(57)【要約】【課題】複数のマスクを使用して連続して同時に試料上の複数のダイに露光を行う際に、個々のダイ上に前工程で形成されたパターンに応じて露光を行う電子ビーム露光装置、電子ビーム露光方法および電子ビーム露光システムを提供する。【解決手段】電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と、電子ビームの経路中に配置され開口を有する複数のマスクｍｉｊを備え、マスクｍｉｊの開口を通過した電子ビーム１５で、試料３０の表面に前記開口に対応するパターンを露光する電子ビーム露光装置１０を、試料３０に形成されたパターンにあわせて、マスクｍｉｊの露光位置を補正する露光位置補正手段８０を備えて構成する。【選択図】      図１
2004297012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子ビーム源と、
前記電子ビームの経路中に配置されるマスクとを備え、
前記マスクを通過した電子ビームで、試料の表面に露光パターンを露光する電子ビーム露光装置であって、
前記試料上の既形成パターンにあわせて、前記露光パターンの露光位置を補正する露光位置補正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】
さらに、前記電子ビームが前記マスクの全面を走査するように前記電子ビームを制御する主偏向器を備え、
前記露光位置補正手段は、前記マスクに入射する前記電子ビームの傾きを制御する副偏向器を備え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】
前記露光位置補正手段は、前記既形成パターンと前記マスクのパターンとのずれに基づき前記露光パターンの露光位置を補正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】
さらに、前記電子ビームが前記マスクの全面を走査するように前記電子ビームを制御する主偏向器を備え、
前記主偏向器は、複数の前記マスクを連続して走査するように前記電子ビームを制御し、
前記露光位置補正手段は、前記マスク毎に前記露光パターンの露光位置を補正す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５】
前記露光位置補正手段は、前記マスクに入射する前記電子ビームの傾きを制御する副偏向器を備えることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項６】
前記露光位置補正手段は、前記既形成パターンと前記マスクのパターンとのずれに基づき前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項７】
前記マスクは、相補マスクであることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項８】
前記既形成パターンは、位置検出用マークを含み、
前記露光位置補正手段は、前記既形成パターンの歪みにより生じる前記位置検出用マークの測定位置のずれに基づき、前記露光パターンの露光位置の補正量を算出する補正量算出部を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項９】
前記補正量算出部は、複数の前記検出マークの測定位置のずれに基づき、前記マスク各位置における前記補正量を補間して求めることを特徴とする請求項８に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項１０】
前記補正量算出部は、複数の前記検出マークの測定位置のずれに基づいて定まる補正パラメータと、これをパラメータとする所定の計算式とに基づき、前記マスク各位置における前記補正量を求めることを特徴とする請求項８に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項１１】
前記補正量算出部は、前記位置検出用マークの測定位置を入力するマーク測定位置入力部を備えることを特徴とする請求項８に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項１２】
前記補正量算出部は、前記補正パラメータを入力する補正パラメータ入力部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項１３】
前記補正量算出部は、前記位置検出用マークの位置を測定するマーク位置測定部を備えることを特徴とする請求項８に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項１４】
電子ビーム源から発生する電子ビームを、露光するパターンに対応するマスクに照射し、前記マスクを通過する電子ビームで、試料表面に露光パターンを露光する電子ビーム露光方法であって、
前記試料上の既形成パターンにあわせて、前記露光パターンの露光位置を補正する露光位置補正ステップを備えることを特徴とする電子ビーム露光方法。
【請求項１５】
前記電子ビームが前記マスクの全面を走査するように前記電子ビームを制御し、
前記露光位置補正ステップは、前記マスクに入射する前記電子ビームの傾きを制御して前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項１４に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項１６】
前記露光位置補正手段は、前記既形成パターンと前記マスクのパターンとのずれに基づき前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項１５に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項１７】
前記電子ビームが複数の前記マスクを連続して走査するように前記電子ビームを制御し、
前記露光位置補正ステップは、前記マスク毎に前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項１４に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項１８】
前記露光位置補正ステップは、前記マスクに入射する前記電子ビームの傾きを制御して前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項１７に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項１９】
