(57)【要約】【課題】  オートフォーカス用のセンサを設けることなく、レチクルの撓みを測定する方法を提供する。【解決手段】  レチクルに入射する荷電粒子線のランディング角を、わざと垂直からθだけ傾ける。レチクル１が正規の位置にある場合、荷電粒子線は、２Ａ、２Ｂとして破線で示されるような光路をたどり、ウエハ５上にレチクル１のパターンを結像する。通常、この場合、ウエハ５上の結像点は、荷電粒子線のランディング角が直角の場合と同じである。レチクルが傾いて１’の位置となったとき、レチクル１のＡ点に対応するレチクル１’上の点をＡ’とし、レチクル１のＡ点とＡ’点の高さの差をｈとし、かつ、投影光学系の投影倍率をｋとすると、Ａ’点のウエハ５上での結像点は、荷電粒子線のランディング角が垂直の場合の結像点からｘ＝ｋ・ｈ・sinθだけずれる。従って、レチクル１’の高さは、ｈ＝ｘ／（ｋ・sinθ）として測定できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を用いてレチクルに形成されたパターンをウエハ等の感応基板上に露光転写する荷電粒子線露光装置において、前記レチクルの撓み量を測定する方法であって、前記荷電粒子線が前記レチクル面に入射するときのランディング角が規定の値である場合の、前記レチクルに形成されたパターンの前記感応基板上での投影位置と、前記ランディング角を規定の値より所定量ずらした場合の、前記パターンの前記感応基板上での投影位置との差に基づいて、前記レチクルの撓み量を測定することを特徴とする荷電粒子線露光装置におけるレチクルの撓み量の測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置におけるレチクルの撓み量の測定方法に基づいて測定された、前記レチクルの撓み量に基づいて、前記感応基板に投影される、前記レチクルに形成されたパターンの像の位置、形状、ボケ、収差のうち少なくとも一つを補正することを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光調整方法。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置におけるレチクルの撓み量の測定方法に基づいて測定された、前記レチクルの撓み量に基づいて、前記荷電粒子線により照明される前記レチクルの光軸方向位置を一定に保ちながら露光転写を行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いてレチクルに形成されたパターンをウエハ等の感応基馬上に露光転写する荷電粒子線露光装置において、レチクルの撓み量を測定する方法、及びこの測定結果に基づいて荷電粒子線露光装置における露光を調整する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高密度化に伴い、その製造工程においてレチクルからウエハに露光転写すべきパターンが微細化している。このような微細なパターンを露光転写するには、光学式露光転写装置ではその解像度が不足しており、光学式露光転写装置に代わるものとして、電子線等の荷電粒子線を使用した露光転写装置の開発が進められている。
【０００３】
荷電粒子光学系ではレンズによる像面湾曲や非点収差を補正できないため、半導体装置のように数十ｍｍ単位のパターンを一括で転写するとボケが非常に大きくなる。このため、転写すべき像をサブフィールドと呼ばれる小領域に分割して投影し、それぞれをウエハ上でつなぎ合わせて全体の露光パターンを形成する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置が主流となっている。サブフィールドの大きさは通常レチクル上で１ｍｍ角程度、ウエハ上で0.25ｍｍ角程度になる。偏向器によって荷電粒子線を光軸外に偏向させ、光軸外にあるサブフィールドを順次露光転写して複数個連結させる。これをメインフィールドと呼ぶ。通常、このメインフィールドは、サブフィールド２０個分程度で、ウエハ上で0.25ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさとなる。
【０００４】
このような分割露光転写方式電子線露光装置の光学系の概要を図２に示す。図２において電子源１１を出た電子線１２は第一照明レンズ１３によって成形開口１４を照明する。成形開口１４を出た電子線１２は第二照明レンズ１５、第三照明レンズ１６によってレチクル１７上に成形開口１４の像を等倍結像する。レチクル１７を出た電子線は第一投影レンズ１８、第二投影レンズ２０によってウエハ２１上にレチクルのパターンを結像する。
【０００５】
