JP4333107B2

JP4333107B2 - 転写マスク及び露光方法

Info

Publication number: JP4333107B2
Application number: JP2002275460A
Authority: JP
Inventors: 秀幸江口; 章田村; 浩杉村; 健太四井
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004111828A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線露光に用いられる転写マスク及びそれを用いた露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、次世代の超微細パターンを有する素子の製造技術として、露光光源に電子線やイオンビームを用いた電子線リソグラフィ、イオンビームリソグラフィ等が注目されている。これらの製造技術における露光には、転写マスクが用いられており、この転写マスクの製造に使用する転写マスク用基板としては、微細加工のし易さから、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が用いられている。
【０００３】
ＳＯＩ基板は、支持体となる単結晶シリコンウェハと、この単結晶シリコンウェハ上に形成された、エッチングストッパーとなる中間酸化膜と、この中間酸化膜上に形成された、転写パターンが形成される単結晶シリコン層とにより構成されている。
【０００４】
このようなＳＯＩ基板では、単結晶シリコンウェハがもともと有している反りに加え、シリコンとシリコン酸化物との熱膨張係数の差により中間酸化膜の圧縮応力が生じ、単結晶シリコン層側に反りが生ずるという問題がある。中間酸化膜の厚さにもよるが、８インチのサイズの転写マスクの場合、反り量は７０μｍにもなる場合がある。このような場合、単結晶シリコン層内の内部応力が増大し、単結晶シリコン層内の転写パターンの位置関係が悪化してしまう。
【０００５】
このような問題を解決するため、単結晶シリコンウェハの裏面に酸化膜を形成して反りを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、ある程度の反りを防止を図ることが出来るが、その効果は十分なものではなかった。
【０００６】
本発明者は、転写マスクに生ずる反りについて、更に検討を重ねた結果、転写マスクが有する反りは、単にＳＯＩ基板が有する反りに起因するだけでなく、マスク作成工程においても反りが生じることを見出した。そのため、単結晶シリコン層に形成される転写パターンの位置関係が悪化するだけでなく、転写マスク全体の位置精度が悪化してしまう。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１５１３８５号公報（請求項１、請求項５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下になされ、反り量が少なく、単結晶シリコン層内の転写パターンの位置関係が正確であり、転写マスク全体の位置精度が良好な転写マスク及び露光方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、シリコン支持基板、この支持基板の上面に形成された中間シリコン酸化膜、この中間シリコン酸化膜上に形成された、所定のパターンを有するシリコン単結晶層、前記シリコン支持基板の裏面に形成された裏面シリコン酸化膜、及びこの裏面シリコン酸化膜上に形成された金属窒化膜からなる反り調整膜を備えることを特徴とする転写マスクを提供する。
【００１０】
以上のように構成される本発明の転写マスクによると、裏面酸化膜上に反り調整膜を形成することにより、ＳＯＩ基板がもともと有する反り及びマスク作成工程において生ずる反りのいずれをも、効果的に防止し、それによって良好なパターン精度を得ることが出来る。
【００１１】
裏面酸化膜を設けずに、反り調整膜のみを設けることも考えられるが、裏面酸化膜は、一般に、熱酸化による中間酸化膜の形成の際に同時に形成されるため、反り調整膜のみを設けるためには裏面酸化膜を除去しなければならず、工程数の増加となる。また、ある程度の反り調整効果を有する裏面酸化膜がない場合には、単層の反り調整膜のみに反り調整機能を負わせるには、過大な膜厚の反り調整膜を形成しなければならず、圧縮応力が増大し、反り調整膜にクラックが生じたり、反り調整膜が剥離する恐れがある。また、過大な膜厚の反り調整膜の形成は、明らかに生産性を低下させる。
【００１２】
これに対し、裏面酸化膜に加え、それとは別種の材質からなる反り調整膜を設けることにより、即ち、反りの調整に多層膜構造を採用することにより、これらの問題をすべて解決することが出来る。
