JP2000340483A

JP2000340483A - Ｘ線露光用マスクの製造方法およびｘ線露光用マスク

Info

Publication number: JP2000340483A
Application number: JP14748699A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yoshihara; 拓也吉原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線吸収体を低応力化して高精度なＸ線露光
用マスクを提供できるようにする。【解決手段】Ｓｉ基板３の表・裏面にＳｉＣなどから
なるメンブレン材料膜２を成膜する（ａ）。超音波加工
法などを用いて、メンブレン領域（Ｘ線マスク体形成領
域）のＳｉ基板３を残板厚が０．１〜１．０ｍｍとなる
ように除去する（ｂ）。スパッタ法によりＸ線吸収体１
を成膜する（ｃ）。その後、メンブレン領域のＳｉ基板
３の残板部を除去する。Ｓｉ基板３を支持枠４に貼り付
けた後、Ｘ線吸収体１をパターニングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造工
程等の微細パターン形成工程において用いられるＸ線露
光用マスクとその製造方法に関し、特に応力を低減する
ことのできるＸ線露光用マスクの製造方法とこれにより
製作されたＸ線露光用マスクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線露光用マスクは、一般にＸ線吸収の
大きいＸ線吸収体、Ｘ線を透過するメンブレンと呼ばれ
る薄膜、メンブレンを支持するＳｉ基板およびこれらを
支持する支持枠から構成されている。そして、このＸ線
露光用マスクは半導体素子やマイクロマシン等の製造工
程において微細なパターンを転写するのに用いられてい
る。具体的には、半導体デバイスパターンなどに対応す
るＸ線吸収体パターンを有するＸ線露光用マスクを、Ｘ
線露光用レジストを塗布したウエハ表面などの被加工物
表面に近接配置し、前記Ｘ線露光用マスクの背面からＸ
線を照射して、Ｘ線露光用レジストを感光させて現像す
る。これにより、Ｘ線露光用マスク上のパターンを被加
工物表面のＸ線露光用レジストに転写することができ
る。

【０００３】図６（ａ）〜（ｃ）は、従来のＸ線露光用
マスクの製造方法を示す工程順の断面図である。まず、
図６（ａ）に示すように、厚さ０．６〜２ｍｍ程度のＳ
ｉ基板３の表・裏面に、メンブレンを形成するためのＳ
ｉＣ等をＣＶＤ法により１〜２μｍの膜厚に堆積してメ
ンブレン材料膜２を形成する。次に、基板裏（図６中の
下方）面の、メンブレン領域（マスクパターン形成領域
であるエッチング開口部の領域）のメンブレン材料膜２
をフォトリソグラフィおよびドライエッチングによって
選択的に除去する。続いて、表面のメンブレン材料膜２
上にスパッタ法により、ＴａＧｅなどのＸ線を吸収する
重金属を堆積して、Ｘ線吸収体１を形成し、アニールに
よって低応力化する。通常、Ｘ線吸収体１成膜の前後に
て応力測定が行われる。また、アニール後にも、応力測
定が行われる。次に、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＣ
をマスクとしたＫＯＨ水溶液による異方性エッチングに
よってＳｉ基板３のメンブレン領域を除去（バックエッ
チング）し、メンブレン２ａを形成する。次に、Ｘ線露
光用マスクが電子線描画等の次工程に耐えられるよう、
エポキシ樹脂を用いてＳｉ基板３の裏面を厚さ５ｍｍ程
度のパイレックスガラスあるいはＳｉＣ等からなる支持
枠４に接着し、剛性を高める。そして、図６（ｃ）に示
すように、電子線描画によって形成したレジストパター
ンをマスクとしたドライエッチングにより、Ｘ線吸収体
１をパターニングしてＸ線マスク体１ａを形成する。

【０００４】その他の方法として、Ｓｉ基板３をバック
エッチングしてメンブレン材料膜をメンブレン化した後
にＸ線吸収体１を成膜する方法や、あるいは、Ｘ線吸収
体１を成膜する前に支持枠４を接着する方法などがあ
る。また、接着に陽極接合を用いるプロセス、フッ硝酸
による等方性エッチングによってＳｉ基板をバックエッ
チングするプロセスも使われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子のデ
ザインルールの微細化に伴って、Ｘ線露光用マスクには
より高いパターン位置精度が要求されるようになってき
ている。この要求に応えるためには、電子線描画による
レジストパターン形成からＸ線露光用マスク完成時に至
るまでのパターン歪みを最小限に抑えることが重要であ
る。図６に示した、バックエッチング前にＸ線吸収体を
成膜する方法を用いた場合には、従来からの装置を用い
て成膜出来ること、およびパターン歪みへの影響の大き
いＸ線吸収体の応力の測定が容易であるという利点があ
る。しかしながら、バックエッチングの際、メンブレン
の引張応力によってＳｉ基板が中心に向かって歪むた
め、メンブレン上に成膜されたＸ線吸収体の応力が変化
する。よって、バックエッチング後のＸ線吸収体の応力
が０になるように、Ｓｉ基板厚およびメンブレンの応力
に応じてあらかじめＸ線吸収体の応力をアニールにより
調整しておかなければならない。一方、Ｓｉ基板厚を厚
くすると、バックエッチングに伴うＳｉ基板の変形を小
さくすることが可能である。しかし、Ｘ線吸収体の応力
はＳｉ基板の反りから求めるため、Ｓｉ基板が厚くなる
と、厚さの２乗に反比例して応力測定精度が劣化する。
よって、Ｘ線吸収体の応力を精度良く調整することが困
難になる。また、バックエッチングに伴ってメンブレン
が持つ応力分布がＸ線吸収体に影響を与えることから、
メンブレンの面内応力分布を均一に制御する必要があ
る。さらに、バックエッチングする際に用いられるＫＯ
Ｈもしくはフッ硝酸はＸ線吸収体材料を侵すため、バッ
クエッチング時にはＸ線吸収体にエッチャントがふれな
いように表面を保護する必要がある。これらにより、バ
ックエッチングのスループットの低下を招き、また装置
の複雑化を招いていた。

