JP2000077306A

JP2000077306A - 反射マスクおよびｘ線投影露光装置

Info

Publication number: JP2000077306A
Application number: JP24552498A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Oshino; 哲也押野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度なアライメントができる反射マスク、
及びこれらを用いたＸ線投影露光装置を提供する。【解決手段】基板１は平板で、その表面に、露光する
波長のＸ線を高い反射率で反射する多層膜２が形成され
ている。多層膜２の表面には、吸収体３がパターン状に
形成されている。ここにＸ線が入射すると、パターン状
に形成された吸収体３以外に入射したものが反射する。
マスクの周辺部等の吸収体パターンが形成される領域以
外には、その一部にアライメントマークが形成されてい
る。アライメントマークはアライメント光の透過部１ａ
と遮光部４からなる。マスクの基板１はアライメント光
が透過する部材で形成され、その表面の露出した部分が
透過部１ａとなっている。遮光部４は、基板１表面に、
アライメント光を透過しにくい部材で、パターン状に形
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＸ線光学系
等のミラープロジェクション方式により、フォトマスク
（マスクまたはレチクル、以下、単にマスクという。本
明細書においてマスクとは、レチクルを含む概念であ
る。）上の回路パターンを反射型の結像光学系を介して
ウェハ等の基板上に転写する際に好適な反射マスク、及
びこれらの反射マスクを用いたＸ線投影露光装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用の露光装置においては、物
体面としてのマスク面上に形成された回路パターンを、
結像装置を介してウェハ等の基板上に投影転写する。基
板にはレジストが塗布されており、露光することによっ
てレジストが感光し、レジストパターンが得られる。

【０００３】露光装置の解像度ｗは、主に露光波長λと
結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。ｗ＝ｋλ／ＮＡｋ：定数従って、解像度を向上させるためには、波長を短くする
かあるいは開口数を大きくすることが必要となる。現
在、半導体の製造に用いられている露光装置は主に波長
365ｎｍのｉ線を使用しており、開口数約0.5で0.5μｍ
の解像度が得られている。開口数を大きくすることは、
光学設計上困難であることから、今後、解像度を更に向
上させるためには、露光光の短波長化が必要となる。ｉ
線より短波長の露光光としては、例えばエキシマレーザ
ーがあげられ、その波長はKrＦエキシマレーザーで248
ｎｍ、ArＦエキシマレーザーで193ｎｍであるため、開
口数を0.5とした場合、KrＦエキシマレーザーでは0.25
μｍ、ArＦエキシマレーザーでは0.18μｍの解像度が得
られる。そして、露光光としてさらに波長の短いＸ線を
用いると、例えば波長13ｎｍで0.1μｍ以下の解像度が
得られる。

【０００４】従来の露光装置は、主に光源と照明装置と
投影結像光学系で構成される。投影結像光学系は複数の
レンズあるいは反射鏡等で構成され、マスク上のパター
ンをウェハ上に結像するようになっている。

【０００５】露光装置が所望の解像度を有するために
は、少なくとも結像光学系が無収差あるいは無収差に近
い光学系である必要がある。仮に、結像光学系に収差が
あると、レジストパターンの断面形状が劣化し、露光後
のプロセスに悪影響を及ぼすほか、像が歪んでしまうと
いった問題が生じる。

【０００６】また、従来の半導体露光装置には、回路パ
ターンが設けられたウェハ上の決められた位置にレジス
トパターンを形成できるように、位置検出装置（以下、
アライメント装置という）が設けられている。これによ
りマスクとウェハの位置を検出し、マスクの縮小像がウ
ェハ上の所望の位置に結像するように、ウェハステージ
およびマスクステージにより、それぞれウェハおよびマ
スクの位置を調整する。

【０００７】アライメント装置としては、例えば光学的
な検出装置を有するものがある。これは、例えばウェハ
上のマークに照明光を照射して、その反射光等を光検出
器で検出するものである。ウェハ位置が変わると、検出
器から出力される信号が変わるため、ウェハの位置を知
ることができる。マスクに対しても同様に、マークに照
明光を照射して、その透過光等を光検出器で検出し、マ
スクの位置を知ることができる。このようなアライメン
ト装置は、ウェハおよびマスク上のマークの位置を高精
度に検出できるため、マスクとウェハの位置合わせを正
確に行うことができる。

【０００８】従来のｉ線を用いた露光装置の一部の概略
図を図８に示す。装置は、主に光線源および照明光学系
２１とマスク２４のステージ２５、投影結像光学系２
３、ウェハ２６のステージ２７、アライメント装置２
２、２８（ウェハ側のアライメント装置は不図示）で構
成される。マスク２４には描画するパターンの等倍ある
いは拡大パターンが形成されている。投影結像光学系２
３は複数のレンズ等で構成され、ｉ線２９により、マス
ク２４上のパターンをウェハ２６上に結像するようにな
っている。すなわち、結像光学系２３は直径約２０mmの
視野を有し、マスク２４上のパターンを、ウェハ２６上
に一括転写する。マスク２４のマーク位置は、アライメ
ント検出装置２８で検出される。

