露光マスクの位置合わせ方法、及び薄膜素子基板の製造方法
【課題】 本発明の目的は、同一露光マスクのアライメントマーク間の最小許容間隔を保ち、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小でき、対象体の同マークの再利用が可能な露光マスクの位置合わせ方法及び薄膜素子基板の製造方法の提供。
【解決手段】 本発明は、アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いて、アライメントマークが形成された露光対象となる対象体にパターン露光を行うに際し、両アライメントマークを用いてホログラムマスクと対象体との位置合わせを複数回行う露光マスクの位置合わせ方法で、対象体上のパターン露光のための一領域と、該一領域の露光に用いるマスクとの位置合わせ用マークとを結ぶ直線が、対象体上の一領域に隣接するパターン露光のための他領域と、該他領域の露光に用いるマスクとの位置合わせ用マークとを結ぶ直線に対して交差するように各アライメントマークを設けて位置合わせを行う方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いて、アライメントマークが形成された露光対象となる対象体にパターン露光を行うに際し、両アライメントマークを用いてホログラムマスクと対象体との位置合わせを複数回行う露光マスクの位置合わせ方法で、対象体上のパターン露光のための一領域と、該一領域の露光に用いるマスクとの位置合わせ用マークとを結ぶ直線が、対象体上の一領域に隣接するパターン露光のための他領域と、該他領域の露光に用いるマスクとの位置合わせ用マークとを結ぶ直線に対して交差するように各アライメントマークを設けて位置合わせを行う方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム等の露光技術を使った微細加工に関し、詳しくは、露光マスクと露光対象となる対象体との位置合わせ方法、及びその方法を用いた薄膜素子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置のパターニングプロセスにおいて、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：全内部反射）型ホログラフィック露光技術が注目されている。この露光技術は、ホログラム露光装置を用いて、ホログラムマスクに対し所望のパターンを記録する記録工程と、このホログラムマスクに再生光を照射して半導体パターン用のフォトレジストを感光する露光工程とからなる方法が採用されている。
【０００３】
記録工程では、まず半導体装置のパターンに対応したマスクパターン(元レチクル)にレーザー光の記録ビームを照射して回折光を生じさせ、ホログラムマスクの記録面に射出する。一方、ホログラムマスクの記録面に対し一定の角度でホログラムマスクの裏側から参照光を照射し、元レチクルからの回折光と干渉させる。これによってホログラムマスクの記録面に干渉パターンを生じさせこれをホログラム記録面に記録させる。
【０００４】
露光工程では、元レチクルと同じ位置にホログラムマスクを置いて、記録時と反対方向から再生光である露光ビームを照射し、フォトレジストに元のパターンを再現した回折光を結像させてフォトレジストを露光する。通常、この露光工程において、ホログラムマスクは、露光の対象体となる基板側に形成されたアライメントマークとホログラムマスク側に形成されたアライメントマークとを合わせることで、基板とホログラムマスクとの位置合わせを行う。
【０００５】
従来、複数のホログラムマスクを用いてパターニングを行う場合には、この複数のホログラムマスクの各々に形成された各アライメントマークに対応する位置に、各々アライメントマークが形成された基板を用いてホログラムマスクと基板との位置合わせを行っていた（非特許文献１参照）。
【０００６】
したがって、基板側には、ホログラムマスクの数に対応するアライメントマークが複数必要となり、使用するホログラムマスクの数が多くなるほど、基板側のアライメントマークの数も多くなり、アライメントマークを形成するために基板上に広い面積が必要となるといった問題があった。
【０００７】
このようなホログラム露光装置用ホログラムマスクに組み込むアライメントマークは、デバイス領域と別個に作成するが、作成装置の精度上、デバイス領域及び他のホログラムマスク（他のレイヤ）用のアライメントマークに対し、５ｍｍ程度の間隔を設けて作成する必要がある（図１１及び図１２参照）。
【０００８】
ここで、図１１（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスクを作成するためのオリジナルＣｒ製マスク（元レチクル）である第１層目マスク及び第２層目マスクをそれぞれ示す概略平面図である。図１１（ａ）に示すように、第１層目マスク１は、中央部に位置する１層目デバイス領域Ｄ１と、四隅の１層目アライメントマークＡ１とが設けられている。また、図１１（ｂ）に示すように、第２層目マスク２は、中央部に位置する２層目デバイス領域Ｄ２と、四隅の２層目アライメントマークＡ２とが設けられている。Ａ１とＡ２とはマーク模様が異なっている。
【０００９】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスク（２層目マスク）におけるデバイス領域記録時とアライメントマーク記録時それぞれの工程を示す概略構成図である。図１２（ａ）に示すように、デバイス領域記録時には、オリジナルＣｒマスク２の４つのアライメントマークＡ２を遮光板で閉じた状態にして、デバイス領域Ｄ２を介したオブジェクトビームとプリズムを介した参照ビームによってホログラムマスクに記録する。一方、図１２（ｂ）に示すように、アライメントマーク記録時には、デバイス領域Ｄ２を遮光板で閉じた状態にして、オリジナルＣｒマスク２の４つのアライメントマークＡ２を介したオブジェクトビームによってホログラムマスクに記録する。ここで作成されたホログラム用マスクでは、アライメントマークとデバイス領域との間がそれぞれ５ｍｍ程度の間隔を設けて作成されている。尚、図示しないが、当該アライメントマークと他のレイヤ用のアライメントマークとを同一マスク上に設ける場合には、両アライメントマークの間もそれぞれ５ｍｍ程度の間隔を設けて作成されることになる。
【００１０】
また、合わせ露光時に上層アライメントマークが下層アライメントマークに重なってパターニングされてしまうので、以後の露光時のアライメントに使用できなくなる。
【非特許文献１】SID03 Digest, P-40, pp.350-353.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、前述した従来技術における問題点である。
そこで、本発明の目的は、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができ、しかも対象体のアライメントマークの再利用が可能となる露光マスクの位置合わせ方法、これを用いた薄膜素子基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、下記１．に示す露光マスクの位置合わせ方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【００１３】
１．アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いて、アライメントマークが形成された露光対象となる対象体にパターン露光を行うに際し、両者のアライメントマークを用いて前記ホログラムマスクと前記対象体との位置合わせを複数回行う露光マスクの位置合わせ方法であって、
前記対象体上におけるパターン露光をするための一の領域と、該一の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線が、前記対象体上における前記一の領域に隣接するパターン露光をするための他の領域と、該他の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線に対して、交差するように前記各アライメントマークを設けて位置合わせを行うことを特徴とする露光マスクの位置合わせ方法。
【００１４】
本発明によれば、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができる。また、合わせ露光時に上層側のアライメントマークが下層側のアライメントマークに重なってパターニングされることがなく、以後の露光時のアライメントの使用が可能となる。即ち、対象体上のアライメントマークの再利用が可能となる。ここで、一の領域又は他の領域とアライメントマークとを結ぶ直線は、これら領域上の任意の一点とアライメントマーク上の任意の一点を結ぶ直線であればよいが、一の領域又は他の領域を形成する図形の中心（重心）とアライメントマークを形成する図形の中心とを結ぶ直線が好ましい。
【００１５】
また、本発明は、下記２．〜５．に示す発明をそれぞれ提供するものである。
【００１６】
２．前記一の領域の露光に用いるホログラムマスクが、少なくとも前記他の領域に対して遮光可能な形状からなる、前記１記載の露光マスクの位置合わせ方法。
かかる方法によれば、対象体のアライメントマークに必要な領域をより効率的に縮小することができる。
【００１７】
３．アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
