JP2016207925A - 素子、製造方法、および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプリメンタリ・リソグラフィで、微細なラインパターンを安定的に加工できるマルチビーム形成素子を実現する。【解決手段】ビームを成形して偏向させる素子であって、素子の第１面側から入射されるビームを成形して通過させる第１開孔を有するアパーチャ層とアパーチャ層を通過したビームを通過させて偏向させる偏向層とを備え、偏向層は、第１開孔に対応する偏向層内のビーム通過空間に相対する第１電極を有する第１電極部と、偏向層内において隣接層とは独立してビーム通過空間に向かって延伸する延伸部、および端部においてビーム通過空間を挟んで第１電極に対向する第２電極を有する第２電極部と、を有する素子、およびそのような素子を適用した露光装置を提供する。【選択図】図１１Ａ

Description

本発明は、素子、製造方法、および露光装置に関する。

従来、線幅が数十ｎｍ程度の光露光技術で形成した単純なラインパターンに、電子ビーム等の荷電粒子ビームを用いた露光技術を用いて加工することで、微細な配線パターンを形成するコンプリメンタリ・リソグラフィが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。また、複数の荷電粒子ビームを有するマルチビームを形成する素子を用いたマルチビーム露光技術も知られている（例えば、特許文献３および４参照）。
特許文献１ 特開２０１３−１６７４４号公報
特許文献２ 特開２０１３−１５７５４７号公報
特許文献３ 特開２０１０−２６７９６２号公報
特許文献４ 平９−２９３６５４号公報

しかしながら、このような手法において、従来のマルチビーム形成素子を用いたマルチビーム露光で、異なる線幅および異なるピッチで作成されたラインパターンを加工することは困難であった。その一方で、加工すべきラインパターンはより微細化してきており、微細なラインパターンを安定的に加工できるマルチビーム形成素子が望まれていた。

本発明の第１の態様においては、ビームを成形して偏向させる素子であって、当該素子の第１面側から入射されるビームを成形して通過させる第１開孔を有するアパーチャ層と、アパーチャ層を通過したビームを通過させて偏向させる偏向層と、を備え、偏向層は、第１開孔に対応する偏向層内のビーム通過空間に相対する第１電極を有する第１電極部と、偏向層内において隣接層とは独立してビーム通過空間に向かって延伸する延伸部、および端部においてビーム通過空間を挟んで第１電極に対向する第２電極を有する第２電極部と、を有する素子および露光装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、ビームを成形して偏向させる素子を製造する製造方法であって、素子の第１面側から入射されるビームを成形して通過させる第１開孔を有するアパーチャ層を形成するアパーチャ層処理段階と、アパーチャ層を通過したビームを通過させて偏向させる偏向層を形成する偏向層処理段階と、を備え、偏向層処理段階は、第１開孔に対応する偏向層内のビーム通過空間に相対する第１電極を有する第１電極部と、偏向層内において隣接層とは独立してビーム通過空間に向かって延伸する延伸部、および端部においてビーム通過空間を挟んで第１電極に対向する第２電極を有する第２電極部と、を形成する製造方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る露光装置１００の構成例を示す。 本実施形態に係る露光装置１００がアレイビームを走査して、試料１１６の表面の一部に形成する照射可能領域２００の一例を示す。 本実施形態に係る露光装置１００の動作フローを示す。 試料１１６に形成すべきカットパターンの情報の一例を示す。 本実施形態に係る走査制御部１９０がアレイビームの照射位置をフレームの開始点に移動した場合の一例を示す。 本実施形態に係る選択部１６０の一例を示す。 本実施形態に係る露光制御部１４０が、ブランキング電極６４に供給する制御信号のタイミングチャートの一例を示す。 試料１１６の表面に形成されたラインパターン８０２の一例を示す。 試料１１６の表面に形成された配線パターン９００の一例を示す。 本実施形態に係る素子１０が有するアパーチャ層５０のＸＹ平面における構成例を示す。 本実施形態に係るアパーチャ層５０の断面の構成例を示す。 本実施形態に係る素子１０が有する偏向層６０のＸＹ平面における構成例を示す。 本実施形態に係る偏向層６０の第１断面の構成例を示す。 本実施形態に係る偏向層６０の第２断面の構成例を示す。 図１１Ａの一部を拡大した平面図である。 本実施形態に係る偏向層６０の一部をビーム通過空間６２ａ側からみた斜視図の一例を示す。 本実施形態に係る偏向層６０およびストッピングプレート７０の断面の構成例を示す。 本実施形態に係る第２電極６４ｃの第１の例を示す。 本実施形態に係る第２電極６４ｃの第２の例を示す。 本実施形態に係る電極延長量とビーム進行方向の電極長Ｔ６との関係の一例を示す。 本実施形態に係る素子１０の第１の変形例を示す。 本実施形態に係る素子１０の第２の変形例を示す。 図１６に示された第１の変形例の素子１０の製造フローを示す。 図１８に示した製造フローで形成された素子１０の断面図の一例を示す。 実際に形成した偏向層６０の電極部の一例を示す。 本実施形態に係る露光装置１００の変形例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る露光装置１００の構成例を示す。露光装置１００は、予め定められたグリッドに基づいて異なる線幅および異なるピッチで形成された試料上のラインパターンに応じた位置に、当該グリッドに応じた照射領域を有する荷電粒子ビームを照射して、当該ラインパターンを露光する。露光装置１００は、ステージ部１１０と、カラム部１２０と、ＣＰＵ１３０と、露光制御部１４０とを備える。

ステージ部１１０は、試料１１６を載置して移動させる。ここで、試料１１６は、半導体、ガラス、および／またはセラミック等で形成された基板でよく、一例として、シリコン等で形成された半導体ウエハである。試料１１６は、金属等の導電体でラインパターンが表面に形成された基板である。本実施形態の露光装置１００は、当該ラインパターンを切断して微細な加工（電極、配線、および／またはビア等の形成）をすべく、当該ラインパターン上に形成されたレジストを露光する。

ステージ部１１０は、ステージ装置１１２と、ステージ位置検出部１１４とを有する。ステージ装置１１２は、試料１１６を搭載し、当該試料１１６を図１に示したＸＹ平面上で移動させる。ステージ装置１１２は、ＸＹステージであってよく、また、ＸＹステージに加えて、Ｚステージ、回転ステージ、およびチルトステージのうちの１つ以上と組み合わされてもよい。

ステージ装置１１２は、試料１１６に形成されたラインパターンの長手方向を、予め定められた方向として移動させる。ステージ装置１１２は、ラインパターンの長手方向が、例えばＸ方向またはＹ方向といったステージの移動方向と略平行となるように試料１１６を搭載する。本実施形態に係るステージ装置１１２は、図１において、Ｘ方向およびＹ方向に移動するＸＹステージであり、ラインパターンの長手方向がＸ方向と略平行となるように試料１１６を搭載する例を説明する。

ステージ位置検出部１１４は、ステージ装置１１２の位置を検出する。ステージ位置検出部１１４は、一例として、レーザ光を移動するステージに照射し、反射光を検出することで当該ステージの位置を検出する。ステージ位置検出部１１４は、略１ｎｍ以下の精度でステージの位置を検出することが望ましい。

カラム部１２０は、ステージ部１１０に載置された試料１１６に、電子およびイオンを有する荷電粒子ビームを照射する。本実施形態において、カラム部１２０が、電子ビームを照射する例を説明する。本実施形態のカラム部１２０は、試料１１６に形成されたラインパターンの幅方向に照射位置が異なる複数の荷電粒子ビームを発生するビーム発生部である。カラム部１２０は、素子１０、電子銃２０、アパーチャプレート３０、ビーム形状変形部４０、ストッピングプレート７０、調整部８０、および位置合わせ部８２を有する。

素子１０は、入力する荷電粒子ビームを成形して偏向させる。素子１０は、アパーチャ層５０と、偏向層６０とを含む。アパーチャ層５０および偏向層６０については後に述べる。

電子銃２０は、電子を電界または熱によって放出させ、当該放出した電子に予め定められた電界を印加して、図１の−Ｚ方向となる試料１１６の方向に加速して電子ビームとして出力する。電子銃２０は、予め定められた加速電圧（一例として、５０ｋｅＶ）を印加して、電子ビームを出力してよい。電子銃２０は、ＸＹ平面と平行な試料１１６の表面からＺ軸と平行な垂線上に設けられてよい。

アパーチャプレート３０は、電子銃２０および試料１１６の間に設けられ、電子銃２０が放出する電子ビームの一部を遮蔽する。アパーチャプレート３０は、一例として、円形の開孔３２を有し、当該開孔３２で電子ビームの一部を遮蔽し、残りを通過させる。開孔３２の中心は、電子銃２０と試料１１６を結ぶ垂線と交わるように形成されてよい。即ち、アパーチャプレート３０は、電子銃２０から放出された電子ビームのうち、予め定められた放出角度以内の電子ビームを通過させる。

ビーム形状変形部４０は、アパーチャプレート３０および試料１１６の間に設けられ、アパーチャプレート３０を通過した電子ビームの略円形の断面形状を変形させる。ビーム形状変形部４０は、例えば、静電四重極電極等の電子レンズでよく、電子ビームの断面形状を長円等の一方向に伸びる断面形状に変形させる。ビーム形状変形部４０は、図１の例において、電子ビームの断面形状をＹ軸と平行な方向に延びる断面形状に変形させる。

アパーチャ層５０は、ビーム形状変形部４０および試料１１６の間に設けられ、ビーム形状変形部４０によって変形された断面形状の電子ビームの一部を通過させ、残りの一部を遮蔽する。アパーチャ層５０は、一方向に並ぶ複数の第１開孔５２を有し、当該複数の第１開孔５２で電子ビームの一部を遮蔽し、残りを通過させる。

複数の第１開孔５２は、図１の例において、Ｙ軸と平行な方向に予め定められた間隔を開けて並び、Ｙ軸と平行な方向に延びる断面形状の電子ビームから複数の電子ビームを形成するように切り出す。アパーチャ層５０は、入力する電子ビームを複数の第１開孔５２に応じたアレイ状の電子ビーム群（本実施例においてアレイビームとする）として出力する。

偏向層６０は、アパーチャ層５０および試料１１６の間に設けられ、アパーチャ層５０が出力する複数の荷電粒子ビームのそれぞれを試料１１６に照射させるか否かを切り替える。即ち、偏向層６０は、アレイビームのそれぞれを、試料１１６の方向とは異なる向きに偏向させるか否かをそれぞれ切り換える。偏向層６０は、アレイビームのそれぞれに対応して、一方向に並ぶ複数の開孔６２と、当該複数の開孔６２内に電界を印加する複数のブランキング電極６４を有する。

複数の開孔６２は、図１の例において、Ｙ軸と平行な方向に予め定められた間隔を開けて並び、アレイビームのそれぞれを個別に通過させる。例えば、ブランキング電極６４に電圧が供給されない場合、対応する開孔６２内には電子ビームに印加する電界が発生しないので、当該開孔６２に入射する電子ビームは偏向されずに試料１１６の方向に向けて通過する（ビームＯＮ状態とする）。また、ブランキング電極６４に電圧が供給される場合、対応する開孔６２内に電界が発生するので、当該開孔６２に入射する電子ビームは試料１１６の方向に通過する方向とは異なる向きへと偏向される（ビームＯＦＦ状態とする）。

