(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持枠と、
前記支持枠より薄く形成され、かつ前記支持枠で囲まれた薄膜と、
前記薄膜上の１点である第１の点を通り第１の方向に延びる第１の直線と、前記第１の点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線とによって、前記薄膜が４分割された領域である４つの区画の一つである第１の区画と、
前記第１の区画と第１の方向において隣接する第２の区画と、
前記第２の区画と第２の方向において隣接する第３の区画と、
前記第３の区画と第１の方向において隣接し、かつ前記第１の区画と第２の方向において隣接する第４の区画と、
前記第１〜第４の区画のそれぞれにおいて、前記薄膜上に前記支持枠と接続するように、前記支持枠と同一の材料から形成された、第１の方向に延びる複数の梁であって、互いに平行に等間隔で形成された第１群の梁と、
前記第１〜第４の区画のそれぞれにおいて、前記薄膜上に前記支持枠と接続し、かつ前記第１群の梁と交差するように、前記支持枠と同一の材料から形成された、第２の方向に延びる複数の梁であって、互いに平行に等間隔で形成された第２群の梁と、
前記梁の両側部分の前記薄膜に前記梁と平行に設けられた裾部と、
前記梁とその両側の裾部とから構成される梁用帯部であって、隣接する梁用帯部との間隔が梁用帯部の幅の３以上の整数倍となるような前記梁用帯部と、
前記第１の区画に形成された前記第１群の梁の一つを含み、前記第１の直線に接する第１の梁用帯部であって、前記第１の方向において前記第４の区画の前記第２群の梁が前記第１の区画の前記第２群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第１の梁用帯部と、
前記第１の区画に形成された前記第２群の梁の一つを含み、前記第２の直線に接する第２の梁用帯部であって、前記第２の方向において前記第２の区画の前記第１群の梁が前記第１の区画の前記第１群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第２の梁用帯部と、
前記第３の区画に形成された前記第１群の梁の一つを含み、前記第１の直線に接する第３の梁用帯部であって、前記第１の方向において前記第２の区画の前記第２群の梁が前記第３の区画の前記第２群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第３の梁用帯部と、
前記第３の区画に形成された前記第２群の梁の一つを含み、前記第２の直線に接する第４の梁用帯部であって、前記第２の方向において前記第４の区画の前記第１群の梁が前記第３の区画の前記第１群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第４の梁用帯部と、
前記梁用帯部で囲まれた部分の前記薄膜に設けられた、荷電粒子線が透過する孔であって、前記第１〜第４の区画において、同一のパターンの互いに異なる一部である相補分割パターンで形成されている前記孔と、
前記第１〜第４の区画のそれぞれから選択される、形状および大きさが同一の重ね合わせ領域であって、それぞれ前記第１および第２の直線を含む４つの前記重ね合わせ領域とを有し、
前記重ね合わせ領域上の任意の点は、前記第１〜第４の区画のうちの少なくとも２つの区画において、前記梁用帯部以外の前記薄膜に含まれる
マスク。
【請求項２】
前記支持枠の外周はほぼ円形であり、
前記第１の点は前記外周の略中心である
請求項１記載のマスク。
【請求項３】
前記第１〜第４の区画は略正方形または略矩形である
請求項１記載のマスク。
【請求項４】
前記孔を前記裾部の少なくとも一部に有する
請求項１記載のマスク。
【請求項５】
前記梁の前記荷電粒子線が入射する面の一部に位置合わせマークを有する
請求項１記載のマスク。
【請求項６】
前記薄膜は導電層である
請求項１記載のマスク。
【請求項７】
前記孔部分を除く前記薄膜上に形成された導電層をさらに有する
請求項１記載のマスク。
【請求項８】
所定のパターンが形成されたマスクを介して、感光面に荷電粒子線を照射し、前記感光面に前記パターンを転写する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
支持枠と、
前記支持枠より薄く形成され、かつ前記支持枠で囲まれた薄膜と、
前記薄膜上の１点である第１の点を通り第１の方向に延びる第１の直線と、前記第１の点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線とによって、前記薄膜が４分割された領域である４つの区画の一つである第１の区画と、
前記第１の区画と第１の方向において隣接する第２の区画と、
前記第２の区画と第２の方向において隣接する第３の区画と、
前記第３の区画と第１の方向において隣接し、かつ前記第１の区画と第２の方向において隣接する第４の区画と、
前記第１〜第４の区画のそれぞれにおいて、前記薄膜上に前記支持枠と接続するように、前記支持枠と同一の材料から形成された、第１の方向に延びる複数の梁であって、互いに平行に等間隔で形成された第１群の梁と、
前記第１〜第４の区画のそれぞれにおいて、前記薄膜上に前記支持枠と接続し、かつ前記第１群の梁と交差するように、前記支持枠と同一の材料から形成された、第２の方向に延びる複数の梁であって、互いに平行に等間隔で形成された第２群の梁と、
前記梁の両側部分の前記薄膜に前記梁と平行に設けられた裾部と、
前記梁とその両側の裾部とから構成される梁用帯部であって、隣接する梁用帯部との間隔が梁用帯部の幅の３以上の整数倍となるような前記梁用帯部と、
前記第１の区画に形成された前記第１群の梁の一つを含み、前記第１の直線に接する第１の梁用帯部であって、前記第１の方向において前記第４の区画の前記第２群の梁が前記第１の区画の前記第２群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第１の梁用帯部と、
前記第１の区画に形成された前記第２群の梁の一つを含み、前記第２の直線に接する第２の梁用帯部であって、前記第２の方向において前記第２の区画の前記第１群の梁が前記第１の区画の前記第１群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第２の梁用帯部と、
前記第３の区画に形成された前記第１群の梁の一つを含み、前記第１の直線に接する第３の梁用帯部であって、前記第１の方向において前記第２の区画の前記第２群の梁が前記第３の区画の前記第２群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第３の梁用帯部と、
前記第３の区画に形成された前記第２群の梁の一つを含み、前記第２の直線に接する第４の梁用帯部であって、前記第２の方向において前記第４の区画の前記第１群の梁が前記第３の区画の前記第１群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第４の梁用帯部と、
前記梁用帯部で囲まれた部分の前記薄膜に設けられた、荷電粒子線が透過する孔であって、前記第１〜第４の区画において、同一の前記パターンの互いに異なる一部である相補分割パターンで形成されている前記孔と、
前記第１〜第４の区画のそれぞれから選択される、形状および大きさが同一の重ね合わせ領域であって、それぞれ前記第１および第２の直線を含む４つの前記重ね合わせ領域とを有し、
前記重ね合わせ領域上の任意の点は、前記第１〜第４の区画のうちの少なくとも２つの区画において、前記梁用帯部以外の前記薄膜に含まれる前記マスクを用いて、第１の露光を行い、前記感光面に前記第１〜第４の区画の前記重ね合わせ領域の前記相補分割パターンを転写する工程と、
前記感光面に第２の露光を行い、前記第１の露光と異なる区画の前記重ね合わせ領域の前記相補分割パターンを重ねて転写する工程と、
前記感光面に第３の露光を行い、前記第１および第２の露光と異なる区画の前記重ね合わせ領域の前記相補分割パターンを重ねて転写する工程と、
前記感光面に第４の露光を行い、前記第１〜第３の露光と異なる区画の前記重ね合わせ領域の前記相補分割パターンを重ねて転写する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
【請求項９】
少なくとも３枚のマスクを含み、
