JP5918478B2 - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、複数層のパターンを描画する際のアライメント手法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図１２は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式（ＶＳＢ方式）という。

昨今のパターンの微細化に伴い、フォトリソグラフィにおける解像度の向上が求められている。これを解決する手法の１つとして、位相シフト法がある。位相シフトマスクは、遮光パターンの層とハーフトーンパターンの層との２層のパターンが必要であるため、これらのパターンを重ねる際の位置合わせ（アライメント）精度が重要となる。例えば、アライメント用の十字マークパターンを１層目のパターン形成時に作成し、その十字マークパターンの位置を使って、２層目のパターンの描画位置を調整する。ここで、アライメントのための１層目に形成される十字マークパターンは、一般に、１層目の実パターン（メインパターン）内に配置することが困難であるため、メインパターンの周囲に配置されることになる。よって、描画精度の精度補償領域の限界位置付近、或いはそれよりも外側に配置される場合が多い。そのため、十字マークパターンは、中心部に形成されるメインパターンに比べて位置精度が悪くなる可能性が高まる。また、１層目の十字マークパターンにコンタミ等が付着している場合には、誤った位置を測定してしまう場合もあり得る。そのような位置精度不良な十字マークパターンを用いて２層目描画のためのアライメントを行った場合、１層目と２層目のパターンの重ね合わせ精度が劣化してしまうといった問題があった。

ここで、描画装置で２層のパターンを重ねて描画する際のアライメント手法ではないが、複数のアライメントマークの位置情報のうち、所定の精度を有する位置情報を選択するといった技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１１９８０号公報

ここで、上述したように、位置精度不良な十字マークパターンを用いてアライメントを行った場合、１層目と２層目のパターンの重ね合わせ精度が劣化してしまうといった問題があった。そこで、単純に、位置精度不良のマークを排除してしまうことも検討されるが、単純に、位置精度不良のマークを排除してしまうだけでは、必要なアライメント精度が得られない恐れがある。

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、複数層のパターンを重ねて描画する際に、より高精度なアライメントを実現するための描画装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
１層目のパターンと共に複数のマークが形成された基板を載置するステージと、
ステージに基板が載置された状態で複数のマークの位置を荷電粒子ビームで走査して得られる結果から測定するマーク位置測定部と、
測定された複数のマークの位置の所望位置からのずれ量をＮ次多項式によりフィッティングして近似式を取得する取得部と、
測定された前記複数のマークの位置に基づいて取得されたかかる近似式を用いて複数のマークの位置のＮ次成分の位置ずれ量を補正する補正部と、
補正後の複数のマークの位置のうち異常マークを検出する異常マーク検出部と、
検出された異常マークのうち、所定の個数以内の異常マークの位置を除去するマーク除去部と、
所定の個数以内の異常マークが除去された残りの複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行うアライメント計算部と、
アライメントされた位置に２層目のパターンを描画する描画部と、
を備えたことを特徴とする。

また、検出された異常マークのずれ量を大きい順にソート処理するソート処理部をさらに備え、
マーク除去部は、検出された異常マークのうち、ずれ量の大きい方から順に最大で上述した所定の個数まで異常マークを除去するように構成すると好適である。

また、異常マークが除去された残りの複数のマークの位置ずれ量の正規分布に対して所定の割合の確率で上述した残りの複数のマークが含まれるためのばらつき量を計算するばらつき量計算部をさらに備え、
ばらつき量が閾値を超える場合に、描画処理を中止するように構成すると好適である。

