(57)【要約】【課題】微細なパターンの露光精度および露光速度の向上が図られた荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法を提供する。【解決手段】荷電ビーム検出用マーク１３１が、その主面をウェーハ４の電子ビーム６が照射される側の主面と等しい高さに配置されてウェーハ４付近に設けられている。マーク１３１は、ウェーハ４の主面上に露光されたパターン３３をビーム６を用いて走査する際に発生する反射電子信号および二次電子信号の少なくとも一方を得るとともに、ビーム６が入射する側の主面上に複数の検出用パターン１３２が二次元的に配列されており、かつ、パターン１３２とは二次電子放出効率が異なる異種の材料１３３でパターン１３２間が埋め込まれてビーム６が入射する側の主面が平坦化されている。【選択図】図１７
2007251024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを被露光体の主面に照射することにより前記被露光体の主面上に前記パターンを露光する荷電ビーム露光装置であって、
前記被露光体の主面上に露光された前記パターンを走査用荷電ビームを用いて走査する際に発生する反射電子信号および二次電子信号の少なくとも一方を得るとともに、前記走査用荷電ビームが入射する側の主面上に複数の検出用パターンが二次元的に配列されており、かつ、前記各検出用パターンとは二次電子放出効率が異なる異種の材料で前記各検出用パターン間が埋め込まれて前記走査用荷電ビームが入射する側の主面が平坦化されている荷電ビーム検出用マークが、その前記主面を前記被露光体の前記露光用荷電ビームが照射される側の主面と等しい高さに配置されて前記被露光体付近に設けられていることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
【請求項２】
所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを被露光体の主面に照射することにより前記被露光体の主面上に前記パターンを露光する荷電ビーム露光装置であって、
前記露光用荷電ビームが照射されることにより前記露光用荷電ビームを検出するとともに、前記露光用荷電ビームが照射される側に前記露光用荷電ビームが透過可能な複数個の開口部が所定の大きさおよび順序で設けられているメンブレン部を有する測定用アパーチャを備える電子検出器が、前記被露光体付近に設けられていることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
【請求項３】
所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを被露光体の主面に照射することにより前記被露光体の主面上に前記パターンを露光する荷電ビーム露光方法であって、
前記露光用荷電ビームを前記パターンに成形するための前記パターンが複数個設けられている成形用アパーチャについての前記パターンの配置位置を表すパターン配置位置関数、および前記被露光体の前記露光用荷電ビームが照射される側の主面上における前記パターンの描画位置を表すパターンの描画位置関数を用いて前記露光用荷電ビームの偏向誤差を補正するための偏向誤差補正関数を表すとともに、この偏向誤差補正関数を用いて前記露光用荷電ビームの偏向誤差の補正値を算出する工程と、
算出された前記補正値を前記露光用荷電ビームの偏向初期値に積算させて前記露光用荷電ビームの偏向計算にフィードバックする工程と、
を含むことを特徴とする荷電ビーム露光方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の荷電ビーム露光装置を用いて所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを半導体基板の主面に照射することにより、前記半導体基板の主面上に前記パターンを露光するパターン露光工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の荷電ビーム露光方法を用いて所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを半導体基板の主面に照射することにより、前記半導体基板の主面上に前記パターンを露光するパターン露光工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置および製造方法に係り、特にリソグラフィ工程において電子ビームやイオンビームなどの荷電ビームを用いて微細な回路パターンなどを露光する荷電ビーム露光装置、荷電ビーム露光方法、およびそれらを用いる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路の微細化および高密度化（高集積化）に伴い、レーザーを光源として用いる光露光装置よりも微細な加工が可能な露光装置が求められている。このような露光装置として、例えば電子ビームや集束イオンビームなどの荷電ビームを用いる、いわゆる荷電ビーム露光装置が注目されている（例えば特許文献１参照）。ただし、微細加工に適している荷電ビーム露光装置に対しても、他の一般的な光露光装置と同様に半導体デバイス量産装置としての安定した稼動性および高いスループット性が要求されている。それとともに、荷電ビーム露光装置に対してさらに微細な加工能力が要求されつつある。
【０００３】
近年の集積回路の微細化および高密度化の速度を考慮すると、今までの荷電ビーム露光装置では、荷電ビームの照射位置の精度やその制御精度などが、集積回路のさらなる微細化および高集積化に対応できなくなる事態が予測される。したがって、荷電ビームの照射位置の精度やその制御精度などを高めないと、集積回路のさらなる微細化や高集積化を図ることが困難になり、露光工程の作業効率が低下するおそれが高くなる。すなわち、集積回路のさらなる微細化および高集積化が図られた高性能かつコンパクトな半導体装置の製造が困難になるおそれが高くなる。ひいては、そのような半導体装置の生産効率を向上させて、低コストで製造することが困難になるおそれが高くなる。
【特許文献１】特開平５−２２６２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、微細なパターンの露光精度および露光速度の向上が図られた荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法を提供することにある。また、そのような荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法を用いてパターン露光を行うことにより、集積回路の微細化および高集積化が図られた半導体装置を効率よく製造することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る荷電ビーム露光装置は、所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを被露光体の主面に照射することにより前記被露光体の主面上に前記パターンを露光する荷電ビーム露光装置であって、前記被露光体の主面上に露光された前記パターンを走査用荷電ビームを用いて走査する際に発生する反射電子信号および二次電子信号の少なくとも一方を得るとともに、前記走査用荷電ビームが入射する側の主面上に複数の検出用パターンが二次元的に配列されており、かつ、前記各検出用パターンとは二次電子放出効率が異なる異種の材料で前記各検出用パターン間が埋め込まれて前記走査用荷電ビームが入射する側の主面が平坦化されている荷電ビーム検出用マークが、その前記主面を前記被露光体の前記露光用荷電ビームが照射される側の主面と等しい高さに配置されて前記被露光体付近に設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る荷電ビーム露光装置は、所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを被露光体の主面に照射することにより前記被露光体の主面上に前記パターンを露光する荷電ビーム露光装置であって、前記露光用荷電ビームが照射されることにより前記露光用荷電ビームを検出するとともに、前記露光用荷電ビームが照射される側に前記露光用荷電ビームが透過可能な複数個の開口部が所定の大きさおよび順序で設けられているメンブレン部を有する測定用アパーチャを備える電子検出器が、前記被露光体付近に設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記課題を解決するために、本発明のまた他の態様に係る荷電ビーム露光方法は、所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを被露光体の主面に照射することにより前記被露光体の主面上に前記パターンを露光する荷電ビーム露光方法であって、前記露光用荷電ビームを前記パターンに成形するための前記パターンが複数個設けられている成形用アパーチャについての前記パターンの配置位置を表すパターン配置位置関数、および前記被露光体の前記露光用荷電ビームが照射される側の主面上における前記パターンの描画位置を表すパターンの描画位置関数を用いて前記露光用荷電ビームの偏向誤差を補正するための偏向誤差補正関数を表すとともに、この偏向誤差補正関数を用いて前記露光用荷電ビームの偏向誤差の補正値を算出する工程と、算出された前記補正値を前記露光用荷電ビームの偏向初期値に積算させて前記露光用荷電ビームの偏向計算にフィードバックする工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記課題を解決するために、本発明のまた他の態様に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る荷電ビーム露光装置を用いて所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを半導体基板の主面に照射することにより、前記半導体基板の主面上に前記パターンを露光するパターン露光工程を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、前記課題を解決するために、本発明のさらに他の態様に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る荷電ビーム露光方法を用いて所定のパターンに成形された露光用荷電ビームを半導体基板の主面に照射することにより、前記半導体基板の主面上に前記パターンを露光するパターン露光工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微細なパターンの露光精度および露光速度の向上が図られた荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法を提供することができる。また、そのような荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法を用いてパターン露光を行うことにより、集積回路の微細化および高集積化が図られた半導体装置を効率よく製造することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る各実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明に係る第１実施形態を、図１〜図１５を参照しつつ説明する。本実施形態は、キャラクタプロジェクション方式（ Character Projection Method：ＣＰ方式）の荷電ビーム露光装置および露光方法において、所望のパターンを高精度かつ高速に露光できるビーム校正方法に関する。
【００１３】
先ず、本実施形態を説明するのに先立って、本実施形態に対する背景技術について説明する。
【００１４】
荷電ビーム露光装置の中には、例えば電子ビームにより半導体ウェーハ等の試料上に所望のパターンを描画する電子ビーム描画装置がある。一般には、矩形状あるいは三角形状などの形状を有する可変成形ビーム（ Variable Shaped Beam：ＶＳＢ）を用いて露光パターンを描画する電子ビーム描画装置（ＶＳＢ型電子ビーム描画装置）が使われている。ところが、このようなＶＳＢ型電子ビーム描画装置では、微細なパターンを描画する場合、単位面積当たりの図形数（パターン数）が増大する。そして、図形数に比例して描画時間が長くなり、スループットが著しく低下するという問題がある。
【００１５】
この問題を解決する方法として、最近、キャラクタプロジェクション方式（ Character Projection Method：ＣＰ方式）と称される方式の電子ビーム描画装置が提案されている。このＣＰ方式の電子ビーム描画装置では、ＬＳＩチップ等で繰り返し使われる複雑な形状のパターン図形を数種類、アパーチャマスク上に予め加工形成する。そして、アパーチャマスク上の各パターン図形に選択的にビームを照射し、各パターン図形を通過して生成されるビームパターンを試料上に縮小投影する。このＣＰ方式の電子ビーム描画装置では、矩形あるいは三角形などの単純な図形を複数個組み合わせた複雑な形状のビームパターンを１回の露光で投影できる。このため、描画速度の大幅な高速化が可能となる。
【００１６】
しかしながら、ＣＰ方式の電子ビーム描画装置では、描画速度の高速化を図るためにキャラクタパターン（ Character Pattern：ＣＰ）を実質的に１００種類以上設ける必要がある。すると、キャラクタパターン・アパーチャ上でのビーム偏向領域が大きくなる。また、ＬＳＩパターンを描画するには、各キャラクタパターンのビーム（キャラクタビーム）の照射位置について厳密な位置精度が必要となる。ＣＰ方式において、例えばアパーチャマスクの向き、およびキャラクタビームの縮小率がずれるとする。すると、試料上に投影されるキャラクタビームの接続精度が劣化して、パターン精度が劣化する。また、キャラクタビームを成形偏向する際の試料上でのキャラクタビームの位置ずれの補正精度が劣化しても、パターン精度は劣化する。ところが、ＣＰ方式においては、キャラクタビームの照射位置を高い精度で補正（校正、修正）する、具体的なビーム補正方法（ビーム校正方法、ビーム修正方法）は提案されていない。
【００１７】
このような問題が解決されないと、集積回路のさらなる微細化および高集積化を図ることが困難になるとともに、露光作業の効率が低下する。すなわち、集積回路のさらなる微細化および高集積化が図られた高性能な半導体装置の製造が困難になる。また、そのような半導体装置の生産効率を向上させて、低コストで製造することが困難になる。
【００１８】
本実施形態および後述する第２〜第５の各実施形態は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、キャラクタパターンのビームの照射位置を高い精度で制御して、微細なパターンを高い精度で高速に、かつ、容易に露光することができる荷電ビーム露光装置および露光方法を提供することにある。以下、詳しく説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る荷電ビーム露光装置１は、露光処理を行う露光装置本体２および露光装置本体２の動作等を制御する制御系３などから構成されている。露光装置本体２は、被露光体（被処理体、試料）としての半導体基板（半導体ウェーハ）４を収容する露光室（処理室、試料室）５を備えている。露光室５の上方には、露光室５内に収容されたウェーハ４に向けて露光用荷電ビーム６を照射する、荷電ビーム光学系としての電子光学系７が設けられている。電子光学系７は、荷電ビーム光学鏡筒としての電子ビーム光学鏡筒４０内に収容されている。
【００２０】
露光室５内には、半導体ウェーハ４を支持する被露光体支持具（被処理体支持具、試料支持具）としてのＸ−Ｙステージ８が設置されている。このＸ−Ｙステージ８は、支持具制御装置としてのステージ駆動回路９により制御されて、電子光学系７の光軸１０に対して垂直な２方向に駆動（移動）される。ウェーハ４は、Ｘ−Ｙステージ８上に載置された状態でＸ−Ｙステージ８とともに移動されて、露光用荷電ビーム６の被照射位置を調整される。Ｘ−Ｙステージ８の位置、移動距離、および移動方向などは、支持具測定装置としてのレーザー測長計１１により測定される。また、露光室５内には、Ｘ−Ｙステージ８上に載置されるウェーハ４の上方に位置して電子検出器１２が設けられている。図１中破線矢印で示すように、ウェーハ４に照射された露光用荷電ビーム６の、ウェーハ４から発生する二次電子および反射電子１３は、電子検出器１２により検出される。
【００２１】
電子光学系７は、荷電ビーム発生装置１４、レンズ群１５、偏向器群１６、およびアパーチャマスク群１７などから構成されている。荷電ビーム発生装置としての電子銃１４は、露光用荷電ビームとしての電子ビーム６を発生させる。レンズ群１５は、コンデンサーレンズ（ＣＬレンズ）１８、第１投影レンズ（第１ＰＬレンズ）１９、第２投影レンズ（第２ＰＬレンズ）２０、縮小レンズ２１、および対物レンズ２２から構成されている。これら各レンズ１８〜２２は、電子銃１４側からウェーハ４（Ｘ−Ｙステージ８）側に向かって、ＣＬレンズ１８、第１ＰＬレンズ１９、第２ＰＬレンズ２０、縮小レンズ２１、および対物レンズ２２の順に配置されている。
【００２２】
偏向器群１６は、ブランキング用偏向器２３、キャラクタパターン（ Character Pattern：ＣＰ）選択用偏向器２４、および対物偏向器２５から構成されている。ブランキング用偏向器２３は、ＣＬレンズ１８と第１ＰＬレンズ１９との間に配置されている。ブランキング用偏向器２３は、ブランキング用偏向制御回路２６により制御されて、ウェーハ４への電子ビーム６の照射・非照射（ＯＮ／ＯＦＦ）を切り替える。
【００２３】
