(57)【要約】【課題】露光精度を向上させるとともにキャリブレーション時間を調整して露光スループットを向上させることが可能なマルチコラム電子ビーム露光装置及びマルチコラム電子ビーム露光方法を提供すること。【解決手段】マルチコラム電子ビーム露光装置は、複数個のコラムセルと、電子ビーム特性検出部と、露光データに基づいて電子ビームを偏向する偏向器と、電子ビーム特性検出部を用い、過去の複数回のキャリブレーション時刻における複数の計測値を滑らかに結ぶ連続関数であって次のキャリブレーション時刻までの電子ビーム特性を描画時刻とともに連続的に変化する予測関数を用いて、電子ビーム特性の予測値を算出し、各コラムセルの露光データに対する補正量を算出する制御部とを有する。制御部は電子ビーム特性の測定値と予測値との差分に応じて、キャリブレーション時刻の間隔を調整する。【選択図】図７
2008120391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のコラムセルと、
電子ビーム特性を測定する電子ビーム特性検出部を備えた試料ホルダーを載置するウエハステージと、
露光データに基づいて電子ビームを偏向する各コラムセルに備えられた偏向器と、
前記電子ビーム特性検出部を用い、過去の複数回のキャリブレーション時刻における複数の計測値を滑らかに結ぶ連続関数であって次のキャリブレーション時刻までの電子ビーム特性を描画時刻とともに連続的に変化する予測関数を用いて、電子ビーム特性の予測値を算出し、各コラムセルの露光データに対する補正量を算出する制御部と
を有することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置。
【請求項２】
前記電子ビーム特性は、照射される電子ビームのビーム位置又はビーム強度であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
【請求項３】
前記電子ビーム特性検出部は、基準マークを有するキャリブレーションチップ又はファラデーカップであることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
【請求項４】
前記所定の予測関数は、次式で表されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
ここで、Δ（Ｔ）は時刻Ｔにおける予測値、ｐｉは時刻Ｔｉにおける電子ビーム特性の計測値、ｎは自然数である。
【請求項５】
前記コラムセル間のつなぎ精度の許容誤差を最適許容誤差と当該最適許容誤差より誤差範囲の広い限界許容誤差とし、
前記制御部は、前記予測値と計測値との差が限界許容誤差より大きいときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を短くし、かつ、当該計測値が測定された時刻と当該時刻の直前に実測された時刻の間に露光処理された領域を検査が必要な領域と設定し、
前記予測値と計測値との差が最適許容誤差より小さいときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を長くし、
前記予測値と計測値との差が最適許容誤差から限界許容誤差の間のときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を標準時間間隔とすることにより前記キャリブレーション時刻の間隔を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
【請求項６】
前記制御部は、複数のコラムセルのうち最外郭に配置されたコラムセルにおける電子ビーム特性の予測値を基に他のコラムセルのビーム特性の予測値を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
【請求項７】
複数個のコラムセルを具備するマルチコラム電子ビーム露光装置の各コラムセルにおいて、所定の時間間隔で電子ビーム特性検出部により検出した電子ビーム特性のキャリブレーションを行う露光方法であって、
キャリブレーション時刻に電子ビーム特性を測定して電子ビーム特性の計測値を取得するステップと、
前記計測値を所定の予測関数に適用して当該キャリブレーション時間の直後のキャリブレーション時刻までの電子ビーム特性の予測値を算出するステップと、
前記電子ビーム特性の予測値を基に露光データを補正するステップと、
前記補正された露光データに従って露光処理を実施するステップと
を有することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光方法。
【請求項８】
前記電子ビーム特性は、照射される電子ビームのビーム位置又はビーム強度であることを特徴とする請求項７に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
【請求項９】
前記電子ビーム特性検出部は、基準マークを有するキャリブレーションチップ又はファラデーカップであることを特徴とする請求項７又は８に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
【請求項１０】
前記所定の予測関数は、次式で表されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
ここで、Δ（Ｔ）は時刻Ｔにおける予測値、ｐｉは時刻Ｔｉにおける電子ビーム特性の計測値、ｎは自然数である。
【請求項１１】
前記電子ビームの計測値を取得するステップと予測値を算出するステップの間に、
前記キャリブレーション時刻の直前のキャリブレーション時刻において予測された当該キャリブレーション時刻における電子ビーム特性の予測値を取得するステップと、
