JPH10106470A

JPH10106470A - 荷電粒子線転写装置

Info

Publication number: JPH10106470A
Application number: JP8258728A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Okino; 輝昭沖野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】分割転写方式等でマスクパターンの転写を行
う際に、ウエハに対する転写像の結像特性を補正して継
ぎ誤差や重ね合わせ誤差を低減する。【解決手段】アパーチャ板３１の開口を通過した電子
線ＥＢは、視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂによって偏向
されコンデンサレンズ１１Ｃで平行ビームにされた後、
マスク１の１つの小領域上の照射領域３３に入射する。
その小領域内のパターンの像が投影レンズ１４及び対物
レンズ１５を介してウエハ５上に転写される。照射領域
３３の倍率や回転角を照明特性補正系３０を介して補正
し、ウエハ５上への転写像の倍率や回転角を、レンズ１
４，１５及び回転補正レンズ６２を介して補正する。

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に関し、特に電子線やイオンビー
ム等の荷電粒子線の照射により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個分に相当するパターン。）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
ド内で荷電粒子光学系（以下、単に「光学系」と呼ぶ）
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順
次感光基板上に転写することによって、全体として大き
な光学フィールドを得ることができる分割転写方式の装
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、
被露光面上に結像される像の焦点位置のずれやディスト
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。図９（ａ）は、分割転写方式の電子線縮
小転写装置で使用されていた従来のマスクの一部を示す
拡大平面図であり、この図９（ａ）において、マスク４
１の内部の領域が縦横に格子状に形成された境界領域と
してのストラット４２によって、多数の矩形の小領域
（サブフィールド）４３に分割されている。小領域４３
は例えば１ｍｍ角程度の大きさである。図９（ｂ）は図
９（ａ）のＡＡ線に沿う断面図であり、この図９（ｂ）
に示すように、ストラット４２はマスク４１の重量を支
えることができるように厚く形成されている。

【０００４】そして、小領域４３の内部に矩形のパター
ン形成領域４４が設定され、パターン形成領域４４内に
電子線を部分的に透過する原版パターンが形成されてい
る。また、小領域４３内でストラット４２とパターン形
成領域４４との間のスカート領域４５は、電子線を遮断
するかあるいは大きく散乱させる領域となっており、照
明系による電子線の照射領域４６はパターン形成領域４
４より大きく、且つスカート領域４５を超えないように
設定されている。これによって、スカート領域４５の内
側のパターン形成領域４４内のパターンのみが感光基板
上に転写される。そして、その電子線の照明系は、通常
所定のアパーチャの像をマスク４１上に投影する構成と
なっている。この場合、そのアパーチャの像が電子線の
照射領域４６となっている。

【０００５】また、分割転写方式では、電子線を偏向し
て転写を行うのは、通常マスク上でほぼ光学系の光軸を
所定方向に横切る位置にある一列の小領域となってい
る。そして、その所定方向に交差する領域の小領域のパ
ターンを転写するために、ステージ系を介してマスクと
感光基板とをその所定方向に交差する方向に機械的に連
続的に走査している。従って、図９（ａ）のマスク４１
も、露光中に例えば矢印４７の方向に連続的に走査され
ているため、転写中にパターン形成領域４４が電子線の
照射領域４６から外れないように、その照射領域４６は
パターン形成領域４４に対して所定幅だけ大きく設定さ
れている。

【０００６】また、そのように分割転写方式でマスク上
の各小領域内のパターンを継ぎ合わせながらウエハ上に
転写すると、境界部で継ぎ誤差が発生する恐れがある。
そのような継ぎ誤差を低減するために、本発明者は、電
子線の照射領域の輪郭部をぼかすと共に、その照射領域
によって各小領域内で転写されるパターンの領域を規定
して、隣接する小領域内の原版パターンを互いに輪郭部
が重なるようにして転写する方式（以下、「半影重ね転
写方式」と呼ぶ）を提案している。この半影重ね転写方
式では、照明系で例えば所定のアパーチャのデフォーカ
スした像をマスク上に投影することで、その輪郭部がぼ
けた照射領域を設定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の分割
転写方式では、例えばマスク上での光軸からの偏向量等
によって、マスクの各小領域内のパターンの転写像の回
転方向や倍率等の結像特性が所定の目標値から外れる恐
れがあった。このように、各小領域毎の転写像の結像特
性が目標値から外れると、各小領域の転写像をつなぎ合
わせて転写する際の継ぎ誤差が大きくなるという不都合
があった。また、既にそれまでの露光工程でパターンが
形成されているウエハ上に重ねて別のレイヤのパターン
を転写するような場合に、各小領域内のパターンの転写
像の倍率等が既に形成されているパターンに適合してい
ないと、ウエハ上での重ね合わせ誤差が大きくなるとい
う不都合もあった。

