JP2004241652A

JP2004241652A - 基準マーク体及びそれを有する露光装置

Info

Publication number: JP2004241652A
Application number: JP2003029902A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Udagawa; 仁宇田川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】耐久性が高く、正確なマーク位置検出を行うのに適した基準マーク体、及び、そのような基準マーク体を有し、高精度のパターン形成を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板と、前記基板上に成膜された表面膜と、前記表面膜に掘り込まれた、あるいは、突出形成された第１基準マーク及び第２基準マークと、を有する基準マーク体であって、前記表面膜は複数の小領域に分割され、前記第１基準マークは、前記分割された表面膜の１つの小領域内に形成され、前記第２基準マークは、第１基準マークが形成される小領域と異なる１つの小領域内に形成されていることを特徴とする基準マーク体とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いる露光装置、及び、それに用いる基準マーク体に関する。特には、耐久性が高く、正確なマーク位置検出を行うのに適した基準マーク体、及び、そのような基準マーク体を有し、高精度のパターン形成を行うことのできる露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の小型化、小線幅化が進んでいる。このため、基板へデバイスパターンを転写する際における露光のアラインメント（位置合わせ）精度の向上が求められている。半導体集積回路や露光装置の各部分の設計値のみに基づいて、露光の調整や位置合わせを行うと、転写されるパターンの位置や形状に大きな誤差を生じるため、必要に応じて装置諸元のキャリブレーションを行う必要がある。そのようなキャリブレーションのために、基準となるマークをマスク（原版）やウエハ（感応基板）あるいはそれらのステージ上に形成しておき、それらの相対的な位置関係を計測したり、露光装置の投影光学系の基準位置とアライメント光学系の基準位置の間の距離（ベースライン）を計測することが行われる（例えば、特許文献１参照）。あるいは、電子線の形状や倍率、ボケの検出のためにも、基準マークが用いられることがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
従来から使用されている基準マークについて、荷電粒子線露光装置の一種である電子線露光装置の基準マーク体を例にとって説明する。図７は、電子線露光装置のウエハステージ上に設置され、装置の較正やマスクアライメントの際に使用されている、従来の基準マーク体の概要を示す図であり、図７（Ａ）は基準マーク体の上面を示す平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示す７Ｂ−７Ｂ線に沿った部分拡大断面図である。
【０００４】
図７（Ａ）に示すように、基準マーク体７６の右下には、ベースライン計測用の光学式位置検出マーク７７（基準マーク）が、左上には、電子線走査式の位置検出マーク７５（基準マーク）がそれぞれ設けられている。ベースライン計測は、露光に用いる電子線で位置検出マーク７５を検出し、同時に可視光等のアライメント光で光学式位置検出マーク７７を検出して、電子線光軸とアラインメント光学系の相対的位置関係、あるいは、マスクステージとウエハステージの相対的位置関係を知るために行う。ここで、光学式アライメント光学系は電子光学鏡筒の外側に配置されるため、基準マーク７５と基準マーク７７の間の距離は、例えば、数十〜数百ｍｍ程度である。
【０００５】
図７（Ｂ）に示すように、通常、これらの基準マーク７５は基板７１の上面全体にタンタル（Ｔａ）やタングステン（Ｗ）等の重金属の表面膜７３を成膜し、パターンをエッチングすることで基準マークパターンを構成することにより形成される。基準マーク体７６用の基板７１としては、シリコン（Ｓｉ）、石英、低熱膨張性のセラミックスやガラス等が用いられる。また、基準マークパターンにおける表面膜７３の、厚い部分の膜厚は一例で０．５μｍ以上であり、薄い部分の膜厚は一例で０．２μｍ以下である。なお、この厚い部分の膜厚と薄い部分の膜厚の差が大きいほどコントラストの面で有利であるため、厚い部分の膜厚は厚い方がよい（例えば、１μｍ程度）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２１３１４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−３４９０００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような基板７１の上面全体に表面膜７３を成膜した基準マーク体７６は、表面膜７３の応力が問題になってきている。