JPH0513037A

JPH0513037A - 荷電粒子ビーム装置及びその制御方法

Info

Publication number: JPH0513037A
Application number: JP3161668A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nakano; 光浩中野; Junichi Kai; 潤一甲斐
Original assignee: Fujitsu VLSI Ltd; Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu VLSI Ltd; Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1993-01-22
Also published as: US5334846A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は荷電粒子ビーム装置の改善に関し、
被照射対象のステージ位置を初回ビーム走査時のみに限
って読取り処理をすることなく、それを単位ビーム走査
毎に読取り処理をして、ステージ移動速度を考慮した位
置検出マークの検出処理をし、その露光処理等の高速化
を図ることを目的とする。【構成】被照射対象１７に荷電粒子ビーム11Ａを照射
する荷電粒子発生源１１と、前記荷電粒子ビーム11Ａを
偏向する偏向手段１２と、前記被照射対象１７に設けら
れた位置検出マークＭを検出する第１の検出手段１３
と、前記被照射対象１７のステージ位置を検出する第２
の検出手段１４と、前記被照射対象１７を移動する移動
手段１５と、前記荷電粒子発生源１１，偏向手段１２，
第１，第２の検出手段１３，１４及び移動手段１５の入
出力を制御する制御手段１６とを具備し、前記制御手段
１６が連続移動する被照射対象１７のステージ位置に係
る位置検出信号Ｓ１に基づいて前記偏向手段１２に供給
する偏向信号Ｓ２，Ｓ３の補正をすることを含み構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔目次〕産業上の利用分野従来の技術（図８，９）発明が解決しようとする課題（図10）課題を解決するための手段（図１，２）作用実施例（図３〜７）発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビーム装置及
びその制御方法に関するものであり、更に詳しく言え
ば、連続移動する被照射対象に露光処理等をする際の位
置検出マークの検出機能及びその検出方法の改善に関す
るものである。

【０００３】近年、半導体集積回路装置（以下単にＬＳ
Ｉという）の高機能，高集積化に伴い微細パターン露光
処理をする場合、電子ビームやイオンビームを用いた露
光装置が使用されている。

【０００４】これによれば、連続移動する半導体ウエハ
の位置検出マークを検出する場合であって、ステージ位
置の読込み処理をする際に、初回ビーム走査時のみに限
ってステージ移動／測長装置から出力される位置検出信
号を参照している。

【０００５】このため、ステージ移動速度を増加した場
合に、半導体ウエハの位置検出マークＭ上に電子ビーム
を確実に偏向することが困難となる場合が生じてくる。
そこで、被照射対象のステージ位置を初回ビーム走査時
のみに限って読取り処理をすることなく、それを単位ビ
ーム走査毎に読取り処理をして、ステージ移動速度を考
慮した位置検出マークの検出処理をし、その露光処理等
の高速化を図ることができる装置が望まれている。

【０００６】

【従来の技術】図８〜図11は、従来例に係る説明図を示
している。図８（ａ），（ｂ）は、従来例に係る電子ビ
ーム露光装置の構成図を示している。例えば、荷電粒子
ビーム装置の一例となる電子ビーム露光装置は、図８
（ａ）において電子銃１，偏向器２，二次電子検出器
３，ステージ移動／測長装置４及び電子ビーム制御装置
５から成る。

【０００７】当該装置の機能は、極低速又は静止した被
照射対象の一例となる半導体ウエハ６の位置検出マーク
Ｍを検出し、その後、半導体ウエハ６の被露光領域にＬ
ＳＩパターン等の露光処理をするものである。

【０００８】また、図８（ｂ）は、従来例に係る電子ビ
ーム露光装置の主偏向ユニット５Ａの内部構成図であ
る。図８（ｂ）において、主偏向ユニット５Ａの主要部
は、カウンタ５１，レジスタ５２，５３，二入力論理積
回路（以下ＡＮＤ回路という）及びパターン発生回路５
４から成る。

【０００９】当該ユニット５Ａの主要機能は、例えば、
半導体ウエハ６の位置検出マーク（マーク溝部）Ｍを検
出する場合、まず、上位のＤＳＰ（デジタルシグナルプ
ロセッサ）等から走査制御信号ＳＥがレジスタ５２にセ
ットされ、一方、上位のＣＰＵ（中央演算処理装置）等
からビーム走査回数値Ｎが走査回数信号ＳＣとしてカウ
ンタ５１にセットされる。これにより、電子ビーム１Ａ
が位置検出マークＭを走査した回数（ビーム走査回数
値）が，例えば、ダウンカウントされ、該回数に基づい
てその終了を示す主偏向制御信号ＭＤが出力される。ま
た、レジスタ５２及び５３に取り込まれた走査制御信号
ＳＥ及び走査回数信号ＳＣの二入力論理積の結果、パタ
ーン発生部５４から走査制御信号ＳＥ，パターン発生ビ
ジー信号ＰＧ及びパターン発生カウント信号ＰＣが出力
される。この際に、両信号ＰＧ，ＰＣが「Ｈ」（ハイ）
レベルの期間中，副偏向データ（ショットデータ）が発
生する。

【００１０】これにより、ＣＰＵ等から設定された所定
回数Ｎに基づいて電子ビーム１Ａが位置検出マークＭに
走査され、二次電子検出器３により該位置検出マークＭ
に係る二次電子画像が取得される。

【００１１】ここで、連続移動する半導体ウエハ６の位
置検出マークＭの検出動作について、さらに詳しく言え
ば、図９の従来例に係る電子ビーム露光装置の制御フロ
ーチャートにおいて、まず、ステップＰ１でステージの
連続移動処理をし、次に、ステップＰ２でステージ位置
の読込み処理をする。

【００１２】次いで、ステップＰ３でステージ制御目標
位置と実際のステージ位置との誤差の算出処理をし、そ
の後、ステップＰ４で電磁偏向に係る最終偏向座標の決
定処理をする。

【００１３】さらに、ステップＰ５で電子ビーム１Ａの
偏向信号Ｓ２，Ｓ３の補正処理をし、次に、ステップＰ
６で位置検出マークＭに電子ビーム１Ａの照射偏向処理
をする。

