(57)【要約】【課題】    既存の座標測定装置と露光装置を用いて、短時間かつ高精度にマスク歪を測定する検査方法を提供することを目的とする。【解決手段】    パターン面と、支持体層と、サポート基板部と、を有するマスクにおけるパターン位置を検査する方法であって、前記サポート基板部の露光装置で保持される面の反対側を保持し、前記露光装置内における前記マスクとは重力の向きが逆となる状態で前記マスクを保持して位置測定を行うことにより第１の位置測定データを取得し、前記サポート基板部の露光装置で保持される面を保持し、前記露光装置内における前記マスクと重力の向きが同じとなる状態で前記マスクを保持して位置測定を行うことにより第２の位置測定データを取得し、前記第１の位置測定データと前記第２の位置測定データとを用いて、前記マスクのパターン位置の変形量を算出することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの検査方法を提供する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に露光転写すべき回路パターンが複数の一括露光小領域に分割して形成されたパターン面と、前記パターン面を補強する支持体層と、前記支持体層の周囲に設けられたサポート基板部と、を有する荷電粒子線露光用マスクにおけるパターン位置を検査する方法であって、
前記サポート基板部の露光装置で保持される面の反対側を保持し、前記露光装置内における前記マスクとは重力の向きが逆となる状態で前記マスクを保持して位置測定を行うことにより第１の位置測定データを取得し、
前記サポート基板部の露光装置で保持される面を保持し、前記露光装置内における前記マスクと重力の向きが同じとなる状態で前記マスクを保持して位置測定を行うことにより第２の位置測定データを取得し、
前記第１の位置測定データと前記第２の位置測定データとを用いて、前記マスクのパターン位置の変形量を算出することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項２】
前記第１の位置測定データから得られるマスク全体の歪みと、前記第２の位置測定データから得られるマスク全体の歪みと、が等しくなるように前記第１及び第２の位置測定データを関連づけて前記マスクのパターン位置の変形量を算出することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項３】
前記複数の一括露光小領域のうち、同一の一括露光小領域に対して前記第１の位置測定データと前記第２の位置測定データとを取得することを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項４】
前記同一の一括露光小領域について取得した前記第１の位置測定データから第１のマスク変形量を求め、前記同一の一括露光小領域について取得した前記第２の位置測定データから第２のマスク変形量を求め、前記第１のマスク変形量と前記第２のマスク変形量とを関連づけることにより前記マスクのパターン位置の変化量を算出することを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法により算出された前記荷電粒子線露光用マスクのパターン位置の変型例に関する歪データを露光装置に与え、前記パターン面と前記半導体基板との相対位置を前記歪データに基づいて補正しながら露光することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線露光用マスクの検査方法及び露光方法に関する。特に、マスクの歪を短時間かつ高精度に測定できる荷電粒子線露光用マスクの検査方法及びその歪を補正した高精度の露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、ますます微細化が進んでおり、これを実現するための製造プロセスにおいても、ますます高度な技術が要求されている。中でも、紫外線露光技術に代わる技術として、荷電粒子線投影露光、特に電子線投影露光技術が注目されている。
【０００３】
電子線投影露光技術の一例として、マスク上で一辺１ｍｍ程度のサイズの電子ビームをステンシルマスクに照射し、４分の１に縮小露光することにより、ウェーハ上に一辺２５０μｍ（この同時に露光される領域は「サブフィールド」と呼ばれる）の一括露光小領域を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ここで用いられるステンシルマスクは、１チップの全パターンを分割した多数の分割パターンで構成されており、個々の分割パターンに対しては一括電子ビーム露光が行われる。
