JP2002319533A

JP2002319533A - 転写露光方法、転写露光装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002319533A
Application number: JP2001125563A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Hirayanagi; 徳行平柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-10-31
Also published as: US6835511B2; US20020192598A1

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルの歪を短時間・高精度・安価に補正
することのできる転写露光方法等を提供する。【解決手段】レチクル１０上に複数のアライメントマ
ーク５１及び計測用マーク５３を形成しておき、露光装
置とは異なる検査装置８１を用いて前記複数の計測用マ
ーク５３の内の全部又は大半の位置を検出してレチクル
変形データ１を得、記憶部８３に記憶する。また、レチ
クル１０を露光装置に搭載した後に、複数のアライメン
トマーク５１の内の一部の位置を検出してレチクル変形
データ２を得、記憶部８２に記憶する。両レチクル変形
データを用いて、各サブフィールドの位置及び／又は変
形を補正しながら露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感応基板上にレチ
クル（マスク）のパターンを転写露光する転写露光方
法、転写露光装置及びデバイス製造方法に関する。特に
は、レチクルの歪（変形）を短時間・高精度・安価に補
正することのできる転写露光方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線露光を例にとって従来技術を説明
する。電子線露光は、紫外光を用いる露光よりも高解像
度が得られるが、スループットが低いのが欠点とされて
おり、その欠点を解消すべく様々な技術開発がなされて
きた。現在では、セルプロジェクション等と呼ばれる、
デバイスパターン中の限られた種類の図形部分を繰り返
し転写露光する方式（図形部分一括露光方式と呼ぶ）が
実用化されている。しかしこの方式も、本格的な半導体
チップの量産工程におけるウェハ露光に応用するにはス
ループットが１桁程度低い。

【０００３】上記の図形部分一括露光方式よりも飛躍的
に高スループットをねらう電子線露光方式として、一個
の半導体チップ全体の回路パターン（チップパターン）
を備えたレチクルに電子線を照射し、その照射範囲のパ
ターンの像を投影レンズにより縮小転写する電子線縮小
転写装置が提案されている。この種の装置の光学系で
は、レチクル上のチップパターンの全範囲に一括して電
子線を照射して一度にチップパターン全体を転写できる
ほどに広い低収差の視野は通常得られない。そこで、チ
ップパターン全体領域を多数の小領域（サブフィール
ド）に分割してレチクル上に形成し、各サブフィールド
毎にパターンを順次転写し、ウェハ上では各サブフィー
ルドの像（イメージフィールド）をつなげて配列するこ
とにより全回路パターンを転写する、との提案もなされ
ている（分割投影露光方式、例えば米国特許第5,260,15
1 号、特開平８−186070号参照）。

【０００４】この分割投影露光方式に用いるレチクルと
しては、シリコンウェハを加工した、ステンシル式とメ
ンブレイン式の２方式が検討されている。このうち、特
に有力と考えられているものは、厚さ１〜５μm程度の
Ｓｉ膜に孔明きパターンが微細加工されたいわゆる散乱
ステンシルレチクルである。

【０００５】ところで、上記レチクルは、電子ビーム描
画→エッチング等のプロセスで製作するが、製作時に歪
（変形）が生じることがある。また、レチクルを露光装
置内のレチクルステージ上の静電チャック等にローディ
ング（搭載）するときにも歪が生じることがある。この
まま露光を行うと感応基板上には歪んだパターンが投影
されることになり、パターンの重ね合わせ精度やつなぎ
合わせ精度の低下を招くという問題がある。そのため、
このレチクルの歪を管理することが精度管理の点で重要
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、レチクルの歪
を計測し、その計測データに基づいて投影光学系の倍率
・回転・位置等のパラメータを調節して歪を補正しなが
ら露光することが提案されている。

【０００７】例えば、レチクルの薄膜間の梁の部分に位
置計測マークを設けて、座標測定装置等の検査装置を用
いたり露光装置そのものの中でそのマークを計測し、そ
の計測データを用いて歪を補正する手法がある。また、
レチクルの薄膜上に位置計測マークを設けて、露光装置
内で該マークに電子線を照射してマーク位置や寸法を計
測し、その計測データを用いて補正を行う手法がある。
なお、上述の補正手法に関しては、特開平１１−３０８
５０号、特開平１１−１４２１２１号、特開平２０００
−１２４１１４号等に開示されている。

【０００８】しかし、レチクルの歪の要因が多岐にわた
るため、上述の補正方法を単独で用いるのみでは、補正
効果が十分に得られないという問題がある。そこで、上
述の梁の部分のマークと薄膜上のマークの両者の計測デ
ータを重ね合わせて歪の補正を行うことも考えられる。
しかし、両者を単に重ね合わせただけでは、同一の要因
による歪を２重に補正してしまうという問題がある。

【０００９】さらに、上述の補正法方法においては、レ
チクル上の全てのマークを計測し、レチクル上の全サブ
フィールドの位置誤差を把握するには、検査時間が長く
なって検査コストが増大えるという問題がある。