【０００６】一方、バックエッチングによってメンブレ
ン化を行った後に、Ｘ線吸収体を成膜する場合、Ｘ線吸
収体成膜前に、Ｓｉ基板およびメンブレンの変形による
応力が既に解放されているため、バックエッチングに伴
うパターン歪みがＸ線吸収体には生じない。しかし、メ
ンブレンは１〜２μｍと薄いため、スパッタリングによ
ってＸ線吸収体を成膜する際に、プラズマからの熱供給
によって温度が数百度迄上昇する。さらに、Ｓｉ基板と
メンブレンの境界にも数１０℃の温度分布が生じる。特
に、現在、応力制御の点において優れたＸ線吸収体とし
て注目されているＴａ系アモルファス合金は成膜時のＳ
ｉ基板温度が高いとアモルファス構造が崩れ、薄膜表面
のモフォロジー（morphology：表面状態）が悪化する。
また、メンブレンとＳｉ基板の境界付近においては温度
勾配により、Ｘ線吸収体の応力不均一が生じる。

【０００７】これらの熱の問題を解決するために、メン
ブレン裏面に熱伝導性が高いＨｅを満たして成膜する方
法が提案されている。この方法により冷却の効率を上げ
るためには、Ｈｅの圧力を１００Ｐａ程度まで加圧する
必要がある。しかしながら、Ｘ線吸収体の成膜には、ス
パッタガスが膜中に取り込まれることにより応力の制御
性および応力の安定性が損なわれることを防止するため
に、通常、原子半径が比較的大きい不活性ガスのＸｅま
たはＡｒが用いられ、その圧力は〜１Ｐａ程度である。
よって、Ｘ線吸収体膜に取り込まれやすいＨｅはスパッ
タチャンバから隔離する必要が生じる。そのため、スパ
ッタ装置の構造および操作が複雑になり、Ｘ線吸収体の
応力制御性の低下および装置の稼働率の低下が問題とな
る。

【０００８】また、メンブレン上にＸ線吸収体を成膜す
る方法を用いると、応力測定が困難になる。なぜなら、
メンブレンは自身の引張応力によって張っているので、
Ｘ線吸収体を成膜したときにメンブレンの変形が起こら
ず、Ｓｉ基板の変形量から応力を求める従来の応力測定
方法によりＸ線吸収体の応力を測定することができない
からである。そのため、メンブレン部分に圧力を加え、
その変形量からＸ線吸収体の応力を計算するバルジ法が
用いられる。しかし、この方法はメンブレン領域内に成
膜されたＸ線吸収体の応力分布は測定することができな
い。

【０００９】また、従来は、Ｓｉ基板裏面に選択的に形
成された保護膜をエッチングマスクにＫＯＨまたはフッ
硝酸を用いてＳｉ基板のバックエッチングを行ってい
る。ＳｉのＫＯＨによるエッチングレートは、Ｓｉの結
晶方位に対して異方性を持つため、例えばＳｉ（１０
０）基板を用いることによって、メンブレン領域の面積
を高精度に制御することが可能である。しかし、エッチ
ングレートが非常に遅く、例えば２ｍｍ厚のＳｉ基板を
エッチングするのに７時間程度を要する。また、その異
方性のため、メンブレン領域が矩形の場合は良質な形状
が得られるが、円形等の曲線を含むメンブレン形状には
不向きである。一方、フッ硝酸はＳｉに対するエッチン
グレートが大きいため、フッ酸と硝酸の混合比が１：１
の溶液を用いると、２ｍｍのＳｉ基板は１０分程度でエ
ッチングが終了する。しかし、エッチングが等方的に進
むため、メンブレン領域の面積制御性が悪い。例えば、
保護膜を矩形にパターニングしても、メンブレン領域の
角が丸くなることから、半導体製造に適した矩形のメン
ブレン領域を得るためには、実際に使用するメンブレン
領域よりも一辺が２ｍｍ以上大きなメンブレンを形成す
る必要がある。

