JP2001264185A - レチクルのメンブレンの内部応力測定方法及び装置、並びに半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
レチクルのメンブレンの内部応力測定方法及び装置、並びに半導体デバイスの製造方法Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
- G01L1/103—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings optical excitation or measuring of vibrations
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- G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
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- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 一台の測定装置により、ヤング率と内部応力
を測定することが可能な、レチクルのメンブレン用の応
力測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】 ＰＺＴ駆動装置１６からのＡＣ電圧によ
りＰＺＴ６を駆動し、所定の周波数範囲の音波を発生さ
せ、このときのメンブレン１の振動量をフォトディテク
タ１０の出力として、信号演算回路１７を介して測定す
る。そして、振動周波数を変えながらこの測定を行い、
振動スペクトルを得る。得られた振動スペクトルから、
メンブレンの共振周波数を検出する。その後、加熱用レ
ーザ１３を加熱用レーザ電源１８を用いて発振させ、メ
ンブレン１にレーザ光を照射し加熱する。この状態で再
び、上記の方法により振動スペクトルを得て、メンブレ
ンの共振周波数を検出する。このようにして得られた２
つの共振点を用い、制御コンピュータ１９により当該メ
ンブレンのヤング率と応力値を算出して記憶する。
を測定することが可能な、レチクルのメンブレン用の応
力測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】 ＰＺＴ駆動装置１６からのＡＣ電圧によ
りＰＺＴ６を駆動し、所定の周波数範囲の音波を発生さ
せ、このときのメンブレン１の振動量をフォトディテク
タ１０の出力として、信号演算回路１７を介して測定す
る。そして、振動周波数を変えながらこの測定を行い、
振動スペクトルを得る。得られた振動スペクトルから、
メンブレンの共振周波数を検出する。その後、加熱用レ
ーザ１３を加熱用レーザ電源１８を用いて発振させ、メ
ンブレン１にレーザ光を照射し加熱する。この状態で再
び、上記の方法により振動スペクトルを得て、メンブレ
ンの共振周波数を検出する。このようにして得られた２
つの共振点を用い、制御コンピュータ１９により当該メ
ンブレンのヤング率と応力値を算出して記憶する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子を用いた
露光装置に用いられる薄膜メンブレンを有するレチクル
（本明細書においてレチクルとはマスクを含む概念であ
る）において、メンブレン部の内部応力を測定する方法
及び装置、及びそれらを利用した半導体デバイスの製造
方法に関するものである。
露光装置に用いられる薄膜メンブレンを有するレチクル
（本明細書においてレチクルとはマスクを含む概念であ
る）において、メンブレン部の内部応力を測定する方法
及び装置、及びそれらを利用した半導体デバイスの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体の高集積化が進むにつれ、集積回
路の微細化が要求され、これに伴い、露光装置には、よ
り細いパターンを描くために、より高い解像度で描画で
きることが要求されてきている。その中で、電子線に代
表される荷電粒子線による露光装置は、このような要求
に応えることができるものとして注目されている。
路の微細化が要求され、これに伴い、露光装置には、よ
り細いパターンを描くために、より高い解像度で描画で
きることが要求されてきている。その中で、電子線に代
表される荷電粒子線による露光装置は、このような要求
に応えることができるものとして注目されている。
【０００３】このような荷電粒子線露光装置の中でも、
分割露光転写方式の露光装置が、スループットの良い露
光装置として主流となりつつある。分割露光転写方式に
おいては、１つのチップに形成されるパターンをサブフ
ィールドと呼ばれる小さな転写領域（通常ウェハ上で25
0μｍ□程度）に分割し、サブフィールド毎に露光転写
を行い、マスク上で各サブフィールドのパターンをつな
ぎ合わせることにより、１つのチップのパターン形成を
行なう。
分割露光転写方式の露光装置が、スループットの良い露
光装置として主流となりつつある。分割露光転写方式に
おいては、１つのチップに形成されるパターンをサブフ
ィールドと呼ばれる小さな転写領域（通常ウェハ上で25
0μｍ□程度）に分割し、サブフィールド毎に露光転写
を行い、マスク上で各サブフィールドのパターンをつな
ぎ合わせることにより、１つのチップのパターン形成を
行なう。
【０００４】分割露光方式に用いられるレチクルは、
４：１の縮小転写を行なう場合、約１mm□の薄膜メンブ
レンを梁で支える構造をしている。そして、孔開きステ
ンシルと呼ばれるレチクルにおいては、リソグラフィー
プロセスを用いて、このメンブレン部にパターンの形状
に対応する孔を形成する。メンブレン（サブフィール
ド）に照射された荷電粒子線のうち、孔を通り抜けたも
のは荷電粒子線光学系によって、ウェハ上にその像を形
成し、孔を通らずメンブレンに当たったものはメンブレ
ンによって散乱、吸収されてウェハ上の結像には関与し
ない。これにより、レチクルに形成された孔に対応する
パターンがウェハ上に露光転写される。
４：１の縮小転写を行なう場合、約１mm□の薄膜メンブ
レンを梁で支える構造をしている。そして、孔開きステ
ンシルと呼ばれるレチクルにおいては、リソグラフィー
プロセスを用いて、このメンブレン部にパターンの形状
に対応する孔を形成する。メンブレン（サブフィール
ド）に照射された荷電粒子線のうち、孔を通り抜けたも
のは荷電粒子線光学系によって、ウェハ上にその像を形
成し、孔を通らずメンブレンに当たったものはメンブレ
ンによって散乱、吸収されてウェハ上の結像には関与し
ない。これにより、レチクルに形成された孔に対応する
パターンがウェハ上に露光転写される。
【０００５】パターンに対応する孔をレチクルに形成す
る際に考慮しなければならないことは、メンブレン部の
内部応力である。メンブレン部に大きな内部応力が残留
していると、メンブレン部に孔を開けた際、この内部応
力の影響で孔の形が変形し、目的とする形状の孔が形成
