JP2004158634A - Aligning method of charged particle beam exposure apparatus, and charged particle beam exposure apparatus - Google Patents

Aligning method of charged particle beam exposure apparatus, and charged particle beam exposure apparatus Download PDF

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JP2004158634A JP2002322654A JP2002322654A JP2004158634A JP 2004158634 A JP2004158634 A JP 2004158634A JP 2002322654 A JP2002322654 A JP 2002322654A JP 2002322654 A JP2002322654 A JP 2002322654A JP 2004158634 A JP2004158634 A JP 2004158634A
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Hitoshi Udagawa
仁 宇田川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aligning method of a charged particle beam exposure apparatus in which error can be suppressed in an alignment, and to provide a charged particle beam aligner. <P>SOLUTION: The aligning method of the exposure apparatus comprises a stage 120 moving while mounting a sensitive substrate 100, a stage position measuring instrument 160, an optical system 110 with a lens and a deflector for irradiating the sensitive substrate selectively with a charged particle beam, and a means 140 for detecting an alignment mark put on the sensitive substrate. The alignment mark is detected while predicting the stage position at an arbitrary time after receiving information from the stage position measuring instrument, and the sensitive substrate is aligned using a predicted value of the stage position just at the detection timing of the alignment mark. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リソグラフィに用いられる荷電粒子線露光装置及びそのアライメント方法に関する。特には、アライメント精度を更に高めるよう改良を加えた荷電粒子線露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の更なる小線幅化に対応するため、スループットの高い荷電粒子線露光装置の開発が必要とされている。従来の荷電粒子線露光装置としては、一筆書きのように荷電粒子線をウェハ上に照射する方式が一般的であった。しかしながら、このような方式による露光装置は、製造のスループットやコストの面を考慮すると非効率的なので、量産用の装置として用いられることはなかった。そこで、大口径の荷電粒子ビームを、パターン開口を有するマスク上に照射することにより、パターンを縮小投影する荷電粒子線露光装置の開発が進められている。
【０００３】
このような露光装置においては、レチクル上のパターンを分割し、ステージのステップアンドリピート及び荷電粒子線の偏向スキャンを行うことにより、ウェハ上のパターンをつなぎ合わせている。この方式によると、ステージ位置の制御や位置計測を行うと共に荷電粒子線を偏向しながら露光する高精度なトラッキングが必要になる。このため、この方式の露光方法においては、干渉計等によりリアルタイムで位置を計測し、偏向器やステージを制御する方法がとられている。
【０００４】
一方、小線幅化に対応して、ウェハ上に多層のパターンを転写するためには、より高精度のアライメント（重ね合わせ）技術も必要である。従来の位置検出装置としては、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用い、回折格子状のアライメントマークに光源光を照射し、その回折光や散乱光を検出して解析することにより位置検出する方式のものや、光学顕微鏡を介してＣＣＤカメラによりアライメントマークを撮像し、画像処理を施すことにより位置検出する方式のものがある。また、露光光源である荷電粒子線を用いてアライメントマークをスキャンし、反射した荷電粒子の強度分布から位置を計測する方式のものもある。これら方式のアライメントマーク検出手段を利用して、さらに、精度の高いアライメントを行う方法が研究されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、位置合わせ装置において、検出可能範囲は広いが、ある一瞬には基板上の１点のみからの光情報しか検出できない第１マーク検出手段と、実効的な検出可能範囲は狭いが、基板上のマークの全体からの光情報を同時に取り込む第２マーク検出手段とを組み合わせ、この２つのマーク検出手段を一連のマーク検出動作において時系列に、或いは、ほぼ同時に使用することにより、アライメントシーケンス上の時間的なロスを減らし、スループットの低下を抑制することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ウェハステージ上の基準板に、レチクルマークとアライメントされる基準マークと、オフアクシス系によってアライメントされる基準マークとを設け、２つの基準マークをステージ静止状態でほぼ同時に計測し、そのときのステージ状態で、露光時に使う干渉計とオフアクシスアライメント時に使う干渉計とを同一測定値にプリセットすることにより、オフアクシスアライメント系を備えた投影露光装置のベースライン管理を高精度に行うことが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、周囲への磁気的な影響を低減するために、コイルを有する固定子と、該固定子との間で電磁気的相互作用を行う磁石を有し、少なくとも第１の軸方向に移動する可動子とを備えたモータ装置において、上記固定子と上記可動子との内少なくとも上記可動子に、該可動子周辺空間への磁束の漏れを低減する磁気シールドを設けたことを特徴とするモータ装置を備え、露光用光学系からのエネルギビームにより露光される基板を戴置させるステージ装置を備えた露光装置等が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−２８３０１１号公報
【特許文献２】
特開平５−２１３１４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１７１８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に、ステージ上のアライメントマークの位置は、アライメントマーク検出と同時に、干渉計等を用いてステージの位置情報を取り込むことにより求められる。しかし、このステージの位置情報は、ハード等の制約により、実際にはアライメントマーク検出と完全に同時に取り込むことはできない。このため、例えば、ステージ位置の検出時刻とアライメントマーク位置の検出時刻との間には、数ｎ秒程度の遅延時間が存在する。従って、検出されたステージの位置でマーク検出されているとは限らず、遅延時間分の誤差が残ってしまう。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、アライメント時における誤差を抑えることができる荷電粒子線露光装置のアライメント方法、及び、荷電粒子線露光装置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、本発明の第１の観点に係る荷電粒子線露光装置のアライメント方法は、感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、該ステージの位置計測器と、感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、上記感応基板、上記感応基板ステージ、上記マスク、及び／又は、上記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、を備える露光装置におけるアライメント方法であって、上記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の上記ステージ位置を予測しながらアライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける上記ステージの位置予測値を用いて上記感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の観点に係る荷電粒子線露光装置のアライメント方法は、感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、該ステージの位置計測器と、上記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、上記感応基板、上記感応基板ステージ、上記マスク、及び／又は、上記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段とを備える露光装置におけるアライメント方法であって、上記ステージ位置計測器からのステージ位置情報に対して、上記位置計測系での測定から位置情報出力までの遅延時間、上記アライメントマーク検出時の遅延時間、上記光学系での遅延時間、による該ステージの位置誤差を考慮して該ステージの位置を決定することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る荷電粒子線露光装置は、感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、該ステージの位置計測器と、感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、感応基板、上記感応基板ステージ、上記マスク、及び／又は、上記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、を備える露光装置であって、上記マーク検出手段が、上記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後のステージ位置を予測しながらアライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける上記ステージの位置予測値を用いて感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、アライメントを行う際に、アライメントマーク検出時に生じた遅延時間、ステージ位置計算に要する遅延時間、さらに、偏向量に伴う収差補正処理に要する遅延時間分のステージ位置の誤差を補正するので、位置検出の誤差を大幅に低減させて確度の高い位置決めを行うことにより精度の高い露光を行うことが可能となる。
【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、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線露光装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る荷電粒子線露光装置は、最新のステージ位置情報を取り込み、それに基づいて任意時間後のステージ位置を予測し、その際に、アライメント時に生じる遅延時間による誤差を解消し、精確なアライメントを行うことを特徴としている。本実施形態においては、荷電粒子線として電子線を用いた電子線露光装置について説明する。また、本実施形態においては、分割転写方式の荷電粒子線露光を例にとって説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る荷電粒子線露光装置は、ウェハ１００を露光する電子光学系１１０と、ウェハ１００を戴置するために用いられるウェハステージ１２０と、電子光学系１１０の制御を行う電子光学系制御部１３０と、ウェハ１００上に印されているアライメントマークを検出するアライメント計測部１４０と、アライメント計測部１４０の計測結果に基づいてアライメント演算を行うアライメント演算部１５０と、ウェハステージ１２０の位置を計測するステージ位置計測部１６０と、ウェハステージ１２０の位置を制御するステージ制御部１７０と、任意時間後のウェハステージ１２０の位置を予測するステージ位置予測演算部１８０とを含んでいる。
【００１７】
図２は、図１に示す荷電粒子線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。
電子光学系１１０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によって収束されてブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏを結像する。
【００１８】
２段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口（照明ビームの成形開口）４が備えられている。この矩形開口４は、レチクル１０の１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。開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像する。
【００１９】
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。同偏向器８は、主に照明ビームを図２の横方向（Ｙ方向）に順次走査し、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。
【００２０】
レチクル１０は、後述するように、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有している。レチクル１０上には、全体として１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。
【００２１】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に戴置されている。このレチクル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上には、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。
【００２２】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに像位置調整偏向器１６が設けられている。レチクル１０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及び偏向器１６によってウェハ１００上の所定の位置に結像する。投影レンズ１５、１９及び偏向器１６の詳しい作用については後述する。ウェハ１００上には、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１０上のパターンが縮小されてウェハ１００上に転写される。
【００２３】
ここで、図３及び図４を参照しながら、分割転写方式の電子線投影露光について詳しく説明する。
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１つの小メンブレ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。
【００２４】
図３の（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１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ン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図３の（ｃ）に示すように、小メンブレン領域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、パターンが形成されていない部分であり、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ン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。
【００２５】
