(57)【要約】【課題】  マスクひずみを低減させ、マスク基板ハンドリング時の破損を防止し、さらに、アライメントに要する時間を短縮するのに効果的なマスク基板および補強用マスクフレームの構成を提案することにある。【解決手段】  マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームとが厚み：０．５〜１０μmの薄膜接合層により接着されているマスク構造体。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームとが厚み：０．５〜１０μmの薄膜接合層により接着されていることを特徴とするマスク構造体。
【請求項２】
前記マスク基板と前記マスクフレームとの厚み比を０．２以下としたことを特徴とする請求項１に記載のマスク構造体。
【請求項３】
前記マスクフレームは、外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク構造体。
【請求項４】
マスク基板とマスクフレームとを直接接合してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームとの厚み比を０．２以下としたことを特徴とするマスク構造体。
【請求項５】
前記マスクフレームは、外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することを特徴とする請求項４に記載のマスク構造体。
【請求項６】
マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して接合してなるマスク構造体において、前記マスクフレームは、外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することを特徴とするマスク構造体。
【請求項７】
前記マスク基板およびマスクフレームは、シリコン、炭素、酸化物セラミック、炭化物セラミックもしくは窒化物セラミックのいずれかを素材としたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマスク構造体。
【請求項８】
前記接合層が、Ａｕろう材からなることを特徴とする請求項１または６に記載のマスク構造体。
【請求項９】
前記接合層が、活性金属層、被覆層およびろう材層からなる薄膜接合層であることを特徴とする請求項1または６に記載のマスク構造体。
【請求項１０】
マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームがともにシリコンからなると共に、前記接合層が金およびシリコンの合金にて構成され、前記マスク基板とマスクフレームとが厚み０．５〜１０μmの薄膜接合層により接着されてなることを特徴とするマスク構造体。
【請求項１１】
マスク基板とマスクフレームとを、陽極接合法により直接、もしくは、それらの間に金およびシリコンからなると共にその金の相対含有量（重量比）が多いろう材からなる接合層を介在させ、酸素濃度５００ｐｐｍ以下の雰囲気中で４ＭＰａ以上の荷重をかけ、共晶温度（３６５℃）以上〜５００℃以下の温度に加熱して接合することを特徴とするマスク構造体の製造方法。
【請求項１２】
マスク基板およびマスクフレームをいずれもシリコンにて形成し、接合層としてシリコンと金の共晶合金を用いることを特徴とする請求項１１に記載のマスク構造体の製造方法。
【請求項１３】
外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することを特徴とする補強用マスクフレーム。
【請求項１４】
シリコン、炭素、酸化物セラミック、炭化物セラミックもしくは窒化物セラミックからなることを特徴とする請求項１３に記載の補強用マスクフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造時に用いられるＸ線や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およびその製造方法、ならびに補強用マスクフレームに関し、特に、電子リソグラフィー加工法で使用するマスク構造体とそれに一体接合する補強用マスクフレームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線、電子線、ＵＶ等の放射ビームを利用したリソグラフィー加工に用いるマスク基板やその補強用マスクフレームは、その素材としては、特許文献１に記載されているように、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮなどが使用されている。また、その形状は外形が多角形で、中央部に設けられた開口部分が四角形状のものが多く、マスクフレームとマスク基板との接着は、陽極接合を採用するものが普通である。その陽極接合とは、被接合物どうしを重ね合わせて昇温する同時に電圧を印加することにより、原子を拡散させて接合する技術であり、接着層を介在させない接合方式である。
その他の接合方法としては、特許文献２および特許文献３に開示されているようなマスク基板とマスクフレームとの接合を共晶合金層により実現する方法がある。
【０００３】
こうしたマスク構造は、一般に、特許文献４に記載されているように、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、周辺に段差を持った肉薄部が形成された外形が円形のマスクフレームをもった構成のものが最も一般的である。