前記１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第１工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第２工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【００１８】
かかる方法によれば、半導体装置等のデバイスに用いられる薄膜素子基板の回路パターン形成に利用し得る領域を広げることが可能となるので、より高密度に集積化されたデバイスを提供することが可能となる。
【００１９】
４．アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
前記ホログラムマスクにアライメントマークを含む所望のパターンを記録する第１工程と、
前記１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第２工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第３工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【００２０】
かかる方法によれば、半導体装置等のデバイスに用いられる薄膜素子基板の回路パターン形成に利用し得る領域を広げることが可能となるので、より高密度に集積化されたデバイスを提供することが可能となる。
【００２１】
５．前記対象体のアライメントマークが、該対象体上に最初のパターンを露光する際に形成される、前記３又は４に記載の薄膜素子基板の製造方法。
かかる方法によれば、対象体上のアライメントマークを別途形成する必要がなくなるので、作業工程を減らすことが可能となり、生産効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができ、しかも対象体のアライメントマークの再利用が可能となる露光マスクの位置合わせ方法が提供される。また、本発明によれば、高密度に集積化されたデバイスを形成することのできる薄膜素子基板の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は下記実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を実施するためのホログラフィック露光装置の全体構成を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、この露光装置は、主にプリズム２０１、ステージ２２０を備えるステージ装置２２２、第１情報処理装置２３０、距離測定光学系２４０、膜厚測定光学系２５０、光源２６０、第２情報処理装置２７０、露光光源２８０、露光光源駆動装置２８２、およびアライメント系２９０により構成される。
【００２５】
ステージ装置２２２は、感光性材料膜２１２が形成された露光対象体としての被露光基板２１０を真空チャック等でステージ２２０上に保持して、上下方向（Ｚ方向）及び水平方向（ＸＹ平面）へのステージ２２０の位置調整が可能に構成されている。
【００２６】
光源２６０は、距離測定光学系２４０および膜厚測定光学系２５０の測定用光ビームを射出可能に構成されている。距離測定光学系２４０は、ビームスプリッタ、シリンドリカルレンズ、光センサ、誤差信号検出器等を備え、ホログラム記録面２０２と被露光基板上に塗布された感光性材料膜表面２１４との距離を調整して露光時のフォーカスを制御することが可能に構成されている。
【００２７】
第１情報処理装置２３０は、距離測定光学系２４０により計測されたホログラム記録面と被露光基板上に形成された感光性材料膜表面との距離に基づいてフォーカスが適正となるようにステージ２２０の位置を設定するように構成されている。膜厚測定光学系２５０は、ビームスプリッタ、フォトデテクタ、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等を備え、被露光基板２１０上に形成された感光性材料膜２１２の膜厚を測定するための構成を備えている。
【００２８】
第２情報処理装置２７０は、露光光源２８０から照射される露光ビームが適正な露光領域内を走査するように露光光源２８０を移動させるとともに、膜厚測定光学系２５０により出力された感光性材料膜２１２の膜厚の相対値に基づいて露光の光量を制御するように構成されている。
【００２９】
露光光源２８０は、ホログラムマスク２００のホログラム記録面２０２に露光ビームを照射可能に構成されている。露光光源駆動装置２８２は、この露光光源２８０を移動して被露光基板２１０上の所望の露光領域を走査して露光するように構成されている。また当該露光装置は、被露光基板２１０に対向する面に、所定のレチクルパターンに対応した干渉パターンが記録されているホログラムマスク２００を装着したプリズム２０１を備えている。
【００３０】
また、アライメント系２９０は、アライメントマークを観察するための観察手段と、観察手段から得られた情報に基づきホログラムマスク２００のアライメントマークと被露光基板２１０のアライメントマークとの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えている。
【００３１】
本実施形態では、観察手段としての顕微鏡２９２は、ホログラムマスク２００を介して、被露光基板２１０上に形成されたアライメントマークを観察するためのものである。顕微鏡２９２は、観察されたアライメントマークの画像を取り込むための例えばＣＣＤカメラ等の画像取込み装置を備えている。顕微鏡２９２により観察され、画像取り込み装置により取り込まれたホログラムマスク２００のアライメントマークと被露光基板２１０のアライメントマークの画像は、画像信号に変換され、位置ずれ検出手段としての位置ずれ検出装置２９４に送られる。
【００３２】
位置ずれ検出装置２９４は、画像信号からホログラムマスク２００側のアライメントマークと被露光基板２１０側のアライメントマークの特徴点を抽出し、特徴点間の距離を算出するものである。例えば、被露光基板２１０上に十字状のアライメントマークが形成され、ホログラムマスク２００側にＸ字状のアライメントマークが形成されている場合において、特徴点として、例えば十字の交点及びＸ字の交点を各々抽出し、当該交点間の距離を算出する。この算出された距離情報を第１情報処理装置２３０に送信する。
【００３３】
第１情報処理装置２３０は、また、このアライメント間の距離（アライメントずれ量）が減少するように、ステージ装置２２２をＸＹ方向に移動させ被露光基板２１０の位置を設定するようにも構成されている。これにより、ホログラムマスク２００と被露光基板２１０との位置合わせが可能となる。
【００３４】
そして、ホログラムマスク２００と被露光基板２１０との位置合わせは、該被露光基板２１０上の下層露光パターンが、図２に示すパターンとなるようにして行う。ここで、図２は、被露光基板２１０上におけるデバイス等形成のための二つの層（下層及び上層）のパターニングを複数のホログラムマスク２００を用いて行う場合の下層露光パターンを示す平面図である。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態においては、先ず、被露光基板２１０上における所定の箇所に下層用のホログラムマスク２００を介して露光することにより、パターン化された矩形状の一の下層領域Ｄ１１とともに、該下層領域Ｄ１１の対角線の延長線上に所定の間隔をあけて上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用の４つの十字状のアライメントマークＡ１１１，Ａ１１２，Ａ１１３，Ａ１１４を設ける。次に、前記下層領域Ｄ１１に隣接する、パターン化された矩形状の別の下層領域Ｄ１２とともに、該下層領域Ｄ１２の対角線の延長線上に所定の間隔をあけて上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用の４つの十字状のアライメントマークＡ１２１，Ａ１２２，Ａ１２３，Ａ１２４を、下層用のホログラムマスク２００を介して露光により設ける。続いて、前記下層領域Ｄ１２に隣接するパターン化された矩形状の別の下層領域Ｄ１３とともに、該下層領域Ｄ１３の対角線の延長線上に所定の間隔をあけて上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用の４つの十字状のアライメントマークＡ１３１，Ａ１３２，Ａ１３３，Ａ１３４を、下層用のホログラムマスク２００を介して露光により設ける。
【００３６】
ここで用いられる下層用のホログラムマスク２００としては、例えば、図３（ａ）に示すように、所定の遮光領域Ｓを備えたマスクパターンのホログラムマスク２００Ｌを使用することができる。このホログラムマスク２００Ｌは、被露光基板２１０に所定のアライメントマークを形成するためのアライメントマークＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を備えるとともに、一の下層領域を露光する際に、少なくとも他の下層領域に対して遮光可能な形状からなっている。具体的には、ホログラムマスク２００Ｌは、例えば、下層領域Ｄ１１を露光する場合には、該下層領域Ｄ１１を露光するが、それに隣接する下層領域Ｄ１２を遮光領域Ｓによって遮光する形状となっている。また、ホログラムマスク２００Ｌは、例えば、下層領域Ｄ１２を露光する場合には、該下層領域Ｄ１２を露光するが、それに隣接する下層領域Ｄ１１及び下層領域Ｄ１３の両方を遮光領域Ｓによって遮光する形状となっている。
