(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数のアパーチャと、一方の表面上に各アパーチャ毎に設けられた一対の偏向電極を少なくとも有する透過マスク基板と、
前記透過マスク基板に設けられたアパーチャに対応する位置に形成されたアパーチャと、一方の面上に形成され前記透過マスク基板より荷電粒子ビームに対する反射率が大きい物質のビーム遮断層とを有するビーム遮断基板とを有し、
前記ビーム遮断基板の他方の面が前記透過マスク基板に張り付けられていることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置用の透過マスク。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置用の透過マスクにおいて、
前記ビーム遮断基板の他方の面が、前記透過マスク基板の他方の面に張り付けられていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム露光装置用の透過マスクにおいて、
前記ビーム遮断層が少なくとも金、タンタル、タングステンを含む重金属材料のうちの一つの材料を含む重金属であることを特徴とする。
【請求項４】
請求項３記載の荷電粒子ビーム露光装置用の透過マスクにおいて、
前記偏向電極が少なくとも金、タンタル、タングステンを含む重金属材料のうちの一つの材料を含む重金属であることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム露光装置用の透過マスクにおいて、
前記透過マスクに形成された一対の偏向電極の一方の電極が、接地電極であり、前記ビーム遮断層が、当該接地電極に電気的に接続されていることを特徴とする。
【請求項６】
所望の形状に成形された荷電粒子ビームを試料の所望の位置に照射して露光する荷電粒子ビーム露光装置において、
該荷電粒子ビームを発生するビーム発生手段と、
該荷電粒子ビームを偏向するビーム偏向手段と、
該ビーム偏向手段のビーム下流側に設けられ前記試料を搭載する試料ステージと、
前記ビーム発生手段とビーム偏向手段との間に装着される透過マスクとを有し
、
該透過マスクは、マトリクス状に配置された複数のアパーチャと、一方の表面上に各アパーチャ毎に設けられた一対の偏向電極を少なくとも有する透過マスク基板と、前記透過マスク基板に設けられたアパーチャに対応する位置に形成されたアパーチャと、一方の面上に形成され少なくとも金、タンタル、タングステンを含む重金属材料のうちの一つの材料を含む重金属層とを有するビーム遮断基板とを有し、前記ビーム遮断基板の他方の面が前記透過マスク基板に張り付けられていて、
当該透過マスクが該重金属層が形成された面を前記ビーム発生手段に向けられて装着されることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム露光装置に使用される透過マスクをビームエネルギに対する耐久性を向上させた構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビーム露光方法は、０．０５μｍ以下の微細加工を０．０２μｍ以下の位置合わせ精度で実現できることから、高集積度の半導体装置の製造等への適用が期待されている。しかしながら、微細パターンを高い集積度で形成するためには、それだけ膨大なパターンの数を露光する必要があり、荷電粒子ビーム露光方法はその露光のスループットを上げることが必要である。
【０００３】
そのスループット向上の一つの手段として、繰り返しパターンが比較的多く設けられるメモリデバイス等に対しては、繰り返しパターンの透過孔を複数個設けたブロックマスクを使用するブロック露光方法が提案されている。しかし、ロジック回路等ランダムなパターンが比較的多いデバイスについては、適用することが難しい。ランダムなパターンに対してのスループットを上げる方法として、複数本の荷電粒子ビームを同時に照射することができるブランキング・アパーチャー・アレイ（ＢＡＡ）方式の露光方法が提案されている。
【０００４】
このブランキング・アパーチャ・アレイ方式（以下ＢＡＡ方式と略称する。）では、透過マスクとして、画素（ピクセル）単位に透過孔とその透過孔近傍に設けた一対の偏向電極を設け、その画素をマトリクス状に配置したものが使用される。
【０００５】
図Ａは、そのＢＡＡ方式の透過マスクの概略的断面構造である。シリコン基板１０の表面にボロン不純物領域１１、シリコン酸化膜１２、配線及び電極１３、シリコン酸化膜１４，１５が設けられ、例えば３０μｍ程度の分厚いメッキ層からなる電極１６，１７，１８，１９が設けられている。そして、シリコン基板１０に設けたマトリクス状のアパーチャ２０の近傍にグランド電極１９と偏向電極１８が対向して設けられている。シリコン基板１０は、最終的にその中央部分がエッチングで除去され、周辺だけ残したメンブレン構造となっている。
