JP3366182B2 - 荷電粒子ビーム露光装置及びその露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム等の荷
電粒子ビームを利用した露光装置及びその露光方法に関
する。特に、ブロックアパーチャーアレイ等を有する透
過マスクとそのステージの位置ずれやマスクステージの
斜行度を容易に検出して露光のスループットを向上させ
ることができる発明に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高密度化に伴い、電子
ビームやイオンビーム等を利用した荷電粒子ビーム露光
方法がより重要な技術となっている。この電子ビーム露
光はビームそのものを数Åまで絞ることができるので、
１μｍ或いはそれ以下の微細なパターンを作成すること
ができる。ところが、電子ビーム露光は電子ビームの一
筆書きによる描画方法であるため、微細パターンになる
程小さなビームで露光する必要があり、その露光時間は
非常に長くなってしまう。

【０００３】この問題点を解決する為に、ブロックアパ
ーチャアレイを有する透過マスクを利用したブロック露
光法が提案されている。このブロック露光法は、後に詳
述するが、簡単に説明すると、複数種類の露光パターン
に対応するブロックパターンがマトリクス状に配置され
た透過マスクを利用する。電子銃から照射される電子ビ
ームを矩形の透過孔を有するスリットによりその断面を
矩形に成形し、その矩形ビームを透過マスク上の所望の
ブロックパターンを透過させることで、ウエハやレチク
ル等の試料上のレジストを所望のパターンに露光させ
る。

【０００４】この透過マスク内のブロックパターンは、
通常、鏡筒内に設けられたマスクデフレクタにより矩形
ビームを偏向させて照射することにより選択される。し
かし、この透過マスク自体は大型化される為、デフレク
タの偏向範囲を越える位置にあるブロックパターンを選
択する場合には、透過マスクを搭載したマスクステージ
により透過マスクを移動させる必要がある。一旦、デフ
レクタで偏向可能な位置に移動させられた後、デフレク
タにより矩形ビームを偏向させて所望のブロックパター
ンが選択される。

【０００５】このマスクステージを移動させる単位とし
て、マスクエリアという区画が設けられている。マスク
エリアの中心を鏡筒の光軸に持ってくれば、そのマスク
エリア内にあるブロックパターンは、マスクデフレクタ
で選択できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、露光装置内に
設けられるマスクステージを移動させる必要があり、更
に透過マスク内のブロックパターンに矩形ビームを偏向
させる必要がある。このことは、露光装置の座標に対し
てマスクステージの座標や斜行度にずれが生じる場合
や、透過マスクを装着した時のその座標や傾きにずれが
生じる場合がある。

【０００７】透過マスクの前記のマスクエリア内には、
可変矩形ビーム露光ができるように、矩形パターンが少
なくとも一つ設けられている。そして、電子銃から照射
される電子ビームを矩形の断面に成形するスリットとこ
の透過マスク内の矩形パターンを重ねることで、所望の
大きさの矩形ビームに成形することができる。

【０００８】そこで、従来はこの可変成形した矩形ビー
ムを試料ステージ内に設けたファラデーカップ等のビー
ム量検出素子に照射し、そこから得られる電圧値等をモ
ニタしながら、作業者の勘にたよって、上記の位置ずれ
の修正を行なっていた。即ち、マスクステージにより透
過マスクを移動させ、マスクエリアの中心が鏡筒の光軸
の位置になるようにし、矩形ビームにマスクエリア内の
矩形パターンを通過させて、両者が重なったビーム形状
をファラデイカップにより検出するのである。そして、
透過マスクのＸＹ位置ずれ、角度（傾き）φ、更にマス
クステージの斜行度（ステージがＸ方向とＹ方向に移動
する時の直交度）のずれを修正するよう調整する。

【０００９】しかしながら、かかる方法は、調整に時間
がかかり且つ正確でないので、露光工程のスループット
を低下させ、不正確な重ね合わせ露光を招くことにな
る。

【００１０】そこで、本発明の目的は、透過マスクの位
置ずれを簡単に検出することができる工程を有する荷電
粒子ビーム露光方法及びその露光装置を提供することに
ある。

【００１１】また、本発明の別の目的は、透過マスクを
移動させるマスクステージの斜行度を簡単に検出するこ
とができる工程を有する荷電粒子ビーム露光方法及びそ
の露光装置を提供することにある。

【００１２】更に、本発明の目的は、透過マスクのＸ方
向とＹ方向のずれと共に角度φも簡単に検出することが
できる工程を有する荷電粒子ビーム露光方法及びその露
光装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、所定の断面形状に成形された荷電粒子ビーム
を、複数の露光パターン開孔が設けられた透過マスクの
所望の位置を透過させ、試料表面に照射することで、当
該透過された露光パターンを該試料表面に露光する荷電
粒子ビーム露光装置において、該透過マスクが、前記所
定形状の荷電粒子ビームの断面より十分大きい位置検出
用開孔を有し、更に、該透過マスクが搭載され水平方向
に移動可能なマスクステージと、該透過マスク上の所定
の露光パターン開孔に前記荷電粒子ビームを偏向させる
偏向器と、該透過マスクを通過した荷電粒子ビームのビ
ーム量を検出するビーム量検出素子と、該荷電粒子ビー
ムの全断面が位置検出用開孔を通過している第一の状態
から、該マスクステージを移動して当該位置検出用開孔
と荷電粒子ビーム断面との相対的な位置の変化を、前記
ビーム量検出素子により検出することで、該透過マスク
の位置を検出する制御部とを有することを特徴とする荷
電粒子ビーム露光装置を提供することにより達成され
る。

