JPH09320931A

JPH09320931A - 結像特性計測方法及び該方法を使用する転写装置

Info

Publication number: JPH09320931A
Application number: JP8132987A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Okino; 輝昭沖野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12
Also published as: US5912467A

Abstract

(57)【要約】【課題】広い視野のパターンを投影する荷電粒子線用
の投影光学系の投影倍率や回転角等の結像特性を高精度
に計測する。【解決手段】分割転写方式のマスクの１つの小領域内
に複数の評価用マークを形成しておき、その小領域のパ
ターンを投影光学系を介して投影し、１つの評価用マー
クの像であるマーク像８Ａの中心付近に基準パターン３
９のエッジ３９ａを位置決めし、マーク像８Ａをエッジ
３９ａに対して偏向走査して基準パターン３９からの反
射電子を検出してマーク像８Ａの位置ずれ量を計測す
る。次に、基準パターン３９を移動してエッジ３９ａを
別のマーク像８Ｂの中心付近に位置決めし、マーク像８
Ｂを偏向走査してマーク像８Ｂの位置ずれ量を計測す
る。基準パターン３９の移動量とマーク像８Ａ，８Ｂの
位置ずれ量よりマーク像８Ａ，８Ｂの間隔を求め、この
間隔より投影像の縮小率を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体集積
回路等を製造するためのリソグラフィ工程等で使用され
る荷電粒子線転写装置の投影光学系の結像特性計測方
法、及びこの方法を使用する転写装置に関し、特にマス
ク上のパターンを分割転写方式で感光基板上に転写する
荷電粒子線転写装置に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、転写パターンの解像度の向上とス
ループット（生産性）の向上との両立を可能とした荷電
粒子線転写装置の検討が進められている。このような転
写装置としては、１ダイ（１枚の感光基板に形成される
多数の集積回路の１個分に相当する。）又は複数ダイ分
のパターンをマスクから感光基板へ一括して転写する一
括転写方式の装置が従来より検討されていた。ところ
が、一括転写方式は、転写の原版となるマスクの製作が
困難で、且つ１ダイ分以上の大きな光学フィールド内で
荷電粒子線用の投影光学系の収差を所定値以下に収める
ことが難しい。そこで、最近では感光基板に転写すべき
パターンをマスク上で１ダイ分に相当する大きさよりも
小さい複数の小領域に分割し、各小領域毎に分割したパ
ターンをそれぞれ感光基板上に転写する分割転写方式の
転写装置が検討されている。

【０００３】この分割転写方式では、その小領域毎に焦
点位置のずれや転写像のディストーション等の収差等を
補正しながら転写を行うことができる。これにより、一
括転写方式に比べて光学的に広い領域に亘って解像度、
及び位置精度の良好な露光を行うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の分割
転写方式の荷電粒子線転写装置においては、マスク上の
小領域（サブフィールド）内に形成されたパターンが投
影光学系によって縮小され、その縮小像が感光基板の表
面（被露光面）上に転写される。このとき、従来は例え
ばそのマスク上の転写対象の小領域の光軸からの距離に
応じて投影像の収差等を算出し、このように算出された
収差等を補正するように投影像を補正していた。しかし
ながら、最近は半導体素子の集積度が益々高くなってお
り、マスク上の１つの小領域内のパターンの被露光面に
対する投影像の大きさや形状、即ちその投影像の縮小率
や回転角が設計値に対して高精度に合致していないと、
被露光面上で各投影像をつなぎ合わせて大きなパターン
を形成した場合に、各小領域のパターンの投影像同士の
つなぎ部が部分的に不連続となって、その大きなパター
ンが必要な精度で形成されないという不都合があった。

【０００５】また、マスク上の１つの小領域内のパター
ンの投影像の縮小率や回転角等を所定の値にするには、
先ずその投影像の実際の縮小率や回転角等の結像特性を
必要な精度で計測する必要がある。これに関して、従来
の結像特性の計測方法として、例えば特開平７−２２３
４９号公報において、被露光面上への投影像が５μｍ角
程度である場合に、その投影像として複数の透過孔像を
投影し、電子線を検出するための所定のマーク上でそれ
ら複数の透過孔像を一度に偏向走査し、得られる検出信
号の間隔よりその投影像の縮小率、及び回転角を求める
方法が開示されている。しかしながら、このように電子
線の偏向量に基づいた計測方法を用いた場合、電子線の
偏向感度、及び偏向軸の回転誤差が多かれ少なかれ存在
するので、測定精度が低いという不都合があった。

