(57)【要約】【課題】マスクパターンの電子線描画データの補正だけでは低減できないパターン位置誤差を露光時において補正することができる露光方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】露光時に対し反転した姿勢でマスクのパターン位置Ｒ２を計測し（ステップＳＴ７）、計測されたパターン位置Ｒ２に対し露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データΔ１を作成し（ステップＳＴ１０）、第１の補正データΔ１に基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う（ステップＳＴ１３）。【選択図】図５
2004165500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光時に対し反転した姿勢でマスクのパターン位置を計測する工程と、
前記計測された前記パターン位置に対し前記露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データを作成する工程と、
前記第１の補正データに基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う工程と
を有する露光方法。
【請求項２】
予めテスト用マスクを用いて姿勢の反転前後の重力によるパターン変位の相関を示す伝達関数を求めておき、
前記計測された前記パターン位置に対し前記伝達関数を用いて補正を行う
請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記マスクには、被露光体に転写するパターンとは異なる位置計測用パターンが設けられており、
前記マスクのパターン位置を計測する工程において、前記マスクの前記位置計測用パターンの位置を計測する
請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
前記露光を行う工程の前に、
前記露光時の姿勢における前記マスクの曲面形状を測定する工程と、
前記測定された曲面形状に基づいて、個々のマスクの前記露光時の姿勢での曲面形状に起因するパターン位置の変動を示す第２の補正データを求める工程とをさらに有し、
前記露光工程において、前記第１の補正データと前記第２の補正データに基づいて、露光用ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う
請求項１記載の露光方法。
【請求項５】
前記第２の補正データを求める工程は、
予め測定された前記露光時の姿勢におけるテスト用マスクの曲面形状と前記測定された前記マスクの曲面形状の差に基づいて、前記パターン位置の変動を示す前記第２の補正データを求める
請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
前記第２の補正データを求める工程は、
複数のテスト用マスクに対して、露光時の姿勢における複数の曲面形状に対するパターン位置の変動を示す複数の第２の補正データを作成しておき、
測定された前記マスクの前記曲面形状に対し、前記データベースから最も曲面形状の近い前記テスト用マスクに相当する第２の補正データを読み出し利用する
請求項４記載の露光方法。
【請求項７】
マスクを介して荷電粒子線を照射することにより、半導体装置にパターンを転写する露光工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記露光工程において、
露光時に対し反転した姿勢でマスクのパターン位置を計測する工程と、
前記計測された前記パターン位置に対し前記露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データを作成する工程と、
前記第１の補正データに基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
予めテスト用マスクを用いて姿勢の反転前後の重力によるパターン変位の相関を示す伝達関数を求めておき、
前記計測された前記パターン位置に対し前記伝達関数を用いて補正を行う
請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記マスクには、被露光体に転写するパターンとは異なる位置計測用パターンが設けられており、
前記マスクのパターン位置を計測する工程において、前記マスクの前記位置計測用パターンの位置を計測する
請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記露光を行う工程の前に、
前記露光時の姿勢における前記マスクの曲面形状を測定する工程と、
前記測定された曲面形状に基づいて、個々のマスクの前記露光時の姿勢での曲面形状に起因するパターン位置の変動を示す第２の補正データを求める工程とをさらに有し、
前記露光工程において、前記第１の補正データと前記第２の補正データに基づいて、露光用ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の補正データを求める工程は、
予め測定された前記露光時の姿勢におけるテスト用マスクの曲面形状と前記測定された前記マスクの曲面形状の差に基づいて、前記パターン位置の変動を示す前記第２の補正データを求める
請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の補正データを求める工程は、
複数のテスト用マスクに対して、露光時の姿勢における複数の曲面形状に対するパターン位置の変動を示す複数の第２の補正データを作成しておき、
測定された前記マスクの前記曲面形状に対し、前記データベースから最も曲面形状の近い前記テスト用マスクに相当する第２の補正データを読み出し利用する
