JPH02241019A - Ｘ線マスクブランクス、ｘ線マスク構造体、ｘ線露光装置及びｘ線露光方法 - 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装置、特にＸ線マスクと被露光材と
のアライメント性に優れたＸ線マスクブランクス、Ｘ線
マスク構造体、Ｘ線露光装置及びＸ線露光方法に関する
。

（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乃至１
４人）の光を利用したＸ線露光装置が開発されつつある
。

上記Ｘ線露光装置は第５図示の様に、Ｘ線発生源（Ｘ−
Ｒａｙ）と露光チャンバー１０とシリコンウェハ等の被
露光材１５を所定位置に固定するウェハチャック１６と
Ｘ線マスク１４を所定位置に固定するマスクチャック１
２とアライメント光源とアライメント検出部１３等を主
要な要素として構成されている。

これらＸ線露光装置に用いられるマスク構造体としては
、例えば、第４図に示す様に、シリコンウェハ１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、炭化硅素、ポリシリコン等の膜２が僅かに引っ
張り応力をもつ様に形成される（第４図ａ）。次に膜２
の表面に金等のＸ線を良く吸収する材料により吸収体の
パターン４を形成しく第４図ｂ）、次いでシリコンウェ
ハ１を、裏面から必要な領域（Ｘ線を透過せしめる為の
領域）をエツチングにより除去すると、無機薄膜２がシ
リコンウェハ１上に緊張保持された状態のマスクが得ら
れる。しかしながらこのままの状態ではシリコンウェハ
１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、第４図Ｃに示す様に補強体５を接着剤６により接
着して用いる場合もある。

（発明が解決しようとしている問題点）以上の如きＸ線
マスクの吸収体を保持するＸ線透過膜としては、炭化硅
素、窒化硅素、ポリシリコン等の無機膜が保持枠となる
シリコン基板と近い熱膨張係数を有することから有望視
されている。これらのＸ線透過膜はＸ線透過率から見れ
ば薄い程よいが、逆に機械的強度の点からは厚い方がよ
い。これらの両方の性能を考慮して従来は約２μｍ程度
の膜厚のものが多く用いられている。

又、これらのＸ線透過膜はそのＸ線透過領域において膜
厚むらがあると、透過Ｘ線に強度むらが発生するので、
均一な厚さの膜であることが望ましいが、透過Ｘ線の強
度むらは、装置の反射ミラーやＢｅ窓の厚さむら等によ
っても生じるので、透過Ｘ線の強度むらは３．５％以内
に抑える必要がある。

ところが、これらの炭化硅素膜、窒化硅素膜、ポリシリ
コン膜等は、Ｘ線露光に先立って半導体レーザー（例え
ば８，３００人）を例えば１７．５　＠の角度で入射し
て、マスクのアライメントを行う場合に最大で約５５％
（炭化硅素）、約３６％（窒化硅素）、約７６％（ポリ
シリコン）もの反射があり、透過Ｘ線強度むらが３．５
％以内の膜であっても、膜厚の僅かの違いにより反射率
が大きく変動する為アライメント光のＳ／Ｎ比を下げ、
アライメント効率が劣るという問題がある。

又、アライメントの検出部の配置にもよるが、反射光に
より検出が妨げられることもある。

従って本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、
アライメント性に優れ、適正且つ寸法精度に優れたＸ線
マスクブランクス、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。

（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、Ｘ線吸収体を保持する為のＸ線透過膜
とこれを保持する保持枠とからなるＸ線マスクブランク
スにおいて、上記Ｘ線透過膜のＸ線透過領域の厚さ変動
率が０．５％乃至５％の範囲内であり、且つ上記領域の
両面に透過膜の厚さ変動によるアライメント光の反射率
変動を緩和する反射防止膜を形成したことを特徴とする
Ｘ線マスクブランクス及びこれらのマスクブランクスを
利用したＸ線マスク構造体、Ｘ線露光装置及びＸ線露光
方法である。

