(57)【要約】【課題】少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームのシャープネス及びビームサイズを高精度に測定する荷電粒子ビーム露光装置を提供する。【解決手段】少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビーム３００でウェハ６４を露光する荷電粒子ビーム露光装置１００は、荷電粒子ビーム３００の一部を遮るナイフエッジ２０２と、荷電粒子ビーム３００の進行方向に対してナイフエッジ２０２の下方に設けられ、直接照射された荷電粒子ビーム３０の電流を検出する電流検出部２０４と、荷電粒子ビーム３００の進行方向に対してナイフエッジ２０２と略同一の高さに設けられ、荷電粒子ビーム３００の直線の辺とナイフエッジ２０２との相対角の調整に用いられる調整パターン４００とを備える。【選択図】　図２
2004071990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームでウェハを露光する荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記荷電粒子ビームの一部を遮るナイフエッジと、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記ナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された前記荷電粒子ビームの電流を検出する電流検出部と、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記ナイフエッジと略同一の高さに設けられ、前記荷電粒子ビームの前記直線の辺と前記ナイフエッジとの相対角である第１の相対角の調整に用いられる調整パターンと
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項２】
前記荷電粒子ビーム露光装置が、前記直線の辺に前記調整パターンを横切らせるような走査方向に、前記荷電粒子ビームを走査した場合において、前記調整パターンが反射する反射荷電粒子の量の、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、前記走査方向に対する前記直線の辺の相対角である第２の相対角を判断し、前記第２の相対角に基づいて、前記第１の相対角を略平行に調整する調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項３】
前記調整パターンは、円形パターンを有し、
前記調整部は、前記直線の辺が前記円形パターンを横切るように前記荷電粒子ビームを走査した場合に、前記円形パターンが反射する反射荷電粒子の量の走査距離に対する変化に基づいて、前記第２の相対角を判断することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項４】
前記調整パターンは、
円形パターンに対する相対位置が既知である第１のラインパターンを更に有し、
調整部は、荷電粒子ビームが前記第１のラインパターンを通過するように走査させることにより、前記第１のラインパターンの位置を検出し、検出した第１のラインパターンの位置に基づいて前記円形パターンの位置を判断することを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項５】
前記第１のラインパターンと前記円形パターンとの距離が既知であり、
前記調整部は、前記第１のラインパターンとほぼ垂直に通過するように前記荷電粒子ビームを走査させることにより、前記第１のラインパターンの位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項６】
前記調整パターンは、前記第１のラインパターンに対してほぼ垂直に設けられた第２のラインパターンを更に有し、
前記調整部は、前記荷電粒子ビームが前記第２のラインパターンを通過する様に走査させることにより、前記第２のラインパターンの位置を更に検出し、検出した第２のラインパターンの位置に更に基づいて、前記円形パターンの位置を判断することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項７】
前記調整パターンは、
ほぼ等間隔で略平行に設けられた複数の前記第１のラインパターンと、
ほぼ等間隔で略平行に設けられた複数の前記第２のラインパターンとを更に有し、
前記円形パターンは、複数の前記第１のラインパターンと複数の前記第２のラインパターンとが構成する格子のほぼ中心に配置されていることを特長とすることを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項８】
前記調整パターンは、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記円形パターンと略同一の高さに設けられたラインパターンを更に有し、
前記調整部は、前記ラインパターンに焦点を合わせることにより、前記円形パターンに焦点を合わせることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項９】
前記調整部は、前記荷電粒子ビームの一部が前記ナイフエッジで遮られる状態で、前記ナイフエッジに沿った走査方向に前記荷電粒子ビームを走査させたときの、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する前記荷電粒子ビームの電流の変化に基づいて、前記走査方向に対する前記ナイフエッジの相対角である第３の相対角を判断し、前記第３の相対角に更に基づいて、前記第１の相対角を略平行に調整することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１０】
前記ナイフエッジのエッジ部分及び前記調整パターンは、前記荷電粒子ビームの進行方向に対する前記ナイフエッジの上面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１１】
前記ナイフエッジは、前記ウェハにおける前記荷電粒子ビームの走査方向と略平行に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１２】
前記荷電粒子ビームを偏向させる偏向器を更に備え、
前記ナイフエッジのエッジ部分と前記調整パターンとの距離は、前記偏向器が前記荷電粒子ビームを偏向できる距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１３】
荷電粒子ビームの一部を遮るナイフエッジと、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記ナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された前記荷電粒子ビームの電流を検出する電流検出部と、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記ナイフエッジと略同一の高さに設けられ、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームの前記直線の辺と前記ナイフエッジとの相対角である第１の相対角の調整に用いられる調整パターンと
を備える荷電粒子ビーム露光装置において、前記荷電粒子ビームのシャープネスを測定する方法であって、
前記荷電粒子ビームの前記直線の辺が、前記調整パターンを横切るような走査方向に、前記荷電粒子ビームを走査する段階と、
