JP4023262B2 - アライメント方法、露光方法、露光装置およびマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィにおけるアライメント方法、露光方法、露光装置およびマスクの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、配線などの回路パターンを半導体基板に転写する工程では、主に紫外線を利用したリソグラフィ技術が利用されてきた。近年、半導体装置の高集積化が進み、これに伴って、配線などの回路パターンも従来よりさらに微細化することが求められている。しかしながら、微細化が進むにつれてリソグラフィ光源の短波長化が行き詰まりつつあり、新たな露光技術が期待されている。
【0003】
そこで、電子線に代表される荷電粒子線やX線を用いたリソグラフィ技術に注目が集まっている。この荷電粒子線あるいはX線リソグラフィでは、ウェハをベースとしたメンブレンマスクまたはステンシルマスクを用いる。
【0004】
図11(a)はメンブレンマスクの断面図である。メンブレンマスク101は、荷電粒子線あるいはX線を透過させる極薄いメンブレン102上に、荷電粒子線あるいはX線を反射/散乱/吸収させる吸収体103を、露光したい回路パターン形状に合わせて配置したものである。メンブレン102の吸収体103が形成されていない側の面には、例えばシリコンウェハにエッチングを行うことにより梁104や支持枠部分105が形成されている。
【0005】
図11(b)はステンシルマスクの断面図である。ステンシルマスク106は、荷電粒子線あるいはX線を反射/散乱/吸収させる薄いメンブレン107に、露光したい回路パターン形状に合わせた開口部108を設けたものである。メンブレン107の一方の側の面には、例えばシリコンウェハにエッチングを行うことにより梁104や支持枠部分105が形成されている。梁104や支持枠部分105を形成するエッチングでは、エッチングストッパー層109によりメンブレン107がエッチングから保護される。上記のように、いずれのマスクにも薄膜(メンブレン)が用いられる。
【0006】
一方、回路パターンの微細化に伴ってマスクにも高い位置精度が要求されている。一般に、マスクにパターンを形成するためのマスク露光には電子線リソグラフィが用いられるが、高い位置精度を実現するために、露光のための電子ビームの正確な位置決めが要求される。
【0007】
しかしながら、たとえマスク露光が開始するときに、ビームが十分に位置決めされても、パターンの描き込みの間に電子ビームはドリフトと呼ばれる現象を示し、時間の経過に伴い、ある方向の不正確さが増大する。したがって、十分な精度を維持するために、パターン描き込みは電子ビームのドリフト量に応じて周期的に中断し、位置決め誤差が許容値を超えるとき、ビーム位置を再調整する。
【0008】
このビーム位置調整は、ステージ上の例えばタングステン製マークに電子ビームを照射し反射した電子の検出と、その時のステージ位置の検出結果から行う。この電子ビーム位置調整では露光に用いるステージ位置から検出に用いるステージ位置まで、ステージが移動することになり、ステージのスリップまたは他の移動に関連する応力に起因して実際に誤差が導入され得る。さらにステージの移動を伴うため、露光以外の余計な時間を必要とし、スループットの悪化を招く。
【0009】
この電子ビームの位置決めを高精度で実施するために、米国MITによりSpatial-phase-locked electron beam lithography (SPLEBL)と呼ばれるシステムが提案されている(特許文献1および非特許文献1参照)。
【0010】
また、別の位置決め技術が米国海軍研究試験所(NRL: Naval Research Laboratories)から提案されている(特許文献2および非特許文献2参照)。この技術は、位置決め用グリッドをX線メンブレンの真下に置くものであり、この位置決めグリッドはショットキー・ダイオード接合を形成している。ショットキー・ダイオード接合が入射電子の検出器として機能するため、MITの手法と同様に、露光のための電子ビームで位置決め情報を取得できる。
【0011】
また、マスク(レチクル)に2種類のアライメントマークを設けておき、マスク露光の際にレチクルの歪みを補正する方法も開示されている(特許文献3参照)。この方法では全体パターンを小領域(サブフィールド)に分割し、サブフィールド毎に荷電粒子線で照射して、基板上でサブフィールド像をつなぎ合わせて全体パターンを転写露光するが、サブフィールド間に第1のアライメントマークを配置し、サブフィールドに第2のアライメントマークを配置する。2種類のアライメントマークを用いることにより、レチクルを露光装置にローディングする際に生じる歪みと、レチクル製作時の誤差などに起因する歪みが検出、補正される。
【0012】
さらに、エッチングによりマスクに位置基準マークを形成するかわりに、マスクと別途に作製された位置検出部材をX線マスクに固定して、マスクパターンを描画する際の位置検出に用いる方法も開示されている(特許文献4参照)。
【0013】
【特許文献1】
米国特許第5892230号明細書
【特許文献2】
米国特許第5703373号明細書
【特許文献3】
特開2000−124114号公報
【特許文献4】
特開2000−31008号公報
【非特許文献1】
“Spatial-phase-locked Electron-beam Lithography:Initial Test Results”、pp2342-5、J. Vac. Sci. Technol. B. Vol. 11, No. 6 Nov. Dec. 1993
【非特許文献2】
“Improving pattern placement using through-the-membrane signal monitoring”, J. Vac. Sci. Technol. B 16(6), Nov/Dec 1998, pp3567-71
