JP2585124B2 - Ｘ線マスクの保持構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子製造工程、とくにパターン転写工
程の将来技術であるＸ線露光システムにおいて、転写パ
ターンの原画であるＸ線マスクの保持構造に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、半導体素子の微細化が増々進展し回路パターン
の最小線幅は、現在の転写光源の波長（ｇ線:436nm）に
迫っており、光の回折や干渉がパターン微細化の障害と
なりつつある。このため、波長が1nm近辺と極めて短い
軟Ｘ線が将来の転写光源として注目され、様々な開発検
討が進められている。

第６図は、従来技術におけるＸ線マスクの保持構造の
模式的断面構造図である。転写パターン（以下パターン
１と称する）の原画は極めて薄い透光性の膜（以下メン
ブラン２と称すす）面上にやはり薄い金属膜製のパター
ンとして形成される。メンブラン２とパターン１とは軟
Ｘ線（以下、Ｘ線３と称する）の透過率が著しく異なる
のでパターン１の影がウエハ４面上の感光剤（以下、レ
ジスト５と称する）に焼き付けられる訳である。

一般に、Ｘ線マスク（以下、マスク６と称する）はSi
の単結晶であるウエハ４を基板材料として作製される
が、そのままでは脆く壊れ易いのでガラス製の補強枠
（以下、フレーム７と称する）に接着固定される。ま
た、フレーム７と一体のマスク６はマスク真空チャック
８で転写装置に装着される。装着はホース口９の真空引
きで制御される。マスク真空チャック８と一体のマスク
微動機構10はマスク６のウエハ４間の距離と傾き、パタ
ーン面方向の位置などをマスク６を動かして調整するた
めの機構である。

ウエハ４は高精度平面に仕上げ加工されたウエハ真空
チャック11に吸着され、パターン転写面の平面度が矯正
される。XYステージ12はウエハ４を逐次ステップ移動さ
せ、ウエハ４の全面にパターン１を転写するためのもの
である。

ウエハ４とマスク６との位置合せはウエハマーク13と
マスクマーク14を光学系15で観測し、この結果に基づい
きマスク微動機構10やXYステージ12を動かして行う。

光学系15はヘリウムチェンバ16内に格納されている。
これはＸ線３の減衰対策で、ヘリウムガスと大気では波
長が1nm近辺の軟Ｘ線においては透過率に50倍程度の差
が生じることに起因している。但し、ヘリウムは極めて
薄い中間膜17によって封止され、ここを通してＸ線は大
気側に位置するマスク６やウエハ４に導かれる構造とな
っている。このように、中間膜17はヘリウムガス雰囲気
と大気とを仕切る役目を果たしている。これはマスク６
の着脱交換の際、ヘリウムガスが大気中に逃げ出さない
ようにするためである。

以上、従来におけるＸ線マスクの保持構造について述
べた。以下、従来の問題点について述べる。

まず、マスク真空チャック８によるマスク６の装着に
おいて、マスク６の平面度が変化するとパターン１に歪
が生じ、この分、転写精度が損なわれる。これを避ける
ためマスク真空チャック８やフレーム７のチャッキング
面は高精度平面に加工される。しかし、真空吸着は第１
図に図示するように周囲のダスト18をも吸引しチャッキ
ング面に滞留付着させる。滞留したダスト18はチャッキ
ング面間にスキマ（間隙）を形成し、さらに、ダスト18
の吸引量を増加させる悪循環を生み、結果としてチャッ
キング面の精度低下を増長させ、フレーム７と一体のマ
スク６を吸着変形させてパターン１を歪ませる欠点とな
る。

次に、マスク６とフレーム７とは接着により固定され
ているが、これらマスク６とフレーム７との熱膨張差、
接着剤の硬化収縮や膨潤、接着剤への異物混入等、パタ
ーン１を歪ませる様々な欠点を合わせ持っている。