１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１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４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、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、レチクルの機械強度を保つために設けられた、例えば、厚さ０．７ｍｍ程度の梁である。マイナーストラッド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。
【００２６】
図３の（ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで１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４９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。
【００２７】
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の間にメジャーストラット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。メジャーストラット４７は、マイナーストラット４５と一体である。
【００２８】
現在有効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。
【００２９】
図４は、レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。図の上部には、レチクル１０上の１つのメカニカルストライプ４９が示されている。メカニカルストライプ４９には、上記のように、多数のエレクトリカルストライプ４４とサブフィールド４２及びマイナーストラット４５が形成されている。また、図の下部には、レチクル１０と対向するウェハ１００が示されている。
【００３０】
この図では、レチクル上のストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４における左隅のサブフィールド４２−１が、上方からの照明ビームＩＢにより照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズ１５、１９と像位置調整偏向器１６（図２に参照）の作用により、ウェハ１００上の所定の領域５２−１に縮小投影されている。パターンビームＰＢは、光軸と平行な方向から光軸と交差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。
【００３１】
エレクトリカルストライプ４４内の各サブフィールド４２は、上記のように、電子線の偏向によって順次露光される。この時、マスクステージとウェハステージを縮小比に従った速度でＹ方向に連続ステージ走査させている。そして、１つのエレクトリカルストライプ４４の露光が終了すると、次のエレクトリカルストライプ４４（ストライプ４９内のＹ方向）を露光する。こうして、メカニカルストライプ４４内の全てのサブフィールドを露光する。このように、１つのメカニカルストライプは、１回のステージ走査で露光される。
【００３２】
再び、図２を参照すると、レチクル１０とウェハ１００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。コントラスト開口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１００に到達しないよう遮断する。
【００３３】
ウェハ１００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１２０上に戴置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ１２０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。
【００３４】
また、ウェハステージ１２０には、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに、干渉式位置測定システムの固定鏡及び移動鏡が備えられている。固定鏡及び移動鏡は、後述するステージ位置計測部１６０によってウェハステージの位置を計測する際に用いられる。
なお、投影レンズや偏向器等の電子光学系１１０や、ウェハステージ１２０は、ウェハチャンバ（図示されず）内に収容されている。ウェハチャンバには、ウェハ搬送装置（図示されず）が接続されており、同装置によりウェハ１００が外部のカセットからウェハステージ１２０に搬送される。
【００３５】
電子光学系制御部１３０は、コイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ、及び、５ａ、８ａ、１６ａを含んでおり、コントローラ３１の制御に従って電子光学系１１０の各部を制御する。即ち、コントローラ３１は、コイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ、及び、５ａ、８ａ、１６ａを介して、上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６を制御する。また、コントローラ３１は、レチクルステージ制御部１１ａを介して、レチクルステージ１１を制御する。レチクルステージ位置検出器１２は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。さらに、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１００上の目標位置に合わせるように制御できる。そして、ウェハ１００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。
【００３６】
ウェハステージ１２０から所定距離離れた位置には、アライメント計測部（アライメントマーク検出光学系）１４０が設けられている。アライメント計測部１４０は、電子光学系１１０の光軸中心からＸ軸側及びＹ軸側に設置されており、ステージ上のウェハ１００若しくは基準プレート上に印されているアライメントマークを検出する。本実施形態においては、アライメント計測部１４０として、ＦＩＡ（ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を利用している。ＦＩＡは、ハロゲンランプ等の広帯域を用い、顕微鏡等の光学系を介してＣＣＤカメラによってアライメントマークを撮像し、これに画像処理を施すことによりアライメントマークの位置情報を検出する方法である。この他に、アライメント計測部１４０の構成としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザをアライメントマークに照射し、その回折光や散乱光を利用してアライメントマークの位置情報を検出するＬＳＡ（ｌａｓｅｒ ｓｔｅｐ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）や、回折格子状のアライメントマークに、波長の僅かに異なるレーザ光を２方向から照射し、発生した回折光の干渉させ、その位相からアライメントマークの位置情報を検出するＬＩＡ（ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を利用しても良く、また、これらを組み合わせて利用しても良い。或いは、電子光学系１１０に含まれる光源（電子銃）からウェハ１００に向けて電子線を照射し、ウェハ１００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（強度分布）を検出する構成を用いても良い。
【００３７】
アライメント演算部１５０は、アライメント計測部１４０の計測結果、及び、後述するステージ位置予測演算部１８０によって求められたステージ位置の予測値に基づいて、アライメントマーク位置の予測演算を行う。
【００３８】
ステージ位置計測部１６０は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれについて位置を計測するレーザ干渉計を含んでおり、これにより、所定の時間間隔ごとにウェハステージ１２０の位置を計測している。レーザ干渉計は、ウェハステージ１２０の端に取り付けられた鏡にＨｅ−Ｎｅレーザを照射し、参照光と反射光との干渉を利用してステージ位置を検出する装置であり、位置計測のために一般的に用いられ、高分解能で位置計測することが可能である。この他に、ステージ位置計測部１６０としては、高精度、且つ、リアルタイムで位置計測可能であれば、どのような装置を用いても良い。
【００３９】
ステージ位置制御部１７０は、アライメント演算部１５０及び後述するステージ位置予測演算部１８０の演算結果に基づいて、ウェハステージ１２０の位置を制御する。
【００４０】
次に、ステージ位置予測演算部１８０について詳しく説明する。
ステージ位置予測演算部１８０は、フィルタやプレディクタ等を含む演算処理手段であり、ステージ位置計測部１６０の計測結果に基づいて、任意時間後のステージ位置を予測する。ここで、ステージ制御部１７０は、アライメント計測部１４０の計測結果に基づいてアライメント演算部１５０により演算処理された情報に従ってステージ位置を制御する。しかしながら、実際にステージ制御部１７０がウェハステージ１２０に制御信号を出力する時刻と、アライメント計測部１４０が計測を行った時刻との間には遅延時間が生じている。このため、アライメントする際には、このような遅延時間に起因する誤差が生じてしまう。このような誤差を解消するために、アライメント演算部１５０は、アライメント計測部１４０の計測結果と、ステージ位置予測演算部１８０により予測されたステージの位置情報とに基づいてアライメント演算を行う。なお、アライメント時に生じる誤差については、後で詳しく説明する。
【００４１】
また、ステージ位置予測演算部１８０の演算結果は、電子光学系制御部１３０にも送られる。電子光学部制御部１３０は、ステージ位置の計測時刻から電子線がウェハに到達する時刻までの遅延時間分を含むステージ位置予測結果に基づいて、パターン露光位置のトラッキング（追跡）を行う。即ち、電子光学系１１０においては、電子光学系制御部１３０の制御に従ってウェハの露光が行われるが、この際に、偏向器５、８、１６によって電子線が偏向される。このとき、偏向の影響により電子線に歪みが生じるので、この補正を行うために、電子光学系制御部１３０は歪み補正演算を行い、その結果に基づいて、レンズや偏向器への出力を決定する。しかしながら、あるステージ位置情報に基づいて歪み補正演算が行われ、その演算結果に基づいて各部の制御が行われると、出力された電子線がステージ１２０上に戴置されたウェハに届くまでの間に遅延時間が生じ、実際のステージ位置との間にズレが生じてしまう。ステージ位置予測演算部１８０は、この遅延時間分を調整するために、ステージ位置計測部１６０の結果に基づいて任意時間後のステージ位置を予測演算し、電子光学系制御部１３０に出力する。
【００４２】
次に、ステージ位置予測演算部１８０において行われるステージ位置の予測の原理について説明する。
最新時刻ｔ０におけるステージの位置、速度、加速度の誤差を、Ｘ方向、Ｙ方向に対して、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０とすると、時刻ｔにおけるステージ位置は次式のように予測される。
Ｘ１＝Ｘ０＋ＶＸ０（ｔ−ｔ０）＋ＡＸ０（ｔ−ｔ０）２／２ …（１）
Ｙ１＝Ｙ０＋ＶＹ０（ｔ−ｔ０）＋ＡＹ０（ｔ−ｔ０）２／２ …（２）
【００４３】
このとき、ステージ速度は次式のように予測される。
ＶＸ１＝ＶＸ０＋ＡＸ０（ｔ−ｔ０） …（３）
ＶＹ１＝ＶＹ０＋ＡＹ０（ｔ−ｔ０） …（４）
また、加速度は定数として考えて良いので、次のように表される。
ＡＸ１＝ＡＸ０ …（５）
ＡＹ１＝ＡＹ０ …（６）
【００４４】
上式（１）〜（６）に、アライメント時において生じた遅延時間Δｔをｔ−ｔ０に代入することにより、アライメント時刻におけるステージの位置情報を得ることができる。ここで、上記の例では、ウェハステージ１２０はＸ−Ｙ平面内で直線的に移動すると仮定されている。しかしながら、ウェハステージ１２０を剛体とみなすことにより一般化することができ、この場合には、ウェハ１００上の点に対する６自由度がステージの位置と方向に要求される。
【００４５】
次に、本実施形態に係るアライメント方法について、図１、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係るアライメント方法における露光シーケンスを示すタイムチャートであり、図６は、図５におけるアライメント動作を示すタイムチャートである。
【００４６】
まず、図５の上側に示す露光シーケンスを説明する。この露光シーケンスは、露光装置のコントローラ３１で制御される。
露光シーケンス中のウェハ交換タイミングにおいて、ウェハ搬送装置（図示せず）によってウェハ１００が露光チャンバのウェハステージ１２０上に戴置される。その後、アライメント系のベースラインチェックが行われる。ベースラインチェックにおいて、アライメント計測部１４０と電子線光学系１１０との位置関係が計測され、その後、アライメント計測部１４０及びアライメント演算部１５０によりウェハのアライメントが行われる。
【００４７】
図６は、図５に示すウェハアライメントのプロセスについて説明するための図である。
通常のアライメント方法においては、アライメント計測部１４０がウェハ１００上のアライメントマークを検出した時刻をｔ１とすると、アライメント演算部１５０は、時刻ｔ１におけるアライメントマークの位置情報を生成している。しかしながら、アライメント計測部１４０が時刻ｔ１に検出した値は、実際には、時刻ｔ１よりΔｎｔ前、即ち、時刻（ｔ１−Δｎｔ）におけるものである。即ち、例えば、アライメントセンサとしてＦＩＡを用いる場合には、光源光がアライメントマークから反射してアライメント計測部１４０に検出されるまでにΔｎｔ時間かかる。その間にもステージ及びアライメントマークは移動しているので、結局、アライメントマークの位置情報としては、ステージの移動速度をｖとすると、距離（ｖ×Δｎｔ）分の誤差が含まれてしまう。なお、ＬＳＡやＬＩＡ等の他のアライメントセンサを用いる場合にも、同様の誤差が生じる。
【００４８】
そこで、本実施形態においては、このような誤差を抑えるために、ステージ位置予測演算部１８０からアライメント演算部１５０にパスを設け、所定時刻におけるウェハステージの位置をステージ位置予測演算部１８０に予測させ、この予測値を用いてアライメント演算を行わせる。即ち、アライメント演算部１５０は、アライメント計測部１４０の結果に対して移動距離（ｖ×Δｎｔ）分の補正をし、補正された値を用いてアライメント演算を行う。
【００４９】
一方、ステージ位置予測演算部１８０は、アライメントマークが計測された時刻ｔ１から、アライメント演算が行われ、ステージ位置を移動させるための制御信号が出力される時刻ｔ２までの時間Δｔにおけるステージの移動を補正するために、時刻ｔ２におけるステージ位置を予測する。
【００５０】
ステージ位置制御部１７０は、アライメント演算部１５０によって補正値を用いて行われたアライメント演算の結果と、ステージ位置予測演算部１８０によって予測された時刻ｔ２におけるステージ位置情報とに基づいてウェハステージ１２０の位置を制御する。
【００５１】
このような一連のウェハアライメントのプロセスを繰り返すことにより、ウェハステージ１２０の位置及び電子光学系１１０の座標が、それ以前にウェハ上に描かれたパターン図形に合わせられる。即ち、次に露光される新しいパターンが、前の工程においてウェハ上に作られた構造体（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と位置合わせされる。
【００５２】
再び、図５を参照すると、ウェハのアライメントが終了後、ウェハ１００上の端のチップから露光を行う。１つのチップの露光が終了すると、次のチップを露光するために、ウェハステージを移動させ、そのチップを露光する。このような動作を、ウェハ１００上の全てのチップの露光が終了するまで繰り返す。
【００５３】
ウェハを露光する際には、ステージ位置予測演算部１８０は所定時間後におけるステージ位置の予測値を電子光学系制御部１３０に送り、電子光学系制御部１３０は、この予測値に基づいて電子線のトラッキングを行う。ここで、ステージ位置予測演算部１８０から出力された信号は、電子光学系制御系１３０のコントローラ３１に入力され、アナログ信号に変換されて各偏向器の増幅器に送られる。この間の時間差、即ち、アナログ変換時刻とフィルタの最新時刻の差ｔ−ｔ０は予め決まるので、この値ｔ−ｔ０を上式（１）〜（６）に代入することにより、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０が求められ、これらの値がコントローラ３１に入力される。先に述べたように、これらの量はビームがブランキングされていて露光が行われていない間に転送される。このため、データ転送やそれに伴う動作に起因するディジタルノイズがアナログ偏向信号を劣化させることはない。
【００５４】
ここで、露光中のステージの動きは無視できない量であり、偏向器は連続的に最新状態に更新される必要がある。従って、上記のような計算がコントローラ３１内で連続的に、アナログ技術を使ってステージ位置予測演算部１８０からの情報を取り込んで行われる。
【００５５】
