JP2622318B2 - X線露光用マスク - Google Patents

X線露光用マスク

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  • Optical Transform (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ICやLSIを
製造するためのX線露光に用いる高精度微細パタン形成
用X線マスクに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体ICやLSIパタンの高集積化に
伴い、微細パタンを高精度にウエハ上に形成する技術の
進展が不可欠のものとなっている。X線露光法は、X線
感光性高分子にX線が照射されて生じた光・オージェ電
子が高分子の結合、切断を誘起し、X線照射部分と未照
射部分の高分子の溶剤に対する溶解速度が変化すること
を利用している。X線の直進性が優れていること、光・
オージェ電子のエネルギーが高分子に及ぼす相互作用範
囲が小さいなどの理由から、従来用いられてきた電子ビ
ーム露光、紫外線露光に比較して高精度微細パタンの形
成に有利である。X線マスクは、基本的にはX線に対し
て不透明なX線吸収層、これを支持するX線透過基板、
補強支柱から構成されている。図3は従来のX線マスク
の構造を模式的に示すもので、1はX線透過基板、2は
補強支柱、3はX線吸収層、4はマスクマーク、5は位
置合せ用透過窓である。X線透過基板1はX線の減衰が
小さい材料の薄膜で構成される。また、位置合せ用透過
窓5を通して半導体ウエハ上に設けたウエハマークとの
位置合せを行うために、例えば半導体レーザ光、He−
Neレーザ光などの可視光領域及び可視光領域付近の位
置検出光に対しても減衰が小さい材料の薄膜が要求され
る。検出に用いるX線の波長が4〜15Åの場合、材料
としてはAl2O3、Si3N4、SiC、SiO2などが
優れている。補強支柱2はX線透過基板1を平坦に保
ち、また実際の取扱いを容易にするように機械的強度を
持たせるためのもので材料としてはSi、SiO2など
が用いられている。X線吸収層3は薄膜でX線の減衰が
大きいように、Ta、Au、Ptなどの重金属を用い、
イオンエッチング法、メッキ法などの方法で半導体集積
回路のパタンが形成される。マスクマーク4は半導体集
積回路パタンの周辺部に設けられ、X線吸収層から成
る。
【0003】図4は従来のX線マスクを用いたX線露光
法(特願昭61−104186号)の説明図で6は半導
体ウエハ、7はウエハマーク、8、9は入射光、10、
11は所望の回折光、12はX線感光性膜である。微細
パタンを高精度に半導体ウエハ6に形成するため、X線
感光性膜12を半導体ウエハ6上に形成し、X線を用い
てX線透過基板1上に形成されたX線吸収層3から成る
微細LSIパタンをX線感光性膜12に転写する。この
とき、半導体ウエハ6とX線マスクとの間隔をギャップ
と呼び、転写されるパタンの解像性はギャップに大きく
影響される。通常、0.1〜0.3μmの微細パタンを
形成するためには、ギャップは、10〜30μmに設定
する必要がある。また、X線透過基板1上に形成された
X線吸収層3から成る微細LSIパタンを半導体ウエハ
6上の所定の位置に精度良く転写する必要があり、半導
体ウエハ6とX線マスクとの位置合せ(アライメント)
が重要である。図4の例では、アライメント法として回
折格子を用いた光ヘテロダイン干渉法を利用しており、
半導体ウエハ6とX線マスクとの位置ずれ量を光ヘテロ
ダイン干渉した回折光のビート信号の位相差から検出し
高精度化を図っている。X線マスク上に形成したX線吸
収層3からなる回折格子(マスクマーク4)と半導体ウ
エハ6上に形成した基板段差からなる回折格子(ウエハ
マーク7)に2波長のレーザ光8、9を入射し、マス
ク、及びウエハマークからそれぞれ出射する光ヘテロダ
イン干渉回折光10と11との位相差を光電変換したビ
ート信号から検出し、位置合せを行っている。光ヘロテ
ダイン干渉回折光11を検出するために、ウエハマーク
に対向したX線マスク側は位置合せ用透過窓5が形成さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
X線マスクを用いたX線露光では、前記X線マスクと半
導体ウエハとが数十μmに近接して配置されているた
め、入射光8,9或いは入射光によって生じた回折光の
一部は、X線マスク、半導体ウエハ面で多重反射し、回
折光10、11と同一方向に出射する。図5にマスクマ
ーク4、及びウエハマーク7である回折格子部での多重
反射の様子を示す。図5(a)はマスクマーク部、
(b)はウエハマーク部である。破線で示した回折光1
3はX線マスク上の回折格子で透過回折し半導体ウエハ
面で反射した回折光、回折光14はマスク回折格子を透
過し半導体ウエハ面で反射しマスク回折格子で透過回折
した回折光、回折光15はウエハ回折格子で反射回折し