【０００８】更に、分割転写方式では、例えば光軸から
の偏向量によって電子線の収差の状態が変化して、各小
領域（サブフィールド）上での電子線の照射領域の形状
の倍率、位置、又は回転角等が微妙に変化することがあ
る。具体的に、例えば図９（ａ）の照射領域４６が倍率
の変化によってより大きな照射領域４６Ａになるような
場合には、予めスカート領域４５を或る程度余裕をもっ
て広く設定しなければならなくなる。同様に、照射領域
４６の位置や回転角が変化する場合にも、スカート領域
４５を広く設定しておく必要がある。しかしながら、ス
カート領域４５は本質的には無駄な余白領域であるた
め、マスク上のこの余白領域が大きいと、電子線の偏向
範囲内に配列できる小領域の数が少なくなってしまう。
そのため、転写する小領域の数を増やそうとすると、マ
スク及びマスクステージが大型化するという不都合があ
る。また、マスクで吸収される電子ビームによる発熱量
が大きくなり、マスクの熱膨張による転写位置誤差が大
きくなってしまう等の不都合もあった。

【０００９】更に、分割転写方式で且つ半影重ね転写方
式の場合に、マスク上の小領域上での電子線の照射領域
の形状の倍率、位置、又は回転角等が変化すると、マス
ク上の各小領域のパターンの投影像を感光基板上で輪郭
部を重ね合わせながら露光した場合のつなぎ部での露光
量の一様性が悪くなるという不都合がある。本発明は斯
かる点に鑑み、転写すべきパターンの少なくとも一部を
マスク上の複数の小領域に分割して形成し、各小領域内
のパターンの像を順次基板上につなぎ合わせて転写する
際に、継ぎ誤差、又は重ね合わせ誤差を低減できる荷電
粒子線転写装置を提供することを目的とする。

【００１０】本発明は更に、そのような荷電粒子線転写
装置において、マスク上の各小領域内の無駄な領域を少
なくして転写すべきパターンをマスク上に高密度に配置
できるようにすることをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による荷電粒子線
転写装置は、転写すべきパターンの少なくとも一部が分
割されて、互いに離間する複数の小領域（２Ａ，２Ｂ，
２Ｃ）内にそれぞれ形成されたマスク（１）に対して、
視野選択用の偏向照明系を介してそれら小領域を単位と
して順次所定の断面形状を有する荷電粒子線を照射し、
それら小領域内のパターンの結像系（１４，１５）によ
る像を転写対象の基板（５）上でつなげて転写すること
によって、基板（５）上にその転写すべきパターンの少
なくとも一部の像を転写する荷電粒子線転写装置におい
て、基板（５）上に形成されているパターンに応じて結
像系（１４，１５）による像の結像特性を補正する結像
特性補正系（６１Ａ，６１Ｂ，６２）を設けたものであ
る。

【００１２】斯かる本発明において、その結像特性補正
系によって補正される結像特性の一例は、転写像の位
置、倍率、又は回転角等である。基板（５）上に転写さ
れる各小領域内のパターンの像の結像特性を、その結像
特性補正系を介して所定の設計値に設定することによっ
て継ぎ誤差が低減される。又は、各小領域内のパターン
の像の結像特性を、その結像特性補正系を介して基板
（５）上に既に形成されているパターンに合わせて補正
することによって、重ね合わせ誤差が低減される。

【００１３】この荷電粒子線転写装置においては、更に
その視野選択用の偏向照明系を、所定形状のアパーチャ
（３１）を通過したその荷電粒子線を集束及び偏向する
ことによって、マスク（１）上のそれら小領域上に順次
そのアパーチャの像（３３）を投影する結像方式の照明
系（１０，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ，１２Ｂ，３１）と
して、その視野選択用の偏向照明系によってマスク
（１）上のそれら小領域に投影されるそのアパーチャの
像（３３）の結像特性を補正する照明特性補正系（３
０）を設けることが望ましい。

【００１４】この場合、照明特性補正系（３０）によっ
て補正される結像特性の一例は、そのアパーチャの像
（３３）の偏向位置、倍率、又は回転角等である。その
照明特性補正系（３０）を介して、アパーチャの像（３
３）を常にマスク（１）上の各小領域内のパターンより
も僅かに大きい程度に設定することによって、マスク
（１）上の各小領域内のスカート領域等の余白部分を少
なくでき、荷電粒子線の偏向範囲内に配列できる小領域
の数を多くできる。また、マスクを必要以上に大きくす
ることはないと共に、マスクで吸収される荷電ビームに
よる発熱量を小さくでき、マスクの熱膨張による転写位
置誤差が小さくなる。

