JPH04137718A

JPH04137718A - Ｘ線マスクの製造方法

Info

Publication number: JPH04137718A
Application number: JP2261693A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Ito; 正光伊藤; Haruki Komano; 駒野　治樹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-12
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JP3032262B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、Ｘ線露光用マスク（以下Ｘ線マスク）の製造
方法に係り、特にＸ線マスク支持体またはＸ線透過性薄
膜の補強枠への接合に関する。

（従来の技術）近年、半導体集積回路の高密度化および高集積化への要
求が高まるにつれて、回路パターンの微細加工技術のな
かでも、感光剤にパターンを形成するりソグラフィ技術
の研究開発が急速な進展を見せている。

現在、量産ラインでは光を露光媒体とするフォトリソグ
ラフィ技術が主流であるか、解像力の限界に近づきつつ
あり、このフォトリソグラフィ技術技術に代わるものと
して、原理的に解像力が飛躍的に向上するＸ線リソグラ
フィ技術の研究開発が急速な進展をみせている。

Ｘ線リソグラフィでは、光を用いた露光方法とは異なり
所定のパターンを縮小させて転写するような技術は現在
のところ実用化されていない。このため、Ｘ線露光では
、所定のパターンの形成されたＸ線露光用マスクと試料
とを１０μｍオーダーの間隔で平行に保持し、このＸ線
マスクを通してＸ線を照射することにより露光対象物表
面に転写パターンを形成する１：１転写力式が採用され
ている。

この等倍転写方式では、Ｘ線マスクのパターンの寸法精
度、位置精度がそのままデバイス精度になるため、Ｘ線
マスクのパターンにはデバイスの最小線幅の１０分の１
程度の寸法精度、位置精度が要求される。また、Ｘ線源
としては、ＳＯＲ光（シンクロトロン放射光）が本命と
されているため、Ｘ線マスクは強力なＸ線に対してダメ
ージを受けない構造でなければならない。さらに、デバ
イスの線幅が０．５μｍから始まって次世代の０゜１μ
ｍへ向かう状況では、Ｘ線マスクのパターン断面の縦横
比が大きくなるため、種々の製造上の困難が増大してく
る。

以上のように、Ｘ線リソグラフィの実現のためには、Ｘ
線マスクの構造および製造方法の開発か最も重要な鍵と
なっている。

Ｘ線マスクは一般的には次のような構造を有している。

すなわち、リング状のマスク支持体上にＸ線に対する吸
収率の特に小さいＸ線透過性材料からなる薄膜を形成し
、このＸ線透過性薄膜上にＸ線に対する吸収率の大きい
材料からなるマスクパターン（Ｘ線吸収体パターン）を
形成した構造を有している。ここでマスク支持体は、Ｘ
線透過性薄膜が極めて薄く機械的強度が弱いのを補強す
べく、このＸ線透過性薄膜を支持するのに用いられてい
る。

また、さらにマスク支持体の裏面側に補強枠を設け、Ｘ
線透過性薄膜の持つ引っ張り応力によりマスク支持体が
変形するのを防止するようにする方法も提案されている
。

ところで、このＸ線露光用マスクは、従来、第３図（ａ
）乃至第３図（「）に示すような方法で製造されている
。

まず、基板温度１２００℃の条件でＬＰＣＶＤ法により
、第３図（ａ）に示すようにＳｉ基板１上に膜厚２，７
μｍのＳｉＣ膜２を形成する。この条件では、多結晶構
造を有し、内部応力３×１０９ｄｙｎ／ｃシのＳｉＣ膜
が得られている。次に、Ｓｔ基板１の裏面側にもＳｉＣ
膜３を形成する。

ここで、ＳｉＣ膜２がＸ線透過性薄膜として用いられる
。なお、Ｘ線透過性薄膜には、Ｘ線を透過し且つアライ
メント光（可視、赤外線）に対する透過性に優れ、引張
り応力を有する自立支持膜であることが要求される。そ
の材料として、現在のとコロ、ＢＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ，Ｔ
ｉ等が報告すしている。

次いで、第３図（ｂ）に示すように、裏面側のＳｉＣ膜
３の中央部を選択的に除去した後、表面側の５ｉＣＩＦ
Ｉ２上にＸ線吸収体としてＷ膜４を形成する。Ｘ線吸収
体には、露光波長におけるＸ線吸収係数が大きいこと、
内部応力か低いこと、微細加工が容易であることが要求
される。その材料として、現在のところＡｕ、Ｔａ、Ｗ
、ＷＮｘ等が報告されている。Ｘ線吸収体の内部応力に
ついては、ｌＸｌ０　　　ｄｙｎ／ｃｄ程度の低応力で
あることが不可欠であり、応力制御が可能なスパッタリ
ング法により内部応力を制御して堆積される。

