JP2005108867A - 露光マスクおよび電子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置で使用される露光用マスクの薄膜部がウエハに接着され、マスク薄膜部が破損することを防止する。
【解決手段】 露光マスク３０を、露光パターンに対応する開口３３を有する薄膜部３２のウエハ対向面に、薄膜部３２とウエハ４０との接触を防ぐメカニカルストッパ３５を備えて構成する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体集積回路などの製作工程で使用される微細パターンを露光する露光装置で使用される露光マスクに関し、特に露光パターンに対応する開口を有するマスクを半導体ウエハなどの試料の表面に近接して配置し、マスクに電子ビームを照射して開口を通過した電子ビームで露光を行う電子ビーム近接露光装置で使用される露光マスクに関する。

近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などの新しい方式の露光装置が開発されている。

最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子ビーム近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、およびこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。

図１は、特許文献１に開示された電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この図を参照して、従来の電子ビーム近接露光装置について簡単に説明する。図示するように、電子光学鏡筒（カラム）１０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と整形アパーチャ１６と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１８とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２２、２４と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２１と、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０と、静電チャック４４と、ＸＹステージ４６とから構成される。

露光用のマスク３０は、図２に示すように、厚い外縁部３４内の中央に開口の形成された薄膜部３２を有しており、薄膜部３２には露光するパターンに対応する開口３３が設けられている。そして、静電チャック４４に吸着されたウエハ４０に近接するように（露光用のマスク３０とウエハ４０とのギャップが、例えば５０μｍとなるように）配置して、マスク３０に垂直に電子ビームを照射することにより、マスクの開口３３を通過した電子ビームを試料４０の表面のレジスト層４２に照射する。

走査手段２１中の主偏向器２２、２４は、図３に示すように電子ビーム１５が露光用のマスク３０の薄膜部３２の全面を走査するように電子ビームを偏向制御する。これにより、マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。

また、走査手段２１中の副偏向器５１、５２は、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。いま図４に示されるように電子ビーム１５の露光用のマスク３０への入射角度をα、露光用のマスク３０とウエハ４０とのギャップをＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、次式、
δ＝Ｇ・ｔａｎα
で表される。

図４上でマスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。したがって、露光用のマスク３０に例えば図５（Ａ）に示されるようなマスク歪みがある場合には、電子ビーム走査位置におけるマスク歪みに応じて電子ビームの傾き制御を行うことにより、図５（Ｂ）に示されるようにマスク歪みのない状態でのマスクパターンが転写される。

ＸＹステージ４６は、静電チャック４４に吸着されたウエハ４０を水平の直交２軸方向に移動させるもので、マスクパターンの等倍転写が終了する毎にウエハ４０を所定量移動させ、これにより１枚のウエハ４０に複数のマスクパターンを転写できるようにしている。

米国特許第5,831,272号明細書 日本特許第2951947号公報

回路パターンを微細化するためには、マスク３０の開口３３の線幅を狭くする必要がある。そして、この狭い線幅の開口３３に電子ビーム１５を通過させて微細化されたパターンを精度良く整形させるには、マスク薄膜部３２が非常に薄く形成されることが要求される。
また、露光装置のスループットを上げるためには、できるだけ大きなパターン（例えば１ダイ分）を同じマスクで露光する必要があるため、マスク薄膜部３２の面積は大きく形成されることが要求される。
したがって、マスク薄膜部３２は薄くかつ大きく形成されることが要求され、自重による微少なたわみが生じることとなる。

ここで、上述のような近接露光方式の電子ビーム露光装置では、マスク３０とウエハ４０とが非常に近接して配置され、マスク３０とウエハ４０の間には、電子ビーム１５の照射によってウエハ４０に蓄積された電荷によるクーロン力や、マスク３０とウエハ４０間の分子間力などの、様々な吸引力が作用している。したがって、上述のマスク薄膜部３２のたわみのためにウエハ４０と更に接近することによって前記吸引力が強力に作用すると、マスク薄膜部３２がウエハ４０に面接着してしまい、最悪の場合にはマスク薄膜部３２が破損される恐れがある。

上記問題点を鑑みて、本発明は、露光装置で使用される露光用マスクの薄膜部がウエハに面接着することを防止し、マスク薄膜部の破損を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の露光マスクは、マスク薄膜部のウエハとの対向面にメカニカルストッパを備える。
すなわち、本発明の露光マスクは、ウエハに露光するパターンに対応する開口を有する薄膜部と、薄膜部のウエハとの対向面に設けられ、薄膜部の前記対向面がウエハに所定距離内に接近したときウエハに接触し、薄膜部とウエハとの接触を防ぐメカニカルストッパとを備える。

薄膜部に設けるメカニカルストッパは、マスク薄膜部のウエハとの対向面に突起部を設けることにより実現することが可能である。

また、このようなメカニカルストッパ（突起部）を導電性材料で形成すれば、露光マスクとウエハとの導通を検出して、メカニカルストッパがウエハに接触しているか否かを判定することが可能となる。

