JP4100799B2 - マスクパターン転写方法、マスクパターン転写装置、デバイス製造方法及び転写マスク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク上の微細なパターンをウエハやガラス等の基板上に転写してデバイスを製造する際の、転写方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの集積度が上がり、性能や機能が向上するのに伴い、リソグラフィ装置の高解像度化と大画角化が進み、転写方式もウエハ一括方式、ステップ・アンド・リピート方式、を経てステップ・アンド・スキャン方式へと変化している。そのようななかで、更なる高解像が期待できる、電子線等の荷電ビームを用いた露光装置においても、転写マスクを用いたスキャン方式の縮小転写系が提案されている。
【０００３】
しかしながら、この種の装置は画角を広げると像性能が著しく低下することや、使用するマスクの構造上の制約などから、転写パターンを複数のパターンに分割した分割マスクを用いて、それら分割されたパターンを順次繋ぎ合わせて転写することで、所望のパターンを得ている。
【０００４】
分割マスクは、一枚のマスク基板上に分割した転写パターンを所定の位置に配列したものである。
【０００５】
この分割マスクを用いた転写方法では、隣接する転写パターンとの繋ぎ精度が重要であるため、分割した転写パターンはマスク上の所定の位置に非常に高い精度で配列されている必要がある。しかしながら、例えばこの分割マスクを電子線描画装置を用いて作成した場合、その描画方法によっては、これらの分割マスクの転写パターン及びその配列が湾曲したり、各パターンの大きさが設計値通りにならなかったりする。更に、分割マスクの温度変化による歪、機械的応力による歪、経時変化による歪なども誤差の発生要因となる。これらの誤差は先述した繋ぎ精度を悪化させ、その結果、チップに欠陥が生じることになる。
【０００６】
このような問題を解決するには例えば、特開昭６３−７３５２０号公報に開示されているように、マスク全体の位置を専用のマークを使用して求め、そのデータをもとにした仮の座標系を用いて、次に露光すべき分割パターンを露光位置に駆動し、その後、各分割パターン専用のアライメントマークを用いて、逐次分割転写パターン毎にアライメントを行うといった方法が知られている。この方法はダイ・バイ・ダイ方式と呼ばれ、各分割パターン毎にアライメントを行うので正確な位置合わせが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような方法では、各分割パターンを一旦、仮の座標系を用いて駆動し、その後、その分割パターン専用のアライメントマークを用いて、逐次分割転写パターン毎にアライメントを行うため、分割パターンの転写毎にアライメントのための計測と駆動が必要となり、その計測時間と駆動時間が装置全体のスループットを低下させてしまうという問題がある。この間題はマスクの分割数が増大するほどスループットに対する影響が大きい。
【０００８】
また、特開昭６３−７３５２０号公報に開示されている方法では、先述した分割マスクを作成する過程で用いる電子線描画装置の描画方法に起因する分割パターン自身の湾曲を補正することはできない。
【０００９】
さらに、従来の転写方法では少なくとも１ショットでひとつのチップの転写が可能であったのに比べて、このような分割マスクを用いた転写方法ではひとつのチップの転写にかかる時間がマスクの分割数とともに増えてしまう。例えば、ひとつのチップを５×１０のマトリックス状配列に分割してマスク上に配置させ、各々の分割パターンを順次転写して繋ぎ合わせ、５０個全ての分割パターンを転写して、ようやくひとつのチップの露光が完了する。単純にステップ・アンド・スキャンを繰り返すと、スキャン回数で５０倍、露光時間で５倍以上の負荷になる。
【００１０】
そこで、ウエハやマスクを載置したステージの極端な加減速や停止などにかかる時間を省くため、ステージを止めることなく、ひとつの分割パターンから他の分割パターンヘと連続移動させて、より高速な転写を可能とするシステムが考えられる。
【００１１】
ところが、マスクやウエハを連続移動させながら転写しようとすると前述のダイ・バイ・ダイ方式のアライメント方法を用いることができない。なぜなら、先述したように各分割パターンを一旦、仮の座標系を用いて位置決めして、その後、その分割パターン専用のアライメントマークを用いて、逐次分割転写パターン毎にアライメントを行う必要があるからである。
【００１２】
そこで、本発明は、分割された複数の部分転写パターンを被転写物に順次転写して所望のパターンを得る際に、スループットを向上させつつ各部分転写パターンの繋ぎ精度を向上させるマスクパターン転写方法や装置、デバイス製造方法、更には転写マスクを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のマスクパターン転写方法は、所定の方向及び前記所定の方向に交差する方向に分割され、かつ、配列された、区別可能な複数の部分転写パターンを有する転写マスクを用い、前記転写マスクを介して被転写物に転写ビームを照射し、前記各部分転写パターンを前記被転写物に順次転写することで前記被転写物に前記各部分転写パターンの繋ぎ合わせられた所望のパターンを形成するために、前記転写マスクに、前記各部分転写パターンのそれぞれに関連づけられた複数のアライメントマークを設けておき、前記被転写物と前記各アライメントマークとの相対位置を補正し、前記各部分転写パターンを前記被転写物に順次転写するマスクパターン転写方法であって、
前記相対位置の補正は、前記各アライメントマークを指定する転写マスクマーク指定工程と、
前記転写マスクマーク指定工程により指定された前記各アライメントマークの位置を計測し、計測された位置を基に、前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンの位置を定める関数を決定する工程と、
前記転写ビームに対して前記転写マスクと前記被転写物とを前記所定の方向に相対走査させて、前記部分転写パターンを前記被転写物に走査露光する走査露光工程と、
前記部分転写パターンを前記被転写物に走査露光する際、前記関数に基づいて前記被転写物に対し前記部分転写パターンの像を相対移動させる相対移動工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記の通りの本発明のマスクパターン転写方法は、あらかじめ、所望の部分転写マスクのアライメントマークを指定し、指定された部分転写パターンの各アライメントマークの位置を計測し、これを基に各部分転写パターンの位置を定める関数を定めておく。この関数を基に転写位置を補正するとともに、走査露光時に被転写物に対し部分転写パターンの像を相対移動させる。このため、各分割パターンを被転写物へと転写する毎にアライメントマークを測定し、転写位置を求める必要がなくなる。
【００１５】
本発明のマスクパターン転写装置は、露光のための荷電ビームを放射するビーム放射手段と、
前記荷電ビームを円弧形状に整形する整形手段と、
被転写物に転写するための、所定の方向及び前記所定の方向に交差する方向に分割され、かつ、配列された、区別可能な複数の部分転写パターン及び前記各部分転写パターンのそれぞれに関連づけられた複数のアライメントマークが形成された転写マスクが載置される、移動可能な第１の載置手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターンからなる被転写パターンが転写される被転写物が載置される、移動可能な第２の載置手段と、
前記転写マスクを透過した前記荷電ビームの投影倍率を補正して前記被転写物に照射させる倍率補正手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターン及び前記各アライメントマークの位置を測定する第１の測定手段と、
前記被転写物に転写された、前記各部分転写パターンを繋ぎ合わせることで形成される被転写パターンと前記各アライメントマークとの位置を測定する第２の測定手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターンの像を相対移動させる像相対移動手段と、
前記第１の測定手段及び前記第２の測定手段からの出力信号を基に、前記第１の載置手段の移動速度を規定する駆動倍率、前記第２の載置手段の移動速度を規定する駆動倍率、前記倍率補正手段の投影倍率、及び前記相対移動手段の像相対移動量のそれぞれを算出し、前記第１の載置手段、前記第２の載置手段、前記倍率補正手段及び前記相対移動手段を制御する制御手段とを有する。
【００１６】
本発明のデバイス製造方法は、本発明のマスクパターン転写方法を含む工程によってデバイスを製造することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のデバイス製造方法は、本発明のマスクパターン転写装置を用いることによってデバイスを製造することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、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の実施形態）
第８図は本発明の転写方法を適用可能な半導体デバイス製造用露光装置の一例の概略構成図である。なお、後述する第２ないし第３の実施形態も同様の装置を用いるものとする。
【００２０】
この半導体デバイス製造用露光装置の制御は、ビーム源１から放射されたビーム１２のドーズ量を制御するビーム制御部２ａと、マスクステージ６を移動させるマスクステージ制御部６ａと、偏向器１５を制御する偏向器制御部１５ａと、ウエハ１０へ照射される転写マスク３のパターンの倍率を補正する倍率補正系８を制御する倍率補正制御部８ａと、ウエハステージ１１を移動させるウエハステージ制御部１１ａとを有する装置制御部１６によりなされる。
【００２１】
まずビーム源１から放射される電子ビームもしくはイオンビーム等、荷電粒子線である荷電ビーム１２は、ビーム制御部２ａによるビーム制御系２のｏｎ／ｏｆｆを行うことでドーズ量が制御されて照明系４に入射し、これによりマスクステージ６上の転写マスク３に照射される。
【００２２】
ここで照明系４内には、円弧形状のスリットが形成されたスリット板１３が設けられており、照明系４を通った荷電ビーム１２は光軸と垂直な平面内で円弧形状に成形される。このようにビーム形状を円弧形状にすることで、結像位置は光軸から離れた荷電ビーム１２の外周付近となる。これにより、像面湾曲を無視できるほどに抑制しつつ、露光領域の拡大を図ることが可能となる。本実施形態では、荷電ビーム１２は円弧形状のビーム形状を用いているが、ビーム形状はそれ以外の形状でもかまわない。
【００２３】
マスクステージ６はマスクアライメント系５により測定、演算処理された補正値に基づき、マスクステージ制御部６ａにより駆動されることで、転写マスク３と転写ビーム１２との位置合わせを行う。
【００２４】
転写マスク３に照射された荷電ビーム１２は、転写マスク３上のパターンを偏向器１５により偏向後、投影系７に投影され、さらに倍率補正系８により投影倍率が補正された後、ウエハステージ１１上のウエハ１０に照射され、これにより転写マスク３のパターンが転写される。
【００２５】
なお、ウエハステージ制御部１１ａにより制御されるウエハステージ１１は、ウエハライメント系１４により測定、演算処理された値に基づき、ウエハ１０の位置合わせを行う。転写の際にはあらかじめ、マスクステージ６とウエハステージ１１は互いのステージの走査移動方向や直交度、相対走査方向のパターン倍率等を合わせ、その座標系を基準座標系として以後の全ての工程の基準とする。
【００２６】
次に、図５の転写マスク３をいわゆる１ｓｔマスクとしてウエハ１０に焼きつける工程で本発明の転写方法を説明する。
【００２７】
図５は、５×５の配列に分割された部分転写パターンをもつ、転写マスク３と、転写マスク３上の部分転写パターンであるマスクショット３ａ〜３ｙをウエハ１０上に焼きつけた転写像１０１をそれぞれ表している。
【００２８】
各マスクショット３ａ〜３ｙは転写像１０１を複数に分割したものである。転写マスク３上の各マスクショット３ａ〜３ｙの周囲には、各マスクショット３ａ〜３ｙの転写マスク３上での位置を規定するためのマークであるアライメントマーク３ａ１〜３ｙ６が配置されている。
【００２９】
