JP2013102060A - 荷電粒子光学系、及びそれを用いた描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変形が生じる部材からの所定方向の応力の静電偏向器の電極支持部などへの伝達を抑制し、複数の荷電粒子ビームの偏向ばらつき等を低減することができる荷電粒子光学系を提供する。
【解決手段】荷電粒子光学系は、熱による変形が生じる可能性がある第１の部材１１２と、第１の部材を通過した荷電粒子ビーム１を偏向する静電偏向器１１３と、を含む。静電偏向器は、第１の部材に固定された固定部７を介して第１の部材と組み立てられ、静電偏向器は、電極支持部５と、電極支持部に支持される第一の電極と２第二の電極３を有する。第一及び第二の電極間には、第１の部材を通過した荷電粒子ビーム１を偏向するための電界を発生させるギャップ１１が形成されている。電極支持部５は、第１の部材１１２からの電界方向の変形応力の固定部７を介する電極支持部５への伝達が低減されるように、固定部７に取り付けられている。
【選択図】 図１

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技術分野に属し、特に露光装置などに用いられる荷電粒子光学系、及びそれを用いた描画装置に関する。

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露光を可能とするリソグラフィの有力候補である。こうした露光装置では、電子ビームの光学特性を制御するための電子光学素子が用いられる。このような電子光学素子の中で、電子ビームを偏向する偏向器は、電子ビームを所望の領域で走査し描画を行う素子である。特許文献１には、複数の電子ビームを電界により同時に偏向する静電偏向器が開示され、この偏向器では、２つの電極が、ギャップを隔てて噛み合った細長い櫛歯構造を有しており、櫛歯構造のギャップに生じた電界によってビーム列の偏向を行う。

国際公開WO2010/125526

一般に、電界により偏向を行う静電偏向器では、偏向を行う電界が発生する電極間ギャップの製造誤差に対する偏向感度の変化が大きい。偏向感度が変化してしまうと、電子ビームの走査振幅や、レンズと組み合わせて平行走査を行う場合の電子ビームの平行度が劣化してしまうことがある。特に、複数本の電子ビームを同時に偏向する静電偏向器では、偏向器内の電極間ギャップに分布（不均一性）が生じると、個別に複数本の電子ビームの偏向量を補正することが容易ではなくなる。従って、電極間ギャップの分布を低減することが重要な課題となる。

上記課題に鑑み、本発明の荷電粒子光学系は、荷電粒子ビームを選択的に通過させる第１の部材（ストップアパーチャアレイ、ビーム形成部材など）と、第１の部材を通過した荷電粒子ビームの進行を制御するための第２の部材（ストップアパーチャアレイ、静電レンズ、荷電粒子ビームを偏向するための静電偏向器など）と、を含む荷電粒子光学系である。そして、第２の部材は、第１の部材に固定された固定部を介して第１の部材と組み立てられ、第１の部材からの変形応力の固定部を介する第２の部材への伝達が低減されるように、第２の部材の一部が固定部に取り付けられている。前記第２の部材が、荷電粒子ビームを偏向するための静電偏向器であり、静電偏向器が、電極支持部と、電極支持部に支持される第一の電極と第二の電極と、を有する構成では、第一及び第二の電極間には、荷電粒子ビームを偏向するための電界を発生させるギャップが形成され、電極支持部は、前記第１の部材からの前記電界の方向の変形応力の固定部を介する前記電極支持部への伝達が低減されるように、固定部に取り付けられる。

また、上記課題に鑑み、本発明の荷電粒子描画装置は、前記荷電粒子光学系を用いた荷電粒子描画装置である。前記荷電粒子光学系は、描画パターンに応じて前記複数の荷電粒子ビームを偏向するブランカーアレイを有する。そして、前記第１の部材は、前記ブランカーアレイにより偏向された前記荷電粒子ビームを遮断し、前記ブランカーアレイにより偏向されない前記荷電粒子ビームの少なくとも一部を通過させるための開口を有するストップアパーチャアレイである。

本発明によれば、荷電粒子ビームを偏向する静電偏向器の電極支持部などの第２の部材の一部が上記の如く固定部に取り付けられるので、偏向器内の電極間ギャップの分布、光学系が利用されている間のギャップ変化などを低減することができる。荷電粒子描画装置などの装置において、複数の要素を組み立てて一体化したり、配置距離を近くしたりすることは、光学系などのスペース効率の向上、組み立て精度の向上、アライメント精度の向上などに寄与して、偏向誤差の低減などによる高性能化をもたらす。しかし、反面、荷電粒子を受けるストップアパーチャアレイ等の部材の発熱による変形応力が、近接する部材に伝達してこれを不均一に変形させるという様な問題を引き起こすことがある。本発明によれば、こうした問題を抑制して、構成の小型化と高い性能の維持とを両立させるという様な効果をもたらすことも可能である。

本発明の荷電粒子光学系の実施例１の静電偏向器を示す図。 本発明の描画装置の実施例の構成を説明する図。 本発明の荷電粒子光学系の静電偏向器の電極構造例を示す図。 従来技術の第１の部材と静電偏向器の関係を説明する図。 従来技術の静電偏向器と本発明の静電偏向器例を比較して示す図。 本発明の荷電粒子光学系の実施例２を説明する図。 本発明の荷電粒子光学系の実施例３及び４の静電偏向器を示す図。 本発明の荷電粒子光学系の実施例５の静電偏向器を示す図。 本発明の荷電粒子光学系の実施例６の静電偏向器を示す図。 偏向誤差とシフト誤差を説明する図。

