(57)【要約】【課題】荷電粒子線露光装置において、ビーム収束半角を簡易な方法で正確に求めることができる方法を提供する。【解決手段】マスクステージ１１上に点パターン５１が形成されたマスク５０を配置し、結像点Ｐの下流側に、結像点から該開口を見込む角度（見込み半角）が既知の開口６１が形成された開口板６０を配置する。開口板６０の下流側に開口６１を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器７０を配置し、開口６１を通過するビームの電流量の、全ビーム電流量に対する割合を計測して求める。結像点におけるビームの強度分布をガウシアン分布とした場合、結像点に入射する全ビームの量に対するある角度内のビームの量の割合は、計算により求められ、この比は収束半角の関数で表される。計測して求められた割合を、上記の関数に照らし合わせることにより、相当する収束半角を求める。【選択図】        図１
2004214558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、
前記マスクを載置するマスクステージと、
前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面（像面）上に結像する投影光学系と、
前記感応基板を載置するステージと、
を具備する荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法であって、
前記マスク又はマスクステージ上にほぼ点とみなせる微小な点パターンを配置し、
該点パターンを通過した荷電粒子線の結像点の下流側（像面の下流側）に、開口寸法及び位置が既知である開口を配置し、
さらに該開口の下流側に該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器を配置し、
前記マスク上の点パターンを荷電粒子線照明し、前記結像点に結像して前記開口を通ったビームの電流量を前記検出器で検出し、
検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビーム収束半角を求めることを特徴とする荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法。
【請求項２】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、
前記マスクを載置するマスクステージと、
前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に結像する投影光学系と、
前記感応基板を載置するステージと、
を具備する荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法であって、
前記パターンビームの結像面にピンホールを配置し、
該ピンホールの下流側に、開口寸法及び位置が既知である開口を配置し、
さらに該開口の下流側に該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器を配置し、
前記ピンホール及び前記開口を通ったビームの電流量を前記検出器で検出し、
検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビーム収束半角を求めることを特徴とする荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法。
【請求項３】
前記開口の寸法を変化させつつ該開口を通過するビームの電流量を前記検出器で検出し、
検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビーム収束半角を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法。
【請求項４】
デバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明し、前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に投影結像させて前記デバイスパターンを前記感応基板上に転写する荷電粒子線露光方法であって、
請求項１、２又は３いずれか１項記載の方法によって前記荷電粒子線のビーム収束半角又はビーム収束半角分布を計測し、
該ビーム収束半角又はビーム収束半角分布を用いて、クーロン相互作用により発生する収差、歪、デフォーカス等を予測し、それらの予測値に基づいて露光光学系の諸元を調整して前記収差等を補正することを特徴とする荷電粒子線露光方法。
【請求項５】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、
前記マスクを載置するマスクステージと、
前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に結像する投影光学系と、
前記感応基板を載置するステージと、
を具備する荷電粒子線露光装置であって、
前記感応基板面の下流側に配置された、開口寸法及び位置が既知である開口と、
該開口の下流側に配置された、該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器と、
