JP2783973B2 - Ｘ線リソグラフィ用マスクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線リソグラフィ用
マスクの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微細パターンの形成が可能なリソグラフ
ィ技術の１つとして、Ｘ線リソグラフィ技術がある。し
かし、現在のところリソグラフィに要求される性能を満
たし得るレベルのＸ線集光レンズがないので、Ｘ線リソ
グラフィ技術では縮小投影露光はできず等倍露光が行な
われる。このため、被露光試料上に既に形成されている
回路パターンに次の回路パターン用のリソグラフィマス
ク（以下、マスクともいう。）を位置合わせする場合の
精度は、縮小投影露光の場合に比べ、格段に高くする必
要がある。これに適した位置合わせ方法の１つとして、
ヘテロダイン法と称される方法がある。これは、マスク
及びリソグラフィの対象となる試料各々に形成された位
置合わせ用マークにアライメント光をそれぞれ照射し、
各マークに起因する回折光を比較することにより両者の
位置合わせを行なうものである。この方法をより良好な
ものとする技術として、例えば特開平4-309212号公報
（或はジャーナル オブ バキューム サイエンス テ
クノロジ（J.Vac.Sci.Technol.）B,Vol.10,No.6,Nov/De
c1992,pp-3248-3251）には、支持体（メンブレン）上に
Ｘ線吸収体を所定形状に加工して形成したマーク部（こ
こではグレーティングパターン）を設け、かつ、このマ
ーク部を、リソグラフィ対象の試料側において、アライ
メント光に対し不透明な膜（遮光膜）で覆った構成の位
置合わせ用マーク構造を有するＸ線リソグラフィマスク
が開示されている。このマスクでは、位置合わせ用マー
ク部に遮光膜を具えるため、アライメント光が被露光試
料側に至ることを防止できる。したがって、位置合わせ
用マーク部近辺では、アライメント光が試料側に至り試
料で反射されＸ線源側に戻りアライメントに必要な回折
光に悪さをすることを防止できるので、マスクと試料と
の位置合わせ精度の向上が図れるという。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位置合わせ用マーク構造（Ｘ線リソグラフィマスク）で
は以下に説明するような問題点があった。

【０００４】：この従来のＸ線リソグラフィマスクを
作製する際、支持体上にＸ線吸収体を加工して所望の回
路パターン（ＬＳＩパターン等、また、グレーティング
パターンを含む。以下同じ。）を形成した後にグレーテ
ィングパターン領域上にのみ遮光膜を別途に形成する必
要があるため、Ｘ線リソグラフィマスクの製造工程の複
雑化および増加を招く。

【０００５】：支持体上に所望の回路パターンを形成
した後に遮光膜を形成するためのプロセスが実施される
ので、この遮光膜形成プロセスにおいて回路パターンへ
のパーティクルの付着および、回路パターンの損傷が起
こる危険がある。

【０００６】：位置合わせ用マークであるグレーティ
ングパターンを遮光膜で覆うとグレーティングにおける
凹部は遮光膜で埋められる。ここで、従来はグレーティ
グパターン自体がＸ線吸収体で構成されているので、遮
光膜の反射率とグレーティングを構成しているＸ線吸収
体の反射率とが近い場合は、グレーティングの効果がな
くなり、この結果、アライメントが良好に行なえなくな
る。また、遮光膜の構成材料も制約される。

【０００７】：遮光膜を形成するための成膜装置が別
途必要になる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
回路パターンに応じた形状を有したＸ線吸収体パターン
と、このＸ線吸収体パターンの支持体と、この支持体自
体をリソグラフィの対象である試料との位置合わせマー
クの形状に応じ加工したマーク部と、前記支持体の前記
のマーク部が形成された部分を含む所定領域部分の、前
記試料と対向する面に設けられ、アライメント光が前記
試料側に至ることを防止する遮蔽膜とを具えるＸ線リソ
グラフィ用マスクを製造するに当たり、支持体上に、マ
ーク部を形成するためのエッチングマスクとなるレジス
トパターンを形成する。次に、このレジストパターンを
形成した支持体を反応性イオンエッチング法によりエッ
チングして、該支持体に凹凸を利用した当該マーク部を
形成する。次に、このマーク部の形成が済んだ支持体上
にＸ線吸収体となり得る薄膜を形成する。次に、この薄
膜上にレジストを塗布し、そして、このレジストを、後
にこの薄膜を選択的にエッチングする際にこの薄膜を前
記回路パターンに応じたパターン状態で残存させること
ができ、かつ、前記マーク部上にこの薄膜を前記遮蔽膜
として残存させることができるようなレジストパターン
が得られるように、選択的に露光する。その後このレジ
ストを現像して、レジストパターンを得る。次に、該得
られたレジストパターンをマスクとして前記薄膜を反応
性イオンエッチング法によりエッチングして、前記回路
パターンに応じたＸ線吸収体パターンと前記遮蔽膜とを
同時に形成する。

