(57)【要約】  【課題】  荷電粒子線光学系において、ビームの光軸を高い精度で容易に調整できる方法等を提供する。  【解決手段】  ２段の電磁レンズ１５、１９の上流側に２段のアライメントコイル５０を配置する。まず、アライメントコイル５０のアライメント機能の内、物面上１０に偏向支点Ｐ２を持つアライメント機能を用いて、ビームＰＢが一段目のレンズ１５の中心Ｃを通るように調整する。その後、一段目のレンズ１５の主面に偏向支点Ｐ１を持つアライメント機能を用いて、ビームＰＢ´が二段目のレンズ１９の中心Ｃを通るように調整する。このとき、一段目のレンズ１５の主面上ではビームは動かないので、１回の操作でビームを一段目のレンズ１５と二段目のレンズ１９の両方の中心Ｃを通るように調整できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段の電磁レンズを有し、物面上の物体の像を像面上に結像する荷電粒子線光学系において、前記レンズの中心を荷電粒子線束（ビーム）が通過するよう調整する方法であって、
前記２段の電磁レンズ群の上流側に前記ビームを偏向させる２段のアライメントコイルを配置し、
該アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つが、前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの主面上に位置するように設定することを設定することを特徴とする荷電粒子線光学系の調整方法。
【請求項２】
前記アライメント機能が持つ偏向支点の内の一つが前記一段目のレンズの主面上に位置するように設定する方法として、
前記アライメントコイル群の上流に、該アライメントコイル群とは別の調整用アライメントコイルを配置し、
前記一段目のレンズの下流の瞳面上に開口を配置し、
荷電粒子ビームを前記開口で走査し、該開口を通過したビームを検出して処理することによりビームの位置を求め、
ここで、前記一段目のレンズの強度を変調させたときの前記ビームの位置の差が小さくなるように前記調整用アライメントコイルを調整した後、
さらに、前記アライメントコイル群に大電流を流した状態において、前記一段目のレンズの強度を変調させたときのビームの位置の差が小さくなるように前記アライメントコイル群の出力比及び出力方向を調整することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線光学系の調整方法。
【請求項３】
前記ビームが前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの中心を通るように調整した後、前記アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つを前記二段目のレンズの主面上に位置するように設定することを設定することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線光学系の調整方法。
【請求項４】
前記電磁レンズ群が、大面積一括転写型荷電粒子線露光装置の２段の投影レンズ群であり、
前記アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つが物面上であり、他の一つが前記投影レンズ群の内の一段目のレンズの主面上であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線光学系の調整方法。
【請求項５】
物面上のビーム中心位置にピンホール開口を設置し、
像面上に標準マークを設置し、
前記ピンホール開口を通過した荷電粒子ビームを前記標準マーク上で走査し、該標準マークに照射されたビームを検出して処理することによりビームの位置を求め、
前記一段目の投影レンズ群の内の一段目のレンズ又は二段目のレンズの強度を変調させたときの前記ビームの位置の差が小さくなるように、前記アライメントコイル群によって構築されたアライメント機能を用いて調整することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線光学系の調整方法。
【請求項６】
物面上を偏向支点とするよう構築されたアライメント機能を用いてビームが前記一段目のレンズの中心を通るように調整し、その後、前記一段目のレンズの主面上を偏向支点とするように構築されたアライメント機能を用いてビームが前記二段目のレンズの中心を通るように調整することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線光学系の調整方法。
【請求項７】
前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの主面上を偏向支点とするよう構築されたアライメント機能の条件を変化させつつ、各条件において前記投影レンズ群の結像性能（収差）の評価を行い、その結果に基づいて結像性能を最適化することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線投影光学系の調整方法。
