JP2005064408A

JP2005064408A - レチクルの製造方法及び露光方法

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Publication number: JP2005064408A
Application number: JP2003295915A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Katakura; 則浩片倉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】エッチング時間を比較的短くできるとともに、冷却ガスによるメンブレンの変形や破壊を防ぐことのできるレチクルの作製方法等を提供する。
【解決手段】エッチング開始時は、メンブレン部２３のレジストパターン形成面の反対面（裏面）に冷却ガス４１を当てつつ、エッチングを断続的に進行・停止しながら加工する。このとき、ステンシルパターン３３の一部が貫通するまで、エッチングの進行時間を停止時間より比較的長くする。そして、ステンシルパターン３３の一部３３ａ、３３ｂ、３３ｅ、３３ｆが貫通した時点で冷却ガスを当てるのを止め、エッチングの進行時間を停止時間より比較的短くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線露光装置等に使用されるレチクルの製造方法等に関する。

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、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線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。これらのうち、電子線を用いてパターンを形成する電子線露光方式は、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あるいはそれ以下の微細パターンを形成できる点が大きな特長である。

しかし、従来からある電子線露光方式は一筆書き方式であったため、パターンが微細になればなるほど、より絞った電子線で微細パターンを描画せねばならない。このため描画時間が長くなり、スループットを上げることができない。

そこで、レチクルを利用して、ウェハ上で数百μｍ角のパターンを一括して露光する方式（分割転写方式）が提案されている。
図３は、分割転写方式の電子線露光装置で使用されるレチクルの一例を示す平面図である。
このレチクル１０は、厚さが２μｍ程度のメンブレン状の電子線散乱部（シリコン）に、電子線通過部の開口を開けたステンシルタイプのレチクルである。一度に電子線によって露光できる領域（サブフィールド）は、ウェハ上で２５０μｍ角程度である。このとき、露光装置の縮小倍率を１／４とすると、レチクル上では１ｍｍ角である。デバイス全体を転写するためには、レチクルは１ｍｍ角程度のメンブレンを敷き詰めた構造となっており、１個のメンブレンの周囲は格子状のシリコン支柱（ストラット）で支持されている。

図３に示すレチクル１０は、径８インチのＳｉウェハに形成されており、中央付近に、メンブレンが行列状に敷き詰められた２つのメンブレン領域１１が形成されている。この例では、各メンブレン領域１１の大きさは、縦が１３２ｍｍ、横が５５ｍｍである。

このようなレチクル１０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハを使用して作製できる。
図４は、ＳＯＩウェハを用いたレチクル作製方法の一例を示す図である。
まず、ＳＯＩウェハ２０を準備する。図４（Ａ）に示すように、ＳＯＩウェハ２０は、シリコン支持基板２１の上に酸化シリコン層２２が形成され、その上にシリコンメンブレン層２３が形成されたものである。このような構造により、中間の酸化シリコン層２２をドライエッチングのエッチングストップ層として使用することができ、シリコン支持基板２１の所定の部分をドライエッチングすることで、数百μｍ幅でレチクル面に対して垂直なストラットをもつレチクルブランクを作製することができる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、シリコン支持基板２１の下側の面に、レジスト又は酸化シリコン層２４を形成する。
そして、図４（Ｃ）に示すように、このレジスト又は酸化シリコン層２４をパターニングし、ストラット（２１ａ〜２１ｃ）を形成する部分のみにレジスト又は酸化シリコン層２４ａ〜２４ｃを残して保護する。

その後、図４（Ｄ）に示すように、パターニングされたレジスト又は酸化シリコン層２４ａ〜２４ｃをマスクとして、かつ、酸化シリコン層２２をエッチングストッパーとして、シリコン支持基板２１をドライエッチングし、ストラット２１ａ〜２１ｃを形成する。

ここで、ストラット２１ａ〜２１ｃを形成するために、ウェハ２０の厚さにほぼ等しい深さのエッチングを行う必要がある。例えば、３インチウェハの場合は、エッチング深さは３００μｍ以上、８インチウェハの場合は、７００μｍ以上の深さを垂直にエッチングすることが必要となる。
このような深さをエッチングする方法として、側壁保護を利用したエッチングが行われる。この方法では、エッチングすべき溝が横方向にエッチングされることを防ぐために、シリコン支持基板の表面にエッチング保護用のポリマー等を形成するガスを添加することにより、垂直性の良いエッチングを行うことができる。

