描画装置、および、物品の製造方法
【課題】 複数の荷電粒子線の間の不均一性の補償に有利な描画装置を提供すること。
【解決手段】 照射系（１４０）と、アパーチャアレイ（１１７）と、複数のクロスオーバーを形成するレンズアレイ（１１９）と、複数の開口を備えた素子（１２２）と複数の投影ユニットとを含む投影系（１７０）と、を有する。レンズアレイ（１１９）は、上記複数のクロスオーバーのそれぞれの位置が上記素子における対応する開口に整合するように、該開口に対して偏心している集束レンズを含む補正レンズアレイ（１６２）と、上記複数のクロスオーバーを形成するように、補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイ（１６３）と、を含む。
【解決手段】 照射系（１４０）と、アパーチャアレイ（１１７）と、複数のクロスオーバーを形成するレンズアレイ（１１９）と、複数の開口を備えた素子（１２２）と複数の投影ユニットとを含む投影系（１７０）と、を有する。レンズアレイ（１１９）は、上記複数のクロスオーバーのそれぞれの位置が上記素子における対応する開口に整合するように、該開口に対して偏心している集束レンズを含む補正レンズアレイ（１６２）と、上記複数のクロスオーバーを形成するように、補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイ（１６３）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置においては、複数の荷電粒子線の間の特性の不均一性が問題となる。そのような不均一性として、具体的には例えば、各荷電粒子線の配置誤差や角度誤差等が挙げられる。これらの不均一性は、描画装置のオーバーレイ精度の点で不利となる。
【０００３】
当該不均一性を補償する方法として、特許文献１に記載されている方法がある。この方法は、投影光学系の収差に応じて、その前側にあるアパーチャアレイやレンズアレイの各開口の位置をずらし、投影光学系に入射する荷電粒子線の配置・角度を意図的に不均一にしている。そして、当該不均一性が後側の投影光学系の収差によって生じる複数の荷電粒子線の間の不均一性を打ち消すように、アパーチャアレイおよびレンズアレイの各開口をずらす量が決められている。このようにして、複数の荷電粒子線の間の最終的な不均一性を補償している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８０３１０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、各開口をずらす量には限界が存在する。この限界について図３を参照して説明する。後側の投影レンズ１２５の収差量が大きく、その前側で与えるべき開口２０１のずらし量が大きい場合、図３のように、集束レンズアレイ１１９において一部の荷電粒子線がけられてしまう。つまり、開口２０１をずらすことによってなされる補償は、集束レンズアレイ１１９でのけられによる限界が存在しており、当該けられによって制限されない範囲でしかできないという問題がある。
【０００６】
投影系の収差による不均一性に限らず、開口をずらすことによって光学系（荷電粒子光学系）の収差による不均一性の補償を行う場合には、荷電粒子線の光学素子でのけられによる補償限界が存在する。しかしながら、従来は、このような補償限界の課題を解決する方法は示されていなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、当該課題に鑑み、複数の荷電粒子線の間の不均一性の補償に有利な描画装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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系と、
前記コリメータレンズ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ーを形成するレンズアレイと、
前記複数のクロスオーバー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複数の荷電粒子線をそれぞれ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、
前記レンズアレイは、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ー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補正レンズアレイと、前記複数のクロスオーバーを形成するように、前記補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイと、を含む、ことを特徴とする描画装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば、複数の荷電粒子線の間の不均一性の補償に有利な描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の描画装置の構成を示す図
【図２】投影系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を示す図
【図３】レンズアレイでのけられによる補償限界を説明する図
【図４】レンズアレイの焦点距離を短くして補償限界を改善する構成と、その問題点とを示す図
【図５】投影系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【図６】実施形態２の描画装置の構成を示す図
【図７】投影系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【図８】実施形態３の描画装置の構成を示す図
【図９】照射角度が不均一である場合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
【図１０】照射系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【図１１】集束レンズアレイの焦点距離と集束レンズアレイでのけられとの関係、及び、アライナー実装スペースの問題を示す図
【図１２】実施形態３の効果を示す図
【図１３】実施形態３の効果を示すグラフ
【図１４】コリメータレンズのデフォーカス調整の有無によるアパーチャアレイ・補正レンズアレイの開口配列の違いを示す図
【図１５】実施形態４の描画装置の構成を示す図
【図１６】アパーチャアレイ及び補正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１７】実施形態５の描画装置の構成を示す図
【図１８】照射角度が不均一である場合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
【図１９】照射系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［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、複数の荷電粒子線に対して一つの投影系を有し、当該投影系により複数の荷電粒子線を一括してウエハー（基板）に縮小投影するように構成されている。全実施形態を通じて、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。
【００１３】
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、クロスオーバー調整光学系１１１（クロスオーバ調整系ともいう）によって（照射光学系）クロスオーバー１１２を形成する。ここで、電子源１０８は、ＬａＢ６や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。クロスオーバー調整光学系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枚の電極からなり、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。クロスオーバー１１２から広角をもって発散する電子ビームは、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。
【００１４】
コリメータレンズから射出してアパーチャアレイ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（ブランキング偏向器アレイ）上に結像する（クロスオーバーを形成する）。ここで集束レンズアレイ１１９は、２段の静電レンズアレイで構成され、１段目の補正レンズアレイ１６２・２段目の拡大レンズアレイ１６３ともに３枚の多孔電極から構成されている。補正レンズアレイ１６２・拡大レンズアレイ１６３は、いずれも、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の瞳面における電子ビームの通過領域を規定する役割も持たせるため、補正レンズアレイ１６２の瞳面の位置（補正レンズアレイ１６２の前側焦点面の位置）に置かれている。
【００１５】
ブランカーアレイ１２２は、１つの電子ビームごとに１対の偏向電極を持ったデバイスである。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を介して生成されたブランキング信号に基づき、複数の電子ビームのブランキングを個別に行う。ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビーム１２５は、後側にあるストップアパーチャ１２３によって遮断され、ブランキング状態となる。
【００１６】
ブランカーアレイ１２２を通ったマルチ電子ビームは、第１投影レンズ１２５によってストップアパーチャ１２３上の単一開口の略中心位置に集束される。マルチ電子ビームは、さらに、第２投影レンズ１２６によってそれぞれ集束され、その結果、ブランカーアレイ１２２上の中間結像面でのマルチ電子ビームのパターンがウエハー１２８上に縮小投影される。ここで、第１投影レンズ１２５及び第２投影レンズ１２６は、それぞれ磁界レンズで構成され、これらの磁界レンズは、いわゆるダブレットレンズを構成している。第１投影レンズ１２５及び第２投影レンズ１２６を含む投影系の投影倍率は、１／１００倍程度に設定されうる。これにより、電子ビームの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、例えば、ブランカーアレイ１２２の中間結像面上で２μｍの場合、ウエハー１２８面上では２０ｎｍ程度となる。
【００１７】
電子光学系は、照射光学系１４０（照射系ともいう）、マルチビーム形成光学系１５０（マルチビーム形成系ともいう）、および投影光学系１７０（投影系ともいう）から構成される。照射光学系１４０は、電子源１０８からコリメータレンズ１１５までを含み、平行ビームを形成してアパーチャアレイ１１７を照射する。マルチビーム形成光学系１５０は、照射光学系１４０により照射された電子ビームをマルチ電子ビームに分割し、さらに複数のクロスオーバーを形成する。投影光学系１７０は、マルチビーム形成光学系１５０により形成された複数のクロスオーバーをウエハー１２８上に縮小投影する。本発明は、特に、マルチビーム形成光学系１５０の構成に関するものである。
【００１８】
ウエハー上でのマルチ電子ビームのスキャンは、偏向器１２７により行うことができる。偏向器１２７は、８極の静電偏向器であり、磁界型の偏向器よりも高速で動作が可能である。偏向器１２７は、偏向信号発生回路１０４からの信号に従って駆動される。パターン描画にあたっては、ウエハー１３３はステージ１２９の移動によってＸ方向（紙面に垂直な方向）に連続的に移動する。それと並行して、ウエハー面上の電子ビーム１３０は、不図示のレーザー測長機によるステージ１２９の位置の計測結果に基づき、偏向器１２７によってＹ方向（紙面左右方向）に偏向される。また、それらと並行して、マルチ電子ビームは、ブランカーアレイ１２２及びストップアパーチャ１２３によって、描画パターンに応じて個別にブランキングされる。このようにして、ウエハー１２８面上に高速に描画を行うことができる。
【００１９】
図２は、本発明を適用しなかった場合における投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を示す図である。投影系の収差（球面収差）が存在する場合、無収差ならストップアパーチャの開口２０５の中心に到達するはずの電子線が、電子線がより外側になるほど図のようにより大きく電子源側にずれてしまう。ここで、図示した点２０４は、外側の２つの電子ビームの主光線の交点である。このように、電子ビームは、より外側になるほどより大きく電子源側に集束してしまい、マルチ電子ビーム全体をストップアパーチャ１２３の開口２０５の中心に集束させることができない。その結果、ウエハー面上でのランディング角やブランキング特性に不均一性が生じてしまう。
【００２０】
それに対する１つの解決策が特許文献１の手法である。すなわち、集束レンズアレイの開口２０２の位置をアパーチャアレイの開口２０１の位置に対してずらすことによって、外側の電子ビームを外側に傾斜させて投影系に入射させることができる。これにより、外側の電子ビームもストップアパーチャの開口２０５の中心に到達させることができる。しかしながら、特許文献１の手法は、投影系の収差の補償を行うにあたり、補償の限界が存在しており、当該限界を超える補償を行うことはできない。
【００２１】
図３は、当該補償限界を説明する図である。投影系の収差が大きく、外側の電子ビームをより大きな角度で外側に傾斜させなくてはならない場合、集束レンズアレイの開口２０２をずらす量を大きくする必要がある。しかし、その場合、図示したように、外側の電子ビームには、集束レンズアレイ１１９によるけられが発生してしまう。すなわち、特許文献１の手法では、集束レンズアレイ１１９による電子ビームのけられが発生しない範囲での収差補償しか行うことができない。
【００２２】
図４は、レンズアレイの焦点距離を短くして補償限界を改善する構成と、その問題点とを示す図である。集束レンズアレイ１１９でのけられによる補償限界は、集束レンズアレイ１１９の焦点距離に反比例する。このため、図４のように集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くする（それ応じてアパーチャアレイ１１７と集束レンズアレイ１１９との間の距離も短くする）ことで補償限界を改善することができる。しかし、以下の２つの制約から、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすることは困難である。
【００２３】
