JP4454706B2

JP4454706B2 - 電子ビーム露光方法及び装置、ならびにデバイス製造方法

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Publication number: JP4454706B2
Application number: JP21275498A
Authority: JP
Inventors: 真人村木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JP2000049069A; US6583430B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビーム露光方法及び装置に関し、特に既に描画されているパターン上に高精度に重ね描画することのできる電子ビーム露光方法及び装置、さらにはこれを用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置では、電子ビームの位置安定性がその加工精度を決定する重要な要因である。電子ビームの位置安定性が劣化する要因の一つに、電子ビームを結像する電子光学系内に付着した炭素化合物などの汚染物質の帯電、または電子光学系を支持する構造体や試料台の熱的あるいは機械的変形に起因して生じる電子ビーム位置変動がある。このような電子ビーム位置変動が生じた場合、電子ビームが定める描画座標と、試料に既に描画されているパターンが定める座標との関係が描画前後若しくは描画中にずれが生じる為重ね合わせ精度が低下する。
【０００３】
従来、電子ビーム位置変動により電子ビームが定める描画座標の変動は次のようなの方法によって補正されている。
【０００４】
ウエハ等の試料を載置して移動するステージ上に基準マークが設けられている。若しくはウエハ上に予め基準マークが形成されている。そして、ステージが定める座標系に基づいて、設計上の電子ビームの標準照射位置に標準マークが位置するようにステージを移動し、電子ビームにより基準マークのマーク座標（Ｘ０、Ｙ０）を求める。そして、描画中に描画動作を一時停止し再び電子ビームの標準照射位置に基準マークが位置するようにステージを移動し、電子ビームにより標準の位置検出を行い、その時点でのマーク座標（Ｘ１、Ｙ１）を求める。ここで、前回のマーク座標（Ｘ０、Ｙ０）と今回のマーク座標（Ｘ１、Ｙ１）との差（ΔＸ１、ΔＹ１）をとることで電子ビーム位置変動を得る。そして、この差（ΔＸ１、ΔＹ１）に基づいて、電子ビームの偏向位置、又はステージ位置を補正する。以降、描画終了まで、上記動作を繰り返して行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来方法において電子ビーム位置変動の補正する際、基準マークの数が一つであると、ウエハの描画領域から基準マークまでのステージ移動を必要とするので数十秒間描画動作を停止しなければならならない。また、基準マークがステージ上若しくはウエハ上に複数設けられていると、ステージ移動の時間は短縮されるが、描画に先立ち、複数の基準マークの全てについて位置を計測する必要があり、その計測時間が増大してしまう。その結果、どちらにしても、電子ビーム露光装置のスループットを低下させてしまうという解決すべき課題がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決した優れた電子ビーム露光方法及び装置、ならびにデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明の電子ビーム露光方法のある形態は、複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、前記基板を載置したステージと電子ビームとを相対移動させることにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光方法において、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークの１つの位置のみを光学的位置検出系により検出するとともに、前記基準マークに電子ビームを照射し、前記基準マークからの電子を検出することにより、前記基準マークの１つの位置のみを検出し、前記光学的位置検出系による基準マークの実測値と前記電子ビームによる基準マークの実測値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する基準マーク検知段階と、
その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記選択されたアライメントマークの位置を前記光学的位置検出系の光により順次検出する第１検出段階と、
その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出段階の実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する配列規則性決定段階と、
その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記電子ビームと前記ステージとを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークに電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークからの電子を検出することにより、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの位置を検出する第２検出段階と、
その後、前記第２検出段階で検出された前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの実測値と前記第１検出段階で検出された前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの実測値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階とを有し、
