JPS6329506A - Ｘ線マスクの検査方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体製造技術におけるリソグラフィー技術、
特にＸ線を利用するＸ線リソグラフィー用マスクの製造
工程における検査方法に関するものである。

〈従来の技術〉 過去十数年間、ＩＣの集積度はおおよそ３年で４倍のペ
ースで向上して来ている。この著しい集積度の向上を支
えて来たのは言うまでもなく、微細加工技術の発達であ
り、とりわけ１５年で１名。

という線幅縮小を可能にしたフォトリングラフイー技術
の発達であった。現在、１．２μｍルールのＩＭｂＤＲ
ＡＭの生産が始まっており、０．８μｍルールの４Ｍｂ
ＤＲＡＭの研究発表が相次いでいる。

現在のＬＳＩ生産用リソグラフィー技術の主流は縮小投
影露光装置、いわゆる（フォト）ステッパである。現在
のステッパは水銀ランプを光源として４３６ｎｍ　の水
銀原子の発光輝線（ｇ線）を用いている。将来は３６５
ｎｍのｉ線が用いられると予想されているが、可視光、
紫外光による露光装置の解像度限界は間近にせまってい
る。ステッパの限界は０．５μｍルール前後、デバイス
では１６ＭｂＤＲＡＭクラスの集積度と考えられる。過
去の集積度の向上傾向から考えて、約１０年後にはこの
限界に達し、次世代のリソグラフィー技術にとって変わ
られると予想されている。

危小線幅４μｍ、デバイスとして６４　Ｍ　ｂ　ＤＲＩ
ＩｒＩクラスのＬＳＩ量産用リソグラフィー技術として
最も有力視されているのが、Ｘ線リングラフイー技術で
ある。特に輝度が高く、半影ぼけの少ないシンクロトロ
ン放射光（ＳＯＲ）をＸ線源として用いるＳＯＲリソグ
ラフィー技術が注目されている。

Ｘ線リソグラフィーではＸ線用レンズが無いために、プ
ロキシミティ一方式の露光装置が利用される。マスクは
Ｘ線の透過をさまたげるＸ線吸収体（金、タングステン
、タンタル等の重金属）パターンとそれを保持するＸ線
透過膜（メンブレン）からなる。メンブレンはＸ線を吸
収しにくい軽元素からなる２μｍ前後の厚さの膜であり
、材料として５ｉＮＨ，ＢＮＨ，ポリイミド等が利用さ
れており、現在既に直径１０ＣＩ１１程度のマスクが形
成されている。グロキシミティ一方式ではマスクパター
ンのウェハ上への投影が１＝１の比で行なわれるために
、マスクパターンの位置精度は非常に高くなければなら
ない。−括露光範囲は５ｃＩ！１角前後と予測されてお
り、その全領域内でパターンの位置誤差は０．０５μｍ
以下でなければならない。従ってメンブレンは１０　以
上ひずんではならないことになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 Ｘ線露光ではマスクは大量のＸ線を浴びるため、放射損
傷によって、膜質が変化し歪みを発生する場合がある。

そこでまず、Ｘ線露光においてメンブレンが浴びるＸ線
量と予想される歪みを見積もってみる。

ウェハ１枚の露光によってメンブレンが浴びるＸ線量は
レジストの感度Ｓに比例する。現在のところ塩μｍ以下
のパターンが解像できるレジストは限定されており、感
度は低く５＝ＩＪ／ａｔ！程度である。しかも、耐ドラ
イエツチング性が悪い。そこで将来、耐ドライエツチン
グ性、感度の点でレジストの改善が進むと考えて、以後
レジスト感度をＳ＝０．ＩＪ／ｄと仮定する。メンブレ
ン中でのＸ線の減衰を無視すると、１シヨツトでのメン
ブレン単位体積あたりの吸収エネルギーεはε＝Ｓμ　
　　　　　　　−−−−−−°−°ｆ１＋で表わされる
。ここでμはメンブレンのＸ線に対する吸収係数である
。Ｘ線リソグラフィーに適する波長１０Ａ前後のＸ線に
対するＳ　ｉ　３　Ｎ４　、　ＢＮの吸収係数はおよそ
１０〜２Ｘ１０　ｃｍ　　程度である。ここではμ＝１
０ｃｍ　　と仮定する。従って５は１０　Ｊ／ＣＩＮと
なる。これはおよそ６ｘｌＯＲａｄに対応する。ウェハ
１枚の露光あたりのメンブレンの被爆エネルギーＥはウ
ェハ面積Ａとマスク面積ａとするとおおよそ Ｅ＝Ａ／ａ・ε　　　　　・・・・・・・・・（２）で
表わされる。ウェハ径を８インチ、マスクが５備角とす
るとＥ＝１．３Ｘ１０　　Ｊ／ＣＩ＋！（７，６Ｘ１０
　Ｒａｄ）となる。

