JP2005197336A - Method for adjusting charged particle beam optical system, and charged particle beam optical system - Google Patents

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威久 八尋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of adjusting the optical axis of a beam easily with high precision in a charged particle beam optical system. <P>SOLUTION: Two stage alignment coils 50 are arranged on the upstream side of two stage electromagnetic lenses 15 and 19. At first, a beam PB is adjusted to pass the center C of the first stage lens 15 using an alignment function having a deflection fulcrum P2 on the surface 10 of an object out of alignment functions of the alignment coils 50. Subsequently, a beam PB' is adjusted to pass the center C of the second stage lens 19 using an alignment function having a deflection fulcrum P1 on the major surface of the first stage lens 15. Since the beam does not move on the major surface of the first stage lens 15, the beam can be adjusted to pass the center C of both the first stage lens 15 and the second stage lens 19 by single operation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a charged particle beam exposure apparatus used for lithography such as a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a method for adjusting an optical system of the apparatus.

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。   There are various charged particle beam exposure apparatuses such as a variable molding method, a cell projection method, and a large area batch transfer method. In any method, in order to minimize aberration, it is very important to adjust the beam so that it passes through the center of the lens (the geometric center of the magnetic pole (pole piece)) (optical axis adjustment). An alignment coil is generally used for optical axis adjustment.

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。 9A and 9B are diagrams showing an example of the structure of the alignment coil. FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a side view.
The alignment coil 50 includes a pair of coils 51A opposed to the X direction and a pair of coils 51B opposed to the Y direction with the optical axis AX as a center. When a current is passed through each coil 51, a constant vector magnetic field MF is generated near the optical axis AX. The traveling direction of the beam PB passing through the optical axis AX is changed (deflected) by the magnetic field MF to the direction indicated by the thick arrow in the figure. That is, as shown in FIG. 9B, the beam PB passing through the optical axis AX is deflected, for example, in the lower left direction in the figure by the alignment coil 50. At this time, the beam PB can be adjusted to pass through the center of the lens by adjusting the vector of the magnetic field MF, that is, by adjusting the amount of current flowing through the coil 51. The intersection of the original beam PB and the beam after passing through the alignment coil 50 is called a deflection fulcrum.

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。 Whether or not the beam passes through the center of the lens can be generally known by a lens intensity modulation method.
FIG. 10 is a diagram for explaining the lens intensity modulation method.
In this method, the beam PB is scanned on a structure disposed below the lens 201 whose optical axis is to be aligned. Then, the position of the beam PB is obtained by observing the scanning image while changing the intensity of the lens 201. As shown in FIG. 10A, when the beam PB does not pass through the center of the lens 201, the traveling direction of the beam PB changes depending on the lens intensity. When the scanned image is observed while changing the lens intensity, when the focus is in focus, the scanned image becomes a rectangular wave as shown by the thin solid line in the figure, but when the beam is blurred, as shown by the thick solid line in the figure The scanned image has a mountain shape. Then, when the image is in focus and when it is out of focus, the position of the scanned image (the position of the beam PB) is shifted.
On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the beam PB passes through the center of the lens 201, the position of the beam PB is the same when the focus is achieved and when the beam is out of focus.

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。   Therefore, adjustment is performed using the alignment function by the alignment coil so that the amount of movement of the beam position is minimized even when the lens intensity is changed.

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。   By the way, a magnetically symmetric tablet type lens system is used for the electron optical system of the charged particle beam exposure apparatus. Magnetically symmetric tablet type is a two-stage projection lens (magnetic pole Bohr diameter, lens gap) of the projection optical system with similar point symmetry around the entrance pupil (when the mask side projection lens is reduced by a reduction ratio) Symmetry), the magnetism of each lens is reversed, and the ampere turns of the excitation coils of both lenses are equal (see Non-Patent Document 1). Aberrations can be suppressed by forming the lens in a two-stage configuration and forming a lens field in which aberrations such as distortion cancel each other.

