JP3625404B2 - 微細加工装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光リソグラフィーによる微細加工装置に関するものであり、特に、高精度のアライメントを行いながら、高精度の微細加工が可能となる微細加工装置の実現を目指すものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体プロセスのリソグラフィー工程に用いられるフォトマスクは、電子線(Electron Beam、以下EBと略す)描画装置等により作製される。露光光に対して透明な石英等のガラス基板上にCrやMoSi等の薄膜を蒸着等の方法により形成し、これを加工して遮光パターンを作製する。このフォトマスクに光を照射して、Si基板に塗付されたレジストにパターンを転写する。
しかしフォトマスクのパターン形成時において、パターンの一部が欠損したり、不要な部分にCr等の遮光膜が残っている場合があり、このようなフォトマスクの欠陥修正が必要である。欠陥修正のためにはまず欠陥部を検出し、欠陥部と欠陥修正機構とのアライメントを正確に行う必要がある。
【0003】
欠陥の修正方法の一つとして、従来から、レーザー光を用いたレーザーリペア装置(特開平8−172063号公報)・レーザCVD装置が用いられている。これらの装置においては、光学顕微鏡でアライメントを行い、その後レーザをレンズによって集光して欠陥修正を行っている。
一方、光を用いて光の回折限界を超える分解能を有する方法として、エバネッセント光を用いる手段が提案されている。100nm以下の大きさの微小開口の一方から光を入射することにより他方の側に染み出るエバネッセント光を用いると、試料表面付近の光学情報を光の回折限界以下の分解能で得ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
半導体加工の微細化要求に伴い0.1μm以下のアライメント精度が要求されるようになり、上記レーザリペア装置やレーザCVD装置における光学顕微鏡で得られる像を用いるアライメントでは回折限界が存在するため、0.1μm以下のアライメント精度を得ることが困難である。
また、上記レーザリペア装置やレーザCVD装置においては、図5に示すようにレンズ501を用いて光を集光しているので、露光用光502、アライメント用光503として異なる波長の光を用いると色収差のため露用光によるフォーカス位置504とアライメント用光によるフォーカス位置505がz方向に異なってしまうため、アライメント後露光の前にレンズ501を縦方向に駆動する必要があることから、高精度のアライメントが困難である。さらに図6に示すように、アライメント用光源201、対物レンズ202、アライメント用光503とから成るアライメント系と露光用電源101、対物レンズ102、露光用光502とから成る露光系とでは装置が別機構となることから光学系の調節に時間を要する。また衝撃や振動によるハーフミラー601やそれぞれの光学系の僅かな角度ずれにより、アライメント用光503と露光用光502との間にxy平面上の物理的な位置ずれが生じがちである。
【0005】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、アライメント系と露光系の位置ずれが無く、0.1μm以下の高精度のアライメントを行いながら、高精度の微細加工が可能となる微細加工装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、つぎの(1)〜(5)のように構成した微細加工方法及び装置を提供するものである。
(1)アライメント用光を、該アライメント用光の波長よりも小さい大きさの開口を有するプローブの該開口の一方の側から入射させることにより該開口の他方の側から染み出すアライメント用のエバネッセント光によって、被加工物及び該被加工物上に塗布したフォトレジストを照射し、その散乱光の強度を検出して前記被加工物に対する前記開口のアライメントを行う一方、
該アライメント用光とは異なる波長の露光用光を、該露光用光の波長よりも小さい大きさの開口を有するプローブの該開口の一方の側から入射させることにより該開口の他方の側から染み出す露光用のエバネッセント光を用いて前記フォトレジストの露光を行う微細加工方法であって、
前記アライメント用のエバネッセント光を、前記露光用のエバネッセント光とプローブの同一の開口から染み出させることを特徴とする微細加工方法。
