JPH09293652A

JPH09293652A - 荷電粒子ビーム露光装置及びその方法

Info

Publication number: JPH09293652A
Application number: JP8102468A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawakami; 研一川上
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-11-11
Anticipated expiration: 2016-04-24
Also published as: JP3522045B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ビーム偏向位置の較正、反射電子検出器の較正
を正確に行なう。【解決手段】所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビ
ームを、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう
荷電粒子ビーム露光装置において、試料が載せられる試
料ステージ又は試料ホルダーに、フォトダイオードとそ
の表面に形成した所定の開孔パターン有するビーム遮断
膜とを有するビーム検出器を設けたことを特徴とする。
開孔パターンの基準マークとビーム検出器とが一体に形
成されているので、マークの位置に依存せずに正確なビ
ーム位置を検出することができる。このビーム位置か
ら、ビームの偏向係数を求めることができ、また試料ス
テージ上方に設けた反射電子検出器の検出信号の較正も
行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビーム露
光装置及びその方法にかかり、特に、ビーム位置の較正
を正確に行なうことができ、更に試料上の位置合わせマ
ークを正確に検出することができる発明に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームやイオンビームを利用した荷
電粒子ビーム露光方法は、サブミクロンの精度で露光を
行なうことができ、半導体ウエハやマスク基板表面の微
細加工に使用される。しかも、現在広く用いられている
光を利用した露光方法に比べて荷電粒子ビームによる露
光方法は、その解像度や焦点深度の点で遙かに優れた特
性を持つ。

【０００３】しかしながら、ビームを露光試料上の所定
の位置に照射する必要があり、その位置合わせを正確に
行なう必要がある。この位置合わせの問題は、第一に、
ビームの照射位置が試料が載せられているステージの座
標系内のどこにあるかの問題と、第二に、試料上の位置
合わせマークが同ステージ座標系のどこにあるのかの問
題とが存在する。上記第一の点は、ビーム照射位置の較
正や偏向フィールド領域のつなぎ精度にかかり、ビーム
が照射している位置が試料ステージの座標系のどこにあ
るのか、更にビームを偏向した時の照射位置が試料ステ
ージの座標系のどこにあるのかを検出してビーム照射位
置の較正（キャリブレーション）を行なうことで解決さ
れる。更に、上記第二の点は、重ね合わせ露光の位置合
わせの問題にかかり、試料上のアライメントマークを検
出する反射電子検出器の較正を行なうことでアライメン
トマークのステージ座標系内での正確な位置を検出し、
その位置を基準にして重ね合わせ露光を行なうことで解
決される。

【０００４】このようなビームの位置や位置合わせマー
クの検出には、従来試料の近傍に設けた複数の反射電子
検出器を利用して行なわれている。試料ステージや試料
の表面に形成された段差を有するマークに対してビーム
を走査しながら照射し、その反射電子を複数の検出器で
検出し、それらの検出された反射電子信号強度を加算す
ることによって得られた信号波形を解析して位置検出を
行なっていた。

【０００５】図１３及び図１４は、上記の反射電子検出
器を利用したマーク検出器を説明するための図である。
図１３に示される通り、従来の方法では、ステージまた
は試料上に形成した段差ＳＴ１，ＳＴ２によるマークＭ
Ｋに対して、電子ビームＥＢを矢印ＳＣＡＮ方向に走査
し、一対の反射電子検出器４０，４１から検出される反
射電子強度を加算器４２で加算し、信号解析装置４３で
解析する。

【０００６】図１４に示される通り、電子ビームＥＢが
マークの段差ＳＴ１を通過する時、段差ＳＴ１の反対側
の反射電子検出器Ｂ（４１）には高い強度の反射電子が
検出されるのに対して、段差ＳＴ１側の反射電子検出器
Ａ（４０）には、段差ＳＴの影になり反射電子が到達せ
ず反射電子強度は低くなる。逆に、電子ビームＥＢがマ
ークの段差ＳＴ２を通過する時は、その逆の現象とな
る。その結果、両反射電子検出器４０，４１からの反射
電子強度の加算値は、図１４のＣに示される通り、略左
右対称になる。そして、信号波形の傾きが最大になる二
点ｓｔ１，ｓｔ２がそれぞれマークの段差位置に該当
し、それらの中心位置をマークＭＫの中心位置と分析す
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た方法では、マークＭＫと一対の反射電子検出器４０，
４１とが左右対称の位置にあれば精度良く位置を検出す
ることができるが、例えば、マークＭＫが反射電子検出
器Ａ（４０）の近くに位置し、反射電子検出器Ｂ（４
１）から離れたところに位置する場合は、その精度が悪
くなる。或いは、逆の鑑定の場合も精度が悪くなる。

