JP2006210503A - 収差調整方法、デバイス製造方法及び荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置における荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することできる収差調整方法を提供する。
【解決手段】露光装置における荷電粒子線光学系の収差量を測定し、荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御する制御量を各々変化させ、収差測定ステップを実行させて収差量の変化量を求め、各々の制御量の収差敏感度を求め（ステップ１−６）、荷電粒子線光学系の収差量を所望の収差量にするために、荷電粒子線光学系の収差量と各々の制御量の収差敏感度とに基づいて、前記制御量を決定する（ステップ７−１７）。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、荷電粒子線光学系用収差測定器および該収差測定器を備え、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置、イオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法及びこの収差調整方法が適用されるデバイス製造方法及びこの収差調整方法が適用される荷電粒子線露光装置及びこの荷電粒子線露光装置が適用されるデバイス製造方法に関するものである。

従来、電子ビーム露光装置には、従来、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型の装置がある。
ポイントビーム型の電子ビーム露光装置では単一の電子ビーム１００を用いて描画するためスループットが低いので、研究開発用にしか使用されていない。可変矩形ビーム型の電子ビーム露光装置では、ポイント型と比べるとスループットが１〜２桁高いが、基本的には単一の電子ビーム１００を用いて描画するため０．１μｍ程度の微細なパターンが高集積度で詰まったパターンを露光する場合などではやはりスループットの点で問題が多い。
この問題点を解決する装置として、描画するパターンをステンシルマスクにパターン透過孔として形成し、ステンシルマスクを電子ビーム１００で照明することにより、縮小電子光学系を介して描画するパターンを試料面に転写するステンシルマスク型の電子ビーム露光装置がある。また、複数の開口を有する基板を電子ビーム１００で照明し、複数の開口からの複数の電子ビーム１００を縮小電子光学系を介して試料面に照射し、その複数の電子ビーム１００を偏向させて試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じて複数の電子ビーム１００を個別にｏｎ／ｏｆｆしてパターンを描画するマルチ電子ビーム１００型露光装置がある。双方とも一度に露光する面積すなわち露光面積が従来にくらべ広い為スループットがより改善できるという特徴がある。

ステンシルマスク型の電子ビーム露光装置およびマルチ電子ビーム１００型露光装置の縮小電子光学系は、従来に比べ広くなった露光領域全域で収差をバランスよく抑えるように調整する必要がある。その為には、露光領域全域内の各像高における、球面、コマ、非点、位置ずれ、フォーカス位置等を分離して測定し、その測定結果に基づいて、調整しなければならない。しかしながら、従来の収差測定は、ビームのボケとその位置を計測するだけ、露光領域全域で収差をバランスよく抑えることができなかった。

また、特開２００４−１５３２４５号公報（特許文献１）にては、荷電粒子線 露光装置 における非点収差ボケの補正感度の決定方法、及びそれを使用した露光方法が提案されている。
特開２００４−１５３２４５号公報

そこで、本発明は、露光装置における荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することできる収差調整方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記収差調整方法が適用され、高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記収差調整方法が適用され、荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することできる荷電粒子線露光装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記荷電粒子線露光装置により、高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の収差調整方法は、露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法であって、
前記荷電粒子線光学系のＮ個の収差量を測定する収差測定ステップと、
前記荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御するＭ個の制御量を各々変化させ、前記収差測定ステップを実行させて前記Ｎ個の収差量の変化量を求め、前記Ｍ個の制御量の収差敏感度をそれぞれ求める収差敏感度取得ステップと、
前記Ｎ個の収差量を所望の収差量にするために、前記Ｎ個の収差量および前記Ｍ個の制御量の収差敏感度に基づいて、前記Ｍ個の制御量を決定する制御量決定ステップと、を備え、
前記Ｍは前記Ｎより小さいことを特徴とする。
さらに、本発明の第２の収差調整方法は、前記制御量決定ステップで決定された前記制御量を前記光学要素に設定後、再度、前記収差測定ステップを実行する収差確認ステップを有する。
さらに、本発明の第３の収差調整方法は、前記収差確認ステップで、各々の前記収差量が許容値を満たさない場合、再度、前記収差敏感度取得ステップ、前記制御量決定ステップおよび前記収差確認ステップを実行する。
さらに、本発明の第４の収差調整方法は、前記収差量は、ツェルニケ係数で示される。
さらに、本発明の第５の収差調整方法は、前記収差量は、各像高の位置ずれである。
さらに、本発明の第６の収差調整方法は、前記制御量決定ステップでは、
前記収差量をＣ_ｉ、所望の前記収差量をＣＴ_ｉ、前記許容値をＴ_ｉとして、調整後残差関数ｅ_ｉをｅ_ｉ＝（Ｃ_ｉ−ＣＴ_ｉ）/Ｔ_ｉ で定義し、
前記調整後残差関数ｅ_ｉ,（ｉ＝１,・・・,ｎ）の最大絶対値を最小化するために、
｜ｅ_ｉ｜＜Ｔ, （ｉ＝１,・・・,ｎ）となるダミー変数Ｔを導入し、
前記ダミー変数Ｔを最小化する線形計画問題へ定式化して、前記収差敏感度に基づいて、前記光学要素を制御する前記制御量を決定する。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記収差調整方法を用いてデバイスを製造する。
さらに、本発明の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子線光学系を介して被露光基板を露光する荷電粒子線露光装置であって、
前記荷電粒子線光学系のＮ個の収差量を測定する収差測定手段と、
前記荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御するＭ個の制御量を各々変化させ、前記収差測定手段を用いて前記Ｎ個の収差量の変化量を求め、前記Ｍ個の制御量の収差敏感度をそれぞれ求める収差敏感度取得手段と、
前記Ｎ個の収差量を所望の収差量にするために、前記Ｎ個の収差量および前記Ｍ個の制御量の収差敏感度に基づいて、前記Ｍ個の制御量を決定する制御量決定手段と、を備え、前記Ｍは前記Ｎより小さいことを特徴とする。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記荷電粒子線露光装置を用いて被露光基板を露光するステップと、露光された前記被露光基板を現像するステップとを備えることを特徴とする。