前記各マスクは支持枠と、
前記支持枠より薄く形成され、かつ前記支持枠で囲まれた薄膜であって、形状および大きさがすべてのマスクで同一である前記薄膜と、
前記薄膜が分割された領域である複数のブロックと、
前記複数のブロックから選択される選択ブロックからなる選択ブロック群であって、前記選択ブロックは少なくとも他の二つの選択ブロックに接するか、少なくとも他の一つの選択ブロックおよび前記支持枠に接する前記選択ブロック群と、
非選択ブロックの前記薄膜に形成された、荷電粒子線が透過する孔であって、前記各マスクにおいて、同一のパターンの互いに異なる一部である相補分割パターンで形成されている前記孔と、
前記選択ブロック群の前記薄膜上に形成された梁であって、前記支持枠に接続する梁とを有し、
前記ブロックのすべてが、少なくとも２枚の前記マスクにおいて、非選択ブロックとなる
マスク。
【請求項１０】
前記薄膜の前記荷電粒子線が入射する側の面に前記梁を有する
請求項９記載のマスク。
【請求項１１】
前記薄膜の前記荷電粒子線が入射する側の面と反対側の面に前記梁を有する
請求項９記載のマスク。
【請求項１２】
前記梁の一部に位置合わせマークを有する
請求項９記載のマスク。
【請求項１３】
前記薄膜は導電層である
請求項９記載のマスク。
【請求項１４】
前記孔部分を除く前記薄膜上に形成された導電層をさらに有する
請求項９記載のマスク。
【請求項１５】
前記ブロックは格子状に配置される
請求項９記載のマスク。
【請求項１６】
基材の一方の面に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜上に所定の間隔で梁を形成する工程と、
前記基材の中央部を前記基材の他方の面から除去して前記薄膜を露出させ、前記基材からなる支持枠を形成する工程と、
前記梁で囲まれた部分の前記薄膜に、荷電粒子線が透過する孔を形成する工程とを有する
マスクの製造方法。
【請求項１７】
基材の一方の面に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜上に所定の間隔で梁を形成する工程と、
前記基材の中央部を前記基材の他方の面から除去して前記犠牲膜を露出させ、前記基材からなる支持枠を形成する工程と、
前記犠牲膜の前記梁と反対側の面に薄膜を形成する工程と、
前記梁で囲まれた部分の前記薄膜に、荷電粒子線が透過する孔を形成する工程と、
前記支持枠に接しない部分の前記犠牲膜を除去する工程とを有する
マスクの製造方法。
【請求項１８】
所定のパターンが形成されたマスクを介して、感光面に荷電粒子線を照射し、前記感光面に前記パターンを転写する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記パターンの互いに異なる一部である相補分割パターンが形成された、少なくとも３枚のマスクを用い、
前記各マスクは支持枠と、
前記支持枠より薄く形成され、かつ前記支持枠で囲まれた薄膜であって、形状および大きさがすべてのマスクで同一である前記薄膜と、
前記薄膜が分割された領域である複数のブロックと、
前記複数のブロックから選択される選択ブロックからなる選択ブロック群であって、前記選択ブロックは少なくとも他の二つの選択ブロックに接するか、少なくとも他の一つの選択ブロックおよび前記支持枠に接する前記選択ブロック群と、
非選択ブロックの前記薄膜に形成された、荷電粒子線が透過する孔であって、前記各マスクにおいて、前記相補分割パターンで形成されている前記孔と、
前記選択ブロック群の前記薄膜上に形成された梁であって、前記支持枠に接続する梁とを有し、
前記ブロックのすべてが、少なくとも２枚の前記マスクにおいて、非選択ブロックとなるマスクであって、
前記マスクのうちの１枚である第１のマスクを介して、第１の露光を行い、前記感光面に前記第１のマスクの前記相補分割パターンを転写する工程と、
前記マスクのうちの他の１枚である第２のマスクを介して、前記感光面に第２の露光を行い、前記第２のマスクの前記相補分割パターンを重ねて転写する工程と、
前記マスクのうちの他の１枚である第３のマスクを介して、前記感光面に第３の露光を行い、前記第３のマスクの前記相補分割パターンを重ねて転写する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いられるマスクおよびその製造方法と、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの微細化に伴い、紫外光を用いたリソグラフィによる微細パターンの形成が困難になりつつある。そこで、Ｘ線、電子ビーム、イオンビーム等を用いるリソグラフィ技術が提案され、研究開発されている。
【０００３】
これまで提案されている電子ビーム転写型リソグラフィとしては、ＩＢＭとニコンの共同開発によるＰＲＥＶＡＩＬ（projection exposure with vaiable axis immersion lenses）、ルーセント・テクノロジー等の開発によるＳＣＡＬＰＥＬ（scattering with angular limitation in projection electron-beam lithography）およびリープル、東京精密およびソニーの共同開発によるＬＥＥＰＬ（low energy electron-beam proximity projection lithography)が挙げられる。
【０００４】
ＰＲＥＶＡＩＬおよびＳＣＡＬＰＥＬには加速電圧１００ｋＶ程度の高エネルギー電子ビームが用いられる。ＰＲＥＶＡＩＬおよびＳＣＡＬＰＥＬの場合、マスクの一部を透過した電子ビームが通常４倍の縮小投影系でレジスト上に結像され、パターンが転写される。
【０００５】
ＬＥＥＰＬには加速電圧２ｋＶ程度の低エネルギー電子ビームが用いられる（T. Utsumi, Low-Energy E-Beam Proximity Lithography (LEEPL) Is the Simplest the Best? Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) pp. 7046-7051)。ＬＥＥＰＬの場合、マスクに設けられた孔を電子線が透過することにより、レジスト上に等倍でパターンが転写される。
【０００６】
ＬＥＥＰＬはＰＲＥＶＡＩＬやＳＣＡＬＰＥＬに比較して、電子鏡筒の構成を簡素化できるという利点を有する。また、一般に、電子の加速電圧が高くなるほど、レジスト中の電子の散乱が少なくなり、電子がレジストと反応する確率は低下する。したがって、高エネルギー電子ビームを用いるリソグラフィでは、より高感度のレジストが必要とされる。それに対し、ＬＥＥＰＬは電子ビームのエネルギーが低いため、レジストを高感度で利用でき、高い生産性を実現できるという特徴を有する。
【０００７】
図２９は、ＬＥＥＰＬ露光の模式図である。図２９に示すように、ＬＥＥＰＬに用いられるステンシルマスク１０１は薄膜（メンブレン）１０２を有し、メンブレン１０２にはパターンに対応した孔１０３が形成されている。メンブレン１０２はメンブレン形成用層１０２ａの一部である。メンブレン１０２周囲のメンブレン形成用層１０２ａ上には、ステンシルマスク１０１の機械的強度を補強するための支持枠（フレーム）１０４が形成されている。
【０００８】
ステンシルマスク１０１はウェハ１０５の表面に近接して配置される。ウェハ１０５上にはレジスト１０６が塗布されている。ステンシルマスク１０１上を電子ビーム１０７で走査すると、孔１０３の部分のみ電子ビーム１０７が透過し、レジスト１０６にパターンが転写される。ＬＥＥＰＬは等倍露光であるため、従来のＬＥＥＰＬでは、メンブレン１０２の面積を、パターンが転写されるＬＳＩチップサイズと等しい数ｍｍ〜数１０ｍｍ角にする必要があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３０は、図２９のメンブレン１０２の一部を拡大して示した斜視図である。図３０に示すように、メンブレン１０２には微細パターンに対応した孔１０３が形成される。メンブレン１０２にエッチングを行って高精度に孔１０３を形成するには、一般に、孔１０３の径に対するメンブレン厚の比（アスペクト比）を１０以下、望ましくは５以下に抑える必要がある。したがって、０．１０μｍ世代以降のデバイス製造用のステンシルマスクに、例えば線幅５０ｎｍのパターン用の孔１０３を形成するには、メンブレン厚を５００ｎｍ以下にする必要がある。