【０００８】図１５は、それを説明する図である。マー
クＭＫが近くにある反射電子検出器Ａ（４０）の場合
は、段差ＳＴ１を走査する時のエッジボトムはより低
く、段差ＳＴ２を走査する時のエッジピークはより高
い。一方、マークＭＫが遠くにある反射電子検出器Ｂ
（４１）の場合は、段差ＳＴ１を走査する時でもエッジ
ピークは比較的低く、段差ＳＴ２を走査する時でもその
エッジボトムは低くならない。

【０００９】その結果、両検出器の信号を加算した信号
は、図１５中のＣに示される通り左右非対称になる。そ
の結果、信号波形の最大傾斜点ｓｔ１’，ｓｔ２’が右
側にずれてしまうことになる。この様なずれは、例えば
０．０５μｍ程度であるが、電子ビーム露光方法では
０．１５μｍ以下のパターンを形成することが期待され
ており、その為には０．０１５μｍ以下の位置精度が要
求される。従って、０．０５μｍ程度のずれも無視する
ことができない。

【００１０】このような問題点は、電子ビームが照射さ
れるマークと、そのマークを照射した時に検出される反
射電子を検出する手段とが空間的に離れていることに起
因する。

【００１１】このような問題点を解決する手段として、
本出願人は、先にマークの位置に応じて反射電子検出器
の検出出力を増幅する増幅器のゲインを可変設定して、
増幅器の出力強度が一定になるようにすることを提案し
た。例えば、平成７年７月２０日出願の特願平７−１８
４２３２である。しかしながら、ゲインの制御は較正の
工程やアライメントマーク検出工程での制御をより複雑
化させてしまう。

【００１２】また、電子ビーム強度を検出できるファラ
デーカップとそのビームを遮るナイフエッジとを試料ス
テージ部分に設けることで、電子ビームの形状の検出を
行なうことも提案されている。例えば、特開平7-226361
号公報等である。しかしながら、ファラデーカップ自体
がビーム強度を検出する為には応答速度が遅く、ビーム
位置検出やマーク検出等の高速性が必要な工程には不向
きである。また、ビーム遮断用のナイフエッジもビーム
形状検出の為にかなり大きい開孔を有していて、位置検
出用のマークに代用させることは不適切である。

【００１３】そこで、本発明の目的は、荷電粒子ビーム
の照射位置を精度良く検出することができる荷電粒子ビ
ーム露光装置を提供することにある。

【００１４】また、本発明の別の目的は、荷電粒子ビー
ムの較正を正確に行なうことができ、更に試料上のアラ
インメントマーク位置を精度よく検出することができる
荷電粒子ビーム露光方法を提供することにある。

【００１５】更に、本発明の別の目的は、試料を載せる
ステージ上にビーム位置検出用のマークと、そのマーク
をビームが走査したことを検出する検出器とを重ねて設
けることにより、より精度良くビームの照射位置やマー
クの位置を検出することができる荷電粒子ビーム露光装
置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビーム
を、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう荷電
粒子ビーム露光装置において、試料が載せられる試料ス
テージ又は試料ホルダーに、フォトダイオードとその表
面に形成した所定の開孔パターン有するビーム遮断膜と
を有するビーム検出器を設けたことを特徴とする荷電粒
子ビーム露光装置を提供することにより達成される。

【００１７】このフォトダイオードは、例えばシリコン
の半導体基板上に形成されたＰ−Ｉ−Ｎ型の固体素子で
あることが好ましい。そして、その表面に基準マークと
なる所定パターンの開孔を有するビーム遮断膜が設けら
れる。従って、基準マークとビーム検出素子とが一体に
なって形成される。その為、基準マークと検出器との相
対的な位置関係に依存して従来の様にマークを走査する
ビーム位置の検出精度が悪くなることはない。

【００１８】更に、上記の目的は、本発明によれば、所
定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビームを、試料上
の所望の位置に偏向させて露光を行なう荷電粒子ビーム
露光方法において、該試料ステージ又は該ステージに載
せられ前記試料を保持する試料ホルダーに設けられ、前
記荷電粒子ビームが照射された時に検出信号を出力する
ビーム検出素子とその素子の表面に形成された所定の開
孔パターンを有するビーム遮断膜とを有するビーム検出
装置を、ビーム偏向手段の偏向領域内の複数の位置に移
動させる工程と、該ビーム検出装置の位置まで該荷電粒
子ビームを偏向させて該ビーム検出装置からのビーム検
出信号に従って前記試料ステージの座標系内のビーム照
射位置を検出する工程と、該複数の位置において検出し
たビーム照射位置から、ビーム偏向位置を較正する偏向
係数を求める工程と、該偏向係数に従って該荷電粒子ビ
ームを偏向して前記試料を露光する工程とを有すること
を特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供することに
より達成される。

