(57)【要約】【課題】矩形開口パターンのコーナＲ値が非常に小さく、その結果として矩形性の良好な形状のレジストパターンを形成できるステンシルマスク又はアパーチャ、およびそれらの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のステンシルマスク又はアパーチャは、開口パターンの少なくとも側面または全面に、比較的低温で形成した熱酸化膜を備えることにより、コーナＲ値の小さいステンシルマスク又はアパーチャを提供する。【選択図】 図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板に矩形の開口パターンを有するステンシルマスク又はアパーチャにおいて、前記矩形の開口パターンの少なくとも側面に、少なくとも酸化膜を備えることで、前記矩形の開口パターンのコーナＲ値を小さくしてなることを特徴とするステンシルマスク又はアパーチャ。
【請求項２】
前記矩形の開口パターンの少なくとも側面又は全面に、少なくとも酸化膜を備え、更に少なくとも前記酸化膜の表面に導電膜を備えることで、前記矩形の開口パターンのコーナＲ値を小さくすると共に、表面に導電性を付与してなることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク又はアパーチャ。
【請求項３】
請求項１に記載のステンシルマスク又はアパーチャの製造方法であって、
基板に開口パターンを形成する工程と、
前記開口パターンの少なくとも側面又は全面を比較的低温で熱酸化することによって、酸化膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とするステンシルマスク又はアパーチャの製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載のステンシルマスク又はアパーチャの製造方法であって、
基板に開口パターンを形成する工程と、
前記開口パターンの少なくとも側面又は全面を比較的低温で熱酸化することによって、酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜の表面全体に導電膜を形成する工程と、
を備えること特徴とするステンシルマスク又はアパーチャの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンシルマスク又はアパーチャ、およびそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の微細化が急速に進み、これらの素子の更なる微細な回路パターンを形成するためのリソグラフィー技術の開発が進められている。特に、線幅６５ｎｍ以下のパターン形成においては、従来のＡｒＦエキシマレーザを露光光源として用いた露光方式では解像限界に達し、パターン形成が困難となっている。このため、これに代わるリソグラフィー技術として、レンズと露光対象ウエハ間を空気よりも屈折率の高い媒体で満たし、実効的な解像度を向上させる液浸リソグラフィー法が注目されている。この方法によれば、従来のＡｒＦエキシマレーザで形成が困難であった６５ｎｍ以下のパターンを形成することが可能であると期待されている。
【０００３】
しかし、液浸リソグラフィー法を用いた場合、実効的な解像度は向上させることが可能である一方で焦点深度が浅くなるため、高アスペクト比のホールパターン等の形成が困難となる。また、液浸リソグラフィー法によっても４５ｎｍノード以下の微細パターンに対しては解像限界に達する可能性がある。
【０００４】
この問題を解決する方法のひとつに荷電粒子線リソグラフィーが挙げられる。荷電粒子線リソグラフィーは、従来用いられてきたＡｒＦやＫｒＦ等のエキシマレーザの代わりに電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を露光光源として利用する技術である。荷電粒子線リソグラフィーでは、露光光源となる荷電粒子線を、所望の荷電粒子線透過孔が形成されたステンシルマスク又はアパーチャに照射し、ウエハ上のレジストを感光させ微細パターンの形成を行う。
【０００５】
