(57)【要約】【課題】荷電粒子線の入射角度を高精度に測定できる荷電粒子線の入射角度測定方法と、露光におけるパターン位置精度や寸法精度を高くできる荷電粒子の偏向制御方法を提供する。【解決手段】薄膜と、薄膜に所定の傾斜角度で形成された複数の開口部２とを有するマスク１の一方の面に荷電粒子線４を照射する工程と、開口部２を通過した荷電粒子線の電流量を、マスク１の他方の面側に配置された被照射面３で検出する工程と、検出された電流量が最大となる位置Ｉで、開口部の傾斜角度を荷電粒子線４の被照射面３に対する入射角度とみなす工程とを有する荷電粒子線の入射角度測定方法と、それにより測定された入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向を制御する荷電粒子線の偏向制御方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部であって、前記薄膜の表面に対して垂直とならないように所定の傾斜角度を設けて形成された前記開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、
前記開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記開口部の傾斜角度を荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程とを有する
荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項２】
前記マスクを開口部の傾斜角度が異なる他のマスクに交換する工程と、
前記他のマスクの開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記他のマスクの開口部の傾斜角度を荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程をさらに有する
請求項１記載の荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項３】
第１のマスクと第２のマスクを所定の間隔をあけて平行に配置する工程であって、前記第１のマスクとして第１の薄膜と、該第１の薄膜を貫通する複数の第１の開口部とを有するマスクを用い、前記第２のマスクとして第２の薄膜と、該第２の薄膜を貫通し、かつ少なくとも一部が前記第１の開口部と異なる位置に形成された複数の第２の開口部とを有するマスクを用いる工程と、
前記第１のマスクの前記第２のマスクと対向しない一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、
前記第１の開口部および第２の開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記第２のマスクの前記第１のマスクと対向しない一方の面側に前記第１および第２のマスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記第１の開口部と前記第２の開口部を通過する直線が前記被照射面の法線となす角度を、荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程とを有する
荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項４】
前記第１のマスクと第２のマスクの一方を移動させる工程と、
前記第１の開口部および第２の開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記第１の開口部と前記第２の開口部を通過する直線が前記被照射面の法線となす角度を、荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程とをさらに有する
請求項３記載の荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項５】
前記第１のマスクと第２のマスクの一方を移動させる工程は、前記第１のマスクと第２のマスクの間隔を変更する工程を含む
請求項４記載の荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項６】
前記第１のマスクと第２のマスクの一方を移動させる工程は、他方のマスクに平行に前記一方のマスクを移動させる工程を含む
請求項４記載の荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項７】
前記第１のマスクと第２のマスクの少なくとも一方を、開口部の位置が異なる他のマスクに交換する工程と、
少なくとも一方のマスクが交換された２枚のマスクの開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記２枚のマスクの開口部を通過する直線が前記被照射面の法線となす角度を、荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程とをさらに有する
請求項３記載の荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項８】
薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、
