(57)【要約】【課題】荷電粒子線装置における成形開口像の位置を精度よく測定する方法を提供する。【解決手段】粗測定装置により成形開口の像の４つの頂点の位置を測定してそれらの平均座標位置を求め、前記平均座標位置を仮想原点として、ｘ−ｙ直交座標系を取る。そして、ｘ軸から所定距離範囲にあるｘ軸方向のエッジ上の複数の点の位置を精密測定装置により測定し、その平均をとることにより、ｘ軸に平行な辺のｙ軸方向位置を求める。さらに、ｙ軸から所定距離範囲にあるｙ軸方向のエッジの複数の点の位置を精密測定装置により測定し、その平均をとることにより、ｙ軸に平行な辺のｘ軸方向位置を求める。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線装置において照明領域を決定する矩形の成形開口の像の位置を、結像点におかれたウエハを露光し、現像した前記ウエハにおける前記成形開口の像の位置を測定することによって求める方法であって、粗測定装置により成形開口の像の４つの頂点の位置を測定してそれらの平均座標位置を求め、前記平均座標位置を仮想原点として、ｘ−ｙ直交座標系をとり、ｘ軸から所定距離範囲にあるｘ軸方向のエッジ上の複数の点の位置と、ｙ軸から所定距離範囲にあるｙ軸方向のエッジ上の複数の点の位置を、精密測定装置により測定することにより、前記成形開口の像の位置を測定することを特徴とする荷電粒子線装置における成形開口像の位置の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線露光装置等の荷電粒子線装置において、照明光学系のランディング角を測定する等のために、照明領域を決定する矩形の成形開口の像の位置を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の集積度が増すに従い、回路パターンが微細化し、従来使用されていた可視光や紫外光を使用した露光装置では、その解像度が足らなくなってきている。周知のように、露光装置の解像度は、転写光学系の開口数（ＮＡ）に比例し、露光に使用する光の波長に逆比例する。そのため、解像度を上げる一つの試みとして、可視光や紫外光に代わり、波長の短い荷電粒子線を露光転写に使用する試みがなされている。
【０００３】
ここで荷電粒子線露光装置とは、荷電粒子線を使用して、レチクルに形成された回路パターンを荷電粒子線光学系の投影レンズによりウエハに転写する装置である。この中でも、実用化に向けて開発が進んでいるものは、レチクル面をサブフィールドと呼ばれる露光領域に分割し、サブフィールド内のパターンを一括して露光転写し、露光パターンをつなぎ合わせることによりウエハ上に回路パターン全体を露光転写する、分割投影露光方式と呼ばれる方式の電子線露光装置（ＵＳＰ４，３７６，２４９、Ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｘｉｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ：特許文献１）である。
【０００４】
この分割投影露光方式の電子線露光装置のサブフィールド、すなわち一括露光される露光領域の大きさはレチクル上で約１ｍｍ角、ウエハ上で約２５０μｍ角程度である。
【０００５】
図３は、このような半導体装置製造用の、分割露光転写方式の電子線露光装置の光学系の概要を示す図である。図３において、電子源１を出た電子線２は第１照明レンズ３によって成形開口４を照明する。成形開口４を出た電子線２は第２照明レンズ５、第３照明レンズ６によってレチクル７上に成形開口像を等倍結像する。レチクル７上に形成されたパターンを通過した電子線は、第１投影レンズ８、第２投影レンズ９によってウエハ１０上にレチクル７上のパターンの像を結像する。なお、散乱アパーチャ１１は、レチクル７で散乱された電子線をカットするためのものである。
【０００６】
図４は、この電子線露光装置における電子ビームの軌道１２を示す図である。この電子線露光装置は、図４に示すように複数の偏向器Ｄ１〜Ｄ５を備え、光軸外にも電子線を偏向させることで、光軸から離れた位置にあるレチクル上のパターンを露光転写し、高スループットを達成するものである。
【０００７】
成形開口４はレチクル７の照明領域の大きさを決めるもので、通常、高融点の金属に正方形の開口を開けたものであり、その開口の寸法は、第２、第３照明レンズ５、６によってレチクル７上に結像した時、その像がレチクル７上のサブフィールドの大きさに一致するか、又はレチクル７上のサブフィールド間にパターンの存在しない領域（スカート部等）が存在する場合には、サブフィールドよりやや大きくなるように設定されている。
【０００８】
このような方式の電子線露光装置においては、レチクルを照明する電子線が、レチクルに対して垂直に入射すること、すなわちレチクルへの入射角（ランディング角）が０°に近いことが要求される。もし、この条件が満たされないと、レチクル面が上下に変動した場合に、照明されるレチクルの位置がずれてしまうという問題があるからである。そのために、電子線露光装置を含む荷電粒子線においては、ランディング角を測定し、これが所定の範囲に収まるように調整する必要がある。
【０００９】
