JP2005285893A - Original plate inspection method, exposure method and electron beam exposure device - Google Patents

Original plate inspection method, exposure method and electron beam exposure device Download PDF

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JP2005285893A JP2004094429A JP2004094429A JP2005285893A JP 2005285893 A JP2005285893 A JP 2005285893A JP 2004094429 A JP2004094429 A JP 2004094429A JP 2004094429 A JP2004094429 A JP 2004094429A JP 2005285893 A JP2005285893 A JP 2005285893A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an original plate inspection method for precisely correcting deformation of sub-fields on an original plate and reducing overlap errors and stitching errors much more during exposure. <P>SOLUTION: An L-type position detection mark (measuring mark) 55 is formed in a part 53' between the adjacent position detection sub-fields 53 on an Si substrate 50 of a reticle. Three or above marks 55 are placed at the periphery of the sub-field 53. The position of the mark 55 is measured and the position is compared with device pattern design data, and errors of rotation, magnification, perpendicularity and the position at every sub-field 53 are obtained. Since a deformation (distortion) correction value at every sub-field 53 can be obtained by obtaining the errors of rotation, magnification, perpendicularity and the position at every sub-field 53, correction precision can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子線を用いたリソグラフィーに使用される原版(レチクル、マスク)を検査する方法、原版の像を感応基板上でつなぎ合わせること等によりデバイスパターン全体を転写する露光方法、及び、そのような方法が適用される電子線露光装置に関する。   The present invention relates to a method for inspecting an original (reticle, mask) used for lithography using an electron beam, an exposure method for transferring an entire device pattern by joining images of the original on a sensitive substrate, and the like The present invention relates to an electron beam exposure apparatus to which such a method is applied.

近年の半導体リソグラフィー技術においては、高解像化や大露光フィールド化等の要求が高まっている。そして、高解像化の要求に応えるものとして、電子線を用いた露光装置の開発が行われている。分割転写方式の電子線露光においては、転写すべき設計パターンを多数の小パターン領域(サブフィールド)に分割して原版(レチクル)上に形成し、これらサブフィールドごとに電子ビームを透過させて感応基板(ウェハ)上にサブフィールドを一括的に投影露光し、ウェハ上で各サブフィールドの像をつなぎ合わせて設計パターン全体を転写する。   In recent semiconductor lithography technology, demands for higher resolution and larger exposure field are increasing. In response to the demand for higher resolution, development of an exposure apparatus using an electron beam has been performed. In the electron beam exposure of the divided transfer method, the design pattern to be transferred is divided into a large number of small pattern areas (subfields) and formed on an original (reticle), and an electron beam is transmitted through each subfield for sensitivity. Subfields are projected and exposed collectively on a substrate (wafer), and images of the subfields are connected on the wafer to transfer the entire design pattern.

ウェハ上で各サブフィールドの像を高精度につなぎ合わせるためには、レチクルを載置して移動・位置決めするレチクルステージと、ウェハを載置して移動・位置決めするウェハステージと、レチクル上のパターンをウェハ上に投影する投影レンズとは、高精度に位置決めされる必要がある。あるいは、ウェハ上に既に形成されている下層パターンに上層パターンを重ね合わせる際にも、ステージとレンズとの高精度の位置決めが要求される。もしこのようなつなぎ合わせや重ね合わせに誤差が生じると、ウェハ上に転写されるパターンに微小な形状変化が生じ、微細パターン(例えばトランジスタ回路のゲート部等)にとっては極めて大きな欠陥となり得るからである。   In order to connect the images of the subfields on the wafer with high accuracy, a reticle stage on which the reticle is placed and moved / positioned, a wafer stage on which the wafer is placed and moved / positioned, and a pattern on the reticle The projection lens that projects the image onto the wafer needs to be positioned with high accuracy. Alternatively, when the upper layer pattern is superimposed on the lower layer pattern already formed on the wafer, high-precision positioning between the stage and the lens is required. If an error occurs in such joining and overlaying, the pattern transferred onto the wafer will change in shape, which can be a very large defect for a fine pattern (for example, the gate portion of a transistor circuit). is there.

ところで、このような分割転写方式の電子線露光では、原版として、電子ビームを透過する孔が微細加工されたメンブレン又は薄膜と、それを支えるストラットとで構成されるステンシルレチクルが広く用いられつつある。ステンシル膜はシリコンウェハが薄膜状に形成されたものであって、この薄膜上にサブフィールドのパターンが形成される。この種のレチクルは、(1)シリコンウェハの薄膜化→(2)レジストの塗布→(3)描画装置のチャック→(4)パターンエッチング→(5)レジストの剥離等のプロセスで製作されるが、その製作過程でレチクルに歪み等の変形が生じる場合がある。そして、変形したレチクルを用いて露光を行うと、ウェハ上には歪んだパターンが投影されることになり、パターンの重ね合わせ精度やつなぎ合わせ精度の低下を招くという問題が起こり得る。そのため、レチクルの変形を管理することが、精度維持の点で極めて重要となる。   By the way, in such a divided transfer type electron beam exposure, a stencil reticle composed of a membrane or thin film in which a hole for transmitting an electron beam is finely processed and a strut supporting the hole is being widely used as an original. . The stencil film is a silicon wafer formed in a thin film shape, and a subfield pattern is formed on the thin film. This type of reticle is manufactured by a process such as (1) thinning a silicon wafer → (2) applying a resist → (3) a chuck of a drawing apparatus → (4) pattern etching → (5) resist peeling. In the manufacturing process, deformation such as distortion may occur in the reticle. When exposure is performed using a deformed reticle, a distorted pattern is projected on the wafer, which may cause a problem that pattern overlay accuracy and joining accuracy are reduced. Therefore, managing the reticle deformation is extremely important in terms of maintaining accuracy.

