JP2003173963A

JP2003173963A - メンブレンマスク及びその製造方法

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Publication number: JP2003173963A
Application number: JP2001373655A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Kawada; 真太郎河田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】反りのないメンブレンマスク及びその製造方
法を提供する。【解決手段】メンブレンマスクは、表裏両面にＳＯＩ
構造を有するウェハ１００から作製される。このため、
マスクの梁１０７となる部分は、シリコン支持基板１０
１と、同基板１０１の表裏面に形成された酸化シリコン
層１０３と、同層１０３の外面に形成されたシリコン薄
膜層１０４から構成される。梁の表裏両面がＳＯＩ構造
を有することにより、両面に作用する応力が同等とな
る。したがって、梁となる部分の一面のみに作用する応
力が打ち消されて、反りは抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームやイオ
ンビーム等の荷電粒子ビームを用いたリソグラフィー装
置における転写露光用のメンブレンマスク及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、集積回路の高集積化に伴い、長年
微細なパターンを形成する手段の主流であった光を用い
たフォトリソグラフィー技術に代わって、電子線やイオ
ンビームの荷電粒子線やＸ線等を利用する新しい露光方
式が検討され、実用化されつつある。このうち、電子線
を利用してパターン形成する電子線露光方法において
は、電子線束そのものを数ｎｍまで絞ることができるた
め、０．１μｍ以下の微細なパターンを作製できる。

【０００３】従来の電子線露光方法は、一筆書きでパタ
ーンを描画するものであったため、微細なパターンにな
るほど絞った電子線で描画せねばならなかった。このた
め描画時間が長くなり、スループットが低下していた。

【０００４】そこで、パターンが形成されたマスクを複
数の小領域（サブフィールド）に分割し、サブフィール
ド毎に一括して露光していく方式（分割露光方式）が考
え出された。この方式で用いる代表的なマスクは、厚さ
が２μｍ程度のメンブレン状のシリコンに、電子線が透
過する開口を形成したステンシルタイプのマスクであ
る。このとき、電子線が１回露光されるサブフィールド
の大きさは１ｍｍ角程度であり、マスク全体を露光する
には１ｍｍ角程度のメンブレンを多数配列して敷き詰め
る必要がある。

【０００５】上述のマスクは、一般的には以下のような
方法で作製される。図４は、一般的なシリコン薄膜から
なるマスクを作製する方法を模式的に示す断面図であ
る。まず、図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Silicon
on Insulator）ウェハ２００は、シリコン支持基板２０
１と、シリコンメンブレンが形成されるシリコン活性層
２０２を有する。シリコン支持基板２０１とシリコン活
性層２０２間には酸化シリコン層２０３が形成されてい
る。

【０００６】図４（ａ）に示すＳＯＩウェハ２００の酸
化シリコン層２０３は、厚さが１〜２μｍ程度で、１０
０〜２００ＭＰａの圧縮応力（層が縮もうとする性質）
を持つ。この圧縮応力はシリコン活性層２０２に作用
し、同層２０２が弛んでしまう。そのため、シリコン活
性層２０２に異種原子をドープすることにより、シリコ
ンメンブレンとなるシリコン活性層２０２の応力を制御
している。

【０００７】このとき、シリコンより小さな原子（ホウ
素、リン等）をドープした場合には、シリコン活性層２
０２に引っ張り応力を与え、シリコンより大きな原子
（ヒ素、アンチモン等）をドープした場合は圧縮応力を
与える。シリコン活性層２０２の厚さが２μｍ、酸化シ
リコン層２０３の厚さが２μｍのウェハの場合、シリコ
ン活性層２０２は上述のような圧縮応力を受けることと
なる。ここで、例えばホウ素を１０¹⁶〜１０¹⁷個／ｃｍ
²程度ドープして、シリコン活性層２０２に引っ張り応
力を与えるよう制御している。これにより、図４（ｂ）
に示すように、酸化シリコン層２０３の上に異種原子が
ドープされたシリコン薄膜層２０４が形成される。

【０００８】次に、シリコン支持基板２０１の主面（下
面）上に、シリコンエッチングのマスク材料としてレジ
スト膜２０５を塗布する。次いで、このレジスト膜２０
５にフォトリソグラフィー工程を施して、図４（ｃ）に
示すように、後の格子状支持部となる部分のパターニン
グを行った後、この部分以外の部分２０６のレジスト膜
２０５を除去する。

