JP2015106604A - ビームの傾き計測方法、描画方法、描画装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマーク台を用いて描画位置のずれを計測する場合に比べて、精度良く描画パターンの位置のずれを低減させることを可能とするためのビームの傾き計測方法を提供する。【解決手段】基板に照射するビームを成形する光学系の光軸方向に対するビームの傾きを計測する計測方法に関する。第１の高さＨ１及び第１の高さＨ１とは異なる第２の高さＨ２に基板を移動するステップと、光軸方向の回転軸まわりに基板を反転するステップとを有する。さらに、反転の前後における、第１の高さＨ１及び前記第２の高さＨ２にある基板に対するビーム位置を取得するステップと、第１の高さＨ１及び第２の高さＨ２と、各々のビーム位置とに基づいてビームの傾きを求めるステップとを有することを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、ビームの傾き計測方法、描画方法、描画装置、及び物品の製造方法に関する。

基板上の試料に対して電子ビーム等のビームを照射しパターンを描画する描画装置において、描画前の時点でビームを成形する光学系の光軸からビームが傾いていることがある。このように光軸方向に対し傾いた状態のままビームを照射すると、ビームの照射予定位置と、実際のビーム照射位置とにずれが生じる。さらに、ステージの駆動時の高さ変動や基板表面の微小な凹凸によって、このずれの大きさは変動する。そのため、パターンの描画予定位置が、実際に描画するパターンの位置からずれてしまうという課題がある。

そこで、特許文献１には、高さが異なる複数のマーク台に対して電子ビームを照射した際の反射電子を検出することで各マーク台における照射位置のずれを計測し、その計測結果を用いて描画パターンの位置のずれを低減する技術が記載されている。

特開２０１３−３８２９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、マーク台における照射位置のずれが小さいほど電子ビームの照射位置を計測する計測精度の影響を受けてしまいやすく、描画パターンの位置ずれを補正する精度が悪化する恐れがある。

そこで本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、従来よりも精度良く描画パターンの位置のずれを低減させることを可能とするためのビームの傾き計測方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板に照射するビームを成形する光学系の光軸方向に対する前記ビームの傾きを計測する計測方法であって、第１の高さ及び該第１の高さとは異なる第２の高さに前記基板を移動するステップと、前記光軸方向の回転軸まわりに前記基板を反転するステップと、前記第１の高さ及び前記第２の高さにある前記基板におけるビーム位置を、前記基板の反転前後に取得するステップと、前記第１の高さ及び前記第２の高さと、各々の前記ビーム位置とに基づいて前記ビームの傾きを求めるステップとを有することを特徴とする。

本発明のビームの傾き計測方法によれば、従来よりも精度良くビームの傾きを求めることが可能となる。さらに、本発明の計測方法を利用することにより、ビームの傾きに起因して生じる描画パターンの位置ずれを低減させることが可能となる。

第１の実施形態に係る描画装置の構成を示す図。 重ね合わせ計測装置の構成を示す図。 第１の実施形態におけるマーク形成工程を説明する図。 第１の実施形態に係るビームの傾き測定方法を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態におけるマーク形成工程を説明する図。 第２の実施形態に係るビームの傾き測定方法を説明するためのフローチャート。

本発明は電子ビーム、イオンビーム、及びレーザビーム等の各種ビームの傾きを計測する方法であり、前述のビームを用いてレジストにパターン潜像を形成することが可能な描画装置に対して適用可能である。

［第１実施形態］
（装置構成）
第１実施形態では、１本の電子ビームにより所望のパターンを描画する描画装置１を例に挙げて説明する。図１に本実施形態に係る描画装置１の装置構成を示す。電子光学系２は、不図示の電子銃からウエハ３に向けて射出された電子ビーム４の形状を成形するための複数の電子レンズ（不図示）と電子ビーム４を偏向するための偏向器（不図示）とを有している。

ウエハ３（基板）の表面には不図示のレジストが塗布されており、ウエハ３はウエハチャック５との静電気力によって吸着保持されている。ウエハチャック５は、ウエハチャック５上のウエハ３を少なくとも１８０度回転させることが可能な回転ステージ６（回転機構）に載置されている。本実施形態における回転ステージ６の回転軸は、電子光学系２の光軸又は光軸から任意の距離離れた位置にある光軸と平行な軸（光軸方向の回転軸）であり、かつウエハ３の中心点を通る直線とする。

ステージ７上には、ウエハ３を保持しているウエハチャック５、回転ステージ６、基準マーク８とファラデーカップ９とを備えたマーク台１０、及びミラー１１が載置されている。ステージ７はこれらと共に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能である。

ベースラインＢＬとは後述のアライメント光学系１３の光軸と電子光学系２の光軸との相対距離である。ただし、本実施形態において、電子ビーム４が光軸に対して傾いている場合は、ベースラインＢＬはアライメント光学系１３の光軸と電子ビーム４の照射位置との相対距離を表すとする。

アライメント光学系１３を用いて計測する基準マーク８の位置、ファラデーカップ９を用いて計測する電子ビーム４の照射位置、及び既知の値である基準マーク８とファラデーカップ９との距離を用いてベースラインＢＬを求める。

干渉計１２は、光源から射出したレーザビームを測定光と参照光とに分割し、測定光をミラー１１に、参照光を干渉計１２の内部に設けられている参照鏡（不図示）にそれぞれ入射させる。そして各々の鏡から反射された光を干渉させ、後述の検出部２４がその干渉光の強度を検出することによって、ミラー７の位置、すなわちステージ７の位置を検出する。

