(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を搭載したステージを移動する手段と、
前記ステージの位置を検出する手段と、
前記試料面上の位置を光学的に測定する光学的位置測定手段と、
前記試料面に露光ビームを照射してパターンを描画する描画手段と、
前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマークを備えた第１のマーク基板と、
前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマーク及び、前記露光ビームにより検出可能な第２のマークの両方を備え、前記第１のマーク基板と熱的に絶縁した第２のマーク基板と、
前記描画手段による描画前に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘ、Δｙ）を求めて記憶する手段と、
前記露光ビームを前記第２のマーク基板の第２のマークに照射して得られる位置検出値を基準として前記試料にパターンを描画する際に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘｎ、Δｙｎ）を求めて記憶する手段と、
前記試料にパターンを描画する際に、これら記憶された前記（Δｘ、Δｙ）と前記（Δｘｎ、Δｙｎ）の差に基づいて、前記露光ビームで検出された前記第２のマーク基板の第２のマークの位置を補正する手段と、
を具備することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
試料を搭載したステージを移動する手段と、
前記ステージの位置を検出する手段と、
前記試料面上の位置を光学的に測定する光学的位置測定手段と、
前記試料面に露光ビームを照射してパターンを描画する描画手段と、
前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマークを備えた第１のマーク基板と、
前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマーク及び、露光ビームにより検出可能な第２のマークの両方を備え、前記第１のマーク基板と熱的に絶縁した第２のマーク基板と、
を具備する露光装置の露光ビーム校正方法であって、
前記描画手段による描画前に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘ、Δｙ）を求めて記憶し、
前記露光ビームを前記第２のマーク基板の第２のマークに照射して得られる位置検出値を基準として前記試料にパターンを描画する際に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘｎ、Δｙｎ）を求めて記憶し、
前記試料にパターンを描画する際に、これら記憶された前記（Δｘ、Δｙ）と前記（Δｘｎ、Δｙｎ）の差に基づいて、前記露光ビームで検出された前記第２のマークの位置を補正する
ことを特徴とする露光ビーム校正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＬＳＩ等の微細パターンを試料上に描画する露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハなどの試料上に所望のパターンを高精度に描画する手段として、電子ビームなどの荷電ビームを用いた描画装置が使われている。これらの荷電ビーム描画装置では、パターン描画に先立って、試料上での荷電ビームの焦点調整や、試料上の任意の位置にビームを偏向した場合に発生する偏向位置歪の補正などのいわゆる荷電ビーム調整を専用のマークを用いて行うことが一般的である。そして近年の描画パターン寸法の微細化に伴い、ビーム校正精度に対して数ナノメータという超高精度が要求されている。
【０００３】
図３は、一般的な電子ビーム描画装置の概略構成図である。
電子銃１から出た電子ビーム２は、対物レンズ３によって焦点を合わせ可動ステージ６の上に設置された試料５に照射される。また、電子ビーム２は静電型偏向器４によって偏向され、試料５の上の所望の位置に位置決めされる。また可動ステージ６の上には、ビームプロファイルを測定するために、半導体プロセスによって製作された重金属マークを備えたマーク基板２２が取り付けられたマーク台７が設置されており、電子ビームでマーク上を走査して発生する反射電子または２次電子などを反射電子検出器８を用いて検出してビームプロファイルを測定し、ビーム分解能やビーム位置を算出する。またステージの位置は、レーザー測長系１４、ステージ位置制御系１５によって高精度に測定及び制御することができる。また、図示しないが上述の他に、レンズ・偏向器等の制御手段、描画装置全体を総括的に制御する制御計算機等によって構成されている。
【０００４】
