JP2005228861A - 回路パターン製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空室の質量増加を回避し、大気圧変動による測長誤差を低減し、高精度な描画（露光）が可能な回路パターン製造装置の提供。
【解決手段】真空または減圧雰囲気を維持する真空室３と、該真空室中で試料を移動させるステージ４と、電子光学系，投影光学系または反射光学系と、試料位置の測長系と、制御部７を有し、大気圧センサ５を備え、該センサ６により測定した測定値と前記制御部に予め記憶させた気圧補正データを基に、試料位置の情報を補正する補正手段を備えた回路パターン製造装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路パターンの製造装置に係り、特に、その気圧変動による試料位置の補正を行う回路パターンの製造装置に関する。

近年、ＬＳＩやＤＲＡＭに代表される半導体チップに形成される回路パターンの線幅は、ますます狭くなってきており、要求される精度も厳しくなっている。

回路パターンを形成するウエハ、マスク（レチクルとも呼ぶ）などを製造または検査する装置において、これら試料に荷電粒子線または縮小Ｘ線（ＥＵＶ）を照射して、回路パターンの製造または検査が行われている。このとき、荷電粒子線、中でも電子線は真空中で使用されることが必須である。

また、ステッパおよびスキャナと呼ばれる縮小投影露光装置の光源は、回路パターンの微細化に伴い、エキシマレーザより波長の短いＸ線、縮小Ｘ線の使用が検討されており、この縮小Ｘ線も真空中または減圧雰囲気中での使用が必須である。

従来の大気中で使用する縮小投影露光装置においては、大気圧の変動により投影光学系の像面湾曲が変化し、安定した結像面を得ることが難しい。これに対しては、大気圧の変動を測定し、予め記憶された気圧と像面湾曲の関係を表す情報を基に、ステージの高さを駆動して最適な結像面を得る方法が特開平７−２１１６１２号公報に開示されている。真空中または減圧雰囲気中では、上記のような大気圧変動による像面湾曲の変動は小さくなり、従来の大気圧中の露光装置に比べると有利と云える。

以下に、電子線を用いて試料に回路パターンを描画する電子線描画装置の一例について説明する。

電子線描画装置は、超高真空の環境において電子線を発生，走査することで、半導体基板上またはステッパ等の露光装置に用いられるマスクと呼ばれるガラス基板上に、ＬＳＩパターンを形成する装置である。

図１２は、従来の電子線描画装置の構成を示す側面図である。カラム１内の電子銃１Ａで発せられた電子線２は、ブランキング，投影レンズ等（いずれも図示省略）の電子光学系を通過し、電子線の偏向を行う偏向器１Ｂによって、試料面上で所望の位置になるよう偏向され、真空室３内のステージ４に載置された試料１０に照射される。

ステージ４の構成部品であるトップテーブル３０は試料保持手段３１とミラー２０を備え、試料位置はミラー２０をレーザ測長することで管理される。レーザは大気中では、空気の揺らぎや大気圧の変化に影響を受け易いため、真空中に干渉計２１を配置している。

真空室３は除振台６上に載置され、外部からの振動絶縁を行っている。ここで、真空室３およびカラム１内は真空ポンプ４０により排気され、電子線経路は高真空度が維持されている。

レーザ測長で得られた試料位置の情報は制御部７に取り込まれ、目標値に近づくようステージサーボ回路部８にフィードバックされる。一方、試料位置の情報を基に偏向器１Ｂの制御を行う偏向回路部９に対し指令値が与えられ、電子線２は偏向されて、試料上の所望の位置に照射される。

特開平７−２１１６１２号公報

回路パターンの微細化に伴い、要求されるパターンの位置精度は年々厳しくなっている。既述のように、電子線描画装置に代表される真空室を備えた装置において、大気圧の変動は位置精度を低下させる１つの要因となっている。