前記露光位置補正手段は、前記既形成パターンと前記マスクのパターンとのずれに基づき前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項１８に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２０】
前記マスクは、相補マスクであることを特徴とする請求項１７に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２１】
前記既形成パターンは、位置検出用マークを含み、
前記露光位置補正ステップは、前記既形成パターンの歪みにより生じる前記位置検出用マークの測定位置のずれに基づき、前記露光パターンの露光位置の補正量を算出する前記補正量算出ステップを含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２２】
前記補正量算出ステップは、複数の前記検出マークの測定位置のずれに基づき、前記マスク各位置における前記補正量を補間して求めることを特徴とする請求項２１に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２３】
前記補正量算出ステップは、複数の前記検出マークの測定位置のずれに基づいて定まる補正パラメータを取得する補正パラメータ取得ステップを備え、
前記補正パラメータと、これをパラメータとする所定の計算式とに基づき、前記マスク各位置における前記補正量を求めることを特徴とする請求項２１に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２４】
前記補正量算出ステップは、前記位置検出用マークの測定位置を入力するマーク測定位置入力ステップを備えることを特徴とする請求項２１に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２５】
前記補正量算出ステップは、前記補正パラメータを入力する補正パラメータ入力ステップを備えることを特徴とする請求項２３に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２６】
前記補正量算出ステップは、前記位置検出用マークの位置を測定するマーク位置測定ステップを備えることを特徴とする請求項２１に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項２７】
電子ビームを発生する電子ビーム源と、前記電子ビームの経路中に配置されるマスクとを有し、前記マスクを通過した電子ビームで、試料の表面に露光パターンを露光する電子ビーム露光装置と、
前記試料上の既形成パターンの歪み量を検出する歪み検出手段と、該歪み量を出力するパターン歪み量出力手段とを有するパターン歪み検出装置とを備える電子ビーム露光システムであって、
前記電子ビーム露光装置は、前記パターン歪み検出装置から出力された前記歪み量を入力するパターン歪み量入力手段と、入力した前記歪み量にあわせて、前記露光パターンの露光位置を補正する露光位置補正手段を備えることを特徴とする電子ビーム露光システム。
【請求項２８】
前記電子ビーム露光装置は、前記電子ビームが前記マスクの全面を走査するように前記電子ビームを制御する主偏向器を備え、
前記露光位置補正手段は、前記マスクに入射する前記電子ビームの傾きを制御する副偏向器を備えることを特徴とする請求項２７に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項２９】
前記電子ビーム露光装置は、前記マスクの歪み量を入力するマスク歪み量入力手段を備え、
前記露光位置補正手段は、入力した前記既形成パターンの歪み量と前記マスクの歪み量とに基づき、前記既形成パターンと前記マスクのパターンとのずれを求め、前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項２８に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３０】
前記電子ビーム露光装置は、前記電子ビームが前記マスクの全面を走査するように前記電子ビームを制御する主偏向器を備え、
前記主偏向器は、複数の前記マスクを連続して走査するように前記電子ビームを制御し、
前記露光位置補正手段は、前記マスク毎に前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項２７に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３１】
前記露光位置補正手段は、前記マスクに入射する前記電子ビームの傾きを制御する副偏向器を備えることを特徴とする請求項３０に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３２】
前記電子ビーム露光装置は、前記マスクの歪み量を入力するマスク歪み量入力手段を備え、
前記露光位置補正手段は、入力した前記既形成パターンの歪み量と前記マスクの歪み量とに基づき、前記既形成パターンと前記マスクのパターンとのずれを求め、前記露光パターンの露光位置を補正することを特徴とする請求項３１に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３３】
前記既形成パターンは、位置検出用マークを含み、
前記パターン歪み検出装置は、前記既形成パターンの前記位置検出用マークの位置を測定することを特徴とする請求項２７〜３２のいずれか一項に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３４】
前記パターン歪み量出力手段は、前記位置検出用マークの測定位置を出力し、
前記パターン歪み量入力手段は、出力された前記測定位置を入力し、
前記補正量算出部は、入力された前記測定位置のずれに基づき、前記マスク各位置における前記露光パターンの露光位置の補正量を補間して求めることを特徴とする請求項３３に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３５】
前記パターン歪み量出力手段は、前記既形成パターンの歪みにより生じる前記位置検出用マークの測定位置のずれを出力し、
