JP2005286064A - 荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板、荷電粒子ビーム露光装置の補正方法、及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に補正を行うことができる荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板、荷電粒子ビーム露光装置の補正方法、及び電子機器の製造方法を提供すること。
【解決手段】 電子銃（荷電粒子の発生源）１１と、偏向器１７、１８と、ウエハステージ（基板載置台）２１と、第１マークU^(i,j) _p,qで構成されるチップ状の第１マーク群S_i,jの一部に、第２マークV^(i,j) _m,nで構成されるチップ状の第２マーク群T_i,jを重ねて形成してなる基準ウエハ（基準用基板）W₀の、第２マークV^(i,j) _m,nの位置を基準にした第１マークU^(i,j) _p,qの位置ずれを含む補正マップMと、偏向器１７、１８における偏向量を制御する偏向制御部３２と、を有し、偏向制御部３２が補正マップMを参照し、上記位置ずれの分だけ偏向量を補正しながら、ウエハ（基板）Wに荷電粒子を照射することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置による。
【選択図】 図５

Description

本発明は、荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板、荷電粒子ビーム露光装置の補正方法、及び電子装置の製造方法に関する。

近年、LSI等の半導体装置の微細化が進むなか、次世代の微細な設計ルールに対応する有力な露光装置として、電子ビーム(EB)露光装置が注目を集めている。電子ビーム露光装置は、電界や磁界によって電子ビームを偏光し、ウエハ上のフォトレジストにパターンを描画するものであり、研究開発用の設計ツールとしてはもちろん、少量多品種生産が進むSoC(System on Chip)の生産ラインへの導入も検討されている。

その電子ビーム露光装置において、電子ビームをウエハ上の所定の位置に照射するには、ウエハを載置するステージを移動したり、電子ビームの変更量を調節したりする。しかし、実際には、ステージの歪み等によって、ウエハ上の狙った位置に正確に電子ビームを照射することはできない。そのため、電子ビーム露光装置においては、ステージの歪み等を考慮した補正量を電子ビームの偏光量に加えることにより、狙った位置に電子ビームを照射するようにする。

このような補正量を求める方法（補正方法）には幾つかある。以下に、その一例について説明する。

図１は、従来例に係るEB露光装置のウエハステージ周辺の断面図である。

ウエハステージ１はモータ２によって紙面に対して横方向に移動する。そして、光干渉計３からミラー５にレーザを当て、その反射光を光干渉計３で測定することにより、ウエハステージ１の位置が測定される。実際には、この他にも、ウエハステージ１を紙面に対して垂直に駆動するためのモータが存在するが、それについては省略する。

また、ウエハステージ１の上方には反射電子検出器４が設けられ、これにより後述の基準ウエハW_sに電子ビームを照射した際に発生する反射電子が検出され、その反射電子がウエハW_sのどこから発生しているかが特定される。

電子ビーム露光装置に補正を行うには、まず、このウエハステージ１上に補正用の基準ウエハW_sを載置する。

図２は、従来例に係る基準ウエハW_sの平面図である。これに示されるように、基準ウエハW_sはチップ状の複数のマーク群C_i,jを縦横に配置してなる。そして、各マーク群C_i,jは、基準ウエハW_sに形成された穴よりなる複数のマークM_p,qをマトリックス状に配置してなる。なお、この記法では、(i,j)によりウエハ面内でのi行j列目のマーク群を示し、(p,q)により各マークでのp行q列目のマークを示している。

次に、図３を参照し、基準ウエハW_sを用いてどのように補正をするかを説明する。

図３は、ウエハステージ１に載せた状態にある基準ウエハW_sの拡大平面図である。

同図に示されるように、ウエハステージ１に歪みが無く、かつマークM_p,qがウエハW_sに正確にパターニングされていれば、マークM_p,qは理想位置Aにある。しかし、実際には、マークM_p,qをウエハW_sに形成する際の誤差、例えばステッパの誤差等により、AからベクトルΔPだけ離れたBにマークM_p,qは形成されている
しかも、ウエハステージ１が歪んだり、ウエハステージ１の上にゴミが付着していると、ウエハW_sが伸長したり収縮するので、上記のBから更にベクトルΔQだけ離れた位置にマークM_p,qが移動する。

よって、最終的には、理想位置AからベクトルΔR(=ΔP+ΔQ)だけ離れたCにマークM_p,qが移動することになる。

各ベクトルのうち、誤差ベクトルΔPは、基準ウエハW_sを作製する際に使用したステッパの誤差、例えばレチクルの歪み等によって発生したものであるため、基準ウエハW_sと同じステッパを使用して製品ウエハにデバイスパターンを形成すれば、このデバイスパターンもΔPと同じ誤差が出る。従って、偏向量が補正されていない補正電子ビームを製品ウエハに照射し、レジストパターンを形成すると、レジストパターンとデバイスパターンとは、ステッパに関係するΔQだけ位置ずれを起こし、その位置ずれにΔPは含まれない。

従って、図４に示すように、後続の製品ウエハWをウエハステージ１に載せる前と後では、製品ウエハWでマークM_p,qに相当する点Dが、ΔPとは関係無く、ΔQだけ移動することになる。

そのため、誤差ベクトルΔQを考慮せずに点Dを狙って電子ビームを照射しても、ウエハステージ１上の製品ウエハWの点Dには照射されず、点Dから−ΔQ離れた点、すなわちウエハステージ１に載せる前の製品ウエハWの点Dに照射されてしまう。