第１の制約は、ブランカーアレイ１２２とブランカーアレイ上の電子ビームの間の相対位置を合わせるためのアライナー偏向器１２０の実装スペース２１０が必要なことである。ここで、アライナー偏向器１２０は、集束レンズアレイ１１９とそれが形成する複数のクロスオーバーとの間の複数の荷電粒子線を一括して偏向して当該複数のクロスオーバーの位置を調整する偏向器である。図４のように、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くした場合、アライナー偏向器の実装スペース２１０が非常に狭くなり、アライナー偏向器１２０を実装することができない。その結果、ブランカーアレイ１２２とブランカーアレイ上の電子ビームとの間の相対位置を保障することができなくなる。
【００２４】
第２の制約は、ブランカーアレイ１２２上に結像される電子ビームの収束角を大きくできないという制約である。ブランカーアレイ１２２による電子ビームの偏向角は、ブランカーアレイ１２２上に結像される電子ビームの収束角によって決まっているため、この収束角が大きくなるほどブランカーアレイ１２２に必要とされる偏向角は大きくなってしまう。ここで、ブランカーアレイ１２２上での電子ビームの収束角は集束レンズアレイ１１９の焦点距離に反比例するため、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くした場合には、この収束角は大きくなってしまう。
【００２５】
要するに、補償限界を改善するために集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くする場合には、アライナー偏向器の実装スペースが確保できない点、および、ブランキングに必要な偏向角が増大してしまう点、の少なくとも一方に留意すべきである。
【００２６】
これに対し本発明者は、集束レンズアレイ１１９を互いに開口配列の異なる２段の集束レンズアレイを含む構成とすることにより補償限界を改善する方法を見出した。図５は、投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する第１実施形態に係る構成を示す図である。特許文献１の発明と共通する特徴の説明は省略し、本実施形態の特徴部とその効果とに関して説明する。
【００２７】
図３の構成に対する本実施形態の構成の相違点は、集束レンズアレイ１１９は、補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３の２段構成になっていて、かつ、それらの開口配列が互いに異なっている点である。２つのレンズアレイの役割を以下に説明する。
【００２８】
まず、補正レンズアレイ１６２は、図４の構成における焦点距離の短い集束レンズアレイ１１９と同様に、投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する役割を有する。補償は、補正レンズアレイの開口５０１をアパーチャアレイの開口２０１に対してずらすことにより行う。ここで、マルチ電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより外側に傾斜して投影系に入射するように、補正レンズアレイの開口５０１をずらす量が調整されるようにする。補正レンズアレイ１６２の焦点距離は、要求される補償限界が得られるように短く設定される。
【００２９】
次に、拡大レンズアレイ１６３は、補正レンズアレイ１６２によって電子ビームが結像される第１結像面１５１上の電子ビーム１６１を、主光線角度を変えずに拡大するためのレンズアレイである。図５を見ればわかるように、その開口５０２の配列は、各電子ビームの主光線の角度を変えないように、電子ビームの主光線が開口（レンズ）の中心位置を通るようになっている。主光線角度を変えずに拡大することにより、図４を用いて説明した課題が解決されていることが重要である。アライナー偏向器の実装スペースが取れなかった問題は、拡大レンズアレイ１６２によって静電レンズアレイ１１９とブランカーアレイ１２２との間の距離を長くすることによって解決している。さらに、ブランカーアレイ１２２上で電子ビームの収束角が大きくなってしまう問題は、第１結像面上の電子ビーム１６１を拡大することによって解決している。ここで、図からも明らかなように、ブランカーアレイ１２２上の電子ビームの収束角は、拡大倍率（１倍より大きい結像倍率）に反比例する。
【００３０】
要するに、上述のような２段構成の集束レンズアレイ１１９によって、補償限界を改善しつつ、図４で説明したような制約に係る困難を回避することができる。
【００３１】
図５の（Ａ）は、補正レンズアレイの開口５０１の配列を実線で、アパーチャアレイの開口２０１の配列を点線で示したものである。補正レンズアレイの開口５０１の位置は、アパーチャアレイの開口２０１の位置に対し、開口がより外側になるほどより大きく外側にずらされている。その結果、開口がより外側になるほどより大きく外側に主光線が傾斜するようになる。
【００３２】
図５の（Ｂ）は、拡大レンズアレイの開口５０２を実線で、アパーチャアレイの開口２０１を点線で示したものである。拡大レンズアレイの開口５０２の位置は、補正レンズアレイ１６２によって曲げられた電子ビームの主光線が、その開口５０２の中心位置を通るように、アパーチャアレイの開口２０１に対してずらされている。電子ビームがより外側になるほどより大きく電子ビームの主光線が外側に傾斜しているため、図５において、拡大レンズアレイの開口５０２をずらす量は、補正レンズアレイの開口５０１をずらす量よりも大きく設定されている。
【００３３】
図５の（Ａ）（Ｂ）に示すような互いに異なる開口配列の採用により、補正限界を改善することができる。本実施形態の技術的特徴は、上述したような２種の役割を持つレンズアレイを併用するところにある。したがって、例えば、補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の少なくとも一方を複数段のレンズアレイとして構成し、同様の効果を発揮させてもよい。
【００３４】
［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る描画装置の構成を示す図である。実施形態１との相違点は、ブランカーアレイ１２２の直上に投影アパーチャアレイ６０１がある点である。この投影アパーチャアレイ６０１の開口パターンを２段の投影レンズで縮小投影することにより、マルチ電子ビームのスポットをウエハー１２８上に形成している。
【００３５】
このようなアパーチャの開口パターンを縮小投影するタイプの構成においても、投影系の収差により実施形態１の場合と同様の問題は起こりうる。すなわち、投影系の収差（球面収差）によって、電子ビームがより外側になるほどより大きく電子源側に電子ビームが集束してしまう。この場合も、上述したような補正レンズアレイ１６２と拡大レンズアレイ１６３との組み合わせにより、実施形態１の場合と同様の補償を行うことができる。
【００３６】
図７は、投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する実施形態２に係る構成を示す図である。実施形態１とは異なる点は、補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の対応するレンズの組がいわゆるアフォーカル系を構成している点である。このようにすると、拡大レンズアレイ１６３の各レンズは、像面が無限遠となるため、無限大の拡大倍率（結像倍率）を有する拡大レンズとみなすことができる。それ以外の点においては、補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３の機能や構成は、実施形態１におけるものと同様であるため、説明は省略する。
【００３７】
図７のように、補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３は、対応するレンズの組がアフォーカル系を構成している。このため、電子ビームがより外側になるほどより大きく主光線が外側に傾斜した平行電子ビーム群がそれぞれ対応する投影アパーチャアレイ６０１の開口に照射される。その結果、ストップアパーチャ１２３の単一の開口の中心位置にマルチ電子ビームが集束するようになる。
【００３８】
［実施形態３］
これまで、投影光学系の収差によるマルチ電子ビームの特性の不均一性の補償に関して、補償限界を改善するための構成を説明してきた。しかしながら、そのような補償は、投影光学系の収差に対するものに限られず、例えば、照射光学系の収差に対しても適用可能である。特に、マルチ電子ビームの各々に関して投影ユニットを有するマルチカラム式の構成の場合、上述のような投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性は原理的に生じない。一方、電子ビームの数を増やすために照射光学系において利用する電子源からの電子ビームの発散角（発散半角）を大きくした場合、照射光学系の収差によるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性が問題となる。高スループットの描画装置を実現するためには、電子ビームの数を増やすことが有効である。このため、マルチカラム式描画装置において上記発散角を大きくした場合に生じるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性を補償することが高スループットの達成に重要となる。以下、照射光学系の収差によるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性を補償するための実施形態を説明する。
【００３９】
図８は、実施形態３に係る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、１つの電子ビームごとに投影ユニットを含む投影系を備えた、いわゆるマルチカラム式の描画装置である。なお、図１と共通する部分の説明は省略し、マルチカラム式に特有の構成を説明するため、ブランカーアレイ１２２以後の構成に関して説明する。
【００４０】
ブランカーアレイ１２２によってマルチ電子ビームの個別の偏向によるブランキングがなされる。ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビームは、１つの電子ビームごとに開口を有するストップアパーチャアレイ８０１（ブランキングストップアパーチャアレイ）によって遮断される。ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビーム８０２は、図示したように遮断される。なお、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８０１の後側に、それらと同じ構造の第２ブランカーアレイ８０４および第２ストップアパーチャアレイ８０５が配置されている。
【００４１】
投影系は、１つの電子ビームごとに設けられ、第２集束レンズアレイ８０３、第３集束レンズアレイ８０７、第４集束レンズアレイ８０７（対物レンズアレイ）によって構成される。ここで、第２集束レンズアレイ８０３・第３集束レンズアレイ８０７・第４集束レンズアレイ８０８は、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。特に、第４集束レンズアレイ８０８は、対物レンズアレイとなっていて、その投影倍率は、例えば、１／１００倍程度に設定される。これにより、電子ビームの半値全幅は、例えば、ブランカーアレイ１２２の中間結像面上で２μｍの場合、ウエハー１２８面上では２０ｎｍ程度となる。
【００４２】
電子光学系は、実施形態１と同様に、照射光学系１４０、マルチビーム形成光学系１５０、および投影光学系１７０から構成される。照射光学系１４０は、電子源１０８からコリメータレンズ１１５までを含み、平行ビームを形成してアパーチャアレイ１１７を照射する。マルチビーム形成光学系１５０は、照射光学系１４０により照射された電子ビームをマルチ電子ビームに分割し、さらに複数のクロスオーバーを形成する。投影光学系１７０は、マルチビーム形成光学系１５０により形成された複数のクロスオーバーをウエハー１２８上に個別に縮小投影する。本発明は、特に、マルチビーム形成光学系１５０の構成に関するものである。
【００４３】
図９は、照射光学系１４０がアパーチャアレイ１１７を照射する照射角度が不均一である場合の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９は、主として図８におけるマルチビーム形成光学系１５０を図示している。図９において、照射光学系クロスオーバー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によって平行化される。しかし、照射光学系の照射する領域が大きい場合、照射光学系の収差により電子ビームは完全には平行化されず、照射角度に不均一性が生じてしまう。ここで、照射光学系の収差は、クロスオーバー調整光学系１１１の球面収差、コリメータレンズ１１５の球面収差、及び電子源とアパーチャアレイ１１７との間に現れる空間電荷効果（クーロン効果）による収差（凹レンズの球面収差とみなすことができる）できまる。
【００４４】
例えば、上述した照射光学系の収差のうち、コリメータレンズ１１５の球面収差が支配的である場合を考える。この場合、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への電子ビームの入射角２０４は、電子ビームがより外側になるほどより大きくなる（より内側に傾斜してしまう）。また、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、電子ビームがより外側になるほどより内側に傾斜した状態となる。これによって、集束レンズアレイ１１９を通過した電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより大きくブランカーアレイの開口２０３に対して内側にずれてしまうことになる。その結果、マルチ電子ビームの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。これは、結果として、ブランカーアレイ１２２の偏向特性の不均一性を引き起こしてしまう。
【００４５】
図９の（Ａ）は、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列、図９の（Ｂ）は、結像面（ブランカーアレイ１２２）上の電子ビーム配列を示したものである。結像面上の電子ビームは、照射光学系の収差によって、電子ビームがより外側になるほどより大きくブランカーアレイの開口２０３に対して内側にずれてしまう様子を示している。ここで、ブランカーアレイの開口２０３の配列は、一例として正方格子配列としているが、それに限らず、例えば、千鳥格子配列や多段千鳥格子配列など、他の規則性を有していてもよい。
【００４６】