前記パターン歪み量入力手段は、出力された前記測定位置のずれを入力し、
前記補正量算出部は、入力された前記測定位置のずれに基づき、前記マスク各位置における前記露光パターンの露光位置の補正量を補間して求めることを特徴とする請求項３３に記載の電子ビーム露光システム。
【請求項３６】
前記パターン歪み検出装置は、複数の前記検出マークの測定位置のずれに基づいて定まる補正パラメータを出力し、
前記補正量算出部は、前記補正パラメータと、これをパラメータとする所定の計算式とに基づき、前記マスク各位置における前記露光パターンの露光位置の補正量を求めることを特徴とする請求項３３に記載の電子ビーム露光システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームの照射位置およびマスクパターンの露光位置を補正する電子ビーム露光装置および電子ビーム露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、現在、光学式ステッパが常用されているほか、新しい方式の露光装置として電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などが開発されている。
【０００３】
図１８に、従来の光学式ステッパ３００の概略構成図を示す。光源ランプ３０２から出た光３０４が照明光学系３０６を通りマスク３０８に照射される。この投影像は縮小光学系３１０を通してウエハステージ３１６上のウエハ３１２に照射され、ウエハ３１２上にマスク３０８のマスクパターンに応じたパターンを形成するようになっている。
ウエハステージ３１６は少なくともＸＹ方向に移動可能であり、ウエハステージ３１６上に設けられてウエハ３１２を把持するウエハチャック３１４は、少なくともＺ方向に昇降可能にかつθ方向に回転可能に設けられている。
【０００４】
最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子ビーム近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、およびこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。
【０００５】
図１９は、特許文献１に開示された電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この図を参照して、従来の電子ビーム近接露光装置１０について簡単に説明する。図示するように、電子光学鏡筒（カラム）６内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と整形アパチャ１６と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１８とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２２、２４と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２１、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０、および表面にレジスト層４２が形成された試料（半導体ウエハ）４０が設けられている。
マスク３０は、厚い外縁部３４内の中央に開口の形成された薄膜部３２を有しており、試料４０は表面がマスク３０に近接するように配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビームを照射すると、マスクの開口を通過した電子ビームが試料４０の表面のレジスト層４２に照射される。
【０００６】
走査手段２１中の主偏向器２２、２４は、図２０（ａ）に示すように電子ビーム１５がマスク３０の全面を走査するように電子ビームを偏向制御する。これにより、マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
【０００７】
また、走査手段２１中の副偏向器５１、５２は、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。いま、図２０（ｂ）に示すように電子ビーム１５のマスク３０への入射角度をα、マスク３０とウエハ４０との間隔をＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの露光位置のずれ量δは、次式、
δ＝Ｇ・ｔａｎ  α
で表される。
図２０（ｂ）上ではマスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。これにより、マスク３０にマスク歪みがある場合には、電子ビームの走査位置におけるマスク歪みに応じて電子ビームの傾き制御を行うことにより、マスク歪みのない状態でのマスクパターンが転写される。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，８３１，２７２号公報（全体）
【特許文献２】
日本特許第２９５１９４７号公報（全体）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
半導体集積回路は、何層もの導体膜、半導体膜または絶縁膜を積層して形成され、現在多いものでは約４０層もの層により形成されている。これら各層では、それぞれの工程において露光およびエッチング等によりパターンが形成されるが、露光工程に使用するマスク歪み等の原因により、形成されたパターンが設計パターンからやや歪んで形成される場合がある。
図２１（ａ）に示す例では、本来頂点Ｐ１’〜Ｐ４’を持つ正方形状ダイ４８’が、頂点Ｐ１〜Ｐ４を持つ四角形状のダイ４８に歪んで形成されている。
【００１０】
前工程で形成されたパターンの歪みが甚だしい場合には、正規に露光を行うと形成される回路に支障をきたす場合がある。このパターンの歪みによる支障を、図２１（ｂ）〜（ｄ）に示す例を参照して説明する。
図２１（ｂ）は、正規に露光された下層パターン３２０および上層パターン３３０により形成される回路を示す図である。パターン３２０では配線３２２が形成されており、上層パターン３３０では配線３３２および３３４が形成されている。またその中間層では絶縁膜３５１が形成されている。
図２１（ｃ）に図２１（ｂ）のｃ−ｃ’断面図を示す。下層パターン３２０の配線３２２と、上層パターン３３０の配線３３２および３３４とは絶縁層３５１で絶縁され、配線３２２と３３２とは、スルーホール３４０に充填された導体によって導通している。
