JPH07281417A - マスク、ならびに該マスクを用いた露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路パターン外側の遮光膜と回路パターン領
域の遮光膜とで材質や厚さを変えることなく、所望の転
写アライメントマークの線幅寸法が得られるマスクを提
供する。 【構成】 デバイスパターンと、デバイスパターンの周
囲に設けられたアライメントマークとを有するマスクで
あり、アライメントマークが所望の線幅で露光転写され
るよう、アライメントマークの線幅の設計値が補正され
ている。このとき、ある工程の位置合わせのための第１
のアライメントマークと、次の工程の位置合わせのため
に、上記工程にて露光転写される第２のアライメントマ
ークとが設けられており、第２のアライメントマークの
線幅の設計値が補正されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウェハ上に塗布された
レジストにステップアンドリピート式描画法によりパタ
ーンを露光転写するための露光用マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスの回路転写に
は、リソグラフィ技術が用いられている。図７は、シリ
コンウェハへのステップアンドリピート式描画法による
露光状態の例を示す図である。また、図８は、図７の一
部分の詳細図であり、隣り合う回路パターン領域周囲の
露光領域の関係を示す。

【０００３】半導体回路の集積度が高くなるにつれ、回
路パターンの線幅が細くなり、それに対応してＸ線を利
用したリソグラフィ技術が用いられる。このリソグラフ
ィ技術に使用される露光装置は、当該露光領域において
アライメントを行う必要があり、その手段として一般的
に、光を用いた光学系アライメントを行っている。光学
系アライメントは、特開平３−２５３０１８号公報に開
示されているように、例えば露光領域の４箇所にそれぞ
れ独立に設置されている。図８に示すように、アライメ
ントを行うために、露光領域８６は、通例素子パターン
情報を転写する回路パターン領域８３と、その周囲のア
ライメントマークのための領域を有している。アライメ
ントマークのための領域に少なくとも２箇所、Ｘ線露光
においては通例それぞれの辺に１箇所ずつ計４箇所のア
ライメントマークが必要である。しかもアライメントマ
ークには、ある工程の位置合わせのためのアライメント
マーク８７と、次工程の位置合わせのために露光転写さ
れるアライメントマーク８８とが必要である。これらの
アライメントマークは一般に、スクライブライン８４と
呼ばれる、隣り合う回路パターン領域８３ａと８３ｂと
の間の、露光領域８６ａと８６ｂとが重なる部分におか
れる。

【０００４】しかし、スクライブライン８４は、最終的
に得られる半導体デバイス自体には不要な領域であるた
め、この部分をいかに細くするかによって一枚のウェハ
から得られるデバイスの数が決まる。この背景から、図
８に示すように隣り合う露光領域８６ａおよび８６ｂの
スクライブライン８４上のそれぞれのアライメントマー
ク８７、８８ａ、および８８ｂは、スクライブライン８
４を共用できるように位置をずらして配置されることが
一般的に行われる。

【０００５】図９は、一般的なＸ線露光用マスクの構成
図である。図１０は、図９の遮光膜部分の断面図であ
り、図９中の線分ＡＢにおける断面を示す。図９におい
て、Ｘ線透過性メンブレン９１上の回路パターン領域９
３の外側の斜線部、すなわちスクライブライン９４に対
応した部分においては、ある工程の位置合わせのための
アライメントマーク９７および次工程の位置合わせのた
めに露光転写されるアライメントマーク９８以外は回路
パターン領域９３と同じ遮光膜で覆われている。この遮
光膜は重金属の薄膜からできているが、隣接する回路パ
ターンに歪みが生じるなどの悪影響があるため、遮光膜
を厚くすることには限界があり、Ｘ線を１００％遮光す
ることはできない。このため例えば、特開昭６０−７４
５１８号公報に開示されているように、Ｘ線露光の際に
は、マスク上の遮光部分とは別に露光用Ｘ線の光路上に
露光領域を規定するアパーチャを必要とする。これを実
現するための手段として例えば、特開平３−２５３０１
８号公報に開示されているように、可動アパーチャブレ
ードが装置に装備されている。これによって、隣の回路
パターン領域への多重露光が避けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アライメント
マークを露光する必要性から、Ｘ線が照射される領域、
すなわち露光領域は、図９の９６に示す点線の内側とな
る。このため、図８に示したスクライブライン８４上で
は、次工程の位置合わせのために露光転写されるアライ
メントマーク８８が遮光膜越しに余分に露光されること
になる。この対策として例えば、特開昭６２−１５８３
２３号公報に開示される方法では、図１０におけるＸ線
露光用マスクの回路パターン領域１０３以外では、回路
パターン外側の遮光膜１０５を点線部分に示すようによ
り厚くする等の手段を用いて、Ｘ線の透過率を低くして
いる。しかしながら、回路パターン外側の遮光膜を厚く
製造するためには工程が余分に必要となり、また遮光膜
の膜厚が回路パターン領域とその外側の領域とで異なる
ことによる応力の違いが発生し、回路パターン領域の歪
みを引き起こす原因になるという問題点が生じる。

