JP3217839B2 - X線マスク構造体、x線露光装置及びx線露光方法 - Google Patents

X線マスク構造体、x線露光装置及びx線露光方法

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置、特にX
線による露光を行う為の露光装置で使用するX線マスク
構造体、これらのマスク構造体を使用するX線露光装置
及びX線露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化及び高
速化に伴い、集積回路のパターン線幅が約3年間で70
%に縮小される傾向にある。大容量メモリ素子(例えば
4MDRAM)の更なる集積化により、16Mbit 容量のもの
等では0.5μmルールのデバイス設計が行われる様に
なってきた。この為焼付装置も一層の高性能化が要求さ
れ、転写可能な最小線幅が0.5μm以下という高性能
が要求され始めて来ている。その為露光光源波長として
X線領域(7〜14Å)の光を利用したステッパが開発
されつつある。これらX線露光装置に用いられるマスク
構造体は、例えば、図3に示す様に、X線透過材で出来
たX線透過膜31とそれを緊張保持する保持枠32´と
からなっており、該X線透過膜31上にはアライメント
マーク及び所望の幾何学的配置をもって配列されたX線
吸収体33が形成されている。X線透過膜31の形成方
法はその使用材質が有機薄膜か無機薄膜かによって大別
される。前者はX線の透過率が高く可視光に対しても透
明である様な材質が選ばれ、そのヤング率、熱膨張係
数、表面粗さ等から、ポリイミド、ポリアミド、マイラ
ー等のフイルムが好んで用いられる。
【0003】一方、X線透過膜として無機材質を用いる
場合は、保持枠32´としてのシリコンウエハ(以下、
シリコンウエハ32´とも呼ぶ)上に化学気相堆積法等
により2μm程度の硅素化合物、特に窒化硅素や炭化硅
素等のX線透過膜31が僅かに引っ張り応力をもつ様に
形成される。次にX線透過膜31を堆積したシリコンウ
エハ32´を、裏面から必要な領域(X線を透過せしめ
る為の領域)のみエッチングにより除去すると、無機薄
膜であるX線透過膜31がシリコンウエハ32´上に緊
張保持された状態のマスクブランクスが得られる。しか
しながら、このままの状態ではシリコンウエハ32´が
薄い為、強度が小さく取扱いにも実用にも不便である
為、補強体32を接着剤により接着して用いるのが普通
である。前記いずれの場合においても、保持枠32´
(図3)若しくは補強体32(図3)は、十分に強度が
大きく熱的に安定で且つ軽いものが望ましい。従来はこ
れらの形成材料として金属も考えられていたが、石英ガ
ラス、硼硅酸ガラス(パイレックス)、セラミックス焼
結体が上記条件をよく満たす為に使用される様になっ
た。上記の如きマスク構造体を用いるX線露光装置は、
図1に図解的に示す様に、X線発生源とX線露光領域を
区画するチャンバー1とシリコンウエハ等の被露光材2
を所定位置に固定するウエハチャック3と、上記マスク
構造体4を被露光材の上の所定位置に重ねるマスク把持
手段であるマスクチャック5を主要部分として形成され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとしている問題点】ところが、上記
の如き保持枠や補強体を形成するセラミックス材料等は
強度、熱的安定性等に優れた材料であるが、電気的には
絶縁性の高い材料である。又、X線露光装置では従来の
光に比べ高エネルギーを持つX線を光源として用いる
為、マスク構造体から光電子及びオージェ電子が発生す
る。更に、X線露光装置ではX線の強度が低下しない様
にヘリウム雰囲気となっている場合があり、この様な乾
燥雰囲気内でX線の露光を行う場合には、マスク構造体
と気体との摩擦により静電気も発生する。一方、X線露
光時にはマスク構造体と被露光材との間のギャップは1
0〜数10μmの間の一定値に保たれる必要がある為、
マスク面が帯電され、マスク面と被露光材とが接触して
放電し、マスク面が傷つけられたり、破損するという問
題がある。更に、放出される光電子や二次電子等の影響
で被露光材上のレジストが過剰露光され、微細パターン
形成時に寸法精度等に狂い等を生じるという問題が発生
している。従って本発明の目的は、上記従来技術の問題
点を解決し、帯電防止性や寸法精度に優れたX線マスク
構造体、X線露光装置及びX線露光方法を提供すること
である。
【0005】
【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、所望パターンの
X線吸収体と該吸収体を保持するX線透過膜とこれらを
保持する保持枠とを有するX線マスク構造体において、
該保持枠の最外周部がイオン注入されており、少なくと
もその一部がX線透過膜上に形成された導電膜と導通し
ていることを特徴とするX線マスク構造体及びこれらの
X線マスク構造体を使用するX線露光装置及びX線露光
方法である。
【0006】
【作用】X線マスク構造体の透過膜上に導電性被膜を形
