JPH021110A - 露光用マスク及び露光方法 - 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 本発明は半導体装置の製造における微細パターン形成の
ための露光技術、特にＸ線を光源とするＸ線露光に関す
る。

従来の技術 半導体装置が高密度化され、サブミクロン領域の微細な
パターンを形成するために、従来の紫外光を用いる露光
方法に替って波長が２桁小さい軟Ｘ線を用いる露光方法
（Ｘ線露光）が検討されている。

このＸ線露光においては、従来の紫外光を用いる露光方
法と異なり軟ＸＩ（以下Ｘ線）に対する適切なレンズが
ないため、縮少投影露光法を泪いることができず、等倍
のマスク（Ｘ線マスク）を半導体基板に近接して並置し
露光する近接露光法を用いる必要がある。

またサブミクロン領域の微細パターンを大面積の半導体
基板に数多く形成するためには、露光可能面積が小さい
、Ｘ線マスクの製作、検査が困難である等の理由で、限
定された小面積、例えば１５ｗｍ角程度０チップ毎に露
光する逐次露光法が必要である。

さらに半導体基板に形成されたパターンとＸ線マスクを
精度良く位置合せするために、半導体基板とＸ線マスク
に位置合せマークとして形成された回折格子にレーザー
光を照射し、その回折光を検知して両者の位置ずれ量を
測る方法が多（用いられる。

以下に第２図にもとづいて従来のＸ線露光方法を説明す
る。

第２図において３．３１．３２は半導体基板の位置合せ
領域に形成された位置合せマーク（基板マーク）、５は
Ｘ線マスク、６はＸ線マスクの転写すべき半導体装置パ
ターン（マスクパターン）、７．７１はＸ線マスクの位
置合せ領域に形成された位置合せマーク（マスクマーク
）であり、半導体装置パターン６の周辺部に形成されて
いる。８は位置合せ用の光学装置であり９は位置合せ用
レーザー光、１０．１１は回折したレーザー光の受光素
子、１２はＸ線である。またＡは位置合せ領域、Ｐはパ
ターン露光領域である。

通常Ｘ線露光においては絶縁膜や半導体膜等よりなる複
数個のパターン（基板パターン）２が形成された半導体
基板ｌの基板マーク３．３１゜３２と、Ｘ線マスク５に
あって各々に対応する位置にあるマスクマークとの相対
的な位置合せをした後、Ｘ線を照射してマスクパターン
６を基板パターン２０上のレジスト４に転写する。

半導体基板１の基板マーク３とＸ線マスク５のマスクマ
ーク７を精度良く位置合せするには、レンズや鏡、ある
いは光ファイバー等よりなる光学装置８により位相のそ
ろったレーザー光を位置合せマークが形成されている位
置合せ領域Ａに導（。格子状の基板マーク３．マスクマ
ーク７を照射し、回折された光をホトダイオードや光電
増倍管等の受光素子１０．１１で受光し、基板マーク３
とマスクマーク７との相対的な位置ずれを検知する。両
者の位置ずれがある場合は、基板を微動させて、位置ず
れを補正する。位置ずれを検知する方法としては、例え
ば光学装置８に内蔵した基準格子の像をレンズによって
位置合せ領域Ａに結像し、この像と基板マーク３．マス
クマーク７との位置ずれを比較することにより基板マー
ク３とマスクマーク７との位置ずれ量を検知する方法、
あるいは基板マーク３の回折光とマスクマーク７の回折
光を受光し、比較することによって位置ずれ量を検知す
る方法等が提案されている。

なお基板ｌとＸ線マスク５との高精度な位置合せ状態を
露光中も保持するためには、Ｘ線１２が照射されている
間も両者の位置ずれを検知し補正する必要があり、その
ためには前記光学装置８や受光素子１０．１１はＸ線１
２を遮ぎらない位置に配置される必要がある。

さらに、高精度の位置合せを行うためには、光学装置８
、受光素子１０．１１等の位置合せ光学系は、レーザー
光の光軸のずれなどによる位置ずれ検出精度の劣化を防
ぐために露光装置本体に固定されるのが望ましい。

上記のように位置合せ光学系が、Ｘ線１２を遮ぎらない
位置に固定されている露光装置を用いたＸ線露光におい
て、前述のようなレンズを用いる位置合せ光学系の場合
には、レンズの外径寸法に制約されて隣り合う位置合せ
光学系間の距離、すなわち位置合せ領域Ａ間の距離を小
さく設定することができない。たとえばマスクマーク７
と７１を距％ｉＩ　２０　ｍと太き（離す必要がある。

そのため位置合せ領域Ａ間の距離よりも大きいチップ寸
法の半導体装置の製造はできるが、小さいチップ寸法の
半導体装置の製造ができない。

また、位置合せ光学系の寸法による制約がない位置合せ
光学系を用いる場合でも、精度良く位置ずれ量を検出す
るためには位置合せ領域Ａ間の距離が大きいことが要求
される。

