JPS6219055B2

JPS6219055B2 -

Info

Publication number: JPS6219055B2
Application number: JP10950086A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tanimoto
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-04-25
Also published as: JPS621231A

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。

微細パターン転写用のＸ線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
の薄膜を張り、この薄膜に金（Au）により軟Ｘ
線の吸収層を選択的に形成することによつて、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つている。

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、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倍であり、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線リソグラフイにおける焼付パ
ターンのコントラストは、半導体ウエハ上のレジ
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に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
それにも限界があり、従つてマスクによる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り、薄膜で形
成されたマスク表面の平面度を保つためには、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つて変
わらないように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り、直径100mmや
125mmの半導体ウエハ上に一度にパターンを焼付
ける方式よりも、ウエハ表面を複数ブロツクに分
けて、固定したマスクに対してウエハをステツプ
移動させては次々と焼付ける所謂ステツプアンド
リピート方式のほうが大勢を占める傾向にある。
これは、ウエハ表面の処理プロセスの段階によ
り、ウエハが全体的に伸縮又は部分的に歪み、ウ
エハ全面を一括して焼付ける方式であるとウエハ
全面にわたつ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
けにおいても当然あてはまることである。ステツ
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り、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容れない点で問
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ツプアンド
リピート方式により行なう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
の重なり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、シ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
られて支持された窒化シリコン又はポリマー製の
薄膜３とからなり、薄膜３の下面には、Auによ
り所望回路パターン（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を画
定するように一面のAu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１０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をウエハに１回の露光で焼付
ける部分で、正方形１０の外部は吸収領域６の
Au層５で一面に覆われている。前記フレーム２
は、シリコン板を異方性エツチングによりエツチ
ングした残りの部分であり、上端面の内周縁７と
下端面の内周縁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は上広がりのテ
ーパー状である。

このようなマスク１を用いてステツプアンドリ
ピート方式のＸ線露光転写を行なう場合のウエハ
上での露光状態は、第３図に示す通りである。第
３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はウエハ１１の直上に固
定され、その上方からＸ線発生源１２によりＸ線
の照射を受ける。

Ｘ線発生源１２は、真空の内部に電子ビーム発
生用の電子銃１３と、この電子銃１３からの電子
ビームの照射を受けて波長１〜10Å程度の軟Ｘ線
を発生する金属ターゲツト１４とを備えており、
ターゲツト１４から生じた軟Ｘ線は窓１５から外
部へ照射されるようになされている。またこの窓
１５から見たターゲツト１４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Ｓを線
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Ｓ＝２〜
５mm程度である。尚１６はシヤツタである。

この図の例ではマスク１が前述のように固定配
置され、その下でウエハ１１が図中左方向にスト
ロークＸのステツプ量でステツプ移動する。従つ
てP₁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ハ１１表面上の被
露光領域（チツプ）であり、P₂は次のステツプ移
動によつて露光転写される被露光領域（チツプ）
であり、それらの間の間隔部分Ｄが通常スクライ
ブ線ないしダイシング線と呼ばれるチツプとチツ
プの分離領域で、その幅寸法Sl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によつて吸収されるものの一部が透過し
てウエハ１１の被露光領域P₁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による被覆光領域P₁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
ツ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線照射が隣り合う
被露光領域（チツプ）を感光させてしまう。この
ため露光転写されたウエハ上のレジストの焼付パ
ターンのコントラスト低下、従つてエツチング精
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
ており、今、チツプP₁から順にチツプP₂、チツプ
P₃、チツプP₄とステツ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
線透過量を持つているとすると、チツプP₁の露光
転写時にウエ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に対応した円C₁と露光
領域４の境界の正方形１０に対応した正方形SQ₁
との間の領域である。このような領域がチツプ
P₂，P₃，P₄のそれぞれの露光転写の際に生じ、第
４図では、サフイツクスを揃えて、前記円C₁に
対応する円C₂，C₃，C₄および、正方形SQ₁に対
応する正方形SQ₂，SQ₃，SQ₄をそれぞれチツプ
P₂，P₃，P₄の露光転写時に対応づけて示してあ
る。このように第４図で円C₁，C₂，C₃，C₄同士
の重りとして示されるような隣接チツプ間および
斜め対角線方向に隣接するチツプ間での周辺露光
域の重なりが生じ、例えば４つのチツプP₁，P₂，
P₃，P₄の角隅が集まる部分では、中心部Ｎ即ち４
つの円C₁，C₂，C₃，C₄の重なり部分に、マスク
を介して合わせて４回のＸ線照射が行なわれ、従
つてこの中心部Ｎ内のチツプ内領域には、露光領
域による１回の正規のＸ線照射のほかにそれぞれ
他のチツプの露光転写時の吸収領域６を透過した
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M₁，M₂，
M₃，M₄には合計３回のＸ線照射が行なわれ、そ
れぞれのチツプ内領域には1/10の照射量の余分な
照射が２回ずつ行なわれることになる。

