JP4505662B2

JP4505662B2 - 基準マーク構造体、その製造方法及びそれを用いた荷電粒子線露光装置

Info

Publication number: JP4505662B2
Application number: JP5536799A
Authority: JP
Inventors: 徳行平柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP2000252204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリソグラフィの露光に使用する荷電粒子線露光装置や、リソグラフィに使用するマスクを描画する際に使用する荷電粒子線露光装置に使用されるアライメントマーク、その製造方法及びそれを用いた荷電粒子線露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来から使用されている、電子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正やマスクアライメントの際に使用されている基準マークの断面図の概要を示す。通常、これらの基準マークはSi等の基板１１上にTaやＷ等の重金属の薄膜を成膜し、パターンをエッチングすることで基準マークパターン１２を構成することにより形成される。
【０００３】
例えば、このようなアライメントマークを使用して、電子線露光装置の偏向器の偏向ゲインの較正を行う場合には、基準マークパターン１２と同一パターンの像がウェハー上に形成されるようなパターンをマスク上に形成し、基準マークパターン１２上に電子ビームを照射する。そして、電子ビームをアライメントマーク上で走査し、得られた反射電子信号から、電子ビームが照射されたアライメントマークの位置を判断し、それに合わせて偏向器のゲインを調整する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子線露光装置に光学式のアライメントセンサーを搭載した場合、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置の間の距離(ベースライン)を較正する必要がある。通常、光学式アライメントセンサーは電子光学鏡筒の外側に配置されるため、ベースラインは非常に長くなる。このベースラインの計測から装置の揺らぎを排除するためには、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置を同時に計測することが必要である。このため、ベースライン計測に使用される基準マークはベースラインの長さ以上の大きさが必要となり、温度変化に対する基準点間の位置安定性が重要となる。
【０００５】
電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間の距離を20mmとし、装置の温度が±0.5℃以内に制御されているとするとき、基準点間の距離の変動を１nm以内に抑えるためには、基準マーク基板の熱膨張係数を１×10^-7/℃以内に抑える必要がある。現在基準マーク基板として利用されているSi基板の熱膨張係数は2.4×10^-6/℃程度であり、基準位置間の距離を測定するために用いるのには不充分である。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間距離の計測に使用することができ、かつ、正確な位置測定が可能な基準マーク構造体、その製造方法及びそれを用いた荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正又はマスクアライメントに使用される基準マーク構造体であって、熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成され、上面、側面及び下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に設けられ、重金属の薄膜で形成された基準マークと、前記下地基板の側面及び下面を含む表面が露出しないように、前記下地基板の前記表面のうち前記重金属の薄膜が設けられていない面を覆い、かつ前記重金属の薄膜とは材質が異なる導電性の薄膜とを備えることを特徴とする基準マーク構造体である。
【０００８】
本手段においては、基準マークを構成する下地基板が、熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成されているので、通常考えられる状態において、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間距離の計測時に発生する温度変化による測定誤差を１nm以下に抑えることができる。これら下地基板の材料としては、石英、低熱膨張ガラスセラミックス（例えばSchott社のゼロデュア）等が使用できる。
【０００９】
また、一般に、これら低熱膨張材は導電性が無いため、荷電粒子線を照射するとチャージアップ現象が発生し、その電荷のために反射電子や２次電子の放出が影響を受け、測定結果に影響を及ぼす。本手段においては、重金属部が形成されている部分以外の基板表面が重金属以外の導電性物質で覆われているので、チャージアップが起こらず、正確な測定が可能となる。なお、重金属以外の導電性薄膜からの反射電子や２次電子の放出は少ないので、それが測定に影響を及ぼすことはない。
【００１０】
