JPH0675189B2 - リソグラフィー用マスク構造体及びそれを用いたフォトリソグラフィー加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はリソグラフィーにおいて用いられるマスク構造
体に関する。この様なマスク構造体はたとえば半導体素
子の製造の際に利用される。更に、本発明は、マスク構
造体を用いたフォトリソグラフィー加工方法に関する。

［従来の技術］ リソグラフィー技術を用いて被加工材表面を部分的に変
質せしめることにより各種製品を製造することが工業上
特に電子工業の分野において広く利用されており、この
方法によればパターンが同一の表面変質部を有する製品
を大量に製造できる。被加工材の表面変質は各種エネル
ギー線の照射により行なわれ、この際にはパターン形成
のため、部分的にエネルギー線吸収材を配置してなるマ
スクが用いられる。この様なマスクとしては、照射エネ
ルギー線が可視光線の場合にはガラス又は石英等の透明
基板上に黒色の塗料を部分的に塗布したり又はNi,Cr等
の金属の可視光線吸収性の薄板又は薄膜を部分的に付与
したものが用いられていた。

しかるに、近年、より微細なパターン形成が求められ更
により短時間でのリソグラフィー加工技術が求められる
につれて、照射エネルギー線としてＸ線更にはイオン線
等の粒子線が用いられる様になってきた。これらのエネ
ルギー線は上記可視光線の場合にマスク形成部材として
用いられたガラス板や石英板を通過せしめると大部分吸
収される。このため、これらエネルギー線を用いる場合
にはガラス板や石英板を用いてマスクを形成することは
好ましくはない。そこで、Ｘ線や粒子線を照射エネルギ
ー線として用いるリソグラフィー加工技術においては各
種の無機薄膜たとえばチッ化シリコン、チッ化ホウ素、
酸化シリコン、チタン等の薄膜、あるいは各種の有機薄
膜たとえばポリイミド、ポリアミド、又はポリエステル
等の薄膜、更にはこれらの積層膜をエネルギー透過体と
して用い、これらの面上に金、白金、ニッケル、タング
ステン、パラジウム、ロジウム又はインジウム等の金属
をエネルギー線吸収体として部分的に付与することによ
り、マスクを形成することが行なわれている。このマス
クは自己保形性がないので適宜の保持体に支持される。
かくして構成されるマスク構造体として従来第11図に断
面図を示す如きものが用いられていた。これはエネルギ
ー線吸収性のマスク材１を所望のパターンにて片面に付
与されたエネルギー線透過性の保持薄膜２の周辺部を環
状保持基板３の一端面（図においては上端面）に接着剤
４を用いて貼着することにより形成されていた。尚、第
12図は保持基板３の平面図である。

ところで、以上の様なマスク構造体を用いてフォトリソ
グラフィー加工を行なう際には、被加工材たとえばシリ
コンウエハ（その表面にフォトレジストが塗布されてい
る）に対してマスク構造体のマスクパターンを正確に位
置合せ（アライメント）し且つ被加工材表面とマスク構
造体のマスク材保持薄膜との間隔（ギャップ）を正確に
設定することが必要となる。

しかして、従来のマスク構造体を用いたリソグラフィー
加工においては、被加工材表面及びマスク構造体の保持
薄膜にアライメントのためのマークを付しておき、これ
らをほぼ平行に配置した上で保持薄膜側から可視光線ビ
ームを照射し双方のマークの合致度を検出しながらアラ
イメントを行ない、また保持薄膜表面での反射光と被加
工材表面での反射光とを検出しながらギャップの設定を
行なっていた。

しかしながら、この様な検出では保持薄膜を透過した可
視光線を検出することになるため、該保持薄膜での散乱
及び／または吸収等によって検出精度が低下し、サブミ
クロンオーダーあるいはそれ以下のオーダーのフォトリ
ソグラフィーにおける十分なアライメント及びギャップ
設定の精度を得ることができない。