【００１１】
しかし、図２１（ｄ）に示すように、下層パターン３２０が歪んで形成された状態で上層パターン３３０が正規に形成されると、下層パターン３２０の配線３２２と上層パターン３３０の配線３３２とが、正規の位置（スルーホール３４０）で導通ができなくなる一方で、本来導通しない配線３２２と上層パターン３３０の配線３３４とが、３５３に示す部分において導通してしまう。
したがって、前工程で形成されたパターンに歪みがある場合には、パターンの歪みにあわせてマスクパターンの露光位置を補正し、上層パターンを形成する必要がある。
【００１２】
図１８に図示した従来の光学式ステッパ３００では、ウエハステージ３１６およびウエハチャック３１４を駆動して、マスク３０８とウエハ３１２との位置合わせを行うことにより、前工程で発生したパターンの平行移動（ＸＹ）、大きさ（Ｚ）および回転（θ）などの歪みにあわせて露光を行うことが可能であった。
なぜなら、光学式ステッパ３００に使用するマスクは１ダイ分しかなく、１回の露光につき１つのダイしか露光しないため、各ダイを露光する毎にウエハ３１２全体を移動して当該ダイとマスク３０８との位置合わせを行っても、他のダイの露光に影響がないためである。
【００１３】
一方で、図１９に示した電子ビーム近接露光装置１０に使用するマスク３０は、開口部が穴であるステンシルマスクである。したがって、例えば図２２（ａ）に示すように、大きな正方形パターン３５０内に小さな正方形パターン３５２があり、大小２つの正方形パターンの間の部分３５１が開口であるような環状パターンを、１つのマスクで露光することは不可能である。
このようなパターンを露光するには、図２２（ｂ）〜（ｅ）に示すように、この環状パターンをパターンｍ１１１、ｍ１２１、ｍ２１１、ｍ２２１の４つのパターンに分けて４回に分けて露光を行う方法がある。ここでは、このような１つのパターンを露光するのに必要な複数のマスクを相補マスクと称する。
【００１４】
そして、これら４つの近接露光用相補マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２を用意し、これら各相補マスクをそれぞれ取り付けた４台の電子ビーム近接露光装置において順次露光を行う。しかし、これでは、あるマスクでの露光が終了した後、ウエハを電子ビーム近接露光装置から通常の環境に取り出し、再び別のマスクで露光を行う電子ビーム近接露光装置に搬送する必要がある。そのため、スループットが低下するだけでなく、ごみなども付着し易くなり歩留りを低下させるという問題を発生する。
【００１５】
そこで、図２３に示すように、４つの相補マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２をマスク基板３６に備えてマスクユニット３８を構成し、図１９の基本構成のマスク３０に代えてマスクユニット３８を設け、単一の電子ビーム近接露光装置内で４つの相補マスク全てによる露光を行う。
【００１６】
ただし、相補マスクを使用する場合には、相補マスク数だけ露光を分けて行うため、通常のマスクの場合に比べてスループットが低下する。したがって、マスクユニット３８のマスク設置間隔をウエハ４０のダイ間隔と等しく設け、次の図２４を参照して説明する方法で露光することにより、ウエハステージ４４の移動回数を抑えてスループット低下を防ぐ。
すなわち、ウエハ４０とマスクユニット３８の位置関係が、図２４（ａ）に示す状態において、電子ビームが４つの相補マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２上を連続して一度に走査すると、ダイｄ１１、ｄ１２、ｄ２１およびｄ２２に、マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２のパターンがそれぞれ転写される。
【００１７】
そして、マスクユニット３８が矢印３６０に沿ってダイ１個分だけ相対移動するようにウエハステージ４４を移動させ（図２４（ｂ））、同様に走査することにより、ダイｄ１２、ｄ１３、ｄ２２およびｄ２３に、マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２のパターンがそれぞれ転写される。続いて、マスクユニット３８が図に示す矢印３６２に沿ってダイ１個分だけ相対移動するようにウエハステージ４４を移動させ（図２４（ｃ））、同様に走査することにより、ダイｄ２２、ｄ２３、ｄ３２、ｄ３３に、マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２のパターンがそれぞれ転写される。最後に、マスクユニット３８が図に示す矢印３６４に沿ってダイ１個分だけ相対移動するようにウエハステージ４４を移動させ（図２４（ｄ））、同様に走査することにより、ダイｄ２１、ｄ２２、ｄ３１およびｄ３３に、マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２のパターンがそれぞれ転写される。
【００１８】
以上のステップにより、ダイｄ２２には４つの相補マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２のパターンがすべて転写されるが、通常マスクの場合と比較して、ウエハステージ４４の移動回数および移動距離がダイ１行および１列分しか増加しない。これにより相補マスクを使用する場合のスループット低下を防ぐことができる。
【００１９】
しかし、相補マスクを使用して上述方法により露光を行いスループット向上を図る場合には、前工程で形成されたパターンの歪みに対して、前記光学式ステッパのようにウエハステージ４４を移動して対応することができない。１つのマスクしか有しない光学式ステッパのときと異なり、複数のマスクを同時に露光する上述方法では、１つのダイのパターンの歪みにあわせてウエハ全体を移動させると他のダイの位置合わせに影響が生ずるからである。
例えば図２５（ａ）に示すダイｄ１１〜ｄ３３のうち、ダイｄ２２に形成されたパターンに歪みが生じていた場合、ウエハ全体を移動させてダイｄ２２と転写位置との位置合わせを行うと、図２５（ｂ）に示すように他のダイｄ１１、ｄ１２およびｄ２１の位置が転写位置と全くあわなくなってしまう。
【００２０】