【０００９】マスク２４は、図９に示すようにガラス等
の基板３１の表面にクロム膜３２をパターン状に配置し
たもので、アライメントに用いるアライメントマーク３
３にも回路パターンと同様にクロムのパターンが用いら
れる。図８に示すように、マスク上のアライメントマー
ク３３をアライメント装置２２から射出した可視光２０
ａ等で照明し、その透過光２０ｂをアライメント装置２
８に入射させる。アライメント装置は例えば可視光顕微
鏡であり、アライメントマーク３３の像位置を画像処理
により検出するものである。このようにクロムパターン
の透過像を見ることで、高コントラストの像を得ること
ができ、高い検出感度を達成している。

【００１０】従来のｉ線等を用いた露光装置において
は、投影結像光学系をレンズで構成することができるた
め、20ｍｍ角以上の視野を有する光学系の設計が可能で
あり、所望の領域（例えば、半導体チップ２チップ分の
領域）を一括で露光することができる。

【００１１】一方、より高い解像度を得るために、Ｘ線
用の結像光学系を設計しようとすると、視野が小さくな
ってしまい、所望の領域を一括で露光できなくなってし
まう。そこで、露光の際に、マスクとウェハを走査する
ことにより、小さな視野の結像光学系で20ｍｍ角以上の
半導体チップを露光する方法が採用されている。このよ
うにすることで、Ｘ線投影露光装置でも、所望の露光領
域を露光することができる。例えば、波長13ｎｍのＸ線
で露光する場合、投影結像光学系の露光視野を輪帯状に
することで、高い解像度を得ることができる。

【００１２】Ｘ線投影露光装置の一部の概略図を図１０
に示す。装置は、主にＸ線源４１およびＸ線照明光学系
４２とマスク４４のステージ４５、Ｘ線投影結像光学系
４３、ウェハ４６のステージ４７で構成される。マスク
４４には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターン
が形成されている。投影結像光学系４３は複数の反射鏡
４３ａ〜４３ｄ等で構成され、マスク４４上のパターン
をウェハ４６上に結像するようになっている。反射鏡４
３ａ〜４３ｄの表面には反射率を高めるための多層膜が
形成されている。投影結像光学系４３は輪帯状の視野を
有し、マスク４４の一部をなす輪帯状の領域のパターン
を、ウェハ４６上に転写する。マスク４４も反射型のも
のが用いられる。露光の際は、Ｘ線源４１よりのＸ線４
８ａをＸ線照明光学系４２によって照用明Ｘ線４８ｂと
し、マスク４４上に照用明Ｘ線４８ｂを照射し、その反
射Ｘ線４８ｃを、Ｘ線投影結像光学系４３を通してウェ
ハ４６上に入射させる。マスク４４とウェハ４６を一定
速度で同期走査させることで、所望の領域（例えば、半
導体チップ１個分の領域）を露光するようになってい
る。

【００１３】従来の反射型マスクの例の概略図を図１１
に示す。この反射型マスクにおいては、基板５１の表面
に多層膜５２が設けられ、その上にＸ線を吸収するため
の吸収体５３がパターン状に形成されている。基板５１
には表面粗さの小さい部材を用いるとよい。このように
することで、多層膜のＸ線反射率を高めることができ
る。表面粗さの小さい基板としては、単結晶シリコンを
用いることが多い。吸収体５３は、Ｘ線を吸収しやす
く、かつパターン状に加工しやすい部材で構成する。例
えば、吸収体としてニッケルを用い、パターン加工を電
解メッキのリフトオフで行うことによりパターンを形成
する。このような理由から、従来のマスクにおいては、
アライメントマーク５４も、多層膜上にパターン状にＸ
線を吸収しやすい材料を配置したものが用いられてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｘ線投影露
光装置の場合、マスクは反射型のマスクを用いなければ
ならない。その理由は、透過型のマスクを用いた場合、
マスク基板によるＸ線の吸収が大きくなり、従って、マ
スク基板の厚さを薄くする必要があるが、マスク基板を
薄くすると、マスク自体の剛性が低下して、パターンが
歪みやすくなるという問題が生じるからである。そのた
め、Ｘ線投影露光装置の場合、マスクとして反射型のマ
スクを用い、アライメントマークにも反射型のマークを
用いていたが、反射型のマークは、従来の透過型のマー
クに比べて、検出精度が悪いという問題があった。例え
ば、多層膜として、モリブデンとシリコンを交互に積層
した多層膜を用い、その最表面をシリコンとし、さらに
その上に、パターンと同じ材料のニッケルでアライメン
トマークを形成した場合を考える。

【００１５】この場合、表面がシリコンで形成された多
層膜とニッケルの反射率の差は、Ｘ線に対しては十分大
きなものであるが、可視光における、シリコンおよびニ
ッケルの反射率はそれぞれ約30％および約50％である。
従って、このようなアライメントマークを可視光で検出
しようとすると、アライメントマークの反射コントラス
トが低くなり、その結果、従来の反射型マスクを用いた
Ｘ線投影露光装置では、高精度な重ね合わせ露光が困難
であった。ニッケルの代わりにより反射率の高い材料と
して例えばアルミを用いると、コントラストは改善する
が、それでも不十分であった。

【００１６】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、高精度なアライメントができる反射マス
ク、及びこれらを用いたＸ線投影露光装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、照明光（Ｘ線を含む）によって基板表
面を照射し、その反射光を光学系を介して物面上に結像
させることにより、基板表面に形成されたパターンを物
面に転写するのに用いられる反射マスクであって、アラ
イメントマークを有し、当該アライメントマークはアラ
イメント光を透過しにくい部材で構成され、前記基板は
アライメント光を透過する部材で構成されていることを
特徴とする反射マスク（請求項１）である。