本発明の特徴は、荷電粒子光学系において、第２の部材が、ストップアパーチャアレイ等の第１の部材からの変形応力の固定部を介する第２の部材への伝達が低減されるように、固定部に取り付けられていることである。第２の部材の固定部への取り付けられ方としては、例えば、第２の部材と固定部との間に、前記変形応力の伝達が低減されるようにする応力抑制構造を設ける手法、固定部により第２の部材を第１の部材に対して片持ち梁構造となるように固定する手法などがある。荷電粒子ビーム（荷電粒子線ともいう）を選択的に通過させる（選択的に遮蔽する場合も含む）第１の部材としては、ストップアパーチャアレイ、ビーム形成部材などがあり、第１の部材を通過した荷電粒子ビームの進行を制御するための第２の部材としては、ストップアパーチャアレイ、静電レンズ、荷電粒子ビームを偏向するための静電偏向器などがある。組み合わせとしては、第１の部材がストップアパーチャアレイである場合、第２の部材は、他のストップアパーチャアレイ、または、静電レンズ、または、静電偏向器とすることができる。また、第１の部材がビーム形成部材（後述のアパーチャアレイ１０９参照）である場合、第２の部材は、静電レンズ、または、静電偏向器とすることができる。以下の実施形態や実施例では、主に、ストップアパーチャアレイと静電偏向器の組み合わせで説明するが、第２の部材の固定部への取り付けられ方は基本的に同じである。例えば、第２の部材が、少なくとも１つの貫通孔を夫々有する複数の電極と、電極間に設けられて該電極間の間隔を規定する絶縁スペーサを有する静電レンズである場合、静電レンズの１つの電極が、第１の部材からの変形応力の固定部を介する静電レンズの１つの電極への伝達が低減されるように、固定部に取り付けられる。

以下、各種の実施形態を説明する。本発明の荷電粒子光学系の一実施形態は、複数の荷電粒子ビームを生成する光源と、その複数の荷電粒子ビームを偏向する第２の部材である静電偏向器を有している。また、本実施形態の光学系は、利用中に発熱し変形が生じる可能性がある第１の部材であるストップアパーチャアレイを含んでおり、第１の部材と静電偏向器は固定され組み立てられてユニットを構成している。静電偏向器は、ストップアパーチャアレイに固定部を介して固定される電極支持部を有している。電極支持部には、第一の電極、第二の電極が配されている。第一及び第二の電極は、複数の荷電粒子ビームを偏向するための電界を発生させるギャップを有して構成される。そして、第一及び第二の電極間に電位差を発生させることにより、発生した電界に応じて、ギャップを通過する荷電粒子ビームを偏向できる。本実施形態の静電偏向器は、ユニットを構成するストップアパーチャアレイに変形が生じても、例えば、固定部を通じて所定方向の変形応力が電極支持部へ伝達するのを防止する応力抑制構造を有する。この応力抑制構造は、偏向電界方向への変形に対応する応力の伝達を抑制するもので、第一及び第二の電極間のギャップに分布が生じるのを低減することができる。ギャップの分布が低減されると偏向電界強度の分布が低減されるため、複数の荷電粒子ビームの偏向ばらつきを低減することができる。特に、近接して多数の荷電粒子ビームを配列すると、個別に偏向量を補正するのが困難となる。そのため、このように偏向量のばらつきを低減することが望ましい。また、応力抑制構造を有することにより、変形の大きな部材とユニットを構成しても偏向量のばらつきを低減することができる。これにより、光学系における配置の自由度を増すことができる。

また、荷電粒子光学系は、同一方向へ偏向する電界を発生する静電偏向器を複数有し（例えば２つ有し）、荷電粒子ビームが順次通過するように夫々の偏向器を配置した構成とすることができる。２つの静電偏向器を用いることにより、荷電粒子ビームの並進量と角度の両方を任意に変化させる偏向が可能となる。そして、或る任意の一点を偏向中心として角度だけを変化させるような偏向を実現することができる。このとき、各静電偏向器において、ユニットへ固定される固定部が、第一及び第二の電極の領域から見て偏向電界方向について同一側に配置されている。固定部をこのように、２つの静電偏向器で同一側に形成しておけば、電極支持部内の温度分布や熱変形について２つの静電偏向器間での差を低減できる。そのため、電極間ギャップの分布も同一傾向となるため、荷電粒子ビームの各偏向器における偏向量の比をほぼ一定に保つことができる。従って、上記のように或る任意の一点を偏向中心として角度だけを変化させる偏向を行わせる場合、偏向中心の位置のずれを低減することができる。

また、荷電粒子光学系は、静電偏向器が有する応力抑制構造として、固定部と電極支持部とを分離するスリットを用いることができる。このスリットは、静電偏向器の電極支持部への偏向電界方向の応力の伝達を低減するように設けられている。具体的には、電極支持部が、固定部を片端固定点として、偏向電界方向に片持ち梁構造となるように、スリットを配することができる。片持ち梁構造により、電極支持部には、固定部からの変形応力の伝達が低減される。そして、同一ユニット内の第１の部材に大きな変形が生じてもその影響を殆ど受けない。特に変形が複雑な分布を有する場合でも、電極支持部へその変形分布が伝達するのを抑えることが可能となる。また、スリットにより、静電偏向器の外部から熱が伝達するのを低減することができる。そのため、電極支持部自体が外部からの熱で変形するのを低減することができる。また、静電偏向器の第一及び第二の電極の発熱により変形が生じる場合でも、電極間ギャップの熱変形による分布は片持ち梁の長手方向に沿った単純な形となる。そのため、偏向のために印加する電圧の調整やビーム偏向に伴って描画する描画データの補正を容易に行うことが可能となる。

