JPH07120623B2 - X線マスクおよびその製造方法 - Google Patents

X線マスクおよびその製造方法

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JPH07120623B2
JPH07120623B2 JP16313189A JP16313189A JPH07120623B2 JP H07120623 B2 JPH07120623 B2 JP H07120623B2 JP 16313189 A JP16313189 A JP 16313189A JP 16313189 A JP16313189 A JP 16313189A JP H07120623 B2 JPH07120623 B2 JP H07120623B2
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は補強フレームを備えたX線マスクおよびその製
造方法に関し、とくに詳しくは半導体集積回路(LSI)
や電子デバイス等の微細パタンを軟X線を用いて転写す
るX線露光に必要なX線マスクにおいて、マスク基板上
の軟X線吸収体パタンに位置ずれを発生させることなく
補強フレームに接着したX線マスクおよび接着方法に関
するものである。
〔従来の技術〕
LSIをはじめとする半導体デバイスの高集積化、高性能
化には微細加工技術の発展が不可欠である。今日実用段
階にあるLSIのパタン寸法は0.6μm以上のものである
が、さらに高機能なデバイスを目指して0.5μm〜0.1μ
mの微細パタン形成技術の研究開発が精力的に行われて
いる。
現在広く用いられている微細パタン形成方法は紫外線リ
ソグラフイと呼ばれるもので、被加工材料上に感光性の
レジストを塗布し、あらかじめ作成したマスクの上から
紫外線を用いてこのレジストの所定の領域を露光し、現
像液中における露光部と未露光部の溶解度の差を利用し
てレジストパタンを形成する技術である。この技術で
は、紫外線の波長が約0.4μmであることから、パタン
幅が0.5μm以下になると焦点深度が非常に浅くなりパ
タン形成が非常に難しくなる。
そこで、紫外線より波長の短い軟X線を用いたX線リソ
グラフイが注目されている。X線リソグラフイは、
(1)波長が5〜15Åであるため0.1μm以下のパタン
でも高精度に転写できる、(2)X線はレジスト中での
透過率が大きいためレジスト膜厚にかかわらず忠実なパ
タン形成ができる、等の長所があり、ナノメータパタン
を指向したリソグラフイ技術の中心になるものと考えら
れている。
X線リソグラフイの最も重要な課題は高精度なX線マス
ク製造技術の開発にある。第2図にX線リソグラフイ用
マスクの構造を示した。マスク基板2上に吸収体パタン
1が形成されており、該マスク基板2を支えるために支
持体3がある。さらに支持体3は、接着剤5で補強フレ
ーム4上に接着されている。
マスク基板2ちはX線透過率や機械的強度が高いことが
要求され、2〜3μm厚のSiN、BN等が用いられてい
る。吸収体パタン1には密度が高くX線吸収係数の大き
い重金属、例えば、Au、Ta、W等が用いられてきた。こ
の中でAuはメツキでしかパタン形成できないので、ドラ
イエツチングが可能なTa、Wが有望視されている。支持
体3にはSiウエハが用いられている。一般的な製造方法
は、支持体3となるSiウエハ上にマスク基板2を堆積
し、その上に吸収体パタン1を形成した後、転写に必要
な領域のSiを裏面よりエツチングしマスク基板2を形成
する。最後に接着剤5を支持体3に塗布し補強フレーム
4に接着する。
補強フレーム4が必要な理由は次の3点である。
第1の理由はマスクの取り扱いを容易にし、アライナへ
の自動装置を可能にするためである。支持体3となるSi
ウエハには通常0.4〜2mm厚のものが用いられており、補
強フレーム4がないと精密なピンセツトでしか取り扱う
ことができず、アライナに装着する場合熟練を要する。
また転写時の周囲温度を制御するためにはマスクの自動
装置が不可欠であるが、この装着機構が複雑になる。
補強フレーム4を接着する代わりに支持体3となるSiウ
エハを厚く、大きな直径のものにすると、裏面エツチン
グの時間が長くなり、マスク製造時の取り扱いが不便と
なる等の問題が生じる。
第2の理由はマスク表面の汚れに対する余裕度が増大す
ることである。X線リソグラフイではマスクと転写され
るウエハのギヤツプを10〜50μmの範囲の一定値に厳密
に制御する必要がある。ところが露光領域以外でもマス
ク表面にゴミ、汚物等が付着するとギヤツプの制御が出
来なくなる。したがつて、補強フレーム4が無いとマス
ク表面全体にゴミが付着しないように管理しなければな
らず、ピンセツト等でのマスクの取扱いが困難となる。
しかも、補強フレーム4があると取扱いはフレーム部と
なりマスクに接触することがないうえ、マスク表面はウ
エハの厚さだけ高くなつているのでフレーム上に小さな
ゴミが付着しても支障はない。
第3の理由は平坦性の矯正である。第3図に示すよう
に、マスク基板2や吸収体パタン1はこれまで強い引つ
