JP5506560B2

JP5506560B2 - 描画装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP5506560B2
Application number: JP2010139945A
Authority: JP
Inventors: 孝一千徳
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: JP2012004461A; EP2397906A3; US8618515B2; EP2397906A2; US20110310373A1

Description

本発明は、複数の荷電粒子線を用いる描画装置及びデバイス製造方法に関する。

ウエハ上に形成されたｎ番目レイヤーのデバイスパターンに対して、（ｎ＋１）番目のレイヤーのデバイスパターンを電子ビーム露光装置（電子ビーム描画装置）により描画する場合、ｎレイヤーと（ｎ＋１）レイヤーとのデバイスパターンが位置合わせされる。その位置合わせ（重ね合せ）のために、ウエハアライメント計測が行われる。ウエハアライメント計測では、ウエハ上に既に露光されている複数のアライメントマークの位置を、オフアクシスのアライメントスコープを用いて計測し、その計測値を基に、ウエハ上に露光されている全ショットの位置を求める。このようにして、ｎレイヤーで形成されたウエハ上の各ショットの位置を求めた上で、各ショットを電子ビームによる描画位置に移動させて、ｎレイヤーで描画したパターンに対して（ｎ＋１）レイヤーのデバイスパターンを重ねて描画する。この時、各ショットの位置決めは、アライメントスコープによるアライメントマークの計測位置と電子ビームによる描画位置とを結ぶベースラインの長さを基に制御される。また、各ショットの位置決めは、グローバルアライメント計測値に基づいて制御される。

ベースラインは、アライメントスコープの光軸と電子ビームの描画位置とを結ぶライン（線分）であり、両者の間の相対位置関係を示すものであって、２次元ベクトル量で表し得るものである。ベースラインの計測は、以下の手順で行われる。
（１）アライメントスコープを用いて、ウエハステージ上の基準マーク台に形成されている基準マークの位置を計測する。
（２）電子ビームを用いて、ウエハステージ上の基準マーク台に形成されている基準マークの位置を計測する。
（３）アライメントスコープ及び電子ビームを用いた計測時のそれぞれのウエハステージ位置の差から、アライメントスコープによるウエハ上での計測位置と、電子ビームによるウエハ上での計測位置との間の差（相対位置関係）であるベースラインを算出する。

特許文献１には、１本の電子ビーム（以下、シングルビームと言う）を有する電子ビーム露光装置におけるベースラインの計測技術が提案されている。

特開２０００−１３３５６６号公報

スループットの向上のために多数の電子ビームを用いるマルチビーム型の電子ビーム露光装置が提案されている。マルチビーム型の電子ビーム露光装置において、シングルビーム型の電子ビーム露光装置のように、ベースラインの計測に電子ビームを用いるとすると、基準マークの位置を検出するのに用いる電子ビームを複数の電子ビームから選択する必要がある。本出願の発明者は、複数の電子ビームのうちどの電子ビームを基準マークの位置の検出に用いるかによって、電子ビームの基準マークに対する入射角が変化し、基準マークの位置の検出精度ひいてはベースラインの計測精度に変化が生じることを見出した。このことは、複数の電子線を用いる描画装置に限らず、複数の荷電粒子線を用いる描画装置一般にも当てはまる。本発明は、複数の荷電粒子線を用いる描画装置であってベースラインの計測精度の点で有利な描画装置を提供することを例示的目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、基板を保持するステージと、複数の荷電粒子線を前記基板の表面に投影する投影系と、前記ステージの上に形成された基準マークと、前記基板上のマークに光を照射し前記マークからの反射光を検出して前記マークの位置を計測する第１計測器と、前記投影系を介して前記基準マークに荷電粒子線を照射し前記基準マークからの荷電粒子を検出して前記基準マークの位置を計測する第２計測器と、前記投影系の軸に沿う第１方向及び前記軸に直交する第２方向における前記ステージの位置を検出する検出器と、を備え、前記複数の荷電粒子線を用いて前記基板に描画を行う描画装置であって、前記複数の荷電粒子線のうち少なくとも一つの荷電粒子線のそれぞれについて、前記基準マークに入射する荷電粒子線の前記第１方向に対する角度を取得し、前記取得された角度が許容範囲内である一つの荷電粒子線を決定し、前記決定された荷電粒子線を用いて前記第２計測器により計測された前記基準マークの位置と前記第１計測器により計測された前記基準マークの位置とから第１計測器に関するベースラインを求める制御部を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、複数の荷電粒子線を用いる描画装置であってベースラインの計測精度の点で有利な描画装置を提供することができる。