【００１４】
本発明において、反り調整膜としては、クロム、タンタル、モリブデン、金、白金、銀、パラジウム、タングステン、ジルコニウム及びハフニウムからなる群から選ばれた金属の１種若しくは２種以上を含む金属窒化物を挙げることが出来る。
【００１５】
これらの金属窒化膜は、高い導電性を有するため、検査装置や電子線露光装置に静電チャックにより保持され易く、また、電子線露光を行う際に、チャージアップを防止することが可能であるという利点を有する。
【００１６】
なお、反り調整膜は、単層膜に限らず、多層膜であってもよい。
【００１７】
本発明はまた、上述の転写マスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を成形する工程を具備する荷電粒子線の露光方法を提供する。
【００１８】
かかる露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度よいパターン露光が可能となり、その結果、半導体装置等におけるパターンの形成を、高い歩留まりで行うことが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る転写マスクについて説明する。図１は、本実施形態に係る転写マスクの構造の一例を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る転写マスクは、支持基板としてのシリコン基板1の上面に中間酸化膜２を介して転写パターン１０を、シリコン基板1の下面に裏面酸化膜４及び反り調整膜６をそれぞれ形成して構成されている。これらシリコン基板1、中間酸化膜２、裏面酸化膜４及び反り調整膜６は、それぞれ開口部を有するように形成されている。
【００２１】
シリコン基板1の厚さは、５００〜７００μｍであることが望ましい。また、中間酸化膜２は、通常、熱酸化により形成され、０．３〜１μｍの厚さを有するのが望ましい。転写パターン１０は、シリコン基板1の上面に中間酸化膜２を介して貼り付けられたシリコン単結晶層をパターニングすることにより形成される。パターニングは、通常、電子線レジストパターンをマスクとして用いてドライエッチングすることにより行うことが出来る。転写パターン１０の膜厚は、１〜２０μｍであることが望ましい。
【００２２】
シリコン基板1の下面に形成される裏面酸化膜４は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等、任意の方法により形成することが出来る。裏面酸化膜４の膜厚は、０．３〜１μｍであることが望ましく、中間酸化膜と同程度であることがよい。
【００２４】
反り調整膜６を、金属窒化膜という導電性を有する材質により構成しているので、転写マスク試料が検査装置や電子線露光装置に静電チャックにより保持され易いという利点がある。また、電子線露光を行う際に、チャージアップを防止するという利点もある。
【００２５】
反り調整膜６の膜厚は、反り調整膜６の材質、膜質、ＳＯＩ基板の反りの量等に応じて、適宜変化させることが出来るが、通常は、０．１〜１μｍであるのが好ましい。
【００２６】
以上説明した転写マスクは、−１５〜＋１５μｍ、好ましくは−１０〜＋１０μｍの反り量を有しており、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。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００２８】
実施例１
本実施例では、ＳＯＩ基板の反りを、裏面酸化膜及び窒化シリコン膜により制御する場合について説明する。図２は、加工前のＳＯＩ基板を示し、シリコン基板1の上面に、中間酸化膜２を介してシリコン単結晶層３が張り合わされた構造を有している。ここで、反りの符号は、シリコン単結晶層３側が凸状に反り、シリコン基板１側が凹状に沿っている場合を正とする。また、ここで定める反り量の範囲は一例であって、本発明を限定するものではない。
【００２９】
なお、反り量とは、図２に示すｄにより表される寸法を言う。
【００３０】
以下、本実施例に係る転写マスクの製造工程について、図３〜図５を参照して説明する。
【００３１】
まず、厚さ５２５μｍのシリコン基板1の上面に、熱酸化により形成された厚さ１μｍの中間酸化膜２を介して、厚さ２μｍのシリコン単結晶層３を張り合わせ、シリコン基板1の裏面に厚さ１μｍの裏面酸化膜４を形成して、図３（ａ）に示すような裏面酸化膜付きＳＯＩ基板５を用意する。この裏面酸化膜付きＳＯＩ基板５の反り量は１６μｍであった。
【００３２】
