JP2013165200A - 荷電粒子線レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動時に帯電防止膜と電極とが良好な電気的接続状態となり、面内で均一なレンズ特性を有する静電型の荷電粒子線レンズないしレンズアレイを提供する。
【解決手段】静電型の荷電粒子線レンズは、光軸５方向へ絶縁体２で規定された間隔を介して配置された少なくとも一対の対向する電極１a、１bを有し、第１の領域αと第２の領域βとを有する。第１の領域では、電極がそれぞれ貫通孔を有すると共に、絶縁体が、電極のそれぞれの貫通孔と光軸方向に揃った貫通孔を有し、絶縁体の貫通孔の光軸と平行な表面６aに導電膜３が設けられると共に、絶縁体の電極と対向する表面６bの少なくとも一部に平行な表面６aの導電膜３と繋がった導電膜３が設けられる。第２の領域では、電極と絶縁体が固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子線露光装置やイオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置に使用される荷電粒子線光学系の技術分野に関し、特に静電型の荷電粒子線レンズないしレンズアレイに関する。

０.１μｍ以下の微細なパターンが高集積度で詰まったパターンを露光する装置として、電子ビーム露光装置は非常に期待されている。特に、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電子線露光装置は、高スループットで少量多品種の生産に適応出来るため非常に期待されている。高分解能の露光装置には高分解能の荷電粒子線レンズが必要となるため、荷電粒子線の偏進や経時ゆらぎが無く、且つ、作製容易な荷電粒子線レンズが待望されている。こうした技術状況で、特許文献１には、電子ビーム通過用の開口を有する絶縁体の側壁がチャージアップすることによる電子ビーム位置ドリフトやレンズ集束特性の劣化を抑えるために、開口の内壁部に高抵抗体を備える静電レンズが開示されている。

特許第３７６３４４６号

荷電粒子線通過用の開口を持つ電極間を絶縁体で離間する構成の荷電粒子線レンズでは、絶縁体の表面が帯電すると荷電粒子線の軌道が偏進し、分解能が低下してしまうことがある。上記特許文献１に記載の従来例は、絶縁体の開口の内壁部に高抵抗体を備えることによって、上記帯電による電子ビーム偏進を抑える技術に関わる。こうした技術に関して、帯電防止膜を絶縁体開口の側壁に成膜する際、全ての開口において帯電防止膜の成膜領域を開口側壁の端部まで精度良く形成するのは容易とは言い難い。開口毎に帯電防止膜の成膜領域が異なると、帯電防止膜と電極との電気的接続状態が異なり、帯電による荷電粒子線の偏進量が異なることとなる。すなわち、開口毎にレンズの光学性能が異なってしまうことになる。

また、全ての開口において、帯電防止膜を開口側壁の端部にまで確実に成膜しようとすると、開口側壁の端部で帯電防止膜が盛り上がって出っ張った形状となってしまい、更に、開口毎での出っ張り具合にばらつきが出てしまうことがある。この出っ張り具合のばらつきは絶縁体を一対の電極で挟んだ際の電極間距離のばらつきとなり、開口毎のレンズの光学性能のばらつきとなる。また、出っ張りを潰すように加圧して電極と絶縁体とを固定すると電極にマイクロクラックが入り、耐電圧特性が低下する原因となってしまうことがある。また、帯電防止膜を絶縁体の開口側壁を含む表面全体に成膜した後に電極と固定しようとすると、被接合物の表面性や材料に制約のない接合技術を用いることが出来なくなることがある。すなわち、MEMS技術の中の一般的な接合技術を用いて、一対の電極と絶縁体の貫通孔とを精度良く位置合わせすることが困難となってしまい、レンズの光学性能が低下する原因となり得る。

また、一対の電極と絶縁体とを接合して荷電粒子線レンズの形態にした後に、絶縁体の開口側壁にのみ帯電防止膜を成膜する場合には、次の様なことが起こり易い。すなわち、電極開口部からレンズ内部に至る電極と絶縁体とが接している部分に帯電防止膜を均一に成膜することが困難であり、電極と帯電防止膜との接続不良が発生し易い。それと同時に、レンズ光学性能に非常に敏感に影響する電極の開口部にも帯電防止膜が成膜されてしまい、電極の開口形状が乱れてレンズの光学性能が低下する原因となる。

