JP2010225764A - 荷電粒子線露光用マスク及び荷電粒子線露光用マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細なマスクパターンの形成を阻害することなく、露光時の蓄熱に起因したメンブレンの熱たわみ及び位置ずれを解消することを可能とする荷電粒子線露光用マスク及び荷電粒子線露光用マスクの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の荷電粒子線露光用マスクは、第１のウエハ４と、第１のウエハ４に接合されている第２のウエハ１と、を具備している。第２のウエハ１は、表側に転写用マスクパターン１４が形成されている。第１のウエハ４は、表側にマスクパターン４４が形成され、当該マスクパターン４４の開口部４５が前記転写用マスクパターン１４の開口部１５と対向され、かつ、当該マスクパターン４４の開口部４５の寸法が前記転写用マスクパターン１４の開口部１５の寸法より大きい。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体装置の製造工程で被露光対象へのマスクパターンの転写に用いられる荷電粒子線露光用マスク及び荷電粒子線露光用マスクの製造方法に関する。

荷電粒子線露光用マスクは、その基材としてウエハ又はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等が用いられる。その表面には数μｍ又は１μm以下の微小な回路やホールなど種々のマスクパターンが、メンブレンと呼ばれる極薄に形成された所定の領域内に多数の開口部（貫通孔）として形成される。

メンブレンと呼ばれる所定の領域は、その基材が極薄になるまで裏側から深くエッチングを行って形成されるが、その裏側にはメンブレンの物理的強度を保つための梁を残した構造となっている。

メンブレンには、上記のように微小な回路の多数のマスクパターンやホール等が開口部（貫通孔）として形成されているため、露光工程においてはそれらの貫通したマスクパターンやホールを荷電粒子線が通過することで、被露光対象であるレジストを塗布したウエハ上に、回路やホールやビア等のマスクパターンが、縮小露光又は等倍露光される（特許文献１参照）。

従来の技術による荷電粒子線露光用マスクを半導体製造の露光工程で使用すると、荷電粒子の大きな運動エネルギーはマスクの遮蔽部に衝突した際に熱エネルギーに変化する。荷電粒子線露光用マスクのメンブレンは薄膜構造のため熱容量が少なく、電子線露光の条件によってはその熱が蓄積し、熱たわみの要因となっている。

荷電粒子線露光用マスクの熱たわみは、露光工程において回路マスクパターンが設計通りの位置に転写されない、又は、設計通りのマスクパターン形状が得られないという半導体製造における致命的な問題を生じる要因となる。

上記のような熱に因る荷電粒子線露光用マスクへの悪影響を避ける方策として、メンブ
レンの熱伝導を上げるために、密な梁構造を荷電粒子線露光用マスクの裏側に設ける、又は熱容量を増加させるため梁構造の幅や厚さ等の寸法増す、といった対策を採ることなども考えられる。

ところが、梁構造を密に設けたり増強したりすると、所望する半導体回路マスクパターンを梁構造が頻繁に遮ることとなり、本来の微細な半導体回路のマスクパターンの位置や形状を著しく損うことになってしまうという問題がある。

メンブレンの部分の厚さを増すことで、荷電粒子線露光用マスクの実質的主要部であるメンブレンの熱容量が増加するため、蓄積した熱による温度上昇を一定以下に抑えるようにする、ということは可能であるようにも考えられる。

しかし、そのようにメンブレンを厚くすると、その厚いメンブレンを貫通するように
形成される微細な回路やホール等のマスクパターンの、いわゆるアスペクト比が極めて高
いものとなってしまい、その荷電粒子線露光用マスク自体の微細なマスクパターンの形成が困難、又は、不可能になるという、致命的な問題がある。

特開２００７−６７３２９号公報

本発明の目的は、微細なマスクパターンの形成を阻害することなく、露光時の蓄熱に起因したメンブレンの熱たわみ及び位置ずれを解消することを可能とする荷電粒子線露光用マスク及び荷電粒子線露光用マスクの製造方法を提供することにある。

請求項１の発明に係る荷電粒子線露光用マスクは、第１のウエハと、前記第１のウエハに接合されている第２のウエハと、を具備し、前記第２のウエハは、表側に転写用マスクパターンが形成され、前記第１ウエハは、表側にマスクパターンが形成され、当該マスクパターンの開口部が前記転写用マスクパターンの開口部と対向され、かつ、当該マスクパターンの開口部の寸法が前記転写用マスクパターンの開口部の寸法より大きいことを特徴とする。