【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、レチクルの歪を短時間・高精度・安価に補
正することのできる転写露光方法等を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の転写露光方法は、感応基板上に転写すべ
きデバイスパターンを小領域（サブフィールド）に分割
してレチクル上に形成し、該レチクルを、前記サブフ
ィールド毎にエネルギ線で照明し、該サブフィールド
を通過又は反射したエネルギ線を前記感応基板上のしか
るべき位置に投影結像させ、該感応基板上では、各サ
ブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより
前記デバイスパターン全体を転写する露光方法であっ
て、前記レチクル上に複数の位置検出用マークを形成
しておき、露光装置とは異なる検査装置を用いて前記
複数のマークの内の全部又は大半の位置を検出してレチ
クル変形データ１を得、前記レチクルを前記露光装置
に搭載した後に、前記複数のマークの内の一部の位置を
検出してレチクル変形データ２を得、両レチクル変形
データを用いて、各サブフィールドの位置及び／又は変
形を補正しながら露光することを特徴とする。

【００１２】露光装置内で、レチクル上に分散して配置
された各マークの座標を計測してレチクルの現状の変形
データを把握し、このデータに基づいて各サブフィール
ドの位置・寸法補正を行うこととすれば、最も高い補正
精度を得ることができる。しかし、この方法では、露光
装置内のマーク座標計測に時間がかかってしまい、露光
装置のスループットの低下を引き起こしてしまう。そこ
で、かなりの部分のマークの座標計測を露光装置外の検
査装置で行い、露光装置内では一部のマークのみ座標計
測を行うことで露光装置内での計測時間を短くし、スル
ープットの向上を図る。このとき、検査装置で得られた
変形データと露光装置で得られた変形データを用いて各
サブフィールドの位置を補正するので、レチクルの歪を
比較的高精度に補正することができる。

【００１３】前記転写露光方法においては、前記レチ
クル変形データ１を線形成分１Ｌと非線形成分１ＮＬと
に分け、前記レチクル変形データ２を線形成分２Ｌと
非線形成分２ＮＬとに分け、前記データ１の非線形成
分１ＮＬと前記データ２の線形成分２Ｌとを用いて、各
サブフィールドの位置及び／又は変形を補正しながら露
光することが好ましい。

【００１４】検査装置で得られた変形データと露光装置
で得られた変形データのうち、重複する成分を取り除い
て補正を行うので、レチクルの歪を短時間・高精度に補
正することができる。

【００１５】前記転写露光方法においては、前記デー
タ１から各サブフィールドの回転誤差及び直交度誤差を
算出し、前記データ２の線形成分２Ｌからサブフィー
ルドの倍率誤差を算出し、前記算出した誤差の内、全
て又は幾つかを用いて、各サブフィールドの位置及び／
又は変形を補正しながら露光することが好ましい。

【００１６】検査装置と露光装置内では温度環境が異な
る場合が想定されるため、レチクルの熱膨張等を考慮す
ると、倍率誤差等のパラメータは露光装置内で計測した
ほうが補正精度が向上する。なお、このとき、線形成分
は露光装置内で計測し、非線形成分を検査装置で計測す
ることにより、２重補正を防ぎ、高精度な位置補正を期
待できる。

【００１７】前記転写露光方法においては、同一の製
造プロセスにより複数枚のレチクルを作製する場合にお
いて、該複数のレチクルの内の１枚を用いて、前記変
形データを検出し、他のレチクルを用いて露光を行う
際にも、前記変形データを用いることもできる。

【００１８】同一の製造プロセスにより作製された複数
のレチクル間では、それらの歪に再現性のある場合がか
なりある。そこで、そのような複数のレチクルの内のあ
る一枚のレチクルを検査して算出した補正データを他の
レチクルの露光時にも用いることで、レチクルの検査時
間を短縮でき検査コストを低く抑えることができる。

【００１９】本発明の転写露光装置は、感応基板上に
転写すべきデバイスパターンが小領域（サブフィール
ド）に分割されて形成されたレチクルを載置するレチク
ルステージと、該レチクル上の前記サブフィールド毎
にエネルギ線を照明する照明光学系と、該サブフィー
ルドを通過又は反射したエネルギ線を前記感応基板上の
しかるべき位置に投影結像させる投影光学系と、前記
感応基板を載置する感応基板ステージと、前記レチク
ルステージ上に載置されたレチクルの変形を検出する手
段と、各部を制御する制御部と、を具備し、前記
感応基板上で前記サブフィールド毎のパターンの像を繋
ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写
する露光装置であって、前記制御部が、露光装置と
は異なる検査装置を用いて検出したレチクル変形データ
１を記憶する第１の記憶部と、前記レチクルを露光装
置に搭載した後に検出したレチクル変形データ２を記憶
する第２の記憶部と、前記両レチクル変形データを用
いて、各サブフィールドの位置及び／又は変形を補正す
る補正部と、を有することを特徴とする。