【００１４】なお、ステップＰ７でマーク検出の終了か
否の判断をする。この際に、マーク検出が終了しない場
合（ＮＯ）には、ステップＰ７を継続し、それが終了し
た場合（ＹES）には、例えば、ステップＰ８に移行し
て、半導体ウエハ６の被露光領域にＬＳＩパターン等の
露光処理をする。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来例によれ
ば、連続移動する半導体ウエハ６の位置検出マークＭを
検出する場合であって、ステップＰ２でステージ位置の
読込み処理をする際に、初回ビーム走査時のみに限って
ステージ移動／測長装置４から出力される位置検出信号
Ｓ１を参照している。

【００１６】このため、ステージ移動速度を増加した場
合に、図10に示すように半導体ウエハ６の位置検出マー
クＭ上に電子ビーム１Ａを確実に偏向することが困難と
なるという問題がある。

【００１７】すなわち、図10の問題点を説明をする動作
状態図に示すように、ステージ移動速度が極低速又は停
止している場合には、副偏向可能範囲Ａにおいて位置検
出マークＭの検出処理を追従させることができる。しか
し、露光処理の高速化を図るために、ステージ移動速度
を増加しようとすると、ステージが描画可能範囲Ａから
越えてしまい描画不能範囲Ｂに陥ることがある。その結
果、制御エラーを招くものである。

【００１８】これは、主偏向ブンキング信号ＬＢや副偏
向ブンキング信号ＳＢの出力タイミングが初回ビーム走
査時のみに限ってステージ移動／測長装置４から出力さ
れた位置検出信号Ｓ１を参照し、その初回に読み込んだ
ステージ位置を基準にして、以後のステージ移動速度を
考慮していないために、電子ビーム１Ａの偏向制御ずれ
が生じてくるものと考えられる。これにより、副偏向ブ
ランキング信号ＳＢが「Ｈ」レベルであるにも係わらず
位置検出マークＭ上に電子ビーム１Ａを確実に偏向する
ことが困難となるものである。

【００１９】このことは、例えば、位置検出マークＭ上
に電子ビーム１Ａを走査する単位走査回数に係るビーム
往復ショット数を400 ショットとし、その１ショット当
たりの露光時間を５〔μｓ〕とすれば、単位ビーム走査
当たりに要する時間は２〔ｍｓ〕となる。また、走査回
数が，例えば、16回とするならば、16倍の32〔ｍｓ〕を
要することとなる。

【００２０】これにより、ステージが，例えば、１〔mm
/s〕で移動しているものとし、かつ、ステージ位置座標
の分解能が0.01〔μｍ〕とすれば、0.1 Ｍ〔回〕の走査
制御信号ＳＥに依存するセットパルスが繰り返されるこ
とになる。すなわち、10〔ｎｓ〕に１回のセットパルス
が立ち上がることになる。

【００２１】このため、副偏向領域のマージン幅を，例
えば、±10〔μｍ〕に設定するものとすれば、ステージ
が距離20〔μｍ〕を移動する時間＝20〔ｍｓ〕と、電子
ビーム１Ａが位置検出マークＭを16回往復走査する時間
＝32〔ｍｓ〕と比較しても明らかなように、ステージ移
動速度＝１〔mm/s〕であっても、位置検出動作が遅延し
てステージの描画範囲を越えてしまうものとなる。

【００２２】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、被照射対象のステージ位置を初回
ビーム走査時のみに限って読取り処理をすることなく、
それを単位ビーム走査毎に読取り処理をして、ステージ
移動速度を考慮した位置検出マークの検出処理をし、そ
の露光処理等の高速化を図ることが可能となる荷電粒子
ビーム装置及びその制御方法の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明に係る荷
電粒子ビーム装置の原理図であり、図２は、本発明に係
る荷電粒子ビーム装置の制御方法の原理図をそれぞれ示
している。

【００２４】本発明の荷電粒子ビーム装置は、図１に示
すように被照射対象１７に荷電粒子ビーム11Ａを照射す
る荷電粒子発生源１１と、前記荷電粒子ビーム11Ａを偏
向する偏向手段１２と、前記被照射対象１７に設けられ
た位置検出マークＭを検出する第１の検出手段１３と、
前記被照射対象１７のステージ位置を検出する第２の検
出手段１４と、前記被照射対象１７を移動する移動手段
１５と、前記荷電粒子発生源１１，偏向手段１２，第
１，第２の検出手段１３，１４及び移動手段１５の入出
力を制御する制御手段１６とを具備し、前記制御手段１
６が連続移動する被照射対象１７のステージ位置に係る
位置検出信号Ｓ１に基づいて前記偏向手段１２に供給す
る偏向信号Ｓ２，Ｓ３の補正をすることを特徴とする。

【００２５】また、前記荷電粒子ビーム装置において、
前記制御手段１６に偏向駆動制御手段16Ａが設けられ、
前記偏向駆動制御手段16Ａが位置検出マークＭに対して
荷電粒子ビーム11Ａを単位往復走査する毎に取得された
前記被照射対象１７のステージ位置に係る位置検出信号
Ｓ１に基づいて該荷電粒子ビーム11Ａの最終偏向座標を
決定し直すことを特徴とする。

【００２６】さらに、前記荷電粒子ビーム装置におい
て、前記荷電粒子ビーム11Ａの走査回数に応じて、毎
回、荷電粒子ビーム11Ａの電磁偏向や静電偏向に係る最
終偏向座標を決定することを特徴とする。

【００２７】なお、本発明の荷電粒子ビーム装置の制御
方法は、図２のフローチャートに示すように、まず、ス
テップＰ１で荷電粒子ビーム11Ａの照射偏向領域下に被
照射対象１７の連続移動処理をし、次に、ステップＰ２
で前記被照射対象１７の位置検出マークＭに荷電粒子ビ
ーム11Ａの照射偏向処理をし、併せて、ステップＰ３で
前記被照射対象１７のステージ位置の検出処理と前記荷
電粒子ビーム11Ａの偏向補正処理とをし、その後、ステ
ップＰ４で前記偏向補正処理に基づいて前記被照射対象
１７の位置検出マークＭの検出処理をすることを特徴と
する。

