JPS63196036A - リソグラフイ−用マスク構造体 - Google Patents

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。このようなマスク構造体は例えば半導体素
子の製造の際に利用される。

［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。このようなマスクとしては、照射エ
ネルギー線が可視光線の場合にはガラスまたは石英等の
透明基板上に黒色の塗料を部分的に塗布したりまたはＮ
ｉ、Ｃｒ等の金属の可視光線吸収性の薄板または薄膜を
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ようになってきた。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
用いられ央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
の無機薄膜例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例
えばポリイミド、ポリアミド、また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１０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。なお、第１１図は保持基板３の平面図である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、以上のよう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、被加工材例えばシリ
コンウニ八（その裏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）シ且つ被加工材裏面とマスク構
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、被加工材表面およ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、このよう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
乱および／または吸収等によフ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およびギ
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しい散乱や吸収を受けるので事実上
使用できない。

本発明は、以上のような従来技術に鑑み、高い精度で被
加工材とのアライメントおよ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。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的は、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
させ得る貫通孔を複数個設け、さらにこのマスク材保持
薄膜の裏面で、該貫通孔近傍にアライメント状態を検出
するための反射層パターンを設けることを特徴とするリ
ソグラフィー用マスク構造体により達成される。

［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図に招ける１１
−１１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、例えば金、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
薄膜の厚さは例えば２〜２０μｍ程度である。この有機
薄膜は例えば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。該金属薄膜の厚さは例えば０．０１〜１．
０μｍ程度である。このよう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層以上の有機薄膜および
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、例えばシリコン、炉ラス、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としては例えばエポキシ系、ゴム系、その他適
宜のものが、例えば溶剤型、熱硬化型、光硬化型として
用いられる。

保持薄膜２にはマスク輪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、六角形等の角形、円形
、楕円形等の丸形、およ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、真空紫外線等を挙
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。−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１０〜３
０μｍ程度であり、また上記小孔５は環状保持基板３の
対称軸に間し軸対称に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５図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ上記第１図および
第２図における上記小孔５の部分の拡大部であり、第５
図（ｂ）は第５図（ａ）のＢ−Ｂ断面図に相当する。図
示されるように、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の方が直径
は小さい。

フォトリソグラフィー加工例えば半導体素子の製造工程
においては、第３図に示されるように、被加工材である
半導体ウェハ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。

このよう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
の単位パターンを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フが
４個配列せしめられている。これらの単位パターンフは
、上記半導体ウニ八１０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ェハ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が行なわれる（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６エ八ｌＯ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およびエネルギー線
照射が行なわれ、これが繰返される。

半導体ウェハ１０には、例えばスクライブライン１２の
適宜の位置にエツチング等により例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。このように
、半導体ウェハ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図に示されるように、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。上記半導体ウェハ１０のスクラ
イブライン１２は例えば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の材買
に応じて適宜選択されるが、例えばレーザビーム（エキ
シマビーム、アルゴンレーザ等）による方法、ドライエ
ツチング（Ｒ，１，Ｅ、酸素ブラ°ズマ等）による方法
、ケミカルエツチング（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つ以上組合わせ
て用いてもよい、上記のように、有機薄膜２ａと金属薄
＠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には形状および寸法の精
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砥い精度
でもよい。

このようなマスク構造体において、半導体ウェハ上のア
ライメントマークとマスク構造体を位置合わせするため
に、マスク構造体にアライメントマークを設けることが
なされる。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としては、前出した電子
ビーム、イオンビーム、Ｘ線、紫外線、真空紫外線等が
挙げられる。そして、そのエネルギー線に通した材料を
用いて、マスク構造体の保持薄膜２の裏面の小孔５近傍
に、例えば第５〜７図で各々符番６のようなアライメン
トマークを設ける。−例として電子ビームを用いて検出
を行なう場合は、アライメントマークの材料としてＡＪ
２．Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ。

Ａｕなどの金属材料を用い、またアライメントマークの
厚さは０．５〜１．０μｍ程度で大きさは１００μｍ程
度の範囲内とすると良い。そして、このマスク構造体の
アライメントマーク６と半導体ウェハ上のアライメント
マークとの位置合わせか、小孔５を通してなされるので
、これらの位置合わせ精度を向上することができる。

また、このマスク構造体に付与されるアライメントマー
ク６の形成は、マスク構造体作成工程の最初または最後
のどちらでも良い。また形成法は、蒸着等の薄膜堆積の
後、紫外線、電子ビーム、イオンビーム等によるフォト
リソグラフィーの手法にて行ない、レーザビーム、ドラ
イエツチング、ケミカルエツチング等の方法で加工する
ことが一般的である。形成法についても、マスク構造体
上のアライメントマークに必要とする寸法精度に見合う
加工法を用いることが望ましい。