【０００６】但し、そのように電子線の偏向量を基準と
する計測方法は投影像が５μｍ角程度と小さく、縮小率
等の精度も比較的緩い場合には使用可能である。しかし
ながら、分割転写方式ではマスク上の小領域の大きさは
例えば１ｍｍ角程度であり、投影光学系の縮小率を１／
４とすると、その小領域内のパターンの投影像の大きさ
は２５０μｍ角程度となる。従って、分割転写方式の結
像特性を、電子線の偏向量を基準とする計測方法で必要
な精度で計測するのは困難であった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、分割転写方式の
ように広い視野のパターンを投影する投影光学系の投影
倍率や回転角等の結像特性を高精度に計測できる結像特
性計測方法を提供することを目的とする。更に本発明
は、そのような結像特性計測方法を使用できる転写装置
を提供することをも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による結像特性計
測方法は、マスクステージ（１６）上に載置されたマス
ク（１）のパターンを通過した荷電粒子線を集束してそ
のマスクのパターンの像を転写対象の基板（５）上に投
影する投影光学系（１４，１５）の結像特性計測方法に
おいて、そのマスクステージ上及びそのマスクの少なく
とも一方に、所定の位置関係を有する複数の評価用マー
ク（４Ａ，４Ｂ）を配置し、転写対象の基板（５）側に
荷電粒子線を検出するための基準マーク（３９）が形成
された基準部材（３８）を配置し、評価用マーク（４
Ａ，４Ｂ）に荷電粒子線を照射して投影光学系（１４，
１５）を介してそれら評価用マークのそれぞれの像（８
Ａ，８Ｂ）を形成し、それら複数の評価用マークのそれ
ぞれの像（８Ａ，８Ｂ）の近傍に順次基準マーク（３
９）を配置することによってそれら複数の評価用マーク
のそれぞれの投影光学系（１４，１５）による像（８
Ａ，８Ｂ）を検出し、この検出結果に基づいて投影光学
系（１４，１５）の結像特性（投影倍率、回転角、焦点
位置等）を求めるものである。

【０００９】斯かる本発明によれば、複数の評価用マー
クの像（８Ａ，８Ｂ）を一度に基準マーク（３９）に対
して偏向走査するのではなく、例えば図５（ａ）に示す
ように、基準マーク（３９）側をＹ方向に移動すること
によって、基準マーク（３９）の所定のエッジを複数の
評価用マークの内の第１の評価用マークの像（８Ａ）の
直下に位置付ける。そして、基準マーク（３９）のその
エッジがその評価用マークの像（８Ａ）の中心を横切る
ときの座標ＹＡを検出する。その後、更に基準マーク
（３９）をＹ方向に移動して、同様に基準マーク（３
９）のそのエッジが第２の評価用マークの像（８Ｂ）の
中心を横切るときの座標ＹＢを検出すると、２つの座標
の差分（ＹＢ−ＹＡ）がそれら２つの評価用マークの像
（８Ａ，８Ｂ）の間隔となり、この間隔より投影倍率が
求められる。また、２つの評価用マークの像（８Ａ，８
Ｂ）のＸ方向の座標の差分より投影像の回転角が求めら
れる。この際に、基準マーク（３９）の移動量は例えば
レーザ干渉計等によって高精度に計測できるため、結像
特性が高精度に計測できる。

【００１０】この場合、それら複数の評価用マークのそ
れぞれの像（８Ａ，８Ｂ）の近傍に基準マーク（３９）
を順次配置する際には基準部材（３８）を移動し、それ
ら複数の評価用マークのそれぞれの像（８Ａ，８Ｂ）の
位置を検出する際にはそれら複数の評価用マークの像
（８Ａ，８Ｂ）をそれぞれ基準マーク（３９）に対して
計測方向に偏向走査することが望ましい。この場合、例
えば図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１の評価用マ
ークの像（８Ａ）の近傍に基準マーク（３９）のエッジ
を位置決めした状態で、その像（８Ａ）を計測方向に偏
向走査して、その像（８Ａ）の中心と基準マーク（３
９）のエッジとの位置ずれ量ｙａ（符号は像間隔が狭く
なる方向を正とする）を求める。なお、基準マーク（３
９）を計測方向に移動する方法もある。

【００１１】その後、基準マーク（３９）をＹ方向にＹ
２だけ移動することによって、第２の評価用マークの像
（８Ｂ）の近傍に基準マーク（３９）のエッジを位置決
めした状態で、その像（８Ｂ）を計測方向に偏向走査し
て、その像（８Ｂ）の中心と基準マーク（３９）のエッ
ジとの位置ずれ量ｙｂを求める。この結果、２つの評価
用マークの像（８Ａ，８Ｂ）の間隔は例えば（Ｙ２−ｙ
ａ−ｙｂ）で算出される。この際に、評価用マークの像
（８Ａ，８Ｂ）の像の偏向走査量は僅かであるため、位
置ずれ量ｙａ，ｙｂは高精度に検出され、基準マーク
（３９）の移動量Ｙ２も高精度に検出されるため、結像
特性を高精度に検出できる。更に、基準マーク（３９）
は複数箇所に位置決めするのみで、後の計測は評価用マ
ーク像の電気的な偏向走査によって行われるため、計測
を短時間で行うことができる。

【００１２】次に、本発明による転写装置は、マスクパ
ターンを通過した荷電粒子線を集束してそのマスクパタ
ーンの像を転写対象の基板（５）上に形成する投影光学
系（１４，１５）と、基板（５）を２次元的に移動する
移動台（２１）と、を備えた転写装置において、移動台
（２１）上に配置されその荷電粒子線を検出するための
基準マーク（３９）が形成された基準部材（３８）と、
投影光学系（１４，１５）により集束されるその荷電粒
子線を移動台（２１）上で所定方向に偏向走査する偏向
走査手段（１３）と、移動台（２１）の移動量を計測す
る移動量計測手段（２３）と、そのマスクパターンとし
て所定の位置関係を有する複数の評価用マーク（４Ａ，
４Ｂ）が配置された際に、それら複数の評価用マークの
像（８Ａ，８Ｂ）をそれぞれ偏向走査手段（１３）によ
って基準マーク（３９）に対して偏向走査したときに、
基準マーク（３９）を介して得られる荷電粒子線を検出
する荷電粒子線検出手段（３６，３７）と、偏向走査手
段（１３）によるその荷電粒子線の偏向量、荷電粒子線
検出手段（３６，３７）の検出信号、及び移動量計測手
段（２３）の計測値に基づいて投影光学系（１４，１
５）の結像特性を求める演算制御手段（１９）と、を有
するものである。