更に、アライメントマークの検出精度を上げるため、可
視光線のかわりに電子ビーム、イオンビーム、Ｘ線、紫
外線、真空紫外線を用いることも考えられるが、これら
は保持薄膜により著るしい散乱や吸収を受けるので事実
上使用できない。

［発明の目的］ 本発明は、以上の様な従来技術に鑑み、高い精度で被加
工材とのアライメント及びギャップ設定を行なうことの
できるリソグラフィー用マスク構造体を提供することを
目的とする。更に、本発明は、以上の様なマスク構造体
を用いたフォトリソグラフィー加工方法を提供すること
をも目的とする。

［発明の概要］ 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 表面に所望のパターンにてマスク材を付与すべきマスク
材保持薄膜の周辺部を保持基板により保持せしめたリソ
グラフィー用マスク構造体において、有機薄膜と金属薄
膜との積層体からなるマスク材保持薄膜に被加工材との
アライメント状態を検出するためのエネルギー線を通過
させ得る貫通孔が複数個設けられており、該貫通孔が被
加工材のスクライブラインに対応する位置に設けられて
いることを特徴とする、リソグラフィー用マスク構造
体、 が提供される。

更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するもの
として、 表面に所望の単位パターンにてマスク材が付与されたマ
スク材保持薄膜の周辺部を保持基板により保持せしめた
リソグラフィー用マスク構造体を介して、スクライブラ
インにより分画された複数個の領域を有する被加工材に
第１のエネルギー線を照射し、前記複数個の領域に前記
マスク構造体のマスク材保持薄膜に付与された単位パタ
ーンを転写せしめるフォトリソグラフィー加工方法であ
って、 前記マスク構造体として、有機薄膜と金属薄膜との積層
体からなるマスク材保持薄膜における前記被加工材のス
クライブラインに対応する位置に複数個の貫通孔が設け
られたものを用い、第２のエネルギー線を前記マスク構
造体に設けられた貫通孔に通過せしめて前記マスク構造
体と前記被加工材とのアライメント状態を検出し、これ
らマスク構造体と被加工材との相対的位置を対応させた
後に、前記第１のエネルギー線を照射することを特徴と
するフォトリソグラフィー加工方法、 が提供される。

［実施例］ 第１図に本発明によるリソグラフィー用マスク構造体の
一具体例の平面図を示す。第２図は第１図おけるII-II
に沿っての断面図である（但し、第１図と第２図とは完
全には合致しない）。本具体例はＸ線フォトリソグラフ
ィー用のマスク構造体である。

マスク材１は保持薄膜２の片面に所望のパターンにて付
与されている。マスク材１としては、たとえば金、白
金、ニッケル、タングステン、タンタル、銅、モリブデ
ン、パラジウム、ロジウム等の0.5〜0.7μｍ程度の薄膜
を用いることができる。

保持薄膜２は周辺部が環状保持基板３に接着剤４により
接着されている。該保持薄膜２は有機薄膜と金属薄膜と
の積層体からなる。

有機薄膜としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイ
ミド、パリレン等の薄膜を用いることができる。該有機
薄膜の厚さはたとえば２〜20μｍ程度である。この有機
薄膜はたとえば５〜20％（面積比）程度の延伸率で等方
的に伸張した状態で用いられるのが、平面性を良好に保
つ上からは好ましい。

また、金属薄膜としては、チタン、銅、金、白金、クロ
ム、スズ、ニッケル、アルミニウム等の薄膜を用いるこ
とができる。該金薄膜の厚さはたとえば0.01〜1.0μｍ
程度である。この様な金属薄膜は蒸着等の薄膜堆積法に
より形成することができる。

保持薄膜２は１層の有機薄膜と１層の金属薄膜とからな
るものでもよいし、それぞれ２層以上の有機薄膜及び金
属薄膜からなるものでもよい。本発明の保持薄膜２は有
機薄膜と金属薄膜との積層体からなるので、機械的強
度、熱伝導性、電気伝導性等の各種の特性が良好であ
る。

