JP2674180B2 - Structure of X-ray exposure mask and manufacturing method - Google Patents
Structure of X-ray exposure mask and manufacturing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 Ｘ線露光用マスクに関し， マスクパターン等を形成するＸ線吸収性物質膜の内部
応力によるパターン位置精度の低下を防止することを目
的とし， Ｘ線露光用マスクの構造を，中央部にＸ線を通過させ
るための開口が設けられた支持枠と，該開口を覆うよう
にしてその周囲を該支持枠に固定されたＸ線透過性物質
から成るメンブレンと，該開口内に画定された露光領域
の有する辺縁部から所定の距離までの領域を遮蔽するよ
うに該メンブレン上に形成されたＸ線吸収性物質の膜か
ら成るＸ線遮蔽枠と，該Ｘ線遮蔽枠を前記辺縁部に沿っ
て分割するために該Ｘ線遮蔽枠に設けられた複数の切欠
部と，該切欠部を埋め且つ相互に分離して設けられたＸ
線吸収性物質から成る充填層とを有するように構成する
こと，および，中央部にＸ線を通過させるための開口が
設けられた支持枠と，該開口を覆うようにしてその周囲
を該支持枠に固定されたＸ線透過性物質から成るメンブ
レンと，該開口内における該メンブレン上に堆積された
Ｘ線吸収性物質から成る膜をパターンニングして形成さ
れたマスクパターンとを有するＸ線露光用マスクの製造
において，該メンブレン上に堆積された該Ｘ線吸収性物
質膜の引張り方向（または圧縮方向）の内部応力をσ０
で表したとき、該支持枠の構成材料が有する熱膨張係数
ksと該Ｘ線吸収性物質が有する熱膨張係数kaが、ks＞ka
（またはks＜ka）となるように該支持枠構成材料および
該Ｘ線吸収性物質を選択し，且つ，該メンブレン上に該
Ｘ線吸収性物質膜を堆積するときの温度T1と該Ｘ線吸収
性物質膜を該マスクパターンに加工するための露光時の
温度T0の差のΔT,該Ｘ線吸収性物質膜のヤング率をＥで
表したとき，前記内部応力σ０と式（ks−ka）×ΔＴ×
Ｅで与えられる値との差σ１が前記温度T0においてσ０
＞σ１となるように該温度T1を設定することから構成さ
れる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] Regarding an X-ray exposure mask, an X-ray exposure mask is provided for the purpose of preventing deterioration of pattern position accuracy due to internal stress of an X-ray absorbing substance film forming a mask pattern or the like. The structure of the mask for use has a support frame having an opening for passing X-rays in the central portion, and a membrane made of an X-ray permeable substance fixed to the support frame so as to cover the opening. And an X-ray shielding frame made of a film of an X-ray absorbing substance formed on the membrane so as to shield a region up to a predetermined distance from a peripheral portion of the exposure region defined in the opening, A plurality of notches provided in the X-ray shielding frame for dividing the X-ray shielding frame along the peripheral portion, and X provided so as to fill the notches and be separated from each other.
And a support frame having an opening for passing X-rays in the central portion, and a support frame surrounding the opening so as to cover the opening. X-ray exposure having a membrane made of an X-ray transparent substance fixed to a frame and a mask pattern formed by patterning a film made of the X-ray absorbing substance deposited on the membrane in the opening In the manufacture of a mask for use in manufacturing, the internal stress in the tensile direction (or compression direction) of the X-ray absorbing substance film deposited on the membrane is σ 0
The coefficient of thermal expansion of the constituent material of the supporting frame
k s and the coefficient of thermal expansion k a of the X-ray absorbing material are k s > k a
(Or k s <k a ), the supporting frame constituent material and the X-ray absorbing substance are selected, and the temperature T 1 at which the X-ray absorbing substance film is deposited on the membrane is ΔT, which is the difference in temperature T 0 during exposure for processing the X-ray absorbing substance film into the mask pattern, and Young's modulus of the X-ray absorbing substance film is represented by E, the internal stress σ 0 and Formula (k s −k a ) × ΔT ×
The difference σ 1 from the value given by E is σ 0 at the temperature T 0 .
It is constituted by setting the temperature T 1 so that> σ 1 .
本発明は,X線露光用マスク，とくに周囲を剛性体の支
持枠に固定されたＸ線透過性メンブレン上にＸ線吸収性
物質の膜から成るマスクパターンが形成されて成るＸ線
露光用マスクに関する。The present invention relates to an X-ray exposure mask, particularly an X-ray exposure mask in which a mask pattern made of a film of an X-ray absorbing substance is formed on an X-ray transmissive membrane whose periphery is fixed to a rigid support frame. Regarding
半導体集積回路の高密度化にともない，最小寸法が0.
2〜0.5μｍの，いわゆるサブミクロンないしはサブ・ハ
ーフ・ミクロンのパターンを形成することが要求されて
いる。このような微細パターンを形成するためのリソグ
ラフ技術としてＸ線を露光源とするＸ線露光技術の開発
が進められている。With the increase in the density of semiconductor integrated circuits, the minimum dimension is 0.
It is required to form a so-called sub-micron or sub-half-micron pattern of 2 to 0.5 μm. As a lithographic technique for forming such a fine pattern, development of an X-ray exposure technique using X-rays as an exposure source is underway.
上記Ｘ線露光に用いられる露光用マスクとしては，現
在のところ，周囲を剛体とみなされる支持枠に固定され
たＸ線透過性の薄膜（メンブレン）上にＸ線吸収性物質
の膜から成るマスクパターンを形成したＸ線露光用マス
クが主流である。As an exposure mask used for the above X-ray exposure, a mask composed of a film of an X-ray absorbing substance on an X-ray transparent thin film (membrane) fixed to a supporting frame whose periphery is regarded as a rigid body at present. X-ray exposure masks having a pattern are the mainstream.
