JP2005197337A - 荷電粒子線露光方法及び荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明ビームの位置、回転、倍率、直交度、焦点、非点収差、ボケなどを、サブフィールド毎に高精度で測定し、調整できる荷電粒子露光装置及び露光方法を提供する。
【解決手段】 レチクルステージ上に、照明ビームの像ＩＢ´の各辺に沿うような矩形のマーク（照明ビーム校正マーク）１０１が形成されたマークプレート１１を設ける。照明ビームと校正マーク１０１とを相対的に走査（スキャン）し、その際に、ビームとマークの重なり合いによって生じる物理現象を検知して得られた信号、あるいは、その１階微分信号、あるいは、２階微分信号から、照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差の内のいずれか１以上を測定する。測定した結果に基づいて照明ビームを調整する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに使用される、電子線やイオンビームを用いた荷電粒子線露光方法及び装置に関する。

近年、露光の高解像度化と高スループットの両方を兼ね備えた電子線露光の方式の検討が進められている。これらの目的を実現するために、従来検討されてきた方式が一括転写方式である。一括転写方式とは、１ダイ又は複数ダイを一度に露光する方式をいう。しかしながら、この方式では、転写すべきパターンが形成された原版となるレチクルの製作が困難であるという問題がある。また、１ダイ以上という大きな光学フィールドを照明することになるので、所望の露光精度が得られるほどに収差を抑えるのが難しい。このため、最近では、一括転写方式の露光装置の検討は行われなくなってきている。

一括転写方式に代わって検討されているのが、分割転写方式である。分割転写方式においては、感応基板（ウェハ）上に転写するデバイスパターンが数百μｍ角程度の複数の小領域（サブフィールド）に分割されてレチクル（マスク）上に形成される。そして、サブフィールド毎に露光し、これらのサブフィールドの像がウェハ上で繋ぎ合わされるように転写する。この際、ウェハ上に結像されるサブフィールドの像の焦点やフィールドの歪み等の収差を補正しながら露光する。これにより、一括転写方式に比べて、光学的に広い領域を、高い解像度で精度よく露光することができる。

上述のように、分割転写方式においては照明ビームをサブフィールド毎に照明するが、この際、サブフィールド毎に、照明ビームの位置、倍率、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差を完全に調整するのはむずかしい。また、照明ビームのレチクル面上での偏向に伴う収差のために、偏向位置によって照明ビームの位置、倍率、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差の現れ方が変わる。このような照明ビームの性状は、極力調整されるものの、特に照明ビームの周辺部では完全には調整しきれない。

そこで、レチクルのサブフィールドの周囲に、照明ビームの周辺部が当たるマージン領域（スカート）を設け、この領域にはパターンを形成しないようにしている（詳しくは図４を参照して説明する）。そして、ウェハ上では、投影光学系の偏向器によりサブフィールド毎のスカートの領域を詰めて、サブフィールド同士がつながるようにして露光する（詳しくは図５を参照して説明する）。このスカートの大きさを大きくすると、照明ビームの周辺部を高精度に調整する必要がなくなるが、その分レチクル全体の大きさが大きくなる。レチクルが大きくなると、投影光学系の偏向器による偏向幅が大きくなり、光学性能を低下させてしまう。したがって、スカートは必要最低限の大きさとする必要がある。

このため、照明ビームの位置、回転、倍率、直交度、焦点、非点収差、ボケなどをサブフィールド毎に調整することが必要となるが、現在のところ、これらを測定する適当な方法は提案されていない。