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のうち、SPLEBLでは基板上に特殊な位置決めマークを設けておき、その基板全面を露光のための電子ビームで走査し、返ってきた信号を検出して露光と同時に位置決め情報を取得する。このため高い位置精度は得られるものの、第1の問題点として、特殊な位置決めマークをあらかじめ基板に設置する必要がある。
【0015】
また、位置決めマークはパターン上および非パターン上に数μmピッチで配置される。すべての位置決めマークで位置決め情報の信号を読みながら描画が行われるため、第2の問題点として、露光が遅くなる。
第3の問題点として、位置決め情報の信号を読み取るための電子ビームで基板上のレジスト全面が露光されるために、潜像コントラストが低下する。これらの問題点があるため、SPLEBLは実験レベルで用いられているに過ぎない。
【0016】
NRLの手法ではSPLEBLと異なり、位置決めマークを基板上に作成せずに、メンブレン下に設置するため、SPLEBLの第1の問題点は解決される。しかしながら、第2の問題点と第3の問題点は依然として残る。
また、特許文献3記載の方法の場合も、レチクルに第1および第2のアライメントマークを形成するため、SPLEBLの第1の問題点と同様の問題がある。
【0017】
特許文献4記載の方法は、位置基準マークを形成するためのエッチング工程や、その後の洗浄工程で発生する塵によるマスクの汚染を防止する上では有効であるが、位置基準マークをメンブレン内に設けることができないため、複数の位置基準マークをマスク上に均等に配置することもできない。
【0018】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、マスクにアライメントマークを設けなくても高精度に位置合わせを行うことができ、アライメントによる露光のスループットの低下や、潜像コントラストの低下を防止できるアライメント方法、アライメント基板、アライメント基板の製造方法、露光方法、露光装置およびマスクの製造方法を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、薄膜の第1面側から第2面側に光または荷電粒子線を透過させ、前記薄膜の第2面側であって前記薄膜外に配置された複数のアライメントマークで前記光または荷電粒子線を反射させる工程と、前記アライメントマークで反射した前記光または荷電粒子線を、前記薄膜の第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、検出された前記アライメントマークの位置を用いて、前記薄膜上の位置座標を求める工程とを有するアライメント方法であって、前記薄膜の第1面はレジストが塗布された面であり、前記薄膜上の位置座標を求める工程は、前記薄膜上にマスクパターンを描画する位置を決定する工程を含む。
【0022】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、表面に複数のアライメントマークを有するアライメント基板で、前記アライメントマークの位置座標を測定する工程と、第1面上にレジストが塗布された薄膜の第2面側に、前記薄膜の第2面と前記表面が対向するように前記アライメント基板を配置する工程と、前記薄膜の第1面側から第2面側に光または荷電粒子線を透過させ、前記アライメントマークで前記光または荷電粒子線を反射させる工程と、前記アライメントマークで反射した前記光または荷電粒子線を、前記薄膜の第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、検出された前記アライメントマークの位置を用いて、前記レジストにマスクパターンを描画する位置を決定する工程と、前記レジストに荷電粒子線の露光により前記マスクパターンを描画する工程とを有することを特徴とする。
【0023】
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、第1面上にレジストが塗布された薄膜を保持する薄膜保持手段と、表面に複数のアライメントマークを有するアライメント基板を、前記薄膜の第2面側に、前記薄膜の第2面と前記表面が対向するように保持するアライメント基板保持手段と、前記第1面に光または荷電粒子線を照射し、前記レジストおよび前記薄膜を介して前記アライメントマークで反射させ、前記アライメントマークで反射された前記光または荷電粒子線を前記第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置座標を測定するアライメント検出系と、前記レジストにマスクパターンを描画する荷電粒子線源とを有することを特徴とする。
【0024】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクの製造方法は、薄膜の第1面上にレジストを塗布する工程と、表面に複数のアライメントマークが形成されたアライメント基板を、前記薄膜の第2面側に、前記薄膜の第2面と前記表面が対向するように配置する工程と、前記薄膜の第1面側から第2面側に光または荷電粒子線を透過させ、前記アライメントマークで前記光または荷電粒子線を反射させる工程と、前記アライメントマークで反射した前記光または荷電粒子線を、前記薄膜の第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、検出された前記アライメントマークの位置を用いて、前記レジストにマスクパターンを描画する位置を決定する工程と、前記レジストに荷電粒子線の露光により前記マスクパターンを描画する工程と、前記レジストを現像する工程と、前記レジストをマスクとして前記薄膜にエッチングを行い、前記マスクパターンで開口部を形成する工程と、前記レジストを除去する工程とを有することを特徴とする。