【００２８】また、前記荷電粒子ビーム装置の制御方法
において、ステップＰ3Aで前記位置検出マークＭに対す
る荷電粒子ビーム11Ａの単位往復走査毎に、前記被照射
対象１７のステージ位置情報の取得処理をし、その後、
ステップＰ3Bで前記ステージ位置情報に基づいて位置検
出マークＭの制御目標位置と実際移動位置との誤差の補
正処理をすることを特徴とする。

【００２９】さらに、前記荷電粒子ビーム装置の制御方
法において、前記位置検出マークＭに対する荷電粒子ビ
ーム11Ａの単位往復走査毎に、前記被照射対象１７のス
テージ位置情報の取得処理をする場合と、前記荷電粒子
ビーム11Ａの単位往復走査に無関係にステージ位置情報
を一回のみ取得処理をする場合とを有し、モード切り換
え処理により選択することを特徴とする。

【００３０】また、前記荷電粒子ビーム装置の制御方法
において、前記位置検出マークＭに対する荷電粒子ビー
ム11Ａの単位往復走査に無関係にステージ位置情報を一
回のみ取得処理をする場合には、該荷電粒子ビーム11Ａ
を位置検出マークＭに数回，連続的に偏向走査をするこ
とを特徴とする。

【００３１】なお、前記荷電粒子ビーム装置の制御方法
において、ステップＰ５で前記連続移動する被照射対象
１７の位置検出マークＭの検出処理の後に、前記被照射
対象１７の被露光領域に荷電粒子ビーム11Ａの照射偏向
処理をすることを特徴とし、上記目的を達成する。

【００３２】

【作用】本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、図１
に示すように荷電粒子発生源１１，偏向手段１２，第
１，第２の検出手段１３，１４，移動手段１５及び制御
手段１６が具備され、該制御手段１６が連続移動する被
照射対象１７のステージ位置に係る位置検出信号Ｓ１に
基づいて該偏向手段１２に供給する偏向信号Ｓ２，Ｓ３
の補正をしている。

【００３３】例えば、被照射対象１７が移動手段１５に
より連続移動されると、荷電粒子発生源１１から該被照
射対象１７の方向に照射された荷電粒子ビーム11Ａが偏
向手段１２により偏向される。また、被照射対象１７に
設けられた位置検出マークＭが第１の検出手段１３によ
り検出される。

【００３４】この際に、被照射対象１７のステージ位置
が第２の検出手段１４により検出され、そのステージ位
置に係る位置検出信号Ｓ１が制御手段１６に出力され
る。これにより、制御手段１６では、連続移動する被照
射対象１７のステージ位置に係る位置検出信号Ｓ１に基
づいて該偏向手段１２に供給する偏向信号Ｓ２，Ｓ３が
補正される。

【００３５】このため、被照射対象１７の移動速度を増
加した場合であっても、制御手段１６に設けられた偏向
駆動制御手段16Ａにより、時々刻々移動する位置検出マ
ークＭに対して荷電粒子ビーム11Ａが単位往復走査され
る毎に取得された被照射対象１７のステージ位置に係る
位置検出信号Ｓ１に基づいて該荷電粒子ビーム11Ａの最
終偏向座標が決定し直される。また、荷電粒子ビーム11
Ａの走査回数に応じて、毎回、荷電粒子ビーム11Ａの電
磁偏向や静電偏向に係る最終偏向座標が決定される。

【００３６】これにより、被照射対象１７の移動速度の
高速化が図られた場合であっても、該被照射対象１７の
位置検出マークＭ上に荷電粒子ビーム11Ａを確実に偏向
することが可能となる。

【００３７】また、本発明の荷電粒子ビーム装置の制御
方法によれば、図２のフローチャートに示すように、ス
テップＰ２で被照射対象１７の位置検出マークＭに荷電
粒子ビーム11Ａの照射偏向処理をし、併せて、ステップ
Ｐ３で被照射対象１７のステージ位置の検出処理と該荷
電粒子ビーム11Ａの偏向補正処理とをしている。

【００３８】このため、ステップＰ3Aで位置検出マーク
Ｍに対する荷電粒子ビーム11Ａの単位往復走査毎に被照
射対象１７のステージ位置情報が取得処理され、その
後、ステップＰ3Bでステージ位置情報に基づいて位置検
出マークＭの制御目標位置と実際移動位置との誤差が補
正処理されることにより、従来例に比べて、ステップＰ
４でステージ移動速度を考慮した偏向補正処理に基づい
て被照射対象１７の位置検出マークＭの検出処理を正確
に実行することが可能となる。

【００３９】このことで、被照射対象１７の移動速度を
増加した場合であっても、従来例のように描画不能範囲
Ｂに陥ることなく、位置検出動作を十分追従させること
が可能となる。また、荷電粒子ビーム11Ａの偏向可能範
囲を被照射対象１７の被露光領域等の描画可能範囲に納
めることが可能となる。

【００４０】なお、本発明の荷電粒子ビーム装置の制御
方法によれば、モード切り換え処理により位置検出マー
クＭに対する荷電粒子ビーム11Ａの単位往復走査毎に被
照射対象１７のステージ位置情報の取得処理をする場合
と、該荷電粒子ビーム11Ａの単位往復走査に無関係にス
テージ位置情報を一回のみ取得処理をする場合とが選択
される。

【００４１】このため、従来例に係る位置検出マークＭ
の検出処理と本発明に係る位置検出マークＭの検出処理
とを選択することが可能となる。これにより、被照射対
象１７の移動速度が早い場合と、それが遅い場合とを選
択することが可能となる。

【００４２】例えば、その移動速度が極低速又は停止し
ている場合には、従来例のように副偏向可能範囲におい
て位置検出マークＭの検出処理が実行され、該荷電粒子
ビーム11Ａが位置検出マークＭに数回，連続的に偏向走
査される。