そこで、レチクルの変形量を計測し、その計測データに基づいて変形を補正しながら露光することが提案されている。例えば、レチクルのストラットの部分(各薄膜領域の間の部分)に位置計測マークを設けて、座標測定装置等の検査装置で位置計測マークを計測し、その計測データを用いて歪を補正する手法がある(特許文献1等参照)。この手法では、得られた計測データからレチクル全域の各サブフィールドの中心位置誤差を求め、レチクルのアライメント結果と合わせて補正することで、レチクルの変形による重ね合わせ誤差やスティッチング誤差を少なくすることができる。あるいは、サブフィールドの内部の変形量を計測できる場合は、前述した中心位置誤差の補正の他に、投影光学系の倍率・回転・位置等のパラメータを調節して補正することも可能である。   Therefore, it has been proposed to measure the amount of deformation of the reticle and perform exposure while correcting the deformation based on the measurement data. For example, a method of providing a position measurement mark on a strut portion of a reticle (a portion between each thin film region), measuring the position measurement mark with an inspection device such as a coordinate measuring device, and correcting distortion using the measurement data (See Patent Document 1 etc.). In this method, the center position error of each subfield in the entire reticle area is obtained from the obtained measurement data, and corrected in accordance with the alignment result of the reticle, thereby reducing overlay errors and stitching errors due to reticle deformation. Can do. Alternatively, when the amount of deformation inside the subfield can be measured, in addition to the correction of the center position error described above, it is also possible to correct it by adjusting parameters such as the magnification, rotation, and position of the projection optical system.

特開2003−77804号公報JP 2003-77804 A

ところで、レチクルのサブフィールドの内部は通常のパターン領域であるため、全てのサブフィールドに位置計測マークを設けることは不可能である。そこで、レチクル上の非露光領域(露光には直接関与しない部分)に計測専用のサブフィールドを形成し、この計測用サブフィールドを用いてパターン解像性や歪み等を計測し、この歪み量を代表値として全サブフィールドの歪みを補正する手法や、レチクルアライメントから得られる結果を用いてサブフィールドの倍率等を補正する手法も提案されている。
しかしながら、レチクルの変形は等方的ではなく、各サブフィールドの場所によって歪み量が異なる可能性も想定されるため、これらのような手法では充分に変形を補正しきれないことも考えられる。
Incidentally, since the inside of the subfield of the reticle is a normal pattern region, it is impossible to provide position measurement marks in all the subfields. Therefore, a subfield dedicated to measurement is formed in the non-exposure area on the reticle (portion not directly involved in exposure), and pattern resolution and distortion are measured using this subfield for measurement. As a representative value, a method for correcting distortion of all subfields, and a method for correcting the magnification of subfields using a result obtained from reticle alignment have been proposed.
However, the deformation of the reticle is not isotropic, and there is a possibility that the amount of distortion varies depending on the location of each subfield. Therefore, it is conceivable that such a method cannot sufficiently correct the deformation.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、原版上の各サブフィールドの変形を精度よく補正して、露光時の重ね合わせ誤差やスティッチング誤差を一層少なくすることができる原版検査方法を提供することを目的とする。さらに、そのような検査方法が適用される露光方法、電子線露光装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an original inspection that can accurately correct the deformation of each subfield on the original and further reduce overlay errors and stitching errors during exposure. It aims to provide a method. It is another object of the present invention to provide an exposure method and an electron beam exposure apparatus to which such an inspection method is applied.

本発明の原版検査方法は、感応基板上に転写すべきデバイスパターンが複数のサブフィールドに分割して形成された原版を検査する方法であって、 原版の各サブフィールドの周辺に3個以上のマークを設けておき、 該マークの位置を計測し、 該位置とデバイスパターン設計データとを比較して、前記サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を求めることを特徴とする。
この検査方法によれば、サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を求めることで、サブフィールドごとの変形(歪み)補正値を求めることができるので、補正精度を向上することができる。
An original plate inspection method according to the present invention is a method for inspecting an original plate in which a device pattern to be transferred on a sensitive substrate is divided into a plurality of subfields. A mark is provided, the position of the mark is measured, and the position and device pattern design data are compared to obtain rotation, magnification, orthogonality, and position error for each subfield.
According to this inspection method, since the deformation (distortion) correction value for each subfield can be obtained by obtaining the rotation, magnification, orthogonality, and position error for each subfield, the correction accuracy can be improved. it can.