回転ステージ６の回転角は不図示のロータリーエンコーダにより計測しており、その計測値は後述の主制御部２０に送られる。アライメント光学系１３は後述の制御部２１からの指示を受けて基準マーク８や、ウエハ３上に形成されているアライメントマーク（不図示）を検出する。

主制御部２０は、アライメント光学系１３を制御する制御部２１、電子光学系２を制御する制御部２２、回転ステージ６及びステージ７の駆動を制御する制御部２３と接続されている。さらに、干渉計１２で計測される干渉光強度からステージ７の位置を検出しステージ７の位置を主制御部２０に送る検出部２４、及びメモリ２５と接続されている。

主制御部２０は、内部に保持されているＣＰＵにより、メモリ２５に記憶されているプログラムを実行する。プログラムの実行に際して、制御部２１、２２、２３、及び検出部２４を制御する。その他、メモリ２５へ各種計測値を記憶し、これらの計測値に基づく演算の実行を行う。

主制御部２０は後述のビームの傾き計測の結果を用いて前記パターンの描画位置のずれを補正する補正部としても機能し、補正を考慮して描画データを作成したり、補正を考慮した指示を制御部２２や制御部２３に指示したりする。

制御部２２は電子光学系２を制御することにより、電子ビーム４の集束位置や偏向度合いを調整する。制御部２３は、検出部２４で検出されたステージ７の位置情報に基づいてステージ７の位置を制御する。なお、制御部２０、２１、２２、２３は１つの回路基板上にまとめて構成されていても構わない。

メモリ２５には後述の図４のフローチャートにおけるＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を示すプログラムや描画パターンのデータが記憶されている。さらに、ビームの傾きを求める過程において必要となる座標値や、求めたビームの傾きの値（角度）等が記憶されていく。

制御部２０、２１、２２、２３、検出部２４、メモリ２５を除く部材は不図示の真空チャンバー内に配置されており、真空チャンバー内は不図示の真空ポンプによって真空に排気されている。描画装置１は、メモリ２５に記憶されている描画パターンのデータに基づき、電子ビーム４による照射と非照射の切り替えを行いつつ電子ビーム４の照射位置とステージ７の相対位置を制御することによって、ウエハ３上にパターンを形成する。

次に、図２を用いて本実施形態のビームの傾き計測に用いる、重ね合わせマークの位置を計測するための重ね合わせ検査装置である計測装置３１（位置計測器）の説明をする。計測装置３１は、通常は、パターンの描画と共に形成されるＢｏｘ ｉｎ Ｂｏｘ型のマーク３０の位置を検出して、現像を終えた層とその下地層の重ね合わせ精度を検査するために用いられる光学式の計測装置である。なお、マーク３０の形状は、四角いマークの角が無い形状であるＢａｒ ｉｎ Ｂａｒ型でも構わない。

計測装置３１の構成を図２に示す。ハロゲンランプ３２から射出した光束はファイバ３３、照明光学系３４を通過する。照明光学系３４を通過した光はビームスプリッタ３５を直進して、対物レンズ３６を通過し、ウエハ３を照射する。

ウエハ３上のマーク３０で反射された光は再び対物レンズ３６を通過し、ビームスプリッタ３５で光路を曲げられ、リレーレンズ３７及びエレクター３８を通過してＣＣＤカメラ３９の撮像素子面上にマーク３０の像を形成する。本装置に接続されている制御部４０により、ＣＣＤカメラ３７に結像されたマーク３０の像の各々の四角いマークの中心座標（以下、マーク位置と称す）を計測して、マーク位置のずれに関する情報を求める。

マーク位置のずれに関する情報とは、内側マークのマーク位置と外側マーク位置の、Ｘ成分同士の相対距離及びＹ成分同士の相対距離を意味している。さらに、Ｘ成分同士及びＹ成分同士の相対距離から得られる内側マークのマーク位置と外側マーク位置の相対距離を意味していても良い。

（ビームの傾きの計測方法）
次に、第１実施形態に係るビームの傾きの計測方法を説明する。２つの異なる高さと、ウエハ３を反転する前後の各々の高さにおけるビーム位置に基づいて電子ビーム４の傾きを求める。なお、ビーム位置とは、電子ビーム４の照射又は非照射に関わらず、照射をした場合に電子ビーム４が照射される位置のことを示す。

本実施形態は、ウエハ３の反転時にＸＹ平面上における並進ずれが無い場合の計測方法である。図３を用いてビームの傾きを求めるためのマーク形成工程を、図４のフローチャートを用いてマークの形成工程からビームの傾きを求めるまでの工程について説明する。本実施形態では説明を簡略にするため、偏向器を使用していない状態で、電子ビーム４がＸＺ平面又はＸＺ平面に平行な平面内でのみ電子光学系２の光軸に対してｙ軸を回転軸として角度θｙ傾いているものとする。

ここで、ビームの計測方法の説明に際して、ウエハ座標という概念を導入する。ウエハ座標とはウエハ３を回転後の座標表示を分かりやすくするために導入する座標概念であり、ウエハ３の回転に伴いウエハ座標の座標軸も回転する。これにより、ウエハ３上のある位置を回転後も同じ座標で表記することが可能となる。ただし、ウエハ座標はあくまで概念であり、実際のウエハ３の位置が干渉計１２による計測結果に基づいて定まることに変わりはない。