た後、マスク及びウエハ面で反射した回折光、回折光1
6はマスク及びウエハ面で反射した後、ウエハ回折格子
で反射回折した回折光である。図5ではマスク及びウエ
ハ面でそれぞれ1回反射した回折光のみを示したが実際
にはさらに反射、回折した回折光が存在する。また、入
射光9についての多重反射の様子を示したが、左右対称
の入射光8についても同様のことが言える。
【0005】このように、上記従来のX線マスクでは、
所望の回折光10、或いは11に不要の回折光13,1
4、或いは15,16が干渉する。そして、これら多重
干渉回折光は、マスク、ウエハ回折格子の格子面に垂直
な方向に対しての間隔、即ちギャップの微小変動に敏感
となり、λ/2(λは位置検出に用いるレーザ光の波
長)のギャップ変動を周期として強度変動を生ずる。従
って、この強度変動はビート信号の振幅変動となって現
れ、位相差検出信号を不安定化させ、位置合せ精度を劣
化させるという欠点を有していた。
【0006】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、位相差検出信号を安定化させて位置合せの高精度
を可能としたX線露光用マスクを提供することを目的と
している。
【0007】
【課題を課題するための手段】前述の問題を解決するた
めに、本発明は、上記X線露用マスクの両面、或いはい
ずれか一方の面の全面、もしくはウエハマークと対向し
たX線透過窓領域を含む一部分に上記位置検出用レーザ
光を透過する物質からなる反射防止膜を形成し、且つ上
記X線露用マスクの前記X線感光性膜と対向する面の全
面、もしくはマスクマークを含む一部分に上記位置検出
用レーザ光の透過を妨げる物質からなる不透明膜を形成
し、多重反射の影響を軽減させて位置合せを行うことを
特徴とするものである。
【0008】
【作用】ウエハマークと対向したX線透過窓領域に反射
防止膜を形成することにより、位置検出用レーザ光に対
しマスク側の透過率が向上し、マスク面での反射光強度
が小さくなる。また、ウエハ側のX線感光性膜面と対向
するマスタマーク部に不透明膜を形成することにより、
マスク面を透過しウエハ側に達するレーザ光強度が小さ
くなる。従って、多重反対による干渉の影響が無くな
り、ビート信号の振幅変動が小さく信号処理が容易とな
り安定した位相差信号が得られ、高精度の位置合せが可
能となる。
【0009】
【実施例】以下、図1、図2を参照して本発明の実施例
を説明する。図1は、本発明に係わるX線露光用マスク
の一実施例、即ち半導体ICやLSIを製造するための
X線露光装置に適用するX線マスクを示した図である。
図1において、1はX線透過基板、2は補強支柱、3は
X線吸収層、4はマスクマーク、5は位置合せ用透過
窓、17はX線吸収層でLSIパタンを形成したデバイ
ズ領域、18はX線透過基板の薄膜化領域(メンブレン
領域)、19は反射防止膜領域、20は不透明膜領域で
ある。X線マスクと半導体ウエハとの位置合せに用いる
マスクマーク4と位置合せ用透過窓5は、デバイズ領域
17の周辺4箇所に配置された例を示す。図2は、本発
明に係わるX線マスクの位置合せに用いるマスクマーク
4(回折格子部)と位置合せ用透過窓5及び半導体ウエ
ハの位置合せマークである回折格子部の詳細を示した図
である。
【0010】図2において(a)はマスク回折格子部、
(b)はウエハ回折格子部である。1はX線透過基板、
3はX線吸収層、6は半導体ウエハ、12はX線感光性
高分子膜、9は入射光、10、11は所望の回折光、1
9は反射防止膜、20は不透明膜、21、22、23、
24は不要な多重反射回折光である。不透明膜20、即
ち半導体製造プロセスで用いられているレジスト工程、
プロセス層堆積工程、エッチング工程、リフトオフ工程
等の技術を利用して、アライメント用の検出光に対して
光を透しにくく、不透明となるように構成された単一の
物質からなる単一層、或いは複数の物質からなる複数層
の膜領域を形成することにより、(a)で破線で示した
X線マスク上の回折格子で透過回折し半導体ウエハ面で
反射し、再びX線マスクを透過した回折光21、マスク
回折格子を透過し半導体ウエハ面で反射しマスク回折格
子で透過回折した回折光22、いずれもX線マスクを透
過、或いは透過回折する際に不透明膜領域により光強度
が減衰し、回折光10との干渉にほとんど寄与しなくな
る。
【0011】また、反射防止膜19、即ち半導体製造プ
ロセスで用いられているレジスト工程、プロセス層堆積
工程、エッチング工程、リフトオフ工程等の技術を利用
して、アライメント用の検出光に対して光を透しやす
く、透過率の良くなるように構成された単一の物質から
なる単一層、或いは複数の物質からなる複数層の膜領域
を形成することにより、(b)で破線で示したウエハ回
折格子で反射回折した後、マスク及びウエハ面で反射し
た回折光23、マスク及びウエハ面で反射した後、ウエ
ハ回折格子で反射回折した回折光24、いずれも位置合