（作　　用） Ｘ線透過膜のｘａ透過領域の厚さ変動率を、０．５％乃
至５％の範囲内とし、且つＸ線透過領域の両面に透過膜
の厚さ変動によるアライメント光の反射率変動を緩和す
る反射防止膜を形成することによって、透過Ｘ線の強度
むらを３．５％以内に抑えつつ、アライメント光に対す
る反射率及びその厚さ変化による反射率変動率が低下し
、アライメント性に優れ、通正且つ寸法精度に優れたＸ
線露光が実現される。

（実施例） 以下図面に示す実施例により本発明を更に詳しくする。

実施例１ 第１図は本発明のＸ線マスクブランクス及びＸ線マスク
構造体の製造工程の断面図である。

先ず、シリコン基板１を、プラズマＣＶＤ用チャンバー
内にセットし、背圧を２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ迄引い
た後、水素で１０％に希釈されたシランガス１０ｓｃｃ
■とメタンガス１０１０５ｅとを下部電極に開炒られた
穴から供給した。基板１の温度を６５０℃に加熱し、圧
力５×１０弓ｔｏｒｒで高周波パワー５０Ｗを印加して
基板１上に炭化硅素膜２を成膜した（第１図ａ）。

次にシリコン基板１の背面の周辺に酸化硅素からなるエ
ツチング保護膜を形成し、基板１をピロカテコール：エ
チレンジアミン：水＝４：４６．４：４９．６の混合液
でバックエツチングし、その後弗酸と弗化アンモニウム
＝１：１の混合液で酸化硅素保護膜を除去し、第１図（
ｂ）の様なマスクブランクスを形成した。

このブランクスのＸ線透過領域のＸ線透過膜２の厚さは
、１．９６乃至２．０４μｍであり、最大で０．０８μ
ｍの厚さむらを有していた。この膜の厚さむらにより発
生する透過Ｘ線の強度むらは２．１％であった。

第５図は本発明のＸ線露光装置の簡略図モあり、１０は
露光チャンバーである。１１はＢｅ窓ポートであり、２
０は排気ポートであり、露光チャンバー１０はＢ　ｅ　
ｆ　Ｘ線発生源と遮断され、チャンバー内は大気、真空
、Ｈｅ雰囲気等あらゆる状態での露光が可能である。

１２はマスクステージ、１３はアライメント検出部、１
４はマスク、１５はウェハ、１６はウェハチャック、１
７はウニ八ステージ、１８はＸ軸ステージ駆動モーター
、１９はＹ軸ガイドである。

マスク１４はマスクステージ１２に吸着される際、ある
程度室められた方向に位置決めビン又はオリエンテーシ
ョンフラット等を用い機械的にセットされる。ウェハ１
５も同様にウェハチャック１６にセットされ、その後マ
スク１４とウェハ１５の相対的な位置関係をアライメン
ト検出部１３からの指示により定められ、その後Ｘ線に
より露光される。

前記マスクブランクスを上記の様な露光チャンバー１０
にセットし、入射角１７．５°の半導体レーザー（８３
００人）アライメント光を用い、マスク（ブランクス）
１４とウェハ１５のアライメントを行ったところ、反射
率が場所により２７．５％から５５％迄大きく変動し、
アライメント光のＳ／Ｎ比を一定にすることが困難であ
った。

次に上記マスクブランクスの表裏両面にスパッタ法によ
り酸化硅素を０．１４６μｍ±１０％の厚さに蒸着して
反射防止膜３を形成して本発明のＸ線マスクブランクス
とした。

該ブランクスを前記と同様にしてＸ線露光装置に装着し
、同様にアライメント光の反射率を測定したところ、場
所による反射率及びその変動幅は０．１％から６．３％
迄の範囲となり、アライメント精度が向上した。又、ア
ライメント光の反射によるアライメント検出部へのノイ
ズも著しく減少した。又、最終的なＸ線透過膜（２＋３
）の透過Ｘ線の強度分布は最大で３．３５％となった。

