JP2004214417A - 荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法、荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法、荷電粒子ビーム描画装置の制御方法、及び荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents
荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法、荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法、荷電粒子ビーム描画装置の制御方法、及び荷電粒子ビーム描画装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率を精度良く求める。
【解決手段】固定されたマスク６に設けられた開口部２２を位置Ａに移動させ、位置Ａの開口部で成形された電子ビームの試料面上位置ａを測定する。そして、次に開口部２２を位置Ｂに移動させ、位置Ｂの開口部で成形された電子ビームの試料面上位置ｂを測定する。位置ａ−ｂ間の距離と位置Ａ−Ｂ間の距離との比から対物レンズ系の縮小率を求める。
【選択図】 図４
【解決手段】固定されたマスク６に設けられた開口部２２を位置Ａに移動させ、位置Ａの開口部で成形された電子ビームの試料面上位置ａを測定する。そして、次に開口部２２を位置Ｂに移動させ、位置Ｂの開口部で成形された電子ビームの試料面上位置ｂを測定する。位置ａ−ｂ間の距離と位置Ａ−Ｂ間の距離との比から対物レンズ系の縮小率を求める。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子ビームを用いたリソグラフィ技術に係わり、特に荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法、マスクの試料面上への縮小率を測定する荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法、測定された位相及び縮小率に応じて制御を行う荷電粒子ビーム描画装置の制御方法、並びに荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、パターンの描画に荷電粒子ビーム描画装置が検討されている。
マスクパターンを試料上に縮小転写するために縮小レンズと対物レンズが用いられる。これらのレンズによりマスクパターンが縮小されるとともにパターンが磁場により回転するので試料面上に転写されるパターンの位相は、縮小率の偏向と同時に変化する。装置の設計は、回転と縮小の両方を考慮して行われ、目的の縮小率で目的の回転が行われるように設計される。しかしながら実際には装置の設計誤差、製作誤差により目的の縮小率と目的の回転が同時に存在する条件は得られない。縮小率とパターンの回転角度を測定する技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
パターンの回転ずれについては、マスクを載せている回転ステージにより補正可能であるが、マスクステージＸの移動方向とマスクステージＹの移動方向を補正する手段が無いため、試料ステージ座標系に対してマスクステージ座標系の系位相はずれたままになる。
【０００４】
マスクステージ座標系は組立誤差、設計誤差、レンズ系調整誤差のために試料ステージ座標系に対して誤差を持っていて、それを調整する手段は通常もたない。ＸＹマスクステージの位相を調整するたにはＸＹマスクステージをもう一つのθステージに取り付けなければならないが、複雑な構成になるとともに電子光学鏡筒の空いている空間が少ないため実装が困難である。目的のマスクパターンをマスクステージでビーム近傍に移動する場合、この誤差がゼロであるならば、移動位置はパターン設計値で決定できるが、これらの誤差によってパターンの正確な位置がわからないために正確な移動ができないという問題が発生している。
【０００５】
縮小率の測定方法については、マスクに設けた２つの開口部の設計距離Ｄと、その開口部で成形されたそれぞれのビーム試料面位置の距離ｄを用いて縮小率Ｍ＝ｄ／Ｄとして求めていた。しかし、開口部の製作誤差と、たわみなどのマスクの取り付け誤差が計算結果に影響を及ぼしてしまう。製作誤差が５０ｎｍ、開口部の距離が５００μｍの場合、０．０１％（５０ｎｍ／５００μｍ×１００）の誤差が生じてしまう。この縮小率を用いて３００μｍのマスクパターンをスキャン描画すると３００μｍｘ０．０１％＝３０ｎｍという大きな描画寸法誤差あるいは位置誤差が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、縮小率の測定誤差の問題、試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する方法が無いために、正確なパターンを試料に描画することが出来ないと言う問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２２３４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する方法が提案されてなく、マスクステージを正確に動かすことが難しいという問題がある。
【０００９】
また、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差が大きく、描画寸法誤差あるいは位置誤差が発生するという問題がある。
【００１０】
また、縮小率の測定誤差が大きく、且つ試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する方法が無いために、正確な正確なパターンを試料に描画することが出来ないと言う問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定し、マスクステージを正確に動かし得る荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の別の目的は、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差を減少させ、描画寸法誤差あるいは位置誤差の発生を抑制し得る荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１３】
又さらなる本発明の別の目的は、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相測定、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の測定誤差を減少させ、試料に正確なパターンを形成し得る荷電粒子ビームの制御方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【００１５】
（１）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法は、荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第２の開口位置にある前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を前記試料ステージ座標系で測定するステップと、前記第１及び第２のステージ位置、及び第１及び第２の照射位置から前記対物レンズ系の縮小率を算出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記荷電粒子ビーム描画装置の縮小率調整方法を用いて測定された縮小率に応じて、前記対物レンズ系の縮小率を調整する。
前記対物レンズ系の縮小率の算出は、前記第１及び第２のステージ位置から第１の開口位置と第２の開口位置との距離を求めるステップと、第１の照射位置と２の照射位置との距離を求めるステップと、二つの距離の比を求めるステップとを含む。
前記荷電粒子ビームの試料面上の照射位置は、マークスキャン方法で測定する。
【００１７】
（２）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法は、荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクで成形され、対物光学系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定するステップと、前記測定された回転角度に応じて前記マスクを回転させ前記パターンの回転を補正するステップと、前記補正後、前記マスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第２の開口位置にある前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記第１及び第２のステージ位置と前記第１及び第２の照射位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を算出するステップとを特徴とする。