【００１４】このように検出した透過マスクの位置に従
って、マスクステージの移動や荷電粒子ビームの偏向の
制御が行なわれる。更に、透過マスクが位置検出用開孔
を少なくとも２個有する場合は、２個の位置検出用開孔
の位置を検出することにより当該透過マスクの角度を検
出することができる。透過マスクの傾きを検出すること
で、該荷電粒子ビームの回転方向の補正を行なうことが
できる。

【００１５】また、透過マスクが位置検出用開孔を少な
くとも３個有する時は、３個の位置検出用開孔の位置を
検出することにより当該マスクステージの斜行度を検出
しすることができる。マスクステージのＸ方向とＹ方向
の移動方向の角度を検出することでマスクステージと偏
向器の補正制御を行なうことができる。

【００１６】本発明に従う透過マスクは、前記偏向器が
偏向可能な領域よりも狭い領域よりなるマスクエリアを
複数有し、該マスクエリア内には前記露光パターン開孔
からなる複数種類のブロックマスクが設けられ、更に、
前記位置検出用開孔は該マスクエリアと略同等の大きさ
を有する開孔であることを特徴とする。即ち、位置検出
用の開孔はマスクステージを移動させることにより再現
性良くビーム全体を開孔内に位置させることができる。
従って、位置検出工程におけるスループットを上げるこ
とができる。

【００１７】更に上記の目的は、本発明によれば、断面
が矩形に成形された荷電粒子ビームを、複数の露光パタ
ーン開孔が設けられた透過マスクの所望の位置を透過さ
せ、試料表面に照射することで、当該透過された露光パ
ターンを該試料表面に露光する荷電粒子ビーム露光方法
において、該透過マスクが、前記矩形荷電粒子ビームの
断面より十分大きい矩形の位置検出用開孔を有する前記
透過マスクを水平方向に移動可能なマスクステージ上に
ロードする工程と、該矩形荷電粒子ビームの全断面が位
置検出用開孔を通過している第一の状態にする工程と、
該マスクステージを移動して当該位置検出用開孔の一辺
と矩形荷電粒子ビームの断面との相対的な位置の変化
を、前記透過マスクよりビーム下流側に設けたビーム量
検出素子により検出することで、該透過マスクの位置を
検出する工程と、該検出した透過マスクの位置に従っ
て、前記マスクステージの移動制御を行なう工程とを有
することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供す
ることにより達成される。

【００１８】更に、本発明の露光方法は、前記第一の状
態から該マスクステージを移動して当該位置検出用開孔
の一辺と矩形荷電粒子ビームとが接する第二の状態にす
る工程と、該第二の状態から該一辺に沿って該マスクス
テージを移動して当該位置検出用開孔の頂点近傍に該矩
形荷電粒子ビームが位置する第三の状態にする工程と、
該第三の状態から該マスクステージをＸ方向及びＹ方向
に移動させ、前記ビーム量検出素子からの出力に従って
該頂点の位置を検出する工程とを有することを特徴とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術
的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。

【００２０】［露光装置と透過マスクの概略］図１は、
荷電粒子ビームの一つである電子ビームを利用した露光
装置の全体構成を示す図である。以下、一例として電子
ビームを例にして説明するが、本発明がかかる電子ビー
ムに限定されず、広く荷電粒子ビームを利用した露光方
法または装置に適用できるのは明白である。

【００２１】図１は、電子ビーム露光装置の全体構成図
である。この露光装置は、露光部１０と制御部５０とか
ら構成される。露光部１０内に設けた各レンズや偏向器
が制御部５０により制御される。また制御部５０内で
は、例えばディスク等の記憶媒体５１内に記憶されたパ
ターンデータがインターフェース５３を介して入力さ
れ、パターンデータから露光に必要な駆動信号に変換さ
れる。その駆動信号に従って、露光部１０内の各レンズ
や偏向器が駆動される。

【００２２】露光部１０から説明する。電子ビーム発生
源である電子銃１４は、カソード電極１１、グリッド電
極１２及びアノード電極１３から構成される。電子ビー
ムは軸合わせ用のアラインメントコイル３６及びレンズ
（図１中には図示せず）を介して、第一のスリット１５
に照射される。第一のスリット１５は、矩形のアパーチ
ャを有し、その結果矩形断面の電子ビームが生成され
る。その矩形ビームは、レンズ１６を介してスリットデ
フレクタ１７に入射する。スリットデフレクタ１７は、
偏向信号Ｓ１によって制御される。３７はアラインメン
ト用のコイルである。

【００２３】電子ビームを所望のパターンに整形するた
めに、矩形開口や所定のパターンのブロックパターン開
孔等の複数の透過孔を有する透過マスク２０が用いられ
る。従って、電子ビームを所望のブロックパターン位置
に偏向するために、電磁レンズ１８，１９と各偏向器２
１−２４が透過マスク２０の上下に設けられている。透
過マスク２０は水平方向に移動可能なステージ４０に搭
載されている。

【００２４】従って、マスク移動機構５７によって、透
過マスク２０の所望のマスクエリアの中心が鏡筒内の中
心軸に一致する様ステージ４０が移動される。そして、
マスクデフレクタ２１−２４により所望のブロックパタ
ーンに矩形ビームが照射される様に偏向される。また、
可変矩形ビームを形成したりブロックパターンの一部の
みを利用したりするための矩形ビームの微小な移動を行
なう為に、スリットデフレクタ１７が利用される。

【００２５】上記の様に整形された電子ビームは、ブラ
ンキング信号ＳＢが印加されるブランキング電極２５に
よってウエハ（または他の試料）Ｗ上への照射のオン・
オフが制御される。３８は別のアラインメントコイルで
ある。