加えて、ヘリウムガス雰囲気と大気側とは中間膜17に
よって仕切られているが、中間膜17とマスク６のメンブ
ラン２との間は大気空間19となっている。従って、Ｘ線
３は、ここで大気による減衰を受けてウエハ４上のレジ
スト５に到達せざるを得ないが、中間膜17とメンブラン
２との間もＸ線透過率に優れたヘリウムガス雰囲気に置
換できれば到達Ｘ線量が増えるため、その分だけパター
ンの転写時間を短縮することができることになる。

尚、転写時間の短縮はＸ線露光技術開発における最重
要課題のひとつとなっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的の１つはＸ線マスク上に形成された転写
パターンの歪を最小限に抑制するＸ線マスクの保持構造
を提供することにある。

また本発明の別の目的の１つは、Ｘ線が通過する大気
空間を、さらにＸ線透過率が高いヘリウムガス雰囲気に
置換できるマスクの保持構造を提供し、パターン転写時
間を短縮したＸ線マスクの保持構造を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来のマスク真空チャックによる吸着固定
やマスクとフレームとの接着が、いずれも広い平面同士
の固定であることがパターンを歪ませる主原因であるこ
とに着目し、まず、ダストを吸引しないマグネット吸着
を用い、しかも点同士固定、それも三点とし、かつ歪が
伝わらぬよう弾性支持させたＸ線マスクの保持構造とし
た点に特徴を有する。

また、本発明は、リング状のスポンジと薄いフイルム
状の片持シートを用いた気密シールにより、マスク装着
後、速やかに従来の大気空間が自動的にヘリウム置換さ
れるＸ線マスクの保持構造とした点に特徴を有する。

本発明の構成は下記に示す通りである。即ち、本発明
は 三点支持形の接続金具（22）を中継してフレーム
（７）に対して接着固定されたＸ線マスク（６）と本体
と、 転写装置側に配置された所定のガスを導入するチェン
バ（16）と一体形成され前記マスク（６）が装着された
ときフレーム（７）との間の外周を接触気密させるシー
ルホルダ（23）と、 前記フレーム（７）の周囲３ヵ所に貼り付けた円板形
の磁性体（20）と、 前記磁性体（20）と吸着する転写装置側の対向する３
ヵ所に固定された逆励磁マグネット（21）と、 中間膜（17）とマスクメンブラン（２）間に形成され
た閉空間（24）と、 給気孔（25）から所定のガスを供給し、排気孔（26）
から放出させて前記閉空間（24）の大気空間を前記所定
のガスに置換させる手段とを含み、Ｘ線マスク上に形成
された転写パターンの歪を最小限に抑制し、パターン転
写時間を短縮したことを特徴とする、Ｘ線マスクの保持
構造に関するものであり、或いはまた 前記Ｘ線マスクの本体と保持用のフレームとを、リン
グ状の三点に鍵形の腕が付いた接続金具を中継して接着
固定し、Ｘ線マスク上に形成された転写パターンの歪を
最小限に抑制したことを特徴とするＸ線マスクの保持構
造に関するものであり、或いはまた 前記接続金具におけるリング状の円周の一部分が切断
してあることを特徴とするＸ線マスクの保持構造に関す
るものであり、或いはまた、 前記フレームに対向するＸ線マスクの装着面側に、薄
い片持シートの下敷となったスポンジをリング状に配置
し、Ｘ線マスクの装着によりスポンジを押しつぶして作
り出した気密空間に前記所定のガスとしてヘリウムガス
を給気してＸ線の透過率を高め、パターン転写時間を短
縮したことを特徴とするＸ線マスクの保持構造に関する
ものである。

更にまた、フレームの三点に磁性体を結合させたＸ線
マスクと、これに対向して永久磁石を内蔵する励磁マグ
ネットを設けたことを特徴とするＸ線マスクの保持構造
に関するものであり、或いはまた、 前記励磁マグネットにおいて、励磁コイルへの通電は
永久磁石の磁束を減磁してＸ線マスクを着脱するのみに
用い、Ｘ線マスクは永久磁石の磁力のみで保持すること
を特徴とするＸ線マスクの保持構造に関するものであ
る。