次に、電子ビームを用いた従来のマーク位置測定方法を説明する。図４はマーク台７に設置されたマーク基板２２上に製作されたライン状マーク２０を電子ビーム２で走査するときの様子を模式的に示したものである。また図５は、ライン状マーク２０の上を図４の２１で示したように電子ビームで走査して、反射電子信号を検出して得られるビームプロファイル２２を示したものである。マーク基板２２はマーク台７に固定されており、さらにマーク台７は可動ステージ６に固定されているので、ライン状マーク２０の位置は、レーザー測長系１４及びステージ位置制御系１５によって高精度に測定、制御することができる。よって電子ビームの偏向感度（単位偏向電圧当りのビーム偏向量）がわかっていれば、適当な信号処理を行なってビームプロファイル２２からマーク２０の中心位置を求めることができる。電子ビームの偏向感度は、ステージの位置を任意の２点以上の場所に移動し、上述の方法でマーク位置を測定し、レーザー測長系１４とステージ位置制御系１５によって得られるマークの移動距離と偏向電圧の関係から導く事ができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、ステージの位置を動かさずに、マーク基板２２上の同一のマークを連続して測定した時に得られたマーク位置の変動を表すグラフである。マーク位置はほぼ電子光学軸上に等しい位置で、電子ビームはマーク上を走査する為に２０μｍ程度しか偏向していない。理想的には時間が経過してもマーク位置は変化しないはずであるが、図６を見ると約１分の間に１００ｎｍ程度マーク位置がドリフトしていることがわかる。本発明者の研究によれば、電子ビームの電流密度を小さくするとマーク位置のドリフトの大きさは小さくなる事から、マーク台７またはマークが形成されているマーク基板２２が、電子ビームによって与えられた熱により熱膨張して変形していることが原因であることがわかった。なお、電子ビームを偏向しない電子光学軸上での測定なので、電子ビームを偏向した場合に発生するチャージアップによるビームドリフトとは区別することができる。
【０００６】
上述のように熱によるマーク位置のドリフトは、特に試料上でのビーム偏向位置歪の校正を行なうときのように、数分間に渡り連続して同一のマークに電子ビームを照射しながらマーク位置を測定する場合には、マーク位置測定精度に多大な悪影響を及ぼし、偏向位置歪の校正パラメータの誤差を増大する問題があった。このようにマーク位置の熱によるドリフトによって、マーク位置を高精度に測定する事は不可能であり、ビーム校正精度が劣化し、高精度なパターン描画ができなくなるという問題があった。また、電流密度やビーム寸法を小さくしてマーク位置を測定すると、Ｓ／Ｎ比が小さくなり、マーク検出精度が劣化するため、このような方法でマーク位置の熱によるドリフトを抑制するのは困難であった。更に、マーク位置の測定時間間隔を、熱膨張の時定数よりも長くすることで、熱の影響を抑制する事も可能であるが、ビーム調整時間が非常に長くなって、スループットの低下を招く原因となり、また他の誤差要因の影響も増加するため現実的では無い。また、マーク基板やマーク台の材料や構造を工夫したにしても、熱によるナノメータオーダーのマーク位置変動を抑制するのはか困難である。
【０００７】
そこで本発明の目的は、電子ビームの校正を行うマーク位置の熱によるドリフトを平易かつ高精度に補正して上記の問題を解決し、スループットを低下させることなくビーム校正を行い、より高精度なパターン描画が可能な荷電ビーム描画装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００９】
即ち本発明による露光装置は、試料を搭載したステージを移動する手段と、前記ステージの位置を検出する手段と、前記試料面上の位置を光学的に測定する光学的位置測定手段と、前記試料面に露光ビームを照射してパターンを描画する描画手段と、前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマークを備えた第１のマーク基板と、前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマーク及び、前記露光ビームにより検出可能な第２のマークの両方を備え、前記第１のマーク基板と熱的に絶縁した第２のマーク基板と、前記描画手段による描画前に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘ、Δｙ）を求めて記憶する手段と、前記露光ビームを前記第２のマーク基板の第２のマークに照射して得られる位置検出値を基準として前記試料にパターンを描画する際に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘｎ、Δｙｎ）を求めて記憶する手段と、前記試料にパターンを描画する際に、これら記憶された前記（Δｘ、Δｙ）と前記（Δｘｎ、Δｙｎ）