張り応力を持つていたため、支持体3が変形しギヤツプ
制御ができなかつた。そこで支持体3を平坦性の良い補
強フレーム4に矯正して接着することでこの変形を低減
化してきた。
従来、補強フレーム4の必要な理由としては第3の平坦
性の矯正が最も大きかつたが、近年薄膜の応力制御技術
の進展により、補強フレーム4で矯正しなくても平坦性
が確保できるようになつてきている。
補強フレーム4の材料には、石英ガラスやパイレツクス
ガラス等の透明ガラスが用いられている。これは、平坦
性の良い加工が可能なこと等が主な理由である。また、
接着剤5としては、紫外線硬化型接着剤が広く用いられ
ている。これは、硬化させるタイミングを制御できるこ
と、硬化時に加熱を必要としない等の理由によるもので
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
近年、半導体デバイスの高性能化により、マスクパタン
の位置歪やパタン寸法誤差の許容範囲は0.1μm以下と
なつてきた。ところが、実際に作成したマスクパタンの
位置ずれをレーザ干渉型の位置測定機を用いて詳細に調
べると、20mm□の領域で本来中心から10mmの位置に形成
されるべきパタンが0.2μm以上内側にずれていること
がわかつた。第4図は測定結果のモデルを示したもので
ある。破線の十字マーク6は本来パタンが設計されてい
る設計十字パタン位置を示している。実線の十字マーク
6′は実際にパタンが測定された実際の十字パタン位置
である。すべてマスクの中心に向かつて矢印で示した位
置ずれを起こしており、マスクの中心部より外周部のほ
うがずれ量が大きい。
このパタン位置の変化をマスク製造工程に従つて調べた
結果、マスクと補強フレーム4の接着工程が最も大きい
ということがわかつた。また、同一条件で数多くのフレ
ーム接着を行つた結果、ずれる方向は同じであるがその
大きさは、0.1〜0.3μmの範囲にばらついていることが
わかつた。
この位置ずれの原因としては(1)接着剤5が硬化する
とき収縮力が働いた、(2)接着時に微妙な温度差が発
生し、マスク基板2、支持体3、補強フレーム4の間の
熱膨張係数の違いにより位置ずれが発生した、等が考え
られ、その複合作用である可能性が大きい。(1)につ
いては接着剤5を用いる限り避けることができない問題
である。(2)についても紫外線照射時に温度上昇する
可能性が強く、これを抑えるためには大がかりで高価な
作業性の悪い恒温チヤンバを準備する必要が生じてく
る。
このように、マスク基板2は非常に薄いものであること
から、わずかな力で変形しパタン位置ずれを生じる。従
つて支持体3には外力が作用しないような工夫が必要で
ある。
本発明は以上の問題を解決するために創案されたもので
あり、その目的はマスク基板に歪を生じさせることなく
X線マスクを補強フレームに接着し、パタン位置ずれの
ない高精度なX線マスクおよびその製造方法を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するため、本発明のX線マスク
は、軟X線が透過するマスク基板と、該マスク基板上に
形成された軟X線吸収体パタンと、マスク基板を支持す
る支持体と、補強フレームからなり、前記X線マスクと
前記補強フレームとの接着箇所が1箇所であることを特
徴とする。
また本発明のX線マスクの製造方法は、軟X線が透過す
るマスク基板と、該マスク基板上に形成された軟X線吸
収体パタンと、マスク基板を支持する支持体からなるX
線マスクを補強フレームに接着する工程を含む補強フレ
ームを備えたX線マスクの製造方法において、前記X線
マスクと前記補強フレームを1箇所で接着することを特
徴とする。
〔作用〕
これまで補強フレーム4の接着は、マスク基板2や吸収
体パタン1によるSiウエハ支持体3の変形を矯正する目
的で支持体3と重なる支持体周辺のすべてに接着剤5を
塗布し、周辺全面で接着するものであつた。しかし、先
に述べたように、薄膜の応力制御技術の進展によりマス
ク基板2や吸収体応力による変形がほとんど無視できる
ようになつてきた今日、ウエハ周囲全面で接着する必要
性はなくなつた。
また、転写中およびマスクハンドリング中を通じ、マス
ク基板2や支持体3には大きな力は作用しないので接着
力を大きくする必要はない。
本発明はこのような状況を鑑みてなされたもので、その
第1の主旨は、接着面積を小さくすることにより接着剤
5の収縮により発生する力を小さく抑え、パタン位置ず
れを小さくすることにある。
また、第2の主旨は支持体3の一部分しか接着せず、そ
の他の大部分を自由状態にしておくことで、接着剤と転
写時で温度差が生じても支持体3及びマスク基板2は自
由に膨張・収縮できる状態にすることにある。このよう
な状態であれば、パタン位置ずれのないX線マスクの接
着が可能となり、吸収体パタン1の形成時の温度が転写
時の温度と一致していれば接着時の温度に関係なく高精
度なパタン転写が可能となる。
また、本発明を用いることにより、補強フレーム4にSi
の熱膨張係数とは異なる材料を用いてもパタン精度には
影響しないという利点がある。以下実施例について説明
する。