上記の点に鑑み、本発明は、レチクル面上での偏向に伴って変化する分も含めた照明ビームの位置、回転、倍率、直交度、焦点、非点収差、ボケなどを、サブフィールド毎に高精度で測定し、調整できる荷電粒子露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子線露光方法は、 感応基板上に転写すべきデバイスパターンを複数の小領域（サブフィールド）に分割して原版（マスク、レチクル）上に形成し、 ここで、サブフィールドの周辺にはパターンのないマージン領域（スカート）を設けておき、 前記サブフィールド毎に荷電粒子線束（照明ビーム）で、該照明ビームの周辺部が前記スカートにかかるように照明し、 各サブフィールドを通過した荷電粒子線束（パターンビーム）を前記感応基板上に投影結像させ、 該感応基板上で各サブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光方法であって、 前記原版又はそれを載置する原版ステージ上に、前記照明ビームの各辺に沿うような矩形のマーク（照明ビーム校正マーク）を設けておき、 前記照明ビームと前記校正マークとを相対的に走査（スキャン）し、 その際に、前記ビームと前記マークの重なり合いによって生じる物理現象を検知して信号を得、 該信号から、前記照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差の内のいずれか１以上を測定し、 測定した結果に基づいて前記照明ビームを調整することを特徴とする。

照明ビームと照明ビーム校正マークとを相対的に走査（スキャン）して、ビームとマークの重なり合いによって生じる物理現象を検知して得られた信号、あるいは、その１階微分信号、あるいは、２階微分信号から、照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差などを知ることができる。そして、このようなマークを多数列状に配置しておくか、マークを機械的に移動させれば、各サブフィールドにおける照明ビームの特性を知ることができる。

本発明においては、 前記物理現象が、前記照明ビームの結像面における反射電子又は反射イオンの発生、又は、前記照明ビームの結像面における吸収電流、又は、前記マークにおける吸収電流とできる。この場合、比較的簡単な構成で、ビームとマークの重なり合いを求めることができる。

本発明においては、 前記マークが、前記照明ビームの各隅において、該隅で交わる各辺の外側に１個ずつ配置されていることが好ましい。
特には、前記マークが、前記照明ビームの隅において、該隅を挟むように２つ配置されていることとすれば、照明ビームの回転の検出に適している。

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デバイスパターンを複数の小領域（サブフィールド）に分割して形成された原版（マスク、レチクル）を荷電粒子線束（照明ビーム）で照明し、該原版を通過した荷電粒子線束（パターンビーム）を感応基板上に照射して、該原版上のパターンを該感応基板上に転写する荷電粒子線投影露光装置であって、 前記原版を載置する原版ステージと、 ここで、該原版ステージ又は原版上に、前記照明ビームの各辺に沿うような矩形のマーク（照明ビーム校正マーク）が設けられており、 前記照明ビームを前記サブフィールド毎に照明する照明光学系と、 前記パターンビームを前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、 前記照明ビームと前記校正マークとを相対的に走査（スキャン）した際に、前記ビームと前記マークの重なり合いによって生じる物理現象を検知する手段と、 該検知手段から得られた信号に基づいて、前記照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差の内の１以上を調整する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明においては、 前記照明光学系が、３段の空芯コイルからなる補正レンズを有することとすれば、照明ビームの回転、倍率、焦点を調整することができる。
また、 前記照明光学系が、非点収差補正器を有することとすれば、照明ビームの非点収差を調整することができる。

本発明の他の荷電粒子線露光装置は、 感応基板上に転写すべきデバイスパターンを複数の小領域（サブフィールド）に分割して形成された原版（マスク、レチクル）を荷電粒子線束（照明ビーム）で照明し、該原版を通過した荷電粒子線束（パターンビーム）を感応基板上に照射して、該原版上のパターンを該感応基板上に転写する荷電粒子線投影露光装置であって、 前記原版を載置する原版ステージと、 ここで、該原版ステージ又は原版上に、前記照明ビームの各隅において、該隅で交わる各辺の外側に１個ずつ配置されたマーク（照明ビーム校正マーク）が設けられており、 前記照明ビームを前記サブフィールド毎に照明する照明光学系と、 前記パターンビームを前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、 前記照明ビームと前記校正マークとを相対的に走査（スキャン）した際に、前記ビームと前記マークの重なり合いによって生じる物理現象を検知する手段と、 該検知手段から得られた信号に基づいて、前記照明ビームの回転を調整する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、非点収差を高精度で測定することができる。そして、この測定結果を用いて、照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、非点収差などを調整できる。このため、レチクルのスカートの大きさを必要最低限の大きさとしても、パターン転写精度の高い露光が可能になる。