前記コラムセル間のつなぎ精度の許容誤差を最適許容誤差と当該最適許容誤差より誤差範囲の広い限界許容誤差とし、
前記予測値と計測値との差が限界許容誤差より大きいときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を短くし、かつ、当該計測値が測定された時刻と当該時刻の直前に実測された時刻の間に露光処理された領域を検査が必要な領域と設定し、
前記予測値と計測値との差が最適許容誤差より小さいときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を長くし、
前記予測値と計測値との差が最適許容誤差から限界許容誤差の間のときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を標準時間間隔とすることにより前記キャリブレーション時刻の間隔を調整するステップと
を有することを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
【請求項１２】
前記ビーム特性の予測値を算出するステップにおいて、
複数のコラムセルのうち最外郭に配置されたコラムセルにおける電子ビーム特性の予測値を基に他のコラムセルのビーム特性の予測値を算出することを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載のマルチコラム電子ビーム露光方法。
【請求項１３】
複数個のコラムセルと、
露光データに基づいて電子ビームを偏向する各コラムセルに備えられた偏向器と、
試料であるウエハを保持すると共に、電子ビーム特性を測定する電子ビーム特性検出部を備える試料ホルダーと、
前記試料ホルダーを載置して水平移動するウエハステージと、
前記電子ビーム特性検出部は、前記試料ホルダーに形成されて、電子ビーム特性を測定する基準マークを備え、
前記基準マークに基づいて、各コラムセルの電子ビームの照射位置が測定され、
過去の複数時刻で測定した前記照射位置情報に基づいて、カーブフィットする予測曲線を求め、求めた予測曲線から今後変化する補正量を算出し、算出した補正量に基づいて前記偏向器の偏向量を連続的に補正する制御部と、
を有することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法に関し、特に、複数のコラムセルを設けて露光処理を行うとともに高精度にビームキャリブレーションを行う際に好適なマルチコラム電子ビーム露光装置及びマルチコラム電子ビーム露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子ビーム露光装置では、ステンシルマスクに可変矩形開口又は複数のステンシルマスクパターンを用意し、ビーム偏向によりそれらを選択してウエハに転写露光している。この電子ビーム露光装置では複数のマスクパターンが用意されるが、露光に使用される電子ビームは１本であり、一度に転写されるパターンは一つのマスクパターンだけである。【０００３】
このような露光装置として、例えば特許文献１には部分一括露光をする電子ビーム露光装置が開示されている。部分一括露光とは、マスク上に配置した複数個、例えば１００個のステンシルパターンからビーム偏向により選択した一つのパターン領域、例えば３００×３００μｍの領域にビームを照射し、ビーム断面をステンシルパターンの形状に成形し、さらにマスクを通過したビームを後段の偏向器で偏向振り戻し、電子光学系で決まる一定の縮小率、例えば１／６０に縮小し、試料面に転写する。一度に照射される試料面の領域は、例えば５×５μｍである。露光するデバイスパターンに応じてマスク上のステンシルパターンを適切に用意すれば、可変矩形開口だけの場合より、必要な露光ショット数が大幅に減少し、スループットが向上する。【０００４】
さらに、このようなコラム一つ一つの大きさを小さくしたもの（以下、コラムセルと呼ぶ）を複数個集め、ウエハ上に並べて並列して露光処理するマルチコラム電子ビーム露光装置が提案されている（非特許文献２参照）。各コラムセルはシングルコラムの電子ビーム露光装置のコラムと同等であるが、マルチコラム全体では並列して処理するため、コラム数倍の露光スループットの増加が可能である。【０００５】
上述したようなマルチコラム電子ビーム露光装置において、スループットの向上を図ることができる。【０００６】
しかし、各コラムセルの照射領域の境界で、露光パターンのつなぎ精度が悪くなる現象が発生する。図１は、コラムセル相互間の位置で、所望のパターンが得られない例を示している。図１（ａ）は、第１のコラムセルの照射領域１と第２のコラムセルの照射領域２の境界における所望のパターン３を示している。図１（ｂ）は露光した結果、得られるパターンの一例であり、領域１ではパターン５のように露光され、領域２ではパターン４のように露光され、所望の露光３とは異なってしまう。このように、露光パターンの幅が各領域で異なり、所望のパターンが露光されない場合が発生する。また、露光される位置がずれ、最悪の場合には、パターンが切れてしまうおそれもある。【０００７】
上記のようなコラムセル間で連続するパターンを露光しないように設計される場合は特に問題はないが、複数のコラムセルの位置を考慮して設計をすることは設計自由度を著しく小さくしてしまい、コラムセル間に連続するパターンを露光することは避けられない。【０００８】
また、例えば、描画するパターンの幅が広く、コラムセル相互間のつなぎ位置でパターンがずれていたとしても接続されていれば良い場合には特に問題はないが、トランジスタのゲートのように、パターン幅が狭い場合にはつなぎ精度を高くすることが要求される。【０００９】
