JP2004349544A

JP2004349544A - 基板表裏面マーク位置測定方法、基板表裏面マーク位置測定装置及び電子線投影露光用レチクルの製造方法

Info

Publication number: JP2004349544A
Application number: JP2003146180A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Irita; 丈司入田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】レチクルの表面と裏面の位置合わせ誤差を容易に測定することのできる基板表裏面マーク位置測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】レチクルステージ１００を図の上下方向に動かして、顕微鏡１０４の対物レンズ１０４ａのフォーカスを、マスク１０の裏面５０ｂのマーク１０６に合わせ、マーク１０６の画像を画像取得装置１０８で取得し、メモリ１０９に記憶する。次に、レチクルステージ１００を図の上下方向に動かして、顕微鏡１０４の対物レンズ１０４ａのフォーカスを、マスク１０の表面５０ａのマーク１０５に合わせ、マーク１０５の画像を画像取得装置１０８で取得し、メモリ１０９に記憶する。そして、Ｓ２で得たマーク１０６の画像とＳ４で得たマーク１０５の画像とを重ね合わせて比較して、両マークの位置関係を計測する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線露光に用いるレチクルの表裏面の位置の基準となるマークの位置ずれを測定する方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、長年、微細なパターンを形成する手段の主流であった光を用いたフォトリソグラフィ技術に代わって、電子線やイオンビームのような荷電粒子線やＸ線を利用する新しい露光方式が検討され、実用化されつつある。これらのうち、電子線を利用してパターンを形成する電子線露光は、電子線そのものを数ｎｍにまで絞ることができるため、０．１μｍあるいはそれ以下の微細なパターンを形成できる点に大きな特徴を有している。
【０００３】
しかし、従来からある電子線露光方式は一筆書き方式を採っているので、パターンが微細になればなるほど、描画時間が長くなり、スループットを上げられない。
【０００４】
そこで、レチクルを利用してウェハ上で数百μｍ角のパターンを一括して露光する方式（分割転写方式）が提案されている。
図６は、電子線露光において用いられるレチクルの一例を模式的に示す図である。図６（Ａ）は、全体の平面図であり、図６（Ｂ）は、一部の斜視図であり、図６（Ｃ）は、一つの小メンブレン領域の平面図である。レチクル材としては、シリコンが用いられている。
【０００５】
図６（Ａ）に示すレチクル１０には、デバイスパターンが分割配置されている。図６（Ａ）中に示す多数の正方形４１は、各々１つのサブフィールドに対応したデバイスパターンを含む小メンブレン領域である。この小メンブレン領域４１は、シリコンメンブレンで、一例でおよそ２μｍ厚さを有している。
【０００６】
図６（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央のサブフィールド４２と、その周囲を額縁状に囲むスカート４３とからなる。
サブフィールド４２は、一例で１辺が０．５〜５ｍｍの正方形である。投影の際の縮小率を１／５とすると、ウェハ上に投影されるサブフィールド４２の像は、１辺が０．１〜１ｍｍの正方形となる。
このようなサブフィールドのパターンを形成する形態としては、電子線が散乱しながら透過する膜に孔の開いた部分を設ける散乱ステンシルタイプと、電子線をよく散乱する高散乱体からなるパターン層を膜（メンブレン）上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。
【０００７】
スカート４３はパターンの形成されていない額縁状（一例で幅が０．０５ｍｍ）の部分であり、照明ビームの縁が当たる。
【０００８】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の小メンブレン領域４１周囲の格子状の部分は、マイナーストラット４５である。マイナーストラット４５は、レチクル１０の機械強度を保つための梁（一例で厚さ０．５〜１ｍｍ、幅０．１ｍｍ）である。なお、小メンブレン領域４１の部分は、ストラット４５に囲まれた凹状になっているので、この凹状の部分４６をストラット間凹部という。
【０００９】