特に、表面膜７３の膜厚が厚い場合や、基準マーク７５と基準マーク７７の間の距離が長く、表面膜７３を成膜する面積が大きい場合には、表面膜７３の応力を制御することが困難であるため、基準マーク体７６に加わるわずかな衝撃等が表面膜７３にクラック等のダメージを与える恐れがある。基準マーク体７６は長時間安定した状態で用いることが重要であるため、表面膜７３へのダメージは非常に重大な問題である。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、耐久性が高く、正確なマーク位置検出を行うのに適した基準マーク体、及び、そのような基準マーク体を有し、高精度のパターン形成を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る基準マーク体は、基板と、前記基板上に成膜された表面膜と、前記表面膜に掘り込まれた、あるいは、突出形成された第１基準マーク及び第２基準マークと、を有する基準マーク体であって、前記表面膜は複数の小領域に分割され、前記第１基準マークは、前記分割された表面膜の１つの小領域内に形成され、前記第２基準マークは、第１基準マークが形成される小領域と異なる１つの小領域内に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、基準マーク体の表面膜は、表面膜の無い分割溝により複数の小領域に分割されている。ここで、１つの基準マークは分割された表面膜の１つの小領域内に形成されており、１つの基準マークが２つ以上の小領域にわたって分割配置されることはない。そして、第１基準マークと第２基準マークは、分割された表面膜の異なる小領域内にそれぞれ形成される。このように、基準マークの有効領域以外の表面膜を分割することにより、表面膜の応力が分散、開放されるため、基準マーク体に加わるわずかな衝撃等が表面膜にクラック等のダメージを与える現象を抑制、又は予防することができる。
【００１２】
本発明においては、基板が表面に露出しないように、基板が重金属以外の導電性膜で被覆されていることが好ましい。
基準マーク体の基板としてセラミックス等の低熱膨張材が用いられる場合、これら低熱膨張材は導電性が無いため、荷電粒子線を照射するとチャージアップ現象が発生し、その電荷のために反射電子や２次電子の放出が影響を受け、測定結果に影響を及ぼす。本発明の基準マーク体においては、表面膜が形成されている部分以外の基板表面が重金属以外の導電性物質で覆われているので、チャージアップが起こらず、正確な測定が可能となる。
【００１３】
また、本発明においては、基板及び表面膜が、共に重金属以外の導電性薄膜で被覆されていることを特徴とする。
本発明によれば、基板と基準マークを構成する表面膜が、共に重金属以外の導電性膜で被覆されている。この構成においても、チャージアップを防止することができる。マーク位置検出のために照射される電子線、可視光等は、導電性膜を通過して表面膜で構成される基準マークを照射することになるが、その際導電性膜で吸収される量は少ないので、測定に影響を及ぼすことはない。
【００１４】
また、本発明に係る基準マーク体は、基板と、前記基板上に成膜された重金属以外の導電性膜と、前記導電性膜上に成膜された表面膜と、前記表面膜に掘り込まれた、あるいは、突出形成された第１基準マーク及び第２基準マークと、を具備する基準マーク体であって、前記表面膜は複数の小領域に分割され、前記第１基準マークは、前記分割された表面膜の１つの小領域内に形成され、前記第２基準マークは、第１基準マークが形成される小領域と異なる１つの小領域内に形成されていることを特徴とする。本発明の構成においても、チャージアップを防止することができ、より正確な測定が可能となる。
【００１５】
本発明に係る露光装置は、感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してデバイスパターンを形成する露光装置であって、感応基板ステージ及び／又は原版ステージ等に、位置合わせや装置調整用の基準となる、前記の基準マーク体が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、前述の本発明に係る基準マーク体を具備するため、精度の高いマーク位置検出を行うことができる。したがって、感応基板（半導体ウエハ等）上に、微細高密度パターンを高精度、高歩留で形成できる。なお、ここにいうエネルギー線には、紫外線や軟Ｘ線等の電磁波、並びに、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
ここでは、荷電粒子線露光装置の一種である電子線露光装置で用いられる基準マーク体を例にとって説明する。電子線による基準マークの検出は、基板上に段差として作成されたマークに電子線を照射し、該マークからの反射電子信号を検出するのが一般的である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態に係る露光装置（縮小投影方式の電子線露光装置）の構成、及び、基準マーク検出方法の概要を示す斜視図である。