【００１０】
メンブレン厚が薄いほど、高精度に孔１０３を形成できる。しかしながら、薄膜化されたメンブレン１０２はたわみやすく、メンブレンがたわむと転写されるパターンが歪んだり、パターンの位置がずれたりする。したがって、メンブレン１０２は内部に引っ張り応力が生じるように形成される。メンブレン１０２の面積が大きいほど、メンブレン１０２を平坦化するために必要な内部応力は大きくなる。
【００１１】
図３１は、メンブレンのたわみ量（deflection）と内部応力のメンブレン面積に依存した変化を示す。ここで、メンブレンは４辺が固定された正方形とし、１辺の長さを図３１の横軸とした。たわみ量はメンブレンの中心での重力によるたわみ量を示し、応力はメンブレンの中心で発生する応力を示す。図３１は、膜厚２００ｎｍのシリコン窒化膜について、ヤング率を３００ＧＰａとして計算した例を示す。
【００１２】
メンブレンを平坦にするには、中心での応力を相殺できる内部応力が必要である。図３１の例では、メンブレンが１０ｍｍ角を超えると、中心での応力が１０ＭＰａを超えるため、メンブレンに１０ＭＰａ以上の引っ張り内部応力が要求される。
【００１３】
内部応力を大きくしてメンブレンを作製することは可能であるが、内部応力が大きい状態でメンブレンに孔を形成すると、孔部分で内部応力が解放される。したがって、例えば図３０に示すように、メンブレンに互いに形状の異なる複数の孔を不均一に形成したり、あるいは径の大きい孔を形成したりすると、孔の周囲でパターンの位置ずれや歪みが起こりやすい。
【００１４】
上記の問題とは別に、ステンシルマスクの場合、特定のパターンを形成するためには相補マスクを用いなければならないという制約がある。孔がなく、基材上に遮光膜（あるいは荷電粒子ビームの散乱体）が形成されているメンブレンマスクでは、トポロジー的にドーナツ状の配線パターンを問題なく形成できる。それに対し、ステンシルマスクの場合は、孔以外のすべての部分が連続している必要があるため、ドーナツ状の配線パターンを形成する場合は、複数のマスクにパターンを分割して形成し、これらのマスクを用いて多重露光を行う必要がある。
【００１５】
あるいは、長いライン状パターンに対応する孔をステンシルマスクに形成すると、内部応力の影響でパターン形状に異方性の歪みが生じ、ライン幅が均一とならなかったり、パターンの角に応力が集中してメンブレンが破損しやすくなったりする。したがって、長いライン状パターンを複数の矩形に分割し、多重露光により連続したパターンを転写することもある。
【００１６】
以上のように、電子ビーム転写型リソグラフィにステンシルマスクを用いる場合、複数のマスクを用いる多重露光が前提となり、パターンの位置合わせを高精度に行う必要がある。
さらに、近年の半導体デバイスにおいては、多層配線を構成する配線層の数が増加しており、層間でのパターンの位置合わせ精度を確保するのが、ますます困難となっている。
【００１７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、メンブレンの内部応力の影響によるパターン位置精度の低下を防止でき、かつ相補分割パターンを含むパターンの位置合わせを高精度に行うことができるマスクおよびその製造方法と、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、支持枠と、前記支持枠より薄く形成され、かつ前記支持枠で囲まれた薄膜と、前記薄膜上の１点である第１の点を通り第１の方向に延びる第１の直線と、前記第１の点で前記第１の直線と直交し、第２の方向に延びる第２の直線とによって、前記薄膜が４分割された領域である４つの区画の一つである第１の区画と、前記第１の区画と第１の方向において隣接する第２の区画と、前記第２の区画と第２の方向において隣接する第３の区画と、前記第３の区画と第１の方向において隣接し、かつ前記第１の区画と第２の方向において隣接する第４の区画と、前記第１〜第４の区画のそれぞれにおいて、前記薄膜上に前記支持枠と接続するように、前記支持枠と同一の材料から形成された、第１の方向に延びる複数の梁であって、互いに平行に等間隔で形成された第１群の梁と、前記第１〜第４の区画のそれぞれにおいて、前記薄膜上に前記支持枠と接続し、かつ前記第１群の梁と交差するように、前記支持枠と同一の材料から形成された、第２の方向に延びる複数の梁であって、互いに平行に等間隔で形成された第２群の梁と、前記梁の両側部分の前記薄膜に前記梁と平行に設けられた裾部と、前記梁とその両側の裾部とから構成される梁用帯部であって、隣接する梁用帯部との間隔が梁用帯部の幅の３以上の整数倍となるような前記梁用帯部と、前記第１の区画に形成された前記第１群の梁の一つを含み、前記第１の直線に接する第１の梁用帯部であって、前記第１の方向において前記第４の区画の前記第２群の梁が前記第１の区画の前記第２群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第１の梁用帯部と、前記第１の区画に形成された前記第２群の梁の一つを含み、前記第２の直線に接する第２の梁用帯部であって、前記第２の方向において前記第２の区画の前記第１群の梁が前記第１の区画の前記第１群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第２の梁用帯部と、前記第３の区画に形成された前記第１群の梁の一つを含み、前記第１の直線に接する第３の梁用帯部であって、前記第１の方向において前記第２の区画の前記第２群の梁が前記第３の区画の前記第２群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第３の梁用帯部と、前記第３の区画に形成された前記第２群の梁の一つを含み、前記第２の直線に接する第４の梁用帯部であって、前記第２の方向において前記第４の区画の前記第１群の梁が前記第３の区画の前記第１群の梁と互いに異なる位置で接続する前記第４の梁用帯部と、前記梁用帯部で囲まれた部分の前記薄膜に設けられた、荷電粒子線が透過する孔であって、前記第１〜第４の区画において、同一のパターンの互いに異なる一部である相補分割パターンで形成されている前記孔と、前記第１〜第４の区画のそれぞれから選択される、形状および大きさが同一の重ね合わせ領域であって、それぞれ前記第１および第２の直線を含む４つの前記重ね合わせ領域とを有し、前記重ね合わせ領域上の任意の点は、前記第１〜第４の区画のうちの少なくとも２つの区画において、前記梁用帯部以外の前記薄膜に含まれることを特徴とする。
前記孔が前記裾部の少なくとも一部に形成されていてもよい。好適には、前記梁の前記荷電粒子線が入射する面の一部に複数の位置合わせマークを設ける。前記薄膜は導電層であってもよい。あるいは、前記孔部分を除く前記薄膜上に導電層を設けてもよい。
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、所定のマスクパターンが形成されたマスクを介して、感光面に荷電粒子線を照射し、前記感光面に前記マスクパターンを転写する工程を含み、前記マスクとして上記の本発明のマスクを用い、第１〜第４の区画に形成された相補分割パターンを多重露光することを特徴とする。
【００２０】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、少なくとも３枚のマスクを含み、前記各マスクは支持枠と、前記支持枠より薄く形成され、かつ前記支持枠で囲まれた薄膜であって、形状および大きさがすべてのマスクで同一である前記薄膜と、前記薄膜が分割された領域である複数のブロックと、前記複数のブロックから選択される選択ブロックからなる選択ブロック群であって、前記選択ブロックは少なくとも他の二つの選択ブロックに接するか、少なくとも他の一つの選択ブロックおよび前記支持枠に接する前記選択ブロック群と、非選択ブロックの前記薄膜に形成された、荷電粒子線が透過する孔であって、前記各マスクにおいて、同一のパターンの互いに異なる一部である相補分割パターンで形成されている前記孔と、前記選択ブロック群の前記薄膜上に形成された梁であって、前記支持枠に接続する梁とを有し、前記ブロックのすべてが、少なくとも２枚の前記マスクにおいて、非選択ブロックとなることを特徴とする。
【００２１】
