JP2000091198A

JP2000091198A - Ｘ線マスク製造装置及びｘ線マスク製造方法

Info

Publication number: JP2000091198A
Application number: JP25657398A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Murooka; 賢一室岡; Hitoshi Sunaoshi; 仁砂押
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、Ｘ線リソグラフィー用のマスクを
製造する際に、電子ビーム描画工程において、温度変化
に起因して発生する誤差を抑制する方法を提供する事を
目的とする。【解決手段】本発明では、電子ビーム描画の際に、被
描画面の反対の面に流体を介して導電性の電極を設け、
この電極に所定の電圧を印可する事により、流体の圧力
と静電力による引力を釣り合わせる事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線露光用のマス
クの製造装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を始めとする回路素子の集積
度が高くなることに伴い、これを構成するLSI 素子の回
路パターンはますます微細化していく。このパターンの
微細化は、やがて現在大量生産のためのパターン形成に
用いられている紫外線を用いた転写装置の解像限界に達
するため、新しいパターン形成技術の開発が要請されて
いる。

【０００３】この要請に答えうる候補の一つとして、Ｘ
線リソグラフィー技術がある。Ｘ線リソグラフィー技術
では波長１nm程度の軟Ｘ線を露光に用い、SiN 、SiC 、
ダイアモンド等の軽元素からなる膜厚１〜３μm の支持
膜上に金属等の吸収体からなる等倍の転写パターンを形
成したマスクを用いて、近接露光によりパターンの形成
を行う。その際、マスク上に所望のパターンを形成する
方法としては、吸収体上にエッチングマスク層を成膜
し、この上にレジストを塗布した後、電子ビーム描画装
置を用いて、所望のパターンにレジストの加工を行い、
このレジストを基にエッチングによりエッチングマスク
層を加工し、さらに加工されたエッチングマスクを基に
吸収体の加工を行う事が通常行われている。

【０００４】電子ビーム描画装置内部は、電子線を通過
させる都合上、真空に保持されているため、従来、電子
ビーム描画時に被描画物を流体を介して直接恒温化する
ことは行われていない。しかし、前述のように、Ｘ線リ
ソグラフィーでは等倍のマスクを用いるので、マスクの
一層の高精度化が要請されるため、描画中の温度変化に
起因する、熱膨張による長寸法誤差やレジスト仕上がり
寸法の誤差等も厳しく抑制する必要が有る。さらに、Ｘ
線マスクの描画の際には、前述のように、マスクが高々
数μm の薄膜で構成されている事に起因して、恒温化の
ために流体を裏面に接触させると、流体の圧力によりマ
スクが大きく変形してしまう問題が存在する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、素子が微
細化する事に伴って必要となるＸ線リソグラフィー用の
マスクを製造する際に、電子ビーム描画工程において、
マスクの恒温化を、マスクを変形させることなく行う事
が、高精度のマスクを得るために必要となる。

【０００６】本発明は、上述の条件を満たすＸ線マスク
の製造方法を提供し、Ｘ線リソグラフィーによる微細パ
ターン形成方法を提供する事を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の問題
を解決するために、第一の方法として、被描画基板の表
面高さを測定する機構と、該被描画基板の少なくとも被
描画領域の裏面に対向した導体ブロックと、被描画基板
と該導体ブロックとの間に作業流体を満たす機構と、該
導体ブロックに静電圧を印可する機構と、該表面高さ測
定機構の出力に応じて該印可する静電圧の大きさを制御
する機構とを有する電子ビーム描画装置を含むＸ線マス
ク製造装置を提供する。

【０００８】第二の方法として、被描画基板の少なくと
も被描画領域の裏面に対向した導体ブロックを配置し、
該被描画基板と該導体ブロックとの間に恒温化された作
業流体を満たし、被描画基板の表面高さが所定の範囲と
なるように該導体ブロックに静電圧を印可しつつ電子ビ
ーム描画を行う事により、Ｘ線マスクを形成する。

【０００９】第三の方法として、第一の方法において、
前記導体ブロックが恒温化機構を備えている事を特徴と
するＸ線マスク製造装置を提供する。

【００１０】第四の方法として、第二の方法において、
前記作業流体の恒温化が、前記導体ブロックを恒温化す
ることにより、Ｘ線マスクを形成する。

【００１１】第五の方法として、第三の方法において、
前記恒温化機構が、第二の作業流体を循環させる機構
と、該第二の作業流体を恒温化する機構とからなること
を特徴とするＸ線マスク製造装置を提供する。

