JP4801268B2

JP4801268B2 - 電子ビーム露光用マスク、電子ビーム露光方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4801268B2
Application number: JP2001080327A
Authority: JP
Inventors: 文博小場
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002280290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光用マスク及び該マスクを用いた露光方法に関し、特に、長寸法Ｌ＆Ｓパターン、大面積パターン、ドーナツ状のパターン等の構造的に破損し易いパターンを有する電子ビーム露光用ステンシルマスク及び該マスクを用いた露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、集積回路装置の高密度化に伴って、集積回路を形成する半導体素子や配線を形成するための超微細加工技術が要求され、それを実現するための手法の開発が緊急の課題となっている。例えば、線幅０．１μｍ以下の微細パターンを形成するためには、レジスト膜を露光する際、電子ビームを用いて微細なパターニングを行うという技術がある。
【０００３】
電子ビームは、物質波としての波長が他の露光技術と比較して非常に短く、回折収差が無視できるほど小さいため、本質的に高い解像度を有する。しかし、従来の電子ビーム露光技術（可変成形電子ビーム露光方式）では、数μｍ程度の大きさの矩形に成形した電子ビームでパターンを直接塗りつぶしながら露光していくため、スループットの低いことが最大の欠点である。この可変成形電子ビーム露光方式は、例えば、特開平７−２１１６２６号公報に詳細に記載されている。
【０００４】
この可変成形電子ビーム露光方式におけるスループットの低さを解消するため、現在では、部分一括電子ビーム露光（セルプロジェクション露光、もしくは、ブロック露光とも呼ばれる）方式という技術が実用化されている。この部分一括電子ビーム露光技術については、例えば特開平７−１６１６０５号公報等において詳細に記載されている。
【０００５】
この部分一括電子ビーム露光技術は、デバイスパターン中に繰り返し存在するパターンを膜厚２０μｍ程度のＳｉに開口形成したステンシル型電子ビームマスク（ステンシルマスク、アパチャ、部分一括マスク、セルプロジェクションマスク、もしくは、ブロックマスクとも呼ばれる）を用いて、数μｍ角の面積パターンを一度に転写するものである。これにより、電子ビームのショット数が、従来の可変成形電子ビーム露光方式から大幅に低減され、スループット向上が達成できている。
【０００６】
しかしながら、この部分一括電子ビーム露光方式でも、デバイスパターン中における繰り返し性のないパターンについては、やはり数μｍ程度の大きさの矩形に成形した電子ビームでパターンを直接塗りつぶしながら描画（可変成形電子ビーム露光方式）していくことになり、デバイス量産化を考えると、更なるスループット向上が必要とされている。
【０００７】
そこで、近年、部分一括電子ビーム露光方式よりも飛躍的に高スループットを狙う電子ビーム露光方式として、一個の半導体チップ全体の回路パターンを備えたマスクを準備し、そのマスクのある範囲に電子ビームを照射し、その照射範囲のパターンの像を投影レンズにより縮小転写する電子ビーム大面積一括露光装置が提案されている。この技術は電子ビームプロジェクション露光方式（Electron Beam Projection Lithography、略してＥＰＬ）と一般的に呼ばれている。
【０００８】
このＥＰＬ方式については、例えば、特開２０００−５８４４６号公報等において詳細に記載されている。従来用いられてきた可変成形電子ビーム露光方式や部分一括電子ビーム露光方式では、一度に転写する領域が最大でも５μｍ角程度と小さかったが、上記のＥＰＬ技術では、一括転写領域が２５０μｍ角程度とかなり大きくなっており、これによりスループットが大幅に向上することが期待されている。
【０００９】
このように電子ビーム露光技術は、従来のマスクを用いない可変成形電子ビーム露光方式から、スループットを向上させるために、マスクを用いる部分一括電子ビーム露光方式やＥＰＬ方式へと変わりつつある。
【００１０】
ここで、電子ビーム露光技術において用いられるマスクは、大きく分けて、メンブレンマスクとステンシルマスクの２種類ある。ステンシルマスクについては、例えば特開平５−２１６２１６号公報に記載されている。ステンシルマスクとは、開口領域（空間に物質が存在しない）を有するマスクであり、開口領域が電子透過領域、開口していない領域が電子散乱領域に該当する。通常は、シリコンウェハに化学ガスを用いたドライエッチング法でパターンを開口し、加工している。
【００１１】