前記調整パターンが反射する反射荷電粒子の量の、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、前記走査方向に対する前記直線の辺の相対角である第２の相対角を判断する第１判断段階と、
前記第２の相対角に基づいて、前記第１の相対角を略平行に調整する調整段階と、
前記第１の相対角が略平行に調整された状態において、前記直線の辺が前記ナイフエッジの端部を通過すべく前記荷電粒子ビームを走査したときの、前記電流検出部が検出する前記電流の変化に基づいて、前記荷電粒子ビームのシャープネスを測定する測定段階と
を備えることを特長とする、シャープネスの測定方法。
【請求項１４】
前記荷電粒子ビームの一部が前記ナイフエッジで遮られる位置で、前記ナイフエッジに沿った走査方向に、前記荷電粒子ビームを走査し、前記電流検出部が検出する前記荷電粒子ビームの電流の、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、前記走査方向に対する前記ナイフエッジの相対角である第３の相対角を判断する第２判断段階を更に備え、
前記調整段階は、
前記第２の相対角及び前記第３の相対角に基づいて、前記第１の相対角を略平行に調整することを特徴とする請求項１３に記載のシャープネスの測定方法。
【請求項１５】
前記第１判断段階は、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する前記反射荷電粒子の量の変化が最小となる前記走査方向に基づいて、前記第２の相対角を判断し、
第２判断段階は、前記荷電粒子ビームの電流の、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する変化が最小となる荷電粒子ビームの走査方向に基づいて、前記第３の相対角を判断することを特長とする請求項１３に記載のシャープネスの測定方法。
【請求項１６】
荷電粒子ビームの一部を遮るナイフエッジと、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記ナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された前記荷電粒子ビームの電流を検出する電流検出部と、
前記荷電粒子ビームの進行方向に対して前記ナイフエッジと略同一の高さに設けられ、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームの前記直線の辺と前記ナイフエッジとの相対角である第１の相対角の調整に用いられる調整パターンと
を備える荷電粒子ビーム露光装置を用いてウェハにパターンを露光して、半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、
前記荷電粒子ビームの前記直線の辺が、前記調整パターンを横切るような走査方向に、前記荷電粒子ビームを走査する段階と、
前記調整パターンが反射する反射荷電粒子の量の、前記荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、前記走査方向に対する前記直線の辺の相対角である第２の相対角を判断する第１判断段階と、
前記第２の相対角に基づいて、前記第１の相対角を略平行に調整する調整段階と、
前記第１の相対角が略平行に調整された状態において、前記直線の辺が前記ナイフエッジの端部を通過すべく前記荷電粒子ビームを走査したときの、前記電流検出部が検出する前記電流の変化に基づいて、前記荷電粒子ビームのシャープネスを測定する測定段階と
測定した前記シャープネスに基づいて、前記荷電粒子ビームのシャープネスを補正する補正段階と
シャープネスが補正された前記荷電粒子ビームでウェハを露光する段階と
を備えることを特長とする半導体素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビームのシャープネス測定方法、及び半導体素子製造方法に関する。特に本発明は、荷電粒子ビームでウェハにパターンを露光する荷電粒子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置を用いて、ウェハにパターンを精度良く露光するには、ウェハに照射される電子ビームの状態、例えばシャープネス及びビームサイズを高精度に測定し、管理することが重要である。
従来、ビームの断面が円形であるポイントビームのシャープネス及びビームサイズを測定する手段として、ナイフエッジ測定手段が用いられる。ナイフエッジ測定手段は、ビームの一部を遮るナイフエッジと、ビームの進行方向に対してナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された電子ビームの電流を検出する電流検出器とを備え、ポイントビームをナイフエッジに対してほぼ垂直方向に走査したときの、電流検出器が検出する電流値の変化に基づいて、シャープネス及びビームサイズを算出する。
【０００３】
一方、可変矩形露光装置やブロック露光装置等で用いられる、直線の辺を有する形状の電子ビームのシャープネス及びビームサイズをナイフエッジ測定手段で測定する場合においては、ナイフエッジに対する電子ビームの直線の辺を平行にした状態で、電子ビームをナイフエッジに対して走査しなければ、シャープネス及びビームサイズを正確に測定できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、ナイフエッジに対する電子ビームの直線の辺の相対角を測定して調整する手段がなく、その結果、直線の辺を有する形状の電子ビームのシャープネス及びビームサイズを高精度に測定し、管理することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビームのシャープネス測定方法、及び半導体素子製造方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームでウェハを露光する荷電粒子ビーム露光装置は、荷電粒子ビームの一部を遮るナイフエッジと、荷電粒子ビームの進行方向に対してナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された荷電粒子ビームの電流を検出する電流検出部と、荷電粒子ビームの進行方向に対してナイフエッジと略同一の高さに設けられ、荷電粒子ビームの直線の辺とナイフエッジとの相対角である第１の相対角の調整に用いられる調整パターンとを備える。
【０００７】
荷電粒子ビーム露光装置が、直線の辺に調整パターンを横切らせるような走査方向に、荷電粒子ビームを走査した場合において、調整パターンが反射する反射荷電粒子の量の、荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、走査方向に対する直線の辺の相対角である第２の相対角を判断し、第２の相対角に基づいて、第１の相対角を略平行に調整する調整部を更に備えてもよい。
【０００８】
調整パターンは、円形パターンを有し、調整部は、直線の辺が円形パターンを横切るように荷電粒子ビームを走査した場合に、円形パターンが反射する反射荷電粒子の量の走査距離に対する変化に基づいて、第２の相対角を判断してもよい。
【０００９】
調整パターンは、円形パターンに対する相対位置が既知である第１のラインパターンを更に有し、調整部は、荷電粒子ビームが第１のラインパターンを通過するように走査させることにより、第１のラインパターンの位置を検出し、検出した第１のラインパターンの位置に基づいて円形パターンの位置を判断してもよい。
【００１０】
第１のラインパターンと円形パターンとの距離が既知であり、調整部は、第１のラインパターンとほぼ垂直に通過するように荷電粒子ビームを走査させることにより、第１のラインパターンの位置を検出してもよい。