そのために、本発明の電子ビーム露光装置は、露光マスクとウエハとの導通状態を検出する導通検出器を備える。

上記のように、本発明の露光マスクは、マスク薄膜部のウエハとの対向面にメカニカルストッパを備えるので、薄膜部の前記対向面がウエハに所定距離内に接近したとき、薄膜部の前記対向面がウエハに接触する前に、メカニカルストッパがウエハに点接触して、マスク薄膜部とウエハが直接接触して面接着することを防止する。

メカニカルストッパとウエハとの接触面積は、マスク薄膜部とウエハと接触面積に比して非常に小さいので、メカニカルストッパとウエハ間の吸引力は、マスク薄膜部とウエハ間の吸引力よりも小さい。
したがって本発明の露光マスクによって、ウエハに接着したマスクを離す際に生じるマスク薄膜部の脱落などの破損を防止することができる。

また、マスク薄膜部とウエハとの間にメカニカルストッパが介在することにより、薄膜部の前記対向面がウエハに所定距離以上に接近することを防止し、マスク薄膜部とウエハとが近接することによる両者間の吸引力の増大を防止する。これにより、ウエハに接近したマスクを引き離すために要する力を小さくする。

また、このようなメカニカルストッパを導電性材料で形成し、電子ビーム露光装置にて露光マスクとウエハとの導通検出を行うことにより、メカニカルストッパがウエハに点接触していることを、即座に検出することが可能となる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る露光マスクについて説明を行う。なお、本発明は電子ビーム露光装置に使用される露光マスクであればどのようなものにも適用可能であるが、特に近接露光方式の電子ビーム近接露光装置用マスクに適している。

図６は、本発明に係る露光マスクの説明図である。図６（Ａ）の上面図に示すように、露光マスク３０は比較的厚手の外縁部３４に囲まれる薄膜部３２を有しており、この薄膜部３２は、試料であるウエハに露光する露光パターンに対応する開口３３と、メカニカルストッパとしての機能を果たす突起部３５を備えている。

この突起部３５は、図６（Ｂ）の側断面図に示すように薄膜部３２のウエハとの対向面に、開口３３を避けて設けられる。このような突起部３５は、様々な方法によって実現することが可能であるが、特に薄膜部３２及び開口３３をドライエッチング等の手法によってマスク３０に形成した後に、集束イオンビームアシスト蒸着法により薄膜部３０のウエハ対向面に炭素膜や酸化シリコン膜を堆積することにより形成することが好適である。

いま、上述したように薄膜部３２がたわみ、ウエハ４０に接近したとする。この様子を図７（Ａ）に示す。マスク３０の薄膜部３２とウエハ４０との間には、ウエハ４０に照射され蓄積した電荷によるクーロン力等の様々な吸引力が作用している。
この吸引力は、薄膜部３２とウエハ４０との間隔が小さくなる程強く作用するため、薄膜部３２がある程度以上接近すると、この吸引力によってウエハ４０にさらに引き寄せされて、図７（Ｂ）に示すようにウエハ４０に接着されるに至る。

このように薄膜部３２とウエハ４０とが接着されると、両者は比較的大きな接着面積で面接着される。したがって、薄膜部３２とウエハ４０との間には強い接着力が働き、このまま薄膜部３２をウエハ４０から引き離そうとすれば、薄膜部３２が脱落しマスク３０が破損してしまう。

本発明の露光マスク３０では、図７（Ｃ）に示すように薄膜部３２のウエハ４０との対向面に突起部３５を備えているので、薄膜部３２がウエハ４０に引き寄せされても、薄膜部３２のウエハ対向面がウエハ４０に至るより先に、突起部３５がウエハ４０に接触して、薄膜部３２とウエハ４０とが面接着することを防止する。

このとき突起部３５とウエハ４０との接触点にも、薄膜部３２とウエハ４０との間に作用する吸引力と同種の力が働くが、接触点の接触面積が小さいので作用する吸引力の総量が小さい。したがって薄膜部３２をウエハ４０から引き離しても、薄膜部３２が脱落することはない。
また、薄膜部３２とウエハ４０との間隔は、介在する突起部３５によって、突起部３５の所定の高さ（例えば１０μｍ）以上に保たれるため、薄膜部３２とウエハ４０との接近によって両者間に働く吸引力が極度に強くなることが防止される。

なお、このように突起部３５は、薄膜部３２とウエハ４０との間に作用する吸引力に打ち勝って薄膜部３２を支持する機能を果たす。したがって突起部３５は、設置点が面をなすように少なくとも３箇所に設けて、薄膜部３２の支持点を面とすることが好適である。

ところで、上述のような薄膜部を有する露光マスクには、薄膜部の機械的強度を高めるために、薄膜部を支持する梁部（ストラット）を設ける露光マスクもある。その構造を図８に示す。