たとえばマスクショット３ａの位置は、アライメントマーク３ａ１〜３ａ６で定義されることとなる。これら転写マスク３上の各マスクショット３ａ〜３ｙは、マスクショット３ａがウエハ１０上のショットであるウエハショット１０ａに、マスクショット３ｂがウエハショット１０ｂに、といった具合に順次隙間なくウエハ１０上に転写され、所望の転写像１０１が得られる。この際にマスクショット３ａ〜３ｅ、３ｆ、３ｊ、３ｋ、３ｏ、３ｐ、３ｔ、３ｕ〜３ｙ、のアライメントマークのうち転写像の外周部にある、例えば３ａ１、３ａ２、３ａ５、３ａ６等もウエハ１０上に転写され、２ｎｄレイヤ以降のアライメントに用いられる。
【００３０】
図１は上記の工程の詳細をフローチャートにしたものであり、本発明の基本フローである。
【００３１】
以下、図５及び図１のフローを追って順に説明する。なお、ここではウエハ１０は既に装置内にロードされているものとしている。
【００３２】
まず、転写マスク３をマスクステージ６上にロードし（ステップ２０）、次にマスクアライメント系５で転写マスク３の位置を計測し、マスクステージ６を駆動して基準位置合わせを行う（ステップ２１）。このときの基準は先述した基準座標系で、この基準座標系に荷電ビーム１２の基準軸や別に設けられた装置基準が合致している。したがって、この基準位置合わせは転写マスク３を荷電ビーム１２の基準軸や別に設けられた装置基準に対して位置合わせをすることに他ならない。
【００３３】
転写マスク３が基準位置に配置されると、アライメントで計測に用いるアライメントマークを指定する（ステップ２２）。ここでは、マスクショット３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｆ、３ｈ、３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ、３ｐ、３ｒ、３ｔ、３ｕ、３ｗ、３ｙに対応する各アライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４、を指定する。このステップで全てのマスクショットのアライメントマークを指定してもよいが、計測するマークの数が多いはど計測時間が長くなるので、装置のスループットが低下することに留意する必要がある。
【００３４】
次に、ステップ２２で指定された転写マスク３上の各マスクショット３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｆ、３ｈ、３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ、３ｐ、３ｒ、３ｔ、３ｕ、３ｗ、３ｙに各々対応するアライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４の位置をマスクアライメント系５で計測する（ステップ２３）。
【００３５】
すなわち、マスクショット３ａでは、アライメントマーク３ａ１、３ａ２、３ａ３、３ａ４の位置が計測される。ここでアライメントマーク３ａ５、３ａ６を指定してもかまわないが、アライメントマーク３ａ１〜３ａ４の位置が分かればマスクショット３ａの位置を特定することができるので敢えて指定はしなくてもよい。
【００３６】
マスクショット３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｆ、３ｈ、３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ、３ｐ、３ｒ、３ｔ、３ｕ、３ｗ、３ｙの各アライメントマークの位置を計測した後、各アライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４の位置をマーク毎に記憶しておく（ステップ２４）。
【００３７】
次に、ステップ２４で記憶した各アライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４の位置を読み出してマスクショット３ａ〜３ｙの位置を定める関数を算出する（ステップ２５）。
【００３８】
図６はアライメントマークの位置データから得られた関数を表す図である。関数の算出はストライプ毎に行い、例えばマスクショット３ａ〜３ｅで構成されるストライプの関数は３ｓ１の様になる。同様にマスクショット３ｆ〜３ｊに対して３ｓ２、マスクショット３ｋ〜３ｏに対して３ｓ２、マスクショット３ｐ〜３ｔに対して３ｓ４、マスクショット３ｕ〜３ｙに対して３ｓ５を算出する。
【００３９】
関数の求め方としては、Ｎ次関数近似、累乗関数近似、多項式関数近似、スプライン補完等、一般に知られている種々の方法を用いることができる。更に、これらの関数と実際のマーク位置との距離を誤差最小自乗法などで評価して、実際のマーク位置に対して最もよくフィットするものを採用してもよい。
【００４０】
次に相対走査方向のパターン倍率を求める為にマスクストライプ長を算出する。例えばマスクショット３ａのアライメントマーク３ａ１とマスクショット３ｅのアライメントマーク３ｅ４との相対走査方向の距離と、マスクショット３ａのアライメントマーク３ａ２とマスクショット３ｅのアライメントマーク３ｅ３の相対走査方向の距離との平均値をこのマスクストライプのマスクストライプ長ｄｓ１として算出する。同様にして各マスクストライプのマスクストライプ長ｄｓ２〜ｄｓ５を算出する。これらマスクストライプ長ｄｓ１〜ｄｓ５の平均値ｄｓｍを転写マスク３の設計上のマスクストライプ長ｄｓで除した値ｄｓｍ／ｄｓを第１のパターン倍率である相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍとする。
【００４１】
以上のようにして得られた各ストライプの関数３ｓ１〜３ｓ５と相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを記憶しておく（ステップ２６）。
【００４２】
ここまでのステップで各マスクストライプに対する関数と転写マスク３の相対走査方向のパターン倍率が決定され記憶されたことになる。以降のステップではステップ２５で求めた関数をもとに各マスクショットの転写開始位置を決定して実際の露光処理へ移ってゆく。
【００４３】
ステップ２４で記憶しておいた各マスクショットのアライメントマーク位置とステップ２５で算出した関数から各マスクショットの転写開始位置を算出する（ステップ２７）。
【００４４】
各マスクショットの転写開始位置の算出には種々の方法が考えられるが、例えばマスクショット３ａに対しては、アライメントマーク３ａ１とアライメントマーク３ａ２の相対走査方向、すなわち、ｘ座標の平均値に、アライメントマークから転写開始位置までの設計上のオフセット値にステップ２５で算出した相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを乗じたもの、を加えた値を転写開始位置のｘ座標とし、同様に転写終了位置のｘ座標も算出することができる。
【００４５】
ここでステップ２２で全てのマスクショットを指定している場合には、前述の処理を全てのマスクショットに対して行い各マスクショットの転写開始位置を求めればよい。ステップ２２で全てのマスクショットを指定していない場合、例えば本実施形態のような場合にマスクショット３ｂの転写開始位置と転写終了位置を求めるには、まず先述の手順でマスクショット３ａの転写開始位置と転写終了位置を求め、同様にしてマスクショット３ｃの転写位置と転写終了位置を求めた後、マスクショット３ａの転写開始位置のｘ座標とマスクショット３ｃの転写開始位置のｘ座標との中点を算出すればよい。また転写終了位置についても同様に算出すればよい。ここで中点を用いたのはマスクショット３ｂの設計上の位置がマスクショット３ａとマスクショット３ｃの中央に配置されているためであり、ステップ２２での計測マスクショットの指定の仕方と各マスクショットの設計上の配置から決定されることはいうまでもない。
【００４６】
このようにして算出した各マスクショットの転写開始位置と転写終了位置を記憶しておく（ステップ２８）。
【００４７】
次に、ステップ２６で記憶しておいた相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを読み出して、マスクステージ６のｘ方向の駆動速度の倍率である駆動倍率として設定する（ステップ２９）。
【００４８】
露光処理が開始されると（ステップ３０）、マスクショット番号ｎが１に初期化され（ステップ３１）、以降のショット露光のループに進む。
【００４９】
ｎ＝１のとき、マスクショット３ａとなる。このループの最初は、まずステップ２８で記憶した１番目のマスクショット３ａの転写開始位置を読み出す（ステップ３２）。
【００５０】
次に、ｘ、ｙ、θ軸を有するマスクステージ６を駆動して、読み出した転写位置にマスクショット３ａを移動させる（ステップ３３）。この動作と同時にウエハステージ１１を駆動し（ステップ３４）、ウエハ１０を１番目のマスクショット３ａが転写されるべき位置に移動する。これらステップ３３及びステップ３４で駆動された各ステージの位置は相対走査の開始位置である。
【００５１】
次に、ステップ２６で記憶しておいた関数のうち当該マスクショット、この場合マスクショット３ａが含まれるマスクストライプの関数３ｓ１を読み出す（ステップ３５）。この段階でこのショットに対する、露光準備ができたことになる。
【００５２】
次に、ビーム制御系２を駆動して荷電ビーム１２をマスクショット３ａに照射してウエハ１０上のウエハショット１０ａとして転写を開始し、マスクステージ６とウエハステージ１１とを荷電ビーム１２に対して相対走査しながらマスクショット３ａの全域をウエハ１０上に転写する（ステップ３６）。このときマスクステージ６はステップ３５で読み出した関数３ｓ１上をトレースするように駆動する。この関数上をトレースするということが本発明の最大の特徴であり、このことによって各マスクショットがもっている湾曲や歪みの補正を可能にしているのである。
【００５３】
このショットに対する露光が完了すると、全てのショットの露光が完了したかどうかを判別する（ステップ３７）。まだ全てのショットの露光が完了せず、次のショットの露光を行うなら、マスクショット番号ｎに１を加え（ステップ３８）、ステップ３２に戻る。
【００５４】
このステップ３２〜ステップ３８のループを繰り返し、マスクショット３ｂ〜３ｙについても同様の処理を行う。全てのマスクショット３ａ〜３ｙに対する処理が完了すると、このループから抜け出し、次のチップ処理工程へ進む（ステップ３９）。これでウエハ１０上に所望のチップないしパターン１個が転写されたことになる。なお、ウエハ１０上に複数のチップを転写するためには、上記フローのステップ３１〜ステップ３９までをチップの数だけ繰り返せばよい。
【００５５】
以上の通り、転写マスク３上の部分転写パターンに対応するアライメントマークのうちの幾つかを指定して、それらの位置から各マスクストライプ毎の関数を求め、転写に際してはそれらの関数上をトレースしながら各マスクショットを相対走査することで、各部分転写パターンの湾曲や歪みを補正することができ、アライメントに要する時間を短縮しつつ繋ぎ精度の高い転写像１０１を得ることができる。
（第２の実施形態）
本実施形態では、マスクショットの相対走査方向に直交する方向、すなわち、ｙ軸方向のパターン倍率にも着目し補正を可能にすることで、部分転写パターンの繋ぎ精度をさらに改善している。この方法は、マスクショットの相対走査方向のパターン倍率とそれに直交する方向のパターン倍率に差がある場合に有効である。以降、第１の実施形態の説明で用いた図５のマスクショットレイアウト、図２及び図３に示すフローチャートを用いて、本実施形態の転写方法を説明する。
【００５６】
まず、図２のフローチャートのステップ２０〜ステップ２６は先述の第１の実施形態と同様で、図５の転写マスクを装置にロードして基準合わせを行った後、指定されたアライメントマークの計測を行う。指定するアライメントマークは第１の実施形態と同じであるが、全てのマークを指定してもよく、本実施形態では後述するように、全てのマークを指定すると最大の効果が得られる。アライメントマークの計測から各マークの位置を求めて、各マスクストライプに対応する関数と転写マスク３の相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを算出し記憶しておく（ステップ２６）。
【００５７】
