(57)【要約】【課題】基板の裏面が所定の基準面に密着されたときのパターン形成面の位置ずれを加味した描画を行うことができ、ステッパ等を用いたパターン転写精度の向上に寄与する。【解決手段】基板保持部に保持された被描画基板に対して、エネルギービームにより所望パターンを描画するパターン描画方法であって、基板１１を基板保持部１２に保持した状態で、基板１１のパターンを形成する面と対向する裏面の高さ位置の分布を測定し、測定された高さ位置の分布を基に、基板１１の裏面が平坦面に矯正された状態で生じる、パターンを形成する面の位置ずれ量を計算し、計算された位置ずれ量に基づきパターンを描画する際のパターン描画位置を補正する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持部に保持された被描画基板に対して、エネルギービームにより所望パターンを描画するパターン描画方法であって、
前記基板を前記基板保持部に保持した状態で、前記基板のパターンを形成する面と対向する裏面の高さ位置の分布を測定し、測定された高さ位置の分布を基に、前記基板の裏面が任意の曲面又は平面に矯正された状態で生じる、前記パターンを形成する面の位置ずれ量を計算し、計算された位置ずれ量に基づき前記パターンを描画する際のパターン描画位置を補正することを特徴とするパターン描画方法。
【請求項２】
基板保持部に保持された被描画基板に対して、エネルギービームにより所望パターンを描画するパターン描画方法であって、
前記基板を前記基板保持部に保持する前に、前記基板を該基板のパターンを形成する面と対向する裏面が重力の働く方向軸を含むように保持した状態で、裏面の凹凸分布を測定しておき、この測定結果に基づき、前記基板が前記基板保持部に保持された状態における裏面の高さ位置の分布を計算し、計算された高さ位置の分布を基に、前記基板の裏面が任意の曲面又は平面に矯正された状態で生じる、前記パターンを形成する面の位置ずれ量を計算し、計算された位置ずれ量に基づき前記パターンを描画する際のパターン描画位置を補正することを特徴とするパターン描画方法。
【請求項３】
被描画基板にエネルギービームの照射により半導体装置の回路パターンを描画する手段と、前記基板を保持する手段と、前記基板のパターンを形成する面と対向する裏面の高さ位置の分布を測定する手段と、前記測定された高さ位置の分布を基に、前記基板の裏面が任意の曲面又は平面に矯正された状態で生じる、前記パターンを形成する面の位置ずれ量を計算する手段と、前記計算された位置ずれ量に基づきパターン描画位置を補正する手段とを具備してなることを特徴とするパターン描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路やその他の微細な素子パターンを半導体ウェハやマスク等の基板上に形成するためのパターン描画方法及び描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ウェハ上にＬＳＩのパターンを形成するために、ガラス基板上にＣｒのパターンを形成した露光用マスクを用い、このマスクのパターンをウェハ上に順次転写する、いわゆるステッパ（転写装置）が広く用いられている。ステッパの縮小率は５分の１程度であり、光の波長限界から１μｍ以下のパターンは解像できないと言われてきたが、光学系・照明系の改良や位相シフトマスク等の出現により、サブミクロンのパターンを解像するに至っている。更に、５０ナノメートル線幅レベルのパターン形成のために、光源として更に短波長の光を用いるＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）露光技術の開発が進められている。
【０００３】
ステッパにおいては、マスク表面とウェハ表面において結像関係を保つ必要がある。パターンの微細化に伴いレンズの焦点深度は１μｍ程度と極めて浅くなり、マスクを構成するガラス基板の平面度を良好に保つ必要がある。ＥＵＶ露光においては、露光光が基板面に対し７度傾斜入射する構成であるため、１μｍの平坦度でも水平方向のずれが１μｍ×２×ｔａｎ７°＝２５０ｎｍとなり、非常に大きな誤差が生じることになる。従って、基板の平面度を更に向上させる必要がある。
【０００４】
基板の平坦度は研磨により仕上げられているが、現状では２〜０．５μｍ程度の凹凸が存在する。そこで、パターン転写時には基板を真空チャック等により平坦面に吸着させることにより、基板平坦度を向上させる方法が採用されている。
【０００５】
