JPS621231A - Ｘ線露光転写用マスク - 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】 本発明は、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの製造に用い
られる微細パターン転写用のＸ線露光転写法に用いる転
写用マスクに関するものであるつ微細パターン転写用の
Ｘｌｓ露光転写法に用いるマスクとして従来より様々な
種類のものが提案されているが、現在では、シリコン基
板をフレームとし、それに窒化シリコンやポリイミド樹
脂などの薄膜ｔ−＊ｂ、この薄膜に金（Ａｕ）　　によ
シ軟Ｘ線の吸収層ｔ−選択的に形成するととくよって、
所望の回路パターンを有する例えば正方形など所定形状
寸法の露光領域とその周囲を囲むＸ線吸収領域とを形成
したものが主流となっている。

と゛ころで、Ａｕ　　が存在する軟Ｘ線吸収部分におけ
る軟Ｘ線の透過率に対するＡｕ　　の無い軟Ｘ線透過部
分における軟Ｘ線の透過率の比は１、例えばＡｕの層の
実用的な厚さ１μｍ位のマスクでは、大きくても約１０
倍であシ、一般にはそれ以下である。

このようにマスクによるＸ線透過強度比が比較的小さく
ても、Ｘ線リングラフィにおける焼付パターンのコント
ラストは、半導体ウエノ１上のレジストのコントラスト
、即ちγ値を高くすることで実用上充分なほど良好忙す
ることができるが、パターン焼付後のレジストの加工精
度を考慮するとそれＫも限界があシ、従ってマスクによ
るＸ線透過強度比の低下は極力避けるべきである。

一般的にＸ線露光転写用マスクは前述の如く薄膜がシリ
コン製フレームに太鼓の皮のように張られた状態で支持
されて構成されておシ、薄膜で形成されたマスク表面の
平面度を保つためＫは、太鼓と同様にフレームを円形リ
ングとするのが最も好ましく、これは薄膜内の応力が方
向によって変わらないようＫするのに円が最も適した形
状であるからである。

一方、量産されるＬＳＩのうち最高集積度のものについ
ては、加工寸法の微小化とそれに伴う位置合わせ精度の
高度化の要求によシ、直径１００■や１２５■の半導体
ウエノ１上に一度にパターン全焼付ける方式よシも、ウ
エノ１表面を複数ブロックに分けて、固定したマスクに
対してウエノＳ１ｔステップ移動させては次々と焼付け
る所謂ステップアンドリピート方式のはうが大勢を占め
る傾向にある。これは、ウェハ表面の処理プロセスの段
階によυ、ウェハが全体的に伸縮又は部分的に歪み、ウ
ェハ全面を一括して焼付ける方式であるとウェハ全面〈
わたって良好なアライメント状態を確保できないのが主
な理由である。この傾向は光学レンズによる投影焼付け
だけでなく、Ｘ線による焼付は忙おいても当然あてはま
ることである。ステップアンドリピート方式の露光装置
では１回の露光領域の形状は矩形であシ、上述したフレ
ーム形状の最適な形が円形であることと相客れない点で
問題である。

第１図は従来のＸ線露光転写用マスクの一例を示す平面
図、第２図は第１図Ａ−Ａ線矢視断面図、第３図はこの
マスクを用いてステップアンドリピート方式によシ行な
うＸ線露光転写法の態様を示す説明図、第４図はこの転
写の際のＸ線照射の重なシ具合を模式的に示す平面図で
ある。