これを防ぐため、従来は、上記の誤差ベクトルΔQを求め、製品ウエハWに電子ビームを照射する際に、このΔQだけ電子ビームをさらに偏向し、ウエハステージ１上の点Dに所望に電子ビームを照射するようにしている。

ΔQは、図３に示したように、ΔR−ΔPに等しいので、ΔRとΔPを測定することにより得られる。

これらのうち、ΔRを求めるには次のようにする。まず、図１に示したように、ウエハステージ１上に基準ウエハW_sを実際に載せる。そして、光干渉計３でウエハステージ１の位置を確認しつつ、モータ２でウエハステージ１を移動し、光干渉計３によって光軸がマークM_p,qに一致したと推定されるところでウエハステージ１を停止する。但し、上記した理由により、ウエハステージ１の歪みやゴミなどによって、この時点で実際に光軸がマークM_p,qに一致するとは限らない。このときのステージ位置をR1とする。

次いで、電子ビームを偏向せずに、光軸に沿って基準ウエハW_sに照射する。このとき、光軸とマークM_p,qとが本当に一致しているなら、マークM_p,qからの反射電子が反射電子検出器４によって捕らえられる。しかし、上記の理由で実際にはこうならない。そこで、モータ２によってウエハステージ１を移動し、反射電子検出器４が反応するステージの位置を見つけ、このときのステージの位置をR2とする。位置R2は、マークM_p,qと光軸とが本当に一致するときの、ウエハステージ１の位置である。

その後、上で求めたR1とR2を使い、R1−R2を計算すれば、その値がΔRとなる。

これに対し、ステッパの誤差等のように、ウエハステージ１に起因しない誤差ΔP（図３参照）は、基準ウエハW_sを光学的な座標測定器に入れ、この座標測定器において測定される。

そして、上で測定されたΔRとΔPとを用いてΔR−ΔPを計算すれば、その値が求めたいΔQとなる。

しかしながら、ウエハステージ１に起因しない誤差ΔPを測定するのに使用される光学的な座標測定器が極めて高価なため、一つのマークM_p,qを測定する際の単価も高くなり、基準ウエハW_sの全面のマークを測定すると測定費用が甚大になってしまう。

本発明の目的は、補正を安価に行うことができる荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板、荷電粒子ビーム露光装置の補正方法、及び電子装置の製造方法を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば，荷電粒子の発生源と、前記荷電粒子を偏向する偏向器と、
基板が載せられる基板載置台と、複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群の一部に、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群を重ねて形成してなる基準用基板を前記基板載置台上に置いた状態で、前記第２マークの位置を基準にして算出された前記第１マークの位置ずれを含む補正マップと、前記偏向器における偏向量を制御する偏向制御部と、を有し、前記偏向制御部が前記補正マップを参照し、前記位置ずれの分だけ偏向量を補正しながら、製品用基板に荷電粒子を照射することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置が提供される。

本発明によれば、第２マークの位置を基準にした前記第１マークの位置ずれの分だけ偏向量を補正する。その位置ずれは、荷電粒子ビーム露光装置に備わっている座標測定器、例えば反射電子検出器等で容易且つ正確に測定することができ、光学的な座標測定器のような高価な装置を使用する必要が無いので、補正に必要なコストが安価になる。

本発明の第２の観点によれば、複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群と、前記第１マーク群の一部に重ねて形成され、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群と、を有する荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板が提供される。

本発明の第３の観点によれば、複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群を基板に形成する工程と、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群を、前記第１マーク群の一部に重ねて基板に形成し、該基板を基準用基板とする工程と、荷電粒子ビーム露光装置の基板載置台上に前記基準用基板を載せ、前記第２マークの位置を基準にして前記第１マークの位置ずれを算出する工程と、荷電粒子ビームの偏向量の補正値として前記位置ずれを採用する工程と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の補正方法が提供される。

本発明によれば、第２マークの位置を基準にして第１マークの位置ずれを算出する工程を、高価な光学的な座標測定器を使用せずに、反射電子検出器のように荷電粒子ビーム露光装置に本来備わっている座標測定器を使用して、簡単且つ正確に行うことができ、補正に必要なコストが安価になる。

また、上記基準用基板内における第１マークの位置ずれの面内分布を観測値として採用し、基準用基板内で連続的に変化する第１未知関数、及び第１マーク群毎に繰り返す第２未知関数を、最小２乗法により求めてもよい。

このようにすると、求められた第１未知関数と第２未知関数の和により第１マークの位置ずれが近似され、第１、第２未知関数の振る舞いを見ることにより、どのような理由で位置ずれが発生しているのかが理解される。