本発明の第１の収差調整方法によれば、荷電粒子線光学系のＮ個の収差量を測定する収差測定ステップと、
前記荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御するＭ個の制御量を各々変化させ、前記収差測定ステップを実行させて前記Ｎ個の収差量の変化量を求め、前記Ｍ個の制御量の収差敏感度をそれぞれ求める収差敏感度取得ステップと、
前記Ｎ個の収差量を所望の収差量にするために、前記Ｎ個の収差量および前記Ｍ個の制御量の収差敏感度に基づいて、前記Ｍ個の制御量を決定する制御量決定ステップと、を備え、前記Ｍは前記Ｎより小さいことを特徴とするため、
荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することが可能となる。
さらに、本発明の第２の収差調整方法によれば、前記制御量決定ステップで決定された前記制御量を前記光学要素に設定後、再度、前記収差測定ステップを実行する収差確認ステップを有するため、より確実に荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することが可能となる。
さらに、本発明の第３の収差調整方法によれば、前記収差確認ステップで、各々の前記収差量が許容値を満たさない場合、再度、前記収差敏感度取得ステップ、前記制御量決定ステップおよび前記収差確認ステップを実行するため、より確実に荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することが可能となる。
さらに、本発明の第４の収差調整方法によれば、前記収差量は、ツェルニケ係数で示されるため、収差量を容易に把握できる。
さらに、本発明の第５の収差調整方法によれば、前記収差量は、各像高の位置ずれであるため、収差量を容易に把握できる。
さらに、本発明の第６の収差調整方法によれば、
荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御する前記制御量を正確に決定できる。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
さらに、本発明の荷電粒子線露光装置によれば、
荷電粒子線光学系の有効領域での収差をバランスよく調整することが可能となる。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。

以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。
本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される荷電粒子線露光装置の一例として電子ビーム露光装置の例を示すが、電子ビームに限らずイオンビームを用いた露光装置にも同様に適用できる。

