JP2000306832A

JP2000306832A - 投影リソグラフィシステム用の透過マスク及びマスク露光システム

Info

Publication number: JP2000306832A
Application number: JP2000105774A
Authority: JP
Inventors: Leschner Hans; ハンスレシュナードクター; Haugeneder Ernst; エルンストハオゲネーダードクター; Lutz Joseph; ルッツジョセフ
Original assignee: Ims Ionen Mikrofabrikations Systems GmbH
Current assignee: Ims Ionen Mikrofabrikations Systems GmbH
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】投影リソグラフィシステム用の透過マスクの
熱安定性が改善されたマスク露光システム及び方法を提
供する。【解決手段】成形放射ビーム（ＥＢ）の光路を取り囲
むと共にマスク（ＭＫ）からの熱放射を吸収するための
吸収面を有する放射冷却手段（ＣＬ）と放射シールド手
段（ＲＳ）を設け、該放射シールド手段（ＲＳ）を該マ
スクの動作温度に保持し、該放射シールド手段に該マス
クが露光位置に位置決めされたとき所定の距離（ｄ１）
以内の距離で該マスクに対面する吸収面を設け、該放射
冷却手段（ＣＬ）を該動作温度以下の温度に保持し、該
マスクと反対側に該放射シールド手段（ＲＳ）と近接さ
せて配置し、該マスクが露光位置に位置決めされ該ビー
ムによって照射されたとき該マスクの照射部分（ＲＭ）
に対面する吸収面を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過マスクを相当
大きいエネルギーの成形放射ビームの経路を横切る少な
くとも１つの所定の露光位置に位置決めするための位置
決め手段を具備した投影リソグラフィシステム用マスク
露光システムに関するものである。

【０００２】本発明は、さらに、投影リソグラフィシス
テム用の透過マスク、すなわち相当大きいエネルギーの
成形放射ビームに曝され、ウェーハマスクとして実施さ
れると共にステンシルパターン付きの少なくとも１枚の
マスク膜を有して該マスク膜の厚さがウェーハのバルク
厚さより十分小さい透過マスクに関する。さらに、本発
明は、表面シリコン膜層によって覆われた埋込層を有す
るシリコンウェーハから上記のような透過マスクを製造
する方法に関する。

【０００３】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
デバイスを製造する際に、半導体基板を加工するための
１つの重要なステップとしてリソグラフィがある。リソ
グラフィでは、まず基板、例えばシリコンウェーハにフ
ォトレジストと呼ばれる感光性物質の薄層が塗工され
る。リソグラフィ・イメージングシステムによって、フ
ォトレジスト上に投影ビームによりパターンがイメージ
ングされ、次の現像ステップでフォトレジストの露光部
分または非露光部分の一方が基板から取り除かれる。次
に、基板はエッチング、ディポジション（蒸着等）、ド
ーピング、酸化等のような工程にかけられ、その際基板
上のフォトレジストパターンは処理しないまま残すべき
基板表面上の部分を被覆保護する。フォトレジストを剥
ぎ落とすと、新しい構造を有する基板が残る。この工程
シーケンスを繰り返すことにより、多重構造層が導入さ
れ、半導体超小型回路を形成することができる。

【０００４】投影リソグラフィにおいては、フォトレジ
ストで被覆された基板にイメージングしようとするパタ
ーンは、所望のパターンを有するマスクあるいはレチク
ルを用いることにより作り出される。本願で考える投影
システムの場合、透過マスクのパターンは、投影に使用
されるビームの電磁放射あるいは粒子線に対して透過性
を持つ適切な形状の構造として薄い膜、すなわち数マイ
クロメートル厚の薄膜上に形成される。例えば、ステン
シルマスクでは、これらの構造は膜を貫通する穴として
形成され、対応するビーム部分の通過は全く妨げられな
い。ビームはマスク開口部のみを通って伝達されて、基
板に投影されるビームパターンに成形される。この場合
に主として考えられるリソグラフィビームの放射線は、
１０〜１４ナノメートルの波長を持つ超紫外（ＥＵＶ）
線である。本発明の目的との関連では、軟Ｘ線あるいは
粒子線（例えばイオン）のような投影リソグラフィで使
用される他の形態の放射線を用いることも容易であるこ
とは理解されよう。ジェイ・イー・ビョルクホルム
（Ｊ．Ｅ．Ｂｊｏｒｋｈｏｌｍ）等は、日本真空科学技
術学会会報第８号（１９９０年）（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃ
ｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ８（１９９０）の１５０９〜１
５１３ページに透過マスクを用いたＥＵＶリソグラフィ
装置について記載している。

【０００５】最小のウェーハ・スループットを達成する
には、投影ビームの放射は相当大きいエネルギーを持っ
たものになる。かなりの量の放射エネルギーは、ビーム
照射時に透過マスクに伝達され、その結果マスク膜が加
熱されるということは明らかであろう。最近開発された
ＥＵＶ装置においては、マスク全体を一時に照射するの
ではなく、マスク全面にわたってＥＵＶビームを走査す
るようにしたため、マスク加熱の影響がいっそう悪化し
ている。走査は、マスクを固定位置の入射ＥＵＶビーム
に対して横方向に移動させることによって行われる。基
板は適切な方法でマスク運動に追随させられる。このＥ
ＵＶビームは、僅かに円弧状に変形した細い矩形と表現
することができる細長い形を有する。典型的なビーム幅
が６ミリメートルであるのに対して、ビームフィールド
の長さはマスクパターン・フィールドの一辺に対応して
１０４ミリメートルである。照射時には、マスクを位置
固定の露光ビーム下で機械的に移動させる（走査する）
ことによってマスクパターン全域が露光される。この照
射方法は、対策を講じない限り、透過マスクの横方向に
わたって許容不可能な温度勾配を生じさせることにもな
る。従って、加熱の変動及びその結果起こる膜の応力状
態の時間的・空間的変化がパターン構造に相当大きい歪
みを生じさせることになり得るので、イメージ・プレー
スメントないしは画像投影位置の信頼性に重大な問題が
生じる結果にもなる。

【０００６】ＥＵＶリソグラフィの場合、現在熱の影響
に対処する一般的な方法は、透過型の幾何学的構成によ
ることを止めて、反射マスクを使うことである。１３．
４０ナノメートルの放射線を用いたこの種のＥＵＶリソ
グラフィシステムが、シー・ダブリュー・グウィン
（Ｃ．Ｗ．Ｇｗｙｎ）等によって日本真空科学技術学会
会報第１６号（１９９８年）（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔ
ｅｃｈｎｏｌ．Ｂ８（１９９８））の３１４２〜３１４
９ページに説明されている。ＥＴＳ（「エンジニアリン
グ・テストスタンド」）と呼ばれるこのシステムにおい
ては、投影されるパターンは反射マスクの高反射性表面
層に形成された構造によって形成される。反射マスクの
場合、ステンシル構造化パターンを有する部分を透過マ
スク膜よりかなり厚くすることができ、バルク材料が吸
収熱をうまく逃すのに役立つので、それだけ加熱に関す
る許容範囲を高くすることが可能である。放射線照射の
熱の影響に対する対策については、エス・イー・ジアノ
ウラキス（Ｓ．Ｅ．Ｇｉａｎｏｕｌａｋｉｓ）及びエー
・ケイ・レイ−チャウドゥーリー（Ａ．Ｋ．Ｒａｙ−Ｃ
ｈａｕｄｈｕｒｉ）によって日本真空科学技術学会会報
第１６号（１９９８年）（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｂ８（１９９８））の３４４０〜３４４３ペ
ージに発表されており、十分なマスクの温度安定性を確
保するためには、マスクチャックへの熱伝導による冷却
は十分ではなく、例えば反射マスクの裏面にアクティブ
冷却手段を講じる等、別途の対策が必要であることが明
らかにされている。

【０００７】ＥＵＶ投影システムでは、ＥＵＶビームを
数回反射させるために少なくとも４つのミラーを使う必
要がある。その結果、反射面の反射率に対して高い条件
が要求されることになる。このことは反射マスクについ
ても同様である。例えば上記のＥＴＳシステムの幾何学
的構成においては、６８％以上の反射率が要求される。
そのために、反射面には多層コーティングが用いられ
る。これらのＥＴＳミラー・コンポーネント及びマスク
・コンポーネントで使用されるような多層構造は、単層
の厚さがそれぞれ２．８ナノメートル及び４．０ナノメ
ートルの８１層のＭｏとＳｉの交番積層構造からなる。
ミラー・コンポーネント及び反射マスクには精緻な光学
的性質が必要なため、多層系における欠陥密度は層構造
全体を通して非常に低くなければならず、そのために反
射マスクの製造コストが大きく増大する。反射マスクの
もう１つの短所は、入射ビームの約６８−７９％しか反
射されないので、照射ビームエネルギーの全部が基板の
露光のために使用されるわけではないということであ
る。