【００１３】斯かる本発明の転写装置によれば、移動量
計測手段（２３）によって基準マーク（３９）の移動量
が計測され、偏向走査手段（１３）によってそれら評価
用マークの像（８Ａ，８Ｂ）を基準マーク（３９）に対
して偏向走査できるため、上述の結像特性計測方法が使
用できる。この場合、演算制御手段（１９）により求め
られた結像特性に応じて投影光学系（１４，１５）の結
像特性を補正する結像特性補正手段（３４，３５）を設
けることが望ましい。このとき、計測された結像特性の
目標値からのずれをその結像特性補正手段（３４，３
５）を介して補正することで、結像特性が所望の状態に
維持される。

【００１４】また、本発明の結像特性計測方法における
計測対象の投影光学系（１４，１５）の結像特性の一例
は、その転写対象の基板（１５）上におけるその投影光
学系による像の歪、回転、倍率、直交度、及び焦点位置
の中から選ばれる少なくとも１つの特性である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は分割転写方式で
マスクパターンの転写を行う電子線縮小転写装置で結像
特性の計測を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は本例の電子線縮小転写装置の概略構成を示し、こ
の図１において、電子光学系の光軸ＡＸに平行にＺ軸を
取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に垂直にＸ軸
を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。電子銃
１０から放出された電子線ＥＢは、コンデンサレンズ１
１で平行ビームにされた後、２段の電磁偏向器よりなる
視野選択偏向器１２によりＸＹ平面内の主にＹ方向に偏
向されて、マスク１の１つの小領域上の照射領域３３に
導かれる。視野選択偏向器１２における偏向量は、装置
全体の動作を統轄制御する主制御系１９が、偏向量設定
器２５を介して設定する。なお、視野選択偏向器１２と
しては、電磁偏向器の代わりに静電偏向器を使用しても
よい。

【００１６】マスク１を通過した電子線ＥＢは２段の電
磁偏向器よりなる偏向器１３により所定量偏向された上
で、投影レンズ１４により一度クロスオーバＣＯを結ん
だ後、対物レンズ１５を介して電子線レジストが塗布さ
れたウエハ５上に集束され、ウエハ５上の所定位置にマ
スク１の１つの小領域内のパターンを所定の縮小率β
（例えば１／４）で縮小した像が転写される。投影レン
ズ１４、及び対物レンズ１５よりなる投影光学系が本発
明における投影光学系に対応する。偏向器１３における
偏向量は、主制御系１９が偏向補正量設定器２６を介し
て設定する。

【００１７】分割転写方式では、マスク１上の各小領域
は境界領域を挟んで配置されているのに対して、対応す
るウエハ５上の各小転写領域は密着して配置されている
ため、偏向器１３は通常その境界領域の分だけ電子線を
横ずれさせるため、及びマスク１とウエハ５の移動の同
期誤差を補正するため等に使用される。更に、本例では
後述のように評価用マークの像を基準マークに対して偏
向走査する際にも、その偏向器１３が使用される。な
お、偏向器１３としては、電磁偏向器の代わりに静電偏
向器を使用してもよく、更には電磁偏向器と静電偏向器
とを組み合わせた偏向器を使用してもよい。

【００１８】また、投影レンズ１４、及び対物レンズ１
５の内部に投影像の縮小率、及び回転角を補正するため
の補正レンズ３４及び３５がそれぞれ配置されている。
補正レンズ３４及び３５による縮小率及び回転角の補正
量も、主制御系１９が偏向補正量設定器２６を介して設
定する。補正レンズ３４及び３５としては、巻き線式の
空芯コイル等が使用できる。更に、対物レンズ１５の底
面にウエハ側からの反射電子を検出するための反射電子
検出器３６が配置され、反射電子検出器３６の出力信号
が信号処理回路３７によって処理されて反射電子信号Ｓ
が生成され、この反射電子信号Ｓが主制御系１９に供給
されている。本例では後述のようにその反射電子信号Ｓ
を用いて、評価用マークの像位置を検出する。

【００１９】そして、マスク１はマスクステージ１６に
ＸＹ平面と平行に取り付けられている。マスクステージ
１６は、駆動装置１７によりＸ方向に連続移動し、Ｙ方
向にステップ移動する。マスクステージ１６のＸＹ平面
内での位置はレーザ干渉計１８によって検出されて主制
御系１９に供給されている。一方、ウエハ５は、試料台
２０上の可動ステージ２１上にＸＹ平面と平行に保持さ
れている。可動ステージ２１上のウエハ５の近傍には、
表面がウエハ５の表面と同じ高さになるように基準部材
３８が固定され、基準部材３８の表面に基準マーク３９
が形成されている。本例の基準部材３８は、シリコン
（Ｓｉ）基板であり、基準マーク３９は、そのシリコン
基板上に形成されたタンタル（Ｔａ）の矩形の薄膜であ
る。可動ステージ２１は、駆動装置２２によりマスクス
テージ１６のＸ軸に沿った連続移動方向とは逆方向へ連
続移動可能で、且つＹ方向へステップ移動可能である。
Ｘ方向に逆方向としたのは、投影レンズ１４及び対物レ
ンズ１５によりマスクパターン像が反転するためであ
る。可動ステージ２１のＸＹ平面内での位置はレーザ干
渉計２３で検出されて主制御系１９に供給されている。

