JP5368086B2 - マルチコラム電子ビーム露光装置及びマルチコラム電子ビーム露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法に関し、特に、複数のコラムセルを設けて露光処理を行う際に好適なマルチコラム電子ビーム露光装置及びマルチコラム電子ビーム露光方法に関する。

従来の電子ビーム露光装置では、ステンシルマスクに可変矩形開口又は複数のステンシルマスクパターンを用意し、ビーム偏向によりそれらを選択してウエハに転写露光している。この電子ビーム露光装置では複数のマスクパターンが用意されるが、露光に使用される電子ビームは１本であり、一度に転写されるパターンは一つのマスクパターンだけである。

このような露光装置として、例えば特許文献１には部分一括露光をする電子ビーム露光装置が開示されている。部分一括露光とは、マスク上に配置した複数個、例えば１００個のステンシルパターンからビーム偏向により選択した一つのパターン領域、例えば３００×３００μｍの領域にビームを照射し、ビーム断面をステンシルパターンの形状に成形し、さらにマスクを通過したビームを後段の偏向器で偏向振り戻し、電子光学系で決まる一定の縮小率、例えば１／６０に縮小し、試料面に転写する。一度に照射される試料面の領域は、例えば５×５μｍである。露光するデバイスパターンに応じてマスク上のステンシルパターンを適切に用意すれば、可変矩形開口だけの場合より、必要な露光ショット数が大幅に減少し、スループットが向上する。

さらに、このようなコラム一つ一つの大きさを小さくしたもの（以下、コラムセルと呼ぶ）を複数個集め、ウエハ上に並べて並列して露光処理するマルチコラム電子ビーム露光装置が提案されている（非特許文献２参照）。各コラムセルはシングルコラムの電子ビーム露光装置のコラムと同等であるが、マルチコラム全体では並列して処理するため、コラム数倍の露光スループットの増加が可能である。

上述したようなマルチコラム電子ビーム露光装置において、スループットの向上を図ることができる。

しかし、各コラムセルの照射領域の境界で、露光パターンのつなぎ精度が悪くなる現象が発生する。図１は、コラムセル相互間の位置で、所望のパターンが得られない例を示している。図１（ａ）は、第１のコラムセルの照射領域１と第２のコラムセルの照射領域２の境界における所望のパターン３を示している。図１（ｂ）は露光した結果、得られるパターンの一例であり、領域１ではパターン５のように露光され、領域２ではパターン４のように露光され、所望の露光３とは異なってしまう。このように、露光パターンの幅が各領域で異なり、所望のパターンが露光されない場合が発生する。また、露光される位置がずれ、最悪の場合には、パターンが切れてしまうおそれもある。

上記のようなコラムセル間で連続するパターンを露光しないように設計される場合は特に問題はないが、複数のコラムセルの位置を考慮して設計をすることは設計自由度を著しく小さくしてしまい、コラムセル間に連続するパターンを露光することは避けられない。

また、例えば、描画するパターンの幅が広く、コラムセル相互間のつなぎ位置でパターンがずれていたとしても接続されていれば良い場合には特に問題はないが、トランジスタのゲートのように、パターン幅が狭い場合にはつなぎ精度を高くすることが要求される。
特開２００４−８８０７１号公報 T.Haraguchi et.al. J.Vac.Sci.Technol, B22(2004)985

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、マルチコラム電子ビーム露光装置においてコラムセル相互間のパターンのつなぎ精度を向上させることが可能なマルチコラム電子ビーム露光装置及びマルチコラム電子ビーム露光方法を提供することである。

上記した課題は、ウエハステージと、前記ウエハステージの縁部に設けられた同種の電子ビーム特性を測定するｎ個の電子ビーム特性検出部Ｍｋ（１≦ｋ≦ｎ）と、複数のコラムセルを含むｎ個のコラムセル群Ｇｋ（１≦ｋ≦ｎ）を含み、隣接するコラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ＋１とに少なくとも一つの共通のコラムセルを有する電子ビームコラムと、前記電子ビーム特性検出部を用いて、すべてのコラムセルで使用する電子ビームのビーム特性を測定し、各コラムセルで使用する電子ビームの特性を略同一にするように各コラムセルの電子ビームを調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数個のコラムセルのうち一つのコラムセルを基準コラムセルとし、当該基準コラムセルを含むコラムセル群Ｇ１内の各コラムセルで使用する電子ビームの特性を前記電子ビーム特性検出部Ｍ１を用いて測定して各コラムセルで使用する電子ビームの特性と前記基準コラムセルで使用する電子ビームのビーム特性との差を所定の値以下になるように調整し、コラムセル群Ｇｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）の各コラムセルで使用する電子ビームをビーム特性検出部Ｍｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）を用いてビーム特性を測定し、前記共通のコラムセルの電子ビーム特性を基準にビーム特性を調整することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置により解決する。

この形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置において、前記電子ビーム特性は、照射される電子ビームのビーム位置、ビーム強度、ビーム形状のうちのいずれかであるようにしても良く、前記電子ビーム特性検出部は、基準マークが形成されたキャリブレーション用チップ又はファラデーカップであるようにしても良い。

また、この形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置において、同種の電子ビーム特性を測定する前記電子ビーム特性検出部は前記ウエハステージの縁部に一つ設けられ、前記制御部は、前記複数個のコラムセルのうち一つのコラムセルを基準コラムセルとし、当該基準コラムセルで使用する電子ビームを基準ビームとし、各コラムセルの下方の所定位置に前記電子ビーム特性検出部を移動してすべてのコラムセルで使用する電子ビームのビーム特性を測定し、各コラムセルで使用する電子ビームの特性と前記基準ビームの特性との差分を所定の値以下にするように前記基準コラムセル以外の各コラムセルの電子ビームを調整するようにしても良い。

