JPH02310A - Ｘ線用マスクとそれを用いた露光方法 - 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Ｘ線用マスクとそれを用いた露光方法に関し、
主に波長２人〜１５０Ａ程度の軟Ｘ線（以下単にｒＸ線
」という場合もある。）を用いＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子を製造する際に好適なＸ線用マスクとそれを用いた
露光方法に関するものである。

（従来の技術） 最近ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の露光装置に右
いては半導体素子の高集積化に伴って、より高分解能の
焼付けが可能な軟Ｘ線を利用した露光装置が種々と提案
されている。

この軟Ｘ線を利用した露光装置で使用されるＸ線用マス
クは一般にリング状の形状をした支持枠と、その開口に
緊張して張られた軟Ｘ線に対する透過部、及び非透過部
とを有する膜状体とから構成されている。

非透過部は該膜状体に基板を構成する支持膜（マスクメ
ンブレン）の上に設けられた幾何学形状の軟Ｘ線に対す
る遮光体くＸ線吸収体も含む）から成って七り、該遮光
体はサブミクロンの精度で、かつ再現性良く被転写体、
例えばウェハ面上に転写されるように構成されている。

一方、透過部は遮光体が設けられていない領域の支持膜
自体より成っている。

軟Ｘ線を用いた露光装置においては、露光用の軟Ｘ線光
源からの照射光エネルギーの損失を防ぐ為、多くの場合
、Ｘ線用マスクの設置されている空間及びウェハのレジ
スト塗布面側の上部空間は共に減圧大気、若しくは低圧
力ヘリウム雰囲気になっている。

このような条件下で波長が例えば２〜１５０人程度の軟
Ｘ線で露′光す′るとＸ線用マスクの支持膜、マスク吸
収体、雰囲気ガス原子が軟Ｘ線を吸収し、充電効果によ
り光電子を放出する。特に支持膜が７絶縁体薄膜である
ときは、支持膜構成原子の光電子放出による帯電は、も
ちろんのこと電子数が多い吸収体からの電子放出による
帯電が生じ、支持膜が高い正電位を有するようになフて
くる。

一般に支持膜とウェハのレジスト面との距離はプロキシ
ミティ露光においては、露光用光源からの光束の拡がり
によるボケが無視出来る程度に小さく、例えば１０μｍ
〜１００μｍの間に設定されている。この為、支持膜と
ウェハが静電的に力を及ぼし合い支持膜が吸引され支持
膜が変形し、支持膜のたわみによりパターンの焼付精度
が低下し、特に吸引力が強い場合は支持膜がウェハに密
着してしまう場合がある。

転写すべきパターン寸法が例えば０．５μｍ以下の高分
解能を得ることを目的とする露光装置においては、一般
に支持膜はその熱膨張による位置ずれ、吸収体、残留応
力による歪等を抑える為に熱膨張係数が小さくヤング率
の大きな無機材（特にセラミックス）を用い、その厚さ
が２μｍ程度となるようにして構成されている。

−数的にこの桟の材料は脆くて硬いものが多い。その為
、支持膜は過度の変形や不均一な圧力印加等により容易
に破損してしまう場合があった。

これを解決する手段としては、例えば支持膜表面にアル
ミニウム等の軟Ｘ線に対して吸収の小さい金属を数１０
０人厚で蒸着する方法がある。この方法は電気伝導度や
軟Ｘ線透過率は・良いが、ウェハとのアライメントの際
の可視光若しくは赤外光の透過光が著しく低くアライメ
ント精度を著しく低下させてしまうという問題点があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は主に軟Ｘ線を用いた露光装置にあける各要素、
例えばＸ線用マスク支持体、Ｘ線用マスクの構成そして
Ｘ線マスクを照射するときの条件等を適切に設定するこ
とにより、Ｘ＠用マスクの静電的吸引若しくは吸着現象
を効果的に防止し、高精度のアライメント及びパターン
焼付けが可能なＸ線用マスクとそれを用いた露光方法及
び露光装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、Ｘ線透過性の支持膜を支持枠に保持したＸ線
用マスク支持体を構成する場合は、該支持膜の電気抵抗
率が１０Ω・０ｍ以下となるように設定したことを特徴
としている。

又Ｘ線透過性の支持膜を支持枠に保持し、該支持膜面上
にＸ線吸収体より成るパターンを設けたＸ線用マスクを
構成する場合は、該支持膜の電気抵抗率が１０Ω・０ｍ
以下となるように設定したことを特徴としている。