スリットの別の配置として、電極支持部が第一及び第二の電極を挟んで一対の架橋部で固定部に固定されるようにできる。この場合、実質的に、一対の架橋部を結んだ線分から偏向電界方向に両側に伸びる（延在する）２個の片持ち梁構造となる。この線分は電極支持部の電界方向の長さ寸法のほぼ中央部に位置させることができる。従って、実質的な２個の片持ち梁構造もこの方向に夫々ほぼ同じ長さを有することができる。２個の片持ち梁構造とすることにより、個々の片持ち梁構造は全体の電極支持部の大きさに対して、例えば半分とできる。そのため、熱による変形が生じても、電極支持部の変形量を半分等にすることができる。こうして、電極間ギャップの位置のずれの最大量をさらに低減することができる。また、片持ち梁構造自体の剛性が高くなるため、電極支持部が自重により変形するのをさらに確実に低減することができる。

また、荷電粒子光学系は、応力抑制構造として、偏向電界方向に弾性を有するバネを用いることができる。この場合、電極支持部は、固定部へ少なくとも１箇所でこのようなバネで弾性支持される。第１の部材の変形などにより固定部に大きな変形が生じても、バネ定数に応じた変形応力しか電極支持部に伝達されないため、電極間ギャップの変形を低減することができる。更に、バネは偏向電界方向以外の方向へは剛性を有しているため、電極支持部の自重による変形や反りによる変形も同時に低減することが可能となる。また、意図しない衝撃が加わっても電極支持部が破損ないし変形するのを防ぐことができる。

また、荷電粒子光学系は、電極間ギャップに偏向電界を発生させるため、第一及び第二の電極を電源に接続し、その電源を制御する制御部を有する構成とすることができる。この制御部は、電極間ギャップの寸法の変化に対応して、偏向電界の強度が一定となるように電源の電位を制御する制御部とすることができる。これにより、荷電粒子ビームの偏向を安定化できる。

また、本発明の荷電粒子光学系を用いて、描画パターンに応じて荷電粒子により描画を行う描画装置を構成することができる。ここでは、荷電粒子光学系は、複数の荷電粒子ビームを描画パターンに応じて偏向するブランカーアレイを有している。そして、ブランカーアレイにより偏向された荷電粒子ビームを遮断し、偏向されないビームを通過させる開口を有するストップアパーチャアレイがブランカーの後段に配置される。このストップアパーチャアレイは、荷電粒子ビームを選択的に遮断するため、発熱し変形する第１の部材となる。特に、描画パターンに応じて発熱箇所と発熱量が変化する。従って、ストップアパーチャアレイ内で変形分布は一定ではなく、描画パターンに応じて推移してしまう。本発明における第２の部材である静電偏向器は、ストップアパーチャアレイの変形応力を低減する応力抑制構造などの手段を有している。そのため、静電偏向器と第１の部材とを近接して設置しても、複数の荷電粒子ビームの偏向量のばらつきを低減して描画を行うことが可能となる。そして、光学系全体のサイズを小型化できる。また、ストップアパーチャアレイでビーム径が小さくなるように光学系を構成した場合、ストップアパーチャアレイに静電偏向器を近接して設置できれば静電偏向器の電極間ギャップも小さくすることができる。そのため、静電偏向器に印加する電圧を低電圧化することができる。更に、電極間ギャップが小さくできると、電極間ギャップを配置するピッチを小さくして高密度な荷電粒子ビームアレイを同時に偏向する静電偏向器を構成することが可能となる。

また、荷電粒子光学系は、第１の部材からの偏向電界方向への変形応力の伝達を低減するように静電偏向器を固定部を介して第１の部材へ固定する構成とできる。こうした構成では、静電偏向器に特別な構造を設けずに電極間ギャップの変形を低減できる。そのため、静電偏向器の構造を簡略化することができる。例えば、固定部を介して第１の部材に対して電極支持部を偏向電界方向へ片持ち梁構造となるように固定することができる。片持ち梁構造により、電極支持部への、固定部を介する第１の部材からの変形応力の伝達が低減される。こうして、同一ユニット内の第１の部材に大きな変形が生じてもその影響を殆ど受けない。特に、第１の部材が複雑な変形分布を有する場合でも電極支持部へその変形分布が伝達するのを抑えることが可能となる。また、固定箇所が一か所になるため、静電偏向器の外部から熱が伝達するのを低減できる。そのため、電極支持部自体が外部からの熱で変形するのを低減することができる。

また、別の固定の構成として、静電偏向器の偏向電界方向について、電極支持部の両端が夫々固定部により第１の部材に対して固定された構成とすることもできる。特に、電界方向の弾性率が、両端固定部のいずれか一方が他方よりも低くなっている構成とできる。弾性率が低い固定部は実質的にバネとして電極支持部を偏向電界方向へ弾性支持することとなる。そのため、固定部に大きな変形が生じても、実質的なバネ定数に応じた変形応力しか電極支持部に伝達されないため、電極間ギャップの変形を低減することができる。更に、偏向電界方向以外の方向へは固定されているため、電極支持部の自重による変形や反りによる変形も同時に低減することが可能となる。また、意図しない衝撃が加わっても電極支持部が破損ないし変形するのを防ぐことができる。