次に、ステップ２４で記憶した各アライメントマークの位置を読み出して各マスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎを算出する（ステップ２００）。
【００５８】
ここでの処理は、図７に示すように例えばマスクショット３ａに関して、アライメントマーク３ａ１と３ａ２の実際のマーク位置の間隔をｄｖａ１とし、同様にアライメントマーク３ａ３と３ａ４の実際のマーク位置間隔をｄｖａ３とするとき、それらの平均値を設計上のマーク間隔Ｄｖｆで除した値、（ｄｖａ１＋ｄｖａ３）／２Ｄｖｆを相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖ１として算出する。ここでステップ２２で全てのマスクショットを指定していない場合は、指定した各マスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎの平均値を求め、第３のパターン倍率である各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率をＭｍとして記憶しておく（ステップ２０１）。また、ステップ２２で全てのマスクショットが指定されている場合は、第２のパターン倍率である全てのマスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎを各マスクショット毎にステップ２０１で記憶しておく。
【００５９】
次に、ステップ２２の計測マーク指定が全てのマスクショットに対して為されているかどうかを判別し（ステップ２０２）、全てに対して為されていれば、ステップ２０３〜ステップ２０５をスキップし、そうでなければステップ２０３を実行するように分岐させる。この理由は各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍを用いる場合には、あらかじめ倍率補正系８を駆動して（ステップ２０４）、全てのマスクショットに対して同じ量の補正を行うことが可能だからである。
【００６０】
これに対してステップ２２で全てのマスクショットが指定されていれば、各々のマスクショットに対して、各々に最適な個別の相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｂでの補正が可能となる。この場合は後述するショット露光のループのなかで各ショット毎に倍率補正系８を駆動して補正を行う必要がある。このため、全てのマスクショットが指定されている場合は、ステップ２０３〜ステップ２０５をスキップする。
【００６１】
ここでステップ２２で全てのマスクショットが指定されていれば、ステップ２０１で記憶しておいた各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍを読み出し（ステップ２０３）、倍率補正系８を駆動してマスクショットに対する倍率補正を行う（ステップ２０４）。
【００６２】
次に、ステップ２６で記憶しておいた相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍと各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍからマスクステージ６の駆動速度の倍率である駆動倍率を求め設定する（ステップ２０５）。この理由は本実施形態における倍率補正系８の補正形態が、荷電ビーム１２の光軸に軸対称に作用するように構成されているためで、この場合の相対走査方向のパターン倍率はＳｍｍを倍率補正系８に与えた補正値Ｍｍで除した値Ｓｍｍ／Ｍｍとなる。ここで倍率補正系８の補正形態が相対走査方向と直交する方向のみに作用するような構成であれば、相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍをそのまま用いればよい。
【００６３】
以降、第１の実施形態と同様に、各マスクショットの転写開始位置と転写終了位置を算出し（ステップ２０６）、記憶した後（ステップ２０７）、一連の露光処理が開始する（ステップ２０８）。
【００６４】
次に、図３において、第１の実施形態と同様にマスクショット番号ｎが１に初期化されて（ステップ２０９）、ショット露光のループであるステップ２１０〜ステップ２２０へ進む。
【００６５】
次に、計測マーク指定が全てのマスクショットに対して為されているかどうかを判別する（ステップ２１０）。
【００６６】
ステップ２２で全てのマスクショットを指定している場合、すなわち、パターン倍率の補正を各マスクショット毎に行うのであれば、ステップ２０１で記憶しておいた当該マスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎを読み出して（ステップ２１１）、倍率補正系８を駆動して相対走査方向と直交する方向のパターン倍率を補正し（ステップ２１２）、同時に当該ショットの相対走査方向のパターン倍率として、Ｓｍｍ／Ｍｖｎをマスクステージ６の駆動倍率として設定する。
【００６７】
ステップ２２で全てのマスクショットを指定していない場合、すなわち、各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍを用いて、全てのマスクショットに対して同じ量の補正を与えるならば、すでにステップ２０４で倍率補正系８を各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍに基づいて駆動してあるので、ステップ２１１〜ステップ２１３をスキップする。
【００６８】
ステップ２１４〜ステップ２１７は第１の実施形態と同様で、当該マスクショットの転写開始位置を読み出して（ステップ２１４）、マスクステージ６を駆動し（ステップ２１５）、そのマスクショットの転写像がウエハ１０上の転写されるべき位置にくるようにウエハステージ１１を駆動し（ステップ２１６）、当該マスクショットに対応するマスクストライプの関数を読み出し（ステップ２１７）、相対走査露光の開始に備える。
【００６９】
以降、そのショットに対してマスクステージ６を関数上をトレースするように駆動しながら相対走査露光を行い（ステップ２１８）、ショットひとつ分の処理が終了する。
【００７０】
これ以降の各ステップは第１の実施形態と同様で、ショットの数だけステップ２１０〜ステップ２２０のループを繰り返し、全てのショットの露光が完了したかどうかを判別し（ステップ２１９）、全てのショットの露光が完了しておらず、次のショットの露光を行うなら、マスクショット番号ｎに１を加え（ステップ２２０）、ステップ２１０へ戻り、全てのショットの露光が完了したなら、次のチップ処理工程へ進む（ステップ２２１）。
【００７１】
以上の通り、本実施形態では各ショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率にも着目し補正することで、更に繋ぎ精度の高い転写像１０１を得ることができる。
【００７２】
以上の通り、第１の実施形態に加えて、部分転写パターンの相対走査方向に直交する方向のパターン倍率を補正することでさらに繋ぎ精度の高い転写像１０１を得ることができる。
（第３の実施形態）
第１ないし第２の実施形態では、部分転写パターンの露光に際して、各部分転写パターンの転写開始位置にウエハを移動してその後相対走査によって露光する、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式に本発明を適用した例について説明した。これに対して本実施形態では、各部分転写パターンを転写する際に、各マスクストライプ毎に、ひとつのマスクショットから次のマスクショットヘマスクステージ６とウエハステージ１１を停止させることなく連続移動させながら、転写するように構成してある。こうすることで応答速度の遅い機械式ステージの急激な加減速や停止による時間のロスを抑えて、装置全体のスループットを更に向上させている。また本実施形態では、相対走査方向と直交する方向のパターン倍率と相対走査方向のパターン倍率を各マスクストライプ毎に補正する方式を採用しており、繋ぎ合わせ精度の向上をも図っている。
【００７３】
以降、図５のマスクショットレイアウト及び図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態の転写方法を説明する。
【００７４】
まず、図４のフローチャートのステップ２０〜ステップ２６は先述の第１の実施形態と同様で、図５の転写マスク３を装置にロードして基準合わせを行った後、指定されたアライメントマークの計測を行う。指定するアライメントマークは第１の実施形態と同じであるが、全てのマークを指定してもよい。アライメントマークの計測から各マークの位置を求めて、各マスクストライプに対応する関数３ｓ１〜３ｓ５を求める。また本実施形態では第４のパターン倍率である各マスクストライプ毎の相対走査方向のパターン倍率Ｓｍ１〜Ｓｍ５を算出し関数３ｓ１〜３ｓ５とともに記憶しておく（ステップ２６）。なお、ここでの相対走査方向のパターン倍率は、先述の第１の実施形態と同じ方法で求めた、各マスクストライプの相対走査方向のパターン倍率を平均することなく、そのまま用いればよい。
【００７５】
次に、ステップ２４で記憶した各アライメントマークの位置を読み出して各マスクストライプ毎の平均パターン倍率Ｍｍ１〜Ｍｍ５を算出し（ステップ３００）、各マスクストライプ毎に記憶しておく（ステップ３０１）。各マスクショットのパターン倍率を算出する方法は第２の実施形態と同じであり、それらをマスクストライプ毎に平均してＭｍ１〜Ｍｍ５を得ている。
【００７６】
次に、各マスクストライプの転写開始位置を算出する（ステップ３０２）が、例えばマスクショット３ａ〜マスクショット３ｅに対応するマスクストライプの転写開始位置として第１の実施形態におけるマスクショット３ａの転写開始位置を、転写終了位置としてマスクショット３ｅの転写終了位置を、各々採用すればよい。このようにして、全てのマスクストライプの転写開始位置と転写終了位置を算出して記憶する（ステップ３０３）。
【００７７】
以降、一連の露光処理が開始されると（ステップ３０４）、マスクストライプ番号Ｎが１に初期化されて（ステップ３０５）、ストライプ露光のループであるステップ３０６〜ステップ３１５へ進む。
【００７８】
次に、ステップ３０１で記憶しておいたマスクストライプＮに対応する平均パターン倍率ＭｍＮを読み出して（ステップ３０６）、倍率補正系８を駆動して相対走査の方向に直交する方向のパターン倍率を補正する（ステップ３０７）。
【００７９】
さらに、ステップ２６で記憶しておいた当該マスクストライプＮの相対走査方向のパターン倍率ＳｍＮを読み出し、先述の第２の実施形態と同じ理由からＳｍＮ／ＭｍＮをもってマスクステージ６の駆動速度の倍率である駆動倍率として設定する（ステップ３０８）。
【００８０】
次にステップ３０３で記憶しておいた、当該マスクストライプＮの転写開始位置を読み出し（ステップ３０９）、マスクステージ６を移動させる（ステップ３１０）と同時に、ウエハステージ１１を駆動して（ステップ３１１）、ウエハ１０を当該マスクストライプＮが転写されるべき位置に移動させる。さらにステップ２６で記憶しておいた当該マスクストライプＮの関数３ｓＮを読み出し（ステップ３１２）、当該マスクストライプＮに対する走査露光の準備が完了する。
【００８１】
以降、マスクストライプＮに対して荷電ビーム１２が関数３ｓＮ上をトレースするように相対走査露光を行う（ステップ３１３）。本実施形態では相対走査工程をマスクステージ６と、ウエハステージ１１と、偏向器１５とを用いて行っている。すなわち、マスクステージ６とウエハステージ１１を各々の転写開始位置から直線状に相対駆動させておいて、関数３ｓ１のトレースは偏向器１５を駆動することで実現している。この理由は、転写マスク３及びウエハ１０の連続移動中に各マスクショット間に存在する梁状の領域を関数３ｓ１に沿ってスキップさせる必要があるからである。
【００８２】
本発明の主眼はマスクストライプ毎の関数上をトレースさせて各マスクストライプの部分転写パターンの湾曲や歪みを補正することにあるので詳述しないが、各マスクショット間に存在する梁状の領域をスキップさせるには以下のように転写を行う。
【００８３】
例えば、マスクショット３ａの相対走査による転写が終了し、荷電ビーム１２が次に転写するべきマスクショット３ｂの転写開始位置に到達した時点でマスクショット３ｂの転写像を偏向器１５を用いて関数３ｓ１に沿ってウエハ１０に対して移動させて、ウエハ１０上に既に転写されているマスクショット３ａの転写パターンに繋ぎ合わせるようにすればよい。
