(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の第１の領域の描画または露光を行なう第１の装置と、複数の前記第１の領域の集合である第２の領域の露光を行なう第２の装置とを用いて試料上にパターンを形成する方法において、
前記第１の装置で得られる各前記第１の領域内の計測点における前記試料表面に垂直な方向の前記試料の位置情報に基づき、前記第１の装置を用いて前記複数の第１の領域を各々描画または露光する工程と、
前記第１の装置で得られた前記試料表面に垂直な方向の複数の位置情報と、該位置情報の計測点より少数の計測点における前記第２の装置で得られる前記試料表面に垂直な方向の前記試料の位置情報と、に基づいて前記第２の領域の位置合わせを行ない、前記第２の装置を用いて前記第２の領域を露光する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１の装置が電子ビーム描画装置であり、前記第２の装置が縮小投影露光装置である請求項１記載の形成方法。
【請求項３】
前記第１の装置で得られる各前記第１の領域内の計測点における前記試料表面に垂直な方向の位置情報が、１チップ内の実素子部のパターンをパターンマッチング法により検出して得られるものである請求項１または２記載の形成方法。
【請求項４】
前記パターンマッチングのターゲットとなるテンプレートパターンは、前記第１の領域ごとに前記第１の領域内で最も厳しい位置合わせ精度を要求されるパターンの中から選択されたものである請求項３記載の形成方法。
【請求項５】
前記パターンが半導体デバイスのパターンであり、前記第１の領域とは前記半導体デバイスの実素子の１チップより小さな領域であり、前記第２の領域とは前記実素子の１または複数チップを含む大きさの領域である請求項１〜４のいずれか１つに記載の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム描画装置に代表されるスキャナとステッパに代表される光縮小投影露光装置とを併用して試料上に微細パターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路に対する高密度化、高集積度化に対する要求はますます高まっている。特に線幅０．１５μｍ以下の高集積度を目指すとなると、従来の光（Ｘ線を含む）を用いる露光装置では対応できず、電子ビームやイオンビームを用いて描画するスキャナで描画または露光することになる。しかし、このようなスキャナは光露光装置に比べてスループットが極めて低いという問題がある。そこで、比較的低い解像度が許されるレイヤの露光には光露光装置を用い、高解像度または高精度を要するレイヤのみをスキャナで露光する、ミックスアンドマッチ（またはハイブリッドリソグラフィ）と呼ばれる方法が提案されている（特許第２６２５１２４号、特開昭６２−５８６２１号、特開昭６２−１４９１２７号等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このようなミックスアンドマッチ法において、スループット性能を損なうことなく、重ね合わせ精度の向上を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明では、試料上の第１の領域の描画または露光を行なう第１の装置と、複数の前記第１の領域の集合である第２の領域の露光を行なう第２の装置とを用いて試料上にパターンを形成する方法において、前記第１の装置で得られる各前記第１の領域内の計測点における前記試料表面に垂直な方向の前記試料の位置情報に基づき、前記第１の装置を用いて前記複数の第１の領域を各々描画または露光する工程と、前記第１の装置で得られた前記試料表面に垂直な方向の複数の位置情報と、該位置情報の計測点より少数の計測点における前記第２の装置で得られる前記試料表面に垂直な方向の前記試料の位置情報と、に基づいて前記第２の領域の位置合わせを行ない、前記第２の装置を用いて前記第２の領域を露光する工程とを有することを特徴とする。
【０００５】
ここで、第１の装置は例えば電子ビーム描画装置であり、第２の装置は例えば縮小投影露光装置（ステッパ）である。また、位置合わせとは前記試料のパターン形成面に垂直な方向の位置合わせを意味し、必要に応じて該パターン形成面に対する傾き方向の位置合わせを含むものである。
【０００６】
【作用】
電子ビーム描画装置の最大描画範囲（最大偏向範囲）は例えば５ｍｍ□である。一方、縮小投影露光装置の最大露光範囲は例えば２０ｍｍ□であり、走査型縮小投影露光装置では例えば２５ｍｍ×３５ｍｍである。