次いで、第３図（Ｃ）に示すようにスパッタリング法に
よりＷ膜４上に、電子ビーム描画用のレジスト５を塗布
した後、電子ビーム描画法によりパターン描画を行ない
、レジスト５に所望のパターンを形成する。

次いで、第３図（ｄ）に示すように、ドライエツチング
法により、レジスト５をマスクとしてＷ膜４を選択エツ
チングし、Ｘ線吸収体パターンを得る。

そして、第３図（ｅ）に示すようにＫＯＨ等のウェット
エツチング法により、裏面のＳｉＣ膜３をマスクとして
Ｓｉ基板１をエツチングする。

最後に、第３図（ｆ）に示すようにリング状のパイレッ
クスガラスからなる補強枠６を、エポキシ系の接着剤７
によりシリコン基板１に接着する。

以上の工程を経てＸ線マスクが製造される。

このようなＸ線マスク製造プロセスの中で、最後の補強
枠の接着の際にＸ線吸収体パターンの位置ずれが発生し
易いということが大きな問題となっている（大木ら：第
２回マイクロプロセスコンファレンス予稿集ｐ９４）。

この位置ずれは、マスク支持体と補強枠の熱膨張係数の
違いや接着剤が凝固する際の体積変化によりマスク支持
体の補強枠の間に発生する応力や、接着面全体に均一な
接着力を得るのが難しい事などが原因となっている。

そこで補強枠を必要としない強度を有する厚さ２１ＩＩ
１１〜５１のシリコン基板をマスク支持体として用いる
という提案がなされているが（佐野ら、第３３回応用物
理学関係連合講演会予稿集、Ｐ３２４）、裏面のエツチ
ングに要する時間か膨大な量となるため実用的でない。

また、Ｘ線吸収体やＸ線透過性薄膜の応力を測定するこ
とができなくなるという欠点がある。

このような欠点を解決するために本発明者らは、Ｘ線マ
スク支持体と補強枠あるいはＸ線透過性薄膜の接着面を
鏡面とし、Ｘ線マスク支持体と補強枠あるいはＸ線透過
性薄膜を、接着剤を用いることなく直接接合により接合
する方法を提案したく特願平１−３１２１９３号）。

この方法によれば、接着剤の体積変化や、接着力の不均
一さに起因するマスクの歪みを一切伴うことなくＸ線マ
スク支持体と補強枠あるいはＸ線透過性薄膜を接着する
ことができるため、Ｘ線吸収体パターンの位置ずれの発
生を防ぐことが可能となり、高精度のＸ線マスクの形成
に成功した。

この方法は、前述したような第３図（ａ）乃至第３図（
ｅ）の工程でＸ線吸収体薄膜パターンを形成するととも
にＳｔ基板の形状加工を行ったのち、表面研磨のなされ
たシリコンからなる補強枠をマスク支持体であるシリコ
ン基板１を、接着面を希弗酸で処理した後、直接接合を
行うものである。

接合は接着面に空気が残るのを防ぐために真空中でおこ
ない、接着強度を得るために熱処理を行い完成する。

以上の工程により形成したＸ線マスクは、マスク中の面
内パターンの位置ずれを低減することができる。すなわ
ち、マスク支持体と補強枠に同じシリコンを用いるよう
にすれば熱膨張係数の差による問題はなくなり、また接
着剤を使用していないため、接着剤が凝固する際の体積
変化によりマスク支持体と補強枠との間に発生する応力
や接着面全体に均一な接着力を得るのが難しい等の問題
もないため、格段にパターン精度が向上したものと思わ
れる。

このように、直接接合法の採用により高精度Ｘ線マスク
の形成に成功したが、次の問題として、歩留まり低下が
実用化を阻む原因となっている。

すなわち、超音波洗浄の際に接合箇所が剥がれることが
あり、このため７０％程度の歩留まりしか得ることがで
きないという問題である。

この原因を究明すべく、透過型電子顕微鏡を用いて接合
面の断面を観察した。その結果接合面の研磨の際に、接
合面表面に研磨剤の混ざった厚さ５０ｎｍ程度の粉砕層
が形成されており、これにより接着力が低下していると
いうことを発見した。

（発明が解決しようとする課題）このようにＸ線マスク製造プロセスの中で、最後の補強
枠の接着の際にＸ線吸収体パターンの位置ずれが発生し
易いということが大きな問題となっている。