【００４３】なお、ステップＰ５で連続移動する被照射
対象１７の被露光領域に荷電粒子ビーム11Ａが照射偏向
処理されるため、その露光処理等の高速化を図ることが
可能となる。

【００４４】これにより、試料の位置検出マークＭを確
認しながら連続移動をし、その被照射対象１７に高速露
光処理をする電子ビーム露光装置やその画像を高速取得
処理をする電子ビーム装置等を製造することが可能とな
る。

【００４５】

【実施例】次に図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明をする。図３〜７は、本発明の実施例に係る荷電
粒子ビーム装置及びその制御方法を説明する図である。
図３は、本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の構
成図を示している。

【００４６】例えば、荷電粒子ビーム装置の一例となる
電子ビーム露光装置は、図３において、電子銃２１，偏
向器２２，二次電子検出器２３，レーザー測長計２４，
ステージ駆動装置２５及び電子ビーム制御装置２６から
成る。

【００４７】すなわち、電子銃２１は荷電粒子発生源１
１の一実施例であり、荷電粒子ビーム11Ａの一例となる
電子ビーム21Ａを被照射対象１７の一例となる半導体ウ
エハ２７方向に照射するものである。

【００４８】偏向器２２は偏向手段１２の一実施例であ
り、電子ビーム21Ａを大（主）偏向する電磁偏向器22Ａ
やそれを小（副）偏向する静電偏向器22Ｂから成る。例
えば、偏向器２２は電子ビーム制御装置２６から出力さ
れる電磁偏向信号Ｓ２や静電偏向信号Ｓ３により駆動制
御される。

【００４９】二次電子検出器２３は第１の検出手段１３
の一実施例であり、半導体ウエハ２７に設けられたマー
ク溝部（以下位置検出マークＭという）を検出するもの
である。その機能は、位置検出マークＭに電子ビーム21
Ａを照射した際に、そこから反射をする二次電子を検出
するものである。なお、そのマーク検出信号Ｓ４を信号
処理することにより電子ビーム制御装置２６で位置検出
マークＭが認識される。

【００５０】レーザー測長計２４は第２の検出手段１４
の一実施例であり、半導体ウエハ２７のステージ位置を
検出し、時々刻々変化をする位置検出信号Ｓ１を電子ビ
ーム制御装置２６に出力するものである。

【００５１】ステージ駆動装置２５は移動手段１５の一
実施例であり、半導体ウエハ２７を連続移動するもので
ある。例えば、ステージ駆動装置２５は半導体ウエハ２
７が載置されたステージを毎秒１〜１０〔ｍｍ〕の速度
で移動する。

【００５２】電子ビーム制御装置２６は制御手段１６の
一実施例であり、偏向駆動制御装置26Ａ，他の制御装置
26Ｂ及びＣＰＵ26Ｃから成る。すなわち、偏向駆動制御
装置26Ａは、ステージ制御回路６１，主偏向制御回路６
２，Ｄ／Ａ変換器63Ａ〜63Ｃ，偏向増幅器64Ａ，64Ｂ，
ＤＳＰ６５，パターン発生回路６６及びパターン補正回
路６７から成る。

【００５３】ステージ制御回路６１はステージ位置デー
タＤ１を主偏向制御回路６２に出力するものであり、主
偏向制御回路６２は該データＤ１とステージ位置読取り
クロックＣLKに基づいて主偏向データＤＭ及び副偏向デ
ータＤＳをそれぞれＤ／Ａ変換器63Ａ，63Ｂに出力する
ものである。

【００５４】また、Ｄ／Ａ変換器63Ａ，63Ｂは主偏向デ
ータＤＭ及び副偏向データＤＳをそれぞれＤ／Ａ変換処
理をし、それを偏向増幅器64Ａ，64Ｂに出力するもので
ある。偏向増幅器64Ａ，64ＢはＤ／Ａ変換処理されたア
ナログ信号を増幅し、その主偏向信号Ｓ２及び副偏向信
号Ｓ３を偏向器２２に出力するものである。

【００５５】ＤＳＰ６５は走査制御信号ＳＥ及び主偏向
制御信号ＭＤ（Ｅ）に基づいて、ステージ位置読取りク
ロックＣLK，主偏向制御（開始）信号ＭＤ（Ｓ）及び主
偏向保持信号ＭＨを出力するものである。

【００５６】パターン発生回路６６は走査回数信号Ｓ
Ｃ，主偏向制御（開始）信号ＭＤ（Ｓ）及び主偏向保持
信号ＭＨに基づいてショットデータＤ２をパターン補正
回路６７に出力するものである。なお、パターン補正回
路６７はショットデータＤ２のパターン補正をするもの
である。例えば、該補正回路６７は位置検出マークＭに
対して電子ビーム21Ａを単位往復走査する毎に取得され
た半導体ウエハ２７のステージ位置に係る位置検出信号
Ｓ１に基づいて該電子ビーム21Ａの最終偏向座標を決定
し直すものである。また、電子ビーム21Ａの走査回数Ｎ
に応じて、毎回、電子ビーム21Ａの電磁偏向や静電偏向
に係る最終偏向座標を決定するものである。

【００５７】また、他の制御装置26Ｂはステージ駆動装
置２５や電子銃２１の入出力を制御をするものである。
ＣＰＵ26Ｃは、他の制御装置26Ｂや偏向駆動制御装置26
Ａの入出力を制御するものである。例えば、ＣＰＵ26Ｃ
はパターン発生回路６６内の主偏向制御ユニット66Ａに
電子ビーム21Ａの走査回数値を設定する走査回数信号Ｓ
Ｃを出力するものである。

【００５８】図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例に
係る主偏向制御ユニットの説明図であり、図４（ａ）は
その構成図を示している。図４（ａ）において、主偏向
制御ユニット66Ａはパターン発生回路６６内に設けら
れ、カウンタ５５，第１〜３のレジスタ５６〜５８，二
入力論理和回路（以下ＯＲ回路という），第１，第２の
二入力論理積回路（以下ＡＮＤ回路１，２という），パ
ターン発生部５９から成る。