第１図および第２図に示すように、従来のＸ線露光転写
用マスク（１）は、クリコン製の円形リングフレーム（
２）と、その下端面に太鼓の皮のように張られて支持さ
また窒化シリコン又はボリャー製の薄膜（３）とからな
り、薄膜（３）の下面には、ＡｕＫよシ所望回路パター
ン（図示せず）が形成されている露光領域（４）と、そ
の周囲に前記露光領域（４）全画定するように一面のＡ
ｕ層（５）で形成されたＸ線吸収領域（６）とが設けら
れている。すなわち第１図に正方形ＯＱで示した境界の
内側の前記露光領域（４）がその回路パターンｔウェハ
に１回の露光で焼付ける部分で、正方形αＱの外部は吸
収領域（６）のＡｕ層（５）で−面に覆われている。前
記フレーム（２）は、シリコン板を異方性エツチングに
よシエッチングした残シの部分であり、上端面の内周縁
（７）と下端面の内周ｋ（８）とを結ぶ内周壁（９）が
エツチングの停止した境界であり、内周壁（９）は上広
がシのテーパー状であるＯ このようなマスク（１）ヲ用いてステップアンドリピー
ト方式のＸ線露光転写を行なう場合のウエノ・上での露
光状態は、第６図に示す通シである。第６図において第
１および・２図と同一符号は対応する部分を示し、マス
ク（１）はウエノ１Ｃ１ｌの直上に固定され、その上方
からＸ線発生源（６）によりＸ線の照射を受ける。

Ｘ線発生源（６）は、真空の内部に電子ビーム発生用の
電子銃（至）と、この電子銃（２）からの電子ビームの
照射を受けて波長１〜１０Ａ程度の軟Ｘ５ｔ−発生する
金属ターゲットα→とを備えており、ターゲットα◆か
ら生じた軟Ｘ線は窓（ト）から外部へ照射されるように
なされている。またこの窓（至）から見たターゲラｌ◆
の軟Ｘ線放射部（電子ビーム照射部）を線源とし、その
大きさｓｔ線源の見かけの°大きさと云い、これは小さ
ければ小さいほど好ましく、一般的には幅寸法で８＝２
〜５■程度である。尚αＱはシャッタである。

この図の例ではマスク（１）が前述のよ、うに固定配置
され、その下でウエノ・αルが図中左方向にストローク
Ｘのステップ量でステップ移動する。従って（Ｐ、）は
図示状態にてマスク（１）の露光領域（４）の回路パタ
ーンが露光転写されたウエノ・α１表面上の被露゛光領
域（チップ）であり、（Ｐｔ）　は次のステップ移動に
よって露光転写される被露光領域（チップ）であり、そ
れらの間の間隔部分（Ｄ）は通常スクライブ線ないしダ
イシング線と呼ばれるチップとチップの分離領域で、そ
の幅寸法（ｓｇは極力小さいほうが良いことは述べるま
でもない。

第３図において、マスク（１）のフレーム（２）の内側
の吸収領域（６）部分に照射された軟Ｘ線は、そのＡｕ
層（５）によって吸収されるものの一部が透過してウェ
ハαηの被露光領域（Ｐ、）の周辺部を照射する。

この周辺部の照射強度はマスク（１）の露光領域（４）
Ｋよる被露光領域（ｐ＋）への軟Ｘ線照射強度より小さ
く、一般的な場合でその比が１＝１０程度になることは
前述した通りである。しかしながら、゛ステップアンド
リピート方式による場合、わずかではあるが前記周辺部
への余分なＸ線照射が隣シ合う被露光領域（チップ）を
感光させてしまう。このため露光転写されたウエノ１上
のレジストの焼付パターンのコントラスト低下、従って
エツチング精度の低下をもたらす。第４図はこの露光転
写時のＸ線照射の周辺部での重なり具合を模式的に示し
ておシ、今、チップ（Ｐｌ）から順にチップ（Ｐり、チ
ップ（Ｐ、）、チップ（Ｐ、）とステップ状に露光転写
する場合を考える。マスク（１）のフレーム（２）の下
端面内周縁（８）と露光領域（４）との間の吸収領域（
６）の部分が露光領域（４）のＡｕ　　パターン以外の
Ｘ線透過部の１／１０のＸ線透過量を持っているとする
と、チップ（Ｐ、）の露光転写時にウェハ上でこの吸収
領域（６）の部分に対応するのは、前記内周縁（８）Ｋ
対応した円（Ｃ３）と露光領域（４）の境界の正方形α
ＯＶｃ対応した正方形（ＳＱｌ）との間の領域である。