【００２６】ブランキング電極で２５でオンされた電子
ビームは、更にレンズ２６を通過して、ラウンドアパー
チャ２７を通過する、ラウンドアパーチャ２７は一種の
絞りであり、その開口の程度が制御できるようになって
いる。これにより電子ビームの収束半角が制限される。
そして、リフォーカルコイル２８、電磁レンズ２９によ
ってビーム形状が最終的に調節される。フォーカスコイ
ル３０は、電子ビームを露光対象面にフォーカスさせる
機能を有し、またスティングコイル３１は、非点収差を
補正する。

【００２７】最終段階で、電子ビームは、投影レンズ３
２により露光サイズに縮小され、露光位置決定信号Ｓ
２，Ｓ３により制御されるメインデフレクタ３３とサブ
デフレクタ３４によって、ウエハＷの表面の正しい位置
に照射される。尚、メインデフレクタ３３は電磁偏向器
であり、サブデフレクタ３４は静電偏向器である。

【００２８】次に制御部５０部分を説明する。前述した
通り、露光パターンのデータは、メモリ５１には記憶さ
れ、ＣＰＵ５２により読みだされ演算される。そして、
求められた描画用のデータが、インターフェース５３を
介してデータメモリ５４及びシーケンスコントローラ６
０に供給される。描画用のデータには、電子ビームを照
射すべきウエハＷ上の位置データと、透過マスク２０上
の何れのブロックパターンを選択するかのマスクデータ
とを少なくとも有する。

【００２９】パターン制御コントローラ５５は、描画す
べきマスクデータに従って透過マスク２０上のブロック
マスク（透過孔）の一つを指定する位置信号Ｐ１−Ｐ４
を偏向器２１−２４に与える。また、パターン制御コン
トローラ５５は、描画すべきパターン形状と指定透過孔
形状との形状差に応じた補正値Ｈを演算し、デジタル・
アナログ変換器及び増幅器５６に補正値を供給する。増
幅器５６は、修正偏向信号Ｓ１を偏向器１７に供給す
る。また、選択された透過孔の位置に応じて、パターン
制御コントローラ５５はマスク移動機構５７を制御し
て、透過マスク２０を搭載するマスクステージ４０を水
平方向に移動させる。

【００３０】ブランキング制御回路５８は、パターン制
御コントローラ５５からの制御信号に従い、増幅器５９
を介してブランキング信号ＳＢをブランキング電極２５
に供給する。電子ビーム照射のオン・オフ制御が行なわ
れる。

【００３１】シーケンスコントローラ６０は、インター
フェース部５３から描画すべき位置データを受信し、描
画処理シーケンスを制御する。ステージ移動機構６１
は、シーケンスコントローラ６０からの制御信号により
ステージ３５を水平方向に移動させる。このステージ３
５の移動量は、レーザ干渉計６２で検出され、偏向制御
回路６３に供給される。偏向制御回路６３は、ステージ
の移動量とシーケンスコントローラから与えられる露光
位置データに従って、メインデフレクタ（主偏向器）３
３とサブデフレクタ（副偏向器）３４に偏向信号Ｓ２，
Ｓ３を供給する。一般的には、メインデフレクタ３３に
よって、例えば２−１０ｍｍの正方形の偏向フィールド
をビーム偏向し、サブデフレクタ３４によって、例えば
１００μｍの正方形のサブフィールドを偏向する。

【００３２】試料ステージ３５内には、電子ビームの電
流量に応じて電気信号を出力するファラデイカップ４１
がビーム量検出素子として埋め込まれ、その出力信号は
増幅器４２により増幅されてインターフェイス５３に与
えられる。

【００３３】図２は、マスクステージ４０の概略構成図
である。５７ＤＸ，５７Ｘ，５７ＤＹ，５７Ｙは、前述
のマスクステージ移動機構５７内のそれぞれ、Ｘ方向ド
ライバ、Ｘ方向リニアアクチュエータ、Ｙ方向ドライ
バ、Ｙ方向リニアアクチュエータである。パターン制御
コントローラ５５から与えられるステージ目標位置デー
タＸｓ，Ｙｓに従ってそれぞれのドライバ５７ＤＸ，５
７ＤＹがパルス信号をアクチュエータに与える。アクチ
ュエータ５７Ｘ，５７Ｙは、例えば、ピエゾ素子によっ
て電気的な制御信号を動的な駆動力に変換するアクチュ
エータである。

【００３４】４０１は例えば鏡筒に固定される固定部
で、Ｙ方向すべり面４０４Ｙを介してＹステージ４０２
が搭載される。従って、Ｙステージ４０２は、Ｙ方向ア
クチュエータ５７Ｙによりアーム４０３を介して矢印の
方向に移動される。また、Ｘステージ４０５がＹステー
ジ４０２にＸ方向すべり面４０４Ｘを介して搭載され
る。従って、Ｘステージ４０５は、Ｘ方向アクチュエー
タ５７Ｘによりアーム４０６を介して矢印の方向に移動
される。尚、４０４はベアリングを示す。

【００３５】Ｘステージ４０５上には、透過マスク２０
を保持したマスクホルダ４０７が取り付けられている。
４０８は、その透過マスク２０を保持する突起等であ
る。

【００３６】図２に示される通り、マスクステージは４
０は、露光装置内の鏡筒内に取り付けられた時点で、Ｘ
移動方向とＹ移動方向が完全に直交しない場合が発生す
る。その場合は、その斜行度を予め検出しその補正値に
従ってマスクステージを移動させることが必要である。
この斜行度は、一旦検出されると、透過マスク２０を取
り替えても変更されることは稀であり、露光装置を最初
に駆動する時に検出するだけで良い。

