JPH03156911A

JPH03156911A - パターニング方法

Info

Publication number: JPH03156911A
Application number: JP1295017A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Sasaki; 佐々木　義光; Tadao Kaneko; 金子　忠男; Hiroaki Inoue; 宏明井上; Koji Ishida; 宏司石田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1991-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体および光デバイス、プリント回路、超音
波デバイス、個体撮像装置、極低温デバイス、液晶装置
等、リソグラフィ技術によって作られる製品のパターニ
ング方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のアライメント系を用いたホトリソグラフイ法に関
しては、第３２回応用物理学会春季学術ＡＩ！演予稿集
（Ｉｌｌ’ｌ　６０年）、Ｉ）２９３．２９　ａ　−Ｈ
−１、および第３３回応用物理学会春季術講演予稿集（
昭６１年）　＋　ｐ　３１３．１．　ａ　−Ｚ　−７に
才９いて述べられているが、検出信号強度が弱くなった
ときの、試料側の対策については述べられていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｌ記従来技術は、試料（レジスト層を含む）の反射率が
低下ることに関して、何ら配慮がなされておらず、最悪
の場合には反射率が零となり、位置合わせ用の信号が検
出できないという問題かあ（２）つた。

本発明の目的は試料の反射率が最大になるような試料構
造を提供することにある。

［１題を解決するための手段］一ヒ記目的を達成するために試料上の誘電体膜、もしく
はレンズ１〜層の膜厚を反射率が最大となるように設定
したものである。もう一つの方法として試料もしくは誘
電体膜、もしくはホト−ジス１〜上に反射率を高める物
質を設けたものである。

〔作用〕

試料の反射率は、試料ヒの誘電体膜、およびホトレジス
トの膜厚によって、λ／４ｎ（λ：光の波長、ｎ：物質
の屈折率）の周期で極大、極小となる。従って誘電体膜
、およびホトレジスト膜の膜厚を試料の反射率が最大と
なるように設定するか、もしくは試料、誘電体、ホトレ
ジスト層のうちのどれかの層」−に反射率を高める物質
の層を設ければ、位置合わせ用の検出信号の強度は充分
なものとなり、パターニングができないという問題はな
くなる。

（３）〔実施例〕以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に、本実施例において使用した縮少投影露光装置
の概略を示す。

光源５の水銀ランプから出たアライメントマーク検出用
の波長５４−６　ｎ　ｍの光線９はハーフミラ−４，レ
ティクル３．レンズ２を通り、試料１に照射される。試
料１からの反射光１０はレンズ２゜レティクル３を通り
、ハーフミラ−４で反射され、スリット６し通過し、光
電変換器７で電気信号に変換される。この電気信号はオ
ツシロスコープ８で図形化される。

第２図に示すように、試料１にはアライメントマーク１
１用の凹みが設けられており、凹みの側面に当たった光
線は垂直には戻らないので、この部分の反射率の垂直方
向成分は零である。他の平坦な部分の反射率は、例えば
Ｓｉウェハーの場合には３６％ある。

スリット６をスキャニングしてアライメントマーク部の
反射率を強弱を読みとる。その信号出力（４）の波形の例が第２図（ｂ）に示す曲線１２である。

この波形の中心がアライメントマークの位置を表わして
いる。

次に、多層膜の反射率の計算方法について述べる。複素
屈折率ｎ、厚さｄの膜厚を波長λの光が垂直に入射した
場合、これに対応するマトリクスは次のようになる。

と表わされる。ここで γ＝α＋、ｊ　β ・・・（２）４　πｋｄ・・・（３） λ λ τ＝Ｎ−、ｊｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（５）である。ｎは屈折率の実数分、ｋは減衰係数
を表わす。

ｍ層膜の特性マトリクスは結局これらの積とな（５）と書け、これがｎｏと質の二つの物質の間に存在すると
きの反射率Ｒは、となる。

ここで、ｎ　ｇ＝　ｎ　＊−Ｊ　ｋ　ｙ　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（８）ｎ７は基板の屈折率の実数分、
ｋｇは減衰係数、ｎｏは空気の屈折率である、。

次に実際の試料の反射率の計算結果とアライメントマー
クの検出信号波形の例について述べる。

基板はＧａＡｓ　（ｎ＝４．Ｏｌに＝０．２６）、その
Ｌに第１層目の誘電体膜として５ｉａＮ＋膜（ｎ＝２．
０）、ホトレジスト膜としてＡ　ｚ　−１３５０（ｎ＝
１．６４．シプレー社商品名）の場合の反射率と検出信
号波形の例を第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。