このような領域がチップ（Ｐり　（Ｐｓ　）（Ｐ４　）
のそれぞれの露光転写の際に生じ、第４図では、サフィ
ックスを揃えて、前記臼（ＣＩ）に対応する円（Ｃり（
Ｃｓ　）（Ｑ　）、および正方形（８Ｑ＋）Ｋ対応すル
正方形（ＳＱｚ）（ＳＱｓ　）（ＳＱ４）　ｔそれぞれ
チップ（Ｐり（Ｐｇ）（Ｐ４）の露光転写時に対応づけ
て示しである。

このように第４図で円（ＣＩ　）（Ｃｔ）　（ＣＩ）（
Ｃ４）同士の重シとして示されるような隣接チップ間お
よび斜め対角線方向に隣接するチップ間での周辺露光域
の重なシが生じ、例えば４つのチップ（ｐｌ）　（ｐ！
’）（Ｐａ）（Ｐ４）の角隅が集まる部分では、中心部
（Ｎ）即ち４つの円（ｃｔ　）（ｃｔ　）（ｃｓ　）（
Ｃ４）の重な多部分に、マスクを介して合わせて４回の
Ｘ線照射が行なわれ、従ってこの中心部（Ｎ）内のチッ
プ内領域には、露光領域による１回の正規のＸ線照射の
ほかＫそれぞれ他のチップの露光転写時の吸収領域（６
）ヲ透過した１／１０の照射量の余分な照射が３・回ず
つ行なわれることになる。同様に中心部（Ｎ）の周囲に
張り出して形成されている４つのくさび状の部分（Ｍｌ
　）　（Ｍｔ）　（ＭＳ　）　（Ｍ４）　　には合計３
回のＸ線照射が行なわれ、それぞれのチップ内領域には
１／１０の照射量の余分な照射が２回ずつ行なわれるこ
とＫなる。

このようにマスク（１）のＡｕ　が存在する部分と存在
しない部分とのＸ線透過率の比が仮に１：１０であった
としても中心部（Ｎ）内の転写回路パターン部分におけ
るＡｕ　パターン部と透過部とのＸ線露光量の比は実質
的［４：　１３となってしまい、転写焼付けされたウェ
ハ表面上のレジストパターンのコントラストの低下、従
ってレジストパターンのエツチング等加工精度の低下を
招き、極端な場合Ｖこはパターン焼付は自体が不首尾に
終る結果となる。

本発明の目的は、前述の問題点を解決してステップアン
ドリピート方式のＸ線露光転写に際し必要な回路パター
ン露光領域で全域にわたシコントラストの高いレジスト
像を得ることのできる転写用マスクを提供することにあ
る。

すなわち、この目的全達成するための本発明の転写用マ
スクは、Ｘ線遮へい板を組合せて一体化してなり、その
構成として、所定の転写パターンを有する露光領域を形
成した薄膜と、この薄膜を周囲で支持するフレームを備
えてなるマスク本体に１前記薄膜と予じめ定められた間
隔寸法で対面するに、前記薄膜上に照射され、るＸ線が
前記露光領域以外の部分に広がらないよう和するＸ線遮
へい板を取付けたことを特徴としている。

ひとつの態様において前記Ｘｌｓ達へい板は前記薄膜の
露光領域に対応した広さのＸ線透過用の窓を有し、前記
Ｘ線速へい板と前記フレームとが相互の組立の際の前記
薄膜の露光領域と前記窓との位置の整合を一義的忙決定
する整合部を備えている。

また別の態様では、前記Ｘ線速へい板がその周縁部で前
記フレームの端面内周寄シ部分に形成されたエツチング
段部忙嵌合されている。

本発明全実施例図面と共に詳述すれば以下の通シである
。

第５図および第６図は本発明によるＸ線露光転写用マス
クを示すもので、薄いニッケルないしスチール等の金属
による遣へい板（１１７）をマスクのフレームに取シ付
けて、遣へい板付マスクとしである。