一般的に、ステージの加速度は時間的に一定でないので、先に述べたようなステージ位置演算部１８０による測定は限られた時間内においてのみ、即ち、許容精度内でのみ正しい。Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０の新しい値は、ステージ位置予測演算部１８０によって処理された新しいデータを用いて求められる。これには仮定があって、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０の値を正しい値として扱ってよい時間が、フィルタのアップデート時間（ｕｐｄａｔｅ ｔｉｍｅ）及びコントローラ内で予測された量をアナログの形に変換する時間よりも長い、という仮定の下である。その場合、露光を中断するためにビームをブランキングし、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０の最新の値を使ってＸ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０を計算し、それらをコントローラ３１に送り込む。露光が続けられるのはコントローラ３１が偏向条件を最新化した後である。
【００５６】
このようなステージ位置予測演算部は、例えば、次のような構成とすることができる。図７は、ステージ位置予測演算部１８０の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、ステージ位置予測演算部１８０は、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄと、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄと、マルチプレクサ１８３と、クロック１８４と、コントロールロジック１８５と、データレジスタ１８６とを含んでいる。
【００５７】
一般的に、センサによって検出された信号には、ノイズや他の余分な成分（例えば丸め誤差）が含まれている。このため、ステージ位置予測演算部１８０は、ステージ位置計測部１６０によって求められたサンプル値をそのまま使用して位置誤差の推定をすることはできない。しかしながら、ノイズの統計的な性質が判っていれば、フィルタを適当に設計することにより、このようなサンプル値を利用することができる。このため、本実施形態においては、ステージ位置予測演算部１８０においてフィルタ１８１ａ〜１８１ｄを用いることにより、ノイズ等の不要な成分を除く処理を行っている。また、同時に、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄを用いて微分演算を行うことにより、速度及び加速度を求めている。
【００５８】
フィルタ１８１ａ〜１８１ｄには、ステージ位置計測部１６０から出力されたステージ位置を表す信号（測定サンプル値）が、周期的に入力される。フィルタ１８１ａ〜１８１ｄは、入力された測定サンプル値に対してフィルタ処理することにより、ノイズの除去や微分演算、測定値の座標変換、補正計算等を行う。フィルタ１８１ａ〜１８１ｄとしては、例えば、カルマンフィルタ、格子フィルタ（ｌａｔｔｉｃｅ ｆｉｌｔｅｒ）、有限インパルス応答（ａ ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ等の様々なフィルタを用いることができる。本実施形態においては、カルマンフィルタをディジタルプロセッサーチップ（ＤＳＰ）を使って組み込んでいる。この他に、ハードウェアを単独で、またハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることによってフィルタを組み込んでも良い。
【００５９】
プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄは、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄから出力された信号、即ち、位置、速度、加速度の誤差を表す信号を用いて所定の演算処理を行うことにより、ステージ位置の予測値を算出する。なお、本実施形態においては、複数のフィルタとそれぞれにマッチングする複数のプレディクタとを含む構成としているが、例えば、高速処理が可能なプレディクタを用いる場合には、複数のフィルタの出力を１個のプレディクタで処理する構成としても良い。
【００６０】
クロック１８３及び制御ロジック１８４は、システムクロック、又は、システムクロックと同期したクロックであり、それぞれマルチプレクサ１８５に接続されている。また、制御ロジック１８４は、制御信号を発生してマルチプレクサ１８５からの信号出力タイミングを制御する。
【００６１】
マルチプレクサ１８５には、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄにおいて周期的に処理された信号が順次入力される。マルチプレクサ１８５は、これらの信号の中から、制御ロジック１８４の制御信号のタイミングに従って１つの信号を選択して出力する。これにより、数クロックサイクルが終わると、マルチプレクサ１８５の出力は、周期的にフィルタ処理された出力値を用いた状態予測の出力系列（ｏｕｔｐｕｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ）、又はフィルタ処理された状態測定サンプル値系列（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｓｔａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ）を形成する。
【００６２】
データレジスタ１８６は、マルチプレクサ１８５から出力された信号を記憶する。この際に、データレジスタ１８６は、マルチプレクサ１８５から新たな信号が出力されると、新たな信号を先の信号に置き換えて記憶する。また、データレジスタ１８６は、記憶している信号を、電子光学系１４０やアライメント演算部１５０に所定のタイミングで出力する。
【００６３】
次に、ステージ位置予測演算部１８０の各部の動作について、図７〜図１０を参照しながら説明する。図８〜図１０は、図７に示すステージ位置予測演算部１８０の各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、以下において、ステージ位置計測部１６０から入力される計測値を、「測定サンプル値」という。
【００６４】
図７に示すように、ステージ位置予測演算部１８０において、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ、及び、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄは、周期的に入力された測定サンプル値を用いて、様々なタイミングで所定時間後のステージ位置の予測を行う。
【００６５】
図８に示すように、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄには、マスタークロックのタイミングに従って、周期的に測定サンプル値が順次入力される。これらの測定サンプル値は、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ、及び、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄにおいてそれぞれ処理される。
【００６６】
フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ及びプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄは、ステージ位置計測部１６０から測定サンプル値を順次入力し、フィルタ処理及び予測演算処理を行って予測値を出力する。フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ及びプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄはシークエンスに従って初期化され、それによってシークエンスのクロックパルスが有効な間に信号が出力される。
【００６７】
プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄから出力された信号は、マルチプレクサ１８３に順次入力される。また、制御ロジック１８５が発生した制御信号も、マルチプレクサ１８３に与えられる。マルチプレクサ１８３は、クロック１８４によって作られるクロックサイクルのそれぞれの初め（又は終わり）において、又は所定の時間だけずらした時刻において、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄから入力された信号の内の１つを選択して出力する。
【００６８】
このような動作が数クロックサイクル分行われると、マルチプレクサ１８３の出力は、周期的にフィルタ処理された出力値を使って状態予測の出力系列（ｏｕｔｐｕｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔａｔｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ）、又はフィルタ処理された状態測定サンプル値系列（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｓｔａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ）を形成する。このように、制御ロジック１８５から出力される制御信号を操作することにより、マルチプレクサ１８３から様々なタイミングで信号を出力させることができる。
【００６９】
マルチプレクサ１８３から出力された信号によって形成された各状態推測はデータレジスタ１８６に蓄えられ、マルチプレクサ１８３から次に形成された状態予測が入力されると置き換えられる。状態予測はビームがブランキングしている間に電子系制御部１３０に適切なタイミングで転送される。記述した情報（即ち、Ｘ１、Ｙ１、ＶＸ１、ＶＹ１、ＡＸ１、ＡＹ１、ｔ−ｔ１）からコントローラ２１２は偏向を補正するために必要なアナログ信号を作り出す。
【００７０】
ここで、電子光学系１１０の偏向器等を制御するために電子光学系制御部１３０が作る信号はアナログ信号である。しかしながら、ステージ位置予測演算部１８０から出力される処理済みの位置情報はディジタルである。従って、コントローラ３１の内部には、ディジタルからアナログへの変換が必要となる。また、偏向器等に出力されるアナログ信号には、ウェハ上の位置誤差の原因になるので、ノイズがあってはならない。従って、コントローラ３１は、電子線がブランキングされていない時には位置情報を受け取らず、また信号処理も行わない。さらに、電子線がブランキングされている時間の長さは、パターンの露光条件によって変化する。これらの制約から、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄとプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄとは、非同期的に動作することが求められる。しかしながら、もしシステムの全ての動作、露光過程を含んだ動作がマスタークロック（ｍａｓｔｅｒ ｃｌｏｃｋ）の変化と対応しているか、マスタークロックの変化に対して一定時間おいて対応していれば、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄとプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄとを擬似的に非同期的に動作させることができる。
【００７１】
図８〜図１０に示すタイミングチャートは、図７に示すステージ位置予測演算部１８０においてなされた状態予測のタイミングを示している。図８、９、１０においては、露光サイクル又は入力シークエンスは、次段のステップ、即ち、ステージ位置制御部１７０又は電子光学系制御部１３０が必要とする状態推測の頻度と相対的なタイミングを示している。図８では、露光サイクルは所定の時間間隔Ｔｂｅでなされ、Ｔｂｅは長さが５クロックサイクルであり、露光期間の後に続くブランキング期間を含んでいる。Ｔｆはフィルタのアップデート時間である。コントローラ３１が状態誤差予測を受け取ると、偏向器用のディジタル・アナログ変換器が準備され、アナログ信号が作られる。図８では、コントローラ３１は露光サイクル３０１−３０８により示されているように、５クロック毎に状態予測を求めている。この露光サイクルが入力シークエンスを形成し、５クロック毎に繰り返されている。図９では、コントローラ３１は３クロック毎に状態予測を求めている。図１０では、コントローラ３１は６クロック毎に状態予測を求めている。フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ、フィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂ、フィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃ、フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは、４つのサイクルのフィルタアップデート時間毎にそれぞれ状態予測を行うが、図８、９、１０のそれぞれの状態では、図７に示すコントローラ３１の要求に応じて状態予測が行われる。より詳細に言うと、図８、９、１０では露光サイクルの各入力ウィンドウ又はブランキング期間の間において、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ、フィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂ、フィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃ、フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは、１つの状態予測を行う。マルチプレクサ１８３は制御ロジック１８５により作られた制御信号に従って、入力ウィンドウと合った、又はそれと整合した状態予測を選択する。これに代わるものとしては、マルチプレクサ１８３は状態予測を選択するものであると考える代わりに、マルチプレクサ１８３は入力シークエンスにおいて入力ウィンドウのそれぞれに対して１つのフィルタを選択するものである、と考えることである。制御ロジック１８５は制御信号を出し、これによってマルチプレクサ１８３が状態予測中から適切なものを選択し、選択された状態予測とコントローラ３１の入力ウィンドウがかみ合うようになる。明らかなように、１つの状態予測が入力ウィンドウとかみ合っている場合や状態予測が入力ウィンドウの開始時刻前の状態予測であって、古くて、不正確でコントローラ３１に役立たないものでない状態予測である場合に整合性が満たされる。
【００７２】
図８、９、１０のそれぞれでは、１つのフィルタが１つの状態予測を行うと同時に、同じフィルタは状態測定サンプル値を受け取り、それを使ってフィルタアップデートの１フィルタアップデート時間だけ後に次の状態予測が行われる。しかしながら、与えられたフィルタはこの測定値のみに制限されるのではなく、次の出力を計算するためにそれ以前の測定値を用いることもある。図８、９、１０ではフィルタの各々はマスタークロックのクロック４つ毎に状態測定サンプル値を受け取るが、この１つの測定に限られるわけではない。フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａが状態測定サンプル値を受け取るが、それはフィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂが状態測定サンプル値を受け取る１クロック前、フィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃが状態測定サンプル値を受け取る２クロック前、フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄが状態測定サンプル値を受け取る３クロック前である。まとめてみると、フィルタの１つが状態測定サンプル値を受け取る時刻と他のフィルタが状態測定サンプル値を受け取る最接時刻の間には１つのクロックサイクルがある。或いは、１つのフィルタがその状態測定サンプル値を受け取る時刻と他のフィルタがその状態測定値を受け取る時刻との間のクロック数は別の数であってもよい。同様に、センサがサンプルされる速度が十分速いと仮定されている。このことはフィルタによる状態測定にも当てはまる。
【００７３】
このように、計算集約ではなく、簡単なフィルタを使って許容内の周波数帯域で状態測定が可能になる。その結果、開発が困難で処理が複雑なフィルタを回避することができる。
【００７４】
状態予測は、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄの各々のフィルタにおいて４クロックサイクルのフィルタアップデート時間で行われる。しかしながら、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは同時に状態予測を行うことはない。それよりむしろ、その状態予測を他のフィルタが行う時刻が互いに一定の時間だけずらせた時刻で行う。図８では、第１の入力ウィンドウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタフィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ２０６ー８ー１によって作られた第１の状態予測値を選択してデータレジスタ１８６に送っている。第２の入力ウィンドウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂによって作られた第２の状態予測値を選択し、第３の入力ウィンドウウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃによって作られた第３の状態予測値を選択し、第４の入力ウィンドウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄによって作られた第４の状態予測値を選択している。明らかなことではあるが、第５、６、７、８のウィンドウに対してはマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄをそれぞれ選択する。Ｔｂｅが５つのサイクル時間に等しく、フィルタアップ時間Ｔｆが４つのサイクル時間に等しい限りにおいては、マルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄから順次繰り返して状態予測を選択する。図８の各ウィンドウにおいては、フィルタ−プレディクタは少なくとも以下の２つのことを行う。（１）センサから状態の情報を読みとり、Ｔｆ時刻後の状態予測を行う。（２）以前にセンサから受け取った状態測定情報を用いて状態予測を行う。