〔実 施 例〕

第１図は本発明における一実施例としてのＸ線マスク
の保持構造の模式的断面構造図である。

マスク６の装着はフレーム７の周囲３ヵ所に貼り付け
た円板形の磁性体20を、これも転写装置側の対向する３
ヵ所に固定された逆励磁マグネット21で吸着させて保持
する。マスク６とフレーム７との接続の詳細について
は、後述するが、やはり三点支持形の接続金具22を中継
して接着固定される。

また、転写装置側にヘリウムチェンバ16と一体となっ
たシールホルダ23がある。シールホルダ23の役目はマス
ク６が装着されたときフレーム７とシールホルダ23との
間の外周を接触気密させることにある。これは中間膜17
とマスクメンブラン２との間に閉空間24を作り、ここに
ヘリウムガスを供給し大気空間をヘリウムに置換させる
ためである。ヘリウムは給気孔25から供給し、排気孔26
から放出させる。但し、給気孔25の断面積よりも排気孔
26の断面積を十分大きくとっておく必要がある。これは
閉空間24の圧力上昇によってメンブラン２が膨らみ転写
パターンに歪が生じることを防止するためである。

以上、マスク保持構造の概略的構成について説明し
た。以下、詳細構造について説明する。

第２図は、本発明の詳細を説明するマスク装着前にお
ける保持構造主要部の模式的拡大断面構造図である。

第３図は同様に、マスク装着後の保持構造主要部の模
式的拡大断面構造図である。

第２図はマスク装着前の状態を示したもので、逆励磁
マグネット21はコップ形のアウタヨーク27の底の部分で
永久磁石（以下、磁石28と称する）と先端が球形のコア
ヨーク29に接着結合され、コアヨーク29の周囲には電磁
コイル（以下、コイル30と称する）が巻いてある。従っ
て、逆励磁マグネット21はコイル30に電流を流さずとも
磁石28の磁力による一定の電磁吸引力を持っている。コ
イル30に電流を流すと流す方向によって電磁吸引力は増
減する。これはコイル30の誘導磁束が磁石28による磁束
を増減磁するためである。

また、シールホルダ23の外周には一端がシールホルダ
23に接着固定されたリング状の片持シート31の下敷とな
るように、これもリング状のスポンジ32がシールホルダ
23内に埋め込まれている。

第３図はマスク装着後の状態を示したものである。フ
レーム７上に接着固定された磁性体18を逆励磁マグネッ
ト21で吸着保持することは前に述べたとおりである。

但し、マスク装着の際は、磁力により衝撃的にマスク
６が吸着されぬように、予め磁力が減じる方向にコイル
電流を流しておき、吸着されたらコイル電流を切って磁
石28の力だけで装着させる。マスク離脱も同様に磁力が
減じる方向にコイル電流を流せばよい。従って、着脱時
のみコイル30に電流を流し、通常は磁石28の力だけでマ
スク６を保持させる。これが逆励磁マグネットと称する
理由である。また、先にも述べたように逆励磁マグネッ
ト21の個数は図示してないが３個である。このようにす
ると、３点を結ぶ平面は一つしか存在しないので、三脚
と同様の原理によりマスクを変形させる力を極めて小さ
くできることから安定確実に固定できる。特に、コアヨ
ーク29の先端を球形にしてあるのは、より、点接触に近
づけるためである。

つぎに、マスク６が装着されるとフレーム７面に片持
シート31が接触し下敷のスポンジ32を押しつぶして気密
する。この結果、中間膜17とメンブラン２間に閉空間24
が作られる。ここに給気孔25からヘリウムガスを給気す
れば従来の大気空間19がヘリウムガス雰囲気に置換され
ることになる。但し、マスク装着前の状態で、ヘリウム
ガスを給気すると大気中に放散され無駄となるので、給
気を停止しておくとよい。

一方、フレーム７とマスク６とは、三点支持形の接続
金具22を中継して接着固定する。

第４図は接続金具22の形状を示した立体図である。接
続金具22は単一部品であり、リング状金具の３点に鍵形
に曲がった腕が付いた形となっている。形状は理解を助
けるため第３図とは上下逆さまに描かれているが、リン
グ部分33がフレームの内側に、鍵形に折り曲げた平坦部
分34がマスク６の裏面に、それぞれ接着されフレーム７
とマスク６が接続される。