前記梁は、前記薄膜の前記荷電粒子線が入射する側の面あるいは反対側の面のどちらに形成されていてもよい。好適には、前記梁の一部に複数の位置合わせマークを設ける。前記薄膜は導電層であってもよい。また、前記孔部分を除く前記薄膜上に導電層が形成されていてもよい。好適には、前記ブロックは格子状に配置される。
【００２２】
本発明のマスクの製造方法は、基材の一方の面に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に所定の間隔で梁を形成する工程と、前記基材の中央部を前記基材の他方の面から除去して前記薄膜を露出させ、前記基材からなる支持枠を形成する工程と、前記梁で囲まれた部分の前記薄膜に、荷電粒子線が透過する孔を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
あるいは、基材の一方の面に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜上に所定の間隔で梁を形成する工程と、前記基材の中央部を前記基材の他方の面から除去して前記犠牲膜を露出させ、前記基材からなる支持枠を形成する工程と、前記犠牲膜の前記梁と反対側の面に薄膜を形成する工程と、前記梁で囲まれた部分の前記薄膜に、荷電粒子線が透過する孔を形成する工程と、前記支持枠に接しない部分の前記犠牲膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、所定のパターンの一部である相補分割パターンが形成されたマスクを介して、感光面に荷電粒子線を照射し、前記感光面に前記相補分割パターンを転写する工程と、前記パターンの他の相補分割パターンが形成されたマスクを介して、前記感光面に前記荷電粒子線を多重露光し、相補的に前記パターンを転写する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記多重露光に上記の少なくとも３枚のマスクから構成される本発明の相補マスクを用いることを特徴とする。
【００２５】
これにより、薄膜のたわみを防止するために要求される、薄膜の引っ張り内部応力を低減できる。したがって、薄膜に孔を形成したときの内部応力の解放による孔の位置ずれや歪みが低減される。また、薄膜の機械的強度が補強される。また、梁に位置合わせマークを設けることにより、薄膜全体で位置合わせを高精度に行うことが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマスクおよびその製造方法と半導体装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本実施形態のステンシルマスクはＬＥＥＰＬに好適に用いられる。図１は、本実施形態のステンシルマスク１の模式的な平面図である。
【００２７】
図１に示すように、ステンシルマスク１はシリコンウェハ２を用いて形成される。シリコンウェハ２の中央部は正方形状に除去されており、この部分にメンブレン３が形成されている。メンブレン３周囲の厚膜のシリコンウェハ２は、薄いメンブレン３を支持するための支持枠（フレーム）として用いられる。メンブレン３には格子状に梁４が形成されている。梁４はシリコンウェハ２に複数の開口部を形成した残りの部分である。全ての梁４の末端はフレームまたは他の梁４に接続しており、梁４が途切れている箇所はない。
【００２８】
以下、メンブレン３の梁４で囲まれた正方形の部分をメンブレン分割領域５とする。梁４の両側のメンブレン３には梁４に平行に微小な幅で裾部（スカート）を設ける。メンブレン分割領域５のうち、スカートを除く部分をパターン領域とする。また、梁４とスカートを合わせた部分を梁用帯部（梁用ゾーン）とする。
【００２９】
次に、図１のステンシルマスク１における梁４の配置を説明する。図２は、図１のメンブレン３の中心付近の拡大図であるが、図１の梁４のかわりに梁用ゾーン６で示したものである。梁用ゾーン６で囲まれた正方形の部分は、パターン領域７である。
【００３０】
図１のシリコンウェハ２の中心を原点Ｏ、図２のメンブレン３をＸ−Ｙ平面と仮定すると、メンブレン３はｘ軸およびｙ軸により４つの領域に分割される。以下、これらの領域を区画Ｉ〜ＩＶとする。
メンブレン３は厳密に正方形である必要はなく、区画Ｉ〜ＩＶがｘ軸とｙ軸を２辺とする矩形あるいはそれに近い形状であれば、区画Ｉ〜ＩＶのすべての辺の長さは完全に一致しなくてもよい。
【００３１】
区画Ｉ〜ＩＶにはそれぞれｘ軸に平行に、複数の梁用ゾーン６が互いに等間隔で配置される。同様に、区画Ｉ〜ＩＶにはそれぞれｙ軸に平行に、複数の梁用ゾーン６が互いに等間隔で配置される。これらの梁用ゾーン６内に図１の梁４が形成される。
【００３２】
ｘ軸方向において隣接する区画Ｉと区画ＩＩとの間、または区画ＩＩＩと区画ＩＶとの間で、ｘ軸に平行な梁用ゾーン６の位置は一致しない。同様に、ｙ軸方向において隣接する区画Ｉと区画ＩＶとの間、または区画ＩＩと区画ＩＩＩとの間で、ｙ軸に平行な梁用ゾーン６の位置は一致しない。
【００３３】
４つの区画Ｉ〜ＩＶのうち、メンブレン３の対角線上にある１組の区画のみで、梁用ゾーン６がｘ軸とｙ軸の両方に接する。図２に示す例では、４つの区画Ｉ〜ＩＶのうち、区画Ｉでは区画ＩＶとの境界部分（ｘ軸に接する部分）に梁用ゾーン６が配置され、区画ＩＩとの境界部分（ｙ軸に接する部分）にも梁用ゾーン６が配置される。
【００３４】
区画Ｉと対角線上にある区画ＩＩＩでは区画ＩＩとの境界部分（ｘ軸に接する部分）に梁用ゾーン６が配置され、区画ＩＶとの境界部分（ｙ軸に接する部分）に梁用ゾーン６が配置される。
あるいは、図２において、対角線上にある他の１組の区画（区画ＩＩと区画ＩＶ）のみで、梁用ゾーン６がｘ軸とｙ軸の両方に接するような配置としてもよい。
【００３５】
図２に示す例では、区画ＩＩと区画ＩＶでは、梁用ゾーン６が隣接する区画との境界に沿って形成されない。区画ＩＩと区画ＩＶの梁用ゾーン６の末端は、隣接する区画の梁用ゾーン６にＴ字型に接続している。区画ＩＩと区画ＩＶの梁用ゾーン６は、一定の条件を満たすように配置されるが、この配置の条件については後述する。
梁用ゾーン６の間隔であるパターン領域７の１辺の長さは、梁用ゾーン６の幅を１としたとき、３以上の整数倍となるようにする。梁用ゾーン６の間隔についても、詳細は後述する。
【００３６】
図３は、図１のステンシルマスク１の断面図である。図３に示すように、ステンシルマスク１のメンブレン３にはパターンに対応した孔８が形成されている。メンブレン３はメンブレン形成用層３ａの一部である。メンブレン３周囲のシリコンウェハ２は、メンブレン３を支持するためのフレーム９である。メンブレン３のフレーム９側の面に一定の間隔で梁４が形成されている。なお、シリコン酸化膜１０はステンシルマスク１の製造過程でエッチングストッパー層として用いられる。
【００３７】
ステンシルマスク１は、パターンが転写されるウェハ表面に、メンブレン３側の面が近接するように配置される。ステンシルマスク１上をフレーム９側から電子ビームで走査すると、孔８の部分のみ電子ビームが透過して、ウェハ上のレジストにパターンが転写される。
図２９に示す従来のＬＥＥＰＬ露光用ステンシルマスクと異なり、本実施形態のステンシルマスク１では梁４部分に孔８を形成できない。したがって、パターンを分割して、図２の区画Ｉ〜ＩＶに相補的に形成する。
【００３８】
ステンシルマスク１を用いて露光を行う場合、まず、ステンシルマスク１とウェハを固定して図２の区画Ｉ〜ＩＶのパターンを転写する。次に、ステンシルマスク１とウェハを相対的に移動させ、転写された区画Ｉ〜ＩＶのパターン上に、ステンシルマスク１のそれぞれ異なる区画を配置させる。通常、ステンシルマスク１を固定したまま、ウェハを移動させる方が容易である。
【００３９】
ウェハを移動させてから、再度、ステンシルマスク１上を電子ビームで走査する。以上の工程を繰り返し、ステンシルマスク１の４つの区画Ｉ〜ＩＶ（図２参照）のパターンが重なるように、４回の多重露光を行う。これにより、梁４部分に存在するパターンもレジストに相補的に転写される。
【００４０】
図４はメンブレン分割領域５の１つとその周囲の梁４を拡大した斜視図である。図４に示すように、メンブレン３が梁４によりメンブレン分割領域５に分割されている。パターンに対応した孔８は、梁４部分には形成できず、メンブレン３のメンブレン分割領域５の一部に形成される。メンブレン分割領域５のうち、点線で囲まれた部分が、図２のパターン領域７に対応する。
【００４１】