【０００４】
【特許文献１】：特開平７−３０７２８５号公報
【特許文献２】：特開平５−２８３３２３号公報
【特許文献３】：特開２０００−１５０３３７号公報
【特許文献４】：特開平１０−２４２０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１〜４に示されているマスク構造体は、陽極接合や共晶接合の処理を行う時に、マスクにひずみが発生し、リソグラフィー精度が低下するという問題があった。また、マスク構造体は露光時にウエハに接近させ、露光終了後は再びウエハから離脱させるが、このとき上下運動を繰り返すこと（ハンドリング）になるため、マスクに亀裂が発生しやすいという問題があった。さらには、これらの問題点に加えて、従来のマスクフレーム１というのは、図１０にも示すように、外形が円形であるため位置合わせの精度が悪く、その中央部には矩形の開口５が形成されているが、矩形であることに起因してその角部に応力の集中（マスクひずみ）が起りやすく、マスク基板３が損傷しやすいという問題も見られた。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の上述した問題を解決すること、とくに、マスクひずみを低減させ、マスク基板ハンドリング時の破損を防止し、さらに、アライメントに要する時間の短縮を図るのに有効なマスク基板およびマスクフレームの構成を提案することにある。即ち、本発明では、アライメント精度を上げると同時にマスク基板の損傷を防止するという２つの作用効果を互いに他を犠牲にすることなく実現するところに特徴がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を実現するものとして、本発明は、下記要旨構成に係るマスク構造体を提案する。即ち、本発明は、
(1)マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームとが厚み：０．５〜１０μmの薄膜接合層により接着されてなることを特徴とするマスク構造体、
(2)マスク基板とマスクフレームとを陽極接合法などにより直接接合してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームとの厚み比を０．２以下としたことを特徴とするマスク構造体、
(3)マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体に接合してなるマスク構造体において、前記マスクフレームは、外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することを特徴とするマスク構造体、
(4)マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームがともにシリコンからなると共に、前記接合層が金およびシリコンの合金にて構成され、前記マスク基板とマスクフレームとが厚み０．５〜１０μmの薄膜接合層により接着されてなることを特徴とするマスク構造体、
を提案する。
【０００８】
上記要旨構成に係る本発明では、前記マスク基板と前記マスクフレームとの厚み比（マスク基板の最大厚み／マスクフレーム）を０．２以下とすることが好ましく、前記マスクフレームは、外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することが好ましく、前記マスク基板およびマスクフレームは、シリコン、炭素、酸化物セラミック、炭化物セラミックもしくは窒化物セラミックのいずれかを素材とするものが好ましく、前記接合層は、Ａｕろう材からなり、活性金属層、被覆層およびろう材層からなる薄膜接合層であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、マスク基板とマスクフレームとを、陽極接合法により直接、もしくはそれらの間に金およびシリコンからなると同時にその金の相対含有量（重量比）が多いろう材からなる接合層を介在させ、酸素濃度５００ｐｐｍ以下の雰囲気中で４ＭＰａ以上の荷重をかけ、共晶温度（３６５℃）以上〜５００℃以下の温度に加熱して接合することを特徴とするマスク構造体の製造方法を提案する。
なお、かかる製造方法においては、マスク基板およびマスクフレームをともにシリコンにて構成し、そして、接合層としてシリコンと金の共晶合金を用いることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、外形が多角形で、中央部には円形の開口を有することを特徴とする補強用マスクフレームを提案する。このマスクフレームは、シリコン、炭素、酸化物セラミック、炭化物セラミックもしくは窒化物セラミックのいずれか１種を素材として製作したものが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の電子線リソグラフイー用のマスクフレーム及びマスク構造体によれば、マスクの歪を低減でき、また、アライメントの時間の短縮およびマスク基板の長寿命化を実現できる。さらに、アライメントの精度およびマスク基板の損傷防止を同時に達成することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、マスク構造体とその製造方法およびマスク構造体を構成する補強用マスクフレームの新規な構成を提案する。まず、マスクフレームは、上述したように、外形が多角形状であり、その中央部には円形の開口を有し、マスク基板の一方の面に接合層を介して一体に接合され、電子線リソグラフイー加工用マスク構造体を形造るための構成部材として用いられるものである。以下、このマスクフレームの詳細構造について説明する。
