JPH11160495A - 荷電粒子ビーム光学素子、荷電粒子ビーム露光装置及びその調整方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム光学素子、荷電粒子ビーム露光装置及びその調整方法

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JPH11160495A
JPH11160495A JP9337331A JP33733197A JPH11160495A JP H11160495 A JPH11160495 A JP H11160495A JP 9337331 A JP9337331 A JP 9337331A JP 33733197 A JP33733197 A JP 33733197A JP H11160495 A JPH11160495 A JP H11160495A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィールドサイズを拡大しても収差が極度に
大きくなることを防止でき、高精度・高速度なパターン
形成を可能にする。 【解決手段】 ２つの電極１，２が離間対向配置され、
これらの電極１，２間に電子ビームを通過させて、該ビ
ームを収束するための電子レンズとして機能する光学素
子において、（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系に
関して、電場ポテンシャルの任意定数を除く有効部分が φ＝（ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 で与えられる電場を空間的に一部分に形成するように、
各電極１，２の対向面をそれぞれ、ビームの通過する方
向に沿って円筒対称に形成し、且つビームの通過する方
向と直交する方向で双曲線を変形した曲線となるように
形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビーム光
学素子とこれを用いた荷電粒子ビーム光学系に関する。
【０００２】また、本発明は、このような荷電粒子ビー
ム光学素子を使用した荷電粒子ビーム露光装置及びその
調整方法に関する。
【０００３】さらに、本発明は、このような荷電粒子ビ
ーム光学素子を使用した荷電粒子ビーム露光装置の露光
方法に関する。
【０００４】
【従来の技術】近年、半導体装置の集積度が高くなるに
伴い、これを構成するＬＳＩデバイスの回路パターンは
益々微細化している。このようなパターンの微細化に
は、単に線幅が細くなるだけではなく、パターンの寸法
精度や位置精度の向上も要請される。
【０００５】これらの要請を満たすためには多くの技術
開発が行われているが、その大部分のものは電子ビーム
を初めとする荷電粒子ビームを用いて、回路パターンを
直接半導体基板上に描画するか、転写用のマスクを電子
線を初めとする荷電粒子ビームを用いて描画し、このマ
スクのパターンを紫外線やＸ線といった光や電子ビー
ム，イオンビーム等の荷電粒子ビームを用いて半導体基
板上に転写する手法を用いている。このため、微細なパ
ターンを高精度で形成するためには、まず電子ビームを
初めとする荷電粒子ビームを用いたパターン形成を高精
度化することが重要である。
【０００６】一方、半導体装置の集積度が高くなること
に加え、１個当たりの大きさ（いわゆるチップサイズ）
が大きくなることに伴い、１個のＬＳＩ素子の回路パタ
ーンを描画するためには多大な時間を要するようにな
り、スループットの低下、即ち生産性の低下を招くよう
になる。一般に、高精度化と高速化は相反することが多
く、特に荷電粒子ビームを用いたパターン形成は精度が
高い反面、スループットが低いことが知られている。
【０００７】従来より、荷電粒子を用いてパターンを形
成することを目的として、各種の荷電粒子光学系が提案
されてきた。ところが、これらの荷電粒子光学系では各
種の収差を十分に小さくすることは困難であり、特にス
ループット改善のためにフィールドサイズを大きくしよ
うとした場合には、極度に大きな収差が発生してしま
い、実用に耐えられないという問題が存在している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の荷
電粒子ビーム光学系では、収差の低減とフィールドサイ
ズの拡大という相反する要請を満たすことが困難であ
り、その結果として高精度で高速なパターン形成を行う
ことは困難であった。
【０００９】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、フィールドサイズを
拡大しても収差が極度に大きくなることを防止し、高精
度・高速度なパターン形成を可能にする荷電粒子ビーム
光学素子を提供することを目的とする。
【００１０】また、このような荷電粒子ビーム光学素子
を使用した荷電粒子ビーム光学系及び荷電粒子ビーム露
光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】したがって、上記目的を
達成するために、第１の発明によれば、少なくとも空間
の一部分に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この
電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面形状が、前記ビ
ームの軌跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪
法線方向の大きさを大きくすることを特徴とする荷電粒
子ビーム光学素子である。
【００１２】また、第２の発明によれば、第１の発明の
荷電粒子ビーム光学素子において、前記荷電粒子ビーム
の中心軸の軌跡の法平面の交わって形成される直線と前
記電磁場の回転対称軸とが一致することを特徴とする請
求項１記載の荷電粒子ビーム光学素子。
【００１３】さらに、第３の発明によれば、第１の発明
の荷電粒子ビーム光学素子において、前記回転対称軸
が、前記荷電粒子ビームの通過領域以外にあることを特
徴とする荷電粒子ビーム光学素子である。
【００１４】さらに、第４の発明によれば、第１の発明
又は第２の発明の荷電粒子ビーム光学素子において、前
記荷電粒子ビームの中心軸の軌跡の主法線方向に対する
焦点距離と、陪法線方向に対する焦点距離とが等しいこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム光学素子である。
【００１５】さらに、第５の発明によれば、第１の発明
又は第２の発明の荷電粒子ビーム光学素子において、前
記荷電粒子ビームの中心軸の軌跡の主法線方向に対する
焦点距離と、陪法線方向に対する焦点距離とが異なるこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム光学素子である。
【００１６】さらに、第６の発明によれば、 （ｒ，
ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、電場ポテン
シャルの任意定数を除く有効部分が次式 φ＝（ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 （ｋ，α ：
任意定数） で与えられる電場を、空間的に一部分に形成することを
特徴とする荷電粒子ビーム光学素子である。
【００１７】さらに、第７の発明によれば、２つの電極
が離間対向配置され、これらの電極間に荷電粒子ビーム
を通過させて、該ビームを収束するための荷電粒子ビー
ムレンズとして機能する荷電粒子ビーム光学素子におい
て、前記各電極の対向面はそれぞれ、前記ビームの通過
する方向に沿って円筒対称であり、前記ビームの通過す
る方向と直交する方向が （ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 ＝Ｃ （Ｃは定数） で表される曲線であることを特徴とする荷電粒子ビーム
光学素子である。
【００１８】さらに、第８の発明によれば、第６又は第
７の荷電粒子ビーム光学素子において、前記荷電粒子ビ
ームとして電子ビームを用い、そのエネルギーをＥ、素
電荷をｅとした場合に、次式 ２＜ｅα／Ｅ＜４ の条件を満たす事を特徴とする荷電粒子ビーム光学素子
である。
【００１９】さらに、第９の発明によれば、第７の発明
の荷電粒子ビーム光学素子において、前記荷電粒子ビー
ムのビーム中心軸の軌跡の半径がｒ0 が、２つの電極の
ｚ＝０における半径ｒin、ｒout の平均値よりも小さい
事を特徴とする荷電粒子ビーム光学素子である。
【００２０】さらに、第１０の発明によれば、（ｒ，
ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、磁気ベクト
ルポテンシャルの任意関数（rot Ｆ＝０を満たす関数）
を除く有効部分が次式 Ａr ＝０ Ａθ ＝−（２ｋ／３）ｒ2 ＋αｒ＋ｋｚ2 Ａz ＝０ で与えられる磁場を、空間的に一部分に形成することを
特徴とする荷電粒子ビーム光学素子である。
【００２１】さらに、第１１の発明によれば、少なくと
も３つの磁極が離間対向配置され、これらの磁極間に荷
電粒子ビームを通過させて、該ビームを収束するための
荷電粒子レンズとして機能する荷電粒子ビーム光学素子
において、前記少なくとも３つの磁極のうち、少なくと
も２つの磁極の対向面はそれぞれ、前記ビームの通過す
る方向に沿って円筒対称であり、前記ビームの通過する
方向と直交する方向が、次式 −２ｋｒｚ＋２αｚ＝Ｃ （Ｃは定数） で表される曲線であることを特徴とする荷電粒子ビーム
光学素子である。
【００２２】さらに、第１２の発明によれば、第１０又
は第１１の発明の荷電粒子ビーム光学素子において、前
記荷電粒子ビームとして電子ビームを用い、そのエネル
ギーをＥ、素電荷をｅ、静止質量をｍ0 とした場合に、
次式 α＞０ かつ α2 ≧（４ｋ／ｅ）・｛ｍ0 Ｅ／２｝
(1/2) の条件を満たすことを特徴とする荷電粒子ビーム光学素
子である。
【００２３】さらに、第１３の発明によれば、第１０乃
至第１２の発明において、前記荷電粒子ビームのビーム
中心軸の軌跡の半径ｒ0 が次式 ｒ0 ＜３α／（４ｋ） の条件を満たすことを特徴とする荷電粒子ビーム光学素
子である。
【００２４】さらに、第１４の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームをマスクに照射する照明光学系
と、前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電
粒子ビームを被露光基板に照射する投影光学系とを具備
する荷電粒子ビーム光学系において、前記照明光学系
は、少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電
磁場を形成し、前記光源から出射され、この電磁場を通
過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡
の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の
大きさを大きくする第１の荷電粒子ビーム光学素子を具
備し、前記投影光学系は、少なくとも空間の一部分に、
部分的に回転対称な電磁場を形成し、前記照明光学系か
ら照射され、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断
面形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする第２の
荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
電粒子ビーム光学系である。
【００２５】さらに、第１５の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームをマスクに照射する照明光学系
と、前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電
粒子ビームを被露光基板に照射する投影光学系とを具備
する荷電粒子ビーム光学系において、前記照明光学系
は、（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、
電場ポテンシャルの任意定数を除く有効部分が次式 φ＝（ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 （ｋ，α ：
任意定数） で与えられる電場を、空間的に一部分に形成する第１の
荷電粒子ビーム光学素子を具備し、前記投影光学系は、
（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、電場
ポテンシャルの任意定数を除く有効部分が次式 φ＝（ｋ’／２）ｒ2 −α’ｌｎｒ−ｋ’ｚ2
（ｋ’，α’ ：任意定数） で与えられる電場を、空間的に一部分に形成する第２の
荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
電粒子ビーム光学系である。
【００２６】さらに、第１６の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームをマスクに照射する照明光学系
と、前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電
粒子ビームを被露光基板に照射する投影光学系とを具備
する荷電粒子ビーム光学系において、前記照明光学系
は、（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、
磁気ベクトルポテンシャルの任意関数（rot Ｆ＝０を満
たす関数）を除く有効部分が次式 Ａr ＝０ Ａθ ＝−（２ｋ／３）ｒ2 ＋αｒ＋ｋｚ2 （ｋ，α
：任意定数） Ａz ＝０ で与えられる磁場を、空間的に一部分に形成する第１の
荷電粒子ビーム光学素子を具備し、前記投影光学系は、
（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、磁気
ベクトルポテンシャルの任意関数（rot Ｆ＝０を満たす
関数）を除く有効部分が次式 Ａr ＝０ Ａθ ＝−（２ｋ’／３）ｒ2 ＋α’ｒ＋ｋ’ｚ2
（ｋ’，α’ ：任意定数） Ａz ＝０ で与えられる磁場を、空間的に一部分に形成する第２の
荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
電粒子ビーム光学系である。
【００２７】さらに、第１７の発明によれば、第１４乃
至第１６の発明のいずれか１つの発明において、前記照
明光学系は、前記光源から出射した荷電粒子ビームのｒ
軸方向及びｚ軸方向の焦点のずれを補正する四重極レン
ズと、前記光源から出射した荷電粒子ビームの光学軸を
調整するアライメントレンズとをさらに具備することを
特徴とする荷電粒子ビーム光学系である。
【００２８】さらに、第１８の発明によれば、第１４乃
至第１６の発明のいずれか１つの発明において、前記投
影光学系は、前記照明光学系から出射した荷電粒子ビー
ムのｒ軸方向及びｚ軸方向の焦点のずれを補正する四重
極レンズと、前記照明光学系から出射した荷電粒子ビー
ムの光学軸を調整するアライメントレンズと、前記第２
の荷電粒子ビーム光学素子と前記四重極レンズとの光学
軸に対する相対的な回転関係を調整する調整手段とをさ
らに具備することを特徴とする荷電粒子ビーム光学系で
ある。
【００２９】さらに、第１９の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームをマスクに照射する照明光学系
と、前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電
粒子ビームを被露光基板に照射する投影光学系とを具備
する荷電粒子ビーム露光装置において、前記照明光学系
は、少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電
磁場を形成し、前記光源から出射され、この電磁場を通
過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡
の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の
大きさを大きくする第１の荷電粒子ビーム光学素子を具
備し、前記投影光学系は、少なくとも空間の一部分に、
部分的に回転対称な電磁場を形成し、前記照明光学系か
ら照射され、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断
面形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする第２の
荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
電粒子ビーム露光装置である。
