JPH02162714A - Ｘ線マスクブランクス及びｘ線マスク構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体製造装置、特にＸ線による露光を行う為
の露光装置で使用するＸ線マスクブランクス及びＸ線マ
スク構造体に関する。

（従来の技術） 近年、半導体集積回路の高密度化及び高速化に伴い、集
積回路のパターン線幅が約３年間で７０％に縮小される
傾向にある。

大容ｑメモリ素子（例えば４ＭＤＲＡＭ）の更なる集積
化により、１８　Ｍｂｉｔ、　ｇｆｊｌのもの等では０
．５μｍルールのデバイス設計が行われる様になってき
た。この為焼付装置も一層の高性能化が要求され、転写
可能な最小線幅が０．５μｍ以下という高性能が要求さ
れ始めて来ている。その為露光光源波長としてＸＬ＆領
域（７乃至１４人）の光を利用したステッパが開発され
つつある。

Ｘ、ｔ！ｌｌ露光装置は、ｘｍｍ、Ｘ＆ｌマスク及びス
テップアンドリピート型ウェハチャックよりなっている
。Ｘ線マスクはＸ線透過膜（メンブレン）と称される有
機又は無機薄膜と、その膜を保持する保持枠とからなり
ている。Ｘ線透過股上には転写すべき所望の回路パター
ンがＸ線を吸収する材料で形成されており、Ｘ線透過膜
は露光に必要なＸ線の透過率の高い、即ち吸収の小さい
材料を用いた薄膜で構成されている。

無機質のＸ線透過膜としては、シリコン又はシリコン化
合物が半導体プロセスからの作製法の転用という形で多
用されている。これらのＸ線透過膜はシリコンウェハ上
に気相重合法やスパッタリング等により１乃至３μｍの
厚さに堆積され、Ｘ線の透過が必要な部分の下にあるシ
リコンウェハを、裏面からのエツチングにより除去する
ことにより窓状の開口を有する基板に薄膜を緊張して張
った状態のマスクブランクスとなる。

この様に作製された無機薄膜は熱膨脹係数が３乃至５Ｘ
１０−’に一’、ヤング率が２００乃至３０００Ｐａ程
度であり、変形位置歪み等の点からも好ましい材料とさ
れている。

ところが、シリコン基板のバックエツチングに要する時
間が長く、−枚のブランクスを完成する為に時間と経費
を要する為、強度を犠牲にしても薄いシリコン基板（０
，３乃至２ａ＋ｍ）を用いている。その為吸収体パター
ンの形成時、完成したマスクの搬送、収納等の取扱い時
等に基板の破損や変形が生じ、Ｘ線リソグラフィーを用
いた高ｔｉ度且つ超微細パターンの転写の特徴を生かす
には好ましくない状態であった。

これを改める為にシリコンウェハのＸ線透過膜のない側
に環状若しくは開口を有する補強体がエポキシ等の接着
剤を用いて接着されていた。

補強体として厚さが５乃至１０ｍｍのパイレックスガラ
ス等を用いることによりシリコン基板の見かけの強度は
十分に大きくなり、露光装置への装着搬送、収納に際し
てもほぼ満足する特性を有するものが出来る様になった
。

（発明が解決しようとしている問題点）しかしながら、
上記従来例では、Ｘ線透過膜保持枠としてのシリコンウ
ェハとその補強体としてのガラス材の熱膨脹係数が異な
る為、作製時と異なる環境温度下にあっては、常に接着
面及び接着層に剪断力が掛っており、焼付時のマスター
ウェハ間のギャップを１０乃至１００μｍの間に保持す
ることが必要である為、基板を歪ませる等の問題があっ
た。

これを解決する為に基板と同物質の補強体を接着するこ
とも考えられたが、前述の場合も含めて接着剤を均一な
厚さに塗布し接着層の厚さを均一に保って多数のブラン
クスを作製することは困難であった。特にＸ線マスクで
は厚み方向の寸法精度の厳しいのが通常で、接着層の厚
さがロット毎にばらつき、補強体と保持枠基板とが平行
にならずに傾くこと等、マスクブランクスの分留りを著
しく低下させているという欠点があった。