【００７５】
図９では、露光のサイクル時間は３サイクル時間に変えられているが、Ｔｆは４サイクル時間のままである。マルチプレクサ１８３は、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄの順序で選択して情報予測を得る。
【００７６】
図１０では、露光のサイクル時間は６サイクル時間に変えられているが、Ｔｆは４サイクル時間のままである。マルチプレクサ１８３は、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａとフィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃのみから順次選択して状態予測を得る。即ち、フィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂとフィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは不要となっている。
【００７７】
図７に示すステージ位置予測演算部１８０においては、４つのフィルタが用いられているが、フィルタアップデート時間の最小値や露光時間によってフィルタの数を変更することができる。フィルタの数は、次のように求められる。即ち、フィルタの数は、｛（Ｔｆ／Ｔｂｅ）＊ｎ｝の最大値である。ここで、Ｔｂｅは許容される全ての値を取り得る。また、ｎは（Ｔｆ／Ｔｂｅ）＊ｎが整数になる最小の整数、Ｔｆはフィルタアップデート時間、Ｔｂｅは次段から出力を要求される周期である。
【００７８】
この他に、ステージ位置予測演算部としては、様々な構成を取ることができる。図１１は、ステージ位置予測演算部の別の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、ステージ位置予測演算部２００は、プログラマブルフィルタ２０１とプレディクタ２０２とによって構成されている。このようなプログラマブルフィルタは、フィルタアップデートの時間の変更が可能であり、コントローラ３１の要求に応じて状態予測を行うことができる。
【００７９】
このようなプログラマブルフィルタを含むステージ位置予測演算部は、露光サイクル時間Ｔｂｅの取り得る値がフィルタアップデート時間Ｔｆよりも長い場合に使用するのに適している。即ち、ある期間内においては露光サイクル時間が固定であることが判っており、且つ、それが何時変わるか、どのような値に変わるか、ということが判っている場合には、露光サイクル時間の各値に対して露光サイクルがプログラマブルフィルタのアップデート時間の整数倍である限り、プログラマブルフィルタが使用可能である。フィルタアップデート周波数と同じ周波数で状態測定サンプル値を受け取るフィルタに対しては、フィルタアップデート時間が短いときには、より長いアップデート時間のフィルタに比して、より最近の測定値に基づく予測が可能になる。このように、好ましくはフィルタアップデート時間を露光サイクル時間の整数分の位置にすることである。他のタイプのフィルタで、より頻繁に状態測定サンプル値を受け取るようなフィルタは露光サイクル時間とフィルタアップ時間が等しいフィルタよりも有効に機能する。
【００８０】
この説明において、露光サイクルタイムにはブランキング時間と露光時間が含まれている。ブランキング時間Ｔｂは、次のステップ、即ち、ステージ位置制御部１７０又は電子光学系制御部１３０のコントローラ３１が状態予測を受け取ることが可能な入力ウィンドウである。露光時間はコントローラ３１が状態予測を受け取ることが出来ない時間帯であり、Ｔｂｅ−Ｔｂと等しい。露光時間は電子ビーム強度とウェハレジストの特性により決められる。露光サイクルタイムの値によっては、ブランキング時間を変化させて、露光サイクル時間の値がブランキング時間調整後にフィルタアップデート時間の整数倍にすることである。これは、Ｔｂｅがクロックサイクルの何倍かになっている場合に当てはまる。露光サイクル時間の値によっては、フィルタアップデート時間をフィルタアップデート時間の最小値よりも長い値に変える必要がある。これにより、露光サイクル時間がフィルタアップデート時間の整数倍になるようにする。下記の表１に示されているのは、フィルタアップデート時間（ブランキング時間、又は両方）をどのように調整して色々な動作条件に合わせるか、ということを示している。Ｔｆｍは最小フィルタアップデート時間であり、計算上の有効な資源とフィルタのアルゴリズムの複雑さに関連している。
【表１】

Figure 2004158634
【００８１】
図１２〜図１４は、図１１に示すステージ位置予測演算部２００の各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図１２の（ａ）は、露光サイクル時間が６サイクル時間である場合の動作タイミングを示している。プログラマブルフィルタ２０１は、本来５サイクルのフィルタアップデート時間を有している。しかしながら、プログラマブルフィルタ２０１は、図１２の（ｂ）に示すように、６サイクル毎に状態を予測するように再プログラムすることが可能である。プログラマブルフィルタ２０１を再プログラムするには、カルマンフィルタのパラメータを変えて、変化したアップデート時間に合わせることがある。カルマンフィルタの再プログラムは良く知られた技術である。
【００８２】
図１３の（ａ）及び（ｂ）は、露光サイクル時間が１４サイクル時間である場合の動作タイミングを示している。次段のコントローラ３１が受け取ることが出来る時に状態予測を行うようにするためには、プログラマブルフィルタ２０１を再プログラムし、フィルタアップデート時間を増加させて５サイクル時間から７サイクル時間にすると良い。
【００８３】
さらに、図１４（ａ）は、露光サイクル時間が１７サイクル時間である場合の動作タイミングを示している。露光サイクル中でのサイクル数が主要数であり、フィルタアップデート時間を変えただけでは不十分であり、露光サイクル時間をフィルタアップデート時間の整数倍にすることは出来ない。従って、ブランキング時間Ｔｂは増加させられることになる。このことが図１４（ｂ）に示されている。その結果、露光サイクル時間は１８サイクルになる。付随的に、フィルタアップデート時間は１つのサイクル時間が増加して６サイクル時間になり、露光サイクル時間がフィルタアップデート期間の整数倍になる。
【００８４】
図１５は、図１に示すステージ位置予測演算部の更に別の構成例を用いた場合におけるタイミングチャートである。この構成例においては、固定されたフィルタアップデート時間を持つフィルタの代わりに複数のプログラマブルフィルタが使用されている。固定されたアップデート時間を持つ多くのフィルタを持ち、それから選択して状態予測を供給する代わりに、プログラマブルフィルタはアップデート時間を変更でき、コントローラ３１からの状態予測要求に対処できる。露光サイクルが９クロックサイクルで、Ｔｂが５クロックサイクルの場合、５つのプログラマブルでないフィルタを用意して次段（制御部等）が要求する時に状態予測を行うことになる。もし、プログラマブルフィルタを用いると、２つ用意すれば、フィルタアップデート時間が６サイクルであるフィルタが得られる。
【００８５】
これに代わるものとしては、露光サイクル時間が１０クロックサイクル時間になった場合、アップデート時間として５クロックサイクル時間を持つプログラマブルな１つのフィルタで間に合うようになる。しかしながら、図１４ｂに示す場合と同様に、ブランキング時間の増加を伴う。ブランキング時間の増加はシステムのスループットを低下させので、出来るだけ避けることが好ましい。
【００８６】
ここで、フィルタ−プレディクタからの予測が正しいとして扱ってよい時間を露光時間が越えることもある。その場合には、露光時間に余分なブランキング期間を設けることにより、偏向器のドライバへのアナログ出力に影響なしにプレディクタアップデートが可能になる。従って、この余分なブランキング期間はフィルタ・プレディクタからのアップデートと整合している必要がある。可能であれば、フィルタアップデート時間は新たな全露光時間の整数分の１であるように調整されると良い。このために、先に記した方法が使われる。ここで、新たな全露光時間が余分なブランキング周期Ｔｂｅ’を含むようになる場合には、以下の関係式を満足することが好ましい。
ＮｕＴｆ＝Ｔｂｅ‘＝Ｔｂｅ＋（Ｎｕ−１）Ｔｂ …（７）
ここで、Ｎｕは新たな露光サイクル中のアップデート時間数である。このように、システムのスループットを最大にするには、全ブランキング時間を出来るだけ短くする必要がある。
【００８７】
式（７）を満たす整数が見つからない場合には、最後のフィルタ・プレディクタにより長いブランキング期間を付け加えて、Ｔｂｅ’がＴｆの整数倍になるようにする。即ち、もし、Ｎｕが関係式Ｎｕ＜Ｔｂｅ＋（Ｎｕ−１）Ｔｂを満たす最大の整数であるなら、最終的なブランキング期間はＴｂ‘＝（Ｎｕ＋１）Ｔｆ−Ｔｂｅ−（Ｎｕ−１）Ｔｂは露光サイクルＴｂｅ’を与え、それはＴｆに整数Ｎｕ＋１を乗じたものに等しい。
【００８８】
プログラマブルフィルタを使うメリットには、使用に際しての柔軟性と使用するフィルタの個数の低減があげられる。場合によっては、数個のＤＳＰによって時間的に互い違いに動作させられた数個のフィルタの代わりに、１つのＤＳＰで１つのフィルタを動作させることも可能になる。
【００８９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、アライメント時に生じた時間遅延分のステージの位置を予測して求め、これをアライメント演算の結果にフィードバックさせることにより、高精度な位置合わせを行うことができる。これにより、スループットを落とすことなく、確度の高い露光を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線露光装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す荷電粒子線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り、（ａ）は全体の平面図であり、（ｂ）は一部の斜視図であり、（ｃ）は１つの小メンブレン領域の平面図である。
【図４】レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係るアライメント方法における露光シーケンスを示すタイムチャートである。
【図６】図５におけるアライメント動作を示すタイムチャートである。
【図７】図１に示すステージ位置予測演算部の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示すステージ位置予測演算部の動作において、５クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図９】図７に示すステージ位置予測演算部の動作において、３クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１０】図７に示すステージ位置予測演算部の動作において、７クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１１】図１に示すステージ位置予測演算部の変形例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すステージ位置予測演算部の動作において、６クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１３】図１１に示すステージ位置予測演算部の動作において、１４クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１４】図１１に示すステージ位置予測演算部の動作において、１７クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１５】図１に示すステージ位置予測演算部の別の変形例を用いた場合におけるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 電子銃
２、３、９、１５、１９ レンズ
５、８、１６ 偏向器
２ａ、３ａ、５ａ、８ａ、９ａ、１５ａ、１６ａ、１９ａ コイル電源制御部
１０ レチクル
１１ レチクルステージ
１１ａ レチクルステージ制御部
１２ レチクルステージ位置検出器
１２ａ インターフェース
３１ コントローラ
４１ 小メンブレン領域
４２ サブフィールド
４３ スカート
４４、５４ エレクトリカルストライプ
４５ マイナーストラット
４７ メジャーストラット
４９、５９ メカニカルストライプ
５２ サブフィールド
１００ ウェハ
１１０ 電子光学系
１２０ ウェハステージ
１３０ 電子光学系制御部
１４０ アライメント計測部
１５０ アライメント演算部
１６０ ステージ位置計測部
１７０ ステージ位置制御部
１８０、２００ ステージ位置予測演算部
１８１ａ〜１８１ｄ フィルタ
１８２ａ〜１８２ｄ、２０２ プレディクタ
１８３ マルチプレクサ
１８４ クロック
１８５ 制御ロジック
１８６ データレジスタ
２０１ プログラマブルフィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam exposure apparatus used for semiconductor lithography and an alignment method thereof. In particular, the present invention relates to a charged particle beam exposure apparatus improved to further improve alignment accuracy.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to cope with further reduction in the line width of semiconductor integrated circuits, development of a charged particle beam exposure apparatus having high throughput has been required. As a conventional charged particle beam exposure apparatus, a method of irradiating a charged particle beam onto a wafer as in a single stroke was generally used. However, an exposure apparatus using such a method is inefficient in consideration of manufacturing throughput and cost, and has not been used as an apparatus for mass production. Therefore, development of a charged particle beam exposure apparatus that irradiates a large-diameter charged particle beam onto a mask having a pattern opening to reduce and project a pattern has been advanced.
[0003]
In such an exposure apparatus, the pattern on the wafer is connected by dividing the pattern on the reticle and performing step-and-repeat of the stage and deflection scanning of the charged particle beam. According to this method, it is necessary to control the stage position and measure the position, and to perform high-accuracy tracking for exposing while deflecting the charged particle beam. Therefore, in this type of exposure method, a method of measuring a position in real time with an interferometer or the like and controlling a deflector and a stage is employed.