ストッピングプレート７０は、偏向層６０および試料１１６の間に設けられ、偏向層６０が偏向した電子ビームを遮蔽する。ストッピングプレート７０は、開孔７２を有する。開孔７２は、一方向に伸びる略長円または略長方形の形状を有してよく、開孔７２の中心が電子銃２０と試料１１６を結ぶ直線と交わるように形成されてよい。開孔７２は、図１の例において、Ｙ軸と平行な方向に伸びる形状を有する。

開孔７２は、偏向層６０が偏向させずに通過させた電子ビームを通過させ、偏向層６０が偏向した電子ビームの進行を阻止する。即ち、カラム部１２０は、偏向層６０およびストッピングプレート７０を組み合わせて、ブランキング電極６４に供給される電圧を制御することで、アレイビームに含まれる個々の電子ビームを試料１１６に照射するか（ビームＯＮ状態）否か（ビームＯＦＦ状態）を切り換える（ブランキング動作する）ことができる。

調整部８０は、ストッピングプレート７０および試料１１６の間に設けられ、複数の荷電粒子ビームを偏向し、試料１１６に照射するアレイビームの照射位置を調整する。調整部８０は、通過する電子ビームに入力する駆動信号に応じた電界を印加して当該電子ビームを偏向する偏向器を有し、アレイビームを偏向して当該アレイビームの照射位置を調整してよい。また、調整部８０は、１または複数の電磁コイルを有し、アレイビームに磁界を印加して当該アレイビームの照射位置を調整してもよい。

位置合わせ部８２は、アパーチャ層５０の第１開孔５２を通過した電子ビームを、偏向層６０の開孔６２に位置合わせする。位置合わせ部８２は、図１のＸＹ平面内の予め定められた方向に電界または磁界を発生させ、電子ビームを偏向させる偏向器を有してよい。位置合わせ部８２は、ＸＹ平面内に発生させた電界または磁界により、アパーチャ層５０の第１開孔５２を通過した電子ビームを偏向し、偏向層６０の開孔６２の位置に位置合わせする。また、位置合わせ部８２は、図１のＸＹ平面内で偏向層６０をアパーチャ層５０に対して相対的に移動させる駆動部であってよい。この場合、位置合わせ部８２は、偏向層６０をアパーチャ層５０に対して相対的に移動させて、偏向層６０の開孔６２の位置を、アパーチャ層５０の第１開孔５２を通過した電子ビームの通過位置に位置合わせする。

以上の本実施形態に係るカラム部１２０は、予め定められた方向に配列された複数の電子ビームを生成し、それぞれの電子ビームを試料１１６に照射するか否かを切り替える。カラム部１２０において、複数の電子ビームの配列方向は、ビーム形状変形部４０がビーム断面形状を変形する方向、アパーチャ層５０の複数の第１開孔５２の配列方向、偏向層６０の複数の開孔６２および対応するブランキング電極６４の配列方向等により決められる。

カラム部１２０は、これらの方向をステージ装置１１２の移動方向と直交するラインパターンの幅方向に略一致させると、ステージ装置１１２が当該移動方向と試料１１６上のラインパターンの長手方向とを略一致させるように試料１１６を搭載するので、当該ラインパターンの幅方向に照射位置が異なる複数の電子ビームを発生させることになる。本実施形態において、カラム部１２０は、Ｘ方向に略平行なラインパターンに対して垂直方向である、Ｙ方向に配列するアレイビームを照射する例を説明する。

ＣＰＵ１３０は、露光装置１００全体の動作を制御する。ＣＰＵ１３０は、ユーザからの操作指示を入力する入力端末の機能を有してよい。ＣＰＵ１３０は、コンピュータまたはワークステーション等でよい。ＣＰＵ１３０は、露光制御部１４０に接続され、ユーザの入力に応じて、露光装置１００の露光動作を制御する。ＣＰＵ１３０は、一例として、バス１３２を介して露光制御部１４０が有する各部とそれぞれ接続され、制御信号等を授受する。

露光制御部１４０は、ステージ部１１０およびカラム部１２０に接続され、ＣＰＵ１３０から受けとる制御信号等に応じて、ステージ部１１０およびカラム部１２０を制御して試料１１６の露光動作を実行する。また、露光制御部１４０は、バス１３２を介して外部記憶部９０と接続され、外部記憶部９０に記憶されたパターンのデータ等を授受してよい。これに代えて、外部記憶部９０は、ＣＰＵ１３０に直接接続されてよい。これに代えて、露光制御部１４０は、内部にパターンデータ等を記憶する記憶部を有してもよい。露光制御部１４０は、記憶部１５０と、選択部１６０と、照射制御部１７０と、偏向量決定部１８０と、走査制御部１９０とを有する。

記憶部１５０は、試料１１６に形成されたラインパターンを切断すべく、露光装置１００が露光するパターンであるカットパターンを、また、試料１１６にビアを形成すべく、露光装置１００が露光するパターンであるビアパターンを、それぞれ記憶する。記憶部１５０は、例えば、外部記憶部９０からカットパターンおよびビアパターンの情報を受けとって記憶する。また、記憶部１５０は、ＣＰＵ１３０を介して、ユーザから入力されるカットパターンおよびビアパターンの情報を受けとって記憶してもよい。

また、記憶部１５０は、試料１１６の配置情報と試料１１６に形成されたラインパターンの配置情報とを記憶する。記憶部１５０は、露光動作に入る前に、予め測定された測定結果を配置情報として記憶してよい。記憶部１５０は、例えば、試料１１６の縮率（製造プロセスによる変形誤差）、（搬送等による）回転誤差、基板等の歪、および高さ分布等といった位置決め誤差の要因となる情報を、試料１１６の配置情報として記憶する。

また、記憶部１５０は、アレイビームの照射位置と、ラインパターンの位置との間の位置ずれに関する情報を、ラインパターンの配置情報として記憶する。記憶部１５０は、試料１１６の配置情報およびラインパターンの配置情報を、ステージ装置１１２上に載置された試料１１６を計測することによって取得した情報を配置情報とすることが望ましい。これに代えて、記憶部１５０は、試料１１６の過去の測定結果、または同一ロットの他の試料の測定結果等を記憶してもよい。

選択部１６０は、記憶部１５０に接続され、カットパターンおよびビアパターンの情報を読み出し、ラインパターン上の長手方向における照射位置の指定を判別する。選択部１６０は、ラインパターン上の長手方向の指定された照射位置において、カラム部１２０が発生させる複数の荷電粒子ビームのうち試料１１６に照射すべき少なくとも１つの荷電粒子ビームを選択する。選択部１６０は、カットパターンおよびビアパターンの情報に基づき、アレイビームのうち照射すべき電子ビームを選択し、選択結果を照射制御部１７０に供給する。

照射制御部１７０は、選択部１６０に接続され、選択部１６０の選択結果を受けとる。照射制御部１７０は、カラム部１２０に接続され、選択された少なくとも１つの荷電粒子ビームを試料１１６へと照射するように制御する。照射制御部１７０は、増幅器１７２を介して、偏向層６０のブランキング電極６４に電子ビームのＯＮ状態およびＯＦＦ状態を切り換える信号を供給する。増幅器１７２は、予め定められた増幅度を有する増幅回路を含んでよい。

偏向量決定部１８０は、記憶部１５０に接続され、試料１１６の配置情報およびラインパターンの配置情報を読み出し、試料１１６の位置誤差およびアレイビームの照射位置誤差の情報に応じて、アレイビームの照射位置を調整すべき調整量を算出し、当該調整量に対応する偏向量を決定する。偏向量決定部１８０は、カラム部１２０に接続され、決定した偏向量に基づきアレイビームの照射位置を調整する。偏向量決定部１８０は、偏向部駆動回路１８２を介して、決定した偏向量に応じてアレイビームを偏向させる制御信号を調整部８０に供給する。ここで、偏向部駆動回路１８２は、偏向量決定部１８０から出力される偏向量に応じた制御信号を、調整部８０に入力する駆動信号に変換する。

走査制御部１９０は、ステージ部１１０に接続され、複数の荷電粒子ビームの照射位置を、ラインパターンの長手方向に沿って走査させる。本実施形態における走査制御部１９０は、試料１１６を搭載するステージ装置１１２をＸ方向に略平行に移動させることにより、アレイビームをラインパターンの長手方向に沿って走査させる。走査制御部１９０は、ステージ駆動回路１９２を介して、ステージ装置１１２を移動させる制御信号を供給する。ステージ駆動回路１９２は、走査制御部１９０から出力される移動方向および移動量に応じた制御信号を、ステージ装置１１２の対応する駆動信号に変換する。

走査制御部１９０は、ステージ位置検出部１１４に接続され、ステージ装置１１２のステージ位置の検出結果を受け取る。走査制御部１９０は、検出結果に基づき、ステージ装置１１２が実際に移動した移動量およびステージの位置誤差（即ち、移動誤差）等を取得して、ステージ装置１１２の移動制御にフィードバックさせてよい。また、走査制御部１９０は、偏向量決定部１８０に接続され、ステージ部１１０による試料１１６の移動誤差に応じて荷電粒子ビームの通過経路を調整してよい。

また、走査制御部１９０は、選択部１６０および照射制御部１７０にそれぞれ接続され、ステージ装置１１２の位置情報を選択部１６０および照射制御部１７０に供給する。照射制御部１７０は、ステージ装置１１２の位置情報に基づき、試料１１６のラインパターンにアレイビームを照射するタイミングを取得する。

また、走査制御部１９０は、ラインパターンの幅方向にもアレイビームの照射位置を移動させ、試料１１６の表面上の予め定められた領域をアレイビームの照射可能領域とするように走査させる。走査制御部１９０がアレイビームを走査する一例を、図２を用いて説明する。

本実施形態に係る露光装置１００がアレイビームを走査して、試料１１６の表面の一部に形成する照射可能領域２００の一例を示す。図２は、ＸＹ面と略平行な試料１１６の表面を示し、露光装置１００が照射するアレイビームのＹ方向（ラインパターンの幅方向）に並ぶ複数の電子ビームの全体のビーム幅をｆｗで示す。ここで、ビーム幅ｆｗは、一例として略３０μｍである。

走査制御部１９０は、荷電粒子ビームの通過経路を維持した状態でステージ部１１０によって試料１１６をラインパターンの長手方向へと移動させる。図２は、走査制御部１９０がステージ装置１１２を−Ｘ方向に移動させる例を示す。これにより、アレイビームの照射位置２１０は試料１１６の表面上を＋Ｘ方向に走査し、当該アレイビームは、帯状の領域２２０を電子ビームの照射可能領域とする。即ち、走査制御部１９０は、ステージ装置１１２を予め定められた距離だけＸ方向に移動させ、第１フレーム２３２を照射可能領域とする。ここで、第１フレーム２３２は、一例として、３０μｍ×３０ｍｍの面積を有する。

次に、走査制御部１９０は、−Ｙ方向にステージ装置１１２をビームアレイのビーム幅ｆｗだけ移動させ、次に、前回−Ｘ方向に移動した予め定められた距離だけステージ装置１１２を戻すように＋Ｘ方向に移動させる。これにより、アレイビームの照射位置２１０は、第１フレーム２３２とは異なる試料１１６の表面上を−Ｘ方向に走査し、第１フレーム２３２と略同一面積で＋Ｙ方向に隣り合う第２フレーム２３４を照射可能領域とする。同様に、走査制御部１９０は、−Ｙ方向にステージ装置１１２をビームアレイのビーム幅ｆｗだけ移動させ、再び、当該予め定められた距離だけ−Ｘ方向にステージ装置１１２を移動させて第３フレーム２３６を照射可能領域とする。

