JP2005310910A - ターゲットマーク及び荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 荷電粒子線露光装置のターゲットマークにおいては、電子ビームの形状によっては反射電子コントラストが劣化してしまい、校正精度の低下させていた。本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ターゲットマークの構造を見直し、反射電子のコントラストを劣化させることのないターゲットマークを提供することにある。
【解決手段】 本発明の荷電粒子線露光装置のターゲットマークにおいては、マーク部以外の領域を開口部とするステンシルマスクを用い、開口部下には反射電子を吸収する下地部材を設置することにより、反射電子のコントラストを改善する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ターゲットマーク及び荷電粒子線露光装置に関し、特に、高精度な荷電粒子線ビームの検出を可能とするターゲットマーク及び荷電粒子線露光装置に関する。

半導体装置の高集積化にともない、パターンの微細化を実現する手段として、荷電粒子線露光方法が注目されている。荷電粒子線露光方法によれば、電子線などの荷電粒子線によるパターン転写を行うことで、より微細なパターン形成が可能となる。荷電粒子線露光装置においては、荷電粒子線ビームによる加工精度を維持していくために、荷電粒子線ビームの校正を適宜行う必要がある。

図５は荷電電子露光装置における、本願の説明に必要な要素部分を抽出して表現した概略模式図である。
可変成形型電子線露光装置５００は、真空カラム５０１内に電子ビームを放出する電子源５０２が設置され、以下電子ビーム５０３の光路に沿って、照射レンズ５０４、対物レンズ５０５が設置され、その下方には、試料室５０６内にＸＹ方向に移動可能なステージ５０７が設置される。ステージ５０７上には、ＬＳＩ回路パターンを露光するためのマーク付きウエーハＷの他に、電子ビーム電流を計測するためのファラデーカップ５０８や、偏向歪校正などに用いるターゲットマーク５０９が固定されている。また、ステージ上の試料に対面して反射電子検出器５１０が設置され、電子ビーム５０３がウエーハＷ上に作製されたシリコン（Ｓｉ）段差マーク、あるいはターゲットマーク５０９を照射する際に発生する反射電子や２次電子を検出する。検出された電子信号を用いて、例えば、基板との信号強度差（コントラスト）からパターン中心位置を特定したり、走査波形の微分信号から電子ビーム５０３の寸法校正を行う。

図６は、ターゲットマーク５０９の一部を拡大した模式図である。
ターゲットマーク５０９は、シリコン（Ｓｉ）基板６０１と、この上に一般的な半導体製造プロセスを用いて形成される、約０．３マイクロメータ厚みのタングステン（Ｗ）または金（Ａｕ）などの重金属のマーク部６０２で構成される。マーク部６０２の電子の散乱係数は、原子量の差に対応して、シリコン基板６０１の４〜５倍であるため、電子ビーム５０３をＸ方向に走査させてシリコン（Ｓｉ）基板６０１からマーク部６０２にさしかかると、反射電子は増加する。反射電子検出器５１０は、シリコン（Ｓｉ）基板６０１とマーク部６０２との反射電子による信号強度差よりマーク部６０２の位置検知を行う。Ｙ方向にも同様の走査を行うことで、図６に表す十字状のマーク部６０２の中心座標を求めたり、電子ビーム自体の寸法を算出する。こうして得られるデータは、図示しない制御系のメモリに記憶され、ＬＳＩパターン露光時の偏向歪校正や電子ビームの寸法校正に用いられる。

しかしながら、図６に表すターゲットマーク５０９に対して、スループットを重視した大面積用可変矩形ビームを適用する場合、その反射電子コントラストには以下のような課題がある。
電子ビームが図６に表すようなスポットビーム形状に対して、大面積の可変矩形ビーム５０３’であった場合、シリコン（Ｓｉ）基板６０１からの反射電子量も照射面積に応じて増加する。この結果、反射電子のコントラストが劣化し、可変矩形ビームの寸法校正精度が低下してしまう。