【００１１】
調整パターンは、第１のラインパターンに対してほぼ垂直に設けられた第２のラインパターンを更に有し、調整部は、荷電粒子ビームが第２のラインパターンを通過する様に走査させることにより、第２のラインパターンの位置を更に検出し、検出した第２のラインパターンの位置に更に基づいて、円形パターンの位置を判断してもよい。
【００１２】
調整パターンは、ほぼ等間隔で略平行に設けられた複数の第１のラインパターンと、ほぼ等間隔で略平行に設けられた複数の第２のラインパターンとを更に有し、円形パターンは、複数の第１のラインパターンと複数の第２のラインパターンとが構成する格子のほぼ中心に配置されてもよい。
【００１３】
調整パターンは、荷電粒子ビームの進行方向に対して円形パターンと略同一の高さに設けられたラインパターンを更に有し、調整部は、ラインパターンに焦点を合わせることにより、円形パターンに焦点を合わせてもよい。
【００１４】
調整部は、荷電粒子ビームの一部がナイフエッジで遮られる状態で、ナイフエッジに沿った走査方向に荷電粒子ビームを走査させたときの、荷電粒子ビームの走査距離に対する荷電粒子ビームの電流の変化に基づいて、走査方向に対するナイフエッジの相対角である第３の相対角を判断し、第３の相対角に更に基づいて、第１の相対角を略平行に調整してもよい。
【００１５】
ナイフエッジのエッジ部分及び調整パターンは、荷電粒子ビームの進行方向に対するナイフエッジの上面に設けられてもよい。ナイフエッジは、ウェハにおける荷電粒子ビームの走査方向と略平行に設けられてもよい。
【００１６】
荷電粒子ビームを偏向させる偏向器を更に備え、ナイフエッジのエッジ部分と調整パターンとの距離は、偏向器が荷電粒子ビームを偏向できる距離より小さくてもよい。
【００１７】
本発明の第２の形態によれば、荷電粒子ビームの一部を遮るナイフエッジと、荷電粒子ビームの進行方向に対してナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された荷電粒子ビームの電流を検出する電流検出部と、荷電粒子ビームの進行方向に対してナイフエッジと略同一の高さに設けられ、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームの直線の辺とナイフエッジとの相対角である第１の相対角の調整に用いられる調整パターンとを備える荷電粒子ビーム露光装置において、荷電粒子ビームのシャープネスを測定する方法は、荷電粒子ビームの直線の辺が、調整パターンを横切るような走査方向に、荷電粒子ビームを走査する段階と、調整パターンが反射する反射荷電粒子の量の、荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、走査方向に対する直線の辺の相対角である第２の相対角を判断する第１判断段階と、第２の相対角に基づいて、第１の相対角を略平行に調整する調整段階と、第１の相対角が略平行に調整された状態において、直線の辺がナイフエッジの端部を通過すべく荷電粒子ビームを走査したときの、電流検出部が検出する電流の変化に基づいて、荷電粒子ビームのシャープネスを測定する測定段階とを備える。
【００１８】
荷電粒子ビームの一部がナイフエッジで遮られる位置で、ナイフエッジに沿った走査方向に、荷電粒子ビームを走査し、電流検出部が検出する荷電粒子ビームの電流の、荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、走査方向に対するナイフエッジの相対角である第３の相対角を判断する第２判断段階を更に備え、調整段階は、第２の相対角及び第３の相対角に基づいて、第１の相対角を略平行に調整してもよい。
【００１９】
第１判断段階は、荷電粒子ビームの走査距離に対する反射荷電粒子の量の変化が最小となる走査方向に基づいて、第２の相対角を判断し、第２判断段階は、荷電粒子ビームの電流の、荷電粒子ビームの走査距離に対する変化が最小となる荷電粒子ビームの走査方向に基づいて、第３の相対角を判断してもよい。
【００２０】
本発明の第３の形態によれば、荷電粒子ビームの一部を遮るナイフエッジと、荷電粒子ビームの進行方向に対してナイフエッジの下方に設けられ、直接照射された荷電粒子ビームの電流を検出する電流検出部と、荷電粒子ビームの進行方向に対してナイフエッジと略同一の高さに設けられ、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームの直線の辺とナイフエッジとの相対角である第１の相対角の調整に用いられる調整パターンとを備える荷電粒子ビーム露光装置を用いて、ウェハにパターンを露光し、半導体素子を製造する半導体素子製造方法は、荷電粒子ビームの直線の辺が、調整パターンを横切るような走査方向に、荷電粒子ビームを走査する段階と、調整パターンが反射する反射荷電粒子の量の、荷電粒子ビームの走査距離に対する変化に基づいて、走査方向に対する直線の辺の相対角である第２の相対角を判断する第１判断段階と、第２の相対角に基づいて、第１の相対角を略平行に調整する調整段階と、第１の相対角が略平行に調整された状態において直線の辺がナイフエッジの端部を通過すべく荷電粒子ビームを走査したときの、電流検出部が検出する電流の変化に基づいて荷電粒子ビームのシャープネスを測定する測定段階と、測定したシャープネスに基づいて荷電粒子ビームのシャープネスを補正する補正段階と、シャープネスが補正された荷電粒子ビームでウェハを露光する段階とを備える。
【００２１】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。電子ビーム露光装置１００は、本発明の荷電粒子ビーム露光装置の一例である。また、本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、イオンビームによりウェハを露光するイオンビーム露光装置であってもよい。
【００２４】
電子ビーム露光装置１００は、本発明の荷電粒子ビームの一例である電子ビームにより、ウェハ６４に所定の露光処理を施すための露光部１５０と、露光部１５０の各構成の動作を制御する制御系１４０とを備える。
【００２５】
露光部１５０は、筐体１０内部に、所定の電子ビームを照射する電子ビーム照射系１１０と、電子ビーム照射系１１０から照射された電子ビームを偏向するとともに、マスク３０近傍における電子ビームの結像位置を調整するマスク用投影系１１２と、電子ビームのウェハ６４近傍における結像位置を調整する焦点調整レンズ系１１４と、マスク３０を通過した電子ビームをウェハステージ６２に載置されたウェハ６４の所定の領域に偏向するとともに、ウェハ６４に照射されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系１１６とを含む電子光学系を備える。
【００２６】
また、露光部１５０は、ウェハ６４に露光すべきパターンがそれぞれ形成された複数のブロックを有するマスク３０を載置するマスクステージ７２と、マスクステージ７２を駆動するマスクステージ駆動部６８と、パターンを露光すべきウェハ６４を載置するウェハステージ６２と、ウェハステージ６２を駆動するウェハステージ駆動部７０とを含むステージ系を備える。さらに、露光部１５０は、電子光学系の調整のために、ウェハステージ６２側から飛散する電子を検出して、検出した電子量に相当する電気信号を出力する反射電子検出部６０と、ウェハ６４とほぼ同一の高さに設けられ、電子ビームのシャープネス及びビームサイズの算出に用いられる信号を出力するナイフエッジ検出部２００とを有する。
【００２７】
