(57)【要約】      （修正有）【課題】露光装置搭載時のマスクの非線型歪みを高精度で補正することのできる露光方法を提供する。【解決手段】マスク１０を露光装置とは別の検査装置で、露光装置内の姿勢とは反転姿勢にして、マスク全面の位置を計測し、サブフィールド（ＳＦ）位置データを得る（Ｓ２）。反転時の重力に起因する弾性変形を計算して（Ｓ３）、ＳＦ位置データから差し引き（Ｓ４）、ＳＦ位置データを反転させる（Ｓ５）。さらに、露光装置内にマスク１０を搭載した場合におけるチャックの吸着力及び重力に起因する弾性変形をシミュレーションにより計算し（Ｓ６）、先のＳＦ位置データに加える（Ｓ７）。このようにして得られたＳＦ位置データに基づいて、位置補正をしながら露光を行う（Ｓ８）。【選択図】  図１
2004335512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に転写すべきデバイスパターンを小領域（サブフィールド）に分割してマスク上に形成し、ここで、該マスクは、前記パターンの形成されたパターン面と、該パターン面を機械的に支持する支持体層と、該支持体層の周囲に設けられている保持部と、を有し、
該マスクを前記サブフィールド毎にエネルギー線で照明し、
該サブフィールドを通過したエネルギー線を前記感応基板上のしかるべき位置に投影結像させ、
該感応基板上では、各サブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより、前記デバイスパターン全体を転写する露光方法において、
ａ）前記マスクを、露光装置とは異なる検査装置を用いて、前記露光装置におけるのとは重力方向に反転した姿勢で、前記マスク上の全サブフィールドの位置を測定してサブフィールド位置データを得ておき、
ｂ）前記検査装置における重力による弾性変形による前記サブフィールドの位置変化を計算し、
ｃ）ａで得た位置データから、ｂで計算した位置変化データを差し引き、
ｄ）ｃで得た位置データを上下反転し、
ｅ）前記露光装置内に前記マスクを搭載した場合におけるチャック力及び重力に起因する弾性変形による前記サブフィールドの位置変化を計算し、
ｆ）ｄで上下反転した位置データに、ｅで計算した位置変化データを足して、前記露光装置内における前記マスク上の全サブフィールドの位置データを算出し、
ｇ）ｆで得た位置データに基づいて、マスク上の各サブフィールドの位置誤差を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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いられる露光方法に関する。特には、マスクの歪みを高い精度で補正することのできる露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路等のリソグラフィ工程においては、マスク（レチクルを含む。）上に形成されたパターンを、露光装置を用いてウェハ上に露光転写する。この露光の際に、マスク上のパターンに欠陥や歪みがあると、露光転写したパターンの位置や形状の精確さ（露光精度）が低下する。
【０００３】
これらの欠陥や歪みの原因としては、マスクの製作時に生じたものや自重（重力）によるもの、マスクの膜応力によるものなどがある。さらに、露光装置内のチャック（マスクホルダ）の保持力に起因する歪みも発生する。
【０００４】
上記のようなマスク歪みを検査・補正する方法としては、マスクの梁の部分（図６の符号４５参照。）に位置計測マークを設けて、露光装置とは別の座標測定装置等の検査装置で該マーク位置を計測して位置データを得ておき、該データを用いて露光時にパターンの転写位置を補正する方法がある。あるいは、露光装置内で上記マーク位置を計測して補正する方法もある。特許文献１では、線型な歪みは露光装置内で計測し、非線型な歪みは検査装置で計測し、両者を重ね合わせて露光装置内のマスクの位置データを推定する手法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１９５３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法によっても、マスクを露光装置内に搭載する際のチャックによる非線型歪みが大きい場合は、露光精度が確保しづらくなるおそれがある。