請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体装置の製造において使用される露光方法および当該露光方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代リソグラフィとして開発が進められている電子線やイオンビームという荷電粒子を用いたリソグラフィに用いられるマスクに共通な点は、マスクブランクス（マスクのもとになる基板）を裏面側から深くエッチングすることにより、マスク上に厚さおよそ１０ｎｍから１０μｍの薄膜領域（メンブレン）を形成し、そのメンブレン上に転写すべきパターンを配置することである。
【０００３】
これらのマスクは機械的剛性の低いメンブレン領域を含むため、位置精度の高いパターンを形成する方法だけでなく、マスクの歪を計測し、その情報を利用して位置誤差を補正する技術が重要である。
【０００４】
例えば、電子線転写リソグラフィ（ＥＰＬ）においては、梁構造を有するステンシルマスクが用いられるが、梁上に形成されたマークをレーザー干渉式座標測定器で測定し、計測されたマスク歪を電子光学系で補正する方法が提案されている。
【０００５】
しかし、後述の通り、重力によるマスク変形の影響はあからさまには考慮されていない。さらに、仮に計測されたマスク歪データに対して、重力の影響を数値処理で算出するとしても、マスク形状の個体差、固定方法の再現性、あるいは座標測定器と露光装置の固定方法の差異が考えられていない。
【０００６】
一方、近接Ｘ線リソグラフィー（ＰＸＬ）においては、マスクの変形をあらかじめＥＢ描画の時点で補正する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２０３８１７号公報
【特許文献２】
特開平６−１８２２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では不可避的にマスクを２枚製作しなくてはならず、製造時間、手間、およびコストの観点から望ましくない。ＰＸＬマスクの歩留を考慮すれば、一つのマスクを完成させるために、複数枚以上の試作を繰り返す必要すらある。実際、この方法によるＰＸＬマスクの製造は広く普及するに至っていない。
【０００９】
フォトリソグラフィにおいてもマスクの重力変形は認識されているが（特許文献２参照）、マスク固定方法の改善などハードウエア的な対策が提案されているのみである。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスクパターンの電子線描画データの補正だけでは低減できないパターン位置誤差を露光時において補正することができる露光方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記の露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、露光時に対し反転した姿勢でマスクのパターン位置を計測する工程と、前記計測された前記パターン位置に対し前記露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データを作成する工程と、前記第１の補正データに基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う工程とを有する。
【００１２】
上記の本発明の露光方法では、露光時に対し反転した姿勢で計測されたマスクのパターン位置に対し、露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データを作成している。
そして、第１の補正データに基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光することにより、被露光体に露光されるパターンの位置が補正され、パターンの位置誤差が低減される。
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、マスクを介して荷電粒子線を照射することにより、半導体装置にパターンを転写する露光工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記露光工程において、露光時に対し反転した姿勢でマスクのパターン位置を計測する工程と、前記計測された前記パターン位置に対し前記露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データを作成する工程と、前記第１の補正データに基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光されるパターンの位置を補正して露光を行う工程とを有する。
【００１４】
上記の本発明の半導体装置の製造方法では、露光時に対し反転した姿勢で計測されたマスクのパターン位置に対し、露光時の姿勢における重力によるパターン変位を考慮した補正を行い、補正された補正パターン位置の設計データからの差に基づいて第１の補正データを作成している。
そして、第１の補正データに基づいて、荷電粒子ビームを偏向させて被露光体に露光することにより、被露光体に露光されるパターンの位置が補正され、パターンの位置誤差が低減される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態では、次世代リソグラフィとして開発が進められている電子線やイオンビームという荷電粒子を用いたリソグラフィに本発明を適用した例について説明する。
【００１６】
まず、本実施形態において適用対象となるマスクについて説明する。
