JP2005050851A - アライメントマーク、レチクル及び荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レチクルの位置検出を行う際に、十分なコントラストを得ることのできるアライメントマーク等を提供する。
【解決手段】アライメントマーク１４は、シリコン（Ｓｉ）製のレチクル基板１０上にシリコン基板にプローブ光を照射した際にマークの検出に十分なコントラストが得られる物質（酸化クロム（ＣｒＯ））を成膜することにより作製されている。
【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アライメントマーク等に関する。特には、マーク検出時に高いコントラストのマーク画像を得、高精度のアライメントを行うことのできるアライメントマーク等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路のさらなる小線幅化を追求すべく、ウェハ量産処理にも対応できるほどにスループットの高い電子線露光装置の開発が進められている。電子線を用いた露光装置としては、従来は、一筆書き方式のものが一般的である。ところが、一筆書き方式の電子線露光は、製造のスループットやコストの面を考えると量産には適さないので、原版パターンをマスク（レチクルを含む。）上に形成し、このパターンをウェハ上に縮小投影転写する電子線露光装置の開発が進められている。
このような露光装置においては、電子線照射位置とレチクルとの位置関係やレチクルとウェハとの位置関係が重要となってくるため、アライメントを高い精度で行うことが必要である。
【０００３】
レチクルの位置を検出する手段としては、レチクル上に形成されたマーク上に光線や電子線を走査して、マークから反射された光又は電子線を検出する方法や、波長スペクトル幅のブロードな光又は単色光で照明されたマークを光学顕微鏡で観察し、ＣＣＤカメラによりマークの画像を撮像・処理して検出する方法が提案されている。後者のマークの画像処理による検出方法は、マークを撮像して画像処理するため、処理段階で応用がきき、波長スペクトル幅がブロードな照明光を使用すれば、マークの構造に起因する誤差が小さいので非常に有効な方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像処理による位置検出方法に用いられるマークは、レチクル基板上やレチクル上のフィデューシャルマーク（識別符号）基板上に形成される。電子線露光に使用されるレチクル基板材料としては、シリコンやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等を挙げることができる。このような材料で作製されたレチクル基板上にマークを形成するシンプルな方法として、基板上にマークを彫りこんで形成し、マークの段差部分で散乱される光を検出して、マーク位置の検出を行うことが提案されている。
【０００５】
しかしながら、このような基板上の段差のみで形成されたマークを用いた場合、反射光のコントラストが得られるのは、照明光を散乱するマークのエッジ部のみであり、得られる検出信号は弱い。また、レチクル基板が、照明光に対する透過率が高い物質や反射率が低い物質で形成されている場合には、十分な散乱光が得られないため、画像処理に必要十分なコントラストが得られないという問題がある。さらに、基板やマークの形状によっては、段差のみのマークを作製することが困難な場合もある。
上記の点に鑑み、本発明は、レチクルの位置検出を行う際に、十分なコントラストを得ることのできるアライメントマーク等を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明のアライメントマークは、荷電粒子線露光に用いるレチクル上に配置するアライメントマークであって、アライメント検出光学系のプローブ光（照明光）の照射を受けた際の光学的性質が前記レチクルの材料とは異なる物質で形成され、前記検出光学系を介して該マークの像が光電検出可能であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のレチクルは、荷電粒子線露光に用いるレチクルであって、該レチクルの表面の材料が、シリコン、窒化シリコン又はダイヤモンドライクカーボンからなり、該レチクルの表面上に、酸化クロム（ＣｒＯ）、タングステン（Ｗ）又は炭素（Ｃ）からなるアライメントマークが形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、例えば、レチクル基板に対して高い反射率をもつプローブ光を用い、アライメントマークをプローブ光に対する反射率の低い物質で作製することにより、アライメントマークの画像処理を行うのに十分なマークの像を得ることができるので、確度の高いアライメントが可能になる。
【０００８】
本発明の荷電粒子線露光装置は、レチクル上のパターンを感応基板上に転写する露光装置であって、前記レチクルのアライメントマークにプローブ光を照射する光学系と、前記アライメントマークから反射散乱された光を読み取る光学系と、を具備し、該レチクルには、アライメント検出光学系のプローブ光（照明光）の照射を受けた際の光学的性質が前記レチクルの材料とは異なる物質で形成されたアライメントマークが前記レチクルの表面に付されていることを特徴とする。
本発明によれば、高コントラストのアライメントマークの像を得ることで、確度の高いアライメントを行うことができるので、より精度の高い露光を行うことができる。
【０００９】
【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。
まず、本発明の一実施形態に係る電子線露光装置及び電子線露光用レチクルについて、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、図中下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
【００１０】
二段のコンデンサレンズ３の下方には、矩形開口（照明ビーム成形開口）４が備えられている。この矩形開口４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。
【００１１】
照明ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当てて、ビームがレチクル１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図５の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上に照明ビーム成形開口４の像を結像させる。
【００１２】
レチクル１０は、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ平面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する（図４参照。詳細後述。）。レチクル１０上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置してもよい。
【００１３】
レチクル１０は移動可能なレチクルステージ１１上に載置されており、レチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル１０上の各サブフィールドを照明することができる。
レチクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００１４】