電子ビーム照射系１１０は、電子銃１２による電子ビームの焦点位置を定める第１電子レンズ１４と、電子ビームを通過させる矩形形状の開口（スリット）が形成された第１スリット部１６とを有する。電子銃１２は、安定した電子ビームを発生するのに所定の時間がかかるので、露光処理期間において常に電子ビームを発生してもよい。スリットは、マスク３０に形成された所定のパターンを含むブロックの形状に合わせて形成されるのが好ましい。図１において、電子ビーム照射系１１０から照射された電子ビームが、電子光学系により偏向されない場合の電子ビームの光軸を、一点鎖線Ａで表現する。
【００２８】
マスク用投影系１１２は、電子ビームを偏向するマスク用偏向系としての第１偏向器２２及び第２偏向器２６と、電子ビームの焦点を調整するマスク用焦点系としての第２電子レンズ２０とを有する。第１偏向器２２及び第２偏向器２６は、電子ビームをマスク３０上の所定の領域に照射する偏向を行う。例えば、所定の領域は、ウェハ６４に転写するパターンを有するブロックであってよい。電子ビームがパターンを通過することにより、電子ビームの断面形状は、ブロックに形成されたパターンと同一の形状になる。第２電子レンズ２０は、第１スリット部１６の開口の像を、マスクステージ７２上に載置されるマスク３０上に結像させる機能を有する。
【００２９】
焦点調整レンズ系１１４は、第３電子レンズ２８と、第４電子レンズ３２とを有する。第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２は、電子ビームのウェハ６４に対する焦点を合わせる。ウェハ用投影系１１６は、第５電子レンズ４０と、第６電子レンズ４６と、第７電子レンズ５０と、第８電子レンズ５２と、第３偏向器３４と、第４偏向器３８と、主偏向器５６と、副偏向器５８と、ブランキング電極３６と、ラウンドアパーチャ部４８とを有する。
【００３０】
電子ビームの向きは、電界や磁界の影響を受けて回転してしまう。そこで、第５電子レンズ４０は、電子ビームがウェハ６４上に所望の向きで照射されるように、電子ビームの回転を調整する。第６電子レンズ４６及び第７電子レンズ５０は、マスク３０に形成されたパターンに対する、ウェハ６４に照射されるパターン像の縮小率を調整する。第８電子レンズ５２は、対物レンズとして機能する。第３偏向器３４は、電子ビームの進行方向に対するマスク３０の下流において、電子ビームを光軸Ａの方向に偏向する。第４偏向器３８は、電子ビームを光軸Ａに略平行になるように偏向する。主偏向器５６及び副偏向器５８は、ウェハ６４上の所定の領域に電子ビームが照射されるように、電子ビームを偏向する。本実施形態では、主偏向器５６は、１ショットの電子ビームで照射可能な領域（ショット領域）を複数含むサブフィールド間で電子ビームを偏向するために用いられ、副偏向器５８は、サブフィールドにおけるショット領域間の偏向のために用いられる。
【００３１】
ラウンドアパーチャ部４８は、円形の開口（ラウンドアパーチャ）を有する。ラウンドアパーチャ部４８は、ラウンドアパーチャの内側に照射された電子ビームを通過させ、ラウンドアパーチャの外側に照射された電子ビームを遮蔽する。ブランキング電極３６は、電子ビームをラウンドアパーチャの外側に当たるように偏向する。従って、ブランキング電極３６は、電子ビームを偏向することにより、ラウンドアパーチャ部４８から下流に電子ビームが進行することを防ぐことができる。
【００３２】
ナイフエッジ検出部２００は、照射される電子ビームの電流を検出し、電流の強さを示す電流値を出力する。
【００３３】
制御系１４０は、統括制御部１３０及び個別制御部１２０を備える。総括制御部１３０は、本発明の調整部の一例である。個別制御部１２０は、偏向制御部８２と、マスクステージ制御部８４と、ブランキング電極制御部８６と、電子レンズ制御部８８と、反射電子処理部９０と、ウェハステージ制御部９２と、ビーム電流処理部９４とを有する。統括制御部１３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部１２０に含まれる各制御部を統括制御する。偏向制御部８２は、偏向量を示す偏向データを、第１偏向器２２、第２偏向器２６、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、及び副偏向器５８に供給し、第１偏向器２２、第２偏向器２６、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、及び副偏向器５８の偏向量を制御する。マスクステージ制御部８４は、マスクステージ駆動部６８を制御して、マスクステージ７２を移動させる。
【００３４】
ブランキング電極制御部８６は、ウェハ６４に転写するパターンを変更するとき、又はパターンを露光するウェハ６４の領域を変更するときに、ブランキング電極３６を制御して、ラウンドアパーチャ部４８から下流に電子ビームが進行しないように電子ビームを偏向する。これにより、電子ビームがウェハ６４に照射されることを防ぐ。電子レンズ制御部８８は、第１電子レンズ１４、第２電子レンズ２０、第３電子レンズ２８、第４電子レンズ３２、第５電子レンズ４０、第６電子レンズ４６、第７電子レンズ５０、第８電子レンズ５２に供給する電力を制御する。反射電子処理部９０は、反射電子検出部６０により検出された電気信号に基づいて、検出された反射電子の量を示すデジタルデータを出力する。ウェハステージ制御部９２は、ウェハステージ駆動部７０を制御してウェハステージ６２を所定の位置に移動させる。
【００３５】
ビーム電流処理部９４は、ナイフエッジ検出部２００から入力される電流値の変化に基づいて、電子ビームのシャープネス及びビームサイズを算出する。
【００３６】
本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作について説明する。マスクステージ７２上では、所定のパターンが形成された複数のブロックを有するマスク３０が載置され、所定の位置に固定されている。ウェハステージ６２上には、露光処理が施されるウェハ６４が載置されている。また、電子銃１２は、露光処理期間において常に電子ビームを照射するので、露光の開始前において、第１スリット部１６の開口を通過した電子ビームがウェハ６４に照射されないように、ブランキング電極制御部８６がブランキング電極３６を制御する。
【００３７】
電子ビーム露光装置１００は、ウェハ６４を露光する前に、電子ビームのシャープネス及びビームサイズを計測し、計測した値が基準値以内でない場合には電子ビームを補正する。そのために、まず、電子ビームの向きを測定し、シャープネス及びビームサイズの計測のために必要な方向に、電子ビームの向きを調整する。
【００３８】
具体的には、まず、ウェハステージ制御部９２は、ウェハステージ駆動部７０によりウェハステージ６２を移動させて、ナイフエッジ検出部２００が光軸Ａ近傍に位置するようにする。マスクステージ制御部８４は、マスクステージ駆動部６８によりマスクステージ７２を移動させて、シャープネス及びビームサイズの計測に用いるパターン形状が形成されたブロックが光軸Ａ近傍に位置するようにする。そして、ブランキング電極制御部８６は、電子ビームの偏向を停止して、ナイフエッジ検出部２００に電子ビームが照射されるようにする。
【００３９】
偏向制御部８２は、副偏向器５８を制御して、ナイフエッジ検出部２００に対する複数の方向に、電子ビームを走査する。ナイフエッジ検出部２００は、電子ビームの進行方向に対するその上部において、電子ビームの走査位置によって決まる量の反射電子を放出する。反射電子検出部６０は、ナイフエッジ検出部２００からの反射電子を検出して、検出した反射電子の量を示す電流値を反射電子処理部９０に出力する。反射電子処理部９０は、反射電子検出部６０からの入力に基づいて、電子ビームの走査方向及び走査距離に応じた反射電子の量の変化を算出して、統括制御部１３０に出力する。
【００４０】
