CN1735959A - 曝光装置、曝光方法及半导体器件制造方法 - Google Patents

曝光装置、曝光方法及半导体器件制造方法 Download PDF

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Abstract

为了提供一种能校正不能仅仅通过校正掩模图形的电子束描绘数据减小的曝光过程中图像位置误差的曝光装置和曝光方法，以及使用该方法的半导体器件制造方法，其中在与曝光姿势相反的姿势下测量掩模的图像位置R2(ST7)；考虑在曝光姿势下由重力引起的图形位移校正测量的图像位置R2，和基于校正的图像位置和设计数据之间的差制备第一校正数据Δ1(ST10)；以及基于第一校正数据Δ1使带电粒子束偏转，以校正曝光于被曝光体的图形的位置，来执行曝光。

Description

曝光装置、曝光方法及半导体器件制造方法
技术领域
本发明涉及用于半导体器件制造的曝光装置和曝光方法、使用该曝光方法的半导体器件制造方法。
背景技术
使用电子束、离子束或其它带电粒子束的光刻技术已发展成为下一代光刻术。在形成用于光刻技术的掩模中，从其反面一侧深蚀刻掩模白板(待成为掩模的衬底)，以形成约10nm至10μm厚度的薄膜区(薄膜)，然后在薄膜中布置待投影的图形。
由于掩模具有较低机械硬度的薄膜区，因此形成高位置精度的图形的方法和此外通过用被测量数据测量掩模应变以校正位置误差的方法是重要的。
例如，电子束投影光刻技术(EPL)使用具有梁结构(beam structure)的模版掩模，以及提出了通过激光干涉坐标测量装置测量在梁上形成的标记和通过电子光学系统校正测量的掩模应变。
但是，在下面的说明中，没有考虑由重力引起的掩模变形的影响。此外，如果通过数值处理根据测量出的掩模应变数据计算重力的影响，那么可能不考虑掩模形状的差异、固定方法的再现性或通过坐标测量装置和通过曝光装置的掩模固定方法中的差异。
另一方面，在近X射线光刻术(PXL)中，提出了在EB描绘的时候校正掩模变形的方法(参考日本未审专利公开(Kokai)第8-203817号)。
但是，该方法必须形成两个掩模，以致它在生产时间、处理和成本方面是不符合需要的。考虑PXL掩模的成品率，为了形成单个掩模可能必须重复执行几次或更多次的测试。实际上，通过该方法制造PXL掩模没有被普及。
在光刻技术中，尽管认识到通过重力引起的掩模变形(参考日本未审专利公开(Kokai)第6-18220号)，但是仅仅提出了掩模固定方法的改进或硬件的其他改进。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种能校正图像位置误差的曝光装置，该图像位置误差仅仅通过校正曝光过程中的掩模图形的电子束描绘数据不能被减小，以及提供其曝光方法。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种使用上述曝光方法的半导体器件制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种曝光装置，其具有：校正数据制备装置，考虑由重力引起的图形位移校正在与曝光姿势相反的姿势下的掩模的图像位置，以基于被校正的图像位置与设计数据之间的差异制备第一校正数据；和带电粒子束照射装置，基于第一校正数据通过使带电粒子束偏转，以校正曝光于被曝光体的图形的位置，来执行曝光。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种曝光方法，具有以下步骤：测量与曝光姿势相反的姿势下掩模的图像位置的步骤；考虑曝光姿势下由重力引起的图形位移校正测量的图像位置，以基于校正的图像位置和设计数据之间的差异制备第一校正数据；以及基于第一校正数据通过使带电粒子束偏转执行曝光，以校正将曝光于被曝光体的图形位置。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种半导体器件制造方法，包括通过掩模照射带电粒子束以投影图形到半导体器件的曝光步骤，该曝光步骤具有以下步骤：测量与曝光姿势相反的姿势下的掩模的图像位置；考虑在曝光姿势下由重力引起的图形位移以校正测量的图像位置，以基于校正的图像位置和设计数据之间的差异制备第一校正数据；以及基于第一校正数据通过使带电粒子束偏转执行曝光，以校正曝光于被曝光体的图形位置。