該透過電流検出器で検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビームの収束半角を計算するビーム収束半角測定手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項６】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、
前記マスクを載置するマスクステージと、
前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に結像する投影光学系と、
前記感応基板を載置するステージと、
を具備する荷電粒子線露光装置であって、
前記感応基板面上に配置されたピンホールと、
該ピンホールの下流側に配置された、開口寸法及び位置が既知である開口と、
該開口の下流側に配置された、該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器と、
該透過電流検出器で検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビームの収束半角を求めるビーム収束半角計測手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項７】
前記開口の寸法が可変であることを特徴とする請求項５又は６記載の荷電粒子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに用いられる荷電粒子線露光装置等に関し、特には、同装置においてビーム収束半角を正確に計測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子線の一つである電子線を用いた電子線描画装置は、スループット（処理速度）の向上に限界があることが知られている。この電子線描画装置の高スループット化を目的として、大面積のパターンを一括して転写露光するタイプの電子線投影露光装置の開発が進められている。
【０００３】
このような転写型の電子線投影露光装置においては、クーロン効果によりビームボケやデフォーカスが起こり、転写するパターンの解像度の低下や歪が発生することがある。このためクーロン効果の補正が非常に重要となる。クーロン効果は、ビームの収束半角、加速電圧、ビーム電流値などに依存する。クーロン効果を予測するには、上記ビーム収束半角等を正確に計測することが必要になる。
【０００４】
電子線露光装置のウェハ面（像面）上におけるビーム収束半角は、従来、以下に示すような方法によって計測されている。
図８は、従来のビーム収束半角の計測方法を説明するための図である。
図９（Ａ）は、従来のビーム収束半角の計測方法におけるスキャン波形を示す図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のスキャン波形を微分した波形を示す図である。
図８に示すように、ビーム収束半角は、投影光学系のクロスオーバーＣ．Ｏ．の高さに設置されているコントラスト開口１８上をビームスキャンして、クロスオーバーＣ．Ｏ．の寸法を計測することによって行われる。すなわち、マスクステージ１１上のマスク面１０´は素通しとして、ウェハステージ２４上のウェハ２３面上に電流計（図示されず）を設置する。そして、コントラスト開口１８をビームスキャンして、ウェハ２３上で電流量を計測する。
なお、図中の符号３は照明レンズ、符号１５、１９は投影レンズである。
【０００５】
計測された電流量は、図９（Ａ）に示すような波形となる。図において、縦軸は電流計で計測されたウェハ入射電流量であり、横軸はビームスキャン量である。この図に示すように、電流量は滑らかに立ち上がり、ほぼ一定の値となり、その後滑らかに立ち下がる波形となる。そして、この波形を微分すると、図９（Ｂ）に示す波形となる。ここで、ビーム収束半角α（図８参照）は、図９（Ｂ）の電流量分布の立ち上がり部の微分波形の半値幅と近似する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このビーム収束半角計測方法においては、スキャン波形（図９（Ａ）参照）からクロスオーバーＣ．Ｏ．の寸法を計算する際の近似の精度が悪く、また、計算方法が複雑であり、計算精度が悪いという問題点がある。このため、ビーム収束半角を正確に求めることができず、クーロン効果を正確に予測できない。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、荷電粒子線露光装置において、ビーム収束半角を簡易な方法で正確に求めることができる方法を提供することを目的とする。さらには、この計測方法で計測されたビーム収束半角から、クーロン効果による収差、歪、デフォーカスを予測してこれらを正確に補正できる荷電粒子線露光方法及び荷電粒子線露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角計測方法は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、  前記マスクを載置するマスクステージと、  前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面（像面）上に結像する投影光学系と、  前記感応基板を載置するステージと、を具備する荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法であって、  前記マスク又はマスクステージ上にほぼ点とみなせる微小な点パターンを配置し、  該点パターンを通過した荷電粒子線の結像点の下流側（像面の下流側）に、開口寸法及び位置が既知である開口を配置し、  さらに該開口の下流側に該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器を配置し、  前記マスク上の点パターンを荷電粒子線照明し、前記結像点に結像して前記開口を通ったビームの電流量を前記検出器で検出し、  検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビーム収束半角を求めることを特徴とする。
