JPH07153663A - マスク保持方法、マスク及びマスクチャック、ならびにこれを用いた露光装置とデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度なパターン転写が可能なＸ線マスクの
保持方式を提供すること。 【構成】 Ｘ線マスクの支持フレーム１のリング中心を
中心とする円周上に等間隔で３か所（１２０°ピッチ）
に、半径方向に沿ったＶ溝部４を形成する。一方、マス
クチャック側には、先端が球面上の突起部であるマウン
ト７を３か所に設け、これらＶ溝部と突起部とを係合さ
せて、該３か所でマスクをマスクチャックに保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は露光装置に用いられるマ
スクの保持に関するものである。

【０００２】

【従来技術】半導体集積回路の集積度は近年ますます高
密度化が進んでおり、これらを製造するための半導体製
造装置も、高集積度化に伴って焼付線幅が細まり、より
高い露光精度が要求されている。焼付線幅をより細くす
るには、露光に使用する光源の波長を短くするのが有効
である。そこで、現在一般的に使用されている紫外光よ
りも波長の短いＸ線を用いたＸ線露光装置の開発が進め
られている。

【０００３】図９は従来のＸ線露光装置に搭載されてい
るＸ線マスクとマスクチャックの概略を示す。図９
（ａ）はＸ線マスクである。１００は補強用のマスクフ
レーム、１０１はシリコンからなるマスク基板、１０２
はマスク基板の一部をバックエッチングによって除去し
て形成した無機膜（マスクメンブレン）、１０３はマス
クメンブレン上にＥＢ描画装置等によって描画形成され
た半導体回路等の転写パターンである。１０５は磁性体
材料で作られた磁性リングで、マスク支持フレーム１に
埋め込まれている。図９（ｂ）は磁気吸着方式のマスク
チャックを示す。１１０はリング形状のチャックベース
で、内部には露光用Ｘ線が通過する孔１１１が設けられ
ている。１１２は磁気ユニットで、磁性リング１０５に
対応して円周状に配置され、Ｘ線マスクを吸着保持する
のに十分な磁力を発生する。この構成において、Ｘ線マ
スクのマスクフレーム１００はチャックベース１１０の
保持面に面接触によって磁気吸着され保持される。又、
この磁気吸着方式のほかに真空吸着方式もあり、その場
合、磁気ユニットの代わりにバキュームポートとなり、
真空力によってマスクフレームとチャックベースとが面
接触して吸着保持される。

【０００４】しかしながら、これらの吸着保持方式は、
マスクフレーム１００とチャックベース１１０とは面接
触であるため、両者の接触面は高い平面度に仕上げる必
要がある。仮に、マスク作製時、ＥＢ描画装置によって
転写パターンを形成する時点で、マスクフレーム１００
の吸着面に僅かでも反りなどの歪みがあると、Ｘ線露光
装置のチャックベース１１０に保持した際、マスクフレ
ーム１００の反りが矯正されることによってマスクフレ
ーム１００が変形し、この応力がマスク基板１０１、マ
スクメンブレン１０２を介して転写パターン１０３に伝
わり、転写パターン１０３が描画時に対して歪んでしま
う可能性がある。転写パターン１０３が形成されるマス
クメンブレン１０２の厚さは２μｍ程度であり、数ｍｍ
厚のマスク基板１０１やマスクフレーム１００に比べれ
ば、その剛性は非常に小さい。このため、マスク基板１
０１やマスクフレーム１００の歪みは、マスクメンブレ
ン１０２に多大な影響を与えて転写パターンにも大きな
歪みをもたらす。これは極薄のマスクメンブレン上に転
写パターンが形成されているマスクに特有の問題といえ
る。

【０００５】これを解決する方式として、マスクがマス
クチャックにチャックされた時、保持力によりＸ線マス
クが変形を受けない、言い換えれば、パターン形成時の
マスクフレームの歪んだ状態を保ったまま保持する方法
（以下、キネマティックマウントと称する）が提案され
ている。