又、第１図（ｅ）のように補強体５を接着剤６により接
着して用いてもよい。

実施例２ 第２図は本発明のマスク構造体の製造工程の断面図であ
る。

実施例１において、炭化硅素膜２の厚さむらは最大で０
．０８μｍであり、透過Ｘ線の強度むらは３．５％程度
であるが、この程度の厚さむら（Ｏ，Ｏａμｍ）であっ
ても、アライメント光の反射率は、例えば、波長８，３
００人、入射角１７．５°のアライメント光で２７．５
％から５５％迄変動する。

その為、シリコン基板１の表面に予め反射防止膜３とし
て厚み０．１０５μｍ±１０％の窒化硅素膜をマグネト
ロンスパッタリング法にて形成し、更にその表面に実施
例１と同様な条件で炭化硅素膜２を形成し、更にその表
面に反射防止膜３として上記と同様に窒化硅素膜を形成
したく第２図ａ）。

次に基板１の背面にエツチング保護膜を形成して３０重
量％苛性カリ溶液でバックエツチングして基板を除去し
く第２図ｂ）、更に表面のタンタル膜を形成し、これを
ドライエツチングしてＸ線吸収体のパターン４を形成し
て本発明のＸ線マスク構造体を得た（第２図Ｃ）。

前記Ｘ線マスクを前記の様な露光チャンバー１０にセッ
トし、入射角１７．５°の半導体レーザー（８３００人
）アライメント光を用い、アライメントを行ったところ
、場所による反射率及びその変動幅は０．１％から１８
．５％迄の範囲となり、アライメント精度が向上した。

又、アライメント光の反射によるアライメント検出部へ
のノイズも著しく減少した。又、最終的なＸ線透過膜（
２◆３）の透過Ｘ線の強度分布は最大で２．６％となっ
た。

実施例３ 第３図は本発明のマスク構造体の製造工程の断面図であ
る。

実施例２と同様に反射率を緩和する反射防止膜３として
厚み０．６２０μｍ±３％のポリイミド膜をシリコン基
板１上に塗布法で形成した。

反射防止膜３を有する基板ｌを、マグネトロンスパッタ
装置にセットし、背圧を２　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ迄引
いた後、アルゴンガスを３０　ｓｅｃｍ流し、圧力５　
Ｘ　１０　””Ｔｏｒｒとし、高周波パワー１００Ｗを
窒化硅素ターゲットに印加し、十分放電が安定した後に
シャッターを開き基板１上に炭化硅素膜２を成膜した。

この炭化硅素膜２の膜厚は１．９８μｍから２．０２μ
ｍであり、最大で０．０４μｍの厚みむらを有している
（尚、ポリイミド膜を形成することなく同一厚みむらを
有する炭化硅素膜は波長８．３００人、入射角１７．５
＠で４６％から５５％迄の反射率むらを有している）。

更に上記炭化硅素膜２の表面に反射防止膜３として上記
と同様な塗布法で厚み０．６２０μｍ±３％のポリミド
膜を形成した（第３図ａ）。

次にその表面にタングステン膜を形成し、ドライエツチ
ング法によりＸ線吸収体のパターン４を形成しく第３図
ｂ）、最後に基板の背面にエツチング保護膜を形成後、
バックエツチングして基板の一部を除去して本発明のＸ
線マスク構造体を得た（第３図ｃ）。

前記Ｘ線マスクを前記の様な露光チャンバー１０にセッ
トし、入射角１７．５＠の半導体レーザー（８３００人
）アライメント光を用い、アライメントを行ったところ
、場所による反射率及びその変動幅は０％から３．０％
迄の範囲に減少し、アライメント精度が向上した。又、
アライメント光の反射によるアライメント検出部へのノ
イズも著しく減少した。又、最終的なＸ線透過１！！　
（２＋３）の透過Ｘ線の強度分布は最大で１．６％とな
った。

