサ配置の平面図。 本発明の第１０の実施例に係る荷電粒子線露光装置の構成図。

本発明の特徴は、電極の面と平行方向に１回以上屈曲されて伸びた少なくとも１本の線状の絶縁部材を各対向電極間にスペーサとして配置して、電極間の間隔を精密に保つことである。線状の絶縁部材の配置パターンとしては、複数の貫通孔の組（貫通孔群）の近傍を少なくとも通るパターン、複数の貫通孔の組（貫通孔群）の近傍の周囲において複数の方向（例えばＸ方向とＹ方向）に伸びる領域を通るパターンなどがある。線状の絶縁部材の屈曲部は、各対向電極間の空間内に配置して電極間の間隔を精密に保つのに好適な配置パターンを実現しても良いが（後述の実施例１から８参照）、屈曲部を各対向電極間の空間の外側に配置することもできる（後述の実施例９参照）。

以下、本発明の実施例を図１〜図８を用いて説明する。
（実施例１）
図１は本発明の静電型の荷電粒子線レンズの第１の実施例の最小の構成要素を模式的に示した平面図と断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における破線Ａ−Ａ’での断面図である。本実施例の静電レンズは、平板状基板である上電極４、中電極２及び下電極８が間隔を隔ててして積層された構造を有し、各電極間には、荷電粒子線が通過するための複数の貫通孔からなる貫通孔群３、５、９が少なくとも一組形成（ここでは２組形成）されている。こうして、静電レンズアレイを構成している。そして、各対向電極間には、スペーサとして線状の絶縁部材１、７が延在して配置され、線状の絶縁部材は、電極の面と平行方向に１回以上（ここでは１回）屈曲する屈曲部を有している。

本実施例では、線状の絶縁部材１、７の屈曲部は、対向電極間の空間内にあって、貫通孔群３、５、９の近傍に配置されている。図１（Ｂ）中に示す光軸方向（Ｚ方向）に進行する荷電粒子線は、貫通孔群３、５、９のこれら貫通孔を通過し、各電極間に印加された電界からレンズ作用を受ける。本実施例では、線状の絶縁部材は、少なくとも、貫通孔群のＸ方向に伸びる近傍領域とＹ方向に伸びる近傍領域を通過して伸びている。これにより、大きなクーロン引力が剛性の低い電極間に働いたとしても、電極間の間隔が変化するのを防いで電極間の間隔を精密に保持することができる。

（実施例２）
本発明の第２の実施例を説明する。図２（Ａ）は、静電レンズアレイの３枚の電極２、４、８のうちの２枚の電極２、４とその２枚の電極の間隔を規定している線状絶縁部材のスペーサ１のＸＹ面内での伸長配置パターンを示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における破線Ａ−Ａ’での断面図である。本実施例でも、静電レンズの所定の電圧を印加する中電極２には荷電粒子線を通過させるための貫通孔群３が形成されている。この貫通孔群３は、電極２にアレイ状に配列して複数組形成されている。同様の構造を有する電極４、８が、上下に電極２と所定の間隔を保って設置されており、電極４、８上にも複数組の貫通孔群５、９が形成されている。電極２、４、８は、貫通孔群３、５、９が同一位置になるようにＸＹ方向でアライメントして配置されており、電極２、４、８間に所定の高電圧を印加することにより静電レンズとして機能する。

電界強度が弱く電極が各々十分な剛性を有している場合は、電極間の外周部へ間隔規定のためのスペーサを設置する方法も選択可能である。しかし、より低収差の静電レンズを実現するためには高い電界強度と薄い電極が用いられるため、クーロン引力による電極間の間隔の変形が大きくなり、静電レンズの各貫通孔群の近傍で間隔を保持するためのスペーサが必要となる。本実施例はこうした必要性を満たすものである。