前記開口部を通過した荷電粒子線により、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された感光面を露光する工程と、
前記感光面を現像し、前記感光面に前記開口部のパターンを転写する工程と、
転写されたパターンの位置または幅と前記マスクの前記開口部との位置関係から、荷電粒子線の前記感光面に対する入射角度を見積もる工程とを有する
荷電粒子線の入射角度測定方法。
【請求項９】
薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部であって、前記薄膜の表面に対して垂直とならないように所定の傾斜角度を設けて形成された前記開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、
前記開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記開口部の傾斜角度を荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程と、
前記入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向方向を補正する工程とを有する
荷電粒子線の偏向制御方法。
【請求項１０】
第１のマスクと第２のマスクを所定の間隔をあけて平行に配置する工程であって、前記第１のマスクとして第１の薄膜と、該第１の薄膜を貫通する複数の第１の開口部とを有するマスクを用い、前記第２のマスクとして第２の薄膜と、該第２の薄膜を貫通し、かつ少なくとも一部が前記第１の開口部と異なる位置に形成された複数の第２の開口部とを有するマスクを用いる工程と、
前記第１のマスクの前記第２のマスクと対向しない一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、
前記第１の開口部および第２の開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記第２のマスクの前記第１のマスクと対向しない一方の面側に前記第１および第２のマスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、
検出された前記電流量が最大となる位置で、前記第１の開口部と前記第２の開口部を通過する直線が前記被照射面の法線となす角度を、荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程と、
前記入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向方向を補正する工程とを有する
荷電粒子線の偏向制御方法。
【請求項１１】
薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、
前記開口部を通過した荷電粒子線により、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された感光面を露光する工程と、
前記感光面を現像し、前記感光面に前記開口部のパターンを転写する工程と、
転写されたパターンの位置または幅と前記マスクの前記開口部との位置関係から、荷電粒子線の前記感光面に対する入射角度を見積もる工程と、
前記入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向方向を補正する工程とを有する
荷電粒子線の偏向制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィにおける荷電粒子線の入射角度測定方法および偏向制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代半導体リソグラフィ技術として、微細パターン形成に長所のある電子線露光技術が注目されている。特に、マスクを介してパターンを転写する転写型電子線露光装置によれば、パターニングのスループットを上げることが可能である。転写型電子線露光装置では、偏向器を用いて電子線をマスクに対して走査することにより、マスクパターンをレジストに転写する。
【０００３】
転写型電子線露光装置に用いるマスクとして、マスクパターン領域に電子線通過用の開口部をもつステンシルマスクがある。ステンシルマスクを用いる露光では、電子線がマスクの表面に対し垂直に入射して開口部を通過し、被転写体であるウェハの表面に対しても垂直に入射するのが理想的である。このようにマスクおよびウェハの表面に対して電子線を垂直に入射させることにより、マスクパターンが歪まずに、そのままウェハ上に反映される。
【０００４】
図９に、電子の加速電圧を例えば２ｋＶとする転写型電子線露光装置の概略図を示す。このような露光装置を用いる低エネルギー電子線リソグラフィ技術は、ＬＥＥＰＬとして知られている（特許文献１および非特許文献１参照）。図９の露光装置１１１は、電子線１１２を生成する電子銃１１３の他、アパーチャー１１４、コンデンサレンズ１１５、１対のメインデフレクター１１６、１１７および１対の微調整用デフレクター１１８、１１９を有する。
【０００５】
アパーチャー１１４は電子線１１２を制限する。コンデンサレンズ１１５は電子線１１２を平行なビームにする。メインデフレクター１１６、１１７および微調整用デフレクター１１８、１１９は偏向コイルであり、メインデフレクター１１６、１１７は電子線１１２がステンシルマスク１２０の表面に対して基本的に垂直に入射するように、電子線１１２を偏向させる。
