(57)【要約】【課題】より高精度な露光を行える荷電粒子線装置及びその調整方法を提供する。【解決手段】ウェハステージ２４上に、荷電粒子線を照射して検知する荷電粒子線式フィジシャルマーク２９及び光学式マーク検出センサー２６で検知する光学式フィジシャルマーク２８の両者をある寸法ＢＬ０だけ隔てて設け、荷電粒子線光学系２７に、荷電粒子線式フィジシャルマーク２９の位置検出機能、並びに、ウェハステージ２４の位置制御誤差や装置振動等に起因する荷電粒子線ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差をビーム軌道偏向により補正する機能を持たせておき、光学式フィジシャルマーク２８の荷電粒子線光学系座標における位置ずれ、並びに、荷電粒子線ビームの荷電粒子線光学系座標における位置ずれを各々独自に計測し、該計測値を装置構成に反映させる。【選択図】      図１
2004311659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ等の被照射基板を載置するための移動ステージ（ウェハステージ）と、
該ウェハステージの位置を計測する位置測定システムと、
前記ウェハステージ上の前記基板に荷電粒子線束（ビーム）を照射する荷電粒子線光学系と、
該光学系の側方に配置された光学式マーク検出センサーと、
を具備し、
前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能を有する荷電粒子線装置の調整方法であって、
前記ステージ上に、前記荷電粒子線を照射して検出する荷電粒子線式フィジシャルマーク、及び、前記センサーで検出する光学式フィジシャルマークの両者を、ある寸法だけ隔てて設け、
前記光学式マーク検出センサーで検出した前記光学式フィジシャルマークの位置測定値、前記荷電粒子線式フィジシャルマークの位置測定値、及び、前記ステージの位置誤差を考慮して、前記光学式マーク検出センサーの軸と前記荷電粒子線光学系の軸との間の距離を算出することを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項２】
前記荷電粒子線光学系光軸の位置ずれのうちのビームドリフトを計測することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項３】
前記ビームドリフトが所定のしきい値以上であれば、前記荷電粒子線光学系そのものの調整・較正を行うことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項４】
ウェハ等の被照射基板を載置するための移動ステージ（ウェハステージ）と、
前記被照射基板のチルト制御を行う制御手段と、
前記ウェハステージの位置を計測する位置測定システムと、
前記ウェハステージ上の前記基板に荷電粒子線束（ビーム）を照射する荷電粒子線光学系と、
該光学系の側方に配置された光学式マーク検出センサーと、
を具備し、
前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能を有する荷電粒子線装置の調整方法であって、
前記ステージ上に、前記荷電粒子線を照射して検出する荷電粒子線式フィジシャルマーク、及び、前記センサーで検出する光学式フィジシャルマークの両者をある寸法だけ隔てて設け、
前記両マークを同時に位置検出して、前記光学式マーク検出センサーの位置ずれ、又は、前記荷電粒子線光学系の光軸の位置ずれを、計測し、
その際、前記各々のマークの検出光又は荷電粒子線ビームのフォーカス位置が最適となるように、前記制御手段で前記ウェハステージをチルト制御することを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項５】
ウェハ等の被照射基板を載置するための移動ステージ（ウェハステージ）と、
前記被照射基板のチルト制御を行う制御手段と、
前記ウェハステージの位置を計測する位置測定システムと、
前記ウェハステージ上の前記基板に荷電粒子線束（ビーム）を照射する荷電粒子線光学系と、
該光学系の側方に配置された光学式マーク検出センサーと、
を具備し、
前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能を有する荷電粒子線装置の調整方法であって、
前記ステージ上に、前記荷電粒子線を照射して検出する荷電粒子線式フィジシャルマーク及び前記センサーで検出する光学式フィジシャルマークの両者がある寸法だけ隔てて設けられており、
前記両マークを同時に位置検出して、前記光学式マーク検出センサーの位置ずれ、又は、前記荷電粒子線光学系の光軸の位置ずれを、計測し、
その際、前記各々のマークの検出光又は荷電粒子線ビームのフォーカス位置が最適となるように、前記制御手段で前記ウェハステージをチルト制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【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装置及びその調整方法に関する。特には、より高精度な露光を行える荷電粒子線装置及びその調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体露光装置に対して、装置の高解像化、大露光フィールド化等の要求が一層高まっている。この高解像度化の要求に応えうるものとして、電子線を用いた露光装置が注目されてきている。
