JPH09330867A - 電子ビーム露光方法及びそれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents

電子ビーム露光方法及びそれを用いたデバイス製造方法

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JPH09330867A
JPH09330867A JP8150986A JP15098696A JPH09330867A JP H09330867 A JPH09330867 A JP H09330867A JP 8150986 A JP8150986 A JP 8150986A JP 15098696 A JP15098696 A JP 15098696A JP H09330867 A JPH09330867 A JP H09330867A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチビーム型電子ビーム露光装置におい
て、複数のビーム基準位置が定めるビーム座標系と偏向
器が定める偏向座標系とを高精度に一致させるとともに
座標間のずれの経時変化を短時間で補正して露光する。 【解決手段】 複数のビーム基準位置が定めるビーム座
標系と設計上の座標系の関係を表す第１のパラメータ
と、偏向器が定める偏向座標系と設計上の座標系の関係
を表す第２のパラメータに基づいて、ビーム照射手段も
しくはビーム偏向手段を調整する調整段階を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子ビーム露光方法
に関し、特にウエハ直接描画またはマスク、レチクル露
光の為に、複数の電子ビームを用いてパターン描画を行
う電子ビーム露光方法及びそれを用いたデバイス製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子ビーム露光装置には、ビームをスポ
ット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の
矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型、ステンシル
を使用して所望断面形状にするステンシルマスク型等の
装置がある。
【０００３】ポイントビーム型の電子ビーム露光装置で
はスループットが低いので、研究開発用にしか使用され
ていない。可変矩形ビーム型の電子ビーム露光装置で
は、ポイント型と比べるとスループットが１〜２桁高い
が、0.1μm程度の微細なパターンが高集積度で詰まった
パターンを露光する場合などではやはりスループットの
点で問題が多い。他方、ステンシルマスク型の電子ビー
ム露光装置は、可変矩形アパーチャに相当する部分に複
数の繰り返しパターン透過孔を形成したステンシルマス
クを用いる。従って、ステンシルマスク型の電子ビーム
露光装置では繰り返しパターンを露光する場合のメリッ
トが大きいが、１枚のステンシルマスクに納まらない多
数の転写パターンが必要な半導体回路に対しては、複数
枚のステンシルマスクを作成しておいてそれを１枚ずつ
取り出して使用する必要があり、マスク交換の時間が必
要になるため、著しくスループットが低下するという問
題ある。
【０００４】この問題点を解決する装置として、複数の
電子ビームを設計上の座標に沿って試料面に照射し、設
計上の座標に沿ってその複数の電子ビームを偏向させて
試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じ
て複数の電子ビームを個別にon/offしてパターンを描画
するマルチ電子ビーム型露光装置がある。マルチ電子ビ
ーム型露光装置は、ステンシルマスクを用いずに任意の
描画パターンを描画できるのでスループットがより改善
できるという特徴がある。
【０００５】図１５に、マルチビーム型露光装置の概要
を示す。501a ,501ｂ,501cは、個別に電子ビームをon/o
ffできる電子銃である。502は、電子銃501a ,501ｂ,501
cからの複数の電子ビームをウエハ503上に縮小投影する
縮小電子光学系で、504は、ウエハ503に縮小投影された
複数の電子ビームを走査させる偏向器である。
【０００６】図１６に上記構成により、ウエハ上を複数
の電子ビームを走査した際の様子を示す。白丸は、各電
子ビームが偏向器504により偏向を受けないときにウエ
ハに入射するビーム基準位置(BS1,BS2,BS3)であって、
各ビーム基準位置は設計上の直交座標系（Xs,Ys)に沿っ
て配列される。一方、各電子ビームはビーム基準位置を
基準としてこれも設計上の直交座標系（Xs,Ys)に沿って
走査され、各電子ビーム毎の露光フィールド(EF1,EF2,E
F3)を走査する。そして各電子ビームの露光フィールド
が隣接してウエハを露光する。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、複
数のビーム基準位置が定めるビーム座標系(Xa,Ya)が設
計上の直交座標系（Xs,Ys)と一致していても、偏向器が
定める偏向座標系(Xd,Yd)が設計上の直交座標系（Xs,Y
s)とずれていると各電子ビームの露光フィールドが隣接
せず重なりあったり、離れたりして、所望のパターンが
描画できない。図１７(A)に偏向座標系がビーム座標系
に対して回転している場合の各露光フィールドを示す。
図１７(B)に偏向座標系がビーム座標系に対して伸張し
ている場合の各露光フィールドを示す。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の電子ビー
ム露光方法のある形態は、複数の電子ビームを設計上の
座標系に基づいて基板面上に配列させて照射する照射手