【０００４】
上記方法において、もし、露光の際に各サブフィールドの像の位置がずれると、分割された回路パターンがウェーハ上でうまくつながらないために不良となる。サブフィールドの位置ずれの原因のひとつとして、マスクの歪み等によるマスク上のサブフィールドの位置ずれがある。このマスク上の位置ずれを正確に把握して、ずれの分だけマスクステージ位置を補正すれば、このような不良を防止できる。あるいは、電子線露光の場合は、投影光学系において電子線の偏向に補正を行うことにより像位置の微調整が可能である。
【０００５】
例えば、予め個々のサブフィールド位置を測定するためのポジションマークと、露光装置が検出するアラインメントマークとをマスクに設け、座標測定装置（露光装置とは別に設けられる）でこれらマークを測定することにより、マスク歪（変形量）を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。また、前述のアラインメントマークを用いて、露光装置において線形歪を補正し、ポジションマークを用いて個々のサブフィールドの非線形位置ずれ補正する方法も提案されている（例えば、特許文献３）。さらに、前述のポジションマークを測定する際に、座標測定装置でマスクを保持する面を露光装置と同じ面とすることで保持による歪（変形量）を露光装置と同じにする方法（例えば、特許文献４）や、重力などによる高さ方向のずれ量も測定することで高精度にマスク歪を測定する方法（例えば、特許文献５）が提案されている。
【特許文献１】特開平９−１３９３４４号公報
【特許文献２】特開２０００−１２４１１４号公報
【特許文献３】特開２００２−３１９５３３号公報
【特許文献４】特開２００４−０９４０６８号公報
【特許文献５】特開２００４−１６５２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２及び３における方法では、アラインメントマークが配置されたサブフィールドが非線形に歪んでいる場合には補正誤差が生じる。また、特許文献４及び５では、新たな座標測定装置が必要とされる。
さらに、特許文献４の方法においては、ホルダーの「たわみ」などにより、マスク保持方法の再現性に問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、既存の座標測定装置と露光装置を用いて、短時間かつ高精度に荷電粒子線露光用マスクの歪を測定する荷電粒子線露光用マスクの検査方法及びその歪を補正する露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、半導体基板上に露光転写すべき回路パターンが複数の一括露光小領域に分割して形成されたパターン面と、前記パターン面を補強する支持体層と、前記支持体層の周囲に設けられたサポート基板部と、を有する荷電粒子線露光用マスクにおけるパターン位置を検査する方法であって、
前記サポート基板部の露光装置で保持される面の反対側を保持し、前記露光装置内における前記マスクとは重力の向きが逆となる状態で前記マスクを保持して位置測定を行うことにより第１の位置測定データを取得し、
前記サポート基板部の露光装置で保持される面を保持し、前記露光装置内における前記マスクと重力の向きが同じとなる状態で前記マスクを保持して位置測定を行うことにより第２の位置測定データを取得し、
前記第１の位置測定データと前記第２の位置測定データとを用いて、前記マスクのパターン位置の変形量を算出することを特徴とする荷電粒子線露光用マスク検査方法が提供される。
【０００９】
ここで、前記第１の位置測定データから得られるマスク全体の歪みと、前記第２の位置測定データから得られるマスク全体の歪みと、が等しくなるように前記第１及び第２の位置測定データを関連づけて前記マスクのパターン位置の変形量を算出することができる。
【００１０】
また、前記複数の一括露光小領域のうち、同一の一括露光小領域に対して前記第１の位置測定データと前記第２の位置測定データとを取得することができる。
【００１１】
