(57)【要約】【課題】マスクパターン形成領域に生じる内部応力を減少させ、マスクパターンを高精度にできる荷電粒子露光用マスクを提供する。【解決手段】ステンシルマスク１２はシリコン１４、メンブレン２６、２６…、スリット２８、２８などから構成され、所定の接着箇所３２、３２…にてフレーム３０に接着される。接着後にはステンシルマスク１２に内部応力が発生するが、この内部応力はスリット２８、２８に集中するため、マスクパターン形成領域２３のメンブレン２６、２６…における内部応力は概ね４ＭＰａ以下、最大でも１０ＭＰａ以下に維持される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のマスクパターンが形成されたマスクパターン形成領域と、
前記マスクパターン形成領域の周縁部に形成されている１以上のスリット状の開口部と、を備えていることを特徴とする荷電粒子露光用マスク。
【請求項２】
前記スリット状の開口部は、
前記マスクパターン形成領域を挟んで対向するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子露光用マスク。
【請求項３】
前記スリット状の開口部は、
スリット長さが前記マスクパターン形成領域の辺の長さ以上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子露光用マスク。
【請求項４】
所定のマスクパターンが形成されたマスクパターン形成領域を備えた荷電粒子露光用マスクにおいて、
前記マスクパターン形成領域の周縁部に、該マスクパターン形成領域の周縁に沿うように複数個の貫通孔が形成されていることを特徴とする荷電粒子露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの製造に用いられる荷電粒子露光用マスクに係り、特に照射された電子ビームで露光してウェーハ上のレジスト層を所定形状にパターン形成するのに好適な荷電粒子露光用マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の集積度を向上させるべく荷電粒子（電子）ビーム描画法が多用されている。この電子ビーム描画法に使用される荷電粒子露光用マスクとしてはステンシルマスクやメンブレンマスクなどが挙げられる。このうち図１１に一例としてステンシルマスク８０を示す。図１２にはこのステンシルマスク８０の側断面図を示す。
【０００３】
ステンシルマスク８０はシリコン８１、シリコン８１に形成された透過孔８４、前記透過孔８４から露呈された電子遮蔽膜（ダイヤモンド、ＳｉＣ、シリコンなどの薄膜。以下これをメンブレンと呼ぶ）８６、８６…などから構成されている。
【０００４】
シリコン８１の下面には酸化シリコン層８２を介してメンブレン８６、８６…が成膜されている。シリコン８１および酸化シリコン層８２の当該領域（以下、「マスクパターン形成領域８３」という）には透過孔８４が形成されており、メンブレン８６、８６…が当該透過孔８４から露呈されている。また、メンブレン８６の露呈部分には目的のパターンに応じた開口部（マスクパターン）８７、８７…がパターニングされている。
【０００５】
このようなステンシルマスク８０は、たとえば、図１１に示したように所定の接着箇所９０、９０…にて接着されてフレーム９２に固定された後、等倍露光装置（不図示）のメインチャンバに収納され、ウェーハに近接して配置される。なお、ステンシルマスク８０の固定方法は、図１１の構成以外の形態も採用できる。
【０００６】
そして、等倍露光装置の電子銃によって電子ビームがマスクパターン形成領域８３に射出されると、メンブレン８６に形成されたマスクパターン８７（図１２参照）にて電子ビームが照射されてウェーハ上のレジスト層に転写され、レジスト層が所定形状（レジストパターン）に形成される。
【０００７】
ところで、ステンシルマスク８０のメンブレン８６は薄膜であり、シリコン８１（ウェーハ）にかかる力やねじれに弱く、破損しやすいといった問題点がある。
【０００８】
これを解決するため、たとえば膨張や反りなどを防止するための膜（反り防止膜）をシリコンや酸化シリコン層の内部に設けて、内部応力によるマスクパターンの精度低下を防止した技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