【００１０】ところで、Ｘ線露光を行う際には、Ｘ線露
光用マスクをウエハに対して５〜３０μｍの間隔をもっ
て近接配置し、ウエハに形成された前の層のパターンに
対してＸ線露光用マスクを位置あわせし、Ｘ線を照射す
る。ウエハ上に形成された数十のパターンに対してＸ線
露光をする場合には、ウエハをステップ移動して上記プ
ロセスを繰り返す。しかし、Ｘ線露光用マスクとウエハ
の間隔が狭いため、大気の粘性によりメンブレンが変形
して、メンブレン上のパターン位置がずれる問題があ
る。これに対処して、メンブレンの変形を抑えるべく、
Ｘ線露光用マスクのメンブレン周辺部を低くし、メンブ
レン領域を周辺よりも高い台地状に加工するメサ構造が
用いられている。しかし、従来はメンブレン材料膜上に
レジストパターンを形成して、メンブレン材料をドライ
エッチングし、更にウェットエッチングによってＳｉ基
板をエッチングしてメサ構造を作成していたため、スル
ープットが低かった。従って、本発明の課題は、上述し
た従来技術の問題点を解決することであって、その目的
は、より低応力な従ってパターン歪みの少ないＸ線露光
用マスクを、より短い製作時間でかつ簡素な工程により
製造できるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、（１）基板上にメンブレン材料膜
を形成する工程と、（２）前記メンブレン材料膜上にＸ
線吸収体を成膜する工程と、（３）Ｘ線吸収体パターン
形成領域であるメンブレン領域下の基板を除去して前記
メンブレン材料膜をメンブレン化する工程と、を有し、
前記第（２）の工程に先立って前記メンブレン領域での
基板は裏面側より薄板化処理が施されて板厚が１．０ｍ
ｍ以下に薄板化されていることを特徴とするＸ線露光用
マスクの製造方法、が提供される。そして、好ましく
は、前記基板はＳｉ基板により構成される。また、好ま
しくは、前記薄板化処理は、超音波加工法などの機械的
加工法、異方性のドライエッチング法若しくは異方性の
ウェットエッチング法にて行われる。また、前記第
（３）の工程に先立って、メンブレン領域とその外周部
を除く領域の基板表面を一部除去してメンブレン領域を
含む領域をメサ状に加工する工程が付加されてもよい。
薄板化処理後の残板厚は、より好ましくは０．１ｍｍ以
上０．５ｍｍ以下である。

【００１２】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、基板上にＸ線吸収体パターンを保持するメン
ブレンを有するＸ線露光用マスクであって、前記基板が
支持枠を兼ねていることを特徴とするＸ線露光用マス
ク、が提供される。そして、好ましくは、前記基板はＳ
ｉ基板により構成される。また、前記基板の前記メンブ
レンを保持する部分が周辺よりも高いメサ構造になされ
ていてもよい。

【００１３】［作用］Ｓｉ基板のメンブレン領域を除去
する際、その除去量に応じて、Ｓｉ基板は徐々に変形す
る。すなわち、バックエッチングの進行に伴って、メン
ブレン材料の引張応力に起因するＳｉ基板の反り量は徐
々に大きくなる。よって、Ｘ線吸収体を成膜する前に、
途中までバックエッチングしておくと、成膜後のバック
エッチングによる歪みを小さく抑えることが可能にな
る。ここで、残板厚を１．０ｍｍ以下にすると、Ｘ線吸
収体の応力を高精度に測定することが可能となるため、
Ｘ線吸収体の低応力化が容易となる。また、Ｓｉ基板は
薄くなると徐々に、薄膜の性質を帯びる。例えば、２μ
ｍのＳｉＣを表面に成膜したＳｉ基板に３０ｍｍ角の凹
穴を形成した場合、０．５ｍｍ程度の薄板化からＳｉ基
板は変形し、ＳｉＣ等からなるメンブレン材料膜の応力
が緩和しはじめる。よって、メンブレン材料膜の面内応
力が不均一であっても、メンブレン化する部分を薄板化
した後にＸ線吸収体を成膜することによって、ＳｉＣの
応力不均一も緩和しているため、バックエッチング時の
歪みを小さくすることが可能である。

【００１４】さらに、０．１ｍｍまで薄板化した場合に
おいても、メンブレンの数十倍の熱伝導特性が得られる
ため、Ｘ線吸収体成膜中に冷却用Ｈｅを用いなくても、
Ｓｉ基板の面内温度均一性を確保することができる。ま
た、成膜の際のＳｉ基板の変形量も通常の応力測定装置
により測定可能なため、容易にＸ線吸収体の応力分布を
測定することができる。つまり、Ｓｉ基板のメンブレン
化する部分の厚さが０．１〜０．５ｍｍの領域において
は、Ｓｉ基板はメンブレン（薄膜）としての性質とＳｉ
基板（剛体）としての性質を併せ持つことになる。厚さ
が０．１ｍｍに近いほどメンブレンの応力緩和がより大
きいため、メンブレンの平均応力および面内分布による
パターン歪みもより小さくすることができる、一方０．
５ｍｍに近い厚さの場合は、熱伝導性が高いため、Ｘ線
吸収体成膜時の成膜パラメーター（電力パワー、ガス
圧、Ｓｉ基板温度、ガス流量等）の自由度が大きくな
る。よって、残板厚は用いるメンブレン材料の応力およ
びＸ線吸収体成膜時の成膜パラメーターから、パターン
歪みが最小になるように値を決定する必要がある。