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。
（実施例１）
図を用いて本発明の実施例１を説明する。図２は、本発明の荷電粒子光学系を用いた荷電粒子描画装置の構成を示す。ここでは、荷電粒子が電子である場合を説明する。電子源１０７から放射電子ビームが射出され、コリメータレンズ１０８によって平行ビームとなり、アパーチャアレイ１０９へと照射される。アパーチャアレイ１０９によって分割された複数の電子ビームは、レンズ制御回路１０５で制御される集束レンズアレイ１１０によって個別に集束され、ブランカーアレイ１１１上に結像される。ブランカーアレイ１１１は個別の偏向電極を持ったデバイスである。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１１１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１１１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１１１によって偏向されたマルチ電子ビームは、後段にある第１の部材であるストップアパーチャアレイ１１２によって選択的に遮断されたり通されたりする。こうして、ビームがＯＦＦまたはＯＮの状態となる。ストップアパーチャアレイ１１２を通過した電子ビームは、静電偏向器１１３により偏向される。偏向器１１３は対向電極によって形成されており、ここでは、偏向方向について２段の偏向を行うため２つの静電偏向器が配置されている。これらの静電偏向器１１３は偏向器制御回路１０４の信号に従って駆動される。最後に、対物レンズアレイ１１４により複数の電子ビームは、縮小されてウエハ１１５上に結像される。パターン描画中は、ウエハ１１５はステージ１１６によって連続的に移動する。そして、ブランカーアレイ１１１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１１５面上に所望のパターンを高速に描画することができる。コントローラ１０１は全体の回路を制御する。

本実施例では、図２の破線Ｃで示したストップアパーチャアレイ１１２と静電偏向器１１３はユニットとして組み立てられて構成されている。ただし、ここでは２つの静電偏向器を用いているので、破線Ｃでは囲っていないが、下段の静電偏向器もユニットに組み込まれている。図１、図３に本実施例の静電偏向器１１３を示す。図１（ａ）は静電偏向器の上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図、図３は、図１の破線ａで囲んだ箇所の拡大図である。静電偏向器１１３は、図１に示す通り、電極支持部５の上に第一の電極２、第二の電極３を有している。そして、電極支持部５は、固定部７に支持されている。また、応力抑制構造として、図示のようにスリット６が設けられている。スリット６は、電極支持部５が、固定部７を片端固定箇所とした片持ち梁構造となるように構成されている。この片持ち梁構造は、後述するように電子ビームを偏向する電界の向きＸ方向に形成されている。

第一の電極２、第二の電極３は夫々が図示のように細長い櫛歯電極４を複数本有している。そして、互いに噛み合うように対向して配置されている。第一の電極２、第二の電極３は給電パッド８Ａ、８Ｂを有しており、これらを図示しない電源へ接続することにより夫々の電位を設定することができる。電極支持部５や固定部７は第一及び第二の電極とは別の電位を規定できるように構成されており、そのための給電パッド８Ｃを有している。第一の電極２の櫛歯電極４と第二の電極３の櫛歯電極４の間のギャップを、図１（ａ）の黒丸で示すように複数の電子ビーム１が紙面の法線方向に通過している。ここで、電子ビームは、第一の電極２と第二の電極３の櫛歯電極４が形成するギャップに沿ってＹ方向へ配列している。

電子ビームは、ギャップに発生する電界によってＸ方向へ偏向される。このことを図３で説明する。図３は、第一の電極２に負、第二の電極３に正の電位を印加した場合の電極とギャップに生じる電界の向きを説明する図である。図３（ａ）に示すように、第一及び第二の電極の櫛歯電極はギャップ１１を構成している。ギャップ１１にはＸ方向に電界が発生する。１つのギャップ１１を４本の電子ビーム１が通過する。夫々のギャップ１１には図３（ｂ）に示すように同一方向の電界が生じている。そして、図示の８本全ての電子ビームについて図３（ｂ）の破線ｂに示すように偏向を行うことができる。つまり、櫛歯の噛み合いで生じる隙間について、電子ビームに作用する電界の向きが同一となるように、１個おきの隙間に電子ビームを通過させることとしている。このようにして電子ビームを通過させ偏向を行う隙間を特にギャップ１１と定義する。

図１に示すように、本実施例の電極支持部５は、スリット６を形成することにより、偏向を行う電界Ｘ方向について片持ち梁構造となっている。次に、図４、図５を用いてスリット６による変形応力低減の効果について説明する。まず、図４を用いて、ストップアパーチャアレイ１１２に変形応力分布が生じる状況を説明する。図４は、図２の破線ｃで示したストップアパーチャアレイ１１２と静電偏向器１１３のユニットについて説明する図である。図４（ａ）は、ユニットをストップアパーチャアレイ１１２側から見た上面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。今、説明のため、図４（ｂ）に示すように、ストップアパーチャアレイ１１２によって電子ビーム１が３本通過し、２本が遮断されている場合を考える。どの電子ビームが通過または遮断されるかは描画パターンにより変化する。遮断により発熱が生じるので、破線ｄで示すように遮断されるビーム１が多い箇所の温度が高くなる傾向が生じる。このように温度が高い箇所は、そうでない箇所と比べ大きな伸びが生じる。従って、変形応力には、矢印ｅ、矢印ｆの大きさで示すように分布が生じることとなる。図４（ｂ）に示すように静電偏向器１１３の固定部はストップアパーチャアレイ１１２に接着面９を介して固定されている。

