JP4531385B2

JP4531385B2 - マスク保持機構

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Publication number: JP4531385B2
Application number: JP2003425198A
Authority: JP
Inventors: 健一森本; 尚武佐野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: JP2005183815A

Description

本発明は、半導体デバイス等の製造におけるリソグラフィ用マスクを保持する機構に関し、さらに詳しくは、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を用いてマスクパターンをウェハ上に転写するマスク（レチクルも含む）を保持するために用いられるマスク保持機構に関するものである。

半導体集積回路の素子の微細化、高集積化に伴い、光を用いる従来のフォトリソグラフィ技術に代わって、荷電粒子線、特に電子線を用いて所望の形状をウェハ上に転写する電子線転写型リソグラフィ技術が開発され、最近では、さらに高スループット化が可能なＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式の開発が進められている。ＥＰＬ方式とは、例えば、露光されるマスクパターン領域をサブフィールドと呼ばれる小領域に分け、該サブフィールド内に該パターンの貫通孔を形成したステンシルマスク（以下、ＥＰＬマスクまたはマスクと称する）を用意し、転写装置により、前記サブフィールド毎に電子ビームを一括照射し、貫通孔パターンによって成形された電子ビームを被露光基板であるウェハ上に転写する技術であり、さらにはマスク上に分割形成された所定パターンを被露光基板上にてつなぎ合わせながらデバイスパターンを形成するシステムである（例えば、特許文献１参照）。

上記の電子線転写型リソグラフィに使われるＥＰＬマスクの概要を図７および図８に示す。ＥＰＬマスク７０は、一般に、２００ｍｍ径のシリコン基板を主材料として形成され、シリコン基板を支持枠とし、マスク表面側に設けたシリコン薄膜（メンブレン７２と称する）に電子線が通過する貫通孔を設けてパターンとし（図示せず）、パターン領域の各サブフィールド間を裏側からストラット（ｓｔｒｕｔ）７３と称する支柱で補強することにより、パターン領域の撓みを低減し、パターン位置精度の向上を図っている。

ＥＰＬマスクに対する位置精度の要求は厳しく、例えば、半導体の国際的な技術ロードマップの記載では、２００７年に生産が予定されている６５ｎｍノードにおいて、ＥＰＬマスクに要求される位置精度誤差の許容値は１０ｎｍ以下である（非特許文献１参照。）。

ＥＰＬでは、図８に示すように、１ｍｍ×１ｍｍの電子ビーム８１でサブフィールド毎にマスクパターンを転写するため、マスク上のサブフィールド位置を示すマークを予め計測しておくことで、その位置誤差を転写装置側でビーム偏向等により補正することが可能である。

ここで、ＥＰＬ方式の転写装置にＥＰＬマスクを搭載した従来のマスク保持の状態の断面模式図を図５に示す。図５に示すように、転写装置のマスク保持は、マスク表面側であるメンブレン５２側を静電吸着し、メンブレン側が下側を向く様に保持される。転写装置において静電吸着方式を採用する理由は、電子線５４通過のため転写装置内は高真空に維持されており、従来から光露光用に広く用いられている真空吸着方式は採用できないためである。

位置精度計測における従来のマスク保持方式としては、図６に示すように、ストラット５３側を吸着する方式が用いられている。また、最近では、メンブレン５２側で吸着する「吊り下げ型」も提案されている（非特許文献２参照。）。位置精度計測においては、高真空下での計測ではないので、マスク保持方式として必ずしも静電吸着を必要としない。