まず、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置の構成要素および描画方法について説明する。
図１は本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置の要部概略図である。
図示されない電子銃で発生された電子ビームはクロスオーバ像である電子源１を形成する。この電子源１から放射される電子ビーム１００は、ビーム整形光学系２、３を介して、電子源１の像ＳＩを形成する。電子源１の像ＳＩの大きさは、ビーム整形光学系２、３のレンズパワーをそれぞれ調整することにより変えることができる。像ＳＩから放射される電子ビーム１００は、コリメータレンズ４によって略平行の電子ビーム１００となる。
アパーチャアレイＡＡは、開口９６,９６,９６が２次元配列して形成され、プリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡは、アパーチャアレイＡＡの開口９６ａ,９６ｂ,９６ｃより大きい開口９５,９５,９５をアパーチャアレイＡＡと同一の２次元配列で形成したもので、電子ビーム照射によるアパーチャアレイＡＡの熱的損傷を低減する。レンズアレイ５は、同一の光学パワーを有する静電レンズ５ａ,５ａ,５ａが２次元配列して形成され、偏向器アレイ６，７は、個別に駆動可能な静電の８極偏向器が２次元配列して形成される。ブランカーアレイ８は、個別に駆動可能な静電のブランカーが２次元配列して形成されたものである。コリメータレンズ４からの略平行な電子ビーム１００は、アパーチャアレイＡＡによって複数の電子ビーム１００に分割される。分割された電子ビーム１００は、対応するレンズアレイ５の静電レンズ５ａ,５ａ,５ａを介して、ブランカーアレイ８の対応するブランカー上に、電子源１の中間像１ａ,１ａ,１ａを形成する。ここで、レンズアレイ５の各電子レンズ５ａ,５ａ,５ａの瞳は、アパーチャアレイＡＡ上の対応する開口となっている。
中間像１ａ,１ａ,１ａの面の下流には、２段の対称磁気ダブレット・レンズＤ１、Ｄ２で構成された縮小投影系ＰＬが設けられ、複数の中間像１ａ,１ａ,１ａをウェハ９上に投影する。ここで、縮小投影系ＰＬの瞳とアパーチャアレイＡＡの開口とは共役関係となっている。
偏向器アレイ６、７は、ブランカーアレイ８上に形成される電子源１の中間像１ａ,１ａ,１ａの位置（光軸と直交する面内の位置）を個別に調整することができ、コリメータレンズ４の励磁や、光源像ＳＩ近傍に配置されたスティグメータＳＴＧによって、電子源１の複数の中間像１ａ,１ａ,１ａの位置を系統的に調整することができる。ブランカーアレイ８は、電子ビーム１００を偏向することにより、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断させ、ウェハ９への電子ビーム１００の照射を制御できる。
下段のダブレット・レンズＤ２内には、複数の電子ビーム１００を同時にＸ,Ｙ方向の所望の位置に変位させるための偏向器１０、複数の電子ビーム１００の非点を同時に調整する静電型の８極子スティグメータであるスティグメータＤＳ、及び複数の電子ビーム１００のフォーカスを同時に調整するフォーカスコイルＤＦが配置されている。光軸調整用のアライナーとして、ビーム整形光学系３とコリメータレンズ４の間に第１のアライナーＡＬ１が、ダブレット・レンズＤ１,Ｄ２との間に第２のアライナーＡＬ２が配置される。ＸＹステージ１１はウェハ９を搭載し、光軸と直交するＸＹ方向に移動可能なに構成される。ＸＹステージ１１の上にはウェハ９を固着するための静電チャック１３と、電子ビーム１００の位置を測定するために電子ビーム１００入射側に開口パターンを有する半導体検出器１２が配置される。

以下、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法に適用される電子ビーム露光装置のシステム構成を図２を参照して説明する。
レンズ制御回路２１は、ビーム整形光学系２、３、コリメータレンズ４、レンズアレイ５、対称磁気ダブレット・レンズＤ１、Ｄ２の各々の電子光学的パワー（焦点距離）を制御する回路である。ブランキング制御回路２２は、ブランカーアレイ８を構成する複数のブランカーを個別に制御する回路である。偏向器制御回路２３は主偏向器１０を制御する回路である、収差補正制御回路２４は、偏向器アレイ６，７、スティグメータＤＳ、フォーカスコイルＤＦを制御して、発生する収差を調整する回路である。アライナー制御回路２５は、光軸調整のためにアライナーＡＬ１、ＡＬ２を制御する回路である。検出回路２６は、半導体検出器１２からの信号を処理する回路である。ステージ制御回路２７は、ＸＹステージ１１の位置を検出する図示されないレーザ干渉計と共にＸＹステージ１１を駆動制御する制御回路である。ＡＡ移動回路２８は、アパーチャアレイＡＡの水平方向位置を切り替える回路である。主制御系２９は、上記複数の制御回路を制御し、電子ビーム露光装置全体を管理する装置である。

次に、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法に適用される描画方法を図１、図２、特に図３を参照して説明する。
主制御系２９は、露光制御データに基づいて、ブランキング制御回路２２と偏向器制御回路２３に命じ、偏向器１０によって、複数の電子ビーム１００を偏向させると共に、ウェハ９に露光すべきピクセル１０１に応じてブランカーアレイ８のブランカーを個別にｏｎ／ｏｆｆさせる。
各電子ビーム１００は、図３に示されるようにウェハ９上の対応する要素露光領域（ＥＦ）をラスタースキャン露光する。各電子ビーム１００の要素露光領域（ＥＦ）は、２次元に隣接するように設定されているので、その結果、同時に露光される複数の要素露光領域（ＥＦ）で構成されるサブフィールド（ＳＦ）が露光される。次に、主制御系２９は、サブフィールド１(ＳＦ１)を露光後、次のサブフィールド２(ＳＦ２)を露光する為に、偏向器１０によって、複数の電子ビーム１００を次のサブフィールド２(ＳＦ２)に偏向させる。