【００８４】
また、偏向器１５の数や配置によって様々な方法が考えられるが、どのような手法を用いても各マスクショットを関数上をトレースしながら相対走査して露光することの効果に変わりはない。以上のようにしてストライプひとつ分の処理が終了する。
【００８５】
これ以降の各ステップは、ステップ３０６〜ステップ３１５のループを繰り返し、全てのストライプの露光が完了したかどうかを判別し（ステップ３１４）、まだ全てのストライプの露光が完了せず、次のストライプの露光を行うなら、ストライプ番号Ｎに１を加え（ステップ３１５）、ステップ３０６に戻る。全てのストライプに対する処理が完了すると、このループから抜け出し、次のチップ処理工程へ進む（ステップ３１６）。
【００８６】
以上、述べたように、各マスクストライプ毎に、ひとつのマスクショットから次のマスクショットヘマスクステージ６とウエハステージ１１を停止させることなく連続移動させながら、転写するように構成することで、各ステージの急激な加減速や停止による時間のロスを抑えて、装置全体のスループットを更に向上させると同時に、相対走査方向と直交する方向のパターン倍率と相対走査方向のパターン倍率を各マスクストライプ毎に補正して、繋ぎ合わせ精度の向上を図ることができる。
【００８７】
以上説明した、第１ないし第３の実施形態からわかるように、マスクショットの補正曲線による補正は、マスクステージで実行している。しかしながら、マスクとウエハは転写系によって決まる一定の相対関係があるため、マスクステージのかわりにウエハステージによっても同様な補正が可能である。この様な配慮は、各々のステージの機能や性能、駆動精度等によって選択することで、ショットの繋ぎ合わせ精度を一段と向上させることができる。また、本発明はあらゆる転写方式、たとえば等倍投影転写系、縮小投影転写系、近接転写系、密着転写系等の方式に適用ができる。また、第１ないし第３の実施形態はいわゆる１ｓｔレイヤに本発明を適用しているが、いわゆる２ｎｄレイヤ以降のレイヤであってもその効果は何ら変わるものではない。その場合、ウエハ上のチップのアライメント方法は従来の光露光装置などで採用されている種々の方法を用いることができ、例えばグローバルアライメント方式では、ウエハ上のチップの並び方を計測して、その並び方を理論上の並び方と比較してチップの並び方に関する座標系を補正する。この補正された座標系を用いてウエハステージを駆動するようにしておいて、その上で更に本実施形態を適用すればよいのである。
【００８８】
次に上記説明したマスクパターン転写方法を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図９は微小デバイス（ＩＣや１ＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造フローを示す。ステップ１０１０（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ１０２０（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ１０３０（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ１０４０（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ１０５０（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４０によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ１０６０（検査）ではステップ１０５０で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１０７０）される。図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１１０（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１２０（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３０（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１１４０（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１１５０（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ１１６０（露光）では上記説明した露光装置または露光方法によってマスクの回路パターンをウエハの複数ショット領域にならべて焼付露光する。ステップ１１７０（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１１８０（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９０（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要になったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、あらかじめ、所望の部分転写マスクのアライメントマークを指定し、指定された部分転写パターンの各アライメントマークの位置を計測し、これを基に各部分転写パターンの位置を定める関数を定めておき、さらに各アライメントマークの位置を基に転写の倍率を求めておき、これら関数及び転写の倍率を用いて被転写物に部分転写パターンを転写することで、高いスループットを維持しつつ、高精度な繋ぎ合わせが可能となった。さらに、走査露光工程で、転写マスクと被転写物とを連続して相対走査させることによりさらに、スループットの向上を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図５】第１ないし第３の実施形態でのマスクショット及びウエハショットを説明する概略図である。
【図６】本発明におけるマスクショットの位置を定める関数を説明する概略図である。
【図７】本発明におけるマスクショット３ａのパターン倍率を説明する概略図である。
【図８】本発明の転写方法を適用可能な半導体デバイス製造用露光装置の一例の概略構成図である。
【図９】デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示したウエハプロセスの詳細な工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ビーム源
２ ビーム制御系
２ａ ビーム制御部
３ 転写マスク
３ａ１〜３ｙ６ アライメントマーク
３ａ〜３ｅ マスクショット
３ｓ１〜３ｓ５ 部分転写パターンの位置を定める関数
４ 照明系
５ マスクアライメント系
６ マスクステージ
６ａ マスクステージ制御部
７ 投影系
８ 倍率補正系
８ａ 倍率補正制御部
１０ ウエハ
１１ ウエハステージ
１１ａ ウエハステージ制御部
１２ 荷電ビーム
１３ スリット
１４ ウエハライメント系
１５ 偏向器
１６ 装置制御部
１０１ 転写像
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク上の微細なパターンをウエハやガラス等の基板上に転写してデバイスを製造する際の、転写方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの集積度が上がり、性能や機能が向上するのに伴い、リソグラフィ装置の高解像度化と大画角化が進み、転写方式もウエハ一括方式、ステップ・アンド・リピート方式、を経てステップ・アンド・スキャン方式へと変化している。そのようななかで、更なる高解像が期待できる、電子線等の荷電ビームを用いた露光装置においても、転写マスクを用いたスキャン方式の縮小転写系が提案されている。
【０００３】
しかしながら、この種の装置は画角を広げると像性能が著しく低下することや、使用するマスクの構造上の制約などから、転写パターンを複数のパターンに分割した分割マスクを用いて、それら分割されたパターンを順次繋ぎ合わせて転写することで、所望のパターンを得ている。
【０００４】
分割マスクは、一枚のマスク基板上に分割した転写パターンを所定の位置に配列したものである。
【０００５】
この分割マスクを用いた転写方法では、隣接する転写パターンとの繋ぎ精度が重要であるため、分割した転写パターンはマスク上の所定の位置に非常に高い精度で配列されている必要がある。しかしながら、例えばこの分割マスクを電子線描画装置を用いて作成した場合、その描画方法によっては、これらの分割マスクの転写パターン及びその配列が湾曲したり、各パターンの大きさが設計値通りにならなかったりする。更に、分割マスクの温度変化による歪、機械的応力による歪、経時変化による歪なども誤差の発生要因となる。これらの誤差は先述した繋ぎ精度を悪化させ、その結果、チップに欠陥が生じることになる。
【０００６】
このような問題を解決するには例えば、特開昭６３−７３５２０号公報に開示されているように、マスク全体の位置を専用のマークを使用して求め、そのデータをもとにした仮の座標系を用いて、次に露光すべき分割パターンを露光位置に駆動し、その後、各分割パターン専用のアライメントマークを用いて、逐次分割転写パターン毎にアライメントを行うといった方法が知られている。この方法はダイ・バイ・ダイ方式と呼ばれ、各分割パターン毎にアライメントを行うので正確な位置合わせが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような方法では、各分割パターンを一旦、仮の座標系を用いて駆動し、その後、その分割パターン専用のアライメントマークを用いて、逐次分割転写パターン毎にアライメントを行うため、分割パターンの転写毎にアライメントのための計測と駆動が必要となり、その計測時間と駆動時間が装置全体のスループットを低下させてしまうという問題がある。この間題はマスクの分割数が増大するほどスループットに対する影響が大きい。
【０００８】
また、特開昭６３−７３５２０号公報に開示されている方法では、先述した分割マスクを作成する過程で用いる電子線描画装置の描画方法に起因する分割パターン自身の湾曲を補正することはできない。
【０００９】
さらに、従来の転写方法では少なくとも１ショットでひとつのチップの転写が可能であったのに比べて、このような分割マスクを用いた転写方法ではひとつのチップの転写にかかる時間がマスクの分割数とともに増えてしまう。例えば、ひとつのチップを５×１０のマトリックス状配列に分割してマスク上に配置させ、各々の分割パターンを順次転写して繋ぎ合わせ、５０個全ての分割パターンを転写して、ようやくひとつのチップの露光が完了する。単純にステップ・アンド・スキャンを繰り返すと、スキャン回数で５０倍、露光時間で５倍以上の負荷になる。
【００１０】
そこで、ウエハやマスクを載置したステージの極端な加減速や停止などにかかる時間を省くため、ステージを止めることなく、ひとつの分割パターンから他の分割パターンヘと連続移動させて、より高速な転写を可能とするシステムが考えられる。
【００１１】
ところが、マスクやウエハを連続移動させながら転写しようとすると前述のダイ・バイ・ダイ方式のアライメント方法を用いることができない。なぜなら、先述したように各分割パターンを一旦、仮の座標系を用いて位置決めして、その後、その分割パターン専用のアライメントマークを用いて、逐次分割転写パターン毎にアライメントを行う必要があるからである。
【００１２】
そこで、本発明は、分割された複数の部分転写パターンを被転写物に順次転写して所望のパターンを得る際に、スループットを向上させつつ各部分転写パターンの繋ぎ精度を向上させるマスクパターン転写方法や装置、デバイス製造方法、更には転写マスクを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のマスクパターン転写方法は、所定の方向及び前記所定の方向に交差する方向に分割され、かつ、配列された、区別可能な複数の部分転写パターンを有する転写マスクを用い、前記転写マスクを介して被転写物に転写ビームを照射し、前記各部分転写パターンを前記被転写物に順次転写することで前記被転写物に前記各部分転写パターンの繋ぎ合わせられた所望のパターンを形成するために、前記転写マスクに、前記各部分転写パターンのそれぞれに関連づけられた複数のアライメントマークを設けておき、前記被転写物と前記各アライメントマークとの相対位置を補正し、前記各部分転写パターンを前記被転写物に順次転写するマスクパターン転写方法であって、