(2)前記アライメント用光の波長が700nm以上であり、前記露光用光の波長がフォトレジストの感度域である500nm以下であることを特徴とする上記(1)に記載の微細加工方法。
(3)前記被加工物が、マスクであることを特徴とする上記(1)または上記(2)に記載の微細加工方法。
(4)前記露光用のエバネッセント光を発生させるための露光用光の照射と非照射への切り替えが、音響光学変調器によって行われることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の微細加工方法。
(5)アライメント用光をプローブに設けられた微小開口に入射させ、該微小開口から発生するアライメント用のエバネッセント光を、被加工物及び該被加工物上に塗布したフォトレジストに照射し、その散乱光を散乱光検出手段によって検出し、該検出した結果に基づいて前記被加工物に対する前記開口のアライメントを行うアライメント手段と、該アライメント用光とは異なる波長の露光用光をプローブに設けられた微小開口に入射させ、該微小開口から発生する露光用のエバネッセント光によって、前記フォトレジストの露光を行う露光手段とを有する微細加工装置であって、
前記アライメント用のエバネッセント光を発生させる前記微小開口と、前記露光用のエバネッセント光を発生させる前記微小開口がプローブにおける同一の開口からなり、該開口が露光用光またはアライメント用光を入射させる一方の側においてこれらの露光用光及びアライメント光の波長よりも小さい大きさの開口を有し、該開口の他方の側に露光用のエバネッセント光またはアライメント用のエバネッセント光を発生させる開口を有することを特徴とする微細加工装置。
【0007】
【発明の実施の形態】
上記構成によって、高精度のアライメントを行いながら、高精度の微細加工が可能となる。具体的には、被加工物上のフォトレジストを露光する波長の光を発生する露光用光源と、露光用光源から発生する光よりもフォトレジストに対する露光感度が低い波長の光を発生するアライメント用光源と、一方の側から露光用光及びアライメント用光を入射することによって他方の側にエバネッセント光を発生させる、露光用光及びアライメント用光の波長よりも小さい大きさの開口と、開口から発生するアライメント用のエバネッセント光を被加工物及びフォトレジストに照射し、散乱された散乱光を検出する手段と、散乱光検出手段の検出結果をもとに、被加工物に対する開口の相対的アライメントを行うアライメント手段と、開口から発生する露光用光のエバネッセント光をフォトレジストに照射することによりフォトレジストの露光を行うための、露光用光を照射/非照射する手段とで構成する。
【0008】
そして、被加工物及び被加工物上に塗布したフォトレジストに対し、フォトレジストを露光する露光光の波長よりも露光感度が低い波長のアライメント用光を、露光用光及びアライメント光の波長よりも小さい大きさの開口の一方の側から入射させ、開口の他方の側に発生したアライメント用のエバネッセント光を用いて被加工物に対する開口のアライメントを行い、露光用光によって開口の他方の側に発生したエバネッセント光を用いてフォトレジストの露光を行う。
【0009】
このように構成することにより、図7に示すように、露光用エバネッセント光702を発生する開口と同一の開口から発生するアライメント用エバネッセント光701を用いてアライメントを行うことができ、露光用、アライメント用に異なる波長の光を用いても色収差がないため、z方向への位置ずれも無く、また同一開口を用いているため、xy平面上での位置ずれも無く、高精度なアライメントを行いながら、高精度の微細加工が可能となる。
【0010】
つぎに、微細加工装置に関する本発明の実施の形態を、図1に基づいて説明する。ここでは被加工物として、フォトマスクを例に挙げて説明する。
図1において、露光用光源101から出力したレーザ光を対物レンズ102によって集光し、光カプラ203を介して、先端付近がカンチレバー型になっていて全体が遮光膜に覆われ先端に開口径が100nm以下の微小開口104を有する光プローブ103に入射する。これにより微小開口104の近傍にのみ局在するエバネッセント光105を発生させる。このエバネッセント光105を用いて基板106であるフォトマスク上に塗布したフォトレジスト107を露光する。
【0011】
フォトマスク上に塗布するフォトレジストとしては、g線(波長:436nm)、i線(波長:365nm)対応のものが好ましい。g線、i線対応のフォトレジストは、種類が豊富で実際に手に入りやすく安価であるため、プロセス自由度も高くコストが低減できるというメリットがある。