また、ナイフエッジ検出部２００は、電子ビームの進行方向に対するその下方において、直接入射した電子ビームを検出し、検出した電子ビームの電流を示す電流値をビーム電流処理部９４に出力する。ビーム電流処理部９４は、ナイフエッジ検出部２００からの入力に基づいて、電子ビームの走査方向及び走査距離に応じた電子ビームの電流の変化を算出し、統括制御部１３０に出力する。統括制御部１３０は、反射電子処理部９０及びビーム電流処理部９４からの入力に基づいて、電子ビームの向きを、シャープネス及びビームサイズを精度良く測定するために必要な方向に向ける。この際、電子レンズ制御部８８により第５電子レンズ４０を調節することにより、電子ビームの向きを調節する。
【００４１】
統括制御部１３０は、偏向制御部８２によりパターン像の向きが調節された電子ビームを、ナイフエッジ検出部２００上で走査し、ナイフエッジ検出部２００が検出する電子ビームの電流の、走査距離に応じた変化をビーム電流処理部９４から取得する。そして、統括制御部１３０は、ナイフエッジ検出部２００が検出した電子ビームの電流の、走査距離に応じた変化に基づいて、電子ビームのシャープネス及びビームサイズを算出する。
【００４２】
統括制御部１３０は、算出したシャープネス及びビームサイズが予め定められた基準値以内でない場合には、電子レンズ制御部８８により、ウェハ用投影系１１６を調節して、シャープネス及びビームサイズを基準値に合わせる。具体的には、電子レンズ制御部８８は、第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２を制御する制御信号の出力を調節して、電子ビームのシャープネスを基準値に合わせる。また、第６電子レンズ４６及び第７電子レンズ５０を制御する制御信号の出力を調節して、電子ビームのサイズを基準値に合わせる。以上の動作で、電子レンズ制御部８８の出力が調整され、電子ビームのシャープネス及びビームサイズが最適化される。
【００４３】
続いて、電子ビーム露光装置１００は、ウェハ６４の露光準備を行なう。先ず、ウェハステージ制御部９２は、ウェハステージ駆動部７０によりウェハステージ６２を移動させて、ウェハ６４の露光されるべき領域が光軸Ａ近傍に位置するようにする。マスクステージ制御部８４は、マスクステージ駆動部６８によりマスクステージ７２を移動させて、ウェハに露光すべきパターンが形成されたブロックが、光軸Ａ近傍に位置するようにする。マスク用投影系１１２において、電子レンズ２０及び偏向器（２２、２６）は、ウェハ６４に転写すべきパターンが形成されたブロックに電子ビームを照射するように調整される。焦点調整レンズ系１１４において、電子レンズ（２８、３２）は、ウェハ６４に電子ビームの焦点が合うように調整される。また、ウェハ用投影系１１６において、電子レンズ（４０、４６、５０、５２）及び偏向器（３４、３８、５６、５８）は、電子ビームがウェハ６４の所望の領域にパターン像を転写するように調整される。
【００４４】
以上の動作で、マスク用投影系１１２、焦点調整レンズ系１１４、及びウェハ用投影系１１６の調整が完了すると、ブランキング電極制御部８６は、ブランキング電極３６による電子ビームの偏向を停止する。これにより、以下に示すように、電子ビームはマスク３０を透過してウェハ６４に照射される。電子銃１２が電子ビームを発生し、第１電子レンズ１４が電子ビームの焦点位置を調整し、第１スリット部１６が電子ビームを矩形に成形する。そして、第１偏向器２２が第１スリット部１６で矩形に成形された電子ビームを、ウェハ６４に転写すべきパターンが形成されたマスク３０の領域に照射するように偏向する。そして、第２偏向器２６は、電子ビームを、光軸Ａと略平行になるように偏向する。また、第２電子レンズ２０は、電子ビームの焦点を調節して、第１スリット部１６で成形された矩形の形状がマスク３０上の所定の領域に結像するように制御される。
【００４５】
そして、マスク３０に形成されたパターンを通過した電子ビームは、第３偏向器３４により光軸Ａに近づく方向に偏向され、第４偏向器３８により、光軸Ａと略平行になるように偏向される。また、第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２は、マスク３０で成形されたパターン像がウェハ６４の表面に結像するように調整される。第５電子レンズ４０は、パターン像の向きがウェハ６４において所望の向きとなるように調整される。第６電子レンズ４６及び第７電子レンズ５０は、パターン像の縮小率が所望の値となるように調整される。主偏向器５６及び副偏向器５８は、電子ビームをウェハ６４上の所定のショット領域に照射するように偏向する。本実施形態では、主偏向器５６が、ショット領域を複数含むサブフィールド間で電子ビームを偏向し、副偏向器５８が、サブフィールドにおけるショット領域間で電子ビームを偏向する。所定のショット領域に偏向された電子ビームは、電子レンズ５２によって調整されて、ウェハ６４に照射される。これによって、ウェハ６４上の所望のショット領域に、マスク３０に形成されたパターンの像が転写される。
【００４６】
所定の露光時間が経過した後、ブランキング電極制御部８６は、電子ビームがマスク３０およびウェハ６４に照射されないように、ブランキング電極３６に電子ビームを偏向させる。そして、次のショット領域に、マスク３０に形成された所望のパターンを露光するために、偏向制御部８２、マスクステージ制御部８４、電子レンズ制御部８８、及びウェハステージ制御部９２を制御して、マスク用投影系１１２、焦点調整レンズ系１１４、ウェハ用投影系１１６、マスクステージ駆動部６８、及びウェハステージ駆動部７０を調整する。具体的な動作は、上述の各構成の動作と同様なので省略する。電子ビーム露光装置１００は、以上の露光処理を、繰り返し実行することによって、所望の回路パターンを、ウェハ６４に露光する。
【００４７】
本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００によれば、電子ビームのシャープネス及びビームサイズを精度良く測定、及び調整することができる。そして、シャープネス及びビームサイズの精度が高い電子ビームで、ウェハ６４にパターンを露光するので、所望のパターンを精度良くウェハに露光することができる。
【００４８】
なお、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００は、可変矩形ビームにより、ウェハにパターンを露光する可変矩形露光装置であってもよい。また、複数の電子ビームにより、ウェハにパターンを露光するマルチビーム露光装置であってもよい。
【００４９】
図２は、ナイフエッジ検出部２００の構成を示す。ナイフエッジ検出部２００は、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の電子ビームの一部を遮るナイフエッジ２０２と、電子ビーム３００の進行方向に対してナイフエッジ２０２の下方に設けられ、直接照射された電子ビーム３００の電流を検出する電流検出部２０４と、電子ビーム３００の進行方向に対してナイフエッジ２０２と略同一の高さに設けられ、電子ビーム３００の直線の辺とナイフエッジ２０２との相対角の調整に用いられる調整パターン４００と、散乱した電子の電流検出部２０４への入射を制限するアパーチャ２０８とを備える。ナイフエッジ２０２の上面は、ウェハ６４の上面とほぼ同じ高さに設けられる。ナイフエッジ２０２のエッジの鋭さは、測定すべき電子ビームのシャープネスよりも鋭い。電流検出部２０４は、入射した電子ビームの電流に応じた電流を出力するファラデーカップ２０５と、ファラデーカップ２０５が出力する電流を測定する電流計２０６とを有する。ナイフエッジ２０２のエッジ部分と調整パターン４００とは、いずれも、電子ビーム３００の進行方向に対してナイフエッジ２０２の上面側に設けられている。なお、調整パターン４００は、露光部１５０内のナイフエッジ２０２の上面以外の部分に設けられても良い。例えば、ウェハステージ６２上のナイフエッジ２０２と対向する位置に設けられても良い。