以上計算したような多量のＸ線を浴びた場合、メンブレ
ンがどのような変形を起こすか検討してみる必要がある
。非晶質石英では電子線、Ｘ線等による放射損傷によっ
て、収縮が起きることが知られている。１０．８ｋｅＶ
の電子線については、体積収縮率δが被爆線量Ｒ（／１
０　　Ｒａｄ）とおおよそ０．６４７ δ＝０．７６２Ｄ　　　　の関係にあることが知られて
いる。８ｋｅＶのＸ線についても、おおよそこの関係を
満足することが確かめられている。ただし、このデータ
はＲ＞１０　Ｒａｄで実験値にツイツチイブされており
、それ以下の線量でこの関係が成り立つかどうかは不明
である。５ｉ０２膜をメンブレンとして用いた場合には
１３枚程度のウェノ・の露光でδ＝６Ｘ１０　　　程度
の体積収縮を起こす可能性がある。現在までにメンブレ
ンに５ｉ０２が使われた例はないが、Ｓｉ３Ｎ４．ＢＮ
等の非晶質膜についても類似の現像が起きる可能性が高
い。

上述の石英のような顕著な体積変化はメンブレンにはゆ
るされない。メンブレンに大きな歪みが発生しパターン
位置が変化するからである。従ってメンブレン材料とし
ては放射線に対し安定なものを選択することが不可欠で
ある。そのためにはメンブレンの開発及び生産において
メンブレンの放射線耐性を簡便に評価できる手段が是非
必要であり、とりわけ放射線耐性の加速試験が可能な手
段が重要である。

メンブレンのＸ線に対する放射線耐性を評価するには、
強力なＸ線光源が必要となる。通常の電子線衝撃型のＸ
線銃では均一で強度の高いＸ線は得られない。ＳＯＲを
利用すると大規模な電子貯蔵リングが必要となるが、こ
のような設備は限られており、容易に利用できない。ま
た利用できたとしても加速試験用に利用するには強度不
足である。従ってＸ線によって放射線耐性を評価するこ
とは実際上不可能である。

本発明は上述の問題点に鑑みて創案されたものであり、
Ｘ線リソグラフィー用マスクメンブレンの開発及び生産
に不可欠なＸ線マスク、特にメンブレンのＸ線照射耐性
を評価するＸ線マスクの検査方法を提供することを目的
としている。

く問題点を解決するだめの手段及び作用〉上記の目的を
達成するため、本発明のＸ線マスクの検査方法は、中央
に窓を有する平面度の良好な枠材と、この枠材上に適当
な張力を加えて張った膜と、この枠材窓部の膜上に形成
された重金属パターンからなるマスクであって、上記の
膜は軟Ｘ線に対する吸収が少なく、上記の重金属パター
ンは上記の軟Ｘ線に対する吸収が大きく、この両者によ
って軟Ｘ線の照射を受けて軟Ｘ線のコントラストを生じ
るＸ線用マスクの製造工程において、上記の膜に所定エ
ネルギーの電子線を所定量照射し、上記の膜の応力、歪
み等の力学的特性の変化が所定値以下であることをもっ
て、良品マスクと判定するように構成している。

