(57)【要約】【課題】    多層膜構造のマスクにおいても、オートフォーカスが可能であり、かつ高精度のマスク歪み測定が可能な荷電粒子線露光用マスクおよびその検査方法を提供することを目的とする。【解決手段】    梁構造を有するストラット部と、前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、を備え、前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記第１及び第２の薄膜からなる積層構造を有する凸部と、を有し、前記ポジションマークの中心点が前記除去部に位置することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクを提供する。【選択図】    図１
2006216598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、
を備え、
前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記第１及び第２の薄膜からなる積層構造を有する凸部と、を有し、前記ポジションマークの中心点が前記除去部に位置することを特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
【請求項２】
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、
を備え、
前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記第２の薄膜からなる凸部と、を有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
【請求項３】
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、
を備え、
前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記ストラット部に設けられた凹部と、を有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
【請求項４】
前記凸部の側面は、テーパ角度を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光用マスク。
【請求項５】
前記除去部の大きさは、前記ポジションマークを測定する座標測定装置のフォーカス用照明光のスポットサイズと前記座標測定装置の位置合わせ精度との和より大なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光用マスク。
【請求項６】
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部が少なくとも設けられたポジションマークと、
を備える荷電粒子線露光用マスクを検査する検査方法であって、
前記ポジションマークの前記除去部においてフォーカスを合わせることを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項７】
前記除去部においてフォーカスを合わせた後に、フォーカス位置に任意のオフセット量を与えることによりフォーカス位置を変更することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【請求項８】
前記除去部においてフォーカスを合わせた後に、そのフォーカス位置のまま前記凸部の下面エッジを検出することを特徴とする請求項６記載の荷電粒子線露光用マスクの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路などの露光に用いられる荷電粒子線投影露光装置に用いられる荷電粒子線露光用マスク及びマスク検査方法に関し、特にレチクルの歪みによるパターン転写精度の低下を防止することが可能な荷電粒子線露光用マスク及びマスク検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、ますます微細化が進んでおり、これを実現するための製造プロセスにおいても、ますます高度な技術が要求されている。中でも、紫外線露光技術に代わる技術として、荷電粒子線投影露光、特に電子線投影露光技術が注目されている。
【０００３】
電子線投影露光技術の一例として、マスク上で一辺１ｍｍ程度のサイズの電子ビームをステンシルマスクに照射し、４分の１に縮小露光することにより、ウェーハ上に一辺２５０μｍ（この同時に露光される領域は「サブフィールド」と呼ばれる）の一括露光小領域を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ここで用いられるステンシルマスクは、１チップの全パターンを分割した多数の分割パターンで構成されており、個々の分割パターンに対しては一括電子ビーム露光が行われる。また、このマスクはＳＯＩ基板（上面からシリコン薄膜層、酸化膜層、シリコン支持基板で構成される）のような多層膜構造の基板を用いて形成される。
【０００４】
この方法において、もし、露光の際に各サブフィールドの像の位置がずれると、分割された回路パターンがウェーハ上でうまくつながらないために不良となる。サブフィールドの位置ずれの原因のひとつとして、マスクの歪み等によるマスク上のサブフィールドの位置ずれがある。このマスク上の位置ずれを正確に把握して、ずれの分だけマスクステージ位置を補正すれば、このような不良を防止できる。あるいは、電子線露光の場合は、投影光学系において電子線の偏向に補正を行うことにより像位置の微調整が可能である。
【０００５】
このようなマスク上におけるサブフィールドの位置ずれの把握は、通常はサブフィールド外に設けられた基準マーク（ポジションマーク）の位置を座標測定装置（例えば、光波干渉式座標測定装置）で測定することにより行われる。これは、例えば、「マスク歪み測定」などと呼ばれる。