【0025】
これにより、薄膜にアライメントマークを設けずに、薄膜のアライメントを高精度に行うことが可能となる。アライメント基板は、異なるマスクパターンが描画される他の薄膜のアライメントにも用いることができる。また、マスクパターンの露光に用いる荷電粒子線でアライメントを行うことも可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアライメント方法、アライメント基板、アライメント基板の製造方法、露光方法、露光装置およびマスクの製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、ステンシルマスクにマスクパターンを形成するリソグラフィについて説明する。
【0027】
図1(a)はマスクパターンを露光する前のマスクブランクス1を示す断面図であり、図1(b)は本実施形態のアライメント基板11の断面図である。図1(c)は図1(a)のマスクブランクス1と図1(b)のアライメント基板11をセッティングした状態を示す断面図である。
【0028】
図1(a)に示すように、メンブレン2上には電子ビームに対する感光性を有するレジスト3が塗布されている。メンブレン2の材質は限定されないが、本実施形態においては、単結晶シリコンメンブレンとする。メンブレン2のレジスト3が塗布されていない側の面には、シリコンウェハにエッチングを行うことにより梁4と支持枠部分5が形成されている。
【0029】
図2は図1(a)のマスクブランクス1の平面図の一例であり、図2に示すように、梁4は例えば格子状に配置される。梁4を形成することにより、メンブレン2の撓みが防止されている。梁4や支持枠5が形成されていない部分に、所望の回路パターン形状で開口部が形成される。この開口部の形成は、図1(a)のレジスト3に露光および現像を行って得られるレジストパターンをマスクとして行われる。
【0030】
図3は図1(a)のマスクブランクス1の平面図の他の例である。図2に示すように梁4を形成したステンシルマスクでは、梁4部分に回路パターン(開口部)を配置できない。したがって、梁4部分と重なる回路パターンは、梁4の位置が異なる別のステンシルマスク(相補マスク)に配置する必要が生じる。
【0031】
一方、図3に示すマスクブランクス1では、支持枠5の内側の領域を例えば中心で直交する2本の直線a、bによって4つの領域に分割し、これらの4つの領域で互いに梁4をずらして形成している。これらの4つの領域に形成される回路パターンは、露光によりウェハ上の同一の箇所に重ね合わせて転写される。
【0032】
図3に示すように梁4を配置した場合、ある領域で梁4が形成されている部分の回路パターンを、マスク内の他の領域に配置できるため、複数枚の相補マスクを作製および使用する必要がない。図2および図3に示すマスクブランクス1は梁4の配置のみ異なり、断面構造や作製方法は共通する。
【0033】
図2および図3において、梁4で囲まれた部分の大きさは、メンブレン2の撓みを防止できる範囲で設定すればよく、メンブレン2の材料や厚みに応じて適宜変更できる。一例として、シリコンメンブレン2の一方の面に梁4を格子状に配置した場合、梁4で囲まれた正方形の一辺の長さを1mm程度、梁4の幅を100〜200μm程度とすることができる。
【0034】
図1(a)に示すマスクブランクス1の断面構造において、メンブレン2と梁4または支持枠部分5との層間には、例えばシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層6が形成されている。エッチングストッパー層6は、シリコンウェハにエッチングを行って梁4および支持枠5を形成する工程で、メンブレン2をエッチングから保護する。
【0035】
上記のような構造のマスクブランクスは例えば、SOI(silicon on insulatorまたはsemiconductor on insulator)基板を用いて作製できる。この場合、SOIのシリコンウェハから梁4および支持枠部分5を形成し、SOI基板の埋め込み酸化膜をエッチングストッパー層6として用い、シリコン層をメンブレン2として用いる。
【0036】
図1(b)に示すように、アライメント基板11は最表面にアライメントマーク12を有する。アライメントマーク支持部13は、基板14上にエッチングストッパー層15を介して形成されている。アライメントマーク12の下層のアライメントマーク支持部13は、アライメントマーク12の周囲がエッチングによって掘り込まれた形状となっている。アライメントマーク12の周囲のアライメントマーク支持部13が掘り込まれた部分の表面を、以下、段差部分13aと表す。
【0037】
図1(a)のマスクブランクス1の表面のレジスト3に露光を行う際には、図1(c)に示すように、マスクブランクス1の梁4および支持枠部分5を、アライメント基板11のアライメントマーク支持部13の間に嵌め込み、梁4および支持枠部分5の下端をエッチングストッパー層15上に載せる。
【0038】
図1(b)に示す高さaは、アライメントマーク支持部13とアライメントマーク12を合わせた高さを示す。高さaは、図1(a)のマスクブランクス1の構造に応じて設定する。マスクブランクス1において、直径8インチ(200mm)のシリコンウェハにエッチングを行って梁4および支持枠部分5を形成した場合、8インチウェハの厚みが725μmであることから、梁4または支持枠部分5の下端とメンブレン2の距離b(図1(c)参照)は、725μmにエッチングストッパー層6の厚みを足したものとなる。高さaは、距離bよりも小さくするが、距離bにできるだけ近いことが望ましい。
【0039】
メンブレン2の厚みはメンブレン2の材料や、露光に用いられる荷電粒子線のエネルギーなどに応じて異なるが、一般に0.1μm〜2μm程度と極めて薄いため、アライメント基板11のアライメントマーク12がメンブレン2と接触すると、メンブレン2が破損する恐れがある。したがって、マスクブランクスとアライメント基板の高さ方向の位置調整は重要である。