一方、ステッパに用いるマスクは、集束した電子或いはレーザ等を光源としたパターン描画装置により、ガラス基板上に被着したＣｒにパターンを描画することにより形成される。電子ビームなどを用いたパターン描画装置においては、高精度のパターン位置精度を実現するために、
（１）  装置にマスクを搭載する際の保持力に起因するマスクの変形を、３点で支持することにより排除し、自重による変位は材料力学的に予め求めておき補正する方法（特許文献１参照）。
【０００６】
（２）  マスクが支持点上に載置された状態でマスク表面の基準面に対する高さ分布のデータを取得し、マスクが弾性変形を受けた際の変形量を求めておき補正する方法（特許文献２参照）。
【０００７】
等が提案されている。
【０００８】
しかしながら、上記の方法においては次のような問題があった。マスク上のパターンをウェハ上に転写する際、マスクはステッパ内に保持されるが、先に述べたように、パターンが形成されている面を高い平坦度に保つため、静電力や真空力などを利用して、高精度の平坦度に仕上げられたチャックに裏面を吸着させる方法が採られる。
【０００９】
このとき、（１）  の方法によりパターンを描画した場合には、マスクに矯正力が働かない状態において良好なパターン位置精度が得られるので、マスクの裏面をチャックした際にはマスクの裏面形状に起因してパターンのシフトが生じてしまう。また、（２）  の方法によりパターンを描画した場合には、パターンを形成する面が平坦になるように矯正された状態においては良好なパターン位置精度が得られる。しかし、マスクの面形状は表と裏では各々独立に決まるため、マスクの裏面をチャックすることにより裏面が平坦に矯正された状態でパターンを形成する面も平坦になるわけではなく、従って表面と裏面の形状差によりパターン位置誤差が生じてしまう。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２５０３９４号公報
【００１１】
【特許文献２】
特公平３−５２２１０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、パターン描画装置でパターンが形成されたマスクをステッパに搭載してウェハ上にパターンを転写する際、マスクのパターン形成面の位置ずれにより転写精度が低下する問題があった。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、被描画基板の裏面が所定の基準面に密着されたときのパターン形成面の位置ずれを加味したパターン描画を行うことができ、ステッパ等を用いたパターン転写精度の向上に寄与し得るパターン描画方法及び描画装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１５】
即ち本発明は、基板保持部に保持された被描画基板に対して、エネルギービームにより所望パターンを描画するパターン描画方法であって、前記基板を前記基板保持部に保持した状態で、前記基板のパターンを形成する面と対向する裏面の高さ位置の分布を測定し、測定された高さ位置の分布を基に、前記基板の裏面が任意の曲面又は平面に矯正された状態で生じる、前記パターンを形成する面の位置ずれ量を計算し、計算された位置ずれ量に基づき前記パターンを描画する際のパターン描画位置を補正することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、基板保持部に保持された被描画基板に対して、エネルギービームにより所望パターンを描画するパターン描画方法であって、前記基板を前記基板保持部に保持する前に、前記基板を該基板のパターンを形成する面と対向する裏面が重力の働く方向軸を含むように保持した状態で、裏面の凹凸分布を測定しておき、この測定結果に基づき、前記基板が前記基板保持部に保持された状態における裏面の高さ位置の分布を計算し、計算された高さ位置の分布を基に、前記基板の裏面が任意の曲面又は平面に矯正された状態で生じる、前記パターンを形成する面の位置ずれ量を計算し、計算された位置ずれ量に基づき前記パターンを描画する際のパターン描画位置を補正することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上記方法を実施するためのパターン描画装置において、被描画基板にエネルギービームの照射により半導体装置の回路パターンを描画する手段と、前記基板を保持する手段と、前記基板のパターンを形成する面と対向する裏面の高さ位置の分布を測定する手段と、前記測定された高さ位置の分布を基に、前記基板の裏面が任意の曲面又は平面に矯正された状態で生じる、前記パターンを形成する面の位置ずれ量を計算する手段と、前記計算された位置ずれ量に基づきパターン描画位置を補正する手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１８】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１９】