【０００８】従って、本願出願人は、再度透過型の幾何
学的構成を使用することを思い立った。ステンシルマス
クの場合、情況は反射マスクシステムの場合よりなお悪
いように思われる。照射中の透過マスクを安定させるた
めには、米国特許第４，９１６，３２２号に冷却面をマ
スク露光ステーションに近接させ、ビームの光路を取り
囲むように配置した構成が提案されている。冷却面をマ
スク露光ステーションの視野内に配置し、冷却面の温度
をマスクの温度以下に保つことによって、ビームによる
マスクへのエネルギー堆積をマスクから冷却面への熱放
射によって補償することができる。しかしながら、ＥＵ
Ｖ装置で使用する場合、この形態の冷却面による放射冷
却は透過マスク膜全面にわたって温度安定性を確保する
には不十分であり、特にＥＵＶビームの走査時にマスク
に生じる大きな温度勾配との関係では不十分と思われ
る。

【０００９】透過マスクを周知のＥＵＶテスト透過シス
テムの一つに匹敵するＥＵＶシステムで使用する場合、
温度変動は反射マスクの場合よりいっそう大きくなる。
その主な理由は、透過マスク膜では、同等の反射マスク
の吸収熱量に匹敵する熱量を反射マスクより格段に小さ
い厚さで吸収しなければならないということである。走
査時にＥＵＶステンシルマスクに生じる温度勾配は相当
大きく、そしてマスクの領域及びその周囲の領域内に閉
じ込められる。マスク全面にわたっての温度差は絶対温
度で数度（Ｋ）の範囲であった。ＥＵＶステンシルマス
クの最高温度は、米国特許第４，９１６，３２２号で提
案されているような放射冷却方法を使用して制御するこ
とができるが、ＥＵＶビーム幅が小さいために温度勾配
はそれほど大きくは変わらないと考えられる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、透過マ
スク、特にステンシルマスクをＥＵＶ線のような高エネ
ルギー放射ビームを用いる投影リソグラフィシステムで
使用するために熱的に安定させる方法を提供することに
ある。熱的な変動は、一時にマスクの一部だけを照射ビ
ームで照射する場合でも小さく、すなわち１Ｋより十分
低く保つべきである。

【００１１】この目的は、本発明の第１の態様にあって
は、冒頭に述べたマスク露光システムに、該ビームの光
路を取り囲むと共に該マスクからの熱放射吸収用の吸収
面を有する放射冷却手段及び放射シールド手段を設け、
該放射シールド手段が該マスクの動作温度に保持される
と共に、該マスクが露光位置に位置決めされたとき所定
の距離以内で該マスクと対面する吸収面を有し、該放射
冷却手段が、動作温度以下の温度に保持されると共に該
マスクと反対側に該放射シールド手段と近接させて配置
され、該マスクが露光位置に位置決めされ該ビームによ
って照射されたとき該マスクの照射部分に対面する吸収
面を有することを特徴とする構成によって達成される。

【００１２】このような異なる温度レベルの吸収面の組
合せによって、透過マスクの照射部分に著しく大きい冷
却効果が与えられる。このように、米国特許第４，９１
６，３２２号に記載された構想に基づいた本発明によれ
ば、明確に画定されたマスクの各部に対して特定的な冷
却が確保される。放射シールドは、マスク膜全体につい
て熱的安定化状態を保つためマスクの動作温度に保持さ
れる。放射シールドは、その位置がマスクと放射冷却手
段との間にあるため、多くの箇所でマスクを放射冷却手
段から遮る。しかしながら、放射シールドは、マスクの
照射部分の放射場が放射冷却手段に到達するのを妨げる
ことはない。放射冷却手段は放射シールドの温度より十
分低い温度に保持され、従ってマスクの照射部分に比較
的強い冷却作用を及ぼして、この領域の加熱効果を相殺
させる。

【００１３】好ましくは、放射冷却手段と放射シールド
手段は、ビームの反射成分を処理する必要のないビーム
方向に見て露光位置の後に配置される。マスクからの大
量の熱放射が確実に吸収されるようにした本発明による
マスク露光システムの別の態様においては、放射シール
ド手段は露光位置に面しかつ該ビームの光路を取り囲む
フラットプレートとして形成された放射シールドよりな
る。それが適切な場合、フラットプレートはビーム用の
開口部を設け、その開口部の縁部をプレートの平面から
露光位置に向けて突出させたものであってもよい。

【００１４】同様に、マスクの照射部分の放射冷却を効
果的なものにするためには、放射冷却手段は、放射シー
ルド手段によってカバーされない視野のセクタ領域に対
して、露光位置に位置決めされた透過マスクの照射部分
の視野の大半をカバーするようにすると有利である。こ
こで、「視野」という用語は、透過マスクが露光位置に
位置決めされ、該ビームによって照射されたとき、透過
マスクの照射部分から放射冷却手段が配置された側のマ
スクの面へ放射される放射場を意味するものとする。好
ましくは、放射冷却手段は、露光位置に対面しかつ該ビ
ームの光路を取り囲む球形、円筒状、あるいは円錐形の
凹形吸収面とすることができる。

【００１５】本発明の一実施例においては、放射シール
ド手段は、露光位置に平行に配置されかつ該ビーム用の
第１の開口スロットを有するフラットプレートとして形
成された放射シールドよりなり、放射冷却手段は、軸が
該ビームの光路と交わると共に露光位置及び該第１の開
口スロットと平行に配向された円柱セグメント状に成形
された凹形吸収面よりなり、放射冷却手段の凹形吸収面
は該ビーム用の第２の開口スロットを有し、両方の該開
口スロットの形状は、マスクの放射場をできるだけ多く
カバーしつつ透過ビーム（あるいは、場合によっては入
射ビーム）を妨げることなく通過させるために、それぞ
れのスロット位置の貫入ビーム全体を通過させるように
形成される。

【００１６】マスクの走査と共に上記のような細長い断
面のビームを使用するリソグラフィシステムでは、放射
冷却手段及び放射シールド手段は、好適には、例えばほ
ぼ矩形の細長い断面を有するビーム光路用の細長い開口
スロットよりなり、該スロットはビーム断面の幅に適合
した幅を有する。

【００１７】この装置は、「過冷却」されたマスクの領
域を補償するために、該マスクが露光位置に位置決めさ
れたとき、熱線ないしは熱放射ビームを発生し、該マス
ク上の特定のスポットを照射するよう指向される熱放射
手段を具備した構成とすることもできる。

【００１８】前述の本発明の目的を達成するためには、
マスク膜が、該ビームに露光される前面側あるいは裏面
側にある例えば多層コーティングの高反射性コーティン
グとして形成された表面層よりなる最初に述べたような
種類の透過マスクが特に好適である。この反射コーティ
ングは、５０％以上の高い反射率を有し、入射する放射
線の大半の部分の吸収を阻止するので、透過マスクを熱
的に安定させるのに役立つ。そのために、反射コーティ
ングは膜の照射ビームが当たる側の面に設けられる。Ｅ
ＵＶシステムのミラー・コンポーネント及び反射マスク
で使用される多層コーティングとは対照的に、この場合
に使用される反射コーティングは高反射率という条件を
満たすだけでよい。透過型構成では、ビームの反射分は
使用しないので、欠陥密度が低いという条件は不必要で
ある。

【００１９】本発明による透過マスクにおいては、マス
ク膜の高反射性コーティングと反対側の表面に低応力カ
ーボンコーティングを施すと効果的である。このカーボ
ンコーティングは、熱を放射シールド及び冷却手段に向
けて放射する高放射率の表面として作用する。