また、本発明の実施態様として上記電子線のエネルギー
は３００ｋｅＶ以下であることが好ましく、５０ｋｅＶ
以下であることがより好ましい。

また、Ｘ線マスクの検査に際しては、上記の膜の少なく
とも一方の面に高導電性の金属薄膜を付着して電子線を
照射するのが好ましい。

また上記のＸ線マスクの製造工程において、枠体として
シリコン基板を用いるのが好ましく、このシリコン基板
に上記の膜を形成した後の、重金属パターンを形成する
前に上記の電子線照射を行ない、照射前後での上記の膜
の内部応力変化が所定値以下であることをもって良品マ
スクと判定するのが好ましい。

また、上記のＸ線マスクの製造工程において、上記の膜
上に重金属パターンを形成し、かつ枠材窓部を形成した
状態で、上記の電子線照射を行ない、照射前後での前記
金属パターンの距離変化量が所定値以下であることをも
って良品マスクと判定することが好ましい。

本発明によれば上記のようにＸ線の代用として電子線を
利用することにより、安価で簡便な装置によりメンブレ
ンの放射線耐性の評価が行なわれる０ 〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

Ｘ線リソグラフィーでは、波長が１０λ前後のＸ線によ
って最高の解像度が達成されると予測されており、利用
されるＸ線のエネルギーは１　ｋｅＶから１．６ｋｅＶ
程度と考えられる。このエネルギー領域におけるＸ線の
吸収は光電効果が支配的である。従ってＸ線とメンブレ
ンの相互作用は、本質的にＸ線によって励起された光電
子及び内殻の空孔をもとに発生するオージェ電子による
電子とメンブレン構成原子との相互作用と考えられる。

空孔の消滅過程で螢光Ｘ線も発生するが、その影響も同
様に考えることができる。以上のようにＸ線による放射
損傷の大部分は、Ｘ線のエネルギー以下の低エネルギー
電子によって引き起こされると考えられる。

そこでこのような低エネルギー電子を多量にメンブレン
内に発生できる別の方法を開発する必要がちる。メンブ
レンの膜厚は１μｍから５μｍ程度であるから、この程
度の厚さにわたってほぼ均一に電子を発生させる必要が
あり、透過力の強い放射線が必要である。又原子の移動
はＸ線では生じないことから、イオンや高エネルギー電
子は好ましくない。このような要求を満たすものは、３
００ｋｅＶ程度以下、更に好ましくは５０ｋｅＶ程度以
下、より好適には５ｋｅＶから３０ｋｅＶ程人される電
子のエネルギーが高い点が問題である。

しかし軽元素の場合、電子のエネルギー損失は一回の非
弾性散乱につき平均１０ｅＶから２００ｅＶ程度であり
、上記程度のエネルギー、特に５　ｋｅＶから３０ｋｅ
Ｖ程度の電子のメンブレンに対する影響は基本的にＸ線
光電子と同じだと考えられる。

露光用Ｘ線と電子線のメンブレンに対する影響度は比例
すると考えられるが、比例定数を正確に決定することは
困難である。しかし電子が非弾性散乱で失う平均的エネ
ルギーが電子のエネルギーに比べ小さいことから、大よ
そ両者のエネルギー比に一致すると考えられる。すなわ
ち、波長１０λ程度のＸ線に対し１０ｋｅＶの電子線は
メンブレンに対し約８倍のエネルギーを付与することか
らＸ線の約８倍の影響を及ぼすと考えられる。ただし電
子の反射係数、透過係数等は考慮する必要があるＱ 第１図において、１は熱電子を放出するタングステンフ
ィラメントである。２はフィラメントから電子を引き出
し加速する引き出し電極である。

３は試料ホルダーで、４が検査されるマスクを含む試料
でちる。５は試料に入射する電子線強度をモニタするた
めのファラデイーカップである。マスクができるだけ均
一な電子線照射を受けるよう、フィラメント１の折り返
しの密度は高く、引き出し電極２は細かいメツシュ状に
なっている。又、フィラメント１からの輻射熱等で試料
が加熱されないよう試料ホルダー３は水冷されている。