上記Ｘ線露光用マスクは，前記メンブレン上全面に堆
積された，例えばタンタル（Ta）のような原子番号の大
きな物質から成る薄膜を，電子ビームリソグラフィ等の
微細加工技術を用いて，所望の回路パターンに対応する
形状に加工して形成される。The X-ray exposure mask is a thin film deposited on the entire surface of the membrane and made of a substance having a large atomic number such as tantalum (Ta) by using a fine processing technique such as electron beam lithography. It is formed by processing into a shape corresponding to the pattern.
ところが，一般に，基板に堆積された薄膜には応力が
発生している。この応力の大きさに応じて基板が変形す
る。上記Ｘ線露光用マスクについて考えてみる。例えば
Ｘ線吸収性物質としてTa膜がメンブレン上全面に堆積さ
れている状態では,Ta膜の有する応力は，周囲の支持枠
に伝達されているので，メンブレンに大きな変形を与え
るには至らない。ところが,Ta薄膜がマスクパターン，
すなわち，微小なＸ線吸収体に分割された状態になる
と，支持枠による拘束を解かれ，各々のＸ線吸収体が収
縮（引張応力の場合）または伸長（圧縮応力の場合）し
ようとする。このＸ線吸収体の応力によって下地のメン
ブレンが変形すれば,X線吸収体の各々は，原パターンか
らの寸法偏差を生じ，また，相互間の位置ずれを生じ
る。上記寸法偏差および位置ずれの大きさは，個々のＸ
線吸収体の寸法，配列方向，相互間の距離等によって様
々に異なるため，あらかじめ原パターンで補正しておく
ことが困難である。However, stress is generally generated in the thin film deposited on the substrate. The substrate is deformed according to the magnitude of this stress. Consider the X-ray exposure mask. For example, when the Ta film as the X-ray absorbing substance is deposited on the entire surface of the membrane, the stress of the Ta film is transmitted to the surrounding support frame, and therefore the membrane is not significantly deformed. However, the Ta thin film is a mask pattern,
That is, when the X-ray absorber is divided into minute X-ray absorbers, the restraint by the support frame is released, and each X-ray absorber tends to contract (in the case of tensile stress) or expand (in the case of compressive stress). When the underlying membrane is deformed by the stress of the X-ray absorber, each X-ray absorber causes a dimensional deviation from the original pattern and a positional deviation between them. The size of the above-mentioned dimensional deviation and displacement is based on each X
It is difficult to calibrate with the original pattern in advance because it varies depending on the dimensions of the linear absorbers, the arrangement direction, the distance between them, and so on.
上記の問題に対して，メンブレンをＸ線吸収体の応力
に影響されないよう充分厚くできれば,X線吸収体の応力
の影響を受けなくすることができる。しかしながら，メ
ンブレンの厚さは，露光用のＸ線，場合によっては，マ
スクの位置合わせに用いられるレーザ光に対して充分大
きな透過率を与えるために，通常,X線吸収体の厚さと同
等ないしは１桁大きい１〜20μｍ程度に留められる。こ
の程度の厚さでは，一般に,X線吸収体の応力による変形
を阻止することができない。したがって,X線吸収体自身
の応力を低減する方策を講じる必要がある。For the above problem, if the membrane can be made sufficiently thick so as not to be affected by the stress of the X-ray absorber, it can be made unaffected by the stress of the X-ray absorber. However, the thickness of the membrane is usually equal to or less than the thickness of the X-ray absorber in order to give a sufficiently large transmittance for X-rays for exposure, and in some cases, for laser light used for mask alignment. It can be kept at 1 to 20 μm, which is one digit larger. With such a thickness, it is generally impossible to prevent deformation of the X-ray absorber due to stress. Therefore, it is necessary to take measures to reduce the stress of the X-ray absorber itself.
例えば,Ta等の薄膜をスパッタリングで形成する場
合，応力が最小となるように供給高周波電力やガス圧を
制御する方法，タングステン（Ｗ）やTa等のＸ線吸収性
物質膜に異種物質（Si,Al,S等）の添加することにより
応力の小さな膜を得る方法が検討された。その結果の一
例を第５図に示す。図示のように，ガス圧が数mTorrの
領域で応力が圧縮方向から引張方向に変化する。すなわ
ち，この領域で応力が零とする。また,Taに１重量％程
度のAlを添加すると応力が低下する。For example, when a thin film of Ta or the like is formed by sputtering, a method of controlling the supplied high frequency power or gas pressure so that the stress is minimized, or a different substance (Si) such as tungsten (W) or an X-ray absorbing material film such as Ta is used. , Al, S, etc.) has been studied to obtain a film with small stress. An example of the result is shown in FIG. As shown in the figure, the stress changes from the compression direction to the tension direction in the region where the gas pressure is several mTorr. That is, the stress is zero in this region. Moreover, the stress decreases when about 1 wt% of Al is added to Ta.
しかしながら，これらの方法は,1×108dyn/cm2以下の
所望の応力が得られる数mTorr程度の領域では，ガス圧
の変動により応力が大幅に変化するため応力制御が困難
であること，および，前記異種物質を添加することによ
りＸ線吸収性物質膜の密度が小さくなり,X線吸収能が低
下すること，さらに，前記異種物質の添加によりＸ線吸
収性物質膜はパターンニング時におけるレジストマスク
とのエッチング選択比が小さくなり，微細加工が困難に
なる等の問題があった。なお,30mTorr近傍より大きなガ
ス圧では，応力は低くなるが堆積したTa膜の密度が小さ
く，充分なＸ線吸収能が得られないため,X線露光マスク
の製造に適用できないことが分かった。However, with these methods, stress control is difficult because in a region of several mTorr where the desired stress of 1 × 10 8 dyn / cm 2 or less is obtained, the stress changes drastically due to changes in gas pressure, Also, the density of the X-ray absorbing substance film is reduced by adding the different substance, and the X-ray absorbing ability is lowered, and further, the addition of the different substance causes the X-ray absorbing substance film at the time of patterning. There was a problem that the etching selectivity with respect to the resist mask became small, making microfabrication difficult. At a gas pressure higher than around 30 mTorr, the stress was low, but the density of the deposited Ta film was low, and sufficient X-ray absorption capacity could not be obtained, so it was found that it cannot be applied to the manufacture of X-ray exposure masks.
