JP2001068404A - 電子線転写マスク用保護部材及び電子線投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マスクにゴミが付着することを防止して、その
結果マスク露光により基板上に形成するパターンに欠陥
が発生することを抑制する部材と、それを備えた電子線
投影露光装置を提供する。 【解決手段】微小な貫通孔が形成された電子線透過性の
メンブレンと、該メンブレンの外周を固定してこれを支
える外周枠とを備えた電子線転写マスク用保護部材であ
って、前記メンブレンの膜厚が約１０〜１５０ｎｍであ
り、前記メンブレンに形成された貫通孔の直径が、約１
０〜１００ｎｍであることを特徴とする電子線転写マス
ク用保護部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線転写マスク
にゴミが付着するのを防止する電子線転写マスク用保護
部材と、それを備えた電子線投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、半導体集積回路素子の微細化に伴
い、光の回折限界によって制限される光学系の解像度を
向上させるために、Ｘ線、電子線やイオンビーム等の荷
電粒子線（以下、単に荷電粒子線という）を使用した露
光方式（リソグラフィー技術）が開発されている。その
中でも、電子線を利用してパターンを形成する電子線露
光は、電子線自体を数Å（オングストローム）にまで絞
ることが出来るため、１μｍ又はそれ以下の微細パター
ンを形成できる点に大きな特徴がある。

【０００３】しかし、従来の電子線露光方式は、一筆書
きの方式であったため、微細パターンになればなるほ
ど、絞った電子線で描画せねばならず、描画時間が長
く、デバイス生産コストの観点から量産用ウエハの露光
には用いられなかった。そこで、所定のパターンを有す
る転写マスクに電子線を照射し、その照射範囲にあるパ
ターンを投影レンズによりウエハに縮小転写する電子線
投影露光装置が提案されている。

【０００４】図５は、従来の一般的な電子線投影露光装
置の概略構成図である。電子線投影露光装置は、転写マ
スク４２のステージと、該転写マスク４２に電子線５１
を照射する照明光学系（電子銃、該電子銃からの電子線
を転写マスクに照射する照明光学系）４１と、該転写マ
スク４２を透過または通過した電子線５２を基板４４上
に投影する投影結像光学系４３と、基板４４のステージ
により構成される。

【０００５】照明光学系４１から射出された電子線５１
は転写マスク４２に照射され、転写マスク４２を透過ま
たは通過した電子線５２は、投影結像光学系４３を介し
て基板４４に入射する。基板４４は、例えばレジストに
塗布したシリコンウエハであり、基板４４に入射した電
子線はレジストを感光させる。即ち、投影結像光学系４
３は転写マスク４２上の回路パターンを基板４４上に縮
小投影して、その結果、基板４４上のレジストを微細な
回路パターン状に露光することができる。

【０００６】回路パターンを投影するためにはその回路
パターンが描かれた転写マスクが必要である。転写マス
クとして、図４（ａ）に示すように、貫通孔が存在せ
ず、メンブレン２２上に散乱体パターン１４が形成され
た散乱透過転写マスク２１と、図４（ｂ）に示すよう
に、電子線を散乱する程度の厚さを有するメンブレン３
２に貫通孔パターン３４が形成された散乱ステンシル転
写マスク３１が知られている。

【０００７】これらは、感応基板に転写すべきパターン
をメンブレン２２、３２上にそれぞれ備えた多数の小領
域２２ａ、３２ａがパターンが存在しない境界領域によ
り区分され、境界領域に対応する部分に支柱２３、３３
が設けられている。散乱ステンシル転写マスクでは、メ
ンブレンは厚さ約２μｍ程度のシリコンメンブレンから
なり、メンブレンには電子線が透過する開口部（感応基
板に転写すべきパターンに相当）が設けられている。

【０００８】即ち、一回の電子線によって露光される領
域は、その光学的な制約から１ｍｍ角程度であるため、
この１ｍｍ角の小領域に、感応基板の１チップ（１チッ
プの半導体）分の領域に転写すべきパターンを分割した
部分パターンをそれぞれ形成し、この小領域を多数敷き
詰める構成をとっている。従って、荷電粒子線を用いた
パターン転写方法は、図４（ｃ）に示すように、各小領
域２２ａ、３２ａが荷電粒子線にてステップ的に走査さ
れ、各小領域の開口部又は散乱体の配置に応じたパター
ンが不図示の光学系で感応基板２７に縮小転写される方
法であるので、転写マスクの小領域２２ａ毎のパターン
を感応基板２７上でつなぎ合わせる方法である。

