(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向量の大きな主偏向器と偏向量の小さな副偏向器とを備え、露光するパターンと同一の開口パターンを有するマスクをウエハに近接して配置した状態で、前記主偏向器と前記副偏向器により電子ビームを偏向して前記マスクに照射することによりパターンを露光する近接露光方式電子ビーム露光装置の前記副偏向器のゲイン較正方法であって、
マークを有する較正用マスクと、前記ウエハを所定のギャップになるように配置し、
前記主偏向器による前記電子ビームの偏向位置を前記マークの位置に設定し、
前記副偏向器の偏向データを変えて前記ウエハに前記マークを複数回露光し、
前記ウエハを現像し、
現像した前記ウエハ上の複数個の前記マークの位置を測定し、
測定した前記マークの位置データに基づいて前記副偏向器のゲインを較正することを特徴とする近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。
【請求項２】
請求項１に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記マークの露光は、前記副偏向器のＹ方向の偏向データをゼロにＸ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態と、Ｘ方向の偏向データをゼロにＹ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態の４回行われる近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。
【請求項３】
請求項２に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記副偏向器のＸ方向とＹ方向の信号値を変えた前記４回の露光は、前記４回の露光による前記ウエハ上の前記マークの転写像が重ならないように、前記４回の露光の間で前記ウエハを保持するステージを移動して行う近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。
【請求項４】
請求項１に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記副偏向器のゲインは、前記主偏向器の偏向位置に応じて設定され、
前記マークは、前記主偏向器の偏向範囲内に複数設けられており、
前記副偏向器のゲインを各マーク位置で測定データに従って較正し、マーク間の前記副偏向器のゲインは各マーク位置で測定データから補間する近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。
【請求項５】
請求項１に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記副偏向器は、２段の静電偏向器である近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法に関し、特に露光するパターンと同一の開口パターンを有するマスク（等倍マスク）をウエハに近接して配置した状態で、マスクに電子ビームを照射してパターンを露光する近接露光方式の電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の集積度は微細加工技術により規定されており、微細加工技術には一層の高性能が要求されている。特に、露光技術においては、ステッパなどに用いられるフォトリソグラフィの技術的な限界が予想されており、一層の微細化を難しくしている。この限界を打ち破る技術として電子ビーム露光技術が注目されているが、一般に電子ビーム露光はスループットが低いという問題がある。特許第２９５１９４７号は、露光パターンと同一の開口パターンを有するステンシルマスクに、感光剤（レジスト）を塗布した試料（ウエハ）を近接して配置し、大きなサイズの電子ビームでマスクを走査することにより短時間で露光を終了する近接露光方式の電子ビーム露光技術を開示している。
【０００３】
図１は、特許第２９５１９４７号に開示された近接露光方式の電子ビーム露光装置の基本構成を示す図である。図１に示すように、コラム７０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と、電子ビームを平行ビームにする照射レンズ１８と、主偏向器２０と、副偏向器２２とが設けられている。真空チャンバ８０内には、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０と、表面にレジスト層が形成された試料（半導体ウエハ）４０を保持する静電チャック４０とが設けられている。静電チャック５０は、ステージ６０により３軸方向に移動可能で且つ回転可能である。マスク３０は、開口パターンの形成された薄い膜を有しており、ウエハ４０は表面がマスクに近接するように配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビームを照射すると、マスクの開口を通過した電子ビームがウエハ４０の表面のレジスト層に照射される。