又、ポリイミド膜の形成によってマスク全体の強度が向
上して取扱いが容易になった。

実施例４ 先ず、シリコン基板１を、プラズマＣＶＤ用チャンバー
内にセットし、背圧を２　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ迄引い
た後、水素で１０％に希釈されたシランガス５　ｓｅｃ
ｍとアンモニアガス２０　ｓｅｃ＋ａを下部電極に開け
られた穴から供給した。基板１の温度を２５０℃に加熱
し、圧カフ、　５Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒで高周波パワー
５０Ｗを印加して基板１上に窒化硅素ＷＡ２を成膜した
（第１図ａ）。

次に実施例１と同様にして基板をバックエツチングして
マスクブランクスを作成した（第１図ｂ）、このブラン
クスの膜厚は１．９６μｍから２．０４μｍの間であり
、透過Ｘ線の強度むらは２．３％であったが、波長８．
３０ＯＡ、入射角１７．５°のアライメント光に対する
反射率は場所により２１％から３６％迄の間で変動した
。

膜２の上に金からなるＸ線吸収体パターン４を形成後、
膜２の両面に酸化硅素からなる厚さ０．１４６μｍ±１
０％の反射防止膜３を蒸着法で形成した。

前記Ｘ線マスクを前記の様にアライメントを行ったとこ
ろ、場所による反射率及びその変動幅は０％から１．１
％迄の範囲となり、アライメント精度が向上した。又、
アライメント光の反射によるアライメント検出部へのノ
イズも著しく減少した。又、最終的なＸ線透過膜（２◆
３）の透過Ｘ線の強度分布は最大で３．５％となった。

実施例５ 先ず、シリコン基板１を、マグネトロンスパッタ装置に
セットし、背圧を２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ迄引いた後
、アルゴンガスを３０　ｓｅｃｍ流し、圧力５×１０−
’Ｔｏｒｒとし、高周波パワーｔｏｏｗを窒化硅素ター
ゲットに印加し、十分放電が安定した後にシャッターを
開き基板１上に窒化硅素膜２を成膜した（第１図ａ）ｅ 次に実施例１と同様にして基板をバックエツチングして
マスクブランクスを作成した（第１図ｂ）。このブラン
クスの膜厚は１．９８μｍから２．２４μｍ迄の間であ
り、波長８，３００人、入射角１７．５°のアライメン
ト光に対する反射率は場所により３０％から３６．１％
の間で変動した。

上記マスクブランクスの膜２の両面に０．６２０μｍ上
２゜５％のポリイミド膜を塗布法で形成し、同様にして
アライメントを行ったところ、場所による反射率の及び
そ変動幅は３．１％から１３．２％の範囲に迄減少し、
アライメント精度が向上した。又、アライメント光の反
射によるアライメント検出部へのノイズも著しく減少し
た。

又、最終的なＸ線透過膜（２＋３）の透過Ｘ線の強度分
布は最大で１．６％となった。

又、窒化硅素のみの場合に比べ、弾性限界が大となり、
マスク全体の強度が向上して取扱いが容易になった。

実施例６ 実施例３と同様であるが、Ｘ線透過膜をポリシリコンか
ら形成する。

先ず、シリコン基板１の表面に予め反射防止膜３として
、厚み０．１０５μｍ±１０％の窒化硅素膜をマグネト
ロンスパッタリング法にて形成し次に熱分解ＣＶＤ装置
において、背圧を２×１０−’Ｔｏｒｒ迄引いた後、水
素で１０％に希釈されたシランガスを５０　ｓｅｃｍ流
し、圧力を０．３乃至０　、５　Ｔｏｒｒとし、基板１
の温度を６００乃至６５０℃に加熱し、基板１上にポリ
シリコン膜２を成膜した。

このポリシリコン膜の膜厚は１．９５μｍから２．０５
μｍの間であり、同様に成膜したポリシリコン膜のみを
用いて測定したところ、透過Ｘ線の強度むらは２．２％
であった。波長８，３００人、入射角１７．５°のアラ
イメント光に対する反射率は、場所により４％から７６
％の間で大きく変動した。

更に窒化硅素からなる厚さ０．１０５μｍ±１０％の反
射防止膜３を前記と同様の方法にて形成した（第３図ａ
）。

更に表面にタングステン膜を形成し、これをドライエツ
チングしてＸ線吸収体のパターン４を形成しく第３図ｃ
）、更に基板１の背面にエッチング保護膜を形成後バッ
クエツチングして本発明のＸ線マスク構造体を得た（第
３図ｄ）。