【００３７】
さらに、前記と同様にして、被露光基板２１０上におけるパターン化された矩形状の下層領域Ｄ１４と上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用のアライメントマークＡ１４１，Ａ１４２，Ａ１４３，Ａ１４４、下層領域Ｄ１５とアライメントマークＡ１５１，Ａ１５２，Ａ１５３，Ａ１５４、及び下層領域Ｄ１６とアライメントマークＡ１６１，Ａ１６２，Ａ１６３，Ａ１６４を順次設ける。このようにして、図２に示す下層露光パターンを有する被露光基板２１０が得られる。
【００３８】
次に、かかる被露光基板２１０に対して、上層のパターニングを行うために、上層用のホログラムマスク２００を用いて位置合わせを行う。ここで用いられる上層用のホログラムマスク２００としては、例えば、図３（ｂ）に示すように、所定の遮光領域Ｓを備えたマスクパターンのホログラムマスク２００Ｕを使用することができる。このホログラムマスク２００Ｕは、下層用のホログラムマスク２００Ｌと略同様の形状で、被露光基板２１０上の所定の十字状のアライメントマークを用いて該被露光基板２１０と位置合わせをするためのＸ字状のアライメントマークＡ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８を備えるとともに、一の上層領域を露光する際に、少なくとも他の上層領域に対して遮光可能な形状からなっている。具体的には、図４に示すように、ホログラムマスク２００Ｕは、例えば、上層領域Ｄ２２を露光する場合には、該上層領域Ｄ２２を露光するが、それに隣接する上層領域Ｄ２１及び上層領域Ｄ２３の両方を遮光領域Ｓによって遮光する形状となっている。ここで、図４は、図２に示す被露光基板２１０の下層露光パターン上に、上層用のホログラムマスク２００Ｕを介して上層を露光する際の露光パターンを示す平面図である。
【００３９】
このように、本実施形態においては、被露光基板２１０上におけるパターン露光をされた一の下層領域（例えば、Ｄ１１）と、該一の下層領域に対応する上層領域（例えば、Ｄ２１）の露光に用いる一の上層用ホログラムマスク２００Ｕとの位置合わせ用のアライメントマーク（例えば、Ａ１１２）とを結ぶ直線が、被露光基板２１０上における前記一の下層領域（Ｄ１１）に隣接するパターン露光をするための他の下層領域（例えば、Ｄ１２）と、該他の下層領域に対応する上層領域（例えば、Ｄ２２）の露光に用いる上層用のホログラムマスク２００Ｕとの位置合わせ用のアライメントマーク（例えば、Ａ１２１）とを結ぶ直線に対して、交差するように各アライメントマーク（Ａ１１２及びＡ１２１）を設けて位置合わせを行う。これにより、同一のホログラムマスク２００におけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体である被露光基板２１０のアライメントマークに必要な領域を縮小することができる。本発明においては、少なくとも一のアライメントマークがかかる関係にあればよく、該関係にある複数のアライメントマークを設けることも可能である。
【００４０】
本実施形態による方法を採用した場合には、パターニングの際のアライメントマーク部は、例えば、図５に示すように変化する。ここで、図５（ａ）は露光時、図５（ｂ）は現像後、図５（ｃ）はエッチング後それぞれの被露光基板におけるアライメントマーク部を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、露光時には、下層の被露光基板５０１に設けられたアライメントマークＡ上に、薄膜層（ＳｉＯ2等）５０２、パターニング層５０３、及びフォトレジスト５０４が順次積層された積層体の表面に位置するフォトレジスト５０４に対して露光ビームにより露光される。これにより、現像後には、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト５０４が除去され、下層のアライメントＡに相当する十字状の模様が表面に現れたパターニング層５０３を有する積層体となる。このときの現像後のパターンは、図６に示すようになる。さらに、エッチング後には、図５（ｃ）に示すように、パターニング層５０３が除去され、下層のアライメントＡに相当する十字状の模様が表面に現れた絶縁層５０２を有する積層体となる。このように、当該アライメントマーク部（下層のアライメントＡに相当する十字状の模様）は、そのマーク部領域上に、上層用ホログラムマスクのＸ字状のアライメントマークがパターングされないため、以後の合わせ露光におけるアライメントマークとしても使用可能である。
【００４１】
次に、図７乃至図１０を参照しながら本実施形態の薄膜素子基板の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、第１のパターニング（最初のパターニング）を行う。
図７（Ａ）に示すように、プリズム２０１に貼り合わせられたホログラムマスク２００ａのホログラム記録面２０２に、例えばＣｒ製の第１の原版マスク３００（元レチクルともいう）を用いて第１のレチクルパターンに対応する干渉縞を記録する。第１のレチクルパターンには、少なくとも目的とする薄膜素子基板における薄膜素子を含む薄膜回路に対応するパターンが含まれる。
【００４３】
具体的には、記録ビームＬ１（物体光）を第１の原版マスク３００に照射して第１の原版マスク３００を経た回折光をホログラムマスク２００ａのホログラム記録面２０２に射出する。この第１の原版マスク３００を介した記録ビームＬ１と、ホログラム記録面２０２の他方面側からプリズム２０１を透過させて照射した参照光Ｌ２とを干渉させる。これにより、ホログラム記録面２０２に所望のパターンの干渉縞が記録される。
【００４４】
図７（Ｂ）は、第１の干渉縞パターン３１０が形成されたホログラムマスク２００ａの一例を示す図である。図７（Ｂ）に示すように、第１の干渉縞パターン３１０には、薄膜回路を構成する第１の回路パターンに対応する干渉縞パターン３１２及びアライメントマークとなる干渉縞パターンＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１が含まれる。また、ホログラムマスク２００ａには、所定の遮光領域Ｓが設けられる。
【００４５】
次に、図８に示すように、原版マスク３００が配置されていた位置に、原版マスク３００の代わりに第１の感光性材料膜２１２ａが形成された被露光基板２１０を配置する。その後、再生光である露光ビームＬ３を、図７（Ａ）における参照光Ｌ２の入射側と反対の方向（参照光Ｌ２の出射側）から、プリズム２０１を介してホログラム記録面２０２に照射し、被露光基板２１０上に形成された第１の感光性材料膜２１２ａを露光する。なお、この際、露光ビームＬ３の入射側にプリズム２０１の斜面が向くようにプリズム２０１の方向を変えてホログラムマスク２００ａをプリズム２０１に付け替える。これにより、ホログラム記録面２０２に記録された第１の干渉縞パターン３１０に対応するパターンが被露光基板２１０上に形成される。
【００４６】
第１の干渉縞パターン３１０により形成されるパターンの一例は、図２に示したパターンと同様のものである。即ち、図２に示すように、ホログラムマスク２００ａの干渉縞パターンＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１に対応するアライメントマークＡ１１１，Ａ１１２，・・・及び干渉縞パターン３１２に対応する第１の回路パターンが領域Ｄ１１，Ｄ１２，・・・に形成される。その後、必要な現像やエッチング処理がなされて第１のパターニングが終了する。
【００４７】
次に、第２のパターニングを行う。
図９（Ａ）に示すように、プリズム２０１に貼り合わせられたホログラムマスク２００ｂのホログラム記録面２０２に、例えばＣｒ製の第２の原版マスク３０２を用いて第２のレチクルパターンに対応する干渉縞を記録する。第２のレチクルパターンには、少なくとも薄膜素子基板における薄膜素子を含む薄膜回路に対応するパターンが含まれる。干渉縞を記録する工程は、図７（Ａ）の工程と同様の方法により行われる。また、この干渉縞を記録する工程とは別に、物体光Ｌ１のみを照射することにより、ホログラムマスク２００ｂのホログラム記録面２０２に、アライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２を形成する。
【００４８】
図９（Ｂ）は、第２の干渉縞パターン及び第２のアライメントマークが形成されたホログラムマスク２００ｂの一例を示す図である。図９（Ｂ）に示すように、第２の干渉縞パターンには、薄膜回路を構成する第２の回路パターンに対応する干渉縞パターン３２０が含まれる。また、ホログラムマスク２００ｂの四隅には、このホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０との位置合わせを行うためのアライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２が形成される。また、ホログラムマスク２００ｂには、所定の遮光領域Ｓが設けられる。
【００４９】
次に、図１０に示すように、原版マスク３０２が配置されていた位置に、原版マスク３０２の代わりに第１の回路パターン上に第２の感光性材料膜２１２ｂを形成した被露光基板２１０を配置する。その後、露光ビームＬ３を、図９（Ａ）における参照光Ｌ２と反対の方向（参照光Ｌ３の出射側）から、プリズム２０１を介してホログラム記録面２０２に照射し、第２の感光性材料膜２１２ｂを露光する。なお、この際も同様に、露光ビームＬ３の入射側にプリズム２０１の斜面が向くようにプリズム２０１の方向を変えてホログラムマスク２００ｂをプリズム２０１に付け替える。
