JP2007258650A - 転写マスクブランク及び転写マスク並びにパターン露光方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】転写マスクブランク10は、開口部12が形成された単結晶シリコンからなる支持基板11の開口部12上にメンブレン形成領域61とメンブレン支持領域62とからなるメンブレン31aが設けられており、メンブレン31aのメンブレン支持領域62はBOX層21aを介して支持基板11に接合されている。なお、支持基板11には表裏重ね合わせ用マーク51aが形成されている。
【選択図】図1
Description
特に、線幅65nm以下のパターン形成においては、従来のArFエキシマレーザー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ェ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エキシマレーザー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。
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り、この問題を解決する方法のひとつに電子線リソグラフィーが挙げられる。
電子線リソグラフィーでは露光光源となる電子線を所望の電子線透過孔パターンが形成された転写マスクに照射し、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。
beamProximity projection Lithography)は、65nmノード以下の高アスペクト比のホールパターン形成技術として期待されている。また、転写マスクにより所望のパターンに形成した電子線を電磁レンズにより1/4に縮小し、ウエハ上への転写を行うEPL(Electron beamProjection Lithography)は、45nmノード以下のパターン形成技術として期待されており、研究開発が進められている。
SOIウエハ10は、図5に示すように、支持基板となる単結晶シリコン11上に埋め込み酸化膜(Buried Oxide Layer:以下BOX層と称す)と呼ばれるシリコン酸化膜からなるBOX層21が形成され、その上に単結晶シリコンからなる活性層31が形成された3層構造となっている。
転写マスクの製造に用いられるSOIウエハは通常、支持基板の厚みが500μm〜725μm、BOX層の厚みが0.5μm〜1.0μm、活性層の厚みが0.5μm〜2.0μm程度であり、これらの各層の膜厚は露光方式により使い分けられる。
支持基板11には電子線を透過させるための開口部13が形成され、活性層31には表裏
重ね合わせ用マーク33および電子線を微細パターンに形成するための電子線透過孔34が形成される。
なお、活性層31は単層自立膜(以下、メンブレンと記述)となっている。メンブレンの厚さは露光に使用する電子線の加速電圧や露光方式により異なるが、電子線透過孔34を透過する電子線以外はメンブレンにより遮蔽もしくは散乱され、電子線透過孔34を透過した電子線によってレジストが露光される。このようにメンブレン上に微細パターンが形成された転写マスクはステンシルマスクと呼ばれる。
図7(a)〜(f)及び図8(g)〜(j)は、ステンシルマスクの製造工程の一例を示す模式構成断面図である。
まず、単結晶シリコンからなる支持基板11上にシリコン酸化膜からなるBOX層21と、単結晶シリコンからなる活性層31とが形成されたSOIウエハ10の上面に電子線レジストを塗布し、電子線感光層を形成し、電子線露光、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターン46を形成する(図7(a)及び(b)参照)。
次に、レジストパターン46をエッチングマスクとして活性層31をドライエッチングして、レジストパターン46を専用の剥離液で剥離処理して、表裏重ね合わせ用マーク33を形成する(図7(c)参照)。
レジスト層47をパターン露光、現像等のパターニング処理を行って、開口部を有するレジストパターン47aを形成する(図7(e)参照)。
ここで、支持基板11のエッチングはBOX層21をエッチングストッパー層として行われる。
まず、活性層31上に電子線レジストをスピンナー等により塗布して感光層を形成し、電子線パターン描画、現像等のパターニング処理を行ってレジストパターン48を形成する(図8(h)参照)。
ステンシルマスクの製造にSOIウエハを使用する利点は、活性層をメンブレンとして、BOX層をエッチングストッパー層として利用することが可能である点である。
シリコンウエハ上に活性層及びエッチングストッパー層をCVD(Chemical Vapor Deposition)法やPVD(Physical Vapor Deposition)法により形成する場合、各層の膜厚の精密な制御や、膜欠陥の管理が必要となり、ステンシルマスク製造にかかる工程数と製造コストが増加する。
このためSOIウエハは電子線リソグラフィーやイオンビームリソグラフィーのステンシルマスク製造用の基板として多く用いられている。
一般に、薄膜の応力は引っ張り応力と圧縮応力に分けられ、引っ張り応力は膜自体が収縮する方向に力が働き、引っ張り応力を有する薄膜が形成された基板は薄膜側に凹型に反る。圧縮応力は薄膜自身が伸長する方向に力が働くため、成膜後の基板は薄膜側に凸型に反る。
この反り量はSOIウエハの製造方法により多少のばらつきは生じるが、概ねBOX層の応力と膜厚により決定する。BOX層を構成するシリコン酸化膜は加熱処理により形成される熱酸化膜であり、その応力は約300MPaの圧縮応力である。