以下、ガラス母材から加熱延伸法によって作製された長尺の線状構造のスペーサの本実施例における配置例を説明する。図２（Ａ）に示すように、電極２、４間のスペーサ１は、貫通孔群３、５の近傍で屈曲した状態で配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、電極２、８間のスペーサ７も、貫通孔群３、９の近傍で屈曲した状態で配置されている。この屈曲した配置により個々の静電レンズとして機能する貫通孔群３、５、９は、Ｘ、Ｙ両方向に伸びる近傍領域においてＺ方向の間隔を規定されることとなり、クーロン引力による変形を最小限に抑えることができる。本実施例においてスペーサ１、７の屈曲部の仕様は、電極基板面と平行な方向において１回の屈曲毎に屈曲方法を反転させる方式とした。長尺であるスペーサ１、７の両端部は、加熱延伸によって形成された表面ではないため他の部分に比べて、バリ、カケ、キズ等が生じやすく沿面の耐電圧が低くなる場合が多い。そのため、スペーサ１、７の端部は、高電界領域の外側（電極間の空間外）まで延長（延在）して設置している。こうして、静電レンズ全体の耐電圧をより向上させることができる。

本実施例における各構成部材の寸法と材料の例を列記する。
電極２、４、８は、１Ωｃｍ〜１００Ωｃｍの抵抗率のシリコン基板であり、厚さは２００μｍである。貫通孔群３、５、９は１０×１０の微小な貫通孔から構成されており、各孔の直径は５０μｍである。各孔の間隔は１００μｍである。貫通孔群間の間隔は７ｍｍである。スペーサ１、７は低アルカリガラスを加熱延伸して形成された線材であり、電極面と平行な方向の厚さは２００μｍ、電極面と垂直な方向の高さは６００μｍである。電極間への印加電圧は、上電極４がグランド電位０Ｖ、中電極２はバイアス電位−４ｋＶ、下電極８はグランド電位０Ｖとした。

線状の絶縁部材のスペーサ１、７の作製方法の概略を以下に示す。
延伸加工されるガラス母材は、例えば住田光学社製の「ＳＫ１８」やショット社の「テンパックス」、コーニング社の「パイレックス（登録商標）」、低アルカリガラス、無アルカリガラスなどから適宜選択される。まず、所定の形状に加工されたガラス母材の一端を、ヒータを内包する加熱炉に送り込み、ガラス母材の当該他部を連続的に引き出して、延伸可能な温度まで加熱軟化させる。加熱温度は、軟化点温度以上の温度で適宜選択される。本実施例においては、軟化点温度７７０℃、ガラス転移点温度６４０℃のガラスを用いた。母材送り装置によるガラス母材の上記加熱炉内への送り込み速度は、通常、１〜５ｍｍ／ｍｉｎ程度である。加熱炉内は、この中に送り込まれたガラス母材の端部の粘度が７．０ポアズ〜７．９ポアズとなるような温度に設定され、その温度は、延伸の安定性などの点から、±０．１℃の精度で制御される。

加熱炉内で上記温度に加熱されたガラス母材の端部は、軟化して下垂し、延伸されて延伸ガラス部材となり、延伸されながら線状となって加熱炉から連続して引き出される。延伸を完了した線状のガラス部材は、一対の引き取りローラーに挟まれて引き取られる。この引き取りローラーによる延伸ガラス部材の引き取り速度は、通常１０００〜５０００ｍｍ／ｍｉｎ程度である。上記送り込み速度とこの引き取り速度との比〔（引き取り速度）／（送り込み速度）〕は、ガラス母材と延伸を完了した延伸ガラス部材の断面形状の相似性の確保などの点から、通常は２００〜２０００である。

加熱延伸により製造された線状絶縁部材のガラス線材の屈曲加工は概ね以下のように行った。屈曲処理は、ガラス線材を加熱炉に送りながら屈曲させる部分を逐次ガラス転移点温度まで加熱して屈曲加工を所定回数行う。屈曲点が形成されたガラス線材は、そのままでは、屈曲部において変形による厚み変化が生じており、また内部応力によって全体が歪んだ状態となっている。この屈曲点での厚み変化と全体の歪みを取り除くため、平坦性の高い常盤を平行に配置したホットプレス装置によって、上下より加圧しながら加熱処理を行う。使用されるガラス材料の歪点以上の温度を加えながら長時間処理を行い、冷却時は内部応力が残らないようゆっくりと徐冷される。この様にして作製されて屈曲点が形成された多数のガラス線材に対して、外観検査、寸法測定を行い、良品のみを選別して、１回以上屈曲された屈曲部を有する線状絶縁部材のスペーサ部材として用いる。ここでは、加熱延伸法による絶縁スペーサの製造方法を説明したが、ガラスモールドやケミカルエッチング等の加工方法も可能である。以上の様にガラス母材を加熱延伸して形成された線材は、複雑な断面形状をバリ、カケ、キズの極めて少ない状態で実現可能である。