【０００９】

【作用】この発明の構成によれば、位置合わせ用のマー
ク部は支持体自体を加工することで構成される。これ
は、マーク部形成のための特別な薄膜は用いなくて済む
ことを意味する。また、リソグラフィ対象の試料側に不
要な光が及ぶのを防止するための遮蔽膜は、リソグラフ
ィマスクの本来の遮蔽パターンを構成する材料で構成す
ることから、遮蔽膜を遮蔽パターン形成工程で同時に作
製出来る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明のＸ線リソグラフィ用マスク
の製造方法の実施例について説明する。この説明をいく
つかの図を参照して行う。しかしながら、これらの図は
この発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状及
び配置関係を概略的に示してある。また、各図において
同様な構成成分には同一の番号を付して示し、その重複
説明を省略する場合もある。

【００１１】１．構造の説明 図１（Ａ）はこの発明の位置合わせ用マーク構造１１を
有したＸ線リソグラフィマスク１３の要部断面図（ただ
し、切り口に着目して示している。）、図１（Ｂ）はこ
のマスク１３の平面図である。図１（Ａ）に示した構造
体は、ちょうどマスク１３を図１（Ｂ）中のＩ−Ｉ線に
沿って切ったものに相当する。なお、図１（Ｂ）では位
置合わせ用マーク構造１１を３個所に設けた例を示して
いる。これら３つのマークのうちの１つは、Ｘ方向の位
置合わせ用、他の１つはＹ方向の位置合わせ用、残りの
１つはＸ−Ｙ平面での回転ずれを補正するためのもので
ある。

【００１２】また、説明に用いた図１（Ａ）、（Ｂ）に
おいて、１５は、リソグラフィに用いるエネルギー線
（ここではＸ線）を遮蔽する材料で構成され形成しよう
とするパターンに応じた形状を有した遮蔽パターンであ
る。この遮光パターン１５はここではＸ線を吸収できる
材料の薄膜（Ｘ線吸収体）をパターニングしたもので構
成している。具体的にはタングステン膜をパターニング
したもので構成している。さらに図１において１７は、
上記遮光パターン１５を支持するための支持体である。
この支持体１７は、ここでは薄膜（メンブレン）例えば
窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）で構成している。さらに図
１において、１９は支持体１７を支持するための基板で
ある。ここではこの基板１９をシリコン基板で構成して
いる。このシリコン基板１９は、その所定領域を、支持
体１７を設けた面とは反対側（裏面側）から支持体１７
に至るまで除去（バックエッチ）してある。図中、１９
ａが、基板１９のバックエッチにより除去した部分であ
る。さらに図において、２１は電子線直接描画用の合わ
せマークである。

【００１３】この実施例のＸ線リソグラフィマスク１３
において、この発明に係る位置合わせ用マーク構造１１
は、支持体１７自体に所定ピッチで凹部を複数個形成し
て構成したグレーティング（凹凸）パターンから成るマ
ーク部１１ａと、支持体１７の前記マーク部１１ａが形
成された部分の、リソグラフィ対象の試料と対向する面
に設けられ、前記遮蔽パターンを構成している材料と同
じ材料（ここではタングステン）で構成した遮蔽膜１１
ｂとで、構成してある。ここで、マーク部１１ａにおけ
る凹部の深さｄ（図１（Ａ）参照）は、マーク部１１ａ
で生じる回折光の強度をなるべく高くすることができ、
かつ、支持体の強度を考慮した適正な深さとするのが良
い。この発明の位置合わせ用マーク構造では、マーク部
（グレーティングパターン）１１ａの凹部に遮蔽膜１１
ｂが埋め込まれる構造が得られる。これは、透過率の高
いメンブレン内に遮蔽膜１１ｂによる良好なグレーティ
ングパターンが形成されることを意味するから、この発
明により、アライメントに充分な回折光が得られる位置
合わせマーク構造が得られることが理解できる。