一方，通常のＸ線露光用マスクにおいては，第６図の
平面図に示すように，メンブレン１上におけるマスクパ
ターンが形成される領域（露光領域）２の周囲に，該マ
スクパターンと同じ膜から成る所定幅のＸ線遮蔽枠３が
設けられる。このＸ線遮蔽枠３は，被露光基板面におけ
る前記露光領域２に対応する領域以外にＸ線が照射され
るのを防止する目的で設けられるものであり，ステップ
アンドリピート方式のＸ線露光用マスクに必須である
が，メンブレン１上に形成されるＸ線吸収体としては最
も寸法が大きいものであり，メンブレン１に最も大きな
変形を与える。On the other hand, in a normal X-ray exposure mask, as shown in the plan view of FIG. 6, the same film as the mask pattern is formed around the area (exposure area) 2 where the mask pattern is formed on the membrane 1. An X-ray shielding frame 3 having a predetermined width is provided. The X-ray shield frame 3 is provided for the purpose of preventing X-rays from being irradiated to a region other than the region corresponding to the exposure region 2 on the surface of the substrate to be exposed, and is for step-and-repeat type X-ray exposure. Although essential for the mask, it is the largest X-ray absorber formed on the membrane 1 and gives the largest deformation to the membrane 1.
そこで，このＸ線遮蔽枠３に，メンブレン支持枠４に
達する延長部５を設け，その応力をメンブレン支持枠４
に伝達することにより，メンブレン１の変形を防止する
構造が検討されたが，前記露光領域２におけるメンブレ
ンに均一な力を与えることが困難であり，露光領域２内
におけるマスクパターンの変位量が不均一であった。Therefore, the X-ray shielding frame 3 is provided with an extension portion 5 reaching the membrane supporting frame 4, and the stress is applied to the membrane supporting frame 4.
Although the structure for preventing the deformation of the membrane 1 by transmitting it to the membrane has been studied, it is difficult to apply a uniform force to the membrane in the exposure area 2, and the displacement amount of the mask pattern in the exposure area 2 is not uniform. It was uniform.
上記Ｘ線吸収体の有する応力には，堆積直後の過冷却
状態にある薄膜に内在する歪に起因するもの（いわゆる
内部応力）の他に，支持枠とＸ線吸収性物質膜の熱膨張
率の相違により生じた応力がある。したがって，いわゆ
る内部応力と熱膨張率差による応力が同一方向に働く場
合には,X線吸収体はより大きな応力を有することにな
り，マスクパターンの寸法偏差および位置ずれを増大す
るように作用する。The stress possessed by the X-ray absorber is caused by the strain inherent in the supercooled thin film immediately after deposition (so-called internal stress), and the thermal expansion coefficient of the support frame and the X-ray absorbing substance film. There is a stress caused by the difference. Therefore, when the so-called internal stress and the stress due to the difference in thermal expansion coefficient act in the same direction, the X-ray absorber has a larger stress and acts to increase the dimensional deviation and the positional deviation of the mask pattern. .
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり,X
線吸収性物質膜の内部応力によるマスクパターン精度の
低下を防止することを目的とし，具体的には，大きな寸
法を有するＸ線遮蔽枠によるマスクパターンの寸法偏差
および位置ずれを低減可能な構造を提供すること，なら
びに，応力の小さいＸ線吸収性物質膜をメンブレン上に
形成可能とする製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, X
The purpose is to prevent the deterioration of the mask pattern accuracy due to the internal stress of the X-ray absorbing substance film. Specifically, a structure capable of reducing the dimensional deviation and the positional deviation of the mask pattern by the X-ray shielding frame having a large size is provided. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of forming an X-ray absorbing substance film having a small stress on a membrane.
上記目的は，中央部にＸ線を通過させるための開口が
設けられた支持枠と，該開口を覆うようにしてその周囲
を該支持枠に固定されたＸ線透過性物質から成るメンブ
レンと，該開口内に画定された露光領域の有する辺縁部
から所定の距離までの領域を遮蔽するように該メンブレ
ン上に形成されたＸ線吸収性物質の膜から成るＸ線遮蔽
枠と，該Ｘ線遮蔽枠を前記辺縁部に沿って分割するため
に該Ｘ線遮蔽枠に設けられた複数の切欠部と，該切欠部
を埋め且つ相互に分離して設けられたＸ線吸収物質から
成る充填層とを有することを特徴とする本発明のＸ線露
光用マスク，および，中央部にＸ線を通過させるための
開口が設けられた支持枠と、該開口を覆うようにしてそ
の周囲を該支持枠に固定されたＸ線透過性物質から成る
メンブレンと、該開口内における該メンブレン上に堆積
されたＸ線吸収性物質から成る膜をパターニングして形
成されたマスクパターンとを有するＸ線露光用マスクの
製造において，該メンブレン上に堆積された該Ｘ線吸収
物質膜の引張り方向（または圧縮方向）の内部応力をσ
０で表したとき、該支持枠の構成材料が有する熱膨張係
数ksと該Ｘ線吸収性物質が有する熱膨張係数kaが,ks＞k
a（またはks＜ka）となるように該支持枠構成材料およ
び該Ｘ線吸収性物質を選択し，且つ，該メンブレン上に
該Ｘ線吸収性物質膜を堆積するときの温度T1と該Ｘ線吸
収性物質膜を該マスクパターンに加工するための露光時
の温度T0の差をΔT,該Ｘ線吸収性物質膜のヤング率をＥ
で表したとき，前記内部応力σ０と式（ks−ka）×ΔＴ
×Ｅで与えられる値との差σ１が前記温度T0においてσ
０＞σ１となるように該温度T1を設定することを特徴と
する本発明のＸ線露光用マスクの製造方法によって達成
される。The above object is to provide a support frame having an opening for passing X-rays in a central portion thereof, and a membrane made of an X-ray permeable substance having its periphery fixed to the support frame so as to cover the opening, An X-ray shielding frame made of a film of an X-ray absorbing substance formed on the membrane so as to shield a region up to a predetermined distance from a peripheral portion of the exposure region defined in the opening; A plurality of notches provided in the X-ray shielding frame for dividing the line shielding frame along the peripheral portion, and an X-ray absorbing substance provided so as to fill the notches and be separated from each other. An X-ray exposure mask of the present invention, which has a filling layer, a support frame having an opening for passing X-rays in the central portion, and a surrounding thereof so as to cover the opening. A membrane made of an X-ray transparent material fixed to the support frame; In a mask for X-ray exposure having a mask pattern formed by patterning a film made of an X-ray absorbing substance deposited on the membrane inside the X-ray absorbing substance deposited on the membrane, Σ is the internal stress in the tensile direction (or compression direction) of the film
When expressed in 0, the thermal expansion coefficient k a having thermal expansion coefficient k s and the X-ray absorbing material with the material of the support frame is, k s> k
The supporting frame constituting material and the X-ray absorbing substance are selected so that a (or k s <k a ) and the temperature T 1 at which the X-ray absorbing substance film is deposited on the membrane And the difference in temperature T 0 during exposure for processing the X-ray absorbing substance film into the mask pattern is ΔT, and the Young's modulus of the X-ray absorbing substance film is E.