また、測定された複数のマークの位置を記憶する記憶部と、
ばらつき量が閾値を超えない場合に、記憶部に記憶された複数のマークの位置を、異常マークが除去された残りの複数のマークの位置に更新する更新部と、
をさらに備え、
アライメント計算部は、更新後の記憶部に記憶された複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行うと好適である。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
１層目のパターンと共に複数のマークが形成された基板を載置するステージ上に基板が載置された状態で複数のマークの位置を荷電粒子ビームで走査して得られる結果から測定する工程と、
測定された複数のマークの位置の所望位置からのずれ量をＮ次多項式によりフィッティングして近似式を取得する工程と、
測定された前記複数のマークの位置に基づいて取得されたかかる近似式を用いて複数のマークの位置のＮ次成分の位置ずれ量を補正する工程と、
補正後の複数のマークの位置のうち異常マークを検出する工程と、
検出された異常マークのうち、所定の個数以内の異常マークの位置を除去する工程と、
所定の個数以内の異常マークが除去された残りの複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行う工程と、
アライメントされた位置に２層目のパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、複数層のパターンを重ねて描画する際に、より高精度なアライメントを実現できる。その結果、高精度な重ね合わせ位置で複数層のパターンを描画できる。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるマスク形成方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるマスク形成方法の工程断面図である。 実施の形態１における１層目のメインパターンとその周囲の複数の十字マークパターンが形成された試料の一例を示す上面図である。 実施の形態１における測定手法を説明するための概念図である。 実施の形態１における十字マークパターン位置の測定結果から得られる位置ずれ量の一例と位置ずれ成分の一例とを示す図である。 実施の形態１におけるＮ成分誤差までが補正されたマーク位置の一例を示す図である。 実施の形態１におけるソート処理されたマーク位置の一例を示す図である。 実施の形態１における異常マークの除去を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるアライメント計算を説明するための図である。 実施の形態１におけるマスク形成方法の工程断面図である。 可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。また、荷電粒子ビーム装置の一例として、可変成形型の描画装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型の描画装置の一例である。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、及び検出器２１２が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象基板となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスクが含まれる。また、試料１０１には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。或いは、既に形成された１層目のパターン上にレジストが塗布されたマスクが含まれる。

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、インターフェース回路１１４、偏向制御回路１２０、アンプ２１４、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０，１４２，１４４を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、インターフェース回路１１４、偏向制御回路１２０、アンプ２１４、及び記憶装置１４０，１４２，１４４は、図示しないバスを介して互いに接続されている。

制御計算機１１０内には、測定部１０、記録部１２、読込部１４、補正部１６，１８、フィッティング処理部２０、補正部２２、検出部２４、ソート処理部２６、除去部２８、３σ計算部３０、判定部３２、出力部３４、更新部３６、アライメント計算部３８、描画データ処理部４０、及び描画制御部４２が配置される。測定部１０、記録部１２、読込部１４、補正部１６，１８、フィッティング処理部２０、補正部２２、検出部２４、ソート処理部２６、除去部２８、３σ計算部３０、判定部３２、出力部３４、更新部３６、アライメント計算部３８、描画データ処理部４０、及び描画制御部４２といった各機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。測定部１０、記録部１２、読込部１４、補正部１６，１８、フィッティング処理部２０、補正部２２、検出部２４、ソート処理部２６、除去部２８、３σ計算部３０、判定部３２、出力部３４、更新部３６、アライメント計算部３８、描画データ処理部４０、及び描画制御部４２に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１２にその都度格納される。

偏向制御回路１２０内には、偏向位置補正部４４、及び偏向量演算部４６が配置される。偏向位置補正部４４、及び偏向量演算部４６といった各機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。偏向位置補正部４４、及び偏向量演算部４６に入出力される情報および演算中の情報は図示しないメモリにその都度格納される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。例えば、位置偏向用には、主偏向器２０８と副偏向器２０９の主副２段の多段偏向器を用いているが、１段の偏向器或いは３段以上の多段偏向器によって位置偏向を行なう場合であってもよい。

記憶装置１４０（記憶部）には、位相シフトマスク形成用の１層目の実パターンとアライメント用の十字マークパターンの各描画データが外部から入力され、格納されている。また、記憶装置１４０には、位相シフトマスク形成用の２層目の実パターンの描画データが外部から入力され、格納されている。

図２は、実施の形態１におけるマスク形成方法の要部工程を示すフローチャート図である。図２において、実施の形態１におけるマスク形成方法は、１層目描画工程（Ｓ１０２）と、現像工程（Ｓ１０４）と、エッチング工程（Ｓ１０６）と、マーク位置測定工程（Ｓ１０８）と、マーク位置記録工程（Ｓ１１０）と、マーク情報読込工程（Ｓ１１２）と、偏向歪補正工程（Ｓ１１４）と、ランダム歪補正工程（Ｓ１１６）と、Ｎ次成分フィッティング工程（Ｓ１１８）と、Ｎ次成分補正工程（Ｓ１２０）と、異常マーク検出工程（Ｓ１２２）と、ソート処理工程（Ｓ１２４）と、異常マーク除去工程（Ｓ１２６）と、残マーク３σ算出工程（Ｓ１２８）と、判定工程（Ｓ１３０）と、更新工程（Ｓ１３２）と、アライメント計算工程（Ｓ１３４）と、偏向位置補正工程（Ｓ１３６）と、２層目描画工程（Ｓ１３６）と、リンス及び現像工程（Ｓ１４０）と、エッチング工程（Ｓ１４２）という一連の工程を実施する。かかる工程のうち、現像工程（Ｓ１０４）と、エッチング工程（Ｓ１０６）と、リンス及び現像工程（Ｓ１４０）と、エッチング工程（Ｓ１４２）以外は、例えば、描画装置１００内で実行される。