本発明では、複数のコラムセルにおいて照射される電子ビームのビーム特性が略同一になるようにビーム特性を調整している。複数のコラムセルのうち一つのコラムセルを選択し、そのコラムセルの電子銃から照射される電子ビームを基準ビームとし、この基準ビームのビーム特性に近似するように他のコラムセルの電子ビームを調整する。これにより、複数のコラムセルで照射される電子ビームのビーム特性が略同一になり、コラムセル間で連続するパターンを露光する場合にも照射位置がずれたり、パターン幅が異なることを防止することが可能になり、高精度にパターンを露光することが可能になる。

また、上記した課題は、ウエハステージと、前記ウエハステージの縁部に設けられた同種の電子ビーム特性を測定するｎ個の電子ビーム特性検出部Ｍｋ（１≦ｋ≦ｎ）と、複数のコラムセルを含むｎ個のコラムセル群Ｇｋ（１≦ｋ≦ｎ）を含み、隣接するコラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ＋１とに少なくとも一つの共通のコラムセルを有する電子ビームコラムと、前記電子ビーム特性検出部を用いて、すべてのコラムセルで使用する電子ビームのビーム特性を測定し、各コラムセルで使用する電子ビームの特性を略同一にするように各コラムセルの電子ビームを調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数個のコラムセルのうち一つのコラムセルを基準コラムセルとし、当該基準コラムセルを含むコラムセル群Ｇ１内の各コラムセルで使用する電子ビームの特性を前記電子ビーム特性検出部Ｍ１を用いて測定して各コラムセルで使用する電子ビームの特性と前記基準コラムセルで使用する電子ビームのビーム特性との差を所定の値以下になるように調整し、コラムセル群Ｇｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）の各コラムセルで使用する電子ビームをビーム特性検出部Ｍｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）を用いてビーム特性を測定し、前記共通のコラムセルの電子ビーム特性を基準にビーム特性を調整することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置により解決する。

本発明では、複数のコラムセルで使用する電子ビームの同種のビーム特性の検出に複数のビーム特性検出装置を用いている。各ビーム特性検出装置は予め決められた複数のコラムセルを有するコラムセル群の電子ビームについてビーム特性を検出する。コラムセル群相互間には共通するコラムセルを有しており、その共通するコラムセルの電子ビームのビーム特性を基準としてそのコラムセル群の他のコラムセルの電子ビームのビーム特性を検出して調整する。これにより、すべてのコラムセルで使用される電子ビームのビーム特性が略同一になり、コラムセル間に跨るパターンを形成する場合であっても、電子ビームの照射位置、強度等のビーム特性がコラムセル間で同じであるため、パターンのつなぎ精度を向上させることが可能になる。

また、複数のコラムセルで使用する電子ビームの特性を、それらのコラムセルに近い位置にあるビーム特性検出装置を使って測定するため、ビーム特性を測定するために移動させるウエハステージの移動範囲を小さくすることが可能になる。よって、ウエハステージの移動精度の悪化を防止できるとともに、ウエハステージ移動のためのスペースを広くとる必要がなくなり、装置のコンパクト化を図ることが可能になる。

また、本発明の他の形態によれば、ウエハステージと、前記ウエハステージの縁部に設けられた同種の電子ビーム特性を測定するｎ個の電子ビーム特性検出部Ｍｋ（１≦ｋ≦ｎ）と、複数のコラムセルを含むｎ個のコラムセル群Ｇｋ（１≦ｋ≦ｎ）を含み、隣接するコラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ＋１とに少なくとも一つの共通のコラムセルを有する電子ビームコラムと、を具備するマルチコラム電子ビーム露光装置において実施されるマルチコラム電子ビーム露光方法が提供される。その一形態に係るマルチコラム電子ビーム露光方法は、前記複数個のコラムセルのうち基準とする基準コラムセルを選択するステップと、前記基準コラムセルを含むコラムセル群Ｇ１内の各コラムセルで使用する電子ビームの特性を前記電子ビーム特性検出部Ｍ１を用いて測定して各コラムセルで使用する電子ビームの特性と前記基準コラムセルで使用する電子ビームのビーム特性との差を所定の値以下になるように調整するステップと、コラムセル群Ｇｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）の各コラムセルで使用する電子ビームをビーム特性検出部Ｍｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）を用いてビーム特性を測定し、前記共通のコラムセルの電子ビーム特性を基準にビーム特性を調整するステップと、調整された前記各コラムセルの電子ビームを使用して露光処理をするステップとを含むことを特徴とする。

図１（ａ）、（ｂ）は、マルチコラム電子ビーム露光装置における問題点を説明する図である。 図２は、本発明に係るマルチコラム電子ビーム露光装置の構成図である。 図３は、図２に係る露光装置における１つのコラムセルの構成図である。 図４は、図２に係る露光装置のコラムセル制御部の模式図である。 図５は、コラムセルが４本の場合の露光装置の概念図である。 図６は、図５の露光装置におけるコラムセルの露光範囲を示す図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、ビーム位置ずれを説明する図である。 図８は、マルチコラム露光装置におけるビーム特性調整処理を説明するフローチャート（その１）である。 図９は、複数のビーム特性測定装置を使用するマルチコラム露光装置を説明する図である。 図１０は、マルチコラム露光装置におけるビーム特性調整処理を説明するフローチャート（その２）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（１）第１の実施形態
（マルチコラム電子ビーム露光装置の構成）
図２は、本実施形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置の概略構成図である。
マルチコラム電子ビーム露光装置は、電子ビームコラム１０と電子ビームコラム１０を制御する制御部２０に大別される。このうち、電子ビームコラム１０は、同等なコラムセル１１が複数、例えば１６集まって、全体のコラムが構成されている。すべてのコラムセル１１は後述する同じユニットで構成される。コラムセル１１の下には、例えば３００ｍｍウエハ１２を搭載したウエハステージ１３が配置されている。