第５図および第６図において、マスク本体（１０１）は
、所定の転写用回路パターンを形成した露光領域（１０
４）およびその周囲の吸収領域（１０６）を有する窒化
シリコン或いはポリイミド樹脂製等の薄膜（１０３）と
、この薄膜（１０３）の周囲を支持するシリコン製円形
リング状フレーム（１０２−）とを備えておシ、このマ
スク本体（１０１）の前記フレーム（１０２）の上端面
に前記Ｘ線速へい板（１１７）が取付けられ一体化され
ている。遮へい板（１１７）はニッケル、スチール等の
薄板をエツチングして、前記薄膜（１０３）の露光領域
（１０４）の平面形状と同形状で同に切欠いた形状とな
っている。マスク本体（１０１）１７）　７　Ｌ／−ム
（１０２）は円板状シリコン基体をエツチングによシ加
工成形して得ればよく、この場合、端面側内周縁（１０
８）とで画定されるテーパー状内周壁（１０９）　１で
成形される。フレーム（１０２）の上端面の内周寄１）
Ｋは、前記遮へい板（１１７）の平面外形と合致する形
状の凹部（１２０）がエツチング罠よシ形成され、との
凹部（１２０）内に遮へい板（１１７）が嵌シ合うこと
で両者の露光領域（１０４）と窓（１１８）との位置の
整合が一義的に定まるようになされている。この凹部の
エツチングは速へい板（１１７）の厚さ分程度、例えば
５０〜１００μ扉程度の深さだけ行なえばよく、従って
エツチング量自体はさほど多くないので極めて精度の良
い、例えば±５μｍ程度のエツジ精度での加工が可能で
ある。尚、これに比較して前述のフレーム（１０２）の
内孔部のエツチングは前述の如くラフでよく、これはフ
レームの内周壁（１０９）が遮へい板（１１７）の窓（
１１８）の縁部よシも外方に位置するためであり、内周
壁（１０９）の位置の薄膜（１０３）の露光領域（１０
４）　Ｋ対する精度も±１００μｍ程度の誤差が許容さ
れ得る。また一方、遮へい板（１１７）の成形加工は一
般的な方法で高精度に１例えば５μｍ以下の精度で行な
うことができる。このため−例としてこの遮へい板付き
マスクを第７図に示すようＫＸ線露光装置に装着した場
合、線源から遮へい板（１１７）まテノ距離ｔ１＝１５
０ｍｌ＋Ｉ＋、′ａヘイ板（１１７）から薄の距離ｄ　
＝　０．０２鱈とすると、窓（１１８）の縁部によるウ
ェハ上での半影ボケ量ａは次式で近似される。

このａの値がスクライブ線の幅寸法ｇ以下であれば、ス
テップアンドリピート方式の露光転写において隣接チッ
プが部分的に過度ＫＸ線のかぶりを受けることがなくな
り、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造釦おいて歩留の向
上および良品率の向上が達成されるものである。また逆
Ｋａの値を小さく定めれば５ｔｔ−ａに近づけてスクラ
イブ線を細幅ＫＬ、従ってウェハ上のチップ配列に自由
度が増すという利点が得られるものである。よって上記
の条件の場合ボケｉａは約４．３μ島となシ、前述のフ
レーム（１０２）凹部（１２０）の加工精度を考えに入
れても、遮へい板（１１７）の窓（１１８）は薄膜（１
０３）の露光領域（１’０４）と１５μｍ以下の位置精
度で一致するから、ステップアンドリピート方式での露
光転写に際してチップ間のスクライプ線幅が３０μ罵以
上あれば隣接ないし対角線方向に隣接するチップ間での
露光の重なシ（かぶシ）は全くなくなシ、チップ全域に
わたってコントラストの良好な焼付パターンが得られる
ようになる。

尚、第５図および第６図の例では、速へい板（１１７）
とフレーム（１０２）との位置の整合部は遮へい板（１
１７）の外周部およびフレーム（１０２）の凹部（１２
０）とで構成しているが、例えばこの代りにフレーム上
に高さ５０〜１００μ簿程度の突出ピンをエツチングで
形成し、遣へい板にはこの突出ピンと嵌シ合う孔をエツ
チング加工したものを用いてもよく、その他種々の整合
構造を適用できることは述べるまでもない。

