(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、周辺に内側とは段差を持った肉薄部が形成された、該マスク基板を支持するフレームとを有するマスク構造体を保持するチャック機構と、該フレームの段差部に力を作用させる機構とを有することを特徴とするマスク保持装置。
【請求項２】
前記力を作用させる機構は、前記矩形窓の対角線の方向から力を作用させることを特徴とする請求項１記載のマスク保持装置。
【請求項３】
前記力を作用させる機構は、前記矩形窓の２つの対角線それぞれの方向から前記フレームを押圧する２つの押圧機構を有することを特徴とする請求項２記載のマスク保持装置。
【請求項４】
前記チャック機構は、前記フレームを３つの位置で、パターン面と垂直な方向にチャックすることを特徴とする請求項１記載のマスク保持装置。
【請求項５】
前記３つの位置は正三角形状に配され、前記チャック機構にマスク構造体を保持した際に、前記３つの内の１つは前記矩形窓の中心を通り前記矩形窓の辺に平行な直線の上に位置することを特徴とする請求項４記載のマスク保持装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載のマスク保持装置を有し、該マスク保持装置で保持するマスクを露光することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、周辺に内側とは段差を持った肉薄部が形成された、該マスク基板を支持するフレームとを有するマスク構造体、ならびにウエハを用意するステップと、該フレームの段差部に力を作用させて該マスクパターンを変形させるステップと、該マスク構造体ならびに該ウエハを互いに近接した位置関係で保持して露光エネルギを照射することによって該ウエハに該マスクパターンを転写するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項８】
前記変形させるステップでは、前記矩形窓の対角線を延長した方向から力を作用させることを特徴とする請求項７記載のデバイス製造方法。
【請求項９】
前記露光エネルギはＸ線、真空紫外線および電子線のいずれかであることを特徴とする請求項７又は８記載のデバイス製造方法。
【請求項１０】
マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、該マスク基板を支持するフレームとを有し、該フレームは、該矩形窓に対応した矩形の貫通穴と、少なくとも該矩形窓の対角線を延長した方向において該フレームの周辺に設けられた、内側とは段差を持った肉薄部とを有することを特徴とするマスク構造体。
【請求項１１】
前記マスク構造体は放射ビームを利用したリソグラフィ用のマスク構造体であることを特徴とする請求項１０記載のマスク構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線、真空紫外線又は電子線等の放射ビームを用いた露光装置に使用されるマスク構造体やこのパターン補正技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩなど半導体デバイスの集積度及び動作速度向上のため、回路パターンの微細化が進んでいる。これらのＬＳＩを製造する過程の回路パターン形成では、Ｘ線、真空紫外線又は電子線等の放射ビームを利用したリソグラフィ技術による微細パターンの形成が注目されている。この有力な方式の一つして、マスクとウエハを近接させて配置して放射ビームを照射することで等倍露光転写するものがある。
【０００３】
この方式ではマスクとウエハを極近接させて等倍転写する構成であるため、ウエハに転写されるマスクパターンの転写倍率を調整することが難しいが、これを実現するひとつの方法として特開昭６０−１８２４４１号公報に開示されるＸ線露光装置では、押圧機構によって外部からマスク基板に力を作用させてマスク基板を積極的に変形させることによって、メンブレン上のパターン倍率を制御する方法を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上記公報に記載された従来例では、マスクのフレーム周辺部の３個所でクランプして、これらを相対的に移動させてマスクフレームに変形を与えているので、所望のマスクパターンの補正、殊にＸＹ等方的な倍率補正が現実的には困難である。
【０００５】
本発明は上記従来例の技術をより改良すべくなされたもので、簡単な手法でありながら、高精度にマスクパターンの転写倍率等を補正することができる装置や方法、マスク構造体などを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のマスク構造体は、マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、周辺に内側とは段差を持った肉薄部が形成された、該マスク基板を支持するフレームとを有するマスク構造体を保持するチャック機構と、該フレームの段差部に力を作用させる機構とを有することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記力を作用させる機構は、前記矩形窓の対角線の方向から力を作用させる。
【０００８】