【００１８】
上記荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法を用いて測定された位相に基づいた補正により前記マスクステージステップを移動させる。
前記位相差の算出は、前記第１及び第２のステージ位置から前記マスクステージ座標系のＸ軸と第１及び第２の開口位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、前記試料ステージ座標系のＸ軸と第１及び第２の照射位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、求められた二つの位相から前記試料ステージ座標系に対する前記マスクステージ座標系の位相差を求めるステップとを含む。
前記荷電粒子ビームの試料面上の照射位置は、マークスキャン方法で測定する。
【００１９】
（３）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置の制御方法は、荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置にある前記開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第２の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して試前記料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、第１及び第２のステージ位置及び第１及び第２の照射位置から前記対物レンズ系の縮小率を求めるステップと、求められた縮小率に応じて、対物レンズ系の縮小率を調整するステップと、前記縮小率の調整後、前記マスクで成形され、対物光学系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定するステップと、前記測定された回転角度に応じて前記マスクを回転させ前記パターンの回転を補正するステップと、前記補正後、前記マスクの開口部が第３の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第３のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、第３の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第３の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第３の開口位置と異なる前記第４の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第４のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第４の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第４の照射位置を前記試料ステージ座標系で測定するステップと、第３及び第４のステージ位置と第３及び第４の照射位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を求めるステップと、前記位相差に基づいた補正により前記マスクステージステップを移動させるステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
対物レンズ系の縮小率の算出は、前記第１及び第２のステージ位置から第１の開口位置と第２の開口位置との距離求めるステップと、第１の照射位置と第２の照射位置との距離を求めるステップと、二つの距離の比を求めるステップとを含む。
前記位相を求めるステップは、前記第３及び第４のステージ位置から前記マスクステージ座標系のＸ軸と二つの開口位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、前記試料ステージ座標系のＸ軸と二つの照射位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、求められた二つの位相から前記試料ステージ座標系に対する前記マスクステージ座標系の位相差を求めるステップとを含む。
前記荷電粒子ビームの試料面上の照射位置は、マークスキャン方法で測定する。
【００２１】
（４）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを照射する手段と、開口を有するマスクが載置され、該マスクをマスクステージ座標系のＸＹ方向に移動させるＸＹマスクステージと、前記ＸＹマスクステージの位置を前記マスクステージ座標系で測定する手段と、前記荷電粒子ビームを偏向し、マスク面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える偏向器と、前記マスクで成形された荷電粒子ビームのパターンを縮小させて、試料に照射する対物レンズ系と、前記試料が載置され、該試料を試料ステージ座標系のＸＹ方向に移動させる試料ステージと、前記荷電粒子ビームを偏向し、試料面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える対物偏向器と、前記試料面上の前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料ステージ系で測定する手段と、前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージと、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記対物レンズ系の縮小率を測定する手段とを具備してなることを特徴とする。
【００２２】
前記マスクをマスクステージ座標系のＸＹ面内で回転させるθマスクステージと、前記対物レンズ系での前記荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定する手段と、測定された回転角度に応じて前記θマスクステージを駆動する手段と、前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージの位置と、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を測定する手段と、測定された位相差に応じて前記ＸＹマスクステージ及びθマスクステージを駆動する手段とをさらに具備してなる。
【００２３】
（５）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを照射する手段と、開口を有するマスクが載置され、該マスクをマスクステージ座標系のＸＹ方向に移動させるＸＹマスクステージと、前記マスクを前記マスクステージ座標系のＸＹ面内で回転させるθマスクステージと、前記開口の位置を前記マスクステージ座標系で測定する手段と、前記荷電粒子ビームを偏向し、マスク面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える偏向器と、前記マスクで成形された荷電粒子ビームのパターンを縮小させて、試料に照射する対物レンズ系と、前記試料が載置され、該試料を試料ステージ座標系のＸＹ方向に移動させる試料ステージと、前記荷電粒子ビームを偏向し、試料面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える対物偏向器と、前記試料面上の前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料ステージ系で測定する手段と、前記対物レンズ系での前記荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定する手段と、測定された回転角度に応じて、前記θマスクステージを駆動する手段と、前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージ位置と、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する手段と、測定された位相に応じて前記ＸＹマスクステージ及びθマスクステージを駆動する手段とを具備してなることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態にかかわる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。電子銃１から放出されたビームは、照明レンズ２，投影レンズ１９、縮小レンズ（対物レンズ系）８により結像されて、最後は対物レンズ（対物レンズ系）９の主面に結像される。第１成形アパーチャ４の像はマスク６上に結像され、縮小レンズ８と対物レンズ９で試料面に成形像が結像される。
