JP2003297733A - ステンシルタイプマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストの応力による変形がある場合でも、
それによって生じるパターンの位置誤差を所定範囲に入
れることができるステンシルタイプマスクの製造方法を
提供する。 【解決手段】 マスクブランクスを用いて、ステンシル
タイプマスクを製造する際に、サブフィールド内でのパ
ターン位置の許容誤差がｄ(nm)以下とすると、マスクパ
ターン形成時のレジストの内部応力σ_ｒ（MPa）、ブラ
ンクスの厚さｔ_ｓ（μm）、ブランクスのヤング率Ｅ（G
Pa）、プロセスに用いられるレジストの厚さｔ_ｒ（μ
m）を、以下の関係式が満たされるように選定する。 7.6×10^４×ｔ_ｒ×σ_ｒ＜ｄ×ｔ_ｓ×Ｅ …(1)

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は主に、半導体集積回
路製作における電子又はイオン等の荷電ビームを用いた
リソグラフィー装置に用いられる、ステンシルタイプの
マスクを製造する方法に関するものである。 【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、荷電粒子線、例
えば電子線やイオンビーム、あるいはＸ線を利用する新
しい露光方式が検討され、実用化されている。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は、
電子線そのものを数nmにまで絞ることができるため、0.
1μｍ以下の微細パターンを作製できる点に大きな特徴
を有している。しかし、従来からある電子線露光方式は
一筆書きの方式であったため微細パターンになればなる
ほど絞った電子線で描画せねばならず、描画時間が長く
なりスループットに大きく影響を与えることになった。 【０００３】そこで考え出されたのが、マスクを利用し
た分割露光転写方式と呼ばれている方式である。これ
は、露光転写すべき領域を、マスク上で１mm角程度の副
視野（サブフィールド）に分割し、これを１／４程度に
縮小して露光し、これらをつなぎ合わせて１チップ分の
領域の露光を行うものである。 【０００４】分割露光転写方式の原理を図４、図５に示
す。図４は分割露光の単位を示す図である。まず、転写
体（通常はウエハである）上には複数のチップが形成さ
れ、さらにチップはストライプに、ストライプはサブフ
ィールドに分割される。マスク等の被転写体も同様に分
割されている。 【０００５】分割露光転写装置では通常、図５に示すよ
うな方法で露光が行われる。まず、マスクステージとウ
ェハステージは対応するストライプの中心を縮小比に従
った速度で定速移動する。電子線はマスク上のサブフィ
ールドを照明し、マスク上に形成されたパターンは、投
影光学系によって試料上に投影露光される。 【０００６】そして、電子線をマスクステージの進行方
向と略直角な方向（主偏向方向）に偏向させ、順次、一
列に配置されたサブフィールドの投影露光を行う。一列
のサブフィールドの投影露光が終了すると、次の列のサ
ブフィールドの投影露光を開始するが、その際、図５に
示すように電子線の偏向方向を逆にして、順次サブフィ
ールドの投影露光を行うことにより、スループットを上
げるようにしている。 【０００７】このような方法で露光が行われるため、従
来の荷電粒子線露光装置と比較すると、サブフィールド
領域が一括露光され、またマスクには露光すべきパター
ンが全て形成されているため、非常にスループットを向
上させることができる。 【０００８】このような、分割露光転写装置に使用され
るマスクとして、ステンシルタイプのマスクが一般的に
使用されている。これは、マスク上において、パターン
に対応する部分に貫通孔を開け、この貫通孔に対応する
部分に照射された電子線のみがマスクを通過することが
できるようにしたものである。 【０００９】このようなステンシルタイプのマスクの元
となるマスクブランクスは、一般的に、図１に示すよう
な方法で作製されている。マスクブランクスの原材料と
して、シリコン支持基板１とシリコンメンブレンを形成
するシリコン活性層２の間に酸化シリコン層３を有した
ＳＯＩウエハを用いる(a)。通常のＳＯＩウエハのシリ
コン活性層２は圧縮応力を持っているために、自立薄膜
化した際に弛んでしまう。そのため、リンなどの不純物
