JP2001085303A

JP2001085303A - 荷電ビーム露光装置及び荷電ビーム露光方法

Info

Publication number: JP2001085303A
Application number: JP25728099A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nakasugi; 哲郎中杉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-30
Also published as: US6507034B1

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度かつ高速にビーム調整を行う。【解決手段】ビーム調整用開口部群１５ａ及びパターン
露光用開口部群１５ｂを有する第２アパーチャ１５と、
パターンを転写すべきウェハ１９が載置されたステージ
１８と、パターン密度をパラメータとして電子ビームの
最適なビーム調整パラメータを記憶する描画パラメータ
テーブル３２’を有し、ウェハ１９に照射される電子ビ
ームを制御する制御計算機３２とを具備してなり、パタ
ーン密度に応じた最適なビーム調整パラメータを描画パ
ラメータテーブル３２’からパターン毎に選択してパタ
ーン転写を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光すべきパター
ンに応じてビーム調整を行いパターン露光する荷電ビー
ム露光装置及び荷電ビーム露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子ビームを用いて露光を行う方
式としては、部分一括露光方式（以下、ＣＰ露光方式と
称する）やスキャン転写方式が考案されている。

【０００３】まず、ＣＰ露光方式の概念図を図１４に示
す。図１４に示すように、ＣＰ露光方式は、複数の図形
を含む数μｍ程度の領域をＣＰアパーチャ１０１ａ〜１
０１ｅとして第２成形アパーチャ１０１上に形成し、こ
のＣＰアパーチャ１０１ａ〜１０１ｅをそれぞれ一括し
て露光する方式であり、電子ビーム露光のスループット
を向上させる手段として有望視されている。具体的に
は、電子銃１１から照射された電子ビームは第１アパー
チャ１３で所望の形状に成形され、さらに第２アパーチ
ャ１０１に入射する。この第２アパーチャ１０１では、
所望のＣＰアパーチャ１０１ａ〜１０１ｅが選択され、
該選択されたＣＰアパーチャ１０１ａ〜１０１ｅに形成
されたパターンを有する電子像を形成し、この電子像が
ウェハ１９に一括して露光される。

【０００４】このような電子ビーム露光装置におけるビ
ーム調整方法としては、例えば特許第２８３７５１５号
公報に開示されている。この公報記載の調整方法では、
例えば、図１５に示すように、第２アパーチャ２０１の
上に、パターン露光用開口部２０２以外に、ビーム偏向
量開口部２０３及び光軸調整用開口部２０４が設けられ
ており、これらを用いることにより、高精度なビーム調
整が可能となる。

【０００５】しかしながら、このビーム調整方法では、
以下に示す問題があった。

【０００６】まず第１に、ＣＰ露光においては開口面積
や、一括露光する部分の面積によってビームの総電流量
が変動する。例えば５μｍ角のＣＰアパーチャにより露
光を行う場合、通常の可変成形ビーム（ＶＳＢ）に比較
して、焦点位置が最大で３０μｍ程度も異なる。このた
め、ＣＰ露光においては従来より行われたＶＳＢに加え
て焦点位置の最適化が別途必要になる。従来法では、ビ
ーム電流の変動に対するビーム焦点及びビーム偏向量の
調整を、矩形アパーチャを通過するビーム量を変えてビ
ーム調整を行っていた。

【０００７】しかしながらこの方法は、簡略化されてい
ない電子光学系を用いている場合のみに適用できるもの
であった。図１６（ａ）は簡略化されていない電子光学
系を、図１６（ｂ）は簡略化された電子光学系の装置構
成を示す。１６１は電子銃、１６２はコンデンサレン
ズ、１６３は第１アパーチャ、１６４は成型レンズ、１
６５は第２アパーチャ、１６６は投影レンズ、１６７は
対物レンズ、１６８は試料である。

【０００８】図１６（ａ）及び（ｂ）において、スキャ
ン転写方式やすべてのパターンをＣＰ方式で露光する場
合には、図１６（ｂ）に示す簡略化した電子光学系を用
いる。すなわち、スキャン転写方式やすべてのパターン
をＣＰ方式で露光する場合には、第１アパーチャ像を第
２アパーチャ像上で結像させる必要はないため、図１６
（ｂ）で示す光学系は成形レンズ１６４が不要である。
ここで、図１６（ｂ）に示す電子光学系に対しては、従
来法によるビーム調整を行うことは困難である。

【０００９】ここで、矩形アパーチャの外縁をアパーチ
ャエッジ、電子ビームの外縁をビームエッジと称した場
合、ビーム量を減少させるためにはアパーチャエッジの
一部のみにビームが照射されることとなる。矩形アパー
チャにオーバーラップするようにビームを照射した場合
には、ビームエッジは矩形アパーチャにより遮蔽される
が、前述のようにアパーチャエッジの一部のみにビーム
が照射された場合、ビームエッジ近傍の電子ビームもウ
ェハ１９上に転写されることとなる。このビームエッジ
近傍においてはビームぼけが発生し、ビーム調整の精度
を低下させる要因となっていた。すなわち、従来法での
ビーム調整は、図１６（ａ）に示すような、第１アパー
チャ像を成形レンズ１６４を用いて結像させ、さらに第
２アパーチャ像を投影レンズ１６６及び対物レンズ１６
７によって試料面に結像させている電子光学系にのみ対
応したものであった。もちろん、この方法では図１６
（ｂ）に示す光学系においてはビーム電流量の変動に対
応したビーム調整を行うことができない。

【００１０】第２の問題を図１７を用いて説明する。ビ
ーム調整においては、図１４に示す露光装置においてウ
ェハ１９又はウェハ１９を載置する図示しないステージ
等に図１７（ａ）に示す重金属ドット１１１を配置し、
この重金属ドット１１１にＣＰ形状の電子ビーム１２を
面走査し、電子ビーム１２の２次元ビーム強度分布を予
め求めておく方法が一般的である。