好ましくは、前記力を作用させる機構は、前記矩形窓の２つの対角線それぞれの方向から前記フレームを押圧する２つの押圧機構を有する。
【０００９】
好ましくは、前記チャック機構は、前記フレームを３つの位置で、パターン面と垂直な方向にチャックする。さらに好ましくは、前記３つの位置は正三角形状に配され、前記チャック機構にマスク構造体を保持した際に、前記３つの内の１つは前記矩形窓の中心を通り前記矩形窓の辺に平行な直線の上に位置する。
【００１０】
本発明の露光装置は、上記マスク保持装置を有し、該マスク保持装置で保持するマスクを露光することを特徴とする。
【００１１】
本発明のデバイス製造方法は、マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、周辺に内側とは段差を持った肉薄部が形成された、該マスク基板を支持するフレームとを有するマスク構造体、ならびにウエハを用意するステップと、該フレームの段差部に力を作用させて該マスクパターンを変形させるステップと、該マスク構造体ならびに該ウエハを互いに近接した位置関係で保持して露光エネルギを照射することによって該ウエハに該マスクパターンを転写するステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記変形させるステップでは、前記矩形窓の対角線を延長した方向から力を作用させる。
【００１３】
好ましくは、前記露光エネルギはＸ線、真空紫外線および電子線のいずれかである。
【００１４】
本発明のマスク構造体は、マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、該マスク基板を支持するフレームとを有し、該フレームは、該矩形窓に対応した矩形の貫通穴と、少なくとも該矩形窓の対角線を延長した方向において該フレームの周辺に設けられた、内側とは段差を持った肉薄部とを有することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記マスク構造体は放射ビームを利用したリソグラフィ用のマスク構造体である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜マスク構造体とその保持補正方法＞
図１は、Ｘ線、真空紫外線又は電子線等の放射ビームを使用したリソグラフィに用いられる透過型マスク構造体の構成を示す図である。図中、１１はシリコンウエハからなる円形のマスク基板であり、回転方向を規定する切り欠きであるオリフラ部が形成されていると共に、基板中央には放射ビーム透過領域である正方形の矩形窓１２が設けられている。このマスク基板の作成は、Ｓｉ基板の表面にＳｉＮやＳｉＣ膜を成膜した後、Ｓｉ基板の片側から矩形窓となる部分のみをバックエッチング処理で除去して、極薄のメンブレンであるＳｉＮやＳｉＣ膜だけを残す。このメンブレン上に放射線吸収体（ＷやＴａ等の金属）で転写すべきマスクパターンが形成されている。後述するように、マスクパターンは理想的な転写パターンサイズに対して予め僅かに大きな倍率でもって形成している。このオフセット倍率は、転写後のウエハプロセスで想定されるプロセス歪も考慮して決定される。
【００１７】
１３はマスク基板を支持して補強するためのリング形状の支持フレームである。支持フレーム１３の材料は耐熱ガラスやＳｉＣ等のセラミックスが好ましい。支持フレーム１３の形状は、図１に示すように外周は円形で、内側にはマスク基板の矩形窓に対応した矩形領域が除去され貫通孔１５が形成されている。なお、貫通孔１５の形状は矩形に限らず円形であっても良い。
【００１８】
また、支持フレーム１３は、図１に示すように、円周の外周辺に沿って上面が削り取られた肉薄部が形成されており、側面から見たとき段差部１６を有するような段構造となっている。支持フレームの上段の円周とマスク基板の円周とはほぼ同サイズとなっている。支持フレーム１３の上段面すなわち斜線部１４で示した部分は、マスク基板１１との接合面であり、接着剤接合あるいは陽極接合などの手法より接合している。図１では支持フレームの形状を説明するために、マスク基板１１と支持フレーム１３を分解した分解図として示しているが、実際は図２に示すようにこれらが接合された構造体となっている。
【００１９】
次に、露光装置内において上記マスク構造体を保持するためのマスク保持装置の構成と動作を図３〜図６を用いて説明する。図３はマスク構造体の非保持状態、図４は図３の矢印で示す断面での断面図、図５はマスク構造体の保持状態、図６は図５の矢印で示す断面での断面図を示している。
【００２０】
ベース板６１２上にはマスクチャック６１３が固定され、ベース板６１２並びにマスクチャック６１３の露光放射ビームが通過する位置には孔６１４が設けられている。マスクチャック６１３にはマスク構造体が突き当て位置決めされるブロック６０１が設けられ、ブロック６０１は上方から見たときマスク構造体の支持フレームの段差部と２点で接触する２つの突起部６１５、６１６が設けられている。またべース板６１２上にはマスクを支持するための先端が球体の３つの突起部６０２、６０３、６０４が形成され、これらに対応した３つの回転アーム６０５、６０６、６０７が設けられている。各アームの先端にも突起部が形成されている。これら３つの突起部の位置は正三角形状に配され、チャック機構にマスク構造体を保持した際に、３つの内の１つは矩形窓の中心から矩形の辺に平行な方向に延長した方向に位置する。