【０００６】
図９の電子線１１２ａ〜ｃは、ステンシルマスク１２０を走査する電子線１１２が、ステンシルマスク１２０上の各位置にほぼ垂直に入射する様子を示し、電子線１１２ａ〜ｃがステンシルマスク１２０に同時に入射することを示すものではない。
【０００７】
微調整用デフレクター１１８、１１９は電子線１１２がステンシルマスク１２０の表面に対して垂直に、または垂直方向からわずかに傾いて入射するように、電子線１１２を偏向させる。電子線１１２の入射角は、ステンシルマスク１２０上に所定のパターンで形成された開口部１２１の位置等に応じて最適化する。電子線１１２の入射角は最大でも１０ｍｒａｄ程度である。開口部１２１を通過する電子線により、ウェハ１２２上のレジスト１２３にパターンが転写される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−１３５４２３号公報（特許第２９５１９４７号）
【特許文献２】
特開平６−２６０４０１号公報（特許第３０８０５０２号）
【非特許文献１】
ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）  （Ｔ．  Ｕｔｓｕｍｉ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ１７  Ｐ．２８９７（１９９９）  ）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、転写型電子線露光装置では電子線の進行方向が偏向器によって微調整され、ある一定範囲内の入射角度をもつ電子線がマスクの開口部に入射する。電子線露光では、マスクとウェハを位置合わせした後、偏向器によって電子線の進行方向を変化させながら、一定の大きさの領域（偏向領域）内にマスクパターンが転写される。
【００１０】
その後、マスクに対してウェハを移動させ、ウェハ上の異なる位置に再度マスクパターンを露光する。このように、通常、ウェハ上に転写されるパターンは複数の偏向領域に分割され、偏向領域ごとにパターンが転写される。偏向領域内では開口部の位置に応じて、電子線の入射角度を変化させる。
【００１１】
しかしながら、偏向器により子線を偏向させると、通常、電子線の偏向量は理想値からずれる。実際の偏向量と理想的な偏向量とのずれは偏向歪と呼ばれ、偏向領域内での偏向歪の分布には、偏向器ごとに固有の傾向が見られる。電子線露光においては、偏向歪の補正も含めて、電子線の進行方向の制御が行われる。したがって、偏向領域内での電子線の入射角度の分布を正確に把握しないと、偏向歪の影響を解消できない。
【００１２】
また、通常、１枚のウェハ上には複数のチップが形成され、各チップに同一のマスクパターンが転写されるが、チップと偏向領域は必ずしも一致しない。各偏向領域内の偏向歪が共通していても、チップの分割位置と偏向領域の分割位置が異なれば、偏向歪の影響はチップ間でばらつくことになる。このように電子線の入射角度がばらつくことにより、２つの大きな問題が生じる。
【００１３】
１点目の問題は、ウェハ上に転写されるパターン位置精度の悪化である。マスク上のある１つの開口部に着目すると、この開口部をウェハ上のある位置に転写するときの電子線の入射角度と、ウェハ上の別の位置に転写するときの電子線の入射角度とが異なった場合、ウェハ上に転写されるパターンの位置がばらつくことになる。
【００１４】
また、マスク上の２つの開口部に着目すると、これらの開口部で電子線の入射角度が互いに異なった場合、マスク上での開口部の相対位置に対して、ウェハ上に転写されるパターンの相対位置にずれが生じる。このような相対位置のずれは、電子線の入射角度や、マスクとウェハの間隔に依存する。
【００１５】
例えば、ＬＥＥＰＬの場合、マスクとウェハの間隔を３０μｍ、電子線の入射角度を１ｍｒａｄとすると、ウェハ上に転写されるパターンの位置ずれは３０ｎｍとなる。開口部に対する入射角度のずれが大きいほど、また、マスクとウェハとの間隔が大きいほど、このような位置精度の悪化は顕著となる。
【００１６】
この問題に対し、特許文献２では次のような方法で位置ずれを極小にすることが提案されている。この方法によれば、図２に示すように２次元格子状にピンホールが配置されたマスクを、電子線のキャリブレーションに用いる。図１０に示すように、マスク１３１の開口部１３２を通過する電子線１３３を、ステージ１３４上で電流量検出器によって測定する。位置ずれが最小となる箇所で電流量が最大となるため、図１０のＩ〜ＩＩＩではＩＩの位置で最大の電流量が測定される。したがって、電流量を指標として位置ずれを検出できる。
【００１７】
電子線の入射角度のばらつきによって生じる２点目の問題は、ウェハ上に転写されるパターンの寸法精度の悪化である。マスク表面に対する電子線の入射角度が大きくなるほど、開口部を通過する電子線の電流量（エネルギー）は少なくなり、レジストパターンの寸法が小さくなる。例えば、マスク表面に対して垂直に電子線が入射する場合に比較して、マスク表面に対して斜めに電子線が入射した場合には、開口部を通過する電子線の電流量が少なくなる。
【００１８】
特許文献２には、マスク表面に対して斜めに入射する電子線の成分を検出する方法が開示されている。しかしながら、この方法によれば、入射角度がｍｒａｄ程度に小さい場合や、開口部が小さい場合に電流量の変化が少なくなるため、電流量の変化を正確に測定することが困難となる。
