(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク上のパターンの荷電粒子線による像を転写対象の基板上に形成する投影手段と、前記基板を移動する基板ステージとを有し、該基板ステージを介して前記基板を所定方向に移動しながら前記マスク上のパターンを逐次前記投影手段を介して前記基板上に転写する荷電粒子線転写装置において、
前記基板上で前記投影手段による転写領域の中心から前記所定方向に所定距離だけ先行した未転写領域の高さを計測する高さ先読み手段と、
該高さ先読み手段の計測値に基づいて、前記投影手段による結像面の高さと前記基板の表面の高さとを相対的に補正して、前記基板の表面を前記結像面に合わせ込む高さ補正手段と、を備え、
前記高さ補正手段は、前記投影手段による結像面の高さを電気的に補正する第１補正手段と、前記基板の表面の高さを機械的に補正する第２補正手段と、前記高さ先読み手段の計測値に基づいて、前記第１及び第２補正手段の何れかを選択する選択手段と、を有する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に記載の荷電粒子線転写装置であって、
前記投影手段は偏向器、投影レンズ、及び対物レンズを備え、
前記第１補正手段は、前記投影手段の前記投影レンズ及び前記対物レンズ、又は前記偏向器に対する駆動電流を制御する手段を含み、
前記第２補正手段は、前記基板を保持する試料台と、該試料台の前記投影手段の光軸方向の位置を制御するアクチュエータとを含む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に記載の荷電粒子線転写装置であって、
前記高さ先読み手段は、前記基板の表面に斜めに計測用パターン像を投影する投射光学系と、前記基板の表面からの反射光を集光して前記計測用パターン像を再形成し、該再形成された像の横ずれ量に対応する信号を出力する集光光学系と、を有する光学式の面位置検出装置であることを特徴とする荷電粒子線転写装置。
【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、特に例えば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枚のウエハ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１ダイ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てパターンを転写する分割転写方式の装置が検討されている。以下では、感光基板として荷電粒子線用の感光材料が塗布されたウエハ（半導体ウエハ）が使用されるものとして説明する。
【０００３】
その分割転写方式では、マスク及びウエハがそれぞれステージを介して同期して所定方向（以下、「機械走査方向」と呼ぶ）に連続的に移動される。この場合、マスク上の転写用パターンは、その機械走査方向に所定ピッチでその機械走査方向に垂直な方向に細長い複数の主視野に分割され、これら主視野の内でその光学系の光軸付近に達した主視野内のパターンが順次ウエハ上に転写される。そして、マスク及びウエハを機械的に連続に走査しながら、その光学系を介して各主視野のパターンを転写することによって、そのウエハ上の１ダイ又は複数ダイ分の転写領域に所定の回路パターンが転写される。
【０００４】
このとき、ウエハの転写領域の表面の高さは全面で必ずしも一定ではなく、例えばウエハの厚さむら、又はウエハの底面の異物等の影響による凹凸が存在することがあり、そのままでは転写領域の表面がマスクパターンの結像面に対して焦点深度の範囲外に外れて、部分的に投影像の解像度が劣化したりする。そこで、従来は、ウエハの表面の光軸上、又は光軸に近い計測点でそのウエハの光軸方向の位置（フォーカス位置）を計測し、この計測結果を用いてオートフォーカス方式で例えばウエハが載置されるステージを介して機械的にそのウエハのフォーカス位置を補正するか、又は光学系を介して電気的にマスクパターンの結像面のフォーカス位置を補正していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術においては、機械走査方向に連続的に移動しているウエハ上で、マスク上の主視野のパターンが転写されている領域にほぼ含まれる光軸付近の計測点でフォーカス位置の計測が行われていた。