(57)【要約】【課題】所望のパターンの未開口や開口不良を抑止ないしは解消することを可能とする荷電粒子線露光用マスクとその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の荷電粒子線露光用マスクは、第１層１６と第２層１８から成る２層構造とし、第１層１６には所望のパターンデータを用いてパターンを加工し、第２層１８には所望のパターンを左右反転させたデータを用いてパターンを加工して、これら２層を接合する。第１層１６、第２層１８の厚さa、ｂは、加工されるパターンの開口部の最小幅に対し、ドライエッチングで生じるマイクロローディングの影響が一定以下となる厚さとなるようにする。また、第１層１６、第２層１８の厚さの和Ｄが荷電粒子線の遮蔽効果が一定以上となる厚さとなるようにする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造の露光工程で使用される荷電粒子線露光用マスクであって、
第１層と第２層が接合された２層構造を有し、
前記第１層は、前記露光工程において前記第２層よりも前記半導体側に位置する層であり、
前記第１層は第１のパターンデータを用いてパターンを加工され、
前記第２層は前記第１のパターンデータを左右反転させた第２のパターンデータを用いてパターン加工されたものである、
ことを特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
【請求項２】
前記第１層の厚さは、前記加工される第１層のパターンの開口部の最小幅に対し、ドライエッチングで生じるマイクロローディングの影響が一定以下となる厚さであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスク。
【請求項３】
前記第１層の厚さと、前記第２層の厚さの和が、荷電粒子線の遮蔽効果が一定以上となる厚さであることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線露光用マスク。
【請求項４】
前記第１層及び第２層から選択したいずれかの層のパターンの開口部の幅が、他方の層の対応するパターンの開口部の幅より大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
【請求項５】
前記第２層の厚さは、前記加工される第２層のパターンの開口部の最小幅に対し、ドライエッチングで生じるマイクロローディングの影響が一定以下となる厚さであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
【請求項６】
第１層と第２層の２層構造を有する荷電粒子線露光用マスクの製造方法であって、
前記第１層に対し、第１のパターンデータを用いてパターンを加工する第１層加工工程と、
前記第２層に対し、前記第１のパターンデータを左右反転させた第２のパターンデータを用いてパターンを加工する第２層加工工程と、
前記第１層及び第２層を接合する接合工程を有する、
ことを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
【請求項７】
前記第１層加工工程及び第２層加工工程は、前記第１層及び第２層から選択したいずれかの層のパターンの開口部の幅が、他方の層の対応するパターンの開口部の幅より大きくなるようにパターンを加工したことを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子線露光用マスク製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程で被露光対象へのパターン転写に用いられる荷電粒子線露光用マスクと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線露光用マスクは、その基材としてＳｉウエハあるいはＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等が用いられる。その表面には数μｍもしくは１μｍ以下の微小な回路やホールなど種々のパターンが、基材上で薄膜状に加工されたメンブレンと呼ばれる所定の領域内に貫通孔として多数形成されている。（特許文献１参照）。
【０００３】