【０００９】その後、図４（ｄ）に示すように、残され
たレジスト膜２０５をマスクとし、かつ酸化シリコン層
２０３をエッチングストップ層として、シリコン支持基
板２０１をエッチングする。これにより酸化シリコン層
２０３上でエッチングが停止し、酸化シリコン層２０３
上に、シリコン支持基板２０１からなる格子状支持部２
０７が形成される。

【００１０】シリコンメンブレンを形成するシリコン薄
膜層２０４の下にある酸化シリコン層２０３は不要であ
るため、図４（ｅ）に示すように、シリコン支持基板
（格子状支持部）２０７をマスクとし、かつシリコン薄
膜層２０４をエッチングストップ層として酸化シリコン
層２０３をエッチング除去する。次いで、レジスト膜２
０５を剥離する。このようにしてマスクブランクスが完
成する。

【００１１】このマスクブランクスから転写露光装置の
転写用マスクを作製する際は、この後、シリコン薄膜層
２０４の上にレジスト膜（図示されず）を塗布し、この
レジスト膜に電子線描画装置などを使用して電子線散乱
マスクのパターンを露光し、現像する。これにより、シ
リコン薄膜層２０４上にレジストパターンが形成され
る。次いで、このレジストパターンをマスクとしてシリ
コン薄膜層２０４をエッチングすることにより、図４
（ｆ）に示すように、シリコンメンブレン（シリコン薄
膜層）にステンシルパターン２０８が形成される。この
ようにして転写用マスク２１０が完成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ＳＯＩウェハにおいては、酸化シリコン層の存在に主に
起因して、ウェハ自身が変形して反ってしまう問題があ
る。その対策として、シリコン支持基板のシリコン活性
層の反対側の面（メンブレンとなる面の反対の面）に酸
化膜を成膜してウェハの変形を軽減する方法もある。

【００１３】しかし、上述の方法では、シリコン支持基
板層やシリコン活性層側の酸化シリコン層と、その反対
側の酸化膜の応力のバランスをとることが難しく、ウェ
ハの反りは、８インチウェハの場合２０μｍ程度になる
ことがある。ウェハにこのような反りがあると、転写露
光装置の転写用マスクとして使用した場合、マスクをチ
ャッキングする際にチャック不良を起こしたり、転写露
光時のフォーカスエラーの原因になる場合がある。

【００１４】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、反りのないメンブレンマスク及びその製造
方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のメンブレンマスクは、面状に配列された
多数の小メンブレン領域、並びに、隣り合う該小メンブ
レン領域間に設けられた梁及び外周域に設けられた保持
部を有するメンブレンマスクであって、前記梁及び保
持部が、表裏両面にSilicon On Insulator（ＳＯＩ）構
造を有することを特徴とする。表裏両面にＳＯＩ構造を
有することにより、メンブレンマスクの梁となる部分や
周辺のチャッキング部の表裏面の層構造が同じになり、
両面に作用する応力が同等となる。したがって、梁とな
る部分の一面のみに作用する応力が打ち消されて、反り
は抑制される。このように反りのないマスクを提供でき
るため、転写露光装置に使用されたときのチャッキング
不良やフォーカスエラーを軽減できる。なお、このメン
ブレンマスクは転写露光装置の他に、医療用やフィルタ
ー用等のメンブレンに適用できる。

【００１６】本発明においては、前記表裏両面のＳＯ
Ｉ構造の厚さ・特性が実質的に同じであることが好まし
い。また、前記小メンブレン領域となるシリコン活性
層が異種原子ドープにより残留引っ張り応力が付与され
ていることが好ましく、特には、前記表裏両面のＳＯ
Ｉ構造上のシリコン活性層が異種原子ドープにより残留
引っ張り応力が付与されていることが好ましい。メンブ
レンマスクの梁となる部分の両端面のシリコン活性層の
応力をより同等とすることができる。