重金属としては、Ta、Ｗ、Pt等が好ましく、導電性薄膜に軽金属を使用する場合は、Ti、Cr、Al等を用いることが好ましい。
本手段は、前記基準マークは、前記下地基板の上面のうち一部の面に設けられ、前記導電性の薄膜は、前記下地基板の上面のうち、前記基準マークが設けられていない残りの面を覆うことを特徴とする。
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記下地基板の上面は前記重金属の薄膜で覆われ、前記基準マークは、前記重金属の薄膜に設けられた段差によって形成されることを特徴とする。
重金属薄膜で基準マークを構成するには、下地基板上にパターン化された重金属薄膜を離散的に設けてもよいが、本手段のように、導電性薄膜を連続的に形成し、その重金属に段差構造を設けるようにしてもよい。前述のように、物質に荷電粒子線を照射した場合の反射電子の発生量を示す反射電子係数は、その物質の厚さが厚くなるに従って増加するが、厚さが物質に固有な所定厚さに達すると臨界的に増加する。よって、段差構造における薄い方の膜厚をこの臨界厚より薄くし、厚い方の膜厚を臨界厚より厚くしておけば、両者から発生する反射電子の量を大きく異ならせることができる。よって、このような構成でも、基準マーク構造体として使用することができる。
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記重金属の薄膜に形成された段差は、0.5μm以上の厚い部分の膜厚と、0.2μm以下の薄い部分の膜厚とを有することを特徴とする。
ほとんどの重金属においては、前述の臨界厚は、0.2〜0.5μmの間にある。よって、本手段のような構成をとることにより、膜厚の厚い部分をアライメントマークとして用いることができる。なお、厚い部分の膜厚を5μm以上にしても、反射電子係数が飽和して効果がなくなるので、本手段においては、最大膜厚を５μm以下とすることが好ましい。
【００１１】
前記課題を解決するための第４の手段は、荷電粒子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正又はマスクアライメント等に使用される基準マーク構造体であって、熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成される下地基板と、前記下地基板の表面に設けられ、重金属の薄膜で形成された基準マークと、前記下地基板の表面及び前記基準マークの側面を含む表面を被覆し、前記重金属の薄膜とは材質が異なる導電性の薄膜とを備えることを特徴とする基準マーク構造体である。
【００１２】
本手段が前記第１の手段と異なるのは、下地基板と基準マークを構成する重金属の薄膜が、共に重金属以外の導電性薄膜で被覆されている点である。この構成においても、第１の手段と同様にチャージアップを防止することができる。照射される荷電粒子線は、導電性薄膜を通過して重金属薄膜で構成される基準マークを照射することになるが、その際導電性薄膜で吸収される量は少ないので、測定に影響を及ぼすことはない。
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記下地基板は、上面と、該上面と反対側の下面と、側面とを有し、前記導電性の薄膜は、前記基準マーク全体とともに、前記下地基板全体を覆うことを特徴とする。
【００１３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１から第５のいずれかの手段であって、前記導電性の薄膜が軽金属で構成され、その膜厚が１μm以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
物質に荷電粒子線を照射した場合の反射電子の発生量を示す反射電子係数は、その物質の厚さが厚くなるに従って増加するが、厚さが物質に固有な所定厚さ（臨界厚）に達すると臨界的に増加する。重金属以外の導電性物質においては、この臨界厚は１μｍより上にあるので、膜厚を１μｍ以下としておけば、反射電子係数が小さく、従って、導電性薄膜から発生する反射電子の量が少ないので、基準位置マークの位置測定精度に影響を与えることがない。
【００１５】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１から第６のいずれかの手段であって、前記重金属の薄膜は、Ｔａ、Ｗ又はＰｔであり、前記導電性の薄膜は、Ｔｉ、Ｃｒ又はＡｌであることを特徴とする。
【００１９】
前記課題を解決するための第８の手段は、荷電粒子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正又はマスクアライメント等に使用される基準マーク構造体を製造する方法であって、熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成される下地基板の上面に、重金属の薄膜を成膜し、前記重金属の薄膜に、基準マークとなる部分を残して当該重金属を除去し、
下地基板を露出させた後、下地基板の上面、側面、下面と、重金属の薄膜の上面、側面とに導電性薄膜をコーティングすることを特徴とする基準マーク構造体の製造方法である。
【００２０】
本手段においては、半導体製造方法や微細加工技術で使用されている普遍的な方法により、前記第４の手段の１形態である基準マーク構造体を製造することができる。