されないことがある。
る際に考慮しなければならないことは、メンブレン部の
内部応力である。メンブレン部に大きな内部応力が残留
していると、メンブレン部に孔を開けた際、この内部応
力の影響で孔の形が変形し、目的とする形状の孔が形成
されないことがある。
【０００６】そのため、従来、レチクルに孔を加工する
前に、レチクルのメンブレン部の内部応力を測定し、内
部応力が許容範囲に入るものだけを選択して使用するこ
とが行なわれてきた。
前に、レチクルのメンブレン部の内部応力を測定し、内
部応力が許容範囲に入るものだけを選択して使用するこ
とが行なわれてきた。
【０００７】その方法は、薄膜メンブレンを圧電素子で
発生した任意周波数の音で振動させ、当該メンブレンの
振動の振幅を、半導体レーザ等のレーザと多分割フォト
ディテクターとで構成した光テコにより検出し、メンブ
レンの共振周波数を求め、それから、メンブレンの内部
応力を測定するものである。
発生した任意周波数の音で振動させ、当該メンブレンの
振動の振幅を、半導体レーザ等のレーザと多分割フォト
ディテクターとで構成した光テコにより検出し、メンブ
レンの共振周波数を求め、それから、メンブレンの内部
応力を測定するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の内部応力測定方法では、得られた共振周波数からメ
ンブレンの内部応力を計算する際に、メンブレンのヤン
グ率が既知であることが必要である。よって、メンブレ
ンのヤング率は他の手法を用いて予め計測しておく必要
があった。ヤング率を定量する方法としては、メンブレ
ンを静的に加圧し、メンブレンの膨らみ量を計測するバ
ルジ法、又は、片持ち梁形状を製作して同構造の共振点
を計測する振動リード法等が用いられていた。このた
め、メンブレンの内部応力の定量の際は、複数の測定装
置、複数の試料作成が必要なため、測定に手間と時間が
かかるという欠点を有していた。
来の内部応力測定方法では、得られた共振周波数からメ
ンブレンの内部応力を計算する際に、メンブレンのヤン
グ率が既知であることが必要である。よって、メンブレ
ンのヤング率は他の手法を用いて予め計測しておく必要
があった。ヤング率を定量する方法としては、メンブレ
ンを静的に加圧し、メンブレンの膨らみ量を計測するバ
ルジ法、又は、片持ち梁形状を製作して同構造の共振点
を計測する振動リード法等が用いられていた。このた
め、メンブレンの内部応力の定量の際は、複数の測定装
置、複数の試料作成が必要なため、測定に手間と時間が
かかるという欠点を有していた。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、一台の測定装置により、ヤング率と内部応力を
測定することが可能な、レチクルのメンブレン用の応力
測定方法及び装置、およびこれらを使用した半導体デバ
イスの製造方法を提供することを課題とする。
もので、一台の測定装置により、ヤング率と内部応力を
測定することが可能な、レチクルのメンブレン用の応力
測定方法及び装置、およびこれらを使用した半導体デバ
イスの製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決する手段】前記課題を解決するための第１
の手段は、レチクルに形成されたメンブレンの内部応力
を測定する方法であって、当該メンブレンの温度を変化
させた複数の状態で当該メンブレンを加振し、それぞれ
の状態の共振周波数を求め、これらの共振周波数に基づ
いて内部応力を求めることを特徴とするレチクルのメン
ブレンの内部応力測定方法（請求項１）である。
の手段は、レチクルに形成されたメンブレンの内部応力
を測定する方法であって、当該メンブレンの温度を変化
させた複数の状態で当該メンブレンを加振し、それぞれ
の状態の共振周波数を求め、これらの共振周波数に基づ
いて内部応力を求めることを特徴とするレチクルのメン
ブレンの内部応力測定方法（請求項１）である。
【００１１】一般にレチクルに形成されたメンブレンの
内部応力σは、メンブレンの共振周波数ｆにより次のよ
うに求めることができる。
内部応力σは、メンブレンの共振周波数ｆにより次のよ
うに求めることができる。
【００１２】
【数１】
【００１３】ここで、ｋ0、ｋ1、ｋ2は振動モードの大
きさで決まる定数、ａはメンブレンの一辺の長さ、Ｅは
ヤング率、ｔはメンブレンの厚みである。
きさで決まる定数、ａはメンブレンの一辺の長さ、Ｅは
ヤング率、ｔはメンブレンの厚みである。
【００１４】前述のように、従来は、別の実験装置と手
法により定量化したヤング率Ｅと、メンブレンの共振周
波数ｆ（測定値）を用いて、メンブレンの内部応力σを
導出していた。これに対し、本手段では、ヤング率Ｅと
メンブレンの内部応力σを同時に求める。以下、その原
理を説明する。
法により定量化したヤング率Ｅと、メンブレンの共振周
波数ｆ（測定値）を用いて、メンブレンの内部応力σを
導出していた。これに対し、本手段では、ヤング率Ｅと
メンブレンの内部応力σを同時に求める。以下、その原
理を説明する。
【００１５】（１）式をｆで微分すると、
【００１６】
【数２】
【００１７】となる。
【００１８】発明者の知見によれば、ここでｄσの値
は、メンブレンの初期温度が室温程度であればメンブレ
ンの温度上昇によって決定され、メンブレンの温度上昇
度とｄσの関係は、有限要素法等の数値計算により予め
求めておくことができる。
は、メンブレンの初期温度が室温程度であればメンブレ
ンの温度上昇によって決定され、メンブレンの温度上昇
度とｄσの関係は、有限要素法等の数値計算により予め
求めておくことができる。
【００１９】よって、はじめに所定の温度（たとえば室
温）において、メンブレンの共振周波数を求め、続いて
メンブレンの温度を変化させた状態でメンブレンの共振
周波数を図れば、前述のようにｄσも計算できるので、
ｄσ／ｄｆの値が計算できる。（２）式の右辺のｆとし
ては、はじめの温度（たとえば室温）における周波数を
使用すれば、（２）式よりヤング率Ｅが計算できる。こ
のヤング率を使用して（１）式に基づいて内部応力σを
計算する。
温）において、メンブレンの共振周波数を求め、続いて
メンブレンの温度を変化させた状態でメンブレンの共振
周波数を図れば、前述のようにｄσも計算できるので、
ｄσ／ｄｆの値が計算できる。（２）式の右辺のｆとし
ては、はじめの温度（たとえば室温）における周波数を
使用すれば、（２）式よりヤング率Ｅが計算できる。こ
のヤング率を使用して（１）式に基づいて内部応力σを
計算する。
【００２０】本手段においては、非接触温度計等によ
り、初期におけるメンブレン温度と温度変化後のメンブ
レン温度をそれぞれ求め、それからｄσを計算するよう
にしてもよいが、温度を変化させる装置によって、予め
温度がどの程度変化するかが分かっている場合には、あ
えて温度を測定することなく、分かっている温度変化よ
りｄσを求めることができる。
り、初期におけるメンブレン温度と温度変化後のメンブ
