JPH0693426B2 - 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照明
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、ロジウム又イソ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７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８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、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、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図における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は伸張状態でその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。

保持薄膜２としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
イミド、パリレン等の有機薄膜やチッ化シリコン、チッ
化ホウ素、酸化シリコン等の無機薄膜を用いることがで
きる。これら薄膜２の厚さはたとえば２〜20μｍ程度で
ある。

保持薄膜２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保持基板３に接着される。

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にはマスク材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10〜30μｍ
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。

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３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４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。これらの方法は２つ以上組合わせ用いてもよい。

小孔５の形成はマスク構造体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５図に示される様に、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。この際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に対してマスク構造体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。

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。

尚、本発明マスク構造体においては、マスク材保持薄膜
として２層以上の薄膜を積層した積層膜を用いることも
可能である。

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６図に縦断面図を示す様なマスク構造体を作成した。
第６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、接着剤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に対し接着材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（7.5μｍ厚、
商品名カプトン膜）を接着した。

次に、保持薄膜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15μｍの２個の小
孔のレジストパターンを形成した。

次に、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。

かくして形成された２個の小孔を基準として、所定のプ
ロセスにてエレクトロホーミング法により保持薄膜上に
0.5μｍの金膜からなるＸ線吸収パターンを形成した。

実施例2: 実施例１において、ポリイミド膜のエッチングを行なわ
ずに、所定のプロセスにてエレクトロホーミング法によ
り保持薄膜上に0.5μｍ厚の金膜からなるＸ線吸収パタ
ーンを形成した。

その後、該パターンを基準としてエキシマレーザを集中
照射してスクライブライン対応ライン上に２個の直径約
15μｍの小孔を形成した。

実施例3: 実施例２において、エキシマレーザのかわりにアルゴン
レーザを用いて、同様にして小孔を形成した。

実施例4: ポリイミド膜のかわりにポリエステル膜（６μｍ厚、東
レ社製商品名ルミラー）を用いて、実施例２及び３と同
様の方法で小孔を形成した。

実施例5: 保持薄膜としてポリリミド膜を用い、金膜からなるマス
クパターンを形成する際に同時にスクライブライン対応
ライン上に金膜中に直径約10μｍの小孔パターンを設
け、この小孔パターン部分にのみヒドラジン系エッチャ
ントを滴下して十数秒でポリイミド膜に２つの小孔を形
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、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ので、アライメントマークの
作成が容易で且つアライメントを行ない易いという利点
がある。

【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図は被加工材の部分平面
図であり、第４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５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６図は本発明マス
ク構造体の断面図である。第７図は従来のマスク構造体
の断面図であり、第８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 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 (9)

【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、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れる貫通孔の直径が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、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】前記アライメント状態の検出を、前記マス
   ク構造体に設けられた貫通孔に通過せしめた前記第２の
   エネルギー線の被加工材からの反射を検出することによ
   り行うことを特徴とする、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。
7. 【請求項７】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。
8. 【請求項８】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。
9. 【請求項９】前記被加工材のスクライブライン上の所定
   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。