キャラクタパターン選択用偏向器２４は、第１〜第４のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄから構成されている。これら各キャラクタパターン選択用偏向器２４ａ〜２４ｄは、第２ＰＬレンズ２０と縮小レンズ２１との間に配置されている。各キャラクタパターン選択用偏向器２４ａ〜２４ｄは、ビーム成形用およびキャラクタパターン（ＣＰ）選択用の偏向制御回路２７により制御されて、電子ビーム６の照射方向の調整などを行う。第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ｂと第３のキャラクタパターン選択用偏向器２４ｃとの間には、後述する第２のアパーチャマスク１７ｂが配置されている。第１および第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂは、ビーム成形用（ＣＰ選択用）偏向制御回路２７により制御されて、第２のアパーチャマスク１７ｂに形成されている複数個のキャラクタパターン３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに向けて電子ビーム６を選択的に照射する。
【００２４】
対物偏向器２５は、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂから構成されている。これら第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂは、縮小レンズ２１とＸ−Ｙステージ８との間に配置されている。また、第１の対物偏向器２５ａと第２の対物偏向器２５ｂとの間には、対物レンズ２２が配置されている。第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂは、対物用偏向制御回路２８により制御されて、電子ビーム６をウェーハ４の表面上で走査させる。なお、本実施形態においては、電子銃１４による電子ビーム６の加速電圧は、約５ｋｅＶに設定されている。また、第１の対物偏向器２５ａの偏向領域の大きさは、約１．５ｍｍに設定されている。そして、第２の対物偏向器２５ｂの偏向領域の大きさは、約５０μｍに設定されている。
【００２５】
アパーチャマスク群１７は、第１および第２のアパーチャマスク１７ａ，１７ｂから構成されている。第１のアパーチャマスク１７ａは、ブランキング用偏向器２３と第１ＰＬレンズ１９との間に配置されている。また、第２のアパーチャマスク１７ｂは、前述したように、第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ｂと第３のキャラクタパターン選択用偏向器２４ｃとの間に配置されている。以下、図２を参照しつつ、第１および第２のアパーチャマスク１７ａ，１７ｂ、ならびに本実施形態に係るキャラクタプロジェクション方式（ＣＰ方式）によるパターン露光について説明する。
【００２６】
図２に示すように、第１のアパーチャマスク１７ａには、矩形状（正方形状）の第１のビーム成形用の穴（孔、アパーチャ）３０が形成されている。電子銃１４から射出された電子ビーム６を、ＣＬレンズ１８およびブランキング用偏向器２３を用いて偏向させて、第１のビーム成形用アパーチャ３０に向けて照射する。これにより、第１のビーム成形用アパーチャ３０を通過（透過）した電子ビーム６は、その形状を矩形状に成形される。すなわち、第１のアパーチャマスク１７ａのアパーチャ像（第１のアパーチャ像）３１は矩形状となる。したがって、第１のアパーチャマスク１７ａは、第１のビーム成形用アパーチャマスクとも称される。第１のアパーチャ像（第１の成形アパーチャ像）３１は、第１および第２のＰＬレンズ１９，２０、ならびに第１および第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂにより、第２のアパーチャマスク１７ｂ上の所望の位置に結像（照射）される。
【００２７】
第２のアパーチャマスク１７ｂには、例えばＬＳＩチップを形成する際のパターン露光において使用頻度が高い、複数個のキャラクタパターン３２が形成されている。したがって、第２のアパーチャマスク１７ｂは、キャラクタパターン成形用アパーチャマスク（ＣＰアパーチャマスク）、あるいは第２のビーム成形用アパーチャマスクとも称される。第１のアパーチャマスク１７ａを通過（透過）した電子ビーム６を、第１および第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂを用いて偏向させて、第１〜第５の各キャラクタパターン（キャラクタアパーチャ、第２のビーム成形用アパーチャ）３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのうちのいずれかに向けて照射する。これにより、電子ビーム６（第１のアパーチャ像３１）を各キャラクタパターン３２ａ〜３２ｅのうちのいずれかと略同じ形状に成形する。なお、第５のキャラクタパターン３２ｅは、これに第１のアパーチャ像３１を部分的に照射することにより、矩形状もしくは三角形状のアパーチャ像を形成するためのキャラクタアパーチャである。
【００２８】
各キャラクタパターン３２ａ〜３２ｅ（ＣＰアパーチャマスク１７ｂ）を通過した電子ビーム６からなる第２のアパーチャ像（第２の成形アパーチャ像）を、キャラクタパターン像３３と称することとする。ここでは、図２に示すように、第１のアパーチャ像３１を第１のキャラクタパターン３２ａに向けて照射する。これにより、第１のアパーチャ像３１を第１のキャラクタパターン３２ａと略同じ形状に成形する。これを、第１のキャラクタパターン像３３ａ（第２のアパーチャ像）と称することとする。第１のキャラクタパターン像３３ａ（電子ビーム６）は、第３および第４のキャラクタパターン選択用偏向器２４ｃ，２４ｄ、縮小レンズ２１、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂ、ならびに対物レンズ２２により、ウェーハ４上の所望の位置に結像（照射、投影、縮小転写）される。このような作業を、第２〜第５の各キャラクタパターン３２ｂ〜３２ｅについても行う。このようにして、ＬＳＩの所定の層（レイヤー）の微細な露光パターンを、ウェーハ４上に高速に描画することができる。
【００２９】
また、図２に示すように、第１〜第５の各キャラクタパターン３２ａ〜３２ｅは、キャラクタパターン描画用の透過孔ブロック（アパーチャブロック）３４内に形成されている。ＣＰアパーチャマスク１７ｂには、このアパーチャブロック３４以外にも、図示しない他の複数レイヤー分のアパーチャブロックおよびキャラクタパターンを作り込むことが可能である。さらに、ＣＰアパーチャマスク１７ｂには、後述する電子ビーム調整用の透過孔ブロック３５および電子ビーム調整用のビーム透過孔（アパーチャ）３６も形成されている。なお、本実施形態の荷電ビーム露光装置１は、その縮小率を約１／５倍に設定されている。
【００３０】
また、図１および図２に示すように、ＣＰアパーチャマスク１７ｂには、マスク制御装置としてのマスク駆動装置２９が設けられている。このマスク駆動装置２９により制御されて、ＣＰアパーチャマスク１７ｂは光軸１０に対して垂直な２方向に駆動（移動）される。マスク駆動装置２９の駆動機構（アクチュエーター）としては、例えば図示しない超音波モーター、電動モーター、あるいはピエゾ素子などを用いることができる。また、マスク駆動装置２９の駆動機構を手動としても構わない。このマスク駆動装置２９を用いて、電子ビーム６を照射する所望のアパーチャブロック３４，３５を適宜選択することができる。そして、第１および第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂを用いて、所望のキャラクタパターン３２ａ〜３２ｅあるいは電子ビーム調整用の透過孔３６に向けて、電子ビーム６を適宜選択的に照射することができる。
【００３１】
各キャラクタパターン３２ａ〜３２ｅあるいは電子ビーム調整用透過孔３６に向けた電子ビーム６の照射は、必ずしも第１および第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂによる電子ビーム６の偏向を必要としない。例えば、マスク駆動装置２９によるＣＰアパーチャマスク１７ｂの位置や向きの調整のみで、所望のキャラクタパターン３２ａ〜３２ｅあるいは電子ビーム調整用透過孔３６を、それらに向けて電子ビーム６を適正に照射できる範囲内に配置できるとする。この場合、必ずしも第１および第２のキャラクタパターン選択用偏向器２４ａ，２４ｂを用いて電子ビーム６を偏向させる必要はない。なお、図２においては、図面を見易くするために、レンズ群１５および偏向器群１６各の図示を省略している。
【００３２】
また、図１に示すように、ステージ駆動回路９、レーザー測長計１１、電子検出器１２、ブランキング用偏向制御回路２６、ビーム成形用偏向制御回路２７、対物用偏向制御回路２８、およびマスク駆動装置２９は、制御計算機（処理計算機）３９により制御されている。すなわち、荷電ビーム露光装置１の制御系３は、ステージ駆動回路９、レーザー測長計１１、電子検出器１２、ブランキング用偏向制御回路２６、ビーム成形用偏向制御回路２７、対物用偏向制御回路２８、マスク駆動装置２９、および制御計算機３９などから構成されている。
【００３３】
このように、本実施形態の荷電ビーム露光装置１は、いわゆるキャラクタプロジェクション方式の電子ビーム描画装置である。
【００３４】
次に、図２および図３を参照しつつ、第１〜第４のキャラクタパターン選択用偏向器（ＣＰ選択用偏向器）２４ａ〜２４ｄについて説明する。
【００３５】
図２に示すように、第１のアパーチャマスク１７ａの第１のビーム成形用アパーチャ３０を通過した電子ビーム６は、第１および第２のＰＬレンズ１９，２０により第１のアパーチャ像３１としてＣＰアパーチャマスク１７ｂの表面上に結像される。そして、ＣＰアパーチャマスク１７ｂのいずれかのキャラクタパターン３２ａ〜３２ｅを通過した電子ビーム６は、縮小レンズ２１および対物レンズ２２によりキャラクタパターン像（第２のアパーチャ像）３３として、約１／５倍の縮小率でウェーハ４の表面上に結像される。第１〜第４のＣＰ選択用偏向器２４ａ〜２４ｄは、ウェーハ４の表面上にキャラクタパターン像３３を高い精度で迅速に描画するために設けられている。具体的には、各ＣＰ選択用偏向器２４ａ〜２４ｄは、電子ビーム６の照射方向を次に述べるように制御（調整）する。
【００３６】
図３に示すように、第１のアパーチャマスク１７ａを通過した電子ビーム６は、第１および第２のＰＬレンズ１９，２０により、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの表面に向けてその上流側から光軸１０に沿って照射される。この電子ビーム６は、先ず第１ＣＰ選択用偏向器２４ａにより、所望のキャラクタパターン３２ａ〜３２ｅの上方に向けて偏向される。偏向された電子ビーム６は、次に第２ＣＰ選択用偏向器２４ｂにより、光軸１０に略平行な方向に振り戻される。これにより、電子ビーム６は、ＣＰアパーチャマスク１７ｂに形成された所望のキャラクタパターン（ＣＰ開口部）３２ａ〜３２ｅに対して略垂直に入射する。所望のＣＰ開口部３２ａ〜３２ｅを通過した電子ビーム６は、次に第３ＣＰ選択用偏向器２４ｃにより、光軸１０に向けて偏向される。偏向された電子ビーム６は、次に第４ＣＰ選択用偏向器２４ｄにより、光軸１０に略沿うように振り戻される。
【００３７】
このように、電子ビーム６は、どのＣＰ開口部３２ａ〜３２ｅを通過した場合でも、第３および第４ＣＰ選択用偏向器２４ｃ，２４ｄにより略光軸１０上に振り戻される。そして、電子ビーム６は、各ＣＰ選択用偏向器２４ａ〜２４ｄの下流側に配置されている縮小レンズ２１、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂ、ならびに対物レンズ２２に対して、略光軸１０に沿って入射する。したがって、本実施形態の電子ビーム描画装置１によれば、電子ビーム６をＣＰアパーチャマスク１７ｂの上方で大きく偏向させた場合でも、ウェーハ４の表面上におけるキャラクタパターン像３３の位置ずれを殆ど無くすことができる。すなわち、電子ビーム描画装置１によれば、キャラクタパターン像３３をウェーハ４の表面上に高い精度で迅速に描画できる。
【００３８】
ここで、本実施形態の電子ビーム描画装置１に対する比較例として、投影レンズとＣＰアパーチャマスクとの間に偏向器が１つしか設けられていない従来技術に係る電子ビーム描画装置について、図４を参照しつつ簡潔に説明する。
【００３９】
図４に示す電子ビーム描画装置３０１においても、ＣＰ偏向器３０２により、光軸３０３に沿って投影レンズ３０４を通過した電子ビーム３０５を、ＣＰアパーチャマスク３０６の所定のキャラクタパターン（ＣＰ開口部）３０７に向けて偏向させることができる。ところが、この電子ビーム描画装置３０１は、ＣＰ偏向器３０２をＣＰアパーチャマスク３０６の上流側に１つしか有していない。このため、電子ビーム描画装置３０１では、光軸３０３上からそれた電子ビーム３０５を光軸３０３に平行な方向に偏向させることができない。
【００４０】
したがって、ＣＰアパーチャマスク３０６（ＣＰ開口部３０７）を通過した電子ビーム３０５は光軸３０３上から大きく外れる。これは、ＣＰ偏向器３０２の下流側に設けられている縮小レンズ３０８、対物レンズ３０９、ならびに第１および第２の対物偏向器３１０ａ，３１０ｂに対する電子ビーム３０５の入射位置（離軸距離）および入射角度などが、ＣＰ開口部３０７の位置に応じて変わることを意味する。すなわち、電子ビーム３０５が、各レンズ３０８，３０９および各対物偏向器３１０ａ，３１０ｂに対して、それらの中心からずれた位置（方向）から入射することを意味する。この結果、ウェーハ３１１に対する電子ビーム３０５の入射位置が、ＣＰ開口部３０７の位置に応じて変わるという問題が生じる。
【００４１】
これに対して、本実施形態の電子ビーム描画装置１では、前述したように、電子ビーム６がＣＰアパーチャマスク１７ｂのどのＣＰ開口部３２を通った場合でも、第３および第４ＣＰ選択用偏向器２４ｃ，２４ｄによって電子ビーム６を光軸１０上に振り戻すことができる。これにより、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの上方で電子ビーム６を大きく偏向させた場合でも、ウェーハ４の表面上でのキャラクタパターン像３３の位置ずれを殆ど無くして、キャラクタパターン像３３を高精度かつ迅速に描画することができる。
【００４２】
次に、図５〜図１０を参照しつつ、本実施形態に係る荷電ビームの制御方法について説明する。本実施形態の荷電ビームの制御方法は、具体的には電子ビーム６の調整（校正、補正）方法を指す。
【００４３】
先ず、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの移動に伴って、ウェーハ４上に設定された図示しない基準座標に対して、電子ビーム６の照射方向（入射位置）をできる限り正確に合わせる必要がある。このために、図５に示すように、ＣＰアパーチャマスク１７ｂに設けられているキャラクタパターン描画用および電子ビーム調整（校正、補正）用の各アパーチャブロック３４，３５ａ（３５）に、電子ビーム調整（校正、補正）用のビーム透過孔３６を複数個ずつ形成する。この際、第１のアパーチャ像３１より小さい微小なビーム透過孔３６ａ、および第１のアパーチャ像３１より大きいビーム透過孔３６ｂを、各アパーチャブロック３４，３５ａにそれぞれ複数個ずつ形成する。本実施形態においては、各ビーム透過孔３６ａ，３６ｂは、それぞれ矩形状（正方形状）に形成されている。
【００４４】
次に、各アパーチャブロック３４，３５ａの各ビーム透過孔３６ａに第１のアパーチャ像３１を照射して、各ビーム透過孔３６ａの像をウェーハ４の表面上に投影する。これにより、ウェーハ４の表面上に設けられている荷電ビーム検出用マーク（電子ビーム検出用マーク）３７を走査して、各ビーム透過孔３６ａを透過したそれぞれの電子ビーム６の照射位置を求める。この後、各電子ビーム６の照射位置およびウェーハ４上の基準座標のそれぞれのＸ方向またはＹ方向のいずれか一方の座標が一致するように、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの位置、方向、および姿勢などを調整（校正、補正）する。ここでは、各電子ビーム６の照射位置およびウェーハ４上の基準座標の、それぞれのＹ方向の座標を一致させる。この場合の第１〜第４のＣＰ選択用偏向器２４ａ〜２４ｄの制御方法について、図６を参照しつつ説明する。
【００４５】
前述した方法で複数の電子ビーム６のそれぞれの照射位置を求める場合、図６に示すように、第３および第４のＣＰ選択用偏向器２４ｃ，２４ｄは、敢えて電子ビーム６を光軸１０上に振り戻さない。これにより、各電子ビーム６は、光軸１０から離れた状態、かつ、光軸１０に平行な状態で下流の電子光学系７に入射する。続けて、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂを用いて、ウェーハ４上の荷電ビーム検出用マーク３７を走査し、各電子ビーム６の照射位置を求める。なお、このマーク３７の走査は、各対物偏向器２５ａ，２５ｂを用いて電子ビーム６を偏向させずとも行うことができる。例えば、マーク３７に電子ビーム６を適正に照射できる範囲内で、ウェーハ４を載置させたままＸ−Ｙステージ８を移動させることによりマーク３７自体を移動させる。これにより、各対物偏向器２５ａ，２５ｂを用いて電子ビーム６を偏向させることなく、電子ビーム６を用いてマーク３７を走査できる。この場合、各電子ビーム６の照射位置は、Ｘ−Ｙステージ８上に設けられたレーザー干渉計３８の位置を求めることによって検出する。
【００４６】
図６に示すように、電子ビーム６を光軸１０上から外した（離した）状態で縮小レンズ２１、対物レンズ２２、ならびに第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂに入射させると、電子ビーム６は、レンズ歪や偏向歪の影響を受け易くなる。この場合、予め求めておいたレンズ歪量や偏向歪量を、測定した電子ビーム６の照射位置から除去する統計処理を行う。これにより、電子ビーム６が光軸１０上から外れている場合でも、電子ビーム６の照射位置の高精度な測定が可能になる。したがって、電子ビーム６が光軸１０上から外れている場合でも、電子ビーム６が光軸１０上から外れていない場合と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、前述した方法では、図５に示すように、仮に各ビーム透過孔３６ａに対する第１のアパーチャ像３１の向きや姿勢などがずれていても構わない。第１のアパーチャ像３１は、これより小さい各ビーム透過孔３６ａによって成形される。このため、たとえ各ビーム透過孔３６ａに対する第１のアパーチャ像３１の向きや姿勢などがずれていても、ウェーハ４の表面上に投影される各ビーム透過孔３６ａの像はその影響を殆ど受けない。