【０００６】
図７及び図８は、従来のポジションマークの一例を表す模式図である。  
すなわち、図７（ａ）はマスク上方から眺めた模式平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図８（ａ）はポジションマーク１６の上方からの模式平面図、図８（ｂ）はポジションマーク１６のＢ−Ｂ線に沿った模式断面図、図８（ｃ）はその変形例であるポジションマーク１６の模式平面図である。
【０００７】
このマスクは、シリコン薄膜層より成るメンブレン部１４、酸化膜層（ＢＯＸ層）２４、シリコン支持基板を積層した多層基板（ＳＯＩ基板）により構成されている。
【０００８】
ポジションマーク１６は、マスクのストラット部２０（サブフィールド１０間の梁部分）に形成されている。ポジションマーク１６の位置測定の際には、マスクを保持するステージを移動することにより、測定用の照明光でこのポジションマーク１６を走査し、散乱光または反射光を検出器で検出する。このとき、座標測定装置のフォーカスは走査開始点の平面（ポジションマーク１６の外側のマスク表面）に合わせる。走査照明光がポジションマーク１６の突出しているエッジを移動すると、照明光はこのエッジ部２６で大きく散乱されるため（散乱光Ｌ１）、検出器で検出される信号強度が大きく変化する。そして、この信号強度の変化からポジションマーク１６の位置を検出することが出来る。すなわち、この方法においては、主として凹部２２のパターンを認識することにより、位置測定が行われる。
【０００９】
図８（ａ）に例示したポジションマーク１６の凹部２２は環状に連続しているが、図８（ｃ）に例示したように、分割された複数の凹部２３を設けても良い（特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−１３９３４４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、多層基板に形成されたポジションマークは、以下のような問題を生じる。すなわち、各層からの反射光は干渉により強めあったり、弱めあったりする。図８（ｂ）に表した断面構造において、上方からの照明光が最上層のメンブレン部１４に照射され(Ｌ２)、一部は表面で反射し（Ｌ７）、残りは透過する。メンブレン部を透過した光（Ｌ３）は、酸化膜層２４との境界で一部は反射し（Ｌ６）、残りは透過する(Ｌ４)。酸化膜層２４中に入射した光（Ｌ４）は、一部（Ｌ５）がシリコン支持基板であるストラット２０との界面で反射する。実際には、より複雑な多重反射が起こりうる。
【００１１】
このような多層膜境界における反射光（Ｌ５，Ｌ６及びＬ７）の位相は各層の膜厚により変化する。同位相では強めあい、逆位相では弱め合う。座標位置測定においては、反射光（または散乱光）が干渉すると、信号強度変化が正確に測定できない。その結果として、オートフォーカスができない場合が生じ、フォーカス位置の検出が困難となる。
【００１２】
図９は、シリコンメンブレンの厚みと反射光の強度との関係を説明するための模式図である。すなわち、同図（ｂ）に表したように、シリコン（Ｓｉ）基板の上に厚み１マイクロメータのＳｉＯ２膜を介して、シリコン（Ｓｉ）からなる厚みｄのメンブレンが設けられている場合について説明する。この時、反射光Ｒとメンブレン部の厚みｄとの関係は、図９（ａ）に表した如くである。すなわち、シリコン材料からなるメンブレン部の膜厚が４０ナノメートル程度変化するだけで、反射光Ｒの強度が最大値約６０パーセントから最小値約１０パーセントまで、およそ５０パーセントもの大きな変化を示し、フォーカス位置の検出および位置測定が困難となる。
【００１３】
また、ポジションマーク１６検出の際も、エッジ部２６からの散乱光(Ｌ１)は、各層からの反射光の干渉の影響を受けるため、正確なポジションマーク１６の位置検出が困難になる。
【００１４】
本発明は、多層膜構造のマスクにおいても、オートフォーカスが可能であり、かつ高精度のマスク歪み測定が可能な荷電粒子線露光用マスクおよびその検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、
を備え、
前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記第１及び第２の薄膜からなる積層構造を有する凸部と、を有し、前記ポジションマークの中心点が前記除去部に位置することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクが提供される。
【００１６】
また、本発明の他の一態様によれば、
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、
を備え、
前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記第２の薄膜からなる凸部と、を有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクが提供される。
【００１７】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に設けられたポジションマークと、
を備え、
前記ポジションマークは、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部と、前記ストラット部に設けられた凹部と、を有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクが提供される。
【００１８】
ここで、前記第１の薄膜はシリコンからなり、前記第２の薄膜はシリコン酸化物からなり、前記ストラット部はシリコンからなるものとすることができる。
【００１９】
また、前記凸部の側面は、テーパ角度を有するものとすることができる。  