上記課題に鑑み、本発明の静電型の荷電粒子線レンズは、光軸方向へ絶縁体で規定された間隔を介して配置された少なくとも一対の対向する電極を有し、第１の領域と第２の領域とを有している。そして、前記第１の領域では、前記電極がそれぞれ貫通孔を有すると共に、前記絶縁体が、前記電極のそれぞれの貫通孔と光軸方向に揃った貫通孔を有しており、前記絶縁体の貫通孔の光軸と平行な表面に導電膜が設けられると共に、前記絶縁体の前記電極と対向する表面の少なくとも一部に前記平行な表面の導電膜と繋がった導電膜が設けられ、前記第２の領域では、前記電極と前記絶縁体が固定されている。

また、上記課題に鑑み、本発明のマルチ荷電粒子線露光装置は、前記静電型の荷電粒子線レンズを荷電粒子線対物レンズとして用い、前記荷電粒子線対物レンズが複数の荷電粒子線を通す複数の貫通孔を有する。

本発明の荷電粒子線レンズよれば、上記の如き導電膜が設けられているので、絶縁体の表面が帯電することによって引き起こされる荷電粒子線の偏進や経時ゆらぎを抑制することが出来る。また、製造が容易で、面内で均一なレンズ特性を有する静電型の荷電粒子線レンズないしレンズアレイを提供することが出来る。

実施形態１及び４に係る静電型の荷電粒子線レンズの概略断面と概略上面を示す図。 図１に示す荷電粒子線レンズの駆動時の概略断面図。 実施形態２に係る静電型の荷電粒子線レンズの概略断面と概略上面を示す図。 本発明の実施形態３に係る静電型の荷電粒子線レンズの概略断面図。 実施形態３の荷電粒子線レンズの駆動時の概略断面図。 本発明の実施形態５に係る静電型の荷電粒子線レンズの概略断面図。 実施形態５の荷電粒子線レンズの駆動時の概略断面図。 本発明の実施形態６に係るマルチ荷電粒子線露光装置の構成を示す図。

静電型のレンズは、電極を支持する絶縁部材が帯電すると、当該帯電による電界の影響を受けて荷電粒子ビームが偏向されたり、帯電個所が放電する場合がある。そこで、絶縁部材表面に帯電防止膜を設ける場合がある。つまり、或る程度電荷が流れる抵抗膜である帯電防止膜を形成することにより帯電量を減らすのである。この場合、帯電防止膜と電極とは接着剤等を用いないと接合が困難になる。この困難を解消すべく、接合部分を確保するために帯電防止膜を形成しない領域を設けると、接合面の平坦性が損なわれる場合がある。他方、電極間のギャップ（電極間隔）を精度良く維持するためには、電極を支持する絶縁部材の電極との接合面には高い平坦性が要求される。従って、電極と絶縁部材との良好な接着性を確保しながら、接合面の高い平坦性を保つことは容易ではない。本発明は、レンズ機能部分（第１の領域）とレンズ固定部分（第２の領域）とで構造を分けて、それらの領域をそれぞれ特定の好ましい構造とすることにより、上記課題を解決するものである。その特徴は、第１の領域では、絶縁体の貫通孔の光軸と平行な表面に導電膜が設けられると共に、絶縁体の電極と対向する表面の少なくとも一部に前記平行な表面の導電膜と繋がった導電膜が設けられ、第２の領域では、電極と絶縁体が固定されていることである。

以下、図面に沿って本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、光源として電子源を使用した電子線レンズないしレンズアレイの例を示す。ただし、これらの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施形態１）
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態１を説明する。図１（ｂ）は静電型の荷電粒子線レンズの概略上面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’の概略断面図である。図２は本実施形態の荷電粒子線レンズの駆動時の概略断面図である。

