(57)【要約】【課題】電子ビーム投影露光用マスク及び電子ビーム投影露光方法に関し、簡易な手続きで高精度の補正を行い位置精度を向上する。【解決手段】サブフィールド２の端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域５を設定するとともに、前記メンブレン領域５にマーク走査を行う電子ビームを透過させる開口６を形成する。【選択図】          図１
2004221412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブフィールドの端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域を設定するとともに、前記メンブレン領域にマーク走査を行う電子ビームを透過させる開口を形成したことを特徴とする電子ビーム投影露光用マスク。
【請求項２】
露光用マスクのサブフィールドの端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域を設定するとともに、前記メンブレン領域に開口を設け、前記開口を透過した電子ビームによりマーク走査を行うことにより前記各サブフィールド位置精度の測定・評価・校正を行うことを特徴とする電子ビーム投影露光方法。
【請求項３】
上記サブフィールドの内の特定のサブフィールドのみの測定を行い、それ以外のサブフィールドは補間計算により位置補正を行うことを特徴とする請求項２記載の電子ビーム投影露光方法。
【請求項４】
上記開口を、上記各サブフィールドの４隅に形成し、サブフィールド単位で縮率、回転、台形、並進成分を補正することを特徴とする請求項２または３に記載の電子ビーム投影露光方法。
【請求項５】
上記露光マスク上の位置歪みをシミュレーションにより予測し、予測した歪み量が規定値を越えたサブフィールドのみを対象にしてサブフィールド位置精度の測定・評価・校正を行うことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電子ビーム投影露光方法。
【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投影露光用マスク及び電子ビーム投影露光方法に関するものであり、例えば、集積回路パターンを形成する際の露光時の位置精度を向上するための構成に特徴のある電子ビーム投影露光用マスク及び電子ビーム投影露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、微細なパターンを形成するために高い解像性を有する電子ビーム露光方法が用いられているが、近年の半導体デバイスの微細化、高集積度化に伴って要求される位置精度が厳しさを増していることから従来技術では十分対応できなくなっている。
即ち、パターン精度、特に、アライメント精度が大きな問題で半導体デバイスの微細化・高信頼性化を妨げる大きな要因となっている
【０００３】
そこで、最近、主に処理能力向上を目的としてチップ単位の多数の回路パターン露光用サブフィールドを設けたステンシルマスクを用いて一括露光する電子ビーム投影露光（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、図６乃至図８を参照して、電子ビーム投影露光（ＥＰＬ）方法を説明する。
図６参照
図６は、ＥＰＬ露光装置の概念的構成図であり、主要部のみ示している。
このＥＰＬ露光装置の主要部は、電子ビームを放出する電子銃４１、電子銃４１から出た電子ビームを収束する電磁レンズ４２、収束された電子ビームを後段のレチクルステージ４４上に配置したレチクル５０に設けた所定の開口部、即ち、所定のサブフィールドに向けて偏向する偏向器４３、所定のサブフィールドを透過してパターン整形された電子ビームは投影レンズ４５で１／４に縮小されたのち、一段構成の偏向器４６により位置調整されてウェハステージ４７上に載置されたウェハ４８上に投影される。
なお、ウェハステージ４７上には、Ｔａ等からなる位置検出用マークが設けられている。
【０００５】
図７（ａ）参照
図７（ａ）はレチクルの一例の平面図であり、レチクル５０は中央に設けられた主ストラット（主梁）５１で区切られた２つのサブフィールド群５２からなり、各サブフィールド群５２は、補強用ストラット（梁）５３で仕切られた多数のサブフィールド５４によって構成されている。
なお、一つのサブフィールド群５２は、例えば、４０００（＝４０×１００）個のサブフィールド５４から構成されている。
【０００６】
図７（ｂ）参照
図７（ｂ）はサブフィールドの構成を示す拡大斜視図であり、ＳＯＩウエハベースで作成されたレチクル５０は、Ｓｉウエハをベースとして透過パターン形成部のみを２μｍ程度に薄膜化したＳｉメンブレン５５を設けた構造になっている。