図３は、実施の形態１におけるマスク形成方法の工程断面図である。図３では、１層目描画工程（Ｓ１０２）からマーク位置測定工程（Ｓ１０８）の準備段階までを示している。

まず、試料１０１は、ガラス基板６０、ハーフトーン膜６２、遮光膜６４、レジスト膜６６を備えている。具体的には、ガラス基板６０上にハーフトーン膜６２が形成される。ハーフトーン膜６２として、例えば、ＭｏＳｉ膜を用いると好適である。ハーフトーン膜６２上には、遮光膜６４が形成される。遮光膜６４として、例えば、クロム（Ｃｒ）膜を用いると好適である。遮光膜６４上には、電子ビーム用のレジスト膜６６が形成される。この段階では、まだ、パターンが何も描画されていないマスクブランクスの状態となる。

図３（ａ）において、１層目描画工程（Ｓ１０２）として、試料１０１の中央部（実パターン領域）に実パターンとなる１層目のメインパターンを描画する。そして、１層目のメインパターンの周囲のマーク領域に複数の十字マークパターンを描画する。

これらのパターンの描画は、描画装置１００において行われる。まず、ガラス基板６０上にハーフトーン膜６２、遮光膜６４、レジスト膜６６の順でそれぞれの膜が形成された試料１０１をＸＹステージ１０５上に搬送し、載置する。

そして、描画データ処理部４０は、記憶装置１４０から１層目の描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って、１層目のパターンのショットデータを生成する。描画装置１００で図形パターンを描画するためには、１回のビームのショットで照射できるサイズに描画データに定義された各図形パターンを分割する必要がある。そこで、描画データ処理部４０は、実際に描画するために、各図形パターンを１回のビームのショットで照射できるサイズに分割してショット図形を生成する。そして、ショット図形毎にショットデータを生成する。ショットデータには、例えば、図形種、図形サイズ、及び照射位置といった図形データが定義される。また、照射量のデータも合わせて生成される。生成されたショットデータおよび照射量のデータは、記憶装置１４２に記憶される。

そして、偏向量演算部４６は、ショットデータを記憶装置１４２から読み出し、各偏向器に印加する偏向量を演算する。図１では、主偏向器２０８以外への接続を示す構成を省略しているが、各偏向器用にそれぞれ偏向量が演算され、対応する偏向器にかかる偏向量に応じた偏向電圧が印加されることになることは言うまでもない。そして、描画部１５０は、ショットデータ及び照射量のデータに従って、試料１０１上に１層目のメインパターンとアライメント用の複数の十字マークパターンを描画する。具体的には、以下のように動作する。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。偏向器２０５によって、かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させる（可変成形させる）ことができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された試料１０１の所望する位置に照射される。図１では、位置偏向に、主副２段の多段偏向を用いた場合を示している。かかる場合には、主偏向器２０８で描画領域を仮想分割したサブフィールド（ＳＦ）の基準位置にステージ移動に追従しながら該当ショットの電子ビーム２００を偏向し、副偏向器２０９でＳＦ内の各照射位置にかかる該当ショットのビームを偏向すればよい。

図３（ｂ）において、まず、現像工程（Ｓ１０４）として、描画装置１００から搬送された試料１０１を現像処理する。これにより、例えば、電子ビーム２００が照射された領域のレジストとが除去され、レジストパターンが形成される。

次に、エッチング工程（Ｓ１０６）として、レジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜６４とハーフトーン膜６２をエッチングにより除去する。そして、アッシング等によりレジスト膜を除去することで１層目のメインパターン１５２とその周囲の複数の十字マークパターン１５１を形成できる。