【００２０】主制御系１９は、入力装置２４から入力さ
れる露光データと、レーザ干渉計１８，２３が検出する
マスクステージ１６及び可動ステージ２１の位置情報と
に基づいて、視野選択偏向器１２、及び偏向器１３によ
る電子線ＥＢの偏向量を演算すると共に、マスクステー
ジ１６及び可動ステージ２１の動作を制御するために必
要な情報（例えば位置及び移動速度）を演算する。偏向
量の演算結果は偏向量設定器２５、及び偏向補正量設定
器２６に出力され、これら偏向量設定器２５及び偏向補
正量設定器２６によりそれぞれ、視野選択偏向器１２及
び偏向器１３での電子線の偏向量が設定される。マスク
ステージ１６及び可動ステージ２１の動作に関する演算
結果はドライバ２７，２８にそれぞれ出力される。ドラ
イバ２７，２８は演算結果に従ってそれぞれステージ１
６，２１が動作するように駆動装置１７，２２の動作を
制御する。なお、入力装置２４としては、露光データの
作成装置で作成した磁気記録情報を読み取る装置、マス
ク１やウエハ５に登録された露光データをこれらの搬入
の際に読み取る装置等適宜選択してよい。また、本例の
主制御系１９は、必要に応じて偏向補正量設定器２６、
及び補正レンズ３４，３５を介して結像特性の補正を行
う。

【００２１】次に、図２を参照して本例のマスク１のパ
ターン配置及び対応するウエハ５上の転写像の配置等に
つき説明する。図２は、本例のマスク１とウエハ５との
対応関係を示す斜視図であり、この図２において、マス
ク１は境界領域３を挟んでＸ方向、及びＹ方向に所定ピ
ッチで矩形の多数の小領域２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…に分割
され、転写対象の小領域（図２では小領域２Ａ）上の照
射領域３３に電子線ＥＢが照射される。マスク１上の小
領域２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…の内部に転写すべきパターン
に対応する電子線の透過部が設けられ、境界領域３は電
子線を遮断又は拡散する領域である。電子線転写用のマ
スク１としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の薄膜にて
電子線の透過部を形成し、その表面に適宜タングステン
製の散乱部を設けた所謂散乱マスクと、シリコン（Ｓ
ｉ）製の散乱部に設けた抜き穴を電子線の透過部とする
所謂穴空きステンシルマスク等が存在するが、本例では
何れでも構わない。

【００２２】マスク１上の小領域２Ａを通過した電子線
ＥＢは、図１の投影レンズ１４及び対物レンズ１５を介
して、ウエハ５上の１つの小転写領域７Ａに集束され、
その小領域２Ａ内のパターンの縮小像が、その小転写領
域７Ａに投影される。転写時には、例えば小領域２Ａ，
２Ｂ，２Ｃ，…を単位として電子線ＥＢの照射が繰り返
され、各小領域内のパターンの縮小像がウエハ５上の異
なる小転写領域７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，…に順次転写され
る。この際に、図１の偏向器１３を駆動して、各小領域
を区切る境界領域３の幅分だけ電子線ＥＢを横ずれさせ
ることによって、ウエハ５上の小転写領域７Ａ，７Ｂ，
７Ｃ，…は互いに隙間無く配置される。

【００２３】次に、本例でマスク１のパターンの転写を
行う場合の全体の動作につき説明する。先ず、本例で
は、主制御系１９の制御のもとでマスクステージ１６及
び可動ステージ２１を介して、図２に示すように、マス
ク１を−Ｘ方向に所定速度ＶＭで連続移動するのに同期
して、ウエハ５を＋Ｘ方向に速度ＶＷで連続移動する。
図１の投影レンズ１４及び対物レンズ１５によるマスク
からウエハへの縮小率βを用いて、マスク１上での各小
領域のＸ方向の幅をＬ１、隣接する小領域のＸ方向の間
隔をＬ２とすると、ウエハ５の速度ＶＷは次式で表され
る。

【００２４】ＶＷ＝β・｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝・ＶＭ（１）そして、マスク１上の多数の小領域中で、ほぼ光軸ＡＸ
を横切る位置に達したＹ方向に一列に配列された複数の
小領域（図２では小領域２Ａ，２Ｂ，…）に対して、図
１の視野選択偏向器１２を介して順次電子線ＥＢが照射
され、各小領域内のパターンが順次ウエハ５の１ダイ分
の転写領域６Ａ内に隙間無く転写される。そして、マス
ク１及びウエハ５がＸ方向に移動するのに伴って、光軸
ＡＸを横切る位置に達した一列の複数の小領域内のパタ
ーンが順次ウエハ５上に転写される動作が繰り返され
て、マスク１上の全部の小領域内のパターンがウエハ上
に転写されると、ウエハ５上の転写領域６Ａへのパター
ンの転写が終了する。この際、各小領域毎にウエハ５上
に結像される小領域の像の焦点位置やディストーション
等の収差等を補正しながら転写を行う。また、その後ウ
エハ５上の隣接する別の１ダイ分の転写領域６Ｂにも同
様にマスク１のパターンの転写が行われる。