【０００７】
通常は、およそ１．１３ｍｍの各サブフィールド間に対して１７０μｍ幅の補強用ストラット５３を設けて強度的に破壊されないように維持できる構造としている。
また、補強用ストラット５３の高さは、例えば、Ｓｉウェハの厚み＋絶縁膜の厚みの７２５μｍとなる。
【０００８】
図８参照
図８はサブフィールドに設けたデバイスパターン及び露光パターンの説明図であり、各サブフィールド５４には、それらを組み合わせることによって所定の回路パターンが得られるデバイスパターン５６〜５９が形成されている。
【０００９】
４つのサブフィールド５４の夫々に１ショットの電子ビームを照射し、各ショット毎に投影レンズ４５によって１／４のサイズに縮小するとともに、偏向器４６によって位置調整を行うことによって、各サブフィールド５４に設けたデバイスパターン５６〜５９が露光パターン６０において設計通りに接続するようにする。
なお、ここでは、実際のデバイスパターンは細かすぎるので、「ＥＰＬ」を形成するパターンとして説明した。
【００１０】
因に、２００ｍｍレチクルからのウェハ上の露光領域は、非相補型半導体装置の場合には、２０ｍｍ×２５ｍｍとなり、また、リング状等の穴空きパターンの多い相補型半導体装置の場合には、穴空きパターンを２つのサブフィールドの組合せで露光するために１０ｍｍ×２５ｍｍとなる。
【００１１】
このＥＰＬ露光プロセスにおけるマスク位置合わせは、一般的にはデバイスパターン露光用サブフィールドの外に配置した開口部を用いて行われており、上述のように、ウェハステージに設けた位置検出用マークを開口部を透過した電子ビームで走査し、その反射電子を検出することで位置合わせを行う。
また、レチクルの歪みはストラット上に形成された位置ずれ確認用パターンで行っている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−６８４０６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＥＰＬ露光法においては２μｍといった薄膜マスクを用い４倍の縮小率でチップ全面の広い領域を一括転写によって露光するため、マスクの位置歪みによる位置ずれ量が大きく、精度が不十分であるという問題がある。
【００１４】
即ち、サブフィールド内の実際に露光に用いられるパターン形成領域においては、主にマスクが薄いこと及びデバイスパターンに粗密があることにより応力の開放の仕方に分布があることにより、マスク内部に応力の分布があり位置が局所的に歪められるという問題が発生している。
【００１５】
しかし、従来のマスク位置合わせは、上述のようにデバイスパターン露光用サブフィールドの外に配置した開口部を用いて行われているので、肝心のメンブレン化されたサブフィールド領域での歪みは考慮されておらず、精度の高い補正が行われないという問題がある。
【００１６】
また、電子ビーム露光法に共通して言えることであるが、位置合わせに要する時間が多大で、精度を損なわずに位置検出時間の短縮が望まれているが、チップ全面の広い領域を一括転写によって露光するＥＰＬ露光法においては特に問題となる。
【００１７】
したがって、本発明は、簡易な手続きで高精度の補正を行い位置精度を向上することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、電子ビーム投影露光用マスクにおいて、サブフィールド２の端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域５を設定するとともに、前記メンブレン領域５にマーク走査を行う電子ビームを透過させる開口６を形成したことを特徴とする。
【００１９】
この様に、補強用梁３で仕切られたサブフィールド２内部に位置歪みの測定用の開口６を設けるという簡素な構成により、精度の高い位置測定・補正を行うことが可能な露光用マスク１を構成することができる。
【００２０】
この場合の開口６は、各サブフィールド２の通常のビーム照射領域４から外れたメンブレン領域５の４隅に形成しても良いし、或いは、４辺のメンブレン領域５にアレイ状に形成しても良い。
【００２１】
また、本発明は、電子ビーム投影露光方法において、露光用マスク１のサブフィールド２の端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域５を設定するとともに、前記メンブレン領域５に開口６を設け、前記開口６を透過した電子ビームによりマーク走査を行うことにより前記各サブフィールド２位置精度の測定・評価・校正を行うことを特徴とする。
【００２２】