また、図３（ａ）に示すように複数の偏向器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂを備え、前述のように、軸外にも電子線２４を偏向させることで、軸外にあるレチクル１７のサブフィールドの像を、軸外のウエハ２１面に結像させ、これによりスループットを上げるようにしている。なお、図３において、図２に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０００６】
矩形成形開口１４は通常高融点の金属に正方形の開口を開けたもので、その寸法は第二、第三照明レンズ１５、１６によってレチクル１７上に結像した時、その像がレチクル１７上のサブフィールドの大きさに一致するか、又はレチクル１７上のサブフィールド間にパターンの存在しない領域が存在する場合はやや大きくなるように設定されている。なお、１９は散乱線吸収開口であり、レチクル１７のパターンが形成されていない部分で散乱された電子線をカットし、ウエハ２１に到達させないためのものである。
【０００７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ部拡大図である。図に示すように、電子線２４（主光線）がレチクル１７に入射する角度（レチクル１７の法線となす角度）をランディング角と呼んでいる。なお、図示していないが、電子線２４（主光線）がウエハ２１に入射する角度（レチクル１７の法線となす角度）もランディング角と呼ばれる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７６７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような荷電粒子線露光装置において使用されるレチクルは、通常、シリコンメンブレンで構成されている。メンブレンでは強度が足らないために、サブフィールド間にはストラットと呼ばれる梁が設けられており、補強材となっている。しかしながら、このようなストラットを設けた場合でも、レチクルをレチクルステージ２７に保持した場合には（通常は静電チャックにより保持される）レチクルが重力により撓むことが避けられない。
【００１０】
レチクルの撓みが発生すると、露光転写されるサブフールドの、荷電粒子線露光装置の光軸方向（以下、本明細書においては「高さ方向」と称することがある）の位置が変わり、感応基板に投影される像の焦点ボケが発生するばかりでなく、その形状、位置、収差が変化することになる。
【００１１】
そこで、従来考えられていた荷電粒子線露光装置においては、オートフォーカス制御が設けられている。これは、図３に示すように、投光器２５からレーザ光をレチクル１７に照射し、そのレーザ光がレチクル１７に当たる位置をＣＣＤカメラ２６で検出するオートフォーカス用センサにより、露光中のレチクル１７の高さ方向位置を測定し、その位置が一定となるようにレチクルステージ２７の高さ方向位置を制御したり、投影光学系を調整して、感応基板に投影される像の焦点ボケの発生や、その形状、位置、収差の変化を防ぐものである（なお、ウエハ１７の高さ方向位置を検出して投影光学系を制御するオートフォーカス制御も行われているが、本発明と関係がないので図示と説明を省略する）。
【００１２】
しかしながら、この方法では、オートフォーカス用のセンサを特別に設ける必要があり、荷電粒子線露光装置の構造が複雑になるという問題点があった。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス用のセンサを設けることなく、レチクルの撓みを測定する方法、及びこの方法により測定されたレチクルの撓みに基づいて、露光転写中に発生する像の焦点ボケの発生や、その形状、位置、収差の変化を防ぐ荷電粒子線露光装置における露光調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線を用いてレチクルに形成されたパターンをウエハ等の感応基板上に露光転写する荷電粒子線露光装置において、前記レチクルの撓み量を測定する方法であって、前記荷電粒子線が前記レチクル面に入射するときのランディング角が規定の値である場合の、前記レチクルに形成されたパターンの前記感応基板上での投影位置と、前記ランディング角を規定の値より所定量ずらした場合の前記パターンの前記感応基板上での投影位置との差に基づいて、前記レチクルの撓み量を測定することを特徴とする荷電粒子線露光装置におけるレチクルの撓み量の測定方法である。
【００１５】
通常の露光状態においては、レチクルを照明する荷電粒子線がレチクルに入射するときのランディング角は、レチクルの高さ方向位置が変わっても、感応基板上の像の位置が変わらないように調整されている。この調整されたランディング角を既定値と呼ぶ。
