(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンシルパターンが形成されるメンブレン領域と、
前記メンブレン領域を取り囲むバルク領域とからなるステンシルマスクにおいて、
前記ステンシルパターンが形成される領域であるパターン領域の形状が六角形であり、
前記パターン領域は、露光用電子ビームの照射範囲に内接する形状であり、
前記パターン領域と前記バルク領域との間に備わり前記パターン領域の相似形をしたメンブレンエッジ部の一部は、前記露光用電子ビームの照射範囲の一部と重なることを特徴とする電子線一括露光用ステンシルマスク。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線一括露光用ステンシルマスクにおいて、
前記パターン領域に備わる、前記露光用電子ビームの入射側の面及び前記露光用電子ビームの出射側の面は、白金でそれぞれ覆われていることを特徴とする電子線一括露光用ステンシルマスク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電子線一括露光用ステンシルマスクにおいて、
前記パターン領域は、複数設けられていることを特徴とする電子線一括露光用ステンシルマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線等の荷電粒子線露光に用いられる電子線一括露光用ステンシルマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、その製造技術として電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー等の研究開発がおこなわれている。詳しくは、係るリソグラフィー技術の中でも半導体の微細化に対応する方法として、電子線を用いたセルプロジェクション露光法やブロック露光法と呼ばれる方法、さらに高スループット化が可能なＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法、ＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法と呼ばれる電子線投影露光法が開発されている。ＥＰＬやＬＥＥＰＬに使用されるステンシルマスクは厚さ２μｍ以下の自立シリコン薄膜（メンブレン）に転写貫通パターンを形成したものが使われている。
また、ステンシルマスクは、上記のような半導体向けの用途以外に、ある一定周期の繰り返しパターンをステンシルマスクに形成し、このパターン群を一括して露光することで、繰り返しパターンを高スループットで、対象物に形成する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この技術は、数十ｍｍ以内の領域内に、ある一定の周期を持った繰り返しパターンを含む、一個もしくは複数個のステンシルパターンをアレイ状に配置したステンシルマスクを用いて、最低でもパターン領域以上の範囲を一括で全面露光する、もしくは電子ビームを高速で偏光させ全面露光することで、パターンを転写するものである。また、露光対象物が電子線の全面露光の範囲より大きい場合は、一箇所の露光が終わった後、ステージを移動させ、次の露光領域に位置決めした後に、同様に全面露光する（ステップ・アンド・リピート）事で、繰り返しパターンを対象物全面に転写する。
ここで、スループットを向上させる方法として、全面露光、ステージの移動・位置決め時間の短縮といった事以外に、一度の全面露光で形成可能なパターン領域を拡大することがあげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１８６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の様な電子線一括露光用マスクの場合、電子線の偏光はある一定の領域までしか拡大できず、また精度良く転写することが可能な領域は偏光可能領域よりも更に小さくなることから、ステンシルパターン領域は、ただ単に拡大すれば良いというわけではない。
また、歩留まりを向上させるためには、つなぎ精度の向上が有効である。マスクを対象物に近接させて露光する方式の場合、マスクと対象物との間にレンズ等が入らないため、位置決めの精度はステージの精度によるところが大きい。しかしながら、対象物、例えばウエハに所望のパターンを形成する場合、現状一般的に考えられる偏光領域よりもウエハサイズが大きいため、ウエハの移動ステージを複数回移動させ、その各々で位置決めし露光する必要がある。この際パターン同士が重なったり、間があくなどして、歩留まりが低下することが考えられる。