エバネッセント光は、水平方向は開口径程度、垂直方向は開口から100nm以下の距離に局在しているという特徴を有している。したがって、アライメント、露光の際は微小開口とレジストとの距離が100nm以下に接近していなければならない。
【0012】
微小開口104とフォトレジスト107間のz方向距離制御には、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy、以下AFMと略す)の機構を用いる。AFM制御にすると試料表面の凹凸に忠実にならった光プローブ走査が可能となる。
光プローブのz軸撓みに関する弾性定数は0.1N/m以下とするのが望ましい。0.1N/m以下の低い弾性定数の光プローブを用いることにより、光プローブ103先端とレジスト107との間に作用する力が低減するので、アライメント時、露光時の走査によって光プローブがレジスト表面を削り取る現象を防ぐことができる。
【0013】
ここでは、光てこの原理を用いた方法のAFM制御の説明を行う。距離制御用光源109からの光を光プローブ103先端近傍に照射し、その反射光を2分割センサ110によって検出する。光プローブとフォトレジストの距離が近づき、両者の間にファンデルワールス力が作用するようになると、光プローブに撓みが生じる。この撓み量に応じた反射光の角度ずれを2分割センサ110の差信号として検出し、これを形状情報信号111とする。誤差検出器112において、形状情報信号111と撓み量設定値113とを比較した誤差検出信号をローパスフィルター114、増幅器115を通して、距離制御信号116として円筒型ピエゾ素子108のz駆動機構117に印加し、光プローブ103とレジスト107との距離制御を行う。
この他にも、光プローブにピエゾ抵抗素子を取り付け、このピエゾ抵抗値の変化によってレジスト−プローブ間の距離制御を行う方法のAFM制御を用いてもよい。
【0014】
xy平面上でのアライメントは以下のように行う。アライメント用光源201からのアライメント用光を対物レンズ202によって集光して、光プローブ103に入射する。露光用光が入射された光プローブとは、光カプラ203で接続されている。上記のようにして、光プローブ先端にエバネッセント光205を発生させる。このエバネッセント光205をフォトレジスト107やフォトレジスト下の遮光膜204に照射し、その反射光を、集光レンズ206で集光しフィルター207を通して光電子増倍管208によって強度を測定し、これを位置検出信号とする。この位置検出信号は試料表面の光の反射率の違いが信号の違いとなって現れるため、図2のように、フォトレジスト下の遮光膜パターンとしてのCr等の金属薄膜の有無によって信号強度に差が現れる。
【0015】
該位置検出信号と、コンピュータ120からのxy制御信号をDAボード122によってアナログ信号に変え、このxy制御信号121によってxy駆動機構123を駆動する。上記xy走査信号121をもとにしたxy走査情報を対応させて、フォトレジスト下の遮光膜パターンのxy平面位置情報とする。これをもとに光プローブを所望の位置に持っていき、露光用光源から光を照射して露光を行う。このように、基板上のCr等の遮光膜パターンを観察しながら修正位置を決めて露光用光源からの光を照射/非照射切り換えすることにより、フォトマスク上に塗布したフォトレジスト107の所望の場所を高精度に露光する。このように本発明によれば、フォトレジスト下の構造を正確に把握して高精度のアライメントを行いながら、同時に高精度の微細加工を行うことができる。
【0016】
露光位置、例えばマスクの欠陥位置の検出方法としては、あらかじめ被加工物のパターンを記憶しておき、光プローブからの検出信号と記録されたパターンを比較して求めることができる。また、画像認識などによって被加工物の修正位置を確認しておいて、コンピュータの記録手段に記録しておくこともできる。この位置情報にしたがって大体の位置まで光プローブを移動させ、アライメント用のエバネッセント光を発生させると、修正に要する時間が短縮される。
【0017】
g線、i線レジストの露光感度波長領域は300〜500nmであるので、露光用光源は波長が300〜500nmのレーザ光を用いる必要がある。露光用光源として波長442nm、325nmのHe−Cdレーザや〜410nmのGaN系青色半導体レーザ、赤外光レーザの第2高調波(SHG)レーザや第3高調波(THG)レーザを用いてもよい。特に最近実用化された青色半導体レーザを用いれば、装置が格段にコンパクトになるという効果を有する。