【００１８】本手段に係る反射マスクを、透過光検出型
のアライメント装置を用いてアライメントする場合に
は、アライメントマークがアライメント光を遮光し、ア
ライメントマークが設けられていない基板部分はアライ
メント光を透過するので、非常に高いコントラストでア
ライメントマークを検出することができる。よって、高
精度で高速なアライメントが可能になる。

【００１９】前記課題を解決するための第２の手段は、
照明光（Ｘ線を含む）によって基板表面を照射し、その
反射光を光学系を介して物面上に結像させることによ
り、基板表面に形成されたパターンを物面に転写するの
に用いられる反射マスクであって、アライメントマーク
を有し、当該アライメントマークはアライメント光を透
過しにくい部材で構成され、前記基板の、アライメント
マークの周りの大部分には、穴が開けられていることを
特徴とする反射マスク（請求項２）である。

【００２０】本手段においては、基板の、アライメント
マークの周りの大部分に穴を開けて、アライメント光が
透過するようにしている。このようにすれば、アライメ
ント光を透過しにくい材料を基板として使用することが
できる。たとえば、可視光を使用したアライメント装置
の場合であっても、シリコンを基板として用いることが
できる。アライメントマークの全周に穴を開けてしまう
と、アライメントマークを保持することができなくなる
ので、穴は、アライメントに支障のない範囲で、アライ
メントマークの周囲の大部分にあけることが好ましい。
このようにすれば、基板として光を透過しにくい部材を
用いても、アライメントマークをコントラストよく検出
することができる。もちろん、基板として光を透過する
部材を使用し、さらに、本手段を用いてもさしつかえな
い。

【００２１】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、反射マスクに
形成された回路パターンは、多層膜とその表面にパター
ン状に形成された吸収体で構成され、前記アライメント
光を透過しにくい部材として、前記吸収体と同じ材料を
用いたことを特徴とするもの（請求項３）である。本手
段によれば、回路パターンを構成する吸収体とアライメ
ントマークを同一の工程で製作することができ、製造工
程が簡単となる。

【００２２】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前
記アライメント光を透過しにくい部材がアライメント光
を反射する部材で構成されていることを特徴とするもの
（請求項４）である。

【００２３】本手段においても、透過光検出型のアライ
メント装置を用いてアライメントする場合には、前記第
１の手段と同様の作用効果が得られる。反射光検出型の
アライメント装置を用いてアライメントする場合には、
アライメントマークからは強い反射光が得られるが、ア
ライメントマークが設けられていない基板部分はアライ
メント光を透過するので、その反射光は、マスクを保持
するマスクステージで反射したものとなる。マスクステ
ージの反射率は一般的に小さいので、この場合でも、非
常に高いコントラストでアライメントマークを検出する
ことができる。よって、高精度で高速なアライメントが
可能になる。特に、マスクステージ表面の反射率を意識
的に小さくしておけば、その効果は大きい。

【００２４】なお、本手段が、前記第３の手段に対して
も用いられることは、一見矛盾するようであるが、Ｘ線
に対しては吸収率が高く（反射率が低く）、可視光や赤
外光をアライメント光として用いた場合には反射率が高
い材料であれば、反射光検出型のアライメント装置にお
いても、吸収体とアライメントマークを同じ部材で製作
することができる。

【００２５】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第４の手段であって、アライメント光を反射する部
材が多層膜であることを特徴とするもの（請求項５）で
ある。多層膜を形成する材質と膜厚を適当に選ぶことに
より、アライメント光に対する多層膜の反射率を極めて
大きくすることができる。アライメント光として単色光
を用いれば、さらにその効果は大きい。よって、本手段
によれば、アライメントマークのコントラストを大きく
することができる。

【００２６】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第５の手段であって、反射マスクに形成された回路
パターンは、多層膜を構成要素としており、前記アライ
メント光を反射する部材が、前記回路パターンを構成す
る多層膜と同じものであることを特徴とするもの（請求
項６）である。本手段によれば、回路パターンを構成す
る多層膜と、アライメントマークを形成する多層膜を同
一の工程で製作できるので、製造工程が簡単になる。

【００２７】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、前
記基板の表面の、前記アライメントマーク近傍のアライ
メント光が透過する領域に反射防止膜を設けたことを特
徴とするもの（請求項７）である。

【００２８】本手段においては、基板表面のアライメン
ト光が透過する部分に反射防止膜が設けられているの
で、基板のアライメント光透過率が大きくなる。よっ
て、透過光検出型のアライメント装置を用いた場合に
は、アライメントマークのコントラストを大きくするこ
とができる。同様、反射光検出型のアライメント装置を
用いた場合でも、アライメントマーク以外の基板から反
射される光が低下するので、アライメントマークのコン
トラストを大きくすることができる。なお、本手段を前
記第２の手段に適用する場合には、基板を、アライメン
ト光を透過する部材で構成し、アライメントマークの周
りのアライメント光が通過する部分で穴の開いていない
部分に反射防止膜を設けることになる。

【００２９】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、前
記アライメント光が可視光であり、前記基板が石英又は
低熱膨張ガラスであることを特徴とするもの（請求項
８）である。