次に図５（ａ）、（ｂ）を用いて、静電偏向器１１３にストップアパーチャアレイ１１２の変形応力がどのように伝達されるかを説明する。図５（ａ）は従来技術の場合、（ｂ）は本実施例の静電偏向器の場合を示した。図５（ａ）に示す従来技術の静電偏向器では、破線ｇと破線ｈで囲まれた領域が図４（ｂ）に示した接着面９である。図４（ａ）に示した変形応力ｅ、ｆは、静電偏向器へ、まず接着面９を介して、矢印ｅ１、ｆ１、ｅ３、ｆ３のように伝達される。これらの変形応力は、同一チップ上に配置されている第一の電極２、第二の電極３にも矢印ｅ２、ｆ２の通り伝達される。つまり、ストップアパーチャアレイ１１２の変形応力が伝達されるばかりか、変形応力に分布が生じている場合もそのまま伝達される。従って、第一及び第二の電極２、３のギャップもこの方向に伸縮することとなる。このような状況では、複数の電子ビーム１は、通過するギャップ毎に偏向ばらつきが発生することとなる。

一方、図５（ｂ）に示した本実施例の静電偏向器は、応力抑制構造としてのスリット６を有している。固定部７は破線ｇで囲まれた領域が図４（ｂ）で示した接着面９となっている。従って、ストップアパーチャアレイ１１２の変形応力は、接着面９を介して矢印ｅ１、ｆ１、ｅ３、ｆ３のように固定部７へ伝達される。しかし、応力抑制構造６（スリット）により電極支持部５へ変形応力は殆ど伝達されない。従って、ストップアパーチャアレイ１１２の変形応力によって第一及び第二の電極２、３が形成するギャップが伸縮されるのを防ぐことが可能となる。また、接着面９によって固定部７へストップアパーチャアレイ１１２の熱は伝達される。しかし、応力抑制構造として形成されたスリット６は断熱構造として機能するため、電極支持部５への熱伝達は低減することができる。また、第一の電極２及び第二の電極３が発熱して電極支持部５が変形する場合も、応力抑制構造（スリット）６により、変形方向は片持ち梁構造の長手方向に沿った単純な分布となる。それに伴ってギャップ１１の伸縮も単純な分布となる。そのため、偏向する電圧の調整や偏向に伴って描画する描画データの補正を容易に行うことが可能となる。

次に本実施例の静電偏向器の寸法例を説明する。第一及び第二の電極２、３は、ギャップ１１が３０μｍとなるように対向配置している。夫々の電極に形成されている櫛歯電極４は幅（ギャップ１１が形成されるＸ方向の寸法）が３０μｍ、長さ（幅に直交するＹ方向）が０．５ｍｍである。また厚さは０．１ｍｍである。電子ビーム１はピッチ１５０μｍで配列している。第一及び第二の電極２、３は、電極支持部５の上に、ビーム通過用の孔を持つ絶縁膜を介して配置されており、給電パッド８Ａ、８Ｂに±１０Ｖ程度を印加して複数の電子ビームを同時に偏向する。なお、本構成は、後述のＳＯＩ基板を用いた製造法で作製されたものとして描いているので、上記ビーム通過用の孔を持つ絶縁膜はＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜であって、その様に描かれている。

本実施例の静電偏向器の製造方法を説明する。上記のような寸法オーダの静電偏向器は半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術で製造することができる。まず、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレ−タ）基板をスタート基板として用いる。ＳＯＩ基板の薄膜シリコン層であるデバイス層の厚さを製造する静電偏向器の第一及び第二の電極２、３の厚さ０．１ｍｍとする。この薄膜シリコン層に、リソグラフィによりエッチングマスクを形成しシリコンの深堀ドライエッチングで櫛歯構造を形成する。エッチングはＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜でストップする。その後、ＳＯＩ基板のハンドル層に電子ビームが通過する貫通口をリソグラフィとシリコンの深堀ドライエッチングで形成し、不要な埋め込み酸化膜を除去する。

このようにして、上記寸法例のような微細な構造の静電偏向器を形成することが可能となる。また、第一及び第二の電極を形成する工程と、電子ビームが通過する貫通口を形成する工程で、電極支持部５、応力抑制構造（スリット）６、固定部７を同時に形成することができる。以上のように、製造技術としてＭＥＭＳ技術を適用することで特別な工程を設けないで、応力抑制構造を形成することができる。また、微小な構造を正確に製造可能であるため、密に配列された電子ビームを偏向する偏向器を製造可能となる。

（実施例２）
図６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・効果を有する箇所には同じ記号を付し説明を省略する。本実施例は、静電偏向器１１３を２つ用いて２段の偏向器を構成した点が実施例１とは異なっている。図６（ａ）は、図２の破線ｃのユニットにほぼ対応する本実施例のユニットの構成断面を示す。ストップアパーチャアレイ１１２の下に静電偏向器１１３ａ、１１３ｂの２つの静電偏向器が図示のように組み立てられている。