このマスクブランクスを用いて前記と同様にアライメン
トを行ったところ、場所による反射率及びその変動幅は
０％から５．２％の範囲となり、アライメント精度が向
上した。又、アライメント光の反射によるアライメント
検出部へのノイズも著しく減少した。又、最終的なＸ線
透過膜（２÷３）の透過膜Ｘ線の強度分布は最大で３．
４％となった。

実施例７ 実施例５と同様の方法で基板！上に窒化硅素２を成膜し
てマスクブランクスを作製し、窒化硅素膜２の厚さを１
．９６乃至２．０４μｍの間とした。この膜の透過Ｘ線
の強度むらは２．３％であった。

Ｈｅ−Ｎｏレーザー（６３２８人）、入射角２０＠のア
ライメント光を用い前記と同様にアライメントを行つな
ところ、場所により反射率が１２．０％から３７％迄と
大きく変動した。

次に反射防止膜３として酸化硅素を０．１１μｍ±１０
％の厚さに窒化硅素膜２の両面にスパッタ蒸着し、同様
にアライメントを行ったところ、反射率及びその変動幅
は０％から１．５％迄の範囲になった。

又、最終的なＸ線透過膜（２＋３）の厚さむらによる透
過Ｘ線の強度分布は３．２％であった。

以上本発明を特定の実施例により説明したが、本発明は
これらの実施例に限定されない。即ち、本発明のマスク
ブランクス、マスク構造体、Ｘ線露光装置及び露光方法
は、マスクのＸ線透過膜の厚み変動率を規定し、且つそ
の両面に反射防止膜を形成したことを除き、他の構成は
いずれも従来公知の構成でよく上記実施例に限定されな
い。

特に、本発明の効果を最大限発揮させるためには、Ｘ線
透過膜の厚み変動率を、透過Ｘ線の強度むらを３．５％
以内にする為に、線透過領域において０．５乃至５％の
範囲に抑えることが必要である。厚み変動率を０．５％
未満とすることは実際上困難であり、不可能ではないが
経済的には適当ではなく、一方、５％を越える変動率で
は、透過Ｘ線の強度むらを３．５％以内に抑えるのが困
難となる。

尚、本発明で云う厚みの変動率とは下記式により算出さ
れる値である。

Ｔ：Ｘ線透過膜の厚さの平均値 Δｔ＝Ｘ線透過膜の膜厚むら（最大膜厚−最少膜厚） 又、本発明におけるＸ線透過膜の厚みは使用する材料に
よって異なるので一概には規定出来ないが、Ｘ線透過率
で云えば、好ましくはＸ線透過率が３０乃至８５％、よ
り好ましくは５０乃至８５％となる厚みである。

又、反射防止膜については、Ｘ線透過膜よりも屈折率が
低い材料から形成する限り、前記実施引例以外に、例え
ば、ポリシリコン膜のＸ線透過膜に炭化硅素や酸化硅素
の反射防止膜等も同様に使用できる。

又、これらの反射防止膜の最適な厚さは、その材料、ア
ライメント光の波長及び入射角に依存し、次の様にして
求めることが出来る。

アライメント光の波長：　　λ アライメント光の入射角：　θ。

反射防止膜中での入射角：　０１ 反射防止膜の屈折率：　　　ｎ。

反射防止膜の最適厚さ：　　ｄ 整数二　　　　　　　　　　ｍ とすると Ｂｒａｇｇの式より ２ｎ、ｄ、ｃｏｓθＩ　＝　（ｍ＋Ｈ）λ−（１）Ｓｎ
ｅ　ｌ　ｌの式より ｓｉｎθ。＝ｎ、ｓｉｎθＩ−（２） （１）と（２）より 反射防止膜の最適の厚さは以上の式で規定されるが、±
１０％程度の膜厚むらがあっても充分に反射防止膜とし
ての効果を示す。