本発明の目的は、複数のマスクを使用して連続して同時に露光を行う場合に、個々のダイ上に前工程で形成された既形成パターンにあわせて、各マスクに対応する各ダイへの露光を精確に行う電子ビーム露光装置および電子ビーム露光方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電子ビーム露光装置、電子ビーム露光方法および電子ビーム露光システムは、前工程で試料（ウエハ）に形成されたパターンにあわせて、電子ビームの試料へ照射位置を変更して、試料上に露光される露光パターンであるマスクパターンの露光位置を補正する。
このため、本発明に係る電子ビーム露光装置は、電子ビームを発生する電子ビーム源と、電子ビームの経路中に配置され開口を有するマスクとを備え、マスクの開口を通過した電子ビームで、試料の表面に開口に対応する露光パターンを露光し、かつ試料上の既形成パターンにあわせて、露光パターンの露光位置を補正する露光位置補正手段を備えることとする。
また、本発明に係る電子ビーム露光方法は、電子ビーム源から発生する電子ビームを、露光するパターンに対応する開口を有するマスクに照射し、開口を通過する電子ビームで、試料表面に開口に対応する露光パターンを露光し、かつ試料上の既形成パターンにあわせて、露光パターンの露光位置を補正する露光位置補正ステップを備えることとする。
さらに、本発明に係る電子ビーム露光システムは、電子ビームを発生する電子ビーム源と、電子ビームの経路中に配置され開口を有するマスクとを有し、マスクの開口を通過した電子ビームで、試料の表面に開口に対応する露光パターンを露光する電子ビーム露光装置と、試料上の既形成パターンの歪み量を検出する歪み検出手段と、歪み量を出力するパターン歪み量出力手段とを有するパターン歪み検出装置とを備える。そして、電子ビーム露光装置は、パターン歪み検出装置から出力された歪み量を入力するパターン歪み量入力手段と、入力した歪み量にあわせて、露光パターンの露光位置を補正する露光位置補正手段を備えることとする。
【００２２】
図１を参照して、本発明に係る電子ビーム露光方法の概略を説明する。
いま図１（ａ）に示すように、マスク３０を通過した電子ビームにより試料４０上のダイ４８を露光する場合を考える。試料４０上のダイ４８は、本来歪みのない状態では図１（ｂ）に示す４８’の形状に形成されるところ、前工程の露光の際に４８の形状に歪んで形成されている。これに伴い、本来マスク上位置ｐの直下であるダイ上位置Ｐ’に存在すべきパターンが、ダイ上位置Ｐに移動している。
そこで、本発明に係る電子ビーム露光方法では、図１（ａ）に示すようにマスク３０に入射する電子ビーム１５の傾きを制御することにより、マスク上位置ｐを通過した電子ビームの試料への照射位置、すなわち位置ｐにあるマスクパターンの露光位置を、Ｐ’からＰへ変更する。これにより、マスクステージを移動させることなく、試料に形成されたパターンの歪みにあわせたマスクパターンの露光位置の補正が可能となる。
【００２３】
上述の通り、本発明に係る電子ビーム露光方法によれば、パターン歪みにあわせてマスクパターンの露光を行うに際し、マスクステージを移動させる必要がない。したがって、図２（ａ）に示すように、複数のマスクｍ１１〜ｍ３３上を、図示する矢印の方向に電子ビーム１５を走査して、複数のダイｄ１１〜ｄ３３を露光する場合に、電子ビームがマスクｍ１１上を走査しているときはダイｄ１１に形成されたパターンの歪みにあわせてマスクパターンの露光位置を補正し、電子ビームがマスクｍ１２上を走査しているときはダイｄ１２に形成されたパターンの歪みにあわせてマスクパターンの露光位置を補正することができる。
このように、走査中の電子ビームの位置する個々のマスクｍｉｊに対応するダイｄｉｊに形成されたパターンの歪みにあわせて、マスクパターンの露光位置を補正することにより、複数マスクを連続して同時に走査する際に、個々のダイに形成されたパターン歪みにあわせた転写が可能となる。
【００２４】
図２（ｂ）に、本発明に係る電子ビーム露光方法のフローチャートを示す。
本発明に係る電子ビーム露光方法では、まずマスクｍｉｊ上に電子ビームを走査させる際に、現在の電子ビームが照射されているマスクｍｉｊに対応するダイｄｉｊに形成されたパターンの歪み量を取得する（Ｓ１０１）。歪み量は、パターンに位置検出用マークを含ませておき、これをレーザ測長器などの測距手段で読み取ることにより測定可能である。
またこの歪み量を、各ダイｄｉｊに形成されたパターンの歪み量を表現する座標変換式、補間式などに使用する各ダイｄｉｊ毎に固有のパラメータとして取得することとしてもよく、この場合、後述するステップＳ１０３において該計算式に適用されて、ダイｄｉｊ上の全ての点における電子ビーム照射位置の補正量を算出する。さらに前記歪み量を、パターンの歪みにより生じた各ダイｄｉｊ上の全ての点の変位量として、直接取得してもよい。あるいは、一旦、下層合わせ露光を行い、重ね合わせ精度測定器などにより、前記各ダイｄｉｊに形成されたパターンである下層パターンとの位置変位量を取得してもよい。
【００２５】
取得したパターンの歪み量に基づいてマスクパターンの露光位置、すなわち試料４０上における電子ビーム照射位置の補正量を算出し、算出した補正量に基づいてマスクパターンの露光位置（電子ビーム照射位置）を補正する（Ｓ１０３）。この場合、電子ビーム照射位置は、電子ビームのマスクｍｉｊへの入射角を変えることにより変更することができる。これらステップＳ１０１、Ｓ１０３を繰り返して、単一または複数のマスク全面に電子ビームを連続して一度に走査する（Ｓ１０５）。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図３に、本発明の第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置の構成を示す。基本構成は、図１９に示した構成及び上記の文献１に開示された構成に類似した構成を有するので、図１９と同一の機能部分には同一の参照番号を付して表す。
【００２７】
図示のように、電子ビーム近接露光装置１０の電子光学鏡筒（カラム）８には、電子ビーム１５を発生する電子銃１４、電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１８、一対の主偏向器２２および２４、ならびに一対の副偏向器５１、５２が設けられている。真空試料室（チャンバー）８には、複数のマスクを支持するマスクユニット３８、ウエハチャック４６によりウエハ４０を保持して移動するウエハステージ４４が設けられている。また、ウエハステージ４４は、少なくとも２軸方向に移動可能である。図４に、マスクユニット３８の上面図を示す。マスクユニット３８は、図２３に示す相補マスク用のマスクユニットと同様に、４つの相補マスクｍ１１、ｍ１２、ｍ２１およびｍ２２をマスク基板３６に備える。