図１３は、真空室３が真空状態であるとき、大気圧によって真空室３が変形している様子を示す模式断面図である。なお、真空室３内の圧力は、大気圧に比べて非常に低い（例えば、大気圧の１／１０^５〜１／１０^９）ため、仮に、内部の圧力が変動しても変動量自体は小さいので無視することができる。真空室３に取付けられている干渉計２１は、真空室の変形により変位（ΔＸ１）する。

また、カラム１についても、真空ポンプ４０との間にベローズ４２のような弾性体が介在している場合、見掛け上、ベローズの断面積に比例した圧縮力が加わり、変形（倒れ込み）が生ずる。この時、電子光学系の中心軸が変化するため、試料面上でΔＸ２の変位が生ずる。

大気圧が一定の場合、真空引きされた後のΔＸ１およびΔＸ２は変化しないため、装置のパラメータ（例えば試料の原点位置）を校正すれば、安定した描画精度を得られる。しかし、大気圧が変動した場合、両者は変化し、干渉計２１と電子光学系の中心軸との距離が変化することで測長誤差が生じ、位置精度が劣化する。

大気圧は、通常１〜２Ｈｚ／日程度の大きな周期で変動するが、台風などの低気圧によっては急激に変動するため、気圧制御機能が付加された設備内に設置されない限り、装置は気圧変動の影響を受けてしまう。

ここで、上記の問題に対しては、以下のような対策案が考えられる。

（１） 真空室の剛性を向上する。

（２） 干渉計のリファレンス光をカラムまたはカラム近傍に取付けたリファレンスミラーに照射する。

しかし、（１）については、真空室の質量増加に伴うマウントへの負荷増加は避けられず、装置自体が大型化し製作コストは増加する。また、（２）については、カラムを基準とした試料位置の計測手段としては有効であるが、光軸調整が複雑になり、作業時間が増加し、組立てコストが増加する。

本発明の目的は、装置のコスト増加を抑えて、大気圧変動による測長誤差を低減し、高精度な描画（露光）が可能な回路パターン製造装置の提供にある。

前記目的を達成する本発明の要旨は次のとおりである。

真空または減圧雰囲気を維持する真空室と、該真空室中で試料を移動させるステージと、電子光学系，投影光学系または反射光学系と、試料位置の測長系と、制御部を有する回路パターン製造装置であって、
大気圧センサを備え、該大気圧センサの測定値と前記制御部に予め記憶させた気圧補正データに基づき、前記試料位置の情報を補正する補正手段を備えたことを特徴とする回路パターン製造装置にある。

補正された試料位置の情報をステージサーボ回路部，電子光学系の偏向回路部、または、ステージサーボ回路部と電子光学系の偏向回路部の両方に伝達する。

前記気圧補正データは、１次関数，多項式関数，スプライン関数，テーブル形式の何れか含む形態にする。

前記試料位置の補正値の更新頻度は、逐次，指定時間毎，指定面積毎，試料交換毎および指定気圧毎の何れかで行う。

前記気圧補正データは、気圧の異なる複数の環境下で、気圧を測定しつつ、露光（描画）または基準マークの検出を実施し、得られた描画誤差またはマーク検出誤差と、大気圧センサにより測定された測定値を基に作成する。

また、気圧をパラメータとし、干渉計と、電子光学系の光軸中心，投影光学系の光学中心または反射光学系の光軸中心との距離を測定対象物としたシミュレーションを基に、前記気圧補正データを作成する。

本発明によれば、真空室の質量増加を回避しつつ、大気圧の変動による測長誤差を低減し、高精度な描画（露光）が可能である。

また、その他の効果としては、装置の質量を低減できることにより、設置床の必要強度は小さくなり、装置ユーザの負担が小さくなる。

更には、装置ユーザの設置環境において、厳しい気圧管理が不要となる。例えば、装置の搬入／搬出等で外気が流出入し、気圧変動が生ずる状況においても、精度良く描画（露光）が可能である為、歩留まりの低下が回避できる。

始めに本発明の回路パターン製造装置の構成の一例を図により説明する。図１は、本発明の回路パターン製造装置の一例を示す側面図で、試料１０を載置するステージ４は真空室３内に内包され、偏向器１Ｂを有するカラム１を支持する。

