JP2005175167A - 露光装置および露光方法、並びにプログラムおよびマスク精度保証方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を正確に把握して、補正により露光パターンの位置精度を向上させることができる露光装置、露光方法、プログラム、およびマスク位置精度保証方法を提供する。
【解決手段】マスク作製後（ステップＳＴ１）、マスクのパターン位置と、パターン位置の測定時における平面度を測定する（ステップＳＴ２）。露光装置内にマスクが格納されたら、露光時の姿勢におけるマスクの平面度を測定する（ステップＳＴ３）。そして、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める（ステップＳＴ５）。露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正して露光を行う（ステップＳＴ６、ＳＴ７）。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、半導体装置の製造において使用される露光装置および露光方法、並びにプログラムおよびマスク精度保証方法に関する。

フォトリソグラフィに代わる次世代露光技術（ＮＧＬ）として、電子線（ＥＢ）、イオンビーム、Ｘ線、あるいは極紫外光（ＥＵＶ光）をもちいた転写型露光方法が開発されている。これらの次世代露光技術は、６５ｎｍ世代以降のデバイス生産に適用されるため、マスクの位置精度に対する要求は非常に厳しい。例えば、ＩＴＲＳロードマップ（２００１年版）によると、６５ｎｍ世代のＤＲＡＭに対して要求されるウエハ上での重ね合わせ精度は２３ｎｍであり、これを満たす高精度なマスクが必要である。

特に、Ｘ線リソグラフィ（ＰＸＬ）や低速電子線近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ）では、等倍マスクがもちいられるので、基本的にはマスク上で上記の位置精度を達成しなくてはならない。ただし、ＬＥＥＰＬでは、副偏向レンズで電子線の入射方向を変化させることにより、転写パターン位置補正が可能なので（非特許文献１および特許文献１参照）、この誤差が緩和される可能性がある。

一方、電子線／イオンビーム転写リソグラフィ（ＥＰＬ／ＩＰＬ）やＥＵＶリソグラフィ（ＥＵＶＬ）は、縮小投影式露光法なので（一般に縮小率４）、位置精度に対する要求は相対的に緩和されるように思われるが、縮小光学系の伝達特性に起因する誤差を考慮すると、位置精度の要求はむしろ厳しい。例えば、ＩＴＲＳロードマップ（２００１年版）によると、６５ｎｍ世代のＥＵＶＬマスクに対して要求される位置精度は１４ｎｍである。

また、ＰＸＬ、ＬＥＥＰＬ、ＥＰＬ、ＩＰＬという一群の次世代露光技術では、散乱メンブレンマスク（例えば非特許文献２参照）やステンシルマスク（例えば非特許文献３参照）という機械強度の低いマスクがもちいられるので、より一層の位置精度の向上が重要な課題となる。
米国特許５８３１２７２号明細書 特開２００３−５９８１９号公報 Ｔ．ウツミ（Ｔ．Ｕｔｓｕｍｉ），「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｃｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｂ１７，Ｐ．２８９７（１９９９） Ｌ．Ｒ．ハリオット，「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｃｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｂ１５，ｐ．２１３０（１９９７） Ｈ．Ｃファイファー（Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒ），「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）」３４，ｐ．６６５８（１９９５） Ｓ．Ｐ．チモシェンコ（Ｓ．Ｐ．Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ）とＳ．オイノウスキークリーガー（Ｓ．ｗｏｉｎｏｗｓｋｙ−Ｋｒｉｅｇｅｒ），「セオリー・オブ・プレーツ・アンド・シェルズ（Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｓｈｅｌｌｓ）」

上記次世代露光技術に使用されるマスク全てに共通する問題として、露光姿勢でのマスクの歪がある。一般に、製造されたマスクは、ＬＥＩＣＡ社のＩＰＲＯに代表される座標測定器により位置精度が測定される。しかし、座標測定時（一般に、マスクパターン面が上向きで静置）とマスク露光時の姿勢は異なる。露光時はマスクパターン面が下向きであることが多い上に、マスクの固定（チャッキング）方法が座標測定器のそれと異なるので、ＩＰＲＯでは計測されない歪が新たに誘起されてしまう。ＥＵＶＬマスクのように、フォトマスクと同様なガラス基板上に形成されており、機械的強度が相対的に高いマスクであっても、重力やチャッキングの相違によるマスク歪は無視できないということが指摘されており、次世代露光技術で使用するマスクにおいてはなおさらマスクの歪は無視できないものとなってきている。

図１４は、マスクの平面度変化によりパターン変位が誘起されるメカニズムを説明するための図である。図１４に示すように、マスクＭが撓むことにより、上面側は収縮し、下面側は伸張する結果、パターン変位が起こる。図１４のｚ軸は鉛直方向を示す。従って、例えば完全に平坦な状態においてパターン位置が正確であったとしても、マスクの平面度が変化すればパターン位置が変位しており、マスクの精度が必ずしも保証されていない。このため、これまでフォトマスクでおこなわれてきたように、出荷前にマスクの位置精度（長寸法）を測定し、誤差が一定値以下ならば出荷するというような精度保証形態では、露光時に高い精度を達成することは困難である。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けることにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を把握して、補正により露光パターンの位置精度を向上させることができる露光装置、露光方法およびプログラムを提供することにある。