以上のユニットは高真空排気可能な真空チェンバ（図示
せず）に入っている。フィラメント１の端子６゜６′は
フィラメント加熱電源（図示せず）と加速電源（図示せ
ず）につながっている。加速電極端子７及び試料台は接
地されている。８はファラデイカツブ５からの出力端子
で電流計（図示せず）を介して接地されている。９は試
料ホルダー３の冷却水配管である。以上のように本装置
では、加速電極２と試料４は接地されており、フィラメ
ント１が加熱電源とともにバイアスされる方式をとって
いる。

電子線照射時の試料断面図を第２図に示している０ 第２図において第１図に示す試料ホルダー３に対応した
試料台２０に第４図に示すＸ線マスクの製造工程の（ａ
）　、　（ｂ）を経て、枠材となるシリコ／ウェハ１１
上にＸ線マスク用のメンブレン１３を堆積した試料４が
固定される。

ここで、試料４の製造工程を説明する。

第４図（ａ）〜（ｇ）はＸ線マスクの形成プロセスの１
例を示す工程図であり、まずメンブレン１３の支持枠と
なるシリコン（Ｓｉ）基板１１の両面にＬＰＣＶＤ法で
窒化ケイ素膜（Ｓｉ３Ｎ４　）１２　、１２’を堆積す
る（第４図（ａ）　）　ｏこのＳｉ３Ｎ４膜１２゜１２
′の膜厚は約１０００Ａである。次いでメンプレン１３
となる水素化窒化ケイ素化膜（ＳｉＮｘＨｙ）をプラズ
マＣＶＤ法で基板表面に堆積する（第４図（ｂ））。こ
の５ｉＮＸＨＹ膜１３の膜厚は約３　μｍである。

この段階で、シリコン基板ノ・１１上に堆積したメンブ
レン１！Ｘ線マスク用としての良、不良の検査のため、
第１図に示した装置の試料ホルダー３に対応した試料台
２０に載置して検査する。

この検査を行なうに際しては、電子線照射時のチャージ
アップを防止するために、それぞれメンブレン１３上と
シリコン（Ｓｉ）基板１１上に導電層２１．２２を堆積
する。この場合応力の低い０．１μｍの厚さの蒸着アル
ミニウム（Ａｌ）膜を用いている。またシリコン（Ｓｉ
）基板１１と試料ホルダー３の密着性を良くし、冷却効
率を上げるため、試料ホルダー２０の表面は鏡面研磨さ
れており、５μｍ以下のフラットネルを保っている。

厚さｄ＝３μｍのメンブレン１３を堆積したシリコン（
Ｓｉ）基板１１は、まずフィゾー光干渉式のフラットネ
ステスターで曲率半径Ｒを測定する。

メンブレン１３の内部応力σは次式で計算される。

ＥＱ　、ν０はそれぞれシリコン（Ｓｉ）基板１１のヤ
ング率とポアソン比である。Ｔはシリコン（Ｓｉ）基板
１１の厚さである。次いで上記したように表面と裏面に
アルミニウム（Ａｌ）膜２１．２２を蒸着する。このア
ルミニウム（ＡＪ）膜２１．２２による応力変化はない
。以上の準備の後このウニ・・１１を試料台３に固定し
、真空排気し、電子線照射を行なう。電子線のエネルギ
ーはメンブレン１３内をほぼ均一に照射するために１０
ｋｅＶにした。電子線の照射量は１０ｍｃ／ａ（としだ
。これはレジストの感度を１００ｍＪ／ｃ＋Ｊ、−括露
光面積を５１角。

ウェハサイズを８インチと仮定したとき、約１０００枚
のウェハ処理で受けるＸ線照射とほぼ同等の放射線量で
ある。電子線の照射スピードは３５μＡ／ｄでこの照射
に約１時間を要しだ。最後にウェノ・１１の曲率半径を
再測定し、電子線の照射前後でのメンブレン１３の応力
を比較した。この結果、ある試料は電子線照射前にメン
ブレン１３は５　Ｘ　１０　　ｄｙｎ／ｃｉｔの引張り
応力を示していたが、照射後は５Ｘ１０．ｄｙ、佃と応
力が増加していた。