また、真空室３の内壁に干渉計２１が取付けられ、トップテーブル３０上に設けたミラー２０の位置を計測する。

計測された位置情報は、制御部７に取込まれ、目標値に近づくようステージサーボ回路部８によって、フィードバック制御される。一方、試料位置の情報を基に偏向器１Ｂの制御を行う偏向回路部９に対し指令値が与えられ、電子線２は偏向されて、試料上の所望の位置に照射される。

更に、大気中に配置された大気圧センサ５によって、時々刻々と変化する大気圧が計測され、制御部７に取込まれる。取込まれた大気圧を基に、前述した大気圧変動による測長誤差を推定し、本測長誤差を加味した試料位置情報を生成して、各回路部へ伝達することで、高精度の描画が可能となる。

このように、試料位置の情報を、別の情報（例えば大気圧の値）に関連付けて修正する手段のことを補正手段とする。ここで、大気圧変動と測長誤差との関係を気圧補正データとして、予め制御部７に記憶させる必要がある。本気圧補正データについて、以下詳細に述べる。

大気側の気圧は、大気圧センサ５により大気圧の変化がモニタされる。気圧補正データの作成方法については図１０を参照し説明する。始めに、大気圧の変化に伴う測長誤差を実験、あるいは、シミュレーションによってデータ化し、気圧補正データとして、制御部７に記憶させる必要がある。

実験による測長誤差のデータ化については、大気圧センサ５により大気圧を測定しながら気圧の異なる環境（例えば、異なる時間帯、場所、圧力チャンバ内）で描画、または、試料やトップテーブル上に形成された基準マーク（図示省略）のマーク検出等を行う。これにより得られた描画誤差、または、マーク検出誤差を基に、気圧と測長誤差の関係を関連付ける。

図２，図３は、気圧と測長誤差、および、気圧と描画誤差の関係を示す概念図である。

一般に、装置パラメータの校正（例えば、電子線の校正）を行った時の気圧を基準気圧Ｐ０とすると、気圧に起因する測長誤差の挙動ｆ(Ｐ)は、図２に示すように、Ｐ０を測長誤差０として気圧変動に伴い変化する。

一方、気圧と描画誤差（絶対値）の関係は、図３に示すような関係となる。装置パラメータを校正した基準気圧Ｐ０では描画誤差ΔＥとなっているが、ΔＥは気圧変動を除く他の誤差要因から発生しており、オフセット値である。この描画誤差から、オフセット値ΔＥを除去し、描画結果のずれ方向から、図２に示す測長誤差の正負を決定する。その後、決定した測長誤差の関係式ｆ(Ｐ)に基づき、気圧補正データを作成し、制御部に記憶させる。例えば、
〔数１〕
Ｘ＝ｘ＋ｆ(Ｐ) …（１）
〔但し、Ｘ：補正された試料位置，ｘ：レーザ測長された試料位置，ｆ(Ｐ)：気圧と測長誤差の関係式〕
ここで、再度、気圧補正データを利用して描画またはマーク検出を行い、得られた情報を基に気圧補正データのチューニングを実施する。

一方、シミュレーションによる測長誤差のデータ化については、有限要素法による静解析により、容易に気圧と測長誤差の関係が求められる。

例えば、大気圧を荷重としてパラメータ化し、その時の電子光学系の中心と干渉計の距離変動を測定対象とすればよい。その後は実験での手法と同様に、決定した測長誤差に基づき、気圧補正データを作成し、この気圧補正データを利用して再度描画またはマーク検出を行い、気圧補正データのチューニングを実施する。

上記の手法により得られる気圧補正データは、以下に示す形式を含む形態で、制御部に記憶することが考えられる。

（ａ） 一次関数 （図４参照）
（ｂ） 多項式関数 （図５参照）
（ｃ） スプライン関数 （図６参照）
（ｄ） テーブル形式 （図７参照）
これらは、気圧変動と測長誤差の関係を表記する時に決定される。即ち、実験、またはシミュレーションから得られた結果を、どのような形式で関係を表記するかのフィッティング段階で選択される。