【００１５】メンブレン化する部分の薄板構造を作製す
るのに、機械的な研削方法を用いるとより低コストで、
かつ、高精度なＸ線露光用マスクを作製することが可能
となる。例えば、超音波加工を用いると、上記の構造を
容易に得ることができる。ここで、超音波加工とは、超
音波振動するホーンと披加工物であるＳｉ基板の間にＢ
Ｎ（ボロン・ナイトライド）等の砥粒を流し入れ、砥粒
の振動によってＳｉ基板を加工する方法である。メンブ
レン領域形状はホーンの接触面の形状であり、研削の深
さはエッチング時間、与える振動の強さ等に依存する。
この方法を用いると加工形状は矩形および円形等の制限
がなくなり、２ｍｍ厚Ｓｉ基板の加工時間も１時間程度
に短縮できる。また、例えば、超音波加工によってＳｉ
基板を０．２ｍｍの厚さまで矩形に加工した後、フッ硝
酸で残りの０．２ｍｍをウェットエッチングする場合、
フッ硝酸の等方エッチングによる角の丸まりは０．１ｍ
ｍ以下に抑えることが可能であり、そのエッチング時間
は１〜２分である。また、超音波加工によって生じた、
Ｓｉ表面の荒れはフッ硝酸によって減じられる。よっ
て、超音波加工とフッ硝酸エッチングを併用することに
よって、高い加工精度と高いスループットを両立させる
ことが可能となる。また、ＫＯＨによってＳｉ基板を薄
板化する場合においても、Ｘ線吸収体を保護する必要が
ないため、高スループットと高い形状制御性を同時に満
たすことが可能となる。また、機械的な研削を用いると
メサ構造の作成も容易となる。即ち、Ｘ線マスク裏面の
加工と同様に、表面メンブレン部分よりも幾分外側の外
周部分を超音波加工により研削すると、従来法を用いる
場合よりも高スループットでメサ構造を作成することが
可能となる。

【００１６】また、従来のプロセスでは、バックエッチ
ングプロセスにおけるスループットとメンブレン領域の
形状制御性を確保する点から、Ｓｉ基板の厚さに制約が
あった。しかし、Ｓｉ基板を薄板化してからＸ線吸収体
を成膜する方法においては、Ｓｉ基板の厚さが異なって
も、Ｘ線吸収体成膜後のバックエッチング量は変わらな
いため、Ｓｉ基板の厚さに対する制約がない。よって、
従来は０．３〜２ｍｍのＳｉ基板を支持枠に接合するこ
とによって高い剛性のＸ線露光用マスクを作製していた
が、より厚いＳｉ基板を用いることによって、支持枠が
不要なＸ線露光用マスク（以下、フレーム一体型のＸ線
露光用マスクと呼ぶ）の作製が可能となる。

【００１７】すなわち、両面がメンブレン材料によって
覆われた、３〜８ｍｍ厚のＳｉ基板のメンブレン化され
る部分を超音波加工等により機械的に研削し、薄板化す
る。その上にＸ線吸収体を成膜した後、フッ硝酸によっ
てバックエッチングする。従来は、３〜８ｍｍのＳｉ基
板を用い応力の測定精度が低いため、低応力化が困難だ
ったが、上記プロセスを用いると、成膜部分の板厚が
１．０ｍｍ以下のため、高精度な低応力化が可能とな
る。以上のように、フレーム一体型Ｘ線露光用マスクに
おいては、支持枠とＳｉ基板を貼り付けることによって
生じる熱歪みおよび機械的歪みの問題および洗浄時に接
着面に取り込まれる洗浄液の問題等は解消される。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１（ａ）〜図２（ｃ）
は、本発明によるＸ線露光用マスクの製造方法の実施の
形態を示す工程順の断面図である。厚さ０．２〜２ｍｍ
（支持枠が別体の場合）、または、３〜８ｍｍ（フレー
ム一体型の場合）程度のＳｉ基板３の両面にＣＶＤ法に
よりメンブレンを形成することのできるＳｉＣ、ＳｉＮ
またはダイヤモンド等を１〜２μｍ程度の膜厚に堆積し
てメンブレン材料膜２を形成する〔図１（ａ）〕。この
状態で、Ｓｉ基板３表面のメンブレン領域とその外周部
除く周辺部分を、機械的研削またはドライエッチングに
よって深さ数１００μｍ程度取り除き、メサ構造を作っ
てもよい。

【００１９】続いて、機械的な研削方法あるいは異方性
リアクティブイオンエッチングなどのドライ法もしくは
ドライ法と異方性のウェットエッチング法の併用によ
り、Ｘ線吸収体パターンの形成位置の裏面部分のメンブ
レン材料膜２およびＳｉ基板３を選択的に除去して、そ
の領域に薄板構造を作成する〔図１（ｂ）〕。例えば、
超音波振動する３５ｍｍ角程度のホーンと粒径３０μｍ
程度のＢＮ等の砥粒を用いて、Ｓｉ基板３裏面とメンブ
レン材料膜２を超音波加工によって研削する。あるい
は、Ｓｉ基板３裏面のメンブレン領域を除く領域にレジ
ストパターンを形成し、レジストパターンをマスクに例
えば異方性リアクティブイオンエッチングなどによって
裏面側のメンブレン材料膜２とＳｉ基板３をエッチング
する。若しくはレジストパターンをマスクに裏面側のメ
ンブレン材料膜２をリアクティブイオンエッチングなど
によって選択的に除去した後、Ｓｉ基板をＫＯＨ等に浸
してＳｉを異方性エッチングする。なお、最後のウェッ
ト法によりＳｉ基板を異方性エッチングする場合には、
（１００）面を主面とする基板を用いるものとする。そ
して、この場合、基板裏面に形成された凹部は、異方性
のエッチングのために、図６に示されるように、上部に
向かうにつれて狭まった形状となる。而して、上述した
ように薄板構造を作成するに際しては、Ｓｉ基板３の残
板厚は、０．１〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．
１〜０．５ｍｍの範囲内において、用いるメンブレン材
料の応力およびＸ線吸収体成膜時の成膜パラメーターよ
りパターン歪みが最小値になるように設定する。