【００２６】
第１成形アパーチャ４には開口部２１が設けられている。開口部２１の寸法形状は、例えば一辺８０μｍの矩形である。電子銃１から放出された電子ビームはブランキング偏向器３によって偏向することができ、成形アパーチャ４上のビーム位置を変えることができる。
【００２７】
図２に示すように、マスク６はθステージ２０の上に取り付けられており、θステージ２０はＸステージ１４とＹステージ１５に取り付けられていてマスク６を移動させることができる。Ｘステージ１４とＹステージ１５により、マスク６はマスクステージ座標系でＸＹ方向に移動する。Ｘステージ１４とＹステージ１５の位置はレーザ位置測長器（レーザ干渉計）３１によって位置管理されている。図２に示すように、マスク６には開口部２２が設けられている。ＣＰＵ３４は、記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいてレーザ位置測長器３１の測定結果から開口部２２の位置を求める。開口部２２の寸法形状は、マスク６上での第１成形アパーチャ像寸法よりも小さい。開口部２２の寸法形状は、例えば一辺４０μｍの矩形である。第１成形アパーチャ開口部２１で成形された電子ビームは成形偏向器５によって偏向することができ、マスク６上のビーム位置を変えることができる。対物レンズ９を通過したビームは対物偏向器１８によって偏向することができる。マーク台１０はＸＹ試料ステージ１１に取り付けられていて、試料ステージ座標系でＸＹ方向に移動することが可能である。ＸＹ試料ステージ１１の位置は、レーザ位置測長器（レーザ干渉計）３２によって位置管理される。図３に示すように、マーク台１０に設けられた十字マーク１７は下地２４と異なるビーム反射をする材質で作られている。例えば下地２４はシリコン、マーク１７は金、タングステンなどの材質である。偏向器１８によってマーク台１０上のビーム位置を変えることができる。ビーム検出器２３は、マーク台１０からの反射電子、２次電子を検出する。
【００２８】
そして、マーク１７を光軸位置に移動し、対物偏向器１８で電子ビームをマーク１７上に走査し、ビーム検出器２３で検出した信号をマーク信号処理器３３に取り込んで算出したマークと電子ビーム間の距離と、レーザ位置測長器３２のステージ位置測定値とから電子ビームの照射位置を検出する機能が設けられている。これは、ＣＰＵ３４が記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいて行う。なお、図１において符号７は対物アパーチャ、符号１２はレンズ結像系、符号１３は成形像結像系である。
【００２９】
次に本実施形態のマスクステージ位相測定方法と対物レンズ系の縮小率測定方法について図４，５を用いて説明する。マスクステージ位相測定と対物レンズ系の縮小率測定は、ＣＰＵ３４が記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいて行う。また、測定結果に応じたＸ，Ｙ，θマスクステージ１４，１５，２０の制御は、ＣＰＵ３４が記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいて行う。
【００３０】
なお、マスクステージ位相を測定する場合、予め縮小レンズ８、対物レンズ９によるマスクパターンの回転角度θｍｐを測定する。測定結果に基づいてθステージ２０を駆動し、マスクパターンが試料面上で回転していない状態にしておく。マスクパターンの回転角度θｍｐの測定方法は、例えば特開平７−２２３４９号公報に記載されている。縮小率だけを求める場合には、回転角度θｍｐの測定は不要である。
【００３１】
マスク６上の開口部２２を成形偏向器で偏向可能な位置Ａに移動させる。開口部２２の位置Ａは、レーザ測長器によってマスクステージ座標系でＸマスクステージ１４及びＹマスクステージの位置が測定され、その測定結果から測定される。第１成形アパーチャ開口部２１で成形された電子ビームを成形偏向器５で偏向してマスク上の開口部２２に偏向する。電子ビームは開口部２２を全部覆う図４（ａ）のような位置に偏向する。開口部２２で成形された電子ビームは試料面上の図４（ｂ）の位置ａにくる。ビームの位置ａはマークスキャン方法によって試料ステージ座標系で測定する。マークスキャン方法については、文献（Ｓ． Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ： Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｖｏｌ． ３６（１９９７） ｐｐ． ７５１７−７５２２： Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｇａｉｎ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｕｓｉｎｇ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｉｎ Ｖａｒｉａｂｌｙ Ｓｈａｐｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ）または、特開平１０−２７０３３７で述べられているような方法を用いる。
【００３２】
次に、マスク６の開口部２２を位置Ｂ（図４（ａ））に移動させる。Ｘマスクステージ１４及びＹマスクステージの位置をレーザ測長器によってマスクステージ座標系で測定し、その測定結果から位置Ｂが求められる。電子ビームを成形偏向器で位置Ｂの開口部２２に偏向する。開口部２２で成形されたビームは試料面上の位置ｂ（図４（ｂ））に照射される。ビームの位置ｂは上述同様マークスキャン方法によって試料ステージ座標系で測定する。なお、二つの位置に対する電子ビームを照射は、縮小レンズ８、対物レンズ９、対物偏向器１８の設定を偏向しないで行う。
【００３３】
ここで、マスク６上の開口部の位置Ａと位置Ｂとの距離をＬとし、それぞれの試料面上のビーム位置ａと位置ｂの距離をｌとすると、縮小率η＝ｌ／Ｌで表すことができる。
【００３４】
また、位置Ａと位置Ｂを結ぶ線分とマスクステージ座標系のＸｍ軸との位相差をθ１とし、位置ａと位置ｂを結ぶ線分と試料ステージ座標系のＸ軸との位相差をθ２とすると、試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相θがθ２−θ１で表すことができる（図５）。
【００３５】
位相差θ１，θ２は、Ｘｍ軸，Ｘ軸を基準にして求めた。しかし、位相差θ１，θ２は、Ｙｍ軸，Ｙ軸を基準にして求めてもよい。また、位相差θ１，θ２は、それぞれの座標系で傾きが同じ直線を基準にして求めても良い。また、上述した説明では、開口位置Ａ，Ｂをそれぞれ求めるとした。開口部が開口位置Ａ，Ｂにある状態で、Ｘマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５の位置をレーザ測長器によって測定するだけでも良い。それぞれの開口位置でのＸマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５から二つの開口位置の位置関係を知ることが出来、位置関係から距離、位相差を求めることができる。
【００３６】
Ｘマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５の位置は精度良く求めることが可能である。本実施形態の場合、レーザ測長器によるＸマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５の位置測定から測定されるために、１ｎｍ以下の測定精度（最近実際に使用している測長器の精度）である。よって、位置Ａと位置Ｂの距離Ｌの測定精度も１ｎｍ以下となる。距離Ｌが５００μｍの場合、従来方法の誤差５０ｎｍに対し、本発明では１ｎｍの精度での測定が可能であるため、縮小率測定誤差は０．０００２％（１ｎｍ／５００μｍ×１００）である。よって、マスク上で３００μｍのパターンを描画する場合、３００μｍｘ０．０００２×０．０１＝０．６ｎｍの線幅精度あるいは位置精度が可能となる。
【００３７】
照射位置ａと照射位置ｂの測定精度を１ｎｍ（最近の描画装置の測定精度）とし、距離を５０μｍとすると、位相の測定誤差は１／５００００ｒａｄ＝０．０２ｍｒａｄとなる。マスクステージの移動量を１００ｍｍとした場合、両端でのずれは、２μｍ（１００ｍｍｘ０．０２／１０００）と非常に小さい値となる。したがって、マスク６上のパターンの位置移動精度が２μｍと優れた値になる。さらに、ずれた位相を補正してマスクステージを移動させることにより、マスクステージを移動させながら描画を行う場合に、成形偏向のＹの全偏向範囲を有効にスキャン幅として活用できるようになる。