【００３７】更に、透過マスク２０が取り替えられる
と、透過マスク自体がＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（傾
き）に位置ずれが発生する可能性がある。

【００３８】図３は、透過マスク２０の全体平面図であ
る。透過マスク２０には、所定のピッチ間隔ＥＬでマト
リクス配置された多数のエリアＥ１〜Ｅ１２が設けられ
ている。一つのエリアの大きさは、透過マスクにおける
ビームの最大偏向範囲に対応した大きさである。例え
ば、１〜５ｍｍ角程度である。前述した偏向器２１−２
４で偏向可能範囲である。そして、各エリアＥ１−Ｅ１
２には、基準点Ｅxyが与えられている。例えば、エリア
座標Ｅxy(1,2) とした場合は、エリアＥ１１を表し、エ
リア座標Ｅxy(4,2) とした場合は、エリアＥ１を表す。

【００３９】図４は、一つのエリアＥ内の平面図であ
る。エリアＥ内には、所定のピッチＢＬでマトリクス配
列された多数のブッロクマスクＢ1 −Ｂ36が設けられて
いる。一つのブロックマスクの大きさは、透過マスク２
０上における矩形ビームの大きさに相当し、例えば、１
００〜５００μｍ角程度である。そして、ブロックマス
クＢ1 −Ｂ36の基準点にもそれぞれＸＹ座標が与えられ
ている。図に示される通り、ブロック座標Ｂxy(1,2) と
した場合は、ブロックマスクＢ32の基準点を示してい
る。尚、図中エリアＥの４隅に位置するハッチングで示
したブロックＢ１，Ｂ６，Ｂ３１，Ｂ３６は可変矩形用
の透過孔である。

【００４０】従って、エリア座標Ｅxyを与えられて、マ
スクステージ４０が移動される。一方、ブロック座標Ｂ
xyを与えられて、偏向器２１−２４により矩形ビームが
偏向され、エリアＥ内の所望のブロックマスクに照射さ
れる。その為、前述した透過マスク２０をマスクステー
ジ４０に装着した段階で発生する透過マスク２０のＸ，
Ｙ方向と回転方向の位置ずれを考慮して、エリア座標Ｅ
xyによりマスクステージの移動を行なう必要がある。

【００４１】図５は、エリアＥ内に設けられるブロック
マスクの一例を示す拡大平面図である。図中には、４種
類のブロックマスクＢａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄが示されて
いる。各ブロックマスクには、透過孔２０ａ−２０ｇが
設けられている。例えば、ブロックマスクＢａを繰り返
し移動しながら露光することにより、例えば配線パター
ンを形成することができる。

【００４２】［位置ずれ検出方法］上記した通り、露光
装置内の鏡筒内にマスクステージを取付け、それに透過
マスク２０を搭載している。従って、マスクステージを
取り付けた初期の段階では、マスクステージの斜行度と
透過マスクのＸＹ方向と傾きφのずれを検出する必要が
あり、また、透過マスク２０を取り替えた後は再度透過
マスクのＸＹ方向と傾きφのずれを検出する必要があ
る。

【００４３】図６は、そのような位置ずれ検出工程が荷
電粒子ビーム露光工程の中でどの様な関係になるのかを
示すフローチャート図である。先ず、最初にマスクステ
ージを組み上げ、その上に透過マスクを装着すると（ス
テップＳ１）、最初に透過マスクの位置検出工程を実行
し、マスクステージの斜行度とマスクの位置ずれを検出
する（ステップＳ２）。

【００４４】そして、その斜行度と位置ずれに応じて、
マスク移動機構５７等に対して補正値を与え初期調整を
行なう。その後、その透過マスク２０を利用して露光を
繰り返し行なう（ステップＳ５）。

【００４５】やがて、装着した透過マスク２０にない別
の透過マスク上のブロックマスクを利用する必要がある
と、透過マスクが変更される（ステップＳ３）。透過マ
スクが変更されると、透過マスクの位置ずれを検出する
必要があり、ステップＳ２と同様に透過マスクの位置検
出工程が実行される（ステップＳ４）。そして、検出し
た位置ずれを補正値として、以降のマスクステージの移
動やビームの偏向、回転が行なわれる。

【００４６】図７は、本発明にかかるマスク位置の検出
を行なうために改良された透過マスク２０Ａの平面図で
ある。図３の透過マスク２０と異なる点は、マスクの隅
に大きな開孔から構成される位置検出用の開孔ＡＰａ，
ＡＰｂ，ＡＰｃが形成されている点である。この開孔の
大きさは、例えばエリアＥ１−１２と同等の１〜５ｍｍ
角の大きさである。より厳密に言えば、マスクステージ
４０の再現性の程度に基づいて、殆ど毎回矩形ビームＥ
Ｂを確実に通過させることができる程度の大きさであ
る。従って、マスクステージ４０上に透過マスク２０Ａ
を装着し、マスクステージ４０を移動して大開孔ＡＰ
ａ，ＡＰｂ，ＡＰｃをビーム位置まで移動させた時に、
殆ど確実に矩形ビームＥＢが大開孔内に位置されるよう
になることが重要である。

【００４７】このような大開孔を有する透過マスク２０
Ａを利用して、透過マスクの位置検出が行なわれるが、
その検出方法について以下に説明する。

【００４８】図８乃至図１６は、大開孔ＡＰを利用した
透過マスクの位置検出方法を説明するための拡大平面図
であり、図１７はそのフローチャート図である。

【００４９】先ず最初に、ウエハ等の試料Ｗが搭載され
る試料ステージ３５をステージ移動機構６１により移動
させて、所定の位置、望ましくは鏡筒の中心軸の位置に
ファラデーカップからなる電子ビーム検出素子３５を移
動させる。勿論、試料ステージ３５を移動することな
く、主副偏向器３３，３４によりビームを偏向させてビ
ームがファラデーカップ３５に照射されれば良い。