この場合、前記同一の一括露光小領域について取得した前記第１の位置測定データから第１のマスク変形量を求め、前記同一の一括露光小領域について取得した前記第２の位置測定データから第２のマスク変形量を求め、前記第１のマスク変形量と前記第２のマスク変形量とを関連づけることにより前記マスクのパターン位置の変化量を算出することができる。
【００１２】
一方、本発明の他の一態様によれば、上記の荷電粒子線露光用マスク検査方法により算出された前記マスクのパターン位置の変型例に関する歪データを露光装置に与え、前記パターン面と前記半導体基板との相対位置を前記歪データに基づいて補正しながら露光することを特徴とする露光方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、既存の座標測定装置を用いて、露光装置に保持された状態でのマスク歪を精度良く検査できる。このデータを露光装置に与えることにより、精度およびスループットにすぐれた露光方法が提供でき、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１及び図２は、本発明の具体例にかかる荷電粒子線露光用マスク（以下、単に「マスク」という）の検査方法を説明する模式図である。
【００１５】
まず、図１において、検査しようとする荷電粒子線露光用マスク２０が、既存の座標測定装置の保持部２２に例えば真空チャックにて固定される。マスクの固定方法としては、静電チャックも挙げることができるが、大気中でキズなどを生じやすい点を考慮すべきである。保持部２２は、ＸＹステージ２４の上に固定されている。図１において、マスク２０のパターン面２０ａは鉛直上方を向いており、マスク２０のサポート基板部１９の支持体側が保持部２２に吸着されている。通常の露光装置においては、パターン面は鉛直下向きであり、パターン面が保持部に吸着されるから、この測定におけるマスクはどちらも逆の状態である。
【００１６】
次に、測定手順を簡単に説明する。図示しない光源（レーザなど）から放射された光はレンズ３２によりマスクのパターン面２０ａにフォーカス合わせされる。パターンからの反射光は反射板３４（例えばハーフミラー）により反射されて、検出器３０に入射される。検出器には、例えばＣＣＤカメラやフォトダイオードが使われる。
【００１７】
ここで、この検査方法により検査されるマスクの一例について説明する。  
図３は、荷電粒子線露光用マスク２０をパターン面２０ａから見た模式平面図である。  また、図４は、マスク２０を支持体側からみた斜視図であり、図５はパターンが配置された箇所における断面図である。
【００１８】
図３に表したように、マイナーストラット１８上にポジションマーク１０が設けられている。さらに、一部のサブフィールド（一括露光小領域）内にもポジションマーク１０が設けられている。一方、アラインメントマーク１４は、最外周のほとんどのサブフィールド及び内側の複数のサブフィールドに設けられている。ただし、内側には主として回路パターンが設けられるので、アラインメントマーク用に多くの領域を割り当てるのは困難である。
【００１９】
図４及び図５に例示したように、サブフィールド１６を構成するメンブレン膜は、例えば厚さ０．１〜数マイクロメータのシリコン薄膜であり、強度が十分ではない。これを補強するため、例えばシリコンで構成される支持体（すなわち梁部）が設けられ、これがマイナーストラット１８と呼ばれる。この厚みは、例えば、０．７ミリメータ程度である。
【００２０】
通常、露光装置においては、ウェーハは鉛直下方に、マスクは鉛直上方に配置される。電子ビームがパターン面２０ａを通過した後、帯電したマイナーストラット１８によりビーム偏向を生じウェーハ上で像が歪む。従って、パターン面２０ａは、ウェーハ側に配置されることが望ましい。通常の露光装置においては、ウェーハは下方に配置されるので、パターン面２０ａは鉛直下方を向くように、保持部に静電吸着される。
【００２１】
すなわち、図１において、露光装置内とは逆にパターン面２０ａが上向き状態で、座標測定装置４０によりポジションマーク位置及びアラインメントマーク位置が測定される。なお、マイナーストラット１８上のポジションマークは、図１の状態のようにパターン面２０ａ側でのみ、位置測定できる。また、マイナーストラット上に配置されたポジションマークは露光によりウェーハ上に転写される領域ではないので、すべてのサブフィールド間に配置できる。一方、サブフィールド内に配置されるアラインメントマーク１４は鉛直上方からでも、鉛直下方からでも座標測定装置４０により位置測定できる。また、露光装置内においても電子ビームを基準マークに照射することにより、位置測定できる。ただし、この場合のインデックスは遅い。
