JP2006005194A

JP2006005194A - マスク保持方法及びマスク倍率補正方法

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Publication number: JP2006005194A
Application number: JP2004180549A
Authority: JP
Inventors: Goji Miyaji; 剛司宮地
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】本発明はＸ線露光装置に搭載容易なマスクによるパターンＸＹ偏倍補正の制御方法を提供するものである。
【解決手段】本発明は、薄膜上にマスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板とフレームからなるマスク構造体に面内方向と、さらに該マスク構造体の表裏の面外方向から荷重を与えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は微細な回路パターンを転写するためのＸ線露光装置のパターン補正技術に関する。さらにはこのＸ線露光装置を用いた露光方法やデバイス製造方法に関する。

ＬＳＩなどで固体素子の集積度及び動作速度向上のため、回路パターンの微細化が進んでいる。これらのＬＳＩを製造する過程の回路パターン形成では、将来的な露光技術として、ＳＲ光源またはレーザープラズマから発せられる点光源いわゆるポイントソースからの高輝度Ｘ線を利用した微細パターンの形成が注目されている。Ｘ線露光方法には、０．５ｎｍから２ｎｍの軟Ｘ線を用いた近接等倍Ｘ線露光方法があり、本出願人から特開平２−１００３１１号公報に示す露光装置が提案されている。この方法は、露光波長が短いため、原理的に０．１μｍ以下の高い解像度が得られている。近接等倍Ｘ線露光法では、等倍Ｘ線マスクと呼ばれる透過型マスクが用いられる。前記等倍Ｘ線マスクにおけるＸ線が透過する部分は、メンブレンと呼ばれるＳｉＮ、ＳｉＣなどの軽元素材料で形成され、通常厚さ２μｍ程度で、３５ｍｍ□〜５０ｍｍ□程度の薄膜から成っている。上記等倍Ｘ線マスクにおけるＸ線を吸収する部分としては、吸収体と呼ばれるＷ、Ｔａなどの重金属からなる厚さ０．５μｍ程度で回路パターンが上記メンブレン上に形成されている。また、近接等倍Ｘ線露光法の光学系は、例えば光源からのＸ線をＸ線ミラーにより所定のフィールドサイズに拡大しＸ線マスクを通してＸ線マスクと対峙しているウエハ基板にパターンを転写する。

しかしながら、上記従来技術で説明したような、近接等倍Ｘ線露光法は、従来の光露光装置（紫外線等）と異なる構成のため、ウエハ基板上に転写される露光転写倍率はＸ線光学系を用いて可変にすることが困難である。これはレンズ群を用いた光学系に光露光装置のような倍率補正が、Ｘ線ミラー光学系では、困難なため発生する固有の問題である。

そこで、Ｘ線露光装置における、倍率補正方法としてウエハまたはマスクの温度を変化することでパターン倍率を補正する方法が提案されている。また、Ｘ線マスクを面外方向に変位させてマスクパターンを拡大及び縮小を得る方法が提案されている（特開平７−２６３３１６号公報、米国特許５５０４７９３号公報）。

さらに、特開平１０−２４２０３３号公報では等方的な倍率補正が可能かマスク構造体及びマスク保持装置の技術が公開されている。
特開平２−１００３１１号公報特開平７−２６３３１６号公報米国特許５５０４７９３号公報特開平１０−２４２０３３号公報

従来の方法は、ＸＹ方向に等倍補正は可能であったが、ＸＹの倍率をそれぞれ高精度に可変制御することは不可能であった。近年半導体用の露光装置においては微細化が進み、等倍Ｘ線露光装置（ＰＸＬ）においては１００ｎｍ以下の解像力を目標に開発が進んでいる。半導体デバイスのいくつかのパターンは解像力をそれほど必要とせず、従来の光を光源にした露光で良く、この必要解像力を２種類の露光装置に使い分けることを「ミックス＆マッチ」と業界では言われている。このミックス＆マッチにより、安いコストで高密度な半導体デバイスを作ることが可能となる。しかしここで問題となるのが、２種類の露光装置間で発生するパターンのＸ方向、Ｙ方向それぞれ違った倍率誤差、即ちＸＹ偏倍である。
このＸＹ偏倍は１ｓｔ以降のウエハパターンに対し次にくる２ｎｄ以降のマスクパターンにＸ方向、Ｙ方向それぞれ誤差を持つことである。上記のミックス＆マッチ以外にも発生する要因はウエハのプロセス歪み、露光装置上でのチャッキング歪み等がある。

そこで本発明はＸ線露光装置に搭載容易なマスクによるパターンＸＹ偏倍補正の制御方法を提供するものである。

本発明は、薄膜上にマスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板とフレームからなるマスク構造体に面内方向と、さらに該マスク構造体の表裏の面外方向から荷重を与えることを特徴とする。