【００２０】好ましくは、パターン開口部は、照射ビー
ムの側壁沿いの反射あるいは散乱を避けるために、ビー
ム方向に関して逆行状とする。本発明による透過マスク
の製造方法は、厚さ１０マイクロメートル以下のシリコ
ン膜層によって被覆された埋込層を持つウェーハブラン
クを出発材料とし、下記のステップを具備したものであ
る：ａ）シリコン膜層上に例えば多層コーティングの高反射
性コーティングをディポジション法により形成する、ｂ）該高反射性コーティングがある側のウェーハ面上に
ハードマスク層を形成する、ｃ）該ハードマスクを構造化する、ｄ）ハードマスクの構造内部を通してエッチングするこ
とにより高反射性コーティング及びシリコン膜層を構造
化する、ｅ）ウェーハの高反射性コーティングのある側と反対の
バルク面側から少なくとも１つのあらかじめ設定された
窓領域内でストップ層までウェーハをエッチングする、ｆ）ハードマスクを除去し、該窓領域中のストップ層を
エッチングする。

【００２１】好ましくは、上記のカーボン層を得るため
に、さらに別途のステップ（ｇ）を加える：ｇ）少なくとも該窓領域の範囲内でウェーハの高反射性
コーティングと反対側の面に低応力カーボン層をディポ
ジションによって形成し、（ステンシル）構造の開口部
内に堆積したカーボン材を除去する。

【００２２】ステップ（ｄ）では、少なくともシリコン
膜のステンシル構造化は逆行状エッチ側壁を作り出す反
応性イオンエッチング法を使用して行うことが効果的で
ある。

【００２３】ステップ（ｅ）で逆方向に窓を形成するた
めには、ステップ（ｅ）までに窒化ケイ素層あるいは酸
窒化膜層を該ウェーハのバルク面側にディポジションに
よって形成し、少なくとも１つのあらかじめ設定された
部分は該窒化ケイ素層や酸窒化膜層を形成しないまま残
すよう構造化し、該部分で少なくとも１つの逆方向の窓
を形成し、ステップ（ｆ）で該窒化ケイ素層あるいは酸
窒化膜層の残りの部分を除去するという方法が好適であ
り好ましい。

【００２４】好適には、シリコン酸化膜層が表面シリコ
ン膜によって覆われた「シリコン・オン・インシュレー
タ（ＳＯＩ）」ウェーハをウェーハブランクとして使用
し、またシリコン酸化膜層をステップ（ｅ）のストップ
層として使用する。

【００２５】もう１つの製造プロセスの好ましい態様は
いわゆる「スマート・カット・プロセス」を利用するも
ので、埋込層がイオン、例えば水素イオンの照射によっ
て形成されるシリコンウェーハから作られたウェーハブ
ランクを出発材料とし；上記ステップ（ａ）の後、ウェ
ーハブランクを第２のウェーハに接着すると共に埋込層
に沿って劈開し、第２のウェーハについて後続の各ステ
ップを実行する。このようにして、第２のウェーハには
前記態様の場合と同様に反射層とシリコン膜層が形成さ
れるが、ただしその順序は逆になる。

【００２６】以下、本発明をＥＵＶ投影リソグラフィ装
置で透過マスクとして用いられるステンシルマスクの熱
的安定化に関連した実施例によって添付図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるＥＵＶ透過
型装置ＥＡの第１の実施例の縦断面図を示す。この装置
構成では、ＥＵＶビームはステンシルマスクＭＫを垂直
下方に貫通し、ステンシルマスクはマスク露光ステーシ
ョンＳＮに水平に保持されて、その上面がＥＵＶビーム
によって照射される。この断面図は、ビームＥＢの中心
軸に沿って示されており、ＥＵＶビーム断面の長軸ある
いは、同じことであるが、冷却シリンダ（下記参照）と
平行な方向に見るようになっている。図示のＥＵＶ装置
ＥＡの構成は、Ｃ・Ｗ・グウィン等のＥＴＳ装置の構成
と同等のものであり、ＥＵＶビームＥＢを発生させるた
めの照射システムＩＬ、マスクＭＫを照射のために適切
な位置に位置決めするマスクステーションＳＮ、透過マ
スクパターンの縮小画像を基板ＳＵに投影する機能を有
する光学系ＯＰ、及び基板を位置決めするための基板ス
テージＳＳが具備されている。もちろん、ここでは透過
マスクが使用されるので、照射システムは、Ｃ・Ｗ・グ
ウィン等の場合とは上下逆向きにマスクステーションの
上方に配置されている。照射の前後及び照射中における
マスクＭＫの位置決め及び移動はマスクステーションＳ
Ｎによって行われる。マスクＭＫの走査運動は図１に矢
印で示すように横方向に行われる。この図では、マスク
は、全走査運動幅の４分の１を走査した後の位置が示さ
れている。走査中、マスクＭＫは、以下まとめて露光位
置と称する一連の位置列を通って逐次移動される。一
方、基板ＳＵは縮小光学系ＯＰの結像特性ないしはイメ
ージング特性に対応した仕方で動かされる。

【００２８】本発明によれば、マスク露光ステーション
ＳＮは、マスクを熱的に安定化するための機構ＴＡを具
備する。熱または温度安定化機構ＴＡは、マスクＭＫの
下方でビームＥＢの光路に関して固定位置に配置された
放射シールドＲＳ及び冷却シリンダＣＬを具備する。こ
の幾何学的構成の目的は、ＥＵＶビームＥＢによる照射
より生じるマスクの熱入力とマスクから出る熱放射との
間の平衡を得ることである。図示の実施例においては、
熱安定化機構ＴＡは、要素ＲＳ、ＣＬで構成され、これ
らの構成は、それだけでもマスクの十分な熱的安定化を
達成できることが明らかになったため、ステンシルマス
クＭＫの下側にだけ配置されている。通常は、これは、
照射ＥＵＶビームの反射部分に伴う複雑な問題が回避さ
れるので、望ましい構成であろう。しかしながら、他の
実施例においては、本発明による熱的安定化のための構
成要素は、マスク下側の要素に代えてあるいはマスク下
側の要素と共にマスクの上側に置くこともできる。

【００２９】図２及び３は、温度安定化機構ＴＡをより
詳細に示したものである。図２は縦断面図を示している
のに対し、図３は、マスクを下から見た安定化機構ＴＡ
の下面図（図３ａ）、及び図２、図３ａと直角な方向に
見た側面図（図３ｂ）を示す。構成ＴＡは、放射シール
ド手段ＲＳ及び放射冷却手段ＣＬで構成され、放射冷却
手段は、この実施例におけるその内面の形状から、以下
冷却シリンダと称する。温度安定化要素ＲＳ、ＣＬは、
好ましくはマスクステーションＳＮのフレームＦＲに固
定される。これらの安定化要素は、明確に設定された範
囲の温度に保持するために冷媒供給管路ＬＩを介して冷
却コントローラ（図示省略）接続された冷却コンジット
を具備する。図を見やすくするために、図３では安定化
機構ＴＡの取付け手段は図示省略されている。放射シー
ルドＲＳはマスクの動作温度に保持されるのに対して、
冷却シリンダＣＬはこの動作温度より十分低い冷却温度
に保持される。温度安定化要素ＲＳ、ＣＬ中に十分な熱
伝導を確保するため、高い熱伝導率のバルク材、例えば
拡散によるＥＵＶ装置及び基板の汚染を避けるためにメ
ッキされた銅（例えばＴｉＮメッキ）が用いられる。

【００３０】放射シールドＲＳの主用部分は、例えば矩
形寸法で、その長辺がＥＵＶビームＥＢの断面長軸と平
行に走るプレートＲＰとして成形される。特に図２にお
いて、矩形のプレートＲＰの長い方の２つの縁部は補強
されると共に、冷却チャンネルが設けられた２つの畦部
ＲＧを形成する。これらの畦部間の部分では、放射シー
ルドプレートＲＰは例えば数１０分の１ミリメートルと
いうように比較的薄くなっている。放射シールド部分の
中心部には、ＥＵＶビームがそこを通過することができ
るように細長い開口部ＳＰ（「第１の開口スロット」）
が設けられている。開口スロットＳＰの形状は、長さが
幅の数倍である矩形にほぼ嵌り込むような形状を持つＥ
ＵＶビームＥＢの断面と対応関係にある。（前述のＥＴ
Ｓテストシステムでは、通常「三日月形」と説明されて
いるビーム形状は、断面長軸からほんの数ミリメートル
ずれるよう矩形状から僅かに曲げられている。）以下の
説明、特に図面においては、断面は矩形として扱う。開
口スロットの形状はＥＵＶビームの実際の形に適合した
形にするということは理解されよう。第１の開口スロッ
トＳＰの幅ｗｓは、透過ビームが妨げられることがない
ようにするために、ビーム幅と等しいか、これよりやや
大きい。これは、この明細書の序部の記載から明らかな
ように、透過ビームは基板の露光のために使用され、そ
のためにステンシルマスク通過後におけるビームエネル
ギーの減少はどんなに小さくても避けなければならない
からである。同様に、開口スロットＳＰ長さはビームＥ
Ｂの長径と等しいか、あるいはこれよりやや大きい。上
記のＥＴＳシステムのＥＵＶビームの仕様を引き継いだ
典型的な構成においては、開口スロットの幅ｗｓは６ミ
リメートルであり、長さは１０４ミリメートルである。