【００５０】
本工程についてより具体的に説明する。
まず、第２の感光性材料膜２１２ｂが形成された被露光基板２１０とホログラムマスク２００ｂとの位置合わせを、被露光基板２１０上に形成されたアライメントマークＡ１１１，１１２，１１３，１１４，・・・（図２）とホログラムマスク２００ｂに形成されたアライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２（図９（Ｂ））とを重ね合わせることにより行う。具体的には、図１に示したように、ホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０を所定位置に設置した後、各アライメントマークが観察される位置に設置された顕微鏡２９２によりプリズム２０１の垂直面を介してホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０のアライメントマークの重なり画像を取り込む。顕微鏡２９２において取り込んだ画像を画像信号として、位置ずれ検出装置２９４に送信し、アライメントマークの重なり画像から特徴点を抽出する。例えば、アライメントマークＡ１１１の十字の交点とアライメントマークＰ１２のＸ字の交点の位置を抽出し、この交点間の距離を算出する。この距離情報を第１情報処理装置２３０に送り、この距離が減少するように、ステージ装置２２２を駆動してホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０との位置合わせを行う。この際、前述した位置合わせ方法（図２、図４参照）を採用して、位置合わせを行う。
【００５１】
その後、露光ビームＬ３をホログラム記録面２０２に照射する。感光性材料膜２１２ｂには、ホログラムマスク２００ｂのアライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２に対応するアライメントマークが、ホログラム記録面２０２上に記録された干渉縞パターン３２０に対応する第２の回路パターンと併せて形成されることになる。このときのアライメントマーク及び第２の回路パターンの一例は、図４に示したパターンと同様のものである。その後、必要な現像やエッチング処理がなされて第２のパターニングが終了する。
【００５２】
なお、ホログラムマスク２００ｂのＸ字状のアライメントマーク部分に前述したシャッター手段等を用いてパターン露光する場合には、合わせ露光時に被露光基板２１０上の十字状（下層）のアライメントマーク領域上に、第２の回路パターン（上層）用ホログラムマスク２００ｂのＸ字状のアライメントマークがパターングされなくなり、以後の露光においてもアライメントが可能となる。この手段を用いて、図９及び図１０に記載の工程を繰り返せば、更に、第３のパターニング、第４のパターニング、・・・、を行うこともできる。
【００５３】
本発明に係る薄膜素子基板の製造方法は、例えば、ＥＬ表示装置や液晶表示装置などの電気光学装置における各画素を構成する画素回路や、当該画素回路を制御するドライバ（集積回路）の形成等に適用することができる。また、このような電気光学装置の製造以外にも、種々のデバイス製造に適用することが可能である。例えば、ＦｅＲＡＭ（ferroelectric RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ＲＡＭ、浮遊ゲート型不揮発メモリ、マグネティックＲＡＭ（ＭＲＡＭ）など各種のメモリ製造が可能である。また、この他、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用して集積化したセンサ、ＣＰＵを搭載したバンクカード等にも利用可能である。さらに、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した安価なタグを製造する場合にも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができ、しかも対象体のアライメントマークの再利用が可能となる露光マスクの位置合わせ方法、及び高密度に集積化されたデバイスを形成することのできる薄膜素子基板の製造方法として、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を実施するためのホログラフィック露光装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を説明するための図（対象体上の下層露光パターンを示す平面図）である。
【図３】図３（ａ）は、下層用ホログラムマスクの一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は、上層用ホログラムマスクの一例を示す平面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を説明するための図（上層を露光する際の露光パターンを示す平面図）である。
【図５】図５（ａ）は露光時、図５（ｂ）は現像後、図５（ｃ）はエッチング後それぞれの被露光基板におけるアライメントマーク部を示す断面図である。
【図６】図６は、図５（ｂ）相当の現像後の被露光基板を示す平面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスクを作成するためのオリジナルＣｒ製マスク（元レチクル）を示す概略平面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスク（２層目マスク）におけるデバイス領域記録時とアライメントマーク記録時それぞれの工程を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
２００，２００ａ，２００ｂ・・・ホログラムマスク、２０１・・・プリズム、２０２・・・ホログラム記録面、２１０・・・被露光基板、２１２・・・感光性材料膜、２１２ａ・・・第１の感光性材料膜、２１２ｂ・・・第２の感光性材料膜、２１４・・・感光性材料膜表面、２２０・・・ステージ、２２２・・・ステージ装置、２３０・・・第１情報処理装置、２４０・・・距離測定光学系、２５０・・・膜厚測定光学系、２６０・・・光源、２７０・・・第２情報処理装置、２８０・・・露光光源、２８２・・・露光光源駆動装置、Ａ１１１〜Ａ１１４，Ａ１２１〜Ａ１２４，Ａ１３１〜Ａ１３４，Ａ１４１〜Ａ１４４・・・アライメントマーク、Ｄ１１〜Ｄ１６・・・下層領域、Ｄ２１〜Ｄ２３・・・上層領域、２００Ｌ・・・下層用ホログラムマスク、２００Ｕ・・・上層用ホログラムマスク、Ｓ・・・遮光領域、５０１・・・被露光基板、５０２・・・薄膜層（ＳｉＯ2等）、５０３・・・パターニング層、５０４・・・フォトレジスト、Ａ・・・アライメントマーク、３００・・・第１の原版マスク、３０２・・・第２の原版マスク、３１０・・・第１の干渉縞パターン、３１２・・・干渉縞パターン、３１６・・・第１の回路パターン、３２０・・・第２の干渉縞パターン、３２２・・・干渉縞パターン、Ａ１〜Ａ８・・・アライメントマーク、Ｂ１〜Ｂ４・・・領域、ＨＭ・・・ホログラムマスク、Ｌ・・・露光光源、Ｌ１・・・記録ビーム、Ｌ２・・・参照光、Ｌ３・・・露光ビーム、Ｐ・・・プリズム、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１・・・干渉縞パターン、Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２，Ｐ４２・・・アライメントマーク、Ｐ１〜Ｐ４・・・アライメントマーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム等の露光技術を使った微細加工に関し、詳しくは、露光マスクと露光対象となる対象体との位置合わせ方法、及びその方法を用いた薄膜素子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置のパターニングプロセスにおいて、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：全内部反射）型ホログラフィック露光技術が注目されている。この露光技術は、ホログラム露光装置を用いて、ホログラムマスクに対し所望のパターンを記録する記録工程と、このホログラムマスクに再生光を照射して半導体パターン用のフォトレジストを感光する露光工程とからなる方法が採用されている。
【０００３】
記録工程では、まず半導体装置のパターンに対応したマスクパターン(元レチクル)にレーザー光の記録ビームを照射して回折光を生じさせ、ホログラムマスクの記録面に射出する。一方、ホログラムマスクの記録面に対し一定の角度でホログラムマスクの裏側から参照光を照射し、元レチクルからの回折光と干渉させる。これによってホログラムマスクの記録面に干渉パターンを生じさせこれをホログラム記録面に記録させる。
【０００４】
露光工程では、元レチクルと同じ位置にホログラムマスクを置いて、記録時と反対方向から再生光である露光ビームを照射し、フォトレジストに元のパターンを再現した回折光を結像させてフォトレジストを露光する。通常、この露光工程において、ホログラムマスクは、露光の対象体となる基板側に形成されたアライメントマークとホログラムマスク側に形成されたアライメントマークとを合わせることで、基板とホログラムマスクとの位置合わせを行う。
【０００５】