【0040】
一方、製法は後述するが、アライメント基板11のアライメントマーク支持部13も、シリコンウェハを用いて形成できる。例えば、8インチウェハを用いてアライメントマーク支持部13を形成した場合、高さaは725μmにアライメントマーク12の厚みを足したものになる。
【0041】
アライメントマーク12の先端からアライメントマーク支持部13の段差部分13aまでの距離cは、マスク露光に用いる電子線露光装置(マスク露光機)の加速電圧に依存している。マスク露光の際、メンブレン2を透過した電子が段差部分13aで反射して、メンブレン2上のレジスト3に再入射すると、露光パターンの解像度が低下する。これを防ぐため、例えば加速電圧50〜100kVのとき、距離cを約10μm以上とすることが望ましい。
【0042】
アライメントマーク12以外の部分のアライメントマーク支持部13を掘り込んだ構造とすることにより、例えばタングステンなどからなるアライメントマーク12と比較して、アライメントマーク支持部13での電子線に対する反射強度を著しく低くできる。すなわち、アライメントマーク12を高いコントラストで検出することが可能となり、マークシグナルのS/N比が向上する。
【0043】
また、余計な電子線を反射させにくくするため、アライメントマーク支持部13の材質は低原子量の物質が望ましい。本実施形態では、加工の容易性やマスクブランクス1の汚染(コンタミネーション)防止の観点から、アライメントマーク支持部13はシリコンウェハにエッチングを行って形成する。
【0044】
アライメントマーク12を形成する位置および密度は特に制限されないが、一例として、梁4で囲まれる部分が約1mm角の正方形の場合(図2および図3参照)、梁4で囲まれる部分にはめ込まれる1個のアライメントマーク支持部13上に少なくとも1個、好適には数個のアライメントマーク12を配置することが望ましい。
【0045】
1個のアライメントマーク支持部13上に数個のアライメントマーク12を配置した場合であっても、アライメントマーク12の間隔は数100μm程度となり、前述したSPLEBLに比較して明らかにマーク間隔が広い。したがって、アライメントマークで位置情報の信号を読みながら描画を行っても、SPLEBLのように露光速度が顕著に低下することはない。
【0046】
また、本実施形態によれば、マスクブランクス1のメンブレン2上でなくアライメント基板11にアライメントマーク12を配置するため、アライメントマーク12は後述する一定条件下でパターン上と非パターン上のいずれにも形成できるが、SPLEBLに比較してマーク密度が低いため、非パターン上に選択的にアライメントマーク12を配置することもできる。したがって、パターン上と非パターン上に密にマークを配置するSPLEBLで見られるような、レジスト全面での位置情報の読み取りによる潜像コントラストの低下を防止できる。
【0047】
アライメントマーク12の厚みはアライメント光に依存するが、マスク露光に用いる高加速電子ビームをアライメントに用いる場合は、約0.1〜5μm程度が望ましい。アライメントマーク12の厚みが小さ過ぎると、アライメント光やアライメント用の荷電粒子線の反射強度が弱くなり、アライメント精度が低下する。アライメントマークの厚みが大き過ぎると、アライメントマーク形成用層22(後述。図4(a)参照)のエッチングが困難となる。
【0048】
次に、本実施形態のアライメント基板の製造方法を説明する。本実施形態のアライメント基板の製造方法では、アライメントマーク支持部13の加工を2段階に分けて行う。これにより、アライメントマーク支持部の段差部分13aが所望の高さで形成される。
【0049】
図4(a)は図1に示すアライメント基板11を作製するための基板を示す断面図である。図4(a)に示すように、基板14である第1のシリコンウェハ上にエッチングストッパー層15として例えばシリコン酸化膜が形成されている。シリコン酸化膜15上に第2のシリコンウェハ21が形成され、その上層にアライメントマーク形成用層22として、例えばタングステン層が形成されている。
【0050】
基板(第1のシリコンウェハ)14は、図4(a)に示す基板全体が撓まないように、基板全体を支持できる厚みとする。基板14としては、半導体デバイスの製造などに用いられる標準化されたウェハを用いることができ、具体的には直径4インチ(200mm)のシリコンウェハの場合は525μm厚、8インチウェハの場合は725μm厚である。
【0051】
基板14としてシリコンウェハを用いるかわりに、石英基板などを用いてもよい。また、アライメントマーク形成用層22の材料として、タングステン以外に例えばタンタル、白金、金、イリジウムなどの金属を用いることもできる。また、エッチングストッパー層15として、シリコン窒化膜などを形成してもよい。
【0052】
エッチングストッパー層15は、後述する第2のシリコンウェハ21のエッチング工程で消失しないような厚み、すなわち約1μm以上とすることが望ましい。第2のシリコンウェハ21の厚みは、ステンシルマスクの梁および支持膜部分(図1参照)の高さに基づいて決定する。
【0053】
次に、図4(b)に示すように、アライメントマーク形成用層22上に、アライメントマーク12(図1参照)のパターンでレジスト23を形成する。アライメントマーク12のパターンでレジスト23を形成するには、レジストを全面に塗布してから、電子線や紫外光などで露光を行って現像する。次に、図4(c)に示すように、レジスト23をマスクとしてアライメントマーク形成用層22にエッチングを行い、タングステンからなるアライメントマーク12を形成する。
【0054】
次に、図5(d)に示すように、レジスト23およびアライメントマーク12をマスクとして、第2のシリコンウェハ21の表層部分に所定の深さのエッチングを行う。このエッチングで得られた表面の一部が、アライメントマーク支持部の段差部分13a(図1参照)となる。その後、図5(e)に示すように、レジスト23を除去して洗浄する。