（実施例３）
次に本発明の第３の実施例を図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、加熱延伸法によって形成された本実施例における線状のスペーサ６の断面を表す図である。スペーサ６の両側面には凸部１７と凹部１８が１個以上形成されている。大きなアスペクト比を有し電界と垂直方向に連続した凹凸部の沿面は、耐電圧が大きく向上することが知られている。また、切削加工法ではなく加熱延伸法によって形成されていることにより、沿面放電耐圧を低下させる要因であるバリ、キズ、カケ等が極めて少ない状態で上記連続した凹凸構造を実現できる。よって本実施例におけるスペーサ６には、上記実施例よりも更に高い沿面放電耐圧性能を付与することができる。つまり、以上の様な構成とすることにより、沿面形状を電界と垂直方向に連なった適切な凹凸断面形状とし、電極間の沿面距離を延ばして電子雪崩を抑制できるため、放電耐圧を向上させることができる。沿面の帯電の進行を抑制し安定化させることは、静電レンズを通過する荷電粒子線の軌道を所望のものに安定させることができる。

沿面放電耐圧性能について更に説明する。真空中での沿面放電の研究から、絶縁体の沿面放電は、陰極側電極との三重点（トリプルジャンクション）からの電界電子放出、電子衝突による沿面上での正帯電の進行、その結果としての電子雪崩によって説明されている。スペーサ部材において陰極との接点付近にバリ、カケ、キズなどがあると、三重点（トリプルジャンクション）の局所電界が強調され、この部分の放電耐圧を大きく低下させることが知られている。本実施例におけるスペーサ６はこうしたバルク絶縁耐圧と沿面絶縁耐圧に関する問題点を解消している。これに比較して、テフロン（登録商標）などの高絶縁性の樹脂をスペーサに用いる場合は、樹脂自体の剛性が十分ではなく、高精度の変形抑制には不向きな場合もある。また、絶縁セラミックス等を用いようとすると精密加工が容易でない場合が多く、沿面形状を複雑かつ精密に制御することは容易とは言えない。さらに、高電圧が印加される電極間を隔てる絶縁スペーサとして貫通孔の開いたガラス基板を用いられることがある。しかしながら、ガラス基板に貫通孔を形成した構造において、孔の内壁面を沿面放電耐圧が大きな滑らかな凹凸形状に加工することは容易ではなかった。また、沿面のカケ、キズ、バリ等は沿面放電のトリガーとなるので極力低減する必要があるが、機械切削加工のみにより滑らかな表面状態を実現することは容易とは言えなかった。

本実施例におけるスペーサ６の寸法例を以下に示す。
凸部１７の位置における最大幅は２００μｍ、凹部１８の位置における最小幅は１４０μｍ、隣接する凸部１７間の平均距離は３０μｍ、電極面と垂直な方向の高さは６００μｍ である。ここに示した寸法は一例であり、スペーサ６の断面の形状は母材の加工形状を制御することによって、加熱延伸法に適する形状の範囲内で自由に設計することができる。本実施例では、電極２、４、８の構成、スペーサ６の屈曲の仕様、配置位置等は実施例２と同じとした。以上の様に、線状絶縁部材のスペーサの断面形状を電界と垂直方向に連なった凹凸形状（電界と垂直方向に凹凸部を有する）とすることによって、スペーサの沿面放電耐圧を大きく高めることができる。

