JP5145807B2 - 荷電粒子線露光用マスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線露光用マスク及びその製造方法に関し、特に半導体製造において使用される荷電粒子線露光用マスク及びその製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの微細化が進み、例えば露光工程においてはより微細なパターン形成ができる荷電粒子線を使った露光装置が用いられている。荷電粒子線露光用マスクはこのような露光装置において使用されるものである。

荷電粒子線露光用マスクは、その基材としてシリコンウェハ、あるいはＳＯＩ（Ｓｉｌｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等を用いている。その表面のメンブレンと呼ばれる数μｍ〜数１０μｍの薄膜形成部において、半導体の回路を元に、数μｍもしくは１μｍ以下の各種の微小なパターンやホールが貫通孔として多数形成されている。

また荷電粒子線露光用マスクの裏側においては、薄膜であるメンブレンの強度を保つため梁構造を有するものである。

半導体製造においては、上述のマスク上に荷電粒子線を照射してメンブレンに形成されている貫通パターンを通過した荷電粒子線のみが、レジストを塗布したウェハ上に所望のパターンとして縮小、もしくは等倍で転写露光される。

従来、荷電粒子線露光用マスクはシリコン基板等を基材とし、梁を有するメンブレン構造に加工し、そのメンブレンには半導体製造で必要とされる極微細な回路配線を元に貫通パターンを形成して半導体回路を製作する（特許文献１参照）。

貫通パターンはリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いてメンブレン上に形成するが、従来コーナ部を完全な直角にするには限界があり、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度の曲率半径を有することが避けられなかった。

メンブレンに形成される貫通パターンはデータ上、すなわち半導体回路上は矩形形状を組み合わせて構成されているが、上述のように従来のマスク上では実パターンのコーナ部が曲率を有するため、荷電粒子線露光用マスクを半導体製造で使用すると、転写露光された半導体基板の回路配線のコーナ部も曲率を持った形状になってしまう。

また、回路配線の直線部形成においても実パターンを繰り返し転写露光してつなげて使用するが、そのコーナ部の円弧の一部が繰り返される形状になるため、回路の直線性が悪化し、配線が設計通りに形成されないといった問題が生じていた。
特開２００４−３１１８００号公報

本発明は、荷電粒子線露光用マスクの実パターンのコーナ部は曲率を持たず、完全な直角にする方法を提供する。

本発明の請求項２に係る発明は、荷電粒子線透過孔を所望の形状に形成された第１のパターンデータと、位置合わせのために形成された第１のアライメントマークと、を有する第１の基板と、荷電粒子線透過孔を所望の形状に形成された第２のパターンデータと、位置合わせのために形成された第２のアライメントマークと、を有する第２の基板と、第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークを位置合わせして、第１のパターンデータと第２のパターンデータとを接合させた２段構造とし、前記第１の基板に形成する前記第１のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第１のパターンデータに対してＸ方向に一定量伸長させた部分と前記第１のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｘ方向に伸長させない部分とを有し、前記第２の基板に形成する前記第２のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第２のパターンデータをＹ軸に対して反転させ、さらにＹ方向に一定量伸長させた部分と前記第２のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｙ方向に伸長させない部分とを有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスクとしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、第１のパターンデータ及び第２のパターンデータは、論理積を行って得られる実パターンを有す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としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、実パターンのコーナ部は、第１のパターンデータ及び第２のパターンデータの直線部が交差し形成されることで、その頂角が曲率を持たず、完全な直角であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線露光用マスクとしたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、荷電粒子線透過孔を所望の形状を有する第１のパターンデータ及び位置合わせを行うために形成する第１のアライメントマークを有する第１の基板と荷電粒子線透過孔を所望の形状を有する第２のパターンデータ及び位置合わせを行うために形成する第２のアライメントマークを有する第２の基板とを準備し、第１の基板と第２の基板とを所望の形状を有する第１のパターンデータ及び第２のパターンデータを第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが一致するように接合させて密着し、第１の基板の裏面を所定の厚さまで研磨し、第２の基板の裏面を選択的に除去して開口部を形成し、第１の基板と第２の基板とを所定のパターンで除去することで荷電粒子線透過孔を形成し、前記第１の基板に形成する前記第１のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第１のパターンデータに対してＸ方向に一定量伸長させた部分と前記第１のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｘ方向に伸長させない部分とを有し、前記第２の基板に形成する前記第２のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第２のパターンデータをＹ軸に対して反転させ、さらにＹ方向に一定量伸長させた部分と前記第２のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｙ方向に伸長させない部分とを有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としたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、第１のパターンデータ及び第２のパターンデータの論理積を行って得られる実パターンを形成することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、実パターンのコーナ部は、第１のパターンデータ及び第２のパターンデータの直線部が交差し形成されることで、その頂角が曲率を持たず、完全な直角であることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法としたものである。