各コラムセルにおける電子ビームは、コラムセル内部の部品間の距離の温度膨張による変化や、コラムセル全体の回転や気圧による伸縮などの影響を受けると考えられる。例えば、コラムセル間の距離を７５ｍｍとしたとき、コラムセルを構成する純鉄の温度膨張係数は１２ｐｐｍであるため、１℃の温度変化で９００ｎｍの位置ずれを起こす。これにより、ビーム位置がずれると考えられる。【００１０】
このようなビーム位置ずれのキャリブレーションのために、予め決められた時間毎にビーム位置の調整が行われている。これに関する技術として、特許文献３にはビームドリフトを予測してドリフトを補正する方法が開示されている。【００１１】
しかしながら、ビーム位置を高精度にするためにキャリブレーションを高頻度に行うと、露光スループットが低下してしまうという問題が発生する。例えば、４本のコラムセルを使用した場合、校正時間に５秒かかり、６０秒毎に校正を実施すると仮定すると、全体の露光時間のうち１／１２の時間が露光に寄与しない無駄な時間となってしまう。
なお、特許文献３ではビームドリフトの予測に際し、実際に描画するウエハと同じウエハに同じパターンを描画してビームドリフトを求めた結果を使用している。このためコラムセルの温度変化等による影響が考慮されておらず、ビームドリフトを高精度に予測することは困難である。
【特許文献１】特開２００４−８８０７１号公報
【非特許文献２】T.Haraguchi et.al. J.Vac.Sci.Technol, B22(2004)985
【特許文献３】特開平１１−８１７１号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、露光精度を向上させるとともにキャリブレーション時間を調整して露光スループットを向上させることが可能なマルチコラム電子ビーム露光装置及びマルチコラム電子ビーム露光方法を提供することである。
【００１３】
上記した課題は、複数個のコラムセルと、電子ビーム特性を測定する電子ビーム特性検出部を備えた試料ホルダーを載置するウエハステージと、露光データに基づいて電子ビームを偏向する各コラムセルに備えられた偏向器と、前記電子ビーム特性検出部を用い、過去の複数回のキャリブレーション時刻における複数の計測値を滑らかに結ぶ連続関数であって次のキャリブレーション時刻までの電子ビーム特性を描画時刻とともに連続的に変化する予測関数を用いて、電子ビーム特性の予測値を算出し、各コラムセルの露光データに対する補正量を算出する算出する制御部とを有することを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置により解決する。
【００１４】
この形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置において、前記電子ビーム特性は、照射される電子ビームのビーム位置又はビーム強度であっても良く、前記電子ビーム特性検出部は、基準マークを有するキャリブレーションチップ又はファラデーカップであっても良い。基準マークは、試料ホルダー上に形成されて良く、また、ウエハ上に形成された位置決め用マーク、その他任意のマークを適用しても良い。
【００１５】
また、前記所定の予測関数は、次式で表される関数であっても良い。
2008120391.tif 000003
【００１６】
ここで、Δ（Ｔ）は時刻Ｔにおける予測値、ｐｉは時刻Ｔｉにおける電子ビーム特性の計測値、ｎは自然数である。
【００１７】
また、この形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置において、前記コラムセル間のつなぎ精度の許容誤差を最適許容誤差と当該最適許容誤差より誤差範囲の広い限界許容誤差とし、前記制御部は、前記予測値と計測値との差が限界許容誤差より大きいときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を短くし、かつ、当該計測値が測定された時刻と当該時刻の直前に実測された時刻の間に露光処理された領域を検査が必要な領域と設定し、前記予測値と計測値との差が最適許容誤差より小さいときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を長くし、前記予測値と計測値との差が最適許容誤差から限界許容誤差の間のときは、前記キャリブレーション時刻の間隔を標準時間間隔とすることにより前記キャリブレーション時刻の間隔を調整するようにしても良い。
【００１８】
本発明では、数点の電子ビーム特性の計測値を、ビームドリフトを予測する予測関数に適用して、ビーム位置又はビーム強度のドリフトを予測している。予測関数は、過去に実測した数点を通る曲線を現す関数である。次のキャリブレーションにおける電子ビーム特性の実測までの間、このドリフト予測値に基づいて偏向器に印加する電圧値を算出している。これにより、ビーム照射位置、ビーム強度の精度を向上させることが可能となる。ひいては、複数のコラムセル間のつなぎ精度を向上させ、露光スループットを向上させる。
【００１９】