この場合、第３図の拡大断面図に示す通り接着個所の
中間に、接着されない板状の接続部分が取り残されてい
る。この部分が重要な部分である。即ち、板状部分の厚
さ方向はマスク６の半径方向を向いており、板状部分の
幅方向がマスク６の周方向を向いていることになる。板
状部材は板幅方向に比べ、板厚方向の強度が弱く材料力
学的には板厚の３乗に比例する。このため、接着固定さ
れたフレーム７とマスク６の結合強度は周方向と面方向
には強いが、半径方向には極めて弱くなるので、フレー
ム７の半径歪や平面度歪が、板状の接続部分で吸収され
マスク６には伝達されないことになる。従って、何等か
の原因、例えばマスク６との接着時とパターン転写時の
温度差による膨張収縮変形、マスク装着に伴うフレーム
７の平面度変形などが生じてもマスク６の転写パターン
に歪を生じさせないことができる。

尚、第４図において、接続金具22のリング周長の一部
分は切断部分35を有するように形成されている。これは
フレーム７とマスク６の分解や組立を容易にするためで
ある。このような切断部分35を有する理由は、このよう
にすると接着結合がせん断力に強いが剥離に弱いことを
利用してリング周長の切断部分から容易に分解できるか
らであり、また、リングの半径方向に弾性が付与させ、
この弾性による押付力を利用して接着組立の際、接続金
具22をフレーム７に仮止めすることができるから等であ
る。

以下、実測データについて説明する。

第５図、及び第７図は転写パターンの歪を比較した実
施例で、第５図が本発明のＸ線マスクの保持構造におけ
るパターン歪実測例、第７図が従来の保持構造を用いた
場合のパターン歪実測例である。

第５図、及び第７図において36はマスクのメンブラン
２上に予め用意してある基準マークであって、マスクの
接着やフレームの吸着等によって生じるマスク保持前後
のパターン歪の大きさと方向を、この基準マーク36の位
置ヅレから求める方法がそれぞれ図示されている。ま
た、第５図及び第７図では便宜上丸印で基準マーク36を
図示しているが実際のマークと異なることは言うまでも
ない。37は実際の歪を求めた結果の矢印であって矢の長
さが歪の大きさ、矢の向きが歪の方向となる。38は歪量
を表すスケールであって１μｍで刻んである。39は前述
したマスクの下地基板であるSiウエハに開口してあるメ
ンブラン窓である。本実測例のメンブラン窓39の大きさ
は約2cm平方である。

第５図、及び第７図で一目瞭然のように本発明のＸ線
マスクの保持構造は従来の保持構造と比較してパターン
歪を極めて少なくすることがてきる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のマスク保持構造は、従
来の真空チャックによる保持構造に比べ、以下のような
利点・効果がある。

１）逆励磁マグネットは電磁力による着脱法なので、制
御が容易なことは勿論、従来の真空チャックのような大
気中のダストを引き寄せることがないので、ダストがチ
ャキング面に滞留付着して誘引されるパターン歪への影
響は、完全に払拭されるという効果がある。さらに、Ｘ
線露光に対するダストの様々な悪影響、例えばウエハや
マスクへのダスト付着によるパターン欠陥、ウエハとマ
スク間の隙間へのダスト介在による高価なマスクのメン
ブランの損傷等、これらを防止する効果のほうがはるか
に大きいことは言うまでもない。

２）逆励磁マグネットは、前述したように三脚と同様の
原理に基づく固定法なのでフレームを変形させる力を極
めて小さくできる。これは結局、フレームに接着される
マスクの変形を防止し、ひいてはパターンの応力歪を抑
制できるという効果がある。

３）逆励磁マグネットは永久磁石でマスクを保持するの
で、停電や回路の動作不良があっても最小限マスクの脱
落トラブルは防止できる。従来の真空チャックに比べて
極めて優れた効果である。