【００３０】アライメント光に可視光を用いると、アラ
イメント装置の光学系や検出装置に一般的に使用されて
いるものを使用することができるので、安価なものとす
ることができる。可視光をアライメント光として使用し
た場合、石英又は低熱膨張ガラスは、透過率が高く、そ
の表面を研磨加工により平滑にでき、かつ表面に多層膜
を成膜することが容易であるので、基板の材料として適
切である。また、低熱膨張ガラスを使用すると、マスク
の熱変形が小さくなるので、温度揺らぎによる転写パタ
ーンの位置歪みを小さくすることができる。

【００３１】前記課題を解決するための第９の手段は、
前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、前
記アライメント光は赤外光であり、前記基板はシリコン
であることを特徴とするもの（請求項９）である。

【００３２】シリコン基板は、半導体製造用に多く使用
されており、基板の材料として入手が容易であり、研磨
加工により表面を平滑化することが容易であって、かつ
その表面に多層膜を成膜することが容易である。よっ
て、基板の材料として理想的である。ただし、可視光を
透過しにくいので、基板をシリコンとした場合には、シ
リコンに対して透明である赤外光をアライメント光とし
て使用するのが適当である。逆に、別の理由でアライメ
ント光を赤外光としなければならない場合には、本手段
を用いることが好ましい。

【００３３】なお、言うまでもないことであるが、前記
各手段におけるアライメントマークを構成する、光を透
過しにくい部材の形状としては、いろいろなものが用い
られる。たとえば、アライメント光を透過しにくい部分
がドーナツ型をしており、そのドーナツ型の中心部の円
形部分をアライメントの基準として用いてもよい。この
場合は、透過光検出型のアライメント装置では、ドーナ
ツ型の中心部の円形部分を通過した光を検出し、反射光
検出型のアライメント装置では、ドーナツ型の中心部の
円形部分である反射光のない部分を検出することにな
る。このように、いわゆる「打ち抜き型」のマークも、
アライメントマークとして使用できる。ただし、この場
合には、第２の手段の作用効果は失われるが、だからと
いって、このことが、他の手段におけるアライメントマ
ークの形状を制限して解釈する理由となるものではな
い。また、打ち抜き型のマークをアライメントマークと
して使用する場合に、打ち抜き部分に対応する基板部を
穴あきとすることは、前記第２の手段と等価であり、均
等論上、請求項２に係る発明の技術的範囲に含まれるも
のである。

【００３４】前記課題を解決するための第１０の手段
は、前記第１の手段から第９の手段のいずれかである反
射マスクを用いたＸ線投影露光装置（請求項１０）であ
る。本手段によれば、アライメントマークを正確かつ迅
速に検出することができるので、アライメントを精度良
く、かつ迅速に行うことができる。

【００３５】前記課題を解決するための第１１の手段
は、前記第１０の手段であって、マスクを移動させるマ
スクステージを有し、当該マスクステージに前記アライ
メント光が通過するための光路を設けたことを特徴とす
るもの（請求項１１）である。本手段においては、マス
クステージにアライメント光が通過するための光路が設
けられているので、アライメント装置の投光器と受光器
を、マスクステージを挟んで配置することができる。よ
って、装置の設計が容易となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態であるマスクの概略断面図である。図１において、１
は基板、１ａは透過部、２は多層膜、３は吸収体、４は
遮光部である。

【００３７】マスクは基板１、多層膜２、吸収体３と、
アライメントマークを形成する遮光部４で構成される。
基板１は平板でその表面に多層膜２が形成されている。
多層膜２として、露光する波長のＸ線を高い反射率で反
射するような材料及び膜厚が選ばれている。また、基板
１は表面を平滑に研磨し、多層膜２の界面および表面が
平滑になるようにされている。このようにすることで、
多層膜２のＸ線反射率を高めることができる。

【００３８】多層膜２の表面には、吸収体３がパターン
状に形成されている。ここにＸ線が入射すると、多層膜
２が露出する部分に入射したＸ線は反射し、吸収体３に
入射したＸ線は反射しない。つまり、マスクに入射した
Ｘ線のうち、パターン状に形成された吸収体３以外に入
射したものが反射する。

【００３９】一方、マスクの周辺部等の吸収体パターン
が形成される領域以外には、その一部にアライメントマ
ークが形成されている。アライメントマークは遮光部４
からなる。マスクの基板１はアライメント光が透過する
部材で形成され、その表面の露出した部分が透過部１ａ
となっている。遮光部４は、基板１表面に、アライメン
ト光を透過しにくい部材で、パターン状に形成されてい
る。

【００４０】マスク基板１はアライメント光の透過率の
高い部材で構成されている。材料の透過率は波長により
変わるため、アライメント光の波長に合わせた材料を選
択する。例えば、アライメント光が可視光である場合
は、可視光に対して透明な、石英やガラス等を用いるこ
とが好ましい。特に、基板に低熱膨張ガラスを使用する
と、マスクの熱変形が小さくなるので、温度揺らぎによ
る転写パターンの位置歪みが小さくなるため好ましい。
これらの基板は、研磨加工により表面粗さを小さくする
ことも容易である。また、アライメント光が赤外光であ
る場合は、赤外光を透過しやすいシリコンを使用するこ
とが好ましい。シリコンも研磨加工により表面粗さを小
さくすることも容易であるため、本発明による反射マス
クに好適である。