【0018】
アライメント用、フォトレジスト−光プローブ間の距離制御用光としては、g線、i線レジストの露光波長領域ではない700nm以上の波長のものを用いる。光源としては、波長700nm以上の近赤外光レーザの他に光通信用光源として入手が容易な波長830、860、1300、1500nmの半導体レーザを用いてもよい。アライメント用光とフォトレジスト−光プローブ間距離制御用光に同じ波長の光を用いると、フォトレジスト−光プローブ間距離制御用光をプローブ103に照射する際の散乱光がアライメント用光と混同する可能性があるので、フォトレジスト−光プローブ間距離制御用光としては、アライメント用光と異なる波長を用いることが望ましい。
露光用エバネッセント光による露光を行った後、目的に応じて現像、転写、エッチングなどのプロセスを経てマスク修正を行う。
【0019】
【実施例】
つぎに、本発明における実施例について説明する。
本実施例では、露光後のプロセスとして基板上の足りないところを付け足す、白欠陥修正方法について具体的に説明する。
図3は、この実施例の微細加工装置の構成を表す図面である。露光用光源101としてHe−Cdレーザ(波長:442nm、出力:〜20mW)から出力したレーザ光を対物レンズ102によって集光して、先端がカンチレバー型に加工してある光プローブ103に入射して光プローブ先端にエバネッセント光105を発生させる。このエバネッセント光105を用いて、石英基板301、遮光膜204からなるフォトマスク上に塗布したg線対応のポジ型フォトレジスト107を露光する。
【0020】
アライメント用光源201として波長780nmの半導体レーザを用いる。アライメント用光を露光用光と同一な光プローブ103に入射して、先端にエバネッセント光205を発生させる。このエバネッセント光205を用いてレジスト107下の遮光膜204パターンの位置検出を行う。これをもとに遮光膜を新しく付け足さなければならない位置に光プローブを移動し、露光用光を照射して露光を行う。この際、露光用光の照射/非照射切り換え手段として、音響光学変調器(Acoustic Optical Modulator、以下AOMと略す)209を用いる。
【0021】
ここでAOMを用いたレーザ光の照射/非照射切り換えについて説明する。変調器に変調電圧信号を加えることにより、振動子を振動させることによって変調器内に定在波を起こし、それにレーザ光を入射すると光はブラッグ回折を起こす。この1次ブラッグ回折による回折光と定在波が存在しない時の透過光のどちらかを対物レンズで集光し、プローブに入射するようにする。このような構造にしておけば、制御用コンピュータ120からのAOMドライバ210への制御信号211によって露光用光の照射/非照射切り換えができる。
【0022】
図8に示すように、露光用光源803からの露光用光802の照射/非照射をシャッター801を用いて行うと、一時的に露光用光の一部のみが光ファイバー内に入ってしまい、照射前後での統一露光量が得られないため高精度の修正が行えない。また、切り換え速度にも限界がある。AOMを用いることにより、コンピュータ制御によって露光用光の照射/非照射切り換えができ、シャッターを動かす等の物理的操作が必要でない、という理由から、時間的なずれが無く、より高精度な露光が可能となる。
【0023】
図4に白欠陥修正のプロセスを示す。(a)修正前マスクを(b)上記のように露光後、(c)現像液を用いて現像を行った後、(d)遮光膜となるCr蒸着膜401を蒸着し、(e)リフトオフを行なうことで余分なCr、レジストを除去する。
余計なところを除去する黒欠陥修正においては、図4中(d)で金属蒸着の代わりにエッチングを行い、他は同様のプロセスを行うことで実現できる。
【0024】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、露光用エバネッセント光702を発生する開口と同一の開口から発生するアライメント用エバネッセント光701を用いてアライメントを行うことができるので、100nm以下の高精度のアライメントを行いながら、100nm以下の高精度の微細加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における微細加工装置の構成図である。
【図2】本発明の実施の形態を説明するためのエバネッセント光を用いたアライメント信号を示す図である。
【図3】本発明の実施例におけるAOMを用いた微細加工装置を示す図である。