【０００４】
電子ビーム１５の大きさはマスク３０より小さいので、主偏向器２０により電子ビーム１５を偏向して、図２に示すように、電子ビーム１５でマスク３０上を走査してマスク全面のパターンをウエハ４０上に露光する。図１では、３箇所に偏向されたビームが示されている。主偏向器２０は、電子ビーム１５を偏向して光軸から変位させた後、偏向させた分と同じ量だけ逆方向に偏向して電子ビーム１５がマスク３０に垂直に入射させる。副偏向器２２は、次に説明するマスクの歪みおよびウエハ上の前層チップ形状の歪みによる露光位置のずれを補正するのに使用される。
【０００５】
近接露光方式の電子ビーム露光装置は、０．１μｍ以下の線幅のパターンが露光可能であり、マスク３０の開口パターンの部分の厚さは０．５μｍ程度にする必要がある。開口パターンは位置により異なるため、開口の割合が多い部分と少ない部分があり、マスク３０の開口パターンは位置により歪みを生じる。この歪みはあまり大きくはないが、０．１μｍ以下の線幅のパターンを露光するためには、パターンの露光位置精度は０．０２μｍ程度であることが要求され、上記の歪みによるパターンの露光位置の誤差を補正する必要がある。そこで、図３に示すように、副偏向器２２を２段の偏向器２６と２８で構成し、偏向器２６で角度αだけ偏向した後、偏向器２８で逆方向に２倍の角度（−２α）だけ偏向することにより、電子ビーム１５はマスク３０上の同じ位置に入射角−αで照射される。そしてマスクの開口を通過した電子ビームは、垂直入射の場合に比べて照射位置がδだけずれて照射される。δは、マスク３０とウエハ４０の間のギャップをＧとするとδ＝−αＧで表される。このように、副偏向器によりマスク上の照射位置を変えること無しに入射角を変えることにより、開口パターンのウエハ４０上の露光位置を微小量変えることができる。なお、図３では一方向にのみ偏向する様子を示したが、紙面に垂直な方向の入射角を変える場合もある。従って、副偏向器は、Ｘ方向とＹ方向の２方向に独立に偏向可能な偏向器であることが必要であり、静電偏向器が使用される。
【０００６】
マスク３０が図４の（Ａ）に示すように歪んでいる時、電子ビームの入射角を部分的に変えることにより露光位置をずらして図４の（Ｂ）に示すような歪みのない正規のパターンを露光することが可能である。そこで、マスク３０の歪みをあらかじめ測定して部分的に歪み補正のための補正データを決定しておき、副偏向器が各走査位置で補正データに対応する入射角になるように電子ビームを偏向する。
【０００７】
副偏向器の制御回路は、補正データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、アナログ信号を増幅するアンプと、アンプの出力を副偏向器に印加する信号に変換するドライバとを有する。副偏向器の偏向量は装置毎に異なる上、経時変化する。そこで、アンプのゲインを調整して補正データに対して所定の偏向量が得られるようにしており、これを副偏向器２０のゲイン較正という。なお、Ｄ／Ａ変換器の基準電圧を変えても偏向量を変化することが可能であり、ここではこのような制御回路を含めて、補正データに対して得られる実際の偏向量（偏向角度）の係数を副偏向器のゲインと呼び、アンプのゲインには限定されない。副偏向器２０の偏向量は電子ビームの位置により異なるので、ゲインは電子ビームの位置に応じて決定する必要があり、ゲイン較正も電子ビームの位置毎に行う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、副偏向器２０はマスク３０の歪みを補正して正規のパターンを露光するのに使用されるが、補正量は微小量であり高精度であることが要求される。そこで、副偏向器２０のゲイン較正も高精度に行うことが要求される。また、副偏向器の偏向量は経時変化するのでゲイン較正は随時行う必要があり、副偏向器２０のゲイン較正は簡単に行えることが要求される。
【０００９】