【０００９】
結像点の下流に配置された開口は、位置と寸法が予め設定されている。ここで、感応基板上の結像点におけるビームの強度分布をガウシアン分布とした場合、結像点に入射される全ビームの量に対するある角度内のビームの量の割合は、計算により簡単に求められる。そして、この割合は収束半角の関数で表され、この関係を予め求めておく。ここで、ある角度を上述の開口の見込み半角とすると、開口を通過するビームの電流量の、開口面へ入射した全ビーム電流量に対する割合も収束半角の関数となる。同割合は電流量の計測により求められる。そこで、計測して求められた割合を、上記の割合と収束半角との関数に照らし合わせることにより、相当する収束半角を求めることができる。
【００１０】
本発明の第２の荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角計測方法は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、  前記マスクを載置するマスクステージと、  前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に結像する投影光学系と、  前記感応基板を載置するステージと、を具備する荷電粒子線露光装置におけるビーム収束半角の計測方法であって、  前記パターンビームの結像面にピンホールを配置し、  該ピンホールの下流側に、開口寸法及び位置が既知である開口を配置し、  さらに該開口の下流側に該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器を配置し、  前記ピンホール及び前記開口を通ったビームの電流量を前記検出器で検出し、  検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビーム収束半角を求めることを特徴とする。
【００１１】
この第２の発明においても、点パターンの下流に配置された開口の見込み半角を既知とすれば、計算によって求められた全ビームの量に対する前記見込み半角内のビームの量の割合から、前記ビームの収束半角を求めることができる。
【００１２】
本発明においては、  前記開口の寸法を変化させつつ該開口を通過するビームの電流量を前記検出器で検出し、  検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビーム収束半角を求めることとできる。
【００１３】
開口の寸法を変化させて開口の見込み半角を変化させて、各々の場合のピンホールを通過するビーム量の割合を計測により求める。そして見込み半角に対してビーム量割合をプロットし、これらの点を通る、ビーム量の割合を表す関数を求め、この関数から収束半角の最適値を求めることができる。この方法によれば、計測値に多少の誤差があっても、より正しい収束半角を求めることが可能になる。
【００１４】
本発明の荷電粒子線露光方法は、  デバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明し、前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に投影結像させて前記デバイスパターンを前記感応基板上に転写する荷電粒子線露光方法であって、  上記のいずれかに記載された方法によって前記荷電粒子線のビーム収束半角又はビーム収束半角分布を計測し、  該ビーム収束半角又はビーム収束半角分布を用いて、クーロン相互作用により発生する収差、歪、デフォーカス等を予測し、それらの予測値に基づいて露光光学系の諸元を調整して前記収差等を補正することを特徴とする。
ビーム収束半角を簡易な方法で正確に計測でき、計測されたビーム収束半角から、クーロン効果による収差、歪、デフォーカスを予測してこれらを補正することにより、パターン転写精度を向上できる。なお、前記収差、歪、デフォーカスは、投影光学系に設けたスティグメータ等の収差補正気や各種補正レンズによって補正できる。
【００１５】
本発明の第１の荷電粒子線露光装置は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、  前記マスクを載置するマスクステージと、  前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に結像する投影光学系と、  前記感応基板を載置するステージと、を具備する荷電粒子線露光装置であって、  前記感応基板面の下流側に配置された、開口寸法及び位置が既知である開口と、  該開口の下流側に配置された、該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器と、