【００２５】次に、本例の電子線縮小転写装置で、結像
特性の計測及びその補正を行う場合の動作の一例につき
説明する。本例のマスク１の多数の小領域中の１つの小
領域には結像特性計測用の評価用マークが形成されてい
る。図３（ａ）はそのマスク１上の一部の領域を示し、
この図３（ａ）において、境界領域３に囲まれた１つの
矩形の小領域２Ｈの各辺に接するように、４個のそれぞ
れ正方形の透過孔よりなる評価用マーク４Ａ〜４Ｃが形
成されている。この場合、１対の評価用マーク４Ａ及び
４ＢはＹ軸に平行な直線に沿って所定間隔で配置され、
他の１対の評価用マーク４Ｃ及び４ＤはＸ軸に平行な直
線に沿って所定間隔で配置されている。本例では、図１
のマスクステージ１６を駆動してマスク１のその小領域
２Ｈの中心をほぼ光軸ＡＸ上に配置し、可動ステージ２
１を駆動して基準部材３８の中心をほぼ光軸ＡＸ上に配
置する。そして、マスク１上の小領域２Ｈ上に電子線Ｅ
Ｂを照射して、小領域２Ｈ内のパターンの図１の投影レ
ンズ１４及び対物レンズ１５による縮小像を基準部材３
８上に、即ちほぼ光軸ＡＸを中心とする領域上に投影す
る。

【００２６】図３（ｂ）はその小領域２Ｈ内のパターン
の投影像９を示し、この図３（ｂ）において、矩形の投
影像９の各辺に接するように、小領域２Ｈ内の評価用マ
ーク４Ａ〜４Ｄを縮小したマーク像８Ａ〜８Ｄが投影さ
れている。投影レンズ１４及び対物レンズ１５よりなる
投影光学系の縮小率βを１／４とすると、一例として投
影像９は２５０μｍ角であり、マーク像８Ａ〜８Ｄの大
きさは約５μｍ角に設定される。また、基準部材３８上
の基準マーク３９の大きさは８０μｍ角に設定される。

【００２７】この場合、投影像９の縮小率の誤差、又は
回転角の誤差があると、投影像９内のマーク像８Ａ〜８
Ｄの位置関係が設計上の位置関係からずれるようにな
る。図４（ａ）は投影像９に縮小率βの誤差がある場合
を示し、この図４（ａ）において、点線で示す矩形の投
影像９Ａは縮小率の誤差、及び回転角の誤差の無い投影
像である。この場合、Ｙ軸に沿って配列されている２つ
のマーク像８Ａ，８Ｂの中心の間隔Ｙ１、及びＸ軸に沿
って配列されている２つのマーク像８Ｃ，８Ｄの中心の
間隔Ｘ１を計測し、計測結果を評価用マーク４Ａ〜４Ｄ
の対応する間隔で除算することによってそれぞれＹ方向
の縮小率β_Y及びＸ方向の縮小率β_Xを算出する。そし
て、求められた縮小率より設計上の縮小率β₀を差し引
くことによって、縮小率の誤差を求める。

【００２８】一方、図４（ｂ）は投影像９に回転角の誤
差がある場合を示し、この図４（ｂ）において、縮小率
の誤差、及び回転角の誤差の無い投影像９Ａに対して投
影像９は回転している。この場合、Ｙ軸に沿って配列さ
れている２つのマーク像８Ａ，８Ｂの中心のＸ方向への
位置ずれ量ΔＸ、及びＸ軸に沿って配列されている２つ
のマーク像８Ｃ，８Ｄの中心のＹ方向への位置ずれ量Δ
Ｙを計測する。そして、位置ずれ量ΔＸを２つのマーク
像８Ａ，８ＢのＹ方向の間隔で除算することによってＹ
軸の回転角θ_Yを求め、位置ずれ量ΔＹを２つのマーク
像８Ｃ，８ＤのＸ方向の間隔で除算することによってＸ
軸の回転角θ_Xを求める。そして、回転角θ_Y及びθ_X
より設計上の回転角を差し引くことによって、各軸の回
転角の誤差を求める。また、例えば回転角θ_X及びθ_Y
の差分より、投影像の直交度の誤差を求めることができ
る。

【００２９】このように本例では、基本的に４つのマー
ク像８Ａ〜８Ｄの内の２つのマーク像のＹ方向（又はＸ
方向）の間隔、及びＸ方向（又はＹ方向）への位置ずれ
量を計測することによって、それぞれ投影像９の縮小率
の誤差、及び回転角の誤差を求める。そこで、一例とし
て２つのマーク像８Ａ，８Ｂの中心のＹ方向の間隔Ｙ１
を計測する方法につき図５を参照して説明する。

【００３０】先ず、図５（ａ）に示すように、マスク１
の小領域２Ｈ内のパターンの投影像９は、ほぼ光軸ＡＸ
を中心とする領域に投影されている。この状態で、図１
の可動ステージ２１を駆動して基準部材３８を移動する
ことによって、基準マーク３９の＋Ｙ方向のエッジ３９
ａの中心を投影像９中のマーク像８Ａの中心付近に合わ
せ、この状態（位置Ａとする）で可動ステージ２１を固
定して、図１のレーザ干渉計２３で可動ステージ２１の
Ｙ座標、及びＸ座標を検出して記憶する。この状態では
図１の偏向器１３による投影像９の偏向量は０である。