【００２０】次に、ＴａＧｅ、ＴａＲｅＧｅ等の重金属
合金をスパッタ法により表面のメンブレン材料膜２上に
０．１〜１μｍ程度（より好ましくは、０．２〜０．７
μｍ）の膜厚に成膜して、Ｘ線吸収体１を形成する〔図
１（ｃ）〕。この成膜の前後にて応力測定を行うものと
する。その後、Ｘ線吸収体１の成膜後の応力測定値を参
考にし、不活性ガス雰囲気中においてアニールを行いＸ
線吸収体１がほぼ０ＭＰａの低応力膜となるようにす
る。アニールプロセスの後も、応力測定を確認のため行
っておく。

【００２１】次に、ウェットエッチングによりメンブレ
ン領域のＳｉ基板の残板部をエッチング除去してメンブ
レン２ａを形成する〔図２（ａ）〕。この場合に、ウエ
ハ洗浄装置を用い、Ｘ線吸収体１上に純水を散布しなが
ら、裏面側よりフッ硝酸あるいはＫＯＨなどのエッチン
グ液を吹き付けると、Ｘ線吸収体１を保護しつつ、Ｓｉ
基板３をバックエッチングできる。次に、Ｘ線露光用マ
スクの剛性を確保するために、エポキシ樹脂等の接着材
を用いてＳｉ基板３の裏面を厚さ３〜８ｍｍ程度の石英
ガラス、ＳｉＣ等の支持枠４に接着する。あるいは、陽
極接合により接合する〔図２（ｂ）〕。なお、この支持
枠４は、Ｓｉ基板にＸ線露光用マスクの剛性を確保でき
る程に厚い基板を用いている際には、不要となる（フレ
ーム一体型のＸ線露光用マスク）。その後、Ｘ線吸収体
１上にレジストを塗布し、半導体素子のパターンを電子
線描画機で形成した後、ドライエッチング法によりＸ線
吸収体１をパターニングしてＸ線マスク体１ａを形成す
る。その後、酸素アッシングによってレジストを剥離す
るとＸ線露光用マスクは完成する〔図２（ｃ）〕。

【００２２】なお、図１（ａ）に示す状態の基板を支持
枠４に接着し、その状態でＳｉ基板３を図１（ｂ）に示
すように、薄板化するようにしてもよい。また、支持枠
４として開口部を有しないものを用い、接着後、機械的
研削等によって支持枠のみ、または、支持枠とＳｉ基板
を同時に研削してＳｉ基板を薄板化してもよい。また、
初めにＳｉ基板３裏面のメンブレン化される部分を薄板
に加工し、基板表面を酸化してシリコン酸化膜を形成し
た後、基板表・裏面のシリコン酸化膜を鏡面研磨などに
よって除去し、基板両面にメンブレン材料膜を堆積する
ようにしてもよい。

【００２３】次に、上記のように製造したＸ線露光用マ
スクを利用した半導体デバイスの製造方法について簡単
に説明する。半導体デバイス（メモリやロジックなど）
はウエハ上に実際の回路を形成する前工程およびそのウ
エハをチップ化およびパッケージングする後工程を経て
製品化される。ウエハプロセスには絶縁膜形成、電極形
成、イオン注入等の工程があるが、各工程においてデバ
イス設計図どおりのパターンをＳｉ基板上に形成するプ
ロセスがリソグラフィである。リソグラフィ工程におい
てはレジスト塗布、露光、現像が行われ、Ｓｉ基板上に
レジストパターンが形成される。この時、０．１３μｍ
以下の微細なデバイスパターンを形成する場合、もしく
はアスペクト比が大きい（＞５）パターンを形成する場
合にはＸ線露光が用いられる。半導体デバイスにおいて
は前の層に形成されたパターンに次の層のパターンを重
ね合わせるが、その精度は最小パターン線幅の数分の１
以下であることが要求される。上記のように製作された
Ｘ線露光用マスクは、バックエッチングに伴うＸ線吸収
体の応力の変化量が小さくメンブレンの応力分布の影響
を受けにくいため、パターン歪みが小さい。例えば、メ
ンブレン材料にＳｉＣを用いて、３５ｍｍ角の領域に５
０％の被覆率、応力±５ＭＰａのＸ線吸収体パターンを
形成したときのＸ線吸収体による最大パターン歪みは５
ｎｍ以下となる。よって、上記露光プロセスに本発明の
Ｘ線露光用マスクを用いれば、デバイス設計図に対して
忠実なパターンが作成可能であるため、良好な特性を有
する半導体デバイスを高い歩留まりで作製することが可
能になる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施例について詳細に説明す
る。［第１の実施例］厚さ２ｍｍのＳｉ基板の両面にＣＶＤ
法によりメンブレン材料としてのＳｉＣを１．２μｍ堆
積する。続いて、３５ｍｍ角のホーンと平均粒径が３０
μｍのＢＮ砥粒を用いて、Ｓｉ基板裏面を超音波加工に
よって研削する。Ｓｉ基板の残板厚を０．３ｍｍとし
た。０．５ｍｍ以下まで薄くすると、薄板部分がメンブ
レンの応力によって変形し、メンブレンの応力が緩和さ
れる。次に、ＴａＧｅＸ線吸収体をスパッタ法により表
面のＳｉＣ上に０．５μｍの厚さに成膜する。ここで、
ターゲットにＧｅが原子数比で２０％含まれている合金
ターゲットを用い、スパッタチャンバー内にＸｅガスを
４０ｓｃｃｍ導入して０．７Ｐａの圧力に保ち、２．０
ｋＷの電力パワーを導入すると２００ＭＰａ程度の圧縮
応力を持つＴａＧｅアモルファス合金薄膜が再現性良く
表面のＳｉＣ上に形成される。ここで、Ｓｉ基板の０．
３ｍｍの部分と２ｍｍの部分における成膜中の到達温度
差は５℃以内で、成膜温度差に起因するＸ線吸収体の結
晶構造や応力分布はほとんど見られない。次に、窒素中
において３００℃でアニールするとＴａＧｅの応力が引
張り側に変化してほぼ０ＭＰａの低応力膜が得られる。
Ｓｉ基板の反りの変化から応力を求める場合、応力測定
精度はＳｉ基板厚の２乗に反比例して劣化する。よっ
て、Ｓｉ基板厚を０．３ｍｍまで薄くした場合、２ｍｍ
Ｓｉ基板と比較して４４倍の精度で応力の測定が可能
で、低応力化も容易である。アニールプロセスの後、３
００℃以下の熱プロセスにおいては、Ｘ線吸収体の応力
は変化しない。