【００４８】
さらに、前述した方法によれば、各電子ビーム６の照射位置のＸ座標同士の差と、各ビーム透過孔３６ａの設計座標のＸ座標の差とを用いて、電子光学系７の縮小率を求めることができる。具体的には、ＣＰアパーチャマスク１７ｂに略正方形のビーム透過孔３６ａを約２００μｍ間隔で複数個配設する。これら各ビーム透過孔３６ａに第１のアパーチャ像３１を照射して成形する。この場合、ウェーハ４の表面上で測定した各電子ビーム６のＸ方向の相対距離が約４０μｍであれば、縮小率を約１／５倍と求めることができる。縮小率にずれがある場合には、縮小レンズ２１に流れる励磁電流を調整する。
【００４９】
例えば、本実施形態の電子ビーム描画装置１において、そのマーク位置検出精度が約０．００５μｍであるとする。すると、この描画装置１の電子ビーム６の照射方向（照射位置）の合わせ精度は、およそ０．００５／１０＝０．５ｍ rad となる。また、描画装置１の縮小率調整精度（校正精度）は、およそ０．００５／１０＝０．０５％となる。このため、描画装置１の電子ビーム６の最大ビームサイズを約５μｍとすると、ビームサイズの誤差は約０．００２５μｍに相当する。ただし、上記の計算には、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの製作精度は含まれない。ＣＰアパーチャマスク１７ｂの製作過程において寸法変換差が生じる場合においても、上記方法により電子ビーム６の照射方向（照射位置）を校正すると、誤差は殆ど入らない。ただし、電子ビーム（キャラクタビーム）６の寸法には、およそ１／縮小率の誤差が入る。
【００５０】
このように、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きや縮小率などを校正する。その後、第１のアパーチャ像３１が完全に遮られない大きさからなるビーム透過孔３６ｂのエッジ部に対して垂直に第１のアパーチャ像３１を走査させつつ、その透過電流を測定する。この場合、前述した倍率調整とは異なり、第３および第４のＣＰ選択用偏向器２４ｃ，２４ｄを用いて、電子ビーム６を光軸１０上に振り戻す。
【００５１】
ここで、図７〜図９に、ビーム透過孔３６ｂに対する第１のアパーチャ像３１の向きごとに、電子ビーム６の偏向量に対するビーム電流および線形性（リニアリティ）の関係を比較して示す。図７（ａ）、図８（ａ）、および図９（ａ）は、ビーム透過孔３６ｂに対する第１のアパーチャ像３１の向き（姿勢）を示している。また、図７（ｂ）、図８（ｂ）、および図９（ｂ）は、電子ビーム６の偏向量に対するビーム電流の大きさを示している。そして、図７（ｃ）、図８（ｃ）、および図９（ｃ）は、電子ビーム６の偏向量に対するリニアリティを示している。図７は、ビーム透過孔３６ｂに対して第１のアパーチャ像３１が左側に回転している（傾いている）場合を示す。また、図８は、ビーム透過孔３６ｂと第１のアパーチャ像３１との向きが互いに一致している場合を示す。そして、図９は、ビーム透過孔３６ｂに対して第１のアパーチャ像３１が右側に回転している（傾いている）場合を示す。
【００５２】
電子ビーム６の偏向量とビーム電流の大きさとの関係を回帰直線に当てはめて、この回帰直線との誤差が最小になるように第１のアパーチャ像３１の向きを校正する。つまり、図８に示すように、電子ビーム６の偏向量とビーム電流の大きさとのリニアリティが最も良くなるように、第１のアパーチャ像３１の向きを校正する。ビーム電流を測定することよるＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きの校正方法は、ウェーハ４の表面上に設けられたマーク３７からの反射電子を測定することによるＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きの校正方法よりもノイズの影響が小さい。すなわち、ビーム電流を用いるＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きの校正方法は、他の誤差要因が入り込み難い。例えば、ビーム電流を用いる校正方法では、ＣＰアパーチャマスク１７ｂより下流側に配置された縮小レンズ２１や対物レンズ２２の焦点ずれに依存する誤差が殆ど入り込まない。したがって、ビーム電流を用いるＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きの校正方法は、その精度をより高めることが可能である。
【００５３】
本実施形態の電子ビーム描画装置１において、電子ビーム６の電流密度を約１０Ａ／ｃｍ2 、最大ビームサイズを約５μｍとして、約１０ｐＡの精度でビーム電流を測定する。すると、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きを約０．１ｍ rad 以下の精度で合わせることが可能である。
【００５４】
上述した方法によりＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きおよび縮小率を校正した後、ウェーハ４の表面上での電子ビーム６の位置ずれを補正する。具体的には、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂによって偏向する量だけ、ウェーハ４の表面上での電子ビーム６の位置ずれを補正する。電子ビーム６の位置ずれを補正する方法としては、例えば次に述べるような方法が提案されている。先ず、実際のパターン露光に使用する電子ビーム（キャラクタビーム）６を発生させる。次に、この電子ビーム６によりウェーハ４の表面上に設けられた点形状のマーク３７を走査する。これにより、電子ビーム６の画像情報を取り込み、電子ビーム６の位置ずれを測定する。しかし、本実施形態では、より簡易的な電子ビーム６の補正方法（調整方法）を採用する。以下、この電子ビーム６の補正方法について説明する。
【００５５】
図１０に示すように、ＣＰアパーチャマスク１７ｂには、前述したキャラクタパターン描画用の透過孔ブロック３４および電子ビーム調整用の透過孔ブロック３５ａ以外に、他の電子ビーム調整用の透過孔ブロック３５ｂが設けられている。この透過孔ブロック３５ｂには、第１のアパーチャ像３１よりも小さく、かつ、略同一の矩形状（正方形状）からなる複数個の微小なビーム透過孔３６ａが、略全域にわたって配列されて形成されている。本実施形態の電子ビーム６の補正方法では、この透過孔ブロック３５ｂを選択する。そして、この透過孔ブロック３５ｂ内に形成されている複数個のビーム透過孔３６ａのうち、所定の２個のビーム透過孔３６ａを選択してＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きを微調整する。
【００５６】
先ず、透過孔ブロック３５ｂ内に形成されている各ビーム透過孔３６ａから電子ビーム６を透過させて、ウェーハ４上のマーク３７を走査する。これにより、ウェーハ４上の電子ビーム６の照射位置を測定する。そして、基準となる透過孔３６ａからの電子ビーム６の照射位置に、他の透過孔３６ａからの電子ビーム６の照射位置が一致するように、他の透過孔３６ａからの電子ビーム６の照射位置を補正する。ここで、ＣＰアパーチャマスク１７ｂ上の各透過孔３６ａの座標をｘおよびｙとし、ウェーハ４上のマーク３７の測定で得られた対物偏向補正量をＸおよびＹとする。そして、それらｘ，ｙ，Ｘ，Ｙの関係を所定の３次の多項式に当てはめて係数を求める。本実施形態では、ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙの関係を下記の２つの多項式（１），（２）で補正する。これにより、偏向歪みがある場合でも、電子ビーム６の補正量を精度良く求めることができる。
【００５７】
Ｘ＝ｘ＋ａ0 ＋ａ1 ×ｘ＋ａ2 ×ｙ＋ａ3 ×ｘ×ｙ＋ａ4 ×ｘ2 ＋ａ5 ×ｙ2 ＋
ａ6 ×ｘ2 ×ｙ＋ａ7 ×ｘ×ｙ2 ＋ａ8 ×ｘ3 ＋ａ9 ×ｙ3 ・・・（１）
Ｙ＝ｙ＋ｂ0 ＋ｂ1 ×ｘ＋ｂ2 ×ｙ＋ｂ3 ×ｘ×ｙ＋ｂ4 ×ｘ2 ＋ｂ5 ×ｙ2 ＋
ｂ6 ×ｘ2 ×ｙ＋ｂ7 ×ｘ×ｙ2 ＋ｂ8 ×ｘ3 ＋ｂ9×ｙ3 ・・・（２）
各キャラクタパターン３２（３２ａ〜３２ｅ）の透過孔の座標を決定した後、上記の２つの多項式（１），（２）を用いて、各透過孔３２からの各キャラクタビーム６に対する補正量を求める。求めた各キャラクタビーム６に対する補正量は、電子ビーム描画装置１が備える図示しない補正メモリに書き込まれる。そして、実際に各キャラクタパターン３２（３２ａ〜３２ｅ）を描画する際に、各キャラクタビーム６に対する補正量を補正メモリから適宜読み出して、各キャラクタビーム６の偏向量を補正する。これにより、各キャラクタビーム６のウェーハ４への照射位置のずれを補正する。前述したように、本実施形態の電子ビーム描画装置１のマーク位置検出精度を、約０．００５μｍとする。すると、各キャラクタビーム６の補正量を、マーク位置検出精度と略同じ精度で得ることができる。
【００５８】
以上説明した一連のキャリブレーションを実行して、実際のキャラクタビーム６を用いた描画処理を開始する。ここで、その前段階（前工程）として、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの簡易的な検査方法について説明する。
【００５９】
先ず、所定のレイヤーのキャラクタパターン３２の図形群が形成された、キャラクタパターン描画用のアパーチャブロック３４を選択する。続けて、そのアパーチャブロック３４内に形成された所定の２個の電子ビーム調整用のビーム透過孔（アパーチャ）３６ａを用いて、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの向きを微調整する。次に、それぞれのキャラクタパターン（キャラクタ透過孔）３２の設計座標から、電子ビーム６の成形偏向量を算出して偏向させる。この際、第１のアパーチャマスク１７ａに形成された第１のビーム成形用アパーチャ（透過孔）３０の座標、および矩形状の電子ビーム６（第１のアパーチャ像３１）の校正で得られた電子ビーム６の偏向感度を偏向量の基準として採用する。続けて、全てのキャラクタ透過孔３２に電子ビーム６を投影し、それらの透過電流を測定する。
【００６０】
他方、各キャラクタ透過孔３２の設計データに基づいて、各キャラクタ透過孔３２の透過面積を求める。そして、これら各透過面積と予め求めておいた各キャラクタ透過孔３２ごとの電流密度とから、各キャラクタ透過孔３２ごとの透過電流の計算値を求める。続けて、それら各計算値と各キャラクタ透過孔３２ごとの透過電流の実測値とを比較し、それらの差が許容範囲内であればアパーチャブロック３４を使用可と判断する。また、予め求めておいた対物偏向補正式を用いて、各キャラクタ透過孔３２の座標に基づく対物偏向補正量を求める。そして、それら求めた各対物偏向補正量を、各キャラクタ透過孔３２に対応する補正メモリに記憶させた後、各キャラクタパターン３２の描画を開始する。
【００６１】
また、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの他の検査方法として、次に述べる検査方法もある。先ず、第１のアパーチャ像３１により各キャラクタ透過孔３２を走査させつつ、各キャラクタ透過孔３２ごとの透過電流を測定する。そして、各キャラクタ透過孔３２に対する第１のアパーチャ像３１の偏向量と各透過電流の電流値との関係を、各キャラクタ透過孔３２の設計データに基づくシミュレーション結果と比較する。これにより、ＣＰアパーチャマスク１７ｂの欠陥をさらに詳細に判別できる。ただし、各キャラクタ透過孔３２同士が許容範囲以上に接近している場合には、隣接する他の各キャラクタ透過孔３２からビーム電流が漏れ出し易くなるので繊細な作業が必要となる。
【００６２】
以上説明したように、この第１実施形態によれば、微小なビーム透過孔３６ａを透過して得られる単純形状の電子ビーム６を用いてウェーハ４上のマーク３７を走査する。これにより、電子ビーム６の照射位置を高い精度で迅速に、かつ、容易に測定することができる。また、複数個のビーム透過孔３６ａを透過した電子ビーム６を用いてウェーハ４上のマーク３７の位置を測定することにより、対物偏向補正量Ｘ，Ｙを得る。この対物偏向補正量Ｘ，Ｙと各ビーム通過孔３６ａのそれぞれの座標ｘ，ｙとを用いて所定の多項式を求める。そして、この多項式を用いて、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂにより電子ビーム６を偏向する際の電子ビーム６の偏向量を適正な大きさに補正する。したがって、偏向歪みがある場合でも、電子ビーム６の対物偏向量（対物補正量）を高い精度で迅速に、かつ容易に求めて、電子ビーム６（キャラクタパターン像３３）を適正な状態でウェーハ４に照射（投影、縮小転写）することができる。
【００６３】
また、複数個のビーム透過孔３６ａを利用して、第２のアパーチャマスク１７ｂの向き、およびキャラクタビーム３２の縮小率も高い精度で迅速に、かつ容易に測定して、調整（校正、補正）することができる。また、大きなビーム透過孔３６ｂに対する第１のアパーチャ像３１の偏向量と、第１のアパーチャ像３１の透過電流との関係を測定する。これにより、第１のアパーチャ像３１の向きを高い精度で迅速に、かつ容易に測定して、調整（校正、補正）することができる。さらに、第２のアパーチャマスク１７ｂを透過する電子ビーム６の透過電流を測定して、その実測値と各キャラクタ透過孔３２の設計データに基づく計算値とを比較する。これにより、各キャラクタ透過孔３２の欠陥および寸法変換差などを高い精度で迅速に、かつ容易に検出することができる。
【００６４】
このように、本実施形態に係る荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法によれば、各アパーチャマスクの位置および向き、ならびに被照射体に投影される各キャラクタパターンの投影像の縮小率を高い精度でかつ高速に調整して、微細なパターンを高い精度で高速に、かつ、容易に露光することができる。すなわち、キャラクタプロジェクション方式のパターン露光において、キャラクタパターン像３３の描画精度および描画速度を容易に向上できる。したがって、本実施形態によれば、電子ビームによるパターン描画において、電子ビームを用いたパターン形成を高速かつ高精度に、また容易に行うことができる。ひいては、半導体装置の歩留まり、品質（性能）、および信頼性を容易に向上させて、高性能の半導体装置を高い生産効率で安価に生産できる。すなわち、集積回路のさらなる微細化および高集積化が図られた高性能な半導体装置を高い生産効率で、かつ低コストで製造できる。
【００６５】
また、本発明者らが調べた結果によれば、本実施形態に係る電子ビーム６の調整方法、および第２のアパーチャマスク１７ｂなどの調整方法は、キャラクタパターン３２の数が多くなる程有効であることが分かった。特に、キャラクタパターン３２の数が１００個以上ある場合に極めて有効であることが分かった。
【００６６】
次に、図１１および図１２を参照しつつ、本実施形態に係る他の荷電ビーム露光装置４１およびこの荷電ビーム露光装置４１に用いられる荷電ビーム検出用マーク４２について説明する。
【００６７】
前述した荷電ビーム露光装置１においては、ウェーハ４上に設けられた荷電ビーム検出用マーク３７を電子ビーム６で走査し、マーク３７から発生する二次電子（反射電子）１３を用いてマーク検出を行った。しかし、このマーク検出は、二次電子１３を用いる方法には限られない。例えば、透過電流や試料電流などを用いてマーク検出を行っても構わない。また、荷電ビーム検出用マークを設ける場所はウェーハ４上には限られない。例えば、Ｘ−Ｙステージ８上に荷電ビーム検出用マークを設けても構わない。以下、Ｘ−Ｙステージ８上に設けられた荷電ビーム検出用マークを用いるマーク検出方法、および荷電ビーム調整方法について説明する。
【００６８】
図１１に示すように、荷電ビーム露光装置（電子ビーム描画装置）４１においては、Ｘ−Ｙステージ８上に荷電ビーム検出用マーク（電子ビーム検出用マーク）４２が設けられている。この電子ビーム検出用マーク４２は、マーク４２に照射された電子ビーム６のビーム電流を検出する信号検出回路４３に接続されている。この信号検出回路４３は制御計算機３９に接続されている。信号検出回路４３は、制御計算機３９とともに図示しない電子ビーム描画装置４１の制御系４７を構成する。なお、電子ビーム描画装置４１の制御系４７のその他の部分は、第１実施形態の制御系３と同様であるので、図１１においてはその全体の図示を省略する。これは、他の実施形態および図面についても同様である。
【００６９】
図１２に示すように、マーク４２は、ファラデー箱４４、絶縁体４５、および孔開き板４６などから構成されている。絶縁体４５および孔開き板４６は、ファラデー箱４４と一体に形成されている。詳しく説明すると、孔開き板４６は、ファラデー箱４４の電子ビーム６が照射される側の主面上に据え付けられている。この孔開き板４６は、例えばシリコンにより形成されている。孔開き板４６には、電子ビーム６が透過可能な孔（開口部）４６ａが形成されている。ファラデー箱４４は、その開口部４６ａを透過した電子ビーム６を検出する。したがって、孔開き板４６は測定用アパーチャとも称することができる。測定用アパーチャ４６は、その厚さを約０．５μｍに形成されている。また、測定用アパーチャ４６に形成されている開口部（アパーチャ）４６ａは、その径の大きさを約１００ｎｍに形成されている。
【００７０】
測定用アパーチャ４６は、アパーチャ４６ａ以外の部分に照射された電子ビーム６を検出しないように、その電子ビーム６が照射される側の主面（表面）が接地されている。より具体的には、測定用アパーチャ４６の表面は、Ｘ−Ｙステージ８を介して図示しないアースに接続されている。この接地は、例えば次に述べる方法によりなされる。測定用アパーチャ４６の表面にのみ、図示しない金属膜をスパッタリング等の蒸着法で作成する。そして、し、その金属膜をアースに接続する。これにより、電子ビーム６がアパーチャ４６ａ以外の部分に照射された場合でも、測定用アパーチャ４６がチャージアップされることを防ぐことができる。また、電子ビーム６がアパーチャ４６ａ以外の部分に照射された場合でも、ファラデー箱（ファラデーカップ）４４に電流が流れたりすることを防ぐことができる。したがって、アパーチャ４６ａに照射された電子ビーム６のみが、ファラデー箱４４の内部に入射する。
【００７１】