第８図に示されるように、以上のようなマスク構造体１
３は、使用時には半導体ウェハ１０に近接せしめて使用
される。半導体ウェハ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を半導体ウェハ１０
に対し相対的に左右方向に穆動させながら、小孔５に対
し上方から電子ビームを走査しながら照射し、マスク構
造体および半導体ウェハから発生する２次電子を検出す
る。この際、アライメントマークの有無により２次電子
の検出値が異なり、マスク構造体１３と半導体クエハｌ
Ｏのアライメントマーク６．１２各々の検出値が極値を
とる時の配置が、半導体ウニへのスクライブライン１２
に対しマスク構造体１３のアライメントマーク６が正確
に配置された状態である。複数のアライメントマーク６
について同様に検出を行なうことにより、半導体ウェハ
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。

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９図に縦断面図を示すようなマスク構造体を作成した
。第９図において、第２図におけると類似の部材には同
一の符番が付されている。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。

このような本実施例の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に対し接着剤４を用いて約１０％
の延伸率で等方的辷伸張してポリイミド膜（約７．５μ
ｍ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０．１μ
ｍ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　−１
３５０（シブレイ社製）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ツチングを行ない、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
膜をエツチング除去して小孔を形成した。

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．
５μｍ厚の金膜からなるＸ線吸収パターン１を形成した
。

次に、Ｘ線吸収パターン１が形成された保持薄膜２の裏
面に真空蒸着により０．５μｍ厚のアルミニウム（Ａｌ
ｌ）膜を形成し、そのアルミニウム膜の表面上に電子線
レジストＣＭＳ　（東洋曹達製）を規定の条件で０．５
μｍ厚に塗布し、電子線露光装置を用いて、予め形成さ
れた小孔５の周辺にアライメントマークのレジストパタ
ーンを形成した。

次に、リン酸系エッチャントを用いてアルミニウム膜を
エツチングしアライメントマーク６を残す。

大ｍｆＭ且 実施例１と同様にして環状保持基板３にポリイミド膜を
接着し、マスク構造体を作成した。このとき使用したポ
リイミド膜はユーピレツクスを用いた。

次にＥＢ蒸着装置にてＡＪ２を５０００人程度成膜し、
その表面上に実施例１同様フォトレジストＡｚ−１３５
０を塗布し、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、リン酸系エッチャントを用いて上記小孔パターン
位置のＡｌｌ膜のケミカルエツチングを行ない該ＡｆＬ
膜に４個の小孔を形成した。

次に、上記ＡＪ２膜をマスクとして、０２ガスによるプ
ラズマエツチングを行ない上記小孔パターン位置のポリ
イミド膜を除去して小孔を形成した。

その後、基板表面上のフォトレジストＡ）　−１３５０
を剥離し、Ａ１膜をリン酸系エッチャントでエツチング
した。

次に、実施例１と同様に、真空蒸着によりポリイミド膜
上に約０．１μｍ厚のニッケル（Ｎｉ）膜を形成し、該
４個の小孔５を基準として所定のプロセスにてＸ線吸収
パターン１を形成した。

次に、実施例１と同様にして、保持薄膜の裏面にアライ
メントマーク６を形成した。

実施例３ 実施例１と同様にして環状保持基板３にポリイミド膜を
接着し、マスク構造体を作成する。

次に、実施例１と同様にして、保持薄膜の裏面にアライ
メントマーク６を形成した後、表面に小孔５およびエレ
クトロホーミング法により金膜からなるＸ線吸収パター
ン１を形成した。

Ｋ１里ま 実施例１．３と同様にして保持薄膜の裏面にニッケル膜
を形成し、第７図符番６のようなニッケル膜による橋架
は部が形成されるようにした。

次に、実施例１と同様に保持薄膜２の表面から小孔５お
よび金膜からなるＸ線吸収パターン１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およびギ
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
およ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および
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、マスク材保持薄膜に設けられた
貫通孔の周辺部のアライメントマークからの反射を検出
し被加工材からの反射と比較することにより、より高精
度のアライメントを行なうことができる。

【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、第２図は、そ
のＩＩ　−１夏断面図、 第３図は、被加工材の部分平面図、 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、 第５図〜第７図は、保持薄膜の裏面部から貫通孔周辺部
を拡大した図、 第８図は、本発明のマスク構造体の使用状態を示す部分
断面図、 第９図は、本発明のマスク構造体の断面図、第１Ｏ図は
、従来のマスク構造体の断面図、第１１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、 ６：アライメントマーク、 ７：スクライブライン対応ライン、 ｌＯ：被加工材、 １２ニスクライブライン、 １３：マスク構造体、 １４ニレジスト層。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 第３図 第４図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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の該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を複数個設け、且つ上記マス
   ク材保持薄膜の裏面の上記貫通孔近傍にアライメント状
   態を検出するための反射層パターンを形成することを特
   徴とするリソグラフィー用マスク構造体。