本発明の第２の目的は、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けることにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を把握して、平面度変化に起因するマスクのパターン位置精度の不良を未然に予知することができる露光装置、露光方法およびプログラムを提供することにある。

本発明の第３の目的は、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けてマスクとともに供給することにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置精度を保証することができるマスク精度保証方法を提供することにある。

上記の第１の目的を達成するため、本発明の露光装置は、露光時の姿勢におけるマスクの平面度を測定する平面度測定手段と、予め測定された前記マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を入力し、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるパターン位置算出手段と、前記パターン位置算出手段により求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するための補正データを作成する補正データ作成手段と、前記補正データに基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するように露光ビームを照射する露光ビーム照射手段とを有する。

上記の本発明の露光装置では、まず、平面度測定手段により、露光時の姿勢におけるマスクの平面度が測定される。
予め測定されたマスクのパターン位置と、パターン位置の測定時における平面度、さらに上記の平面度測定手段により測定された露光時の姿勢におけるマスクの平面度がパターン位置算出手段に入力される。パターン位置算出手段により、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置が補正され、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置が求められる。
パターン位置算出手段により求められた露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置に基づいて、補正データ作成手段により被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するための補正データが作成される。
補正データ作成手段により作成された補正データに基づいて、露光ビーム照射手段により、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するように露光ビームが照射される。

上記の第２の目的を達成するため、本発明の露光装置は、露光時の姿勢におけるマスクの平面度を測定する平面度測定手段と、予め測定された前記マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を入力し、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるパターン位置算出手段と、前記パターン位置算出手段により求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、露光を行うか否かを判定する判定手段とを有する。

上記の本発明の露光装置では、まず、平面度測定手段により、露光時の姿勢におけるマスクの平面度が測定される。
予め測定されたマスクのパターン位置と、パターン位置の測定時における平面度、さらに上記の平面度測定手段により測定された露光時の姿勢におけるマスクの平面度がパターン位置算出手段に入力される。パターン位置算出手段により、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置が補正され、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置が求められる。
そして、パターン位置算出手段により求められた露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置に基づいて、判定手段により露光を行うか否かが判定される。パターン位置の誤差が許容範囲内であれば露光し、パターン位置の誤差が許容範囲を越えていれば露光が中止される。

上記の第１の目的を達成するため、本発明の露光方法は、マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を測定する工程と、露光時の姿勢における前記マスクの平面度を測定する工程と、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求める工程と、求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正して露光を行う工程とを有する。

上記の本発明の露光方法では、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める。そして、求められた露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置の誤差を解消するように、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正して露光を行う。

上記の第２の目的を達成するため、本発明の露光方法は、マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を測定する工程と、露光時の姿勢における前記マスクの平面度を測定する工程と、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求める工程と、求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、露光を行うか否かを判定する工程とを有する。

上記の本発明の露光方法では、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める。そして、求められた露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置の誤差が許容範囲内であれば露光し、許容範囲を越えていれば露光を中止する。

上記の第１の目的を達成するため、本発明のプログラムは、予め測定されたマスクのパターン位置および前記パターン位置の測定時における平面度に関する第１のデータと、露光時の姿勢における前記マスクの平面度に関する第２のデータを入力するステップと、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるステップと、求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するための補正データを作成するステップと、をコンピュータに実行させるものである。

上記の本発明のプログラムでは、第１のデータと第２のデータに基づいて、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める処理が行われる。そして、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置の誤差を解消するための補正データが作成される。

上記の第２の目的を達成するため、本発明のプログラムは、予め測定されたマスクのパターン位置および前記パターン位置の測定時における平面度に関する第１のデータと、露光時の姿勢における前記マスクの平面度に関する第２のデータを入力するステップと、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるステップと、求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、露光を行うか否かを判定するステップと、をコンピュータに実行させるものである。

上記の本発明のプログラムでは、第１のデータと第２のデータに基づいて、パターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める処理が行われる。そして、求められた露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置の誤差が許容範囲内であれば露光し、許容範囲を越えていれば露光を中止する判定処理が行われる。

上記の第３の目的を達成するため、本発明のマスク精度保証方法は、作製したマスクのパターン位置を測定し、かつ前記パターン位置の測定時における平面度を測定する工程と、前記マスクに関する前記パターン位置のデータと、前記平面度に関するデータとを前記マスクとともに供給する工程とを有する。

上記の本発明のマスク精度保証方法では、マスクに関するパターン位置のデータに加えて、平面度のデータを供給することにより、パターン位置と平面度とが関連付けられて、マスクの平面度を考慮したパターン位置の精度保証がなされる。