本発明ではステンシルパターン領域の最適化を行うことで、高スループットに露光可能、かつ、つなぎによる歩留まりの低下を軽減することが可能なステンシルパターン領域を持つ電子線一括露光用ステンシルマスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ステンシルパターンが形成されるメンブレン領域と、前記メンブレン領域を取り囲むバルク領域とからなるステンシルマスクにおいて、前記ステンシルパターンが形成される領域であるパターン領域の形状が六角形であり、前記パターン領域は、露光用電子ビームの照射範囲に内接する形状であり、前記パターン領域と前記バルク領域との間に備わり前記パターン領域の相似形をしたメンブレンエッジ部の一部は、前記露光用電子ビームの照射範囲の一部と重なることを特徴とする電子線一括露光用ステンシルマスクを提案する。
また、前記パターン領域に備わる、前記露光用電子ビームの入射側の面及び前記露光用電子ビームの出射側の面は、白金でそれぞれ覆われていてもよい。
また、前記パターン領域は、複数設けられていてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電子線偏光領域を有効に利用し、かつ同一パターンを対象物に対して照射位置を変えながら複数回転写を行うこと、すなわちステップ・アンド・リピートでの全面露光が可能となる。これにより、高スループットで露光を行い、かつ、つなぎによる歩留まりを軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを示す概略上面図および断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを示す概略上面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクを示す概略上面図である。
【図４】本発明に係るステンシルマスクの作製工程を示す概略上面図である
【図５】本発明に係るステンシルマスクの作製工程を示す概略上面図である
【図６】本発明の実施例に係る支持シリコン基板上に形成されたステンシルパターン領域を示すＳＯＩ基板の概略上面図である。
【図７】本発明の実施例に係る支持シリコン基板上に形成されたステンシルパターン領域を示すＳＯＩ基板の概略上面図である。
【図８】本発明の実施例に係るステンシルマスクを用いて露光を行った際の露光方法について示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお、実施の形態において、同一構成要素には同一符号が付されている。また、各実施の形態において重複する説明は省略する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクの概略上面図および断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクは、バルク領域１０１内にメンブレンエッジ部１０２で保持されるメンブレン領域を有している。このメンブレン領域内には、電子線偏光領域１０３内にステンシルパターン領域１０４が設けられている。また、ステンシルパターン領域１０４にはステンシルパターンが形成されている。
【００１０】
また、図１に示すように、本実施形態におけるステンシルパターン領域１０４の形状は六角形である。以下、その理由を説明する。
ステンシルパターン領域１０４は、電子線偏光領域１０３の領域内でできる限り大きい方が露光面積を多く取ることが可能となるため、電子線偏光領域１０３に内接するように配置されることが望ましい。
ここで、半径１の円に内接する矩形および六角形を考える。それぞれの面積を計算すると、矩形の面積と六角形の面積は、各々、「２」および「約２．６０」となり、六角形の方が矩形に比べ、約１．３０倍の面積となる。すなわち、ステンシルパターン領域１０４の形状が六角形であれば、矩形である場合よりも約１．３０倍の露光面積を取ることが可能となる。
【００１１】
次に、ステンシルパターン領域１０４が矩形である場合と六角形である場合について、ステンシルパターン領域１０４の辺の長さの合計値を比較する。面積１の矩形および六角形のステンシルパターン領域１０４においては、辺の長さの合計値は、それぞれ、「４」および約「３．７２」となる。つまり、ステンシルパターン領域１０４が六角形である場合の方が矩形である場合にくらべ、その辺の長さの合計値は約０．９３倍となる。これは、すなわち、つなぎのロスを約７％減らすことが可能ということを意味する。
【００１２】