照射光学系の収差のうち、空間電荷効果による収差が支配的である場合、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への電子ビームの入射角２０４は、逆に、電子ビームがより外側になるほどより大きく外側へ傾斜することになる。その結果、結像面上での電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより大きく外側にずれることになる。
【００４７】
照射光学系の球面収差は、クロスオーバー調整光学系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（凹レンズの球面収差すなわち負の球面収差に相当）との和によって決まる。そのようにして決まる球面収差によって、アパーチャアレイを照射する光線が内側に傾斜してしまうか、外側に傾斜してしまうかが決まり、それに応じて、結像面上のビーム配列のずれも決まることになる。なお、実施形態３以降の全ての実施形態において、照射系の収差は、コリメータレンズ１１５の球面収差が支配的であるものとする。すなわち、アパーチャアレイへの電子ビームの入射角２０４は、電子ビームがより外側になるほどより大きく内側に傾斜してしまう不均一性を有している場合を例に説明する。
【００４８】
図１０は、照射光学系がアパーチャアレイを照射する照射角度が不均一である場合の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１０において、集束レンズアレイ１１９は、実施形態１と同様、補正レンズアレイ１６２と拡大レンズアレイ１６３とを含む２段構成となっている。まず、照射光学系の収差を補償する構成に関して図１０を用いて説明し、そのような構成とする長所について図１１・図１２を用いて説明する。
【００４９】
図１０において、アパーチャアレイ１１７及び補正レンズアレイ１６２の開口位置は、ブランカーアレイの開口２０３の位置に対して共に同量だけずらされている。ここで、「同量」とは、ずらし量の差が所定の許容範囲内であることを意味し、換言すれば、「実質的に同量」を意味する。このアパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口の変位量（ずらし量）は、照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ（傾斜）に応じて、例えば、像高の関数（例えば、３次の多項式）として設定される。また、拡大レンズアレイ１６３の開口位置は、ブランカーアレイの開口２０３の位置と一致するように、ずらさないで配置される。ここで、「一致」とは、位置ずれ量が所定の許容範囲内にあることを意味している（以下の記載に関しても同様）。
【００５０】
このように、電子ビームの角度ずれに基づき、ブランカーアレイの開口２０３の位置に対し、アパーチャアレイ１１７及び補正レンズアレイ１６３の開口の位置をずらし、拡大レンズアレイ１６３の開口の位置はずらさない。この場合のマルチ電子ビームの軌道は、結像面上のビーム配列が目標とするビーム配列に一致するような軌道となる。マルチ電子ビームの配列の不均一性が補償されたことにより、外側の電子ビームもブランカーアレイの開口２０３の中心位置を通るようになり、ブランカーアレイ１２２の偏向特性が改善される。
【００５１】
図１０の（Ａ）は、アパーチャアレイの開口２０１の配列及び補正レンズアレイの開口５０１の配列を示しており、これらの開口は、ブランカーアレイの開口２０３に対し、ともに同量だけずらされている。図１０（Ｂ）は、拡大レンズアレイの開口５０２の配列を示し、拡大レンズアレイの開口５０２は、ブランカーアレイの開口２０３に対してずらされていない。図１０（Ｃ）は、結像面上の電子ビーム１２１の配列を示し、補償の結果、電子ビーム１２１の位置はブランカーアレイの開口２０３の位置に一致している。
【００５２】
ここで、アパーチャアレイ１１７は、補正レンズアレイ１６２の瞳面上（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が補正レンズアレイ１６２の瞳面上に置かれた状態で、アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口２０２を同量ずらした場合、補正レンズアレイ１６２の瞳面における電子ビームの通過領域は変化しない。そのため、アパーチャアレイ及び補正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は均一に保つことができる。つまり、アパーチャアレイ１１７を補正レンズアレイ１６２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配列の不均一性を補償できるだけでなく、結像面への電子ビームの入射角の均一性も保つことができる。
【００５３】
なお、アパーチャアレイ１１７と補正レンズアレイ１６２との間に平行偏心がある場合、補正レンズアレイ１６２の瞳面における電子ビームの通過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、マルチ電子ビームの間で生じる不均一性であって、本実施形態の目的は、照射光学系の収差によってマルチ電子ビームの間で生じる不均一性を低減することにある。
【００５４】
続いて、集束レンズアレイ１１９を補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の２段構成とする長所について説明する。当該長所は、要するに、照射光学系の収差の補償に関して、実施形態１と同様に、補償限界を改善できる点にある。
【００５５】
図１１は、照射光学系の収差の補償に関して、補償限界を説明する図である。照射光学系の収差が大きくて照射角度のずれが大きい場合、図１１の（Ａ）のように、アパーチャアレイ１１７を透過した電子ビームは、集束レンズアレイ１１９によって蹴られてしまい、補償ができない。すなわち、照射光学系の場合も、投影光学系の場合と同様、集束レンズアレイ１１９によるけられによる補償限界が存在している。また、この補償限界を改善するためには、図１１の（Ｂ）のように、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすればよく、この点も、投影系の場合と共通している。なお、図１１の（Ａ）のｆ１、図１１の（Ｂ）のｆ２は、それぞれの場合の集束レンズアレイ１１９の焦点距離を示している。また、両者の関係は、ｆ１＞ｆ２である。
【００５６】
しかし、単純に集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くするだけでは、投影系の場合と同様の不都合が生じる。すなわち、補償限界を改善するために集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすると、アライナー偏向器の実装スペースがとれないこと、また、ブランキングに必要な偏向角が増大してしまうことが問題となる。図１１の（Ｃ）および（Ｄ）は、それらの問題を示すものである。（Ｃ）に対して（Ｄ）のように集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすると、アライナー偏向器１２０の実装スペース２１０が十分に取れなくなること、また、ブランカーアレイ１２２上への電子ビームの収束角が大きくなってしまうことがわかる。
【００５７】
ここで、図１２は、実施形態３の効果を示す図である。図１２で示されるように、集束レンズアレイ１１９を補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の２段構成とすることにより、補正限界が改善するとともに、上述の２つの問題を解決できることが分かる。すなわち、実施形態１の場合と同様に、拡大レンズアレイ１６３を設けたことにより、アライナー偏向器の実装スペース２１０を確保できるようになり、また、ブランカーアレイ１２２上への電子ビームの収束角も小さくなっている。
【００５８】
図１３は、実施形態３の構成によって、照射系の収差による照射角度の不均一性の補償限界が改善する効果を示すグラフである。ここでは、照射光学系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する場合を例示するが、投影光学系の収差による不均一性を補償する実施形態１・２の場合も同様の傾向となる。グラフは、集束レンズアレイ１１９を２段構成として補正レンズアレイ１６２の焦点距離ｆをｆ＝１６ｍｍ、ｆ＝３２ｍｍ、ｆ＝６４ｍｍとした場合と、集束レンズアレイ１１９を一段構成として焦点距離ｆをｆ＝１００ｍｍとした場合とを示す。横軸に照射角度の補正量（μｒａｄ）をとり、縦軸に収差量（ウエハー面換算値、ｎｍ）をとったものである。各々のプロットの右端が集束レンズアレイでのけられによる補償限界である。このグラフから、補正レンズアレイおよび拡大レンズアレイの２段構成とすることにより、１段構成の場合には約５０ｕｒａｄである補正限界をその数倍程度まで改善できることがわかる。
【００５９】
ここで、図１３のグラフを参照するに、補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の２段構成とした場合、収差が増大してしまっていることがわかる。しかし、投影系１７０の収差と比較してマルチビーム生成光学系１５０の収差は非常に小さいため、マルチビーム生成光学系１５０の収差の多少の増大は許容しうるものである。ただし、補正レンズアレイ１６２の焦点距離を短くするほど収差が増加することには留意するべきである。すなわち、補正限界と収差とはトレードオフの関係にある点に留意が必要である。
【００６０】
続いて、アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口５０１をずらす量を軽減するためのデフォーカス調整に関して、図１４を参照して説明する。なお、ここでは、照射光学系に対するデフォーカス調整を例にして説明するが、同様の調整は、実施形態１または２における投影光学系に対しても行うことができる。
【００６１】
本実施形態において、アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口５０１をずらす量は、具体的には、像高Ｙ、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によって決定される。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）で表わされる。Ｃｓ（ＣＯ−ａｄｊｕｓｔ）は、クロスオーバー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収差を凹レンズの球面収差とみなしたときの球面収差係数である。照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ量Δθは、上述のパラメータを用いて、Δθ＝Ｃｓ（Ｙ／ｆ）３＋Δｆ（Ｙ／ｆ）として近似的に表わされる。この式は、像高Ｙに関して３次の多項式である。
【００６２】
図１４は、本実施形態において、コリメータレンズのデフォーカス調整の有無によるアパーチャアレイ・補正レンズアレイの開口配列の違いを示す図である。図１４の（Ａ）は、デフォーカス調整量Δｆが０の場合のアパーチャアレイの開口２０１の配列及び補正レンズアレイの開口５０１の配列を示す。図１４の（Ｂ）は、デフォーカス調整を行った場合のアパーチャアレイの開口２０１の配列及び補正レンズアレイの開口５０１の配列を示す。図１４の（Ｃ）は、像高Ｙ（照射位置）を横軸に、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斜した場合を正とする）を縦軸にとったグラフである（Ｃｓ＝５０００ｍｍ、ｆ＝５００ｍｍ、Δｆ＝１．５ｍｍの場合）。
【００６３】
図１４の（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、像高Ｙの３乗に比例するため、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口の位置をずらす量は、図１４の（Ａ）のように、像高Ｙの３乗に比例させる。一方、図１４の（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、像高Ｙの３乗に比例する項と、像高Ｙに比例するデフォーカス項との和により表される。このため、デフォーカス調整を行った場合の電子ビームの角度ずれ量は、図１４の（Ｃ）からわかるように、像高Ｙが小さな領域では、負になり、像高Ｙが大きな領域では、正となる。よって、この場合、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口は、図１４の（Ｂ）のように、ブランカーアレイの開口２０３に対し、像高の小さな領域では内側にずらせばよい（開口１４０１参照）。また、像高の大きな領域では外側にずらせばよい（開口１４０２参照）。
【００６４】
このように、デフォーカス調整を行った場合は、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列が多少複雑になる。しかし、図１４の（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電子ビームの角度ずれ量の絶対値のレンジは小さくなる。すなわち、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補正レンズアレイの開口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１４の（Ａ）と図１４の（Ｂ）とを比較するとよくわかる。
【００６５】
以上のようにデフォーカス調整の有無によってそれぞれ長所短所がある。本実施形態に限らず、全ての実施形態において、デフォーカス調整によってアパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列は変化しうる。したがって、実施形態で示す開口配列は例示に過ぎない。すなわち、当該開口配列はデフォーカス調整に応じて変化させるべきであるものの、光学系の収差に依存するマルチ電子ビームの間の不均一性を開口配列の異なる多段のレンズアレイで補償する構成は、全実施形態に共通するものである。
【００６６】
［実施形態４］
図１５は、実施形態４に係る描画装置の構成を示す図である。図８（実施形態３）に係る描画装置とは異なる構成をした電子源アレイ１５１０及びマルチビーム形成光学系１５０の部分のみを説明する。電子源アレイ１５１０は、熱電界放出型の電子源（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ （ＴＦＥ） ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｏｕｒｃｅ （ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇｕｎ））を複数並べたものである。アレイ状に並んだ熱電界放出型エミッタ１５０１から放出された電子ビーム群は、同様にアレイ状に並んだクロスオーバー調整光学系１１１によって、同様にアレイ状に並んだ（照射光学系）クロスオーバー１１２を形成する。ここで、熱電界放出型エミッタ１５０１には、例えば、ＺｒＯ／Ｗ等の電界放出に適したカソード材が用いられる。
