(57)【要約】【課題】偏向歪み及びウエハの高さを正確に測定し、露光する際の歪み補正を適切に行うことができるようにする。【解決手段】試料が載置されたステージを固定して電子ビームの偏向のみで、試料に配置され予め位置測定されている係数取得マークに対する測定を行い、当該測定により得られる情報に基づいて補正処理部４にて偏向歪み補正係数を取得するようにして、ステージに関わる誤差要因を除去し、偏向歪み及び試料の高さを正確に測定することができるようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置されたステージを固定して電子ビームを偏向することにより、当該試料に配置され予め位置測定された複数の係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を行い、当該電子ビームを用いた測定にて得られる情報に基づいて偏向歪み補正係数を取得する補正処理手段を備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】
上記試料にて高さが異なる複数の面上に上記係数取得マークがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項３】
上記試料の複数の面の１つの面上に配置された上記係数取得マークに電子ビームの焦点を合わせて、各面上に配置された上記係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を行い上記偏向歪み補正係数を取得することを特徴とする請求項２に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項４】
上記係数取得マークに電子ビームの焦点を合わせて、上記係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を上記試料の各面上にて行い上記偏向歪み補正係数を取得することを特徴とする請求項２に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項５】
試料に配置された複数の係数取得マークの位置を予め位置測定し、
上記試料が載置されたステージを固定して電子ビームを偏向することにより上記複数の係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を行い、
上記電子ビームを用いた測定にて得られる情報に基づいて偏向歪み補正係数を取得し、
上記偏向歪み補正係数を用いて偏向歪みを補正したパターンを露光することを特徴とする電子ビーム露光方法。
【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及び電子ビーム露光方法に関し、特に、電子ビーム露光における偏向歪み補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ等の半導体装置を製造する際、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）上にパターンを露光するための露光装置の１つとして電子ビーム露光装置がある。電子ビーム露光におけるフィールド・サブフィールド接続においては、一般にフィールド及びサブフィールドの偏向による歪み（以下、「偏向歪み」と称す。）を測定した後、ウエハの高さに応じた歪み補正を行い、電子ビーム露光を実施する必要がある。したがって、偏向歪み及びウエハの高さを正確に測定することで、フィールド・サブフィールド接続精度が向上する。
【０００３】
以下、従来の偏向歪み及びウエハの高さの測定方法をそれぞれ説明する。
（偏向歪みの測定方法）
図６は、従来の偏向歪みの測定方法を説明するための図である。偏向歪みは、図６（Ａ）に示すようなステージ６１のマーク領域に固定された測定マーク６２を用いて測定される。マーク領域は、ステージ６１上にてウエハ６３を載せる領域とは異なる領域である。また、測定マーク６２は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）等を用いて形成された１つの埋め込みマーク又は凸マーク又は凹マークである。
【０００４】
偏向歪みの測定は、フィールド、サブフィールドのそれぞれに対して行われる。フィールドにおける偏向歪みの測定は、ステージを移動させることにより図６（Ｂ）に示すようにフィールド内の各点ＰＦ１〜ＰＦ２５の位置に測定マークを順次移動し、電子ビーム偏向により測定マークを検出して各点の位置を計測する。そして、電子ビームにより計測された位置と、ステージにより移動させた位置とのずれ量を算出し、高次の補正式を用いてフィッティングを行って補正係数を取得する。
【０００５】
同様に、サブフィールドにおける偏向歪みの測定は、サブフィールド毎に行われ、ステージ移動により図６（Ｃ）に示すように各サブフィールドの各点ＰＳ１〜ＰＳ１６の位置に測定マークを順次移動し、電子ビームにより各点の位置を計測して補正係数を取得する。