図３（ｃ）において、１層目のメインパターン１５２とその周囲の複数の十字マークパターン１５１が形成された試料１０１上にレジスト膜６７と帯電防止膜６９を形成して、２層目のパターンを描画するための試料１０１を準備する。

図４は、実施の形態１における１層目のメインパターンとその周囲の複数の十字マークパターンが形成された試料の一例を示す上面図である。図４において、実パターン領域５０には、１層目の実パターン（メインパターン）が形成されている。また、メインパターンを取り囲むように、メインパターンの周囲に複数の十字マークパターン５２が形成されている。ここで、図４に示すように、複数の十字マークパターン５２のうち、閾値を超える位置ずれを示す異常マーク５４が形成される場合がある。異常マーク５４の数は、１つの場合もあれば、複数の場合もあり得る。図４では、一例として、３つの異常マーク５４が示されている。実際には、もっと多くの異常マークが存在するものと想定される。

ここで、実施の形態１では、２層目のパターンを重ねるためのアライメントを行う際に、複数の十字マークパターンから異常マークパターンを最大で設定除去数まで排除して計算することで、アライメント精度を向上させる。さらに、実施の形態１では、異常マークパターンを排除した後の残りの十字マークパターンの位置情報を用いることでアライメント精度が許容精度を維持できるかどうかも合わせて評価する。以下、順を追って説明する。

マーク位置測定工程（Ｓ１０８）として、まず、図３に示した２層目のパターンを描画するための試料１０１を描画装置１００のＸＹステージ１０５上に搬送する。そして、測定部１０は、ＸＹステージ１０５に試料１０１（基板）が載置された状態で異常マーク５４も含むすべての複数の十字マークパターン５２の位置を電子ビーム２００で走査して得られる結果から測定する。測定部１０は、マーク位置測定部の一例である。

図５は、実施の形態１における測定手法を説明するための概念図である。描画装置１００内で主偏向器２０８或いは副偏向器２０９或いはその両方を使って電子ビーム２００を偏向することで、マーク位置上を走査（ビームスキャン）する。十字マークパターンの位置では、帯電防止膜６９とレジスト膜６７の他は、ガラス基板６０となっている。一方、周囲は遮光膜６４が形成されている。よって、十字マークパターン以外では、電子ビーム２００が帯電防止膜６９とレジスト膜６７を通過して、遮光膜６４で反射して、反射電子が生じる。一方、十字マークパターンでは、遮光膜６４やハーフトーン膜６２が存在しないので、そのままガラス基板６０を電子ビームが通過してしまう。よって、反射電子を検出することで十字マークパターンの位置を測定できる。或いは、遮光膜６４で反射される反射電子とガラス基板６０で反射される反射電子とのコントラストにより十字マークパターンの位置を測定できる。反射電子は、検出器２１２で検出され、そのアナログ出力がアンプ２１４で増幅され、デジタル信号として測定部１０に出力される。また、各マークの位置を測定する際、測定対象のマークを電子ビーム２００で走査可能な位置に、マーク毎にＸＹステージ１０５を移動させればよい。

マーク位置記録工程（Ｓ１１０）として、記録部１２は、測定された各マークの位置情報（マーク情報）を記憶装置１４４に記録する。

図６は、実施の形態１における十字マークパターン位置の測定結果から得られる位置ずれ量の一例と位置ずれ成分の一例とを示す図である。測定された十字マークパターンは、位置がずれて測定される。図６（ａ）では、十字マークパターンの位置ずれ量と１層目のメインパターンの位置ずれ量とを含めた座標系の位置ずれの一例を示している。かかる座標系、言い換えれば十字マークパターンに位置ずれを生じさせる要因として、まず、描画装置１００の光学系に起因する電子ビームの偏向歪みが挙げられる。そのため、描画装置１００では、描画前に予めかかる偏向歪みの量を実験により求めておく。例えば、ＸＹステージ１０５上の図示しないマークを主偏向器２０８で電子ビームを偏向しながら走査する。主偏向領域内の複数の位置で測定し、偏向位置に依存した偏向歪みの量を求めておけばよい。そして、得られた複数の偏向歪みの量を多項式でフィッティングして、図６（ｂ）に示すように、偏向位置の座標（ｘ，ｙ）を変数とする偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）を求めておく。ここで、かかるｆ（ｘ，ｙ）では定義しきれない一部の箇所での偏向歪みの量も存在する。かかるｆ（ｘ，ｙ）では定義しきれないランダムな偏向歪みの量については、図６（ｃ）に示すように、偏向位置の座標（ｘ，ｙ）に相関させたマップによる偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）を求めておく。このように描画前に予め求めておいたｆ（ｘ，ｙ）、及びｇ（ｘ，ｙ）の情報は、パラメータの一部として、描画装置１００内に外部から入力しておく。