上記のリソグラフィには、マスクを透過した荷電粒子線を電子／イオン光学系によりウエハ上に縮小投影するタイプのもの（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  、ＩＰＬ：Ｉｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙなど）、および、マスク直下に近接させたウェハ上に結像光学系を介さずにマスクパターンを転写するタイプのもの（ＰＥＬ：Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）がある。
【００１７】
上記の技術に共通なのは、マスクブランクス（マスクのもとになる基板）を裏面側から深くエッチングすることにより、マスク上に厚さおよそ１０ｎｍから１０μｍの薄膜領域（メンブレン）を形成し、そのメンブレン上に転写すべきパターンを配置することである。転写パターンが（１）メンブレンの開口により形成されるものはステンシルマスク（例えば、Ｈ．  Ｃ．  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ３４，  ６６５８  （１９９５）。）、（２）金属薄膜など荷電粒子線の散乱体で形成されるものは散乱メンブレンマスク（例えば、Ｌ．  Ｒ．  Ｈａｒｒｉｏｔｔ，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ  １５，  ２１３０  （１９９７）。）と呼ばれる。ステンシルマスクと散乱メンブレンマスクの断面構造の例を図１に示す。
【００１８】
図１（ａ）は、ＳＯＩ基板を用いて形成されたステンシルマスクの断面図である。図１（ａ）に示すステンシルマスクは、シリコン基板１０上にエッチングストッパ膜１１を介してＳＯＩ層からなるメンブレン（薄膜）１２が形成されている。シリコン基板１０およびエッチングストッパ膜１１が加工されて梁１３が形成されており、梁１３により区画されたメンブレン１２には、孔によりパターン１２ａが形成されている。エッチングストッパ膜１１の膜厚は、例えば１μｍであり、メンブレン１２の膜厚は例えば２μｍである。
【００１９】
図１（ｂ）は、散乱メンブレンマスクの断面図である。散乱メンブレンマスクは、シリコン基板２０上に例えば窒化シリコンからなるメンブレン２１が形成されており、シリコン基板２０が加工されて梁２２が形成されている。梁２２により囲まれたメンブレン２１上には、クロム膜２３ａおよびタングステン膜２３ｂからなる散乱体パターン２３が形成されている。メンブレン２１の膜厚は、例えば１５０ｎｍであり、クロム膜２３ａの膜厚は例えば１０ｎｍであり、タングステン膜２３ｂの膜厚は例えば５０ｎｍである。
【００２０】
図２（ａ）は、図１に示すマスクの平面図である。図２（ａ）に示すように、マスクの中心に、孔によるパターン１２ａや散乱体パターン２３が形成された露光領域Ａが設けられる。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の露光領域Ａを拡大して示す斜視図であり、上記のマスクは、機械的剛性の低いメンブレンを有するため、マスク領域全面を単一のメンブレンで構成するのではなく、格子状の梁で分割された多数の小画メンブレンから構成される。このような梁構造を有するマスクの製造方法として、ＫＯＨなどのアルカリ溶液によるウエットエッチングをもちいる方法や反応性イオンエッチングをもちいる方法がある。
【００２１】
次に、上記のマスクのパターン位置誤差に影響する要因について説明する。
上記のマスクのパターン位置（ＩＰ：Ｉｍａｇｅ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の誤差は、（１）マスク製造プロセスにおいて生じる誤差、（２）露光装置にマスクを装着した時に、マスクが変形することにより生じる誤差、（３）マスクパターンの粗密により生じる誤差、および（４）荷電粒子照射によるマスク加熱やマスクの移動による振動など、露光中に生じる誤差の４つに大別することができる。
【００２２】
上記のうち、（３）の補正方法として未公開の先行出願がある（特願２００２−１１９８４５号参照）。（４）に関しては、数ｋｅＶ程度の低速電子線をもちい、かつ露光中マスクが移動しないＰＥＬでは問題にならないと考えられるが、１００ｋｅＶの高速電子線をもちい、かつ露光中マスクが最大で０．２ｍ／ｓ程度の加速度を受けるＥＰＬでは問題となり得るため、マスクの冷却機構およびマスクステージ移動シーケンスの最適化など、装置的（ハードウエア的）対策が必要とされる。
【００２３】
本実施形態では、上記の（１）と（２）を露光装置の荷電粒子光学系で補正する方法を述べる。（１）は更に細かい要因に分類されるが、主要因はマスクパターンのＥＢ描画で生じる誤差である。図１（ａ）に示した構造を有するＥＰＬマスク上に格子状に描画したパターンの位置精度を、レーザー干渉式座標測定器で測定したデータ例を図３に示す。
【００２４】
図３（ａ）は、理想的なパターン配置を示し、図３（ｂ）は実際に描画されたパターン配置を示し、図３（ｃ）は座標測定器による測定データを示す。なお、図３（ｂ）のパターンの変位は誇張して表示している。
【００２５】
図３に示すように、ＥＢ描画機用ウエハステージの機械的特性などにより、パターン位置（ＩＰ）精度に系統的な誤差が生じていることが分かる。このような系等誤差は、図３のデータをＥＢ描画機の電子光学系にフィードバックすることにより低減することができるが、完全になくすことは難しい。
【００２６】
（２）の主要因は２つある。図４は、第１の要因を説明するための図である。なお、図４では一例としてステンシルマスクを挙げている。
図４（ａ）に示すように、メンブレン１２が上向きの状態でメンブレン１２上にレジストＲを塗布し、当該レジストＲを電子線により直接描画してパターンを形成し、当該レジストＲをマスクとしてメンブレン１２をエッチングすることにより、メンブレン１２に孔からなるパターン１２ａを形成している。そして、製造されたマスクに対して、パターンの位置精度を評価する時、図４（ａ）と同様に、マスクはメンブレン側の面を上向きにしている。