附图说明
图1A和1B是根据本实施例将应用于曝光方法的掩模的剖面图，图1A是模版掩模(stencil mask)的剖面图，以及图1B是散射薄膜掩模(scatteringmembrane mask)的剖面图；
图2A和2B是根据本实施例将应用于曝光方法的掩模例子的详细结构示图，图2A是平面图，以及图2B是透视图；
图3A至3C是通过EB描绘装置评价图形的位置精度的结果示图，图3A是理想的图形布置，图3B是实际的描绘图形布置的示图，以及图3C示出了通过坐标测量装置的测量数据的示图；
图4A是掩模制造工序中掩模姿势的示图，图4B是曝光过程中掩模姿势的示图，以及图4C是用于说明由于掩模弯曲图形移位的机理的示图；
图5是用于说明根据本实施例的曝光装置和曝光方法的示图；
图6A至6C是用于说明通过使用测试掩模制备图形传递函数的步骤示图；
图7是通过曝光装置使带电电子束偏转的外观示图；
图8是根据本实施例执行曝光方法的曝光装置的结构例子的示图；
图9A是用于图8的曝光装置的掩模的详细例子的平面图，以及图9B是曝光区域的放大视图；
图10A是由重力引起的模版掩模变形的示图，以及图10B是因变形产生的图形位移量的示图；
图11A和11B是说明模版掩模的测量图形的可布置区域的示图；
图12A和12B是偏转校正数据的示图，图12A是理想的偏转数据的示图，以及图12B是实际的偏转数据的示图；
图13A和13B是用于说明根据本实施例的曝光方法的效果示图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述根据本发明的实施例。
下面将用例子描述本实施例，将本发明应用于被发展成为下一代光刻技术以及使用电子束、离子束或其它带电粒子的光刻技术。
首先，将描述本实施例中应用的掩模。
上述光刻技术包括穿过掩模的带电粒子束通过电子或离子光学系统被缩小并投影到晶片(EPL：电子投影光刻技术和IPL：离子投影光刻技术.)以及掩模图形被投影到靠近掩模布置并在掩模底下的晶片，没有聚焦光学系统(PEL：接近电子光刻技术)。
上述技术之间的公共点是从反面一侧深深地蚀刻掩模白板(将成为掩模的衬底)，以形成约10nm至10μm厚度的薄膜区(薄膜)，然后在薄膜中布置待投影的图形。通过薄膜的孔形成有投影图形的掩模被称作“模版掩模”(例如，H.C.Pfeiffer，Jpn.J.Appl.Phys.34，6658(1995))。以及通过用于散射带电粒子束的金属薄膜或其他部件形成有投影图形的掩模被称作“散射薄膜掩模”(例如，L.R.Harriott，J.Vac.Sci.Technol.B15，2130(1997))。图1A和1B是模版掩模和散射薄膜掩模的例子的截面结构。
图1A是通过使用SOI衬底形成的模版掩模的剖面图。在图1A所示的模版掩模中，经由蚀刻停止层11在硅衬底10上形成SOI层的薄膜12。硅衬底10和蚀刻停止层11被处理，以形成梁13。被梁13分段的薄膜12形成有孔的图形12a。例如，蚀刻停止层11的厚度是1μm以及薄膜12的厚度是2μm。
图1B是散射薄膜掩模的剖面图。在散射薄膜掩模中，在硅衬底20上形成例如氮化硅的薄膜21，以及硅衬底20被处理，以形成梁22。被梁22围绕的薄膜21在其表面上形成有散射图形23，散射图形23包括铬层23a和钨层23b。例如，薄膜21的厚度是150nm，铬膜23a的厚度是10nm以及钨膜23b的厚度是50nm。
图2A是图1A或图1B所示的掩模的平面图。如图2A所示，在掩模的中间部分中的曝光区A形成有孔的图形12a或散射图形23。
图2B示出了图2A的放大曝光区A的透视图。由于掩模具有低机械硬度的薄膜，因此通过被格子梁分开的多个小截面薄膜、而不是单个薄膜形成整个掩模区。至于具有上述梁结构的掩模制造方法，有使用通过KOH或其他碱溶液湿法蚀刻的方法和使用反应离子刻蚀的方法。
接下来，将描述影响掩模的图像位置误差的因数。
掩模的图像位置(IP)误差可以分为以下几种情况：(1)由掩模制造工艺引起的误差；(2)由它被装载到曝光装置时的掩模形变引起的误差；(3)由掩模图形的密度引起的误差；以及(4)由在曝光过程中由于带电粒子照射的掩模加热或因掩模移动产生振动所引起的误差。