また、図６（ｄ）に示すように、十字マークパターンの位置ずれ量を多項式でフィッティングした際の、座標（ｘ，ｙ）におけるＮ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）が存在する。例えば、試料１０１をＸＹステージ１０５に搬送し、載置する際の配置位置のずれ（ｘ，ｙ方向へのずれ、及び回転ずれ）や、十字マークパターンの位置を測定した際の縮尺誤差等もある。このようなｘ，ｙ方向へのずれといった０次成分や回転ずれ及び縮尺等の１次成分の誤差等がある。

その他に、図６（ｅ）に示す、ビームスキャン自身のばらつきによる誤差ｐ（ｘ，ｙ）や、図６（ｆ）に示す、その他の補正残差成分ｑ（ｘ，ｙ）が存在する。

そこで、まず、マーク情報読込工程（Ｓ１１２）として、読込部１４は、記憶装置１４４から測定された複数の十字マークパターンの各位置情報を読み込む。

偏向歪補正工程（Ｓ１１４）として、補正部１６は、十字マークパターン毎に、偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）を補正する。

続いて、ランダム歪補正工程（Ｓ１１６）として、補正部１８は、十字マークパターン毎に、偏向歪みの量ｇ（ｘ，ｙ）を補正する。

Ｎ次成分フィッティング工程（Ｓ１１８）として、フィッティング処理部２０は、複数のマークの位置の所望位置（例えば、設計位置）からのずれ量をＮ次多項式によりフィッティングして近似式を取得する。フィッティング処理部２０は、取得部の一例である。具体的には、フィッティング処理部２０は、上述した偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）、及びランダムな偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）が補正された各マーク位置に対して、Ｎ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）を補正するため、Ｎ次の多項式でフィッティングする。例えば、以下に示す１次の多項式（１）でフィッティングする。ここでは、ｘ方向のＮ次成分誤差をΔｘと示し、ｙ方向のＮ次成分誤差をΔｙと示す。
（１） Δｘ＝ａ_０＋ａ_１ｘ＋ａ_２ｙ，Δｙ＝ｂ_０＋ｂ_１ｘ＋ｂ_２ｙ

Ｎ次成分補正工程（Ｓ１２０）として、補正部２２は、得られた近似式を用いて複数のマークの位置のＮ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）（Ｎ次成分の位置ずれ量）を補正する。

図７は、実施の形態１におけるＮ成分誤差までが補正されたマーク位置の一例を示す図である。図７（ｂ）に示す各十字マークパターンが測定された結果となる補正前の状態での位置ずれ量から、図７（ｃ）に示す偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）と図７（ｄ）に示す偏向歪みの量ｇ（ｘ，ｙ）と図７（ｅ）に示すＮ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）とを差し引くことで、図７（ａ）に示すような誤差ｐ（ｘ，ｙ）と補正残差成分ｑ（ｘ，ｙ）とが残った状態にまで補正できる。実施の形態１では、それぞれ測定されたマーク位置の結果に対して、上述した偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）、ランダムな偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）、及びＮ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）を補正した上で、複数の十字マークパターンの中から不良位置に形成された異常マークパターンを検出する。偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）、ランダムな偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）、及びＮ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）を補正後のマーク位置を用いることで、位置不良の異常マークパターンを正しく検出できる。

異常マーク検出工程（Ｓ１２２）として、検出部２４は、上述した補正後の複数のマークの位置のうち異常マークを検出する。検出部２４は、異常マーク検出部の一例である。具体的には、閾値を設定し、検査対象となる十字マークパターンが周辺の他の十字マークパターンに対して相対的に閾値以上ずれているかどうかで判定する。例えば、３０ｎｍ以上ずれているかどうかで判定する。例えば、同じ方向に向かって順に複数の十字マークパターンが配列している場合に、その方向線上から閾値以上ずれているかどうかで判定できる。ここで、周辺の他の十字マークパターンも位置がずれていることも想定されるが、判定に用いる周辺の他の十字マークパターンの母数を多くすることで平均化できる。よって、その平均位置からのずれ量で判定すると好適である。