【図4】本発明の実施例における白欠陥修正プロセスを示す図である。
【図5】レンズによる色収差を示す図である。
【図6】レーザによる加工装置の露光系とアライメント系の位置ずれを示す図である。
【図7】本発明の実施の形態において、アライメント系と露光系とで位置ずれが無く、エバネッセント光を発生させることができることを説明するための図である。
【図8】露光用光の照射/非照射をシャッターを用いて行う過程を示す図である。
【符号の説明】
101:露光用光源
102:対物レンズ
103:光プローブ
104:微小開口
105:露光用光源によるエバネッセント光
106:基板
107:フォトレジスト
108:円筒型ピエゾ素子
109:距離制御用光源
110:2分割センサ
111:形状情報信号
112:誤差検出器
113:撓み量設定値
114:ローパスフィルター
115:増幅器
116:距離制御信号
117:z駆動機構
118:形状情報
119:ADポード
120:コンピュータ
121:xy走査信号
122:DAボード
123:xy駆動機構
201:アライメント用光源
202:対物レンズ
203:光カプラ
204:遮光膜
205:アライメント用光源によるエバネッセント光
206:集光レンズ
207:干渉フィルタ
208:光電子増倍管
209:AOM
210:AOM電源
211:変調器への加圧制御信号
301:石英基板
401:蒸着膜
501:レンズ
502:露光用光
503:アライメント用光
504:露光用光のフォーカス位置
505:アライメント用光のフォーカス位置
601:ハーフミラー
701:アライメント用エバネッセント光
702:露光用エバネッセント光
801:シャッター
802:露光用光
803:露光用光源
Claims (5)
- アライメント用光を、該アライメント用光の波長よりも小さい大きさの開口を有するプローブの該開口の一方の側から入射させることにより該開口の他方の側から染み出すアライメント用のエバネッセント光によって、被加工物及び該被加工物上に塗布したフォトレジストを照射し、その散乱光の強度を検出して前記被加工物に対する前記開口のアライメントを行う一方、
該アライメント用光とは異なる波長の露光用光を、該露光用光の波長よりも小さい大きさの開口を有するプローブの該開口の一方の側から入射させることにより該開口の他方の側から染み出す露光用のエバネッセント光を用いて前記フォトレジストの露光を行う微細加工方法であって、
前記アライメント用のエバネッセント光を、前記露光用のエバネッセント光とプローブの同一の開口から染み出させることを特徴とする微細加工方法。 - 前記アライメント用光の波長が700nm以上であり、前記露光用光の波長がフォトレジストの感度域である500nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の微細加工方法。
- 前記被加工物が、マスクであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の微細加工方法。
- 前記露光用のエバネッセント光を発生させるための露光用光の照射と非照射への切り替えが、音響光学変調器によって行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細加工方法。
- アライメント用光をプローブに設けられた微小開口に入射させ、該微小開口から発生するアライメント用のエバネッセント光を、被加工物及び該被加工物上に塗布したフォトレジストに照射し、その散乱光を散乱光検出手段によって検出し、該検出した結果に基づいて前記被加工物に対する前記開口のアライメントを行うアライメント手段と、該アライメント用光とは異なる波長の露光用光をプローブに設けられた微小開口に入射させ、該微小開口から発生する露光用のエバネッセント光によって、前記フォトレジストの露光を行う露光手段とを有する微細加工装置であって、
前記アライメント用のエバネッセント光を発生させる前記微小開口と、前記露光用のエバネッセント光を発生させる前記微小開口がプローブにおける同一の開口からなり、該開口が露光用光またはアライメント用光を入射させる一方の側においてこれらの露光用光及びアライメント光の波長よりも小さい大きさの開口を有し、該開口の他方の側に露光用のエバネッセント光またはアライメント用のエバネッセント光を発生させる開口を有することを特徴とする微細加工装置。
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