この場合、そのフォーカス位置の計測に要する時間をＴＡ、その計測結果に基づいてウエハ又は結像面のフォーカス位置を補正するのに要する時間（整定時間）をＴＢとして、ウエハ側のステージの移動速度をＶＷとすると、そのフォーカス位置の計測が行われてから、フォーカス位置の補正が行われるまでにウエハは（ＴＡ＋ＴＢ）・ＶＷだけ移動している。そのため、特にウエハの表面に急激な凹凸の変化があると、オートフォーカス動作が追従しきれなくなって、ウエハの表面と結像面との間のデフォーカス量が大きくなって、ウエハ上に転写されたパターンの解像度が部分的に劣化するという不都合があった。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑み、転写対象の基板を機械的に走査しながらマスクパターンを転写する場合に、その基板の表面に急激な凹凸の変化があってもその表面をマスクパターンの結像面に相対的に正確に合わせ込んで転写を行うことが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。
【０００７】
【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、マスク（Ｍ）上のパターンの荷電粒子線による像を転写対象の基板（Ｗ）上に形成する投影手段（１３，１４）と、基板（Ｗ）を移動する基板ステージ（１７）とを有し、この基板ステージを介して基板（Ｗ）を所定方向（Ｘ方向）に移動しながらマスク（Ｍ）上のパターンを逐次投影手段（１３，１４）を介して基板（Ｗ）上に転写する荷電粒子線転写装置において、基板（Ｗ）上で投影手段（１３，１４）による転写領域（２７）の中心からその所定方向に所定距離だけ先行した未転写領域（２８）の高さを計測する高さ先読み手段（２４，２５）と、この高さ先読み手段の計測値に基づいて、投影手段（１３，１４）による結像面の高さと基板（Ｗ）の表面の高さとを相対的に補正して、基板（Ｗ）の表面をその結像面に合わせ込む高さ補正手段（１３，１４，１５；１９Ａ，１９Ｂ）と、を備えたものである。
【０００８】
斯かる本発明によれば、基板（Ｗ）上の転写領域（２７）に先行する未転写領域（２８）の高さ（投影手段の光軸方向の位置）を測定してから、その未転写領域への転写が行われるまでに十分時間的余裕がある。そのため、基板（Ｗ）の表面に急激な凹凸の変化があっても、また、その高さ補正手段の応答速度が遅くとも（整定時間が長くとも）、その未転写領域の表面をマスクパターンの結像面に相対的に正確に合わせ込むことができる。そして、その高さ先読み手段が基板（Ｗ）の表面の傾斜角をも検出するときには、その高さ補正手段では基板（Ｗ）の傾斜角の補正（レベリング）をも行うことができる。
【０００９】
本発明において、その高さ補正手段は、その投影手段による結像面の高さを電気的に補正する第１補正手段（１３，１４，１５）と、基板（Ｗ）の表面の高さを機械的に補正する第２補正手段（１９Ａ，１９Ｂ）と、その高さ先読み手段の計測値に基づいて、その第１及び第２補正手段の何れかを選択する選択手段（５）と、を有するものである。
このとき、第１補正手段（１３，１４，１５）は比較的狭い範囲内で高い応答速度で電気的に結像面の位置を補正できる。一方、第２補正手段（１９Ａ，１９Ｂ）は、比較的広い範囲内で低い応答速度で機械的に基板（Ｗ）の高さを補正できる。従って、検出される高さに応じて、それらの何れか、又は両方の補正手段を介して基板（Ｗ）の表面を結像面に合わせ込むことができる。
また、一例として、その投影手段は偏向器、投影レンズ、及び対物レンズを備えており、その第１補正手段は、その投影手段のその投影レンズ及びその対物レンズ、又はその偏向器に対する駆動電流を制御する手段を含み、その第２補正手段は、その基板を保持する試料台と、この試料台のその投影手段の光軸方向の位置を制御するアクチュエータとを含むものである。
【００１０】
更に、その高さ先読み手段の一例は、基板（Ｗ）の表面に斜めに計測用パターン像を投影する投射光学系（２４ａ）と、基板（Ｗ）の表面からの反射光を集光してその計測用パターン像を再形成し、この再形成された像の横ずれ量に対応する信号を出力する集光光学系（２４ｂ）と、を有する光学式の面位置検出装置である。光学式では、非接触で且つ高精度に基板（Ｗ）の表面の高さを検出できる。更に、本発明においては、その投影手段の光軸から離れた位置で高さを測定するため、静電容量型やうず電流型等の測定点に近接して配置する必要のあるセンサも使用できる。