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。   When a magnetic symmetric tablet type optical system is used as a projection optical system, a mask is positioned on the object surface, and an image of the mask is projected onto a sensitive substrate (image surface) by a two-stage lens group. A contrast aperture is installed on the pupil plane (crossover). Magnetic symmetric tablet optical systems are widely used not only for projection optical systems but also for illumination optical systems.

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。   In order to adjust the optical axis of the two-stage lens group of such an optical system, a two-stage alignment coil group is required. Generally, the output of the two-stage alignment coil group is linked and the output ratio and output direction are set appropriately, so that the deflection fulcrum (the original beam and the alignment coil passed through the intended location). Build an alignment function with the intersection with the later beam. The two-stage alignment coil has two alignment functions, in other words, two deflection fulcrums. At this time, a method of constructing one deflection fulcrum on the object plane and constructing another deflection fulcrum on the pupil plane is often used.

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。 FIG. 11 is a diagram illustrating an alignment function of an alignment coil having a two-stage configuration.
The two-stage alignment coil 50 is disposed between the object surface (mask surface 10) and the upper (first stage) lens 15. FIG. 11A shows an alignment function for constructing the deflection fulcrum P on the object plane 10. FIG. 11B shows an alignment function for constructing the deflection fulcrum P on the pupil plane 18.
Reference numeral 19 in the figure denotes a second-stage lens, and reference numeral 23 denotes a sensitive substrate.

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。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an alignment method using an alignment coil.
When the beam PB deviates from the optical axis AX, first, as shown in FIG. 12 (A), using the alignment function having the deflection fulcrum P on the object plane 10, the beam moves to the center of the first lens 15. Adjust to pass. Next, as shown in FIG. 12B, the beam is adjusted so as to pass through the center of the second stage lens 19 by using an alignment function having a deflection fulcrum P on the pupil plane 18.

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。   However, according to this method, as shown in FIG. 12B, when the optical axis of the second stage lens 19 is adjusted, the optical axis of the first stage lens 15 is shifted, and the beam is shifted to the first stage. It does not pass through the center of the lens 15. In order to adjust the beam so that it passes through the centers of the first-stage lens 15 and the second-stage lens 19, it is necessary to repeat the above-described operation, and the adjustment becomes complicated and takes a long time.

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。 In addition, in a large area batch type exposure apparatus, since the beam cross-sectional area (1 mm square in one example) is large, it is difficult to determine the optical axis adjustment by the generally used lens intensity modulation method. is there.
Furthermore, the optical axis adjustment by the lens intensity modulation method is not accurate enough, or the optimal beam trajectory determined by the lens intensity modulation method and the beam trajectory with the smallest aberration may not completely match. There is also a problem.

J.Vac.Sci.Technol.,Vol.12,No.6,Nov. Dec. 1975)(J. Vac. Sci. Technol., Vol. 12, No. 6, Nov. Dec. 1975)

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。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a method and the like that can easily adjust the optical axis of a beam with high accuracy in a charged particle beam optical system.

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。   The charged particle beam optical system adjustment method of the present invention includes a two-stage electromagnetic lens, and in a charged particle beam optical system that forms an image of an object on an object surface on an image surface, the center of the lens is charged. An alignment method constructed by arranging a two-stage alignment coil for deflecting the beam upstream of the two-stage electromagnetic lens group, and adjusting the particle beam bundle (beam) to pass therethrough. It is set to set so that one of the deflection fulcrums of the function is located on the main surface of the first lens in the electromagnetic lens group.

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。   At this time, as a method for setting one of the deflection fulcrums of the alignment function so as to be positioned on the main surface of the first stage lens, upstream of the alignment coil group, An alignment coil for adjustment is disposed, an aperture is disposed on a pupil plane downstream of the first stage lens, a charged particle beam is scanned by the aperture, and a beam passing through the aperture is detected and processed. Here, after adjusting the adjustment alignment coil so as to reduce the difference in beam position when the intensity of the first lens is modulated, the alignment coil group is further increased. The alignment coil group so as to reduce the difference in beam position when the intensity of the first-stage lens is modulated in a state where current is passed. It and adjusting the output ratio and the output direction.