【００１９】
開口部のアスペクト比（＝マスクの厚み／開口径）を高くすれば、電流量の変化が大きくなるが、エッチングにより開口部を高精度に形成するのが困難となる。したがって、開口部のアスペクト比を高くすることは、マスク作製プロセスの観点から現実的ではない。
【００２０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、マスクに対する荷電粒子線の入射角度が小さい場合や、パターンの線幅が小さい場合にも、荷電粒子線の入射角度を高精度に測定できる荷電粒子線の入射角度測定方法を提供することを特徴とする。
また、本発明は、荷電粒子線の偏向を高精度に検出して制御することにより、露光におけるパターン位置精度や寸法精度を高くできる荷電粒子線の偏向制御方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の荷電粒子線の入射角度測定方法は、薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部であって、前記薄膜の表面に対して垂直とならないように所定の傾斜角度を設けて形成された前記開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、前記開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、検出された前記電流量が最大となる位置で、前記開口部の傾斜角度を荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
あるいは、本発明の荷電粒子線の入射角度測定方法は、第１のマスクと第２のマスクを所定の間隔をあけて平行に配置する工程であって、前記第１のマスクとして第１の薄膜と、該第１の薄膜を貫通する複数の第１の開口部とを有するマスクを用い、前記第２のマスクとして第２の薄膜と、該第２の薄膜を貫通し、かつ少なくとも一部が前記第１の開口部と異なる位置に形成された複数の第２の開口部とを有するマスクを用いる工程と、前記第１のマスクの前記第２のマスクと対向しない一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、前記第１の開口部および第２の開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記第２のマスクの前記第１のマスクと対向しない一方の面側に前記第１および第２のマスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、検出された前記電流量が最大となる位置で、前記第１の開口部と前記第２の開口部を通過する直線が前記被照射面の法線となす角度を、荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
あるいは、本発明の荷電粒子線の入射角度測定方法は、薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、前記開口部を通過した荷電粒子線により、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された感光面を露光する工程と、前記感光面を現像し、前記感光面に前記開口部のパターンを転写する工程と、転写されたパターンの位置または幅と前記マスクの前記開口部との位置関係から、荷電粒子線の前記感光面に対する入射角度を見積もる工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
これにより、入射角度が例えばｍｒａｄ程度に小さい場合や、マスクの開口部が小さい場合にも、マスクの開口部を介して被照射面（感光面）に入射する荷電粒子線の入射角度を、開口部のアスペクト比を高くせずに正確に測定することが可能となる。
【００２５】
上記の目的を達成するため、本発明の荷電粒子線の偏向制御方法は、薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部であって、前記薄膜の表面に対して垂直とならないように所定の傾斜角度を設けて形成された前記開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、前記開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、検出された前記電流量が最大となる位置で、前記開口部の傾斜角度を荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程と、前記入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向方向を補正する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