このように、走査制御部１９０は、ラインパターンの長手方向であるＸ方向において、ステージ装置１１２を往復動作させ、試料１１６の表面における予め定められた領域をアレイビームの照射可能領域２００とする。ここで、走査制御部１９０は、一例として、３０×３０ｍｍの正方形領域を照射可能領域２００とする。

なお、本実施形態において、走査制御部１９０は、ステージ装置１１２を往復動作させることで、正方形領域をアレイビームの照射可能領域２００とすることを説明したが、これに限定されるものではなく、走査制御部１９０は、アレイビームの照射方向を偏向して走査させてもよい。この場合、走査制御部１９０は、偏向量決定部１８０に走査する距離に応じた偏向量を供給して、アレイビームを走査してよい。また、走査制御部１９０は、アレイビームの照射可能領域２００を矩形の形状にすることを説明したが、これに限定されるものではなく、アレイビームの走査によって形成される予め定められた領域をアレイビームの照射可能領域２００としてよい。

以上の本実施形態に係る露光装置１００は、ラインパターンの長手方向であるＸ方向において、ステージ装置１１２を往復動作させつつ、ラインパターンの上の照射位置に対応するアレイビームを照射して、試料１１６を露光する。即ち、露光装置１００は、アレイビームの照射可能領域２００内のラインパターンに対して、形成すべきカットパターンおよびビアパターンに対応する露光位置に荷電粒子ビームを照射して露光する。露光装置１００の露光動作については、図３を用いて説明する。

図３は、本実施形態に係る露光装置１００の動作フローを示す。本実施形態において、露光装置１００は、Ｓ３００からＳ３７０の処理を実行することにより、試料１１６表面のラインパターンにカットパターンを露光する例を説明する。

まず、ステージ部１１０は、ラインパターンが形成され、レジストが塗布された試料１１６を載置する（Ｓ３００）。次に、露光装置１００は、載置した試料１１６の配置情報およびラインパターンの配置情報を取得する（Ｓ３１０）。露光装置１００は、取得した配置情報を記憶部１５０に記憶する。

露光装置１００は、一例として、試料１１６上に複数設けられた位置決めマーカ等を観察することにより、試料１１６の配置情報および／またはラインパターンの配置情報を取得する。この場合、露光装置１００は、電子ビームを当該位置決めマーカに照射して、二次電子または反射電子等を検出することで得られる試料１１６の表面画像から、当該位置決めマーカの位置と電子ビームの照射位置を検出し、ラインパターンの配置情報等を取得してよい。

また、露光装置１００は、レーザ光等を当該位置決めマーカに照射して、反射光または散乱光等を検出することにより、試料１１６の配置情報等を取得してもよい。このように、露光装置１００が試料１１６の配置情報およびラインパターンの配置情報を測定によって取得する場合、露光装置１００は、二次電子または反射電子等を検出する検出部、レーザ光照射装置、および光検出部等をさらに備えてよい。

次に、走査制御部１９０は、アレイビームの照射位置が露光すべきフレームの開始点に位置するように、ステージ装置１１２を当該開始点に対応する位置に移動させる（Ｓ３２０）。走査制御部１９０は、ステージ装置１１２を＋Ｘ方向に移動させて（アレイビームの照射位置を−Ｘ方向に移動させて）フレームを露光する場合、当該フレームの＋Ｘ方向側の端部をフレームの開始点とする。

また、走査制御部１９０は、ステージ装置１１２を−Ｘ方向に移動させて（アレイビームの照射位置を＋Ｘ方向に移動させて）フレームを露光する場合、当該フレームの−Ｘ方向側の端部をフレームの開始点とする。走査制御部１９０は、ラインパターンの長手方向であるＸ方向において、フレーム毎にステージ装置１１２を往復動作させる場合、当該往復動作に応じて、当該フレームの開始点として−Ｘ方向の端部および＋Ｘ方向の端部を交互に切り換える。

走査制御部１９０は、露光動作の開始段階において、フレームの開始点を予め定められた位置としてよい。走査制御部１９０は、一例として、最も−Ｙ方向側に位置するフレームの−Ｘ方向側の端部を、フレームの開始点とする。

次に、選択部１６０は、露光すべきフレーム内のカットパターンの情報を記憶部１５０から取得する（Ｓ３３０）。図４は、試料１１６に形成すべきカットパターンの情報の一例を示す。カットパターンの情報は、矩形で示されるカットパターンの大きさおよび位置のデータを有してよい。図４は、カットパターンの２辺の長さ、および予め定められた部分（−Ｘ方向側および−Ｙ方向側の頂点、図中では左下の頂点）の座標を、カットパターンデータとする例を示す。

より具体的には、第１パターン４１０のカットパターンデータの｛（位置），大きさ｝を｛（Ｘｃ１，Ｙｃ１），Ｓｘ１，Ｓｙ１｝と示す。同様に、第２パターン４２０のカットパターンデータの｛（位置），大きさ｝を、｛（Ｘｃ２，Ｙｃ２），Ｓｘ２，Ｓｙ２｝に、第３パターン４３０のカットパターンデータの｛（位置），大きさ｝を、｛（Ｘｃ３，Ｙｃ３），Ｓｘ３，Ｓｙ３｝と示す。

なお、図４のＸ方向は、カットパターンを重ねる対象であるラインパターンの長手方向と略一致する。また、図４において、Ｙ方向に間隔ｇ毎に並び、Ｘ方向と平行な複数の線分を、ラインパターンおよびカットパターンの設計に用いるグリッド４００として点線で示す。例えば、間隔ｇはグリッド幅であり、当該グリッド幅ｇは、ラインパターンの短手方向（Ｙ方向）のライン幅の最小値と略等しい。また、ラインパターンが複数種類のライン幅を有する場合、複数のライン幅は、いずれもグリッド幅ｇのｎ倍の値が用いられる（ここでｎは１以上の自然数）。また、隣り合うラインパターンのＹ方向のパターン間隔は、グリッド幅ｇのｍ倍の値が用いられる（ここでｍは１以上の自然数）。

同様に、カットパターンのＹ方向の長さ、およびＹ方向のパターン間隔は、グリッド幅ｇの（１以上の）自然数倍の値が用いられる。例えば、第１パターン４１０のＹ方向の長さは４ｇに略等しく、第２パターン４２０のＹ方向の長さは２ｇに略等しく、また、第１パターン４１０および第２パターン４２０のＹ方向のパターン間隔は、２ｇに略等しい。また、図４の例は、カットパターンのＹ座標が、グリッド４００上に略等しくなるように設計された例を示す。このように、本実施形態に係るカットパターンおよびラインパターンは、Ｙ座標がグリッド４００の座標値を基準に設計されているものとする。

図５は、本実施形態に係る走査制御部１９０がアレイビームの照射位置をフレームの開始点（フレームの−Ｘ方向側の端部）に移動した場合の一例を示す。即ち、図５は、試料表面に形成されたラインパターン４０２と、アレイビーム５００の照射位置の位置関係の一例を示すＸＹ平面図である。また、図５は、ラインパターン４０２と、図４に示したカットパターンとの位置関係の一例を示すＸＹ平面図でもある。

図５の例は、１つのフレームが４本のラインパターン４０２を有し、それぞれのラインパターン４０２のライン幅、および、隣り合うラインパターン４０２の間の間隔が、共にグリッド４００のグリッド幅ｇと略等しい場合を示す。また、図中において、第１パターン４１０は、最上部から２本のラインパターン４０２を同時にカットするパターンであり、第２パターン４２０は、最下部のラインパターン４０２をカットするパターンであり、第３パターン４３０は、中央の２本のラインパターン４０２を同時にカットするパターンである。

また、図５において、アレイビーム５００は、Ｂ１からＢ８の合計８の電子ビームを有する例を説明する。アレイビーム５００は、試料１１６上の複数の照射領域５０２のそれぞれに電子ビームを照射する。電子ビームＢ１からＢ８のラインパターンの幅方向（即ち、Ｙ方向）のビーム幅は、グリッド幅ｇと略等しいビーム幅をそれぞれ有する。また、電子ビームＢ１からＢ８の試料１１６上のそれぞれの照射位置は、Ｙ方向においてそれぞれグリッド幅ｇずつずれて配列され、合計で略８ｇの幅を有し、フレーム内で略８ｇの幅を有する範囲を露光する。即ち、アレイビーム５００は、Ｙ方向において、当該アレイビーム５００が有する電子ビームの個数にグリッド幅ｇを掛けた値のビーム幅を有し、当該ビーム幅に略等しいＹ方向の幅を有するフレームを露光する。

ここで、カラム部１２０は、複数の電子ビームの照射位置をグリッド幅ｇずつずらして一列に配列できる場合、当該一列に並ぶアレイビーム５００を試料１１６に照射してよい。これに代えて、カラム部１２０は、複数の電子ビームの照射位置が複数の列を有するアレイビーム５００を試料１１６に照射してもよい。

図５は、アレイビーム５００がラインパターンの長手方向に間隔δだけ離間して並ぶ、２列の電子ビームを有する例を示す。また、各列に含まれる複数の電子ビームによる照射位置は、グリッド幅ｇと略等しい距離で離間し、ラインパターンの幅方向に配列する。したがって、電子ビームＢ１、Ｂ３、Ｂ５、およびＢ７の奇数番号の電子ビームを有する列（第１列とする）は、合計で略７ｇのＹ方向の幅を有する。同様に、偶数番号の電子ビームを有する列（第２列とする）も、合計で略７ｇのＹ方向の幅を有する。

また、走査制御部１９０がフレームの開始点にアレイビーム５００の照射位置を移動した段階Ｓ３２０において、複数の電子ビームの照射位置は、対応するグリッド間にそれぞれ配置される。図５は、−Ｙ方向側から１番目に配置する電子ビームＢ１の照射位置が、−Ｙ方向側から１番目と２番目のグリッドの間に位置し、同様に、−Ｙ方向側からｎ番目に配置する電子ビームＢｎの照射位置が、−Ｙ方向側からｎ番目とｎ＋１番目のグリッドの間に位置する例を示す。

以上のように、グリッド４００の座標値を基準に設計されたカットパターンを露光すべく、走査制御部１９０は、アレイビーム５００の照射位置を当該グリッド４００に基づく位置に移動させる。これにより、走査制御部１９０は、ｎ個の電子ビームを有するアレイビーム５００の照射位置をラインパターンの長手方向に走査することで、対応する１番目からｎ＋１番目のグリッドの間のｎ×ｇの幅を有するフレームを露光することができる。

次に、選択部１６０は、露光に用いる荷電粒子ビームを選択する（Ｓ３４０）。選択部１６０は、走査制御部１９０から受けとったアレイビームの照射位置の情報に基づき、露光すべきカットパターンを判断してよい。カットパターンのＹ座標が、グリッド４００上に略等しくなるように設計されているので、選択部１６０は、例えば、アレイビーム５００の照射位置をラインパターンの長手方向に走査しつつ、電子ビームＢ５からＢ８の４つの電子ビームを照射することで、４ｇの幅を有する第１パターン４１０を露光することができる。

即ち、選択部１６０は、第１パターン４１０を露光すべく、電子ビームＢ５からＢ８の４つを露光に用いる電子ビームとして選択する。そして、電子ビームＢ５は第１パターン４１０の一部のパターン４１８を、電子ビームＢ６は第１パターン４１０の一部のパターン４１６を、電子ビームＢ７は第１パターン４１０の一部のパターン４１４を、電子ビームＢ８は第１パターン４１０の一部のパターン４１２を、それぞれ露光する。