【００２８】
電子ビーム近接露光装置１０の制御は、コンピュータなどにより構成される制御部７２で行われる。図５に、電子ビーム近接露光装置１０の動作フローチャートを示す。
制御部７２は、図４に示すようにマスクユニット３８に設けられた相補マスクｍ１１〜ｍ２２上の全面に電子ビーム１５を走査させるように、主偏向器制御部７４に偏向量データを供給して電子ビーム１５を偏向する（Ｓ１１１）。一方で、制御部７２は走査中の電子ビーム１５が照射されるマスク上位置または試料上位置等の照射位置情報を、露光位置修正手段８０内の補正量算出部８２に供給する（Ｓ１１３）。
【００２９】
補正量算出部８２は、制御部７２から供給される照射位置情報に基づき、露光位置修正手段８０内の記憶部８４から現在電子ビーム１５が照射されているマスクｍｉｊに対応する試料４０上のダイｄｉｊに形成されたパターンの歪み量を取得する（Ｓ１１５）。
さらに、補正量算出部８２は、取得した歪み量から後述する方法によりマスクパターンの露光位置、すなわち電子ビーム１５の試料４０上位置のＸ方向およびＹ方向の補正量ΔｘおよびΔｙを算出する（Ｓ１１７）。
【００３０】
また、マスクｍｉｊに上述のような歪みが有る場合には、前記マスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙに、マスクの歪み補正用の補正量を付加する（Ｓ１１９）。
または、図６に示すように、既知のマスクの歪み量からマスク上位置ｐ’（ｘ’，ｙ’）に本来あるべきパターンの実在位置ｐ（ｘ，ｙ）を求め、ダイｄｉｊに形成されたパターンの歪み量から、前記位置ｐ’の直下である試料４０上のＸＹ座標系位置Ｐ’に本来転写されるパターンが、歪んだパターン上に転写されるべきＸＹ座標系位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）を求め、前記位置ｐの直下である試料４０上のＸＹ座標系位置Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）と位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）のずれを、電子ビーム１５を照射する際のマスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙとしてもよい。
【００３１】
これら補正量ΔｘおよびΔｙの補正は副偏向器５１および５２によって行う。図７は、副偏向器５１および５２で平行ビーム１５のマスクｍｉｊへの入射角を変化させた時の状態を示す。図示のように、副偏向器５１および５２で入射角を変化させても、電子ビーム１５はマスクｍｉｊの同じ位置に入射し、入射角のみが変化する。いま、マスクｍｉｊとウエハ４０との間隔をＧとすると、マスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙを得るために必要な入射角度αｘ、αｙは、それぞれ次式、
αｘ＝ｔａｎ−１（Δｘ／Ｇ）
αｙ＝ｔａｎ−１（Δｙ／Ｇ）
により算出する（Ｓ１２１）。
【００３２】
補正量算出部８２は、算出した入射角度αｘ、αｙに相当する偏向量データを供給して、電子ビーム１５の入射角度を制御し、マスクパターンの露光位置を補正する（Ｓ１２３）。これらステップＳ１１１〜Ｓ１２３を繰り返して、単一または複数のマスク全面に電子ビームを連続して一度に走査する（Ｓ１２５）。
【００３３】
図８および図９を用いて、マスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙの導出方法の一例を説明する。この例では、ダイに形成されたパターンは本来のパターン形状から線形変換されて形成されていると仮定する。
図８（ａ）にダイ４８の本来のパターン形状４８’の上面図を示す。パターン４８’は、試料４０上のＸＹ座標系において位置Ｐ１’（Ｘ１’，Ｙ１’）〜Ｐ４’（Ｘ４’，Ｙ４’）に位置検出用マークＱ１〜Ｑ４を備えている。図８（ｂ）にダイ４８の実際に形成されたパターン４８の上面図を示す。ダイ４８は、図８（ａ）に示す本来のパターン形状が線形変換されて形成され、は、位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）〜Ｐ４（Ｘ４，Ｙ４）に移動している。
【００３４】
本来のＸ’Ｙ’座標を、このように線形変換により歪んだＸＹ座標に補正するには、次のような変換式により線形変換を行うことができる。
Ｘ＝ｃ０＋ｃ１・Ｘ’＋ｃ２・Ｙ’＋ｃ３・Ｘ’Ｙ’
Ｙ＝ｄ０＋ｄ１・Ｘ’＋ｄ２・Ｙ’＋ｄ３・Ｘ’Ｙ’
ここにパラメータｃ０〜ｃ３およびｄ０〜ｄ１を補正パラメータと呼ぶこととする。補正パラメータｃ０〜ｃ３およびｄ０〜ｄ１は、上記の変換式にＰ１〜Ｐ４およびＰ１’〜Ｐ４’の座標値を代入した方程式から求めることができる。
【００３５】
図９に、マスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙの導出方法のフローチャートを示す。
各ダイｄｉｊの各位置検出用マークＱ１〜Ｑ４を、電子ビーム露光を行う前にレーザ測長器などの座標測定器により位置が検出して各ダイｄｉｊ毎にこの補正パラメータｃ０〜ｃ３およびｄ０〜ｄ１が算出し、露光位置修正手段８０内の記憶部８４に歪み量として記憶しておく。
補正量算出部８２は、制御部７２から供給される照射位置情報に基づき、露光位置修正手段８０内の記憶部８４から現在電子ビーム１５が照射されているマスクｍｉｊに対応するダイｄｉｊの補正パラメータを取得する（Ｓ１３１）。
そして、電子ビーム１５のマスク上ｘｙ座標系位置ｐの直下である試料４０上のＸＹ座標系位置Ｐ’に本来転写されるパターンが、歪んだパターン上に転写されるべきＸＹ座標系位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）を、上記変換式に基づいて算出する（Ｓ１３３）。
そして、電子ビーム１５のマスク上ｘｙ座標系位置ｐと算出したＸＹ座標系位置Ｐとの差から補正量Δｘ、Δｙを算出することができる（Ｓ１３５）。
Δｘ＝Ｘ−ｘ
Δｙ＝Ｙ−ｙ
【００３６】
補正量ΔｘおよびΔｙの導出は、上述の線形変換の他にもスプライン補間、最小自乗近似、多項式近似など種々の補間方法によっても実行することができる。図１０および図１１を用いて、補間によるマスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙの導出方法の一例を説明する。