０．４　μｍ、幅は６μｍである。

５ｉｓＮ＜膜の膜厚がλ／４ｎのときには試料の反射率
は０〜２１％である。０％のときは信号波形に平坦で、
全く位置の検出ができない。しかし本発明のごと（Ｓｉ
ｓＮａ膜の膜厚をλ／　２　ｎにすると、反射率が最低
のときでも３．６％あり、信号波形から位置合わせが可
能である。

第３図（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に第１層目の誘
電体膜がＳｉＯ２膜（ｎ　＝　１　、４５　）の場合の
反射率とアライメン］へマークの信号波形を示す。５ｉ
Ｏｚ膜の膜厚がλ／　２　ｎのとき反射率は３．６〜３
６％である。本発明の５ｉＯｚ膜の膜Ｈがλ／４Ｔ１の
とき反射率は９．４〜４５％　と向上する。従って信号
波形もその分、強くなっている。

要するに基板の屈折率ｎｇがホトレジストの屈折率ｎ’
ｒより太きいとき、その途中にある誘電体膜（カー１折
率ｒｌｅ）の膜厚ｄｅは次の様にするのが良い。

λ ｎ　ｇ＞　ｎ　ｅ＞　ｎ　ｒのとき、ｄ６をｍ−（ｍ＝
Ｌ　２＋　・−）（７）ｎ　ｇ＞　ｎ　ｒ＞　ｎ　ｅのとき、ｄ、、をｍ−（ｍ
＝１．２．−）λ ｎ　ｅ＞　ｎ　ｇ＞　ｎ　ｒのとき、ｄｅをｍ−（ｍ＝
１．２．−）同様の考え方により、ｎｒ　がｎ７より大
きいときは誘電体（屈折率ｎｏ）の膜厚ｄｅは次の様に
するのが良い。

λ ｎ　ｒ＞　ｎ　ｇ＞　ｎ　ａのとき、ｄａをＩＴ＋　−
（ｍ＝　１．２．−）λ ｒｒ　ｒ＞　ｎ　ｒｒ＞　ｎ　ｚのとき、ｄｅをｍ−（
ｍ＝１．２．−）λ ｎ　ｅ＞　ｎ　ｒ＞　ｎ　＊のとき、ｄｅｔ＆ｍ−（ｍ
＝１．２．−）１−記の例は基板とホトレジスト層の間
に誘電体膜が１層設けられた場合であるが、２層、３層
。

ｍ、ｌでも−４−記の膜厚にすることが良いことには変
わりない。

第３図（ｉ）（、ｉ）にＧ　ａ　Ａ　ｓ基板−１−にホ
トレジスト膜のみの場合の反射率と信号波形の例を示す
。

レジス１〜の膜厚がλ／　４　ｎの整数倍のとき、反射
（８）率は３．６％、λ／２ｎの整数倍のとき、反射率は３６
％となる。従って本発明のごとく、ホ１−レジストの膜
厚をλ／　２　ｎの整数倍にすることが反射率を高め、
良好な信号波形を得ることに有効である。

次に、基板に石英板（ｎ　＝１．４５）を用い、そのＩ
−にホトレジスｌ〜膜を塗布したときの反射率、および
信号波形を第４図（ａ）、（ｂ）に示す。反射率が３．
４〜９％　と低いために、信号強度も弱い。

第４図（ｃ）、（ｄ）に本発明の実施例として、基板−
１−に反射率を高める物質Ａ　ｕ　（ｎ　＝　０　、５
３５　、　ｋ＝２．３０５）層をλ／　２０　ｎ設けた
場合の反射率、および信号波形の例を示す。従来例に比
べ、反射率が６４〜７２％と高くなり、その分信号強度
も充分向上している。なお、このＡｕ層は試料全面であ
る必要はなく、アライメントマーク部分だけで良いこと
は当然である。

第４図（ｅ）、（ｆ）に基板（石英板）　−１−にガラ
ス（ｎ　＝　１．５０）をλ／　４　ｎ被着し、その上
にレジスト膜を塗布したものの反射率、および信号波形
（９）を示す。反射率は０．７〜４．８％と低く、そのため信
号強度も非常に微弱である。第４図（ｇ）。

（ｈ）に上記第１層１１のガラス膜上に反射率を高める
物質Ａｕ層をλ／２０ｎ設けた実施例の反射率オよび信
号波形の例を示す。反射率は７０％と高くなり、信号強
度も大幅に改善されている。この例は、第１層目のガラ
ス膜の膜厚がλ／　４　ｎの場合であるが、ガラス膜の
厚さが如何なるときでも、上記実施例のように有効であ
る。

