JPS5962855A - Ｘ線露光用マスク - 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（ＬＳ　Ｉ　）などの微細パ
ターンをＸ線露光によりウェハ等に焼付ける際に用いる
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！１
’ｆ　Ｉｌ’ｌマスク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、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
般的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、半導体ウェ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。しかしながら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。

一方、量産されるＬ　Ｓ　Ｉのうち最高堆積度のシのに
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１２−５ｍ
ｍの半導体ウェハ上に一度Ｇでパターンを焼付ける方式
よりも、ウェハ表面を接散ブロックに分けて、固定した
マスクに対してウェハを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ほうが大勢を
占める傾向にある。これは、ウェハ表面の処理プロセス
の段階により、ウェハが全体的に伸縮又は部分的に歪ベ
ウエハ全面を一括して焼付ける方式であるとウェハ全面
に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線による焼付けＫ　：ｔ：？いても当
然あてはまることである。

第１図は従来のＸ線丁、２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　ｇ４．’ｒ美視Ｍ面
図、ｆ５３１’：、、ＪＪ　６まこのマスクを用いてス
テップアンドリピート方式により行なうｘ　Ｈｆ：２光
りＧｌ写法の襲様を示す説明図、第４図１、廿この転写
の際のＸ線照射の重なり具合を栓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、４ｉ２来のＸ線露光
転写用マスクＣＩ）は、シリコントμ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に３フと
からなり、’：、’ｊＩ！’ａ（３）の下面には、Ａｕ
により所望回路パターン（ＩＺ１示せず）が形成されて
いる露光領域（４）と、ぞの眉囲に前記トイ光領域（４
）を画定するように一面のＡｕ層（ｒ５）で形成された
Ｘ　ｔ＝１吸収マスク領域（６）とが設けられている。

すなわち第１図に正方形θ（０で示【−た境界の内側の
前記ＩＥ光領域（４）がその回ｊ′３パターンをウェハ
に１回の露光で焼付ける部分で、正方形ＱＯ）の外部は
マスク領域（６）のＡｕ層（５）で−面に覆われている
。前記フレーム（２）は、シＩＪ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ニ；・上での露
光状態は、第３図に示す通りである。示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）けウェハａ１Ｊの直上に固定され、その上方から
線源部α２によりＸｌｌ１Ｉの照射を受ける。

線源部０２は、真空の内部に電子ビーム発生用の電子銃
０３）と、この電子銃０３）からの電子ビームの照射を
受けて波長１〜５０Ａの軟Ｘ線を発生する金属ターゲラ
）　（１４）とを備えており、ターゲット０４）から生
じた軟Ｘ線は窓ａ■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＋から見たターゲラ）　（１
４１（１）　Ｑ　Ｘ　線放射ｉ’ｆｉＮ７ＦＦビー４照
射面）の大きさＳを椋源の見７５１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−２〜５開程度である。尚（！ｅはシャッタであ
る。

この図の例ではマスク（１）か前述のように固定配置′
され、その下でウェハ（１１）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（Ｐｌ）
は図示状態にてマスク（１）の露光領３′ｆ２（４）の
回路パターンが露光転写されたウェハ０υ表面上の被露
光領域（チップ）であり、（Ｐ２）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、
それらの間の間解部分（Ｄ）は通常スクライプ線ないし
ダイシング線と呼ばれるチップとチップの分列領域で、
その幅寸法（ＳＡ’）け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
のマスク領域（６）部分に照射された軟ｘ　１１Ａ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θＤの被露光領域（Ｐｌ）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（Ｐｌ）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線照射が隙り合う被７２光領域（デ
ツプ）を感光させてしまう。