【００３８】
次に、上述した縮小率測定、ステージ位相測定を組み合わせた、荷電粒子ビーム描画装置の制御方法について図６を用いて説明する。
上述した方法を用いて、縮小率ηを測定する（ステップＳ１０１）。次いで、測定された縮小率ηと目的の縮小率η０とを比較する（ステップＳ１０２）。η＝η０ではない場合、目的の縮小率が得られるようにレンズ系を調整する（ステップＳ１０３）。測定された縮小率ηがη０になったら、次のステップＳ１０４に移行する。なお、求められた縮小率が、許容誤差以内になったら次のステップＳ１０４に移行しても良い。
【００３９】
公知の手法を用いて、マスクで成形され対物レンズ系を通過した電子ビームのパターンの回転角度θｍｐを測定する（ステップＳ１０４）。回転角θｍｐの測定は、マスクステージ座標系と試料ステージ座標系との位相差に依存しない手法を用いる。回転角度θｍｐに応じてθステージ２０を駆動し、パターンの回転を補正する（ステップＳ１０５）。
【００４０】
次いで、前述した方法を用いてマスクステージ座標系に対する試料ステージ座標系の位相θを測定する（ステップＳ１０６）。
【００４１】
マスクステージを移動させる際、位相θに応じて補正して移動させる（ステップＳ１０７）。マスクパターン座標系を（Ｘｍ，Ｙｍ）、マスクステージ座標（Ｘ，Ｙ）とすると、以下の関係でマスクステージを動作させることによりマスクステージの動きを試料ステージの位相に一致させることができる。
【００４２】
ΔＸ＝ΔＸｍ×ｃｏｓθ＋ΔＹｍ×ｓｉｎθ
ΔＹ＝ΔＹｍ×ｃｏｓθ−ΔＸｍ×ｓｉｎθ
この関係でＸＹマスクステージを移動補正を行うことにより正確な位置にマスクを移動させることができる。そして、縮小率の調整、パターンの回転角度の補正、位相θに基づくマスクステージの移動補正を行うことにより、試料に正確なパターンを描画することができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、電子ビーム描画装置を例にとり説明したが、イオンビーム描画装置に適用することもできる。また、ステージ位置はレーザ干渉計により測定したが、これに限らず、ステージ座標を高精度に定めることのできるものであればよい。
【００４４】
また、電子ビームの照射位置の測定はマークスキャン方法に限らない。例えば、図７に示すように、スキャン範囲よりも小さい寸法のマークＭ上を電子ビームでスキャンして面画像の重心を求めてビーム位置を測定する方法がある。マークＭの形状は図７に示すように任意の形状でよい。このマークＭより大きな範囲Ｒをビームスキャンして面画像データを得る。その面画像データの重心を求めることによってビーム位置が得られる。その他、本発明は、そ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可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定し、マスクステージを正確に動かすことができる。
また、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差を減少させ、描画寸法誤差あるいは位置誤差の発生を抑制し得る。
また、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相測定、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差を減少させ、試料に正確なパターンを形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかわる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】図１に示す電子ビーム描画装置の一部を詳細に示す図。
【図３】図１に示す電子ビーム描画装置のマーク台の構成を示す平面図。
【図４】マスクステージ位相測定方法と対物レンズ系の縮小率測定方法の説明に用いる図。
【図５】試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を示す図。
【図６】荷電粒子ビーム描画装置の制御方法を示すフローチャート。
【図７】電子ビームの照射位置の測定方法の説明に用いる図。
【符号の説明】
１…電子銃，２…照明レンズ，３…ブランキング偏向器，４…成形アパーチャ，５…成形偏向器，６…マスク，７…対物アパーチャ，８…縮小レンズ，９…対物レンズ，１０…マーク台，１１…ＸＹ試料ステージ，１２…レンズ結像系，１３…成形像結像系，１４…Ｘステージ，１５…Ｙステージ，１７…十字マーク，１８…対物偏向器，１９…投影レンズ，２０…θステージ，２１…開口部，２２…開口部，２３…ビーム検出器，３１…レーザ位置測長器，３２…レーザ位置測長器，３３…マーク信号処理器，３４…ＣＰＵ
３５…記憶媒体
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子ビームを用いたリソグラフィ技術に係わり、特に荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法、マスクの試料面上への縮小率を測定する荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法、測定された位相及び縮小率に応じて制御を行う荷電粒子ビーム描画装置の制御方法、並びに荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、パターンの描画に荷電粒子ビーム描画装置が検討されている。
マスクパターンを試料上に縮小転写するために縮小レンズと対物レンズが用いられる。これらのレンズによりマスクパターンが縮小されるとともにパターンが磁場により回転するので試料面上に転写されるパターンの位相は、縮小率の偏向と同時に変化する。装置の設計は、回転と縮小の両方を考慮して行われ、目的の縮小率で目的の回転が行われるように設計される。しかしながら実際には装置の設計誤差、製作誤差により目的の縮小率と目的の回転が同時に存在する条件は得られない。縮小率とパターンの回転角度を測定する技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
パターンの回転ずれについては、マスクを載せている回転ステージにより補正可能であるが、マスクステージＸの移動方向とマスクステージＹの移動方向を補正する手段が無いため、試料ステージ座標系に対してマスクステージ座標系の系位相はずれたままになる。
【０００４】
マスクステージ座標系は組立誤差、設計誤差、レンズ系調整誤差のために試料ステージ座標系に対して誤差を持っていて、それを調整する手段は通常もたない。ＸＹマスクステージの位相を調整するたにはＸＹマスクステージをもう一つのθステージに取り付けなければならないが、複雑な構成になるとともに電子光学鏡筒の空いている空間が少ないため実装が困難である。目的のマスクパターンをマスクステージでビーム近傍に移動する場合、この誤差がゼロであるならば、移動位置はパターン設計値で決定できるが、これらの誤差によってパターンの正確な位置がわからないために正確な移動ができないという問題が発生している。
【０００５】
縮小率の測定方法については、マスクに設けた２つの開口部の設計距離Ｄと、その開口部で成形されたそれぞれのビーム試料面位置の距離ｄを用いて縮小率Ｍ＝ｄ／Ｄとして求めていた。しかし、開口部の製作誤差と、たわみなどのマスクの取り付け誤差が計算結果に影響を及ぼしてしまう。製作誤差が５０ｎｍ、開口部の距離が５００μｍの場合、０．０１％（５０ｎｍ／５００μｍ×１００）の誤差が生じてしまう。この縮小率を用いて３００μｍのマスクパターンをスキャン描画すると３００μｍｘ０．０１％＝３０ｎｍという大きな描画寸法誤差あるいは位置誤差が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、縮小率の測定誤差の問題、試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する方法が無いために、正確なパターンを試料に描画することが出来ないと言う問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２２３４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する方法が提案されてなく、マスクステージを正確に動かすことが難しいという問題がある。
【０００９】
また、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差が大きく、描画寸法誤差あるいは位置誤差が発生するという問題がある。
【００１０】