【００１３】
本発明に係る補強用マスクフレームは、外形（外周部の形状）を多角形にしたが、これは多角形を構成する各辺が直線になることから、その各辺を構成する直線部分を利用すれば、治具やレールに対する位置合わせ作業が簡単になり、ひいては位置合わせの精度が向上するからである。
【００１４】
上記の位置合わせに当たり、治具やレールに該マスクフレームの各辺を押し付けるとき、もし前記開口５が矩形だと、この開口５の角部に応力が集中して発生し、マスクを損傷することがある。そこで、本発明では、そうした問題を克服するために、この開口部５を円形にすることとした。円形にすることで、上述した応力の集中を避けることができ、マスクの損傷が大幅に減少する。
【００１５】
上述したように、本発明に係るマスクフレームは、直接的に、もしくは接合層を介してマスク基板と一体に接合される。直接的に接合する場合は、電気炉中において直流電圧を印加しながら接合する陽極接合法により接合する。また、接合層を介在させる場合、この接合層２の厚みは、０．５〜１０μm程度とすることが効果的で、このような厚みの接合層を介在させることによって、マスクフレームによってマスクのゆがみを確実に修正でき、しかもマスク基板とマスクフレームとの接合が強固になり、マスク構造体としての耐久性が向上する。
【００１６】
前記接合層の厚みを０．５〜１０μmとした場合に、マスク基板３００のゆがみの発生が低減できる理由は定かではないが、厚みがあまりに薄い（０．５μｍ未満）とフレームの凹凸を反映するためと考えられる。一方、１０μｍを超えると、接合層自体の厚さのばらつきにより、マスク基板３００にゆがみが生じるからと推定される。
【００１７】
図６は、接合層の厚みと平面度（ゆがみの程度を表す指標。数値が大きいほどゆがみ量が大きい）との関係を示す。接合層は０．５〜１０μｍの厚みだと平面度（ゆがみ）が小さく、好ましくは１〜５μｍ、より好ましくは２〜４μｍ、とくに３〜４μｍの厚みにすると、ゆがみ量は極小になることがわかる。
【００１８】
また、本発明にかかるマスクフレーム１は、マスク基板３００との厚み比（マスク基板の最大厚み／マスクフレーム厚み）が０．２以下であることが好ましい。この理由は、マスク基板の最大厚み／マスクフレーム＞０．２では、マスク基板３００自体にゆがみが発生しやすくなること、およびマスク基板３００のそのゆがみを該マスクフレーム１では是正できなくなるからである。
なお、マスク基板の最大厚みとは、マスク３とメンブレン４とからなる構成において最大時の厚みのことである。
【００１９】
次に、本発明に係るマスク構造体の構成ついて図面に基づいて詳しく説明する。なお、本発明は、以下に例示する実施形態のみに限定して解釈されるものではない。
図１は、本発明のマスク構造体１００の全体を示す。このマスク構造体１００は、マスク３とメンブレン４とからなるマスク基板３００と、補強用のマスクフレーム１とを直接もしくは薄膜接合層を介して接合してなるものである。
【００２０】
本発明で用いる前記マスクフレーム１は、図２に示すように、外形が四角形のような多角形で、中央部に円形の開口５を形成したものがよい。また、このマスクフレーム１は、その厚さを、３．０〜１０．０ｍｍ程度、好ましくは３〜７ｍｍ程度のものとすることが望ましい。その理由は、３，０ｍｍ未満では薄すぎて補強の効果が小さく、一方、１０．０ｍｍを超えて厚すぎると、マスクフレームの自重によりマスク基板３００が変形するからである。
【００２１】
前記マスクフレーム１は、その全体を円形にすることも可能であるが、本発明では、外周側面に直線部分を設け、その直線部分の存在により位置合わせを容易にするために、多角形とすることが望ましい。例えば、図３に示すように、五角形、六角形、八角形などがよい。一方、その中央部に設けられる開口５は、応力の集中を抑制してマスク基板の損傷を効果的に防止するために、真円だけでなく楕円としてもよい。
【００２２】
また、このマスクフレーム１は、図３（ｂ）に示すように、厚さが全体に均一なものである他、同図（ａ）に示すように、外周部側の厚さを薄くしたもの、言い換えれば、外周部に段差や突起を設けたようなものであってもよい。本発明では、マスクフレームにこのような突起や段差を設けること、つまり、突起、段差に搬送機のチャックホックをかけることで、マスク構造体の搬送を容易にすることができるようになる。
【００２３】
また、このマスクフレーム１の最長対角線は、１５０ｍｍ〜３５０ｍｍ程度とすることが望ましい。小さすぎる（＜１５０ｍｍ）と、開口部の大きさが相対的に大きくなりすぎて、マスクフレーム１としての本来的機能が低下し、逆に大きすぎる（＞３５０ｍｍ）と、撓みが生じてやはり補強用マスクフレームとしての効果が滅殺される。
【００２４】
前記マスクフレーム１に用いる材料は、熱膨張係数がシリコンに近い値をもつセラミックを使用することができる。例えば、シリコン、炭素、ガラスなどの低熱膨張性のセラミック、炭化珪素、炭化タングステン、炭化モリブデンなどの炭化物セラミック、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの窒化物セラミック、アルミナなどの酸化物セラミックを挙げることができる。中でも、シリコンや炭化珪素が好ましい。それは熱膨張係数がシリコンにわりと近いからである。