荷電粒子線リソグラフィーの中でも、露光光源に電子線を用いた部分一括露光方式は６５ｎｍノード以下の微細パターン形成技術として期待されている。部分一括露光方式で用いられるステンシルマスクには、可変成形部と呼ばれる矩形パターン、および転写パターン中に繰り返して現れる種々の要素パターンが形成されている。主にステンシルマスクに形成された可変成形部およびアパーチャに形成された矩形の開口パターンを用いて任意の矩形ショットを形成し、転写パターンを走査して描画を行うが、上記の要素パターンについてはステンシルマスク上に作り込んだパターンを用いて一括露光を行うことにより、描画のスループットを向上させる露光方式である。
【０００６】
ステンシルマスク又はアパーチャを用いて部分一括露光を行う場合には、ステンシルマスク又はアパーチャ上に形成された、可変成形部をはじめとする矩形の開口パターンにおけるコーナＲ値が小さいことが重要である。矩形の開口パターンにおけるコーナＲ値が大きい場合には、ウエハ上に転写されたパターンの形状精度が悪くなるからである。なお、コーナＲ値とは矩形の開口パターンにおけるコーナに内接する円の半径のことであり、コーナＲ値が大きいほどコーナの形状はより丸みを帯びる。
【０００７】
ステンシルマスク又はアパーチャ上の矩形の開口パターンにおけるコーナＲ値の精度を向上させるための方法としては、例えば、ステンシルマスク作製におけるエッチング条件を制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３５８０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、実際のエッチング工程においては、エッチングマスクとなるレジストや酸化膜などに設けた開口部に対して、完全に垂直方向にエッチングを進行させることは困難であり、マスク端部近傍では、開口の外側に向かってエッチングがある程度進行する。
【０００９】
また、エッチングマスクの材質としては、使用するエッチング条件に対して耐性の高い物を用いるが、それでもある程度の速度で、エッチングマスク自体もエッチングされるのが一般的である。このため、エッチングの進行に従ってエッチングマスクが微小量エッチングされてしまい、開口寸法が徐々に大きくなっていく。この結果、ウエハ表面のエッチングパターンの開口寸法は、初期のエッチングマスクの開口寸法に対して大きくなる。
【００１０】
これらの現象を総称してサイドエッチングと呼称するが、この影響により、矩形開口のエッチングパターンにおけるコーナＲ値は大きくなる。何故なら、初期の矩形開口のコーナＲ値が0であり、サイドエッチングが一定の速度で進行する場合、矩形開口のコーナ部では、初期コーナ部を起点とした扇形の形状で進行していくことになるためである。この結果、コーナＲ値は大きくなる。
【００１１】
また、前記サイドエッチングが仮に全く無い場合でも、それ以前の問題として、最初のエッチングマスク自体の形状を考慮する必要がある。一般的には、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーなどの手法を用いてレジストにパターンを形成するが、このパターンの矩形部において、コーナＲ値を０とすることは現実には不可能であり、有限のコーナＲ値を持たざるを得ない。この結果として、ステンシルマスクやアパーチャの最終的な矩形開口のコーナＲ値は更に大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、矩形の開口パターンのコーナＲ値が小さいステンシルマスクやアパーチャ、及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、少なくとも基板に矩形の開口パターンを有するステンシルマスク又はアパーチャにおいて、前記矩形の開口パターンの少なくとも側面に、少なくとも酸化膜を備えることで、前記矩形の開口パターンのコーナＲ値を小さくしてなることを特徴とするステンシルマスク又はアパーチャである。
請求項２に記載の発明は、前記矩形の開口パターンの少なくとも側面又は全面に、少なくとも酸化膜を備え、更に少なくとも前記酸化膜の表面に導電膜を備えることで、前記矩形の開口パターンのコーナＲ値を小さくすると共に、表面に導電性を付与してなることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク又はアパーチャである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のステンシルマスク又はアパーチャの製造方法であって、
基板に開口パターンを形成する工程と、