【００１４】この発明の位置合わせ用マーク構造では、
図２（Ａ）に示すように、リソグラフィマスク１３とリ
ソグラフィの対象である試料（例えばシリコンウエハ）
３０とのアライメント時、マスク１３の試料３０とは反
対側の面より入射るされるアライメント光ａで、位置合
わせ用マーク構造１１におけるマーク部（グレーティグ
パターン）１１ａを検出することが可能となり、かつ、
位置合わせ用マーク構造１１における遮蔽膜１１ｂでア
ライメント光ａは遮光されるので試料３０側にアライメ
ント光が漏れることを防止できる。

【００１５】なお、上述の実施例では、支持体１７をＳ
ｉＮ膜で構成していたが、支持体の構成材料はＸ線を透
過する材料でＸ線マスクに好適なものであればこれに限
られない。例えば炭化珪素（ＳｉＣ）膜や炭素（Ｃ）膜
で支持体１７を構成しても良い。また、遮蔽膜１１ｂを
タングステンで構成していたが、遮蔽膜１１ｂの構成材
料は遮蔽パターン１５を構成する材料に応じ変更出来
る。たとえば、タングステンの代わりにＴａ（タンタ
ル）や金（Ａｕ）などを用いても良い。

【００１６】また上述の実施例ではマーク部を凹凸が連
続するグレーティングパターンとしていたがマーク部の
パターン形状はこれに限られず設計に応じ変更出来る。
たとえば、十字マーク等であっても良い。この場合は支
持体１７自体に十字形状の凹部を設けるようにする。

【００１７】また上述の実施例ではこの発明の位置合わ
せ用マーク構造を、Ｘ線リソグラフィ用のマスクに適用
する例を説明した。しかし、この発明は他のエネルギー
線例えば光リソグラフィ技術にも適用出来る。この発明
を光リソグラフィ用のマスクに適用する場合は、支持体
は一般に合成石英ガラス基などの透光性基板となり、ま
た、遮蔽パターンはクロム膜パターンなどの遮光パター
ンとなる。したがって、この場合の位置合わせ用マーク
構造のマーク部は、透光性基板自体を加工して形成し、
このマーク部を覆う遮蔽膜はクロム膜で構成する等の構
成とすれば良い。

【００１８】２．製造方法の説明 次に、この発明の位置合わせ用マーク構造の製造方法の
実施例について説明する。この説明を図１を用いて説明
したＸ線リソグラフィ用マスクを製造する例により説明
する。ただし、以下の説明中で述べる使用材料、成膜方
法及び、厚さ、温度、流量、圧力、時間などの数値的条
件はこの発明の範囲内の単なる一例にすぎない。図３〜
図５はこの説明に供する工程図である。いずれの図も実
施例の製造工程中の主な工程におけるマスクの様子を図
１の断面図と対応する位置の断面によって示したもので
ある。

【００１９】先ず、シリコン基板１９上に支持体（メン
ブレン）としてのＳｉＮ膜１７を形成する（図３
（Ａ））。シリコン基板はこの場合厚さが２ｍｍのもの
としている。また、支持体となるＳｉＮ膜１７はこの実
施例では膜厚が２μｍのものとしている。このＳｉＮ膜
は、この実施例では、減圧化学的気相成長法（LPCVD ）
法により形成する。その際、成膜温度を９００℃、Ｓｉ
Ｈ₂ Ｃｌ₂ ガスの流量を６０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃ ガスの流
量を２０ｓｃｃｍとした条件でＳｉＮ膜を形成してい
る。

【００２０】次に、この支持体上にレジストを塗布し
（図示せず）、次いで、支持体に位置合わせ用マーク構
造におけるマーク部１１ａと電子線直接描画用の合わせ
マーク２１（図１参照）を形成するためのエッチング加
工時のマスクとなるレジストパターンを得るために、こ
のレジストを選択的に露光し、次いで現像を行なう。こ
れにより所望のレジストパターン４１を得る（図３
（Ｂ））。この実施例では、レジストとして、ＺＥＰ５
２０（日本ゼオン（株）製の電子線用レジスト）を用い
る。レジストの膜厚は５０００Åとしている。レジスト
に対する電子線露光は、加速電圧３０ＫｅＶ、照射電荷
密度８０μＣ／ｃｍ² の条件で行なう。露光済みレジス
トの現像においては現像液としてキシレンを用い、現像
時間を３分としている。