【００２５】
次に、前記マスク３は、その厚さが０．６〜０．８ｍｍ程度となるようにすることが望ましい。マスク３の厚みが薄すぎる（＜０．６ｍｍ）と変形しやすくパターンにゆがみが発生し、一方、厚すぎる（＞０．８ｍｍ）と自重で撓んでしまい、やはりパターンにゆがみが発生する。
【００２６】
前記マスク３の表面（マスクフレーム側とは反対側の）には、メンブレン４が形成されており、このメンブレン４には、シリコンウエハにフォトリソグラフィーで転写すべきパターンが設けられている。
【００２７】
マスク３とメンブレン４とからなる前記マスク基板３００の一実施形態では、これらの全体が基本的にシリコンで構成されることが好ましい。それはシリコンウエハとの熱膨張係数を一致させるために有効だからである。このマスク基板３００はマスクフレーム１との接合前において、メンブレンにステンシル（穴あき）パターンが形成されていても、ブランク状態のどちらであってもよい。
【００２８】
前記メンブレン４は、シリコン、窒化珪素、炭化珪素膜などから構成され、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術により形成する。なお、このメンブレン４の厚さは、0.2〜４μm程度、開口直径(楕円の場合は長径)は、７０〜１２０ｍｍ程度であることが望ましい。その理由は、開口直径が大きくなりすぎると、たわみやすくなり、形成されたパターン寸法精度が低下し、開口直径が小さくなりすぎても補強フレームのそり、たわみの影響を受けて、やはり形成されたパターン寸法精度が低下する。
【００２９】
本発明において、マスク基板３００、とくにマスク３とマスクフレーム１との間を繋ぐために用いられる薄膜接合層２としては、ろう材を用いることが望ましく、特にＡｕろうが好ましい。それはシリコン（Ｓｉ）と共晶合金を形成しやすく、接着力に優れるからである。しかも、Ａｕろうは、耐食性を有するためマスク構造体の洗浄工程において洗浄液の汚染を防止するのにも有利である。Ａｕろうとしては、例えば、Ａｕ：８０ｗｔ％−Ｓｎ：２０ｗｔ％、Ａｕ：８８ｗｔ％−Ｇｅ：１２ｗt％、Ａｕ：９６．８５wt％−Ｓｉ：３．１５ｗｔ％から選ばれる成分組成の合金などをもちいることが望ましい。それは、これらの合金の場合、低温度で溶融しマスク基板のひずみを誘発しないからである。
【００３０】
前記薄膜接合層（ろう材）２と接する側のマスク３表面には、好ましくは、密着下地層となる活性金属層（Ｔｉおよび／またはＣｒ）、および／またはＰｔの被覆層を形成することが好ましい。それは、前記ろう材（Ａｕの共晶金属接合材）の接合特性をより一層向上させるのに有効だからである。
【００３１】
また、本発明のより好ましい実施形態の１つとしては、マスク基板３００とマスクフレーム１とを前記薄膜接合層２を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板３００およびマスクフレーム１をともにシリコンにて構成するとともに、前記薄膜接合層２もまた金とシリコンとの合金にて構成したものとする。この場合でも、マスク基板とマスクフレームとは厚みが０．５〜１０μｍの薄膜接合層２により接着する。
【００３２】
一般に、マスク基板３００とマスクフレーム１との剥離現象は、マスク基板とマスクフレームの界面剥離もしくは薄膜接合層（ろう材）自体の破壊により発生するものである。
本発明では、マスク基板およびマスクフレーム双方とも、シリコンを素材として採用し、さらに接合層として金−シリコン合金をろう材として採用すると、基材やフレームのシリコン中にろう材中の金が拡散してそこで共晶合金を形成し強固な接合層を形造って界面剥離を防止し、しかも金がシリコン基材の方に拡散することで接合層（ろう材）中のシリコンの相対濃度が上昇することで、該接合層の強度が高くなり、接合層自身の破壊が防止でき、結果的にマスク基板とマスクフレームの界面剥離および薄膜接合層（ろう材、合金）の破壊を同時に防止できるのである。
【００３３】
前記薄膜接合層は、０．５μｍ〜１０μｍ程度の厚さにするが、その理由は、その厚さが０．５μｍ未満では、所望の接合強度を確保できず、一方、１０μｍを越えると接合層に応力がかかりやすく、接合層自体が破壊されやすくなるためである。また、この範囲内の厚さにするとマスク３のゆがみをマスクフレームによって修正するのに有効に作用する。
【００３４】
次に、本発明に係るマスク構造体を製造するに当たって、例えば、シリコンからなるマスク基板とシリコンからなるマスクフレームとの間に、例えば、金の相対含有量（重量比≧９６wt％程度）が多い金−シリコン合金からなるろう材を薄膜接合層として介在させ、酸素濃度５００ｐｐｍ以下の雰囲気下で４ＭＰａ以上の荷重をかけ、共晶温度（３６５℃）以上〜５００℃以下の温度にて加熱して接合させることが好ましい。
なお、金の含有量が相対的に多い金およびシリコンの共晶合金からなるろう材としては、例えば、５０ｗｔ％超〜９３ｗｔ％の金を含むものがよく、とくに９０ｗｔ％Ａｕ−１０ｗｔ％Ｓｉ〜９８ｗｔ％Ａｕ―２ｗｔ％Ｓｉの組成を有するものは、合金の液相温度が低く、金が基材やマスクフレーム中に拡散しやすく好適に用いられる。
【００３５】