【００２５】次に、ウエハ洗浄装置を用いて、Ｘ線吸収
体に純水を散布しながら、裏面に混合比が１：１のフッ
硝酸を吹き付けて、Ｓｉ基板をバックエッチングする。
フッ硝酸によるエッチング時間は約３分間である。次
に、Ｘ線露光用マスクの剛性を確保するために、エポキ
シ樹脂を用いてＳｉ基板の裏面を厚さ５ｍｍの石英ガラ
スの支持枠に接着した。その後、Ｘ線吸収体上にレジス
トを塗布し、半導体素子のパターンを電子線描画機で形
成した後、ＳＦ₆のエッチングガスによりＸ線吸収体を
パターニングしてＸ線マスク体を形成した。続いて、酸
素アッシングによってレジストを剥離するとＸ線露光用
マスクは完成する。

【００２６】［第２の実施例］厚さ１ｍｍの面方位が
（１００）のＳｉ基板の両面にＣＶＤ法によりＳｉＣを
１．５μｍ堆積する。次に、裏面ＳｉＣ上において４０
ｍｍ角の中心部分を除く領域にレジストパターンを形成
し、レジストパターンをマスクにリアクティブイオンエ
ッチングによってＳｉＣを除去する。このとき、形成さ
れた開口部の辺の向きは［１１０］方向である。この４
０ｍｍ角のＳｉＣ膜が除去されたＳｉ基板を複数枚同時
にＫＯＨに浸してＳｉを異方性エッチングする。このと
き、Ｓｉ基板の残板厚が０．１〜０．５ｍｍになるよう
にエッチング時間を制御する。ＫＯＨのエッチングレー
トはＳｉの面方位に対して異方性をもつため、高い加工
精度にてエッチングすることが可能となり、更に、複数
枚を同時にエッチングすると、高いスループットを得る
ことができる。

【００２７】その後、フォトリソグラフィによって、裏
面ＳｉＣの外周１ｃｍ部分以外の領域にレジストパター
ンを形成し、このレジストパターンをマスクにリアクテ
ィブイオンエッチングによってＳｉＣを除去する。次
に、Ｓｉと熱膨張係数がほぼ等しい石英ガラスとを陽極
接合する。リアクティブイオンエッチングによってＳｉ
Ｃを取り除いたＸ線露光用マスクのＳｉ部分と厚さ５ｍ
ｍ程度の石英ガラスを接触し、３００℃程度に加熱した
ステージに載せて、５００Ｖの電圧をかけるとＳｉと石
英ガラスを接合することができる。次に、表面側ＳｉＣ
上にＴａＲｅＧｅＸ線吸収体をスパッタ法により０．５
μｍの厚さに成膜する。ＴａＲｅＧｅは化学的に非常に
安定なため、応力安定性が高い。続いて、第１の実施例
の場合と同様にアニールによりＸ線吸収体を低応力化し
た後、Ｓｉ基板をバックエッチングする。その後、Ｘ線
吸収体をパターニングして、Ｘ線露光用マスクは完成す
る。