この他Ｘ線用マスクの露光方法としては、Ｘ線透過性の
支持膜を支持枠に保持し、該支持膜面上にＸ線吸収体よ
り成るパターンを設けたＸ線用マスクを被転写体に近接
対向配置し、該Ｘ線用マスク側よりＸ線を照射し、該支
持膜面上のパターンに関するパターン情報を該被転写体
に転写したり、又このとき電位差調整手段を設け、Ｘ線
を照射しときに生ずる該Ｘ線用マスク側の電位と該被転
写体側の電位とが等しくなるようにしたことを特徴とし
ている。

（実施例） 第１図は本発明のＸ線用マスクの一実施例の模式断面図
である。図中、１０は支持膜であり、軟Ｘ線に対して所
定の透過率を有し、しかも後述する値の電気抵抗値を有
する１つの透明膜より成っている。

１はリング状の支持枠であり、支持膜ｌＯを緊張保持し
ている。支持枠１と支持膜１０よりＸ線用マスク支持体
１１を構成している。

２は軟Ｘ線に対するＸ線吸収体としての非透過膜であり
、支持膜１０上に幾何形状に描かれて七りそれにより、
例えば電子回路等のパターンを形成している。

支持枠１、支持膜１０、そしてＸ線吸収体２よりＸ線用
マスク１２を構成している。

本実施例では支持膜１０を電気抵抗率が１゜Ω・０ｍ以
下の電気抵抗率の小さな材料より構成していることを特
徴としている。

これにより支持膜１０表面若しくは全体にゎたり良好な
る電気伝導性をもたせ、電位差調整手段として、例えば
接地部材を用いることにより支持膜１０の電位を接地電
位に保つべく接地接続するようにしている。

これにより支持膜１０上のＸ線吸収体２より成るパター
ンを被転写体としてのウニ八面上に焼付ける際に軟Ｘ線
を照射したときに支持膜１０面上に電荷が発生し、その
面上に集積し、例えばウェハ面側に吸引されて変形する
のを効果的に防止している。

本実施例において支持膜ｌＯは軟Ｘ線の透過率が高けれ
ば高い程良い。この為には同一材料を用いている場合は
、なるべく薄く構成するのが良いが、ある程度の機械的
強度も確保しなくてはならず、一定の厚さが必要となっ
てくる。

この為、本実施例では支持膜１０の膜厚を支持膜１０が
有機膜を有しているときには、軟Ｘ線に対する単位厚さ
当りの吸収が少ない為に１μｍ以上１５μｍ以下とし、
軽元素を主成分とする無機膜を有しているときは、０．
５μｍ以上５μｍ以下となるように設定している。

本実施例では軟Ｘ線に対して透過性があり、しかも電気
抵抗率が１０Ω・０ｍ以下の透過膜を構成する材料とし
て、例えばベリリウム、ホウ素。

トープしたシリコン、アルミニララム等の元素単体、リ
ンドープ、炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ，Ｐ）等の導電性セ
ラミックス、又はポリーＰ−フェニレン、ポリ−チオフ
ェン、ポリ−アニリン等の有機化合物にドーパントとし
て五フッ化ヒ素、無水硫酸、ヨーソ等のハロゲンを用い
た導電性有機化合物より選ばれた１つの材料より構成し
ている。

但し、本実施例ではドーパント濃度は本発明の目的を妨
げない程度に調整されている。

この他、透過膜の材料としてはポリイミド、ポリアミド
、ポリエチレンテレフタレート、ポリパラキシリレン等
の有機化合物、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ、
二酸化ケイ素、窒化ホウ素等の軽元素を主成分とじた無
機化合物等が適用可能である。

又、支持膜をセラミックスと金属より成る多層積層構造
体が、その一部に含まれるように構成しても良い。

又、上記支持膜上に形成するＸ線吸収体としての材料と
しては、一般に密度の高い物質１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
合物の薄膜（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。

次に本実施例においてＸ線用マスク支持体（マスクブラ
ンクス）にＸ線吸収体より成るパターンを形成し、Ｘ線
用マスクを作製する一例を示す。

まず、上記支持膜面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
りパターニングし１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、支持膜上にＷやＴａ
等を成膜し、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できる。

特にシリコン基板面上に無機膜より成る支持膜を形成す
る場合には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良い。本実施例では以上のようにし
てＸ線用マスクを作製している。