レン温度をそれぞれ求め、それからｄσを計算するよう
にしてもよいが、温度を変化させる装置によって、予め
温度がどの程度変化するかが分かっている場合には、あ
えて温度を測定することなく、分かっている温度変化よ
りｄσを求めることができる。
【００２１】以上述べた方法は、２つの温度における共
振周波数の変化に基づいて内部応力を測定しているが、
たとえば、これらの作業を別の２つの温度間で行い、両
者の平均値をとる等の方法で内部応力を求めたりしても
よいことは言うまでもない。
振周波数の変化に基づいて内部応力を測定しているが、
たとえば、これらの作業を別の２つの温度間で行い、両
者の平均値をとる等の方法で内部応力を求めたりしても
よいことは言うまでもない。
【００２２】前記課題を解決するための第２の手段は、
レチクルに形成されたメンブレンの内部応力を測定する
装置であって、当該メンブレンの温度を変化させる調温
装置と、当該メンブレンに周波数の異なる振動を与える
加振装置と、当該メンブレンの振動の振幅を測定する振
幅測定装置と、当該メンブレンに与えられた振動の周波
数とそのときのメンブレンの振幅より、当該メンブレン
の共振周波数を求める共振周波数算出装置と、複数の異
なるメンブレン温度における共振周波数より、当該メン
ブレンの内部応力を算出する応力算出手段とを有してな
ることを特徴とするレチクルのメンブレンの内部応力測
定装置（請求項２）である。
レチクルに形成されたメンブレンの内部応力を測定する
装置であって、当該メンブレンの温度を変化させる調温
装置と、当該メンブレンに周波数の異なる振動を与える
加振装置と、当該メンブレンの振動の振幅を測定する振
幅測定装置と、当該メンブレンに与えられた振動の周波
数とそのときのメンブレンの振幅より、当該メンブレン
の共振周波数を求める共振周波数算出装置と、複数の異
なるメンブレン温度における共振周波数より、当該メン
ブレンの内部応力を算出する応力算出手段とを有してな
ることを特徴とするレチクルのメンブレンの内部応力測
定装置（請求項２）である。
【００２３】本手段においては、たとえば常温において
加振装置によりメンブレンを加振し、そのときのメンブ
レンの振動の振幅を振幅測定装置により測定する。そし
て、加振周波数を変化させながら振幅測定を行なって、
その結果、共振周波数算出装置が、当該温度におけるメ
ンブレンの共振周波数を算出する。次に、調温装置によ
りメンブレンの温度を変化させ、そのときの共振周波数
を同様の方法によって算出する。そして、求められた２
つの共振周波数に基づいて、応力算出手段が、前記第１
の方法で説明したような方法によりメンブレンの内部応
力を測定する。
加振装置によりメンブレンを加振し、そのときのメンブ
レンの振動の振幅を振幅測定装置により測定する。そし
て、加振周波数を変化させながら振幅測定を行なって、
その結果、共振周波数算出装置が、当該温度におけるメ
ンブレンの共振周波数を算出する。次に、調温装置によ
りメンブレンの温度を変化させ、そのときの共振周波数
を同様の方法によって算出する。そして、求められた２
つの共振周波数に基づいて、応力算出手段が、前記第１
の方法で説明したような方法によりメンブレンの内部応
力を測定する。
【００２４】その際、メンブレンの温度を直接測定する
必要があれば、前記構成にメンブレンの温度を測定可能
な温度計を付加すればよい。調温装置の出力により、温
度変化の大きさが決められる場合は、これらの温度計は
必要ない。
必要があれば、前記構成にメンブレンの温度を測定可能
な温度計を付加すればよい。調温装置の出力により、温
度変化の大きさが決められる場合は、これらの温度計は
必要ない。
【００２５】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、前記メンブレンの温度を変化
させる装置がレーザーであることを特徴とするもの（請
求項３）である。
前記第２の手段であって、前記メンブレンの温度を変化
させる装置がレーザーであることを特徴とするもの（請
求項３）である。
【００２６】本手段においては、レーザー光をメンブレ
ンに照射することによってメンブレンの加熱を行なって
いる。よって、メンブレンから離れた位置からでも容易
にメンブレンの加熱を行なうことができるので、装置の
設計においてフレキシビリティが向上する。そして、レ
ーザーの出力に応じて、メンブレンの温度上昇はほぼ決
定されるので、メンブレンの温度を測定するための温度
計を必要としない。
ンに照射することによってメンブレンの加熱を行なって
いる。よって、メンブレンから離れた位置からでも容易
にメンブレンの加熱を行なうことができるので、装置の
設計においてフレキシビリティが向上する。そして、レ
ーザーの出力に応じて、メンブレンの温度上昇はほぼ決
定されるので、メンブレンの温度を測定するための温度
計を必要としない。
【００２７】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第２の手段又は第３の手段であって、前記メンブレ
ンに周波数の異なる振動を与える装置が、振動子の振動
を気体を媒体として当該メンブレンに伝達するものであ
ることを特徴とするもの（請求項４）である。
前記第２の手段又は第３の手段であって、前記メンブレ
ンに周波数の異なる振動を与える装置が、振動子の振動
を気体を媒体として当該メンブレンに伝達するものであ
ることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２８】本手段においては、気体を媒体としてメン
ブレンを加振しているので、メンブレン全体にほぼ一様
な力を与えることができると共に、メンブレンと機械が
接触する部分が無いので、メンブレンが損傷することが
防止される。
ブレンを加振しているので、メンブレン全体にほぼ一様
な力を与えることができると共に、メンブレンと機械が
接触する部分が無いので、メンブレンが損傷することが
防止される。
【００２９】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第２の手段から第４の手段のいずれかであって、前
記メンブレンの振動の振幅を測定する装置が、当該メン
ブレンに光を照射し、その反射光の位置を測定するもの
であり、光てこを応用して微小な振動の振幅を検出する
ものであることを特徴とするもの（請求項５）である。
前記第２の手段から第４の手段のいずれかであって、前
記メンブレンの振動の振幅を測定する装置が、当該メン
ブレンに光を照射し、その反射光の位置を測定するもの
であり、光てこを応用して微小な振動の振幅を検出する
ものであることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００３０】メンブレンの振動は、たとえば測定器とメ
ンブレン間の静電容量の変化を測定すること等によって
も計測できるが、このような場合には、メンブレンと測
定器を近づける必要があり、装置の設計上の自由度が少
なくなる。光てこを利用すれば、微小な振動を感度良く