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。   In the present invention, after adjusting the beam to pass through the center of the first lens in the electromagnetic lens group, one of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the alignment coil group is It can also be set to be located on the main surface of the second stage lens.

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。   In the present invention, the electromagnetic lens group is a two-stage projection lens group of a large area batch transfer charged particle beam exposure apparatus, and one of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the group of alignment coils is On the object plane, the other one may be on the main surface of the first lens in the projection lens group.

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。   When adjusting the optical axis of a two-stage lens group, the beam is adjusted so that the beam passes through the center of the first stage lens, and then the alignment function is built so that the main surface of the first stage lens has a deflection fulcrum. To adjust the beam so that it passes through the center of the second lens. Thereby, it is possible to easily adjust the beam so that it passes through the centers of both the two-stage lenses in one operation. For this reason, adjustment work can be simplified and adjustment time can be shortened.

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。   In the present invention, a pinhole opening is placed at the beam center position on the object surface, a standard mark is placed on the image plane, and the charged particle beam that has passed through the pinhole opening is scanned on the standard mark, The position of the beam is obtained by detecting and processing the beam irradiated to the standard mark, and the intensity of the first-stage lens or the second-stage lens in the first-stage projection lens group is modulated. It can be adjusted using the alignment function constructed by the alignment coil group so that the difference in beam position is as small as possible.

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。   By narrowing down the beam size, the resolution of detecting the beam position movement amount at the time of lens intensity modulation is improved, the optical axis position is easily discriminated, and the adjustment accuracy is increased.

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。   In the present invention, the beam is adjusted so that it passes through the center of the first stage lens by using an alignment function constructed so that the surface of the object is a deflection fulcrum, and then the main surface of the first stage lens is adjusted. If the beam is adjusted so that it passes through the center of the second stage lens by using an alignment function constructed so as to be a deflection fulcrum, the optical axis of the second stage lens can be easily adjusted.

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。   In the present invention, while changing the condition of the alignment function constructed so that the main surface of the first lens in the electromagnetic lens group is a deflection fulcrum, the imaging performance of the projection lens group ( Aberration) is evaluated, and the imaging performance can be optimized based on the result.

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。   The charged particle beam exposure apparatus of the present invention includes an illumination optical system that illuminates a mask, on which an original pattern to be transferred on a sensitive substrate, is formed with a charged particle beam, and a charged particle beam that has passed through the mask on the sensitive substrate. A charged particle beam exposure apparatus comprising: a projection optical system that forms a transfer pattern by projecting an image; and wherein the projection optical system is an optical system including a two-stage electromagnetic lens group, A two-stage alignment coil arranged on the upstream side of the projection optical system for deflecting the charged particle beam, and one of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the group of alignment coils is the electromagnetic It is set so as to be positioned on the main surface of the first lens in the lens group.

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。   According to the present invention, it is possible to easily adjust the beam so as to pass through the centers of the two-stage lenses in one operation. For this reason, adjustment time can be shortened. In addition, the system for adjusting the optical axis by the lens intensity modulation method is improved. Furthermore, the optical axis of the second stage lens can be easily adjusted, and the trajectory can be easily optimized.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, an outline of a divided transfer type charged particle beam exposure apparatus will be described.
FIG. 8 is a diagram showing an outline of an imaging relationship and a control system in the entire optical system of the charged particle beam exposure apparatus.
The electron gun 1 arranged at the uppermost stream of the optical system emits an electron beam downward. An illumination optical system is provided below the electron gun 1. The electron beam is converged by the condenser lenses 2 and 3 of the illumination optical system and forms an image of the crossover CO in the blanking aperture 7.