ベースラインの計測方法を示す図である。電子ビーム露光装置を示す図である。ベースラインの計測に用いる電子ビームを決定する方法を説明する流れ図である。電子ビームの傾き量を測定する方法を示す図である。反射二次電子の計測方法を示す図である。反射二次電子の計測結果を示す図である。ベースラインの計測に用いる電子ビームを決定する他の方法を説明する流れ図である。ベースラインの計測方法を説明する流れ図である。

〔第１実施形態〕
本発明は、複数の荷電粒子線を用いる描画装置一般に適用可能であるが、複数の電子線（電子ビーム）を用いる描画装置（露光装置）に適用した例を説明する。図２は、複数の電子ビームを用いるマルチビーム型の電子ビーム露光装置の構成を示す概略図である。図２において、電子源１から放射される電子ビームは、ビームを整形する光学系２を介して、電子源１の像３を形成する。像３からの電子ビームは、コリメータレンズ４によって略平行の電子ビームとなる。略平行の電子ビームはアパーチャアレイ５を通過する。アパーチャアレイ５は、複数の開口を有し、電子ビームを複数の電子ビームに分割する。アパーチャアレイ５で分割された複数の電子ビームは、静電レンズが複数形成された静電レンズアレイ６により、像３の中間像を形成する。中間像面には、静電型偏向器であるブランカーが複数形成されたブランカーアレイ７が配置されている。中間像面の下流には、２段の対称磁気ダブレットレンズ８１，８２で構成された縮小電子光学系（投影系）８が配置され、複数の中間像がウエハ(基板)９上に投影される。縮小電子光学系８は、Ｚ方向（第１方向）の軸を有し、複数の電子ビームを基板の表面に結像させる電子光学系を構成している。ブランカーアレイ７で偏向された電子ビームは、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断されるため、ウエハ９には照射されない。一方、ブランカーアレイ７で偏向されない電子ビームは、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断されないため、ウエハ９に照射される。下段のダブレットレンズ８２内には、複数の電子ビームを同時にＸ，Ｙ方向（第２方向）の所望の位置に変位させるための偏向器１０、及び、複数の電子ビームのフォーカスを同時に調整するフォーカスコイル１２が配置されている。ウエハステージ（ステージ）１３はウエハ９を保持し、軸と直交するＸＹ方向に移動可能である。ウエハステージ１３上にはウエハ９を固着するための静電チャック１５が設置されている。また、電子ビームのウエハ９の照射面位置における形状の測定は、ナイフエッジを含む検出器１４により行われている。スティグメータ１１は、縮小電子光学系８の非点収差を調整する。

ウエハステージ１３はステップアンドリピート動作又はスキャン動作により移動し、移動と同時に電子ビームを偏向させながら基板上の複数ショット位置に電子ビームによってパターンが描画されている。電子ビームを偏向してウエハステージ１３に搭載された基板上にパターンを描画するにあたって、ウエハステージ１３に対する電子ビームの基準位置を計測する必要がある。その基準位置の計測は、オフアクシスのアライメントスコープと電子ビームを用いて次の様に行われる。図１Ａ、図１Ｂは、図２に示す電子ビーム露光装置のウエハ９周辺の拡大図である。図１Ａにおいて、ウエハステージ１３の上には基準マーク台２０が設置されており、その基準マーク台２０には、基準マーク２１が形成されている。この基準マーク２１の画像をオフアクシスのアライメントスコープ２２にて検出し、アライメントスコープ制御部Ｃ２にて画像信号の処理を行い、アライメントスコープ２２の光軸に対する基準マーク２１の位置を特定する。このとき、ウエハステージ１３上に設置されたミラー２３ａを含む測長用干渉計２３ｂによって計測されたウエハステージ１３の位置Ｐ１を、Ｐ１＝（Ｘ０、Ｙ０）として、主制御部Ｃ１を介してメモリＭに記憶する。アライメントスコープ２２は、基準マーク２１に光りを照射し照射された光の反射光を検出して基準マーク２１の位置を計測する第１計測器を構成している。測長用干渉計２３ｂは、ウエハステージ１３のＺ方向（第１方向）及び縮小電子光学系８の軸に直交するＸ、Ｙ方向（第２方向）におけるウエハステージ１３の位置を検出する検出器の一つである。