【０００６】
グランド電極１９はボロン不純物領域１１及び配線１３を介してグランド電極パッド１６に接続され、基板と共に接地されている。また、偏向電極１８も配線１３を介してそれぞれの制御電圧が印加される電極パッド１７に接続される。
【０００７】
このようなＢＡＡ方式の透過マスクは、露光装置内に装着され、図Ａの上側から荷電粒子ビームが照射される。照射される荷電粒子ビームに対して、それぞれのアパーチャ２０の両側のグランド電極と偏向電極との間に偏向電圧Ｖ１，Ｖ２を印加し、例えば図Ａに示される通りそれぞれのアパーチャ２０を通過するビームの偏向方向を制御する。その結果、選択された画素に対応する複数のビームで形成されるパターンが試料表面に照射される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＢＡＡ方式の透過マスクは、例えば５１２個のアパーチャ２０がマトリクス状に設けられ、それぞれの偏向電極に偏向電圧を印加することで、任意のパターンを複数の画素ビームで形成することができる。従って、ランダムなパターンを含む場合であっても、露光工程のスループットを上げることができる。
【０００９】
しかしながら、このＢＡＡマスクは、１０〜２０μｍ程度の薄いシリコン基板であり耐久性に欠ける面がある。更に、露光パターンの解像度を上げる為には荷電粒子ビームの加速電圧を上げる必要がある。これは、露光されるレジスト層に対してより直線的にビームを照射することができレジストの断面形状が改善できるからである。しかし、荷電粒子ビームの加速電圧を上げるとシリコン基板に照射されるビームのエネルギーが高くなり、熱の発生によりシリコン基板が溶けてしまい実用レベルの耐久性が得られなくなる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、高速に加速された荷電粒子ビームを照射されても耐えることができる構造の透過マスクを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、高速に加速された荷電粒子ビームを使用しても、透過マスクが十分な耐久性を有する荷電粒子ビーム露光装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、マトリクス状に配置された複数のアパーチャと、一方の表面上に各アパーチャ毎に設けられた一対の偏向電極を少なくとも有する透過マスク基板と、
前記透過マスク基板に設けられたアパーチャに対応する位置に形成されたアパーチャと、一方の面上に形成され前記透過マスク基板より荷電粒子ビームに対する反射率が大きい物質のビーム遮断層とを有するビーム遮断基板とを有し、
前記ビーム遮断基板の他方の面が前記透過マスク基板に張り付けられていることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置用の透過マスクを提供することにより達成される。
【００１５】
このビーム遮断層は前述の通り、重金属層であることが望ましく、また何らかの手段で接地電極に接続されることが望ましい。
【００１６】
上記の目的は、更に本発明によれば、所望の形状に成形された荷電粒子ビームを試料の所望の位置に照射して露光する荷電粒子ビーム露光装置において、
該荷電粒子ビームを発生するビーム発生手段と、
該荷電粒子ビームを偏向するビーム偏向手段と、
該ビーム偏向手段のビーム下流側に設けられ前記試料を搭載する試料ステージと、
前記ビーム発生手段とビーム偏向手段との間に装着される透過マスクとを有し
、
該透過マスクは、マトリクス状に配置された複数のアパーチャと、一方の表面上に各アパーチャ毎に設けられた一対の偏向電極を少なくとも有する透過マスク基板と、前記透過マスク基板に設けられたアパーチャに対応する位置に形成されたアパーチャと、一方の面上に形成され少なくとも金、タンタル、タングステンを含む重金属材料のうちの一つの材料を含む重金属層とを有するビーム遮断基板とを有し、前記ビーム遮断基板の他方の面が前記透過マスク基板に張り付けられていて、
当該透過マスクが該重金属層が形成された面を前記ビーム発生手段に向けられて装着されることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置を提供することにより達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