本発明の露光装置、露光方法およびプログラムによれば、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けることにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を把握して、補正により露光パターンの位置精度を向上させることができる。

また、本発明の露光装置、露光方法およびプログラムによれば、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けることにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を把握して、平面度変化に起因するマスクのパターン位置精度の不良を未然に予知することができる。

さらに、本発明のマスク精度保証方法は、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けてマスクとともに供給することにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置精度を保証することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明をＬＥＥＰＬ技術に適用したものである。まず、本実施形態に係る露光方法に使用されるマスクについて説明する。

図１は、マスクの平面図である。
図１に示すように、本実施形態に用いられるマスクＭは、例えば２００ｍｍ□の露光領域１０を有する。マスクＭは、例えばＳＯＩ基板により作製される。

図２は、図１の露光領域１０の要部斜視図である。
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、露光領域１０は、４つのマスク領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分かれており、各マスク領域Ａ〜Ｄには、マスクＭの強度を補強するための梁１１と、梁１１に区画された薄膜（メンブレン）１２を有する。マスクＭは、薄膜１２に形成された開口パターンによりマスクパターンが構成されるステンシルマスクである。マスクＭの４つのマスク領域Ａ〜Ｄを重ね合わせて露光することにより、被露光体であるウエハの全ての領域に相補露光が可能なように、各マスク領域Ａ〜Ｄにおける梁１１の配置が調整されている。これは、梁１１の位置には開口パターンを形成できないからである。

図２（ａ）に示すタイプでは、各マスク領域Ａ〜Ｄに、格子状に梁１１が形成されており、各マスク領域Ａ〜Ｄの梁配置が互いにずれて形成されているものである。これにより、被露光体であるウエハの全ての領域に相補露光が可能となる。

図２（ｂ）に示すタイプでは、マスク領域Ａ，Ｃには、一の方向に延びる梁１１が複数並んで形成され、マスク領域Ａとマスク領域Ｃとを重ねた際に、梁１１が重ならないようにずれて形成されている。マスク領域Ｂ，Ｄには、先の一の方向と直交する方向に延びる梁１１が複数並んで形成され、マスク領域Ｂとマスク領域Ｄとを重ねた際に、梁１１が重ならないようにずれて形成されている。これにより、被露光体であるウエハの全ての領域に相補露光が可能となる。

以上、代表的な２つのタイプのマスクについて例示したが、被露光体であるウエハの全ての領域に相補露光が可能となるように、各マスク領域Ａ〜Ｄにおける梁１１の配置を種々に変更することが可能である。

図３（ａ）は、梁１１で区画された１つの薄膜１２の要部斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の断面図である。

図３（ａ）に示すように、薄膜１２には、薄膜１２を貫通する開口パターン１３が形成されており、開口パターン１３によりマスクパターンが構成されている。図３（ｂ）の断面図に示すように、マスクＭは例えばＳＯＩウエハにより作製され、この場合には、梁１１はＳＯＩウエハのシリコン基板１１ａと酸化シリコン膜１１ｂにより構成され、薄膜１２はＳＯＩウエハのＳＯＩ層により構成される。

本来、ＳＯＩウエハは、高速で電力消費が少ないデバイスを作製するための技術として開発されたもので、ステンシルマスク製造を意図したものではない。しかしながら、その断面構造が、薄膜１２となるＳＯＩ層／酸化シリコン膜１１ｂ／シリコン基板１１ａという３層構造をしており、薄膜１２となるＳＯＩ層の膜厚均一性や膜質が極めて高度に制御されているという利点がある。さらに、一般に、ＳｉＯ₂ とＳｉのドライエッチングにおける選択比は１０００以上にもなるので、中間の酸化シリコン膜１１ｂがシリコン基板１１ａのエッチングの際のエッチング阻止層として機能する。これらのことから、ＳＯＩウエハは、高度な成膜技術を必要とせずに高品質のステンシルマスクを製造することができる可能性のある材料である。

しかし、酸化シリコン膜１１ｂは３００ＭＰａ以上の大きな圧縮内部応力をもつこともあるため、マスク全体が上に凸な形状に反ってしまうという問題点がある。したがって、ＩＰＲＯ等の座標測定器によるパターン位置測定時と露光時において、マスクをチャッキングする方法（チャック形状、吸着力など）が異なっていると、平面度が変動してしまい、座標測定器によるマスクＭのパターン位置の測定データをマスク歪補正に有効に利用することができなくなる。

このため本実施形態では、以下に示すように、マスクのパターン位置と当該パターン位置の測定時における平面度とを関連付けることにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を把握して、補正により露光パターンの位置精度を向上させる。
図４は、マスクＭの作製からマスクＭを用いた露光までのフローチャートである。

まず、マスクＭを作製した後（ステップＳＴ１）、ＩＰＲＯに代表される座標測定器によってマスクＭのパターン位置を測定する（ステップＳＴ２）。このパターン位置の測定は、いわゆる長寸法測定と称されるものである。通常は長寸法誤差が規格値以内であることが確認されれば、マスクは次の工程に移される。