本発明の第４の観点によれば、露光機を使用するフォトリソグラフィにより、複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群の一部と、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群とを重ねて基板に形成し、該基板を基準用基板とする工程と、荷電粒子ビーム露光装置の基板載置台上に前記基準用基板を載せる工程と、前記基準用基板を前記基板載置台上に載せた後、前記第２マークの位置を基準にして前記第１マークの位置ずれを算出する工程と、前記基板載置台上から前記基準用基板を取り除く工程と、製品用基板の上にレジストを塗布する工程と、前記レジストを塗布した後、前記製品用基板を前記基板載置台上に載せる工程と、荷電粒子ビームの偏向量の補正値として前記位置ずれを採用し、該補正値の分だけ前記偏向量を補正しながら前記レジストに荷電粒子を照射する工程と、前記レジストを現像してレジストパターンにする工程と、を有することを特徴とする電子装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、露光機を使用するフォトリソグラフィにより基準用基板を作成し、その基準用基板を使用して、第２マークの位置を基準にした第１マークの位置ずれを算出すし、製品用基板に対しては、この位置ずれの分だけ偏向量を補正する。その位置ずれには、上記の露光機や基板載置台の誤差が含まれている。従って、この補正により、上記と同じ露光機を使用して製品用基板に予め形成されていたパターンと、本方法で形成されたレジストパターンとがチップ毎に所望に重ね合わされる。同様に、本方法の後において、上記と同じ露光機を使用して形成されるパターンと、上記のレジストパターンとも所望に重ね合わされる。

上記したように、本発明によれば、基準用基板の第２マークの位置を基準にして第１マークの位置ずれを算出し、その位置ずれの分だけ偏向量を補正しながら基板に荷電粒子を照射する。この位置ずれは、荷電粒子ビーム露光装置に備わっている反射電子検出器で容易且つ正確に測定することができ、光学的な座標測定器のような高価な装置を使用する必要が無いので、補正に必要なコストが安価になる。

更に、この位置ずれの面内分布を基にして、基準用基板内で連続的に変化する第１未知関数と、第１マーク群毎に繰り返す第２未知関数とを最小２乗法により求め、これらの関数の振る舞いを見ることにより、どのような理由で位置ずれが発生しているのかが理解される。

しかも、上記の基準用基板の作成時と同じ露光機を使用するフォトリソグラフィにより製品用基板にパターンを作製するので、このパターンと、荷電粒子ビーム露光装置を使用して作製されるレジストパターンとをチップ毎に所望に重ね合わせることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る電子ビーム露光装置について説明する。

（１）電子ビーム露光装置の構成
図５は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置（荷電粒子ビーム露光装置）の構成図である。

この露光装置は、内部が減圧可能な筐体１０を備え、電子ビームEBの発生源となる電子銃１１がこの筐体１０の内部に設けられる。電子ビームEBは、第１電子レンズ１２を通過した後、スリット板１３のスリット１３ａによって例えば矩形状に整形され、第２、第３電子レンズ１６、１９によって所定の倍率でウエハW上に投影される。

ウエハW上において、電子ビームが投影される位置は、モータ２２でウエハステージ（基板載置台）２１を移動させたり、或いは主偏向器１８や副偏向器１７でビームEBを偏向させたりすることにより可変となる。

主偏向器１８は、コイルで発生する静磁界で電子ビームEBを偏向させるものであり、磁界のヒステリシスにより応答速度がやや鈍いものの、偏向量を大きくとれるという利点がある。これに対し、副偏向器１７は、静電界で電子ビームEBを偏向させるものであり、偏向量が小さいが、主偏向器１８よりも応答速度が速いという利点がある。このような特性により、サブフィールドと呼ばれる比較的大きな領域における偏向には主偏向器１８が使用され、サブフィールド内の小領域であるショット領域での偏向には副偏向器１７が使用される。

また、ウエハWに電子ビームEBを照射しないとき、例えば露光前では、ブランキング電極１４に電圧を印加して電子ビームEBを偏向し、電子ビームEBをアパーチャ部１５に当ててウエハWに照射されないようにする。

また、ウエハステージ２１はモータ２２によって紙面に対して横方向に移動する。そして、光干渉計２３からミラー２４にレーザを照射し、その反射光を光干渉計２３で測定することにより、ウエハステージ２１の位置が測定される。実際には、この他にも、ウエハステージ２１を紙面に対して垂直に駆動するためのモータと、この方向でのウエハステージ２１の位置を測定するための光干渉計が存在するが、それについては省略する。

そして、露光装置の補正を行う場合等は、上記のようにしてウエハステージ２１の位置を測定しつつ、その上方に設けられた反射電子検出器２０を用いてウエハWからの反射電子を測定することで、ウエハWのどの位置に電子ビームEBが照射されているのかが測定される。

この電子ビーム露光装置は制御部３０によって制御され、更にこの制御部３０は、統括制御部３１、偏向制御部３２、電子レンズ制御部３３、反射電子処理部３４、ウエハステージ制御部３５、記憶部３６に大別される。

このうち、統括制御部３１は例えばワークステーションであって、上記の各部３２〜３６を制御する。

偏向制御部３２は、ブランキング電極１４や副偏向器１７への印加電圧や、主偏向器１８への電流量を制御して、電子ビームEBの偏向量を所望の値にする。電子レンズ制御部３３は、第１〜第３電子レンズ１２、１６、１９への電流量を制御することにより、電子ビームEBの焦点をウエハW上に合わせたり、倍率を調整したりする。

また、反射電子処理部３４は、反射電子検出器２０からの電気信号を検出し、統括処理部３１に通知する。そして、ウエハステージ制御部３５は、モータ２２を駆動することにより、ウエハステージ２１を所定の位置に移動させる。