露光装置における本発明の実施例１の荷電粒子線光学系の収差調整方法は、 荷電粒子線光学系のＮ個の収差量を測定する収差測定ステップと、
前記荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御するＭ個の制御量を各々変化させ、前記収差測定ステップを実行させて前記Ｎ個の収差量の変化量を求め、前記Ｍ個の制御量の収差敏感度をそれぞれ求める収差敏感度取得ステップと、
前記Ｎ個の収差量を所望の収差量にするために、前記Ｎ個の収差量および前記Ｍ個の制御量の収差敏感度に基づいて、前記Ｍ個の制御量を決定する制御量決定ステップと、を備え、前記Ｍは前記Ｎより小さいことを特徴とする。
さらに、露光装置における本発明の実施例１の荷電粒子線光学系の収差調整方法は、前記制御量決定ステップで決定された前記制御量を前記光学要素に設定後、再度、前記収差測定ステップを実行する収差確認ステップを有する。
さらに、露光装置における本発明の実施例１の荷電粒子線光学系の収差調整方法は、前記収差確認ステップで、各々の前記収差量が許容値を満たさない場合、再度、前記収差敏感度取得ステップ、前記制御量決定ステップおよび前記収差確認ステップを実行する。
さらに、露光装置における本発明の実施例１の荷電粒子線光学系の収差調整方法は、前記収差量は、ツェルニケ係数で示される。
さらに、露光装置における本発明の実施例１の荷電粒子線光学系の収差調整方法は、前記収差量は、各像高の位置ずれである。
さらに、露光装置における本発明の実施例１の荷電粒子線光学系の収差調整方法は、前記制御量決定ステップでは、
前記収差量をＣ_ｉ、所望の前記収差量をＣＴ_ｉ、前記許容値をＴ_ｉとして、調整後残差関数ｅ_ｉをｅ_ｉ＝（Ｃ_ｉ−ＣＴ_ｉ）/Ｔ_ｉ で定義し、
前記調整後残差関数ｅ_ｉ,（ｉ＝１,・・・,ｎ）の最大絶対値を最小化するために、
｜ｅ_ｉ｜＜Ｔ, （ｉ＝１,・・・,ｎ）となるダミー変数Ｔを導入し、
前記ダミー変数Ｔを最小化する線形計画問題へ定式化して、前記収差敏感度に基づいて、前記光学要素を制御する前記制御量を決定する。
次に、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法を構成する収差測定に関して図４を参照して説明する。
点Ａを射出瞳９４の中心点、点Ｆをガウス像点とし、点Ｆを通る光軸に直角の平面を像面９３とし、この上にＸ、Ｙ軸をとる。点Ａを通る主光線９２のこの交点をＱ０（Ｘ０,Ｙ０）とすれば、射出瞳９４の面上の任意の点Ｐから出た光線９１が像面９３と交わる点をＱとするとき、Ｑ−Ｑ０（δＸ、δＹ）が、この点ＰのＱ０（像高）に対する幾何光学的収差とされる。
また、幾何光学的収差は、下記のように表される。

Ｗ(ρ,θ)は、波面収差をツェルニケの多項式で表したものである。
ここで、ツェルニケの多項式による表現について基本的な事項を説明する。
ツェルニケの多項式の表現では、座標系として極座標を用い、直交関数系としてツェルニケ円筒関数を用いる。ここで、ρは射出瞳の半径を１に規格した規格化瞳半径であり、θは極座標の動径角である。Ｃｎは展開係数である。
以下、ツェルニケの円筒関数系Ｚｎ(ρ、θ)の内、第１項から第１６項の円筒関数系Ｚ１〜Ｚ１６と各項の収差内容を表１に示す。

従って、収差を測定するには、射出瞳面に特定の光線だけを通過させるアパーチャを設け、像面上のその像とガウス像点との位置ずれを測定し、順次、射出瞳面の特定光線の場所を異ならしめて位置ずれを測定する。この位置ずれ情報に対してツェルニケの円筒関数系Ｚｎ(ρ、θ)をフィッティングして各項毎の展開係数Ｃｎを求め、この展開係数Ｃｎとツェルニケの円筒関数系Ｚｎ(ρ、θ)とを用いて最終的に波面収差Ｗ(ρ,θ)を求めることができる。