あるいは、本発明の荷電粒子線の偏向制御方法は、第１のマスクと第２のマスクを所定の間隔をあけて平行に配置する工程であって、前記第１のマスクとして第１の薄膜と、該第１の薄膜を貫通する複数の第１の開口部とを有するマスクを用い、前記第２のマスクとして第２の薄膜と、該第２の薄膜を貫通し、かつ少なくとも一部が前記第１の開口部と異なる位置に形成された複数の第２の開口部とを有するマスクを用いる工程と、前記第１のマスクの前記第２のマスクと対向しない一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、前記第１の開口部および第２の開口部を通過した荷電粒子線の電流量を、前記第２のマスクの前記第１のマスクと対向しない一方の面側に前記第１および第２のマスクと平行に配置された被照射面で検出する工程と、検出された前記電流量が最大となる位置で、前記第１の開口部と前記第２の開口部を通過する直線が前記被照射面の法線となす角度を、荷電粒子線の前記被照射面に対する入射角度とみなす工程と、前記入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向方向を補正する工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
あるいは、本発明の荷電粒子線の偏向制御方法は、薄膜と、該薄膜を貫通する複数の開口部とを有するマスクの一方の面に荷電粒子線を照射する工程と、前記開口部を通過した荷電粒子線により、前記マスクの他方の面側に前記マスクと平行に配置された感光面を露光する工程と、前記感光面を現像し、前記感光面に前記開口部のパターンを転写する工程と、転写されたパターンの位置または幅と前記マスクの前記開口部との位置関係から、荷電粒子線の前記感光面に対する入射角度を見積もる工程と、前記入射角度に基づき、荷電粒子線の偏向方向を補正する工程とを有することを特徴とする。
これにより、荷電粒子線の偏向を高精度に検出して制御することが可能となり、露光におけるパターン位置精度や寸法精度を向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の荷電粒子線の入射角度測定方法および偏向制御方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施形態では、電子線の入射角度測定方法および偏向制御方法を例として説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の電子線の入射角度測定方法を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態で用いられるマスク１は、一定の角度で傾斜した開口部２を有する。本実施形態では、開口部２の中心軸２ａとマスク表面の法線とがなす角度を、開口部の傾斜角度とする。
【００３０】
図１に示すように、マスク１と近接させてステージ３を配置する。ステージ上には例えばファラデーカップを配置して、それらのファラデーカップを電流量検出器に接続しておく。マスク１の開口部２を透過した電子線４がステージ３に入射すると、入射した箇所で電流が生じ、この電流が電流量検出器で検出される。
【００３１】
マスク１上を電子線４で走査したとき、電子線４の入射角度が傾斜角度に一致するか、または傾斜角度に最も近くなる位置で最大の電流量が検出される。図１のＩ〜ＩＩＩでは、Ｉの位置で最大の電流量が測定される。したがって、Ｉの位置での電子線の入射角度は開口部２の傾斜角度とみなすことができる。
【００３２】
図２は、本実施形態に用いるマスクの一例を示す平面図である。図１のマスク１には、図２に示すように、例えばピンホール状の開口部２を２次元格子状に配置するが、これ以外のパターンで開口部２を形成してもよい。
【００３３】
開口部が傾斜したマスクは、例えば以下のようにして製造できる。なお、薄膜（メンブレン）部分と開口部のみ図示し、メンブレンの支持部等については説明を省略する。開口部以外の支持部等は、マスク表面に対して垂直に開口部が形成される通常のステンシルマスクと同様に形成できる。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、通常のマスクと同様に、ステンシルマスクの薄膜（メンブレン）１１上に、開口部のパターンでレジスト１２を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、開口部の傾斜角度θでメンブレン１１を傾斜させる。この状態で異方性エッチングを行うことにより、図３（ｃ）に示すように、レジスト１２をマスクとして開口部２が形成される。その後、レジスト１２を除去することにより、開口部が所定の傾斜角度θで形成されたマスクが得られる。
【００３５】
図４に示すように、開口部の傾斜角度がθであるマスクにおいて、メンブレンの厚みをｔ、開口部の実際の開口径をｄ１とすると、マスク表面に対して垂直に入射して開口部を通過する電子線の径（ビームサイズ）ｄ２は、次式（１）で表される。
ｄ２＝ｄ１−ｔ×ｔａｎθ  ・・・（１）
【００３６】
したがって、実際の開口径ｄ１よりもビームサイズｄ２が小さくなり、見かけ上、開口部のアスペクト比を高くすることができる。マスク作製プロセスでは、開口部のアスペクト比を限界まで高くする必要がないため、高精度に開口部を形成できる。
【００３７】
上記のような方法で、所定の傾斜角度を有する複数の開口部を、マスクに形成する。傾斜角度の異なるマスクを複数作製し、各マスクを用いて図１に示すように、ステージ３上の電流量が最大となる位置を検出する。これにより、電子線の入射角度の分布を高精度に測定できる。
【００３８】