該透過電流検出器で検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビームの収束半角を計算するビーム収束半角測定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の荷電粒子線露光装置は、  感応基板上に転写すべきデバイスパターンの形成されたマスク（レチクル）を荷電粒子線照明する照明光学系と、  前記マスクを載置するマスクステージと、  前記マスクを通過した荷電粒子線（パターンビーム）を感応基板面上に結像する投影光学系と、  前記感応基板を載置するステージと、を具備する荷電粒子線露光装置であって、  前記感応基板面上に配置されたピンホールと、  該ピンホールの下流側に配置された、開口寸法及び位置が既知である開口と、  該開口の下流側に配置された、該開口を通過した荷電粒子線量を計測する透過電流検出器と、  該透過電流検出器で検出された電流量、及び、前記開口の位置・開口寸法から前記ビームの収束半角を求めるビーム収束半角計測手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の荷電粒子線露光装置は、  前記開口の寸法が可変であることとしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、電子線投影露光装置の構成を説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。この図は、分割転写方式の電子線露光装置を示す。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
【００１９】
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。
【００２０】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器（照明光学系の主偏向器）８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００２１】
レチクル１０は、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっている。レチクル１０上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。レチクル１０上のパターンは、多数のサブフィールドに分割されている。
【００２２】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に載置されており、レチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明することができる。
レチクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００２３】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに投影光学系の主偏向器（像位置調整偏向器）１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、主偏向器１６によって基板（ウェハ）２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。なお、図示省略されているが、投影光学系中には、スティグメータ等の収差補正器や各種補正レンズが備えられている。これらの補正器や補正レンズによって、収差、歪、デフォーカスが補正される。
【００２４】
レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。コントラスト開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００２５】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００２６】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係や電子線（ビーム）の性状を知ることができる。
【００２７】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００２８】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を主偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に合わせるよう制御できる。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、レチクル１０上のチップパターン全体がウェハ２３上に転写される。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るビーム収束半角計測のための装置構成を説明する図である。
マスクステージ１１上に、ほぼ点とみなせる微小なパターン５１が形成されたマスク５０を載置する。あるいは、マスクステージ１１の一部に、そのようなパターン５１を有する校正マーク・パターン領域を設けておく。そして、感応基板ステージ２４の感応基板面（結像面）２３´は素通しとして、同面より既知の寸法だけ下流の位置に、寸法が既知の開口６１を有する開口板６０を設置する。さらに、開口板６０の下方に、透過電流検出器７０を設置する。
【００３０】