【００１９】この様に、ビーム検出素子と基準マークと
が一体になって形成されているので、従来に比べて試料
ステージの座標系の中の正確なビーム位置を検出するこ
とができる。従って、そのビーム位置を複数の偏向位置
で求めることで、ビーム偏向器の較正量である偏向係数
を求めることができる。投影レンズや偏向器の特性によ
って生じる拡大、縮小、回転、オフセット、歪み等を矯
正する偏向係数を用いることで、その後の偏向位置が正
確になり、より精度の高い露光工程を実現することがで
きる。

【００２０】更に、上記の目的は、本発明によれば、所
定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビームを、試料上
の所望の位置に偏向させて露光を行なう荷電粒子ビーム
露光方法において、該試料ステージ又は該ステージに載
せられ前記試料を保持する試料ホルダーに設けられ、前
記荷電粒子ビームが照射された時に検出信号を出力する
ビーム検出素子とその素子の表面に形成された所定の開
孔パターンを有するビーム遮断膜とを有するビーム検出
装置を、ビーム偏向手段の偏向領域内の所定の位置に移
動させる工程と、該ビーム検出装置の位置まで該荷電粒
子ビームを偏向させて該ビーム検出装置からのビーム検
出信号に従って、該試料ステージの上方に設けられた反
射電子検出器からの検出信号を較正する工程と、前記試
料上に設けられたアライメントマークを該荷電粒子ビー
ムで走査し、該較正された反射電子検出器からの検出信
号により当該アライメントマークの位置を検出する工程
と、該アライメントマークの位置に従って、重ね合わせ
露光を行なう工程とを有することを特徴とする荷電粒子
ビーム露光方法を提供することにより達成される。

【００２１】この方法により反射電子検出器を較正する
ことができ、より正確な重ね合わせ露光を実現すること
ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術
的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。

【００２３】［荷電粒子ビーム装置の全体構成］図１
は、電子ビーム露光装置の全体構成図である。本発明は
荷電粒子ビームを利用した露光装置に適用できるが、こ
こではその一例として電子ビーム露光装置で説明する。
この露光装置は、露光部１０と制御部５０とから構成さ
れる。露光部１０内に設けた各レンズや偏向器が制御部
５０により制御される。また制御部５０内では、例えば
ディスク等の記憶媒体５１内に記憶されたパターンデー
タがインターフェース５３を介して入力され、パターン
データから露光に必要な駆動信号に変換される。その駆
動信号に従って、露光部１０内の各レンズや偏向器が駆
動される。

【００２４】図２は、その露光部１０を更に具体的に示
した構成図である。露光部１０の説明に図２を参照する
ことでより明確に露光部の構成を理解することができ
る。

【００２５】露光部１０から説明する。電子ビーム発生
源である電子銃１４は、カソード電極１１、グリッド電
極１２及びアノード電極１３から構成される。電子ビー
ムは軸合わせ用のアラインメントコイル３６、レンズ１
６Ａ（図１中には図示せず）を介して、第一のスリット
１５に照射される。第一のスリットは、通常矩形のアパ
ーチャを有し、その結果矩形の電子ビームが生成され
る。その矩形ビームは、レンズ１６Ｂを介してスリット
デフレクタ１７に入射する。スリットデフレクタ１７
は、修正偏向信号Ｓ１によって制御され微小な位置の修
正に利用される。３７はアラインメント用のコイルであ
る。

【００２６】電子ビームを所望のパターンに整形するた
めに、矩形開口や所定のパターンのブロックマスク等の
複数の透過孔を有する透過マスク２０が用いられる。従
って、電子ビームを所望のブロックマスク位置に偏向す
るために、電磁レンズ１８，１９と各偏向器２１−２４
が透過マスク２０の上下に設けられている。尚、透過マ
スク２０は水平方向に移動可能なステージに搭載されて
いる。

【００２７】上記の様に整形された電子ビームは、ブラ
ンキング信号ＳＢが印加されるブランキング電極２５に
よってウエハＷ上への照射のオン・オフが制御される。
３８は別のアラインメントコイルである。

【００２８】ブランキング電極２５でオンされた電子ビ
ームは、更にレンズ２６を通過して、ラウンドアパーチ
ャ２７を通過する、ラウンドアパーチャ２７は一種の絞
りであり、その開口の程度が制御できるようになってい
る。これにより電子ビームの収束半角が制限される。そ
して、リフォーカルコイル２８、電磁レンズ２９によっ
てビーム形状が最終的に調節される。フォーカスコイル
３０は、電子ビームを露光対象面にフォーカスさせる機
能を有し、またスティングコイル３１は、非点収差等の
補正を行なう。

【００２９】そして最終段階で、電子ビームは、投影レ
ンズ３２により露光サイズに縮小され、露光位置決定信
号Ｓ２，Ｓ３により制御される主偏向器（メインデフレ
クタ）３３と副偏向器（サブデフレクタ）３４によっ
て、ウエハＷの表面の正しい位置に照射される。尚、メ
インデフレクタ３３は電磁偏向器であり、サブデフレク
タ３４は静電偏向器である。