【００２０】本発明のデバイス製造方法は、上記いずれ
かの態様の転写露光方法を用いるリソグラフィー工程を
含むことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。本発明は、電子線等の荷電粒子線をエネルギ線に用
いる露光技術に限定されるわけではなく、紫外線やＸ線
等を用いる露光にも適用できるが、ここでは、電子線露
光を例にとって説明する。まず、分割転写方式の電子線
投影露光技術の概要を図面を参照しつつ説明する。

【００２２】図２は、分割転写方式の電子線投影露光装
置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示
す図である。光学系の最上流に配置されている電子銃１
は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方に
は２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電
子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束
されブランキング開口７にクロスオーバーC.O.を結像す
る。

【００２３】二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩
形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム
成形開口）４は、レチクル１０の一つのサブフィールド
（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明
ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９
によってレチクル１０に結像される。

【００２４】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に
照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部
に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにす
る。ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８
が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを
図２の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の
視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を
行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されて
いる。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開
口４を結像させる。

【００２５】レチクル１０は、実際には（図３を参照し
つつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、
多数のサブフィールドを有する。レチクル１０上には、
全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン
（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数
のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパター
ンを分割して配置しても良い。レチクル１０は移動可能
なレチクルステージ１１上に載置されており、レチクル
１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、
照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の
各サブフィールドを照明することができる。レチクルス
テージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２
が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリア
ルタイムで正確に把握することができる。

【００２６】レチクル１０の下方には投影レンズ１５及
び１９並びに偏向器１６が設けられている。レチクル１
０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レ
ンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所
定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジ
ストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与
えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３
上に転写される。

【００２７】レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比
で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同クロ
スオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられて
いる。同開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散
乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断す
る。

【００２８】ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２
が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ
２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子
の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパター
ンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、
その際のマークからの反射電子を検出することにより、
レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ること
ができる。

【００２９】ウェハ２３は、静電チャック（図示され
ず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２
４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウ
ェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査する
ことにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパ
ターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウ
ェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と
同様の位置検出器２５が装備されている。

【００３０】上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び
各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２
ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６
ａを介してコントローラ（制御部）３１によりコントロ
ールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハス
テージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介し
て、コントローラ３１により制御される。ステージ位置
検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むイ
ンターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３
１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のイ
ンターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号
を送る。

【００３１】コントローラ３１は、ステージ位置の制御
誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正
する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの
縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。
そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わ
されて、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に
転写される。

【００３２】次に、分割転写方式の電子線投影露光に用
いられるレチクルの詳細例について、図３を参照しつつ
説明する。図３は、電子線投影露光用のレチクルの構成
例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であ
り、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メ
ンブレイン領域の平面図である。このようなレチクル
は、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを
行うことにより製作できる。

【００３３】図３（Ａ）には、レチクル１０における全
体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多
数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィ
ールドに対応したパターン領域を含む小メンブレイン領
域（厚さ０．１μm 〜数μm）である。図３（Ｃ）に示
すように、小メンブレイン領域４１は、中央部のパター
ン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の
非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィ
ールド４２は転写すべきパターンの形成された部分であ
る。スカート４３はパターンの形成されてない部分であ
り、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形
態としては、メンブレインに孔開き部を設けるステンシ
ルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメ
ンブレイン上に形成する散乱メンブレンタイプとがあ
る。

【００３４】一つのサブフィールド４２は、現在検討さ
れているところでは、レチクル上で０．５〜５mm角程度
の大きさを有する。投影の縮小率を１／５とすると、サ
ブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大き
さは、０．１〜１mm角である。小メンブレイン領域４１
の周囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分４
５は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ
０．５〜１mm程度の梁である。グリレージ４５の幅は、
例えば０．１mm程度である。なお、スカート４３の幅
は、例えば０．０５mm程度である。

【００３５】図３（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ
方向）に多数の小メンブレイン領域４１が並んで一つの
グループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そ
のようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向
（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４
９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長
さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏
向可能視野の大きさによって制限される。なお、一つの
エレクトリカルストライプ４４内における隣り合うサブ
フィールド間に、スカートやグリレージのような非パタ
ーン領域を設けない方式も検討されている。

【００３６】メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並
列に複数存在する。隣り合うメカニカルストライプ４９
の間にストラット４７として示されている幅の太い梁
は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものであ
る。ストラット４７はグリレージ４５と一体である。

【００３７】現在有力と考えられている方式によれば、
１つのメカニカルストライプ（以下単にストライプと呼
ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレク
トリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光
される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続
ステージ走査により順次露光される。

【００３８】次に、本発明の１実施例に係るレチクルに
おける位置検出用マーク配置について説明する。図１１
は、本発明の１実施例に係るレチクルの１つのストライ
プにおける位置検出用マーク配置を模式的に示す平面図
（ウェハ側すなわち電子線下流側から見た図）である。
この例のレチクルのストライプ４９には、サブフィール
ドを含む多数の小メンブレイン領域４１が縦横に配列さ
れている。なお以下の説明では、小メンブレイン領域の
ことをサブフィールドともいう。