【００３０】さらに、第２０の発明によれば、第１４乃
至第１６の発明において、前記マスクと被露光基板との
相対位置を調整するアライメント機構と、このアライメ
ント機構を動作させた状態でマスク及び被露光基板と投
影光学系との相対位置関係を走査する機構とをさらに具
備することを特徴とする。
【００３１】さらに、第２１の発明によれば、第１９の
発明において、前記マスクと被露光基板との相対位置を
調整するアライメント機構と、このアライメント機構を
動作させた状態でマスク及び被露光基板と投影光学系と
の相対位置関係を走査する機構とをさらに具備すること
を特徴とする。
【００３２】さらに、第２２の発明によれば、第１の光
源から出射した荷電粒子ビームをマスクに照射する照明
光学系と、前記照明光学系からマスクに照射して得られ
る荷電粒子ビームを被露光基板に照射する投影光学系
と、第２の光源から出射した前記投影光学系を調整する
ための荷電粒子ビームを前記投影光学系に照射する調整
光学系とを具備し、前記照明光学系及び前記投影光学系
の少なくとも１つは、少なくとも空間の一部分に、部分
的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場を通過する
荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡の主法
線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大きさ
を大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具備することを
特徴とする荷電粒子ビーム露光装置である。
【００３３】さらに、第２３の発明によれば、第２２の
発明において、前記照明光学系は、前記第１の光源から
出射した荷電粒子ビームを偏向する偏向手段をさらに具
備し、前記投影光学系は、前記偏向手段によって偏向さ
れた荷電粒子ビームの偏向量に基づいて、前記偏向手段
によって偏向された荷電粒子ビームの光軸を前記照明光
学系の光軸と一致するように補正する補正手段をさらに
具備することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置であ
る。
【００３４】さらに、第２４の発明によれば、第２２の
発明において、前記マスクは、前記被露光基板に対して
縮小率の異なる複数のマスクのうち、前記被露光基板に
パターニングされるパターンに応じて選択されたマスク
であるであることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置
である。
【００３５】さらに、第２５の発明によれば、第１の光
源から出射した荷電粒子ビームをマスクに照射する照明
光学系と、前記照明光学系からマスクに照射して得られ
る荷電粒子ビームを被露光基板に照射する投影光学系
と、第２の光源から出射した前記投影光学系を調整する
ための荷電粒子ビームを前記投影光学系に照射する調整
光学系とを具備し、前記照明光学系及び前記投影光学系
のうち少なくとも１つは、少なくとも空間の一部分に、
部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場を通過
する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡の
主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大
きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具備する荷
電粒子ビーム露光装置において、前記第１の光源から出
射した荷電粒子ビームを使用して、前記照明光学系を調
整し、前記調整光学系から照射された荷電粒子ビームを
使用して、前記投影光学系を調整するステップを具備す
ることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の調整方法
である。
【００３６】さらに、第２６の発明によれば、第２５の
発明において、前記照明光学系は、前記第１の光源から
出射した荷電粒子ビームを偏向する偏向手段をさらに具
備し、前記投影光学系は、前記偏向手段によって偏向さ
れた荷電粒子ビームの偏向量に基づいて、前記偏向手段
によって偏向された荷電粒子ビームの光軸を前記照明光
学系の光軸と一致するように補正する補正手段をさらに
具備し、前記投影光学系を調整するステップの後、前記
補正手段によって、前記偏向手段によって偏向された荷
電粒子ビームの偏向量に基づいて、前記偏向手段によっ
て偏向された荷電粒子ビームの光軸を前記照明光学系の
光軸と一致するように補正するステップをさらに具備す
ることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の調整方法
である。
【００３７】さらに、第２７の発明によれば、第２５の
発明において、前記マスクは、前記被露光基板に対して
縮小率の異なる複数のマスクのうち、前記被露光基板に
パターニングされるパターンに応じて選択されたマスク
であることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の調整
方法である。
【００３８】さらに、第２８の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系と、前
記第１のステージの位置を測定する第１の測定手段と、
前記第２のステージの位置を測定する第２の測定手段
と、前記第１の測定手段によって測定された第１のステ
ージの位置に基づいて、前記第１のステージの所定位置
からのずれを示す第１のずれ量と、前記第２の測定手段
によって測定された第２のステージの位置に基づいて、
前記第２のステージの所定位置からのずれを示す第２の
ずれ量とを算出する算出手段と、前記算出手段によって
算出された前記第１のずれ量と前記第２のずれ量とに基
づいて、前記被露光基板に照射される荷電粒子ビームの
被露光基板上での位置を補正する補正手段とを具備し、
前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
は、少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電
磁場を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの
断面形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさよ
りも、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電
粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒
子ビーム露光装置である。
【００３９】さらに、第２９の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系と、前
記被露光基板の表面までの垂直距離を測定する第１の測
定手段と、前記被露光基板の表面の前記荷電粒子ビーム
の光軸に対する傾きを測定する第２の測定手段と、前記
第１の測定手段によって測定された垂直距離に基づい
て、前記被露光基板表面までの垂直距離を所定の距離に
なるように補正し、前記第２の測定手段によって測定さ
れた傾きに基づいて、前記被露光基板の表面の前記荷電
粒子ビームの光軸に対する傾きが垂直になるように補正
する補正手段とを具備し、前記照明光学系及び前記投影
光学系の少なくとも１つは、少なくとも空間の一部分
に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場を
通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌
跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向
の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具備す
ることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【００４０】さらに、第３０の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系と、所
望の位置合わせ精度を得るための前記マスクに与える歪
みを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出さ
れた歪みに基づいて、前記マスクに歪みを与える歪み供
与手段と、を具備し、前記照明光学系及び前記投影光学
系の少なくとも１つは、少なくとも空間の一部分に、部
分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場を通過す
る荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡の主
法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大き
さを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具備すること
を特徴とする荷電粒子ビーム露光装置である。
【００４１】さらに、第３１の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系とを具
備し、前記照明光学系は、前記荷電粒子ビームを断面が
線状の荷電粒子ビームに成形する成形手段と、前記成形
手段によって成形された荷電粒子ビームの全体を前記荷
電粒子ビームの断面の線方向に偏向する偏向手段とを具
備し、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも
１つは、少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称
な電磁場を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビー
ムの断面形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大き
さよりも、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする
荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
電粒子ビーム露光装置である。
【００４２】さらに、第３２の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系から照
射された荷電粒子ビームを第２のステージに搭載された
被露光基板に照射する投影光学系と、を具備し、前記光
源は、楔形状の荷電粒子放出電極と、前記荷電粒子放出
電極を取り囲む電極とを具備し、前記照明光学系及び前
記投影光学系の少なくとも１つは、少なくとも空間の一
部分に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁
場を通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビーム
の軌跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線
方向の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具
備することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置であ
る。
【００４３】さらに、第３３の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系と、前
記第１のステージの位置を測定する第１の測定手段と、
前記第２のステージの位置を測定する第２の測定手段
と、前記第１の測定手段によって測定された第１のステ
ージの位置に基づいて、前記第１のステージの所定位置
からのずれを示す第１のずれ量と、前記第２の測定手段
によって測定された第２のステージの位置に基づいて、
前記第２のステージの所定位置からのずれを示す第２の
ずれ量とを算出する算出手段と、前記算出手段によって
算出された前記第１のずれ量と前記第２のずれ量とに基
づいて、前記被露光基板に照射される荷電粒子ビームの
被露光基板上での位置を補正する補正手段とを具備し、
前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
は、少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電
磁場を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの
断面形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさよ
りも、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電
粒子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光装置
において、前記第１の測定手段によって前記第１のステ
ージの位置を測定するするとともに、前記第２の測定手
段によって前記第２のステージの位置を測定し、前記測
定手段によって、前記第１の測定手段によって測定され
た第１のステージの位置に基づいて、前記第１のステー
ジの所定位置からのずれを示す第１のずれ量と、前記第
２の測定手段によって測定された第２のステージの位置
に基づいて、前記第２のステージの所定位置からのずれ
を示す第２のずれ量とを算出し、前記補正手段によっ
て、前記算出手段によって算出された前記第１のずれ量
と前記第２のずれ量とに基づいて、前記被露光基板に照
射される荷電粒子ビームの被露光基板上での位置を補正
するステップを具備することを特徴とする荷電粒子ビー
ム露光装置の露光方法である。
【００４４】さらに、第３４の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系と、前
記被露光基板の表面までの垂直距離を測定する第１の測
定手段と、前記被露光基板の表面の前記荷電粒子ビーム
の光軸に対する傾きを測定する第２の測定手段と、前記
第１の測定手段によって測定された垂直距離に基づい
て、前記被露光基板表面までの垂直距離を所定の距離に
なるように補正し、前記第２の測定手段によって測定さ
れた傾きに基づいて、前記被露光基板の表面の前記荷電
粒子ビームの光軸に対する傾きが垂直になるように補正
する補正手段とを具備し、前記照明光学系及び前記投影
光学系の少なくとも１つは、少なくとも空間の一部分
に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場を
通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌
跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向
の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具備す
る荷電粒子ビーム露光装置において、前記第１の測定手
段によって前記被露光基板の表面までの垂直距離を測定
し、前記第２の測定手段によって前記被露光基板の表面
の前記荷電粒子ビームの光軸に対する傾きを測定し、補
正手段によって前記第１の測定手段によって測定された
垂直距離に基づいて、前記被露光基板表面までの垂直距
離を所定の距離になるように補正し、前記第２の測定手
段によって測定された傾きに基づいて、前記被露光基板
の表面の前記荷電粒子ビームの光軸に対する傾きが垂直
になるように補正するステップを具備することを特徴と
する荷電粒子ビーム露光装置の露光方法である。
【００４５】さらに、第３５の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系と、所
望の位置合わせ精度を得るための前記マスクに与える歪
みを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出さ
れた歪みに基づいて、前記マスクに歪みを与える歪み供
与手段と、を具備し、前記照明光学系及び前記投影光学
系の少なくとも１つは、少なくとも空間の一部分に、部
分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場を通過す
る荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡の主
法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大き