【０００６】図１０はキネマティックマウントの例を示
す。図１０（ａ）はキネマティックマウント用のＸ線マ
スクを示す。１１７は円錐形状（じょうご形状）の孔
部、１１８は平面部、１１９は図中Ｘ方向に沿って直線
状に切込み溝が形成されたＶ溝部であり、これらはマス
クフレーム１００の保持面に形成されている。図１０
（ｂ）はキネマティックマウント用のマスクチャックを
示す。チャックベース１１０の保持面には、上記マスク
の円錐孔部１１７、平面部１１８、Ｖ溝部１１９とそれ
ぞれ係合する球状突起物１２０が３ケ所に設けられてい
る。又、３点においてマスクを機械的に押え付けて保持
するためのクランプ機構１１５が設けられている。

【０００７】この構成においては、以下に示す保持状態
となり、マスクの６自由度が過剰拘束なく位置決めされ
る。

【０００８】

【０００９】このキネマティックマウントによれば、露
光時のマスク保持の際にマスクフレーム１００を変形さ
せる外力は殆ど働かず、ＥＢ描画装置によるマスクパタ
ーン形成時と同一状態でマスク保持（無歪保持）できる
ため、マスク支持フレームの変形によるパターン歪みが
抑制できるという特徴がある。

【００１０】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
キネマティックマウントでは、マスクチャックに保持さ
れている時に熱などによってマスクが膨張又は収縮する
と、ＸＹ平面部をみれば、円錐孔部１１７の位置だけが
不変であり、この位置を基準として他の平面部１１８及
びＶ溝部１１９の位置が変化して、伸縮の位置変動を逃
がすことになる。よって、マスクフレームの伸縮が及ぼ
すパターン転写精度への影響が大きい。

【００１１】又、マスクを支持する３ケ所のそれぞれの
形状が異なるため、加工や管理の面で手間がかかる。特
に円錐形状の孔部１１７は、仕上げ加工や寸法管理に高
い精度が要求され、量産時の生産コストの面で課題があ
る。

【００１２】本発明は上記課題を解決するものであり、
高精度なパターン転写が可能なマスク保持方法と、マス
クならびにマスクチャックを低コストで提供することを
目的とする。本発明の更なる目的は、上記マスクやマス
クチャックを用いた高精度な露光装置やデバイス製造方
法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のある形態は、露光用マスクのマスク保持面の少なく
とも３ケ所に設けたＶ溝部もしくは突起部と、マスクチ
ャック保持面の少なくとも３ケ所に設けた突起部もしく
はＶ溝部とを係合させて、該３か所でマスクを保持する
ことを特徴とするマスク保持方法である。

【００１４】

【実施例】

＜実施例１＞以下、本発明の実施例を説明する。図１は
実施例の構成を示し、図１（ａ）はＸ線マスク、図１
（ｂ）はＸ線マスクを保持するマスクチャックの構成を
示す。１は支持フレームであり、リング状の形状を有し
外周部には搬送時のハンドリングに便利なツバが形成さ
れている。支持フレーム１の材質はＳｉＣを用いている
が、他の低熱膨張率材、例えば石英ガラス、シリコン、
セラミック材などでも良い。２はマスク基板であるシリ
コンウエハである。シリコンウエハ２はマスク支持フレ
ーム１に接着固定され、マスク支持フレーム１によって
シリコンウエハ２の機械的強度を補っている。なお、固
定方法は接着に限らず、アノーディックボンディング等
の方法を用いても良い。３は窒化シリコン膜のマスクメ
ンブレンであり、シリコンウエハ２上に形成されてい
る。これはシリコンウエハ２のＸ線が透過する部分をバ
ックエッチングにより除去し、窒化シリコン膜３だけを
残すようにして形成する。マスクメンブレン３上には半
導体デバイスの回路パターンなどの転写パターンが、金
などの重金属のＸ線吸収体によって描かれている。４は
Ｖ字形状をした直線状の溝（以下、Ｖ溝部と呼ぶ）で、
支持フレーム１のリング中心を中心とする円周上に等間
隔で３か所（１２０°ピッチ）に、半径方向に沿って形
成されている。ここで、３つのＶ溝部４は同一の形状お
よび寸法であるが、溝長さは加工しやすい長さにすれば
良い。５はマスク支持フレーム１の外周部に設けられた
ノッチであり、リング状のマスク支持フレーム１の位置
（方向）を大まかに定めるのに使用される。したがっ
て、オリエンテーションフラットのような切欠きであっ
てもよい。Ｖ溝部４とノッチ５の相対位置関係は高精度
に管理されている。