図６（Ａ）に示すように、図のＸ方向に多数の小メンブレン領域４１が並んで１つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）を形成し、エレクトリカルストライプ４４が図６のＹ方向に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。
エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は、光学系の偏向によってカバー可能な視野の広さによって制限される。
なお、１つのエレクトリカルストライプ４４内において、隣り合うサブフィールドの間に、スカートやマイナーストラットのような非パターン領域を設けない方式も検討されている。
【００１０】
メカニカルストライプ４９は、図のＸ方向に複数並んでいる。隣り合うメカニカルストライプ４９の間の部分は、メジャーストラット４７である。メジャーストラット４７は、マイナーストラット４５よりもやや太い梁であって、レチクル１０のたわみを低減する。メジャーストラット４７とマイナーストラット４５とは一体となっている。マイナーストラット４５、メジャーストラット４７及び周辺部５０をまとめて支持基板部という。
【００１１】
次に、上記のようなレチクルの製造方法について説明する。
図７は、レチクルの作製プロセスを示す断面図である。
まず、図７（Ａ）に示すように、シリコンからなるシリコン支持基板３０１の一面（図中上面）に、貼り付け基板３０６を貼り付ける。この貼り付け基板３０６は、酸化シリコン層３０３とシリコン層３０１’とからなっており、酸化シリコン層３０３の側の面がシリコン基板３０１の一面に貼り付けられる。
【００１２】
次に、貼り付け基板３０６の外側の面（図中上面）のシリコン層３０１’を所望の厚さに研削する。これにより、シリコン層３０１、酸化シリコン層３０３及びシリコン層３０１’からなるＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有するＳＯＩウェハ３０２（図７（Ｂ）参照。）が作製される。
このＳＯＩウェハ３０２のシリコン層３０１’にリン（Ｐ）を適当量ドープして、基板全体の残留応力が約５ＭＰａとなるように調整する。これにより、酸化シリコン層３０３の上に、リンがドープされ、低応力となったシリコンメンブレン３０４が形成される。
そして、シリコン層３０４の上面（以下、表面ともいう。）と、下面（以下、裏面ともいう。）にそれぞれ位置合わせマーク３０８及び３０９を形成する。マーク３０８及び３０９は、レチクル上の必要な個所に必要数だけ形成されるが、簡単のため、図中にはマーク３０８及び３０９が１対だけ示されている。
【００１３】
次に、図７（Ｃ）に示すように、ＳＯＩウェハ３０２のシリコン層３０１の下面にレジスト３０５を塗布する。裏面の位置合わせマーク３０９を基準として、リソグラフィを施してパターニングを行う。なお、マーク３０８と３０９の位置合わせは、両面マスクアライナー（図示されていない）を用いて行う。そして、レジスト３０５をマスクとし、酸化シリコン層３０３をエッチングストップ層として、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）ドライエッチング法等を用いて、図の下側からシリコン層３０１のエッチングを行う。これにより、図６で説明したような井桁状のストラット４５、４７、及び、ストラット間の凹部４６が形成される。なお、図７では、ストラット間凹部４６を２個のみとして簡略化して示してある。
【００１４】
次に、図７（Ｅ）に示すように、ストラット間凹部４６内の酸化シリコン層３０３をフッ酸を用いて除去して、シリコンメンブレン３０４を完成させる。その後、レジスト３０５を除去する。この状態のもの（シリコンメンブレン３０４にパターニングがなされていないもの）をレチクルブランクスと呼ぶ。
【００１５】
次に、図７（Ｆ）に示すように、このレチクルブランクス３１０の表面（図中上面）にＥＢレジスト３０７を塗布し、表面の位置合わせマーク３０８を基準として位置合わせを行い、ＥＢ直接描画でレジスト３０７にパターンを形成する。そして、ドライエッチングにより、ＥＢレジスト３０７のパターンをシリコンメンブレン３０４に転写してステンシルパターンを形成し、ＥＢレジスト３０７を除去する（図７（Ｇ））。これによりレチクル３００が完成する。
【００１６】
【非特許文献１】
カタクラ・ノリヒロ（Ｎ．Ｋａｔａｋｕｒａ）、外４名、「イーピーエル・レチクル・テクノロジー（ＥＰＬＲｅｔｉｃｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、「国際光工学会会報（ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ）」、（米国）、国際光工学会（ＳＰＩＥ，ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、２００２年３月、第４５６２巻、ｐ．８９３