本発明は、近接露光方式の電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正を、高精度に且つ簡単に行える方法を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法は、マークを有する較正用マスクをウエハに対して所定のギャップで配置し、副偏向器の異なる偏向データでマークを露光し、露光されたウエハを現像した後マークの位置を測定し、測定されたマークの位置から所定の偏向量が得られるように較正することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法は、偏向量の大きな主偏向器と偏向量の小さな副偏向器とを備え、露光するパターンと同一の開口パターンを有するマスクをウエハに近接して配置した状態で、主偏向器と副偏向により電子ビームを偏向してマスクに照射することによりパターンを露光する近接露光方式電子ビーム露光装置の前記副偏向器のゲイン較正方法であって、マークを有する較正用マスクと、ウエハを所定のギャップで配置し、主偏向器による電子ビームの偏向位置を記マークの位置に設定し、副偏向器の偏向データを変えてウエハにマークを複数回露光し、ウエハを現像し、現像したウエハ上の複数個のマークの位置を測定し、測定したマークの位置データに基づいて副偏向器のゲインを較正することを特徴とする。
【００１２】
マークの露光は、副偏向器のＹ方向の偏向データをゼロにＸ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態と、Ｘ方向の偏向データをゼロに、Ｙ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態の４回行い、副偏向器のＸ方向とＹ方向のゲインをそれぞれ設定する。なお、４回の露光によるウエハ上のマークの転写像が重なる場合には、４回の露光の間でウエハを保持するステージを移動して、転写像が相互に重ならないようにする。
【００１３】
副偏向器のゲインは、主偏向器の偏向位置に応じて設定することが望ましく、そのためには、マークを主偏向器の偏向範囲内に複数設け、副偏向器のゲインを各マーク位置で測定データに従って較正し、更にマーク位置間の副偏向器のゲインは各マーク位置での測定データから補間する。
【００１４】
副偏向器は、Ｘ方向とＹ方向に独立にてゲインが設定できることが必要であり、副偏向器は２段の静電偏向器であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図５は、近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法の実施例を説明する図である。実施例で使用する近接露光方式電子ビーム露光装置は、図１に示すような構成を有し、静電偏向器は図３に示すような２段の静電偏向器であるとする。図５に示すように、開口パターン以外は露光用マスク３０と同じ形状を有する較正用マスク３２を、露光用マスク３０の代わりにセットする。較正用マスク３２は、主偏向器２０による電子ビームの偏向範囲内の４個の角付近、４辺の中心付近及び中心付近に配置された９個のマーク３２Ａを有する。ステージ６０により移動及び回転される静電チャック５０上にはレジスト層を形成したウエハ４０が保持される。この状態で、電子ビーム１５が１個のマーク３２Ａ（ここでは中心のマーク）部分を照射するように主偏向器２０の偏向位置を設定する。既に説明したように、主偏向器２０により偏向された電子ビームは偏向位置にかかわらず較正用マスク３２に垂直に入射する。そして、副偏向器２２のゲインを変えてマークを露光する。この動作については後で詳しく説明する。なお、ここではマークの個数を９個としたが、例えば５×５＝２５個という具合にマークの個数を増加すれば、補正時の正確さが向上する。
【００１６】
上記のような動作を９個のマーク３２Ａについて行う。図６に示すように、ステージ６０のＸ方向の移動量はレーザ測長器７４により、Ｙ方向の移動量はレーザ測長器７６により正確に測定可能である。また、マスク３０とウエハ４０の表面のギャップも正確に測定可能である。
【００１７】
図７は、副偏向器２２の偏向データを変えてマークを露光する動作を説明する図であり、（Ａ）は副偏向器２２のＸ方向の偏向データを変えて露光する様子を示し、（Ｂ）は９個のマークの露光を示す。図７の（Ａ）に示すように、副偏向器２２のＸ方向とＹ方向の偏向データをゼロ（中間値）に設定して電子ビームＰが較正用マスク３２のマーク３２Ａを入射角ゼロで照射するようにして露光する。このようにして露光されたマークの像を基準マーク像とする。次に、副偏向器２２のＸ方向の偏向データのみを最大値に設定して電子ビームＱが較正用マスク３２のマーク３２Ａを最大入射角（正の入射角）付近で照射するようにして露光する。更に、副偏向器２２のＸ方向の偏向データのみを最小値に設定して電子ビームＲが較正用マスク３２のマーク３２Ａを最小入射角（負の入射角）付近で照射するようにして露光する。このようにして副偏向器２２のＸ方向の異なる３つの偏向データでの露光が行われ、ウエハ４０上にマークの３個の転写像が露光される。同様に、副偏向器２２のＸ方向の偏向データをゼロに設定して、Ｙ方向の偏向データを最大値と最小値に設定してマークの２個の転写像を露光する。このようにして、1個のマークに対して５個の転写像が露光される。なお、基準マーク像と他の転写像の間隔及びマークの形状の関係から、基準マーク像と他の転写像が重なる場合には、各転写像を露光する時に、ステージによりウエハを移動して転写像が重ならないようにする。この時の移動量をオフセットとして記憶し、測定の際にはこのオフセットを考慮して転写像の位置を算出する。