従来、複数のホログラムマスクを用いてパターニングを行う場合には、この複数のホログラムマスクの各々に形成された各アライメントマークに対応する位置に、各々アライメントマークが形成された基板を用いてホログラムマスクと基板との位置合わせを行っていた（非特許文献１参照）。
【０００６】
したがって、基板側には、ホログラムマスクの数に対応するアライメントマークが複数必要となり、使用するホログラムマスクの数が多くなるほど、基板側のアライメントマークの数も多くなり、アライメントマークを形成するために基板上に広い面積が必要となるといった問題があった。
【０００７】
このようなホログラム露光装置用ホログラムマスクに組み込むアライメントマークは、デバイス領域と別個に作成するが、作成装置の精度上、デバイス領域及び他のホログラムマスク（他のレイヤ）用のアライメントマークに対し、５ｍｍ程度の間隔を設けて作成する必要がある（図１１及び図１２参照）。
【０００８】
ここで、図１１（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスクを作成するためのオリジナルＣｒ製マスク（元レチクル）である第１層目マスク及び第２層目マスクをそれぞれ示す概略平面図である。図１１（ａ）に示すように、第１層目マスク１は、中央部に位置する１層目デバイス領域Ｄ１と、四隅の１層目アライメントマークＡ１とが設けられている。また、図１１（ｂ）に示すように、第２層目マスク２は、中央部に位置する２層目デバイス領域Ｄ２と、四隅の２層目アライメントマークＡ２とが設けられている。Ａ１とＡ２とはマーク模様が異なっている。
【０００９】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスク（２層目マスク）におけるデバイス領域記録時とアライメントマーク記録時それぞれの工程を示す概略構成図である。図１２（ａ）に示すように、デバイス領域記録時には、オリジナルＣｒマスク２の４つのアライメントマークＡ２を遮光板で閉じた状態にして、デバイス領域Ｄ２を介したオブジェクトビームとプリズムを介した参照ビームによってホログラムマスクに記録する。一方、図１２（ｂ）に示すように、アライメントマーク記録時には、デバイス領域Ｄ２を遮光板で閉じた状態にして、オリジナルＣｒマスク２の４つのアライメントマークＡ２を介したオブジェクトビームによってホログラムマスクに記録する。ここで作成されたホログラム用マスクでは、アライメントマークとデバイス領域との間がそれぞれ５ｍｍ程度の間隔を設けて作成されている。尚、図示しないが、当該アライメントマークと他のレイヤ用のアライメントマークとを同一マスク上に設ける場合には、両アライメントマークの間もそれぞれ５ｍｍ程度の間隔を設けて作成されることになる。
【００１０】
また、合わせ露光時に上層アライメントマークが下層アライメントマークに重なってパターニングされてしまうので、以後の露光時のアライメントに使用できなくなる。
【非特許文献１】SID03 Digest, P-40, pp.350-353.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、前述した従来技術における問題点である。
そこで、本発明の目的は、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができ、しかも対象体のアライメントマークの再利用が可能となる露光マスクの位置合わせ方法、これを用いた薄膜素子基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、下記１．に示す露光マスクの位置合わせ方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【００１３】
１．アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いて、アライメントマークが形成された露光対象となる対象体にパターン露光を行うに際し、両者のアライメントマークを用いて前記ホログラムマスクと前記対象体との位置合わせを複数回行う露光マスクの位置合わせ方法であって、
前記対象体上におけるパターン露光をするための一の領域と、該一の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線が、前記対象体上における前記一の領域に隣接するパターン露光をするための他の領域と、該他の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線に対して、交差するように前記各アライメントマークを設けて位置合わせを行うことを特徴とする露光マスクの位置合わせ方法。
【００１４】
本発明によれば、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができる。また、合わせ露光時に上層側のアライメントマークが下層側のアライメントマークに重なってパターニングされることがなく、以後の露光時のアライメントの使用が可能となる。即ち、対象体上のアライメントマークの再利用が可能となる。ここで、一の領域又は他の領域とアライメントマークとを結ぶ直線は、これら領域上の任意の一点とアライメントマーク上の任意の一点を結ぶ直線であればよいが、一の領域又は他の領域を形成する図形の中心（重心）とアライメントマークを形成する図形の中心とを結ぶ直線が好ましい。
【００１５】
また、本発明は、下記２．〜５．に示す発明をそれぞれ提供するものである。
【００１６】
２．前記一の領域の露光に用いるホログラムマスクが、少なくとも前記他の領域に対して遮光可能な形状からなる、前記１記載の露光マスクの位置合わせ方法。
かかる方法によれば、対象体のアライメントマークに必要な領域をより効率的に縮小することができる。
【００１７】
３．アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
前記１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第１工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第２工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【００１８】
かかる方法によれば、半導体装置等のデバイスに用いられる薄膜素子基板の回路パターン形成に利用し得る領域を広げることが可能となるので、より高密度に集積化されたデバイスを提供することが可能となる。
【００１９】
４．アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
前記ホログラムマスクにアライメントマークを含む所望のパターンを記録する第１工程と、
前記１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第２工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第３工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【００２０】
かかる方法によれば、半導体装置等のデバイスに用いられる薄膜素子基板の回路パターン形成に利用し得る領域を広げることが可能となるので、より高密度に集積化されたデバイスを提供することが可能となる。
【００２１】
５．前記対象体のアライメントマークが、該対象体上に最初のパターンを露光する際に形成される、前記３又は４に記載の薄膜素子基板の製造方法。
かかる方法によれば、対象体上のアライメントマークを別途形成する必要がなくなるので、作業工程を減らすことが可能となり、生産効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができ、しかも対象体のアライメントマークの再利用が可能となる露光マスクの位置合わせ方法が提供される。また、本発明によれば、高密度に集積化されたデバイスを形成することのできる薄膜素子基板の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は下記実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を実施するためのホログラフィック露光装置の全体構成を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、この露光装置は、主にプリズム２０１、ステージ２２０を備えるステージ装置２２２、第１情報処理装置２３０、距離測定光学系２４０、膜厚測定光学系２５０、光源２６０、第２情報処理装置２７０、露光光源２８０、露光光源駆動装置２８２、およびアライメント系２９０により構成される。
【００２５】
ステージ装置２２２は、感光性材料膜２１２が形成された露光対象体としての被露光基板２１０を真空チャック等でステージ２２０上に保持して、上下方向（Ｚ方向）及び水平方向（ＸＹ平面）へのステージ２２０の位置調整が可能に構成されている。
【００２６】
光源２６０は、距離測定光学系２４０および膜厚測定光学系２５０の測定用光ビームを射出可能に構成されている。距離測定光学系２４０は、ビームスプリッタ、シリンドリカルレンズ、光センサ、誤差信号検出器等を備え、ホログラム記録面２０２と被露光基板上に塗布された感光性材料膜表面２１４との距離を調整して露光時のフォーカスを制御することが可能に構成されている。
【００２７】