第５図（ａ）、（ｂ）に本発明のレジスト膜」二に反射
率を高める物質、Ａｕ層をλ／４０ｎ設けた場合の反射
率、信号波形の例を示す。従来例は第４図（ａ）、（ｂ
）に対応する。従来例では反射率が３．４〜９％　と低
く、信号強度も弱かったが、本発明の例では反射率が３
０％と高くなり、信号強度も充分向−１−シている。な
おホ１−レジスト１−にＡ　ｕ　ｌ模があるので露光時
に光の吸収を受けるので、その分露光時間を長くする必
要がある。また、現像液はＡｕ膜が薄いのでＡｕ膜を透
過してホトレジストへ層に達することができる。また試
料をバタ（１０）ユング後、所定のプロセスを終了し、ホ１−レジス１〜
層を除去するとき、］−層のＡｕ膜もリフトオフのツノ
ｘ理で一緒に除去されるので特に問題とはならない。

また、上記の各実施例では、反射率を高める物質として
Ａｕを用いた例について説明したが、他の金属・、例え
ばＡＱ、Ｃｒ、Ｎｉ等でも良いし、半導体、例えば、Ｇ
ｅ、Ｓｉ等でも良いし、酸化物、例えばＦｅ　Ｏ、Ｆ　
ｅ　ｚＯｓ、　Ｔ　ｉ、　０２でも良い。

要するに反射率を高める物質であれば何でも良い。

またＡｕの例で、膜厚をλ／　２０　ｎとしたが、この
膜厚にこだわらなくて良い。また試料全面にこれら反射
率を高める物質の層を設ける必要はなく、アライメント
マーク部のみに設けることでも本発明の目的は達成でき
る。

以り説明した如く本発明によれば、試料の反射率を高め
、位置検出用の信号強度が充分確保できるので、ホトリ
ソグラフィー工程を確実、迅速。

高精度なものとし、歩留りの向上をはかることができる
。また、製品分野としては、半導体、光デ（１１）バイス、プリント回路、超音波デバイス、固定撮像装置
、極低温デバイス、液晶表示装置等、リソグラフィ技術
によって作られる製品なら、何にでも適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料の位置合わせ用の検出信号強度が
充分な量、確保できるので、従来生じた信号検出信号強
度が弱くて位置合わせができないという問題が解決でき
、かつ確実、高精度、迅速。

歩留りの向上がはかれる。

また、基板がガラス板等の、もともと反射が低く、位置
合わせ用の検出信号強度が充分得られない試料のとき、
ガラス板の上に反射率を高める物質の層を設けることに
よって、信号強度が充分確保でき、かつ確実、高精度、
迅速２歩留りの向」〕がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いられる投影露光装置の側
面図、第２図はターゲットマークによる位置合わせの説
明図、第３図は従来技術、および（１２）本発明実施例の試料の反射率および信号波形図、第４図
は従来技術、本発明の他の実施例の試料の反射率および
信号波形、第５図は本発明のさらに他の実施例の試料の
反射率および信号波形図である。１・・・試料、２・・・レンズ、３・・・レティクル、
４・・・ハーフミラ−１５・・・光源、６・・・スリッ
ト、７・・・光電変換器、８・・・オツシロスコープ、
９・・・入射光線、１０・・・反射光線、１１・・・タ
ーゲラ１〜マーク、１２・・検出信号波形。（１３）（９／ａノ２ｆ（％）ｙ（杯２ｙ区ヒ労→′／ｌ、１４（ｂ）一一一非一一一一７！　　ρナノ口（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、試料のアライメントマークに光を照射し、その反射
強度で試料の位置合わせを行なうホトリソグラフィを用
いたパターニングにおいて、試料の誘電体膜がｍ層（ｍ
＝０、１、２、…）、その最上層がホトレジストのとき
、少なくとも、この内の一つの層が試料の反射率を最大
とするような膜厚に設定されてることを特徴としたパタ
ーニング方法。２、試料のアライメントマークに光を照射し、その反射
強度で試料の位置合わせを行なうホトリソグラフィを用
いたパターニングにおいて、試料上の誘電体膜がｍ層（
ｍ＝０、１、２、…）、その最上層がホトレジスト膜の
とき、試料、もしくは第ｍ層のうちの少なくとも一つの
層、もしくはホトレジスト層に反射率を高める物質の層
を設けたことを特徴としたパターニング方法。