ステンシルマスクの最大の長所は、コントラストが高いことである。ステンシルマスクの開口領域は物質が何も存在しないので、基本的に電子は散乱されずに通過し、開口していない領域ではシリコンがある一定の厚みを持って存在しているので、基本的に電子は散乱され、透過しない。しかしながらステンシルマスクの最大の短所は、その構造上、開口することでパターンを形成するため、長寸法ライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンや、小さい領域で大きな面積を支えるようなパターン等、マスク強度的に弱いパターンが存在することになる。このような強度の弱いパターンをマスク上に加工しようとすると、マスク破損等が生じやすい。更に、一般にドーナツパターンと呼ばれる中空に浮いたパターンは、ステンシルマスクでは形成不可能である。
【００１２】
一方のメンブレンマスクについては、例えば特願平５−６２８８８号公報等において詳細に記載されている。メンブレンマスクは、電子透過膜の上に電子散乱膜を成膜して、電子散乱膜のみパターニングして作成する。すなわち、電子透過膜の上に電子散乱膜が残存している領域は電子が散乱されるため、基本的に電子は透過しない。また、電子透過膜の上に電子散乱膜が存在しない領域（すなわち電子透過膜のみ存在する領域）においては、電子は散乱される確立が少ないため、基本的に電子はある一定の割合で透過することになる。
【００１３】
しかしながら、電子透過膜といえどもある一定の割合で電子は散乱してしまうため、開口でパターンを形成するステンシルマスクほどコントラストは高くできない。しかし、電子透過膜の上に電子散乱体が位置しているため、マスク強度的には有利であり、ステンシルマスクでは形成が困難または形成不可能なパターンでもほぼ問題なく形成できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビーム露光技術においては、部分一括電子ビーム露光方式で実績もあり、解像度的にも有利なステンシルマスクを多く用いる傾向にあるのが現状である。しかし、ステンシルマスクでは、前述したように、その構造上、形成困難もしくは形成不可能なパターンが存在する。
【００１５】
例えば、図６（ａ）に、長手方向に長いライン＆スペースパターン（長寸法Ｌ＆Ｓパターン）が示されている。このような長寸法Ｌ＆Ｓパターンにおいては、マスク製造時においてパターンが図６（ｂ）に示すようによれるという問題が生じている。また、図２（ａ）には、長いラインを一辺のみで支えている構造をとっている。このようなパターンでは、ラインの根元で折れ易いという問題を有している。また、図３（ａ）には、長いＬ字パターンを小さな領域で支えるという構造をとっている。これも図２の場合と同様に支点となる領域において亀裂が生じて折れやすいという問題を有している。また、図４（ａ）には、大面積パターンを小さな領域で支えるという構造をとっている。このようなパターンでは支点となる領域において亀裂が生じ折れやすいという問題を有している。
【００１６】
また、図５（ａ）には、一般的にドーナツパターンと呼ばれるパターンが示されている。このような中空に浮いたパターンは、開口によってパターンを形成するステンシルマスクで加工することが不可能である。このようにステンシルマスクでは、その構造上、加工困難もしくは加工不可能なパターンが存在する。
【００１７】
そこで、この問題を解決するために、例えば、図７（ａ）のようなドーナツパターンを図７（ｂ）と図７（ｃ）のように２枚のマスクに分割し、２回露光を組み合わせて所望のパターン（図７（ａ））を形成する方法がある。この方法は例えば特開平１−１９９３８４号公報に開示されている。
【００１８】
この技術は、ステンシルマスクにおいて加工不可能であるパターンを形成することができるという点に関しては一応の効果を奏している。しかしながら、この技術では、複数のマスクを製作し複数回の露光を組み合わせなければならないことから、マスクを使ったスループット向上というメリットを少なからず失効させてしまう。また、マスクコストも高くなってしまう。
【００１９】
また、例えば、図８（ａ）のようなドーナツパターンを図８（ｂ）のように、解像限界以下の細いビーム非透過パターンでドーナツパターンを支持するようにしてアパーチャを作成するという方法がある。この方法は、例えば特開昭６１−１８３９２６号公報に開示されている。
【００２０】
この技術は、パターンの幅がある程度以下であればパターンが消失してしまうことにより、ステンシルマスクにおいて加工不可能であるパターンを形成することができるという点に関しては一応の効果を奏している。しかしながら、この技術では、解像限界以下の細いビーム非透過パターン８３を精度よくマスク上に加工するのは困難であり、また、大面積パターンを解像限界以下の細いビーム非透過パターン８３で支えるには強度不足であり、やはりマスクが破損し易いという問題がある。
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、長寸法Ｌ＆Ｓパターンや大面積パターン、また、ドーナツ状のパターンを有する場合においても、これらのパターンを確実に保持することができる電子ビーム露光用マスク及び該スクを用いた露光方法を提供することにある。
【００２２】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子ビーム露光用マスクは、電子ビーム透過領域をドライエッチングにより開口して形成される電子ビーム露光用マスクにおいて強度が弱く破損し易いパターンに対して、該パターンの形状を維持可能な所定の強度を有する補強用の梁を設け、補強用の梁は、電子ビームによる露光によってパターンが形成される太さを有し、かつ前記電子ビーム透過領域となる開口内に設けられているものである。