ここで、かかる検出により、複数の異常マークが検出されることがあり得る。しかし、そのまま、検出されたすべての異常マークの位置情報を以降の計算から除去してしまうと、残りの十字マークパターンの母数が少なくなってしまう。そこで、実施の形態１では、除去する異常マークの数を限定する。

ソート処理工程（Ｓ１２４）として、ソート処理部２６は、検出された異常マークのずれ量を大きい順にソート処理する。

図８は、実施の形態１におけるソート処理されたマーク位置の一例を示す図である。図８に示すように、ずれ量の大きい方から小さい方に向かって、検出された異常マークを並べる。

異常マーク除去工程（Ｓ１２６）として、除去部２８は、検出された異常マークのうち、設定された除去数（所定の個数）以内の異常マークの位置を除去する。除去部２８は、マーク除去部の一例である。具体的には、除去部２８は、検出された異常マークのうち、ずれ量の大きい方から順に最大で設定された除去数まで異常マークを除去する。除去数は、パラメータの一部として、予め、描画装置１００に設定しておけばよい。

図９は、実施の形態１における異常マークの除去を説明するための概念図である。図９（ａ）では、試料１０１に実パターン領域５０に１層目のメインパターンが形成され、実パターン領域５０の周囲に１層目に形成された異常マーク５４を含む複数の十字マークパターン５２が示されている。これに対して、図９（ｂ）では、異常マーク除去工程（Ｓ１２６）で異常マーク５４が除去された後に採用される十字マークパターン５２が示されている。なお、試料１０１上から異常マーク５４が物理的に除去されるのではなく、以降の各工程を実施する際の計算上から異常マーク５４の位置情報を排除するという意味であることは言うまでもない。

残マーク３σ算出工程（Ｓ１２８）として、ばらつき量計算部は、異常マークが除去された残りの複数のマークの位置ずれ量の正規分布に対して所定の割合の確率で残りの複数のマークが含まれるためのばらつき量を計算する。ここでは、一例として、３σ計算部３０が、残りの複数のマークの位置ずれ量の３σを計算する。３σは、残りの複数のマークが９７％の確率で含まれるためのばらつき量（平均値からの位置ずれ量）となる。或いは、残りの複数のマークの最大位置ずれ量を求めてもよい。

判定工程（Ｓ１３０）として、判定部３２は、ばらつき量（３σ）が閾値αを超えるかどうかを判定する。そして、閾値αを超える（３σ＞α）場合に、描画制御部４２は、描画処理を中止する。そして、出力部３４は、その結果を、インターフェース回路１１４を介して出力する。例えば、図示しないモニタに出力する。或いは図示しない表示ランプ等に出力するとよい。また、判定部３２は、ばらつき量（３σ）が閾値α以下であっても他の閾値βを超えるかどうかを判定する。閾値α以下であっても他の閾値βを超える（β＜３σ≦α）場合に、出力部３４は、その結果を、インターフェース回路１１４を介して警告情報として出力する。例えば、図示しないモニタに出力する。或いは図示しない表示ランプ等に出力するとよい。例えば、α＝３０ｎｍ、β＝２０ｎｍ

以上のように、実施の形態１では、異常マークが排除された残りの十字マークパターンの精度が、２層目のパターンのためのアライメントに使用可能かどうかを評価する。そして、許容精度を満たさない場合には、描画処理を中止することで無駄なマシンタイムを削減できる。また、無駄な２層目の描画にかかるコストも削減できる。また、一定以上の位置ずれが生じた場合には、警告を出力することで、ユーザに対して、描画処理を継続するかどうかを選択させることができる。

ここで、メインパターンの周囲の一部の十字マークパターン群が仮に同方向にそれぞれ位置ずれを起こしていた場合、上述した異常マーク除去工程（Ｓ１２６）では、相対位置を検出しているのでかかる十字マークパターン群の中から異常マークを検出することが困難である。一方、残りの複数のマークの母数が多ければ多いほど、全体での位置ずれ量は平均値される。よって、異常マーク除去工程（Ｓ１２６）で異常マークの除去数を制限することで、母数を一定以上に保つことができる。そして、母数を一定以上に保った状態で３σを計算することで、同方向にそれぞれ位置ずれを起こしていた十字マークパターン群の評価も可能にできる。そのため、異常マークの除去数を制限することで残りの十字マークパターンの評価精度を向上できる。