[0004]
On the other hand, in order to transfer a multilayer pattern onto a wafer in response to a reduction in line width, a more precise alignment (overlay) technique is also required. As a conventional position detecting device, a He-Ne laser is used as a light source, a diffraction grating alignment mark is irradiated with light from a light source, and the diffraction light or scattered light is detected and analyzed to detect the position. Alternatively, there is a method in which an alignment mark is imaged by a CCD camera via an optical microscope and the position is detected by performing image processing. There is also a method of scanning an alignment mark using a charged particle beam as an exposure light source and measuring a position from an intensity distribution of reflected charged particles. Research has been conducted on a method of performing alignment with higher accuracy by using these types of alignment mark detecting means.
[0005]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 discloses a positioning apparatus that has a wide detectable range, but a first mark detection unit that can detect only light information from only one point on a substrate at a moment, and an effective detectable range. Is narrow, but combined with a second mark detecting means for simultaneously taking in optical information from the entire mark on the substrate, and using these two mark detecting means in a time series or almost simultaneously in a series of mark detecting operations. Discloses that a time loss in an alignment sequence is reduced and a decrease in throughput is suppressed.
[0006]
In Patent Document 2, a reference plate on a wafer stage is provided with a reference mark aligned with a reticle mark and a reference mark aligned with an off-axis system. By measuring and presetting the interferometer used for exposure and the interferometer used for off-axis alignment to the same measurement value in the stage state at that time, the baseline management of a projection exposure apparatus equipped with an off-axis alignment system is improved It is disclosed to perform with precision.
[0007]
Further, Patent Literature 3 has a stator having a coil and a magnet that performs electromagnetic interaction between the stator and at least the first In a motor device having a mover moving in the axial direction, at least the mover among the stator and the mover is provided with a magnetic shield for reducing leakage of magnetic flux to a space around the mover. An exposure apparatus and the like are disclosed, which include a motor apparatus characterized by the above, and a stage apparatus on which a substrate to be exposed by an energy beam from an exposure optical system is mounted.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-2-283011
[Patent Document 2]
JP-A-5-21314
[Patent Document 3]
JP 2001-217183 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, generally, the position of an alignment mark on a stage is obtained by detecting the position of the stage using an interferometer or the like at the same time as the detection of the alignment mark. However, the position information of this stage cannot actually be taken in completely simultaneously with the detection of the alignment mark due to restrictions such as hardware. For this reason, for example, a delay time of about several n seconds exists between the detection time of the stage position and the detection time of the alignment mark position. Therefore, the mark is not always detected at the detected stage position, and an error corresponding to the delay time remains.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an alignment method of a charged particle beam exposure apparatus capable of suppressing an error during alignment, and a charged particle beam exposure apparatus. I do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an alignment method for a charged particle beam exposure apparatus according to a first aspect of the present invention includes a sensitive substrate stage on which a sensitive substrate is mounted and moved, and / or a mask having an original pattern ( An optical system having a lens stage and a deflector for selectively forming an image by a charged particle beam on a sensitive substrate; An alignment method in an exposure apparatus, comprising: the sensitive substrate, the sensitive substrate stage, the mask, and / or a mark detection unit configured to detect an alignment mark disposed on the mask stage. Detects the alignment mark while predicting the stage position after an arbitrary time after receiving the information from By using the position estimated value of the stage in out timing and performs alignment of the sensitive substrate.
[0012]
Further, the alignment method of the charged particle beam exposure apparatus according to the second aspect of the present invention includes a sensitive substrate stage on which a sensitive substrate is placed and moved, and / or a mask (including a reticle) having an original pattern. An optical system having a mask stage that is placed and moved, a position measuring device of the stage, a lens and a deflector for selectively forming an image by a charged particle beam on the sensitive substrate, the sensitive substrate, A sensitive substrate stage, said mask, and / or mark detection means for detecting an alignment mark arranged on said mask stage, wherein said alignment method comprises: On the other hand, the delay time from the measurement by the position measurement system to the output of the position information, the delay time when the alignment mark is detected, Delay time, with consideration of the position error of the stage by and determining the position of the stage.
[0013]
The charged particle beam exposure apparatus according to the present invention further includes a sensitive substrate stage on which the sensitive substrate is placed and moved, and / or a mask stage on which a mask (including a reticle) having the original pattern is placed and moved. A position measuring device for the stage, an optical system having a lens and a deflector for selectively forming an image by a charged particle beam on the sensitive substrate, a sensitive substrate, the sensitive substrate stage, the mask, and / or Mark detection means for detecting an alignment mark arranged on the mask stage, wherein the mark detection means receives the information from the stage position measuring device, the stage position after an arbitrary time The alignment mark is detected while predicting the position, and the position predicted value of the stage at the timing when the alignment mark is detected is used. And performing alignment 応基 plate.
[0014]
According to the present invention, when performing alignment, a delay time generated when an alignment mark is detected, a delay time required for calculating a stage position, and an error of a stage position corresponding to a delay time required for an aberration correction process associated with a deflection amount are corrected. Therefore, it is possible to perform highly accurate exposure by significantly reducing the position detection error and performing highly accurate positioning.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charged particle beam exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. The charged particle beam exposure apparatus according to the present embodiment captures the latest stage position information, predicts the stage position after an arbitrary time based on the latest stage position information, and eliminates errors due to delay time generated during alignment, thereby achieving accurate It is characterized by performing alignment. In the present embodiment, an electron beam exposure apparatus using an electron beam as a charged particle beam will be described. Further, in the present embodiment, a description will be given by taking a charged particle beam exposure of a division transfer system as an example.
[0016]
As shown in FIG. 1, the charged particle beam exposure apparatus according to the present embodiment includes an electron optical system 110 for exposing a wafer 100, a wafer stage 120 used for placing the wafer 100, and an electron optical system 110. An electron optical system control unit 130 that performs control, an alignment measurement unit 140 that detects an alignment mark marked on the wafer 100, an alignment calculation unit 150 that performs an alignment calculation based on the measurement result of the alignment measurement unit 140, Includes a stage position measurement unit 160 that measures the position of wafer stage 120, a stage control unit 170 that controls the position of wafer stage 120, and a stage position prediction calculation unit 180 that predicts the position of wafer stage 120 after an arbitrary time. In.
[0017]
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an imaging relationship and a control system in the entire optical system of the charged particle beam exposure apparatus shown in FIG.
The electron gun 1 arranged at the uppermost stream of the electron optical system 110 emits an electron beam downward. Below the electron gun 1, two stages of condenser lenses 2 and 3 are provided. O is imaged.
[0018]
Below the condenser lens 3 in the second stage, a rectangular opening (shaping opening for illumination beam) 4 is provided. The rectangular aperture 4 allows only an illumination beam for illuminating one subfield (a pattern small area to be one unit of exposure) of the reticle 10 to pass. The image of the aperture 4 is formed on the reticle 10 by the lens 9.
[0019]
A blanking deflector 5 is arranged below the beam shaping opening 4. The deflector 5 deflects the illumination beam when necessary to hit the non-opening portion of the blanking opening 7 so that the beam does not hit the reticle 10. An illumination beam deflector 8 is arranged below the blanking opening 7. The deflector 8 sequentially scans mainly the illumination beam in the horizontal direction (Y direction) in FIG. 2 to illuminate each subfield of the reticle 10 within the field of view of the illumination optical system. An illumination lens 9 is arranged below the deflector 8. The illumination lens 9 forms an image of the beam shaping aperture 4 on the reticle 10.
[0020]
As will be described later, the reticle 10 actually spreads in a plane perpendicular to the optical axis (XY plane) and has a large number of subfields. On the reticle 10, a pattern (chip pattern) forming one semiconductor device chip as a whole is formed. Needless to say, a pattern forming one semiconductor device chip may be divided and arranged on a plurality of reticles.
[0021]
The reticle 10 is placed on a movable reticle stage 11. By moving the reticle 10 in a direction perpendicular to the optical axis (XY directions), each subfield on the reticle extending over a wider area than the field of view of the illumination optical system can be illuminated. A position detector 12 using a laser interferometer is provided on the reticle stage 11, so that the position of the reticle stage 11 can be accurately grasped in real time.
[0022]
Below the reticle 10, projection lenses 15 and 19 and an image position adjusting deflector 16 are provided. The electron beam passing through one subfield of the reticle 10 forms an image at a predetermined position on the wafer 100 by the projection lenses 15 and 19 and the deflector 16. Detailed operations of the projection lenses 15, 19 and the deflector 16 will be described later. A resist is applied on the wafer 100, a dose of an electron beam is given to the resist, and the pattern on the reticle 10 is reduced and transferred onto the wafer 100.
[0023]
Here, the electron beam projection exposure of the division transfer system will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a reticle for electron beam projection exposure. (A) is an overall plan view, (b) is a partial perspective view, and (c) is a plan view of one small membrane region. Such a reticle can be manufactured, for example, by drawing and etching an electron beam on a silicon wafer.
[0024]
FIG. 3A shows the entire pattern divided arrangement state of the reticle 10. The area indicated by a large number of squares 41 in the figure is a small membrane area (0.1 μm to several μm in thickness) including a pattern area corresponding to one subfield. As shown in FIG. 3C, the small membrane region 41 is composed of a central pattern region (sub-field) 42 and a frame-shaped non-pattern region (skirt 43) around it. The subfield 42 is a portion where a pattern to be transferred is formed. The skirt 43 is a portion where the pattern is not formed, and corresponds to an edge portion of the illumination beam. As a form of pattern formation, there are a stencil type in which a hole is formed in the membrane and a scattering membrane type in which a pattern layer made of a high electron beam scatterer is formed on the membrane.
[0025]
One sub-field 42 has a size of about 1 mm square on the reticle as it is currently being considered. Assuming that the reduction ratio of the projection is 1/4, the size of the projected image in which the subfield is reduced and projected on the wafer is 0.25 mm square. An orthogonal lattice-shaped minor strut portion 45 around the small membrane region 41 is, for example, a beam having a thickness of about 0.7 mm provided to maintain the mechanical strength of the reticle. The width of the minor strud 45 is, for example, about 0.1 mm. The width of the skirt 43 is, for example, about 0.05 mm.
[0026]
As shown in FIG. 3A, a large number of small membrane regions 41 are arranged side by side in the horizontal direction (X direction) of the figure to form one group (electrical stripe 44). One mechanical stripe 49 is formed in a large number in the vertical direction (Y direction). The length of the electrical stripe 44 (the width of the mechanical stripe 49) is limited by the size of the deflectable visual field of the illumination optical system.
[0027]
A plurality of mechanical stripes 49 exist in parallel in the X direction.
The wide beams shown as the major struts 47 between the adjacent mechanical stripes 49 are for keeping the deflection of the whole reticle small. The major strut 47 is integral with the minor strut 45.
[0028]
According to the method currently considered to be effective, a row of the subfields 42 (electrical stripes 44) in the X direction in one mechanical stripe (hereinafter simply referred to as a stripe) 49 is sequentially exposed by electron beam deflection. . On the other hand, the columns in the Y direction in the stripe 49 are sequentially exposed by continuous stage scanning.
[0029]
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state of pattern transfer from a reticle to a wafer. At the top of the figure, one mechanical stripe 49 on the reticle 10 is shown. As described above, the mechanical stripe 49 is formed with a number of electrical stripes 44, subfields 42, and minor struts 45. Further, a wafer 100 facing the reticle 10 is shown in a lower part of the figure.
[0030]
In this figure, the subfield 42-1 at the left corner of the electrical stripe 44 in front of the stripe 49 on the reticle is illuminated by the illumination beam IB from above. Then, the pattern beam PB that has passed through the subfield 42-1 is given a predetermined area 52-1 on the wafer 100 by the action of the two-stage projection lenses 15 and 19 and the image position adjusting deflector 16 (see FIG. 2). Is reduced projection. The pattern beam PB is deflected a total of twice from a direction parallel to the optical axis to a direction intersecting the optical axis and vice versa.