【００１１】電子ビーム１２を走査した後の信号処理
は、まず、理想的な２次元強度分布を予め求めておき、
この分布をテンプレートとして、実際に得られたビーム
強度分布と相関法によってビーム調整を行う場合や、電
子ビーム１２のエッジ位置に注目して調整を行う場合等
がある。反射電子信号の２次元強度分布を図１７（ｂ）
に示す。横軸はビーム走査位置、縦軸は反射電子信号量
である。

【００１２】しかしながら、これらの信号処理方法を用
いた場合、以下に示す問題が生じる。すなわち、面走査
による２次元ビーム強度分布を求めるには通常のＶＳＢ
に比較して長時間を要する。しかも、焦点位置が数１０
μｍも異なっている場合には、焦点のみならずビーム位
置やビームの回転にも影響が出てくるため、ビーム調整
には多大な労力が必要とされる。

【００１３】そこで、これらの問題点を解決すべく、試
料面上に、電子ビームの形状と同じ形状のパターンを形
成しておき、このパターンを用いてマーク検出及びビー
ム調整を行う方法が考案されている。この方法は、スキ
ャン転写方式の電子ビーム露光装置において検討されて
いる。

【００１４】図１８はこのビーム調整方法を説明するた
めの図である。図１８（ａ）に示すように、試料面上に
形成されたＣＰ合わせマーク１２１に対して電子ビーム
１２を矢印に示す方向に走査し、ＣＰ合わせマーク１２
１を電子ビーム１２が通過する前後における反射電子信
号の強度分布を求めている。得られる反射電子信号は、
図１８（ｂ）に示すように、ＣＰ合わせマーク１２１と
電子ビーム１２が完全に一致したときに最も大きくな
る。このビーム調整方法を、例えばＣＰ露光におけるビ
ーム調整に適用すれば、少なくとも面走査やそれに伴う
画像処理等は不要となり、ビーム調整の簡略化が図れ
る。

【００１５】しかしながら、ＣＰアパーチャの種類が１
００種類を超えるような場合では、個々のＣＰアパーチ
ャの開口率やＣＰ面積が異なる場合を想定すると、ＣＰ
露光のビーム調整には莫大な時間を要する。

【００１６】次に、スキャン転写方式の問題点を以下説
明する。

【００１７】図１９はスキャン転写方式の概念図であ
る。スキャン転写方式は、電子銃１１から照射された電
子ビーム１２を第１アパーチャ１３を介してウェハ１９
上に露光する点はＣＰ露光方式と共通するが、この方式
では第２アパーチャ１０１の代わりに転写マスク１３１
が配置される。この転写マスク１３１は、ＣＰ露光方式
で用いられる第２アパーチャ１０１とは異なり、繰り返
しパターン等の有無にかかわらずウェハ１９上に転写す
べきパターンを露光ブロック１３２ａ〜１３２ｆにその
まま再現したパターンである。

【００１８】この転写マスク１３１に形成されたパター
ンは所望の大きさの露光ブロック１３２ａ〜１３２ｆに
分割され、各露光ブロック１３２ａ〜１３２ｆ内に配置
したパターン上に、電子ビーム１２を垂直偏向させ、同
時に転写マスク１３１を平行移動させることにより露光
ブロック１３２ａ〜１３２ｆ内のパターンをウェハ１９
上に縮小転写する。

【００１９】しかしながら、このスキャン転写方式では
以下に示す問題点が生じる。すなわち、図２０に示すよ
うに、例えば同じ露光ブロック１３２ｆ内であっても、
例えば露光領域１３２ｆ−１と１３２ｆ−２のように、
パターン密度が異なる場合、転写マスク１３１からウェ
ハ１９の間を進行する電子ビーム１２の電流密度は異な
る。このため、露光領域１３２ｆ−１と１３２ｆ−２で
は、パターン密度に依存して焦点ずれが生じ、各領域に
対応する転写パターン１３３−１と１３３−２との間で
寸法差が発生する。また、パターン密度が異なることに
より、転写パターン１３３−１と１３３−２とで描画位
置がずれるという問題点も生じる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
の電子ビーム露光におけるビーム調整方法では、焦点位
置やビーム位置等の最適化等の労力が大きく、また試料
面からの２次元ビーム強度分布算出に長時間を要する等
の問題があった。

【００２１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、高精度かつ高速に
ビーム調整を行うことのできる荷電ビーム露光装置及び
荷電ビーム露光方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る荷電ビーム
露光装置は、パターン密度の異なる複数のパターンを有
するマスクと、パターンを転写すべき基板が載置された
ステージと、パターン密度をパラメータとして荷電ビー
ムの最適なビーム調整パラメータを記憶する描画パラメ
ータテーブルを有し、該描画パラメータテーブルに基づ
いて基板に照射される荷電ビームを制御する制御部とを
具備してなり、パターン密度に応じた最適なビーム調整
パラメータを描画パラメータテーブルから前記パターン
毎に選択してパターン転写を行うことを特徴とする。

【００２３】本発明の望ましい形態を以下に示す。

【００２４】（１）描画パラメータテーブルは、ビーム
調整パラメータを変化させつつパターンを通過させた荷
電ビームで、ステージ又は前記基板上にパターンに対応
する形状をもって形成されたビーム調整用マークを走査
して得られる反射電子信号をパターンの少なくとも２つ
について求めた結果に基づいて作成する。