上記の点に鑑み、本発明は、露光装置搭載時のマスクの非線型歪みを高精度で補正することのできる露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の露光方法は、感応基板上に転写すべきデバイスパターンを小領域（サブフィールド）に分割してマスク上に形成し、ここで、該マスクは、前記パターンの形成されたパターン面と、該パターン面を機械的に支持する支持体層と、該支持体層の周囲に設けられている保持部と、を有し、該マスクを前記サブフィールド毎にエネルギー線で照明し、該サブフィールドを通過したエネルギー線を前記感応基板上のしかるべき位置に投影結像させ、該感応基板上では、各サブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより、前記デバイスパターン全体を転写する露光方法において、ａ）前記マスクを、露光装置とは異なる検査装置を用いて、前記露光装置におけるのとは重力方向に反転した姿勢で、前記マスク上の全サブフィールドの位置を測定してサブフィールド位置データを得ておき、ｂ）前記検査装置における重力による弾性変形による前記サブフィールドの位置変化を計算し、ｃ）ａで得た位置データから、ｂで計算した位置変化データを差し引き、ｄ）ｃで得た位置データを上下反転し、ｅ）前記露光装置内に前記マスクを搭載した場合におけるチャック力及び重力に起因する弾性変形による前記サブフィールドの位置変化を計算し、ｆ）ｄで上下反転した位置データに、ｅで計算した位置変化データを足して、前記露光装置内における前記マスク上の全サブフィールドの位置データを算出し、ｇ）ｆで得た位置データに基づいて、マスク上の各サブフィールドの位置誤差を補正しながら露光することを特徴とする。
【０００８】
本発明の露光方法によれば、露光装置内では、マスクの位置計測を行わなくても済む（あるいは、測定点を少なくできる）ので、マスク交換の時間を短くできる。それでいながら、露光装置内のマスクの変形状態をも加味した露光補正を行うことができるので、精確なパターン転写を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、半導体デバイス等の露光方法の一つである電子線露光方法の概要について説明する。
図５は、分割転写方式の電子線露光装置の光学系全体における結像関係を示す模式図である。
光学系の最上流（図５上方）には、電子銃１が配置されている。この電子銃１は、図の下方に向けて電子線を照射する。電子銃１の下方には、２段のコンデンサレンズ２、３が備えられている。電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束され、ブランキング開口７にクロスオーバＣ．Ｏ．を結像する。
【００１０】
コンデンサレンズ３の下方には、照明ビーム成形開口４が配置されている。この開口４の像は、レンズ９によって、マスク１０に結像される。
【００１１】
照明ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。この偏向器５は、必要に応じて照明ビームを偏向させ、ブランキング開口７の非開口部に当てて、ビームがマスク１０に当たらないようにする。
【００１２】
ブランキング開口７の下方には、照明ビーム偏向器８が配置されている。この偏向器８は、照明ビームをＸ軸方向に順次走査して、光学系の視野内にあるマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。このとき、あらかじめ算出しておいたＳＦ位置データに基づいて、位置補正を行いながら照明ビームの走査を行う（ＳＦ位置データを算出する手順については後述する。）。
偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、マスク１０上に照明ビーム成形開口４を結像させる。
【００１３】
マスク１０は、光軸に垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する（図６参照。詳細後述。）。マスク１０上には、全体として１つの半導体チップをなすデバイスパターンが形成されている。なお、１つのチップをなすデバイスパターンを複数のマスク上に分割、形成してもよい。
マスク１０は、移動可能なマスクステージ１１上に設置されており、このマスクステージ１１をＸ−Ｙ方向に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広範囲に広がる、マスク１０上の各サブフィールドを照明することができる。このマスクステージ１１には、位置検出器（干渉計）１２が付属しており、マスクステージ１１の位置を正確に把握することができる。
【００１４】
マスク１０の下方には、投影レンズ１５、１９及び偏向器１６が設けられている。マスク１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９及び偏向器１６によって、ウェハ２３上の所望の位置に結像される。
【００１５】
ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されている。このレジストに電子線のドーズが与えられ、マスク１０上のデバイスパターンが縮小、転写される。
【００１６】
マスク１０とウェハ２３との間を縮小率比で内分する位置には、クロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、この位置に、コントラスト開口１８が設けられている。この開口１８は、マスク１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないように遮断する。このとき、大部分の散乱電子線は遮断できるが、微量の散乱電子線は、遮断しきれずにウェハ２３に到達する。
【００１７】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されていない。）を介して、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動可能なウェハステージ２４上に配置されている。上記のマスクステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆方向に同期移動させることにより、光学系の視野を越えて広がるデバイスパターンを順次露光、転写することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上記のマスクステージ１１と同様、位置検出器２５が付属している。
【００１８】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の露光面やウェハステージ２４上のマークで反射される電子の量を検出する。例えば、マスク１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、マークによって反射される電子を検出することにより、マスク１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ることができる。
【００１９】
上記の各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、それぞれに対応するコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介して、コントローラ３１により制御される。また、マスクステージ１１及びウェハステージ２４も、それぞれに対応するステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。
【００２０】
ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェイス１２ａ、２５ａを介して、コントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様に、インターフェイス２２ａを介して、コントローラ３１に信号を送る。
【００２１】
コントローラ３１は、ステージの位置合わせ誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正する。これにより、マスク１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。そして、ウェハ２３上で各サブフィールドの像がつなぎ合わされて、マスク１０上のデバイスパターン全体がウェハ上に転写される。
【００２２】
以下、マスク１０について説明する。
図６は、電子線露光において用いられるマスクの一例を模式的に示す図である。図６（Ａ）は、全体の平面図であり、図６（Ｂ）は、一部の斜視図であり、図６（Ｃ）は、一つの小メンブレン領域の平面図である。このようなマスクは、例えば、シリコンウェハに電子線を用いて描画した後、エッチングを行うことにより製作できる。
【００２３】
図６（Ａ）に示すマスク１０には、デバイスパターンが分割配置されている。図６（Ａ）中に示す多数の正方形４１は、各々１つのサブフィールドに対応したデバイスパターンを含む小メンブレン領域である。この小メンブレン領域４１は、一例で厚さが０．１μｍから数μｍである。
【００２４】
図６（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央のサブフィールド４２と、その周囲を額縁状に囲むスカート４３とからなる。
サブフィールド４２は、一例で１辺が０．５〜５ｍｍの正方形である。投影の際の縮小率を１／５とすると、ウェハ２３上に投影されるサブフィールド４２の像は、１辺が０．１〜１ｍｍの正方形となる。