【００４１】図２は、本発明の第２の実施の形態である
マスクの概略断面図である。以下の図において、発明の
実施の形態の欄における前出の図に示された構成要素に
は、同じ符号を付してその説明を省略する。図２におい
て、５は反射防止膜である。図２に示された実施の形態
が図１に示されたものと異なるのは、基板１の表面に反
射防止膜５が設けられ、その上に多層膜２、吸収体３、
遮光部４が設けられていることである。反射防止膜５の
働きにより、透過部１ａにおけるアライメント光の反射
が防止でき、その結果透過率が向上するので、アライメ
ントマークのコントラストを大きくすることができる。

【００４２】また、基板１は、アライメント光の透過率
の高い材料で構成する代わりに、アライメント光が透過
する形状にしてもよい。例えば、アライメント光の透過
部に穴を設けてもよい。シリコンウェハを基板として用
い、ＩＣＰプラズマエッチングで加工を行うと、精密な
穴加工を行うことができる。また、金属等の基板に放電
加工で穴を開けることも可能である。

【００４３】遮光部４は、例えば多層膜で構成するとよ
い。この場合の製造プロセスの例を図３に示す。まず、
基板１の表面全面に多層膜２を形成する（ａ）。次に、
その表面にレジストパターン等のエッチングマスクを形
成して、反応性イオンエッチング等で多層膜の一部をエ
ッチングする（ｂ）。このとき、遮光部４に多層膜をパ
ターン状に残すことで、アライメントパターンが形成で
きる。さらに、転写するパターンを吸収体３で形成する
（ｃ）。多層膜２をパターン状に加工する方法は、ドラ
イエッチングに限らない。ウエットエッチングやリフト
オフ法で作製してもよい。この方法によれば、多層膜２
と遮光部４を同時に形成できる。吸収体３のパターン加
工は、ドライエッチング法でもよいし、リフトオフ法で
もよい。特に後者の場合は、メッキ法で形成すると精度
の良いパターンが作製できる。また、吸収体３の加工を
行う際は、アライメントマークを劣化しないように、レ
ジスト等で覆っておくとよい。また、本プロセスでは、
多層膜２の表面に吸収体を配置したマスクについて示し
たが、反射マスクの形態はこれに限らない。多層膜２を
パターン状に配置して、多層膜２の部分のみがＸ線を反
射するようなマスクでもかまわない。

【００４４】なお、アライメント光としてＸ線以外、例
えば可視光等の光を用いる場合には、当然、遮光部４と
して用いられる多層膜は、多層膜２とは異なる材質、膜
厚としなければならないので、多層膜２とは別に製作す
る。この場合の材質、膜厚等は、公知の多層膜の理論と
公知の物質を用いて適当に選択すればよい。

【００４５】本発明の実施の形態に係る反射マスクの製
造プロセスの他の例を図４に示す。図４において、６は
レジストである。まず、基板１の表面全面に多層膜２を
形成する（ａ）。次に、その表面にレジストパターン等
のマスクを形成して、リフトオフ法等で吸収体３とアラ
イメントマークを構成する遮光部４をパターン状に形成
する（ｂ）。さらに、アライメントパターンを形成する
領域以外をレジスト６等で覆い（ｃ）、反応性イオンエ
ッチング等で多層膜をエッチングする（ｄ）。この場
合、アライメントパターンを形成する領域においては、
遮光部４において、吸収体がエッチングマスクの働きを
して、吸収体の下に多層膜２ａが残った構造となる。本
手法は、吸収体３のパターンとアライメントマークの遮
光部４のパターンを同時に形成できるため、パターン描
画工程が一つですむという特徴がある。また、吸収体に
Ｘ線の吸収率が大きい金属等を用いれば、多層膜２をエ
ッチングする際のエッチングマスクのエッチング耐性が
大きくできる。その結果、アライメントマークを精密に
加工することができる。多層膜２ａがアライメント光に
対して反射体となる場合においては、アライメントマー
ク部の吸収体は残したままでもよいし、除去して、多層
膜２ａを露出させても構わない。

【００４６】遮光部４は、多層膜以外の部材で構成して
もよい。特に、遮光部４を吸収体３と同じ材料で構成す
ると、製造工程が簡素化されるので好ましい。このよう
な反射マスクの製造プロセスの例を図５に示す。まず、
基板１のうちアライメントパターンを形成する領域以外
に、又は回路パターンを形成する領域にのみ多層膜を形
成する（ａ）。次に、吸収体３と遮光部４をリフトオフ
等でパターン状に形成する。本手法は、吸収体３と遮光
部４を同時に形成するため、比較的簡単なプロセスでマ
スクを作製することができる。パターン加工はリフトオ
フに限らず、ドライエッチング法等を用いてもよい。ま
た、吸収体３は、アライメント光を透過しにくい材料お
よび厚さで構成するのが好ましい。

【００４７】本発明の実施の形態であるＸ線投影露光装
置の１例の概略図を図６に示す。図６において、１０
ａ、１０ｂはアライメント光、１１はＸ線源、１２は照
明光学系、１３は投影結像光学系、１３ａ〜１３ｄは反
射鏡、１４はマスク、１５はマスクステージ、１５ａは
貫通穴、１６はウェハ、１７はウェハステージ、１８ａ
は照明光学系、１８ｂは検出光学系、１９はＸ線であ
る。