本発明によれば、第一に、ＢＡＡ方式の透過マスクの一方の面には、グランド電極と偏向電極が密集して形成されるので、そのような電極を金、タングステン、タンタル等の重金属で形成し、荷電粒子ビームが照射される方向に電極が形成されている面を対向させることで、従来の如き高速ビームにより熱の問題を解決することができる。重金属の場合は、シリコン等に比較して荷電粒子ビームに対する反射率が高いので、ビームエネルギーの吸収による温度上昇を防止することができる。また、特に金は、シリコンに比べて熱伝導率も高いので、放熱効果が上がり温度上昇を防止することができる。
【００２０】
本発明の第二の考えは、電極が形成される面と反対側のシリコン基板の表面側に、重金属層を形成する構造である。そして、従来通り電極が形成された面をビームの下流側に向けて露光装置内に装着する。上記と同様に、重金属層がビームを反射し、且つ熱伝導率も高いので、温度上昇を防止することができる。但し、この場合は、ブランキング制御用の偏向電極の近傍に重金属層の導電体が位置するので、その重金属層を何らかの手段でグランドに接続して、電界に影響を与えない様にしておく必要がある。
【００２１】
更に本発明の第三の考えは、従来のＢＡＡ方式の透過マスクに、シリコン基板に重金属層を形成した保護基板を張り付けた構造である。この場合の保護基板は、透過マスクのピクセル及び電極パッド部分に開孔を設ける必要があり、また重金属層を接地しておく必要がある。
【００２２】
図１は、ＢＡＡ方式の透過マスクの全体を示す平面図である。シリコン基板１０からなるメンブレン構造の周辺には、アパーチャの数に対応した数の偏向電極用パッド１７のアレイが形成される。また、メンブレンの４隅にはグランド電極に接続されるグランド電極パッド１６が形成される。また、メンブレンの中央部には、例えば５１２個のアパーチャがマトリクス状に形成されたアパーチャ領域２１が設けられる。
【００２３】
図２は、そのアパーチャ領域２１の一部拡大平面図である。図２に示される通り、画素単位のアパーチャ２０がマトリクス状に配置され、そのアパーチャ２０それぞれに対して、３辺を囲む形状のグランド電極１９と、それに対向する偏向電極１８が設けられる。グランド電極１９は、全てのアパーチャ２０に共通に設けることができるので、図２に示される通り櫛歯状の形状に形成される。そして、配線層１３により図１に示したグランド電極パッドに接続される。また、偏向電極１８は、それぞれ電気的に分離された配線層（図示せず）を介して、図１に示した偏向電極パッド１７のそれぞれに接続される。
【００２４】
これらのグランド電極１９と偏向電極１８は、走行する荷電粒子ビームを十分に偏向するに必要な厚みを持って形成される。具体的には、グランド電極１９と偏向電極１８の対向面の面積がビームの偏向に必要な電界を与えるに十分になるよう各電極のディメンジョンが決定される。
【００２５】
図３乃至図１０は、本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。以下、図面に従って説明する。
【００２６】
図３に示される通り、裏面側に５０００Å程度の熱酸化膜２１が形成されたＮ型のシリコン基板１０の表面に、ポリ・ボロン・フィルムを塗布し、焼成することによりボロンを拡散し、１５μｍ程度の深いボロン拡散層１１を形成する。このボロン拡散層１１は、後にシリコン基板１０を裏面側からエッチングしてメンブレン構造にする時のエッチングストッパの役目を果たす。従って、１０２０／ｃｍ３程度以上のボロン濃度が必要である。
【００２７】
次に、図４に示される通り、熱酸化膜１２を例えば８５００Å程度厚く形成する。この酸化膜は、後に形成される電極と基板との間のクロストークを出来るだけ少なくするために、出来るだけ厚く形成される。そして、シリコン基板１０の背面側の酸化膜２１をリアクティブ・イオン・エッチング法（ＲＩＥ法）により除去し、メンブレン形成の為の窓明けを行なう。また、シリコン基板１０の表面側の酸化膜１２に対しても、接地電極用の窓明けを行なう。これにより、ボロン拡散層は後で接地される。
【００２８】
次に、図５に示される通り配線層１３を形成する。配線層１３の構造は、タンタル・モリブデン（ＴａＭｏ）層と金層とタンタル・モリブデン層を例えば３００Å／４５００Å／３００Åの厚さにしたものである。成膜方法は真空蒸着法であり、その後イオンミリング法により所定のパターンにエッチングされる。タンタル・モリブデン層を設けるのは、密着性を良くするためである。
【００２９】
次に、図６に示される通り、表面側にプラズマＣＶＤ法による酸化膜１４を例えば１５０００Å程形成し、アパーチャ２０に対応する部分の酸化膜１４をＲＩＥ法により除去する。この酸化膜１４を除去した後、更に、その下のボロン拡散層１１のシリコン基板を、Ｃｌ２  ガスによりＲＩＥ法でエッチングする。このエッチングでは、シリコン酸化膜１４に対する選択比がさほど高くないので、表面のシリコン酸化膜１４もある程度エッチングされる。