そして、記憶部３６は、例えばハードディスク等よりなり、後述の補正の際に使用される補正マップMを格納する。

（２）基準ウエハとその作成方法
次に、この電子ビーム露光装置を補正する際に使用される基準ウエハとその作成方法について説明する。

図６は、その基準ウエハ（基準用基板）W₀の平面図である。同図に示されるように、この基準ウエハW₀には、チップ状の第１マーク群S_i,jと、第２マーク群T_i,jとが、互いに半チップずれた状態で、マトリクス状に複数形成される。なお、この記法では、(i,j)によりウエハ内のi行j列目の各マーク群を示している。また、各マーク群S_i,j、T_i,jは、それぞれ複数の第１マークU^(i,j) _p,qと第２マークV^(i,j) _m,nとを格子状に複数形成してなる。この記法では、第１マーク群S_i,jのp行q列目の第１マークをU^(i,j) _p,qで表し、第２マーク群T_i,jのm行n列目の第２マークをV^(i,j) _m,nで表している。

各マーク群S_i,j、T_i,jの配置の仕方は上記に限定されず、少なくとも第１マーク群S_i,jの一部に第２マーク群T_i,jが重なるように形成しても、以下に説明するような利点を得ることができる。

図７〜図８は、この基準ウエハW₀の製造方法を示す断面図である。

基準ウエハW₀を形成するには、最初に、図７（ａ）に示すように、シリコンよりなるウエハ（基板）W₁の上にポジ型のフォトレジスト４０を塗布する。

次に、図７（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。まず、ステッパ（不図示）を使用し、一つの第１マーク群S_i,jを投影するレチクルを用いて、ステップ・アンド・リピートにより、第１マーク群S_i,jに相当する部分のフォトレジスト４０を１チップづつ露光していく。これにより、フォトレジスト４０には、第１マーク群S_i,jを構成する第１マークU^(i,j) _p,qに対応する第１感光部４０ａが形成されることになる。

図９は、この露光が終了した後の平面図である。これに示されるように、第１マークU^(i,j) _p,qと同じ平面形状の第１感光部４０ａが、第１マーク群S_i,j毎にフォトレジスト４０に複数形成される。

続いて、図７（ｃ）に示すように、上で使用したのと同じステッパとレチクルとを用い、１ショットが図７（ｂ）におけるショットと重なるようにウエハの送り量を調整し、フォトレジスト４０を露光する。これにより、第２マーク群T_i,jを構成する第２マークV^(i,j) _m,nに相当する部分のフォトレジスト４０が感光し、第２感光部４０ｂが形成される。

図１０は、この露光が終了した後の平面図である。これに示されるように、第２マーク群T_i,jを構成する第２マークV^(i,j) _m,nと同じ平面形状の第２感光部４０ｂが、各第１感光部４０ａの間に入り込むようにして、フォトレジスト４０に複数形成される。

次に、図７（ｄ）に示すように、フォトレジスト４０を現像することにより第１、第２感光部４０ａ、４０ｂを除去し、残されたフォトレジスト４０をレジストパターン４１とする。そのレジストパターン４１には、第１マークU^(i,j) _p,qに対応する第１窓４１ｃと、第２マークV^(i,j) _m,nに対応する第２窓４１ｄとが複数形成されることになる。

次いで、図８に示すように、レジストパターン４１をマスクとして使用しながらウエハW₁をドライエッチングする。これにより、第１窓４１ｃの下のウエハW₁に第１マークU^(i,j) _p,qが形成されると共に、第２窓４１ｄの下のウエハW₁に第２マークV^(i,j) _m,nが形成される。各マークU^(i,j) _p,q、V^(i,j) _m,nの深さは特に限定されないが、本実施形態では例えば１００nmとする。

そして、その第１マークU^(i,j) _p,qによって第１マーク群S_i,jが構成されると共に、第２マークV^(i,j) _m,nによって第２マーク群T_i,jが構成される。この後に、レジストパターン４１は除去される。

以上により、第１マーク群S_i,jと第２マーク群T_i,jとを備えた基準ウエハW₀が作成されたことになる。

（３）補正マップの作成方法
次に、上記の基準ウエハW₀を用いて、図５の電子ビーム露光装置で補正するのに必要な補正マップの作成方法について説明する。

図１１（ａ）は、上のようにして作成された基準ウエハW₀をウエハステージ２１（図５参照）に載せた状態における、基準ウエハW₀の拡大平面図である。特に、この図は、記述の図７（ｂ）、（ｃ）で使用されるステッパに誤差が無く、且つ、ウエハステージ２１が歪んでもいないしその上にごみも付着していない状態を示す。

この場合は、ステッパに誤差が無いことから、各マーク群S_i,j、T_i,jが基準ウエハW₀上で設計通りの位置に形成される。更に、ウエハステージ２１に歪みやごみが無いことから、図示のようにウエハステージ２１上に基準ウエハW₀を載せた状態でも、載せる前と同様に、各マーク群S_i,j、T_i,jが基準ウエハW₀上で設計通りの位置に存在する。

一方、図１１（ｂ）は、ステッパの誤差、例えばステップ・アンド・リピートの際のウエハの送り精度に誤差がある場合を示す平面図である。

この場合は、ステッパの誤差により、各マーク群S_i,j、T_i,jが基準ウエハW₀上の狙った位置に形成されない。そのため、本来なら一行に直線状に互いに並ぶはずのm行目の第２マークV^(i,j) _m,nとp行目の第１マークU^(i,j) _p,qが、図示のようにずれてしまうことになる。また、誤差の向きによっては、このように行同士がずれるのではなく、マーク群S_i,j、T_i,jの列同士もずれることになる。