【００１７】本発明のメンブレンマスク製造方法は、
面状に配列された多数の小メンブレン領域、並びに、隣
り合う該小メンブレン領域間に設けられた梁及び外周域
に設けられた保持部を有するメンブレンマスクの製造方
法であって、シリコン支持基板を準備し、表面に酸
化シリコン層を有する２枚の貼り付け基板を準備し、前
記シリコン支持基板の表裏面に、前記２枚の貼り付け基
板を、各々の酸化シリコン層を前記支持基板の面に当て
て貼り付け、その後前記貼り付け基板を所望の厚さまで
研削して前記両酸化シリコン層の外面にシリコン活性層
を残すことにより両面ＳＯＩ構造のウェハを作製し、
前記両シリコン活性層に異種原子をドープし、該ドー
プされた裏側シリコン活性層に、前記梁及び保持部に相
当する部分をパターニングして、該パターニング部分が
残るようエッチングし、次に、前記裏側酸化シリコン
層を、前記パターニング部分が残るようエッチング除去
し、次に、前記シリコン支持基板を、前記パターニン
グ部分が残るようエッチング除去し、最後に、前記表
側酸化シリコン層を、前記パターニング部分が残るよう
エッチング除去する、工程を含むことを特徴とする。

【００１８】両面ＳＯＩ構造のウェハを用いることによ
り、裏面（シリコンメンブレン作製面の反対側の面）
に、新たに応力調整用の膜（例えば窒化シリコン膜）を
成膜する必要がない。また、製造プロセス中に各膜の応
力が変化しないため、マスクの変形を起こさない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の実施の形態に係るメンブレンマス
クとその製造方法を模式的に説明する図である。図２
は、図１のメンブレンマスクから作製される転写露光装
置用の転写用マスクの構成例を模式的に示す図であり、
（Ａ）はマスク全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜
視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図
である。まず、図２を参照して、転写用マスクの構成を
説明する。

【００２０】図２（Ａ）には、マスク１０における全体
のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数
の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィー
ルドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域
（一例で、厚さ０．１μm〜数μm、１．１ｍｍ角）であ
る。図２（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１
は、中央部のパターン領域４２（サブフィールド）と、
その周囲の額縁状の非パターン領域４３（スカート）と
を有する。サブフィールド４２は転写すべきパターンの
形成された部分である。スカート４３はパターンの形成
されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当た
る。パターン形成の形態としては、メンブレンに孔開き
部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体から
なるパターン層をメンブレン上に形成する散乱メンブレ
ンタイプとがある。

【００２１】一つのサブフィールド４２は、現在検討さ
れているところでは、マスク上で１ｍｍ角程度の大きさ
を有する。光学系の縮小率を１／４とすると、サブフィ
ールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、
０．２５mm角である。小メンブレン領域４１の周囲の直
交する格子状のマイナーストラット４５は、例えば厚さ
０．７ｍm程度、幅が０．２ｍｍ程度の梁であり、マス
クの機械強度を保つ。

【００２２】次に、図１を参照してメンブレンマスクの
製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、
シリコン支持基板１０１の表裏両面に、貼り付け基板１
０６を貼り付ける。ここで、貼り付け基板１０６は、酸
化シリコン層１０３とシリコン層１０２とからなり、酸
化シリコン層１０３側の面がシリコン支持基板１０１の
表裏面に貼り付けられる。その後、両貼り付け基板１０
６の外側、すなわち、シリコン層１０２を所望の厚さと
なるまで研削する。これにより、シリコン支持基板１０
１の両面には酸化シリコン層１０３Ｆ、１０３Ｂが形成
され、その酸化シリコン層１０３の外面にシリコン層１
０２からなるシリコン活性層１０２Ｆ、１０２Ｂが形成
される。これにより、両面にＳＯＩ（Silicon onInsula
tor）構造を有するウェハ１００が作製される。この工
程は、従来のＳＯＩウェハ製造プロセスを表裏で２回行
うことで実現できる。

【００２３】両面ＳＯＩ構造のウェハの各層の厚さは、
この例では、表側（図の上側）のシリコン活性層１０２
Ｆが２μｍ、表側の酸化シリコン層１０３Ｆが２μｍ、
シリコン支持基板１０１が７５０μｍ、裏側（図の下
側）の酸化シリコン層１０３Ｂが２μｍ、裏側のシリコ
ン活性層１０２Ｂが２μｍである。なお、両側の酸化シ
リコン層１０３、シリコン活性層１０２は厚さ以外にも
同じ特性（例えば、密度や応力）を有する。

【００２４】次に、表側シリコン活性層１０２Ｆ及び裏
側シリコン活性層１０２Ｂに、リンを同等量ドープして
両シリコン活性層の残留応力を５ＭＰａとなるように調
整する。これにより、図１（ｂ）に示すように、両酸化
シリコン層１０３の上に、異種原子がドープされたシリ
コン薄膜層１０４が形成される。ここで、表側シリコン
薄膜層１０４Ｆが、図２の転写用マスクにおける小メン
ブレン領域となる。