メンブレン分割領域５のうち、パターン領域７の外側部分がスカート１１である。梁４とその両側のスカート１１を合わせた部分が、図２の梁用ゾーン６に相当する。原則として、孔８はパターン領域７に形成されるが、場合によってはスカート１１の一部にはみ出して形成してもよい。
【００４２】
図５は、図４の梁４近傍を拡大した断面図である。図５に示すように、梁４の幅Ｗ4 とその両側のスカート１１の幅Ｗ11を合わせた幅が、梁用ゾーン６の幅Ｗ6 である。梁４の幅Ｗ4 は例えば１００〜２００μｍ程度とすることができる。スカート１１は余白部（マージン）１２と影部（ブランク）１３にさらに分割される。マージン１２がパターン領域７側にあり、ブランク１３は梁４側にある。
【００４３】
以下、マージン１２とブランク１３について説明する。パターンがパターン領域７に入りきらない場合、原則として、ステンシルマスクの４つの区画Ｉ〜ＩＶ（図２参照）のうちの他の区画に、はみ出した部分のパターンに対応する孔８が形成され、多重露光によってパターンがつなぎ合わされる。
【００４４】
しかしながら、パターンがパターン領域７からごくわずかにはみ出す場合、他の区画Ｉ〜ＩＶのいずれかに相補パターンを形成してつなぎ合わせるより、パターンを分割せずに転写できる方が有利である。特に、線幅の狭い微細パターン、例えばゲートがパターン領域７からわずかにはみ出すような場合には、相補パターンに分割すると、製造される半導体装置の特性を低下させる可能性が高い。
【００４５】
そこで、パターン領域７の周囲に孔８の形成が可能なマージン１２が設けられる。マージン１２の幅Ｗ12は任意に設定できるが、Ｗ12を大きくすると、本来のパターン用の領域であるパターン領域７が小さくなる。したがって、Ｗ12は例えば数μｍ〜数１０μｍ程度とする。
【００４６】
ＬＥＥＰＬによれば、ステンシルマスクに対する電子ビームの入射角を微妙に変化させることが可能である。電子ビームの入射角の範囲は通常、０〜１０ｍｒａｄ程度である。８インチウェハを用いてステンシルマスクを形成した場合、梁４の高さＨ4 は８インチシリコンウェハの厚さの７２５μｍとなる。
【００４７】
図５に示すように、電子ビーム１４がメンブレン３に斜めに入射すると、梁４近傍に電子ビーム１４が当たらない領域ができる。電子ビーム１４の入射角αを最大１０ｍｒａｄとすると、最低必要なブランク１３の幅Ｗ13は、
Ｗ13＝１０×１０-3(rad) ×Ｈ（μｍ）＝７．２５（μｍ）≒７（μｍ）
と計算される。以上のように、梁４とその両側のブランク１３を合わせた部分Ａには、孔８を形成しない。
【００４８】
次に、上記の本実施形態のステンシルマスクにおいて、図２の区画Ｉ〜ＩＶに相補パターンを分割する方法について詳細に説明する。パターンの分割にあたっては、図５に示す梁４の実際の幅Ｗ4 でなく、梁用ゾーン６の幅Ｗ6 を扱った方が容易に処理を行うことができる。
【００４９】
図６は図２の区画Ｉ〜ＩＶのうち、多重露光される最小単位のパターン（図６の点線で囲まれた領域のパターン）を抽出し、補助的に方眼をつけて示したものである。区画Ｉ〜ＩＶで空白のブロックはパターン領域７を示し、×のブロックは梁用ゾーン６を示す。図６は梁用ゾーン６の幅Ｗ6 （図５参照）とパターン領域７の１辺の長さの比が１：４の場合を示す。
【００５０】
図６の５×５ブロックのパターンを５行×５列の表に対応させ、個々のブロックについて、どの区画にパターンを形成できるか示したものが、以下の表１である。
【００５１】
【表１】
0003674573.tif 000002
【００５２】
表１に示すように、すべてのブロックについて、区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。したがって、例えばトポロジー的にドーナツ状のパターンがある場合にも、パターンを分割し、多重露光される２つの区画に孔を形成すれば、パターンの転写が可能である。
【００５３】
図２を参照して説明した通り、図２および図６の区画Ｉと区画ＩＩＩについては一義的に梁用ゾーン６を決定できる。一方、区画ＩＩと区画ＩＶについては、図６に示す以外の配置も可能である。
図７は、区画ＩＩと区画ＩＶの梁用ゾーン６を移動させた例を示す。図７の各ブロックについて、表１と同様に、どの区画にパターンを形成できるかをまとめると、以下の表２となる。
【００５４】
【表２】
0003674573.tif 000003
【００５５】
図７の例でも、すべてのブロックについて、区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。したがって、図７に示すようなパターンで梁用ゾーン６を配置してもよい。但し、図６ではメンブレンの中央（図２の原点Ｏ付近）と、４つの区画Ｉ〜ＩＶのうちの隣接する区画間（図２のｘ軸とｙ軸）で梁間隔が短くなっているが、図７の例ではそれらの梁間隔が図６より長い。したがって、図６と図７ではメンブレンの応力や機械的強度が多少異なり、メンブレン中央での機械的強度を高くするには、図６の構造が有利である。
【００５６】
梁用ゾーン６の幅とパターン領域７の１辺の長さの比が１：４の場合、図６や図７に示す配置以外でも、４つの区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。例えば、区画ＩＩと区画ＩＶの梁用ゾーン６を図８に示す配置としても、以下の表３に示すように、各ブロックについて、区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。
【００５７】
【表３】
0003674573.tif 000004
【００５８】
しかしながら、図８の例では、区画ＩＩと区画ＩＶの梁用ゾーン６の配置が、ステンシルマスクの中心（図２の原点Ｏ）に対して対称とならない。メンブレンの応力を均等とするには、図６または図７に示すように梁用ゾーン６の配置をステンシルマスクの中心に対して対称とした方が望ましい。
【００５９】
図９は、梁用ゾーン６の幅とパターン領域７の１辺の長さの比が１：３の場合を示す。図９の４×４ブロックの最小単位のパターンを４行×４列の表に対応させ、上記の１：４の場合と同様に、個々のブロックについて、どの区画にパターンを形成できるか表４に示す。
【００６０】
【表４】
0003674573.tif 000005
【００６１】
図９の例でも、すべてのブロックについて、区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。また、図１０に示す配置としても、表５に示すように、区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。
【００６２】
【表５】
0003674573.tif 000006
【００６３】
あるいは、図１１に示す配置としても、表６に示すように、区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成できる。
【００６４】
【表６】
0003674573.tif 000007
【００６５】
梁用ゾーン６の幅とパターン領域７の１辺の長さの比が１：３の場合も、図７〜９のパターンを図２の原点Ｏを中心として区画Ｉ〜ＩＶを９０°回転させ、区画ＩＩと区画ＩＶで梁用ゾーン６がｘ軸とｙ軸に接するようにしてもよい。
梁用ゾーン６とパターン領域７の１辺の長さの比を１：２とした場合は、４つの区画Ｉ〜ＩＶのうちの少なくとも２つの区画にパターンを形成することができない。したがって、梁用ゾーン６とパターン領域７の１辺の長さの比は１：３以上の整数倍とする。
【００６６】
１：５以上にした場合、１：４に比較して、梁用ゾーン６の可能な配置はさらに増加する。しかしながら、パターン領域７が大きくなると、図３１に示したように、メンブレンのたわみや中心応力が増加するため、梁を設けることの効果が低減していく。一方、１：３の場合には、パターン領域７の面積が小さくなる。したがって、実用上は１：４の構成が特に好適である。
【００６７】
次に、上記の本実施形態のステンシルマスクの製造方法の一例を説明する。
まず、図１２（ａ）に示すように、ＳＯＩウェハ２１の裏面側に、ドライエッチング用の保護膜２２として、例えばシリコン酸化膜を形成する。ここで、ＳＯＩウェハ２１はシリコンウェハ２の一方の面にシリコン酸化膜１０を介してシリコン層を有し、このシリコン層をメンブレン形成用層３ａとして用いる。
【００６８】