発明が解決しようとする課題 本発明が解決しようとする課題は、複数の位置合せ光学
系がＸ線を遮ぎらない位置に互いに距離を置いて固定さ
れているマスク合せ露光装置を用いて、任意のチップ寸
法の半導体装置を高精度で位置合せし、Ｘ線露光するこ
とである。

加えて半導体装置のチップの中で、その寸法によらず位
置合せ領域はチップの中央でな（周辺部に形成すること
が望ましく、これも他の課題である。

課題を解決するための手段 本発明は、限定された最大露光領域内に、転写しようと
する半導体装置パターンが形成されたパターン露光領域
と、前記最大露光領域の隣り合う２つの境界近傍の定め
られた位置に、マスクマークが形成された位置合せ領域
を有するＸ線マスクを用いて露光する。この位置合せ領
域はパターン露光領域の内、外を問わない。

また、本発明のＸ線マスクでは前記パターン露光領域が
、前記最大露光領域の隣り合う２つの境界に近接し、パ
ターン露光領域の端が、最大露光領域の境界に重なるか
、またはこの境界と近傍にある位置合せ領域との距離よ
りも小さい距離だけ離れて位置する。

作用 本発明においては、Ｘ線マスクと半導体基板との位置合
せには、パターン露光領域の位置とは独立に定められた
位置合せ領域内のマスクマークを用いるため、パターン
露光領域の大きさ、すなわち半導体装置の大きさが制約
を受けることがない。またパターン露光領域が最大露光
領域の境界に近接することにより、半導体基板に形成さ
れた半導体装置チップ内の基板マークは、チップの周辺
部に形成される。

実施例 以下に第１図にもとづいて一実施例を説明するが、２０
〜２３は半導体基板に形成されたチップであり、２０は
露光しようとするチップ、Ｍは最大露光領域である。

第１図（ａ）に示すＸ線マスク５には、最大露光領域Ｍ
の境界に近接してパターン露光領域Ｐが位置し、転写し
ようとするマスクパターン６は、Ｘ線の透過率が大きい
保持膜上に吸収体であるＷ膜で形成されている。マスク
パターン６内に１つの位置合せ領域Ａがあって、マスク
マーク７１が形成されているが、パターン露光領域Ｐの
外には、最大露光領域Ｍの境界近傍に他の位置合せ領域
へがあって、マスクマーク７が形成されている。マスク
マーク７の斜め上方には最大露光領域外にアライメント
光学系の光学装置８が固定して設けられており、また受
光素子１０．１１もＸ１１２を遮ぎらない位置に固定さ
れている。最大露光領域Ｍ内ではパターン領域Ｐと位置
合せ領域ＡのみにＷ膜のない透過部があり、その他の領
域には吸収体であるＷ膜が形成されている。

半導体基板１には第１図（ｂ）、　（Ｃ）に示すように
、前工程までで多くの基板パターン（チップ）２０゜２
１．２２．２３等が形成されており、そのうちのチップ
２０上にマスクパターン６を転写する場合について述べ
る。

Ｘ線マスク５から２０μｍだけ離して半導体基板１を対
向させ、Ｘ線マスク５と半導体基板１との粗い位置合せ
を行なう。この粗い位置合せでは半導体基板全面に対し
て、従来の方法で一度実施することにより、両者の位置
ずれを０．５μｍ以下にしておく。

次に半導体基板１をチップ単位で移動させて、露光しよ
うとするチップ２０をマスクパターン６下にもって（る
。この時、マスクパターン６とチップ２０の位置ずれは
０．５μｍ以下に保たれており、Ｘｌｌ１［マスク５の
３つの位置合せ領域には異なるチップ２０，２１．２２
の位置合せ領域が対向している。

次にＸ線マスク５の位置合せ領域Ａにあるマスクマーク
７と、これに対向する位置にあるチップ２１の基板マー
ク３との位置ずれ量を、光学装置８や受光素子１０．１
１よりなる位置合せ光学系によって検知する。

同時にチップ２０の基板マーク３１とマスクマーク７１
．チップ２２の基板マーク３２とそれに対向する基板マ
ークとの位置ずれ量も検知し、これらの位置ずれ量から
半導体基板の位置補正量を算出して、その量だけ半導体
基板を移動あるいは回転させる。その結果、Ｘ線マスク
５のマスクパターン６とチップ２０の基板パターンとの
位置すれが０．０５μｍ以下になるように位置合せをす
ることができる。

その後はＸ線を照射してパターン露光領域Ｐと位置合せ
領域Ａのレジスト４を露光するが、Ｘ線マスク５の位置
合せ領域Ａに、新たに半導体基板１に転写するマスクマ
ークが形成されていると、この露光により新たな基板マ
ークがチップ２０゜２１．２２の位置合せ領域に転写さ
れる。

従って、半導体基板上ではチップ２０の基板パターンや
基板マーク３１と、゛チップ２１．２２の各基板マーク
３，３２とがあたかも１つのチップ内のパターンのよう
に同時に露光される。一方チツブ２０内にあっても基板
マーク３０はこの時には露光されず、隣接したチップの
基板パターンを露光する際に位置合せ領域Ａに照射され
たＸ線によって露光され゛る。