を添加してシリコンメンブレンの応力をある程度の引っ
張り応力に制御する。リンを添加したシリコン活性層４
は、シリコン薄膜層を形成する(b)。 【００１０】次に、シリコンエッチングのマスク材料と
して、レジスト５をウエハに塗布し、フォトリソグラフ
ィー工程を経て、メンブレンとなる部分６のパターニン
グを行い、レジスト５を除去する（c）。 【００１１】続いて、エッチングによってシリコン支持
基板部１を除去することにより、メンブレンとなる部分
のシリコン基板部１を除去して、格子状支持部７を形成
する。酸化シリコン層３がエッチングストップ層となり
エッチングは停止する。その後、残ったレジストを除去
する(d)。次に、シリコン自立薄膜を形成する部分の酸
化シリコン層３は不必要なので、エッチングによって除
去し、転写用のマスクブランクスが完成する(e)。 【００１２】次に、このようにして製造されたマスクブ
ランクスからステンシルタイプのマスクを製造する工程
を図２に示す。まず、マスクブランクス１１を用意し
(a)、その上にレジスト１２を塗布する(b)。次に、レジ
スト１２上に微細パターンを描画し、現像して、貫通パ
ターンを形成する部分に対応する部分１３のレジストを
除去する(c)。続いて、エッチングを行いシリコンメン
ブレン層に、貫通パターン１４を作製する(d)。最後に
レジストを除去し(e)、ステンシルタイプマスクが完成
する。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなマスクブランクス１１は、その大部分が厚さが10μ
ｍ未満のシリコン活性層でできているため、その剛性が
非常に小さい。そのために、レジストを塗布した状態で
形成されたパターンが、レジストを除去した場合に位置
ずれを起こすという問題点がある。この様子を、図３を
用いて説明する。図３においては、説明の都合上、寸法
の変化を強調して示している。 【００１４】レジストを塗布する前のマスクブランクス
１１は(a)に示すような寸法であるが、これにレジスト
１２を塗布して乾燥させると、レジスト１２の内部応力
のために、マスクブランクス１１とレジスト１２が(b)
に示すように縮んでしまう。これに、定められたパター
ンを形成し(c)、その後レジスト１２を除去すると(d)、
レジスト１２の応力が無くなるので、ステンシルタイプ
マスクの寸法が、元のマスクブランクスの寸法に復帰す
る。 【００１５】よって、図の(c)と(d)を比べると、パター
ン端部の位置が最大でｄだけずれることになる。ずれ量
ｄは、同じサブフィールド内で共通しているずれ量につ
いては補正が可能であるので問題にはならないが、サブ
フィールド内でずれ量が変わってくると、補正ができず
に問題となる。このサブフィールド内でのずれ量の変化
に起因する位置誤差は、マスクに形成されるパターンが
微細化するに伴い無視できなくなってきている。 【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、レジストの応力による変形がある場合でも、そ
れによって生じるパターンの位置誤差を所定範囲に入れ
ることができるステンシルタイプマスクの製造方法を提
供することを課題とする。 【００１７】 【課題を解決するための手段】前記課題は、支持基板と
格子状支持部とで構成されるマスクブランクスを用い
て、ステンシルタイプマスクを製造する方法であって、
サブフィールド内でのパターン位置の許容誤差がｄ(nm)
以下である場合に、マスクパターン形成時のレジストの
内部応力σ_ｒ（MPa）、ブランクスの厚さｔ_ｓ（μm）、
ブランクスのヤング率Ｅ（GPa）、プロセスに用いられ
るレジストの厚さｔ_ｒ（μm）を、以下の関係式が満た
されるように選定してマスクパターンを形成することを
特徴とするステンシルタイプマスクの製造方法により解
決される。 7.6×10^４×ｔ_ｒ×σ_ｒ＜ｄ×ｔ_ｓ×Ｅ …(1) 【００１８】発明者等は、1mm角のサブフィールドにつ
いて、レジストの内部応力に起因するパターンのずれ量
ｄ’について検討を行った。このずれ量は、レジストの
内部応力とレジスト厚さの積に比例し、ブランクスの厚
さとブランクスのヤング率の積に逆比例すると考えられ
る。即ち、マスクパターン形成時のレジストの内部応力
をσ_ｒ（MPa）、ブランクスの厚さをｔ_ｓ（μm）、ブラ