【００３１】図２から明らかなように、第１の開口スロ
ットＳＰの縁部（すなわちスロットＳＰを形成する放射
シールドプレートＲＰの内縁部）は、放射シールドプレ
ートＲＰの平面からマスクＭＫに向けて隆起状をなし、
ＥＵＶビームを取り囲むネック部ＮＫを形成する。この
独特の幾何学的構成によれば、放射シールドの下側に置
かれた冷却シリンダに関して、ビームにより照射されな
いマスクの部分が確実に放射シールドＲＳによってカバ
ーされる。従って、この部分は冷却シリンダＣＬよりむ
しろ放射シールドＲＳへの放射冷却によって冷却される
ことになる。他方、放射シールドの本体部分には、マス
ク膜ＭＭの平面の下方に延びるある有限高さを持つマス
ク機構が走査プロセスの間に移動できるだけの十分なス
ペースが設けられている。ステンシルパターンが形成さ
れ、基板にイメージングされることになるマスク膜のフ
ィールドは、図３ａにクロスハッチングにより示されて
いる。図１に示す構成では、マスクは静電作用によって
マスクフレームにクランプされるので、下方高さはステ
ンシルマスクＭＫとして用いられるウェーハの厚さと実
質的に同じである。

【００３２】放射シールドＲＳあるいは、この実施例の
場合におけるように、シールドネックＮＫはステンシル
マスクＭＫに対して距離ｄ１以内に保持される。この距
離ｄ１及びプレートＲＰより上の縁部ＲＥのネック高さ
ｈ１は、放射シールドＲＳの存在がマスクＭＫの走査運
動を妨げないように選択される。この条件の範囲内で、
放射シールドＲＳはできるだけマスクＭＫの近くに配置
される。距離ｄ１は０．２ミリメートル以下、例えば、
０．１ミリメートルあるいは５０マイクロメートルとい
うように非常に小さくすることができるが、ネック高さ
ｈ１はマスク厚さに安全のための余裕値、例えば３０％
を加えた大きさになる。図１で、ｄ１とｈ１は他の部分
と一定の比例関係で描かれたものではない。放射シール
ドの主目的は、ＥＵＶビームによって影響されないマス
クの部分の温度を安定させることである。そのために、
放射シールドは、ステンシルマスクの動作温度に保持さ
れ、該動作温度は好ましくは「室温」３００Ｋである。
マスクＭＫから放射シールドＲＳへの熱の移動は熱放射
によって行われる。最適な熱交換を確保するために、マ
スクＭＫに面する放射シールドの表面は高放射率の吸収
性コーティング、例えばカーボンコーティングで被覆さ
れる。放射シールドＲＳでは、熱移動は、前に述べたよ
うに、熱伝導及び外部冷却によって行われる。ここで、
マスク内部についても、熱伝導は放射冷却効果と比較し
て有意度は小さいが、無視できないということに留意す
るべきである。

【００３３】図１に示すＥＵＶ装置でマスクを交換する
ときは、マスクを横方向に移動させて露光フィールド外
に出すための十分なスペースを得るために、少なくとも
ネックＮＫの高さｈ１の垂直変位量だけマスクを上方に
動かす必要がある。マスクの横移動だけではなくｚ軸
（マスクに直角な軸）沿いの移動も可能なように設計さ
れたマスクステーションは当業者にとって周知であり、
ここでは説明を省略する。もちろん、マスク交換は別の
方法で行うことも可能であり、例えば、温度安定化機構
ＴＡをマスクの「邪魔にならない位置まで」垂直移動さ
せようにしてもよい。この態様では、マスクステーショ
ンはマスクの横移動が可能でありさえすればよく（いわ
ゆるｘ‐ｙステーション）、温度安定化機構は垂直移動
ができるようにしてマスクステーションに取り付けられ
る。

【００３４】冷却シリンダＣＬの主な目的は、マスクＭ
Ｋの照射部分ＲＭ、すなわちビームＥＢによって瞬間的
に照射されるマスクＭＫの領域を冷却する手段を講じる
ことにある。図２から明らかなように、放射冷却手段Ｃ
Ｌは、中空シリンダセグメント、あるいはより正確には
両端部をほぼ半円形の側面によって閉じられた中空半円
柱として形成された内面を具備する。その内径ｒｃは、
放射シールド手段によってカバーされない視野のセクタ
領域に関して露光位置に位置決めされた透過マスクの照
射部分の視野が十分カバーされるように適切に選択され
る。ここで、「視野」という用語は透過マスクが露光位
置に位置決めされ、該ビームによって照射されたとき、
透過マスクの照射部分から放射冷却手段が配置された側
のマスクの面（すなわち、この場合は下側の半球）へ放
射される放射場を意味するものとする。冷却シリンダの
内面は、側面の内面を含めて吸収性コーティングで被覆
されている。冷却シリンダの長さはＥＵＶビームの断面
の長軸より大きくするべきである。この実施例では、１
２４ミリメートルの円柱長さが選択された。放射シール
ドと同様に、冷却シリンダはビームＥＢのための細長い
開口部ＳＣ「第２の開口スロット」）を有する。この第
２の開口スロットＳＣの幅は、以下に述べる理由によっ
てビーム幅と同じか、これより僅かに大きくする。しか
しながら、以下にさらに詳しく説明するように、開口ス
ロットＳＣの長さは少なくとも放射シールドＲＳにおけ
る第１の開口スロットの長さ以上とする。冷却シリンダ
ＣＬは、放射シールドの下方でこれから僅かな距離ｄ
２、例えば０．１ミリメートルの位置に配置される。図
１では、この距離はやはり他の部分と一定の比例関係で
描かれてはいない。この幾何学的構成によって、円柱Ｃ
Ｌの軸はほぼビームＥＢによって照射される領域の長軸
と一致し、冷却シリンダの内側の吸収面の全ての面素が
照射部分ＲＭからほぼ同一距離に配置される。

【００３５】ここで、内面の形状は本願記載の実施例の
ように必ずしも円筒状である必要はなく、例えばビーム
の断面形状によって、球形、円錐形、さらには箱形とす
ることもできる。同様に、開口スロットＳＰ、ＳＣの形
状はビームの断面に適合した形にし、例えば円形ビーム
の場合は円形状とすることもできる。

【００３６】放射シールドＲＳの外形寸法は、少なくと
もＥＵＶビームＥＢの幅ｗｓ、好ましくはビーム幅ｗｓ
の倍数の照射部分の縁部から遠ざかる向きに測定してあ
る半径方向の距離まで、照射部分ＲＭの周りのマスク部
分をカバーするように選択される。いずれの場合も、放
射シールドＲＳの寸法及び形状は、照射部分ＲＭを除い
て、放射冷却手段ＣＬとマスク膜との間の全ての放射結
合を効果的に遮るよう選択される。放射シールドの総面
積は、図４ａの概略分解斜視図のようにマスクＭＫの総
面積（この場合、長さで１２６ミリメートル）と同じに
することもでき、図示の場合は、要素ＲＳ、ＣＬの吸収
面のみが示されており、これらの要素間の距離は大きく
拡大されている。一実施態様においては、放射シールド
ＲＳは直径をより大きくすることもでき、あるいは走査
運動方向に沿って横方向に拡張された形状にすることも
できる。

【００３７】冷却シリンダＣＬは、外部冷却によってス
テンシルマスクＭＫの動作温度以下の温度に保たれる。
冷却シリンダ温度を変化させた場合のマスク上の熱分布
への影響、引いては熱的安定化に対する影響を求めるた
めに、有限要素計算を行った。