本実施形態の電子線の偏向制御方法によれば、上記の方法で測定された電子線の入射角度の分布に基づき、電子線の進行方向を制御する。ＬＥＥＰＬの場合、図９に示すメインデフレクター１１６、１１７および微調整用デフレクター１１８、１１９の制御に上記の測定結果をフィードバックさせ、電子線の進行方向を偏向させる。これにより、露光でのパターン位置精度や寸法精度を高くできる。
【００３９】
（実施形態２）
図５は、本実施形態の電子線の測定方法を示す概略図である。図５に示すように、本実施形態では第１のマスク１ａと第２のマスク１ｂの２枚のマスクを用いる。第１のマスク１ａの開口部を第１の開口部２ａ、第２のマスク１ｂの開口部を第２の開口部２ｂとすると、これらの開口部２ａ、２ｂの位置は同じかわずかにずれている。本実施形態では、第１のマスク１ａと第２のマスク１ｂを重ねたとき、ほぼ同じ位置にある第１の開口部２ａと第２の開口部２ｂのそれぞれ中心を通る直線と、マスク表面の法線とがなす角度を、開口部の傾斜角度とする。
【００４０】
図６は、本実施形態に用いるマスクの一例を示す平面図である。実線は第１のマスク１ａに形成されるピンホール状の第１の開口部２ａを示し、点線は第２のマスク１ｂに形成されるピンホール状の第２の開口部２ｂを示す。マスク１ａ、１ｂには開口部２ａ、２ｂがそれぞれ２次元格子状に配置される。
【００４１】
図６の例では、中央の開口部でのみ第１のマスク１ａの開口部２ａ（実線）と第２のマスク１ｂの開口部２ｂ（点線）が重なる。マスクの中央から離れるほど、第１のマスク１ａの開口部２ａと第２のマスク１ｂの開口部２ｂとのずれ量が大きくなる。図６と異なるパターンで第１および第２の開口部２ａ、２ｂを形成することもできるが、パターンを変更した場合にも、マスク上の位置に応じて、第１の開口部２ａと第２の開口部２ｂのずれ量を変化させる。
【００４２】
図５に示すように、第１のマスク１ａと第２のマスク１ｂを所定の間隔をあけて重ね合わせ、第２のマスク１ｂと近接させてステージ３を配置する。ステージ３上には例えばファラデーカップを配置して、それらのファラデーカップを電流量検出器に接続しておく。マスク１ａの開口部２ａとマスク１ｂの開口部２ｂを透過した電子線４がステージ３に入射すると、入射した箇所で電流が生じ、この電流が電流量検出器で検出される。
【００４３】
マスク１上を電子線４で走査したとき、電子線４の入射角度が傾斜角度に一致するか、または傾斜角度に最も近くなる位置で最大の電流量が検出される。図５のＩ〜ＩＩＩでは、ＩＩの位置で最大の電流量が測定される。したがって、ＩＩの位置での電子線の入射角度は開口部２ａ、２ｂを通過する直線の傾斜角度とみなすことができる。
【００４４】
本実施形態において、マスク１ａとマスク１ｂの間隔を大きくすることは、１枚のマスクを厚くして開口部のアスペクト比を高くすることに相当する。すなわち、本実施形態によれば、２枚のマスクに形成される開口部のずれ量をマスクの作製時点で調節する以外に、電流測定時にマスク間隔を変化させることによっても、開口部を通過する電子線の径を変化させることができる。これにより、電子線の入射角度に応じた電流量の変化を検出することが容易となる。
【００４５】
また、マスク１ａとマスク１ｂの一方を、他方のマスクに平行に移動させることによっても、第１の開口部２ａと第２の開口部２ｂのずれ量を変化させることができる。この場合の電子線の入射角度を測定してもよい。
あるいは、第１および第２のマスクのいずれとも開口部の位置が異なるマスクを作製し、このようなマスクを第１のマスクと第２のマスクの少なくとも一方と交換して、電子線の入射角度を測定してもよい。
【００４６】
２枚のマスク１ａ、１ｂの開口部を通過した電子線の電流量をステージで測定し、電流量が最大となる位置で２つの開口部のずれ量を確認することにより、電子線の入射角度を高精度に見積もることができる。本実施形態によれば、実施形態１のような開口部が傾斜したマスクは不要であり、パターンやパターンのピッチが異なるマスクを通常のプロセスで作製すればよい。
【００４７】
本実施形態の電子線の偏向制御方法によれば、上記の方法で測定された電子線の入射角度の分布に基づき、電子線の進行方向を制御する。これにより、実施形態１と同様に、露光でのパターン位置精度や寸法精度を高くできる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、２枚のマスクに形成される開口部の位置や、マスク間隔を変更するのみで、電子線の入射角度を正確に測定できるため、実際の半導体製造プロセスで行われる露光よりも電子線の最大入射角度を大きくして、すなわち偏向領域を大きくして、電子線の入射角度の分布を調べてもよい。これにより、偏向器に固有の偏向歪を正確に解析でき、偏向器にフィードバックをかけて電子線の進行方向を制御する上で有用である。
【００４９】
（実施形態３）
上記の実施形態１および２によれば、マスクの開口部を通過した電子線を電子線露光装置内で電流量検出器により検出する。それに対し、本実施形態においては、マスクを介して実際に電子線露光を行い、レジストに転写されるパターンで線幅等を測定することにより、電子線の入射角度を評価する。
【００５０】
マスクに形成するパターンは、図２に示すような２次元格子状のピンホールであっても、ラインパターン等の他のパターンであってもよく、特に限定されない。ウェハ上のレジストに転写されるパターンの位置および線幅から、そのパターンを走査した領域の入射角度を見積もることができる。
【００５１】