【００２５】（２）マスクは、パターン密度の異なる複
数のビーム調整用開口部と、パターン露光に用いられる
複数のパターン露光用開口部を有する。

【００２６】（３）ビーム調整パターンは、予め基板又
はステージ上に形成され、対応するパターンと相似した
形状を有する。

【００２７】（４）ビーム調整用マークは、パターンの
転写により形成されてなり、該パターンと相似した形状
を有する。

【００２８】（５）ビーム調整用パターンを複数有する
待機部と、該待機部から一のビーム調整用パターンを選
択してステージに搬送するパターン選択搬送手段を有す
る。

【００２９】また、本発明に係る荷電ビーム露光方法
は、少なくとも２つのパターン密度を有する複数のパタ
ーンが設けられたマスクに該パターン毎にビーム調整を
行い荷電ビームを照射して試料面上にパターン転写する
荷電ビーム露光方法であって、複数の異なるパターン密
度を有し、パターンを試料面上に転写して形成され、あ
るいは予め該試料面上に該パターンを転写した形状とほ
ぼ同一の形状をもって形成された複数のビーム調整用マ
ークに荷電ビームを照射し、該ビーム調整用マークに対
応するパターン毎にビーム調整するパラメータを種々変
更して試料面からの反射電子を検出し、最適ビーム調整
パラメータを求める第１の工程と、パターン密度をパラ
メータとした最適ビーム調整パラメータが記憶された描
画パラメータテーブルを作成する第２の工程と、描画パ
ラメータテーブルに基づいて最適ビーム調整パラメータ
を選択してパターンを試料面上に転写する第３の工程と
を有することを特徴とする。

【００３０】本発明の望ましい形態を以下に示す。

【００３１】（１）マスクには、複数のパターン密度を
有する複数のビーム調整用パターンが設けられてなり、
該ビーム調整用パターンによりビーム調整用マークを形
成する。

【００３２】（２）試料面からの反射電子信号が最大と
なるビーム調整パラメータを最適なビーム調整パラメー
タとする。

【００３３】（作用）本発明では、パターン密度に応じ
た最適なビーム調整パラメータを予め求めておき、さら
にこのビーム調整パラメータから描画パラメータテーブ
ルを作成した上でパターン露光を行う。露光の際にはパ
ターン密度に応じた最適なビーム調整パラメータが描画
パラメータテーブルから選択されるため、パターン密度
の差による寸法差や、描画位置変動等を低減した高精度
なパターニングが可能となる。

【００３４】また、すべてのパターン露光用開口部につ
いてのビーム調整パラメータを求める必要がなく、パタ
ーン密度に応じた代表点のみについてビーム調整パラメ
ータを求めるのみでビーム調整が可能となるため、簡便
かつ高速なビーム調整が可能となる。

【００３５】また、基板上にビーム調整パターンを形成
してビーム調整を行うことにより、ビーム調整マークを
通常の可変成形ビームによる露光で容易に作成すること
が可能となる。また、基板を交換するのみで、ビーム調
整用マークが汚染した場合の保守が容易となる。さら
に、基板を交換することができるため、マスクを交換等
してパターンが異なった場合にも容易にビーム調整用マ
ークを変更することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００３７】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る電子ビーム露光装置の全体構成を示す図であ
る。本露光装置は、加速電圧５０ｋＶのＣＰ＆可変成形
型電子ビーム露光装置である。以下、各部の機能を説明
する。

【００３８】本実施形態に係る露光装置は本体部１と本
体制御部３に大別される。本体部１の上部には電子銃１
１が配置されている。この電子銃１１から照射された電
子ビーム１２の進行方向に向かって上流側から順に、第
１アパーチャ１３，偏向器１４，第２アパーチャ１５，
偏向器１６，検出器１７及びステージ１８が配置されて
いる。

【００３９】第１アパーチャ１３は、電子銃１１から照
射された電子ビーム１２を所望の形状に成形する。偏向
器１４は第１アパーチャ１３を通過した電子ビーム１２
を偏向させて第２アパーチャ１５の所望の位置に照射さ
せる。第２アパーチャ１５にはビーム調整用開口部群１
５ａと、パターン露光用開口部群１５ｂが設けられてい
る。１６は偏向器であり、第２アパーチャ１５を通過し
た電子ビーム１２を偏向させてステージ１８上に載置さ
れたウェハ１９の所望の位置に照射させる。

【００４０】第２アパーチャ１５とステージ１８の間に
は図示しないレンズ系が設けられており、第２アパーチ
ャ１５を通過して得られるパターン像は縮小されてウェ
ハ１９上に転写される。また、ここでは図示しないが、
第１アパーチャ１３上流にはビーム照明用レンズ、また
第２アパーチャ１５上流には第１アパーチャ１３の像を
第２アパーチャ１５上に結像するためのレンズが設けら
れている。

【００４１】本装置では、この縮小率は１／１０倍であ
り、最大ビームサイズは１０μｍである。従って、第１
アパーチャ１３の開口部の大きさは１００μｍ角とな
る。また、電子ビーム１２の偏向幅はＸ，Ｙ方向ともに
２ｍｍである。従って、２ｍｍ幅を超える露光は、ステ
ージ１８を移動して行う。

【００４２】ステージ１８にはミラー２０が設けられて
おり、このミラー２０によりステージ１８の位置が常時
計測される。また、ステージ１８上にはビーム調整用開
口部群１５ａと対応する形状のビーム調整用マーク群２
１が設けられており、ビーム調整の際に電子ビーム１２
が照射され、このビーム調整用マーク群２１からの反射
電子がウェハ１９上方に設けられた検出器１７で検出さ
れる構成となっている。

【００４３】次に、本体制御部３の構成を説明する。露
光すべきチップデータ、チップ内でのマーク位置、ウェ
ハ上でのチップ配置情報、グローバルアライメントに使
用されるチップ位置とそのマーク情報等を含む露光デー
タ３１は、制御計算機３２に入力される。

【００４４】制御計算機３２は本体部１を動作させる制
御系に接続されている。また制御計算機３２には検出器
１７からの検出信号が入力される。本体部１を動作させ
る制御系は、偏向制御回路３３，第２アパーチャ駆動機
構３４及びステージ制御系３５を有する。

【００４５】偏向制御回路３３は電子ビーム１２の偏向
を制御するもので、この偏向制御回路３３には偏向アン
プ３３ａ及び３３ｂが接続される。偏向アンプ３３ａ及
び３３ｂは、偏向制御回路３３からの偏向信号を増幅さ
せてそれぞれ偏向器１４及び１６を制御する。