【０００９】また、電子線を走査するだけでなく、転写
マスクを走査することもある。この場合に転写マスク
は、転写マスクステージの走査機構により走査させれば
よい。例えば、電子線及び転写マスクの両方を一方向に
走査し、それぞれの走査方向を直交させると、広い視野
を露光することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図４（ｂ）に示すよう
に、電子線を散乱する程度の厚さを有するメンブレン３
２に貫通孔パターン３４が形成された散乱ステンシル転
写マスク３１が知られている。この場合、貫通孔パター
ンに向かう電子線は貫通孔を通過し、その他のメンブレ
ンに向かう電子線は、メンブレンにより散乱または吸収
される。

【００１１】貫通孔を通過した電子線は、投影結像光学
系により基板上に結像されて、回路パターンを形成す
る。一方、メンブレン表面の特に貫通孔の部分に、微細
粒子等のゴミが存在すると、ゴミが付着した状態の貫通
孔のパターンがそのまま基板上に転写されてしまい、本
来の微細パターンが、基板上に忠実に転写されないこと
が多い。

【００１２】そのため、このような従来の電子線投影露
光装置により露光して形成したパターンには欠陥は多い
という問題点があった。また、この問題点の解決法とし
て、転写マスクをクリーニングする方法がある。しか
し、従来のクリーニングは、転写マスクを電子線投影露
光装置に装着する前に行っているので、クリーニング後
に転写マスクに付着したゴミが原因となって、形成した
パターンに欠陥が発生するという問題点があった。

【００１３】また、転写マスクを電子線投影露光装置に
装着する直前にクリーニングした場合でも、露光装置内
のゴミが転写マスクに付着して、繰り返し露光を行うう
ちにやはりパターン欠陥が発生し、欠陥の密度は露光時
間が長くなるとともに増大するという問題点があった。
そこで、本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてな
されたものであり、マスクにゴミが付着することを防止
して、その結果マスク露光により基板上に形成するパタ
ーンに欠陥が発生することを抑制する部材と、それを備
えた電子線投影露光装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するために手段】本発明者は、転写マスク
を照明する電子の運動性ができるだけ変化せず、転写マ
スクにゴミが付着することを防止するという観点から鋭
意検討の結果、本発明を行うに至った。本発明は、第一
に「微小な貫通孔が形成された電子線透過性のメンブレ
ンと、該メンブレンの外周を固定してこれを支える外周
枠とを備えた電子線転写マスク用保護部材であって、前
記メンブレンの膜厚が約１０〜１５０ｎｍであり、前記
メンブレンに形成された貫通孔の直径が、約１０〜１０
０ｎｍであることを特徴とする電子線転写マスク用保護
部材（請求項１）」を提供する。

【００１５】また、本発明は、第二に「前記メンブレン
の開口率（（電子線照射領域内の全貫通孔の面積／電子
線照射領域の面積）×１００）が約２０％〜８０％であ
ることを特徴とする請求項１記載の電子線転写マスク用
保護部材（請求項２）」を提供する。また、本発明は、
第三に「電子線を所定位置に配置された転写マスクに照
射する照明光学系と、該転写マスクのステージと、該転
写マスクからの電子線を受けて該転写マスクに形成され
たパターンを所定位置に配置された基板上に投影結像す
る投影結像光学系と、該基板のステージと、を備えた電
子線投影露光装置において、前記転写マスクの近傍に、
請求項１又は２のいずれか記載の電子線転写マスク用保
護部材を配置することを特徴とする電子線投影露光装置
（請求項３）」を提供する。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、本発明にかかる実施形態の転
写マスク用保護部材及び電子線投影露光装置を図面を参
照しながら説明する。図１は、実施形態の転写マスク用
保護部材の概略上面図である。実施形態の転写マスク用
保護部材は、窒化珪素膜からなるメンブレン１と、その
メンブレンの外周を固定してこれを支える外周枠２と備
え、そのメンブレン１には、ランダムに微細な貫通孔３
が形成されている。