【００５０】
電子ビーム露光装置１００は、以下の様に動作し、走査方向と電子ビーム３００の直線の辺との相対角を判断する。まず、電子レンズ制御部８８は、電子ビーム３００の焦点を調整パターン４００に合わせる。そして、偏向制御部８２は、ナイフエッジ２０２の上面に設けられた調整パターン４００を複数の方向に走査する。調整パターン４００は、電子ビームが重なった面積に応じて電子ビームの電子を反射する。従って、調整パターン４００は、走査方向及び走査距離に応じた量の反射電子を反射する。調整パターン４００が反射した反射電子は、反射電子検出部６０により検出される。
【００５１】
次に、電子ビーム露光装置１００は、以下の様に動作し、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角を判断する。まず、偏向制御部８２は、ナイフエッジ２０２のエッジ部分に沿った複数の方向に電子ビーム３００を走査させる。ファラデーカップ２０５は、電子ビーム３００の、ナイフエッジ２０２に遮られずに直接照射される部分の電流を検出する。電流計２０６は、ファラデーカップ２０５が検出した電流値をビーム電流処理部９４に出力する。ファラデーカップ２０５及び電流計２０６を含む電流検出部２０４は、走査方向及び走査距離に応じた強さの電流値を出力する。
【００５２】
ナイフエッジ２０２のエッジ部分と調整パターン４００とは、いずれも、電子ビーム３００の進行方向に対するナイフエッジ２０２の上面に設けられているので、調整パターン４００を走査する場合に、調整パターン４００に合焦させた電子ビーム３００が、ナイフエッジ２０２のエッジ部分にも合焦する。これにより、走査方向と電子ビーム３００の直線の辺との相対角を判断する場合と、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角を判断する場合との間に、電子ビーム３００の回転方向のずれが生じない。したがって、統括制御部１３０は、電子ビーム３００とナイフエッジ２０２との相対角を高精度に判断することができる。また、ナイフエッジ２０２は、ウェハ６４とほぼ同等の高さに設けられているので、ウェハ６４の高さにおける電子ビーム３００のシャープネス及びビームサイズを測定することができる。
【００５３】
図３は、電子ビーム露光装置１００が調整する、電子ビーム３００の直線の辺と、ナイフエッジ２０２との相対角を示す。電子ビーム露光装置１００は、図に示す相対角をほぼ０°に状態で、ナイフエッジ２０２のエッジ部分を通過するように電子ビーム３００を走査するので、電子ビームの回転に起因する誤差成分を低減して、電子ビーム３００の測定すべきシャープネス成分及びビームサイズを精度良く検出することができる。
【００５４】
図４は、電子ビーム３００のシャープネス及びビームサイズを測定する場合に、電流検出部２０４が検出する電流値の波形と、電流値の変化を示す微分波形を示す。電子ビーム３００のシャープネスは、微分波形の立ち上がりの急峻さ、すなわち、微分波形がほぼ０からほぼピークに達するまでの走査距離に相当する。例えば、本実施例においては、微分波形において、ピークの１０％から９０％の間に相当する走査距離をシャープネスとする。また、微分波形の立ち上がりと立ち下がりがピークの５０％に達する走査距離の差をビームサイズとする。本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００は、電子ビーム３００とナイフエッジ２０２とをほぼ平行にそろえて、シャープネス及びビームサイズを精度良く測定する。
【００５５】
図５は、統括制御部１３０が、走査方向にと電子ビーム３００の直線の辺との相対角を判断する為に、調整パターンに対して電子ビーム３００を走査する例を示す。本実施形態に係る調整パターンは、円形パターン４０２を有する。電子ビーム３００は、例えば、二辺が円形パターン４０２の直径とほぼ同等の長さを有し、他の二辺が円形パターン４０２の直径よりも長い矩形の形状である。円形パターン４０２の直径及び電子ビーム３００の短手の長さは、例えば約０．１５μｍであり、電子ビーム３００の長手の長さは、例えば約４μｍである。そして、電子ビーム３００は、まず、直線の辺である長手の辺が、ナイフエッジ２０２のエッジ部分とおおよそ平行になるように調節されている。
【００５６】
本実施例においては、電子ビーム３００の長手の辺が実際に向いている方向を判断するために、円形パターン４０２に対して、電子ビーム３００を以下の手順で走査する。まず、後述の方法により円形パターン４０２の位置を判断し、焦点を合わせる。そして、直線である長手の辺が円形パターン４０２を横切るような走査方向に、電子ビーム３００を走査する。具体的には、図における電子ビーム３００と円形パターン４０２との関係のように、電子ビーム３００の長手の辺の中心付近が、円形パターン４０２の中心を通過する複数の走査方向に電子ビーム３００を走査する。複数の走査方向は、例えば、ナイフエッジ２０２のエッジ部分とおおよそ平行であり、複数の走査方向の中心となる走査方向Ｄ１を中心として、例えば０．５ミリラジアンから数ミリラジアンのピッチで角度を変化させた走査方向Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、及びＤ５である。走査方向の数は、測定に要求される精度に応じて任意に設定する。
【００５７】
電子ビームの長手の辺の向きが、走査方向と平行でない場合、電子ビーム３００が円形パターン４０２に重なる面積は、電子ビーム３００の走査距離に応じて変化する。例えば、図における電子ビーム３００をＤ１の方向に走査する場合、電子ビーム３００ａが円形パターン４０２に重なる面積は、走査距離によって変化しない。一方、電子ビーム３００をＤ２〜Ｄ５のいずれかの方向に走査する場合、電子ビーム３００が円形パターン４０２に重なる面積は、走査距離に応じて変化する。更に、走査距離に応じた、電子ビーム３００と円形パターン４０２との重なる面積の変化は、走査方向によって異なる。そして、円形パターン４０２は、電子ビーム３００と重なる面積に応じた量の電子を反射する。
【００５８】
つまり、電子ビーム３００を複数の走査方向に走査した場合において、走査距離に対する反射電子の量の変化が最も小さい走査方向が、電子ビーム３００の長手の向きに最も近い方向であると判断できる。したがって、統括制御部１３０は、電子ビーム３００の長手の辺が円形パターン４０２を横切るような走査方向に電子ビーム３００を走査した場合において、円形パターン４０２が反射する反射電子の量の、電子ビーム３００の走査距離に対する変化に基づいて、走査方向Ｄ１と直線の辺との相対角を判断する。
【００５９】
本実施例において、円形パターン４０２は、電子ビーム３００と重なる面積がパターンの向きに依存しない。つまり、円形パターン４０２の向きが、反射電子の量の走査距離に対する変化に影響を与えることがない。したがって、電子ビーム露光装置１００は、調整パターン４００として、円形パターン４０２を用いることにより、走査方向Ｄ１と直線の辺との相対角をより精度良く判断できる。
【００６０】