また、電子ビーム特性の予測値と計測値との差分に応じて、ビーム特性の実測を行うキャリブレーション間隔を調整している。例えば、コラムセル間のつなぎ精度の許容誤差を最適許容誤差と当該最適許容誤差より誤差範囲の広い限界許容誤差とし、予測値と当該予測値の時刻における計測値との差が最適許容誤差より小さいときは、キャリブレーション時刻の間隔を長くしている。これにより、キャリブレーションにとられる時間を短くすることができ、露光スループットを向上させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の他の形態によれば、上記の形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置において実施されるマルチコラム電子ビーム露光方法が提供される。その一形態に係るマルチコラム電子ビーム露光方法は、複数個のコラムセルを具備するマルチコラム電子ビーム露光装置の各コラムセルにおいて、所定の時間間隔で電子ビーム特性検出部により検出した電子ビーム特性のキャリブレーションを行う露光方法であって、キャリブレーション時刻に電子ビーム特性を測定して電子ビーム特性の計測値を取得するステップと、前記計測値を所定の予測関数に適用して当該キャリブレーション時間の直後のキャリブレーション時刻までの電子ビーム特性の予測値を算出するステップと、前記電子ビーム特性の予測値を基に露光データを補正するステップと、前記補正された露光データに従って露光処理を実施するステップとを有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、マルチコラム電子ビーム露光装置における問題点を説明する図である。
【図２】図２は、本発明に係るマルチコラム電子ビーム露光装置の構成図である。
【図３】図３は、図２に係る露光装置における１つのコラムセルの構成図である。
【図４】図４は、図２に係る露光装置のコラムセル制御部の模式図である。
【図５】図５は、コラムセルが４本の場合の露光範囲を示す図である。
【図６】図６は、ビーム位置ずれの予測曲線を示す図である。
【図７】図７は、ビーム位置ずれの予測及び計測値との差を説明する図である。
【図８】図８は、キャリブレーション時間調整処理を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、ホルダー交換を考慮したビーム位置ずれの予測曲線を示す図である。
【図１０】図１０は、コラムセル間の経時変化を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。【００２３】
（マルチコラム電子ビーム露光装置の構成）
図２は、本実施形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置の概略構成図である。
マルチコラム電子ビーム露光装置は、電子ビームコラム１０と電子ビームコラム１０を制御する制御部２０に大別される。このうち、電子ビームコラム１０は、同等なコラムセル１１が複数、例えば１６集まって、全体のコラムが構成されている。すべてのコラムセル１１は後述する同じユニットで構成される。コラムセル１１の下には、例えば３００ｍｍウエハ１２を搭載したウエハステージ１３が配置されている。【００２４】
一方、制御部２０は、電子銃高圧電源２１、レンズ電源２２、デジタル制御部２３、ステージ駆動コントローラ２４及びステージ位置センサ２５を有する。これらのうち、電子銃高圧電源２１は電子ビームコラム１０内の各コラムセル１１の電子銃を駆動させるための電源を供給する。レンズ電源２２は電子ビームコラム１０内の各コラムセル１１の電磁レンズを駆動させるための電源を供給する。デジタル制御部２３は、コラムセル１１各部をコントロールする電気回路であり、ハイスピードの偏向出力などを出力する。デジタル制御部２３はコラムセル１１の数に対応する分だけ用意される。【００２５】
ステージ駆動コントローラ２４は、ステージ位置センサ２５からの位置情報を基に、ウエハ１２の所望の位置に電子ビームが照射されるようにウエハステージ１３を移動させる。上記の各部２１〜２５は、ワークステーション等の統合制御系２６によって統合的に制御される。【００２６】
上述したマルチコラム電子ビーム露光装置では、すべてのコラムセル１１は同じコラムユニットで構成されている。【００２７】
図３は、マルチコラム電子ビーム露光装置に使用される各コラムセル１１の概略構成図である。【００２８】
各コラムセル１１は、露光部１００と、露光部１００を制御するコラムセル制御部３１とに大別される。このうち、露光部１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成される。【００２９】
電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａを透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。【００３０】
その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第２電磁レンズ１０５によって露光マスク１１０上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第１、第２静電偏向器１０４、１０６により、露光マスク１１０に形成された特定のパターンＰに偏向され、その断面形状がパターンＰの形状に整形される。【００３１】
なお、露光マスク１１０はマスクステージ１２３に固定されるが、そのマスクステージ１２３は水平面内において移動可能であって、第１、第２静電偏向器１０４、１０６の偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるパターンＰを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＰをビーム偏向領域内に移動させる。【００３２】
露光マスク１１０の上下に配された第３、第４電磁レンズ１０８、１１１は、それらの電流量を調節することにより、電子ビームＥＢを基板上で結像させる役割を担う。【００３３】
露光マスク１１０を通った電子ビームＥＢは、第３、第４静電偏向器１１２、１１３の偏向作用によって光軸Ｃに振り戻された後、第５電磁レンズ１１４によってそのサイズが縮小される。【００３４】
マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０７、１０９が設けられており、それらにより、第１〜第４静電偏向器１０４、１０６、１１２、１１３で発生するビーム偏向収差が補正される。【００３５】
その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａを通過し、第１、第２投影用電磁レンズ１１６、１２１によって基板上に投影される。これにより、露光マスク１１０のパターンの像が、所定の縮小率、例えば１／１０の縮小率で基板に転写されることになる。【００３６】
基板偏向部１５０には、第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板の所定の位置に露光マスクのパターンの像が投影される。【００３７】
更に、基板偏向部１５０には、基板上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。【００３８】
一方、コラムセル制御部３１は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６及び基板偏向制御部２０７を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６及び１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング電極１２７への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。【００３９】
基板偏向制御部２０７は、第５静電偏向器１１９への印加電圧と、電磁偏向器１２０への電流量を制御することにより、基板の所定の位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。上記の各部２０２〜２０７は、ワークステーション等の統合制御系２６によって統合的に制御される。【００４０】
図４は、マルチコラム型電子ビーム露光装置におけるコラムセル制御部３１の模式図である。コラムセル制御部３１はコラムセル１１のそれぞれが有している。各コラムセル制御部３１はマルチコラム型電子ビーム露光装置の全体を制御する統合制御系２６とバス３４で接続される。また、統合記憶部３３は、例えばハードディスクで構成され、露光データ等すべてのコラムセルで必要となるデータが格納されている。統合記憶部３３も統合制御系２６とバス３４で接続されている。【００４１】
このように構成されたマルチコラム型電子ビーム露光装置において、ウエハステージ１３に載置したウエハ１２上に露光するパターンの露光データを統合記憶部３３から各コラムセル制御部３１のコラムセル記憶部３５に転送する。転送された露光データは、補正が必要であれば各コラムセル制御部３１の補正部３６において補正され、各コラムセル１１に割り当てられたウエハ１２上の露光領域で同一のパターンが露光される。【００４２】
次に、各コラムセルで使用する電子ビームのビームドリフトを適切に補正する処理について説明する。本実施形態では、ビーム特性として、ビーム位置特性及びビーム強度特性を対象とする。ビーム位置特性は、照射するビームが所望の位置に正確に照射されるか否かを示す特性である。ビーム強度特性は、例えば可変矩形ビームに整形したときに、所望の形状になっており、ビーム電流が所望の大きさになっているか否かを示す特性である。また、ビーム特性を検出する装置として、キャリブレーションチップを使用する場合とファラデーカップを使用する場合を対象とする。【００４３】
図５は、試料４３において４本のコラムセルの電子ビームによって照射される領域を示した図である。４３ａから４３ｄは、各コラムセルの照射領域を示している。例えば、照射領域４３ｄでは、矢印５１に示す順序で、図５の左側からフィールド毎に露光処理を行う。同様に、照射領域４３ａでは、矢印５２に示す順序で露光処理を行う。【００４４】
このような露光処理において、コラムセルの照射領域間５３に跨るパターンを露光する場合、パターンのつなぎ精度が悪くなる現象が発生する。【００４５】
コラムセル相互間のビーム特性が完全に等間隔性がとれていれば上記のような問題が発生しない。ビーム特性の等間隔性を損なう要因として、各コラムセルで使用される電磁界レンズの熱膨張及び気圧変化が考えられる。これらの要因は時々刻々変化するため、これに追従することが必要となる。【００４６】
通常、予め決められた時間間隔で電子ビームのキャリブレーションを行っている。この場合、例えば、ある時点において電子ビームの照射位置のキャリブレーションを行い、次のキャリブレーションまでは同じ補正値を用いて補正している。すなわち、この間は電子ビームの照射位置の位置ずれ量が変化しているにもかかわらず、キャリブレーション時に実測した位置に対する補正値を使用しているため、正確に補正することができず、精度劣化の原因となる。【００４７】
本実施形態では、位置ずれ量を実測した後、位置ずれが、どのように変化するかを予測して、露光データを補正するようにしている。【００４８】
図６は、電子ビームを照射したときの時間に対する照射位置のずれを予測したビーム位置予測曲線を示す図である。図６の横軸は時間を、縦軸は照射位置を示している。なお、位置ずれはｘ方向とｙ方向を考慮することが必要であるが、図６ではｘまたはｙの一方向の位置ずれを対象としている。【００４９】