このたメｆｌ光転写されたウェハ上のレジストの焼付パ
ターンのフントラスト低下、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シダ１式的に示し′″Ｃおり、今
、チップ（Ｐｌ）から順にチップ（Ｐ２）、チップ（Ｐ
８　）　、チップ（Ｐ４）とステップ状ＩＦ−Ｂ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）とし１ζ光領域（４）との間のマスク
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１７１０のＸ線透過量を持っていると
すると、チップ（Ｐｌ）のｊｆｆ光転写時にウェハ上で
このマスク領域（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θ０）に対応した正方形（ＳＱ、１）との間の
領域である。このような領域がチップ（Ｐ２）（ｌＰ３
　）（Ｐ４）のそれぞれの露光転写の際に生じ、第４Ｆ
Ａでは、サフィックスを揃えて、前記円（Ｃ１）（［対
応する円（Ｃ２）　（Ｃ３）　（Ｃ４）　、および正方
形（ＳＱｓ）に対応する正方形（ＳＱ２　）　（ＳＱ、
３）　（ＳＱ、４　）をそれぞれチップ（Ｐ２　）　Ｃ
Ｐｓ　）　（］、’４　）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（Ｃ１）（Ｃ２）　（
Ｃ３）　（Ｃ４）同士の重りとして示されるような瞬接
デツプ間および斜め対角線方向に隣接するチップ間での
周辺露光域の重なり−が生じ、例えば４つのチップ（Ｐ
ｌ）　（１，’２　）　（Ｐ３　）　（、Ｐ４）の角隅
が集まる部分では、中心部（Ｎ）、即ち４つの円（’Ｃ
１）　（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　ｍ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　ＰＪ照射のほかにそれぞれ
他のチップの露光転写時のマスク領域（６）を透過した
１／１０の照射器の余分な照射が６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（Ｍ　１）　（Ｍ　２
）　（Ｍ３）　（Ｍ　４）　ＩＣは合計６回のＸ線照射
が行なわれ、それぞれのチップ内領域にけ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
Ａ、ｕパターン部と透過部との界線露光量の比は実質的
に４：１３となってしまり、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
、極端な場合に（，１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［１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　’ｆｆ１Ａ露光転写［１ｉ３し
必要な回路パターンμ、イ光領域で全般にわたりコント
ラストの高いレジスト像を得ることのできるＸ線露光用
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Ｘ線露光
用マスクは、所定の転写パターンが形成されるべき露光
領域を有する薄Ｈ・□・こと、ｒ；ｑ０玲；を右しこの
１ｊｆＷ口部から前記シｔ；光倶域がｙ（出するように
前記Ｎ　ＩＩ７．、を一方の面に支持するフレームとを
備え、前記蕩１１！ｒｓにそのβ光領域以外の領域を通
るＸ　ｉ：４を吸収するための吸収層を形成してなるＸ
線［゛イ光用マスクにおいて、前記フレームの開「１部
とそれに接する前記薄１俟の５４光領域とを同等の面積
形状で合致せしめると共に、該開口部周辺のフレーム肉
厚をフレーム外周部の肉厚よりも苦肉に形成してなるこ
とを特徴とするものであり、そのひとつの郭様によれば
前記フレームはシリコン材料からなり、前記薄膜の露光
領域に接する前記開口部周辺がエツチングにより円形の
薄肉四部に形成され、且つ前記開口部もこの薄肉四部に
エツチングにより形成されたものとなっている。

本発明において、フレームの開［」部周辺の薄肉四部は
、通常の仁のＦｉｔ　Ｘ線露光用マスクとして約１０μ
ｍ程度の肉厚があれば充分にＸ線速＋４’Ｍ効果を発揮
し、またこの程度の厚さであれば？ｖＩｌ＋！。１の露
光領域と開に部内縁との合致精度もエツチングで充分高
く作り出すことができる。前記薄肉凹部の外周部分のフ
レーム肉厚は通常の厚さ、例えば２００〜４００　μｍ
であり、使用時の取扱いに対して充分な機械的強度が持
たされている。