図６は、図５における電子ビーム３００ａをＤ１からＤ５の方向に走査した場合における、反射電子検出部６０が検出する電流値の波形の例を示す。本実施例において、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、及びＤ５の方向に走査した場合の波形はそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、及びｄ５である。統括制御部１３０は、電子ビーム３００の走査距離に対する反射電子の量の変化が最小となる走査方向に基づいて、走査方向と電子ビーム３００の直線の辺との相対角を判断する。例えば、本実施例において、走査方向Ｄ１と電子ビーム３００ａの直線の辺との相対角はほぼ０°である。このように、電子ビーム露光装置１００は、反射電子の電流値の波形に基づいて、走査方向と電子ビーム３００の直線の辺との相対角を容易に判断することができる。
【００６１】
図７は、ナイフエッジ２０２の上面に設けられた調整パターン４００の他の例を示す。調整パターン４００は、ナイフエッジ２０２のエッジ部近傍に、円形パターン４０２に対する相対位置が既知であるラインパターン４０４ａを更に有する。統括制御部１３０は、電子ビーム３００がラインパターン４０４ａを通過するように電子ビーム３００を走査させることにより、ラインパターン４０４ａの位置を検出し、検出したラインパターン４０４ａの位置に基づいて円形パターン４０２の位置を判断する。
【００６２】
具体的には、ラインパターン４０４ａと円形パターン４０２との距離は既知である。そして、統括制御部１３０は、電子ビーム３００がラインパターン４０４ａをほぼ垂直に通過するように電子ビーム３００を走査させることにより、ラインパターン４０４ａの位置を検出する。調整パターン４００は、ラインパターン４０４ａに対してほぼ垂直に設けられたラインパターン４０４ｄを更に有し、統括制御部１３０は、電子ビーム３００がラインパターン４０４ｄを通過する様に走査させることにより、ラインパターン４０４ｄの位置を更に検出し、検出したラインパターン４０４ｄの位置に更に基づいて、円形パターン４０２の位置を判断する。ラインパターン４０４は、電子ビーム３００の走査方向と垂直な方向において、電子ビーム３００よりも十分に大きいので、統括制御部１３０は、ラインパターン４０４の位置をより確実に検出して、円形パターン４０２の位置を効率よく判断することができる。
【００６３】
調整パターン４００は、ラインパターン４０４ａに対してほぼ等間隔で略平行に設けられた複数のラインパターン４０４ｂ、４０４ｃと、ラインパターン４０４ｄに対してほぼ等間隔で略平行に設けられた複数のラインパターン４０４ｅ、４０４ｆとを更に有し、円形パターン４０２は、当該複数のラインパターン４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、４０４ｄ、４０４ｅ、及び４０４ｆが構成する格子のほぼ中心に配置されていてもよい。ラインパターン４０４のピッチは、例えば３０μｍである。エッジ部分からラインパターン４０４ｅまでの距離は、例えば４０μｍ〜５０μｍである。調整パターン４００をこのように構成すれば、ラインパターン４０４及び円形パターン４０２の位置を検出する場合に、電子ビーム３００を走査する距離を短くすることができるので、効率よく円形パターン４０２の位置を判断することができる。
【００６４】
統括制御部１３０は、電子ビーム３００の進行方向に対して円形パターン４０２と略同一の高さに設けられたラインパターン４０４に焦点を合わせることにより、円形パターン４０２に焦点を合わせる。これにより、電子ビーム３００の焦点を合わせる場合にビーム軸のずれが発生しても、電子ビーム３００がパターンから外れる可能性が低減されるので、電子ビーム３００の焦点を効率よく円形パターン４０２に合わせることができる。
【００６５】
図８は、統括制御部１３０が、ナイフエッジ２０２のエッジ部分で電子ビーム３０２を走査させる例を示す。本実施例における電子ビーム３０２は、例えば、一辺が０．２μｍ程度の、電子ビーム３００よりサイズが小さい矩形ビームである。統括制御部１３０は、まず、ナイフエッジ２０２のエッジ部分と略垂直な方向に電子ビーム３０２を走査し、図２で説明した電流検出部２０４が検出する電流値の変化に基づいて、エッジ部分の位置を判断する。そして、電子ビーム３０２の一部がナイフエッジ２０２で遮られる位置で、ナイフエッジ２０２に沿った走査方向に電子ビーム３０２を走査させる。
【００６６】
このとき、統括制御部１３０は、電流検出部２０４が検出する電子ビーム３０２の電流の、走査距離に対する変化に基づいて、走査方向に対するナイフエッジ２０２の角度を判断する。例えば、電子ビーム３０２を、０．５ミリラジアンから数ミリラジアンの等ピッチで設定されたＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、及びＦ５の走査方向に走査したときに、電流検出部２０４が検出する電流値の変化が最も少ない走査方向を、ナイフエッジ２０２の方向に最も近い方向として判断する。これにより、統括制御部１３０は、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角を高精度にしかも容易に判断することができる。走査方向の数及びピッチは、測定に要求される精度に応じて任意に設定する。例えば、図のＦ３からＦ５の範囲を等ピッチで７通りの走査方向に分割すれば、走査方向に対するナイフエッジ２０２の方向の検出精度を向上することができる。
【００６７】
図９は、図８における電子ビーム３０２をＦ１からＦ５の方向に走査したときに図２の電流検出部２０４が検出する電流値の波形の例を示す。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、及びＦ５の方向に走査した場合の波形はそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、及びｆ５である。統括制御部１３０は、電子ビーム３０２の走査距離に対する、電流検出部２０４の電流値の変化が最小となる走査方向に基づいて、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角を判断する。例えば、本実施例において、電流値の変化が最小である波形ｆ１に対応する方向Ｆ１がナイフエッジ２０２の方向に最も近いと判断する。このように、統括制御部１３０は、電流検出部２０４の電流値の波形に基づいて、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角を容易に判断することができる。
【００６８】
図１０は、電子ビーム露光装置１００が、ナイフエッジ検出部２００を用いて、直線の辺を有する電子ビームのシャープネス及びビームサイズを測定する場合の一連の動作を示すフローチャートである。まず、電子ビームを図７のラインパターンに対して走査して（Ｓ１００）、ラインパターンの位置を検出する。次に、電子ビーム３００の位置をラインパターンに合わせて、電子ビーム３００の焦点をラインパターンに合わせる（Ｓ１０２）。これにより、電子ビーム３００の焦点が円形パターンに合う。次に、ステップ１００で検出したラインパターンの位置に基づいて、円形パターンの位置を判断し（Ｓ１０４）、円形パターンに対する電子ビームの位置を合わせる（Ｓ１０６）。次に、電子ビームの直線の辺が円形パターンを横切る走査方向に電子ビームを走査する（Ｓ１０８）。Ｓ１０８において、反射電子処理部９０が検出する、走査距離に対する反射電子の量の変化に基づいて、走査方向と電子ビームの直線の辺との相対角を判断する（Ｓ１１０）。ステップ１１０における、走査方向と電子ビームの直線の辺との相対角の精度として、例えば０．５ミリラジアン程度を得る。
【００６９】
次に、電子ビーム３０２の一部をナイフエッジ２０２上にかけ、エッジ部分に沿った複数の方向に走査する（Ｓ１１２）。Ｓ１１２において、電流検出部２０４が検出する電流値の変化に基づいて、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角を判断する（Ｓ１１４）。ステップ１１４における、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角の精度として、例えば０．５ミリラジアン程度を得る。