また、縮小率の測定誤差が大きく、且つ試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する方法が無いために、正確な正確なパターンを試料に描画することが出来ないと言う問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定し、マスクステージを正確に動かし得る荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の別の目的は、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差を減少させ、描画寸法誤差あるいは位置誤差の発生を抑制し得る荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１３】
又さらなる本発明の別の目的は、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相測定、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の測定誤差を減少させ、試料に正確なパターンを形成し得る荷電粒子ビームの制御方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【００１５】
（１）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法は、荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第２の開口位置にある前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を前記試料ステージ座標系で測定するステップと、前記第１及び第２のステージ位置、及び第１及び第２の照射位置から前記対物レンズ系の縮小率を算出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記荷電粒子ビーム描画装置の縮小率調整方法を用いて測定された縮小率に応じて、前記対物レンズ系の縮小率を調整する。
前記対物レンズ系の縮小率の算出は、前記第１及び第２のステージ位置から第１の開口位置と第２の開口位置との距離を求めるステップと、第１の照射位置と２の照射位置との距離を求めるステップと、二つの距離の比を求めるステップとを含む。
前記荷電粒子ビームの試料面上の照射位置は、マークスキャン方法で測定する。
【００１７】
（２）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法は、荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクで成形され、対物光学系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定するステップと、前記測定された回転角度に応じて前記マスクを回転させ前記パターンの回転を補正するステップと、前記補正後、前記マスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第２の開口位置にある前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記第１及び第２のステージ位置と前記第１及び第２の照射位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を算出するステップとを特徴とする。
【００１８】
上記荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法を用いて測定された位相に基づいた補正により前記マスクステージステップを移動させる。
前記位相差の算出は、前記第１及び第２のステージ位置から前記マスクステージ座標系のＸ軸と第１及び第２の開口位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、前記試料ステージ座標系のＸ軸と第１及び第２の照射位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、求められた二つの位相から前記試料ステージ座標系に対する前記マスクステージ座標系の位相差を求めるステップとを含む。
前記荷電粒子ビームの試料面上の照射位置は、マークスキャン方法で測定する。
【００１９】
（３）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置の制御方法は、荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記第１の開口位置にある前記開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第２の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して試前記料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、第１及び第２のステージ位置及び第１及び第２の照射位置から前記対物レンズ系の縮小率を求めるステップと、求められた縮小率に応じて、対物レンズ系の縮小率を調整するステップと、前記縮小率の調整後、前記マスクで成形され、対物光学系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定するステップと、前記測定された回転角度に応じて前記マスクを回転させ前記パターンの回転を補正するステップと、前記補正後、前記マスクの開口部が第３の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第３のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、第３の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第３の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、前記開口部の位置を前記第３の開口位置と異なる前記第４の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第４のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、前記第４の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第４の照射位置を前記試料ステージ座標系で測定するステップと、第３及び第４のステージ位置と第３及び第４の照射位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を求めるステップと、前記位相差に基づいた補正により前記マスクステージステップを移動させるステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
対物レンズ系の縮小率の算出は、前記第１及び第２のステージ位置から第１の開口位置と第２の開口位置との距離求めるステップと、第１の照射位置と第２の照射位置との距離を求めるステップと、二つの距離の比を求めるステップとを含む。
前記位相を求めるステップは、前記第３及び第４のステージ位置から前記マスクステージ座標系のＸ軸と二つの開口位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、前記試料ステージ座標系のＸ軸と二つの照射位置を結ぶ線分との位相差を求めるステップと、求められた二つの位相から前記試料ステージ座標系に対する前記マスクステージ座標系の位相差を求めるステップとを含む。
前記荷電粒子ビームの試料面上の照射位置は、マークスキャン方法で測定する。
【００２１】
（４）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを照射する手段と、開口を有するマスクが載置され、該マスクをマスクステージ座標系のＸＹ方向に移動させるＸＹマスクステージと、前記ＸＹマスクステージの位置を前記マスクステージ座標系で測定する手段と、前記荷電粒子ビームを偏向し、マスク面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える偏向器と、前記マスクで成形された荷電粒子ビームのパターンを縮小させて、試料に照射する対物レンズ系と、前記試料が載置され、該試料を試料ステージ座標系のＸＹ方向に移動させる試料ステージと、前記荷電粒子ビームを偏向し、試料面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える対物偏向器と、前記試料面上の前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料ステージ系で測定する手段と、前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージと、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記対物レンズ系の縮小率を測定する手段とを具備してなることを特徴とする。