検出できると共に、投光器と受光器をメンブレン位置か
ら離すことができるので、装置の設計上の自由度が多く
なる。
ンブレン間の静電容量の変化を測定すること等によって
も計測できるが、このような場合には、メンブレンと測
定器を近づける必要があり、装置の設計上の自由度が少
なくなる。光てこを利用すれば、微小な振動を感度良く
検出できると共に、投光器と受光器をメンブレン位置か
ら離すことができるので、装置の設計上の自由度が多く
なる。
【００３１】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかを使用して、
レチクルのメンブレンの内部応力測定を行い、内部応力
が所定範囲に入っているレチクルのみを使用して、当該
レチクルにパターンの形成を行い、そのレチクルを使用
してレチクルに形成されたパターンを、荷電粒子線露光
装置によりウェハに転写する工程を有してなることを特
徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項６）であ
る。
前記第１の手段から第５の手段のいずれかを使用して、
レチクルのメンブレンの内部応力測定を行い、内部応力
が所定範囲に入っているレチクルのみを使用して、当該
レチクルにパターンの形成を行い、そのレチクルを使用
してレチクルに形成されたパターンを、荷電粒子線露光
装置によりウェハに転写する工程を有してなることを特
徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項６）であ
る。
【００３２】本手段によれば、簡単な方法でレチクルの
メンブレン部の応力を測定することができるので、半導
体デバイス製造方法全体のコストを下げることができ
る。
メンブレン部の応力を測定することができるので、半導
体デバイス製造方法全体のコストを下げることができ
る。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
ついて図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形
態の１例であるレチクルのメンブレンの内部応力測定装
置の主要部の概要を示す図である。図１において、１は
薄膜メンブレン、２はレチクル、３はステージ、４はベ
ース、５は粗動ステージ、６はＰＺＴ素子、７は位置調
整ステージ、８は半導体レーザ、９は位置調整ステー
ジ、１０は多分割フォトダイオード、１１は観察装置、
１２はＣＣＤ、１３は加熱用レーザである。
ついて図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形
態の１例であるレチクルのメンブレンの内部応力測定装
置の主要部の概要を示す図である。図１において、１は
薄膜メンブレン、２はレチクル、３はステージ、４はベ
ース、５は粗動ステージ、６はＰＺＴ素子、７は位置調
整ステージ、８は半導体レーザ、９は位置調整ステー
ジ、１０は多分割フォトダイオード、１１は観察装置、
１２はＣＣＤ、１３は加熱用レーザである。
【００３４】複数の薄膜メンブレン１を有するレチクル
２は、開口を有するステージ３に搭載される。レチクル
２の裏面には、ベース４上に粗動ステージ５が設けら
れ、同ステージにはＰＺＴ素子６が搭載されている。メ
ンブレン１とＰＺＴ素子６の間隔は任意に設定可能であ
るが、1.5mmから５mm程度の範囲が好ましい。
２は、開口を有するステージ３に搭載される。レチクル
２の裏面には、ベース４上に粗動ステージ５が設けら
れ、同ステージにはＰＺＴ素子６が搭載されている。メ
ンブレン１とＰＺＴ素子６の間隔は任意に設定可能であ
るが、1.5mmから５mm程度の範囲が好ましい。
【００３５】メンブレン１の振動検出に用いる光テコと
しては、位置調整ステージ７に搭載された半導体レーザ
８から照射されるレーザ光を入射角約20度でメンブレン
１上に入射し、反射レーザ光を、位置調整ステージ９に
搭載された多分割フォトダイオード１０で受光する構成
のものを用いている。
しては、位置調整ステージ７に搭載された半導体レーザ
８から照射されるレーザ光を入射角約20度でメンブレン
１上に入射し、反射レーザ光を、位置調整ステージ９に
搭載された多分割フォトダイオード１０で受光する構成
のものを用いている。
【００３６】測定するメンブレン１は、光学的な観察装
置１１により観察され、観察装置１１に一体化したＣＣ
Ｄ１２を用いてモニタリングが可能とされている。この
観察装置１１は、レチクル３に設けた基準マークを読み
とり、測定すべき面内測定位置を決定するために用いら
れる。
置１１により観察され、観察装置１１に一体化したＣＣ
Ｄ１２を用いてモニタリングが可能とされている。この
観察装置１１は、レチクル３に設けた基準マークを読み
とり、測定すべき面内測定位置を決定するために用いら
れる。
【００３７】メンブレンの温度変更手段として加熱用レ
ーザ１３が搭載され、観察対象のメンブレンに光を照射
することによって所定の温度上昇を与えるようにされて
いる。
ーザ１３が搭載され、観察対象のメンブレンに光を照射
することによって所定の温度上昇を与えるようにされて
いる。
【００３８】図２は、図１に示した主要部を有するレチ
クルのメンブレンの内部応力測定装置の全体概要を示す
図、図３はその動作を示すフローチャートである。図２
において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には、
同じ符号を付してその説明を省略する。図２において、
１４はレーザ用電源、１５はステージ駆動装置、１６は
ＰＺＴ駆動装置、１７は信号演算回路、１８は加熱用レ
ーザ電源、１９は制御コンピュータ、２０は検出部駆動
装置である。
クルのメンブレンの内部応力測定装置の全体概要を示す
図、図３はその動作を示すフローチャートである。図２
において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には、
同じ符号を付してその説明を省略する。図２において、
１４はレーザ用電源、１５はステージ駆動装置、１６は
ＰＺＴ駆動装置、１７は信号演算回路、１８は加熱用レ
ーザ電源、１９は制御コンピュータ、２０は検出部駆動
装置である。
【００３９】測定すべきレチクル２はレチクルを複数搭
載可能なマガジンに搭載され、装置にセットされる。既
に装置上に測定済みのレチクルがある場合は、測定済み
レチクルは排出されて測定済みレチクルを収納するマガ
ジンに収納され、新しいレチクルが測定装置のステージ
３上に設置される。その後、レチクル２に設けられたノ
ッチ又はオリエンテーションフラットを基準としてプリ
アライメントを行い、大体の面内の位置合わせを行う。
その後、観察装置１１を用いたオートフォーカス機構に
より光テコ検出系のレチクル２に対する高さを調整す
る。
載可能なマガジンに搭載され、装置にセットされる。既
に装置上に測定済みのレチクルがある場合は、測定済み
レチクルは排出されて測定済みレチクルを収納するマガ
