JP2007220937A - 基板の重ね描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性が低い基板への重ね描画時の重ね位置精度を向上させることを課題とする。特に、描画機の中で基板を機械的に固定する場合の位置補正方法を提供すること。
【解決手段】予め基板に形成された基準マークを用いて、該基板に重ね描画する方法であって、基板上のパターン形成領域以外の領域に予め基準マークを作製する工程と、前記基準マークの位置座標を位置座標測定機により測定する工程と、前記基準マークの位置座標を描画機内において測定する工程と、前記位置座標測定機上の基準マークの位置座標と前記描画機内の位置座標とに基づいて重ね描画用パターンの位置座標を補正する工程と、基板を描画機より取り出さずに重ね描画を行う工程と、を有する基板の重ね描画方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子線描画機を用いて基板に重ね描画する際、位置精度を劣化させることなく重ね描画をおこなう方法に関する。

電子線描画機の技術革新によりその描画位置精度だけでなく、同一基板への重ね描画精度も向上している。この重ね描画技術は、ガラスマスクの描画だけでなく、シリコンウエハ基板や加工済みのシリコンウエハ基板などに適用されることがあり、ステンシルマスクやナノインプリント用モールドなどがその例として挙げられる。このシリコンウエハはガラスマスクと比較して剛性が低いため、変形による位置精度の劣化を生じやすいという問題があった。

電子線描画機により基板に重ね描画する場合、予め基板に複数個の基準マークを作成しておき、電子線描画機内において同基準マークの位置座標を検出・位置補正し、重ね描画用パターンを同基板に描画する。（例えば、特許文献１を参照。）

例えば２００ｍｍシリコンウエハ基板上に重ね描画する場合について以下に詳しく説明する。まず基板として直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのシリコンウエハを準備し、同基板に厚さ０．５μｍの電子線レジストを塗布して、基準マークを描画する。ここで基準マークの個数は４９個とし、基準マークはＸ＝−６０１８０μｍ〜＋６０１８０μｍ、Ｙ＝−７００００μｍ〜＋７０４００μｍの領域にＸ方向に７個、Ｙ方向に７個のマトリックス状となるように配置する。

基準マークを描画された基板は現像され、フロロカーボン系ガスによるドライエッチングをおこなった後、アッシング等によるレジスト除去をおこない基準マーク付き基板を得る。

基準マーク付き基板をメカニカルチャックにより固定した後、再び描画機に投入し、反射電子マーク検出機能により基準マークの座標を測定する。測定した基準マーク座標から作成される基準平面を作成し、基準平面の設計基準平面からのひずみ量に対応するように重ね描画用パターンを描画する。ここで、重ね描画用パターンの個数は約８７０個で、Ｘ＝−５３４１５μｍ〜５４０１５μｍ、Ｙ＝−６０２００μｍ〜＋６０７００μｍの領域に配置している。

次に、重ね描画をおこなった基板を現像した後、位置座標測定機により重ね描画用パターンの位置座標を測定する。得られた重ね描画用パターンの位置座標を、全ての測定点の設計座標からのひずみ量が最小となるように並進成分と回転成分を補正し、残渣成分のベクトル図を得る。（図５参照）得られた残渣成分より３σを算出するとＸ，Ｙ方向の残渣成分はそれぞれ２４６，２０８ｎｍとなっている。

描画装置にも依存するが、マスク描画用の描画機の重ね精度はおおよそ１２〜２５ｎｍであるので、上記の重ね描画用パターンのひずみ成分は非常に大きいことがわかる。この重ね描画用パターンの位置ひずみの原因は、ガラスマスクと比較して剛性の低い基板を描画する場合、位置精度測定機内での基板の変形の挙動と描画機内での基板変形の挙動が異なるためである。また基板断面方向に加工した領域が大きいウエハ基板では、ウエハ基板をチャックした際の変形はさらに複雑になるため、重ね描画精度を劣化させる。

この重ね描画精度を改善するために、一度、重ね描画した基板を位置座標測定機により測定し、位置ひずみの量が少なくなるように重ね描画パターンの描画位置を補正し、同基板を再度、描画するというフィードバックによる補正方法もある。

しかしフィードバックによる補正方法では、描画機から基板を少なくとも一回以上、取り出して再描画する必要があるため、描画機内のチャックによる基板ひずみの再現性が必要となる。描画機に静電チャックを使用すればウエハ基板においても必要な測定再現性を得られるが、マスク用描画機の多くは基板を機械的に固定するメカニカルチャックを使用しており、容易に基板の固定方式を変更することができない。

仮に静電チャック方式により基板を固定できた場合においても、位置精度が必要な値に達成するまで少なくとも一回以上の基板再生処理をする必要があり、工程数の増加や基板汚染の問題がある。一度得られた補正量を別の基板の重ね描画用パターンにフィードバックして、工程数を減少することも可能であるが、基板の静電チャック上での変形挙動は、基板のロット毎あるいは基板の加工面毎に異なるために十分ではない。