電子ビームの校正法は従来より、種々議論されており、ターゲットマークからの反射電子コントラストを向上させる手法としても、特開平８−２７４００７では、基板の厚さを電子ビームの飛程の１／２以下にすることによって基板からの反射電子強度を低下させる技術が提示されている。
特開平８−２７４００７

以上、説明してきたように、荷電粒子線露光装置のターゲットマークにおいては、電子ビームの形状によっては反射電子コントラストが劣化してしまい、校正精度を低下させていた。そして、この劣化の原因は主にターゲットマークの構造にあった。
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ターゲットマークの構造を見直し、反射電子のコントラストを劣化させることのないターゲットマーク及びこれを備えた荷電粒子線露光装置を提供することにある。

本発明の荷電粒子線露光装置のターゲットマークにおいては、マーク部以外の領域を開口部とするステンシルマスクを用い、開口部下には反射電子を吸収する下地部材を設置することにより、反射電子のコントラストを改善する。
すなわち、本発明によれば、荷電粒子線露光装置に設けられるターゲットマークであって、マーク部と、前記マーク部に隣接してこれを囲むように設けられた開口部と、を有し、少なくともその表面部分は、荷電粒子に対する散乱係数が大なる材料により形成されたステンシルマスクと、前記ステンシルマスクの下方に設けられ、少なくともその表面部分は、前記荷電粒子に対する散乱係数の小なる材料により形成された下地部材と、を備えたことを特徴とするターゲットマークが提供される。

ここで、前記ステンシルマスクと、前記下地部材と、が密着して形成されたものとすることができる。
また、前記ステンシルマスクは、シリコン（Ｓｉ）上に重金属を被着させて形成されたものとすることができる。
また、前記重金属は、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）及びタンタル（Ｔａ）よりなる群から選択されたいずれかであるものとすることができる。

また、前記下地部材は、カーボン（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、またはその複合材で形成されるものとすることができる。

一方、本発明によれば、荷電粒子源と、前記荷電粒子線源から放出される荷電粒子線を被露光体の所定の位置に照射する収束偏向手段と、前記被露光体を保持するステージと、を備え、前記ステージ上に、前述のいずれかのターゲットマークが設けられたことを特徴とする荷電粒子線露光装置が提供される。

本発明によれば、ターゲットマークをステンシルマスクで作製することにより、マーク部以外の領域を開口させ、開口部下に反射電子の吸収する下地部材を設置することで、ターゲットマークからの反射電子コントラストを改善する。この反射電子信号より算出される位置情報を用いることにより、偏向歪校正や可変ビームの寸法校正の精度が向上する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線露光装置の概略を表す模式図である。 本発明の荷電粒子線露光装置１００においては、電子源１０１より放出された電子ビーム１０２が電子ビームの光路に沿って、ブランキング制御板１０４、ブランキング絞り１０５、第１成形マスク１０６、転写レンズ１０７、成形偏向器１０８、第２成形マスク１０９よりなる照明光学系と、縮小レンズ１１０、対物絞り１１１、対物レンズ１１２、投影偏向器１１３よりなる投影光学系とを経て、ステージ１１４に固定されるウエーハＷに照射される。なお、ブランキング制御板１０４とブランキング絞り１０５は、電子ビーム１０２のビームシャッターとしての役割を有する。