【００１２】第六の方法として、第四の方法において、
前記作業流体の恒温化が、恒温化された第二の作業流体
を用いて、前記導体ブロックを恒温化することにより、
Ｘ線マスクを形成する。

【００１３】第七の方法として、第一あるいは第三ある
いは第五の方法において、被描画基板の描画面に、所定
の電位を有する電極を電気的に接続する機構を備えた事
を特徴とするＸ線マスク製造装置を提供する。

【００１４】第八の方法として、第二あるいは第四ある
いは第五の方法において、被描画基板の描画面を、所定
の電位に電気的に接続した状態で電子ビーム描画を行う
事により、Ｘ線マスクを形成する。

【００１５】本発明により、Ｘ線マスクの精度を左右す
る、電子ビーム描画工程での温度変化に起因する誤差の
発生を抑制する事が可能となるので、高精度のＸ線マス
クを得ることが出来る。そして、これにより得られたマ
スクを用いて転写を行うことにより、高精度の微細パタ
ーン形成が可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を説明す
る。

【００１７】図１は本発明の一実施形態で用いた電子ビ
ーム描画装置のマスクホルダー近傍を示す断面図であ
る。

【００１８】通常の電子ビーム描画装置と同様に、二軸
のレーザー干渉計の搭載されたX-Yステージ10上にマス
クホルダー19が着脱可能な方法で固定されている。マス
ク17は、ゴム製のＯリング18を介してマスクホルダー19
にクランプ20により固定されている。マスクホルダー19
にはマスク恒温化用流体21となるヘリウム（He）の流入
管22及び流出管23が接続されており、流出管23には圧力
計24が接続され、流入管22、流出管23にはそれぞれ流量
調整バルブからなる流量調整機構25a 、b が接続されて
おり、圧力計24の出力に応じて流量を制御して、マスク
ホルダー内の流体21の圧力が一定に調整される機構が備
わっている。本実施形態では、熱伝導率を考慮して、He
の圧力を１Torrに設定し、流出・流入するHeの量を約毎
分10 cm3に設定した。

【００１９】マスクの表面は、レジストのエッジカット
部分に、導線の接続された端子33が、極弱い接触力で接
触する様に構成されており、マスク表面の全面が電気的
に所定の電位（通常は接地電位）となる。マスクの裏面
に対向する部分には、導体のブロック16が配置されてお
り、高電圧電源15により直流高電圧が印可可能な構造と
なっている。本実施形態では、この直流高電圧を静電チ
ャックに印可する直流高電圧と同一にすることにより、
装置の簡略化を図っているが、個別の電源を接続しても
構わない。本実施形態では、マスク恒温化用流体21の圧
力が０の場合、すなわち何らの外力の作用していない状
態での、マスク裏面と導体ブロック16の間隔を0.5 mmに
設定した。この設定は以下の設計に基づいて行われた物
である。

【００２０】図３に示すような、二つの電極が間隔d を
隔てて対向し、これらの間に電圧Vが印可されている場
合、二つの電極間に働く単位面積当たりの電磁気力PEは
以下の式で与えられる大きさになる。

【００２１】 PE=(QE)/S=ε{(V2)/(d2)} (1) 但し、Q は表面に蓄積される電荷、E は電極間の電界、
S は電極の対向部の面積であり、関係式E=V/d 、Q=CV、
C=ε(S/d) （C は静電容量、εは誘電率）を用いた。ε
として真空の誘電率：8.85×10*(-12) F/mを代入し、PE
が先に設定したHeの圧力１Torrと等しく釣り合う事を要
請すると、V/d=3.9 kV/mm となり、d を0.5 mmとする
と、V は約2 kVとなるので、静電チャックに好都合の電
圧とすることが出来る。

【００２２】マスクホルダー19にはマスクの中央部の面
法線方向の変位を監視するセンサー27が取り付けられて
おり、センサー27の出力は制御計算機28に取り込まれ、
圧力計24の出力と併用して、高電圧電源15を制御するこ
とにより、導体ブロック16に付与される電位の制御を行
う。通常、Ｘ線マスク表面の変位は圧力に対して非常に
敏感であり、その関係式は以下の式（２）で与えられ
る。