一方、制御部２０は、電子銃高圧電源２１、レンズ電源２２、デジタル制御部２３、ステージ駆動コントローラ２４及びステージ位置センサ２５を有する。これらのうち、電子銃高圧電源２１は電子ビームコラム１０内の各コラムセル１１の電子銃を駆動させるための電源を供給する。レンズ電源２２は電子ビームコラム１０内の各コラムセル１１の電磁レンズを駆動させるための電源を供給する。デジタル制御部２３は、コラムセル１１各部をコントロールする電気回路であり、ハイスピードの偏向出力などを出力する。デジタル制御部２３はコラムセル１１の数に対応する分だけ用意される。

ステージ駆動コントローラ２４は、ステージ位置センサ２５からの位置情報を基に、ウエハ１２の所望の位置に電子ビームが照射されるようにウエハステージ１３を移動させる。上記の各部２１〜２５は、ワークステーション等の統合制御系２６によって統合的に制御される。

上述したマルチコラム電子ビーム露光装置では、すべてのコラムセル１１は同じコラムユニットで構成されている。

図３は、マルチコラム電子ビーム露光装置に使用される各コラムセル１１の概略構成図である。

各コラムセル１１は、露光部１００と、露光部１００を制御するコラムセル制御部３１とに大別される。このうち、露光部１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成される。

電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａを透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。

その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第２電磁レンズ１０５によって露光マスク１１０上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第１、第２静電偏向器１０４、１０６により、露光マスク１１０に形成された特定のパターンＰに偏向され、その断面形状がパターンＰの形状に整形される。

なお、露光マスク１１０はマスクステージ１２３に固定されるが、そのマスクステージ１２３は水平面内において移動可能であって、第１、第２静電偏向器１０４、１０６の偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるパターンＰを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＰをビーム偏向領域内に移動させる。

露光マスク１１０の上下に配された第３、第４電磁レンズ１０８、１１１は、それらの電流量を調節することにより、電子ビームＥＢを基板上で結像させる役割を担う。

露光マスク１１０を通った電子ビームＥＢは、第３、第４静電偏向器１１２、１１３の偏向作用によって光軸Ｃに振り戻された後、第５電磁レンズ１１４によってそのサイズが縮小される。

マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０７、１０９が設けられており、それらにより、第１〜第４静電偏向器１０４、１０６、１１２、１１３で発生するビーム偏向収差が補正される。

その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａを通過し、第１、第２投影用電磁レンズ１１６、１２１によって基板上に投影される。これにより、露光マスク１１０のパターンの像が、所定の縮小率、例えば１／１０の縮小率で基板に転写されることになる。

基板偏向部１５０には、第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板の所定の位置に露光マスクのパターンの像が投影される。

更に、基板偏向部１５０には、基板上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。

一方、コラムセル制御部３１は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６及び基板偏向制御部２０７を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６及び１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング電極１２７への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。

基板偏向制御部２０７は、第５静電偏向器１１９への印加電圧と、電磁偏向器１２０への電流量を制御することにより、基板の所定の位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。上記の各部２０２〜２０７は、ワークステーション等の統合制御系２６によって統合的に制御される。

図４は、マルチコラム型電子ビーム露光装置におけるコラムセル制御部３１の模式図である。コラムセル制御部３１はコラムセル１１のそれぞれが有している。各コラムセル制御部３１はマルチコラム型電子ビーム露光装置の全体を制御する統合制御系２６とバス３４で接続される。また、統合記憶部３３は、例えばハードディスクで構成され、露光データ等すべてのコラムセルで必要となるデータが格納されている。統合記憶部３３も統合制御系２６とバス３４で接続されている。

図５は、４本のコラムセルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を有する露光装置全体の概念図である。コラムセルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、２×２のアレイ状に配置され、Ｃ１Ｃ２，Ｃ２Ｃ３，Ｃ３Ｃ４，Ｃ４Ｃ１間の間隔は例えば７５ｍｍである。

ウエハステージ１３はすべてのコラムセルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の下方に一つ配置される。ウエハステージ１３の縁部には、電子ビームのビーム強度やビーム位置を調整するために電子ビームの特性が測定される電子ビーム特性検出装置４１（例えば、キャリブレーションチップ４１ａやファラデーカップ４１ｂ）が備えられる。ウエハステージ１３はレーザ測定器などのステージ位置センサ２５を使用して位置を測定し、所望の位置に正確に移動させることが可能である。

このように構成されたマルチコラム型電子ビーム露光装置において、ウエハステージ１３に載置したウエハ１２上に露光するパターンの露光データを統合記憶部３３から各コラムセル制御部３１のコラムセル記憶部３５に転送する。転送された露光データは、補正が必要であれば各コラムセル制御部３１の補正部３６において補正され、各コラムセル１１に割り当てられたウエハ１２上の露光領域で同一のパターンが露光される。

次に、電子ビーム特性検出装置４１を用いて、複数のコラムセルで使用する電子ビームのビーム特性を略同一に調整する処理について説明する。

図６は、試料４３において４本のコラムセルの電子ビームによって照射される領域を示した図である。４３ａから４３ｄは、各コラムセルの照射領域を示している。例えば、照射領域４３ｄでは、矢印５１に示す順序で、図６の左側からフィールド毎に露光処理を行う。同様に、照射領域４３ａでは、矢印５２に示す順序で露光処理を行う。