なお、裏面酸化膜付きＳＯＩ基板５の反り量は、シリコン基板１がＳＯＩ基板に加工される前に有していた反りや、ＳＯＩ基板の作製プロセス等により生じた反り量により決定されるため、常に一様な反り量を有する基板を入手することは困難である。
【００３３】
また、転写マスクの作製工程において、シリコン基板１及び中間酸化膜２の一部を除去するが、中間酸化膜２は、３００ＭＰａ程度の圧縮応力を有するため、反り量は、多くの場合、負に変化する。従って、転写マスク作製工程における反り量を考慮し、転写マスク作製後に反り量を低くできるように、裏面酸化膜４上に反り調整層を形成する必要がある。
【００３４】
具体的には、転写マスク作製工程による反りの変化量が４μｍである場合、裏面酸化膜付きＳＯＩ基板の反り量が４μｍとなるような薄膜を裏面酸化膜上に形成すれば、転写マスク作製工程後の転写マスクの反り量はほぼゼロとなる。一般に、基板に薄膜を形成することにより生ずる反りの変化量は、主として薄膜の応力（ＭＰａ）、厚さ（ｍ）、ＳＯＩ基板の２軸弾性係数（ＧＰａ）、及び基板直径（ｍ）により決定されるので、この薄膜によりＳＯＩ基板の反り量を制御することが出来る。
【００３５】
本実施例では、図３（ｂ）に示すように、裏面酸化膜４の表面に、圧縮応力を有する窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）膜６を低圧ＣＶＤ法により形成する。この場合、窒化シリコン膜６の膜厚は、反り量が４μｍとなるような厚さ、例えば０．３μｍである。窒化シリコン膜６の圧縮応力は、成膜ガスの流量比や成膜温度を変えることにより制御することが出来る。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、不純物７をイオン注入や熱拡散等の方法によりシリコン単結晶層３に導入し、シリコン単結晶層３の内部応力を１０ＭＰａ以内に調整する。なお、シリコン単結晶層１中に導入する不純物は、引張り応力を得るために、シリコンより低い格子定数を有する物質であるのが望ましい。本実施例では、不純物７としてリンを用いている。
【００３７】
次に、図４（ａ）に示すように、シリコン窒化膜６上にフォトレジスト膜を形成した後、パターニングし、レジストパターン８を形成する。更に、このレジストパターン８をマスクとして、フロロカーボン系のガスを用いたドライエッチングにより、シリコン窒化膜６を部分的に除去する。続いて、フロロカーボン系のガスを用いたドライエッチングにより、裏面酸化膜４を部分的に除去する。
【００３８】
その後、同様に、レジストパターン８をマスクとして、公知のドライエッチング法により、シリコン基板１を部分的に除去し、図４（ｂ）に示すように、中間酸化膜２を部分的に露出させる。
【００３９】
更に、図４（ｃ）に示すように、５ｗｔ％の緩衝フッ酸水溶液を用いて中間酸化膜４を部分的に除去して、シリコン単結晶層３を残す。なお、残留する裏面酸化膜５及びシリコン窒化膜６は、レジストパターン８により保護されているため、緩衝フッ酸水溶液によりエッチングされることはない。
【００４０】
次いで、図４（ｄ）に示すように、酸素アッシングによりシリコン窒化膜６上のレジストパターン８を除去し、転写マスクブランクスを得る。この転写マスクブランクスは、裏面酸化膜４の表面にシリコン窒化膜６が形成されているとともに、中間酸化膜４が部分的に除去されているので、反り量は、加工前のＳＯＩ基板の反り量８μｍから僅かに変化し、４μｍであった。この反りの変化は小さいため、シリコン単結晶層３の内部応力は、１０ＭＰａ以下の値を維持することが出来る。
【００４１】
次に、シリコン単結晶層３上に電子線レジスト膜を形成し、これをパターニングして、図５（ａ）に示すように、電子線レジストパターン９を形成する。なお、電子線レジスト膜の内部応力によりシリコン単結晶層３の変形を生じさせ、更には電子線レジストパターン９の位置精度を低下させることがあるので、電子線レジスト膜の内部応力は１０ＭＰａ以下であることが望ましい。
【００４２】
その後、電子線レジストパターン９をマスクとして、フロロカーボン等の混合ガスを用いて、シリコン単結晶層３をドライエッチングして、図５（ｂ）に示すように、微細転写パターン１０を得る。
【００４３】
次いで、電子線レジストパターン９を除去し、アンモニア水を含む公知のＲＣＡ洗浄を行うことにより、図５（ｃ）に示すような転写マスクを得る。
【００４４】
このようにして得た転写マスクは、反り量が４μｍと、±１５μｍ以内とされている。その結果、シリコン単結晶層３の内部応力は１０ＭＰａ以下に抑制され、微細転写パターン１０の位置精度を±１０ｎｍ以内に抑えることが出来た。
【００４５】
実施例２