一例として、電子ビーム描画装置と縮小投影露光装置とを併用し、各ショット（露光エリア）を縮小投影露光装置の最大露光範囲に合わせて形成されたパターン上に電子ビーム描画装置を用いてオーバレイヤを焼きつける際、電子ビーム描画装置では上記２０ｍｍ□の露光範囲を５ｍｍ□以下例えば４ｍｍ□の小領域に分割し、その小領域ごとに焦点合わせ（ＡＦ）しながら描画（露光）して行く。つまり、１チップを２０ｍｍ□とし、電子ビーム描画装置では４ｍｍ□の小領域内で１点ずつ焦点（ＡＦ）を計測するとすれば、１チップ当たり２５の情報が得られる。一方、縮小投影露光装置または走査型縮小投影露光装置におけるフォーカス（ＡＦ）の計測点は通常２〜５点である。計測点を多くすれば精度は上がるがスループットが低下してしまう。また、従来は、電子ビーム描画装置の描画を縮小投影露光装置で形成されたパターンに整合させることはあっても、電子ビーム描画装置から縮小投影露光装置に情報を伝達して後者の動作に有効利用することはなかった。
【０００７】
本発明を電子ビーム描画装置と縮小投影露光装置のミックスアンドマッチに適用する場合、電子ビーム描画時に検出される被露光面の面位置（ＡＦ）情報を、その後の処理を実行する縮小投影露光装置等において有効利用する。これにより、例えば１チップ当たり２〜５点の少ない計測点の情報により位置（ＡＦ）合わせを行なって露光を行なう際でも、前記少ない計測点の情報に電子ビーム描画装置で得られた多点の情報を加味することによって、スループットに悪影響を及ぼすことなくより正確な位置ずれ検出および位置合わせを行なうことができる。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置（ステッパ）の構成を示す。同図において、６は回路パターンを有するレチクル、１０はレチクル６を照明する照明光束、７は不図示の搬送手段により載置されたレチクル６を照明光束１０下の所定の位置に位置決めするためのレチクルステージ、８はレチクルステージ７を支持するレチクルベース、４は半導体デバイス作成用のウエハ、５は照明光束１０による照明領域９におけるレチクル６の像をウエハ４上に投影する投影光学系、１は床等に設置されたウエハベース、２はウエハ４を搭載して投影光学系５の光軸と垂直な方向（ＸＹ方向）に移動するウエハステージ、３はウエハを投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）ならびにＸ軸回り（ωＸ）およびＹ軸回り（ωＹ）に駆動するフォーカスレベリングステージである。
【０００９】
光源１１、入射光学系１２、受光光学系１３、光電変換素子１４、パターン板１５ならびにミラー１６および１７は、投影光学系５の結像面とウエハ４の局所的な露光エリア表面とのずれを計測（ＡＦ計測）するためのフォーカス傾きセンサを構成している。光源１１からの光束はパターン板１５により５本の光束に分離され、入射光学系１２およびミラー１６を介して、図２に示されるように、ウエハ４上の露光エリア１８の４隅および中心の５点に照射される。これらの５点における反射光は、ミラー１７および受光光学系１３を介して光電変換素子１４に入射され、光電変換素子１４における上記５点の結像位置により、上記５点のＺ方向の位置が検出される。
【００１０】
図３は本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置（以下、ＥＢ装置という）の概略の構成を示す。同図において、１１０は電子銃で、この電子銃１１０から放射された電子ビームは各種電磁レンズ１０５、ブランキング用および走査用の偏向板１０６を介してウエハ１０４上に照射される。ウエハ１０４はウエハステージ１０２上に載置されている。ウエハステージ１０２は不図示の駆動部によってウエハベース１０１上をＸ方向（紙面左右方向）およびＹ方向（紙面表裏方向）に駆動され、その座標位置は不図示のレーザ干渉計により逐次精密に計測される。１０３はウエハをＺ方向（紙面上下方向）ならびにＸ軸回り（ωＸ）およびＹ軸回り（ωＹ）に駆動するフォーカスレベリングステージである。
【００１１】
図３のＥＢ装置の最大偏向範囲（露光エリア）は、図１のステッパによる露光エリア１８（図２）よりもずっと小さい。そこで、図３のＥＢ装置では、図４に示すように露光エリア１８を縦と横にそれぞれ６等分して３６個のサブエリア（ＥＢ露光エリア）１１８を設定し、各サブエリアを１つずつ電子ビームで走査して露光していく。そのとき、サブエリアごとにＸＹおよびＺ方向の位置合わせを行なう。図５は、Ｚ方向の位置計測、すなわちフォーカス（ＡＦ）計測の様子を示す説明図である。同図において、１２０はサブエリア１１８の露光順序を示す。
【００１２】
図３において、光源１１１、入射光学系１１２、受光光学系１１３、光電変換素子１１４、パターン板１１５ならびにミラー１１６および１１７は、ウエハ１０４上の電子ビーム照射位置のＺ方向の位置を計測（ＡＦ計測）するためのフォーカスセンサを構成している。光源１１１からの光束は、図５に示すように、ウエハ１０４上のＥＢ露光エリア１１８の中心に照射される。このＥＢ露光エリア１１８の中心からの反射光は、ミラー１１７および受光光学系１１３を介して光電変換素子１１４に入射され、光電変換素子１１４における上記ＥＢ露光エリア１１８の中心の光点の結像位置により、該ＥＢ露光エリア１１８の中心のＺ方向の位置（ＡＦ）が検出される。