【００１５】また、その視野選択用の偏向照明系を介し
てマスク（１）上のそれら小領域に照射されるその荷電
粒子線の断面形状の輪郭部（３６ｅ）での強度分布を外
側に向けて単調に減少するように設定し、基板（５）に
転写されるそれら小領域内のパターンの像を隣接するパ
ターンの像と輪郭部が重なるようにしてもよい。これ
は、本発明を分割転写方式で、且つ半影重ね転写方式の
転写装置に適用したことを意味し、この場合、重ねて露
光した部分の露光量の一様性が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による荷電粒子線転
写装置の実施の形態の一例につき図１〜図５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。先
ず、本例の偏向照明系において、電子銃１０から放出さ
れた電子線ＥＢは、第１コンデンサレンズ１１Ａで一度
集束された後、第２コンデンサレンズ１１Ｂで再び集束
される。第２コンデンサレンズ１１Ｂの近傍にアパーチ
ャ板３１が配置され、アパーチャ板３１の開口を通過し
た電子線ＥＢは、第１の視野選択偏向器１２Ａによって
主にＹ方向に偏向され第３コンデンサレンズ１１Ｃで平
行ビームにされた後、第２の視野選択偏向器１２Ｂによ
って振り戻されてマスク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１２Ａ，１２Ｂは電磁
偏向器であり、視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂ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装置１
９が、偏向補正量設定器２５を介して設定する。なお、
図１において、電子線ＥＢの実線で示す軌跡はクロスオ
ーバ像の共役関係を示し、点線で示す軌跡はマスクパタ
ーン像の共役関係を示している。

【００１７】本例ではアパーチャ板３１の配置面は、マ
スク１の配置面と共役であり、アパーチャ板３１の開口
の投影像がマスク１上の電子線の照射領域３３となって
いる。更に本例の偏向照明系中の第３コンデンサレンズ
１１Ｃの内部付近には、その電子線の照射領域３３の形
状の倍率、及び回転角を補正するための照明特性補正系
３０が配置されている。照明特性補正系３０は、電磁レ
ンズよりなる倍率補正レンズ３０ａ、及び空芯コイルよ
りなる回転補正レンズ３０ｂより構成されている。倍率
補正レンズ３０ａによって、アパーチャ板３１の開口の
像である照射領域３３の倍率を補正し、回転補正レンズ
３０ｂによってその照射領域３３の回転角を補正する。
そして、倍率補正レンズ３０ａ、及び回転補正レンズ３
０ｂにおける補正量は、主制御装置１９が偏向補正量設
定器２５を介してマスク１上の各小領域毎に設定できる
ように構成されている。

【００１８】なお、そのように別途照明特性補正系３０
を設ける代わりに、第３コンデンサレンズ１１Ｃの励磁
電流を調節することによって倍率等を調整するようにし
てもよい。また、本例ではマスク１上の各小領域上での
照射領域３３の位置を目標位置に正確に設定するため
に、視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂの動作を制御するよ
うにしている。即ち、偏向補正量設定器２５内には、視
野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂに供給する電流（又は電
圧）を出力するためのデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コ
ンバータが備えられ、主制御装置１９では、電子線をマ
スク１上で位置決めする際の偏向幅、回転、歪みを補正
すべく、視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂを駆動するため
のそのＤＡコンバータへの入力データを補正する。これ
により、照射領域３３の位置を常に目標位置に設定でき
る。

【００１９】次に、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１３Ａ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Ｃ
Ｏを結んだ後、対物レンズ１５及び２段の電磁偏向器よ
りなる偏向器１３Ｂ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。本例の投影レ
ンズ１４及び対物レンズ１５は、一例として対称磁気ダ
ブレット（ＳＭＤ：Symmetric Magnetic Doublet）方式
の結像系を構成している。

【００２０】偏向器１３Ａ，１３Ｂにおける偏向量は、
主制御装置１９が偏向補正量設定器２６を介して設定す
る。分割転写方式では、マスク１上の各小領域はストラ
ット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１３Ａ，１３Ｂはそのストラットの分だけ電子線
を横ずれさせるため、及びマスク１とウエハ５との同期
誤差を補正するため等に使用される。