【００１１】
また、基板（Ｗ）の機械的な走査方向が反転した場合に備えて、その高さ先読み手段をマスクパターンの転写領域の前後に１対（２４，２５）配置し、その走査方向に応じてそれら１対の高さ先読み手段を切り換えて使用してもよい。更に、基板ステージ（１７）がその機械的な走査方向に垂直な方向にステッピングする機能を備えているときには、その高さ先読み手段をそのステッピング方向にずらして配置してもよい。このときには、露光前に予め基板（Ｗ）の転写領域をステッピングさせて、高さ情報を測定して蓄積しておけばよい。
【００１２】
また、予め例えば平面度の良好な基板を用いて、その高さ先読み手段による計測値と、その計測点がその投影手段の光軸上に達したときの高さとのオフセットΔＺを計測しておき、その高さ先読み手段の計測値をそのオフセットΔＺで補正するようにしてもよい。そのオフセットΔＺは、基板ステージ（１７）の固有の上下動に起因する高さの変化量であり、そのオフセットΔＺの補正によって測定時刻と転写時刻とのずれによるデフォーカスは生じない。
【００１３】
【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面を参照して説明する。本例は分割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。
図１は本例で使用する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、電子銃１から放出された電子線は不図示のコンデンサレンズを介してビーム成形アパーチャ板２上に照射され、ビーム成形アパーチャ板２の長方形の開口を通過した電子線ＥＢは、一度クロスオーバ７Ａを形成した後、視野選択偏向器３により図１の紙面に垂直な方向に偏向され、コンデンサレンズ４によって電子光学系の光軸ＡＸに平行なビームに変換されて、マスクＭの１つの主視野内の１つの副視野に導かれる。視野選択偏向器３における偏向量は、装置全体の動作を制御する主制御系５によって偏向量設定器６を介して設定される。以下、その光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００１４】
マスクＭを透過した電子線ＥＢは偏向器１２Ａ，１２Ｂにより所定量偏向された上で投影レンズ１３により一度クロスオーバ７Ｂ（図２参照）を結んだ後、対物レンズ１４を介して電子線レジストが塗布されたウエハＷ上に集束され、ウエハＷ上にマスクＭの１つの副視野のパターンを投影倍率β（βは例えば１／４）で縮小した像が転写される。この場合、偏向器１２Ａ及び１２Ｂを構成するコイルは縦続接続され、それらのコイルに対する駆動電流は偏向量設定器６から供給されている。また、投影レンズ１３及び対物レンズ１４のコイルも縦続接続され、主制御系５の制御のもとで焦点調整器１５がそれらのコイルに対する駆動電流を調整することによって、マスクＭのパターン像の結像面のＺ方向の位置が電気的に制御できるようになっている。
【００１５】
また、マスクＭはマスクステージ８にＸＹ平面と平行に取り付けられている。マスクステージ８は、駆動装置１０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８のＸ方向及びＹ方向の位置はそれぞれレーザ干渉計９Ｘ及び９Ｙ（図２参照）で検出されて主制御系５に出力される。
一方、ウエハＷは、試料台１７上に静電チャック１６を介してほぼＸＹ平面と平行に平坦な状態で保持されている。但し、例えばウエハＷの底面と静電チャック１６との間に異物２９が存在する場合等には、図１で誇張して示すようにウエハＷの表面に凹凸が生じる。試料台１７は、ステップ移動用ステージ１８上で駆動装置２２により、Ｘ方向に連続移動可能となっている。
【００１６】