【００２３】
また、本発明の電子ビーム露光用マスクを用いた電子ビーム露光方法は、電子ビーム透過領域をドライエッチングにより開口して形成されるマスクを用いた電子ビーム露光方法において、強度が弱く破損し易いパターンに対して、該パターンの形状を維持可能な所定の強度を有する補強用の梁を設けたマスクを用いてパターンを転写するステップと、前記マスクを外し、前記梁の領域に対してポイント電子ビーム露光方式もしくは可変成形電子ビーム露光方式で露光するステップとを有するものである。
【００２４】
本発明においては、前記パターンが、Ｌ＆Ｓパターン、一端のみで支持されるパターン、又は、島状のパターンのいずれかを含むことが好ましい。
【００２５】
このように、本発明は上記構成により、長寸法Ｌ＆Ｓパターンや大面積パターン、また、ドーナツ状のパターンを確実に保持することができ、また、マスクを用いてパターン露光を行った後、梁の部分のみポイント電子ビーム露光方式もしくは可変成形電子ビーム露光方式で別途露光を行うため、梁の部分が残ることがなく、所望のパターンを形成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電子ビーム露光用マスクを用いた露光方法は、その好ましい一実施の形態において、強度が弱く破損し易いパターン（例えば、長寸法Ｌ＆Ｓパターンや一端のみが支持される大面積パターン、また、ドーナツ状のパターン）に対して、該パターンの形状を維持可能な所定の強度を有する補強用の梁を所定の領域（たとえば、長寸法Ｌ＆Ｓパターンに対しては、ラインの長手中央においてラインに略直交する方向、一端のみが支持される大面積パターンに対しては他端側、また、ドーナツ状のパターンに対しては周囲の数カ所）に設けたステンシルマスクを形成し、このパターン補強を施したマスクを用いてパターンを露光する第１の工程と、該マスクを外し、梁の領域に対してポイント電子ビーム露光方式もしくは可変成形電子ビーム露光方式を用いて露光する第２の工程とを組み合わせ、最終的に所望のパターンを形成するものである。
【００２７】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る電子ビーム露光用マスク及び該マスクを用いた露光方法について、図１乃至図５を参照して説明する。図１乃至図５は、本発明の一実施例に係る電子ビームプロジェクション露光方式（Electron Beam Projection Lithography、略してＥＰＬ）用ステンシルマスクの構造を模式的に示す平面図である。
【００２８】
本実施例のステンシルマスクは、例えば、８インチシリコンウェハにおいて化学ガスを用いたドライエッチング手法により開口加工して形成される。ここでは、ハッチング領域が非開口領域１１（シリコン）、白色領域が開口領域１２（空間に何も存在しない領域）を示している。
【００２９】
先ず、所望のパターンをマスク上に形成する場合に、そのパターンが図１（ａ）のような長寸法のライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンであると、マスク製造時、及び、電子ビーム露光時における応力発生（熱ストレス、振動等）により、パターンがよれて密着してしまうという問題が生じる。従ってこのようなパターンはステンシルマスクでは形成困難または形成できたとしても破損し易い状況となる。
【００３０】
そこで、図１（ｂ）に示すように、斜線領域で示される梁１３を入れて、Ｌ＆Ｓパターンの長手方向の長さを短縮することで、マスクの破損を防ぐことができる。ここで、この梁１３は、マスクの破損を十分防止できるような寸法を有することを特徴とする。
【００３１】
そして、図１（ｂ）に示すようなステンシルマスクを使って一括電子ビーム露光を行い、続いて、同一装置内において、同一の電子ビーム光源（電子銃）を使って、可変成形電子ビーム露光方式で梁１３の領域を露光して、最終的に図１（ａ）に示す所望のパターンを形成することができる。
【００３２】
また、図２（ａ）のような長いラインを一辺のみで支えている構造をとっているパターンでは、ラインの根元で折れ易いという問題を有している。これに対して、図２（ｂ）のようにパターン強度を補強するように梁２３を入れれば、図１の場合と同様にして所望のパターンを形成することができる。
【００３３】
また、図３（ａ）のような長いＬ字パターンを小さな領域で支えるという構造をとっているパターンでは、支点となる領域において亀裂が生じて折れやすいという問題を有している。これに対して、図３（ｂ）のようにパターン強度を補強するように梁３３を入れれば図１の場合と同様にして所望のパターンを形成することができる。
【００３４】
また、図４（ａ）のような大面積パターンを小さな領域で支えるという構造をとっているパターン、支点となる領域において亀裂が生じ折れやすいという問題を有している。これに対して、図４（ｂ）のようにパターン強度を補強するように梁４３を入れれば図１の場合と同様にして所望のパターンを形成することができる。
【００３５】
また、図５（ａ）には、一般的にドーナツパターンと呼ばれるパターンであり、このような中空に浮いたパターンは、開口によってパターンを形成するステンシルマスクで加工することが不可能である。これに対して、図５（ｂ）のようにパターン強度を補強するように梁５３を入れれば、図１の場合と同様にして所望のパターンを形成することができる。