レチクル１０の図中下面には、アライメントマーク１４が形成されている（同マーク１４の詳細については、図１及び図２を参照して後述する）。レチクル１０の下方には、マーク検出器１３が配置されている、マーク検出器１３は、アライメントマーク１４にプローブ光（光又は荷電粒子線）を照射する照明光学系と、同マーク１４からの反射光を検出して同マーク１４の画像を取得する画像取得手段（光学系及びＣＣＤなど）を備えている。
マーク検出器１３が取得したアライメントマーク１４の画像は、マーク画像処理装置１３ａに送られ処理される。そして、マーク画像処理装置１３ａで処理されたアライメントマーク１４の画像に基づいて露光を行う。
【００１５】
レチクル１０の下方には投影レンズ１５及び１９並びに偏向器１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所望の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されている。このレジストに電子線のドーズが与えられることにより、レチクル１０上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
【００１６】
レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。同開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないように遮断する。
【００１７】
ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ることができる。
【００１８】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず。）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に配置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００１９】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２４も、各々のステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェイス１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェイス２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００２０】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差や投影ビームの位置誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。そして、ウェハ２３上で各サブフィールドの像が繋ぎ合わされて、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。
【００２１】
次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるレチクルの詳細例について、図４を参照しながら説明する。
図４は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。図４（Ａ）は、全体の平面図であり、図４（Ｂ）は、一部の斜視図であり、図４（Ｃ）は、一つの小メンブレン領域の平面図である。
このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
【００２２】
図４（Ａ）には、レチクル１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図４（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート）４３とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレンに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層を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。
【００２３】
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、レチクル上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率は１／４であり、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分４５は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ０．５〜１ｍｍ程度の梁である。グリレージ４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
【００２４】
図４（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（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）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
【００２５】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。隣り合うメカニカルストライプ４９の間にストラット４７として示されている幅の太い梁は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。ストラット４７はグリレージ４５と一体となっている。
図４（Ａ）のメカニカルストライプ４９の図中下方、レチクルの裏面には、アライメントマーク１４が形成されている。
【００２６】
現在有力と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライプ（以下単にストライプと呼ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。露光の際には、アライメントマーク１４にプローブ光を当て、同マーク１４を検出してアライメントを行う。
【００２７】
以下に、本発明のアライメントマークについて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアライメントマークを示す図である。図１（Ａ）は、アライメントマークの斜視図であり、図１（Ｂ）は、アライメントマークの平面図である。また、図１（Ｃ）は、アライメントマークの別の実施例を示す斜視図である。
図１に示すアライメントマーク１４は、シリコン（Ｓｉ）製のレチクル基板１０上に酸化クロム（ＣｒＯ）を成膜することにより作製されている。図１（Ｂ）に示すように、アライメントマーク１４は、レチクル面上に十字の形状に形成されている。本実施形態では、一例でマーク１４の膜厚ｄ_１４＝１０００〜２０００Å程度、線幅ｗ_１４＝５μｍ、大きさＬ_１４＝１ｍｍとしたが、マーク１４の画像処理に必要なコントラストが得られる程度の寸法であればこの限りではない。また、形状も十字に限られるものではない。
ここで、シリコン基板上に成膜するマークの材料としては、上記の酸化クロムのほか、シリコン基板にプローブ光（例えば、波長１〜５μｍの赤外光）を照射した際にマークの検出に十分なコントラストが得られるものであればなんでもよい。例えば、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）等の重金属を用いてマークを作製した場合、荷電粒子線をスキャンさせてマークを検出することもできる。