第１情報処理装置２３０は、距離測定光学系２４０により計測されたホログラム記録面と被露光基板上に形成された感光性材料膜表面との距離に基づいてフォーカスが適正となるようにステージ２２０の位置を設定するように構成されている。膜厚測定光学系２５０は、ビームスプリッタ、フォトデテクタ、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等を備え、被露光基板２１０上に形成された感光性材料膜２１２の膜厚を測定するための構成を備えている。
【００２８】
第２情報処理装置２７０は、露光光源２８０から照射される露光ビームが適正な露光領域内を走査するように露光光源２８０を移動させるとともに、膜厚測定光学系２５０により出力された感光性材料膜２１２の膜厚の相対値に基づいて露光の光量を制御するように構成されている。
【００２９】
露光光源２８０は、ホログラムマスク２００のホログラム記録面２０２に露光ビームを照射可能に構成されている。露光光源駆動装置２８２は、この露光光源２８０を移動して被露光基板２１０上の所望の露光領域を走査して露光するように構成されている。また当該露光装置は、被露光基板２１０に対向する面に、所定のレチクルパターンに対応した干渉パターンが記録されているホログラムマスク２００を装着したプリズム２０１を備えている。
【００３０】
また、アライメント系２９０は、アライメントマークを観察するための観察手段と、観察手段から得られた情報に基づきホログラムマスク２００のアライメントマークと被露光基板２１０のアライメントマークとの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えている。
【００３１】
本実施形態では、観察手段としての顕微鏡２９２は、ホログラムマスク２００を介して、被露光基板２１０上に形成されたアライメントマークを観察するためのものである。顕微鏡２９２は、観察されたアライメントマークの画像を取り込むための例えばＣＣＤカメラ等の画像取込み装置を備えている。顕微鏡２９２により観察され、画像取り込み装置により取り込まれたホログラムマスク２００のアライメントマークと被露光基板２１０のアライメントマークの画像は、画像信号に変換され、位置ずれ検出手段としての位置ずれ検出装置２９４に送られる。
【００３２】
位置ずれ検出装置２９４は、画像信号からホログラムマスク２００側のアライメントマークと被露光基板２１０側のアライメントマークの特徴点を抽出し、特徴点間の距離を算出するものである。例えば、被露光基板２１０上に十字状のアライメントマークが形成され、ホログラムマスク２００側にＸ字状のアライメントマークが形成されている場合において、特徴点として、例えば十字の交点及びＸ字の交点を各々抽出し、当該交点間の距離を算出する。この算出された距離情報を第１情報処理装置２３０に送信する。
【００３３】
第１情報処理装置２３０は、また、このアライメント間の距離（アライメントずれ量）が減少するように、ステージ装置２２２をＸＹ方向に移動させ被露光基板２１０の位置を設定するようにも構成されている。これにより、ホログラムマスク２００と被露光基板２１０との位置合わせが可能となる。
【００３４】
そして、ホログラムマスク２００と被露光基板２１０との位置合わせは、該被露光基板２１０上の下層露光パターンが、図２に示すパターンとなるようにして行う。ここで、図２は、被露光基板２１０上におけるデバイス等形成のための二つの層（下層及び上層）のパターニングを複数のホログラムマスク２００を用いて行う場合の下層露光パターンを示す平面図である。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態においては、先ず、被露光基板２１０上における所定の箇所に下層用のホログラムマスク２００を介して露光することにより、パターン化された矩形状の一の下層領域Ｄ１１とともに、該下層領域Ｄ１１の対角線の延長線上に所定の間隔をあけて上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用の４つの十字状のアライメントマークＡ１１１，Ａ１１２，Ａ１１３，Ａ１１４を設ける。次に、前記下層領域Ｄ１１に隣接する、パターン化された矩形状の別の下層領域Ｄ１２とともに、該下層領域Ｄ１２の対角線の延長線上に所定の間隔をあけて上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用の４つの十字状のアライメントマークＡ１２１，Ａ１２２，Ａ１２３，Ａ１２４を、下層用のホログラムマスク２００を介して露光により設ける。続いて、前記下層領域Ｄ１２に隣接するパターン化された矩形状の別の下層領域Ｄ１３とともに、該下層領域Ｄ１３の対角線の延長線上に所定の間隔をあけて上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用の４つの十字状のアライメントマークＡ１３１，Ａ１３２，Ａ１３３，Ａ１３４を、下層用のホログラムマスク２００を介して露光により設ける。
【００３６】
ここで用いられる下層用のホログラムマスク２００としては、例えば、図３（ａ）に示すように、所定の遮光領域Ｓを備えたマスクパターンのホログラムマスク２００Ｌを使用することができる。このホログラムマスク２００Ｌは、被露光基板２１０に所定のアライメントマークを形成するためのアライメントマークＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を備えるとともに、一の下層領域を露光する際に、少なくとも他の下層領域に対して遮光可能な形状からなっている。具体的には、ホログラムマスク２００Ｌは、例えば、下層領域Ｄ１１を露光する場合には、該下層領域Ｄ１１を露光するが、それに隣接する下層領域Ｄ１２を遮光領域Ｓによって遮光する形状となっている。また、ホログラムマスク２００Ｌは、例えば、下層領域Ｄ１２を露光する場合には、該下層領域Ｄ１２を露光するが、それに隣接する下層領域Ｄ１１及び下層領域Ｄ１３の両方を遮光領域Ｓによって遮光する形状となっている。
【００３７】
さらに、前記と同様にして、被露光基板２１０上におけるパターン化された矩形状の下層領域Ｄ１４と上層用のホログラムマスク２００との位置合わせ用のアライメントマークＡ１４１，Ａ１４２，Ａ１４３，Ａ１４４、下層領域Ｄ１５とアライメントマークＡ１５１，Ａ１５２，Ａ１５３，Ａ１５４、及び下層領域Ｄ１６とアライメントマークＡ１６１，Ａ１６２，Ａ１６３，Ａ１６４を順次設ける。このようにして、図２に示す下層露光パターンを有する被露光基板２１０が得られる。
【００３８】
次に、かかる被露光基板２１０に対して、上層のパターニングを行うために、上層用のホログラムマスク２００を用いて位置合わせを行う。ここで用いられる上層用のホログラムマスク２００としては、例えば、図３（ｂ）に示すように、所定の遮光領域Ｓを備えたマスクパターンのホログラムマスク２００Ｕを使用することができる。このホログラムマスク２００Ｕは、下層用のホログラムマスク２００Ｌと略同様の形状で、被露光基板２１０上の所定の十字状のアライメントマークを用いて該被露光基板２１０と位置合わせをするためのＸ字状のアライメントマークＡ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８を備えるとともに、一の上層領域を露光する際に、少なくとも他の上層領域に対して遮光可能な形状からなっている。具体的には、図４に示すように、ホログラムマスク２００Ｕは、例えば、上層領域Ｄ２２を露光する場合には、該上層領域Ｄ２２を露光するが、それに隣接する上層領域Ｄ２１及び上層領域Ｄ２３の両方を遮光領域Ｓによって遮光する形状となっている。ここで、図４は、図２に示す被露光基板２１０の下層露光パターン上に、上層用のホログラムマスク２００Ｕを介して上層を露光する際の露光パターンを示す平面図である。
【００３９】
このように、本実施形態においては、被露光基板２１０上におけるパターン露光をされた一の下層領域（例えば、Ｄ１１）と、該一の下層領域に対応する上層領域（例えば、Ｄ２１）の露光に用いる一の上層用ホログラムマスク２００Ｕとの位置合わせ用のアライメントマーク（例えば、Ａ１１２）とを結ぶ直線が、被露光基板２１０上における前記一の下層領域（Ｄ１１）に隣接するパターン露光をするための他の下層領域（例えば、Ｄ１２）と、該他の下層領域に対応する上層領域（例えば、Ｄ２２）の露光に用いる上層用のホログラムマスク２００Ｕとの位置合わせ用のアライメントマーク（例えば、Ａ１２１）とを結ぶ直線に対して、交差するように各アライメントマーク（Ａ１１２及びＡ１２１）を設けて位置合わせを行う。これにより、同一のホログラムマスク２００におけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体である被露光基板２１０のアライメントマークに必要な領域を縮小することができる。本発明においては、少なくとも一のアライメントマークがかかる関係にあればよく、該関係にある複数のアライメントマークを設けることも可能である。
【００４０】