また、ステンシルマスクの内部応力を緩和すべく、マスクパターン形成領域の外周縁部の外側にドーナツ状の脱応力領域を設けて、マスクパターンの精度向上を図る提案がなされている（特許文献２参照）。このドーナツ状の脱応力領域は、断面が蛇腹状のもので、マスクパターン形成領域よりも機械的な伸縮性が大きく形成されている。
【特許文献１】特開２００２−１５１３８５号公報
【特許文献２】特開平５−２９１１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のような反り防止膜を備えた従来の荷電粒子露光用マスクでは、製造過程が煩雑となり製造コストが嵩むという欠点がある。
【００１１】
また、特許文献２の構成では、メンブレンが形成された領域の外周に脱応力領域が設けられているので、この脱応力領域が破損しやすいという欠点がある。更に、特許文献２の構成とするには、蛇腹状の屈曲部を形成するために、マスクパターンの形成工程とは別の工程が必要になり、製造過程が煩雑となり製造コストが嵩むという欠点もある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、マスクパターン形成領域に加わる応力を減少させ、メンブレンが破損しないようにでき、煩雑な製造工程を要せず高精度な荷電粒子露光用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】
【００１３】
前記目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、所定のマスクパターンが形成されたマスクパターン形成領域と、前記マスクパターン形成領域の周縁部に形成されている１以上のスリット状の開口部と、を備えていることを特徴としている。
【００１４】
請求項１に係る本発明によれば、マスクパターン形成領域に加わる内部応力をスリット状の開口部によって吸収させ、メンブレンの破損を防止するとともに、露光時におけるレジストパターンを高精度に形成させる。
【００１５】
なお、前記荷電粒子露光用マスクとしては、照射された電子ビームを投影露光してウェーハ上のレジスト層にレジストパターンを形成するものであり、たとえば、電子ビームを遮蔽するメンブレンにマスクパターンがパターニングされた前記ステンシルマスクまたは、電子ビームを殆ど遮蔽しないメンブレン上に電子ビームを大きく遮蔽する薄膜パターンがパターニングされたメンブレンマスクなどを広く含むものとする。
【００１６】
また、メンブレンとしては、マスクパターン形成領域に備えられ、マスク（薄膜）パターンが形成されたシリコン膜（またはダイヤモンドやＳｉＣ）などの薄膜を示すものとする。
【００１７】
請求項２に係る本発明は、前記スリット状の開口部は、前記マスクパターン形成領域を挟んで対向するように形成されていることを特徴としている。請求項２に係る本発明によれば、スリット状の開口部がマスクパターン形成領域を挟んで対向するように形成されているので、マスクパターン形成領域に生じる内部応力を均等に吸収させ、マスクパターンを高精度にできる。
【００１８】
なお、スリット状の開口部がマスクパターン形成領域を挟んで対向するように形成されている例としては、マスクパターン形成領域が矩形の場合に、マスクパターン形成領域の対向する２辺の外側にスリット状の開口部を形成する態様、又は、マスクパターン形成領域の４辺の外側にスリット状の開口部を形成する態様が考えられる。
【００１９】
このスリット状の開口部は、所定幅の直線状のものが一般的であるが、マスクパターン形成領域の形状等に応じて、所定幅の曲線状のもの又は円弧状のものであってもよく、幅が変化するものであってもよい。
【００２０】
請求項３に係る本発明は、前記スリット状の開口部は、スリット長さが前記マスクパターン形成領域の辺の長さ以上に形成されていることを特徴としている。請求項３に係る本発明によれば、スリット長さがマスクパターン形成領域の辺の長さ以上（すなわち、辺の長さと同一、又は辺の長さを超える）に形成されているので、マスクパターン形成領域に加わる内部応力を有効に吸収させ、マスクパターン位置を高精度に構成できる。
【００２１】