これと類似の現象が、ウエハステージ２１に歪みやごみが存在する場合にも起こり得る。

従って、第２マークV^(i,j) _m,nを位置の基準として採用し、第１マークU^(i,j) _p,qがその第２マークV^(i,j) _m,nからどのくらいずれているかを測定することにより、ステッパの誤差、ウエハステージ２１の歪み、及びウエハステージ２１のごみを検出することができる。

そこで、本実施形態では、電子ビームEBを偏向しないで基準ウエハW₀に照射し、ステージ２１を移動させながら、各マークV^(i,j) _m,n、U^(i,j) _p,qのエッジ部で反射される反射電子を反射電子検出器２０（図５参照）で検出する。これにより、ウエハステージ２１に任意に設定された座標系において、各マークV^(i,j) _m,n、U^(i,j) _p,qの位置座標がウエハの全面にわたって特定されていく。

次いで、第２マークV^(i,j) _m,nの位置座標を基準として用い、第１マークU^(i,j) _p,qの本来の位置からのずれを示す誤差ベクトル（位置ずれ）ΔR^(i,j) _p,qを、ウエハの全面で算出する。その算出方法は特に限定されない。例えば、ベクトルΔR^(i,j) _p,q+1を算出する場合には、その両脇にある第２マークV^(i,j) _m,n、V^(i,j) _m,n+1の位置座標からそれらを結ぶ線分の中点Fを算出し、その中点をベクトルΔR^(i,j) _p,q+1の始点（ずれの無い第１マークU^(i,j) _p,q+1の仮想位置）として採用すると共に、第１マークU^(i,j) _p,q+1の実際の位置座標をベクトルΔR^(i,j) _p,q+1の終点として採用してもよい。

その後に、ウエハステージ２１の各点を上記の(i,j;p,q)でラベルすると共に、その各点と、その点での上記の誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qとの対で構成される補正マップMを、図５に示した制御部３０の記憶部３６に格納する。

図１２は、その補正マップMを模式的に表す図である。

上記したように、補正マップMを構成する誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qは、電子ビームEBからの反射電子を利用して得られるものであり、それを作製するのに従来のような光学的な座標測定器を必要としないので、補正マップMを作製するコストを従来よりも安価にすることができる。

（４）電子装置の製造方法
次に、上で作成された補正マップMを使用して、電子装置を製造する方法について説明する。

図１３〜図１４は、本実施形態に係る電子装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

最初に、図１３（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、シリコンよりなる製品ウエハ（製品用基板）Wの上に不図示のMOSトランジスタ等を形成した後、そのトランジスタを覆う第１層間絶縁膜４０として、CVD法により二酸化シリコン膜を厚さ５００〜１０００nm程度に形成する。次に、スパッタ法により、第１層間絶縁膜４０の上にアルミニウム膜を厚さ５００〜１０００nm程度に形成し、それを金属膜３９とする。

次に、図１３（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。まず、金属膜３９の上にフォトレジストを塗布した後、基準ウエハW₀を作成するのに使用したステッパ、即ち図７（ｂ）、（ｃ）の工程で使用したのと同じステッパを使用し、そのフォトレジストを露光する。その後に、フォトレジストを現像することにより、第１レジストパターン３８を形成する。

次いで、図１３（ｃ）に示すように、第１レジストパターン３８をマスクとして使用しながら金属膜３９をエッチングして配線パターン（第１のパターン）３９ａとする。この後に、第１レジストパターン３８は除去される。

続いて、図１３（ｄ）に示すように、CVD法により配線パターン３９ａを覆う二酸化シリコン膜を形成した後、その上面を平坦化することにより、第１層間絶縁膜４０上での厚さが約５００〜１０００nmの第２層間絶縁膜４２を形成する。

その後に、この第２層間絶縁膜４２の上にフォトレジスト４３を塗布する。

次に、図１４（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、製品ウエハWを図５のウエハステージ２１に載せ、筐体１０内を所定の圧力に減圧する。そして、偏向制御部３２（図５参照）が記憶部３６内の補正マップMを参照し、製品ウエハWの各点毎に偏向量を補正しながらフォトレジスト４３への露光が行われる。例えば、位置(i,j;p,q)に電子ビームEBを露光する場合は、その位置(i,j;p,q)への偏向量に、既述の誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qに相当する偏向量を加えた分だけ電子ビームEBを偏向する。

なお、この偏向は、図５に示した主偏向器１８及び副偏向器１７のいずれを用いて行ってもよい。

次いで、フォトレジスト４４を現像することにより、配線パターン３９ａの上に窓４３ａを備えた第２レジストパターン４３ｂを形成する。上記のように、電子ビームEBの偏向量に補正を加えることで、窓４３ａと配線パターン３９ａとが目標通りに位置合わせされる。

そして、図１４（ｂ）に示すように、窓４３ａを通じて第２層間絶縁膜４２をエッチングする。これにより、配線パターン４０ａに至る深さのホール４２ａを備えた第２層間絶縁膜４２が形成されたことになる。この後に、第２レジストパターン３ｂは除去される。

この後は、ホール４２ａの中に導電性プラグを形成し、その上に上層の配線パターンを形成する工程を行うが、その詳細については省略する。

以上説明した本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、フォトリソグラフィにより配線パターン３９ａを形成する際のステッパとして、基準ウエハW₀を作成するのに使用したのと同じステッパを使用する。更に、その基準ウエハW₀から取得された補正マップMを参照して、電子ビームEBの偏向量を補正しながらフォトレジスト４３を露光し、第２レジストパターン４３ｂを形成する。