このように応力が顕著に変化するメンブレンはＸ線マス
クとして適切ではない。ところが、照射前に６Ｘ１０　
　ｄｙｎ／ｃＪの圧縮応力を示していた一別のメンブレ
ンは照射後７　Ｘ　１０８ｄｙｎ／ｃ！ｌの引張り応力
を示すようになった。さらに照射を行なったが応力はほ
とんど変化しなかった。このメンブレンは電子線照射に
よって応力が変化したが、照射による応力変化は飽和し
、又応力自身もメンブレンとして好ましい値になってい
る。従って、電子線によるこのようなエージングプロセ
スを導入すれば、このように当初は好ましくない圧縮応
力を示すメンブレンでも、Ｘ線マスク用として利用でき
ることになる。

また、メンブレン堆積法に検討を加え、種々作成した試
料の各々について電子線照射を行なったところ、はとん
ど応力変化を示さないものが見出された。しだがってＸ
線マスクの作成工程において、電子線照射によるメンブ
レンの応力変化が所定値以下のものを良品メンブレンと
して抽出する検査を行なうことにより、Ｘ線マスク用と
して利用可能なメンブレンの選別がなされることになる
。

上記の検査工程を経たものにおいて、第４図（Ｃ）〜（
ｇ）の各工程を経て、Ｘ線マスクを完成させた。

即ち、上記の検査工程においてメンブレン１３の形成さ
れたシリコン基板１１の表、裏画面に蒸着したアルミニ
ウム膜２１．２２を除去した後、第４図（Ｃ）に示すマ
スク領域となるメンブレン部のシリコン基板を取り除く
工程に移る。

単結晶シリコン（Ｓｉ）はＳｉ３Ｎ４に比べ約１万倍も
速く水酸化す）　ＩＪウム溶液に溶けるため、マスク領
域裏面のＳ　ｉ３　Ｎ４を取り除き、この部分のシリコ
ン（Ｓｌ）のみを溶解することができる。

Ｓ　ｉ３　Ｎ４膜１２′のマスク領域裏面に対応した領
域の除去はフォトリングラフイー法によってマスク領域
外にのみレジストを残し、反応性イオンエツチング法を
利用して行ない、次に約２５％の水酸化ナトリウム溶液
を８０°Ｃに加熱し、シリコン基板１１のエツチングを
行なう。エツチング速度は１，５μｍ／分程度であり、
０．５悶厚のシリコン（Ｓｉ）基板１１をエツチングし
て窓部１４を形成するのに約６時間を要しだ。

次に第４図（ｄ）に示すようにメンブレン１３上にＸ線
吸収体となるタングステン１５を堆積する。

このタングステン膜１５はメンブレン１３を破壊しない
ように、応力は低く制御してスパッタ法で０．６μｍの
膜厚に形成している。更にタングステン膜１５をパター
ン検出グするため、電子線レジスト膜を塗布し、電子ビ
ーム描画装置を用いてパターンを描画、現像し、レジス
トパターン１６を形成する（第４図（ｆ））。次にレジ
ストパターン１６をマスクとしてタングステン膜１５を
エツチングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦｓ）を用いて
反応性イオンエツチング法でエツチングする。エツチン
グ後、レジスト膜１６を除去し、Ｘ線マスクを完成する
（第４図（ｇ））。

上記のようにして作成したＸ線マスクについて、次に本
発明にしたがって電子線照射による検査を行なう。

第３図は、はぼ完成したＸ線マスクの電子線照射テスト
での試料断面を示す図である。第３図において、Ｘ線マ
スクは水冷された試料ホルダ３０（第１図における試料
ホルダー３に対応）に固定されている。１１はメンブレ
ン１３を堆積する際の基板でありバックエツチングによ
って窓部１４を形成した後はメンブレン１３の支持枠と
なっているシリコン（Ｓｉ）基板である。１５は上記の
工程を経てメンブレン１３上に形成されたタングステン
製の吸収体パターンである。まだ３１及び３２はチャー
ジアップ防止用の導電膜である。３３ばＸ線マスクと試
料ホルタ゛−３０の間に挿入された緩衝材である。３４
のスペースには、マスクの冷却を効率的に行なうために
、熱伝導の良好な流体が充填されている。この例では気
体（Ｈｅ）を用いた。又、常温で液体である水銀、ガリ
ウム等を用いても良い。いずれによってもマスクを十分
冷却することができる。