次に、図１２（ｂ）に示すように、保護膜２２上に梁およびフレームのパターンでレジスト２３を形成する。さらに、レジスト２３をマスクとして保護膜２２にエッチングを行う。
【００６９】
次に、図１３（ｃ）に示すように、保護膜２２をマスクとしてシリコンウェハ２にドライエッチングを行い、シリコンからなる梁４およびフレーム９を形成する。このドライエッチングには、エッチングガスとして例えばＳＦ6 やＮＦ3 等のフッ素系ガスを用いる。このドライエッチングにおいて、シリコン酸化膜１０はエッチングストッパー層として用いられる。
【００７０】
ＳＯＩウェハ２１として例えば８インチウェハを用いると、シリコンウェハ２の厚さは７２５μｍである。したがって、保護膜２２を設けずに、レジスト２３をマスクとしてシリコンウェハ２にドライエッチングを行うと、シリコンウェハ２の厚さ分のエッチングが終了する前に、レジスト２３が消費され、梁４およびフレーム９を形成するのが困難となる。そこで、保護膜２２が設けられる。
【００７１】
次に、図１３（ｄ）に示すように、梁４およびフレーム９をマスクとしてシリコン酸化膜１０にエッチングを行う。このエッチングは例えばフッ酸を用いたウェットエッチングとする。このエッチングにより保護膜２２も除去される。
【００７２】
次に、図１４（ｅ）に示すように、メンブレン形成用層３ａの梁４側の面にレジスト２４を塗布する。レジスト塗布面には梁４による凹凸が存在するため、通常のスピンコートによりレジストを塗布することはできない。このような凹凸面にレジストを塗布できる方法は、例えば特許第３０８４３３９号公報、特開平１０−３２１４９３号公報、特開平８−３０６６１４号公報、特開平１１−３２９９３８号公報または第６１回応用物理学会学術講演会講演予稿集 (2000) No. 2, p.593, 4a-X-1に開示されている。例えばこれらの方法を用いることにより、梁４が形成された面に均一にレジスト２４を塗布できる。
【００７３】
次に、図１４（ｆ）に示すように、孔を形成するためのパターンをレジスト２４に転写する。レジスト２４のパターニングは、通常の電子ビームリソグラフィにより行うことができる。
【００７４】
次に、図１５（ｇ）に示すように、レジスト２４をマスクとしてエッチング形成用層３ａにドライエッチングを行い、ステンシルマスクの孔８を形成する。このドライエッチングには、エッチングガスとして例えばＳＦ6 やＮＦ3 等のフッ素系ガスを用いる。その後、図３に示すように、レジスト２４を除去することにより、本実施形態のステンシルマスクが得られる。
【００７５】
本実施形態のステンシルマスクによれば、図１６に示すように、梁４の任意の箇所に位置合わせマーク２５を設けることができる。ステンシルマスクをＬＥＥＰＬに用いる際、梁４上に設けられた複数の位置合わせマークを用いて位置合わせを行うことにより、多重露光の重ね合わせ精度や、多層配線での層間の位置合わせ精度を向上させることができる。
【００７６】
（実施形態２）
上記の実施形態１のステンシルマスクは、同一のマスク内の４つの区画Ｉ〜ＩＶに、互いに異なる相補パターンを形成したものであるが、このような相補パターンは異なるステンシルマスクに形成してもよい。実施形態２は、複数のステンシルマスクに相補パターンを形成し、多重露光によりパターンを転写する例を示す。
【００７７】
本実施形態においては、少なくとも３枚のステンシルマスクを使用して、配線パターンをレジストに転写する。梁をもたない相補ステンシルマスクを使用する場合、ドーナツ状のパターン等を含む所望の配線パターンを、２枚のマスクで転写できる。これに対し、本実施形態のステンシルマスクは補強用の梁を有するため、梁の箇所に配線パターンを形成できない。したがって、少なくとも３枚の相補ステンシルマスクが必要となる。
【００７８】
梁の形状やパターンは特に限定されないが、機械的強度を向上させるため、メンブレン周囲のフレームと梁を接続させる。同様に梁も互いに接続させる。通常、格子状に梁を配置すると、パターンの分割処理が容易となる。
【００７９】
次に、本実施形態の複数の相補ステンシルマスクに形成される梁の配置例を説明する。本実施形態においては、４枚のステンシルマスクＡ〜Ｄを用いる。図１７〜図２０はそれぞれステンシルマスクＡ〜Ｄのメンブレンから、多重露光される領域を抽出し、補助的に２１×２１ブロックの方眼をつけて示したものである。実施形態１の図６と同様に、各ステンシルマスクで空白のブロックはパターン領域７を示し、×のブロックは梁用ゾーン６を示す。
【００８０】
図１７〜図２０の各パターンから、多重露光される５×５ブロック（点線で囲まれた領域のパターン）をさらに抽出し、これらを５行×５列の表に対応させ、個々のブロックについて、どのステンシルマスクにパターンを形成できるかを表７に示す。
【００８１】
【表７】
0003674573.tif 000008
【００８２】
表７に示すように、すべてのブロックについて、４枚のステンシルマスクのうちの少なくとも２枚のステンシルマスクにパターンを形成できる。したがって、例えばトポロジー的にドーナツ状のパターンがある場合にも、パターンを分割し、多重露光される２枚のステンシルマスクに異なる孔を形成すれば、パターンの転写が可能である。また、図１７〜図２０の各パターンのうち、点線で囲まれた以外のブロックでも、４枚のステンシルマスクのうち少なくとも２枚でパターンを形成できる。
【００８３】
以上のように、本実施形態においては、４枚の相補ステンシルマスクのメンブレンが、それぞれ梁によって補強される。これにより、メンブレンのたわみが低減され、正確な配線パターンの転写が可能となる。
【００８４】
本実施形態のステンシルマスクの梁は、例えば実施形態１と同様に、シリコンウェハにドライエッチングを行って形成することができる。あるいは、以下のように、メンブレンに対してフレームと反対側の面に梁を設けることもできる。この場合、梁の材料はシリコンに限定されず、梁の高さも必要に応じて任意に変更できる。
【００８５】
図２１は、本実施形態のステンシルマスクの断面図である。図２１に示すように、ステンシルマスク３１は中央部にメンブレン３２を有し、メンブレン３２にはパターンに対応した孔３３が形成されている。メンブレン３２はメンブレン形成用層３２ａの一部である。メンブレン３２の周囲には、メンブレン３２を支持するためのフレーム３４が形成されている。
【００８６】
メンブレン３２のフレーム３４と反対側の面には、所定の間隔で梁３５が形成されている。梁３５は支持層３６と同一の材料から形成される。梁３５および支持層３６の任意の箇所に位置合わせマーク３７が形成される。図２１のステンシルマスク３１には、フレーム３４側の面に電子ビームが入射する。
【００８７】
図２２は図２１のステンシルマスクのうち、メンブレン分割領域の１つとその周囲の梁３５を拡大した斜視図である。図２２に示すように、メンブレン３２が梁３５によりメンブレン分割領域３８に分割されている。点線ａの内側の部分がメンブレン分割領域３８である。
【００８８】
本実施形態のステンシルマスクについても、実施形態１のステンシルマスクと同様に、メンブレン分割領域３８にはパターン領域３９（点線ｂの内側の部分）と、その周囲のスカート４０（点線ａと点線ｂの間の部分）が設けられる。孔３３は原則としてパターン領域３９に形成される。
【００８９】
図２３は、図２２の梁３５近傍を拡大した断面図である。ステンシルマスクに電子ビーム４１を傾けて入射させた場合、電子ビーム４１がメンブレン３２に入射する前に梁３５によって遮られることはない。しかしながら、メンブレン３２の孔を透過した電子ビーム４１が梁３５によって遮られることがある。
【００９０】
したがって、実施形態１のステンシルマスクと同様に、スカート４０にはさらにマージン４２とブランク４３を設けてもよい。但し、実施形態１のステンシルマスクの梁に比較して、本実施形態のステンシルマスクの梁３５は、通常、十分に低いため、スカート４０のすべてをマージン４２として利用することも可能である。
【００９１】
次に、上記の本実施形態のステンシルマスク３１の製造方法について説明する。まず、図２４（ａ）に示すように、シリコンウェハ５１上にメンブレン形成用層３２ａとして、例えばシリコン層を形成する。あるいは、図示しないが実施形態１と同様に、ＳＯＩウェハを用い、シリコンウェハとシリコン層の間のシリコン酸化膜をエッチングストッパー層として用いることもできる。メンブレン形成用層３２ａのシリコン層としては、強度の低いポリシリコンでなく、単結晶シリコンを用いる。
