(57)【要約】【課題】  最小限の試行露光により、反射電子の影響を補正し、不良品となる製品を少なくすることが可能な荷電粒子線露光装置における露光方法を提供する。【解決手段】  ウエハ３から放出される反射電子の一部を反射電子検出器５により検出する。各サブフィールドの露光を行い、１チップ分の露光領域の露光を完了するまでに照射した荷電粒子線電流密度の平均値をＡとし、１チップ分の露光領域におけるパターン密度をＭｄとする。そして、この１チップ分の露光領域を露光するときに検出された反射電子量の総和をＢＳＥとするとき、反射電子係数ηを求める。そして、ηと予め求められた前記感応基板の位置に対応する露光量補正係数に基づいて、前記ウエハ上における所定露光単位領域毎に、それぞれの露光単位領域を露光する際の露光量を補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を用いて、ウエハ等の感応基板に所定のパターンを形成する露光方法であって、露光中に発生する反射電子の強度を計測し、この計測値ＢＳＥとそのときの露光の際の荷電粒子線の電流密度Ａ、及び前記ウエハ上における所定露光単位領域におけるパターン密度Ｍｄから、反射電子係数ηを求め、求められた反射電子係数ηと、予め求められた前記感応基板の位置に対応する露光量補正係数に基づいて、前記ウエハ上における所定露光単位領域毎に、それぞれの露光単位領域を露光する際の露光量を補正することを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光方法。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置における露光方法であって、反射電子係数ηの決定を、ロット先頭の感応基板の最初の露光単位領域の露光時に行い、当該ウエハの残りの露光単位領域、及びそのロット内の他の感応基板については、この方法で決定された反射電子係数ηを使用することを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光方法。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置における露光方法であって、反射電子係数ηの決定を、ロット先頭の感応基板における不完全露光単位領域において行い、当該ウエハの正規の露光単位領域、及びそのロット内の他の感応基板については、この方法で決定された反射電子係数ηを使用することを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いて、ウエハ等の感応基板に所定のパターンを形成する露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの集積度の向上により微細化されたパターンは従来の紫外光を用いた露光方法では解像が困難になりつつあり、荷電粒子線や極短紫外線（ＥＵＶ）を用いた新しい露光方法が使用されるようになってきている。中でも荷電粒子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い、等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望である。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、荷電粒子線光学系の収差や歪等のために、広い領域を一度に露光転写することができない。このため、例えば１つのチップに相当する領域を、複数のサブフィールドと呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとにレチクルのパターンをウエハに露光転写し、露光転写されたパターンをつなぎ合わせて１つのチップのパターンを得る、分割露光転写方式が採用されるようになってきている。
【０００４】
この他、繰り返し使用されるパターン（微少領域）のみを一括露光する方法（セルプロジェクション）、パターンの組み合わせにより所望のパターンを形成して順次露光することにより、ウエハ上に目的のパターンを形成する方法（可変成形法）も古くから用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウエハ上に形成されるパターンの線幅は、ウエハ上に塗布されたレジスト中に蓄積される蓄積エネルギーが閾値を超えるかどうかで決定される。通常は、目標とする線幅のパターンが得られるように、照射するビームの太さ、レチクルに形成するパターンの線幅を決定する。
【０００６】