また、直接接合法により形成したＸ線マスクは位置ずれ
を防止することができ高精度であるが、接合面の研磨の
際に、接合面表面に形成される研磨剤の混ざった厚さ５
０ｎｍ程度の破砕層が、接着力の低下を引き起こし、歩
留まり低下の原因となっていた。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、本発明の第
１はＸ線吸収体パターンの位置ずれを防止し、高精度の
Ｘ線マスクを形成することを目的とする。

また本発明の第２は、直接接合の接着力の低下を防止し
、Ｘ線マスクの製造歩留まりの向上をはかることを目的
とする。

Ｃ発明の構成〕（課題を解決するための手段）そこで本発明の第１では、補強枠を形成した後Ｘ線吸収
体パターンを形成するようにしている。

また本発明の第２では、Ｘ線マスク支持体と補強枠ある
いはＸ線透過性薄膜の直接接合を用いたＸ線マスクの製
造方法において、直接接合に先立ち、接着面をあらかじ
めエツチングし、破砕層を除去し清浄な表面とする工程
を付加するようにしている。

（作用）本発明の第１の方法によれば、補強枠を形成した後Ｘ線
吸収体パターンを形成するようにしているため、補強枠
の接合の際に位置ずれを生じることもなく高精度のＸ線
マスクを得ることができる。

また本発明の第２の方法によれば、直接接合を用いたＸ
線マスクの製造方法において、直接接合に先立ち、接着
面をあらかじめエツチングし、破砕層を除去し清浄な表
面とする工程を付加するようにしているため、接合表面
の破砕層かエツチングによって除去され良好な表面状態
で接着がなされるため、歩留まりが向上する。

（実施例）実施例１以下本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説
明する。

この方法は、補強枠をＸ線マスク支持体に取り付けたの
ち、Ｘｇ吸収体薄膜パターンを形成するものである。

まず、高周波加熱方式のＬＰＧＶＤ装置を用い、ＳｉＣ
をコーティングしたグラファイト製サセプタ上に、両面
研磨を行った面方位（１１１）　、厚さ６００μ廁の３
インチＳｔ基板を設置し、１１００℃においてＨＣ１ガ
スによりＳｉ基板の気相エツチングを施すことにより、
Ｓｉ基板上に存在する自然酸化膜及び重金属類の汚染物
を除去した。

これにより、Ｓｉ基板の表面マスク清浄化処理が完了す
る。

次いて、第１図（ａ）に示す如く、Ｓｔ原料としてシラ
ン（ＳｉＨ４）、Ｃ原料としてアセチレン（Ｃ２Ｎ２　
）　、キャリアガスとして水素（Ｎ２）の各ガスを供給
して基板温度１１００’Ｃにて、８１基板１１上にＳｉ
Ｃ膜１２を２μｍ堆積し、さらに、シランと酸素を用い
たＬＰＣＶＤ法によりＳｉ基板１１の裏面に５１０２膜
１３を０．５μｍ堆積させた後、通常のフォトリソグラ
フィ技術により５ｉ０２膜１３の中央部に２０ｍｍφの
開口部を設けた。

次いて、第１図（ｂ）に示すように、マグネトロンＤＣ
スパッタリング装置によりＳｉＣ膜１゛２上にＷ膜１４
を０．５μｍ堆積させた。スパッタリングの電力は、ｌ
ｋｖとし、ガス圧力を密度の大きいＷ膜を形成できる低
圧力側で、応力が０となる３　ｍＴｏｒｒとした。この
ようにして形成したＷ膜の応力はＳｉ基板１１の反りか
ら測定した結果、３Ｘ１０日Ｎ／ｎ”であった。次に、
Ａ　ｒをエネルギ１８０ｋｅＶでＷ膜１４にドーズ量３
Ｘ１０”ａｔｏ□／ｃｓ２でイオン注入を行いＷ膜の応
力を０にした。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、５ｉ０２膜でコーテ
ィングされたシリコンからなる補強枠１５とマスク支持
体であるシリコン基板１１とを鏡面研磨し、接着面の間
で働く原子間力により真空中で接合しく直接接合）固着
した。そして４００℃３分間の熱処理を経て接着強度を
確実なものとする。

次いで、第１図（ｄ−）に示す如く、Ｗ膜１４上に電子
ビームレジスト１６として膜厚０．６μｍのＣＭＳ　（
クロロメチル化ポリスチレン）を塗布し、Ｎ２雰囲気中
１５０℃にてベーキングすることにより電子ビームレジ
スト１６中の溶媒を除去した後、加速電圧５０ＫｅＶの
可変成形ビームを用いた電子ビームリソグラフィにより
ドーズ量１５０た。