【００２８】［第３の実施例］次に、図３を参照して第
３の実施例を説明する。厚さ６．５ｍｍのＳｉ基板３の
両面にＣＶＤ法によりＳｉＣを１．５μｍの膜厚に堆積
してメンブレン材料膜２を形成する。次に、Ｓｉ基板３
表面中央部分の５０ｍｍ角を除く周辺部分を、機械的研
削によって深さ３００μｍ取り除き、メサ構造をつくる
〔図３（ａ）〕。続いて、４０ｍｍ角のホーンと粒径が
３０μｍのＢＮ砥粒を用いて、Ｓｉ基板３裏面を超音波
加工によって研削する。Ｓｉ基板３の残板厚は０．５ｍ
ｍとした〔図３（ｂ）〕。このように、Ｓｉ基板３を厚
くしたことにより、支持枠が不要（フレーム一体型のＸ
線露光用マスク）となり、支持枠接着の際に生じる歪み
の問題を解決することができる。続いて、第１の実施例
の場合と同様にＸ線吸収体を成膜しアニールによって低
応力化する。従来の方法においては、厚いＳｉ基板３上
にＸ線吸収体を成膜すると、応力測定の精度が低下する
ため、成膜後にアニールによって低応力化するのが困難
だった。しかし、本実施例の方法によれば、薄板化され
た部分のＳｉ基板３の板厚が薄いため、応力測定の精度
が向上し、アニールによる低応力化が容易となる。次
に、第１の実施例の場合と同様に基板残板部をバックエ
ッチングしてメンブレン２ａを形成した後、Ｘ線吸収体
をパターニングしてＸ線マスク体１ａを形成して、Ｘ線
露光用マスクは完成する〔図３（ｃ）〕。

【００２９】［第４の実施例］次に、図４を参照して第
４の実施例について説明する。厚さ１．２ｍｍのＳｉ基
板３の表面にＣＶＤ法により、ダイヤモンドを１．５μ
ｍの膜厚に堆積してメンブレン材料膜２を形成する。次
に、Ｓｉ基板３の裏面を厚さ４ｍｍのＳｉＣからなる支
持枠４に接着する〔図４（ａ）〕。続いて、４０ｍｍ角
のホーンと粒径が３０μｍのＢＮ砥粒を用いて、支持枠
４およびＳｉ基板３を超音波加工によって研削する〔図
４（ｂ）〕。この時、Ｓｉ基板３厚が薄く、所望の残膜
厚と一致する場合はＳｉＣ支持枠４のみを研削し、Ｓｉ
基板３厚が所望の残膜厚よりも厚い場合はＳｉ基板３も
同時に研削すればよい。今回は、Ｓｉ基板をも研磨して
残板厚を０．２μｍとした。その後、第１の実施例の場
合と同様にＸ線吸収体を成膜し、低応力化する。続い
て、支持枠４をマスクにＳｉ基板３をフッ硝酸によりエ
ッチングして、ダイヤモンドのメンブレン２ａを作製す
る。次に、第１の実施例の場合と同様にＸ線吸収体をパ
ターニングしてＸ線マスク体１ａを形成して、Ｘ線露光
用マスクは完成する〔図４（ｃ）〕。

【００３０】［第５の実施例］次に、図５を参照して第
５の実施例について説明する。厚さ４．２ｍｍのＳｉ基
板３の裏面を４０ｍｍ角のホーンと粒径が３０μｍのＢ
Ｎ砥粒を用い残板厚が０．３ｍｍとなるまで研削する
〔図５（ａ）〕。次に、Ｓｉ基板３の表面を酸化して、
シリコン酸化膜５を形成する。しかる後、表面および裏
面を０．１ｍｍずつ鏡面研磨して、薄板化されていない
部分の厚さが４ｍｍのＳｉ基板３を作製する。次に、Ｃ
ＶＤ法により、ＳｉＣを基板表・裏面上にのみ１．２μ
ｍの膜厚に選択成長させてメンブレン材料膜２を形成す
る〔図５（ｂ）〕。この際に、側面および裏面の凹部分
にはシリコン酸化膜５が形成されているため、ＳｉＣを
それ以外の部分に選択成長させることができる。この側
面および凹部分に残ったシリコン酸化膜５をバッファー
ドフッ酸により除去し、第３の実施例の場合と同様にＸ
線吸収体を成膜した後、Ｘ線吸収体を低応力化する。裏
面周囲に残ったＳｉＣをマスクにＳｉ基板３をフッ硝酸
によりエッチングして、ＳｉＣのメンブレン２ａを作製
する。次に、第１の実施例の場合と同様にＸ線吸収体を
パターニングしてメンブレン上にＸ線マスク体１ａを形
成して、フレーム一体型のＸ線露光用マスクは完成する
〔図５（ｃ）〕。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＸ線露光
用マスクの製造方法は、基板裏面のメンブレン領域をＸ
線吸収体の成膜に先立って薄板化しておくものであるの
で、以下の効果を享受することができる。第１の効果
は、バックエッチングに伴うＳｉ基板の変形が小さくな
ることである。その理由は、あらかじめメンブレン化さ
れる部分を薄板化することにより、メンブレン化に伴い
生ずる応力の一部をあらかじめ解放できるためである。
第２の効果は、Ｘ線吸収体の応力測定精度が向上し、低
応力化が容易になることである。その理由は、Ｓｉ基板
の反りから応力を求める場合、応力測定精度がＳｉ基板
厚の２乗に反比例して悪化するからである。あらかじめ
薄板化したのちにＸ線吸収体を成膜することにより、成
膜後の応力測定を高精度に行うことが可能になりその結
果成膜後の応力調整を高精度に行うことが可能になる。
第３の効果は、メンブレン上のＸ線吸収体の応力分布が
均一化されることである。その理由は、Ｘ線吸収体を成
膜する前に、大半のメンブレンの応力があらかじめ解放
されているためである。第４の効果は、バックエッチン
グ工程の短縮化と設計寸法どおりのメンブレンの形状を
同時に得ることができることである。その理由は、超音
波加工等により短時間に高精度にＳｉ基板を薄板化した
後にフッ硝酸等によってメンブレン化するか若しくは多
数枚のＳｉ基板を同時にＫＯＨによって薄板化した後に
フッ硝酸もしくはＫＯＨによってメンブレン化すること
が可能であるためである。