一方、本実施形態では、座標測定器のオートフォーカス機能などをもちいて、マスクの平面度も同時に測定する（ステップＳＴ２）。これにより、座標測定器により得られたパターン位置の測定データと、平面度とが関連づけられる。そして、マスクと共に、計測されたパターン位置に関するデータおよび平面度に関するデータ（以下、第１のデータと称する）が、供給される（ステップＳＴ３）。

マスクＭを露光装置内に格納したら、露光姿勢のままで平面度測定をおこなう（ステップＳＴ４）。パターン位置の測定時（ステップＳＴ２）から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正することにより、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める（ステップＳＴ５）。

ステップＳＴ５で求められた露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置に基づいて、ウエハに露光される露光パターンの位置を補正するための補正データを作成する（ステップＳＴ６）。そして、補正データを用いて、露光パターンが正しい位置に転写されるように露光をおこなう（ステップＳＴ７）。

図５は、上記のステップＳＴ４〜ＳＴ７を実施する本実施形態に係る露光装置の一例である概略構成図である。図５に示す露光装置は、ＬＥＥＰＬ技術に適用される露光装置である。

図５に示す露光装置は、露光ビームとして電子ビームＥＢを出射する電子銃１０１と、電子ビームＥＢを平行化するコンデンサレンズ１０２と、電子ビームＥＢを制限するアパーチャ１０３と、電子ビームＥＢをラスターまたはベクトル走査モードにいずれかでかつマスクに垂直に入射するように偏向させる一対の主偏向器１０４ａ，１０４ｂと、ウエハＷへの露光パターンの位置を補正すべく電子ビームＥＢのマスクＭへの入射角を調製する副偏向器１０５ａ，１０５ｂとを有する。

図５に示す露光装置においては、２ｋＶ程度の低加速電子が用いられる。図５においてマスクＭの開口パターンを通過した電子ビームＥＢにより、ウエハＷ上の図示しないレジストが露光される。図５に示す露光装置では、等倍露光を採用しており、マスクＭとウエハＷは近接して配置される。

制御手段１０６は、装置全体の動作を制御する。例えば、主偏向器１０４ａ，１０４ｂを制御して電子ビームＥＢをマスクＭ上で走査させ、マスクＭのパターンをウエハＷに転写する。この露光時において、マスクＭ上の座標毎に補正値が規定された補正データを読み込み、副偏向器１０５ａ，１０５ｂを制御して電子ビームＥＢを僅かに変化させることにより、正確な位置から変位しているマスクＭのパターンを、ウエハＷ上の正しい位置に補正して転写する。図５に示すように、照射角度の制御により、電子ビームＥＢのウエハＷへの照射位置をΔだけ移動させることができる。

平面度測定手段１０７は、露光装置の図示しないマスクホルダにセットされたマスクＭの平面度を測定する。平面度測定手段１０７は、例えば図示しないウエハステージ上に設けた静電容量センサによって構成される。

データ処理手段１０８は、座標測定器によるマスクのパターン位置およびパターン位置の測定時における平面度に関する第１のデータＤ１と、平面度測定手段１０７により測定された露光時の姿勢におけるマスクの平面度に関するデータ（第２のデータ）を入力して、補正データを制御手段１０６に出力する。第１のデータＤ１と第２のデータに基づいて、補正データを作成するデータ処理は、データ処理手段１０８に内蔵されたＣＰＵ１０９が本実施形態に係るプログラム１１０に基づいて実行する。

図６は、データ処理手段の果たす機能を説明するための露光装置の機能ブロック図である。
データ処理手段１０８は、パターン位置算出手段１１１と補正データ作成手段１１２とを有する。

パターン位置算出手段１１１は、第１のデータＤ１と、平面度測定手段１０７からの露光時の姿勢における平面度の測定データ（第２のデータ）を入力し、座標測定器によるマスクのパターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置を求める。

パターン位置算出手段１１１による処理について説明する。図１４からも示唆されるように、パターンの変位はマスク面の局所的な勾配と関連付けられる。材料力学の文献（例えば、非特許文献４参照）によると、平板の微小たわみに対しては次の関係が成立する。

上記式において、ｕとｖはそれぞれｘ方向とｙ方向の変位であり、ｈは平板の厚みである。上式のｗは平面度を示し、マスク平面の座標（ｘ，ｙ）毎に求められた値である。本実施形態で用いる梁構造を有するマスクは、厳密な平板とは言えないが、上記の関係は近似的に成り立っていると考えられる。

従って、パターン位置算出手段１１１は、上記式のｗに第１のデータに含まれる座標測定器による平面度と、平面度測定手段１０７からの平面度の差を代入することにより、第１のデータに含まれるパターン位置から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分を求める。そして、パターン変位分だけ第１のデータに含まれるパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置を求める。