【請求項８】
感応基板上に転写すべき原版パターンが形成されたマスクを荷電粒子線で照明する照明光学系と、
該マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影結像させて転写パターンを形成する投影光学系と、
ここで、該投影光学系が２段の電磁レンズ群からなる光学系であり、
を具備する荷電粒子線露光装置であって、
さらに、前記投影光学系の上流側に配置された、前記荷電粒子線を偏向させる２段のアライメントコイルを有し、
該アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つを前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの主面上に位置するように設定されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに用いられる荷電粒子線露光装置に関し、特には同装置の光学系を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線露光装置には、可変成形方式、セルプロジェクション方式、大面積一括転写方式などの方式がある。いずれの方式においても、収差を最小にするために、ビームがレンズの中心（磁極（ポールピース）の幾何学的中心）を通るように調整すること（光軸調整）が非常に重要である。光軸調整には、一般的にアライメントコイルを使用する。
【０００３】
図９は、アライメントコイルの構造の一例を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）は側面図である。
アライメントコイル５０は、光軸ＡＸを中心として、Ｘ方向に相対する一対のコイル５１Ａと、Ｙ方向に相対する一対のコイル５１Ｂとから構成される。各コイル５１に電流を流すと、光軸ＡＸ付近に一定ベクトルの磁場ＭＦが発生する。この磁場ＭＦにより光軸ＡＸを通るビームＰＢの進行方向を、図の太い矢印で示す方向に変える（偏向する）。つまり、図９（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸを通るビームＰＢは、アライメントコイル５０により、例えば、図の左下方向に偏向される。このとき、磁場ＭＦのベクトルを調整すること、すなわち、コイル５１に流す電流量を調整することにより、ビームＰＢがレンズの中心を通るように調整できる。元のビームＰＢと、アライメントコイル５０を通過した後のビームとの交点を偏向支点という。
【０００４】
ビームがレンズの中心を通っているかどうかは、一般的にレンズ強度変調法によって知ることができる。
図１０は、レンズ強度変調法を説明する図である。
この方法では、光軸を合わせたいレンズ２０１の下方に配置された構造物上でビームＰＢを走査する。そして、レンズ２０１の強度を変えながら走査像を観察してビームＰＢの位置を求める。図１０（Ａ）に示すように、ビームＰＢがレンズ２０１の中心を通っていない場合は、レンズ強度によってビームＰＢの進行方向が変わる。レンズ強度を変えながら走査像を観察すると、ピントが合った場合は、図の細実線で示すように走査像は矩形波状となるが、ビームがボケた場合は、図の太実線で示すように、走査像は山型となる。そして、ピントが合った場合とボケた場合では、走査像の位置（ビームＰＢの位置）がずれる。
一方、図１０（Ｂ）に示すように、ビームＰＢがレンズ２０１の中心を通っている場合は、ピントが合った場合とビームがボケた場合で、ビームＰＢの位置は同じとなる。
【０００５】
そこで、レンズ強度を変えてもビームの位置の移動量が最も小さくなるように、アライメントコイルによるアライメント機能を用いて調整する。
【０００６】
ところで、荷電粒子線露光装置の電子光学系には、磁気対称タブレット型のレンズ系が使用される。磁気対称タブレット型とは、投影光学系の二段の投影レンズの形状（磁極ボーア径、レンズギャップ）を、入射瞳を中心として相似形点対称（マスク側投影レンズを縮小率倍縮小したとき点対称）とし、各レンズの磁性を逆とし、両レンズの励磁コイルのアンペアターンを等しくとったものである（非特許文献１参照）。レンズを二段構成にし、歪みなどの収差をお互いが打ち消しあうようなレンズ場を形成することにより、収差を抑制することができる。
【０００７】
磁気対称タブレット型の光学系を投影光学系に用いた場合には、物面上にマスクが位置し、二段構成のレンズ群によりマスクの像を感応基板（像面）に投影する。瞳面上（クロスオーバー）にはコントラスト開口が設置される。磁気対称タブレット型の光学系は、投影光学系だけでなく、照明光学系にも広く利用されている。
【０００８】