半導体製造の露光工程においては上述のメンブレンに荷電粒子線を照射すると、貫通したパターンやホールを通過し、レジストを塗布したウエハ上に回路パターンとして縮小露光または等倍露光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６７３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術によれば荷電粒子線露光用マスクはそのメンブレン上に通常、ドライエッチングの技術によって数μｍもしくは１μｍ以下のホールや種々のパターンを貫通させた構造となっている。しかし、パターンやホールの寸法が微小になるとドライエッチングのマイクロローディング現象による影響が避けられず、加工するパターンやホールの寸法が小さいほど深さ方向に加工がし難く、最終的にパターンやホールが未開口になったり開口不良を生じてしまうことがあった。
【０００６】
荷電粒子線露光用マスクにおいて未開口や開口不良のパターンやホールがあると、半導体製造の露光工程においては回路パターンが転写されない、あるいはパターン欠陥によって設計通りの回路が得られないといった致命的な問題が発生しまう。
【０００７】
マイクロローディング現象の影響がない程度までメンブレンの厚みを薄くすることで、微小なパターンやホールは貫通させることが可能となるが、メンブレンを薄膜化すると荷電粒子線に対する必要な遮蔽効果が得られない、といった問題が発生してしまう。
【０００８】
メンブレンの厚みを変えず必要な遮蔽効果を得たまま微小なパターンやホールを貫通させるにはエッチング条件を強めに設定すれば良いが、この場合にはレジストの厚みを厚くする必要がありパターン寸法が悪化してしまう要因となる。また、微小パターン以外が早く貫通してしまうため、これらのパターンにラフネスが発生する原因となってしまう。
【０００９】
本発明は上述のような問題に鑑みてなされたもので、所望のパターンの未開口や開口不良を抑止ないしは解消することを可能とした、荷電粒子線露光用マスクとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体製造の露光工程で使用される荷電粒子線露光用マスクであって、第１層と第２層が接合された２層構造を有し、前記第１層は、前記露光工程において前記第２層よりも前記半導体側に位置する層であり、前記第１層は第１のパターンデータを用いてパターンを加工され、前記第２層は前記第１のパターンデータを左右反転させた第２のパターンデータを用いてパターン加工されたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記第１層の厚さは、前記加工される第１層のパターンの開口部の最小幅に対し、ドライエッチングで生じるマイクロローディングの影響が一定以下となる厚さであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記第１層の厚さと、前記第２層の厚さの和が、荷電粒子線の遮蔽効果が一定以上となる厚さであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記第１層及び第２層から選択したいずれかの層のパターンの開口部の幅が、他方の層のパターンの開口部の幅より大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記第２層の厚さは、前記加工される第２層のパターンの開口部の最小幅に対し、ドライエッチングで生じるマイクロローディングの影響が一定以下となる厚さであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、第１層と第２層の２層構造を有する荷電粒子線露光用マスクの製造方法であって、前記第１層に対し、第１のパターンデータを用いてパターンを加工する第１層加工工程と、前記第２層に対し、前記第１のパターンデータを左右反転させた第２のパターンデータを用いてパターンを加工する第２層加工工程と、前記第１層及び第２層を接合する接合工程を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記第１層加工工程及び第２層加工工程は、前記第１層及び第２層から選択したいずれかの層のパターンの開口部の幅が、他方の層のパターンの開口部の幅より大きくなるようにパターンを加工したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る荷電粒子線露光用マスクおよびその製造方法によれば、ドライエッチングのマイクロローディングによる影響を受けることなく、微小なパターンを含む所望のパターン全てにおいて未開口や開口不良が抑止ないしは解消された電粒子線露光用マスクを作製することができる。
【００１８】