ここで、選択部１６０は、カットパターンのＹ座標の値に応じて、露光に用いる電子ビームを選択することができる。例えば、選択部１６０は、第２パターン４２０のＹ座標の値が、−Ｙ方向側から１番目と３番目の間に位置することに応じて、当該領域が照射位置となる電子ビームＢ１およびＢ２を選択する。また、選択部１６０は、第３パターン４３０のＹ座標の値が、−Ｙ方向側から３番目と７番目の間に位置することに応じて、当該領域が照射位置となる電子ビームＢ３からＢ６を選択する。

これにより、電子ビームＢ１は第２パターン４２０の一部のパターン４２２を、電子ビームＢ２は第２パターン４２０の一部のパターン４２４を露光する。また、電子ビームＢ３は第３パターン４３０の一部のパターン４３２を、電子ビームＢ４は第３パターン４３０の一部のパターン４３４を、電子ビームＢ５は第３パターン４３０の一部のパターン４３６を、電子ビームＢ６は第３パターン４３０の一部のパターン４３８を、それぞれ露光する。

また、選択部１６０は、選択した電子ビームを照射すべき照射位置を検出する。選択部１６０は、カットパターンに応じて照射すべき照射位置を、指定された照射位置として検出する。選択部１６０は、複数の荷電粒子ビームの照射位置がラインパターンの長手方向における予め定められた基準位置を経過してからの経過時間に応じて、指定された照射位置を検出する。

図５は、ラインパターンの長手方向において、第１基準位置および第２基準位置の２つの基準位置を予め定めた例を示す。即ち、第１基準位置および第２基準位置の間の領域を露光範囲とし、選択部１６０は、アレイビーム５００の照射位置が第１基準位置を経過してからの経過時間に応じて、複数の電子ビームの指定された照射位置をそれぞれ検出する。

これに加えて、ラインパターンの長手方向において、３以上の基準位置を予め定めてもよい。即ち、１つのフレームを複数の露光範囲に分割し、選択部１６０は、露光範囲毎に、複数の電子ビームの指定された照射位置をそれぞれ検出してよい。この場合、選択部１６０は、複数の荷電粒子ビームの照射位置がラインパターンの長手方向における複数の基準位置のうち最後に経過した基準位置と、当該基準位置を経過してからの経過時間とに応じて、指定された照射位置を検出する。選択部１６０による電子ビームの選択と、照射位置の検出について、図６および図７を用いて説明する。

図６は、本実施形態に係る選択部１６０の一例を示す。選択部１６０は、データ変換回路１６２と、ビーム選択回路１６４と、経過時間演算回路１６６とを含む。

データ変換回路１６２は、記憶部１５０からカットパターンデータを取得し、当該カットパターンデータを試料１１６上のラインパターンの配置に係る座標系に変換する。データ変換回路１６２は、例えば、記憶部１５０からカットパターンデータとして（Ｘｃｉ，Ｙｃｉ），Ｓｘｉ，Ｓｙｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）を取得し、試料１１６上の座標系の露光データ（（Ｘｃｂｉ，Ｙｃｂｉ），Ｓｘｂｉ，Ｓｙｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）に変換する。ここで、カットパターンデータのＹ座標の値Ｙｃｉ，Ｓｙｉは、グリッド幅ｇの整数倍の値なので、変換後のＹｃｂｉ，Ｓｙｂｉも離散的な値となる。

なお、データ変換回路１６２が実行するデータ変換は、試料１１６をステージ装置１１２にローディングするときに発生する回転誤差、および、試料１１６がエッチングや成膜などのデバイス製造プロセスを経ることによる試料１１６の変形誤差等を補正するためのものである。即ち、ステージ装置１１２の精度、および製造プロセスの精度等が十分に高いものであれば、当該補正は、例えば、距離に対して１０ｐｐｍ程度以下、角度に対して１ｍｒａｄ程度以下を補正するデータ変換となる。

例えば、パターン幅Ｓｘｉ，Ｓｙｉが数１０〜１００ｎｍである場合、当該データ変換を実行しても０．１ｎｍ以上の変化は生じない。即ち、この場合、０．１ｎｍ以下を切り捨て処理すると、Ｓｘｉ＝Ｓｘｂｉ，Ｓｙｉ＝Ｓｙｂｉが成り立つ。したがって、試料１１６に発生する回転誤差および変形誤差等が予め定められた範囲内の場合、選択部１６０は、データ変換回路１６２のＳｘｉ，Ｓｙｉに関するデータ変換を省略してもよい。

ビーム選択回路１６４は、露光データ（Ｘｃｂ，Ｙｃｂ），Ｓｘｂ，Ｓｙｂに基づき、露光に用いる電子ビームを選択する。例えば、図５に示すグリッド４００のＹ方向の座標が、−Ｙ方向側からＹｃ１，Ｙｃ２，・・・，Ｙｃ８である場合、ビーム選択回路１６４は、座標Ｙｃ１からＹｃ２の範囲の露光に用いる電子ビームとして、電子ビームＢ１を選択する。即ち、ビーム選択回路１６４は、座標Ｙｃｂから座標Ｙｃｂ＋Ｓｙｂに位置するカットパターンに対して、当該座標の範囲に対応する電子ビームを、露光に用いる電子ビームＢ１，Ｂ２，・・・，Ｂｎとして選択する。

経過時間演算回路１６６は、ビーム選択回路１６４が選択した電子ビームＢ１からＢｎのそれぞれに対して、電子ビームをＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替えるタイミングを検出する。経過時間演算回路１６６は、当該タイミングを露光データのＸ座標に基づいて検出し、一例として、経過時間として出力する。ここで、経過時間とは、アレイビーム５００が基準位置を通過した時間を起点として、アレイビームに含まれる各電子ビームをＯＮ状態およびＯＦＦ状態にするまでの時間のことである。

走査制御部１９０は、アレイビーム５００をラインパターンの長手方向である、＋Ｘ方向または−Ｘ方向に走査する。カットパターンが露光データ（Ｘｃｂ，Ｙｃｂ），Ｓｘｂ，Ｓｙｂで表され、かつ、走査制御部１９０が＋Ｘ方向にアレイビーム５００を走査する場合、Ｘ軸座標において対応する電子ビームの照射位置がＸｃｂの位置に到達した時点で当該電子ビームをＯＮ状態とし、Ｘｃｂ＋Ｓｘｂの位置に到達した時点でＯＦＦ状態とすることで、当該電子ビームは当該カットパターンのパターン領域内を露光することができる。即ち、経過時間演算回路１６６は、露光範囲の−Ｘ側の第１基準位置をアレイビーム５００が通過した時点から、電子ビームをＯＮ状態およびＯＦＦ状態に切り替えるまでの時間を、経過時間として検出する。

一方、走査制御部１９０が−Ｘ方向にアレイビーム５００を走査する場合、Ｘ軸座標において対応する電子ビームの照射位置がＸｃｂ＋Ｓｘｂの位置に到達した時点で当該電子ビームをＯＮ状態とし、Ｘｃｂの位置の位置に到達した時点でＯＦＦ状態とすることで、当該電子ビームは当該カットパターンのパターン領域内を露光することができる。この場合、経過時間演算回路１６６は、露光範囲の＋Ｘ側の第２基準位置をアレイビーム５００が通過した時点から、電子ビームをＯＮ状態およびＯＦＦ状態に切り替えるまでの時間を、経過時間として検出する。

また、経過時間演算回路１６６は、フレーム内に複数の基準位置が設定されている場合、複数の基準位置のうち最後に基準位置を通過した時点から、電子ビームをＯＮ状態およびＯＦＦ状態に切り替えるまでの時間を、経過時間として検出してよい。経過時間演算回路１６６は、一例として、走査制御部１９０がラインパターンの長手方向にアレイビーム５００を走査する速度に応じて、経過時間を算出する。この場合、走査制御部１９０は、アレイビーム５００をフレーム内で連続して移動させながら露光することが望ましく、ラインパターンの長手方向に走査する場合に、アレイビーム５００の速度Ｖが少なくとも０になることなく、速度Ｖが滑らかに変化するように制御してよい。

走査制御部１９０がアレイビーム５００を＋Ｘ方向に走査し、第１基準位置のＸ座標をＳ、露光すべきカットパターンのパターン開始位置をＸｃｂ、パターンの幅（Ｘ軸方向のパターン幅）をＳｘｂとすると、経過時間演算回路１６６は、電子ビームをＯＮ状態にするまでの経過時間（ＤＬａ）を、以下の関係式により算出することができる。なお、経過時間演算回路１６６は、速度Ｖの情報を走査制御部１９０から受けとってよい。
（数１）
ＤＬａ＝（Ｘｃｂ−Ｓ）／Ｖ

また、経過時間演算回路１６６は、パターン終了位置Ｘｃｂ＋Ｓｘｂにおいて電子ビームをＯＦＦ状態にするまでの経過時間（ＤＬｂ）を、以下の関係式により算出することができる。
（数２）
ＤＬｂ＝（Ｘｃｂ＋Ｓｘｂ−Ｓ）／Ｖ

経過時間演算回路１６６は、ビーム選択回路１６４で選択した電子ビームＢ１，Ｂ２，・・・，Ｂｎのそれぞれに対して、電子ビームをＯＮ状態にするまでの経過時間を、ＤＬ１ａ，ＤＬ２ａ，・・・，ＤＬｎａとして算出する。また、経過時間演算回路１６６は、電子ビームをＯＦＦ状態にするまでの経過時間を、ＤＬ１ｂ，ＤＬ２ｂ，・・・，ＤＬｎｂとして算出する。

以上のように、ビーム選択回路１６４および経過時間演算回路１６６は、露光すべきカットパターンに対応して、露光すべき電子ビームの選択と経過時間の検出をそれぞれ実行する。選択部１６０は、ビーム選択回路１６４の選択結果および経過時間演算回路１６６の検出結果を、照射制御部１７０に供給する。

次に、露光制御部１４０は、アレイビーム５００の照射位置を走査しつつ、荷電粒子ビームの照射を制御する（Ｓ３５０）。即ち、走査制御部１９０は、ステージ装置１１２を移動してアレイビーム５００の照射位置を速度Ｖで走査させ、ステージ位置検出部１１４の位置検出結果に基づくアレイビーム５００の照射位置を照射制御部１７０に供給する。照射制御部１７０は、アレイビーム５００の照射位置と経過時間に応じて、選択された電子ビームの照射を制御すべく、偏向層６０の対応するブランキング電極６４に制御信号を供給する。

図７は、本実施形態に係る照射制御部１７０が、ブランキング電極６４に供給する制御信号のタイミングチャートの一例を示す。即ち、図７は、例えば、図５に示す露光範囲のカットパターンを露光する電子ビームＢ１からＢ８に対するブランキング動作のタイミングを示す。図７の横軸は時間、縦軸は電圧を示す。

図７に示す８つの制御信号は、電子ビームＢ１からＢ８に対応するブランキング電極６４に供給される制御信号の一例である。即ち、照射制御部１７０は、当該制御信号の電圧レベルがハイ状態の場合、ブランキング電極６４に当該制御信号に応じた信号電圧を供給し、対応する電子ビームを偏向させるので、当該電子ビームをビームＯＦＦ状態とする。また、照射制御部１７０は、当該制御信号の電圧レベルがロー状態の場合、ブランキング電極６４には信号電圧が供給せず、対応する電子ビームを通過させるので、当該電子ビームをビームＯＮ状態とする。