【００２１】また、上段の偏向器１３Ａの内側に静電方
式の１対の偏向器６１Ａが配置され、下段の偏向器１３
Ｂの内側に静電方式の１対の偏向器６１Ｂが配置され、
投影レンズ１４と対物レンズ１５との間に空芯コイルよ
りなる回転補正レンズ６２が配置されている。本例で
は、静電方式の偏向器６１Ａ及び６１Ｂを介して、マス
ク１上のパターンの像の転写位置を高速に２次元的に補
正し、回転補正レンズ６２によってそのように転写され
る像の回転角を補正する。また、本例の投影レンズ１４
及び対物レンズ１５は偏向補正量設定器２６を介して縮
小率（倍率）が補正できるように構成されている。

【００２２】更に、対物レンズ１５の底面近傍にウエハ
側からの電子を検出するための反射電子検出器２９が配
置され、反射電子検出器２９からの反射電子信号ＲＥは
主制御装置１９に供給されている。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で
検出されて主制御装置１９に出力される。

【００２３】一方、ウエハ５は、試料台２０上のウエハ
ステージ２１上にＸＹ平面と平行に保持されている。ウ
エハステージ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、レンズ１４，１５によりマスク
パターン像が反転されるためである。ウエハステージ２
１のＸＹ平面内での位置はレーザ干渉計２３で検出され
て主制御装置１９に出力される。

【００２４】主制御装置１９は、後述の入力装置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及びウエハステージ２１の
位置情報とに基づいて、視野選択偏向器１２Ａ，１２
Ｂ、偏向器１３Ａ，１３Ｂ、及び偏向器６１Ａ，６１Ｂ
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及びウエハステージ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補正量設定器２５、及び２
６に出力され、これらの設定器によりそれぞれ、視野選
択偏向器１２Ａ，１２Ｂ及び偏向器１３Ａ，１３Ｂ，６
１Ａ，６１Ｂによる偏向量が設定される。また、例えば
マスク１上の小領域の位置等に応じて予め計測されてい
る照射領域３３の倍率の変化、及び回転角を補正するよ
うに偏向補正量設定器２５を介して照明特性補正系３０
が駆動される。これによってマスク１上の照射領域３３
の形状等が常に一定に維持される。

【００２５】これと並行に、例えばウエハ５上に転写さ
れる像の倍率や回転角を設計データ上の特性に合わせる
ように、偏向補正量設定器２６を介してレンズ１４，１
５の励磁電流、及び回転補正レンズ６２による回転角が
制御される。これによってウエハ５上に分割転写方式で
露光する際の継ぎ誤差が低減される。また、ウエハ５上
に既に形成されているパターンの大きさ、及び回転角に
合わせるように、偏向補正量設定器２６を介してレンズ
１４，１５の励磁電流、及び回転補正レンズ６２による
回転角を制御する。この際には、偏向器６１Ａ，６１Ｂ
等を駆動して転写像の位置を補正することによって、継
ぎ誤差を低減させる。これによってウエハ５上に重ね合
わせ露光する際の重ね合わせ誤差が低減される。

【００２６】マスクステージ１６、及びウエハステージ
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
ってステージ１６，２１が動作するように駆動装置１
７，２２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。

【００２７】次に、図２及び図５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は境界領域としてのストラット３によって
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）内の照射領域３３に電子線ＥＢ
が照射される。

【００２８】図５は、図２のマスク１上の小領域２Ａ，
２Ｂ，２Ｃ，…を代表する１つの小領域２を示し、この
図５において、小領域２の内部の矩形のパターン形成領
域３４内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、パターン形成領域３４の輪郭とストラッ
ト３との間のスカート領域３５、及びストラット３は、
それぞれ電子線を遮断又は拡散する領域である。なお、
電子線転写用のマスク１としては、窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）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（Ｓｉ）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。

【００２９】その小領域２内のパターンを転写する際
に、パターン形成領域３４を覆う矩形の照射領域３３に
電子線が照射される。この場合、マスク１がマスクステ
ージ１６によって例えば矢印Ａで示す−Ｘ方向に移動す
る。但し、本例では図１の照明特性補正系３０が設けら
れているため、小領域２が例えば光軸ＡＸから離れた位
置にある場合でも倍率、及び回転角の変化を補正するこ
とによって、照射領域３３の形状は図１のアパーチャ板
３１内の開口を正確に所定の倍率で投影した形状、即ち
パターン形成領域３４の外側に所定幅の余裕を持たせた
矩形に維持される。従って、パターン形成領域３４の周
囲のスカート領域３５にそれ程余裕を持たせる必要はな
い。そのため、従来のようにスカート領域の大きいマス
クを使用する場合と比較すると、電子線の偏向領域に配
置できる小領域の数を増やして、転写すべきパターンの
割合を大きくできる。また、同じ面積のマスクパターン
を転写するのであれば、マスク１、ひいてはマスクステ
ージを全体として小型化できる。更に、照射領域３３を
小さくできるため、マスク１の発熱量が減少してマスク
１の熱変形量が少なくなる。