第２図は本発明に係るＸ線用マスク１２を被転写体とし
てのウェハ４３に近接配置して、Ｘ線用マスク１２にＸ
線を照射して該Ｘ線用マスク面上に形成したパターンを
ウェハ面上に転写する場合の所謂プロキシミティ露光に
おける一実施例の概略図である。

同図においては支持膜（マスクメンブレン）２０面上に
Ｘ線吸収体２２をパータン形成してＸ線用マスク１２と
したものを用いている。

Ｘ線用マスク１２はフレーム２１によりマスクステージ
４１に吸着等の方法により固定されている。一方Ｘ線用
レジストを塗布したシリコンウェハ４３はウェハチャッ
ク４２に真空吸着等の方法により固定さ、れている。こ
のときＸ線用マスク１２とウェハ４３４面との間隔はプ
ロキシミティギャップと言われる所定量の空隙ｇに設定
されている。これによりＸ線用マスク１２とウェハ４３
とのＸ線照射における電位差に基づく接触を防止し、Ｘ
線用マスクが破損しないようにしている。

本実施例ではこのときの空隙ｇを５μｍ〜１００μｍの
範囲内となるように設定している。

本実施例では以上のように構成した露光装置を用いて、
例えば次のようにしてＸ線露光（照射）を行っている。

まず可視光又は近赤外光より成るアライメント光２４に
てＸ線用マスク１２面上に設けたアライメントマークと
ウェハ４３面上に設けたアライメントマークとを合致さ
せる。即ち、Ｘ線用マスク１２とウェハ４３とが所定の
位置関係となるようにアライメントマークを利用して行
う。そしてアライメントが終了したら露光用のＸ線２３
を不図示のシャッタを通して必要時間だけ照射する。

通常Ｘ線用マスク１２の露光照射領域はウェハ４３に対
して小さい為、アライメント→Ｘ線照射→ステージ移動
の動作を繰り返して行い、これによりウェハ全面を露光
している。

又、Ｘ線照射時に支持１Ｉｉ１０、特にＸ線吸収体２２
と被転写体であるウェハ４３面上に電荷が発生し集積す
るのを防止する為、又は支持膜１０とウェハ４３との電
位差がなくなるように本実施例では次のように電位差調
整手段を設けて行っている。

（イ）電位差調整手段として接地部材を用い支持膜１０
とウェハ４３の各々を接地し、これにより双方の電位差
をなくしている。

（ロ）電位差調整手段として接続部材を用い支持膜１０
とウェハ４３とを電気的に接続し、双方の電位差をなく
している。

（ハ）電位差調整手段として電圧印加手段を用い支持膜
１０とウェハ４３の各々に所定の電圧を印加し、支持＠
１０とウェハ４３との電位差がなくなるようにしてい名
。

以上のようにして本実施例では支持膜ｌＯとウェハ４３
との電位差がなくなるようにしているか双方の電位差を
なくす方法は前述の方法に限らず、どのような手段を用
いても本発明においては適用可能である。

次に本実施例に係るＸ線用マスクの支持膜の製造方法の
実施例について説明する。

まず、第１実施例として炭素含有量が化学量論的組成（
ケイ素：炭素＝１　：　１）より多い炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）より成る支持膜を有機ケイ層化合物であるポリシラ
スチレンの焼成方法により作成した。

まず、ポリシラスチレン（商品名Ｓ−４００、日本曹達
（株）製）をトルエンに溶解し、１０ｗｔ／Ｖ溶液を作
製した。表面を鏡面研磨した炭素基板上にスピナーにて
上記溶解液を塗布し３０１．ｔｍ厚さのポリシラスチレ
ン膜を形成した。次にこれを基板ごとに焼成炉に入れ乾
燥窒素雰囲気下にて２００　°ｃ、１時間、更に１００
６０７分の昇温速度で１２５０°Ｃまで昇温し２５時間
その温度に保った後、炉の加熱を停止し自然冷却をして
、厚さ２．８μｍの炭化ケイ素より成る支持膜を得た。

このときの支持膜の電気抵抗を測定したところ０．１Ω
・ｃｍであった。

この支持膜を環状の支持枠（フレーム）に緊張保持し、
更に支持膜面上に金より成るパターンを形成してＸ線用
マスクを作製した。そして支持膜とウェハとを電位差調
整手段として、例えば導線より成る接続部材を用いて電
気的に接線し、双方の電位差がなくなるようにした。