本実施形態による方法を採用した場合には、パターニングの際のアライメントマーク部は、例えば、図５に示すように変化する。ここで、図５（ａ）は露光時、図５（ｂ）は現像後、図５（ｃ）はエッチング後それぞれの被露光基板におけるアライメントマーク部を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、露光時には、下層の被露光基板５０１に設けられたアライメントマークＡ上に、薄膜層（ＳｉＯ2等）５０２、パターニング層５０３、及びフォトレジスト５０４が順次積層された積層体の表面に位置するフォトレジスト５０４に対して露光ビームにより露光される。これにより、現像後には、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト５０４が除去され、下層のアライメントＡに相当する十字状の模様が表面に現れたパターニング層５０３を有する積層体となる。このときの現像後のパターンは、図６に示すようになる。さらに、エッチング後には、図５（ｃ）に示すように、パターニング層５０３が除去され、下層のアライメントＡに相当する十字状の模様が表面に現れた絶縁層５０２を有する積層体となる。このように、当該アライメントマーク部（下層のアライメントＡに相当する十字状の模様）は、そのマーク部領域上に、上層用ホログラムマスクのＸ字状のアライメントマークがパターングされないため、以後の合わせ露光におけるアライメントマークとしても使用可能である。
【００４１】
次に、図７乃至図１０を参照しながら本実施形態の薄膜素子基板の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、第１のパターニング（最初のパターニング）を行う。
図７（Ａ）に示すように、プリズム２０１に貼り合わせられたホログラムマスク２００ａのホログラム記録面２０２に、例えばＣｒ製の第１の原版マスク３００（元レチクルともいう）を用いて第１のレチクルパターンに対応する干渉縞を記録する。第１のレチクルパターンには、少なくとも目的とする薄膜素子基板における薄膜素子を含む薄膜回路に対応するパターンが含まれる。
【００４３】
具体的には、記録ビームＬ１（物体光）を第１の原版マスク３００に照射して第１の原版マスク３００を経た回折光をホログラムマスク２００ａのホログラム記録面２０２に射出する。この第１の原版マスク３００を介した記録ビームＬ１と、ホログラム記録面２０２の他方面側からプリズム２０１を透過させて照射した参照光Ｌ２とを干渉させる。これにより、ホログラム記録面２０２に所望のパターンの干渉縞が記録される。
【００４４】
図７（Ｂ）は、第１の干渉縞パターン３１０が形成されたホログラムマスク２００ａの一例を示す図である。図７（Ｂ）に示すように、第１の干渉縞パターン３１０には、薄膜回路を構成する第１の回路パターンに対応する干渉縞パターン３１２及びアライメントマークとなる干渉縞パターンＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１が含まれる。また、ホログラムマスク２００ａには、所定の遮光領域Ｓが設けられる。
【００４５】
次に、図８に示すように、原版マスク３００が配置されていた位置に、原版マスク３００の代わりに第１の感光性材料膜２１２ａが形成された被露光基板２１０を配置する。その後、再生光である露光ビームＬ３を、図７（Ａ）における参照光Ｌ２の入射側と反対の方向（参照光Ｌ２の出射側）から、プリズム２０１を介してホログラム記録面２０２に照射し、被露光基板２１０上に形成された第１の感光性材料膜２１２ａを露光する。なお、この際、露光ビームＬ３の入射側にプリズム２０１の斜面が向くようにプリズム２０１の方向を変えてホログラムマスク２００ａをプリズム２０１に付け替える。これにより、ホログラム記録面２０２に記録された第１の干渉縞パターン３１０に対応するパターンが被露光基板２１０上に形成される。
【００４６】
第１の干渉縞パターン３１０により形成されるパターンの一例は、図２に示したパターンと同様のものである。即ち、図２に示すように、ホログラムマスク２００ａの干渉縞パターンＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１に対応するアライメントマークＡ１１１，Ａ１１２，・・・及び干渉縞パターン３１２に対応する第１の回路パターンが領域Ｄ１１，Ｄ１２，・・・に形成される。その後、必要な現像やエッチング処理がなされて第１のパターニングが終了する。
【００４７】
次に、第２のパターニングを行う。
図９（Ａ）に示すように、プリズム２０１に貼り合わせられたホログラムマスク２００ｂのホログラム記録面２０２に、例えばＣｒ製の第２の原版マスク３０２を用いて第２のレチクルパターンに対応する干渉縞を記録する。第２のレチクルパターンには、少なくとも薄膜素子基板における薄膜素子を含む薄膜回路に対応するパターンが含まれる。干渉縞を記録する工程は、図７（Ａ）の工程と同様の方法により行われる。また、この干渉縞を記録する工程とは別に、物体光Ｌ１のみを照射することにより、ホログラムマスク２００ｂのホログラム記録面２０２に、アライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２を形成する。
【００４８】
図９（Ｂ）は、第２の干渉縞パターン及び第２のアライメントマークが形成されたホログラムマスク２００ｂの一例を示す図である。図９（Ｂ）に示すように、第２の干渉縞パターンには、薄膜回路を構成する第２の回路パターンに対応する干渉縞パターン３２０が含まれる。また、ホログラムマスク２００ｂの四隅には、このホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０との位置合わせを行うためのアライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２が形成される。また、ホログラムマスク２００ｂには、所定の遮光領域Ｓが設けられる。
【００４９】
次に、図１０に示すように、原版マスク３０２が配置されていた位置に、原版マスク３０２の代わりに第１の回路パターン上に第２の感光性材料膜２１２ｂを形成した被露光基板２１０を配置する。その後、露光ビームＬ３を、図９（Ａ）における参照光Ｌ２と反対の方向（参照光Ｌ３の出射側）から、プリズム２０１を介してホログラム記録面２０２に照射し、第２の感光性材料膜２１２ｂを露光する。なお、この際も同様に、露光ビームＬ３の入射側にプリズム２０１の斜面が向くようにプリズム２０１の方向を変えてホログラムマスク２００ｂをプリズム２０１に付け替える。
【００５０】
本工程についてより具体的に説明する。
まず、第２の感光性材料膜２１２ｂが形成された被露光基板２１０とホログラムマスク２００ｂとの位置合わせを、被露光基板２１０上に形成されたアライメントマークＡ１１１，１１２，１１３，１１４，・・・（図２）とホログラムマスク２００ｂに形成されたアライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２（図９（Ｂ））とを重ね合わせることにより行う。具体的には、図１に示したように、ホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０を所定位置に設置した後、各アライメントマークが観察される位置に設置された顕微鏡２９２によりプリズム２０１の垂直面を介してホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０のアライメントマークの重なり画像を取り込む。顕微鏡２９２において取り込んだ画像を画像信号として、位置ずれ検出装置２９４に送信し、アライメントマークの重なり画像から特徴点を抽出する。例えば、アライメントマークＡ１１１の十字の交点とアライメントマークＰ１２のＸ字の交点の位置を抽出し、この交点間の距離を算出する。この距離情報を第１情報処理装置２３０に送り、この距離が減少するように、ステージ装置２２２を駆動してホログラムマスク２００ｂと被露光基板２１０との位置合わせを行う。この際、前述した位置合わせ方法（図２、図４参照）を採用して、位置合わせを行う。
【００５１】
その後、露光ビームＬ３をホログラム記録面２０２に照射する。感光性材料膜２１２ｂには、ホログラムマスク２００ｂのアライメントマークＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２に対応するアライメントマークが、ホログラム記録面２０２上に記録された干渉縞パターン３２０に対応する第２の回路パターンと併せて形成されることになる。このときのアライメントマーク及び第２の回路パターンの一例は、図４に示したパターンと同様のものである。その後、必要な現像やエッチング処理がなされて第２のパターニングが終了する。
【００５２】
なお、ホログラムマスク２００ｂのＸ字状のアライメントマーク部分に前述したシャッター手段等を用いてパターン露光する場合には、合わせ露光時に被露光基板２１０上の十字状（下層）のアライメントマーク領域上に、第２の回路パターン（上層）用ホログラムマスク２００ｂのＸ字状のアライメントマークがパターングされなくなり、以後の露光においてもアライメントが可能となる。この手段を用いて、図９及び図１０に記載の工程を繰り返せば、更に、第３のパターニング、第４のパターニング、・・・、を行うこともできる。
【００５３】