さを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具備する荷電
粒子ビーム露光装置において、前記算出手段によって所
望の位置合わせ精度を得るための前記マスクに与える歪
みを算出し、前記歪み供与手段によって前記算出手段に
よって算出された歪みに基づいて、前記マスクに歪みを
与えるステップを具備することを特徴とする荷電粒子ビ
ーム露光装置の露光方法である。
【００４６】さらに、第３６の発明によれば、光源から
出射した荷電粒子ビームを第１のステージに搭載された
マスクに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマ
スクに照射して得られる荷電粒子ビームを第２のステー
ジに搭載された被露光基板に照射する投影光学系とを具
備し、前記照明光学系は、前記荷電粒子ビームを断面が
線状の荷電粒子ビームに成形する成形手段と、前記成形
手段によって成形された荷電粒子ビームの全体を前記荷
電粒子ビームの断面の線方向に偏向する偏向手段とを具
備し、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも
１つは、少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称
な電磁場を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビー
ムの断面形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大き
さよりも、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする
荷電粒子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光
装置において、前記照明光学系の成形手段によって成形
された荷電粒子ビームがマスク上に投影されるビームの
長さをｌ、幅をｗ、マスク上の被転写領域の幅をＷ、転
写時のマスクステージの移動速度をｖとした場合に、前
記偏向手段によって、前記成形手段によって成形された
荷電粒子ビームの全体を、幅Ｗ＋ｌ以上、周期ｗ／ｎｖ
（ｎ：正の整数）の条件で走査するステップを具備する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の露光方法で
ある。
【００４７】さらに、第３７の発明によれば、第２２の
発明において、前記調整光学系は、少なくとも空間の一
部分に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁
場を通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビーム
の軌跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線
方向の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具
備することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置であ
る。
【００４８】さらに、第３８の発明によれば、第２５の
発明において、前記調整光学系は、少なくとも空間の一
部分に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁
場を通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビーム
の軌跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線
方向の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具
備することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の調整
方法である。
【００４９】（作用）本発明によれば、円筒座標系にお
ける電場又は磁場を上述のように設定することにより、
後述するように、収差を小さく保ったままｚ方向に対し
て大きなフィールドサイズを実現することができる。
【００５０】従って、フィールドサイズを拡大しても収
差が極度に大きくなることを防止し、高精度・高速度な
パターン形成が可能となる。そしてこの場合、収差低減
のために新たに特殊な構成要素を付加する必要はなく、
電極又は磁極の表面形状を変えるのみで実現することが
でき、その有用性は大である。
【００５１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
【００５２】なお、ここでは、各式の具体的な表記に関
しては、本項目の最後にまとめて示すことにする。
【００５３】（第１の実施形態）本発明では、上述の問
題を解決するために、少なくとも空間の一部分に、部分
的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁場中を通過す
る荷電粒子ビーム中心軸の軌跡の法平面の交わって形成
される直線と前記回転対称軸がおおむね一致し、前記ビ
ーム断面形状の、前記軌跡の主法線方向の大きさより
も、前記軌跡の陪法線方向の大きさの方が大きいことを
特徴とするレンズを提供する。
【００５４】より具体的には、円筒座標系を用いて、式
（１）のようなポテンシャルを有する電場を形成し、こ
れにより収束作用のあるレンズを形成する。
【００５５】従来の技術では、レンズのフィールドは等
方的で円形あるいは正方形の形状をしていた。これに対
し、本発明では、レンズのフィールドを非等方的で細長
い形状とすることで、問題の解決を図っている。
【００５６】図８に示すように、部分的に回転対称な電
磁場中で回転対称軸から外れた点を通る荷電粒子ビーム
を考えると、このビームの軌道中心は、系の対称性か
ら、回転対称軸上の点を中心とする円軌道の一部とする
事が可能である。
【００５７】これは言い換えると、ビーム中心軸の軌跡
の法平面の交わって形成される直線と回転対称軸がほぼ
一致する事にほかならない。この時、ポテンシャルの形
状を適切に選択する事により、回転対称軸に沿う方向、
すなわちビームの軌道中心の陪法線方向には、極めて収
差の小さくフィールドサイズの大きなレンズが形成可能
となる。
【００５８】そして同時に、これと直交する主法線方向
でのレンズ効果が存在する条件があれば、目的のレンズ
を得る事が可能となる。以下数式を用いて、より具体的
に、かつ厳密にこの関係を説明する。
【００５９】この式（１）のポテンシャルは容易に計算
できるようにラプラス方程式（Δφ＝０）を満たすこと
から、ポテンシャルとして正当なことが証明される。円
筒座標系での運動方程式より荷電粒子（電荷ｑ）は式
（１）のポテンシャル中では式（２）（３）（４）に従
って運動する。
【００６０】式（４）よりｑｋが負、即ちｑとｋの符号
が異なれば、ｚ方向にはｚの大きさによらず収束作用の
ある運動が収差なく行われることが分る。一方、式
（３）よりｒ2(d θ/dt)＝Ｃ（時間に依存しない定数）
とおくことができるので、これを式（２）に代入する
と、式（５）を得る。
【００６１】平衡点の座標をｒ0 とすると、式（５）よ
り式（６）が得られる。さらに、式（５）においてρ＝
ｒ−ｒ0 とおき、式（６）を用いると、式（７）の結果
が得られる。
【００６２】ここで、ρ＜＜ｒ0 として分母を展開し、
ρの線形方程式に近似すると、式（８）が得られる。
【００６３】式（８）より、ｑ（４ｋ−２α／ｒ0 2）が
正であれば、ｒ方向にｒ0 を中心として収束作用のある
運動が行われることが分る。特に、α／ｒ0 2 ＝３ｋと
すれば、ｒ方向の運動の収束力とｚ方向の運動の収束力
が等しくなり、焦点距離の対称なレンズが得られる。
【００６４】この結果を導く際に、ｒ方向に関しては変
位が小さいという仮定を用いたが、ｚ方向に関しては何
等の近似も用いられていないので、ｚの大きい範囲でも
問題は発生しない。即ち、収差を小さく保ったまま、ｚ
方向には大きなフィールドサイズが実現できることが分
る。
【００６５】次に、上記の考えに基づくレンズの具体的
構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形
態で用いた電子線用レンズの模式図である。このレンズ
は、２個の電極１，２より構成されており、図２に示す
ように、各電極１，２の断面の内壁６，７が式（９）(1
0)で与えられる形状に加工され、両電極間にＶ＝Ｖin−
Ｖout の電圧が印加されている。
【００６６】より具体的には、内側電極１と外側電極２
が離間対向配置され、これらの電極１，２間には、電源
制御系４で制御される電源３からシールドケーブル５を
介して所定の電圧が印加されるようになっている。
【００６７】電極１，２の内壁（対向面）６，７は、
（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、電子
ビームの入射するθ軸方向に沿って円筒対称であり、こ
れと直交する方向に沿って双曲線を変形した曲線となっ
ている。
【００６８】このレンズに運動エネルギーＥの電子（電
荷ｑ＝−ｅ、静止質量ｍ0 ）がθ軸と平行に（ｒ，ｚ）
＝（ｒi ，ｚi ）に入射した場合、式（４）（８）よ
り、解は式（11）（12）で与えられる。
【００６９】ｒ0 は式（６）より、式（13）のように与
えられる。一方、θに関する方程式は、式（３）より、
同じ初期条件の下で次の式（１４）となる。よって、ｔ
＝０でθ＝０とすると、式（15）の解を得る。
【００７０】式（15）に式（11）を代入して積分を実行
すれば解が得られるが、前述のように｜ｒ−ｒ0 ｜が十
分に小さい場合を用いるので、以下の検討には式（15）
をｒ＝ｒi ＝ｒ0 として計算した結果を用いても十分な
精度が確保できる。即ち、θは式（16）となり、この式
（16）を用いて、式（11）（12）を電子の軌跡の表式に
書き替えると、式（17）（18）が得られる。
【００７１】レンズ終端（θ＝θe ）より等速直線運動
を行うので、レンズ終端からの距離をξとすると、軌跡
の表式は次の式（19）（20）のようになる（但し、座標
ｒは円筒座標とは異なるので、直交座標に読み替え
る）。
【００７２】よって、焦点位置ξfr（ｒ方向），ξ
fz（ｚ方向）は式（21）（22）より求められることが分
る。そして、式（13）を用いて書き替えを行うと、式
（２３）（２４）の結果を得る。
【００７３】以上の計算結果に基づいて、レンズの設計
を行った。
【００７４】なお、式（23）（24）よりレンズが機能す
るためには、条件：２＜ｅα／Ｅ＜４を満たすことが必
要であり、さらに、ｅα／Ｅ＝３となるように設計を行
うと、ｒ，ｚに関して対称なレンズを構成できることが
分る。
【００７５】例えば、エネルギー１０ｋｅＶの電子に関
して、式（１）においてｋ＝１０００ｋＶ／ｍ2 ，α＝
３０ｋＶとおいた場合のポテンシャルを与えるように、
式（９）（10）のＶin−Ｖout ＝４．０２ｋＶ，ｚ＝０
におけるｒin＝０．０９ｍ，ｒout ＝０．１１ｍとし、
θe ＝４５°として設計した場合、焦点距離はｒ方向、
ｚ方向共に０．１０ｍとなる。そして、ｚ方向のフィー
ルドサイズは８０ｍｍ程度まで確保することが可能であ
る。
【００７６】また、図２から分るように、実際のレンズ
ではｚの絶対値が大きい領域では、ｒの小さい領域にレ
ンズが湾曲しているので、レンズを有効に使用するため
には、前述のｒinとｒout の平均値よりも、レンズ中心
となるｒ0 が小さくなるように設計を行うと良い。
【００７７】図３は、本実施形態のレンズを用いて構成
した露光システムの一例を示す構成図である。基本的な
構成要素は、紫外線を光源としたいわゆるスキャン型の
露光装置と同等であり、光源２３，照明光学系８，マス
ク９，投影光学系１０，被露光基板１１，アライメント
機構１８，１９等から構成されている。
【００７８】照明光学系８は、電子線の進行方向に沿っ
て四重極レンズとアライメントレンズ１２ａ，回転軸合
わせ機構１３ａ，本実施形態によるレンズ１４ａを配置
して構成される。同様に、投影光学系１０は、光の進行
方向に沿って本実施形態によるレンズ１４ｂ，回転軸合
わせ機構１３ｂ，を四重極レンズとアライメントレンズ
１２ｂを配置して構成される。
【００７９】マスク９はマスクステージ１６上に載置さ
れ、被露光基板１１は被露光基板ステージ１７上に載置
される。各々のステージは、アライメント制御系２０の
制御の下に、マスクステージ制御系２１及び被露光基板
ステージ制御系２２によりそれぞれ制御される。なお、
図中の１５はエネルギー補正を行うための補正電極を示
している。
【００８０】実際の露光（転写）の際には、図４に模式
的に示すように、マスク９と被露光基板１１をアライメ
ントした状態で同期して移動させ、細長い帯状の露光
（転写）領域２４，２５を走査することにより、被露光
（転写）領域全体へ露光が行われる。
【００８１】また、図３においては、マスクとして、い
わゆる透過型のものを使用しているが、図５のように反
射型のものを用いるように設計することも可能である。
この場合、マスク以外の構成は図３と実質的に同じであ
る。
【００８２】本実施形態によるレンズが軸対称でないこ
とに対応し、本露光システムは軸調整のため通常のアラ
イメントレンズの他に、ｒ軸方向，ｚ軸方向の焦点のず
れを補正するための四重極レンズ、エネルギー補正を行
うための補正電極を具備している。これらのレンズ類を
組み合わせることにより、機械的調整が完全でなくと
も、電気的に軸調整が容易に行えるようになっている。
【００８３】本実施形態によるレンズと四重極レンズと
の間の回転方向の軸合わせには、一般的に用いられてい
る回転レンズを使用することも可能であるが、本発明の
特徴である、低収差・大フィールドという利点を十分に
生かすためには、一般に用いられている回転レンズを用
いるよりも、機械的な回転軸合わせ機構を用いて、両者
の軸合わせを行うことが望ましい。
【００８４】本実施形態を用いて形成した露光システム
による実際の露光に際しては、様々な形態を適用するこ
とが可能である。例えば、アライメントに関しては、予
め被露光基板ステージ１７を走査することにより、被露
光基板１１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際
の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいてマスク
９とのアライメントを行う方法や、露光中に常に直後に
露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィー
ドバックをかけながら露光する方法、チップ毎に被露光
基板１１上のマーク位置を検出し、チップ毎にアライメ
ントを行いながら露光する方法等が適用できる。
【００８５】照明系８に関しても、点状の断面形状を持
つ光源を用いて、高速で偏向することにより、細長い帯
状の領域を照明する方法や、線状の断面形状を持つ光源
をそのまま拡大して用いる方法、面状に広がった断面形
状を持つ光源を用いて、その一部分を制限絞りにより切
り落とすことにより、細長い帯状の領域を形成する方法
等が適用できる。
【００８６】また、本実施形態によるレンズと四重極レ
ンズとを組み合わせることにより、以下のような効果が
あることが明らかとなった。図９に示すように、一般に
荷電粒子光学系では、ビームが後方焦点面等で一点に絞
られると、粒子間の相互作用の影響でビームにぼけが生
じることが知られている。この効果はビーム電流が大き
い場合に特に顕著であり、スループット向上の大きな妨
げとなっている。
【００８７】しかし、本実施形態によるレンズではレン
ズの設計を調整することにより、ｒ軸方向とｚ軸方向の
後方焦点面を大きくずらすことが可能であり、四重極レ
ンズを用いてこのずれを再度被露光面上で調整すること
は容易であるので、図１０に示すように、ビームが一点
に絞られることを回避する設計が可能となる。この結
果、ビーム電流を大きくしても、ビームのぼけを小さく
保つことができるので、高分解能を保ったまま高スルー
プット化をはかることができる。
【００８８】なお、本実施形態においては、通常の古典
力学・電磁気学に基づいて設計を行ったが、使用する荷
電粒子ビームのエネルギーが大きい場合、例えば電子の
場合には概ね１００ｋＶを越えるような場合、相対論的
な補正が必要となる。厳密には、ディラック方程式を解
くことによって問題を定式化する必要があるが、この作
業は繁雑であり、あまり実用的でないという問題があ
る。しかし、本実施形態で必要となる結果の範囲、例え
ば焦点距離等、を求める場合には、前記の各式において
質量ｍをｍ／（１−γ）1/2 （但し、γ＝（ｖ／ｃ）
2 、ｖ：速度，ｃ：光速）と置き換えることにより十分
な精度で近似することが可能である。
【００８９】（第２の実施形態）先に説明した第１の実