【００２７】
一方で、図４（ｂ）に示すように、上記のようにして形成されパターン位置精度が測定されたマスクは、メンブレン１２を下向きにした状態で、すなわちウェーハに対しメンブレン１２側が近接した状態で、梁１３の形成側から電子線が照射されて露光される。
【００２８】
このように、製造およびパターン位置測定時に対して露光時のマスクの姿勢が反転する。従って、図４（ｃ）に示すように、メンブレン１２は重力によって撓むため、上面側は収縮し、下面側は伸長する。図４（ｃ）のｚ軸は鉛直方向を示している。このような重力変形があることから、メンブレン１２が上向きの状態で正確な位置にパターンを形成したとしても、マスクを反転させて露光を行うと、パターンの位置がずれてしまう。
【００２９】
ステンシルマスクの重力による変形は有限要素シミュレーションなどによって定量的に論じられている（ＥＰＬマスクに関しては、Ｃ．  −ｆ．  Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ  １９，  ２６４６  （２００１）。ＰＥＬマスクに関しては、Ｓ．  Ｏｍｏｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ  ａｔ  ｔｈｅ  ｆｏｒｔｙ−ｓｉｘｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，  Ｉｏｎ，  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，  Ａｎａｈｅｉｍ  Ｈｉｌｔｏｎ，  Ａｎａｈｅｉｍ，  ＣＡ，  ２００２）。
【００３０】
第２の要因は、ＥＢ描画機と露光装置のマスク固定方法の相違である。半導体あるいはマスク製造装置において、処理される試料（ウエハやマスクブランクス）は真空チャック、静電チャック、あるいは機械的なクランプなどにより装置内にしっかりと固定されるが、その固定方式は装置によってまちまちである。ＥＢ描画機と露光装置のマスク固定方法が異なる場合、両者内でのマスクの平面度も異なるので、図４（ｃ）と同じメカニズムでパターンの変位が生じてしまう。
【００３１】
次に、本実施形態における露光までのフローについて、図５を参照して説明する。本実施形態のフローでは、データ処理工程と、マスク製造プロセスと露光工程とに大別される。
【００３２】
まず、オリジナルのマスク設計データ（パターンの位置をＲ０で表す）に、上述した重力によるパターン変位を考慮した補正を加えて、ＥＢ描画用データ（パターン位置Ｒ１）を作成するデータ処理工程について説明する。なお、当該データ処理工程に関しては、未公開の先行出願特願２００２−０９２６１２号に記載されているのと同様の処理を行うため、以下に簡単に述べるにとどめる。本実施形態では、これに続くフローにより、データ処理工程のみでは排除できない誤差要因を低減させるものである。
【００３３】
まず、あらかじめＥＢ描画補正用データを取得するためのテスト用マスクを作製しておく（ステップＳＴ１）。このマスクは実際のデバイスパターンを含んでいる必要はなく、図１および図２に示したマスク構造が不変である限り、基本的には１個もしくは再現性を確認するために数個作製するのみでよい。
【００３４】
テスト用マスクは、図３（ａ）に示したように、レーザー干渉式座標測定器によるパターン位置（ＩＰ）精度測定用のパターンをマスク領域全面に含んでいるが、このパターンは一般に大きさが数μｍから十数μｍの単純な形状（正方形や井桁形状など）をしており、その描画、加工は極めて容易である。つまり、テスト用マスクの製作は、その数量からも技術的な難易度からも、生産用マスクの製造を妨げるものではない。
【００３５】
次に、図６（ａ）に示すように保持手段３０によりメンブレン１２が上向きの姿勢でテスト用マスクＴＭを保持して、このテスト用マスクのパターン位置ＲＭを測定する（ステップＳＴ２）。露光時と同じ姿勢、すなわちメンブレンが下向きの姿勢でパターン位置（ＩＰ）測定ができれば便利であり、かつそれは原理的には不可能ではないが、現在入手可能な標準的な座標測定器は、パターン面を上側にして測定するように設計されている。装置の改造は、コスト増加を招き、かつ他目的の測長を妨げるので望ましくない。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示すように、露光装置のマスク保持手段３１によりメンブレン１２が下向きとなるようにテスト用マスクＴＭを保持して、荷電粒子線を走査することにより、テスト用マスクＴＭ上のパターン位置（ＩＰ）測定用のパターンをレジストＲが塗布されたウエハ４０に転写する。続いて、図６（ｃ）に示すように、現像後に形成されたレジストパターンをマスクとしてエッチング加工を施し、ウエハ上にも同じパターンを形成する（ステップＳＴ３）。このウエハ上のパターン位置ＲＷも座標測定器で測定する（ステップＳＴ４）。
【００３７】
そして、マスクパターン描画時の姿勢と露光時の姿勢での重力変形によるパターン位置の変化をパターン位置伝達関数Ｆ’として求める。このパターン位置伝達関数Ｆ’は、ＲＷ＝Ｆ’〔ＲＭ〕となる。従って、露光時の姿勢で設計データ通りの位置にマスクパターンが配置されるように伝達関数Ｆ’の逆関数であるパターン位置伝達関数Ｆを使用する。
【００３８】
テスト用マスクのパターン位置ＲＭとウェハ上の転写パターン位置ＲＷが異なる主な原因は、上述した通り、マスクの重力によるグローバルな変形なので、パターン伝達関数Ｆによる補正は個々のマスクパターンに依存せず、したがって、あらゆる生産用マスクに普遍的に適用できる。このようにしてテスト用マスクを用いて求められた伝達関数Ｆにより、オリジナルのマスク設計データＲ０は補正マスクデータＲ１に変換される（ステップＳＴ５）。