【０００７】この問題を避けるために遮光膜の厚さをパ
ターン部分と同様にすると、図８に示すスクライブライ
ン８４上の、次工程の位置合わせのために露光転写され
るアライメントマーク８８が過露光されることにより、
転写されたアライメントマークの線幅が本来の値から変
化してしまい、この線幅の変化が原因となって次工程の
際にアライメントに誤差が生じてしまうという問題点が
ある。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑み、回路パタ
ーン外側の遮光膜と回路パターン領域の遮光膜とで材質
や厚さを変えることなく、所望の転写アライメントマー
クの線幅寸法が得られるマスクを提供することを第１の
目的とする。また、上記マスクを用いて露光転写する露
光装置を提供することを第２の目的とし、さらに、上記
マスクを用いた露光方法やデバイス製造方法を提供する
ことを第３の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のマスクは、デバ
イスパターンと、該デバイスパターンの周囲に設けられ
たアライメントマークとを有するマスクであり、該アラ
イメントマークが所望の線幅で露光転写されるよう、該
アライメントマークの線幅の設計値が補正されている。

【００１０】上記本発明のマスクは、ある工程の位置合
わせのための第１のアライメントマークと、次の工程の
位置合わせのために、前記工程にて露光転写される第２
のアライメントマークとが設けられており、該第２のア
ライメントマークの線幅の設計値が補正されている。

【００１１】前記マスクはＸ線露光用のＸ線マスクとす
ることができる。

【００１２】前記マスクにはスクライブラインを遮光す
るためのＸ線遮光部が設けられていることができる。

【００１３】前記Ｘ線遮光部は前記デバイスパターンま
たは前記アライメントマークと同一の材質および厚さを
有することができる。

【００１４】また、前記Ｘ線遮光部のＸ線透過率に少な
くとも基づいて前記補正がなされることができる。

【００１５】本発明の露光装置は、上記本発明のいずれ
かに記載のマスクを保持する手段と、保持された該マス
クによってステップアンドリピート方式でウェハに露光
転写を行う手段を有する。

【００１６】本発明の露光方法は、上記本発明のいずれ
かに記載のマスクを用いて、ステップアンドリピート方
式でウェハに露光転写を行う。

【００１７】本発明のデバイス製造方法は、上記本発明
の露光方法を含む工程でデバイスを製造する。

【００１８】

【作用】本発明のマスクにおいては、デバイスパターン
の領域の露光量と違うアライメントマークの領域の露光
量に対応して、アライメントマークが所望の線幅が得ら
れるように補正して設計されるので、デバイスパターン
外側の領域の遮光膜とデバイスパターンの領域の遮光膜
との材質や厚さを変えることなく、適正露光された場合
と同様の転写アライメントマークの線幅寸法が得られる
ため、高精度な位置合わせが可能となる。

【００１９】また、上記マスクを用いて露光転写する露
光装置を提供するので、高精度な位置合わせができ、さ
らに上記マスクを用いた露光方法やデバイス製造方法を
提供するので、高精度な位置合わせができ、従来は製造
が困難であった高集積度のデバイスを製造することがで
きる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。

【００２１】図１は、Ｘ線遮光膜パターンと、それを通
過する露光Ｘ線の強度分布と、それによって得られるポ
ジ型レジストパターンの関係を説明するための図であ
る。図２は、Ｘ線遮光膜パターンが適正露光された場合
を示す図であり、図３は、Ｘ線遮光膜パターンが多重露
光された場合を示す図である。