まず、本実施形態の構成と作用・効果について説明する。本実施形態に係る静電型の荷電粒子線レンズは、図１（ｂ）に示すような第１の領域αと第２の領域βを有している。また、図１（ａ）に示すように、光軸５の方向へ絶縁体２で規定された間隔を介して配置された一対の対向電極１a、１bを有している。第１の領域αにおいては、電極１a、１b及び絶縁体２はそれぞれ光軸５の方向に揃った貫通孔４a 、４b及び４cを有している。すなわち、貫通孔４a 、４b及び４cは、長手方向の中心線が一致しているか或いは平行である。また、貫通孔４cの光軸５と平行な表面（貫通孔４cの側壁）６aと、電極１a、１bと対向する絶縁体２の表面６bの少なくとも一部とに、互いに繋がった導電膜３を有している。導電膜３は、少なくとも、或る程度電荷が流れる抵抗膜である帯電防止膜として機能する。また、第２の領域βで、電極１a、１bと絶縁体２（この領域の絶縁体には導電膜が形成されていない）が固定される。

本発明では、第１の領域αと第２の領域βとを定め、それぞれの領域の役割を明確に分離することにより、荷電粒子線レンズの製造を容易にする。ここで、第１の領域αはレンズ機能領域であり、第２の領域βは荷電粒子線レンズの構成部材である電極と絶縁体の固定領域である。第２の領域βを固定方法に最適な状態にし、レンズ性能を向上させるアイテムは第１の領域αにのみ付与することにより、固定強度を強く、良好なレンズ性能を備え、且つ、製造を容易にすることが可能となる。例えば、固定方法として接合方式を用いる場合には、第２の領域βにおいてのみ、選択した接合方法に最適な表面状態とすることによって、接合が容易で、且つ、接合強度が高い構成にすることが可能となる。一方、第１の領域αにおいては、レンズ性能を担保していればよく、荷電粒子線レンズを製造した段階では、電極と絶縁体が必ずしも固定されていなくても良いため、レンズ性能を向上させるアイテムを自由に付与することが可能となる。

絶縁体を介して一対の対向電極を有することにより、この対向する電極に電圧を印加して電極間に所望の電界分布を形成することができ、荷電粒子線レンズとして機能する。電極と絶縁体に貫通孔を形成し、その貫通孔内を荷電粒子線が通過することにより、所望のレンズ効果を発する電界分布の中で荷電粒子線を収束させることが可能となる。第１の領域αにおいて、絶縁体の貫通孔の側壁と、絶縁体の表面のうち電極と対向する表面の少なくとも一部とに導電膜を付与することにより、絶縁体が帯電して引き起こされる荷電粒子線の偏進や経時ゆらぎを防ぐことが出来る。これは次の理由に依る。対向する電極に電圧が印加されてレンズ機能が発現している時には電極間に静電引力が働くため、電極は図２に示すようになる。つまり、本実施形態では、対向する電極は、電圧が印加されている時にのみ、電極と対向する絶縁体の表面の導電膜と接触する。この時、電極と対向する絶縁体の表面６bに形成された導電体３と電極とが十分に接触若しくは近接した状態となる。そのため、絶縁体の貫通孔の側壁６aや導電体表面に帯電電荷が発生したとしても、その電荷を電極を介して外部に逃がすことが可能となり、荷電粒子線の偏進や経時ゆらぎを防ぐことができる。

また、本実施形態に係る静電型の荷電粒子線レンズは、図１（ａ）に示すように、第１の領域αにおいて、一対の対向電極間距離H１が、絶縁体２と導電膜３とが積層された部分の厚さH２以上である。すなわち、本実施形態では、第１の領域において、一対の対向する電極の光軸方向の距離が、絶縁体と導電膜とが積層された部分の厚さ以上である。本実施形態では、こうした構造を、第１の領域の絶縁体の厚さを第２の領域の絶縁体の厚さより小さくすることで達成している。第１の領域αにおいて、一対の対向電極間距離H１が、絶縁体と導電膜とが積層された部分の厚さH２以上であることによって、電極１a、１bと絶縁体２との固定強度、及び、レンズ固定の歩留まりを向上させることが出来る。これは、第２の領域βにおいて電極と絶縁体とを固定する工程中に、第１の領域α内で電極と導電膜３とが干渉するのを回避できるため、後に荷電粒子線レンズの破壊に繋がるクラックや残留応力等の発生を抑制することが出来るからである。例えば、固定方法として接合方式を用いると、H１＜H２だった場合には、第１の領域αと第２の領域βとの境界部でクラックや残留応力が発生する。また、固定方法としてフュージョンボンディングを用いる場合には、ボイドの発生を抑制することが可能となり、接合強度の低下を回避することが出来る。なぜなら、第２の領域βから開始したボンディングウェーブが第１の領域αに到達した時に、H１＞H２であればH１とH２の差から生まれる空隙を介してガス等を逃がすことが出来るからである。