【００４６】第２アパーチャ駆動機構３４は露光データ
３１に基づいて第２アパーチャ１５を駆動させる。ま
た、この第２アパーチャ駆動機構３４にはレーザ干渉計
３４ａが接続されており、第２アパーチャ１５の位置を
常時計測する。

【００４７】第２アパーチャ駆動機構３４は微調整用駆
動機構及び粗動用駆動機構を有しており、レーザ干渉計
３４ａのフィードバックにより正確に第２アパーチャ１
５の位置決めが行われる。なお、第２アパーチャ１５上
のパターンの選択は、この第２アパーチャ駆動機構３４
及び偏向器１４により行われる。

【００４８】ステージ制御系３５にはレーザ干渉計３５
ａが接続されている。レーザ干渉計３５ａから照射され
たレーザ光はステージ１８に設けられたミラー２０で反
射してレーザ干渉計３５ａで受光される。これにより、
ステージ１８の位置が常時計測され、その計測値に基づ
いてステージ１８が移動する。このようにステージ１８
の位置をフィードバックすることにより、ステージ１８
の高精度な位置決めがなされる。また、レーザ干渉計３
５ａのステージ位置の計測値は偏向アンプ３３ａにもフ
ィードバックされ、この計測値に基づいて電子ビーム１
２の描画位置補正が行われる。

【００４９】制御計算機３２はアンプ３６を介して検出
器１７に接続されている。ウェハ１９又はステージ１８
の表面（以下、試料面と称する）からの反射電子は検出
器１７で検出され、この検出信号がアンプ３６で増幅さ
れて制御計算機３２に入力される。制御計算機３２はこ
の検出器１７からの検出信号に基づいて本体部１を制御
する。さらに、制御計算機３２内には後述する描画パラ
メータテーブル３２’が設けられている。

【００５０】次に、第２アパーチャ１５の詳細な構成を
図２の上面図を用いて説明する。

【００５１】第２アパーチャ１５上には、ビーム調整用
開口部群１５ａ、５４種類のパターン露光用開口部群１
５ｂ及び矩形開口部１５ｃが形成されている。パターン
露光用開口部群１５ｂはＣＰ露光方式で通常用いられる
ＣＰアパーチャと同じ構成であり、破線で示したよう
に、露光領域毎に６つのグループ１５ｂ−１〜１５ｂ−
６に分けられている。ビーム調整用開口部群１５ａは、
パターンの重心位置の違いにより１５ａ−ｘ、１５ａ−
ｙの２グループに分けられており、またそれぞれのグル
ープ内のビーム調整用開口部は、パターン密度及び一括
露光面積が異なっている。複数のビーム調整用開口部は
すべてアパーチャ上でピッチ２０μｍのライン＆スペー
スパターンで構成されており、それぞれの開口部と遮光
部の比率を変えることによりパターン密度を５〜１００
％の範囲で変化させている。

【００５２】この第２アパーチャ１５は、厚さ８００μ
ｍのＳＯＩ基板で形成されており、裏面側からＫＯＨ水
溶液により異方性エッチングを行うことにより開口部が
形成される。また、基板表面のＳＯＩ部分には、所望の
パターンが５μｍ角内に形成されている。パターン部は
プラズマエッチングにより彫り込まれ、開口部を形成し
ている。

【００５３】次に、ステージ１８上に設けられたビーム
調整用マーク群２１の詳細な構成を図３の斜視図を用い
て説明する。

【００５４】図３（ａ）に示すように、ビーム調整用マ
ーク群２１はウェハ１９近傍のステージ１８上に形成さ
れている。また、図１にも示したとおり、このビーム調
整用マーク群２１の上方には第２アパーチャ１５が配置
され、この第２アパーチャ１５に形成されたビーム調整
用開口部群１５ａとビーム調整用マーク群２１とは相似
形状となっている。

【００５５】このビーム調整用マーク群２１の一部を図
３（ｂ）に拡大して示す。図３（ｂ）に示すように、ビ
ーム調整用マーク群２１を構成するビーム調整用マーク
４１は、Ｓｉ基板４２に３００ｎｍ深さの溝４３を形成
することにより作製される。また、このビーム調整用マ
ーク４１の変形例を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）に示
すように、このビーム調整用マーク４１’はＳｉ基板４
２に凸状の重金属マーク４３’を形成することにより作
製される。

【００５６】次に、本実施形態に係る電子ビーム露光方
法を説明する。この電子ビーム露光方法は、ビーム調整
工程と、パターン露光工程とに大別される。

【００５７】ビーム調整工程のフローチャートを図４に
示す。このビーム調整工程における可変成形ビームの調
整は、従来と同様の方法で行う。

【００５８】まず、ビーム調整用開口部群１５ａから、
ビーム調整用開口部を一つ選択する。そして、このビー
ム調整用開口部が電子ビーム１２の偏向領域内となるよ
うに第２アパーチャ１５を移動させる（５１）。第２ア
パーチャ１５内に設けられたそれぞれのビーム調整用開
口部の配置情報は予め制御計算機３２に記憶されている
ため、この配置情報とレーザ干渉計３４ａで計測された
第２アパーチャ１５の位置に基づいて第２アパーチャ駆
動機構３４が第２アパーチャ１５を移動させる。

【００５９】次に、ステージ１８に形成されたビーム調
整用マーク群２１から、（５１）で選択されたビーム調
整用開口部に対応するビーム調整用マーク４１を選択す
る。そして、選択されたビーム調整用マーク４１が電子
ビーム１２のビーム偏向領域内となるようにステージ１
８を移動させる（５２）。ビーム調整用マーク４１の配
置情報は予め制御計算機３２に記憶されているため、こ
の配置情報とレーザ干渉計３５ａで計測されたステージ
１８の位置に基づいてステージ制御系３５がステージ１
８を移動させる。