【０００３】
電子線露光により、半導体デバイスパターンをウェハ（感応基板）上に形成する手法の一つとして、このデバイスパターンを多数の小パターン領域（サブフィールド）に分割し、各サブフィールド毎にウェハにパターンを一括的に転写する方式（分割転写方式）がある。この方式においては、パターン原版として用いるマスクの代表的なものは、電子ビームの通る孔を多数有するステンシルマスクである。マスクの孔の形状は、転写すべきパターンの個別要素図形の形状に対応している。このステンシルマスクを電子光学系中に配置し、マスクを通過した電子ビームをウェハ上に投影する。その際、電子ビームを偏向させる、あるいは、マスクステージやウェハステージを移動させるなどして、マスク上の各サブフィールドに順次電子ビームを照明し、ウェハ上に各サブフィールドのパターンをそれぞれ一括的に転写する。そして、ウェハ上では、各サブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより、デバイスパターン全体を転写する。
【０００４】
ここで、分割されたサブフィールドの像をウェハ上において高精度でつなぎ合わせるためには、レチクルとウェハ及び投影レンズ（投影光学系光軸）は、相互に高精度に位置合わせされなければならない。また、ウェハ上に既に形成されている下層パターンに正確にパターンを重ねるためにも、同様に高い位置合わせ技術が必要となる。
【０００５】
装置に搭載したウェハの位置を装置の座標系上に正確に位置合せ（アライメント）するため、光学式マーク検出センサーを用いてウェハ上の複数の光学式アライメントマークを計測し、ウェハ上に既に形成されている下層パターンの位置を求める。この時、ウェハ上の数点から数十点の光学式アライメントマークを選択してマーク位置計測し、マーク計測結果からパターン配列の線形誤差成分などを算出し、露光位置補正を行うための位置補正データを決定する。
【０００６】
この光学式マーク検出センサーは電子線鏡筒の側面付近に固定されており、該センサーの直下に上記アライメントマークを位置させてマーク計測を行う。その後に、ステージを送ってウェハを電子鏡筒の直下に移動させて露光を行う。したがって、アライメントマーク計測位置と実際の露光位置とにある一定の距離が生じる。ところで、この光学式マーク検出センサーと電子鏡筒との位置関係が、熱などの影響によりドリフトする場合がある。その場合には、レチクルロード時あるいはウェハロード毎に、このセンサーと鏡筒（より正確には投影光学系の光軸）との距離を校正しなくてはならない。また、電子ビーム自身も、機械的・電気的な様々な要因により軌道がドリフトする場合がある。
【０００７】
このような光学式マーク検出センサーと電子鏡筒との相対位置関係は、光学式及び荷電粒子線式フィジシャルマークを所定の間隔を置いてウェハステージ上に配置し、これを用いて測定させる（詳細方法は図１を参照しつつ後述する）。
【０００８】
現在開発中の分割転写方式の電子線露光装置においては、露光ビームを高速で偏向させるとともに、ウェハステージ・レチクルステージを高速で連続移動させながらパターン露光を行うため、露光時のウェハステージ・レチクルステージの位置誤差を高速で補正する必要がある。そのため、両ステージの位置誤差を干渉計システムで高速で計測し、この位置誤差情報をもとに電子鏡筒でビームの軌道を補正し、正確な位置に露光を行う。さらに、装置振動等の起因するビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差も、装置に加速度センサーを取り付けて振動を測定することにより把握して、上記ビーム偏向器により補正することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなステージ位置補正機能を有する露光装置の場合、前述の光学式マーク検出センサーと露光ビームとの軸間距離計測を行う時、ステージの位置誤差は、上記光学式マーク検出センサーを用いた光学式フィジシャルマークの検出結果には含まれるが、電子ビームを用いた荷電粒子線式フィジシャルマークの計測結果には含まれない。というのは、露光装置が自動的にステージ位置誤差をビーム偏向で補正するため、荷電粒子線式フィジシャルマークの計測結果は既に補正済みのデータとなるからである。従って上式では軸間距離の誤差は正確には計測できない。
【００１０】
また、この相対軸間距離が変化する原因の一つである露光ビームのドリフトは露光位置精度だけではなく、結像性能等にも影響を及ぼすため、露光作業前に計測され、必要に応じて電子光学系の校正を行わなくてはならない。
さらに、マークの計測精度を向上させるため、各センサーとマークとの相対距離を最適化させる必要がある。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、より高精度な露光を行える荷電粒子線装置及びその調整方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の荷電粒子線装置の調整方法は、  ウェハ等の被照射基板を載置するための移動ステージ（ウェハステージ）と、  該ウェハステージの位置を計測する位置測定システムと、  前記ウェハステージ上の前記基板に荷電粒子線束（ビーム）を照射する荷電粒子線光学系と、  該光学系の側方に配置された光学式マーク検出センサーと、  を具備し、  前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能を有する荷電粒子線装置の調整方法であって、  前記ステージ上に、前記荷電粒子線を照射して検出する荷電粒子線式フィジシャルマーク、及び、前記センサーで検出する光学式フィジシャルマークの両者を、ある寸法だけ隔てて設け、  前記光学式マーク検出センサーで検出した前記光学式フィジシャルマークの位置測定値、前記荷電粒子線式フィジシャルマークの位置測定値、及び、前記ステージの位置誤差を考慮して、前記光学式マーク検出センサーの軸と前記荷電粒子線光学系の軸との間の距離を算出することを特徴とする。