本実施例では、静電偏向器１１３ａ、１１３ｂは図１に示すように固定部７に対して応力抑制構造６（スリット）によって片持ち梁構造を有している。２つの静電偏向器の片持ち梁構造は固定されている端が図６（ａ）の同一方向にくるように組み立てられている。２段の偏向を行うことにより、任意の一点を中心とした偏向を行うことが可能となる。このような偏向器の動作について次に図６（ｂ）を用いて説明する。

図６（ｂ）は２つの静電偏向器１１３ａ、１１３ｂのギャップ１１（図３参照）とその位置関係を示している。２つの静電偏向器１１３ａ、１１３ｂに図のような光軸Ｏを考える。そして、２段偏向により点Ｐを中心として光軸から角度ＳＡだけ偏向を行うとする。このとき、静電偏向器のギャップ１１の幅を夫々Ｇ１、Ｇ２とする。また、点Ｐと１段目の静電偏向器１１３ａとの距離をＩ１、１段目の静電偏向器の高さをＴ１、静電偏向器１１３ａ、１１３ｂとの距離をＩ２、２段目の静電偏向器１１３ｂの高さをＴ２とする。また、２段の静電偏向器の後段におかれる対物レンズアレイ１１４との距離をＩ３とする。そして、対物レンズアレイの焦点距離Ｆの位置が点Ｐとなるように配置されている。このとき、２つの静電偏向器１１３ａ、１１３ｂのギャップ１１に印加する電位差を適切に選択すれば、図示の実線の矢印のように２回の偏向の結果、点Ｐを中心とした角度ＳＡの偏向と等価な偏向を行うことが可能となる。このような偏向によって、対物レンズアレイ１１４を通過した後の電子ビーム１は、図示のように平行に距離Ｓだけビームシフトが生じる偏向を行うことが可能となる。

図６に示すように電子ビームが通過する方向をＺ方向、ギャップ１１の方向をＸ方向とし、電子ビームの加速電圧をφ、電子ビームの静電偏向器への光軸Ｏからの入射角をθとすると、１つの静電偏向器によって偏向される並進量ｐは次式で表される。
ｐ＝−（Ｔ^２Ｖ／４Ｇφ）・（１／ｃｏｓθ）^２＋Ｔ・ｔａｎθ （１）

ここで静電偏向器の高さをＴ、ギャップ幅をＧ、ギャップ間の電位差をＶとする。そして、偏向を受けない区間で電子ビームは直進することを考慮すれば、図６（ｂ）に示す２段の静電偏向器によって達成される最終的な対物レンズアレイ１１４の位置での並進量と偏向角度は、式１とその傾きを順次適用することで算出することができる。本実施例では２段の静電偏向器構成の寸法値は、次のような値である。Ｆ＝０．５ｍｍ、Ｉ１＝０．１ｍｍ、Ｔ１＝０．１ｍｍ、Ｉ２＝０．１５ｍｍ、Ｔ２＝０．０５ｍｍ、Ｉ３＝０．１ｍｍ、Ｇ１=０．０３ｍｍ、Ｇ２＝０．０３ｍｍ。このとき角度ＳＡを４ｍラジアンとし、距離Ｓが４μｍ（±２μｍ）の偏向を行うためには、静電偏向器１１３ａ、１１３ｂに印加する最大電圧は夫々±１０Ｖ、±８Ｖとなる。

ここで、ギャップ幅Ｇ１、Ｇ２に伸縮が生じた場合の偏向誤差について図１０（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１０（ａ）は、２段の静電偏向器を通過した結果、ギャップ幅Ｇ１、Ｇ２に誤差が生じていたため、射出された電子ビームの並進量と偏向角度の夫々に誤差が生じた場合を示している。矢印ｋは理想的に偏向が行われた場合を示している。矢印ｋでは、偏向中心点Ｐと矢印ｋの位置を結ぶ破線の傾きと矢印ｋの傾きは一致している。従って、２段の偏向の結果により点Ｐを中心とする偏向が行われたのと等価な偏向が実現される。そして、対物レンズアレイ１１４を通過した後に矢印ｍに示すように光軸Ｏに平行なビームが射出される。

一方、矢印ｌはギャップ幅Ｇ１、Ｇ２に誤差が生じた場合を示している。矢印ｌは矢印ｋから位置も傾きも誤差を有している。矢印ｌは、実質的に、偏向中心Ｐの位置がシフト誤差ｊを有して偏向されたと考えることができる。このような場合は、対物レンズアレイ１１４を通過した後、矢印ｎに示すようにビームは光軸Ｏから傾きを有して射出される。そのため、ウエハ１１５にパターンを描画する際、ビームスポットがボケたり、描画位置に誤差が生じてしまうこととなる。

本実施例の構成では、Ｇ１が０．０３ｍｍに対して０．０００１ｍｍの誤差を有するとシフト誤差は３ｎｍとなる。また、Ｇ２については０．０３ｍｍに対して０．０００１ｍｍの誤差を有するとシフト誤差は３ｎｍとなる。ウエハ１１５へのパターン描画が数十ｎｍオーダと微小な場合は、上記のような数ｎｍオーダのシフト誤差の影響は無視できなくなる。そこで、図１０（ｂ）を用いて、本実施例の２つの静電偏向器の片持ち梁構造が固定部に固定されている端が同一方向に来るように組み立てられている効果について説明する。固定されている端を同一方向とし、片持ち梁構造が伸縮する方向を同一とすることができると、ギャップ幅Ｇ１、Ｇ２に誤差が生じてもシフト誤差を低減することが可能となる。矢印ｌ’は並進量と偏向角について理想的な偏向である矢印ｋから誤差が生じている。しかし、誤差が生じても並進量と偏向角の比率がほぼ保存されているため、矢印ｌ’の始点から破線で伸ばしたように、シフト誤差が低減されている。このような場合、対物レンズアレイ１１４を通過した後のビームは矢印ｎ’となり、位置はずれるが光軸Ｏにほぼ平行とすることができる。よって、ウエハ１１５でビームスポットのボケや描画位置誤差を低減することが可能となる。そして、Ｇ１とＧ２の誤差の方向が一致している場合、つまり両方とも伸びる若しくは縮む場合、上記のようにシフト誤差を低減することが可能となる。また、その量も同程度であると更にシフト誤差を低減することができる。