保持基板３としては、たとえばシリコン、ガラス、石
英、リン青銅、黄銅、鉄、ニッケル、ステンレス等が用
いられる。

接着剤４としてはたとえばエポキシ系、ゴム系、その他
適宜のものが、たとえば溶剤型、熱硬化型、光硬化型と
して用いられる。

保持薄膜２にはマスク剤１の付与されていない位置にお
いて表面から裏面へと貫通せる小孔５が複数個（図では
４個）設けられている。

小孔５の形状は特に限定されることはなく、正方形、長
方形等の矩形、三角形、六角形、八角形等の角形、円
形、楕円形等の丸形、及びこれらの組合せの形等のいづ
れでもよいが、作成上からは円形が特に好ましい。小孔
５の大きさは特に限定されることはなく、目的とする被
加工材とのアライメントやギャップの状態または検出の
ために用いられるエネルギー線の種類により、更に要求
される検出精度等により、適宜設定することができる。
検出するために用いられるエネルギー線としては電子ビ
ーム、イオンビーム、Ｘ線、紫外線、真空紫外線等をあ
げることができ、更には可視光線や赤外線を用いること
もできる。一例として、電子ビームを用いて検出を行な
う場合についていえば、上記小孔５の直径は約10〜30μ
ｍ程度であり、また上記小孔５は環状保持基板３の対称
軸に関し軸対称に２個または４個設ける。但し、小孔５
を設ける位置はマスク構造体におけるマスク材１のパタ
ーンに応じて適宜設定される。

第３図（ａ），（ｂ）はそれぞれ上記第１図及び第２図
における上記小孔５の部分の拡大図であり、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）のＢ−Ｂ断面図に相当する。図示
される様に、保持薄膜２は有機薄膜2aと金属薄膜2bとの
積層体からなる。そして、該有機薄膜と金属薄膜とは小
孔５の形成に際し一般に異なる処理を受けるので、その
直径は異なっており、金属薄膜2bの法が直径は小さい。

第４図（ａ），（ｂ）、第５図（ａ），（ｂ）及び第６
図（ａ），（ｂ）にそれぞれ上記第３図（ａ），（ｂ）
と同様の部分の他の実施例を示す。これらの実施例にお
いては、小孔５は単なる開口ではなく、橋架け部5aを有
する。該橋架け部は金属薄膜2bにより形成されており、
有機薄膜2aは上記第３図の場合と同様な構成を有する。
そして、第４〜６図においては上記橋架け部5aの平面形
状が異なっており、かくして小孔５のパターンが異な
る。

フォトリソグラフィー加工たとえば半導体素子の製造工
程においては、第７図に示される様に、被加工材である
半導体ウエハ10に同一パターンの半導体素子11を多数形
成させる。これら半導体素子11はパターン形成後に境界
線（スクライブライン）12を切断され、各半導体素子チ
ップとされる。

この様なフォトリソグラフィー加工においては、マスク
構造体のマスク材１のパターンとして上記半導体素子の
単位パターン複数個並列せしめてなるものが用いられ
る。第１図においては半導体素子の単位パターン７が４
個配列せしめられている。これらの単位パターン７は、
上記半導体ウエハ10のスクライブライン12に対応するラ
イン８により分画されており、フォトリソグラフィーに
おいては予め定められた半導体ウエハ10のスクライブラ
イン12とマスク構造体13の対応ライン８とを精度良く対
応させてアライメントを行ない（第８図参照）、しかる
後にＸ線等のエネルギー線照射が行なわれる。そして、
更に半導体ウエハ10とマスク構造体13との相対的位置を
変化させ未照射の半導体素子群に対し上記と同様にして
アライメント及びエネルギー線照射が行なわれ、これが
繰返される。

半導体ウエハ10には、たとえばスクライブライン12の適
宜の位置にエッチング等によりたとえば凹部として形成
されたアライメントマークが付されている。この様に、
半導体ウエハ10のスクライブライン12上にアライメント
マークが形成されている場合には、マスク構造体におけ
る上記小孔５は、第１図に示される様に、上記アライメ
ントマークに対応してスクライブライン対応ライン８上
に形成される。上記半導体ウエハ10のスクライブライン
12はたとえば30μｍ程度の幅でありアライメントマーク
はそれ以下の大きさに形成され、この場合には小孔５の
直径は15μｍ程度であるのが好ましい。