【００１３】
光学式マーク検出センサーの位置ずれ、並びに、荷電粒子線光学系光軸の位置ずれを各々独自に計測し、計測値を装置構成に反映させることにより、より正確に位置出しを行うことができ、露光精度を向上できる。
なお、前記の「前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能」は、この機能を使わずにベースラインチェックを行えば、前述の課題で指摘した問題は生じないが、前記機能の使用・不使用の選択を行えるようにするには、制御系の構成が複雑となってしまう。そこで、本発明のような調整方法を採用する意義が生じる。
【００１４】
前記荷電粒子線装置の調整方法においては、  前記荷電粒子線光学系光軸の位置ずれのうちのビームドリフトを計測することが好ましい。
ビームドリフトを計測して、荷電粒子線装置の調整の調整を行うことにより、より精度の高い露光を行える。
【００１５】
前記荷電粒子線装置の調整方法においては、  前記ビームドリフトが所定のしきい値以上であれば、前記荷電粒子線光学系そのものの調整・較正を行うことが好ましい。
ビームドリフトがあるしきい値以上の時に、荷電粒子線光学系（レンズ、偏向器等）そのものの調整・較正を行うにより、ビームドリフトが大きい場合の露光精度の低下を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の荷電粒子線装置の調整方法は、  ウェハ等の被照射基板を載置するための移動ステージ（ウェハステージ）と、  前記被照射基板のチルト制御を行う制御手段と、  前記ウェハステージの位置を計測する位置測定システムと、  前記ウェハステージ上の前記基板に荷電粒子線束（ビーム）を照射する荷電粒子線光学系と、  該光学系の側方に配置された光学式マーク検出センサーと、  を具備し、  前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能を有する荷電粒子線装置の調整方法であって、  前記ステージ上に、前記荷電粒子線を照射して検出する荷電粒子線式フィジシャルマーク、及び、前記センサーで検出する光学式フィジシャルマークの両者をある寸法だけ隔てて設け、  前記両マークを同時に位置検出して、前記光学式マーク検出センサーの位置ずれ、又は、前記荷電粒子線光学系の光軸の位置ずれを、計測し、  その際、前記各々のマークの検出光又は荷電粒子線ビームのフォーカス位置が最適となるように、前記制御手段で前記ウェハステージをチルト制御することを特徴とする。
【００１７】
各マークの検出前に各マークのフォーカス位置を調整することで、マーク位置の検出精度を向上できる。
【００１８】
本発明の荷電粒子線装置は、  ウェハ等の被照射基板を載置するための移動ステージ（ウェハステージ）と、  前記被照射基板のチルト制御を行う制御手段と、  前記ウェハステージの位置を計測する位置測定システムと、  前記ウェハステージ上の前記基板に荷電粒子線束（ビーム）を照射する荷電粒子線光学系と、該光学系の側方に配置された光学式マーク検出センサーと、  を具備し、  前記ステージの位置制御誤差や装置振動等に起因する前記ビーム照射の目標位置と実際の照射位置との誤差を前記ビームの軌道を偏向させることにより補正する機能を有する荷電粒子線装置の調整方法であって、  前記ステージ上に、前記荷電粒子線を照射して検出する荷電粒子線式フィジシャルマーク及び前記センサーで検出する光学式フィジシャルマークの両者がある寸法だけ隔てて設けられており、  前記両マークを同時に位置検出して、前記光学式マーク検出センサーの位置ずれ、又は、前記荷電粒子線光学系の光軸の位置ずれを、計測し、  その際、前記各々のマークの検出光又は荷電粒子線ビームのフォーカス位置が最適となるように、前記制御手段で前記ウェハステージをチルト制御することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、分割転写方式の電子線投影露光技術の概要を図面を参照しつつ説明する。
以下では、レチクル転写露光方式の場合で説明を進めるが、本発明の大部分の基本的手法はレチクルを用いずに直接露光する方式にも適用される。
【００２０】
図５は、分割転写方式の電子線投影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。
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器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５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。
【００２４】