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
レチクルの作製に当たっては、表面と裏面の位置合わせ誤差の大きさが問題となる。特に、上述のように、シリコンメンブレンのパターニングは、表面のマーク３０８を基準として行い、ストラット間凹部４６の形成（すなわち、小メンブレン領域４１の形成）は、裏面のマーク３０９を基準として行う場合においては、パターニングの基準となる表面の位置合わせマークに対して、裏面のマイナーストラット等がどの程度の位置精度で配置されているかを検出することが困難であった。なお、上述の方法のように、両面マスクアライナーで表面の位置合わせマークを検出して、両者の誤差を把握して位置合わせを行った場合でも、ミクロンのオーダーでの誤差が生じることがあった。
上記の点に鑑み、本発明は、レチクルの表面と裏面の位置合わせ誤差を容易に測定することのできる基板表裏面マーク位置測定方法及び装置を提供することを目的とする。また、シリコンメンブレン上のパターンとストラット間凹部との位置ずれの少ない電子線露光用レチクルの製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の基板表裏面マーク位置測定方法は、シリコン（Ｓｉ）基板の表面及び裏面に形成された一対の位置合わせマークの相対的な位置の差を測定する方法であって、前記基板の表面又は裏面（第一面）から前記マークの周辺に近赤外光の照明光を当て、該照明光が前記基板を透過した光を前記基板の他の面（第二面）の側で画像取得装置に導いて、前記第一面上の第一のマークの像及び前記第二面上の第二マークの像を得、両マークの像を合成した上で両者の位置の差を測定することを特徴とする。
本発明によれば、レチクルの表裏面のマークの位置ずれを、高精度に、簡易な方法で測定することができる。
【００１９】
上記の基板表裏面マーク位置測定方法においては、前記近赤外光の波長が０．９〜２μｍであるものとすることができる。
【００２０】
本発明の基板表裏面マーク位置測定装置は、シリコン（Ｓｉ）基板の表面及び裏面に形成された一対の位置合わせマークの相対的な位置の差を測定する装置であって、前記基板の表面又は裏面（第一面）から前記マークの周辺に近赤外光の照明光を当てる照明系と、前記基板の他の面（第二面）の側に配置されており、前記照明光が前記基板を透過した透過光を受けて、前記第一面上の第一のマークの像及び前記第二面上の第二マークの像を得、両マークの像を合成した上で両者の位置の差を測定する画像取得装置と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の電子線投影露光用レチクルの製造方法は、デバイスパターンが分割されて形成されており、行列状に配置された複数のメンブレン部と、該メンブレン部の片面（裏面）に接続された、該メンブレン部を支持する格子状のストラット（支柱）を含む支持基板部と、を備える電子線投影露光用のレチクルの製造方法であって、前記支持基板部の表面及び裏面に、パターン形成用の位置合わせマーク及びストラット間凹部形成用の位置合わせマークがそれぞれ形成されており、前記基板の表面又は裏面（第一面）から前記マークの周辺に近赤外光の照明光を当て、該照明光が前記基板を透過した透過光を前記基板の他面（第二面）の側で画像取得装置に導いて、前記第一面上の第一のマークの像及び前記第二面上の第二マークの像を得、両マークの像を合成した上で両者の相対位置差を測定し、該マークの相対的位置差を考慮した上でパターンとストラット間凹部の位置を整合させることを特徴とする。
本発明によれば、レチクルの作製時にレチクルの表面及び裏面に形成した位置基準となるマークの位置ずれを高精度で測定・評価できるので、レチクルの表面から加工する部分であるシリコンメンブレン上のパターンと、裏面から加工する部分（ストラット間凹部）の位置ずれを低減できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板表裏面マーク位置測定装置を示す図である。
この基板表裏面マーク位置測定装置は、レチクル上に形成された位置合わせマークを照明する照明光学系（光源１０１、ミラー１０２及びコンデンサレンズ１０３）、顕微鏡１０４、画像取得装置１０８などを備える。
【００２３】
照明光学系の光源１０１、ミラー１０２及びコンデンサレンズ１０３は、レチクルステージ１００の下方に配置されており、レチクル１０の表面及び裏面に形成された位置合わせマーク１０５及び１０６を照明する。光源１０１としては、例えば波長０．９８μｍ程度のＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）が用いられる。