発明を実施するための形態

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。
図１は、本発明の実施の形態に係る電子線投影露光装置（分割転写方式）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（照明ビーム）を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、照明ビームは、これら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。

二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口（照明ビーム成形開口）４が備えられている。この矩形開口４は、レチクル（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によってレチクル１０に結像される。

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。この偏向器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、ビームがレチクル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Ｘ方向に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル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、レチクル１０上に照明ビームを結像させる。

さらに、矩形開口４とレチクル１０との間には、３段の空芯コイルからなる補正レンズ９１と、２段の非点収差補正器９３が配置されている（詳細後述）。

レチクル１０は、光軸に垂直な平面（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する。レチクル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デバイスパターンが形成されている。なお、１つのチップをなすデバイスパターンは、複数のレチクル上に分割して配置しても良い。

レチクル１０は移動可能なレチクルステージ１１上に保持されている。このレチクルステージ１１をＸ−Ｙ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、レチクル上の各サブフィールドを照明することができる。レチクルステージ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、レチクルステージ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。

レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに偏向器１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線（投影ビーム）は、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、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。

レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する位置には、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、コントラスト開口１８が設けられている。この開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された投影ビームがウェハ２３に到達しないよう遮断する。

ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、Ｘ方向及びＹ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。上記のレチクルステージ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、光学系の視野を越えて広がるデバイスパターンを順次露光、転写することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。

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。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過した投影ビームでウェハ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、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ることができる。

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、レチクルステージ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。

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、レチクル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、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。

補正レンズ９１と非点収差補正器９３について説明する。
図２は、補正レンズの構成の一例を説明する図である。
補正レンズ９１は、各コイルに供給する電流量と電流の向きを変えることによって、焦点、回転、倍率のいずれかを変化させることができる。図２に示すように、補正レンズ９１の各空芯コイル９１−１、９１−２、９１−３には、制御電源９５−１、９５−２、９５−３が接続されている。各制御電源には、制御部９７を介して、焦点補正量Ｉ１、回転補正量Ｉ２、倍率補正量Ｉ３が与えられる。制御部９７では、これらの補正量に応じて補正磁場を作る各コイルに与える電流量を計算する。そして、各制御電源を駆動して、焦点補正量、回転補正量、倍率補正量に応じた電流を各コイルに流す。

図３は、非点収差補正器の構成の一例を示す図である。
各非点収差補正器９３は、２組の４極子コイル９３−１〜４、９３−５〜８を有する。各組のコイルは、その軸心が光軸（Ｚ軸）を向くように、互いに４５°の角度で交互に配置されている。一方のコイル９３−１〜４は電源９９−１で駆動され、他方のコイル９３−５〜８は電源９９−２で駆動される。

例えば、図３（Ｂ）に示すように、一方のコイル９３−１〜４が電源９９−１で駆動されて、図のような磁力線（矢印付き実線）が形成されると、この磁力線によって、光軸付近では、紙面の上から下に抜ける電子線は、図の白抜き矢印の方向へ力を受け、その方向に偏向される。また、他方のコイル９３−５〜８においても同様に作用する。そして、各コイルに供給する電流の量と方向を制御することにより、様々な方向の非点収差を補正できる。

このような非点収差補正器を２段に設けることにより、１段目の補正器で調整したことによりビームエッジに発生した非点収差を、２段目の補正器で補正することができる。

次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるレチクルの詳細例について、図４を参照しつつ説明する。
図４は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。図４（Ａ）は全体の平面図であり、図４（Ｂ）は一部の斜視図であり、図４（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。

図４（Ａ）に示すレチクル１０には、デバイスパターンが分割されて形成されている。同図中に多数の正方形４１は、各々一つのサブフィールドに対応したデバイスパターンを含む小メンブレン領域である。小メンブレン領域は、例えば、厚さが０．１μｍ〜数μｍで、一辺の長さが１．０５ｍｍの正方形状のシリコンメンブレンである。