【００９２】
メンブレン材料としては、シリコン以外にモリブデン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化シリコン等を用いることもできる。また、例えば窒化タングステン／タングステン／窒化タングステンのような積層膜をメンブレン形成用層とすることもできる。メンブレン材料が導電性であれば、ＬＥＥＰＬ露光の際にステンシルマスクのチャージアップが防止される。メンブレン形成用層の膜厚は、材料の強度や孔３３（図２１参照）のアスペクト比等を考慮して適宜設定する。
【００９３】
さらに、メンブレン形成用層３２ａ上に支持層３６を形成する。支持層３６の膜厚は、メンブレン形成用層３２ａの膜厚の数倍〜数１０倍程度とし、支持層３６の材料、あるいは梁３５（図２１参照）の幅や間隔に応じて適宜設定する。支持層３６の材料としては、例えばシリコンカーバイド、窒化シリコン、酸化シリコン、ダイヤモンド、ＤＬＣ等を用いることができる。これらの材料からなる支持層３６は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）により形成できる。
【００９４】
次に、図２４（ｂ）に示すように、支持層３６上に、梁およびフレーム（図２１参照）のパターンでレジスト５２を形成する。続いて、レジスト５２をマスクとして支持層３６にエッチングを行い、梁３５を形成する。梁３５の間隔は例えば１μｍ以上とする。ここで、梁３５の一部とメンブレン３２（図２１参照）周囲の支持層３６の一部に、位置合わせマーク３７として溝を形成する。
その後、図２４（ｃ）に示すように、レジスト５２を除去する。
【００９５】
次に、図２５（ｄ）に示すように、シリコンウェハ５１のメンブレン形成用層３２ａと反対側の面に、フレームのパターンでレジスト５３を形成する。図示しないが、シリコンウェハ５１の表面にレジスト５３を形成する前に、必要に応じて実施形態１の保護膜２２（図１２参照）と同様の保護膜を形成してもよい。保護膜としては、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。
【００９６】
レジスト５３（または、保護膜を形成した場合は保護膜）をマスクとしてシリコンウェハ５１にエッチングを行い、メンブレン形成用層３２ａを露出させる。これにより、フレーム３４が形成される。このエッチングは、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）またはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を含む溶液を用いたウェットエッチングで行うことができる。あるいは実施形態１と同様のドライエッチングを行い、フレーム３４の断面をメンブレンに対してほぼ垂直に加工することもできる。エッチング後、レジスト５３または保護膜を除去する。
【００９７】
次に、図２５（ｅ）に示すように、メンブレン形成用層３２ａのフレーム３４側の面にレジスト５４を塗布してから、電子ビーム露光装置のような微細パターン形成装置を用いて、レジスト５４のパターニングを行う。比較的面積の大きいメンブレンがウェハの中央に形成されている場合は、スピンコートによりレジスト５４を塗布できる場合がある。しかしながら、フレーム３４の影響によりスピンコートではレジスト５４を均一に塗布できない場合は、実施形態１でレジスト２４（図１４参照）の塗布方法として挙げた各種の塗布方法を用いることができる。
【００９８】
本実施形態によれば、パターンの転写に少なくとも３枚のステンシルマスクを用いるため、高精度に位置合わせを行う必要がある。それぞれのステンシルマスクに位置合わせマーク３７を形成しておくことにより、位置合わせマーク３７を基準として、パターンを重ね合わせることができる。位置合わせマーク３７を用いることにより、多層配線での層間の位置合わせ精度を向上させることもできる。
【００９９】
図２５（ｅ）の工程で用いられる電子ビーム露光装置の加速電圧は５０〜１００ｋＶと高いため、電子ビームはレジスト５４およびメンブレン形成用層３２ａを透過する。したがって、レジスト５４側から位置合わせマーク３７を検出することが可能である。
【０１００】
次に、図２５（ｆ）に示すように、レジスト５４をマスクとしてメンブレン形成用層３２ａにドライエッチングを行う。これにより、孔３３を有するメンブレン３２が形成される。その後、レジスト５４を除去することにより、図２１に示すステンシルマスク３１が得られる。
上記の方法で、梁の配置が互いに異なる少なくとも３枚のステンシルマスクを形成することにより、相補ステンシルマスクが得られる。
【０１０１】
（実施形態３）
実施形態２に示した、メンブレンのフレームと反対側の面に梁を有するステンシルマスク（図２１参照）の変形例を説明する。
図２６（ａ）は本実施形態のステンシルマスクの断面図である。図２６（ａ）に示すように、ステンシルマスク６１は中央部にメンブレン６２を有し、メンブレン６２にはパターンに対応した孔６３が形成されている。メンブレン６２はメンブレン形成用層６２ａの一部である。
【０１０２】
メンブレン６２の周囲には、メンブレン６２を支持するためのフレーム６４が形成されている。メンブレン６２のフレーム６４と反対側の面には、所定の間隔で梁６５が形成されている。梁６５は支持層６６と同一の材料から形成される。メンブレン６２と梁６５との間、およびフレーム６４と支持層６６との間にはシリコン酸化膜６７が形成されている。梁６５および支持層６６の任意の箇所に位置合わせマーク６８が形成される。図２６（ａ）のステンシルマスク６１には、メンブレン６２側の面に電子ビームが入射する。
【０１０３】
次に、上記の本実施形態のステンシルマスクの製造方法を説明する。図２６（ｂ）に示すＳＯＩウェハ７１をマスクの材料として用いる。ＳＯＩウェハ７１はシリコンウェハ７２の一方の面にシリコン酸化膜６７を介して、図２６（ａ）の支持層６６であるシリコン層を有する。
【０１０４】
次に、図２６（ｃ）に示すように、ＳＯＩウェハ７１のシリコン層（支持層６６）上に、梁のパターンでレジスト７３を形成する。梁形成用のレジスト７３のパターニングは、孔６３（図２６（ａ）参照）形成用のレジストのパターニングのような高解像度を必要としないため、例えば等倍近接投影系のフォトリソグラフィとすることができる。
【０１０５】
レジスト７３をマスクとして支持層６６にエッチングを行い、梁６５を形成する。この工程で、梁６５または支持層６６の一部に、実施形態２と同様の位置合わせマーク６８を形成する。レジスト７３のパターニングを等倍近接投影系のフォトリソグラフィにより行った場合、５０ｍｍ以上の広画角が得られる。したがって、複数の位置合わせマーク６８に対応するパターンを１回の露光で転写でき、位置合わせマーク６８の間隔の変動が防止される。これにより、複数の相補ステンシルマスク間でのパターンの位置合わせ精度が向上する。
【０１０６】
次に、図２７（ｄ）に示すように、レジスト７３を除去してから、シリコンウェハ７２の支持層６６と反対側の面に保護膜７４を形成する。保護膜７４としては実施形態１と同様にシリコン酸化膜等を用いることができる。
次に、図２７（ｅ）に示すように、保護膜７４上にフレームのパターンでレジスト７５を形成する。
【０１０７】
レジスト７５をマスクとしてシリコンウェハ７２にエッチングを行い、シリコン酸化膜６７を露出させる。これにより、フレーム６４が形成される。このエッチングは実施形態２と同様に、ウェットエッチングまたはドライエッチングで行う。その後、レジスト７５を除去する。
【０１０８】
次に、図２７（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜６７上にメンブレン形成用層６２ａを形成する。このとき、フレーム６４の表面にもメンブレン形成用層６２ａが形成されることがあるが、特に問題はない。メンブレン形成用層６２ａの形成には、半導体装置の製造プロセスにおいて一般に採用される成膜方法のほとんど、具体的にはＣＶＤ、スパッタリング、蒸着あるいはメッキ等を用いることができる。
【０１０９】
メンブレン形成用層６２ａの材料は、実施形態２と同様でよい。メンブレン形成用層６２ａが導電性であれば、ＬＥＥＰＬ露光の際にステンシルマスクのチャージアップが防止される。メンブレン形成用層６２ａとして金属層を形成する場合には、金属層をエッチングするためのマスクとなる層（保護膜）を金属層上に積層してもよい。