施形態では電場のみを用いてレンズを構成したが、本発
明は磁場を用いて実施することも可能である。例えば、
具体的にはベクトルポテンシャルＡのｒ，ｚ成分が０
で、θ成分が式（１）と類似の式（25）で表される場合
がこれに相当する。
【００９０】この式（25）のポテンシャルは容易に計算
できるようにラプラス方程式（ΔＡ＝０）を満たすこと
から、ポテンシャルとして正当なことが証明される。先
の実施形態と同様に、このレンズに運動エネルギーＥの
電子（電荷ｑ＝−ｅ、静止質量ｍ0 ）がθ軸と平行に入
射した場合、運動方程式は式（26）（27）（28）のよう
になる。
【００９１】よって、θ，ｚに関しては先の実施形態に
おいてｅをｅ（２Ｅ／ｍ0 ）1/2 と置き換えた場合と同
一の解を得ることが分る。ｒに関しては先の実施形態と
同様の処方により式（29）（30）を得る。
【００９２】そして、やはり同様の手法により式（31）
（32）のように焦点位置に関する式を得る。
【００９３】式（30）よりｒ0 が正の解を持つために
は、α＞０かつ、α2 ≧（４ｋ／ｅ）（ｍ0 Ｅ／２）
1/2 であることが必要なことは明らかであり、このとき
式（33）を得る。
【００９４】但し、式（31）より分るように、ｒ0 ≧３
α／４ｋとなる場合は、レンズとして機能しないので、
その解は除外する必要がある。なお、式（31）（32）よ
り５ｋｒ0 ＝３αとなるように設計を行うと、ｒ，ｚに
関して対称なレンズを構成することができることが分
る。
【００９５】以上の結果に基づき、実際にレンズを製作
する際には、式（25）で与えられるベクトルポテンシャ
ルに基づく磁場Ｂが、式（34）の磁気スカラーポテンシ
ャルφm により定義できることを利用する。
【００９６】式（34）より得られる等磁位面の断面は双
曲線ｒｚ＝ｃをｒ軸に平行にα／ｋだけ移動したもので
あるので、この形状の磁極を形成し、隣り合う４個の磁
極が互い違いに異極となるようにコイルにより磁場を印
加すれば、所望のレンズを構成することができる。
【００９７】図６は、本発明の第２の実施形態における
電子線用レンズの模式図である。本レンズは４個の磁極
２６，２７，２８，２９により構成されており、図７に
示すように、各々の磁極２６〜２９の内壁がそれぞれ、
式（35）（36）（37）（38）で与えられる形状に加工さ
れている。
【００９８】各磁極には磁場を付与するためのコイル３
０が付設されており、磁極２６，２８がＮ極に、磁極２
７，２９がＳ極になるように磁場が付与されている。磁
極の外側には、磁路を形成するための磁性体３１が設置
されており、この磁性体３１は、同時に外部磁場からの
磁気シールドの役目を果たすようになっている。
【００９９】また、本実施形態の変形例として、磁極２
７及び２８を、円柱面ｒ＝α／ｋを内壁とする一つの部
材で構成し、全体で３個の磁極部材を用いてレンズを構
成することも可能である。
【０１００】以上の計算結果に基づいて、レンズの設計
を行った。その一例を具体的に上げると、式（35）〜
（38）において、−Ｃ1 ／２ｋ＝−Ｃ1 ／２α＝−Ｃ3
／２ｋ＝−Ｃ3 ／２α＝Ｃ2 ／２ｋ＝Ｃ2 ／２α＝Ｃ4
／２ｋ＝Ｃ4 ／２α＝１／３００［ｍ2 ］となるように
磁極を形成し、式（25）のｋ＝０．０２５３Ｔ／ｍ、α
＝４．２２×１０-3Ｔとなるようにコイル電流を設定す
ると、エネルギー１０ｋｅＶの電子に関しては、レンズ
中心ｒ0 ＝０．１０ｍとなり、θe ＝３０°として設計
した場合、焦点距離はｒ方向、ｚ方向共に０．１０９ｍ
となる。そして、ｚ方向のフィールドサイズは１００ｍ
ｍ程度まで確保することが可能である。
【０１０１】本実施形態のレンズを用いることにより、
前記図３〜５に示すのと同様な露光システムを構成する
ことができる。即ち、図３〜５のレンズ１４ａ，１４ｂ
として本実施形態のレンズを用いることで、先の実施形
態と基本的に同様な露光システムを構成することができ
る。また、この露光システムによる実際の露光に際して
は、先に説明したように様々な形態を適用することが可
能であり、さらに本実施形態によるレンズと四重極レン
ズとを組み合わせることにより、先に説明したような効
果も得られる。
【０１０２】図１１は、本発明を用いて構成した露光シ
ステムの一実施例の構成図である。基本的な構成要素
は、紫外線を光源としたいわゆるスキャン型の露光（転
写）装置と同等であり、光源２３、照明光学系８，マス
ク９、投影光学系１０、被露光基板１１、アライメント
機構１８，１９等から構成されている。
【０１０３】実際の露光（転写）の際には、図１２に模
式的に示すように、マスク９と被露光基板１１がアライ
メントされた状態で同期して移動し、細長い帯状の露光
（転写）領域２４，２５が走査される事により、被露光
（転写）領域全体へ露光（転写）が行われる。
【０１０４】図１１においてはマスクはいわゆる透過型
のものを使用しているが、図１３に示すように反射型の
ものを用いるように設計する事も可能である。本発明に
よるレンズが軸対称で無いことに対応し、本露光システ
ムは軸調整のため通常のアライメントレンズの他に、ｒ
軸方向、ｚ軸方向の焦点距離のずれを補正するための四
重極レンズ、エネルギー補正を行うための補正電極を具
備している。
【０１０５】これらのレンズ類を組み合わせる事によ
り、機械的調整が完全でなくとも、電気的に軸調整が容
易に行えるようになっている。本発明によるレンズと四
重極レンズとの間の回転方向の軸合わせには、一般に用
いられている回転レンズを使用することも可能である
が、本発明の特徴である、低収差・大フィールドという
利点を十分に生かすためには、一般に用いられている回
転レンズを用いるよりも、機械的な回転軸合わせ機構を
用いて、両者の軸合わせを行うことが望ましい。
【０１０６】本発明を用いて形成した露光システムによ
る実際の露光に際しては、様々な形態を適用する事が可
能である。例えばアライメントに関しては、あらかじめ
被露光基板ステージを走査する事により、被露光基板上
のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際に
は記憶されたマーク位置に基づいてマスクとアライメン
トを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマ
ーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけな
がら露光する方法、チップ毎に被露光基板上のマーク位
置を検出し、チップ毎にアライメントを行いながら露光
する方法等が適用出来る。
【０１０７】照明系に関しても、点状の断面形状を持つ
光源を用いて、高速で偏向する事により、細長い帯状の
領域を照明する方法や、線状の断面形状を持つ光源を用
いる方法、面状に広がった断面形状を持つ光源を用い
て、その一部分を制限絞りにより切り落とす事により、
細長い帯状の領域を形成する方法等が適用出来る。
【０１０８】また、本発明によるレンズと四重極レンズ
とを組み合わせる事により、以下のような効果があるこ
とが明らかとなった。図９に示すように、一般に荷電粒
子光学系では、ビームが後方焦点面等で一点に絞られる
と、粒子間の相互作用の影響でビームにぼけが生じる事
が知られている。
【０１０９】この効果はビーム電流が大きい場合に特に
顕著であり、スループット向上の大きな妨げとなってい
る。しかし、本発明のよるレンズではレンズの設計を調
整することにより、ｒ軸方向とｚ軸方向の後方焦点面を
大きくずらす事が可能であり、四重極レンズを用いてこ
のずれを再度被露光面上で調整することは容易であるの
で、ビームが一点に絞られる事を回避する設計が可能と
なる（図１０）。
【０１１０】この結果ビーム電流を大きくしても、ビー
ムのぼけを小さく保つことができるので、高分解能を保
ったまま高スループット化を図ることができる。
【０１１１】一方、前記実施例においては、通常の古典
力学・電磁気学に基づいて設計を行ったが、使用する荷
電粒子ビームのエネルギーが大きい場合、例えば電子の
場合にはおおむね１００ｋＶを越えるような場合、相対
論的な補正が必要となる。厳密には、ディラック方程式
を解く事によって問題を定式化する必要があるが、この
作業は繁雑であり、あまり実用的でないという問題があ
る。
【０１１２】しかし、本発明で必要となる結果の範囲、
例えば焦点距離等、を求める場合には、前記の各式にお
いて質量ｍをｍ／（１−γ）1/2 （ただし、γ＝（ｖ／
ｃ）2 、ｖ：速度、ｃ：光速）と置き換える事により十
分な精度で近似する事が可能である。
【０１１３】また、本実施形態によるレンズの主たる収
差は、式（８）及び式（29）を導く際に用いた級数展開
において省略した高次の項に起因する。式（８）を得る
際に用いた展開を次の項まで行うと、式（39）を得る。
先の実施形態と同様に荷電粒子として電子を用い、式
（13）を用いると、式（40）のような形となる。
【０１１４】よって、他の条件の許す範囲で、この式
（40）の右辺第２項の絶対値が小さくなるような設計を
行うことが望ましい。但し、式（８）（13）より、レン
ズが機能するためには２＜ｅα／Ｅ＜４である必要があ
るので、この第２項を完全に０にすることはできない。
【０１１５】同様に、式（29）を得る際に用いた展開よ
り、式（41）を得る。この場合も、この式（41）の右辺
第２項の絶対値が小さくなるような設計を行うことが望
ましい。この磁場を用いた例の場合においても、式（3
1）より、レンズが機能するためには３α／ｒ0 −４ｋ
＞０である必要があるので、この第２項を完全に０にす
る設計はできない。
【０１１６】また、本発明を用いて構成した別の露光シ
ステムの一実施例を図１４ならびに図１５に示す。先の
実施例では、照明系にも電子線を用いていたが、本実施
例では、紫外線あるいはＸ線をマスクに照射し、マスク
で発生した光電子を用いて結像させる事を特徴とする。
【０１１７】基本的な構成要素は、先の実施例の場合に
類似しており、光源２３、照明光学系８、マスク９、投
影光学系１０、被露光基板１１、アライメント機構１
８，１９等から構成されている。
【０１１８】マスクのパターン部と非パターン部は光電
子発生効率に差のある素材となるように構成されてお
り、光を照射した際に発生する光電子のコントラストを
利用してパターン形成を行う。
【０１１９】また、この光電子のコントラストを強調す
るために、マスクにバイアス電圧を印加してもよい。実
際の露光（転写）の際には、やはり、先の実施例と同
様、図１２に模式的に示すように、マスク９と被露光基
板１１がアライメントされた状態で同期して移動し、細
長い帯状の露光（転写）領域２４，２５が走査される事
により、被露光（転写）領域全体へ露光（転写）が行わ
れる。
【０１２０】図１４においてはマスクはいわゆる透過型
のものを使用しているが、図１５に示すように反射型の
ものを用いるように設計する事も可能である。
【０１２１】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態に係る荷電粒子ビーム露光装置について説
明する。
【０１２２】上述の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置においては、露光に用いる荷電粒子ビームの形
状が従来の装置とは大きく異なるため、荷電粒子ビーム
露光装置の調整方法も異なる。
【０１２３】本実施の形態においては、この荷電粒子ビ
ーム露光装置の調整方法について説明するものである。
【０１２４】図１６は、本発明の第３の実施の形態に係
る荷電粒子ビーム露光装置を示す図である。なお、同図
において、図１３と同一部分には、同一符号を付し、そ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみのべ
る。
【０１２５】マスクステージ１６及び被露光基板ステー
ジ１７には、ビーム調整に用いるマークやファラデーカ
ップが取り付けられたマーク台１０１、１０３が取り付
けられている。
【０１２６】これらマーク台１０１、１０３は、それぞ
れのステージを動かして選択することができる。また、
マーク台１０１、１０３の位置は、レーザー測長系１０
０ａ、１００ｂを含むマスクステージ制御機構２１、被
露光基板ステージ制御機構２２、露光装置制御系２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ及び制御計算機（ＣＰＵ）
１０８によって精度良く制御することができる。
【０１２７】また、１４ａ、１４ｂは、上述の実施の形
態において説明した大フィールドレンズである。
【０１２８】上記露光装置制御系２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄ及び制御計算機（ＣＰＵ）１０８は、上述の
ステージ制御のほか、各光学系構成要素の制御、検出器
の検出信号の処理及び制御等、露光装置の制御全般を行
なう。
【０１２９】上述の実施の形態において説明した荷電粒
子ビーム露光装置の光学系は、マスク９にビームを照射
するための照明光学系と、マスク９から反射したビーム
を被露光基板１１に投影するための投影光学系の二つに
分けて考えることができた。
【０１３０】本実施例における第１の特徴は、上記二つ
の光学系に加え、ビーム調整用の第３の光学系１１２を
付与したことにある。
【０１３１】同図に示すように、ビーム調整用光学系１
１２は、ビーム調整用光源１０２、荷電ビーム成形機構
１１０，レンズ・ビームアライメント機構１１１を具備
している。
【０１３２】また、同図において、１０４、１０５は検
出器を示し、１０６，１０７はビームアライメント機
構、１０９ａ、１０９ｂはビーム偏向機構である。
【０１３３】通常の露光装置に於いては、光源２３から
放出される荷電ビームを用いて照明光学系、投影光学系
の両方の光学系を調整する。
【０１３４】しかしながら、本実施の形態の荷電粒子ビ
ーム露光装置の場合、照明光学系８によりマスク９に照
射されたビームが反射して投影光学系に入射されるとい
う、特異な構成が採用されている。
【０１３５】このような光学系の場合、特に投影光学系
１０を調整する場合において、マスク９から反射した荷
電ビームはその形状や強度が複雑になるため、光軸や焦
点位置などのビーム調整を高精度に行なうのは極めて困
難である。
【０１３６】そこで、本実施の形態においては、投影光
学系調整用の光源１０２を含む第３の光学系１１２を、
マスクステージ１６を軸に投影光学系１０と反対側に設
置している。
【０１３７】その結果、この投影光学系調整用の光学系
１１２を使用することによって、照明光学系と投影光学
系を各々独立に調整し、最後にーつの光学系として、照
明光学系と照明光学系とを微調整することで高精度なパ
ターン描画を行うことが可能となる。
【０１３８】次に、本実施の形態に係る荷電粒子ビーム
露光装置の調整方法について説明する。具体的な謂整手
順はいくつかの方法を用いることが可能である。
【０１３９】図１７は、本実施の形態の荷電粒子ビーム
露光装置のビーム調整手順を示すものである。
【０１４０】まず、照明光学系８の調整を行うため、マ
スクステージ制御機構２１を使用してマスクステージ１
６を移動してマーク台１０１を選択する（Ｓｔｅｐ
１）。
【０１４１】マーク台１０１には、ビームサイズやビー
ム位置等を測定するための重金属マークや、ビーム電流
を測定するためのファラデーカップが取り付けられてい
て、この測定値に基づいて、レンズの光軸や電流密度な
どを調整することができる（Ｓｔｅｐ２）。
【０１４２】より具体的には、ビームサイズやビーム位
置、ビーム分解能等の調整を行うときには、ビーム偏向
機構１０９ａを用いて重金属マーク上をビームでスキャ
ンし、反射電子を検出器１０４で捕らえて検出する。
【０１４３】ビーム偏向機構１０９ａには、電磁偏向器
や静電偏向器等が利用できる。ビーム電流を測定すると
きには、ファラデ−カップにビ−ムを照射して測定する
ことができる。
【０１４４】なお、ビームサイズやビーム位置などを測
定するマークの材質、形状は、ビーム形状やマーク形状
が精度良く検出できるマークであれば、上述の重金属マ
ークに限るものではない。さらに、検出器１０４で捕ら
えられるる検出対象は反射電子に限らず、２次電子、マ
ークを流れる電流、Ｘ線等のエネルギー線でもよい。
【０１４５】次に、投影光学系１０の調整を行うため、
被露光基板ステージ１７を移動してマーク台１０３を選
択する（Ｓｔｅｐ３）。
【０１４６】次に、投影光学系調整用の光源１０２を選
択する（Ｓｔｅｐ４）。このとき、光源２３から放出さ
れる荷電ビームがマスクステージ１６上に到達しないよ
うに、電気的もしくは機械的にビームを遮る必要があ
る。また、第３の光学系からのビームを遮らない位置に
マスクステージを移動する。
【０１４７】ビーム調整用光学系１１２は、矩形や丸形
のビームのほか、マスクから反射した帯状のビームを模
したビームを照射する機能を備えている。また、投影光
学系に適切なビームを入射するため、ビーム調整用光学