【００２５】次に、ウェハの裏面（裏側シリコン薄膜層
１０４Ｂ）に、シリコンエッチングのマスク材料として
レジスト膜１０５を塗布する。次いで、このレジスト膜
１０５にフォトリソグラフィー工程を施して、図１
（ｃ）に示すように、裏面のパターン（図２のストラッ
トとなる部分）のパターニングを行い、この部分以外の
レジスト膜１０５を除去する。

【００２６】その後、図１（ｄ）に示すように、残され
たレジスト膜１０５をマスクとし、かつ裏側酸化シリコ
ン層１０３Ｂをエッチングストップ層として裏側シリコ
ン薄膜層１０４Ｂをエッチングする。そして、図１
（ｅ）に示すように、裏側シリコン薄膜層１０４Ｂをマ
スクとし、かつシリコン支持基板１０１をエッチングス
トップ層として裏側酸化シリコン層１０３Ｂをウェット
エッチングする。この際、シリコン薄膜層と酸化シリコ
ン層は密着性がよいため、酸化シリコン層へ忠実にパタ
ーン転写できる。

【００２７】次に、図１（ｆ）に示すように、裏側シリ
コン薄膜層１０４Ｂをマスクとし、表側酸化シリコン層
１０３Ｆをエッチングストップ層としてシリコン支持基
板１０１をドライエッチングする。これにより、シリコ
ン支持基板１０１からなる格子状梁１０７が形成され
る。この格子状梁１０７は、図２のストラット４５に相
当する。

【００２８】シリコンメンブレンを形成する表側シリコ
ン薄膜層１０４Ｆの下にある表側酸化シリコン層１０３
Ｆは不要であるため、図１（ｇ）に示すように、レジス
ト膜１０５及び裏側シリコン薄膜層１０４Ｂをマスクと
し、かつ表側シリコン薄膜層１０４Ｆをエッチングスト
ップ層として表側酸化シリコン層１０３Ｆをウェットエ
ッチング除去する。その後、残っているレジスト膜１０
５を除去する。ここで、格子状梁１０７で囲まれた部分
が、図２の転写用マスクの小メンブレン領域に相当す
る。このようにしてマスクブランクス１１０が完成す
る。

【００２９】このマスクブランクス１１０は、表裏両面
が同じＳＯＩ構造を有することにより、メンブレンマス
クの梁となる部分、あるいは外周の保持部（チャック固
定する部分）の表裏面の層構造が同じになり、両面に作
用する応力が同等となる。したがって、応力による反り
のないメンブレンマスクを作製することができる。

【００３０】このマスクブランクス１１０から転写露光
装置用のマスクを作製する際は、この後、表側シリコン
薄膜層１０４Ｆの上にレジスト膜を塗布し、このレジス
ト膜に電子線描画装置などを使用して電子線散乱マスク
のパターンを露光し、現像する。これにより、表側シリ
コン薄膜層１０４Ｆ上にレジストパターンが形成され
る。次いで、このレジストパターンをマスクとして表側
シリコン薄膜層１０４Ｆをエッチングすることにより、
シリコンメンブレン（シリコン薄膜層）にステンシルパ
ターンが形成される。このようにして転写用マスク１０
が完成する。

【００３１】図３は、転写用マスクを使用した分割転写
方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関
係及び制御系の概要を示す図である。光学系の最上流に
配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射
する。電子銃１の下方には、コンデンサレンズ２及び照
明レンズ３が備えられており、電子線は、これらのレン
ズ２、３を通って、マスク１０を照明する。

【００３２】これらのレンズ２、３を主な構成要素とす
る照明光学系中には、図示されていないが、照明ビーム
成形開口やブランキング偏向器、ブランキング開口、照
明ビーム偏向器等が配置されている。照明光学系におい
て成形された照明ビームＩＢは、マスク１０上で順次走
査され、照明光学系の視野内にあるマスク１０の各サブ
フィールドの照明を行う。

【００３３】マスク１０は多数のサブフィールドを有
し、静電チャックにより移動可能なマスクステージ１１
に載置されている。マスクステージ１１を光軸垂直面内
で移動させることにより、照明光学系の視野よりも広い
範囲に広がるマスク上の各サブフィールドを照明する。