接合時の加熱処理雰囲気中における酸素濃度を５００ｐｐｍ以下とする理由は、シリコン基材やシリコンマスクフレームの表面が酸化して拡散を阻害するのを防止するためである。また、この処理時に、４ＭＰａ以上の荷重を加える理由は、前記Ａｕの拡散を助勢することができるからである。即ち、共晶温度（６ｗｔ％Ｓｉ−Ａｕ：３６５℃）以上の温度で前記のように加圧加熱処理することで、合金の液相をつくりやすくする一方、温度を５００℃以下に制限することで、気相中に金やシリコンの元素が飛散しないようにする。
なお、本発明では、ろう材中に金およびシリコン以外の元素は、不可避的不純物を除いて含有していないことを原則とするが、これは接合層自体の強度が低下しやすくなるからである。
【００３６】
本発明では、マスク基板とマスクフレームとを接合層を介して一体化してなるマスク構造体において、該マスク基板とマスクフレームとを、ともにシリコンにて構成するとともに、前記薄膜接合層２もまた金およびシリコンの共晶合金にて構成し、前記マスク基板とマスクフレームとが厚み０．５〜１０μｍの薄膜接合層により接着されてなる形態のものが最適である。この理由は、次のように説明される。
マスク基板とマスクフレームの剥離破壊は、マスク基板とマスクフレームの界面剥離もしくは薄膜接合層（ろう材、合金）自体の破壊により発生する。本発明では、マスク基板およびマスクフレーム双方とも、シリコンを用い、さらに接合層として金とシリコンの合金を採用することにしたため、金が基板およびマスクフレームそれぞれのシリコン中に拡散して、その境界において共晶合金を形成するために、基板とフレームとの界面剥離を制御することができると同時に、ろう材（薄膜接合層）から金がシリコン中に拡散することで該薄膜接合層中のシリコン相対濃度が上昇するため、該薄膜接合層自体の強度が著しく改善されて高くなり、その結果、基板とフレームとの境界のみならず、薄膜接合層の部分の両方の破壊を防止でき、マスク基板とマスクフレーム全体としての接合強度が向上する。
【００３７】
次に、上記マスク構造体１００を製造する方法について図４を用いて説明する。
（１）まず、マスクフレーム１を用意する。このマスクフレーム１は、炭化物セラミック、窒化物セラミック、酸化物セラミックの場合、これらのセラミック粉末を焼成して開口部とともに製造する。一方、マスクフレームとして、シリコンを使用する場合は、前記開口部は、アルカリ水溶液でエッチングするか、イオンビームエッチングなどのドライエッチング法により形成する。
【００３８】
（２）上記のようにして製造されたマスクフレーム１は、マスク３との接合面を研磨し、ポリシングにより平面度２μｍ以下、好ましくは１μｍ程度に調整する。ついで、マスク３接合面側に、活性金属としてＴｉ、Ｃｒ、ＰｔおよびＮｉから選ばれるいずれか1種以上の金属を、スパッタリング法により被成する。これらの金属のうち、ＴｉやＣｒは、マスク３とＡｕろう材２との接合性を改善する作用があり、一方、ＰｔやＮｉはろう材が活性金属層に拡散することを防止する作用を有する。望ましくは、これら活性金属層の上に、さらにＡｕろう材をスパッタリングなどのＰＶＤ法によって被成する。こうしたＰＶＤ法に使用される薄膜形成装置としては、ＤＣおよびＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用いることができる。
【００３９】
（３）一方、マスク３については、その表面に、図４（a）に示すように、ＣＶＤ法によって窒化珪素、炭化珪素、カーボン、酸化珪素などからなるメンブレン用薄膜を形成する。
【００４０】
（４）前記マスク３には、アルカリ性水溶液によるウエットエッチングなどでの処理によって、その中央部に、開口５を形成する（図４（ｂ））。
【００４１】
（５）そして、メンブレン用薄膜４を一方の面に形成した前記マスク３の他方の面、即ちマスクフレーム１を接合する側の面に金−シリコンろう材からなる接合層２を形成する（図４（ｃ））。
【００４２】
（６）次に、金−シリコンからなるろう材によって構成される薄膜接合層２を有するマスク基板３００および前記マスクフレーム１を互いに重ね合わせ、酸素濃度を５００ｐｐｍ以下に調整した窒素の加圧雰囲気下で加熱し、前記Ａｕ−Ｓｉ系ろう材を少なくとも一部を溶融させることで接合する（図４（ｄ））。その加熱の温度は、Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎの場合２８０℃以上（共晶温度）、Ａｕ−６ｗｔ％Ｓｉの場合３７０℃以上の温度にすることが望ましい。この温度での処理により、前記ろう材は、シリコン製マスクと共晶合金とを形成するため、マスクフレーム１とマスク３とが強固に接着する。なお、接合のための加熱時には、加圧するが、それは密着性を向上させることができるからである。
【００４３】
（７）その後、前記マスク３上にレジストＲを塗布し、イオンビームエッチング等のドライエッチングにより、Ｘ線、電子線透過部分を除去し（図４（e））、マスクパターンに相当する部分を形成し、マスク構造体１００とする（図４（ｆ））。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
（１）マスク３は、８インチのシリコンウエハ（厚さ＝０．７２５ｍｍ）から、１５２ｍｍ□(1辺が１５２ｍｍの方形)の矩形状（外形）の大きさにダイシングして製作した。そのマスク３上に、ＣＶＤ法（ＳＡＭＣＯ製商品ＰＤ−２２０）により、０．３〜０．５μｍ程度のＳｉＣ薄膜４を成膜した。その薄膜はＳｉ膜でもよい。ただし、この場合は、成膜する前にエッチングストッパー層として、前記シリコンウエハ上に熱酸化膜１μｍを形成するとよい。