【００３０】ウエハやレチクル等の試料Ｗを搭載するス
テージ３５の上面部には、本発明にかかるマークと電子
ビームの強度を検出するフォトダイオードを一体に形成
したビーム検出器４５が埋め込まれている。このビーム
検出器４５の構成は、後に詳述するが、簡単にいうとフ
ォトダイオードを形成した半導体基板の表面に、マーク
と同等の形状をしたシリコン酸化膜や金属膜が形成され
ている。その結果、マーク位置にビームが照射された時
にそのマークの直下に設けたフォトダイオードが、その
ビームを検出することができる。

【００３１】また、試料Ｗの近傍にはビームが照射され
た時の反射電子を検出する反射電子検出器４１が複数個
（図中は１個に省略）設けられている。いずれの検出器
４１，４５もその出力が増幅器４６，４７を介してイン
ターフェース回路に与えられる。それぞれの検出信号
は、ＣＰＵにより分析され較正等に利用される。

【００３２】次に制御部５０部分を説明する。露光パタ
ーンのデータは、メモリ５１に記憶され、ＣＰＵ５２に
より読みだされ、所定のプログラムに従って演算され
る。そして、その演算により求められた描画用のデータ
が、インターフェース５３を介してデータメモリ５４及
びシーケンスコントローラ６０に供給される。描画用の
データには、電子ビームを照射すべきウエハＷ上の位置
データと、透過マスク２０上の何れのパターンを選択す
るかのマスクデータとを少なくとも有する。

【００３３】パターン制御コントローラ５５は、描画す
べきマスクデータに従って透過マスク２０上の透過孔の
一つを指定する位置信号Ｐ１−Ｐ４を偏向器２１−２４
に与える。また、パターン制御コントローラ５５は、描
画すべきパターン形状と指定透過孔形状との形状差に応
じた補正値Ｈを演算し、デジタル・アナログ変換器及び
増幅器５６に補正値を供給する。増幅器５６は、修正偏
向信号Ｓ１を偏向器１７に供給する。また、選択された
透過孔の位置に応じて、パターン制御コントローラ５５
はマスク移動機構５７を制御して、透過マスク２０を水
平方向に移動させる。

【００３４】ブランキング制御回路５８は、パターン制
御コントローラ５５からの制御信号に従い、増幅器５９
を介してブランキング信号ＳＢをブランキング電極２５
に供給する。その電極２５により、電子ビーム照射のオ
ン・オフ制御が行なわれる。

【００３５】シーケンスコントローラ６０は、インター
フェース部５３から描画すべき位置データを受信し、描
画処理シーケンスを制御する。ステージ移動機構６１
は、シーケンスコントローラ６０からの制御信号により
ステージ３５を水平方向に移動させる。このステージ３
５の移動量は、レーザ干渉計６２で検出され、偏向制御
回路６３に供給される。偏向制御回路６３は、ステージ
の移動量とシーケンスコントローラから与えられる露光
位置データに従って、メインデフレクタ（主偏向器）３
３とサブデフレクタ（副偏向器）３４に偏向信号Ｓ２，
Ｓ３を供給する。一般的には、メインデフレクタ３３に
よって例えば２−１０ｍｍの正方形の偏向フィールド内
でビームが偏向され、サブデフレクタ３４によって例え
ば１００μｍの正方形のサブフィールド内でビームが偏
向される。

【００３６】［ビーム検出器］図３は、本発明にかかる
電子ビーム位置を検出するためのビーム検出器４５と反
射電子検出器４０，４１との関係を示す概略図である。
図１又は図２で示した通り、電子ビーム露光装置の露光
部１０は鏡筒になっており、試料の直前の段階で、投影
レンズ３２と電磁偏向器３３、更に真空雰囲気内に設け
られた静電偏向器３４が図に示される通り設けられてい
る。露光部１０の最下部に試料ステージ３５が設けら
れ、そのステージ上に試料Ｗを保持したホルダー４８が
設けられている。このホルダー４８はステージ３５と一
体であっても良い。

【００３７】このホルダー４８の表面には、電子ビーム
の強度を直接検出することができる検出器４５が埋め込
まれている。また、試料Ｗに対向して、ビームの反射電
子検出器４０，４１も設けられている。これは、ビーム
検出器４５を埋め込むことができない試料Ｗ上のアライ
メントマークの位置を検出する場合に、従来と同様にし
て反射電子を検出する為に使用される。

【００３８】図４は、このホルダー４８が搭載されたス
テージ３５の概略的な平面図である。試料Ｗを保持する
ホルダー４８上に、ビーム検出器４５ａ，４５ｂが設け
られている。このビーム検出器は、フォトダイオード等
のような固体素子で構成され、その表面に電子ビームを
遮断することができる膜によってマーク４５１，４５２
が形成されている。