補正データ作成手段１１２は、パターン位置算出手段１１１により求められた露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置を入力すると、設計位置からのパターン位置の誤差を求め、補正データを作成する。補正データは、例えば、マスクＭの座標毎に補正量を規定する補正マップである。例えば、設計位置からのパターン位置の誤差の負の値を補正量とする。

露光ビーム照射手段１００は、補正データ作成手段１１２から入力した補正データに基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するように、副偏向器１０５ａ，１０５ｂにより電子ビームＥＢを偏向させてマスクＭに照射する。露光ビーム照射手段は、図５に示す露光装置の電子銃１０１と、コンデンサレンズ１０２と、アパーチャ１０３と、一対の主偏向器１０４ａ，１０４ｂと、副偏向器１０５ａ，１０５ｂとを含む電子光学系の他、電子光学系を制御する制御手段１０６に相当する。

以上のようにして、照射角度を制御しながら、電子ビームＥＢを照射することにより、露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置の誤差を打ち消して、設計位置に対して忠実な位置に、露光パターンを転写することができる。

（実施例）
次に、上記の本実施形態の効果について、より詳細な実施例を用いて説明する。本実施例では、薄膜１２の厚さが６００ｎｍ、酸化シリコン膜１１ｂの厚さが１０００ｎｍのマスクＭを用いた。

図７は、マスクＭ作製後のパターン位置の測定時の平面度（ステップＳＴ２）と、露光時の姿勢での平面度（ステップＳＴ４）との間の平面度変化を示す図である。図７に示すように、特に露光装置ではマスクＭの周囲しか保持していないことと、マスクＭの中央部が周辺部に比べて撓みやすいことから、マスクＭの露光領域１０の中央部における平面度変化が大きい。図７に示す結果では、マスクＭの露光領域１０の中央部で約３０μｍもの平面度変化が生じていた。

上記の平面度変化により誘起されるパターン変位を、図８（ａ）に示すように、マスクのマスク領域Ａの周辺（図中、矢印Ｃ１で示す）、および中心（図中、矢印Ｃ２で示す）についてｙ方向に沿って計測したデータを図８（ｂ）に示す。

図８（ｂ）では、矢印Ｃ１上のマスク領域Ａのｙ方向位置毎に、平面度変化によるｘ方向のパターン変位をｘ１で示し、ｙ方向のパターン変位をｙ１で示し、ｚ方向のパターン変位をｚ１で示している。また、矢印Ｃ２上のマスク領域Ａのｙ方向位置毎に、平面度変化によるｘ方向のパターン変位をｘ２で示し、ｙ方向のパターン変位をｙ２で示し、ｚ方向のパターン変位をｚ２で示している。

図８（ｂ）のｘ方向のパターン変位ｘ１，ｘ２およびｙ方向のパターン変位ｙ１，ｙ２に着目すると、座標測定器による測定時と露光装置による露光時での平面度変化に起因して、最大８０ｎｍものパターン変位が生じている。すなわち、座標測定器により測定されたパターン位置を基に、露光時において露光パターンの位置を補正して露光したとしても、下地との重ね合わせ不良が生じ、デバイス（半導体装置）が不良となってしまう。

ここで、本実施例では、上式のｗに図８の平面度データを代入することにより、平面度の変化に起因するパターン変位分だけ座標測定器により測定されたパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求め、補正データを作成した。この補正データをもちい、図５に示すＬＥＥＰＬ露光装置によって露光姿勢のおけるマスクのパターン位置の誤差（マスク歪み）を補正して露光した。

露光では、まずフォトマスクをＡＳＭＬ社のＡｒＦスキャナに搭載し、レジストＺＥＰ５２０（厚さ２００ｎｍ）を塗布した２００ｍｍシリコンウエハにパターンを転写した。転写後のウエハは東京エレクトロン社製塗布現像機ＭＡＲＫ８で現像し、レジストパターンを形成した。このパターンをマスクにしてシリコンウエハをエッチングし、重ね合わせマーク（主尺）を加工した。次に、このウエハにレジストＺＥＰ５２０（厚さ５０ｎｍ）を塗布し、ＬＥＥＰＬ露光装置により重ね合わせマーク（副尺）を転写した。重ね合わせ精度は日立製ＬＡ３２００をもちいて測定した。

図９（ａ）は、平面度変化に起因するパターン変位を考慮した補正データに基づいて上記の露光を行った場合における主尺と副尺の重ね合わせ精度測定データであり、図９（ｂ）は、座標測定器におけるパターン位置からそのまま作成された補正データに基づいて上記の露光を行った場合における主尺と副尺の重ね合わせ精度測定データである。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示す重ね合わせ精度測定データでは、ウエハの各座標における重ね合わせ精度が良好な場合には理想的な格子が形成されるものである。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、平面度変化に起因するパターン変位を考慮した補正データに基づいて露光パターンの位置を補正して露光することにより、設計位置からの露光パターンの誤差を良好に打ち消すことができ、その結果、下地との重ね合わせ精度が大幅に向上していることが分かる。