図２の上部に示されている照明光学系６１から放射された照明ビームＢ１は、マスクステージ６２上に形成されているビーム成形用パターン（指標マーク）１１を通過して成形されビームＢ２となる。マスクステージ６２の下には投影光学系６３が配置されている。投影光学系６３中には電磁レンズやダイナミックフォーカスコイル、非点補正コイル、倍率・回転調整コイル等（いずれも図示されず）が配置されている。投影光学系６３に入射するビームＢ２は、投影光学系６３の作用により、反転・縮小され、ビームＢ３となる。
【００１９】
投影光学系６３の下方には、偏向器６５が配置されている。ビームＢ３は、偏向器６５の静電力あるいは電磁力の作用により偏向させられ、ウエハステージ６９上の所望の位置に結像する。この結像したビームが指標マーク像１３である。
【００２０】
ウエハステージ６９上には、基準マーク体１６が設けられており、同基準マーク体１６には、ベースラインチェック用の光学式位置検出マーク１７（第２基準マーク）、及び、電子線走査式の位置検出マーク１５（第１基準マーク）が設けられている。
【００２１】
この位置検出マーク１５は、基板上の表面膜に形成されている凹部あるいは凸部からなっており、照射されるビームＢ３はこの凹凸部のエッジによって散乱される。この散乱される電子は、ウエハステージ６９の上方に配置されている反射電子検出器６７により検出される。同反射電子検出器６７の検出信号を処理することにより、指標マーク像１３と位置検出マーク１５との相対的位置関係を測定することができる。
【００２２】
さらに、反射検出器６７の側方には、光学式検出器（アライメント光学系）１８が配置されている。同光学式検出器１８は、ハロゲンランプからの可視光等を光学式位置検出マーク１７へ照射し、その反射光を検出することにより、光学式位置検出マーク１７の位置を測定する。
【００２３】
ベースラインチェックは、電子線で電子線用位置検出マーク１５を検出し、光学式検出器１８で光学式位置検出マーク１７を検出し、電子線光軸とアライメント光学系の位置関係を測定することにより行う。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基準マーク体の概要を示す図であり、図１（Ａ）は基準マーク体の上面を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す１Ｂ−１Ｂ線に沿った部分拡大断面図である。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、基準マーク体１６の左上には、電子線用位置検出マーク１５（第１基準マーク）が、右下には、光学式位置検出マーク１７（第２基準マーク）がそれぞれ設けられている。ここで、第１基準マーク１５と第２基準マーク１７の距離は、数十〜数百ｍｍ程度（一例で５０ｍｍ）である。
【００２６】
図１（Ｂ）に示すように、この基準マーク体１６は基板２１と、基板２１上に成膜された表面膜２３を有する。この表面膜２３の所定の位置には、第１基準マーク１５が掘り込まれて形成されている。基板２１としては、Ｓｉやセラミックス等を用いることが多い。また、表面膜２３としては、原子番号の大きい物質の方が電子線を反射しやすい性質があるため、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ等の重金属を用いることができる。表面膜２３の段差の厚い部分は、０．５μｍ以上とされており（一例で１μｍ）、薄い部分は０．２μｍ以下とされていて、基準マークを構成する厚い部分とそうでない部分で、反射電子発生量の差が大きく、十分なコントラストが得られるようになっている。
【００２７】
図１においては、基準マーク体１６の表面膜２３は、表面膜の無い分割溝２５により複数の小領域に分割されている。ここで、第１基準マーク１５は分割された表面膜２３の１つの小領域２３ａ内に形成されており、基準マーク１５が２つ以上の小領域に分割配置されることはない。また、第２基準マーク１７は、第１基準マーク１５が形成される小領域２３ａとは別の１つの小領域２３ｂ内に形成されている。このように、基準マークの有効領域以外の表面膜２３を分割することにより、表面膜２３の応力が分散、開放されるため、基準マーク体１６に加わるわずかな衝撃等が表面膜２３にクラック等のダメージを与える現象を抑制、又は予防することができる。なお、上記の「有効領域」とは、「位置検出用の電子線等が照射される範囲、光学式アライメントセンサの処理範囲をカバーする領域」という意味である。
【００２８】
このような基準マーク体１６を製造するには、基板２１の上面全体に表面膜２３を成膜し、分割溝２５に対応する領域に開口が設けられたエッチングマスクを用いて、この領域の表面膜２３を所定量だけエッチングする。次に、分割溝２５、及び、基準マーク１５、１７における表面膜２３の薄い部分に対応する領域に開口が設けられたエッチングマスクを用いて、これらの領域の表面膜２３を所定量だけエッチングする。このとき、分割溝２５に対応する領域では２回のエッチングで表面膜２３が無くなるように、かつ、基準マーク１５、１７における表面膜２３の薄い部分に対応する領域では残された表面膜が所望の厚さを有するように、１回目及び２回目のエッチング量を設定すればよい。