しかしながら、実際にウエハに形成されるパターンは、荷電粒子線のビームのボケ、感電粒子のレジスト中での散乱等の影響を受け、設計値どおりにならない場合がある。ウエハに形成されるパターンの寸法を変化させる要因の一つに反射電子の影響がある。図３は、この反射電子の影響を説明するための図である。
【０００７】
荷電粒子線１は、鏡筒２中を通ってウエハ３上に照射される。そのとき、反射電子４がウエハ３から放出される。この反射電子４の一部は鏡筒２で反射され、再びウエハ３に達する。よって、荷電粒子線１に照射されていないウエハ３の部分に、反射電子４によるエネルギーが蓄積されることになる。
【０００８】
今、ウエハ３面の鏡筒の中心を原点にとり、荷電粒子線光学系の光軸をｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系を考え、単位量の荷電粒子線が照射されたときに、そこから発生する反射電子４のうちウエハ３面の点（ｘ、ｙ）に入射するものの量をｒ（ｘ，ｙ）とすると、ウエハ３全体を露光した際にウエハ上の点（Ｘ，Ｙ）に入射する反射電子４の量Ｒ（ｘ，ｙ）は、以下の（１）式で表される。但し、（Ｘ，Ｙ）は、ウエハ３中心を原点として、ｘ−ｙ座標系で表したものとする。又、Ｑ（ｘ，ｙ）は、ウエハ３の位置（ｘ、ｙ）に照射される荷電粒子線の量、ｋは比例常数、積分範囲はウエハ面である。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
反射電子４による蓄積エネルギーは、Ｒ（Ｘ，Ｙ）に比例し、ウエハ３の中心付近では大きく、周辺部では小さくなることが知られている。
【００１１】
よって、この蓄積エネルギー量を勘案して、ウエハ中心部では、設計値より少ない線量、ウエハ周辺部では設計値より多い線量の荷電粒子線を照射することにより、反射電子の影響を相殺することが考えられる。（１）式のうち、ｒ（ｘ，ｙ）は、主として鏡筒の形状等の荷電粒子線露光装置の機械的な形状と、単位量の荷電粒子線を受けたとき発生する反射電子の数により定まる。
【００１２】
しかしながら、これらのファクタのうち、鏡筒の形状等の荷電粒子線露光装置の機械的な形状は一定であり予め計測しておくことが可能であるが、単位量の荷電粒子線を受けたとき発生する反射電子の数は、露光されるパターンによって変化する。また、露光しようとするレイヤーの下層に金属膜等が存在していると、発生する反射電子の数が大きく変化する。
【００１３】
よって、従来は、１枚のウエハを露光して、ウエハ各部における線幅の変動を調べ（実際には、１枚のウエハに同じパターンのチップが形成されることが多いので、ウエハの各場所に形成されたチップ毎に線幅変動の平均値を算出する）、それを元にして、個々のチップを露光するときの露光線量を調整し、全チップにおいてほぼ設計どおりの線幅パターンが得られるようにしていた。
【００１４】
しかし、この方法によると、最初の一枚のウエハにおいては、最適な露光量が得られず、不良品となるチップが発生することがあった。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、最小限の試行露光により、反射電子の影響を補正し、不良品となる製品を少なくすることが可能な荷電粒子線露光装置における露光方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線を用いて、ウエハ等の感応基板に所定のパターンを形成する露光方法であって、露光中に発生する反射電子の強度を計測し、この計測値ＢＳＥとそのときの露光の際の荷電粒子線の電流密度Ａ、及び前記ウエハ上における所定露光単位領域におけるパターン密度Ｍｄから、反射電子係数ηを求め、求められた反射電子係数ηと、予め求められた前記感応基板の位置に対応する露光量補正係数に基づいて、前記ウエハ上における所定露光単位領域毎に、それぞれの露光単位領域を露光する際の露光量を補正することを特徴とする荷電粒子線露光装置における露光方法（請求項１）である。
【００１７】
本手段及び特許請求の範囲において、「露光単位領域」とは、適当に定められたひとまとまりの露光領域のことであって、典型的にはウエハ上に形成される１チップ分に相当する露光領域がこれに相当するが、これに限られるものではない。
【００１８】
前述のように、（１）式におけるｒ（ｘ，ｙ）は、主として鏡筒の形状等の荷電粒子線露光装置の機械的な形状と、単位量の荷電粒子線を受けたとき発生する反射電子の数により定まる。本手段において、「予め求められた前記感応基板の位置に対応する露光量補正係数」が前者に対応して求まる係数であり、露光条件に影響されないものである。