請求項２の発明に係る荷電粒子線露光用マスクは、請求項１の発明において、前記第２のウエハの活性層の厚さは１００ｎｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、前記第１のウエハの活性層の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする。

請求項３の発明に係る荷電粒子線露光用マスクは、請求項１及び請求項２のいずれかの発明において、前記第１のウエハの表側に形成されるマスクパターンの開口部の大きさは、前記第２のウエハの表側の前記転写用マスクパターンの開口部の密集度合により任意に変化されていることを特徴とする。

請求項４の発明に係る荷電粒子線露光用マスクの製造方法は、第１のウエハを用意する工程と、第２のウエハを用意する工程と、前記第１のウエハと前記第２のウエハとを接合する工程と、前記第２のウエハの表側に転写用マスクパターンを形成する工程と、前記第１ウエハの表側に開口部が前記転写用マスクパターンの開口部と対向され、かつ、前記転写用マスクパターンの開口部の寸法より大きい開口部を有するマスクパターンを形成する工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、上側のウエハの表側と下側のウエハの表側とを、当該両ウエハのマスクパターン同士がほぼ合致するように接合し２層構造とすることで、微細なマスクパターンを有しながらもメンブレン部分が厚い、従来よりも機械的強度及び熱容量が増大したメンブレン構造を得ることができる。このため、本発明によれば、微細なマスクパターンの形成を阻害することなく、露光時の蓄熱に起因したメンブレンの熱たわみ及び位置ずれを解消することを可能とする。

本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの下側に用いられる第２のウエハの全体の表側の略平面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの転写用マスクパターンを詳細に示す略平面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの上側の第１のウエハのマスクパターンを詳細に示す略平面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの製造方法の工程を説明するための略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの製造方法の他の工程を説明するための略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの製造方法の他の工程を説明するための略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの製造方法の他の工程を説明するための略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクのマスクパターンを示す略平面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの他のマスクパターンを示す略平面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの他のマスクパターンを示す略平面図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの他のマスクパターンを示す略平面図である。

図１は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの下側に用いられる第２のウエハの全体の表側の略平面図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの転写用マスクパターンを詳細に示す略平面図である。

図１及び図２に示すように、第２のウエハ１が用意される。この第２のウエハ１は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの下側に用いられるものである（図４参照）。第２のウエハ１は、基板１１、中間酸化膜１２及び活性層１３を具備している（図４参照）。第２のウエハ１の中間部には、中間酸化膜１２が形成されている。第２のウエハ１の表面部には、活性層１３が形成されている。第２のウエハ１は、活性層１３の厚さaが極薄なＳＯＩ基板が用いられ、その表面に荷電粒子線が透過するための転写用マスクパターン１４が形成される。
活性層の厚さaは、荷電粒子線の充分な遮蔽性能が得られるように数１００ｎｍ以上であり、メンブレンの強度の弱い数１０μｍ以下であることが望ましい。具体的には、活性層の厚さaは、１００nm以上１００μｍ以下程度の範囲であることが望ましい。
転写用マスクパターン１４は、複数の開口部（貫通孔）１５を有している。転写用マスクパターン１４は、荷電粒子線が透過するためのものである。

転写用マスクパターン１４を形成する際のマスクパターンデータとしては、一般的な荷電粒子線による露光工程でウエハの上に転写される際に用いられるようなマスクパターンデータをそのまま用いれば良い。また、接合用のアライメントマーク３も、マスクパターンデータに付加しておく。

これらマスクパターン１４及びアライメントマーク３の加工工程では、一般的な半導体製造で用いられるＳｉ基板のリソグラフィ技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の異方性エッチングが利用されれば良い。

第２のウエハ１は、ＳＯＩ基板である。第２のウエハ１の中間部には、中間酸化膜１２ が形成されている。中間酸化膜１２は、Ｓｉに比べてエッチング耐性が非常に大きいため、エッチングの際のストッパーとして利用することができる。これにより必要以上に掘り込みが進んでしまわないようにする。

また、第２のウエハ１で用いるＳＯＩ基板の活性層１３は、極薄なものを使用しているため、微細な転写用マスクパターン１４であっても、そのエッチングは容易に行うことが可能である。

図３は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの上側の第１のウエハのマスクパターンを詳細に示す略平面図である。図３に示すように、本発明の荷電粒子線露光用マスクの上側に用いられる第１のウエハ４が用意される（図４参照）。