【００２９】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る基準マーク体の概要を示す部分拡大断面図である。第２の実施の形態においては、図１に示す第１の実施の形態に係る基準マーク体１６の表面膜２３の表面上、及び、分割溝２５の露出している基板２１の上が導電性膜２７で覆われている。導電性膜２７に軽金属を使用する場合は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることが好ましく、導電性膜２７の厚さは、一例で０．１μｍ〜１μｍ程度である。
【００３０】
基準マーク体１６の基板２１としてセラミックス等の低熱膨張材が用いられる場合、これら低熱膨張材は導電性が無いため、荷電粒子線を照射するとチャージアップ現象が発生し、その電荷のために反射電子や２次電子の放出が影響を受け、測定結果に影響を及ぼす。図３に示す基準マーク体１６においては、表面膜２３が形成されている部分以外の基板表面が重金属以外の導電性物質で覆われているので、チャージアップが起こらず、正確な測定が可能となる。なお、重金属以外の導電性膜２７からの反射電子や２次電子の放出は少ないので、それが測定に影響を及ぼすことはない。
【００３１】
このような基準マーク体１６を製造するには、まず、図１に示す第１の実施の形態に係る基準マーク体を製造する場合と同様に、基板２１の上面全体に表面膜２３を成膜し、分割溝２５及び基準マーク１５を形成する。その後、表面膜２３及び露出している基板２１を覆うように、導電性材料による膜２７を成膜する。なお、露出している基板２１のみを覆うように導電性膜２７を成膜してもよい。また、基板２１の側面や底面、表面膜２１の側面にも導電性膜２７を成膜してもよい。
【００３２】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る基準マーク体の概要を示す部分拡大断面図である。第３の実施の形態においては、基板２１の上に導電性膜２７が設けられ、その上に分割溝２５により小領域に分割された表面膜２３が設けられている。そして、分割された表面膜２３の１つの小領域２３ａに第１基準マーク１５が形成されている。また、図４には示していないが、第２基準マーク１７は、第１基準マーク１５が形成される小領域２３ａとは別の１つの小領域２３ｂ内に形成されている。図４に示す基準マーク体１６においても、チャージアップ現象の発生を防止し、正確な測定が可能となる。
【００３３】
このような基準マーク体１６を製造するには、基板２１の上面全体に導電性材料による膜２７を成膜し、その導電性膜２７の上面に表面膜２３を成膜する。その後、分割溝２５に対応する領域に開口が設けられたエッチングマスクを用いて、この領域の表面膜２３を所定量だけエッチングする。次に、分割溝２５、及び、基準マークにおける表面膜２３の薄い部分に対応する領域に開口が設けられたエッチングマスクを用いて、これらの領域の表面膜２３を所定量だけエッチングし、分割溝２５と基準マーク１５、１７を形成すればよい。なお、基板２１の側面や底面にも導電性膜２７を成膜してもよい。
【００３４】
図５は、表面膜２３に形成された凸部からなる基準マークを有する基準マーク体の概要を示す断面図である。図５に示すように、表面膜２３の適当な位置に、エッチング処理を施して凸部２９を突出形成することにより、第１基準マーク１５を形成してもよい。このとき、表面膜２３は、表面膜の無い分割溝２５により複数の小領域に分割されており、第１基準マーク１５と不図示の第２基準マーク１７は、分割された表面膜２３の異なる１つの小領域内にそれぞれ形成されている。なお、図３、図４に示した実施の形態において、基準マークを凸部で構成可能なことはいうまでもない。
【００３５】
図６は、表面膜２３を成膜する範囲を有効領域に限った基準マーク体の概要を示す図であり、図６（Ａ）は基準マーク体の上面を示す平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す６Ｂ−６Ｂ線に沿った部分拡大断面図である。
【００３６】
図６（Ｂ）に示すように、この基準マーク体１６は基板２１と、基板２１上に成膜された表面膜２３を有し、この表面膜２３には第１基準マーク１５が形成されている。表面膜２３が成膜されている領域は、図６（Ａ）に示すように、基準マーク体１６上で基準マーク（電子線用位置検出マーク１５、光学式位置検出マーク１７）が配置される領域（例えば、図６（Ｂ）中の左上、右下）に限られている。このように、基準マークが配置される有効領域以外の基板２１上に表面膜２３が無い状態にすることにより、表面膜２３の成膜面積が小さくなり、基準マーク体１６に加わるわずかな衝撃等が表面膜２３にクラック等のダメージを与える現象を抑制、又は予防することができる。ここで、「有効領域」とは、「位置検出用の電子線等が照射される範囲、光学式アライメントセンサの処理範囲をカバーする領域」という意味である。
【００３７】