【００３９】
次に、マスク製造プロセスについて説明する。
マスク製造プロセスにおいては、マスクブランクス上にＥＢ描画機によって補正マスクデータＲ１が露光され、続くエッチング工程により、図１に示すようなステンシルパターンあるいは散乱体パターンが形成され、洗浄や検査の工程を経てマスクが完成する（ステップＳＴ６）。
【００４０】
完成したマスクに対して、テスト用マスクのパターン位置ＲＭを測定した時と同じ姿勢かつ同じ固定方法で、マスクのパターン位置Ｒ２を測定する（ステップＳＴ７）。ここで、生産用マスクの場合、パターン伝達関数Ｆを得るためのテスト用マスクのように、マスク領域全面にパターン位置（ＩＰ）測長用のパターンを配置することはできない。
【００４１】
生産用マスクに対する測長用パターンの配置例は後述するが、次の４つの方法あるいはそれらの組み合わせが可能である。一つは、図２のような梁構造を有するマスクの場合、梁上に測長用パターンを形成することにより、マスク領域全面にわたり、充分な数の測長用パターンを配置する方法がある。
【００４２】
２つめは、フォトマスクの長寸法精度保証方法と同様に、いわゆるスクライブラインと呼ばれている、実際に動作するデバイス領域の周囲にあり、アライメントマーク、製造プロセスモニター用パターン、デバイス特性測定用パターンなどを配置する領域内に測長用パターンを配置する方法がある。この方法は、マスク領域全面に測長用パターンを配置することができないが、マスクのグローバルな変形は位置に対して緩やかに変化する関数なので、スクライブライン上の測長用パターンの位置を低次の関数で補間することで、精度を損なうことなくマスクのパターン位置（ＩＰ）精度が分かる。
【００４３】
３つめは、デバイス領域中の支障のない位置に測長用パターンを配置する。デバイスの積層構造の中で、当該マスクに対応する層（レイヤー）の前後のレイヤーにもパターンが存在しない領域であれば、原理的には測長用パターンを配置することができる。このような領域は、当該レイヤーおよびその前後のレイヤーに相当する３つのマスクデータに対して、ＯＲ演算を施すことによって見出すことができる。
【００４４】
４つめは、マスク領域の周囲にマークを配置する。図２（ａ）に示すように、荷電粒子線により露光される露光領域Ａの周辺はメンブレンを支持する基板領域なので、自由に測長用パターンを配置することができる。
【００４５】
マスクのパターン位置（ＩＰ）の誤差δＲは、実測値Ｒ２と補正マスクデータＲ１との差分により求められ評価される（ステップＳＴ８，ＳＴ９）。この誤差δＲがマスク製造プロセスに起因する誤差であり、許容値を超えている場合は、マスクを再作製する必要がある。しかしながら、荷電粒子線をもちいたリソグラフィ（ＥＰＬ、ＩＰＬ、ＰＥＬなど）が適用されるであろう世代の半導体デバイスは、回路最小線幅が９０ｎｍ以下の極めて微細なものになると考えられ、したがって、マスクに要求されるパターン位置（ＩＰ）精度も非常に厳しくなる。
【００４６】
とりわけＰＥＬでは、実際のデバイスと同じサイズのパターンをマスク上に形成しなくてはならない。現在のＥＢ描画機の性能を考慮すると、ＩＴＲＳロードマップなどに提示されているδＲの許容値をそのまま適用すると、マスクの歩留は極端に低くなってしまう恐れがある。
【００４７】
本実施形態では、荷電粒子線が電磁場レンズにより極めて高精度に偏向可能であるという、光子をもちいたリソグラフィにはない優れた特徴に注目し、マスク歪（パターン位置誤差δＲ）の一部を露光装置の副偏向機能によってその場で補正するので、マスク製造におけるＩＰ誤差δＲの許容値を緩和し、マスクの歩留を大幅に向上させることができる。これによりマスクの価格が低くなり、半導体製造コスト全体の低減につながる。
【００４８】
ステップＳＴ９において、緩和されたある許容値をクリアしたマスクに対しては、その場補正用のデータΔ１が作成される。メンブレンが上向きの状態でＲ２の位置にあるパターンは、露光姿勢においては位置Ｆ〔Ｒ２〕に変位すると考えられるので、Δ１＝Ｆ〔Ｒ２〕−Ｒ０が第１の補正データとなる（ステップＳＴ１０）。
【００４９】
製造されたマスクの位置精度を測定し、そのデータを電子光学系にフィードバックすることにより、マスク歪を補正して露光を行う方法は、例えばＥＰＬに限定された形で提案されている（Ｌ．  Ｅ．  Ｏｃｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ１９，  ２６５９  （２００１））。しかし、従来の方法においては、パターン位置（ＩＰ）測長時と露光時におけるマスク姿勢の反転がパターン位置（ＩＰ）におよぼす影響（図４（ｃ）参照）が全く考慮されておらず、いわばＲ２−Ｒ０を補正データとしてもちいている。
【００５０】
姿勢の反転は数十ｎｍ以上のパターン変位を生じることが指摘されていることからも（前出：Ｃ．  −ｆ．  Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ  １９，  ２６４６  （２００１）  ）、従来技術が正しく機能しないことは明らかである。本実施形態では、パターン伝達関数をあらかじめ算出し、ＥＢ描画補正（図５のＲ０からＲ１）だけでなく、マスク製造プロセスにより生じる誤差の補正にも有効に活用している点に特徴がある。また、次に述べるように、マスク形状の個体差に起因する伝達関数の誤差をも補正することができる。これは、これまで全く着目されたことのない点である。
【００５１】