図８（Ａ）は、梁部が設けられた露光マスクの上面図であり、図８（Ｂ）はその側面図であり、図８（Ｃ）は斜視図である。図示するとおり、露光マスク３０の薄膜部３２には、ウエハ対向面の反対側の面に薄膜部３２を張架するように支持する梁３７が形成され、薄膜部３２の薄膜は梁３７により相互に分離されている。

このような梁３７付近には、開口３３が無く機械的強度も高い。したがって、近本発明に係る露光マスクのメカニカルストッパ（突起部）を設ける露光マスク面上位置としては、梁３７が形成される位置が好適である。
このように、露光マスクに上記のような梁構造を設けられる際には、前述のメカニカルストッパ（突起部）３５を、薄膜部３４のウエハ対向面の、梁３７が形成される露光マスク３０面上位置に設けるのが好ましい（図９参照）。

また、上述のように突起部３５としては、導電性材料である炭素や、絶縁性材料である酸化シリコン等の種々の電気的性質の材料で形成することが可能である。突起部３５を導電性材料で形成することにより、突起部３５とウエハ４０との接触の有無をマスク３０とウエハ４０の導通チェックで検出することが可能となる。

図１０は、突起部３５とウエハ４０との接触検出機能を備える電子ビーム近接露光装置の構成図である。電子ビーム近接露光装置の構成は、図１に示した構成に類似した構成を有するので、同一の機能部分に同一の参照番号を付して表し説明を省略する。
図示するように、電子ビーム近接露光装置１のカラム１０には、電子ビーム１５を発生する電子銃１４、電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１８、主偏向器２０、および副偏向器５０が設けられている。

また、電子ビーム近接露光装置１のチャンバ８には、薄膜部３２のマスク対向面にメカニカルストッパである突起部３５が形成されたマスク３０が設けられ、ウエハ４０は露光面にレジスト層４２が塗布されて、ＸＹステージ４６上に設けられたウエハチャック４４に保持されている。

さらに、電子ビーム近接露光装置１は、マスク３０とウエハ４０との導通を検出する導通検出器６０を備えている。
前述の通り、突起部３５は導電性材料で形成されるので、ウエハ３０及びレジスト層４２の材質に導電性材料が使用されている場合には、突起部３５とレジスト層４２とが接触によってマスク３０とウエハ４０とが導通する。電子ビーム近接露光装置１は、前記の導通検出器６０によってマスク３０とウエハ４０との導通を検出することにより、突起部３５とウエハ４０との接触の有無を検出する。

上述の電子ビーム近接露光装置の接触検出機能により、突起部３５とウエハ４０との接触の有無を検出するためには、突起部３５が導電性材料で形成されることが好適であるが、突起部３５を、酸化シリコンのような絶縁性材料を突起形状に堆積した後に、ＣＶＤ法やスパッタリングによりシリコン膜や金属膜などの導電性膜をシーリングすることにより、突起部３５の接触点とマスク３０とが導通するように形成してもよい。

従来の電子ビーム近接露光装置の基本構成図である。 従来の露光マスクを示す図である。 電子ビーム近接露光装置の電子ビームの走査方法の説明図である。 副偏向器によって電子ビームの傾きが制御される様子を示す図である。 マスク歪み補正の説明図である。 本発明に係る露光マスクを示す図（その１）である。 本発明の露光マスクによりウエハとの接着を防止する様子を示す図である。 薄膜部を支持する梁構造を備える露光マスクを示す図である。 本発明に係る露光マスクを示す図（その２）である。 本発明に係る電子ビーム近接露光装置の構成図である。

符号の説明

１…電子ビーム近接露光装置
８…チャンバ
１０…電子光学鏡筒（カラム）
１２…電子銃
１５…電子ビーム
２１…走査手段
３０…露光マスク
３２…薄膜部
３３…開口
３４…外縁部
３５…突起部
４０…ウエハ
４２…レジスト層

Claims (6)

1. ウエハに露光するパターンに対応する開口を有する薄膜部と、
   前記薄膜部の前記ウエハとの対向面に設けられ、前記薄膜部の前記対向面が前記ウエハに所定距離内に接近したとき前記ウエハに接触し、前記薄膜部と前記ウエハとの接触を防ぐメカニカルストッパと、を備えることを特徴とする電子ビーム露光用の露光マスク。
2. 前記メカニカルストッパは、導電性材料で形成される突起部であることを特徴とする請求項１に記載の露光マスク。
3. 前記薄膜部には、前記ウエハと対向しない面に前記薄膜部を支持する梁が形成され、
   前記メカニカルストッパは、前記薄膜部の前記ウエハとの対向面の、前記梁が形成される前記露光マスク面上位置に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光マスク。
4. 前記露光マスクは、前記ウエハに近接して設けられる電子ビーム近接露光用マスクであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光マスク。
5. 請求項２に記載の露光マスクに、電子ビームを照射して、前記露光マスクを通過する前記電子ビームで前記ウエハの表面にパターンを露光する電子ビーム露光装置であって、
   前記露光マスクと前記ウエハとの導通を検出する導通検出器を備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。
6. 前記露光マスクは前記ウエハに近接して設けられることを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム露光装置。

Images