【００５９】カウンタ５５は走査回数信号ＳＣを介して
ＣＰＵ26Ｃからセットされた走査回数値をダウンカント
をし、その終了時に主偏向制御信号ＭＤ（Ｅ）を出力す
るものである。第１のレジスタ５６は走査制御信号ＳＥ
をセットするものである。また、ＯＲ回路は、ステージ
位置読取りモードを選択するモード切り換え信号ＭM1と
主偏向器22Ａの偏向動作を保持する主偏向ホールド信号
ＳＨの二入力論理和により、当該装置の位置検出マーク
Ｍの検出処理を変更するものである。第２のレジスタ５
７はステージ位置読取りモードを保持するものであり、
第３のレジスタ５８はカウンタ出力値を保持するもので
ある。

【００６０】さらに、ＡＮＤ回路１は第１，２のレジス
タ５６，５７の出力値の二入力論理積をし、ＡＮＤ回路
２はその出力値と第３のレジスタ５８の二入力論理積を
するものである。パターン発生部５９は、ＡＮＤ回路２
の出力値に基づいて走査制御信号ＳＥ，パターン発生ビ
ジー信号ＰＧ及びパターン発生カウント信号ＰＣを出力
するものである。

【００６１】図４（ｂ）は主偏向制御ユニット66Ａの動
作説明図を示している。図４（ｂ）において、当該制御
ユニット66Ａの機能は従来例と異なり、４つの制御信号
に基づいてショットデータＤ２を発生するものである。
例えば、半導体ウエハ２７の位置検出マークＭを検出す
る場合、ＤＳＰ６５から出力される走査制御信号ＳＥが
「Ｈ」レベルのときに、各偏向器がＯＮ状態となる。こ
れがレジスタ５６にセットされる。また、主偏向ホール
ド信号ＳＨが「Ｈ」レベルのときに、ＯFF状態となっ
て、偏向動作を一時停止をする。これがＯＲ回路に入力
される。

【００６２】さらに、モード切り換え信号ＭM1が「Ｈ」
レベルのときには、本発明に係る位置検出処理となり、
それが「Ｌ」レベルのときに、従来例に係る位置検出処
理となる。すなわち、位置検出マークＭに対する電子ビ
ーム21Ａの単位往復走査毎に半導体ウエハ２７のステー
ジ位置情報の取得処理をする場合には、モード切り換え
信号ＭM1が「Ｈ」レベルに設定され、電子ビーム21Ａの
単位往復走査に無関係にステージ位置情報を一回のみ取
得処理をする場合には、モード切り換え信号ＭM1が
「Ｌ」レベルに設定される。

【００６３】また、カウンタ値が走査回数＝０となる場
合には、主偏向制御（終了）信号ＭＤ＝「Ｌ」レベルが
出力され、それが走査回数≠０となる場合には、主偏向
制御信号ＭＤ＝「Ｈ」が出力される。これがＤＳＰ６５
に入力される。

【００６４】これにより、偏向駆動制御装置26Ａが連続
移動する半導体ウエハ２７のステージ位置に係る位置検
出信号Ｓ１に基づいて偏向器２２に供給する主偏向信号
Ｓ２，副偏向信号Ｓ３の補正をすることができる。

【００６５】このようにして、本発明の実施例に係る電
子ビーム露光装置によれば、図３に示すように電子銃２
１，偏向器２２，二次電子検出器２３，レーザー測長計
２４，ステージ駆動装置２５及び電子ビーム制御装置２
６が具備され、該制御装置２６が連続移動する半導体ウ
エハ２７のステージ位置に係る位置検出信号Ｓ１に基づ
いて電磁偏向器22Ａや静電偏向器22Ｂに供給する主偏向
信号Ｓ２，副偏向信号Ｓ３の補正をしている。

【００６６】例えば、半導体ウエハ２７がステージ駆動
装置２５により連続移動されると、電子銃２１から該ウ
エハ２７の方向に照射された電子ビーム21Ａが偏向器２
２により偏向される。また、半導体ウエハ２７に設けら
れた位置検出マークＭが二次電子検出器２３により検出
される。

【００６７】この際に、半導体ウエハ２７のステージ位
置がレーザ測長計２４により検出され、そのステージ位
置に係る位置検出信号Ｓ１が電子ビーム制御装置２６の
ステージ制御回路６１等に出力される。これにより、偏
向駆動制御装置26Ａでは、連続移動する半導体ウエハ２
７のステージ位置に係る位置検出信号Ｓ１に基づいて該
偏向手段１２に供給する主偏向信号Ｓ２，副偏向信号Ｓ
３が補正される。

【００６８】このため、半導体ウエハ２７の移動速度を
増加する要求があった場合であっても、偏向駆動制御装
置26Ａにより位置検出マークＭに対して電子ビーム21Ａ
が単位往復走査される毎に取得された半導体ウエハ２７
のステージ位置に係る位置検出信号Ｓ１に基づいて該電
子ビーム21Ａの最終偏向座標が決定し直される。また、
電子ビーム21Ａの走査回数Ｎに応じて、毎回、該電子ビ
ーム21Ａの電磁偏向や静電偏向に係る最終偏向座標が決
定される。

【００６９】これにより、半導体ウエハ２７の移動速度
の高速化が要求された場合であっても、該半導体ウエハ
２７の位置検出マークＭ上に電子ビーム21Ａを確実に偏
向することが可能となる。

【００７０】次に、本発明の実施例に係る電子ビーム露
光装置の露光制御方法について当該装置の動作を補足し
ながら説明をする。図５は本発明の実施例に係る電子ビ
ーム露光装置の露光制御フローチャートであり、図６は
そのステージ位置読込み制御フローチャートであり、図
７はその動作波形図をそれぞれ示している。

【００７１】例えば、図１の破線円内図に示したような
位置検出マークＭを検出しながら半導体ウエハ２７にＬ
ＳＩパターン等を連続露光処理する場合、図５におい
て、まず、ステップＰ１で電子ビーム21Ａの照射偏向領
域下に半導体ウエハ２７を連続移動処理を開始する。こ
の際に、ステージ駆動装置２５により半導体ウエハ２７
を載置したステージが毎秒１〜１０〔ｍｍ〕の速度で移
動される。