系１１２は、レンズ、ビームアライメン卜機構１１１を
備えている。
【０１４８】マーク台１０３には、ビームサイズやビー
ム位置等を測定するための重金属マークや、ビーム電流
を測定するためのファラデーカップが取り付けられてい
て、この測定値に基づいて、レンズの光軸や電流密度な
どを調整することができる（Ｓｔｅｐ５）。
【０１４９】より具体的には、ビームサイズやビーム位
置、ビーム分解能、縮小率等の調整を行うときには、ビ
ーム偏向機構１０９ｂを用いて重金属マーク上をビーム
でスキャンし、反射電子を検出器１０５で捕らえて検出
する。
【０１５０】ビーム偏向機構１０９ｂには、電磁偏向器
や静電偏向器等を利用できる。ビーム電流を測定すると
きには、ファラデーカップにビームを照射して測定する
ことができる。
【０１５１】なお、ビームサイズやビーム位置などを測
定するマークの材質、形状は、ビーム形状やマーク形状
が精度良く検出できるマークであれば上述の重金属マ−
クに限るものではない。
【０１５２】さらに、検出器１０５で捕らえる検出対象
は反射電子に限らず、２次電子、マークを流れる電流、
Ｘ線等のエネルギー線でもよい。
【０１５３】照明光学系８と投影光学系１０のぞれそれ
の調整が終了後、投影光学系調整用光源１０２の動作を
停止し、光源２３を用いて全光学系のビーム調整を行う
（Ｓｔｅｐ７）。
【０１５４】全光学系のビーム調整は、光軸、電流密
度、ビームサイズ、ビームの回転方向、焦点位置等につ
いて微調整をおこなうものである。
【０１５５】全光学系の調整は、マスクステージ１６及
び被露光基板ステージ１７を移動してマ−ク台１０１、
１０３を選択して行なう（Ｓｔｅｐ６）。また、マスク
ステージ１７にビーム調整用マスクを取り付けてそれを
選択し、ビーム調整用マスクを反射したビームを用いて
ビーム調整を行ってもよい。
【０１５６】なお、調整用光学系１１２によって投影光
学系１０に入射するビーム軌道と、照明光学系８から出
射し、マスク９にて反射して投影光学系１０に入射する
ビーム軌道は一致していることが望ましい。
【０１５７】本実施の形態において、調整用光学系１１
２によって投影光学系１０に入射するビーム軌道と、マ
スク９にて反射して投影光学系１０に入射するビーム軌
道とを一致させるためには、例えば、ビームアライメン
ト機構１０６、１１１を用いることで調整が可能であ
る。
【０１５８】また、一致していない場合でも、照明光学
系８と投影光学系１０との各々の調整が終了後、ビーム
アライメント機構１０６、１０７を用いて一致させるこ
とも可能である。
【０１５９】通常のビーム調整は、全光学系のビーム調
整のみを行えば十分で、装置の立ち上げ後等に照明光学
系と投影光学系の個別に調整することが必要となる場合
がある。照明光学系及び投影光学系それぞれの調整は、
装置立ち上げ後等に限らず、適宜行うことができる。
【０１６０】本実施例における第２の特徴は、照明光学
系８と投影光学系１０との両者の光軸を一致させる機能
を備えていることにある。
【０１６１】図１６に示す露光装置を用いて露光を行う
際には、マスクステージ１６と露光基板ステージ１７を
連動して移動させながら描画を行うため、一度光軸を一
致させておけば露光中に光軸がずれることはない。
【０１６２】しかしながら、マスクステージ１６を移動
しつつマスクステージ１６上のビーム照射位置を偏向器
などで走査する場合には、ビームの照射位置によって投
影光学系１０へのビームの入射角度や位置が変化し、結
果として、露光パターンの位置や解像性が劣化すること
が考えられる。
【０１６３】そこで、マスクステージ１６上のビーム照
射位置を偏向器などで走査する場合等、マスク上でビー
ム照射位置が変化する場合には、ビーム照射位置もしく
はビーム偏向機構に連動して、ビームアライメント機構
１０６、１０７を動かして、常に照明光学系８と投影光
学系１０の光軸を一致させることができる。
【０１６４】具体的には、例えば、ビーム偏向機構１０
９ａによってビームを偏向した場合には、ビーム偏向機
構１０９ａによって偏向されたビームの偏向量に基づい
て、照明光学系８と投影光学系１０の光軸を一致させる
ためのアライメント機構１０７の制御量を算出する。
【０１６５】そして、この制御量に基づいて、ビームア
ライメント機構１０７を制御することにより、照明光学
系８と投影光学系１０の光軸を一致させることができ
る。
【０１６６】なお、ビ−ムアライメント機構は電磁コイ
ルや静電偏向器を用いた電気的なものでもよく、機械的
に光学系を移動して調整を行ってもよい。このビームア
ライメント機構を導入することで、投影光学系へのビー
ム入射軸を常に一定にたもつことができ、より一層の精
度向上を図ることができる。
【０１６７】本実施の形態における第３の特徴は、描画
するパターン精度に応じて縮小率や電流密度を選択する
ことができることにある。
【０１６８】本実施形態における転写型露光装置にいて
は、寸法が大きいパターンも小さいパターンも一度に露
光されるという特徴があるが、一般にパターン寸法が小
さいほど必要とされるパターン寸法精度も高くなるの
で、マスク９も高精度に製作する必要がある。
【０１６９】マスク９のパターンを縮小して被露光基板
１１に転写する場合、縮小率（＝マスク上の寸法／被露
光基板上の寸法）を大きくすれば、縮小率が小さい場合
に比べ、マスク上の寸法誤差が縮小される割合が大きい
ので、被露光基板上での誤差が小なくなり、マスク製作
精度に余裕ができる。
【０１７０】しかしながら、縮小率を大きくした場合に
は一度に転写される領域の大きさを、縮小率が小さいと
きと同一に保つためにはマスク全体のサイズを大きくす
る必要があり、スループットを維持するためにはより大
きなビームを用いなければならないという問題が生じ
る。
【０１７１】そこで、あまり寸法精度を必要としないパ
ターンは縮小率を小さくして描画し、高い精度が必要な
パターンの場合は縮小率を大きくして描画する方法を用
いることで、高精度かつ高速な描画が可能となる。それ
ぞれの露光に用いるマスクは、露光する縮小率に応じ
て、寸法、加工精度を違えたものを用意して適宜選択し
て露光を行う。
【０１７２】より具体的には、例えば同一のレイヤー内
で要求されるパターン寸法精度が大きく異なる場合、ま
ず縮小率が小さなマスクを用いて被露光基板に描画を行
い、次にマスクを縮小率の大きなものに交換して同一の
被露光基板に描画する。
【０１７３】異なるマスク間の位置合わせは、レーザー
測長系を用いてマスクの位置を測定して行ってもよく、
またマスクにあらかじめ位置合わせ用のマークパターン
を用意しておき、ビームでその位置を測定してマスクの
位置決めを行ってもよい。
【０１７４】また、縮小率の違う複数の光学系を用意し
て一つ以上の被露光基板に描画することも可能である。
この場合、被露光基板ステージ一つに対し、複数の光学
系を持つ構成がより望ましい。この場合、一つの光学系
の場合に比べ、マスク選択や光学系の調整時間を短縮す
ることが可能である。
【０１７５】上述の機能を用いることで、高精度なパタ
ーン露光を高速に行うことが可能となる。
【０１７６】上述の実施の形態においては、投影光学系
の縮小率を違うものを用いたが、電流密度の違う光学系
を用意してビーム分解能を制御しながら描画することも
可能である。
【０１７７】また、上述の実施の形態においては、同一
のレイヤーに対して縮小率や電流密度を変化させて描画
する方法について述べたが、複数のレイヤー間で縮小率
や電流密度を変化させてもよい。
【０１７８】本実施の形態においては、反射型露光装置
の光学系の調整方法を述べたが、透過型露光装置につい
ても同様の調整方法を行うことができる。透過型露光装
置の場合は、照明光学系を調整用光学系として用いるこ
とで投影光学系を調整することができる。
【０１７９】本実施の形態においては電子ビーム描画装
置について説明したが、これに限らずイオンビーム描画
装置などの荷電ビーム描画装置にも適応可能である。
【０１８０】したがって、本実施の形態によれば、フィ
ールドサイズを拡大しても収差が極度に大きくなること
のない荷電粒子光学系の調整方法を提供することがで
き、その結果、高精度、高速度な荷電ビーム露光装置を
提供することができる。
【０１８１】（第４の実施の形態）上述の実施の形態の
荷電粒子ビーム露光装置においては、何らかの要因でマ
スクステージあるいはウェハステージの走行に揺らぎが
発生した場合には、転写パターンの解像度の劣化や下地
パターンと転写パターンの問の位置ずれが引き起こされ
てしまう。
【０１８２】本実施の形態の荷電粒子ビーム露光装置
は、このようなステージ走行の揺らぎが発生しても、そ
れを補正することが可能にし、その結果、位置合せ精度
の向上を図るものである。
【０１８３】また、上述の実施の形態の荷電粒子ビーム
光装置においては、高精度のウェハチャックを用いてウ
ェハの裏面を平面に固定したとしても、ウェハ表面には
ウェハ厚さむら等に起因して発生する不可避な凹凸が存
在し、この凹凸の影響でパターンの転写位置精度が劣化
することがある。
【０１８４】本実施の形態の荷電粒子ビーム露光装置
は、このような影響を極めて小さくすることを可能にす
るものである。
【０１８５】さらに、上述の実施の形態の荷電粒子ビー
ム光装置においては、非線型な歪みがマスクあるいはウ
ェハの下地パターンに発生した場舎、下地パターンと転
写パターンの間の位置ずれが引き起こされる。
【０１８６】本実施の形態の荷電粒子ビーム露光装置
は、このような位置ずれを補正することを可能とし、そ
の結果、位置合せ精度の向上を図ることを可能にするも
のである。また、高強度で均一性の良い光源を提供する
ものである。
【０１８７】すなわち、本実施の形態の荷電粒子ビーム
露光装置は、上述の実施の形態において説明した荷電ビ
ーム光学素子を使用した荷電粒子ビーム露光装置におい
て、位置合わせ精度を向上するとともに、高精度、高速
度なパターン形成を可能にしたものである。
【０１８８】本実施の形態の第１の特徴は、位置合わせ
精度に関する。
【０１８９】半導体装置の製造には、通常、複数回の露
光処理を必要とし、それらの露光は、既に露光して、パ
ターン形成した下地との位置合せ精度が一定基準よりも
良いことが要請される。
【０１９０】ところが、上述の実施の形態の荷電粒子ビ
ーム露光装置に搭載されたマスクとウェハのアライメン
ト機構を用いて露光を行った場合、マスクステージとウ
ェハステージの走行精度（同期精度）の誤差や、ウェハ
表面の凸凹に起因する位置ずれ、ウェハプロセスに起因
するウェハ形状の歪みの為に、下地との位置合せ精度を
所望の値以下にするには、従来の構成のまま各部品の精
度等を向上させるか、あるいは新たな補正機構を導入す
ることが必要である。
【０１９１】本実施の形態の第２の特徴は光源に関す
る。
【０１９２】光源の強度は露光装置のスループットを左
右すると共に、光源の強度の均一性は露光装置に要請さ
れる重要な特性の一つである。ところが、上述の実施の
形態における荷電粒子ビーム露光装置は、従来用いられ
た装置とは露光領域の形状が大きく異なるので、従来知
られている光源をそのまま用いる事は不可能ではない
が、高強度で均一性が良く無駄の少ない光源を用いるこ
とが望ましい。
【０１９３】本実施の形態の荷電粒子ビーム露光装置
は、位置合せ精度の向上と、望ましい光源の提供によ
り、高精度なパターン形成を可能とするものである。
【０１９４】図１８は、本発明の第４の実施の形態に係
る反射型マスクを使用した荷電粒子ビーム露光装置を示
す図である。また、図１９は、本発明の第４の実施の形
態に係る透過型のマスクを使用した荷電粒子ビーム露光
装置を示す図である。
【０１９５】なお、図１８及び図１９において、図１３
と同一部分には、同一符号を付して説明する。図１８及
び図１９において、基本的な構成要素は、紫外線を光源
としたいわゆるスキャン型の露光（転写）装置と同じで
ある。
【０１９６】同図において、４９ａ、４９ｂは、絞り、
５０は、エネルギー補正電極、５１ａ〜５１ｆは、アラ
イメントレンズ、５２ａ〜５２ｄは、大フィールドレン
ズ、５３ａ〜５３ｅは、回転軸合せ機構、５４ａ〜５４
ｄは、四重極レンズ、５５は、被露光基板表面高さ測定
機構、５６は、マスクステージ位置測定機構、５７は、
被露光基板ステージ位置測定機構、５８は、歪み印可用
マスク保持機構、５９は、マスク恒温化機構である。
【０１９７】また、７０は、マスクステージ高さ測定機
構、７１は、マスクステージ傾き高さ調整機構、７２
は、被露光基板ステージ傾き高さ調整機構である。
【０１９８】大フィールドレンズ５２ａ〜５２ｄは、上
述の第１の実施の形態において説明した荷電粒子ビーム
光学素子であり、ビーム断面の小さい側の、より一層の
低収差化を図るために、電極の両開口端部の近傍に、開
口部に形成される電場の乱れを補正するための補正電極
を付与してある。
【０１９９】そして、マスクでの透過あるいは反射の際
に入射ビームがエネルギーを損失する事に起因して、結
像に色収差の影響が発生することを防止するために、投
影光学系のマスク側の先端には、エネルギー補正を行う
ための補正電極５０が具備されている。
【０２００】エネルギー補正を有効に活用する為に、各
光学素子や光源、マスク等は接地電位から切り離され
て、独立にその電位が調整出来る様に構成されており、
これに伴い、各光学素子や光源、マスクステージ等を制
御する制御系からの信号はフォトカプラーを介して伝達
される。但し、被露光基板は頻繁に出し入れを行うの
で、接地電位に固定されている事が望ましい。
【０２０１】さらに、エネルギー補正を行った場合に
は、レンズの焦点距離がビームエネルギーに依存するこ
とから明らかな様に、レンズの強度もこれに応じて補正
する必要がある。
【０２０２】また、絞り４９ａ、４９ｂは、本露光シス
テムの光学系が非対称形状である事に伴い、通常の絞り
の様な円形では無く、長方形あるいは両端が半円で構成
されるスリット状の形状をしている。
【０２０３】これらの絞りは、ビームの外側部分を切り
落とす事により、マスク上の不必要な部分へのビーム照
射により、マスクに負荷がかかる事を防いだり、ビーム
強度の均一性の悪い部分を除去するため、あるいはビー
ムの角度分布を制限し、結像コントラストを向上させる
ために用いられる。
【０２０４】そして、アライメントレンズ５１ａ〜５１
ｆも、本露光システムの光学系が非対称形状である事に
伴い、通常の断面が円形で対称な八重極では無く、断面
が長円形あるいは角に丸みを帯びた長方形に近い形状を
した計８個の電極から構成されている。
【０２０５】また、ビームの傾きと平行移動を共に制御
するために一つのアライメントレンズは２個の偏向機能
を有する素子の組み合わせで構成されている。実際の露
光（転写）の際には、図２０に示すように、マスク９と
被露光基板１１がアライメントされた状態で同期して移
動し、細長い帯状の露光（転写）領械２４、２５が走査
される事により、被露光（転写）領域全体へ露光（転
写）が行われる。
【０２０６】転写光学系１０は、走査中には、必要に応
じて、焦点位置及び転写倍率が微調整可能な機能を備え
ており、被露光基板の表面高さが変化している場合や、
下地パターンの倍率誤差がある場合にも、適切な露光を
可能とする機構を備えている。
【０２０７】本実施の形態における改良部の第一の特徴
は、ｘ−ｙ二軸のレーザー干渉計により構成された高精
度のマスクステージ位置測定機構５６と、同じくｘ−ｙ
二軸のレーザー干渉計により構成された高精度の被露光
基板ステージ位置測定機構５７とを有し、これらの出力
に基づき両ステージの所定位置からのずれを算出し、そ
の結果をもとに、アライメントレンズ５１ｆに二次元の
補正を与え，被露光基板上でのビーム位置を補正する機
構を備えている事である。
【０２０８】この機構が存在しない場合には、何らかの
原因によりマスクステージあるぃは被露光基板ステージ
がパターン転写のための走査中に数十ｎｍの走行揺らぎ
を引き起こした場合、転写されるパターンの位置が所望
の位置からずれてしまい、位置合せ精度の劣化や、パタ
ーン解像度の劣化を引き起こす可能性がある。
【０２０９】しかし、この機構を導入することにより、
走行揺らぎが発生した場合に於いても、この走行揺らぎ
の量を実時問で計測し、揺らぎで発生する転写パターン
の位置ずれ量を算出し即座にアライメントレンズによる
ビーム偏向量にフィードバックを与える事により、転写
されるパターンの位置を所望の位置に制御することが可
能となるので、位置合せ精度の大幅な向上と解像度劣化
の抑止が可能になる。
【０２１０】また、本機構には次の様な利点があること
も判明した。従来の紫外線を光源としたいわゆるスキャ
ン型の露光（転写）装置では、位置合せ露光を行う際
に、下地パターンが各種のプロセスや露光装置の個体差
に起因して理想形状からずれている場合に、露光のため
のステージ走査の速度を微調整してマスクと被露光基板
の相対位置を補正し、転写サイズや転写形状歪みの補正
を行う事が出来る。
【０２１１】本発明においても同様な機構で転写サイズ
や転写形状の補正を行う事が可能であるが、真空中で大