【００３２】第５の効果は、フレーム一体化構造が可能
になることである。その理由は、Ｓｉ基板自体を厚くし
て高剛性基板としても、薄板化処理が行われることによ
り、高精度に応力測定を行いうるようになるためであ
る。フレーム一体化構造を採用することにより、支持枠
への接着に伴う歪み分を低減することができる。また、
フレーム一体化構造にすることにより、接着部分の洗浄
耐性や薬液除去を考慮する必要が無くなるため、Ｘ線露
光用マスクの洗浄が容易になる。第６の効果は、Ｓｉ基
板の研削に超音波加工を用いた場合、メンブレン形状の
自由度が高くなることである。従来の異方性バックエッ
チング方法においては、メンブレン形状は矩形に限定さ
れていたが、本発明によれば、超音波加工に用いるホー
ン形状を変えるだけで矩形のみならず、円形や楕円形な
どを含む任意の形状のメンブレンを形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための工程順の
断面図（その１）。

【図２】本発明の実施の形態を説明するための工程順の
断面図（その２）。

【図３】本発明の第３の実施例を説明するための工程順
の断面図。

【図４】本発明の第４の実施例を説明するための工程順
の断面図。

【図５】本発明の第５の実施例を説明するための工程順
の断面図。

【図６】従来のＸ線露光用マスク製造工程を示す工程順
の断面図。

【符号の説明】

１Ｘ線吸収体１ａＸ線マスク体２メンブレン材料膜２ａメンブレン３Ｓｉ基板４支持枠５シリコン酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）基板上にメンブレン材料膜を形成
する工程と、（２）前記メンブレン材料膜上にＸ線吸収体を成膜する
工程と、（３）Ｘ線吸収体パターン形成領域であるメンブレン領
域下の基板を除去して前記メンブレン材料膜をメンブレ
ン化する工程と、を有するＸ線露光用マスクの製造方法
において、前記第（２）の工程に先立って前記メンブレ
ン領域での基板は裏面側より薄板化処理が施されて板厚
が１．０ｍｍ以下に薄板化されることを特徴とするＸ線
露光用マスクの製造方法。
【請求項２】前記薄板化処理が、機械的加工法、異方
性のドライエッチング法若しくは異方性のウェットエッ
チング法にて行われることを特徴とする請求項１記載の
Ｘ線露光用マスクの製造方法。
【請求項３】前記第（３）の工程の後、前記基板を前
記メンブレン材料膜形成面と反対側の面にて支持枠上に
貼り付ける工程が付加されることを特徴とする請求項１
記載のＸ線露光用マスクの製造方法。
【請求項４】前記第（２）の工程の後に、または、前
記基板を前記支持枠上に貼り付けた後に、前記Ｘ線吸収
体をパターニングしてメンブレン領域にＸ線吸収体パタ
ーンを形成する工程が付加されることを特徴とする請求
項１または３記載のＸ線露光用マスクの製造方法。
【請求項５】前記第（３）の工程に先立って、メンブ
レン領域とその外周部を除く領域の基板表面を一部除去
してメンブレン領域を含む領域をメサ状に加工する工程
が付加されることを特徴とする請求項１記載のＸ線露光
用マスクの製造方法。
【請求項６】前記メサ状に加工する工程が、機械的加
工法または異方性のドライエッチング法により行われる
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線露光用マスクの製
造方法。
【請求項７】前記機械的加工法が、超音波加工法にて
行われることを特徴とする請求項２または６記載のＸ線
露光用マスクの製造方法。
【請求項８】前記薄板化処理に先立って、前記基板を
前記メンブレン材料膜形成面と反対側の面にて支持枠上
に貼り付け、前記薄板化処理を前記支持枠のメンブレン
領域下の部分を除去する工程に続けて行うことを特徴と
する請求項１記載のＸ線露光用マスクの製造方法。
【請求項９】前記第（１）の工程に先立って、前記基
板に対して薄板化処理を行い、メンブレン材料膜の堆積
を必要としない部分をマスクした後に、選択成長法によ
り前記第（１）の工程を行うことを特徴とする請求項１
記載のＸ線露光用マスクの製造方法。
【請求項１０】前記基板がＳｉ基板であることを特徴
とする請求項１記載のＸ線露光用マスクの製造方法。
【請求項１１】前記薄板化処理により残される基板厚
が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とす
る請求項１記載のＸ線露光用マスクの製造方法。
【請求項１２】基板上にＸ線吸収体パターンを保持す
るメンブレンを有するＸ線露光用マスクにおいて、前記
基板が支持枠を兼ねていることを特徴とするＸ線露光用
マスク。
【請求項１３】前記基板の前記メンブレンを保持する
部分が周辺よりも高いメサ構造になされていることを特
徴とする請求項１２記載のＸ線露光用マスク。
【請求項１４】前記基板がＳｉ基板であることを特徴
とする請求項１２記載のＸ線露光用マスク。