【００７２】次に、ステップＰ２で位置検出処理に係る
モード切り換えをする。この際に、予め、ユーザが設定
したステージ位置読取りモードがレジスタ等から読み出
される。例えば、本発明の実施例を選択する場合（ＹE
S）には、ステップＰ３，Ｐ４を実行する。ここで、主
偏向制御ユニット66ＡのＯＲ回路によりモード切り換え
信号ＭM1と主偏向ホールド信号ＳＨの二入力論理和によ
り、本発明に係る位置検出マークＭの検出処理が選択さ
れる。

【００７３】また、従来例を選択する場合（ＮＯ）に
は、ステップＰ11に移行して、図９の制御フローチャー
トを実施する。なお、従来例を選択した場合には電子ビ
ーム21Ａが位置検出マークＭに数回，連続的に偏向走査
される。

【００７４】従って、本発明に係るステージ位置読取り
モードが選択された場合には、ステップＰ３で位置検出
マークＭに電子ビーム21Ａの照射偏向処理をする。この
際に、電子銃２１から半導体ウエハ２７方向に電子ビー
ム21Ａが照射され、図７の動作状態図に示すように、主
偏向ブランキング信号ＬＢがＯFF状態, 副ブランキング
信号ＬＢが主偏向制御信号ＭＤに基づいてＯＮ／ＯFF状
態を繰り返す。

【００７５】これにより、電磁偏向信号Ｓ２に基づいて
電子ビーム21Ａが大（主）偏向される（図７，主偏向器
の状態参照）。また、静電偏向信号Ｓ３に基づいて静電
偏向器22Ｂにより小（副）偏向される（図７の副偏向器
の状態参照）。

【００７６】併せて、ステップＰ４で半導体ウエハ２７
のステージ位置の検出処理をする。ここで、図６のステ
ージ位置読込み制御フローチャートに示すように、本発
明の実施例に係るステージ位置読取りモードを選択した
場合（ＹES）には、ステージ位置の読込み処理が実行さ
れ、その後、マーク検出を１回終了したか否かの判断が
行われ、さらに、それを全回数終了したか否かの判断が
実行される（図６のステップＰ２〜４参照）。

【００７７】この際に、レーザー測長計２４により半導
体ウエハ２７のステージ位置が時々刻々と検出され、そ
の位置検出信号Ｓ１が偏向駆動制御装置26Ａのステージ
制御回路６１に出力される。また、ステージ制御回路６
１から主偏向制御回路６２に制御目標値となるステージ
位置データＤ１が出力される。

【００７８】その後、ステップＰ５でステージ制御目標
位置と実際のステージ位置との誤差の算出処理をする。
この際に、位置検出信号Ｓ１に基づくステージ位置情報
により位置検出マークＭの制御目標位置と実際移動位置
との誤差が算出され、それが各偏向データＤＭ，ＤＳに
加算される。

【００７９】また、ＤＳＰ６５では走査制御信号ＳＥ及
び主偏向制御信号ＭＤ（Ｅ）に基づいて、ステージ位置
読取りクロックＣLK，主偏向制御信号ＭＤ（Ｓ）及び主
偏向ホールド信号ＭＨが出力される。

【００８０】さらに、ステップＰ６で電子ビーム21Ａの
偏向信号Ｓ１，Ｓ２の補正処理をする。この際に、パタ
ーン発生回路６６により走査回数信号ＳＣ，主偏向制御
信号ＭＤ（Ｓ）及び主偏向ホールド信号ＭＨに基づいて
ショットデータＤ２がパターン補正回路６７に出力され
る。また、パターン補正回路６７では、ショットデータ
Ｄ２がパターン補正される。

【００８１】次に、ステップＰ７で電磁偏向に係る最終
偏向座標の決定処理をする。この際に、パターン補正回
路６７では位置検出マークＭに対して電子ビーム21Ａを
単位往復走査する毎に取得された半導体ウエハ２７のス
テージ位置に係る位置検出信号Ｓ１に基づいて該電子ビ
ーム21Ａの最終偏向座標が決定し直される。

【００８２】すなわち、ＣＰＵ26Ｃから主偏向制御ユニ
ット66Ａ内のＯＲ回路に走査回数値Ｎが出力されると、
該電子ビーム21Ａの走査回数Ｎに応じて、毎回、電子ビ
ーム21Ａの電磁偏向や静電偏向に係る最終偏向座標が決
定される。

【００８３】例えば、主偏向制御ユニット66Ａの第１の
レジスタ５６に走査制御信号ＳＥがセットされると、カ
ウンタ５５により走査回数値Ｎがダウンカントされ、そ
の終了時に主偏向制御信号ＭＤ（Ｅ）が出力される。ま
た、パターン発生部５９ではＡＮＤ回路２の出力値に基
づいて走査制御信号ＳＥ，パターン発生ビジー信号ＰＧ
及びパターン発生カウント信号ＰＣが出力される。

【００８４】また、主偏向制御回路６２ではステージ位
置データＤ１とステージ位置読取りクロックＣLKに基づ
いて主偏向データＤＭ及び副偏向データＤＳがそれぞれ
主偏向制御回路６２からＤ／Ａ変換器63Ａ，63Ｂに出力
される。

【００８５】これにより、偏向駆動制御装置26Ａにおい
て、連続移動する半導体ウエハ２７のステージ位置に係
る位置検出信号Ｓ１に基づいて偏向器２２に供給する主
偏向信号Ｓ２，副偏向信号Ｓ３の補正をすることができ
る。