【００２２】
前記マスクをマスクステージ座標系のＸＹ面内で回転させるθマスクステージと、前記対物レンズ系での前記荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定する手段と、測定された回転角度に応じて前記θマスクステージを駆動する手段と、前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージの位置と、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を測定する手段と、測定された位相差に応じて前記ＸＹマスクステージ及びθマスクステージを駆動する手段とをさらに具備してなる。
【００２３】
（５）本発明の一例に係わる荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを照射する手段と、開口を有するマスクが載置され、該マスクをマスクステージ座標系のＸＹ方向に移動させるＸＹマスクステージと、前記マスクを前記マスクステージ座標系のＸＹ面内で回転させるθマスクステージと、前記開口の位置を前記マスクステージ座標系で測定する手段と、前記荷電粒子ビームを偏向し、マスク面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える偏向器と、前記マスクで成形された荷電粒子ビームのパターンを縮小させて、試料に照射する対物レンズ系と、前記試料が載置され、該試料を試料ステージ座標系のＸＹ方向に移動させる試料ステージと、前記荷電粒子ビームを偏向し、試料面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える対物偏向器と、前記試料面上の前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料ステージ系で測定する手段と、前記対物レンズ系での前記荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定する手段と、測定された回転角度に応じて、前記θマスクステージを駆動する手段と、前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージ位置と、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する手段と、測定された位相に応じて前記ＸＹマスクステージ及びθマスクステージを駆動する手段とを具備してなることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態にかかわる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。電子銃１から放出されたビームは、照明レンズ２，投影レンズ１９、縮小レンズ（対物レンズ系）８により結像されて、最後は対物レンズ（対物レンズ系）９の主面に結像される。第１成形アパーチャ４の像はマスク６上に結像され、縮小レンズ８と対物レンズ９で試料面に成形像が結像される。
【００２６】
第１成形アパーチャ４には開口部２１が設けられている。開口部２１の寸法形状は、例えば一辺８０μｍの矩形である。電子銃１から放出された電子ビームはブランキング偏向器３によって偏向することができ、成形アパーチャ４上のビーム位置を変えることができる。
【００２７】
図２に示すように、マスク６はθステージ２０の上に取り付けられており、θステージ２０はＸステージ１４とＹステージ１５に取り付けられていてマスク６を移動させることができる。Ｘステージ１４とＹステージ１５により、マスク６はマスクステージ座標系でＸＹ方向に移動する。Ｘステージ１４とＹステージ１５の位置はレーザ位置測長器（レーザ干渉計）３１によって位置管理されている。図２に示すように、マスク６には開口部２２が設けられている。ＣＰＵ３４は、記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいてレーザ位置測長器３１の測定結果から開口部２２の位置を求める。開口部２２の寸法形状は、マスク６上での第１成形アパーチャ像寸法よりも小さい。開口部２２の寸法形状は、例えば一辺４０μｍの矩形である。第１成形アパーチャ開口部２１で成形された電子ビームは成形偏向器５によって偏向することができ、マスク６上のビーム位置を変えることができる。対物レンズ９を通過したビームは対物偏向器１８によって偏向することができる。マーク台１０はＸＹ試料ステージ１１に取り付けられていて、試料ステージ座標系でＸＹ方向に移動することが可能である。ＸＹ試料ステージ１１の位置は、レーザ位置測長器（レーザ干渉計）３２によって位置管理される。図３に示すように、マーク台１０に設けられた十字マーク１７は下地２４と異なるビーム反射をする材質で作られている。例えば下地２４はシリコン、マーク１７は金、タングステンなどの材質である。偏向器１８によってマーク台１０上のビーム位置を変えることができる。ビーム検出器２３は、マーク台１０からの反射電子、２次電子を検出する。
【００２８】
そして、マーク１７を光軸位置に移動し、対物偏向器１８で電子ビームをマーク１７上に走査し、ビーム検出器２３で検出した信号をマーク信号処理器３３に取り込んで算出したマークと電子ビーム間の距離と、レーザ位置測長器３２のステージ位置測定値とから電子ビームの照射位置を検出する機能が設けられている。これは、ＣＰＵ３４が記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいて行う。なお、図１において符号７は対物アパーチャ、符号１２はレンズ結像系、符号１３は成形像結像系である。
【００２９】
次に本実施形態のマスクステージ位相測定方法と対物レンズ系の縮小率測定方法について図４，５を用いて説明する。マスクステージ位相測定と対物レンズ系の縮小率測定は、ＣＰＵ３４が記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいて行う。また、測定結果に応じたＸ，Ｙ，θマスクステージ１４，１５，２０の制御は、ＣＰＵ３４が記憶媒体３５に格納されたプログラムに基づいて行う。
【００３０】
なお、マスクステージ位相を測定する場合、予め縮小レンズ８、対物レンズ９によるマスクパターンの回転角度θｍｐを測定する。測定結果に基づいてθステージ２０を駆動し、マスクパターンが試料面上で回転していない状態にしておく。マスクパターンの回転角度θｍｐの測定方法は、例えば特開平７−２２３４９号公報に記載されている。縮小率だけを求める場合には、回転角度θｍｐの測定は不要である。
【００３１】
マスク６上の開口部２２を成形偏向器で偏向可能な位置Ａに移動させる。開口部２２の位置Ａは、レーザ測長器によってマスクステージ座標系でＸマスクステージ１４及びＹマスクステージの位置が測定され、その測定結果から測定される。第１成形アパーチャ開口部２１で成形された電子ビームを成形偏向器５で偏向してマスク上の開口部２２に偏向する。電子ビームは開口部２２を全部覆う図４（ａ）のような位置に偏向する。開口部２２で成形された電子ビームは試料面上の図４（ｂ）の位置ａにくる。ビームの位置ａはマークスキャン方法によって試料ステージ座標系で測定する。マークスキャン方法については、文献（Ｓ． Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ： Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｖｏｌ． ３６（１９９７） ｐｐ． ７５１７−７５２２： Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｇａｉｎ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｕｓｉｎｇ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｉｎ Ｖａｒｉａｂｌｙ Ｓｈａｐｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ）または、特開平１０−２７０３３７で述べられているような方法を用いる。
【００３２】