特開平１０−２４２０３９号公報

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、剛性が低い基板への重ね描画時の重ね位置精度を向上させることを課題とする。特に、描画機の中で基板を機械的に固定する場合の位置補正方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明は、予め基板に形成された基準マークを用いて、該基板に重ね描画する方法であって、基板上のパターン形成領域以外の領域に予め基準マークを作製する工程と、前記基準マークの位置座標を位置座標測定機により測定する工程と、前記基準マークの位置座標を描画機内において測定する工程と、前記位置座標測定機上の基準マークの位置座標と前記描画機内の位置座標とに基づいて重ね描画用パターンの位置座標を補正する工程と、基板を描画機より取り出さずに重ね描画を行う工程と、を有する基板の重ね描画方法である。

また、第２の発明は、基板に形成された基準マークを用いて、該基板に描画パターンの重ね描画を行って製造するパターン形成基板の製造方法であって、請求項１記載の重ね描画方法によって該描画パターンを描画するパターン形成基板の製造方法である。

本発明の重ね描画方法により、基板ロットや基板加工による基板ひずみの変化による影響を受けず、さらにはメカニカルチャックのように基板変形の再現性が劣る固定方式で剛性の低い基板を重ね描画した場合においても、描画機の重ね精度に近い位置精度で描画できる。そして、このような重ね描画を行うことで、位置精度が良好なパターン形成基板、例えば、ステンシルマスクやインプリント用モールドなどが製造できる。

以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、本発明の基板の重ね描画方法のフローを示す流れ図である。まず基板に基準マーク１（図２（ａ）参照）を加工して（ｓ１）、次に位置座標測定機により基準マーク１の座標を測定し、位置座標測定機内の基準マークひずみ２（図２（ｂ）参照）を得る（ｓ２）。次に基準マーク１を有する基板を描画機にセットし（ｓ３）、描画機の座標測定システムを用いて基準マーク座標を測定することにより描画機内の基準マークひずみ３（図２（ｃ）参照）を得る（ｓ４）。次に位置座標測定機内の基準マークひずみ２と描画機内の基準マークひずみ３から、重ね描画するパターンの歪が位置座標測定機上で最小となるように補正し（ｓ５）、仮想基準ひずみ４（図２（ｄ）参照）上に重ね描画用パターン５を描画する（ｓ６）。基板上の重ね描画用パターン５は描画機内ではパターンひずみ４を有しているが、パターン現像をおこない（ｓ７）、位置座標測定機上において位置座標を測定すると設計座標に近いパターンひずみ６（図２（ｅ）参照）を有する基板を得ることができる。

本発明の重ね描画方法は、ガラス基板に比べて剛性の低いシリコン基板などに適するが、決して基板の材料を選ぶものではない。たとえば剛性の高いガラス基板であっても、僅かなひずみが問題となる場合や、最初のパターン形成時に大面積のエッチングが行われる場合などには適用可能である。

２００ｍｍウエハ７においてＸ＝−５４０１５μｍ〜＋５３４１５μｍ、Ｙ＝―６０７００μｍ〜＋６０２００μｍの重ね描画用パターン領域８にパターンを形成する場合の本発明の実施例について以下に説明する（図３参照）。

まず基板として直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのシリコンウエハ９を準備し、同基板に厚さ０．５μｍの電子線レジスト１０を塗布して、基準マークを描画する。ここで基準マークの個数は４９個とし、基準マークの配置領域１１はＸ＝−６０１８０μｍ〜＋６０１８０μｍ、Ｙ＝−７００００μｍ〜＋７０４００μｍとしＸ方向に７個、Ｙ方向に７個のマトリックス状となるようにする（図４（ａ）参照）。

次に電子線描画機等によるレジストのパターン形成をおこなった後、フロロカーボン系ガスを用いたシリコンエッチングをおこない、アッシング処理により同レジストを除去することにより基準マーク１２を有する基板１３を作製できる（図４（ｂ）参照）。

次に、基準マークを有する基板１３を真空チャック１４に固定して位置座標測定機により基準マーク１２の位置座標を測定し、位置座標測定機内における基準マークひずみ２を得る（図４（ｃ）参照）。重ね描画において良好なパターン位置精度を得るためには、位置座標測定機の測定再現性は数１０ｎｍ以下であることが望ましい。測定再現性を得るためには、基板固定と取り外しを繰り返しても基板変形が一定であることが望ましく、静電チャックや真空チャック等によりウエハを固定して測定することが有効である。また、基板自体の反り量が少ないほど測定再現性は良く２００ｍｍウエハの場合、経験的に１０μｍ以下の反り量が望ましい。