（１）  エネルギービームは、電子ビーム又はレーザビームであること。
【００２０】
（２）  被描画基板の裏面の高さ位置を測定するために、基板裏面に対し斜め方向から光を照射し、基板裏面からの反射光を２分割検出器等の位置センサで検出すること。
【００２１】
（３）  基板保持部は、被描画基板を３点支持により保持するものであること。
【００２２】
（４）  基板裏面の高さ位置の分布を計算するために、基板裏面の凹凸分布の測定結果と基板の自重による撓みを算出した結果とを加えること。
【００２３】
（作用）
基板を平坦な面に密着させた前後の基板表面の位置変動を考える。図５（ａ）に示すように、基板が上側に凸に湾曲していると、基板裏面を平坦な面に密着させることにより、基板表面には圧縮歪みが発生する。これがパターン位置ずれとなる。また、基板に湾曲がない場合であっても、基板の厚さが均一でなく基板裏面に凹凸を有する場合、図５（ｂ）に示すように、基板裏面を平坦な面に密着させると、基板表面には基板裏面の形状及び基板の厚さ分布を反映した凹凸が生じ、基板表面に位置ずれが発生する。また、基板裏面が下側に凸に湾曲している場合、基板裏面を平坦な面に密着させると、基板の表面には引っ張り歪みが発生する。これがパターン位置ずれとなる。
【００２４】
このように、基板の裏面を全面に渡って平坦に形成することは極めて困難であり、基板裏面には少なからず高さ位置の分布が生じる。このため、基板の裏面を平坦な面に密着させると、基板表面には基板裏面の形状を反映した凹凸や歪みが発生し、これがパターン位置ずれの要因となる。本発明は、これを予め考慮してパターン描画の際に上記位置ずれに伴う補正を加えるものである。
【００２５】
即ち、被描画基板を基板保持部に保持した状態における基板裏面の高さ位置の分布を予め求めておけば、基板裏面を平坦な面に密着した状態において基板表面に如何なる歪みが加わるか判断することができ、基板表面の水平方向の位置ずれを算出することができる。そして、この位置ずれの分だけパターン描画の際に補正しておけば、基板裏面が平坦な面に密着された状態において基板表面に本来のパターンが形成されていることになる。
【００２６】
従って、被描画基板としてマスクを用いた場合、マスクにパターンを描画する際に、マスクをステッパに搭載して用いる際に位置ずれのないパターンとなるように補正することができる。これにより、ステッパによるパターン転写精度の向上に寄与し得るマスクを実現することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。
【００２９】
真空保持される描画室１０上に、電子銃，各種偏向系及び各種レンズ等を備えた電子光学鏡筒２０が設置されている。電子光学鏡筒２０は描画制御回路２１により制御され、後述する被描画基板１１の表面に電子ビームを照射して所望のパターンを描画するものである。描画室１０内には、露光用マスクとなる被描画基板１１を保持するためのステージ１２が収容されている。ステージ１２による基板１１の保持は、基板１１を下側から支えるバネ機構１３と、基板１１の表面に当接して基板表面の高さ位置を規定するガイド１４によって行われる。この基板１１の保持は、図２に示すように例えば３点支持となっている。
【００３０】
ステージ１２は、前記描画制御回路２１の制御の下にモータ１５により水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能となっている。また、基板１１の裏面の高さ位置（凹凸）を測定するための高さ測定器が設けられている。この測定器は、基板１１の裏面に対して斜め方向から光を照射する照射系１７と、基板１１の裏面からの反射光を２分割検出器等で検出する検出系１８から構成され、検出出力を信号処理することにより基板裏面の高さ位置を測定できるようになっている。そして、モータ１５によりステージ１２をＸ方向及びＹ方向に逐次移動することにより、基板１１の裏面全体の高さ分布を測定することができる。
【００３１】