保持薄膜２に小孔５を形成する方法は保持薄膜２の材質
に応じて適宜選択されるが、たとえばレーザビーム（エ
キシマレーザ、アルゴンレーザ等）による方法、ドライ
エッチング（R.I.E.酸素プラズマ等）による方法、ケミ
カルエッチング（ヒドラジン系エッチャント等）による
方法、機械的手段（ミリング等）による方法が例示でき
る。もちろん、これらの方法は２つ以上組合せて用いて
もよい。上記の様に、有機薄膜2aと金属薄膜2bとはこの
小孔５の形成に際し異なる方法が採用されてもよく、ま
た金属薄膜2bには形状及び寸法の精度を比較的高く維持
して小孔を形成することができるので、有機薄膜2aにお
ける小孔の形成は比較的低い精度でもよい。

小孔５の形成はマスク構造体作成の最終に近い工程で行
なうのが好ましく、これにより後加工に起因する小孔位
置精度低下を防ぐことができる。

尚、保持薄膜２上にマスク材１を形成する工程と同時に
小孔形成のためのパターン形成を行なうことにより良好
な位置精度を実現することができる。

第９図に示される共に、以上の様なマスク構造体13は、
使用時には、半導体ウエハ10に近接せしめて使用され
る。半導体ウエハ10の表面にはレジスト層14が形成され
ている。マスク構造体13を半導体ウエハ10に対し相対的
に左右方向に移動させながら小孔５に対し上方から電子
ビームを照射し、半導体ウエハ10から発生する２次電子
を検出する。この再アライメントマーク（たとえば図示
される様な凹部）の有無により２次電子の検出値が異な
り、この検出値が極値をとる時の配置が半導体ウエハの
スクライブライン12に対しマスク構造体13の小孔５が正
確に配置された状態である。複数の小孔５について同様
に検出を行なうことにより、半導体ウエハ10とマスク構
造体13との相対的位置関係を正確なものとすることがで
きる。同様にしてギャップ測定の際には小孔５を通過し
た電子ビームを測定する。もちろん、光学レンズによる
ピントのずれの検出による方法も使用できる。

この電子ビームの照射の際には、第４〜６図に示される
様な橋架け部5aを有するパターンの小孔５の場合には検
出の精度がより向上する。

また、本発明マスク構造体の使用時におけるアライメン
トまたはギャップの検出のために使用されるエネルギー
線としては、上記の電子ビームの外にイオンビーム、Ｘ
線、紫外線、真空紫外線、更には可視光線や赤外線等を
も利用することができ、上記被加工材側のアライメント
マークとしてはこれら使用エネルギー線に対して周囲と
異なる挙動を示すものを形成すればよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例1: 第10図に縦断面図を示す様なマスク構造体を作成した。
第10図において、第２図におけると類似の部材には同一
の符号が付されている。本実施例においては、環状保持
基板３の上部の平端面3aには接着剤が付されておらず、
上部外方の斜面3bに接着剤４が付されており、これによ
り保持薄膜２と保持基板３とが接着されている。斜面の
角度θは５〜15度程度が適当であり、本実施例において
は10度とした。

この様な本実施例マスク構造体によれば、保持薄膜２の
マスク材保持平面は、接着材４による影響を受けずに保
持基板３の上部平端面の平面度そのままの良好な平面性
を実現することができ、リソグラフィー加工の精度が向
上する。