段と、前記設計上の座標系に基づいて前記基板面上の前
記複数の電子ビームを略同一の変位量だけ偏向させるビ
ーム偏向手段とを有して前記基板を走査露光する電子ビ
ーム露光方法において、前記複数の電子ビームの前記基
板面上の位置の実測値と設計上の座標値に基づいて、前
記複数の電子ビームの実際のビーム座標系と前記設計上
の座標系との関係を表す第１のパラメータを決定する第
１のパラメータ決定段階と、前記ビーム偏向手段によっ
て各電子ビームを偏向した際の前記基板面上の変位位置
の実測値と設計上の座標値に基づいて前記ビーム偏向手
段の実際の偏向座標系と前記設計上の座標系との関係を
表す第２のパラメータを決定する第２のパラメータ決定
段階と、前記第１、第２のパラメータに基づいて、前記
照射手段もしくは前記ビーム偏向手段を調整する調整段
階とを有することを特徴とする。
【０００９】前記調整段階は、前記第１、第２パラメー
タに基づいて、前記ビーム偏向手段の補正係数を決定す
る段階を有することを特徴とする請。
【００１０】前記調整段階は、前記第１パラメータのう
ち座標間の回転量を表すパラメータと、記第２パラメー
タのうち座標間の回転量を表すパラメータとに基づい
て、前記ビーム偏向手段の補正係数を決定する段階を有
することを特徴とする。
【００１１】前記照射手段は前記複数の電子ビームを基
板上に投影する電子光学系を有し、前記第１パラメータ
のうち座標間の回転量を表すパラメータと、記第２パラ
メータのうち座標間の回転量を表すパラメータとに基づ
いて、前記電子光学系の回転収差を調整する段階を有す
ることを特徴とする。
【００１２】前記第１パラメータは、座標間の平行移動
量、回転量、線形伸縮量を表すパラメータを有すること
を特徴とする。
【００１３】前記設計上の座標系に基づいて、前記基板
の移動を制御する移動制御手段を有し、前記第１パラメ
ータに基づいて前記移動制御手段の補正係数を決定する
段階を有することを特徴とする。
【００１４】前記第１のパラメータのうち座標間の平行
移動量、回転量を表すパラメータに基づいて前記移動制
御手段の補正係数を決定することを特徴とする。
【００１５】前記照射手段は前記複数の電子ビームを基
板上に投影する電子光学系を有し、前記第１のパラメー
タのうち座標間の線形伸縮量を表すパラメータに基づい
て前記電子光学系の倍率を調整する段階を有することを
特徴とする。
【００１６】前記複数の電子ビームを少なくとも４つの
グループに分け、各グループを代表する電子ビームを選
択する段階を有し、選択された複数の電子ビームに関し
前記第１、第２のパラメータ決定段階を実行することを
特徴とする。
【００１７】本発明の電子ビーム露光方法の他のある形
態は、複数の電子ビームをて基板面上に配列させて照射
する照射手段と、前記設計上の座標系に基づいて前記基
板面上の前記複数の電子ビームを略同一の変位量だけ偏
向させるビーム偏向手段とを有して前記基板を走査露光
する電子ビーム露光方法において、前記ビーム偏向手段
によって各電子ビームを偏向した際の前記基板面上の変
位位置を実測し、前記複数の電子ビームの変位位置の実
測値と設計上の座標値に基づいて前記ビーム偏向手段の
実際の偏向座標系と前記設計上の座標系との関係を表す
第１のパラメータを決定する段階と、前記第１パラメー
タに基づいて、前記ビーム偏向手段の補正係数を決定す
る段階と、前記補正係数で補正された前記ビーム偏向手
段によって、前記複数の電子ビームのうちであって、前
記複数の電子ビームより少ない予め決められた電子ビー
ムを偏向した際の前記基板面上の変位位置を実測し、そ
の変位位置の実測値と設計上の座標値に基づいて前記ビ
ーム偏向手段の実際の偏向座標系と前記設計上の座標系
との関係を表す第２のパラメータを決定する段階と、再
度、前記ビーム偏向手段によって前記予め決められた電
子ビームを偏向した際の前記基板面上の変位位置を実測
して前記第２のパラメータを決定し、その変化に基づい
て前記ビーム偏向手段の補正係数を変更する段階とを有
することを特徴とする。
【００１８】前記第１パラメータは、座標間の回転量、
線形伸縮量を表すパラメータを有することを特徴とす
る。
【００１９】前記予め決められた電子ビームは一つであ
ることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施例１） 〔電子ビーム露光装置の構成要素説明〕図１は本発明に
係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。
【００２１】図１において、１は、カソード1ａ、グリ
ッド1b、アノード1cよりなる電子銃であって、カソード
1aから放射された電子はグリッド1b、アノード1cの間で
クロスオーバ像を形成する（以下、これらのクロスオー
バ像を光源と記す）。
【００２２】この光源から放射される電子は、その前側
焦点位置が前記光源位置にあるコンデンサーレンズ２に
よって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビーム
は、要素電子光学系アレイ3に入射する。要素電子光学
系アレイ3は、ブランキング電極と開口と電子レンズで
構成される要素電子光学系が光軸AXに直交する方向に複
数配列されて形成されたものである。要素電子光学系ア
レイ3の詳細については後述する。
【００２３】要素電子光学系アレイ3は、光源の中間像
を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4に
よって縮小投影され、ウエハ5上に光源像を形成する。
【００２４】その際、ウエハ5上の光源像の間隔が光源
像の大きさの整数倍になるように、要素電子光学系アレ
イ3の各要素は設定されている。更に、要素電子光学系