測定器で得られた高さ分布ｈ（ｘ，ｙ）（ｘ，ｙは測定座標）は演算回路２２に供給される。そして、演算回路２２の演算結果が描画制御回路２１に供給され、電子光学鏡筒２０によるパターン描画位置が補正されるものとなっている。
【００３２】
次に、上記の装置を用いたパターン描画方法を説明する。
【００３３】
まず、被描画基板１１をステージ１２上に保持する。この保持は、先に説明したようにバネ機構１３及びガイド１４を用いた３点支持である。なお、この基板１１は最終的に露光用マスクとなるものであり、例えばガラス基板上の全面にＣｒ膜が形成され、その上にレジストが塗布されたものである。また、基板１１の厚さ分布は、基板データとして与えられており、予め分かっているものとする。基板１１の厚さ分布が分かっていない場合は、描画の前工程として、マイクロメータなどの接触型計測器或いは光学原理等に基づく非接触型変位計を用いて表面と裏面の間隔を測定することにより、基板１１の厚さ分布を測定する。
【００３４】
次いで、測定器により基板１１の裏面の高さ位置を測定すると共に、ステージ１２をＸ，Ｙ方向に移動することにより裏面の高さ分布を測定する。測定された高さ分布と基板１１の厚さ分布を基に演算回路２２により補正量を算出する。即ち、基板１１の高さ分布と厚さ分布を基に、基板１１がパターン描画装置のステージ１２上に保持された状態から、基板１１の裏面が平坦にチャックされた場合に、基板１１のパターン描画面が水平方向にどれだけ変位するかを計算し、この変位量によってパターン描画位置の補正量を算出する。そして、描画制御回路２１によりパターン描画位置を補正してパターン描画を行う。
【００３５】
このパターン描画により、前記レジストにＬＳＩパターンが描画された後に、レジストを現像してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにＣｒ膜を選択エッチングすることによりＣｒ膜にＬＳＩパターンが形成されることになる。そして、このように形成された露光用マスクをステッパに搭載し、裏面を真空チャック等により平坦な面に吸着された状態でマスクパターンの転写を行うことになる。なお、ステッパにおけるマスクパターンの転写方式は、反射型であっても良いし透過型であっても良い。マスクの裏面側にチャック部材等が存在し、これらが影になるおそれがある場合は、反射型の方が望ましい。
【００３６】
このように本実施形態によれば、ステージ１２上に保持された基板１１に対して基板裏面の高さ分布を測定し、この基板１１がステッパに搭載されて裏面が平坦に保持された場合における基板表面の位置ずれを算出し、この算出結果を基に基板１１がステッパに搭載された状態で最適パターンとなるように描画が行われる。従って、ステッパに基板１１の裏面が平坦に保持された際に高精度のパターン位置精度を実現することが可能となり、パターン転写精度の向上をはかることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３８】
この装置は、図１の装置から高さ測定器を省略し、基板裏面の高さ分布を測定する代わりに、計算によって高さ分布を求めるものである。本実施形態においては、露光用マスクとなる被描画基板１１をステージ１２上に搭載する前に、予め描画時の補正量を計算により求める。
【００３９】
まず、図４に示すように、基板１１をパターン描画面及びそれに対向する裏面が重力軸方向を含むように（垂直に）設置する。基板１１の裏面は、オプティカルフラット（高精度に平坦度・平行度を仕上げたガラスプレート：プレーンパラレル）４１と近接して配置され、波面が制御された照明光源４２によりハーフミラー４３を介して照明される。基板１１とプレーンパラレル４１が近接して設置されているため、観察光学系４４により基板１１の平坦度に応じて干渉縞が観測される。縞の形状を信号処理回路４５にて画像処理することにより、マスク裏面の凹凸（平坦度）を精密に測定することができる。そして、この測定結果から、マスク裏面を平坦面にチャックした場合におけるマスク表面（パターン描画面）の変位量を計算することができる。
【００４０】
次に、同じ基板１１を描画室１０内に収容されたステージ１２上に載置する。このとき、基板１１は３点で支持されるため、基板１１はその自重により変形する。しかし、この変形量は材料力学に基づき基板材質，支持点位置，基板寸法等により一意的に決まるので、予め自重撓みによる変形量を求めることができる。そして、この変形量を基にマスクの自重撓みによるパターン描画面の変位量を計算することができる。