請求項４に係る本発明は、所定のマスクパターンが形成されたマスクパターン形成領域を備えた荷電粒子露光用マスクにおいて、前記マスクパターン形成領域の周縁部に、該マスクパターン形成領域の周縁に沿うように複数個の貫通孔が形成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に係る本発明によれば、マスクパターン形成領域に生じる内部応力を複数個の貫通孔（円状の開口部）によって吸収させ、マスクパターンを高精度にできる。したがって、露光時におけるレジストパターンが高精度に形成される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、マスクパターン形成領域に生じる内部応力をスリット状の開口部によって吸収させ、マスクパターンを高精度にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面に従って本発明に係る荷電粒子露光用マスクの好ましい実施の形態について説明する。図１は荷電粒子露光用マスクとしてのステンシルマスクを示す斜視図である。
【００２５】
同図において、ステンシルマスク１２はシリコン１４、このシリコン１４に形成されたメンブレン２６、２６…、スリット２８などから構成されている。このステンシルマスク１２が等倍露光装置のメインチャンバに収納される際には、シリコン１４の周縁部がフレーム３０に装着されて固定される。なお、このフレーム３０は、従来と同等の構成のものが用いられる。
【００２６】
スリット２８は、ステンシルマスク１２のマスクパターン形成領域２３（一辺の長さがＬの正方形領域）の周縁部において、マスクパターン形成領域２３周縁の対向する２辺と平行に、かつ、この２辺に近接するように配置されている。
【００２７】
本実施の形態のステンシルマスク１２において、幅Ｗのスリット２８は、前記開口部（マスクパターン）８７、８７…と同様の工程で形成される。以下にはスリット２８の形成工程を、図２に示すステンシルマスク１２の製造工程をもとに説明する。この工程は同図（ａ）から（ｇ）までの順で進行する。
【００２８】
図２（ａ）において、ステンシルマスク１２はシリコン１４を備え、このシリコン１４の下側表面の全面には酸化シリコン層１６（シリコン膜１８がダイヤモンドやＳｉＣの場合、酸化シリコン層１６は無くてもよい）、シリコン膜１８の順で薄膜が形成されている。シリコン１４、酸化シリコン層１６、シリコン膜１８夫々の膜厚は特に制限はないが、たとえばシリコン１４の膜厚は５２５μｍ程度、酸化シリコン層１６やシリコン膜１８の膜厚は０．３〜２．０μｍの範囲のものが好適に使用できる。
【００２９】
図２（ｂ）は、ステンシルマスク１２の裏面（上面）にレジスト２０が形成され、このレジスト２０がバックエッチング処理のために窓状にパターニングされた状態を示す。このとき、スリット２８が形成される部分２８Ａ、２８Ａも、バックエッチング処理のためにスリット状にパターニングされる。
【００３０】
図２（ｃ）は、シリコン１４および酸化シリコン層１６がバックエッチング処理によって窓状に除去された状態を示す。除去されたシリコン１４および酸化シリコン層１６によって透過孔２５が形成され、メンブレン２６がステンシルマスク１２の裏面（上面）に、当該透過孔２５から露呈される。また、このメンブレン２６と同様の工程で、スリット２８が形成される部分も、バックエッチング処理されて、透過溝２８Ｂ、２８Ｂが形成され、シリコン膜１８がステンシルマスク１２の裏面（上面）に露呈される。
【００３１】
ここで、バックエッチング処理は、たとえばウェットエッチング液、すなわち水酸化カリウムやヒドラジンなどのアルカリ溶液を加熱したものが用いられる。また、このようなウェットエッチング方式以外にドライエッチング方式を用いてもよい。
【００３２】
図２（ｄ）は、ステンシルマスク１２の表面（図（ｄ）の上面に相当し、以降ステンシルマスク１２は反転される）のシリコン膜１８にレジスト２２が塗布、形成された後、所定パターン部分が露光されている状態を示す。この露光にはフォトマスクが用いられるほか、図示のようにフォトマスクを使用せず、電子線で直接描画してもよい。この露光によって図２（ｅ）に示すようにレジスト２２にはパターンが形成される。
【００３３】
このレジスト２２のパターンは、マスクパターン２７（図（ｆ）参照）に該当する部分と、裏面側に透過溝２８Ｂ、２８Ｂが形成されている部分２８Ｃ、２８Ｃのレジスト２２が除去された状態となっている。
【００３４】
更に、図２（ｆ）は、ステンシルマスク１２の表面側（図（ｆ）上面）に露呈されたメンブレン２６（シリコン膜１８）がドライエッチング方式によって除去され、マスクパターン２７、２７…が形成された状態を示す。このとき、同時に裏面側に透過溝２８Ｂ、２８Ｂが形成されている部分２８Ｃ、２８Ｃも除去され、スリット２８、２８が形成されている。