本発明では、前述レジスト像のコントラスト低下の防止
を、マスクのフレーム開口部と薄膜露光領域との形状の
合致によって該露光領域周囲へのＸ線の１かぶり“をフ
レーム南部で阻止するこメで果すが、この場合、開口部
周−囲のフレーム肉ｉを前述の如くエツチングによって
露光領域とｆｆｆＪ口部内縁との合致精度が充分高くで
きる程度に薄肉とすることが重要である。

前記１かぶり“を減少するためにフレーム開口部周囲に
薄肉四部を設けることなく２００〜４００７７　ｍのフ
レーム肉厚をそのまま残して、開口部のみＮ膜の露光領
域と面積形状を合致させるようにすることも考えられる
。ところが、この場合はフレームに対してＮ腹側の反対
面（Ｘ線源側）からのいわゆるバックエツチングを２０
０〜４００μｍの全厚み分だけ行う必要かあり、このよ
うな厚肉フェノ−ｆ−ンクによって抜脱青光域と合致す
るような開口部を得るにはＸ線源（１ｍのフレーム而に
予しめ作成するレジストパターンの位置精度をかなり厳
しく管理しなければならない。このようなレジストパタ
ーンの作成は、薄に側に既に作られている転写回路パタ
ーンを見ながら市販の両面合せ機などを用いて行なう。

この際１基塗となる前記回路パターンは、一般的にマス
クフレームの外周に形成された平坦部すなわちオリエン
テーションフラットを基準にローテーション方向を合わ
せるように作られており、従ってバックエツチングのた
めのレジストパターンもほぼマスクのオリエンテーショ
ンフラットに合わせることになる。通常このオリエンテ
ーションフラットは、フレームとなるシリコン単結晶の
〔１１ｏ〕結晶軸に合わせであるがこの精度はさほど良
くけなく、このためレジストパターンをオリエンテーシ
ョンフラットに合わせてバックエツチングしても薄ｆＭ
：’、の露光領域とフレーム開口部の境界の形状が一直
線の而−状にはならずに段差を生じてしまう。この段差
の量はバンクエツチングするフレームの厚さに依存し、
通常２００〜４００μｍの厚さのフレームで約１０μｍ
もの段差が生じる。従ってこのようなマスクを用いてＸ
線露光転写を行なう場合には、ウニへ−上のストリート
ラインを充分に余裕をもって作らざるを得す、あまり好
ましいこととは云えない。

本発明の実施例を示せば第５図および第６図の通りであ
る。第５図および第６図において、シヂコン単結７ｉ！
ｌ製のマスクフレームθηは、その周面の一部にオリエ
ンテーションフラットα８）を有すると共に下面に薄膜
０→を有している。この薄膜０９には所望の転写回路パ
ターン（図示せず）をもつ露光領域（２（〕と、その周
囲を囲むＸ線吸収遮蔽用のＡｕ層ｅυからなるマスク領
域（２２１とが形成されている。（２３）はフレーム（
［７）に形成された開口部で、その開口形状は薄膜０９
）のｎ光領域０υの形状と同等にされている。開口部Ｃ
！３）の周囲のフレーム肉ｒｒ！−１は例えば１０ｐｍ
程度に薄くされ、従ってこの部分は薄肉四部（２ａとな
っている。

本発明のＸ線露光用マスクでは、開口部ｅ１とＦ（光領
域（２０）とが同等の面積形状をもって合致せしめられ
ているので、マスクに照射されるＸ線けＲＪ、ｌｌｌ１
ｉ０９の露光領域（２０）以外で効果的に遮蔽され、ス
テップアンドリピート方式のＸ椋露光転ずにおける不要
な１かぶり“を防止して高いコントラストのレジスト像
をウニへ−上に得ることができるようになる。また開口
部Ｑ（至）の周囲の薄肉四部ｔ２４）はその厚さｔがエ
ツチングで露光領域との合致精度が充分となるような例
えば１０μＴｎ　　程度となっており、同時にフレーム
材としてのシリコンは波長１．２ｐｍ以上の赤外光に対
する透過率が高く、一方この波長域ではＡｕ層（２υの
透過率は低いから、開口部（２３）の形成に先立って薄
肉四部Ｉ′２（イ）をラアな位置精度でエツチングによ
り形成しておけば、開口部（７りを１０μｍ程度の厚さ
の薄肉四部中央付近にエツチングで形成するに際して、
Ｎ腹側から前記波長域の赤外光を当ててその露光領域（
２０）のパターンをＸ線源側から赤外顕微鏡で観察する
ことができろ。これによって両面合せ機などを使用する
ことなく、開口部エツチング用のレジストパターンの位
置合せを高精度で行なうことが可能となる。この場合、
レジストは赤外光に感光しないからその位置合せ時の照
明光に対する配慮も同時に解決できるごとになる。