【００１８】
図７の（Ｂ）に示すように、上記の露光動作を９個のマークについて行うことにより、９組のマーク群がウエハ４０上に形成され、各群は５個の転写像を有する。
【００１９】
上記のようにして９個のマークの露光が終了すると、ウエハ４０を露光装置から回収して現像し、電子顕微鏡などで各群内の５個のマーク転写像の相互位置関係及び各群の基準マーク像間の相互位置関係を測定する。測定した相互位置関係から副偏向器のＸ方向とＹ方向のゲインの較正を行う。以下、この処理を説明する。
【００２０】
副偏向器は、印加する信号に対してリニアな偏向角が得られるとする。すなわち、副偏向器のＸ方向のゲインをｇｘ、Ｙ方向のゲインをｇｙとすると、Ｘ方向の印加信号がｘ、Ｙ方向の印加信号がｙの時には、副偏向器によるＸ方向とＹ方向の偏向角度ａｎｇＸ，ａｎｇＹは、次の式で表されると仮定する。
【００２１】
ｇｘ・ｘ＋ｂ＝ａｎｇＸ
ｇｙ・ｙ＋ｄ＝ａｎｇＹ
ここで、上記のように、主偏向器による偏向にかかわらず電子ビームがマスクに垂直に入射する時には、ｂ，ｄはゼロである。すなわち、
ｇｘ・ｘ＝ａｎｇＸ
ｇｙ・ｙ＝ａｎｇＹ
図８に示すように、較正用マスク３２とウエハ４０のギャップをＧ、Ｘ方向の最大入射角をａｎｇＸｍａｘ、最小入射角をａｎｇＸｍｉｎ、Ｙ方向の最大入射角をａｎｇＹｍａｘ、最小入射角をａｎｇＹｍｉｎ、Ｘ方向の最大入射角と最小入射角で露光されたマーク像の間隔をΔＸ、Ｙ方向の最大入射角と最小入射角で露光されたマーク像の間隔をΔＹとすると、次の式が成り立つ。
【００２２】
ΔＸ＝ａｎｇＸ・Ｇ＝Ｇ・（ａｎｇＸｍａｘ−ａｎｇＸｍｉｎ）
ΔＹ＝ａｎｇＹ・Ｇ＝Ｇ・（ａｎｇＹｍａｘ−ａｎｇＹｍｉｎ）
Ｘ方向の最大入射角の時の偏向データをＸｍａｘ、最小入射角の時の偏向データをＸｍｉｎ、Ｙ方向の最大入射角の時の偏向データをＹｍａｘ、最小入射角の時の偏向データをＹｍｉｎとすると、
ａｎｇＸｍａｘ−ａｎｇＸｍｉｎ＝ｇｘ・（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）
ａｎｇＹｍａｘ−ａｎｇＹｍｉｎ＝ｇｘ・（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）
従って、ｇｘ＝ΔＸ／（Ｇ・（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ））である。
【００２３】
同様に、ｇｙ＝ΔＹ／（Ｇ・（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ））である。
【００２４】
Ｇ，Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ，Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎは既知であるから、ΔＸとΔＹを測定すれば、副偏向器のＸ方向のゲインｇｘと、Ｙ方向のゲインｇｙを求めることができる。
【００２５】
このような測定を９組のマーク群について行う。主偏向器の全偏向範囲で副偏向器のゲインを一定とする場合には、９組のマーク群で測定した９個（Ｘ方向とＹ方向を合わせれば１８個）のゲインを平均した値を、副偏向器のゲインとして設定する。主偏向器の偏向位置に応じて副偏向器のゲインを設定する場合には、９個のマーク間の偏向位置におけるゲインを測定した９個のゲインを補間して算出し、テーブルに記憶するか、補正式を作成して記憶し、主偏向器による偏向位置に応じたゲインを設定できるようにする。
【００２６】
なお、上記の例では、基準マークは使用していないが、基準マークと最大入射角及び最小入射角時のマーク位置との差からそれぞれ演算したゲインの平均値からゲインを決定することも可能である。この場合、２つのゲインの差から副偏向器の対称性を確認できる。なお本発明には直接関係しないが、基準マークは主偏向器による偏向位置にかかわらず電子ビームがマスクに垂直に入射しているか確認するためにも使用される。
【００２７】
次に、本発明の副偏向器の較正を行う場合のシステム構成について図９を参照して説明する。