【００７０】
次に、ステップ１１０で判断した、走査方向と電子ビーム３００の直線の辺との相対角と、ステップ１１４で判断した、走査方向とナイフエッジ２０２との相対角とに基づいて、電子ビーム３００の直線の辺とナイフエッジ２０２との相対角を判断する（Ｓ１１６）。次に、ステップ１１６で判断した、電子ビーム３００の直線の辺とナイフエッジ２０２との相対角に基づいて、電子レンズ制御部８８により第５電子レンズ４０を調整して、電子ビーム３００の直線の辺をナイフエッジ２０２に対して略平行にする（Ｓ１１８）。上記一連の動作により、電子ビーム３００の直線の辺とナイフエッジ２０２との相対角は、例えば１ミリラジアン以内となる。
【００７１】
続いて、電子ビーム３００のシャープネス及びビームサイズを測定する。先ず、ナイフエッジ２０２のエッジ方向に対して垂直方向に、電子ビーム３００を走査する（Ｓ１２０）。このとき、電子ビーム３００を例えば２ｎｍ走査する毎に、エッジに一部が遮られた電子ビーム３００の電流を測定する。測定は、ＳＮ比の高い高精度モードで行なうことが望ましい。次に、電流検出部２０４が出力する電流値の変化を示す微分波形を生成し、微分波形に基づいて、電子ビーム３００のシャープネス及びビームサイズを測定する（Ｓ１２２）。以上で本フローは終了する。なお、本実施例において、ステップ１１８で調整された電子ビーム３００の直線の辺とナイフエッジ２０２との相対角が１ミリラジアン程度である場合、ステップ１２２で得られる電子ビーム３００のシャープネスの誤差は４ｎｍ程度である。
【００７２】
以上の一連の動作によれば、ナイフエッジ２０２と略同じ高さに設けられた調整パターンを用いて、電子ビームの直線の辺とナイフエッジとの角度をほぼ平行に調整するので、電子ビームのシャープネス及びビームサイズを高精度に測定することができる。
【００７３】
図１１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００で露光したウェハ６４から半導体素子を製造する半導体製造工程のフローチャートである。Ｓ１０で、本フローチャートが開始する。フォトレジスト塗布工程は、ウェハ６４の上面に、フォトレジストを塗布する（Ｓ１２）。それから、フォトレジストが塗布されたウェハ６４が、ウェハステージ６２に載置される。露光工程では、ウェハ６４を露光する前に、図１０のステップ１００〜１２２で電子ビームのシャープネス及びビームサイズを高精度に測定し、測定結果に基づいて、ビームのシャープネス及びビームサイズを補正する。そして、シャープネス及びビームサイズが補正された電子ビームによりウェハ６４を露光する（Ｓ１４）。
【００７４】
次に、現像工程は、露光されたウェハ６４を、現像液に浸して現像し、余分なレジストを除去する。そして、エッチング工程は、ウェハ６４上のフォトレジストが除去された領域に存在するシリコン基板、絶縁膜あるいは導電膜を、プラズマを用いた異方性エッチングによりエッチングする（Ｓ１８）。そして、イオン注入工程は、トランジスタやダイオードなどの半導体素子を形成するために、ウェハ６４に、ホウ素や砒素などの不純物を注入する（Ｓ２０）。そして、熱処理工程は、ウェハ６４に熱処理を施し、注入された不純物の活性化を行う（Ｓ２２）。そして、洗浄工程は、ウェハ６４上の有機汚染物や金属汚染物を取り除くために、薬液によりウェハ６４を洗浄する（Ｓ２４）。そして、成膜工程は、導電膜や絶縁膜の成膜を行い、配線層および配線間の絶縁層を形成する（Ｓ２６）。フォトレジスト塗布工程（Ｓ１２）〜成膜工程（Ｓ２６）を組み合わせ、繰り返し行うことによって、ウェハ６４に素子分離領域、素子領域および配線層を有する半導体素子を製造することが可能となる。そして、組み立て工程は、所要の回路が形成されたウェハ６４を切り出し、チップの組み立てを行う（Ｓ２８）。そして、Ｓ３０で半導体素子製造フローが終了する。
【００７５】
以上の製造フローによれば、シャープネス及びビームサイズが補正された電子ビームでウェハ６４にパターンを露光するので、所望のパターンが高精度に形成された半導体素子を製造することができる。
【００７６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７７】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、少なくとも一つの直線の辺を有する形状の荷電粒子ビームのシャープネス及びビームサイズを高精度に測定する荷電粒子ビーム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】本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。
【図２】ナイフエッジ検出部２００の構成を示す図である。
【図３】電子ビーム３００の直線の辺と、ナイフエッジ２０２との相対角を示す図である。
【図４】電流検出部２０４が検出する電流値の波形と、その変化を示す微分波形の例を示す図である。
【図５】調整パターンに対して電子ビーム３００を走査する例を示す図である。
【図６】反射電子検出部６０が検出する電流値の波形の例を示す図である。
【図７】調整パターン４００の他の例を示す図である。
【図８】ナイフエッジ２０２のエッジ部分で電子ビーム３００を走査する例を示す図である。
【図９】電流検出部２０４が検出する電流値の波形の例を示す図である。
【図１０】電子ビームのシャープネス及びビームサイズを測定する場合の一連の動作を示すフローチャートである。
【図１１】ウェハ６４から半導体素子を製造する半導体製造工程のフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・筐体、１２・・・電子銃、１４・・・第１電子レンズ、１６・・・第１スリット部、２０・・・第２電子レンズ、２２・・・第１偏向器、２６・・・第２偏向器、２８・・・第３電子レンズ、３０・・・マスク、３２・・・第４電子レンズ、３４・・・第４偏向器、３６・・・ブランキング電極、３８・・・第４偏向器、４０・・・第５電子レンズ、４６・・・第６電子レンズ、４８・・・ラウンドアパーチャ、５０・・・第７電子レンズ、５２・・・第８電子レンズ、５６・・・主偏向器、５８・・・副偏向器、６０・・・反射電子検出部、６２・・・ウェハステージ、６４・・・ウェハ、６８・・・マスクステージ駆動部、７０・・・ウェハステージ駆動部、７２・・・マスクステージ、８２・・・偏向制御部、８４・・・マスクステージ制御部、８６・・・ブランキング電極制御部、８８・・・電子レンズ制御部、９０・・・反射電子処理部、９２・・・ウェハステージ制御部、９４・・・ビーム電流処理部、１００・・・電子ビーム露光装置、１１０・・・電子ビーム照射系、１１２・・・マスク用投影系、１１４・・・焦点調整レンズ系、１１６・・・ウェハ用投影系、１２０・・・個別制御部、１３０・・・統括制御部、１４０・・・制御系、１５０・・・露光部、２００・・・ナイフエッジ検出部、２０２・・・ナイフエッジ、２０４・・・電流検出部、２０５・・・ファラデーカップ、２０６・・・電流計、２０８・・・アパーチャ、３００・・・電子ビーム、４００・・・調整パターン、４０２・・・円形パターン、４０４・・・ラインパターン
【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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【図１１】
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