次に、マスク６の開口部２２を位置Ｂ（図４（ａ））に移動させる。Ｘマスクステージ１４及びＹマスクステージの位置をレーザ測長器によってマスクステージ座標系で測定し、その測定結果から位置Ｂが求められる。電子ビームを成形偏向器で位置Ｂの開口部２２に偏向する。開口部２２で成形されたビームは試料面上の位置ｂ（図４（ｂ））に照射される。ビームの位置ｂは上述同様マークスキャン方法によって試料ステージ座標系で測定する。なお、二つの位置に対する電子ビームを照射は、縮小レンズ８、対物レンズ９、対物偏向器１８の設定を偏向しないで行う。
【００３３】
ここで、マスク６上の開口部の位置Ａと位置Ｂとの距離をＬとし、それぞれの試料面上のビーム位置ａと位置ｂの距離をｌとすると、縮小率η＝ｌ／Ｌで表すことができる。
【００３４】
また、位置Ａと位置Ｂを結ぶ線分とマスクステージ座標系のＸｍ軸との位相差をθ１とし、位置ａと位置ｂを結ぶ線分と試料ステージ座標系のＸ軸との位相差をθ２とすると、試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相θがθ２−θ１で表すことができる（図５）。
【００３５】
位相差θ１，θ２は、Ｘｍ軸，Ｘ軸を基準にして求めた。しかし、位相差θ１，θ２は、Ｙｍ軸，Ｙ軸を基準にして求めてもよい。また、位相差θ１，θ２は、それぞれの座標系で傾きが同じ直線を基準にして求めても良い。また、上述した説明では、開口位置Ａ，Ｂをそれぞれ求めるとした。開口部が開口位置Ａ，Ｂにある状態で、Ｘマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５の位置をレーザ測長器によって測定するだけでも良い。それぞれの開口位置でのＸマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５から二つの開口位置の位置関係を知ることが出来、位置関係から距離、位相差を求めることができる。
【００３６】
Ｘマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５の位置は精度良く求めることが可能である。本実施形態の場合、レーザ測長器によるＸマスクステージ１４及びＹマスクステージ１５の位置測定から測定されるために、１ｎｍ以下の測定精度（最近実際に使用している測長器の精度）である。よって、位置Ａと位置Ｂの距離Ｌの測定精度も１ｎｍ以下となる。距離Ｌが５００μｍの場合、従来方法の誤差５０ｎｍに対し、本発明では１ｎｍの精度での測定が可能であるため、縮小率測定誤差は０．０００２％（１ｎｍ／５００μｍ×１００）である。よって、マスク上で３００μｍのパターンを描画する場合、３００μｍｘ０．０００２×０．０１＝０．６ｎｍの線幅精度あるいは位置精度が可能となる。
【００３７】
照射位置ａと照射位置ｂの測定精度を１ｎｍ（最近の描画装置の測定精度）とし、距離を５０μｍとすると、位相の測定誤差は１／５００００ｒａｄ＝０．０２ｍｒａｄとなる。マスクステージの移動量を１００ｍｍとした場合、両端でのずれは、２μｍ（１００ｍｍｘ０．０２／１０００）と非常に小さい値となる。したがって、マスク６上のパターンの位置移動精度が２μｍと優れた値になる。さらに、ずれた位相を補正してマスクステージを移動させることにより、マスクステージを移動させながら描画を行う場合に、成形偏向のＹの全偏向範囲を有効にスキャン幅として活用できるようになる。
【００３８】
次に、上述した縮小率測定、ステージ位相測定を組み合わせた、荷電粒子ビーム描画装置の制御方法について図６を用いて説明する。
上述した方法を用いて、縮小率ηを測定する（ステップＳ１０１）。次いで、測定された縮小率ηと目的の縮小率η０とを比較する（ステップＳ１０２）。η＝η０ではない場合、目的の縮小率が得られるようにレンズ系を調整する（ステップＳ１０３）。測定された縮小率ηがη０になったら、次のステップＳ１０４に移行する。なお、求められた縮小率が、許容誤差以内になったら次のステップＳ１０４に移行しても良い。
【００３９】
公知の手法を用いて、マスクで成形され対物レンズ系を通過した電子ビームのパターンの回転角度θｍｐを測定する（ステップＳ１０４）。回転角θｍｐの測定は、マスクステージ座標系と試料ステージ座標系との位相差に依存しない手法を用いる。回転角度θｍｐに応じてθステージ２０を駆動し、パターンの回転を補正する（ステップＳ１０５）。
【００４０】
次いで、前述した方法を用いてマスクステージ座標系に対する試料ステージ座標系の位相θを測定する（ステップＳ１０６）。
【００４１】
マスクステージを移動させる際、位相θに応じて補正して移動させる（ステップＳ１０７）。マスクパターン座標系を（Ｘｍ，Ｙｍ）、マスクステージ座標（Ｘ，Ｙ）とすると、以下の関係でマスクステージを動作させることによりマスクステージの動きを試料ステージの位相に一致させることができる。
【００４２】
ΔＸ＝ΔＸｍ×ｃｏｓθ＋ΔＹｍ×ｓｉｎθ
ΔＹ＝ΔＹｍ×ｃｏｓθ−ΔＸｍ×ｓｉｎθ
この関係でＸＹマスクステージを移動補正を行うことにより正確な位置にマスクを移動させることができる。そして、縮小率の調整、パターンの回転角度の補正、位相θに基づくマスクステージの移動補正を行うことにより、試料に正確なパターンを描画することができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、電子ビーム描画装置を例にとり説明したが、イオンビーム描画装置に適用することもできる。また、ステージ位置はレーザ干渉計により測定したが、これに限らず、ステージ座標を高精度に定めることのできるものであればよい。
【００４４】
また、電子ビームの照射位置の測定はマークスキャン方法に限らない。例えば、図７に示すように、スキャン範囲よりも小さい寸法のマークＭ上を電子ビームでスキャンして面画像の重心を求めてビーム位置を測定する方法がある。マークＭの形状は図７に示すように任意の形状でよい。このマークＭより大きな範囲Ｒをビームスキャンして面画像データを得る。その面画像データの重心を求めることによってビーム位置が得られる。その他、本発明は、そ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可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定し、マスクステージを正確に動かすことができる。
また、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差を減少させ、描画寸法誤差あるいは位置誤差の発生を抑制し得る。
また、荷電粒子ビーム描画装置の試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相測定、荷電粒子ビーム描画装置の対物レンズ系の縮小率の誤差を減少させ、試料に正確なパターンを形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかわる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】図１に示す電子ビーム描画装置の一部を詳細に示す図。
【図３】図１に示す電子ビーム描画装置のマーク台の構成を示す平面図。
【図４】マスクステージ位相測定方法と対物レンズ系の縮小率測定方法の説明に用いる図。
【図５】試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を示す図。
【図６】荷電粒子ビーム描画装置の制御方法を示すフローチャート。
【図７】電子ビームの照射位置の測定方法の説明に用いる図。
【符号の説明】
１…電子銃，２…照明レンズ，３…ブランキング偏向器，４…成形アパーチャ，５…成形偏向器，６…マスク，７…対物アパーチャ，８…縮小レンズ，９…対物レンズ，１０…マーク台，１１…ＸＹ試料ステージ，１２…レンズ結像系，１３…成形像結像系，１４…Ｘステージ，１５…Ｙステージ，１７…十字マーク，１８…対物偏向器，１９…投影レンズ，２０…θステージ，２１…開口部，２２…開口部，２３…ビーム検出器，３１…レーザ位置測長器，３２…レーザ位置測長器，３３…マーク信号処理器，３４…ＣＰＵ
３５…記憶媒体
Claims (8)
- 荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第２の開口位置にある前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を前記試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記第１及び第２のステージ位置、及び第１及び第２の照射位置から前記対物レンズ系の縮小率を算出するステップとを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置の縮小率測定方法。 - 請求項１に記された荷電粒子ビーム描画装置の縮小率調整方法を用いて測定された縮小率に応じて、前記対物レンズ系の縮小率を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置の制御方法。