【００３９】これらのサブフィールド４１のうち最外周
の１列４１ａは、位置検出用マーク（荷電粒子線アライ
メントマーク）の専用領域である。これらのサブフィー
ルド４１ａは、デバイス形成用のパターンを有せず、ア
ライメントマーク（パターン）５１のみが形成されてい
る。アライメントマーク５１は、複数の帯状の開孔を有
するステンシル型のラインアンドスペースパターンであ
る。アラインメントマーク５１は、Ｘ方向に延びるもの
とＹ方向に延びるものがペアとなっている。一方、最外
周部のサブフィールド４１ａを除く内側のサブフィール
ド４１ｂは、通常のデバイス形成用のパターンを有す
る。アライメントマーク５１の位置は、露光装置内で、
電子線を用いて検出される。

【００４０】隣り合うサブフィールド４１の間のグリレ
ージの底の部分４５′には、別の位置検出用マーク（計
測用マーク）５３が形成されている。この計測用マーク
５３は、十字形をしており、シリコン基板の表面にＣｒ
やＴａ等を蒸着することにより形成されている。計測用
マーク５３は、デバイスパターンを有する１つのサブフ
ィールド４１ｂの周囲の４カ所に形成されており、設計
上は４つの計測用マーク５３の中心位置がその中のサブ
フィールド４１ｂの中心位置と合致している。また、縦
・横に並ぶ計測用マーク５３は、レチクルの座標に沿っ
て、ある等しい間隔で並んでいる。計測用マーク５３の
位置は、検査装置を使用して露光装置外で検出される。

【００４１】マーク５３や５１は、レチクルの製作プロ
セス（電子線描画、蒸着、エッチング等）において同時
に形成されるので、その位置精度はレチクルのパターン
精度と同様に高い。

【００４２】次に、露光装置内におけるアライメントマ
ーク５１の検出方法について説明する。図４は、アライ
メントマーク５１の検出方法を説明する図である。図４
においては、図２に示した露光装置の要部である電子銃
１、コンデンサレンズ２、レチクル１０、ウェハステー
ジ２４が示してある。ここで、レチクル１０のサブフィ
ールド（メンブレン領域）には、位置検出用のアライメ
ントマーク（開口部）５１が設けられており、ウェハス
テージ２４には、位置検出用の基準マークＭが設けられ
ている。なお、基準マーク（例えば重金属膜）Ｍも、ア
ライメントマーク５１と同様にＸ方向及びＹ方向に延び
るラインアンドスペース型である。また、レチクル１０
は、レチクルステージ１１に載置されており、レチクル
ステージ１１には、ステージ位置を検出する位置検出器
１２及び装置全体を制御するコントローラ（制御部）３
１が配置されている。

【００４３】ウェハステージ２４の上方には反射電子検
出器２２が配置されている。反射電子検出器２２は、例
えば、電子ビームＥＢの通路の周りに計４個配置するこ
とができる。この反射電子検出器２２は、ウェハステー
ジ２４上のマークＭで反射される反射電子ｅの量を検出
する。反射電子検出器２２には、レチクル１０の歪を計
測する歪計測部６２が接続されている。歪計測部６２に
は、また、ステージ位置を検出する位置検出器１２が接
続されており、反射電子量と共に、レチクルステージ１
１の位置をリアルタイムに把握できる。

【００４４】計測時には、レチクル１０のアライメント
マーク５１が形成されたサブフィールド４１の１つに電
子ビームＥＢを照射する。このアライメントマーク５１
を通過した電子ビームＥＢで基準マークＭ上を２次元的
に走査する。その際、基準マークＭからの反射電子ｅを
反射電子検出器２２で検出する。そして、歪計測部６２
において、反射電子ｅの検出信号とレチクルステージ１
１の位置とから、アライメントマーク５１の実際の位置
が計測される。その後、コントローラ３１において、そ
の実測値と設計上のアライメントマーク５１の位置デー
タとから誤差が算出される。さらに、同様の計測を他の
サブフィールドについても行うことで、レチクル１０の
歪を把握することができる。

【００４５】次に、本発明の実施の形態に係る転写露光
装置の制御系について説明する。図１は、本発明の実施
の形態に係る転写露光装置の制御系を示すブロック図で
ある。図１には、計測用マーク５３とアライメントマー
ク５１とを備えるレチクル１０（図１１参照）が示され
ている。計測用マーク５３は露光装置外に配置された検
査装置８１で検出され、アライメントマーク５１は歪計
測部６２（図４参照）で検出される。両検出データは、
制御部（コントローラ）３１に入力される。制御部３１
には、検査装置８１の検出データを記憶する記憶部８３
と、歪計測部６２の検出データを記憶する記憶部８２
と、両データから露光位置補正量を算出する補正部８４
とが設けられている。補正部８４には、記憶部８２、８
３の検出データを参照し、露光位置補正量を算出する演
算部８５と、算出されるデータを記憶する記憶部（サブ
フィールド位置座標テーブル）８６と、偏向器１６（図
２参照）等に指令を出す指令部８７と、が設けられてい
る。