アレイ3は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学
系4の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像
が縮小電子光学系4よってウエハ5に縮小投影される際に
発生する収差を予め補正している。
【００２５】縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41(4
3)と第２投影レンズ42(44)とからなる対称磁気タブレッ
トで構成される。第１投影レンズ41(43)の焦点距離をf
1、第２投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、こ
の２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AX
の物点は第１投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その
像点は第２投影レンズ42(44)の焦点に結ぶ。この像は-f
2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆
方向に作用する様に決定されているので、理論上は、球
面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収
差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差
および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００２６】6は、要素電子光学系アレイ3からの複数の
電子ビームを偏向させて、複数の光源像をウエハ5上で
X,Y方向に略同一の変位量だけ変位させる偏向器であ
る。偏向器6は、図示はされていないが、偏向幅が広い
場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いら
れる副偏向器で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向
器で、副偏向器は静電型偏向器である。
【００２７】7は偏向器6を作動させた際に発生する偏向
収差により光源像のフォーカス位置のずれを補正するダ
イナミックフォーカスコイルであり、8は、ダイナミッ
クフォーカスコイル7と同様に、偏向により発生する偏
向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグコイ
ルである。
【００２８】9は、要素電子光学系アレイ3からの電子ビ
ームが、ウエハ5上に形成された位置合わせマークもし
くはステージ基準板13上のマークを照射した際に生じる
反射電子又は２次電子を検出する反射電子検出器であ
る。
【００２９】10は、Ｘ及びＹ方向にのびる２つのシング
ルナイフエッジを有するファラデーカップで要素電子光
学系からの電子ビームが形成する光源像の電荷量を検出
する。
【００３０】11は、ウエハを載置し、光軸AX(Ｚ軸）方
向とＺ軸回りの回転方向に移動可能なθ-Ｚステージで
あって、前述したステージ基準板13とファラデーカップ
10が固設されている。
【００３１】12は、θ-Ｚステージを載置し、光軸AX(Ｚ
軸）と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹステージであ
る。
【００３２】次に、図２を用いて要素電子光学系アレイ
3について説明する。
【００３３】要素電子光学系アレイ3は、複数の要素電
子光学系をグループ（サブアレイ）とし、そのサブアレ
イが複数形成されている。そして、本実施例では７つの
サブアレイA〜Gが形成されている。各サブアレイは、複
数の要素電子光学系が２次元的に配列されている。そし
て、本実施例の各サブアレイではD(1,1)〜D(5,5)のよう
に２５個の要素電子光学系が形成されていて、各要素電
子光学系は縮小電子光学系4を介してウエハ上にはX方向
もY方向もピッチPb（μm)の間隔で配列する光源像を形
成する。
【００３４】各要素電子光学系の断面図を図３に示す。
【００３５】図３において、301は一対の電極で構成さ
れ、偏向機能を有するブランキング電極であり、302
は、透過する電子ビームの形状を規定する開口(AP)を有
する基板で他の要素電子光学系と共通である。その上に
ブランキング電極301と電極をon/offするための配線(W)
が形成されている。303は、３つの開口電極で構成さ
れ、上下の電極を加速電位V0と同じにし、中間の電極を
別の電位V1またはV2に保った収斂機能を有するユニポテ
ンシャルレンズ303a、303bの２つを用いた電子レンズで
ある。
【００３６】ユニポテンシャルレンズ303aの上、中、下
の電極及びユニポテンシャルレンズ303bの上、下の電極
の形状は図４(A)に示すような形状であり、ユニポテン
シャルレンズ303a、303bの上下電極は、後述する焦点・
非点制御回路１によって全ての要素電子光学系において
共通の電位に設定している。
【００３７】ユニポテンシャルレンズ303aの中間電極
は、焦点・非点制御回路１によって要素電子光学系毎に
電位が設定出来る為、ユニポテンシャルレンズ303aの焦
点距離が要素電子光学系毎に設定できる。
【００３８】また、ユニポテンシャルレンズ303bの中間
電極は、図４(B)に示すような４つの電極で構成され、
焦点・非点制御回路によって各電極の電位が個別に設定
でき、要素電子光学系毎にも個別設定出来るため、ユニ
ポテンシャルレンズ303bは直交する断面において焦点距
離が異なるようにでき、かつ要素電子光学系毎にも個別
に設定出来る。
【００３９】その結果、要素電子光学系の中間電極の電