【００１５】図１（ｂ）はマスクチャックを示してい
る。６はリング形状のチャックベース、７は突起部であ
るマウントであり、マウント７はチャックベース６に３
ケ所、突起状で先端が球状の部材（本実施例では剛球）
が埋め込まれている。マウント７の取付位置は、マスク
支持フレーム１に設けられた３か所のＶ溝部４と係合す
るような３か所となっており、Ｘ線マスクをチャッキン
グした際、３か所に設けられたＸ線マスクのＶ溝部４と
マスクチャックのマウント７の各々が係合する。８はマ
スク押えのためのクランプ機構であり、位置決めされた
Ｘ線マスクをマスクチャックに押え付けて保持するため
のものである。クランプ機構８は回転と直動機構からな
るアクチュエータにより、Ｘ線マスク着脱時にこれを妨
げない位置に退避する。９はチャックベース６に設けら
れた切欠きで、Ｘ線マスクをマスクチャック上で着脱す
る時、Ｘ線マスクと搬送ユニットとの干渉を防ぐために
のものである。チャックベース６のマウント７が設けら
れた面と反対側の面から露光用のＸ線が照射される。

【００１６】次に、Ｘ線マスクのマスクチャックへの着
脱手順を図２を用いて説明する。図２（ａ）は不図示の
マスク収納装置から取り出されたＸ線マスクが搬送ユニ
ットに把持され、マスクチャックに装着に向かう状態を
示す。１０はマスクハンド、１１はマスクハンド１０の
先端の２ケ所に設けられたクランパであり、このクラン
パ１１でマスク支持フレーム１のツバの部分を把持す
る。クランパ１１は不図示のアクチュエータによって駆
動される。１２はマスク搬送ユニットである。

【００１７】マスク支持フレーム１のクランプ部分の下
方には、発塵を考慮してマスクメンブレンがないほうが
良い。クランパ１１とマスク支持フレーム１の接触部か
らの発塵があっても、搬送中にマスクメンブレン上に発
塵物が付着しないようにするためである。一方、マスク
チャックのクランプ機構８は、Ｘ線マスク装着に備え
て、チャックベース６のマスク当接面から退避した状態
にある。

【００１８】図２（ｂ）はマスク搬送ユニットで運ばれ
てきたＸ線マスクがマスクチャックに装着された状態を
示す。マスク支持フレーム１のＶ溝部４にマウント７の
球状部が３か所でそれぞれ係合し、Ｘ線マスクの位置決
めが完了した後、クランプ機構８がマスク支持フレーム
１上の所定の位置まで移動、マスク支持フレーム１を押
え付ける。図２（ｂ）はこの状態を示している。この
後、クランパ１１はマスク支持フレーム１を解放して退
避する。又、マスクチャックに保持されているＸ線マス
クの脱離は上述とは逆の手順によって行なう。