【００１６】
後に発明の実施の形態において詳しく説明するように、レチクルを照明する荷電粒子線がレチクルに入射するときのランディング角を既定値から変えると、感応基板上の像の位置がレチクルの高さ方向位置に応じて変化する。
【００１７】
よって、ランディング角をわざと既定値から所定量ずらし、ランディング角が既定値の場合と、既定値から所定量ずれている場合との、感応基板上に形成されるレチクルパターンの位置の差から、レチクルの高さ方向位置を求めることができる。この操作を、レチクルステージを駆動して、レチクル面の複数箇所で行うことにより、レチクルの撓み量を測定することができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である荷電粒子線露光装置におけるレチクルの撓み量の測定方法に基づいて測定された、前記レチクルの撓み量に基づいて、前記感応基板に投影される、前記レチクルに形成されたパターンの像の位置、形状、ボケ、収差のうち少なくとも一つを補正することを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光調整方法である。
【００１９】
本発明者がレチクルの撓み量について詳しく調べたところ、レチクルの撓み量はレチクルの寸法が同一であれば、レチクルが変わっても一定とみなせることが分かった。そこで、レチクルの撓み量を露光中に測定する必要はなく、予めサンプルとするレチクルについて測定しておけば、同一寸法のレチクルについて、その測定値を用いて、レチクルの撓み量とみなすことができることを知見した。なお、同一寸法のレチクルとは、その大きさとストラットの位置、形状が同じレチクルをいい、実際にレチクルに形成されているパターンが異なっていても、同じ寸法のレチクルとみなして差し支えない。
【００２０】
本手段は、こうした知見に基づくものであり、予め、前記第１の手段を使用して、サンプルとするレチクルについて撓み量を測定し、それと同一寸法のレチクルを使用して露光転写を行う際には、オートフォーカスを用いず、測定された撓み量に基づいて、記感応基板に投影される、前記レチクルに形成されたパターンの像の位置、形状、ボケ、収差のうち少なくとも一つを補正するようにしている。
【００２１】
補正方法は、従来のオートフォーカス用センサを用いてレチクルの高さ方向位置を測定した場合と異なることはなく、ただ、オートフォーカス用センサの出力の代わりに、予め測定したレチクルの撓み量のデータを用いるだけである。
【００２２】
本手段によれば、オートフォーカス用センサを用いる必要が無くなるので、その分、荷電粒子線露光装置の構成が簡単になる。
【００２３】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段である荷電粒子線露光装置におけるレチクルの撓み量の測定方法に基づいて測定された、前記レチクルの撓み量に基づいて、前記荷電粒子線により照明される前記レチクルの光軸方向位置を一定に保ちながら露光転写を行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光調整方法である。
【００２４】
本手段の基本的な原理は前記第２の手段と同じであり、調整する対象がレチクルの光軸方向位置であることのみが違っている。調整方法は、従来技術におけるものと変わるところはなく、レチクルステージの駆動により行う。本手段においては、露光転写されるレチクルのサブフィールドの光軸方向位置を一定に保つことができるので、前記感応基板に投影される、前記レチクルに形成されたパターンの像の位置、形状、ボケ、収差の変動を、オートフォーカス用センサを使用することなく補正することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、オートフォーカス用のセンサを設けることなく、レチクルの撓みを測定する方法、及びこの方法により測定されたレチクルの撓みに基づいて、露光転写中に発生する像の焦点ボケの発生や、その形状、位置、収差の変化を防ぐ荷電粒子線露光装置における露光調整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】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるレチクルの撓み量の測定方法を説明するための図である。図において、１は正規のレチクル位置を示し、１’は傾いたレチクル位置を示す。なお、撓み量を測定することは、レチクルの高さ方向位置を測定することに相当するので、図１においては説明を簡単にするために、レチクルが撓んでいるものとしてでなく、傾いたものとして図示を行っている。
【００２７】