在它们当中，作为与误差(3)有关的校正方法，有公开之前的在先申请(参考日本专利申请(tokugan)No.2002-119845)。误差(4)对于PEL而言不被认为是缺点，PEL使用约几keV的低加速电子束以及在曝光过程中掩模不移动。但是，对于使用100keV的高加速电子束且在曝光过程中掩模具有最大几乎0.2m/s的加速度的EPL而言它可能是缺点。因此，不得不利用掩模冷却机制和掩模台移动顺序的优化及用于装置的(用于硬件)其他技术执行EPL。
本实施例将描述通过曝光装置的带电粒子光学系统校正上述误差(1)和(2)的方法。尽管误差(1)分为更详细的因数，但是主要因数是由掩模图形的EB描绘引起的误差。图3A至3C示出了通过激光干涉坐标测量装置测量在具有图1A所示结构的掩模上描绘的格子状图形的位置精度的例子数据。
图3A示出了理想的图形布置，图3B示出了实际的描绘图形布置，以及图3C示出了通过坐标测量装置的测量数据。注意，图3B所示的图形的位移被强调和图示。
如图3A至3C所示，由于EB描绘装置的晶片台的机械性能，在图像位置(IP)精度中线性地出现误差。通过对EB描绘装置的电子光学系统执行图3C所示数据的反馈可以减小线性误差，但是可能难以完全抑制误差。
误差(2)有两个主要因数。图4A至4C是用于说明第一因数的示图。注意，图4A至4C示出了作为例子的模版掩模。
如图4A所示，当制造模版掩模时，在向上的姿势下，用抗蚀剂R涂敷在薄膜12的表面上，以及通过电子束直接描绘抗蚀剂R，以形成图形。然后，通过使用抗蚀剂R作为掩模刻蚀薄膜12，以形成孔的图形12a。以及类似于图4A使薄膜一侧向上，执行对所制造掩模的图形位置精度的评估。
另一方面，如图4B所示，当曝光晶片时，使薄膜12向下装载掩模，即薄膜12一侧接近晶片，以及从梁13形成一侧照射电子束。
以此方式，曝光时的掩模姿势(曝光姿势)相对于制造和测量图像位置时的姿势反转。因此，如图4C所示，薄膜12因重力弯曲，以致上表面侧收缩和下表面侧扩张。图4C中的Z轴示出了垂直方向。由于存在因重力引起的形变，如果在向上的姿势下薄膜12在正确的位置中形成有图形，那么当以反转姿势曝光时图像位置可以被改变。
通过使用有限元模拟定量地分析由重力引起的模版掩模的变形(基于EPL掩模，C.-f.Chen等人，J.Vac.Sci.Thchnol.B19，2646(2001)以及基于PEL掩模，S.Omori等人，presented at the forty-sixth International Conference onElectron，Ion，Photon Beam Technology and Nanofabrication，Anaheim Hilton，Anaheim，CA，2002)。
第二因数是EB描绘装置与曝光装置之间的掩模固定方法的差异。对于半导体或掩模制造装置，通过真空吸盘、静电吸盘或机械夹持装置紧紧地固定待处理的样品(晶片或掩模白板)，但是该固定方法取决于各装置。如果EB描绘装置和曝光装置之间的掩模固定方法可以是不同的，那么由于装置内的掩模平坦度彼此不同，通过与图4C类似的机理可以出现图形位移。
接下来，将参考图5描述根据本实施例的曝光流程。本实施例的流程分为数据处理步骤、掩模制造工序以及曝光步骤。
首先，将描述考虑由重力引起的图形变形校正初始掩模设计数据(由R0图示图像位置)以形成EB描绘数据(图像位置：R1)的数据处理步骤。注意，由于用公开之前的在先申请(日本专利申请号2002-092612)中提及的类似处理执行数据处理步骤，因此它将被简单地描述。在本实施例中，通过下列流程降低仅仅通过数据处理步骤不能消除的误差因数。
预先制备用于获得EB描绘校正数据的测试掩模(ST1)。掩模不必包括实际的器件图形，只要图1A和1B以及图2A和2B所示的掩模结构相同，为了保证再现性，该掩模基本上可以制造一个或数个。
尽管测试掩模包括用于通过激光干涉坐标测量装置如图3A所示在整个掩模区上测量图像位置(IP)精度的图形，该图形一般是几μm至10μm以上的简单形状(正方形或井栏形状)，以便其描绘和加工是极其容易的。即，测试掩模的生产在数量和技术难易度方面不防碍生产用掩模的生产。
然后，如图6A所示，通过保持装置30保持测试掩模TM，以便使薄膜12呈向上的姿势，以及测量用于测量图像位置(IP)精度的图形的图像位置RM(ST2)。如果可以在与曝光过程中类似的姿势(即，薄膜是向下的姿势)下测量图像位置(IP)，那么它可以是有用的以及原则上是可能不是不可能的。但是，最近能获得的标准坐标测量装置被设计成使图形表面一侧取向上姿势测量坐标。装置的改造可能导致成本的增加以及妨碍用于其他定制的测量，以致它是不符合需要的。