以上説明したように、本実施形態に係るステンシルマスクについては以下のように言うことができる。すなわち、電子線を露光可能な領域は、精度や装置によっても異なるが、照射形状は概ね円形である。また、その大きさは、一般的には直径０．５〜５０ｍｍ程度である。
ある一定領域の、円形の電子線偏光領域２０１に内接するようにステンシルパターン領域１０４を配置したとき、そのステンシルパターン領域１０４の形状が六角形２０２である場合、その形状が電子線偏光領域２０１に内接する矩形（正方形）２０３である場合に比べ、約１．３倍の露光面積を得ることが可能となる。
【００１３】
また、つなぎによる歩留まりの低下についても、ステンシルパターン領域１０４の形状が六角形である場合、従来の矩形（正方形）である場合に比べて７％程度削減可能となり、パターン接続部分のエラー領域が小さくなる。よって、歩留まりの低下を抑制することが可能となる。
以上より、図２に示すように、ステンシルパターン領域１０４の形状は、矩形であるよりも六角形であるほうが望ましい。
なお、メンブレンエッジ部１０２はステンシルパターン領域１０４よりも外側に設けられていれば良く、特に形状は指定されない。ただし、メンブレンの強度上、メンブレン領域が小さくなるように、ステンシルパターン領域１０４の相似形である六角形や、応力が集中しないような円形、もしくは前記形状に順ずる形である事が望ましい。
【００１４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクについて説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクの概略上面図である。本実施形態に係るステンシルマスクは、ある一定の大きさを持つ電子線偏光領域３０１の領域内に複数個のステンシルパターン領域３０２、３０３を備える。
ここで、露光可能かつ、隙間無くステップ・アンド・リピートが可能なステンシルパターン領域の配置を考える。図３（ａ）は、六角形のステンシルパターン領域３０２の配置例を示す図であり、図３（ｂ）は、矩形のステンシルパターン領域３０３の配置例を示す図である。
【００１５】
例えば、半径１の電子線偏光領域３０１の中に六角形および矩形のステンシルパターン領域３０２、３０３を、それぞれ図３（ａ）、（ｂ）のように配置した場合、それぞれの面積を計算すると、約「１．１１」および約「０．８９」となる。つまり、ステンシルパターン領域を六角形である方が、矩形である場合より、露光面積を約１．２５倍広く取ることが可能となる。
【００１６】
以上説明したように、本実施形態に係るステンシルマスクについては以下のように言うことができる。すなわち、露光領域とメンブレン領域の大きさによっては、露光領域内に複数個のステンシルパターンを配置する場合が考えられる。例えば、図３に示すように、六角形、矩形共に露光可能かつ、隙間無く、ステップ・アンド・リピートが可能なステンシルパターン領域の配置を考えた時、露光用電子ビーム１ショットあたりの露光面積は、ステンシルパターン領域の形状が六角形である方が矩形である場合に比べ、２５％程度露光面積を大きく取ることが可能となる。
【実施例１】
【００１７】
まず、図４（ａ）に示すように、厚さ５２５ｕｍの支持シリコン基板４０３上に、厚さ１ｕｍの中間酸化膜４０２、厚さ２ｕｍのシリコン活性層４０１を順番に積層してなる直径が１００ｍｍΦのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板４０４を用意した。支持シリコン基板４０３は熱浴としての役割を果たすため、出来るだけ厚いほうが好ましく、例えば、８インチウエハの標準的な厚さである７２５ｕｍ程度であることが望ましい。また、中間酸化膜４０２は厚すぎると酸化膜の圧縮応力によるメンブレン破壊の原因となるため、ドライエッチングのエッチングストッパ層として十分な厚みの範囲で薄くすることが望ましい。
【００１８】
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン活性層４０１上に、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート系）の電子線感応性ポジレジスト４０５（感度：３００ｕＣ／ｃｍ２）を１０００ｎｍの膜厚でスピンコート法により塗布した。
次に、図４（ｃ）に示すように、ポジレジスト４０５上のステンシルパターン領域に、ステンシルパターンを露光するために、電子線照射量が３００ｕＣ／ｃｍ2となるように電子線を露光した。また、同時に合わせ用レジストマーク４０６を露光した。さらに、４−メチル−２ペンタノンによる現像を施し、ステンシルレジストパターン４０７を得た。