【００２３】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかを、少なくとも１個有してなることを特徴とする荷電粒子線露光装置である。
【００２４】
本手段においては、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間距離を正確に測定することができるので、光学式アライメントセンサーを用いた場合のアライメントを正確に行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図１は、本発明の基準マーク構造体の第１の実施の形態を示す概要図である。以下の図において、１は下地基板、２は重金属、３は導電性材料によるコート、４は軽金属を示す。
【００２６】
図１においては、石英からなる下地基板１の上面に段差のある重金属２が設けられ、重金属２で覆われていない下地基板１の表面は、導電性材料によるコート３で覆われている。この実施の形態を含め、以下の実施の形態においても、重金属としては、Ta、Ｗ、Ptを用いることが好ましい。これは、これらの材料の原子番号が大きいので電子線露光を行う場合に大きなコントラストを得ることができ、ウェハーに影響をおよぼさず、かつ、加工しやすいからである。
【００２７】
重金属２の段差の厚い部分は、0.5μm以上とされており、薄い部分は0.2μm以下とされていて、マークを構成する厚い部分とそうでない部分で、反射電子発生量の差が大きく、十分なコントラストが得られるようになっている。
【００２８】
このような基準マーク構造体を製造するには、下地基板１の全面に導電性材料によるコート３を成膜し、上面部分をエッチングで除去してから、その部分に重金属２をコーティングし、エッチングにより重金属２に段差を設ければよい。
【００２９】
図２は、本発明の基準マーク構造体の第２の実施の形態を示す概要図である。この実施の形態においては、熱膨張率が１×10^-7/℃以下の低熱膨張ガラスセラミックスからなる下地基板１の上に、重金属２からなるアライメントマークが構成され、その上を覆うように、軽金属４の薄膜が、下地基板１の表面に形成されている。軽金属としては、Ti、Cr、Alのいずれかを用いることが好ましい。これは、これらの材料の反射電子係数が小さく、磁性がなく、かつ、加工しやすいからである。下地基板１の側面及び下面は、導電性材料によるコート３で覆われている。重金属２の厚さは0.5μｍ以上とされ、軽金属４の膜厚は１μｍ以下とされている。
【００３０】
このような基準マーク構造体を製造するには、下地基板１の全面に導電性材料によるコート３を成膜し、表面部分をエッチングで除去してから、その部分に重金属２をコーティングし、エッチングにより、アライメントマークとなる部分を残して重金属２を除去する。その後、下地基板１の表面に軽金属４を成膜する。
【００３１】
図３は、本発明の基準マーク構造体の第３の実施の形態を示す概要図である。この実施の形態においては、熱膨張率が１×10^-7/℃以下の低熱膨張ガラスセラミックスからなる下地基板１の上に、重金属２からなるアライメントマークが構成され、その上から、下地基板１全体を覆うように、導電性材料によるコート３が形成されている。
【００３２】
このような基準マーク構造体を製造するには、下地基板１の全面に導電性材料によるコート３を成膜し、表面部分をエッチングで除去してから、その部分に重金属２をコーティングし、エッチングにより、アライメントマークとなる部分を残して重金属２を除去する。その後、下地基板１全体を覆うように、導電性材料によるコート３を成膜する。
【００３３】
図４は、本発明の基準マーク構造体の第３の実施の形態を示す概要図である。この実施の形態においては、熱膨張率が１×10^-7/℃以下の低熱膨張ガラスセラミックスからなる下地基板１の上に軽金属４の薄膜が設けられ、その上に重金属２からなるアライメントマークが構成されている。軽金属４で覆われていない下地基板１の表面は、導電性材料によるコート３で覆われている。この実施の形態においては、下地基板１と重金属２の間に、低熱膨張の下地基板と密着性が高い材質を入れることで、重金属２膜の安定性が高まるという利点がある。
【００３４】
このような基準マーク構造体を製造するには、下地基板１の全面に導電性材料によるコート３を成膜し、上面部分をエッチングで除去してから、その部分に軽金属３をコーティングする。そして、その上に重金属２をコーティングし、エッチングにより、アライメントマークとなる部分を残して重金属２を除去する。
【００３５】
図５は、本発明の基準マーク構造体の第３の実施の形態を示す概要図である。この実施の形態においては、石英からなる下地基板１の全面が導電性材料によるコート３で覆われ、上面に、重金属２からなるアライメントマークが構成されている。
【００３６】
このような基準マーク構造体を製造するには、下地基板１の全面に導電性材料によるコート３を成膜し、上面に重金属２をコーティングし、エッチングにより、アライメントマークとなる部分を残して重金属２を除去すればよい。
【００３７】
なお、図３、図４に示した実施の形態において、導電性材料４を軽金属で構成可能なことはいうまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る発明においては、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間距離の計測時に発生する温度変化による測定誤差を１nm以下に抑えることができると共に、チャージアップが起こらず、正確なアライメントマークの測定が可能となる。