The internal stress σ 0 and the equation (k s −k a ) × ΔT
The difference σ 1 from the value given by × E is σ at the temperature T 0 .
This is achieved by the method for manufacturing an X-ray exposure mask of the present invention, which is characterized in that the temperature T 1 is set so that 0 > σ 1 .
ステップアンドリピート方式のＸ線露光に用いられる
マスクにおいて最大のパターンであるＸ線遮蔽枠を，少
なくとも，その長手方向に分割することにより応力を開
放し，そののち，該分割部間の隙間をＸ線吸収性物質膜
により充填することにより，枠内のマスクパターンの位
置ずれを少なくする。The stress is released by at least dividing the X-ray shielding frame, which is the largest pattern in a mask used for step-and-repeat X-ray exposure, in the longitudinal direction thereof, and then the gap between the divided portions is X. By filling the film with the line absorbing material film, the positional deviation of the mask pattern in the frame is reduced.
すなわち，第１図の原理図に示すように,X線遮蔽枠に
おける長さＬを有する各々の辺12をＮ個の部分12Bに等
分する。同図（ａ）および（ｂ）は，それぞれ，分割前
の平面図および分割後の平面図である。That is, as shown in the principle diagram of FIG. 1, each side 12 having a length L in the X-ray shielding frame is equally divided into N parts 12B. FIGS. 9A and 9B are a plan view before division and a plan view after division, respectively.
Ｘ線遮蔽枠のヤング率をＥとすると，応力σによって
長さＬの辺に生じる総変形量ΔＬは， ΔＬ＝σ・L/E ……（１） である。したがって，長さＬの両端位置は，それぞれΔ
L/2ずつ変位する。Ｘ線遮蔽枠の辺上の変位量は，辺の
中心で零であり，辺の両端に近いほど大きい。このた
め,X線遮蔽枠内のマスクパターンは,X線遮蔽枠に近いほ
ど大きな位置ずれを生じる。When the Young's modulus of the X-ray shielding frame is E, the total amount of deformation ΔL generated on the side of the length L due to the stress σ is ΔL = σ · L / E (1). Therefore, the positions of both ends of the length L are Δ
Displace by L / 2. The displacement amount on the side of the X-ray shielding frame is zero at the center of the side, and becomes larger as it is closer to both ends of the side. For this reason, the mask pattern in the X-ray shielding frame has a larger displacement as it is closer to the X-ray shielding frame.
いま，上記長さＬの一辺をＮ個の部分12Bに分割した
場合，それぞれの部分の変形量ΔＬ′は，次式で与えら
れる。When one side of the length L is divided into N parts 12B, the deformation amount ΔL 'of each part is given by the following equation.
ΔＬ′＝σ・L/E・Ｎ ……（２） したがって，個々の部分12Bの両端における変形量は
ΔＬ′/2であり，分割しない場合の1/Nとなる。このよ
うに,X線遮蔽枠の応力による枠内のマスクパターンの変
位量は小さくなり，かつ，個々部分12Bによる応力は等
しいので,X線遮蔽枠内のマスクパターンの変位量は，そ
の位置によらず均等になる。.DELTA.L '=. Sigma.L / E.N (2) Therefore, the amount of deformation at both ends of each individual portion 12B is .DELTA.L' / 2, which is 1 / N when not divided. In this way, the displacement amount of the mask pattern in the frame due to the stress of the X-ray shielding frame is small, and the stresses due to the individual portions 12B are equal, so the displacement amount of the mask pattern in the X-ray shielding frame is at that position. It is evenly distributed.
第２図は本発明のＸ線露光用マスクの構造を示す要部
断面図であって，第６図と同様の支持枠（図示省略）に
周囲を固定されたメンブレン11上に形成されたＸ線遮蔽
枠の辺12は幅Ｗの切欠部13により，例えば100個の部分1
2Bに分割されている。したがって，個々の分割部分12B
によるメンブレンの変形は，分割前のＸ線遮蔽枠による
最大変形量の1/100になる。そして，個々の分割部分12B
による変形量は均等であるので，マスクパターンを構成
する各々のＸ線吸収体間相互の位置ずれは実質的に生じ
ない。FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part showing the structure of the X-ray exposure mask of the present invention, in which the X formed on the membrane 11 whose periphery is fixed to the same supporting frame (not shown) as in FIG. The side 12 of the line shielding frame is provided with a notch 13 having a width W, for example, 100 parts 1
It is divided into 2B. Therefore, the individual divided parts 12B
The deformation of the membrane due to is 1/100 of the maximum deformation due to the X-ray shielding frame before division. And each divided part 12B
Since the amount of deformation due to is uniform, there is substantially no displacement between the X-ray absorbers forming the mask pattern.