【００３０】なお、そのスカート領域３５を更に小さく
するために、マスク１の走査と同期して、図１の視野選
択偏向器１２Ａ，１２Ｂを介して電子線の照射領域３３
を同じ速度で移動するようにしてもよい。図２に戻り、
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２
Ａ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、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７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ，…に順次転写される。この際に、図１
の偏向器１３Ａ，１３Ｂ、及び偏向器６１Ａ，６１Ｂを
駆動して、各小領域を区切るストラット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。また、図１のレンズ１４，１５の励磁電流、及び
回転補正レンズ６２を介して転写像の倍率や回転角を補
正することによって、継ぎ誤差や重ね合わせ誤差が低減
する。

【００３１】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、主制御装置１９の制御のもとでマスクステージ１６
及びウエハステージ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（機械走
査）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のマスクからウエハへの縮小率βを用いて、マスク
１上での各小領域内のパターン形成領域３４のＸ方向の
幅をＬ１、パターン形成領域３４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。

【００３２】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１２Ａ，１２Ｂ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。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。

【００３３】この際に、本例では予め露光開始前にマス
クのアライメント工程によって、図２のマスク１上の小
領域２Ａ，２Ｂ，…の配列方向（Ｙ方向）を図１のマス
クステージ１６によるマスクの走査方向（Ｘ方向）に正
確に直交するようにしておく。また、既にウエハ５上の
転写領域６Ａ，６Ｂ，…の小転写領域７Ａ，７Ｂ，７
Ｃ，…に前のレイヤのパターンが形成されている場合に
は、ウエハのアライメント工程によって小転写領域７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ，…の配列方向（Ｙ方向）を図１のウエ
ハステージ２１によるウエハの走査方向（Ｘ方向）に正
確に直交するようにしておく。更に、仮に、ウエハステ
ージ２１の走査方向とマスク上小領域のウエハへの転写
像の回転角とが僅かにずれているような場合には、図１
の回転補正レンズ６２を介して、マスク１上のパターン
の転写像の回転角をウエハ５上の小転写領域７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，…の回転角に合わせておく。

【００３４】このように本例では、マスク１上のパター
ンの方向（小領域の配列方向）とマスクステージ１６の
移動方向が正確に直交しているので、光軸から離れた小
領域のパターンを転写する際にも、視野選択偏向器１２
Ａ，１２Ｂによる電子線の偏向補正量を必要以上に大き
くとる必要がない。同様に、ウエハ５上のパターンの方
向（小転写領域の配列方向）とウエハステージ２１の移
動方向とが正確に直交しているので、露光位置決め用の
偏向器１３Ａ，１３Ｂの補正量を必要以上に大きくとる
必要がない。更に、マスク転写像の回転方向とウエハ５
上のパターンの回転方向とが正確にあっているので、ス
テージ移動に伴った露光位置偏向補正量を必要以上に大
きくとる必要がない。

【００３５】なお、上述のようにレンズ１４，１５、及
び回転補正レンズ６２を介して転写像の倍率や回転等を
補正するためには、その転写像の形状等を計測する必要
がある。そこで、マスク１上の所定の小領域内のパター
ンの転写像の形状等の計測方法の一例につき説明する。
そのため、図３に示すように、ウエハステージ２１上に
ウエハ５と同一の高さになるように電子線を反射するタ
ンタル（Ｔａ）の矩形の薄膜よりなる基準パターン５４
を形成しておく。そして、図１において、マスク１とし
て例えば各小領域内のパターン形成領域の全体が電子線
の透過部となったマスクを使用して、その所定の小領域
の投影レンズ１４及び対物レンズ１５による転写像をウ
エハ５上に投影する。次に、ウエハステージ２１を駆動
して、設計上でその転写像のエッジと共役な位置の近傍
に、図３の基準パターン５４の＋Ｙ方向のエッジ５４ａ
を配置する。

【００３６】その後、図３の矢印で示すように、図１の
偏向器１３Ａ，１３Ｂを駆動して、転写像３３Ｗをその
エッジ５４ａを横切るようにＹ方向に走査し、この走査
に同期して図１の反射電子検出器２９からの反射電子信
号ＲＥを主制御装置１９で取り込む。また、予め偏向器
１３Ａ，１３Ｂによる像３３の偏向量をＹ座標上での変
位ｙに換算するための変換係数を求めておき、反射電子
信号ＲＥを転写像３３の変位ｙの関数として記憶する。
また、変位ｙの原点は偏向器１３Ａ，１３Ｂによる偏向
量が０の位置とする。