【００３９】図５は、そのビーム検出器４５ａ，４５ｂ
の一例であるフォトダイオードとマークの構成を示す断
面図である。Ｎ型のシリコン半導体基板４５６の表面に
半絶縁性領域４５５とＰ型領域４５４が設けられて、Ｐ
−Ｉ−Ｎのフォトダイオードが形成される。それぞれの
Ｐ型領域とＮ型領域は図示しない電極を介して外部のバ
イアス回路に接続される。そして、その表面に例えば
Ｗ，Ｔａ，Ａｕ等の重金属からなるビーム遮断膜４５３
が形成され、マーク４５１，４５２の部分はフォトダイ
オードが露出されている。反射膜４５３は、電子ビーム
に対する反射係数が高く有効にビームを遮断することが
できる。

【００４０】従って、このビーム検出器４５の表面を電
子ビームが走査され、マーク４５１，４５２を照射した
時、バイアス電圧が印加された状態のＰＩＮのフォトダ
イオード内に照射されるビームエネルギーによってキャ
リアが励起され、ビーム検出電流ｉｅｂが両電極間に流
れ、ビームが照射されたことが検出される。

【００４１】上記のビーム遮断膜４５３は、基板４５６
と同じシリコンで形成することもできる。シリコンによ
る場合は、重金属より遮断効果は少ないが、シリコン基
板４５４上にシリコン膜の段差が形成されることにな
り、従来と同等のシリコンの段差を有するマークの構成
をとることができる。従って、ビーム検出器４５上のマ
ークを基準マークとして使用し、ビームを走査した時の
反射電子の変化を反射電子検出器４０，４１により検出
することができる。

【００４２】この様に、電子ビームの照射位置を検出す
るためのマークと、そのビームを検出する検出器とを一
体に形成して、ステージあるいはステージ上の試料ホル
ダーの表面に埋め込むことで、マーク位置とビーム検出
器の相対的位置関係に依存する従来のずれの問題を解決
することができる。即ち、描画フィールドの中心以外の
位置で電子ビームによるマークの走査を行なっても、マ
ーク直下に設けられたビーム検出素子からの検出波形
は、描画フィールドの中心で行なった場合と同じであ
り、検出波形にずれが発生することはない。従来の如く
参照用のマークから十分な見込み角を確保し且つマーク
に対して対称な位置に反射電子検出器を取り付ける等の
制約がない。しかも、検出素子であるフォトダイオード
は、従来のビーム形状検出用に使用することが提案され
ているファラデーカップよりも、その反応速度が早く、
複数のマークを走査してビーム位置やマーク位置を検出
する場合に適している。

【００４３】［ビーム検出器を利用した較正方法］上記
した通り、マークと一体に形成されたビーム検出器を利
用することにより、ステージの座標系におけるビームの
照射位置を正確に検出することができる。その結果、そ
の検出結果に従ってビームの位置を較正することができ
る。より具体的には、前述した電磁偏向器３３等のビー
ム偏向器の偏向効率を精度良く求めることができる。そ
して、そのようにして求めた偏向効率を使用してビーム
を偏向することで、所定の位置に正確にビームを偏向し
て照射することができる。このことは、露光パターンの
位置精度及び露光フィールドのつなぎの精度を高くする
ことができることを意味する。

【００４４】また、既に形成されたパターンと重ね合わ
せ露光を行なう場合には、試料上のアライメントマーク
の位置を検出するための検出器が必要である。従って、
従来の如く反射電子検出器が適切であるが、本発明にか
かるビーム検出器に設けられているマークをビームで走
査しながら、ビーム検出器の検出信号に基づいて反射電
子検出器の検出信号の較正を行なうことで、従来の位置
ずれの問題を解決することができる。従って、重ね合わ
せ露光においても、そのアライメント精度を向上させる
ことができる。

【００４５】以下、この較正方法について更に詳細に説
明する。

【００４６】図６は、較正方法を説明するためのフロー
チャート図である。ステップＳ１〜Ｓ４がステージ等に
設けたビーム検出器を使用して偏向器の偏向効率（ＧＲ
ＯＨ）を求めるためのフローである。更に、ステップＳ
５〜Ｓ８がそのビーム検出器のマークと試料の上側に設
けた反射電子検出器を使用して重ね合わせ露光を行なう
フローである。

【００４７】図７は、較正方法を説明する為に必要な主
偏向領域と副偏向領域の関係を説明するための図であ
る。図７には、例として主偏向領域ＭＤ１−９が９つ配
置されている。この主偏向領域ＭＤは、前述した通り電
磁偏向器３３により偏向される領域である。電磁偏向器
３３は、応答速度はやや遅いが、比較的大きな領域まで
ビームを偏向することができる。例えば、この主偏向領
域は２〜１０ｍｍ角程度の大きさである。また、この主
偏向領域ＭＤの中は、複数の副偏向領域ＳＤ１... に分
けられていて、副偏向領域内の偏向は、静電偏向器３４
により行なわれる。