前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階の後に再び前記第２検出段階に戻ることを特徴とする。
【０００８】
本願発明の電子ビーム露光方法の他のある形態は、複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、前記基板を載置したステージと電子ビームとを相対移動させることにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光方法において、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークの１つの位置のみを光学的位置検出系により検出するとともに、前記基準マークに電子ビームを照射し、前記基準マークからの電子を検出することにより、前記基準マークの１つの位置のみを検出し、前記光学的位置検出系による基準マークの実測値と前記電子ビームによる基準マークの実測値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する基準マーク検知段階と、
その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記選択されたアライメントマークの位置を前記光学的位置検出系の光により順次検出する第１検出段階と、
その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出段階の実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する配列規則性決定段階と、
その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記電子ビームと前記ステージとを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークに電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークからの電子を検出することにより、前記アライメントマークの位置を検出する第２検出段階と、
その後、前記第２検出段階で検出された前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークの実測値と前記配列の規則性から算出される前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークの座標値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階とを有し、
前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階の後に再び前記第２検出段階に戻ることを特徴とする。
【０００９】
本願発明の電子ビーム露光装置のある形態は、複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、電子ビームにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光装置において、
前記電子ビームを前記基板上を偏向させる偏向手段と、
前記基板を載置して移動するステージと、
前記ステージの位置を検出する測長系と、
光を前記ステージ上の照射対象物に照射し、照射対象物からの光を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第１検出系と、
前記ステージ上の前記電子ビームの照射対象物に電子ビームを照射し、前記照射対象物の電子を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第２検出系と、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークと、
前記基板の描画に先立ち、前記基準マークの１つの位置のみを前記第１検出系により検出させるとともに、前記基準マークの１つの位置のみを前記第２検出系により検出させ、前記第１検出系による基準マークの実測値と前記第２検出系による実測値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させ、その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記第１検出系により、選択された前記アライメントマークの位置を順次検出させ、その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出系による実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する第１工程を実行させ、その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記偏向手段と前記ステージによって前記電子ビームと前記基板とを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記第２検出系により、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの位置を検出し、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの第１検出系の実測値と前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの第２検出系の実測値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させる第２工程を繰り返して実行させる制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本願発明の電子ビーム露光装置のある形態は、複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、電子ビームにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光装置において、