例として、干渉計１２によって定まる座標軸とウエハ座標による座標軸とが一致している状態において電子ビーム４をｐ（ｘ、ｙ）に照射し、ウエハ３の中心を回転軸として１８０度回転させた後に、先に照射した位置に再度照射をする場合を考える。この場合、実際の干渉計１２によって定まる座標軸では『ｐ’（−ｘ、−ｙ）に照射をする』と表記しなければならない。しかし、ウエハ座標軸を導入すれば、回転後も『ｐ（ｘ、ｙ）に照射をする』と表記することが可能となる。以下の説明における座標は全てウエハ座標における座標で表記をする。

図３（ａ）〜（ｄ）は、Ｙ軸方向から見た電子ビーム４とウエハ３の位置関係を示している。図３（ａ）と（ｃ）はウエハ３が第１の高さであるＨ１の高さにあり、図３（ｂ）と（ｄ）はウエハ３がＨ１からＺ軸方向に距離−ｇ離れた第２の高さであるＨ２にある状態を示している。図３（ｅ）〜（ｈ）は、ウエハ３上に形成される後述のマークＩ、マークＩＩの位置関係を示している。図３（ａ）の状態でのウエハ３を＋Ｚ方向から見た状態が図３（ｅ）である。以下同様に、図３（ｂ）と（ｆ）、図３（ｃ）と（ｇ）、図３（ｄ）と（ｈ）が各々対応している。

最初に、Ｓ１０１において、制御部２３がステージ７をＺ軸方向に移動させてウエハ３の高さをＨ１にする。さらに、制御部２３はステージ７をＸ軸方向やＹ軸方向へ移動させて任意の位置に電子ビーム４の照射位置を定める。このとき主制御部２０は電子ビーム４の照射位置ｐ０（ｘ０、ｙ０）を取得し、座標ｐ０をメモリ２５に一時的に記憶する。図３（ａ）と（ｅ）がその様子を示している。

ベースラインＢＬを求めるためにファラデーカップ９で電子ビーム４の照射位置を確認したときのステージ７の位置と、任意の位置に電子ビーム４の照射位置を定めたときのステージ７の位置を用いて、電子ビーム４を照射せずに照射位置ｐ０の値を取得している。次に、Ｓ１０２において、制御部２３がステージ７をＺ軸方向に−ｇ移動させて、ウエハ３の高さをＨ２にする。この際、検出部２４によって検出されたステージ７の位置情報に基づきＸ軸方向及びＹ軸方向への移動が生じないよう制御部２３によりステージ７の位置を制御する。以下、Ｚ軸方向の移動を行う際には、常に同様の制御がなされているとする。

高さ調整後、Ｈ１のときと同じ状態の電子ビーム４を用いて、Ｈ２の高さにおけるウエハ３に照射位置ｐ１（ｘ１、ｙ１）を中心とする四角い形状のマークＩを描画する。電子ビーム４がθｙ傾いていることにより、マークＩの中心位置はｐ０（ｘ０、ｙ０）から離れた位置に形成される。図３（ｂ）と（ｆ）がその様子を示している。

Ｓ１０３において、制御部２３が回転ステージ６を制御することにより、光軸方向の回転軸まわりにウエハ３及びウエハチャック５を反転する。ここで実行する反転とは１８０度回転することが望ましい。反転させたときに多少の回転誤差を含む場合すなわち、１８０度からずれた場合には、のちに求められる電子ビームの傾き角度に対して回転誤差の影響が上乗せされると考えられるからである。なお、ウエハ座標においては、ｐ０、ｐ１の座標は変化しない。

その後Ｓ１０４では、制御部２３が高さがＨ１の状態になるようウエハ３をＺ軸方向に＋ｇ移動させる。さらに、ウエハ３の表面に沿う方向（面内方向）である、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にウエハ３を移動させることで、Ｓ１０１で記憶されたｐ０（ｘ０、ｙ０）の位置にビームの照射位置を合わせる。すなわち、実際は干渉計１２の出力に基づき、干渉計１２が認識する座標軸上の（−ｘ０、−ｙ０）に照射位置を合わせている。この際、Ｓ１０３における回転駆動とＳ１０４における高さ調整とのどちらが先に行われても構わない。図３（ｃ）と（ｇ）が、Ｓ１０４の動作終了後の様子を示している。

Ｓ１０５ではＳ１０２と同様に、ウエハ３の高さをＨ１からＨ２に移動し、さらにＨ２における電子ビーム４の照射位置ｐ２（ｘ２、ｙ２）を中心とする四角い形状のマークＩＩを描画する。マークＩとマークＩＩにより、Ｂｏｘ ｉｎ Ｂｏｘを形成するためにマークＩＩはマークＩよりも大きいことが望ましい。電子ビーム４がθｙ傾いていることにより、マークＩＩはマークＩから離れた位置に形成される。図３（ｄ）と（ｈ）がその様子を示している。ウエハ３を反転させたことにより、マークＩＩはｐ０（ｘ０、ｙ０）の座標に対してマークＩと逆方向に変位した位置に形成される。