【００８６】次いで、ステップＰ８で偏向補正処理に基
づいて半導体ウエハ２７の位置検出マークＭの検出処理
をする。この際に、Ｄ／Ａ変換器63Ａ〜63Ｃにより、主
偏向データＤＭ及び副偏向データＤＳがそれぞれＤ／Ａ
変換処理され、それが偏向増幅器64Ａ，64Ｂにより増幅
され、その主偏向信号Ｓ２及び副偏向信号Ｓ３が偏向器
２２に出力される。また、電子ビーム21Ａを照射するこ
とによって、二次電子検出器２３によりマーク検出信号
Ｓ４が検出され、それが電子ビーム制御装置２６で位置
検出マークＭとして認識される。

【００８７】なお、ステップＰ９で半導体ウエハ２７の
被露光領域に露光処理をする。この際に、半導体ウエハ
２７の被露光領域に電子ビーム21Ａが照射偏向処理され
る。例えば、静電偏向信号Ｓ３に基づいて半導体ウエハ
２７の被露光領域にＬＳＩパターン等が描画処理され
る。

【００８８】このようにして、本発明の実施例に係る電
子ビーム露光装置の露光制御方法によれば、図５のフロ
ーチャートに示すように、ステップＰ３で半導体ウエハ
２７の位置検出マークＭに電子ビーム21Ａの照射偏向処
理をし、併せて、ステップＰ４〜７で半導体ウエハ２７
のステージ位置の検出処理と該電子ビーム21Ａの偏向補
正処理とをしている。

【００８９】このため、ステップＰ４で位置検出マーク
Ｍに対する電子ビーム21Ａの単位往復走査毎に半導体ウ
エハ２７のステージ位置情報が取得処理され、その後、
ステップＰ５でステージ位置情報に基づいて位置検出マ
ークＭの制御目標位置と実際移動位置との誤差が補正処
理されることにより、従来例に比べて、ステップＰ８で
ステージ移動速度を考慮した偏向補正処理に基づいて半
導体ウエハ２７の位置検出マークＭの検出処理を正確に
実行することが可能となる。

【００９０】このことで、半導体ウエハ２７の移動速度
を増加したり、それを可変した場合であっても、従来例
のように描画不能範囲Ｂに陥ることなく、位置検出動作
を十分追従させることが可能となる。

【００９１】例えば、位置検出マークＭ上に電子ビーム
21Ａを走査する単位走査回数に係るビーム往復ショット
数を400 ショットとし、その１ショット当たりの露光時
間を５〔μｓ〕とすれば、単位ビーム走査当たりに要す
る時間は２〔ｍｓ〕となる。

【００９２】ここで、ビーム走査回数を16回とし、副偏
向領域のマージン幅を±10〔μｍ〕に設定し、ステージ
位置座標の分解能を0.01〔μｍ〕とした場合について、
本発明の実施例に係る位置検出処理と従来例に係る位置
検出処理とについて比較をする。

【００９３】例えば、ステージ移動距離＝20〔μｍ〕に
係るステージ限界速度を算出すれば、従来例では、露光
時間が32〔ｍｓ〕を要することから、２０〔μｍ〕／３２〔ｍｓ〕＝０．６〔ｍ／ｓ〕とな
り、本発明によれば、２０〔μｍ〕／２〔ｍｓ〕＝１０〔ｍ／ｓ〕となる。

【００９４】このため、従来例に比べて本発明によれ
ば、約１６倍の露光処理の高速化を図ることが可能とな
る。また、本発明の電子ビーム露光装置の露光制御方法
によれば、ステップＰ２でモード切り換え処理により、
位置検出マークＭに対して単位往復走査毎に半導体ウエ
ハ２７のステージ位置情報の取得処理をする場合と、単
位往復走査に無関係にステージ位置情報を一回のみ取得
処理をする場合とが選択される。

【００９５】このため、従来例に係る位置検出マークＭ
の検出処理と本発明に係る位置検出マークＭの検出処理
とを選択することが可能となる。これにより、半導体ウ
エハ２７のパターン露光密度の変化に応じて、その移動
速度が早い場合と、それが遅い場合とを選択することが
可能となる。

【００９６】また、ステップＰ８で連続移動する半導体
ウエハ２７の被露光領域に電子ビーム21Ａが照射偏向処
理されている。このため、電子ビーム21Ａの偏向可能範
囲が半導体ウエハ２７の被露光領域等の描画可能範囲に
納められることから、その露光処理等の高速化を図るこ
とが可能となる。

【００９７】これにより、試料の位置検出マークＭを確
認しながら連続移動をし、その半導体ウエハ２７に高速
露光処理をする電子ビーム露光装置やその二次電子画像
や電圧を高速に取得する電子ビーム装置等を製造するこ
とが可能となる。

【００９８】なお、本発明の実施例では荷電粒子ビーム
11Ａが電子ビーム21Ａの場合に係る露光装置について説
明をしたが、それがイオンビームを使用するものであっ
ても同様な効果が得られる。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の荷電粒子
ビーム装置によれば荷電粒子発生源，偏向手段，第１，
第２の検出手段，移動手段及び制御手段が具備され、該
制御手段が連続移動する被照射対象のステージ位置に係
る位置検出信号に基づいて該偏向手段に供給する偏向信
号の補正をしている。

【０１００】このため、被照射対象の移動速度を増加し
た場合であっても、制御手段に設けられた偏向駆動制御
手段により荷電粒子ビームが単位往復走査する毎に取得
された被照射対象のステージ位置に係る位置検出信号に
基づいて該荷電粒子ビームの電磁偏向や静電偏向に係る
最終偏向座標を決定することができる。このことで、被
照射対象の移動速度の高速化が要求された場合であって
も、該被照射対象の位置検出マーク上に荷電粒子ビーム
を確実に偏向することが可能となる。

【０１０１】また、本発明の荷電粒子ビーム装置の制御
方法によれば、被照射対象の位置検出マークに荷電粒子
ビームの照射偏向処理をし、併せて、被照射対象のステ
ージ位置の検出処理と該荷電粒子ビームの偏向補正処理
とをしている。