この様に、サブフィールド２内部に位置歪みの測定用の開口６を設けるという簡素な構成により、サブフィールド２単位で主に露光マスク１に起因する位置ひずみを細かく測定でき、この位置歪みを補正することで描画パターンの高精度のアライメント精度が達成できる。
【００２３】
この場合、全サブフィールド２の測定を行わずに、サブフィールド２の内の特定のサブフィールド２のみの測定を行い、それ以外のサブフィールド２は補間計算により位置補正を行うようにしても良く、測定に要する時間を短縮することができる。
【００２４】
この場合、開口６を各サブフィールド２の４隅に形成して、その測定結果に基づいてサブフィールド２単位で縮率、回転、台形、並進成分を補正することによって、簡単な構成で精度の高い補正が可能になる。
【００２５】
或いは、開口６をアレイ状に形成し、露光マスク１上の投影位置を細かく調整して４辺のメンブレン領域５上の細かい位置歪みを測定し補正情報として用いても良く、それによって、より精度の高い補正が可能になる。
【００２６】
また、露光マスク１上の位置歪みをシミュレーションにより予測し、予測した歪み量が規定値を越えたサブフィールド２のみを対象にしてサブフィールド２の位置精度の測定・評価・校正を行うようにしても良く、それによって、測定に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態のＥＰＬ露光工程における歪み量補正方法を説明するが、露光に使用するＥＰＬ露光装置は図６に示した装置と同じであるので説明を省略する。
図２（ａ）参照
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に用いるレチクルを構成するサブフィールドの平面図であり、ＳＯＩウエハベースのレチクル１０であり、例えば、幅が１７０μｍで、高さが７２５μｍのＳｉからなる補強用ストラット１２及び補強用ストラット１２で囲まれた厚さが２μｍで１．１３ｍｍ×１．１３ｍｍの面積のメンブレン化領域１３からサブフィールド１１が構成される。
【００２８】
このメンブレン化領域１３は、通常においてビームを照射する中央のデバイスパターン形成領域１４と周囲のパターン露光に関与しない幅が例えば、６５μｍのスカート部１５からなり、このスカート部１５の四隅に歪み補正用の開口１６を設けたものである。
【００２９】
なお、この場合の開口１６の形状は、正方形又は長方形を用いる、また、開口１６のサイズは０．０１  μ〜２００μｍ程度の範囲で広く選択できるが、通常はシグナル強度や検出精度の観点から０．  １〜１μｍ程度のサイズが望ましい。
【００３０】
図２（ｂ）参照
図２（ｂ）は、位置歪み量の検出工程の説明図であり図６に示した偏向器４３を用いてレチクル上に投影する電子ビーム２０の位置を開口１６の右上に制御し四角い形状の透過電子ビームを発生させる。
【００３１】
図３参照
図３に示すように、透過電子ビーム２１を偏向器４６で偏向走査することによってウェハステージ４７上に設けた位置検出用マーク４９の上を透過電子ビーム２１で走査し、位置検出用マーク４９からの反射電子２２を検出する。
即ち、検出信号の強度波形のエッジと走査位置を検出することにより位置歪み量を検出する。
【００３２】
この様な操作を、右上の開口１６に引き続き、左上、左下、右下の開口１６にも同様に順次ビームを投影し各位置歪み量を求める。
求めた歪み量をそれぞれ、（Δｘ１  、Δｙ１  ）、（Δｘ２  、Δｙ２  ）、（Δｘ３  、Δｙ３  ）、（Δｘ４  、Δｙ４  ）として、下記のように、縮率Ｇ、回転Ｒ、台形Ｈ、オフセットＯの係数が求められる。
【数１】
2004221412.tif 000003
この歪み量を電子光学系に帰還することで１０ｎｍ以下のアライメント精度が達成できる。
【００３３】
従来の方法ではレチクルがＥＰＬ露光装置にセットされていない状態で位置歪みが測られるのに対して、本発明では実際のＥＰＬ露光装置にセットされた状態でインラインでのより実露光に近い状態での測定が可能になるので、より高精度の位置歪み測定・位置補正が可能となる。
【００３４】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態のＥＰＬ露光工程における歪み量補正方法を説明する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に用いるレチクルを構成するサブフィールドの平面図であり、上記の第１の実施の形態と同様に、ＳＯＩウエハベースのレチクル１０であり、例えば、幅が１７０μｍで、高さが７２５μｍのＳｉからなる補強用ストラット１２及び補強用ストラット１２で囲まれた厚さが２μｍで１．１３ｍｍ×１．１３ｍｍの面積のメンブレン化領域１３からサブフィールド１１が構成される。