このようなサブフィールドのパターンを形成する形態としては、電子線が散乱しながら透過する散乱メンブレンに孔の開いた部分を設ける散乱ステンシルタイプと、電子線をよく散乱する高散乱体からなるパターン層を電子透過体として非常に薄いメンブレン上に形成する連続メンブレンタイプとがある。
本例では、パターン面は、パターンが形成されたメンブレン面になる。
【００２５】
スカート４３はパターンの形成されていない額縁状（一例で幅が０．０５ｍｍ）の部分であり、照明ビームの縁が当たる。
【００２６】
図６（Ａ）及び（Ｂ）の小メンブレン領域４１周囲の格子状の部分（支持体層）は、グリレージ４５である。グリレージ４５は、マスク１０の機械強度を保つための梁（一例で厚さ０．５〜１ｍｍ、幅０．１ｍｍ）である。
【００２７】
図６（Ａ）に示すように、図６のＸ軸方向に多数の小メンブレン領域４１が並んで１つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）を形成し、エレクトリカルストライプ４４が図６のＹ軸方向に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。
エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプの幅４９）は、光学系の偏向によってカバー可能な視野の広さによって制限される。
なお、１つのエレクトリカルストライプ４４内において、隣り合うサブフィールドの間に、スカートやグリレージのような非パターン領域を設けない方式も検討されている。
【００２８】
メカニカルストライプ４９は、図６のＸ軸方向に複数並んでいる。隣り合うメカニカルストライプ４９の間の部分は、ストラット４７である。ストラット４７は、グリレージ４５よりもやや太い梁であって、マスク１０のたわみを低減する。ストラット４７とグリレージ４５とは一体となっている。
【００２９】
マスク１０の露光は、図６のＸ軸方向には、電子線を偏向させることにより、エレクトリカルストライプ４４のサブフィールド４１の列を順次露光する。他方、図６のＹ軸方向には、連続ステージ走査により順次露光する。
【００３０】
次に、本発明の露光方法の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光方法を説明するためのフローチャートである。
本実施形態においては、まず、製造するデバイスのパターン原版となるマスクを作製する（Ｓ１）。
次に、露光装置とは別のマスク検査装置内に、露光装置内の姿勢とは上下を反転させた姿勢でマスクを保持し、マスク上の全サブフィールドの位置を測定してサブフィールド（ＳＦ）位置データを得る（Ｓ２）。
図２（Ａ）は、検査装置内におけるマスクの姿勢を模式的に示す図であり、図２（Ｂ）は、露光装置内におけるマスクの姿勢を模式的に示す図である。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）においては、重力の向きは図の下向きとする。図２（Ａ）に示すように、マスク１０は、露光装置内における上面１０１を重力方向下向きにして、検査装置内のホルダー１１１に載置される。ここで、ホルダー１１１は複数箇所（一例で３ヶ所）に設けられており、マスク１０を安定的に支持する。
Ｓ２においては、マスク１０の観測面１０２（図２（Ａ）の上面）の全面の位置を計測して、位置データ（ＳＦ位置データ）を取得する。
【００３１】
そして、Ｓ２の反転姿勢における重力に起因するマスク１０の弾性変形によるサブフィールドの位置変化を計算して（Ｓ３）、Ｓ２で得られたＳＦ位置データからこのＳ３の計算結果を差し引く（Ｓ４）。
Ｓ４で得られたＳＦ位置データを上下反転させる（Ｓ５）。
さらに、露光装置内にマスク１０を搭載した場合におけるチャック力及び重力に起因するマスク１０の弾性変形を計算し（Ｓ６）、Ｓ５で得られたＳＦ位置データに加える（Ｓ７）。
上記のＳ３及びＳ６の計算においては、有限要素法による３次元ＣＡＤシミュレーションを用いてチャック力と重力に起因する弾性変形を解析している。
図３は、マスクとホルダーの位置データの解析モデルの例である。図３（Ａ）は、マスクの位置データの解析例を示す図であり、図３（Ｂ）は、マスクホルダー（チャック）の位置データを示す図である。
図３においては、マスク３３１の被吸着部３３４ａは、チャック３３３の吸着部３３４ｂに吸着され、マスク３３１の接触部３３５ａは、チャック３３３の接触部３３５ｂに接する。また、３３２はマスク３３１のパターン面に対応している。
Ｓ３及びＳ５の計算においては、チャックの吸着力や重力によってマスクにかかる負荷、及び、あらかじめ取得しておいたチャックの形状データ３３３（図３（Ｂ））を勘案しながらマスクの弾性変形を算出する。
最後に、Ｓ７で得られたＳＦ位置データに基づいて、マスク１０上の各サブフィールドの位置誤差を補正しながら露光する（Ｓ８）。