次に、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法を構成する収差測定ステップを図５を参照して説明する。
図５に示される光学系は、説明のために図１の光学系を簡略化したもので、図１と同機能を有する構成要素は同符号で示される。
図示されない光学系からの略平行な電子ビームは、アパーチャアレイＡＡによって複数の電子ビーム１００に分割される。分割された電子ビーム１００は、縮小投影系ＰＬの物体面９９に中間像１ａ,１ａ,１ａを形成する。そして、その中間像１ａ,１ａ,１ａは、縮小投影系ＰＬを介して、その像面９８に投影される。このときアパーチャアレイＡＡの開口９６ａ,９６ｂ,９６ｃが射出瞳９７に相当する。露光時のアパーチャアレイＡＡの開口９６ａ,９６ｂ,９６ｃが示される。収差測定の際は、上述したように、射出瞳９７の面に特定の光線だけを通過させる開口を設けることが必要である。そこで、射出瞳９７の面に相当する開口９６ｂ内のＰ０,Ｐ１,Ｐ２だけからの光線だけを通過する開口を設け、各光線の像面９８上の位置Ｑ０、Ｑ１,Ｑ２を測定し、δＸ１、δＸ２を測定すれば、収差が求められる。しかし、収差が小さいとＱ０、Ｑ１,Ｑ２が分離して測定することが難しい。そこで、Ｐ１の代わりに、隣の射出瞳面である開口９６ａのＰ１に相当する位置Ｐ１’だけからの光線だけを通過させる開口を設ける。同様に、Ｐ２の代わりに、隣の射出瞳９７の面である開口９６ｃのＰ２に相当する位置Ｐ２’だけからの光線だけを通過させる開口を設ける。開口９６ａ、９６ｂ、９６ｃからの光線が同一像高の光線（すなわち、収差が等しい）とみなすと、位置Ｐ１’、 位置Ｐ２’からの光線の像面上の位置Ｑ１’,Ｑ２’を測定し、ガウス像点からの変位δＸ１、δＸ２を測定すれば、収差が小さくても、光線の像面上の位置Ｑ１’,Ｑ２’が分離できるため、収差が小さくても収差が測定できる。

次に本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法に適用されるアパーチャアレイＡＡについて図６を参照して説明する。
アパーチャアレイＡＡの露光用開口パターンが図６（ａ）に示され、収差測定用開口パターンが図６（Ｂ）に示される。
図６（ａ）に示される露光用開口パターン９０を５掛ける５の２５ブロックに分割し、その中心の開口パターンに対応する図６（Ｂ）に示される収差測定用開口パターン８９を、同じ開口にしている。２５ブロックの内、９ブロックでは、露光用開口パターン９０に対応する収差測定用パターン８９を、露光用開口パターン９０内の特定の光線だけ（射出瞳位置ξ、ηに対応する）を通過するような微小開口にしている。この９ブロックでは、同一ブロック内の光線を同一像高とみなして、図示されるようにブロック中心の像高を代表像高とする。そこで、上述のように収差を測定している。他のブロックは、ブロック中心の開口パターンに対応する収差測定用開口パターン８９だけを有し、後述するようにディストーション測定のために通過する光線を設定している。ここで、ブロックは、言い換えれば、像高を意味することになる。
図１に示されるアパーチャアレイＡＡには、図６（ａ）に示される露光用開口パターン９０と図６（Ｂ）に示される収差測定用開口パターン８９が、図７(ａ)に示されるように隣接して形成される。
アパーチャアレイＡＡの真上には、図７(Ｂ)に示されるプリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡが設けられ、その露光用開口パターン９０は、前述したように、露光用の開口より大きい開口が、同じ配列で形成される。露光の時は、プリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡの開口パターンの直下に露光用開口パターン９０が配置されるようにアパーチャアレイＡＡの位置を移動させる。一方、収差測定の時は、プリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡの開口パターンの直下に収差測定用開口パターン８９が配置されるようにアパーチャアレイＡＡの位置を移動させる。

次に、収差測定の際に用いられる本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法に適用される半導体検出器１２について、図８を参照して説明する。
半導体検出器１２は、複数の開口１２１ａ,１２１ａ,１２１ａが形成された基板１２１と基板１２１の開口１２１ａ,１２１ａ,１２１ａに対応した半導体デバイス１２２,１２２,１２２（ＰＩＮフォト、アバランシェダイオード等）で構成される。
基板１２１の開口１２１ａ,１２１ａ,１２１ａは、図６、図７に示される収差測定用開口パターン８９の９ブロックの中心に位置する開口に対応して形成される。 開口１２１ａ,１２１ａ,１２１ａの形状は、図示されるようにＬ字状に形成される。図示されない主偏向器により、電子ビーム１００を走査し、開口１２１ａ,１２１ａ,１２１ａを通過する電子ビーム１００を半導体デバイス１２２,１２２,１２２で検出することにより、その信号と開口１２１ａ,１２１ａ,１２１ａの位置とに基づいて、走査方向のビーム位置が検出できる。