【０００６】
（ウエハの高さの測定方法）
ウエハの高さを測定する方法には、ウエハにレーザ光を照射して測定する方法、ウエハ上に配置したマークを電子ビームで検出し測定する方法等がある。
図７は、従来の電子ビームを用いたウエハの高さの測定方法を説明するための図である。ウエハの高さは、図７に示すように露光するウエハ上に配置された各チップ７１の位置合わせマークＴＭの１つ（例えば、各チップの左下のマーク７２）を用いて測定される。
【０００７】
高さの測定は、電子ビームによりマーク７２を検出し、レンズ条件を変動させてマークの検出信号波形が急峻になるレンズ条件を焦点が一致する（ジャストフォーカスの）条件とする。これを複数のチップ７１に対して行うことによりフォーカスマップを取得し、フォーカスマップを高次式でフィッティングして各チップでのフォーカス値を取得する。
【０００８】
また、電子ビーム露光装置において、ウエハの高さに応じて補正を行う方法については、特許文献１等にも開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−３４１２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の偏向歪みの測定では、ステージを逐次移動させて行うために、ステージの停止誤差やステージの位置測定に用いるミラーの歪みなどによる誤差等が位置のずれ量に含まれてしまう。また、従来のウエハの高さ測定においては、各チップの高さを１ヶ所のみで測定しているのでウエハの高さが正確に測定されていないおそれがある。
【００１１】
ここで、ウエハの高さが正確に測定されていない場合には、図８に一例を示すようにフォーカス（焦点）のずれによりフィールド・サブフィールド接続精度が低下する。図８はフォーカス変動によるフィールド・サブフィールド接続精度の低下の一例を示す図であり、図８（Ｂ）がジャストフォーカスの場合を示している。それに対して、図８（Ａ）はオーバーフォーカスの場合、図８（Ｃ）はアンダーフォーカスの場合をそれぞれ示しており、偏向するフィールド（サブフィールド）が回転したり、拡大縮小されたりして、フィールド・サブフィールド接続精度が低下している。なお、図８において、８１はマーク、８２はマーク８１において電子ビームによりスキャンされる部分、８３はサブフィールド、８４は１つのパターンである。
【００１２】
以上説明したように、電子ビーム露光装置による電子ビーム露光では、偏向歪み及びウエハの高さが正確に測定されず、偏向歪みの補正やフォーカス（フォーカス値）が適切でないと、ウエハ上に露光されるパターンの精度が低下する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、偏向歪み及びウエハの高さを正確に測定し、露光する際の歪み補正を適切に行うことができるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子ビーム露光装置は、偏向歪み補正係数を取得する補正処理手段を備え、複数の係数取得マークを配置した試料が載置されたステージを固定し、予め位置測定されている係数取得マークに対して電子ビームの偏向のみで行う測定により得られる情報に基づいて偏向歪み補正係数を取得する。
本発明によれば、電子ビームを用いて複数の係数取得マークに対する測定を行う際、ステージを固定して行うのでステージに関わる誤差要因を除去し、偏向歪み及び試料の高さを正確に測定することができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による電子ビーム露光装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態における電子ビーム露光装置は、電子ビーム照射部１、測定部２、記憶部３、補正処理部４、制御部５及び露光データ入力部６を有する。
【００１６】
電子ビーム照射部１は、制御部５による制御指示（レンズ条件等を含む。）に応じて、試料７に対して電子ビームを照射する。測定部２は、電子ビーム照射部１より照射された電子ビームの試料７からの反射電子強度を測定する。記憶部３は、試料７に配置された係数取得用の測定マークの位置（高さを含んでも良い。）に係る位置測定データ、及び偏向歪み補正係数等を記憶するためのものである。
【００１７】
補正処理部４は、偏向歪み補正に係る処理を行うものであり、位置比較部８及び補正係数演算部９を含み構成される。位置比較部８は、試料７からの反射電子強度に基づいて計測された測定マークの位置と、記憶部３に記憶された位置測定データによる測定マークの位置とを比較し、位置のずれ量を算出する。補正係数演算部９は、位置比較部８にて算出した位置のずれ量に基づいて偏向歪み補正係数を算出したり、算出した偏向歪み補正係数とフォーカス値との関係式を算出したりする。
【００１８】
制御部５は、露光データ入力部６より入力されるデータ及び補正処理部４からの要求等に基づいて電子ビーム照射部１の制御を行う。露光データ入力部６は、ウエハ上に露光するパターンのデータを入力するためのものである。