最後に、図４（Ｅ）に示すように、パターニングされたレジスト又は酸化シリコン層２４ａ〜２４ｃをウェットエッチングにより除去する。そして、裏面の各ストラット間にある酸化シリコン層２２を除去して、シリコンメンブレン層２３（メンブレン部）のみを残す。これにより、レチクルブランク３０が完成する。

このレチクルブランク３０を用いてステンシルレチクルを作製する際は、図４（Ｆ）に示すように、シリコンメンブレン層２３の表面にレジスト３１を塗布し、このレジスト３１に電子線通過部となる開口の部分をパターニングする。そして、レジスト３１をマスクとしてシリコンメンブレン層２３をエッチングしてステンシルパターンを貫通させて、ステンシルレチクルを作製する。

シリコンメンブレン層２３をエッチングする際、レチクルの温度を一定に保って安定したエッチングを行うために、レチクルの裏面から温度制御（冷却）を行っている。つまり、レチクルの表面側（シリコンメンブレン層２３側）へフッ素系のエッチングガスを流すと、シリコンとの反応によってレチクルの温度が上昇するため、裏面側へ冷却用のヘリウムガスなどを流して反応熱を冷却することによりレチクルの温度を保っている。

しかし、エッチング中に裏面へ冷却ガスを流すと、シリコンメンブレン層（メンブレン部）２３が冷却ガスで押されたり、同部にステンシルパターンが貫通したときに貫通部から冷却ガスが漏れたりして、同部が変形したり破壊されることがあった。

これに対して、エッチングを断続的に進行・停止することにより、冷却ガスを流さなくてもメンブレン部の温度の上昇が抑えられることが報告されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、エッチングの進行時間を３０秒、停止時間を１分とする。

特開平１１−３４０１２７号公報

しかしながら、この方法では、エッチング形状に問題なくエッチングを行うことができるが、冷却のためのエッチング停止時間を設ける必要があり、エッチング時間が非常に長くなってしまう。例えば、上述の例の場合、エッチング進行時間の２倍の停止時間が必要になってしまう。
上記の点に鑑み、本発明は、エッチング時間を比較的短くできるとともに、冷却ガスによるメンブレンの変形や破壊を防ぐことのできるレチクルの作製方法等を提供することを目的とする。

本発明のレチクルの製造方法は、転写の原版となるデバイスパターンが分割されて形成された、行列状に配置された複数のメンブレン部と、該メンブレン部の片面（裏面）に接続された該メンブレン部を支持する格子状のストラット（支柱）を含む支持基板部と、を備える電子線露光用のレチクルの製造方法であって、前記パターンを孔開き（ステンシル）パターンとして、前記メンブレン部においてエッチングにより加工する際に、前記メンブレンのレジストパターン形成面（表面）の反対面（裏面）に冷却ガスを当てつつ、エッチングを断続的に進行・停止しながら加工し、ここで、ステンシルパターンの一部が貫通した時点で前記冷却ガスを当てるのを止めることを特徴とする。

本発明においては、前記ステンシルパターンの一部が貫通する前は、エッチングの進行時間を停止時間より比較的長くし、貫通後は、エッチングの進行時間を停止時間より比較的短くすることが好ましい。

本発明の露光方法は、転写の原版となるデバイスパターンが分割されて形成された、行列状に配置された複数のメンブレン部と、該メンブレン部の片面（裏面）に接続された該メンブレン部を支持する格子状のストラット（支柱）を含む支持基板部と、を備えるレチクルを用いて、前記デバイスパターンを感応基板に転写する露光方法であって、前記レチクルが上記のレチクル製造方法により製造されているレチクルであることを特徴とする。