また、絶縁体４５は、ファラデー箱４４とＸ−Ｙステージ８との間に設けられている。より具体的には、絶縁体４５は、ファラデー箱４４と測定用アパーチャ４６との間に挿入されている。これにより、ファラデー箱４４とＸ−Ｙステージ８とは、互いに電気的に絶縁される。絶縁体４５は、例えばテフロン（登録商標）により形成されている。絶縁体４５の測定用アパーチャ４６の開口部４６ａと対向する部分にも、電子ビーム６が透過可能な孔（開口部）４５ａが形成されている。
【００７２】
電子ビーム検出用マーク４２を用いて電子ビーム６の照射位置を校正する場合、図１１に示すように、先ずＸ−Ｙステージ８を移動させて、電子ビーム６を偏向可能な範囲（偏向領域）内までマーク４２を移動させる。具体的には、マーク４２を光軸１０の中心付近まで移動させる。続けて、第１実施形態と同様の作業（操作）を行い、マーク４２を電子ビーム６で走査する。すると、測定用アパーチャ４６の開口部４６ａを透過（通過）した電子ビーム６のみがファラデー箱４４内に入射する。
【００７３】
信号検出回路（信号処理回路）４３は、ファラデー箱４４内に入射した電子ビーム６のビーム電流を、電子ビーム６の走査位置および偏向量に同期させて検出する。そして、ビーム電流を検出した際の、図１に示すレーザー測長計１１により測定したＸ−Ｙステージ８の位置と、第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂにより設定された電子ビーム６の照射位置（偏向量）とを照合させる。これにより、マーク４２の相対的な位置を高い精度で迅速に、かつ容易に検出（測定）することができる。すなわち、電子ビーム６の照射位置を高い精度で迅速に、かつ容易に検出（測定）することができる。以後、第１実施形態と同様の作業（操作）により、電子ビーム６を適正な状態に偏向（調整、校正、補正）させた後、パターン露光を行えばよい。
【００７４】
以上説明したように、荷電ビーム露光装置４１によれば、前述した荷電ビーム露光装置１と同様の効果を得ることができる。また、複数枚のウェーハ４にパターン露光する場合に、各ウェーハ４に電子ビーム検出用マーク３７を設ける必要が無いので、作業効率を向上させることができる。
【００７５】
次に、図１３〜図１５を参照しつつ、本実施形態に係るまた他の荷電ビーム露光装置９１、この荷電ビーム露光装置９１で用いられるファラデーカップ１０１、およびファラデーカップ１０１で用いられる測定用アパーチャ１１２、およびビーム校正方法について説明する。
【００７６】
ここでは、荷電ビームを高速、高解像度、高精度、かつ高いＳ／Ｎ比で検出し、荷電ビーム光学系を高速かつ高精度で調整（補正）かつ制御することができる機能を備えた荷電ビーム露光装置９１について説明する。また、荷電ビーム露光装置９１の荷電ビーム光学系の制御（調整）方法、および荷電ビーム露光装置９１を用いる荷電ビーム露光方法について説明する。
【００７７】
先ず、荷電ビーム露光装置９１を説明するのに先立って、荷電ビーム露光装置９１に対する背景技術について説明する。
【００７８】
近年、集積回路の微細化および高密度化（高集積化）に伴い、レーザーなどを光源として用いる光露光装置よりも微細な加工が可能な、電子ビームや集束イオンビームなどの荷電ビームを用いる荷電ビーム露光装置が注目されつつある。そして、この荷電ビーム露光装置にも、光露光装置と同様に半導体デバイス量産装置としての安定した稼動性、および高いスループット性が要求されている。それとともに、荷電ビーム露光装置に、より微細な加工能力が要求されている。
【００７９】
例えば、一般的な電子ビーム描画装置においては、加工精度を高めるために電子ビームの補正が行われる。この電子ビームの補正方法としては、大きく分けて次に述べる２通りの補正方法をコンセプトとする各種補正方法が様々な研究者や開発者達から提案されている。一つはマークを用いる検出法を利用する補正方法であり、もう一つは透過電流（透過電子ビーム）を用いる補正方法である。
【００８０】
マークを用いる検出法を利用する補正方法では、タングステン等の重金属を用いて、基板上に凸形状のマークを形成する。この際、マークの断面の角度が約９０°になるように加工条件を最適化することが求められる。加工法としては、異方性のドライエッチングが一般的に用いられる。ところが、異方性ドライエッチングの加工特性上、マーク側面へのエッチングを避けることは極めて困難であり、マークの断面の角度を約９０°にすることは実質的に不可能である。断面の角度が約９０°になっていないマークの上を電子ビームにより走査すると、いわゆるエッジ効果が顕著に現れる。すると、マークからの反射により得られる検出信号は大きな誤差を含んでいる。このような検出信号は、電子ビームのプロファイルを正確に表すものではない。
【００８１】
また、マークを用いる検出法を利用する補正方法では、マーク検出およびステージの移動により、電子ビームの偏向器の歪み補正や偏向感度補正などを行う。ところが、この方法では、ステージの移動だけに費やされる無駄な時間により、ビーム校正時間が長くなるという問題がある。また、ステージ位置の誤差が、検出される校正用の信号に積算されてしまうなどの問題もある。
【００８２】
他方、透過電流を用いる補正方法では、電子ビームが透過可能な開口部が一つだけ形成された測定用アパーチャが一般的に使用されている。開口部が複数個形成された測定用アパーチャの例はない。開口部が一つしかないと、電子ビームをステージの基準位置から所定の位置まで偏光した後、その偏光した位置までステージ上の基準位置を動かすことにより偏光感度を求める作業が必要である。これにより、マーク検出法を利用する補正方法と同様に、ビーム校正時間が長くなる、あるいはステージ上の基準位置の誤差が検出される校正用の信号に積算されてしまうなどの問題がある。
【００８３】
本実施形態に係るまた他の荷電ビーム露光装置９１、および後述する第２〜第５の各実施形態は、前述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、開口部が複数個形成されたマスクを用いて透過電流を測定することにより、荷電ビームを高速、高解像度、高精度、かつ高いＳ／Ｎ比で検出し、荷電ビーム光学系を高速かつ高精度で制御（調整、補正）することができる荷電ビーム制御方法を提供することにある。また、そのような荷電ビーム制御方法を実施することにより、微細なパターンを高い精度で高速に、かつ、容易に露光することができる荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法を提供することにある。また、それら本実施形態に係る荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法に適用可能な、荷電ビーム制御用の信号を検出するための荷電ビーム検出器および荷電ビーム検出用マークを提供することにある。以下、詳しく説明する。
【００８４】
先ず、図１３を参照しつつ、荷電ビーム露光装置としての電子ビーム描画装置９１について説明する。
【００８５】
電子銃１４から射出された電子ビーム６は、電流制限アパーチャ９２により電流密度が調整され、コンデンサーレンズ（ＣＬレンズ）１８で第１のアパーチャマスク（第１の成形アパーチャマスク）９３を均一に照明する。第１の成形アパーチャマスク９３の像は、投影レンズ（ＰＬレンズ）９６により第２のアパーチャマスク（ＣＰアパーチャマスク）９８上に投影（結像）される。ＣＬレンズ１８およびＰＬレンズ９６は、レンズ制御装置としてのレンズ制御回路１０２および制御コンピューター（制御計算機）１０８により制御されている。
【００８６】
第１の成形アパーチャマスク９３の像は、そのＣＰアパーチャマスク９８上への投影および非投影を、ブランキングアパーチャマスク９４およびブランキング用偏向器９５により切り替えられる。ブランキング用偏向器９５は、ブランキングアパーチャマスク９４を間に挟んで設けられた第１および第２のブランキング用偏向器９５ａ，９５ｂからなる。ブランキング用偏向器９５は、ブランキング用偏向回路１０３およびブランキング用偏向回路１０３に偏向データを送る制御コンピューター１０８により制御されている。
【００８７】
また、第１の成形アパーチャマスク９３およびＣＰアパーチャマスク９８の光学的な重なりの程度は、ＣＰ選択用偏向器９７により制御される。このＣＰ選択用偏向器９７は、ＣＰアパーチャマスク９８を間に挟んで設けられた第１および第２のＣＰ選択用偏向器９７ａ，９７ｂからなる。ＣＰ選択用偏向器９７は、ＣＰ選択用偏向回路１０４およびＣＰ選択用偏向回路１０４に偏向データを送る制御コンピューター１０８により制御されている。
【００８８】
第１の成形アパーチャマスク９３およびＣＰアパーチャマスク９８の光学的な重なりによる像は、縮小レンズ２１により縮小され、対物レンズ２２によりウェーハ４の表面に投影（結像）される。縮小レンズ２１および対物レンズ２２は、レンズ制御回路１０２および制御コンピューター１０８により制御されている。電子ビーム６のウェーハ４上への照射位置は、対物用ビーム偏向回路１０５によって必要な電圧を対物偏向器２５に印加して、その偏向により設定される。対物偏向器２５は、対物レンズ２２を間に挟んで設けられた第１および第２の対物偏向器２５ａ，２５ｂからなる。
【００８９】
ウェーハ４上の電子ビーム６の位置は、制御コンピューター１０８にデータを送るパターンデータデコーダー１０９、対物偏向器２５に電圧を印加する対物用ビーム偏向回路１０５で制御される。ウェーハ４は寸法測定用マーク台１００とともに可動ステージ（Ｘ−Ｙステージ）８上に載置され、可動ステージ８を移動することでウェーハ４または寸法測定用マーク台１００のいずれか一方への電子ビーム６の照射を選択することができる。可動ステージ８は、ステージ駆動同値としてのステージ制御回路１０７および制御コンピューター１０８により制御される。
【００９０】
また、ウェーハ４上の電子ビーム６位置を移動する場合、ウェーハ４上の不必要な場所に露光されないように、電子ビーム６をブランキング用偏向器９５でブランキングアパーチャマスク９４上へ偏向することで、電子ビーム６をカットし、ウェーハ４の表面上に到達しないようにする。ブランキング用偏向器９５への偏向電圧の制御は、制御コンピューター１０８およびブランキング用偏向回路１０３により制御される。
【００９１】
また、縮小レンズ２１と可動ステージ８との間には、荷電ビーム検出器９９が設けられている。この検出器９９は、対物偏向器２５を間に挟んで設けられた第１および第２の検出器９９ａ，９９ｂからなる。検出器９９は、ウェーハ４から反射された電子ビーム６の二次電子（反射電子）を検出する。検出器９９が二次電子を検出すると、これが信号として検出信号処理回路１０６に送られる。検出信号処理回路１０６は制御コンピューター１０８により制御される。
【００９２】
前述したすべてのデータは、パターンデータメモリー（パターンデータデコーダー）１０９に格納される。
【００９３】
このような構成からなる電子ビーム描画装置９１においては、ＣＰ選択用偏向器９７および対物偏向器２５は、精度良くかつ高速に電子ビーム６を偏向する必要がある。このため、ＣＰ選択用偏向器９７および対物偏向器２５には、静電型の偏向器が用いられている。
【００９４】
また、図１３には示していないが、高スループットおよび高い精度を得るために、対物偏向器２５には、主偏向器、副偏向器、および偏向収差を低減（最小化）するための複数の偏向電極などが設けられている。
【００９５】
次に、図１４を参照しつつ、可動ステージ８上に設けられたファラデーカップ１０１について説明する。
【００９６】
図１４に示すように、可動ステージ８とファラデーカップ１０１との間には、可動ステージ８とファラデーカップ１０１とが電気的に絶縁されるように、例えばテフロン（登録商標）のような絶縁体１１１が挿入されている。ファラデーカップ９１の電子ビーム６が照射される面（表面）上には、例えばシリコンで作成された測定用アパーチャマスク１１２が据え付けられている。測定用アパーチャマスク１１２のメンブレン部１１３には、後述する開口部１１７が複数個作成されており、ファラデーカップ１０１はそれらの開口部１１７を透過した電子ビーム６を検出する。そのため、メンブレン部１１３の開口部１１７以外に照射された電子ビーム６を検出しないように、測定用アパーチャマスク１１２の電子ビーム６が照射される側の表面は接地されていなくてはならない。接地法は、例えば表面のみに金属膜をスパッタ等の蒸着法で作成し、その金属膜を接地することで、測定アパーチャマスク１１２がチャージアップせず、かつファラデーカップ１０１へ電流が流れることを防ぐことができる。なお、ファラデーカップ１０１には、各開口部１１７を透過した電子ビーム６の電流を測定するための電流計１１４が接続されている。
【００９７】
次に、図１５を参照しつつ、測定用アパーチャマスク１１２のメンブレン部１１３について詳しく説明する。
【００９８】
図１５は、図１４に示す測定用アパーチャマスク１１２に形成されているメンブレン部１１３の一例を示した図である。測定用アパーチャマスク１１２には、複数個の矩形状（正方形状）の開口部１１７が整列されて形成されたメンブレン部１１３が設けられている。メンブレン部１１３の厚さは、低加速電子ビームの場合、およそ数百ｎｍ以上あれば電子ビームを遮断するのに充分である。断面形状はナイフエッジ法を用いることができる形状が好ましい。さらに、各開口部１１７の断面を垂直に加工できればなお良い。このナイフエッジ法により、電子ビーム６の形状およびボケ量が測定でき、電子ビーム６の合焦・非合焦の調整を高い精度で迅速に、かつ容易に行うことが可能となる。
【００９９】
各開口部１１７は、副偏向器で電子ビーム６を偏向できる領域である副偏向領域１１６内に規則的に配列されている。また、副偏向領域１１６は、主偏向器で電子ビームを偏向できる領域である主偏向領域１１５内に規則的に複数個配列されている。このように各開口部１１６を配列させると、従来行っていた、電子ビーム６を可動ステージ８上の基準位置から所定の位置まで偏向した後、可動ステージ８上の基準位置を偏向した位置まで動かして偏向感度を求めなくてもよい。可動ステージ８を移動させずに、電子ビーム６を偏向させてファラデーカップ１０１を走査させるだけで偏向感度を求め、電子ビーム６の照射位置を補正することが可能である。この方法では、各開口部１１７の位置情報などを予め図示しないメモリに保存しておくことによって、ステージ誤差を含むこと無く偏向感度誤差を精度良く求めることができる。
【０１００】
また、可動ステージ８の移動時間は、電子ビーム６の偏向時間に対して一桁以上遅いので、可動ステージ８を移動させない本実施例は高速に偏向感度誤差を求めることができる。さらに、規則的に配列された各開口部１１７を配列方向に走査して信号を検出し、得られた信号と参照信号を比較することで、偏向領域に対する偏向歪みを求めることも可能となる。あらかじめ作成した各開口部１１７の配列が測定に際し十分でない場合、各開口部１１７同士の間を可動ステージ８を移動させて補間させてもよい。
【０１０１】
このように、荷電ビーム露光装置９１によれば、ビーム調整（校正）時間が長くなる、あるいは可動ステージ８上の基準位置の誤差が検出される信号に積算されてしまう、などの問題を克服することができる。また、電子ビームの調整（校正、補正）に透過電流を用いるので、前述したマークを用いる方法よりもＳ／Ｎ比が大きい利点がある。この結果、微細なパターンを高速、高精度、かつ容易に露光することができる。
【０１０２】
このように、荷電ビーム露光装置９１によれば、荷電ビーム露光装置１および荷電ビーム露光装置４１と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
以上説明したように、この第１実施形態によれば、微細なパターンを高い精度で迅速に、かつ、容易に描画（露光）することができる。
【０１０４】
また、この第１実施形態および後述する第２〜第４の各実施形態においては、前述した荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７や荷電ビーム露光方法などを以下に述べる構成や工程に設定したり、あるいは以下に述べる各種の装置や方法（工程）を付加したりしても構わないのはもちろんである。
【０１０５】
例えば、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７に以下に述べる検出器を付加しても構わない。
【０１０６】
電子ビームを検出する検出器において、前記検出器は、電子ビームが照射される面に、電子ビームが透過する数十ｎｍから数μｍの開口部が規則正しく、複数配列しているメンブレン部を有する測定アパーチャと、を具備してなることを特徴とする検出器。
【０１０７】
前記測定アパーチャが、前記検出器と電気的に絶縁され、なおかつ接地してなることを特徴とする前記検出器。
【０１０８】
前記検出器はファラデー・カップであることを特徴とする前記検出器。
【０１０９】
また、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７に以下に述べる電子ビーム照射装置を付加しても構わない。
【０１１０】
電子ビームを発生させる電子銃と、前記電子銃から発生した電子ビームを検出する検出器とを具備した電子ビーム照射装置において、前記検出器は、電子ビームが照射される面に、電子ビームが透過する数十ｎｍから数μｍの開口部が規則正しく、複数配列しているメンブレン部を有する測定アパーチャと、を具備してなることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【０１１１】
また、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７を以下に述べる構成に設定しても構わない。
【０１１２】
コラム内に、少なくとも電子銃から発生した電子ビームを所望の大きさ、明るさに調整するコンデンサーレンズと、試料面上の不必要な部分を露光しないために、ビームを偏向するブランキング機構と、試料面上の電子ビームの形状を成形する成形アパーチャと、試料面上に電子ビームをフォーカスする対物レンズと、試料面上の電子ビームを制御する静電偏向器、静電レンズと、電子ビームを検出する検出器と、を具備した電子ビーム照射装置において、前記検出器は、電子ビームが照射される面に、電子ビームが透過する数十ｎｍから数μｍの開口部が規則正しく、複数配列しているメンブレン部を有する測定アパーチャと、を具備してなることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【０１１３】