【００１９】
この図４（ｃ）におけるＳＯＩ基板４０４の上面図を図６に示す。図６に示すように、図４のステンシルレジストパターン４０７はステンシルパターン領域１０４内に形成されており、本実施例では中央に一つ配置されている。
次に、図４（ｄ）に示すように、形成されたステンシルレジストパターン４０７をエッチングマスクとし、中間酸化膜４０２をエッチングストッパ層として、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、シリコン活性層４０１の一部をエッチングした。その後、酸素アッシングによるレジスト剥離を施すことにより、表裏合わせ用のマークパターン４０８及びステンシルパターン４０９を得た。
【００２０】
次に、図５（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板４０４の支持シリコン基板４０３の中間酸化膜４０２およびシリコン活性層４０１が形成された面とは逆の面に、フォトレジストをスピンコート法により塗布することで厚さ５０ｕｍの感光層５０１を形成した。そして、フォトマスクを用いたパターン露光および現像処理を行った後、メンブレン開口用レジストパターン５０２を形成した。このとき、パターン現像時のＳＯＩ基板４０４とメンブレン開口用レジストパターンの露光用フォトマスクとの位置合わせには、表裏合わせ用マークパターン４０８と、露光用フォトマスク上にあらかじめ形成されたアライメントマークとを用いた。
この時のＳＯＩ基板４０４の上面図を図７に示す。図７に示すように、メンブレン開口用のレジストパターン５０２はＳＯＩ基板４０４上の中央に配置した。
【００２１】
次に、図５（ｂ）に示すように、メンブレン開口用レジストパターン５０２をエッチングマスクとし、中間酸化膜４０２をエッチングストッパ層として、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、支持シリコン基板４０３の一部をエッチングした、さらにＨＦ（フッ酸）溶液に浸漬してドライエッチングにより露出した中間酸化膜４０２を除去した。
次に、図５（ｃ）に示すように、酸素アッシングにより感光層５０１を除去した後、ＳＯＩ基板４０４のＲＣＡ洗浄を行った。
【００２２】
次に、図５（ｄ）に示すように、ＳＯＩ基板４０４のシリコン活性層４０１側および支持シリコン基板４０３側からスパッタリング法によりＰｔを堆積し、電子線照射時のチャージアップ防止として導電膜５０３を形成することにより、ステンシルマスク５０４を得ることができた。
ここで、ステンシルマスク５０４は、露光装置に搭載できるような大きさに切り出しておくことが望ましく、切り出す方法としてはスクライブラインをあらかじめ形成しておいて切り出す方法や、ダイサーを用いて切り出す方法がある。
【００２３】
次に、作製したステンシルマスク５０４を露光装置に搭載し、ステンシルパターンの被露光基板への転写を行った。電子線の均一露光可能領域を直径１２ｍｍとし、これに内接するように矩形および六角形のステンシルパターン領域を持つステンシルマスクを作製し、露光実験を行った。露光対象は４インチウエハ（オリフラ無し）８０１に対して行い、隙間無く露光可能なように、ステップ・アンド・リピートで露光を行った。
その結果、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ウエハ８０１に対して全面露光を行うために、矩形のステンシルパターン８０２においては１３２回の露光が必要だったのに対して、六角形のステンシルパターン８０３では１０２回の露光となり、約１．２９倍のスループットの向上が確認された。
【符号の説明】
【００２４】
１０１  バルク領域
１０２  メンブレンエッジ部
１０３、２０１、３０１  電子線偏光領域
１０４  ステンシルパターン領域
２０２、３０２、８０３  ステンシルパターン領域（六角形）
２０３、３０３、８０２  ステンシルパターン領域（矩形）
４０１  シリコン活性層
４０２  中間酸化膜
４０３  支持シリコン基板
４０４  ＳＯＩ基板
４０５  ポジレジスト
４０６  合わせ用レジストマーク
４０７  ステンシルレジストパターン
４０８  表裏合わせ用マークパターン
４０９  ステンシルパターン
５０１  感光層
５０２  メンブレン開口用レジストパターン
５０３  導電膜
５０４  ステンシルマスク
８０１  ４インチウエハ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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