【００３７】図４（ａ）はそのように変位ｙの関数とし
て記憶された反射電子信号ＲＥを示し、この反射電子信
号ＲＥを変位ｙで微分することによって、図５（ｂ）に
示すように、転写像３３ＷのＹ方向のエッジの位置で大
きく変化する微分信号ｄＲＥ／ｄｙが得られる。そこ
で、この微分信号ｄＲＥ／ｄｙが所定の閾値を超える領
域の幅ＤＹ、及びその領域の中心の変位ΔＹを求める
と、幅ＤＹは転写像３３ＷのＹ方向の幅であり、変位Δ
Ｙは、その像３３Ｗの中心のＹ方向への位置ずれ量であ
る。同様に、基準パターン５４のＸ方向のエッジを用い
ることによって、転写像３３ＷのＸ方向の幅、及び位置
ずれ量も計測できる。そして、これらの計測結果、及び
マスクからウエハへの設計上の縮小率βより、転写像の
倍率誤差、及び位置ずれ量を求めることができる。

【００３８】また、更にもう一度微分した信号ｄ² ＲＥ
／ｄｙ² をとり、例えば図１の回転補正レンズ６２を動
作させて転写像３３Ｗの回転角をずらしながら、この２
回微分信号の波高値計測を行うと、その転写像３３Ｗの
エッジが基準パターン５４のエッジに平行であるときに
波高値が最も高くなることから、その回転補正レンズ６
２での補正量を決定できる。

【００３９】次に、本発明の実施の形態の他の例につき
図６〜図８を参照して説明する。本例は分割転写方式
で、且つ半影重ね転写方式の電子線縮小転写装置に本発
明を適用したものである。また、本例では図１に示す電
子線縮小転写装置をほぼそのまま使用するが、アパーチ
ャ板３１がマスク１との共役面から所定量デフォーカス
した面に配置されている。更に、マスクのパターン配
置、及び転写方法が異なっている。以下では、主に相違
点につき説明する。

【００４０】先ず、図６（ａ）は本例で使用するマスク
１Ａを示し、この図６（ａ）において、マスク１Ａも境
界領域としてのストラット３によってＸ方向、Ｙ方向に
所定ピッチで多数の小領域２に分割され、小領域２内の
パターン形成領域（有効パターン領域）３６内に転写す
べきパターンが形成されている。但し、本例では半影重
ね転写方式で転写が行われるため、パターン形成領域３
６と同じ大きさの電子線の照射領域３７に図１のアパー
チャ板３１の開口の像が投影されている。言い換える
と、電子線の照射領域３７によって、実質的にパターン
形成領域３６の輪郭が規定されている。そして、パター
ン形成領域３６の輪郭から内側に所定幅の領域（以下、
「半影領域」と呼ぶ）３６ｅでは、電子線の強度分布が
ほぼ線形に低下して、輪郭ではその強度が０になってい
る。

【００４１】即ち、図６（ｂ）は図６（ａ）の照射領域
３７の中央部でのＹ方向に沿った電子線の強度分布Ｅ
（Ｙ）を示し、図６（ｃ）は図６（ａ）の照射領域３７
の中央部でのＸ方向に沿った電子線の強度分布Ｅ（Ｘ）
を示し、これら図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、電
子線の強度分布Ｅ（Ｘ），Ｅ（Ｙ）はそれぞれ半影領域
３６ｅに対応する領域３８Ｘ，３８Ｙで線形に低下し
て、台形状の分布となっている。一例として、パターン
形成領域３６が１ｍｍ角であるとすると、半影領域３６
ｅの幅は０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。

【００４２】本例でも、図６（ａ）において、マスク１
Ａが例えば矢印Ａで示す−Ｘ方向に移動する。この際
に、図１の視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂを介して、電
子線の照射領域３７を−Ｘ方向に移動することが望まし
い。また、本例でも図１の照明特性補正系３０によっ
て、マスク１Ａ上の小領域の位置等に拘らず、その小領
域上の照射領域３７の倍率、位置、及び回転角等を一定
に維持する。従って、パターン形成領域３６又は照射領
域３７はほぼ小領域２の全体に広げることができ、パタ
ーン形成領域３６とストラット３との間の領域（これも
「スカート領域」と呼ぶ）３８は殆ど無視できる程度に
狭くできるため、結果としてマスク１Ａを小型化でき
る。