更に、ステップ移動用ステージ１８は、Ｘ方向及びＹ方向に試料台１７をステップ移動する機能を有する。また、ステップ移動用ステージ１８は、Ｚ方向に伸縮自在な３個のアクチュエータ（以下、２個のアクチュエータ１９Ａ，１９Ｂでそれら３個を代表して示す）を介してウエハベース２０上に載置され、３個のアクチュエータの伸縮量は主制御系５によって制御されている。この場合、それらのアクチュエータ１９Ａ，１９Ｂを並行に伸縮することによって、ウエハＷ（試料台１７）の表面のＺ方向の位置（フォーカス位置）を制御でき、それらのアクチュエータ１９Ａ，１９Ｂを独立に伸縮することによって、ウエハＷの表面の傾斜角を制御できるようになっている。そして、試料台１７のＸ方向及びＹ方向の位置はそれぞれレーザ干渉計２１Ｘ及び２１Ｙ（図２参照）で検出されて主制御系５に出力される。
【００１７】
図２は、図１の電子線縮小転写装置をＸ方向から見た側面図であり、この図２において、マスクＭ上の１つの副視野に視野選択偏向器３を介して電子ビームＥＢが照射される。この際に、視野選択偏向器３では、クロスオーバ７Ａを中心として電子線ＥＢを偏向しているため、振り戻し用の偏向器が不要となっている。そして、その副視野のパターンが投影レンズ１３及び対物レンズ１４を介してウエハＷ上の対応する領域に転写されている。また、後述のようにマスクＭ上の各副視野は境界領域を挟んで配置されているのに対して、ウエハＷ上では各副視野のパターン像は隙間なく配列されている。そこで、偏向器１２Ａ，１２ＢはマスクＭ上の境界領域の幅分だけ電子線ＥＢを偏向する作用を有する。
【００１８】
図４（ａ）は転写対象のマスクＭの一例を示し、この図４（ａ）において、マスクＭの描画領域３１はＸ方向（走査方向）に一定幅の主視野３２1,３２2,…，３２J に分割され、各主視野はそれぞれＹ方向（非走査方向）に一定幅の副視野３３1,３３2,…，３３N(Ｊ，Ｎはそれぞれ２以上の整数）に分割され、各副視野３３n(ｎ＝１〜Ｎ）内にそれぞれ転写用パターンが形成されている。そして、図１の電子銃１からの電子ビームＥＢはその転写領域３１から選択された１つの副視野に照射されるようになっている。また、隣接する主視野３２1,３２2,…，３２J はそれぞれ電子ビームを遮断、又は散乱（拡散）する一定幅の境界領域（非パターン領域）３４1,３４2,…，３４J-1 で仕切られており、隣接する副視野３３1,３３2,…，３３N も、それぞれ電子ビームを遮断、又は散乱する一定幅の境界領域（非パターン領域）３５1,３５2,…，３５N-1 で仕切られており、各副視野のパターンを順次ウエハＷ上に転写する際に、隣接する副視野のパターンとの間で干渉が生じないように構成されている。
【００１９】
電子線用のマスクＭとしては、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の薄膜にて電子ビームの透過部を形成し、その薄膜の表面に設けたタングステン等の薄膜を散乱部とする所謂散乱マスク、又はタングステン製の散乱基板内に設けた抜き穴を電子ビーム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、本例では何れのマスクでも使用できる。
【００２０】
図４（ｂ）は、ウエハＷ上の１ダイ分に相当する１つの転写領域３６を示し、この図４（ｂ）において、転写領域３６はＸ方向に所定ピッチで主転写領域３７1,３７2,…，３７J に分割され、各主転写領域はそれぞれＹ方向に所定ピッチで副転写領域３８1,３８2,…，３８N に分割されている。そして、一例として、ウエハＷ上の主転写領域３７1,３７2,…，３７J にそれぞれマスクＭの主視野３２1,３２2,…，３２J のパターンが縮小転写され、且つ各主転写領域内では副転写領域３８1,３８2,…，３８N にそれぞれマスクＭの副視野３３1,３３2,…，３３N のパターンが縮小転写されるようになっている。この場合、副視野３３1,３３2,…，３３N のパターンは、それぞれ光軸ＡＸとの間に介在する境界領域（非パターン領域）３５1,３５2,…，３５N-1 の幅の合計値の投影倍率分だけウエハＷ上でＹ方向に横ずれして転写され、ウエハＷ上の副転写領域３８1,３８2,…，３８N はＹ方向に密着して接続されるようになっている。更に、ウエハＷ上の主転写領域３７1,３７2,…，３７J もＸ方向に密着して接続されている。
【００２１】