【００３５】
また、このメンブレン化領域１３は、通常においてビームを照射する中央のデバイスパターン形成領域１４と周囲のパターン露光に関与しない幅が、例えば、６５μｍのスカート部１５からなり、このスカート部１５に歪み補正用の開口１７を設けたものである。
この本発明の第２の実施の形態においては、開口１７をスカート部１５の４辺に沿ってアレイ状に設ける。
【００３６】
この場合の開口１７の形状は、正方形又は長方形を用いる、また、開口１７のサイズは０．０１  μ〜２００μｍ程度の範囲で広く選択できるが、通常はシグナル強度や検出精度の観点から０．  １〜１μｍ程度のサイズが望ましい。
【００３７】
また、開口１７の配置ピッチは、どれだけ細かな歪み測定が必要かによるが処理時間との兼ね合いもあり、通常１００μ〜５００μｍ程度で選択される。
【００３８】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、位置歪み量の検出工程の説明図であり図５に示した偏向器４３を用いてレチクル上に投影する電子ビーム２０の位置をスカート部１５の上部に設けた各開口１７の位置歪みが測定できるように走査して、矩形の透過電子ビームを発生させる。
【００３９】
図４（ｃ）参照
図４（ｃ）に示すように、透過電子ビームを偏向器４５で偏向走査することによって、開口１７の配置ピッチに応じた反射電子強度波形が得られる。
この様な走査をスカート部の右、左、下、右上、左上、左下、右下に対しても行うことによって、より細かい歪み量の分布が測定でき、その結果、補正精度をより向上することができる。
【００４０】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態のＥＰＬ露光工程における歪み量補正方法を説明する。
図５参照
図５は、本発明の第３の実施の形態のＥＰＬ露光工程における歪み量補正方法の概念的説明図であり、レチクル歪みのシミュレーション結果に基づき、サブフィールドの位置歪み量測定点を決定するものである。
【００４１】
即ち、ＥＰＬ用のレチクル１０においては、各々おおよそ４０×１００個のサブフィールド１１からなるサブフィールド群１８の中央部で歪みが大きく、図において右下がりのハッチングを施した領域で規格値の２０ｎｍ以上の位置歪みを生ずるものとして、この領域をサンプリング領域１９とする。
【００４２】
そこで、このサンプリング領域１９に位置するサブフィールド１１に対して上記の第１の実施の形態において説明した測定を行って歪み量を求め、電子光学系に帰還することによって１０ｎｍ以下の位置歪み量に抑えられる。
【００４３】
この本発明の第３の実施の形態においては、全てのサブフィールドに対して測定を行うのではなく、シミュレーションの結果、歪み量が大きなサンプリング領域１９に位置するサブフィールド１１に対してのみ測定を行うので、測定点数を約１／５に減少できる。
【００４４】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態において、レチクルをＳＯＩウェハベースのレチクルとしているが、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の他の材質で構成しても良いものである。
なお、この場合には、ベース及びストラットがＳｉからなり、メンブレンがＤＬＣからなる。
【００４５】
また、上記の各実施の形態においては、スカート部に設ける開口の形状を矩形にしているが、矩形に限られるものではなく、菱形やＬ字等の他の形状を用いても良いものである。
【００４６】
また、上記の第３の実施の形態においては、測定を行うサブフィールドを全体の１／５としているが、このサンプリング比率は、サブフィールドに掛かる応力に依存するものであり、応力が大きい場合には、サンプリング数を多く、応力が小さい場合には、サンプリング数を少なくすれば良い。
【００４７】
また、上記の第１及び第２の実施の形態においては、全てのサブフィールドについて歪み量を測定しているが、第３の実施の形態のように適用にサンプリングし、サンプリングしたサブフィールドのみ測定を行い、その他のサブフィールドについては補間計算により歪み量を求めるようにしても良いものである。
【００４８】
この場合、歪みの変化が一様であれば、マトリクス状に、例えば、２つのサブフィールド群の各四隅と中央の５サブフィールド×２のみを代表させて測定を行うようにしても良い。
或いは、各サブフィールド群に対して四隅を含む３×７＝２１のサブフィールドで、全体で４２のサブフィールドのみを代表させて測定を行っても良いものである。