【００１９】
次に、動作について説明する。
図２は、図１に示した電子ビーム露光装置の動作例を示すフローチャートである。
【００２０】
ステップＳ１にて、位置測定データを記憶部３に記憶する。位置測定データは、偏向歪みを測定するために試料７に配置された係数取得用の複数の測定マークの位置に係るデータであり、例えば光波等を用いた位置測定装置により予め測定しておく。なお、本実施形態においては、図３に示すように係数取得用の測定マークＭ１〜Ｍ２５は、ウエハ（測定チップ、校正チップ）３１上に複数配置されている。また、測定マークＭ１〜Ｍ２５の形状は任意であり、埋め込みマークであっても良いし、凸マーク又は凹マークであっても良い。
【００２１】
ステップＳ２にて、電子ビームにより係数取得用の測定マークＭ１〜Ｍ２５の位置計測を行い、フィールド及びサブフィールドの偏向歪み補正係数をそれぞれ算出する。
【００２２】
まず、図３に示すようにしてフィールド内の測定マークの位置をそれぞれ計測し、フィールドの偏向歪み補正係数を算出する。
具体的には、移動可能なステージに載置された測定チップ３１の中央（図３においては測定マークＭ１３の位置）が、電子ビーム照射部１より照射される電子ビームの偏向中心位置と一致するように、制御部５はステージを駆動して測定チップ３１を移動させる。
【００２３】
次に、図３に矢印で示したように、予め絶対値測定している測定マークＭ１〜Ｍ２５の１つに電子ビームを偏向し、その反射電子強度を測定部２にて測定し測定マークＭ１〜Ｍ２５の位置を計測する。ここで、電子ビームの偏向は、フィールド（主偏向）に係る偏向器、例えば電子ビーム露光装置が２段偏向のものである場合には、１段目の偏向器によりなされる。この測定マークＭ１〜Ｍ２５の位置計測を、ステージを移動させることなく電子ビームを偏向させるだけで、すべての測定マークＭ１〜Ｍ２５に対してそれぞれ行う。
【００２４】
位置比較部８は、計測された測定マークＭ１〜Ｍ２５の位置と、記憶部３に記憶された位置測定データによる測定マークＭ１〜Ｍ２５の位置とのずれ量（差分）を算出する。補正係数演算部９は、位置比較部８で算出した位置のずれ量に基づいてフィールド用の偏向歪み補正係数を算出する。ここで、偏向歪み補正係数には、例えば角度（回転）に係るローテーション、長さに係るゲイン、変形に係る台形等がある。
【００２５】
次に、図４に示すようにしてサブフィールド内の測定マークの位置をそれぞれ計測し、サブフィールドの偏向歪み補正係数を算出する。図４においては、測定マークＭ１、Ｍ２、Ｍ７、Ｍ６を各頂点とする矩形領域が１つのサブフィールドであり、同様に測定マークＭ２、Ｍ３、Ｍ８、Ｍ７を各頂点とする領域、測定マークＭ６、Ｍ７、Ｍ１２、Ｍ１１を各頂点とする領域、測定マークＭ７、Ｍ８、Ｍ１３、Ｍ１２を各頂点とする領域がそれぞれサブフィールドである。
【００２６】
測定マークＭ１、Ｍ２、Ｍ７、Ｍ６を各頂点とするサブフィールドを一例として説明する。
まず、制御部５は、サブフィールドの中心位置ＳＣ１にフィールドに係る偏向器により電子ビームを偏向する。次に、サブフィールドに係る偏向器、例えば２段偏向である場合には２段目の偏向器により図４に矢印で示したように電子ビームを偏向し、予め絶対値測定されている測定マークＭ１、Ｍ２、Ｍ７、Ｍ６の位置をそれぞれ計測する。以下、補正処理部４は、フィールドの偏向歪み補正係数を算出する場合と同様にして、測定マークＭ１、Ｍ２、Ｍ７、Ｍ６の位置のずれ量をそれぞれ算出し、サブフィールド用の偏向歪み補正係数を算出する。
【００２７】
他のサブフィールドにおいても、同様に各サブフィールドの中心位置ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４に電子ビームを偏向した後、測定マークの位置を計測し、各サブフィールド用の偏向歪み補正係数を算出する。このようにして、すべてのサブフィールドについて、サブフィールド用の偏向歪み補正係数をそれぞれ算出する。
【００２８】
上述のように本実施形態では、フィールド及びサブフィールドの偏向歪み補正係数を算出するとき、はじめに１度だけステージを移動させるだけで、偏向歪み補正係数を算出している期間中は、ステージを移動させずに電子ビームを偏向させることにより各測定マークの位置計測を行う。したがって、本実施形態ではステージ移動による停止誤差等のステージ系の誤差要因を排除して、偏向歪みの測定（位置計測）を正確に行い、偏向歪み補正の精度を向上させることができる。
【００２９】
なお、上述した説明では、フィールド及びサブフィールドの偏向歪み補正係数を算出する際、測定チップの中央及び各サブフィールドの中心位置を基準点として電子ビームの偏向中心に一致させているが、測定チップの中央及び各サブフィールドの中心位置に限られず、電子ビームを偏向して測定マークの位置が計測可能であれば任意の位置で良い。
【００３０】