Ｓ１０６において、ウエハ３を真空チャンバーからウエハ３を取り出しＳ１０１−Ｓ１０５の工程で描画されたマークＩ、マークＩＩの現像処理を行う。Ｓ１０７以降の処理内容は、形成されたマークＩ、マークＩＩのマーク位置の計測や、計測結果に基づく電子ビーム４の傾きθｙの求め方を示している。Ｓ１０７では、現像後のウエハ３を計測装置３１の対物レンズ３５の下部に移動させて、マークＩ、マークＩＩのマーク位置を計測する。

Ｓ１０８では、制御部４０がマークＩとマークＩＩの相対位置を求める。本実施形態では電子ビーム４の傾きにｙ成分が無い場合の実施形態であるため、ｙ０＝ｙ１＝ｙ２となる。一方、電子ビーム４が角度θｙ傾いていることにより、ｘ成分のずれが生じているため、ｐ１（ｘ１、ｙ１）とｐ２（ｘ２、ｙ２）の相対位置は（ｘ２−ｘ１、０）である。

Ｓ１０９において制御部４０は電子ビーム４の傾きθｙを求める。傾きθｙの算出に必要な両マークの相対距離ＬはＬ＝｜ｘ２−ｘ１｜となるため、角度θｙが微小角の場合、θｙは式（１）で表される。

なお、Ｌはｐ０（ｘ０、ｙ０）とｐ１（ｘ１、ｙ１）の相対距離Ｌ１とｐ０（ｘ０、ｙ０）とｐ２（ｘ２、ｙ２）の相対距離Ｌ２との和を意味している。ｐ０の座標を求めたい場合には、予めアライメントマークの形成されているウエハ３を用いて本実施形態の手法を適用すれば良い。

以上、図４に示すフローチャートに示す手順によって、電子ビーム４の傾きθｙを求めることが可能となる。ここで算出されたθｙの値は描画装置１で所望のパターンを描画する前に予め描画装置１に入力しておくと良い。傾きが既知であれば、描画時にウエハ３が任意の高さであったとしても、電子ビーム４の傾きに依存して生じる描画パターンの位置ずれを補正して描画することが可能となる。あるいは、求めた傾き角度θｙを元に電子ビーム４の傾きを直接較正しても構わない。

なお、計測装置３１によって計測された座標ｐ１、ｐ２に基づく電子ビーム４の傾きθｙの算出は、制御部４０で行うことが好ましい。あるいは、計測装置３１によるマークＩ、マークＩＩの計測結果を制御部４０から描画装置１の主制御部２０に送り、主制御部２０が式（１）を用いて算出しても良い。

また、前述の説明ではＳ１０６の工程でのみ現像を行う例を示したが、Ｓ１０２でマークＩを描画した後にマークＩのみを一度現像する工程を挿入しても良い。ただし、ネガレジストは一度現像すると、周囲のレジストが取り去られてしまうため、再度レジストを塗布する必要がある。

本実施形態では、２つのマークを描画する前後でウエハ３を反転させることで、本来θｙを求めるにあたって必要な値Ｌ／２よりも２倍の値であるＬが得られる。取得した座標ｐ０と、ウエハ３上に描画したマークＩ、ＩＩの位置の相対距離とを用いて電子ビーム４の傾きθｙを精度良く求める効果を得ることができる。

例えば、ウエハ３の反転なしに電子ビーム４の傾きを求める場合は、Ｈ１及びＨ２でマークを描画し、各々の高さで描画したマークの位置ずれを式（１）に適用して電子ビーム４の傾きを求める。このずれが０．５ｎｍとなったとする。一方、反転前後にＨ２の高さで描画したマーク間の位置ずれは前述の場合の約２倍になるため、Ｌ＝１．０ｎｍの値を式（１）に適用して電子ビーム４の傾きを求めることになる。

計測装置３１による２つのマーク間距離の計測再現性が０．１ｎｍとすると、反転前後に同じ高さで描画したマーク位置のずれのほうが計測再現性の値との差が小さく、計測装置３１由来の計測誤差の影響を受けにくい。これにより、従来に比べて精度良く電子ビーム４の傾きを求めることが可能となる。

よって電子ビーム４の傾きθｙが高精度に求められることで、電子ビーム４の傾きに起因して生じるＸＹ平面上の描画位置のずれが求められる。描画位置のずれは、ビームの傾きθｙ、電子光学系２からウエハ３表面の各位置までの距離をｇとして前述の式（１）に代入することで求める。ウエハ３の各位置における描画位置のずれをオフセットとして補正しながら描画することで、精度良く描画パターンの位置のずれを低減させることが可能となる。なお、ウエハ３表面の各位置までの距離ｇは、不図示のフォーカス計測系で計測している値を使用する。

［第２実施形態］
第２実施形態は第１の実施形態と異なり、ウエハ３の反転駆動の際に生じるウエハ３のＸＹ平面における並進ずれを補償可能な実施形態である。傾き計測の際にウエハ３がＨ１の高さにある状態でも描画をする点、及び並進ずれの影響を軽減するためにウエハ３の反転駆動後にグローバルアライメント計測及び位置ずれ補正を実行する点で第１実施形態とは異なる。

第２実施形態における装置構成は第１実施形態とほぼ同様であるが、図６のフローチャートのＳ２０１〜Ｓ２０５の処理内容を示すプログラムがメモリ２５に記憶されている点で第１実施形態とは異なる。本プログラムを実行するように、主制御部２０が各制御部２１、２２、２３に指示をする。また、本実施形態では予め複数のアライメントマーク（不図示）が形成済みのウエハ３を使用する。なお、本実施形態でも、電子ビーム４がＸＺ平面又はＸＺ平面に平行な平面内でのみ、電子光学系２の光軸方向に対してｙ軸を回転軸として角度θｙ傾いているとする。