【００２３】 P={(4tσ0)/(r2)}h+{(8t)/(3r4)}{(E)/(1-ν)}h3 (2) 但し、P は圧力差、h は表面中央の変位、r は薄膜の半
径、σ0 は膜応力、t は膜厚、E は薄膜のヤング率、ν
は薄膜のポアソン比である。なお、当然の事ではある
が、膜の変位は中央部で最大となる。このため、変位を
最も感度良く監視するためには、中央部の変位を監視す
る事が望ましい。一例として、r=35 mm 、t=2 μm 、σ
0=100 MPa とすると、式（２）より、h が0 の近傍で
の、h の微少変位に対応するP の変化量は約0.653 Pa/
μm=4.90 mTorr/ μm となる事が判る。一方、先の式
（１）から、PE及びV の微少変化に対して{(ΔPE)(PE)}
=2{(ΔV)/(V)} が成り立つ事が分かることから、印可電
圧を0.1%程度の精度で制御することにより、PEを0.2%程
度の精度で制御することが可能となるので、約2 mTorr
の精度で制御可能である。よって表面の変位を0.4 μm
以下という十分な精度で制御することが出来ることが判
る。

【００２４】また、マスクの恒温化のためには、マスク
恒温化用流体21を直接加熱・冷却することによっても構
わないが、本実施形態では、導体ブロック16を恒温化す
ることにより、間接的に恒温化を図っている。これは、
熱伝導率は良いが熱容量が小さいマスク恒温化用流体21
を直接加熱・冷却するよりも、熱容量の大きい導体ブロ
ック16の恒温化を図る方が、温度の制御が容易なためで
ある。導体ブロック16の恒温化はペルチェ素子を用いて
も構わないが、本実施形態では、別の作業流体11を用い
て恒温化を図っている。純水からなる作業流体11は真空
槽外部の恒温装置26を介して循環しており、絶縁性のフ
レキシブルチューブ12a を通り、流入口13を経て、導体
ブロック16に設けられた空間を流れ、流出口14を経て、
再度別の絶縁性のフレキシブルチューブ12b を通り、循
環する様になっている。この機構により、導体ブロック
16の温度を一定に保つことが出来るので、熱伝導の良い
マスク恒温化用流体21を介して、熱容量の小さいＸ線マ
スク基板の恒温化を図ることが可能となる。これによ
り、熱膨張に伴う長寸法誤差の低減や、温度に敏感なレ
ジストプロセスの安定化、すなわち短寸法精度の向上を
図ることが出来る。

【００２５】一方、高精度のマスクを得るためには、マ
スクの保持歪みにも注意を払う必要がある。具体的に
は、マスクのクランプあるいは静電チャック時に不均一
な力が加えられた場合や、チャック面に微少なダストが
介在した場合には、マスクが変形を受けることにより、
容易に数十nmの位置歪みを生じる事が知られている。こ
れを極力抑制するために、本発明ではマスク下面はＯリ
ング18との接触部分のみで支えられる様に構成されてお
り、その接触面積も、通常のＯリングの様にＯリングの
断面径にほぼ等しい幅の円環ではなく、Ｏリングの断面
径の1/3 以下の幅の円環となるように、マスクへの荷重
を制限している。また、クランプ20は、このＯリングと
の接触部の真上に位置する事が、歪みの低減のためには
望ましい。より望ましくは、クランプ20は搬送等の際に
のみ用い、描画を開始する前には静電チャックのみを用
いてマスクを吸着し、クランプ20は開放した状態で描画
を行うと良い。これは、機械的なクランプは組立公差に
よる極わずかな位置ずれが発生しても、マスクに歪みを
与え易いのに対し、静電チャックは面全体に均等に吸着
力が作用するので、マスクに歪みを与えにくいという特
徴が有るからである。なお、Ｏリング18の外側に設けら
れた貫通口29は、マスクの着脱の際に、マスクを押し上
げるピンの通る個所であり、Ｏリングの外側にある事に
より、マスク恒温化流体21の気密対策を行う必要がなく
なるので、構造が簡略化出来る利点がある。