【００２２】図１ないし３の（Ａ）は、Ｘ線露光用マス
クの遮光膜パターンの断面図であり、図１ないし３の
（Ｂ）は、転写Ｘ線の強度分布図であり、図１（Ｃ）
は、多重露光された場合の過露光強度分布図であり、図
１（Ｄ）、図２（Ｃ）、および図３（Ｃ）は、ポジ型レ
ジスト解像パターン図である。

【００２３】図１においては、Ｘ線透過性メンブレン１
１上に、Ｘ線露光用マスクが作製される。補正前のＸ線
遮光膜パターン１２ａを露光することにより強度分布１
３ａが得られ、補正後のＸ線遮光膜パターン１２ｂを露
光することにより強度分布１３ｂが得られる。また、補
正後のＸ線遮光膜パターン１２ｂからはポジ型レジスト
パターン１５が得られ、強度分布１３ｂに過露光分を加
えて、過露光強度分布１４が得られる。

【００２４】図２においては、Ｘ線透過性メンブレン２
１上に、Ｘ線露光用マスクが作製される。Ｘ線遮光膜パ
ターン２２を適正露光することにより強度分布２３が得
られ、強度分布２３からはポジ型レジストパターン２５
が得られる。

【００２５】図３においては、Ｘ線透過性メンブレン３
１上に、Ｘ線露光用マスクが作製される。Ｘ線遮光膜パ
ターン３２を適正露光することにより強度分布３３が得
られ、強度分布３３からはポジ型レジストパターン３５
が得られる。また、強度分布３３に過露光分を加えるこ
とにより過露光強度分布３４が得られ、過露光強度分布
３４からはポジ型レジストパターン３６が得られる。

【００２６】第１実施例のＸ線露光用マスクのレイアウ
トは先の図９と同様であり、厚さ２μｍのＳｉＣのＸ線
透過性メンブレン上に厚さ０．７μｍのＡｕによって回
路パターンを作製し、各アライメントマークおよび回路
パターン外側の遮光部分も同じ条件で同時に作製する。
当該遮光部分において、露光用Ｘ線は約１０％程度透過
する。

【００２７】このＸ線露光用マスクを用いて適正露光を
行うと、図２に示すように強度分布２３が得られ、強度
分布２３を現像することによりポジ型レジストパターン
２５が得られる。この場合、Ｘ線遮光膜パターン２２の
線幅と同寸法の所望のポジ型レジスト線幅が得られる。

【００２８】ところが先にも説明したように、ウェハ上
で隣接する露光領域にステップアンドリピート式描画法
によって露光する場合は、遮光部分を透過するＸ線によ
ってスクライブライン上の次工程の位置合わせのために
露光転写されるアライメントマーク８８は他の部分に比
べて約１０％程度過露光される。この場合の転写アライ
メントマークは、図３（Ｂ）に示すように、過露光強度
分布３４の値は適正強度分布３３と比較して、全体にほ
ぼ均一に１０％程度増加する。このため、本来得たいポ
ジ型レジストパターン３５よりも線幅が細いポジ型レジ
ストパターン３６が得られる。つまり、次工程のための
転写アライメントマークに関しては、所望のＸ線遮光膜
パターン３２の線幅よりも細いポジ型レジスト線幅が得
られてしまう。またポジ型の逆の特性を有するネガ型レ
ジストを使用した場合には、所望の線幅よりも太い線幅
が得られる。

【００２９】そこで、本実施例においては過露光分を考
慮して、あらかじめ図９の次工程の位置合わせのために
露光転写されるアライメントマーク９８のみＸ線遮光膜
パターンの線幅を補正して設計する。具体的にはポジ型
レジストを使用する場合、次工程の位置合わせのために
露光転写されるアライメントマーク９８については、図
１で補正前のＸ線遮光膜パターン１２ａの両側辺を、約
０．０２μｍずつ太く設計している。ここでＸ線遮光膜
パターンの線幅は０．５μｍ程度である。この値は、強
度分布の値と傾きをもとに、実験結果と計算結果から求
めたものであるが、Ｘ線遮光膜パターンの線幅の適切な
修正量は、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、
実験から、あるいはシミュレーションから求めても良
く、他の方法で求めても良い。