例えば、ステンシルマスクは静電チャック方式のマスクホルダーに設置された状態で、露光機の中に設置されるが、大きな反りを有するステンシルマスクをマスクホルダーに設置すると、ステンシルマスク全体に変形が生じる。この変形は再現性及び規則性がなく、変形を予測して電子線透過孔の位置を決定する等の回避手段を採ることが出来ない。
しかし、この方法を実施するためには、ステンシルマスクの製造プロセスに合わせた薄膜材料を検討し、形成する薄膜の応力や膜厚をSOIウエハの反り量に応じて精密に制御する必要がある。
この方法では反り調整層の形成工程を追加する必要はないが、エッチングストッパー層として使用したBOX層を除去する際に、同時に反り調整用のシリコン酸化層がエッチングされないよう対策が必要であることと、ステンシルマスク裏面に絶縁性のシリコン酸化層が残存することになるため、実際の電子線描画時にステンシルマスク裏面に電子線が照射されると、ステンシルマスク自体がチャージアップし、電子線が偏向して転写精度が悪化するという問題が発生する。
。
図1(a)及び(b)は、本発明の転写マスクブランクの一実施例を示す上面図及び模式構成断面図である。
図2は、本発明の転写マスクブランクを用いて作製した転写マスクの一実施例を示す模式構成断面図である。
なお、支持基板11には表裏重ね合わせ用マーク51aが形成されている。
転写マスクブランク及び転写マスクが有する反り量低減のためには、メンブレン支持領域62の面積を小さくすることが望ましく、メンブレン支持領域62の幅は10μm以上とするのが望ましい。
メンブレン支持領域62の幅が10μmより小さくなると、メンブレンを安定して支持するのが困難となり、メンブレン破損を生じることがある。
図3(a)〜(f)及び図4(g)〜(k)は本発明の転写ブランク及び転写マスクの製造工程の一例を示す模式構成断面図である。
まず、単結晶シリコンからなる支持基板11上にシリコン酸化膜からなるBOX層21と、単結晶シリコンからなる活性層31とが形成されたSOIウエハ10を準備する(図3(a)参照)。
ここで、SOIウエハ10は転写マスクブランクおよび転写マスクが有する反りをできるだけ小さく抑えるために、できるだけ小さい反りを有する支持基板11で構成されているものを選択するのが良い。
ここで、表裏重ね合わせ用マーク51は最終的には支持基板11上に形成されるようにするため、支持基板11を1μm前後の深さエッチングする。
ここで、フッ化水素酸でBOX層21を浸漬エッチングする際、サイドエッチングによりメンブレン支持領域内のBOX層21も除去されてしまう可能性があるため、フッ化水素酸への浸漬時間には注意が必要である。
また、BOX層21はフロロカーボンや塩素系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチング等により除去することも可能であるが、ドライエッチングを用いた場合には支持基板11自体がエッチングストッパー層となり、支持基板11の表面が荒れる可能性があるため、フッ化水素酸を用いる方が望ましい。
ここで、電子線レジストで形成した感光層の内部応力によりメンブレンが変形し、レジストパターン45の位置精度が低下する可能性があるため、感光層の内部応力はできるだけ小さいことが望ましい。
ため、反り量はメンブレン支持領域62の大きさにより異なるものの、従来の転写マスクに比べて非常に小さい。
そのためパターン精度が非常に高く、特に電子線やイオンビームなどの荷電粒子線露光用マスクとして好適に使用することが可能である。
まず、725μm厚の単結晶シリコンからなる支持基板11上に1.0μm厚のシリコン酸化膜からなるBOX層21と、2.0μm厚の単結晶シリコンからなる活性層31とが形成された200mmφのSOIウエハ10を準備した(図3(a)参照)。
ここで、SOIウエハ10の反り量を測定した結果78μmであった。なお、SOIウエハ10の自重による影響を除外するため、活性層31側を上面にして測定した反り量と支持基板11側を上面にして測定した反り量の差の1/2をSOIウエハの反り量とした。
さらに、酸素プラズマアッシングによりレジストパターン41を除去し、表裏重ね合わせ用マーク51を形成した(図3(d)参照)。
ここで、レジストパターン43は、一辺が30.02mmの正方形のパターンで、この30.02mmの正方形のパターンはメンブレン形成領域及びメンブレン支持領域を合わせた領域である。
ここで、支持基板11の開口部12の側壁角は90°であった。
ここで、メンブレン支持領域62の幅は、10μmとし、転写マスクブランク50の反り量を測定したところ、7.6μmと小さい値であった。
また、転写マスク100を用いて電子線露光を行い、パターン転写精度を測定したところ、同一パターンが設けられた従来構造の転写マスクを用いた場合に比べて転写パターンの位置精度が大幅に向上していることが確認された。
11……支持基板
12、13……開口部
21、21a……BOX層
31……活性化層
31a……メンブレン
32、34……電子線透過孔
41、43、44、45、46、47a、48……レジストパターン
42……開口部
47……レジスト層
50、150……転写マスクブランク
33、51、51a……表裏重ね合わせ用マーク
61……メンブレン形成領域
62……メンブレン支持領域
100、200……転写マスク
Claims (3)
- 開口部(12)が形成された単結晶シリコンからなる支持基板(11)の前記開口部(12)上にメンブレン形成領域(61)とメンブレン支持領域(62)とからなるメンブレン(31a)が設けられており、前記メンブレン支持領域(62)以外の支持基板(11)上のBOX層(21a)が除去されていることを特徴とする転写マスクブランク。
- 請求項1に記載の転写マスクブランクを用いて作製したことを特徴とする転写マスク。
- 請求項2に記載の転写マスクを用いて荷電粒子線を照射し、荷電粒子線をパターン化することを特徴とするパターン露光方法。
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