２つの静電偏向器の片持ち梁構造の固定されている端を図６（ａ）のように同一方向の側とすれば、２つの静電偏向器の電極支持部５の変形分布をほぼ同一とすることができる。そのため、電極支持部５上に形成されている複数のギャップ１１全てについて、２段偏向を行う対となっているギャップ１１の変形誤差の向きと量をほぼ同一とすることが可能となる。よって、シフト誤差を低減することができる。また、固定されている端を基準として片持ち梁構造は伸縮するため、２段偏向を行う対となっているギャップ１１の相互の位置のずれも低減することができる。

（実施例３）
図７（ａ）を用いて本発明の実施例３を説明する。実施例１と同じ機能・効果を有する箇所には同じ記号を付し説明を省略する。本実施例では、静電偏向器１１３が有する応力抑制構造が実施例１とは異なっている。図７（ａ）は静電偏向器１１３の上面図を示している。応力抑制構造として矢印ｋで示す方向にバネ定数を有するバネ６が配置されている。固定部７へ変形Δｘが伝達されても、電極支持部５は、バネ定数ｋにより変形力ｋΔｘしか受けない。バネ定数ｋを適切に選択することにより、電極支持部５に伝わる変形力を低減することが可能となる。

また、図示のバネ６は、矢印ｋ方向にはやわらかいが他の方向には硬い構造を有している。従って、電極支持部５が自重や構成材料の内部応力で撓んだりするのを防ぐことができる。また、衝撃が加わって電極支持部５が大きく変位して破損するのを防ぐことが可能となる。本実施例の静電偏向器１１３も実施例１と同様の製造方法で製造することが可能である。

（実施例４）
図７（ｂ）は本発明の実施例４の静電偏向器１１３の上面図を示している。応力抑制構造としてスリット６を有している。しかし、実施例１と異なりスリット６の配置は、破線ｑ１、ｑ２のように電極支持部５がｘ方向の中央で対向して２箇所の架橋部で固定部に固定されるようになっている。そして、実質的に、ｑ１、ｑ２を結ぶ線ｒから見て、電極支持部５はｘ方向に正負２方向に延びる片持ち梁構造となっている。２個の片持ち梁構造とすることにより、個々の片持ち梁構造は同じ電極支持部の大きさに対して半分とすることができる。そのため、熱による変形が生じても、電極支持部の変形量を半分にすることができる。そして、電極間ギャップ１１の位置のずれの最大量を低減することができる。また、片持ち梁構造自体の剛性が高くなるため、自重により変形するのを低減することができる。本実施例の静電偏向器１１３も実施例１と同様の製造方法で製造することが可能である。

（実施例５）
図８を用いて本発明の実施例５を説明する。実施例１と同じ機能・効果を有する箇所には同じ記号を付し説明を省略する。本実施例では、静電偏向器１１３を取り付ける固定構造により電極支持部５の変形を低減することができる。図８（ａ）は本実施例の静電偏向器１１３の上面図である。また（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線の位置における図２の破線ｃで示したユニット全体の断面図である。本実施例の静電偏向器は、電極支持部５の一部が固定部７となっている。固定部７は、ストップアパーチャアレイ１１２に固定されたスペーサ１０と破線ｇで示す範囲を接着面９で接着する領域として定義される。そして、図８（ｂ）に示すように、静電偏向器１１３ａ、１１３ｂとしてスペーサ１０を介して２段積層されている。破線ｇで示す領域のみを固定部７とすることにより電極支持部５は片持ち梁構造とすることができる。従って、ストップアパーチャアレイ１１２からの変形の伝達を低減することができる。特に、本実施例では、特別な応力抑制構造を静電偏向器上に設ける必要がないため、構造を簡略にすることができる。また、静電偏向器のチップ面積が小さくできるため、半導体製造技術を応用して製造する場合、１ウエハからの取り個数を増やして安価に製造可能となる。

（実施例６）
図９を用いて本発明の実施例６を説明する。図９（ａ）は本実施例の静電偏向器１１３の上面図である。また（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線の位置における図２の破線ｃで示したユニット全体の断面図である。本実施例の静電偏向器は、電極支持部５の破線ｇで囲まれた２箇所が固定部７Ａ、７Ｂとして、ストップアパーチャアレイ１１２に固定されたスペーサ１０へ接着されている。特に固定部７Ａの弾性率が固定部７Ｂの弾性率よりも低くなっている。例えば、固定部７Ｂはエポキシ接着剤を用い、固定部７Ａには硬化後に弾性体となるシリコーン樹脂系の液化ゴムを用いることができる。