図４（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート）４３とからなる。小メンブレン領域４１の寸法は、一辺が１．０５ｍｍの正方形で、サブフィールド４２の一辺の長さは１ｍｍ、スカート４３の幅は０．０５ｍｍである。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレンに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。

投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールド４２がウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角となる。

小メンブレン領域４１の周囲格子状の部分は、マイナーストラット４５である。マイナーストラット４５は、レチクルの機械強度を保つための梁であり、例えば、厚さが０．５〜１ｍｍ程度、幅は、０．１ｍｍ程度である。マイナーストラット４５は熱伝導性を有し、電子線の照射によりシリコンメンブレンに生じた熱を逃がす役割を果たす。なお、小メンブレン領域４１はストラットに囲まれて凹状になっている。

図４（Ａ）に示すように、Ｘ方向に多数の小メンブレン領域４１が並んで、一つのグループ（エレクトリカルストライプ）４４を形成している。そして、エレクトリカルストライプ４４がＹ方向に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は、光学系の偏向によってカバー可能な視野の広さによって制限される。

メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に複数（この例では２つ）並んでいる。隣り合うメカニカルストライプ４９の間の部分は、メジャーストラット４７である。メジャーストラットは、マイナーストラットよりもやや太い梁で、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。メジャーストラット４５とマイナーストラット４７は一体となっている。

現在有力と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライプ４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。

図５は、レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
この図では、レチクル１０上のメカニカルストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４の左隅のサブフィールド４２−１が、上方からの照明ビームＩＢで照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズ１５、１９と偏向器１６の作用によりウェハ２３上の所定の領域５２−１に縮小投影されている。
パターンビームＰＢは、レチクル１０とウェハ２３の間で、２段の投影レンズの作用により、光軸ＯＡと平行な方向から光軸ＯＡと交差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。

エレクトリカルストライプ４４内の各サブフィールド４２は、上述のように電子線の偏向によって順次露光される。そして、マスクステージ１１とウェハステージ２４を縮小比に従った速度でＹ方向に連続ステージ走査させる。１つのエレクトリカルストライプ４４の露光が終了すると、次のエレクトリカルストライプ４４（ストライプ４９内のＹ方向の列）を露光する。こうして、ストライプ４９内の全てのサブフィールド４２を露光する。このように、１つのメカニカルストライプ４９は１回のステージ走査で露光される。

次に、照明ビームの位置、回転、倍率、直交度、焦点、非点収差、ボケなどを調整する方法について説明する。
まず、照明ビームの位置を調整する方法について説明する。
図６（Ａ）は、図１の電子線露光装置のレチクルステージの一部（マークプレート部）を示す平面図、図６（Ｂ）はその断面図、図６（Ｃ）は照明ビームでマークを走査する様子を説明する図である。
図６（Ａ）に示すように、レチクルステージ１１のマークプレート１１´には、照明ビーム校正マーク１０１が形成されている。照明ビーム校正マーク１０１は、Ｙ方向（図の縦方向）に延びる２つの矩形のマーク１０１Ａ、１０１Ｂと、Ｘ方向（図の横方向）に延びる２つの矩形のマーク１０１Ｃ、１０１Ｄからなる。各マーク１０１は正方形の各辺に沿うように配置されている。各マーク１０１は、この例では、レチクルステージ１１に装着されたマークプレート１１´に開けられた孔である。各マーク１０１は、成形開口４（図１参照）で矩形に成形されてレチクルステージ１１上に結像した照明ビームの像ＩＢ´（図６（Ａ）のシャドウで示されている正方形の領域）の各辺の外側に、各辺と略平行となるように配置される。