以下、図５を用いてビームの傾きを求めるためのマーク形成工程を、図６のフローチャートを用いてマークの形成工程からビームの傾きを求めるまでの工程について説明する。図５（ａ）〜（ｈ）は、電子ビーム４と、ウエハ３上に形成されるマークの位置関係を示している。なお、図５の表示方法は図３と同様であるため説明を省略する。

まず、Ｓ２０１において、制御部２３はウエハ３の高さがＨ１になるようにステージ７を駆動する。ウエハ３上の任意の位置において定めた、電子ビーム４の照射位置ｐ１（ｘ１、ｙ１）を中心として、マークＩを形成する。主制御部２０はマークＩの中心位置ｐ１（ｘ１、ｙ１）を取得し、メモリ２５に記憶しておく。図５（ａ）と（ｅ）がその様子を示している。

次に、Ｓ２０２において、制御部２３がステージ７をＺ軸方向に−ｇ移動させて、ウエハ３の高さをＨ２にする。高さ調整後、ウエハ３をｙ軸方向にＬｙ移動してから、Ｈ１のときと同じ状態の電子ビーム４を用いてＨ２の高さにおける照射位置ｐ２（ｘ２、ｙ２）を中心とする四角い形状のマークＩＩを描画する。電子ビーム４がθｙ傾いていることにより、マークＩＩはマークＩからｘ軸方向にΔｘｇ離れた位置に形成される。図５（ｂ）と（ｆ）がその様子を示している。

なお、ウエハ３のｙ軸方向へのＬｙの移動はマークＩと離れた位置に次のマークを描画するためであり、移動量Ｌｙの値は任意に設定できる。主制御部２０は移動量Ｌｙをメモリ２５に記憶する。

Ｓ２０３において、回転ステージ６により光軸方向の回転軸まわりにウエハ３をウエハチャック５ごと反転する。この際、ウエハ３の反転駆動時の振動等に起因して、ＸＹ平面において並進ずれが生じている可能性がある。

そこで、Ｓ２０４では、グローバルアライメント計測を行なう。すなわち、アライメント光学系１３が制御部２１の指示を受けて、ウエハ３に予め形成されている複数のアライメントマークの位置を計測し、複数のアライメントマークの位置を統計演算処理することによって、ウエハ３の並進ずれを補正する。このアライメントマークの位置計測により、実際のウエハ３の位置と干渉計１２の計測結果に基づく位置のずれを補正することが可能となる。これにより並進ずれの大部分を補償できるが、アライメントマークの位置計測にもある程度の計測誤差は伴う。

その後Ｓ２０５では、制御部２３がウエハ３の高さがＨ１の状態になるようＺ軸方向に＋ｇ移動させ、さらにＳ１０１で記憶したｐ１（ｘ１、ｙ１）の位置に電子ビーム４を照射可能なようにステージ７を移動する。そして、電子ビーム４の照射位置を中心としてマークＩＩＩを描画する。

前述のグローバルアライメント計測に基づく補正に誤差が全く無いとすれば、マークＩＩＩの座標位置ｐ３（ｘ３、ｙ３）は、ｐ１（ｘ１、ｙ１）と一致する。しかし、グローバルアライメント計測による補正結果に微小の誤差が生じていた場合、マークＩＩＩはマークＩからアライメントマーク位置計測に基づく補正誤差（Δｘ、Δｙ）だけずれた位置に描画される。図５（ｃ）と（ｇ）がその様子を示している。

なお、第１実施形態同様、Ｓ２０３の回転動作とＳ２０４における高さ調整とのどちらが先に行われても構わない。Ｓ２０６ではＳ２０２と同様に、制御部２３がステージ７を駆動して、ウエハ３の高さをＨ１からＨ２に移動させる。高さ調整後、ウエハ３をｙ軸方向に−Ｌｙ移動してから、Ｈ１のときと同じ状態の電子ビーム４によってＨ２の高さにおける照射位置ｐ４（ｘ４、ｙ４）を中心とする四角い形状のマークＩＶを描画する。電子ビーム４の傾きに起因して、ｐ４のＸ座標はｐ３のＸ座標に対して−Δｘｇずれた位置となる。

Ｓ２０７において、ウエハ３を真空チャンバーから取り出しＳ２０１〜Ｓ２０６の工程で描画されたマークＩ〜ＩＶの現像処理を行う。Ｓ２０８以降の処理内容は、形成されたマークＩ〜ＩＶの位置の計測や、計測結果に基づく電子ビーム４の傾きθｙの求め方を示している。併せてグローバルアライメント計測による補正誤差の影響を補償している点についても説明する。

Ｓ２０８では、現像後のウエハ３を計測装置３１の対物レンズ３５の下部に移動させて、マークＩとＩＩＩ、マークＩＩとＩＶの位置を計測する。このときＳ２０１〜Ｓ２０６の工程を経て形成されたマークＩ〜ＩＶの位置は、各々下記のようになる。まず、マークＩの位置がｐ１（ｘ１、ｙ１）のとき、マークＩＩの位置は式（２）で表される。マークＩＩＩの位置は、式（３）で、マークＩＶの位置は式（４）で表される。