【００３７】
図１０（ａ）にダイ４８の本来のパターン形状４８’の上面図を示す。パターン４８’は、試料４０上のＸＹ座標系における位置Ｐ１１’（Ｘ１１’，Ｙ１１’）〜Ｐ５５’（Ｘ５５’，Ｙ５５’）に、５行５列の位置検出用マークＱ１１〜Ｑ５５を備える。マークＱ１１〜Ｑ５５は、実際に形成されたパターンにおいて、その歪みにより位置がずれる。図１０（ｂ）に、ダイ４８の第３列目のマークＱ１３〜Ｑ５３が、歪みのない本来の位置から示すように（ΔＸ１３、ΔＹ１３）〜（ΔＸ５３、ΔＹ５３）ずれた場合を示す。
【００３８】
図１１に、補間によるマスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙの導出方法のフローチャートを示す。
各ダイｄｉｊの各位置検出用マークＱ１１〜Ｑ５５を、電子ビーム露光を行う前にレーザ測長器などの座標測定器により位置を検出し、各位置検出用マークの本来の位置Ｐ１１’（Ｘ１１’，Ｙ１１’）〜Ｐ５５’（Ｘ５５’，Ｙ５５’）からのずれである（ΔＸ１１，ΔＹ１１）〜（ΔＸ５５，ΔＹ５５）を露光位置修正手段８０内の記憶部８４に歪み量として記憶しておく。
【００３９】
補正量算出部８２は、制御部７２から供給される照射位置情報に基づき、露光位置修正手段８０内の記憶部８４から現在電子ビーム１５が照射されているマスクｍｉｊに対応するダイｄｉｊの歪み量（ΔＸ１１，ΔＹ１１）〜（ΔＸ５５，ΔＹ５５）を取得する（Ｓ１４１）。
そして、取得した歪み量から所定の補間近似式のパタメータを求める（Ｓ１４３）。その後、電子ビーム１５のマスク上ｘｙ座標系位置ｐの直下である試料４０上のＸＹ座標系位置Ｐ’に本来転写されるパターンが、歪んだパターン上に転写されるべきＸＹ座標系位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）への補正量（ΔＸ，ΔＹ）を、上記補間近似式に基づいて算出する（Ｓ１４５）。
【００４０】
上述の通り、本発明に係る電子ビーム近接露光装置および電子ビーム露光近接方法は、複数マスクを連続して同時に走査する際の個々のダイに形成されたパターン歪みにあわせた転写が可能とするものであり、本発明が適用されるマスクは図４に示す相補マスクに限られない。
例えば、任意のパターンをそれぞれ有する複数マスクｍ１〜ｍ３９を、図１２に示すようにマスクユニット３８に設け、各マスクｍ１〜ｍ３９に、図示する矢印のように連続して一度に電子ビーム１５を走査させて、各マスクｍ１〜ｍ３９のマスクパターンを試料４０上に露光する際にも、本発明を適用することができる。
【００４１】
図１３に、本発明の第２実施例に係る電子ビーム近接露光装置の構成を示す。電子ビーム近接露光装置１０は、第１実施例に加えて入力部９０を追加したものである。入力部９０は、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭディスクドライブ等の各種外部記憶ドライブ、ネットワークを通じてデータを入出力することができるネットワークアダプタ等により実現することができる。
【００４２】
図１４に、本発明の第２実施例に係る電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートを示す。
入力部９０は、現在露光を行う試料４０上の各ダイに係る前記補正パラメータｃ０〜ｃ３およびｄ０〜ｄ１、各位置検出用マークの各測定位置、該測定位置のずれである歪み量（ΔＸ１１，ΔＹ１１）〜（ΔＸ５５，ΔＹ５５）および／またはマスクパターンの露光位置の各補正量ΔｘおよびΔｙなどの歪み量データを電子ビーム近接露光装置１０の外部から入力する（Ｓ１６１）。
そして入力されたデータを記憶部８４に記憶しまたは直接補正量算出部８２に出力する（Ｓ１６３）。その後、図６を参照して説明した第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置１０の動作フローチャート（Ｓ１１１〜Ｓ１２５）と同様に、制御部７２が主偏向器２２および２４を制御して電子ビーム１５の走査を行いつつ、露光位置修正手段８０によりマスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙを算出して、副偏向器５１および５２によって電子ビーム１５のマスクｍｉｊへの入射角度を制御し、マスクパターンの露光位置を補正する。
【００４３】
図１５に、本発明の第３実施例に係る電子ビーム近接露光装置の構成を示す。電子ビーム近接露光装置１０は、第１実施例に加えてマーク位置測定部９２を追加したものである。マーク位置測定部９２は、試料４０上の各ダイｄｉｊ上に形成された位置検出用マークの位置を高精度に測定可能なレーザ測長器等の測長センサ９４を備えている。
【００４４】
図１６に、本発明の第３実施例に係る電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートを示す。
マーク位置測定部９０は、ウエハステージ４４に載置される試料４０上の各ダイｄｉｊ上に形成された位置検出用マークの位置を測定する（Ｓ１７１）。
そして、測定された測定位置に基づき、上述の方法により各ダイに係る前記補正パラメータｃ０〜ｃ３およびｄ０〜ｄ１、各位置検出用マークの各測定位置、該測定位置のずれである歪み量（ΔＸ１１，ΔＹ１１）〜（ΔＸ５５，ΔＹ５５）および／またはマスクパターンの露光位置の各補正量ΔｘおよびΔｙなどの歪み量データを算出する（Ｓ１７３）。
そして入力されたデータを記憶部８４に記憶しまたは直接補正量算出部８２に出力する（Ｓ１７５）。その後、図６を参照して説明した第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置１０の動作フローチャート（Ｓ１１１〜Ｓ１２５）と同様に、制御部７２が主偏向器２２および２４を制御して電子ビーム１５の走査を行いつつ、露光位置修正手段８０によりマスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙを算出して、副偏向器５１および５２によって電子ビーム１５のマスクｍｉｊへの入射角度を制御し、マスクパターンの露光位置を補正する。
【００４５】