上記の本実施形態に係る露光装置、露光方法によれば、平面度の変化に起因するパターン変位分を考慮して露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求め、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置に基づいて作成された補正データを用いて露光することにより、露光パターンの位置精度を向上させることができる。この結果、下地層との重ね合わせ精度を向上させることができる。重ね合わせ精度の向上により、半導体装置の歩留りを向上させることができる。

また、本実施形態に係るプログラムによれば、上記の露光装置に使用される補正データを作成することができ、露光パターンの位置精度の向上に寄与することができる。

さらに、本実施形態に係るマスク精度保証方法では、マスク作製後のパターン位置を測定する長寸法測定に加えて平面度をさらに測定し（ステップＳＴ２）、マスクＭとともにパターン位置のデータに加えて平面度のデータを供給することにより（ステップＳＴ３）、露光時の姿勢におけるマスクの精度の保証に貢献することができる。

すなわち、従来ではマスクＭの精度保証としてパターン位置の誤差が規定値以内に収まっているか否かの測定のみ行い、マスクとともに測定したパターン位置のデータしか供給していなかった。しかし、平面度の変化に起因するパターン変位があるため、これでは露光時の姿勢におけるマスクの精度を保証したことにならなかった。

（第２実施形態）
第１実施形態では、露光ビームとして荷電粒子線である電子ビームを用い、電子光学系の偏向により露光パターンの位置を補正し得る手段のある露光方法について説明したが、本発明は、同様に電子ビームを用いるＥＰＬ技術にも適用可能である。

図１０は、ＥＰＬ技術に用いられるマスクの一例を示す断面図である。ＥＰＬ技術には、マスクパターンが開口パターンにより形成されるいわゆるステンシルマスク、あるいはマスクパターンが散乱体パターンにより形成されるいわゆるメンブレンマスクが用いられる。

図１０（ａ）に示すマスクは、ステンシルマスクであり、シリコン基板２０上に酸化シリコン膜からなるバッファ層２１を介してＳＯＩ層からなる薄膜（メンブレン）２２が形成されている。シリコン基板２０およびバッファ層２１が加工されて梁２３が形成されており、梁２３により区画された薄膜２２には、開口（貫通孔）により開口パターン２４が形成されている。バッファ層２１の膜厚は例えば１μｍであり、薄膜２２の膜厚は例えば２μｍである。

図１０（ｂ）に示すマスクは、メンブレンマスクであり、シリコン基板３０上に例えば窒化シリコンからなる薄膜３１が形成されており、シリコン基板３０が加工されて梁３２が形成されている。梁３２により囲まれた薄膜３１上には、クロム膜３３ａおよびタングステン膜３３ｂからなる散乱体パターン３３が形成されている。薄膜３１の膜厚は、例えば１５０ｎｍであり、クロム膜３３ａの膜厚は例えば１０ｎｍであり、タングステン膜３３ｂの膜厚は例えば５０ｎｍである。

上記したＥＰＬ技術に使用されるマスクも、薄膜２２，３１に開口パターン２４あるいは散乱体パターン３３が形成され、薄膜２２，３１の平面度の変化によりパターン位置が変化しやすいものである。

上記したマスクの作製から露光方法までのフローは、図４に示す第１実施形態と同様である。ＥＰＬに使用される露光装置であっても、図６に示す機能ブロックは同様に適用される。ただし、図６の露光ビーム照射手段の装置構成は４倍の縮小投影系であるため、図５に示す等倍露光の電子光学系とは異なる。ＥＰＬに使用される露光装置では、ＬＥＥＰＬに使用される図５に示す露光装置のように、マスクの座標毎に露光パターンの位置を補正することはできないが、倍率誤差を補正することができる。

上記の本実施形態に係る露光装置、露光方法によっても、第１実施形態と同様の理由で、露光パターンの位置精度を向上させることができる。この結果、下地層との重ね合わせ精度を向上させることができる。重ね合わせ精度の向上により、半導体装置の歩留りを向上させることができる。さらに、本実施形態に係るマスク精度保証方法によれば、第１実施形態と同様の理由で、露光時の姿勢におけるマスクの精度の保証に貢献することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、露光ビームとして荷電粒子線である電子ビームを用いる例について説明したが、本発明は、同様に荷電粒子線以外のＸ線や極紫外光（ＥＵＶ）を用いた転写露光にも応用することが可能である。

図１１（ａ）は、Ｘ線リソグラフィに用いられるマスクの一例を示す断面図であり、（１１（ｂ）は、ＥＵＶリソグラフィに用いられるマスクの一例を示す断面図である。

図１１（ａ）に示すマスクは、シリコン基板４０上に例えば膜厚が２μｍ程度のＳｉＣからなる薄膜４１が形成されており、中央部の露光領域におけるシリコン基板４０が除去されている。露光領域の薄膜４１上には、例えば膜厚が２０ｎｍ程度のクロム膜４２が形成され、クロム膜４２上に例えば５００ｎｍ程度のＴａＳｉからなるＸ線の吸収体パターン４３が形成されている。