このような露光処理において、図１（ｂ）に示したように、コラムセル間に跨るパターンを露光する場合、パターンのつなぎ精度が悪くなる現象が発生する。この原因として、照射領域４３ｄと照射領域４３ａの境界５３近傍では、電子ビームの照射時間に差があるため、コラムセル毎で使用する電子ビームの位置精度や強度に違いが発生することが考えられる。そこで、本発明者等は、すべてのコラムセルで使用する電子ビームの特性を同じにすることによって、上記のようなコラムセル間のパターンのつなぎ精度を向上させることが可能と考えた。

本実施形態では、ビーム位置特性、ビーム強度特性、ビーム形状特性を対象とする。ビーム位置特性は、照射するビームが所望の位置に正確に照射されるか否かを示す特性である。ビーム強度特性は、ビームの強さを示しビーム電流の大きさを示す特性である。ビーム形状特性は、例えば可変矩形ビームに整形したときに、所望の形状になっているか否かを示す特性である。

また、ビーム特性検出装置４１として、キャリブレーションチップ４１ａを使用する場合とファラデーカップ４１ｂを使用する場合を対象とする。

図７は、電子ビームを照射したときに目標位置とのずれが発生することを説明する図である。

図７（ａ）から（ｃ）の横軸は位置を、縦軸はビーム照射位置ばらつきの確率分布を示している。また、ビーム照射しようとした真の位置を原点Ｐ０とし、電子ビームの照射位置がずれる要因として、露光装置の偏向器にかける電圧等の設定による位置ずれと、ドリフトによる位置ずれ及び描画時のビーム位置揺れを考慮している。

図７（ａ）は、一つのコラムセルにおいて目標とする位置（真の位置）に電子ビームを照射しようとしたときに、実際に照射される位置の分布を示している。真の位置がＰ０のとき、偏向量誤差によりＰ１にずれ、さらに描画時のビーム位置ドリフトによりＰ２にずれる。Ｐ２を中心としてビーム位置揺れの確率分布Ｄ１に依存してビーム照射位置が決まる。

図７（ｂ）は、コラムセルを独立に真の位置に合わせる場合のコラムセル間のつなぎずれの予測値を示す図である。すなわち、真の位置を基準にする場合のつなぎずれの予測値である。第１のコラムセルの照射位置ずれは、図７（ａ）と同様である。第２のコラムセルの電子ビームの照射位置が、真の位置Ｐ０から偏向量誤差によりＰ３になり、さらに描画時のビーム位置ドリフトによりＰ４になったとする。このとき、図７（ｂ）では第１のコラムセルと第２のコラムセルとの間で最も誤差が大きい場合を示している。

図７（ｃ）は、コラムセル間のつなぎを優先して調整した場合のコラムセル間のつなぎずれ予測値を示した図である。すなわち、第１のコラムセルの照射される位置を基準にする場合のコラムセル間のつなぎずれ予測値を示した図である。

図７（ｃ）に示すように、第１のコラムセルの電子ビームが照射される位置Ｐ２を基準として、ｘ３離れた位置が第２のコラムセルの電子ビームの偏向量誤差による位置Ｐ５であり、さらにｘ４離れた位置が描画時のビーム位置ドリフトによる位置Ｐ６である。この場合も、第１のコラムセルと第２のコラムセルとの間で最も誤差が大きい場合を示している。

このように、コラムセル間でパターンをつなぐときに、誤差が最大となる場合を考慮すると、真の位置を基準として個別に調整するよりも、あらかじめ決めた一つのコラムセルの電子ビームを基準として別のコラムセルの電子ビームを調整する方がコラム間のつなぎ誤差が小さくなる。

そこで、本実施形態では、マルチコラムセルの複数のコラムセルにおける電子ビームのビーム特性を一つのコラムセルにおける電子ビームを基準ビームとして、他のコラムセルの電子ビームのビーム特性を基準ビームのビーム特性に合わせるように調整する。

以下に、同種のビーム特性を一つのビーム特性検出装置４１を使用してすべてのコラムセルの電子ビームのビーム特性を測定し、基準ビームに合わせるように調整する場合について説明する。

本実施形態では、キャリブレーションチップ４１ａによってビーム位置を測定し、ビーム位置を補正した後、ファラデーカップ４１ｂによってビーム強度を測定し、ビーム強度を補正する場合を例として説明する。

基準となるコラムセルを選定し（コラムセル１とする）、コラムセル１の電子銃から放射される電子ビームを基準ビームとする。基準ビームについてビーム位置特性を求める。

ビーム位置特性の検出は、キャリブレーションチップ４１ａ上に形成した基準マークを使用し、周知の方法によって行う。すなわち、基準マークの中心が各コラムセルの光軸直下に位置するようにウエハステージを移動し、基準マーク上を電子ビームが照射するように電子ビームを偏向器を用いて走査する。反射電子検出器により走査時の反射電子信号を検出し、この反射電子信号を信号処理して、ビーム照射位置を算出する。

実際の基準マークの配置されている位置と比較することにより、電子ビームの照射位置を算出し、ビーム位置特性を測定する。

ビームが偏向を受けていないときに光軸上にあれば、基準マークのエッジと同一の位置にエッジが検出されるが、ビームがずれていると、エッジ検出位置が基準マークの位置とは異なる。

本実施形態では、真の位置からずれた位置を基準位置とし、この電子ビームを基準ビームとする。

次に、他のコラムセルの電子ビーム特性を測定するために、基準ビームの特性を調べるために使用したものと同一の基準マークを使用する。この基準マークをそれぞれのコラムセルの光軸直下に位置するようにウエハステージを移動する。

基準ビームを測定したときと同様に、各コラムセルの電子ビームを偏向器によって走査し、基準マークの反射電子信号を取得してそのエッジ位置から電子ビームの位置ずれを測定する。