【００４８】従って、主偏向領域ＭＤ１−９間の移動
は、ステージ３５を移動することにより行なわれる。例
えば主偏向領域ＭＤ１−９の中心部分にビーム光学系の
中心軸が位置するようにステージの移動が行なわれる。
次に、主偏向領域内の副偏向領域間の移動は、電磁偏向
器３３による偏向で行なわれる。そして、副偏向領域内
でのパターンの移動が静電偏向器３４により行なわれ
る。

【００４９】特に、主偏向器である電磁偏向器３３によ
る偏向は、その偏向器近傍の投影レンズ３２や偏向器３
３自身の特性によりＸ，Ｙ方向の拡大・縮小（ゲイ
ン）、回転方向への回転（ローテーション）、Ｘ，Ｙ方
向へのずれ（オフセット）及び矩形の台形状の歪みの発
生が無視できないレベルにある。

【００５０】具体的には、図８，９，１０，１１に示さ
れる通りである。図８には、実線で示した理想的な主偏
向領域ＭＤが破線の様に拡大、または縮小される場合を
示している。従って、このような現象が偏向器により発
生する場合には、例えば、中心位置ＯからのＸ及びＹ座
標に応じて適切なゲイン係数（Ｇｘ，Ｇｙ）を求めて、
主偏向器に補正値として与える必要がある。

【００５１】図９は、同様に回転方向に偏向位置がずれ
た場合である。図１０は、Ｘ，Ｙ方向にオフセットが発
生した場合である。そして、図１１は、歪む方向に偏向
位置がずれた場合である。それぞれにおいて、ローテー
ション係数（Ｒｘ，Ｒｙ）、オフセット係数（Ｏｘ，Ｏ
ｙ）及び台形係数（Ｈｘ，Ｈｙ）を求める必要がある。

【００５２】これらの偏向係数（Ｇ，Ｒ，Ｏ，Ｈ）を正
確に求めることで、図８乃至図１１に示した実線の理想
的な偏向領域内の位置にビームの偏向を行なうことがで
きる。

【００５３】図１２は、上記の偏向係数を求めるための
偏向領域ＭＤとフォトダイオードからなるビーム検出器
（ＰＤ）４５の関係を示す図である。本発明の実施の形
態では、ステージ３５を移動させることで、主偏向器３
３の偏向領域（実線内）の４つの隅の領域に、マークが
表面に形成されたビーム検出器（ＰＤ）４５を移動さ
せ、それぞれの領域でのビーム検出器４５におけるビー
ム照射位置を検出する。

【００５４】再び、図６のフローチャート図に戻って説
明する。先ず、試料ステージ３５を移動させてビーム検
出器４５を主偏向領域ＭＤ内の一つの隅Ｃ１の領域に移
動させる（ステップＳ１）。そこで、主偏向器３３によ
り磁界を発生させて電子ビームを領域Ｃ１に偏向させ、
ビーム検出器４５のマーク４５１，４５２を照射する。
そこで、電子ビームが正確にマーク上を走査したことを
ビーム検出器４５からの検出信号により検出する。ステ
ージ３５は、レーザー干渉計６２等により極めて精度よ
くその位置を認識することができる。従って、ビームが
ビーム検出器４５のマークを走査した時の偏向制御回路
６３の偏向値から、ステージの座標系内のビーム位置を
検出することができ、その結果ビームのずれを求めるこ
とができる（ステップＳ２）。

【００５５】同様にして、他の隅の領域Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４にビーム検出器４５を移動させてその位置でのビーム
の偏向量のずれを検出する（ステップＳ３）。４隅の偏
向量のずれを求めた結果、ビームの偏向を較正する為の
偏向係数（Ｇ，Ｒ，Ｏ，Ｈ）が演算により求められる
（ステップＳ４）。かかる演算は、例えばＣＰＵ５２に
より、記憶媒体５１内のプログラムにより求められる。

【００５６】このようにして求められた偏向係数は、図
１中の偏向制御回路６３に与えられ、以後の主偏向器３
３の偏向量の補正に利用される。この結果、ビームの照
射位置を精度よく制御することができるので、露光パタ
ーンの位置の精度と主偏向領域ＭＤ間の結合精度を高く
することができる。

【００５７】次に、重ね合わせ露光を行なう場合につい
て、ステップＳ５〜Ｓ８により説明する。図１２に示さ
れる通り、試料ステージ３５を移動させてビーム検出器
４５（ＰＤ）を例えば主偏向領域ＭＤの中心部分Ｃ５に
移動させる（ステップＳ５）。ビーム検出器ＰＤの位置
は特に偏向領域ＭＤの中心部分にする必要はない。例え
ば、所定の位置であっても良い。但し、後で説明する試
料上のアライメントマーク（図４中のＡＬ）を検出する
時も同等の場所に移動させることが必要である。