例えば、気圧変動と測長誤差がほぼ比例している時には一次関数で十分であるが、気圧変動に伴う測長誤差の変化が複雑であれば多項式関数、あるいは、スプライン関数などがフィッティングに有効となる。

また、許容される気圧変動の量が既知であれば、その変動量毎に補正値を持つテーブル形式としても表記可能である。

これらの気圧変動と測長誤差の関係式ｆ(Ｐ)を、レーザ測長された試料位置に加算（または減算）すれば、補正された試料位置が算出〔前記式（１）参照〕できる。

本方法で作成された気圧補正データは、上記（ａ）〜（ｄ）の形式を含む形態となり、制御部に記憶される。

上記の補正データの作成方法は、装置のメーカ側での調整時に実施する内容であり、ユーザ側での装置立上げ時においては、補正データの修正を実施する必要がある。

図１１は、ユーザ側で装置を立上げた時に、気圧補正データの修正過程を示したフロー図である。ユーザ側での装置立上げ時に装置パラメータの校正を再度行う場合、装置の設置環境における気圧を測定し、基準気圧Ｐ１とする。

装置パラメータの校正後、メーカ側での立上げ時に定めた基準気圧Ｐ０と、ユーザ側での立上げ時に定めた基準気圧Ｐ１の差が、許容範囲内（許容される測長誤差を基準とする）であった場合、気圧補正データの検証（描画またはマーク検出）を実施する。

一方、許容範囲外であった場合、図８の補正データの修正方法に示すように、Ｐ１−Ｐ０分だけ、気圧補正データのプロファイルをシフトさせて、Ｐ１の時に測長誤差０になるよう修正する。その後、気圧補正データの検証（描画またはマーク検出）を実施し、気圧補正データの微調整を行う。

以上述べたことは、装置パラメータの校正毎に行うことが理想的であるが、レーザ測長系に無関係な装置パラメータの修正時などは、その限りではない。

補正データの処理方法については、以下に示す３つの方式が考えられる。

（ａ） 試料位置の情報に、気圧補正データを与えて、ステージサーボ回路部８に伝達し、ステージ４の位置決めで気圧変動による測長誤差を補正する。

（ｂ） 試料位置の情報に、気圧補正データを与えて、偏向回路部９に伝達し、偏向器１Ｂによる電子線２の位置決めで気圧変動による測長誤差を補正する。

（ｃ） 試料位置の情報に、気圧補正データを与えて、ステージサーボ回路部８に伝達すると共に、偏向回路部９に対しても伝達し、ステージ４の位置決めおよび偏向器１Ｂによる電子線２の位置決めの両者で、気圧変動による測長誤差を補正する。

ここで、前記（ａ）の方式については、試料に対する露光の位置決めをステージのみで行うステッパ，スキャナ等に有効である。

一方、前記（ｂ）および（ｃ）の方式については、ビームによる位置決めが可能な装置に有効である。但し、（ｃ）の方法については、ステージ４と偏向器１Ｂに振分ける補正量を演算する必要が有り、その振分け方法については、補正量と偏向範囲の関係などが挙げられる。

例えば、図９の偏向範囲と補正量の関係を示すように、（ｂ）の方法で補正を実施している場合、補正量が大き過ぎると補正のための偏向量によって、描画時に使用する有効偏向範囲が規制されることになる。なお、ここでは有効偏向範囲は、補正量からの中心振分けによって規定される条件が付加されている。

そこで、ある補正量までをステージに振分け、残りを偏向器で処理すると云った手法が有効となる。なお、上記で述べた補正量の振分け方法は一例であり、他にも装置の仕様，制御方法により様々であり、この限りではない。
以上述べたように、補正された試料位置情報を、ステージサーボ回路部８や、偏向回路部９に取込むことを取込手段とする。