４）逆励磁マグネットはマスクの着脱時のみの通電とな
る。これは実際のパターン転写時間に比べると無視でき
る時間なので、ジュール熱によるコイルの温度上昇を防
止し、ひいては転写パターンの膨張収縮歪を抑制できる
という効果がある。

５）３点支持形の接続金具によるフレームとマスクとの
接着結合も、前述した三脚の原理に基づく固定法である
ことから、同様の効果が存在することは云うまでも無
く、加えて、接着ミスが生じた場合も容易に分解組立て
でき、高価なマスクを損傷することもなく、無駄にしな
いで済むという利点がある。

６）リング形のスポンジと薄いフイルム状の片持シート
を用いた気密構造は、マスクを装着するだけで従来の大
気雰囲気を、極めてＸ線透過率が高いヘリウムガスに置
換でき、この分だけパターンの転写時間を短縮できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線マスクの保持構造における一実施
例の断面図、第２図は本発明のＸ線マスクの保持構造に
おけるマスク装着前の拡大断面図、同様に、第３図はマ
スク装着後の拡大断面図、第４図はＸ線マスクと保持用
の補強枠（フレーム）とを接着結合させるための接続金
具である。第５図は本発明の保持構造におけるパターン
歪実測例であって、第６図は、従来におけるＸ線マスク
の保持構造の断面図、第７図は従来の保持構造における
パターン歪実測例である。 １……パターン、２……メンブラン、３……Ｘ線、４…
…ウエハ、５……レジスト、６……マスク、７……フレ
ーム、８……マスク真空チャック、９……ホース口、10
……マスク微動機構、11……ウエハ真空チャック、12…
…XYステージ、13……ウエハマーク、14……マスクマー
ク、15……光学系、16……所定のガスを導入する（ヘリ
ウム）チェンバ、17……中間膜、18……ダスト、19……
大気空間、20……磁性体、21……逆励磁マグネット、22
……接続金具、23……シールホルダ、24……閉空間、25
……給気孔、26……排気孔、27……アウタヨーク、28…
…永久磁石、29……コアヨーク、30……コイル、31……
片持シート、32……スポンジ、33……リング部分、34…
…平坦部分、35……切断部分、36……基準マーク、37…
…矢印、38……スケール、39……メンブラン窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 政利 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−235321（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−290918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−251621（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三点支持形の接続金具を中継してフレーム
   に対して接着固定されたＸ線マスクの本体と、 転写装置側に配置された所定のガスを導入するチェンバ
   と一体成形され前記マスクが装着されたときフレームと
   の間の外周を接触気密させるシールホルダと、前記フレ
   ームの周囲３ヵ所に貼り付けた円板形の磁性体と、 前記磁性体と吸着する転写装置側の対向する３ヵ所に固
   定された逆励磁マグネットと、 中間膜とマスクメンブラン間に形成された閉空間と、 給気孔から所定のガスを供給し、排気孔から放出させて
   前記閉空間の大気空間を前記所定のガスに置換させる手
   段とを含む、Ｘ線マスクの保持構造。
2. 【請求項２】前記Ｘ線マスクの本体と保持用のフレーム
   とを、リング状の三点に鍵形の腕が付いた接続金具を中
   継して接着固定し、Ｘ線マスク上に形成された転写パタ
   ーンの歪を最小限に抑制したことを特徴とする前記請求
   項１記載のＸ線マスクの保持構造。
3. 【請求項３】前記接続金具におけるリング状の円周の一
   部分が切断してあることを特徴とする前記請求項１もし
   くは２の内、いずれか１項記載のＸ線マスクの保持構
   造。
4. 【請求項４】前記フレームに対向するＸ線マスクの装着
   面側に、薄い片持シートの下敷となったスポンジをリン
   グ状に配置し、Ｘ線マスクの装着によりスポンジを押し
   つぶして作り出した気密空間に前記所定のガスとしてヘ
   リウムガスを給気してＸ線の透過率を高め、パターン転
   写時間を短縮したことを特徴とする前記請求項１乃至３
   の内、いずれか１項記載のＸ線マスクの保持構造。