ここで、時間軸上において、Ｔ１で示す時点は、電子ビームＢ２、Ｂ４、Ｂ６、およびＢ８を有する第２列が第１基準位置を通過する時点を示す。また、Ｔ２で示す時点は、電子ビームＢ１、Ｂ３、Ｂ５、およびＢ７を有する第１列が第１基準位置を通過する時点を示す。即ち、Ｔ２−Ｔ１＝δ／Ｖとなる。

図７のＢ１およびＢ２で示す信号は、電子ビームＢ１およびＢ２を用いて図５に示すカットパターンの第２パターン４２０を露光する制御信号である。即ち、第２パターン４２０のカットパターンデータに基づき、選択部１６０は、電子ビームＢ１およびＢ２を選択し、経過時間を検出する。そして、照射制御部１７０が、経過時間に応じて制御信号Ｂ１およびＢ２を生成する例を図７に示す。

照射制御部１７０は、電子ビームＢ１の照射位置が第１基準位置を通過した時点Ｔ２の後、経過時間ＤＬ１ａが経過した時点Ｔ４において、当該電子ビームＢ１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。そして、照射制御部１７０は、時点Ｔ２の後、経過時間ＤＬ１ｂが経過した時点Ｔ６において、当該電子ビームＢ１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。

また、照射制御部１７０は、電子ビームＢ２の照射位置が第１基準位置を通過した時点Ｔ１の後、経過時間ＤＬ２ａが経過した時点Ｔ３において、当該電子ビームＢ２をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。そして、照射制御部１７０は、時点Ｔ１の後、経過時間ＤＬ２ｂが経過した時点Ｔ５において、当該電子ビームＢ２をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。

このように、照射制御部１７０は、選択部１６０の選択結果および経過時間と、走査制御部１９０によって走査される照射位置の位置情報とに応じて、電子ビームの照射を制御する制御信号を生成することができる。そして、照射制御部１７０が生成した制御信号をブランキング電極６４に供給することで、カラム部１２０は、カットパターンの第２パターン４２０を試料１１６に露光することができる。

同様に、照射制御部１７０は、選択部１６０に選択された電子ビームＢ３からＢ８の制御信号を生成して、第１パターン４１０および第３パターン４３０を試料１１６に露光する。以上のように、本実施形態に係る照射制御部１７０は、電子ビームのＯＮ状態およびＯＦＦ状態の切り替え動作を、照射位置が基準位置を通過する時点からの経過時間に基づき制御する。このため、第１基準位置から第２基準位置までの間の露光範囲の長さは、経過時間をカウントするクロックのビット数によって規定されることがある。

ここで、クロックの最小周期は、予め定められる位置分解能およびステージ速度に応じて設定されてよい。例えば、露光位置のデータステップが０．１２５ｎｍの場合には、位置分解能をその半分の０．０６２５ｎｍとして、ステージの最大移動速度を５０ｍｍ／ｓｅｃとすると、クロックの周期は最小１．２５ｎｓが要求される。ここで、クロックカウンターのカウントビット数を１２ビット（＝４０９６）とすると、約５μｓの経過時間までカウントできる。この経過時間内にステージは最大移動速度５０ｍｍ／ｓｅｃで０．２５μｍ移動する。

このように、本実施形態の露光装置１００は、クロック周期に基づいて露光範囲の長さを予め設計することができる。そして、露光装置１００は、複数の基準位置を設け、それぞれの基準位置からの経過時間に基づいて電子ビームの照射を制御することにより、当該露光範囲よりも長い露光範囲を有するフレームを露光することができる。

即ち、露光制御部１４０は、１つのフレームに含まれる全ての露光範囲に対して、アレイビーム５００の照射位置を走査させ、通過する基準位置毎に当該基準位置からの経過時間に基づいて電子ビームの照射を制御する。即ち、露光制御部１４０は、図５の例に示す第１基準位置から次の第２基準位置までの露光範囲を、アレイビーム５００の照射位置を走査させつつ、複数の電子ビームの照射を制御することで露光する。

そして、当該フレームに、更なる基準位置が存在する場合、露光制御部１４０は、当該フレームの露光を続行させ（Ｓ３６０：Ｎｏ）、第２基準位置から第３基準位置までの次の露光範囲を露光すべく、荷電粒子ビームの選択の段階Ｓ３４０に戻る。露光制御部１４０は、当該フレームに、アレイビーム５００の照射位置が通過する基準位置がなくなるまで、Ｓ３４０からＳ３５０の動作を繰り返す。なお、走査制御部１９０がアレイビーム５００の照射位置が最後に通過した基準位置から次の基準位置までの露光範囲を走査している間に、選択部１６０は、当該次の基準位置以降に続く次の露光範囲に対応する電子ビームの選択と経過時間の検出を実行してよい。これにより、露光制御部１４０は、隣り合う露光範囲を時間的に連続して露光することができる。

露光制御部１４０は、当該フレームに、更なる基準位置が存在しない場合、当該フレームの露光を終了させる（Ｓ３６０：Ｙｅｓ）。そして、次に露光すべきフレームが存在する場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、Ｓ３２０に戻り、アレイビーム５００の照射位置を次のフレームの開始点に移動させ、当該次のフレームの露光を実行する。露光制御部１４０は、露光すべきフレームがなくなるまでＳ３２０からＳ３６０の動作を繰り返す。露光制御部１４０は、露光すべきフレームがなくなった場合、当該フレームの露光を終了させる（Ｓ３７０：Ｙｅｓ）。

以上のように、本実施形態に係る露光装置１００は、アレイビームの照射可能領域２００をフレームに分割し、フレーム毎に、ラインパターンの長手方向にアレイビーム５００の照射位置を走査しつつ、複数の電子ビームの照射を制御する露光動作を繰り返し、当該照射可能領域２００を露光する。露光装置１００は、ステージ装置１１２により試料１１６を移動させることで、試料１１６の表面上に異なる複数の照射可能領域２００を形成することができるので、試料１１６の表面に形成されたラインパターンの全てに対して、１つのカラム部１２０で露光することもできる。

図８は、試料１１６の表面に形成されたラインパターン８０２の一例を示す。本実施形態に係る露光装置１００は、このようなラインパターン８０２上に形成されたレジストにおける、カットパターン８１０で示される領域を、図３で説明した動作を実行して露光する。当該露光により、カットパターン８１０の領域のレジストを除去することができるので、当該カットパターンに位置するラインパターン８０２を露出させ、当該露出したラインパターン８０２をエッチングして微細な配線パターン等を形成することができる。

図９は、試料１１６の表面に形成された微細な配線パターン９００の一例を示す。本実施形態に係る露光装置１００によれば、予めラインパターンが形成された試料１１６を露光することで、より微細な配線パターン９００を形成することができる。例えば、図８に示すラインパターン８０２は、単純なラインアンドスペースパターンなので、光露光技術等を用いることで、略１０ｎｍ程度のライン幅およびライン間隔で形成することができる。そして、電子ビームを用いる本実施形態に係る露光装置１００を用いることで、当該ラインパターン８０２を加工することができるので、（例えばゲート電極等の）光露光技術だけでは実行できない微細な配線パターン９００を形成することができる。また、ラインパターン８０２の形成を、光露光技術等で実行することにより、微細な配線パターン９００を形成するまでのトータルの加工時間を低減させることができる。

また、ラインパターン８０２の設計に用いるグリッドに基づき、カットパターンの座標およびアレイビーム５００の照射位置を配置するので、露光制御部１４０は、複雑なフィードバック制御をすることなしに、簡便な制御動作で微細な露光を実行することができる。なお、以上の説明において、本実施形態に係る露光装置１００は、電子ビームを用いた電子ビーム露光装置として説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、種々の荷電粒子ビームを用いた露光装置にも同様に適用できる。また、カットパターンの露光を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ビアパターンの露光にも同様に適用できる。以上の説明においては、素子１０を適用した露光装置１００の装置構成や露光動作について説明した。このような露光装置１００に設けられる素子１０について、以下に説明する。

図１０Ａは、本実施形態に係る素子１０が有するアパーチャ層５０のＸＹ平面における構成例を示す。また、図１０Ｂは、本実施形態に係るアパーチャ層５０の断面の構成例を示す。図１０Ａは、素子１０へのビーム入射面である第１面側からみた、アパーチャ層５０のＸＹ平面図の一例を示す。図１０Ｂは、図１０Ａに示すアパーチャ層５０のＡＡ′断面を示した断面図の一例である。アパーチャ層５０は、第１開孔５２と、アパーチャ層基板５８とを有する。

第１開孔５２は、アパーチャ層基板５８に形成される。第１開孔５２は、図１０Ａに示す例のように、Ｙ軸と略平行な方向に予め定められた間隔で複数設けられる。第１開孔５２は、アパーチャ層５０を貫通する貫通孔として形成され、素子１０の第１面側から入射される電子ビームを成形して通過させる。第１開孔５２は、一例として、ＸＹ平面の断面形状がＹ軸と略平行な方向に延びた電子ビームを、断面形状が矩形の複数の電子ビームに成形する。即ち、アパーチャ層５０は、電子ビームを通過させることにより、全体として、断面形状が矩形の複数の電子ビームがＹ軸方向にアレイ状に並んだアレイビームを形成する。

第１開孔５２の内径幅Ｗ５は、第１開孔５２を通過して成形されるビームのビームサイズを決める。そして、第１開孔５２が決定する当該ビームサイズは、アパーチャ層５０と試料１１６の間に設けられた電子レンズ系によって縮小され、試料１１６上に投影される個々のビームのビームサイズを決定することになる。従って、第１開孔５２の内径幅Ｗ５は、試料１１６上に照射すべきビームサイズと、電子レンズ系の縮小率と、に応じて設定してよい。例えば、試料１１６上で必要とされるビームサイズが約１０ｎｍであり、電子レンズ系の縮小率が１／６０の場合、第１開孔５２の内径幅Ｗ５は、約６００ｎｍとする。

アパーチャ層基板５８は、素子１０の第１面側から入射する電子ビームの一部を遮蔽する。図１０Ｂに示すアパーチャ層基板５８の厚さＴ５は、電子ビームの進行を阻止する程度の（または、十分に低減させる程度の）厚さでよい。ここで、電子ビームの進行を阻止できる厚さは、電子ビームの加速電圧およびアパーチャ層基板５８の材質に依存する。例えば、アパーチャ層基板５８の材質がシリコンであり、電子ビームの加速電圧が５０ＫｅＶの場合、電子ビームの進行を阻止する厚さＴ５は、１０μｍ以上であることが望ましい。

図１１Ａは、本実施形態に係る素子１０が有する偏向層６０の平面の構成例を示す。図１１Ａは、素子１０の第１面側からみた偏向層６０のＸＹ平面図の一例である。図１１Ｂは、本実施形態に係る偏向層６０の第１断面の構成例を示す。図１１Ｂは、図１１Ａに示す偏向層６０のＡＡ′断面を示す断面図の一例である。図１１Ｃは、本実施形態に係る偏向層６０の第２断面の構成例を示す。図１１Ｃは、図１１Ａに示す偏向層６０のＢＢ′断面を示す断面図の一例である。

偏向層６０は、アパーチャ層５０を通過したビームを通過させて偏向する。偏向層６０は、ビーム通過空間６２ａと、第１電極部６３と、第２電極部６４ａと、絶縁部６７と、偏向層基板６８とを有する。ビーム通過空間６２ａは、図１で説明した開孔６２の一例である。ビーム通過空間６２ａについては後述する。