前記相対位置の補正は、前記各アライメントマークを指定する転写マスクマーク指定工程と、
前記転写マスクマーク指定工程により指定された前記各アライメントマークの位置を計測し、計測された位置を基に、前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンの位置を定める関数を決定する工程と、
前記転写ビームに対して前記転写マスクと前記被転写物とを前記所定の方向に相対走査させて、前記部分転写パターンを前記被転写物に走査露光する走査露光工程と、
前記部分転写パターンを前記被転写物に走査露光する際、前記関数に基づいて前記被転写物に対し前記部分転写パターンの像を相対移動させる相対移動工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記の通りの本発明のマスクパターン転写方法は、あらかじめ、所望の部分転写マスクのアライメントマークを指定し、指定された部分転写パターンの各アライメントマークの位置を計測し、これを基に各部分転写パターンの位置を定める関数を定めておく。この関数を基に転写位置を補正するとともに、走査露光時に被転写物に対し部分転写パターンの像を相対移動させる。このため、各分割パターンを被転写物へと転写する毎にアライメントマークを測定し、転写位置を求める必要がなくなる。
【００１５】
本発明のマスクパターン転写装置は、露光のための荷電ビームを放射するビーム放射手段と、
前記荷電ビームを円弧形状に整形する整形手段と、
被転写物に転写するための、所定の方向及び前記所定の方向に交差する方向に分割され、かつ、配列された、区別可能な複数の部分転写パターン及び前記各部分転写パターンのそれぞれに関連づけられた複数のアライメントマークが形成された転写マスクが載置される、移動可能な第１の載置手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターンからなる被転写パターンが転写される被転写物が載置される、移動可能な第２の載置手段と、
前記転写マスクを透過した前記荷電ビームの投影倍率を補正して前記被転写物に照射させる倍率補正手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターン及び前記各アライメントマークの位置を測定する第１の測定手段と、
前記被転写物に転写された、前記各部分転写パターンを繋ぎ合わせることで形成される被転写パターンと前記各アライメントマークとの位置を測定する第２の測定手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターンの像を相対移動させる像相対移動手段と、
前記第１の測定手段及び前記第２の測定手段からの出力信号を基に、前記第１の載置手段の移動速度を規定する駆動倍率、前記第２の載置手段の移動速度を規定する駆動倍率、前記倍率補正手段の投影倍率、及び前記相対移動手段の像相対移動量のそれぞれを算出し、前記第１の載置手段、前記第２の載置手段、前記倍率補正手段及び前記相対移動手段を制御する制御手段とを有する。
【００１６】
本発明のデバイス製造方法は、本発明のマスクパターン転写方法を含む工程によってデバイスを製造することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のデバイス製造方法は、本発明のマスクパターン転写装置を用いることによってデバイスを製造することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、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の実施形態）
第８図は本発明の転写方法を適用可能な半導体デバイス製造用露光装置の一例の概略構成図である。なお、後述する第２ないし第３の実施形態も同様の装置を用いるものとする。
【００２０】
この半導体デバイス製造用露光装置の制御は、ビーム源１から放射されたビーム１２のドーズ量を制御するビーム制御部２ａと、マスクステージ６を移動させるマスクステージ制御部６ａと、偏向器１５を制御する偏向器制御部１５ａと、ウエハ１０へ照射される転写マスク３のパターンの倍率を補正する倍率補正系８を制御する倍率補正制御部８ａと、ウエハステージ１１を移動させるウエハステージ制御部１１ａとを有する装置制御部１６によりなされる。
【００２１】
まずビーム源１から放射される電子ビームもしくはイオンビーム等、荷電粒子線である荷電ビーム１２は、ビーム制御部２ａによるビーム制御系２のｏｎ／ｏｆｆを行うことでドーズ量が制御されて照明系４に入射し、これによりマスクステージ６上の転写マスク３に照射される。
【００２２】
ここで照明系４内には、円弧形状のスリットが形成されたスリット板１３が設けられており、照明系４を通った荷電ビーム１２は光軸と垂直な平面内で円弧形状に成形される。このようにビーム形状を円弧形状にすることで、結像位置は光軸から離れた荷電ビーム１２の外周付近となる。これにより、像面湾曲を無視できるほどに抑制しつつ、露光領域の拡大を図ることが可能となる。本実施形態では、荷電ビーム１２は円弧形状のビーム形状を用いているが、ビーム形状はそれ以外の形状でもかまわない。
【００２３】
マスクステージ６はマスクアライメント系５により測定、演算処理された補正値に基づき、マスクステージ制御部６ａにより駆動されることで、転写マスク３と転写ビーム１２との位置合わせを行う。
【００２４】
転写マスク３に照射された荷電ビーム１２は、転写マスク３上のパターンを偏向器１５により偏向後、投影系７に投影され、さらに倍率補正系８により投影倍率が補正された後、ウエハステージ１１上のウエハ１０に照射され、これにより転写マスク３のパターンが転写される。
【００２５】
なお、ウエハステージ制御部１１ａにより制御されるウエハステージ１１は、ウエハライメント系１４により測定、演算処理された値に基づき、ウエハ１０の位置合わせを行う。転写の際にはあらかじめ、マスクステージ６とウエハステージ１１は互いのステージの走査移動方向や直交度、相対走査方向のパターン倍率等を合わせ、その座標系を基準座標系として以後の全ての工程の基準とする。
【００２６】
次に、図５の転写マスク３をいわゆる１ｓｔマスクとしてウエハ１０に焼きつける工程で本発明の転写方法を説明する。
【００２７】
図５は、５×５の配列に分割された部分転写パターンをもつ、転写マスク３と、転写マスク３上の部分転写パターンであるマスクショット３ａ〜３ｙをウエハ１０上に焼きつけた転写像１０１をそれぞれ表している。
【００２８】
各マスクショット３ａ〜３ｙは転写像１０１を複数に分割したものである。転写マスク３上の各マスクショット３ａ〜３ｙの周囲には、各マスクショット３ａ〜３ｙの転写マスク３上での位置を規定するためのマークであるアライメントマーク３ａ１〜３ｙ６が配置されている。
【００２９】
たとえばマスクショット３ａの位置は、アライメントマーク３ａ１〜３ａ６で定義されることとなる。これら転写マスク３上の各マスクショット３ａ〜３ｙは、マスクショット３ａがウエハ１０上のショットであるウエハショット１０ａに、マスクショット３ｂがウエハショット１０ｂに、といった具合に順次隙間なくウエハ１０上に転写され、所望の転写像１０１が得られる。この際にマスクショット３ａ〜３ｅ、３ｆ、３ｊ、３ｋ、３ｏ、３ｐ、３ｔ、３ｕ〜３ｙ、のアライメントマークのうち転写像の外周部にある、例えば３ａ１、３ａ２、３ａ５、３ａ６等もウエハ１０上に転写され、２ｎｄレイヤ以降のアライメントに用いられる。
【００３０】
図１は上記の工程の詳細をフローチャートにしたものであり、本発明の基本フローである。
【００３１】
以下、図５及び図１のフローを追って順に説明する。なお、ここではウエハ１０は既に装置内にロードされているものとしている。
【００３２】
まず、転写マスク３をマスクステージ６上にロードし（ステップ２０）、次にマスクアライメント系５で転写マスク３の位置を計測し、マスクステージ６を駆動して基準位置合わせを行う（ステップ２１）。このときの基準は先述した基準座標系で、この基準座標系に荷電ビーム１２の基準軸や別に設けられた装置基準が合致している。したがって、この基準位置合わせは転写マスク３を荷電ビーム１２の基準軸や別に設けられた装置基準に対して位置合わせをすることに他ならない。
【００３３】
転写マスク３が基準位置に配置されると、アライメントで計測に用いるアライメントマークを指定する（ステップ２２）。ここでは、マスクショット３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｆ、３ｈ、３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ、３ｐ、３ｒ、３ｔ、３ｕ、３ｗ、３ｙに対応する各アライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４、を指定する。このステップで全てのマスクショットのアライメントマークを指定してもよいが、計測するマークの数が多いはど計測時間が長くなるので、装置のスループットが低下することに留意する必要がある。
【００３４】
次に、ステップ２２で指定された転写マスク３上の各マスクショット３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｆ、３ｈ、３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ、３ｐ、３ｒ、３ｔ、３ｕ、３ｗ、３ｙに各々対応するアライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４の位置をマスクアライメント系５で計測する（ステップ２３）。
【００３５】
すなわち、マスクショット３ａでは、アライメントマーク３ａ１、３ａ２、３ａ３、３ａ４の位置が計測される。ここでアライメントマーク３ａ５、３ａ６を指定してもかまわないが、アライメントマーク３ａ１〜３ａ４の位置が分かればマスクショット３ａの位置を特定することができるので敢えて指定はしなくてもよい。
【００３６】
マスクショット３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｆ、３ｈ、３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ、３ｐ、３ｒ、３ｔ、３ｕ、３ｗ、３ｙの各アライメントマークの位置を計測した後、各アライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４の位置をマーク毎に記憶しておく（ステップ２４）。
【００３７】
次に、ステップ２４で記憶した各アライメントマーク３ａ１〜３ａ４、３ｃ１〜３ｃ４、３ｅ１〜３ｅ４、３ｆ１〜３ｆ４、３ｈ１〜３ｈ４、３ｊ１〜３ｊ４、３ｋ１〜３ｋ４、３ｍ１〜３ｍ４、３ｏ１〜３ｏ４、３ｐ１〜３ｐ４、３ｒ１〜３ｒ４、３ｔ１〜３ｔ４、３ｕ１〜３ｕ４、３ｗ１〜３ｗ４、３ｙ１〜３ｙ４の位置を読み出してマスクショット３ａ〜３ｙの位置を定める関数を算出する（ステップ２５）。
【００３８】
図６はアライメントマークの位置データから得られた関数を表す図である。関数の算出はストライプ毎に行い、例えばマスクショット３ａ〜３ｅで構成されるストライプの関数は３ｓ１の様になる。同様にマスクショット３ｆ〜３ｊに対して３ｓ２、マスクショット３ｋ〜３ｏに対して３ｓ２、マスクショット３ｐ〜３ｔに対して３ｓ４、マスクショット３ｕ〜３ｙに対して３ｓ５を算出する。
【００３９】
関数の求め方としては、Ｎ次関数近似、累乗関数近似、多項式関数近似、スプライン補完等、一般に知られている種々の方法を用いることができる。更に、これらの関数と実際のマーク位置との距離を誤差最小自乗法などで評価して、実際のマーク位置に対して最もよくフィットするものを採用してもよい。
【００４０】