上記したＸ線リソグラフィ技術に使用されるマスクも、薄膜４１に吸収体パターン４３が形成され、薄膜４１の平面度の変化によりパターン位置が変化しやすいものであるため、本発明が好適に適用されるものである。

図１１（ｂ）に示すマスクは、ガラス基板５０上に例えばＭｏ／Ｓｉからなる多層膜５１が形成されており、多層膜５１上にはバッファ層５２と、吸収体パターン５３が形成されている。

上記したＥＵＶリソグラフィに使用されるマスクは、支持基板であるガラス基板５０は剛性が高いが、ガラス基板５０上に多層膜５１、バッファ層５２、吸収体パターン５３が形成されているため、これらの膜の内部応力によりガラス基板５０が反ってしまう。

従って、このガラス基板５０の反りの矯正が、マスクＭ作製後の座標測定器によるパターン位置測定時と、露光装置にセットされた露光姿勢で異なるため、同様にして、平面度の変化によりパターン位置の変化が起こる。

Ｘ線やＥＵＶでは、荷電粒子線のように、マスクのパターン位置誤差を補正して露光することができないため、マスクＭの作製からマスクＭを用いた露光までのフローチャートは、図１２に示すようになる。

まず、マスクＭを作製した後（ステップＳＴ１１）、ＩＰＲＯに代表される座標測定器によってマスクＭのパターン位置を測定し、本実施形態では、さらに、座標測定器のオートフォーカス機能などをもちいて、マスクの平面度も同時に測定する（ステップＳＴ１２）。これにより、座標測定器により得られたパターン位置と、平面度とが関連づけられる。そして、マスクと共に、計測されたパターン位置に関するデータおよび平面度に関するデータ（以下、第１のデータと称する）が、供給される（ステップＳＴ１３）。

マスクＭを露光装置内に格納したら、露光姿勢のままで平面度測定をおこなう（ステップＳＴ１４）。パターン位置の測定時（ステップＳＴ１２）から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求める（ステップＳＴ１５）。

ステップＳＴ１５で求められた露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置に基づいて、設計位置からの誤差を求めて、誤差が許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。誤差が許容範囲内にあれば、露光を行う（ステップＳＴ１７）。このとき、露光装置で倍率補正が可能であれば、できるだけ誤差を小さくするように倍率補正をしてもよい。

設計位置からの誤差が許容範囲を超えている場合には、露光を中止し、マスクを再作製する、もしくは、装置のチャッキング方法等を改善する。これにより、デバイスの不良を事前に防止することができる。

図１３は、上記のステップＳＴ１４〜ＳＴ１８を実施する本実施形態に係る露光装置の機能ブロック図である。

本実施形態に係る露光装置では、平面度測定手段１０７と、データ処理手段１０８と、露光ビーム照射手段２００とを有する。データ処理手段１０８は、パターン位置算出手段１１１と判定手段１１３とを有する。なお、第１のデータＤ１と、平面度測定手段１０７については、第１実施形態と同様のため説明は省略する。

パターン位置算出手段１１１は、第１のデータＤ１と、平面度測定手段１０７からの露光時の姿勢における平面度の測定データ（第２のデータ）を入力し、座標測定器によるマスクのパターン位置の測定時から露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけパターン位置を補正して、露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置を求める。この処理については、マスクの構造は異なるが、第１実施形態と同様にして求めることができる。

判定手段１１３は、パターン位置算出手段１１１から、露光時の姿勢におけるマスクＭのパターン位置を入力すると、設計位置からのパターン位置の誤差を求め、誤差が一定値以内か否かを判定する。誤差が一定値以内であれば、露光ビーム照射手段２００に露光を行うべき情報を出力する。誤差が一定値を越えていれば、露光ビーム照射手段２００に露光を中止すべき情報を出力する。

露光ビーム照射手段２００は、判定手段１１３からの露光を行うべき情報を受けて、Ｘ線あるいはＥＵＶ光をマスクに照射することにより、被露光体であるウエハに露光パターンを転写する。このとき、倍率誤差を補正してもよい。

上記の本実施形態に係る露光装置および露光方法によれば、平面度の変化に起因するパターン変位分を考慮して露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置を求め、露光時の姿勢におけるマスクのパターン位置の誤差が許容範囲内であるか否かの判定を行うことにより、平面度変化に起因するマスクのパターン位置精度の不良を未然に予知することができる。この結果、半導体装置の歩留りを向上させることができる。

また、本実施形態に係るプログラムによれば、上記の露光を行うか否かの判定処理をコンピュータに実行させることにより、半導体装置の歩留りの向上に寄与することができる。さらに、本実施形態に係るマスク精度保証方法によれば、第１実施形態と同様の理由で、露光時の姿勢におけるマスクの精度の保証に貢献することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本発明に使用されるマスクは、上記した構造に限定されず、種々のマスクに適用可能である。また、第１実施形態においても、ステップＳＴ５とステップＳＴ７との間に、露光姿勢時のマスクのパターン位置の誤差が電子線副偏向補正による補正可能な範囲内か否かの処理を設け、誤差が補正可能な範囲内の場合に露光を行ってもよい。さらに、本発明は荷電粒子線としてイオンビームを用いた露光にも適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