【００３９】
請求項４に係る発明においては、請求項１に係る発明と同様、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間距離の計測時に発生する温度変化による測定誤差を１nm以下に抑えることができると共に、チャージアップが起こらず、正確なアライメントマークの測定が可能となる。
【００４０】
請求項６に係る発明においては、導電性薄膜から発生する反射電子の量が少ないので、基準位置マークの位置測定精度に影響を与えることがない。
【００４１】
請求項２に係る発明においては、厚い方の膜厚部から発生する反射電子量と、薄い方の膜厚部から発生する反射電子量を異ならせることにより、アライメントマークとして使用することが可能となる。
【００４２】
請求項３に係る発明においては、厚い方の膜厚部から発生する反射電子量と、薄い方の膜厚部から発生する反射電子量を大きく異ならせることができ、コントラストの大きいアライメントマークとすることができる。
【００４３】
請求項８に係る発明においては、半導体製造方法や微細加工技術で使用されている普遍的な方法により、請求項５に係る発明の１形態である基準マーク構造体を製造することができる。
【００４５】
請求項９に係る発明においては、電子光学系の基準位置と光学式アライメントセンサーの基準位置間距離を正確に測定することができるので、光学式アライメントセンサーを用いた場合のアライメントを正確に行うことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す概要図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す概要図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例を示す概要図である。
【図４】本発明の実施の形態の第４の例を示す概要図である。
【図５】本発明の実施の形態の第５の例を示す概要図である。
【図６】従来の基準マークの構造を示す概要図である。
【符号の説明】
１…下地基板
２…重金属
３…導電性材料によるコート
４…軽金属

Claims

荷電粒子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正又はマスクアライメントに使用される基準マーク構造体であって、
熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成され、上面、側面及び下面を有する下地基板と、
前記下地基板の上面に設けられ、重金属の薄膜で形成された基準マークと、
前記下地基板の側面及び下面を含む表面が露出しないように、前記下地基板の前記表面のうち前記重金属の薄膜が設けられていない面を覆い、かつ前記重金属の薄膜とは材質が異なる導電性の薄膜とを備えることを特徴とする基準マーク構造体。
請求項１に記載の基準マーク構造体であって、
前記下地基板の上面は前記重金属の薄膜で覆われ、
前記基準マークは、前記重金属の薄膜に設けられた段差によって形成されることを特徴とする基準マーク構造体。
請求項２に記載の基準マーク構造体であって、
前記重金属の薄膜に形成された段差は、0.5μm以上の厚い部分の膜厚と、0.2μm以下の薄い部分の膜厚とを有することを特徴とする基準マーク構造体。
荷電粒子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正又はマスクアライメント等に使用される基準マーク構造体であって、
熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成される下地基板と、
前記下地基板の表面に設けられ、重金属の薄膜で形成された基準マークと、
前記下地基板の表面及び前記基準マークの側面を含む表面を被覆し、前記重金属の薄膜とは材質が異なる導電性の薄膜とを備えることを特徴とする基準マーク構造体。
請求項４に記載の基準マーク構造体であって、
前記下地基板は、上面と、該上面と反対側の下面と、側面とを有し、
前記導電性の薄膜は、前記基準マーク全体とともに、前記下地基板全体を覆うことを特徴とする基準マーク構造体。
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の基準マーク構造体であって、
前記導電性の薄膜が軽金属で構成され、その膜厚が１μm以下であることを特徴とする基準マーク構造体。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の基準マーク構造体であって、
前記重金属の薄膜は、Ｔａ、Ｗ又はＰｔであり、
前記導電性の薄膜は、Ｔｉ、Ｃｒ又はＡｌであることを特徴とする基準マーク構造体。
荷電粒子線露光装置の試料ステージ上に設置され、装置の較正又はマスクアライメントに使用される基準マーク構造体を製造する方法であって、
熱膨張係数10^-7/℃以下の材料で構成される下地基板の上面に、重金属の薄膜を成膜し、
前記重金属の薄膜に、基準マークとなる部分を残して当該重金属を除去し、
下地基板を露出させた後、下地基板の上面、側面、下面と、重金属の薄膜の上面、側面とに導電性薄膜をコーティングすることを特徴とする基準マーク構造体の製造方法。
請求項１から請求項７に記載の基準マーク構造体を、少なくとも１個有してなることを特徴とする荷電粒子線露光装置。