（実施例４）
次に本発明の第４の実施例を図４を用いて説明する。通常、静電レンズは、荷電粒子ビームが通過する貫通孔を有する３枚の電極２、４、８を、各電極の貫通孔同士をアライメントして重ねた状態で構成される。多くの場合、３枚の電極のうち中間電極には負の高電圧が印加され、上下の電極はグランド電位となっている。電圧を印加した状態において、対向する電極２と電極４、電極２と電極８の間には静電引力が働くが、電極４と電極８は同電位であるため電極４と電極８の間には静電引力は働かない。したがって、静電引力に対抗するためだけの目的ならば電極２と電極４の間に設置されるスペーサ６と電極２と電極８の間に設置されるスペーサ６は、必ずしも、電極基板のＸＹ座標で一致した位置に配置される必要はない。実際、実施例１などでは、電極間に設置されるそれぞれのスペーサは、電極基板のＸＹ座標で同じ位置に配置されてはいなかった。

しかしながら、静電レンズの製造過程において電極の初期反り量が大きい場合、接合時に３つの電極２、４、８とスペーサ６を積層した状態で圧縮力を印加する必要がある場合がある。この時は電極４と電極８の間にも大きな圧縮力が加わるため、スペーサ６は図４（Ａ）の断面図に示すように同一のＺ軸上にあることが好ましい。つまり、電極を３層以上重ねた構造の静電レンズにおいて、電極の層が薄い場合、光軸方向から見た各層間でのスペーサ配置位置が違っていると、電極の層の両側の同じ位置に支えが無いため撓みが生ずる可能性が出てくる。よって、図４（Ｂ）、（Ｃ）（図４（Ａ）は、図４（Ｂ）、（Ｃ）における破線Ａ−Ａ’での断面図）に示すように屈曲したスペーサ６は、電極２と電極８上のＸＹ座標で同じ位置に設置するような構成とした。この様な構成とすることにより、３層以上の電極が積層された静電レンズアレイを製造する工程において、上下から圧縮力を加えるプロセスを用いることができるようになる。また、スペーサにより、各層の電極間の間隔をより正確に規定できるようになる。なお、本実施例ではスペーサ６は実施例３と同じものとした。

（実施例５）
本発明の第５の実施例を図５（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における破線Ａ−Ａ’での断面図である。ガラスの線状部材に曲げ加工を施す場合、一般に、屈曲させる方向について厚みが薄い程、加工が容易になる。特に、ガラス線材の断面形状が凹凸状に加工されている場合は、屈曲部の屈曲点における断面形状の変化をできるだけ小さくする必要があり、屈曲方向の厚みをより薄くすることが有効である。しかし、線材をスペーサとして用いる場合、厚さが薄くなると電極面との接触面積が小さくなるため、電極上のより小さな面積に応力が集中してしまうことが問題となる場合がある。また、厚さが減少した分、スペーサ自体の強度が低下してしまうことも懸念される。本実施例は、こうした懸念を解消するために、隣接する２つの貫通孔群の間に設置されるスペーサを２本以上並行して配置することにより応力を分散した構成とした。

図５（Ａ）の平面図、図５（Ｂ）の断面図に示すように、隣接する貫通孔群３の間には、２列にスペーサ１０、１１が設置されている。本実施例においては、並行して配置するスペーサを２列としたが、必要に応じて３列以上配置することも可能である。本実施例により、スペーサの厚みの薄化により屈曲部の断面形状の変形を低減することができる。また薄化によって低下した強度を、スペーサを並行配置することで応力分散して補うことができる。さらに、曲げ加工しやすい薄いスペーサ部材を用いることができ、より安定した間隔規定が可能となる。

本実施例における主要構成部材の寸法の一例を示す。スペーサ１０、１１の厚さは１００μｍ、スペーサ１０とスペーサ１１の間隔は１ｍｍとした。電極２、４、８と貫通孔群３、５、９の配置などは上記実施例２などと同様の構成とした。