ジンに収納され、新しいレチクルが測定装置のステージ
３上に設置される。その後、レチクル２に設けられたノ
ッチ又はオリエンテーションフラットを基準としてプリ
アライメントを行い、大体の面内の位置合わせを行う。
その後、観察装置１１を用いたオートフォーカス機構に
より光テコ検出系のレチクル２に対する高さを調整す
る。
【００４０】次に、予めレチクル２の表面に刻印された
複数のアライメント用マークを観察装置１１とＣＣＤ１
２で読みとり、測定装置に設置されたレチクル２の正確
な位置ずれ量を算出して、正確に位置合わせを行なう
（Ｓ１１）。次に、レーザ用電源１４によりレーザ８を
発振させる（Ｓ１２）。
複数のアライメント用マークを観察装置１１とＣＣＤ１
２で読みとり、測定装置に設置されたレチクル２の正確
な位置ずれ量を算出して、正確に位置合わせを行なう
（Ｓ１１）。次に、レーザ用電源１４によりレーザ８を
発振させる（Ｓ１２）。
【００４１】次に、ステージ駆動装置１５により、ステ
ージ３を駆動し、最初の測定メンブレン１が測定位置に
来るようにレチクル３を移動させる。ここで再びオート
フォーカスをかけて光テコ検出系のＺ方向を調節した後
（Ｓ１３）、メンブレン１に照射されて反射したレーザ
ー光が多分割フォトディテクタ１０の中央に入射される
ように検出部区駆動装置２０により駆動装置９を動作さ
せて、多分割フォトディテクタ１０の位置を調整する
（Ｓ１４）。この調整では、多分割フォトディテクタ１
０で検出される各素子の出力が等しくなる位置を探す方
法等がとられる。
ージ３を駆動し、最初の測定メンブレン１が測定位置に
来るようにレチクル３を移動させる。ここで再びオート
フォーカスをかけて光テコ検出系のＺ方向を調節した後
（Ｓ１３）、メンブレン１に照射されて反射したレーザ
ー光が多分割フォトディテクタ１０の中央に入射される
ように検出部区駆動装置２０により駆動装置９を動作さ
せて、多分割フォトディテクタ１０の位置を調整する
（Ｓ１４）。この調整では、多分割フォトディテクタ１
０で検出される各素子の出力が等しくなる位置を探す方
法等がとられる。
【００４２】次にＰＺＴ駆動装置１６からのＡＣ電圧に
よりＰＺＴ６を駆動し、所定の周波数範囲の音波を発生
させ、このときのメンブレン１の振動量をフォトディテ
クタ１０の出力として、信号演算回路１７を介して測定
する。そして、振動周波数を変えながらこの測定を行
い、振動スペクトルを得る（Ｓ１５）。得られた振動ス
ペクトルから、メンブレンの共振周波数を検出する（Ｓ
１６）。
よりＰＺＴ６を駆動し、所定の周波数範囲の音波を発生
させ、このときのメンブレン１の振動量をフォトディテ
クタ１０の出力として、信号演算回路１７を介して測定
する。そして、振動周波数を変えながらこの測定を行
い、振動スペクトルを得る（Ｓ１５）。得られた振動ス
ペクトルから、メンブレンの共振周波数を検出する（Ｓ
１６）。
【００４３】その後、加熱用レーザ１３を加熱用レーザ
電源１８を用いて発振させ（Ｓ１７）、メンブレン１に
レーザ光を照射し加熱する。この状態で再び、上記の方
法により振動スペクトルを得て、メンブレンの共振周波
数を検出する（Ｓ１８、Ｓ１９）。このようにして得ら
れた２つの共振点を用い、制御コンピュータ１９により
当該メンブレンのヤング率と応力値を算出して記憶する
（Ｓ２０）。そして、ＰＺＴ６の発振を停止させると共
に（Ｓ２１）、レーザー８、１３をオフとする（Ｓ２
２）。このような動作を他のメンブレンに対して行い、
複数のメンブレンの応力値を計測入手することが可能に
なる。
電源１８を用いて発振させ（Ｓ１７）、メンブレン１に
レーザ光を照射し加熱する。この状態で再び、上記の方
法により振動スペクトルを得て、メンブレンの共振周波
数を検出する（Ｓ１８、Ｓ１９）。このようにして得ら
れた２つの共振点を用い、制御コンピュータ１９により
当該メンブレンのヤング率と応力値を算出して記憶する
（Ｓ２０）。そして、ＰＺＴ６の発振を停止させると共
に（Ｓ２１）、レーザー８、１３をオフとする（Ｓ２
２）。このような動作を他のメンブレンに対して行い、
複数のメンブレンの応力値を計測入手することが可能に
なる。
【００４４】なお、図１、図２の構成においては、メン
ブレン１の加熱を表面側から行なっ低るが、裏側から行
なってもよいことは言うまでもない。また、メンブレン
１の温度上昇は、加熱用レーザの出力によりほぼ決定さ
れるので、測定の必要はないが、別に温度計を設け、測
定したデータからｄσを求めるようにしてもよい。
ブレン１の加熱を表面側から行なっ低るが、裏側から行
なってもよいことは言うまでもない。また、メンブレン
１の温度上昇は、加熱用レーザの出力によりほぼ決定さ
れるので、測定の必要はないが、別に温度計を設け、測
定したデータからｄσを求めるようにしてもよい。
【００４５】図４は、一辺が1.15mm、厚さ２μm、のシ
リコン製メンブレンにおいて、５mＷの赤色レーザーに
より、約15℃程度の温度上昇を与えた場合の、前後にお
ける二次の共振点のずれの例を示す図である。加熱によ
り共振周波数が変化していることが分かる。一方、前述
の大きさのメンブレンでは、16℃程度の加熱により、６
ＭPaの応力の強制低減が可能であることが数値計算から
明らかとなっている。よって、これらの関係よりｄσ／
ｄｆを求め、前述の方法によりヤング率と内部応力を同
時に求めることができる。
リコン製メンブレンにおいて、５mＷの赤色レーザーに
より、約15℃程度の温度上昇を与えた場合の、前後にお
ける二次の共振点のずれの例を示す図である。加熱によ
り共振周波数が変化していることが分かる。一方、前述
の大きさのメンブレンでは、16℃程度の加熱により、６
ＭPaの応力の強制低減が可能であることが数値計算から
明らかとなっている。よって、これらの関係よりｄσ／
ｄｆを求め、前述の方法によりヤング率と内部応力を同
時に求めることができる。
【００４６】以下、本発明に係る半導体デバイスの製造
方法の実施の形態の例を説明する。図５は、本発明の半
導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートであ
る。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。 ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備
するウェハ準備工程） 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又
はマスクを準備するマスク準備工程） ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング
工程 ウェハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程 できたチップを検査するチップ検査工程 なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。