そして、分割転写方式でマスクＭのパターンをウエハＷ上の１つの転写領域に転写する際には、図１に示すように、マスクＭのＹ方向に伸びた主視野内のパターンを順次ウエハＷ上に転写すると共に、マスクＭを＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度ＶＭで走査するのと同期して、ウエハＷを−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）にほぼ速度β’・ＶＭで走査する。図４（ａ）において、マスクＭ上の主視野３２i 及び境界領域３５i のＸ方向の幅をそれぞれＬＡ及びＬＢとして、図１の投影レンズ１３及び対物レンズ１４による投影倍率をβとすると、その走査速度の比の値β’は、β・ＬＢ／（ＬＡ＋ＬＢ）で表される。また、マスクＭの走査方向とウエハＷの走査方向とが逆であるのは、ウエハＷ上に反転像が投影されるからである。
【００２２】
さて、上述のように本例ではマスクＭのパターンをウエハＷ上に転写する際に、ステージ系を介してマスクＭ及びウエハＷがＸ方向（機械走査方向）に連続的に走査される。この際に、機械走査方向に沿ってウエハＷの表面のＺ方向の位置を先読みする高さ先読み手段としてのセンサが設けられている。
即ち、図１に戻り、本例の対物レンズ１４の−Ｘ方向の側面部に、ウエハＷの表面のフォーカス位置を検出するためのフォーカス位置検出センサ２４が設けられている。フォーカス位置検出センサ２４は、ウエハＷ上で光軸ＡＸを中心としてＹ方向に細長い転写領域２７、即ちマスクＭ上の１つの主視野のパターン像が転写される領域とみなせる領域に対して、−Ｘ方向に所定間隔だけ離れた先読み領域２８内の複数（３点以上）の計測点のフォーカス位置を検出する。そして、フォーカス位置検出センサ２４によって検出された複数のフォーカス位置の情報が選択部２６の一方の入力部に供給されている。
【００２３】
図３は、そのフォーカス位置検出センサ２４の概略構成を示し、この図３において、フォーカス位置検出センサ２４は、ウエハＷ上の先読み領域２８内の計測点にスリット像を斜めに投影する照射光学系２４ａと、そのウエハＷからの反射光を受光してそのスリット像を再結像する集光光学系２４ｂとから構成されている。この場合、ウエハＷのフォーカス位置が変化すると、集光光学系２４ｂ中で再結像されるスリット像の位置が横ずれするのを利用して、集光光学系２４ｂからはそのスリット像の横ずれ量に対応するフォーカス信号が選択部２６に供給されている。
【００２４】
また、実際にはその先読み領域２８内には複数の計測点が設定され、これら複数の計測点にそれぞれスリット像が投影され、これら複数の計測点でのフォーカス位置に対応する複数のフォーカス信号が選択部２６に供給されている。例えばこれらのフォーカス信号を最小自乗近似することによって、その先読み領域２８の表面を表す平面が求められ、この平面に基づいて、この平面の中央でのフォーカス位置、及び傾斜角が算出される。
【００２５】
更に、図１において、対物レンズ１４の＋Ｘ方向の側面部に、フォーカス位置検出センサ２４と同一構成で、且つウエハＷ上の転写領域２７に対して＋Ｘ方向に所定間隔だけ離れた先読み領域内の複数の計測点のフォーカス位置を検出するフォーカス位置検出センサ２５が設けられ、フォーカス位置検出センサ２４によって検出された複数のフォーカス信号が選択部２６の一方の入力部に供給されている。選択部２６では、ウエハＷの走査方向に応じてフォーカス位置検出センサ２４又は２５の何れかのフォーカス信号を主制御系５に供給する。具体的に、ウエハＷの走査方向が図１に示すように＋Ｘ方向であるときには、フォーカス位置検出センサ２４からのフォーカス信号が主制御系５に供給され、走査方向が−Ｘ方向であるときには、フォーカス位置検出センサ２５からのフォーカス信号が主制御系５に供給される。
【００２６】
この際に、フォーカス位置検出センサ２４及び２５で検出されるフォーカス信号は、先読み領域がマスクＭのパターン像の結像面に合致しているときに０となるようにキャリブレーションが行われている。そして、主制御系５では、供給された複数のフォーカス信号より、先読み領域の中央での結像面に対するデフォーカス量、及び結像面に対する傾斜角を算出する。
【００２７】