位をそれぞれ制御することによって、要素電子光学系の
電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を制御する
ことができる。
【００４０】コンデンサーレンズ2で略平行にされた電
子ビームは、ブランキング電極301と開口(AP)を介し、
電子レンズ303によって、光源の中間像を形成する。こ
の時、ブランキング電極301の電極間に電界をかけてい
ないと電子ビーム束305の様に偏向されない。一方、ブ
ランキング電極301の電極間に電界をかけると電子ビー
ム束306の様にに偏向される。すると、電子光束305と電
子ビーム束306は、縮小電子光学系4の物体面で互いに異
なる角度分布を有するので、縮小電子光学系4の瞳位置
（図１のP面上)では電子ビーム束305と電子ビーム束306
は互いに異なる領域に入射される。したがって、電子ビ
ーム束305だけを透過させるブランキング開口BAを縮小
電子光学系の瞳位置（図１のP面上)に設けてある。
【００４１】また、各要素電子光学系は、それぞれが形
成する中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮
小投影される際に発生する像面湾曲・非点収差を補正す
るために、各要素電子光学系の２つの中間電極の電位を
個別に設定して、各要素電子光学系の電子光学特性（中
間像形成位置、非点収差）を異ならしめている。ただ
し、本実施例では、中間電極と焦点・非点制御回路１と
の配線を減らす為に同一サブアレイ内の要素電子光学系
は同一の電子光学特性にしてあり、要素電子光学系の電
子光学特性（中間像形成位置、非点収差）をサブアレイ
毎に制御している。
【００４２】さらに、複数の中間像が縮小電子光学系4
によって被露光面に縮小投影される際に発生する歪曲収
差を補正するために、縮小電子光学系4の歪曲特性を予
め知り、それに基づいて、縮小電子光学系4の光軸と直
交する方向の各要素電子光学系の位置を設定している。
【００４３】次に本実施例のシステム構成図を図５に示
す。
【００４４】ブランキング制御回路14は、要素電子光学
アレイ3の各要素電子光学系のブランキング電極のon/of
fを個別に制御する制御回路、焦点・非点制御回路１（1
5）は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系の電子
光学特性（中間像形成位置、非点収差）を個別に制御す
る制御回路である。
【００４５】焦点・非点制御回路２（16）は、ダイナミ
ックスティグコイル8及びダイナミックフォーカスコイ
ル7を制御して縮小電子光学系4の焦点位置、非点収差を
制御する制御回路で、偏向制御回路17は偏向器6を制御
する制御回路、倍率調整回路18は、縮小電子光学系4の
倍率を調整する制御回路、光学特性回路19は、縮小電子
光学系4を構成する電磁レンズの励磁電流を変化させ回
転収差や光軸を調整する制御回路である。
【００４６】ステージ駆動制御回路20は、θ-Zステージ
を駆動制御し、かつＸＹステージ12の位置を検出するレ
ーザ干渉計21と共同してＸＹステージ12を駆動制御する
制御回路である。
【００４７】制御系22は、描画パターンに関する情報が
記憶されたメモリ23からのデータに基づく露光及び位置
合わせの為に上記複数の制御回路および反射電子検出器
9・ファラデーカップ10を同期して制御する。制御系22
は、インターフェース24を介して電子ビーム露光装置全
体をコントロールするCPU25によって制御されている。
【００４８】〔動作の説明〕図５を用いて本実施例の電
子ビーム露光装置の動作について説明する。
【００４９】露光装置のキャリブレーションの際、CPU2
5は、インターフェース24を介して制御系22に「キャリ
ブレーションの実行」を命令すると、複数のビーム基準
位置が定めるビーム座標系(Xa,Ya)と偏向器が定める偏
向座標系(Xd,Yd)との関係を知り補正するために制御系2
2は下記のステップを実行する。
【００５０】（ステップ１）図２に示した要素電子光学
系アレイ3の中心にある要素電子光学系D(3,3)からの電
子ビームが偏向を受けないでウエハに照射する位置をビ
ーム基準位置とすると、制御系22はステージ駆動制御回
路20に命令して、ＸＹステージ12を移動させ、ファラデ
ーカップを、ビーム基準位置近傍に位置づけさせる。
【００５１】そして、制御系22はブランキング制御回路
14に命令して、要素電子光学系D(3,3)の電子ビームだけ
がウエハ側に入射するように、要素電子光学系D(3,3)の
ブランキング電極だけをoffにし、その他をonに維持す
る。
【００５２】そして、制御系22は、ステージ駆動制御回
路に命令し、図６(A)に示すようにＸＹステージ12をＸ
方向（計測方向）に移動させてファラデーカップ11のナ
イフエッジNFX（Ｘ方向計測用）が要素電子光学系D(3,
3）からの電子ビームＢＥを横切らせる。その時にファ
ラデーカップ10で検出される電子量とレーザ干渉計21で
測定されるＸＹステージのＸ方向の位置を記憶する。そ
の結果である電子量と位置に関する信号を図６(B)に示
す。更にその信号を微分し、図６(C)に示すような信号
を得る。この信号より従来より用いられているスライス
法や相関法により電子ビームの位置Ｘ0を求める。ここ
で位置Ｘ0は、設計上の座標系とみなすステージ座標系
（Xs,Ys)での位置である。
【００５３】（ステップ２）制御系22は、上記と同様に
ステージ駆動制御回路に命令し、ＸＹステージ12をＹ方
向（計測方向）に移動させてファラデーカップ11のナイ
フエッジNFY（Ｙ方向計測用）が要素電子光学系D(3,3）
からの電子ビームＢＥを横切らせ、電子ビームの位置Ｙ
0を求める。
【００５４】（ステップ３）制御系22は、偏向制御回路