レチクル１０は、実際には（図６を参照しつつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
レチクル１０の下方には投影レンズ１５及び１９並びに偏向器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、偏向器１６によってウェハ２３上の所定の位置に結像される。投影レンズ１５、１９及び偏向器１６（像位置調整偏向器）の詳しい作用については、図７を参照して後述する。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。
【００２８】
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。同開口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。
【００２９】
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ビームドリフトの量を知ることができる。
【００３０】
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。また、ウェハステージ２４には、ピエゾ素子等のアクチュエータで構成され、ウェハ２３のＺ方向やウェハ２３のチルト姿勢（θＸ、θＹ回転量）を制御する駆動機構（図１参照）が装備されている。また、ウェハの真上には、ウェハ２３のＺ方向位置を検出するオートフォーカス（ＡＦ）装置（図１参照）も装備されている。
【００３１】
ウェハステージ２４上の反射電子検出器２２の側方には、ウェハステージ２４上に設けられた光学式フィジシャルマーク（図１参照）の位置を検出する光学式マーク検出センサー２６（図１参照）が配置されている。
【００３２】
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。
【００３３】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差等を把握し、その誤差を像位置調整偏向器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上の目標位置に正確に転写される。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、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。
【００３４】
次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるレチクルの詳細例について、図６を参照しつつ説明する。
図６は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレイン領域の平面図である。このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
【００３５】
図６（Ａ）には、レチクル１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレイン領域（厚さ０．１μｍ  〜数μｍ  ）である。図６（Ｃ）に示すように、小メンブレイン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレインに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレイン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。
【００３６】
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、レチクル上で０．４〜４ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．１〜１ｍｍ角である。小メンブレイン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ０．５〜１ｍｍ程度の梁である。マイナーストラット４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
【００３７】
図６（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレイン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。なお、一つのエレクトリカルストライプ４４内における隣り合うサブフィールド間に、スカートやマイナーストラットのような非パターン領域を設けない方式も検討されている。
【００３８】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。メジャーストラット４７はマイナーストラット４５と一体である。
【００３９】
現在有力と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライプ（以下単にストライプと呼ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。
【００４０】