【００３０】補正後のＸ線遮光膜パターン１２ｂは、過
露光により過露光強度分布１４が得られる。過露光強度
分布１４は、図１（Ｃ）中の点線１６と交差する付近に
おいて、補正前のＸ線遮光膜パターン１２ａを適正露光
して得られる強度分布１３ａと同様の値と傾きを示して
いる。過露光強度分布１４を現像することにより得られ
るポジ型レジストパターン１５は、所望のポジ型レジス
トパターン、すなわち補正前のＸ線遮光膜パターン１２
ａを適正露光して得られる強度分布１３ａを現像したポ
ジ型レジストパターンと一致する。このことから、あら
かじめ過露光分を考慮して次工程の位置合わせのために
露光転写されるアライメントマーク９８のＸ線遮光膜パ
ターンの線幅を設計することにより、適正露光された場
合と同様のポジ型レジストパターンを得ることができ
る。なお、ネガ型レジストを使用する場合にも同様にパ
ターンを補正して設計すればよい。

【００３１】また、図７に示すように、シリコンウェハ
７１の外周部においては、過露光されないスクライブラ
イン７４ｂが生じる。この部分のアライメントマーク
は、補正後のＸ線遮光膜パターンを適正露光するため、
所望のポジ型レジストパターンよりも太くパターニング
されてしまう。このため、アライメント精度はやや低下
する。しかし、一つの回路パターン領域７３について考
えると、４辺のうち２辺または３辺のスクライブライン
は過露光されるスクライブライン７４ａであるので、こ
れについては所望の線幅が得られ、平均化処理等を行う
ことにより、アライメントは所望の精度で行われる。

【００３２】次に第２実施例として、上記説明したＸ線
露光用マスクを用いた微小デバイス（半導体チップ、Ｌ
ＣＤパネル、マイクロマシン等）製造用の露光装置につ
いて説明する。

【００３３】図４は、第２実施例のＸ線露光装置の構成
図である。図４において、シンクロトロン放射源４１か
ら放射されたシートビーム形状のシンクロトロン放射光
４２は、凸面ミラー４３によって放射軌道面に対して垂
直な方向に拡大される。凸面ミラー４３で反射拡大され
たシンクロトロン放射光４２は、シャッタ４４によって
照射領域内での露光量が均一となるように調整され、シ
ャッタ４４を経たシンクロトロン放射光４２は、Ｘ線露
光用マスク４５へと導かれる。Ｘ線露光用マスク４５
は、第１実施例において説明したものである。Ｘ線露光
用マスク４５に形成されている露光パターンは、ステッ
プアンドリピート式描画法によって、ウェハ４６に露光
転写される。

【００３４】さらに、第３実施例として、上記説明した
Ｘ線露光用マスクや露光装置を利用した、半導体デバイ
スの製造方法について説明する。

【００３５】図５は、第３実施例の微小デバイスの製造
工程を示すフローチャートである。ここで微小デバイス
とは、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、Ｃ
ＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等を言う。ステ
ップ５１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を
行う。ステップ５２（マスク製作）では設計した回路パ
ターンを形成したＸ線露光用マスクを製作する。このＸ
線露光用マスクは反射型マスクであって、上記説明した
特徴を有している。一方、ステップ５３（ウェハ製造）
ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステ
ップ５４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用
意したＸ線露光用マスクとウェハを用いて、リソグラフ
ィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ５４
によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ５６（検査）では、ステップ５５で作成
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが
完成し、これが出荷（ステップ５７）される。

【００３６】図６は、第３実施例の上記ウェハプロセス
の詳細な工程を示すフローチャートである。ステップ６
１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ６
２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステ
ップ６３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によっ
て形成する。ステップ６４（イオン打ち込み）ではウェ
ハにイオンを打ち込む。ステップ６５（レジスト処理）
ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ６６（露光）
では上記説明したＸ線露光用マスクと露光装置によって
マスクの回路パターンをウェハに焼付け露光する。ステ
ップ６７（現像）では露光したウェハを現像する。ステ
ップ６８（エッチング）では現像したレジスト像以外の
部分を削り取る。ステップ６９（レジスト剥離）ではエ
ッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。こ
れらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上
に多重に回路パターンが形成される。