前記電子ビームを前記基板上を偏向させる偏向手段と、
前記基板を載置して移動するステージと、
前記ステージの位置を検出する測長系と、
光を前記ステージ上の照射対象物に照射し、照射対象物からの光を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第１検出系と、
前記ステージ上の前記電子ビームの照射対象物に電子ビームを照射し、前記照射対象物の電子を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第２検出系と、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークと、
前記基板の描画に先立ち、前記基準マークの１つの位置のみを前記第１検出系により検出させるとともに、前記基準マークの１つの位置のみを前記第２検出系により検出させ、前記第１検出系による基準マークの実測値と前記第２検出系による実測値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させ、その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記第１検出系により、前記選択されたアライメントマークの位置を順次検出させ、その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出系による実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する第１工程を実行させ、その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記偏向手段と前記ステージによって前記電子ビームと前記基板とを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記第２検出系により、前記電子ビームの照射位置に最も近い選択されたアライメントマークの位置を検出し、前記第２検出器による前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの実測値と前記配列の規則性から算出される前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの座標値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させる第２工程を繰り返して実行させる制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のデバイス製造方法は、上記いずれか記載の電子ビーム露光方法を含む製造工程によってデバイスを製造することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
電子ビーム露光装置の構成説明
図１に本発明の実施形態の電子ビーム露光装置を示す。この装置は、大きく分けて、主構造体１、電子光学系２、アライメント光学系３、ウエハステージ４、Ｘ軸用ステージ位置測長系５を有し、電子光学系２、アライメント光学系３、ウエハステージ４、Ｘ軸用ステージ位置測長系５のそれぞれをを保持する構造体が主構造体１によって保持されるように構成されている。
【００１３】
電子光学系２は、電子ビームを放射する電子銃５、電子銃２１からの電子ビームＥＢを収束させる電子レンズ系２２、電子ビームＥＢを偏向させる偏向器２３、電子ビームＥＢの照射対象物からの電子を検出する電子検出系２４で構成される。そして各構成要素は、電子光学系制御部７によって制御される。電子ビームＥＢによりウエハを露光する際は、電子光学系制御部は、電子ビームＥＢを偏向器２３により走査するとともに、描画するパターンに応じて電子ビームＥＢの照射を制御する。電子ビームＥＢにより照射対象物の位置を検出する際は、電子光学系制御部は、偏向器２３により電子ビームＥＢを照射対象物上を走査させるとともに、電子検出系２４によって照射対象物からの電子を検出して照射対象物の位置を検出する。
【００１４】
アライメント光学系３は、アライメント光（ウエハ６に塗布された感光材を露光しない波長を有する）を放射するアライメント光源３１、アライメント光源の光を照射対象物に向けるビームスプリッター３２、照射対象物からの光をビームスプリッター３２を介して結像し、照射対象物の像を検出する画像検出器３３で構成される。そして、アライメント光学系制御部は各構成要素を制御し、アライメント光学系の光軸ＡＸ２に対する照射対象物の位置を検出する。
【００１５】
ウエーハステージ４は、Ｙステージ４１にＸステージ４２が載置された構成で、Ｘステージ４２上に感光材が塗布されたウエハ６が保持されている。さらにＸステージ４２上であってウエハ６とは異なる位置に基準マークＳＭが形成された基準板４３及びＸステージ４２上のＸ方向の一端にＸ軸用移動鏡４４が設けられている。Ｙステージ４１は電子レンズ系２２の光軸ＡＸに垂直な平面内の図１の紙面に垂直なＹ方向にウエハ６の位置決めを行い、Ｘステージ４２は電子レンズ系２２の光軸ＡＸ１に垂直な平面内でＹ軸に垂直なＸ方向にウエハ６の位置決めを行う。なお、Ｘステージ４２上には、図示省略するも、電子光学系２２の光軸ＡＸ１に平行なＺ方向にウエハを位置決めを行うZステージ等も載置されている。そしてＹステージ４１、Ｘステージ４２は、ステージ制御部９によって制御される。
【００１６】