【0055】
次に、図5(f)に示すように、第2のシリコンウェハ21の残りの部分を加工するため、全面にレジスト24を塗布する。このとき、レジスト24としてポジ型レジストを使用することが望ましい。本実施形態では、アライメントマーク12部分とそれ以外の部分(アライメントマーク支持部の掘り込み部分13a)の間に段差があり、下段である掘り込み部分13a上の一部のレジストを除去する。
【0056】
ポジ型レジストは露光された部分が可溶化されるため、ポジ型レジストを用いれば下段側のみにフォーカスを合わせればよく、上段(アライメントマーク12上のレジスト)と下段の両方が適切に露光されるようなフォーカス深度とする必要がない。上段はすべてレジスト24を残すため、ポジ型レジストを用いる場合、上段のレジストは露光されなくてもよい。
【0057】
次に、図6(g)に示すように、レジスト24の露光・現像を行い、アライメントマーク支持部13(図1参照)を形成する部分のレジスト24のみ残す。
次に、図6(h)に示すように、レジスト24をマスクとしてエッチングストッパー層15が露出するまで第2のシリコンウェハ21にエッチングを行い、アライメントマーク支持部13を形成する。
【0058】
エッチングストッパー層を用いずに、例えばエッチング時間によりエッチング量を制御して、第2のシリコンウェハ21の厚み分のエッチングが行われた段階でエッチングを終了させることも可能であるが、エッチングストッパー層15を用いることにより、エッチング面の平坦度を向上させることができる。
【0059】
第2のシリコンウェハ21が除去された部分に、マスクブランクス1の梁4および支持枠部分5(図1参照)が載せられるため、面平坦度が悪い場合、マスクブランクスを安定にセッティングできず、マスク露光での位置精度が低下する。これを防止するため、第2のシリコンウェハ21の下地にはエッチングストッパー層15を設けることが望ましい。
【0060】
これに対し、第2のシリコンウェハ21に途中までエッチングを行い、段差部分13aを形成する工程(図5(d)参照)では、段差部分13aで反射するアライメント光またはアライメント用の荷電粒子線が、マスクパターン転写用のレジスト(マスクブランクスのレジスト)に入射しないようなエッチング深さが得られればよい。したがって、第2のシリコンウェハ21の厚み分のエッチングを行うときのような面平坦度は要求されず、エッチングストッパー層を設けずにエッチングを行うことができる。
その後、図6(i)に示すように、レジスト24を除去して洗浄することにより、アライメント基板11が完成する。
【0061】
作製されたアライメント基板11は、マスク露光に用いる前にアライメントマーク12の位置を高精度に測定しておく。測定されたアライメントマーク12の位置座標は、マスク露光機に入力する。マスク露光の際には、このように予め測定され、入力された位置座標と、マスク露光機のアライメントマーク検出結果とを照合し、転写すべきパターンに歪みが生じないようにマスク露光する。マスク露光機に予め入力された位置座標と、マスク露光機のアライメントマーク検出結果が一致するようにアライメントを行った状態でマスク露光すれば、歪みのないパターンを転写できる。
【0062】
但し、実際にマスクブランクス1(図1参照)に露光されたパターンの位置を測定し、位置精度が不足していた場合や、あるいは、マスク露光後にメンブレンにエッチングを行って得られたステンシルマスクを用いてウェハに露光を行ったとき、パターン位置がずれていた場合には、上記のアライメントに補正を加えてもよい。
【0063】
次に、本実施形態のアライメント基板を用いてマスク露光を行う方法について、詳細に説明する。図1に示すマスクブランクス1において、アライメント光またはアライメントに用いる荷電粒子線にマスクブランクス上のレジスト3が感光しなければ、マスクブランクス1に特別の工夫は不要である。また、この場合には、アライメントマーク12上のメンブレンにパターンが配置されても、アライメントではレジスト3が感光しないため、パターン位置に関わらずアライメントマーク12を配置できる。
【0064】
アライメント光にレジスト3が感光しない場合の具体例としては、マスク露光を加速電圧50kVの電子ビームで行い、アライメント光として波長780nmのレーザ光を用いる場合が挙げられる。図7は、このような場合にアライメントを行うときの断面図を示す。図7に示すように、アライメント光16Aはメンブレン2およびその上のレジスト3を透過して、アライメントマーク12に入射する。
【0065】
このときに要求される位置合わせ精度は、メンブレン2とレジスト3に描画されるマスクパターンとの合わせ裕度(マージン)に依存する。メンブレン2とマスクパターンとの合わせ裕度が小さいときは、従来公知の方法に従って、マスクブランクス1のメンブレン2に、アライメント光で検出できるマスク側アライメントマークを設けておく。
【0066】
図8(a)は梁4近傍のパターン(ステンシルマスクの場合、開口部)が形成されない部分にマスク側アライメントマーク7を形成した例である。マスク側アライメントマーク7としては、図8(a)のようにメンブレン2の厚み分のエッチングを行って形成された開口部を用いる他、メンブレン2の表層部分にエッチングを行って形成された凹部を用いることもできる。
【0067】
また、図8(b)に示すように、梁4上のメンブレン2の一部をエッチングにより除去し、マスク側アライメントマーク7を形成することもできる。マスク側アライメントマーク7は周囲の部分とアライメント光(または荷電粒子線)の透過率が異なり、アライメント基板のアライメントマークに入射するアライメント光(または荷電粒子線)を妨げないものであればよい。
【0068】