【００４６】ここで、レチクルに生じる歪（変形）の種
類について説明する。図５は、レチクルに生じる誤差の
種類を示す図である。図５（Ａ）は回転誤差を示す図で
あり、図５（Ｂ）は直交度誤差を示す図であり、図５
（Ｃ）は倍率誤差を示す図である。図５は、レチクルの
サブフィールド４１内の歪を示した図である。各図に
は、歪が生じる前のサブフィールド４１及び計測用マー
ク５３（図１１参照）が破線で示されている。

【００４７】図５（Ａ）には、回転誤差歪の生じた後の
サブフィールド４１′及び計測用マーク５３′が実線で
示されている。この図では、例えば、サブフィールド４
１の中心点を軸に右回りにθだけ回転した状態が示され
ている。基のサブフィールド４１内のある点の座標を
（ｘ、ｙ）とすると、回転誤差歪の生じた後のサブフィ
ールド４１′内のその点の座標は（cosθ ｘ−sinθ
ｙ、sinθ ｘ＋cosθ ｙ）となる。

【００４８】図５（Ｂ）には、直交度誤差歪の生じた後
のサブフィールド４１′及び計測用マーク５３′が実線
で示されている。この図では、角度ωだけサブフィール
ド４１の直交度が歪み、サブフィールド４１´が平行四
辺形状になった状態が示されている。基のサブフィール
ド４１上のある点の座標を（ｘ、ｙ）とすると、直交度
誤差歪の生じた後のサブフィールド４１′上のその点の
座標は（ｘ−tanω ｙ、ｙ）となる。

【００４９】図５（Ｃ）には、倍率誤差歪の生じた後の
サブフィールド４１′及び計測用マーク５３′が実線で
示されている。この図では、例えば、レチクルが熱で膨
張してサブフィールド４１が大きくなった状態が示され
ている。Ｘ方向の倍率誤差をＳ_X、Ｙ方向の倍率誤差を
Ｓ_Yとする。基のサブフィールド４１の大きさを１×１
とすると、回転誤差歪の生じた後のサブフィールド４
１′の大きさは（１＋Ｓ_X）×（１＋Ｓ_Y）となる。

【００５０】本発明の実施の形態に係る転写露光方法に
おいては、これらの誤差を行列を用いた式で示した変換
モデルを作成する。

【数１】ただし、歪み前の座標を（ｘ、ｙ）とし、歪み後の座標
を（Ｘ、Ｙ）とする。また、Ｏ_X、Ｏ_Yは、サブフィール
ドの中心位置のずれを示す。

【００５１】ところで、レチクルに生じる誤差には、線
形成分と非線形成分とがある。図６は、レチクルに生じ
る誤差の線形成分と非線形成分について説明する図であ
る。図６には、検査装置を使用して露光装置外で検出さ
れた計測用マーク５３の測定結果の一例が示されてい
る。図６の一定の間隔で配置されている格子は、レチク
ルの設計データを示すものであり、グリレージの底の部
分４５′の中心線７３である。したがって、その交点
は、歪がなければ本来、計測用マーク５３の存在する箇
所である。

【００５２】図６の黒点は、検出された計測用マーク５
３′の中心位置を示すものであり、ほぼ全て設計データ
からずれている。この誤差量（変形データ）は、厳密に
は全ての点で異なるが、その誤差の内には、近接する複
数のサブフィールドの中でほぼ等しい向き・大きさを有
する線形成分７１が存在する。また、誤差量からこの線
形成分７１を差し引いたものが、各点毎に向き・大きさ
の異なる非線形成分７２である。

【００５３】図７は、レチクルに生じる誤差の非線形成
分のみを抽出した図である。図７には、３９００μm×
３９００μmの大きさを有するサブフィールド４１が縦
横１２個ずつ、計１４４個配置されたストライプが示さ
れている。各サブフィールド４１間には、一定の間隔で
配置されている格子状のグリレージの底の部分４５′の
中心線７３が示されている。中心線７３の交点付近に
は、検出された計測用マーク５３′から線形成分７１
（図６参照）を差し引いた点５３´ＮＬ（非線形成分）
が示されている。図から判るように、点５３´ＮＬは、
中心線７３の交点付近でランダムであるが、許容値以下
になった。