そのため、固定された隣りあう２つの位置合せ領域間の
距離よりも小さい寸法の半導体装置でも、位置合せ、露
光をすることができる。

一方、チップ寸法が大きい場合には位置合せ領域Ａはパ
ターン露光領域Ｐ内に形成され、七たがってチップ２０
を露光する際にチップ２０内にある基板マークを用いる
ことになり、この場合は従来の露光方法と同様となる。

さらに、Ｘ線マスクのパターン露光領域Ｐを最大露光領
域Ｍの境界に近接して、つまりパターン露光領域Ｐ端が
最大露光領域Ｍの端と位置合せ領域Ａとの間にあるよう
にして、第１図（ｂ）に示すように露光領域Ｐを隅に寄
せて形成することにより、すべてのチップの基板マーク
はチップの周辺近傍に形成され、この基板マークが常に
スクライブライン上に形成することもできる。このこと
は、メモリーのようなチップ中央に高密度パターンを形
成するためチップ中央には位置合せ領域が形成できない
半導体装置の製造も可能にする。

一般にレンズを用いる光露光装置に於ては、露光領域の
端はレンズの色収差のために正常なパターンが転写でき
ないことが多いが、Ｘ線露光において、特にＸ線源とし
て平行度が良いＳＯＲを用いると、最大露光領域の端で
も、いわゆるランアウト誤差を小さ（することができ、
露光領域の隅に寄せてパターンを形成することの欠点は
殆どないと言える。

なお、基板マークの寸法が小さいか、またはスクライブ
レーンの幅が広いか、あるいはその両方のために、基板
マークがスクライブレーン内に形成することができる場
合には、基板マークのすべてはスクライブレーン内に形
成することができ、チップ内のパターンを基板マーク（
従って位置合せ領域）に全（影響を受けることな（自由
に配置することができる。

以上に述べた実施例は、パターン露光領域Ｐの端が最大
露光領域Ｍの隣接する２つの境界に近接する場合につい
て述べたが、第１図（Ｃ）に示すように、パターン露光
領域Ｐの端が、露光領域Ｍの境界より大きく離れて位置
する場合には、基板マークの位置が半導体装置チップの
周辺に限定できない。それでも異なる寸法の半導体装置
を製造することができるという本発明の効果が損なわれ
ることはない。

この場合には、チップ２０を露光する場合でもチップ２
０内に形成されたどの基板マーク、３０をも用いること
がな（、隣接する３つのチップ２１．２３．２２内に形
成された位置合せマーク３．３１．３２を用いて位置ず
れが検出される。

発明の効果 本発明によると、位置合せ光学系の位置が固定されたＸ
線露光装置に於ても、異なる寸法の半導体装置をＸ線露
光の長所を損なうことなく製造することができる。

また、半導体装置のチップ内に形成される位置合せの為
の基板マークはパターンの端近傍に形成されるため、半
導体装置パターン配置に対する位置合せ領域の制約が大
きく緩和される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のＸ線マスクを用いた露光方法を
説明する為の部分断面図、第１図（ｂ）　、　（ｃ）は
露光領域近傍の半導体基板の部分平面図、第２図（ａ）
は従来のＸ線露光方法を説明する為の同様の部分断面図
、同（ｂ）は半導体基板の部分平面図である。 ２・・・・・・基板パターン、３・・・・・・基板マー
ク、５・・・・・・Ｘ線マスク、６・・・・・・マスク
パターン、７・・・・・・マスクマーク、８・・・・・
・位置合せ用光学装置、１２・・・・・・Ｘ線、Ｍ・・
・・・・最大露光領域、Ｐ・・・・・・パターン露光領
域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）設定された矩形の最大露光領域に、パターン露光
   領域と、前記最大露光領域の隣り合う２つの境界近傍に
   あって、露光装置の位置合せ光学系の位置により限定さ
   れた位置に複数の位置合せ領域を有することを特徴とす
   る露光用マスク。
2. （２）パターン露光領域が、最大露光領域の隣り合う２
   つの境界線に近接して位置することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の露光用マスク。
3. （３）複数の位置合せ領域のうち少なくとも１つが、パ
   ターン領域の外にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載の露光用マスク。
4. （４）最大露光領域外に固定された位置合せ光学系を有
   する逐次露光装置を用い、前記最大露光領域の隣り合う
   ２つの境界線近傍に位置する複数の位置合せ領域内の位
   置合せマークを用いて露光用マスクと半導体基板の位置
   ずれを検出し、前記露光用マスクと前記半導体基板との
   位置合せをした後、前記位置合せ領域とパターン露光領
   域に同時にＸ線を照射することを特徴とする露光方法。
5. （５）パターン露光領域が前記最大露光領域の隣り合う
   ２つの境界に近接して位置することを特徴とする特許請
   求の範囲第４項に記載の露光方法。