また、荷電ビーム露光方法に以下に述べる方法（工程）を付加しても構わない。
【０１１４】
前記電子ビーム照射装置において、電子ビームを前記検出器の前記測定アパーチャ上で走査し、各開口部を透過して得られた信号と参照信号から電子ビームの補正値を算出し、制御回路へフィードバックすることを特徴とする電子ビーム照射装置の補正方法。
【０１１５】
前記電子ビーム描画装置において、電子ビームを前記検出器の前記測定アパーチャ上で走査し、各開口部を透過して得られた信号と参照信号から電子ビームの補正値を算出し、制御回路へフィードバックすることを特徴とする電子ビーム描画装置の補正方法。
【０１１６】
また、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７に以下に述べるマーク構造を付加しても構わない。
【０１１７】
試料面位置に設置され、電子ビームを走査して反射電子信号、二次電子信号を得るためのマークにおいて、前記マークは、二次元に配列したパターン間を二次電子放出効率の異なる異種の材質で埋め込み、マーク表面を平坦化したことを特徴とするマーク構造。
【０１１８】
電子ビームを発生させる電子銃と、試料面位置に設置され、前記電子ビームを走査して反射電子信号、二次電子信号を得るためのマークとを具備した電子ビーム照射装置において、前記マークは、二次元に配列したパターン間を二次電子放出効率の異なる異種の材質で埋め込み、表面を平坦化したことを特徴とする電子ビーム照射装置。
【０１１９】
また、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７を以下に述べる構成に設定しても構わない。
【０１２０】
コラム内に、少なくとも電子銃から発生した電子ビームを所望の大きさ、明るさに調整するコンデンサーレンズと、試料面上の不必要な部分を露光しないために、ビームを偏向するブランキング機構と、試料面上の電子ビームの形状を成形する成形アパーチャと、試料面上に電子ビームをフォーカスする対物レンズと、試料面上の電子ビームを制御する静電偏向器、静電レンズと、試料面位置に設置され、前記電子ビームを走査して反射電子信号、二次電子信号を得るためのマークと、を具備した電子ビーム照射装置において、前記マークは、二次元に配列したパターン間を二次電子放出効率の異なる異種の材質で埋め込み、表面を平坦化したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【０１２１】
また、荷電ビーム露光方法に以下に述べる方法（工程）を付加しても構わない。
【０１２２】
コラム内に、少なくとも電子銃から発生した電子ビームを所望の大きさ、明るさに調整するコンデンサーレンズと、試料面上の不必要な部分を露光しないために、ビームを偏向するブランキング機構と、試料面上の電子ビームの形状を成形する成形アパーチャと、試料面上に電子ビームをフォーカスする対物レンズと、試料面上の電子ビームを制御する静電偏向器、静電レンズと、を具備した電子ビーム照射装置において、電子ビームの偏向誤差補正関数を、前記電子ビームを成形するアパーチャ上のパターン配置位置の関数、及び試料面上の描画位置の関数で表し、前記関数を用いて補正値を算出する工程と、算出された補正値を初期値に積算させて制御回路へフィードバックする工程と、を少なくとも含む電子ビーム描画装置の補正方法。
【０１２３】
前記補正方法において、前記関数から補正値を算出する工程、その補正値を全てのパターンについて求める工程、前記補正値から前記関数を補正する工程と、を少なくとも含む電子ビーム描画装置の補正方法。
【０１２４】
また、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７を以下に述べる構成に設定しても構わない。
【０１２５】
繰り返しパターン図形を有するアパーチャマスクに荷電ビームによる成形アパーチャ像を照射して前記パターン図形の成形ビームを生成し、これを縮小投影すると共に偏向して試料上の所望の位置に前記パターン図形を描画するキャラクタプロジェクション方式の荷電ビーム露光装置において、前記アパーチャマスクに設けられた同一形状の複数個のビーム透過孔と、前記アパーチャマスクに設けられた同一形状の複数個のビーム透過孔を選択する手段と、前記透過孔を通過した荷電ビームを光軸上に振り戻す手段と、前記ビーム選択手段と前記ビームの振り戻し手段とを任意の組み合わせで制御するための偏向器選択手段と、前記透過孔にビームを照射した時に投影されるビームで試料上のマーク位置を検出してそれぞれのビーム位置を測定する手段と、前記手段により測定されたビーム位置と前記透過孔の設計座標との関係から試料面の基準座標に対するアパーチャマスクの方向と縮小率を得て、縮小レンズとアパーチャマスクの方向を補正する手段と、を具備してなることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
【０１２６】
また、荷電ビーム露光方法を以下に述べる方法（工程）に設定しても構わない。
【０１２７】
繰り返しパターン図形を有するアパーチャマスクに荷電ビームによる成形アパーチャ像を照射して前記パターン図形の成形ビームを生成し、これを縮小投影すると共に偏向して試料上の所望の位置に前記パターン図形を描画するキャラクタプロジェクション方式の荷電ビーム描画方法において、前記アパーチャマスクに設けられた同一形状の複数個のビーム透過孔に対して、前記アパーチャマスクに設けられた同一形状の複数個のビーム透過孔を選択する工程と、前記透過孔を通過した荷電ビームを光軸上に振り戻しを行わずに、前記透過孔にビームを照射した時に投影されるビームで試料上のマーク位置を検出してそれぞれのビーム位置を測定する工程と、前記工程により測定されたビーム位置と前記透過孔の設計座標との関係から試料面の基準座標に対するアパーチャマスクの方向と縮小率を得て、縮小レンズとアパーチャマスクの方向を補正する工程と、前記透過孔を通過した荷電ビームを光軸上に振り戻して、所望のパターンを描画する工程と、を含むことを特徴とする荷電ビーム露光方法。
【０１２８】
また、荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７を以下に述べる構成に設定しても構わない。
【０１２９】
キャラクタプロジェクション（ＣＰ）／可変整形（ＶＳＢ）露光方式の荷電ビーム露光装置であって、開口密度の異なる複数の開口部から構成される第一アパーチャと、電子銃から発せられた電子ビームを第一アパーチャ上の所望の開口部に照射する偏向器（若しくは機械駆動機構）と、ビーム形状を整形するための開口部を有する第二アパーチャと、前記第一アパーチャを透過した荷電ビームを、前記第二アパーチャ上に照明する手段と、ＶＳＢ用及びキャラクタパターン用の開口部を複数個有するを第三アパーチャと、前記第二アパーチャを透過したビームを前記第三アパーチャ上に偏向投影する手段と、前記第三アパーチャを透過したビームを試料面上の任意の位置に偏向し、縮小転写する手段と、を具備することを特徴とする荷電ビーム露光装置。
【０１３０】
ＶＳＢ露光においては、前記第一アパーチャ上の開口率の少ない開口部を選択し、ＣＰ露光の際には前記第一アパーチャ上の開口比率の大きい開口部を選択する手段を具備することを特徴とする前記荷電ビーム露光装置。
【０１３１】
第一アパーチャ上の開口部を選択するための手段として、所望の解像性（ビームボケ）が得られるように、試料上に照射されるビーム形状に応じて選択する手段を具備することを特徴とする前記荷電ビーム露光装置。
【０１３２】
前記第一アパーチャの開口部の形状として、荷電ビーム源から発せられた荷電ビームの均一性を補償するような形状であることを特徴とする前記荷電ビーム露光装置。
【０１３３】
また、荷電ビーム露光方法を以下に述べる方法（工程）に設定しても構わない。
【０１３４】
前記荷電ビーム露光装置を用いた荷電ビーム露光方法であって、ＶＳＢ露光においては、前記第一アパーチャ上の開口率の少ない開口部を選択し、ＣＰ露光の際には前記第一アパーチャ上の開口比率の大きい開口部を選択する工程を含むことを特徴とする荷電ビーム露光方法。
【０１３５】
前記荷電ビーム露光装置を用いた荷電ビーム露光方法であって、第一アパーチャ上の開口部を選択する工程において、所望の解像性（ビームボケ）が得られるように、試料上に照射されるビーム形状に応じて選択する工程を含むことを特徴とする荷電ビーム露光方法。
【０１３６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を図１６を参照しつつ説明する。図１６は、本実施形態に係るファラデーカップで用いられる測定用アパーチャのメンブレン部を示す平面図である。なお、前述した第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１３７】
本実施形態では、前述した第１実施形態の測定用アパーチャマスク１１２のメンブレン部１１３とは異なるメンブレン部を有する測定用アパーチャマスクを用いる。以下、図１６を参照しつつ、本実施形態に係る測定用アパーチャマスク１２１について説明する。
【０１３８】
１つの測定用アパーチャマスクを使用し続けた場合、開口部にコンタミネーションが付着して、開口部の寸法が変わるおそれがある。また、電子ビームの補正には、開口部を透過した電子ビームの電流量も用いるため、開口部の寸法変化は、電子ビームの補正を精度良く行うに際し不具合を生ずる原因ともなる。そこで、図１６に示すように、主偏向領域１２４よりも大きいエリアに予備の開口部１２６（副偏向領域１２５）を作成する。この場合、拡大したエリアの面積に応じてメンブレン部１２２を広げる必要がある。しかし、メンブレン部１２２の厚さはおよそ数百ｎｍから数μｍであり、メンブレン部１２２の面積に対して非常に薄いことから、測定時のメンブレン部１２２の撓みや歪み、加工に対する強度の点が問題となる。そこで、本実施形態では、メンブレン部１２２の領域を小さくするとともにメンブレン部１２２を複数設け、メンブレン部１２２同士の間を梁１２３で補強することで、メンブレン部１２２の撓みや歪み、あるいは加工に対する強度を向上させる。これにより、電子ビームの補正精度が低下し難く、かつ長寿命な測定用アパーチャマスクを提供することができる。
【０１３９】
以上説明したように、この第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、測定用アパーチャマスクの寿命が長くなるので、測定用アパーチャマスクの交換などによるコスト増大や作業の煩雑化などを抑制できる。ひいては、半導体装置の生産効率を向上させて安価な半導体装置を製造できる。
【０１４０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３実施形態を図１７を参照しつつ説明する。図１７は、本実施形態に係る荷電ビーム検出用マークおよび比較例としての従来技術に係る荷電ビーム検出用マークを示す断面図である。なお、前述した第１および第２の各実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態では、前述した第１および第２の各実施形態と異なり、電子ビームを補正する際に荷電ビーム検出用マークを用いる。以下、図１７を参照しつつ、本実施形態に係る荷電ビーム検出用マーク１３１について説明する。
【０１４２】
先ず、図１７（ｂ）を参照しつつ、本実施形態の荷電ビーム検出用マーク１３１に対する比較例としての従来技術に係る荷電ビーム検出用マーク４０１について簡潔に説明する。図１７（ｂ）に示すように、従来技術に係る荷電ビーム検出用マーク（電子ビーム検出用マーク）４０１は、タングステン等の重金属からなる複数個のマーク本体４０２が、互いに離間されて基板４０３上に設けられただけである。このような構造によれば、マーク４０１上に電子ビーム（走査用荷電ビーム）を走査させた場合、エッジ効果と呼ばれるマーク本体４０２の側面からの電子の放出により、マーク４０１のエッジ部分からの影響が電子ビームのプロファイルに積算される。この結果、電子ビームのプロファイルはその精度が低下する。
【０１４３】
これに対して、本実施形態の荷電ビーム検出用マーク（電子ビーム検出用マーク）１３１では、図１７（ａ）に示すように、基板１３４上に互いに離間されて複数個設けられた検出用パターンとしてのマーク本体１３２同士の間に、マーク本体１３２とは二次電子放出効率が異なる埋め込み部材１３３が埋め込まれている。埋め込み部材１３３には、例えば塗布性を考慮した水溶性チタンのような水溶性金属、エポキシ樹脂のような樹脂、カーボンを主成分とした有機膜、あるいは軽金属の蒸着膜などが用いられる。各マーク本体１３２と各埋め込み部材１３３は、それらの表面を平坦化されて同じ高さに形成されている。これにより、エッジ効果を抑制しつつ、各マーク本体１３２のエッジ部を利用して走査用荷電ビームのプロファイルを高い精度で検出することができる。
【０１４４】
以上説明したように、この第３実施形態によれば、透過電流を測定するファラデーカップの代わりに電子ビーム検出用マーク１３１を用いた場合でも、前述した第１および第２の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４５】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４実施形態を図１８〜図３１を参照しつつ説明する。なお、前述した第１〜第３の各実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１４６】
本実施形態では、電子ビームの偏向誤差を補正するために用いる偏向誤差補正関数について説明する。
【０１４７】
図１８（ａ）には、ＣＰアパーチャ９８上の各ＣＰ３２の位置を示す。また、図１８（ｂ）には、ウェーハ４の表面上の描画位置を示す。偏向誤差補正関数をΔＤとすると、ΔＤは次に示す式（３）で表すことができる。
【０１４８】
ΔＤ＝Ｆ（Ｘi ，Ｙj ）×Ｇ（ＣＰk ），（ｉ，ｊ＝１〜ｍ，ｋ＝１〜ｎ）
・・・（３）
この式（３）において、Ｆは各分割描画位置関数と称される関数であり、ＧはＣＰ位置関数と称される関数である。補正値を全ての分割描画領域１３５について求め、その補正値から新たな補正関数を求めて旧補正関数を補正することができる。これにより、電子ビームの偏向誤差を適正に補正することができる。
【０１４９】
次に、図１９および図２０を参照しつつ、本実施形態に係る荷電ビーム露光装置１３７および電子ビームの偏向誤差を補正するために用いるＣＰ補正データテーブルについて説明する。
【０１５０】
図１９に示すように、本実施形態に係る荷電ビーム露光装置（電子ビーム描画装置）１３７は、前述した第１実施形態に係る電子ビーム描画装置１，４１，９１と略同じ構成となっている。ただし、ＣＰ選択回路（ビーム成形用／ＣＰ選択用偏向制御回路）２７およびビーム偏向回路（対物用偏向制御回路）２８に、複数個のキャラクタパターン３２のデータが保存されるＣＰデータメモリ１３６が接続されている。
【０１５１】
また、図２０に示すように、本実施形態に係るＣＰ補正データテーブルは、ＣＰ番号、ＣＰ位置補正データ、描画位置補正データにより構成されている。ＣＰ補正データテーブルを図２０に示すように構成することで、描画するＣＰを選択するときに、併せて補正データを抽出することが可能となる。そして、このＣＰ補正データテーブルと電子ビーム描画装置１３７とを併せて用いることにより、電子ビームの偏向誤差を適正に補正することができる。
【０１５２】
次に、図２１〜図３０および前述した第１実施形態において用いた図１０を参照しつつ、電子ビームの偏向誤差の補正方法（電子ビームの校正方法）についてより詳しく説明する。
【０１５３】
図１０に示すように、ＣＰアパーチャマスク１７ｂには、複数のＣＰ用開口部（透過孔ブロック）３５ｂが配置されている。このＣＰ用開口部３５ｂには、第１のアパーチャ像３１よりも小さく、かつ、略同一の矩形状（正方形状）からなる複数個の微小なビーム透過孔３６ａが、略全域にわたって配列されて形成されている。各ＣＰ用開口部３５ｂは、それぞれＣＰアパーチャマスク１７ｂ上の位置を示すコードで区別されている。そして図２１に示すように、所定のＣＰ用開口部３５ｂを選択した場合にＣＰ選択偏向器２４から掛けられる設定電圧は、各ＣＰ用開口部３５ｂに対応して予め定められている。
【０１５４】
次に、図２２を参照しつつ、本実施形態に係る電子ビーム描画装置の補正方法について説明する。この補正方法は、主偏向分割補正方法と称される。なお、図示は省略するが、ここで引用する電子ビーム描画装置はいわゆる主副２段偏向方式を採用するものとする。そして、主偏向領域のサイズは１．５ｍｍ□に、また副偏向領域のサイズは５０μｍ□にそれぞれ設定されている。
【０１５５】
一般的に、主偏向領域１２４の中心部１２４ａと端部（縁部）１２４ｂとでは、光線のレンズを通過する位置が異なる。このため、図２２に示すように、レンズの光学的作用によって、主偏向領域１２４内の位置に依存する位置歪が発生する。この位置歪による影響は、偏向幅の大きい主偏向領域１２４において重大である。本実施形態では、この位置歪を以下に述べる方法により補正する。
【０１５６】
先ず、主偏向領域１２４内における位置ずれ（位置歪）の補正方法について説明する。主偏向領域１２４内の位置歪は、主偏向領域１２４内の位置（Ｘmain ，Ｙmain ）に依存する歪を３次の多項式で近似することにより、主偏向位置（Ｘm ，Ｙm ）として補正する。具体的には、主偏向位置（Ｘm ，Ｙm ）を、（Ｘmain ，Ｙmain ）を用いて次に示す式（４）、（５）で表す。
【０１５７】
Ｘm ＝ａ0 ＋ａ1・Ｘmain ＋ａ2・Ｙmain 
＋ａ3・Ｘmain・Ｙmain ＋ａ4・Ｘmain2 ＋ａ5・Ｙmain2 
＋ａ6・Ｘmain3 ＋ａ7・Ｘmain2・Ｙmain ＋ａ8・Ｘmain・Ｙmain2 
＋ａ9・Ｘmain3 ・・・（４）
Ｙm ＝ｂ0 ＋ｂ1・Ｘmain ＋ｂ2・Ｙmain 
＋ｂ3・Ｘmain・Ｙmain ＋ｂ4・Ｘmain2 ＋ｂ5・Ｙmain2 
＋ｂ6・Ｘmain3 ＋ｂ7・Ｘmain2・Ｙmain ＋ｂ8・Ｘmain・Ｙmain2 
＋ｂ9・Ｘmain3 ・・・（５）
これら（４）、（５）の２式において、係数（ａ0 〜 ａ9 ，ｂ0 〜 ｂ9 ）は主偏向歪補正係数と称される。
【０１５８】