マスク５０上に照射された電子ビームＥＢ１のうち、微小点パターン５１に照射されたビームは同パターン５１を通過する。通過したビームＥＢ２は投影レンズ１５、１９によって感応基板ステージ２４上の結像面２３´に入射して結像する（結像点Ｐ）。その後、同ビームは広がって（ＥＢ３）、開口板６０上に照射される。そして、同開口板６０の開口６１を通過した電子ビーム（ＥＢ４）の電流量が透過電流検出器７０で検出される。
【００３１】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るビーム収束半角の計算方法を詳細に説明するための図である。
図２（Ａ）は、図２の収束半角計測装置の一部を拡大した図である。図に示すように、結像面２３´上の結像点Ｐに結像するビームＥＢ２の収束半角をαとする。結像後、ビームは同じ収束半角αで広がる（広がったビームをＥＢ３とする）。
【００３２】
開口板６０上においては、広がったビームＥＢ３の内、開口板６０の開口６１に照射されたビームＥＢ５は、開口６１を通過し、それ以外のビームは開口板６０で遮られて開口６１を通過しない。そして、開口６１を通過したビームＥＢ４が透過電流検出器７０に達する。
【００３３】
開口６１の位置と寸法は決まっているため、結像点Ｐから開口板６０の開口６１を見込む角度の半角γ（見込み半角）は計算により求めることができる。例えば、この見込み半角γを５ｍｒａｄとする。なお、この見込み半角γ（５ｍｒａｄ）は、予想されるビームの収束半角α以下の角度である。
【００３４】
ここで、開口板６０へ入射した全ビームＥＢ３の量に対する開口６１を通過したビームＥＢ４（ＥＢ５）の量の割合を求める。なお、開口板６０へ入射した全ビームＥＢ３の電流量は、開口板６０のない状態で透過電流検出器７０で検出することができる。開口６１を通過したビームＥＢ４（ＥＢ５）の電流量は、開口板６０を設置した場合に電流検出器７０で検出された電流量である。そして、全ビーム電流量を開口通過電流量を割ることにより、開口板６０へ入射した全ビームＥＢ３の量に対する開口６１を通過したビームＥＢ４（ＥＢ５）の量の割合が求められる。
なお、この割合は、拡散半角αで広がった（あるいは、収束半角αで収束した）全ビームＥＢ３の量に対するある角度（見込み半角）γ内のビームＥＢ５の量の割合といえる。
【００３５】
ところで、ビームＥＢ２が結像点Ｐへ入射したときのビーム強度の分布を、ガウシアン分布と仮定する。図２（Ｂ）は、ビーム強度の分布を説明する図である。図中の縦軸はビーム強度を示し、横軸は角度を示す。このガウシアン分布のビーム強度において、全ビームの量に対するある角度γ内のビームの量の割合は、ある角度γの範囲内（０〜γ）の強度の積分値と、角度が０〜∞の範囲の強度の積分値との割合として簡単に求めることができる。そして、この割合は、収束半角αの関数で表される。
【００３６】
つまり、図１のレンズ１９に入射する平行ビームのビーム強度分布を、軸からの距離ｒの関数として１／（２πａ２）・ｅｘｐ（−１／２・（ｒ２／ａ））とすると、半径Ｒ内に入射するビーム強度は数式１で表される。なお、以下の数式において係数は一部省略してある。
【数１】
2004214558.tif 000003
Ｒ＝ｆ・θによりＲをθに変換すると、数式１は数式２と書ける。
【数２】
2004214558.tif 000004
【００３７】
収束半角をα（ｍｒａｄ）とすると、数式２は数式３と書ける。
【数３】
2004214558.tif 000005
これが、開口６１を通過したビームの量の割合を示す。
【００３８】
ここで、θを見込み半角γの５ｍｒａｄとすると、数式３は数式４と書ける。
【数４】
2004214558.tif 000006
そして、開口６１を通過したビームの量の割合は、収束半角αの関数として数式５で表される。
【数５】
2004214558.tif 000007
ここで、収束半角α＝３とすると割合は０．８５４、α＝４とすると割合は０．６６１、α＝５とすると割合は０．５、α＝６とすると割合は０．３８２、α＝７とすると割合は０．３０００となる。これをプロットしたものが図２（Ｃ）に示されるグラフとなる。図中の縦軸はビーム量の割合を示し、横軸はビームの収束半角αを示す。この図からわかるように、収束半角が大きいほど割合は小さくなる。例えば、ビームの収束半角が３ｍｒａｄと小さい場合は、割合は０．９程度であり、ほとんどのビームが０〜５ｍｒａｄの範囲内を通過する。一方、ビームの収束半角が７ｍｒａｄと大きい場合は、割合は０．３程度であり、同範囲内を通過するビームの量が少なくなる。
【００３９】
以上説明したように、開口板６０へ入射した全ビームの量に対する開口６１を通過するビームの量の割合は電流検出器７０を用いた計測によって求めることができる。そして、この割合は、図２（Ｃ）に示す収束半角αと割合との関係を示すグラフの縦軸に示されている、角度が０〜５ｍｒａｄの範囲の強度の積分値の角度が０〜∞の範囲の強度の積分値に対する割合と同じものである。そこで、計測により求められたこの割合を図２（Ｃ）のグラフの縦軸に照らし合わせて、対応する横軸のビームの収束半角を読み取ることにより、ビーム収束半角を求めることができる。
【００４０】
この方法によれば、ガウシアン分布に近似されたビームの強度分布から、ビームの収束半角αと、開口板へ入射した全ビームの量に対する開口を通過するビームの量の割合との関係が計算により正確に求められる。そして、計測された割合をこの関係に対応させることにより、収束半角を精度よく求めることができる。
【００４１】
次に、クーロン効果の補正値の計算方法を示す。
図４は、クーロン効果による収差、歪、デフォーカスの補正値の計算方法の一例を説明するための図である。