照明ビームは、上述のように、レチクルステージ上における像ＩＢ´がおよそ１．０５ｍｍ角となるように矩形開口４で成形されているので、照明ビーム校正マーク１０１の各Ｙ方向マーク１０１Ａ、１０１Ｂ間の距離、各Ｘ方向マーク１０１Ｃ、１０１Ｄ間の距離は、１．０５ｍｍよりもやや広い。また、各マーク１０１の長さは、照明ビームの像ＩＢ´の各辺の長さより長い。

マーク部の断面構造は、図６（Ｂ）に示すように、１つの小メンブレン領域４１´の端の部分に、ステンシルタイプのマーク１０１が形成されたものである。小メンブレン領域４１´の大きさは、照明ビームの像ＩＢ´の大きさにマーク１０１の大きさを足した寸法以上であるので、パターンが形成される一般の小メンブレン領域４１の大きさよりも大きい。
また、照明ビーム校正マーク１０１をレチクル１０に形成してもよい。

一方、ウェハステージ２４上には、図１に示すように重金属板２３１が配置されている。重金属としては、タンタルやタングステンを使用できる。重金属板２３１の寸法は、照明ビーム校正マーク１０１の１つを通過した投影ビーム（図１の符号ＰＢ）がウェハステージ２４上で結像した像の大きさよりも大きい。この重金属板２３１の上方に、反射電子検出器２２が配置されている。

図７は、照明ビームを調整する際の電子線露光装置の結像関係を模式的に示す図である。
最初に、照明ビーム校正マーク１０１を、同マークの中心位置が、あるサブフィールド位置の中心位置となるようにレチクルステージ１１を移動させる。次に、照明ビームＩＢを、偏向器８を用いて同サブフィールドに偏向させ、照明ビーム校正マーク１０１で囲まれた部分に照射する。そして、図６（Ｃ）にも示すように、同偏向器８で、照明ビームＩＢを、照明ビーム校正マークの１つ１０１Ｂを横切るようにＸ方向に走査する。
なお、この例では、照明ビームＩＢを偏向器８で偏向させて走査したが、レチクルステージ１１を−Ｘ方向に移動させてもよい。

マーク１０１Ｂを通過した投影ビームＰＢは、投影光学系の偏向器１６で偏向されて、ウェハステージ２４上の重金属板２３１に結像する。重金属板２３１で反射されたビームは、反射電子検出器２２で検出される。

次に、反射電子検出器２２の検出値から、照明ビームの位置、直交度、ボケ（回転誤差含む）を求める方法及び調整方法について説明する。
図８（Ａ）は、反射電子検出器の検出信号を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、反射電子検出信号の１階微分信号を示すグラフ、図８（Ｃ）は反射電子検出信号の２階微分信号を示すグラフである。各グラフの横軸は、レチクル上での照明ビームの走査距離を表し、縦軸は反射電子検出信号の強度を表す。
図９は、照明ビームの位置と直交度を求める方法を示す図である。

図８（Ａ）に示すように、照明ビームＩＢがマーク１０１で囲まれた部分（非孔開き部）を走査している間は信号は検出されないが、照明ビームＩＢがマーク１０１Ｂにかかるに従って、反射電子が検出され始める。そして、マーク１０１Ｂ上を照明ビームＩＢが通過する間は、ほぼ一定の信号が得られる。

図８（Ｂ）に示すように、反射電子検出信号の１階微分信号は、ピークを持つグラフであり、この信号強度の立ち上がりの１２％の位置Ｐ１から８８％の位置Ｐ２までの走査距離がボケを表す。

また、図８（Ｃ）に示すように、反射電子検出信号の２階微分信号は、＋と−に各々ピークを持つグラフである。２階微分信号が横軸と交わる点Ｐ３が、照明ビームの像ＩＢ´の＋Ｘ方向側の辺の位置を表す。

以上の測定を全ての照明ビーム校正マーク１０１で行うと、図９（Ａ）に示すように、照明ビームの像ＩＢ´が初期位置から各マーク１０１まで移動した距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄがわかる。そしてこれらの距離から、このサブフィールドにおける照明ビームの像ＩＢ´の位置関係がわかる。位置がずれていた場合は、レチクルステージ座標をＸ方向又はＹ方向にオフセットさせて調整する。