【００２８】
図９に示すように、露光装置１は、装置全体の制御及び偏向制御を行う制御部９と、電子鏡筒１０と、較正用マスク３２と、ウエハ４０とを有する。測定器２は、現像されたウエハ４０’のマーク位置を検出する電子顕微鏡３と、測定データを処理するデータ処理部４とを有する。図７で説明したように、装置１では９個のマーク群がウエハ４０に露光され、現像された後測定器２の電子顕微鏡３でマーク位置が測定され、データ処理部４で必要な処理を行った後、制御部９に送信される。制御部９は、測定したマーク位置からゲインを演算して設定する。
【００２９】
図１０と図１１は、以上の処理を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップ１０１では、副偏向器のゲインを初期値又はそれまでの値に設定すると共に、ギャップＧ及び転写像が重ならないようにステージを移動させる転写オフセットを設定する。ステップ１０２では、較正用マスク３２とレジストを塗布したウエハ４０をロードする。ステップ１０３では、主偏向位置を１つのマーク位置に設定し、ステップ１０４で副偏向器のＸ方向とＹ方向の偏向データをゼロに設定して露光を行う。
【００３１】
ステップ１０５では、Ｘ方向最大データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１０６では、Ｘ方向の偏向データを最大値に設定して露光を行う。ステップ１０７では、Ｘ方向最小データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１０８では、Ｘ方向の偏向データを最小値に設定して露光を行う。ステップ１０９では、Ｘ方向の偏向データをゼロに設定し、ステップ１１０では、Ｙ方向最大データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１１１では、Ｙ方向の偏向データを最大値に設定して露光を行う。ステップ１１２では、Ｙ方向最小データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１１３では、Ｙ方向の偏向データを最小値に設定して露光を行う。
【００３２】
ステップ１１４では、すべてのマークについて上記の処理が終了したか確認し、終了していなければステップ１０４に戻り対象とするマークを変えて同じ処理を繰り返す。なお、副偏向器のＸ方向とＹ方向の偏向データをゼロに設定して、スキャンなどにより主偏向位置を変化させて９個のマークを露光し、次に副偏向器の偏向データを変えて同様に９個のマークを露光するという具合に露光してもよい。すなわち同一の副偏向データで９個のマークを露光し、５種類の副偏向データについてこれを繰り返すようにしてもよい。
【００３３】
すべてのマークについて露光処理が終了したら、ステップ１１６で、ウエハを回収して現像を行う。ステップ１１７で、現像したウエハのマークの位置を測定し、ステップ１１８で測定データを装置の制御部に送信し、ステップ１１９で制御部はゲインを演算して較正を行う。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、近接露光方式の電子ビーム露光装置における歪み補正用の副偏向器のゲイン較正が正確に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接露光方式の電子ビーム露光の基本構成を示す図である。
【図２】近接露光方式の電子ビーム露光装置における電子ビームの走査を示す図である。
【図３】副偏向器による電子ビームの偏向動作を示す図である。
【図４】マスクの歪み補正を説明する図である。
【図５】本発明の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法を説明する図である。
【図６】較正用マスクとステージを説明する図である。
【図７】較正用マスクを使用したマークの露光を示す図である。
【図８】副偏向器のゲインを演算する処理を説明する図である。
【図９】測定システムを示す図である。
【図１０】副偏向器のゲイン較正処理を示すフローチャート（その１）である。
【図１１】副偏向器のゲイン較正処理を示すフローチャート（その２）である。
【符号の説明】
１４…電子銃
１５…電子ビーム
２０…主偏向器
２２…副偏向器
３０…マスク
３２…較正用マスク
３２Ａ…マーク
４０…ウエハ
５０…静電チャック
６０…ステージ
【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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