本発明に係る薄膜素子基板の製造方法は、例えば、ＥＬ表示装置や液晶表示装置などの電気光学装置における各画素を構成する画素回路や、当該画素回路を制御するドライバ（集積回路）の形成等に適用することができる。また、このような電気光学装置の製造以外にも、種々のデバイス製造に適用することが可能である。例えば、ＦｅＲＡＭ（ferroelectric RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ＲＡＭ、浮遊ゲート型不揮発メモリ、マグネティックＲＡＭ（ＭＲＡＭ）など各種のメモリ製造が可能である。また、この他、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用して集積化したセンサ、ＣＰＵを搭載したバンクカード等にも利用可能である。さらに、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ（ＩＣチップ）を搭載した安価なタグを製造する場合にも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、同一の露光マスクにおけるアライメントマーク間の最小許容間隔を保ちつつ、対象体のアライメントマークに必要な領域を縮小することができ、しかも対象体のアライメントマークの再利用が可能となる露光マスクの位置合わせ方法、及び高密度に集積化されたデバイスを形成することのできる薄膜素子基板の製造方法として、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を実施するためのホログラフィック露光装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を説明するための図（対象体上の下層露光パターンを示す平面図）である。
【図３】図３（ａ）は、下層用ホログラムマスクの一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は、上層用ホログラムマスクの一例を示す平面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る露光マスクの位置合わせ方法を説明するための図（上層を露光する際の露光パターンを示す平面図）である。
【図５】図５（ａ）は露光時、図５（ｂ）は現像後、図５（ｃ）はエッチング後それぞれの被露光基板におけるアライメントマーク部を示す断面図である。
【図６】図６は、図５（ｂ）相当の現像後の被露光基板を示す平面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る薄膜素子基板の製造方法を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスクを作成するためのオリジナルＣｒ製マスク（元レチクル）を示す概略平面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、ホログラム用マスク（２層目マスク）におけるデバイス領域記録時とアライメントマーク記録時それぞれの工程を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
２００，２００ａ，２００ｂ・・・ホログラムマスク、２０１・・・プリズム、２０２・・・ホログラム記録面、２１０・・・被露光基板、２１２・・・感光性材料膜、２１２ａ・・・第１の感光性材料膜、２１２ｂ・・・第２の感光性材料膜、２１４・・・感光性材料膜表面、２２０・・・ステージ、２２２・・・ステージ装置、２３０・・・第１情報処理装置、２４０・・・距離測定光学系、２５０・・・膜厚測定光学系、２６０・・・光源、２７０・・・第２情報処理装置、２８０・・・露光光源、２８２・・・露光光源駆動装置、Ａ１１１〜Ａ１１４，Ａ１２１〜Ａ１２４，Ａ１３１〜Ａ１３４，Ａ１４１〜Ａ１４４・・・アライメントマーク、Ｄ１１〜Ｄ１６・・・下層領域、Ｄ２１〜Ｄ２３・・・上層領域、２００Ｌ・・・下層用ホログラムマスク、２００Ｕ・・・上層用ホログラムマスク、Ｓ・・・遮光領域、５０１・・・被露光基板、５０２・・・薄膜層（ＳｉＯ2等）、５０３・・・パターニング層、５０４・・・フォトレジスト、Ａ・・・アライメントマーク、３００・・・第１の原版マスク、３０２・・・第２の原版マスク、３１０・・・第１の干渉縞パターン、３１２・・・干渉縞パターン、３１６・・・第１の回路パターン、３２０・・・第２の干渉縞パターン、３２２・・・干渉縞パターン、Ａ１〜Ａ８・・・アライメントマーク、Ｂ１〜Ｂ４・・・領域、ＨＭ・・・ホログラムマスク、Ｌ・・・露光光源、Ｌ１・・・記録ビーム、Ｌ２・・・参照光、Ｌ３・・・露光ビーム、Ｐ・・・プリズム、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１・・・干渉縞パターン、Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２，Ｐ４２・・・アライメントマーク、Ｐ１〜Ｐ４・・・アライメントマーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いて、アライメントマークが形成された露光対象となる対象体にパターン露光を行うに際し、両者のアライメントマークを用いて前記ホログラムマスクと前記対象体との位置合わせを複数回行う露光マスクの位置合わせ方法であって、
前記対象体上におけるパターン露光をするための一の領域と、該一の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線が、前記対象体上における前記一の領域に隣接するパターン露光をするための他の領域と、該他の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線に対して、交差するように前記各アライメントマークを設けて位置合わせを行うことを特徴とする露光マスクの位置合わせ方法。
【請求項２】
前記一の領域の露光に用いるホログラムマスクが、少なくとも前記他の領域に対して遮光可能な形状からなる、請求項１記載の露光マスクの位置合わせ方法。
【請求項３】
アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
請求項１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第１工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第２工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【請求項４】
アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
前記ホログラムマスクにアライメントマークを含む所望のパターンを記録する第１工程と、
請求項１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第２工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第３工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【請求項５】
前記対象体のアライメントマークが、該対象体上に最初のパターンを露光する際に形成される、請求項３又は請求項４に記載の薄膜素子基板の製造方法。
【請求項１】
アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いて、アライメントマークが形成された露光対象となる対象体にパターン露光を行うに際し、両者のアライメントマークを用いて前記ホログラムマスクと前記対象体との位置合わせを複数回行う露光マスクの位置合わせ方法であって、
前記対象体上におけるパターン露光をするための一の領域と、該一の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線が、前記対象体上における前記一の領域に隣接するパターン露光をするための他の領域と、該他の領域の露光に用いるホログラムマスクとの位置合わせ用のアライメントマークとを結ぶ直線に対して、交差するように前記各アライメントマークを設けて位置合わせを行うことを特徴とする露光マスクの位置合わせ方法。
【請求項２】
前記一の領域の露光に用いるホログラムマスクが、少なくとも前記他の領域に対して遮光可能な形状からなる、請求項１記載の露光マスクの位置合わせ方法。
【請求項３】
アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
請求項１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第１工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第２工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【請求項４】
アライメントマークが形成された複数のホログラムマスクを用いてパターン露光を行うホログラム露光を利用した薄膜素子基板の製造方法であって、
前記ホログラムマスクにアライメントマークを含む所望のパターンを記録する第１工程と、
請求項１又は２記載の露光マスクの位置合わせ方法を用いて位置合わせを行う第２工程と、
前記ホログラムマスク上から露光ビームを照射することにより、前記対象体を露光してパターニングを行う第３工程と、を含むことを特徴とする薄膜素子基板の製造方法。
【請求項５】
前記対象体のアライメントマークが、該対象体上に最初のパターンを露光する際に形成される、請求項３又は請求項４に記載の薄膜素子基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−９３６０７（Ｐ２００６−９３６０７Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８００４５（Ｐ２００４−２８００４５）
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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