方法の実施の形態の例を説明する。図５は、本発明の半
導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートであ
る。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。 ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備
するウェハ準備工程） 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又
はマスクを準備するマスク準備工程） ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング
工程 ウェハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程 できたチップを検査するチップ検査工程 なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。
【００４７】これらの主工程の中で、半導体のデバイス
の性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッ
シング工程である。この工程では、設計された回路パタ
ーンをウェハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動
作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシン
グ工程は以下の各工程を含む。 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる） この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程 薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマス
ク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成する
リソグラフィー工程 レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエ
ッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる） イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 さらに加工されたウェハを検査する検査工程 なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。
の性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッ
シング工程である。この工程では、設計された回路パタ
ーンをウェハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動
作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシン
グ工程は以下の各工程を含む。 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる） この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程 薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマス
ク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成する
リソグラフィー工程 レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエ
ッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる） イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 さらに加工されたウェハを検査する検査工程 なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。
【００４８】図６は、図５のウェハプロセッシング工程
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上にレ
ジストをコートするレジスト塗布工程 レジストを露光する露光工程 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを
得る現像工程 現像されたレジストパターンを安定化させるためのア
ニール工程 以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング
工程、リソグラフィー工程については、周知のものであ
り、これ以上の説明を要しないであろう。
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上にレ
ジストをコートするレジスト塗布工程 レジストを露光する露光工程 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを
得る現像工程 現像されたレジストパターンを安定化させるためのア
ニール工程 以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング
工程、リソグラフィー工程については、周知のものであ
り、これ以上の説明を要しないであろう。
【００４９】本発明の実施の形態においては、リソグラ
フィー工程に使用するレチクルに、本発明のレチクルの
メンブレンの内部応力測定方法又は装置を使用している
ので、全体の工程に要する費用を安価にすることができ
る。
フィー工程に使用するレチクルに、本発明のレチクルの
メンブレンの内部応力測定方法又は装置を使用している
ので、全体の工程に要する費用を安価にすることができ
る。
【００５０】
【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、請求項２に係る発明においては、従来
のようにヤング率を別の手段で測定することなく、ヤン
グ率と内部応力を同時に測定できるので、測定にかかる
手間と時間を少なくすることができる。
項１に係る発明、請求項２に係る発明においては、従来
のようにヤング率を別の手段で測定することなく、ヤン
グ率と内部応力を同時に測定できるので、測定にかかる
手間と時間を少なくすることができる。
【００５１】請求項３に係る発明においては、これに加
え、メンブレンから離れた位置からでも容易にメンブレ
ンの加熱を行なうことができるので、装置の設計におい
てフレキシビリティが向上する。
え、メンブレンから離れた位置からでも容易にメンブレ
ンの加熱を行なうことができるので、装置の設計におい
てフレキシビリティが向上する。