然后，如图6B所示，通过曝光装置的掩模保持装置31保持测试掩模TM，以便使薄膜12取向下的姿势，以及被带电粒子束扫描。因此，测试掩模TM上用于测量图像位置(IP)精度的图形被投影到涂覆有抗蚀剂R的晶片40。进一步，如图6C所示，通过使用显影之后形成的抗蚀剂图形作为掩模执行刻蚀处理，由此在晶片上形成相同的图形(ST3)。通过坐标测量装置测量晶片上的图像位置RW(ST4)。
然后，在描绘掩模图形及其曝光时的姿势下因重力变形的图像位置的变化被用于求得图像位置传递函数F′。图像位置传递函数F′表示为″RF＝F′[RM]″。因此，使用传递函数F′的反函数的图像位置传递函数F，以便在曝光姿势下基于设计数据在位置上布置掩模图形。
测试掩模的图像位置RM与晶片上的投影图像位置RW不同的主要原因是如上所述由重力引起掩模的球状变形，从而通过图形传递函数F的校正不取决于各掩模图形。因此，它被普遍地应用于每个生产用掩模。通过以此方式利用测试掩模作出的传递函数F，初始掩模设计数据R0被变换为校正掩模数据R1(ST5)。
接下来，将描述掩模制造工序。
在掩模制造工序中，通过具有校正掩模数据R1的EB描绘装置绘制掩模白板，通过下列刻蚀工艺形成图1所示的模版图形或散射图形，清洗并检查，结果，制造出掩模(ST6)。
以与测量测试掩模的图像位置RM类似的姿势和固定方法，对于所制造的掩模测量掩模的图像位置R2(ST7)。注意，生产用掩模的场合，不能将用于测量图像位置(IP)精度的图形(下面，简称为“测量图形”)布置在整个掩模区中，如用于获得图形传递函数F的测试掩模。
尽管后面将解释与生产用掩模相比较的测量图形的布置例子，但是下列四种方法或其组合是可能的。第一种方法中，在掩模具有图2所示梁结构的情况下，在梁上形成测量图形，以在整个掩模区中布置充分数量的测量图形。
第二种方法类似于光掩模的纵向尺寸精度保证方法。即，测量图形布置在器件实际工作区的周围，所谓的“划片线”，此处布置了对准标记、制造工序监视图形或器件性能测量图形。该方法在整个掩模区中布置测量图形会是不可能的。但是，掩模的球形变形由逐渐地改变位置的函数表示。因此，通过下级的函数在划片线上插补测量图形的位置，获得掩模的图像位置(IP)精度，而不降低精度。
在第三种方法中，在没有障碍物的器件区中将测量图形布置在位置上。换句话说，如果器件的多层结构中具有接触掩模层的层没有图形的区域，那么原则上可以布置测量图形。通过对与掩模层和接触掩模层的层对应的三个掩模数据执行OR运算可以获得该区域。
在第四种方法中，围绕掩模区布置标记。如图2A所示，由于由带电粒子束曝光的曝光区A的周围是支撑薄膜的衬底区，因此可以不受限制地布置测量图形。
通过测量值R2与校正掩模数据R1之间的差产生掩模的图像位置(IP)的误差δR并评价(ST8和ST9)。误差δR设为由掩模制造工艺引起的误差，如果它超过容许值，那么掩模可能必须再制作。
但是，人们认为应用使用带电粒子束的光刻技术(EPL、IPL和PEL)的下一代半导体器件将变得超细，电路最小线宽小于90nm。因此，掩模的图像位置(IP)精度要求变得非常严格。
具体，PEL必须在掩模上形成具有与实际器件相似尺寸的图形。考虑现有EB描绘装置的性能，如果应用表示ITRS路线图(road map)的“δR”的容许值，那么存在掩模的成品率变得极其低的可能性。
本实施例中，注意带电粒子束可被电磁场透镜极其高精度地偏转的优越性能，使用光子的光刻技术不具有该优越性能，在曝光过程中，通过曝光装置的副偏转操作校正部分掩模应变(图像位置误差δR)。因此，掩模制造中IP误差δR的容许值被放宽以及可以充分地提高掩模制造的成品率。由于这些，制造掩模的成本变低以及它导致半导体器件制造的整个成本减少。
在步骤ST9，为满足某些放宽容许值的掩模制备曝光过程中的校正数据Δ1。考虑将处于薄膜姿势向上的位置R2的图形移动到曝光姿势下的位置F[R2]，以致“Δ1＝F[R2]-R0”表示第一校正数据(ST10)。
通过本发明的校正数据制备装置制备第一校正数据。通过将用于上述运算处理的程序读出到数据处理装置来实现校正数据制备装置。