次に、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置における収差測定の動作について図１、図２、特に図９を参照して説明する。
露光装置の収差測定のために、図２に示される主制御系２９は下記ステップ１ー１１を実行する。
（ステップ１）主制御系２９は、ＡＡ移動回路２８に命じ、プリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡの直下にアパーチャアレイＡＡの図６に示される収差測定用開口パターン８９を位置させる。
（ステップ２）主制御系２９は、ステージ制御回路２７に命じ、半導体検出器１２の９個の開口を、収差測定用開口パターン８９の９ブロック（像高）の瞳位置（０,０）に対応する開口からの電子ビーム１００が入射する位置に移動させる。
（ステップ３）主制御系２９は、図１０(ａ)に示される各像高の瞳位置（ξｋ、ηｋ）に対応した収差測定用開口を選択し、その収差測定用開口からの電子ビーム１００だけを半導体検出器１２に入射するようにブランキング制御回路２７に命じる。
（ステップ４）主制御系２９は、選択された測定用ビーム１００を半導体検出器１２上を走査させるように偏向器制御回路２３に命じるとともに、検出回路２６に半導体検出器１２からの信号を記憶することを命じる。
（ステップ５）主制御系２９は、予め取得した半導体検出器１２の各開口位置と検出回路２６に記憶された検出信号に基づいて、図１０(Ｂ)に示される像高（Ｘｉ,Ｙj）、瞳位置（ξｋ、ηｋ）ごとの電子ビーム１００の設計上の結像位置と実際の結像位置との変位（δＸｋ、δＹｋ）を算出し、記憶する。
（ステップ６）主制御系２９は、９像高の全ての計測対象開口からビーム位置を検出した場合、ステップ７に進め、そうでない場合ステップ３に戻る。
（ステップ７）主制御系２９は、その他の１６像高における、瞳位置（０，０）のδＸｋ、δＹｋ を先の９像高と同様のステップで検出、算出し、記憶する
（ステップ８）主制御系２９は、記憶されている像高（Ｘｉ,Ｙj）、瞳位置（ξｋ、ηｋ）ごとの（δＸｋ、δＹｋ）を読み込む。
（ステップ９）主制御系２９は、各像高（Ｘｉ,Ｙj）の瞳位置（０、０）のδＸ、δＹより、下記のような像高位置（Ｘ、Ｙ）に関するディストーション関数を関数近似より求める。これは、各ブロックが同一像高とみなすものの、若干のディストーションの違いがあり、求められる収差に誤差をもたらすので、それを補正するために求める。
δＸ＝Ｆ（Ｘ、Ｙ）
δＹ＝Ｇ（Ｘ、Ｙ）
（ステップ１０）ディストーション関数から、下式のように各像高の瞳位置（ξ、η）、δＸ、δＹを補正し、δＸ’、δＹ’を求める。
δＸ’＝δＸ−Ｆ(Ｘ,Ｙ)
δＹ’＝δＹ−Ｇ(Ｘ,Ｙ)
ただし、(Ｘ,Ｙ)は、各像高の瞳位置（ξ、η）の実際の像高位置を表す。
（ステップ１１）各像高ごとの瞳位置（ξ、η）、δＸ’、δＹ’に基づいて、各像高のツェルニケ係数を求める。このツェルニケ係数Ｃｎとツェルニケの円筒関数系Ｚｎ(ρ、θ)とを用いて最終的に波面収差Ｗ(ρ,θ)を求めることができる。

以下、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法に関して説明する。
前述した収差測定法によって得られた収差量（ツェルニケ係数Ｃｎ）に基づいて、荷電粒子線光学系（縮小投影系ＰＬ）の収差調整方法について、説明する。
縮小投影系ＰＬの収差調整手段として、縮小投影系を構成するレンズ、アライナーＡＬ２、スティグメータＤＳ、フォーカスコイルＤＦがあり、その制御量を調整することにより、収差を調整することができる。一方、本実施例において、収差量は、各像高に８個（Ｃ２〜Ｃ９）とすると、９像高あるので、７２個ある。すなわち、制御量の数に比べ、調整したい収差量の方が多いので、この収差調整方法は一種の最適化問題となる。本実施例では、一つの制御量の変化に対する各収差の変化を線形と想定し、この最適化問題を線形計画問題として、扱って、制御量を決定している。
線形計画問題は、(２−１)式の目的関数と(２−２)式の条件式によって、表される。

ここで、ａｉjは制御敏感度、Ｘjは制御変数である。
このうち、目的関数は、制御変数の１次式で定義された関数で、最小化あるいは最大化したい関数である。また、条件式も制御変数の一次式で表された等式、あるいは不等式である。そして、ｎ＞Ｍである。
本実施形態では、実際の収差量Ｃｉ、所望の収差量ＣＴｉ、許容誤差をＴｉとして、
調整後残差関数ｅｉを(２−３)式のように定義する。