【００４９】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  サブフィールド２の端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域５を設定するとともに、前記メンブレン領域５にマーク走査を行う電子ビームを透過させる開口６を形成したことを特徴とする電子ビーム投影露光用マスク。
（付記２）  上記開口６を、上記各サブフィールド２の４隅に形成したことを特徴とする付記２記載の電子ビーム投影露光用マスク。
（付記３）  上記開口６を、上記４辺のメンブレン領域５にアレイ状に形成したことを特徴とする付記２記載の電子ビーム投影露光用マスク。
（付記４）  露光用マスク１のサブフィールド２の端にパターン露光に関与しない薄膜化されたメンブレン領域５を設定するとともに、前記メンブレン領域５に開口６を設け、前記開口６を透過した電子ビームによりマーク走査を行うことにより前記各サブフィールド位置精度の測定・評価・校正を行うことを特徴とする電子ビーム投影露光方法。
（付記５）  上記サブフィールド２の内の特定のサブフィールド２のみの測定を行い、それ以外のサブフィールド２は補間計算により位置補正を行うことを特徴とする付記４記載の電子ビーム投影露光方法。
（付記６）  上記開口６を、上記各サブフィールド２の４隅に形成し、サブフィールド２単位で縮率、回転、台形、並進成分を補正することを特徴とする付記４または５に記載の電子ビーム投影露光方法。
（付記７）  上記開口６をアレイ状に形成し、上記露光マスク１上の投影位置を細かく調整して４辺のメンブレン領域５上の細かい位置歪みを測定し補正情報として用いることを特徴とする付記４または５に記載の電子ビーム投影露光方法。
（付記８）  上記露光マスク１上の位置歪みをシミュレーションにより予測し、予測した歪み量が規定値を越えたサブフィールド２のみを対象にしてサブフィールド位置精度の測定・評価・校正を行うことを特徴とする付記４乃至７のいずれか１に記載の電子ビーム投影露光方法。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、レチクルを構成するサブフィールドのメンブレン化領域の非露光領域に歪み量測定用の開口を設けているので、レチクル面内の局所的な歪みも精度良く測定することができ、それによって、パターンのより一層の微細化、処理の高速化が実現でき、ひいては、半導体デバイス等の性能の向上、信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＥＰＬ露光方法における歪み量補正方法の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＥＰＬ露光方法における歪み検出方法の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のＥＰＬ露光方法における歪み量補正方法の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態のＥＰＬ露光方法における歪み量補正方法の説明図である。
【図６】ＥＰＬ露光装置の概念的構成図である。
【図７】レチクルの構成説明図である。
【図８】サブフィールドに設けたデバイスパターン及び露光パターンの説明図である。
【符号の説明】
１  露光マスク
２  サブフィールド
３  補強用梁
４  通常のビーム照射領域
５  メンブレン領域
６  開口
１０  レチクル
１１  サブフィールド
１２  補強用ストラット
１３  メンブレン化領域
１４  デバイスパターン形成領域
１５  スカート部
１６  開口
１７  開口
１８  サブフィールド群
１９  サンプリング領域
２０  電子ビーム
２１  透過電子ビーム
２２  反射電子
４１  電子銃
４２  電磁レンズ
４３  偏向器
４４  レチクルステージ
４５  投影レンズ
４６  偏向器
４７  ウェハステージ
４８  ウェハ
４９  位置検出用マーク
５０  レチクル
５１  主ストラット
５２  サブフィールド群
５３  補強用ストラット
５４  サブフィールド
５５  Ｓｉメンブレン
５６〜５９  デバイスパターン
６０  露光パターン
【図１】
2004221412.tif 000004
【図２】
2004221412.tif 000005
【図３】
2004221412.tif 000006
【図４】
2004221412.tif 000007
【図５】
2004221412.tif 000008
【図６】
2004221412.tif 000009
【図７】
2004221412.tif 000010
【図８】
2004221412.tif 000011