次に図１Ｂに示す様に、基準マーク２１を電子ビームによる露光位置に移動させ、電子ビームによる基準マーク２１の位置計測を行う。電子線検出器（第２計測器）２４は、縮小電子光学系８を介して基準マーク２１に電子ビームを照射したときに基準マーク２１で発生する二次電子を検出して基準マーク２１の位置を計測する。基準マーク２１の位置を計測するために使用する電子ビームを決定する方法を図３に示す流れ図を用いて説明する。主制御部Ｃ１は、Ｓ１で、複数の電子ビームの中から基準マーク２１の位置を検出する為の電子ビームを少なくとも一つ選択し、電子光学系制御部Ｃ３は、選択された電子ビームのみが基準マーク２１上に到達するように偏向器を調節する。Ｓ２で、主制御部Ｃ１は、Ｓ１で選択された基準マーク２１に入射する電子ビームのＺ軸に対する傾き量（第１方向に対する角度）θを取得する。主制御部Ｃ１は、図４に示す様に、電子ビームが照射された状態でウエハステージ１３をＺ方向に沿って既知の量だけ駆動し、基準マーク２１をＺ方向に沿って移動させる。電子線検出器２４は、移動前後の基準マーク２１のＺ方向位置Ｚ０およびＺ方向位置Ｚ１とにおいて、電子ビームが照射された基準マーク２１のＸ方向位置を検出する。例えば、Ｚ方向位置Ｚ０とＺ方向位置Ｚ１との距離をＬｚ、Ｚ方向位置Ｚ０で計測した基準マーク２１のＸ方向位置をＸ＿ｚ０、そしてＺ方向位置Ｚ１で計測した基準マーク２１のＸ方向位置をＸ＿ｚ１とすると、電子ビームの傾き量θは、式１で算出される。
θ＝（Ｘ＿ｚ１−Ｘ＿ｚ０）／Ｌｚ・・・（１）

各Ｚ方向位置における、電子ビームに対する基準マーク２１のＸ方向位置の計測方法を、図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。図５Ａから図５Ｂ、図５Ｃを経て図５Ｄに至る流れは、ウエハステージ１３をＸ方向に駆動することによって、電子ビームが基準マーク２１上をスキャンする様子を示している。ウエハステージ制御部Ｃ４によりウエハステージ１３をＸ方向にスキャン駆動しながら、基準マーク２１及び基準マーク２１周辺から得られる反射２次電子を電子線検出器２４により検出する。図６は、ウエハステージ１３をＸ方向に駆動した場合の、電子線検出器２４で検出される反射２次電子の検出結果である。電子ビームが基準マーク２１の両端のエッジ部分に照射されたときに、反射２次電子の検出量がピーク形状となる。ここで得られた２つのピーク形状を有する反射２次電子の検出量の変化（図６）から、反射２次電子の検出量がピークとなるウエハステージ１３の２つのＸ方向位置ａ及びｂの中点位置ｃを電子ビームに対する基準マーク２１の位置として決定する。また、図６の検出結果の微分波形を求め、２つのピーク位置近傍に相当する微分波形領域の２つの変極点を求め、その２つの変極点の中点位置を基準マーク２１の位置と決定しても良い。また、ウエハステージ１３は固定しておき、電子光学系制御部Ｃ３により偏向器１０を制御して電子ビームで基準マーク２１上をＸ方向にスキャンさせて基準マーク２１の位置を検出しても良い。主制御部Ｃ１は、このようにして測定された電子ビームの傾き量θをメモリＭに記憶させる。ここで計測された、電子ビームによる基準マーク２１の位置を、後で述べるＳ２６における基準マークの位置としても良い。Ｓ３で、主制御部Ｃ１は、選択された全ての電子ビームについてそれらの傾き量θが測定されたか否かを判断する。ＮＯと判断されたら、フローは、Ｓ２に戻り、ＹＥＳと判断されたらＳ４に進む。

Ｓ４で、主制御部Ｃ１は、Ｓ２で測定された電子ビームの傾き量θが予め定めておいたトレランス以内（許容範囲内）であるか否かを判断する。ウエハステージ１３のＺ方向の駆動に対する制御残差（位置決め精度）をＥ、ベースライン計測の目標精度をＡとしたとき、電子ビームの傾き量θのトレランス（許容範囲）は（Ａ／Ｅ）で表される。ここで、Ａ／Ｅは、電子ビームの傾き量（絶対値）θの上限値である。したがって、主制御部Ｃ１は、電子ビームの傾き量（絶対値）θが下記の式２を満たすか否かを判断する。
θ≦Ａ／Ｅ・・・（２）