検査されるＸ線マスクは、まずパターンの位置測定にか
けられる。ここではレーザスポットによってパターン検
出を行ない、パターン間の距離をレーザ干渉計で測定す
る方式の位置測定器（ランパス）を用いている。マスク
内に設けられた、マスク歪評価用パターンの座標を測定
し、先に説明した検査工程と同様の電子線照射にかけら
れる。

その後照射前と同様の座標測定が行なわれ、照射によっ
て発生するマスクの歪みが計算された。この結果、先の
検査工程において、電子線照射に対して応力が変化しな
い膜については、照射によるマスクの歪みは、１．５　
ｃｍ角内で１５０Ａ以下であり、十分マスクとして利用
可能であることが明らかになった。したがってＸ線マス
クの作成工程において、電子線照射によるパターンの距
離変化量が所定値以下であるものを良品Ｘ線マスクとし
て抽出する検査を行なうことにより、作成したＸ線マス
クの評価が短時間で行なわれる。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば露光用Ｘ線によってマス
クに発生する放射線損傷を安価な簡便な装置によって、
短時間で評価することができる。

又、あらかじめ電子線照射によって、マスクをエージン
グし安定化させることも可能である。従って本発明は、
Ｘ線マスクの開発及び生産において不可欠であり、Ｘ線
リングラフイーの実用化を通じて、社会に及ぼす間接的
効果は大きく工業的価値は非常に高いものでちる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線マスクの検査方法を実施する際に
用いられる電子線照射装置の構成例を示す図、第２図及
び第３図はそれぞれ本発明の実施例における電子線照射
時の試料断面を模式的に示す図、第４図はＸ線マスクの
形成工程の一例を示す図である。 １・・・熱電子放出用タングステンフィラメント、３・
・・試料ホルダー、４・・・試料、１１・・・（枠材と
なる）シリコン基板、１３・・メンブレン、１４・・・
窓部、１５・・・タングステン製吸収体パターン、２１
゜２２．３１．３２・・導電体、２０．３０・・・試料
ホルダー。 第２１！ 第３ＷＩ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中央に窓を有する平面度の良好な枠材と、該枠材上
   に適当な張力を加えて張った膜と、該枠材窓部の膜上に
   形成された重金属パターンからなるマスクであって、上
   記膜は軟Ｘ線に対する吸収が少なく、上記重金属パター
   ンは上記軟Ｘ線に対する吸収が大きく、当該両者によっ
   て軟Ｘ線の照射を受けて軟Ｘ線のコントラストを生じる
   Ｘ線用マスクの製造工程において、 上記膜に所定エネルギーの電子線を所定量照射し、 上記膜の応力、歪み等の力学的特性の変化が所定値以下
   であることをもって、良品マスクと判定することを特徴
   とするＸ線マスクの検査方法。 ２、前記電子線のエネルギーが３００ｋｅＶ以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線マス
   クの検査方法。 ３、前記膜の少なくとも一方の面に高導電性の金属薄膜
   を付着して前記電子線照射を行なうことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のＸ線マスクの検査方法。 ４、前記Ｘ線マスクの製造工程において、前記枠材とな
   る基板材上に前記膜を形成した後、重金属パターン形成
   前に、前記電子線照射を行ない、照射前後での前記膜の
   内部応力変化が所定値以下であることをもって良品マス
   クと判定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のＸ線マスクの検査方法。 ５、前記Ｘ線マスクの製造工程において、前記膜上に重
   金属パターンが形成され、かつ枠材窓部が形成された状
   態で前記電子線照射を行ない、照射前後での前記重金属
   パターンの距離変化量が所定値以下であることをもって
   良品マスクと判定することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のＸ線マスクの検査方法。