[0031]
As described above, each subfield 42 in the electrical stripe 44 is sequentially exposed by electron beam deflection. At this time, the mask stage and the wafer stage are continuously scanned in the Y direction at a speed according to the reduction ratio. When the exposure of one electrical stripe 44 is completed, the next electrical stripe 44 (Y direction in the stripe 49) is exposed. Thus, all the subfields in the mechanical stripe 44 are exposed. Thus, one mechanical stripe is exposed by one stage scan.
[0032]
Referring again to FIG. 2, the crossover C.D. O. Are formed, and a contrast opening 18 is provided at the crossover position. The contrast opening 18 blocks the electron beam scattered by the non-pattern portion of the reticle 10 from reaching the wafer 100.
[0033]
The wafer 100 is placed on a wafer stage 120 that can move in the X and Y directions via an electrostatic chuck (not shown). By synchronously scanning the reticle stage 11 and the wafer stage 120 in directions opposite to each other, it is possible to sequentially expose each part in the chip pattern extending beyond the field of view of the projection optical system.
[0034]
Further, the wafer stage 120 is provided with a fixed mirror and a movable mirror of the interference type position measurement system in each of the X direction and the Y direction. The fixed mirror and the movable mirror are used when the position of the wafer stage is measured by a stage position measuring unit 160 described later.
The electron optical system 110 such as a projection lens and a deflector and the wafer stage 120 are housed in a wafer chamber (not shown). A wafer transfer device (not shown) is connected to the wafer chamber, and the device transfers the wafer 100 from an external cassette to the wafer stage 120.
[0035]
The electron optical system control unit 130 includes coil power control units 2a, 3a, 9a, 15a, 19a, and 5a, 8a, 16a, and controls each unit of the electron optical system 110 under the control of the controller 31. That is, the controller 31 controls the lenses 2, 3, 9, 15, 19 and the deflectors 5, 8 via the coil power control units 2a, 3a, 9a, 15a, 19a and 5a, 8a, 16a. , 16 are controlled. Further, the controller 31 controls the reticle stage 11 via the reticle stage control section 11a. The reticle stage position detector 12 sends a signal to the controller 31 via an interface 12a including an amplifier and an A / D converter. Further, the controller 31 grasps a control error of the stage position, and corrects the error by the image position adjusting deflector 16. Thus, control can be performed such that the reduced image of the subfield on the reticle 10 matches the target position on the wafer 100. Then, the respective sub-field images are joined on the wafer 100, and the entire chip pattern on the reticle is transferred onto the wafer.
[0036]
An alignment measuring unit (alignment mark detection optical system) 140 is provided at a position separated from the wafer stage 120 by a predetermined distance. The alignment measuring unit 140 is provided on the X-axis side and the Y-axis side from the optical axis center of the electron optical system 110, and detects an alignment mark marked on the wafer 100 on the stage or on the reference plate. In the present embodiment, an FIA (field image alignment) is used as the alignment measurement unit 140. FIA is a method of detecting alignment mark position information by capturing an alignment mark with a CCD camera through an optical system such as a microscope using a broadband such as a halogen lamp and performing image processing on the alignment mark. In addition, as the configuration of the alignment measuring unit 140, a laser-step alignment (LSA) that irradiates the alignment mark with a He-Ne laser and detects positional information of the alignment mark using the diffracted light or scattered light, Laser light having slightly different wavelengths is applied to the diffraction grating alignment mark from two directions, the generated diffraction light is caused to interfere, and a laser interferometric alignment (LIA) that detects the position information of the alignment mark from its phase is used. Or may be used in combination. Alternatively, an electron beam is emitted from a light source (electron gun) included in the electron optical system 110 toward the wafer 100, and the amount (intensity distribution) of electrons reflected by the surface to be exposed of the wafer 100 and the mark on the stage is detected. Alternatively, a configuration that performs the above may be used.
[0037]
The alignment calculation unit 150 performs a prediction calculation of the alignment mark position based on the measurement result of the alignment measurement unit 140 and a predicted value of the stage position obtained by the stage position prediction calculation unit 180 described later.
[0038]
Stage position measurement section 160 includes a laser interferometer that measures the position in each of the X direction and the Y direction, and thereby measures the position of wafer stage 120 at predetermined time intervals. The laser interferometer is a device that irradiates a mirror attached to an end of the wafer stage 120 with a He-Ne laser and detects a stage position by using interference between reference light and reflected light. It is commonly used and can measure position with high resolution. In addition, as the stage position measuring unit 160, any device may be used as long as the position can be measured with high accuracy and in real time.
[0039]
Stage position control section 170 controls the position of wafer stage 120 based on the calculation results of alignment calculation section 150 and stage position prediction calculation section 180 described later.
[0040]
Next, the stage position prediction calculation unit 180 will be described in detail.
The stage position prediction calculation unit 180 is a calculation processing unit including a filter, a predictor, and the like, and predicts a stage position after an arbitrary time based on the measurement result of the stage position measurement unit 160. Here, the stage control section 170 controls the stage position in accordance with the information processed by the alignment calculation section 150 based on the measurement result of the alignment measurement section 140. However, a delay time occurs between the time when the stage control unit 170 actually outputs a control signal to the wafer stage 120 and the time when the alignment measurement unit 140 performs measurement. For this reason, when performing alignment, an error due to such a delay time occurs. In order to eliminate such an error, the alignment calculation unit 150 performs an alignment calculation based on the measurement result of the alignment measurement unit 140 and the stage position information predicted by the stage position prediction calculation unit 180. The error that occurs during alignment will be described later in detail.
[0041]
The calculation result of the stage position prediction calculation unit 180 is also sent to the electron optical system control unit 130. The electron optical unit control unit 130 performs tracking of the pattern exposure position based on a stage position prediction result including a delay time from the measurement time of the stage position to the time when the electron beam reaches the wafer. That is, in the electron optical system 110, exposure of the wafer is performed under the control of the electron optical system control unit 130. At this time, the electron beams are deflected by the deflectors 5, 8, and 16. At this time, since the electron beam is distorted due to the influence of the deflection, the electron optical system control unit 130 performs a distortion correction operation to perform this correction, and determines an output to the lens or the deflector based on the result. I do. However, when the distortion correction calculation is performed based on certain stage position information and the control of each unit is performed based on the calculation result, the output electron beam may reach the wafer placed on the stage 120 until it is controlled. Causes a delay time, and a deviation from the actual stage position occurs. In order to adjust the delay time, the stage position prediction calculation unit 180 predicts and calculates the stage position after an arbitrary time based on the result of the stage position measurement unit 160, and outputs it to the electron optical system control unit 130.
[0042]
Next, the principle of the stage position prediction performed by the stage position prediction calculation unit 180 will be described.
Latest time t 0 The error of the stage position, speed, and acceleration at 0 , Y 0 , V X0 , V Y0 , A X0 , A Y0 Then, the stage position at time t is predicted as in the following equation.
X 1 = X 0 + V X0 (Tt 0 ) + A X0 (Tt 0 ) 2 /2...(1)
Y 1 = Y 0 + V Y0 (Tt 0 ) + A Y0 (Tt 0 ) 2 /2...(2)
[0043]
At this time, the stage speed is predicted as in the following equation.
V X1 = V X0 + A X0 (Tt 0 …… (3)
V Y1 = V Y0 + A Y0 (Tt 0 …… (4)
The acceleration can be considered as a constant, and is expressed as follows.
A X1 = A X0 … (5)
A Y1 = A Y0 … (6)
[0044]
In the above equations (1) to (6), the delay time Δt generated during the alignment is represented by 0 , The position information of the stage at the alignment time can be obtained. Here, in the above example, it is assumed that the wafer stage 120 moves linearly in the XY plane. However, it can be generalized by considering the wafer stage 120 as a rigid body, in which case six degrees of freedom with respect to points on the wafer 100 are required for the stage position and direction.
[0045]
Next, an alignment method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a time chart showing an exposure sequence in the alignment method according to the present embodiment, and FIG. 6 is a time chart showing the alignment operation in FIG.
[0046]
First, the exposure sequence shown in the upper part of FIG. 5 will be described. This exposure sequence is controlled by the controller 31 of the exposure apparatus.
At the wafer exchange timing in the exposure sequence, the wafer 100 is placed on the wafer stage 120 in the exposure chamber by a wafer transfer device (not shown). Thereafter, a baseline check of the alignment system is performed. In the baseline check, the positional relationship between the alignment measurement unit 140 and the electron beam optical system 110 is measured, and thereafter, the alignment measurement unit 140 and the alignment calculation unit 150 perform wafer alignment.
[0047]
FIG. 6 is a diagram for explaining the wafer alignment process shown in FIG.
In a normal alignment method, the time when the alignment measuring unit 140 detects an alignment mark on the wafer 100 is represented by t. 1 Then, the alignment calculation unit 150 calculates the time t 1 Is generated. However, the alignment measurement unit 140 determines that the time t 1 Is actually the time t 1 Δnt before, that is, the time (t 1 −Δnt). That is, for example, when the FIA is used as the alignment sensor, it takes Δnt time for the light source light to be reflected from the alignment mark and detected by the alignment measurement unit 140. Since the stage and the alignment mark are moving during that time, the position information of the alignment mark eventually includes an error corresponding to the distance (v × Δnt), where v is the moving speed of the stage. A similar error occurs when another alignment sensor such as LSA or LIA is used.
[0048]
Therefore, in the present embodiment, in order to suppress such errors, a path is provided from the stage position prediction calculation unit 180 to the alignment calculation unit 150, and the position of the wafer stage at a predetermined time is predicted by the stage position prediction calculation unit 180. , An alignment operation is performed using the predicted value. That is, the alignment calculation unit 150 corrects the result of the alignment measurement unit 140 by the moving distance (v × Δnt), and performs alignment calculation using the corrected value.
[0049]
On the other hand, the stage position prediction calculation unit 180 calculates the time t at which the alignment mark was measured. 1 From the time t when the alignment calculation is performed and the control signal for moving the stage position is output 2 In order to correct the movement of the stage in the time Δt until 2 Predict the stage position at.
[0050]
The stage position control unit 170 calculates the result of the alignment calculation performed by the alignment calculation unit 150 using the correction value and the time t predicted by the stage position prediction calculation unit 180. 2 The position of the wafer stage 120 is controlled based on the stage position information in.
[0051]
By repeating such a series of wafer alignment processes, the position of the wafer stage 120 and the coordinates of the electron optical system 110 are adjusted to the pattern figure drawn on the wafer before that. That is, the new pattern to be exposed next is aligned with the structure created on the wafer in the previous step.
[0052]
Referring to FIG. 5 again, after the alignment of the wafer is completed, exposure is performed from the chip at the end of the wafer 100. When exposure of one chip is completed, the wafer stage is moved to expose the next chip, and the chip is exposed. Such an operation is repeated until exposure of all chips on the wafer 100 is completed.
[0053]
When exposing the wafer, the stage position prediction calculation unit 180 sends a predicted value of the stage position after a predetermined time to the electron optical system control unit 130, and the electron optical system control unit 130 executes the electron beam Tracking. Here, the signal output from the stage position prediction calculation unit 180 is input to the controller 31 of the electron optical system control system 130, converted into an analog signal, and sent to the amplifier of each deflector. The time difference between them, that is, the difference tt between the analog conversion time and the latest time of the filter. 0 Is determined in advance, this value tt 0 Is substituted into the above equations (1) to (6) to obtain X 0 , Y 0 , V X0 , V Y0 , A X0 , A Y0 Are obtained, and these values are input to the controller 31. As mentioned earlier, these quantities are transferred while the beam is blanked and no exposure is taking place. Therefore, digital noise due to data transfer and the accompanying operation does not deteriorate the analog deflection signal.