次に、基準マークを形成したウエハに厚さ０．５μｍの電子線レジスト１５を塗布し、メカニカルチャック１６により固定して電子線描画機に投入し、電子線描画機の反射電子マーク検出機構を用いて基準マークの座標を測定し、電子線描画機内における基準マークひずみ３を得る。ここで基板材料がウエハの場合、シリコンの熱膨張係数が４．２×１０^−６／℃であるため温度変動が０．１℃でさえ１０ｃｍあたり約４０ｎｍの変形を生じる。そこで基板をセットした際に生じる温度変動による変位を防ぐために、温度が安定するまで描画機の真空チャンバー内に基板を放置しておくことが望ましい。また描画機の反射電子マークにより位置座標を測定する場合、導電性が低い材質の場合はチャージアップを起こしてしまい正確な測定ができないので、導電性の高い基板を使用するか、導電性の高い物質をコートすることが望ましい（図４（ｄ）参照）。

次に位置精度測定機内の基準マークひずみと描画機内の基準マークひずみから、位置精度測定機内において重ね合わせ描画用パターンのひずみが少なくなるように重ね合わせ描画用パターンの描画をおこなう。重ね描画用パターンの個数は約８７０個で、Ｘ＝−５４０１５μｍ〜＋５３４１５μｍ、Ｙ＝−６０７００μｍ〜＋６０２００μｍの領域に配置している。

この重ね合わせ描画用パターンの位置座標の補正方法について、その一例を以下に説明する。まず位置座標測定機内の基板変形により決定されるＮ個の基準マーク座標（１〜ｉ〜Ｎ）について、ｉ番目の基準マーク２１の設計座標２０からのひずみ量のｘ，ｙ成分をそれぞれａ_１ｉ，ｂ_１ｉとする。同様に描画機内の基板変形により決定されるＮ個の基準マーク座標（１〜ｉ〜Ｎ）について、ｉ番目の基準マーク位置２２のその設計座標２０からのひずみ量のｘ，ｙ成分をそれぞれａ_２ｉ，ｂ_２ｉとする。ここでＮ個のひずみ量（−ａ_１１〜N，−ｂ_１１〜N）から補正用ひずみ分布を近似平面ｆ（ｘ，ｙ）に近似して算出する。近似平面の近似に使われる式の次数は基準マークのひずみ方にも依存するが、３次以上が望ましい。例えば基準マークの設計座標を（ｘ，ｙ）、測定座標を（ｕ＝ｘ＋ａ，ｖ＝ｙ＋ｂ）とすると、３次の近似平面の一般式は下記の式により表される。
ｕ＝ｃ_０＋ｃ_１ｘ^３＋ｃ_２ｘ^２ｙ＋ｃ_３ｘｙ^２＋ｃ_４ｘｙ＋ｃ_５ｘ^２＋ｃ_６ｙ^２＋ｃ_７ｘ＋ｃ_８ｙ＋ｃ_９ｙ^３
ｖ＝ｄ_０＋ｄ_１ｘ^３＋ｄ_２ｘ^２ｙ＋ｄ_３ｘｙ^２＋ｄ_４ｘｙ＋ｄ_５ｘ^２＋ｄ_６ｙ^２＋ｄ_７ｘ＋ｄ_８ｙ＋ｄ_９ｙ^３

重ね描画用パターンは、基準マーク位置２２のＮ個のひずみ量（ａ_２１〜N，ｂ_２１〜N）より決定されるひずみ分布の近似式ｇ（ｘ，ｙ）により描画をおこなうと、重ね描画用パターンの設計座標２３に対してひずみ分布ｇ（ｘ，ｙ）から決まるひずみを有する重ね描画用パターン位置２４に描画される。ここでｇ（ｘ、ｙ）はｆ（ｘ，ｙ）と同様に基準マーク位置２２のＮ個のひずみ量（ａ_２１〜N，ｂ_２１〜N）とその設計座標２０より決定される。この場合、位置座標測定機上では重ね描画用パターンの位置２６は設計座標２３からひずみ量（ａ_１１〜N，ｂ_１１〜N）より算出されるひずみ分布ｈ（ｘ，ｙ）より決まるひずみを有する重ね描画用パターン位置２６になる。ここでｈ（ｘ、ｙ）はｆ（ｘ，ｙ）と同様に基準マーク位置２２のＮ個のひずみ量（ａ_１１〜N，ｂ_１１〜N）とその設計座標２０より決定される。そこで近似平面ｆ（ｘ，ｙ）より重ね描画用パターンの位置座標を重ね描画用パターン位置２５に補正して描画をおこなう。（図７参照）。

次に描画後のレジストを現像し、レジストパターンを形成した後にフロロカーボン系ガスによりドライエッチをおこない、アッシングした後に重ね描画用パターン１７を形成した基板を得る（図４（ｅ）参照）。