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。   A rectangular opening 4 is provided below the second-stage condenser lens 3. This rectangular aperture (illumination beam shaping aperture) 4 allows only the illumination beam that illuminates one subfield (pattern small area that becomes one unit of exposure) of the mask (mask) 10 to pass therethrough. The image of the opening 4 is formed on the mask 10 by the lens 9. The size of the subfield is, for example, 1 mm square.

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。 A blanking deflector 5 is disposed below the beam shaping opening 4. The deflector 5 deflects the illumination beam when necessary and hits the non-opening portion of the blanking opening 7 so that the beam does not hit the mask 10.
An illumination beam deflector (main deflector) 8 is disposed below the blanking opening 7. The deflector 8 scans the illumination beam mainly in the horizontal direction (X direction) in the drawing to illuminate each subfield of the mask 10 in the field of view of the illumination optical system. An illumination lens 9 is disposed below the deflector 8. The illumination lens 9 images the beam shaping aperture 4 on the mask 10.

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。   The mask 10 actually extends in the plane perpendicular to the optical axis (XY plane) and has a large number of subfields. A pattern (chip pattern) forming one semiconductor device chip as a whole is formed on the mask 10. Of course, a pattern forming one semiconductor device chip may be divided and arranged on a plurality of masks.

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。 The mask 10 is placed on a movable mask stage 11, and by moving the mask 10 in the direction perpendicular to the optical axis (XY direction), each subfield on the mask extends over a wider range than the field of view of the illumination optical system. Can be illuminated.
The mask stage 11 is provided with a position detector 12 using a laser interferometer, so that the position of the mask stage 11 can be accurately grasped in real time.

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。   Below the mask 10, a symmetrical magnetic tablet projection optical system (described in detail later) is disposed. The electron beam that has passed through one subfield of the mask 10 is imaged at a predetermined position on the wafer 23 by the projection lenses 15 and 19 and the deflector 16 of the projection optical system. An appropriate resist is applied on the wafer 23, a dose of an electron beam is given to the resist, and the pattern on the mask is reduced and transferred onto the wafer 23. A two-stage alignment coil 50 (described later in detail) is disposed between the mask 10 and the first-stage projection lens 15.

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。   A crossover C.O. is formed at a point that internally divides the mask 10 and the wafer 23 by a reduction ratio, and a contrast opening 18 is provided at the crossover position. The opening 18 blocks the electron beam scattered by the non-patterned portion of the mask 10 from reaching the wafer 23.

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。   A backscattered electron detector 22 is disposed immediately above the wafer 23. The reflected electron detector 22 detects the amount of electrons reflected by the exposed surface of the wafer 23 or the mark on the stage. For example, the relative positional relationship between the mask 10 and the wafer 23 can be known by scanning the mark on the wafer 23 with a beam that has passed through the mark pattern on the mask 10 and detecting the reflected electrons from the mark at that time. .

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。   The wafer 23 is placed on a wafer stage 24 that can move in the XY directions via an electrostatic chuck (not shown). By synchronously scanning the mask stage 11 and the wafer stage 24 in opposite directions, each part in the chip pattern extending beyond the field of view of the projection optical system can be sequentially exposed. The wafer stage 24 is also equipped with a position detector 25 similar to that of the mask stage 11 described above.

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。   The lenses 2, 3, 9, 15, 19 and the deflectors 5, 8, 16 are controlled by the controller 31 via the coil power control units 2a, 3a, 9a, 15a, 19a and 5a, 8a, 16a. Controlled. The mask stage 11 and the wafer stage 24 are also controlled by the controller 31 via the stage controllers 11a and 24a. The stage position detectors 12 and 25 send signals to the controller 31 via interfaces 12a and 25a including amplifiers and A / D converters. The backscattered electron detector 22 also sends a signal to the controller 31 via the same interface 22a.