また、この測定により、照明ビームの直交度も判る。図９（Ｂ）に示すように直交度がずれていると、像ＩＢ´をＸ方向に走査した場合と、Ｙ方向に走査した場合では、反射電子検出器からの信号（図８（Ａ）参照）の現れ方が異なる。例えば、図９（Ｂ）のように直交度がずれて、マーク１０１Ｃ、１０１０Ｄに対する像ＩＢ´の上下の辺の傾きが、マーク１０１Ａ、１０１Ｂに対する左右の辺の傾きよりも大きくなっていると、Ｙ方向に走査した場合に、Ｘ方向に走査した場合よりも、反射電子検出信号の立ち上がりの傾きが小さくなる。
直交度の調整は非点収差補正器９３（図３参照）によって上述の方法により補正する。

また、上述の方法で全ての照明ビーム校正マーク１０１のボケを測定することにより、照明ビームＩＢのボケを求めることができる。この方法によって計測されたボケは回転誤差を含むものであり、両者を分離することはできない。照明ビームＩＢの各辺でボケの値が許容範囲内であれば、ボケや回転誤差はないものと判断できる。しかし、各辺で差があれば、ボケや回転誤差があるものとして調整が必要になる。

ボケや回転誤差の調整は、空芯コイル補正レンズ９１（図２参照）を用いて行う。この空芯コイル補正レンズ９１は、上述のように３段のレンズからなり、各レンズへ供給する電流量や電流の向きを変えることによって焦点、回転、倍率のいずれかが変化する。そこで、電流量や電流の向きを変えて回転と焦点を変えながらボケの測定を行い、ボケの値が最小となる条件を見出す。これにより、ボケと回転を最適化できる。

次に、倍率を求める方法について説明する。
図１０（Ａ）は、倍率を求める方法を説明する図であり、図１０（Ｂ）は、反射電子検出信号を示すグラフである。グラフの横軸は走査距離、縦軸は検出信号の強度を示す。
Ｘ方向の倍率を求める際は、図１０（Ａ）に示すように、照明ビームＩＢで、Ｙ方向に延びる２つのマーク１０１Ａ、１０１Ｂを連続して走査する。すると、図１０（Ｂ）に示すような検出信号が得られる。まず、−Ｘ方向側に配置されているＹ方向マーク１０１Ａを照明ビームＩＢが通過する間は信号が検出されるが、同マークを通過し終わって非孔開き部に達すると、信号は検出されなくなる。そして、照明ビームＩＢは、＋Ｘ方向側のＹ方向マーク１０１Ｂを通過し始め、再度信号が検出される。このように、幅のある谷をもつ信号が得られる。

このグラフにおいて、ある閾値Ｔｈにおける走査距離Ｐ１とＰ２との間の距離が、照明ビームの像ＩＢ´のＸ方向の長さを表す。同様に、Ｘ方向に延びる２つのマーク１０１Ｃ、１０１ＤをＹ方向に走査して信号を検出することにより、照明ビームの像ＩＢ´のＹ方向の長さを求める。これらの長さから照明ビームＩＢの倍率を求めることができる。

倍率の補正も空芯コイル補正レンズ９１を用いて行う。同レンズ９１の各レンズへ供給する電流量や電流の向きを変えて倍率を変えながら測定を行い、測定された倍率の値が適正な値となる条件を見出す。これにより、倍率を最適化できる。

なお、非点収差は、上述の直交度やボケに関連するものであり、直交度やボケを調整する際に、非点収差補正器９１を用いて補正することができる。

以上の例では、重金属板２３１で反射した電子を反射電子検出器２２で検出する方法について説明したが、他の方法でビームの電流量を計測する方法について説明する。
図１１は、ビーム電流量を計測する他の方法を模式的に示す図である。
図１１（Ａ）に示す方法は、重金属板２３１の代わりに、ウェハステージ２４上に、導電性の板２４１（例えば、金製）を設置する方法である。導電性板２４１は、絶縁層２４３（例えば、酸化シリコン）によってウェハステージ２４とは絶縁されて設置される。導電性板２４１は、電流計２４５に接続しており、導電性板２４１に結像した投影ビームＰＢの電流量は電流計２４５で計測される。