【００６０】次に、電子銃１１から電子ビーム１２の照
射を行う。この電子ビーム１２は、第１アパーチャ１３
で成形され、偏向器１４で偏向されて第２アパーチャ１
５に照射される。ここで、第２アパーチャ１５は（５
１）において所定の位置に移動しているため、電子ビー
ム１２は選択されたビーム調整用開口部を通過して試料
面に照射される。

【００６１】この電子ビーム１２とビーム調整用マーク
４１との関係を図５（ａ）に示す。なお、第２アパーチ
ャ１５及び試料面周辺以外の構成は省略してある。図５
（ａ）に示すように、ビーム調整用開口部はライン＆ス
ペースパターンであり、このライン＆スペースパターン
の像を持った電子ビーム１２が試料面に照射される。そ
して、この電子ビーム１２のビーム調整パラメータを所
定値に設定（５３）した後に、（５２）で選択されたビ
ーム調整用マーク４１上をＸ方向に走査する（５４）。
このビーム走査はビーム偏向系を用いて行い、０．０２
μｍピッチで走査する。このビーム走査により、ビーム
調整用マーク４１近傍から反射電子が検出器１７で検出
される（５５）。

【００６２】得られた検出信号の波形を図５（ｂ）に示
す。横軸はビーム走査位置、縦軸は反射電子信号量であ
る。ビーム調整用マーク４１を電子ビーム１２で走査し
た場合、ビーム調整用開口部の形状がビーム調整用マー
ク４１の形状に一致した時が最も反射電子が多く得られ
る。従って、図５（ｂ）において、検出波形のピーク位
置ｘが電子ビーム１２とビーム調整用マーク４１に一致
する位置であり、このピーク位置ｘを計測することによ
りＸ方向に関するビーム調整用マーク４１のおおよその
位置を決定することができる。このビーム走査の際に、
ピーク位置ｘと波高値ｊを制御計算機３２に記憶してお
く。

【００６３】さらに、電子ビーム１２をＹ方向に複数点
変化させ、（５４）及び（５５）と同様の工程によりビ
ーム走査、反射電子の検出を行う。この場合も図５
（ｂ）と同様の検出信号波形、すなわちビーム調整用開
口部とビーム調整用マーク４１が一致した位置でピーク
が得られる波形となり、ピーク位置ｘ、ｙ方向位置及び
波高値ｊを制御計算機３２に記憶する。

【００６４】以上の工程（５３）〜（５５）を複数の焦
点位置について繰り返し行い、ピーク位置ｘ、ｙ方向位
置及び波高値ｊを得る。そして、得られた複数の焦点位
置についての検出結果に基づいて、最適焦点位置を算出
する（５６）。焦点位置が変化し焦点位置が合った場
合、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に比較して波
高値ｊが高い信号波形が得られる。最も波高値ｊの高い
信号波形を示す焦点位置が最適な焦点位置となる。また
電子ビーム１２をｘ，ｙ方向に走査し、最も高い波高値
を示す位置がパターン密度、すなわちビーム電流に依存
したビーム位置ずれ量に相当する。

【００６５】焦点位置と波高値ｊとの関係を図６に示
す。横軸は焦点位置ｗ、縦軸は反射電子信号の波高値ｊ
である。図６の実線で示したように、波高値ｊの最大値
ｊmaxにおける焦点位置ｗが最適な焦点位置である。ま
た、ビームのｘ，ｙ方向位置、ビームの回転、縮小率等
のビーム調整用パラメータを種々変化させて破線に示す
ような関係曲線も得た上で、波高値ｊが最も大きくなる
焦点位置を最適な焦点位置とする。そして、最適な焦点
位置を設定するビーム調整用パラメータを求めて制御計
算機３２に記憶する。

【００６６】以上のような最適焦点位置におけるビーム
調整用パラメータを求める工程を、さらに異なるビーム
調整用開口部を選択して同様に行う（５１）〜（５
６）。そして、すべてのビーム調整用開口部についてビ
ーム調整用パラメータを求めた後（５７）、制御計算機
３２により描画パラメータテーブル３２’を作成する。

【００６７】描画パラメータテーブル３２’の一例を図
７に示す。横軸はパターン密度、縦軸は最適焦点位置で
ある。複数のビーム調整用開口部は、前述の通りそれぞ
れパターン密度、すなわちパターンの開口率が異なるも
のであり、得られた複数のビーム調整用開口部について
の最適焦点位置をプロットし、線形補間を行うことによ
り図７に示すような関係直線又は曲線が得られる。同様
に、パターン密度に対応したビームの位置ずれ（ｘ，
ｙ）についても描画パラメータテーブル３２’を作成す
る。

【００６８】次に、パターン露光工程について説明す
る。

【００６９】まず、露光データ３１が制御計算機３２か
ら偏向制御回路３３に出力され、パターン露光用開口部
群１５ｂから所定のパターン露光用開口部が選択され
る。選択されたパターン露光用開口部については、第２
アパーチャ１５上の位置情報や試料上の露光位置情報の
他、パターン密度に応じたパラメータが予め設定されて
おり、このパラメータに基づいて、ビーム調整工程で得
られた図７に示す描画パラメータテーブル３２’から最
適な描画パラメータが設定される。次に図示しない対物
レンズの励磁を変化させ、焦点位置を変化させ、かつ偏
向器１４又は１６でビーム位置ずれを補正してパターン
露光を行う。

【００７０】このように本実施形態によれば、パターン
密度に応じたビーム調整パラメータを予め求めておき、
さらにこのビーム調整パラメータから描画パラメータテ
ーブルを作成した上でパターン露光を行う。従って、パ
ターン露光を行う際にはパターン密度に応じた最適なビ
ーム調整パラメータが選択されるため、高精度なパター
ニングが可能となる。また、すべてのパターン露光用開
口部についてのビーム調整パラメータを求める必要がな
いため、簡便かつ高速なビーム調整が可能となる。