【００６７】
アレイ状に並んだ照射光学系クロスオーバー１１２から放射された複数の電子ビーム１１４は、コリメータレンズアレイ１５０５によってそれぞれ平行化され、互いにオーバーラップしない複数の電子ビームとなる。そして、各電子ビームは、アパーチャアレイ１１７上のサブアレイ領域を照射する。本実施形態では、サブアレイ領域は９（＝３×３）領域あるものとする。図１１を参照するとわかるように、電子源アレイ１５１０のうちの一つの電子源のみに注目すれば、それに対応する電子光学系の構成は、図８の構成と等価である。すなわち、本実施形態は、照射光学系とアパーチャアレイとレンズアレイと投影ユニットとを含む組を並列に複数有する構成となっている。よって、実施形態３で説明した補償は、サブアレイ領域を単位として設けられた複数の電子光学系において並列に行うことができる。
【００６８】
図１６の（Ａ）は、３×３のサブアレイ領域におけるアパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列、図１６の（Ｂ）は、対応する拡大レンズアレイの開口配列、図１６の（Ｃ）は、結像面上のビーム配列をそれぞれ示す。図１６の（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及び補正レンズアレイの開口５０１をブランカーアレイの開口２０３に対してずらしている。一方、拡大レンズアレイの開口５０２は、図１６の（Ｂ）に示すように、ブランカーアレイの開口２０３に対してずらしていない。
【００６９】
同一の照射光学系が並列に構成されている場合、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列はどのサブアレイでも同一としうる。なお、図１６（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とは同量だけずらすようにしている。
【００７０】
実施形態３に係る補償を図１６（Ａ）のようにサブアレイ毎に適用することによって、図１６（Ｃ）のようにマルチ電子ビームの間の不均一性が補償される。このように、サブアレイ毎に照射光学系が設けられていれば、サブアレイ毎に補償を実施できるという点が重要である。したがって、例えば、各コリメータレンズのデフォーカス調整を行った場合、アパーチャアレイ・補正レンズアレイの開口配列は、図１４で示したような開口配列をサブアレイ毎に適用した開口配列とすればよいのは明らかである。
【００７１】
［実施形態５］
図１７は、実施形態５に係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８（実施形態３）に係る描画装置の構成と同様の構成となるため、繰り返しの説明は省略し、アパーチャアレイ１１７より後側の構成に関して説明する。
【００７２】
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、補正レンズアレイ１６２によって中間結像面１６０上に一旦結像された（クロスビームを形成した）のち、拡大レンズアレイ１６３によって再び集束される。実施形態５において、拡大レンズアレイ１６３のレンズパワーは、後側のストップアパーチャアレイ１７０２上のアパーチャ１７０３にマルチビームが集束するように設定される。
【００７３】
拡大レンズアレイ１６３を通過したマルチ電子ビームは、ただちに投影アパーチャアレイ６０１によってさらに分割される。図１７は、一つの電子ビームを３×３の電子ビーム（サブマルチ電子ビーム群）へと分割する場合を示している。
【００７４】
サブマルチ電子ビーム群は、拡大レンズアレイ１６３のレンズパワーの設定により、ストップアパーチャアレイ１７０２上で集束する。ここで、ストップアパーチャアレイ１７０２には各サブマルチ電子ビーム群に対して１つの開口が設けられている。そして、ストップアパーチャアレイ１７０２の開口１７０３の配列は、投影アパーチャアレイ６０１の３×３のサブ開口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。
【００７５】
投影アパーチャアレイ６０１の直下にはブランカーアレイ１２２が備えられていて、各電子ビームは、偏向によるブリンキング動作が個別に可能となっている。ある電子ビームをブリンキングしたい場合、ブランカーアレイ１２２の対応する電極に電圧を印加し、ストップアパーチャアレイ１７０２によって当該電子ビームを遮断する。ブランカーアレイによって偏向された電子ビーム１２５を図中に例示されている。
【００７６】
ストップアパーチャアレイ１７０２を通過したサブマルチ電子ビーム群は、第２集束レンズアレイ１７０４によって集束され、ウエハー１２８の表面に結像される。第２集束レンズアレイの物体面は、投影アパーチャアレイ６０１となっていて、投影アパーチャアレイ６０１の３×３のサブ開口アレイは、ウエハー１２８の表面に縮小投影される。投影アパーチャアレイ６０１の開口径は、例えば２．５μｍであり、第２集束レンズアレイ１７０４の投影倍率は例えば１／１００倍である。その場合、ウエハー１２８の表面上には、ビーム径２５ｎｍの電子ビームが投影されることになる。
【００７７】
また、ストップアパーチャアレイ１７０２は、第２集束レンズアレイ１７０４の前側焦点面位置に置かれていて、第２集束レンズアレイ１７０４の瞳面における電子ビームの通過領域を規定している。ストップアパーチャアレイ１７０２の近傍には偏向器アレイ１７０１が置かれ、偏向器アレイ１７０１によりサブマルチ電子ビームのスキャンを行うことができる。偏向器アレイ１７０１の各電極対は、装置の複雑化を避けるため、共通の印加電圧で駆動されうる。また、各電極対の構造は、くし歯状の対向電極で構成されうる。
【００７８】
図１８は、アパーチャアレイ１１７を照射する電子ビームの照射角度が不均一である場合の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、及び、ストップアパーチャアレイ上の電子ビーム配列を示す図である。照射光学系の収差によって電子ビームの照射角度が不均一となった場合、前述のように、集束レンズアレイ１１９によって集束される電子ビームの配列が不均一となってしまう。本実施形態の場合、集束レンズアレイ１１９の結像面はストップアパーチャアレイ１７０２であり、よって、ストップアパーチャアレイ１７０２上でのサブマルチ電子ビームの配列は、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１８の（Ｂ）である。図９の（Ｂ）の場合と同様に、電子ビームがより外側になるほどより大きくストップアパーチャアレイの開口１７０３の位置よりも内側に到達（集束）してしまう不均一性が生じる。
【００７９】
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６０１によってさらに分割しているため、投影アパーチャアレイ６０１に照射される電子ビームが傾斜している影響も新たに考慮する必要がある。図１８を参照するとわかるように、投影アパーチャアレイ６０１に照射される電子ビームは、照射光学系の収差によって、電子ビームがより外側になるほどより大きく内側に傾斜する。その結果、サブマルチ電子ビーム群の各主光線は、電子ビームがより外側になるほどより大きく内側に傾斜してしまう（図１８の中央のサブ電子ビーム群と左または右のサブ電子ビーム群とを比較するとわかる）。このため、ストップアパーチャアレイの開口１７０３によって規定される電子ビームの角度分布は、サブマルチ電子ビームの間でばらついてしまう。その結果、ウエハー１３３面上における電子ビームの配列や電子ビームの電流強度に不均一性が引き起こされる。
【００８０】
図１９は、本実施形態の構成において電子ビームの照射角度が不均一である場合のアパーチャアレイ、補正レンズアレイ及び拡大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の配列とを示す図である。アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口５０１の位置は、ストップアパーチャアレイの開口１７０３の位置に対して、図１９の（Ａ）のように、像高に関して３次の多項式に従ってずらしている。一方、拡大レンズアレイの開口５０２の位置は、ストップアパーチャアレイの開口１７０３の位置に一致させるようにしている。すなわち、実施形態３において構成の基準とした開口がブランカーアレイの開口２０３であるのに対して、本実施形態における基準開口はストップアパーチャアレイの開口１７０３である。
【００８１】
図１９に示す本実施形態の構成により、サブマルチ電子ビームの各主光線の傾斜角がずれることなく、かつ、ストップアパーチャアレイの開口１７０３の中心にサブマルチ電子ビームが集束するように、照射光学系の収差を補償することができる。また、集束レンズアレイ１１９を補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３の２段の静電レンズアレイを含んで構成することによって補償限界を改善できる点も他の実施形態の場合と同様である。
【００８２】
［実施形態６］
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。
【００８３】
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ようにしてもよい。そして、そのようにして、集束レンズアレイの形成するクロスオーバー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）に整合または一致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。
【符号の説明】
【００８４】
１１７ アパーチャアレイ
１１９ 集束レンズアレイ（レンズアレイ）
１２２ ブランカーアレイ（投影系における複数の開口を備えた素子）
１４０ 照射光学系（照射系）
１６２ 補正レンズアレイ
１６３ 拡大レンズアレイ
１７０ 投影光学系（投影系）
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置においては、複数の荷電粒子線の間の特性の不均一性が問題となる。そのような不均一性として、具体的には例えば、各荷電粒子線の配置誤差や角度誤差等が挙げられる。これらの不均一性は、描画装置のオーバーレイ精度の点で不利となる。
【０００３】
当該不均一性を補償する方法として、特許文献１に記載されている方法がある。この方法は、投影光学系の収差に応じて、その前側にあるアパーチャアレイやレンズアレイの各開口の位置をずらし、投影光学系に入射する荷電粒子線の配置・角度を意図的に不均一にしている。そして、当該不均一性が後側の投影光学系の収差によって生じる複数の荷電粒子線の間の不均一性を打ち消すように、アパーチャアレイおよびレンズアレイの各開口をずらす量が決められている。このようにして、複数の荷電粒子線の間の最終的な不均一性を補償している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８０３１０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、各開口をずらす量には限界が存在する。この限界について図３を参照して説明する。後側の投影レンズ１２５の収差量が大きく、その前側で与えるべき開口２０１のずらし量が大きい場合、図３のように、集束レンズアレイ１１９において一部の荷電粒子線がけられてしまう。つまり、開口２０１をずらすことによってなされる補償は、集束レンズアレイ１１９でのけられによる限界が存在しており、当該けられによって制限されない範囲でしかできないという問題がある。
【０００６】
投影系の収差による不均一性に限らず、開口をずらすことによって光学系（荷電粒子光学系）の収差による不均一性の補償を行う場合には、荷電粒子線の光学素子でのけられによる補償限界が存在する。しかしながら、従来は、このような補償限界の課題を解決する方法は示されていなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、当該課題に鑑み、複数の荷電粒子線の間の不均一性の補償に有利な描画装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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系と、
前記コリメータレンズ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ーを形成するレンズアレイと、
前記複数のクロスオーバー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複数の荷電粒子線をそれぞれ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、
前記レンズアレイは、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ー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補正レンズアレイと、前記複数のクロスオーバーを形成するように、前記補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイと、を含む、ことを特徴とする描画装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば、複数の荷電粒子線の間の不均一性の補償に有利な描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の描画装置の構成を示す図
【図２】投影系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を示す図
【図３】レンズアレイでのけられによる補償限界を説明する図
【図４】レンズアレイの焦点距離を短くして補償限界を改善する構成と、その問題点とを示す図
【図５】投影系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【図６】実施形態２の描画装置の構成を示す図
【図７】投影系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【図８】実施形態３の描画装置の構成を示す図