また、前記除去部の大きさは、前記ポジションマークを測定する座標測定装置のフォーカス用照明光のスポットサイズと前記座標測定装置の位置合わせ精度との和より大なるものとすることができる。
【００２０】
一方、本発明のさらに他の一態様によれば、
梁構造を有するストラット部と、
前記ストラット部の主面上に設けられ、基板上に転写すべきパターンが複数の一括露光小領域に分割して形成された第１の薄膜からなるメンブレン部と、
前記メンブレン部と前記ストラット部との間に設けられた第２の薄膜からなる中間層と、
前記ストラット部の前記主面上に、前記第１及び第２の薄膜を除去した除去部が少なくとも設けられたポジションマークと、
を備える荷電粒子線露光用マスクを検査する検査方法であって、
前記ポジションマークの前記除去部においてフォーカスを合わせることを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの検査方法が提供される。
【００２１】
ここで、前記除去部においてフォーカスを合わせた後に、フォーカス位置に任意のオフセット量を与えることによりフォーカス位置を変更するものとすることができる。  
また、前記除去部においてフォーカスを合わせた後に、そのフォーカス位置のまま前記凸部の下面エッジを検出するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、座標測定装置を用いてマスク歪みを測定する際に、フォーカス位置合わせが精度良く行えるとともに、ポジションマーク位置測定の精度を一層高めることが出来る。この結果、マスク歪みを正確に補正できて高性能の半導体装置が提供できて、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の実施例にかかる荷電粒子線露光用マスクの一部を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はマスクに設けられたポジションマーク１７の平面図であり、同図（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図である。
【００２４】
本実施形態のマスクも、多層膜であるＳＯＩ基板を用いて形成できる。メンブレン部１４は、例えばシリコンなどの半導体薄膜からなり、その厚みは、例えば０．１マイクロメータ〜数マイクロメータである。ストラット部２０は、例えばシリコン材料からなり、レチクルの機械強度を保つため、厚さを例えば０．７ミリメータ程度とする。また、ストラット部２０の幅は、例えば０．０５ミリメータ程度とする。メンブレン部１４とストラット部２０とは、半導体酸化膜からなる中間層２４によって固定された構造となっている。中間層２４の厚みは、例えば、０．１マイクロメータ〜数１マイクロメータ程度とすることができる。
【００２５】
本具体例におけるポジションマーク１７の特徴は、凸部３０を残して中央部の半導体薄膜及び酸化膜を除去する点にある。これら２層構造が除去された除去部３９がストラット部２０上に設けられる。この除去部３９の大きさは、座標測定装置によりオートフォーカスを行う際に用いられる照明光のスポットサイズ３７と座標測定装置の位置合わせ精度の和以上とすることが望ましい。除去部３９の外側形状は、例えば矩形とし、その一辺を１０〜１００マイクロメータとするとよい。なお、図１（ａ）においては、スポットサイズ３７は円形で表したが、円形には限定されず、例えば、矩形状などでも良い。
【００２６】
座標測定装置にてフォーカス位置合わせを行う際は、この除去部３９の領域内で行われる。この場合、フォーカス位置合わせはストラット部２０の開口面３８に対して行われる。ここで、照射光をＬ１０とし、開口面３８からの反射光をＬ１１とする。図６に関して前述した従来構造では、フォーカス位置合わせは多層膜上面でなされるため、反射光の干渉の影響を強く受けていた。これに対して、本具体例においては、スポットサイズ３７内には、凸部３０のみで多層膜層が形成され、多層膜層からの反射光を大幅に低減できることが分かる。本具体例においては、反射光による干渉の影響を大幅に抑制できるので、反射光または散乱光信号の弱めあいを起こさずに、フォーカス位置を正確に決定できる。なお、ストラット部表面３８（すなわち、ポジションマーク底面）ではなく、メンブレン部１４の上面にフォーカスを合わせたい場合には、掘り込んだ深さ（Ｈ）だけフォーカス位置をずらせばよい。つまり、フォーカス・オフセットをかければよい。
【００２７】
以上説明したように、
本具体例の場合、凸部３０の下面エッジまたは上面エッジに正確にフォーカスを合わせることにより（必要に応じてフォーカス・オフセットを用いる）、干渉の影響を低減して正確なポジションマーク位置検出が可能となる。
【００２８】
次に、本発明の第２の具体例について説明する。  
図２は、本発明の第２の具体例のマスクにおけるポジションマークの模式断面図である。同図については、図１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２９】
オートフォーカスだけでなく、ポジションマーク位置の検出の信号についても多層膜による弱めあいが生ずる場合には、フォーカス位置をポジションマークの底面、すなわち、凸部３１の下面エッジにあわせて位置検出する必要がある。
【００３０】
この場合、下面エッジで検出光ビームが凸部により遮られないようにすることが必要となる。そこで、図２に表したように、凸部３１の側面を傾斜させてテーパ角度を設けるとよい。テーパ角度αは、座標測定装置の開口数（ＮＡ）で決まり、照明光がポジションマークの凸部３１の上面にできるだけ照射されないようにすると、検出光が凸部３１の上面や側面により散乱、遮蔽されることを防いで、下面エッジの位置検出精度が高まる。つまり、フォーカス位置をポジションマークの下面３８とし、凸部３１の底面エッジを高い精度で検出できる。
【００３１】