一方、図7において、マスクブランクス1を透過するアライメント光16Aにより、アライメント基板11のアライメントマーク12の位置を検出する。アライメントマーク12で反射したアライメント光17Aは、光検出器18Aによって検出される。
【0069】
マスク側アライメントマークを設けた場合には、測定されたマスク側アライメントマークの位置とアライメントマーク12の位置を用いてマスクブランクス1とアライメント基板11の位置合わせを行う。その後、マスク露光機に予め入力されているアライメントマーク12の位置座標を参照して、マスク露光を行う。マスク露光後、レジストを現像し、レジストをマスクとしてメンブレン2にエッチングを行うことにより、リソグラフィ用マスクが得られる。
【0070】
メンブレン2とマスクパターンとの合わせ裕度が大きいときは、マスク側アライメントマークを特に設けなくても、メンブレン2を透過するアライメント光(または荷電粒子線)によって検出される梁4の位置と、アライメントマーク12の位置に基づいて、マスクブランクス1とアライメント基板11の位置合わせを行うことができる。
【0071】
アライメント光(または荷電粒子線)によってマスクブランクス上のレジストが感光する場合は、図1(c)でアライメントマーク12上にあるレジスト3が、マスク露光後の現像によって除去される。これにより、レジスト3をマスクとしてメンブレン2にエッチングを行い、開口部(図11(b)の開口部108に相当する開口部)を形成する工程で、アライメント光(または荷電粒子線)が照射された箇所にも開口部が形成される。
【0072】
この開口部がマスクをウェハの露光に用いる際に(半導体装置製造のリソグラフィ工程で)問題となる場合は、対策として、例えば以下のような保護膜を有するマスクブランクスを用いる。図9(a)は保護膜を有するマスクブランクスの断面図である。
【0073】
図9(a)のマスクブランクスは、図9(b)に示すようにアライメント基板11と組み合わせたときに、アライメントマーク12上であって、パターンと重ならない位置のメンブレン2上に保護膜8を有する。それ以外の構造は、図1(a)のマスクブランクス1と同様である。
【0074】
本実施形態では、メンブレン2の材料として単結晶シリコンが用いられているため、保護膜8として例えばシリコン酸化膜を形成すれば、レジスト3が除去されても保護膜8によってメンブレン2が保護される。保護膜8を形成するには、メンブレン2上にレジスト3を塗布する前に、メンブレン2上の全面に例えば化学気相成長(CVD)によりシリコン酸化膜を形成してから、アライメントマーク上のみに残るようにエッチングで除去する。
【0075】
保護膜8の材料としては、シリコンメンブレンにエッチングを行う工程でエッチングされず、かつ保護膜8の厚みの薄膜としたときにアライメント光(または荷電粒子線)が透過する材料であれば、酸化シリコン以外を用いることもできる。例えば、上記のような方法で保護膜8を形成するかわりに、集束イオンビーム(FIB;focused ion beam)を用いて保護膜8を形成することもできる。
【0076】
FIBにより保護膜8を形成するには、メンブレン2の表面に有機ガスを吹き付けながら、アライメントマーク12上となる位置にGaイオンビームを照射する。イオンビームのエネルギーでガスが分解し、炭素膜が堆積するため、局所的に保護膜8が形成される。この炭素膜はレジスト3の除去後に行われる洗浄に対しても十分な耐性をもつ。したがって、アライメント光(または荷電粒子線)が透過するような厚みで炭素膜を形成すれば、保護膜8として使用可能である。
【0077】
図9に示すように保護膜8を形成した場合にも、必要に応じて、図8に示すような従来公知のマスク側アライメントマーク7を形成できる。合わせ裕度が大きい場合には、図8に示すようなマスク側アライメントマークは設けなくてもよい。マスク側アライメントマークを設けない場合は、梁4の位置を基準としてマスクブランクスとアライメント基板11のアライメントを行う。
【0078】
図10は、保護膜8を有するマスクブランクスとアライメント基板11のアライメントを行うときの断面図を示す。保護膜8が形成されている場合は、マスク露光に用いる高加速電子ビームをアライメントに用いることができる。図10に示すように、アライメント用高加速電子ビーム16Bはメンブレン2およびその上のレジスト3を透過して、アライメントマーク12に入射する。アライメントマーク12で反射した電子ビーム17Bを電子線検出器18Bにより検出し、アライメントマーク12の位置を測定する。
【0079】
図10に示すアライメント方法は、特に、電子ビーム転写型リソグラフィの一つであるLEEPL(low energy electron proximity projection lithography)用ステンシルマスクを作製するためのマスク露光時のアライメントに好適である。
【0080】
LEEPLでは、加速電圧が例えば2kVの電子ビームが用いられ、マスクパターンは等倍でウェハ上に投影される。したがって、縮小投影系のリソグラフィに用いられるマスクよりも微細なパターンでメンブレンに開口部を形成する必要がある。メンブレンが厚いと開口部のアスペクト比が高くなり、微細加工が困難となるため、LEEPL用マスクには極めて薄いメンブレンが用いられる。
【0081】
また、加速電圧が例えば50〜100kVの高加速電子ビームは数100nm程度の厚みのメンブレンを透過するが、LEEPLで用いられる低加速電子ビームは数100nm程度の厚みのメンブレンで遮断され、開口部のみ選択的に通過するため、マスクパターンが転写される。
【0082】
一方、LEEPL用ステンシルマスクを作製するためのマスク露光には高加速電子ビームが用いられるため、マスク露光用の電子ビームはメンブレンを透過し、これをアライメント基板のアライメントマークで反射させることにより、アライメントにも用いることができる。
【0083】