の差に基づいて、前記露光ビームで検出された前記第２のマーク基板の第２のマークの位置を補正する手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明による露光装置の露光ビーム校正方法は、試料を搭載したステージを移動する手段と、前記ステージの位置を検出する手段と、前記試料面上の位置を光学的に測定する光学的位置測定手段と、前記試料面に露光ビームを照射してパターンを描画する描画手段と、前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマークを備えた第１のマーク基板と、前記ステージ上に設けられ、前記光学的位置測定手段により検出可能な第１のマーク及び、露光ビームにより検出可能な第２のマークの両方を備え、前記第１のマーク基板と熱的に絶縁した第２のマーク基板と、を具備する露光装置の露光ビーム校正方法であって、前記描画手段による描画前に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘ、Δｙ）を求めて記憶し、前記露光ビームを前記第２のマーク基板の第２のマークに照射して得られる位置検出値を基準として前記試料にパターンを描画する際に、前記光学的位置測定手段によって測定された前記第１のマーク基板及び前記第２のマーク基板のそれぞれの第１のマーク位置検出値の差（Δｘｎ、Δｙｎ）を求めて記憶し、前記試料にパターンを描画する際に、これら記憶された前記（Δｘ、Δｙ）と前記（Δｘｎ、Δｙｎ）の差に基づいて、前記露光ビームで検出された前記第２のマークの位置を補正することを特徴とする方法である。
【００１１】
本発明によれば、荷電ビームなどの露光ビームによって行なうマーク検出と同時に、露光ビーム用マーク近傍に備えられたマークと露光ビーム用マークとは熱的に絶縁されたマークをそれぞれ光学的手段によってマーク検出を行なうので、露光ビームをマークに照射して発生する熱によるマーク位置の変動を高精度に検出、補正することができる。これにより高精度な露光ビームの校正を行なうことができ、その結果高精度なパターン描画を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の実施形態に使用した電子ビーム描画装置の概略構成図である。なお、図３と同一の項目については同じ番号を付してある。本発明による電子ビーム描画装置には、光学的手段を用いて試料上のマーク位置を高精度に測定する機能１６が備えられていて、図中１６―１は発光・投光機能、１６―２は受光・計測機能である。この光学的マーク位置測定機能１６は、電子ビームによるマーク位置の測定とは独立に用いる事ができ、例えば特開平１０―２６１５７３に提案された方法を用いる事ができる。マーク台７―１には、光学的手段によって検出可能な光検出用マーク１８―１が備えられたマーク基板２２―１が設置されており、マーク台７―２には電子ビーム検出用マーク１９とその近傍に光検出用マーク１８―２が備えられたマーク基板２２―２が設置されている。図２は、それぞれのマーク台に光検出用マーク１８―１、１８―２と電子ビーム検出用マーク１９が設置されている様子を模式的に示したものである。ここで重要なのは、マーク台７―１とマーク台７―２は熱的に絶縁し、マーク基板２２―２に電子ビームが照射されて温度が上昇しても、熱伝導及び輻射によって熱がマーク台７―１とマーク基板２２―１に伝わらないことである。このとき、光検出用マーク１８―２は、マーク２２―２の熱が十分に伝播し、マーク基板２２―２に熱が与えられたときに電子ビーム用マーク１９と同時にかつ同一方向、同一量だけ移動する位置に配置されている必要がある。電子ビーム用マーク１９と光検出用マーク１８―２の移動量、移動方向の確認は、電子ビーム用マーク１９を電子ビームで連続して測定し、同時に光学的マーク位置検出機能１６によって光検出用マーク１８―２の位置を測定し、両者の測定開始時からマーク位置の変動を算出して比較すればよい。このとき、各々のマーク位置の変動方向や変動量に差がある場合には、マーク位置の変動量を直行する２成分に分解し、電子ビーム用マーク１９と光検出用マーク１８―２の変動量、変動方向が同一になるように適当な補正係数をかけて補正することで、両者の位置関係を把握することができる。なお光検出用マーク１８―１、１８―２と電子ビーム用マーク１９は、光学的手段、電子ビームいずれを用いても測定可能な同一形状のマークを使用しても良く、それぞれ別個の形状のものを使用しても良い。
【００１３】