きなステージの走査の速度を徴調整することは、ステー
ジの走行精度に新たな誤差要因を誘発する可能性があっ
た。
【０２１２】しかし、上述の機構の採用により、ステー
ジは常に一定速度で走行させておき、所望の転写サイズ
や転写形状の補正をアライメントレンズによるビーム偏
向量の補正により行うことが可能となり、一層の精度の
向上を図る事が出来る。
【０２１３】当然のことではあるが、実際の露光の際に
は、この転写サイズや転写形状の補正値と、上述のステ
ージ走行揺らぎに基づく補正値を加え合わせた値をアラ
イメントレンズにより補正する事が望ましい。
【０２１４】さらに、本機構と同様に、マスクステージ
位置測定機構５６及びマスク表面高さ測定機構７０の出
力に応じて、マスク上の転写されるべき位置のずれを算
出し、その結果に基づいてアライメントレンズ５１ｃに
補正を与える事により、マスク上の転写きれるべき場所
が、常に適切に照明されるようにすることが可能であ
る。
【０２１５】これにより、マスク上の不必要に広い領域
を照明光学系で照射し、マスクに過大な負荷をかけるこ
とを回避する事が可能になる。
【０２１６】本実施の形態における改良部の第二の特徴
は、光学式の被露光基板の表面の高さを測定する機構５
５と、被露光基板のビーム光軸に対する傾きと高さ方向
の位置、すなわちビーム軸方向の位置を調整する機構を
有する被露光基板ステージ１７とを有し、被露光基板の
各回の転写領域の表面の高さに基づき、被露光基板の傾
きと高さを調整する機構を備えている事である。
【０２１７】被露光基板として多くの場合ウエハが使用
されるが、ウエハの仕上がり形状には数μｍの厚さむら
が存在するため、良質のウエハ保持機構を用いて裏面を
完全に平面に近い形状に保持したとしても、表面には数
μｍの凹凸が発生する。
【０２１８】ところが、本実施形態における光学系はフ
ィールドサイズが非常に大きいため、転写領域の周辺部
では数度の角度を持って被露光基板にビームが入射する
ので、図２１に示すように表面の高さが所望の位置より
もｈずれていた場合、入射角をθとすると転写される位
置がｈｔａｎθずれる。
【０２１９】このため、他の露光装置で作成したパター
ンとの合わせ露光を行う場合を想定すると、例えばｈが
１μｍ、θが２度の時、位置ずれ量は３５ｎｍになる。
したがって、被露光基板表面に数μｍの凹凸が存在する
と、位置合せ精度の劣化を招くことが分かる。
【０２２０】しかし、被露光基板表面の凹凸は比較的緩
やかな変化を示すので、被露光基板全面では数μｍとい
う値になるが、各回の露光領域程度の範囲では0.2 μｍ
以下にすることは可能である。
【０２２１】よって、各回の露光領域が光軸に対して垂
直で所定の高さとなるように、被露光基板ステージによ
り被露光基板の傾きと高さを調整することにより、位置
合せ精度を向上させる事が可能となる。
【０２２２】なお、このような基板の傾きを補正する機
構と、ｘ−ｙの二次元ステージを組み合わせる際には、
組み合わせ方に大きく分けて二つの方法がある。一つ
は、ｘ−ｙの二次元ステージ上に、傾き（高さ）を補正
する機構を搭載する方法で、比較的大きな二次元ステー
ジ上に、比較的小さな傾き（高さ）補正機構が載る形に
なるので、機構的には簡便であるという特徴がある。
【０２２３】但し、ｘ−ｙの二次元ステージに対して傾
きを付けたままｘ−ｙの二次元ステージを走査すると、
ｘ−ｙの位置に依存して基板表面の高さが変化してしま
うため、ステージ走査中に基板表面高さを微調整する
か、光学系の焦点位置と倍率を微調整しながら転写を行
う必要がある。
【０２２４】もうーつは、傾き（高さ）を補正する機構
の上にｘ−ｙの二次元ステージを搭載する方法で、比較
的大きな二次元ステージ全体を、傾き（高さ）を補正す
る機構の上に載せるので、機構的にはやや複雑である
が、傾きをつけたままｘ−ｙの二次元ステージを走査し
ても、基板表面の高さが変化しないという特徴がある。
【０２２５】また、この特徴を最大限に生かすために
は、傾きと高さの干渉をなくすように、傾き補正の中心
が前述の細長い帯状の転写領域の中心と一致するように
調整すると良い。
【０２２６】本実施形態に於いては、被露光基板ステー
ジには前者のステージを、マスクステージには後者のス
テージを採用したが、両ステージ共に、任意の方法のス
テージを採用することが可能である。
【０２２７】具体的な露光手順は、いくつかの方法を用
いる事が可能である。
【０２２８】例えば、図２７に示すように、被露光基板
を被露光基板ステージに載置した後、露光前に、望まし
くはアライメントマークの検出と同時に、あらかじめ被
露光基板全面の表面高さを測定して、記憶領域に保存し
ておき（ステップ１１）、その測定値から各露光領域に
おける被露光基板の傾きと高さを算出し（ステップ１
２）、各露光領域の露光時に被露光基板ステージの傾き
と高さを調整する（ステップ１３）ことができる。
【０２２９】また、図２８に示すように、各露光領域の
露光前に次に露光する領域の表面高さの測定を行い（ス
テップ２１）、その測定値から被露光基板ステージの傾
きと高さの調整を行い（ステップ２２）、次の露光領城
の露光を行う事も出来る。
【０２３０】さらに、図２９に示すように、各露光領域
の露光中に直後に露光する部分の表面高さの測定を行い
（ステップ３１）、被露光基板ステージの傾きと高さに
実時間でフィードバックを与える（ステップ３２）こと
により露光を行うことも可能である。
【０２３１】本実施の形態における改良部の第三の特徴
は、マスク基板に所定の歪みを印加することを可能とす
るピエゾ素子と静電チャックを合むマスク基板保持機構
５８と、このマスク基板保持機構が与える歪みを制御す
る制御系２０を具備する。
【０２３２】また、所望の位置合せ精度を得るためにマ
スク基板に与えるべき歪みを算出し、算出された歪み量
に基づきマスク基板に歪みを印加することにより露光を
行なう機構を具備している。
【０２３３】前述の様に、各種の機構の採用により、転
写サイズや転写形状の補正を行うことが可能となってい
るが、これまで述べてきた機構では、転写サイズや転写
形状の内で主に一次の歪みといわれているものの補正を
行う事は容易であるが、二次以上の高次の歪みの補正は
一部の例外を除いて容易ではない。
【０２３４】二次以上の歪みの大きさは、一般的に、一
次の歪みに比べると小さいが、一次の歪みが補正される
と残留成分として残るため、高精度の位置合せを達成す
る為には無視することが出来ない。しかし、本機構を用
いてマスクの形状を変化させることにより、容易に高次
の歪みの補正を行う事が可能となる。
【０２３５】具体的には、マスク保持機構５８の上面部
分は、図２２に示すように、ピエゾ素子６０と硬質合成
樹脂６１とで構成される部品が台座６２上に５ｍｍ置き
に配置され、これらの間に軟質絶縁性合成樹脂６３及び
静電チャック用電極板６４が配置されている。
【０２３６】マスクから垂直に出射するビームを結像に
用いる場合には、マスク９の局所的な傾きをθ、厚さを
ｄとすると、マスクのパターン面はｄθ／２の横方向の
位置歪みを持つので、例えば、マスク基板厚さが２ｍｍ
で、あるピエゾ素子が隣接する素子より１μｍ高くなる
ように設定されると、この部分のパターンは局所的に
０．２μｍの位置歪みを帯びることが出来る。
【０２３７】よって、転写光学系の縮小率が１／４であ
れば、被露光基板上では５０ｎｍの位置歪み補正が局所
的に可能である。この機構は、反射型マスクを用いた場
合に特に有効である。
【０２３８】すなわち、透過型マスクの場合には、ピエ
ゾ素子をパタ−ン周辺部に配置して、間接的にパタ一ン
部分の位置歪みを補正する必要があるが、反射型のマス
クの場合には、パターン直下にピエゾ素子を配置するこ
とが可能であるため、多様な位置歪み補正が可能にな
る。
【０２３９】また、マスクから垂直でない方向に出射す
るビームを結像に用いる場合には、上記の歪みに加え
て、出射ビームのマスク垂直方向からの角度をψ、マス
ク表面の高さの元の高さとの差をｈとすると、ｈｓｉｎ
ψの位置歪みを持つので、例えばψが３０°でｈが１μ
ｍであれば、この部分のパターンは０．５μｍの位置歪
みを帯びることが出来る。よって、転写光学系の縮小率
が１／４であれば、被露光基板上では１２５ｎｍの位置
歪み補正が局所的に可能である。
【０２４０】具体的な露光手順としては、図３０に示す
ように、まず歪み補正機構の補正値を０にした状態で先
行基板を露光し（ステップ４１）、位置合せ精度を測定
する（ステップ４２）。
【０２４１】次に、位置合わせ精度の測定値に基づい
て、所望の補正値を算出し（ステップ４３）、制御系に
おいて、この算出値に基づいて各ピエゾ素子に与えるべ
き駆動量と、その駆動量を与える為に必要な駆動電圧を
算出し（ステップ４４）、実際にマスク基板に歪みを印
加した後に（ステップ４５）、露光処理を行う（ステッ
プ４６）。
【０２４２】また、下地パターンを形成した露光装置の
特性が良く知られている場合等、下地基板のパターン位
置歪みがあらかじめ既知である場合や、マスクパターン
に既知の位置歪みが存在する場合には、図３１に示すよ
うに、これらの予測される位置歪みに基づいて所望の補
正値を算出し（ステップ５１）、制御系において、この
算出値に基づいて各ピエゾ素子に与えるべき駆動量と、
その駆動量を与える為に必要な駆動電圧を算出し（ステ
ップ５２）、実際にマスク基板に歪みを印加した後に
（ステップ５２）、露光処理（ステップ５３）を行なっ
ても良いし、この露光を先行基板の露光として、再度ス
テップ４１〜ステップ４６を行っても良い。
【０２４３】また、本実施例ではピエゾ素子を用いて歪
みの印加を行ったが、分割されたヒ−タ一等を用いて局
所的な加熱を行うことにより、熱膨張を利用して歪みの
印可を行うことも可能である。
【０２４４】なお、このように熱の発生によっても位置
歪みが発生する事から判るように、マスクに入射するビ
ームの吸収や、各種機構から発生する熱によりマスクあ
るいはマスクステージの温度が変化し、意図しない位置
歪みが発生する事を防止するために、望ましくは、マス
ク恒温化機構５９を設置することが有効である。
【０２４５】マスタ恒温化機構はぺルチェ素子を用いて
作成すると小型化を図ることができるが、通常の加熱・
冷却による恒温化装置に接続された水等の熱媒体を循環
させる事によっても構わない。さらに、当然のことでは
あるが、本構成は二次以上の歪みに限らず、一次の歪み
の補正に適用する事も可能である。
【０２４６】本実施の形態における改良部の第四の特徴
は、照明光学系が線状の断面形状を有するビームをマス
クに照射する機能と、このビームの断面の線方向にビー
ム全体を偏向する機能とを具備し、照明光学系がマスク
上に投影するビームの長さをｌ、幅をｗ，マスク上の被
転写領域の幅をＷ、転写時のマスクステージの移動速度
をｖとした場合に、照明光学系が該ビームの断面の線方
向にビーム全体を、幅Ｗ＋ｌ以上、周期ｗ／ｎｖ（ｎ：
正の整数）の条件で走査しながら露光を行う機構を備え
ている事である。
【０２４７】元来、本発明の照明系に関しては、点状の
断面形状を持つ光源を用いて、高速で偏向する事によ
り、細長い帯状の領域を照明する方法や、線状の断面形
状を持つ光源をそのまま拡大して用いる方法、面状に広
がった断面形状を持つ光源を用いて、その一部分を制限
絞りにより切り落とす事により、細長い帯状の領域を形
成する方法等、多様な方法を用いることが可能である。
【０２４８】しかしながら、本発明の光学系が線状のフ
ィールドを有していることに対応して、線状の光源を用
いることが望ましい。しかし、線状の光源をそのまま拡
大した場合、光源に強度むらが存在すると、この強度分
布がそのまま拡大されてしまうため、露光量むらが発生
する可能性がある。
【０２４９】そこで、本実施の形態においては、ビーム
を線方向に走査することにより強度分布の影響を平均化
し、見かけの均一性を向上させることを可能にした。具
体的には、図２３に示すように、ビームの走査による強
度の均一化を十分に図る為に、走査の振幅をビームの長
さｌとマスク上の被転写領城の幅Ｗの和以上の幅とし、
照射領域に隙間や不要な重なりが発生しないように、走
査の周期をビームの幅ｗを転写時のマスクステージの移
動速度ｖで除した時間の１／ｎ（ｎ：正の整数）とす
る。
【０２５０】すなわち、マスクステージがｗ進む間に丁
度ｎ周期の走査が行われるようにして転写を行う。これ
により、露光強度むらを大きく抑制することが可能とな
った。
【０２５１】このような方法により、光源の強度むらの
影響を小さくした場合、図２３からも判るように、露光
に寄与しないビームが両端に存在するので、装置の効率
向上という観点から、他の方法で均一化を図ることがよ
り望ましい。
【０２５２】そこで、本発明を更に改良した実施の形態
においては、光源が、楔形状の荷電粒子放出電極とこの
電極先端を取り囲む形状の電極とを有する。荷電粒子放
出電極先端を取り囲む形状の電極は、分布抵抗体を介し
て所定電位の端子に接続されている。
【０２５３】具体的には、図２４及び図２５に示すよう
に、タングステンの薄板により作られた電子放出電極６
５の先端を囲むように電極６６が設けられ、その先に引
き出し電極６７が設置されている。
【０２５４】電極６６は、分布抵抗体である高抵抗体層
６８を介して、図２６に示すように他の電極６９と接続
されている。電子放出電極６５は通電加熱されることに
より高温になり熱電子を放出する。
【０２５５】放出された熱電子は、引き出し電極６７に
引かれて加速されるが、その一部は電極６６に吸収され
て高抵抗体層６８を介して、最終的には電子放出電極６
５と同じ電位の所に流れるが、この時、電子の経路の総
抵抗と電流値の積にあたる電圧が電極６６に発生する。
【０２５６】すると、電極６６は、負に帯電するため電
子の流入が抑制されるが、電子の流入が減少すると電流
が減少する結果、電極６６に発生する電圧も減少するた
め、電子の流入が促進される。
【０２５７】この機構により電子放出電極６５から放出
される電子の量と、電極６６への電子の流入量と、電極
６６の電位は平衡状態となる。同時に、電極６６は分布
抵抗体である高抵披体層６８を介して他の電極と接続さ
れているため、電極６６に流入する電子の量、すなわち
電子放出電極６５から放出される電子の量に分布が発生
しようとすると、これを抑制する機構が自動的に働く。
【０２５８】つまり、電子放出電極６５のある部分から
の放出電子が増加しようとすると、電極６６のその近傍
の電位が上昇しようとし、その結果、放出電子の増加が
抑制されることになる。
【０２５９】よって、このような構造により、自動的に
線状の光源の均一性を向上させることが可能となる。な
お、本発明は本実施の形態に限られた物ではなく、電子
放出源としても電解放出電子や光電子を用いる事も可能
であり、引き出し電極を多段化するなど他の電極の配置
やその電位等も多様な範囲で選択することが可能であ
る。
【０２６０】本発明を用いて形成した露光システムによ
る実際の露光に際しては、様々な形態を適用する事が可
能である。
【０２６１】例えばアライメントに関しては、あらかじ
め被露光基板ステージを走査する事により、被露光基板
上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際
には記憶されたマーク位置に基づいてマスクとのアライ
メントを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域
のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをか
けながら露光する方法、チップ毎に被露光基板上のマー
ク位置を検出し、チップ毎にアライメントを行いながら
露光する方法等が適用出来る。
【０２６２】また、先の実施の形態においては、電場の
みを用いてレンズを構成したが、本発明は磁場を用いて
実施することも可能である。
【０２６３】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、荷電粒子として電
子ビームを用いることを前提にしたが、これら限らずイ
オンビームを用いる場合に適用することも可能である。
【０２６４】さらに、その応用例として転写を目的とす
るものに限らず、荷電粒子ビームを利用する各種の分析
機器等に応用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【０２６５】
【数１】
【０２６６】
【数２】
【０２６７】
【数３】
【０２６８】
【数４】
【０２６９】
【数５】
【０２７０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、円
筒座標系における電場又は磁場を前記式で定義されるよ
うに設定することにより、フィールドサイズを拡大して
も収差が極度に大きくなることを防止でき、これにより
高精度・高速度なパターン形成を可能にする荷電粒子ビ
ーム光学素子と、それを用いた荷電粒子ビーム光学系及