パターン位置（ＩＰ）測定の終了したマスクは露光装置に装着される。露光開始前に、マスクの高さＷ（ｘ，ｙ）が位置の関数として測定される（ステップＳＴ１１）。ここで（ｘ，ｙ）はマスク平面の座標である。高さ測定は、レーザー干渉計（Ａ．  Ｅｈｒｍａｎｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ＳＰＩＥ  ３９９７，  ３８５  （２０００））や静電容量センサー（Ｍ．Ｏｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ３４，  ６７２９  （１９９５））をもちいて行うことができる。後述する露光装置のマスクステージは極めて高精度なので、例えば、マスクステージを移動させながら、マスクに近接させた静電容量センサーによりセンサーとマスク間の距離を測定すれば、Ｗ（ｘ，ｙ）を正確に得ることができる。
【００５２】
なお、上記の測定は必ずしも露光装置内において行う必要はなく、上記の測定手段を有する独立した装置を製作して使用することも可能ではあるが、先に述べた通り、露光装置と可能な限り同じマスク固定方法、もしくは、少なくとも同等の平面度を保証する方法を採用しなければならない。
【００５３】
マスク表面の形状Ｗが、伝達関数Ｆを求めるために利用したテスト用マスクの形状Ｗｒｅｆ（これもあらかじめ測定しておく）と同一ならば、第１の補正データΔ１以外は必要ない。しかし、マスクの形状には一般に個体差が存在する。例えば、図１（ａ）のステンシルマスクはＳＯＩウエハから作製されている。ＳＯＩウエハは、埋め込み酸化膜であるエッチングストッパ膜の数百ＭＰａもの強い圧縮応力により、数十μｍも反っている場合があり、しかもその反り量はウエハごとに異なっている。
【００５４】
従って、図５に示すように、マスク形状の個体差に起因するパターン位置（ＩＰ）誤差を第２の補正データΔ２として算出する（ステップＳＴ１２）。高さの変動から第２の補正データΔ２を作成する方法は２つある。以下に、第２の補正データΔ２を作成する方法について説明する。
【００５５】
一つめは、図４（ｃ）からも示唆されるように、パターンの変位はマスク面の局所的な勾配と関連付けられる。材料力学の文献（例えば、Ｓ．  Ｐ．  Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ  ａｎｄ  Ｓ．  Ｗｏｉｎｏｗｓｋｙ−Ｋｒｉｅｇｅｒ，  ”Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｐｌａｔｅｓ  ａｎｄ  Ｓｈｅｌｌｓ．”  ）によると、平板の微小たわみに対しては次の関係が成立する
【００５６】
【数１】
2004165500.tif 000003
【００５７】
上記式（１）において、ｕとｖはそれぞれｘ方向とｙ方向の変位であり、ｈは平板の厚みである。図２のような梁構造を有するマスクは、厳密な平板とは言えないが、上記の関係は近似的に成り立っていると考えられる。したがって、上記式（１）のＷを（Ｗ−Ｗｒｅｆ）に置き換えることにより、個々のマスクの露光時における曲面形状に起因するパターン位置（ＩＰ）誤差の補正データΔ２が得られる。
【００５８】
二つめの第２の補正データΔ２の作成方法について説明する。
すなわち、図６（ａ）〜図６（ｂ）に示す工程を複数のテスト用マスクに行い、テスト用マスクの設計データに対するウェハに転写されたパターンＲＷの変位（第２の補正データΔ２に相当）と、図６（ｂ）に示す工程において測定されたテスト用マスクの曲面形状Ｗｒｅｆとの関係を求めておく。
【００５９】
そして、複数の曲面形状Ｗｒｅｆに対してそれぞれ複数の第２の補正データを用意しておき、データベース化しておく。
これにより、生産用マスクの曲面形状Ｗを測定した後に、作成されたデータベースから、最も曲面形状の近いテスト用マスクについて求められた第２の補正データΔ２を読み出して利用する。
【００６０】
以上のようにして、露光時偏向補正用のデータを作成することができる。
ここで、このような露光時偏向補正用のデータは、フォトリソグラフィにおけるいわゆる「条件出し露光」のように、合わせ精度測定用副尺マークを配置したウエハにテスト露光を行い、マスクからレジストに転写された合わせ精度測定用主尺マークとウエハ上の副尺マークとの相対位置測定（合わせ精度測定）の結果からも間接的に知ることができる（ウエハ上の副尺マークを基準とした相対的なマスク歪しか分からないが）。しかし、このような条件出し作業は、露光工程のスループットを低下させ、デバイス製造工程全体のコストを増加させてしまうので、一般的に好ましくない。
【００６１】
本実施形態では、マスク製造プロセスで長寸法精度保証のために通常行われているパターン位置（ＩＰ）測長データ、および露光装置内で行われるマスク高さ測定データから、テスト露光を行うことなく迅速に補正データを作成することができる。
【００６２】
以上のようにして作成した第１および第２の補正データΔ１，Δ２（露光時偏向補正データ）を荷電粒子露光装置の記憶部に保存しておく。
そして、図７に示すように、荷電粒子光学系の主偏向レンズにより、荷電粒子線ＢをマスクＭ上で走査させる時に、露光時偏向補正データに従って副偏向レンズにより荷電粒子線Ｂの進行方向を僅かに変化させることにより、マスク歪により正確な位置から変位しているパターンを、ウエハ４０上の正しい位置に転写する（ステップＳＴ１３）。なお、露光時偏向補正データを別の記憶装置に保存しておき、露光時に当該記憶装置からオンラインでダウンロードして使用してもよい。
これにより、半導体デバイスの微細化と共に厳しくなる一方のマスクに要求されるパターン位置（ＩＰ）精度をある程度緩和でき、マスクコストの削減と製造時間短縮が実現される。
【００６３】
次に、上記の露光時偏向補正用データに基づいて、ウエハに対し露光を行う露光装置の構成の一例について説明する。等倍ステンシルマスクをもちいるという点で、ＰＥＬマスクに求められるパターン位置（ＩＰ）精度は、ＥＰＬマスクやＩＰＬマスクのそれよりも厳しいと言える。そこで、ここでは本発明のＰＥＬへの適用例を説明する。
【００６４】