【００５４】次に、本発明の１つの実施の形態に係る転
写露光方法について説明する。まず、レチクル全体の歪
によるサブフィールド配列補正について説明する。図
８、レチクル全体の歪によるサブフィールド配列補正方
法を示すフローチャートである。図８においては、ま
ず、レチクル製作後に、グリレージ下面４５′（図１１
参照）に配置している計測用マーク５３（図１１参照）
を、露光装置外で座標測定装置（検査装置）８１（図１
参照）を用いて測定する（ステップ２１）。これにより
レチクル作成時（レチクル描画、パターン加工プロセ
ス、レチクルの温度・応力変化）に発生した歪みを有す
るサブフィールドの座標（変形データ１）を計測する。
この計測ではレチクル作成時の誤差（一次歪み）をサブ
フィールド毎に測定することができる。なお、座標測定
装置は、光波干渉式座標測定機６ｉ型（ニコン製）等を
用いることができる。

【００５５】ここで、全て、もしくは幾つかのサブフィ
ールドの変形データ１を上述の行列を用いた式で表され
る変換モデルに当てはめる。それにより、回転誤差のパ
ラメータθ、直交度誤差のパラメータω、倍率誤差のパ
ラメータＳ_X、Ｓ_Y、サブフィールドの中心位置のずれＯ
_X、Ｏ_Yを算出する。以下、これらのパラメータを総称し
て仮補正パラメータ１と呼ぶ。仮補正パラメータ１は、
変換モデルに当てはめた変形データ１の数により、複数
算出される。これら複数の仮補正パラメータ１に最小２
乗法を用いることにより、モデルに最も整合する真の補
正パラメータ１を算出する（ステップ２２）。なお、算
出された補正パラメータ１は、レチクル歪のうち線形な
成分であり、各サブフィールド全てについて計測しなく
ても、高精度な計測が可能である。

【００５６】次に、上記の補正パラメータ１を代入した
変換モデルに、サブフィールドの理想格子のデータ（設
計データ）を当てはめることにより、変形データ１の線
形成分１Ｌ（図６参照）のみを抽出する（ステップ２
３）。

【００５７】さらに、上記の計測された変形データ１か
ら線形成分１Ｌを差し引くことにより、変形データ１の
非線形成分１ＮＬ（図６、７参照）を算出する（ステッ
プ２４）。

【００５８】次に露光装置内でレチクルをレチクルステ
ージにチャッキングする、その後、ストライプ周辺のア
ライメントマーク専用サブフィールド４１ａ（図１１参
照）に配置したアライメントマーク５１（図１１参照）
の位置をＴＴＲ（Through The Reticle）方式で検出す
ることにより、ストライプ周辺の歪みを計測する（ステ
ップ３１）。計測は、アライメントマーク５１を透過し
た電子線でウェハステージ上の基準マークＭ（図４参
照）をスキャンすることにより行う。ここで計測される
歪みは露光装置内でレチクルをチャッキングする際に発
生する歪みなどを含む。この歪みデータ（座標）を変形
データ２と呼ぶ。なお、ここで計測される歪みはストラ
イプの全体的な歪みであり、サブフィールド毎の局所的
な歪みは直接的には計測できない。

【００５９】ここで、全て、もしくは幾つかのサブフィ
ールドの変形データ２をパラメータの未知の状態の変換
モデルに当てはめる。それにより、露光装置内で測定し
た際の回転誤差のパラメータθ、直交度誤差のパラメー
タω、倍率誤差のパラメータＳ_X、Ｓ_Y、サブフィールド
の中心位置のずれＯ_X、Ｏ_Yを算出する。以下、これらの
パラメータを総称して仮補正パラメータ２と呼ぶ。仮補
正パラメータ２は、変換モデルに当てはめた変形データ
２の数により、複数算出される。これら複数の仮補正パ
ラメータ２に最小２乗法を用いることにより、モデルに
最も整合する真の補正パラメータ２を算出する（ステッ
プ３２）。

【００６０】次に、上記の補正パラメータ２を代入した
変換モデルに、サブフィールドの理想格子のデータ（設
計データ）を当てはめることにより、変形データ２の線
形成分２Ｌ（図６参照）のみを抽出する（ステップ３
３）。

【００６１】ここで、補正パラメータ２を代入した変換
モデルに、先に算出した変形データ１の非線形成分１Ｎ
Ｌを当てはめることにより、露光装置内で計測用マーク
５３を直接計測したのに極めて近いサブフィールド位置
座標データを得られる（ステップ３４）。

【００６２】ところで、全ての検査を露光装置内で行う
ことが望ましいが、スループットの低下等を引き起こ
す。そこで、本発明においては、線形成分は露光装置内
で計測し（線形成分２Ｌ）、非線形成分を検査装置で計
測する（非線形成分１ＮＬ）。ここで、線形成分を露光
装置内で計測するのは、検査装置と露光装置内では温度
環境が異なる場合が想定されるため、レチクルの熱膨張
等を考慮すると、倍率誤差等のパラメータは露光装置内
で計測したほうが補正精度が向上するからである。な
お、このとき、線形成分は露光装置内で計測し、非線形
成分を検査装置で計測することにより、２重補正を防
ぎ、高精度な位置補正を期待できる。