（２）次に、前記マスク３の裏面全体にメンブレンを形成するためにポジ型レジストを塗布し、マスクパターンを形成する中央部分（５０ｍｍ正方形形状又は８０ｍｍφ丸型形状）のみを露光し、現像液で除去した。即ち、マスク３裏面の前記レジストをマスクとして３０％ＫＯＨ水溶液（液温１００℃）で７時間ウエットエッチングすると、シリコンウエハはバックエッチングされエッチングストッパー層としてＳｉＣ薄膜が残り、開口５が形成される。次に、裏面のレジストをアセトンで完全に除去した。
（３）次に、マスクフレーム１を準備すべく、炭化珪素１００重量部とＢ４Ｃ５重量部とを混合し、２００ｋｇ／ｍ２の圧力に加圧して焼結させ、次いで、外形を加工して１５２ｍｍ□の方形とし、厚さ０．８〜７．２５ｍｍの炭化珪素板を得た。前記マスク３とマスクフレーム１との厚み比は図５に示すとおり、０．１〜０．９である。
（４）次に、このマスクフレーム用炭化珪素板の中央をドリルで加工して、直径５０ｍｍの開口５を設けてマスクフレーム１とした。
（５）次に、マスク基板３００の薄膜（メンブレン）４部分やマスクフレーム１の接着面以外の部分を、メタルマスクにより保護した。図４に示すように、マスク３およびマスクフレーム１の接着面に薄膜接合層との密着性をよくするために、マスク３面にＴｉおよび／またはＣｒからなる活性金属層を０．０６μｍ、さらにその上にＰｔからなる被覆層を０．２μｍ以上、スパッタリング装置（芝浦製作所製商品名ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）により形成した。この処理は、ろう材の活性金属への拡散を防止し、熱膨張差等の応力による剥れを軽減するのに有効である。
（６）次に、マスク３の一面に前記ろう材を、スパッタリングにより、膜厚２μｍ以上の薄膜接合層を形成した。このようにして得られた薄膜接合層２は、密着下地層となる活性金属層（Ｔｉ、Ｃｒ）と、被覆層となるＰｔと溶融後に共晶合金接合材層となる金属物質Ａｕ−Ｓｎ８０wt%のろう材で構成されている。薄膜形成装置としては、膜の偏析が蒸着より少なく密着強度が得られるスパッタリング装置（芝浦製作所製  商品名ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）を用いた。薄膜形成条件として１０5Ｐａ台以下の真空度を確認した後、高純度Ａｒガスを８０ｃｃ／ｍｉｎを流した状態で出力を制御しながら平面度２μｍ以下、膜厚０．１〜３０μｍのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｓｎ薄膜接合層を形成した。この場合において、Ａｕ系のろう材は、とくにＡｕリッチ組成のろう材を選択した。それは、接合後のＳｉマスク洗浄時において耐薬品性（アルカリ・酸等の洗浄剤による溶出）が他のろう材よりも優れているからである。
（７）次に、前記薄膜接合層２を有するマスク３及びマスクフレーム１を密着固定して一体化した状態で、酸素濃度５００ｐｐｍ以下のＮ2雰囲気内で加熱して溶融接合させた。このときの温度は、３００℃の温度（共晶点以上）に管理し、接合面のみに８．８ＭＰａの荷重がかかるように、５分以上保持した後、室温まで徐冷した。薄膜接合層の厚みは、図６に示すように、０．１〜３０μｍの範囲に制御し、また、共晶合金の材質は、露光ベーキング等の工程内環境温度で安定かつマスクダメージを与えない低温域で接合できる材料を選択した。従って、共晶合金等で形成した薄膜接着層により低温度でマスク基板とマスクフレームとを一体に密着接合したために、機械接合に比べ、応力集中もなく、しかもマスク基板の反りや薄膜への応力の影響を小さくすることができた。
（８）次に、接合体（マスク構造体）のＳｉマスク３上にＳｉＣ薄膜（メンブレン）の矩形形状のステンシルパターンを形成した。即ち、接合体をフッ酸で洗浄し、レジストを塗布し、露光・現像してレジストで矩形パターンを形成し、ドライエッチングでＳｉＣをエッチングして穴あきのステンシル薄膜を形成した。そして、接合体を塩酸・過酸化水素水溶液、アンモニア・過酸化水素水溶液、ＩＰＡを用いて洗浄し、マスク構造体とした。
【００４５】
(実施例２)
基本的に実施例１と同じ構成とし、マスクフレーム１として炭化珪素の代わりに、シリコンを用いた。マスクフレーム１の加工方法は、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンのインゴットから、スライシング及びダイシングし、実施例１の寸法形状の矩形板を作成した。
【００４６】
そして、実施例１ではマスクフレーム１及びマスク３上にＴｉ等の密着下地層を、スパッタリング装置（芝浦製作所製商品名ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）で成膜したが、ここではマスクフレーム１とマスク３を、いずれもＳｉどうしの接合とし、マスクフレーム側のみに接合層としてＡｕ９６．８５wt％−Ｓｉ３．１５wt％の薄膜を形成した。この薄膜の形成条件は、雰囲気内が１０5Ｐａ程度以下の真空度であることを確認した後、高純度Ａｒガスを３０ｃｃ／ｍｉｎを流した状態に制御しながら平面度１μｍ以下、膜厚０．１〜３０μｍのＡｕ−Ｓｉ合金の薄膜接合層となるようにした（但し、３０μｍ厚の場合のみ、Ａｕ９６．８５wt％−Ｓｉ３．１５wt％箔を用いた）。こうして、実施例１と同様の条件でＡｕ−Ｓｉの共晶接合を行い、補強用マスクフレーム１とマスク３との接合を行った。
【００４７】
（実施例３）