【００５０】透過マスク位置検出工程では、図６で示し
たステップＳ２，Ｓ４で兼用されることができるよう
に、透過マスクを取替えた時か、最初に露光装置を再開
させた時かにより、Ｎ値が与えられる（ステップＳ１
２，１３，１４）。そして、初期値としてＭ値に０が与
えられる（ステップＳ１５）。

【００５１】次に、マスクステージ４０を移動し、大開
孔ＡＰ内に電子ビームＥＢが位置し通過するようにする
（ステップＳ１６）。好ましくは、鏡筒の中心軸上に大
開孔ＡＰが位置するようにする。ただし、偏向器２１−
２４によりビームＥＢが大開孔ＡＰ内を通過するように
しても良い。

【００５２】従って、図８が現在の状態を表している。
大開孔ＡＰ内を矩形ビームＥＢが通過し、その矩形ビー
ムＥＢは試料ステージ上のファラデーカップ３５を照射
する位置にある。

【００５３】さて、透過マスク位置検出工程では、この
大開孔ＡＰの一つの頂点Ａ(x,y) が露光装置の座標系内
で如何なる位置にあるかを検出することをその骨子とす
る。そして、大開孔ＡＰａを使用して頂点Ａの位置座標
を求めれば、透過マスクのＸ，Ｙ座標のずれを求めるこ
とができる。また、大開孔ＡＰａ，ＡＰｂ等の２つの大
開孔の頂点Ａ，Ｂの位置座標を求めれば、透過マスクの
回転φを求めることができる。更に、大開孔ＡＰａ，Ａ
Ｐｂ，ＡＰｃの様に３つの大開孔の頂点Ａ，Ｂ，Ｃの位
置座標を求めれば、マスクステージの斜行度を求めるこ
とができる。３つの大開孔ＡＰａ，ＡＰｂ，ＡＰｃは直
線上に位置しない３点であればよいが、出来るだけ離れ
た位置であることが望ましい。

【００５４】図８に示した状態から、マスクステージを
図９の如く矢印方向（Ｘの正方向）に移動し、ファラデ
ーカップ３５から得られるビーム検出信号が減りはじめ
るのをモニタする。電子ビームＥＢが大開孔ＡＰの一辺
ＡＰ１に達すると、検出信号が減りはじめる。次に、図
１０，１１に示した通り、更にマスクステージを移動さ
せ、ビーム検出信号が約半分になる位置を検出し、マス
クステージをＸの負の方向に戻し、図１１の状態にす
る。この結果、ビームＥＢは大開孔ＡＰの一つの辺に接
する位置になる（ステップＳ１７）。

【００５５】次に、図１１の状態から図１２に示される
通り、マスクステージをＹの正方向に移動し、ビームＥ
Ｂが隣接するもう一つの辺ＡＰ２に達するのをモニタす
る（ステップＳ１８）。

【００５６】その後、図１２，１３，１４に示される通
り、透過マスク２０をＹの正方向にビームの半分が大開
孔ＡＰで遮断されるまで移動し、その後Ｙの負方向に戻
す。この結果、頂点ＡのＹ座標が求められる。次に、図
１４，１５，１６に示される通り、透過マスク２０をＸ
の正方向にビームの半分が大開孔ＡＰの一辺ＡＰ１で遮
断されるまで移動し、その後Ｘの負方向に戻す。この結
果、頂点のＸ座標が求められる（ステップＳ１９）。

【００５７】図１４に破線で示した如く、透過マスクが
回転していた場合には、図９，１０，１１の駆動により
頂点ＡのＸ座標が検出できないのは明白である。従っ
て、出来るだけ頂点Ａに近づいた所で、上記の如きマス
クステージの駆動により座標を求めるのである。

【００５８】図１８は、上記したビームＥＢの半分の位
置を検出することでどの様にして頂点Ａの位置を求める
かについて説明する図である。電子ビームＥＢは、第一
スリット１５によって矩形に成形されていても、そのビ
ーム強度は周辺ではシャープではない。従って、図１
４，１５に示した様に、ビームＥＢが大開孔ＡＰの一辺
ＡＰ１を横切る時にファラデーカップ３５により検出さ
れるビーム強度は、図１８に示した通りである。縦軸が
検出されるビーム強度出力であり、横軸が透過マスクの
移動方向を示す。図示される通り、ビームＥＢの周辺の
ビーム強度は必ずしもシャープではないので、その強度
の変化は８０，８２に示される通りなだらかな出力とな
る。その為、図１４の状態では正確な頂点Ａの位置を求
めることはできない。

【００５９】そこで、本発明では、電子ビームＥＢが全
て大開孔ＡＰを通過していた時のビーム強度出力ＭＡＸ
値の半分になる点Ｈになるまで、透過マスクを移動させ
る。中間点であればそのビーム強度はリニア性の高い変
化をするからである。そして、予め分かっている矩形ビ
ームＥＢの一辺の長さＬＥＢの半分戻した点（ＡＰ１，
ＡＰ２）を正確な頂点Ａの位置として求めるのである。
従って、ビーム強度出力ＭＡＸの半分である必要はな
く、例えばビーム強度の変化がリニアになる領域の任意
の位置であれば、１／４または１／３の位置であっても
良い。