図１１（Ｂ）では、レチクルステージ１１に形成した照明ビーム校正マークを、孔ではなく、導電性の材料で作製されたマーク３０１とする。各マークは、図１１（Ａ）に示す導電性の板２４１と同様に、絶縁層を介してレチクルステージ１１上に設置される。そして、各マーク３０１を電流計３０３に接続し、各マークに照射された照明ビームＩＢの電流量を計測する。

このようなマークを多数列状に配置しておくか、マークを各サブフィールド位置に機械的に移動させることにより、各サブフィールドにおける照明ビームの特性（位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差など）を知ることができる。そして、各サブフィールド位置でこれらを高精度で測定し、上述の方法で調整する。

次に、照明ビームの回転を計測する他の方法について説明する。
図１２は、回転を計測する他の方法を説明する図である。
この方法では、照明ビーム校正マーク４０１を、照明ビームの像ＩＢ´の各隅のやや外側に２つずつ、各隅を挟むように配置する。各隅において、各マーク４０１は隅で交わる各辺の外側に配置されている。マークは、各辺と同じ方向に延びる、やや短い矩形形状で、例えば、導電性板で作製される。図１２（Ｂ）に示すように、各マーク４０１は、上述の方法と同様に、絶縁層４１１を介してレチクルステージ１１上に設置されている。各マーク４０１は、各々電流計４１３に接続している。
なお、各マーク４０１と像ＩＢ´との間隔はできるだけ狭いほうが好ましい。

照明ビームが正常位置の場合は、像ＩＢ´は各マークで囲まれた領域内に照射されるため、ビームがいずれかのマーク４０１を照明することはなく、電流は計測されない。しかし、図の破線で示すように、像ＩＢ´が回転していれば、像ＩＢ´は、マーク４０１Ａ２、４０１Ｃ１、４０１Ｂ１、４０１Ｄ２を照明し、これらのマークの電流が先に検出される。これにより、像ＩＢ´の回転を知ることができる。

本発明の実施の形態に係る電子線投影露光装置（分割転写方式）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。 補正レンズの構成の一例を説明する図である。 非点収差補正器の構成の一例を示す図である。 電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。図４（Ａ）は全体の平面図であり、図４（Ｂ）は一部の斜視図であり、図４（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。 レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。 図６（Ａ）は、図１の電子線露光装置のレチクルステージの一部（マークプレート部）を示す平面図、図６（Ｂ）はその断面図、図６（Ｃ）は照明ビームでマークを走査する様子を説明する図である。 照明ビームを調整する際の電子線露光装置の結像関係を模式的に示す図である。 図８（Ａ）は、反射電子検出器の検出信号を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、反射電子検出信号の１階微分信号を示すグラフ、図８（Ｃ）は反射電子検出信号の２階微分信号を示すグラフである。 照明ビームの位置と直交度を求める方法を示す図である。 図１０（Ａ）は、倍率を求める方法を説明する図であり、図１０（Ｂ）は、反射電子検出信号を示すグラフである。 ビーム電流量を計測する他の方法を模式的に示す図である。 回転を計測する他の方法を説明する図である。

符号の説明

１ 電子銃 ２、３ コンデンサレンズ
４ 成形開口 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 レチクル
１１ レチクルステージ 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 小メンブレン領域 ４２ サブフィールド
４３ スカート ４４ エレクトリカルストライプ
４５ マイナーストラット ４７ メジャーストラット
４９ メカニカルストライプ ５２ 領域
９１ 補正レンズ ９３ 非点収差補正器
９５ 制御電源 ９７ 制御部
９９ 電源
１０１、３０１、４０１ 照明ビーム校正マーク
２３１ 重金属板 ２４１ 導電性板
２４３ 絶縁層 ２４５ 電流計
３０３ 電流計 ４１１ 絶縁層
４１３ 電流計