本発明の第一の効果は、Ｘ軸方向とＹ軸方向で異なる倍率でのマスクパターン補正が容易に実現出来、パターンの重ね合わせ精度が向上することである。

本発明の第二の効果は、マスクパターン倍率補正のＸＹの偏倍補正がより簡便で扱いやすい機構や方法で出来るようになり、装置の小型化、制御や操作性の向上が図れることである。その他、例えば荷重を加える点の一部を固定点にすればで、複雑な荷重機構を減らし、装置の小型化が図れるほか、固定点からのマスクパターンの位置が求めやすく、位置決め制御上でも有利である。

本発明の第三の効果は、高精度にマスクパターンの転写倍率の補正等が出来る装置及びデバイス製造方法を提供することが出来ることである。また、ミックス＆マッチ等の露光方法の重ね合わせ精度が向上し、従来以上に高精度なデバイスを高い歩留まりで生産することが可能となる。

上記課題を解決し目的を達成するため、本発明の基本的な方法の説明として、図１のごとく、四角窓を有するリング状の凸状の支持フレームにマスクパターン１０２を形成したマスク基板を接合されているマスク構造体１０１に対し、矩形窓のほぼ両対角線の延長上にある支持フレーム外周の４箇所２０１Ｆ１、２０１Ｆ２、２０１Ｒ、２０１Ｌを加圧点として荷重を加えるとＸＹ縮小等倍にマスクパターンが変化する。更にこの等倍倍率補正方法に面外方向２点２０２Ｆ１、２０２Ｆ２に正負の荷重を加えることでＸＹの倍率がそれぞれ変化し、Ｘ倍率、Ｙ倍率のそれぞれの倍率補正が可能となり、いわゆるＸＹ偏倍補正が可能である。

更に詳細に説明する。

露光装置の説明においては、マスク構造体を搬送するためのハンドリングが必要であるがここでは説明を省く。

まず、面内方向の荷重のかけ方とマスクパターン変位について説明する。図２のように、面内方向の拘束と荷重は、マスク構造体を固定側２０１Ｒ、２０１Ｌに突き当てた後２０１Ｆ１及び２０１Ｆ２に荷重を加える。２０１Ｆ１及び２０１Ｆ２の反力が２０１Ｒ、２０１Ｌに伝わり４方向からの面内方向荷重となる。図３に示すように、荷重を横軸、マスクパターンの変位を縦軸に表しているグラフである。このグラフで判ることは面内荷重によりマスクパターンのＸＹの等倍倍率変化がリニアに変位していることを示している。

等倍倍率補正の場合マスク面内方向に中間荷重を加えた状態をマスクパターン倍率０ｐｐｍとなるようにパターン設計、製作を行っている。ここで言う中間荷重は最大変位時即ち最大荷重時の大よそ半分の荷重であり、中間荷重より小さい荷重の時にマスクパターンの倍率は大きくなりプラスの変位、中間荷重より大きい力の時にマスクパターン倍率は小さくなりマイナスの変位を得る。図１０は面内方向に荷重をかけ矩形のマスクパターンの等倍縮小を示した図である。中間荷重の時（実線）に比べ荷重を増やしたことにより矢印方向に縮小している（点線）。図１１は中間荷重（実線）より小さい荷重を加えることで、ＸＹ等方的に大きい変位を得ている（点線）マスクパターン変位である。

以上の面内方向荷重による等倍倍率に加え、図４に示すように、ＸＲ、ＸＬの２点面外方向に荷重をかけることでＸ倍率、Ｙ倍率のそれぞれ分離した変位が得られる。

Ｘ倍率、Ｙ倍率のそれぞれの変位について詳細に説明する。図５および図７はマスク構造体に面内方向および面外方向に力を加えた側面図である。
たとえば面内方向に中間荷重を加えた状態で、図５のように面外方向のマスクパターン側（上）から２点荷重を加えることで図６のグラフに示すようにマスクパターンＹ方向の倍率はほとんど変化はないが、Ｘ方向の倍率は拡大していることが判る。

これはＸＲ、ＸＬ２点を面外方向に押すことで面内方向４点を支点に凸状にマスク構造体が面外変形するためＹ方向は倍率変化がほとんど無く、Ｘ方向の倍率が拡大する。

さらに図７に示す面内方向は前記に同じく４点支持し中間荷重を与えた状態で面外方向ＸＲ、ＸＬの２点をマスクパターン裏側（下から）から荷重を加えることで図８のグラフに示すようにＹ方向はほぼマスクパターンの変化が無いがＸ方向は縮小していることが判る。これは前記と反対方向の面外を押しているため凹状にマスク構造体が変形しＸ方向のみが縮小する。

この面内方向荷重と面外方向荷重を合わせることで所望のＸＹの偏倍が得られる。即ちウエハとマスクパターンのＸの倍率差とＹの倍率差においてＸが大きい場合は面内荷重をＹの倍率に合わせその後、面外方向のマスクパターン側（上）から所定の荷重を加えることで補正が完了する。