そしてこのような構成のＸ線用マスクを露光したところ
、軟Ｘ線の照射にもかかわらず支持膜の変形は何ら観察
されず高精度なパターン転写が確認出来た。

第２実施例として表面を平均二乗粗さで０．０１μｍに
研磨した２１ＩＩ＋厚さのシリコン（Ｓｉ）基板にＣＶ
Ｄ　（化学気相合成）装置で５ｉＣｆ１８を形成した。

まず原料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）とメタンガ
ス（ＣＨ４）を用い、ｉ量比Ｓ　ｔ　Ｈ４／ＣＨ４＝０
．２、圧力＋　４　Ｔｏｒｒ、高周波パワー９０ＷでＳ
ｉＣ膜を形成した。流量制御はマスフローコントローラ
で行った。基板温度は反応成膜中〜６５０’ｃに保ち、
２時開成膜を行って２．２μｍ厚のＳｉＣ膜を形成した
。その後、基板を冷却し裏面中央部を４０−φの大きさ
にシリコン基板のバックエツチングを行いＳｉＣ支持膜
を保持したＸ線用マスク支持体を得た。得られたＳｉＣ
支持膜はアモルファスで炭素が多く含まれ、比抵抗は０
．１Ω・ｃｍであった。

更に支持膜面上に金より成る所定のパターンを形成して
Ｘ線用マスクを作製した。又支持膜とウェハ（被転写体
）の各々を電位差調整手段として接地部材を用いて接地
し、双方に電位差がないようにした。

このＸ線用マスクに軟Ｘ線を照射したところ、支持膜の
対接地電位は大きくならず支持膜の変形は何んら観察さ
れなかった。

第３実施例として耐熱性構造体として用いられるポリフ
ェニレンサルファイドを支持膜として用いた。第３図に
示すようにポリフェニレンサルファイド（ｐｏｌｙｐｈ
ｅｎｙｌｅｎｅ　５ｕｌｆｉｄｅ　）を厚さ４μｍの薄
膜に成形した支持膜２０を環状フレーム２１に緊張保持
しながら接着固定した後、２００°Ｃ１１時間熱アニー
ル処理を行った。

次に第４図に示すような真空槽３０に前記Ｘ線用マスク
支持体１１を立てて配置し、１０−’Ｔｏｒｒまで排気
した。その後五フッ化ヒ素（ＡＳＦ４）３４をＩ　Ｔｏ
ｒｒまで導入し、室温にてドーピング処理を１晩放置し
て行った。ドーピング処理後、真空槽を常圧に戻してか
ら取り出しＸ線用マスク支持体１１（マスクブランクス
）を得た。

ドーパントの量を分析したところ膜材のポリフェニレン
サルファイドに対し５ｗｔ％であった。又電気抵抗を測
定したところ比抵抗０．８Ω・Ｃｍであった。

前記Ｘ線用マスク支持体１１にＸ線吸収体を用いパター
ン形成しＸ線用マスクを作製した。そして支持膜とウェ
ハに電位差調整手段として電圧印加手段を各々設けた。

父ｆｉ（波長１０人）を照射して露光したところ局所的
な帯電が生じることなく、又レジスト面に対し支持膜の
変形は何んら認められなかった。

第４実施例として第２実施例と同様な表面状態のシリコ
ン（Ｓｉ）基板なＣＶＤ反応管に入れ、基板温度を７５
０’ｃとし、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）及びメ
タン（ＣＨ４）を用いて、Ｓ　ｉ　Ｃ＠膜の成膜を行っ
た。流量比をｓ　ｉ　Ｈ４／ＣＨ４＝０．１に保ち、圧
力、　３　Ｔｏｒｒ、高周波パワー、６５Ｗとして膜厚
２．０μｍのβ−５ｉＣ膜を形成した。その後、反応管
内を真空に引き１０−’Ｔｏｒｒ以下としたのち、抵抗
加熱真空蒸着法によりアルミニウム（Ａｌ２）４６人を
成膜した。