従って本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、
平面度等に優れたＸ線マスクブランクス及びＸ線マスク
構造体を提供することである。

（問題点を解決する為の手段） 上記目的は以下の本発明によらて達成される。

即ち、本発明は、Ｘ線透過膜を保持しているシリコン製
保持枠とシリコン製補強体とからなるＸ線マスクブラン
クスにおいて、上記保持′枠と補強体とが接着剤を介す
ることなく直接接合していることを特徴とするＸ線マス
クブランクス及び該マスクブランクスが所望パターンの
Ｘ線吸収体を存していることを特徴とするＸ線マスク構
造体である。

（作　　用） 本発明によれば、保持枠と同一物質であるシリコン製補
強体とを接着剤によらない方法で直接接合する為、接着
層の厚さが極めて薄く接合しており、力学的特性や機械
的精度においても十分に制御されたマスクブランクス及
びマスク構造体が提供される。

（好ましい実施態様） 次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。

本発明のＸ線マスク構造体の構成において使用するＸ線
透過膜は、ベリリウム（Ｂｅ）、チタン（Ｔｉ）、硅素
（Ｓｉ）、硼素（Ｂ）等の単体又はそれらの化合物等、
従来Ｘ線透過膜として使用されているものはいずれも本
発明で使用することが出来、これらのＸ線透過膜はＸ線
透過量を可能な限り大きくする為に０．５乃至５μｍの
厚みであるのが好ましい。

これらのＸ線透過膜の形成方法自体はいずれも従来公知
の方法でよく、例えば、第１図示の如くシリコンウェハ
（保持枠）２上にＸ線通過膜ｌを成膜し、次いでその裏
面にエツチング保護膜（図示無し）（ポリイミドや窒化
硅素膜等）を設け、３０％苛性カリ水溶液でバックエツ
チングすることにより、ウェハ２上に支持された無機Ｘ
線透過膜１を形成することが出来る。この場合にはシリ
コンウェハ２の強度が不足するのでシリコン製の補強体
３を付設する。

上記Ｘ線透過膜ｌ上に形成するＸ線吸収体４としては、
一般に密度の高い物質、例えば、金、白金、タングステ
ン、タンタル、銅、ニッケル及びそれらを含む化合物の
９膜（例えば、０．５乃至１μｍ程度の厚み）の如く、
従来のＸ線マスク構造体に使用されているＸ線吸収体は
いずれも本発明において使用出来、特に限定されない。

この様なＸ線吸収体４は、例えば、上記Ｘ線透過膜ｌ上
にメツキ電極層を設け、その上に単層又は多層のレジス
トをエレクトロンビーム描画によりバターニングし、例
えば、金をメツキしてＸ線吸収体である金パターンを形
成する。又、Ｘ線透過股上にＷやＴａ等を成膜し、単層
又は多層のレジストを正しクトロンビーム描画により形
成し、次いでＷやＴａ層をプラズマエツチングしてＸ線
吸収体を形成することが出来る。又、Ｘ線吸収体はシリ
コンウェハのバックエツチング前に形成してもよい。

シリコンウェハ２と補強体３との接着は、従来は、同化
時に収縮の少ない接着剤、例えば、エポキシ系、ゴム系
、アクリル系、ポリイミド系等の熱硬化型、光硬化型、
溶剤型等の接着剤が使用されてきた。

方、補強体の材料としては、シリコンとほぼ熱膨脹係数
の等しい硼珪酸ガラス（商品名　パイレックス）が多く
用いられてきた。これは無機薄膜の基板として、シリコ
ンウェハが通常用いられている為に接着後５使用時の熱
的応力等による接着面の剥離を防ぐ為である。

しかしながら、硼硅酸ガラスはヤング率が６６０Ｐａの
程度であり、これは比較的軟らかい金属（金等）と同等
に荷重で容易に変形するという欠点があり５高精度を保
持するマスク補強体としては必ずしも適当ではない（第
１表参照）。