この位置ずれを基準ビームで測定した位置ずれに近似させるように、各コラムセルの第５静電偏向器１１９にかける電圧量を補正する値を算出する。

各コラムセルの電子ビームの照射位置と基準ビームの照射位置との差を所定の値、例えば数ｎｍにするように調整する。

試料上で電子ビームの照射位置をかえる偏向器の、ｘ方向とｙ方向の２方向の電極を有する静電偏向器に加えられる電圧は、ｘ方向の入力は式（１）、ｙ方向の入力は式（２）で表わされる。
Ｘ'＝ＡＸ＋ＢＹ＋ＨｘＸＹ＋Ｏｘ（ｔ）……（１）
Ｙ'＝ＣＸ＋ＤＹ＋ＨｙＸＹ＋Ｏｙ（ｔ）……（２）
この値に比例した電圧が静電偏向器の電極に印加され、電子ビームを偏向する。この式においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｈｘ，Ｈｙ，Ｏｘ，Ｏｙは調整係数である。

上記の位置ずれを所定の値以下にするために、偏向器に印加する電圧のうち、例えば、Ｏｘ，Ｏｙを調整することによって基準ビームの位置と近似するようにする。

これらの値を各コラムセル記憶部３５に格納し、各コラムセルで電子ビームを照射する際に補正された電圧量で電子ビームを偏向する。

上記処理を基準コラムセル以外のすべてのコラムセルの電子ビームに対して行い、すべての電子ビームのビーム位置特性を略同一にする。

次に、電子ビーム強度をすべてのコラムセルの電子ビームに対して略同一にする。電子ビームの強度（電流値）は、ファラデーカップを用い、基準の位置に照射される電子ビームの電流値を測定することによって測定する。

本実施形態では、各コラムセルの電子ビームの電流値の測定を、一つのファラデーカップ及び電流計を使用して行う。

また、各コラムセルの電子ビームは、ビーム位置特性が調整されたものである。位置が調整されていない場合には、電子ビームの一部しかファラデーカップに入らないという場合もあるため、同じ位置に照射されるように調整されたビームを使用する。

基準コラムセルで使用する基準ビームの電流値を測定するために、ファラデーカップを基準コラムセルの光軸直下に位置するようにウエハステージを移動する。その後、所定の時間電子ビームを照射し、電流値を測定する。

ビーム強度もビーム位置と同様に、基準ビームのビーム強度との差を所定の値、例えば、１００ｎｍ×１００ｎｍの矩形の場合、１ｎＡ以下になるように調整係数を調整する。

例えば、可変矩形の場合、断面が矩形に整形された電子ビームをマスクの矩形開口と重ねあわせ、横Ｓｘ，縦Ｓｙの矩形に整形するものとする。このとき、ｘ方向とｙ方向の２方向の電極を有する静電偏向器に加えられる電圧は、ｘ方向の入力は式（３）、ｙ方向の入力は式（４）で表わされる。
Ｓｘ'＝ＡＳｘ＋ＢＳｙ＋ＨｘＳｘＳｙ＋Ｏｘ（ｔ）……（３）
Ｓｙ'＝ＣＳｘ＋ＤＳｙ＋ＨｙＳｘＳｙ＋Ｏｙ（ｔ）……（４）
上記式（１）、（２）において、係数Ｏｘ，Ｏｙ、あるいは係数ＡからＤを調整し、基準のビーム強度に近似するようにする。また、ビームのショット時間を調整して、ビーム電流を基準値に合わせるようにしても良い。これらの値を各コラムセル記憶部３５に格納しておき、実際に露光するときに、このデータに従って露光処理を行う。

なお、基準ビームとビーム強度が極端に差がある場合に、可変矩形の形状を大きく変えてしまうと基準ビームとビーム形状の差が大きくなってしまい、所望のパターン形状に露光されないおそれがある。この場合、ビーム強度、ビーム形状の両方の基準を考慮して調整係数を決定する。

また、ビーム形状は、ビーム位置測定と同様に電子ビームを走査して基準マーク上を通過させてエッジを検出し、基準マークのエッジ間の距離と検出されたエッジ間の距離とから、走査方向のビームの長さを検出することによって測定する。

以上説明したように、本実施形態のマルチコラム電子ビーム露光装置では、複数のコラムセルで使用する電子ビームの同種のビーム特性を一つのビーム特性測定装置を用いて検出し、基準となる一つの基準ビームの特性に近似するように、他のコラムセルの電子ビームのビーム特性を調整している。例えば、基準マークと反射電子検出器等を用いて電子ビームの照射位置を検出し、すべてのコラムセルで電子ビームの照射位置が相対的に同じになるようにしている。これにより、すべてのコラムセルで使用される電子ビームのビーム特性が略同一になり、コラムセル間に跨るパターンを形成する場合であっても、電子ビームの照射位置、強度等のビーム特性がコラムセル間で同じであるため、パターンのつなぎ精度を向上させることが可能になる。

なお、ビーム特性の調整は、露光開始前、または、露光中の所定の時間に行われる。コラムセル間を跨るパターンが微小で正確性を要求されるものである場合には、露光中であってもビーム特性の調整の回数を多くする。

ビーム特性の調整回数を多くすると、その回数に応じて露光処理を中断するため、処理速度が低下する。しかし、ビーム特性の調整を減らすことにより、コラムセル間のパターンのつなぎ精度が低くなり、最悪の場合、パターンが途切れてしまうおそれがある。また、それまでに形成されたパターンの精度も保証されない。よって、再度はじめから露光処理をする可能性もあり、露光中に中断する場合よりもスループットが悪化するおそれもある。