更新工程（Ｓ１３２）として、更新部３６は、ばらつき量が閾値αを超えない場合に、記憶装置１４４に記憶された複数のマークの位置を、異常マークが除去された残りの複数のマークの位置に更新する。ここで、残りの複数のマークの位置情報は、上述した偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）、及びランダムな偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）を補正後の位置情報（マーク情報）を用いると好適である。

以上のように構成することで、異常マークパターンの位置情報を所定数以内で排除でき、かつ、残りの十字マークパターンの位置精度も一定以上であるかどうかも評価できる。よって、かかる評価に合格した残りの十字マークパターンの位置情報を用いることで、より、高精度なアライメント計算を可能にできる。

アライメント計算工程（Ｓ１３４）として、アライメント計算部３８は、設定された除去数以内の異常マークが除去された残りの複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行う。具体的には、アライメント計算部３８は、更新後の記憶装置１４４に記憶された複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行う。アライメント計算部３８は、例えば、更新後の各マーク位置に対して、Ｎ次成分誤差Ｎ（ｘ，ｙ）を補正するため、Ｎ次の多項式でフィッティングする。例えば、上述した式（１）でフィッティングする。これにより、ｘ方向のＮ次成分誤差をΔｘと、ｙ方向のＮ次成分誤差をΔｙとを求めるための式（１）の各係数を得ることができる。得られた係数は偏向位置補正部４４に出力される。

図１０は、実施の形態１におけるアライメント計算を説明するための図である。図１０（ａ）に示すマーク測定結果から、図１０（ｂ）に示す偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）と図１０（ｃ）に示す偏向歪みの量ｇ（ｘ，ｙ）とが差し引かれた後のマーク情報からアライメント計算を行なうと良い。言い換えれば、図１０（ｄ）に示すＮ次成分誤差Ｌ（ｘ，ｙ）と誤差ｐ（ｘ，ｙ）と補正残差成分ｑ（ｘ，ｙ）とが残った状態のマーク情報から図１０（ｅ）に示すアライメント用のＮ次成分誤差Ｎ（ｘ，ｙ）を補正するため多項式の係数を求める。

一方、上述した十字マークパターンの評価等を行なう処理と並行して、２層目のパターンの描画データの変換処理を行う。具体的には、描画データ処理部４０は、記憶装置１４０から２層目の描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って、２層目のパターンのショットデータを生成する。また、照射量のデータも合わせて生成される。生成されたショットデータおよび照射量のデータは、記憶装置１４２に記憶される。

偏向位置補正工程（Ｓ１３６）として、偏向位置補正部４４は、ショットデータを記憶装置１４２から読み出し、式（１）の各係数を入力し、ショットデータの各位置を式（１）で得られるアライメント補正量（Δｘ，Δｙ）で補正する。また、図示しない別の構成によって、ショットデータの各位置を上述した偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）、及びランダムな偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）で補正してもよい。或いは、偏向位置補正部４４は、ショットデータの各位置から、上述した偏向歪みの量ｆ（ｘ，ｙ）、及びランダムな偏向歪み量ｇ（ｘ，ｙ）の分も合わせて補正しても良い。

図１１は、実施の形態１におけるマスク形成方法の工程断面図である。図１１では、２層目描画工程（Ｓ１３６）からエッチング工程（Ｓ１４２）までを示している。

図１１（ａ）において、２層目描画工程（Ｓ１３６）として、偏向量演算部４６は、アライメントされたショットデータの位置に電子ビームが照射されるように、各偏向器に印加する偏向量を演算する。図１では、主偏向器２０８以外への接続を示す構成を省略しているが、各偏向器用にそれぞれ偏向量が演算され、対応する偏向器にかかる偏向量に応じた偏向電圧が印加されることになることは言うまでもない。そして、描画部１５０は、ショットデータ及び照射量のデータに従って、試料１０１上のアライメントされた位置に２層目の実パターン（メインパターン）を描画する。

図１１（ｂ）において、まず、リンス及び現像工程（Ｓ１４０）として、描画装置１００から搬送された試料１０１をまずリンス処理にて帯電防止膜６９を水で洗い流し、その後に現像処理を行う。これにより、帯電防止膜６９と、例えば、電子ビーム２００が照射された領域のレジストとが除去され、レジストパターンが形成される。