ン 硼硅酸ガラス　　　３〜３．ａｘ＋ｏ−’　　　　６６
ＧＰａ石英ガラス　　　　０．４ｘ　１０−’　　　７
３ＧＰａステンレス鋼　　　　　　＋６　ｘｔｏ−’　
　　　２００ＧＰａｓｉ　　単結晶　　　　　２．４Ｘ
　１Ｇ−’　　　　＋１３ＧＰａ又、石英ガラスもヤン
グ率が小さく適当ではない。一方、ステンレス鋼は変形
の少ない点では好ましいが、熱膨脹係数がシリコンに比
べ大きい為使用環境の温度と作製時の温度が異なると熱
膨脹による歪みを生ずる。

これらの材料のどれを用いても共通に問題となるのは接
着層の強度不足であり、枠が変形しない強固なものであ
っても、接着剤層の変形は免れない。

本発明ではこれらの接着剤を使用することなく保持枠２
と補強体とを接合させることを特徴としている。

本発明で使用するシリコン製補強体は、シリコンインゴ
ットを必要な厚さに切断し研磨したものである。

本発明におけるシリコンウェハ２とシリコン補強体３と
の接合は、シリコン−シリコン直接接着法と呼ばれ、２
枚のシリコンウェハを常温で接触させた後、熱処理によ
り一枚のシリコンウェハに張り合せる技術（Ｍ、　Ｓｈ
ｉｍｂｏ　ｅｔ　ａｌ、、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ＾ｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ誌、第６０巻８号、２９８７
頁、１９８６参照）を利用して行うことが出来る。

本発明ではＸ線透過膜を形成し、バックエツチングによ
り開口部を形成した保持枠と上記の如きシリコン製補強
体とを位置決め固定し、例えば、約４００乃至１２００
℃で約０゜５乃至１．５時間熱処理することにより、両
者を直接接合させることが出来る。

この方法により接合したシリコンウェハと補強体とは、
シリコンウェハがその接合界面部分に僅かながら酸素が
残存し、アモルファス層が形成されており、補強体との
接合の機構はシリコン表面に付着した水酸基による水素
結合により先ず物理的に接着され、これを熱処理すると
熱処理中にシリコン原子或いは自然酸化膜がクエへの凹
凸によって形成された空間を埋める様に移動して両者が
完全に接着すると考えられている。

この様にして得られたウェハー補強体接合物は、その接
合面においても良好な電気的特性を示し、電気的特性ば
かりでなく、力学的特性にも優れ、引き剥し耐力は１０
０　ｋｇ／　ｃｍを上まわるところ迄強固に接合されて
いる。

後の実施例で更に詳細に説明するが、本発明においては
、シリコンウェハとシリコン製補強体を接着剤を用いる
ことなく直接接合させる為に、Ｘ線透過膜保持枠である
シリコンウェハと補強体とか一体化している。従って、
両者は本質的に熱的特性及び弾性的特性ともに差異がな
い為に、熱による歪も発生することがなく極めて安定し
たマスク構造体を構成することが可能となる。

（実施例） 次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ 第１図は本実施例のｘｌｉ！マスク構造体の断面を図解
的に示す図である。

第１図は本発明のマスク構造体を図解的に説明する図で
あり、１はシリコンウェハ上に形成された無機Ｘ線透過
膜層、２は無機Ｘｉｌ透過膜層を形成後、所望の領域を
Ｘ線透過膜層のない側からバックエッチにより除去し窓
を設けたシリコンウェハ、３は補強体の形状に加工成形
後両面を研磨したシリコン製の環状補強体、５は直接接
着法によりシリコンウェハ及びシリコン環状体を接合し
たときの境界面である。

第２図に本実施例のフローチャートを示し、流れに従っ
て製法を説明する。

先ず、Ｘ線透過膜を保持する為のシリコンウェハを用意
する。後にバックエッチして枠構造とする為に厚さは厚
めの方が好ましいが、バックエッチプロセスに要する時
間を考えると薄い方が効率的である。プロセスとの係わ
りで厚みを決定すればよいが、本例では２１１１ｍのシ
リコンクエバを用いた。バックエッチの際、異方性エツ
チングを行う為に面方位が（１００）ものを選択した。

ウェハは両面を平面度λ／４（λ・６３２．８ｎｍ）以
下に研磨しく工程２１）且つ平行度は２μｍとした。次
に上記シリコンウェハ上にＲＦマグネトロンスパッタリ
ングにより炭化硅素（ＳｉＣ）を２．１μｍの厚さに堆
積した。スパッタリングの条件は基板温度は２００℃、
アルゴンガス圧力０．ＩＰａ、印加ＲＦ電力は２００Ｗ
とした（工程２２）。この隔膜の均一性を図る為シリコ
ン基板をターゲツト材ＳｉＣに対し自公転させた。