【００４１】
従って、描画に際して演算回路２２に自重撓みによる変位量と、マスク裏面の測定結果に基づく変位量を入力しておくことにより、パターン描画位置の補正量を算出することができる。そして、この補正量を基に電子光学鏡筒２０によりパターン描画位置を補正してパターン描画を行うことにより、パターン転写装置に基板１１の裏面が平坦に保持された際に高精度のパターン位置精度を実現することができる。
【００４２】
パターン描画位置の補正量の算出は、次のようにして行うことも可能である。基板１１の自重による撓みは予め計算できることから、基板自重による基板裏面の変形量も計算することができる。従って、先に測定した基板裏面の凹凸と自重撓みによる基板裏面の変形量とを加えることにより、基板１１をステージ１２上に搭載した状態における基板１１の裏面の高さ分布を計算することができる。基板裏面の高さ分布が解れば、第１の実施形態と同様に、基板１１の裏面が平坦にチャックされた場合に、基板１１のパターン描画面が水平方向にどれだけ変位するかを計算することができ、この変位量によってパターン描画位置の補正量を算出することができる。
【００４３】
このように本実施形態においても、先の第１の実施形態と同様に、基板１１の裏面が平坦に保持された際に高精度のパターン位置精度となるようにＬＳＩパターンを描画することが可能となり、ステッパによるパターン転写精度の向上をはかることができる。そしてこの場合、補正計算のための演算回路２２を設けるのみで実現することができ、描画装置に高さ測定器を設ける必要がないことから、描画装置として従来装置をそのまま使用できる利点がある。
【００４４】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、パターンを描画するために電子ビームを用いたが、電子ビームの代わりにイオンビームやレーザビーム等を用いることもできる。
【００４５】
また、被描画基板は必ずしも露光用マスクに限るものではなく、半導体ウェハであっても良い。半導体ウェハには複数のパターンが転写されるが、精度とスループットの両方を達成するために、微細パターンを電子ビームで描画し、その他のパターンをステッパで転写する方法がある。このように、半導体ウェハ上に、電子ビーム描画装置によるパターンの描画とステッパによるパターン転写とを組み合わせてＬＳＩパターンを形成する場合に、本発明を有効に適用することが可能である。
【００４６】
また、実施形態においては、被描画基板をステッパに搭載する際に基板裏面を平坦面に密着させることを前提に説明したが、基板搭載面は必ずしも平坦面に限るものではなく、曲面であっても本発明を同様に適用可能である。また、基板の裏面の高さを測定する手段としては、斜入射照明によるものに限らず、基板裏面に垂直方向からレーザ光を照射して基板裏面までの距離を測長するレーザ干渉計を用いることができる。更には、基板裏面と非接触で測定可能な測定器であれば用いることが可能である。
【００４７】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、被描画基板の裏面が所定の基準面に密着されたときのパターン形成面の位置ずれを加味したパターン描画を行うことができ、ステッパ等を用いたパターン転写精度の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態において、マスクをステージ上に３点支持する様子を示す図。
【図３】第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図４】第２の実施形態において、マスクの裏面の平坦度を測定する様子を示す図。
【図５】マスクの裏面を平坦な面に密着した際に生じるマスク表面の位置ずれの様子を示す図。
【符号の説明】
１０…描画室
１１…被描画基板
１２…ステージ
１３…バネ機構
１４…ガイド
１５…モータ
１７…照射系
１８…検出系
２０…電子光学鏡筒
２１…描画制御回路
２２…演算回路
４１…オプティカルフラット
４２…照明光源
４３…ハーフミラー
４４…観察光学系
４５…信号処理回路
【図１】
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【図２】
2004214415.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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