(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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請求項１に記載の微細加工方法。
【請求項３】
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。
【請求項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請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細加工方法。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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