せ用透過窓5であるX線マスク面でほとんど反射せず透
過してしまうため、回折光11との干渉に寄与しない。
従って、回折光10,11は、多重反射の影響を受けな
い安定なビート信号として検出できる。図2ではマスク
及びウエハ面でそれぞれ1回反射した回折光のみを示し
たが、2次以降の反射光についてはさらに反射防止膜、
不透明膜の効果は大となる。また、入射光9についての
多重反射の様子を示したが、左右対称の入射光8につい
ても同様のことが言える。
【0012】図1の実施例では、反射防止膜領域19と
して、マスクマーク4と位置合せ用透過窓5を含む領域
としたが、アライメント用の位置検出光を効率良く透過
させる、少なくとも位置合せ用透過窓5を含めば形成領
域に制約はなく、例えば、反射防止膜が露光に使用する
X線の透過の妨げにならなければマスク面全体に形成し
ても効果は変わらない。また、位置検出光に対して透過
率が良く、ウエハマークと対向するX線マスク側の面で
の反射率が小さいならば、位置合せ用透過窓5の両面に
反射防止膜を形成する必要はなく、いずれか一方の面に
のみ反射防止膜を形成しても同様の効果が得られる。位
置合せ用透過窓5での位置検出光の透過率としては少な
くとも70〜80%あれば十分である。また、第1の実
施例では、不透明膜領域20として、マスクマーク4を
含む領域としたが、ウエハマークと対向するX線マスク
側の面について、少なくともマスクマーク4を含み位置
検出光のマスクマーク4からの透過を妨げ、位置検出光
の透過の妨げにならないように位置合せ用透過窓5を含
まないという条件を満たせば形成領域に制約はなく同様
の効果が得られる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スクとウエハ間での反射による多重干渉の影響を軽減さ
せることができるので位相差信号が安定化し、位置合せ
の高精度化という効果が得られる。すなわち、不透明
膜、及び反射防止膜の両方を形成することにより、マス
ク・ウエハ間の多重反射の影響がなくなり、マスク側の
アライメント信号もウエハ側のアライメント信号も安定
して得られる。したがって、それらの信号の位相差によ
るアライメントも、いずれか一方のみの膜形成によるア
ライメントにくらべて、より高精度のアライメントが可
能である。また、両膜をマスク上にそれぞれ選択的に形
成することにより、マスク歪みの影響を小さくできる効
果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のX線マスクの断面構造模式図である。
【図2】(a),(b)は本発明のX線露光法における
多重反射を説明する図である。
【図3】従来のX線マスクの断面構造模式図である。
【図4】従来のX線露光法を説明する図である。
【図5】(a),(b)は従来のX線露光法における多
重反射を説明する図である。
【符号の説明】 1 X線透過基板 2 補強支柱 3 X線吸収層 4 マスクマーク 5 位置合せ用透過窓 6 半導体ウエハ 7 ウエハマーク 8,9 入射光 10,11 所望の光ヘテロダイン干渉回折光 12 X線感光性高分子膜 13,14,15,16 不要な多重反射回折光 17 デバイス領域 18 メンブレン領域 19 反射防止膜領域 20 不透明膜領域 21,22,23,24 不要な多重反射回折光

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線透過基板にX線吸収層を備えてな
    り、X線感光性膜が付着された半導体ウエハとの位置合
    わせに用いられる位置検出光の透過を妨げる物質からな
    る不透明膜領域を、前記X線感光性膜と対向する面の全
    部もしくは一部に被覆してなり、前記位置検出光を透過
    させる物質からなる反射防止膜領域を、両面あるいは一
    方の面の全部もしくは一部に被覆してなることを特徴と
    するX線露光用マスク。
  2. 【請求項2】 位置合わせ用に形成された前記半導体ウ
    エハのマーク領域と対向位置に設けられた透過窓領域に
    のみ、前記反射防止膜領域を設けてなることを特徴とす
    る請求項記載のX線露光用マスク。
  3. 【請求項3】 位置合わせ用に形成されたマーク領域に
    のみ、前記不透明膜領域を設けてなることを特徴とする
    請求項1または2記載のX線露光用マスク。
  4. 【請求項4】 前記反射防止膜領域は、前記位置検出光
    を透過しやすい物質からなる一層あるいは複数層の膜か
    ら形成されてなることを特徴とする請求項記載のX線
    露光用マスク。
  5. 【請求項5】 前記不透明膜領域は、前記位置検出光を
    透過しにくい物質からなる一層あるいは複数層の膜から
    形成されてなることを特徴とする請求項記載のX線露
    光用マスク。
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