【００５８】そこで、電子ビームをビーム検出器ＰＤの
マーク４５１，４５２に照射し、ビーム検出器からの検
出信号と、反射電子検出器４０，４１からの検出信号を
取得する。前述した通り、ビーム検出器ＰＤから得られ
る検出信号にはマーク４５１，４５２の検出器ＰＤに対
する位置依存性がないので、ビーム検出器の検出信号を
基準にして反射電子検出器からの検出信号の較正を行な
うことができる（ステップＳ６）。従って、ビーム検出
器ＰＤ上のマーク４５１，４５２の位置は、偏向領域Ｍ
Ｄ内の適当な位置であればよいが、後に試料上のアライ
メントマークＡＬをビームで走査する時には、同等のあ
るいは近傍の場所にアライメントマークＡＬを移動させ
ることが必要である。

【００５９】そして、今度は、試料Ｗ上のアラインメン
トマークＡＬを上記の所定の位置Ｃ５の近傍に移動さ
せ、再びビームで走査し、反射電子検出器４０，４１か
らの検出信号からマークの位置を検出する（ステップＳ
７）。そして、その位置に応じて重ね合わせるパターン
を露光する。この露光は、主偏向領域内の露光が終了す
るまで行なう（ステップＳ８）。反射電子検出器４０，
４１のマーク位置依存性が同等である範囲であれば、所
定の位置Ｃ５の近傍にアライメントマークＡＬを移動さ
せて、上記のマーク検出を行なうことができる。

【００６０】図６のフローチャートでは、一つの主偏向
領域内の露光が終了すれば、そのフローが終了してい
る。しかしながら、ビーム偏向の較正と反射電子検出器
の較正を一度行なった後、例えば複数の主偏向領域に対
してその較正の下で露光を行なうことができる。また、
１チップ領域内の露光或いは複数チップ領域内の露光を
連続して行なうこともできる。較正を行なう頻度は、露
光装置の特性等によって適宜決定される。

【００６１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、マ
ークを表面に形成したフォトダイオードよりなるビーム
検出器を試料ステージまたはステージ上の試料ホルダ内
に設けたので、マークとビーム検出器との間の位置依存
性がなくなり、ビーム位置を精度良く検出することがで
きる。その結果、偏向器の偏向係数を正確に求めてビー
ム位置の較正を正確に行なうことができる。従って、露
光パターンの位置を正確にし露光フィールド間のつなぎ
を正確にすることができる。

【００６２】また、マークを表面に形成したビーム検出
器からの検出信号に基づいて、そのマークをビームが走
査した時の反射電子検出器から検出される信号の較正を
行なうことができるので、試料上のアライメントマーク
の位置を精度よく検出することができる。その結果、重
ね合わせ露光をより精度高く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子ビーム露光装置の全体構成図である。