本発明によれば、エッチング時間を比較的短くすることができる。従来の例では、レチクルの温度上昇を抑えるために、進行時間を３０秒、停止時間を１分として、実際のエッチング時間に対してその２倍の停止時間を設ける必要があった。しかし、本発明では、ステンシルパターンの貫通前は、エッチングの進行時間を停止時間より長くしてエッチングを進行させるが、冷却ガスを供給しているため、レチクルの温度上昇が抑えられる。そして、貫通後は、冷却ガスの供給を止めるが、進行時間を停止時間より短くしてレチクルの温度上昇を抑えている。これにより、エッチング時間を比較的短くできるとともに、レチクルの温度上昇や破壊を防ぐことができる。したがって、レチクル作製を含む露光作業時間全体を短くすることができる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るレチクル作製方法を説明する図である。
図２は、レチクルの一部分の構造を説明する斜視図である。
この例においても、図４（Ａ）に示すＳＯＩウェハ２０（シリコン支持基板２１の上に酸化シリコン層２２が形成され、その上にシリコンメンブレン層２３が形成されたもの）を用いる。このＳＯＩウェハ２０を、酸化シリコン層２２をドライエッチングのエッチングストップ層として、シリコン支持基板２１の所定の部分をドライエッチングし、レチクル面に対して垂直なストラット２１ａ〜２１ｃを形成する。これによりレチクルブランク３０が完成する。

図２に示すように、レチクルブランク３０の、ストラット２１で囲まれた1つのメンブレン部（シリコンメンブレン層２３）は、厚さが０．１〜数μｍで、１．１ｍｍ角の正方形である。ストラット２１は、厚さが０．７ｍｍ程度、幅が０．２ｍｍ程度である。なお、メンブレン部で実際にパターンが形成される部分は、中央部の１ｍｍ角の領域（サブフィールド）５１であり、その周囲の額縁状の部分は照明ビームの縁が当たるスカート５２となっている。

まず、図１（Ａ）に示すように、レチクルブランク３０のシリコンメンブレン層２３上にレジスト層３１を塗布する。そして、同ブランク３０をエッチングテーブル３７上にストラット２１ａ〜２１ｃで支持して載置する。エッチングテーブル３７には、冷却ガス供給及び循環用の一対の貫通孔３９が開けられている。貫通孔対３９は、レチクルブランク３０のストラット２１間の各メンブレン部の下方に位置している。

次に、図１（Ｂ）に示すように、レジスト層３１を、感応基板上に転写すべきデバイスパターンを分割したパターンを露光によりパターニングして、レジスト層３１にステンシルパターン３３ａ〜３３ｆを形成する。なお、パターニングされる部分は、メンブレン部のサブフィールド５１（図２参照）に相当する部分である。
そして、レチクルブランク３０の表面側（レジスト層３１側）へエッチングガスを流し、裏面側（シリコンメンブレン層２３側）へ冷却ガス４１を流す。冷却ガス４１は、貫通孔対３９の一方の孔からストラット２１、メンブレン部、テーブル３７で囲まれた空間Ｓに入り、他方の孔から排気される。この間に、メンブレン部の裏面を冷却する。なお、冷却ガス４１の圧力は、メンブレン部の破壊を防ぐために、１０Ｐａ程度とする。

エッチングは、断続的に停止（エッチングガスの供給停止）・進行（エッチングガスの供給）しながら行う。例えば、進行時間を１分、停止時間を３０秒とする。なお、この間、冷却ガス４１は連続して供給されている。

このように、冷却ガス４１を供給しつつ、断続的に停止・進行しながらエッチングを行うと、ステンシルパターン３３の部分のシリコンメンブレン層２３が貫通し始める。このとき、パターンサイズが大きいところや、メンブレンの周辺部ではエッチング速度が速く（ローディング効果）、このような部分から貫通し始める。
なお、エッチング中に、レジスト層３１は少しずつ削られて薄くなる。

こうして、図１（Ｃ）に示すように、比較的パターンサイズの大きい部分３３ａ、３３ｂ、３３ｅ、３３ｆやメンブレンの周辺部のパターン等のいずれか１箇所でシリコンメンブレン層２３が貫通すると、冷却ガスの供給を停止する。その後、全てのパターンの部分が貫通するまで、冷却ガスの供給を停止したまま、断続的に停止・進行しながらエッチングを行う。ただし、メンブレン層２３が貫通した後は、例えば、進行時間を３０秒、停止時間を１分とする。全てのパターンの部分のメンブレン層２３が貫通するとエッチングを停止し、残っているレジスト層３１を除去する。
なお、メンブレン層２３に貫通孔が開いたことは、冷却ガス圧の低下等で知ることができるため、冷却ガスの圧力をモニタしておく。