【００７１】さらに、本実施形態におけるビーム調整に
おいては、ビーム調整用開口部にオーバーラップするよ
うに電子ビーム１２を照射するため、ビームエッジ近傍
の電子ビームがウェハ１９に照射される場合に生じるビ
ームぼけの問題を考慮する必要がない。

【００７２】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。図２に示す第２アパーチャ１５の構成には限定
されず、ビーム調整用開口部やパターン露光用開口部の
数はいくつでもよい。

【００７３】なお、本実施形態ではすべてのビーム調整
用開口部についてビーム調整用パラメータを求めてから
描画パラメータテーブル３２’を作成する場合を示した
が、必要とされる露光精度や測定時間等の測定条件に応
じて、代表的なビーム調整用開口部のみについて算出し
て描画パラメータテーブル３２’を作成するものであっ
てもよい。

【００７４】（第２実施形態）本実施形態は、第１実施
形態の変形例に係わり、第１実施形態におけるビーム調
整用マークを基準ウェハに作成する形態に関する。従っ
て、ビーム調整用マークの構成のみが異なり他の構成は
第１実施形態と同じであるので詳細な説明は省略する。

【００７５】図８は本実施形態に係る電子ビーム露光装
置におけるステージ６１及び第２アパーチャ１５の構成
を示す図である。露光装置の他の構成は図１と同じであ
る。

【００７６】図８に示すように、ステージ６１には図１
と同じくパターンが転写されるべきウェハ１９が載置さ
れる。また、ステージ６１にはこのウェハ１９の近傍に
基準ウェハ６２が載置される。この基準ウェハ６２上に
は複数のビーム調整用マーク６３が形成されている。こ
のビーム調整用マーク６３は図３（ａ）に示すビーム調
整用マーク４１と相似形状となっている。基準ウェハ６
２はＳｉ基板上に溝が形成され、この溝にＳｉ酸化膜が
埋め込まれている。なお、このビーム調整用マーク６３
も図３（ｂ）に示すような溝によりマークが形成されて
いる場合にのみならず、凸状の重金属マークで形成され
ていてもよい。

【００７７】図９はウェハ１９と基準ウェハ６２の搬送
系統を示す図である。ウェハ１９は、ウェハ待機部６４
に待機しており、パターン露光が終了する毎に露光室６
５内に搬送される。一方、基準ウェハ６２は同図に示す
ように例えば第２アパーチャ１５のパターン形状に応じ
て６２ａ〜６２ｃの３枚が基準ウェハ待機部６６に待機
しており、必要に応じて基準ウェハ待機部６６内に設け
られた選択移動手段６７により選択され、露光室６５内
に搬送される。

【００７８】このような基準ウェハ６２に形成されたビ
ーム調整用マーク６３を用いて第１実施形態と同様にビ
ーム調整及びパターン露光を行った結果、第１実施形態
と同様に高精度のパターニングを行うことができた。

【００７９】このように、本実施形態では、第１実施形
態と同様の効果を奏するのみならず、ステージ６１上に
ビーム調整用マークを固定せずに基準ウェハ６２上のビ
ーム調整用マーク６３をビーム調整に用いているため、
ビーム調整用マークを通常の可変成形電子ビームによる
露光で容易に作成することが可能となる。また、基準ウ
ェハ６２を選択移動手段６７を用いて交換するのみで、
ビーム調整用マーク６３が汚染した場合の保守が容易と
なる。さらに、基準ウェハ６２を選択移動手段６７を用
いて交換することができるため、ビーム調整用開口部が
異なる形状となった場合にも容易に異なる形状のビーム
調整用マーク６３を用意することができる。

【００８０】なお、本実施形態ではビーム調整用ターゲ
ットとして用いられるビーム調整用マーク６３として、
Ｓｉ溝に埋め込まれたＳｉ酸化膜を用いたが、本発明は
ターゲットの構造に制約されるものではない。例えば、
ターゲットの材質としては凹凸段差を設けても良い。ま
た、凹凸段差のみを利用したターゲットや、貫通孔をタ
ーゲットとして用いても良い。

【００８１】また、上記第１，２実施形態では加速電圧
５０ｋＶのＣＰ＆可変成形型電子ビーム露光装置を用い
たが、本発明は電子ビーム露光装置の種類によって制限
されるものではない。例えば、ＣＰ方式のみの電子ビー
ム露光装置、スキャン転写方式の電子ビーム露光装置を
用いても良い。また、加速電圧が１００ｋＶ程度あって
も何ら問題ない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形しようできる。

【００８２】（第３実施形態）本実施形態は第２実施形
態の変形例に係わる。本実施形態が第２実施形態と異な
る主要な点は、第２アパーチャ１５上にビーム調整用開
口部を設けず、パターン露光用開口部自体を用いてビー
ム調整を行う点である。以下、第２実施形態とほぼ同様
の構造を有する電子ビーム露光装置を用いて本実施形態
の電子ビーム露光方法を説明する。

【００８３】図１０は本実施形態に係る電子ビーム露光
装置におけるステージ６１及び第２アパーチャ７１の構
成を示す図である。露光装置の他の構成は図１と同じで
ある。図１０に示すように、第２アパーチャ７１にはビ
ーム調整用開口部は形成されておらず、パターン露光用
開口部群１５ｂのみが形成されている。パターン露光用
開口部群１５ｂの構成は図２に示す構成と同じである。

【００８４】また、ステージ６１は第２実施形態の図８
に示すものと同じであるが、図１０では基準ウェハ７２
にはビーム調整開始前にはパターンが形成されていない
点が異なる。

【００８５】次に本実施形態に係る電子ビーム露光方法
を説明する。

【００８６】まず、制御計算機３２に予め記憶された第
２アパーチャ７１内のパターン情報に基づいて、従来と
同様の方法で作成された第２アパーチャ７１内のパター
ン露光用開口部群１５ｂのうち、図９に示すようにパタ
ーン密度の異なる複数のパターン露光用開口部１５ｂ−
１〜１５ｂ−３を選択する。例えば、１５ｂ−１〜１５
ｂ−３として、パターン密度１０％，３０％及び５０％
とする。