【００５２】請求項４に係る発明においては、これらに
加え、メンブレン全体にほぼ一様な力を与えることがで
きると共に、メンブレンと機械が接触する部分が無いの
で、メンブレンが損傷することが防止される。
加え、メンブレン全体にほぼ一様な力を与えることがで
きると共に、メンブレンと機械が接触する部分が無いの
で、メンブレンが損傷することが防止される。
【００５３】請求項５に係る発明においては、これらに
加え、投光器と受光器をメンブレン位置から離すことが
できるので、装置の設計上の自由度が多くなる。
加え、投光器と受光器をメンブレン位置から離すことが
できるので、装置の設計上の自由度が多くなる。
【００５４】請求項６に係る発明においては、簡単な方
法でレチクルのメンブレン部の応力を測定することがで
きるので、半導体デバイス製造方法全体のコストを下げ
ることができる。
法でレチクルのメンブレン部の応力を測定することがで
きるので、半導体デバイス製造方法全体のコストを下げ
ることができる。
【図１】本発明の実施の形態の１例であるレチクルのメ
ンブレンの内部応力測定装置の主要部の概要を示す図で
ある。
ンブレンの内部応力測定装置の主要部の概要を示す図で
ある。
【図２】図１に示した主要部を有するレチクルのメンブ
レンの内部応力測定装置の全体概要を示す図である。
レンの内部応力測定装置の全体概要を示す図である。
【図３】図２に示したレチクルのメンブレンの内部応力
測定装置の動作を示す概略フローチャートである。
測定装置の動作を示す概略フローチャートである。
【図４】メンブレンを加熱した前後における共振周波数
の推移の例を示す図である。
の推移の例を示す図である。
【図５】本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図６】リソグラフィー工程を示すフローチャートであ
る。
る。
１…薄膜メンブレン、２…レチクル、３…ステージ、４
…ベース、５…粗動ステージ、６…ＰＺＴ素子、７…位
置調整ステージ、８…半導体レーザ、９…位置調整ステ
ージ、１０…多分割フォトダイオード、１１…観察装
置、１２…ＣＣＤ、１３…加熱用レーザ、１４…レーザ
用電源、１５…ステージ駆動装置、１６…ＰＺＴ駆動装
置、１７…信号演算回路、１８…加熱用レーザ電源、１
９…制御コンピュータ、２０…検出部駆動装置
…ベース、５…粗動ステージ、６…ＰＺＴ素子、７…位
置調整ステージ、８…半導体レーザ、９…位置調整ステ
ージ、１０…多分割フォトダイオード、１１…観察装
置、１２…ＣＣＤ、１３…加熱用レーザ、１４…レーザ
用電源、１５…ステージ駆動装置、１６…ＰＺＴ駆動装
置、１７…信号演算回路、１８…加熱用レーザ電源、１
９…制御コンピュータ、２０…検出部駆動装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０４ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０４ ５Ｆ０５６ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｓ Ｆターム(参考） 2F065 AA09 AA20 AA65 BB01 BB27 CC18 EE05 FF00 FF09 FF44 FF69 GG06 HH12 JJ01 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ18 JJ22 JJ26 NN20 PP02 PP12 QQ23 QQ28 TT01 TT02 2G051 AA56 AB06 BA10 CA01 CB01 DA01 DA07 EA02 EB09 EC04 2G061 AA17 AB06 AC03 AC04 BA07 CA05 CB10 EA03 EB03 2H095 BD02 BD13 BD17 2H097 AA03 CA16 LA10 5F056 AA22 AA27 FA10
Claims (6)
- 【請求項１】 レチクルに形成されたメンブレンの内部
応力を測定する方法であって、当該メンブレンの温度を
変化させた複数の状態で当該メンブレンを加振し、それ
ぞれの状態の共振周波数を求め、これらの共振周波数に
基づいて内部応力を求めることを特徴とするレチクルの
メンブレンの内部応力測定方法。 - 【請求項２】 レチクルに形成されたメンブレンの内部
応力を測定する装置であって、当該メンブレンの温度を
変化させる調温装置と、当該メンブレンに周波数の異な
る振動を与える加振装置と、当該メンブレンの振動の振
幅を測定する振幅測定装置と、当該メンブレンに与えら
れた振動の周波数とそのときのメンブレンの振幅より、
当該メンブレンの共振周波数を求める共振周波数算出装
置と、複数の異なるメンブレン温度における共振周波数
より、当該メンブレンの内部応力を算出する応力算出手
段とを有してなることを特徴とするレチクルのメンブレ
ンの内部応力測定装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載のレチクルのメンブレン
の内部応力測定装置であって、前記メンブレンの温度を
変化させる装置がレーザーであることを特徴とするレチ
クルのメンブレンの内部応力測定装置。 - 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載のレチクル
のメンブレンの内部応力測定装置であって、前記メンブ
レンに周波数の異なる振動を与える装置が、振動子の振
動を気体を媒体として当該メンブレンに伝達するもので
あることを特徴とするレチクルのメンブレンの内部応力
測定装置。 - 【請求項５】 請求項２から請求項４のうちいずれか１
項に記載のレチクルのメンブレンの内部応力測定装置で
あって、前記メンブレンの振動の振幅を測定する装置
が、当該メンブレンに光を照射し、その反射光の位置を
測定するものであり、光てこを応用して微小な振動の振
幅を検出するものであることを特徴とするレチクルのメ
ンブレンの内部応力測定装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載の方法、又は請求項２か
ら請求項５のうちいずれかの装置を使用して、レチクル
のメンブレンの内部応力測定を行い、内部応力が所定範
囲に入っているレチクルのみを使用して、当該レチクル
にパターンの形成を行い、そのレチクルを使用してレチ
クルに形成されたパターンを、荷電粒子線露光装置によ
りウェハに転写する工程を有してなることを特徴とする
半導体デバイスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000078675A JP2001264185A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | レチクルのメンブレンの内部応力測定方法及び装置、並びに半導体デバイスの製造方法 |