【００３０】
次に、図７に示される通り、上記のエッチングされたシリコン酸化膜１４に追加して、プラズマＣＶＤ法により酸化膜１５を追加し、合計１００００Å程度の膜厚にしておく。そして、メッキ用の電極窓２２を、所定のレジストパターンをマスクにしてシリコン酸化膜１４，１５をＲＩＥ法により形成する。この電極窓２２は、後の偏向電極、接地電極及びそれらの電極パッドが形成される領域に形成される。
【００３１】
次に、図８に示される通り、メッキ下地層２３として、真空蒸着法により金／タンタル・モリブデン（ＴａＭｏ合金）を例えば５００Å／２０００Å程度形成する。この結果、略全面にメッキ下地層２３は形成される。そして、メッキ液として例えばニュートロネクス３０９（ＥＥＪＡ社製品名）に浸しながら配線層１３に電流を流しながら、電極窓２２部分にのみ厚い金メッキ電極２４を形成する。このメッキ電極２４の厚みは、十分ビームを偏向することができるように、例えば３０μｍ程度になる。
【００３２】
次に、図９に示される通り、酸化膜２１をマスクにしてシリコン基板１０を背面から異方性エッチングにより除去し、メンブレン化する。このエッチングは、例えば、エチレンジアミン、ピロカテコール、水の混合液に浸すことで行なわれる。この時、アパーチャ２０の底に形成されていたエッチング下地層も同時に除去される。また、更に、表面側に残っていたエッチング下地層は、ＲＩＥ法により除去される。金層は、例えばＡｒガスにより、またタンタル・モリブデン層はＣＦ４  とＯ２  の混合ダスによるＲＩＥ法でそれぞれ除去される。上記した本発明の第一の態様では、この状態の透過マスクが、ビームの上流側に金メッキ電極を向けて装着される。
【００３３】
本発明の第二の態様の場合には、更に、図１０に示される通り、メンブレン化したシリコン基板１０，１１の表面全面に重金属層２５が１μｍ程度厚く形成される。この重金属層２５は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、金（Ａｕ）等であり、スパッタリング法または蒸着法により形成される。この重金属層２５は、シリコンに比べて荷電粒子ビームの反射率が高いので、ビームの上流側に重金属層２５が対向する様に、透過マスクが露光装置内の鏡筒内に装着される。更に、重金属層２５は、ボロン拡散層１１に直接接続されるので、ボロン拡散層１１と共に接地される。
【００３４】
次に、本発明の第三の態様について説明する。
【００３５】
図１１に示される通り、上記の図３乃至図９に従って形成された透過マスク基板１００に加えて、表面が金等の重金属層３０が形成された第二の基板２００を準備する。この第二の基板２００は、図３乃至図９で説明した製造工程と略同じ方法により形成される。但し、配線層１３や金メッキ電極２４等は形成されないので、それに関するプロセスは省略される。しかしながら、シリコン基板１０の表面にボロン拡散層１１、酸化膜１２等が形成され、酸化膜１２側からエッチングによりアパーチャー３２，３３が形成され、最後にシリコン基板１０側からエッチング液に浸すことで異方性エッチングを施し、貫通するアパーチャが形成される。金等の重金属層３０は、スパッタリングまたは蒸着法により例えば１μｍ程度厚く形成される。
【００３６】
但し、重金属層３０は、接地しておく必要がある。接地の方法は種々考えられるが、一つの方法は、透過マスクを露光装置に装着した時にプローブで接地する方法である。また、別の方法としては、張り合わせる透過マスク基板１００側の接地電極と接続することである。そこで、図１１の例では、第二の基板２００の表面と裏面側にスルーホール３０Ｈ，３０Ｉ、Ｎ型シリコン基板を介して透過マスク基板１００側のボロン拡散層１１に接続するようにしている。
【００３７】
このアパーチャ３２は、透過マスク基板１００側の画素単位のアパーチャ２０に対応して設けられ、アパーチャ３３は、電極パッド１６に対応して設けられる。そして、図１１に示される通り、第二の基板２００を透過マスク基板１００に張り合わせる。
【００３８】
図１２は、その張り合わせた結果形成された透過マスクの断面図である。図１２の例では、透過マスク基板１００の電極形成面側に第二の遮断用の基板２００を張り合わせているが、反対側の面に張り合わせてもよい。そして、この張り合わせた透過マスクが、ビーム上流側に第二の遮断用基板２００が対向するように露光装置内の鏡筒内に装着される。
【００３９】
