JP2006203066A - 荷電粒子線露光装置の制御方法及び荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 正確な露光転写を行うことを可能にする荷電粒子線露光装置の制御方法を提供する。
【解決手段】 干渉計４は、反射鏡３までの距離を測定する。干渉計４の測定値は、数値フィルタからなるノッチフィルタ１０とローパスフィルタ５を通って、高周波ノイズと固有振動数を有するノイズを除去され、補正出力値計算装置６に入力される。補正出力値計算装置は、干渉計４によって測定されたウエハステージ２の位置とウエハステージ２の目標位置との差に応じて、ビーム位置補正コイル８に流す電流の補正量を計算する。そして、その計算結果をＤ／Ａ変換器７に出力する。このようにしてＤ／Ａ変換された補正量に対応する電流がビーム位置補正コイル８の励磁電流に加えられる。それにより、荷電粒子線９の偏向量が変化し、ウエハステージ２の位置ずれ分だけずれた位置に入射し、ウエハ１の目標とする位置に、レチクルのパターン像が露光転写される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ等の感応基板上に投影露光する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置において、レチクルステージの位置の誤差を検出し、その位置誤差に起因する投影誤差を補償するように投影光学系を操作する荷電粒子線露光装置の制御方法、及び荷電粒子線露光装置に関するものである。

半導体デバイスを製造する工程においては、レチクル（本明細書、及び請求の範囲においてはマスクを含む意味で使用する）に形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上により微細化されたパターンは従来の紫外光を用いた露光方法では解像が困難になりつつあり、荷電粒子線や極短紫外線（ＥＵＶ）を用いた新しい露光方法が使用されるようになってきている。中でも荷電粒子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い、等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望である。

荷電粒子線露光装置においては、荷電粒子線光学系の収差や歪等のために、広い領域を一度に露光転写することができない。このため、例えば１つのチップに相当する領域を、複数のサブフィールドと呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとに露光転写を行い、露光転写されたパターンをつなぎ合わせて１つのチップのパターンを得る、分割露光転写方式が採用されるようになってきている。

図３に、分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を示す。図３において、１００はレチクル、１００ａはレチクル１００上のサブフィールド、１００ｂはサブフィールド１００ａ間の境界領域、１１０はレジストを塗布したウエハ等の感応基板、１１０ａは感応基板１１０の１チップ分の領域、１１０ｂはサブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域、ＡＸは荷電粒子線光学系の光軸（システム軸）、ＥＢは荷電粒子線、ＣＯは荷電粒子光学系のクロスオーバポイントである。

レチクル１００上には、感応基板１１０に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数のサブフィールド１００ａが、パターンが存在しない境界領域１００ｂにより区分されて存在している。そして、境界領域１００ｂに対応する部分には、格子状の支柱（桟）が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。

各サブフィールド１００ａは、感応基板１１０の１チップ分の領域１１０ａに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板１１０に転写される。

感応基板１１０の外観形状は図３（ｂ）に示したとおりであり、図３（ａ）においては、感応基板１１０の一部（図３（ｂ）のＶａ部）を拡大して示してある。

図３において、荷電粒子線光学系の光軸ＡＸと平行にｚ軸をとり、サブフィールド１００ａの並び方向と平行にｘ軸、ｙ軸をとる。そして、矢印Ｆｍ、Ｆｗで示すように、レチクル１００及び感応基板１１０をｘ軸方向へ互いに逆向きに連続移動させながら、荷電粒子線をｙ軸方向にステップ的に走査して一列のサブフィールド１００ａのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、ｘ軸方向に隣接する次のサブフィールド１００ａの列を荷電粒子線で走査し、以降同様にしてサブフィールド１００ａ毎に転写（分割露光転写）を繰り返して１チップ分のパターンを転写する。この矢印Ｆｍ、Ｆｗで示されるｘ軸方向を、ステージのスキャン方向と呼ぶ。

このときのサブフィールド１００ａの走査順序及び感応基板１１０への転写順序は、それぞれ矢印Ａｍ、Ａｗで示すとおりである。なお、レチクル１００と感応基板１１０の連続移動方向が逆なのは、一対の投影レンズによりレチクル１００と感応基板１１０とでｘ軸、ｙ軸がそれぞれ反転するためである。