【００２２】
図１においては、マスク２０のサポート基板部１９の支持体側が保持部２２に吸着される。この状態は露光装置とは逆であるが、既存の測定装置が使える点は大きなメリットとなる。また、マスクの保持部２２においても、再現性よく保持できる保持部材があるので、測定における再現性は良い。測定するマークの位置や数はマスクの予想位置精度に応じて選択されうる。予想位置精度が高ければ、測定マーク数は低減できる。
【００２３】
次に、図２に例示したように、パターン面２０ａを鉛直下方に向け、パターン面側で保持部２２に吸着した状態で、既存の座標測定装置にてアラインメントマーク位置を上から測定する。つまり、図１とはマスクを上下逆に配置する。図２については、図１に表したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図２に表した測定方法では、吸着面及びマスクへの重力方向が露光装置と同一である。上述のように、マイナーストラット１８上にあるポジションマーク１０の検出はできない。アラインメントマーク１４の位置測定は露光装置においても可能であるが、座標測定装置４０のほうが、高精度かつ短時間に位置測定を行える。従って、図２の方法で、より多くのアラインメントマーク１４の位置測定を行うと、露光工程におけるスループットを改善できる。
【００２４】
特に、マスクの最外周のサブフィールドにのみアラインメントマーク１４を形成するのではなく、図３に例示したように回路パターンの隙間にもアラインメントマーク１４を形成している場合には、マークの数が増えているのでより有効となる。一般に、半導体基板に回路パターンを形成する場合、半導体基板（ウェーハ）からチップ（すなわち半導体素子）を切り出す際の切りしろとなるスクライブ領域が存在し、このスクライブ領域には回路パターンではない各種マークが形成されるので、ここにアラインメントマーク１４を形成すること、すなわちサブフィールド内にアラインメントマーク１４を形成することは充分に可能である。なお、ここまでは、サブフィールド１６内（メンブレン膜上）に形成するマークとしてアラインメントマーク１４を採用する具体例を説明したが、アラインメントマーク１４だけでなく、ポジションマーク１０などを形成してもよい。
【００２５】
なお、図２におけるマスク保持状態は実際の露光装置と同じであるから、この状態で下方から光を照射できる座標測定装置があれば、マスク歪（保持による変形、重力によるたわみ、マスク自体の歪など）を極めて正確に測定できるはずである。しかしながら、これを実現するには、光学系（光源、レンズ３２、反射板３４、検出器３０などで構成される）及びＸＹステージ２４の駆動系を被測定体の下方に配置せねばならず、設計が極めて困難である。従って、このような測定装置は実用化されていない。
【００２６】
図１及び図２に例示した構成で、同一マスクにおけるサブフィールド１６内のアラインメントマーク１４（ポジションマーク１０を設けることも可能である）を上下から位置測定することで、パターン面２０ａから測定した各サブフィールドの詳細な位置と、支持体面から測定したアラインメントマーク１４の座標から見積もったマスク全体の歪（変形量）との相関が明確になる。
【００２７】
図６は、上記検査手順により個々のサブフィールドの歪を求めて、このデータを露光装置にインプットするまでのステップを表すフローチャートである。以下、同図を参照しつつ、ステップ５１からステップ５５までを説明する。
【００２８】
１．ステップ５１（Ｓ５１）
露光装置とは重力方向および吸着面が異なる状態（逆向き）において、座標測定装置４０を用いてポジションマーク１０及びアラインメントマーク１４の位置を測定する。この結果、マスク変形データ１が得られる。
【００２９】
２．ステップ５２（Ｓ５２）
露光装置と重力方向及び吸着面が同じ状態において、座標測定装置４０を用いてアラインメントマーク１４の位置を測定する。この状態では、マスク保持による変形及び重力による影響が含まれる。この結果、マスク変形データ２が得られる。  
３．ステップ５３（Ｓ５３）
Ｓ５１及びＳ５２及びにおいて、同一サブフィールドの測定位置（複数個所）から、それぞれのマスク全体歪を計算する。
【００３０】
４．ステップ５４（Ｓ５４）
Ｓ５１のマスク全体歪が、Ｓ５２のマスク全体歪と等しくなるように、Ｓ５１で測定したポジションマーク測定値から個々のサブフィールド座標を求める。