これによれば、上記のステッパに起因して配線パターン３９ａに生ずる誤差、例えばステッパでの製品ウエハWの送り誤差で生じるチップ同士の位置ずれ等が、電子ビームEBでの偏向量の補正に反映され、そのようなずれが意図的に含まれた状態で第２レジストパターン４４ｂが形成されることになる。

従って、ステッパに起因するチップ毎の誤差が配線パターン４０ａにあっても、その誤差の分だけ第２レジストパターン４４ｂもずれて形成されるので、一つのチップにおいて、配線パターン３９ａと第２レジストパターン４３ｂを設計通りに重ね合わせることができるようになる。

更に、ウエハステージ２１の歪みに起因する誤差も補正マップMに反映されているので、ウエハステージ２１が原因で配線パターン４０ａと第２レジストパターン４４ｂとが位置ずれするのも防ぐことができる。

このように、本実施形態では、基準ウエハW₀の作成時と同じステッパを使用してパターニングされた層と、上記の電子ビーム露光装置を使用してパターニングされる層との位置ずれを防止しながら、各層をチップ毎に所望に重ね合わせること（Overlay）ができる。

なお、上記では、ステッパを使用して配線パターン３９ａを形成し、電子ビーム露光装置を使用して第２層間絶縁膜４２にホール４２ａ形成した。しかし、本実施形態はこれに限定されず、電子ビーム露光装置で金属層（第１の膜）３９をパターニングして配線パターン（第１パターン）３９ａを形成し、ステッパで第２層間絶縁膜（第２の膜）４２をパターニングしてホール４２ａを形成してもよい。

更に、上記では、シリコンよりなる製品ウエハWを使用して半導体装置を作製したが、半導体装置に代えて、超伝導集積回路等の電子装置に対して本実施形態を適用してもよい。

（５）誤差の成分抽出
上記した「（３）補正方法」と、それを利用した「（４）半導体装置の製造方法」では、補正マップMを構成する誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qを単に求めるに留まった。しかし、本発明では、この誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qのウエハ面内における分布を解析することで、誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qの由来を分類することができる。これについて以下に説明する。

まず最初に、図１５に示すような座標系をウエハステージ２１に導入する。その座標系では、ウエハステージ２１内の点が(x^(i,j) _p,q、y^(i,j) _p,q)で表される。添字i,j;p.qは、誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qを定義するのに使用したのと同じであって、(i,j)はウエハ内でのチップの位置を示し、(p,q)はチップ内での点の位置を示す。従って、例えばx^(i,j) _p,qは、i行j列目のチップにおいて、p行q列目の点の位置を表すことになる。

更に、表現を簡略化するために、i,j;p,qのcorrective indexとして、nを使用することにする（即ち、n:=(i,j;p,q)）。

そして、誤差ベクトルΔR_nとそのx、y成分を次のように定義する。

ΔR_n:=ΔR^(i,j) _p,q=(F_x(x_n,y_n)、F_y(x_n,y_n)) …(1)
既述のように、ΔR_nは、ウエハステージ２１に起因する成分と、ステッパの誤差に起因する成分とで構成される。このうち、前者は、ウエハステージ２１の歪みや、ウエハステージ２１上のゴミが理由で発生するものであるから、ウエハWの面内において連続的に変化すると考えられる。そこで、この成分（第１未知関数）を、
(f_x(x_n,y_n)、f_y(x_n,y_n)) …(2)
と表すことにする。

一方、ΔR_nにおいて、ステッパの誤差に起因する成分、例えばチップの回転等は、チップの位置には無関係であり、全てのチップにおいて繰り返して発生する。従って、この成分は、ウエハ内でのチップの位置（即ち(i,j)）には依存せず、チップ内における位置、即ち(p,q)のみに依存すると考えられる。そこで、(p,q)座標の原点を(0,0)とし、
X_n:=X^(i,j) _p,q:=x^(i,j) _p,q−x^(i,j) _0,0、
Y_n:=Y^(i,j) _p,q:=y^(i,j) _p,q−y^(i,j) _0,0
により１チップ内の局所座標系(X_n、Y_n)を導入し、ステッパの誤差に起因してΔR_nに発生する成分（第２未知関数）を、
(g_x(X_n,Y_n)、g_y(X_n,Y_n)) …(3)
とおく。

上記の(1)〜(3)において、(1)は、既述のように実測により求められた量である。一方、(2)及び(3)は未知関数である。

そこで、(1)を観測値とする最小２乗法により、(2)及び(3)の関数形を求めるため、次の変分を考える：

そして、この変分が０となるような(f_x、f_y)と(g_x、g_y)を計算機により求め、最終的には
F_x(x_n,y_n)≒f_x(x_n,y_n) + g_x(X_n,Y_n)、
F_y(x_n,y_n)≒f_y(x_n,y_n) + g_y(X_n,Y_n)
と近似する。

これにより、誤差ベクトルΔR_nが、ウエハステージ２１に起因する成分である(f_x、f_y)と、ステッパに起因する成分である(g_x、g_y)とに分解されたことになる。

図１６は、(f_x、f_y)のウエハ面内の分布の一例を示す平面図であり、例えばウエハステージ２１が歪んでいる場合の分布を示す。

また、図１７は、(g_x、g_y)のウエハ面内の分布の一例を示す平面図であり、例えばステッパのレチクルが歪んでいる場合の分布を示す。

図１６、図１７のように、(f_x、f_y)と(g_x、g_y)の振る舞いを見ることにより、誤差ベクトルΔR_nがどのような理由で発生しているのかを理解することができ、トラブルシューティングに役立てることができる。