このような光学系の２段構成のレンズ群の光軸を調整するためには、２段構成のアライメントコイル群が必要である。一般的には、２段構成のアライメントコイル群の出力を連動させて、その出力比、出力方向を適切に設定することにより、意図した場所に偏向支点（元のビームと、アライメントコイルを通過した後のビームとの交点）を持つアライメント機能を構築する。２段構成のアライメントコイルは２つのアライメント機能、言い換えると、２つの偏向支点を有する。この際、一つの偏向支点を物面上に構築し、もう一つの偏向支点を瞳面上に構築する方法がよく用いられる。
【０００９】
図１１は、２段構成のアライメントコイルのアライメント機能を説明する図である。
２段構成のアライメントコイル５０は、物面（マスク面１０）と上段（一段目）のレンズ１５の間に配置されている。図１１（Ａ）は、偏向支点Ｐを物面上１０に構築するアライメント機能を示す。図１１（Ｂ）は、偏向支点Ｐを瞳面１８上に構築するアライメント機能を示す。
図中の符号１９は、二段目のレンズ、符号２３は感応基板を示す。
【００１０】
図１２は、アライメントコイルによるアライメント方法の一例を説明する図である。
ビームＰＢが光軸ＡＸからずれていた場合、まず、図１２（Ａ）に示すように、物面上１０に偏向支点Ｐを持つアライメント機能を用いて、ビームが一段目のレンズ１５の中心を通るように調整する。次に、図１２（Ｂ）に示すように、瞳面上１８に偏向支点Ｐを持つアライメント機能を用いて、ビームが二段目のレンズ１９の中心を通るように調整する。
【００１１】
しかし、この方法によると、図１２（Ｂ）に示すように、二段目のレンズ１９の光軸を調整する際に、一段目のレンズ１５の光軸がずれてしまい、ビームが一段目のレンズ１５の中心を通らない。ビームが、一段目のレンズ１５及び二段目のレンズ１９の中心を通るように調整するには、上記の作業を繰り返して追い込む必要があり、調整が複雑になって、長い時間を要する。
【００１２】
また、大面積一括型の露光装置においては、ビームの断面積（一例で１ｍｍ角）が大きいため、一般的に行われているレンズ強度変調法による光軸調整の判断が困難であるという問題がある。
さらに、レンズ強度変調法による光軸調整では精度が不十分である、または、レンズ強度変調法によって判断された最適なビーム軌道と、収差が最小になるビーム軌道とが完全に一致するとは限らない、という問題もある。
【００１３】
【非特許文献１】J.Vac.Sci.Technol.,Vol.12,No.6,Nov. Dec. 1975)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の点に鑑み、本発明は、荷電粒子線光学系において、ビームの光軸を高い精度で容易に調整できる方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の荷電粒子線光学系の調整方法は、  ２段の電磁レンズを有し、物面上の物体の像を像面上に結像する荷電粒子線光学系において、前記レンズの中心を荷電粒子線束（ビーム）が通過するよう調整する方法であって、  前記２段の電磁レンズ群の上流側に前記ビームを偏向させる２段のアライメントコイルを配置し、  該アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つが、前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの主面上に位置するように設定することを設定することを特徴とする。
【００１６】
この際、  前記アライメント機能が持つ偏向支点の内の一つが前記一段目のレンズの主面上に位置するように設定する方法として、  前記アライメントコイル群の上流に、該アライメントコイル群とは別の調整用アライメントコイルを配置し、  前記一段目のレンズの下流の瞳面上に開口を配置し、  荷電粒子ビームを前記開口で走査し、該開口を通過したビームを検出して処理することによりビームの位置を求め、  ここで、前記一段目のレンズの強度を変調させたときの前記ビームの位置の差が小さくなるように前記調整用アライメントコイルを調整した後、  さらに、前記アライメントコイル群に大電流を流した状態において、前記一段目のレンズの強度を変調させたときのビームの位置の差が小さくなるように前記アライメントコイル群の出力比及び出力方向を調整することとできる。
【００１７】
本発明においては、  前記ビームが前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの中心を通るように調整した後、前記アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つを前記二段目のレンズの主面上に位置するように設定することもできる。
【００１８】
本発明においては、  前記電磁レンズ群が、大面積一括転写型荷電粒子線露光装置の２段の投影レンズ群であり、  前記アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つが物面上であり、他の一つが前記投影レンズ群の内の一段目のレンズの主面上であることとできる。
【００１９】