なお、前記実施例では、補強枠とマスク支持体との接合
を直接接合によって行った例について説明したが、接着
剤を介して接合する際にも適用可能であり、この場合特
に有効である。

また、前記実施例にはＸ線吸収体としてＷを用いたが、
これに限定されるものではなく、Ｔａやその窒化物ある
いは炭化物、Ａｕ等を用いることも可能である。

また、Ｘ線透過性薄膜についてもＳｉＣに限定されるこ
となく５ｉＮＸ、ＢＮ、ボロンドープのＳｉ等を用いる
こともできる。

さらに補強枠としてもシリコンに限定されることなくシ
リコン化合物、パイレックスガラス等のガラスでもよい
。

加えて、直接接合に先立ち、研磨後の接合面をＣＤＥ　
（ケミカルドライエツチング）法またはＲＩＥ（反応性
イオンエツチング）法により処理し表面を破砕層を除去
した後に接合するようにすればより有効である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することも可能である。

実施例２次に本発明の第２の実施例について説明する。

この例ではＸ線マスク支持体と補強枠との直接接合に先
立ち、研磨後の接合面をＲＩＥ　（反応側イオンエツチ
ング）法により処理し表面を破砕層を除去した後に接合
するようにしている。

まず、高周波加熱方式を用いたＬＰＧＶＤ装置を用い、
ＳｉＣをコーティングしたグラファイト製サセプタ上に
、両面研磨を行った面方位（１１１）の３インチＳｉ基
板２１を設置し、１１００℃においてＭＣＩガスにより
Ｓｉ基板の気相エツチングを施すことにより、Ｓｉ基板
上に存在する自然酸化膜及び重金属類の汚染物を除去し
た。これにより、Ｓｉ基板の表面マスク清浄化処理が完
了する。

次に、第２図（ａ）に示すように、Ｓｉ原料としてトリ
クロロシラン（Ｓ　１Ｈｃ１３　）　、Ｃ原料としてプ
ロパン（Ｃ３Ｈ８）　、キャリアガスとして水素（Ｈ２
）の各ガスを供給して基板温度１１００℃にて、Ｓｉ基
板２１上にＳｉＣ膜２２を１゜０μｍ堆積し、さらに、
上記条件と同条件の下でＳｉ基板２１の裏面にＳｉＣ膜
２３を０．５μｍ堆積させた後、通常のフォトリソグラ
フィ技術によりＳｉＣ膜２３の中央部に２０關φの開口
部を設けた。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、マグネトロンＤＣ
スパッタリング装置によりＳｉＣ膜２膜上２上膜２４を
０．５μｍ堆積させた。スパッタリングの電力は、ｌｋ
ｖとし、ガス圧力を密度の大きいＷ膜を形成できる低圧
力側で、応力が０となる３■Ｔｏｒｒとした。このよう
にして形成したＷ膜の応力をシリコン基板２１の反りか
ら測定した結果、３Ｘ１０７Ｎ／蒙２であった。

続いて、このＷ膜２４に、Ａｒイオンをエネルギー１８
０ｋｅＶ、３　ｘ　１０　’ａｔｏｏ＋ｓ／ｃ４ノドー
ズ量で注入し、Ｗ膜２４の応力を０となるようにした。

次に、第２図（ｃ）に示すように、ＨＦ／ＨＮＯ３の混
合溶液により、ＳｉＣ膜２３の開口部をマスクとしてＳ
ｉ基板２１の裏面エツチングを行なった。

次いて、第２図（ｄ）に示す如く、Ｗ膜２４上に電子ビ
ームレジスト２５として膜厚０．６μｍのＣＭＳ　（ク
ロロメチル化ポリスチレン）を塗布し、Ｎ２雰囲気中１
５０℃にてベーキングすることにより電子ビームレジス
ト２５中の溶媒を除去した後、加速電圧５０ＫｅＶの可
変成形ビームを用いた電子ビームリソグラフィによりド
ーズ量１．５０μＣ／ｃｄにてレジスト２５を描画して
所望のパターン（最小線幅０．２μｍ）を形成した。

そして、第２図（ｅ）に示すように、ＥＣＲ型プラズマ
エツチングによりＳＦｅ＋１０％０２．ガス圧力５＊Ｔ
ｏｒｒ　％　フィクロ波パワー２００Ｗで、レジスト２
５をマスクとしてＷ膜２４を異方性エツチングによりパ
ターニングした。そして、ＣＦ４ガスを用いた反応性イ
オンエツチングにより裏面のマスクＳｉＣを除去したの
ち、表面研磨を行い、この研磨によって生した破砕層を
ＲＩＥ装置を用いて除去した。このときのエツチングガ
スとしてはＣＦ４＋０２を用い、印加電力は２００Ｗと
した。