第１電極部６３は、一体となって形成されてよく、一例として、外部の基準電位等に接続されることにより、全体として略同一の基準電位となる。第１電極部６３は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向に一部が延伸し、ＸＹ平面において＋Ｘ方向および−Ｘ方向にそれぞれ櫛形の形状を有する。

第２電極部６４ａは、偏向層６０に別個独立に複数設けられる。複数の第２電極部６４ａは、照射制御部１７０と、対応する増幅器１７２を介してそれぞれ電気的に接続され、対応する制御電圧がそれぞれ供給される。即ち、第２電極部６４ａは、図１等で説明したブランキング電極６４の一例である。複数の第２電極部６４ａの一部は、＋Ｘ方向に延伸し、延伸した先端部において第１電極部６３とビーム通過空間６２ａを介して対向する。複数の第２電極部６４ａの残りの一部は、−Ｘ方向に延伸し、延伸した先端部において第１電極部６３とビーム通過空間６２ａを介して対向する。第１電極部６３および第２電極部６４ａは、導電性を付与したシリコン層を含んでよい。

絶縁部６７は、第１電極部６３および第２電極部６４ａを保持しつつ、第１電極部６３および第２電極部６４ａの間の電気的接続を遮断する。即ち、絶縁部６７は、第１電極部６３および第２電極部６４ａを空間的に離間させ、電気的に絶縁する。図１１Ａの例は、−Ｘ側の絶縁部６７から＋Ｘ方向に一部の第２電極部６４ａが延伸し、＋Ｘ側の絶縁部６７から−Ｘ方向に残りの第２電極部６４ａが延伸する例を示す。

偏向層基板６８は、上記のビーム通過空間６２ａ、第１電極部６３、第２電極部６４ａ、および絶縁部６７が形成される基板である。偏向層基板６８は、一例として、Ｚ方向に貫通する貫通孔が形成され、当該貫通孔の＋Ｘ方向および−Ｘ方向を向くＹＺ面と略平行な壁面に絶縁部６７が形成される。

図１１ＢのＡＡ′断面図に示されているように、Ｘ軸方向にそれぞれ逆向きから延伸した第１電極部６３および第２電極部６４ａは、先端において幅Ｗ６の間隙（後に述べるが、ビーム通過空間６２ａが形成される間隙）を有する。また、図１１ＣのＢＢ′断面図に示されているように、第１電極部６３および第２電極部６４ａは、Ｙ軸方向には、予め定められた間隙ｄ６を挟んで交互に配置される。第１電極部６３および第２電極部６４ａは、図１１Ｂに示された電極先端の間隙Ｗ６、および、図１１Ｃに示された電極間の間隙ｄ６により、空間的に離間される。

幅Ｗ６は、第１開孔５２の内径幅Ｗ５と比較して同程度、または大きくしてよい。幅Ｗ６は、５００ｎｍ程度以上でよく、一例として、９００ｎｍである。また、図１１Ｃに示された電極間の間隙幅ｄ６は、幅Ｗ６と同程度に設定してよい。間隙幅ｄ６は、一例として、５００ｎｍ程度である。

図１２は、図１１Ａの一部を拡大した平面図である。また、図１３は、本実施形態に係る偏向層６０の一部をビーム通過空間６２ａ側からみた斜視図の一例を示す。即ち、図１３は、偏向層６０の一部の３次元的構造を示した斜視図である。図１２および図１３を用いて、電極部の構造を説明する。

図１２の点線の四角形で示された領域は、偏向層６０において、アパーチャ層５０の第１開孔５２を通過した電子ビームが通過するビーム通過空間６２ａである。即ち、偏向層６０は、アパーチャ層５０の複数の第１開孔５２に対応する複数のビーム通過空間６２ａを有する。複数のビーム通過空間６２ａは、図のＹ軸方向に並んでおり、これらを通過した複数の電子ビームは、Ｙ軸方向に並んだアレイビームを形成する。

図１２に示すように、第１電極部６３は、ビーム通過空間６２ａに相対する第１電極６３ｄを有する。第１電極６３ｄは、第１電極部６３の一部でよい。即ち、第１電極部６３は、複数のビーム通過空間６２ａのそれぞれと対応して、複数の第１電極６３ｄを有する。複数の第１電極６３ｄは、第１電極部６３と一体化して結合されてよく、一例として、電気的に同電位となる。

また、第２電極部６４ａは、偏向層６０内において、独立してビーム通過空間６２ａに向かって延伸する延伸部６４ｂと、端部においてビーム通過空間６２ａを挟んで第１電極６３ｄに対向する第２電極６４ｃを有する。ここで「独立して」とは、電極部が、偏向層６０内の他の電極および隣接する他の層から、空間的に離間しており、電気的にも絶縁していることを表す。第２電極６４ｃがビーム通過空間６２ａに相対する幅は、延伸部６４ｂの延伸方向に対する幅と比較して大きく形成されてよい。

図１３は、偏向層６０のビーム通過空間６２ａから、第１電極部６３および第２電極部６４ａが延伸するＸ軸方向を斜視した斜視図となる。第１電極部６３は、偏向層６０内において、隣接層および第２電極部６４ａとは独立しており、第２電極部６４ａの延伸部６４ｂの側方において絶縁部６７から第１電極６３ｄに至るまで延伸する。即ち、第１電極部６３および第２電極部６４ａは、偏向層６０内で互いに独立しており、それぞれの電極延伸部の側面に沿って、絶縁部６７からビーム通過空間６２ａに至るまで延伸する。上述のように、第１電極部６３と第２電極部６４ａとの間の平均的な間隙幅ｄ６は、約５００ｎｍでよい。また、電極間の間隙が最も狭くなっている部分では、間隙幅は２００ｎｍ程度としてもよい。また、電極の延伸部６４ｂの長さＬ６は、５０μｍ以上にしてよい。

図１３は、ビーム通過空間６２ａおよび絶縁部６７の間に、アスペクト比１００以上（例えば、間隙幅ｄ６＝５００ｎｍ、長さＬ６＝５０μｍ以上）の電極間間隙を挟むことを示す。このような電極間間隙を挟んで絶縁部６７が存在する場合、アパーチャ層５０の第１開孔５２、ビーム通過空間６２ａと相対する第１電極６３ｄ、および第２電極６４ｃの電極面等で電子ビームが散乱を受けても、散乱電子は、電極間間隙の奥にある絶縁部６７の表面まで到達することを低減することができる。即ち、本実施形態に係る偏向層６０は、絶縁部６７の帯電を防止することができる。荷電粒子ビームを成形して偏向させるこのような素子１０において、素子動作の不安定性は、絶縁材料が帯電して汚染物質が堆積すること、静電破壊すること等が原因であることが知られている。偏向層６０が上記の構造をとることにより、絶縁部６７の帯電が防止され、素子１０の動作安定性を高めることができる。

図１４は、本実施形態に係る偏向層６０およびストッピングプレート７０の断面の構成例を示す。即ち、図１４は、素子１０の偏向層６０を通過した電子ビームの軌道の例を示す。電子ビームは、アパーチャ層５０の第１開孔５２の幅Ｗ５と略等しい幅を持って偏向層６０に入射する。幅Ｗ６は、偏向層６０のビーム通過空間６２ａを挟んで対向した、第１電極６３ｄと第２電極６４ｃとの間の間隔を表す。また、厚さＴ６は、ビーム通過方向に対する電極の長さを表す。さらに、角度δは、偏向層６０を通過した電子ビームの広がり角度を表す。

第１電極６３ｄと第２電極６４ｃとの間に電圧が印加されていない場合、電子ビームは、ストッピングプレート７０の開孔７２を通過し、試料１１６に到達する（ビームＯＮ状態）。一方、第１電極６３ｄと第２電極６４ｃとの間に電圧が印加された場合、電子ビームは電極間の電界によって偏向される。ビームＯＦＦ状態とするためには、偏向層６０を通過後の電子ビームが、少なくともビームの広がり角度δより大きな偏向角（偏向によるビーム進行方向の傾き角）を持つ必要がある。ビームＯＦＦ状態で第１電極６３ｄと第２電極６４ｃとの間に印加される電圧をＶｂ、素子１０に入射する電子の加速電圧をＥ０とする。偏向電極を十分に広い平行平板電極で近似する場合、通過する電子ビームがビームＯＦＦ状態を実現する条件は、以下の数式で表される。
（数３）
（１／２）＊（Ｔ６／Ｗ６）＊（Ｖｂ／Ｅ０）＞δ

ここで、数３式を使って、必要な電極の厚さＴ６を見積もる。例えば、電子ビームの加速電圧Ｅ０は、５０ＫｅＶ、第１電極６３ｄと第２電極６４ｂとの間に印加する偏向電圧Ｖｂは５Ｖ、第１電極６３ｄと第２電極６４ｂとの間の電極間間隔Ｗ６は９００ｎｍとする。広がり角度δは、電子レンズ系による縮小の影響が生じる前なので、例えば、δ≦１ｍｒａｄとする。この場合、ビーム通過方向に対する電極の長さＴ６は、Ｔ６＞１８μｍと算出される。なお、数３式は、偏向電極を十分に広い平行平板電極で近似して算出された式なので、電極の端部では、近似の精度が低減する。

図１５Ａは、本実施形態に係る第２電極６４ｃの第１の例を示す。図１５Ａは、偏向層６０のビーム通過空間６２ａ近傍の電極構造を拡大して示したものである。ビーム通過空間６２ａに相対する第２電極６４ｃは、第１電極部６３に周囲を囲まれて形成される。ここで、第２電極６４ｃに偏向電圧が印加されると、第２電極６４ｃのＹ軸方向中央部分から発生する電界は、対向する第１電極６３ｄの方向を向き、第２電極６４ｃのＹ軸方向端部から発生する電界は、第２電極６４ｃの端部と近接する上下の（＋Ｙ側および−Ｙ側の）第１電極６３の方向を向く。このため、第２電極６４ｃのＹ軸方向の幅が、ビーム通過空間６２ａのＹ軸方向の幅と同程度の場合、ビーム通過空間６２ａの＋Ｙ側および−Ｙ側の端部を通過する電子ビームに対する偏向電界には、図の上下方向、即ちＹ軸方向と略平行な方向の電界成分が比較的多く含まれることになる。このため、ビーム通過空間６２ａにおけるＸ軸方向と略平行な方向の電界成分が低減し、Ｘ軸方向の偏向角は相対的に小さくなってしまう。

図１５Ａは、このような影響を低減すべく、第２電極６４ｃのＹ軸方向幅を、ビーム通過空間６２ａのＹ軸方向幅より、電極延長量だけ大きくした例を示す。即ち、第２電極６４ｃがビーム通過空間６２ａに相対する幅（即ち、Ｙ軸方向の幅）は、ビーム通過空間６２ａのＹ軸方向の幅と比較して大きく形成される。これによって、ビーム通過空間６２ａの＋Ｙ側および−Ｙ側の端部は、第２電極６４ｃのＹ軸方向の端部から離間されることになり、ビーム通過空間６２ａを通過する電子ビームに対する偏向電界は、第２電極６４ｃの中央付近から出た、相対的に電極端部の影響が少ない電界を利用することができる。即ち、ビーム通過空間６２ａ内の偏向電界に、Ｙ軸方向と略平行な電界成分が発生することを低減できる。