また、本実施形態の荷電粒子線レンズを用いて荷電粒子線露光装置を構成することで、複数の荷電粒子線を用いる露光装置を実現できる。本実施形態の荷電粒子線レンズを用いて、更に、複数の荷電粒子線を用いることによって、高分解能、高スループットで長時間使用可能な荷電粒子線露光装置を実現することができる。

次に本実施形態の構成材料について説明する。電極１a、１bは単結晶シリコン等で形成することができる。電極１a、１bの表面及び貫通孔４a、４bの側壁は導電性材料膜で覆われていても構わない。電極１a、１bの表面を覆う導電性材料膜は、第１の領域と第２の領域の両領域を覆っていても構わないし、どちらか一方の領域の一部にのみを覆っていてもよい。導電性材料としては、第１の領域においては、シリコンとの密着性が良く、導電性が高く、酸化し難い材料が選ばれる。例えば、チタン、白金、金、モリブデン等から選ばれる。第２の領域においては、絶縁体２と電極１a、１bとの固定方法に支障をきたさない材料が選ばれる。

絶縁体２はホウケイ酸ガラス等で形成することができる。絶縁体の材料としては、絶縁性が高く、真空中での粉塵の発生が少なく、電極との固定方法に支障をきたさない材料から選ばれる。例えば、テンパックスフロート（登録商標）ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等のアルカリガラスや、AF32（登録商標）、EagleXG（登録商標）等の無アルカリガラスから選ばれる。導電膜３はTaN等で形成することができる。導電膜の材料としては、絶縁体２よりも抵抗値が低く、荷電粒子線レンズ作製プロセスで使用可能な材料から選ばれる。例えば、タンタル、アルミ、チタン、クロム等の酸化物又は窒化物や、アモルファスシリコン等から選ばれる。

次に本実施形態の製造方法例について説明する。電極１a、１bは、一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて作製することができる。例えば、一般的なフォトリソグラフィ技術と深堀ドライエッチング技術を用いてシリコンウェハの中央付近の領域に貫通孔を形成する。貫通孔の数、配置の仕方、形成領域等は、荷電粒子線レンズを使用しようとしている荷電粒子線露光装置等の仕様によって決定される。ここで、シリコンウェハの代わりにＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウェハを用いても構わない。また、レンズ機能領域の電極厚をレンズ固定領域よりも薄くする場合（後述の実施形態３を参照）には、一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて作製することができる。給電パッドや、絶縁体との位置合わせマーク等、その他の必要なパターンは適宜電極上に形成する。

絶縁体２は、一般的なフォトリソグラフィ技術とサンドブラスト技術等を用いて作製することができる。例えば、一般的なフォトリソグラフィ技術とサンドブラスト技術を用いてホウケイ酸ガラスウェハの中央付近の領域に貫通孔を形成する。貫通孔の数、配置の仕方、形成領域等は、荷電粒子線レンズを使用する予定の荷電粒子線露光装置等の仕様によって決定される。図１（ａ）に示すようにレンズ機能領域（第１の領域α）の絶縁体厚をレンズ固定領域（第２の領域β）よりも薄くする場合には、一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて作製するか、もしくは複数枚の絶縁体ガラスを貼り合わせて作製する。