【００３１】次に、図５（ｂ）に示すように、図１の偏
向器１３を駆動して投影像９をＹ方向に偏向走査するこ
とによって、マーク像８Ａが基準マーク３９のエッジ３
９ａを横切るようにする。また、その偏向走査に同期し
て図１の主制御系１９では反射電子検出器３６及び信号
処理回路３７を介して、マーク像８Ａを結像する電子線
中で基準マーク３９によって反射された電子線量に対応
する反射電子信号Ｓを取り込む。この場合、偏向器１３
による偏向量は、レーザ干渉計２３で計測されるＹ座標
上での移動量に変換される。この変換係数は予め較正さ
れているものとする。そして、偏向器１３による偏向量
が０の状態でのマーク像８Ａの中心のＹ座標を０とした
新たなＹ座標をｙ座標として、反射電子信号Ｓを、図５
（ｃ）に示すように、ｙ座標に対する関数として記憶す
る。

【００３２】その後、主制御系１９ではその反射電子信
号Ｓをｙ座標で微分することによって、図５（ｄ）に示
す微分信号ｄＳ／ｄｙを求める。この微分信号ｄＳ／ｄ
ｙは台形状の信号であり、この信号の中心のｙ座標ｙａ
は、図５（ｂ）の状態でのマーク像８Ａの中心と基準マ
ーク３９のエッジ３９ａとのＹ方向の間隔、即ち可動ス
テージ２１のＹ座標に対するマーク像８Ａの位置ずれ量
とみなすことができる。

【００３３】次に、可動ステージ２１を駆動して基準部
材３８を移動させて、図５（ａ）の２点鎖線で示すよう
に、基準マーク３９のエッジ３９ａの中心をマーク像８
Ｂの中心付近に合わせ、この状態（位置Ｂとする）で可
動ステージ２１を固定して、図１のレーザ干渉計２３で
可動ステージ２１のＹ座標、及びＸ座標を検出して記憶
する。位置Ａと位置ＢとのＹ座標の差分をＹ２とする。

【００３４】その後、マーク像８Ａの場合と同様に図１
の偏向器１３を駆動して投影像９をＹ方向に偏向走査す
ることによって、マーク像８Ｂが基準マーク３９のエッ
ジ３９ａを横切るようにして反射電子信号Ｓを取り込
む。そして、この反射電子信号Ｓを微分して中心位置を
求めることによって、図５（ａ）の位置Ｂでのマーク像
８Ｂの中心と基準マーク３９のエッジ３９ａとのＹ方向
の間隔、即ち可動ステージ２１のＹ座標に対するマーク
像８Ａの位置ずれ量ｙｂ（符号は２つのマーク像の間隔
が狭くなる方向を正とする）を求める。

【００３５】そして、主制御系１９では、図５（ａ）の
位置Ａ及び位置Ｂでの可動ステージ２１のＹ座標の差分
Ｙ２、位置Ａでのマーク像８Ａの位置ずれ量ｙａ、及び
位置Ｂ電子線のマーク像８Ｂの位置ずれ量ｙｂを用い
て、次式よりマーク像８Ａ及び８ＢのＹ方向の間隔Ｙ１
を求める。Ｙ１＝Ｙ２−ｙａ−ｙｂ（２）この（２）式中で差分Ｙ２は２５０μｍ程度であり、位
置ずれ量ｙａ，ｙｂは５μｍ程度である。従って、この
方法で求めたマーク像８Ａ，８Ｂの間隔（相対位置）Ｙ
１は殆どレーザ干渉計２３の測長値（Ｙ２）より求めら
れるので非常に高精度である。また、偏向器１３の偏向
感度の誤差が多少存在しても、偏向量は僅かであり、最
大偏向時でも偏向中心からのずれ（ｙａ，ｙｂ）は僅か
なので測定精度に対して殆ど影響しない。

【００３６】同様にして図５（ａ）の基準マーク３９の
Ｘ方向側のエッジ３９ｂを基準にすることによって、図
４（ａ）に示すマーク像８Ｃ，８ＤのＸ方向の間隔Ｘ１
を計測できる。更に、図４（ｂ）に示すマーク像８Ａ，
８Ｂの位置ずれ量ΔＸ、及びマーク像８Ｃ，８Ｄの位置
ずれ量ΔＹも高精度に計測できる。そして。これらの間
隔及び位置ずれ量より、投影像９の縮小率の誤差、及び
回転角の誤差が高精度に求められるため、主制御系１９
では、偏向補正量設定器２６を介して補正レンズ３４，
３５を動作させてそれらの誤差を相殺させる。それ以外
に、マスク１やウエハ５を機械的に回転して合わせて回
転誤差を無くしてもよい。更に、マスク１やウエハ５を
Ｚ方向へ移動して倍率誤差を無くすようにしてもよい。
これによって、マスク１上の各小領域のパターンの投影
像の縮小率、及び回転角が常に設計値通りとなり、各小
領域内のパターンをウエハ５上で接続しながら転写した
場合のつなぎ誤差が極めて小さくなる。従って、所望の
パターンを高精度にウエハ５上に転写できることにな
る。