【００１３】
ＥＢ露光エリア１１８のＸＹ方向の位置（ＡＡ）は、例えば、図１のステッパで用いるのと共通のアライメントマーク１１９（図４）を不図示の二次電子検出器により検出して露光エリア１８の位置を検出し、これに予め公知の方法（例えば特開昭６２−５８６２１号参照）で求めた露光エリア１８の歪み情報を加味して露光エリア１８内の各ＥＢ露光エリア１１８の位置を求める。さらに、この位置（ＡＡ）情報とウエハステージ１０２の位置を計測する前記レーザ干渉計の計測値とに基づいてウエハステージ１０２を駆動して各ＥＢ露光エリア１１８を電子ビームの偏向中心に対して位置合わせする。
【００１４】
なお、ＥＢ露光エリア１１８のＸＹ方向の位置（ＡＡ）は、ＥＢ露光エリア１１８内の実素子パターンの形状を前記二次電子検出器によって検出し、このパターンを所定のターゲットパターン（テンプレート）とパターンマッチングさせることによっても検出することができる。この場合、ターゲットパターンとしては、ＥＢ露光エリア１１８内の最も厳しい位置合わせ精度を要求される部分の実素子パターンを選択するとよい。
【００１５】
次に、図６を参照しながら、図１のステッパの動作を説明する。このステッパは図３のＥＢ装置とオンラインまたはインラインで接続されているものとする。図３のＥＢ装置を用いてパターンを形成されたウエハ４が図１のステッパのウエハステージ１２上に搬入されると、図１のステッパにおいては図２に示す露光エリア１８にて５点のフォーカス計測を行なう。このフォーカス計測値よりウエハ４のフォーカス（Ｚ）およびチルト（ωＸ，ωＹ）を含めた近似平面を算出する。ここで、現在の露光エリアに関し、先にＥＢ装置で計測または算出された情報を受け取る。そして、ＥＢ装置の情報から前記近似平面に対する補正値を算出し、その補正平面が投影光学系５の像面に一致するようにフォーカスレベリングステージ３を駆動し、その後、露光する。続いて、露光したエリアが最終露光エリアであったか否かを判定し、最終露光エリアでなければ次の露光エリアについて前記フォーカス計測以下、露光および最終露光エリア判定までの動作を繰り返す。一方、最終露光エリアであればウエハ４を搬出する。
【００１６】
なお、上述の実施例においては、図１のステッパと図３のＥＢ装置とはオンラインまたはインラインで接続されているものとしたが、本発明は、オフラインの場合でも適用することができる。この場合は、比較的小領域を露光する装置における位置合わせ情報を、比較的大領域を露光する装置に、磁気媒体や光ディスクなどを用いて予めロードしておけばよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビーム描画装置のように比較的小さな第１の領域（グリッド）で露光または描画する際に検出される比較的多数の計測点におけるフォーカス（ＡＦ）情報を、その後、縮小投影露光装置のように比較的大きな第２の領域（グリッド）で比較的少数の計測点を計測して位置合わせ（ＡＦ）し露光する際、有効利用することにより、第２の領域では検出しない点の情報をも加味した位置合わせを行なうことができ、位置合わせ精度、すなわち合焦（ＡＦ）精度を向上させることができる。また、第２の領域を露光する装置においては、位置合わせ計測点を増加する必要がなく、スループットの低下も極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の構成を示す図である。
【図２】  図１の装置におけるフォーカス検出の様子を示す説明図である。
【図３】  本発明の一実施例に係る電子ビーム描画装置の構成を示す図である。
【図４】  図３の装置による露光エリアの様子を示す説明図である。
【図５】  図３の装置におけるフォーカス検出の様子を示す説明図である。
【図６】  図１の装置の動作説明のためのフローチャートである。
【符号の説明】
１：ウエハベース、２：ウエハステージ、３：フォーカスレベリングステージ、４：ウエハ、５：投影光学系、６：レチクル、７：レチクルステージ、８：レチクルベース、９：照明領域、１０：照明光束、１１：光源、１２：入射光学系、１３：受光光学系、１４：光電変換素子、１５：パターン板、１６，１７：ミラー、１８：露光エリア、１０１：ウエハベース、１０２：ウエハステージ、１０３：フォーカスレベリングステージ、１０４：ウエハ、１０５：電磁レンズ、１０６：偏向板、１１０：電子銃、１１１：光源、１１２：入射光学系、１１３：受光光学系、１１４：光電変換素子、１１５：パターン板、１１６，１１７：ミラー、１１８：ＥＢ露光エリア、１１９：アライメントマーク。
【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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