二段構成のレンズ群の光軸を調整する際に、ビームが一段目のレンズの中心を通るように調整した後、一段目のレンズの主面に偏向支点を持つように構築されたアライメント機能を用いて、ビームが二段目のレンズの中心を通るように調整する。これにより、１回の操作で容易に、ビームが二段のレンズの両方の中心を通るように調整できる。このため、調整作業を簡略化でき、調整時間を短縮できる。
【００２０】
本発明においては、  物面上のビーム中心位置にピンホール開口を設置し、  像面上に標準マークを設置し、  前記ピンホール開口を通過した荷電粒子ビームを前記標準マーク上で走査し、該標準マークに照射されたビームを検出して処理することによりビームの位置を求め、  前記一段目の投影レンズ群の内の一段目のレンズ又は二段目のレンズの強度を変調させたときの前記ビームの位置の差がなるべく小さくなるように、前記アライメントコイル群によって構築されたアライメント機能を用いて調整することとできる。
【００２１】
ビームの寸法を小さく絞ることにより、レンズ強度変調時のビーム位置移動量検出の分解能が向上し、光軸位置の判別が容易になり、調整精度が高くなる。
【００２２】
本発明においては、  物面上を偏向支点とするよう構築されたアライメント機能を用いてビームが前記一段目のレンズの中心を通るように調整し、その後、前記一段目のレンズの主面上を偏向支点とするように構築されたアライメント機能を用いてビームが前記二段目のレンズの中心を通るように調整すれば、二段目のレンズの光軸調整が容易になる。
【００２３】
本発明においては、  前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの主面上を偏向支点とするよう構築されたアライメント機能の条件を変化させつつ、各条件において前記投影レンズ群の結像性能（収差）の評価を行い、その結果に基づいて結像性能を最適化することとできる。
【００２４】
本発明の荷電粒子線露光装置は、  感応基板上に転写すべき原版パターンが形成されたマスクを荷電粒子線で照明する照明光学系と、  該マスクを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影結像させて転写パターンを形成する投影光学系と、  ここで、該投影光学系が２段の電磁レンズ群からなる光学系であり、を具備する荷電粒子線露光装置であって、  さらに、前記投影光学系の上流側に配置された、前記荷電粒子線を偏向させる２段のアライメントコイルを有し、  該アライメントコイルの群によって構築したアライメント機能が持つ偏向支点の内の一つを前記電磁レンズ群の内の一段目のレンズの主面上に位置するように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、１回の操作で、容易に、ビームが二段構成のレンズの両方の中心を通るように調整することができる。このため、調整時間を短縮できる。また、レンズ強度変調法による光軸調整の制度が向上する。さらには、二段目のレンズの光軸調整が容易になり、軌道の最適化が容易になる。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、分割転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を説明する。
図８は、荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には照明光学系が備えられている。電子線は、照明光学系のコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーC.O.を結像する。
【００２７】
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、マスク（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってマスク１０に結像される。サブフィールドの寸法は例えば１ｍｍ角である。
【００２８】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがマスク１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器（主偏向器）８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、マスク１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００２９】
マスク１０は、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する。マスク１０上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のマスクに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。
【００３０】
マスク１０は移動可能なマスクステージ１１上に載置されており、マスク１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるマスク上の各サブフィールドを照明することができる。
マスクステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、マスクステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００３１】
マスク１０の下方には、対称磁気タブレット型の投影光学系（詳細後述）が配置されている。マスク１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影光学系の投影レンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、マスク上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。また、マスク１０と一段目の投影レンズ１５の間には二段構成のアライメントコイル５０（詳細後述）が配置されている。
【００３２】
マスク１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００３３】
ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばマスク１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、マスク１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ることができる。
【００３４】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記マスクステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のマスクステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００３５】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、マスクステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００３６】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差やパターンビームの位置誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正する。これにより、マスク１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、マスク上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。
【００３７】
次に、投影光学系の調整方法を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線光学系（投影光学系）の調整方法を説明する図である。
この投影光学系は、対称磁気タブレット型の光学系で、二段の投影レンズ１５、１９を有する。そして、物面上にマスク１０が位置し、像面上に感応基板２３が位置する。マスク１０のパターンは、二段構成のレンズ１５、１９により感応基板２３に投影される。瞳面上（クロスオーバー）にはコントラスト開口１８が設置されている。二段のアライメントコイル群５０は、一段目の投影レンズ１５の上流側に配置されている。
【００３８】
図２は、アライメントコイルのアライメント機能を説明する図である。
この二段のアライメントコイル５０においては、アライメント機能の持つ一つの偏向支点Ｐ１を、一段目の投影レンズ１５の主面上に構築する（詳細後述）。なお、もう一つの偏向支点Ｐ２は物面上１０に構築する。
【００３９】
再び図１を参照して説明する。ビームＰＢが光軸ＡＸからずれていた場合、まず、図１（Ａ）に示すように、物面上１０に偏向支点Ｐ２を持つアライメント機能を用いて、ビームＰＢが一段目のレンズ１５の中心Ｃを通るように調整する（調整後のビームＰＢ´）。そして、図１（Ｂ）に示すように、一段目のレンズ１５の主面に偏向支点Ｐ１を持つアライメント機能を用いて、ビームＰＢ´が二段目のレンズ１９の中心Ｃを通るように調整する。このとき、一段目のレンズ１５の主面上ではビームは動かないので、１回の操作でビームを一段目のレンズ１５と二段目のレンズ１９の両方の中心Ｃを通るように調整できる。
【００４０】
次に、図２に示した、アライメントコイル５０で偏向支点をレンズ主面に合わせる方法を説明する。
図３は、偏向支点を第１レンズ主面に合わせる方法を説明する図である。
まず、２段のアライメントコイル群５０の上流に、初期調整用の別のアライメントコイル６０を設置する。そして、一段目のレンズ１５の下方の瞳面上に開口６１を設置し、同開口６１の下流に電子検出器６３を設置する。一段目のレンズ１５の出力を変調してビームを開口６１上で走査させると、開口６１を通過したビームの電流量が電子検出器６３で検出され、開口６１の移動位置におけるビームの電流量からビーム位置を知ることができる。検出された電流量はオシロスコープ等で観察される。