図１６に、本発明の第４実施例に係る電子ビーム近接露光システムの構成を示す。電子ビーム近接露光システム２００は、本発明の第２実施例に係る電子ビーム近接露光装置１０、および前工程で形成されたウエハ４０のダイｄｉｊ上のパターンの歪み量を検出するパターン歪み検出装置２１０と、マスクｍｉｊを製造する電子ビーム近接露光装置などのマスク製造装置２２０とを備える。
【００４６】
パターン歪み検出装置２１０は、前工程で形成されたウエハ４０のダイ上のパターンの歪み量を検出するパターン歪み検出手段２１２と、該歪み量を出力するパターン歪み量出力手段２１４とを有する。パターン歪み検出手段２１２は、既形成パターンに図８または図９に示されるように含まれた位置検出用マークの位置を高精度に測定可能なレーザ測長器等の測長センサとしてよい。
一方、マスク製造装置２２０は製造した各マスクｍｉｊの歪み量を検出するマスク歪み検出手段２２２と、該歪み量を出力するマスク歪み量出力手段２２４とを有する。
【００４７】
パターン歪み検出装置２１０は、パターン歪み検出手段２１２によって測定した位置検出用マークの測定位置に基づき、測定対象のウエハ４０上の各ダイに関する、前記補正パラメータｃ０〜ｃ３およびｄ０〜ｄ１、各位置検出用マークの各測定位置、各測定位置のずれ（ΔＸ１１，ΔＹ１１）〜（ΔＸ５５，ΔＹ５５）および／またはマスクパターンの露光位置の各補正量ΔｘおよびΔｙ等の歪み量データ、パターン歪み量出力手段２１４から出力する。一方で、マスク製造装置２２０は、マスク歪み検出手段２２２の測定結果に基づき、製造したマスクｍｉｊの歪み量データをマスク歪み量出力手段２２４から出力する。
【００４８】
電子ビーム近接露光装置１０は、パターン歪み検出装置２１０およびマスク製造装置２２０から出力された各歪み量データを入力部９０から入力し、そして入力されたデータを記憶部８４に記憶しまたは直接補正量算出部８２に出力する（Ｓ１６３）。その後、図６を参照して説明した第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置１０の動作フローチャート（Ｓ１１１〜Ｓ１２５）と同様に、制御部７２が主偏向器２２および２４を制御して電子ビーム１５の走査を行いつつ、露光位置修正手段８０によりマスクパターンの露光位置の補正量ΔｘおよびΔｙを算出して、副偏向器５１および５２によって電子ビーム１５のマスクｍｉｊへの入射角度を制御し、マスクパターンの露光位置を補正する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビーム露光装置において相補マスクなどの複数マスクに電子ビームを連続して同時に走査する際に、マスクステージの移動によらずに、前工程で試料上に形成されたパターンにあわせて精確に個々のダイの転写を行うこと可能となる。
これにより、回路パターンが歪んで形成される工程が混在する、半導体回路製造プロセスにおいても、電子ビーム露光装置を使用して、複数マスクに電子ビームを連続して同時に走査して露光することが可能となり、電子ビーム露光プロセスのスループット向上に資する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム露光方法の概略を説明する図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る電子ビーム露光方法により複数マスクを露光する状態を説明する図であり、（ｂ）は本発明に係る電子ビーム露光方法の基本フローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置のマスクユニットの上面図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートである。
【図６】マスク歪みおよび既形成パターン歪みに基づく補正量を説明する図である。
【図７】副偏向器によりマスクへの入射角を変化させた時の状態を説明する図である。
【図８】位置検出用マークＱ１〜Ｑ４を備える試料上のダイ形状の上面図である。
【図９】マスクパターンの露光位置の補正量の導出方法のフローチャートである。
【図１０】位置検出用マークＱ１１〜Ｑ５５を備える試料上のダイ形状の上面図である。
【図１１】補間方法を用いたマスクパターンの露光位置の補正量の導出方法のフローチャートである。
【図１２】任意のパターンをそれぞれ有する複数マスクｍ１〜ｍ３９を備えるマスクユニットの上面図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る電子ビーム近接露光装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例に係る電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートである。
【図１５】本発明の第３実施例に係る電子ビーム近接露光装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施例に係る電子ビーム近接露光装置の動作フローチャートである。
【図１７】本発明の第４実施例に係る電子ビーム近接露光システムの構成を示す図である。
【図１８】従来の光学式ステッパの概略構成図である。
【図１９】従来の電子ビーム近接露光装置の基本構成図である。
【図２０】（ａ）は、主偏向器による電子ビームのマスク上の走査を説明する図であり、（ｂ）は、副偏向器による電子ビームのマスクパターンへの傾き制御を説明する図である。
【図２１】前工程で形成されたパターンの歪みにより生ずる支障を説明する図である。
【図２２】相補マスクを説明する図である。
【図２３】相補マスクｍ１１〜ｍ２２を備えるマスクユニットの上面図である。
【図２４】相補マスクを使用した露光方法を説明する図である。
【図２５】相補マスクを使用する場合に、ダイに形成されたパターンに歪みが生じた状態を説明する図である。
【符号の説明】
１０…電子ビーム近接露光装置
１４…電子ビーム源
１５…電子ビーム
２２、２４…主偏向器
５１、５２…副偏向器
３８…マスク
４０…試料（ウエハ）
４４…ウエハステージ
７４…主偏向器制御部
８０…露光位置修正手段
８２…補正量算出部
８４…記憶部
８６…副偏向器制御部
ｍ１１〜ｍ２２…相補マスク
Ｑ１〜Ｑ４…位置検出用マーク
９０…入力部
９２…マーク位置測定部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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