図７は、レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。図の上部にレチクル１０上の１つのストライプ４９が示されている。ストライプ４９には上述のように多数のサブフィールド４２（スカートについては図示省略）及びマイナーストラット４５が形成されている。図の下部には、レチクル１０と対向するウェハ２３が示されている。
【００４１】
この図では、レチクル上のストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４の左隅のサブフィールド４２−１が上方からの照明ビームＩＢにより照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズと像位置調整偏向器（図５参照）の作用によりウェハ２３上の所定の領域５２−１に縮小投影されている。
【００４２】
パターンビームＰＢは、レチクル１０とウェハ２３の間で、２段の投影レンズの作用により、光軸と平行な方向から光軸と交差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。
【００４３】
ウェハ２３上におけるサブフィールド像の転写位置は、レチクル１０とウェハ２３との間の光路中に設けられた偏向器（図５の符号１６）により、各パターン小領域４２に対応する被転写小領域５２が互いに接するように調整される。すなわち、レチクル上のパターン小領域４２を通過したパターンビームＰＢを第１投影レンズ及び第２投影レンズでウェハ２３上に収束させるだけでは、レチクル１０のパターン小領域４２のみならずマイナーストラット４５及びスカートの像までも所定の縮小率で転写することとなり、マイナーストラット４５等の非パターン領域に相当する無露光領域が各被転写小領域５２の間に生じる。このようにならないよう、非パターン領域の幅に相当する分だけパターン像の転写位置をずらしている。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線装置について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線装置の概略を示す斜視図である。
図１の上部には、偏向器等を含む電子線光学系鏡筒２７が示されている。電子線光学系鏡筒２７の脇には、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式（特開昭６２−２９１１３３号公報参照）のアライメント装置である光学式マーク検出センサー２６が配置されている。なお、ＦＩＡ方式の他にＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）やＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｔｅｐ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を用いることもできる。
【００４５】
電子線光学系鏡筒２７及び光学式マーク検出センサー２６の下方には、ウェハステージ２４が配置されている。
ウェハステージ２４上には、図のＸ方向に延びる長方形をしたマークプレート３０が設けられている。
【００４６】
マークプレート３０上には、光学式フィジシャルマーク（以下Ｌマークともいう）２８及び荷電粒子線式フィジシャルマーク（以下ＥＢマークともいう）２９が寸法ＢＬ０だけ隔てて設けられている。
【００４７】
Ｌマーク２８を光学式マーク検出センサー２６の直下に位置させ、同センサ−２６から紫外光等をＬマーク２８に照射し、光学センサーのマーク指標とＬマーク２８の像のズレを測ることにより、Ｌマーク２８とセンサー２６との相対的な位置を測定することができる。
【００４８】
ＥＢマーク２９については、レチクル１０（図５参照）上のマークパターンを通過したビームでＥＢマーク２９を走査し、その際のマークからの反射電子を反射電子検出器２２（図５参照）で検出することにより、ＥＢマーク２９の位置を測定することができる。
【００４９】
電子線光学系鏡筒２７の基準中心位置（鏡筒中心）の直下にＥＢマーク２９を置き、同基準中心にレチクル上のマークパターンを置き、投影光学系の偏向器の出力を０としてマーク検出すれば、投影光学系に対するＥＢマーク２９の位置がわかる。
【００５０】
マークプレート３０は、例えば、ゼロデュアー（低膨張ガラス）、低熱膨張アルミナ、セラミックス等の低熱膨張性且つ非導電性の基材からなる。基材上には、軽金属薄膜（アルミニウム等）をコーティングして、厚さ０．１μｍ以下の金属コート層を形成する。基材は、長手方向の長さが数百ｍｍ程度以上あるが、低熱膨張性の材料であるので、例えば０．１℃温度が上昇した場合の長手方向の変形量は数ｎｍ以下となる。そのため、温度が変化した時のＬマーク２８とＥＢマーク２９の位置誤差は非常に小さいものとなり、露光位置精度に対して悪影響を及ぼすことはほとんど無い。
【００５１】
Ｌマーク２８は、マークプレート３０に貼り付けられたり、機械的に固定されたり、又は基材に直接マーク形成されている。Ｌマーク２８は、マークプレート３０上に金属からなるマークパターンを蒸着して形成する。
ＥＢマーク２９は、マークプレート３０上にＴａやＷなどの重金属からなるマークパターンを蒸着して形成する。
【００５２】
ＥＢマーク２９とＬマーク２８との間隔ＢＬ０は、電子光学系鏡筒２７の基準中心とマーク検出センサー２６の中心（検出光学系光軸）との間隔の設計値と同じとしておく。こうすることにより、投影光学系と光学式マーク検出光学系の距離が容易に校正される。
【００５３】