本発明の露光方法は、感応基板上に転写すべきデバイスパターンを、複数のサブフィールドに分割して原版上に形成し、 該サブフィールドごとにエネルギビームで順次照射し、 各サブフィールドの像を前記感応基板上でつなぎ合わせることにより、前記デバイスパターン全体を転写する露光方法であって、 前記原版の各サブフィールドの周辺に3個以上のマークを設けておき、 該マークの位置を計測し、 該位置とデバイスパターン設計データとを比較して、前記サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を求め、 これらの誤差を補正しながら露光、転写を行うことを特徴とする。
この露光方法によれば、サブフィールドごとの変形(歪み)補正値を求めることができ、補正精度を向上することができるので、描画されたパターンの重ね合わせ誤差やスティッチング誤差を一層少なくすることができる。
In the exposure method of the present invention, a device pattern to be transferred onto a sensitive substrate is divided into a plurality of subfields, formed on an original, and sequentially irradiated with an energy beam for each subfield. An exposure method for transferring the entire device pattern by joining on the sensitive substrate, wherein three or more marks are provided around each subfield of the original plate, and the positions of the marks are measured, The position and device pattern design data are compared to determine rotation, magnification, orthogonality, and position errors for each subfield, and exposure and transfer are performed while correcting these errors.
According to this exposure method, a deformation (distortion) correction value for each subfield can be obtained and the correction accuracy can be improved, so that the overlay error and stitching error of the drawn pattern can be further reduced. Can do.

本発明の電子線露光装置は、電子線を発生し加速させる電子線源と、 デバイスパターンが複数のサブフィールドに分割されて形成された原版と、 電子線を前記原版の所望の位置に照明するための光学系と、 前記原版に照射される電子線を制限する照明ビーム制限開口と、 前記原版を保持する原版ステージと、 電子線が前記原版の所望の位置に照射されるように前記原版ステージを移動させる原版ステージ駆動機構と、 前記原版上のデバイスパターンを感応基板上の所望の位置に転写してつなぎ合わせるための光学系と、 前記感応基板を保持する感応基板ステージと、 前記サブフィールドの像が前記感応基板の所望の位置に結像されるように前記感応基板ステージを移動させる感応基板ステージ駆動機構と、を具備し、 前記原版の各サブフィールド周辺に配置された3つ以上のマークの位置の測定及び該位置とデバイスパターン設計データとの比較により求められた、前記サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を補正しながら露光、転写を行うことを特徴とする。   An electron beam exposure apparatus according to the present invention includes an electron beam source that generates and accelerates an electron beam, an original plate formed by dividing a device pattern into a plurality of subfields, and illuminates the electron beam at a desired position on the original plate An optical system for limiting an illumination beam limiting aperture for limiting the electron beam irradiated to the original, an original stage for holding the original, and the original stage so that the electron beam is irradiated to a desired position of the original An optical stage for transferring and joining a device pattern on the original plate to a desired position on a sensitive substrate, a sensitive substrate stage for holding the sensitive substrate, and a sub-field of the subfield A sensitive substrate stage drive mechanism for moving the sensitive substrate stage so that an image is formed at a desired position on the sensitive substrate, and Corrects the rotation, magnification, orthogonality, and position errors for each subfield obtained by measuring the positions of three or more marks arranged around the subfield and comparing the positions with device pattern design data. However, exposure and transfer are performed.

本発明によれば、原版上の各サブフィールドの変形を精度よく補正して、露光時の重ね合わせ誤差やスティッチング誤差を一層少なくすることができる原版検査方法等を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an original inspection method and the like that can accurately correct deformation of each subfield on the original and further reduce overlay errors and stitching errors during exposure.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、分割転写方式の電子線投影露光技術の概要を図面を参照しつつ説明する。
図1は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃1は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃1の下方には2段のコンデンサレンズ2、3が設けられている。電子銃1から放射された電子線は、コンデンサレンズ2、3によって収束され、ブランキング開口7にクロスオーバーC.O.を結像する。
Hereinafter, it demonstrates, referring drawings.
First, the outline of the divided transfer type electron beam projection exposure technique will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an imaging relationship and a control system in the entire optical system of a divided transfer type electron beam projection exposure apparatus.
The electron gun 1 arranged at the uppermost stream of the optical system emits an electron beam downward. Below the electron gun 1, two-stage condenser lenses 2 and 3 are provided. The electron beam emitted from the electron gun 1 is converged by the condenser lenses 2 and 3, and the crossover C.D. O. Is imaged.

二段目のコンデンサレンズ3の下には、矩形開口4が備えられている。この矩形開口(照明ビーム成形開口)4は、レチクル10の一つのサブフィールド(露光の1単位となるパターン小領域)を照明する照明ビームのみを通過させる。この照明ビーム成形開口4の像は、レンズ9によってレチクル10に結像される。照明ビーム成形開口4の下方には、ブランキング偏向器5が配置されている。このブランキング偏向器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。   A rectangular opening 4 is provided below the second-stage condenser lens 3. This rectangular aperture (illumination beam shaping aperture) 4 allows only the illumination beam that illuminates one subfield (pattern small area that becomes one unit of exposure) of the reticle 10 to pass. The image of the illumination beam shaping aperture 4 is formed on the reticle 10 by the lens 9. A blanking deflector 5 is disposed below the illumination beam shaping opening 4. The blanking deflector 5 deflects the illumination beam when necessary and hits the non-opening portion of the blanking opening 7 so that the beam does not hit the reticle 10.