【図９】照射角度が不均一である場合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
【図１０】照射系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【図１１】集束レンズアレイの焦点距離と集束レンズアレイでのけられとの関係、及び、アライナー実装スペースの問題を示す図
【図１２】実施形態３の効果を示す図
【図１３】実施形態３の効果を示すグラフ
【図１４】コリメータレンズのデフォーカス調整の有無によるアパーチャアレイ・補正レンズアレイの開口配列の違いを示す図
【図１５】実施形態４の描画装置の構成を示す図
【図１６】アパーチャアレイ及び補正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１７】実施形態５の描画装置の構成を示す図
【図１８】照射角度が不均一である場合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
【図１９】照射系の収差による複数の荷電粒子線の間の不均一性を補償する構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［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、複数の荷電粒子線に対して一つの投影系を有し、当該投影系により複数の荷電粒子線を一括してウエハー（基板）に縮小投影するように構成されている。全実施形態を通じて、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。
【００１３】
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、クロスオーバー調整光学系１１１（クロスオーバ調整系ともいう）によって（照射光学系）クロスオーバー１１２を形成する。ここで、電子源１０８は、ＬａＢ６や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。クロスオーバー調整光学系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枚の電極からなり、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。クロスオーバー１１２から広角をもって発散する電子ビームは、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。
【００１４】
コリメータレンズから射出してアパーチャアレイ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（ブランキング偏向器アレイ）上に結像する（クロスオーバーを形成する）。ここで集束レンズアレイ１１９は、２段の静電レンズアレイで構成され、１段目の補正レンズアレイ１６２・２段目の拡大レンズアレイ１６３ともに３枚の多孔電極から構成されている。補正レンズアレイ１６２・拡大レンズアレイ１６３は、いずれも、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の瞳面における電子ビームの通過領域を規定する役割も持たせるため、補正レンズアレイ１６２の瞳面の位置（補正レンズアレイ１６２の前側焦点面の位置）に置かれている。
【００１５】
ブランカーアレイ１２２は、１つの電子ビームごとに１対の偏向電極を持ったデバイスである。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を介して生成されたブランキング信号に基づき、複数の電子ビームのブランキングを個別に行う。ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビーム１２５は、後側にあるストップアパーチャ１２３によって遮断され、ブランキング状態となる。
【００１６】
ブランカーアレイ１２２を通ったマルチ電子ビームは、第１投影レンズ１２５によってストップアパーチャ１２３上の単一開口の略中心位置に集束される。マルチ電子ビームは、さらに、第２投影レンズ１２６によってそれぞれ集束され、その結果、ブランカーアレイ１２２上の中間結像面でのマルチ電子ビームのパターンがウエハー１２８上に縮小投影される。ここで、第１投影レンズ１２５及び第２投影レンズ１２６は、それぞれ磁界レンズで構成され、これらの磁界レンズは、いわゆるダブレットレンズを構成している。第１投影レンズ１２５及び第２投影レンズ１２６を含む投影系の投影倍率は、１／１００倍程度に設定されうる。これにより、電子ビームの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、例えば、ブランカーアレイ１２２の中間結像面上で２μｍの場合、ウエハー１２８面上では２０ｎｍ程度となる。
【００１７】
電子光学系は、照射光学系１４０（照射系ともいう）、マルチビーム形成光学系１５０（マルチビーム形成系ともいう）、および投影光学系１７０（投影系ともいう）から構成される。照射光学系１４０は、電子源１０８からコリメータレンズ１１５までを含み、平行ビームを形成してアパーチャアレイ１１７を照射する。マルチビーム形成光学系１５０は、照射光学系１４０により照射された電子ビームをマルチ電子ビームに分割し、さらに複数のクロスオーバーを形成する。投影光学系１７０は、マルチビーム形成光学系１５０により形成された複数のクロスオーバーをウエハー１２８上に縮小投影する。本発明は、特に、マルチビーム形成光学系１５０の構成に関するものである。
【００１８】
ウエハー上でのマルチ電子ビームのスキャンは、偏向器１２７により行うことができる。偏向器１２７は、８極の静電偏向器であり、磁界型の偏向器よりも高速で動作が可能である。偏向器１２７は、偏向信号発生回路１０４からの信号に従って駆動される。パターン描画にあたっては、ウエハー１３３はステージ１２９の移動によってＸ方向（紙面に垂直な方向）に連続的に移動する。それと並行して、ウエハー面上の電子ビーム１３０は、不図示のレーザー測長機によるステージ１２９の位置の計測結果に基づき、偏向器１２７によってＹ方向（紙面左右方向）に偏向される。また、それらと並行して、マルチ電子ビームは、ブランカーアレイ１２２及びストップアパーチャ１２３によって、描画パターンに応じて個別にブランキングされる。このようにして、ウエハー１２８面上に高速に描画を行うことができる。
【００１９】
図２は、本発明を適用しなかった場合における投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を示す図である。投影系の収差（球面収差）が存在する場合、無収差ならストップアパーチャの開口２０５の中心に到達するはずの電子線が、電子線がより外側になるほど図のようにより大きく電子源側にずれてしまう。ここで、図示した点２０４は、外側の２つの電子ビームの主光線の交点である。このように、電子ビームは、より外側になるほどより大きく電子源側に集束してしまい、マルチ電子ビーム全体をストップアパーチャ１２３の開口２０５の中心に集束させることができない。その結果、ウエハー面上でのランディング角やブランキング特性に不均一性が生じてしまう。
【００２０】
それに対する１つの解決策が特許文献１の手法である。すなわち、集束レンズアレイの開口２０２の位置をアパーチャアレイの開口２０１の位置に対してずらすことによって、外側の電子ビームを外側に傾斜させて投影系に入射させることができる。これにより、外側の電子ビームもストップアパーチャの開口２０５の中心に到達させることができる。しかしながら、特許文献１の手法は、投影系の収差の補償を行うにあたり、補償の限界が存在しており、当該限界を超える補償を行うことはできない。
【００２１】
図３は、当該補償限界を説明する図である。投影系の収差が大きく、外側の電子ビームをより大きな角度で外側に傾斜させなくてはならない場合、集束レンズアレイの開口２０２をずらす量を大きくする必要がある。しかし、その場合、図示したように、外側の電子ビームには、集束レンズアレイ１１９によるけられが発生してしまう。すなわち、特許文献１の手法では、集束レンズアレイ１１９による電子ビームのけられが発生しない範囲での収差補償しか行うことができない。
【００２２】
図４は、レンズアレイの焦点距離を短くして補償限界を改善する構成と、その問題点とを示す図である。集束レンズアレイ１１９でのけられによる補償限界は、集束レンズアレイ１１９の焦点距離に反比例する。このため、図４のように集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くする（それ応じてアパーチャアレイ１１７と集束レンズアレイ１１９との間の距離も短くする）ことで補償限界を改善することができる。しかし、以下の２つの制約から、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすることは困難である。
【００２３】
第１の制約は、ブランカーアレイ１２２とブランカーアレイ上の電子ビームの間の相対位置を合わせるためのアライナー偏向器１２０の実装スペース２１０が必要なことである。ここで、アライナー偏向器１２０は、集束レンズアレイ１１９とそれが形成する複数のクロスオーバーとの間の複数の荷電粒子線を一括して偏向して当該複数のクロスオーバーの位置を調整する偏向器である。図４のように、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くした場合、アライナー偏向器の実装スペース２１０が非常に狭くなり、アライナー偏向器１２０を実装することができない。その結果、ブランカーアレイ１２２とブランカーアレイ上の電子ビームとの間の相対位置を保障することができなくなる。
【００２４】
第２の制約は、ブランカーアレイ１２２上に結像される電子ビームの収束角を大きくできないという制約である。ブランカーアレイ１２２による電子ビームの偏向角は、ブランカーアレイ１２２上に結像される電子ビームの収束角によって決まっているため、この収束角が大きくなるほどブランカーアレイ１２２に必要とされる偏向角は大きくなってしまう。ここで、ブランカーアレイ１２２上での電子ビームの収束角は集束レンズアレイ１１９の焦点距離に反比例するため、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くした場合には、この収束角は大きくなってしまう。
【００２５】
要するに、補償限界を改善するために集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くする場合には、アライナー偏向器の実装スペースが確保できない点、および、ブランキングに必要な偏向角が増大してしまう点、の少なくとも一方に留意すべきである。
【００２６】
これに対し本発明者は、集束レンズアレイ１１９を互いに開口配列の異なる２段の集束レンズアレイを含む構成とすることにより補償限界を改善する方法を見出した。図５は、投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する第１実施形態に係る構成を示す図である。特許文献１の発明と共通する特徴の説明は省略し、本実施形態の特徴部とその効果とに関して説明する。
【００２７】
図３の構成に対する本実施形態の構成の相違点は、集束レンズアレイ１１９は、補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３の２段構成になっていて、かつ、それらの開口配列が互いに異なっている点である。２つのレンズアレイの役割を以下に説明する。
【００２８】
まず、補正レンズアレイ１６２は、図４の構成における焦点距離の短い集束レンズアレイ１１９と同様に、投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する役割を有する。補償は、補正レンズアレイの開口５０１をアパーチャアレイの開口２０１に対してずらすことにより行う。ここで、マルチ電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより外側に傾斜して投影系に入射するように、補正レンズアレイの開口５０１をずらす量が調整されるようにする。補正レンズアレイ１６２の焦点距離は、要求される補償限界が得られるように短く設定される。
【００２９】
次に、拡大レンズアレイ１６３は、補正レンズアレイ１６２によって電子ビームが結像される第１結像面１５１上の電子ビーム１６１を、主光線角度を変えずに拡大するためのレンズアレイである。図５を見ればわかるように、その開口５０２の配列は、各電子ビームの主光線の角度を変えないように、電子ビームの主光線が開口（レンズ）の中心位置を通るようになっている。主光線角度を変えずに拡大することにより、図４を用いて説明した課題が解決されていることが重要である。アライナー偏向器の実装スペースが取れなかった問題は、拡大レンズアレイ１６２によって静電レンズアレイ１１９とブランカーアレイ１２２との間の距離を長くすることによって解決している。さらに、ブランカーアレイ１２２上で電子ビームの収束角が大きくなってしまう問題は、第１結像面上の電子ビーム１６１を拡大することによって解決している。ここで、図からも明らかなように、ブランカーアレイ１２２上の電子ビームの収束角は、拡大倍率（１倍より大きい結像倍率）に反比例する。
【００３０】
要するに、上述のような２段構成の集束レンズアレイ１１９によって、補償限界を改善しつつ、図４で説明したような制約に係る困難を回避することができる。
【００３１】
図５の（Ａ）は、補正レンズアレイの開口５０１の配列を実線で、アパーチャアレイの開口２０１の配列を点線で示したものである。補正レンズアレイの開口５０１の位置は、アパーチャアレイの開口２０１の位置に対し、開口がより外側になるほどより大きく外側にずらされている。その結果、開口がより外側になるほどより大きく外側に主光線が傾斜するようになる。
【００３２】
図５の（Ｂ）は、拡大レンズアレイの開口５０２を実線で、アパーチャアレイの開口２０１を点線で示したものである。拡大レンズアレイの開口５０２の位置は、補正レンズアレイ１６２によって曲げられた電子ビームの主光線が、その開口５０２の中心位置を通るように、アパーチャアレイの開口２０１に対してずらされている。電子ビームがより外側になるほどより大きく電子ビームの主光線が外側に傾斜しているため、図５において、拡大レンズアレイの開口５０２をずらす量は、補正レンズアレイの開口５０１をずらす量よりも大きく設定されている。
【００３３】
図５の（Ａ）（Ｂ）に示すような互いに異なる開口配列の採用により、補正限界を改善することができる。本実施形態の技術的特徴は、上述したような２種の役割を持つレンズアレイを併用するところにある。したがって、例えば、補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の少なくとも一方を複数段のレンズアレイとして構成し、同様の効果を発揮させてもよい。