次に相対走査方向のパターン倍率を求める為にマスクストライプ長を算出する。例えばマスクショット３ａのアライメントマーク３ａ１とマスクショット３ｅのアライメントマーク３ｅ４との相対走査方向の距離と、マスクショット３ａのアライメントマーク３ａ２とマスクショット３ｅのアライメントマーク３ｅ３の相対走査方向の距離との平均値をこのマスクストライプのマスクストライプ長ｄｓ１として算出する。同様にして各マスクストライプのマスクストライプ長ｄｓ２〜ｄｓ５を算出する。これらマスクストライプ長ｄｓ１〜ｄｓ５の平均値ｄｓｍを転写マスク３の設計上のマスクストライプ長ｄｓで除した値ｄｓｍ／ｄｓを第１のパターン倍率である相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍとする。
【００４１】
以上のようにして得られた各ストライプの関数３ｓ１〜３ｓ５と相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを記憶しておく（ステップ２６）。
【００４２】
ここまでのステップで各マスクストライプに対する関数と転写マスク３の相対走査方向のパターン倍率が決定され記憶されたことになる。以降のステップではステップ２５で求めた関数をもとに各マスクショットの転写開始位置を決定して実際の露光処理へ移ってゆく。
【００４３】
ステップ２４で記憶しておいた各マスクショットのアライメントマーク位置とステップ２５で算出した関数から各マスクショットの転写開始位置を算出する（ステップ２７）。
【００４４】
各マスクショットの転写開始位置の算出には種々の方法が考えられるが、例えばマスクショット３ａに対しては、アライメントマーク３ａ１とアライメントマーク３ａ２の相対走査方向、すなわち、ｘ座標の平均値に、アライメントマークから転写開始位置までの設計上のオフセット値にステップ２５で算出した相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを乗じたもの、を加えた値を転写開始位置のｘ座標とし、同様に転写終了位置のｘ座標も算出することができる。
【００４５】
ここでステップ２２で全てのマスクショットを指定している場合には、前述の処理を全てのマスクショットに対して行い各マスクショットの転写開始位置を求めればよい。ステップ２２で全てのマスクショットを指定していない場合、例えば本実施形態のような場合にマスクショット３ｂの転写開始位置と転写終了位置を求めるには、まず先述の手順でマスクショット３ａの転写開始位置と転写終了位置を求め、同様にしてマスクショット３ｃの転写位置と転写終了位置を求めた後、マスクショット３ａの転写開始位置のｘ座標とマスクショット３ｃの転写開始位置のｘ座標との中点を算出すればよい。また転写終了位置についても同様に算出すればよい。ここで中点を用いたのはマスクショット３ｂの設計上の位置がマスクショット３ａとマスクショット３ｃの中央に配置されているためであり、ステップ２２での計測マスクショットの指定の仕方と各マスクショットの設計上の配置から決定されることはいうまでもない。
【００４６】
このようにして算出した各マスクショットの転写開始位置と転写終了位置を記憶しておく（ステップ２８）。
【００４７】
次に、ステップ２６で記憶しておいた相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを読み出して、マスクステージ６のｘ方向の駆動速度の倍率である駆動倍率として設定する（ステップ２９）。
【００４８】
露光処理が開始されると（ステップ３０）、マスクショット番号ｎが１に初期化され（ステップ３１）、以降のショット露光のループに進む。
【００４９】
ｎ＝１のとき、マスクショット３ａとなる。このループの最初は、まずステップ２８で記憶した１番目のマスクショット３ａの転写開始位置を読み出す（ステップ３２）。
【００５０】
次に、ｘ、ｙ、θ軸を有するマスクステージ６を駆動して、読み出した転写位置にマスクショット３ａを移動させる（ステップ３３）。この動作と同時にウエハステージ１１を駆動し（ステップ３４）、ウエハ１０を１番目のマスクショット３ａが転写されるべき位置に移動する。これらステップ３３及びステップ３４で駆動された各ステージの位置は相対走査の開始位置である。
【００５１】
次に、ステップ２６で記憶しておいた関数のうち当該マスクショット、この場合マスクショット３ａが含まれるマスクストライプの関数３ｓ１を読み出す（ステップ３５）。この段階でこのショットに対する、露光準備ができたことになる。
【００５２】
次に、ビーム制御系２を駆動して荷電ビーム１２をマスクショット３ａに照射してウエハ１０上のウエハショット１０ａとして転写を開始し、マスクステージ６とウエハステージ１１とを荷電ビーム１２に対して相対走査しながらマスクショット３ａの全域をウエハ１０上に転写する（ステップ３６）。このときマスクステージ６はステップ３５で読み出した関数３ｓ１上をトレースするように駆動する。この関数上をトレースするということが本発明の最大の特徴であり、このことによって各マスクショットがもっている湾曲や歪みの補正を可能にしているのである。
【００５３】
このショットに対する露光が完了すると、全てのショットの露光が完了したかどうかを判別する（ステップ３７）。まだ全てのショットの露光が完了せず、次のショットの露光を行うなら、マスクショット番号ｎに１を加え（ステップ３８）、ステップ３２に戻る。
【００５４】
このステップ３２〜ステップ３８のループを繰り返し、マスクショット３ｂ〜３ｙについても同様の処理を行う。全てのマスクショット３ａ〜３ｙに対する処理が完了すると、このループから抜け出し、次のチップ処理工程へ進む（ステップ３９）。これでウエハ１０上に所望のチップないしパターン１個が転写されたことになる。なお、ウエハ１０上に複数のチップを転写するためには、上記フローのステップ３１〜ステップ３９までをチップの数だけ繰り返せばよい。
【００５５】
以上の通り、転写マスク３上の部分転写パターンに対応するアライメントマークのうちの幾つかを指定して、それらの位置から各マスクストライプ毎の関数を求め、転写に際してはそれらの関数上をトレースしながら各マスクショットを相対走査することで、各部分転写パターンの湾曲や歪みを補正することができ、アライメントに要する時間を短縮しつつ繋ぎ精度の高い転写像１０１を得ることができる。
（第２の実施形態）
本実施形態では、マスクショットの相対走査方向に直交する方向、すなわち、ｙ軸方向のパターン倍率にも着目し補正を可能にすることで、部分転写パターンの繋ぎ精度をさらに改善している。この方法は、マスクショットの相対走査方向のパターン倍率とそれに直交する方向のパターン倍率に差がある場合に有効である。以降、第１の実施形態の説明で用いた図５のマスクショットレイアウト、図２及び図３に示すフローチャートを用いて、本実施形態の転写方法を説明する。
【００５６】
まず、図２のフローチャートのステップ２０〜ステップ２６は先述の第１の実施形態と同様で、図５の転写マスクを装置にロードして基準合わせを行った後、指定されたアライメントマークの計測を行う。指定するアライメントマークは第１の実施形態と同じであるが、全てのマークを指定してもよく、本実施形態では後述するように、全てのマークを指定すると最大の効果が得られる。アライメントマークの計測から各マークの位置を求めて、各マスクストライプに対応する関数と転写マスク３の相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍを算出し記憶しておく（ステップ２６）。
【００５７】
次に、ステップ２４で記憶した各アライメントマークの位置を読み出して各マスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎを算出する（ステップ２００）。
【００５８】
ここでの処理は、図７に示すように例えばマスクショット３ａに関して、アライメントマーク３ａ１と３ａ２の実際のマーク位置の間隔をｄｖａ１とし、同様にアライメントマーク３ａ３と３ａ４の実際のマーク位置間隔をｄｖａ３とするとき、それらの平均値を設計上のマーク間隔Ｄｖｆで除した値、（ｄｖａ１＋ｄｖａ３）／２Ｄｖｆを相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖ１として算出する。ここでステップ２２で全てのマスクショットを指定していない場合は、指定した各マスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎの平均値を求め、第３のパターン倍率である各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率をＭｍとして記憶しておく（ステップ２０１）。また、ステップ２２で全てのマスクショットが指定されている場合は、第２のパターン倍率である全てのマスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎを各マスクショット毎にステップ２０１で記憶しておく。
【００５９】
次に、ステップ２２の計測マーク指定が全てのマスクショットに対して為されているかどうかを判別し（ステップ２０２）、全てに対して為されていれば、ステップ２０３〜ステップ２０５をスキップし、そうでなければステップ２０３を実行するように分岐させる。この理由は各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍを用いる場合には、あらかじめ倍率補正系８を駆動して（ステップ２０４）、全てのマスクショットに対して同じ量の補正を行うことが可能だからである。
【００６０】
これに対してステップ２２で全てのマスクショットが指定されていれば、各々のマスクショットに対して、各々に最適な個別の相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｂでの補正が可能となる。この場合は後述するショット露光のループのなかで各ショット毎に倍率補正系８を駆動して補正を行う必要がある。このため、全てのマスクショットが指定されている場合は、ステップ２０３〜ステップ２０５をスキップする。
【００６１】
ここでステップ２２で全てのマスクショットが指定されていれば、ステップ２０１で記憶しておいた各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍを読み出し（ステップ２０３）、倍率補正系８を駆動してマスクショットに対する倍率補正を行う（ステップ２０４）。
【００６２】
次に、ステップ２６で記憶しておいた相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍと各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍからマスクステージ６の駆動速度の倍率である駆動倍率を求め設定する（ステップ２０５）。この理由は本実施形態における倍率補正系８の補正形態が、荷電ビーム１２の光軸に軸対称に作用するように構成されているためで、この場合の相対走査方向のパターン倍率はＳｍｍを倍率補正系８に与えた補正値Ｍｍで除した値Ｓｍｍ／Ｍｍとなる。ここで倍率補正系８の補正形態が相対走査方向と直交する方向のみに作用するような構成であれば、相対走査方向のパターン倍率Ｓｍｍをそのまま用いればよい。
【００６３】
以降、第１の実施形態と同様に、各マスクショットの転写開始位置と転写終了位置を算出し（ステップ２０６）、記憶した後（ステップ２０７）、一連の露光処理が開始する（ステップ２０８）。
【００６４】
次に、図３において、第１の実施形態と同様にマスクショット番号ｎが１に初期化されて（ステップ２０９）、ショット露光のループであるステップ２１０〜ステップ２２０へ進む。
【００６５】
次に、計測マーク指定が全てのマスクショットに対して為されているかどうかを判別する（ステップ２１０）。
【００６６】
ステップ２２で全てのマスクショットを指定している場合、すなわち、パターン倍率の補正を各マスクショット毎に行うのであれば、ステップ２０１で記憶しておいた当該マスクショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率Ｍｖｎを読み出して（ステップ２１１）、倍率補正系８を駆動して相対走査方向と直交する方向のパターン倍率を補正し（ステップ２１２）、同時に当該ショットの相対走査方向のパターン倍率として、Ｓｍｍ／Ｍｖｎをマスクステージ６の駆動倍率として設定する。
【００６７】