ブランキング開口7の下には、照明ビーム偏向器8が配置されている。この偏向器8は、主に照明ビームを図1の横方向(X方向)に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル10の各サブフィールドの照明を行う。照明ビーム偏向器8の下方には、照明レンズ9が配置されている。この照明レンズ9は、レチクル10上に照明ビーム成形開口4を結像させる。   An illumination beam deflector 8 is disposed below the blanking opening 7. The deflector 8 mainly scans the illumination beam in the horizontal direction (X direction) in FIG. 1 to illuminate each subfield of the reticle 10 in the field of view of the illumination optical system. An illumination lens 9 is disposed below the illumination beam deflector 8. The illumination lens 9 images the illumination beam shaping aperture 4 on the reticle 10.

本実施例のレチクル10は、実際には(図2を参照しつつ後述)光軸垂直面内(X−Y面)に広がっており、多数のサブフィールドを有する。レチクル10上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン(チップパターン)が形成されている。もちろん、複数のレチクルに1個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置することもできる。   The reticle 10 of the present embodiment is actually spread in the optical axis vertical plane (XY plane) (described later with reference to FIG. 2), and has a large number of subfields. A pattern (chip pattern) forming one semiconductor device chip as a whole is formed on the reticle 10. Of course, a pattern forming one semiconductor device chip may be divided and arranged on a plurality of reticles.

レチクル10は、移動・位置決め可能なレチクルステージ11上に載置されている。このレチクルステージ11上でレチクル10を光軸垂直方向(図1中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10上の各サブフィールドを照明することができる。レチクルステージ11には、レーザ干渉計を用いた位置検出器12が付設されており、レチクルステージ11の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。   The reticle 10 is placed on a reticle stage 11 that can be moved and positioned. By moving the reticle 10 on the reticle stage 11 in the direction perpendicular to the optical axis (XY direction in FIG. 1), it is possible to illuminate each subfield on the reticle 10 that extends over a wider range than the field of view of the illumination optical system. The reticle stage 11 is provided with a position detector 12 using a laser interferometer, so that the position of the reticle stage 11 can be accurately grasped in real time.

レチクル10の下方には、投影レンズ15、19、及び偏向器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、偏向器16によってウェハ23上の所定の位置に結像される。ウェハ23上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ23上に転写される。レチクル10とウェハ23の間を縮小率比で内分する点には、クロスオーバーC.O.が形成される。このクロスオーバーC.O.位置には、コントラスト開口18が設けられている。このコントラスト開口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23に到達しないよう遮断する。   Projection lenses 15 and 19 and a deflector 16 are provided below the reticle 10. The electron beam that has passed through one subfield of the reticle 10 is imaged at a predetermined position on the wafer 23 by the projection lenses 15 and 19 and the deflector 16. An appropriate resist is applied on the wafer 23, and an electron beam dose is given to the resist, and the pattern on the reticle is reduced and transferred onto the wafer 23. The point at which the space between the reticle 10 and the wafer 23 is internally divided by the reduction ratio is the crossover C.I. O. Is formed. This crossover C.I. O. A contrast opening 18 is provided at the position. The contrast opening 18 blocks the electron beam scattered by the non-pattern part of the reticle 10 from reaching the wafer 23.

ウェハ23の直上には、反射電子検出器22が配置されている。この反射電子検出器22は、ウェハ23の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えば、レチクル10上のマークパターンを通過したビームでウェハ23上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル10とウェハ23の相対的位置関係を知ることができる。   A backscattered electron detector 22 is disposed immediately above the wafer 23. The reflected electron detector 22 detects the amount of electrons reflected by the exposed surface of the wafer 23 or the mark on the stage. For example, the relative positional relationship between the reticle 10 and the wafer 23 can be known by scanning the mark on the wafer 23 with a beam that has passed through the mark pattern on the reticle 10 and detecting the reflected electrons from the mark at that time. it can.

ウェハ23は、静電チャック(図示されず)を介して、XY方向に移動・位置決め可能なウェハステージ24上に載置されている。前述のレチクルステージ11とこのウェハステージ24とを互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ24にも、前述のレチクルステージ11と同様の位置検出器25が装備されている。   The wafer 23 is placed on a wafer stage 24 that can be moved and positioned in the XY directions via an electrostatic chuck (not shown). By synchronously scanning the reticle stage 11 and the wafer stage 24 in opposite directions, each part in the chip pattern extending beyond the field of view of the projection optical system can be sequentially exposed. The wafer stage 24 is also equipped with a position detector 25 similar to the reticle stage 11 described above.

前記各レンズ2、3、9、15、19及び各偏向器5、8、16は、各々のコイル電源制御部2a、3a、9a、15a、19a及び5a、8a、16aを介してコントローラ(制御部)31につながっている。さらに、レチクルステージ11及びウェハステージ24も、ステージ制御部11a、24aを介して、コントローラ31につながっている。ステージ位置検出器12、25は、アンプやA/D変換器等を含むインターフェース12a、25aを介してコントローラ31に信号を送る。また、反射電子検出器22も同様のインターフェース22aを介してコントローラ31に信号を送る。   The lenses 2, 3, 9, 15, 19 and the deflectors 5, 8, 16 are controlled by a controller (control unit) via the coil power supply control units 2a, 3a, 9a, 15a, 19a and 5a, 8a, 16a. Part) 31. Further, the reticle stage 11 and the wafer stage 24 are also connected to the controller 31 via the stage controllers 11a and 24a. The stage position detectors 12 and 25 send signals to the controller 31 via interfaces 12a and 25a including amplifiers and A / D converters. The backscattered electron detector 22 also sends a signal to the controller 31 via the same interface 22a.