切欠部13は，辺12と同じＸ線吸収性物質から成る充填
層14によって埋められている。充填層14も各切欠部13ご
とに分割されている。充填層14は切欠部13を埋めること
だけが目的であるので，各分割部分の幅は辺12の各分割
部分の幅に比べて著しく小さく，その応力によるメンブ
レンの変形も実質的に無視できる程度に小さい。また，
充填層14は，辺12を構成するＸ線吸収性物質膜の応力が
各分割部分12Bに分散されたのちに形成されるので，辺1
2の両端における変位量は，充填層14の形成前後で実質
的に変わらない。The notch 13 is filled with a filling layer 14 made of the same X-ray absorbing material as the side 12. The filling layer 14 is also divided for each notch 13. Since the filling layer 14 is only intended to fill the notch 13, the width of each divided portion is significantly smaller than the width of each divided portion of the side 12, and the deformation of the membrane due to the stress can be substantially ignored. Small. Also,
The filling layer 14 is formed after the stress of the X-ray absorbing substance film forming the side 12 is dispersed in each divided portion 12B.
The displacement amount at both ends of 2 does not substantially change before and after the formation of the filling layer 14.
また，本発明においては，メンブレン支持枠とＸ線吸
収性物質膜のそれぞれを，あらかじめ予想されるＸ線吸
収性物質膜の内部応力σ０を打ち消すような熱膨張率差
を有する材料の組合せから選択し，このＸ線吸収性物質
膜を所定の高温でメンブレン上に堆積することにより，
冷却時におけるＸ線吸収性物質膜が有する応力を所望の
値σ１に低減する。この原理は次式で表される。Further, in the present invention, each of the membrane supporting frame and the X-ray absorbing substance film is made of a combination of materials having a thermal expansion coefficient difference that cancels the internal stress σ 0 of the X-ray absorbing substance film that is predicted in advance. By selecting and depositing this X-ray absorbing substance film on the membrane at a predetermined high temperature,
The stress possessed by the X-ray absorbing substance film during cooling is reduced to a desired value σ 1 . This principle is expressed by the following equation.
σ１＝σ０−（ks−ka）×ΔＴ×Ｅ ……（３） ここに,kaおよびksは,X線吸収性物質膜およびメンブ
レン支持枠のそれぞれの熱膨張係数，ΔＴはメンブレン
上全体にＸ線吸収性物質膜を堆積する際の温度T1と冷却
時の温度，正確には，該Ｘ線吸収性物質膜をマスクパタ
ーンに加工する際の露光時の温度T0（＜T1）との差T1−
T0,EはＸ線吸収性物質膜のヤング率であり，σは，引張
応力を正，圧縮応力を負で表している，したがって，前
記のようにksおよびkaを選択すると，式（３）の右辺第
２項は，内部応力σ０を打ち消すように作用する。そこ
で，温度差ΔＴを適当な値に選ぶことによって，σ０＞
σ１なる所望の値のσ１を得ることができる。σ 1 = σ 0 − (k s −k a ) × ΔT × E (3) where k a and k s are the thermal expansion coefficients of the X-ray absorbing material film and the membrane supporting frame, ΔT, respectively. Is the temperature T 1 at the time of depositing the X-ray absorbing substance film on the entire membrane and the temperature at the time of cooling, to be precise, the temperature T 0 at the time of exposure when processing the X-ray absorbing substance film into a mask pattern. (<T 1 ) difference T 1 −
T 0 , E is the Young's modulus of the X-ray absorbing material film, σ is the tensile stress is positive and the compressive stress is negative. Therefore, if k s and k a are selected as described above, The second term on the right side of (3) acts so as to cancel the internal stress σ 0 . Therefore, by selecting the temperature difference ΔT to an appropriate value, σ 0 >
can be obtained sigma 1 of sigma 1 becomes a desired value.
すなわち，上記温度差ΔＴを与えるように温度T1を設
定することにより,X線吸収性物質膜をマスクパターンに
加工するための露光時において，応力を所望の値，例え
ば１×108dyn/cm2以下に低減可能となり，このＸ線吸収
性物質膜から成るマスクパターンと上記露光に用いられ
る原パターンとの寸法偏差および位置ずれが低減され
る。That is, by setting the temperature T 1 so as to give the temperature difference ΔT, the stress during exposure for processing the X-ray absorbing substance film into a mask pattern has a desired value, for example, 1 × 10 8 dyn / It can be reduced to cm 2 or less, and the dimensional deviation and the positional deviation between the mask pattern made of the X-ray absorbing substance film and the original pattern used for the exposure can be reduced.
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。以下
の図面において，既掲の図面におけるのと同じ部分には
同一符号を付してある。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same parts as those in the already-described drawings are denoted by the same reference numerals.
第３図は，第２図の構造を有するＸ線露光用マスクの
製造工程の実施例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the manufacturing process of the X-ray exposure mask having the structure of FIG.
第３図（ａ）を参照して，例えばSiC（炭化珪素）セ
ラミックから成る支持枠４により周辺部を固定されたSi
Cから成るメンブレン11上全体に，周知のスパッタリン
グ技術を用いて，厚さ約1.0μｍのTa膜から成るＸ線吸
収性物質膜15を堆積する。なお，図において符号21は，
メンブレン11を形成する際の基板として用いられたシリ
コンウエハであり，メンブレン11形成後に，その中央部
が選択除去され，開口16が設けられている。Referring to FIG. 3 (a), Si whose peripheral portion is fixed by a supporting frame 4 made of, for example, SiC (silicon carbide) ceramic.
An X-ray absorbing substance film 15 made of a Ta film having a thickness of about 1.0 μm is deposited on the entire membrane 11 made of C by a well-known sputtering technique. In the figure, reference numeral 21 indicates
It is a silicon wafer used as a substrate when forming the membrane 11, and after the membrane 11 is formed, its central portion is selectively removed and an opening 16 is provided.