第１実施形態に用いられるマスクの平面図である。 図１の露光領域の要部斜視図である。 （ａ）は梁に区画された１つの薄膜の要部斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 第１実施形態における、マスクの作製からマスクを用いた露光までのフローチャートである。 本実施形態に係る露光装置の一例である概略構成図である。 本実施形態に係る露光露光の機能ブロック図である。 パターン位置の測定時と露光時の姿勢での平面度との間の平面度変化を示す図である。 平面度変化により誘起されるパターン変位を示す図である。 本実施形態の効果を説明するための図である。 第２実施形態に用いられるマスクの一例を示す断面図である。 第３実施形態に用いられるマスクの一例を示す断面図である。 第３実施形態における、マスクの作製からマスクを用いた露光までのフローチャートである。 第３実施形態に係る露光装置の機能ブロック図である。 従来技術の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０…露光領域、１１…梁、１１ａ…シリコン基板、１１ｂ…酸化シリコン膜、１２…薄膜、１３…開口パターン、２０…シリコン基板、２１…バッファ層、２２…薄膜、２３…梁、２４…開口パターン、３０…シリコン基板、３１…薄膜、３２…梁、３３…散乱体パターン、３３ａ…クロム膜、３３ｂ…タングステン膜、４０…シリコン基板、４１…薄膜、４２…クロム膜、４３…吸収体パターン、５０…ガラス基板、５１…多層膜、５２…バッファ層、５３…吸収体パターン、１００…露光ビーム照射手段、１０１…電子銃、１０２…コンデンサレンズ、１０３…アパーチャ、１０４ａ，１０４ｂ…主偏向器、１０５ａ，１０５ｂ…副偏向器、１０６…制御手段、１０７…平面度測定手段、１０８…データ処理手段、１０９…ＣＰＵ、１１０…プログラム、１１１…パターン位置算出手段、１１２…補正データ作成手段、１１３…判定手段、２００…露光ビーム照射手段、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…マスク領域、Ｍ…マスク、Ｄ１…第１のデータ

Claims (9)

1. 露光時の姿勢におけるマスクの平面度を測定する平面度測定手段と、
   予め測定された前記マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を入力し、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるパターン位置算出手段と、
   前記パターン位置算出手段により求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するための補正データを作成する補正データ作成手段と、
   前記補正データに基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するように露光ビームを照射する露光ビーム照射手段と
   を有する露光装置。
2. 前記露光ビーム照射手段は、前記露光ビームとして荷電粒子線を用い、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するように前記荷電粒子線を偏向させる
   請求項１記載の露光装置。
3. 露光時の姿勢におけるマスクの平面度を測定する平面度測定手段と、
   予め測定された前記マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を入力し、前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるパターン位置算出手段と、
   前記パターン位置算出手段により求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、露光を行うか否かを判定する判定手段と
   を有する露光装置。
4. マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を測定する工程と、
   露光時の姿勢における前記マスクの平面度を測定する工程と、
   前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求める工程と、
   求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正して露光を行う工程と
   を有する露光方法。
5. 前記露光を行う工程において荷電粒子線を用い、前記荷電粒子線を偏向させることにより被露光体に露光される露光パターンの位置を補正して露光を行う
   請求項４の露光方法。
6. マスクのパターン位置と、前記パターン位置の測定時における平面度を測定する工程と、
   露光時の姿勢における前記マスクの平面度を測定する工程と、
   前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求める工程と、
   求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、露光を行うか否かを判定する工程と
   を有する露光方法。
7. 予め測定されたマスクのパターン位置および前記パターン位置の測定時における平面度に関する第１のデータと、露光時の姿勢における前記マスクの平面度に関する第２のデータを入力するステップと、
   前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるステップと、
   求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、被露光体に露光される露光パターンの位置を補正するための補正データを作成するステップと、をコンピュータに実行させる
   プログラム。
8. 予め測定されたマスクのパターン位置および前記パターン位置の測定時における平面度に関する第１のデータと、露光時の姿勢における前記マスクの平面度に関する第２のデータを入力するステップと、
   前記パターン位置の測定時から前記露光時の姿勢への平面度の変化に起因するパターン変位分だけ前記パターン位置を補正して、露光時の姿勢における前記マスクのパターン位置を求めるステップと、
   求められた前記露光時の姿勢における前記マスクの前記パターン位置に基づいて、露光を行うか否かを判定するステップと、をコンピュータに実行させる
   プログラム。
9. 作製したマスクのパターン位置を測定し、かつ前記パターン位置の測定時における平面度を測定する工程と、
   前記マスクに関する前記パターン位置のデータと、前記平面度に関するデータとを、前記マスクとともに供給する工程と
   を有するマスク精度保証方法。
   

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