電子ビームの傾き量θがトレランス以内の電子ビームが存在しないならば、フローはＳ１に戻り、主制御部Ｃ１は、別の少なくとも１本の電子ビームを選択する。電子ビームの傾き量θがトレランス以内の電子ビームが存在するならば、フローはＳ６に進む。Ｓ５で、主制御部Ｃ１は、電子ビームの傾き量θがトレランス以内の電子ビームの中から、基準マーク２１の位置を計測するのに使用する電子ビームを決定する。そして、決定された電子ビームを用いて基準マーク２１の位置を計測し、その時のウエハステージ１３に対する測長用干渉計２３ｂの計測値Ｐ２をメモリに記憶する。主制御部Ｃ１は、アライメントスコープ２２で基準マーク２１を計測したときの測長用干渉計２３ｂによる計測位置Ｐ１と、電子ビームで基準マーク２１を計測したときの測長用干渉計２３ｂによる計測位置Ｐ２との差分を算出し、その差分をベースラインとする。

以上に述べた方法によりベースライン計測を行えば、電子ビームの傾き量に起因して発生する計測誤差の影響は受けないので、電子ビームによる露光を行う際の重ね合わせ精度を向上させることが出来る。本実施形態では、説明を簡単にする為に、Ｘ方向のベースラインの計測を説明したが、Ｙ方向のベースラインの計測も同様にして行ってもよい。また、第１実施形態では、アライメント計測の一部として、電子ビームの傾き量の計測、ベースラインの計測に用いる電子ビームの決定を行う例を述べた。しかし、アライメント計測を行う前、あるいは、電子ビーム露光装置が描画動作を行っていないときなどに、事前に電子ビームの傾き量を計測してベースラインの計測に用いる電子ビームを決定しても良い。

〔第２実施形態〕
図７の流れ図を用いて、ベースラインの計測に用いる電子ビームを決定する他の方法を説明する。工程１１で、主制御部Ｃ１は、複数本の電子ビームの中から、基準マーク２１の位置を検出する為の候補となる電子ビームを選択し、選択された電子ビームのみが基準マーク２１上に到達するように偏向器１０を調節する。ここで、候補となる電子ビームは１本のみではなく、複数本又は電子ビーム露光装置が有する全ての電子ビームでも良い。Ｓ１２で、主制御部Ｃ１は、Ｓ１１で選択された電子ビームの、ウエハステージ１３のＺ駆動軸に対する傾き量θを測定する。Ｓ１３で、主制御部Ｃ１は、選択された全ての電子ビームに対して傾き量θの測定が行われたか否かを確認し、全ての電子ビームに対して測定が行われたならばＳ１４にフローを進める。Ｓ１４で、主制御部Ｃ１は、Ｓ１２で測定された傾き量θを基に、Ｓ１１で選択されなかった電子ビームの傾き量θを求めるか否かを判断する。Ｓ１１で全ての電子ビームが選択されＳ１２で全ての電子ビームについて傾き量θが測定されている場合には、フローはＳ１６に進む。

Ｓ１５で、主制御部Ｃ１は、Ｓ１２で計測された傾き量θに基づいて、Ｓ１１で選択されなかった残部の電子ビームの傾き量θを、内挿、外挿又は近似式を用いて推定する。Ｓ１６で、主制御部Ｃ１は、測定又は推定により取得された電子ビームの傾き量θが、トレランスを満たしているか否かを判断する。Ｓ１７で、傾き量θがトレランス以内の電子ビームが存在しないと判断されたならば、フローはＳ１１に戻り、主制御部Ｃ１は、別の少なくとも１本の電子ビームを選択するか、又は、偏向器１０を制御して、電子ビームの偏向方向を設定し直す。Ｓ１７で、傾き量θがトレランス以内の電子ビームが存在すると判断されたならばフローは、Ｓ１８に進む。トレランス以内と判断された電子ビームの傾き量が、内挿、外挿又は近似式で求められた推定値であった場合、実際の傾き量を確認する為に、図４で説明した方法で傾き量を実測して確認しても良い。Ｓ１８で、主制御部Ｃ１は、トレランスを満たす電子ビームの中から、ベースラインの計測に用いる電子ビームを決定する。

〔第３実施形態〕
図８は、ベースラインの計測を示す流れ図である。Ｓ２１で、アライメントスコープ２２により、基準マーク２１の位置を計測する。Ｓ２１での露光装置の配置は図１Ａに示す構成と同じである。Ｓ２２で、ウエハステージ制御部Ｃ４により、基準マーク２１を縮小電子光学系８の描画位置に移動させる。Ｓ２２での露光装置の配置は、図１Ｂに示す構成と同じである。Ｓ２３で、主制御部Ｃ１は、基準マーク２１の位置を計測するための電子ビームを決定する。電子ビームの決定方法は、第１実施形態又は第２実施形態で説明した方法を用いる。