已提出了通过测量所制造掩模的图形位置精度以及对电子光学系统执行测量数据的反馈来校正掩模应变和曝光的方法，例如限制EPL的提案(L.E.Ocola等人，J.Vac.Sci.Technole.B19，2659(2001))。但是，在现有技术中，没有考虑在图像位置(IP)的测量过程中或曝光时掩模姿势的反转对图像位置(IP)的影响(参考图4C)。此外，使用“R2-R0”作为校正数据。
由于它表明姿势的反转使得图形位移不少于数十nm(前述的；C.-f.Chen等人，J.Vac.Sci.Technol.B19，2646(2001))，显然现有技术中的方法不是正确的操作。本实施例具有图像位置传递函数被预先计算以及应用于EB描绘校正(图5中的R0至R1)及另外应用于由掩模制造工艺引起的误差校正的性能。此外，在以下的说明中，由掩模形状的差异引起的图像位置传递函数的误差可以被校正。过去这些不被关注。
测量图像位置(IP)精度的掩模被装载到曝光装置。在曝光之前，测量作为位置函数的掩模W(x，y)的高度(ST11)。这里，“(x，y)”表示为掩模平面的坐标。通过激光干涉流量计(A.Ehrmann等人，SPIE 3997，385(2000))、静电电容传感器(M.Oda等人，Jpn.J.Appl.Phys.34，6729(1995))或其他掩模形状测量装置执行高度测量。由于说明中的曝光装置的掩模台是超高的精度，例如，当掩模台移动以及通过接近掩模的静电电容传感器测量传感器和掩模之间的距离时，因此可以精确地获得“W(x，y)”。
注意，上述测量不必在曝光装置中执行，以及可以制造和使用具有测量装置的单独装置。但是，如上所述，必须采用尽可能与曝光装置相同的掩模固定方法或保证至少相同级别的平坦度的方法。
如果掩模表面的形状(W)类似于用于制备传递函数F的测试掩模的形状Wref(预先测量)，那么仅仅第一校正数据Δ1可以是必需的。但是，掩模形状实际上具有个体差异。例如，通过SOI晶片形成图1A中的模版掩模。通过掩埋氧化膜的刻蚀停止膜的数百MPa的压缩应力，SOI晶片可能弯曲数十μm，以及对于各个SOI晶片弯曲量是不同的。
因此，如图5所示，通过掩模形状的个体差异引起的图像位置(IP)误差被计算作为第二校正数据Δ2(ST12)。通过本发明的校正数据制备装置制备第二校正数据。通过执行下面说明的处理将程序读出到数据处理装置实现校正数据制备装置。基于高度变化制备第二校正数据Δ2有两种方法。下面，将描述通过校正数据制备装置制备第二校正数据Δ2的方法。
图4C中提出了第一种方法，以及图形的位移与掩模表面的局部倾斜有关。根据材料力学的文献(例如，S.P.Timoshenko and S.Woinowsky-Krieger，″Theory ofPlates and Shells.″)，通过下列公式(1)表示平板的微小弯曲，
u = - h 2 ( ∂ w ∂ x ) . . . ( 1 )
v = - h 2 ( ∂ w ∂ y )
公式(1)中，  “u”和“v”各自表示x方向和y方向的位移，以及“h”表示平板的厚度。具有如图2A和2B的梁结构的掩模可不是严格的平板，因此认为该公式近似地成立。因此，由于公式(1)的“W”用“(W-Wref)”代替，获得由曝光过程中各个掩模的弯曲形状引起的图像位置(IP)误差的第二校正数据Δ2。通过校正数据制备装置执行此方式的操作，以制备第二校正数据。
下面将描述用于制备第二校正数据Δ2的第二种方法。
即，对多个测试掩模执行图6A至6C所示的步骤，因此作出相比于测试掩模的设计数据的投影到晶片的图形RM的位移(对应于第二校正数据Δ2)与在图6B所示步骤中测量的测试掩模的弯曲形状Wref之间的关系。
然后，分别制备弯曲形状Wref的多个第二校正数据并制成数据库。该数据库对应于本发明的存储装置。
由于这些，在测量生产用掩模的弯曲形状W之后，从形成的数据库阅读为具有与形状W最相似的弯曲形状的测试掩模制备的第二校正数据Δ2并加以利用。
如上所述，可以制备偏转校正数据。
注意，由如所谓的光刻术中“为获得条件的曝光(exposure for obtainingconditions)”可以间接地知道偏转校正数据，对布置有重合精度测量副标记的晶片执行测试曝光，并测量从掩模投影至晶片的重合精度测量主标记和晶片上的副标记之间的相对位置(重合精度测量)(可以仅仅相对地知道掩模应变，将晶片上的副标记作为基准)。但是，为获得条件的过程使曝光步骤的产出量降低以及器件制造的整个工艺成本增加，以致它是不合符需要的。