このような手順で転写（分割転写）を行う場合、ｙ軸方向の一列のサブフィールド１００ａのパターンを一対の投影レンズで感応基板１１０にそのまま投影するだけでは、サブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域１１０ｂそれぞれの間に、境界領域１００ｂに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各サブフィールド１００ａを通過した荷電粒子線ＥＢを境界領域１００ｂの幅Ｌｙに相当する分だけｙ軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。

ｘ軸方向に関しても、パターン縮小率比及びサブフィールド間隔Ｌｘを考慮した一定速度で散乱透過レチクル１００と感応基板１１０を移動させるだけでなく、サブフィールド１００ａの像と感応基盤１１０との相対速度がゼロになるように偏向しながら露光し、被転写領域１１０ｂ同士の間にｘ軸方向の隙間が生じないように、パターン転写位置を補正している。

以上説明したように、分割露光転写方式においては、レチクル１００上の１チップに対応するパターンが多数のサブフィールド１００ａに分割され、各サブフィールド１００ａ間に形成された境界領域１００ｂに格子状の支柱（ストラット）が設けられているので、荷電粒子線照射によるレチクル基板のたわみや熱歪みを抑制することができ、精度のよい露光転写を行うことができる。

また、このような方法で露光が行われるため、従来の荷電粒子線露光装置と比較すると、サブフィールド領域が一括露光され、またレチクルには露光すべきパターンが全て形成されているため、非常にスループットを向上させることができる。

このような荷電粒子線露光装置においては、レチクル１００はレチクルステージ、ウエハ１１０はウエハステージに搭載され、共にｘ軸方向ｙ軸方向に駆動される。その際、レチクルステージ、ウエハステージに位置誤差が発生すると、ウエハに転写されるレチクルパターンの位置や角度がずれることになる。

これを防止するために、レチクルステージ、ウエハステージには、干渉計を使用した位置測定器が設けられ、この位置測定器からの出力を使用して位置のフィードバック制御を行うと共に、フィードバック制御で取りきれなかった位置誤差がある場合には、投影光学系を調整することによって、露光位置や角度をフィードフォワード制御により調整している。

このようなフィードフォワード制御のブロック図を図４に示す。ウエハ１は、静電チャックによりウエハステージ２に固定されている。ウエハステージ２には、反射鏡３が取り付けられており、干渉計４から投光される光を反射する。干渉計４は、自己が有する参照面と反射鏡３との光学的距離を測定することにより、反射鏡３までの距離を測定し、それにより、図においてはウエハステージ２のｘ軸方向位置を測定する。

干渉計４の測定値は、数値フィルタからなるローパスフィルタ５を通って高周波ノイズを除去され、補正出力値計算装置６に入力される。補正出力値計算装置６は、干渉計４によって測定されたウエハステージ２の位置とウエハステージ２の目標位置との差に応じて、ビーム位置補正コイル８に流す電流の補正量を計算する。そして、その計算結果をＤ／Ａ変換器７に出力する。このようにしてＤ／Ａ変換された補正量に対応する電流がビーム位置補正コイル８の励磁電流に加えられる。この場合は、ビーム位置補正コイル８として偏向器が使用される。

それにより、荷電粒子線９の偏向量が変化し、ウエハステージ２の位置ずれ分だけずれた位置に入射し、その結果、ウエハ１の目標とする位置に、レチクルのパターン像が露光転写される。

実際には、ウエハステージ２のｙ軸方向位置測定と露光位置補正にも同様の制御装置が設けられている。又、ウエハステージ２はｘ軸方向、ｙ軸方向のみの位置誤差のみならず、ｚ軸周りの回転の誤差も生じる。よって、例えばｘ軸方向位置測定用の干渉計を２個使用して、ｙ軸方向にずれた２箇所の位置を測定して、ｚ軸周りの回転θの大きさを測定している。そして、その測定値は図４に示した制御回路と同様な回路を通って、ビーム位置補正コイル８の電流を変化させるが、この場合には、ビーム位置補正コイル８としてはダイナミックスティグメータが使用される。