- 荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクで成形され、対物光学系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定するステップと、
前記測定された回転角度に応じて前記マスクを回転させ前記パターンの回転を補正するステップと、
前記補正後、前記マスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第２の開口位置にある前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記第１及び第２のステージ位置と前記第１及び第２の照射位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を算出するステップとを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法。 - 請求項３に記載された荷電粒子ビーム描画装置のステージ位相測定方法を用いて測定された位相に基づいた補正により前記マスクステージステップを移動させることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置の制御方法。
- 荷電粒子ビーム描画装置のマスクステージに載置されたマスクの開口部が第１の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第１のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第１の開口位置に位置する開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記第１の開口位置にある前記開口部で成形され、対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第１の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記開口部の位置を前記第１の開口位置と異なる前記第２の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第２のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第２の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して試前記料面上に照射された荷電粒子ビームの第２の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
第１及び第２のステージ位置及び第１及び第２の照射位置から前記対物レンズ系の縮小率を求めるステップと、
求められた縮小率に応じて、対物レンズ系の縮小率を調整するステップと、
前記縮小率の調整後、前記マスクで成形され、対物光学系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定するステップと、
前記測定された回転角度に応じて前記マスクを回転させ前記パターンの回転を補正するステップと、
前記補正後、前記マスクの開口部が第３の開口位置に位置する状態で、前記マスクステージの第３のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
第３の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して試料面上に照射された荷電粒子ビームの第３の照射位置を試料ステージ座標系で測定するステップと、
前記開口部の位置を前記第３の開口位置と異なる前記第４の開口位置に移動させ、前記マスクステージの第４のステージ位置をマスクステージ座標系で測定するステップと、
前記第４の開口位置に位置する前記開口部で成形され、前記対物レンズ系を介して前記試料面上に照射された荷電粒子ビームの第４の照射位置を前記試料ステージ座標系で測定するステップと、
第３及び第４のステージ位置と第３及び第４の照射位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を求めるステップと、
前記位相差に基づいた補正により前記マスクステージステップを移動させるステップとを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置の制御方法。 - 荷電粒子ビームを照射する手段と、
開口を有するマスクが載置され、該マスクをマスクステージ座標系のＸＹ方向に移動させるＸＹマスクステージと、
前記ＸＹマスクステージの位置を前記マスクステージ座標系で測定する手段と、
前記荷電粒子ビームを偏向し、マスク面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える偏向器と、
前記マスクで成形された荷電粒子ビームのパターンを縮小させて、試料に照射する対物レンズ系と、
前記試料が載置され、該試料を試料ステージ座標系のＸＹ方向に移動させる試料ステージと、
前記荷電粒子ビームを偏向し、試料面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える対物偏向器と、
前記試料面上の前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料ステージ系で測定する手段と、
前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージと、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記対物レンズ系の縮小率を測定する手段とを具備してなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。 - 前記マスクをマスクステージ座標系のＸＹ面内で回転させるθマスクステージと、
前記対物レンズ系での前記荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定する手段と、
測定された回転角度に応じて前記θマスクステージを駆動する手段と、
前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージの位置と、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記試料ステージ座標系と前記マスクステージ座標系との位相差を測定する手段と、
測定された位相差に応じて前記ＸＹマスクステージ及びθマスクステージを駆動する手段と
をさらに具備してなることを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム描画装置。 - 荷電粒子ビームを照射する手段と、
開口を有するマスクが載置され、該マスクをマスクステージ座標系のＸＹ方向に移動させるＸＹマスクステージと、
前記マスクを前記マスクステージ座標系のＸＹ面内で回転させるθマスクステージと、
前記開口の位置を前記マスクステージ座標系で測定する手段と、
前記荷電粒子ビームを偏向し、マスク面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える偏向器と、
前記マスクで成形された荷電粒子ビームのパターンを縮小させて、試料に照射する対物レンズ系と、
前記試料が載置され、該試料を試料ステージ座標系のＸＹ方向に移動させる試料ステージと、
前記荷電粒子ビームを偏向し、試料面上の前記荷電粒子ビームの位置を変える対物偏向器と、
前記試料面上の前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料ステージ系で測定する手段と、
前記対物レンズ系での前記荷電粒子ビームのパターンの回転角度を測定する手段と、
測定された回転角度に応じて、前記θマスクステージを駆動する手段と、
前記ＸＹマスクステージを駆動して前記マスクの開口部を異なる２カ所の開口位置に移動させ、それぞれの開口位置で測定されたＸＹマスクステージ位置と、それぞれの前記開口位置の前記開口部で成形された荷電粒子ビームの試料面上の位置とから前記試料ステージ座標系に対するマスクステージ座標系の位相を測定する手段と、
測定された位相に応じて前記ＸＹマスクステージ及びθマスクステージを駆動する手段と
を具備してなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
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