【００６０】図１７に戻って、ステップＳ１６−１９で
行なった大開孔ＡＰａの頂点Ａを求めた後、図７で示し
た透過マスク２０Ａの他の大開孔ＡＰｂ，ＡＰｃでも同
様に頂点Ｂ，Ｃの位置を検出する。マスクステージ４０
を組み上げた直後の最初の段階では、頂点Ａ，Ｂ，Ｃの
３点全ての位置を求める。また、その後透過マスク２０
を取り替えた時には、例えば頂点Ａ，Ｂの２点の位置を
求める。３点の位置が求まれば、透過マスク２０のＸＹ
ずれと回転φと共に、マスクステージ２０の斜行度も求
めることができる（ステップＳ２２）。

【００６１】図１９は、図３で示した透過マスク２０内
のエリアＥ２，Ｅ３，Ｅ１２の位置に位置検出用の大開
孔ＡＰａ，ＡＰｂ，ＡＰｃを設けた改良透過マスク２０
Ｂの例である。大開孔は出来るだけ離れた位置関係にあ
るものを選択することが好ましい。

【００６２】図２０は、更に大開孔を設けた透過マスク
の別の例である。この例では、大開孔ＡＰａ，ＡＰｂ，
ＡＰｃが透過マスク２０Ｃの各頂点付近に設けられてい
る。そして、通常の露光工程で使用するブロックマスク
は設けられていない。従って、図２０の例は、例えばマ
スクステージの斜行度を検出するために使用される透過
マスクである。

【００６３】［透過マスクの検出位置からの補正］最後
に、上記の方法で透過マスクのＸＹ位置ずれ、回転φ、
マスクステージの斜行度が検出される。この検出値に従
って、露光装置内でどのような補正が行なわれるかにつ
いて説明する。

【００６４】先ず、第一に、マスクステージの斜行度に
基づいてマスク移動機構５７に対してマスクステージの
移動量に補正が加えられる。例えば、マスクステージの
Ｙ方向の移動方向がＹ軸から傾いている場合は、マスク
ステージのＸ方向の移動量に補正を加える必要がある。
また、その逆もある。

【００６５】第二に、透過マスクのＸＹ位置ずれに基づ
いて、同様にマスク移動機構５７に対してマスクステー
ジの移動量に補正が加えられる。マスクステージは通常
非常に高精度に移動することができるので、マスクステ
ージの移動量に補正が加えられれば十分である。ただ
し、十分に精度がない場合には、透過マスク２０上のエ
リア内のブロックマスクを選択する偏向器２１−２４の
偏向電圧にも微調整のための補正が加えられる。

【００６６】第三に、透過マスクの回転φずれについて
は、上記第二と同様にマスクステージの移動量及び場合
によっては偏向器２１−２４の偏向電圧に補正が加えら
れる。

【００６７】第四に、透過マスクが回転していた場合、
透過マスク内のブロックマスクに照射される矩形ビーム
も同様に回転させる必要がある。従って、第一スリット
１５を通過した後の電磁レンズ１６により、その回転補
正が加えられる。更に、一旦回転して透過マスクを通過
した露光パターン形状のビームは、試料に照射される時
点ではその回転を元に戻しておく必要がある。従って、
電磁レンズ２６にて元の角度に戻すよう回転補正が加え
られる。

【００６８】更に、第五に、レンズ１６等で回転補正が
加えられると、それに伴い他のレンズでも回転補正に対
応する種々の補正が必要になる。従って、その派生的な
修正が他のレンズに対しても加えられる。

【００６９】上記した透過マスクの位置検出アルゴリズ
ムや検出値を元にした補正値を求めるコンピュータプロ
グラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体であ
るディスク５１内に格納されている。

【００７０】図２１は、上記の補正について説明するた
めの図である。例えば、正常な位置にある場合の透過マ
スク２０（１）が、（Δｘ，Δｙ）ずれて且つ回転角φ
回転した透過マスク２０（２）に対応するためには、
（Δｘ，Δｙ）に基づく補正と回転角φに基づく補正と
を行なう必要がある。また、照射される矩形ビームＥＢ
もブロックマスクの回転に整合するよう回転させる必要
がある。

【００７１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、透
過マスク内に矩形の荷電粒子ビームが完全に通過できる
大開孔を複数個設け、荷電粒子ビームをその大開孔内で
相対的にＸ方向とＹ方向に移動させることで、簡単に透
過マスクのＸ座標、Ｙ座標、回転φ及びマスクステージ
の斜行度を求めることができる。しかも、大開孔は、通
常のずれが発生している状態でも容易に荷電粒子ビーム
が全て通過できる程度の大きな面積を有するので、検出
工程に長時間を要することはない。

【００７２】従って、電子ビーム露光装置のスループッ
トを向上させ、正確な重ね合わせ露光を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】荷電粒子ビームの一つである電子ビームを利用
した露光装置の全体構成を示す図である。

【図２】マスクステージ４０の概略構成図である。

【図３】透過マスク２０の全体平面図である。

【図４】一つのエリアＥ内の平面図である。

【図５】エリアＥ内に設けられるブロックマスクの一例
を示す拡大平面図である。

【図６】位置ずれ検出工程が荷電粒子ビーム露光工程の
中でどの様な関係になるのかを示すフローチャート図で
ある。

【図７】本発明にかかるマスク位置の検出を行なうため
に改良された透過マスク２０Ａの平面図である。

【図８】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出方
法を説明するための拡大平面図（１）である。

【図９】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出方
法を説明するための拡大平面図（２）である。