電子源１０１より放出された電子ビーム１０２は、第１成形マスク１０６上に均一に照射される。電子ビーム１０２は、ブランキング制御板１０４に偏向電圧を印加することで偏向され、ブランキング絞り１０５で露光パターンの不要な部分で遮断される。
ブランキング絞り１０５を通過した電子ビーム１０２は、第１成形マスク１０６を通過することで矩形に成形され、転写レンズ１０７、成形偏向器１０８により収束、偏向されて、第２成形マスク１０９上に結像させられる。電子ビーム１０２の照射位置を第２成形マスク１０９の開口に対してずらすことにより、第２成形マスクを通過した電子ビーム１０２は任意のサイズの矩形などの形状に成形される。ビームの形状は特に矩形状には限定されず、その他の様々な形に成形することが可能である。
第２成形マスク１０９を通過した電子ビーム１０２は、縮小レンズ１１０によって収束、縮小され、対物絞り１１１によって不要な部分を遮断された後、対物レンズ１１２によってステージ１１４上に固定されるウエーハＷ上に結像される。電子ビームは、投影偏向器１１３に偏向電圧を印加することで偏向され、ウエーハ上の所望の位置に照射される。
ステージ１１４には、あらかじめレジストを塗布されたウェーハＷ以外に、電子ビーム電流を計測するためのファラデーカップ１１５と、ターゲットマーク１１６が固定されている。
また、ステージ１１４の上方には、試料に対面して反射電子検出器１１７が設置され、電子ビーム１０２がウエーハＷ上に作製されたシリコン（Ｓｉ）段差マーク、あるいはターゲットマーク１１６を照射する際に発生する反射電子や２次電子を検出する。検出された電子信号を用いて、例えば、基板との信号強度差（コントラスト）からパターン中心位置を特定したり、走査波形の微分信号から電子ビーム１０２の寸法校正を行う。

図２は、前記ターゲットマーク１１６上面の一部を拡大した模式図である。ターゲットマーク１１６はマーク部と開口部を有するステンシルマスクと下地部材で構成されるが、図２においては、ターゲットマークの上面、すなわちステンシルマスクの部分のみを表している。

図２（ａ）はステンシルマスク２００の一部の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面を表す模式図である。図２（ｂ）より明らかなように、ステンシルマスク２００は、十字状のマーク部２０１、２０２と、貫通した開口部２０３、２０４とで構成される。
マーク部２０１は１マイクロメータ幅の十字状パターンで、周囲を約３０マイクロメータ角の開口部２０３で囲まれている。これは、主として、偏向歪校正やビームドリフト校正などに用いられる。マーク部２０２は１５〜２０マイクロメータ幅の十字状パターンで、周囲を約２０マイクロメータ角の開口部２０４で囲まれている。これは、最大寸法５マイクロメータ角までの可変矩形電子ビームの寸法校正に用いられる。

ステンシルマスク２００は、シリコン（Ｓｉ）基板に、通常の半導体製造プロセスを適用して作製する。すなわち、フォト工程およびドライエッチ工程で、垂直な断面構造を有する貫通した開口部２０３、２０４を厚さ約２マイクロメータで形成する。次いで、ステンシルマスク２００の上面にタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）またはタンタル（Ｔａ）などの重金属を被着させる。
また、図示しないステンシルマスク２００のパターンエリア外の周囲は、補強のため、膜厚をマーク部２０１、２０２の数百倍以上とする。ステンシルマスク２００には、マーク部２０１および２０２と同様のものが複数形成されている。マーク部の使用位置を定期的に変更することで、使用経過による汚れを回避して、ターゲットマークの長期継続使用を可能としている。実際、図１に表す荷電粒子線露光装置で用いる場合、ターゲットマークとして２０〜３０ミリメートル角の領域があれば、長期間の使用に十分耐えられる。

ステンシルマスク２００は下地部材と組み合わせて、ステージ上に組み込まれることで、ターゲットマークとして利用される。
図３はターゲットマークの１１６の構造を表す模式図である。ターゲットマーク１１６は図２に表すステンシルマスク２００と下地部材３０１より構成される。図３にはターゲットマークのごく一部を表しているが、全体は図示しないチタン製治具により固定され、ステンシルマスク２００と下地部材３０１は一体化されている。

下地部材３０１は、ステンシルマスク２００表面に被着された重金属より、電子の散乱係数の小さい材料が用いられる。例えば、カーボン（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）や、ベリリウム（Ｂｅ）をカーボン（Ｃ）でコーティングした材料などが用いられる。これら下地材料は、ステンシルマスクの開口部２０３、２０４では、電子ビーム１０２に対して露出して、電子ビーム１０２の吸収材として作用する。
図３に表すように、電子ビーム１０２をマーク部２０２に対してＸ方向に走査させた場合、反射電子３０２はマーク部２０２上面でのみ発生する。開口部２０４を通過した電子ビーム１０２は、ほとんどが下地部材３０１に吸収されるため、反射電子はほとんど発生しない。反射電子検出器１１７は、マーク部２０２上面で発生する反射電子３０２のみを検知することになり、反射電子コントラストは向上する。