本発明のＸ線露光用マスクの製作工程の一例を示すと第
７図の通りである。すなわち同［ｆｆｉ　（ａ）の状態
は、マスクフレームとなるシリコン単結晶板（穴の裏面
に窒化シリコン薄膜Ｏ嗜が形成され、この簿膜鱈上に回
路パターンを含む露光領域（２ｔ）とＡｕ吸収屑（２］
）からなるマスク領域（２乃とが既に形成されている状
態を示している。このシリコン板ｅ９の表面に同図（ｂ
）に示すようにフォトレジスト（７６）を塗布し、フレ
ーム外周リングとなる部分を残して同図（Ｃ）に示す如
くレジスト（２６）の露光・現象によりシリコン露呈部
！２′？）を形成する。この後、第１のエツチング工程
により露呈部（２５）のシリコン板の厚さが約１０μｒ
ＩＬになる程度までエツチングを行ない、同図（ｄ）に
示す如く薄肉四部（２）を形成する。この場合、該凹部
Ｑ４）の露光領域（２ｔＩｌに対する位置精度はラフで
よく、例えば両者が略々同心位置となる程度にフォトレ
ジスト（２［））のパターニングをするという工合いで
充分でちる。このように形成さｉまた凹部（２・Ｄ上に
同図（ｃ：）　＆Ｌ：示すようにｆ′ｆびフォトレジス
ト１２８１が塗布され、フ・；・ＩＫ、、！（１→のｆ
・１↓光域Ｉ’ｚｆ）に合致する部分のみを再エツチン
グによって除去するため０こ、前述した裏面からの赤外
光による（（、ｒ置台せ手法などを併用したパターニン
グにより同Ｉ；４（ｆ）の如く対１心部分のレジストか
取り１ｊ：かノする。尚、こり場合、裏面のＡｕ層（２
１）をアパーラ゛ヤとして利用して黒面（ＩｌｌからＸ
綜ヲ照ＱＪ　（−ることによりフォトレジスト（瀾のパ
ターニングを行なってもよい。このレジスト除去部ｅ１
θは第２のエツチング工程により除去され、丁度しχ光
領域（２（すに合致した部分が開口部Ｑ、シとしてシリ
コン【化薄朕０■をｉ；出させろことになる。

尚、前記第１のエツチング工程によって形成される前記
薄肉四部０．１）の平面形状は、薄膜の露光領域（２０
すなわち開口部（２３１の平面形状と相似の矩形でもよ
いが、好ましくは円形とする。このようにｆ（・開口部
（２０の平面形状を円形にすると、薄膜に作用する張力
が全方向に均等に働くようになり、開口部内における薄
膜の歪みが最小になるという利点が得られる。

第８図は、本発明のひとつの実施例におはるマスク領域
のＡｕ層のＡｕとフレームＳｉとの吸収係数時＋１を示
すグラフで、縦軸は吸収係数（μ７ｌ−１）を、横ｉ１
１＋は波長λ（Ａ）を表わす。露光に用いるＸ線の波長
が５Ａ近辺であると、ＡｕｉのＸ　、ｆ４　吸収率は第
８図に示されるような特性の谷によってイα。