コントローラ31は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器16で補正する。これにより、レチクル10上のサブフィールドの縮小像がウェハ23上の目標位置に正確に転写される。そして、ウェハ23上で各サブフィールド像がつなぎ合わされて、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。   The controller 31 grasps the control error of the stage position and corrects the error by the image position adjusting deflector 16. Thereby, the reduced image of the subfield on the reticle 10 is accurately transferred to the target position on the wafer 23. Then, the subfield images are joined on the wafer 23, and the entire chip pattern on the reticle is transferred onto the wafer.

次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるレチクルの詳細例について、図2を参照しつつ説明する。
図2は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。(A)は全体の平面図であり、(B)は一部の斜視図であり、(C)は一つの小メンブレイン領域の平面図である。
このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
Next, a detailed example of the reticle used in the divided transfer type electron beam projection exposure will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of a reticle for electron beam projection exposure. (A) is a plan view of the whole, (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 performing electron beam drawing / etching on a silicon wafer.

図2(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。図中に多数の正方形41で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレイン領域(厚さ0.1μm〜数μm)である。図2(C)に示すように、小メンブレイン領域41は、中央部のパターン領域(サブフィールド)42と、その周囲の額縁状の非パターン領域(スカート43)とからなる。サブフィールド42は、転写すべきパターンの形成された部分である。スカート43はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレインに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレイン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。   FIG. 2A shows an entire pattern division arrangement state in the reticle 10. A region indicated by a large number of squares 41 in the drawing is a small membrane region (thickness 0.1 μm to several μm) including a pattern region corresponding to one subfield. As shown in FIG. 2C, the small membrane region 41 is composed of a central pattern region (subfield) 42 and a peripheral frame-shaped non-pattern region (skirt 43). The subfield 42 is a portion where a pattern to be transferred is formed. The skirt 43 is a portion where no pattern is formed and hits the edge portion of the illumination beam. As a form of pattern formation, there are a stencil type in which perforations are provided in the membrane and a scattering membrane type in which a pattern layer made of a high scatterer of electron beams is formed on the membrane.

一つのサブフィールド42は、現在検討されているところでは、レチクル上で0.5〜5mm角程度の大きさを有する。投影の縮小率を1/5とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、0.1〜1mm角である。小メンブレイン領域41の周囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分45は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ0.5〜1mm程度の梁である。グリレージ45の幅は、例えば0.1mm程度である。なお、スカート43の幅は、例えば0.05mm程度である。   One subfield 42 currently has a size of about 0.5 to 5 mm square on the reticle. Assuming that the reduction ratio of the projection is 1/5, the size of the projected image obtained by reducing and projecting the subfield onto the wafer is 0.1 to 1 mm square. A portion 45 called an orthogonal lattice-shaped glage around the small membrane region 41 is, for example, a beam having a thickness of about 0.5 to 1 mm for maintaining the mechanical strength of the reticle. The width of the glage 45 is, for example, about 0.1 mm. Note that the width of the skirt 43 is, for example, about 0.05 mm.

図2(A)に示すように、図2の横方向(X方向)に多数の小メンブレイン領域41が並んで一つのグループ(エレクトリカルストライプ44)をなし、そのようなエレクトリカルストライプ44が図2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。なお、一つのエレクトリカルストライプ44内における隣り合うサブフィールド間に、スカートやグリレージのような非パターン領域を設けない方式も検討されている。   As shown in FIG. 2A, a large number of small membrane regions 41 are arranged in the horizontal direction (X direction) in FIG. 2 to form one group (electrical stripe 44). Such an electrical stripe 44 is shown in FIG. One mechanical stripe 49 is formed side by side 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 field of view of the illumination optical system. A method in which a non-pattern region such as a skirt or a gray area is not provided between adjacent subfields in one electrical stripe 44 has been studied.

メカニカルストライプ49は、X方向に並列に複数存在する。隣り合うメカニカルストライプ49の間にストラット47として示されている幅の太い梁は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。ストラット47はグリレージ45と一体である。現在有力と考えられている方式によれば、1つのメカニカルストライプ(以下単にストライプと呼ぶ)49内のX方向のサブフィールド42の列(エレクトリカルストライプ44)は、電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ49内のY方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。   A plurality of mechanical stripes 49 exist in parallel in the X direction. A thick beam shown as a strut 47 between adjacent mechanical stripes 49 is to keep the deflection of the entire reticle small. The strut 47 is integral with the grage 45. According to the method considered to be dominant at present, the columns of the subfields 42 in the X direction (electrical stripes 44) in one mechanical stripe (hereinafter simply referred to as a stripe) 49 are sequentially exposed by electron beam deflection. On the other hand, the columns in the Y direction in the stripes 49 are sequentially exposed by continuous stage scanning.