そして、ｅｉ,（ｉ＝１,・・・,ｎ）の最大絶対値を最小化するために、｜ｅｉ｜＜Ｔ, （ｉ＝１,・・・,ｎ）となるダミー変数Ｔを導入し、このＴを最小化する線形計画問題へ定式化する。つまり、(２−４)式に示すように、制御変数Ｔを最小化する目的関数を設定し、このダミー変数Ｔが調整後残差関数およびその符号を反転させた値の限界値になるように(２−５)、(２−６)式の条件式を設定した線形計画問題とする。この問題を解くことで、調整後残差の最大絶対値を最小化することができる。

次に、本発明の実施例１の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置における収差調整の動作について図１１を参照して説明する。
露光装置の収差調整のために、主制御系２９は下記ステップを実行する。
（ステップ１）主制御系２９は、ＡＡ移動回路２８に命じ、プリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡの直下にアパーチャアレイＡＡの収差測定用開口パターンを位置させる。
（ステップ２）主制御系２９は、前述したように測定して、９像高の収差量（ツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ９）を算出し、記憶する。
（ステップ３）主制御系２９は、１つの光学要素（対称磁気ダブレット・レンズＤ１、Ｄ２、スティグメータＤＳ、フォーカスコイルＤＦ、アライナーＡＬ２によってのうち一つ）の制御量を対応する制御回路によって設定を変更する。
（ステップ４）主制御系２９は、前述したように測定して、９像高の収差量（ツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ９）を算出し、記憶する。
（ステップ５）主制御系２９は、ステップ４の収差量とステップ２の収差量の差分（収差敏感度）を記憶し、変更した制御量の設定を元に戻す。
（ステップ６）主制御系２９は、設定を変更する光学要素があれば、ステップ３に戻り、なければステップ８に進む。
（ステップ７）主制御系２９は、上記ステップを実行した結果、以下の表２に示される各制御の収差敏感度と目標値を有する。

制御系１〜制御系Ｍは、光学要素（対称磁気ダブレット・レンズＤ１、Ｄ２、スティグメータＤＳ、フォーカスコイルＤＦ、アライナーＡＬ２回路）を制御する制御系を意味する。また、許容誤差及び目標値は予めあたら得ている。但し、ビームの位置ずれ（歪曲）のＣ２,Ｃ３の許容誤差を本来の値より２倍から４倍の値に設定する。詳細は後述する。そして、この表２に基づいて、前述した線形計画法に基づいて、各光学要素の制御量を決定する。

（ステップ８）主制御系２９は、決定された制御量を各光学要素に設定する。
（ステップ９）主制御系２９は、前述したように測定して、９像高の収差量（ツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ９）を算出する。
（ステップ１０）測定された９像高の収差量（ツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ９）が、許容値を満足しなければ、ステップ３に戻り、満足すれば次ステップに進む。
（ステップ１１）主制御系２９は、ＡＡ移動回路２８に命じ、プリアパーチャアレイＰrｅ−ＡＡの直下にアパーチャアレイＡＡの露光用開口パターンを位置させる。
（ステップ１２）主制御系２９は、２５掛ける２５もしくは、選択して９掛ける９のビームの位置を半導体検出器１２によって測定する。
（ステップ１３）主制御系２９は、１つの光学要素（ビーム整形光学系２、３、コリメータレンズ４、スティグメータＳＴＧ、アライナーＡＬ１、の内一つ）の制御量を対応する制御回路によって設定を変更する。これらの光学要素は、ビームの位置ずれ（歪曲）にしか、影響を与えない光学要素であって、これ以降のステップは、ビームの位置ずれ（歪曲）を高精度に調整するためのものある。その為、収差量（ツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ９）の調整のときのビームの位置ずれ（歪曲）調整を荒くしている。
（ステップ１４）主制御系２９は、ステップ１２と同様に、２５掛ける２５もしくは、選択して９掛ける９のビームの位置を半導体検出器１２によって測定する。
（ステップ１５）主制御系２９は、ステップ１３の位置ずれ量とステップ１２の位置ずれ量の差分（収差敏感度）を記憶し、変更した制御量の設定を元に戻す。
（ステップ１６）主制御系２９は、設定を変更する光学要素があれば、ステップ１３に戻り、なければステップ１７に進む。
（ステップ１７）主制御系２９は、線形計画法により、得られた収差敏感度（位置ずれのみ）に基づいて各光学要素の制御量を決定する。
（ステップ１８）主制御系２９は、決定された制御量を各光学要素に設定する。
（ステップ１９）主制御系２９は、ステップ１２と同様に、２５掛ける２５もしくは、選択して９掛ける９のビームの位置を半導体検出器１２によって測定する。
（ステップ２０）主制御系２９は、残存する位置ずれを、偏向器アレイによって調整する。