例えば、図７に実線で示すように、Ｘ方向に延びるライン状のマスクパターンＭＸとＹ方向に延びるライン状のマスクパターンＭＹをマスクに形成する。このマスクを介してレジストに電子線露光を行ったとき、図７に点線で示すようなパターンＰＸ、ＰＹがレジストに転写されたとする。
【００５２】
この場合、マスクパターンＭＹとパターンＰＹとのずれに比較して、マスクパターンＭＸとパターンＰＸとのずれの方が大きい。また、マスクパターンＭＹとパターンＰＹとの線幅差に比較して、マスクパターンＭＸとパターンＰＸとの線幅差の方が大きい。
【００５３】
したがって、マスクパターンＭＹにおける電子線の入射ベクトルのＸ成分よりも、マスクパターンＭＸにおける電子線の入射ベクトルのＹ成分の方が大きいことがわかる。マスクパターンの線幅および位置を、転写されるパターンの線幅および位置とそれぞれ比較することにより、偏向領域内での電子線の入射角度の分布を見積もることができる。
【００５４】
また、図８に実線で示すように、パターンが転写されるウェハに、予め、絶対的な基準となる下地パターンを形成してもよい。下地パターンはウェハ表面あるいはウェハ上に形成された層にエッチングを行うこと等によって形成できる。下地パターンはレジストを介して確認できるように形成する。下地パターンが形成されたウェハ上にレジストを塗布し、マスクパターンを転写する。
【００５５】
図８に点線で示すようなパターンが転写された場合、下地パターンとの比較から、パターンは−Ｘ方向と−Ｙ方向にずれることがわかる。また、−Ｘ方向へのずれに比較して、−Ｙ方向へのずれの方が大きいことから、電子線の入射ベクトルのＸ成分よりもＹ成分の方が大きくなっていることがわかる。
【００５６】
本実施形態の電子線の偏向制御方法によれば、上記の方法で評価された電子線の入射角度の分布に基づき、電子線の進行方向を制御する。これにより、実施形態１と同様に、露光でのパターン位置精度や寸法精度を高くできる。
【００５７】
上記の本発明の実施形態の荷電粒子線の入射角度測定方法によれば、マスクに対する荷電粒子線の入射角度が小さい場合や、パターンの線幅が小さい場合にも、荷電粒子線の入射角度を高精度に測定できる。
また、本発明の実施形態の荷電粒子線の偏向制御方法によれば、高精度に測定された入射角度に基づき、電子線の偏向方向を正確に補正できる。
【００５８】
本発明の荷電粒子線の入射角度測定方法および偏向制御方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、上記の実施形態では低エネルギー電子線リソグラフィ技術であるＬＥＥＰＬの例を説明しているが、電子の加速電圧を例えば５０〜１００ｋＶとする高エネルギー電子線リソグラフィ技術での電子線の入射角度測定や偏向制御に本発明を適用したり、イオンビームの入射角度測定あるいは偏向制御に本発明を適用したりすることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の荷電粒子線の入射角度測定方法によれば、入射角度が小さい場合にも、入射角度を高精度に測定できる。
また、本発明の荷電粒子線の偏向制御方法によれば、荷電粒子線の進行方向を正確に補正して、露光におけるパターン位置精度や寸法精度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態１に係る荷電粒子線の入射角度測定方法を示す概略図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１に係る荷電粒子線の入射角度測定方法に用いるマスクの平面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態１に係る荷電粒子線の入射角度測定方法に用いるマスクの作製方法を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態１に係る荷電粒子線の入射角度測定方法を説明する図である。
【図５】図５は本発明の実施形態２に係る荷電粒子線の入射角度測定方法を示す概略図である。
【図６】図６は本発明の実施形態２に係る荷電粒子線の入射角度測定方法に用いるマスクの平面図である。
【図７】図７は本発明の実施形態３に係る荷電粒子線の入射角度測定方法を説明する図である。
【図８】図８は本発明の実施形態３に係る荷電粒子線の入射角度測定方法を説明する図である。
【図９】図９は転写型電子線露光装置の一例を示す概略図である。
【図１０】図１０は従来の荷電粒子線の位置ずれ検出方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１…マスク、２…開口部、２ａ…開口部の中心軸、３…ステージ、４…電子線、１１…メンブレン、１２…レジスト、１１１…露光装置、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ…電子線、１１３…電子銃、１１４…アパーチャー、１１５…コンデンサレンズ、１１６、１１７…メインデフレクター、１１８、１１９…微調整用デフレクター、１２０…ステンシルマスク、１２１…開口部、１２２…ウェハ、１２３…レジスト、１３１…マスク、１３２…開口部、１３３…電子線、１３４…ステージ。
【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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