下するが、逆にＳｉの吸収率はこの波長域で特性にピー
クを示し、従ってＳｉフレームの薄肉四部の肉厚を１０
μｍ程度以上二ですれば、その吸収係数は、同じ５Ａ近
辺の波長のＸ線に対して通常１μｍ程度の厚さで蒸Ｘｆ
により形成されているＡｕＰのそれよりも大きくなり、
この結果５Ａ近辺の波長の露光用軟Ｘ線は主にフレーム
の薄肉四部にて吸収され減衰されることになる。このよ
うに薄膜の露光領域周囲のＸ線遮蔽を従来のようにマス
ク領域のＡｕ層のみで行なうよりは本発明のＳｉフレー
ム薄肉四部で遮蔽するほうがはるかに遮ｒ１に特性が向
上することは述べるまでもない。

本発明は蒸上のようであり、Ｒ軸の露光領域周囲をフレ
ームの薄肉四部で遮蔽するのでウェハ−ヒのレジストパ
ターン周囲に不要なＸ線の１かぶり“を与えることがな
く、ステップアンドリピート方式のＸ石（露光転’ｑ、
に用いてレジスト像のコンドラススの向上に有効である
。また薄肉四部と開口部の形成も２段階のエツチングで
容易に可能であり、薄肉四部の厚さもエツチング手法で
開口部内縁の位置精度が狂゛持できる範囲内に定められ
るので、薄膜の露光領域周囲のマスク領域は正確に遮蔽
され得るものである。さらにマースフ領域のＡｕ層にピ
ン車〜・ルがあってもウニへ上でのＸＭの１かぶり“は
少なく、マスク領域のＡｌ１層の厚さも従前に比べて薄
くて良い。

本発明のマスクではフレームの外周リングの内部に一体
的な薄肉四部が残されているので、その分だけ従前より
エツチング量を少なくできると共に、開口部が薄膜露光
領域に限定されているから、薄膜に対する密着支持面積
も従前に比べて広くなリ、マスクの指械的強度の向上に
も寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＸｍ露光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６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図は前文による転写の際のＸ線照
射の重なり王台を極式的に示す平面図、第５図は本発明
のＸ線露光用マスクの一実施例を示す平面図、第６図は
第５図のＢ−Ｂ線矢視図、第７図は同じく一実施例のマ
スク製造工程を示す断面説明図・、第８図はフレーム薄
肉四部の８ｉとマスク領域Ａｕ屑のＡｕとの吸収係数特
性の一例を示す線図である。 ｆ！、５．６および７図において、ａ７）はマスタフレ
ーム、α８）はオリエンテーションフラット、翰は薄膜
、０＠は露光領域、（２υけＡｕ屑、（２２けマスク領
域、（２３）は開口部、０４）け薄肉凹部、Ｉ２５）け
シリコン単結晶フレーム板、ｅ６）およびｔ２ｍはフォ
トレジスト、０ηはシリコン露呈部、翰はレジスト除去
部、である。 ７′７１図 ２ｉ８５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の転写パターンが形成されるべき露光領域を
   有する薄膜と、開口部を有しこの開口部から前記露光領
   域が露出するように前記薄ｇｊ；ｚを一方の而に支持す
   るフレームとを備え、前記Ｖｉ膜にその露光領域以外の
   領域を通るＸ線を吸収するための吸収Ｊｉ？４を形成し
   てなるＸ線露光用マスクにおいて、前記７レームのｔｉ
   Ｎ日部とそれに接する前記薄膜の釦°λ光領域とを同等
   の面積形状で合致せしめると共に、該開口部周辺のフレ
   ーム肉厚を前記フレームの周囲の肉厚よりも薄肉に形成
   してなることを特徴とするＸ線露光用マスク。
2. （２）　　前記フレームがシリコン拐料からなり、前記
   薄膜の露光領域に接する前記開口部周辺がエッチフ ングにより円形の薄肉四部に形成され、且つ前記開口部
   もこの薄肉四部にエツチングにより形成されたものであ
   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
   露光用マスク。