図２に戻り、ステップＳ３以降にて、ウエハの高さの違いによる補正係数の算出を行う。ウエハの高さの違いによる補正係数の算出は、図５に示すような高さが互いに異なる各面（各段）（例えば、高さ方向に１０〜１５μｍの範囲内に設ける）に測定マーク５１をそれぞれ配置した段差つきのウエハ（測定チップ、校正チップ）を用いて行う。各段に配置した測定マーク５１の高さＨ１〜Ｈ５は、予め測定し記憶部３に記憶しておく。
【００３１】
なお、図５においては、５段の場合を一例として示しているがウエハに設ける段数は任意である。また、測定精度の向上を図るために測定マーク５１は各段に複数配置されているが、測定マーク５１の数は任意であり、測定マーク５１は埋め込みマークであっても良いし、凸マーク又は凹マークであっても良い。また、中央段の測定マーク５１の高さ方向の位置、すなわち高さＨ３は、実際に露光するウエハ面と同じ高さであることが望ましい。
【００３２】
ステップＳ３にて、ウエハの各段においてジャストフォーカス状態での補正係数をそれぞれ算出する。測定部２にて測定された反射電子強度に基づく測定マークの検出信号波形によりジャストフォーカス状態となるフォーカス値を決定し、上述した偏向歪み補正係数の算出と同様にして当該フォーカス値での偏向歪み補正係数を補正処理部４にて算出する。算出した各段における補正係数は、ステップＳ４にて記憶部３に記憶される。
【００３３】
ステップＳ５にて、補正処理部４は、ステップＳ３、Ｓ４において算出され記憶された補正係数とジャストフォーカス状態になるフォーカス値との関係式（以下、説明の便宜上「Ａ係数関係式」と称す。）を算出する。
【００３４】
次に、ステップＳ６にて、ウエハの中央段（図５においては高さＨ３）にてジャストフォーカス状態になるように制御し、この状態のまま、ステップＳ７にて、ウエハの各段での補正係数を補正処理部４にてそれぞれ算出する。つまり、中央段を除く各段でジャストフォーカス状態でない（高さＨ１、Ｈ２の段ではオーバーフォーカス、高さＨ４、Ｈ５の段ではアンダーフォーカスになるデフォーカス状態）ときの補正係数をそれぞれ算出する。算出した各段での補正係数は、ステップＳ８にて記憶部３に記憶される。
【００３５】
ステップＳ９にて、補正処理部４は、ステップＳ５と同様にして補正係数とフォーカス値との関係式（以下、説明の便宜上「Ｂ係数関係式」と称す。）を算出する。
上述のようにしてステップＳ３〜ステップＳ９において、フォーカス値に対する偏向歪み補正係数及びフォーカスがずれた際の偏向歪み補正係数が得られる。
【００３６】
なお、ステップＳ５、Ｓ９においては、補正係数とフォーカス値との関係式を算出しているようにしているが、補正係数とフォーカス値とを対応させたテーブル（テーブルモデル）を生成するようにしても良い。
【００３７】
ステップＳ１０にて、実際に露光するウエハ（チップ）に設けた係数測定用のチップを用いて測定を行い、各偏向歪み補正係数を取得する。具体的には、係数測定用のチップに配置された位置合わせマーク（測定マーク）の位置を計測し、計測された位置に基づいてローテーション、ゲイン、台形等の各補正係数を取得する。
【００３８】
ステップＳ１１にて、ステップＳ１０において取得した各偏向歪み補正係数とＡ係数関係式とに基づいて、高さを計算し適切なフォーカス値を算出する。さらに、ステップＳ１２にて、ステップＳ１１において算出されたフォーカス値に対する適切な偏向歪み補正係数を、Ｂ係数関係式を用いて算出する。
ステップＳ１２にて、ステップＳ１１において算出された適切な偏向歪み補正係数に基づいて、ウエハ上にパターンを露光する。
【００３９】
以上、説明したように本実施形態によれば、フィールド及びサブフィールドの偏向歪み補正係数を算出するときには、ステージを固定した状態で電子ビーム偏向のみで各測定マークの位置計測を行い、偏向歪み補正係数を算出する。これにより、ステージ系の誤差要因の影響を除去し、偏向歪みの測定を正確に行うことができる。
【００４０】
また、高さが異なる複数の面（段）にそれぞれ配置された測定マークを用いて、フォーカス状態及びデフォーカス状態での偏向歪み補正係数を算出し、偏向歪み補正係数とフォーカス値との関係式等を算出するので、ウエハの高さに応じた適切な偏向歪み補正係数及びフォーカス値を算出することができ、フォーカスぼけにより露光したパターンの精度が低下することを防止することができる。したがって、ウエハ上に微細パターンを形成する際に、フィールド・サブフィールド接続部分にてパターン分離やオーバーラップ等が生じることを回避することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態は、２段偏向の電子ビーム露光装置に限らず、任意段数で偏向される電子ビーム露光装置に適用することができる。
また、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
【００４２】