図６のＰ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれキャリブレーションの時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に測定した計測値である。ビーム位置特性の検出は、キャリブレーションチップ上に形成した基準マークを使用し、周知の方法によって行う。すなわち、基準マークの中心が各コラムセルの光軸直下に位置するようにウエハステージを移動し、基準マーク上を電子ビームが照射するように電子ビームを偏向器を用いて走査する。反射電子検出器により走査時の反射電子信号を検出し、この反射電子信号を信号処理して、ビーム照射位置を算出する。実際の基準マークの配置されている位置と比較することにより、電子ビームの照射位置を算出し、ビーム位置特性を測定する。【００５０】
図６の曲線Ｄ１（Ｔ）〜Ｄ４（Ｔ）は、４本のコラムセルのそれぞれにおいて予測関数を用いて算出されるビーム位置予測曲線である。本実施形態では、式（１）に示す予測関数を採用する。
2008120391.tif 000004
【００５１】
ここで、Δ（Ｔ）は時刻Ｔにおける予測値、ｐｉは時刻Ｔｉにおける電子ビーム特性の計測値、ｎは自然数である。【００５２】
例えば、式（１）において、ｎ＝３とし、過去の３つの時点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）のデータを使用し、Ｔ１での計測値をＰ１，Ｔ２での計測値をＰ２，Ｔ３での計測値をＰ３とすると、時刻Ｔにおけるビーム位置の予測値Δ（Ｔ）は次の２次式で求められる。
2008120391.tif 000005
【００５３】
図７は、図６における一つのコラムセルに対するビーム位置予測曲線Ｄ１（Ｔ）を示した図である。図７において、時刻Ｔ３から次のキャリブレーションまでの間は、時刻Ｔ３において算出した式（２）によりビーム位置を算出する。ビーム位置予測曲線Ｄ１（Ｔ）は、計測値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通過するカーブフィットした予測曲線である。なお、Δ（Ｔ）においてｎ＝２を適用する場合、例えば、計測値Ｐ２，Ｐ３を通過する予測曲線は、直線となる。【００５４】
時刻Ｔ３から次のキャリブレーションまでの時間間隔は任意に設定してよい。例えば、一フィールドの露光時間に合わせるようにして時間間隔を決定する。【００５５】
ビーム位置を算出した後、そのずれ量をキャンセルするようなビーム偏向量を算出する。例えば図７のＴ３′においてＰ３′と予測されたとする。この場合、−Ｐ３′になるように各コラムセルの第５静電偏向器１１９に印加する電圧量を補正する値を算出する。【００５６】
試料上で電子ビームの照射位置をかえる偏向器の、Ｘ方向とＹ方向の２方向の電極を有する静電偏向器に加えられる電圧は、Ｘ方向の入力は式（３）、Ｙ方向の入力は式（４）で表わされる。
Ｘ'＝ＡＸ＋ＢＹ＋ＨｘＸＹ＋Ｏｘ（ｔ）……（３）
Ｙ'＝ＣＸ＋ＤＹ＋ＨｙＸＹ＋Ｏｙ（ｔ）……（４）
この値に比例した電圧が静電偏向器の電極に印加され、電子ビームを偏向する。この式においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｈｘ，Ｈｙ，Ｏｘ，Ｏｙは調整係数である。【００５７】
偏向器に印加する電圧のうち、例えば、Ｏｘ，Ｏｙを調整することによって上記の位置ずれをなくすようにする。【００５８】
これらの値を各コラムセル記憶部３５に格納し、各コラムセルで電子ビームを照射する際に補正された電圧量で電子ビームを偏向する。【００５９】
次に、キャリブレーションを実施する間隔の最適化について説明する。【００６０】
図７に示すように、キャリブレーション時刻Ｔ３においてビーム特性を実測した後、次のキャリブレーション時刻Ｔnextまでは予測関数に基づいて補正している。時刻Ｔnextにおける予測値Ｐｐ（Ｔnext）も予測関数に基づいて算出されている。【００６１】
補正された露光データに従って露光処理を行い、時刻Ｔnextになった時点で再びビーム特性を実測する。このとき予測値Ｐｐ（Ｔnext）と計測値Ｐａ（Ｔnext）との差分Ｐａ（Ｔnext）−Ｐｐ（Ｔnext）をビーム特性誤差δとする。【００６２】
このビーム特性誤差δの値によって、キャリブレーションの間隔を調整する。本実施形態では、コラムセル相互間のつなぎ精度の最適な許容誤差δａｓを０．６ｎｍとし、限界の許容誤差δａｌを１ｎｍと仮定する。最適な許容誤差δａｓとは最も望ましい誤差であり、この許容誤差に入らない場合は要注意状態であるとする。限界の許容誤差δａｌとは、この許容誤差に入らない場合は不適格であるとする。【００６３】
各コラムセルのビーム特性の誤差がつなぎ精度の最適な許容誤差δａｓより小さければ、つなぎ精度は１．２ｎｍ以下となる。逆に各コラムセルのビーム特性の誤差がつなぎ精度の限界の許容誤差δａｌより大きければ、正常な範囲を超えてしまうと判断する。この場合は、この予測関数を基に描画した部分を異常と判断し、露光処理後、この描画部分を検査機にかけるようにする。【００６４】
ビーム特性誤差δの値によって、次の３つの場合に分けてキャリブレーション間隔の調整を行う。【００６５】
（ｉ）｜δ｜＜０．６ｎｍの場合
この場合は、コラムセル間のつなぎ精度の最適な許容誤差δａｓの範囲内であるので、予測値を基にしたビーム位置補正によって精度良く露光処理を行うことができる。従って、キャリブレーション間隔を伸ばすことができる。これにより、スループットの向上を図ることができる。【００６６】
（ii）０．６ｎｍ≦｜δ｜≦１ｎｍの場合
この場合は、最適な許容誤差δａｓの範囲ではないが、コラムセル間のつなぎ精度の限界の許容誤差δａｌの範囲に入っている。従って、このときのキャリブレーション間隔を標準時間間隔とし、キャリブレーション間隔の変更は行わない。【００６７】
（iii）１ｎｍ＜｜δ｜の場合