在本实施例中，通过使用为保证掩模制造工序中的纵向尺寸精度通常执行的用于图像位置(IP)精度的测量数据和在曝光装置内执行的掩模高度测量数据，可以快速地制备校正数据，而不进行测试曝光。
如上所述制备的第一和第二校正数据Δ1和Δ2(偏转校正数据)被存储到带电粒子曝光装置的存储单元。
然后，如图7所示，当带电粒子束B通过带电粒子光学系统(带电粒子束照射装置)的主偏转透镜扫描掩模M时，由于副偏转透镜根据偏转校正数据轻微地偏转带电粒子束B的前进方向，因此由掩模应变引起的从原始位置变形的图形被投影到晶片40上的校正位置(ST13)。注意偏转校正数据可以被存储到另一存储单元和当通过在线曝光和使用时可以从该存储单元下载。
由于这些，掩模所要求的图像位置(IP)精度可以被稍微减轻和实现掩模的制造成本及其制造时间的减少。
接下来，基于偏转校正数据，将描述用于曝光晶片的曝光装置的结构例子。就使用等倍的模版掩模而言，PEL掩模所要求的图像位置(IP)精度可以比EPL掩模和IPL掩模更严格。然后，描述将本发明应用于PEL的例子。
图8是低加速电压电子束等倍接近曝光外观的电子光学系统的概略图。在文献(T.Utsumi的美国专利号5831272(1998年11月3日))中提到了如上所述的曝光装置。
图8所示的曝光装置100具有作为电子光学系统的发射电子束102的电子枪103、使电子束102平行的聚光透镜104，限制电子束102的孔105、使电子束102偏转以便使之在持久或向量扫描模式中平行以及使之垂直地入射到模版掩模SM的一对主偏转器106和107、执行调整的一对微调偏转器108和109以及控制整个装置的操作的控制单元110。包括控制单元的电子光学系统103至110对应于带电粒子束照射装置，带电粒子束照射装置基于由校正数据制备装置制备的校正数据使电子束(带电粒子束)偏转，并照射电子束。
在图8所示的曝光装置中，由于使用了低加速电子，因此使用图1A所示的模版掩模SM。在图8中，通过穿过模版掩模ST的孔的电子束102曝光晶片40上的抗蚀剂。图8所示的曝光装置采用等倍曝光(equal scale exposure)，以及模版掩模SSM和晶片40被接近布置。由于在模版掩模SM与晶片40之间不存在缩小投影光学系统，因此曝光装置具有相对简单的结构。
控制单元110控制主偏转器106和107并使电子束102在模版掩模SM上扫描，以将掩模图形投影到晶片40。在曝光期间，通过阅读偏转校正数据和控制微调偏转器108和109，轻微地改变电子束102的方向，由掩模应变引起的从原始位置移动的图形被投影到晶片40上的正确位置。在上述控制中，可能需要预先求出表示图像位置误差的各种偏转校正数据和为了将图形投影到晶片40上的正确位置向微调偏转器108和109施加电压的条件间的相互关系。
注意，在图中它被省略，由于晶片台和掩模台接近，利用掩模台的驱动系统，以在晶片台上设置的静电电容传感器上扫描掩模，可以测量掩模形状。
图9A是图8所示的曝光装置使用的模版掩模的平面图。
通过四英寸直径的SOI晶片形成图9A所示的模版掩模，以及在其中间部分形成有40mm正方形的曝光区A(L＝20mm)。SOI层利用的薄膜厚度是600nm以及背面刻蚀的阻止层的刻蚀停止层的厚度是400nm。
图9B示出了图9A的曝光区A的例子的放大视图。
在图9B中，薄膜尺寸d1是1050μm以及梁宽d2是200μm。如图9A和9B所示，曝光区A分为四个区域A1至A4，以及互补分割的掩模图形被适当地分配和布置到四个区域(I.Ashida，S.Omori and H.Ohnuma，Proc.SPIE 4754，847(2001))。
图10A示出了中间部分40mm正方形中的模版掩模的变形，所述变形由重力引起。如图10A所示，在模版掩模中存在约1.5μm的高度差，以及由高度差引起的图形位移最大为44nm。注意，如图10B所示，由掩模的球形形变引起的位移由逐渐地改变位置的函数表示以及可以被如上提及的传递函数F校正。
如图11A所示划片线SL围绕芯片Ch布置，以及如图11B所示芯片Ch布置在掩模中。
在此情况下，由于在图9A和9B所示的掩模的各个区域A1至A4中形成梁的区域布置有其他区域A1至A4的图形形成区，因此围绕芯片设置的划片线SL可以形成有用于测量图像位置(IP)精度的图形。它有助于提高校正精度。注意，图形形成区被定义为在薄膜区中没有形成梁的区域。