【００２４】
顕微鏡１０４は、レチクル１０上の位置合わせマーク１０５及び１０６の方向（図中下方）に対物レンズ１０４ａが対向するように配置されている。レチクルステージ１００は、図の上下方向に移動可能となっており、対物レンズ１０４ａの各マークに対するフォーカスを調整する。顕微鏡１０４は、ミラー１０７を介して位置合わせマーク１０５及び１０６の画像を画像取得装置１０８に送る。画像取得装置１０８としては、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。画像取得装置１０８が取得した位置合わせマーク１０５及び１０６の画像は、メモリ１０９に記録される。
【００２５】
以下に、上記の装置を用いてレチクル上のマークを検出して位置合わせを行う方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る基板表裏面マーク位置測定方法を示すフローチャートである。
まず、レチクルステージ１００を図の上下方向に動かして、顕微鏡１０４の対物レンズ１０４ａのフォーカスを、マスク１０の裏面（図中下面）５０ｂの位置合わせマーク１０６に合わせる（Ｓ１）。そして、位置合わせマーク１０６の画像を画像取得装置（ＣＣＤ）１０８で取得し、メモリ１０９に記憶する（Ｓ２）。
次に、レチクルステージ１００を図の上下方向に動かして、顕微鏡１０４の対物レンズ１０４ａのフォーカスを、マスク１０の表面（図中上面）５０ａの位置合わせマーク１０５に合わせる（Ｓ３）。そして、位置合わせマーク１０５の画像を画像取得装置（ＣＣＤ）１０８で取得し、メモリ１０９に記憶する（Ｓ４）。
そして、Ｓ２で得たマーク１０６の画像とＳ４で得たマーク１０５の画像とを重ね合わせて比較して、両マークの位置関係を計測する（Ｓ５）。
【００２６】
次に、両マークの位置関係の計測方法について説明する。
図３は、位置合わせマークを示す図である。
図３（Ａ）に示す位置合わせマーク１０５は、レチクル１０の表面（図中上面）５０ａに形成されており（図１参照。）、１辺の長さ（Ｄ_１０５）が２０μｍの正方形であり、各辺の線幅は１μｍ程度である。図３（Ｂ）に示すマーク１０６は、レチクル１０の裏面（図中下面）５０ｂに形成されており（図１参照。）、１辺の長さ（Ｄ_１０６）が１０μｍの正方形であり、各辺の線幅は１μｍ程度である。
このような位置合わせマークは、レチクル１０上に段差を刻むことによって形成することができる。この場合は、段差のエッジ部で照明光が散乱されることによりマークを検出する。あるいは、レチクル１０上に金属等の照明光を透過しない材料（例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）など）を付して、マークを形成してもよい。
なお、両マークの形状は、正方形に限るものではなく、レチクル１０の表裏面で相対的な位置合わせができるような形状であれば、なんでもよい。
【００２７】
図４は、表裏面の位置合わせマークを重ね合わせた例を示す図である。
上述のように、本実施形態においては、両位置合わせマークの検出画像１０５ｉ及び１０６ｉは、メモリ１０９に記録され、これらの画像を重ね合わせることにより、表裏面の位置関係の計測を行う。
図４（Ａ）に示すように、位置ずれのない状態では、マーク１０５の画像１０５ｉとマーク１０６の画像１０６ｉとの互いの中心位置が一致する。しかし、実際には、図４（Ｂ）に示すように、両マークの位置は微妙にずれる。そこで、図４（Ｂ）における各マークの中心位置１０５ｃ及び１０６ｃの位置や、縦中心線１０５ｖ及び１０６ｖ（横中心線１０５ｈ及び１０６ｈ）のなす角や距離等を計測することにより、マスクの表裏面のパターンの位置ずれを測定・評価する。
【００２８】
本実施形態によれば、レチクルを作製するときにレチクルの表面及び裏面に形成した位置基準となるマークの位置ずれを高精度で測定・評価できるので、レチクルの表面から加工する部分であるシリコンメンブレン上のパターンと、裏面から加工する部分（ストラット間凹部）の位置ずれを低減できる。
【００２９】
なお、上記の実施形態においては、レチクルステージ１００を図の上下方向に動かして、フォーカスを合わせる際（Ｓ１、Ｓ３）に、両マークの位置がずれる可能性がある。レチクルステージ１００の移動に伴うマークの位置ずれについては、あらかじめ同じマークを付したものを測定時と同様にレチクルステージ１００に載せて上下させて計測しておくことで、補正することができる。
【００３０】
また、上記の実施形態においては、透過照明を用いたが、同軸（光源の光軸と顕微鏡の光軸が同じ）の落射照明とすることもできる。