先ず、環状保持基板３に対し接着剤４を用いて約10％の
延伸率で等方的に伸張してポリイミド膜（約7.5μｍ
厚、商品名カプトン膜）を接着した。

次に、真空蒸着により上記ポリイミド膜上に約0.1μｍ
厚のニッケル（Ni）膜を形成し、かくしてポリイミド膜
とニッケル膜との積層体からなる保持薄膜を形成した。

次に、ニッケル膜の表面上にフォトレジストAZ−1350
（シプレイ社製）を規定の条件で0.5μｍ厚に塗布し、
遠紫外線焼付機を用いて石英マスクにより直径約20μｍ
の４個の小孔のレジストパターンを形成した。

次に、硝酸系エッチャントを用いて上記小孔パターン位
置のニッケル膜のケミカルエッチングを行ない、該ニッ
ケル膜に４個の小孔を形成した。

次に、上記ニッケル膜をマスクとして、ヒドラジン系エ
ッチャントを用いて上記小孔パターン位置のポリイミド
膜をエッチング除去して小孔を形成した。

かくして第３図に示される様な保持薄膜２を貫通せる小
孔５が４個形成された。

該４個の小孔５を基準として、所定のプロセスにてエレ
クトロホーミング法によりニッケル膜の表面上に約0.5
μｍ厚の金属からなるＸ線吸収パターンを形成した。

実施例2: 実施例１と同様にして、ニッケル膜の代りにチタン（T
i）（約0.2μｍ厚）−金（Au）（約0.05μｍ厚）膜を用
い且つポリイミド膜の代りにポリエステル膜（約６μｍ
厚、東レ社製、商品面ルミラー）を用いてマスク構造体
を作成した。

本実施例では、チタン−金膜には直径約25μｍの小孔を
形成し、この際に金膜のエッチングにヨウ素系エッチャ
ントを用い、チタン膜のエッチングに硝酸系エッチャン
トを用いた。また、ポリエステル膜に直径約30μｍの小
孔を形成する際にエキシマレーザーによるパルス露光を
用いた。

尚、本実施例においては、Ｘ線吸収パターンの形成を行
なわなかった。

実施例3: 実施例１と同様にして、ポリイミド膜の両面にそれぞれ
約0.05μｍ厚のニッケル膜を形成した保持薄膜を有する
マスク構造体を作成した。

本実施例では、２つのニッケル膜の小孔は対応する位置
に形成され、またポリイミド膜の小孔の形成は該ニッケ
ル膜をマスクとして行なわれた。

実施例4: 実施例１と同様にして、第４図に示される様なパターン
の小孔５を有するマスク構造体を作成した。

本実施例では、ニッケル膜の小孔の形成の際に実施例１
の場合とは異なるマスクを用い、該小孔部にニッケル膜
による橋架け部5aが形成される様にした。尚、ポリイミ
ド膜の小孔の形成は実施例１の場合と同様にして行なわ
れた。

実施例5: 実施例４と同様にして、第５図に示される様なパターン
の小孔５を有するマスク構造体を作成した。

［発明の効果］ 以上の如き本発明によれば、リソグラフィー加工におい
て、マスク構造体と被加工材とのアライメント及びギャ
ップ設定の際に、マスク材保持薄膜に設けられた貫通孔
を通してエネルギー線照射を行ない、これにより散乱及
び吸収等の少ない状態で被加工材からの反射を検出する
ことができるので、高い精度でアライメント及びギャッ
プ設定を行なうことができ、もって高精度のリソグラフ
ィー加工を可能ならしめることができる。

更に、本発明によれば、マスク材保持薄膜が有機薄膜と
金属薄膜との積層体からなるので、高強度ではあるが比
較的柔軟性を有し変形しやすい有機薄膜の貫通小孔端面
を経時変化させることなしに良好な状態に保つことがで
き、かくして正確なアライメントを行なうことができ
る。

また、保持薄膜が金属薄膜を有するので、たとえば電子
ビーム等によるアライメントの際には該金属薄膜を接地
することにより保持薄膜の帯電が防止され、より正確な
アライメントを行なうことができる。この効果は保持薄
膜を金属薄膜−有機薄膜−金属薄膜の３層からなる積層
体とすることにより更に増大する。