次に、シリコンからなる補強枠２６を表面研磨し、この
研磨によって生じた破砕層をＲＩＥ装置を用いて除去し
た。このときのエツチングガスとしてはＣＦ４＋０２を
用い、印加電力は２００Ｗとした。

そしてこの補強枠２６とマスク支持体であるシリコン基
板２１とを、接着面を希弗酸で処理した後、直接接合を
行った。接合は接着面に空気が残るのを防ぐために真空
中でおこなった。

最後に４００℃３分間の熱処理を行った。ここで熱処理
を行うのは接着強度を増すためである。

以上の工程により形成したＸ線マスクの補強枠の剥がれ
に関する歩留まりは９３％となった。ちなみに従来の方
法による場合の歩留まりは７０％であった。

このように本発明の方法によれば、Ｘ線マスク支持体お
よび補強枠の接着面をあらかしめエツチングすることに
より破砕層を除去し清浄な表面を得た後、直接接合を行
っているため、接合強度が大幅に増大し、剥がれを防い
でいるものと考えられる。

なお、前記実施例ではマスク支持体と補強枠との両方を
エツチングしたが、いずれか一方でもよい。また、エツ
チング方法についても、ＲＩＥ法のみならず、ＣＦ４あ
るいはＣＦ４＋０２等をエツチングガスとして用いたＣ
ＤＥ法等によっても良い。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、Ｘ線吸収体薄膜としてはＷに限らず、Ｔ
ａ、ＭＯ及びこれらの窒化物及び炭化物を用いることも
できる。Ｘ線透過性薄膜としてＳｉＣ膜を用いたが、Ｓ
ｉＮｘ、ＢＮ、ボロンドープしたＳｉ基板を用いること
ができる。

さらに、補強枠も、シリコンに限定されること無く、シ
リコン化合物やパイレックスガラスなどのガラスでもよ
い。

また、前記実施例ではマスク支持体と補強枠との直接接
合について説明したが、Ｘ線透過性薄膜に補強枠を接合
する場合にも適用可能である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の第１の方法によれば
、補強枠を形成した後Ｘ線吸収体パターンを形成するよ
うにしているため、補強枠の接合の際に位置ずれを生じ
ることもなく高精度のＸ線マスクを得ることができる。

また本発明の第２の方法によれば、直接接合を用いたＸ
線マスクの製造方法において、直接接合に先立ち、接着
面をあらかじめエツチングし、破砕層を除去し清浄な表
面を得るようにしているため、剥がれもなく、歩留まり
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（ｆ）は本発明の第１の実施例
のＸ線マスクの製造工程を示す図、第２図（ａ）乃至第
２図（ｒ）は本発明の第２の実施例のＸ線マスクの製造
工程を示す図、第３図（ａ）乃至第３図（ｒ）は従来例
のＸ線マスクの製造工程を示す図である。１．１１．２１・・・シリコン基板、２，１２．１３．
２２．２３・・・Ｘ線透過膜、４，１４．２４・・・Ｘ
線吸収膜ハターン、５．１６．２５・ＣＭＳレジスト、
６，１５．２６・・・補強枠、７・・・接着剤。第１図（ぞの２）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスク支持体またはＸ線透過性薄膜に、補強枠を
接着する接着工程と前記Ｘ線透過性薄膜表面にＸ線吸収体薄膜パターンを形
成するＸ線線吸収体薄膜形成工程とを具備したことを特
徴とするＸ線マスクの製造方法。
（２）マスク支持体上にＸ線透過性薄膜を形成するＸ線
透過性薄膜形成工程と、前記Ｘ線透過性薄膜上にＸ線吸収体薄膜を形成するＸ線
吸収体薄膜形成工程と、前記Ｘ線吸収体薄膜を所望の形状にパターニングするＸ
線吸収体薄膜パターン形成工程と、前記マスク支持体ま
たはＸ線透過性薄膜に補強枠を直接接合する接合工程と
含むＸ線マスクの製造方法において、前記接合工程に先立ち、前記マスク支持体前記Ｘ線透過
性薄膜、前記補強枠の少なくとも一方の接合面をエッチ
ングする表面処理工程を含むことを特徴とするＸ線マス
クの製造方法。
（３）前記表面処理工程はケミカルドライエッチング工
程であることを特徴とする請求項（２）に記載のＸ線マ
スクの製造方法。
（４）前記表面処理工程は反応性イオンエッチング工程
であることを特徴とする請求項（２）に記載のＸ線マス
クの製造方法。