次に、本発明に係るレチクルの誤差補正方法を、現状の方法と対比しつつ説明する。
図3(A)、(B)は、それぞれ本実施例に係るレチクルの1つのサブフィールド周囲における位置検出用マーク配置例を模式的に示す平面図である。
図4は、現状のレチクルの位置検出用マーク配置例を模式的に示す平面図である。
本方法で用いるレチクルのSi基板50は円形であって、2つの長方形状のパターン領域51が形成されているものである。各パターン領域51は、サブフィールドを含む多数の小メンブレイン領域53が縦横に配列されてなる。なお、小メンブレイン領域のことをサブフィールドともいう。Si基板50の径は一例で200mmであり、各パターン領域51の寸法は一例で縦132.57mm×横54.43mmである。
Next, the reticle error correction method according to the present invention will be described in comparison with the current method.
FIGS. 3A and 3B are plan views schematically showing an example of position detection mark arrangement around one subfield of the reticle according to the present embodiment.
FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of the present reticle position detection mark arrangement.
The reticle Si substrate 50 used in this method is circular and has two rectangular pattern regions 51 formed thereon. Each pattern region 51 includes a large number of small membrane regions 53 including subfields arranged vertically and horizontally. The small membrane region is also referred to as a subfield. The diameter of the Si substrate 50 is 200 mm as an example, and the dimension of each pattern region 51 is 132.57 mm in length × 54.43 mm in width as an example.

パターン領域51において、最外周の各サブフィールド(位置検出用サブフィールド)53aは、位置検出用マークの専用領域として形成されている。位置検出用サブフィールド53aは、デバイス形成用のパターンを有せず、アライメントマーク(図示されず)のみが形成されている。アライメントマークの位置は、露光装置内で、電子線を用いて検出される。一方、位置検出用サブフィールド53aを除く内側のサブフィールド53bは、通常のデバイス形成用のパターンを有する。   In the pattern region 51, each outermost subfield (position detection subfield) 53a is formed as a dedicated region for position detection marks. The position detection subfield 53a does not have a pattern for device formation, and only an alignment mark (not shown) is formed. The position of the alignment mark is detected using an electron beam in the exposure apparatus. On the other hand, the inner subfield 53b excluding the position detection subfield 53a has a normal pattern for device formation.

図4の下側に拡大して示すように、隣り合う位置検出用サブフィールド53の間の部分53′には、別の位置検出用マーク(計測用マーク)55が形成されている。この計測用マーク55は、L字形をしており、Si基板50の表面にCrやTa等を蒸着することにより形成されている。計測用マーク55の位置は、検査装置(例えばニコン社製の光波干渉式座標測定機6i型等)を使用して露光装置外で検出される。なお、図示はしないが、Si基板50の中心にも原点を規定するための計測用マークが形成されている。   As shown on the lower side in FIG. 4, another position detection mark (measurement mark) 55 is formed in a portion 53 ′ between adjacent position detection subfields 53. The measurement mark 55 has an L shape and is formed by vapor-depositing Cr, Ta or the like on the surface of the Si substrate 50. The position of the measurement mark 55 is detected outside the exposure apparatus using an inspection apparatus (for example, a light wave interference type coordinate measuring machine 6i type manufactured by Nikon Corporation). Although not shown, a measurement mark for defining the origin is also formed at the center of the Si substrate 50.

位置検出用サブフィールド53aの中心(Pn、Qn)(但しn=Nsf−1、Nsfは露光されるサブフィールドの数)は、左右の計測用マーク55で計測される座標(xm、ym)、(xm+1、ym+1)(但しm=N−1、Nは計測マークの総数)の中点(Pn=(xm+xm+1)/2、Qn=(ym+ym+1)/2)で与えられる。この座標の原点は、前述したSi基板50の中心に形成された計測用マーク(図示されず)である。 The center (P n , Q n ) (where n = N sf −1, N sf is the number of subfields to be exposed) of the position detection subfield 53a is the coordinate (x m , y m ), (x m + 1 , y m + 1 ) (where m = N−1, N is the total number of measurement marks) (P n = (x m + x m + 1 ) / 2, Q n = (y m + y m + 1 ) / 2). The origin of this coordinate is a measurement mark (not shown) formed at the center of the Si substrate 50 described above.

現状のレチクル誤差補正方法では、Si基板50の回転誤差、直交度誤差、倍率誤差に伴って生じるサブフィールドの歪みを補正するため、計測されたマーク位置(xm、ym)と歪みのない理想的なマーク位置(Xm、Ym)から、これらの誤差を次式(1)の変換式で表し、さらに最小二乗法を用いて次式(2)により線形歪み成分を算出している:

Figure 2005285893
ただし、「数1」において、Sx、Syは縦・横方向の倍率誤差のパラメータであり、θ、ωはそれぞれサブフィールド配列の回転、直交度誤差のパラメータであり、Ox、Oyはサブフィールド中心位置のずれのパラメータである。 In the current reticle error correction method, the distortion of the subfield caused by the rotation error, the orthogonality error, and the magnification error of the Si substrate 50 is corrected. Therefore, the measured mark position (x m , y m ) and the distortion are not present. From the ideal mark position (X m , Y m ), these errors are expressed by the following equation (1), and the linear distortion component is calculated by the following equation (2) using the least square method. :
Figure 2005285893
In “Equation 1”, S x and S y are parameters of magnification error in the vertical and horizontal directions, θ and ω are parameters of rotation and orthogonality error of the subfield arrangement, respectively, and O x , O y. Is a parameter of the deviation of the center position of the subfield.