この方法は、Ｏｋａｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ４３４３  ｐｐ８８−９４  によるものである。具体的な計算方法の説明は省略する。このような方法により補正値を計算し、荷電粒子露光装置の投影光学系の補正用偏向器やレンズにフィードバックさせる。これにより、クーロン効果による収差、歪、デフォーカスを補正することができ、高精度のパターンを得ることができる。
【００４２】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るビーム収束半角計測方法における装置構成を説明するための図である。
この例では、図１の装置構成と異なり、マスクステージ１１上にパターン形成マスクを置かず、マスク面１０´は素通しとなっている。そして、感応基板ステージ２４上の結像面に、ほぼ点とみなせる微小なピンホール８１が形成されたピンホール板８０が設置されている。さらに、ピンホール板８０の下流に、寸法が既知の開口９１が形成された開口板９０が設置されている。感応基板ステージ２４の結像面（パターン基板８０）と開口板９０との間の距離は既知である。一例で、開口板９０の開口９１の径は１００μｍ、開口板９０の感応基板ステージ２４の結像面からの間の距離は１０ｍｍである。これにより、ピンホール板８０のピンホール８１から、開口板９０の開口９１を見込む角度γは５ｍｒａｄとなる。開口板９０の下方には、透過電流検出器１００が設置されている。
【００４３】
電子ビームＥＢ１はマスク面１０´を通過し（ＥＢ２）、投影レンズ１５によってコントラスト開口１８でクロスオーバーを形成し、投影レンズ１９によって感応基板ステージ２４上のピンホール板８０上に収束半角αで入射する。同板８０のピンホール８１に照射されたビームは同ピンホール８１を通過して、収束半角と同じ角度の拡散半角αで広がる（ＥＢ３）。広がったビームＥＢ３は開口板９０の開口９１に照射される。そして、開口９１を通過した電子ビーム（ＥＢ４）の電流量が透過電流検出器１００で検出される。
【００４４】
開口板９０へ入射する全ビームの電流量に対する同開口板９０の開口９１を通過するビームの電流量の割合は、上述の方法と同様に、透過型電流検出器１００で電流を計測することにより求められる。また、この例では、ピンホール板８０のピンホール８１から、開口板９０の開口９１を見込む角度γが、図１の実施例と同様の５ｍｒａｄであり、図２（Ｃ）に示す、収束半角αと、結像点に入射される全ビームの量に対する見込み半角γ（５ｍｒａｄ）内のビームの量の割合との関係を示すグラフを適用できる。そこで、図１の計測方法と同様に、計測で求められた割合を図２（Ｃ）のグラフに照らし合わせてビーム収束半角を求めることができる。
【００４５】
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るビーム収束半角計測方法における装置構成を説明するための図である。
この例においては、図１の装置構成と同様に、マスクステージ１１上に、ほぼ点とみなせる微小なパターン５１が形成されたマスク５０を載置する。そして、感応基板ステージ２４の結像面２３´は素通しとして、同面より既知の寸法だけ下流の位置に、開口１１１を有する開口板１１０を設置する。ここで、開口１１１の径は可変とする。開口径は、回転ディスク方式や一次元スライド方式によって数種類の径に変化させる。さらに、開口板１１０の下方に、透過電流検出器１２０を設置する。
【００４６】
マスク５０上に照射された電子ビームＥＢ１のうち、微小点パターン５１に照射されたビームは同パターン５１を通過する。通過したビームＥＢ２は投影レンズ１５、１９によって感応基板ステージ２４上の結像面２３´に収束半角αで入射して結像する（結像点Ｐ）。その後、同ビームは拡散半角αで広がって（ＥＢ３）、開口板１１０上に照射される。そして、同板１１０の開口１１１を通過した電子ビーム（ＥＢ４）の電流量が透過電流検出器１２０で検出される。
【００４７】
ここで、開口１１１の径は可変であるため、結像面２３´上の結像点Ｐから開口板１１０の開口１１１を見込む角度γを変えることができる。そして、この見込み半角γが変わった場合の、開口板１１０へ入射する全ビームの電流量に対する同開口板１１０の開口１１１を通過するビームの電流量の割合は、上述の方法と同様に、透過型電流検出器１２０で電流を計測することにより求められる。
【００４８】
図７は、図６のビーム収束半角計測装置におけるビーム収束半角計算方法を説明するための図である。
図７（Ａ）は、例えば、収束半角が５ｍｒａｄのガウシアンビームに対して、見込み半角γを変えた場合（すなわち、開口１１１の径を変えた場合）の、開口板１１０へ入射する全ビームの電流量に対する同開口板１１０の開口１１１を通過するビームの電流量の割合の変化を示すグラフである。縦軸は全ビームの電流量に対する開口を通過するビーム電流量の割合、横軸は見込み半角を示す。
図７（Ｂ）は、ガウシアンビームプロファイルとピンホールを通過するビームの領域を可視的に示したものである。
【００４９】
図７（Ａ）のグラフは以下のように求められる。
開口１１１を通過したビームの量の割合は、上述のように、収束半角αの関数として数式６で表される。
【数６】
2004214558.tif 000008
ここで、収束半角αを５ｍｒａｄとすると、割合は、数式７で表される。
【数７】
2004214558.tif 000009
【００５０】