Ｘ軸用ステージ位置測長系５において、干渉計本体部５１から射出されたレーザビームがビームスプリッター５２により測長ビームＳＢ及び参照ビームＲＢに分割される。測長ビームＳＢは、Ｘ軸用移動鏡４４に向かって進み反射されて再びビームスプリッター５２に戻り、参照ビームＲＢはＸ軸用反射プリズム５３に向かって進み反射されて再びビームスプリッター５２に戻る。ビームスプリッタ５２に戻された両ビームＳＢ及びＲＢは、干渉計本体部に付属のレシーバに入射する。ビームスプリッター５２からの射出段階で測長ビームＳＢと参照ビームＲＢとは互いに周波数が微小量Δｆだけ異なり、レシーバからは、Ｘ軸用移動鏡４４のＸ方向の移動速度に応じて周波数がΔｆから変化しているＢと信号が出力される。このビート信号をウエハステージ位置検出部が処理することにより、参照ビームＲＢの光路長を基準とした測長ビームＲＢの光路長の変化量、言い換えればＸ軸用反射プリズム２３を基準にした場合のＸ軸用移動鏡４４のＸ方向の座標が高い分解能でかつ高精度に計測される。また、図示省略するも、主構造体１にＹ軸用ステージ位置測長系も保持されており、かつＸステージ４２上のＹ方向の一端にＹ軸用移動鏡が設けられている。そして、Ｘ方向と同様に、Ｙ軸用ステージ位置測長系内のＹ軸用反射プリズムを基準にした場合のＹ軸用移動鏡のＹ方向の座標が高い分解能でかつ高精度に計測される。
【００１７】
主制御系１１は、上記電子光学系制御部７、アライメント光学系制御部、ウエハステージ位置検出部８、ウエハステージ制御部９からのデータを処理、各制御部への司令等を行う制御系である。
【００１８】
露光動作の説明
図３を用いて本実施例の電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。
【００１９】
説明の前に、座標系について説明する。Ｘステージ４２上に載置されるウェハ６上には、図２に示すように複数の矩形のパターン領域ＣＰが配列座標系αβに沿ってマトリックス状に形成されている。各パターン領域ＣＰの夫々は、電子ビームが描画するパターンと重なり合うように定められ、各パターン領域ＣＰにはＸ方向及びＹ方向のアライメント用のマークＡＭが付随して形成されている。ここで配列座標系αβの原点を、ウェハ６上の中央付近に位置するパターン領域ＣＰ０の中心点と一致するように定める。配列座標系αβにおける各パターン領域ＣＰの設計上の座標値（又はＸ方向とＹ方向のステッピング・ピッチ）は、図１の主制御系１１内に予め記憶されている。Ｘステージ４２の駆動原点（Ｘ軸用ステージ座標系ＸＹのＸ軸、Ｙ軸はＸステージ４２の移動方向（又はＸ軸用ステージ位置測長系５及びＹ軸用ステージ位置測長系による座標測定方向）を表わし、ここではステージ座標系ＸＹの原点（Ｘステージ４２上であってウエハ６を保持する箇所の中心）をアライメント光学系３の検出視野の中心（光軸ＡＸ２）と一致するように、ウエハステージ位置検出部１０によって定めてある。
【００２０】
露光の開始により、主制御系１１は以下のステップを実行する。（図３参照）
【００２１】
（ステップＳ１０１）
ステージ座標系における基準マークＳＭの設計上の座標位置に基づいて、基準マークＳＭをアライメント光学系３の光軸ＡＸ２上に位置するように移動させる（ウエハステージ４の移動とは、ウエハステージ制御部１０とエハステージ位置検出部８とを協働させてウエハステージ４を移動させることを意味し、以下同様である）。アライメント光学系制御部８により、光軸ＡＸ２に対する基準マークＳＭの位置ずれを検出し、その位置ずれに基づいて、ステージ座標系ＸＹの原点が光軸ＡＸ２と一致するようにウエハステージ位置検出部１０が定めるステージ座標系を再設定する。
【００２２】
（ステップＳ１０２）
光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２との設計上の位置関係（座標位置の差分（ＸＢ，ＹＢ））に基づいて、基準マークＳＭを電子光学系２の光軸ＡＸ１上に位置するようにウエハステージ４を移動させる。電子光学系制御部８により、電子ビームにより基準マークＳＭを走査し、光軸ＡＸ２に対する基準マークＳＭの位置ずれ（ΔＸＢ，ΔＹＢ）を検出し、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とのベースライン（ＸＢ−ΔＸＢ、ＹＢ−ΔＹＢ）を決定する。
【００２３】
（ステップＳ１０３）
ウエハ６上のアライメントマークの一部を選択し、選択されたパターン領域ＣＰのアライメントマークＡＭを、設計上の座標位置に基づいて、アライメント光学系３の光軸ＡＸ２上に位置するように移動させ、アライメント光学系制御部８により、光軸ＡＸ２に対するアライメントマークＡＭの位置ずれを検出する。その位置ずれ量とアライメントマークＡＭの設計上の座標位置（ウエハステージ４の移動量）より、アライメントマークＡＭの位置の実測値（ＸＸi,ＹＹi）が得られる。
【００２４】
（ステップＳ１０４）
アライメントマークＡＭの位置の実測値（ＸＸi,ＹＸi）に基づいて、ウエハ６上のパターン領域ＣＰの配列の規則性を決定する。以下に、その決定方法について詳細に説明する。
【００２５】
一枚のウェハ上でのショット（パターン領域ＣＰ）の配列の規則性については、平面上での線形な歪みを想定し、以下の６つの変数要素を導入する。
ｒｘ……ウェハのｘ方向の線形伸縮量（スケーリングｘ）
ｒｙ……ウェハのｙ方向の線形伸縮量（スケーリングｙ）
θ……配列座標系αβの回転量（ローテーション）
ω……座標系αβの傾き量（直交度）
Ｏｘ……ウェハのｘ方向の平行移動量（シフトｘ）
Ｏｙ……ウェハのｙ方向の平行移動量（シフトｙ）
【００２６】
以上のような変数を想定すると、設計座標値（ｘi,ｙi）に位置するショットは次の(１)式により、座標値（Ｘi,Ｙi）に写像される。
【００２７】
【外１】

【００２８】
よって６つの変数が求まれば、各ショットの設計位置（ｘi,ｙi）に対する実際の位置（Ｘi,Ｙi）を一意に定めることができる。
【００２９】