上記のように、ＥＰＬマスクは２００ｍｍウェハを加工して作製されるもので、マスクとしての厚さは１ｍｍ程度しかないため、外力により変形しやすい。しかも、マスクの転写領域は電子線が通過するためマスク上下とも覆うことはできず、図９に示すように、マスク保持のための吸着に使用してよい領域９１は非転写領域であるマスク外周部に限定される。したがって、位置精度計測において、マスクの保持方式（例えば、真空吸着方式、静電吸着方式、クランプ方式等）が異なったり、各保持接触領域の場所、範囲が異なったり、またマスク表面が上向きか下向きか等の方式が異なると、位置精度の誤差量、分布が変わってしまうという問題があった（非特許文献２、非特許文献３参照。）。また、同一の保持機構であっても、非転写領域の範囲のみの保持では、吸着、解放のたびにマスクは変形し、その変形の状態は再現性が乏しいという問題があった（特許文献２参照。）。

一方、従来のマスク保持方式では、位置精度計測後、転写装置であるＥＢステッパーに装填する際、マスクは一旦、位置精度計測装置の保持機構から解放され、変形し、その後また転写装置の保持機構で吸着されるため、上述の通り、計測時とは位置精度の誤差量、分布が変わってしまうという問題があった。
特許第２８２９９４２号公報特開２００３−１１５４４２号公報ＩＴＲＳ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｏａｄｍａｐｆｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）２００２，Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｔａｂｌｅ５９ｃＥＰＬＭａｓｋＲｅｑｉｒｅｍｅｎｔｓ，インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：//ｐｕｂｌｉｃ．ｉｔｒｓ．ｎｅｔ＞Ｈ．Ｙｍａｍｏｔｏ，ｅｔａｌ．，"ＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＥＰＬｒｅｔｉｃｌｅ"，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥＶｏｌ．５０３７，ｐｐ．９９１−９９８（２００３）Ｏ．Ｒ．ＷｏｏｄＩＩ，ｅｔａｌ．，"ＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｍａｇｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｓｉｎＥＰＬｍａｓｋｓ"，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥＶｏｌ．５０３７，ｐｐ．５２１−５３０（２００３）

そこで、本発明はこのような問題点を解消するためになされたものである。その目的は、マスクの位置精度計測装置と転写装置とにおける位置精度の誤差および位置精度分布の変化をなくし、ＥＰＬマスクを用いて位置精度良く転写を達成でき、高品質、高精度のＬＳＩパターン等を形成するマスク保持機構を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、荷電粒子線を用いる転写技術における位置精度計測用と転写用とを兼ねるマスク保持機構であって、前記マスク保持機構は、マスクを静電吸着力で保持する静電チャックと、前記静電チャックへの電圧供給系を有し、前記電圧供給系は、少なくとも、内部電源を備えており、前記内部電源から静電吸着力を維持するための電圧供給を行うことにより、マスクに対して吸着力を保持したまま、位置精度計測装置および転写装置に装填され、または両装置間を搬送されることを特徴とするマスク保持機構である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記電圧供給系は、外部電源端子を備えており、位置精度計測装置あるいは転写装置に装填中は、前記各装置から静電吸着力を維持するための電圧供給を受け、前記装置外に保管時は、外部電源から静電吸着力を維持するための電圧供給を受けることを特徴とする請求項１に記載のマスク保持機構である。

本発明の請求項２に記載のマスク保持機構は、マスクに対して吸着力を保持したまま、長期保管できるようにしたものである。すなわち、転写後も再度マスクの使用が予想される際には、マスクを静電チャックから解放せず、吸着状態のまま保管することで、再度の位置計測をすること無しに、マスクを転写に再使用することができる。

本発明の請求項１に記載のマスク保持機構は、マスクに対する吸着力が静電吸着力であるようにしたものである。本発明の請求項２に記載のマスク保持機構は、静電吸着力を維持する電圧が、内部電源または外部電源の片方もしくは双方から供給可能な構造を有するようにしたものである。