導電膜３は、一般的な成膜技術を用いて作製することができる。導電膜はレンズ機能領域内にのみ形成される。例えば、絶縁体２のレンズ固定領域をレジストで覆った後に導電膜を成膜しリフトオフすることによって、レンズ機能領域のみに導電膜を形成する方法がある。あるいは、絶縁体表面に導電膜を成膜した後にレンズ機能領域にのみレジストを形成して、一般的なエッチング技術によってレンズ固定領域の導電膜を除去することによって作製する。レンズ固定領域に確実に導電膜を形成しないように、レジストのパターニング時にはマージンを持たせるために、レンズ固定領域近傍のレンズ機能領域には導電膜が形成されない領域が存在する。電極と絶縁体２との固定は、一般的な接合技術によって行う。例えば、フュージョンボンディングや陽極接合などの方法がある。電極１a、１bと絶縁体２との固定はレンズ固定領域（第２の領域β）で行う。

（実施形態２）
図３を用いて、本発明の実施形態２を説明する。上記実施形態１で説明した内容と同じ機能を有する個所には同じ記号を付し、重複する部分の説明は簡略化ないし省略する。図３（ｂ）は本実施形態の静電型荷電粒子線レンズの概略上面図であり、図３（ａ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ’の概略断面図である。

図３において、１a及び１bは電極である厚さ１００μｍのシリコンウェハ、２は絶縁体である厚さ４００μｍのテンパックスフロート（登録商標）ガラス、３は導電膜である厚さ３０μｍのAlNである。導電膜３は第１の領域αにおいて絶縁体２の貫通孔側壁６a及び表面６bに成膜されており、帯電防止膜として働く。電極１a、１bと絶縁体２は第２の領域βで接合され対向して配置されている。電極には、内径３０μｍの複数の貫通孔が形成されており、絶縁体には、電極の貫通孔に対応して内径３６μｍの複数の貫通孔が形成されている。電極の貫通孔４a、４bと絶縁体の貫通孔４cの中心軸が一致するように、電極と絶縁体はアライメントされて配置される。電極と絶縁体のそれぞれの貫通孔を荷電粒子源から放出された荷電粒子線が通過する。荷電粒子源から放出された荷電粒子線は光軸５の矢印の方向に進み、不図示の試料に到達する。一対の対向する電極はそれぞれ不図示の給電パッドを有しており、それぞれの電極の電位を規定することにより、所望の光学特性を示すように出来る。

電極１a、１bに電圧を印加することによりレンズ機能を発する。本実施形態では、第１の領域αにおいて導電膜３を絶縁体の貫通孔側壁６a及び表面６bに成膜していて、電極に電圧を印加していない状態において、既に、積層された電極と導電膜とは良好なコンタクト状態にある。つまり、対向する電極は、常に、電極と対向する絶縁体の表面の導電膜と接触している。従って、電圧印加時においても、対向する一対の電極１a、１bは導電膜３を介して接続された状態になり、電荷を逃がすことが可能となる。また、導電膜を、絶縁体の貫通孔側壁の表面及び端部だけではなく、電極と対向する表面６bにも成膜しているため、絶縁体の貫通孔側壁の端部に局所的に力がかかることも無い。よって、電極にクラックが入ることも無く、耐電圧特性の良好な電子レンズを実現することが出来る。また、導電膜を、電極と対向する絶縁体表面６bにも成膜しているため、面内の電極間距離ばらつきを絶縁体２の厚さばらつきと導電膜３の膜厚ばらつき程度に抑えられるため、面内で均一なレンズ特性を有する荷電粒子線レンズないしレンズアレイを実現することが出来る。

上述の本実施形態に係る荷電粒子線レンズによって、帯電による荷電粒子線の偏進が起きず、面内で均一なレンズ特性を有する荷電粒子線レンズないしレンズアレイを提供することが出来る。尚、本実施形態の製造では、例えば、第２の領域βにおいてのみ絶縁体と電極を接合することで第１の領域αにおいては自動的に電極１a、１bが導電膜３に圧着され、図３（ａ）に示す構造を実現することができる。この際、電極と導電膜の圧着がより滑らかに行なわれる様に、図３（ａ）に示す如く導電膜の外周縁部の厚さが徐々に薄化している。ただし、電極が充分薄くて柔軟であり良好な圧着が達成できれば、導電膜の外周縁部は他の実施形態で示す様な単純な端部となっていてもよい。