ウェハステージ２４の側面には、端面が高精度に磨かれた反射鏡２４ａが設けられている。反射鏡２４ａの側方には、レーザ干渉計を用いた位置検出器２５が付設されており、ウェハステージ２４の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。なお、これらの反射鏡２４ａ及び位置検出器２５等でＸ方向ステージ位置測定システムを構成している。図示は省略してあるが、同様のシステムがＹ方向ステージ位置測定用、及び、θＺ（Ｚ軸回り回転）計測用として設けられている。
【００５４】
ウェハステージ２４上には、ウェハ２３が固定されている。ウェハ２３上の数箇所には、ウェハ上の既存パターンの位置を検出するためのアライメントマーク２３ａが設けられている。
光学式マーク検出センサー２６の直下にアライメントマーク２３ａを位置させてマーク計測を行う。その後に、ステージ２４を送ってウェハ２３を電子光学系鏡筒２７の直下に移動させて露光を行う。
【００５５】
あるいは、レチクル１０（図５参照）上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のアライメントマーク２３ａを走査し、その際のマークからの反射電子を反射電子検出器２２（図５参照）で検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ることもできる。しかし、レチクル上のマークを直接ウェハ上のマークに投影・スキャンすると近傍を露光してしまうため、現状では、上記目的のアライメントは、光学式センサーとマークの計測により、ラフ（ｒｏｕｇｈ）アライメントを行い、ウェハ上のマークはファインアライメントに用いられている。
【００５６】
次に、上述の電子線露光装置のビーム位置誤差について説明する。
図２は、ビーム位置誤差を説明するための図である。図２（Ａ）は校正時にＥＢマークがとるべき目標マーク位置と実際のマーク位置を示す図であり、図２（Ｂ）はビーム偏向により干渉計が計測したステージ誤差（ＷＳ誤差）をコントローラが補正したビーム位置（Ｆ／Ｐ補正）とマークの位置関係を示す図であり、図２（Ｃ）は補正された位置を中心にビームを走査したときに検出される反射電子量を示す図である。
【００５７】
図２（Ａ）において、目標となるマーク位置（ウェハステージの位置制御によりマークを位置させようとしている目標位置）が十字の破線で示されている。この図では、実際のマーク位置は十字の実線で示された様に、目標となるマーク位置からずれている。ここでは、この誤差量をウェハステージ（ＷＳ）制御誤差と呼ぶ。
【００５８】
図２（Ｂ）において、目標マーク位置が十字の破線で、実際のマーク位置が十字の実線で示されている。この図では、元の目標マーク位置にＦ／Ｐ（Ｆｉｌｔｅｒ／Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）補正が施され、目標マーク位置が実際のマーク位置の近くに移動している。ここで、この補正量をＣＦＰとし、補正後の目標マーク位置と実際のマーク位置との誤差量をＥＦＰと呼ぶ。
【００５９】
図２（Ｃ）には、ＥＢマークを検出するための高速偏向器（ＨＳＤ：Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）座標位置と、その箇所での反射電子検出量が示されている。この図に示すように、実際のマーク位置は、ＨＳＤ座標中心から（ＥＦＰ＋ＢＤ）だけシフトしている。ここで、ＢＤはビームドリフトを示す。
【００６０】
本来、Ｆ／Ｐ（ビーム偏向）でウェハステージ位置誤差は補正されるため、マーク検出結果はＨＳＤの設計値位置になるはずである。しかし、図２に示したように、実際にウェハ上に投影されるビーム位置は、Ｆ／Ｐの位置誤差（ＥＦＰ）及び、ビームドリフト（ＢＤ）によってシフトする。さらに、通常のベースラインチェック（ＢＣＨＫ）では、レチクル上のマークの位置誤差（ＲＥ）もビームシフトに加算される。このシフト量は、ＥＢマーク検出時にＨＳＤの偏向中心からマーク位置中心の距離で表される。つまり、本来マーク中心に偏向されるべきビームが（ＥＦＰ＋ＢＤ＋ＲＥ）だけシフトしたことになる（図２（Ｃ）参照）。
【００６１】
しかし、このシフト量が比較的大きい場合、電子光学計の光学補正系に支障をきたす。そこで、このシフト量が１００ｎｍ未満の場合は、ベースラインへ加算する。なお、ここでいうベースラインとは、光学式マーク検出センサー２６の中心と電子光学系中心との間の距離であり、ウェハ上のアライメントマーク検出の情報を電子光学系座標に換算する。
【００６２】
この時、特に電子光学系の特別な補正をせずに、後述するベースラインを算出する。シフト量が１００ｎｍ以上の場合は、ビーム偏向位置・電子光学補正系を調整し、再びＢＣＨＫを行う。なお、この１００ｎｍというシフト量は一例で、様々に変更できる。
【００６３】
次に、上述の荷電粒子線装置を用いたベースライン長の算出方法について説明する。
図３は、上述の電子線露光装置におけるベースライン長の算出方法を説明するための図である。