本発明によれば、荷電粒子線露光用マスクの実パターンのコーナ部は曲率を持たず、完全な直角にする方法を提供することができる。

本発明によれば、荷電粒子線露光用マスクを使用した半導体製造においては、その転写露光されたパターンのコーナ部が完全な直角となり、また直線性も向上するため、半導体製造における回路配線の品質向上に貢献し、また歩留り向上と性能向上に寄与することができる。

本発明によれば、荷電粒子線露光用マスクの性能と信頼性が向上し、高密度、高精度化が進む半導体製造に寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

図１は本発明による荷電粒子線露光用マスクの第１の基板１の概念図である。本発明の実施の形態での第１の基板１はシリコンウェハ又はＳＯＩ基板を用いることができるがこれらに限定されるわけではない。第１の基板１の表面には荷電粒子線が透過する微細パターンを形成するために第１のパターンデータ（マスク上に形成されるメンブレン状のパターン）２と、第２の基板６（後述する）と位置合わせするための第１のアライメントマーク３とを備えている。ここでシリコンウェハ又はＳＯＩ基板に使用されるシリコンは、単結晶シリコン及び多結晶シリコンを用いることができる。

図２は第１の基板１に形成する際の第１のパターンデータ２の作製方法の概念図である。図２（ａ）は従来の荷電粒子線露光用マスクのパターンデータ４である。図２（ｂ）は、従来のパターンデータ４に対してＸ軸に平行な線分全てについて一定量５だけ両側に伸長している第１のパターンデータ２である。

図３は本発明による荷電粒子線露光用マスクの第２の基板６の概念図である。本発明の実施の形態での第２の基板６はシリコンウェハ又はＳＯＩ基板を用いることができるがこれらに限定されるわけではない。第２の基板６の表面には荷電粒子線が透過する微細パターンを形成するために第２のパターンデータ７と、第１の基板１と位置合わせするための第２のアライメントマーク８とを備えている。ここでシリコンウェハ又はＳＯＩ基板に使用されるシリコンは、単結晶シリコン及び多結晶シリコンを用いることができる。

図４は第２の基板６に形成する際の第２のパターンデータ７の作成方法の概念図である。図４（ａ）は従来の荷電粒子線露光用マスクのパターンデータ４である。図４（ｂ）は、従来のパターンデータ４に対してＹ軸と対象となる第２のパターンデータ９を作製し、その後、図４（ｃ）は、Ｙ軸に平行な線分全てに対して一定量１０だけ上下両側に伸長している第２のパターンデータ７である。

図２及び図４に示すように、第１のパターンデータ３及び第２のパターンデータ７の作製にあたっては、元となるパターンデータの座標に対してあらたにパターン座標を変換する機能を有するＣＡＤ等を使用することで形成することができる。

図５は、パターンデータが２７０°の角部を有する際の処理方法の概念図である。図５（ａ）には、任意の大きさの矩形データ１１を作製している。図５（ｂ）には角部が一致するように座標を合わせ、論理積による図形演算を行って排他的論理和による図形演算の結果からパターンデータ１２を得ることができる。

図１２に示すように、荷電粒子線露光用マスク２３上に照射された荷電粒子線はまず、上側のメンブレンに形成された第１のパターンデータ２で一部は遮蔽され、通過した荷電粒子線はその後、下側のメンブレンに形成された第２のパターンによって更に遮られることになる。

したがって最終的に半導体基板に転写露光されるパターンとしては、上側のメンブレンに形成された第１のパターンデータ２と、下側のメンブレンに形成された第２のパターンデータ７との論理積によって得られる実パターンとなる。

以上のようにして作製した第１のパターンデータ２及び第２のパターンデータ７には、接合に必要な第１のアライメントマーク３及び第２のアライメントマーク８をそれぞれ第１の基板１及び第２の基板６に付加しておく。

第１の基板１及び第２の基板６上への微細パターンの加工においては、半導体製造で用いられるシリコン基板のリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング技術（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の異方性エッチングとを利用することができる。

ここで、第１の基板１及び第２の基板６としてＳＯＩウェハを用いることで、微細パターンのエッチング工程で必要以上に掘り込みが進んでしまわないようにすることができる。これはＳＯＩウェハが構造上、中間酸化膜１３を有し、シリコンに比べてエッチング耐性が大であるためエッチング停止層として有効である。

図６は、第１のパターンデータ２及び第２のパターンデータ７を用いた第１の基板１及び第２の基板６の接合に関する概念図である。ウェハの接合においては、真空チャンバーを有し、プラズマエッチング等により等方的に基板表面処理が可能な接合装置等を用いることができる。