成し、且つ、保持枠の最外周部をイオン注入して導電性
としてこれらを導通させ、X線マスクを把持する手段の
少なくとも一部に導電部を形成し、マスクとウエハとの
間のギャップを一定に保ちつつこれらの導電部を必要に
応じて電気的に接続することにより、露光時の帯電が防
止され、又、露光時に発生する光電子やオージェ電子等
が有効に除去され、適正且つ寸法精度に優れたX線露光
が実現される。特に、本発明のX線マスク構造体におい
ては、イオン注入占有領域を保持枠全体積の10〜50
%の範囲とすることが好ましい。即ち、イオン注入占有
領域を特にかかる数値範囲内に設定することにより、シ
リコン、セラミックス、ガラス等の非金属材料で形成さ
れている保持枠の有する強度及び熱的安定性を劣化させ
ることなく、充分な除電特性を付与することが出来る。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を挙
げ、本発明を詳細に説明する。
【0008】実施例1 図1は本発明のX線露光装置の断面を図解的に説明する
図である。本露光装置は、X線マスク構造体4の一側面
部とマスクチャック5の一部を構成し、マスクの位置決
めを行うVブロック6とから電気的接点7を有し、Vブ
ロック部6とチャンバー1が導通しており、チャンバー
1がアース電位となっている。チャンバー内はヘリウム
雰囲気であり、その圧力は100torr程度となってい
る。図2は、図1の中からX線マスク構造体4及びマス
クチャック5を拡大した図である。23はX線吸収体で
あり、本実施例では金(Au)を用いたが、タンタルやタ
ングステン等、露光X線に対して吸収が大きい材料であ
ればいずれのものでもよい。21はX線吸収体23を支
持しているX線透過膜であり、窒化硅素(SiN) を用いて
いるが、この他、炭化硅素(SiC) 、窒化硼素(BN)、有機
膜であるポリイミド、又は、有機膜と無機膜の複合膜で
も構わない。22´はX線透過膜21を支えている保持
枠の一部であり、シリコンウエハをバックエッチしたも
のである。保持枠22´としてのシリコンウエハの最外
周部には、100KeVのAu+ 集束イオンビームを図2
に示した28の様にイオン注入しておく(例えば、イオ
ン注入占有領域を保持枠22´の全体積の10%とす
る)。このイオンとしては、ベリリウムイオン、ガリウ
ムイオン、ゲルマニウムイオン、錫イオン、アルミニウ
ムイオン、銅イオン、パラジウムイオン、砒素イオン、
硼素イオン等、集束ビームとして利用出来るものならば
いずれでもよい。22は22´を補強する為の補強体で
あり、保持枠の一部でもある。22はパイレックスガラ
スからなるが、石英ガラス、マシナブルセラミックス等
でもかまわない。このX線マスクの全面に金を50Åの
厚みに蒸着して、電極層24とした。電極層24はイオ
ン注入部28を覆い、24と28とは導通する。25は
マスクチャックであり、26は25の一部でVブロック
と呼ばれるものであり、マスクの位置決めを行う際の基
準となっている。更に、Vブロック26からアースバネ
27を設置し、保持枠22´のイオン注入部28と接触
させることにより、X線露光時に重金属からなるX線吸
収体23から発生する光電子及びオージエ電子は、X線
透過膜上に形成されたマスク電極層24に吸収される。
更に、これらはアースバネ27、マスクチャック25か
らチャンバーへと流れて行く。ここで用いられるアース
バネ27の材質はリン青銅であり、X線マスク構造体と
接触する部分はX線マスク構造体面を傷つけない様に接
触端が曲面になっている。しかし、アースバネ27の材
質及び形状は、導電性があり、X線マスク構造体を傷つ
けなければこれに限定されない。又、27をアースバネ
と呼んだがバネ性のないピン等でも構わない。上記の様
なX線露光装置に前記したX線マスク構造体を用いてX
線露光をすることにより、露光時に発生する帯電が防止
される。その結果、X線マスク構造体がウエハに接触す
ることがなく、X線吸収体層を破損することがなくな
り、被露光材の過剰露光も防ぐことが出来る。
【0009】実施例2 図3は、本発明のX線マスク構造体の別の態様のX線マ
スク構造体及びマスクチャックの断面図である。先ず、
厚さ1mmのシリコンウエハ32´にX線透過膜31と
なる炭化硅素、X線吸収体33となるタンタルを形成し
た。次に、シリコンウエハ32´のバックエッチをする
前又は後に、シリコンウエハ32´の最外周部に200
KeVのBe2+集束イオンビームを38の様にイオン注入
しておく(例えば、イオン注入占有領域を保持枠32´
の全体積の20%とする)。又、X線透過膜31上にX
線吸収体33が形成された後、電極層34としてカーボ
ン100Åを蒸着する。電極層34はイオン注入部38
を覆い、34と38とは導通する。保持枠の一部である
補強体32はパイレックスガラスからなるが、予め導電
膜39を設けておく。導電膜39は1〜数μm厚のPtか
らなるが、Au、 AuPd、 Cu、 Ni等、導電性のものであ
ればいずれのものでもよい。導電膜39の形成方法とし
ては、蒸着、スパッタ又はめっき(無電解、電解)等い