【００１９】
本手段においては、後者に関する係数を、反射電子係数ηとして求めている。この反射電子係数ηは、例えば後述するように、η＝ＢＳＥ／（Ａ＊Ｍｄ）として求めることができる。この場合、（Ａ＊Ｍｄ）がＱ（ｘ，ｙ）に対応する量であり、検出された反射電子の量ＢＳＥをこれで割ることにより、単位量の荷電粒子線が入射したときに発生する反射電子の量に比例する係数である反射電子係数ηを求める。なお、反射電子係数ηは、反射電子の強度ＢＳＥ、露光時の荷電粒子線の電流密度Ａ、露光単位領域におけるパターン密度Ｍｄを用いて求めるが、計算式は上記のようなものに限られず、各値に重みをつけたり、他の適当な任意の計算式を用いることができる。
【００２０】
本手段においては、反射電子係数ηの値を、前記所定露光単位領域毎に求める。典型的には、所定露光単位領域毎に反射電子係数ηの平均値を求め、それをその所定露光単位領域の反射電子係数ηとする。
【００２１】
そして、この反射電子係数ηと、前記「予め求められた前記感応基板の位置に対応する露光量補正係数」に基づいて、それぞれの露光単位領域を露光する際の露光量を補正する。具体的な方法については、実施の形態としてその例を説明する。
【００２２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、反射電子係数ηの決定を、ロット先頭の感応基板の最初の露光単位領域の露光時に行い、当該ウエハの残りの露光単位領域、及びそのロット内の他の感応基板については、この方法で決定された反射電子係数ηを使用することを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２３】
前述のように、「予め求められた前記感応基板の位置に対応する露光量補正係数」は、露光装置の機械的な形状等により定まるものであり、ウエハや露光条件によって変化しない。変化するのは反射電子係数ηである。そして、この値は、１枚のウエハに同一のチップが形成される場合のように、各所定露光単位領域が同じものであり、露光条件が同一であるような場合には、一つ測定すれば、他はその値を使用することができる。
【００２４】
本手段においては、反射電子係数ηの決定を、ロット先頭の感応基板の最初の露光単位領域の露光時に行い、当該ウエハの残りの露光単位領域、及びそのロット内の他の感応基板については、この方法で決定された反射電子係数ηを使用しているので、最初の露光単位領域を除く露光単位領域は、補正された露光量で露光を行うことができる。よって、不良品となる製品の数を少なくすることができる。
【００２５】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、反射電子係数ηの決定を、ロット先頭の感応基板における不完全露光単位領域において行い、当該ウエハの正規の露光単位領域、及びそのロット内の他の感応基板については、この方法で決定された反射電子係数ηを使用することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２６】
「不完全露光単位領域」とは、ウエハの周辺部に形成される露光単位領域であり、その一部がウエハ中に入らないために製品とならない露光単位領域のことである。本手段においては、反射電子係数ηの決定を、ロット先頭の感応基板における不完全露光単位領域において行っているので、製品となる露光単位領域に対応する部分は、最初のものから補正をかけた状態で露光を行うことができ、不良品の個数を更に低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、最小限の試行露光により、反射電子の影響を補正し、不良品となる製品を少なくすることが可能な荷電粒子線露光装置における露光方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。この実施の形態においては、露光方式は分割露光転写方式であるものとし、レチクルに形成されたサブフィールドのパターンをウエハに転写し、サブフィールドをつなぎ合わせてウエハ上に１チップ分のパターンを露光する動作を繰り返し、同じレチクルパターンを使用して、１つのウエハ上に複数の同一チップパターンを形成するものとする。
【００２９】
図１にこのような目的のために使用される露光装置の投影光学系とウエハの部分を示す。この図は、基本的には従来技術である図３に示す装置と同じ構成であるが、反射電子検出器５が設けられているところが異なっている。
【００３０】