次いで，周知のリゾグラフ技術を用いて,X線吸収性物
質膜15上にレジストを塗布し，プレベークを行ったの
ち，周知の電子ビーム露光技術を用いて，前記露光領域
に所定の集積回路パターンを描画する。このとき，露光
領域の周囲にＸ線遮蔽枠のパターンも描画する。このＸ
線遮蔽枠パターンには，第２図で説明した切欠部13を設
けておく。こののち，通常の工程にしたがって，現像，
乾燥，ポストベークを行い，第３図（ｂ）に示すよう
に，レジストパターン17を形成する。Then, using a well-known lithographic technique, a resist is applied on the X-ray absorbing substance film 15 and prebaked, and then a well-known electron beam exposure technique is used to form a predetermined integrated circuit pattern in the exposed area. draw. At this time, the pattern of the X-ray shielding frame is also drawn around the exposure area. This X
The line shield frame pattern is provided with the notch 13 described with reference to FIG. After that, according to the normal process, development,
After drying and post-baking, a resist pattern 17 is formed as shown in FIG.
次いで，レジストパターン17をマスクとし，表出部分
のＸ線吸収性物質膜15を,,周知のリアクティブイオンエ
ッチング（RIE）技術を用いて選択除去することによ
り，前記Ｘ線吸収性物質膜15から成るマスクパターン18
とＸ線遮蔽枠19を形成する。Next, by using the resist pattern 17 as a mask, the exposed X-ray absorbing material film 15 is selectively removed by using the well-known reactive ion etching (RIE) technique, whereby the X-ray absorbing material film 15 is removed. Mask pattern consisting of 18
And an X-ray shielding frame 19 are formed.
第３図（ｃ）は，露光領域２の周囲のＸ線遮蔽枠19を
示す平面図であって,X線遮蔽枠19の各辺12には，切欠部
13が設けられている。これにより,X線遮蔽枠19の応力
は，切欠部13によって分離された各部分12Bに分散さ
れ，メンブレン11の変形はこれら各部分12Bに対応して
均等かつ小さくなる。FIG. 3 (c) is a plan view showing the X-ray shielding frame 19 around the exposure area 2, in which each side 12 of the X-ray shielding frame 19 has a cutout portion.
13 are provided. As a result, the stress of the X-ray shielding frame 19 is distributed to each portion 12B separated by the cutout portion 13, and the deformation of the membrane 11 is even and small corresponding to each of these portions 12B.
次いで，前記と同様に周知のスパッタリング技術を用
いて，第３図（ｄ）に示すように，メンブレン11上全面
に厚さ約1.0μｍのTa膜20を堆積する。そして,Ta膜20上
にレジストを塗布し，プレベークを行ったのち，周知の
電子ビーム露光技術を用いて,X線遮蔽枠19上のTa膜20を
選択的にマスクするレジストパターンを形成し，所定の
現像，乾燥，ポストベークを行い，周知のRIE技術を用
いて，表出部分のTa膜20を選択除去する。その結果，第
３図（ｅ）に示すように,X線遮蔽枠19上にのみTa膜20か
ら成る充填層14が残る。Then, a Ta film 20 having a thickness of about 1.0 μm is deposited on the entire surface of the membrane 11 as shown in FIG. Then, after applying a resist on the Ta film 20 and performing pre-baking, a resist pattern for selectively masking the Ta film 20 on the X-ray shielding frame 19 is formed by using a well-known electron beam exposure technique, Predetermined development, drying and post-baking are performed, and the Ta film 20 in the exposed portion is selectively removed by using a well-known RIE technique. As a result, as shown in FIG. 3E, the filling layer 14 made of the Ta film 20 remains only on the X-ray shielding frame 19.
上記選択除去において,X線遮蔽枠19上の充填層14は第
２図に示すように，各切欠部13ごとに分離した形状とす
る。このようにして，本発明のＸ線露光用マスクが完成
する。In the above-mentioned selective removal, the filling layer 14 on the X-ray shielding frame 19 has a shape separated for each notch 13, as shown in FIG. In this way, the X-ray exposure mask of the present invention is completed.
通常,X線遮蔽枠19の辺の長さは数mmないし数10mmであ
り,X線遮蔽枠19の辺の方向における切欠部13の幅は，切
欠部13によってＮ等分されたＸ線遮蔽枠19の各部分12B
の長さの数十分の１ないし数百分の１程度とする。した
がって，充填層14の応力によるメンブレン11の変形は無
視できる程度に小さい。Usually, the length of the side of the X-ray shielding frame 19 is several mm to several tens of mm, and the width of the notch 13 in the direction of the side of the X-ray shielding frame 19 is X-ray shield divided into N equal parts by the notch 13. Each part 12B of frame 19
The length is about several tenths to several hundredths. Therefore, the deformation of the membrane 11 due to the stress of the filling layer 14 is negligibly small.
第４図はＸ線吸収性物質膜の応力を所望の値に低減す
る本発明に係るＸ線露光用マスクの製造方法を説明する
ための模式的要部断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a principal part for explaining a method for manufacturing an X-ray exposure mask according to the present invention, which reduces the stress of the X-ray absorbing substance film to a desired value.
第４図（ａ）を参照して，周知のCVD技術を用い，シ
リコンウエハ21（直径４インチ，厚さ0.5mm）の一表面
に厚さ約２μｍの窒化珪素膜22を堆積する。Referring to FIG. 4 (a), a known CVD technique is used to deposit a silicon nitride film 22 having a thickness of about 2 μm on one surface of a silicon wafer 21 (diameter 4 inches, thickness 0.5 mm).
次いで，第４図（ｂ）に示すように，窒化珪素膜22を
形成した面と反対側のシリコンウエハ21表面に，例えば
窒化珪素から成り，中央部に開口16を有する直径４イン
チ，厚さ5mmの環状の支持枠４を接着固定する。シリコ
ンウエハ21と支持枠４との接着は，例えばエポキシ樹脂
系の接着剤を用い，室温ないし150℃程度に加熱して行
う。Then, as shown in FIG. 4 (b), the surface of the silicon wafer 21 opposite to the surface on which the silicon nitride film 22 is formed is made of, for example, silicon nitride, and has an opening 16 in the central portion, a diameter of 4 inches, and a thickness of 4 inches. An annular support frame 4 of 5 mm is fixed by adhesion. The silicon wafer 21 and the support frame 4 are adhered to each other by using, for example, an epoxy resin adhesive and heating at room temperature to about 150 ° C.