本発明のマスク保持機構によれば、位置精度計測装置と転写装置の双方の保持機構が共有化され、マスクの最初の位置精度計測以降、マスクは保持機構から解放されず、一定の変形量のまま保持され続けるため、転写時のマスク位置精度誤差は計測値から予測・補正可能であり、ＥＰＬマスクを用いて位置精度良く転写を達成でき、高品質、高精度のＬＳＩパターン等を形成することができる。また、マスクの再使用時には、既に位置計測データは取得済みのため、再度の計測が不要となり、生産性の向上が図られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明のマスク保持機構は、位置精度計測用と転写用とを兼ねたものである。そしてマスクを静電吸着力で保持するので、静電チャックと静電チャックへの電圧供給系を有するものである。図１は、静電吸着方式による本発明のマスク保持機構１１の電圧供給系を含めた概略構成を示す図である。図２（ａ）は、静電チャック１２を主体とするマスク保持機構１１の上面図(電圧供給系は示してない)であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示したマスク保持機構１１のＡ−Ａ線における断面図である。

本発明のマスク保持機構１１においては、静電吸着の電圧を常に静電チャック１２に与え続けることが重要である。すなわちマスク保持機構１１は蓄電池等の内部電源１３を備えており、外部からの電圧供給が出来ない時にはその内部電源からの電位によって電圧を供給する。マスク保持機構１１を位置計測装置あるいは転写装置に装填中は装置から電圧を供給し、長期保管時は外部電源から電圧を供給するようにする。
図１において、マスク保持機構の静電チャック１２の電圧が印加される電極は＋と−で同じ面積になるように設計されている。電圧供給系は、＋電極、−電極に単独の内部電源１３から均一な電圧（１〜３kV）が印加されるように設計されている。また、外部電源からの印加も可能なように、外部電源端子１４も備えている。

マスク保持機構１１の静電チャック１２は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、支持体（ホルダー）２１上に電極２２を覆ってマスクの吸着領域に対応した形状の絶縁体２３からなる基板で形成されており、転写露光領域として、例えば、正方形の開口部を設けてある。静電チャック１１の支持体２１は静電チャック１１を補強するためのものであり、さらには位置精度計測装置および転写装置によって保持されるものであり、例えばその上面、下面の形状は正方形の直方体形状とし、静電チャック１２の形状寸法に合わせて、中央部に開口部を設けてある。支持体の材料としては、Ｔｉ、Ａｌ等の金属や、Ａｌ₂Ｏ₃ 、ＳｉＣ等のセラミックスや、ガラス及び石英等が用いられる。
静電チャック１２に用いる絶縁体２３の材料としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ、ＳｉＣ等が用いられる。絶縁体で覆われる電極２２の材料は、例えばアルミニウム合金等が用いられる。

本発明のマスク保持機構１１を用いるＥＰＬマスク３１の位置精度計測装置の概略を図１２に示す。検査光４１はＸ−Ｙステージ１２２の上側からの落射照明であり、検出器１２１もＸ−Ｙステージ１２２の上側にある。
図１２の位置精度計測装置内でのマスク保持状態（向き）を図４に拡大して示す。マスク表面側（メンブレン３２側）が吸着され、マスク表面は上（天）向きであり、マスク３１はマスク保持機構１１に吊り下げられた状態である。

上記の位置精度計測装置で用いるＥＰＬマスク３１の拡大した位置計測用マークの概略を図１０に示す。位置計測用マーク１０１は、マスクのストラット３３上に位置するメンブレン３２表面を凹型にマーク加工したり、あるいはメンブレン３２上に金属を成膜しマーク加工して形成される。
図１２に示す位置精度計測装置において、検査光４１はマスク３１表面により反射され、検出装置１２１に入射する。ステージ１２２がＸ−Ｙ方向へ移動することで、検査光４１はマスク表面を走査することになり、検査光４１が図１０に示すマーク１０１上を走査すると、反射信号に変化が生じるので、マーク１０１の位置を感知することができる。