[0054]
Here, the movement of the stage during exposure is not negligible, and the deflector needs to be continuously updated to the latest state. Therefore, the above calculation is continuously performed in the controller 31 by taking in the information from the stage position prediction calculation unit 180 using analog technology.
[0055]
In general, since the acceleration of the stage is not constant over time, the measurement by the stage position calculating unit 180 as described above is correct only within a limited time, that is, only within an allowable accuracy. X 0 , Y 0 , V X0 , V Y0 , A X0 , A Y0 Is obtained using the new data processed by the stage position prediction calculation unit 180. This has an assumption, X 0 , Y 0 , V X0 , V Y0 , A X0 , A Y0 Is assumed to be longer than the update time of the filter and the time to convert the amount predicted in the controller to analog form. In that case, the beam is blanked to interrupt the exposure and X 0 , Y 0 , V X0 , V Y0 , A X0 , A Y0 X using the latest value of 0 , Y 0 , V X0 , V Y0 , A X0 , A Y0 And sends them to the controller 31. The exposure is continued after the controller 31 updates the deflection conditions.
[0056]
Such a stage position prediction calculation unit may have, for example, the following configuration. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the stage position prediction calculation unit 180. As shown in FIG. 7, the stage position prediction calculation unit 180 includes filters 181a to 181d, predictors 182a to 182d, a multiplexer 183, a clock 184, a control logic 185, and a data register 186.
[0057]
Generally, the signal detected by the sensor includes noise and other extra components (for example, a rounding error). Therefore, the stage position prediction calculation unit 180 cannot estimate the position error using the sample value obtained by the stage position measurement unit 160 as it is. However, if the statistical properties of the noise are known, such sample values can be used by appropriately designing the filter. For this reason, in the present embodiment, the stage position prediction calculation unit 180 uses the filters 181a to 181d to remove unnecessary components such as noise. At the same time, the velocity and the acceleration are obtained by performing a differential operation using the filters 181a to 181d.
[0058]
A signal (measurement sample value) representing the stage position output from the stage position measuring unit 160 is periodically input to the filters 181a to 181d. The filters 181a to 181d perform noise removal, differential operation, coordinate conversion of measured values, correction calculation, and the like by filtering the input measured sample values. As the filters 181a to 181d, for example, various filters such as a Kalman filter, a lattice filter (lattice filter), and a finite impulse response (a fine impulse response) filter can be used. In this embodiment, the Kalman filter is incorporated using a digital processor chip (DSP). Alternatively, a filter may be incorporated by using hardware alone or by combining hardware and software.
[0059]
The predictors 182a to 182d calculate a predicted value of the stage position by performing predetermined arithmetic processing using signals output from the filters 181a to 181d, that is, signals representing errors in position, velocity, and acceleration. In the present embodiment, a configuration including a plurality of filters and a plurality of predictors that match each other is used. For example, when a predictor that can perform high-speed processing is used, the outputs of the plurality of filters are combined into one. It is good also as a structure processed by a predictor.
[0060]
The clock 183 and the control logic 184 are system clocks or clocks synchronized with the system clock, and are connected to the multiplexer 185, respectively. Further, the control logic 184 generates a control signal and controls the signal output timing from the multiplexer 185.
[0061]
The signals periodically processed by the predictors 182a to 182d are sequentially input to the multiplexer 185. The multiplexer 185 selects and outputs one signal from these signals according to the timing of the control signal of the control logic 184. Thus, at the end of a few clock cycles, the output of the multiplexer 185 becomes the output sequence of state estimates using the periodically filtered output values, or the filtered state measurement sample values. Form a filtered state measurement samples.
[0062]
Data register 186 stores the signal output from multiplexer 185. At this time, when a new signal is output from the multiplexer 185, the data register 186 replaces the new signal with the previous signal and stores it. Further, the data register 186 outputs the stored signal to the electron optical system 140 and the alignment calculation unit 150 at a predetermined timing.
[0063]
Next, the operation of each unit of the stage position prediction calculation unit 180 will be described with reference to FIGS. 8 to 10 are timing charts for explaining the operation of each section of the stage position prediction calculation section 180 shown in FIG. Hereinafter, the measurement value input from the stage position measurement unit 160 is referred to as a “measurement sample value”.
[0064]
As shown in FIG. 7, in the stage position prediction calculation unit 180, the filters 181a to 181d and the predictors 182a to 182d use the periodically input measurement sample values to perform the stage after a predetermined time at various timings. Perform position estimation.
[0065]
As shown in FIG. 8, the measurement sample values are sequentially input to the filters 181a to 181d periodically in accordance with the timing of the master clock. These measured sample values are processed in filters 181a to 181d and predictors 182a to 182d, respectively.
[0066]
The filters 181a to 181d and the predictors 182a to 182d sequentially input the measurement sample values from the stage position measurement unit 160, perform a filtering process and a prediction calculation process, and output a prediction value. The filters 181a-181d and the predictors 182a-182d are initialized according to the sequence, so that a signal is output while the clock pulse of the sequence is valid.
[0067]
The signals output from the predictors 182a to 182d are sequentially input to the multiplexer 183. The control signal generated by the control logic 185 is also supplied to the multiplexer 183. Multiplexer 183 selects and outputs one of the signals input from predictors 182a-182d at the beginning (or end) of each of the clock cycles produced by clock 184, or at a time shifted by a predetermined amount of time. I do.
[0068]
When such an operation is performed for several clock cycles, the output of the multiplexer 183 outputs the output sequence of state estimates using the periodically filtered output value, or the filtered state measurement. Form a sampled state measurement samples. As described above, by manipulating the control signal output from the control logic 185, signals can be output from the multiplexer 183 at various timings.
[0069]
Each state guess formed by the signal output from the multiplexer 183 is stored in the data register 186 and replaced when the next state prediction formed from the multiplexer 183 is input. The state prediction is transferred to the electronic control unit 130 at an appropriate timing while the beam is blanking. The described information (ie, X 1 , Y 1 , V X1 , V Y1 , A X1 , A Y1 , Tt 1 ), The controller 212 generates an analog signal necessary for correcting the deflection.
[0070]
Here, the signal generated by the electron optical system control unit 130 for controlling the deflector and the like of the electron optical system 110 is an analog signal. However, the processed position information output from the stage position prediction calculation unit 180 is digital. Therefore, conversion from digital to analog is required inside the controller 31. The analog signal output to the deflector or the like must be free from noise because it causes a position error on the wafer. Therefore, the controller 31 does not receive position information and does not perform signal processing when the electron beam is not blanked. Further, the length of time during which the electron beam is blanked varies depending on the pattern exposure conditions. From these restrictions, it is required that the filters 181a to 181d and the predictors 182a to 182d operate asynchronously. However, if all the operations of the system, including the exposure process, correspond to the change of the master clock (master clock) or correspond to the change of the master clock at a fixed time, the filters 181a to 181a are output. 181d and the predictors 182a to 182d can be operated in a pseudo asynchronous manner.
[0071]
The timing charts shown in FIGS. 8 to 10 show the timings of the state prediction performed by the stage position prediction calculation unit 180 shown in FIG. 8, 9, and 10, the exposure cycle or input sequence indicates the next step, that is, the frequency and relative timing of state estimation required by the stage position control unit 170 or the electron optical system control unit 130. ing. In FIG. 8, the exposure cycle is performed at a predetermined time interval Tbe, Tbe is 5 clock cycles in length, and includes a blanking period following the exposure period. Tf is the update time of the filter. When the controller 31 receives the state error prediction, a digital-to-analog converter for the deflector is prepared and an analog signal is generated. In FIG. 8, the controller 31 seeks a state prediction every five clocks, as indicated by the exposure cycles 301-308. This exposure cycle forms the input sequence and is repeated every five clocks. In FIG. 9, the controller 31 requests the state prediction every three clocks. In FIG. 10, the controller 31 requests the state prediction every six clocks. The filter 181a-predictor 182a, the filter 181b-predictor 182b, the filter 181c-predictor 182c, and the filter 181d-predictor 182d perform state prediction at every four-cycle filter update time. In the state, the state is predicted according to the request of the controller 31 shown in FIG. More specifically, in FIGS. 8, 9 and 10, during each input window or blanking period of the exposure cycle, filter 181a-predictor 182a, filter 181b-predictor 182b, filter 181c-predictor 182c, filter 181d-predictor 182d. Performs one state prediction. Multiplexer 183 selects a state prediction that matches or matches the input window according to the control signals generated by control logic 185. Alternatively, instead of considering multiplexer 183 to select state prediction, consider multiplexer 183 to select one filter for each of the input windows in the input sequence. is there. The control logic 185 issues a control signal which causes the multiplexer 183 to select the appropriate one from among the state predictions so that the selected state prediction and the input window of the controller 31 engage. As is evident, when one state prediction meshes with the input window, or when the state prediction is a state prediction before the start time of the input window and is old, inaccurate and not useful to the controller 31. In some cases, consistency is satisfied.
[0072]
In each of FIGS. 8, 9 and 10, one filter makes one state prediction while the same filter receives the state measurement sample value and uses it to make the next state prediction one filter update time after the filter update. Is performed. However, a given filter is not limited to this measurement alone, but may use earlier measurements to calculate the next output. 8, 9, and 10, each of the filters receives a state measurement sample value every four clocks of the master clock, but is not limited to this one measurement. The filter 181a-predictor 182a receives the state measurement sample value, one clock before the filter 181b-predictor 182b receives the state measurement sample value, two clocks before the filter 181c-predictor 182c receives the state measurement sample value, and the filter 181d-. Three clocks before the predictor 182d receives the state measurement sample value. In summary, there is one clock cycle between the time when one of the filters receives the state measurement sample value and the closest time when the other filter receives the state measurement sample value. Alternatively, the number of clocks between the time one filter receives its state measurement sample value and the other filter receives its state measurement value may be another number. Similarly, it is assumed that the rate at which the sensors are sampled is fast enough. This also applies to the state measurement by the filter.
[0073]
In this way, it is possible to measure the state in an allowable frequency band using a simple filter, instead of calculation aggregation. As a result, a filter that is difficult to develop and has complicated processing can be avoided.
[0074]
The state prediction is performed with a filter update time of four clock cycles in each of the filters 181a to 182d to 182d. However, the filter 181a-predictor 182a to the filter 181d-predictor 182d do not perform state prediction at the same time. Rather, the state prediction is performed at a time when the time performed by another filter is shifted from each other by a fixed time. In FIG. 8, for the first input window, the multiplexer 183 selects the first state prediction value produced by the filter 181a-predictor 182a 206-8-1 and sends it to the data register 186. For the second input window, multiplexer 183 selects the second state prediction value produced by filter 181b-predictor 182b, and for the third input window, multiplexer 183 is produced by filter 181c-predictor 182c. For the fourth input window, the multiplexer 183 has selected the third state prediction value produced by the filter 181d-predictor 182d. Obviously, for the fifth, sixth, seventh, and eighth windows, multiplexer 183 selects filter 181a-predictor 182a-filter 181d-predictor 182d, respectively. As long as Tbe is equal to five cycle times and the filter up time Tf is equal to four cycle times, the multiplexer 183 selects the state prediction by repeating it sequentially from the filter 181a-predictor 182a to the filter 181d-predictor 182d. In each window of FIG. 8, the filter-predictor does at least two things: (1) State information is read from the sensor, and state prediction after time Tf is performed. (2) State prediction is performed using the state measurement information previously received from the sensor.
[0075]
In FIG. 9, the exposure cycle time is changed to three cycle times, but Tf remains at four cycle times. The multiplexer 183 selects information in the order of the filter 181a-predictor 182a-filter 181d-predictor 182d to obtain information prediction.
[0076]
In FIG. 10, the cycle time of exposure is changed to six cycle times, but Tf remains at four cycle times. The multiplexer 183 obtains a state prediction by sequentially selecting only the filter 181a-predictor 182a and the filter 181c-predictor 182c. That is, the filter 181b-predictor 182b and the filter 181d-predictor 182d are not required.