【００２６】図２は本発明の一実施形態におけるＸ線マ
スクの製造工程に対応する断面図である。

【００２７】まず、洗浄された厚さ525 μm の４インチ
Si（100 ）ウェハー１（図2a）に減圧CVD 法を用いて、
基板温度1025℃、圧力30 Torr の条件で、10% 水素希釈
のシランガス150 sccm、10% 水素希釈のアセチレンガス
65 sccm 、100%塩化水素ガス150 sccmをキャリアガスで
ある水素10 SLMと共に反応管内に導入し、Ｘ線透過性薄
膜２となる膜厚２μm のSiC を成膜した（図2b）。次に
この基板の表面にrfスパッタリング装置を用いて、Ar圧
力１mTorr の条件で、反射防止膜兼エッチングストッパ
ー３となる膜厚98 nm のAl2O3 膜を成膜した（図２
ｃ）。

【００２８】その上にrfスパッタリング装置を用いてAr
圧力３mTorr の条件で吸収体４となる膜厚0.4 μm のタ
ングステン（W ）- レニウム（Re）合金膜を成膜し、成
膜後にアニール処理を施すことにより、合金膜の応力を
ほぼ0 MPa に調整した（図２ｄ）。

【００２９】さらにrfスパッタリング法により、膜厚0.
05μm のエッチングマスク層５となるクロム（Cr）膜を
形成した（図２ｅ）。

【００３０】そしてRIE 装置を用いて、アルミニウムの
エッチングマスクを用い、圧力10 mTorr、RFパワー200
W の条件でCF4 ガス25 sccm 、O2ガス40 sccm を供給
し、裏面の中心部の半径70 mm の領域のSiC 膜を除去
し、バックエッチングのマスクとなる開口領域６を形成
した（図２ｆ）。次に、紫外線硬化型エポキシ樹脂接着
剤を用いて、外径125 mm、内径72 mm 、厚さ6.2 mmのガ
ラスリングをフレーム７として接合し、基板を作成した
（図２ｇ）。なお、ガラスリングの接合に関与しない側
の平面には、予め導電性を付与するためにCrの薄膜を蒸
着してある。

【００３１】さらにバックエッチング装置を用いて、こ
のSiC の除去された部分に弗酸と硝酸の１対１混合液を
滴下し、Siをエッチング除去した（図２ｈ）。

【００３２】この基板上に市販の電子ビーム用ポジ型レ
ジストZEP-520 （粘度12 cps）を回転数2000 rpm、50秒
の条件で回転塗布し、エッジカットを行った後、ホット
プレートを用いて175 ℃、２分間のベーク処理を行い、
膜厚0.3 μm の感光膜８を形成した（図２ｉ）。

【００３３】そしてこの基板に、前述のマスクホルダー
を備えた加速電圧75 kV の電子ビーム描画装置を用いて
パターン描画を行った。所望の描画精度を得るために、
描画は４回の重ね書きによりパターンを形成する多重描
画を行い、基準照射量を96μC/cm2 として、照射量補正
により近接効果補正を行った。描画後、現像処理として
市販の現像液ZEP-RDを用いて液温18℃、１分間の条件で
現像を行い、引き続きMIBKで１分間のリンスを行い現像
液を除去した（図２ｊ）。形成されたレジストパターン
を元に、BCl3およびCl2 ガスを用いて反応性イオンエッ
チングによりCr膜５を加工した（図２ｋ）。残留したレ
ジストは酸素プラズマ中で灰化処理して除去した。（図
２ｌ）最後に、加工されたCr膜５をエッチングマスクとして、
CHF3及びSF6 ガスを用いて、反応性イオンエッチングに
よりW-Re合金膜４を加工した。（図2m）以上の工程により製作されたマスクを用いて、SOR 光源
にミラーと真空隔壁Be膜を備えたビームラインを用いた
中心波長0.8 nmの露光光を用いて、Siウェハ上に塗布さ
れたレジストに転写を行ったところ、線幅70 nm のパタ
ーンを形成することが出来た。寸法精度も良好であり、
転写パターン寸法の露光面内分布を測定した所、20点の
測定点に対して、ばらつき（3 σ）は7.3 nmという値が
得られた。