又、ｍは整数であればかまわないが、ｍが大きすぎると
、反射防止膜が厚くなり、Ｘ線透過率を減少させるので
、ｍ＝０．１．２．３程度が好ましい。

（効　果） 以上の様に本発明によれば、Ｘ線透過膜のＸ線透過領域
の厚さ変動率を０．５％乃至５％の範囲内とし、且つＸ
線透過領域の両面に透過膜の厚さ変動によるアライメン
ト光の反射率変動を緩和する反射防止膜を形成すること
によって、透過Ｘ線の強度むらを３．５％以内に抑えつ
つ、アライメント光に対する反射率及びその厚さ変化に
よる反射率変動率が低下し、アライメント性に優れ、適
正且つ寸法精度に優れたＸ線露光が実現される。

又、反射防止膜は片面でも効果を示すが、両面の場合に
は更に効果が増大する。更にアライメント光に波長変動
（±１００人程度）が生じた場合のアライメント光反射
率変動率を低下させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明におけるＸ線マスク製造工程
の断面図であり、第４図は従来のＸ線マスクの製造工程
の断面図であり、第５図は本発明におけるＸ線露光装置
の簡略図である。 １：シリコン基板 ２：Ｘ線透過膜 ３：反射防止膜 ４：Ｘ線吸収体 ５：補強体 ６：接着剤 １０：露光チャンバー １１：Ｂｅ窓ボート １２：マスクステージ １３：アライメント検出部 １４：マスク １５：ウェハ １６：ウェハチャック １７：ウェハステージ １８：ｘ軸ステージ駆動モーター １９：Ｙ軸ガイド ２０：排気ボート 第１図 第２図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線吸収体を保持する為のＸ線透過膜とこれを保
   持する保持枠とからなるＸ線マスクブランクスにおいて
   、上記Ｘ線透過膜のＸ線透過領域の厚さ変動率が０．５
   ％乃至５％の範囲内であり、且つ上記領域の両面に透過
   膜の厚さ変動によるアライメント光の反射率変動を緩和
   する反射防止膜を形成したことを特徴とするＸ線マスク
   ブランクス。
2. （２）Ｘ線吸収体と該吸収体を保持する為のＸ線透過膜
   とこれらを保持する保持枠とからなるＸ線マスク構造体
   において、上記Ｘ線透過膜のＸ線透過領域の厚さ変動率
   が０．５％乃至５％の範囲内であり、且つ上記領域の両
   面に透過膜の厚さ変動によるアライメント光の反射率変
   動を緩和する反射防止膜を形成したことを特徴とするＸ
   線マスク。
3. （３）Ｘ線発生源と露光チャンバーと被露光材を所定位
   置に固定する手段とＸ線マスクを所定位置に固定する手
   段とアライメント光源とアライメント検出部とを含むＸ
   線露光装置において、上記Ｘ線マスクが、Ｘ線吸収体と
   該吸収体を保持する為のＸ線透過膜とこれらを保持する
   保持枠とからなり、上記Ｘ線透過膜のＸ線透過領域の厚
   さ変動率が０．５％乃至５％の範囲内であり、且つ上記
   領域の両面に透過膜の厚さ変動によるアライメント光の
   反射率変動を緩和する反射防止膜を形成したＸ線マスク
   であることを特徴とするＸ線露光装置。
4. （４）被露光材の表面にＸ線マスクを重ね、アライメン
   ト光によりＸ線マスクのアライメントを行ない且つ該マ
   スクを通してＸ線を露光するＸ線露光方法において、上
   記Ｘ線マスクが、Ｘ線吸収体と該吸収体を保持する為の
   Ｘ線透過膜とこれらを保持する保持枠とからなり、上記
   Ｘ線透過膜のＸ線透過領域の厚さ変動率が０．５％乃至
   ５％の範囲内であり、且つ上記領域の両面に透過膜の厚
   さ変動によるアライメント光の反射率変動を緩和する反
   射防止膜を形成したＸ線マスクであることを特徴とする
   Ｘ線露光方法。