図８は、低加速電圧電子ビーム等倍近接露光装置の電子光学系の概要を示す図である。上記の露光装置は、文献（Ｔ．  Ｕｔｓｕｍｉ，  Ｕ．  Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ５８３１２７２  （３  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９８））に記載されている。
【００６５】
図８に示す露光装置１００は、電子ビーム１０２を出射する電子銃１０３、電子ビーム１０２を平行化するコンデンサレンズ１０４、電子ビーム１０２を制限するアパーチャ１０５、電子ビーム１０２が平行なままでラスターまたはベクトル走査モードの何れかで且つステンシルマスクＳＭに垂直に入射するように偏向させる目的を持つ一対の主偏向器１０６，１０７とを有し、さらには、微調を行う目的を持つ一対の微調整用偏向器１０８，１０９と、装置全体の動作を制御する制御部１１０とを有する。
【００６６】
図８に示す露光装置においては、低加速電子が用いられるため、図１（ａ）に示すステンシルマスクＳＭが用いられる。図８において、ステンシルマスクＳＴの孔を透過した電子ビーム１０２により、ウエハＷａ上のレジストＲが露光される。図８に示す露光装置では、等倍露光を採用しており、ステンシルマスクＳＳＭとウエハＷａは近接して配置される。ステンシルマスクＳＭとウエハＷａの間に縮小投影光学系が存在しないので、比較的シンプルな構造をしている。
【００６７】
制御部１１０は、主偏向器１０６，１０７を制御して電子ビーム１０２をステンシルマスクＳＭ上で走査させ、マスクパターンをウエハ４０に転写する。この露光時において、露光時偏向補正用データを読み込み、微調整用偏向器１０８，１０９を制御して電子ビーム１０２の方向を僅かに変化させることにより、マスク歪により正確な位置から変位しているパターンを、ウエハＷａ上の正しい位置に転写する。上記の制御は、予めパターン位置の誤差を示す種々の露光時偏向補正用データと、ウエハＷａ上の正しい位置に転写するための印加電圧等の条件との相関関係を求めておけばよい。
【００６８】
なお、図示はしないが、ウエハステージとマスクステージとが近接しているので、マスクステージの駆動機構を利用して、ウエハステージ上に設置した静電容量センサー上でマスクを走査することによって、テストマスクの形状を計測することが可能である。
【００６９】
図９（ａ）は、図８に示す露光装置に使用されるステンシルマスクの平面図である。
図９（ａ）に示すステンシルマスクは、外径４インチのＳＯＩウエハから製作され、その中心４０ｍｍ角に露光領域Ａ（Ｌ＝２０ｍｍ）が形成されている。ＳＯＩ層を利用したメンブレンの厚さは６００ｎｍ、裏面エッチングの阻止層であるエッチングストッパ膜の厚さは４００ｎｍである。
【００７０】
図９（ｂ）に、図９（ａ）の露光領域Ａの拡大図の一例を示す。
図９（ｂ）において、メンブレンサイズｄ１＝１０５０μｍ、梁の幅ｄ２＝２００μｍである。図９に示すように、露光領域ＡがＡ１からＡ４の４  つの領域に分割され、相補分割されたマスクパターンがこれら４つの領域に適切に分配、配置される（Ｉ．  Ａｓｈｉｄａ，  Ｓ．  Ｏｍｏｒｉ  ａｎｄ  Ｈ．  Ｏｈｎｕｍａ，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ４７５４，  ８４７  （２００２））。
【００７１】
図１０（ａ）に、上記のステンシルマスクの中心４０ｍｍ角の重力による変形を示す。図１０（ａ）に示すように、ステンシルマスク中において約１．５μｍの高低差が存在し、それによって引き起こされるパターン変位は最大で４４ｎｍであった。ただし、図１０（ｂ）に示すように、マスクのグローバルな変形で引き起こされる変位は位置の緩やかな関数であり、上述したように伝達関数Ｆによって補正することが可能である。
【００７２】
図１１（ａ）に示すようにチップＣｈの周囲にスクライブラインＳＬが配置され、図１１（ｂ）に示すようにマスクに対してチップＣｈが相当するとする。
この場合に、図９に示したマスクの一つの領域Ａ１〜Ａ４において梁が形成された箇所には他の領域Ａ１〜Ａ４のパターン形成領域が位置することから、チップ周辺に設定されるスクライブラインＳＬに、パターン位置（ＩＰ）精度測定用パターンを配置することができる。これは補正精度の向上に寄与する。なお、パターン形成領域とは、メンブレンの領域のうち、梁が形成されていない領域と定義する。
【００７３】
補正マスクデータＲ１により製造されたマスクは、図５に示したように、パターン位置（ＩＰ）測定が行われ、長寸法精度の合否判定が成される。合格したマスクに対しては、第１の補正データΔ１が算出される。次にマスクが図８に示す露光装置に装着され、テスト用マスクと同様に静電容量センサーによる高さ測定が行われる。上述したように、テスト用マスクと当該マスクの形状の差異を第２の補正データΔ２に変換してもよいし、パターン位置（ＩＰ）誤差とマスク形状の関係を記録したデータベースをもちいてもよい。最終的には、２つの補正データの和をもちいて、図８に示す露光装置により露光を行う。
【００７４】
以上の本実施形態の効果を図１２および図１３を参照して説明する。
図１２（ａ）に示すような補正が必要ない理想的なデータの場合には、主偏向器１０６，１０７により電子ビーム１０２がウエハに対して垂直に走査される。これに対し、図５のフローで得られた露光時偏向補正データが図１２（ｂ）に示すようなデータの場合に、本実施形態では、さらに微調整用偏向器１０８，１０９によりウエハに対して当該補正データに基づいて角度がつけられて、ウエハに対して電子ビーム１０２が照射される。
【００７５】
上記の露光時偏向補正データをもちいた露光の効果を図１３に示す。
図１３（ａ）に示すように、マスクパターンＭＰが理想的な格子Ｅから歪んでいても、図１３（ｂ）に示すように露光時の偏向によって、ウエハ上では精度の高い格子に修正されて転写される。