【０１１０】
次に、図２８（ｇ）に示すように、メンブレン形成用層６２ａ上にレジスト７６を塗布してから、電子ビーム露光装置のような微細パターン形成装置を用いて、レジストのパターニングを行う。実施形態２と同様に、スピンコートでレジスト７６を塗布できない場合は、実施形態１で挙げた各種の塗布方法を用いる。また、レジストのパターニングでは、実施形態２と同様に、位置合わせマーク６８を基準として位置合わせを行う。これにより、複数の相補ステンシルマスクに形成されるパターンを高精度に重ね合わせることができる。また、多層配線における層間の位置合わせ精度も向上する。
【０１１１】
次に、図２８（ｈ）に示すように、レジスト７６をマスクとしてメンブレン形成用層６２ａにドライエッチングを行う。これにより、孔６３が形成される。エッチング後、図２８（ｉ）に示すように、レジスト７６を除去する。
その後、梁６５をマスクとしてシリコン酸化膜６７にエッチングを行い、梁６５が形成されていない部分のメンブレン６２を露出させることにより、図２６（ａ）に示すステンシルマスク６１が得られる。
上記の方法で、梁の配置が互いに異なる少なくとも３枚のステンシルマスクを形成することにより、相補ステンシルマスクが得られる。
【０１１２】
本発明のマスクおよびその製造方法と半導体装置の製造方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、実施形態１において、メンブレン３の孔８ははメンブレン８のフレーム９と反対側の面からドライエッチングを行って形成してもよい。また、実施形態１において、梁で囲まれた部分（メンブレン分割領域）の形状は正方形でなく長方形であってもよい。
【０１１３】
また、実施形態１のステンシルマスクでメンブレン形成用層としてシリコン層以外の層を用いることもできる。メンブレン形成用層として導電層を用いることにより、ＬＥＥＰＬ露光でのチャージアップを防止できる。また、このようなチャージアップを防止する目的で、実施形態１および２のステンシルマスクのメンブレン上に導電層を設けてもよい。
【０１１４】
また、上記の実施形態のステンシルマスクを、電子ビームリソグラフィ以外のリソグラフィ、例えばイオンビームリソグラフィに用いることもできる。あるいは、本実施形態のステンシルマスクは、荷電粒子ビームを用いるリソグラフィ以外の半導体装置製造プロセス、例えばイオン注入等にも用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明のマスクによれば、メンブレンの内部応力の影響によるパターン位置精度の低下を防止でき、かつ相補分割パターンを含むパターンの位置合わせを高精度に行うことが可能となる。
本発明のマスクの製造方法によれば、メンブレンの薄膜化を可能とする梁をステンシルマスクに設けることができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、パターンの位置ずれや歪みを防止して、高精度に微細パターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの平面図である。
【図２】図２は図１のメンブレン３の拡大図である。
【図３】図３は図１のステンシルマスクの断面図である。
【図４】図４は図１のメンブレン分割領域５の一つおよびその周囲の梁４を拡大した斜視図である。
【図５】図５は図１の梁４を拡大した断面図である。
【図６】図６は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの梁用ゾーン６の配置を示すパターン例である。
【図７】図７は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの梁用ゾーン６の配置を示す他のパターン例である。
【図８】図８は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの梁用ゾーン６の配置を示す他のパターン例である。
【図９】図９は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの梁用ゾーン６の配置を示す他のパターン例である。
【図１０】図１０は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの梁用ゾーン６の配置を示す他のパターン例である。
【図１１】図１１は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの梁用ゾーン６の配置を示す他のパターン例である。
【図１２】図１２（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１３（ｃ）および（ｄ）は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１４（ｅ）および（ｆ）は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は本発明の実施形態１に係るステンシルマスクの断面図である。
【図１７】図１７は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの１枚における梁用ゾーン６の配置を示すパターン例である。
【図１８】図１８は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの他の１枚における梁用ゾーン６の配置を示すパターン例である。
【図１９】図１９は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの他の１枚における梁用ゾーン６の配置を示すパターン例である。
【図２０】図２０は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの他の１枚における梁用ゾーン６の配置を示すパターン例である。
【図２１】図２１は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの断面図である。
【図２２】図２２は図２１の一部を拡大した斜視図である。
【図２３】図２３は図２１の梁３５を拡大した断面図である。
【図２４】図２４（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２５】図２５（ｄ）〜（ｆ）は本発明の実施形態２に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２６】図２６（ａ）は本発明の実施形態３に係るステンシルマスクの断面図であり、図２６（ｂ）および（ｃ）は本発明の実施形態３に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２７】図２７（ｄ）〜（ｆ）は本発明の実施形態３に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２８】図２８（ｇ）〜（ｉ）は本発明の実施形態３に係るステンシルマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２９】図２９はＬＥＥＰＬ露光の模式図である。
【図３０】図３０はステンシルマスクの一部を示す斜視図である。
【図３１】図３１はメンブレンのたわみ量および内部応力のメンブレン面積依存性を示す図である。
【符号の説明】
１、３１、６１、１０１…ステンシルマスク、２、５１、７２…シリコンウェハ、３、３２、６２、１０２…メンブレン、３ａ、３２ａ、６２ａ、１０２ａ…メンブレン形成用層、４、３５、６５…梁、５、３８…メンブレン分割領域、６…梁用ゾーン、７、３９…パターン領域、８、３３、６３、１０３…孔、９、３４、６４、１０４…フレーム、１０、６７…シリコン酸化膜、１１、４０…スカート、１２、４２…マージン、１３、４３…ブランク、１４、４１、１０７…電子ビーム、２１、７１…ＳＯＩウェハ、２２、７４…保護膜、２３、２４、５２〜５４、７３、７５、７６、１０６…レジスト、２５、３７、６８…位置合わせマーク、３６、６６…支持層、１０５…ウェハ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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