また、従来よりもメンブレンの厚さを増した２層構造にすることも可能であり、荷電粒子線の遮蔽率を向上させることが可能となる。更に、機械的強度および熱容量が増大したメンブレン構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る荷電粒子線露光用マスクで用いられる基板の概念図である。
【図２】Ｓｉウエハのドライエッチングの、パターン寸法に対する加工可能な深さを示した説明図である。
【図３】荷電粒子線露光用マスクの第１層に用いるパターンの概念図である。
【図４】荷電粒子線露光用マスクの第２層に用いるパターンの概念図である。
【図５】第１基板と第２基板の接合を模式的に示す概念図である。
【図６】第２基板の全面ドライエッチング等を模式的に示す概念図である。
【図７】第１基板のドライエッチング等を模式的に示す概念図でる。
【図８】本実施形態に係る荷電粒子線露光用マスクの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る荷電粒子線露光用マスクで使用する基板の概念図である。基本的に基板１０としてはＳｉウエハ、あるいはＳＯＩ基板等が用いられ、メンブレン１２と呼ばれる薄膜部分に所望のパターンやホールを貫通するように加工し、接合に必要なアライメントマーク１４も同様に加工する。
【００２１】
図２は、Ｓｉウエハのドライエッチングの、パターン寸法に対する加工可能な深さを示したものである。これによれば加工されるパターンはマイクロローディングの影響を受け、寸法が小さいほど深さ方向へ加工するのが困難になる。例えば図２において、荷電粒子線露光用マスクにおいて荷電粒子線を遮蔽するのに必要なメンブレン１２の厚さがＤである場合、パターンやホール寸法がＷより小であるｗ１、ｗ２のパターンについては未開口となってしまう。
【００２２】
上記を鑑み、本実施形態においてはメンブレン１２を、第１層１６と第２層１８の２層構造からなるステンシルマスクで構成する。第１層１６においては、所望のパターン全ての開口が可能なよう、第１層１６の厚さａを選定する。
すなわち、第１層１６の厚さは、前記加工される第１層１６のパターンの開口部の最小幅に対し、ドライエッチングで生じるマイクロローディングの影響が一定以下となる厚さとなるようにする。
【００２３】
また、第２層１８においても同様に、所望のパターン全ての開口が可能なよう、厚さをｂとし、ｂ＝Ｄ-ａとなるよう選定する。
【００２４】
第１層１６は第１のパターンデータを用いてパターン２０を加工され、第２層は前記第１のパターンデータを左右反転させた第２のパターンデータを用いてパターン２２を加工されるが、各々のパターンの形成工程は、公知のリソグラフィ技術、シリコンエッチング技術等を用いて行うことができる。
すなわち、ＳＯＩ基板表面に電子線レジストを塗布し、所望のパターンデータを制御部に読み込んだ電子線描画装置でパターン描画を行う。それを現像した後、露出したシリコン層をドライエッチングして、所望のパターンを得るというものである。
【００２５】
以下、図３乃至図８を用いて、本実施形態における荷電粒子線露光用マスクの製造方法を詳細に示す。
【００２６】
本実施形態で用いるＳＯＩ基板は、第１層形成用の第１基板２４と、第２層形成用の第２基板２６の２つがある。第１基板２４は、厚さａの第１層１６と中間酸化膜２８と支持層３０を有し、第２基板２６は、厚さｂの第２層１８と中間酸化膜２８と支持層３０を有する。
【００２７】
図３は第１層１６に用いるパターン２０の概念図である。パターン２０は、本実施形態に係る荷電粒子線露光用マスクを介して半導体に荷電粒子線を露光することで形成する、半導体の配線等のパターンである。
【００２８】
図４は第２層１８に用いるパターン２２の概念図であり、第１層１６に用いるパターン２０を左右反転させたパターンである。
【００２９】
パターン２０、２２のパターンデータとしては、ＧＤＳ−II等で代表されるようなストリーム形式のデータが用いられるが、パターンを左右反転させたり寸法変換を行うために一般的なＣＡＤを用いて、それらの図形変換機能を利用しても良い。
【００３０】
上記パターン２０のパターンデータを制御部に読み込んだ電子線描画装置により、電子線レジストを塗布した第１基板２４の第１層１６側の表面にパターン描画を行う。
同様にパターン２２のパターンデータを制御部に読み込んだ電子線描画装置により、電子線レジストを塗布した第２基板２６の第１層１８側の表面にパターン描画を行う。
ここで、それぞれの基板に対し、パターン描画を同時にアライメントマーク１４も描画しておく。
そして、描画した各基板に対して現像、ドライエッチングを行う。