【００２１】
またベース板６１２には、マスクの支持フレームの段差部に２方向から荷重を与えるための回転動作可能な２つの荷重ユニット６０８、６０９が設けられ、各荷重ユニットはロッドと、該ロッドで荷重を与えたときの反力を検出する検出器（ロードセル）、荷重ユニット自体を回転させるアクチュエータを内蔵している。
【００２２】
上記構成において、不図示の搬送アームで搬送されてきたマスク構造体１００は、ブロック６０１の２つの支持部６１５、６１６に突き当てられ、ＸＹの水平方向の位置決めがなされる。そしてマスクチャック突起部６０２、６０３、６０４の３点でマスク構造体１００の裏面が支持され、３つのアーム６０５、６０６、６０７が回転してマスクのフレームを３個所で上下から挟持することで、マスクのＹＹＺ方向の全ての位置決めが完了する。このときアーム６０５の突起部は、マスク構造体１００のフレーム上面に形成されたのＶ溝部１０５と係合し、回転方向のずれが生じないようになっている。
【００２３】
次いで荷重ユニット６０８、６０９をマスク方向に回転して、図５、図６に示すように各荷重ユニットのロッド６１０、６１１の先端をマスク構造体の支持フレーム部の段差部に突き当てる。この時、接触する各ロッド６１０、６１１はマスク中心に向けて荷重を付加すると共に、各荷重の付加方向は互いに直交する方向となっている。こうして結局、マスクの矩形窓の対角線をそれぞれ延長した４方向からマスクの支持フレームの段差部に対して荷重を付加することになる。
【００２４】
マスク構造体１００のマスクパターンの描画寸法は、所定設計寸法より倍率補正の仕様変位量分だけ大きめに描画してある。露光に先立って露光装置が有するアライメント計測系でマスクとウエハパターンの倍率を計測して、必要な倍率の補正をなすべくマスクに与える設定荷重を求める。該荷重の設定は、予め求めて制御装置にデータテーブルや換算式として記憶させたマスクに与える設定荷重に対するマスクパターン変位量の関係を利用する。次に、ロードセルにより検出される荷重が前記設定荷重になるようにアクチュエータに電圧を印加する。ロードセルの出力に基づいてアクチュエータ駆動のサーボ制御を行なえば、マスクの微小移動等が起きても常に一定量の荷重をマスク構造体にかけることができる。また、このサーボ制御を露光中にも常に行なうようにすれば、露光ビームによる熱歪みのパターン倍率変化をも含めて補正が可能となる。
【００２５】
図７はマスク構造体を保持して倍率補正を行う際、支持フレームに荷重を与える方向と、矩形窓との関係を説明する図である。２段構造の支持フレーム１４の段差部すなわち上段円の外周に対して、マスク基板の正方形の矩形窓の対角線を延長したそれぞれの方向からマスク中心に向けて荷重Ｐ１、Ｐ２（Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ）を与える。さらにこれら付加荷重のベクトル方向を延長したそれぞれの対向位置に２つの突き当て固定部材６１４、６１５が配置されているので、各固定部材６１４、６１５からはマスク中心に向けて反力（Ｐ）が支持フレーム１３に与えられる。結局、矩形窓の２つの対角線をそれぞれ延長した４方向から、２段構造の支持フレーム１４の段差部、すなわち上段円の外周に力が与えられることになる。
【００２６】
ここで、図６に示すように支持フレームへの荷重の付加位置が、支持フレーム側面の高さ中心ではないために、モーメントが発生して支持フレーム及びこれに一体化されたマスク基板に僅かに反りが生じて、これに伴って矩形窓に張られたメンブレンも僅かに縮小する。なお、図６はフレームに反りが生じた状態を誇張して描いている。こうしてメンブレンを全体的に僅かに縮小させることによって、その上に形成されたマスクパターンの倍率を変化させることができる。
【００２７】
図８は、図７のように荷重を与えた結果の、矩形窓のメンブレンのパターン変位を示すベクトル図であり、図８に示すようにマスクパターンはほぼ等方的な変位を示す。この理由は、マスク基板の面内の対角方向から力が加わってメンブレン上のマスクパターンが縮小するモードと、マスク基板に反りが生じることがメンブレン上のマスクパターンが縮小するモードとが重なり合って合成された結果として、全体として等方的なパターン変位（倍率縮小）が得られるからである。なお、付加荷重Ｐ１、Ｐ２を異ならせれば、非等方な倍率縮小も可能である。
【００２８】
ここで比較例として、段差を持たない平板状の支持フレームを用いて、矩形窓の対角線方向ではなく辺方向から荷重を与えた場合を説明する。図９に示すように、正方形の矩形窓の辺に対して垂直方向および水平方向からマスク中心に向けて荷重を与える。すると図１０のベクトル図で表わすように矩形パターンに対し外側の対角位置の変位が少なく、中心から水平垂直の位置が相対的に大きく変位した糸巻状の変形を示す。すなわち上記図８のような等方的な均等縮小に比べて歪んだ縮小となりパターン歪みが大きくなる。
【００２９】
なお本実施例では、（１）マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、該マスク基板を補強するためのリング状のフレームを有し、該フレームは側面から見たとき段差が設けられているマスク構造体を使用してこの段差部に荷重を付加する、（２）矩形窓の対角線を延長した方向から、前記支持フレームの段差部に荷重を与える、の２つの組み合わせによる相乗効果によって最も歪みの小さい最良の倍率補正を可能にしているが、上記（１）あるいは（２）のいずれかだけであっても上記図９及び図１０のものよりは優れた倍率補正を可能にするので、どちらか一方だけを採用するようにしてもよい。