【００８７】次いで、選択されたパターン露光用開口部
１５ｂ−１〜１５ｂ−３を用いて、基準ウェハ７２上に
これらパターン露光開口部１５ｂ−１〜１５ｂ−３と同
じ形状のビーム調整用マーク７３−１〜７３−３を形成
する。このビーム調整用マーク７３−１〜７３−３は、
第２実施形態と同様に可変成形型電子ビーム露光装置に
より作成する。マークの構造は、第２実施形態と同様に
溝を形成したものでも重金属による凸状のマークを形成
するものでもよい。

【００８８】なお、本実施形態では３種類のパターン露
光用開口部を選択してビーム調整を行ったが、説明の便
宜のためであり、選択する数には限定されないのは勿論
である。

【００８９】次に、基準ウェハ７２を露光装置内に積置
して、第１実施形態と同様にビーム調整を実施してパタ
ーン密度に応じた描画パラメータテーブル３２’を作成
する。

【００９０】露光の際には、第１実施形態と同様に、選
択されたパターン露光用開口部に応じて、描画パラメー
タテーブル３２’から最適な描画パラメータを設定して
露光を行う。この結果、高精度なパターニングが可能と
なる。

【００９１】このように、本実施形態では第２実施形態
と同様の効果を奏するのみならず、ビーム調整用開口部
群を第２アパーチャに設ける必要がないため、第２アパ
ーチャが簡便な構成で済む。

【００９２】（第４実施形態）本実施形態は、本発明を
スキャン転写方式に適用した形態を示す。本実施形態に
係る電子ビーム露光装置の要部を図１１に示す。なお、
図１１に示されない構成は、図１に示す構成と同様であ
るので省略する。

【００９３】図１１に示すように、電子銃１１から照射
される電子ビーム１２の進行方向に向かって上流側から
第１アパーチャ１３，転写マスク８１及びステージ６１
が配置されている。第３実施形態と同様に、ステージ６
１の構成はパターンを転写すべきウェハ１９と基準ウェ
ハ７２が配置されており、基準ウェハ７２上にはビーム
調整開始前にはパターンが形成されていない。本装置の
加速電圧は５０ｋＶであり、第１アパーチャ１３上の電
子ビーム１２の大きさは１００μｍ角となっている。

【００９４】次に、本実施形態で用いられる転写マスク
８１の詳細な構成を図１２（ａ）の上面図を用いて説明
する。転写マスク８１上に形成されたパターンは所望の
大きさの露光ブロック８２ａ〜８２ｆに分割されてい
る。この露光ブロック８２ａ〜８２ｆは、それぞれパタ
ーン密度に応じて複数の領域を有する。例えば露光ブロ
ック８２ｆにおいては、領域８２ｆ−１〜８２ｆ−８ま
で８つの領域に分割される。なお、露光ブロック８２ａ
〜８２ｆは、それぞれ一括してスキャン転写すべき一ま
とまりの領域を規定するものであり、領域８２ｆ−１〜
８２ｆ−８はパターン密度の違いにより描画パラメータ
を変化させる区切りを規定する。

【００９５】図１２（ａ）に示される転写マスク８１の
Ａ−Ａ’断面図を図１２（ｂ）に示す。転写マスク８１
はＳＯＩウェハで形成されている。この転写マスク８１
には、１００μｍ幅の露光ブロック８２ａ〜８２ｆが形
成されている。露光ブロック８２ａ〜８２ｆの裏面は、
ＫＯＨ水溶液による異方性エッチングで開口部が設けら
れている。露光ブロック８２ａ〜８２ｆのブロックの間
には、機械的な強度を増すための梁８３がＳｉで形成さ
れている。露光ブロック８２ａ〜８２ｆ上には露光すべ
き所望のパターン８４が形成されている。

【００９６】次に、本実施形態に係る電子ビーム露光方
法を図１３に示すフローチャートを用いて説明する。

【００９７】まず、用意された転写マスク８１の面積密
度マップを作成する（９１）。この面積密度マップは、
露光ブロック８２ａ〜８２ｆ内の領域毎に異なる面積密
度を持つマップとなる。

【００９８】次に、作成された面積密度マップに基づい
て、転写マスク８１上の参照領域を決定する（９２）。
ここでは、パターン密度１０％、３０％及び５０％に近
い参照領域として領域８２ｆ−１，８２ｆ−２，８２ｆ
−４を決定する。次に、決定された３種類の領域８２ｆ
−１，８２ｆ−２，８２ｆ−４に基づいて、第３実施形
態と同様に、これら領域８２ｆ−１，８２ｆ−２，８２
ｆ−４と相似形状を持つビーム調整用マーク７３−１〜
７３−３を基準ウェハ７２上に形成する（９３）。

【００９９】次に、異なるパターン密度のマークが形成
されたビーム調整用マーク７３−１〜７３−３を用い
て、第１〜第３実施形態に示したのと同じ方法により、
また上記選択された参照領域についてビーム調整を行い
（９４）、電子ビーム１２を基準ウェハ７２に照射し、
反射電子信号を得る。この反射電子信号の信号処理を行
い、描画パラメータテーブル３２’を作成する（９
５）。そして、得られた描画パラメータテーブル３２’
に基づいてビーム調整パラメータを調整しながらパター
ン露光を行う（９６）。

【０１００】以上の工程によりパターン露光を行った結
果、従来のスキャン転写方式に比較して高精度なパター
ニングが可能となった。

【０１０１】このように、本実施形態によれば、スキャ
ン転写方式において、パターン密度により焦点位置が異
なる場合でも焦点位置ずれを補正することができ、高精
度なパターニングが可能となる。