【００３１】
５．ステップ５５（Ｓ５５）
求められたサブフィールド座標がマスク歪を表し、このデータを露光装置に与えて露光時の補正を行う。
【００３２】
次に、具体的にマスク歪みデータを求める手法について説明する。  
図７は、ステップＳ５１において測定されたマスク変形データ１を図示したものである。  このデータは、ポジションマーク位置およびアラインメントマーク位置を測定したものであり、測定時間さえ許せば全てのサブフィールドの位置を測定できる。
【００３３】
図８は、ステップＳ５２において測定されたマスク変形データ２を図示したものである。  ステップＳ５３において、マスク変形データ１、２ともに、マスク全体歪みを計算するが、ここでは、この歪みを３次関数で表現した。露光装置にこのマスクが保持される場合は、重力方向および吸着面がマスク変形データ２を測定した状態と同一であるので、このマスク変形データ２の全体歪みは、露光装置に保持された状態を反映していると考えられる。しかし、サブフィールド内に形成されたマークしか測定できないので、全てのサブフィールドの位置は不明である。
【００３４】
そこで、マスク変形データ１およびマスク変形データ２を、３次関数で表現される全体歪みと、その関数からの残渣に分ける。そして、マスク変形データ２の全体歪み（３次関数）とマスク変形データ１の残渣とを足し合わせて、新たなマスク変形データを生成する。この工程がステップＳ５４に相当する。  
図９は、このようにして得られた新たなマスク変形データを図示したものである。
【００３５】
上記マスク検査方法においては、既存の座標測定装置を用いることができて、かつ実際の露光装置に保持される状態で歪をより正確に測定できる。  
この検査方法で得られた歪データを露光装置に与えることにより、露光装置によるアラインメントマーク検出において、極力少ないマークを測定することで、スループットを向上できる。また、ステップ５５のマスク歪を用いることにより、露光装置において長時間アラインメントマークの検出を行わなくとも、高精度でマスク歪の補正が可能となる。
【００３６】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。  
すなわち、本発明のマスク検査方法及び露光方法を構成する各ステップ及びこれに用いる装置、マスク、ウェーハなどについて当業者が設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を備えたものであれば、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の具体例にかかるマスク検査方法を表す模式図である。
【図２】本発明の具体例にかかるマスク検査方法を表す模式図である。
【図３】荷電粒子線露光用マスクのパターン面の一例を示す模式平面図である。
【図４】荷電粒子線露光用マスクの一例を示す支持体側から見た斜視図である。
【図５】荷電粒子線露光用マスクの一例を示す模式断面図である。
【図６】本発明の具体例にかかる検査方法を表すフローチャートである。
【図７】ステップＳ５１において測定されたマスク変形データ１を図示したものである。
【図８】ステップＳ５２において測定されたマスク変形データ２を図示したものである。
【図９】新たに生成されたマスク変形データを図示したものである。
【符号の説明】
【００３８】
１０    ポジションマーク
１４    アラインメントマーク
１６    サブフィールド
１８    マイナーストラット
１９    サポート基板部
２０    荷電粒子線露光用マスク
２０ａ  パターン面
２２    保持部
２４    ＸＹステージ
３０    検出器
３２    レンズ
３４    反射板      
１    座標測定装置
【図１】
2006171122.tif 000003
【図２】
2006171122.tif 000004
【図４】
2006171122.tif 000005
【図５】
2006171122.tif 000006
【図６】
2006171122.tif 000007
【図７】
2006171122.tif 000008
【図８】
2006171122.tif 000009
【図９】
2006171122.tif 000010
【図３】
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