ここでローテーションθ、直交度ωが微小量であるものとし、以下のような６つの変数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにまとめると、(１)式は(２)式のように書きあらためられる。
Ａ＝ｒｘ・ｃｏｓθ≒ｒｘ
Ｂ＝−ｒｘ（ｃｏｓθｔａｎω＋ｓｉｎθ）≒−ｒｘ（ω＋θ）
Ｃ＝ｒｙ・ｓｉｎθ≒ｒｙ・θ
Ｄ＝ｒｙ（−ｓｉｎθｔａｎω＋ｃｏｓθ）≒ｒｙ
Ｅ＝Oｘ
Ｆ＝Oｙ
【００３０】
【外２】

【００３１】
(２)式において未知数はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの６つあるため、式が６個、すなわち最低３ショット（１ショットにつきｘ方向とｙ方向の２ケ所）の位置について選択してを行なえば、(２)式の解は一意に定まる。
【００３２】
しかし実際のウェハ上でのモデルは設計値（ｘi,ｙi）、実測値（ＸＸi,ＹＹi）に対し残差項（εｘi,εｙi）が存在し、次の(３)式のような写像関係が成り立つ。
【００３３】
【外３】

【００３４】
そこで残差の二乗和Σεｘi２とΣεｙi２を最小とするようにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを決定してやればよい。ここで最小二乗法を用いるものとして、(３)式におけるｘ成分は(４)式のようになる。
ＸＸｉ＝Ａ・ｘｉ＋Ｂ・ｙｉ＋Ｅ＋εｘｉ……(４)
サンプルアライメントを行なうショット数をｋとすると、二乗和Σεｘi２は(５)式のように表わされる。
【００３５】
【外４】

【００３６】
この(５)式を最小とするＡ，Ｂ，Ｅを求めるために、(５)式を未知数Ａ，Ｂ，Ｅでそれぞれ偏微分し、各偏微分式を零とおく。こうして得られた３つの式を行列の形に書き直すと、(６)式のように表わされる。
【００３７】
【外５】

【００３８】
(３)式におけるｙ成分についても同様に(７)式のように書き表わされる。
【００３９】
【外６】

【００４０】
すなわち、１ショットの計測が終了するたびに、Σｘi，Σｙi，Σｘi２，Σｙi２，Σｘi・ｙiΣＸＸi・ｘi，ΣＸＸi・ｙi，ΣＸＸi，ΣＹＹi・ｘi，ΣＹＹi・ｙi，ΣＹＹi等の各々を加算してゆき、ｋショット目（ｋは、ウエハ上のショット数より小さい値）の計測が終了したところで(６)式と(７)式を解けば、未知数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの全てが求まる。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが求まれば、これら未知数を(２)式に代入することにより、パターン領域ＣＰの配列の規則性を決定できる。
【００４１】
（ステップＳ１０５）
ステップＳ１０２で決定されたベースラインにも基づいて、パターン領域ＣＰ０の中心点（配列座標系αβの原点）を光軸ＡＸ１に対して予め決められた位置に移動させる。
【００４２】
（ステップＳ１０６）
決定された配列の規則性に基づいて、各パターン領域ＣＰ内の設計上の各位置（ｘi,ｙi）に対する実際の位置（Ｘi,Ｙi）を算出し、この実際の位置（Ｘi,Ｙi）に、電子ビームＥＢが位置決めされるように偏向器２３及びウエハステージ４の少なくと一方を動作させて、パターン領域ＣＰの設計値（ｘi,ｙi）に対応したパターンを描画する。
【００４３】
（ステップＳ１０７）
ステップＳ１０６の描画時間が所定の時間を過ぎると、描画を停止する。
【００４４】
（ステップＳ１０８）
ウエハ６の全ての描画領域が描画されている場合は、ウエハの露光を終了する。
【００４５】
（ステップＳ１０９）
現在の電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークＡＭを調査する。そのアライメントマークが配列の規則性を決定する際に、その位置が実測されていなくても構わない。
【００４６】
（ステップＳ１１０）
決定された配列の規則性に基づいて、現在の電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークＡＭの設計上の位置（ｘi,ｙi）に対する実際の位置（Ｘi,Ｙi）を算出し、実際の位置（Ｘi,Ｙi）が電子光学系２の光軸ＡＸ１上に位置するようにウエハステージ４を移動させる。電子光学系制御部８により、電子ビームによりアライメントマークＡＭを走査し、光軸ＡＸ２に対するアライメントマークＡＭの位置ずれ量（ΔＸＥ，ΔＹＥ）を検出する。
【００４７】
（ステップＳ１１１）
位置ずれ量（ΔＸE，ΔＹE）が描画中の電子ビーム位置変動値（ドリフト値）とみなし、位置ずれ（ΔＸE，ΔＹE）に基づいて、電子ビームの偏向位置、又はウエハステージ位置を補正する。そしてステップＳ１０６に戻る。
【００４８】
＜他の実施例＞
先の実施例においては、配列の規則性を決定する為に、アライメントマークの位置を非露光光によって検出している。その理由は、露光されたウエハを現像し、エッチング若しくは成膜し、再度露光する際、同じアライメントマークを使用する為である。（もちろん電子ビームによってその位置を検出されたアライメントマークはつぶれるが、それ以外は使用できるので、つぶれるアライメントマークを最小限にできる。）
【００４９】
本実施例では、再度露光する際、同じアライメントマークを使用しない場合で、アライメント光学系３に代わり電子光学系２によって、アライメントマークの位置を検出している。したがって、実施例１との構成上の違いは、アライメント光学系３及びアライメント光学系制御部８が無い点であるので、構成の説明は省略する。
【００５０】
本実施例の電子ビーム露光装置の露光動作について、図４を用いて説明する。
【００５１】
なお、本実施例では、ステージ座標系ＸＹの原点（Ｘステージ４２上であってウエハ６を保持する箇所の中心）を電子光学系２の検出視野の中心（光軸ＡＸ２）と一致するように、ウエハステージ位置検出部１０によって定めてある。
【００５２】
露光の開始により、主制御系１１は以下のステップを実行する。
【００５３】
（ステップＳ２０１）