図５は、本発明の別の実施形態に係る基板表裏面マーク位置測定装置を示す図である。
図５に示す基板表裏面マーク位置測定装置においては、レチクル上のマークを照明する光学系（光源１０１’及びレンズ１０３’）が図の上方に配置されており、ハーフミラー１０７’を介してマークを照明するようになっている。その他の構成要素については、図１に示した例と同様であるため、説明を省略する。
【００３１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によると、従来困難とされてきた、レチクルの作製時にレチクルの表面及び裏面に形成した位置基準となるマークの位置ずれの測定・評価を高精度で行うことができるので、レチクルの表面から加工する部分であるシリコンメンブレン上のパターンと、裏面から加工する部分（ストラット間凹部）の位置ずれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板表裏面マーク位置測定装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板表裏面マーク位置測定方法を示すフローチャートである。
【図３】位置合わせマークを示す図である。
【図４】表裏面の位置合わせマークを重ね合わせた例を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る基板表裏面マーク位置測定装置を示す図である。
【図６】電子線露光において用いられるレチクルの一例を模式的に示す図である。
（Ａ）全体の平面図である。
（Ｂ）一部の斜視図である。
（Ｃ）一つの小メンブレン領域の平面図である。
【図７】レチクルの作製プロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
１００レチクルステージ
１０１光源
１０２、１０７ミラー
１０３コンデンサレンズ
１０４顕微鏡
１０５表面の位置合わせマーク
１０６裏面の位置合わせマーク
１０８画像取得装置
１０９メモリ
１０５ｉ表面の位置合わせマークの画像
１０５ｃ表面の位置合わせマークの画像の中心
１０５ｖ表面の位置合わせマークの画像の縦中心線
１０５ｈ表面の位置合わせマークの画像の横中心線
１０６ｉ裏面の位置合わせマークの画像
１０６ｃ裏面の位置合わせマークの画像の中心
１０６ｖ裏面の位置合わせマークの画像の縦中心線
１０６ｈ裏面の位置合わせマークの画像の横中心線
１０１’ 光源
１０２’ ミラー
１０３’ レンズ
１０７’ ハーフミラー

Claims

シリコン（Ｓｉ）基板の表面及び裏面に形成された一対の位置合わせマークの相対的な位置の差を測定する方法であって、
前記基板の表面又は裏面（第一面）から前記マークの周辺に近赤外光の照明光を当て、
該照明光が前記基板を透過した光を前記基板の他の面（第二面）の側で画像取得装置に導いて、前記第一面上の第一のマークの像及び前記第二面上の第二マークの像を得、
両マークの像を合成した上で両者の位置の差を測定することを特徴とする基板表裏面マーク位置測定方法。
前記近赤外光の波長が０．９〜２μｍであることを特徴とする請求項１記載の基板表裏面マーク位置測定方法。
シリコン（Ｓｉ）基板の表面及び裏面に形成された一対の位置合わせマークの相対的な位置の差を測定する装置であって、
前記基板の表面又は裏面（第一面）から前記マークの周辺に近赤外光の照明光を当てる照明光学系と、
前記基板の他の面（第二面）の側に配置されており、前記照明光が前記基板を透過した透過光を受けて、前記第一面上の第一のマークの像及び前記第二面上の第二マークの像を得、両マークの像を合成した上で両者の位置の差を測定する画像取得装置と、
を備えることを特徴とする基板表裏面マーク位置測定装置。
デバイスパターンが分割されて形成されており、行列状に配置された複数のメンブレン部と、
該メンブレン部の片面（裏面）に接続された、該メンブレン部を支持する格子状のストラット（支柱）を含む支持基板部と、
を備える電子線投影露光用のレチクルの製造方法であって、
前記支持基板部の表面及び裏面に、パターン形成用の位置合わせマーク及びストラット間凹部形成用の位置合わせマークがそれぞれ形成されており、
前記基板の表面又は裏面（第一面）から前記マークの周辺に近赤外光の照明光を当て、該照明光が前記基板を透過した透過光を前記基板の他面（第二面）の側で画像取得装置に導いて、前記第一面上の第一のマークの像及び前記第二面上の第二マークの像を得、
両マークの像を合成した上で両者の相対位置差を測定し、該マークの相対位置差を考慮した上でパターンとストラット間凹部の位置を整合させることを特徴とする電子線投影露光用レチクルの製造方法。