【００４８】本装置は主に、Ｘ線源１１、Ｘ線照明光学
系１２、Ｘ線投影結像光学系１３、マスク１４を保持す
るマスクステージ１５、ウェハ１６を保持するウェハス
テージ１７と、照明光学系１８ａ、検出光学系１８ｂを
有するアライメント検出装置で構成される。マスク１４
には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形
成されている。Ｘ線投影結像光学系１３は、マスク１４
上のパターンをウェハ１６上に結像するようになってい
る。Ｘ線投影結像光学系１３は輪帯状等の視野を有し、
マスク１４の一部の領域のパターンを、ウェハ１６上に
転写する。露光の際は、マスクとウェハを一定速度で同
期走査させることで、所望の領域を露光するようになっ
ている。Ｘ線投影結像光学系１３はＸ線を反射する複数
の反射鏡１３ａ〜１３ｄで構成される。反射鏡にはＸ線
の反射率を向上させるために、表面に多層膜をコートす
るのが好ましい。

【００４９】マスク１４には、図１、図２に示したよう
な本発明による反射型マスクが用いられる。アライメン
ト検出装置は、光学的にマスク１４上のアライメントマ
ークの位置を検出する装置で、アライメントマークを照
明する照明光学系１８ａとマークからの光を検出する検
出光学系１８ｂを有する。例えば、アライメント装置は
可視光顕微鏡であり、照明光学系１８ａから射出したア
ライメント光１０ａをアライメントマークに照射し、そ
の透過光１０ｂを検出光学系１８ｂを通してＣＣＤ等で
撮像して、アライメント状況を検出する。

【００５０】マスク１４を保持および移動させるマスク
ステージ１５は、マスク１４を裏面から保持するように
配置することが好ましい。このようにすると、マスクの
自重たわみを低減し、さらにマスクを裏面から冷却する
ことが可能である。このとき、マスクステージ１５には
アライメント光１０ａが透過するような光路を設けるこ
とが好ましい。光路は、例えば貫通穴１５ａであればよ
い。このようにすることで、マスクを裏面から照明する
ことができ、アライメント装置の構造的な設計が容易に
なる。また、マスクステージ１５は、図８に示すように
マスク１４の周辺を保持するようにしても構わない。

【００５１】本発明によるアライメント装置は、高コン
トラストのアライメントマークを検出するため、アライ
メントマークの位置を高い精度で、かつ高速に検出でき
る。また、本発明によるマスクのアライメントマークは
反射型マークとして用いてもよい。反射型マークの場合
は、アライメントマークの遮光部を、光を反射する部材
で形成する。たとえば、遮光部４をアライメント光の反
射率が高い材料で構成したり、遮光部４の表面にアライ
メント光の反射率が高い材料をコートしたり、遮光部４
の表面粗さを小さくするとよい。また、図１に示すアラ
イメント光の透過部１ａを非反射部として用いると反射
率が小さくなるので好ましい。この場合、マスクステー
ジ１５の表面の反射率を低くしておくと、特に非反射部
からの反射光が少なくなり、アライメントマークのコン
トラストを高くすることができる。また、図２に示すよ
うに、透過部１ａに反射防止膜を設けると反射率がさら
に低くなる。

【００５２】反射型のアライメントマークを用いた場合
の、本発明の実施の形態であるＸ線投影露光装置の概略
図を図７に示す。図７において、１８ｃはハーフミラー
である。本装置の構成は、アライメント検出装置の構成
が図６に示したものと異なるだけなので、この部分につ
いてのみ説明し、他の部分の説明を省略する。

【００５３】アライメント検出装置は、光学的にマスク
１４上のアライメントマークの位置を検出する装置で、
アライメントマークを照明する照明光学系１８ａとアラ
イメントマークからの光を検出する検出光学系１９ｂを
有する。例えば、アライメント装置は可視光顕微鏡であ
り、照明光学系１８ａから射出したアライメント光１０
ａを、ハーフミラー１８ｃを介してアライメントマーク
に照射し、その反射光１０ｂを、ハーフミラー１８ｃを
介して検出光学系１８ｂのＣＣＤ等で撮像する。

【００５４】以上説明したような、本発明に係るＸ線投
影露光装置は、図１、図２に示したような反射型マスク
を用いているので、アライメントマークを高いコントラ
ストで検出できる。よって、アライメントマークの位置
を高い精度で検出でき、マスクの位置合わせを正確、か
つ高速で行えるので、転写精度とスループットを高くす
ることができる。

【００５５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。（実施例１）図１に示したような反射型マスクを製作し
た。この実施例について再び図１を用いて説明する。マ
スクは基板１、多層膜２、吸収体３と、遮光部４からな
るアライメントマークで構成した。基板１は石英ガラス
の平板で、その表面を２オングストロームｒｍｓの粗さ
に研磨したものを用いた。その上に、モリブデンとシリ
コンを交互に積層した多層膜２を形成した。多層膜２は
イオンビームスパッタ法で作製した。

【００５６】多層膜２は転写パターンが形成される領域
にのみ設けた。多層膜２の表面には、吸収体３をパター
ン状に形成した。また、多層膜２を設けない領域の一部
に遮光部４をパターン状に形成した。これらのパターン
はクロムで形成し、リフトオフ法により作製した。クロ
ムの厚さは0.1μｍとした。

【００５７】本マスクの透過部のアライメント光である
可視光の透過率を測定したところ、99％以上の高い透過
率が得られた。また、遮光部４のアライメント光透過率
は0.1％以下であった。以上の結果から、従来のマスク
に比べて十分高いコントラストを得られることを確認で
きた。