ずれでも構わない。又、導電膜39として導電性を持つ
ペースト(銀ペースト、金ペースト、カーボンペースト
等)、導電性ポリマー(ポリアセチレン、ポリピロー
ル、ポリパラフェニレン)を塗布しても構わない。以上
の様に予め、電極層34、導電膜39及びイオン注入部
38を設けた後に、32´と32の接着を行いマスク構
造体とする。この様なマスク構造体はマスクチャック3
5にチャッキングされ、アースバネ37により導通をと
ることが出来る。35が導電体であればアースバネ37
は必要がない。本実施例の態様では電極層と導電膜とを
夫々別に形成するので、導電膜の厚さを変化させること
が出来る。X線透過膜31上の電極層34は、X線、可
視光透過率を考えると、薄ければ薄い程よいが、保持枠
32´上のイオン注入部38はアースバネの接触によ
り、導電膜39はマスクチャックへの着脱により機械的
力がかかる場合があるので厚い方が好ましい。本発明の
X線露光装置に前記のX線マスク構造体を用いてX線露
光をすることにより、露光時に発生する帯電が防止され
る。その結果、X線マスク構造体がウエハに接触するこ
とがなく、X線吸収体層を破損することがなくなり、被
露光材の過剰露光をも防ぐことが出来、又、X線マスク
構造体の露光の耐久性も向上した。
【0010】
【効果】以上の様に本発明によれば、X線マスク構造体
の保持枠にイオン注入部を持ち、且つ、X線マスク構造
体把持手段の少なくとも一部にも導電部を形成し、これ
らの導電部を必要に応じて電気的に接続することによ
り、保持枠の強度及び熱的安定性を低下せしめることな
く露光時の帯電が防止され、又、露光時に発生する光電
子やオージェ電子等が有効に除去される為、適正且つ寸
法精度に優れたX線露光が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるX線露光装置の断面を図解的に説
明する図である。
【図2】本発明のX線マスク構造体及びマスクチャック
を図解的に説明する拡大図である。
【図3】本発明のX線マスク構造体及びマスクチャック
を図解的に説明する拡大図である。
【符号の説明】
1:チャンバー 2:被露光材 3:ウエハチャック 4:X線マスク構造体 5、25、35:マスクチヤック7:電気的接点 21、31:X線透過膜 22、32:補強体 22´、32´:保持枠 23、33:X線吸収体 24、34:電極層2 7、37:アースバネ 6、26:Vブロック 28、38:イオン注入部39:導電膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−64218(JP,A) 特開 平2−260413(JP,A) 特開 平2−103922(JP,A) 特開 平2−309(JP,A) 特開 昭64−39021(JP,A) 特開 平4−252014(JP,A) 特開 平4−142023(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 1/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望パターンのX線吸収体と該吸収体を
    保持するX線透過膜とこれらを保持する保持枠とを有す
    るX線マスク構造体において、該保持枠の最外周部がイ
    オン注入されており、少なくともその一部がX線透過膜
    上に形成された導電膜と導通していることを特徴とする
    X線マスク構造体。
  2. 【請求項2】 X線発生手段とX線露光領域とX線被露
    光材を所定位置に固定する手段とX線マスク構造体を所
    定位置に固定するマスク把持手段とを含むX線露光装置
    において、X線マスク構造体が所望パターンのX線吸収
    体と該吸収体を保持するX線透過膜とこれらを保持する
    保持枠とを有し、該保持枠の最外周部がイオン注入され
    ており、少なくともその一部がX線透過膜上に形成され
    た導電膜と導通しており、且つ、上記保持枠の最外周部
    がマスク把持手段と必要に応じて電気的に接触する様に
    して構成されていることを特徴とするX線露光装置。
  3. 【請求項3】 X線被露光材の表面にX線マスク構造体
    を重ね、該マスク構造体を通してX線を露光するX線露
    光方法において、X線マスク構造体が所望パターンのX
    線吸収体と該吸収体を保持するX線透過膜とこれらを保
    持する保持枠を有し、該保持枠の最外周部がイオン注入
    されており、少なくともその一部がX線透過膜上に形成
    された導電膜と導通しており、且つ、該マスク構造体を
    把持する手段の少なくとも一部が導電部を形成してお
    り、これらの導電部を必要に応じて電気的に接触させる
    ことを特徴とするX線露光方法。
  4. 【請求項4】 X線マスク構造体の保持枠が補強体も含
    む請求項1〜3に記載のX線マスク構造体、X線露光装
    置又はX線露光方法。
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