由校正掩模数据R1制造的掩模如图5所示被测量图像位置(IP)精度(ST7)，以及对其位置精度进行合格与否的判定(ST8和ST9)。用第一校正数据Δ1计算出合格的掩模(ST10)。然后，掩模被装载到图8所示的曝光装置，以及通过类似于测试掩模的静电电容传感器测量其高度。如上所述，测试掩模和所述掩模之间的形状差异可以变换为第二校正数据Δ2，或可以使用记录图像位置(IP)误差与掩模形状的关系的数据库。最后，图8所示的曝光装置通过使用两个校正数据的总和曝光(ST13)。
下面将参考图12A和12B及图13A和13B描述本实施例的效果。
在如图12A所示不需要校正的理想数据的情况下，通过主偏转器106和107使电子束102垂直地扫描晶片。另一方面，在图5的流程中得到的偏转校正数据设为例如图12B所示的数据的情况下，在本实施例中，基于校正数据，通过微调偏转器108和109使电子束102偏转到晶片，并照射到晶片。
图13A和13B将示出使用偏转校正数据的曝光效果。
如图13A所示，即使掩模图形MP从理想的格子E翘曲，但是通过图13B所示的曝光过程中的偏转被校正以便在晶片上形成高精度格子并被投影。
下面总结如上所述的根据本实施例的曝光装置、曝光方法和半导体器件制造方法的效果。
首先，通过传递函数校正图像位置，掩模的图像位置精度将提高以及器件的成品率将增加。
其次，对掩模的图像位置精度要求可以被放宽以及掩模的成品率将提高。由于这些，可以降低掩模成本。
通过在曝光装置测量掩模的高度，可以校正由掩模衬底的差异引起的误差，以致对衬底平坦度的规定可以放缓以及掩模价格可以被降低。
通过基于偏转校正数据改变带电粒子束的照射角度以及将电子束照射到晶片，投影在晶片上的图形的位置精度提高以及器件的成品率增加。
本发明不局限于上述实施例。
例如，图5的流程可以被应用于EPL和IPL掩模。在EPL和IPL中，掩模和晶片不接近，以致掩模的高度测量是必要的以执行与图8所示的曝光装置不同的机构。如果图像位置(IP)误差的校正数据是相同的，那么由于电子或离子光学系统是不同的，用于偏转校正的装置控制方法是不同的。
除以上之外，在本发明的范围内可以进行各种改变。
工业实用性
本发明中的曝光装置和曝光方法可以应用于，例如用于制造半导体器件的使用带电粒子束的曝光步骤。本发明中的半导体器件制造方法可以应用于采用使用带电粒子束的曝光步骤的半导体器件的制造。

Claims (20)

1、一种曝光方法，包括以下步骤：
测量相对于曝光姿势的反转姿势下的掩模的图像位置；
考虑在所述曝光姿势下由重力引起的图形位移校正所述测量的图像位置，以基于被校正的图像位置与设计数据之间的差异制备第一校正数据；以及
通过基于所述第一校正数据使带电粒子束偏转，以校正曝光于被曝光体上的图形的位置，来执行曝光。
2、根据权利要求1所述的曝光方法，其中通过预先使用测试掩模求得表示所述曝光姿势和所述反转姿势下所述由重力引起的图形位移的相关性的传递函数，以及
通过使用所述传递函数校正所述测量的图像位置。
3、根据权利要求1所述的曝光方法，其中所述掩模设有用于测量位置精度的图形，该图形不同于被投影到所述被曝光体的所述图形，以及
测量所述掩模的图像位置的步骤包括测量所述掩模的用于测量位置精度的所述图形的位置。
4、根据权利要求1所述的曝光方法，在执行曝光的步骤之前还包括：
测量所述曝光姿势下所述掩模的弯曲形状；以及
基于所述测量的弯曲形状制备第二校正数据，所述第二校正数据表示在所述曝光姿势下由各个掩模的弯曲形状引起的图像位置的位移，其中
所述执行曝光的步骤包括基于所述第一校正数据和所述第二校正数据通过使带电粒子束偏转以校正曝光于所述被曝光体的图形的位置来执行曝光。
5、根据权利要求4所述的曝光方法，其中制备所述第二校正数据的步骤包括基于预先测量的所述曝光姿势下的测试掩模的弯曲形状与所述被测掩模的弯曲形状的差异制备表示所述图像位置的位移的所述第二校正数据。
6、根据权利要求4所述的曝光方法，其中制备所述第二校正数据的步骤包括通过使用彼此具有不同弯曲形状的多个测试掩模制备表示曝光姿势下所述图像位置的位移的多个所述第二校正数据并将多个所述第二校正数据存储到数据库，以及