このように、シリコンメンブレン層２３に貫通孔が開くまでは、冷却ガスを流しながら、エッチング進行時間を１分、停止時間を３０秒とすることにより、従来の、エッチングの停止・進行を断続的に行う方法よりエッチング進行時間を長くとることができる。このため、全体としてエッチング時間を短縮することができる。

露光を行う際は、上述の方法で製造されたレチクルを使用する。露光装置において、レチクルと感応基板を互いに反対方向に相対走査することにより、レチクルの各メンブレンに形成されたパターンが感応基板上に順次転写される。感応基板上では、分割されたパターンがつなぎ合わされて１つのデバイスパターンが形成される。

まず、ＳＯＩウェハに、シリコン支持基板をパターニングし、シリコン支持基板を酸化シリコン層までエッチングしてストラットを形成した。その後、メンブレンとなる部分の裏面の酸化シリコン層を除去し、レチクルブランクを作製した。

その後、メンブレン上にレジストを塗布した。レジスト材料としては、富士フィルムアーチ社製のＦＥＰ−１３７（登録商標）を用いた。レジスト塗布後に、１２０℃、９０秒のプリベークを施し、ＥＢマスク描画装置で露光を行い、パターニングした。

露光後に、レチクルブランクを、１１０℃、９０秒のベークを行った後現像した。現像液は、東京応化工業社製のＮＭＤ３（登録商標）を用い、２３℃にて６０秒間のパドル現像とした。これにより、シリコンメンブレン上にレジストパターンを形成した。

その後、このレジストパターンをマスクとして、シリコンメンブレンを前述の方法に従ってエッチングした。エッチングガスとしてＳＦ_６を使用し、冷却ガスとしてはＨｅを使用した。冷却ガスの圧力は５Ｐａとした。エッチングは、進行時間を９０秒、停止時間を３０秒として、断続的に進行・停止しながら行った。エッチング中、冷却ガスの圧力をモニタし、圧力が変化（減少）し始めるとメンブレンに貫通孔が開いたと判断し、冷却ガスの供給を停止した。

冷却ガス停止後は、進行時間を３０秒、停止時間を１２０秒として、断続的に停止・進行しながらエッチングを行い、シリコンメンブレンにステンシルパターンを形成した。

この方法により、メンブレン部が変形したり破壊されることなく、良好にエッチングを行うことができた。また、エッチング時間は約１０分であり、従来の、エッチングを断続的に停止・進行しながら行う方法に比べて短縮された。

本発明の実施の形態に係るレチクル作製方法を説明する図である。レチクルの一部分の構造を説明する斜視図である。分割転写方式の電子線露光装置で使用されるレチクルの一例を示す平面図である。ＳＯＩウェハを用いたレチクル作製方法の一例を示す図である。

符号の説明

２１ストラット２３メンブレン部（シリコンメンブレン層）
３０レチクルブランク３１レジスト層
３３ステンシルパターン３７テーブル
３９貫通孔対４１冷却ガス
５１サブフィールド５２スカート

Claims

転写の原版となるデバイスパターンが分割されて形成された、行列状に配置された複数のメンブレン部と、
該メンブレン部の片面（裏面）に接続された該メンブレン部を支持する格子状のストラット（支柱）を含む支持基板部と、
を備える電子線露光用のレチクルの製造方法であって、
前記パターンを孔開き（ステンシル）パターンとして、前記メンブレン部においてエッチングにより加工する際に、
前記メンブレンのレジストパターン形成面（表面）の反対面（裏面）に冷却ガスを当てつつ、エッチングを断続的に進行・停止しながら加工し、
ここで、ステンシルパターンの一部が貫通した時点で前記冷却ガスを当てるのを止めることを特徴とするレチクルの製造方法。
前記ステンシルパターンの一部が貫通する前は、エッチングの進行時間を停止時間より比較的長くし、
貫通後は、エッチングの進行時間を停止時間より比較的短くすることを特徴とする請求項１記載のレチクルの製造方法。
転写の原版となるデバイスパターンが分割されて形成された、行列状に配置された複数のメンブレン部と、該メンブレン部の片面（裏面）に接続された該メンブレン部を支持する格子状のストラット（支柱）を含む支持基板部と、を備えるレチクルを用いて、前記デバイスパターンを感応基板に転写する露光方法であって、
前記レチクルが、請求項１又は２記載のレチクル製造方法により製造されていることを特徴とする露光方法。