【００５８】さらに、本マスクを用いて投影露光を行っ
た。露光装置は図６に示す装置を用いた。Ｘ線源１１と
してレーザープラズマＸ線源を用い、ここから発したＸ
線を照明光学系１２を介してマスク１４に照射した。こ
のとき、露光波長は13ｎｍとした。マスク１４で反射し
たＸ線は、投影結像光学系１３を通過してウェハ１６上
に到達し、マスクパターンがウェハ１６上に縮小転写さ
れる。結像光学系１３は４枚の反射鏡１３ａ〜１３ｄで
構成され、ＮＡは0.1、縮小倍率は１／４であり、輪帯
状の露光視野を有する。反射鏡１３ａ〜１３ｄは反射面
形状が非球面であり、その表面にはＸ線の反射率を向上
するためのモリブデンとシリコンからなる多層膜がコー
トしてある。露光時はマスク１４およびウェハ１６はそ
れぞれステージ１５および１７により走査される。ウェ
ハの走査速度は、常にマスクの走査速度の１／４となる
ように、同期している。その結果、マスク上のパターン
をウェハ上に１／４に縮小して転写することができる。

【００５９】本装置には、マスク用のアライメント装置
１８ａ、１８ｂが設けられている。本アライメント装置
は可視光顕微鏡の一種で、アライメントマークに波長50
0ｎｍを中心波長とする可視の白色光を照射し、マーク
の透過像をＣＣＤカメラで撮像するものである。別のア
ライメント装置はウェハ用にも設けられ、ウェハ上のマ
ークも検出できる。これらにより、マスク上のアライメ
ントマークとウェハ上のアライメントマークの位置関係
を検出した。マスク上のアライメントマークは従来のア
ライメントマークに比べてコントラストが高いため、短
時間でアライメントができた。

【００６０】この装置で露光すると、最小サイズ0.1μ
ｍのレジストパターンを、ウェハ上の半導体チップ１個
分の領域全面の所望の位置に得ることができ、高スルー
プットで高精度のデバイスを作製することができた。

【００６１】一方、従来のＸ線投影露光装置の場合は、
アライメント検出に多くの時間を要した。高スループッ
トで露光しようとするとアライメント精度が低いために
歩留が低くなり、生産性を上げることができなかった。

【００６２】（実施例２）図２に示したような反射型マ
スクを製作した。この実施例について再び図２を用いて
説明する。マスクは基板１、多層膜２、吸収体３と、遮
光部４からなるアライメントマーク、反射防止膜５で構
成した。基板１は低熱膨張ガラスの平板で、その表面を
２オングストロームｒｍｓの粗さに研磨したものを用い
た。その上にアライメント光の反射防止膜５を設け、さ
らにその上の転写パターンが形成される部分のみに、モ
リブデンとシリコンを交互に積層した多層膜２を形成し
た。多層膜はイオンビームスパッタ法で作製した。多層
膜２の表面には、吸収体３をパターン状に形成した。

【００６３】また、多層膜２を設けない領域の一部にア
ライメントマークの遮光部４をパターン状に形成した。
これらのパターンはクロムで形成し、リフトオフ法によ
り作製した。クロムの厚さは0.1μｍとした。これによ
り、アライメントマークの非反射部１ａの部分では反射
防止膜２が露出し、その中に遮光部４が形成されること
となった。

【００６４】本マスク非反射部１ａにおける、アライメ
ント光である可視光の反射率を測定したところ、１％以
下の低い反射率が得られた。すなわち、被反射部１ａを
通過した光はウェハステージに入射する。しかし、ウェ
ハステージの反射率は１％以下であるため、このような
低い反射率となったものである。また、遮光部４のアラ
イメント光反射率は５０％以上であった。以上の結果か
ら、本マスクを反射光検出方式のアライメント装置に使
用した場合にも、従来のマスクに比べて十分高いコント
ラストを得られることを確認できた。

【００６５】さらに、本マスクを用いて投影露光を行っ
た。露光装置は図７に示す装置を用いた。このＸ線投影
露光装置のアライメント装置は可視光顕微鏡の一種で、
アライメントマークに波長500ｎｍを中心波長とする可
視の白色光を照射し、マークの反射像をＣＣＤカメラで
撮像するものである。同様の装置がウェハ用にも設けら
れ、ウェハ上のマークも検出できる。これらにより、マ
スク上のマークとウェハ上のマークの位置関係を検出し
た。マスクのマークは従来のマークに比べコントラスト
が高いため、短時間でアライメントができた。

【００６６】以上の装置で露光すると、最小サイズ0.1
μｍのレジストパターンが、ウェハ上の半導体チップ１
個分の領域全面の所望の位置に得ることができ、高スル
ープットで高精度のデバイスを作製することができた。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、アライメントマークがアラ
イメント光を遮光し、アライメントマークが設けられて
いない基板部分はアライメント光を透過するので、非常
に高いコントラストでアライメントマークを検出するこ
とができる。よって、高精度で高速なアライメントが可
能になる。

【００６８】請求項２に係る発明においては、アライメ
ントマークの周りの大部分に穴を開けて、アライメント
光が透過するようにしている。このようにすれば、アラ
イメント光を透過しにくい材料を基板として使用するこ
とができる。

【００６９】請求項３に係る発明においては、回路パタ
ーンを構成する吸収体とアライメントマークを同一の工
程で製作することができ、製造工程が簡単となる。

【００７０】請求項４に係る発明においては、透過光検
出型のアライメント装置を用いてアライメントを行うと
きばかりでなく、反射光検出型のアライメント装置を用
いてアライメントする場合でも、高精度で高速なアライ
メントが可能となる。