第１の基板１及び第２の基板６の接合においては、常温接合装置等を用いることができ、その接合面は隙間無く完全に密着し、例えば基材にシリコン基板等を用いる場合、その単結晶シリコンの物理的な強度とほぼ同等になることが知られている。

接合装置は、真空チャンバー内において活性ガスの導入が可能であり、接合する基板表面に対して汚染除去と、シリコン原子を露出させるため、例えば酸素プラズマ等を発生させることができる。

接合の原理としては、露出させたシリコン原子に対し相対する基板の表面もシリコン原子が露出しているため、それらを密着させることでシリコン原子が共有結合する。そのため、結合前のシリコンとほぼ同等の接合強度をもつことが知られている。

図７は基板接合の際のアライメント方法を示す。第２の基板６の裏面には赤外光１４による照明装置を設け、第１の基板１の裏面において顕微光学系１５と赤外用の右側カメラ１６及び赤外用の左側カメラ１７を使用する。基材であるシリコン基板は赤外光に対し透明なため、下方からの赤外による光透過照明となる。

図８は上述の光学系において第１のアライメントマーク３と第２のアライメントマーク８とを赤外用の右側カメラ１６及び赤外用の左側カメラ１７でとらえた概念図である。図８に示すように接合前は第１のアライメントマーク３と第２のアライメントマーク８とが一致しておらず、第１の基板１と第２の基板６とに形成した第１のアライメントマーク３と第２のアライメントマーク８とは一致していない。

図９は第１のアライメントマーク３と第２のアライメントマーク８とを重ねて一致させた時の概念図である。図９に示すように、第１の基板１及び第２の基板６の第１のアライメントマーク３と第２のアライメントマーク８とを使って位置合わせを行うことで、第１の基板１及び第２の基板６に形成した第１のパターンデータ２及び第２のパターンデータ７が完全に一致する。

上記アライメントを経て、第１の基板１と第２の基板６との間隔を０にして密着させ接合する。

図１０は第１の基板１及び第２の基板６の接合後に、第１の基板１の裏面に対して所定の深さだけ第１の基板１の全面を研磨、もしくはエッチングする概念図である。本発明の実施の形態においては第１の基板１及び第２の基板６にＳＯＩ基板を用いているために中間酸化膜１３が全面に露出する。第１の基板１及び第２の基板６にシリコンウェハを用いている場合には、研磨、もしくはエッチングが完了した裏面には、予め形成してあるパターンが露出される。

次に、図１１のように第２の基板６の裏面側について所定のメンブレン形状となるようリソグラフィ技術を施した後、中間酸化膜１３に達するまでエッチングを行う。

図１２は本発明による荷電粒子線露光用マスクの概念図である。第１の基板１の裏面と第２の基板６の裏面との加工が完了した後、フッ化水素酸（ＨＦ）による中間酸化膜１３の除去を行い、荷電粒子線露光用マスク２３が完成する。

図１３は本発明による荷電粒子線露光用マスクに形成される微細パターンの概念図である。パターンデータとしては、従来のパターンデータ４に対してＸ方向に伸長した上側メンブレンの第１のパターンデータ２と、Ｙ方向に伸長した下側メンブレンの第２のパターンデータ７とを用いるが、接合によって実パターン１８となっている。

図１４は実際のパターンの概念図を示している。従来のパターンデータ４を下に加工されたものはコーナ部が１９のように曲率を有する形状となる。Ｘ方向に伸長した上側メンブレンのパターンは２０のようになる。また、Ｙ方向に伸長した下側メンブレンのパターンは２１のようになる。したがって、これらを接合した実パターンは２２となり、荷電粒子線が通過するのはパターン２０とパターン２１の図形の論理積で得られる実パターン２２の斜線部分である。

上記、２２の斜線部分特にコーナ部分は、接合前のパターン２０及びパターン２１の直線部が交差する部位となっているため、従来の実パターン１９のコーナ部に比べて極めて良好な直角となり、限りなく４のパターンデータに近い形状になる。結果、この実パターン２２を通過した荷電粒子線によって転写・露光された回路配線の質が向上することができる。