【００３５】
図２（ｇ）は、レジスト２２が剥離された状態を示しており、本発明に係るステンシルマスク１２の最終形態である。このステンシルマスク１２の拡大側断面図が図３に示されている。
【００３６】
ステンシルマスク１２のマスクパターン形成領域２３には透過孔２５が形成され、ステンシルマスク１２の下面にはマスクパターン２７が形成された膜厚ｄのメンブレン２６、２６…が成膜されている。
【００３７】
また、マスクパターン形成領域２３の周縁部には、マスクパターン２７と同様の工程でスリット２８、２８が形成されている。このような構成のステンシルマスク１２は、図１に示されるようにフレーム３０に所定の接着箇所３２、３２…にて接着されて固定される。
【００３８】
このように、本発明が適用されるステンシルマスク１２によれば、マスクパターン形成領域２３の周縁部の少なくとも一部にスリット２８、２８…を形成し、マスクパターン形成領域２３に生じる内部応力をスリット２８によって吸収させるので、マスクパターンを高精度にできる。したがって、本発明に係るステンシルマスク１２を用いて、電子線転写装置によってウェーハのレジスト層に電子ビームを転写させれば、レジスト層に高精度なレジストパターンを形成することができる。
【００３９】
また、スリット２８はマスクパターン形成領域２３周縁のシリコン１４と同等の膜厚を有しており、メンブレン２６の製造工程と同工程でスリット２８を製造することができる。これにより、既存の電子ビーム描画法を用いたパターン形成のみで本発明が実施できるので、従来までのステンシルマスク１２と同様の手順で製造でき、マスク製造設備の新規開発などを要しない。
【００４０】
なお、前述した実施の形態に示したステンシルマスク１２の構成は、前記実施の形態に限定されるものではない。たとえば、図４〜図８に示されるように、ステンシルマスク４０のマスクパターン形成領域４２周りに配置されるスリット等（貫通孔も）は種々の配置形態が想定できる。
【００４１】
たとえば、図４に示されるように、正方形状のマスクパターン形成領域４２の１辺と同一長さであり、所定幅を有するスリット４４、４４…をマスクパターン形成領域４２の４辺から所定の距離を保つように平行に形成配置したものが採用できる。
【００４２】
また、図５に示されるように、正方形状のマスクパターン形成領域４２の１辺と同一長さであり、所定幅を有するスリット４６、４６をマスクパターン形成領域４２の上下の２辺から所定の距離を保つように平行に形成配置し、マスクパターン形成領域４２の１辺より長く、所定幅を有するスリット４８、４８をマスクパターン形成領域４２の左右の２辺から所定の距離を保つように平行に形成配置したものが採用できる。
【００４３】
また、図６に示されるように、円弧状であり弦の長さがマスクパターン形成領域４２（正方形状）の１辺と略同一長さであり、所定幅を有するスリット５０、５０をマスクパターン形成領域４２の上下の２辺から所定の距離を保つように形成配置し、円弧状であり弦の長さがマスクパターン形成領域４２（正方形状）の１辺より長く、所定幅を有するスリット５２、５２をマスクパターン形成領域４２の左右の２辺から所定の距離を保つように形成配置したものが採用できる。
【００４４】
また、図１〜図６に示される、ステンシルマスク１２、４０のマスクパターン形成領域２３、４２の周りに配置されるスリット２８、４４等に代えて、複数個の貫通孔を形成する態様も採用でき、スリット２８、４４等と略同様の効果が得られる。
【００４５】
たとえば、図７に示されるように、長方形状のマスクパターン形成領域４２の周囲を囲むように、所定口径の貫通孔５４、５４…を等間隔でマスクパターン形成領域４２の４辺から所定の距離を保つように形成配置したものが採用できる。
【００４６】
また、図８に示されるように、長方形状のマスクパターン形成領域４２の周囲を囲むように、所定口径の貫通孔５６、５６…を等間隔でマスクパターン形成領域４２の４辺から所定の距離を保つように形成配置するとともに、この外側に、所定口径の貫通孔５８、５８…を等間隔でマスクパターン形成領域４２の４辺から所定の距離を保つように形成配置したものが採用できる。
【００４７】
なお、この貫通孔５４、５６及び５８の形成方法も、図２により説明されたスリット２８の形成方法と略同様にできる。
【００４８】
なお、これらのスリットや貫通孔は、フレームとの接着位置などに応じて好適に選択されることが好ましい。
【００４９】