逆にマスクパターンのＸの倍率差とＹの倍率差でＹが大きい場合は面内荷重をＹの倍率に合わせその後、面外方向のマスク構造体の裏側（下）から所定の荷重を加えることで偏倍倍率補正が完了する。

所定の荷重は、マスク構造体ごとに面外方向荷重による変位をあらかじめ計測し、装置にデータとして持っている。

図１２はＹ倍率をＸ倍率に比較しさらに小さくしたマスクパターン外周の縮小変位を表した図である。実線が元のマスクパターン位置で点線が矢印方向への変位を表している。これは面内方向に中間荷重より大きい荷重を加えさらに、面外方向に所定の荷重を加えた状態での変位を表している。

図１３は拡大倍率であり、Ｘ倍率をＹ倍率に比較し大きくしたマスクパターンの変位を表した図である。これも実線が元のマスクパターン位置で点線が矢印方向への変位を表している。これは面内方向に中間荷重より小さい荷重を加えさらに、面外方向に所定の荷重を加えた状態での変位を表している。

別の実施例として、図９のように面内方向の荷重をかける方向は前記方法と同じである。面外方向の荷重をかける位置を前記方法から面外荷重を９０°回転した位置（ＹＵ、ＹＤ）２点の表裏面にしている。Ｘ方向とＹ方向の倍率差が逆になることで、Ｘ倍率とＹ倍率に差を設けることができる同様の効果が得られる。

さらに図１４は他の実施例の面内方向、面外方向のそれぞれ４点に荷重をかけた平面図である。マスク構造体の構成は前記と同じである。荷重の与え方を面内方向と面外方向の組み合わせを変えたものである。面内方向は上記のようにマスクパターンに対して対角線上の４点に荷重を加え、面外方向をマスクパターに対して水平方向の４点（ＹＵ、ＹＤ、ＸＬ、ＸＲ）に荷重をかけることでもＸ倍率、Ｙ倍率それぞれの制御することができる。

必要とするマスクパターン倍率補正量は露光するウエハの１ｓｔパターン以降に対する２ｎｄ以降のマスクパターンとの倍率誤差を補正する量である。この量は前にも述べたミックス＆マッチによる露光装置間の誤差によるもの、露光後のウエハプロセスで発生するウエハ変形２点が主である。また、マスクとウエハのチャッキングによるわずかな変形もパターン倍率誤差となる。

パターン誤差の主原因である装置間誤差、ウエハプロセスで発生する誤差の多くは前もって計測することで、マスクパターン作製時にＸ方向誤差、Ｙ方向誤差の補正を行なうことができる。しかし完全には補正することはできないため、残った倍率誤差を露光直前に計測、補正をする必要がある。露光装置内で計測する方法はすでに公知であるウエハとマスクパターンのアライメントマークを計測し誤差を算出する。算出された倍率誤差を本発明の方法で補正し、重ね合せ精度を向上する。

本発明の第一の実施例を説明した斜視図。従来例を説明した平面図。従来例を荷重と変位の関係を説明したグラフ。本発明の第二の実施例を説明した斜視図。実施例の面内方向および面外方向はパターン側から荷重を加える位置を表した図。マスクパターンのＹ変位に比べＸ変位が大きく拡大変位している図。実施例の面内方向および面外方向はマスク構造体の裏側から荷重を加える位置を表した図。マスクパターンのＹ変位に比べＸ変位が大きく縮小変位している図。他の実施例の面外方向を９０度回転した位置を表した図。縮小のＸＹ等倍変位を表した図。拡大のＸＹ等倍変位を表した図。縮小のＸＹ偏倍変位を表した図。拡大のＸＹ偏倍変位を表した図。他の実施例のマスク構造体に面内面外方向から荷重を加える位置を表した図。

Claims

薄膜上にマスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板とフレームからなるマスク構造体に面内方向と、さらに該マスク構造体の表裏の面外方向から荷重を与えることを特徴とするマスク保持方法。
前記マスク構造体に矩形窓のほぼ対角線を延長した方向の面内方向の４箇所に荷重を加えることを特徴とする請求項１記載のマスク保持方法。
前記マスク構造体の周辺に段差を持った肉薄部の面外方向に荷重を加えることを特徴とする請求項１記載のマスク保持方法。
予め面内方向荷重と面外方向荷重を変化させて、マスクの伸縮量を計測し、荷重によるＸ方向、Ｙ方向の伸縮量をそれぞれ計測することを特徴とするマスク倍率補正方法。
前記計測したＸ方向及びＹ方向の伸縮量に基づいて、面内方向と面外方向のそれぞれ荷重を変化させることを特徴とする請求項４記載のマスク倍率補正方法。