〔実施例〕
3枚の直径3インチ、厚さ1mmのSiウエハ上にCVD法によ
りSiN膜を2μm厚に形成し、続いてTa膜をスパツタ法
により1μm厚に形成し、さらにその上に電子サイクロ
トロン共鳴を利用したCVD法によりSiO2膜を0.3μm厚に
堆積した。続いてこれら試料の全面に、幅2μm、長さ
40μmラインで構成される十字マークのレジストパタン
を2mmピツチで形成した。C2F6をガスとする反応性イオ
ンエツチングを用いてSiO2をエツチングし、さらにCBrF
3ガスによる反応性イオンエツチングによりTaをエツチ
ングした。その後、KOH溶液を用いてウエハ中心の20mm
□のSiを裏面よりエツチングした。
この時点では、レーザ干渉型パタン位置測定機を用いて
十字マークの位置を測定した結果、いずれのマスクも全
面で0.05μm以下の位置ずれしか観測されなかつた。
次に、これらのマスクを接着剤5で、厚さ5mm、大きさ1
00mm□で、中心に直径60mmの穴のあいたパイレツクスガ
ラスの補強フレーム4に接着した。接着部5′を1図
(a)(b)(c)のハツチングで示す。
第1図(a)では、ウエハの周囲全面に紫外線硬化型接
着剤を塗布し、補強フレーム4の裏面から紫外線を照射
してマスクを接着した。
第1図(b)では、ウエハの周囲4カ所に直径約3mmだ
け接着剤を塗布し、同様の方法でマスクを接着した。
第1図(c)では、ウエハの周囲1カ所に直径5mmだけ
接着剤を塗布し、同様の方法でマスクを接着した。
補強フレーム接着後3枚のマスクの平面度を測定したが
いずれも1μm以下の値であり平面度の点ではいずれも
問題なかつた。
再度3枚のマスクのパタン位置を測定した結果、パタン
位置ずれの最大値は第1表に示す値であつた。
第1表より明らかなように、マスク周囲全面で接着した
場合に比べ、4点で接着した場合の最大位置ずれ量は約
1/2に減少し、1点で接着した場合は接着前とほとんど
変わらない。
以上の実施例から明らかなように、接着面積を小さくし
接着領域を分散させるとパタン位置ずれは小さくなる。
これは接着面積の縮小により接着剤の収縮力がトータル
で小さくなるためと考えられる。さらに、接着面積を小
さくして1カ所で接着するとフレーム接着による位置ず
れは発生しなくなる。これは、接着剤の収縮や接着時の
温度が異なることによる熱膨張が発生してもマスク基板
には何ら力が作用しないためであると考えられる。
なお、本実施例では、Siウエハをエツチングしマスク基
板2を形成してから補強フレーム4の接着を行つたが、
Siウエハのエツチング前、あるいはそれ以前の工程で補
強フレーム4を接着する場合も同様である。
また、本実施例ではマスク基板2にSiN、吸収体パタン
1にTa、支持体3にSi、補強フレーム4にパイレツクス
ガラスを用いたが、本発明はマスク基板材料、吸収体材
料、支持体材料、補強フレーム材料によつて何ら制限さ
れるものではない。
さらに本実施例では紫外線硬化型接着剤を用いて支持体
3と補強フレーム4を接着したが、接着剤の種類、ある
いは磁石片と鉄片を双方の面に取り付けて接着する方法
でも同様であり、マスクを補強フレーム4に固定する接
着であれば接着方法には制限をうけない。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明のX線マスクは、パタンの位
置ずれを発生させることなく、補強フレームに接着した
X線マスクが得られる。また、本発明の製造方法により
高精度なX線マスクを製造することができ、高性能な半
導体デバイスの製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b),(c)は本発明の態様を説明す
る図で、第1図の(a)はマスク周辺の全面接着の説明
図、(b)は4ケ所接着の説明図、(c)は1ケ所接着
の説明図、第2図はX線マスクの構造、第3図は補強フ
レームが必要な従来のX線マスク、第4図はパタン位置
ずれのモデルである。 1……吸収体パタン 2……マスク基板 3……支持体 4……補強フレーム 5……接着剤 5′……接着部 6……設計十字パタン位置 6′……実際の十字パタン位置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軟X線が透過するマスク基板と、該マスク
    基板上に形成された軟X線吸収体パタンと、マスク基板
    を支持する支持体と、補強フレームからなり、前記X線
    マスクと前記補強フレームとの接着箇所が1箇所である
    ことを特徴とするX線マスク。
  2. 【請求項2】軟X線が透過するマスク基板と、該マスク
    基板上に形成された軟X線吸収体パタンと、マスク基板
    を支持する支持体からなるX線マスクを補強フレームに
    接着する工程を含む補強フレームを備えたX線マスクの
    製造方法において、前記X線マスクと前記補強フレーム
    を1箇所で接着することを特徴とするX線マスクの製造
    方法。
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