【００３８】この有限要素シミュレーションでは、いく
つかの仮定を行うことにより計算を簡単化した。まず、
安定状態分析を行うことができるように、マスクの走査
は無視した。このことは、ほぼ完全なエネルギー平衡を
達成することができるならば、熱分布を知るという問題
はほとんど時間に従属しないので、正当化される。幾何
学的構成は前に述べた仕様条件に基づいて選択された。
このシミュレーションに関しては、マスクに対面する部
分の冷却要素の面について考慮するだけで十分であっ
た。以下に詳細に説明するように、マスク膜は下面（入
射ビームから遠ざかる方向を向いた面）に冷却シリンダ
に向けて下方に熱を放射するε＝０．６の放射率を持つ
カーボン層で被覆されるものと仮定する。マスクの上面
は、放射率がほぼゼロに近い高反射性の材料で形成され
る。従って、上面からの熱放射は無視される。マスクの
外径部分は、チャック冷却の効果に対応して、３００Ｋ
の一定温度に保たれる。放射シールドＲＳ及び冷却シリ
ンダＣＬの吸収面については放射率ε＝１と仮定する。
放射熱交換の計算は、熱放射により生じる熱流速ｑに関
する周知の法則、すなわち、ｑ＝σｆ（εＴ４−ε₀Ｔ₀
４）基づいて行った。式中、σはステファン−ボルツマ
ン（Ｓｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ）定数、ｆは関
係する面素の幾何学的向きに関する視野係数ないしは視
野係数、εは冷却要素の放射率、Ｔは温度である。ま
た、添え字０は冷却要素（それぞれの場合に応じて、放
射シールドまたは冷却シリンダに属する）を指す。冷却
シリンダをシェル要素でモデル化することができるよう
に、シリンダの各面の片面だけからの放射ついて考察し
た。放射シールドＲＳはマスク膜ＭＫとの放射熱交換作
用を持続し、３００Ｋの一定動作温度に保たれる。冷却
シリンダＣＬの吸収面は、マスクＭＫに直角な側面ＣＦ
及びシリンダの曲面ＣＶと共に、放射冷却の大半を受け
持つ。冷却シリンダＣＬは、マスクの照射部分ＲＭと放
射熱交換作用を持続し、以下冷却温度と称する一定温度
Ｔ_CLに保たれる。毎時１０．９個のデバイスウェーハを
露光するには通常２６９ミリワットのＥＵＶビームエネ
ルギーが必要なので、マスクによって吸収されるエネル
ギーは、マスク上面におけるステンシルパターンの空隙
率を５０％、反射性物質の反射率を７０％と仮定して、
８０．７ミリワットに相当する。そのために、マスクＭ
Ｋの６ｍｍ×１０４ｍｍのフィールドＲＭに対して熱流
速ｑ_EUV＝１２．９３ｍＷ／ｃｍ２が供給される。マス
クＭＫのシリコン膜については、１５０ワット／ｍ・Ｋ
の熱伝導率を使用する。

【００３９】図４ａに示す吸収面の幾何学的構成の有限
要素モデルを用いて、ある冷却温度範囲についての計算
結果が得られた。図４ｂは、冷却温度２４６Ｋの場合の
この幾何学的構成によるステンシルマスク膜の温度分布
を図解したものである。また、膜の温度分布の幅、すな
わち最低温度と最高温度との差が、冷却温度Ｔ_CLの関数
として図５に示されている。温度分布の幅が最小となる
最適冷却温度は２４６Ｋであり、これに対応するマスク
膜中の温度幅は０．２８３Ｋである。

【００４０】図４ｂから明らかなように、等温線は照射
部分の外側の部分ではカッシニアン楕円に類似してい
る。照射部分に対応する部分では、冷却シリンダによっ
て付加された冷却により温度が周囲に対して抑えられて
いる。図４ａに示す装置の幾何学的構成では、照射領域
の端部の近くで冷却の「オーバーシュート」が見られ
る。温度分布を改善するために、冷却シリンダの幾何学
的構成を最適化する試みがなされた。冷却シリンダＣＬ
のスロットの端部における冷却強度を小さくするため
に、幅ｗｓを６ミリメートルに保ったままスロット長さ
を大きくした。

【００４１】図６ａは、冷却シリンダＣＬの開口スロッ
トＳＣを曲面ＣＶの縁部まで延ばした形状構成を示す。
実際、図４と比較して、冷却強度はＥＵＶビームの端部
近くで減少する。最適冷却温度はやはり２４６Ｋであ
り、図６ｂの温度分布が得られる。図６のこの形状構成
における膜中の温度幅は０．１９３Ｋである。

【００４２】マスク膜における温度幅をさらに減少させ
ることが確認されたもう一つの態様としては、図７ａに
示すように、冷却シリンダの側面ＣＦの側面の半ばまで
開口スロットＳＣを切成することが可能である。この形
状構成の場合、最適温度は２４５Ｋであり、その結果生
じる温度分布は図７ｂに示されている。膜中の温度範囲
の幅は０.１２４Ｋである。この冷却機構の幾何学的構
成によって図１乃至３の装置は実施される。

【００４３】しかしながら、冷却シリンダの開口スロッ
トＳＣをさらに長くすることを続けても、最大温度差を
さらに低減することにはつながらない。スロットが側面
の全長にわたって延び、事実上冷却シリンダを別個の２
つの部分に切断する図８ａに示す形状構成では、温度幅
が０.２５６Ｋに増大する。この場合、温度分布（図８
ｂ）は、照射フィールドの中心部で最低温度の範囲が広
いことを示している。

【００４４】図４乃至８を参照して上に説明した温度分
布の計算は、適切な冷却方式はステンシルマスクの温度
上昇を適切に低いレベルに保つことができるということ
を示している。図７に示す冷却のための幾何学的構成を
有する安定化機構ＴＡは、マスク膜の最大温度差が０.
１２４Ｋになる。しかしながら、上に説明した計算の最
も重要な結果は、マスクＭＫの照射部分ＲＭの端部近く
の効果が重要であり、これはビーム幅に関して開口スロ
ットＳＣの長さを大きくすることによって補償すること
ができるということである。上記の全ての幾何学的構成
において、ＥＵＶビームは冷却シリンダＣＬによって取
り囲まれるようになっている。本願で使用する「取り囲
む」という用語は、開口部が１つ以上の特定の方向に関
して放射冷却手段ＣＬあるいは放射シールド手段ＲＳの
外縁部まで延びる可能性を除外するものではないことは
指摘しておくべきであろう。

【００４５】例えば上記のＥＴＳシステムで通常行われ
るように、入射ビームＥＢが３０００乃至６０００ヘル
ツのパルス周波数でパルス駆動される場合、１パルスに
よって膜に注がれる平方単位当たりの許容エネルギーは
膜の厚さ（平方単位の熱容量）及び時間の関数としての
温度の許容変動によって制限される。その結果、ビーム
ＥＢのパルス周波数は平均加熱強度によって決まる最小
値より高くするべきである。計算によって、平均加熱強
度が２０ｍＷ／cm２でシリコン膜の厚さが３マイクロメ
ートルの場合、時間の関数としての温度変動は、パルス
周波数が８００ヘルツ以上ならば０.０５Ｋ以下である
ことが証明されている。商用ＥＵＶ投影用途におけるパ
ルス繰返し周波数はこの値より十分高いと考えられるか
ら、マスクの温度変動へのパルス駆動ビーム加熱の影響
はこの際無視することができる。

【００４６】本発明の一実施態様においては、ここで説
明する場合では照射部分の端部で生じる「オーバーシュ
ート」冷却の領域における冷却余剰分を補償するため
に、ステンシルマスクの１つ以上の所定の部分に追加の
熱放射を供給ことができる。例えば図１乃至３の装置の
幾何学的構成では、あらかじめ設定されたサイズと強度
を持つ４本の補助熱放射ビーム、例えば赤外線レーザビ
ームＬＬを温度分布が最低温度を示すマスクの部分、例
えば図７ｂの４つの最低温度点に向けて照射することが
できる。放射強度は、温度、例えばマスクの照射フィー
ルド中の温度を上昇させるように選択される。また、補
助ビームも照射フィールドＲＭに沿って走査することが
でき、それによって導入される熱の量はマスク上におけ
るビームの強度及び／または速度を調整することによっ
て制御される。ビームは、図３に示す温度安定化機構の
側面図に示すように、それぞれの場合に応じて、温度安
定化機構ＴＡの下及び／または上から開口スロットＳ
Ｃ、ＳＰを通して照射される。ステンシルマスクの下面
は、高放射率コーティング、例えばカーボンコーティン
グで被覆されていて、入来放射を大量に吸収するから、
照射は、好ましく下方から行うようにする。