マスクフレーム１としては、８インチのシリコンウエハ（厚さｔ＝０．７２５ｍｍ）から、マスク基板との接合部分に設けられる開口（２０ｍｍ□）をダイサーにより切り出して作成した。次に、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンのインゴットからスライジング゛及びダイシングすることにより、外形加工して１５２ｍｍ□、厚み０．８〜７．２５ｍｍのシリコンウエハ（マスク基板）を得、前記マスクフレーム１と同様に接合部分に２０ｍｍ□の開口をダイサーにより切出して、マスク基板３００とした。前記マスクフレーム１とマスク基板３００の間に挟む９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％Ｓｉのろう材からなる薄膜接合層を介在させた。即ち、この薄膜接合層は、０．１〜３０μｍ厚みとした。即ち、マスクフレーム１側にスパッタリング装置（芝浦製作所製商品名  ＣＦＳ−４ＥＳ−２３１）で９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％Ｓｉの薄膜を、真空度１０５Ｐａ以下、高純度Ａｒガスを３０ｓｃｏｍ流した状態で、出力を制御しながら形成した。
【００４８】
ただし、３０μｍ厚の場合のみ、９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％Ｓｉのプリフォーム箔を用いた。この実施例において、薄膜接合層として９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％ＳｉのＡｕ合金を使用したのは、この合金がＡｕリッチなろう材であるため洗浄時の耐薬品性（アルカリ・酸などの洗浄剤による溶出）を有し、かつ被接合体と同じ材料（Ｓｉ）しか含まないため、不純物を考慮しなくてよいからである。
【００４９】
次に、前記マスクフレーム１とマスク基板（シリコンウエハ）３００とを、前記薄膜接合材を介在させて、密着固定した状態で、酸素濃度１００ｐｐｍのＮ2雰囲気内で加熱して溶融接合させた。このときの温度は、加熱温度４００℃に管理し、６ＭＰａの荷重をかかるようにして１０分保持した後、室温まで冷却することによって行った。
【００５０】
（実施例４）
この例は、接合層として、実施例１におけるＴｉやＰｔによる密着下地層を設けずに、Ａｕ−Ｓｎからなる薄膜接合層のみを用い、接合層の厚さを５μｍとしたものである。
【００５１】
（実施例５）
この例は、実施例１における接合層として、Ａｌろう材（合金名  ３００３）を使用し、接合層厚さを５μｍとしたものである。
【００５２】
（実施例６）
この例は、実施例１において、マスク３へのろう材の形成をスパッタリングではなく、真空蒸着法により形成した例である。この蒸着処理に使用した装置は、真空蒸着装置（日本電子製  商品名ＦＥＥ−４２０）であり、その使用条件は、真空度３．０×１０−3  Ｐa、成膜速度３．８Å/ｓｅｃである。また、この例において、接合層の厚さを５μｍとした。
【００５３】
（実施例７）
この例は、基本的に実施例１と同様であるが、陽極接合によりマスク基板と補強フレームとを直接接合させたものである。その接合条件は、電気炉中に、マスク基板と補強フレームを接合させて格納し、それぞれを＋、−極として１０００Ｖ直流電圧を印加しながら電気炉を３００℃まで昇温させ、１０分放置した。
【００５４】
（実施例８）
この例は、基本的に実施例１と同様であるが、マスクフレームとして厚さ０．７２５ｍｍで直径１５０ｍｍの円板状（外形）の炭化珪素基板を用いた。また、開口部は２０ｍｍ□の矩形開口とし、接合層の厚さは５μｍとした。
【００５５】
（実施例９）
実施例１と同様に、シリコン製マスクフレーム１に、厚さ０．１μｍのＴｉ、Ｃｒ等の活性金属密着層を実施例１と同様の条件下で成膜し、その上に、厚さ１．０μｍの９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％Ｓｉを成膜した。マスクフレーム１とマスク３とを、密着固定して一体化した状態で、酸素濃度１００ｐｐｍのＮ2雰囲気内で加熱溶融接合させた。Ａｕ−Ｓｉ合金の薄膜形成条件及び厚み条件、接合条件は実施例３と同じとした。
【００５６】
（実施例１０）
炭化珪素１００重量部とＢ4Ｃ５重量部を混合し、２００ｋｇ／ｍ2で加圧して燒結させ、外形加工して□２０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの炭化珪素セラミックス３を得た。前記炭化珪素セラミックス３の接合面に９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％Ｓｉのみを成膜し、実施例３と同様に得られたメンブレン４を実施例１と同様に接合した。但し、厚み３０μｍのものについてはＡｕ−Ｓｉ合金のプリフォーム箔を挟んで接合した。Ａｕ−Ｓｉ合金の薄膜形成条件及び厚み条件、接合条件は実施例３と同様とした。
【００５７】
（実施例１１）
実施例４と同様にして得られた炭化珪素セラミックス３に厚さ０．１μｍのＴｉ、Ｃｒ等の活性金属密着下地層を実施例１と同様の条件で成膜後、その上にさらに厚さ１．０μｍの９６．８５wt％Ａｕ−３．１５wt％Ｓｉを成膜させた。但し、厚み３０μｍのものについては、Ａｕ−Ｓｉ合金のプリフォーム箔を挟んで接合した。Ａｕ−Ｓｉ合金の薄膜形成条件及び厚み条件、接合条件は実施例３と同様とした。
【００５８】
（試験結果）