（実施形態３）
図４及び図５を用いて、本発明の実施形態３を説明する。本実施形態では、厚さがレンズ機能領域よりもレンズ固定領域の方が厚い電極１a、１bを使用している。すなわち、対向する電極は、第１の領域の厚さが第２の領域の厚さより小さい。ここでも、上記実施形態で説明した内容と同じ機能を有する個所には同じ記号を付し、重複する部分の説明は簡略化ないし省略する。図４は本実施形態の荷電粒子線レンズの概略断面図であり、図５は荷電粒子線レンズの駆動時の概略断面図である。

図４及び図５において、１a及び１bは電極である厚さ１００μｍのシリコンウェハ、２は絶縁体である厚さ４００μｍの無アルカリガラス、３は導電膜である厚さ５０nmのアモルファスシリコンである。電極１a、１bの厚さは、第２の領域βより第１の領域αで１００nm薄くなっている。従って、電極１a、１bの距離H１と絶縁体２と導電膜３とが積層された部分の厚さH２との差H１−H２は１００nmである。

次に、本実施形態の製造方法例について説明する。まず、電極と絶縁体の製造を行う。電極の加工と絶縁体の加工、および導電膜の成膜は実施形態１で説明した一般的な形成技術を用いて行う。作製された電極と絶縁体との固定は、電極１a、１bと絶縁体２との界面でフュージョンボンディングすることにより接合して行う。接合工程では、まず、被接合物の洗浄を行う。ここで、被接合物とは電極１a、１bと絶縁体２である。電極は一般的なRCA洗浄で行い、導電膜３を成膜した絶縁体は一般的なPiranha（ピラニア）洗浄で行う。続いて、被接合物の接合表面をN_２プラズマで処理する。そして、互いのN_２プラズマにさらした表面を対向させて、電極と絶縁体の貫通孔４a、４b、４cの中心軸が一致するようにアライメントをとった後に、一方の電極と絶縁体とを接触させる。この時、第２の領域βの任意の一点で接触を開始させる。すると、ボンディングウェーブが接触した点から進み、第２の領域βの全面に広がっていく。H１≧H２であるので、第１の領域αでは電極と導電膜３とが接触することなく、第１の領域αにまで到達したボンディングウェーブは領域αと領域βとの境界で止まる。逆にH１＜H２の場合には、ボンディングウェーブは領域αと領域βとの境界よりも少し領域β側で止まり、ボンディングウェーブが止まった場所から領域αまでの間にはボイドが発生する場合がある。接合強度は接合している面積に比例するため、ボイドが発生すると接合強度は低くなる。同様に、もう一方の電極を絶縁体の逆の表面に貼り付ける。その後、２００℃で４時間アニールすることによって接合を完成させる。この工程によって、第２の領域βで電極１a、１bと絶縁体２は固定される。

以上のように作製した荷電粒子線レンズの電極１a、１bに電圧を印加することによりレンズ機能を発現する。この時、対向する電極間には静電引力が発生し、図５に示すように、第１の領域αにおいて電極１a、１bと導電膜３とが良好なコンタクト状態となるとともに、対向する一対の電極は導電膜を介して接続された状態になっているため、電荷を逃がすことが可能となる。

上述した実施形態３に係る荷電粒子線レンズは、帯電による荷電粒子線の偏進が起きず、面内で均一なレンズ特性を有する荷電粒子線レンズないしレンズアレイを提供することが出来る。また、H１≧H２であるので、接合プロセス中に、領域αで電極と導電膜とが接触することなく、クラック等の発生を抑制することが出来るため、破壊しにくく耐電圧特性の良い荷電粒子線レンズを実現することが出来る。

（実施形態４）
図１を用いて、本発明の実施形態４を説明する。本実施形態では、厚さがレンズ機能領域よりもレンズ固定領域の方が厚いガラスを絶縁体として使用した例を示す。また、絶縁体の貫通孔１つに電極の複数の貫通孔が対応する例を示す。実施形態４は、実施形態１をより具体的に規定したものであり、実施形態１と基本的に同じ構造を有する。ここでも、実施形態１で説明した内容と同じ機能を有する個所には同じ記号を付し、重複する部分の説明は簡略化ないし省略する。