次いで，硝酸と弗酸を主成分とするエッチング剤を用
いて，開口16内に表出するシリコンウエハ21を選択除去
する。これにより，第４図（ｃ）に示すように，周囲を
支持枠４に固定された窒化珪素膜から成るメンブレン11
が開口16内に形成される。Then, the silicon wafer 21 exposed in the opening 16 is selectively removed using an etching agent containing nitric acid and hydrofluoric acid as main components. As a result, as shown in FIG. 4 (c), the membrane 11 made of a silicon nitride film whose periphery is fixed to the support frame 4 is formed.
Are formed in the opening 16.
次いで，支持枠４を，例えば通常のスパッタリング装
置内に設置し，後述する所定温度T1に加熱する。そし
て，第４図（ｄ）に示すようにし，メンブレン11上全体
に，厚さ1.0μｍのTa膜から成るＸ線吸収性物質膜15を
堆積したのち，スパッタリング装置から取り足し，室温
に冷却する。Next, the support frame 4 is set in, for example, a normal sputtering apparatus and heated to a predetermined temperature T 1 described later. Then, as shown in FIG. 4 (d), an X-ray absorbing material film 15 made of a Ta film having a thickness of 1.0 μm is deposited on the entire surface of the membrane 11 and then added from a sputtering apparatus and cooled to room temperature. .
以後，例えば電子ビーム露光法を用いる通常のリソグ
ラフ工程にしたがって,X線吸収性物質膜15を，集積回路
パターンに対応するマスクパターンおよび前記Ｘ線遮蔽
枠の形状に加工して,X線露光用マスクが完成する。Ｘ線
吸収性物質膜15をマスクパターン等に加工するための露
光時における支持枠４およびＸ線吸収性物質膜15の温度
をT0とする。After that, the X-ray absorbing material film 15 is processed into a mask pattern corresponding to the integrated circuit pattern and the shape of the X-ray shielding frame according to a normal lithographic process using an electron beam exposure method, for X-ray exposure. The mask is completed. The temperature of the support frame 4 and the X-ray absorptive material film 15 during exposure for processing the X-ray absorptive material film 15 into a mask pattern or the like is represented by T 0 .
いま，メンブレン11上に堆積されたTa膜から成るＸ線
吸収性物質膜15が,10.0×108dyn/cm2の圧縮応力を有す
るとする。支持枠４を構成する窒化珪素の熱膨張係数
（ks）およびＸ線吸収性物質膜15を構成するTaの熱膨張
係数（ka）は，それぞれ,3.6×10-6/℃および6.6×10-6
/℃,Taのヤング率（Ｅ）は1.9×1012dyn/cm2である。そ
こで，前記T1およびT0をそれぞれ178℃および20℃とす
ると，前記（３）式から σ１＝−1.0×108〔dyn/cm2〕 ……（４） となる。すなわち,X線吸収性物質膜15がマスクパターン
に加工される露光時において有する応力は，初期の10.0
×108dyn/cm2から1.0×108dyn/cm2に低減される。この
値は，マスクパターンに0.03μｍ程度の寸法偏差および
位置ずれを許容するＸ線露光用マスクに適応可能な範囲
にある。Now, it is assumed that the X-ray absorbing substance film 15 composed of the Ta film deposited on the membrane 11 has a compressive stress of 10.0 × 10 8 dyn / cm 2 . The thermal expansion coefficient (k s ) of silicon nitride forming the support frame 4 and the thermal expansion coefficient (k a ) of Ta forming the X-ray absorbing substance film 15 are 3.6 × 10 −6 / ° C. and 6.6 ×, respectively. 10 -6
The Young's modulus (E) of / ° C. and Ta is 1.9 × 10 12 dyn / cm 2 . Therefore, assuming that T 1 and T 0 are 178 ° C. and 20 ° C., respectively, σ 1 = −1.0 × 10 8 [dyn / cm 2 ] (4) from the equation (3). That is, the stress that the X-ray absorbing material film 15 has during exposure when it is processed into a mask pattern is 10.0
It is reduced from × 10 8 dyn / cm 2 to 1.0 × 10 8 dyn / cm 2 . This value is in a range applicable to an X-ray exposure mask that allows a dimensional deviation and a positional deviation of about 0.03 μm in the mask pattern.
一方，メンブレン11上に堆積されたＸ線吸収性物質膜
15が引張応力を有する場合には，支持枠４を構成する材
料として,X線吸収性物質膜15より大きな熱膨張係数を有
するものを選択すればよい。Ｘ線吸収性物質膜15がTa膜
である場合には，支持枠４の構成材料としては，ジルコ
ニア（ks＝10.6×10-6/℃），サーメット（ks＝7.8×10
-6/℃），フォルステライト（ks＝10.0×10-6/℃），ま
たは，ステアタイト（ks＝7.5×10-6/℃）等を用いるこ
とができる。これらとＸ線吸収性物質膜15構成材料との
熱膨張係数の差に応じて，メンブレン11上にＸ線吸収性
物質膜15を堆積する際の温度（T1）を適当な値に設定す
ればよい。On the other hand, the X-ray absorbing substance film deposited on the membrane 11
When 15 has a tensile stress, a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the X-ray absorbing substance film 15 may be selected as a material forming the support frame 4. When the X-ray absorbing substance film 15 is a Ta film, zirconia (k s = 10.6 × 10 −6 / ° C.) and cermet (k s 7.8 × 10 6 ) are used as the constituent material of the support frame 4.
-6 / ° C.), forsterite (k s = 10.0 × 10 -6 / ° C.), or steatite (k s = 7.5 × 10 -6 / ° C.) can be used. Depending on the difference in the coefficient of thermal expansion between these and the constituent material of the X-ray absorbing substance film 15, the temperature (T 1 ) when depositing the X-ray absorbing substance film 15 on the membrane 11 should be set to an appropriate value. Good.