すなわち、荷電粒子線１は、鏡筒２中を通ってウエハ３上に照射される。そのとき、反射電子４がウエハ３から放出される。この反射電子４の一部は鏡筒２で反射され、再びウエハ３に達する。よって、荷電粒子線１に照射されていないウエハ３の部分に、反射電子４によるエネルギーが蓄積されることになる。
【００３１】
本実施の形態においては、ウエハ３から放出される反射電子の一部を反射電子検出器５により検出する。又、本実施の形態においては、発明を解決する手段の欄で述べた「露光単位領域」として、１チップ分の露光領域を採用するものとする。
【００３２】
すなわち、各サブフィールドの露光を行い、１チップ分の露光領域の露光を完了するまでに照射した荷電粒子線電流密度の平均値をＡとし、１チップ分の露光領域におけるパターン密度をＭｄとする。そして、この１チップ分の露光領域を露光するときに検出された反射電子量の総和をＢＳＥとするとき、反射電子係数ηを、
η＝ＢＳＥ／（Ａ＊Ｍｄ）
として求める。
【００３３】
反射電子係数ηは、一つのロットのウエハの製造を行うとき、そのロットの最初のウエハの、最初に露光される１チップ分について求めておく。
【００３４】
一方、これに先立ち、ウエハの位置に対応する露光量補正係数ｆ（ｘ，ｙ）を求めておく。ここで、（ｘ，ｙ）は、ウエハ中心を原点とし、前述のｘ−ｙ−ｚ座標系に沿って決められる位置とする。
【００３５】
ｆ（ｘ，ｙ）は、以下のようにして求められる。すなわち、レジストを表面に塗布したブランクのウエハを使用し、その中心に所定量の荷電粒子線を照射する。そして、そのレジストを現像することにより、レジストの残膜特性、すなわち現像後のレジストの膜厚が分かる。これを、荷電粒子線の照射量を変えて行い、それに対応するレジストの残膜特性を調べることにより、単位量の荷電粒子線を照射したときに、所定量のエネルギーが蓄積される領域を離散的に求めることができる。
【００３６】
これを内挿することにより、単位量の荷電粒子線を照射したときに位置（ｘ，ｙ）に蓄積されるエネルギーｇ（ｘ，ｙ）を求めることができる。ｇ（ｘ，ｙ）が求まれば、ｆ（ｘ，ｙ）はその逆数として求めることができる。
【００３７】
実際には、ｇ（ｘ，ｙ）は任意の点を基準として正規化する。従って、ｆ（ｘ，ｙ）もその点を基準として正規化された相対値となる。
【００３８】
このようにして、ηとｆ（ｘ，ｙ）が求まると、以後のチップを露光する場合においては、そのチップのウエハ上での中心位置を（ｘ，ｙ）とし、設計上の露光量をＤ０とした場合、
D(x,y)＝D０*｛1+η*f(x,y)｝
で決定される露光量で露光を行う。これにより、反射電子の影響を補正して露光を行い、ウエハ上のどのチップにおいてもほぼ等しい線幅のパターンを得ることができる。
【００３９】
図２に、このようにして決定された
｛1+η*f(x,y)｝
の例を示す。図において、１１はウエハ、１２は完全な１チップに対応する露光領域、１３は、一部が欠けた不完全な１チップに対応する露光領域、チップに対応する領域内に書かれた数字が
｛1+η*f(x,y)｝
を意味する。この例においては、Ａで示される１チップに対応する領域において反射電子量の測定を行ってηを決定している。
【００４０】
これに対し、例えばＢで示される不完全な１チップに対応する露光領域で反射電子量の測定を行ってηを決定してもよい。この場合には、ウエハ１１より外れた部分に異常に反射電子の発生量が多かったり少なかったりする部分があると誤差が生じるが、通常はそのような偏りがあることは希であるので問題はない。又、この偏りはチップパターンがから予測することができるので、この予測に基づいて偏りが問題となると判断された場合は、完全な１チップ分の領域を使用してηを決定するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態を実施するために使用される露光装置の投影光学系とウエハの部分を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の方法により決定された補正係数の値を示す図である。
【図３】反射電子の影響を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…荷電粒子線、２…鏡筒、３…ウエハ、４…反射電子、５…反射電子検出器、１１…ウエハ、１２…完全な１チップに対応する露光領域、１３…一部が欠けた不完全な１チップに対応する露光領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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