【００７１】請求項５に係る発明においては、多層膜を
形成する材質と膜厚を適当に選ぶことにより、アライメ
ント光を反射する部材の反射率を極めて大きくすること
ができる。

【００７２】請求項６に係る発明においては、回路パタ
ーンを構成する多層膜と、アライメントマークを形成す
る多層膜を同一の工程で製作できるので、製造工程が簡
単になる。

【００７３】請求項７に係る発明においては、基板表面
のアライメント光が透過する部分に反射防止膜が設けら
れているので、基板のアライメント光透過率が大きくな
り、アライメントマークのコントラストを大きくするこ
とができる。

【００７４】請求項８に係る発明においては、アライメ
ント装置の光学系や検出装置に一般的に使用されている
ものを使用することができるので、安価なものとするこ
とができる。

【００７５】請求項９に係る発明においては、半導体製
造用に多く使用されており、基板の材料として入手が容
易であり、研磨加工により表面を平滑化することが容易
であって、かつその表面に多層膜を成膜することが容易
であるシリコンを基板として用いることができる。

【００７６】請求項１０に係る発明においては、本発明
に係る反射マスクを用いているので、アライメントマー
クを正確かつ迅速に検出することができるので、アライ
メントを精度良く、かつ迅速に行うことができる。

【００７７】請求項１１に係る発明においては、マスク
ステージにアライメント光が通過するための光路が設け
られているので、アライメント装置の投光器と受光器
を、マスクステージを挟んで配置することができ、装置
の設計が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるマスクの概略
断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態であるマスクの概略
断面図である。

【図３】本発明の実施の形態であるマスクを製作する工
程の第１の例の概要を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態であるマスクを製作する工
程の第２の例の概要を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態であるマスクを製作する工
程の第３の例の概要を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態であるＸ線投影露光装置の
１例の概略図である。

【図７】本発明の実施の形態であるＸ線投影露光装置の
他の例の概略図である。

【図８】従来のｉ線を用いた露光装置の一部を示す概略
図である。

【図９】従来の透過型マスクの例を示す概略図である。

【図１０】従来のＸ線投影露光装置の一部を示す概略図
である。

【図１１】従来の反射型マスクの例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１…基板、１ａ…透過部、２…多層膜、３…吸収体、４
…遮光部、５…反射防止膜、６…レジスト、１０ａ、１
０ｂ…アライメント光、１１…Ｘ線源、１２…照明光学
系、１３…投影結像光学系、１３ａ〜１３ｄ…反射鏡、
１４…マスク、１５…マスクステージ、１５ａ…貫通
穴、１６…ウェハ、１７…ウェハステージ、１８ａ…照
明光学系、１８ｂ…検出光学系、１８ｃ…ハーフミラ
ー、１９…Ｘ線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光（Ｘ線を含む）によって基板表面
を照射し、その反射光を光学系を介して物面上に結像さ
せることにより、基板表面に形成されたパターンを物面
に転写するのに用いられる反射マスクであって、アライ
メントマークを有し、当該アライメントマークはアライ
メント光を透過しにくい部材で構成され、前記基板はア
ライメント光を透過する部材で構成されていることを特
徴とする反射マスク。
【請求項２】照明光（Ｘ線を含む）によって基板表面
を照射し、その反射光を光学系を介して物面上に結像さ
せることにより、基板表面に形成されたパターンを物面
に転写するのに用いられる反射マスクであって、アライ
メントマークを有し、当該アライメントマークはアライ
メント光を透過しにくい部材で構成され、前記基板の、
アライメントマークの周りの大部分には、穴が開けられ
ていることを特徴とする反射マスク。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の反射マス
クであって、反射マスクに形成された回路パターンは、
多層膜とその表面にパターン状に形成された吸収体で構
成され、前記アライメント光を透過しにくい部材とし
て、前記吸収体と同じ材料を用いたことを特徴とする反
射マスク。
【請求項４】前記アライメント光を透過しにくい部材
が、アライメント光を反射する部材であることを特徴と
する請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の
反射マスク。
【請求項５】前記アライメント光を反射する部材が多
層膜であることを特徴とする請求項４に記載の反射マス
ク。
【請求項６】請求項５に記載の反射マスクであって、
反射マスクに形成された回路パターンは、多層膜を構成
要素としており、前記アライメント光を反射する部材
が、前記回路パターンを構成する多層膜と同じものであ
ることを特徴とする反射マスク。
【請求項７】前記基板の表面の、前記アライメントマ
ーク近傍のアライメント光が透過する領域に反射防止膜
を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のうち
いずれか１項に記載の反射マスク。
【請求項８】前記アライメント光が可視光であり、前
記基板が石英又は低熱膨張ガラスであることを特徴とす
る請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の反
射マスク。
【請求項９】前記アライメント光は赤外光であり、前
記基板はシリコンであることを特徴とする請求項１から
請求項７のうちいずれか１項に記載の反射マスク。
【請求項１０】請求項１から請求項９のうちいずれか
１項に記載の反射マスクを用いたＸ線投影露光装置。
【請求項１１】マスクを移動させるマスクステージを
有し、当該マスクステージに前記アライメント光が通過
するための光路を設けたことを特徴とする請求項１０に
記載のＸ線投影露光装置。