図１において、１a及び１bは電極である厚さ１００μｍのシリコンウェハ、２は絶縁体である厚さ４００μｍの無アルカリガラス、３は導電膜である厚さ５０nmのアモルファスシリコンである。絶縁体２は第１の領域αにおいて両面とも１００nm掘り込まれた形状をしている。従って、電極１a、１bの距離H１と絶縁体と導電膜とが積層された部分の厚さH２との差H１−H２は１００nmである。図１（b）に示す様に、絶縁体２には５mm角の正方形の貫通孔４cが１２mmピッチで格子状に１６個形成されている。絶縁体の各貫通孔の領域に対応する電極１a、１bの領域には、内径３０μｍの貫通孔４a、４bが５０μｍ間隔で格子状に１００×１００個形成されている（ただし、図１（b）では３×３個に省略して示す）。

荷電粒子線の偏進量は、帯電した絶縁体からの距離に依存する。従って、絶縁体の１つの貫通孔４cに電極の複数の貫通孔４a、４bを対応させた場合、絶縁体の貫通孔の側壁から近い所にある電極の貫通孔を通過した荷電粒子線は、より強く帯電の影響を受ける。絶縁体が帯電してしまうと、絶縁体の各貫通孔内でディストーションが発生してしまうことになる。本実施形態においては、次の様にしてディストーションの発生を抑制する。すなわち、荷電粒子線レンズの電極１a、１bに電圧を印加することによりレンズ機能を発する。この時、対向する電極１a、１b間には静電引力が発生し、図２に示すように、第１の領域αにおいて電極と導電膜３とが良好なコンタクト状態になるとともに、対向する一対の電極は導電膜を介して接続された状態になるため、電荷を逃がすことができる。

上述した本実施形態を絶縁体の１つの貫通孔に複数の荷電粒子線を通す荷電粒子線レンズに適応することによって、ディストーションが生じず、面内で均一なレンズ特性を有する荷電粒子線レンズないしレンズアレイを実現できる。また、絶縁体２に段差を設けてH１≧H２とすることによって製造工程中のダメージ発生が抑えられ、破壊しにくく耐電圧特性の良い荷電粒子線レンズを実現することが出来る。

（実施形態５）
図６及び図７を用いて、本発明の実施形態５を説明する。本実施形態では、電極のレンズ機能領域（第１の領域α）に機能膜７を付け、アインツェルレンズに適用した例を示す。ここでも、実施形態１で説明した内容と同じ機能を有する個所には同じ記号を付し、重複する部分の説明は簡略化ないし省略する。図６は図１（ｂ）のＡ−Ａ’の概略断面図に相当する断面図であり、図７は荷電粒子線レンズの駆動時の概略断面図である。

図６及び図７において、１a、１b、及び１cは電極である厚さ１００μｍのシリコンウェハ、２a及び２bはそれぞれ絶縁体である厚さ５００μｍ、４００μｍの無アルカリガラス、３は導電膜である厚さ５０nmのアモルファスシリコン、７は導電性材料膜（機能膜）である厚さ１００nmの金である。絶縁体２a、２bはそれぞれ、第１の領域αにおいて、レンズの外側を向いている面が２００nm掘り込まれた形状をしている。従って、電極１a、１bの距離H１及び電極１b、１cの距離H３と、絶縁体と導電膜とが積層された部分の厚さH２、H４との差H１−H２、H３−H４は５０nmである。導電性材料膜７は、第１の領域αにおいて、電極１a、１b及び１cの表面の一部に形成されている。

電極１a、１b及び１cに電圧を印加することによってレンズ機能を発する。例えば、電極１a、１cをアース電位とし、電極１bに負電圧を印加することによりアインツェル型の荷電粒子線レンズを構成することができる。この時、対向する電極間には静電引力が発生し、図７に示すように、第１の領域αにおいて、電極及び導電性材料膜７と導電膜３とが良好なコンタクト状態になる。こうして、対向するそれぞれの電極は導電膜と導電性材料を介して接続された状態となるため、電荷を逃がすことが可能となる。

上述したように本実施形態に係る荷電粒子線レンズは、ディストーションが生じず、面内で均一なレンズ特性を有し、破壊しにくく耐電圧特性の良いアインツェル型の荷電粒子線レンズないしレンズアレイを提供できる。