また、キャリブレーションチップ４１ａ上の基準マークによって、ビーム位置だけではなく、反射電子の量からビーム強度を検出することも可能である。しかし、電子ビームのビーム強度を正確に検出するためには、ファラデーカップ４１ｂを使用する方が望ましい。

また、ビーム形状は、キャリブレーションチップ４１ａ上の基準マークを使用して特定することができる。よって、ビーム位置の測定と同時に形状を測定するようにしても良い。

なお、本実施形態では、ファラデーカップ４１ｂによって、ビーム強度を測定することについて説明したが、ファラデーカップ４１ｂを含むビーム位置検出器によって、ビーム位置の測定をしても良いし、ファラデーカップ４１ｂを含むビーム形状検出器によって、ビーム形状の測定をするようにしても良い。

キャリブレーションチップ４１ａ上の基準マークによって、ビーム位置特性、ビーム強度特性、ビーム形状特性を測定することにより、ウエハステージ１３を移動する回数を減らし、測定にかかる時間を短縮することが可能となる。また、ファラデーカップ４１ｂを用いて、ビーム特性を測定する場合も同様の効果が得られる。

また、上記説明では、基準ビームを真の位置からずれた状態で、他のコラムセルのビーム特性を基準ビームに合わせるようにしたが、基準ビームを真の位置に合わせるように補正したものを基準ビームとしても良い。これにより、理想的な位置にビームを照射することが可能になる。
（マルチコラム電子ビーム露光方法の説明）
次に、上記したマルチコラム電子ビーム露光装置における露光方法について説明する。

図８は、本実施形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置によるビーム特性調整処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、基準マークを用いてビーム特性のうちのビーム位置を検出して各コラムセルのビーム位置特性を調整する方法を対象に説明する。なお、基準ビームとする電子ビームを照射する基準コラムセルは予め決められているものとし、Ｃ１とする。

まず、ステップＳ１１で、ウエハステージ１３上のキャリブレーションチップ４１ａを基準コラムセルＣ１の光軸直下の位置に移動させる。

次に、ステップＳ１２では、コラムセルＣ１の偏向器によって電子ビームを、基準マーク上を通過するように走査して、基準マークの反射電子信号を取得する。この反射電子信号は、走査する電子ビームによる反射電子を反射電子検出器により検出し、取得する。

次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２において検出した基準マークの反射電子信号から、エッジ位置を検出する。

次に、ステップＳ１４では、実際の基準マークの位置と電子ビームの走査によって得られた基準マークの位置からずれ量を検出する。このずれ量を基準量として記憶部に記憶する。

次に、ステップＳ１５からステップＳ１７では、基準コラムセル以外の他のコラムセルの電子ビームの特性を測定し、特性の調整をする。

ステップＳ１５では、基準マークが他のコラムセルのうちの一つのコラムセルの光軸直下に位置するようにウエハステージを移動する。

次のステップＳ１６では、基準ビームの測定と同様に、そのコラムセルの電子ビームのビーム位置特性を測定する。

次のステップＳ１７では、ビーム位置特性と基準ビーム位置特性との差分を算出し、その差分が所定の値以下になるように静電偏向器に印加する電圧の調整係数を調整する。所定の値は、例えば、数ｎｍである。調整した係数は、各コラムセル記憶部３５に格納する。

次のステップＳ１８では、すべてのコラムセルの電子ビームについてビーム位置特性の調整が終了したか否かを判定する。調整が終了していなければ、ステップＳ１５に戻り、ビーム特性調整処理を継続する。

上記ビーム特性調整処理をした後、露光処理を行う。
（２）第２の実施形態
第１の実施形態では、同種のビーム特性に対して一つのビーム特性検出装置を用いてすべてのコラムセルにおける電子ビームの特性を測定し、基準ビーム特性に近似させるように調整した。

本実施形態では、すべてのコラムセルの電子ビーム特性を基準ビーム特性に近似させるために、複数のビーム特性検出装置を使用する点が異なる。

なお、本実施形態で使用されるマルチコラム電子ビーム露光装置の構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以下に、複数のビーム特性検出装置を使用して、すべてのコラムセルの電子ビーム特性を基準ビーム特性に近似させる方法について説明する。

図９は、コラムセルが複数（例えば１６本）あるときの一部を示しており、コラムセル４本に対し、ビーム特性検出装置（Ｍ１，Ｍ２）を２個使用する場合の例である。

ビーム特性検出装置Ｍ１は、コラムセルＣ１，Ｃ２で使用する電子ビームのビーム特性を測定し、ビーム特性検出装置Ｍ２は、コラムセルＣ２，Ｃ３，Ｃ４で使用する電子ビームのビーム特性を測定するものとする。また、コラムセルＣ１を基準コラムセルとし、コラムセルＣ１で使用する電子ビームを基準ビームとする。

コラムセルＣ１，Ｃ２の集合をコラムセル群Ｇ１とし、コラムセルＣ２，Ｃ３，Ｃ４の集合をコラムセル群Ｇ２とする。このように、コラムセル群Ｇ１とＧ２には、共通するコラムセルＣ２を有している。

コラムセル群Ｇ１において、ビーム特性検出装置Ｍ１を使用して、第１の実施形態で示したように、コラムセルＣ２で使用する電子ビームのビーム特性を基準ビーム特性に近似するように調整する。

次に、ビーム特性検出装置Ｍ２を使用して、コラムセル群Ｇ２の各コラムセルで使用する電子ビームの測定及びビーム特性の調整を行う。コラムセル群Ｇ２において、基準となるビームは、コラムセル群Ｇ１とＧ２に共通なコラムセルＣ２のビームである。コラムセルＣ２はコラムセル群Ｇ１において、基準コラムセルＣ１の基準ビームに近似するように調整されている。従って、コラムセル群Ｇ２内でコラムセルＣ２を基準とすることにより、他のコラムセルの電子ビームも基準ビームに近似させることが可能になる。