本実施例では、反り調整層として金属系材料を用いた例について説明する。なお、ここで定める反り量の範囲は一例であって、何ら本発明を限定するものではない。
【００４６】
以下、本実施例に係る転写マスクの製造工程について、図３〜図５を参照して説明する。
【００４７】
まず、実施例１で用いたのと同様に、シリコン基板1の上面に熱酸化により形成された中間酸化膜２を介してシリコン単結晶層３を張り合わせ、シリコン基板1の裏面に裏面酸化膜４を形成し、図３（ａ）に示すような裏面酸化膜付きＳＯＩ基板５を用意する。この裏面酸化膜付きＳＯＩ基板５の反り量は２０μｍであった。
【００４８】
転写マスク作製工程における反りの変化量が４μｍである場合、裏面酸化膜付きＳＯＩ基板の反り量が４μｍとなるような薄膜を裏面酸化膜上に形成すれば、転写マスク作製工程後の転写マスクの反り量はほぼゼロとなる。一般に、基板に薄膜を形成することにより生ずる反りの変化量は、主として薄膜の応力（ＭＰａ）、厚さ（ｍ）、ＳＯＩ基板の２軸弾性係数（ＧＰａ）、及び基板直径（ｍ）により決定されるので、この薄膜によりＳＯＩ基板の反り量を制御することが出来る。
【００４９】
本実施例では、図３（ｂ）に示すように、裏面酸化膜４の表面に、圧縮応力を有する窒化クロム（ＣｒｘＮｙ）膜６を低圧ＣＶＤ法により形成する。この場合、窒化クロム膜６の膜厚は、反り量が４μｍとなるような厚さ、例えば０．４μｍである。
【００５０】
次に、実施例１と同様の手順で、図３（ｃ）〜図５（ｃ）の工程を経て、転写マスクを作製する。得られた転写マスクの反り量はゼロであった。
【００５１】
転写マスクは、検査装置や電子線露光装置に静電チャックにより保持されるが、本実施例に係る転写マスクでは、裏面に窒化クロム膜が形成されているため、導電性が増加し、静電チャックにより容易に保持することが出来た。
【００５２】
なお、以上の実施例では、反り調整膜は、転写パターン作製前の裏面酸化膜付きＳＯＩ基板に形成したが、転写パターン作製後に形成することによっても、同様に転写マスクの反り量を調整することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
転写マスクが有する反りは、シリコンウエハがもともと有している反りやＳＯＩ基板作製の際に生ずる反りだけでなく、マスク作成工程においても生じる。そのため、ＳＯＩ基板の裏面に酸化膜を設けることだけでは反りを調整することが困難であった。
【００５４】
本発明は、ＳＯＩ基板の裏面に酸化膜に加え、更に別の反り調整膜を形成することにより、即ち、多層膜を形成することにより、反りを効果的に調整することを可能とした。反り調整膜の形成により、加工前のＳＯＩ基板の反りや加工工程による反りの量に応じて、その材質、膜質、膜厚等を適宜に選択することで、精度よく反りを調整することが出来た。
【００５５】
特に、反り調整膜を導電性を有する材質により構成した場合には、転写マスク試料が検査装置や電子線露光装置に静電チャックにより保持され易くなるとともに、電子線露光を行う際に、チャージアップを防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る転写マスクを示す断面図。
【図２】本発明に用いるＳＯＩ基板を示す断面図。
【図３】本発明の一実施例に係る転写マスクの製造プロセスを工程順に示す断面図。
【図４】本発明の一実施例に係る転写マスクの製造プロセスを工程順に示す断面図。
【図５】本発明の一実施例に係る転写マスクの製造プロセスを工程順に示す断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板
２…中間酸化膜
３…シリコン単結晶層
４…裏面酸化膜
５…裏面酸化膜付きＳＯＩ基板
６…シリコン窒化膜
７…不純物
８…レジストパターン
９…電子線レジストパターン
１０…微細転写パターン。

Claims

シリコン支持基板、この支持基板の上面に形成された中間シリコン酸化膜、この中間シリコン酸化膜上に形成された、所定のパターンを有するシリコン単結晶層、前記シリコン支持基板の裏面に形成された裏面シリコン酸化膜、及びこの裏面シリコン酸化膜上に形成された金属窒化膜からなる反り調整膜を備えることを特徴とする転写マスク。
前記反り調整膜は、クロム、タンタル、モリブデン、金、白金、銀、パラジウム、タングステン、ジルコニウム及びハフニウムからなる群から選ばれた金属の１種若しくは２種以上を含む金属窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載の転写マスク。
請求項１又は２に記載の転写マスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を成形する工程を具備する荷電粒子線の露光方法。