【００３１】
ここで、第１基板２４、第２基板２６には中間酸化膜２８有しているが、この酸化膜はＳｉに比べてエッチング耐性が大きいため、ドライエッチングを行う際にストッパーとして機能する。
【００３２】
第１層１６および第２層１８の厚さはマイクロローディングの影響を受けることがないように、それぞれａ、ｂを選択しているため、微小パターンやホールが未開口あるいは開口不良になることはない。
【００３３】
図５は、パターン加工した第１基板２４と第２基板２６を接合する方法を示すための概念図である。基板の接合においてはその表面処理を伴うため、真空チャンバ内に活性ガスを導入して反応性エッチングを行う接合装置等を用いる。
【００３４】
接合装置においては、真空チャンバ内に活性ガスを導入し、接合する第１基板２４および第２基板２６のそれぞれの表面の汚染物が除去され、Ｓｉ原子が露出することを利用する。Ｓｉの反応性エッチングにおいては主にフッ素系のガスが用いられる。
【００３５】
接合の原理としては、第１基板２４の第１層１６の接合面には酸化物やその他の不純物等が取り除かれたＳｉ原子が露出しており、これに対して第２基板２６の第２層１８の接合面にも同様にＳｉ原子が露出しているため、それらの表面を密着させることでＳｉ原子同士が共有結合し、バルク状のＳｉとほぼ同等の接合強度が確保されるものである。
【００３６】
第１層１６と第２層１８の接合においては、それぞれのパターン同士を正確に重ね合わせる必要がある。一般にＳｉ基板は赤外光に対して透明であるため、赤外光を透過照明として利用する赤外線顕微鏡等を用いることで、第１基板２４と第２基板２６の表面に加工されたアライメントマークを確認しながら機械的な重ね合わせを行うことが可能であり、パターン２０、２２の中心位置を合致させることができる。
【００３７】
上述の、パターン２０、２２の重ね合わせにおいては、一方の基板のパターン寸法に対して、もう一方の基板のパターン寸法を任意に大きくしておけば、パターン２０、２２の中心を必ずしも完全に一致させる必要はなく、一定量のズレも許容される。
すなわち、第１層１６と第２層１８から選択したいずれか一方のパターンの開口部の幅を、他方の対応するパターンの開口部の幅より大きくしておくことにより、２層のパターンのズレを許容できるという効果を得ることができる。
【００３８】
第１層１６と第２層１８を接合した後、図６に示すように第２基板２６の裏面を全面ドライエッチング、もしくは研磨を行う。第２基板２６はＳＯＩ基板であるため、全面ドライエッチングを行った場合には中間酸化膜２８で停止させることができる。
【００３９】
次に図７に示すように第１基板２４の裏面にレジストを塗布し、所定のメンブレン１２の形状となるようリソグラフィを施し、中間酸化膜２８に達するまでエッチングを行う。
【００４０】
第１基板２４、第２基板２６のそれぞれの裏面加工が完了した後、フッ酸処理を行うことで不要な中間酸化膜２８が除去され、図８に示すような荷電粒子線露光用マスクが完成する。
【００４１】
以上述べたように、本実施形態の荷電粒子線露光用マスクは、第１層１６と第２層１８から成る２層構造とし、第１層１６には所望のパターンデータを用いてパターンを加工し、第２層１８には所望のパターンを左右反転させたデータを用いてパターンを加工する。これら２層を接合することで、従来、開口させるのが困難であった微小パターンを含む荷電粒子線露光用マスクを作製することができる。
【００４２】
また、この方法によれば、未開口のパターンは無く、寸法精度が良好な荷電粒子線露光用マスクを作製することができ、結果として荷電粒子線露光用マスクの信頼性が向上し、半導体デバイス製造における高密度化、高精度化、高スループット化に寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
半導体デバイスのさらなる微細化が進んでおり、露光工程においてはより微細なパターンやホールの形成が可能となる荷電粒子線を使った露光装置が用いられている。本発明における荷電粒子線露光用マスクはそのような露光装置で使用される。
【符号の説明】
【００４４】
１０……基板
１２……メンブレン
１４……アライメントマーク
１６……第１層
１８……第２層
２０……第１層のパターン
２２……第２層のパターン
２４……第１基板
２６……第２基板
２８……中間酸化膜
３０……支持層
【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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