次に、主偏向位置（Ｘm ，Ｙm ）に依存する副偏向領域１２５内における位置ずれ（位置歪）の補正方法について、図２３を参照しつつ説明する。図２３に示すように、主偏向領域１２４を３００μｍ□ずつ、２５の小領域（副偏向領域）１２５に分割する。そして、これら各副偏向領域１２５ごとに副偏向歪を補正する。先ず、電子ビームを各副偏向領域１２４内の所定の位置（Ｘsub ，Ｙsub ）に位置決めするために、次に示す２式（６）、（７）に従って副偏向出力（Ｘs ，Ｙs ）を決定する。
【０１５９】
Ｘs ＝ａ0 ＋ａ1・Ｘsub ＋ａ2・Ｘsub・Ｙsub ＋ａ3・Ｙsub ・・・（６）
Ｙs ＝ｂ0 ＋ｂ1・Ｘsub ＋ｂ2・Ｘsub・Ｙsub ＋ｂ3・Ｙsub ・・・（７）
これら（６）、（７）の２式において、係数（ａ0 〜 ａ3 ，ｂ0 〜 ｂ3 ）は副偏向歪補正係数と称される。図２４には、この補正方法で用いる各副偏向領域（分割領域）１２５ごとの副偏向歪補正係数の一例を数値テーブル（補正テーブル）として示す。
【０１６０】
次に、図２５および図２６を参照しつつ、本実施形態に係るＣＰ（キャラクタパターン）の補正方法について具体的に説明する。本実施形態のＣＰ補正方法は、副偏向歪の補正を各ＣＰごとに行う点に特徴がある。また、本実施形態では、所定のＣＰを選択した際の各ＣＰ偏向器の出力は、図２１に示すように予め求められているものとする。
【０１６１】
先ず、図２５に示すように、所定のマーク位置へ移動する。これをステップ１（ Step 1：Ｓ１）とする。
【０１６２】
次に、主偏向位置（ポイント）を設定する。ここでの主偏向位置は、主偏向領域を３００μｍ□ごとの小領域（副偏向領域）に分割した各領域の中心とする。それとともに、主偏向領域内の計測ポイントを設定する。これをステップ２（ Step 2：Ｓ２）とする。
【０１６３】
次に、所定のＣＰ用開口部を選択する。それとともに、検査すべきＣＰを設定する。これにより、選択されたＣＰビームが試料面上に照射される。これをステップ３（ Step 3：Ｓ３）とする。
【０１６４】
次に、副偏向器を用いてマークを順次走査し、マーク画像もしくはマーク波形を取得する。取得したマーク画像もしくはマーク波形に基づいてマーク位置を検出して、マーク位置のずれ量を求める。なお、ここでのマーク位置のずれ量は、ビームの位置ずれを示す。これをステップ４（ Step 4：Ｓ４）とする。
【０１６５】
次に、前述したステップ３およびステップ４を、選択された全てのＣＰアパーチャ上の開口部について行う。これをステップ５（ Step 5：Ｓ５）とする。
【０１６６】
次に、前述したステップ２〜ステップ５を、全ての主偏向位置（ポイント）で行う。これをステップ６（ Step 6：Ｓ６）とする。
【０１６７】
次に、前述したステップ１〜ステップ６の結果に基づいて、所定の補正テーブルを作成する。これをステップ７（ Step 7：Ｓ７）とする。
【０１６８】
以上で本実施形態のＣＰ補正方法を終了とする。このようなＣＰ補正方法によれば、図２６に示すように、各分割領域の中心位置におけるＣＰ番号に依存するマークの位置ずれ量を迅速かつ適正に、また容易に求めることができる。
【０１６９】
次に、図２７〜図３１を参照しつつ、前述したＣＰ補正方法および本実施形態に係る他の荷電ビーム露光装置（電子ビーム描画装置）５０１を用いるパターン描画方法について説明する。ただし、前述した各電子ビーム描画装置１，４１，９１，１３７が備える各構成機器の説明と重複する部分については、それらの説明を省略する。また、偏向制御回路へのパラメータの転送手順など、一般的な電子ビーム描画装置で行われている各種動作についても、それらの説明を省略する。
【０１７０】
先ず、図２７に示す電子ビーム描画装置５０１について説明する。この電子ビーム描画装置５０１は、ステージ連続移動方式かつ主副２段偏向方式の描画装置である。図２７に示すように、電子ビーム描画装置５０１は、描画装置本体５０２、偏向アンプ群５０３、偏向制御回路５０４、制御計算機５０５、データ展開回路５０６、および位置回路５０７などから構成されている。
【０１７１】
描画装置本体５０２は、鏡筒５０８および試料室５０９を備えている。鏡筒５０８の内部には、電子銃５１０および偏向器群５１１などが設けられている。偏向器群５１１は、ＣＰ偏向器５１１ａ、副偏向器５１１ｂ、および主偏向器５１１ｃなどから構成されている。試料室５０９の内部には、試料台としてのステージ５１２が設けられている。試料としてのウェーハ５１３は、ステージ５１２の上に載置されて所定の位置に配置される。また、ステージ５１２は、位置回路５０７を介して後述する偏向制御回路５０４の第２の演算部５０４ｂおよび第３の演算部５０４ｃに接続されている。
【０１７２】
偏向器群５１１は、偏向アンプ群５０３に接続されている。具体的には、ＣＰ偏向器５１１ａはＣＰ偏向アンプ５０３ａに接続されている。副偏向器５１１ｂは副偏向アンプ５０３ｂに接続されている。そして、主偏向器５１１ｃは主偏向アンプ５０３ｃに接続されている。また、偏向器群５１１は、偏向制御回路５０４に接続されている。偏向制御回路５０４は、第１〜第４の４つの演算部５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃ，５０４ｄ、ならびに第１および第２の２つのメモリ５０４ｅ，５０４ｆなどを備えている。第１の演算部５０４ａは、第２の演算部５０４ｂおよび第４の演算部５０４ｄに接続されている。第２の演算部５０４ｂは、第３の演算部５０４ｃおよび第４の演算部５０４ｄに接続されている。第４の演算部５０４ｄには、第１のメモリ５０４ｅおよび第２のメモリ５０４ｆがともに接続されている。偏向アンプ群５０３のうちＣＰ偏向アンプ５０３ａおよび副偏向アンプ５０３ｂは第４の演算部５０４ｄに接続されている。また、主偏向アンプ５０３ｃは第３の演算部５０４ｃに接続されている。
【０１７３】
また、偏向制御回路５０４には、制御計算機５０５が接続されている。制御計算機５０５は、描画データ５０５ａ、副偏向テーブル５０５ｂ、ＣＰテーブル５０５ｃ、およびＣＰ補正量テーブル５０５ｄなどを備えている。副偏向テーブル５０５ｂおよびＣＰテーブル５０５ｃは、偏向制御回路５０４の第１のメモリ５０４ｅに接続されている。また、ＣＰ補正量テーブル５０５ｄは、偏向制御回路５０４の第２のメモリ５０４ｆに接続されている。描画データ５０５ａは、データ展開回路５０６を介して偏向制御回路５０４の第１の演算部５０４ａに接続されている。
【０１７４】
なお、図示は省略するが、電子ビーム描画装置５０１は、前述した機器以外にも、例えばレンズ、レンズ制御回路、およびステージ制御回路などを備えている。
【０１７５】
次に、電子ビーム描画装置５０１を用いるパターン描画方法について説明する。
【０１７６】
先ず、描画データ５０５ａ、ＣＰ補正量テーブル５０５ｄ、および図示しないウェーハレイアウトデータを、制御計算機５０５からデータ展開回路５０６に書き込む。図２８には、描画データ５０５ａのデータ形式の一部を示す。また、図２９には、図２８に示す描画データ５０５ａのデータ形式の実際の描画領域における構造を示す。図２８に示すように、描画データ５０５ａは、主偏向器５１１ｃを制御するための複数の主偏向データ５０５ｅ、および副偏向器５１１ｂを制御するための複数の副偏向データ（ショットデータ）５０５ｆから構成されている。そして、図２８および図２９に示すように、主偏向データ５０５ｅには、主偏向領域１２４内における複数の副偏向領域１２５の位置（Ｘm ，Ｙm）、各副偏向領域１２５内に含まれる複数のショット５１７のデータ開始位置を示すアドレス、および各副偏向領域１２５内のショット数を含む制御コードなどが記述されている。また、各ショットデータ５０５ｆには、各副偏向領域１２５内での各ショット５１７の位置Ｘs ，Ｙs 、ＣＰ偏向器５１１ａを制御するための複数の図形コード、およびショット時間などが書き込まれている。
【０１７７】
次に、ウェーハ５１３がステージ５１２上に置かれて描画準備が整った段階で、制御計算機５０５がデータ展開回路５０６にデータ送出指示を出す。なお、ここでいう描画準備とは、ステージ５１２の移動開始点および移動終了点が求められて、かつ、ステージ５１２が移動開始点にある状態を指す。ステージ５１２の移動開始および終了点は、図３０に示すウェーハ５１３上の各ストライプ５１５の描画開始点および描画終了点に助走距離および減速距離を加味して決定される。また、データ送出指示とは、制御計算機５０５からデータ展開回路５０６が有する図示しない主偏向データ回路に、転送開始アドレス、ワード数、転送繰り返し数などを指示することを指す。データ送出指示が出されると、主偏向データ回路内のメモリからデータ展開回路５０６が有する図示しない演算回路への主偏向データ５０５ｅの転送が開始される。主偏向データ回路は、データ展開回路５０６のＦＩＦＯのハーフフル（ＨＦ）フラグを検出して、データの送出／一時停止を判断する。
【０１７８】
次に、制御計算機５０５からデータ展開回路５０６にデータ送出指示が出された段階で、制御計算機５０５からステージ制御回路にステージ５１２の移動指示が出される。ステージ５１２の移動指示が出されると、ステージ制御回路はステージ５１２をステージ移動開始点に移動させるとともに、ステージ５１２の移動終了位置および移動速度を指定する。
【０１７９】
次に、制御計算機５０５は、ウェーハレイアウトデータに基づいて、主偏向データ５０５ｅにチップ番号やストライプ番号などを付加する。また、制御計算機５０５は、ウェーハ歪みやチップ歪みなどの位置補正を実施するとともに、主偏向データ５０５ｅの座標系をウェーハ座標系からステージ座標系に変換して、それらの情報を後段の偏向制御回路５０４に送出する。
【０１８０】
次に、偏向制御回路５０４では、その第１の演算部５０４ａにおいて、送出された主偏向データ５０５ｅおよびショットデータ５０５ｆを分割する。主偏向データ５０５ｅは第２の演算部５０４ｂに送出されるとともに、ショットデータ５０５ｆは第３の演算部５０４ｃに送出される。
【０１８１】
次に、第２の演算部５０４ｂでは、ステージ５１２の座標やウェーハ５１３の高さ等の情報を含む位置回路５０７の出力に基づいて、ステージ座標系に変換された主偏向データ５０５ｅが描画範囲に入っているか否かを判断する。第２の演算部５０４ｂは、ステージ座標系に変換された主偏向データ５０５ｅが描画範囲に入っていれば、主偏向位置を決定するとともにその主偏向位置が図２３に示す主偏向領域１２４内のどの分割領域（副偏向領域）１２５に属しているかを判断する。この後、偏向制御回路５０４は、レンズ歪みによる位置補正を実施する。また、主偏向データ５０５ｅは第３の演算部５０４ｃを介して主偏向アンプ５０３ｃに送出される。第３の演算部５０４ｃは、主偏向データ５０５ｅに基づいて主偏向器５１１ｃに所定の電圧を発生させる。それとともに、第３の演算部５０４ｃは、位置回路５０７からの出力を常時計測して、電子ビーム６の照射位置がステージ５１２の位置に追従するように主偏向アンプ５０３ｃの出力を補正する。
【０１８２】
次に、第４の演算部５０４ｄでは、第１の演算部５０４ａから送出されたショットデータ５０５ｆ中の図形コードから図２１に示すＣＰテーブル２０１ｄ中の前記当アドレスを呼び出し、この前記当アドレスを偏向制御回路５０４内の第１のメモリ２０４ｅに保存する。ショットデータ５０５ｆ中の図形コードには、例えばＣＰ偏向器５１１ａを制御するための図形コードなどが含まれる。そして、第４の演算部５０４ｄは、ＣＰ偏向器５１１ａの位置補正演算を実施する。また、図形コードは、第４の演算部５０４ｄを介して第１のメモリ２０４ｅからＣＰ偏向アンプ５０３ａに送出される。第４の演算部５０４ｄは、図形コードに基づいてＣＰ偏向器５１１ａに所定の電圧を発生させる。
【０１８３】
次に、第２の演算部２０４ｂにおいて求められた、図２３に示す主偏向領域１２４内のどの分割領域（副偏向領域）１２５に主偏向位置が属しているかというデータが、第２の演算部２０４ｂから偏向制御回路５０４が有する第４の演算部５０４ｄに送られる。第４の演算部２０４ｄでは、第２の演算部２０４ｂから送出された分割領域番号から図２４に示す副偏向補正係数を呼び出して副偏向位置の補正を行う。また、第４の演算部２０４ｄは、第１の演算部５０４ａから送出されたショットデータ５０５ｆ中の図形コードおよび分割領域番号から第２のメモリ５０４ｆに記述されたＣＰ補正テーブル２０１ｃの前記当アドレスを呼び出す。そして、第４の演算部２０４ｄは、その前記当アドレスに基づいて、補正された副偏向位置に対してＣＰ番号に依存する補正を加算する。ショットデータ５０５ｆ中の図形コードには、例えばＣＰ偏向器５１１ａを制御するための図形コードなどが含まれる。第４の演算部２０４ｄで位置補正演算がなされた後、図形コードが副偏向アンプ５０５ｂに送出されるとともに、第４の演算部２０４ｄは副偏向器５１１ｂに所定の電圧を発生させる。ＣＰ偏向器５１１ａ、副偏向器５１１ｂ、および主偏向器５１１ｃがそれぞれ所定の電圧に到達すると、図示しないブランキング信号発生回路によりブランキング信号が解除され、電子ビーム６がウェーハ５１３上の所定の位置に適正な状態で照射される。
【０１８４】
以上で本実施形態のパターン描画方法を終了とする。このようなパターン描画方法によれば、所望のパターンを迅速かつ正確に、また容易に描画することができる。
【０１８５】
なお、電子ビーム描画装置５０１に採用されているステージ連続移動方式とは、図３０に示すように、ウェーハ５１３上の複数のチップ５１４をストライプ５１５と呼ばれる複数の帯状の主偏向領域１２４に分割して、ステージ５１２を連続駆動させつつパターンを描画する描画方式である。この方式は、ステージ５１２のステップ移動の回数が少ないので、高いスループットを期待することができる。
【０１８６】
また、電子ビーム描画装置５０１に採用されている主副２段偏向方式とは、図３０に示すように、主副２段偏向方式とは、副偏向器５１１ｂにより複数のショット５１７を数十μｍ□の範囲で高速に位置決めするとともに、主偏向器５１１ｃにより副偏向領域１２５を数ｍｍ□の広い範囲で位置決めすることで、所定の範囲内のパターンを高速に描画する描画方式である。この方式では、チップデータ（描画データ）５０５ａをフレーム５１６と呼ばれる複数の帯状の主偏向領域１２４に分割するとともに、主偏向領域１２４内の複数の副偏向領域１２５のそれぞれの位置を主偏向器５１１ｃにより位置決めし、かつ、各副偏向領域１２５内の各ショット５１７のそれぞれの位置を副偏向器５１１ｂにより位置決めする。
【０１８７】
これらの一連の制御は、制御計算機５０５内に格納された制御プログラムによって実行される。制御プログラムは、ＥＢ描画データおよびレイアウトデータに従って、電子ビーム描画装置５０１の各部をそれぞれ適正に作動させて描画を実行する。また、図３１には、前述したデータ展開回路５０６から送出されるデータの構造を示す。
【０１８８】
以上説明したように、この第４実施形態によれば、前述した第１〜第３の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１８９】
（第５の実施の形態）
次に、本発明に係る第５実施形態を図３２〜図３５を参照しつつ説明する。なお、前述した第１〜第４の各実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１９０】
本実施形態では、ステージ連続移動方式の荷電ビーム露光装置において、この装置が備えるステージ位置を予測するためのステージ位置予測回路、およびこの回路に設定されているステージ位置の予測に用いられる回路定数ｔの調整方法（決定方法）などについて説明する。ステージ回路定数ｔの設定方法は、ステージを連続に移動させつつパターンを描画するステージ連続移動方式によるパターン描画おけるビーム調整方法の一つである。
【０１９１】
先ず、本実施形態を説明するのに先立って、本実施形態に対する背景技術について説明する。
【０１９２】
例えば、一般的なステージ連続移動方式の電子ビーム描画装置の場合、パターンを正確に描画するために次に述べるようなフィードバック制御が行われる。先ず、連続的に移動するステージの位置をレーザー測長計が測長する。そして、測定されたステージ位置の移動量（測長データ）を追従制御系が電子ビーム偏向器にフィードバックする。これにより、電子ビームの照射位置を決める。ところが、測長データが電子ビーム偏向器にフィードバックされて実際に電子ビームが偏向されるまでの間にも、ステージは移動し続けている。したがって、電子ビームが偏向された時点でのステージ位置は、レーザー測長計が測長した時点でのステージ位置から、フィードバックループの処理時間内に移動した量だけずれている。
【０１９３】
このような誤差を補正するために、例えばステージの位置を測定した時点から近い将来のステージ位置を予測するステージ位置予測回路が、フィードバックループ内に設けられた電子ビーム描画装置が幾つか提案されている。ステージ位置予測回路は、例えば線形外挿補間法により、連続移動するステージの近い将来の位置を予測する。そのような技術は、例えば特開平５−２２６２３２号公報、特開平１１−５４４０３号公報、および特開２０００−１８２９３８号公報などに開示されている。
【０１９４】
一般に、ステージ位置予測回路には、ステージ位置の予測に用いられる回路定数ｔが設定されている。ステージ位置予測回路は、ステージ速度ｖと回路定数ｔとの積に比例した量だけ近い将来のステージ位置を予測して、電子ビームの偏向量（偏光位置）を補正する。例えば、回路定数ｔが適正値より大きいならば、電子ビームの偏向量（偏光位置）は適正な目標値よりステージ移動方向の前方側にずれる。反対に、回路定数ｔが適正値より小さいならば、電子ビームの偏向量は適正な目標値よりステージ移動方向の後方側にずれる。回路定数ｔは、大きく分けて次に述べる２通りの方法により決定される。一つは描画結果に基づく決定方法であり、もう一つはマーク検出に基づく決定方法である。このマーク検出に基づく回路定数ｔの決定方法は、例えば特許第３２９３２７６号に開示されている。
【０１９５】
ここで、回路定数ｔの適正値からのずれをｄｔとし、ステージの移動速度をｖとする。すると、電子ビームの偏向量の、ステージの移動方向成分における正しい目標値からのずれはｖ×ｄｔに比例する。すなわち、前述したフィードバック制御を行いつつ、ステージ連続移動方式により描画を行うと、パターンは適正な位置からｖ×ｄｔに比例した量だけずれて描画される。
【０１９６】