び荷電粒子ビーム露光装置を実現することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる電子線用レンズの基本
構成を示す斜視図。
【図２】第１の実施形態のレンズの表面形状を説明する
ための模式図。
【図３】第１の実施形態のレンズを用いて構成した露光
システムの構成例を示す図。
【図４】第１の実施形態における露光（転写）領域の様
子を示す斜視図。
【図５】第１の実施形態のレンズを用いた露光システム
の別の構成例を示す図。
【図６】第２の実施形態に係わる電子線用レンズの基本
構成を示す斜視図。
【図７】第２の実施形態のレンズの表面形状を説明する
ための模式図。
【図８】ビームの軌跡を説明するための図。
【図９】レンズを使用した場合の光学系を説明するため
の図。
【図１０】レンズを使用した場合の光学系を説明するた
めの図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る露光システ
ムを示す図。
【図１２】第２の実施形態における露光（転写）領域の
様子を示す斜視図。
【図１３】第２の実施の形態のレンズを用いた露光シス
テムの別の構成を示す図。
【図１４】第２の実施の形態のレンズを用いた露光シス
テムの別の構成を示す図。
【図１５】第２の実施の形態のレンズを用いた露光シス
テムの別の構成を示す図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る荷電粒子ビ
ーム露光装置を示す図である。
【図１７】同第３の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の調整方法を説明するためのフローチャートで
ある。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る反射型マス
クを使用した荷電粒子ビーム露光装置を示す図である。
【図１９】同第４の実施の形態に係る透過型のマスクを
使用した荷電粒子ビーム露光装置を示す図である。
【図２０】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の露光領域を示す図。
【図２１】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の被露光基板領域に入射するビームを説明する
ための図。
【図２２】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置のマスク基板保持機構を示す図。
【図２３】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の荷電粒子ビームの露光方法を説明するための
図。
【図２４】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の光源を説明するための図。
【図２５】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の光源を説明するための図。
【図２６】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の光源の回路図。
【図２７】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の露光方法を説明するためのフローチャート。
【図２８】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の露光方法を説明するためのフローチャート。
【図２９】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の露光方法を説明するためのフローチャート。
【図３０】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の露光方法を説明するためのフローチャート。
【図３１】同第４の実施の形態における荷電粒子ビーム
露光装置の露光方法を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…内側電極、 ２…外側電極、 ３…電源、 ４…電源制御系、 ５…シールドケーブル、 ６…内側電極表面形状、 ７…外側電極表面形状、 ８…照明光学系、 ９…マスク、 １０…投影光学系、 １１…被露光基板、 １２ａ，１２ｂ…四重極レンズとアライメントレンズ、 １３ａ，１３ｂ…回転軸合わせ機構、 １４ａ，１４ｂ…本発明によるレンズ、 １５…補正電極、 １６…マスクステージ、 １７…被露光基板ステージ、 １８…マスク側アライメント機構、 １９…被露光基板側アライメント機構、 ２０…アライメント制御系、 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…露光装置制御系 ２１…マスクステージ制御系、 ２２…被露光基板ステージ制御系、 ２３…光源、 ２４…被転写領域、 ２５…被露光領域、 ２６〜２９…磁極、 ３０…鉄芯及びコイル、 ３１…磁路形成用磁性体、 ３２…ビーム軌道中心、 ３３…ビーム軌道中心の軌跡の法平面、 ３４…回転中心軸、 ３５…ビーム軌道中心の倍法線、 ３６…ビーム軌道中心の主法線、 ３７…通常の対称レンズ、 ３８…本発明によるレンズ、 ３９…四重極レンズ、 ４９ａ、４９ｂ…絞り、 ５０…エネルギー補正電極、 ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ…ア
ライメントレンズ、 ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ…大フィールドレン
ズ、 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ…回転軸合せ
機構、 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ…四重極レンズ、 ５５…被露光基板表面高さ測定機構、 ５６…マスクステージ位置測定機構、 ５７…被露光基板ステージ位置測定機構、 ５８…歪み印可用マスク保持機構、 ５９…マスク恒温化機構、 ６０…ピエゾ素子、 ６１…硬質合成樹脂、 ６２…台座、 ６３…軟質絶縁性合成樹脂、 ６４…静電チャック用電極板、 ６５…電子放出電極、 ６６…電極、 ６７…引き出し電極、 ６８…高抵抗体層、 ６９…電極ｂ、 ７０…マスクステージ高さ測定機構、 ７１…マスクステージ傾き高さ調整機構、 ７２…被露光基板ステージ傾き高さ調整機構、 １００ａ、１００ｂ…レーザー測長系、 １０１…ビーム調整用マーク台、 １０２…ビーム調整用光源、 １０３…ビーム調整用マ−ク台、 １０４、１０５…検出器、 １０６、１０７…ビームアライメント機構、 １０８…制御計算機、 １０９ａ、１０９ｂ…ビーム偏向機構、 １１０…荷電ビーム成形機構、 １１１…レンズ、ビームアライメント機構、 １１２…ビーム調整用光学系。

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも空間の一部分に、部分的に回転
    対称な電磁場を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子
    ビームの断面形状が、前記ビームの軌跡の主法線方向の
    大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きく
    することを特徴とする荷電粒子ビーム光学素子。
  2. 【請求項２】前記荷電粒子ビームの中心軸の軌跡の法平
    面の交わって形成される直線と前記電磁場の回転対称軸
    とが一致することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子
    ビーム光学素子。
  3. 【請求項３】前記回転対称軸が、前記荷電粒子ビームの
    通過領域以外にあることを特徴とする請求項２記載の荷
    電粒子ビーム光学素子。
  4. 【請求項４】前記荷電粒子ビームの中心軸の軌跡の主法
    線方向に対する焦点距離と、陪法線方向に対する焦点距
    離とが等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に
    記載の荷電粒子ビーム光学素子。
  5. 【請求項５】前記荷電粒子ビームの中心軸の軌跡の主法
    線方向に対する焦点距離と、陪法線方向に対する焦点距
    離とが異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に
    記載の荷電粒子ビーム光学素子。
  6. 【請求項６】（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系に
    おいて、電場ポテンシャルの任意定数を除く有効部分が
    次式 φ＝（ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 （ｋ，α ：
    任意定数） で与えられる電場を、空間的に一部分に形成することを
    特徴とする荷電粒子ビーム光学素子。
  7. 【請求項７】２つの電極が離間対向配置され、これらの
    電極間に荷電粒子ビームを通過させて、該ビームを収束
    するための荷電粒子ビームレンズとして機能する荷電粒
    子ビーム光学素子において、 前記各電極の対向面はそれぞれ、前記ビームの通過する
    方向に沿って円筒対称であり、前記ビームの通過する方
    向と直交する方向が （ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 ＝Ｃ （Ｃは定数） で表される曲線であることを特徴とする荷電粒子ビーム
    光学素子。
  8. 【請求項８】前記荷電粒子ビームとして電子ビームを用
    い、そのエネルギーをＥ、素電荷をｅとした場合に、次
    式 ２＜ｅα／Ｅ＜４ の条件を満たす事を特徴とする請求項６又は請求項７記
    載の荷電粒子ビーム光学素子。
  9. 【請求項９】前記荷電粒子ビームのビーム中心軸の軌跡
    の半径がｒ0 が、２つの電極のｚ＝０における半径
    ｒin、ｒout の平均値よりも小さい事を特徴とする請求
    項７に記載の荷電粒子ビーム光学素子。
  10. 【請求項１０】（ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系
    において、磁気ベクトルポテンシャルの任意関数（rot
    Ｆ＝０を満たす関数）を除く有効部分が次式 Ａr ＝０ Ａθ ＝−（２ｋ／３）ｒ2 ＋αｒ＋ｋｚ2 Ａz ＝０ で与えられる荷電粒子ビームが通過する磁場を、空間的
    に一部分に形成することを特徴とする荷電粒子ビーム光
    学素子。
  11. 【請求項１１】少なくとも３つの磁極が離間対向配置さ
    れ、これらの磁極間に荷電粒子ビームを通過させて、該
    ビームを収束するための荷電粒子レンズとして機能する
    荷電粒子ビーム光学素子において、 前記少なくとも３つの磁極のうち、少なくとも２つの磁
    極の対向面はそれぞれ、前記ビームの通過する方向に沿
    って円筒対称であり、前記ビームの通過する方向と直交
    する方向が、次式 −２ｋｒｚ＋２αｚ＝Ｃ （Ｃは定数） で表される曲線であることを特徴とする荷電粒子ビーム
    光学素子。
  12. 【請求項１２】前記荷電粒子ビームとして電子ビームを
    用い、そのエネルギーをＥ、素電荷をｅ、静止質量をｍ
    0 とした場合に、次式 α＞０ かつ α2 ≧（４ｋ／ｅ）・｛ｍ0 Ｅ／２｝
    (1/2) の条件を満たすことを特徴とする請求項１０又は請求項
    １１に記載の荷電粒子ビーム光学素子。
  13. 【請求項１３】前記荷電粒子ビームのビーム中心軸の軌
    跡の半径ｒ0 が次式 ｒ0 ＜３α／（４ｋ） の条件を満たすことを特徴とする請求項１０乃至請求項
    １２いずれか１項に記載の荷電粒子ビーム光学素子。
  14. 【請求項１４】光源から出射した荷電粒子ビームをマス
    クに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマスク
    に照射して得られる荷電粒子ビームを被露光基板に照射
    する投影光学系とを具備する荷電粒子ビーム光学系にお
    いて、 前記照明光学系は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、前記光源から出射され、この電磁場を通過す
    る荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡の主
    法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大き
    さを大きくする第１の荷電粒子ビーム光学素子を具備
    し、 前記投影光学系は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、前記照明光学系から照射され、この電磁場を
    通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌
    跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向
    の大きさを大きくする第２の荷電粒子ビーム光学素子を
    具備することを特徴とする荷電粒子ビーム光学系。
  15. 【請求項１５】光源から出射した荷電粒子ビームをマス
    クに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマスク
    に照射して得られる荷電粒子ビームを被露光基板に照射
    する投影光学系とを具備する荷電粒子ビーム光学系にお
    いて、 前記照明光学系は、 （ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、電場
    ポテンシャルの任意定数を除く有効部分が次式 φ＝（ｋ／２）ｒ2 −αｌｎｒ−ｋｚ2 （ｋ，α ：
    任意定数） で与えられる電場を、空間的に一部分に形成する第１の
    荷電粒子ビーム光学素子を具備し、 前記投影光学系は、 （ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、電場
    ポテンシャルの任意定数を除く有効部分が次式 φ＝（ｋ’／２）ｒ2 −α’ｌｎｒ−ｋ’ｚ2
    （ｋ’，α’ ：任意定数） で与えられる電場を、空間的に一部分に形成する第２の
    荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
    電粒子ビーム光学系。
  16. 【請求項１６】光源から出射した荷電粒子ビームをマス
    クに照射する照明光学系と、前記照明光学系からマスク
    に照射して得られる荷電粒子ビームを被露光基板に照射
    する投影光学系とを具備する荷電粒子ビーム光学系にお
    いて、 前記照明光学系は、 （ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、磁気
    ベクトルポテンシャルの任意関数（rot Ｆ＝０を満たす
    関数）を除く有効部分が次式 Ａr ＝０ Ａθ ＝−（２ｋ／３）ｒ2 ＋αｒ＋ｋｚ2 （ｋ，α
    ：任意定数） Ａz ＝０ で与えられる磁場を、空間的に一部分に形成する第１の
    荷電粒子ビーム光学素子を具備し、 前記投影光学系は、 （ｒ，ｚ，θ）で定義される円筒座標系において、磁気
    ベクトルポテンシャルの任意関数（rot Ｆ＝０を満たす
    関数）を除く有効部分が次式 Ａr ＝０ Ａθ ＝−（２ｋ’／３）ｒ2 ＋α’ｒ＋ｋ’ｚ2
    （ｋ’，α’ ：任意定数） Ａz ＝０ で与えられる磁場を、空間的に一部分に形成する第２の
    荷電粒子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷
    電粒子ビーム光学系。
  17. 【請求項１７】前記照明光学系は、 前記光源から出射した荷電粒子ビームのｒ軸方向及びｚ
    軸方向の焦点のずれを補正する四重極レンズと、 前記光源から出射した荷電粒子ビームの光学軸を調整す
    るアライメントレンズとをさらに具備することを特徴と
    する請求項１４乃至請求項１６いずれか１項に記載の荷
    電粒子ビーム光学系。
  18. 【請求項１８】前記投影光学系は、 前記照明光学系から出射した荷電粒子ビームのｒ軸方向
    及びｚ軸方向の焦点のずれを補正する四重極レンズと、 前記照明光学系から出射した荷電粒子ビームの光学軸を
    調整するアライメントレンズと、 前記第２の荷電粒子ビーム光学素子と前記四重極レンズ
    との光学軸に対する相対的な回転関係を調整する調整手