（付記１）試料が載置されたステージを固定して電子ビームを偏向することにより、当該試料に配置され予め位置測定された複数の係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を行い、当該電子ビームを用いた測定にて得られる情報に基づいて偏向歪み補正係数を取得する補正処理手段を備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。
（付記２）上記複数の係数取得マークの位置を予め位置測定して得られた位置測定情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
上記補正処理手段は、上記記憶手段に記憶された位置測定情報と上記電子ビームを用いた測定にて得られる情報との差分情報に基づいて、上記偏向歪み補正係数を取得することを特徴とする付記１に記載の電子ビーム露光装置。
（付記３）上記補正処理手段は、上記位置測定情報と上記電子ビームを用いた測定にて得られる情報とを比較し上記差分情報を出力する比較手段と、
上記差分情報から上記偏向歪み補正係数を算出する補正係数算出手段とを備えることを特徴とする付記２に記載の電子ビーム露光装置。
（付記４）上記試料にて高さが異なる複数の面上に上記係数取得マークがそれぞれ配置されていることを特徴とする付記１〜３の何れか１項に記載の電子ビーム露光装置。
（付記５）上記試料の各面には複数の上記係数取得マークがそれぞれ配置されていることを特徴とする付記４に記載の電子ビーム露光装置。
（付記６）上記試料の複数の面の１つの面上に配置された上記係数取得マークは、パターンを露光する試料における露光面と同じ高さであることを特徴とする付記４又は５に記載の電子ビーム露光装置。
（付記７）上記試料の複数の面の１つの面上に配置された上記係数取得マークに電子ビームの焦点を合わせて、各面上に配置された上記係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を行い上記偏向歪み補正係数を取得することを特徴とする付記４〜６の何れか１項に記載の電子ビーム露光装置。
（付記８）上記係数取得マークに電子ビームの焦点を合わせて、上記係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を上記試料の各面上にて行い上記偏向歪み補正係数を取得することを特徴とする付記４〜６の何れか１項に記載の電子ビーム露光装置。
（付記９）上記電子ビームの焦点に係るフォーカス値に対する上記偏向歪み補正係数の関係式及び上記偏向歪み補正係数の対応表の少なくとも一方を生成することを特徴とする付記７又は８に記載の電子ビーム露光装置。
（付記１０）試料に配置された複数の係数取得マークの位置を予め位置測定し、上記試料が載置されたステージを固定して電子ビームを偏向することにより上記複数の係数取得マークに対する電子ビームを用いた測定を行い、
上記電子ビームを用いた測定にて得られる情報に基づいて偏向歪み補正係数を取得し、
上記偏向歪み補正係数を用いて偏向歪みを補正したパターンを露光することを特徴とする電子ビーム露光方法。
（付記１１）上記電子ビームを用いた測定にて得られる係数取得マークの位置及び高さに係る情報に基づいて上記偏向歪み補正係数を取得することを特徴とする付記１０に記載の電子ビーム露光方法。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、ステージを固定して、予め位置測定されている複数の係数取得マークに対する電子ビームによる測定を行って得られる情報に基づいて偏向歪み補正係数を取得する。これにより、ステージに関わる誤差要因を除去して、偏向歪み及びウエハの高さを正確に測定し適切な偏向歪み補正係数を得ることができる。したがって、露光する際の歪み補正の精度を向上させて歪み補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による電子ビーム露光装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電子ビーム露光装置の動作例を示すフローチャートである。
【図３】偏向歪みの測定（フィールド）を説明するための図である。
【図４】偏向歪みの測定（サブフィールド）を説明するための図である。
【図５】高さに対する偏向歪み補正係数の取得方法を説明するための図である。
【図６】従来におけるフィールド及びサブフィールドの偏向歪みの測定方法を説明するための図である。
【図７】従来におけるウエハの高さ測定方法を説明するための図である。
【図８】フォーカス変動によるフィールド・サブフィールド接続精度の低下の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  電子ビーム照射部
２  測定部
３  記憶部
４  補正処理部
５  制御部
６  露光データ入力部
８  補正係数演算部
９  位置比較部
【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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