【００３４】なお、本実施形態において示した数値や素
材等は、一つの例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種種の場合に応用することが可能である。例え
ばマスク恒温化流体には約１TorrのHeガスを用いたが、
He以外のNe、Ar、N2等のガスを用いても構わず、また圧
力に関しても静電力との釣り合いが取れていれば、任意
の圧力で使用することが可能である。但し圧力が極度に
小さい場合には、熱伝導率の低下が顕著になり、恒温化
機能が損なわれるので、概ね50 mTorr以上の圧力である
事が望ましい。さらに、導体ブロックの恒温化に用いる
作業流体には純水を用いたが、オイル、アルコール等の
他の液体やN2、乾燥空気等の気体、あるいは商品名フロ
リナートで知られている熱媒体をもちいる事も可能で有
る。そして、本実施例では、Ｘ線マスクへの適用を行っ
たが、他のマスク、例えば短波長の紫外光、電子線、イ
オンビーム等を用いる場合のマスクの製造に本発明を適
用することも可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、Ｘ線マスクの精度を左右
する、電子ビーム描画工程での温度変化に起因する誤差
の発生を抑制する事が可能となるので、高精度のＸ線マ
スクを得ることが出来る。そして、これにより得られた
マスクを用いて転写を行うことにより、高精度の微細パ
ターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明による一実施形態を示す断面図である。

【図３】本発明を説明する断面図である。

【符号の説明】

１・・・成膜基板（Si）２・・・Ｘ線透過性薄膜（SiC ）３・・・反射防止膜兼エッチングストッパー（Al2O3 ）４・・・吸収体（W-Re）５・・・エッチングマスク層（Cr）６・・・開口領域７・・・フレーム８・・・レジスト（感光膜）１０・・・ステージ１１・・・作業流体（純水）１２ａ、ｂ・・・フレキシブルチューブ１３・・・流入口１４・・・流出口１５・・・高電圧電源１６・・・導体ブロック１７・・・マスク１８・・・Ｏリング１９・・・マスクホルダー２０・・・クランプ２１・・・マスク恒温化流体（He）２２・・・流入管２３・・・流出管２４・・・圧力計２５ａ、ｂ・・・流量調整機構２６・・・恒温装置２７・・・センサー２８・・・制御計算機２９・・・貫通口３０・・・絶縁ブロック３１・・・ポンプ３２・・・バルブ３３・・・端子３４・・・電子光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被描画基板の表面高さを測定する機構
と、該被描画基板の少なくとも被描画領域の裏面に対向
した導体ブロックと、被描画基板と該導体ブロックとの
間に作業流体を満たす機構と、該導体ブロックに静電圧
を印可する機構と、該表面高さ測定機構の出力に応じて
該印可する静電圧の大きさを制御する機構とを有する電
子ビーム描画装置からなるＸ線マスク製造装置。
【請求項２】被描画基板の少なくとも被描画領域の裏
面に対向した導体ブロックを配置し、該被描画基板と該
導体ブロックとの間に恒温化された作業流体を満たし、
被描画基板の表面高さが所定の範囲となるように該導体
ブロックに静電圧を印可しつつ電子ビーム描画を行うＸ
線マスク製造方法。
【請求項３】前記導体ブロックが恒温化機構を備えて
いる事を特徴とする請求項１に記載のＸ線マスク製造装
置。
【請求項４】前記作業流体の恒温化が、前記導体ブロ
ックを恒温化することにより行われている事を特徴とす
る請求項２に記載のＸ線マスク製造方法。
【請求項５】前記恒温化機構が、第二の作業流体を循
環させる機構と、該第二の作業流体を恒温化する機構と
からなることを特徴とする請求項３に記載のＸ線マスク
製造装置。
【請求項６】前記作業流体の恒温化が、恒温化された
第二の作業流体を用いて、前記導体ブロックを恒温化す
ることにより行われる事を特徴とする請求項４に記載の
Ｘ線マスク製造方法。
【請求項７】被描画基板の描画面に、所定の電位を有
する電極を電気的に接続する機構を備えた事を特徴とす
る請求項１、３、又は５に記載のＸ線マスク製造装置。
【請求項８】被描画基板の描画面を、所定の電位に電
気的に接続した状態で電子ビーム描画を行う事を特徴と
する請求項２、４、又は６に記載のＸ線マスク製造方
法。