【００３２】
本実施形態によれば、マスクの弾性変形をシミュレーションにより予測しておくことにより、露光装置内でサブフィールドの位置データを測定することなく、高精度な露光位置制御が可能である。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る露光方法を説明するためのフローチャートである。
本実施形態においては、まず、製造するデバイスのパターン原版となるマスクを作製する（Ｓ１’）。
次に、露光装置とは別のマスク検査装置内に、露光装置内の姿勢とは上下を反転させた姿勢でマスクを保持し、Ｚ方向に関してはマスクの観測面１０２のうちマスクのチャックに接する部分（図２の１０４）のみ位置を測定してサブフィールド（ＳＦ）位置データを得る（Ｓ２’）。
【００３４】
そして、Ｓ２’の反転姿勢における重力に起因するマスク１０の弾性変形によるサブフィールドの位置変化を計算して（Ｓ３’）、Ｓ２’で得られたＳＦ位置データから差し引く（Ｓ４’）。
Ｓ４’で得られたＳＦ位置データを上下反転させる（Ｓ５’）。
さらに、露光装置内にマスク１０を搭載した場合におけるチャック力及び重力に起因するマスク１０の弾性変形を計算し（Ｓ６’）、この計算結果をＳ５’で得られたＳＦ位置データに加える（Ｓ７’）。
Ｓ７’で得られたＳＦ位置データに基づいて、チャックに接しない部分の位置を計算し、マスクの全面のＳＦ位置データを算出する（Ｓ７”）。
Ｓ３’及びＳ６’、Ｓ７”の計算においても、上述の第１の実施形態と同様に、有限要素法による３次元ＣＡＤシミュレーションを用いてチャック力や重力に起因する弾性変形を算出している。
最終的に、Ｓ７’で得られたＳＦ位置データに基づいて、マスク１０上の各サブフィールドの位置誤差を補正しながら露光する（Ｓ８’）。
【００３５】
本実施形態によれば、マスク上における位置計測点数を減らすことができるので、測定や計算に係るコストを低減できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によると、マスクの弾性変形をシミュレーションにより推定することにより、露光時にサブフィールドの位置データを測定することなく、高精度な露光位置補正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】（Ａ）  検査装置内におけるマスクの姿勢を模式的に示す図である。
（Ｂ）  露光装置内におけるマスクの姿勢を模式的に示す図である。
【図３】マスクとホルダーの位置データの解析モデルの例である。
（Ａ）  マスクの位置データの解析例を示す図である。
（Ｂ）  マスクホルダー（チャック）の位置データを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】分割転写方式の電子線露光装置の光学系全体における結像関係を示す模式図である。
【図６】電子線露光において用いられるマスクの一例を模式的に示す図である。
（Ａ）  全体の平面図である。
（Ｂ）  一部の斜視図である。
（Ｃ）  一つの小メンブレン領域の平面図である。
【符号の説明】
１  電子銃
２、３  コンデンサレンズ
４  照明ビーム成形開口
５  ブランキング偏向器
７  ブランキング開口
８  照明ビーム偏向器
９  照明レンズ
１０  マスク
１１  マスクステージ（チャック）
１２、２５  位置検出器
１５、１９  投影レンズ
１６  偏向器
１８  コントラスト開口
２２  反射電子検出器
２３  ウェハ
２４  ウェハステージ
２ａ、３ａ、５ａ、８ａ、９ａ、１５ａ、１６ａ、１９ａ  コイル電源制御部
３１  コントローラ
４２  サブフィールド
４１  小メンブレン領域
４３  スカート
４４  エレクトリカルストライプ
４５  グリレージ
４７  ストラット
４９  メカニカルストライプ
５０  保持部
１０１  露光装置内におけるマスクの上面
１０２  検査装置内におけるマスクの上面（観測面）
１０３  パターン部
１０４  マスクのチャックと接する面
１１１  検査装置のマスクホルダー
３３１  マスクのチャック歪み解析データ
３３２  マスクのチャック歪み解析データのパターン部
３３３  チャックの形状データ
３３４ａ  マスクの被吸着部
３３４ｂ  チャックの吸着部
３３５ａ  マスクの接触部
３３５ｂ  チャックの接触部
【図１】
2004335512.tif 000003
【図２】
2004335512.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004335512.tif 000006
【図５】
2004335512.tif 000007
【図６】
2004335512.tif 000008