以下、上記電子ビーム露光装置を用いた本発明の実施例の露光装置によるデバイス製造方法を説明する。
本発明の実施例の露光装置によるデバイス製造方法は、露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される露光装置によりデバイスを製造するもので、この製造方法による微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローが図１２に示される。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。
ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。
他方、ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程で、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。
ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

次に、図１２におけるは上記ステップ４であるウェハプロセスの詳細なフローを図１３を参照して説明する。
ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。
ステップ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウェハに焼付露光する。
ステップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。
ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
本発明の実施例の露光装置によるデバイス製造方法によれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。

本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置の要部概略図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置のシステム構成ブロック図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置による描画方法の説明図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置による幾何光学的収差の説明図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置による収差測定を説明する図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置のアパーチャアレイの開口パターンの説明図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置のアパーチャアレイとプリアパーチャアレイの説明図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置の半導体検出器の説明図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法における収差測定の動作説明図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法が適用される電子ビーム露光装置における収差測定用開口と結像位置を説明する図である。 本発明の実施例の露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法の説明図である。 本発明の実施例の露光装置によるデバイス製造方法のフローの説明図である。 本発明の実施例の露光装置によるデバイス製造方法におけるウェハプロセスの説明図である。

符号の説明

１：電子源、２：ビーム整形光学系、３：ビーム整形光学系、４：コリメータレンズ、５：レンズアレイ、６：偏向器アレイ、７：偏向器アレイ、８：ブランカーアレイ、９：ウェハ、１０：主偏向器、１１：ＸＹステージ、１２：半導体検出器、１３：静電チャック。

Claims (9)

1. 露光装置における荷電粒子線光学系の収差調整方法であって、
   前記荷電粒子線光学系のＮ個の収差量を測定する収差測定ステップと、
   前記荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御するＭ個の制御量を各々変化させ、前記収差測定ステップを実行させて前記Ｎ個の収差量の変化量を求め、前記Ｍ個の制御量の収差敏感度をそれぞれ求める収差敏感度取得ステップと、
   前記Ｎ個の収差量を所望の収差量にするために、前記Ｎ個の収差量および前記Ｍ個の制御量の収差敏感度に基づいて、前記Ｍ個の制御量を決定する制御量決定ステップと、を備え、
   前記Ｍは前記Ｎより小さいことを特徴とする収差調整方法。
2. 前記制御量決定ステップで決定された前記制御量を前記光学要素に設定後、再度、前記収差測定ステップを実行する収差確認ステップを有する請求項１記載の収差調整方法。
3. 前記収差確認ステップで、各々の前記収差量が許容値を満たさない場合、再度、前記収差敏感度取得ステップ、前記制御量決定ステップおよび前記収差確認ステップを実行する請求項２記載の収差調整方法。
4. 前記収差量は、ツェルニケ係数で示される請求項１から３のいずれかに記載の収差調整方法。
5. 前記収差量は、各像高の位置ずれである請求項１から３のいずれかに記載の収差調整方法。
6. 前記制御量決定ステップでは、
   前記収差量をＣ_ｉ、所望の前記収差量をＣＴ_ｉ、前記許容値をＴ_ｉとして、調整後残差関数ｅ_ｉを
   ｅ_ｉ＝（Ｃ_ｉ−ＣＴ_ｉ）/Ｔ_ｉ で定義し、
   前記調整後残差関数ｅ_ｉ,（ｉ＝１,・・・,ｎ）の最大絶対値を最小化するために、
   ｜ｅ_ｉ｜＜Ｔ, （ｉ＝１,・・・,ｎ）となるダミー変数Ｔを導入し、
   前記ダミー変数Ｔを最小化する線形計画問題へ定式化して、前記収差敏感度に基づいて、前記光学要素を制御する前記制御量を決定する請求項１から５のいずれかに記載の収差調整方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の収差調整方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
8. 荷電粒子線光学系を介して被露光基板を露光する荷電粒子線露光装置であって、
   前記荷電粒子線光学系のＮ個の収差量を測定する収差測定手段と、
   前記荷電粒子線光学系を構成する光学要素を制御するＭ個の制御量を各々変化させ、前記収差測定手段を用いて前記Ｎ個の収差量の変化量を求め、前記Ｍ個の制御量の収差敏感度をそれぞれ求める収差敏感度取得手段と、
   前記Ｎ個の収差量を所望の収差量にするために、前記Ｎ個の収差量および前記Ｍ個の制御量の収差敏感度に基づいて、前記Ｍ個の制御量を決定する制御量決定手段と、を備え、
   前記Ｍは前記Ｎより小さいことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
9. 請求項８記載の荷電粒子線露光装置を用いて被露光基板を露光するステップと、露光された前記被露光基板を現像するステップとを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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