Claims (10)

1. 感応基板上に転写すべきデバイスパターンを複数の小領域（サブフィールド）に分割して原版（マスク、レチクル）上に形成し、
   ここで、サブフィールドの周辺にはパターンのないマージン領域（スカート）を設けておき、
   前記サブフィールド毎に荷電粒子線束（照明ビーム）で、該照明ビームの周辺部が前記スカートにかかるように照明し、
   各サブフィールドを通過した荷電粒子線束（パターンビーム）を前記感応基板上に投影結像させ、
   該感応基板上で各サブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光方法であって、
   前記原版又はそれを載置する原版ステージ上に、前記照明ビームの各辺に沿うような矩形のマーク（照明ビーム校正マーク）を設けておき、
   前記照明ビームと前記校正マークとを相対的に走査（スキャン）し、
   その際に、前記ビームと前記マークの重なり合いによって生じる物理現象を検知して信号を得、
   該信号から、前記照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差の内のいずれか１以上を測定し、
   測定した結果に基づいて前記照明ビームを調整することを特徴とする荷電粒子線露光方法。
2. 前記物理現象が、前記照明ビームの結像面における反射電子又は反射イオンであることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光方法。
3. 前記物理現象が、前記照明ビームの結像面における吸収電流であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光方法。
4. 前記物理現象が、前記マークにおける吸収電流であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光方法。
5. 前記マークが、前記照明ビームの各隅において、該隅で交わる各辺の外側に１個ずつ配置されていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光方法。
6. 前記マークが、前記照明ビームの隅において、該隅を挟むように２つ配置されていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光装置。
7. 感応基板上に転写すべきデバイスパターンを複数の小領域（サブフィールド）に分割して形成された原版（マスク、レチクル）を荷電粒子線束（照明ビーム）で照明し、該原版を通過した荷電粒子線束（パターンビーム）を感応基板上に照射して、該原版上のパターンを該感応基板上に転写する荷電粒子線投影露光装置であって、
   前記原版を載置する原版ステージと、
   ここで、該原版ステージ又は原版上に、前記照明ビームの各辺に沿うような矩形のマーク（照明ビーム校正マーク）が設けられており、
   前記照明ビームを前記サブフィールド毎に照明する照明光学系と、
   前記パターンビームを前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、
   前記照明ビームと前記校正マークとを相対的に走査（スキャン）した際に、前記ビームと前記マークの重なり合いによって生じる物理現象を検知する手段と、
   該検知手段から得られた信号に基づいて、前記照明ビームの位置、回転、直交度、焦点、ボケ、非点収差の内の１以上を調整する手段と、
   を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
8. 前記照明光学系が、３段の空芯コイルからなる補正レンズを有することを特徴とする請求項７記載の荷電粒子線露光装置。
9. 前記照明光学系が、非点収差補正器を有することを特徴とする請求項７又は８記載の荷電粒子線露光装置。
10. 感応基板上に転写すべきデバイスパターンを複数の小領域（サブフィールド）に分割して形成された原版（マスク、レチクル）を荷電粒子線束（照明ビーム）で照明し、該原版を通過した荷電粒子線束（パターンビーム）を感応基板上に照射して、該原版上のパターンを該感応基板上に転写する荷電粒子線投影露光装置であって、
    前記原版を載置する原版ステージと、
    ここで、該原版ステージ又は原版上に、前記照明ビームの各隅において、該隅で交わる各辺の外側に１個ずつ配置されたマーク（照明ビーム校正マーク）が設けられており、
    前記照明ビームを前記サブフィールド毎に照明する照明光学系と、
    前記パターンビームを前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、
    前記照明ビームと前記校正マークとを相対的に走査（スキャン）した際に、前記ビームと前記マークの重なり合いによって生じる物理現象を検知する手段と、
    該検知手段から得られた信号に基づいて、前記照明ビームの回転を調整する手段と、
    を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。

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