【００１９】図２（ｃ）はＶ溝部４とマウント７との係
合部の拡大図である。本実施例では、チャックベース６
にマウント７として剛球を埋め込み、出っ張り高さを管
理している。Ｖ溝部４とマウント７が係合したとき、マ
スク支持フレーム１の下面とチャックベース６の上面と
は接触しない関係にある。又、クランプ機構８の作用す
る力は、マスク支持フレーム１を挟んでマウント７の中
心に作用することが望ましい。そこで、クランプ機構８
の下部に図示するように曲率を持たせ、マウント７の中
心上に作用力が働くようにしている。これにより、マス
ク支持フレーム１に働く力によりマスクパターン歪みは
より発生しにくくなる。又、クランプ機構８の材質は、
発塵の発生を押えるため例えば樹脂などの非金属とする
と好ましい。

【００２０】なお、上記実施例の変形例として、マスク
支持フレーム１にＶ溝部４を円周上９０°ピッチで４ケ
所に等間隔に設け、チャックベース６にマウント７を９
０°ピッチに３ケ所設ければ、露光における描画パター
ンの位相を９０°、１８０°変え、同一Ｘ線マスクで焼
付可能となる。こうすることによって、例えばＸ線露光
装置のウエハステージやアライメントシステムを評価す
る時に用いられるバーニアを焼きつけることも容易とな
る。

【００２１】以上の本実施例によれば、以下の効果が得
られる。 （１）マスク支持フレームに自然状態で僅かな反りなど
のが存在したとしても、その状態を維持したままマスク
チャックに保持することができるため、マスクメンブレ
ン上の転写パターンに歪みが生じず、良好なパターン転
写精度が得られる。 （２）Ｘ線マスクとマスクチャックとが接触する３か所
は円周上に等間隔に配置され且つ同一構造である。よっ
て、熱変動などによってマスク支持フレームが膨張又は
収縮しても、これをＶ溝部に沿って３か所で均等に逃が
すことができ、パターン転写精度に与える影響を小さく
することができる。 （３）Ｘ線マスクのマスク支持フレーム又はマスクチャ
ックのチャック面に、簡単な形状のＶ溝部を設けるだけ
でよく、加工コスト及び検査コストを低減させることが
できる。

【００２２】＜実施例２＞本発明の第２実施例を説明す
る。図３において、先の実施例と同一の符号は同一の部
材を表わす。図３（ａ）は第２実施例のＸ線マスク、図
３（ｂ）はマスクチャックの構成を示している。本実施
例ではＶ溝部とピンの関係を上記実施例と逆にしてい
る。

【００２３】１３は位置決め用のピンであり、マスク支
持フレーム１に１２０°ピッチで３ケ所に設けられ、マ
スク支持フレーム１のツバの両面に頭が突出している。
突出したピン両端は球面状の処理が施されている。ピン
１３の材質は発塵の少ない材質（例えばサファイア）が
選択される。

【００２４】図３（ｂ）はウエハチャックを示す。１４
は先の実施例と同一形状のＶ溝部で、１２０ピッチで３
か所に形成され、３つのピン１３とそれぞれ係合するも
のである。図３（ｃ）はピン１３とＶ溝部１４との係合
部の拡大図である。両者は２点の接触支持で係合して位
置決めされる。クランプ機構８の材質は、ピン１３と点
接触に近くなるので樹脂等の比較的柔らかい材質が好ま
しく、ピン１３によるクランプ機構８の圧痕部がピン１
３の座となるようにすると良い。又、第１実施例におい
ても、マスク支持フレーム１とマウント７の係合部の対
向面に突起状の部材を設けても同様のことがいえる。第
２の実施例の動作手順は第１実施例と同様であるため説
明は省略する。

【００２５】本実施例によれば、チャックベース６に対
してマスク支持フレーム１が直接接触することがなくピ
ン１３を介している。したがって、Ｘ線マスクの装着時
の発塵を考慮した材料を選択することができる。又、加
工性に関してもマスク支持フレーム１に孔加工を行ない
ピン１３を接着固定するだけなので、品質管理が容易で
ある。特にマスク支持フレーム１の材質にＳｉＣなど加
工が難しいものを採用した場合に、加工コストや歩留り
などの点で生産性が大きく向上する。