17の命令し、要素電子光学系D(3,3）からの電子ビーム
を偏向し、偏向範囲の四隅を含む8カ所の偏向位置での
電子ビームの位置をステップ１、２と同様の方法で検出
し、ビーム基準位置BS(X0,Y0)に対する偏向位置D1(X1,Y
1)〜D8(X8,Y8)を求める。
【００５５】（ステップ４）制御系22は、要素電子光学
系A(3,3)、B(3,3)、C(3,3)、D(3,3)、F(3,3)、G(3,3)、
H(3,3)からの電子ビームに関してもステップ１〜３を実
行する。
【００５６】（ステップ５）図７(A)にステップ１〜４
によって得られた要素電子光学系毎の実際のビーム基準
位置（黒丸）とその設計上の位置（白丸）とを示し、図
７(B)に一つの要素電子光学系の実際の偏向位置（黒
丸）は設計上の位置（白丸）と示す。図７に示すように
実際のビーム位置と設計上の位置は異なる。それは、複
数のビーム基準位置が定めるビーム座標系(Xa,Ya)とス
テージ座標系（Xs,Ys)との不整合及び偏向器が定める偏
向座標系(Xd,Yd)とステージ座標系（Xs,Ys)と不整合に
よるものである。
【００５７】そこで、制御系22は、複数のビーム基準位
置が定めるビーム座標系(Xa,Ya)とステージ座標系（Xs,
Ys)の関係を下記のように仮定する。
【００５８】Xa = Ox +(k*cosα）*Xs -（k*sinα)*Ys Ya = Oy +(k*sinα）*Xs +（k*cosα)*Ys ここで各係数は、 Ox ：ビーム座標系のＸ方向の平行移動量 Oy ：ビーム座標系のＹ方向の平行移動量 k：ビーム座標系の等方的線形伸縮量 α ：ビーム座標系の回転量
【００５９】そして、ステップ１〜４によって得られた
要素電子光学系毎の実際のビーム基準位置（Xs,Ys）と
その設計上の位置（Xa,Ya）を用いて、上記係数を最小
２乗法より求め、ステージ座標系(Xs,Ys)におけるビー
ム座標系(Xa,Ya)を決定する。この時、係数は４つであ
るので少なくとも４つの要素電子光学系からのビーム基
準位置を測定すればよい。
【００６０】求められた係数kに基づいて制御系22はk=1
になるように倍率制御回路18に命じて縮小電子光学系の
倍率を調整する。その他の係数を用いてステージ制御回
路20の補正系数を決定し下記に示す新たなステージ座標
系（Xs',Ys')を設定する。
【００６１】 Xa =Xs'=(cosα）*Xs -（sinα)*Ys （１） Ya =Ys'=(sinα）*Xs +（cosα)*Ys （２） 以上よりビーム座標系(Xa,Ya)とステージ座標系（Xs’,
Ys’)とが一致する。
【００６２】次に制御系22は、偏向器が定める偏向座標
系(Xd,Yd)とステージ座標系（Xs,Ys)の関係を下記のよ
うに仮定する。
【００６３】 Xd = kx*cosβ*Xs - kx*sinβ*Ys （３） Yd = ky*sinβ*Xs + ky*cosβ*Ys （４） ここで各係数は、 kx ：偏向座標系のＸ方向の線形伸縮量 ky ：偏向座標系のＹ方向の線形伸縮量 β ：偏向座標系の回転量
【００６４】そして、ステップ１〜４によって得られた
全ての要素電子光学系におけるステージ座標系でのビー
ム基準位置に対する実際の偏向位置（Xds,Yds)とその設
計上の位置（Xd,Yd）を用いて、上記係数を最小２乗法
より求め、ステージ座標系(Xs,Ys)における偏向座標系
(Xd,Yd)を決定する。
【００６５】更に式（１）〜（４）より Xd = kx*cos(β-α）*Xa - kx*sin(β-α）*Ya Yd = ky*sin(β-α）*Xa + ky*cos(β-α）*Ya を得、ビーム座標系(Xa,Ya)と偏向座標系(Xd,Yd)との関
係を決定する。そして制御系22は、係数α、β、kx、ky
を用いて偏向制御回路17の補正系数を決定する。よって
ビーム座標系(Xa,Ya)と偏向座標系(Xd,Yd)とが一致す
る。
【００６６】以上より、ビーム座標系(Xa,Ya)と偏向座
標系(Xd,Yd)とステージ座標系（Xs’,Ys’)とが一致
し、キャリブレーションが完了する。
【００６７】次に、CPU25は、インターフェース24を介
して制御系22に「露光の実行」を命令すると、制御系22
は下記のステップを実行する。
【００６８】（ステップ１）制御系22は、偏向制御回路
17に命じ、偏向器6の副偏向器によって、要素電子光学
系アレイからの複数の電子ビーム偏向させるとともに、
ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブラ
ンキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてo
n/offさせる。この時ＸＹステージ12はＸ方向に連続移
動しており、偏向制御回路17は、ＸＹステージ12の移動
量も含めて電子ビームの偏向位置を制御している。
【００６９】その結果、一つの要素電子光学系からの電
子ビームは、図８に示すようにウエハ5上の露光フィー
ルド（EF)を黒四角を起点として走査し露光する。ま
た、図９に示すように、サブアレイ内の複数の要素電子
光学系の露光フィールド（EF)は、隣接するように設定
されていて、その結果、ウエハ5上において、複数の露
光領域（EF)で構成されるサブアレイ露光フィールド(SE
F)を露光される。同時に、ウエハ5上において、図１０
に示すようなサブアレイAからGのそれぞれが形成するサ
ブアレイ露光フィールド(SEF)で構成されるサブフィー
ルドが露光される。
【００７０】（ステップ２）制御系22は、図１１に示す
サブフィールドを露光後、サブフィールドを露光す
る為に、偏向制御回路17に命じ、偏向器6の主偏向器に