前記開口パターンの少なくとも側面又は全面を比較的低温で熱酸化することによって、酸化膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とするステンシルマスク又はアパーチャの製造方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のステンシルマスク又はアパーチャの製造方法であって、
基板に開口パターンを形成する工程と、
前記開口パターンの少なくとも側面又は全面を比較的低温で熱酸化することによって、酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜の表面全体に導電膜を形成する工程と、
を備えること特徴とするステンシルマスク又はアパーチャの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
以下、本発明によって、ステンシルマスク又はアパーチャの矩形開口におけるコーナＲ値が小さくなる理由、及びその効果について説明する。
【００１５】
シリコンを酸化する際に、表面に凹凸や開口があると、その形状によって形成される酸化膜の厚さが局所的に変化する現象が知られている（特許文献１参照）。
【００１６】
さらに、この現象を利用して、走査プローブ顕微鏡等に用いるプローブに微小な開口を設け、近接場光デバイスとして用いる試みがなされている。（下記非特許文献参照）。
非特許文献１：J. Electrochem. Soc., vol. 129, 1278 (1982)
非特許文献２：Appl. Phys. Lett., vol.75, 4076 (1999)
【００１７】
非特許文献１，２に記載されている内容によれば、比較的低温（例えば９５０℃程度）にて熱酸化膜が形成される場合、凹・凸各々のコーナでの酸化膜厚は、平坦な場所でのそれに比べて薄くなる。これは、酸化時の体積膨張によって、コーナ部に圧縮応力が発生する事が原因である。この現象を図示した物が、図１である。
【００１８】
図１に示したように、熱酸化後の酸化膜１０２は、初期シリコン表面１０１の内／外両側に形成されるが、これは、酸素原子がシリコン表面１０１から内側に入り込むと共に、この反応によって体積が膨張するためである。その結果として、凹形状（コーナを形成する２辺が成す角度が１８０°より小さい）のコーナでは、酸化後に酸化膜表面が成すコーナ１０３の角度は、初期のシリコンが成すそれに対して小さくなり、ノッチ状の形状を呈する。
【００１９】
一方、凸形状のコーナ、つまりコーナを形成する２辺が成す角度が１８０°より大きい場合には、酸化後に酸化膜表面が成すコーナ１０４の角度は、初期のシリコンが成すそれに対して大きくなり、鈍った形状のコーナとなる。
【００２０】
この現象を、ステンシルマスク又はアパーチャの一般的な矩形開口部に適用する事を考える。酸化前の開口２０１が厳密に幾何学的な矩形形状である場合、言い換えると、コーナを形成する２辺の成す角度が９０°で、かつコーナＲ値が０である場合、酸化後の開口２０２の形状は、図２（ａ）に示すように、四つのコーナにノッチが入ったような形状となる。これは、上述の説明より明らかである。
【００２１】
一方、ステンシルマスク又はアパーチャの矩形開口形状が、リソグラフィーやエッチングの影響によって変形し、０より大きいコーナＲ値を持っている場合を示したのが図２（ｂ）である。この場合、酸化前の開口２０３に熱酸化を行うと、仮にコーナ部に発生する圧縮応力を全く無視し、完全に等方的に酸化膜表面が矩形内側に向けて成長していくと考えた場合でも、成長と共にコーナＲ値が小さくなる事は、幾何学的な考察より明らかである。
【００２２】
実際には、初期コーナＲ値が０の場合に比べてその程度は低い（コーナ部に発生する圧縮応力が小さくなるため）ものの、やはりコーナ近傍部では酸化膜の成長速度が低下し、酸化膜厚は平坦部に比べて薄くなる。その結果、酸化後の酸化膜表面は、コーナ部において図２（ｂ）に示すように、やや鈍ったノッチ形状となるものの、初期矩形開口２０３のコーナＲ値に比べて、酸化後の矩形開口２０４のコーナＲ値は小さくなる。
【００２３】
以上の原理より、本発明のステンシルマスク又はアパーチャにおいては、矩形開口パターンの側面又は全面を酸化することにより、サイドエッチングで拡大した矩形開口パターンのコーナＲ値を小さくすることが可能となり、高品質のビーム露光を行うことが可能となる。
【００２４】