【００３４】マスク１０の下方には第１投影レンズ１
５、第２投影レンズ１９、及び、収差補正や像位置調整
に用いられる偏向器１６（１６−１〜１６−６）が設け
られている。マスク１０の一つのサブフィールドを通過
した電子線は、投影レンズ１５、１９、偏向器１６によ
ってウェハ（感応基板）２３上の所定の位置に結像され
る。ウェハ２３上には適当なレジストが塗布されてお
り、レジスト上に電子線のドーズが与えられ、マスク１
０上のパターンが縮小（一例で１／４）されてウェハ２
３上に転写される。

【００３５】マスク１０とウェハ２３の間を縮小率比で
内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同ク
ロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられ
ている。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で散
乱された電子線がウェハ２３に達しないように遮断す
る。

【００３６】ウェハ２３は、静電チャックを介してＸＹ
方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されてい
る。マスクステージ１１とウェハステージ２４とを互い
に逆方向に同期走査することにより、投影光学系の視野
を越えて広がるデバイスパターンの各部を順次露光する
ことができる。

【００３７】この電子線投影露光装置においては、マス
ク１０が反りのない状態でチャッキングされるため、転
写されるパターンの精度が向上する。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、表裏両面にＳＯＩ構造を有するウェハを使用
することにより、メンブレンマスクの梁となる部分の両
端面の層構造が同じになって両端面に作用する応力が同
等となる。これにより、反りのないメンブレンマスクを
提供することができる。また、このメンブレンマスクか
ら転写露光装置用の転写用マスクを作製すると、チャッ
キング不良やフォーカスエラーを軽減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るメンブレンマスクと
その製造方法を模式的に説明する図である。

【図２】図１のメンブレンマスクから作製される転写露
光装置用の転写用マスクの構成例を模式的に示す図であ
り、（Ａ）はマスク全体の平面図であり、（Ｂ）は一部
の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平
面図である。

【図３】転写用マスクを使用した分割転写方式の電子線
投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系
の概要を示す図である。

【図４】一般的なシリコン薄膜からなるマスクを作製す
る方法を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０マスク４１小メンブレ
ン領域４２サブフィールド４３スカート４５マイナーストラット１０１シリコン支
持基板１０２シリコン活性層１０３酸化シリ
コン層１０４シリコン薄膜層１０６貼り付け
基板１０５レジスト膜１０７格子状梁１１０マスクブランクス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面状に配列された多数の小メンブレン領
域、並びに、隣り合う該小メンブレン領域間に設けられ
た梁及び外周域に設けられた保持部を有するメンブレン
マスクであって、前記梁及び保持部が、表裏両面にSilicon On Insulator
（ＳＯＩ）構造を有することを特徴とするメンブレンマ
スク。
【請求項２】前記表裏両面のＳＯＩ構造の厚さ・特性
が実質的に同じであることを特徴とする請求項１記載の
メンブレンマスク。
【請求項３】前記小メンブレン領域となるシリコン活
性層が異種原子ドープにより残留引っ張り応力が付与さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載のメンブ
レンマスク。
【請求項４】前記表裏両面のＳＯＩ構造上のシリコン
活性層が異種原子ドープにより残留引っ張り応力が付与
されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の
メンブレンマスク。
【請求項５】面状に配列された多数の小メンブレン領
域、並びに、隣り合う該小メンブレン領域間に設けられ
た梁及び外周域に設けられた保持部を有するメンブレン
マスクの製造方法であって、シリコン支持基板を準備し、表面に酸化シリコン層を有する２枚の貼り付け基板を準
備し、前記シリコン支持基板の表裏面に、前記２枚の貼り付け
基板を、各々の酸化シリコン層を前記支持基板の面に当
てて貼り付け、その後前記貼り付け基板を所望の厚さま
で研削して前記両酸化シリコン層の外面にシリコン活性
層を残すことにより両面ＳＯＩ構造のウェハを作製し、前記両シリコン活性層に異種原子をドープし、該ドープされた裏側シリコン活性層に、前記梁及び保持
部に相当する部分をパターニングして、該パターニング
部分が残るようエッチングし、次に、前記裏側酸化シリコン層を、前記パターニング部
分が残るようエッチング除去し、次に、前記シリコン支持基板を、前記パターニング部分
が残るようエッチング除去し、最後に、前記表側酸化シリコン層を、前記パターニング
部分が残るようエッチング除去する、工程を含むことを
特徴とするメンブレンマスク製造方法。