【図１０】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（３）である。

【図１１】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（４）である。

【図１２】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（５）である。

【図１３】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（６）である。

【図１４】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（７）である。

【図１５】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（８）である。

【図１６】大開孔ＡＰを利用した透過マスクの位置検出
方法を説明するための拡大平面図（９）である。

【図１７】透過マスクの位置検出方法のフローチャート
図である。

【図１８】ビームＥＢの半分の位置を検出することでど
の様にして頂点Ａの位置を求めるかについて説明する図
である。

【図１９】大開孔を設けた透過マスクの別の例の平面図
である。

【図２０】大開孔を設けた透過マスクの更に別の例の平
面図である。

【図２１】補正について説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 露光部 ２０ 透過マスク ２１，２２，２３，２４ 偏向器 ４０ マスクステージ ４１ ファラデーカップ，ビーム量検出素子 ５０ 制御部 Ｅ１−Ｅ１２ マスクエリア Ｂ１−Ｂ３６ ブロックマスク Ａ 頂点 ＡＰａ−ＡＰｃ 位置検出用開孔，大開孔 ＥＢ 矩形荷電粒子ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−161605（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232034（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−166705（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90139（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41348（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−111413（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 G21K 5/04 H01J 37/20 H01J 37/305

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の断面形状に成形された荷電粒子ビー
   ムを、複数の露光パターン開孔が設けられた透過マスク
   の所望の位置を透過させ、試料表面に照射することで、
   当該透過された露光パターンを該試料表面に露光する荷
   電粒子ビーム露光装置において、 該透過マスクが、前記所定形状の荷電粒子ビームの断面
   より十分大きい位置検出用開孔を有し、 更に、該透過マスクが搭載され水平方向に移動可能なマ
   スクステージと、 該透過マスク上の所定の露光パターン開孔に前記荷電粒
   子ビームを偏向させる偏向器と、 該透過マスクを通過した荷電粒子ビームのビーム量を検
   出するビーム量検出素子と、 該荷電粒子ビームの全断面が位置検出用開孔を通過して
   いる第一の状態から、該マスクステージを移動して当該
   位置検出用開孔と荷電粒子ビーム断面との相対的な位置
   の変化を、前記ビーム量検出素子により検出すること
   で、該透過マスクの位置を検出する制御部とを有するこ
   とを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記制御部は、検出した透過マスクの位置に従って前記
   マスクステージの移動を制御することを特徴とする。
3. 【請求項３】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記制御部は、検出した透過マスクの位置に従って前記
   荷電粒子ビームの偏向を制御することを特徴とする。
4. 【請求項４】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記透過マスクは、位置検出用開孔を少なくとも２個有
   し、 該制御部は、該２個の位置検出用開孔の位置を検出する
   ことにより当該透過マスクの角度を検出することを特徴
   とする。
5. 【請求項５】請求項４記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記制御部は、検出した透過マスクの角度に従って前記
   マスクステージの移動を制御することを特徴とする。
6. 【請求項６】請求項４記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記制御部は、検出した透過マスクの角度に従って前記
   荷電粒子ビームの偏向を制御することを特徴とする。
7. 【請求項７】請求項４記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 該露光装置が更に該荷電粒子ビームの回転方向の補正を
   行なう電磁レンズを有し、 前記制御部は、検出した透過マスクの角度に従って該電
   磁レンズによる前記荷電粒子ビームの回転方向の補正の
   制御を行なうことを特徴とする。
8. 【請求項８】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記透過マスクは、位置検出用開孔を少なくとも３個有
   し、 該制御部は、該３個の位置検出用開孔の位置を検出する
   ことにより当該マスクステージの斜行度を検出しするこ
   とを特徴とする。
9. 【請求項９】請求項８記載の荷電粒子ビーム露光装置に
   おいて、 前記制御部は、検出したマスクステージの斜行度に従っ
   て前記マスクステージの移動を制御することを特徴とす
   る。
10. 【請求項１０】請求項８記載の荷電粒子ビーム露光装置
    において、 前記制御部は、検出したマスクステージの斜行度に従っ
    て前記荷電粒子ビームの偏向を制御することを特徴とす
    る。
11. 【請求項１１】請求項１，４または８記載の荷電粒子ビ
    ーム露光装置において、 前記透過マスクは、前記偏向器が偏向可能な領域よりも
    狭い領域よりなるマスクエリアを複数有し、該マスクエ
    リア内には前記露光パターン開孔からなる複数種類のブ
    ロックマスクが設けられ、更に、前記位置検出用開孔は
    該マスクエリアと略同等の大きさを有する開孔であるこ
    とを特徴とする。
12. 【請求項１２】断面が矩形に成形された荷電粒子ビーム