このようなランディング角の測定は、通常、以下に示すような方法で行われている。すなわち、レチクルが載置されるレチクルステージに、表面にレジストが塗布されたウエハを載置して、最大に偏向された成形開口像によりレジストを感光させる。この作業を、レチクルステージの高さを変えて、複数高さで行い、レジストを現像することによりウエハ上に得られた各々の成形開口像の位置を光波座標測定装置などで測定する。そして、これら、ウエハ位置の高さ変化に伴う成形開口像の位置変化から、ランディング角を測定する。
【００１０】
【特許文献１】ＵＳＰ４，３７６，２４９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ランディング角は０．１ｍｒａｄのオーダの精度で測定する必要があり、このためには、ウエハ上に形成された成形開口の像の位置は、±１０ｎｍの精度で測定する必要がある。これは、通常の光波座標測定装置を使用して測定できる精度である。しかし、通常の光波座標測定装置の測定レンジ（レーザの走査範囲）は、２００μｍ〜３００μｍであるのに対し、転写される成形開口像の大きさは約１ｍｍ角程度であり、通常の光波座標測定装置におけるレーザ走査可能範囲を超えるものである。又、成形開口像の形も正方形から歪んでいるため、通常の光波座標測定装置では精度良く測定する手順が確立されていないという問題点があった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、荷電粒子線装置における成形開口像の位置を精度よく測定する方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、荷電粒子線装置において照明領域を決定する矩形の成形開口の像の位置を、結像点におかれたウエハを露光し、現像した前記ウエハにおける前記成形開口の像の位置を測定することによって求める方法であって、粗測定装置により成形開口の像の４つの頂点の位置を測定してそれらの平均座標位置を求め、前記平均座標位置を仮想原点として、ｘ−ｙ直交座標系をとり、ｘ軸から所定距離範囲にあるｘ軸方向のエッジ上の複数の点の位置と、ｙ軸から所定距離範囲にあるｙ軸方向のエッジ上の複数の点の位置を、精密測定装置により測定することにより、前記成形開口の像の位置を測定することを特徴とする荷電粒子線装置における成形開口像の位置の測定方法（請求項１）により解決される。
【００１４】
精密測定装置には、通常、測定点の位置決めをするための粗測定装置が付属している。本手段においては、この粗測定装置を使用して、成形開口の像の４つの頂点の位置を測定してそれらの平均座標位置を求め、前記平均座標位置を仮想原点とする。そして、この仮想原点を原点とするｘ−ｙ直交座標系をとり、ｘ軸から所定距離にあるｘ軸方向のエッジ上の複数の点の位置と、ｙ軸から所定距離にあるｙ軸方向のエッジ上の複数の点の位置を、精密測定装置により測定することにより、前記成形開口像の位置を測定する。このようにすれば、精密測定装置の測定レンジが狭い場合でも、成形開口像のエッジをその測定範囲に入れることができ、かつ、精密測定装置の測定の基準となる位置も正確に求めることができるので、成形開口像の位置を正確に測定することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、ウエハ上に露光された成形開口像の配列の一例を示す図である。レチクルステージにレジストを塗布したウエハを載置し、あるレチクルステージのｚ方向（光軸方向）位置をｚ１としてｘ方向両側に最大偏向された成形開口像を転写露光する（成形開口像Ａ１およびＢ１）。ただし、図では電子線を偏向する方向をｘ、それに直交する方向をｙとしている。次にレチクルステージを例えばｙ方向にある一定距離移動させ、レチクルステージのｚ位置をｚ２として同様にｘ方向両側に最大偏向された成形開口像を転写露光する（成形開口像Ａ２およびＢ２）。これを数回繰り返すと図１のような露光結果が得られる。
【００１６】
このようなウエハを現像した後、精密測定装置にセットする。精密測定装置は、ウエハをステージに搭載した状態で、ステージ位置をｘ−ｙ２軸方向に精密に位置決めできるようになっており、かつ、精密測定装置の原点を中心としてレーザ光をｘ軸方向、ｙ軸方向に走査し、反射光の変化を検出することにより、測定装置の原点に対する成形開口像のエッジ位置を、精密に測定することができるようになっている。
【００１７】
この精密測定装置におけるステージの位置は干渉計により測定されており、その測定精度は、±数ｎｍである。レーザ光の走査による成形開口像のエッジの測定精度は、±数ｎｍである。
【００１８】
一方、この精密測定装置には、光学顕微鏡を使用した粗測定装置が付属している。これは、精密測定装置の原点から所定距離離れた位置を視野の中心として目視により、粗測定を行うものである。
【００１９】
今、粗測定装置の視野の中心が精密測定装置の原点に対して（ｘ０，ｙ０）の位置にあるとして、ステージをｘ方向にｘだけ、ｙ方向にｙだけ移動したときに、測定対象物が光学顕微鏡の視野の中心に来たと判断された場合には、その測定対象物の位置は、精密測定装置の原点に対して（ｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ）の位置にあると判断される。ただし、この測定精度は、光学顕微鏡を使用して目視により位置を決定しているため、測定精度は、±０．５μｍにとどまる。