よって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム
偏向させる。この時、制御系22は、焦点・非点制御回路
2に命じ、予め求めた動的焦点補正データに基づいてダ
イナミックフォーカスコイル7を制御して縮小電子光学
系4の焦点位置を補正するとともに、予め求めた動的非
点補正データに基づいてダイナミックスティグコイル8
を制御して、縮小電子光学系の非点収差を補正する。そ
して、ステップ１の動作を行い、サブフィールドを露
光する。
【００７１】以上のステップ１、２を繰り返して、図１
１に示すようにサブフィールドというようにサブフ
ィールドを順次露光してウエハ全面を露光する。
【００７２】（実施例２）偏向器6は、経時変化により
その偏向座標系が変化するので、露光毎に実施例１のよ
うに偏向座標系を求め偏向制御回路17の補正系数を更新
することは必要であるがスループットを大きく低下す
る。
【００７３】特に、実施例１では、７つの要素電子光学
系におけるステージ座標系でのビーム基準位置に対する
実際の偏向位置（Xds,Yds)とその設計上の位置（Xd,Y
d）を用いて、ビーム座標系(Xa,Ya)（ステージ座標系
（Xs’,Ys’)）と偏向座標系(Xd,Yd)との関係の係数を
最小２乗法より求め、偏向制御回路17の補正系数を決定
していた。
【００７４】そこで、実施例２においては、一度、実施
例１と同じ方法でキャリブレーションを完了させた後
は、７つの要素電子光学系のうちであって、それより少
ない数の要素電子光学系好ましくは一つの要素電子光学
系からの電子ビームに関して、そのビーム基準位置、偏
向位置を検出して、キャリブレーションを行っている。
【００７５】その具体的方法を以下に説明する。
【００７６】（ステップ１）実施例１のキャリブレーシ
ョン直後、すなわち、決定された補正係数によって偏向
制御回路17、ステージ駆動制御回路20が補正された後、
要素電子光学系D(3,3)からの電子ビームのビーム基準位
置と偏向位置、総計９カ所の位置を実施例１と同様に検
出する。その時の設計上の位置（Xb,Yb)、その実測値を
（Xs,Ys)としその関係を下記のように仮定する。
【００７７】 Xb = Obx +(kbx*cosγ）*Xs -（kbx*sinγ)*Ys Yb = Oby +(kby*sinγ）*Xs +（kby*cosγ)*Ys ここで各係数は、 Obx ：要素電子光学系D(3,3)のビーム座標系のＸ方向の
平行移動量 Oby ：要素電子光学系D(3,3)のビーム座標系のＹ方向の
平行移動量 kbx ：要素電子光学系D(3,3)のビーム座標系のＸ方向の
線形伸縮量 kby ：要素電子光学系D(3,3)のビーム座標系のＹ方向の
線形伸縮量 γ ：要素電子光学系D(3,3)のビーム座標系の回転量
【００７８】そして、電子ビームのビーム基準位置と偏
向位置とそれに対応する設計上の位置を用いて、上記係
数を最小２乗法より求め、制御系22はその係数を記憶す
る。
【００７９】（ステップ２）露光する前に、ステップ１
と同様に要素電子光学系D(3,3)からの電子ビームのビー
ム基準位置と偏向位置、総計９カ所の位置を検出して、
上記係数を求め、その時の係数(Obx'、Oby',kbx',kby',
γ')として、ステップ１で求められた係数からの変化量
を得る。そして下式のように、その変化量を用いてビー
ム座標系(Xa,Ya)（ステージ座標系（Xs’,Ys’)）と偏
向座標系(Xd,Yd)との関係の係数を決定し、偏向制御回
路17の補正係数を変更する。
【００８０】Xd = (kx+△kbx)*cos(β-α+△γ）*Xa -
(kx+△kbx)*sin(β-α+△γ）*Ya Yd = (ky+△kby)*sin(β-α+△γ）*Xa + (ky+△kby)*c
os(β-α+△γ）*Ya ただし、α、β、kx、kyはステップ１(実施例１のキャ
リブレーション)で決定された補正係数、△kbx＝kbx'-k
bx、△kby＝kby'-kby、△γ=γ'-γ である。
【００８１】以上より、実施例１に比べ数少ない測定で
補正係数の経時変化を補正できる。
【００８２】（実施例３）実施例１では、ステージ座標
系(Xs,Ys)とビーム座標系(Xa,Ya)との関係を表す係数
（α）を用いて、ステージ制御回路20の補正系数を決定
し新たなステージ座標系（Xs',Ys')を設定したが、本実
施例では、ビーム座標系の回転量αに基づいて、制御系
22は、光学特性調整回路19に命じ、縮小電子光学系4に
回転歪曲収差を発生させ、ビーム座標系(Xa,Ya)を回転
させる。本実施例では不図示の縮小電子光学系4に設け
られた回転レンズにより回転歪曲収差を発生させてい
る。
【００８３】その時のビーム座標系(Xa,Ya)と偏向座標
系(Xd,Yd)との関係は下式のようになる。
【００８４】Xd = kx*cosβ*Xa - kx*sinβ*Ya Yd = ky*sinβ*Xa + ky*cosβ*Ya
【００８５】そして制御系22は、係数、β、kx、kyを用
いて偏向制御回路17の補正系数を決定する。よってビー
ム座標系(Xa,Ya)と偏向座標系(Xd,Yd)とが一致する。
【００８６】（実施例４）実施例１では、電子ビームの
ビーム基準位置と偏向位置をファラデーカップ11を用い
て測定していた。
【００８７】本実施例では、図１２に示すように、ステ
ージ基準板上に形成されている電子ビームのビーム基準
位置と偏向位置に対応したマークを用いて実際のビーム
基準位置と偏向位置を測定する。
【００８８】具体的には、制御系22はステージ駆動制御
回路20に命令して、ＸＹステージ12を移動させ、ステー
ジ基準板13上に形成されている電子ビームのビーム基準
位置に対応するマークS、ビーム基準位置近傍に位置づ
けさせる。
【００８９】そして、制御系22はブランキング制御回路