【００４７】図１２は、上記の温度安定化機構ＴＡに適
するステンシルマスクＭＫ（図１２、１３）を製造する
ための製造プロセスを図解したものである。この図に
は、製造プロセスの逐次ステップ１乃至１３に従って処
理されるウェーハの縦断面図が示されている。この製造
プロセスは、「シリコン・オン・インシュレータ」ウェ
ーハ（ＳＯＩ）をベース材料として使用する。イオンビ
ーム・リソグラフィ用のステンシルマスクを製造するた
めの同様のプロセスがＪ・ブッツシュケ (J. Butschk
e)等によってＧＭＭ会議会報「１９９８年度集積回路及
びマイクロコンポーネントのためのマスク技術」（ＧＭ
Ｍｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
”ＭａｓｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＩｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＭｉｃｒ
ｏ−Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ’９８”）、ＶＤＢ−Ｖｅ
ｒｌａｇ（Ｂｅｒｌｉｎ）、２９〜３８ページ（１９
９８年１１月１６、１７日ミュンヘン（ドイツ）で開催
されたＧＭＭ会議）に発表されている。なお、この発表
の論文の内容は参照によって本願に援用される。

【００４８】図１２に示す製造プロセス用のベース材料
は厚さ６７５マイクロメートルのＳＯＩウェーハブラン
クである（図１２.１）。ウェーハブランクＷＢは、３
マイクロメートルの厚さの表面シリコン膜層ＳＭと、２
００ナノメートル乃至４００ナノメートルの厚さの埋込
シリコン酸化膜層ＯＸを有する。埋込酸化膜層の上にあ
る薄いシリコン層ＳＭは、製造後に膜（図１２.１３）
となり、これによって製造されたマスクの厚さ、熱伝導
率及び応力のような全ての最終特性が決定される。その
ために、この層ＳＭの性質は非常に重要である。ステン
シルマスクのベース材料としてＳＯＩウェーハを用いる
利点の１つは、ステンシルトレンチ・エッチングステッ
プ及び膜エッチングステップ（下記参照）のためのスト
ップ層の役割を果たす絶縁体層になるということであ
る。

【００４９】シリコン膜層ＳＭに高反射性コーティング
ＭＬが形成される（図１２.２）。このコーティング
は、５０％より十分高い反射率を持ち、これは、例え
ば、約４０６ナノメートルの厚さのＭｏ／Ｓｉ多層積層
膜であってもよいが、前述のＥＵＶミラー・コンポーネ
ントの場合ように精緻な品質のものである必要はない。
既に述べたように、反射層ＭＬの目的は、これがなけれ
ばマスクに吸収されるはずのＥＵＶ入射ビームの部分を
反射し返すことである。反射ビームは、イメージング品
質に関する何らかの条件を満たす必要はない。

【００５０】次のステップ（図１２.３）では、窒化ケ
イ素層ＳＮがウェーハの裏面（「下面」）にディポジシ
ョン法によって形成され、１つ以上の窓ＢＷを形成する
ようエッチングされる。この層ＳＮの厚さは通常約２０
０ナノメートルとすることができる。裏面の窒化ケイ素
層ＳＮの助けを借りて画定されるこれらの窓は、後の膜
エッチングステップ（図１２.１１）で、ウェーハバル
ク材をエッチングして、自立ステンシル膜を残すための
領域として用いられる。ここで、反射コーティング形成
直後に窓画定のプロセスステップを行う必要はないこと
を指摘するべきであろう。どちらかと言うと、これはプ
ロセスフロー内で膜エッチングステップより前の都合の
良い任意の時点で行えばよい。

【００５１】ハードマスクＨＭ（図１２.４）は、反射
層ＭＬ上に形成される。ハードマスクＨＭは、例えば
１.０マイクロメートル厚のＰＥＣＶＤプロセスにより
ディポジション法によって得られる応力補償酸窒化膜層
ＳｉＯ_xＮ_yとして形成される。

【００５２】次に、このハードマスクＨＭはフォトレジ
スト層ＰＨを用いる周知のリソグラフィプロセスによっ
て構造化されるが（図１２.５〜８）、その際まずフォ
トレジスト層ＰＨは電子ビーム・ダイレクトライター
（直接描画装置）によって露光され（図１２.５）、現
像される（図１２.６）。レジストパターンは、例えば
ＣＨＦ₃／Ｏ₂プラズマによる反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）を用いてＳｉＯ_xＮ_yハードマスク層ＨＭ′に
転写される（図１２.７）。その後、レジストはＯ２プ
ラズマで除去される（図１２.８）。

【００５３】次の２つのステップ（図１２.９及び１２.
１０）では、ハードマスクを用いて反射層ＭＬ及びシリ
コン膜層ＳＭのトレンチエッチングが行われる。トレン
チエッチングには周知のＲＩＥプロセスが使用される。
ＥＵＶビームによる照射時に側壁でのイオン散乱を避け
るために、シリコン膜ＳＭ′中のステンシル構造は好ま
しくは照射ビームに関して逆行状となるように成形され
る。これはＳＦ₆／Ｏ₂剤を用いてＲＩＥプロセスにより
行うことができる。

【００５４】膜層ＭＬ′、ＳＭ′の構造化の後、膜エッ
チングが行われる（図１２.１１）。膜エッチングは、
周知のウェーハ湿式エッチング法を用いて、あらかじめ
設定された窓領域ＢＷ内でシリコン酸化膜層ＯＸに達す
るまで行われる。最後のステップ（図１２.１２）で
は、残りのハードマスク層ＨＭ′、シリコン酸化膜スト
ップ層ＯＸ及び窒化ケイ素層ＳＮがエッチングされる。

【００５５】しかしながら、好ましくは、ステンシルマ
スクＭＫの膜の形成されたばかりの裏面に高放射率を有
する低応力カーボン層ＣＢをディポジション法によって
形成し（図１２.１３）、そしてステンシル開口部内に
付着したカーボン材を除去するために、選択ドライエッ
チング技術（通常酸素反応性イオンエッチングを用い
る）によってエッチングする。上に述べたように、カー
ボンコーティングＣＢは冷却要素ＲＳ、ＣＬへの放射結
合を促進する高放射性表面として作用する。吸収係数
０.７５の低応力カーボンコーティングＣＢを作り出す
ための適切な方法としては、例えば英国特許出願第２
３２５４７３Ａ号（米国特許出願第０８／８６２,
７７０号）に記載されているようなオフアクシス・スパ
ッタ法、あるいはＰ・フデク（Ｐ．Ｈｕｄｅｋ）等によ
り提唱された窒素支援直接スパッタ法（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓ
ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．ＢＮｏｖ．／Ｄｅｃ．１９９
７で論文発表予定）がある。

【００５６】マスク膜の内部応力を制御するために、多
層積層膜ＭＬが寄与する応力はシリコン膜層ＳＭの内部
応力を適切に調整することによって補償される。例えば
ドーピングによってシリコン層の内部応力を調整する方
法は、最新の技術から周知である。例えば、Ｍｏ／Ｓｉ
多層膜ＳＭでは典型的な内部応力の値３３０ＭＰａで、
シリコン膜層ＳＭ中の圧縮応力により全応力として例え
ば１０ＭＰａの小さい正の値（正の値は引張応力を意味
する）を得ることができる。例えば、シリコンをヒ素で
ドーピングすることによって、所望の大きさの圧縮応力
を容易に得ることができる。

【００５７】上に説明した方法で製造されるステンシル
マスクＭＫは高反射性の「上面」ＭＬと、吸収性の「裏
面」ＣＢを有する。しかしながら、ここで、本発明の原
理によれば、高反射性表面を持たないステンシルマスク
でも使用することができるということに留意するべきで
ある。その場合は、ＥＵＶビームの照射強度を相応に制
限するべきであり（そうするとリソグラフィシステムの
スループットが低下する）、あるいは冷却シリンダＣ
Ｌの冷却温度を適度に下げるべきである。特に高反射性
表面のないステンシルマスクの場合に温度安定化の効果
を高めるもう一つの手段としては、一組の温度安定化要
素をマスクの両側へ配置する二重型構成がある。二重型
温度安定化機構（「二重型構成」）ＴＤを有する装置が
図９及び１０にそれぞれ断面図及び側面図として示され
ている。この構成は、図２及び３に示す構成を修正した
ものである。ＥＵＶシステムの他の構成要素は図１を用
いて説明したものと同じである。二重型構成ＴＤは下部
セットＴＬ及び上部セットＴＵで構成されている。下部
セットＴＬは、図２に示す構成ＴＡと本質的に同じであ
る。必要ならば、ｄ１やｈ１のような寸法はここで使用
するマスクＭＫ′の仕様に合わせて変えることが可能で
ある。上部セットＴＵは、上部セットの放射シールドＲ
Ｕはネック部ＮＫ′を持たないが、放射シールドＲＵの
下側の吸収面は平たいという点で下部セットＴＬの「鏡
像」形ではない。これが可能なのは、ステンシルマスク
ＭＫ′の上面がウェーハフレームと同じレベルの高さに
あるためである。