なお、図４においては、ウエハステージ２を例として説明しているが、レチクルステージにも全く同じ制御装置が設けられている。

しかしながら、干渉計４で測定される信号には、ウエハ１の位置と関係のないノイズ成分が含まれている。例えば、反射鏡３が固有振動数を有し、この固有振動数で振動するような場合、干渉計４の信号としてはこの振動が検出されるが、実際にはウエハ１の位置は変わっていない。このような、ウエハ位置と関係のないノイズ成分の固有振動数は、必ずしも高周波とは限らず、ローパスフィルタ５では除去することができない。よって、図４に示すような従来の制御系では、これらの固有振動数を有するノイズの影響で、露光位置や角度がずれてしまうという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、固有振動数を有するノイズの影響を除去し、正確な露光転写を行うことを可能にする荷電粒子線露光装置の制御方法、及びこの制御機能を有する荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線光学系を用いてレチクルに形成されたパターンを、ウエハ等の感応基板上に投影露光する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置において、レチクルステージの位置の誤差を検出し、その位置誤差に起因する投影誤差を補償するように投影光学系を操作する荷電粒子線露光装置の制御方法であって、前記検出されたレチクルステージの位置の誤差を表す信号、又は前記レチクルステージの位置を表す信号を、前記レチクルの真の位置に関係しないノイズの固有振動数に一致する低減周波数ピークを有するノッチフィルタとローパスフィルタに入力し、これらのフィルタを通過した出力を制御に使用することを特徴とする荷電粒子線露光装置の制御方法である。

本手段においては、検出されたレチクルステージの位置の誤差を表す信号、又はレチクルステージの位置を表す信号を、レチクルの真の位置に関係しないノイズの固有振動数に一致する低減周波数ピークを有するノッチフィルタに通してから制御に使用しているので、固有振動数を持ったノイズを選択的に低減することができ、ローパスフィルタの機能と相まって、ノイズ成分を低減することができる。よって、レチクルの実際の位置を正確に把握して、正確な露光転写を行うことができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、荷電粒子線光学系を用いてレチクルに形成されたパターンを、ウエハ等の感応基板上に投影露光する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置において、ウエハステージの位置の誤差を検出し、その位置誤差に起因する投影誤差を補償するように投影光学系を操作する荷電粒子線露光装置の制御方法であって、前記検出されたウエハステージの位置の誤差を表す信号、又は前記ウエハステージの位置を表す信号を、前記ウエハの真の位置に関係しないノイズの固有振動数に一致する低減周波数ピークを有するノッチフィルタとローパスフィルタに入力し、これらのフィルタを通過した出力を制御に使用することを特徴とする荷電粒子線露光装置の制御方法である。

本手段においては、検出されたウエハステージの位置の誤差を表す信号、又はウエハステージの位置を表す信号を、ウエハの真の位置に関係しないノイズの固有振動数に一致する低減周波数ピークを有するノッチフィルタに通してから制御に使用しているので、固有振動数を持ったノイズを選択的に低減することができ、ローパスフィルタの機能と相まって、ノイズ成分を低減することができる。よって、ウエハの実際の位置を正確に把握して、正確な露光転写を行うことができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である荷電粒子線露光装置の制御方法を実施しながら露光転写を行う機能を有することを特徴とする荷電粒子線露光装置である。

本手段においては、レチクルステージやマスクスステージの位置検出に伴う、固有振動を有するノイズ成分を除去し、レチクルやマスクの位置を正確に把握して露光制御を行うことができるので、正確な露光転写を行うことができる。

本発明によれば、固有振動数を有するノイズの影響を除去し、正確な露光転写を行うことを可能にする荷電粒子線露光装置の制御方法、及びこの制御機能を有する荷電粒子線露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である荷電粒子線露光装置の制御方法を説明するためのブロック図である。ウエハ１は、静電チャックによりウエハステージ２に固定されている。ウエハステージ２には、反射鏡３が取り付けられており、干渉計４から投光される光を反射する。干渉計４は、自己が有する参照面と反射鏡３との光学的距離を測定することにより、反射鏡３までの距離を測定し、それにより、図においてはウエハステージ２のｘ軸方向位置を測定する。

干渉計４の測定値は、数値フィルタからなるノッチフィルタ１０とローパスフィルタ５を通って、高周波ノイズと固有振動数を有するノイズを除去され、補正出力値計算装置６に入力される。補正出力値計算装置は、干渉計４によって測定されたウエハステージ２の位置とウエハステージ２の目標位置との差に応じて、ビーム位置補正コイル８に流す電流の補正量を計算する。そして、その計算結果をＤ／Ａ変換器７に出力する。このようにしてＤ／Ａ変換された補正量に対応する電流がビーム位置補正コイル８の励磁電流に加えられる。この場合は、ビーム位置補正コイル８として偏向器が使用される。

それにより、荷電粒子線９の偏向量が変化し、ウエハステージ２の位置ずれ分だけずれた位置に入射し、その結果、ウエハ１の目標とする位置に、レチクルのパターン像が露光転写される。