【００２６】＜実施例３＞次に上記説明したマスク及び
マスクチャックを用いた微小デバイス（半導体装置、薄
膜磁気ヘッド、マイクロマシンなど）製造用の露光装置
の実施例を説明する。図６は本実施例のＸ線露光装置の
構成を示す図である。図中、ＳＲ放射源２０から放射さ
れたシートビーム形状のシンクロトロン放射光２１を、
凸面ミラー２２によって放射光軌道面に対して垂直な方
向に拡大する。凸面ミラー２２で反射拡大した放射光
は、シャッタ２３によって照射領域内での露光量が均一
となるように調整し、シャッタ２３を経た放射光はＸ線
マスク２４に導かれる。Ｘ線マスク２４は上記説明した
ようなマウント方式で不図示のマスクチャックに保持さ
れている。Ｘ線マスク２４に形成されている露光パター
ンを、ステップ＆リピート方式やスキャニング方式など
によってウエハ２５上に露光転写する。

【００２７】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施例を説明する。図７は微小デバイ
ス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフロ
ーを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイス
の回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回
路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と
呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて
半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダ
イシング、ボンディング）、パッケージング工程（チッ
プ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステ
ップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、
耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半
導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）され
る。

【００２８】図８は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ
１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。これら
のステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法
を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体
デバイスを製造することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、高精度なパターン転写
が可能なマスクならびにマスクチャックを低コストで提
供することができる。又、上記マスクやマスクチャック
を用いた高精度な露光装置やデバイス製造方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】マスクをマスクチャックに保持する手順を説明
するための図である。

【図３】第１実施例のＶ溝部と突起部との係合状態を示
す拡大図である。

【図４】本発明の第２実施例の構成図である。

【図５】第２実施例のＶ溝部と突起部との係合状態を示
す拡大図である。

【図６】Ｘ線露光装置の実施例の全体図である。

【図７】デバイス製造方法のフローを示す図である。

【図８】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図であ
る。

【図９】従来の磁気吸着方式のマスクチャックを説明す
る図である。

【図１０】従来のキネマティックマウント方式のマスク
チャックを説明する図である。

【符号の説明】

１ マスク支持フレーム ２ マスク基板 ３ マスクメンブレン（転写パターン） ４ Ｖ溝部 ５ ノッチ ６ チャックベース ７ マウント（突起部） ８ 押え部材 ９ 切欠き

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光用マスクのマスク保持面の少なくと
   も３ケ所に設けたＶ溝部もしくは突起部と、マスクチャ
   ック保持面の少なくとも３ケ所に設けた突起部もしくは
   Ｖ溝部とを係合させて、該３か所でマスクを保持するこ
   とを特徴とするマスク保持方法。
2. 【請求項２】 露光用マスクにおいて、マスク保持面の
   少なくとも３ケ所にＶ溝部もしくは突起部を設け、マス
   クをマスクチャックに保持した際、マスクチャック保持
   面の少なくとも３ケ所に設けた突起部もしくはＶ溝部と
   係合するようにしたことを特徴とするマスク。
3. 【請求項３】 露光用マスクを保持するマスクチャック
   において、マスクチャック保持面の少なくとも３ケ所に
   突起部もしくはＶ溝部を設け、マスクをマスクチャック
   に保持した際、マスク保持面の少なくとも３ケ所に設け
   たＶ溝部もしくは突起部と係合するようにしたことを特
   徴とするマスクチャック。
4. 【請求項４】 請求項３のマスクチャックと、該マスク
   チャックに保持されたマスクのパターンをウエハに露光
   転写する露光手段を有することを特徴とする露光装置。
5. 【請求項５】 請求項４の露光装置を用いてデバイスを
   製造する工程を有することを特徴とするデバイス製造方
   法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５において、露光はＸ線に
   よって行なう。