第１のウエハ４は、基板４１、中間酸化膜４２及び活性層４３を具備している（図４参照）。第１のウエハ４の中間部には、中間酸化膜４２が形成されている。第１のウエハ４の表面部には、活性層４３が形成されている。第１のウエハ４は、活性層４３の厚さｂが極薄なＳＯＩ基板が用いられ、その表面に荷電粒子線が透過するためのマスクパターン４４が形成される。
活性層の厚さｂは、メンブレンとして充分な強度が得られるように数μｍ以上であり、エッチングを容易に行うことが出来るように数１０μｍ以下であることが望ましい。具体的には、活性層の厚さｂは、１μｍ以上１００μｍ以下程度の範囲にあることが望ましい。

マスクパターン４４は、複数の開口部（貫通孔）４５を有している。マスクパターン４４は、荷電粒子線が透過するためのものである。マスクパターン４４の開口部４５は、転写用マスクパターン１４の開口部１５と対向され、かつ、当該マスクパターン４４の開口部４５の寸法が転写用マスクパターン１４の開口部１５の寸法より大きいように形成されている。

なお、第１のウエハ４の表側に形成されるマスクパターン４４の開口部４５の大きさは、第２のウエハ１の表側の転写用マスクパターン１４の開口部１５の密集度合により任意に変化されていてもよい。

マスクパターン４４を形成する際のマスクパターンデータとしては、転写用マスクパターン１４のマスクパターンデータを左右反転させ、かつ、転写用マスクパターン１４のマスクパターンデータの寸法ｃに対しｄだけ大きくなるよう寸法変換を施しておく。このとき接合用のアライメントマークもマスクパターンデータに付加しておく。

上述の荷電粒子線露光用の転写用マスクパターン１４のマスクパターンデータとしては、具体的にはＧＤＳ−II等で代表されるようなストリーム形式のデータを使用することが可能である。また、転写用マスクパターン１４のマスクパターンデータを左右反転させ、かつ、寸法変換を行うためにＣＡＤ等の変換機能を利用することが可能である。

図４、図５、図６及び図７は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの製造方法の工程を説明するための略断面図である。図４に示すように、第１のウエハ４と第２のウエハ１とが用意される。第２のウエハ１は、基板１１、中間酸化膜１２及び活性層１３を具備している。活性層１３には、転写用マスクパターン１４が形成される。第１のウエハ４は、基板４１、中間酸化膜４２及び活性層４３を具備している。活性層４３には、マスクパターン４４が形成される。

第１のウエハ４と第２のウエハ１とは、活性層１３、４３がある表面部が接合される。第１のウエハ２と第２のウエハ１の接合については、一般的な真空チャンバを有したプラズマエッチング等により等方的に基板の表面処理が可能な接合装置等を用いる。真空チャンバ内にて、活性ガスを導入し、接合する第１のウエハ４と第２のウエハ１の表面に対して汚染除去を行い、Ｓｉ原子を露出させる。その活性ガスとしては、例えば。酸素プラズマ等を用いることが可能である。

第１のウエハ４と第２のウエハ１の接合工程としては、第２のウエハ１の接合面に酸化物やその他の不純物等を取り除かれたＳｉ原子が露出しており、これに対してもう一方の第のウエハ４の接合面にも同様にＳｉ原子が露出しているため、それらの表面を密着させることでＳｉ原子同士が共有結合し、バルク状のＳｉとほぼ同等の接合強度を確保することができる。

第１のウエハ４と第２のウエハ１の接合においては、表面の転写用マスクパターン１４及びマスクパターン４４同士を正確に重ね合わせる必要がある。一般にＳｉ基板は赤外光に対して透明であるため、赤外光を透過照明として利用した赤外線顕微鏡等を用いることで、第１のウエハ４と第２のウエハ１のアライメントマークを検出して機械的に重ね合せれば、表面の転写用マスクパターン１４及びマスクパターン４４の中心位置を合致させることができる。

上述の第１のウエハ４と第２のウエハ１の重ね合わせにおいては、下側の第１のウエハ１の転写用マスクパターン１４の開口部１４の寸法ｃ対し、上側の第１のウエハ４のマスクパターン４４の開口部はｄだけ寸法が大きいため（図４参照）、マスクパターン１４、４４の中心は必ずしも完全に一致させる必要はなく、一定量のズレが許容される。

第１のウエハ４と第２のウエハ１の接合後は、図５に示すように第１のウエハ４の裏側全面のエッチング又は研磨を行う。第１のウエハ４はＳＯＩ基板であるため、エッチングを行った場合には中間酸化膜４２でエッチングが停止される。また、第１のウエハ４の裏側部の研磨を行った場合には、形成したマスクパターン４４が露出した状態となる。