この実施の形態は、図４に示した制御装置とは、ノッチフィルタ１０を有することのみが異なる。ノッチフィルタ１０の周波数特性は、図２に示すように、特定の周波数を中心とする狭い周波数領域で、低減率が大きなものとなっている。

例えば、ウエハステージ２の動きを急激に止め、その状態から後のウエハステージ２の位置を干渉計４で測定し、その信号の周波数解析を行う。その結果、ウエハステージ２の質量からは考えられないような高周波の成分が信号にふくまれている場合には、それは、例えば反射鏡３の固有振動等であるとして、ノイズと考える。そして、ノッチフィルタ１０の信号低減の中心周波数を、この固有振動数に合わせる。固有振動数が複数あるときは、ノッチフィルタ１０の信号低減の中心周波数もそれに合わせて複数設ける。

このようなノッチフィルタ１０を設けることにより、固有振動数を有するノイズ成分が除去され、ウエハ１の位置を正確に測定することができるので、ウエハ位置に合わせて荷電粒子線９を偏向させ、目的の位置にレチクルパターンの露光転写を行うことができる。

実際には、ウエハステージ２のｙ軸方向位置測定と露光位置補正にも同様の制御装置が設けられている。又、ウエハステージ２はｘ軸方向、ｙ軸方向のみの位置誤差のみならず、ｚ軸周りの回転の誤差も生じる。よって、例えばｘ軸方向位置測定用の干渉計を２個使用して、ｙ軸方向にずれた２箇所の位置を測定して、ｚ軸周りの回転θの大きさを測定している。そして、その測定値は図１に示した制御回路と同様な回路を通って、ビーム位置補正コイル８の電流を変化させるが、この場合には、ビーム位置補正コイル８としてはダイナミックスティグメータが使用される。

なお、図１においては、ウエハステージ２を例として説明しているが、レチクルステージにも全く同じ制御装置が設けられている。又、図１においては、干渉計４の出力をノッチフィルタ１０に入れているが、干渉計４の出力とウエハステージ２の制御目標値との差をノッチフィルタ１０に入れるようにしてもよく、かつノッチフィルタ１０とローパスフィルタ５の位置を逆にしてもよい。

本発明の実施の形態である荷電粒子線露光装置は、図３に示したものと変わるところはなく、ただ、図３に示した制御回路が図１に示したものとなっている点が変わっているのみであるので、その説明を省略する。

本発明の実施の形態の１例である荷電粒子線露光装置の制御方法を説明するためのブロック図である。 ノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。 分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を示す図である。 従来の、露光位置や角度をフィードフォワード制御により調整する回路の概要を示すブロック図である。

符号の説明

１…ウエハ、２…ウエハステージ、３…反射鏡、４…干渉計、５…ローパスフィルタ、６…補正出力値計算装置、７…Ａ／Ｄ変換器、８…ビーム位置補正コイル、９…荷電粒子線、１０…ノッチフィルタ

Claims (3)

1. 荷電粒子線光学系を用いてレチクルに形成されたパターンを、ウエハ等の感応基板上に投影露光する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置において、レチクルステージの位置の誤差を検出し、その位置誤差に起因する投影誤差を補償するように投影光学系を操作する荷電粒子線露光装置の制御方法であって、前記検出されたレチクルステージの位置の誤差を表す信号、又は前記レチクルステージの位置を表す信号を、前記レチクルの真の位置に関係しないノイズの固有振動数に一致する低減周波数ピークを有するノッチフィルタとローパスフィルタに入力し、これらのフィルタを通過した出力を制御に使用することを特徴とする荷電粒子線露光装置の制御方法。
2. 荷電粒子線光学系を用いてレチクルに形成されたパターンを、ウエハ等の感応基板上に投影露光する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置において、ウエハステージの位置の誤差を検出し、その位置誤差に起因する投影誤差を補償するように投影光学系を操作する荷電粒子線露光装置の制御方法であって、前記検出されたウエハステージの位置の誤差を表す信号、又は前記ウエハステージの位置を表す信号を、前記ウエハの真の位置に関係しないノイズの固有振動数に一致する低減周波数ピークを有するノッチフィルタとローパスフィルタに入力し、これらのフィルタを通過した出力を制御に使用することを特徴とする荷電粒子線露光装置の制御方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子線露光装置の制御方法を実施しながら露光転写を行う機能を有することを特徴とする荷電粒子線露光装置。
   
   

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