ここで偏向位置歪の校正の場合のように連続してマーク位置測定を行う場合を例に、本発明によるマーク位置の検出方法を説明する。まず、ステージ位置を動かさずに光学的マーク位置測定機能１６を用いて光検出用マーク１８―１の位置（ｘａ０、ｙａ０）、及び光検出用マーク１８―２の位置（ｘｂ０、ｙｂ０）を測定し、両者のマーク位置の差（Δｘ＝ｘａ０―ｘｂ０、Δｙ＝ｙａ０―ｙｂ０）を求め、適当な方法で記憶しておく。なお、光学的マーク位置検出機能によるマーク位置の測定においては、照射する光の強度は１ｍＷ程度でそのほとんどがマークを反射して受光器に入射するため、マーク基板２２―１が温度上昇したことによる光検出用マーク位置のドリフトの影響は無視できる。通常Δｘ、Δを決定するための測定は、マークを設置した後１回行えばよく、その後は、真空排気の有無や周辺温度の変化に応じて適宜行えばよい。
【００１４】
次に、マーク台を試料上の偏向領域内の任意のｎヶ所の位置に移動して、マーク位置測定を行う。このとき光学的マーク位置検出機能１６による光検出用マーク１８―１、１８―２の位置測定を連続してかつ通常の電子ビームを用いた電子ビーム用マーク１９の位置測定と同時に行う。電子ビーム用マーク１９の位置測定結果を（ｘｅ１、ｙｅ１）、（ｘｅ２、ｙｅ２）、…、（ｘｅｎ、ｙｅｎ）とし、同時に測定された光検出用マーク１８―１の位置測定結果を（ｘａ１、ｙａ１）、（ｘａ２、ｙａ２）、…、（ｘａｎ、ｙａｎ）、光検出用マーク１８―２の位置測定結果を（ｘｂ１、ｙｂ１）、（ｘｂ２、ｙｂ２）、…、（ｘｂｎ、ｙｂｎ）とすると、おのおのの測定のときの両者のマーク位置の差は（Δｘ１＝ｘａ１―ｘｂ１、Δｙ１＝ｙａ１−ｙｂ１）、（Δｘ２＝ｘａ２―ｘｂ２、Δｙ２＝ｙａ２−ｙｂ２）、…、（Δｘｎ＝ｘａｎ―ｘｂｎ、Δｙｎ＝ｙａｎ−ｙｂｎ）と表す事ができる。即ち、（Δｘ１―Δｘ、Δｙ１―Δｙ）、（Δｘ２―Δｘ、Δｙ２―Δｙ）、…、（Δｘｎ―Δｘ、Δｙｎ―Δｙ）が電子ビーム用マーク１９に電子ビームが照射されて発生した熱によるドリフトの大きさを表している。
【００１５】
よって、電子ビーム用マーク１９の位置測定結果を（ｘｅ１―Δｘ１＋Δｘ、ｙｏ１―Δｙ１＋Δｙ）、（ｘｅ２―Δｘ２＋Δｘ、ｙｏ２―Δｙ２＋Δｙ）、…、（ｘｅｎ―Δｘｎ＋Δｘ、ｙｏｎ―Δｙｎ＋Δｙ）とすれば、電子ビーム用マーク１９の熱によるマーク位置のずれを補正することができる。このように、本実施例による方法を用いれば、光学的手段によるマーク位置の測定は電子ビームによる測定と同時にかつ数ｍｓのオーダーで行うことが可能なので、従来のマーク位置測定のスループットを劣化させることなく、マーク位置の熱によるドリフトの影響がない高精度なマーク位置測定が可能となる。
【００１６】
上述の実施例に於いては、ライン状のマークを用いて位置測定を行なう例を説明したが、本発明は、ドット状の微細なマークを用いてビームプロファイルを検出し、ビーム分解能を測定する場合にも有効で、ビーム照射に伴って発生する熱によるマーク位置のドリフトの影響を受けずにビーム分解能測定誤差を高精度に測定することが可能である。
【００２０】
（その他の実施例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。前記実施例に於いては電子ビーム露光装置を用いた場合を説明したが、これに限らず、レーザー露光装置やイオンビームなどの各種荷電ビーム露光装置を用いた場合にも適応可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、露光ビームによって行なうマーク検出と同時に、露光ビーム用マーク近傍に備えられたマークと露光ビーム用マークとは熱的に絶縁されたマークをそれぞれ光学的手段によってマーク検出を行なうので、露光ビームをマークに照射して発生する熱によるマーク位置の変動を高精度に検出、補正することができる。これにより高精度な露光ビームの校正を行なうことができ、その結果高精度なパターン描画を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に使用した電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の実施例に使用したマーク台の概略構成図。
【図３】一般的な電子ビーム描画装置の概略構成図。
【図４】ライン状マークを荷電ビームで走査する様子を説明する図。
【図５】ビームプロファイルを説明する図。
【図６】マーク位置変動の測定結果を表す図。
【符号の説明】
１…電子銃、  ２…電子ビーム、  ３…対物レンズ、  ４…静電型偏向器、  ５…試料、
６…可動ステージ、  ７、７―１、７―２…マーク台、  ８…反射電子検出器、
１４…レーザー測長系、  １５…ステージ位置制御系、
１６―１…発光・投光機能、１６―２…受光・計測機能、
１８―１、１８―２…光検出用マーク、１９…電子ビーム検出用マーク、
２０…ライン状マーク、２１…電子ビームの走査位置、
２２―１、２２―２…マーク基板、２２…ビームプロファイル、２３…マークの中心位置
【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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