ステージ座標系における基準マークＳＭの設計上の座標位置に基づいて、基準マークＳＭを電子光学系２の光軸ＡＸ１上に位置するように移動させる（ウエハステージ４の移動とは、ウエハステージ制御部１０とウエハステージ位置検出部９とを協働させてウエハステージ４を移動させることを意味し、以下同様である）。電子光学系制御部７により、光軸ＡＸ１に対する基準マークＳＭの位置ずれを検出し、その位置ずれに基づいて、ステージ座標系ＸＹの原点が光軸ＡＸ２と一致するようにウエハステージ位置検出部１０が定めるステージ座標系を再設定する。
【００５４】
（ステップＳ２０２）
ウエハ６上のアライメントマークの一部を選択し、選択されたパターン領域ＣＰのアライメントマークＡＭを、設計上の座標位置に基づいて、電子光学系２の光軸ＡＸ１上に位置するように移動させ、電子光学系制御部７により、光軸ＡＸ１に対するアライメントマークＡＭの位置ずれを検出する。その位置ずれ量とアライメントマークＡＭの設計上の座標位置（ウエハステージ４の移動量）より、アライメントマークＡＭの位置の実測値（ＸＸi,ＹＹi）が得られる。
【００５５】
（ステップＳ２０３）
パターン領域ＣＰの位置の実測値（ＸＸi,ＹＸi）に基づいて、ウエハ６上のパターン領域ＣＰの配列の規則性を決定する。その決定方法は実施例１のステップＳ１０４に同じであるので省略する。
【００５６】
（ステップＳ２０４）
パターン領域ＣＰ０の中心点（配列座標系αβの原点）を光軸ＡＸ１に対して予め決められた位置に移動させる。
【００５７】
（ステップＳ２０５）
決定された配列の規則性に基づいて、各パターン領域ＣＰ内の設計上の各位置（ｘi,ｙi）に対する実際の位置（Ｘi,Ｙi）を算出し、この実際の位置（Ｘi,Ｙi）に、電子ビームＥＢが位置決めされるように偏向器２３及びウエハステージ４の少なくと一方を動作させて、パターン領域ＣＰの設計値（ｘi,ｙi）に対応したパターンを描画する。
【００５８】
（ステップＳ２０６）
ステップＳ２０５の描画時間が所定の時間を過ぎると、描画を停止する。
【００５９】
（ステップＳ２０７）
ウエハ６の全ての描画領域が描画されている場合は、ウエハの露光を終了する。
【００６０】
（ステップＳ２０８）
現在の電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークＡＭを調査する。そのアライメントマークが配列の規則性を決定する際に、その位置が実測されていなくても構わない。
【００６１】
（ステップＳ２０９）
決定された配列の規則性に基づいて、現在の電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークＡＭの設計上の位置（ｘi,ｙi）に対する実際の位置（Ｘi,Ｙi）を算出し、実際の位置（Ｘi,Ｙi）が電子光学系２の光軸ＡＸ１上に位置するようにウエハステージ４を移動させる。電子光学系制御部８により、電子ビームによりアライメントマークＡＭを走査し、光軸ＡＸ１に対するアライメントマークＡＭの位置ずれ量（ΔＸE，ΔＹE）を検出する。
【００６２】
（ステップＳ２１０）
位置ずれ量（ΔＸE，ΔＹE）が描画中の電子ビーム位置変動値（ドリフト値）とみなし、位置ずれ（ΔＸE，ΔＹE）に基づいて、電子ビームの偏向位置、又はウエハステージ位置を補正する。そしてステップＳ２０５に戻る。
【００６３】
なお上記いずれの実施例でも、現在の電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークＡＭの位置を検出して、電子ビーム位置変動値を検出しているが、現在の電子ビームの照射位置に最も近く、配列の規則性を決定するために実測されたアライメントマークを用い（ステップＳ１０３、ステップＳ２０２でその位置を実測されたアライメントマーク）の位置を検出して、電子ビーム位置変動値を求めるようにしてもよい。
【００６４】
＜デバイスの製造方法＞
上記説明した電子ビーム露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
【００６５】
図５は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ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）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、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５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４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６（検査）ではステップ５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なう。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７）される。
【００６６】
図６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（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１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要と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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００６７】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ上にパターンの配列の規則性を求める際に利用されるアライメントマークを流用して電子ビームの位置変動値を検出するので、電子ビームの位置変動の補正の為の時間が短縮できる。さらに、その規則性を利用して、その位置を実測されていない任意のアライメントマークを用いて電子ビームの位置変動を補正できるので、補正の際のステージの移動を最小限にでき、従来に比べ補正頻度が多くできる。したがって、電子ビーム露光装置のスループット、重ねあわせ精度の向上が達成できる。又、これを用いてデバイスを製造すれば従来以上に高精度なデバイスの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム露光装置を示す図。