【００５８】また、この実施例では、補助ビームを用い
てステンシルマスクの１つ以上の所定部分に追加の熱放
射を供給することにより過剰冷却を補償することもでき
る。図１０に示すように、ビームは一組の下部レーザ手
段ＬＬ及び／または上部レーザ手段ＬＵをそれぞれ有す
る下部及び／または上部セットＴＵ、ＴＬの開口スロッ
トを通して照射される。照射は、必要な熱照射量及びそ
れぞれの表面の反射率に応じて下または上からあるいは
両側から行うことができる。

【００５９】図９及び１０の構成で使用するためのステ
ンシルマスクは、前述のＪ・ブッツシュケ（Ｊ．Ｂｕ
ｔｓｃｈｋｅ）等によって提唱されているようなプロセ
スにより効果的に製造することができる。ここで、「上
面」にのみカーボンコーティングを有するマスクを使用
すると、「裏面」はシリコンに相当する放射率（約０.
３）しか持たないことになるので、放射冷却の効果は異
なってくるということに留意するべきであろう。そのた
めに、裏面についてもより高い放射率が必要ならば、図
１２.１３で説明したように、裏面にカーボンコーティ
ングを施すための別途のステップを追加することができ
る。

【００６０】図１１は、本発明のもう一つの実施例、す
なわち図１及び図２の温度安定化機構の別の態様を示
す。この機構ＴＡ′では、放射シールドＲＳ′にはネッ
ク部は設けられない。実際には、幾何学的構成は、この
機構ＴＡ′はマスクの下方に置かれるので配向が異なる
点以外、基本的に図９の上部セットＴＵの場合と同じで
ある。マスクＭＩと機構ＴＡ′との間の距離を小さく保
つために、マスクＭＩはマスク前面が下面となるよう
「反転」状に設けられる。また、この構成では、マスク
は静電作用によってマスクフレームにクランプされる。
従って、下方に余分の高さがなく、反転型マスクＭＩ
は、マスクあるいは機構ＴＡ′を上下方向に動かす必要
なく交換することができる。その他の点に関しては、図
１１に示す実施例は図１の実施例と同じである。

【００６１】図１１の構成で用いられる反転型マスクＭ
Ｉは、好ましくはその上面、すなわちウェーハ裏面の窓
領域内に多層膜を具備する。図１３は、この種の反転型
ステンシルマスクＭＩ（図１２.１３）を製造するため
の製造プロセスを図解したものである。この製造プロセ
スは、Ａ・ヴィッツコーヴァ（Ａ．Ｗｉｔｋｏｖｅｒ）
による論文「新技術がチップ性能を飛躍的に向上させる
（ＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｏｏｓｔｓＣｈ
ｉｐＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」（ＶａｃｕｕｍＳ
ｏｌｕｔｉｏｎｓ１９９９年３月／４月号、１７〜２０
ページ）記載されているようないわゆる「スマート・カ
ット・プロセス」に基づいている。

【００６２】このプロセスでは、酸化表面を持つシリコ
ンウェーハＷＯを出発材料として、まずスマート・カッ
ト・プロセスにより高エネルギーで水素イオンが打ち込
まれる。水素イオンＨＩはシリコン材中に堆積し（図１
３.１）、シリコン酸化膜層ＳＸの数マイクロメートル
の深さに止められる。これらの水素イオンは、そのスト
ップ深さに核損傷のある設定された層ＨＨを生じさせ
る。

【００６３】次に、シリコン酸化膜層ＳＸが除去され
（図１３.２）、そして例えば最上層としてＳｉ層を持
つＭｏ／Ｓｉ多層積層膜（図１３.２参照）のような高
反射性コーティングＭＬが形成される（図１３.３）。

【００６４】次いで、ウェーハはやはり表面酸化膜層を
有する第２のウェーハにＳｉ-ＳｉＯ₂接着法によって接
着される（図１３.４）。このように接着されたウェー
ハは、スマート・カット・プロセスにより核損害で影響
された層沿いに劈開される。このステップは、結果的に
第１のウェーハのシリコンバルクを除去し、後に反射コ
ーティングＭＬとシリコン膜層ＳＭによって被覆された
第２のウェーハの酸化膜層が残る。劈開によって生じた
表面のメカノケミカル・ポリシング（ＭＣＰ）後、得ら
れたウェーハ（図１３.５）（図１３.４に関してウェー
ハの向きが変わっている）は、反射層ＭＬとシリコン
膜層が入れ替わっている点を除いて、図１２.２の場合
と同等のウェーハとなる。

【００６５】製造プロセスの以後のステップは図１２で
説明したステップ３乃至１２、すなわち窓を形成するた
めの窒化ケイ素層ＳＮのディポジション、ハードマスク
の形成等のステップが同様に行われる。従って、図１
３.６は図１２.１２に対応しており、中間のステップは
図１２での説明から理解されよう。ただし、カーボンコ
ーティングＣＢを設けることが望ましい場合は、ウェー
ハの前面側にディポジション法によって形成される。こ
のプロセスによって得られる製品は「反転型」ステンシ
ルマスクＭＩであり、図１３.７に示すように向きを変
えると、図１２のステンシルマスクＭＫと同じ層列Ｓ
Ｍ′、ＭＬ′、ＣＢ′を持って、ウェーハマスクの下面
に配置されることになる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、ＥＵＶ線のような高エ
ネルギー放射ビームを用いる投影リソグラフィシステム
における透過マスク使用時におけるマスク全面の温度変
動を小さく抑えて熱安定性が改善される結果、安価な方
法で描画精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による透過マスクの温度安定化機構を具
備したＥＵＶ装置の縦断面図

【図２】図１の温度安定化機構の図１の縦断面図に対応
した部分断面図

【図３】図１の温度安定化機構をマスクと共に示し、図
３ａは下面図、図３ｂは側面図

【図４】図４ａは、温度安定化機構の分解斜視図で、見
やすくするため内側の吸収面だけが開口スロットが外壁
に達しないようにした冷却シリンダの第１の態様と共に
示されており、図４ｂは、照射時におけるこの機構用の
マスク上の温度分布を示す。

【図５】冷却シリンダの温度の関数としてマスク膜の温
度分布の幅を示すグラフ

【図６】図４同様、温度安定化機構における冷却シリン
ダの第２の態様の分解斜視図（図６ａ）及びマスクの温
度分布（図６ｂ）を示し、この態様においては開口スロ
ットが外壁に達している。

【図７】図４同様、冷却シリンダの第３の態様の分解斜
視図（図７ａ）及び温度分布（図７ｂ）を示し、この態
様では開口スロットが外壁の長さの２分の１だけ延びて
いる。