【００１７】窒化珪素からなるメンブレン１の膜厚は、
約１０〜１５０ｎｍであることが好ましい。メンブレン
１としては、窒化珪素膜以外に、珪素（シリコン）、炭
素、ホウ素、酸化珪素、炭化珪素、炭化ホウ素、窒化ホ
ウ素、部分的にダイヤモンド構造を有する炭素を主成分
とする材料等が用いられる。

【００１８】パターン欠陥の問題の発生源であるゴミの
大きさ（約６０ｎｍ〜８０ｎｍ）を考慮すると、そのゴ
ミが通過しないためには、メンブレンに形成する貫通孔
の直径は、約１０〜１００ｎｍであることが好ましい。
（電子線照射領域（小領域に相当する領域）内の全貫通
孔の面積／電子線照射領域の面積（小領域に相当する面
積））×１００（以下、開口率という）が、約２０％〜
８０％であることが好ましい。

【００１９】膜厚が１０〜１５０ｎｍのメンブレンに垂
直に照射された電子線の透過率は、照射される電子の加
速電圧によって異なるが、５〜９０％程度であるが、電
子線のンブレンを通過する量を向上させるという観点か
らは２０％以上の開口率が必要であるが、開口率が８０
％以上になると、メンブレンの機械的強度が維持できな
くなる。

【００２０】他の材料からなるメンブレンに関しても略
同様であり、前述した範囲内であることが好ましい。次
に、転写マスク用保護部材の製造方法を説明する。ま
ず、転写マスクの大きさと同等か、それ以上の大きさの
シリコン基板５の両面に、液相ＣＶＤ法により、窒化珪
素膜６、７が形成された基板を用意する（図２ａ）。

【００２１】窒化珪素膜６、７の膜厚は、約１０〜１５
０ｎｍが好ましい。一方の窒化珪素膜７上にレジストを
塗布し、そのレジストに窓（開口）パターン形状８を転
写し、そのレジストパターン９に合わせて窒化珪素膜７
をエッチングすることによりウエットエッチング用マス
ク７ａを形成する（図２ｂ）。次に、シリコン基板１を
ウエットエッチング用マスク７ａに形成された開口パタ
ーンに合わせて摂氏９０℃のＫＯＨ水溶液を用いてウエ
ットエッチングする（図２ｃ）。

【００２２】シリコンと窒化珪素とのエッチング選択比
の違いにより、シリコン基板のエッチングは、窒化珪素
膜６まで行われ、窒化珪素からなるメンブレン６ａが形
成される。窒化珪素膜からなるメンブレン６ａにレジス
トを塗布し、直径が約２０ｎｍに絞り込まれた電子線を
メンブレン６ａの開口率が５０％になるようにレジスト
に照射する。

【００２３】レジスト現像によりあらわれた開口を有す
るエッチング用レジストマスク１０の開口に合わせて、
露出した窒化珪素メンブレン部分をドライエッチングに
よって除去し、開口パターンを形成する（図２ｄ）。最
後に、酸素プラズマを用いて、エッチング用レジストマ
スクを除去すると、開口パターンが形成されたメンブレ
ン６ｂがあらわれる（図２ｅ）。

【００２４】また、本発明にかかる電子線転写マスク用
保護部材を転写マスク近傍に設けた本発明の電子線投影
露光装置によれば、転写マスクの近傍に本実施形態にか
かる転写マスク用保護部材を配置したので、ゴミが付着
することを防止するとともに、転写マスクに照射される
電子線の量が減少することを抑えることができる。図３
は、本発明の実施形態の電子線投影露光装置の概略構成
図である。

【００２５】本実施形態の電子線投影露光装置は、主と
して、電子線の照射光学系（電子銃、該電子銃からの電
子線を転写マスクに照射する照明光学系）１１と、転写
マスク１２のステージ、電子線の投影結像光学系１３、
基板（ウエハ）１４のステージ、転写マスク用保護部材
１５により構成される。転写マスク１２には、基板１４
上に形成するパターンの等倍パターン又は拡大パターン
が形成されている。

【００２６】電子線の照明光学系１１は、電子線１６を
転写マスク１２上の所望の微小領域に、照射する。転写
マスク１２を通過した電子線１７は、電子線の投影結像
光学系１３により基板１４上に照射される。そして、こ
の際、転写マスク１２の回路パターンの等倍像または縮
小像が基板１４上に形成される。