Δｘｇ、−Δｘｇのずれは電子ビーム４の傾きに起因するずれである。ＬｙはマークＩＩ、マークＩＶを描画する際にずらした量である。電子ビーム４にはＸ軸を回転軸とする傾きが生じていないため、ｙ成分にはＬｙ以外のずれはない。（Δｘ、Δｙ）は、グローバルアライメント計測後の補正誤差によるものである。

Ｓ２０９では、Ｈ１における電子ビームの照射位置からＨ２における電子ビームの照射位置のずれを求める。そのために、Ｈ２において描画されたマークＩＩ、マークＩＶの相対位置Ｌ３を求める。マークＩとマークＩＩＩの相対位置であるグローバルアライメント計測による補正誤差（Δｘ、Δｙ）をオフセットとして考慮して相対位置Ｌ３を補正し、Ｈ２における照射の位置ずれを求める。（Δｘ、Δｙ）はｐ１とｐ３の座標を用いて式（５）で、Ｌ３は式（２）と式（４）を用いることによって、式（６）で表される。

グローバルアライメント計測の際の補正誤差（Δｘ、Δｙ）を式（５）から引くことにより、ｐ４とｐ２の相対距離は２Δｘｇとなる。よって、式（７）を用いて、電子ビーム４の傾きθｙを求めることが可能となる。

第１実施形態と同様、求められたθｙの値を描画装置１に入力することにより、描画装置１がパターンを描画する際の電子ビーム４による描画の位置ずれを低減させることが可能となる。

以上で、電子ビーム４の傾き計測方法の第２実施形態の説明を終了する。本実施形態は、高さＨ１においてもウエハ３を反転する前後でマークを形成しておく。制御部４０が計測装置３１によって計測されたマークＩ〜ＩＶの計測値に基づいてＬ３と（Δｘ、Δｙ）とを算出する。Ｌ３からグローバルアライメント計測による補正誤差をオフセット値として差し引くことでΔｘｇ、さらには電子ビーム４の傾きθｙを求めることが可能となる。

ウエハ３がＨ１においてもウエハ３を反転する前後でマークを形成しておくことによって、ウエハ３を反転させる過程でＸＹ平面内において並進誤差が生じたとしても、それを相殺して電子ビームの傾きθｙを求めることができるという効果がある。また、ウエハ３がＨ２の高さにある状態でウエハ３を反転させる前後に描画を行うことで、反転させない場合に比べて電子ビーム４の傾きに起因するマークのずれを大きめに検出することができることで、傾きθｙの計測精度を高めることが可能となる。

ウエハ３上に１つのアライメントマークが事前に形成されている場合には、１つのアライメントマーク位置のずれを計測することで、Ｓ２０４におけるグローバルアライメント計測のかわりに簡易的に座標軸を補正しても構わない。

また、ウエハ３上にアライメントマークが予め形成されておらず、グローバルアライメント計測処理（Ｓ２０４）を行わないで、ウエハ３反転駆動時の並進ずれを補償することも可能である。この場合は、グローバルアライメント計測後の補正誤差（Δｘ、Δｙ）よりも大きな位置ずれ（Δｘ’、Δｙ’）が生じる。ずれが大きすぎてＢｏｘ ｉｎ Ｂｏｘではない形状になった場合には、計測装置３１で計測されるマークの形状を観察しながら位置の読み取りに用いる検出信号を手動で指定すれば計測結果を補正できる。

第１及び第２の実施形態において、反転前に取得したＨ１におけるビーム位置に反転後のＨ１におけるビーム位置が近づく（第１実施形態では一致する）ように、ウエハ３を移動させている。なるべく近づけることによって、反転前後にＨ２にあるウエハ３に対して描画したマーク同士が近づき、計測装置３１の計測範囲におさまるようにしている。

［第３実施形態］
第１、第２実施形態では、電子ビーム４にｙ軸を回転軸とした傾きθｙのみが生じた場合を想定して説明したが、傾きθｙだけでなくｘ軸を回転軸とした傾きθｘも生じた場合にも本発明を適用することができる。電子ビーム４の傾きが２成分（θｘ、θｙ）を有する場合について、第１実施形態を例に説明する。まず、ｐ１とｐ２の相対座標のｘ成分｜ｘ２−ｘ１｜、ｙ成分｜ｙ２−ｙ１｜を用いて、ｐ１とｐ２の相対距離｜Ｌ｜を式（８）により求める。

相対距離｜Ｌ｜と、Ｈ１とＨ２の距離ｇとを、θｙ＝θとした式（１）に代入することによって、電子ビーム４の傾きθを求める。続いて、ｐ１とｐ２の相対座標のｘ成分、ｙ成分を２で割った値を用いれば、電子光学系２の光軸から傾きθを有する電子ビームの中から特定の方向に傾いている電子ビーム４を特定することができる。

［第４実施形態］
本発明におけるビームの傾きの計測方法は、１枚のウエハ３に複数の電子ビーム４を用いてパターンを描画する描画装置に適用することも可能である。第２実施形態に適用して、電子ビーム４を成形する電子光学系２の光軸や光軸と平行な直線からの電子ビーム４の傾きの計測方法を説明する。ウエハ３を反転する前は、Ｈ１及びＨ２の高さにおいて複数の電子ビーム４で同時に描画し、反転後にグローバルアライメント計測を行う。