また第５図および第６図の例において、フレーム（１０
２）の凹部（１２０）の底とフレーム下端面との間の厚
さ寸法が前記を鵞　　であるから、フレーム自体の厚さ
の選定および凹部（１２０）のエツチング深さの決定は
、設計条件として半影ボケ量ａと幅寸法Ｓｔ　　とを考
慮に入れてなされることは勿論であるＯ 例えばｓｔ　＝　ｓ　ｏμｍｆ設定条件としてそのとき
のｔ′意の上限を求めてそζに遮へい板（１１７）　’
に配置するようＫしてもよい。この場合−例としてＳ＝
２ｍ％ｄ＝００２ｍおよび（４＋　４　）　＝　１５０
　ｗｍが装置の仕様上固定値であるとすれば、の関係忙
なる。

従ってｌ冨≦５．７＋＋ｅｗとなシ、マスク本体（１０
１）の薄膜（１０３）から約５箇上方に遣へい板（１１
７）　ｔ一対面位置してもその窓（１１８）の縁部によ
るウェハ上での半影ボケ量ａはＳｔ以下となる。もちろ
ん薄膜（１０３）と遮へい板（１１７）とを密着（４＝
０）させることが最も良いことは明らかである。

このように遮へい板（１１７）の位置はａ（Ｓｔｉ満足
する範囲内で任意に決定できるものである。

以上に述ぺたように本発明によれば、マスクの回路パタ
ーン部分に対して位置合わせされたＸ線速へい板を用い
るので、ステップアンドリピート方式によるＸ線露光転
写に際してチップ部分が不要なＸ線露光を受けず、転写
パターン内全域にわたシ焼付パターンのコントラストを
一様に良好なものとすることができる。さらにマスクの
薄膜を支持するフレームを円形リング状のものとするこ
とができるから平面度の優れたマスク面が得られ、また
達へい板とマスクとの製作も高精度のものが容易に得ら
れるよう忙自由度の大きい別体製作で可能であり、従っ
て高密度の微細パターンの転写を行なうＬＳＩ製造用に
好適なＸ線露光転写法が実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＸ線露光転写用マスクの一例を示す平面
図、ｆ４２図は第１図Ａ−Ａ線矢視断面図、第３図は従
来法によるステップアンドリピート方式のＸ線露光転写
法の態様を示す説明図、第４図は前回による転写の際の
Ｘ線照射の重なシ具合を模式的に示す平面図、第５図は
本発明の一実施例に係るＸ線露光転写用マスクを示す平
面図、第６図は第５図Ｂ−Ｂ線矢視断面図、第７図は第
５図、６図のマスクを用いた転写法の態様を示す説明図
である。 （１）、（１０１）　：転写用マスク本体、（２）、（
１０２）　：　７　Ｌ／−ム、（３）、（１０３）　：
薄膜、（４）バ１０４）　：露光領域、（５）　：　Ａ
ｕ層、（６）、（１０（Ｓ）　：吸収領域、α没：ウェ
ハ、（２）：Ｘ＠発生源、（至）二を子銃、α（：金属
ターゲット、（１１７）　：　Ｘ線速へい板、（１１８
）　：窓、（１１９）：切欠平担部、（１２０）　：凹
部。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 く」 区　　　　　　　　区 ・−一　　　　　　　　　　　智 滅　　　　　　　　沫 配 り 法 ｌＵａ″

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の転写パターンを有する露光領域が形成され
   た薄膜と、該薄膜を周囲で支持するフレームとを備えて
   なるマスク本体に、前記薄膜と予め定められた間隔寸法
   で対面するとともに、前記薄膜上に照射されるＸ線が前
   記露光領域内に制限されるようにするＸ線遮へい板を一
   体に取付けたことを特徴とするＸ線露光転写用マスク。
2. （２）前記Ｘ線遮へい板が前記薄膜の露光領域に対応し
   た広さのＸ線透過用の窓を有し、前記Ｘ線遮へい板と前
   記フレームとは相互の組立の際の前記薄膜の露光領域と
   前記窓との位置の整合を一義的に決定する整合部を備え
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   Ｘ線露光転写用マスク。
3. （３）前記Ｘ線遮へい板がその周縁部で前記フレームの
   端面内周寄り部分に形成されたエッチング段部に嵌合さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のＸ線露光転写用マスク。