ところで、誤差ベクトルΔR_nには、(f_x、f_y)及び(g_x、g_y)のように由来がはっきりとして再現性のある量の他に、由来が不明で再現性の無いランダムな量も含まれる。そのランダムなベクトルをΔE_nとすれば、そのx、y成分H_x(x_n,y_n)、H_y(x_n,y_n)は、
H_x(x_n,y_n) = F_x(x_n,y_n)−(f_x(x_n,y_n) + g_x(X_n,Y_n))、
H_x(x_n,y_n) = F_y(x_n,y_n)−(f_y(x_n,y_n) + g_y(X_n,Y_n))
で表される。

本実施形態によれば、再現性の無いH_x(x_n,y_n)、H_y(x_n,y_n)も上記のように抽出することができ、これに基づいてHx、Hyの由来を解析することができる。

更に、「（３）補正マップの作製方法」では、実際に測定により得られたΔR^(i,j) _p,qで補正マップMを構成したが、上で得られた関数値(f_x(x_n,y_n) + g_x(X_n,Y_n)、f_y(x_n,y_n) + g_y(X_n,Y_n))で補正マップを構成してもよい。この場合の補正マップは、例えば図１８のようになる。

（６）その他の実施の形態
誤差ベクトルΔR_nの求め方は上記に限定されず、以下のようにしてそれを求めてもよい。

まず、図１９（ａ）に示すように、一つの第２マーク群、例えば第２マーク群T_i,jを基準のマークとして抽出する。

次いで、この第２マーク群T_i,jを基準にし、これに重なる四つの第１マーク群S_i-1,j-1、S_i-1,j、S_i,j、S_i,j-1、における誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qを、「（３）補正マップの作製方法」で説明した方法で測定する。

次に、図１９（ｂ）に示すように、四つの第１マーク群S_i-1,j-1、S_i-1,j、S_i,j、S_i,j-1を基準にし、これらに重なる８つの第２マーク群T_i-1,j-1、T_i-1,j、T_i-1,j+1、T_i,j+1、T_i+1,j+1、T_i+1,j、T_i+1,j-1、T_i,j-1の誤差ベクトルΔR^(i,j) _p,qを、上と同様にして測定する。

このような操作を全ての第１、第２チップ群を網羅するまで行う。

図２０は、上記の操作を実際に行って得られた誤差ベクトルのウエハ内の分布を示す図である。但し、図示の誤差ベクトルは、「（５）誤差の成分抽出」で説明した方法により、チップ内で変化する量(g_x(X_n,Y_n)、g_y(X_n,Y_n))のみを抽出して得られたものである。

また、図２１は、図２０の誤差ベクトルのうち、第１マーク群S_i,jの誤差ベクトルのみを抽出して得られた図であり、図２２は、第２マーク群T_i,jの誤差ベクトルのみを抽出して得られた図である。

このような方法で誤差ベクトルΔR_nを求めても、上記の（３）〜（５）と同様の利点を得ることができる。

図１は、従来例に係る電子ビーム露光装置のウエハステージ周辺の断面図である。 図２は、従来例に係る基準ウエハの平面図である。 図３は、ウエハステージに載せた状態の従来例に係る基準ウエハの平面図である。 図４は、従来例において、ウエハステージ上の製品ウエハが歪むことを示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る電子ビーム露光装置（荷電粒子ビーム露光装置）の構成図である。 図６は、本発明の実施の形態で使用される基準ウエハの平面図である。 図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態で使用される基準ウエハの製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。 図８は、本発明の実施の形態で使用される基準ウエハの製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。 図９は、本発明の実施の形態で使用される基準ウエハの製造方法を示すための平面図（その１）である。 図１０は、本発明の実施の形態で使用される基準ウエハの製造方法を示すための平面図（その２）である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、ステッパの誤差やウエハステージの歪みにより、基準ウエハ上のマーク群がずれる様子を示す平面図である。 図１２は、本発明の実施の形態で作製される補正マップの一例を示す図である。 図１３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る電子装置の製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る電子装置の製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。 図１５は、本発明の実施の形態において誤差ベクトルの成分を抽出する際に、ウエハに導入される座標系を示す平面図である。 図１６は、本発明の実施の形態で測定される誤差ベクトルのうち、ウエハステージに起因する成分を示す平面図である。 図１７は、本発明の実施の形態で測定される誤差ベクトルのうち、ステッパに起因する成分を示す平面図である。 図１８は、本発明の実施の形態で作製される補正マップの別の例を示す図である。 図１９（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態において、誤差ベクトルの別の求め方を説明するための平面図である。 図２０は、本発明の実施の形態において、実際に測定された誤差ベクトルのウエハ面内の分布を示す平面図である。 図２１は、図２０の誤差ベクトルのうち、第１マーク群の誤差ベクトルのみを抽出して得られた図である。 図２２は、図２０の誤差ベクトルのうち、第２マーク群の誤差ベクトルのみを抽出して得られた図である。