【００３４】
［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る描画装置の構成を示す図である。実施形態１との相違点は、ブランカーアレイ１２２の直上に投影アパーチャアレイ６０１がある点である。この投影アパーチャアレイ６０１の開口パターンを２段の投影レンズで縮小投影することにより、マルチ電子ビームのスポットをウエハー１２８上に形成している。
【００３５】
このようなアパーチャの開口パターンを縮小投影するタイプの構成においても、投影系の収差により実施形態１の場合と同様の問題は起こりうる。すなわち、投影系の収差（球面収差）によって、電子ビームがより外側になるほどより大きく電子源側に電子ビームが集束してしまう。この場合も、上述したような補正レンズアレイ１６２と拡大レンズアレイ１６３との組み合わせにより、実施形態１の場合と同様の補償を行うことができる。
【００３６】
図７は、投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する実施形態２に係る構成を示す図である。実施形態１とは異なる点は、補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の対応するレンズの組がいわゆるアフォーカル系を構成している点である。このようにすると、拡大レンズアレイ１６３の各レンズは、像面が無限遠となるため、無限大の拡大倍率（結像倍率）を有する拡大レンズとみなすことができる。それ以外の点においては、補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３の機能や構成は、実施形態１におけるものと同様であるため、説明は省略する。
【００３７】
図７のように、補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３は、対応するレンズの組がアフォーカル系を構成している。このため、電子ビームがより外側になるほどより大きく主光線が外側に傾斜した平行電子ビーム群がそれぞれ対応する投影アパーチャアレイ６０１の開口に照射される。その結果、ストップアパーチャ１２３の単一の開口の中心位置にマルチ電子ビームが集束するようになる。
【００３８】
［実施形態３］
これまで、投影光学系の収差によるマルチ電子ビームの特性の不均一性の補償に関して、補償限界を改善するための構成を説明してきた。しかしながら、そのような補償は、投影光学系の収差に対するものに限られず、例えば、照射光学系の収差に対しても適用可能である。特に、マルチ電子ビームの各々に関して投影ユニットを有するマルチカラム式の構成の場合、上述のような投影系の収差によるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性は原理的に生じない。一方、電子ビームの数を増やすために照射光学系において利用する電子源からの電子ビームの発散角（発散半角）を大きくした場合、照射光学系の収差によるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性が問題となる。高スループットの描画装置を実現するためには、電子ビームの数を増やすことが有効である。このため、マルチカラム式描画装置において上記発散角を大きくした場合に生じるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性を補償することが高スループットの達成に重要となる。以下、照射光学系の収差によるマルチ電子ビームの間の特性の不均一性を補償するための実施形態を説明する。
【００３９】
図８は、実施形態３に係る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、１つの電子ビームごとに投影ユニットを含む投影系を備えた、いわゆるマルチカラム式の描画装置である。なお、図１と共通する部分の説明は省略し、マルチカラム式に特有の構成を説明するため、ブランカーアレイ１２２以後の構成に関して説明する。
【００４０】
ブランカーアレイ１２２によってマルチ電子ビームの個別の偏向によるブランキングがなされる。ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビームは、１つの電子ビームごとに開口を有するストップアパーチャアレイ８０１（ブランキングストップアパーチャアレイ）によって遮断される。ブランカーアレイ１２２によって偏向された電子ビーム８０２は、図示したように遮断される。なお、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８０１の後側に、それらと同じ構造の第２ブランカーアレイ８０４および第２ストップアパーチャアレイ８０５が配置されている。
【００４１】
投影系は、１つの電子ビームごとに設けられ、第２集束レンズアレイ８０３、第３集束レンズアレイ８０７、第４集束レンズアレイ８０７（対物レンズアレイ）によって構成される。ここで、第２集束レンズアレイ８０３・第３集束レンズアレイ８０７・第４集束レンズアレイ８０８は、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。特に、第４集束レンズアレイ８０８は、対物レンズアレイとなっていて、その投影倍率は、例えば、１／１００倍程度に設定される。これにより、電子ビームの半値全幅は、例えば、ブランカーアレイ１２２の中間結像面上で２μｍの場合、ウエハー１２８面上では２０ｎｍ程度となる。
【００４２】
電子光学系は、実施形態１と同様に、照射光学系１４０、マルチビーム形成光学系１５０、および投影光学系１７０から構成される。照射光学系１４０は、電子源１０８からコリメータレンズ１１５までを含み、平行ビームを形成してアパーチャアレイ１１７を照射する。マルチビーム形成光学系１５０は、照射光学系１４０により照射された電子ビームをマルチ電子ビームに分割し、さらに複数のクロスオーバーを形成する。投影光学系１７０は、マルチビーム形成光学系１５０により形成された複数のクロスオーバーをウエハー１２８上に個別に縮小投影する。本発明は、特に、マルチビーム形成光学系１５０の構成に関するものである。
【００４３】
図９は、照射光学系１４０がアパーチャアレイ１１７を照射する照射角度が不均一である場合の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９は、主として図８におけるマルチビーム形成光学系１５０を図示している。図９において、照射光学系クロスオーバー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によって平行化される。しかし、照射光学系の照射する領域が大きい場合、照射光学系の収差により電子ビームは完全には平行化されず、照射角度に不均一性が生じてしまう。ここで、照射光学系の収差は、クロスオーバー調整光学系１１１の球面収差、コリメータレンズ１１５の球面収差、及び電子源とアパーチャアレイ１１７との間に現れる空間電荷効果（クーロン効果）による収差（凹レンズの球面収差とみなすことができる）できまる。
【００４４】
例えば、上述した照射光学系の収差のうち、コリメータレンズ１１５の球面収差が支配的である場合を考える。この場合、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への電子ビームの入射角２０４は、電子ビームがより外側になるほどより大きくなる（より内側に傾斜してしまう）。また、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、電子ビームがより外側になるほどより内側に傾斜した状態となる。これによって、集束レンズアレイ１１９を通過した電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより大きくブランカーアレイの開口２０３に対して内側にずれてしまうことになる。その結果、マルチ電子ビームの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。これは、結果として、ブランカーアレイ１２２の偏向特性の不均一性を引き起こしてしまう。
【００４５】
図９の（Ａ）は、アパーチャアレイ及び集束レンズアレイの開口配列、図９の（Ｂ）は、結像面（ブランカーアレイ１２２）上の電子ビーム配列を示したものである。結像面上の電子ビームは、照射光学系の収差によって、電子ビームがより外側になるほどより大きくブランカーアレイの開口２０３に対して内側にずれてしまう様子を示している。ここで、ブランカーアレイの開口２０３の配列は、一例として正方格子配列としているが、それに限らず、例えば、千鳥格子配列や多段千鳥格子配列など、他の規則性を有していてもよい。
【００４６】
照射光学系の収差のうち、空間電荷効果による収差が支配的である場合、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への電子ビームの入射角２０４は、逆に、電子ビームがより外側になるほどより大きく外側へ傾斜することになる。その結果、結像面上での電子ビームは、電子ビームがより外側になるほどより大きく外側にずれることになる。
【００４７】
照射光学系の球面収差は、クロスオーバー調整光学系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（凹レンズの球面収差すなわち負の球面収差に相当）との和によって決まる。そのようにして決まる球面収差によって、アパーチャアレイを照射する光線が内側に傾斜してしまうか、外側に傾斜してしまうかが決まり、それに応じて、結像面上のビーム配列のずれも決まることになる。なお、実施形態３以降の全ての実施形態において、照射系の収差は、コリメータレンズ１１５の球面収差が支配的であるものとする。すなわち、アパーチャアレイへの電子ビームの入射角２０４は、電子ビームがより外側になるほどより大きく内側に傾斜してしまう不均一性を有している場合を例に説明する。
【００４８】
図１０は、照射光学系がアパーチャアレイを照射する照射角度が不均一である場合の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１０において、集束レンズアレイ１１９は、実施形態１と同様、補正レンズアレイ１６２と拡大レンズアレイ１６３とを含む２段構成となっている。まず、照射光学系の収差を補償する構成に関して図１０を用いて説明し、そのような構成とする長所について図１１・図１２を用いて説明する。
【００４９】
図１０において、アパーチャアレイ１１７及び補正レンズアレイ１６２の開口位置は、ブランカーアレイの開口２０３の位置に対して共に同量だけずらされている。ここで、「同量」とは、ずらし量の差が所定の許容範囲内であることを意味し、換言すれば、「実質的に同量」を意味する。このアパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口の変位量（ずらし量）は、照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ（傾斜）に応じて、例えば、像高の関数（例えば、３次の多項式）として設定される。また、拡大レンズアレイ１６３の開口位置は、ブランカーアレイの開口２０３の位置と一致するように、ずらさないで配置される。ここで、「一致」とは、位置ずれ量が所定の許容範囲内にあることを意味している（以下の記載に関しても同様）。
【００５０】
このように、電子ビームの角度ずれに基づき、ブランカーアレイの開口２０３の位置に対し、アパーチャアレイ１１７及び補正レンズアレイ１６３の開口の位置をずらし、拡大レンズアレイ１６３の開口の位置はずらさない。この場合のマルチ電子ビームの軌道は、結像面上のビーム配列が目標とするビーム配列に一致するような軌道となる。マルチ電子ビームの配列の不均一性が補償されたことにより、外側の電子ビームもブランカーアレイの開口２０３の中心位置を通るようになり、ブランカーアレイ１２２の偏向特性が改善される。
【００５１】
図１０の（Ａ）は、アパーチャアレイの開口２０１の配列及び補正レンズアレイの開口５０１の配列を示しており、これらの開口は、ブランカーアレイの開口２０３に対し、ともに同量だけずらされている。図１０（Ｂ）は、拡大レンズアレイの開口５０２の配列を示し、拡大レンズアレイの開口５０２は、ブランカーアレイの開口２０３に対してずらされていない。図１０（Ｃ）は、結像面上の電子ビーム１２１の配列を示し、補償の結果、電子ビーム１２１の位置はブランカーアレイの開口２０３の位置に一致している。
【００５２】
ここで、アパーチャアレイ１１７は、補正レンズアレイ１６２の瞳面上（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が補正レンズアレイ１６２の瞳面上に置かれた状態で、アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口２０２を同量ずらした場合、補正レンズアレイ１６２の瞳面における電子ビームの通過領域は変化しない。そのため、アパーチャアレイ及び補正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は均一に保つことができる。つまり、アパーチャアレイ１１７を補正レンズアレイ１６２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配列の不均一性を補償できるだけでなく、結像面への電子ビームの入射角の均一性も保つことができる。
【００５３】
なお、アパーチャアレイ１１７と補正レンズアレイ１６２との間に平行偏心がある場合、補正レンズアレイ１６２の瞳面における電子ビームの通過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、マルチ電子ビームの間で生じる不均一性であって、本実施形態の目的は、照射光学系の収差によってマルチ電子ビームの間で生じる不均一性を低減することにある。
【００５４】
続いて、集束レンズアレイ１１９を補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の２段構成とする長所について説明する。当該長所は、要するに、照射光学系の収差の補償に関して、実施形態１と同様に、補償限界を改善できる点にある。
【００５５】