この場合は、コラムセル間のつなぎ精度の限界の許容誤差δａｌの範囲に入らず、このままのキャリブレーション間隔で校正を行うと精度が劣化してしまう。よって、キャリブレーション間隔を短縮するようにして、計測値との誤差が小さくなるようにする。これにより、所定のつなぎ精度を維持できる。【００６８】
このように、本実施形態では、位置ずれの履歴から、過去の数点における位置ずれを抽出し、予測関数を用いて予測曲線を求める。予測曲線の信頼度が高ければ位置ずれを予め算出して、各コラムセルにおけるビーム照射位置を正確な位置に調整することが可能となる。ひいては、マルチコラムの場合のつなぎ精度が向上し、露光スループットが向上する。【００６９】
また、本実施形態では、予測値と計測値との差の値によってキャリブレーション時間間隔を調整している。予測値と計測値との誤差が所定の値より小さい場合は、露光精度を保ったまま、キャリブレーションの頻度を少なくすることができ、露光に寄与しない時間を減らして露光スループットを向上させることができる。【００７０】
また、予測値と計測値との誤差が所定の値より大きい場合は、キャリブレーションの頻度を多くして、露光精度を向上させることが可能になる。キャリブレーションの頻度を増やした結果露光精度が向上した場合には、再度キャリブレーションの頻度を少なくすることも可能であり、露光開始から終了まで露光精度を保ちながら露光スループットを向上させることが可能となる。【００７１】
なお、ビーム強度もビーム位置と同様に時間の経過に伴い変動する。従って、ビーム強度のドリフトを、計測値を基にした予測関数に適用して、キャリブレーション間の予測値を算出するようにする。【００７２】
例えば、可変矩形の場合、断面が矩形に整形された電子ビームをマスクの矩形開口と重ねあわせ、横Ｓｘ，縦Ｓｙの矩形に整形するものとする。このとき、ｘ方向とｙ方向の２方向の電極を有する静電偏向器に加えられる電圧は、ｘ方向の入力は式（５）、ｙ方向の入力は式（６）で表わされる。
Ｓｘ'＝ＡＳｘ＋ＢＳｙ＋ＨｘＳｘＳｙ＋Ｏｘ（ｔ）……（５）
Ｓｙ'＝ＣＳｘ＋ＤＳｙ＋ＨｙＳｘＳｙ＋Ｏｙ（ｔ）……（６）
上記式（５）、（６）において、係数Ｏｘ，Ｏｙ、あるいは係数ＡからＤを調整し、ドリフトした分を正常値に戻すようにする。また、ビームのショット時間を調整して、ビーム電流を正常値に合わせるようにしても良い。これらの値を各コラムセル記憶部３５に格納しておき、実際に露光するときに、このデータに従って露光処理を行う。【００７３】
（マルチコラム電子ビーム露光方法の説明）
次に、上記したマルチコラム電子ビーム露光装置における露光方法について説明する。【００７４】
図８は、本実施形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置によるビームドリフト予測及びキャリブレーション時間間隔調整処理を含んだ露光処理を説明するためのフローチャートである。なお、ビームドリフト予測及びキャリブレーション時間間隔調整処理は一つのコラムセルにおける処理を対象とする。【００７５】
まず、ステップＳ１１で、初期設定をする。初期設定では、キャリブレーションの時間間隔を決定する。例えば、５分とする。また、キャリブレーション時間を示すカウンタｎを１とする。【００７６】
次に、ステップＳ１２では、キャリブレーションの時間か否かを判定する。キャリブレーション時間であればステップＳ１３に移行し、キャリブレーション時間でなければステップＳ１８に移行する。【００７７】
次に、ステップＳ１３では、キャリブレーション時間Ｔ（ｎ）におけるビーム位置を測定し、ビーム位置ずれの計測値を取得して記憶部に記録する。ビーム位置はコラムセルの偏向器によって電子ビームを、基準マーク上を通過するように走査して、基準マークの反射電子を取得し、信号処理をしてビーム位置を取得する。【００７８】
次のステップＳ１４、Ｓ１５においてキャリブレーション間隔の調整を行う。【００７９】
ステップＳ１４では、直前のキャリブレーション時間Ｔ（ｎ−１）において予測された時間Ｔ（ｎ）でのビーム位置ずれの予測値を記憶部３５から取得する。【００８０】
次にステップＳ１５では、ステップＳ１３において実測したビーム位置ずれの計測値と、ステップＳ１４で取得した予測関数で予測したビーム位置ずれの予測値との差分（ビーム特性誤差）を算出する。【００８１】
算出したビーム特性誤差に応じてキャリブレーションの時間間隔を調整する。例えば、コラムセル相互間のつなぎ精度の最適な許容誤差δａｓと限界の許容誤差δａｌを仮定する。各コラムセルのビーム特性誤差が最適な許容誤差δａｓより小さければ、キャリブレーション間隔の変更はしないか、又はキャリブレーション間隔を伸ばすようにする。また、ビーム特性誤差が最適な許容誤差δａｓと限界の許容誤差δａｌの間にある場合はキャリブレーション間隔を標準値から変化させない。また、ビーム特性誤差が限界の許容誤差δａｌを越えている場合はキャリブレーション間隔を短くする。【００８２】
次に、ステップＳ１６では、キャリブレーションを実施した時点Ｔ（ｎ）以降の次のキャリブレーションＴ（ｎ＋１）までのビーム位置ずれを予測し、記憶部３５に格納する。【００８３】
ビーム位置ずれは、キャリブレーションを実施した時点以前のｎ個のビーム位置の計測値を予測関数に適用して算出する。この予測関数は、本実施形態において説明した式（１）に示す関数である。例えば、式（１）において３点の計測値を基にして２次の予測関数が得られる。【００８４】
次に、ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出したビーム位置ずれを基に、キャリブレーション実施時点以降で次のキャリブレーション実施までの間のビーム位置ずれをなくすように偏向器に印加する電圧の補正量を算出する。例えば、ウエハ（試料）の１フィールドが露光される時間（例えば２秒）ごとの補正量の算出を行う。【００８５】