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
あつたとしても中心部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
量の比は実質的に４：13となつてしまい、転写焼
付けされたウエハ表面上のレジストパターンのコ
ントラストの低下、従つ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、極端な場合に
はパターン焼付け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
ツ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りコント
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、この目的を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、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にする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Ｘ線遮へい板は前記
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線遮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に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
れたエツチング段部に嵌合されている。

本発明を実施例図面と共に詳述すれば以下の通
りである。

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、薄いニツケルないしス
チール等の金属による遮へい板１１７をマスクの
フレームに取り付けて、遮へい板付マスクとして
ある。

第５図および第６図において、マスク本体１０
１は、所定の転写用回路パターンを形成した露光
領域１０４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
おり、このマスク本体１０１の前記フレーム１０
２の上端面に前記Ｘ線遮へい板１１７が取付けら
れ一体化されている。遮へい板１１７はニツケ
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
同様の大きさのＸ線透過用の窓１１８としての開
口を作成し、またその外形は円形の一部１１９を
平らに切欠いた形状となつている。マスク本体１
０１のフレーム１０２は円板状シリコン基体をエ
ツチングにより加工成形して得ればよく、この場
合、フレーム内孔部は比較的ラフな精度のエツチ
ングによる上端面側内周縁１０７と、それより小
径の下端面側内周縁１０８とで画定されるテーパ
ー状内周壁１０９まで成形される。フレーム１０
２の上端面の内周寄りには、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
ングにより形成され、この凹部１２０内に遮へい
板１１７が嵌り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遮へい
板１１７の厚さ分程度、例えば50〜100μｍ程度
の深さだけ行なえばよく、従つてエツチング量自
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の縁部より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
１０４に対する精度も±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、例えば５μｍ以下
の精度で行なうことができる。このため一例とし
てこの遮へい板付きマスクを第７図に示すように
Ｘ線露光装置に装着した場合、線源から遮へい板
１１７までの距離l₁＝150mm、遮へい板１１７か
ら薄膜１０３までの距離l₂＝0.3mm、線源の見かけ
の大きさＳ＝２mm、薄膜１０３からウエハ表面ま
での距離ｄ＝0.02mmとすると、窓１１８の縁部に
よるウエハ上での半影ボケ量ａは次式で近似され
る。

ａ＝（ｌ_２＋ｄ／ｌ_１）このａの値がスクライブ線の幅寸法Sl以下であ
れば、ステツプアンドリピート方式の露光転写に
おいて隣接チツプが部分的に過度にＸ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
スの製造に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。また逆にａの値を小さ
く定めなければSlをａに近づけてスクライブ線を
細幅にし、従つてウエハ上のチツプ配列に自由度
が増すという利点が得られるものである。よつて
上記の条件の場合ボケ量ａは約4.3μｍとなり、
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
１０３の露光領域１０４と15μｍ以下の位置精度
で一致するから、ステツプアンドリピート方式で
の露光転写に際してチツプ間のスクライブ線幅が
30μｍ以上あれば隣接ないし対角線方向に隣接す
るチツプ間での露光の重なり（かぶり）は全くな
くなり、チツプ全域にわたつ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、遮へい板１
１７とフレーム１０２との位置の整合部は遮へい
板１１７の外周部およびフレーム１０２の凹部１
２０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50〜100μｍ程度の突出ピンをエツ
チングで形成し、遮へい板にはこの突出ピンと嵌
り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１０２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l₂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
Slとを考慮に入れてなされることは勿論である。

例えばSl＝80μｍを設定条件としてそのときの
l₂上限を求めてそこに遮へい板１１７を配置する
ようにしてもよい。この場合一例としてＳ＝２
mm、ｄ＝0.02mmおよび（l₁＋l₂）＝150mmが装置の
仕様上固定値であるとすれば、ａ＝ｌ_２＋０．０２／１５０−ｌ_２×２≦0.080（＝S
l）の関係になる。

従つてl₂≦5.7mmとなり、マスク本体１０１の薄
膜１０３から約５mm上方に遮へい板１１７を対面
位置してもその窓１１８の縁部によるウエハ上で
の半影ボケ量ａはSl以下となる。もちろん薄膜１
０３と遮へい板１１７とを密着（l₂＝０）させる
ことが最も良いことも明らかである。

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

以上に述べ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
遮へい板を用いるので、ステツプアンドリピート
方式によるＸ線露光転写に際してチツプ部分が不
要なＸ線露光を受けず、転写パターン内全域にわ
たり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、また遮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に自由度の大きい別体製
作で可能であり、従つ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、第２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ツプアンドリピー
ト方式のＸ線露光転写法の態様を示す説明図、第
４図は前図による転写の際のＸ線照射の重なり具
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：
フレーム、３，１０３：薄膜、４，１０４：露光
領域、５：Au層、６，１０６：吸収領域、１
１：ウエハ、１２：Ｘ線発生源、１３：電子銃、
１４：金属ターゲツト、１１７：Ｘ線遮へい板、
１１８：窓、１１９：切欠平担部、１２０：凹
部。

Claims

【特許請求の範囲】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ツチング段
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。