ステップ２２で全てのマスクショットを指定していない場合、すなわち、各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍを用いて、全てのマスクショットに対して同じ量の補正を与えるならば、すでにステップ２０４で倍率補正系８を各マスクショットの相対走査方向と直交する方向の平均パターン倍率Ｍｍに基づいて駆動してあるので、ステップ２１１〜ステップ２１３をスキップする。
【００６８】
ステップ２１４〜ステップ２１７は第１の実施形態と同様で、当該マスクショットの転写開始位置を読み出して（ステップ２１４）、マスクステージ６を駆動し（ステップ２１５）、そのマスクショットの転写像がウエハ１０上の転写されるべき位置にくるようにウエハステージ１１を駆動し（ステップ２１６）、当該マスクショットに対応するマスクストライプの関数を読み出し（ステップ２１７）、相対走査露光の開始に備える。
【００６９】
以降、そのショットに対してマスクステージ６を関数上をトレースするように駆動しながら相対走査露光を行い（ステップ２１８）、ショットひとつ分の処理が終了する。
【００７０】
これ以降の各ステップは第１の実施形態と同様で、ショットの数だけステップ２１０〜ステップ２２０のループを繰り返し、全てのショットの露光が完了したかどうかを判別し（ステップ２１９）、全てのショットの露光が完了しておらず、次のショットの露光を行うなら、マスクショット番号ｎに１を加え（ステップ２２０）、ステップ２１０へ戻り、全てのショットの露光が完了したなら、次のチップ処理工程へ進む（ステップ２２１）。
【００７１】
以上の通り、本実施形態では各ショットの相対走査方向と直交する方向のパターン倍率にも着目し補正することで、更に繋ぎ精度の高い転写像１０１を得ることができる。
【００７２】
以上の通り、第１の実施形態に加えて、部分転写パターンの相対走査方向に直交する方向のパターン倍率を補正することでさらに繋ぎ精度の高い転写像１０１を得ることができる。
（第３の実施形態）
第１ないし第２の実施形態では、部分転写パターンの露光に際して、各部分転写パターンの転写開始位置にウエハを移動してその後相対走査によって露光する、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式に本発明を適用した例について説明した。これに対して本実施形態では、各部分転写パターンを転写する際に、各マスクストライプ毎に、ひとつのマスクショットから次のマスクショットヘマスクステージ６とウエハステージ１１を停止させることなく連続移動させながら、転写するように構成してある。こうすることで応答速度の遅い機械式ステージの急激な加減速や停止による時間のロスを抑えて、装置全体のスループットを更に向上させている。また本実施形態では、相対走査方向と直交する方向のパターン倍率と相対走査方向のパターン倍率を各マスクストライプ毎に補正する方式を採用しており、繋ぎ合わせ精度の向上をも図っている。
【００７３】
以降、図５のマスクショットレイアウト及び図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態の転写方法を説明する。
【００７４】
まず、図４のフローチャートのステップ２０〜ステップ２６は先述の第１の実施形態と同様で、図５の転写マスク３を装置にロードして基準合わせを行った後、指定されたアライメントマークの計測を行う。指定するアライメントマークは第１の実施形態と同じであるが、全てのマークを指定してもよい。アライメントマークの計測から各マークの位置を求めて、各マスクストライプに対応する関数３ｓ１〜３ｓ５を求める。また本実施形態では第４のパターン倍率である各マスクストライプ毎の相対走査方向のパターン倍率Ｓｍ１〜Ｓｍ５を算出し関数３ｓ１〜３ｓ５とともに記憶しておく（ステップ２６）。なお、ここでの相対走査方向のパターン倍率は、先述の第１の実施形態と同じ方法で求めた、各マスクストライプの相対走査方向のパターン倍率を平均することなく、そのまま用いればよい。
【００７５】
次に、ステップ２４で記憶した各アライメントマークの位置を読み出して各マスクストライプ毎の平均パターン倍率Ｍｍ１〜Ｍｍ５を算出し（ステップ３００）、各マスクストライプ毎に記憶しておく（ステップ３０１）。各マスクショットのパターン倍率を算出する方法は第２の実施形態と同じであり、それらをマスクストライプ毎に平均してＭｍ１〜Ｍｍ５を得ている。
【００７６】
次に、各マスクストライプの転写開始位置を算出する（ステップ３０２）が、例えばマスクショット３ａ〜マスクショット３ｅに対応するマスクストライプの転写開始位置として第１の実施形態におけるマスクショット３ａの転写開始位置を、転写終了位置としてマスクショット３ｅの転写終了位置を、各々採用すればよい。このようにして、全てのマスクストライプの転写開始位置と転写終了位置を算出して記憶する（ステップ３０３）。
【００７７】
以降、一連の露光処理が開始されると（ステップ３０４）、マスクストライプ番号Ｎが１に初期化されて（ステップ３０５）、ストライプ露光のループであるステップ３０６〜ステップ３１５へ進む。
【００７８】
次に、ステップ３０１で記憶しておいたマスクストライプＮに対応する平均パターン倍率ＭｍＮを読み出して（ステップ３０６）、倍率補正系８を駆動して相対走査の方向に直交する方向のパターン倍率を補正する（ステップ３０７）。
【００７９】
さらに、ステップ２６で記憶しておいた当該マスクストライプＮの相対走査方向のパターン倍率ＳｍＮを読み出し、先述の第２の実施形態と同じ理由からＳｍＮ／ＭｍＮをもってマスクステージ６の駆動速度の倍率である駆動倍率として設定する（ステップ３０８）。
【００８０】
次にステップ３０３で記憶しておいた、当該マスクストライプＮの転写開始位置を読み出し（ステップ３０９）、マスクステージ６を移動させる（ステップ３１０）と同時に、ウエハステージ１１を駆動して（ステップ３１１）、ウエハ１０を当該マスクストライプＮが転写されるべき位置に移動させる。さらにステップ２６で記憶しておいた当該マスクストライプＮの関数３ｓＮを読み出し（ステップ３１２）、当該マスクストライプＮに対する走査露光の準備が完了する。
【００８１】
以降、マスクストライプＮに対して荷電ビーム１２が関数３ｓＮ上をトレースするように相対走査露光を行う（ステップ３１３）。本実施形態では相対走査工程をマスクステージ６と、ウエハステージ１１と、偏向器１５とを用いて行っている。すなわち、マスクステージ６とウエハステージ１１を各々の転写開始位置から直線状に相対駆動させておいて、関数３ｓ１のトレースは偏向器１５を駆動することで実現している。この理由は、転写マスク３及びウエハ１０の連続移動中に各マスクショット間に存在する梁状の領域を関数３ｓ１に沿ってスキップさせる必要があるからである。
【００８２】
本発明の主眼はマスクストライプ毎の関数上をトレースさせて各マスクストライプの部分転写パターンの湾曲や歪みを補正することにあるので詳述しないが、各マスクショット間に存在する梁状の領域をスキップさせるには以下のように転写を行う。
【００８３】
例えば、マスクショット３ａの相対走査による転写が終了し、荷電ビーム１２が次に転写するべきマスクショット３ｂの転写開始位置に到達した時点でマスクショット３ｂの転写像を偏向器１５を用いて関数３ｓ１に沿ってウエハ１０に対して移動させて、ウエハ１０上に既に転写されているマスクショット３ａの転写パターンに繋ぎ合わせるようにすればよい。
【００８４】
また、偏向器１５の数や配置によって様々な方法が考えられるが、どのような手法を用いても各マスクショットを関数上をトレースしながら相対走査して露光することの効果に変わりはない。以上のようにしてストライプひとつ分の処理が終了する。
【００８５】
これ以降の各ステップは、ステップ３０６〜ステップ３１５のループを繰り返し、全てのストライプの露光が完了したかどうかを判別し（ステップ３１４）、まだ全てのストライプの露光が完了せず、次のストライプの露光を行うなら、ストライプ番号Ｎに１を加え（ステップ３１５）、ステップ３０６に戻る。全てのストライプに対する処理が完了すると、このループから抜け出し、次のチップ処理工程へ進む（ステップ３１６）。
【００８６】
以上、述べたように、各マスクストライプ毎に、ひとつのマスクショットから次のマスクショットヘマスクステージ６とウエハステージ１１を停止させることなく連続移動させながら、転写するように構成することで、各ステージの急激な加減速や停止による時間のロスを抑えて、装置全体のスループットを更に向上させると同時に、相対走査方向と直交する方向のパターン倍率と相対走査方向のパターン倍率を各マスクストライプ毎に補正して、繋ぎ合わせ精度の向上を図ることができる。
【００８７】
以上説明した、第１ないし第３の実施形態からわかるように、マスクショットの補正曲線による補正は、マスクステージで実行している。しかしながら、マスクとウエハは転写系によって決まる一定の相対関係があるため、マスクステージのかわりにウエハステージによっても同様な補正が可能である。この様な配慮は、各々のステージの機能や性能、駆動精度等によって選択することで、ショットの繋ぎ合わせ精度を一段と向上させることができる。また、本発明はあらゆる転写方式、たとえば等倍投影転写系、縮小投影転写系、近接転写系、密着転写系等の方式に適用ができる。また、第１ないし第３の実施形態はいわゆる１ｓｔレイヤに本発明を適用しているが、いわゆる２ｎｄレイヤ以降のレイヤであってもその効果は何ら変わるものではない。その場合、ウエハ上のチップのアライメント方法は従来の光露光装置などで採用されている種々の方法を用いることができ、例えばグローバルアライメント方式では、ウエハ上のチップの並び方を計測して、その並び方を理論上の並び方と比較してチップの並び方に関する座標系を補正する。この補正された座標系を用いてウエハステージを駆動するようにしておいて、その上で更に本実施形態を適用すればよいのである。
【００８８】
次に上記説明したマスクパターン転写方法を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図９は微小デバイス（ＩＣや１ＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造フローを示す。ステップ１０１０（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ１０２０（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ１０３０（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ１０４０（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ１０５０（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４０によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ１０６０（検査）ではステップ１０５０で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１０７０）される。図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１１０（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１２０（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３０（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１１４０（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１１５０（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ１１６０（露光）では上記説明した露光装置または露光方法によってマスクの回路パターンをウエハの複数ショット領域にならべて焼付露光する。ステップ１１７０（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１１８０（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９０（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要になったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、あらかじめ、所望の部分転写マスクのアライメントマークを指定し、指定された部分転写パターンの各アライメントマークの位置を計測し、これを基に各部分転写パターンの位置を定める関数を定めておき、さらに各アライメントマークの位置を基に転写の倍率を求めておき、これら関数及び転写の倍率を用いて被転写物に部分転写パターンを転写することで、高いスループットを維持しつつ、高精度な繋ぎ合わせが可能となった。さらに、走査露光工程で、転写マスクと被転写物とを連続して相対走査させることによりさらに、スループットの向上を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施形態でのマスクショットの転写方法を説明するフローチャートである。