図7または図10に示すように、予めマスク露光機の外でアライメントマーク12の位置が測定されたアライメント基板と、マスクブランクスをマスク露光機内でセッティングし、前述したようなアライメントを行う。その後、マスク露光によりレジストにパターンを転写する。
【0084】
マスクブランクスとアライメント基板との相対位置がマスク露光中にずれると、マスク露光の位置精度が低下するため、アライメントされたマスクブランクスとアライメント基板は、例えば押し当てクランプや静電チャックを用いて固定する。
【0085】
さらに、マスクブランクスとアライメント基板をマスク露光機内に搬送する前に、アライメントマークの位置を高精度に測定するときのマスクブランクスおよびアライメント基板のステージと、マスク露光機内でのマスクブランクスとアライメント基板のステージは同様の機構を採用したものであることが望ましい。例えば、押し当てクランプによりマスクブランクスとアライメント基板を固定する場合は、押し当てクランプの保持機構を座標測定機とマスク露光機で同様とすることが望ましい。
【0086】
本実施形態のアライメント方法では、メンブレン直下に配置されたアライメントマークを用いてアライメントを行うため、メンブレンにアライメントマークが形成されている場合と同様に、汎用されている様々なアライメント検出系を適用できる。また、メンブレンおよびその上層のレジストで遮断されない限り、光および荷電粒子線のいずれもアライメントに用いることができる。
【0087】
従来のアライメント方法で高精度にアライメントを行うには、マスク露光用のアライメントマークを各マスクブランクスに設ける必要があったが、本実施形態のアライメント方法によれば、マスクブランクスの下層に重ねて配置されるアライメント基板にアライメントマークが設けられる。したがって、各マスクブランクスに必ずしもアライメントマークを形成する必要がない。これにより、マスクの製造工程数や製造コストを削減できる。
【0088】
また、各マスクブランクスにアライメントマークを設けてマスク露光用のアライメントを行うと、アライメントマーク形成プロセスの影響により、マスクブランクス間で微妙にアライメントマークの位置が異なる場合が生じる。したがって、半導体デバイスの多層配線の配線間、あるいは相補マスクに形成されるパターン(相補分割パターン)間でパターンの合わせずれが生じる要因となる。
【0089】
それに対し、本実施形態のアライメント方法によれば、異なるマスクパターンが描画されるマスクブランクスのアライメントに共通のアライメント基板を用いるため、アライメントマーク位置のばらつきがなく、マスク間の位置合わせ精度を高くすることができる。
【0090】
本発明のアライメント方法、アライメント基板、アライメント基板の製造方法、露光方法、露光装置およびマスクの製造方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、上記の実施形態ではアライメントにレーザ光や電子ビームを用いているが、X線あるいは波長域がブロードな白色光などをアライメントに用いることもできる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0091】
【発明の効果】
本発明のアライメント方法によれば、マスクにアライメントマークを設けなくても高精度に位置合わせを行うことができ、アライメントによる露光のスループットの低下や、潜像コントラストの低下を防止できる。
本発明のアライメント基板によれば、異なるマスクパターンが形成されたマスク同士でのパターンの重ね合わせ精度あるいはつなぎ合わせ精度を向上させることができる。本発明のアライメント基板の製造方法によれば、アライメントマークを高いコントラストで検出できるアライメント基板を製造できる。
【0092】
本発明の露光方法および露光装置によれば、マスクパターンの描画において、マスクにアライメントマークを設けなくても高精度に位置合わせを行うことができ、アライメントによる露光のスループットの低下や、潜像コントラストの低下を防止できる。
本発明のマスクの製造方法によれば、マスクパターンの位置精度が高いリソグラフィ用マスクを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は本発明のアライメント方法でアライメントされるマスクブランクスの断面図であり、図1(b)は本発明のアライメント基板の断面図であり、図1(c)は図1(a)のマスクブランクスと図1(b)のアライメント基板がセッティングされた状態を示す断面図である。
【図2】図2は図1(a)に示すマスクブランクスの上面図の一例である。
【図3】図3は図1(a)に示すマスクブランクスの上面図の他の一例である。
【図4】図4(a)〜(c)は本発明のアライメント基板の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図5】図5(d)〜(f)は本発明のアライメント基板の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図4(c)に続く工程を示す。
【図6】図6(g)〜(i)は本発明のアライメント基板の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図5(f)に続く工程を示す。
【図7】図7は本発明のアライメント方法を示す断面図である。
【図8】図8(a)および(b)は本発明のアライメント方法でアライメントされるマスクブランクスの断面図の例である。
【図9】図9(a)は本発明のアライメント方法でアライメントされるマスクブランクスの断面図の他の例であり、図9(b)は図9(a)のマスクブランクスと本発明のアライメント基板がセッティングされた状態を示す断面図である。
【図10】図10は本発明のアライメント方法の他の例を示す断面図である。
【図11】図11(a)はメンブレンマスクの断面図であり、図11(b)はステンシルマスクの断面図である。