固定部７Ａの弾性体により、実質的に電極支持部５は弾性支持されることとなる。そのため、ストップアパーチャアレイ１１２からの変形の伝達を低減することができる。固定部７Ａの接着する材料を選択することにより、実質的なバネ定数に応じた低減効果を得ることができる。更に、本実施例では、電極支持部５は両端が固定されているため、電極支持部５が自重や構成材料の内部応力で撓んだりするのを防ぐことができる。また、衝撃が加わって電極支持部５が大きく変位して破損するのを防ぐことが可能となる。また、２か所の取り付け箇所は電極支持部５の両端とすることができるので、取り付け位置の調整のためのスパンを大きくとることができる。特に、電子ビームの軌道に対して垂直に設置することが可能となる。

１・・荷電粒子ビーム、２・・第一の電極、３・・第二の電極、４・・櫛歯電極、５・・電極支持部、６・・応力抑制構造（スリット）、７・・固定部、１０・・スペーサ（固定部）、１１・・ギャップ、１１２・・第１の部材（ストップアパーチャアレイ）、１１３・・第２の部材（静電偏向器）

Claims (16)

1. 荷電粒子ビームを選択的に通過させる第１の部材と、
   前記第１の部材を通過した荷電粒子ビームの進行を制御するための第２の部材と、
   を含む荷電粒子光学系であって、
   前記第２の部材は、前記第１の部材に固定された固定部を介して前記第１の部材と組み立てられ、
   前記第１の部材からの変形応力の前記固定部を介する前記第２の部材への伝達が低減されるように、前記第２の部材の一部が前記固定部に取り付けられていることを特徴とする荷電粒子光学系。
2. 前記第１の部材は、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に記載の荷電粒子光学系。
3. 前記第２の部材は、ストップアパーチャアレイ、または、静電レンズ、または、荷電粒子ビームを偏向するための静電偏向器であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子光学系。
4. 前記第１の部材は、ビーム形成部材であることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子光学系。
5. 前記第２の部材は、静電レンズ、または、荷電粒子ビームを偏向するための静電偏向器であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子光学系。
6. 前記第２の部材は、荷電粒子ビームを偏向するための静電偏向器であり、
   前記静電偏向器は、電極支持部と、前記電極支持部に支持される第一の電極と第二の電極と、を有し、
   前記第一及び第二の電極間には、荷電粒子ビームを偏向するための電界を発生させるギャップが形成され、
   前記電極支持部は、前記第１の部材からの前記電界の方向の変形応力の前記固定部を介する前記電極支持部への伝達が低減されるように、前記固定部に取り付けられていることを特徴とする請求項１、２及び４の何れか１項に記載の荷電粒子光学系。
7. 前記第２の部材は、少なくとも１つの貫通孔を夫々有する複数の電極と、前記電極間に設けられて該電極間の間隔を規定する絶縁スペーサと、を有する静電レンズであり、
   前記静電レンズの１つの電極は、前記第１の部材からの前記変形応力の前記固定部を介する前記静電レンズの１つの電極への伝達が低減されるように、前記固定部に取り付けられていることを特徴とする請求項１、２及び４の何れか１項に記載の荷電粒子光学系。
8. 前記第２の部材の一部と前記固定部との間に、前記第１の部材からの前記変形応力の前記固定部を介する前記第２の部材への伝達が低減されるようにする応力抑制構造が設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の荷電粒子光学系。
9. 前記応力抑制構造は、前記固定部と前記第２の部材の一部とを分離するスリットであり、
   前記スリットは、前記第２の部材が前記固定部に対して片持ち梁構造となるように配されることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子光学系。
10. 前記応力抑制構造は、前記固定部と前記第２の部材の一部とを分離するスリットであり、
    前記スリットは、前記第２の部材の一部が前記固定部に対して所定方向の寸法の中央部で一対の架橋部で固定されるように配されることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子光学系。
11. 前記応力抑制構造は、所定方向に弾性を有し前記第２の部材を前記固定部へ弾性支持するバネであることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子光学系。
12. 前記第２の部材は、前記固定部により、前記第１の部材に対して所定方向へ片持ち梁構造となるように固定されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の荷電粒子光学系。
13. 前記第２の部材は、所定方向の両端が夫々前記固定部により前記第１の部材に対して固定され、
    前記固定部は、いずれか一方が他方よりも前記所定方向の弾性率が低いことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の荷電粒子光学系。
14. 前記静電偏向器を複数有し、
    荷電粒子ビームが順次通過するように夫々の前記静電偏向器が配され、
    夫々の前記静電偏向器は、前記第一及び第二の電極のある領域から見て、前記固定部が前記電界の方向について同一側にあることを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子光学系。
15. 前記第一及び第二の電極は前記電界を発生するための電位を生じる電源に接続され、
    前記ギャップの寸法の変化に対応して前記電界の強度が一定となるように前記電源の電位を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項６または１４に記載の荷電粒子光学系。
16. 請求項１または３に記載の荷電粒子光学系を用いた荷電粒子描画装置であって、
    前記荷電粒子光学系は、
    描画パターンに応じて前記複数の荷電粒子ビームを偏向するブランカーアレイを有し、
    前記第１の部材は、前記ブランカーアレイにより偏向された前記荷電粒子ビームを遮断し、前記ブランカーアレイにより偏向されない前記荷電粒子ビームの少なくとも一部を通過させるための開口を有するストップアパーチャアレイであることを特徴とする荷電粒子描画装置。

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