本発明によれば，周囲を支持枠に固定されたＸ線透過
性のメンブレン上に形成されたＸ線吸収体から成るＸ線
露光用マスクにおけるマスクパターンの寸法偏差および
相互間の位置ずれを低減可能とし,X線露光法の適用を必
要とする高密度半導体集積回路の実用化を促進する効果
がある。According to the present invention, it is possible to reduce the dimensional deviation of a mask pattern and the mutual positional deviation in an X-ray exposure mask which is composed of an X-ray absorber formed on an X-ray permeable membrane whose periphery is fixed to a support frame. It makes possible and has the effect of promoting the practical application of high-density semiconductor integrated circuits that require the application of X-ray exposure.
第１図は本発明に係るＸ線露光用マスクの構造の原理説
明図， 第２図は本発明に係るＸ線露光用マスクの構造を示す要
部断面図， 第３図は第２図に示す構造のＸ線露光用マスクの製造工
程の実施例を示す模式図。 第４図は本発明に係るＸ線露光用マスクの製造方法説明
図， 第５図はＸ線吸収性物質膜の内部応力と形成条件の関係
の一例を示すグラフ， 第６図は従来のＸ線露光用マスクの構造を示す平面図 である。 図において， １と11はメンブレン,14は充填層， ２は露光領域,15はＸ線吸収性物質膜， ３と19はＸ線遮蔽枠,16は開口， ４は支持枠,17はレジストパターン， ５は延長部,18はマスクパターン， 12はＸ線遮蔽枠の辺,20はTa膜， 12Bは分割部分,21はシリコンウエハ， 13は切欠部,22は窒化珪素膜 である。FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the structure of an X-ray exposure mask according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part showing the structure of an X-ray exposure mask according to the present invention, and FIG. FIG. 7 is a schematic view showing an example of a manufacturing process of the X-ray exposure mask having the structure shown. FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for manufacturing an X-ray exposure mask according to the present invention, FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between internal stress of an X-ray absorbing substance film and formation conditions, and FIG. FIG. 3 is a plan view showing the structure of a line exposure mask. In the figure, 1 and 11 are membranes, 14 is a filling layer, 2 is an exposure region, 15 is an X-ray absorbing substance film, 3 and 19 are X-ray shielding frames, 16 are openings, 4 is a supporting frame, and 17 is a resist pattern. 5 is an extension, 18 is a mask pattern, 12 is a side of the X-ray shielding frame, 20 is a Ta film, 12B is a divided part, 21 is a silicon wafer, 13 is a notch, and 22 is a silicon nitride film.
Claims (2)
けられた支持枠と、 該開口を覆うようにしてその周囲を該支持枠に固定され
たＸ線透過性物質から成るメンブレンと、 該開口内に画定された露光領域の有する辺縁部から所定
の距離までの領域を遮蔽するように該メンブレン上に形
成されたＸ線吸収性物質の膜から成るＸ線遮蔽枠と、 該Ｘ線遮蔽枠を前記辺縁部に沿って分割するために該Ｘ
線遮蔽枠に設けられた複数の切欠部と、 該切欠部を埋め且つ相互に分離して設けられたＸ線吸収
物質から成る充填層 とを有することを特徴とするＸ線露光用マスクの構造。1. A support frame having an opening for allowing X-rays to pass therethrough in the central portion, and a membrane made of an X-ray permeable substance fixed to the support frame around the opening so as to cover the opening. An X-ray shielding frame made of a film of an X-ray absorbing substance formed on the membrane so as to shield a region up to a predetermined distance from a peripheral portion of the exposure region defined in the opening, In order to divide the X-ray shielding frame along the edge portion, the X
Structure of an X-ray exposure mask having a plurality of cutouts provided in a line shielding frame, and a filling layer made of an X-ray absorbing substance provided so as to fill the cutouts and be separated from each other .
けられた支持枠と、該開口を覆うようにしてその周囲を
該支持枠に固定されたＸ線透過性物質から成るメンブレ
ンと、該開口内における該メンブレン上に堆積されたＸ
線吸収性物質から成る膜をパターニングして形成された
マスクパターンとを有するＸ線露光用マスクの製造にお
いて、 該メンブレン上に堆積された該Ｘ線吸収物質膜の引張り
方向（または圧縮方向）の内部応力をσ０で表したと
き、該支持枠の構成材料が有する熱膨張係数ksと該Ｘ線
吸収性物質が有する熱膨張係数kaが、ks＞ka（またはks
＜ka）となるように該支持枠構成材料および該Ｘ線吸収
性物質を選択し、且つ、該メンブレン上に該Ｘ線吸収性
物質膜を堆積するときの温度T1と該Ｘ線吸収性物質膜を
該マスクパターンに加工するための露光時の温度T0の差
をΔＴ、該Ｘ線吸収性物質膜のヤング率をＥで表したと
き、前記内部応力σ０と式（ks−ka）×ΔＴ×Ｅで与え
られる値との差σ１が前記温度T0においてσ０＞σ１と
なるように該温度T1を設定することを特徴とするＸ線露
光用マスクの製造方法。2. A support frame having an opening for allowing X-rays to pass therethrough in the center, and a membrane made of an X-ray permeable substance fixed to the support frame around the opening so as to cover the opening. , X deposited on the membrane in the opening
In the manufacture of an X-ray exposure mask having a mask pattern formed by patterning a film made of a ray-absorbing substance, in the tensile direction (or compression direction) of the X-ray absorbing substance film deposited on the membrane, when showing the internal stress sigma 0, thermal expansion coefficient k a having thermal expansion coefficient k s and the X-ray absorbing material with the material of the support frame is, k s> k a (or k s
The supporting frame constituent material and the X-ray absorbing substance are selected so that <k a ), and the temperature T 1 and the X-ray absorbing temperature at which the X-ray absorbing substance film is deposited on the membrane. When the difference in the temperature T 0 at the time of exposure for processing the film of the absorptive material into the mask pattern is represented by ΔT and the Young's modulus of the film of the X-ray absorbing material is represented by E, the internal stress σ 0 and the equation (k s -k a) the difference between sigma 1 and the value given by × [Delta] T × E is X-ray exposure mask and sets the temperature T 1 such that σ 0> σ 1 at the temperature T 0 Production method.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH02205009A JPH02205009A (en) | 1990-08-14 |
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