次に、ステップＳ１８では、ステップＳ１７で算出し記憶部３５に格納された補正量に相当する電圧を偏向器に印加するようにして、露光処理を実施する。【００８６】
次に、ステップＳ１９では、露光が終了したか否かの判定を行う。露光が終了した場合は本処理を終了し、露光が終了していない場合はステップＳ２０でｎを１加算してステップＳ１２に戻り本処理を継続する。【００８７】
（変形例１）
本変形例では、試料ホルダーの交換によるビームドリフトを考慮したビーム特性の予測について説明する。【００８８】
露光装置において、一つの試料の露光が終了すると、次の試料を試料ホルダーに搭載してウエハステージに載置する。試料ホルダーは複数用意されており、これらの試料ホルダーにはビーム特性を測定するための基準マークが形成されている。【００８９】
ビーム位置予測曲線は試料ホルダーを交換することによりコラムセルの変化による影響に加えて新たに導入された試料ホルダーの影響を受けることになる。【００９０】
コラムセルは気圧、温度の変化に影響を受けるが、試料ホルダーは気圧には影響を受けず、温度や材質の変化に影響を受ける。従って、コラムセルの変化によるビームドリフトと、試料ホルダーの変化によるビームドリフトとは独立に定義することができる。【００９１】
また、複数の試料ホルダーにおいて、基準マークをすべて同じ位置に形成することは現実的に不可能である。従って、試料ホルダーの交換によって電子ビームの照射位置の基準が変動する。【００９２】
図９は、ビーム特性の経時変化を示す図である。試料ホルダーを交換した直後は、図９のＡに示すように、ビーム位置予測曲線に不連続な位置ずれが発生する。【００９３】
その後、ビーム位置特性は上記実施形態で示した計測値を通る曲線とは異なる軌道のビームドリフト曲線Ｇ１（Ｔ）で表わされる。さらに、時間が経過すると、試料ホルダー交換前のビーム位置予測曲線を平行移動した曲線（Ｄ１（Ｔ）＋Ｇ１（Ｔ）＋Ａ）で表わされる。【００９４】
すなわち、ビーム位置予測関数は、試料ホルダーに依存するホルダードリフト予測関数Ｇｋ（Ｔ）と試料ホルダーに依存せずコラムセル毎に独立なコラムセルドリフト予測関数Ｄ（Ｔ）と、試料ホルダーに固有の定数Ａとの和で式（７）のように定義される。【００９５】
2008120391.tif 000006
【００９６】
ここで、Ｇｋ（Ｔ）は第ｋ番目の試料ホルダーの搭載開始後におけるホルダードリフト関数であり、Ａｋは試料ホルダー固有の定数である。【００９７】
コラムセルの変化によるビームドリフトは、上記実施形態で定義した関数を使用する。また、試料ホルダーの変化によるビームドリフトは、関数Ｇｋ（Ｔ）で表し、この関数も上記実施形態で定義した関数と同様な関数を使用しても良い。【００９８】
また、試料ホルダーは、製造ばらつき等によってそれぞれ特性が異なる。従って、試料ホルダーを搭載した直後からビーム特性に変動を与えなくなるまでの挙動は、過去に使用したときの動きを平均化することによって固定関数として使用する。例えば、Ｇｋ（Ｔ）はその試料ホルダーを使用したときの過去のキャリブレーションで得られた計測値の平均値から新たな予測関数を算出するようにしても良い。なお、試料ホルダーの影響の及ぶ時間は１から１０時間である。【００９９】
（変形例２）
上記実施形態では、高精度にビーム特性を補正するために、コラムセルで使用する電子ビームに対してビーム位置等を実測してビームドリフトを検出し、さらに予測関数を用いてビームドリフトを予測した。本変形例では、複数のコラムセルのうち、一部のコラムセルで使用する電子ビームのビームドリフトの予測を他のコラムセルで使用する電子ビームのビームドリフトの予測値を利用して行う点が異なる。【０１００】
図１０は、コラムセル間の経時変化を説明する図である。図１０（ａ）のＣ１〜Ｃ１６は１６本のコラムセルの配置される位置を示している。図１０（ｂ）は、露光処理を開始してからある時間が経過した後、コラムセルが変動した状態を示している。図１０（ｂ）に示す状態で最外郭の４隅のコラムセルＣ１，Ｃ４，Ｃ１３，Ｃ１６で使用する電子ビームのビーム特性を測定した結果、それぞれＭ１，Ｍ４，Ｍ１３，Ｍ１６の位置にずれたことが判明したものとする。すなわち、この場合は図１０（ｂ）のようにコラムセルが回転する挙動を示したと推定される。このとき、これらのコラムセルに挟まれるコラムセル及び内側のコラムセルも同様の挙動をすることが推測される。【０１０１】
これは、コラムセルは一つのチャンバー内に配設されるため、複数のコラムセルが受ける気圧の影響は多少の誤差はあるがすべてのコラムセルに共通と考えられるためである。従って、すべてのコラムセルの電子ビームに対してキャリブレーションのための実測を行う必要がない。【０１０２】
この場合、４隅のコラムセルＣ１，Ｃ４，Ｃ１３，Ｃ１６で使用する電子ビームに対して補正量を算出した後、その他のコラムセルの電子ビームに対しては、算出した補正量を比例配分する。【０１０３】
また、上記と同様の理由により、最外郭のコラムセルの電子ビームが補正の必要がなければ、内側のコラムセルの電子ビームに対しても補正の必要がないとみなすことができる。【０１０４】
このようにキャリブレーションのためのビーム位置等の実測は一部のコラムセルの電子ビームに対して行えば良いことになる。このため、露光に寄与しない時間を削減し、露光スループットを向上させることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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