（実施形態６）
図８を用いて、複数の荷電粒子線を用いた荷電粒子線露光装置に係る本発明の実施形態６を説明する。本実施形態では、アパーチャ、ブランカー、偏向器、及びレンズの、電子線が通過する貫通孔が形成されている全てのデバイスの貫通孔の配置が、本発明による電子線対物レンズアレイの貫通孔配置に従っているマルチ電子線露光装置を示す。図８に示すマルチ荷電粒子ビーム露光装置は、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）などの所謂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、集束レンズアレイ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。ここで、集束レンズアレイ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。

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、集束レンズアレイ１１９の瞳面位置（集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集束レンズアレイ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、第四集束レンズ１３０、１３２によって収束されてウェハ１３３上に結像される。ここで、第二集束レンズアレイ１２６、第三集束レンズアレイ１３０、第四集束レンズアレイ１３２は集束レンズアレイ１１９同様に、アインツェル型の静電レンズアレイである。

特に第四集束レンズアレイ１３２は対物レンズ（荷電粒子線対物レンズ）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、ウェハ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ェハ上に結像される。ウェハ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ェハ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、ウェ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、ウェハ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。

ここで、アパーチャアレイ１１７、集束レンズアレイ１１９、ブランカーアレイ１２２、ストップアパーチャアレイ１２３、第二集束レンズアレイ１２６、第二ブランカーアレイ１２７、第二ストップアパーチャアレイ１２８、第三集束レンズアレイ１３０、に形成された貫通孔の配置は、第四集束レンズアレイ１３２に形成された貫通孔の配置と同じになっている。

以上に説明した様に、本発明の荷電粒子線レンズを用いたマルチ荷電粒子ビーム露光装置では、複数の荷電粒子線を用いて描画することによって、高解像度で高スループットな荷電粒子線露光装置を提供することができる。また、本発明の荷電粒子線レンズを用いているため、絶縁体表面の帯電による荷電粒子線の偏進や経時ゆらぎが無く、面内で均一なレンズ特性を有し、破壊しにくく耐電圧特性の良い荷電粒子線露光装置を提供することができる。

１a、１b、１c・・電極、２・・絶縁体、３・・導電膜、４a、４b・・電極の貫通孔、４c・・絶縁体の貫通孔、５・・光軸、６a ・・絶縁体の貫通孔の表面、６b・・電極と対向する絶縁体の表面、α・・第１の領域、β・・第２の領域

Claims (7)

1. 静電型の荷電粒子線レンズであって、
   光軸方向へ絶縁体で規定された間隔を介して配置された少なくとも一対の対向する電極を有し、
   第１の領域と第２の領域とを有しており、
   前記第１の領域では、前記電極がそれぞれ貫通孔を有すると共に、前記絶縁体が、前記電極のそれぞれの貫通孔と光軸方向に揃った貫通孔を有しており、前記絶縁体の貫通孔の光軸と平行な表面に導電膜が設けられると共に、前記絶縁体の前記電極と対向する表面の少なくとも一部に前記平行な表面の導電膜と繋がった導電膜が設けられ、
   前記第２の領域では、前記電極と前記絶縁体が固定されていることを特徴とする静電型の荷電粒子線レンズ。
2. 前記第１の領域において、
   前記一対の対向する電極の光軸方向の距離が、前記絶縁体と前記導電膜とが積層された部分の厚さ以上であ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. 前記絶縁体は、前記第１の領域の厚さが前記第２の領域の厚さより小さいことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線レンズ。
4. 前記対向する電極は、前記第１の領域の厚さが前記第２の領域の厚さより小さいことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線レンズ。
5. 前記対向する電極は、電圧が印加されている時にのみ、前記電極と対向する表面の導電膜と接触することを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の荷電粒子線レンズ。
6. 前記対向する電極は、常に、前記電極と対向する表面の導電膜と接触し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。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の静電型の荷電粒子線レンズを荷電粒子線対物レンズとして用いた荷電粒子線露光装置であって、
   前記荷電粒子線対物レンズが複数の荷電粒子線を通す複数の貫通孔を有することを特徴とするマルチ荷電粒子線露光装置。

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