図１１は、照射光学系の収差の補償に関して、補償限界を説明する図である。照射光学系の収差が大きくて照射角度のずれが大きい場合、図１１の（Ａ）のように、アパーチャアレイ１１７を透過した電子ビームは、集束レンズアレイ１１９によって蹴られてしまい、補償ができない。すなわち、照射光学系の場合も、投影光学系の場合と同様、集束レンズアレイ１１９によるけられによる補償限界が存在している。また、この補償限界を改善するためには、図１１の（Ｂ）のように、集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすればよく、この点も、投影系の場合と共通している。なお、図１１の（Ａ）のｆ１、図１１の（Ｂ）のｆ２は、それぞれの場合の集束レンズアレイ１１９の焦点距離を示している。また、両者の関係は、ｆ１＞ｆ２である。
【００５６】
しかし、単純に集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くするだけでは、投影系の場合と同様の不都合が生じる。すなわち、補償限界を改善するために集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすると、アライナー偏向器の実装スペースがとれないこと、また、ブランキングに必要な偏向角が増大してしまうことが問題となる。図１１の（Ｃ）および（Ｄ）は、それらの問題を示すものである。（Ｃ）に対して（Ｄ）のように集束レンズアレイ１１９の焦点距離を短くすると、アライナー偏向器１２０の実装スペース２１０が十分に取れなくなること、また、ブランカーアレイ１２２上への電子ビームの収束角が大きくなってしまうことがわかる。
【００５７】
ここで、図１２は、実施形態３の効果を示す図である。図１２で示されるように、集束レンズアレイ１１９を補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の２段構成とすることにより、補正限界が改善するとともに、上述の２つの問題を解決できることが分かる。すなわち、実施形態１の場合と同様に、拡大レンズアレイ１６３を設けたことにより、アライナー偏向器の実装スペース２１０を確保できるようになり、また、ブランカーアレイ１２２上への電子ビームの収束角も小さくなっている。
【００５８】
図１３は、実施形態３の構成によって、照射系の収差による照射角度の不均一性の補償限界が改善する効果を示すグラフである。ここでは、照射光学系の収差によるマルチ電子ビームの間の不均一性を補償する場合を例示するが、投影光学系の収差による不均一性を補償する実施形態１・２の場合も同様の傾向となる。グラフは、集束レンズアレイ１１９を２段構成として補正レンズアレイ１６２の焦点距離ｆをｆ＝１６ｍｍ、ｆ＝３２ｍｍ、ｆ＝６４ｍｍとした場合と、集束レンズアレイ１１９を一段構成として焦点距離ｆをｆ＝１００ｍｍとした場合とを示す。横軸に照射角度の補正量（μｒａｄ）をとり、縦軸に収差量（ウエハー面換算値、ｎｍ）をとったものである。各々のプロットの右端が集束レンズアレイでのけられによる補償限界である。このグラフから、補正レンズアレイおよび拡大レンズアレイの２段構成とすることにより、１段構成の場合には約５０ｕｒａｄである補正限界をその数倍程度まで改善できることがわかる。
【００５９】
ここで、図１３のグラフを参照するに、補正レンズアレイ１６２および拡大レンズアレイ１６３の２段構成とした場合、収差が増大してしまっていることがわかる。しかし、投影系１７０の収差と比較してマルチビーム生成光学系１５０の収差は非常に小さいため、マルチビーム生成光学系１５０の収差の多少の増大は許容しうるものである。ただし、補正レンズアレイ１６２の焦点距離を短くするほど収差が増加することには留意するべきである。すなわち、補正限界と収差とはトレードオフの関係にある点に留意が必要である。
【００６０】
続いて、アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口５０１をずらす量を軽減するためのデフォーカス調整に関して、図１４を参照して説明する。なお、ここでは、照射光学系に対するデフォーカス調整を例にして説明するが、同様の調整は、実施形態１または２における投影光学系に対しても行うことができる。
【００６１】
本実施形態において、アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口５０１をずらす量は、具体的には、像高Ｙ、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によって決定される。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）で表わされる。Ｃｓ（ＣＯ−ａｄｊｕｓｔ）は、クロスオーバー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収差を凹レンズの球面収差とみなしたときの球面収差係数である。照射光学系の収差による電子ビームの角度ずれ量Δθは、上述のパラメータを用いて、Δθ＝Ｃｓ（Ｙ／ｆ）３＋Δｆ（Ｙ／ｆ）として近似的に表わされる。この式は、像高Ｙに関して３次の多項式である。
【００６２】
図１４は、本実施形態において、コリメータレンズのデフォーカス調整の有無によるアパーチャアレイ・補正レンズアレイの開口配列の違いを示す図である。図１４の（Ａ）は、デフォーカス調整量Δｆが０の場合のアパーチャアレイの開口２０１の配列及び補正レンズアレイの開口５０１の配列を示す。図１４の（Ｂ）は、デフォーカス調整を行った場合のアパーチャアレイの開口２０１の配列及び補正レンズアレイの開口５０１の配列を示す。図１４の（Ｃ）は、像高Ｙ（照射位置）を横軸に、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斜した場合を正とする）を縦軸にとったグラフである（Ｃｓ＝５０００ｍｍ、ｆ＝５００ｍｍ、Δｆ＝１．５ｍｍの場合）。
【００６３】
図１４の（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、像高Ｙの３乗に比例するため、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口の位置をずらす量は、図１４の（Ａ）のように、像高Ｙの３乗に比例させる。一方、図１４の（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、像高Ｙの３乗に比例する項と、像高Ｙに比例するデフォーカス項との和により表される。このため、デフォーカス調整を行った場合の電子ビームの角度ずれ量は、図１４の（Ｃ）からわかるように、像高Ｙが小さな領域では、負になり、像高Ｙが大きな領域では、正となる。よって、この場合、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口は、図１４の（Ｂ）のように、ブランカーアレイの開口２０３に対し、像高の小さな領域では内側にずらせばよい（開口１４０１参照）。また、像高の大きな領域では外側にずらせばよい（開口１４０２参照）。
【００６４】
このように、デフォーカス調整を行った場合は、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列が多少複雑になる。しかし、図１４の（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電子ビームの角度ずれ量の絶対値のレンジは小さくなる。すなわち、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補正レンズアレイの開口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１４の（Ａ）と図１４の（Ｂ）とを比較するとよくわかる。
【００６５】
以上のようにデフォーカス調整の有無によってそれぞれ長所短所がある。本実施形態に限らず、全ての実施形態において、デフォーカス調整によってアパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列は変化しうる。したがって、実施形態で示す開口配列は例示に過ぎない。すなわち、当該開口配列はデフォーカス調整に応じて変化させるべきであるものの、光学系の収差に依存するマルチ電子ビームの間の不均一性を開口配列の異なる多段のレンズアレイで補償する構成は、全実施形態に共通するものである。
【００６６】
［実施形態４］
図１５は、実施形態４に係る描画装置の構成を示す図である。図８（実施形態３）に係る描画装置とは異なる構成をした電子源アレイ１５１０及びマルチビーム形成光学系１５０の部分のみを説明する。電子源アレイ１５１０は、熱電界放出型の電子源（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ （ＴＦＥ） ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｏｕｒｃｅ （ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇｕｎ））を複数並べたものである。アレイ状に並んだ熱電界放出型エミッタ１５０１から放出された電子ビーム群は、同様にアレイ状に並んだクロスオーバー調整光学系１１１によって、同様にアレイ状に並んだ（照射光学系）クロスオーバー１１２を形成する。ここで、熱電界放出型エミッタ１５０１には、例えば、ＺｒＯ／Ｗ等の電界放出に適したカソード材が用いられる。
【００６７】
アレイ状に並んだ照射光学系クロスオーバー１１２から放射された複数の電子ビーム１１４は、コリメータレンズアレイ１５０５によってそれぞれ平行化され、互いにオーバーラップしない複数の電子ビームとなる。そして、各電子ビームは、アパーチャアレイ１１７上のサブアレイ領域を照射する。本実施形態では、サブアレイ領域は９（＝３×３）領域あるものとする。図１１を参照するとわかるように、電子源アレイ１５１０のうちの一つの電子源のみに注目すれば、それに対応する電子光学系の構成は、図８の構成と等価である。すなわち、本実施形態は、照射光学系とアパーチャアレイとレンズアレイと投影ユニットとを含む組を並列に複数有する構成となっている。よって、実施形態３で説明した補償は、サブアレイ領域を単位として設けられた複数の電子光学系において並列に行うことができる。
【００６８】
図１６の（Ａ）は、３×３のサブアレイ領域におけるアパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列、図１６の（Ｂ）は、対応する拡大レンズアレイの開口配列、図１６の（Ｃ）は、結像面上のビーム配列をそれぞれ示す。図１６の（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及び補正レンズアレイの開口５０１をブランカーアレイの開口２０３に対してずらしている。一方、拡大レンズアレイの開口５０２は、図１６の（Ｂ）に示すように、ブランカーアレイの開口２０３に対してずらしていない。
【００６９】
同一の照射光学系が並列に構成されている場合、アパーチャアレイ及び補正レンズアレイの開口配列はどのサブアレイでも同一としうる。なお、図１６（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とは同量だけずらすようにしている。
【００７０】
実施形態３に係る補償を図１６（Ａ）のようにサブアレイ毎に適用することによって、図１６（Ｃ）のようにマルチ電子ビームの間の不均一性が補償される。このように、サブアレイ毎に照射光学系が設けられていれば、サブアレイ毎に補償を実施できるという点が重要である。したがって、例えば、各コリメータレンズのデフォーカス調整を行った場合、アパーチャアレイ・補正レンズアレイの開口配列は、図１４で示したような開口配列をサブアレイ毎に適用した開口配列とすればよいのは明らかである。
【００７１】
［実施形態５］
図１７は、実施形態５に係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８（実施形態３）に係る描画装置の構成と同様の構成となるため、繰り返しの説明は省略し、アパーチャアレイ１１７より後側の構成に関して説明する。
【００７２】
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、補正レンズアレイ１６２によって中間結像面１６０上に一旦結像された（クロスビームを形成した）のち、拡大レンズアレイ１６３によって再び集束される。実施形態５において、拡大レンズアレイ１６３のレンズパワーは、後側のストップアパーチャアレイ１７０２上のアパーチャ１７０３にマルチビームが集束するように設定される。
【００７３】
拡大レンズアレイ１６３を通過したマルチ電子ビームは、ただちに投影アパーチャアレイ６０１によってさらに分割される。図１７は、一つの電子ビームを３×３の電子ビーム（サブマルチ電子ビーム群）へと分割する場合を示している。
【００７４】
サブマルチ電子ビーム群は、拡大レンズアレイ１６３のレンズパワーの設定により、ストップアパーチャアレイ１７０２上で集束する。ここで、ストップアパーチャアレイ１７０２には各サブマルチ電子ビーム群に対して１つの開口が設けられている。そして、ストップアパーチャアレイ１７０２の開口１７０３の配列は、投影アパーチャアレイ６０１の３×３のサブ開口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。
【００７５】
投影アパーチャアレイ６０１の直下にはブランカーアレイ１２２が備えられていて、各電子ビームは、偏向によるブリンキング動作が個別に可能となっている。ある電子ビームをブリンキングしたい場合、ブランカーアレイ１２２の対応する電極に電圧を印加し、ストップアパーチャアレイ１７０２によって当該電子ビームを遮断する。ブランカーアレイによって偏向された電子ビーム１２５を図中に例示されている。
【００７６】
ストップアパーチャアレイ１７０２を通過したサブマルチ電子ビーム群は、第２集束レンズアレイ１７０４によって集束され、ウエハー１２８の表面に結像される。第２集束レンズアレイの物体面は、投影アパーチャアレイ６０１となっていて、投影アパーチャアレイ６０１の３×３のサブ開口アレイは、ウエハー１２８の表面に縮小投影される。投影アパーチャアレイ６０１の開口径は、例えば２．５μｍであり、第２集束レンズアレイ１７０４の投影倍率は例えば１／１００倍である。その場合、ウエハー１２８の表面上には、ビーム径２５ｎｍの電子ビームが投影されることになる。
【００７７】
また、ストップアパーチャアレイ１７０２は、第２集束レンズアレイ１７０４の前側焦点面位置に置かれていて、第２集束レンズアレイ１７０４の瞳面における電子ビームの通過領域を規定している。ストップアパーチャアレイ１７０２の近傍には偏向器アレイ１７０１が置かれ、偏向器アレイ１７０１によりサブマルチ電子ビームのスキャンを行うことができる。偏向器アレイ１７０１の各電極対は、装置の複雑化を避けるため、共通の印加電圧で駆動されうる。また、各電極対の構造は、くし歯状の対向電極で構成されうる。
【００７８】