【００７６】
以上説明した本実施形態に係る露光方法および半導体装置の製造方法の効果を以下にまとめる。
まず、伝達関数によるパターン位置補正により、マスクの位置精度が向上し、デバイスの歩留が増加する。
そして、マスク製造の位置精度に対する要求を緩和することができ、マスク歩留が向上する。これにより、マスク価格を下げることができる。
露光装置におけるマスクの高さ測定により、マスク基板の個体差に起因する誤差を補正できるので、基板の平面度に対する仕様を緩和でき、マスク価格を下げることができる。
露光時において荷電粒子ビームの照射角度を露光時偏向補正データに基づいて変化させてウエハに荷電粒子ビームを照射することにより、ウエハ上に転写されたパターンの位置精度が向上し、デバイスの歩留が増加する。
【００７７】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、図５のフローはＥＰＬやＩＰＬマスクに対してもそのまま適用可能である。ＥＰＬやＩＰＬにおいては、マスクとウエハ間は近接していないので、マスクの高さ測定には、図８に示す露光装置とは異なる機構が必要である。また、パターン位置（ＩＰ）誤差の補正データが同じでも、電子／イオン光学系がことなるので、露光時偏向補正のための装置制御方法は異なる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、マスクパターンの電子線描画データの補正だけでは低減できないパターン位置誤差を露光時において補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る露光方法の適用対象となるマスクの断面図であり、（ａ）はステンシルマスクの断面図、（ｂ）は散乱メンブレンマスクの断面図である。
【図２】本実施形態に係る露光方法の適用対象となるマスクの詳細な構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。
【図３】ＥＢ描画機によるパターン位置精度評価結果を示す図であり、（ａ）は理想的なパターン、（ｂ）は実際に描画されたパターン、（ｃ）は座標測定器による測定データである。
【図４】（ａ）はマスク製造プロセスにおけるマスクの姿勢を示す図であり、（ｂ）は露光時のマスクの姿勢を示す図であり、（ｃ）はマスクのたわみによりパターンが変位するメカニズムを説明するための図である。
【図５】本実施形態に係る露光方法のフロー図である。
【図６】テスト用マスクによりパターン伝達関数を求める工程を説明するための図である。
【図７】露光装置により荷電粒子ビームを偏向させる様子を示す図である。
【図８】本実施形態に係る露光方法を実施する露光装置の一例を示す構成図である。
【図９】（ａ）は図８の露光装置に使用されるマスクの詳細な一例を示す平面図であり、（ｂ）は露光領域の拡大図である。
【図１０】（ａ）はステンシルマスクの重力による変形を示す図であり、（ｂ）は変形によるパターン変位量を示す図である。
【図１１】ステンシルマスクの測長用パターンの配置可能領域を説明するための図である。
【図１２】露光時偏向補正データを示す図であり、（ａ）は理想的な偏向データを示し、（ｂ）は実際の偏向データを示す。
【図１３】本実施形態に係る露光方法の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板、１１…エッチングストッパ膜、１２…メンブレン、１２ａ…ステンシルパターン、１３…梁、２０…シリコン基板、２１…メンブレン、２２…梁、２３…散乱体パターン、２３ａ…クロム膜、２３ｂ…タングステン膜、３０，３１…保持手段、４０…ウエハ、１００…露光装置、１０２…電子ビーム、１０３…電子銃、１０４…コンデンサレンズ、１０５…アパーチャ、１０６，１０７…主偏向器、１０８，１０９…微調整用偏向器、１１０…制御部、ＴＭ…テスト用マスク、Ｂ…荷電粒子ビーム、Ｃｈ…チップ、ＳＬ…スクライブライン。
【図１】
2004165500.tif 000004
【図２】
2004165500.tif 000005
【図３】
2004165500.tif 000006
【図４】
2004165500.tif 000007
【図５】
2004165500.tif 000008
【図６】
2004165500.tif 000009
【図７】
2004165500.tif 000010
【図８】
2004165500.tif 000011
【図９】
2004165500.tif 000012
【図１０】
2004165500.tif 000013
【図１１】
2004165500.tif 000014
【図１２】
2004165500.tif 000015
【図１３】
2004165500.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月18日(2002.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004165500.tif 000017
【図２】
2004165500.tif 000018
【図３】
2004165500.tif 000019
【図４】
2004165500.tif 000020
【図５】
2004165500.tif 000021
【図６】
2004165500.tif 000022
【図７】
2004165500.tif 000023
【図８】
2004165500.tif 000024
【図９】
2004165500.tif 000025
【図１０】
2004165500.tif 000026
【図１１】
2004165500.tif 000027
【図１２】
2004165500.tif 000028
【図１３】
2004165500.tif 000029