ンクスのヤング率をＥ（GPa）、プロセスに用いられる
レジストの厚さをｔ_ｒ（μm）とすると、 Ｃ×σ_ｒ×ｔ_ｒ／(Ｅ×ｔ_ｓ)＝ｄ’ が成り立つ。ここにＣは定数である。また、ブランクス
の厚さとは、図１に示すＳＯＩウエハの場合、シリコン
活性層４、酸化シリコン層３及び格子状支持部７を含む
ＳＯＩウエハ全体の厚さをいう。同様、ヤング率も、こ
れらを総合したヤング率をいう。 【００１９】発明者等は種々のケースについてシミュレ
ーションを行った結果、比例常数Ｃの値が7.6×10^４に
等しいことを見いだした。よって、サブフィールド内で
のパターン位置の許容誤差がｄ(nm)以下であり、マスク
パターン形成時のレジストの内部応力がσ_ｒ（MPa）で
ある場合に、 7.6×10^４×ｔ_ｒ×σ_ｒ＜ｄ×ｔ_ｓ×Ｅ …(1) を満たすように、ブランクスの厚さｔ_ｓ（μm）、ブラ
ンクスのヤング率Ｅ（GPa）、プロセスに用いられるレ
ジストの厚さｔ_ｒ（μm）を調整すれば、サブフィール
ド内でのパターンの位置ずれを許容誤差ｄ（nm）より小
さくすることができる。マスクパターン形成時のレジス
トの内部応力は、レジストの種類により、予め求めてお
くことができる。 【００２０】発明者の知見によれば、以上の関係式は、
サブフィールドの大きさが１mm角以上であれば、その大
きさにかかわらず成立する。 【００２１】 【発明の実施の形態】８インチウエハーから８インチマ
スクを形成する場合について考察する。このマスクブラ
ンクスがシリコンからできている場合、一般的厚さｔ_ｓ
は725μm、ヤング率Ｅは150GPaである。例えば、10Mpa
の内部応力で厚さが0.5μｍのレジストを用いる場合、
サブフィールド内での位置誤差は3.5nm以内に抑えられ
ることが分かる。また、１サブフィールド内での位置誤
差を10nm以下に抑えたい場合、30MPaの内部応力を持っ
たレジストを用いるとすると、（１）式より、レジスト
厚さは0.48μm以下にしなければならないことが分か
る。エッチングのプロセス上、レジストの厚さが薄くで
きない場合には、レジスト応力を低下させる必要があ
る。このように、使用するレジストの選択の際に、有効
な判断基準を提供することができる。 【００２２】また、使用するレジストとその厚さが他の
要因で決まってしまう場合、（１）式を用いることによ
り、マスクブランクスの厚さを標準のものより厚くする
必要があるかどうかを決定することができる。 【００２３】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レジストの応力による変形がある場合でも、それによっ
て生じるパターンの位置誤差を所定範囲に入れることが
できるステンシルタイプマスクの製造方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】マスクブランクスの製造方法の例を示す図であ
る。 【図２】マスクブランクスからステンシルタイプのマス
クを製造する工程を示す図である。 【図３】ステンシルタイプのマスクの製造工程における
パターン位置誤差の発生理由を示す図である。 【図４】分割露光の単位を示す図である。 【図５】分割露光転写方式を説明するための図である。 【符号の説明】 １…シリコン支持基板 ２…シリコン活性層 ３…酸化シリコン層 ４…リンを添加したシリコン活性層（シリコン薄膜層） ５…レジスト ６…メンブレンとなる部分 ７…格子状支持部 １１…マスクブランクス １２…レジスト １３…貫通パターンを形成する部分に対応する部分 １４…貫通パターン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 支持基板と格子状支持部とで構成される
   マスクブランクスを用いて、ステンシルタイプマスクを
   製造する方法であって、サブフィールド内でのパターン
   位置の許容誤差がｄ(nm)以下である場合に、マスクパタ
   ーン形成時のレジストの内部応力σ_ｒ（MPa）、ブラン
   クスの厚さｔ_ｓ（μm）、ブランクスのヤング率Ｅ（GP
   a）、プロセスに用いられるレジストの厚さｔ_ｒ（μm）
   を、以下の関係式が満たされるように選定してマスクパ
   ターンを形成することを特徴とするステンシルタイプマ
   スクの製造方法。 7.6×10^４×ｔ_ｒ×σ_ｒ＜ｄ×ｔ_ｓ×Ｅ …(1)