【０１０２】このため、時々刻々と変化をするステージ
位置情報に基づいて位置検出マークの制御目標位置と実
際移動位置との誤差を補正処理することにより、従来例
に比べて、ステージ移動速度を考慮した偏向補正処理に
基づいて被照射対象の位置検出マークの検出処理を正確
に実行することが可能となる。このことで、従来例のよ
うに描画不能範囲に陥ることなく、位置検出動作を十分
追従させることが可能となる。また、荷電粒子ビームの
偏向可能範囲を被照射対象の被露光領域等の描画可能範
囲に納めることが可能となる。

【０１０３】なお、本発明の荷電粒子ビーム装置の制御
方法によれば、モード切り換え処理により従来例に係る
位置検出マークの検出処理と本発明に係る位置検出マー
クの検出処理とを選択することが可能となる。

【０１０４】これにより、試料の位置検出マークを確認
しながらビーム処理をする高速電子ビーム露光装置や高
速電子ビーム撮像装置等の提供に寄与するところが大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム装置の原理図であ
る。

【図２】本発明に係る荷電粒子ビーム装置の制御方法の
原理図である。

【図３】本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の構
成図である。

【図４】本発明の実施例に係る主偏向制御ユニットの構
成図である。

【図５】本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の制
御フローチャートである。

【図６】本発明の実施例に係るステージ位置読込み制御
フローチャートである。

【図７】本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の動
作状態図である。

【図８】従来例に係る電子ビーム露光装置の構成図であ
る。

【図９】従来例に係る電子ビーム露光装置の露光制御フ
ローチャートである。

【図10】従来例に係る問題点を説明する動作状態図であ
る。

【符号の説明】

１１…荷電粒子発生源、１２…偏向手段、１３，１４…第１，第２の検出手段、１５…移動手段、１６…制御手段、 16Ａ…偏向駆動制御手段、Ｍ…位置検出マーク、 11Ａ…荷電粒子ビーム、Ｓ１…位置検出信号、Ｓ２，Ｓ３…偏向信号、Ｓ４…マーク検出信号。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被照射対象（１７）に荷電粒子ビーム
（11Ａ）を照射する荷電粒子発生源（１１）と、前記荷
電粒子ビーム（11Ａ）を偏向する偏向手段（１２）と、
前記被照射対象（１７）に設けられた位置検出マーク
（Ｍ）を検出する第１の検出手段（１３）と、前記被照
射対象（１７）のステージ位置を検出する第２の検出手
段（１４）と、前記被照射対象（１７）を移動する移動
手段（１５）と、前記荷電粒子発生源（１１），偏向手
段（１２），第１，第２の検出手段（１３，１４）及び
移動手段（１５）の入出力を制御する制御手段（１６）
とを具備し、前記制御手段（１６）が連続移動する被照
射対象（１７）のステージ位置に係る位置検出信号（Ｓ
１）に基づいて前記偏向手段（１２）に供給する偏向信
号（Ｓ２，Ｓ３）の補正をすることを特徴とする荷電粒
子ビーム装置。
【請求項２】請求項１記載の荷電粒子ビーム装置にお
いて、前記制御手段（１６）に偏向駆動制御手段（16
Ａ）が設けられ、前記偏向駆動制御手段（16Ａ）が位置
検出マーク（Ｍ）に対して荷電粒子ビーム（11Ａ）を単
位往復走査する毎に取得された前記被照射対象（１７）
のステージ位置に係る位置検出信号（Ｓ１）に基づいて
該荷電粒子ビーム（11Ａ）の最終偏向座標を決定し直す
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】請求項２記載の荷電粒子ビーム装置にお
いて、前記荷電粒子ビーム（11Ａ）の走査回数に応じ
て、毎回、荷電粒子ビーム（11Ａ）の電磁偏向や静電偏
向に係る最終偏向座標を決定することを特徴とする荷電
粒子ビーム装置。
【請求項４】荷電粒子ビーム（11Ａ）の照射偏向領域
下に被照射対象（１７）の連続移動処理をし、前記被照
射対象（１７）の位置検出マーク（Ｍ）に荷電粒子ビー
ム（11Ａ）の照射偏向処理をし、併せて、前記被照射対
象（１７）のステージ位置の検出処理と前記荷電粒子ビ
ーム（11Ａ）の偏向補正処理とをし、前記偏向補正処理
に基づいて前記被照射対象（１７）の位置検出マーク
（Ｍ）の検出処理をすることを特徴とする荷電粒子ビー
ム装置の制御方法。
【請求項５】請求項４記載の荷電粒子ビーム装置の制
御方法において、前記位置検出マーク（Ｍ）に対する荷
電粒子ビーム（11Ａ）の単位往復走査毎に、前記被照射
対象（１７）のステージ位置情報の取得処理をし、前記
ステージ位置情報に基づいて位置検出マーク（Ｍ）の制
御目標位置と実際移動位置との誤差の補正処理をするこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム装置の制御方法。
【請求項６】請求項４記載の荷電粒子ビーム装置の制
御方法において、前記位置検出マーク（Ｍ）に対する荷
電粒子ビーム（11Ａ）の単位往復走査毎に、前記被照射
対象（１７）のステージ位置情報の取得処理をする場合
と、前記荷電粒子ビーム（11Ａ）の単位往復走査に無関
係にステージ位置情報を一回のみ取得処理をする場合と
を有し、モード切り換え処理により選択することを特徴
とする荷電粒子ビーム装置の制御方法。
【請求項７】請求項５記載の荷電粒子ビーム装置の制
御方法において、前記位置検出マーク（Ｍ）に対する荷
電粒子ビーム（11Ａ）の単位往復走査に無関係にステー
ジ位置情報を一回のみ取得処理をする場合には、該荷電
粒子ビーム（11Ａ）を位置検出マーク（Ｍ）に数回，連
続的に偏向走査をすることを特徴とする荷電粒子ビーム
装置の制御方法。
【請求項８】請求項４記載の荷電粒子ビーム装置の制
御方法において、前記連続移動する被照射対象（１７）
の位置検出マーク（Ｍ）の検出処理の後に、前記被照射
対象（１７）の被露光領域に荷電粒子ビーム（11Ａ）の
照射偏向処理をすることを特徴とする荷電粒子ビーム装
置の制御方法。