Ｓ２４で、主制御部Ｃ１は、Ｓ２３で決定された電子ビームに対する、基準マーク２１のフォーカス位置を計測するかどうかを判断する。ここで、電子ビームの傾き量がトレランスを満たしている場合は、次のＳ２５をスキップして、電子ビームによって基準マーク２１の位置を計測するＳ２６に進んでも良い。また、電子ビームの傾き量がトレランスを満たしている場合は、Ｓ２４の判断、Ｓ２５のフォーカス計測は不要として、Ｓ２７に進んでも良い。

Ｓ２４でフォーカス計測を行うと決定されたならば、主制御部Ｃ１は、ｓ２５で、フォーカス計測を行う。例えば、図１Ｂに示す配置において、基準マーク２１に対して電子ビームをスキャンしながら照射し、基準マーク２１の形状に対応して得られる反射２次電子の量を、電子線検出器２４で検出することでフォーカス計測を行う。この計測は、所謂ＳＥＭによるパターン形状の計測と同等である。この形状計測を、基準マーク２１のＺ方向の位置を変化させて、複数のＺ位置で計測する。得られた形状計測結果の中から電子ビームによる画像のコントラストが一番大きい位置でのＺ位置を、ベストフォーカス位置とする。Ｓ２６で、主制御部Ｃ１は、決定された電子ビームを用いて、基準マーク２１の位置を計測する。Ｓ２７で、主制御部Ｃ１は、ベースラインを算出する。主制御部Ｃ１は、ベースラインを算出するために使用する電子ビームを決定し、決定された電子ビームを用いてなされた基準マーク２１の計測結果とアライメントスコープ２２による基準マーク２１の計測結果との差分からベースラインを算出する制御部を構成する。

電子ビーム露光装置において、複数の電子ビームによるデバイスパターンの描画を行う際に、描画精度を向上させる目的の為に、事前に複数の電子ビームの傾き量を測定することがある。その場合、その測定値を利用して、電子ビームの傾き量が式２のトレランスを満たすかどうかの判断を行っても良い。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、ＦＰＤのデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の電子ビーム露光装置を用いて露光する工程と、前記工程で露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、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）を含みうる。

Claims

基板を保持するステージと、複数の荷電粒子線を前記基板の表面に投影する投影系と、前記ステージの上に形成された基準マークと、前記基板上のマークに光を照射し前記マークからの反射光を検出して前記マークの位置を計測する第１計測器と、前記投影系を介して前記基準マークに荷電粒子線を照射し前記基準マークからの荷電粒子を検出して前記基準マークの位置を計測する第２計測器と、前記投影系の軸に沿う第１方向及び前記軸に直交する第２方向における前記ステージの位置を検出する検出器と、を備え、前記複数の荷電粒子線を用いて前記基板に描画を行う描画装置であって、
前記複数の荷電粒子線のうち少なくとも一つの荷電粒子線のそれぞれについて、前記基準マークに入射する荷電粒子線の前記第１方向に対する角度を取得し、前記取得された角度が許容範囲内である一つの荷電粒子線を決定し、前記決定された荷電粒子線を用いて前記第２計測器により計測された前記基準マークの位置と前記第１計測器により計測された前記基準マークの位置とから第１計測器に関するベースラインを求める制御部を備える、
ことを特徴とする描画装置。
前記制御部は、前記少なくとも一つの荷電粒子線のそれぞれについて、前記ステージを駆動することによって前記基準マークを前記第１方向に沿って移動させ、当該移動前後の前記ステージの前記第１方向における位置それぞれにおいて前記第２計測器により計測された前記基準マークの位置に基づいて前記角度を得る、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
前記制御部は、前記少なくとも一つの荷電粒子線の一部の荷電粒子線のそれぞれについて、前記ステージを駆動することによって前記基準マークを前記第１方向に沿って移動させ、当該移動前後の前記ステージの前記第１方向における位置それぞれにおいて前記第２計測器により計測された前記基準マークの位置に基づいて前記角度を得、前記少なくとも一つの荷電粒子線の残りの荷電粒子線のそれぞれについて、前記得られた角度に基づいて前記第１方向に対する角度を推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
前記ステージの前記第１方向の駆動に対する位置決め精度をＥ、前記ベースラインの目標精度をＡとしたとき、前記許容範囲を定める前記角度の絶対値の上限値は、（Ａ／Ｅ）である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の描画装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の描画装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。