符号の説明

１、２１…ウエハステージ、２、２２…モータ、３…光干渉計、４、２０…反射電子検出器、５、２４…ミラー、１０…筐体、１１…電子銃、１２…第１電子レンズ、１３…スリット板、１３ａ…スリット、１４…ブランキング電極、１５…アパーチャ部、１６…第２電子レンズ、１７…副偏向器、１８…主偏向器、１９…第３電子レンズ、３０…制御部、３１…統括制御部、３２…偏向制御部、３３…電子レンズ制御部、３４…反射電子処理部、３５…ウエハステージ制御部、３６…記憶部、３８…第１レジストパターン、３９…金属膜、３９ａ…配線パターン、４０…フォトレジスト、４０ａ…第１感光部、４０ｂ…第２感光部、４１…レジストパターン、４１ｃ…第１窓、４１ｄ…第２窓、４２…第２層間絶縁膜、４３…フォトレジスト、４３ａ…窓、４３ｂ…第２レジストパターン、W_s、W₀…基準ウエハ、W₁…ウエハ、W…製品ウエハ。

Claims (14)

1. 荷電粒子の発生源と、
   前記荷電粒子を偏向する偏向器と、
   基板が載せられる基板載置台と、
   複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群の一部に、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群を重ねて形成してなる基準用基板を前記基板載置台上に置いた状態で、前記第２マークの位置を基準にして算出された前記第１マークの位置ずれを含む補正マップと、
   前記偏向器における偏向量を制御する偏向制御部と、
   を有し、
   前記偏向制御部が前記補正マップを参照し、前記位置ずれの分だけ偏向量を補正しながら、製品用基板に荷電粒子を照射することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
2. 前記補正マップは、基板載置台上の点と、該点における前記位置ずれとの対で構成されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
3. 前記第１、第２マークは格子状に配列され、ずれの無い前記第１マークの仮想位置として、隣り合う第２マークの中点を採用し、実測により得られた前記第１マークの位置と前記中点との差を前記位置ずれとして採用することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
4. 複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群と、
   前記第１マーク群の一部に重ねて形成され、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群と、
   を有する荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板。
5. 前記第１マークと前記第２マークは、前記基準用基板の表面に形成された穴であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置の基準用基板。
6. 複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群を基板に形成する工程と、
   複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群を、前記第１マーク群の一部に重ねて基板に形成し、該基板を基準用基板とする工程と、
   荷電粒子ビーム露光装置の基板載置台上に前記基準用基板を載せ、前記第２マークの位置を基準にして前記第１マークの位置ずれを算出する工程と、
   荷電粒子ビームの偏向量の補正値として前記位置ずれを採用する工程と、
   を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置の補正方法。
7. 前記第１マーク群と前記第２マーク群とを互いに半チップずらして形成することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム露光装置の補正方法。
8. 前記第１マーク及び前記第２マークは、前記基板に形成された穴よりなることを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム露光装置の補正方法。
9. 前記第１マーク群と前記第２マーク群をそれぞれ複数形成すると共に、
   前記基準用基板内における前記第１マークの位置ずれの面内分布を観測値として採用し、前記基準用基板内で連続的に変化する第１未知関数、及び前記第１マーク群毎に繰り返す第２未知関数を、最小２乗法により求める工程を有することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム露光装置の補正方法。
10. 前記基板載置台上での点における前記第１未知関数と前記第２未知関数の和の値と、前記点との対で構成される補正マップを作製する工程と有することを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子ビーム露光装置の補正方法。
11. 前記補正値として前記位置ずれを採用する工程は、前記補正マップを前記荷電粒子ビーム露光装置の記憶部に記憶させることにより行われることを特徴とする請求項１０に記載の荷電粒子ビーム露光装置の補正方法。
12. 露光機を使用するフォトリソグラフィにより、複数の第１マークで構成されるチップ状の第１マーク群の一部と、複数の第２マークで構成されるチップ状の第２マーク群とを重ねて基板に形成し、該基板を基準用基板とする工程と、
    荷電粒子ビーム露光装置の基板載置台上に前記基準用基板を載せる工程と、
    前記基準用基板を前記基板載置台上に載せた後、前記第２マークの位置を基準にして前記第１マークの位置ずれを算出する工程と、
    前記基板載置台上から前記基準用基板を取り除く工程と、
    製品用基板の上にレジストを塗布する工程と、
    前記レジストを塗布した後、前記製品用基板を前記基板載置台上に載せる工程と、
    荷電粒子ビームの偏向量の補正値として前記位置ずれを採用し、該補正値の分だけ前記偏向量を補正しながら前記レジストに荷電粒子を照射する工程と、
    前記レジストを現像してレジストパターンにする工程と、
    を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
13. 前記レジストを塗布する前に、前記露光機を使用するフォトリソグラフィにより前記製品用基板の上にパターンを形成する工程と、前記パターンの上に膜を形成する工程とを有し、
    前記膜の上に前記レジストを塗布することを特徴とする請求項１２に記載の電子装置の製造方法。
14. 前記レジストを塗布する前に前記製品用基板の上に第１の膜を形成する工程を有し、前記第１の膜の上に前記レジストを塗布して、
    前記レジストパターンをマスクとして前記第１の膜をエッチングして第１パターンを形成する工程と、
    前記レジストパターンを除去する工程と、
    前記第１パターンの上に第２の膜を形成する工程と、
    前記露光機を使用するフォトリソグラフィにより前記第２の膜をパターニングして第２パターンにする工程と、を有することを特徴とする請求項１２に記載の電子装置の製造方法。

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