14に命令して、要素電子光学系D(3,3)の電子ビームだけ
がウエハ側に入射するように、要素電子光学系D(3,3)の
ブランキング電極だけをoffにし、その他をonに維持す
る。
【００９０】次に、制御系22は、ステージ駆動制御回路
に命令し、ＸＹステージ12をＸ方向（計測方向）に移動
させてマークSが要素電子光学系D(3,3）からの電子ビー
ムＢＥを横切らせる。その時にマークSから発生する反
射電子・２次電子を反射電子検出器で検出し、検出され
る電子量とレーザ干渉計21で測定されるＸＹステージの
Ｘ方向の位置を記憶する。その結果である電子量と位置
に関する信号より従来より用いられているスライス法や
相関法により電子ビームのビーム基準位置を求める。更
に、制御系22は、偏向制御回路17の命令し、要素電子光
学系D(3,3）からの電子ビームを偏向し、偏向範囲の四
隅を含む8カ所の偏向位置での電子ビームの位置をそれ
に対応するマークd1〜d8を用いて上記と同様の方法で検
出し、ビーム偏向位置を求める。
【００９１】次に上記説明した電子ビーム露光装置及び
露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明
する。
【００９２】図１３は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。
ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パ
ターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成す
る。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の
材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプ
ロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御デー
タが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフ
ィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４
によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検
査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。
【００９３】図１４は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削
り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。これらのス
テップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重
に回路パターンが形成される。
【００９４】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに
製造することができる。
【００９５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
ルチビーム型電子ビーム露光装置において、複数のビー
ム基準位置が定めるビーム座標系(Xa,Ya)と偏向器が定
める偏向座標系(Xd,Yd)とを高精度に一致させるととも
に座標間のずれの経時変化を短時間で補正して露光する
ことを可能にした電子ビーム露光方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム露光装置の要部概略を
示す図。
【図２】要素電子光学系アレイ3について説明する図。
【図３】要素電子光学系を説明する図。
【図４】要素電子光学系の電極を説明する図。
【図５】本発明に係るシステム構成を説明する図。
【図６】ファラデーカップによる測定を説明する図。
【図７】実際にのビーム位置と設計上のビーム位置を説
明する図。
【図８】露光フィールド（EF)を説明する図。
【図９】サブアレイ露光フィールド（SEF)を説明する
図。
【図１０】サブフィールドを説明する図。
【図１１】ウエハ走査露光を説明する図。
【図１２】実施例４のステージ基準板上のマークを説明
する図。
【図１３】微小デバイスの製造フローを説明する図。
【図１４】ウエハプロセスを説明する図。
【図１５】従来のマルチビーム型電子ビーム露光装置を
説明する図。
【図１６】設計上の露光フィールドを説明する図。
【図１７】実際の露光フィールドを説明する図。
【符号の説明】
１ 電子銃 ２ コンデンサーレンズ ３ 要素電子光学系アレイ ４ 縮小電子光学系 ５ ウエハ ６ 偏向器 ７ ダイナミックフォーカスコイル ８ ダイナミックスティグコイル ９ 反射電子検出器 １０ ファラデーカップ １１ θ−Ｚステージ １２ ＸＹステージ １３ ステージ基準板 １４ ブランキング制御回路 １５ 焦点・非点制御回路１ １６ 焦点・非点制御回路２ １７ 偏向制御回路 １８ 倍率調整回路 １９ 光学特性回路 ２０ ステージ駆動制御回路 ２１ レーザ干渉計 ２２ 制御系 ２３ メモリ ２４ インターフェース ２５ ＣＰＵ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の電子ビームを設計上の座標系に基
    づいて基板面上に配列させて照射する照射手段と、前記
    設計上の座標系に基づいて前記基板面上の前記複数の電
    子ビームを略同一の変位量だけ偏向させるビーム偏向手
    段とを有して前記基板を走査露光する電子ビーム露光方
    法において、 前記複数の電子ビームの前記基板面上の位置の実測値と