また、回路定数ｔの決定方法としては、次に述べる２通りの方法が提案されている。一方は、描画結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法である。他方は、ウェーハなどの上に設けられた位置検出用マークを検出した結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法である。
【０１９７】
描画結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法は、例えば次に述べる手順により回路定数ｔを調整する。先ず、回路定数ｔをパラメータとして、ステージ静止方式およびステージ連続移動方式の異なる２種類の方式により描画を行う。そして、それら両方式による描画位置が略一致するとみなすことができる許容範囲内でパラメータｔの値を決定する。このパラメータｔを回路定数ｔの適正値とする。すなわち、ｄｔ＝０とする。ところが、この方法では、調整用描画パターンの準備、描画、現像および描画結果の測定などの作業（工程）が必要である。このため、回路定数ｔの調整に多くの手間および時間を費やさなければならないという問題がある。すなわち、描画結果に基づく回路定数ｔの決定方法では、電子ビームの調整に多くの作業および時間が必要とされるという問題がある。
【０１９８】
また、位置検出用マークを検出した結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法は、例えば前述した特許第３２９３２７６号に開示されている方法により行われる。具体的には、ステージ静止方式および連続移動方式の異なる２種類の方式による位置検出用マークの検出結果を組み合わせて回路定数ｔを調整する。あるいは、ステージ連続移動方式による位置検出用マークの検出結果のみを用いて回路定数ｔを調整する。ところが、この方法では、マーク検出におけるビーム照射時間が実際のレジストに対するビーム照射時間と大きく異なっている。このため、マーク検出に基づく回路定数ｔの決定方法では、これにより、位置検出用マークの正確な検出（測定）、すなわちステージ位置の正確な測定が困難である。
【０１９９】
本実施形態は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被露光体支持具の位置予測用回路定数ｔの設定（調整、決定）を、実際に描画を行うことなく高い精度で迅速に、かつ容易に行うことができる被露光体支持具の位置予測用回路定数ｔの設定方法（調整方法、決定方法）を提供することにある。また、そのような被露光体支持具の位置予測用回路定数ｔの設定を、実際に描画を行うことなく高い精度で迅速に、かつ容易に行うことができる制御系を備えており、微細なパターンを高い精度で高速に、かつ、容易に露光することができる荷電ビーム露光装置を提供することにある。さらに、そのような被露光体支持具の位置予測用回路定数ｔの設定方法を含み、微細なパターンを高い精度で高速に、かつ、容易に露光することができる荷電ビーム露光方法を提供することにある。以下、詳しく説明する。
【０２００】
先ず、図３２を参照しつつ、ショット接続モニタリング法（ショットつなぎ計測）について説明する。図３２（ａ）はレジスト膜１５７に露光された２つの評価パターン（潜像）のショット１５８，１５９を模式的に示す図であり、図３２（ｂ）は各ショットからの二次電子像を示す写真である。
【０２０１】
先ず、図３２（ａ）に示すように、電子ビーム６を用いてレジスト膜１５７上に２つの評価パターン１６０（１５８，１５９）を適正な露光量で露光する。この際、レジスト膜１５７の膜厚を約１５０ｎｍに設定するとともに、露光時の電子ビーム６の照射エネルギーを約５ｋｅＶに設定した。また、電子ビーム６の露光量を約１μＣ／ｃｍ2 に設定した。さらに、各評価パターン１６０として、ラインの幅が約２００ｎｍのＬ／Ｓパターンを設けた。このような設定の下、図示は省略するが、ステージを移動させて、電子ビーム光学鏡筒内のビーム偏向が可能な範囲内に予め設定されている露光領域を移動させる。続けて、図３２（ａ）に示すように、前述した条件下でレジスト膜１５７の表面上に各評価パターン１６０（１５８，１５９）を露光する。
【０２０２】
次に、図３２（ａ）に示すように、照射エネルギーが数ｋｅＶ以下の低エネルギー電子ビーム６を用いて各ショット（評価パターン）１５８，１５９上を走査することにより、二次電子像を取得する。具体的には、ビーム走査によって生じた反射電子および二次電子を図示しないＭＣＰ検出器で検出する。なお、ここでは、観察時の電子ビーム６の照射エネルギーを約４００ｅＶに設定した。具体的には、図示しない電子銃から射出された際の電子ビーム６の照射エネルギーを約５０００ｅＶに設定した。ただし、試料としてのウェーハ４に約−３６００Ｖの電圧を印加した。この結果、レジスト膜１５７の表面に入射する電子ビーム６のエネルギーは、実質的に約４００ｅＶに設定される。また、観察倍率を約１０ｋ倍に設定した。さらに、ビーム電流を約１０ｐＡに設定した。このような設定の下、各ショット１５８，１５９の接続精度を評価する観点から、サブフィールド境界のショットについて観察を行った。
【０２０３】
先ず、ＭＣＰ検出器で検出した二次電子および反射電子の強度に依存した検出信号である電子信号を図示しないメモリに格納する。続けて、このメモリに格納した電子信号を、図示しないネットワークを介して処理計算機に送信する。続けて、各評価パターン１５８，１５９の二次電子像からショット接続精度を測定する。
【０２０４】
先ず、図示は省略するが、指定した全ての複数の二次電子像に対して画像処理を行う。なお、ここでいう画像処理とは、複数のマーク像（二次電子像）に対して行う統計処理を指す。具体的には、取得した二次電子像から各評価パターン１５８，１５９の位置を高精度に検出するための、ソフトウェア上の明度調整、焦点調整、およびエッジ強調などの前処理のことを指す。続けて、画像処理が終了した複数の二次電子像に対して、同一のアルゴリズムに基づいて図示しない処理計算機を用いて隣接するパターン位置検出を行う。このパターン位置検出方法としては、例えばパターンマッチングを用いる方法、閾値を用いる方法、あるいはマーク波形から直線近似によってエッジ位置を算出する方法など、通常用いられる様々な検出方法を用いることができる。また、パターンマッチング法により二次電子像中での各パターンの位置を算出した後、前記当する部分を抜き出して、その波形から閾値法に基づきパターン位置を検出してもよい。
【０２０５】
続けて、検出した二次電子像から、隣接する各ショット１５８，１５９に対応した各領域の二次電子波形を取得する。この後、各二次電子信号波形から、各ショット１５８，１５９のそれぞれの中心位置を求める。さらに、求められた各ショット１５８，１５９のそれぞれの中心位置から位置ずれ量を計測する。本発明者らが行った実験によれば、図３２（ｂ）に示すショットの位置ずれ量は、約０．５０３μｍであった。
【０２０６】
次に、計測（算出）したショットの位置ずれ量に基づいて、ビーム調整が必要か否かの判断や、露光結果の合否判定等を行う。以上でショット接続モニタリング法（ショットつなぎ計測）を終了とする。
【０２０７】
次に、図３３を参照しつつ、本実施形態に係るステージ連続移動方式の電子ビーム描画装置１４１について説明する。電子ビーム描画装置１４１は、次に述べる各装置を具備している。電子ビーム（荷電ビーム）６を発生（射出）する装置（電子銃１４）。電子ビーム６の偏向量を制御する装置（制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、トラッキング回路１４９、描画回路１５４）。ウェーハ４またはＸ−Ｙステージ８の表面上に設けられたマーク１５６を電子ビーム６により走査する装置（制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、トラッキング回路１４９、描画回路１５４）。この走査による二次電子（反射電子）の信号からマーク位置を算出する装置（制御計算機１４７、画像処理用アンプ１５０、画像処理系１５１）。Ｘ−Ｙステージ８の位置を測長する装置（レーザー測長計１５２）。この測長値に基づいてＸ−Ｙステージ８の位置を電子ビーム６の偏向量にフィードバックして電子ビーム６の偏向量をＸ−Ｙステージ８の移動に追従させる装置（制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、トラッキング回路１４９、ステージ位置予測回路１５３、描画回路１５４、ステージ制御回路１５５）。ならびにＸ−Ｙステージ８の位置を測長した時点でのステージ位置、ステージ速度、および回路定数ｔに基づいて、ステージ位置を電子ビーム６の偏向量にフィードバックした時点でのステージ位置を予測し、この予測位置に向けて電子ビーム６を偏向させる装置（制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、トラッキング回路１４９、ステージ位置予測回路１５３、描画回路１５４、ステージ制御回路１５５）。
【０２０８】
そして、電子ビーム描画装置１４１は、さらに次に述べる各装置を具備している。回路定数ｔ1 〜 ｔn およびステージ速度ｖ1 〜 ｖn の組み合わせを設定する装置（制御計算機１４７）。設定装置による回路定数ｔ1 〜 ｔn およびステージ速度ｖ1 〜 ｖn の組み合わせに基づいて新たな回路定数ｔおよびステージ速度ｖを設定し、１つの設定条件に対して少なくとも２つ以上の評価パターンをステージ連続移動方式によって絶縁膜上に露光する装置（電子銃１４、偏向器１４４、制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、トラッキング回路１４９、ステージ位置予測回路１５３、描画回路１５４、ステージ制御回路１５５）。絶縁膜上に露光した複数条件の評価パターンを数ｋｅＶ以下の電子ビーム６を用いて観察し、二次電子像を取得する装置（二次電子検出器１４５）。取得した二次電子像から複数の評価パターンの位置ずれ量を算出する装置（制御計算機１４７、画像処理用アンプ１５０、画像処理系１５１）。評価パターンの位置ずれ量から回路定数ｔを決定する装置（制御計算機１４７）。
【０２０９】
具体的には、図３３に示すように、本実施形態に係るステージ連続移動方式の荷電ビーム露光装置（電子ビーム描画装置）１４１は、露光処理を行う露光装置本体１４２および露光装置本体１４２の動作等を制御する制御系１４３などから構成されている。露光装置本体１４２は、電子ビーム６を射出する電子銃１４、電子ビーム６を偏向させる複数の偏向器１４４、ウェーハ４からの二次電子（反射電子）を検出する二次電子検出器１４５、ウェーハ４が載置されるＸ−Ｙステージ８、Ｘ−Ｙステージ８の位置を測定するためのレーザー干渉計３８、ならびに電子銃１４、各偏向器１４４、および二次電子検出器１４５を収容する電子ビーム光学鏡筒１４６などを備えている。また、図３３においては図示を省略するが、露光装置本体１４２の内部には、複数枚のアパーチャマスクおよび複数枚のレンズなどが設けられている。
【０２１０】
また、電子ビーム描画装置１４１の制御系１４３は、制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、トラッキング回路（追従制御系）１４９、画像処理用アンプ１５０、画像処理系１５１、レーザー測長計１５２、ステージ位置予測回路１５３、描画回路１５４、およびステージ制御回路１５５などから構成されている。
【０２１１】
電子ビーム描画装置１４１を用いたステージ連続移動方式の描画は、次に述べるフィードバック制御を伴う。Ｘ−Ｙステージ８は、ステージ制御回路１５５により制御されて描画中に連続移動する。この連続移動するＸ−Ｙステージ８の位置をレーザー干渉計３８およびレーザー測長計１５２により測長する。その測長位置のデータに基づいて、トラッキング回路１４９が、ステージ位置の移動量（移動距離）を電子ビーム６の偏向にフィードバックする。ところが、電子ビーム６が偏向された時点でのＸ−Ｙステージ８の位置は、レーザー測長計１５２がＸ−Ｙステージ８の位置を測長した時点でのステージ位置から、フィードバックループによる処理時間内に移動した距離だけずれている。このずれ（誤差）を補正するために、フィードバックループ内には、近い将来のステージ位置の予測を行うステージ位置予測回路１５３が設けられている。このステージ位置予測回路１５３は、連続移動するステージ位置を線形外挿補間することにより予測する。
【０２１２】
ステージ位置予測回路１５３には、ステージ位置の予測に用いられる回路定数ｔが設定されている。ステージ位置予測回路１５３は、回路定数ｔとステージ速度ｖとの積に比例した量だけ近い将来のステージ位置を予測して、電子ビーム６の偏向量（偏光位置）を補正する。例えば、回路定数ｔが適正値より大きいならば、電子ビーム偏向は正しい目標値よりステージ移動方向の前方側にずれる。反対に、回路定数ｔが適正値より小さいならば、電子ビーム偏向は正しい目標値よりステージ移動方向の後方側にずれる。
【０２１３】
回路定数ｔの適正値からのずれをｄｔとし、Ｘ−Ｙステージ８の速度をｖとする。すると、電子ビーム６の偏向量の、Ｘ−Ｙステージ８の移動方向成分における正しい目標値からのずれはｖ×ｄｔに比例する。すなわち、前述したフィードバック制御を行いつつ、ステージ連続移動方式により描画を行うと、パターンは適正な位置からｖ×ｄｔに比例した量だけずれて描画される。
【０２１４】
回路定数ｔの決定方法は、次に述べる２通りの方法が提案されている。一方は、描画結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法である。他方は、ウェーハ４などの上に設けられたマーク１５６を検出した結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法である。
【０２１５】
描画結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法は、例えば次に述べる手順により回路定数ｔを調整する。先ず、回路定数ｔをパラメータとして、ステージ静止方式およびステージ連続移動方式の異なる２種類の方式により描画を行う。そして、それら両方式による描画位置が略一致するとみなすことができる許容範囲内でパラメータｔの値を決定する。このパラメータｔを回路定数ｔの適正値とする。すなわち、ｄｔ＝０とする。ところが、この方法では、調整用描画パターンの準備、描画、現像および描画結果の測定などの作業（工程）が必要である。このため、回路定数ｔの調整に多くの手間および時間を費やさなければならないという問題があった。
【０２１６】
また、マーク１５６を検出した結果に基づいて回路定数ｔを決定する方法は、例えば特許第３２９３２７６号に開示されている方法により行われる。具体的には、ステージ静止方式および連続移動方式の異なる２種類の方式によるマーク１５６の検出結果を組み合わせて回路定数ｔを調整する。あるいは、ステージ連続移動方式によるマーク１５６の検出結果のみを用いて回路定数ｔを調整する。ところが、この方法では、マーク検出におけるビーム照射時間が実際のレジストに対するビーム照射時間と大きく異なっていた。これにより、マーク１５６の正確な検出（測定）が困難であった。
【０２１７】
これに対して、本実施形態に係る回路定数ｔの調整方法（決定方法）では、次に述べる方法により回路定数ｔを調整（決定）する。先ず、複数の回路定数ｔおよびステージ速度ｖを組み合わせた条件で、レジスト上に評価パターンを描画する。この際、少なくとも２つ以上の評価パターンを、Ｘ−Ｙステージ８の移動方向が正負（前後あるいは左右）のそれぞれの場合について描画する。次に、描画した各評価パターンを、それらの帯電コントラスト像により一括して観察する。そして、各帯電コントラスト像に基づいて正負の各評価パターンの位置ずれ量を評価し、ステージ速度ｖに対する適正な回路定数ｔを求める。以下、この回路定数ｔの決定方法について、図３４に示すフローチャートを参照しつつ詳しく説明する。
【０２１８】
図３４に示すように、先ず、描画条件を設定する。これをステップ１（ Step 1：Ｓ１）とする。ここでは、電子ビーム６の照射エネルギーを約５ｋｅＶに設定して図示しない評価パターンの露光を行う。評価パターンとしては、ライン間隔が約２００ｎｍの図示しないライン・アンド・スペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）を用いる。このような条件の下で、ＣＰ描画で露光を行う。レジスト膜は、市販の化学増幅型レジストを使用する。
【０２１９】
次に、回路定数ｔ1 〜 ｔn を設定する。これをステップ２（ Step 2：Ｓ２）とする。
【０２２０】
次に、ステージ速度ｖ1 〜 ｖn を設定する。これをステップ３（ Step 3：Ｓ３）とする。
【０２２１】
以上説明したステップ１〜ステップ３は、制御計算機１４７などにより行われる。
【０２２２】
次に、ステージ速度をｖj（ｖ1 ≦ ｖj ≦ ｖn ）に設定する。これをステップ４（ Step 4：Ｓ４）とする。このステップ４は、ステージ制御回路１５５などにより行われる。
【０２２３】
次に、回路定数をｔi（ｔ1 ≦ ｔi ≦ ｔn ）に設定する。このような条件の下で、ステージ連続移動方式にてパターン露光を行う。これをステップ５（ Step 5：Ｓ５）とする。このステップ５は、制御計算機１４７、偏向アンプ１４８、および描画回路１５４などにより行われる。
【０２２４】
次に、回路定数ｔi が予め設定したｔn になっているか否かを判別する。これをステップ６（ Step 6：Ｓ６）とする。
【０２２５】
ステップ６において、回路定数ｔi がｔn でない場合には、回路定数をｔi より１つ大きいｔi+1 に設定する。これをステップ７（ Step 7：Ｓ７）とする。この後、ステップ５を行う。以後、回路定数ｔi がｔn になるまでステップ５〜ステップ７を繰り返し行う。
【０２２６】
これらステップ６およびステップ７は、制御計算機１４７および描画回路１５４などにより行われる。
【０２２７】
ステップ６において、回路定数ｔi がｔn になっている場合には、ステージ速度ｖj が予め設定したｖn になっているか否かを判別する。これをステップ８（ Step 8：Ｓ８）とする。同様に、前述したステップ５〜ステップ７を繰り返し行う処理ループの結果、回路定数ｔi がｔn になった場合には、ステップ６からステップ８に進んで、ステージ速度ｖj が予め設定したｖn になっているか否かを判別する。
【０２２８】