また、気圧センサ５の測定値を基に行う補正値の更新頻度については、下記（１）〜（５）が考えられる。

（１） 逐次補正
（２） 指定時間毎補正
（３） 指定面積毎補正
（４） 試料交換毎補正
（５） 指定気圧毎補正
上記（１）で述べている逐次とは、制御部の演算サイクルで決まる時間間隔であり、急激な気圧変動に対しても、精度の良い補正が可能となる。（２）の指定時間毎とは、任意で定める時間間隔であり、例えば１０分間毎，１時間毎など定義できる。（３）の指定面積毎とは、試料に形成するパターンの面積を示しており、例えば、数チップ毎，数ストライプ毎と定義できる。（４）については、１回の試料交換毎に限らず、複数回の試料交換毎も含める。そして、（５）については、測定される気圧が指定した気圧範囲を超えた場合、補正値の更新を実施するもので、許容される測長誤差に基づき前記気圧の範囲を指定する。例えば、気圧変動１Ｐａ毎，１０Ｐａ毎と定義できる。

以上、述べたような試料位置の補正を更新する手段を更新手段とする。

これまで述べてきた実施例では、電子線描画装置を例に説明してきたが、真空中または減圧雰囲気中で露光を行うステッパまたはスキャナにおいても、同様の効果が期待できる。

本発明の回路パターン製造装置の一例の側面図である。 気圧と測長誤差の関係を示す概念図である。 気圧と描画誤差の関係を示す概念図である。 一次関数を用いたフィッティングの概念図である。 多項式関数を用いたフィッティングの概念図である。 スプライン関数を用いたフィッティングの概念図である。 テーブル形式の表記方法を示す概念図である。 補正データの修正方法を示す概念図である。 偏向範囲と補正量の関係を示す説明図である。 補正データの製作過程を示すフロー図である。 補正データの修正過程を示すフロー図である。 従来の電子線描画装置の構成を示す側面図である。 従来の電子線描画装置の大気圧による真空室の変形を示す模式断面図である。

符号の説明

１…カラム、１Ａ…電子銃、１Ｂ…偏向器、２…電子線、３…真空室、４…ステージ、５…大気圧センサ、６…除振台、７…制御部、８…ステージサーボ回路部、９…偏向回路部、１０…試料、２０…ミラー、２１…干渉計、３０…トップテーブル、３１…試料保持機構、４０…真空ポンプ、４１…真空ポンプ用架台、４２…ベローズ。

Claims (6)

1. 真空または減圧雰囲気を維持する真空室と、該真空室中で試料を移動させるステージと、電子光学系，投影光学系または反射光学系と、試料位置の測長系と、制御部を有する回路パターン製造装置であって、
   大気圧センサを備え、該大気圧センサの測定値と前記制御部に予め記憶させた気圧補正データに基づき、前記試料位置の情報を補正する補正手段を備えたことを特徴とする回路パターン製造装置。
2. 補正された試料位置の情報を、ステージサーボ回路部、または／および、電子光学系の偏向回路部に取込む取込手段を備えている請求項１に記載の回路パターン製造装置。
3. 気圧補正データが、１次関数，多項式関数，スプライン関数，テーブル形式の何れかを含む形態である請求項１に記載の回路パターン製造装置。
4. 前記試料位置値の更新頻度は、逐次，指定時間毎，指定面積毎，試料交換毎および指定気圧毎の何れかで行う更新手段を備えた請求項１に記載の回路パターン製造装置。
5. 大気圧の異なる複数の環境下で、大気圧を測定しながら露光（描画）または基準マークを検出し、得られた描画誤差またはマーク検出誤差と、気圧センサにより測定された測定値を基に、前記気圧補正データを作成する請求項１に記載の回路パターン製造装置。
6. 気圧をパラメータとし、干渉計と、電子光学系の光軸中心，投影光学系の光軸中心または反射光学系の光軸中心との距離を測定対象物としたシミュレーションを基に、前記気圧補正データを作成する請求項１に記載の回路パターン製造装置。
   

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