図１８は、アパーチャアレイ１１７を照射する電子ビームの照射角度が不均一である場合の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、及び、ストップアパーチャアレイ上の電子ビーム配列を示す図である。照射光学系の収差によって電子ビームの照射角度が不均一となった場合、前述のように、集束レンズアレイ１１９によって集束される電子ビームの配列が不均一となってしまう。本実施形態の場合、集束レンズアレイ１１９の結像面はストップアパーチャアレイ１７０２であり、よって、ストップアパーチャアレイ１７０２上でのサブマルチ電子ビームの配列は、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１８の（Ｂ）である。図９の（Ｂ）の場合と同様に、電子ビームがより外側になるほどより大きくストップアパーチャアレイの開口１７０３の位置よりも内側に到達（集束）してしまう不均一性が生じる。
【００７９】
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６０１によってさらに分割しているため、投影アパーチャアレイ６０１に照射される電子ビームが傾斜している影響も新たに考慮する必要がある。図１８を参照するとわかるように、投影アパーチャアレイ６０１に照射される電子ビームは、照射光学系の収差によって、電子ビームがより外側になるほどより大きく内側に傾斜する。その結果、サブマルチ電子ビーム群の各主光線は、電子ビームがより外側になるほどより大きく内側に傾斜してしまう（図１８の中央のサブ電子ビーム群と左または右のサブ電子ビーム群とを比較するとわかる）。このため、ストップアパーチャアレイの開口１７０３によって規定される電子ビームの角度分布は、サブマルチ電子ビームの間でばらついてしまう。その結果、ウエハー１３３面上における電子ビームの配列や電子ビームの電流強度に不均一性が引き起こされる。
【００８０】
図１９は、本実施形態の構成において電子ビームの照射角度が不均一である場合のアパーチャアレイ、補正レンズアレイ及び拡大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の配列とを示す図である。アパーチャアレイの開口２０１及び補正レンズアレイの開口５０１の位置は、ストップアパーチャアレイの開口１７０３の位置に対して、図１９の（Ａ）のように、像高に関して３次の多項式に従ってずらしている。一方、拡大レンズアレイの開口５０２の位置は、ストップアパーチャアレイの開口１７０３の位置に一致させるようにしている。すなわち、実施形態３において構成の基準とした開口がブランカーアレイの開口２０３であるのに対して、本実施形態における基準開口はストップアパーチャアレイの開口１７０３である。
【００８１】
図１９に示す本実施形態の構成により、サブマルチ電子ビームの各主光線の傾斜角がずれることなく、かつ、ストップアパーチャアレイの開口１７０３の中心にサブマルチ電子ビームが集束するように、照射光学系の収差を補償することができる。また、集束レンズアレイ１１９を補正レンズアレイ１６２及び拡大レンズアレイ１６３の２段の静電レンズアレイを含んで構成することによって補償限界を改善できる点も他の実施形態の場合と同様である。
【００８２】
［実施形態６］
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。
【００８３】
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ようにしてもよい。そして、そのようにして、集束レンズアレイの形成するクロスオーバー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）に整合または一致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。
【符号の説明】
【００８４】
１１７ アパーチャアレイ
１１９ 集束レンズアレイ（レンズアレイ）
１２２ ブランカーアレイ（投影系における複数の開口を備えた素子）
１４０ 照射光学系（照射系）
１６２ 補正レンズアレイ
１６３ 拡大レンズアレイ
１７０ 投影光学系（投影系）
【特許請求の範囲】
【請求項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系と、
前記コリメータレンズ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ーを形成するレンズアレイと、
単一の開口を備えた素子を有し、前記複数のクロスオーバーに対応する複数の荷電粒子線を集束し、かつ該開口を通過した複数の荷電粒子線を前記基板に投影する投影系と、を有し、
前記レンズアレイは、前記投影系の収差に依存して集束される前記複数の荷電粒子線が前記開口に集束されるように、前記アパーチャアレイの開口に対して偏心している集束レンズを含む補正レンズアレイと、前記複数のクロスオーバーを形成するように、前記補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイと、を含む、ことを特徴とする描画装置。
【請求項２】
前記拡大レンズアレイは、前記集束レンズを通過した荷電粒子線の主光線が前記拡大レンズアレイに含まれる拡大レンズの中心を通過するように、前記アパーチャアレイの開口に対して偏心した拡大レンズを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記拡大レンズアレイに含まれる前記拡大レンズは、結像倍率が無限大となるように構成されている、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。
【請求項４】
前記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ーと前記拡大レンズアレイとの間の複数の荷電粒子線を一括して偏向して該複数のクロスオーバーの位置を調整するアライナー偏向器を有する、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。
【請求項５】
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系と、
前記コリメータレンズ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ーを形成するレンズアレイと、
前記複数のクロスオーバー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複数の荷電粒子線をそれぞれ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、
前記レンズアレイは、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ー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補正レンズアレイと、前記複数のクロスオーバーを形成するように、前記補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイと、を含む、ことを特徴とする描画装置。
【請求項６】
前記拡大レンズアレイに含まれる前記拡大レンズの配列は、前記素子に備えられた開口の配列に一致するように構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の描画装置。
【請求項７】
前記アパーチャアレイは、前記補正レンズアレイに含まれ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５または請求項６に記載の描画装置。
【請求項８】
前記アパーチャアレイは、前記補正レンズアレイの前側焦点に配置され、前記補正レンズアレイにおける対応する集束レンズと同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７に記載の描画装置。
【請求項９】
前記コリメータレンズは、荷電粒子線のクロスオーバーから発散する荷電粒子線が入射し、該クロスオーバーは、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５ないし請求項８のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１０】
前記照射系と前記アパーチャアレイと前記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５ないし請求項９のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１１】
前記素子は、ブランキング偏向器アレイである、ことを特徴とする請求項５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１２】
前記素子は、ブランキング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５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２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。
【請求項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系と、
前記コリメータレンズ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ーを形成するレンズアレイと、
単一の開口を備えた素子を有し、前記複数のクロスオーバーに対応する複数の荷電粒子線を集束し、かつ該開口を通過した複数の荷電粒子線を前記基板に投影する投影系と、を有し、
前記レンズアレイは、前記投影系の収差に依存して集束される前記複数の荷電粒子線が前記開口に集束されるように、前記アパーチャアレイの開口に対して偏心している集束レンズを含む補正レンズアレイと、前記複数のクロスオーバーを形成するように、前記補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイと、を含む、ことを特徴とする描画装置。
【請求項２】
前記拡大レンズアレイは、前記集束レンズを通過した荷電粒子線の主光線が前記拡大レンズアレイに含まれる拡大レンズの中心を通過するように、前記アパーチャアレイの開口に対して偏心した拡大レンズを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
【請求項３】
前記拡大レンズアレイに含まれる前記拡大レンズは、結像倍率が無限大となるように構成されている、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。
【請求項４】
前記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ーと前記拡大レンズアレイとの間の複数の荷電粒子線を一括して偏向して該複数のクロスオーバーの位置を調整するアライナー偏向器を有する、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。
【請求項５】
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系と、
前記コリメータレンズ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ーを形成するレンズアレイと、
前記複数のクロスオーバー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複数の荷電粒子線をそれぞれ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、
前記レンズアレイは、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ー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補正レンズアレイと、前記複数のクロスオーバーを形成するように、前記補正レンズアレイにより形成された複数のクロスオーバーをそれぞれ拡大して結像する拡大レンズアレイと、を含む、ことを特徴とする描画装置。
【請求項６】
前記拡大レンズアレイに含まれる前記拡大レンズの配列は、前記素子に備えられた開口の配列に一致するように構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の描画装置。
【請求項７】
前記アパーチャアレイは、前記補正レンズアレイに含まれ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５または請求項６に記載の描画装置。
【請求項８】
前記アパーチャアレイは、前記補正レンズアレイの前側焦点に配置され、前記補正レンズアレイにおける対応する集束レンズと同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７に記載の描画装置。
【請求項９】
前記コリメータレンズは、荷電粒子線のクロスオーバーから発散する荷電粒子線が入射し、該クロスオーバーは、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５ないし請求項８のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１０】
前記照射系と前記アパーチャアレイと前記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５ないし請求項９のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１１】
前記素子は、ブランキング偏向器アレイである、ことを特徴とする請求項５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１２】
前記素子は、ブランキング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５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の描画装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−２４３８０３（Ｐ２０１２−２４３８０３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９４４９（Ｐ２０１１−１０９４４９）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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