【符号の説明】
1…マスクブランクス、2…メンブレン、3…レジスト、4…梁、5…支持枠部分、6…エッチングストッパー層、7…マスク側アライメントマーク、8…保護膜、11…アライメント基板、12…アライメントマーク、13…アライメントマーク支持部、13a…段差部分、14…第1のシリコンウェハ(基板)、15…エッチングストッパー層、16A…アライメント光、16B…アライメント用電子ビーム、17A…アライメント光の反射光、17B…アライメント用電子ビームの反射ビーム、18A…光検出器、18B…電子線検出器、21…第2のシリコンウェハ、22…アライメントマーク形成用層、23、24…レジスト、101…メンブレンマスク、102…メンブレン、103…吸収体、104…梁、105…支持枠部分、106…ステンシルマスク、107…メンブレン、108…開口部、109…エッチングストッパー層。
Claims (10)
- 薄膜の第1面側から第2面側に光または荷電粒子線を透過させ、前記薄膜の第2面側であって前記薄膜外に配置された複数のアライメントマークで前記光または荷電粒子線を反射させる工程と、
前記アライメントマークで反射した前記光または荷電粒子線を、前記薄膜の第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、
検出された前記アライメントマークの位置を用いて、前記薄膜上の位置座標を求める工程とを有するアライメント方法であって、
前記薄膜の第1面はレジストが塗布された面であり、
前記薄膜上の位置座標を求める工程は、前記薄膜上にマスクパターンを描画する位置を決定する工程を含む
アライメント方法。 - 表面に複数のアライメントマークを有するアライメント基板で、前記アライメントマークの位置座標を測定する工程と、
第1面上にレジストが塗布された薄膜の第2面側に、前記薄膜の第2面と前記表面が対向するように前記アライメント基板を配置する工程と、
前記薄膜の第1面側から第2面側に光または荷電粒子線を透過させ、前記アライメントマークで前記光または荷電粒子線を反射させる工程と、
前記アライメントマークで反射した前記光または荷電粒子線を、前記薄膜の第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、
検出された前記アライメントマークの位置を用いて、前記レジストにマスクパターンを描画する位置を決定する工程と、
前記レジストに荷電粒子線の露光により前記マスクパターンを描画する工程とを有する
露光方法。 - 前記レジストは、前記アライメントマークで反射させる光または荷電粒子線に対して感光性をもたない
請求項2記載の露光方法。 - 前記レジストは、前記アライメントマークで反射させる光または荷電粒子線に感光性をもち、
前記薄膜の第1面上にレジストを塗布する前に、前記薄膜と前記アライメント基板を対向させ配置したときに、前記アライメントマーク上に位置する前記薄膜表面に、前記薄膜の保護膜を形成する工程をさらに有する
請求項2記載の露光方法。 - 前記保護膜を形成する工程は、前記薄膜上に保護膜材料を堆積させる工程と、
不要な部分に堆積された前記保護膜材料をエッチングにより除去する工程とを含む
請求項4記載の露光方法。 - 前記保護膜を形成する工程は、有機ガスの存在下で前記保護膜を形成する箇所に集束イオンビームを照射して、局所的に炭素膜を形成する工程を含む
請求項4記載の露光方法。 - 第1面上にレジストが塗布された薄膜を保持する薄膜保持手段と、
表面に複数のアライメントマークを有するアライメント基板を、前記薄膜の第2面側に、前記薄膜の第2面と前記表面が対向するように保持するアライメント基板保持手段と、
前記第1面に光または荷電粒子線を照射し、前記レジストおよび前記薄膜を介して前記アライメントマークで反射させ、前記アライメントマークで反射された前記光または荷電粒子線を前記第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置座標を測定するアライメント検出系と、
前記レジストにマスクパターンを描画する荷電粒子線源とを有する
露光装置。 - 前記マスクパターンを描画する前記荷電粒子線源は、前記アライメント検出系の前記荷電粒子線の照射にも用いられる
請求項7記載の露光装置。 - 薄膜の第1面上にレジストを塗布する工程と、
表面に複数のアライメントマークが形成されたアライメント基板を、前記薄膜の第2面側に、前記薄膜の第2面と前記表面が対向するように配置する工程と、
前記薄膜の第1面側から第2面側に光または荷電粒子線を透過させ、前記アライメントマークで前記光または荷電粒子線を反射させる工程と、
前記アライメントマークで反射した前記光または荷電粒子線を、前記薄膜の第1面側で検出し、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、
検出された前記アライメントマークの位置を用いて、前記レジストにマスクパターンを描画する位置を決定する工程と、
前記レジストに荷電粒子線の露光により前記マスクパターンを描画する工程と、
前記レジストを現像する工程と、
前記レジストをマスクとして前記薄膜にエッチングを行い、前記マスクパターンで開口部を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程とを有する
マスクの製造方法。 - 前記レジストは、前記アライメントマークで反射させる光または荷電粒子線に感光性をもち、
前記薄膜の第1面上にレジストを塗布する前に、前記薄膜と前記アライメント基板を対向させ配置したときに、前記アライメントマーク上に位置する前記薄膜表面に、前記薄膜の保護膜を形成する工程をさらに有し、
前記薄膜にエッチングを行う工程で、前記保護膜により前記薄膜をエッチングから保護する
請求項9記載のマスクの製造方法。
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