図３には、図１に示したＥＢマーク２９及び同マーク２９を検出する電子線光学系（ＥＯ）鏡筒２７が模式的に示されている。また、図１に示したＬマーク２８及び同マーク２８を検出する光学式マーク検出センサー（以下ＦＩＡともいう）２６が模式的に示されている。ここで、同時ＢＣＨＫを行う時のＥＢマーク２９とＬマーク２８との距離（ベースライン長）の設定値をＢＬ０とする。なお、同時ベースラインチャックとは、ＥＢマークを電子光学系鏡筒中心直下に位置させるとともにＬマークを光学式マーク検出センサー中心直下に位置させ、この状態でステージを微小走査させながら又はビームを走査してマーク位置を同時検出し、各マークと電子光学系鏡筒中心又は光学式マーク検出センサー中心との相対位置関係を求め、それらを演算してベースライン長を求める操作のことである。
【００６４】
電子線光学系鏡筒２７の座標中心からドリフト前の光学式マーク検出センサー２６の座標中心までの距離は、ＥＢマーク２９とＬマーク２８との距離と同じに設計されているので、ＢＬ０となる。一方、電子線光学系鏡筒２７の座標中心（ＥＯ座標中心）からドリフト後の光学式マーク検出センサー２６の座標中心（ＦＩＡ座標中心）までの距離ＢＬ１は、ＢＬ０よりドリフト分Ｄｄｒｉｆだけ短いＢＬ１となる。また、ドリフト後のＦＩＡ座標中心からＬマーク２８の距離をＤＦＩＡとする。
【００６５】
電子線光学系鏡筒２７の下部からは、Ｆ／Ｐ（偏向）補正されたビームが実線で示されている。図２に示したように、この補正量はＣＦＰであり、実際のビームは、マークから（ＥＦＰ＋ＢＤ）だけシフトしている。
【００６６】
図３に示した諸値から以下の２つのベースライン長を求める。
ＢＬ１＝ＢＬ０＋ＤＦＩＡ−（ＥＦＰ＋ＢＤ）−ＣＦＰ
ＢＬ２＝ＢＬ０＋ＤＦＩＡ−ＣＦＰ
ここで、ＢＬ１は電子光学系中心からのＦＩＡのシフトのみを示すベースライン長であり、光ステッパーのベースライン長とほぼ同じである。ＢＬ２はＦ／Ｐ補正残＋ビームドリフトを含んだベースライン長となる。
【００６７】
なお、非同時ＢＣＨＫを行う場合は、ＥＢマーク２９とＬマーク２８との距離をＢＬ０′とし、ウェハステージのステップ移動距離をＳＳをすると、
ＢＬ１′＝ＢＬ０′＋ＳＳ＋ＤＦＩＡ−（ＥＦＰ＋ＢＤ）−ＣＦＰ
ＢＬ２′＝ＢＬ０′＋ＳＳ＋ＤＦＩＡ−ＣＦＰ
となる。
【００６８】
ここで、図４を参照しつつ、上述のＥＦＰとＢＤの原因の切り分け方法について説明する。
図４は、上述のＥＦＰ＋ＢＤを示す図である。
ＥＦＰ＋ＢＤが非常に大きい場合、要因の切り分けが必要となる。Ｆ／Ｐでの追従エラーＥＦＰは、主に干渉計計測誤差とメインＤＡＣ（ＤＡＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｎａｌｏｇｕｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）のゲイン調整誤差であると考えられる。ここでＭＤＡＣ誤差は、Ｆ／Ｐからの補正指令値の関数となる。なお、干渉計の計測誤差は、ミラーＢｏｗの校正精度などに依存するが、干渉計の測定点間隔が数十μｍ程度の範囲内であれば、ほぼ一定と思われるので、ここでは無視する。また、ビームドリフトＢＤはある程度安定しているものとする。
【００６９】
上記の条件においては、ステージをステップ移動させ、以下のようなデータを得ることで原因の分離を行える。
まず、ステージをステップ移動させ、この時ステージの動きを追従するような信号をＦ／Ｐから電子光学系に送る。このとき得られるウェハステージのステップに対する電子光学系の追従誤差（ＥＦＰ＋ＢＤ＋ＲＥ）の結果から、直線の傾きはＭＤＡＣゲインエラー（理想は傾き０）、±最大偏向の中点値がＢＤ＋ＲＥ（＋干渉計の計測誤差オフセット分）である。さらに様々なステージ位置で計測を行った場合の直線の変分はウェハステージの位置に依存した干渉計の計測誤差となる。
以上の結果から誤差の原因をある程度切り分けられる。
【００７０】
干渉計の誤差は装置定数として考えて補正する。ＭＤＡＣの誤差はゲインの再調整を必要とする。ＲＥは、（リチクルアライメント）結果残であるため分離は困難であるが、レチクルの再ロード、再アライメント等によりある程度の予測は可能である。
【００７１】
次に、図８、図９を参照しつつ、上述の荷電粒子線装置の調整方法について説明する。ここでは、同時ＢＣＨＫを行う際の荷電粒子線装置の調整方法について説明する。
図８、図９は、上述の荷電粒子線装置の調整方法を示すフローチャートである。
図８においては、まず、ＦＩＡセンサー２６（図１等参照）のリセット位置（図１のドリフト前の座標中心）にウェハステージを移動し、ＦＩＡセンサー２６をリセットする（ステップ１）。これにより、光学マークのＦＩＡによる位置検出が可能になると同時に、ＥＢマークがＨＳＤ（高速偏向器）の走査範囲内に入り、ビーム走査によりＥＢマークの検出が可能となる。
【００７２】
次に、レチクルステージをＢＣＨＫを行う位置に移動し（ステップ２）、Ｌマーク２８及びＥＢマーク２９をＢＣＨＫを行う位置に移動する（ステップ３）。
【００７３】
ステージオートフォーカスのノミナル位置（正規位置）にウェハステージを移動させ（ステップ４）、光学式マーク検出センサー２６のオートフォーカスでウェハステージのＺ方向位置を検出する（ステップ５）。
【００７４】
ここで、Ｚ方向位置が光学式マーク検出センサー２６の検出範囲内であれば（ステップ６）、ステージオートフォーカスで検出されたＺ方向の補正量を電子光学系に送る（ステップ７）。
【００７５】
Ｚ方向位置が光学式マーク検出センサー２６の検出範囲内でない場合には（ステップ６）、範囲内にウェハステージを移動させ（ステップ８）、ステージオートフォーカスでＺ方向の位置を検出する（ステップ９）。
【００７６】
ここで、Ｚ方向位置が電子光学系の補正範囲内であれば（ステップ１０）、ステージオートフォーカスで検出されたＺ方向の補正量を電子光学系に送る（ステップ７）。