【００６３】上記の計算によって求めた歪みを露光装置
のコントローラ３１（図２参照）のサブフィールド位置
座標テーブル８６（図１参照）に与える（ステップ３
５）。

【００６４】続いて、図９を参照しつつ、サブフィール
ド内の線形歪みの補正について説明する。図９は、サブ
フィールド内の線形歪みの補正方法を示すフローチャー
トである。サブフィールド内の線形歪みは、そのサブフ
ィールド周辺の計測用マーク５３（図１１参照）の計測
結果から算出できる。ここで、サブフィールド内での誤
差要因の主たるものは、レチクル描画装置の誤差である
から、パターンの回転誤差や直交度誤差（図５参照）が
サブフィールド毎に異なっていることとなる。ここで、
倍率誤差（図５参照）も考えられるが、サブフィールド
毎に倍率が異なることは考えにくい。また、上述のよう
に、倍率誤差は温度環境による影響のほうが大きいと考
えられるため、倍率誤差の補正値は露光装置内で計測さ
れたデータを使用するほうが高精度な補正が期待でき
る。

【００６５】したがって、サブフィールド内の線形歪み
については、検査装置内の計測データ（変形データ１）
から回転誤差や直交度誤差を算出し（ステップ４１）、
露光装置内の計測データ（変形データ２）から倍率誤差
を算出する（ステップ４２）。それらの算出値からサブ
フィールド毎に補正値を求め、補正しながら露光するこ
とにより、より高精度なレチクル歪み補正を行うことが
できる。

【００６６】上記の計算によって求めた歪みを露光装置
のコントローラ３１（図２参照）の各サブフィールド位
置座標テーブル８６（図１参照）に与える（ステップ４
３）。

【００６７】そして、ステップ３５におけるサブフィー
ルド位置座標テーブルの変形データと、ステップ４３に
おける各サブフィールド位置座標テーブルの変形データ
とを参照しつつ、偏向器、回転補正レンズ、倍率補正レ
ンズなどを用いて、露光位置及びサブフィールド補正し
ながら露光を行う（ステップ５１）。

【００６８】次に、本発明の他の実施の形態に係る転写
露光方法について説明する。上述のように、レチクル検
査装置を使用して計測用マーク５３（図１１参照）の位
置検出を行う場合、レチクル検出装置のスループットが
低いとレチクルコスト増大の要因となる。レチクル歪の
主な原因としては、レジスト応力等のレチクル作製プロ
セスによるもの、また、レチクル描画装置によるものに
大別される。

【００６９】このうちレチクル作製プロセスによるもの
は、作製プロセスの管理をきちんと行うことで、レチク
ル毎に高い再現性が得られるはずである。したがって、
計測用マーク５３の位置検出は、必ずしも露光に使用す
るレチクルそのものを検査する必要はなく、同じプロセ
スで作製されたと見なされる代表的なレチクルの検査デ
ータを流用することができる。このとき、数枚のレチク
ルの検査データを平均化したものを用いることもでき
る。これにより、露光するレチクルの全てを検査する必
要がなくなり、レチクルコストの増大を防ぐことができ
る。

【００７０】次に上記説明した転写露光方法を利用した
デバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、微小
デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネ
ル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製
造のフローを示す。

【００７１】ステップ１（回路設計）では、半導体デバ
イスの回路設計を行う。ステップ２（マスク（レチク
ル）製作）では、設計した回路パターンを形成したマス
クを製作する。この時、パターンについて局部的にリサ
イズを施すことにより近接効果や空間電荷効果によるビ
ームボケの補正を行ってもよい。一方、ステップ３（ウ
ェハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウェハを製
造する。

【００７２】ステップ４（酸化）では、ウェハの表面を
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウェ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７（イオ
ン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布す
る。ステップ９（電子ビーム露光）では、ステップ２で
作ったマスクを用いて電子ビーム転写装置によって、マ
スクの回路パターンをウェハに焼付露光する。その際、
上述の露光方法を用いる。ステップ１０（光露光）で
は、同じくステップ２で作った光露光用マスクを用い
て、光ステッパーによってマスクの回路パターンをウェ
ハに焼付露光する。この前又は後に、電子ビームの後方
散乱電子を均一化する近接効果補正露光を行ってもよ
い。

【００７３】ステップ１１（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１２（エッチング）では、レジ
スト像以外の部分を選択的に削り取る。ステップ１３
（レジスト剥離）では、エッチングがすんで不要となっ
たレジストを取り除く。ステップ４からステップ１３を
繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００７４】ステップ１４（組立）は、後工程と呼ば
れ、上の工程によって作製されたウェハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ１５（検査）では、ステ
ップ１４で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体デバイスが完成しこれが出荷（ステップ１６）さ
れる。

【００７５】以上図１〜図１１を参照しつつ、本発明の
実施の形態に係る転写露光方法等について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更を
加えることができる。

【００７６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、レチクルの歪を短時間・高精度・安価に補正
することのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る転写露光装置の制御
系を示すブロック図である。

【図２】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。

【図３】電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的
に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）
は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレイン
領域の平面図である。