加えて、保持薄膜が金属薄膜を有するので、貫通孔をパ
ターン化することができ、これによりアライメントを一
層正確に行なうことができるとともに、貫通孔の形状の
経時変化を防止する効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マスク構造体の平面図であり、第２図は
そのII-II断面図である。第３図〜第６図は貫通孔部分
の拡大図である。第７図は被加工材の部分平面図であ
り、第８図は被加工材とマスク構造体との関係を示す部
分断面図である。第９図は本発明マスク構造体の使用状
態を示す部分断面図である。第10図は本発明マスク構造
体の断面図である。第11図は従来のマスク構造体の断面
図であり、第12図はその保持基板の平面図である。 1:マスク材、2:保持薄膜 2a:有機薄膜、2b:金属薄膜 3:保持基板、4:接着剤 5:小孔 8:スクライブライン対応ライン 10:被加工材、12:スクライブライン 13:マスク構造体、14:レジスト層

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に所望のパターンにてマスク材を付与
   すべきマスク材保持薄膜の周辺部を保持基板により保持
   せしめたリソグラフィー用マスク構造体において、有機
   薄膜と金属薄膜との積層体からなるマスク材保持薄膜に
   被加工材とのアライメント状態を検出するためのエネル
   ギー線を通過させ得る貫通孔が複数個設けられており、
   該貫通孔が被加工材のスクライブラインに対応する位置
   に設けられていることを特徴とする、リソグラフィー用
   マスク構造体。
2. 【請求項２】前記エネルギー線が電子ビームであること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載のリソグラ
   フィー用マスク構造体。
3. 【請求項３】前記エネルギー線が電子ビームであり、且
   つ前記マスク材保持薄膜に設けらる貫通孔の直径が10〜
   30μｍであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   に記載のリソグラフィー用マスク構造体。
4. 【請求項４】表面に所望の単位パターンにてマスク材が
   付与されたマスク材保持薄膜の周辺部を保持基板により
   保持せしめたリソグラフィー用マスク構造体を介して、
   スクライブラインにより分画された複数個の領域を有す
   る被加工材に第１のエネルギー線を照射し、前記複数個
   の領域に前記マスク構造体のマスク材保持薄膜に付与さ
   れた単位パターンを転写せしめるフォトリソグラフィー
   加工方法であって、 前記マスク構造体として、有機薄膜と金属薄膜との積層
   体からなるマスク材保持薄膜における前記被加工材のス
   クライブラインに対応する位置に複数個の貫通孔が設け
   られたものを用い、第２のエネルギー線を前記マスク構
   造体に設けられた貫通孔に通過せしめて前記マスク構造
   体と前記被加工材とのアライメント状態を検出し、これ
   らマスク構造体と被加工材との相対的位置を対応させた
   後に、前記第１のエネルギー線を照射することを特徴と
   するフォトリソグラフィー加工方法。
5. 【請求項５】前記第１のエネルギー線がＸ線であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載のフォトリ
   ソグラフィー加工方法。
6. 【請求項６】前記被加工材のスクライブライン上に所定
   の位置にアライメントマークが形成されており、前記マ
   スク構造体に設けられた貫通孔が前記アライメントマー
   クに対応して形成されていることを特徴とする、特許請
   求の範囲第４項に記載のフォトリソグラフィー加工方
   法。
7. 【請求項７】前記第２のエネルギー線が電子ビームであ
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載のフ
   ォトリソグラフィー加工方法。
8. 【請求項８】前記被加工材のスクライブライン上に所定
   の位置にアライメントマークが形成されており、前記マ
   スク構造体に設けられた貫通孔が前記アライメントマー
   クに対応して形成されており、前記第２のエネルギー線
   として電子ビームを前記マスク構造体に設けられた貫通
   孔に通過せしめ対応する被加工材のスクライブライン上
   に照射して発生する二次電子を検出し、該二次電子の検
   出値に応じて前記マスク構造体と被加工材との相対的位
   置を対応させることを特徴とする、特許請求の範囲第４
   項に記載のフォトリソグラフィー加工方法。