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。   The controller 31 grasps the control error of the stage position and the position error of the pattern beam, and corrects the error by the image position adjusting deflector 16. As a result, the reduced image of the subfield on the mask 10 is accurately transferred to the target position on the wafer 23. Then, the subfield images are joined on the wafer 23, and the entire chip pattern on the mask is transferred onto the wafer.

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。 Next, a method for adjusting the projection optical system will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for adjusting a charged particle beam optical system (projection optical system) according to an embodiment of the present invention.
This projection optical system is a symmetric magnetic tablet type optical system and has two stages of projection lenses 15 and 19. The mask 10 is positioned on the object surface, and the sensitive substrate 23 is positioned on the image plane. The pattern of the mask 10 is projected onto the sensitive substrate 23 by two-stage lenses 15 and 19. A contrast aperture 18 is provided on the pupil plane (crossover). The two-stage alignment coil group 50 is arranged on the upstream side of the first-stage projection lens 15.

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。 FIG. 2 is a diagram for explaining the alignment function of the alignment coil.
In the two-stage alignment coil 50, one deflection fulcrum P1 having an alignment function is constructed on the main surface of the first-stage projection lens 15 (details will be described later). The other deflection fulcrum P2 is constructed on the object surface 10.

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。   A description will be given with reference to FIG. 1 again. When the beam PB deviates from the optical axis AX, first, as shown in FIG. 1A, the beam PB is centered on the lens 15 of the first stage by using an alignment function having a deflection fulcrum P2 on the object plane 10. Adjustment is made so as to pass through C (adjusted beam PB ′). Then, as shown in FIG. 1B, the beam PB ′ is adjusted so as to pass through the center C of the second-stage lens 19 by using the alignment function having the deflection fulcrum P1 on the main surface of the first-stage lens 15. To do. At this time, since the beam does not move on the main surface of the first-stage lens 15, the beam can be adjusted to pass through the centers C of both the first-stage lens 15 and the second-stage lens 19 by one operation.

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。 Next, a method of aligning the deflection fulcrum with the main lens surface using the alignment coil 50 shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of aligning the deflection fulcrum with the first lens main surface.
First, another alignment coil 60 for initial adjustment is installed upstream of the two-stage alignment coil group 50. An opening 61 is installed on the pupil plane below the first stage lens 15, and an electron detector 63 is installed downstream of the opening 61. When the output of the first stage lens 15 is modulated and the beam is scanned on the aperture 61, the current amount of the beam that has passed through the aperture 61 is detected by the electron detector 63, and the current amount of the beam at the moving position of the aperture 61 is calculated. The beam position can be known. The detected current amount is observed with an oscilloscope or the like.

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。   First, the alignment coil 60 for initial adjustment is used to align the beam PB with the center of the first stage lens 15. That is, adjustment is performed so that the difference between the beam position in focus and the beam position obtained by modulating the intensity of the lens 15 is as small as possible. When the intensity of the lens 15 is modulated, as shown in FIG. 3A, the beam position is indicated by a rectangular waveform as shown by a thin solid line in the drawing in a focused state. In the out-of-focus state, the beam position is indicated by a mountain-shaped waveform as shown by a thick solid line in the figure. Then, the alignment coil 60 is adjusted so that the beam position does not change between the focused state and the out-of-focus state.

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。   Next, a large current is passed through the two-stage alignment coil group 50. Then, the beam PB deviates from the center of the lens 15 as shown in FIG. When the intensity of the lens 15 is modulated, the position of the beam is indicated by a rectangular waveform as shown by a thin solid line in the figure in a focused state. When the focus is out of focus, the beam position is indicated by a mountain-shaped waveform as shown by the thick solid line in the figure. Here, the position of the beam in the in-focus state and in the out-of-focus state is shifted according to the strength of the lens.

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。   Therefore, the intensity of the lens 15 is changed while a large current is passed through the alignment coil group 50 so that the beam position is the same in the focused state and in the blurred state (on the main surface of the lens 15). The relative ratio between the output ratio and the output direction of the alignment coil group 50 is adjusted so that the beam does not move. Then, as shown in FIG. 3C, an alignment function having a deflection fulcrum P1 at the center C of the first stage lens 15 is constructed.