【００４１】
最初に、初期調整用のアライメントコイル６０を用いて、ビームＰＢを一段目のレンズ１５の中心に合わせておく。つまり、ピントが合った状態でのビーム位置と、レンズ１５の強度を変調して得られるビーム位置の差ができるだけ小さくなるように調整する。レンズ１５の強度を変調させると、図３（Ａ）に示すように、ピントが合った状態では、ビームの位置は、図の細実線で示すような矩形状の波形で示される。ピントがボケた状態では、ビームの位置は、図の太実線で示すような山型の波形で示される。そして、ピントが合った状態とボケた状態でのビームの位置が変わらないようにアライメントコイル６０を調整する。
【００４２】
次に、２段のアライメントコイル群５０に大電流を流す。すると、図３（Ｂ）に示すように、ビームＰＢはレンズ１５の中心からずれる。そして、レンズ１５の強度を変調させると、ピントが合った状態では、ビームの位置は、図の細実線で示すような矩形波状の波形で示される。ピントがボケた状態では、ビームの位置は、図の太実線で示すような山形の波形で示される。ここで、ピントが合った状態とボケた状態でのビームの位置がレンズの強度に応じてずれている。
【００４３】
そこで、アライメントコイル群５０に大電流を流した状態のままレンズ１５の強度を変えて、ピントが合った状態とボケた状態でのビームの位置が同じとなるように（レンズ１５の主面上でビームが移動しないように）アライメントコイル群５０の出力比、出力方向の相対関係を調整する。すると、図３（Ｃ）に示すように、一段目のレンズ１５の中心Ｃに偏向支点Ｐ１を持つアライメント機能が構築される。
【００４４】
次に、大面積一括露光型の投影光学系の光軸調整について説明する。
図４は、大面積一括露光型の投影光学系の光軸位置の判別方法を説明する図である。
上述のように、図８に示す荷電粒子線露光装置では、寸法が約１ｍｍ角のサブフィールドをビームで一括で照明する。図４（Ａ）は、物面上（マスク１０上）での照明領域の寸法が約１ｍｍ角の矩形ビームＰＢを像面（感応基板２３面）に投影露光した状態を示す。投影光学系の倍率を１／４とすると、矩形ビームＰＢが感応基板２３に投影された像の寸法は０．２５ｍｍ角の矩形である。矩形ビームＰＢで、像面上（感応基板２３上）の基準マークをスキャンし、同マークで検出された電流量を走査位置に対してプロットすると、図４の下に示すような波形が得られる。
【００４５】
レンズ１５の強度を変調すると、ピントが合った状態では、図の細実線に示すようにほぼ矩形波状の出力波形が得られる。波形の幅Ｗは約０．２５ｍｍである。ピントがボケた状態では、図の太実線に示すように、山型の出力波形が得られる。ここで、ピントが合った場合と、ボケた場合の像の波形を重ねると、波形の形状は異なるが、両波形の位置は、実際はずれているにも関わらず、ずれていないように見える。この波形のずれからは光軸のズレを判断することは難しい。
【００４６】
そこで、図４（Ｂ）に示すように、物面１０上のビーム中心位置に、ピンホール（径は一例で４０μｍ）７１を設置する。この場合、感応基板面上では径Ｗが約１０μｍの像が結像する。そして、像面上に設置された基準マークをピンホール７１を通過したビームＰＢでスキャンする。レンズ１５の強度をすると、ピントが合った状態では、図の細実線に示すようなシャープな波形が得られる。ピントがボケた状態では、図の太実線で示すように、強度が低下して波形がなだらかになる。そして、ピントが合った場合とずれた場合で波形を重ねると、各波形のズレをはっきりと判別できる。
このように、面２３上におけるビームの像の径を小さくすることにより、ビームの移動量検出の分解能が向上し、レンズ強度変調法による光軸調整の精度が高くなる。
【００４７】
そして、光軸調整の最終段階においては、一段目のレンズ主面上に偏向支点をもつアライメント機能の条件を変化させつつ、各条件において投影レンズの結像性能（収差）の評価を行う。その結果に基づいて、結像性能が最適となる条件を求める。これにより、最も精度が要求される第２投影レンズの光軸調整が容易になる。そして、製造誤差などの影響により、レンズ強度変調法によって最適と判断された軌道と、収差を最小にするよう軌道が異なるような場合でも、軌道の最適化を直接行うことができる。
【実施例１】
【００４８】
図５は、本発明の第一の実施例に係る荷電粒子線光学系の調整方法を説明する図である。
物面（マスク面）１０と像面（感応基板面）２３との間には、２段の投影レンズ１５、１９が配置されており、一段目のレンズ１５と二段目のレンズ１９の間にはコントラスト開口１８が設置されている。物面１０の上流には、２段のアライメントコイル群５０が設置されている。なお、物面１０上にはマスクは設置しない。
【００４９】