【図４】アライメントマーク５１の検出方法を説明する
図である。

【図５】レチクルに生じる誤差の種類を示す図である。
図５（Ａ）は回転誤差を示す図であり、図５（Ｂ）は直
交度誤差を示す図であり、図５（Ｃ）は倍率誤差を示す
図である。

【図６】レチクルに生じる誤差の線形成分と非線形成分
について説明する図である。

【図７】レチクルに生じる誤差の非線形成分のみを抽出
した図である。

【図８】レチクル全体の歪によるサブフィールド配列補
正方法を示すフローチャートである。

【図９】サブフィールド内の線形歪みの補正方法を示す
フローチャートである。

【図１０】微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チッ
プ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマ
シン等）の製造のフローを示す。

【図１１】本発明の１実施例に係るレチクルの１つのス
トライプにおける位置検出用マーク配置を模式的に示す
平面図（ウェハ側すなわち電子線下流側から見た図）で
ある。

【符号の説明】

１０レチクル１６偏向器３１コントローラ（制御部）５１アライメントマーク５３計測用マーク６２歪計測部８１検査装置８２、８３記憶部８４補正部８５演算部８６記憶部（サブフィールド位置座標テーブル）８７指令部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６ＡＦターム(参考） 2F067 AA03 AA15 BB01 BB04 CC16 EE10 FF11 FF12 FF18 GG07 HH06 JJ05 KK08 PP12 QQ02 2F069 AA03 AA17 BB15 CC06 DD12 GG04 GG07 GG08 GG12 GG45 GG72 GG74 HH30 MM02 MM24 NN17 NN18 2H095 BA05 BA08 BD03 BD12 BD15 BD24 BD29 BE06 5F046 AA18 DB04 5F056 AA06 CA02 CC01 CC07 CD02 FA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感応基板上に転写すべきデバイスパター
ンを小領域（サブフィールド）に分割してレチクル上に
形成し、該レチクルを、前記サブフィールド毎にエネルギ線で照
明し、該サブフィールドを通過又は反射したエネルギ線を前記
感応基板上のしかるべき位置に投影結像させ、該感応基板上では、各サブフィールドのパターンの像を
繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転
写する露光方法であって、前記レチクル上に複数の位置検出用マークを形成してお
き、露光装置とは異なる検査装置を用いて前記複数のマーク
の内の全部又は大半の位置を検出してレチクル変形デー
タ１を得、前記レチクルを前記露光装置に搭載した後に、前記複数
のマークの内の一部の位置を検出してレチクル変形デー
タ２を得、両レチクル変形データを用いて、各サブフィールドの位
置及び／又は変形を補正しながら露光することを特徴と
する転写露光方法。
【請求項２】前記レチクル変形データ１を線形成分１
Ｌと非線形成分１ＮＬとに分け、前記レチクル変形データ２を線形成分２Ｌと非線形成分
２ＮＬとに分け、前記データ１の非線形成分１ＮＬと前記データ２の線形
成分２Ｌとを用いて、各サブフィールドの位置及び／又
は変形を補正しながら露光することを特徴とする請求項
１記載の転写露光方法。
【請求項３】前記データ１から各サブフィールドの回
転誤差及び直交度誤差を算出し、前記データ２の線形成分２Ｌからサブフィールドの倍率
誤差を算出し、前記算出した誤差の内、全て又は幾つかを用いて、各サ
ブフィールドの位置及び／又は変形を補正しながら露光
することを特徴とする請求項１又は２記載の転写露光方
法。
【請求項４】同一の製造プロセスにより複数枚のレチ
クルを作製する場合において、該複数のレチクルの内の１枚を用いて、前記変形データ
を検出し、他のレチクルを用いて露光を行う際にも、前記変形デー
タを用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項
記載の転写露光方法。
【請求項５】感応基板上に転写すべきデバイスパター
ンが小領域（サブフィールド）に分割されて形成された
レチクルを載置するレチクルステージと、該レチクル上の前記サブフィールド毎にエネルギ線を照
明する照明光学系と、該サブフィールドを通過又は反射したエネルギ線を前記
感応基板上のしかるべき位置に投影結像させる投影光学
系と、前記感応基板を載置する感応基板ステージと、前記レチクルステージ上に搭載されたレチクルの変形を
検出する手段と、各部を制御する制御部と、を具備し、前記感応基板上で前記サブフィールド毎のパターンの像
を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を
転写する露光装置であって、前記制御部が、露光装置とは異なる検査装置を用いて検出したレチクル
変形データ１を記憶する第１の記憶部と、前記レチクルを露光装置に搭載した後に検出したレチク
ル変形データ２を記憶する第２の記憶部と、前記両レチクル変形データを用いて、各サブフィールド
の位置及び／又は変形を補正する補正部と、を有することを特徴とする転写露光装置。
【請求項６】請求項１〜４のいずれか１項記載の転写
露光方法を用いるリソグラフィー工程を含むことを特徴
とするデバイス製造方法。