【図２】パターン領域の配列座標系とステージ座標系について説明する図。
【図３】実施例１の露光フローを説明する図。
【図４】実施例２の露光フローを説明する図。
【図５】微小デバイスの製造フローを説明する図。
【図６】ウエハプロセスを説明する図。
【符号の説明】
１主構造体
２電子光学系
３アライメント光学系
４ウエハステージ
５Ｘ軸用ステージ位置測長系
６ウエハ
７電子光学系制御部
８アライメント光学系制御部
９ウエハステージ制御部
１０ウエハステージ位置検出部
１１主制御系

Claims

複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、前記基板を載置したステージと電子ビームとを相対移動させることにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光方法において、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークの１つの位置のみを光学的位置検出系により検出するとともに、前記基準マークに電子ビームを照射し、前記基準マークからの電子を検出することにより、前記基準マークの１つの位置のみを検出し、前記光学的位置検出系による基準マークの実測値と前記電子ビームによる基準マークの実測値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する基準マーク検知段階と、
その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記選択されたアライメントマークの位置を前記光学的位置検出系の光により順次検出する第１検出段階と、
その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出段階の実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する配列規則性決定段階と、
その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記電子ビームと前記ステージとを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークに電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークからの電子を検出することにより、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの位置を検出する第２検出段階と、
その後、前記第２検出段階で検出された前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの実測値と前記第１検出段階で検出された前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの実測値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階とを有し、
前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階の後に再び前記第２検出段階に戻ることを特徴とする電子ビーム露光方法。
複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、前記基板を載置したステージと電子ビームとを相対移動させることにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光方法において、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークの１つの位置のみを光学的位置検出系により検出するとともに、前記基準マークに電子ビームを照射し、前記基準マークからの電子を検出することにより、前記基準マークの１つの位置のみを検出し、前記光学的位置検出系による基準マークの実測値と前記電子ビームによる基準マークの実測値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する基準マーク検知段階と、
その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記選択されたアライメントマークの位置を前記光学的位置検出系の光により順次検出する第１検出段階と、
その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出段階の実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する配列規則性決定段階と、
その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記電子ビームと前記ステージとを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークに電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークからの電子を検出することにより、前記アライメントマークの位置を検出する第２検出段階と、