（実施例６）
次に図６（Ａ）を用いて本発明の第６の実施例を説明する。本実施例は、電極間にあって屈曲部の屈曲点を有する複数本のスペーサにおいて、隣接するスペーサ１２とスペーサ１３の屈曲点同士を接触させ、接触点１４を有するように配置した構成を備える。この様に、隣接するスペーサ同士を互いに屈曲点で接触させて配置することにより、スペーサを挟んで対向した電極２、４のＸＹ方向における撓みに対する強度を高めることができる。本実施例の構成は、線材であるスペーサを屈曲させる際の曲率半径を変えるだけで実現することができ、他の構成要素は全て上記実施例のものと同一のまま実現可能である。こうしたＸＹ方向でも強固にスペーサ同士が固定されたわみ変形に対してより強固な構造は、上記実施例３、５にも適用可能である。

（実施例７）
図６（Ｂ）を用いて本発明の第７の実施例を説明する。本実施例では、スペーサ１５の屈曲の方式を、一回の屈曲（平均９０°）毎に屈曲方向を反転させるのではなく、２回連続して同方向へ屈曲（平均１８０°）させた後に屈曲方向を反転させる方式としたものである。このような屈曲方式とすることにより、図６（Ｂ）に示すように貫通孔群３からなる静電レンズアレイに対するスペーサ１５の位置関係を上記実施例と異なる状態にすることができる。また、本実施例によれば、全てのスペーサ１５の電極２の外側への取り出し方向を一方向にすることが可能となる。本実施例の構成は、線材であるスペーサを屈曲させる際に屈曲の仕様を変えるだけで実現することができ、他の構成要素は全て上記実施例のものと同一のまま実現可能である。上記実施例６の構成は本実施例にも適用可能である。

（実施例８）
次に図７（Ａ）を用いて本発明の第８の実施例を説明する。本実施例においては、各スペーサの端部が電極の外側へ配置されている。本実施例は、各スペーサ１の端部を電極の外形よりも大きな枠部材１６によって一括して固定する構成としたものである。このような構成とすることにより、複数本のスペーサ１を一括して取り扱うことができ、電極上への設置などを精確かつ容易に効率良く行うことができる。また、枠部材１６として平面度の高いものを用いることにより、高精度に静電レンズを作製することができる。本実施例の電極、スペーサの構成は上記実施例のどの構成に対しても適用することができる。

（実施例９）
図７（Ｂ）を用いて本発明の第９の実施例を説明する。本実施例においては、スペーサ１の屈曲部及び端部が電極の外側すなわち電極間の空間の外側に配置されている。スペーサ１の直線状に伸びた部分は、電極間の空間に配置して貫通孔群３間を通している。この様に、上記実施例１と同様に比較的単純な屈曲態様のスペーサを用いて、静電レンズアレイ内の個々の貫通孔群３の近傍周囲において複数の個所を通過させることができる。ここでは、１本のスペーサ１を配置しているが、上記実施例と同様に、複数本のスペーサを配置することもできる。

（実施例１０）
図８を用いて、本発明の実施例１０を説明する。本実施例は、複数の荷電粒子線を用いた荷電粒子線露光装置である。図８は、本実施例に係わるマルチ荷電粒子ビーム露光装置の構成を示す図である。本実施例は個別に投影系をもつ所謂マルチカラム式である。荷電粒子源である電子源１０８からアノード電極１０９、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。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。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アインツェル型の静電レンズである。

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１１３、１１４は、コリメータレンズ１１５によって平行ビーム１１６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、収束レンズアレイ１１９によって個別に収束され、ブランカーアレイ１２２上に結像される。アパーチャアレイ１１７と収束レンズアレイ１１９とブランカーアレイ１２２を符号１５０で示す。ここで、収束レンズアレイ１１９は３枚の多孔（複数の開口を持つ）電極からなる静電レンズで、レンズ制御回路１０５で制御され、３枚の電極のうち中間の電極に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。本発明の静電レンズで用いるスペーサは、これら３枚の電極間の間隔を規定するスペーサに対して適応した。

アパーチャアレイ１１７は、NA（収束半角）を規定する役割も持たせるため、収束レンズアレイ１１９の瞳面位置（収束レンズアレイの前側焦点面位置）に置かれている。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１０６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。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（下流側）にあるストップアパーチャアレイ１２３によって遮断され、ビームがoffの状態となる。複数のアライナー１２０は、アライナー制御回路１０７で制御されて、電子ビームの入射角度と入射位置を調整する。また、コントローラー１０１は全体の回路を制御する。