なお、コラムセルＣ１とコラムセルＣ２とのビーム特性の誤差が最大の値であり、コラムセルＣ２とコラムセルＣ３のビーム特性の誤差が最大の値である場合、コラムセルＣ３のビーム特性は、基準ビームの許容誤差の２倍になってしまう。すなわち、コラムセル群内で最大の誤差になる場合、ビーム特性検出装置の数をかけた分だけ、誤差範囲が広がってしまうことになる。そこで、この値を考慮して許容誤差の範囲を小さくするように設定する。

上記具体例を一般化すると以下のようになる。

コラムセル群をＧｋとし、１≦ｋ≦ｎとする。ｋはビーム特性を測定する順番を示している。このとき、隣接するコラムセル群ＧｋとＧｋ＋１との間には共通するコラムセルを含むようにする。ｎはビーム特性検出装置Ｍの数であり、ビーム特性検出装置Ｍｋは、コラムセル群Ｇｋが有するコラムセルにおいて使用する電子ビームのビーム特性の測定を行う。

まず、基準ビームとする電子ビームを使用するコラムセルを選択し、基準コラムセルＣ１とする。基準コラムセルを含むコラムセル群Ｇ１内の各コラムセルにおいて、ビーム特性検出装置Ｍ１を使用して、ビーム特性を測定する。

ビーム特性測定の結果、コラムセル群Ｇ１内の各コラムセルの電子ビーム特性をコラムセルＣ１の基準ビームに近似するように調整する。この調整は、第１の実施形態で説明した方法と同様に行う。

次に、コラムセル群Ｇ２内の各コラムセルにおいて、ビーム特性検出装置Ｍ２を使用して、ビーム特性を測定する。

コラムセル群Ｇ１とコラムセル群Ｇ２に共通するコラムセルＣ１２は、基準コラムセルＣ１の基準ビームに合わせた調整がされている。コラムセル群Ｇ２内のコラムセルの電子ビームの調整を行うときには、共通コラムセルＣ１２を基準とし、調整済みの電子ビームを基準として、コラムセル群Ｇ２内の他のコラムセルの電子ビームの調整を行う。

このようにすべてのコラムセル群Ｇｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）の電子ビームをビーム特性検出装置Ｍｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）を用いてビーム特性を測定し、共通コラムセルの電子ビーム特性を基準としてビーム特性を調整する。この結果、基準コラムセルＣ１の基準ビームに対して、すべてのコラムセルのビーム特性が、（所定の誤差）×ｎの範囲内に入ることになる。

以上説明したように、本実施形態のマルチコラム電子ビーム露光装置では、複数のコラムセルで使用する電子ビームの同種のビーム特性の検出に複数のビーム特性検出装置を用いている。各ビーム特性検出装置は予め決められた複数のコラムセルを有するコラムセル群の電子ビームについてビーム特性を検出する。コラムセル群相互間には共通するコラムセルを有しており、その共通するコラムセルの電子ビームのビーム特性を基準としてそのコラムセル群の他のコラムセルの電子ビームのビーム特性を検出して調整する。これにより、すべてのコラムセルで使用される電子ビームのビーム特性が略同一になり、コラムセル間に跨るパターンを形成する場合であっても、電子ビームの照射位置、強度等のビーム特性がコラムセル間で同じであるため、パターンのつなぎ精度を向上させることが可能になる。

また、複数のコラムセルで使用する電子ビームの特性を、それらのコラムセルに近い位置にあるビーム特性検出装置を使って測定するため、ビーム特性を測定するために移動させるウエハステージの移動範囲を小さくすることが可能になる。よって、ウエハステージの移動精度の悪化を防止できるとともに、ウエハステージ移動のためのスペースを広くとる必要がなくなり、装置のコンパクト化を図ることが可能になる。

なお、本実施形態では、コラムセル群の有するコラムセルが２又は３として説明したが、４以上であっても良い。これにより、ステージの移動範囲を小さくするとともに、ビーム特性測定回数を減らすことができ、誤差の拡大を小さくすることができる。
（マルチコラム電子ビーム露光方法の説明）
次に、上記したマルチコラム電子ビーム露光装置における露光方法について説明する。

図１０は、本実施形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置によるビーム特性調整処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、基準マークを用いてビーム特性のうちのビーム位置を検出して各コラムセルのビーム特性を調整する方法を対象に説明する。

まず、ステップＳ２０で、初期設定を行う。初期設定では、基準ビームとする電子ビームを照射する基準コラムセルを決定したり、コラムセル群及びコラムセル群で使用されるビーム特性検出装置を決定する。また、コラムセル群Ｇ１に基準コラムセルが含まれるものとし、コラムセル群をＧｋとしてｋの初期値を２とする。

次のステップＳ２１で、基準ビームのビーム位置特性を測定し、記憶部に記録する。基準ビームのビーム位置特性の測定は、以下のようにして行う。

ウエハステージ上のビーム特性検出装置Ｍ１をコラムセル群Ｇ１の基準コラムセルＣ１の光軸直下に位置するように移動させる。

次のステップＳ２２では、コラムセルＣ１の偏向器によって電子ビームを、ビーム特性検出装置Ｍ１上の基準マークの上を通過するように走査して、基準マークの反射電子信号を取得する。この反射電子信号は、走査する電子ビームによる反射電子を反射電子検出器により検出し、信号処理を施して取得する。次に、検出した基準マークの画像から、エッジ位置を検出する。次に、実際の基準マークの位置と電子ビームの走査によって得られた基準マークの位置からずれ量を検出する。このずれ量を基準量として記憶部に記憶する。