从所述数据库读出所述第二校正数据并利用所述第二校正数据，所述第二校正数据对应于与所述被测掩模的所述弯曲形状相比具有最接近的弯曲形状的所述测试掩模。
7、根据权利要求1所述的曝光方法，其中使用模版掩模作为所述掩模。
8、根据权利要求1所述的曝光方法，其中使用电子束作为所述带电粒子束。
9、一种具有通过经由掩模照射带电粒子束将图形投影到半导体器件的曝光步骤的半导体器件制造方法，所述曝光步骤包括以下步骤：
测量相对于曝光姿势的反转姿势下所述掩模的图像位置；
考虑在所述曝光姿势下由重力引起的图形位移校正所述测量的图像位置，以基于被校正的图像位置与设计数据之间的差异制备第一校正数据；以及
通过基于所述第一校正数据使带电粒子束偏转以校正曝光于被曝光体的图形的位置来执行曝光。
10、根据权利要求9所述的半导体器件制造方法，其中通过预先使用测试掩模求得表示所述曝光姿势和所述反转姿势下由重力引起的图形位移的关系的传递函数，以及
通过使用所述传递函数校正所述测量的图像位置。
11、根据权利要求9所述的半导体器件制造方法，其中所述掩模设有用于测量位置精度的图形，该图形不同于被投影到所述被曝光体的所述图形，以及
测量所述掩模的图像位置的步骤包括测量所述掩模的用于测量位置精度的所述图形的位置。
12、根据权利要求9所述的半导体器件制造方法，在执行曝光的步骤之前还包括：
测量所述曝光姿势下所述掩模的弯曲形状；以及
基于所述测量的弯曲形状制备第二校正数据，所述第二校正数据表示在曝光姿势下由各个掩模的弯曲形状引起的图像位置的位移，其中
执行曝光的步骤包括基于所述第一校正数据和所述第二校正数据通过使带电粒子束偏转以校正曝光于被曝光体的图形的位置来执行曝光。
13、根据权利要求12所述的半导体器件制造方法，其中制备所述第二校正数据的步骤包括基于预先测量的曝光姿势下的测试掩模的弯曲形状与所述被测掩模的弯曲形状的差异制备表示所述图像位置的位移的所述第二校正数据。
14、根据权利要求12所述的半导体器件制造方法，其中制备所述第二校正数据的步骤包括：
通过使用彼此具有不同弯曲形状的多个测试掩模制备多个所述第二校正数据，并将多个所述第二校正数据存储到数据库，所述第二校正数据表示曝光姿势下所述图像位置的位移，以及
从所述数据库读出所述第二校正数据并利用所述第二校正数据，所述第二校正数据对应于与所述被测掩模的所述弯曲形状相比具有最接近的弯曲形状的所述测试掩模。
15、一种曝光装置，包括：
校正数据制备装置，考虑曝光过程中由重力引起的图形位移校正在与曝光姿势相反的反转姿势下掩模的图像位置，以基于被校正的图像位置和设计数据之间的差异制备第一校正数据；以及
带电粒子束照射装置，基于所述第一校正数据通过使带电粒子束偏转以校正曝光于被曝光体的图形的位置来执行曝光。
16、根据权利要求15所述的曝光装置，其中所述校正数据制备装置通过使用传递函数校正图像位置，所述传递函数表示在曝光姿势下和反转姿势下由重力引起的图形位移的相互关系。
17、根据权利要求15所述的曝光装置，其中所述掩模设有用于测量位置精度的图形，该图形不同于被曝光于所述被曝光体的所述图形，以及
所述校正数据制备装置基于所述掩模的用于测量位置精度的图形的位置制备所述第一校正数据。
18、根据权利要求15所述的曝光装置，还包括用于测量曝光姿势下所述掩模的弯曲形状的掩模形状测量装置，其中：
所述校正数据制备装置基于所述测量的弯曲形状进一步制备第二校正数据，该第二校正数据表示在曝光姿势下由各个掩模的弯曲形状引起的图像位置的位移，以及基于所述第一校正数据和所述第二校正数据制备校正数据，以及
所述带电粒子束偏转装置基于所述校正数据使带电粒子束偏转。
19、根据权利要求18所述的曝光装置，其中所述校正数据制备装置基于预先测量的曝光姿势下测试掩模的弯曲形状与所述被测掩模的弯曲形状的差异制备所述第二校正数据，第二校正数据表示所述图像位置的位移。
20、根据权利要求18所述的曝光装置，还包括用于存储多个所述第二校正数据的存储装置，所述第二校正数据表示关于彼此具有不同弯曲形状的多个测试掩模在曝光姿势下所述图像位置的位移，其中
所述校正数据制备装置从所述存储装置读出所述第二校正数据并利用所述第二校正数据，第二校正数据对应于与所述被测掩模的所述弯曲形状相比具有最接近的弯曲形状的所述测试掩模。
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