【００２７】露光の際には、電子線を走査することによ
り、或いはさらに必要であれば、転写マスク１２及び基
板１４を同期して走査することにより、転写マスク１２
上の所望領域を露光して基板１４上に結像させることが
できる。ここで、転写マスク用保護部材１５を照明光学
系１１と転写マスク１２の間に設けると、図１における
転写マスク１２の上面側へのゴミ付着を抑制し、また転
写マスク用保護部材１５を転写マスク１２と結像光学系
１３の間に設けると、図１における転写マスク１２の下
面側へのゴミ付着を抑制することができる。

【００２８】転写マスク用保護部材と転写マスク面との
間隔を小さくしすぎて、極端な例として転写マスク用保
護部材を転写マスクに接触するほど近づけると、転写マ
スク用保護部材に付着したゴミが転写マスク面とほぼ同
じ位置になってしまう。この場合には、投影結像光学系
１３により、ゴミの投影像が基板１４上に結像されるの
で好ましくない。

【００２９】従って、転写マスクと転写マスク用保護部
材との間隔を投影結像光学系の転写マスク側の焦点深度
よりも大きくすることが好ましい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる電子
線転写マスク用保護部材によれば、転写マスク近傍に配
置することにより、転写マスクを照明する電子の運動性
がほとんど低下せず、転写マスクにゴミが付着すること
を防止することができる。また、電子線転写マスク用保
護部材のメンブレンは面内方向の熱伝導性が極めて低
く、また真空中に配置されているので、メンブレンに滞
留するゴミを照射電子線のエネルギーにより蒸発、除去
することができる。

【００３１】本発明にかかる電子線投影露光装置によれ
ば、転写マスクにゴミが付着することを防止して、その
結果、露光により基板上に形成するパターンに欠陥が発
生することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる電子線転写マスク用
保護部材の模式的な（ａ）上面図（ｂ）断面図である。

【図２】本発明の実施形態にかかる電子線転写マスク用
保護部材の製作工程を示す図である。

【図３】本発明の実施形態にかかる電子線投影露光装置
の概略構成図である。

【図４】電子線縮小転写装置で用いられる転写マスクの
うち（ａ）は散乱透過マスク、（ｂ）は散乱ステンシル
マスクの概略図であり、（ｃ）は電子線を用いたパター
ン転写方法を示す概略斜視図である。

【図５】従来の電子線投影露光装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１・・・メンブレン ２・・・外周枠 ３・・・貫通孔 ５・・・シリコン基板 ６、７・・・窒化珪素膜 ８・・・開口パターン ９・・・レジストパターン １０・・・エッチング用レジストマスク １１、４１・・・電子線の照射光学系（電子銃、該電子
銃からの電子線を転写マスクに照射する照明光学系） １２、４２・・・転写マスク １３、４３・・・電子線の投影結像光学系 １４、４４・・・・基板（ウエハ） １５・・・転写マスク用保護部材 １６、１７、１８、５１、５２、５３・・・電子線 ２１・・・散乱透過マスク ２２、３２・・・メンブレン ２３、３３・・・支柱 ２４・・・散乱体パターン ２７・・・感光基板 ３１・・・散乱ステンシルマスク ３４・・・貫通孔パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微小な貫通孔が形成された電子線透過性の
   メンブレンと、該メンブレンの外周を固定してこれを支
   える外周枠とを備えた電子線転写マスク用保護部材であ
   って、 前記メンブレンの膜厚が約１０〜１５０ｎｍであり、 前記メンブレンに形成された貫通孔の直径が、約１０〜
   １００ｎｍであることを特徴とする電子線転写マスク用
   保護部材。
2. 【請求項２】前記メンブレンの開口率（（電子線照射領
   域内の全貫通孔の面積／電子線照射領域の面積）×１０
   ０）が約２０％〜８０％であることを特徴とする請求項
   １記載の電子線転写マスク用保護部材。
3. 【請求項３】電子線を所定位置に配置された転写マスク
   に照射する照明光学系と、 該転写マスクのステージと、 該転写マスクからの電子線を受けて該転写マスクに形成
   されたパターンを所定位置に配置された基板上に投影結
   像する投影結像光学系と、該基板のステージと、を備え
   た電子線投影露光装置において、 前記転写マスクの近傍に、請求項１又は２のいずれか記
   載の電子線転写マスク用保護部材を配置することを特徴
   とする電子線投影露光装置。