その後、前記第２検出段階で検出された前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークの実測値と前記配列の規則性から算出される前記電子ビームの照射位置に最も近いアライメントマークの座標値との差を求め、その差に基づいて前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階とを有し、
前記電子ビームと前記ステージとの相対位置を補正する段階の後に再び前記第２検出段階に戻ることを特徴とする電子ビーム露光方法。
複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、電子ビームにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光装置において、
前記電子ビームを前記基板上を偏向させる偏向手段と、
前記基板を載置して移動するステージと、
前記ステージの位置を検出する測長系と、
光を前記ステージ上の照射対象物に照射し、照射対象物からの光を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第１検出系と、
前記ステージ上の前記電子ビームの照射対象物に電子ビームを照射し、前記照射対象物の電子を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第２検出系と、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークと、
前記基板の描画に先立ち、前記基準マークの１つの位置のみを前記第１検出系により検出させるとともに、前記基準マークの１つの位置のみを前記第２検出系により検出させ、前記第１検出系による基準マークの実測値と前記第２検出系による実測値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させ、その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記第１検出系により、選択された前記アライメントマークの位置を順次検出させ、その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出系による実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する第１工程を実行させ、その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記偏向手段と前記ステージによって前記電子ビームと前記基板とを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記第２検出系により、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの位置を検出し、前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの第１検出系の実測値と前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの第２検出系の実測値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させる第２工程を繰り返して実行させる制御手段とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置。
複数のパターンと前記複数のパターンのそれぞれに関連づけられたアライメントマークとを設計上の配列座標に沿って規則的に整列して形成した基板に感光材を塗布し、電子ビームにより前記各パターン上にパターンを重ね描画する電子ビーム露光装置において、
前記電子ビームを前記基板上を偏向させる偏向手段と、
前記基板を載置して移動するステージと、
前記ステージの位置を検出する測長系と、
光を前記ステージ上の照射対象物に照射し、照射対象物からの光を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第１検出系と、
前記ステージ上の前記電子ビームの照射対象物に電子ビームを照射し、前記照射対象物の電子を検出し、前記測長系と協働して対象物の位置を検出する第２検出系と、
前記ステージ上であって前記基板と異なる位置に設けられた基準マークと、
前記基板の描画に先立ち、前記基準マークの１つの位置のみを前記第１検出系により検出させるとともに、前記基準マークの１つの位置のみを前記第２検出系により検出させ、前記第１検出系による基準マークの実測値と前記第２検出系による実測値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させ、その後、前記複数のアライメントマークの一部を選択し、前記第１検出系により、前記選択されたアライメントマークの位置を順次検出させ、その後、前記アライメントマークの設計上の座標値と前記第１検出系による実測値とに基づいて、前記基板上の複数のパターンの配列の規則性を決定する第１工程を実行させ、その後、前記複数のパターンの配列の規則性に基づいて、前記偏向手段と前記ステージによって前記電子ビームと前記基板とを相対移動させて前記各パターン上に電子ビームを照射してパターンを描画する描画中に、前記第２検出系により、前記電子ビームの照射位置に最も近い選択されたアライメントマークの位置を検出し、前記第２検出器による前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの実測値と前記配列の規則性から算出される前記電子ビームの照射位置に最も近い前記選択されたアライメントマークの座標値との差を求め、その差に基づいて、前記偏向手段と前記ステージの少なくとも一方によって、前記電子ビームと前記基板との相対位置を補正させる第２工程を繰り返して実行させる制御手段とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置。