成膜後十分冷却した後、シリコン基板のＳｉＣ膜の堆積
してない面にゴム系フォトレジスト（商品名　ＯＭＲ−
８３、東京応化社製）により３０ｍｍＸ３０ｍｍの１１
ミ方形を残してエツチング保護膜を形成した。フォトレ
ジストにより覆われていない３０ｍｍＸ３０ｍｍの領域
を４０％にＯＨ水溶液にて８５℃の液温のもとてバック
エッチを行い、ＳｉＣメンブレン１を有するウェハ２を
得たく工程２３）。

その後、フォトレジストを過酸化水素−濃硫酸２：１混
合液により剥離し洗浄した。

一方、補強体となる枠材３を次のように作製した。４ｍ
ｍ厚さの（１００）方位シリコン円板（直径４インチ）
の中央部に、直径６０市の穴を開け、シリコン製のリン
グ状部材を作製した。これを更に研磨及びラップ加工し
、両面の平行度２μｍ、平面度λ／４（λ−６３２．８
ｎｍ）　、平均面粗さ０．　１μｍに仕上げた（工程２
４）。

次に先に作製したＳｉＣメンブレン付シリコンウェハと
補強体とを同心になるように重ね合わせる（工程２５）
。この際、両部材の間にゴミ等の異物が入らぬようクラ
ス１０以下の清浄な環境において、過酸化水素−濃硫酸
１：２混合液にて洗浄後、希硫酸中に１時間浸漬し脱イ
オン水により十分洗浄した。両部材を重ね合わせた後、
アルゴン雰囲気中にて熱処理を行った（工程２６）。処
理条件は１，０００℃で１．５時間であった。十分冷却
した後熱処理炉により取り出したところ、ＳｉＣ膜を有
するシリコンウェハとリング補強体とが密着したマスク
ブランクスが得られた。次に常法に従ってメンブレンｉ
上にＸ線吸収体４をバターニングして本発明のマスク構
造体とした。

又、２つの部材の接着強度を測定したところ１２０ｋｇ
／ｃは以上であった。

（発明の効果） 以上説明した様に、Ｘ線透過膜を存するシリコンウェハ
とリング状シリコン補強枠とを直接接合法により接着す
ることにより、接着剤の影響を全く受けない−・体止し
たＸ＠マスクブランクス及びＸ線マスク構造体が得られ
る。この様にして両部材の材質の違いによる歪の除去、
接着剤による厚さむらの除去、接着剤の変形による相対
位置ずれの除去、接着剤部分からの剥れ防止等の効果が
得られ、精度的に十分満足できるＸ線マスクブランクス
及びＸ線マスク構造体が形成可能となった。

又、本発明によるマスクブランクス及びＸ線マ゛スク構
造体の精度は、各部材の加工精度を十分高くすることに
より品質の安定したものとなり、製造時の歩留りを極め
て高くすることが可能となる。

更に６ＩＩＩ１１のムク材を用いたと同等な効果が薄い
ウェハによって得られるに拘らずバックエッチに要する
時間は１／１０に短縮されるという著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線マスク構造体の断面を図解的に示
す図、第２図は本発明を実施する為の工程を示すフロー
チャートである。 ｌ：Ｘ線透過膜 ２：保持枠 ３：補強体 ４：Ｘ線吸収体 ５二接合界面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線透過膜を保持しているシリコン製保持枠とシ
   リコン製補強体とからなるＸ線マスクブランクスにおい
   て、上記保持枠と補強体とが接着剤を介することなく直
   接接合していることを特徴とするＸ線マスクブランクス
   。
2. （２）所望パターンのＸ線吸収体と該吸収体を保持する
   Ｘ線透過膜とこれらを保持するシリコン製保持枠とシリ
   コン製補強体とからなるＸ線マスク構造体において、上
   記保持枠と補強体とが接着剤を介することなく直接接合
   していることを特徴とするＸ線マスク構造体。