【００３７】なお、上述の実施の形態では、マスク１上
の小領域２Ｈ内の評価用マーク４Ａ〜４Ｄの個数は４個
であったが、評価用マークを５個以上配列して、これら
評価用マークの像の位置関係を計測するようにしてもよ
い。この場合、上述の実施の形態と同様に、各評価用マ
ークの像のＹ方向の位置は特定の基準マークの特定のエ
ッジ（例えば基準マーク３９のエッジ３９ａ）のみを用
いて測定し、各評価用マークの像のＸ方向の位置は特定
の基準マークの特定のエッジ（例えば基準マーク３９の
エッジ３９ｂ）のみを用いて測定する。そして、特定の
評価用マークの像の位置を検出する際には、他の評価用
マークの像が基準マークに重ならないように注意する必
要がある。このように多数の評価用マークを使用する場
合、Ｙ方向間隔、Ｘ方向間隔、Ｙ軸の回転角、及びＸ軸
の回転角は、それぞれ最小２乗法を使用することによっ
てより高精度に計測でき、その結果として結像特性をよ
り高精度に調節できる。また、小領域の投影像の歪み補
正が可能な転写装置では、間隔及び回転角のみでなく、
高次の歪み（ディストーション等）をも求め、この高次
の歪みをも補正するようにしてもよい。

【００３８】また、その投影像の焦点位置（ベストフォ
ーカス位置）を計測するようにしてもよい。このために
は、例えば基準部材３８のＺ方向の位置を変えて１つの
評価用マークの像の幅を計測すればよい。このとき、そ
の像の幅が最も狭い（マーク像が最もシャープである）
ときのＺ位置が焦点位置となる。それ以外に、投影レン
ズ１４及び対物レンズ１５のパワー（焦点距離）を段階
的に変えて、それぞれマーク像の幅を計測するようにし
てもよい。その後、計測された焦点位置のずれを相殺す
るように、投影レンズ１４及び対物レンズ１５でダイナ
ミックに焦点位置を補正すればよい。

【００３９】また、上述の実施の形態では図５（ｂ）に
示すように、評価用マークの像を基準パターン３９に対
して偏向走査して位置検出を行っているため、高精度の
みならず高速に結像特性を計測できる。しかしながら、
例えば可動ステージ２１を連続的に駆動して基準パター
ン３９のエッジ側で各評価用マークの像を走査すること
によって、レーザ干渉計２３の計測値を基準として各評
価用マークの像の位置を直接検出するようにしてもよ
い。

【００４０】更に、基準マーク３９が形成された基準部
材３８を固定し、電子線の偏向を行うことなくマスクス
テージ１６側を移動することによって、マスク上の評価
用マークの像をその基準マーク３９に対して走査して、
その像の位置検出を行ってもよい。また、上述の実施の
形態では基準マーク３９は正方形であり、そのＹ方向及
びＸ方向のエッジを用いて計測を行っていたが、基準マ
ークとして２つの長方形のマーク（Ｘ方向に長いマー
ク、及びＹ方向に長いマーク）を用いて、各マークの長
手方向のエッジを用いて計測を行うようにしてもよい。
これによって、計測方向に直交する方向の位置決め精度
を緩くできる。

【００４１】また、上述の実施の形態では、結像特性の
評価用マークをマスク上に形成しているが、図１のマス
クステージ１６の一部にその評価用マークを設けてお
き、このマスクステージ１６に設けた評価用マークの像
を検出し、この検出結果より結像特性を求めてもよい。
また、上述の実施の形態では、マーク像を形成する電子
線による基準マーク３９からの反射電子を検出したが、
基準マークからの２次電子を検出することもできる。更
に、薄膜よりなる基準マーク３９の代わりに、エッチン
グマーク、又はナイフエッジマークを用いてもよい。ナ
イフエッジマークを基準マークとして用いた場合は、そ
のマークによる吸収電流を検出することになる。

【００４２】なお、本発明は分割転写装置方式のみなら
ず、他の方式の転写装置で結像特性の計測及び補正を行
う場合にも有効である。また、本発明は電子線転写装置
のみならず、イオンビーム等を使用した転写装置で結像
特性の計測及び補正を行う場合にも同様に適用できるこ
とは明らかである。このように本発明は上述の実施の形
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の構成を取り得る。

【００４３】

【発明の効果】本発明の結像特性計測方法によれば、複
数の評価用マークの像の近傍に順次基準マークを配置す
ることによってそれら複数の評価用マークの投影光学系
による像の位置を検出し、この検出結果に基づいてその
投影光学系の結像特性を求めているため、広い視野のパ
ターンを投影する投影光学系の投影倍率や回転角等の結
像特性を高精度に計測できる利点がある。

【００４４】従って、本発明を分割転写方式の転写装置
に適用すると、マスク上の小領域の縮小率の誤差や回転
角の誤差等を高精度に計測できるため、この計測結果に
基づいて像の補正を行うことによって、各小領域内のパ
ターンの像を転写対象の基板上で高精度につなぎ合わせ
て転写できるようになり、高品質の大面積の露光像を得
ることができる。

【００４５】また、それら複数の評価用マークの像の近
傍にその基準マークを順次配置する際には基準部材を移
動し、それら複数の評価用マークの像の位置を検出する
際にはそれら複数の評価用マークの像をそれぞれその基
準マークに対して計測方向に偏向走査する場合には、得
られる計測値の大部分は高精度に計測される基準部材の
移動量、即ち例えばレーザ干渉計の計測値であるため、
迅速、且つ高精度に結像特性を計測できる利点がある。