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。 Next, the optical axis adjustment of the large area batch exposure type projection optical system will be described.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method for determining an optical axis position of a large area batch exposure type projection optical system.
As described above, the charged particle beam exposure apparatus shown in FIG. 8 collectively illuminates a subfield having a dimension of about 1 mm square with a beam. FIG. 4A shows a state in which a rectangular beam PB having an illumination area of about 1 mm square on the object surface (on the mask 10) is projected and exposed on the image surface (the surface of the sensitive substrate 23). When the magnification of the projection optical system is 1/4, the size of the image on which the rectangular beam PB is projected onto the sensitive substrate 23 is a 0.25 mm square rectangle. When a reference mark on the image plane (on the sensitive substrate 23) is scanned with the rectangular beam PB and the amount of current detected with the mark is plotted against the scanning position, a waveform as shown in the lower part of FIG. 4 is obtained. .

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。   When the intensity of the lens 15 is modulated, an output waveform having a substantially rectangular wave shape is obtained as shown by a thin solid line in the drawing in a focused state. The waveform width W is about 0.25 mm. In the out-of-focus state, as shown by the thick solid line in the figure, a mountain-shaped output waveform is obtained. Here, when the waveforms of the focused image and the blurred image are overlapped, the waveform shapes are different, but the positions of both waveforms appear to be not deviated although they are actually deviated. It is difficult to determine the deviation of the optical axis from this waveform shift.

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。 Therefore, as shown in FIG. 4B, a pinhole (diameter is 40 μm by way of example) 71 is installed at the beam center position on the object surface 10. In this case, an image having a diameter W of about 10 μm is formed on the sensitive substrate surface. Then, the reference mark placed on the image plane is scanned with the beam PB that has passed through the pinhole 71. When the strength of the lens 15 is increased, a sharp waveform as shown by a thin solid line in the figure is obtained in a focused state. In the out-of-focus state, as shown by the thick solid line in the figure, the intensity decreases and the waveform becomes gentle. If the waveforms are overlapped when the focus is adjusted and when the focus is shifted, the deviation of each waveform can be clearly discriminated.
Thus, by reducing the diameter of the beam image on the surface 23, the resolution of the beam movement amount detection is improved, and the accuracy of optical axis adjustment by the lens intensity modulation method is increased.

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。   Then, in the final stage of the optical axis adjustment, the imaging performance (aberration) of the projection lens is evaluated under each condition while changing the condition of the alignment function having the deflection fulcrum on the first stage lens main surface. Based on the result, a condition for optimal imaging performance is obtained. This facilitates the optical axis adjustment of the second projection lens that requires the highest accuracy. Further, even when the trajectory determined to be optimal by the lens intensity modulation method and the trajectory are different so as to minimize aberration due to the influence of manufacturing errors, the trajectory can be directly optimized.

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。 FIG. 5 is a diagram for explaining a method for adjusting a charged particle beam optical system according to the first embodiment of the present invention.
Between the object surface (mask surface) 10 and the image surface (sensitive substrate surface) 23, two-stage projection lenses 15 and 19 are arranged, and between the first-stage lens 15 and the second-stage lens 19. Is provided with a contrast opening 18. A two-stage alignment coil group 50 is installed upstream of the object surface 10. Note that no mask is placed on the object surface 10.

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。   When the center of the beam PB (shown by the broken line in the figure) is deviated from the center of the lens, first, the beam PB is used by using an alignment function having a deflection fulcrum on the main surface of the first stage lens 15 of the alignment coil group 50. Adjustment is made so as to pass through the center of the first stage lens 15 (adjusted beam PB1, indicated by a two-dot chain line in the figure). Next, using the same alignment function, the beam PB1 is adjusted so as to pass through the center of the second stage lens 19 (adjusted beam PB2, indicated by a thick solid line in the figure). At this time, since the beam does not move on the main surface of the first-stage lens 15, the beam can be adjusted to pass through the centers C of both the first-stage lens 15 and the second-stage lens 19 by one operation.