前記「数1」を用いる現状の方法は、近接する複数のサブフィールドの中でほぼ等しい向き・大きさを有する線形歪み成分と、各点ごとに向き・大きさの異なる非線形歪み成分(誤差量(設計データからのずれ)から線形歪み成分を差し引いた量)と、レチクルアライメントで得られたレチクルの歪み量データとから各サブフィールドの位置を算出し、露光時に補正を行うものである。しかし、この方法では、サブフィールドのつなぎ精度や重ね合わせ精度を充分に確保できないことも考えられるため、本実施例では、以下に述べるような補正を行う。   The current method using the “Expression 1” is that a linear distortion component having substantially the same direction / size among a plurality of adjacent subfields and a non-linear distortion component (error amount) having a different direction / size for each point. The position of each subfield is calculated from (the amount obtained by subtracting the linear distortion component from the deviation from the design data) and the reticle distortion data obtained by reticle alignment, and correction is performed during exposure. However, in this method, it may be considered that the subfield joining accuracy and the overlay accuracy cannot be sufficiently ensured. Therefore, in this embodiment, the following correction is performed.

図3は、本実施例に係るレチクルの位置検出用マーク配置例を模式的に示す平面図である。(A)は位置検出用マークを各サブフィールド周りに4つ配置した例を示す図であり、(B)は位置検出用マークを各サブフィールド周りに6つ配置した例を示す図である。
図3(B)に示すような、6つのL型マーク(位置検出用マーク)を配置した場合は、3箇所のL型マークをX、Y方向に計測することで6つの測定データを得ることができる。この場合、(uj、vj)(但しj=1、2、3)を各L型マークの計測された位置座標とし、(Uj、Vj)(但しj=1、2、3)を各L型マークの理想位置座標とすると、次の各式によりn番目のサブフィールドの回転θn、倍率Sxn、Syn、直交度ωn、位置誤差Oxn、Oynを得ることができる(但し、測定値、理想値ともサフィックスnを省略してある):
θn=(v3−v1)/(u3−u1
ωn=(u2−u1)/(v2−v1)−θn
Sxn=(u3−u1)/(U3−U1)−1
Syn=(v2−v1)/(V2−V1)−1
Oxn=(u3+u1)/2−(U3+U1)/2
Oyn=(v1+v2)/2−(V1+V2)/2
FIG. 3 is a plan view schematically showing an example of the position detection mark arrangement of the reticle according to the present embodiment. (A) is a diagram showing an example in which four position detection marks are arranged around each subfield, and (B) is a diagram showing an example in which six position detection marks are arranged around each subfield.
When six L-shaped marks (position detection marks) as shown in FIG. 3B are arranged, six measurement data are obtained by measuring three L-shaped marks in the X and Y directions. Can do. In this case, (u j , v j ) (where j = 1, 2, 3) is the measured position coordinates of each L-shaped mark, and (U j , V j ) (where j = 1, 2, 3). When the the ideal position coordinates of each L-shaped marks, the rotational theta n of n-th sub-field by the following respective formulas, magnification Sx n, Sy n, perpendicularity omega n, the position error Ox n, be obtained Oy n Yes (however, the suffix n is omitted for both measured and ideal values):
θ n = (v 3 −v 1 ) / (u 3 −u 1 )
ω n = (u 2 −u 1 ) / (v 2 −v 1 ) −θ n
Sx n = (u 3 −u 1 ) / (U 3 −U 1 ) −1
Sy n = (v 2 -v 1 ) / (V 2 -V 1) -1
Ox n = (u 3 + u 1 ) / 2− (U 3 + U 1 ) / 2
Oy n = (v 1 + v 2 ) / 2− (V 1 + V 2 ) / 2

あるいは、前述と同様に、J個(J>3:図3(A)ではJ=4、図3(B)ではJ=6)の位置検出用マークを用いて線形誤差成分を算出することもできる(Jは1つのサブフィールド当たりのL型マーク数)。この場合は、計測されたマーク位置(um、vm)と歪みのない理想的なマーク位置(Um、Vm)から、これらの誤差を次式(3)の変換式で表し、さらに最小二乗法を用いて次式(4)により線形歪み成分を算出する:

Figure 2005285893
そして、得られた線形誤差成分を電子光学系にてサブフィールドごとに補正して、ウェハ上に露光する。 Alternatively, as described above, linear error components may be calculated using J position detection marks (J> 3: J = 4 in FIG. 3A and J = 6 in FIG. 3B). Yes (J is the number of L-shaped marks per subfield). In this case, from the measured mark position (u m , v m ) and the ideal mark position (U m , V m ) without distortion, these errors are expressed by the following equation (3), The linear distortion component is calculated by the following equation (4) using the least square method:
Figure 2005285893
Then, the obtained linear error component is corrected for each subfield by the electron optical system and exposed on the wafer.

これらの方法によれば、サブフィールドごとの変形(歪み)補正値を求めることができ、補正精度を向上することができるので、描画されたパターンの重ね合わせ誤差やスティッチング誤差を一層少なくすることができる。   According to these methods, the deformation (distortion) correction value for each subfield can be obtained and the correction accuracy can be improved, so that the overlay error and stitching error of the drawn pattern can be further reduced. Can do.