レチクル１を照明する荷電粒子線は、実際の露光状態においては、レチクル１に垂直入射し（ランディング角＝０）、ウエハ５にも垂直入射するようにされている。これは、レチクル１やウエハ５の高さ方向位置が変動しても、荷電粒子線の照明位置や結像位置がずれないようにするためである。
【００２８】
レチクルの高さ方向位置を測定する場合には、レチクルに入射する荷電粒子線のランディング角を、わざと垂直からθだけ傾ける。レチクル１が正規の位置にある場合、荷電粒子線は、２Ａ、２Ｂとして破線で示されるような光路をたどり、第一投影レンズ３、第二投影レンズ４によって、ウエハ５上にレチクル１のパターンを結像する。なお、６は散乱線吸収開口である。通常、この場合、ウエハ５上の結像点は、荷電粒子線のランディング角が直角の場合と同じであり、ただ、ウエハ５への荷電粒子線のランディング角が０でなくなるだけである。
【００２９】
今、レチクルが傾いて１’の位置となったとする。レチクル１のＡ点に対応するレチクル１’上の点をＡ’とし、レチクル１のＡ点とＡ’点の高さの差をｈとすると、Ａ’点を通る荷電粒子線２Ｃは、レチクル１上においては、Ａ点よりｈsinθだけ離れた点を通過することになる（実際には、Ａ’点はＡ点よりも少し右側によるので、ｈsinθとはわずかに異なるが、この差は微小であるので無視する）。
【００３０】
よって、投影光学系の投影倍率をｋとすると、Ａ’点のウエハ５上での結像点は、荷電粒子線のランディング角が垂直の場合の結像点から
ｘ＝ｋ・ｈ・sinθ
だけずれることになる。
【００３１】
従って、レチクルへのランディング角が垂直の場合と、ランディング角が０からθだけずれた場合の、同じレチクルパターンのウエハ５上での結像位置の差を測定し、その値をｘとすると
ｈ＝ｘ／（ｋ・sinθ）
として、点Ａの基準位置からの高さ方向位置（ＡＡ’の距離）ｈが測定できることになる。同様のことは、ランディング角を逆方向にずらせた荷電粒子線２Ｂ、２Ｄを使用した場合についても当てはまる。
【００３２】
このような測定を、レチクルの決められた位置について行うことにより、レチクルの撓み量を測定することができる。
【００３３】
ウエハ５におけるレチクルパターンの結像位置の測定は、実際のウエハを使用して露光転写を行い、そのウエハを現像することによって測定してもよいし、通常の荷電粒子線露光装置に付属しており、レチクルのアライメントに使用される荷電粒子線検出器を使用して測定してもよい。いずれの場合も、サンプルとするレチクルに、基準となるパターンを設けておき、そのパターンが投影されるウエハ上の位置を測定すればよい。
【００３４】
このようにして、サンプルとなるレチクルの撓み量が測定されると、それと同じ寸法のレチクルについては、同じ撓み量を持つものとして扱って、荷電粒子線露光装置における露光制御を行うことができる。このような制御を行う荷電粒子線露光装置の一種である電子線露光装置の概要は、図２に示した従来のものと変わるところがないが、レチクルの高さ方向位置を測定するオートフォーカス用センサ２５，２６が不要となる。
【００３５】
露光制御においては、図３におけるレチクル１７を保持するレチクルステージ２７の位置制御を行うレチクルステージ位置制御機構（図示せず）を駆動し、予め測定されたレチクル１７の撓み量に基づいて、電子線が照射されるレチクル１７の位置が基準位置に保たれるように制御を行う。
【００３６】
又、このようなレチクル位置の制御で補償できないレチクル位置の変動に伴う、レチクルに形成されたパターンの像の位置、形状、ボケ、収差については、電子線露光装置に付属しているスティグメータ、ダイナミックフォーカスレンズ（いずれも図２においては図示せず）、及び投影光学系の偏向器を使用して補償を行う。スティグメータ、ダイナミックフォーカスレンズの作用については、例えば、特開平１１−１７６７３７号公報（特許文献１）に記載されている。
【００３７】
これらの補償については、いずれも公知のものであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるレチクルの撓み量の測定方法を説明するための図である。
【図２】分割露光転写方式電子線露光装置の光学系の概要を示す図である。
【図３】分割露光転写方式電子線露光装置の光学系の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１’…レチクル、２Ａ〜２Ｄ…電子線、３…第一投影レンズ、４…第二投影レンズ、５…ウエハ、６…散乱線吸収開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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