    を、複数の露光パターン開孔が設けられた透過マスクの
    所望の位置を透過させ、試料表面に照射することで、当
    該透過された露光パターンを該試料表面に露光する荷電
    粒子ビーム露光装置において、 該透過マスクが、前記矩形荷電粒子ビームの断面より十
    分大きい矩形の位置検出用開孔を有し、 更に、該透過マスクが搭載され水平方向に移動可能なマ
    スクステージと、 該透過マスク上の所定の露光パターン開孔に前記矩形荷
    電粒子ビームを偏向させる偏向器と、 該透過マスクを通過した荷電粒子ビームのビーム量を検
    出するビーム量検出素子と、 該矩形荷電粒子ビームの全断面が位置検出用開孔を通過
    している第一の状態から、該マスクステージを移動して
    当該位置検出用開孔の一辺と矩形荷電粒子ビームの断面
    との相対的な位置の変化を、前記ビーム量検出素子によ
    り検出することで、該透過マスクの位置を検出する制御
    部とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装
    置。
13. 【請求項１３】請求項１２記載の荷電粒子ビーム露光装
    置において、 該制御部は、前記第一の状態から該マスクステージを移
    動して当該位置検出用開孔の一辺と矩形荷電粒子ビーム
    とが接する第二の状態にし、該第二の状態から該一辺に
    沿って該マスクステージを移動して当該位置検出用開孔
    の頂点近傍に該矩形荷電粒子ビームが位置する第三の状
    態にし、該第三の状態から該マスクステージをＸ方向及
    びＹ方向に移動させ、前記ビーム量検出素子からの出力
    に従って該頂点の位置を検出することを特徴とする。
14. 【請求項１４】請求項１２または１３記載の荷電粒子ビ
    ーム露光装置において、 前記制御部は、検出した透過マスクの位置に従って前記
    マスクステージの移動を制御することを特徴とする。
15. 【請求項１５】請求項１２または１３記載の荷電粒子ビ
    ーム露光装置において、 前記制御部は、検出した透過マスクの位置に従って前記
    荷電粒子ビームの偏向を制御することを特徴とする。
16. 【請求項１６】請求項１２または１３記載の荷電粒子ビ
    ーム露光装置において、 前記透過マスクは、位置検出用開孔を少なくとも２個有
    し、 該制御部は、該２個の位置検出用開孔の頂点の位置を検
    出することにより当該透過マスクの角度を検出しするこ
    とを特徴とする。
17. 【請求項１７】請求項１６記載の荷電粒子ビーム露光装
    置において、 前記制御部は、検出した透過マスクの角度に従って前記
    マスクステージの移動を制御することを特徴とする。
18. 【請求項１８】請求項１６記載の荷電粒子ビーム露光装
    置において、 前記制御部は、検出した透過マスクの角度に従って前記
    荷電粒子ビームの偏向を制御することを特徴とする。
19. 【請求項１９】請求項１６記載の荷電粒子ビーム露光装
    置において、 該露光装置が更に該荷電粒子ビームの回転方向の補正を
    行なう電磁レンズを有し、 前記制御部は、検出した透過マスクの角度に従って該電
    磁レンズによる前記荷電粒子ビームの回転方向の補正の
    制御を行なうことを特徴とする。
20. 【請求項２０】請求項１２または１３記載の荷電粒子ビ
    ーム露光装置において、 前記透過マスクは、位置検出用開孔を少なくとも３個有
    し、 該制御部は、該３個の位置検出用開孔の頂点の位置を検
    出することにより当該マスクステージの斜行度を検出し
    することを特徴とする。
21. 【請求項２１】請求項２０記載の荷電粒子ビーム露光装
    置において、 前記制御部は、検出したマスクステージの斜行度に従っ
    て前記マスクステージの移動を制御することを特徴とす
    る。
22. 【請求項２２】請求項２０記載の荷電粒子ビーム露光装
    置において、 前記制御部は、検出したマスクステージの斜行度に従っ
    て前記荷電粒子ビームの偏向を制御することを特徴とす
    る。
23. 【請求項２３】請求項１２，１３，１６または２０記載
    の荷電粒子ビーム露光装置において、 前記透過マスクは、前記偏向器が偏向可能な領域よりも
    狭い領域よりなるマスクエリアを複数有し、該マスクエ
    リア内には前記露光パターン開孔からなる複数種類のブ
    ロックマスクが設けられ、更に、前記位置検出用開孔は
    該マスクエリアと略同等の大きさを有する開孔であるこ
    とを特徴とする。
24. 【請求項２４】断面が矩形に成形された荷電粒子ビーム
    を、複数の露光パターン開孔が設けられた透過マスクの
    所望の位置を透過させ、試料表面に照射することで、当
    該透過された露光パターンを該試料表面に露光する荷電
    粒子ビーム露光方法において、 該透過マスクが、前記矩形荷電粒子ビームの断面より十
    分大きい矩形の位置検出用開孔を有する前記透過マスク
    を水平方向に移動可能なマスクステージ上にロードする
    工程と、 該矩形荷電粒子ビームの全断面が位置検出用開孔を通過
    している第一の状態にする工程と、 該マスクステージを移動して当該位置検出用開孔の一辺
    と矩形荷電粒子ビームの断面との相対的な位置の変化
    を、前記透過マスクよりビーム下流側に設けたビーム量
    検出素子により検出することで、該透過マスクの位置を
    検出する工程と、 該検出した透過マスクの位置に従って、前記マスクステ
    ージの移動制御を行なう工程とを有することを特徴とす
    る荷電粒子ビーム露光方法。
25. 【請求項２５】請求項２４記載の荷電粒子ビーム露光方
    法において、 更に、前記第一の状態から該マスクステージを移動して
    当該位置検出用開孔の一辺と矩形荷電粒子ビームとが接
    する第二の状態にする工程と、 該第二の状態から該一辺に沿って該マスクステージを移
    動して当該位置検出用開孔の頂点近傍に該矩形荷電粒子
    ビームが位置する第三の状態にする工程と、 該第三の状態から該マスクステージをＸ方向及びＹ方向
    に移動させ、前記ビーム量検出素子からの出力に従って
    該頂点の位置を検出する工程とを有することを特徴とす
    る。
26. 【請求項２６】請求項２４または２５記載の荷電粒子ビ
    ーム露光方法において、 前記位置検出用開孔を少なくとも２個有する透過マスク
    をマスクステージ上にロードし、当該２個の位置検出用
    開孔の頂点の位置を検出することにより透過マスクの傾
    きを検出することを特徴とする。
27. 【請求項２７】請求項２４または２５記載の荷電粒子ビ
    ーム露光方法において、 前記位置検出用開孔を任意の直線上に位置しない少なく
    とも３点に有する透過マスクをマスクステージ上にロー
    ドし、当該３個の位置検出用開孔の頂点の位置を検出す
    ることにより該マスクステージのＸ方向とＹ方向の斜行
    度を検出検出することを特徴とする。