次に得られた基板を真空チャック１４に固定して位置座標測定機により重ね描画用パターン１２の位置座標を測定し（図４（ｆ）参照）、位置座標測定機内における重ね描画用パターンひずみ２を得る。さらに設計座標に対するひずみ成分が最小となるように並進と回転の補正をおこなうことにより、残渣成分のベクトル図を得る。（図６参照）得られた残渣成分より３σを算出するとＸ，Ｙ方向の残渣成分はそれぞれ３６，３１ｎｍとなっており、従来方法と比較して大きく位置精度を向上させることができた。

次に、２００ｍｍウエハ９においてＸ＝−５４０１５μｍ〜＋５３４１５μｍ、Ｙ＝−６０７００μｍ〜＋６０２００μｍの重ね描画用パターン領域８にパターンを形成してシリコン製インプリント用モールドを作製する場合について説明する。実施例１と同様にして２００ｍｍウエハを準備した後、基準マークを配置領域１１であるＸ＝−６０１８０μｍ〜＋６０１８０μｍ、Ｙ＝−７００００μｍ〜＋７０４００μｍとしＸ方向に７個、Ｙ方向に７個のマトリックス状、もしくは外周部のみに配置するように形成し、基準マークの深さは、２００ｎｍ程度とした。

続いて、実施例１と同様にして基準マークひずみと描画機内の基準マークひずみから、位置精度測定機内において重ね合わせ描画用パターンのひずみが少なくなるように重ね合わせ描画用パターンの描画を行い、重ね描画用パターンの領域はＸ＝−５４０１５μｍ〜＋５３４１５μｍ、Ｙ＝−６０７００μｍ〜＋６０２００μｍの領域に配置した。また、重ね描画用パターンの深さはインプリント用モールドの用途によるが２μｍ程度として、実施例１と同様に重ね描画用パターンを形成し、位置座標を補正したシリコン製インプリント用モールドを得ることができた。

シリコン基板から作製されるステンシルマスクのように、複数の自立薄膜上に微細パターンを形成し、薄膜上のパターン同士の位置精度が要求される場合に、本発明は有効である。あるいは熱方式のナノインプリント用シリコンモールドやガラスモールドにおいて、重ね描画と基板内の広い領域における位置精度が必要とされる分野に有効である。

本発明の基板の重ね描画方法のフローを示す流れ図である。 本発明の重ね描画方法の各工程における基準パターンと描画用パターンを模式的に示す図である。 実施例の基板を説明する図である。 実施例の工程を説明する図である。 従来技術により重ね描画されたパターンの基板内ひずみを示すベクトル図である。 本発明により重ね描画されたパターンの基板内ひずみを示すベクトル図である。 本発明の重ね描画用パターンの位置ひずみの補正原理を説明する図である。

符号の説明

１・・・基準マーク
２・・・位置座標計測機内の基準マークひずみ
３・・・描画機内の基準マークひずみ
４・・・仮想基準ひずみ
５・・・重ね描画パターン
６・・・重ね描画後のパターンひずみ
７・・・ウェハ
８・・・描画用パターン領域
９・・・シリコンウェハ
１０・・・レジスト
１１・・・基準マーク配置領域
１２・・・基準マーク
１３・・・基板
１４・・・真空チャック
１５・・・レジスト
１６・・・メカニカルチャック
１７・・・重ね描画用パターン
２０・・・基準マークの設計座標
２１・・・位置座標計測機内の基準マーク位置
２２・・・描画機内の基準マーク位置
２３・・・重ね描画用パターンの設計座標
２４・・・ひずみ分布ｇ（ｘ，ｙ）から決まるひずみを有する重ね描画用パターン位置
２５・・・重ね描画用パターン位置
２６・・・ひずみ分布ｈ（ｘ，ｙ）より決まるひずみを有する重ね描画用パターン位置

Claims (2)

1. 予め基板に形成された基準マークを用いて、該基板に重ね描画する方法であって、
   基板上のパターン形成領域以外の領域に予め基準マークを作製する工程と、
   前記基準マークの位置ひずみを位置座標測定機により測定する工程と、
   前記基準マークの位置ひずみを描画機内において測定する工程と、
   前記位置座標測定機上の基準マークの位置ひずみと前記描画機内の位置ひずみとに基づいて重ね描画用パターンの位置座標を補正する工程と、
   基板を描画機より取り出さずに重ね描画を行う工程と、
   を有する基板の重ね描画方法。
2. 基板に形成された基準マークを用いて、該基板に描画パターンの重ね描画を行って製造するパターン形成基板の製造方法であって、
   請求項１記載の重ね描画方法によって該描画パターンを描画するパターン形成基板の製造方法。

Images