ステップ８において、ステージ速度ｖj がｖn でない場合には、ステージ速度をｖj より１つ大きいｖj+1 に設定する。これをステップ９（ Step 9：Ｓ９）とする。この後、ステップ４を行う。以後、ステージ速度ｖj がｖn になるまでステップ４〜ステップ９を繰り返し行う。
【０２２９】
これらステップ８およびステップ９は、制御計算機１４７、描画回路１５４、およびステージ制御回路１５５などにより行われる。
【０２３０】
ステップ８において、ステージ速度ｖj がｖn になっている場合には、電子ビーム６の照射エネルギーを下げて露光したパターンの二次電子像を観察する。これをステップ１０（ Step 10：Ｓ１０）とする。このステップ１０は、二次電子像検出器１４５、画像処理用アンプ１５０、画像処理系１５１、および制御計算機１４７などにより行われる。同様に、前述したステップ４〜ステップ９を繰り返し行う処理ループの結果、ステージ速度ｖj がｖn になった場合には、ステップ８からステップ１０に進んで、電子ビーム６の照射エネルギーを下げて露光したパターンの二次電子像を観察する。
【０２３１】
ステップ１０では、二次電子像を観察する際の電子ビーム６の照射エネルギーを約４００ｅＶに設定する。詳しくは、電子銃１４から射出された際の電子ビーム６の照射エネルギーは約５０００ｅＶに設定されている。しかし、ウェーハ４に約−３６００Ｖの電圧を印加しているので、レジスト膜の表面に入射する電子ビーム６の照射エネルギーは約４００ｅＶとなる。以下、ステップ１０における二次電子像の観察について、詳しく説明する。
【０２３２】
先ず、Ｘ−Ｙステージ８を移動させて、ステップ１１においてウェーハ４上のレジスト膜に露光（描画）された各評価パターンを、電子ビーム光学鏡筒１４６内の電子ビーム６を偏向可能な範囲（偏向領域）内に移動させる。すなわち、各評価パターンを電子ビーム６により走査可能な範囲内に移動させる。
【０２３３】
次に、前述した条件の下で各評価パターンを電子ビーム６により走査する。
【０２３４】
次に、ビーム走査によって生じた二次電子（反射電子）を二次電子検出器１４５により検出する。
【０２３５】
次に、二次電子検出器１４５で検出した二次電子を、二次電子の強度に依存した電子信号（検出信号）として画像処理用アンプ１５０で増幅する。そして、この増幅した電子信号を、画像処理系１５１内に設けられている図示しないメモリに画像信号として格納する（記憶させる）。
【０２３６】
次に、画像処理系１５１のメモリ内に格納された画像信号を制御計算機１４７に転送し、指定した全ての二次電子像に対して所定の画像処理を行う。なお、この画像処理とは、複数のマーク像に対して行う統計処理を指す。より具体的には、二次電子検出器１４５により取得した二次電子像に対して、評価パターン位置を高精度に検出するためのソフトウェアを用いて明度調整、焦点調整、およびエッジ強調などの各種の前処理を施すことを指す。
【０２３７】
次に、画像処理の終了した複数の二次電子像に対して、隣接するパターン位置の検出を行う。このパターン位置検出は、制御計算機１４７を用いて、同一のアルゴリズムに基づいて行われる。なお、このパターン位置検出方法としては、パターンマッチングを用いた方法、閾値を用いた方法、マーク波形から直線近似によってエッジ位置を算出する方法などを用いることができる。例えば、パターンマッチングによって二次電子像中でのパターン位置を算出した後、前記当する部分を抜き出し、その波形から閾値法に基づいてパターン位置を検出してもよい。二次電子像に基づいて、ショットＡおよびショットＢのそれぞれに対応する領域の二次電子波形を取得する。
【０２３８】
次に、それぞれの二次電子波形に基づいて、ショットＡおよびショットＢに対応する２つのパターンの中心位置を求める。
【０２３９】
次に、求められた２つのパターンの中心位置に基づいて、各パターンの位置ずれ量Δｘを計測する。以上でステップ１０における二次電子像の観察を終了とする。このステップ１０における二次電子像の観察の方法および結果は前述した図３２（ａ）、（ｂ）に示されている。図３２（ａ）は、ウェーハ４上のレジスト膜１５７に露光された２つのパターン（潜像）のショットＡ１５８およびショットＢ１５９を模式的に示している。また、図３２（ｂ）は、図３２（ａ）の各ショット１５８，１５９からの二次電子像を写真で示している。
【０２４０】
次に、ステップ１０で算出したショット位置ずれ量Δｘに基づいて、回路定数ｔを決定する。これをステップ１１（ Step 11：Ｓ１１）とする。このステップ１１は、制御計算機１４７などにより行われる。具体的には、図３５（ａ）に示すように、回路定数ｔを横軸にとり、ショットＡ１５８およびショットＢ１５９の位置ずれ量を縦軸にとってグラフを描き、回路定数ｔと位置ずれ量との関係を調べる。これにより、ｖ1 〜 ｖn の各ステージ速度ｖに対する適正な回路定数ｔ’を求めることができる。また、各ステージ速度ｖに対する適正な回路定数ｔ’を用いて、図３５（ｂ）に示すように、回路定数ｔをステージ速度ｖに依存する関数として取得することができる。以上で、図３４に示す本実施形態に係る回路定数ｔの決定プロセスを終了とする。
【０２４１】
なお、図３５には、ステップ１１においてステージ速度ｖ≒１〜１００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の測定データ例を示す。この条件下では、回路定数ｔをｔ＝０．０１ｖ＋３１．２［μｓ］と求めることができた。
【０２４２】
このようにして求められた回路定数ｔを、制御計算機１４７より描画回路１５４、偏向アンプ１４８、およびトラッキング回路１４９に設定する。これにより、ステージ連続移動描画における描画精度を向上させることができる。
【０２４３】
なお、上述した回路定数ｔの決定プロセス（決定方法）は、パターンの描画中もしくはパターンの描画の前後など適宜、オペレータが望むタイミングで行うことができる。従来技術に係るマーク検出法のようにマーク検出を複数回行う必要が無いので、回路定数ｔの調整に掛かる時間が短縮され、電子ビーム露光における生産性を向上させることができる。また、これら一連の処理は、ウェーハ４を電子ビーム描画装置（荷電ビーム露光装置）１４１の外に出さずに行うことができるので、電子ビーム露光における生産性を低下させるおそれが殆ど無い。
【０２４４】
以上説明したように、この第５実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２４５】
また、本実施形態では、前述したように、先ず複数のステージ速度ｖおよび回路定数ｔを組み合わせた条件下で、レジスト膜１５７上に評価パターンを描画する。続けて、少なくとも２つ以上の評価パターンを、Ｘ−Ｙステージ８の移動方向が正負（前後あるいは左右）の場合についてそれぞれ描画する。続けて、描画した評価パターンを帯電コントラスト像で一括して観察する。続けて、帯電コントラスト像に基づいて正負の評価パターンの位置ずれ量Δｘを評価し、ステージ速度ｖに対する適正な回路定数ｔ’を求める。このように、前述した本実施形態に係るプロセスによれば、次に述べる効果を得ることができる。
【０２４６】
第１に、オペレータが望むタイミングで適正な回路定数ｔ’を得ることができるので、電子ビーム露光を用いる半導体装置の生産性を殆ど低下させること無く、描画精度を向上させることができる。第２に、従来技術に係るマーク検出法と異なり、電子ビーム露光を用いる半導体装置の生産性を向上させることができる。第３に、従来技術に係るマーク検出法と異なり、過剰なビーム照射を行わずに通常のパターン露光と同等の条件下で回路定数ｔの調整を行うことができるので、描画精度を向上させることができる。第４に、回路定数ｔの調整に係る全行程を、ウェーハ４を電子ビーム描画装置１４１内に収容したまま行うことができるので、電子ビーム露光を用いる半導体装置の生産性を低下させるおそれが殆ど無い。
【０２４７】
また、本実施形態に係る電子ビーム描画装置１４１は、ステージ位置予測用回路定数ｔの設定を、実際に描画を行うことなく高い精度で迅速に、かつ容易に行うことができる制御系１４３を備えているので、微細なパターンを高い精度で迅速に、かつ容易に描画することができる。同様に、本実施形態に係る荷電ビーム露光方法（電子ビーム描画方法）は、ステージ位置予測用回路定数ｔの設定を、実際に描画を行うことなく高い精度で迅速に、かつ容易に行うことができるステージ位置予測用回路定数ｔの設定方法を含んでいる。これにより、微細なパターンを高い精度で迅速に、かつ容易に描画することができる。
【０２４８】
また、この第５実施形態においては、前述した荷電ビーム露光装置１４１を以下に述べる構成に設定しても構わないのはもちろんである。
【０２４９】
電子ビームを発生させる手段と、電子ビームの偏向量を制御する手段と、試料面またはステージに形成されたマーク上を電子ビーム走査する手段と、前記走査による反射電子信号からマーク位置を算出する手段と、ステージの位置を測長する手段と、前記測長値を基にして、ステージの位置を電子ビームの偏向量にフィードバックし、電子ビーム偏向量をステージの移動に追従させる手段と、測長した時点でのステージ位置、ステージ速度および回路定数ｔから、測長されたステージ位置を電子ビームの偏向量にフィードバックした時点でのステージ位置を予測し、あらためて前記予測位置に電子ビームを偏向する手段と、を有する電子線描画装置において、回路定数ｔ1 〜 ｔn およびステージ速度ｖ1 〜 ｖn の組み合わせを設定する手段と、前記設定手段による組み合わせに基づき、回路定数ｔおよびステージ速度ｖを設定し、１条件に対して少なくとも２つ以上の評価パターンを絶縁膜上にステージ連続移動方式によって露光する手段と、前記絶縁膜上に露光した複数条件の評価パターンを数ｋｅＶ以下の電子ビームを用いて観察し、二次電子像を取得する手段と、前記取得した二次電子像から複数の評価パターンの位置ずれ量を算出する手段と、前記評価パターンの位置ずれ量から回路定数ｔを決定する手段と、を具備することを特徴とする電子線描画装置（荷電ビーム露光装置１４１）。
【０２５０】
前記電子線描画装置において、ステージ連続移動方式の描画を、前記回路定数ｔをパラメータとして、正方向移動および負方向移動で行い、正および負方向移動での評価パターンの位置ずれ量から回路定数ｔの適正値とする手段を備えたことを特徴とする電子線描画装置。
【０２５１】
前記電子線描画装置において、ステージ位置を予測するための前記回路に対して、回路定数ｔを制御計算機が設定する手段を備えたことを特徴とする電子線描画装置。
【０２５２】
前記電子線描画装置において、電子ビームの入射エネルギーを変化させる手段として、試料への電圧印加手段を具備することを特徴とする電子線描画装置。
【０２５３】
前記電子線描画装置において、電子ビームの入射エネルギーを変化させる手段として、加速電圧の異なる複数の電子ビーム照射手段を具備することを特徴とする電子線描画装置。
【０２５４】
（第６実施の形態）
次に、本発明に係る第６実施形態について説明する。本実施形態では、前述した第１〜第５の各実施形態のうちの少なくとも１つの実施形態を用いる半導体装置の製造方法について、図示を省略して簡潔に説明する。それとともに、そのような半導体装置の製造方法により製造される半導体装置について、図示を省略して簡潔に説明する。
【０２５５】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述した第１〜第５の各実施形態のうちの少なくとも１つの荷電ビーム露光方法によりパターン露光を行う工程を含むものである。より具体的には、第１〜第５の各実施形態のうちの少なくとも１つの実施形態に係る荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７，１４１，５０１を用いてパターン露光を行う工程を含むものである。前述したように、前述した荷電ビーム露光方法および荷電ビーム露光装置１，４１，９１，１３７，１４１，５０１によれば、微細なパターンを高い精度で高速に、かつ容易に露光（転写）できる。したがって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、高い精度で転写されたパターンに基づいて、図示しない半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で高速に、かつ容易に形成することができる。ひいては、半導体装置の歩留まり、品質（性能）、および信頼性を容易に向上させて、高性能の半導体装置を高い生産効率で安価に生産できる。当然、本実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置は、品質および信頼性が高く、高性能である。
【０２５６】
以上説明したように、この第６実施形態によれば、半導体装置の歩留まり、品質、および信頼性を容易に向上させて、高性能の半導体装置を高い生産効率で安価に生産できる。すなわち、集積回路のさらなる微細化および高集積化が図られた高性能な半導体装置を高い生産効率で、かつ低コストで製造できる。また、本実施形態に係る半導体装置は、その品質および信頼性が高く、高性能である。すなわち、本実施形態に係る半導体装置は、集積回路のさらなる微細化および高集積化が図られており、高性能で安価である。
【０２５７】
なお、本発明に係る荷電ビーム露光装置、荷電ビーム露光方法、荷電ビーム検出器、荷電ビーム検出用マーク、荷電ビームの制御方法、半導体装置の製造方法、および半導体装置は、前述した第１〜第６の各実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。
【０２５８】
例えば、前述した第１〜第５の各実施形態では、荷電ビーム露光装置として電子ビーム露光装置を採用したが、これに限定されるものではない。電子ビームの代わりにイオンビームを用いる露光装置などにも適用できるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０２５９】
【図１】第１実施形態に係る荷電ビーム露光装置の概略構成を模式的に示す図。
【図２】第１実施形態に係るパターン露光方法を模式的に示す図。
【図３】図１に示す荷電ビーム露光装置における荷電ビームの経路を模式的に示す図。
【図４】第１実施形態に対する比較例としての従来技術に係る荷電ビーム露光装置における荷電ビームの経路を模式的に示す図。
【図５】第２のビーム成形用アパーチャマスクに形成されたアパーチャブロックおよび大小２種類の荷電ビーム調整用のビーム透過孔を示す平面図。
【図６】図１に示す荷電ビーム露光装置における荷電ビームの調整方法を模式的に示す図。
【図７】第１のビーム成形用アパーチャマスクのアパーチャ像を用いた第１のビーム成形用アパーチャマスクの合わせ方法を模式的に示す図。
【図８】第１のビーム成形用アパーチャマスクのアパーチャ像を用いた第１のビーム成形用アパーチャマスクの合わせ方法を模式的に示す図。
【図９】第１のビーム成形用アパーチャマスクのアパーチャ像を用いた第１のビーム成形用アパーチャマスクの合わせ方法を模式的に示す図。
【図１０】第２のビーム成形用アパーチャマスクに形成されたアパーチャブロックおよび微小な荷電ビーム調整用のビーム透過孔群を示す平面図。
【図１１】第１実施形態に係る他の荷電ビーム露光装置の概略構成を模式的に示す図。
【図１２】図１１に示す荷電ビーム露光装置で用いられる荷電ビーム検出用マークの概略構成を模式的に示す図。
【図１３】第１実施形態に係るまた他の荷電ビーム露光装置の概略構成を模式的に示す図。
【図１４】図１３に示す荷電ビーム露光装置で用いられるファラデーカップを模式的に示す斜視図。
【図１５】図１４に示すファラデーカップで用いられる測定用アパーチャのメンブレン部を示す平面図。
【図１６】第２実施形態に係るファラデーカップで用いられる測定用アパーチャのメンブレン部を示す平面図。
【図１７】第３実施形態に係る荷電ビーム検出用マークおよび比較例としての従来技術に係る荷電ビーム検出用マークを示す断面図。
【図１８】第４実施形態に係る偏向誤差補正関数の各パラメータを説明する図。
【図１９】第４実施形態に係る荷電ビーム露光装置の概略構成を簡略して示す斜視図。
【図２０】第４実施形態に係る補正データテーブルを示す図。
【図２１】第４実施形態に係るＣＰ番号とＣＰ選択／偏向用アンプの出力との対応を示す図。
【図２２】主偏向領域内の副偏向歪を示す図。
【図２３】主偏向領域の分割方法を示す図。
【図２４】主偏向領域内の各分割領域ごとの副偏向歪補正係数を示す図。
【図２５】第４実施形態に係るＣＰの補正方法をフローチャートにして示す図。
【図２６】主偏向領域内の各分割領域の中心位置におけるＣＰ番号に依存する位置ずれ量を示す図。
【図２７】第４実施形態に係る他の荷電ビーム露光装置の概略構成を簡略して示す図。
【図２８】主偏向器を制御するための主偏向データと副偏向器を制御するための副偏向データとの関係を示す図。
【図２９】主偏向領域と副偏向領域との関係を示す図。
【図３０】ステージ連続移動方式および主副２段偏向方式による描画方法を示す図。
【図３１】図２７に示す荷電ビーム露光装置が備えるデータ展開回路から送出される描画データの構造を示す図。
【図３２】第５実施形態に係るショット接続モニタリング法を模式的に示す図。
【図３３】第５実施形態に係る荷電ビーム露光装置の概略構成を模式的に示す図。
【図３４】図３３に示す荷電ビーム露光装置が有する回路定数の調整方法をフローチャートにして示す図。
【図３５】図３４に示すフローチャートに基づいて調整された回路定数の測定データの例をグラフにして示す図。
【符号の説明】
【０２６０】
１，４１，９１，１３７，１４１，５０１…電子ビーム描画装置（荷電ビーム露光装置）、４，５１３…ウェーハ（半導体基板、被露光体）、６…電子ビーム（走査用荷電ビーム、露光用荷電ビーム）、１２，１４５…電子検出器、１３…二次電子（反射電子）、３０，３１，３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ…成形パターン、３３，３３ａ，１５８，１５９，１６０，５１７…露光パターン、３７，４２，１３１，１５６…電子ビーム検出用マーク（荷電ビーム検出用マーク、荷電ビーム検出器）、１３２…マーク本体（検出用パターン）、１３３…埋め込み部材（異種の材料）、１１２，１２２…測定用アパーチャ、１１３，１２３…メンブレン部、１１７，１２６…開口部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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