一方で、絶縁体である酸化膜を全面に形成すると、特に電子線やイオンビームを用いる場合に、マスク自体が帯電してしまう（チャージアップ）問題が懸念されるが、この問題が顕著な場合には、開口パターン側面のみを酸化するか、あるいは開口パターン側面又は全面を酸化した後、薄い導電膜を全面に形成することで、問題を解決する手段を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明のステンシルマスク又はアパーチャについて説明を行う。
本発明のステンシルマスク又はアパーチャは、基板に開口パターンを有するステンシルマスク又はアパーチャにおいて、前記開口パターンの側面または全面に、熱酸化膜を備えることを特徴とする。
【００２６】
開口パターンについては、所望する設計パターンに応じて、開口パターンを基板に形成してよく、適宜公知の方法を用いて良い。例えば、公知のリソグラフィーやエッチング技術などを用いて製造しても良い。
【００２７】
本発明のステンシルマスク又はアパーチャは、適宜公知の方法を用いて開口パターンを形成した後、少なくとも開口パターンの側面を熱酸化することを特徴とする。このとき、開口パターン側面のみならず、ステンシルマスク又はアパーチャ全面を酸化しても良い。少なくとも、開口パターンの側面に膜を熱酸化することにより、開口パターンのコーナＲ値を改善する事が出来る。
【００２８】
熱酸化工程のプロセス条件、例えば酸化温度、処理時間などを決定するには、処理前に開口パターンのコーナＲ値をCD-SEMなどの測定装置によって計測し、その結果に応じて決める必要が有る。また、初期コーナＲ値の値に応じて、どの様な熱酸化条件を適用するかについては、事前に様々な条件で試行しておくことが望ましい。なお本発明でいう「比較的低温での熱酸化」とは、例えば８００〜１０５０℃（さらに具体的には９５０℃付近）で、酸素存在下で加熱することによりなされる。
【００２９】
単純にコーナＲ値を改善する観点からは、全面に熱酸化を施す方法が最も工程数が少なくなるため、望ましいと言える。一方で、酸化膜は絶縁体であるため、荷電粒子線露光用のステンシルマスク又はアパーチャとして用いる場合、表面が帯電してしまい、荷電粒子線の進行方向を曲げてしまう問題が生じる場合が有る。この問題の解決法として、熱酸化膜を形成した開口パターン表面の全面に薄い導電膜を形成する方法を示した。
【００３０】
以下、本発明の実施形態の具体的な工程について説明する。
【００３１】
最初に、シリコン基板を準備する。この基板は、微細な開口を設ける厚さ数百ｎｍ〜数十ミクロン程度のシリコンからなるステンシル層、比較的大きな開口部を設ける厚さ数百ミクロンの支持層、及びその境界層の３層構造からなり、基板に必要な特性を考慮した場合、ＳＯＩ基板を用いるのが最も有効と考えられる。しかし、必要な特性を満たす事が可能であれば、他の種類の基板を用いても構わないし、前述の３層の内の任意の複数層を兼用しても構わない。
【００３２】
基板にエッチングにより開口パターンを形成する工程は適宜公知のエッチング技術を用いたパターン形成方法を用いて良い。例えば、基板にレジスト樹脂を塗布し、パターン露光を行い、エッチングすることにより形成しても良い。
【００３３】
次に、開口パターンの少なくとも側面に、９５０℃程度の比較的低温で熱酸化膜を形成する。実際には、前記開口パターンを形成した基板表面全体に熱酸化膜を形成しても構わない。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明のステンシルマスク又はアパーチャ製造方法について具体的に一例を挙げて説明を行う。本発明のステンシルマスク又はアパーチャ製造方法は、下記の実施例のみに限定されず、類推できる他の製造方法も含むものとする。例えば、下記実施例では、薄膜層を加工した後に、支持層を加工する製造方法について示しているが、支持層を加工した後に、薄膜層の加工を行う製造方法であっても良い。また、ＳＯＩ基板以外の基板に支持層を形成したのち、加工を行う製造方法であっても良い。また、本発明のステンシルマスク又はアパーチャは、下記の実施例にて製造されたステンシルマスク又はアパーチャの構成のみに限定されるものではない。
【００３５】
まず、５００μｍ厚の単結晶シリコンからなる１００ｍｍΦの支持層３１０の上面に１．０μｍ厚のシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層３２０が、さらに前記エッチングストッパー層３２０の上面に5μｍ厚の単結晶シリコンからなる薄膜層３３０が形成された基板（ＳＯＩ基板）を用意した（図３（ａ））。