【図８】図４同様、冷却シリンダの第４の態様の分解斜
視図（図８ａ）及び温度分布（図８ｂ）を示し、この態
様では開口スロットが外壁の全長に及んでいる。

【図９】二重型温度安定化機構の断面図

【図１０】図９の温度安定化機構の側面図

【図１１】反転型マスク用の他の温度安定化機構の断面
図

【図１２】図２及び３の温度安定化機構用のステンシル
マスクの製造工程を図解した概略シーケンス図

【図１３】図１１の温度安定化機構用の反転型ステンシ
ルマスクの製造工程を図解した概略シーケンス図

【符号の説明】

ＥＢ成形ビームＭＫ透過マスクＣＬ放射冷却手段ＲＳ放射シールド手段ＲＭ照射部分ｄ１所定の距離ＳＣ、ＳＰ開口スロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ｍ (71)出願人 500162107 Ｓｃｈｒｅｙｇａｓｓｅ３， 1020 Ｗｉｅｎ，Ａｕｓｔｒｉａ (72)発明者ドクターハンスレシュナーオーストリア国、 1190 ウイーン、フェーガガッセ６ (72)発明者ドクターエルンストハオゲネーダーオーストリア国、 1210 ウイーン、ジークフリートガッセ 64 (72)発明者ジョセフルッツオーストリア国、 1060 ウイーン、ヴェープガッセ 37／３／27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相当なエネルギーの放射線の成形ビーム
（ＥＢ）の経路を横切る少なくとも１つの所定の露光位
置に透過マスク（ＭＫ）を位置決めするための位置決め
手段を具備した投影リソグラフィシステム用のマスク露
光システムにおいて：該ビームの光路（ＥＢ）を取り囲
むと共に、該マスク（ＭＫ）からの熱放射を吸収するた
めの吸収面を有する放射冷却手段（ＣＬ）及び放射シー
ルド手段（ＲＳ）を具備し、該放射シールド手段（ＲＳ）が該マスクの動作温度に保
持され、かつ該マスクが露光位置に位置決めされたとき
所定の距離（ｄ１）以内の距離で該マスクに対面する吸
収面を有し、該放射冷却手段（ＣＬ）が、該動作温度以下の温度に保
持される共に、該マスクと反対側に該放射シールド手段
（ＲＳ）と近接させて配置され、該マスクが露光位置に
位置決めされ該ビームによって照射されたとき該マスク
（ＭＫ）の照射部分（ＲＭ）に対面する吸収面を有す
る、ことを特徴とするマスク露光システム。
【請求項２】上記放射冷却手段（ＣＬ）及び放射シー
ルド手段（ＲＳ）がビームの進行方向に見て露光位置の
後に配置されたことを特徴とする請求項１記載のシステ
ム。
【請求項３】上記放射シールド（ＲＳ）手段が、露光
位置に面すると共に上記ビームの光路を取り囲む吸収面
を有するフラットプレート（ＲＰ）として形成された放
射シールドよりなることを特徴とする請求項１または２
のいずれか１項記載のシステム。
【請求項４】上記フラットプレート（ＲＰ）がビーム
のための開口部を有し、該開口部の縁部（ＮＫ）が該フ
ラットプレートの平面から露光位置に向けて隆起してい
ることを特徴とする請求項３のシステム。
【請求項５】上記放射冷却手段（ＣＬ）が、上記放射
シールド手段（ＲＳ）によってカバーされない視野のセ
クタ領域に関して露光位置に置かれた透過マスクの照射
部分（ＲＭ）の視野の大部分をカバーすることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】上記放射冷却手段（ＣＬ）が、露光位置
に面しかつ上記ビームの光路を取り囲む球形、円筒形ま
たは円錐形の凹形吸収面よりなることを特徴とする請求
項５記載のシステム。
【請求項７】上記放射シールド手段（ＲＳ）が、露光
位置に平行に配置されかつ該ビーム（ＥＢ）用の第１の
開口スロット（ＳＰ）を有するフラットプレートとして
形成された放射シールドよりなり、放射冷却手段（Ｃ
Ｌ）が、軸が該ビームの光路と交わると共に露光位置及
び該第１の開口スロット（ＳＰ）と平行に配向された円
柱セグメント状に成形された凹形吸収面よりなり、放射
冷却手段（ＣＬ）の凹形吸収面は該ビーム（ＥＢ）用の
第２の開口スロット（ＳＣ）を有し、両方の該開口スロ
ットの形状が、それぞれのスロット位置の貫入ビーム全
体を通過させるように形成されたことを特徴とする請求
項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】上記放射冷却手段（ＣＬ）及び放射シー
ルド手段（ＲＳ）が、例えばほぼ矩形の細長い断面を有
する上記ビーム（ＥＢ）の光路のための細長い開口スロ
ット（ＳＣ、ＳＰ）を具備し、該スロット（ＳＣ、Ｓ
Ｐ）の幅（ｗｓ）がビーム断面の幅に適合した幅である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の
システム。
【請求項９】熱放射ビームを発生させると共に、上記
マスクが露光位置に位置決めされたときとき該マスク上
の特定のスポットを照射するよう指向される熱放射手段
を具備したことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１０】投影リソグラフィシステム用の透過マ
スク（ＭＫ）、すなわち相当大きいエネルギーの成形放
射ビームに曝され、ウェーハマスクとして実施されると
共にステンシルパターン付きの少なくとも１枚のマスク
膜を有して該マスク膜の厚さがウェーハのバルク厚さよ
り十分小さい透過マスクにおいて、該マスク膜が、該ビ
ームに曝される前面または裏面に高反射性コーティン
グ、例えば多層コーティングとして形成された表面層
（ＭＬ′）を具備することを特徴とする特徴とする透過
マスク。
【請求項１１】上記マスク膜の上記高反射性コーティ
ングと反対側の面上に低応力カーボンコーティング（Ｃ
Ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１０記載のマス
ク。
【請求項１２】上記パターン開口部が上記ビームの進
行方向に関して逆行状をなすことを特徴とする請求項９
または１０のいずれか１項記載のマスク。
【請求項１３】厚さ１０マイクロメートル以下のシリ
コン膜層（ＳＭ）によって被覆された埋込層（ＯＸ、Ｈ
Ｈ）を持つシリコンウェーハから投影リソグラフィシス
テム用、すなわち相当大きいエネルギーの成形放射ビー
ムに曝される透過マスクの製造方法において：ａ）シリコン膜層上に例えば多層コーティングの高反射
性コーティング（ＭＬ）をディポジション法により形成
するステップと、ｂ）該高反射性コーティング（ＭＬ）がある側のウェー
ハ面上にハードマスク（ＨＭ）層を形成するステップ
と、ｃ）該ハードマスク（ＨＭ）を構造化するステップ
と、ｄ）ハードマスクの構造内部を通してエッチングするこ
とにより該高反射性コーティング（ＭＬ）及びシリコン
膜層（ＳＭ）を構造化するステップと、ｅ）ウェーハの高反射性コーティングのある側と反対の
バルク面側から少なくとも１つのあらかじめ設定された
窓領域（ＢＷ）内でストップ層（ＯＸ）までウェーハを
エッチングするステップと、ｆ）ハードマスク（ＨＭ′）を除去し、該窓領域（Ｂ
Ｗ）中のストップ層（ＯＸ）をエッチングするステップ
と、を具備したことを特徴とする方法。
【請求項１４】さらに、下記ステップ（ｇ）を具備し
たことを特徴とする請求項１４記載の方法：ｇ）少なくとも該窓領域（ＢＷ）の範囲内でウェーハの
高反射性コーティング（ＭＬ）と反対側の面に低応力カ
ーボン層（ＣＢ）をディポジションによって形成し、構
造の開口部内に堆積したカーボン材を選択ドライエッチ
ング法により除去するステップ。
【請求項１５】上記ステップ（ｄ）で、少なくともシ
リコン膜の構造化が上記ビームの進行方向に関して逆行
状エッチ側壁を作り出す反応性イオンエッチング法を使
用して行われることを特徴とする請求項１２または１３
のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】上記ステップ（e）までに窒化ケイ素
層あるいは酸窒化膜層（ＳＮ）を該ウェーハのバルク面
側にディポジションによって形成し、少なくとも１つの
あらかじめ設定された部分は該窒化ケイ素層や酸窒化膜
層（ＳＮ）を形成しないまま残すよう構造化し、該部分
で少なくとも１つの逆方向の窓（ＢＷ）を形成し、上記
ステップ（ｆ）で該窒化ケイ素層あるいは酸窒化膜層
（ＳＮ）の残りの部分を除去することを特徴とする請求
項１３乃至１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】シリコン酸化膜層が表面シリコン膜に
よって覆われたシリコン・オン・インシュレータ・ウェ
ーハ（ＷＢ）をウェーハブランクとして使用し、シリコ
ン酸化膜層をステップ（ｅ）のストップ層として使用す
ることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項
記載の方法。
【請求項１８】上記ウェーハブランクが埋込層（Ｈ
Ｈ）がイオン、例えば水素イオンの照射によって形成さ
れたシリコンウェーハから作られ、上記ステップ（ａ）
の後、該ウェーハブランクを第２のウェーハ（Ｗ２）に
接着すると共に埋込層に沿って劈開し、第２のウェーハ
について後続の上記各ステップを実行することを特徴と
する１３乃至１６のいずれか１項記載の方法。