次に、エッチング工程（Ｓ１４２）として、レジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜６４をエッチングにより除去する。そして、アッシング等によりレジスト膜を除去することで２層目のメインパターンを形成できる。以上のようにして、位相シフトマスクを形成できる。

以上のように、実施の形態１によれば、複数層のパターンを重ねて描画する際に、より高精度なアライメントを実現できる。その結果、合わせずれによる描画精度の劣化を低減できる。よって、高精度な重ね合わせ位置で複数層のパターンを描画できる。そのため、合わせずれによるマスク損失も低減できる。また、残りのマークの精度も評価するため、無駄な描画時間を削減できる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ 測定部
１２ 記録部
１４ 読込部
１６，１８ 補正部
２０ フィッティング処理部
２２ 補正部
２４ 検出部
２６ ソート処理部
２８ 除去部
３０ ３σ計算部
３２判定部
３４ 出力部
３６ 更新部
３８ アライメント計算部
４０ 描画データ処理部
４２ 描画制御部
４４ 偏向位置補正部
４６ 偏向量演算部
５０ 実パターン領域
５２ 十字マークパターン
５４ 異常マーク
６０ ガラス基板
６２ ハーフトーン膜
６４ 遮光膜
６６，６７ レジスト膜
６９ 帯電防止膜
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 制御計算機
１１２ メモリ
１１４ インターフェース回路
１２０ 偏向制御回路
１４０，１４２，１４４ 記憶装置
１５０ 描画部
１５１ 十字マークパターン
１５２ メインパターン
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 検出器
２１４ アンプ
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. １層目のパターンと共に複数のマークが形成された基板を載置するステージと、
   前記ステージに前記基板が載置された状態で前記複数のマークの位置を荷電粒子ビームで走査して得られる結果から測定するマーク位置測定部と、
   測定された前記複数のマークの位置の所望位置からのずれ量をＮ次多項式によりフィッティングして近似式を取得する取得部と、
   測定された前記複数のマークの位置に基づいて取得された前記近似式を用いて前記複数のマークの位置のＮ次成分の位置ずれ量を補正する補正部と、
   補正後の前記複数のマークの位置のうち異常マークを検出する異常マーク検出部と、
   検出された異常マークのうち、所定の個数以内の異常マークの位置を除去するマーク除去部と、
   前記所定の個数以内の異常マークが除去された残りの複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行うアライメント計算部と、
   アライメントされた位置に２層目のパターンを描画する描画部と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 検出された異常マークのずれ量を大きい順にソート処理するソート処理部をさらに備え、
   前記マーク除去部は、検出された異常マークのうち、ずれ量の大きい方から順に最大で前記所定の個数まで異常マークを除去することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 異常マークが除去された残りの複数のマークの位置ずれ量の正規分布に対して所定の割合の確率で前記残りの複数のマークが含まれるためのばらつき量を計算するばらつき量計算部をさらに備え、
   前記ばらつき量が閾値を超える場合に、描画処理を中止することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 測定された前記複数のマークの位置を記憶する記憶部と、
   前記ばらつき量が閾値を超えない場合に、前記記憶部に記憶された前記複数のマークの位置を、異常マークが除去された残りの複数のマークの位置に更新する更新部と、
   をさらに備え、
   前記アライメント計算部は、更新後の記憶部に記憶された複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行うことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の荷電粒子ビーム描画装置。
5. １層目のパターンと共に複数のマークが形成された基板を載置するステージ上に前記基板が載置された状態で前記複数のマークの位置を荷電粒子ビームで走査して得られる結果から測定する工程と、
   測定された前記複数のマークの位置の所望位置からのずれ量をＮ次多項式によりフィッティングして近似式を取得する工程と、
   測定された前記複数のマークの位置に基づいて取得された前記近似式を用いて前記複数のマークの位置のＮ次成分の位置ずれ量を補正する工程と、
   補正後の前記複数のマークの位置のうち異常マークを検出する工程と、
   検出された異常マークのうち、所定の個数以内の異常マークの位置を除去する工程と、
   前記所定の個数以内の異常マークが除去された残りの複数のマークの位置を用いて、アライメント計算を行う工程と、
   アライメントされた位置に２層目のパターンを描画する工程と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

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