本実施形態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、第二ブランカーアレイ１２７及び第二ストップアパーチャアレイ１２８が後段に配置されている。ブランカーアレイ１２２を通ったマルチ電子ビームは第二収束レンズアレイ１２６によって第二ブランカーアレイ１２７上に結像される。さらにマルチ電子ビームは第三、第四収束レンズ１３０、１３２によって収束されてウエハ１３３上に結像される。ここで、第二収束レンズアレイ１２６、第三収束レンズアレイ１３０、第四収束レンズアレイ１３２は収束レンズアレイ１１９同様に、アインツェル型の静電レンズアレイである。

特に第四収束レンズアレイ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２μｍ）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。ウエハ１３３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。

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させられる。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でY方向に偏向され、かつブランカーアレイ１２２及び第二ブランカーアレイ１２７で描画パターンに応じてビームのon/offが個別になされる。ビーム１２４はonのビームを示し、ビーム１２５、１２９はoffのビームを示す。これにより、ウエハ１３３面上に所望のパターンを高速に短い描画時間で描画することができる。

以上に説明した様に、本実施例の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子源と、荷電粒子源から放射される荷電粒子線を照射する照射荷電粒子光学系と、照射荷電粒子光学系からの荷電粒子線が照射される、１以上の開口を備えた基板を備える。そして、基板の複数の開口からの荷電粒子線を個別に偏向してブランキングを制御する１以上の偏向器と、基板の荷電粒子線の下流側の少なくとも１個所に設けられた本発明による静電レンズと、を有する。こうした構成により、静電レンズの電極間の間隔を高精度且つ安定的に保持して高精度な描画を可能としている。

１、６、７、１０、１１、１２、１３、１５・・スペーサ（線状の絶縁部材）、２、４、８・・電極、３、５、９・・貫通孔群（複数の貫通孔の組）

Claims (10)

1. 複数の電極が互いに間隔を隔てて対向して積層された構造の静電型の荷電粒子線レンズであって、
   前記各電極の間には、荷電粒子線が通過するための複数の貫通孔の組が少なくとも一組形成され、
   前記各対向電極間にはスペーサとして少なくとも１本の線状の絶縁部材が配置され、
   前記線状の絶縁部材は、前記電極の面と平行方向に１回以上屈曲する屈曲部を有することを特徴とする荷電粒子線レンズ。
2. 前記線状の絶縁部材は、少なくとも、前記複数の貫通孔の組の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線レンズ。
3. 前記線状の絶縁部材の屈曲部が、各対向電極間の空間内に配置されている請求項１または２に記載の荷電粒子線レンズ。
4. 前記線状の絶縁部材の端部が、各対向電極間の空間の外側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
5. 前記線状の絶縁部材は、各対向電極間の電界の方向と垂直な方向に凹凸部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
6. 各対向電極間の複数の前記線状の絶縁部材の配置位置が、当該静電レンズの光軸の方向から見て一致していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
7. 各対向電極間の前記線状の絶縁部材は、２本以上が並行して配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
8. 各対向電極間に複数本の前記線状の絶縁部材が配置され、各対向電極間の空間において隣接した位置に配置された各線状の絶縁部材に設けられた屈曲部の屈曲点同士が、互いに接触していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
9. 前記線状の絶縁部材は、ガラス母材を加熱延伸して形成された線状部材であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
10. 荷電粒子源と、
    前記荷電粒子源から放射される荷電粒子線を照射する照射荷電粒子光学系と、
    前記照射荷電粒子光学系からの荷電粒子線が照射される、１以上の開口を備えた基板と、
    前記基板の複数の開口からの荷電粒子線を個別に偏向してブランキングを制御する１以上の偏向器と、
    前記基板の荷電粒子線の下流側の少なくとも１個所に設けられた請求項１から９のいずれれか１項に記載の荷電粒子線レンズと、
    を有することを特徴とする荷電粒子線露光装置。

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