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。   In this example, since the positions of the alignment coil group 50 and the lens 15 are separated, there is an advantage that the magnetic field generated by the alignment coil 50 does not affect the imaging performance of the projection lens system. Further, there is an advantage that the optical axis can be adjusted with a small beam deflection angle.

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。 FIG. 6 is a diagram for explaining a method for adjusting a charged particle beam optical system according to the second embodiment of the present invention.
In this example, the alignment coil group 50 is disposed between the object surface 10 and the first projection lens. A pinhole opening 81 is provided on the object surface 10. The diameter of the pinhole opening 81 is, for example, 40 μm.

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）。   First, using the alignment function having the deflection fulcrum on the object surface (mask surface 10) of the alignment coil group 50, the beam is adjusted so as to pass through the center of the first stage lens 15 (adjusted beam PB1, FIG. Indicated by a two-dot chain line). Next, by using an alignment function having a deflection fulcrum on the main surface of the first-stage lens 15, the beam is adjusted so as to pass through the center of the second-stage lens 19 (the adjusted beam PB 2, with a bold solid line in the figure). Show).

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。 FIG. 7 is a diagram for explaining a method of adjusting a charged particle beam optical system according to the third embodiment of the present invention.
In this example, both the illumination optical system and the projection optical system are adjusted. The charged particle beam optical system shown in this figure is different from the charged particle beam optical system shown in FIG. 8 in that a convergence angle limiting aperture 41 is disposed between the condenser lenses 2 and 3. Moreover, it has two-stage illumination lenses 9-1 and 9-2, and a blanking opening 43 is disposed on the pupil plane between the illumination lenses.

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。   In the illumination optical system, two stages of alignment coil groups 50-1 and 50-2 are respectively installed upstream of the first condenser lens 2 and upstream of the first illumination lens 9-1. In the projection optical system, a two-stage alignment coil group 50-3 is installed upstream of the first-stage lens 15.

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。   Thus, exposure with higher accuracy can be performed by adjusting the optical axis in both the illumination optical system and the projection optical system.

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。It is a figure explaining the adjustment method of the charged particle beam optical system (projection optical system) which concerns on embodiment of this invention. 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。It is a figure explaining the alignment function of an alignment coil. 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。It is a figure explaining the method to match | combine a deflection fulcrum with the 1st lens main surface. 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。It is a figure explaining the discrimination method of the optical axis position of the projection optical system of a large area batch exposure type. 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。It is a figure explaining the adjustment method of the charged particle beam optical system which concerns on the 1st Example of this invention. 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。It is a figure explaining the adjustment method of the charged particle beam optical system which concerns on the 2nd Example of this invention. 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。It is a figure explaining the adjustment method of the charged particle beam optical system which concerns on the 3rd Example of this invention. 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。It is a figure which shows the outline of the imaging relationship in the whole optical system of a charged particle beam exposure apparatus, and a control system. 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。It is a figure which shows an example of the structure of an alignment coil, FIG. 9 (A) is a top view, FIG.9 (B) is a side view. レンズ強度変調法を説明する図である。It is a figure explaining a lens intensity modulation method. 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。It is a figure explaining the alignment function of the alignment coil of 2 steps | paragraphs structure. 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。It is a figure explaining an example of the alignment method by an alignment coil.