【００２１】次に、このレジストパターン４１をマスク
として支持体１７をエッチングして位置合わせ用マーク
構造１１におけるマーク部１１ａおよび電子線直接描画
用の合わせマーク２１を得る（図４（Ａ））。このエッ
チングで形成する凹部の深さｄ（図４（Ａ）参照）は、
アライメント光によるマーク部１１ａの検出において検
出信号のコントラストが最も強くなるような深さとす
る。ただし、支持体１７の強度を考慮した深さとする。
この実施例では、深さ４０００Åより浅い好適な値とし
ている。ここで形成された位置合わせ用マーク構造１１
のマーク部１１ａは、このエッチング工程で生じた凹部
と支持体１７のもともとの厚さとで生じる凹凸を利用し
たものとなる。従来ではマークは支持体上にＸ線吸収体
を用いて別途に形成していたのに対し、本発明では支持
体自体を加工してこれらマーク部１１ａを得るのであ
る。なお、マーク部１１ａを得るためのエッチングは、
この実施例では、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法
により行なう。具体的には、この場合、ＣＨＦ₃ ガス及
びＣＦ₄ ガスの流量をそれぞれ５０ｓｃｃｍとし、エッ
チングガス圧力を１０Ｐａ、ＲＦパワーを１００Ｗとし
た条件でエッチングをしている。

【００２２】マーク部１１ａの形成が済んだこの支持体
１７上に、次に、Ｘ線吸収体となり得る薄膜４３を形成
する（図４（Ａ））。Ｘ線吸収体となり得る薄膜４３
は、その応力が５×１０⁸ ｄｙｎ／ｃｍ² 以下のもので
かつ、透過Ｘ線のコントラストが１０以上となる所定の
膜厚のものとするのが良い。ここでは、Ｘ線吸収体とな
り得る薄膜４３としてタングステン膜を用いている。ま
た、このタングステン膜の形成を、この実施例では、Ｄ
Ｃパワーを２ＫＷ、Ａｒガス圧力を１５ｍＴｏｒｒ付近
に調整した条件のＤＣマグネトロンスパッタ法により形
成している。また、このタングステン膜の膜厚は０．８
μｍとしている。

【００２３】次に、Ｘ線吸収体となり得る薄膜４３上に
レジストを塗布し（図示せず）、次いで、このレジスト
に対し電子線による所定の露光を行ない、その後、現像
を行ない所定のレジストパターン４５を得る（同じく図
４（Ａ））。ここで、所定の電子線露光とは、後にＸ線
吸収体を選択的にエッチングする際に、ＬＳＩ回路パタ
ーンに応じたパターン状態でＸ線吸収体を残存させるこ
とができ、かつ、先に支持体を加工して形成したマーク
部１１ａ上にＸ線吸収体を遮光膜として残存させること
ができるようなエッチングマスクが得られるように、レ
ジストを露光する意味である。ただし、この実施例で
は、電子線直接描画用の合わせマーク２１の上にもＸ線
吸収体を残存させることととしている。ここでのレジス
トに対する電子線露光は、先に形成した電子線直接描画
用の合わせマークを基準として行なう。なお、この電子
線露光における条件（用いるレジストの種類、電子線の
ドーズ量など）は所望とするＬＳＩ回路パターンにより
異なるので、設計に応じ決定すれば良い。

【００２４】次に、Ｘ線吸収体となり得る薄膜４３の上
記レジストパターン４５で覆われていない部分をエッチ
ングする。これにより、回路パターン１５と、位置合わ
せマーク構造１１の遮光膜１１ｂとが同時に得られる
（図５（Ａ））。このエッチングは、この実施例では、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により行なう。具
体的には、この場合、Ｃｌ₂ ガスとＯ₂ ガスの流量をそ
れぞれ１５ｓｃｃｍとし、エッチングガス圧力を２．５
Ｐａ、ＲＦパワーを２００Ｗとした条件でエッチングを
している。