図４は、一例として最大矩形寸法５マイクロメータ角の電子ビームの反射電子プロファイルを表す図表である。図４（ａ）は図６に表す従来タイプのターゲットマーク、（ｂ）は図３に表す本発明の実施の形態にかかるターゲットマークを用い、比較を行った。 図３（ｂ）においては、下地部材によりベースレベルでの信号強度が激減するため、シャープで高Ｓ／Ｎの反射電子プロファイルが得られる。このような反射電子プロファイルであれば、スライスレベル法によるエッジデータ処理を施すことで、簡便な構造ながら高精度な可変矩形ビームの寸法抽出が可能となる。

これまで、ステンシルマスクと下地部材は密着して構成される場合を例に説明してきたが、実装上の都合から両者間を完全に分離して、隙間を設けても同様の効果が得られる。

また、ステンシルマスクとしてシリコン（Ｓｉ）基板を例に説明したが、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）基板を用いてもよい。ステンシルマスク表面に被着させる重金属に関しても、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）を例に説明してきたが、この限りではない。タンタル（Ｔａ）より原子番号の大きな金属を用いることもできる。

本発明の実施の形態にかかる荷電粒子線露光装置の概略を表す模式図である。 本発明の実施の形態にかかるターゲットマーク上面の一部を拡大した模式図である。 本発明の実施の形態にかかるターゲットマークの構造を表す模式図である。 ターゲットマークからの反射電子プロファイルを表す図表である。 荷電粒子線露光装置の要素部分のみを表現した概略模式図である。 ターゲットマークの一部を拡大した模式図である。

符号の説明

１００ 荷電粒子線露光装置
１０１、５０２ 電子源
１０２、５０３ 電子ビーム
１０４ ブランキング制御板
１０５ ブランキング絞り
１０６ 成形マスク
１０７ 転写レンズ
１０８ 成形偏向器
１０９ 成形マスク
１１０ 縮小レンズ
１１１ 対物絞り
１１２、５０５ 対物レンズ
１１３ 投影偏向器
１１４、５０７ ステージ
１１５、５０８ ファラデーカップ
１１６、５０９ ターゲットマーク
１１７、５１０ 反射電子検出器
２００ ステンシルマスク
２０１、２０２、６０２ マーク部
２０３、２０４ 開口部
３０１ 下地部材
３０２ 反射電子
５００ 可変成形型電子線露光装置
５０１ 真空カラム
５０４ 照射レンズ
５０６ 試料室
６０１ シリコン基板
Ｗ ウェーハ

Claims (6)

1. 荷電粒子線露光装置に設けられるターゲットマークであって、
   マーク部と、前記マーク部に隣接してこれを囲むように設けられた開口部と、を有し、少なくともその表面部分は、荷電粒子に対する散乱係数が大なる材料により形成されたステンシルマスクと、
   前記ステンシルマスクの下方に設けられ、少なくともその表面部分は、前記荷電粒子に対する散乱係数の小なる材料により形成された下地部材と、
   を備えたことを特徴とするターゲットマーク。
2. 前記ステンシルマスクと、前記下地部材と、が密着して形成されたことを特徴とする請求項１記載のターゲットマーク。
3. 前記ステンシルマスクは、シリコン（Ｓｉ）上に重金属を被着させて形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のターゲットマーク。
4. 前記重金属は、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）及びタンタル（Ｔａ）よりなる群から選択されたいずれかであることを特徴とする請求項３記載のターゲットマーク。
5. 前記下地部材は、カーボン（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、またはその複合材で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のターゲットマーク。
6. 荷電粒子源と、
   前記荷電粒子線源から放出される荷電粒子線を被露光体の所定の位置に照射する収束偏向手段と、
   前記被露光体を保持するステージと、
   を備え、
   前記ステージ上に、請求項１〜５のいずれか１つに記載のターゲットマークが設けられたことを特徴とする荷電粒子線露光装置。

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