また、本実施の形態で示したステンシルマスク１２は等倍露光装置に用いられるステンシルマスクとしたが、これに限らず４倍または２５倍、６０倍などの縮小投影露光装置に用いられるステンシルマスクにも本発明を適用できる。
【００５０】
更に、ステンシルマスク１２に換えて、マスクパターンのパターニングが薄膜で形成されている種類のマスクに広く適用できるので、例えば荷電粒子を殆ど遮蔽しないメンブレン上に荷電粒子を大きく遮蔽する薄膜パターンが形成されたメンブレンマスクにも本発明を適用できる。
【実施例】
【００５１】
図１に示されるような、フレーム３０に接着されたステンシルマスク１２における接着後の内部応力及び内部歪を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて算出した。ステンシルマスク１２に使用されたシリコンウェーハの外径サイズは約２０３ｍｍ（８インチ）であり、厚さは１ｍｍである。
【００５２】
ステンシルマスク１２の中央に設けられるマスクパターン形成領域２３は、一辺の長さが２６ｍｍの正方形形状である。スリット２８、２８は、このマスクパターン形成領域２３の周縁部において、マスクパターン形成領域２３の対向する上下２辺と平行に、かつ、この２辺に近接するように配置されている。このスリット２８の長さは、マスクパターン形成領域２３の一辺の長さよりも長い４０ｍｍとした。
【００５３】
実施例との差を得るべく、このステンシルマスク１２と同一の構成であり、スリット２８、２８が設けられていないステンシルマスクを比較例とした。
【００５４】
図９及び図１０は、有限要素法によるシミュレーションの結果を示す図である。このうち、図９は、内部応力を示すもので、図１０は、内部歪を示すものである。両図において、（Ａ）は比較例であり、（Ｂ）は実施例である。
【００５５】
図９及び図１０に太矢印で示されるように、ステンシルマスク１２の両側より１０4 Ｎ／ｍ2 の応力を印加した。
【００５６】
図９によれば、比較例（Ａ）では、拘束部（ウェーハのオリフラ部分）の側のメンブレンエッジに９×１０6 Ｎ／ｍ2 の応力が集中していることが読み取れた。一方、実施例（Ｂ）では、拘束部（ウェーハのオリフラ部分）の側のメンブレンエッジに４×１０6 Ｎ／ｍ2 の応力が集中しており、約半分となった。
【００５７】
図１０によれば、比較例（Ａ）では、拘束部（ウェーハのオリフラ部分）の側のメンブレンエッジに４．５×１０-5の歪を生じていることが読み取れた。一方、実施例（Ｂ）では、拘束部（ウェーハのオリフラ部分）の側のメンブレンエッジに３×１０-5の歪を生じていることが読み取れた。
【００５８】
以上の結果より、本発明によれば、マスクパターン形成領域に生じる内部応力をスリット状の開口部によって吸収させ、マスクパターンを高精度にできることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明が適用されるステンシルマスクを示す斜視図
【図２】本発明が適用されるステンシルマスクの製造工程を示す側断面図
【図３】本発明が適用されるステンシルマスクの詳細断面図
【図４】本発明が適用されるステンシルマスクの別の実施形態を示す概念図
【図５】本発明が適用されるステンシルマスクの更に別の実施形態を示す概念図
【図６】本発明が適用されるステンシルマスクの更に別の実施形態を示す概念図
【図７】本発明が適用されるステンシルマスクの更に別の実施形態を示す概念図
【図８】本発明が適用されるステンシルマスクの更に別の実施形態を示す概念図
【図９】本発明が適用されるステンシルマスク及び従来のステンシルマスクがフレームに接着された際に、ステンシルマスクに生じた応力を示す図
【図１０】本発明が適用されるステンシルマスク及び従来のステンシルマスクがフレームに接着された際に、ステンシルマスクに生じた歪を示す図
【図１１】従来のステンシルマスクを示す斜視図。
【図１２】従来のステンシルマスクを示す詳細断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１２…ステンシルマスク、２３…マスクパターン形成領域、２６…メンブレン、２８…スリット（スリット状の開口部）、４４、４６、４８、５０、５２…スリット、５４、５６、５８…貫通孔
【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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