なお、基板２１が表面に露出しないように、基板２１を重金属以外の導電性膜で被覆してもよい。これにより、チャージアップ現象の発生を防止し、より正確な測定が可能となる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態に係る基準マーク体及びそれを有する露光装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更を加えることができる。例えば、第１基準マーク、第２基準マーク以外のその他の基準マークを有する基準マーク体の場合、各基準マークを分割された表面膜の異なる小領域内にそれぞれ形成してもよい。また、基準マーク間の距離が短い場合、その他の基準マークを、第１基準マーク又は第２基準マークが形成される小領域と同じ１つの小領域内に形成してもよい。さらに、１つの小領域内に２つ以上のその他の基準マークを形成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基準マーク体の表面膜に対するダメージを予防できるため、基準マーク体を安定した状態で長期間使用することができる。これによりマーク位置検出が高精度かつ効率よく行えるため、高解像度、高重ね合わせ精度、高スループットの転写露光を安定して長期間行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基準マーク体の概要を示す図であり、図１（Ａ）は基準マーク体の上面を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す１Ｂ−１Ｂ線に沿った部分拡大断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る露光装置（縮小投影方式の電子線露光装置）の構成、及び、基準マーク検出方法の概要を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る基準マーク体の概要を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る基準マーク体の概要を示す部分拡大断面図である。
【図５】表面膜に形成された凸部からなる基準マークを有する基準マーク体の概要を示す部分拡大断面図である。
【図６】表面膜を成膜する範囲を有効領域に限った基準マーク体の概要を示す図であり、図６（Ａ）は基準マーク体の上面を示す平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す６Ｂ−６Ｂ線に沿った部分拡大断面図である。
【図７】電子線露光装置のウエハステージ上に設置され、装置の較正やマスクアライメントの際に使用されている、従来の基準マーク体の概要を示す図であり、図７（Ａ）は基準マーク体の上面を示す平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示す７Ｂ−７Ｂ線に沿った部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１１ビーム成形用パターン（指標マーク）
１３指標マーク像
１５電子線走査式の位置検出マーク（第１基準マーク）
１６基準マーク体
１７光学式位置検出マーク（第２基準マーク）
１８光学式検出器（アライメントセンサ）
２１基板２３表面膜
２５分割溝２７導電性膜
２９凸部
６１照明光学系６２マスクステージ
６３投影光学系６５偏向器
６７反射電子検出器６９ウエハステージ
７１基板７３表面膜
７５電子線走査式の位置検出マーク（基準マーク）
７６基準マーク体
７７光学式位置検出マーク（基準マーク）

Claims

基板と、
前記基板上に成膜された表面膜と、
前記表面膜に掘り込まれた、あるいは、突出形成された第１基準マーク及び第２基準マークと、
を有する基準マーク体であって、
前記表面膜は複数の小領域に分割され、
前記第１基準マークは、前記分割された表面膜の１つの小領域内に形成され、
前記第２基準マークは、第１基準マークが形成される小領域と異なる１つの小領域内に形成されていることを特徴とする基準マーク体。
請求項１に記載の基準マーク体であって、
前記基板が表面に露出しないように、基板が重金属以外の導電性膜で被覆されていることを特徴とする基準マーク体。
請求項１に記載の基準マーク体であって、
前記基板及び表面膜が、共に重金属以外の導電性薄膜で被覆されていることを特徴とする基準マーク体。
基板と、
前記基板上に成膜された重金属以外の導電性膜と、
前記導電性膜上に成膜された表面膜と、
前記表面膜に掘り込まれた、あるいは、突出形成された第１基準マーク及び第２基準マークと、
を具備する基準マーク体であって、
前記表面膜は複数の小領域に分割され、
前記第１基準マークは、前記分割された表面膜の１つの小領域内に形成され、
前記第２基準マークは、第１基準マークが形成される小領域と異なる１つの小領域内に形成されていることを特徴とする基準マーク体。
感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してデバイスパターンを形成する露光装置であって、
感応基板ステージ及び／又は原版ステージ等に、位置合わせや装置調整用の基準となる、請求項１乃至４のいずれかに記載の基準マーク体が配置されていることを特徴とする露光装置。