本発明における荷電粒子線露光用マスクの第１の基板の概念図である。 第１の基板に形成する第１のパターンデータの作成方法の概念図であり、（ａ）は荷電粒子線露光用のパターンデータを示す図、（ｂ）は（ａ）のパターンデータを伸長したパターンデータを示す図である。 本発明における荷電粒子線露光用マスクの第２の基板の概念図である。 第２の基板に形成するパターンデータの作成方法の概念図であり、（ａ）は荷電粒子線露光用のパターンデータを示す図、（ｂ）は（ａ）と対象となるパターンデータを示す図、（ｃ）は（ｂ）のパターンデータを伸長したパターンデータを示す図である。 ２７０°の角部が含まれる場合のパターンデータ作製方法の概念図であり、（ａ）は荷電粒子線露光用のパターンデータに矩形データを示す図、（ｂ）は（ａ）に角度の座標を合わせて図形演算を行ってパターンデータを示す図である。 第１及び第２の基板の接合に関する概念図である。 接合に関する、赤外光によるアライメント方法の概念図である。 アライメント開始前の概念図である。 アライメント完了後の概念図である。 全面研磨に関する概念図である。 メンブレン形成に関する裏面のエッチングの概念図である。 本発明による荷電粒子線露光用マスクの概念図である。 荷電粒子線露光用マスクに形成されるパターンの概念図である。 荷電粒子線露光用マスクに形成される実際のパターンの概念図である。

符号の説明

１ 第１の基板
２ 第１のパターンデータ
３ 第１のアライメントマーク
４ 従来のパターンデータ
５ 一定量両側に伸長する量
６ 第２の基板
７ 第２のパターンデータ
８ 第２のアライメントマーク
９ 従来のパターンデータに対して、Ｙ軸に対象なパターンデータ
１０ 一定量上下両側に伸長する量
１１ 任意の大きさの矩形データ
１２ 排他的論理和による図形演算の結果得られるパターンデータ
１３ 中間酸化膜
１４ 赤外光による照明
１５ 顕微光学系
１６ 赤外用の右側カメラ
１７ 赤外用の左側カメラ
１８ 接合により形成されるパターンデータ
１９ 従来のパターンデータ
２０ 荷電粒子線露光用マスクに実際に形成される第１の基板上のパターン
２１ 荷電粒子線露光用マスクに実際に形成される第２の基板上のパターン
２２ 接合によって荷電粒子線露光用マスクに実際に形成される実パターン
２３ 荷電粒子線露光用マスク

Claims (6)

1. 荷電粒子線透過孔を所望の形状に形成された第１のパターンデータと、
   位置合わせのために形成された第１のアライメントマークと、を有する第１の基板と、
   荷電粒子線透過孔を所望の形状に形成された第２のパターンデータと、
   位置合わせのために形成された第２のアライメントマークと、を有する第２の基板と、
   前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークを位置合わせして、前記第１のパターンデータと前記第２のパターンデータとを接合させた２段構造とし、
   前記第１の基板に形成する前記第１のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第１のパターンデータに対してＸ方向に一定量伸長させた部分と前記第１のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｘ方向に伸長させない部分とを有し、
   前記第２の基板に形成する前記第２のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第２のパターンデータをＹ軸に対して反転させ、さらにＹ方向に一定量伸長させた部分と前記第２のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｙ方向に伸長させない部分とを有することを特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
2. 前記第１のパターンデータ及び前記第２のパターンデータは、論理積を行って得られる実パターンを有す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. 前記実パターンのコーナ部は、前記第１のパターンデータ及び前記第２のパターンデータの直線部が交差し形成されることで、その頂角が曲率を持たず、完全な直角であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線露光用マスク。
4. 荷電粒子線透過孔を所望の形状を有する第１のパターンデータ及び位置合わせを行うために形成する第１のアライメントマークを有する第１の基板と荷電粒子線透過孔を所望の形状を有する第２のパターンデータ及び位置合わせを行うために形成する第２のアライメントマークを有する第２の基板とを準備し、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを所望の形状を有する前記第１のパターンデータ及び前記第２のパターンデータを前記第１のアライメントマーク及び前記第２のアライメントマークが一致するように接合させて密着し、
   前記第１の基板の裏面を所定の厚さまで研磨し、
   前記第２の基板の裏面を選択的に除去して開口部を形成し、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを所定のパターンで除去することで荷電粒子線透過孔を形成し、
   前記第１の基板に形成する前記第１のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第１のパターンデータに対してＸ方向に一定量伸長させた部分と前記第１のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｘ方向に伸長させない部分とを有し、 前記第２の基板に形成する前記第２のパターンデータは、荷電粒子線透過孔の前記第２のパターンデータをＹ軸に対して反転させ、さらにＹ方向に一定量伸長させた部分と前記第２のパターンデータが前記一定量伸長する向きに伸びる辺と接して前記Ｙ方向に伸長させない部分とを有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。
5. 前記第１のパターンデータ及び前記第２のパターンデータの論理積を行って得られる実パターンを形成することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
6. 前記実パターンのコーナ部は、前記第１のパターンデータ及び前記第２のパターンデータの直線部が交差し形成されることで、その頂角が曲率を持たず、完全な直角であることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法。