【００７７】
Ｚ方向位置が電子光学系の補正範囲内でない場合には（ステップ１０）、両オートフォーカスがノーマル位置に来るようにウェハステージをチルト制御し（ステップ１１）、ステージオートフォーカスで検出されたＺ方向の補正量を電子光学系に送る（ステップ７）。
【００７８】
続いて図９においては、光学式マーク検出センサー２６でＬマーク２８（図１等参照）を検出し（ステップ１２）、Ｌマーク２８位置を算出する（ステップ１３）。この時、干渉計の補正値を含む。
【００７９】
また、Ｆ／Ｐからの補正信号がある場合には（ステップ１４）、Ｆ／Ｐ補正値のＬＯＧを参照しつつ、ＥＢマーク２９（図１等参照）を検出し（ステップ１５）、マーク位置及びビームドリフトを算出する（ステップ１６）。なお、ビームドリフトがあるしきい値以上であれば電子線光学系鏡筒そのものの調整・較正を行い、ステップ１に戻る必要がある。
【００８０】
さらに、Ｆ／Ｐからの補正信号がない場合には（ステップ１４）、干渉計での測定値のＬＯＧを参照しつつ、ＥＢマーク２９を検出し（ステップ１７）、マーク位置を算出する（ステップ１８）。
【００８１】
次に、上述のデータを参照しつつ、ベースライン長を算出する（ステップ１９）。
ここで、Ｌマーク２８及びＥＢマーク２９が複数セット用意されている場合には、次のマークペアの計測を行う（ステップ２０）。そして、複数のマークペアから算出されたベースライン長の平均値を求め（ステップ２１）、ＥＧＡ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｇｌｏｂａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ、特開昭６２−２９１１３３号公報等参照）等のアライメントに反映する。なお、複数マークペアの内の２ペアーのベースライン長の差が１５ｎｍ以上（一例）であれば、警告を出し、次の露光動作に入らない用にする。
【００８２】
さらに、２箇所のＬマーク２８の結果から、Ｙ方向の干渉計測定誤差も算出してＥＧＡ結果に反映することもできる。また、非同時ＢＣＨＫを行う場合には、マークの組み合わせにより、Ｘ／Ｙ両方の干渉計測定誤差も算出できる。
【００８３】
なお、非同時ＢＣＨＫの場合には、光学式マーク検出センサー２６でＬマーク２８を検出した後、続いてＥＢマーク２９の検出を行う。その際、ウェハステージのチルト制御をする必要はない。
【００８４】
以上図１〜図９を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線装置等について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更を加えることができる。
【００８５】
【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、Ｌマークの荷電粒子線光学系座標における位置ずれを較正する計測シーケンス中に同時に、且つ独立してビームドリフトを計測し、その結果を元に光学系の較正を行い、さらにステージ位置誤差補正機能を考慮したベースライン長を求め、露光位置の補正値に加算することで、露光位置精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線装置の概略を示す斜視図である。
【図２】ビーム位置誤差を説明するための図である。図２（Ａ）は校正時にＥＢマークがとるべき目標マーク位置と実際のマーク位置を示す図であり、図２（Ｂ）はビーム偏向により干渉計が計測したステージ誤差（ＷＳ誤差）をコントローラが補正したビーム位置（Ｆ／Ｐ補正）とマークの位置関係を示す図であり、図２（Ｃ）は補正された位置を中心にビームを走査したときに検出される反射電子量を示す図である。
【図３】上述の電子線露光装置におけるベースライン長の算出方法を説明するための図である。
【図４】上述のＥＦＰ＋ＢＤを示す図である。
【図５】分割転写方式の電子線投影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６】電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレイン領域の平面図である。
【図７】レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
【図８】上述の荷電粒子線装置の調整方法を示すフローチャートである。
【図９】上述の荷電粒子線装置の調整方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２３  ウェハ
２４  ウェハステージ
２５  位置検出器
２６  光学式マーク検出センサー
２７  電子線光学系鏡筒
２８  Ｌマーク
２９  ＥＢマーク
３０  マークプレート
２３ａ  アライメントマーク
【図１】
2004311659.tif 000003
【図２】
2004311659.tif 000004
【図３】
2004311659.tif 000005
【図４】
2004311659.tif 000006
【図５】
2004311659.tif 000007
【図６】
2004311659.tif 000008
【図７】
2004311659.tif 000009
【図８】
2004311659.tif 000010
【図９】
2004311659.tif 000011