【図５】第１ないし第３の実施形態でのマスクショット及びウエハショットを説明する概略図である。
【図６】本発明におけるマスクショットの位置を定める関数を説明する概略図である。
【図７】本発明におけるマスクショット３ａのパターン倍率を説明する概略図である。
【図８】本発明の転写方法を適用可能な半導体デバイス製造用露光装置の一例の概略構成図である。
【図９】デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示したウエハプロセスの詳細な工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ビーム源
２ ビーム制御系
２ａ ビーム制御部
３ 転写マスク
３ａ１〜３ｙ６ アライメントマーク
３ａ〜３ｅ マスクショット
３ｓ１〜３ｓ５ 部分転写パターンの位置を定める関数
４ 照明系
５ マスクアライメント系
６ マスクステージ
６ａ マスクステージ制御部
７ 投影系
８ 倍率補正系
８ａ 倍率補正制御部
１０ ウエハ
１１ ウエハステージ
１１ａ ウエハステージ制御部
１２ 荷電ビーム
１３ スリット
１４ ウエハライメント系
１５ 偏向器
１６ 装置制御部
１０１ 転写像
Claims (19)
- 所定の方向及び前記所定の方向に交差する方向に分割され、かつ、配列された、区別可能な複数の部分転写パターンを有する転写マスクを用い、前記転写マスクを介して被転写物に転写ビームを照射し、前記各部分転写パターンを前記被転写物に順次転写することで前記被転写物に前記各部分転写パターンの繋ぎ合わせられた所望のパターンを形成するために、前記転写マスクに、前記各部分転写パターンのそれぞれに関連づけられた複数のアライメントマークを設けておき、前記被転写物と前記各アライメントマークとの相対位置を補正し、前記各部分転写パターンを前記被転写物に順次転写するマスクパターン転写方法であって、
前記相対位置の補正は、前記各アライメントマークを指定する転写マスクマーク指定工程と、
前記転写マスクマーク指定工程により指定された前記各アライメントマークの位置を計測し、計測された位置を基に、前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンの位置を定める関数を決定する工程と、
前記転写ビームに対して前記転写マスクと前記被転写物とを前記所定の方向に相対走査させて、前記部分転写パターンを前記被転写物に走査露光する走査露光工程と、
前記部分転写パターンを前記被転写物に走査露光する際、前記関数に基づいて前記被転写物に対し前記部分転写パターンの像を相対移動させる相対移動工程と、
前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンにより形成される前記各部分転写パターンの列である複数のマスクストライプの前記各アライメントマークの計測された位置を基に、前記所定の方向の前記各マスクストライプの実際の長さを算出し、算出された前記実際の長さの平均値と前記所定の方向の前記マスクストライプの設計上の長さとの比で表される、第１のパターン倍率を算出する工程と、
を含むことを特徴とするマスクパターン転写方法。 - 前記転写マスクマーク指定工程により、全てのアライメントマークを指定することで全ての部分転写パターンを指定した場合、前記各部分転写パターンに対応する、前記相対走査の方向と略直交する方向に配列された、前記各アライメントマークの実際の間隔と前記各アライメントマークの設計上の間隔との比で表される第２のパターン倍率を算出する工程を含む請求項１に記載のマスクパターン転写方法。
- 前記転写マスクマーク指定工程により、一部のアライメントマークを指定することで一部の部分転写パターンを指定した場合、前記各部分転写パターンに対応する、前記相対走査の方向と略直交する方向に配列された、前記各アライメントマークの実際の間隔の平均値と前記各アライメントマークの設計上の間隔との比で表される第３のパターン倍率を算出する工程を含む請求項１に記載のマスクパターン転写方法。
- 前記相対移動工程は、前記各部分転写パターンの配列ピッチよりも短いピッチ毎に実行される請求項１から３のいずれか１項に記載のマスクパターン転写方法。
- 前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンにより形成される前記各部分転写パターンの列である複数のマスクストライプの前記各アライメントマークの計測された位置を基に、前記所定の方向の前記各マスクストライプの実際の長さと前記所定の方向の前記マスクストライプの設計上の長さとの比で表される、第４のパターン倍率を算出する工程を含む請求項１または３のいずれか１項に記載のマスクパターン転写方法。
- 前記走査露光工程は、前記所定の方向と交差する方向に分割された、前記所定の方向に配列された少なくとも２つ以上の前記部分転写パターンを走査露光する間、前記転写マスク及び前記被転写物を連続して相対移動させる請求項５に記載のマスクパターン転写方法。
- 露光のための荷電ビームを放射するビーム放射手段と、
前記荷電ビームを円弧形状に整形する整形手段と、
被転写物に転写するための、所定の方向及び前記所定の方向に交差する方向に分割され、かつ、配列された、区別可能な複数の部分転写パターン及び前記各部分転写パターンのそれぞれに関連づけられた複数のアライメントマークが形成された転写マスクが載置される、移動可能な第１の載置手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターンからなる被転写パターンが転写される被転写物が載置される、移動可能な第２の載置手段と、
前記転写マスクを透過した前記荷電ビームの投影倍率を補正して前記被転写物に照射させる倍率補正手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターン及び前記各アライメントマークの位置を測定する第１の測定手段と、
前記被転写物に転写された、前記各部分転写パターンを繋ぎ合わせることで形成される被転写パターンと前記各アライメントマークとの位置を測定する第２の測定手段と、
前記転写マスクの前記各部分転写パターンの像を相対移動させる像相対移動手段と、
前記第１の測定手段及び前記第２の測定手段からの出力信号を基に、前記第１の載置手段の移動速度を規定する駆動倍率、前記第２の載置手段の移動速度を規定する駆動倍率、前記倍率補正手段の投影倍率、及び前記相対移動手段の像相対移動量のそれぞれを算出し、前記第１の載置手段、前記第２の載置手段、前記倍率補正手段及び前記相対移動手段を制御する制御手段とを有するマスクパターン転写装置。 - 前記制御手段は、前記第１の測定手段に対して、前記転写マスクの測定すべき各アライメントマークを指定し、前記第１の測定手段からの出力である各アライメントマークの位置を基に、前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンの位置を定める関数を決定する請求項７に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記第１の測定手段に対して、前記転写マスクの測定すべき各アライメントマークを指定し、前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンにより形成される前記各部分転写パターンの列である複数のマスクストライプの前記各アライメントマークの計測された位置を基に前記所定の方向の前記各マスクストライプの実際の長さを算出し、算出された前記実際の長さの平均値と前記所定の方向の前記マスクストライプの設計上の長さとの比で表される第１のパターン倍率を算出する請求項７または８に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記第１の測定手段に対して、前記転写マスクの測定すべき各アライメントマークを指定し、全てのアライメントマークを指定することで全ての部分転写パターンを指定した場合、前記各部分転写パターンに対応する、前記相対走査の方向と略直交する方向に配列された、前記各アライメントマークの実際の間隔と前記各アライメントマークの設計上の間隔との比で表される第２のパターン倍率を算出する請求項７から９のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記第１の測定手段に対して、前記転写マスクの測定すべき各アライメントマークを指定し、一部のアライメントマークを指定することで一部の部分転写パターンを指定した場合、前記各部分転写パターンに対応する、前記相対走査の方向と略直交する方向に配列された、前記各アライメントマークの実際の間隔の平均値と前記各アライメントマークの設計上の間隔との比で表される第３のパターン倍率を算出する請求項７から９のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記像相対移動手段による像の相対移動量を前記各部分転写パターンの所定の方向に配列された配列ピッチよりも短いピッチ毎に算出し、前記相対移動手段へと出力する請求項７から１１のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記第１の測定手段に対して、前記転写マスクの測定すべき各アライメントマークを指定し、前記所定の方向に配列された前記各部分転写パターンにより形成される前記各部分転写パターンの列である複数のマスクストライプの前記各アライメントマークの計測された位置を基に前記所定の方向の前記各マスクストライプの実際の長さと前記所定の方向の前記マスクストライプの設計上の長さとの比で表される第４のパターン倍率を算出する請求項７または１１に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記各アライメントマークの計測された位置を基に前記転写の開始位置を算出し、前記第１の載置手段及び前記第２の載置手段へと出力する請求項７から１３のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記各アライメントマークの計測された位置を基に前記転写の終了位置を算出し、前記第１の載置手段及び前記第２の載置手段へと出力する請求項７から１４のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記転写の際、前記第１の載置手段及び前記第２の載置手段を相対走査させる請求項７から１５のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 前記制御手段は、前記所定の方向と交差する方向に分割された、前記所定の方向に配列された少なくとも２つ以上の前記部分転写パターンを前記被転写物に転写する間、前記第１の載置手段及び前記第２の載置手段を連続して相対走査させる請求項７、８、１３から１６のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置。
- 請求項１から６のいずれか１項に記載のマスクパターン転写方法を含む工程によってデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
- 請求項７から１７のいずれか１項に記載のマスクパターン転写装置を用いることによってデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
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