【００４６】次に本発明の転写装置によれば、荷電粒子
線の偏向走査手段と、移動台の移動量を計測する移動量
計測手段と、荷電粒子線を検出する荷電粒子線検出手段
と、荷電粒子線の偏向量、その荷電粒子線検出手段の検
出信号、及びその移動量計測手段の計測値に基づいてそ
の投影光学系の結像特性を求める演算制御手段と、を有
するため、上述の本発明の結像特性計測方法を使用でき
る。

【００４７】また、その演算制御手段により求められた
結像特性に応じてその投影光学系の結像特性を補正する
結像特性補正手段を設けた場合には、投影光学系の結像
特性を所望の状態に維持できる利点がある。また、本発
明の計測対象の投影光学系の結像特性が、転写対象の基
板上におけるその投影光学系による像の歪、回転、倍
率、直交度、及び焦点位置の中から選ばれる少なくとも
１つの特性である場合、この特性は１つ又は複数の評価
用マークの像の位置に基づいて正確に計測できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される電子線
縮小転写装置を示す概略構成図である。

【図２】図１のマスク１上の小領域の配置、及び対応す
るウエハ５上の小転写領域の配置を示す斜視図である。

【図３】（ａ）は図２のマスク１上の評価用マークが形
成された小領域２Ｈを示す拡大平面図、（ｂ）はその小
領域２Ｈ内のパターンの投影像を示す拡大平面図であ
る。

【図４】図１の転写装置の投影光学系による縮小率の誤
差、及び回転角の誤差による投影像の変化を示す拡大平
面図である。

【図５】（ａ）はマスク上の小領域の投影像のマーク像
８Ａ，８Ｂと基準パターン３９との位置関係を示す拡大
平面図、（ｂ）は図５（ａ）のマーク像８Ａの偏向走査
を示す拡大図、（ｃ）はマーク像８Ａの偏向走査に同期
して得られる反射電子信号Ｓを示す図、（ｄ）はその反
射電子信号Ｓの微分信号を示す図である。

【符号の説明】

１マスク２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｈ小領域３境界領域５ウエハ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ小転写領域１２視野選択偏向器１３偏向器１４投影レンズ１５対物レンズ１６マスクステージ１９主制御系２１可動ステージ２５偏向量設定器２６偏向補正量設定器３３電子線の照射領域３４補正レンズ３５補正レンズ３６反射電子検出器３９基準パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクステージに載置されたマスクのパ
ターンを通過した荷電粒子線を集束して前記マスクのパ
ターンの像を転写対象の基板上に投影する投影光学系の
結像特性計測方法において、前記マスクステージ及び前記マスクの少なくとも一方
に、所定の位置関係を有する複数の評価用マークを配置
し、前記転写対象の基板側に荷電粒子線を検出するため
の基準マークが形成された基準部材を配置し、前記評価用マークに荷電粒子線を照射して前記投影光学
系を介して前記評価用マークのそれぞれの像を形成し、前記複数の評価用マークのそれぞれの像の近傍に順次前
記基準マークを配置することによって前記複数の評価用
マークのそれぞれの前記投影光学系による像を検出し、該検出結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を求め
ることを特徴とする結像特性計測方法。
【請求項２】請求項１記載の結像特性計測方法であっ
て、前記複数の評価用マークのそれぞれの像の近傍に前記基
準マークを順次配置する際には前記基準部材を移動し、前記複数の評価用マークのそれぞれの像の位置を検出す
る際には前記複数の評価用マークの像をそれぞれ前記基
準マークに対して計測方向に偏向走査することを特徴と
する結像特性計測方法。
【請求項３】マスクパターンを通過した荷電粒子線を
集束して前記マスクパターンの像を転写対象の基板上に
形成する投影光学系と、前記基板を２次元的に移動する
移動台と、を備えた転写装置において、前記移動台上に配置され前記荷電粒子線を検出するため
の基準マークが形成された基準部材と、前記投影光学系により集束される前記荷電粒子線を前記
移動台上で所定方向に偏向走査する偏向走査手段と、前記移動台の移動量を計測する移動量計測手段と、前記マスクパターンとして所定の位置関係を有する複数
の評価用マークが配置された際に、前記複数の評価用マ
ークの像をそれぞれ前記偏向走査手段によって前記基準
マークに対して偏向走査したときに、前記基準マークを
介して得られる荷電粒子線を検出する荷電粒子線検出手
段と、前記偏向走査手段による前記荷電粒子線の偏向量、前記
荷電粒子線検出手段の検出信号、及び前記移動量計測手
段の計測値に基づいて前記投影光学系の結像特性を求め
る演算制御手段と、を有することを特徴とする転写装
置。
【請求項４】請求項３記載の転写装置であって、前記演算制御手段により求められた結像特性に応じて前
記投影光学系の結像特性を補正する結像特性補正手段を
設けたことを特徴とする転写装置。
【請求項５】請求項１又は２記載の結像特性計測方法
であって、計測対象の前記投影光学系の結像特性とは、前記転写対
象の基板上における前記投影光学系による像の歪、回
転、倍率、直交度及び焦点位置の中から選ばれる少なく
とも１つの特性であることを特徴とする結像特性計測方
法。