図１５Ｂは、本実施形態に係る第２電極６４ｃの第２の例を示す。図１５Ｂは、ビーム通過空間６２ａ内の偏向電界に対する第２電極６４ｃの端部の影響を低減すべく、第２電極６４ｃの両端部分に、ビーム通過空間６２ａに向かう電極突出部６４ｄを更に設けた例を示す。即ち、第２電極６４ｃは、ビーム通過空間６２ａに相対する面の端部に、ビーム通過空間６２ａに向かって突出する電極突出部６４ｄを含む。これにより、第２電極６４ｃの端部は、電極突出部６４ｄによって第１電極６３ｄに近接し、当該端部から発生する電界は第１電極６３ｄに向かうので、第２の例の第２電極６４ｃも、ビーム通過空間６２ａ内の偏向電界に、Ｙ軸方向と略平行な電界成分が発生することを低減できる。以上のように、図１５Ａおよび図１５Ｂで説明した第２電極６４ｃ構造は、ビーム通過空間６２ａを通過する電子ビームに対して、予め定められた偏向角を与えるように効率よく偏向電界を発生することができる。

図１５Ｃは、本実施形態に係る電極延長量とビーム進行方向の電極長Ｔ６との関係の一例を示す。図１５Ｃは、実際に電極を作製し、図１５Ａに示された電極延長量と、略同一の印加電圧に対してビームＯＦＦ状態にするために必要なビーム進行方向の電極長Ｔ６との関係を求めたものである。ここで、図１５Ｃは、電子ビームの加速電圧Ｅ０は５０ＫｅＶ、第１電極６３ｄと第２電極６４ｃとの間に印加する偏向電圧Ｖｄは５Ｖであり、第１電極６３ｄと第２電極６４ｃとの間の電極間間隔Ｗ６は９００ｎｍの例について示す。

図１５Ｃは、第２電極６４ｃの電極延長量が大きいほど、より短い電極長Ｔ６でビームＯＦＦ状態が実現できることを示す。例えば、電極長Ｔ６として１８μｍ〜１９μｍを実現するためには、第２電極６４ｃの電極延長量は、２００ｎｍ〜３００ｎｍであることが望ましいことがわかる。また、図１５Ｃは、第２電極６４ｃの両端部分に幅１２０ｎｍ、高さ６０ｎｍの電極突出部６４ｄを設けた場合の、電極長Ｔ６の低減効果を示す。電極突出部６４ｄを設けることにより、電極長Ｔ６を１μｍ〜１．５μｍ程度短くすることができることがわかる。

図１６は、本実施形態に係る素子１０の第１の変形例を示す。図１６は、素子１０の断面図の一例である。第１の変形例の素子１０は、絶縁層７００と、ベース層７１０とを更に備える。絶縁層７００は、アパーチャ層５０および偏向層６０の間に設けられる。絶縁層７００は、ＸＹ平面において、アパーチャ層５０の第１開孔５２が形成された位置と対応する部分において、第１開孔５２よりも広い範囲の絶縁層７００が取り除かれた開孔を有する。また、偏向層６０内の第１電極部６３および第２電極部６４ａは離間しており、絶縁層７００は、当該電極間を電気的に絶縁する。絶縁層７００は、シリコンの酸化膜を含んでよい。

絶縁層７００の厚さは、例えば、２００ｎｍ〜５００ｎｍである。絶縁層７００の開孔は、ＸＹ平面において、アパーチャ層５０の第１開孔５２が形成された位置と対応する範囲内に中心を有し、半径５０μｍを超える円形に形成されてよい。また、絶縁層７００は、偏向層６０の絶縁部６７に接して形成されてよい。このように、絶縁層７００をビーム通過空間６２ａから略５０μｍ以上離れた位置に形成することで、散乱電子が当該絶縁層７００の表面部分に到達することを低減できる。即ち、本実施形態に係る素子１０は、絶縁層７００を用いてアパーチャ層５０および偏向層６０を固定しつつ、当該絶縁層７００の帯電を防止して、動作安定性を高めることができる。

第１の変形例の素子１０は、アパーチャ層５０および偏向層６０が、絶縁層７００を挟んで一体に形成される。アパーチャ層５０、偏向層６０、および絶縁層７００が一体化された素子１０は、アパーチャ層５０の第１開孔５２と偏向層６０のビーム通過空間６２ａとの位置関係を、予め位置合わせして形成できる。このような素子１０を備えるカラム部１２０は、第１開孔５２を通過した電子ビームを偏向層６０のビーム通過空間６２ａに位置合わせするための位置合わせ部８２（図１参照）を、内部に設ける必要がなくなるので、露光装置１００を簡略化できる。

ベース層７１０は、アパーチャ層５０よりも第１面側に設けられる。ベース層７１０は、素子１０の電子銃２０を向く第１面側にアパーチャ層５０の第１開孔５２部分を露出させるためのベース層開孔７１２を有する。ベース層７１０は、一体に形成されたアパーチャ層５０、偏向層６０、および絶縁層７００を保持することにより、素子１０全体の力学的強度を向上させる。また、ベース層７１０は、電子ビーム照射によって発熱したアパーチャ層５０の排熱に寄与することができる。

図１７は、本実施形態に係る素子１０の第２の変形例を示す。図１７は、ビーム入射側からみた素子１０の偏向層６０の平面図の一例である。図１０Ａおよび図１１Ａにおいて、素子１０のアパーチャ層５０の第１開孔５２および偏向層６０のビーム通過空間６２ａが、Ｘ軸方向に延伸する第１電極部６３を挟んで、Ｙ軸方向にそれぞれ２列設けられる例を説明した。第２の変形例の素子１０は、第１開孔５２およびビーム通過空間６２ａが、Ｙ軸方向にそれぞれ複数列設けられる。図１７に示す第２の変形例の素子１０は、第１列から第４列の合計４列のビーム通過空間６２ａが設けられる例を示す。また、これに伴い、アパーチャ層５０の第１開孔５２ならびに第１開孔５２と対応する偏向層のビーム通過空間６２ａ、第１電極部６３および第２電極部６４ａを含む偏向ユニットは、互いに平行な第１列側および第２列側のそれぞれに複数ずつ配列される。なお、図１７に示すように、第１列に沿う複数の偏向ユニットの複数の第２電極部６４ａにおける延伸部６４ｂの延伸方向は、第２列に沿う複数の偏向ユニットの複数の第２電極部６４ａにおける延伸部６４ｂの延伸方向とは、逆方向に配置される。

図１７において、第１列のビーム通過空間６２ａに対応して形成された偏向ユニットを偏向ユニットＡとし、第３列のビーム通過空間６２ａに対応して形成された偏向ユニットを偏向ユニットＢとする。即ち、第１列側の偏向ユニットは、Ｙ軸方向に沿ってＡ，Ｂ，Ａ，Ｂ・・と交互に並ぶ。また、第２列のビーム通過空間６２ａに対応して形成された偏向ユニットを偏向ユニットＤとし、第４列のビーム通過空間６２ａに対応して形成された偏向ユニットを偏向ユニットＣとする。即ち、第２列側の偏向ユニットは、Ｙ軸方向に沿ってＣ，Ｄ，Ｃ，Ｄ・・と交互に並ぶ。

露光装置１００は、Ｙ軸方向に沿ってこのように配置された第１開孔５２およびビーム通過空間６２ａを通過して形成されたアレイビームを、試料１１６上に予め設けられたラインパターンの長手方向であるＸ軸方向に走査する。偏向ユニットＡ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄ・・の順に形成されたビームの走査位置は、Ｙ軸方向には略同一のピッチで切れ目なく並ぶため、それぞれのビームのＹ軸方向走査位置をグリッドライン（図４参照）に合わせて走査できる。これにより、第２の変形例の素子１０で形成されたアレイビームは、Ｙ軸方向に一定間隔に並ぶグリッドラインに基づいて設計されたカットパターンおよびビアパターンを、露光することができる。

また、第２の変形例の素子１０は、偏向ユニットが、複数の第１列および複数の第２列の各列に沿って複数ずつ配列させるので、ビーム通過空間６２ａに偏向電界を発生させる偏向ユニットの設計自由度を向上させることができる。第２の変形例の素子１０は、例えば、当該ビーム通過空間６２ａに対向する第２電極６４ｃの幅を当該ビーム通過空間６２ａの幅以上に形成することができ、また、電極突出部６４ｄを更に形成することができる。

図１８は、図１６に示された第１の変形例の素子１０の製造フローを示す。本実施形態において、Ｓ１８００からＳ１９２０の製造工程を実行することにより、素子１０を製造する例を説明する。なお、以上に説明した他の構成の素子１０も、図１８に示す製造フローと同様のフローにより、製造することができる。

まず、ベース層７１０となる基板上に、アパーチャ層基板５８、絶縁層７００、および偏向層基板６８を順に積層した多層基板を形成する（Ｓ１８００）。次に、ベース層７１０となる基板の一部を除去して、アパーチャ層基板５８の開孔等を形成する領域を露出させる。即ち、この段階の多層基板は、ベース層７１０側の第１面にアパーチャ層基板５８の一部が露出し、第１面とは反対側の第２面に偏向層基板６８が位置する。ベース層７１０の基板の材質は、例えば、シリコンである。アパーチャ層基板５８および偏向層基板６８の材質は、例えば、不純物をドーピングして導電性を付与したシリコンである。絶縁層７００の材質は、例えば、シリコン酸化物である。

次に、素子１０の第１開孔５２、第１電極部６３、および第２電極部６４ａが形成されていない状態において、第１面側において露出させたアパーチャ層基板５８から偏向層基板６８までを貫通する貫通孔９５０を形成する（Ｓ１８２０）。当該貫通孔９５０は、当該製造工程において、位置合わせをするマーク構造として用いる。

次に、第１面側において露出させたアパーチャ層基板５８の表面に、第１開孔５２を形成するパターンをパターニングする（Ｓ１８４０）。そして、パターニングした形状に基づき、素子１０の第１面側からアパーチャ層基板５８をエッチングして、第１開孔５２を形成する（Ｓ１８６０）。ここで、エッチングは、異方性エッチングを用いることが望ましい。これにより、素子１０の第１面側から入射されるビームを成形して通過させる第１開孔５２を有するアパーチャ層５０が形成される。パターニングおよびエッチングを含み、アパーチャ層５０を形成する段階は、第１面側の貫通孔９５０の中心等を基準として第１開孔５２の位置を位置決めすることが好ましい。

次に、第２面側の偏向層基板６８の表面に、第１電極部６３、第２電極部６４ａのパターンをパターニングする（Ｓ１８８０）。そして、パターニングした形状に基づき、素子１０の第２面側から偏向層基板６８をエッチングして、第１電極部６３および第２電極部６４ａを形成する（Ｓ１９００）。ここで、エッチングは、異方性エッチングを用いることが望ましい。これにより、アパーチャ層５０を通過したビームを通過させて偏向させる偏向層６０が形成される。パターニングおよびエッチングを含み、偏向層６０を形成する段階は、貫通孔９５０の中心等を基準として第１電極部６３および第２電極部６４ａの位置を位置決めすることが好ましい。

そして、アパーチャ層基板５８と、偏向層６０との間の絶縁層７００の一部を、等方性のエッチングにより除去する（Ｓ１９２０）。即ち、第１電極部６３および第２電極部６４ａの形成後に、第１電極部６３の第１電極６３ｄ、並びに第２電極部６４ａの第２電極６４ｃおよび延伸部６４ｂの少なくとも一部と接する絶縁層７００の部分をエッチングにより除去する。なお、絶縁層７００と接する電極６３、６４ａの短辺部分の幅は、絶縁層７００の厚さと同程度に形成することが望ましい。ウェットエッチング等の等方性エッチングを用いることにより、エッチング液が電極６３、６４ａとアパーチャ層基板５８に挟まれた絶縁層７００側に回り込んで、絶縁層７００の深さ方向（Ｚ軸方向）の除去と電極６３、６４ａの短辺部分の裏側の幅方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の除去を、共に進行させることができる。これにより、電極６３、６４ａを残し、その裏側の（第１面側の）絶縁層７００を除去することができる。これにより、アパーチャ層基板５８および偏向層６０の間の絶縁層７００が形成される。絶縁層７００の一部が除去されることにより、偏向層６０内の第１電極部６３および第２電極部６４ａは、アパーチャ層基板５８から離間して、独立した電極構造となる。