【００２５】次に、基板１９の裏面の所定部（補強フレ
ームとして残存させたい部分）に例えばレジスト４７を
残存させ、次に、基板１９のレジスト４７で覆われてい
ない部分を基板裏面からエッチング（バックエッチン
グ）する（図５（Ｂ））。このバックエッチングは、こ
の実施例では７０℃の温度のＫＯＨ水溶液（２０％容積
濃度）中に試料を浸漬することにより行なった。

【００２６】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明によれば、：Ｘ線吸収体パターンの支持体自体
をレジストパターンをマスクに用いて加工して、位置合
わせ用マーク構造のマーク部を形成する。そして、Ｘ線
吸収体パターン（回路パターン）形成工程において、ア
ライメント光の遮蔽膜を同時に形成する。このため、遮
蔽膜を形成するための特別の工程が不要になるので従来
に比べＸ線リソグラフィ用マスクの製造工程の短縮化が
図れる。：回路パターン形成後に遮蔽膜を形成すると
いうことがなくなるので、遮蔽膜形成工程で回路パター
ンにパーティクルが付着したり回路パターンが損傷する
という従来の問題点はこの発明では生じない。：支持
体内に遮蔽膜による所望の位置合わせ用マーク構造が形
成されるので、アライメントに充分な強度の回折光が得
られる。：Ｘ線吸収体パターン（回路パターン）と遮
蔽膜とを同一材料で構成したので、遮蔽膜形成のための
特別な装置を用意する必要がないから、通常のＸ線リソ
グラフィマスクを製造する装置のみで当該マスクを製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構造説明に供する図であり、（Ａ）は
要部断面図、（Ｂ）は全体を示した平面図である。

【図２】実施例の説明に供する図であり、実施例のリソ
グラフィマスクとリソグラフィ対象の試料との位置合わ
せの様子を示した図である。

【図３】製造方法の実施例の説明に供する図である。

【図４】製造方法の実施例の説明に供する図３に続く図
である。

【図５】製造方法の実施例の説明に供する図４に続く図
である。

【符号の説明】

１１：実施例の位置合わせ用マーク構造 １１ａ：支持体自体を加工し形成したマーク部 １１ｂ：遮蔽膜 １３：実施例のリソグラフィマスク（Ｘ線用） １５：形成しようとするパターンに応じた遮蔽パターン １７：遮蔽パターンの支持体 １９：基板 ２１：電子線直接描画用の合わせマーク ａ：アライメント光 ３０：リソグラフィの対象である試料（例えばシリコン
ウエハ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｍ (72)発明者 野田 周一 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 山下 吉雄 東京都文京区湯島３丁目31番１号 株式 会社ソルテック内 (72)発明者 足利 欣哉 東京都文京区湯島３丁目31番１号 株式 会社ソルテック内 (56)参考文献 特開 平５−206015（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−291018（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 1/08 G03F 7/20 G03F 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路パターンに応じた形状を有したＸ線
   吸収体パターンと、該Ｘ線吸収体パターンの支持体と、
   該支持体自体をリソグラフィの対象である試料との位置
   合わせマークの形状に応じ加工したマーク部と、前記支
   持体の前記マーク部が形成された部分を含む所定領域部
   分の、前記試料と対向する面に設けられ、アライメント
   光が前記試料側に至ることを防止する遮蔽膜とを具える
   Ｘ線リソグラフィ用マスクを製造するに当たり、 支持体上に、マーク部を形成するためのエッチングマス
   クとなるレジストパターンを形成し、 該レジストパターンを形成した支持体を反応性イオンエ
   ッチング法によりエッチングして、該支持体に凹凸を利
   用した当該マーク部を形成し、 該マーク部の形成が済んだ支持体上にＸ線吸収体となり
   得る薄膜を形成し、 該薄膜上にレジストを塗布し、該レジストを、後に該薄
   膜を選択的にエッチングする際に該薄膜を前記回路パタ
   ーンに応じたパターン状態で残存させることができ、か
   つ、前記マーク部上に該薄膜を前記遮蔽膜として残存さ
   せることができるようなレジストパターンが得られるよ
   うに、選択的に露光し、その後現像をして、レジストパ
   ターンを得、 該得られたレジストパターンをマスクとして前記薄膜を
   反応性イオンエッチング法によりエッチングして、前記
   回路パターンに応じたＸ線吸収体パターンと前記遮蔽膜
   とを同時に形成することを特徴とするＸ線リソグラフィ
   用マスクの製造方法。