図１３は、第三の態様の変形例である。この例では、重金属層３５を形成したビーム遮断用の第二の基板２００を、透過マスク基板１００の電極１８，１９が形成された面とは反対側の面に張り付けたものである。こうすることにより、透過マスク基板１００の電極１８，１９が形成されている面は、重金属の電極によりビームが遮断され、その反対側も第二の基板２００により同様に重金属層３５によりビームが遮断される。
【００４０】
露光装置の鏡筒内では、電子銃から発生されるビームが照射されると共に、鏡筒内での反射電子や二次電子がビームの進行方向とは関係なくランダムな方向に発生するので、ＢＡＡ方式の透過マスクの両面を重金属層で保護することは、耐久性向上に有効である。尚、図１３の例では、第二の基板２００表面の重金属層３５は、プローブにより接地されている。
【００４１】
図１４は、上記したＢＡＡ方式の透過マスクが露光装置内に装着された状態を説明するための鏡筒部分５０の概略図である。鏡筒５０の上部に電子銃５１が設けられ、６０が光学系の光軸に該当し、その近傍を電子ビームが走行する。レンズＬ１，Ｌ２の間には、図示しない矩形のアパーチャーが設けられ、ビームを矩形に成形する。そのようにして成形されたビームは、ＢＡＡ方式の透過マスク５２に照射される。この透過マスク５２には、前述した通り偏向電極の数に対応する電極パッドが設けられ、プローブ５８により接続され、制御される。その結果、透過マスク５２を通過したビームは、複数の画素単位のビームの束となり所望の露光パターンに成形される。
【００４２】
そして、レンズＬ３を経由して、絞りに該当するラウンドアパーチャ５３、レンズＬ４を通過し、投影レンズＬ５の内側に設けられた主偏向器５４と副偏向器５５により、ステージ５７上のウエハー５６の所望の位置にビームが照射される。
【００４３】
前述した、本発明の第一の態様では、図１４に示した鏡筒内において、重金属である金で形成したグランド及び偏向電極を形成したＢＡＡ方式の透過マスクが、その電極形成面を上にして装着される。その結果、電子銃５１から照射される電子ビームは、密集して形成された重金属の電極により遮断され、マスク基板の温度上昇が防止される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、ＢＡＡ方式の透過マスク基板に、既に形成される電極を金等の重金属層で形成して、その電極形成面をビームが照射される方向に装着することで、透過マスク基板がビームのエネルギーにより温度が上昇することを防止することができる。
【００４５】
また、ＢＡＡ透過マスクの電極形成面とは反対側の面に、金等の重金属層を形成することにより、シリコン基板の両面に重金属層が形成されることになり、荷電粒子ビームのエネルギーにより温度が上昇することを防止することができる。
【００４６】
更に、ＢＡＡ透過マスクと同等のプロセスにより、複数のアパーチャを設けた第二の基板の表面に金等の重金属層を設け、その第二の基板をＢＡＡ方式の透過マスクに張り付けることで、透過マスクを荷電粒子ビームから保護することができる。
【００４７】
何れの場合でも、荷電粒子ビームの照射により温度上昇を防止することができ、透過マスクとしての耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＢＡＡ方式の透過マスクの全体を示す平面図である。
【図２】アパーチャ領域２１の一部拡大平面図である。
【図３】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明にかかるＢＡＡ方式の透過マスクの製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の第三の実施の形態の透過マスク構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の第三の実施の形態の透過マスク構造の変形例を示す断面図である。
【図１４】ＢＡＡ方式の透過マスクが露光装置内に装着された状態を説明するための鏡筒部分５０の概略図である。
【図１５】従来例の透過マスクの断面図である。
【符号の説明】
１００            透過マスク基板
２００            ビーム遮断基板
１０                透過マスク基板
１６                電極パッド
１８，１９    偏向電極
２０                アパーチャ
２５，３０    ビーム遮断層
３２                アパーチャ
５０                鏡筒
５１                ビーム発生手段
５４，５５    ビーム偏向器
【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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