図１９は、図１８に示した製造フローで形成された素子１０の断面図の一例を示す。貫通孔９５０は、第１面側から加工する場合と、第２面側から加工する場合の、共通の基準として用いることが望ましい。これにより、素子１０の第１面側および第２面側の加工精度を簡便に向上させることができる。

なお、アパーチャ層５０および偏向層６０を形成する段階において、電子ビーム露光装置をパターニング装置として用いてよい。電子ビーム露光装置は、マーク位置を検出する機能を有してよく、当該機能により、第１面側から第１面側に露出する貫通孔９５０の位置および形状を検出して、第１面側の基準位置とする。電子ビーム露光装置は、当該基準位置に位置合わせをして、第１面側のアパーチャ層基板５８の表面に第１開孔５２のパターンを露光する。

また、電子ビーム露光装置は、同様に、マーク位置検出機能により、第２面側から第２面側に露出する貫通孔９５０の位置および形状を検出して、第２面側の基準位置とする。電子ビーム露光装置は、当該基準位置に位置合わせをして、第２面側の偏向層基板６８の表面に第１電極６３および第２電極６４ａのパターンを露光する。このように、素子１０の第１面側から形成される第１開孔５２と、第２面側から形成される第１電極部６３および第２電極部６４ａで囲まれたビーム通過空間６２ａを、同一の基準の貫通孔９５０を用いて位置合わせするので、素子１０を精度よく形成することができる。

アパーチャ層５０を形成する段階、および、偏向層６０を形成する段階において、一例として、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を、異方性エッチングとして用いる。図２０は、実際に形成した偏向層６０の電極部の一例を示す。図２０は、偏向層基板６８を異方性エッチングして偏向層電極（第１電極６３および第２電極６４ａ）を作成した結果の一例を示す。図２０に示す偏向電極部の作成例では、深掘りエッチングにより除去された電極間の間隙幅は２００ｎｍ〜５００ｎｍである。また、エッチングにより形成された電極構造のビーム通過方向の厚さは約１８μｍである。エッチングされた間隙部の構造のアスペクト比は４０〜９０である。

図２１は、本実施形態に係る露光装置１００の変形例を示す。図２１において、図１に示された本実施形態に係る露光装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の露光装置１００は、カラム部１２０と、選択部１６０、照射制御部１７０、および偏向量決定部１８０を有する露光制御部１４０とを複数備える。

なお、本変形例の露光装置１００において、ステージ装置１１２を移動させてアレイビームの照射位置を走査する場合、露光制御部１４０のそれぞれは、走査制御部１９０を有さなくてもよい。図２１は、１つのステージ装置１１２と、露光装置１００が複数のカラム部１２０と、１つのＣＰＵ１３０と、走査制御部１９０を有さない複数の露光制御部１４０と、１つの走査制御部１９０とを備える例を示す。

複数のカラム部１２０のそれぞれは、対応する露光制御部１４０にそれぞれ接続され、試料１１６を露光する。個々のカラム部１２０の動作は、図３等で説明したように、照射可能領域２００をフレーム毎に露光する。即ち、走査制御部１９０は、試料１１６を載置して移動させるステージ装置１１２を制御して複数のカラム部１２０に対して試料１１６を移動させ、複数のカラム部１２０によって並列に試料１１６に荷電粒子ビームを照射する。

このように、本変形例の電子ビーム露光装置１００は、複数本のカラム部１２０で並行して露光を行うことができるため、露光のスループットを大幅に向上させることができる。また、試料１１６が３００ｍｍ以上の大口径の半導体ウエハ等であっても、対応してカラム部１２０の数を増加させることで、スループットが著しく低下することを防止できる。

なお、本変形例の露光装置１００は、複数のカラム部１２０が出力する複数のアレイビームの強度がそれぞれ異なる場合がある。そこで、露光装置１００は、露光を行う前に、それぞれのカラム部１２０から出力されるアレイビームの強度を予め測定してよい。また、複数のカラム部１２０による複数の露光結果にバラつきが生じないように、各露光制御部１４０における経過時間を補正してもよい。また、複数のカラム部１２０が、１つの試料１１６上の異なる半導体チップに属するカットパターンをそれぞれ露光するように、カラム部１２０毎に、アレイビームと当該アレイビームが露光するチップのラインパターンとを位置決めしてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 素子、２０ 電子銃、３０ アパーチャプレート、３２ 開孔、４０ ビーム形状変形部、５０ アパーチャ層、５２ 第１開孔、５８ アパーチャ層基板、６０ 偏向層、６２ 開孔、６２ａ ビーム通過空間、６３ 第１電極部、６３ｄ 第１電極、６４ ブランキング電極、６４ａ 第２電極部、６４ｂ 延伸部、６４ｃ 第２電極、６４ｄ 電極突出部、６７ 絶縁部、６８ 偏向層基板、７０ ストッピングプレート、７２ 開孔、８０ 調整部、８２ 位置合わせ部、９０ 外部記憶部、１００ 露光装置、１１０ ステージ部、１１２ ステージ装置、１１４ ステージ位置検出部、１１６ 試料、１２０ カラム部、１３０ ＣＰＵ、１３２ バス、１４０ 露光制御部、１５０ 記憶部、１６０ 選択部、１６２ データ変換回路、１６４ ビーム選択回路、１６６ 経過時間演算回路、１７０ 照射制御部、１７２ 増幅器、１８０ 偏向量決定部、１８２ 偏向部駆動回路、１９０ 走査制御部、１９２ ステージ駆動回路、２００ 照射可能領域、２１０ 照射位置、２２０ 領域、２３２ 第１フレーム、２３４ 第２フレーム、２３６ 第３フレーム、４００ グリッド、４０２ ラインパターン、４１０ 第１パターン、４１２、４１４、４１６、４１８ パターン、４２０ 第２パターン、４２２、４２４ パターン、４３０ 第３パターン、４３２、４３４、４３６、４３８ パターン、５００ アレイビーム、５０２ 照射領域、７００ 絶縁層、７１０ ベース層、７１２ ベース層開孔、８０２ ラインパターン、８１０ カットパターン、９００ 配線パターン、９５０ 貫通孔

Claims (16)

1. ビームを成形して偏向させる素子であって、
   当該素子の第１面側から入射されるビームを成形して通過させる第１開孔を有するアパーチャ層と、
   前記アパーチャ層を通過したビームを通過させて偏向させる偏向層と、
   を備え、
   前記偏向層は、
   前記第１開孔に対応する前記偏向層内のビーム通過空間に相対する第１電極を有する第１電極部と、
   前記偏向層内において隣接層とは独立して前記ビーム通過空間に向かって延伸する延伸部、および端部において前記ビーム通過空間を挟んで前記第１電極に対向する第２電極を有する第２電極部と、
   を有する素子。
2. 前記第１電極部は、前記偏向層内において、前記隣接層および前記第２電極部とは独立しており、前記第２電極部の前記延伸部の側方において前記第１電極に至るまで延伸する請求項１に記載の素子。
3. 前記第２電極が前記ビーム通過空間に相対する幅は、前記延伸部の延伸方向に対する幅と比較して大きい請求項１または２に記載の素子。
4. 前記第２電極は、前記ビーム通過空間に相対する面の端部に前記ビーム通過空間に向かって突出する電極突出部を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の素子。
5. 前記アパーチャ層および前記偏向層の間に設けられた絶縁層を更に備え、
   前記絶縁層は、前記アパーチャ層の前記第１開孔と対応する部分において、前記第１開孔よりも広い範囲の絶縁層が取り除かれた開孔を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の素子。
6. 前記第１電極部および前記第２電極部は離間しており、前記絶縁層で電気的に絶縁されている請求項５に記載の素子。
7. 前記絶縁層は、シリコン酸化膜を含む請求項５または６に記載の素子。
8. 前記第１電極部および前記第２電極部は、導電性を付与したシリコン層を含む請求項１から７のいずれか一項に記載の素子。
9. 当該素子における前記アパーチャ層よりも前記第１面側に設けられ、当該素子の前記第１面側に前記第１開孔を露出させるための開孔を有するベース層を更に備える請求項１から８のいずれか一項に記載の素子。
10. 前記第１開孔ならびに当該第１開孔に対応する前記第１電極部および前記第２電極部を含む偏向ユニットが、互いに平行な第１列および第２列のそれぞれに沿って複数ずつ配列され、前記第１列に沿う複数の前記偏向ユニットの複数の前記第２電極部における前記延伸部の延伸方向は、前記第２列に沿う複数の前記偏向ユニットの複数の前記第２電極部における前記延伸部の延伸方向と逆方向である請求項１から９のいずれか一項に記載の素子。
11. 前記偏向ユニットが、複数の前記第１列および複数の前記第２列の各列に沿って複数ずつ配列される請求項１０に記載の素子。
12. ビームを発生するビーム発生部と、
    前記ビームを成形して偏向させる請求項１から１１のいずれか一項に記載の素子と、
    前記素子による前記ビームの偏向を制御して、前記ビームを試料に照射させるか否かを切り替える制御部と、
    を備える露光装置。
13. ビームを成形して偏向させる素子を製造する製造方法であって、
    前記素子の第１面側から入射されるビームを成形して通過させる第１開孔を有するアパーチャ層を形成するアパーチャ層処理段階と、
    前記アパーチャ層を通過したビームを通過させて偏向させる偏向層を形成する偏向層処理段階と、
    を備え、
    前記偏向層処理段階は、
    前記第１開孔に対応する偏向層内のビーム通過空間に相対する第１電極を有する第１電極部と、
    前記偏向層内において隣接層とは独立して前記ビーム通過空間に向かって延伸する延伸部、および端部において前記ビーム通過空間を挟んで前記第１電極に対向する第２電極を有する第２電極部と、
    を形成する製造方法。
14. 前記アパーチャ層処理段階において、前記素子の前記第１面側から前記アパーチャ層をエッチングして、前記アパーチャ層に前記第１開孔を形成し、
    前記偏向層処理段階において、前記素子の第２面側から前記偏向層をエッチングして、前記偏向層に前記第１電極部および前記第２電極部を形成する
    請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記第１開孔、前記第１電極部、および前記第２電極部が形成されていない状態において、前記素子の前記アパーチャ層から前記偏向層までを貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成段階を更に備え、
    前記アパーチャ層処理段階において、前記貫通孔を基準として前記第１開孔を位置決めし、
    前記偏向層処理段階において、前記貫通孔を基準として前記第１電極部および前記第２電極部を位置決めする
    請求項１３または１４に記載の製造方法。
16. 前記素子は、前記アパーチャ層および前記偏向層の間に絶縁層を備え、
    前記絶縁層は、前記ビームを通過させる開孔を有し、
    当該製造方法は、
    前記第１電極部および前記第２電極部の形成後に、前記第１電極部の前記第１電極、並びに前記第２電極部の前記第２電極および前記延伸部の少なくとも一部と接する前記絶縁層部分を等方性エッチングにより除去する
    請求項１３から１５のいずれか一項に記載の製造方法。