| US09/813,030 US6575035B2 (en) | 2000-03-21 | 2001-03-21 | Apparatus and method for measuring internal stress of reticle membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000078675A JP2001264185A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | レチクルのメンブレンの内部応力測定方法及び装置、並びに半導体デバイスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264185A true JP2001264185A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18596054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000078675A Pending JP2001264185A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | レチクルのメンブレンの内部応力測定方法及び装置、並びに半導体デバイスの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6575035B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001264185A (ja) |
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| JP2007285904A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Tokyo Electron Ltd | 音取得装置、音校正装置、音測定装置、およびプログラム。 |
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| CN106989860A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-07-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于光热辐射测量的材料内部应力测量系统与方法 |
| CN111811426A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 微机电系统结构的调控方法及装置 |
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| US20080223136A1 (en) * | 2005-08-04 | 2008-09-18 | Tokyo Electron Limited | Minute structure inspection device, inspection method, and inspection program |
| US7636151B2 (en) * | 2006-01-06 | 2009-12-22 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | System and method for providing residual stress test structures |
| EP2677297B1 (en) * | 2011-02-15 | 2019-09-11 | National Institute for Materials Science | Method for ultrasonic fatigue testing at high temperature |
| CN103245437B (zh) * | 2012-02-13 | 2017-02-08 | 付康 | 一种确定非线性薄膜应力的系统与方法 |
| CN109119351B (zh) * | 2017-06-26 | 2021-07-13 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 介质膜层的应力检测方法及应力检测系统 |
| CN114752891B (zh) * | 2017-09-07 | 2023-11-14 | Lg伊诺特有限公司 | 沉积掩模 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4521118A (en) * | 1982-07-26 | 1985-06-04 | Therma-Wave, Inc. | Method for detection of thermal waves with a laser probe |
| JP2856043B2 (ja) * | 1993-09-28 | 1999-02-10 | 株式会社日立製作所 | 応力評価方法およびその装置 |
| US5587532A (en) * | 1995-01-12 | 1996-12-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of measuring crack propagation in opaque materials |
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| US6057927A (en) * | 1998-02-25 | 2000-05-02 | American Iron And Steel Institute | Laser-ultrasound spectroscopy apparatus and method with detection of shear resonances for measuring anisotropy, thickness, and other properties |
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| JP3388176B2 (ja) * | 1998-03-27 | 2003-03-17 | 日本碍子株式会社 | 圧電センサ装置とそれを用いた電気的定数変化の検出方法 |
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2000
- 2000-03-21 JP JP2000078675A patent/JP2001264185A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-21 US US09/813,030 patent/US6575035B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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