次に、ステップＳ２３では、コラムセル群Ｇ１内の基準コラムセル以外のコラムセルで使用する電子ビームのビーム特性を、ビーム特性検出装置Ｍ１を使用して測定し、基準ビームの特性と近似するように電子ビームを調整する。

基準コラムセル以外の他のコラムセルの電子ビームの特性を測定及び特性の調整は、まず、基準マークが他のコラムセルの光軸直下になるようにウエハステージを移動する。その後、基準ビームと同様に、そのコラムセルの電子ビームのビーム位置特性を測定する。

ビーム位置特性と基準ビーム位置特性との差分を算出し、その差分が所定の値以下になるように静電偏向器に印加する電圧の調整係数を調整する。調整した係数は、各コラムセル記憶部３５に格納する。

次に、ステップＳ２４では、次のコラムセル群Ｇｋに対して、ビーム特性検出装置Ｍｋを用いてビーム特性を検出する。各ビームのビーム特性の測定は、ステップＳ２２と同様である。なお、コラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ−１に共通するコラムセルは、ステップＳ２２で基準のビーム特性に調整された電子ビームが照射される。

次に、ステップＳ２５では、コラムセル群Ｇｋ内のコラムセルで使用される電子ビームに対して、コラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ−１に共通するコラムセルで使用される電子ビームのビーム特性を基準として、調整する。

次のステップＳ２６では、すべてのコラムセル群についてビーム特性の調整が終了したか否かを判定する。調整が終了していなければ、ステップＳ２７でｋをカウントアップしてステップＳ２４に戻り、調整処理を継続する。

上記ビーム特性調整処理をした後、露光処理を行う。

以上説明したように、本実施形態のマルチコラム電子ビーム露光方法では、複数のビーム特性検出装置を使用してビーム特性を基準ビームに合わせるようにしている。複数のビーム特性検出装置を用意しているため、ウエハステージの移動範囲がビーム特性検出装置を一つだけ用いる場合に比べて小さくなり、移動精度の悪化の防止及び、移動範囲の空間的領域の拡大を防止することが可能になる。

Claims (7)

1. ウエハステージと、
   前記ウエハステージの縁部に設けられた同種の電子ビーム特性を測定するｎ個の電子ビーム特性検出部Ｍｋ（１≦ｋ≦ｎ）と、
   複数のコラムセルを含むｎ個のコラムセル群Ｇｋ（１≦ｋ≦ｎ）を含み、隣接するコラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ＋１とに少なくとも一つの共通のコラムセルを有する電子ビームコラムと、
   前記電子ビーム特性検出部を用いて、すべてのコラムセルで使用する電子ビームのビーム特性を測定し、各コラムセルで使用する電子ビームの特性を略同一にするように各コラムセルの電子ビームを調整する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記複数個のコラムセルのうち一つのコラムセルを基準コラムセルとし、当該基準コラムセルを含むコラムセル群Ｇ１内の各コラムセルで使用する電子ビームの特性を前記電子ビーム特性検出部Ｍ１を用いて測定して各コラムセルで使用する電子ビームの特性と前記基準コラムセルで使用する電子ビームのビーム特性との差を所定の値以下になるように調整し、
   コラムセル群Ｇｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）の各コラムセルで使用する電子ビームをビーム特性検出部Ｍｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）を用いてビーム特性を測定し、前記共通のコラムセルの電子ビーム特性を基準にビーム特性を調整することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置。
2. 前記制御部は、各コラムセル群Ｇｋの各コラムセルの下方の所定位置に、前記電子ビーム特性検出部Ｍｋを移動させて、ビーム特性を測定することを特徴とする請求項１に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
3. 前記制御部は、前記ウエハステージに試料が載置され、露光処理を行う前に、前記電子ビーム特性の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
4. ウエハステージと、前記ウエハステージの縁部に設けられた同種の電子ビーム特性を測定するｎ個の電子ビーム特性検出部Ｍｋ（１≦ｋ≦ｎ）と、複数のコラムセルを含むｎ個のコラムセル群Ｇｋ（１≦ｋ≦ｎ）を含み、隣接するコラムセル群Ｇｋとコラムセル群Ｇｋ＋１とに少なくとも一つの共通のコラムセルを有する電子ビームコラムと、を具備するマルチコラム電子ビーム露光装置における露光方法であって、
   前記複数個のコラムセルのうち基準とする基準コラムセルを選択するステップと、
   前記基準コラムセルを含むコラムセル群Ｇ１内の各コラムセルで使用する電子ビームの特性を前記電子ビーム特性検出部Ｍ１を用いて測定して各コラムセルで使用する電子ビームの特性と前記基準コラムセルで使用する電子ビームのビーム特性との差を所定の値以下になるように調整するステップと、
   コラムセル群Ｇｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）の各コラムセルで使用する電子ビームをビーム特性検出部Ｍｋ＋１（１≦ｋ≦ｎ−１）を用いてビーム特性を測定し、前記共通のコラムセルの電子ビーム特性を基準にビーム特性を調整するステップと、
   調整された前記各コラムセルの電子ビームを使用して露光処理をするステップと
   を含むことを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光方法。
5. 前記コラムセルのビーム特性の測定は、前記コラムセル群Ｇｋの各コラムセルの下方の所定位置に、前記電子ビーム特性検出部Ｍｋを移動させて測定することを特徴とする請求項４に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
6. 前記電子ビーム特性は、照射される電子ビームのビーム位置、ビーム強度、ビーム形状のうちのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
7. 前記電子ビーム特性検出部は、基準マークが形成されたキャリブレーション用チップ又はファラデーカップであることを特徴とする請求項４に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。

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