なお、例えばフォーカス位置検出センサ２４のキャリブレーションを行う際に、図１において、静電チャック１６上に良好な平坦度を有する基準ウエハを底面に異物が無い状態で保持し、基準ウエハの所定の計測点でのフォーカス位置をフォーカス位置検出センサ２４で計測し、その後試料台１７をＸ方向に駆動してその計測点を光軸ＡＸ上に設定して試験的にマスクＭのパターンを転写するようにしてもよい。この場合、フォーカス位置検出センサ２４での計測値に基づいて基準ウエハのＺ方向の位置を細かいステップで変化させて、それぞれ試験的に露光を行う。その後、露光されたパターン像の解像度が最も良かったときにフォーカス位置検出センサ２４で検出されていたフォーカス信号をオフセットΔＦとすると、その後はフォーカス位置検出センサ２４で検出されたフォーカス信号からそのオフセットΔＦを差し引いて得られる信号に基づいて、オートフォーカス及びオートレベリングを行うことによって、先読みした結果に基づいてウエハＷの表面を正確にマスクパターン像の結像面に合わせ込むことができる。
【００２８】
次に、本例の電子線縮小転写装置で、マスクＭ及びウエハＷをＸ方向に沿って連続的に走査しながらパターンの転写を行う場合のオートフォーカス、及びオートレベリング動作の一例につき説明する。以下では、ウエハＷが＋Ｘ方向に走査される場合につき説明する。
図１において、主制御系５は、不図示の入力装置を介して入力される露光データと、レーザ干渉計９Ｘ，２１Ｘ等が検出するマスクステージ８及び試料台１７の位置情報とに基づいて、視野選択偏向器３、及び偏向器１２Ａ，１２Ｂ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８及び試料台１７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６を介して対応する偏向器に供給される。マスクステージ８及び試料台１７の動作に関する演算結果はそれぞれステージ駆動系１１及び２３に出力され、ステージ駆動系１１及び２３は演算結果に従ってそれぞれ駆動装置１０及び２２を介して対応するステージの動作を制御する。
【００２９】
そして、実際に分割転写方式での露光が始まる前に、予めウエハＷ上の転写領域２７と先読み領域２８との間のフォーカス位置の分布を計測するために、主制御系５は選択部２６にフォーカス位置検出センサ２４側のフォーカス信号を取り込むように指示すると共に、試料台１７を＋Ｘ方向に移動させてフォーカス信号を取り込みつつ、ウエハＷの露光開始点を転写領域２７に設定する。その後、主制御系５では、マスクステージ８を−Ｘ方向に速度ＶＭで連続移動するのと同期して、ウエハＷ側の試料台１７を＋Ｘ方向に対応する速度で連続移動させた状態で、順次マスクＭ上の主視野内の副視野のパターンをウエハＷ上に転写する。
【００３０】
この際に、露光開始の初期の状態では、主制御系５は予めフォーカス位置検出センサ２４で先読みされているフォーカス信号に基づいて、転写領域２７内に達したウエハＷの表面のフォーカス位置、及び傾斜角をマスクＭのパターン像の結像面に合わせ込む。そのため、主制御系５では、ウエハＷの表面とその結像面とのデフォーカス量が大きいときには、アクチュエータ１９Ａ，１９Ｂを介して機械的に試料台１７のＺ方向の位置を調整する。また、そのデフォーカス量が小さいときには、主制御系５は、偏向量設定器６を介して偏向器１２Ａ，１２Ｂに供給される駆動電流の大きさを制御するか、又は焦点調整器１５を介して投影レンズ１３及び対物レンズ１４に供給される駆動電流の大きさを制御することによって、電気的にそのマスクＭのパターンの結像面のＺ方向の位置を調整する。更に、必要に応じて機械的なフォーカス位置の補正と電気的な結像面の位置の補正とを併用する。
【００３１】
また、計測された傾斜角のずれが許容範囲を超えるときには、主制御系５ではアクチュエータ１９Ａ，１９Ｂを介して機械的に試料台１７の傾斜角を調整する。これによって、オートフォーカス方式、及びオートレベリング方式でウエハＷの表面が常に結像面に合致した状態で転写が行われる。更に、露光が進行して、実際にフォーカス位置検出センサ２４で計測されたウエハＷ上の領域が転写領域２７に達するようになるときには、主制御系５では選択部２６から供給されるフォーカス信号に基づいて、その計測された領域が転写領域２７に達するまでに予め機械的、又は電気的にデフォーカス量を補正する。
【００３２】
このように本例によれば、ウエハＷの表面に急激な凹凸変化が存在する場合であっても、先読みされたフォーカス位置の情報に基づいて機械的に、又は電気的にデフォーカス量を補正していくことによって、常にウエハＷ上の転写対象の領域を結像面に合わせ込んだ状態で転写が行われる。また、アクチュエータ１９Ａ，１９Ｂのような機械的なフォーカス位置及び傾斜角の補正機構の応答速度は、電気的な補正機構に比べて遅いが、本例では先読みされた情報に基づいて次第にアクチュエータ１９Ａ，１９Ｂを駆動することによって、ウエハＷのデフォーカス量が大きい場合でも正確にオートフォーカス、及びオートレベリングを行うことができる。