【００３６】
次に、前記薄膜層３３０の上面に電子線レジスト３４０をスピンナーで塗布して0.5μｍ厚の感光層を形成し、電子ビーム描画、現像等のパターニング処理を行って、レジスト開口パターン３４１を形成した（図１（ｂ））。この時、前記レジスト開口パターン３４１において、矩形の開口パターンにおけるコーナＲ値は１００ｎｍであった（図１（ｂ´））。
【００３７】
次に、前記レジスト開口パターン３４１をエッチングマスクとして、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、前記薄膜層３３０をエッチングし、その後酸素プラズマアッシングにより前記電子線レジスト３４０を除去することにより、薄膜層開口パターン３３１を形成した（図１（ｃ））。なお、前記開口パターン３３１の、矩形開口パターンにおけるコーナＲ値は１５０ｎｍとなり、レジスト開口パターン３４１に対して大きくなった（図１（ｃ´））。
【００３８】
次に、前記支持層３１０の下面にフォトレジストをスピンナーで塗布して２０μｍ厚の裏面レジスト層３５０を形成し、さらに前記薄膜層開口パターン３３１と位置が合致するように露光、現像等のパターニング処理を行って、裏面レジストパターン３５１を形成した（図１（ｄ））。
【００３９】
次に、前記裏面レジストパターン３５１をエッチングマスクとしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、前記支持層３１０のエッチングを行い、さらに濃度５％のフッ化水素酸を用いたウエットエッチングにより、前記エッチングストッパー層３２０を除去し、支持層開口部３１１及びエッチングストッパー層開口部３２１を形成した。これにより、薄膜層３３０からなるメンブレンが形成された。さらに、不要となった裏面レジスト層３５０を酸素プラズマアッシングにより除去した（図１（ｅ））。
【００４０】
次に、９５０℃の温度で熱酸化を行い、全面に厚さ５０ｎｍの熱酸化膜３６０を形成した（図３（ｆ））。この結果、側面に熱酸化膜が形成された開口パターン３６１のコーナＲ値は１００ｎｍ以下となり、薄膜層開口パターン３３１のそれに比べて小さな値に改善された（図３（ｆ´））。
【００４１】
上記の工程により、本発明の目的とする、コーナＲ値の小さい矩形開口を有するステンシルマスク又はアパーチャを作製する事が出来た。このステンシルマスク又はアパーチャを、そのまま荷電粒子線リソグラフィーに用いる事が可能である。
【００４２】
しかしながら、使用中に前記ステンシルマスク又はアパーチャが帯電してしまう問題を生じる場合には、前記ステンシルマスク又はアパーチャの表面に導電性を付与する必要が有るため、スパッタリングにより、Ｔａ，Ｍｏなどの金属薄膜３７０を１０〜１００ｎｍ程度、前記ステンシルマスク又はアパーチャの全面に成膜して、側面に金属薄膜が形成された開口パターン３７１を備える、表面に導電性を付与したステンシルマスク又はアパーチャを作製した（図３（ｇ））。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】比較的低温での熱酸化によって、シリコン表面の形状がどの様に変化するかを示した図である。
【図２】比較的低温での熱酸化によって、矩形開口のコーナＲ値が変化することを示した図である。
【図３】本発明に係るステンシルマスク又はアパーチャの製造方法を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１、２０１、２０３・・・熱酸化前のシリコン表面
１０２、２０２、２０４・・・比較的低温で形成された熱酸化膜
１０３・・・１０２の凹形状コーナ部
１０４・・・１０２の凸形状コーナ部
３１０・・・支持層
３１１・・・３１１に形成された開口部
３２０・・・エッチングストッパー層
３２１・・・３２０に形成された開口部
３３０・・・薄膜層
３３１・・・３３０に形成された開口部
３４０・・・電子線レジスト層
３４１・・・３４０をパターニングした開口部
３５０・・・裏面レジスト層
３５１・・・３５０をパターニングした開口部
３６０・・・比較的低温で形成された熱酸化膜
３６１・・・３３１の側面に３６０が形成された開口部
３７０・・・導電性薄膜
３７１・・・３６１の側面に３７０が形成された開口部
【図１】
2009231670.tif 000003
【図２】
2009231670.tif 000004
【図３】
2009231670.tif 000005