分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline of the imaging relationship in the whole optical system of the electron beam projection exposure apparatus of a division | segmentation transfer system, and a control system. 電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。(A)は全体の平面図であり、(B)は一部の斜視図であり、(C)は一つの小メンブレイン領域の平面図である。It is a figure which shows typically the structural example of the 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. それぞれ本実施例に係るレチクルの1つのサブフィールド周囲における位置検出用マーク配置例を模式的に示す平面図である。FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of position detection mark arrangement around one subfield of the reticle according to the embodiment. 現状のレチクルの位置検出用マーク配置例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of the mark arrangement | positioning for position detection of the present reticle.

符号の説明Explanation of symbols

1 電子銃 2、3 コンデンサレンズ
4 矩形開口(照明ビーム成形開口) 5、8、16 偏向器
7 ブランキング開口 9 レンズ
10 レチクル 11 レチクルステージ
15、19 投影レンズ 18 コントラスト開口
23 ウェハ 24 ウェハステージ
31 コントローラ(制御部) 50 Si基板
51 パターン領域 53 小メンブレイン領域
53a 位置検出用サブフィールド
55 位置検出用マーク(計測用マーク)


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2, 3 Condenser lens 4 Rectangular opening (illumination beam shaping opening) 5, 8, 16 Deflector 7 Blanking opening 9 Lens 10 Reticle 11 Reticle stage 15, 19 Projection lens 18 Contrast opening 23 Wafer 24 Wafer stage 31 Controller (Control unit) 50 Si substrate 51 Pattern region 53 Small membrane region 53a Subfield for position detection 55 Position detection mark (measurement mark)


Claims (3)

感応基板上に転写すべきデバイスパターンが複数のサブフィールドに分割して形成された原版を検査する方法であって、
原版の各サブフィールドの周辺に3個以上のマークを設けておき、
該マークの位置を計測し、
該位置とデバイスパターン設計データとを比較して、前記サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を求めることを特徴とする原版検査方法。
A method for inspecting an original plate formed by dividing a device pattern to be transferred onto a sensitive substrate into a plurality of subfields,
Three or more marks are set around each subfield of the original,
Measure the position of the mark,
An original plate inspection method, wherein the position and device pattern design data are compared to determine rotation, magnification, orthogonality, and position error for each subfield.
感応基板上に転写すべきデバイスパターンを、複数のサブフィールドに分割して原版上に形成し、
該サブフィールドごとにエネルギビームで順次照射し、
各サブフィールドの像を前記感応基板上でつなぎ合わせることにより、前記デバイスパターン全体を転写する露光方法であって、
前記原版の各サブフィールドの周辺に3個以上のマークを設けておき、
該マークの位置を計測し、
該位置とデバイスパターン設計データとを比較して、前記サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を求め、
これらの誤差を補正しながら露光、転写を行うことを特徴とする露光方法。
The device pattern to be transferred onto the sensitive substrate is divided into a plurality of subfields and formed on the original plate.
Sequential irradiation with an energy beam for each subfield,
An exposure method for transferring the entire device pattern by joining the images of the subfields on the sensitive substrate,
Three or more marks are provided around each subfield of the original plate,
Measure the position of the mark,
Compare the position and device pattern design data, find the rotation, magnification, orthogonality, position error for each subfield,
An exposure method comprising performing exposure and transfer while correcting these errors.
電子線を発生し加速させる電子線源と、
デバイスパターンが複数のサブフィールドに分割されて形成された原版と、
電子線を前記原版の所望の位置に照明するための光学系と、
前記原版に照射される電子線を制限する照明ビーム制限開口と、
前記原版を保持する原版ステージと、
電子線が前記原版の所望の位置に照射されるように前記原版ステージを移動させる原版ステージ駆動機構と、
前記原版上のデバイスパターンを感応基板上の所望の位置に転写してつなぎ合わせるための光学系と、
前記感応基板を保持する感応基板ステージと、
前記サブフィールドの像が前記感応基板の所望の位置に結像されるように前記感応基板ステージを移動させる感応基板ステージ駆動機構と、
を具備し、
前記原版の各サブフィールド周辺に配置された3つ以上のマークの位置の測定及び該位置とデバイスパターン設計データとの比較により求められた、前記サブフィールドごとの回転、倍率、直交度、位置の誤差を補正しながら露光、転写を行うことを特徴とする電子線露光装置。


An electron beam source for generating and accelerating an electron beam;
An original plate formed by dividing a device pattern into a plurality of subfields;
An optical system for illuminating an electron beam at a desired position on the original;
An illumination beam limiting aperture for limiting the electron beam applied to the original;
An original stage holding the original, and
An original stage drive mechanism that moves the original stage so that an electron beam is irradiated to a desired position of the original;
An optical system for transferring and joining the device pattern on the original plate to a desired position on the sensitive substrate;
A sensitive substrate stage for holding the sensitive substrate;
A sensitive substrate stage driving mechanism for moving the sensitive substrate stage so that the image of the subfield is formed at a desired position of the sensitive substrate;
Comprising
The rotation, magnification, orthogonality, and position of each subfield obtained by measuring the positions of three or more marks arranged around each subfield of the original plate and comparing the positions with device pattern design data. An electron beam exposure apparatus that performs exposure and transfer while correcting an error.


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