[0077]
Although four filters are used in the stage position prediction calculation unit 180 shown in FIG. 7, the number of filters can be changed according to the minimum value of the filter update time and the exposure time. The number of filters is determined as follows. That is, the number of filters is the maximum value of {(Tf / Tbe) * n}. Here, Tbe can take all allowable values. Also, n is the minimum integer where (Tf / Tbe) * n is an integer, Tf is the filter update time, and Tbe is the cycle at which output is requested from the next stage.
[0078]
In addition, the stage position prediction calculation unit can take various configurations. FIG. 11 is a block diagram illustrating another configuration example of the stage position prediction calculation unit. As shown in FIG. 11, the stage position prediction calculation unit 200 includes a programmable filter 201 and a predictor 202. Such a programmable filter can change the filter update time, and can perform state prediction in response to a request from the controller 31.
[0079]
The stage position prediction calculation unit including such a programmable filter is suitable for use when the value that the exposure cycle time Tbe can take is longer than the filter update time Tf. That is, it is known that the exposure cycle time is fixed within a certain period, and when it is known when and when the exposure cycle time changes, the exposure cycle time is determined. As long as the exposure cycle for each value is an integer multiple of the update time of the programmable filter, the programmable filter can be used. For a filter that receives a state measurement sample value at the same frequency as the filter update frequency, a shorter filter update time allows prediction based on more recent measurements than a filter with a longer update time. Thus, preferably, the filter update time is set at a position corresponding to an integer of the exposure cycle time. Other types of filters that receive condition measurement sample values more frequently perform better than filters that have equal exposure cycle times and filter up times.
[0080]
In this description, the exposure cycle time includes a blanking time and an exposure time. The blanking time Tb is an input window in which the next step, that is, the stage position control unit 170 or the controller 31 of the electron optical system control unit 130 can receive the state prediction. The exposure time is a time period during which the controller 31 cannot receive the state prediction, and is equal to Tbe-Tb. The exposure time is determined by the electron beam intensity and the characteristics of the wafer resist. Depending on the value of the exposure cycle time, the blanking time is changed so that the value of the exposure cycle time becomes an integral multiple of the filter update time after the blanking time is adjusted. This is the case when Tbe is a multiple of a clock cycle. Depending on the value of the exposure cycle time, it is necessary to change the filter update time to a value longer than the minimum value of the filter update time. Thereby, the exposure cycle time is set to be an integral multiple of the filter update time. Shown in Table 1 below is how the filter update time (blanking time, or both) is adjusted to meet various operating conditions. Tfm is the minimum filter update time, which is related to the computationally available resources and the complexity of the filter algorithm.
[Table 1]
Figure 2004158634
[0081]
12 to 14 are timing charts for explaining the operation of each unit of the stage position prediction calculation unit 200 shown in FIG.
FIG. 12A shows the operation timing when the exposure cycle time is 6 cycle times. The programmable filter 201 originally has a filter update time of 5 cycles. However, the programmable filter 201 can be reprogrammed to predict the state every six cycles, as shown in FIG. To reprogram the programmable filter 201, the parameters of the Kalman filter may be changed to match the changed update time. Reprogramming the Kalman filter is a well-known technique.
[0082]
FIGS. 13A and 13B show operation timings when the exposure cycle time is 14 cycle times. In order to make the state prediction when the next controller 31 can receive the data, the programmable filter 201 may be reprogrammed and the filter update time may be increased from 5 cycle times to 7 cycle times.
[0083]
FIG. 14A shows the operation timing when the exposure cycle time is 17 cycle times. The number of cycles in the exposure cycle is the main number, and changing the filter update time is not sufficient, and the exposure cycle time cannot be made an integral multiple of the filter update time. Therefore, the blanking time Tb is increased. This is shown in FIG. As a result, the exposure cycle time becomes 18 cycles. Additionally, the filter update time increases by one cycle time to six cycle times, and the exposure cycle time becomes an integer multiple of the filter update period.
[0084]
FIG. 15 is a timing chart in a case where still another configuration example of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 1 is used. In this configuration example, a plurality of programmable filters are used instead of a filter having a fixed filter update time. Instead of having many filters with fixed update times and then selecting and providing state prediction, the programmable filter can change the update time and handle state prediction requests from controller 31. If the exposure cycle is 9 clock cycles and Tb is 5 clock cycles, five non-programmable filters are prepared and state prediction is performed when requested by the next stage (control unit or the like). If two programmable filters are used, a filter having a filter update time of 6 cycles can be obtained.
[0085]
As an alternative, if the exposure cycle time reaches 10 clock cycle times, a single programmable filter having a 5 clock cycle time as the update time may be sufficient. However, as in the case shown in FIG. An increase in the blanking time reduces the throughput of the system, so it is preferable to avoid it as much as possible.
[0086]
Here, the exposure time may exceed the time when the prediction from the filter predictor may be treated as correct. In this case, by providing an extra blanking period in the exposure time, the predictor update can be performed without affecting the analog output to the driver of the deflector. Therefore, this extra blanking period must be consistent with updates from the filter predictor. Where possible, the filter update time may be adjusted to be an integer fraction of the new total exposure time. For this, the method described above is used. Here, when the new total exposure time includes an extra blanking period Tbe ′, it is preferable to satisfy the following relational expression.
NuTf = Tbe '= Tbe + (Nu-1) Tb (7)
Here, Nu is the number of update times during a new exposure cycle. Thus, to maximize system throughput, the total blanking time must be as short as possible.
[0087]
If no integer satisfying equation (7) is found, a longer blanking period is added to the last filter predictor so that Tbe 'is an integer multiple of Tf. That is, if Nu is the largest integer satisfying the relational expression Nu <Tbe + (Nu-1) Tb, the final blanking period is Tb '= (Nu + 1) Tf-Tbe- (Nu-1) Tb. An exposure cycle Tbe 'is provided, which is equal to Tf multiplied by the integer Nu + 1.
[0088]
Advantages of using a programmable filter include flexibility in use and reduction in the number of filters used. In some cases, one DSP may operate one filter instead of several filters operated in time staggered by several DSPs.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to predict and obtain the position of the stage corresponding to the time delay generated at the time of alignment and feed it back to the result of the alignment calculation, thereby performing highly accurate alignment. it can. As a result, highly accurate exposure can be performed without lowering the throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a charged particle beam exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an imaging relationship and a control system in the entire optical system of the charged particle beam exposure apparatus shown in FIG.
3A and 3B are diagrams schematically showing a configuration example of a reticle for electron beam projection exposure, wherein FIG. 3A is an overall plan view, FIG. 3B is a partial perspective view, and FIG. It is a top view of one small membrane area.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a pattern transfer from a reticle to a wafer.
FIG. 5 is a time chart showing an exposure sequence in the alignment method according to the embodiment.
FIG. 6 is a time chart showing an alignment operation in FIG. 5;
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a stage position prediction calculation unit illustrated in FIG. 1;
FIG. 8 is a timing chart in a case where a state prediction is obtained every five clocks in the operation of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 7;
9 is a timing chart in a case where a state prediction is obtained every three clocks in the operation of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 7;
10 is a timing chart in a case where a state prediction is obtained every seven clocks in the operation of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 7;
FIG. 11 is a block diagram showing a modification of the stage position prediction calculation unit shown in FIG.
FIG. 12 is a timing chart in a case where a state prediction is obtained every six clocks in the operation of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 11;
FIG. 13 is a timing chart in a case where a state prediction is obtained every 14 clocks in the operation of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 11;
FIG. 14 is a timing chart in the case where a state prediction is obtained every 17 clocks in the operation of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 11;
FIG. 15 is a timing chart when another modification of the stage position prediction calculation unit shown in FIG. 1 is used.
[Explanation of symbols]
1 electron gun
2, 3, 9, 15, 19 lenses
5, 8, 16 deflector
2a, 3a, 5a, 8a, 9a, 15a, 16a, 19a Coil power control unit
10 reticles
11 Reticle stage
11a Reticle stage controller
12 Reticle stage position detector
12a interface
31 Controller
41 Small membrane area
42 subfield
43 skirt
44, 54 electrical stripe
45 minor strut
47 major strut
49, 59 mechanical stripe
52 subfield
100 wafers
110 Electron optical system
120 Wafer stage
130 Electron optical system controller
140 Alignment measurement unit
150 Alignment calculation unit
160 Stage position measurement unit
170 Stage position controller
180, 200 Stage position prediction calculation unit
181a to 181d Filter
182a-182d, 202 Predictor
183 multiplexer
184 clocks
185 control logic
186 data register
201 Programmable Filter

Claims (3)

感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、
該ステージの位置計測器と、
前記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、
前記感応基板、前記感応基板ステージ、前記マスク、及び／又は、前記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、
を備える露光装置におけるアライメント方法であって、
前記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の前記ステージ位置を予測しながら前記アライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける前記ステージの位置予測値を用いて前記感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置のアライメント方法。A sensitive substrate stage on which a sensitive substrate is mounted and moved, and / or a mask stage on which a mask (including a reticle) having an original pattern is mounted and moved;
A position measuring device for the stage,
An optical system having a lens and a deflector for selectively forming an image by a charged particle beam on the sensitive substrate,
Mark detection means for detecting the sensitive substrate, the sensitive substrate stage, the mask, and / or an alignment mark arranged on the mask stage;
An alignment method in an exposure apparatus comprising:
Detecting the alignment mark while predicting the stage position after an arbitrary time in response to the information from the stage position measuring device, and using the position predicted value of the stage at the timing when the alignment mark was detected, to detect the position of the sensitive substrate. An alignment method for a charged particle beam exposure apparatus, wherein the alignment is performed. 感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、
該ステージの位置計測器と、
前記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、
前記感応基板、前記感応基板ステージ、前記マスク、及び／又は、前記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、
を備える露光装置におけるアライメント方法であって、
前記ステージ位置計測器からのステージ位置情報に対して、前記位置計測系での測定から位置情報出力までの遅延時間、前記アライメントマーク検出時の遅延時間、前記光学系での遅延時間、による該ステージの位置誤差を考慮して該ステージの位置を決定することを特徴とする荷電粒子線露光装置のアライメント方法。A sensitive substrate stage on which a sensitive substrate is mounted and moved, and / or a mask stage on which a mask (including a reticle) having an original pattern is mounted and moved;
A position measuring device for the stage,
An optical system having a lens and a deflector for selectively forming an image by a charged particle beam on the sensitive substrate,
Mark detection means for detecting the sensitive substrate, the sensitive substrate stage, the mask, and / or an alignment mark arranged on the mask stage;
An alignment method in an exposure apparatus comprising:
For the stage position information from the stage position measuring device, the delay time from the measurement in the position measurement system to the output of the position information, the delay time in detecting the alignment mark, the delay time in the optical system, Determining the position of the stage in consideration of the position error of the charged particle beam exposure apparatus. 感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、
該ステージの位置計測器と、
前記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、
前記感応基板、前記感応基板ステージ、前記マスク、及び／又は、前記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、
を備える露光装置であって、
前記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の前記ステージ位置を予測しながら前記アライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける前記ステージの位置予測値を用いて前記感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置。A sensitive substrate stage on which a sensitive substrate is mounted and moved, and / or a mask stage on which a mask (including a reticle) having an original pattern is mounted and moved;
A position measuring device for the stage,
An optical system having a lens and a deflector for selectively forming an image by a charged particle beam on the sensitive substrate,
Mark detection means for detecting the sensitive substrate, the sensitive substrate stage, the mask, and / or an alignment mark arranged on the mask stage;
An exposure apparatus comprising:
Detecting the alignment mark while predicting the stage position after an arbitrary time in response to the information from the stage position measuring device, and using the position predicted value of the stage at the timing when the alignment mark is just detected, for the sensitive substrate. A charged particle beam exposure apparatus for performing alignment.
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