【００３６】
なお、本実施例では、電子ビーム・プロジェクション露光方式用マスクにおいて本発明の構造を適用した例について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、これを部分一括電子ビーム露光用マスク、電子ビーム露光用メンブレン型マスクに対して適用しても、同様の効果が得られる。
【００３７】
また、梁の領域を可変成形電子ビーム方式で露光する場合について記載したが、これをポイント電子ビーム方式で露光する場合に適用しても、同様の効果が得られる。
【００３８】
また、マスクに照射する電子ビーム光源（電子銃）と、梁を露光する際に用いる可変成形電子ビーム露光の電子ビーム光源（電子銃）とを同一のものを使用する場合について説明したが、これをマスク用と可変成形用とで異なる電子ビーム光源（電子銃）を使う場合に適用しても、同様の効果が得られる。
【００３９】
更に、マスクを用いた電子ビーム露光と、可変成形電子ビーム露光とを同一のチャンバー装置内で行うものとして説明したが、これを異なる装置で個別に露光する場合に適用しても、同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子ビーム露光用マスク及び該マスクを用いた露光方法によれば、長寸法Ｌ＆Ｓパターンや大面積パターン、また、ドーナツ状のパターンを有するステンシルマスクにおいても、所定の強度を有する梁を設けることによってこれらのパターンを確実に保持することができ、また、上記ステンシルマスクを用いて電子ビームプロジェクション露光方式等で露光した後、梁の部分のみを可変成形電子ビーム方式又はポイント電子ビーム方式で露光することにより、所望のパターンを確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電子ビームプロジェクション露光方式用ステンシルマスクの構造を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る電子ビームプロジェクション露光方式用ステンシルマスクの構造を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る電子ビームプロジェクション露光方式用ステンシルマスクの構造を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る電子ビームプロジェクション露光方式用ステンシルマスクの構造を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の一実施例に係る電子ビームプロジェクション露光方式用ステンシルマスクの構造を模式的に示す平面図である。
【図６】従来のステンシルマスクの問題点を示す図である。
【図７】従来のドーナツパターンの形成方法を示す図である。
【図８】従来のドーナツパターンの構造を示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１非開口領域
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２開口領域
１３、２３、３３、４３、５３梁
６３よれた領域
８３ビーム非透過パターン

Claims

電子ビーム透過領域をドライエッチングにより開口して形成される電子ビーム露光用マスクにおいて、
強度が弱く破損し易いパターンに対して、該パターンの形状を維持可能な所定の強度を有する補強用の梁を設け、
前記補強用の梁は、電子ビームによる露光によってパターンが形成される太さを有し、かつ前記電子ビーム透過領域となる開口内に設けられていることを特徴とする電子ビーム露光用マスク。
前記パターンが、Ｌ＆Ｓパターン、一端のみで支持されるパターン、又は、島状のパターンのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム露光用マスク。
電子ビーム透過領域をドライエッチングにより開口して形成されるマスクを用いた電子ビーム露光方法において、
強度が弱く破損し易いパターンに対して、該パターンの形状を維持可能な所定の強度を有する補強用の梁を設けたマスクを用いてパターンを転写するステップと、
前記マスクを外し、前記梁の領域に対してポイント電子ビーム露光方式もしくは可変成形電子ビーム露光方式で露光するステップと、
を少なくとも有することを特徴とする電子ビーム露光方法。
前記パターンが、Ｌ＆Ｓパターン、一端のみで支持されるパターン、又は、島状のパターンのいずれかを含むことを特徴とする請求項３記載の電子ビーム露光方法。
電子ビーム透過領域をドライエッチングにより開口して形成されるマスクを用いた半導体装置の製造方法において、
強度が弱く破損し易いパターンに対して、該パターンの形状を維持可能な所定の強度を有する補強用の梁を設けたマスクを用いてパターンを転写するステップと、
前記マスクを外し、前記梁の領域に対してポイント電子ビーム露光方式もしくは可変成形電子ビーム露光方式で露光するステップと、
を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。