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2, 3 Condenser lens 4 Rectangular aperture 5 Blanking deflector 7 Blanking aperture 8 Illumination beam deflector 9 Illumination lens 10 Mask 11 Mask stage 12 Position detector 15, 19 Projection lens 16 Deflector 18 Contrast aperture 22 Reflection Electronic detector 23 Wafer 24 Wafer stage 25 Position detector 31 Controller 41 Convergence angle limiting opening 43 Blanking opening 50 Alignment coil 60 Initial adjustment alignment coil 61 Opening 63 Electronic detector

Claims (8)

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。 In a charged particle beam optical system which has a two-stage electromagnetic lens and forms an image of an object on the object surface on the image surface, the charged particle beam bundle (beam) is adjusted to pass through the center of the lens. There,
A two-stage alignment coil for deflecting the beam is disposed upstream of the two-stage electromagnetic lens group;
It is set to set so that one of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the group of alignment coils is positioned on the main surface of the first lens in the electromagnetic lens group. Method for adjusting charged particle beam optical system. 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。 As a method of setting so that one of the deflection fulcrums of the alignment function is located on the principal surface of the first stage lens,
An alignment coil for adjustment different from the alignment coil group is arranged upstream of the alignment coil group,
Placing an aperture on the pupil plane downstream of the first stage lens;
Scan a charged particle beam at the aperture, detect the beam that has passed through the aperture and process it to determine the position of the beam;
Here, after adjusting the adjustment alignment coil so as to reduce the difference in the position of the beam when modulating the intensity of the first-stage lens,
Further, in a state where a large current is passed through the alignment coil group, the output ratio and output direction of the alignment coil group are adjusted so that the difference in beam position when the intensity of the first-stage lens is modulated becomes small. The method for adjusting a charged particle beam optical system according to claim 1, wherein: 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。   After adjusting the beam so that it passes through the center of the first stage lens in the electromagnetic lens group, one of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the group of alignment coils is used as the second stage lens. The method for adjusting a charged particle beam optical system according to claim 1, wherein the setting is performed so as to be positioned on the main surface of the charged particle beam optical system. 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。 The electromagnetic lens group is a two-stage projection lens group of a large area batch transfer type charged particle beam exposure apparatus,
One of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the group of alignment coils is on the object surface, and the other one is on the main surface of the first lens in the projection lens group. The method for adjusting a charged particle beam optical system according to claim 1. 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。 A pinhole opening is installed at the center of the beam on the object surface.
Place a standard mark on the image surface,
The charged particle beam that has passed through the pinhole opening is scanned on the standard mark, and the position of the beam is determined by detecting and processing the beam irradiated to the standard mark,
Alignment function constructed by the alignment coil group so that the difference in the beam position when the intensity of the first-stage lens or the second-stage lens in the first-stage projection lens group is modulated becomes small. The method for adjusting a charged particle beam optical system according to claim 4, wherein the adjustment is performed using 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。   Adjust the beam so that it passes through the center of the first-stage lens using an alignment function constructed so that the object surface is the deflection fulcrum, and then use the main surface of the first-stage lens as the deflection fulcrum. 5. The method of adjusting a charged particle beam optical system according to claim 4, wherein the beam is adjusted so as to pass through the center of the second-stage lens using the alignment function constructed in (5). 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。   While changing the conditions of the alignment function constructed so that the main surface of the first lens in the electromagnetic lens group is a deflection fulcrum, the imaging performance (aberration) of the projection lens group is evaluated under each condition. 5. The method of adjusting a charged particle beam projection optical system according to claim 4, wherein the imaging performance is optimized based on the result. 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。 An illumination optical system that illuminates a mask on which a master pattern to be transferred on a sensitive substrate is formed with a charged particle beam;
A projection optical system that forms a transfer pattern by projecting an image of the charged particle beam that has passed through the mask onto the sensitive substrate; and
Here, the projection optical system is an optical system composed of a two-stage electromagnetic lens group,
A charged particle beam exposure apparatus comprising:
Furthermore, it has a two-stage alignment coil arranged on the upstream side of the projection optical system for deflecting the charged particle beam,
Charging characterized in that one of the deflection fulcrums of the alignment function constructed by the group of alignment coils is set to be positioned on the main surface of the first lens in the electromagnetic lens group. Particle beam exposure system.
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