【００４３】更に、図６（ａ）に示すマスク１Ａのパタ
ーン形成領域３６の半影領域３６ｅでは、隣接する小領
域の半影領域と同一のパターンが重複して形成されてい
る。このパターンの重複につき図７を参照して説明す
る。図７は、本例のマスク１Ａの複数の小領域を示し、
この図７において、中央の小領域２Ｍ内のパターン形成
領域３６Ｍに左右、及び上下にそれぞれ半影領域３６Ｍ
ａ，３６Ｍｂ，３６Ｍｄ，３６Ｍｃが設定されている。
そして、左側（＋Ｙ方向）の半影領域３６Ｍａ内には、
左側に隣接する小領域内のパターン形成領域３６Ｌの右
側の半影領域３６Ｌｂ内と同一のパターンが形成され、
右側の半影領域３６Ｍｂ内には、右側に隣接する小領域
内のパターン形成領域３６Ｎの左側の半影領域３６Ｎａ
内と同一のパターンが形成されている。同様に、パター
ン形成領域３６Ｍの上下（Ｘ方向）の半影領域３６Ｍｄ
及び３６Ｍｃには、それぞれ上下に隣接する小領域内の
パターン形成領域３６Ｔ及び３６Ｇの半影領域３６Ｔｃ
及び３６Ｇｄ内と同一のパターンが形成されている。

【００４４】そして、図７のマスクパターンをウエハ５
上に転写する際には、マスク１Ａ上の小領域内のパター
ン形成領域３６Ｌ〜３６Ｎ，３６Ｔ，３６Ｇのパターン
がそれぞれ図８のウエハ５上の小転写領域７Ｌ〜７Ｎ，
７Ｔ，７Ｇ内に転写される。この場合、小転写領域７Ｌ
〜７Ｎ，７Ｔ，７Ｇは図７の半影領域（３６Ｍａ等）の
パターンが互いに重なるように配置されている。即ち、
図７の小領域２Ｍに対応する小転写領域７Ｍを例に取る
と、図８の小転写領域７Ｍの右側の所定幅の輪郭部７Ｍ
ａには、図７の半影領域３６Ｍａ，３６Ｌｂのパターン
が重複して転写され、左側の輪郭部７Ｍｂには、半影領
域３６Ｍｂ，３６Ｎａのパターンが重複して転写されて
いる。同様に、図８の小転写領域７Ｍの上下の輪郭部７
Ｍｃ及び７Ｍｄにはそれぞれ、図７の半影領域３６Ｍ
ｃ，３６Ｇｄ及び半影領域３６Ｍｄ，３６Ｔｃのパター
ンが重複して転写されている。

【００４５】このように本例では、ウエハ５上の各小転
写領域７Ｌ，７Ｎ，…では、それぞれ輪郭部で対応する
マスク上のパターンが重複して転写されているため、重
複部が無い場合に比べて継ぎ誤差が低減している。しか
も、図６で示したように、マスク１Ａ上での電子線の照
射領域３７は半影領域で強度が線形に低下しているた
め、ウエハ５上の重複部での露光量はその他の部分と同
一であり、露光量むらは原理上生じない。更に、その照
射領域３７の形状等は一定であるため、ウエハ５上の各
小転写領域間のつなぎ部（輪郭部）は滑らかであり、所
望のパターンが高精度に得られる。また、小領域２内の
パターン形成領域３６内での電子線の強度分布は常に一
定であり、ウエハ５上でも露光量のむらが生ずることが
なく、常に高い解像度で転写が行われる。

【００４６】また、本例でも図１のレンズ１４，１５及
び回転補正レンズ６２等によってウエハ上への転写像の
倍率や回転角が補正されているため、継ぎ誤差や重ね合
わせ誤差が低減されている。更に、照明特性補正系３０
によって、つなぎ部での露光量の一様性が向上してい
る。なお、本発明は分割転写方式のみならず、所謂セル
・プロジェクション方式等のようにマスク上に分割して
形成された小領域のパターンを順次転写する方式の転写
装置に同様に適用されるものである。更に本発明は、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
写装置にも同様に適用できることは明らかである。

【００４７】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。

【００４８】

【発明の効果】本発明の荷電粒子線転写装置によれば、
転写像の結像特性を補正する結像特性補正系を設けたた
め、転写すべきパターンの少なくとも一部をマスク上の
複数の小領域に分割して形成し、各小領域内のパターン
の像を順次基板上につなぎ合わせて転写する際に、継ぎ
誤差、又は重ね合わせ誤差を低減できる利点がある。

【００４９】更に、視野選択用の偏向照明系を結像方式
の照明系として、照明特性補正手段を設けた場合には、
マスク上の各小領域に対する荷電粒子線の照射領域の形
状等を一定にできる利点がある。その結果、マスク上の
各小領域のスカート領域等の無駄な領域を少なくして転
写すべきパターンをマスク上に高密度に配置できる。ま
た、転写すべきパターンの面積が同じ場合には、従来例
に比べてマスクを小さくできる。更に、マスクの熱膨張
による転写位置誤差を小さくできる。