次に図６に示すように、第１のウエハ４の裏側部を所定のメンブレン形状となるようにレジストを用いたリソグラフィを施し、中間酸化膜４２に達するまでエッチングが行なわれる。

第１のウエハ４と第２のウエハ１のそれぞれの裏側部の加工が完了した後、フッ酸処理を行い不要な中間酸化膜１２、４２を除去することで、図７に示すような荷電粒子線露光用マスクが得られる。

図８は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクのマスクパターンを示す略平面図である。図９は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの他のマスクパターンを示す略平面図である。図８及び図９は、完成した荷電粒子線露光用マスクを上側から観察した略平面図である。メンブレン部分に形成された上側の第１のウエハ４におけるマスクパターン４４の開口部４５の寸法は、下側の第２のウエハ１における転写用マスクパターン１４の開口部１５の寸法ｃに対しｄだけ寸法が大になるようにデータを変換しているため、下側の第２のウエハ１の転写用マスクパターン１４の微細な開口部１５の外側に、より大きなマスクパターン４４の開口部２５が形成されている。

図１０は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの他のマスクパターンを示す略平面図である。図１１は、本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線露光用マスクの他のマスクパターンを示す略平面図である。図１０及び図１１は、完成した荷電粒子線露光用マスクの下側のマスクパターンが密集している部分を上側から観察した略平面図である。

メンブレン部分に形成された上側の第１のウエハ４におけるマスクパターン４４の開口部４４の寸法は、下側の第２のウエハ１における転写用マスクパターン１４の開口部１５が密集している密集部の開口部１５の寸法eに対しｆだけ寸法が大になるようにマスクパターンデータを変換してあるため、下側の第２のウエハ１の転写用マスクパターン１４の微細な開口部１５の密集部よりも外側に、比較的大開口なマスクパターン４４の開口部４５が形成されている。

なお、本発明の一実施の形態において、第１のウエハ４と第２のウエハ１とは、上下反対に配置されてもよい。

本発明の一実施の形態によれば、第１のウエハ４においてはメンブレンの部分を厚くし、メンブレンの強度が向上しているため、メンブレンの裏側に梁が無いため微細なマスクパターンの形成が阻害されず、また、露光時の蓄熱に起因するメンブレンの熱たわみや位置ずれ等の発生が抑止又は解消された、いわゆる、一括メンブレンとよばれるタイプの荷電粒子線露光用マスクを作製することができる。結果として、本発明の一実施の形態によれば、荷電粒子線露光用マスクの信頼性の向上、そして半導体装置のさらなる高密度化、高精度化、高スループット化に寄与することができる。

また、半導体デバイスのさらなる微細化が進んでおり、例えば、露光工程においてはより微細なマスクパターンの形成が可能な荷電粒子線を使った露光装置（システム）が用いられており、本発明の荷電粒子線露光用マスクは、そのような露光装置で使用される。

１ 第２のウエハ
１１ 基板
１２ 中間酸化膜
１３ 活性層
１４ 転写用マスクパターン
１５ 開口部
４ 第１のウエハ
４１ 基板
４２ 中間酸化膜
４３ 活性層
４４ マスクパターン
４５ 開口部

Claims (4)

1. 第１のウエハと、
   前記第１のウエハに接合されている第２のウエハと、を具備し、
   前記第２のウエハは、表側に転写用マスクパターンが形成され、
   前記第１のウエハは、表側にマスクパターンが形成され、当該マスクパターンの開口部が前記転写用マスクパターンの開口部と対向され、かつ、当該マスクパターンの開口部の寸法が前記転写用マスクパターンの開口部の寸法より大きいことを特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
2. 前記第２のウエハの活性層の厚さは１００ｎｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、
   前記第１のウエハの活性層の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスク。
3. 前記第１のウエハの表側に形成されるマスクパターンの開口部の大きさは、前記第２のウエハの表側の前記転写用マスクパターンの開口部の密集度合により任意に変化されていることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
4. 第１のウエハを用意する工程と、
   第２のウエハを用意する工程と、
   前記第１のウエハと前記第２のウエハとを接合する工程と、
   前記第２のウエハの表側に転写用マスクパターンを形成する工程と、
   前記第１ウエハの表側に開口部が前記転写用マスクパターンの開口部と対向され、かつ、前記転写用マスクパターンの開口部の寸法より大きい開口部を有するマスクパターンを形成する工程と、
   を具備することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクの製造方法。

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