なお、荷電粒子線露光に用いるレチクル基板の材料としては、シリコンのほか、窒化シリコンやＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）が用いられる。例えば、ＤＬＣ基板を用いた場合には、マーク材料としてクロム（Ｃｒ）等を用いることができる。
【００２８】
図１（Ｃ）に示すアライメントマーク１４´は、シリコン製のレチクル基板１０上に溝をエッチングして、その溝の中に酸化クロムを堆積させることにより作製されている。マーク１４´の平面形状は、図１（Ｂ）と同様である。この場合のレチクル１０やマーク１４´の材料、マーク１４´の厚さ（ｄ_１４´）等については、上記の場合と同様、マーク１４´の画像処理に十分なコントラストが得られるものであれば、特に制限されるものではない。
【００２９】
本実施形態によれば、レチクルとアライメントマークの材料が、同マーク周辺にプローブ光（赤外光、可視光又は荷電粒子線）を照射した際に、高コントラストのマーク画像を得られるような組み合わせとなる物質で作製されているので、確度の高いアライメントが可能になる。
【００３０】
次に、本発明のレチクルの製造方法について説明する。
図２は、レチクルの作製プロセスを示す断面図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、シリコンからなるシリコン支持基板２０１の一面（図中上面）に、貼り付け基板２０６を貼り付ける。この貼り付け基板２０６は、酸化シリコン層２０３とシリコン層２０１´とからなっており、酸化シリコン層２０３の側の面がシリコン基板２０１の一面に貼り付けられる。
【００３１】
次に、貼り付け基板２０６の外側の面（図中上面）のシリコン層２０１′を所望の厚さに研削する。これにより、シリコン層２０１、酸化シリコン層２０３及びシリコン層２０１´からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有するＳＯＩウェハ２０２（図２（Ｂ）参照。）が作製される。
このＳＯＩウェハ２０２のシリコン層２０１´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２０３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２０４が形成される。
【００３２】
次に、図２（Ｃ）に示すように、ＳＯＩウェハ２０２のシリコン層２０１の下面にレジスト２０５を塗布する。そして、レジスト２０５にリソグラフィを施してパターニングを行う。そして、レジスト２０５をマスクとし、酸化シリコン層２０３をエッチングストップ層として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：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２０１のエッチングを行う。これにより、図４で説明したような、井桁状のストラット４５、４７及びストラット間凹部が形成される。なお、図２では、ストラット間凹部を２個のみとして簡略化して示してある。
【００３３】
次に、図２（Ｅ）に示すように、ストラット間凹部内の酸化シリコン層２０３をフッ酸を用いて除去して、シリコンメンブレン２０４を完成させる。その後、レジスト２０５を除去する。この状態のもの（シリコンメンブレン２０４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。そして、シリコンメンブレン２０４の上面にアライメントマーク１４（図１及び図４参照）を形成する。
【００３４】
次に、図２（Ｆ）に示すように、このレチクルブランクス２１０の表面（図中上面）にＥＢレジスト２０７を塗布し、ＥＢ直接描画でレジスト２０７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２０７のパターンをシリコンメンブレン２０４に転写してステンシルパターン２０８を形成し、ＥＢレジスト２０７を除去する（図２（Ｇ））。これによりレチクル１０が完成する。
【００３５】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によると、レチクル上のアライメントマークにプローブ光を照射した際に、同マークのコントラストの像を得ることができるので、確度の高いアライメントを行うことができる。したがって、品質の高い、安定した露光を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアライメントマークを示す図である。
【図２】レチクルの作製プロセスを示す断面図である。
【図３】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図４】電子線投影露光用のレチクルの構成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。
【符号の説明】
１０ レチクル（マスク）
１４、１４´ マーク
２０１ シリコン基板
２０１´ シリコン層
２０２ ＳＯＩウェハ
２０３ 酸化シリコン層
２０４ シリコンメンブレン
２０５ レジスト
２０６ 貼り付け基板
２０７ ＥＢレジスト
２０８ パターン
１ 電子銃
２、３ コンデンサレンズ
４ 照明ビーム成形開口
５ ブランキング偏向器
７ ブランキング開口
８ 照明ビーム偏向器
９ 照明レンズ
１１ レチクルステージ
１１ａ ステージ制御部
１２、２５ 位置検出器
１３ マーク検出処理器
１５、１９ 投影レンズ
１６ 偏向器
１８ コントラスト開口
２２ 反射電子検出器
２３ ウェハ
２４ ウェハステージ
２４ａ ステージ制御部
２ａ、３ａ、５ａ、８ａ、９ａ、１５ａ、１６ａ、１９ａ コイル電源制御部
３１ コントローラ
４１ 小メンブレン領域
４２ パターン領域
４３ スカート
４４ エレクトリカルストライプ
４５ グリレージ
４７ ストラット
４９ メカニカルストライプ

Claims (3)

1. 荷電粒子線露光に用いるレチクル上に配置するアライメントマークであって、
   アライメント検出光学系のプローブ光（照明光）の照射を受けた際の光学的性質が前記レチクルの材料とは異なる物質で形成され、
   前記検出光学系を介して該マークの像が光電検出可能であることを特徴とするアライメントマーク。
2. 荷電粒子線露光に用いるレチクルであって、
   該レチクルの表面の材料が、シリコン、窒化シリコン又はダイヤモンドライクカーボンからなり、
   該レチクルの表面上に、酸化クロム（ＣｒＯ）、タングステン（Ｗ）又は炭素（Ｃ）からなるアライメントマークが形成されていることを特徴とするレチクル。
3. レチクル上のパターンを感応基板上に転写する露光装置であって、
   前記レチクルのアライメントマークにプローブ光を照射する光学系と、
   前記アライメントマークから反射散乱された光を読み取る光学系と、
   を具備し、
   該レチクルには、アライメント検出光学系のプローブ光（照明光）の照射を受けた際の光学的性質が前記レチクルの材料とは異なる物質で形成されたアライメントマークが前記レチクルの表面に付されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。

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