【０１０２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、パ
ターン密度に応じた最適なビーム調整パラメータを予め
求めておき、さらにこのビーム調整パラメータから描画
パラメータテーブルを作成した上でパターン露光を行
う。露光の際にはパターン密度に応じた最適なビーム調
整パラメータが描画パラメータテーブルから選択される
ため、パターン密度の差による寸法差や、描画位置変動
等を低減した高精度なパターニングが可能となる。

【０１０３】また、すべてのパターン露光用開口部につ
いてのビーム調整パラメータを求める必要がなく、パタ
ーン密度に応じた代表点のみについてビーム調整パラメ
ータを求めるのみでビーム調整が可能となるため、簡便
なビーム調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る電子ビーム露光装
置の全体構成を示す図。

【図２】同実施形態に係る第２アパーチャの詳細な構成
を示す上面図。

【図３】同実施形態に係るステージ及びビーム調整用開
口部の構成を示す図。

【図４】同実施形態に係るビーム調整工程のフローチャ
ートを示す図。

【図５】同実施形態に係る電子ビームの走査を説明する
ための概念図。

【図６】同実施形態に係る焦点位置と波高値との関係を
示す図。

【図７】同実施形態に係る描画パラメータテーブルの一
例を示す図。

【図８】本発明の第２実施形態に係る電子ビームの露光
方法を説明するための概念図。

【図９】同実施形態におけるウェハ１９と基準ウェハ６
２の搬送系統を示す図。

【図１０】本発明の第３実施形態に係る電子ビームの露
光方法を説明するための概念図。

【図１１】本発明の第４実施形態に係る電子ビーム露光
装置の要部を示す図。

【図１２】同実施形態に係る転写マスクの詳細な構成を
示す図。

【図１３】同実施形態に係る電子ビーム露光方法のフロ
ーチャートを示す図。

【図１４】従来の部分一括露光方式の概念図。

【図１５】従来の部分一括露光装置における第２アパー
チャの構成を示す図。

【図１６】従来の露光装置の電子光学系を説明するため
の図。

【図１７】従来の部分一括露光方式におけるビーム調整
の問題点を説明するための図。

【図１８】従来の部分一括露光方式における改良された
ビーム調整方法を説明するための図。

【図１９】従来のスキャン転写方式の概念図。

【図２０】従来のスキャン転写方式におけるパターン露
光の問題点を説明するための図。

【符号の説明】

１…本体部３…本体制御部１１…電子銃１２…電子ビーム１３…第１アパーチャ１４，１６…偏向器１５…第２アパーチャ１５ａ…ビーム調整用開口部群１５ｂ…パターン露光用開口部群１５ｃ…矩形アパーチャ１７…検出器１８，６１…ステージ１９…ウェハ２０…ミラー２１…ビーム調整用マーク群３１…露光データ３２…制御計算機３３…偏向制御回路３４…第２アパーチャ駆動機構３５…ステージ制御系４１，４１’，６３，７３−１〜７３−３…ビーム調整
用マーク４２…Ｓｉ基板４３…溝４３’…重金属マーク６２，７２…基準ウェハ８１…転写マスク８２ａ〜８２ｆ…露光ブロック８３…梁８４…パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターン密度の異なる複数のパターンを
有するマスクと、前記パターンを転写すべき基板が載置されたステージ
と、パターン密度をパラメータとして前記荷電ビームの最適
なビーム調整パラメータを記憶する描画パラメータテー
ブルを有し、該描画パラメータテーブルに基づいて前記
基板に照射される荷電ビームを制御する制御部とを具備
してなり、パターン密度に応じた最適なビーム調整パラメータを前
記描画パラメータテーブルから前記パターン毎に選択し
てパターン転写を行うことを特徴とする荷電ビーム露光
装置。
【請求項２】前記描画パラメータテーブルは、ビーム
調整パラメータを変化させつつ前記パターンを通過させ
た荷電ビームで、ステージ又は前記基板上に前記パター
ンに対応する形状をもって形成されたビーム調整用マー
クを走査して得られる反射電子信号を前記パターンの少
なくとも２つについて求めた結果に基づいて作成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項３】前記マスクは、パターン密度の異なる複
数のビーム調整用開口部と、パターン露光に用いられる
複数のパターン露光用開口部を有することを特徴とする
請求項１に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項４】前記ビーム調整用マークは、予め前記基
板又は前記ステージ上に形成され、対応する前記パター
ンと相似した形状を有することを特徴とする請求項２に
記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項５】前記ビーム調整用マークは、前記パター
ンの転写により形成されてなり、該パターンと相似した
形状を有することを特徴とする請求項２に記載の荷電ビ
ーム露光装置。
【請求項６】少なくとも２つのパターン密度を有する
複数のパターンが設けられたマスクに該パターン毎にビ
ーム調整を行い荷電ビームを照射して試料面上にパター
ン転写する荷電ビーム露光方法であって、複数の異なるパターン密度を有し、前記パターンを前記
試料面上に転写して形成され、あるいは予め該試料面上
に該パターンを転写した形状とほぼ同一の形状をもって
形成された複数のビーム調整用マークに荷電ビームを照
射し、該ビーム調整用マークに対応する前記パターン毎
にビーム調整するパラメータを種々変更して前記試料面
からの反射電子を検出し、最適ビーム調整パラメータを
求める第１の工程と、パターン密度をパラメータとした前記最適ビーム調整パ
ラメータが記憶された描画パラメータテーブルを作成す
る第２の工程と、前記描画パラメータテーブルに基づいて前記最適ビーム
調整パラメータを選択して前記パターンを前記試料面上
に転写する第３の工程とを有することを特徴とする荷電
ビーム露光方法。
【請求項７】前記マスクには、複数のパターン密度を
有する複数のビーム調整用開口部が設けられてなり、該
ビーム調整用開口部により前記ビーム調整用マークを形
成することを特徴とする請求項６に記載の荷電ビーム露
光方法。
【請求項８】前記試料面からの反射電子信号が最大と
なる前記ビーム調整パラメータを最適なビーム調整パラ
メータとすることを特徴とする請求項６に記載の荷電ビ
ーム露光方法。