【００３７】第３実施例の製造方法を用いれば、従来は
製造が困難であった高集積度の半導体デバイスを製造す
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明のマスクにお
いては、デバイスパターンの領域の露光量と違うアライ
メントマークの領域の露光量に対応して、アライメント
マークが所望の線幅が得られるように補正して設計され
ることにより、デバイスパターン外側の領域の遮光膜と
デバイスパターンの領域の遮光膜との材質や厚さを変え
ることなく、適正露光された場合と同様の転写アライメ
ントマークの線幅寸法が得られるマスクを提供すること
ができるため、高精度な位置合わせが可能となるという
効果を有する。

【００３９】また、上記本発明のマスクを用いて露光転
写する本発明の露光装置を提供することにより、高精度
な位置合わせができ、さらに、上記本発明のマスクを用
いた露光方法やデバイス製造方法を提供することによっ
ても、高精度な位置合わせができ、従来は製造が困難で
あった高集積度の半導体デバイスを製造することができ
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線遮光膜パターンと、それを通過する露光Ｘ
線の強度分布と、それによって得られるポジ型レジスト
パターンの関係を説明するための図。

【図２】Ｘ線遮光膜パターンが適正露光された場合を示
す図。

【図３】Ｘ線遮光膜パターンが多重露光された場合を示
す図。

【図４】第２実施例のＸ線露光装置の構成図。

【図５】第３実施例の微小デバイスの製造工程を示すフ
ローチャート。

【図６】第３実施例のウェハプロセスの詳細な工程を示
すフローチャート。

【図７】シリコンウェハへのステップアンドリピート式
描画法による露光状態の例を示す図。

【図８】図７の一部分の詳細図。

【図９】一般的なＸ線露光用マスクの構成図。

【図１０】図９の遮光膜部分の断面図。

【符号の説明】

１１、２１、３１、９１、１０１ Ｘ線透過性メンブ
レン １２ａ 補正前のＸ線遮光膜パターン １２ｂ 補正後のＸ線遮光膜パターン １３ａ １２ａから得られる強度分布 １３ｂ １２ｂから得られる強度分布 １４、３４ 過露光強度分布 １５、２５、３５、３６ ポジ型レジストパターン ２２、３２ Ｘ線遮光膜パターン ２３、３３ 強度分布 ４１ シンクロトロン放射源 ４２ シンクロトロン放射光 ４３ 凸面ミラー ４４ シャッタ ４５ Ｘ線露光用マスク ４６ ウェハ ７１ シリコンウェハ ７３、８３、９３、１０３ 回路パターン領域 ７４ａ 過露光されるスクライブライン ７４ｂ 過露光されないスクライブライン ８４、９４ スクライブライン ８６、９６ 露光領域 ８７、９７ ある工程の位置合わせのためのアライメ
ントマーク ８８、９８ 次工程の位置合わせのために露光転写さ
れるアライメントマーク ９２、１０２ メンブレンの支持枠 １０５ 回路パターン外側の遮光膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デバイスパターンと、該デバイスパター
   ンの周囲に設けられたアライメントマークとを有するマ
   スクにおいて、 該アライメントマークが所望の線幅で露光転写されるよ
   う、該アライメントマークの線幅の設計値が補正されて
   いることを特徴とするマスク。
2. 【請求項２】 ある工程の位置合わせのための第１のア
   ライメントマークと、次の工程の位置合わせのために、
   前記工程にて露光転写される第２のアライメントマーク
   とが設けられており、該第２のアライメントマークの線
   幅の設計値が補正されていることを特徴とする請求項１
   に記載のマスク。
3. 【請求項３】 前記マスクはＸ線露光用のＸ線マスクで
   あることを特徴とする請求項１または２に記載のマス
   ク。
4. 【請求項４】 前記マスクにはスクライブラインを遮光
   するためのＸ線遮光部が設けられていることを特徴とす
   る請求項３に記載のマスク。
5. 【請求項５】 前記Ｘ線遮光部は前記デバイスパターン
   または前記アライメントマークと同一の材質および厚さ
   を有することを特徴とする請求項４に記載のマスク。
6. 【請求項６】 前記Ｘ線遮光部のＸ線透過率に少なくと
   も基づいて前記補正がなされることを特徴とする請求項
   ４に記載のマスク。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   のマスクを保持する手段と、保持された該マスクによっ
   てステップアンドリピート方式でウェハに露光転写を行
   う手段を有することを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   のマスクを用いて、ステップアンドリピート方式でウェ
   ハに露光転写を行うことを特徴とする露光方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の露光方法を含む工程で
   デバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方
   法。