【００５０】また、その視野選択用の偏向照明系を介し
てそのマスク上の小領域に照射される荷電粒子線の断面
形状の輪郭部での強度分布を外側に向けて単調に減少す
るように設定し、転写対象の基板に対する小領域内のパ
ターンの像を隣接するパターンの像と輪郭部が重なるよ
うにした場合には、分割転写方式で、且つ半影重ね転写
方式で転写が行われる。この際に、その照明特性補正手
段によって、マスク上の各小領域に対する荷電粒子線の
照射領域の形状等の照明特性を一定にすることによっ
て、基板上での各小領域のパターンの像間のつなぎ部を
滑らかにできると共に、基板上での露光量の一様性を改
善できる利点がある。

【００５１】また、結像特性補正系又は照明特性補正系
の少なくとも一方により補正される結像特性が投影され
る像の位置、倍率、又は回転であるときには、継ぎ誤差
や重ね合わせ誤差が大きく低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子線転写装置の実施の形態
の一例としての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】マスク上の電子線の照射領域の形状の計測方法
の説明図である。

【図４】（ａ）は照射領域の像を基準パターンに対して
走査したときに得られる反射電子信号ＲＥを示す図、
（ｂ）は反射電子信号ＲＥの微分信号を示す図である。

【図５】図２のマスク１上の代表的な小領域２内のパタ
ーン形成領域及び電子線の照射領域を示す拡大平面図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態の他の例で使用されるマス
ク１Ａ上の代表的な小領域内のパターン形成領域及び電
子線の照射領域等を示す図である。

【図７】その実施の形態の他の例で使用されるマスク１
Ａ内の複数の小領域を示す拡大平面図である。

【図８】図７のマスク１Ａの複数の小領域に対応するウ
エハ５上の複数の小転写領域を示す拡大平面図である。

【図９】（ａ）は従来の分割転写方式の電子線縮小転写
装置で使用されるマスクの小領域を示す拡大平面図、
（ｂ）は図９（ａ）のＡＡ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１マスク２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ小領域３ストラット５ウエハ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ小転写領域１２Ａ，１２Ｂ視野選択偏向器１３Ａ，１３Ｂ電磁方式の偏向器１４投影レンズ１５対物レンズ１６マスクステージ１９主制御装置２１ウエハステージ２５，２６偏向補正量設定器３０照明特性補正系３０ａ倍率補正レンズ３０ｂ回転補正レンズ３３電子線の照射領域６１Ａ，６１Ｂ電磁方式の偏向器６２回転補正レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｒ５４１Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写すべきパターンの少なくとも一部が
分割されて、互いに離間する複数の小領域内にそれぞれ
形成されたマスクに対して、視野選択用の偏向照明系を
介して前記小領域を単位として順次所定の断面形状を有
する荷電粒子線を照射し、前記小領域内のパターンの結
像系による像を転写対象の基板上でつなげて転写するこ
とによって、前記基板上に前記転写すべきパターンの少
なくとも一部の像を転写する荷電粒子線転写装置におい
て、前記基板上に形成されているパターンに応じて前記結像
系による像の結像特性を補正する結像特性補正系を設け
たことを特徴とする荷電粒子線転写装置。
【請求項２】請求項１記載の荷電粒子線転写装置であ
って、前記視野選択用の偏向照明系は、所定形状のアパーチャ
を通過した前記荷電粒子線を集束及び偏向することによ
って、前記マスク上の前記小領域上に順次前記アパーチ
ャの像を投影する結像方式の照明系であり、前記視野選択用の偏向照明系によって前記マスク上の前
記小領域に投影される前記アパーチャの像の結像特性を
補正する照明特性補正系を更に設けたことを特徴とする
荷電粒子線転写装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の荷電粒子線転写
装置であって、前記視野選択用の偏向照明系を介して前記マスク上の前
記小領域に照射される前記荷電粒子線の断面形状の輪郭
部での強度分布を外側に向けて単調に減少するように設
定し、前記基板に転写される前記小領域内のパターンの像を隣
接するパターンの像と輪郭部が重なるようにしたことを
特徴とする荷電粒子線転写装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の荷電粒子線
転写装置であって、前記結像特性補正系又は前記照明特性補正系の少なくと
も一方によって補正される結像特性は、投影される像の
位置、倍率、又は回転角であることを特徴とする荷電粒
子線転写装置。