【図２】電子ビーム露光装置内の露光部１０を更に具体
的に示した構成図である。

【図３】本発明にかかる電子ビーム位置を検出するため
のビーム検出器４５と反射電子検出器４０，４１との関
係を示す概略図である。

【図４】ホルダー４８が搭載されたステージ３５の概略
的な平面図である。

【図５】ビーム検出器４５ａ，４５ｂの一例であるフォ
トダイオードとマークの構成を示す断面図である。

【図６】較正方法を説明するためのフローチャート図で
ある。

【図７】較正方法を説明する為に必要な主偏向領域と副
偏向領域の関係を説明するための図である。

【図８】ビーム偏向器の偏向係数のゲイン値を説明する
ための図である。

【図９】ビーム偏向器の偏向係数の回転（ローテーショ
ン）値を説明するための図である。

【図１０】ビーム偏向器の偏向係数のオフセット値を説
明するための図である。

【図１１】ビーム偏向器の偏向係数の歪み値を説明する
ための図である。

【図１２】偏向係数を求めるための偏向領域ＭＤとフォ
トダイオードからなるビーム検出器４５の関係を示す図
である。

【図１３】反射電子検出器を利用したマーク検出器を説
明するための図である。

【図１４】反射電子検出器を利用したマーク検出器から
の信号波形を示す図である。

【図１５】反射電子検出器を利用したマーク検出器から
の信号波形を示す図である。

【符号の説明】

３２投影レンズ３３主偏向器３４副偏向器３５試料ステージ４１反射電子検出器４５ビーム検出手段（フォトダイオード）４８試料ホルダーＷ試料ＡＬアライメントマーク４５３ビーム遮断膜４５１，４５２マークＭＤ１−９主偏向領域ＳＤ１副偏向領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビ
ームを、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう
荷電粒子ビーム露光装置において、試料が載せられる試料ステージ又は試料ホルダーに、フ
ォトダイオードとその表面に形成した所定の開孔パター
ン有するビーム遮断膜とを有するビーム検出器を設けた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項２】所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビ
ームを、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう
荷電粒子ビーム露光装置において、該荷電粒子ビームを所望の位置に偏向する偏向手段と、該試料が載せられ水平方向の所望の位置に移動可能な試
料ステージと、該試料ステージ又は該ステージに載せられ前記試料を保
持する試料ホルダーに設けられ、前記荷電粒子ビームが
照射された時に検出信号を出力するビーム検出素子とそ
の素子の表面に形成された所定の開孔パターンを有する
ビーム遮断膜とを有するビーム検出手段と、前記偏向手段の偏向領域内の複数の位置に前記ビーム検
出手段を移動させ、該ビーム検出手段の位置まで該荷電
粒子ビームを偏向させ、該ビーム検出手段からのビーム
検出信号に従ってステージ座標系内のビーム照射位置を
検出し、該検出したビーム照射位置より偏向手段の偏向
係数を求める制御手段とを有することを特徴とする荷電
粒子ビーム露光装置。
【請求項３】請求項２記載の荷電粒子ビーム露光装置に
おいて、前記ビーム検出素子が、半導体基板内に形成されたフォ
トダイオードであることを特徴とする。
【請求項４】所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビ
ームを、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう
荷電粒子ビーム露光装置において、該荷電粒子ビームを所望の位置に偏向する偏向手段と、該試料が載せられ水平方向の所望の位置に移動可能な試
料ステージと、該試料ステージ又は該ステージに載せられ前記試料を保
持する試料ホルダーに設けられ、前記荷電粒子ビームが
照射された時に検出信号を出力するビーム検出素子とそ
の素子の表面に形成された所定の開孔パターンを有する
ビーム遮断膜とを有するビーム検出手段と、該試料ステージの上方近傍に設けられ、基準マークに該
荷電粒子ビームが照射された時に発生する反射電子を検
出する反射電子検出器と、前記偏向手段の偏向領域内に所定の位置に前記ビーム検
出手段を移動させ、該荷電粒子ビームを偏向させて該ビ
ーム検出手段に照射させ、該ビーム検出手段から検出さ
れるビーム検出信号に基づいて、前記反射電子検出器の
検出出力を較正する制御手段を有することを特徴とする
荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項５】請求項４記載の荷電粒子ビーム露光装置に
おいて、前記ビーム検出素子が、半導体基板内に形成されたフォ
トダイオードであることを特徴とする。
【請求項６】所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビ
ームを、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう
荷電粒子ビーム露光方法において、該試料ステージ又は該ステージに載せられ前記試料を保
持する試料ホルダーに設けられ、前記荷電粒子ビームが
照射された時に検出信号を出力するビーム検出素子とそ
の素子の表面に形成された所定の開孔パターンを有する
ビーム遮断膜とを有するビーム検出装置を、ビーム偏向
手段の偏向領域内の複数の位置に移動させる工程と、該ビーム検出装置の位置まで該荷電粒子ビームを偏向さ
せて該ビーム検出装置からのビーム検出信号に従って前
記試料ステージの座標系内のビーム照射位置を検出する
工程と、該複数の位置において検出したビーム照射位置から、ビ
ーム偏向位置を較正する偏向係数を求める工程と、該偏向係数に従って該荷電粒子ビームを偏向して前記試
料を露光する工程とを有することを特徴とする荷電粒子
ビーム露光方法。
【請求項７】請求項６記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記偏向係数は、少なくとも偏向領域の拡大または縮小
についてのゲインと、偏向領域の回転値と、偏向領域の
水平方向のずれについてのオフセットと、偏向領域の歪
み値とを有することを特徴とする。
【請求項８】所定の透過マスクを通過させた荷電粒子ビ
ームを、試料上の所望の位置に偏向させて露光を行なう
荷電粒子ビーム露光方法において、該試料ステージ又は該ステージに載せられ前記試料を保
持する試料ホルダーに設けられ、前記荷電粒子ビームが
照射された時に検出信号を出力するビーム検出素子とそ
の素子の表面に形成された所定の開孔パターンを有する
ビーム遮断膜とを有するビーム検出装置を、ビーム偏向
手段の偏向領域内の所定の位置に移動させる工程と、該ビーム検出装置の位置まで該荷電粒子ビームを偏向さ
せて該ビーム検出装置からのビーム検出信号に従って、
該試料ステージの上方に設けられた反射電子検出器から
の検出信号を較正する工程と、前記試料上に設けられたアライメントマークを該荷電粒
子ビームで走査し、該較正された反射電子検出器からの
検出信号により当該アライメントマークの位置を検出す
る工程と、該アライメントマークの位置に従って、重ね合わせ露光
を行なう工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビー
ム露光方法。