【００２０】
図２に、図１における成形開口像の拡大図を示す。転写された成形開口像は元の成形開口の正方形からは僅かに歪んでおり且つその形が成形開口像毎に僅かに異なる。
【００２１】
以下、成形開口像の位置を測定する方法を説明する。理想的に成型開口像が転写された場合、一辺がＤの正方形になるものとする。まず、前述のような方法で、粗測定装置を使用して、成形開口像Ａの４つの頂点位置を求め、その位置からこれら４つの頂点位置の精密測定装置の原点に対する平均座標を求め、これを仮想原点（ｘ１，ｙ１）とする。
【００２２】
そして、まず、成形開口像Ａ右辺のｘ座標を精密測定する。そのためには、ステージの（ｘ１＋Ｄ／２，ｙ１）の位置を精密測定器の原点に合わせる。そして、レーザ光をｘ方向に走査して成形開口像Ａの右辺エッジ位置を測定する。測定された値をＸとすると、（ｘ１＋Ｄ／２＋Ｘ，ｙ１）がエッジ位置であることになる。
【００２３】
ここで注目すべきことは、粗測定の結果求まった仮想原点（ｘ１，ｙ１）は、粗測定の結果によるものなので精度が低いものであるが、ステージの位置（ｘ１，ｙ１）は、干渉計により測定されているため、非常に高い精度で位置決めされていることである。すなわち、精密に測定した場合に、（ｘ１，ｙ１）が成形開口像Ａの４つの頂点の平均座標となっている保証はないが、（ｘ１，ｙ１）というステージ位置は、４つの頂点の真の平均座標に近い位置にある位置であり、かつ、干渉計により測定された精度の高い位置である。同様、（ｘ１＋Ｄ／２，ｙ１）も干渉計により測定された精度の高い位置であり、これを基準としてレーザ光走査による位置測定が行われているので、測定されたエッジ位置（ｘ１＋Ｄ／２＋Ｘ，ｙ１）は、精度が高いものとなる。
【００２４】
次にステージをΔｙだけｙ軸正方向に移動させ、ステージの（ｘ１＋Ｄ／２，ｙ１＋Δｙ）の位置を精密測定器の原点に合わせ、同様の測定を行う。このようにして、ｙ軸方向がｙ１，ｙ１＋Δｙ，ｙ１＋２Δｙ，ｙ１−Δｙ，ｙ１−２Δｙとなる５点について測定を行い、それぞれの測定値を平均することにより、成形開口像Ａの右辺のｘ軸方向位置を求める。
【００２５】
同様にして、ステージの（ｘ１−Ｄ／２，ｙ１）の位置が精密測定器の原点になるようにステージを移動させ、レーザ光走査による位置測定を行って、成形開口像Ａの左辺のｘ軸方向位置を求める。さらに、この位置から、前述のように、ステージを±Δｙ、±２Δｙだけ移動させて合計５点で測定を行い、それぞれの測定値を平均することにより、成形開口像Ａの左辺のｘ軸方向位置を求める。
【００２６】
同様にして、ステージの（ｘ１，ｙ１＋Ｄ／２）の位置が精密測定器の原点になるようにステージを移動させ、レーザ光をｙ軸方向に走査させて、位置測定を行って、成形開口像Ａの上辺のｙ軸方向位置を求める。さらに、この位置から、ステージを±Δｘ、±２Δｘだけ移動させて合計５点で測定を行い、それぞれの測定値を平均することにより、成形開口像Ａの上辺のｙ軸方向位置を求める。
【００２７】
同様にして、ステージの（ｘ１，ｙ１−Ｄ／２）の位置が精密測定器の原点になるようにステージを移動させ、レーザ光をｙ軸方向に走査させて、位置測定を行って、成形開口像Ａの下辺のｙ軸方向位置を求める。さらに、この位置から、ステージを±Δｘ、±２Δｘだけ移動させて合計５点で測定を行い、それぞれの測定値を平均することにより、成形開口像Ａの下辺のｙ軸方向位置を求める。
【００２８】
このようにして、成形開口像Ａの左右の辺のｘ座標、上下の辺のｙ座標が精密に求まるので、成形開口像Ａの中心位置も精密に求まる。
【００２９】
このような測定を、成形開口像Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３、Ｂ３、…について行うことにより、各成形開口像の中心が求まり、これから、偏向された電子線のランディング角を求めることができる。なお、図２では各辺毎に５回測定を行っているが、多ければ多いほど精度が向上することはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、荷電粒子線装置における成形開口像の位置を精度よく測定する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハ上に露光された成形開口像の配列の一例を示す図である。
【図２】図１における成形開口の拡大図である。
【図３】分割露光転写方式の電子線露光装置の光学系の概要を示す図である。
【図４】電子線露光装置における電子ビームの軌道を示す図である。
【符号の説明】
１…電子源、２…電子線、３…第１照明レンズ、４…成形開口、５…第２照明レンズ、６…第３照明レンズ、７…レチクル、８…第１投影レンズ、９…第２投影レンズ、１０…ウエハ、１１…散乱アパーチャ、１２…電子線の軌道、Ｄ１〜Ｄ５：偏向器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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