ビームＰＢ（図の破線で示す）の中心がレンズの中心から外れている場合、まず、アライメントコイル群５０の一段目のレンズ１５の主面に偏向支点を持つアライメント機能を用いて、ビームＰＢが一段目のレンズ１５の中心を通るように調整する（調整後のビームＰＢ１、図の二点鎖線で示す）。次に、同じアライメント機能を用いて、ビームＰＢ１が二段目のレンズ１９の中心を通るように調整する（調整後のビームＰＢ２、図の太実線で示す）。このとき、一段目のレンズ１５の主面上ではビームは動かないので、１回の操作でビームを一段目のレンズ１５と二段目のレンズ１９の両方の中心Ｃを通るように調整できる。
【００５０】
この例では、アライメントコイル群５０とレンズ１５の位置が離れているので、アライメントコイル５０の発生する磁場が投影レンズ系の結像性能に影響を与えないという利点がある。さらに、小さいビーム偏向角で光軸調整できるという利点もある。
【実施例２】
【００５１】
図６は、本発明の第二の実施例に係る荷電粒子線光学系の調整方法を説明する図である。
この例では、アライメントコイル群５０が、物面１０と第１投影レンズの間に配置されている。また、物面１０上にピンホール開口８１が設置されている。ピンホール開口８１の径は例えば４０μｍである。
【００５２】
最初に、アライメントコイル群５０の、物面（マスク面１０）に偏向支点を持つアライメント機能を用いて、ビームが一段目のレンズ１５の中心を通るように調整する（調整後のビームＰＢ１、図の二点鎖線で示す）。次に、一段目のレンズ１５の主面に偏向支点をもつアライメント機能を用いて、ビームが二段目のレンズ１９の中心を通るように調整する（調整後のビームＰＢ２、図の太実線で示す）。
【実施例３】
【００５３】
図７は、本発明の第３の実施例に係る荷電粒子線光学系の調整方法を説明する図である。
この例は、照明光学系と投影光学系の双方を調整する例を示す。この図に示す荷電粒子線光学系は、図８に示す荷電粒子線光学系と異なり、コンデンサレンズ２、３の間に収束角制限開口４１が配置されている。また、２段の照明レンズ９−１、９−２を有し、各照明レンズの間の瞳面上にブランキング開口４３が配置されている。
【００５４】
照明光学系においては、第１コンデンサレンズ２の上流と、第１照明レンズ９−１の上流に、各々２段のアライメントコイル群５０−１、５０−２が設置されている。そして、投影光学系においては、一段目のレンズ１５の上流に２段のアライメントコイル群５０−３が設置されている。
【００５５】
このように、照明光学系及び投影光学系の双方において光軸調整することにより、より高精度の露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線光学系（投影光学系）の調整方法を説明する図である。
【図２】アライメントコイルのアライメント機能を説明する図である。
【図３】偏向支点を第１レンズ主面に合わせる方法を説明する図である。
【図４】大面積一括露光型の投影光学系の光軸位置の判別方法を説明する図である。
【図５】本発明の第一の実施例に係る荷電粒子線光学系の調整方法を説明する図である。
【図６】本発明の第二の実施例に係る荷電粒子線光学系の調整方法を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る荷電粒子線光学系の調整方法を説明する図である。
【図８】荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図９】アライメントコイルの構造の一例を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）は側面図である。
【図１０】レンズ強度変調法を説明する図である。
【図１１】２段構成のアライメントコイルのアライメント機能を説明する図である。
【図１２】アライメントコイルによるアライメント方法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  電子銃                      ２、３  コンデンサレンズ
４  矩形開口                    ５  ブランキング偏向器
７  ブランキング開口            ８  照明ビーム偏向器
９  照明レンズ                １０  マスク
１１  マスクステージ            １２  位置検出器
１５、１９  投影レンズ          １６  偏向器
１８  コントラスト開口          ２２  反射電子検出器
２３  ウェハ                    ２４  ウェハステージ
２５  位置検出器                ３１  コントローラ
４１  収束角制限開口            ４３  ブランキング開口
５０  アライメントコイル        ６０  初期調整用アライメントコイル
６１  開口                      ６３  電子検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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