高さＨ１で描画した位置に各々の電子ビーム４を移動させてから描画を行高さＨ２で再び描画をする。現像は全て同時に行い、同じ電子ビーム４で描画した１組のＢｏｘ ｉｎ Ｂｏｘのマークごとに計測装置３１によるマーク位置のずれを計測する。

本実施形態においてもウエハ３の反転動作を行うことで１本の電子ビームの傾き計測に関する計測点を増やすことができ、精度良く計測することが可能である。さらに、複数の電子ビームによる描画を同時に行う工程と、光学式の計測装置３１による位置計測する工程とを有することによって、短い時間で複数の電子ビームの傾きを計測することが可能となる。

［第５実施形態］
レジストの種類や電子ビームの照射条件によっては、得られたマーク潜像のみでも位置計測をすることが可能な場合がある。このような場合は、図４のＳ１０６や図６のＳ２０７における現像工程を省略することによって現像工程に要する時間を短縮することができる。

さらに現像工程を省略することで真空チャンバーからウエハ３を取り出す必要がなくなるため、計測装置３１の代わりの位置計測器としてアライメント光学系１３でマークの位置を計測しても構わない。ウエハ３の取り出し、描画したマークの現像、及び真空チャンバー内を再び真空引きする時間を省略でき、電子ビーム４の傾き検査に要する時間を短縮することが可能となる。ビームの傾き計測の全工程を描画装置１内で実行できるという利点があり、計測装置３１を保有していないユーザ自身でもビームの傾きによる描画位置のずれを補正することが可能となる。

なお、この場合、描画するマークの形状はＢｏｘ ｉｎ Ｂｏｘ型である必要は無く、異なるタイミングで描画したマークのマーク位置が分かる形状で在れば良い。

あるいは、レジストを塗布したウエハ３の代わりに、フォトクロミック材料を塗布したガラス板等の色の変化が見やすい基板をビームの傾き計測用の基板として用いても良い。フォトクロミック材料は特定の波長のビームを照射することで色が変化する性質が有るため、現像工程無しにマークの位置計測をすることが可能となり同様の効果を得ることが可能である。

［その他の実施形態］
最後に、前述の第１〜第５実施形態以外の実施形態について説明する。

Ｈ１やＨ２の高さにおける電子ビーム４の照射位置は、描画したマークに対して電子ビーム４を照射して、マーク表面での反射電子やマークから生じる２次電子を検出することにより求めても良い。あるいは、マークを描画せずに、レジスト上の１点を電子ビーム４で照射した場合に生じる反射電子や２次電子を検出することにより求めても構わない。

これらを検出してビームの位置を計測する位置計測器として、例えば、シンチレータと光電子増倍管を組み合わせて構成した検出器やファラデーカップ等を用いる。

しかし、描画したマーク位置を計測する場合は、光学式の計測装置３１を用いて計測する方式が好ましい。２次電子等を検出して位置計測をする方式に比べて、短時間かつ精度良く計測することができるため、高精度に描画の位置ずれ補正をすることが可能となる。

本発明はウエハ３の高さが異なる状態におけるビームの照射位置のずれが求められれば良いので、Ｈ１及びＨ２の高さ関係は可逆である。また、Ｈ１、Ｈ２以外の高さにおいてもウエハ３の反転前後にマークを描画して、高さと各々のマークの位置ずれに関する情報が得られれば、傾きθの算出工程を省略することも可能となる。各々の高さにおける描画位置のずれの結果を用いてデータを補完処理すれば、任意の高さにおける描画位置のずれを算出して補正することができるからである。

ウエハ３の回転機構として、１８０度回転可能な回転ステージ６を例に挙げたがこれに限らない。例えば、回転ステージ６が一度に回転可能な角度に制限がある場合には、所定回数回転動作を繰り返すことで計１８０度回転するように設定すれば良い。あるいは、ウエハチャック５からウエハ３のみを持ち上げ、持ち上げた状態又は別の装置を用いて１８０度回転させてからウエハチャック５上に再載置する手法を用いても構わない。

ベースラインＢＬの変動が懸念される場合は、随時ベースラインＢＬ計測を行って、ベースライン量を補正しても良い。また、少なくとも一つのアライメントマークを基準として、記憶した電子ビームの照射位置（ｐ０、ｐ１等）にウエハ３の位置を合わせることで記憶した照射位置への位置合わせ精度を高めることも可能である。

［物品の製造方法］
本発明におけるデバイス又はレチクル等の物品の製造方法は、本発明に係る描画方法を使用し描画の位置ずれを補正しながらパターンを描画する工程と、パターンが描画されたウエハやガラス等の基板を現像する工程とを含む。さらに、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含んでも良い。

１ 描画装置
３ ウエハ
４ 電子ビーム
６ 回転ステージ
１１ アライメント光学系
２０ 主制御部
２３ （ステージ用の）制御部
３０ （重ね合わせ検査用の）マーク
３１ （重ね合わせマーク計測用の）計測装置

Claims (17)