【００３０】
＜マスク構造体の変形例＞
次にマスク構造体の変形例を図１１、図１２を用いて説明する。図１１において、板状リング部２３の内周には、マスク基板２１の正方形の矩形窓２２に対して対角線延長方向の４辺に、突起部２４が４つ設けられている。突起部２４は板状リング部２３に別部材として接合されたもの、もしくは両者一体に製造されたものである。これら板状リング部２３と突起部２４を合わせて支持フレームを構成している。突起部２４は板状リング部の板厚よりも肉厚であり、これらの接合部には支持フレームに荷重を与えるための段差部２６が形成されている。すなわち、板状リング部２３全体が支持フレームの肉薄部となっている。
【００３１】
突起部２４の上面（図１１の斜線で示した部分）がマスク基板２１との接合面となっており、４つの突起部２４で規定する外周円とマスク基板２１の外周とはほぼ一致しており、図１２に示すように接合される。
【００３２】
本実施例も先の例と同様、マスクパターンが形成された矩形窓が設けられたマスク基板と、該マスク基板を補強するためのリング状のフレームを有し、該フレームは側面から見たとき段差が設けられ、この段差部に荷重を与えている。さらにはマスクパターンが形成された矩形窓の対角線を延長した方向から、支持フレームの段差部に荷重を与えるようにしたことを特徴とするものである。
【００３３】
なお、このマスク構造体を保持して荷重を与える機構は上記図３〜図６で説明したものと同一であるため繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
なお矩形窓の対角線を延長した方向から支持フレームの段差部に荷重を与えることが本質であるため、さらに別の変形例として、支持フレームは少なくとも該矩形窓の対角線を延長した方向のフレーム周辺に肉薄部が設けられていれば、段差部に荷重を与えることができる。よって先の図１のように支持フレーム周辺部全てに肉薄部を設ける代わりに、フレームの２つの対角線を延長した４方向の周辺部のみを肉薄部としても良い。
【００３５】
＜露光装置＞
図１３は上記マスク保持機構を備えた半導体デバイス製造用の露光装置の全体構成図である。ここでは光源としてシンクロトロンを使用した露光装置の例を示すが、光源を電子線放射源としてもよい。
【００３６】
シンクロトロンリング５０から発せられた高輝度のＸ線又は真空紫外線の放射ビームは、全反射ミラー５１によって露光装置に拡大指向される。露光量制御はシャッタ５２によって行う。シャッタ５２を通過した放射ビームは、マスク構造体５３に照射され、マスクパターンがウエハ５４に露光転写される。このマスク構造体５３の構造や保持補正方法は上記実施例で説明したとおりである。
【００３７】
＜デバイス製造方法＞
図１４は上記露光装置を使用した半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の生産フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３８】
図１５は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハに電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な手法でありながら、高精度にマスクパターンの転写倍率等を補正することができる装置や方法、マスク構造体などを提供することができる。また、これを利用すれば従来以上に高精度なデバイス製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のマスク構造体を示す分解図である。
【図２】図１のマスク構造体の完成図である。
【図３】マスク保持装置（非保持状態）を示す上面図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】マスク保持装置（保持状態）を示す上面図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】マスク構造体に与える荷重と矩形窓との関係を示す図である。
【図８】荷重を与えた際のマスクパターンの倍率変化をベクトルで示した図である。
【図９】比較例を示す図である。
【図１０】図８の比較例を示す図である。
【図１１】別の実施形態のマスク構造体を示す図である。
【図１２】図１１のマスク構造体に与える荷重と矩形窓との関係を示す図である。
【図１３】露光装置の全体概略図である。
【図１４】デバイス製造プロセスのフローを示す図である。
【図１５】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
１１  マスク基板
１２  矩形窓
１３  支持フレーム
１４  接合部
１５  貫通孔
１６  段差部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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