次に本発明のマスク保持機構１１を用いるＥＰＬマスク３１の転写装置の概略を図１１に示す。
図１１の転写装置内でのマスク保持状態（向き）を拡大して図３に示す。マスク表面側（メンブレン３２側）が吸着され、マスク表面は下（地）向きである。
ＥＰＬでは、マスクのメンブレン層は転写時に用いられる１００ｋＶに加速された電子を完全に遮蔽するものではなく、散乱透過させるものであるため、ストラットが下側だと該メンブレン透過時に散乱した電子がストラット壁に当たり、その結果生じた反射電子の一部が本パターンである貫通孔を通過する電子の軌道に入ってコントラストの低下を引き起こしたり、あるいは該散乱電子がストラット壁に吸収されて帯電したり、あるいは該散乱電子の運動エネルギーが熱に変わってマスクの熱変形を引き起こしたりする。このような事態を避けるため、ＥＰＬではマスク表面側（メンブレン３２側）を下向きに装填する。
なお、計測時と転写時におけるマスクの向き（上下、天地）による変形は、その因子が重力によるものであるため再現性があり、その変形による位置ズレは計算により補正可能である。

従って、本発明によれば、最初のマスク吸着時に例え変形があっても、その一定状態のままマスクはマスク保持機構１１に保持され続け、位置計測により判明したズレ量および重力によるズレ量は転写装置にてビーム偏向により補正されるため、結果的に転写パターン位置精度が向上する。
また、一度転写装置から取り出した後、再度転写のために使用する場合も、本機構においてはマスクを解放せず、マスク保持機構１１に吸着状態のままマスクを保持し続けるため、再度の位置精度計測が不要であり、最初に測定した結果をそのまま利用できるという利点がある。

本発明のマスク保持機構の概略構成図本発明のマスク保持機構の上面図および断面図本発明のマスク保持機構の転写装置におけるマスク保持状態を示す断面図本発明のマスク保持機構の位置計測装置におけるマスク保持状態を示す断面図従来のマスク保持機構の転写装置におけるマスク保持状態を示す断面図従来のマスク保持機構の位置計測装置におけるマスク保持状態を示す断面図ＥＰＬマスクの平面図および部分拡大図ＥＰＬマスクの部分拡大斜視図ＥＰＬマスクの吸着領域を示す平面図ＥＰＬマスクの位置計測用マークを示す図ＥＰＬ方式の転写装置の構成の概要を示す図位置精度計測装置の構成の概要を示す図

符号の説明

１１マスク保持機構
１２静電チャック
１３内部電源
１４外部電源端子
２１支持体
２２電極
２３絶縁体
３１、５１、７０ＥＰＬマスク
３２、５２、７２メンブレン
３３、５３、７３ストラット
３４、５４電子ビーム
４１、６１検査光
５５、６５マスク保持機構
７１パターン領域
８１電子ビーム
１０１位置計測用マーク
１１１電子銃
１１２ａ照明光学系
１１２ｂ投影光学系
１１３コンデンサレンズ
１１４マスクステージ
１１５ウェハ
１１６、１２８定盤
１１７真空ポンプ
１１８レーザ干渉計
１２１検出器
１２２Ｘ−Ｙステージ
１２３落射光源
１２４スプリッターミラー
１２５対物レンズ
１２６レーザ干渉計
１２７空気軸受
１２９防振器

Claims

荷電粒子線を用いる転写技術における位置精度計測用と転写用とを兼ねるマスク保持機構であって、
前記マスク保持機構は、マスクを静電吸着力で保持する静電チャックと、前記静電チャックへの電圧供給系を有し、
前記電圧供給系は、少なくとも、内部電源を備えており、
前記内部電源から静電吸着力を維持するための電圧供給を行うことにより、
マスクに対して吸着力を保持したまま、位置精度計測装置および転写装置に装填され、または両装置間を搬送されることを特徴とするマスク保持機構。
前記電圧供給系は、外部電源端子を備えており、
位置精度計測装置あるいは転写装置に装填中は、前記各装置から静電吸着力を維持するための電圧供給を受け、前記装置外に保管時は、外部電源から静電吸着力を維持するための電圧供給を受けることを特徴とする請求項１に記載のマスク保持機構。