見込み半角γに対してビーム量割合をプロットしたものが、図７（Ａ）のグラフである。例えば、γ＝０とすると割合は０．００、γ＝５とすると割合は０．５００、γ＝１０とすると割合は０．９３８、γ＝１５とすると割合は０．０９９８となる。
このグラフより、見込み半角が大きいほど、開口を通過するビームの量の割合が大きくなっている。そして、見込み半角が１５ｍｒａｄ程度となると、ほぼ全てのビームが開口を通過している。
【００５１】
また、開口１１１の径を変化させて見込み半角γをγ１、γ２、γ３と変化させる。そして、各見込み半角γにおけるビームのピンホール通過割合Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を計測により求める。図７（Ａ）のグラフに、点（γ１、Ｙ１）、（γ２、Ｙ２）、（γ３、Ｙ３）をプロットし、これらの点を通る数式６の曲線を求める（図中の△を通るラインで示す）。この曲線は例えば最小自乗法を用いて求めることができ、これからαの最適値を求めることができる。
この方法によれば、計測値に多少の誤差があっても、より正しい収束半角を求めることが可能になる。
【００５２】
図１や図５中に示される平行ビーム（例えばクロスオーバーを通るビーム）は断面内で密度分布を有している。この密度分布は、レンズ１９により収束されると収束角の関数として置き換えられる。この収束角による強度分布は、上述のように、Ａ（γ）、Ａ（θ）で示される。そして、Ａ（γ）、Ａ（θ）は数式８及び数式９で示される。
【数８】
2004214558.tif 000010
【数９】
2004214558.tif 000011
【００５３】
収束半角αはこの値が１／２となるθ＝αであり、数式１０で表される。
【数１０】
2004214558.tif 000012
数式１０より数式１１が得られる。
【数１１】
2004214558.tif 000013
【００５４】
逆に、収束半角αが定まると、ビームの強度分布（密度分布）は数式１２で示される。
【数１２】
2004214558.tif 000014
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ビーム収束半角を、電流量の計測とビーム強度分布を用いた計算とにより、正確に求めることができる。このビーム収束半角から、クーロン効果による収差、歪、デフォーカスを予測して、これらを投影光学系に設けた収差補正器や補正レンズで補正する。これにより、パターン精度を向上させた荷電粒子線露光方法及び荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るビーム収束半角計測のための装置構成を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るビーム収束半角の計算方法を詳細に説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図４】クーロン効果による収差、歪、デフォーカスの補正値の計算方法の一例を説明するための図である。
【図５】図４のビーム収束半角計測装置におけるビーム収束半角計算方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るビーム収束半角計測方法における装置構成を説明するための図である。
【図７】図６のビーム収束半角計測装置におけるビーム収束半角計算方法を説明するための図である。
【図８】従来のビーム収束半角の計測方法を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）は、従来のビーム収束半角の計測方法におけるスキャン波形を示す図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のスキャン波形を微分した波形を示す図である。
【符号の説明】
１  電子銃                        ２、３  コンデンサレンズ
４  矩形開口                      ５  ブランキング偏向器
７  ブランキング開口              ８  照明ビーム偏向器
９  レンズ                      １０  レチクル（マスク）
１１  レチクルステージ            １２  位置検出器
１５、１９  投影レンズ            １６  主偏向器
１８  コントラスト開口            ２２  反射電子検出器
２３  基板（ウェハ）              ２４  ウェハステージ
２５  ステージ位置検出器          ３１  コントローラ
５０  マスク                      ５１  パターン
６０  開口板                      ６１  開口
７０  透過電流検出器              ８０  ピンホール基板
８１  ピンホール                  ９０  開口板
９１  開口
１００  透過電流検出器            １１０  開口板
１１１  開口                      １２０  透過電流検出器
【図１】
2004214558.tif 000015
【図２】
2004214558.tif 000016
【図３】
2004214558.tif 000017
【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】
2004214558.tif 000022
【図９】
2004214558.tif 000023