1. 基板に照射するビームを成形する光学系の光軸方向に対する前記ビームの傾きを計測する計測方法であって、
   第１の高さ及び該第１の高さとは異なる第２の高さに前記基板を移動するステップと、
   前記光軸方向の回転軸まわりに前記基板を反転するステップと、
   前記反転の前後における、前記第１の高さ及び前記第２の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップと、
   前記第１の高さ及び前記第２の高さと、各々の前記ビーム位置とに基づいて前記ビームの傾きを求めるステップとを有することを特徴とするビームの傾きの計測方法。
2. 前記第１の高さ及び前記第２の高さの差と、各々の前記ビーム位置とに基づいて前記ビームの傾きを求めることを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
3. 前記基板の反転前に取得した前記第１の高さにおける前記ビーム位置に、前記基板を反転後の前記第１の高さにおけるビーム位置が近づくように、前記基板を該基板の面内方向に移動するステップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測方法。
4. 前記反転の前後における、前記第２の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップは、前記基板の反転前後に前記第２の高さにおける前記基板上の前記ビーム位置にマークを描画するステップと、前記第２の高さにおいて描画した各々のマークの位置を計測するステップとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測方法。
5. 前記反転の前後における、前記第１の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップは、前記基板の反転前後に前記第１の高さにおける前記基板上の前記ビーム位置にマークを描画するステップと、前記第１の高さにおいて描画した各々のマークの位置を計測するステップとを有することを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
6. 前記反転の前後における、前記第１の高さ及び前記第２の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップにおいて、前記基板の反転前後に前記第１の高さ及び前記第２の高さにある前記基板に対して描画した各々のマークの位置を光学式の位置計測器で計測することを特徴とする請求項４又は５に記載の計測方法。
7. 前記ビームの傾きを求めるステップにおいて、前記第１の高さにある前記基板上に描画した各々のマークの位置ずれに関する情報をオフセットとして、前記第２の高さにある前記基板上に描画した各々のマークの位置ずれに関する情報を求めることを特徴とする請求項５又は６に記載の計測方法。
8. 前記反転の前後における、前記第１の高さ及び前記第２の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップにおいて、前記第１の高さ又は前記第２の高さにある前記基板に対して描画した１組のマークの位置を、重ね合わせ検査装置を用いて計測することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の計測方法。
9. １枚の前記基板を用いて、複数の前記ビームの傾きを計測することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の計測方法。
10. 基板に照射するビームを成形する光学系の光軸方向に対する前記ビームの傾きを計測する計測方法であって、
    前記ビームを用いて第１の高さにある前記基板上にマークを描画する第１の描画ステップと、
    該第１の描画ステップにおいて描画したマークの位置を記憶する記憶ステップと、
    前記光軸方向の回転軸まわりに前記基板を反転し、前記記憶ステップで記憶した位置に前記ビームを照射可能なように前記基板を移動して、前記第１の高さで再びマークを描画する第２の描画ステップと、
    前記反転前後において、前記第２の高さにある基板上にマークを描画する第３の描画ステップと、
    前記第１、第２、及び第３の描画ステップにおいて描画したマークの位置を計測する計測ステップと、
    前記計測ステップの結果に基づいて前記ビームの傾きを求めるステップとを有することを特徴とするビームの傾きの計測方法。
11. 基板にビームを照射しパターンを描画する描画方法であって、
    第１の高さ及び該第１の高さとは異なる第２の高さに前記基板を移動するステップと、
    前記光軸方向の回転軸まわりに前記基板を反転するステップと、
    前記反転の前後における、前記第１の高さ及び前記第２の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップと、
    前記第１の高さ及び前記第２の高さと、各々のビームの位置とに基づいて、前記ビームの傾きにより生じる前記パターンの描画位置のずれを補正するステップとを有することを特徴とする描画方法。
12. 前記第１の高さ及び前記第２の高さとは異なる任意の高さに、前記基板を移動するステップと、
    前記反転の前後における、前記任意の高さにある前記基板に対するビーム位置を取得するステップとを有し、
    前記パターンの描画位置のずれを補正するステップでは、前記任意の高さ及び前記任意の高さにある前記基板におけるビームの位置を用いることを特徴とする請求項１１に記載の描画装置。
13. 前記反転の前後における、前記基板に対するビーム位置を取得するステップは、前記基板の反転前後に、前記第１及び第２の高さにある前記基板上にマークを描画するステップと、各々の高さにおいて描画したマークの位置を計測するステップとを有することを特徴とする請求項１１に記載の描画方法。
14. 前記マークの位置の計測結果を用いて前記ビームの傾きを求め、該ビームの傾きに基づき前記パターンの描画位置のずれを補正することを特徴とする請求項１３に記載の描画方法。
15. 基板にビームを照射しパターンを描画する描画装置であって、
    前記ビームを成形する光学系の光軸方向の回転軸まわりに前記基板を反転する回転機構と、
    前記基板上における前記ビームの位置を計測する位置計測器と、
    前記パターンの描画位置のずれを補正する補正部とを有し、
    前記位置計測器は、前記基板の反転前後に、第１の高さ及び該第１の高さとは異なる第２の高さにある前記基板におけるビーム位置を取得し、
    前記補正部は、前記第１の高さ及び前記第２の高さと、各々の高さにおける前記ビーム位置とに基づいて前記パターンの描画位置のずれを補正することを特徴とする描画装置。
16. 前記第１の高さ及び前記第２の高さと前記各々の高さにおける前記ビーム位置に基づいて前記ビームの前記光軸方向に対する傾きを求め、該傾きによる前記パターンの描画位置のずれを補正することを特徴とする請求項１５に記載の描画装置。
17. 請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の描画方法を用いて、基板にパターンを描画する工程と、
    前記工程で描画された前記基板を現像する工程とを含むことを特徴とする物品の製造方法。