そののち再び反応管内にシラン及びメタンを導入し、先
と同じ条件でＳｉＣ膜を更に７７８人積層した。

上記方法で作製したＳｉＣ／Ａｌ／ＳｉＣ多層積層膜よ
り成る支持膜の比抵抗を測定したところ、０．４２Ω・
Ｃｍであフた。

又、末法によって得られた支持膜を用いてＸ線用マスク
を作製し軟Ｘ線を照射したところ、対接地電位の変化は
みられなかった。

尚、以上の各実施例においてＳｉＣ膜形成を有機ケイ素
化合物焼成法、ＣＶＤ法の代わりにスパッタ法等の他の
成膜法によって行っても良い。

又、アルミニウム膜の形成に電子ビーム蒸着法等を用い
ても良い。炭化ケイ素／アルミニウムの多層構造の暦数
は可視舟、又は赤外光等のアライメント用の光の透過率
を低下させない範囲、即ち前述の支持膜全体としての厚
さの範囲内であれば何層より構成しても良い。

以上は波長２人〜１５０人の軟Ｘ線を対象にした場合を
示したが本発明は波長ＩＡ〜３００人のＸ線に対しても
同様に適用可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によればＸ線用マスクの支持膜に所
定の電気抵抗率を有する材料を用い、かつＸ線照射時に
前述のような構成の電位差調整手段を利用することによ
り、支持膜と被転写体（ウェハ）との電位差をなくすこ
とにより、軟Ｘ線の露光による支持膜の帯電に伴う悪影
響を極めて効果的に防止することができ、帯電に伴う静
電吸引等による支持膜の変形等を防止することのできる
高精度のパターン転写が可能なＸ線用マスクやそれを用
いた露光方法及び露光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線用マスクの一実施例の断面模式図
、第２図は本発明のＸ線用マスクを用いた露光装置の要
部概略図、第３図は本発明のＸ線用マスク支持体の一実
施例の断面模式図、第４図は本発明のＸ線用マスク支持
体の製法の一実施例の要部概略図である。 図中、１０．２０は支持膜、１，２１は支持枠、２，２
２はＸ線等の吸収体、１１はＸ線用マスク支持体、１２
はＸ線用マスク、４１はマスクステージ、４２はウェハ
ーチャック、４３はウェハ、２３はＸ線、２４はアライ
メント光、３０は真空槽である。 舅 一一−−−−Ｊ ＜１　　　＜υ （−一）−一一一

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線透過性の支持膜を支持枠に保持したＸ線用マ
   スク支持体であって、該支持膜の電気抵抗率が１０Ω・
   ｃｍ以下となるように設定したことを特徴とするＸ線用
   マスク支持体。
2. （２）Ｘ線透過性の支持膜を支持枠に保持し、該支持膜
   面上にＸ線吸収体より成るパターンを設けたＸ線用マス
   クであって、該支持膜の電気抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下
   となるように設定したことを特徴とするＸ線用マスク。
3. （３）Ｘ線透過性の支持膜を支持枠に保持し、該支持膜
   面上にＸ線吸収体より成るパターンを設けたＸ線用マス
   クを被転写体に近接対向配置し、該Ｘ線用マスク側より
   Ｘ線を照射し、該支持膜面上のパターンに関するパター
   ン情報を該被転写体に転写することを特徴とするＸ線用
   マスクを用いた露光方法。
4. （４）Ｘ線透過性の支持膜を支持枠に保持し、該支持膜
   面上にＸ線吸収体より成るパターンを設けたＸ線用マス
   クを被転写体に近接対向配置し、該Ｘ線用マスク側より
   Ｘ線を照射し、該支持膜面上のパターンに関するパター
   ン情報を該被転写体に転写する際、Ｘ線を照射したとき
   に生ずる該Ｘ線用マスク側の電位と該被転写体側の電位
   とが等しくなるようにしたことを特徴とするＸ線用マス
   クを用いた露光方法。
5. （５）前記Ｘ線用マスクと前記被転写体とを電気的に接
   続して前記Ｘ線の照射を行うことを特徴とする請求項４
   記載のＸ線用マスクを用いた露光方法。
6. （６）前記Ｘ線用マスクと前記被転写体とを各々接地し
   て前記Ｘ線の照射を行うことを特徴とする請求項４記載
   のＸ線用マスクを用いた露光方法。
7. （７）前記支持膜の膜厚を該支持膜が有機膜を有してい
   るときは１μｍ〜１５μｍの範囲内より、又該支持膜が
   無機膜を有しているときは０．５μｍ〜５μｍの範囲内
   より構成したことを特徴とする請求項１記載のＸ線用マ
   スク支持体又は請求項２記載のＸ線用マスク又は請求項
   ３記載のＸ線用マスクを用いた露光方法又は請求項４記
   載のＸ線用マスクを用いた露光方法。