実施例１、２、８について、マスク構造体の搬送機を用いてＸ線露光テストを実施し、ウエハ上に本来形成されるべき位置からのパターンのずれ量を計測した。計測は電子顕微鏡によった。ずれ量は、実施例１、２では０．０１％程度であったが、実施例８では０．１％であった。また、搬送機による稼動試験を５０００回実施したところ、実施例１、２ではマスク基板に損傷は確認されなかったが、実施例８ではマスク基板に亀裂が発生していた。
【００５９】
実施例１、４、５、６について、マスク基板とマスクフレームとの密着強度の測定試験を実施した。試験条件は、島津製作所製オートグラフＡＧ−ＩＳを用い、ナットの部分をエポキシ系接着剤でマスク３に均等な位置に３点接着させ、硬化後にボルトを取りつけボルト部分を治具に挟み試験速度１ｍｍ/ｍｉｎで試験した。接合強度は引張り最大荷重を接合面積で除した値として求めた。その結果、実施例１は１２７ＭＰａ、実施例４は６５ＭＰａ、実施例５は８０ＭＰａ、実施例６は１０５ＭＰａとなり、実施例１が最も優れていた。
【００６０】
さらに、実施例１と実施例５のマスク構造体について、希フッ酸水溶液で洗浄した後、マスク基板とマスクフレームとの密着強度を測定する試験を実施した。試験条件は、島津製作所製オートグラフＡＧ−ＩＳを用い、ナットの部分をエポキシ系接着剤でマスク３に均等な位置に３点接着させ、硬化後にボルトを取りつけボルト部分を治具に挟み試験速度１ｍｍ／ｍｉｎで試験した。接合強度は引張り最大荷重を接合面積で除した値として求めた。その結果、実施例１は１２５ＭＰａ、実施例５は１５ＭＰａとなり、実施例１が密着強度が大きく、耐フッ酸性を有していることが確認できた。
【００６１】
さらに、実施例１、実施例４について、パターンひずみとマスク基板／マスクフレームの比との関係、および平面度と接合層の厚みとの関係を、それぞれ図５、図６に示した。
なお、平面度は、（ＫＵＲＯＤＡ製商品名ナノメトロ４００ＦＷ）を用いて測定した。また、その定義は、マスク構造体１００の矩形平面全体においてマスク３がマスクフレーム１に接着固定された状態である基準面からマスク表面までのＭｉｎ値とＭａｘ値の差と定義する。但し、基準面は、その差が最小になるように設定した。
パターンのひずみとは、Ｓｉウエーハにレジストが塗布された状態で等倍に近接露光したほぼ完全な矩形パターンが完成したとして、パターン内のある点（Ｘ０、Ｙ０）に対し、マスクがゆがみパターンに位置にズレが発生し、（Ｘ１、Ｙ１）に座標が移動した時の√(Ｘ１−Ｘ０) 2  +（Ｙ１−Ｙ０）2と定義される。
【００６２】
この試験は、島津製作所製オートグラフＡＧ−ＩＳを用い、ナットの部分をエポキシ系接着剤で接着させ硬化後にボルトを取付けボルト部分を治具に挟み試験速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件とした。接合強度は、引張最大荷重を接合面積で除した値として求めた。その結果は、１μｍにおいて実施例３は１６１ＭＰａ、実施例９は１４８ＭＰａ、実施例１０は１５ＭＰａ、実施例１１は１１５ＭＰａとなり、実施例３が密着強度が最も大きく、優れていることがわかった。
【００６３】
また、Ａｕ−Ｓｉ合金からなるろう材は、不純物が存在しないほうが接着強度が高いことがわかる。図８（ａ）は、実施例３で使用されたＡｕ−Ｓｉろう材のエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析の結果であるが、不純物は観察されなかった。一方、図８（ｂ）は実施例９、１１でのＡｕ−Ｓｉ−Ｔｉろう材のエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析の結果である。ＳｉＣとＳｉの接合の場合は、Ｔｉが存在したほうが接着強度が向上しており、不純物が存在しない場合は接着強度は低下する。
【００６４】
以上の結果をまとめると、以下のとおりである。
薄膜接合層の厚さは０．５〜１０μm程度、好ましくは１〜５μｍ、より好ましく２〜４μｍ程度とすることにより、平面度が高い、即ちマスクのゆがみ量を小さくすることができる（図６より）。
一方、実施例４〜１１に示すマスク構造体の場合は、好適例ではないため、マスクの平面度が、1４μｍと大きくなってしまうことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、電子線リソグラフィー加工用マスクフレームなどの半導体製造・検査装置の分野において使われるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のマスク構造体の断面図である。
【図２】マスクフレームの平面形状を示す模式図である。
【図３】本発明のマスク構造体の断面図である。
【図４】本発明のマスク構造体の製造工程を説明する模式図である。
【図５】マスクとマスクフレームとの厚み比とパターン歪との関係を示すグラフである。
【図６】接合層厚みと平面度との関係を示すグラフである。
【図７】従来のマスクフレームの形状を説明する模式図である。
【図８】金−シリコンろう材の分析チャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１  マスクフレーム
２  接合層
３  マスク
４  メンブレン
５  開口
３００  マスク基板
Ｓ  アライメントスコープ
Ｍ  アライメントマスク
【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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