【００３３】
なお、図１において、機構的にフォーカス位置検出センサ２４，２５を転写領域２７に対して機械走査方向（Ｘ方向）側に設けられないときには、例えばフォーカス位置検出センサ２４をＹ方向（試料台１７のステップ送り方向）に外して配置してもよい。この場合には、露光前に予めそのフォーカス位置検出センサ２４に対してウエハＷを走査して、主制御系５内の記憶部にフォーカス位置の情報を蓄積しておいて、実際の露光時には蓄積されたフォーカス位置の情報に基づいてオートフォーカス等を行えばよい。
【００３４】
また、本例ではウエハＷ上のフォーカス位置の計測点は、光軸ＡＸ付近にある必要はないため、対物レンズ１４の外径が大きく、対物レンズ１４とウエハＷとの間に空間があまり無い場合にもそのフォーカス位置検出用のセンサを取り付けることができる。言い換えると、本例では、フォーカス位置検出用のセンサを光軸ＡＸから外れた位置に取り付けることができるため、外径の大きい対物レンズやワーキング・ディスタンスの短い電子光学系が使用可能である。
【００３５】
また、そのフォーカス位置検出用のセンサとして、静電容量型やうず電流型のようにウエハＷに近接させて使用する形式のセンサも使用できる。
なお、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ことは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の荷電粒子線転写装置によれば、高さ先読み手段の計測値に基づいて転写対象の基板の高さと結像面の高さとを相対的に補正しているため、転写対象の基板を機械的に走査しながらマスクパターンを転写する場合に、その基板の表面に急激な凹凸の変化があってもその表面をマスクパターンの結像面に正確に合わせ込んで転写を行うことができる利点がある。
【００３７】
この場合、その高さ補正手段が、投影手段による結像面の高さを電気的に補正する第１補正手段と、その基板の表面の高さを機械的に補正する第２補正手段と、その高さ先読み手段の計測値に基づいて、それら第１及び第２補正手段の何れかを選択する選択手段とを有しており、その第１補正手段では比較的狭い範囲内で高い応答速度でその結像面の高さを補正できると共に、その第２補正手段では応答速度は遅いが広い範囲で基板の高さを補正できるため、その基板の凹凸の状態に応じて正確にその基板の表面を結像面に合わせ込むことができる。
【００３８】
次に、その高さ先読み手段が、その基板の表面に斜めに計測用パターン像を投影する投射光学系と、その基板の表面からの反射光を集光してその計測用パターン像を再形成し、この再形成された像の横ずれ量に対応する信号を出力する集光光学系と、を有する光学式の面位置検出装置であるときには、その基板の表面に近接した領域にセンサを配置することなく、且つ高精度にその基板の高さを非接触で検出できる利点がある。
【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一部を切り欠いた概略構成図である。
【図２】図１をＸ方向から見た一部を切り欠いた側面図である。
【図３】図１のフォーカス位置検出センサ２４を示す概略構成図である。
【図４】（ａ）はマスク上の副視野の配列の一例を示す平面図、（ｂ）はウエハ上の転写領域内の配列の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
３  視野選択偏向器
６  偏向量設定器
８  マスクステージ
Ｍ  マスク
１２Ａ，１２Ｂ  偏向器
１３  投影レンズ
１４  対物レンズ
１５  焦点調整器
Ｗ  ウエハ
１６  静電チャック
１７  試料台
１８  ステップ移動用ステージ
１９Ａ，１９Ｂ  アクチュエータ
２４，２５  フォーカス位置検出センサ
２６  選択部
【図１】
0003704694.tif 000002
【図２】
0003704694.tif 000003
【図３】
0003704694.tif 000004
【図４】
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