    設計上の座標値に基づいて、前記複数の電子ビームの実
    際のビーム座標系と前記設計上の座標系との関係を表す
    第１のパラメータを決定する第１のパラメータ決定段階
    と、 前記ビーム偏向手段によって各電子ビームを偏向した際
    の前記基板面上の変位位置の実測値と設計上の座標値に
    基づいて前記ビーム偏向手段の実際の偏向座標系と前記
    設計上の座標系との関係を表す第２のパラメータを決定
    する第２のパラメータ決定段階と、 前記第１、第２のパラメータに基づいて、前記照射手段
    もしくは前記ビーム偏向手段を調整する調整段階とを有
    することを特徴とする電子ビーム露光方法。
  2. 【請求項２】 前記調整段階は、前記第１、第２パラメ
    ータに基づいて、前記ビーム偏向手段の補正係数を決定
    する段階を有することを特徴とする請求項１の電子ビー
    ム露光方法。
  3. 【請求項３】 前記調整段階は、前記第１パラメータの
    うち座標間の回転量を表すパラメータと、記第２パラメ
    ータのうち座標間の回転量を表すパラメータとに基づい
    て、前記ビーム偏向手段の補正係数を決定する段階を有
    することを特徴とする請求項２の電子ビーム露光方法。
  4. 【請求項４】 前記照射手段は前記複数の電子ビームを
    基板上に投影する電子光学系を有し、前記第１パラメー
    タのうち座標間の回転量を表すパラメータと、記第２パ
    ラメータのうち座標間の回転量を表すパラメータとに基
    づいて、前記電子光学系の回転収差を調整する段階を有
    することを特徴とする請求項１の電子ビーム露光方法。
  5. 【請求項５】 前記第１パラメータは、座標間の平行移
    動量、回転量、線形伸縮量を表すパラメータを有するこ
    とを特徴とする請求項１の電子ビーム露光方法。
  6. 【請求項６】 前記設計上の座標系に基づいて、前記基
    板の移動を制御する移動制御手段を有し、前記第１パラ
    メータに基づいて前記移動制御手段の補正係数を決定す
    る段階を有することを特徴とする請求項１の電子ビーム
    露光方法。
  7. 【請求項７】 前記第１のパラメータのうち座標間の平
    行移動量、回転量を表すパラメータに基づいて前記移動
    制御手段の補正係数を決定することを特徴とする請求項
    ６の電子ビーム露光方法。
  8. 【請求項８】 前記照射手段は前記複数の電子ビームを
    基板上に投影する電子光学系を有し、前記第１のパラメ
    ータのうち座標間の線形伸縮量を表すパラメータに基づ
    いて前記電子光学系の倍率を調整する段階を有すること
    を特徴とする請求項６の電子ビーム露光方法。
  9. 【請求項９】 前記複数の電子ビームを少なくとも４つ
    のグループに分け、各グループを代表する電子ビームを
    選択する段階を有し、選択された複数の電子ビームに関
    し前記第１、第２のパラメータ決定段階を実行すること
    を特徴とする請求項１乃至８の電子ビーム露光方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の電子ビーム露光方法
    を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス
    製造方法。
  11. 【請求項１１】 複数の電子ビームをて基板面上に配列
    させて照射する照射手段と、前記設計上の座標系に基づ
    いて前記基板面上の前記複数の電子ビームを略同一の変
    位量だけ偏向させるビーム偏向手段とを有して前記基板
    を走査露光する電子ビーム露光方法において、 前記ビーム偏向手段によって各電子ビームを偏向した際
    の前記基板面上の変位位置を実測し、前記複数の電子ビ
    ームの変位位置の実測値と設計上の座標値に基づいて前
    記ビーム偏向手段の実際の偏向座標系と前記設計上の座
    標系との関係を表す第１のパラメータを決定する段階
    と、 前記第１パラメータに基づいて、前記ビーム偏向手段の
    補正係数を決定する段階と、 前記補正係数で補正された前記ビーム偏向手段によっ
    て、前記複数の電子ビームのうちであって、前記複数の
    電子ビームより少ない予め決められた電子ビームを偏向
    した際の前記基板面上の変位位置を実測し、その変位位
    置の実測値と設計上の座標値に基づいて前記ビーム偏向
    手段の実際の偏向座標系と前記設計上の座標系との関係
    を表す第２のパラメータを決定する段階と、 再度、前記ビーム偏向手段によって前記予め決められた
    電子ビームを偏向した際の前記基板面上の変位位置を実
    測して前記第２のパラメータを決定し、その変化に基づ
    いて前記ビーム偏向手段の補正係数を変更する段階とを
    有することを特徴とする電子ビーム露光方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１パラメータは、座標間の回転
    量、線形伸縮量を表すパラメータを有することを特徴と
    する請求項１の電子ビーム露光方法。
  13. 【請求項１３】 前記予め決められた電子ビームは一つ
    であることを特徴とする請求項１１の電子ビーム露光方
    法。
  14. 【請求項１４】 請求項１１乃至１３の電子ビーム露光
    方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバ
    イス製造方法。
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