図３は、本発明の第３の具体例マスクにおけるポジションマスクの模式断面図である。  本具体例においては、凸部３２は、酸化膜層（ＢＯＸ層）のみで構成される。このようにすれば、凸部３２において、メンブレン部１４に対応する半導体薄膜がなくなり、多層膜構造に起因する反射光の干渉を抑制できる。
図４は、酸化膜の厚みと反射光の強度との関係を例示する模式図である。  
すなわち、同図（ｂ）に表したように、酸化膜（ＳｉＯ２）の厚みをｄとしたとき、反射光Ｒの強度は、同図（ａ）に表したように変化する。  
本具体例における反射光Ｒの強度の変化は、図９に関して前述した反射光Ｒの強度変化と比較すると、大幅に抑制されていることが分かる。すなわち、図４（ａ）に例示した如く、酸化膜の膜厚ｄが変動しても反射光Ｒの強度変動は、最大値約３５パーセントから最低値約１０パーセント程度までの範囲であり、およそ２５パーセントの変動幅に抑制されている。この変動幅は、図９に関して前述したメンブレン部の膜厚変動に対して、約半分である。また、一般的に、熱酸化によって形成される酸化膜層の膜厚ばらつきは非常に小さいので、反射光の強度の変化量はさらに抑制される。
【００３２】
その結果として、凸部３２の上面にフォーカスを合わせた場合も、オートフォーカスを確実に合わせてマーク検出が可能となる。また、凸部３２の下面エッジにフォーカスを合わせた場合にも、凸部３２の厚みが薄いために、検出光の遮蔽や散乱の影響が少なく、下面エッジの位置検出精度を上げることができる。
【００３３】
図５は、本発明の第４の具体例のマスクにおけるポジションマークの模式断面図である。同図についても、図１〜図４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３４】
本具体例においても、凸部３３は、酸化膜層（ＢＯＸ層）のみで構成され、さらに、凸部３３の側面が傾斜してテーパ角度が設けられている。このようにすれば、第２具体例に関して前述したように、下面エッジにフォーカスを合わせた場合の光の遮蔽や散乱をさらに効果的に解消でき、さらに高精度の位置検出が可能となる。
【００３５】
図６は、本発明の第５の具体例のマスクにおけるポジションマスクの模式断面図である。同図については、図１〜５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３６】
本具体例におけるポジションマークの特徴は、半導体薄膜及び酸化膜を除去した後に、ストラット部に凹部を設けた点にある。このようにすれば、単一の材料からなるポジションマークと同等なので、上面エッジにフォーカスを合わせた場合の光の干渉による遮蔽や散乱は解消でき、さらに高精度の位置検出が可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、マークの位置検出に際して、多層構造にともなう光の干渉を抑制することにより、フォーカス位置を間違えることを防ぎ、測定精度を向上できる。また、ポジションマーク位置検出の信号強度を増すことができ、測定精度を向上できる。その結果として、アラインメントずれの小さい高性能の半導体装置を安定的に製造できる。
【００３８】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。  
すなわち、本発明のマスク及びマスク検査方法を構成する各要素について当業者が設計変更を加えたものであっても、本発明の要旨を備えたものであれば、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例にかかる荷電粒子線露光用マスクの一部を表す模式図であり、（ａ）はマスクに設けられたポジションマーク１７の平面図であり、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図である。
【図２】本発明の第２の具体例のマスクにおけるポジションマークの模式断面図である。
【図３】本発明の第３の具体例のマスクにおけるポジションマークの模式断面図である。
【図４】酸化膜の厚みと反射光の強度との関係を例示する模式図である。
【図５】本発明の第４の具体例のマスクにおけるポジションマークの模式断面図である。
【図６】本発明の第５の具体例のマスクにおけるポジションマークの模式断面図である。
【図７】従来の荷電粒子線露光用マスクを示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】従来の荷電粒子線露光用マスクのポジションマークを示す模式図であり、（ａ）はポジションマークの平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は変形例の平面図である。
【図９】シリコンメンブレンの厚みと反射光の強度との関係を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    一括露光小領域（サブフィールド）
１２    メンブレン膜孔あき部
１４    メンブレン部
１６    ポジションマーク
１７    ポジションマーク
２０    ストラット部
２２    凹部
２３    凹部
２４    中間層
２６    エッジ部
３０    凸部
３１、３３    凸部（テーパ）
３２    凸部（半導体酸化膜）
３４    凹部（ストラット部）
３７    照明光スポットサイズ
３８    ポジションマーク底部
３９    除去部
【図１】
2006216598.tif 000003
【図２】
2006216598.tif 000004
【図３】
2006216598.tif 000005
【図４】
2006216598.tif 000006
【図５】
2006216598.tif 000007
【図６】
2006216598.tif 000008
【図７】
2006216598.tif 000009
【図８】
2006216598.tif 000010
【図９】
2006216598.tif 000011