    段とをさらに具備することを特徴とする請求項１４乃至
    請求項１６いずれか１項に記載の荷電粒子ビーム光学
    系。
  19. 【請求項１９】光源から出射した荷電粒子ビームをマス
    クに照射する照明光学系と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを被露光基板に照射する投影光学系とを具備する
    荷電粒子ビーム露光装置において、 前記照明光学系は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、前記光源から出射され、この電磁場を通過す
    る荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌跡の主
    法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向の大き
    さを大きくする第１の荷電粒子ビーム光学素子を具備
    し、 前記投影光学系は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、前記照明光学系から照射され、この電磁場を
    通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビームの軌
    跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線方向
    の大きさを大きくする第２の荷電粒子ビーム光学素子を
    具備することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
  20. 【請求項２０】前記マスクと被露光基板との相対位置を
    調整するアライメント機構と、このアライメント機構を
    動作させた状態でマスク及び被露光基板と投影光学系と
    の相対位置関係を走査する機構とをさらに具備すること
    を特徴とする請求項１４乃至請求項１６いずれか１項に
    記載の荷電粒子ビーム光学系。
  21. 【請求項２１】前記マスクと被露光基板との相対位置を
    調整するアライメント機構と、このアライメント機構を
    動作させた状態でマスク及び被露光基板と投影光学系と
    の相対位置関係を走査する機構とをさらに具備すること
    を特徴とする請求項１９に記載の荷電粒子ビーム露光装
    置。
  22. 【請求項２２】第１の光源から出射した荷電粒子ビーム
    をマスクに照射する照明光学系と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを被露光基板に照射する投影光学系と、 第２の光源から出射した前記投影光学系を調整するため
    の荷電粒子ビームを前記投影光学系に照射する調整光学
    系とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒子
    ビーム露光装置。
  23. 【請求項２３】前記照明光学系は、 前記第１の光源から出射した荷電粒子ビームを偏向する
    偏向手段をさらに具備し、 前記投影光学系は、 前記偏向手段によって偏向された荷電粒子ビームの偏向
    量に基づいて、前記偏向手段によって偏向された荷電粒
    子ビームの光軸を前記照明光学系の光軸と一致するよう
    に補正する補正手段をさらに具備することを特徴とする
    請求項２２記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  24. 【請求項２４】前記マスクは、前記被露光基板に対して
    縮小率の異なる複数のマスクのうち、前記被露光基板に
    パターニングされるパターンに応じて選択されたマスク
    であるであることを特徴とする請求項２２記載の荷電粒
    子ビーム露光装置。
  25. 【請求項２５】第１の光源から出射した荷電粒子ビーム
    をマスクに照射する照明光学系と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを被露光基板に照射する投影光学系と、 第２の光源から出射した前記投影光学系を調整するため
    の荷電粒子ビームを前記投影光学系に照射する調整光学
    系とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系のうち少なくとも１
    つは、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光装置に
    おいて、 前記第１の光源から出射した荷電粒子ビームを使用し
    て、前記照明光学系を調整し、 前記調整光学系から照射された荷電粒子ビームを使用し
    て、前記投影光学系を調整するステップを具備すること
    を特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の調整方法。
  26. 【請求項２６】前記照明光学系は、 前記第１の光源から出射した荷電粒子ビームを偏向する
    偏向手段をさらに具備し、 前記投影光学系は、 前記偏向手段によって偏向された荷電粒子ビームの偏向
    量に基づいて、前記偏向手段によって偏向された荷電粒
    子ビームの光軸を前記照明光学系の光軸と一致するよう
    に補正する補正手段をさらに具備し、 前記投影光学系を調整するステップの後、前記補正手段
    によって、前記偏向手段によって偏向された荷電粒子ビ
    ームの偏向量に基づいて、前記偏向手段によって偏向さ
    れた荷電粒子ビームの光軸を前記照明光学系の光軸と一
    致するように補正するステップをさらに具備することを
    特徴とする請求項２５記載の荷電粒子ビーム露光装置の
    調整方法。
  27. 【請求項２７】前記マスクは、前記被露光基板に対して
    縮小率の異なる複数のマスクのうち、前記被露光基板に
    パターニングされるパターンに応じて選択されたマスク
    であることを特徴とする請求項２５記載の荷電粒子ビー
    ム露光装置の調整方法。
  28. 【請求項２８】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、 前記第１のステージの位置を測定する第１の測定手段
    と、 前記第２のステージの位置を測定する第２の測定手段
    と、 前記第１の測定手段によって測定された第１のステージ
    の位置に基づいて、前記第１のステージの所定位置から
    のずれを示す第１のずれ量と、前記第２の測定手段によ
    って測定された第２のステージの位置に基づいて、前記
    第２のステージの所定位置からのずれを示す第２のずれ
    量とを算出する算出手段と、 前記算出手段によって算出された前記第１のずれ量と前
    記第２のずれ量とに基づいて、前記被露光基板に照射さ
    れる荷電粒子ビームの被露光基板上での位置を補正する
    補正手段とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒子
    ビーム露光装置。
  29. 【請求項２９】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、 前記被露光基板の表面までの垂直距離を測定する第１の
    測定手段と、 前記被露光基板の表面の前記荷電粒子ビームの光軸に対
    する傾きを測定する第２の測定手段と、 前記第１の測定手段によって測定された垂直距離に基づ
    いて、前記被露光基板表面までの垂直距離を所定の距離
    になるように補正し、前記第２の測定手段によって測定
    された傾きに基づいて、前記被露光基板の表面の前記荷
    電粒子ビームの光軸に対する傾きが垂直になるように補
    正する補正手段とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒子
    ビーム露光装置。
  30. 【請求項３０】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、 所望の位置合わせ精度を得るための前記マスクに与える
    歪みを算出する算出手段と、 前記算出手段によって算出された歪みに基づいて、前記
    マスクに歪みを与える歪み供与手段と、を具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒子
    ビーム露光装置。
  31. 【請求項３１】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系とを具備し、 前記照明光学系は、 前記荷電粒子ビームを断面が線状の荷電粒子ビームに成
    形する成形手段と、 前記成形手段によって成形された荷電粒子ビームの全体
    を前記荷電粒子ビームの断面の線方向に偏向する偏向手
    段とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒子
    ビーム露光装置。
  32. 【請求項３２】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、を具備し、 前記光源は、 楔形状の荷電粒子放出電極と、 前記荷電粒子放出電極を取り囲む電極とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備することを特徴とする荷電粒子
    ビーム露光装置。
  33. 【請求項３３】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、 前記第１のステージの位置を測定する第１の測定手段
    と、 前記第２のステージの位置を測定する第２の測定手段
    と、 前記第１の測定手段によって測定された第１のステージ
    の位置に基づいて、前記第１のステージの所定位置から
    のずれを示す第１のずれ量と、前記第２の測定手段によ
    って測定された第２のステージの位置に基づいて、前記
    第２のステージの所定位置からのずれを示す第２のずれ
    量とを算出する算出手段と、 前記算出手段によって算出された前記第１のずれ量と前
    記第２のずれ量とに基づいて、前記被露光基板に照射さ
    れる荷電粒子ビームの被露光基板上での位置を補正する
    補正手段とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光装置に
    おいて、 前記第１の測定手段によって前記第１のステージの位置
    を測定するするとともに、前記第２の測定手段によって
    前記第２のステージの位置を測定し、 前記測定手段によって、前記第１の測定手段によって測
    定された第１のステージの位置に基づいて、前記第１の
    ステージの所定位置からのずれを示す第１のずれ量と、
    前記第２の測定手段によって測定された第２のステージ
    の位置に基づいて、前記第２のステージの所定位置から
    のずれを示す第２のずれ量とを算出し、 前記補正手段によって、前記算出手段によって算出され
    た前記第１のずれ量と前記第２のずれ量とに基づいて、
    前記被露光基板に照射される荷電粒子ビームの被露光基
    板上での位置を補正するステップを具備することを特徴
    とする荷電粒子ビーム露光装置の露光方法。
  34. 【請求項３４】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、 前記被露光基板の表面までの垂直距離を測定する第１の
    測定手段と、 前記被露光基板の表面の前記荷電粒子ビームの光軸に対
    する傾きを測定する第２の測定手段と、 前記第１の測定手段によって測定された垂直距離に基づ
    いて、前記被露光基板表面までの垂直距離を所定の距離
    になるように補正し、前記第２の測定手段によって測定
    された傾きに基づいて、前記被露光基板の表面の前記荷
    電粒子ビームの光軸に対する傾きが垂直になるように補
    正する補正手段とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光装置に
    おいて、 前記第１の測定手段によって前記被露光基板の表面まで
    の垂直距離を測定し、 前記第２の測定手段によって前記被露光基板の表面の前
    記荷電粒子ビームの光軸に対する傾きを測定し、 補正手段によって前記第１の測定手段によって測定され
    た垂直距離に基づいて、前記被露光基板表面までの垂直
    距離を所定の距離になるように補正し、前記第２の測定
    手段によって測定された傾きに基づいて、前記被露光基
    板の表面の前記荷電粒子ビームの光軸に対する傾きが垂
    直になるように補正するステップを具備することを特徴
    とする荷電粒子ビーム露光装置の露光方法。
  35. 【請求項３５】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系と、 所望の位置合わせ精度を得るための前記マスクに与える
    歪みを算出する算出手段と、 前記算出手段によって算出された歪みに基づいて、前記
    マスクに歪みを与える歪み供与手段と、を具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光装置に
    おいて、 前記算出手段によって所望の位置合わせ精度を得るため
    の前記マスクに与える歪みを算出し、 前記歪み供与手段によって前記算出手段によって算出さ
    れた歪みに基づいて、前記マスクに歪みを与えるステッ
    プを具備することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置
    の露光方法。
  36. 【請求項３６】光源から出射した荷電粒子ビームを第１
    のステージに搭載されたマスクに照射する照明光学系
    と、 前記照明光学系からマスクに照射して得られる荷電粒子
    ビームを第２のステージに搭載された被露光基板に照射
    する投影光学系とを具備し、 前記照明光学系は、 前記荷電粒子ビームを断面が線状の荷電粒子ビームに成
    形する成形手段と、 前記成形手段によって成形された荷電粒子ビームの全体
    を前記荷電粒子ビームの断面の線方向に偏向する偏向手
    段とを具備し、 前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つ
    は、 少なくとも空間の一部分に、部分的に回転対称な電磁場
    を形成し、この電磁場を通過する荷電粒子ビームの断面
    形状を、前記ビームの軌跡の主法線方向の大きさより
    も、前記軌跡の陪法線方向の大きさを大きくする荷電粒
    子ビーム光学素子を具備する荷電粒子ビーム露光装置に
    おいて、 前記照明光学系の成形手段によって成形された荷電粒子
    ビームがマスク上に投影されるビームの長さをｌ、幅を
    ｗ、マスク上の被転写領域の幅をＷ、転写時のマスクス
    テージの移動速度をｖとした場合に、 前記偏向手段によって、前記成形手段によって成形され
    た荷電粒子ビームの全体を、幅Ｗ＋ｌ以上、周期ｗ／ｎ
    ｖ（ｎ：正の整数）の条件で走査するステップを具備す
    ることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の露光方
    法。
  37. 【請求項３７】前記調整光学系は、少なくとも空間の一
    部分に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁
    場を通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビーム
    の軌跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線
    方向の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具
    備することを特徴とする請求項２２記載の荷電粒子ビー
    ム露光装置。
  38. 【請求項３８】前記調整光学系は、少なくとも空間の一
    部分に、部分的に回転対称な電磁場を形成し、この電磁
    場を通過する荷電粒子ビームの断面形状を、前記ビーム
    の軌跡の主法線方向の大きさよりも、前記軌跡の陪法線
    方向の大きさを大きくする荷電粒子ビーム光学素子を具
    備することを特徴とする請求項２５記載の荷電粒子ビー
    ム露光装置の調整方法。
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