(57)【要約】【課題】エッチングストッパー層となる薄膜を持つ基板を用いたステンシルマスクの製造において、自立メンブレンとなる薄膜が支持基板に対するエッチングストッパー層としての機能を兼ね備え、さらにその薄膜の応力が調整された２層構造を有するステンシルマスク用基板、ステンシルマスク及びそれを用いた露光方法を提供することを目的とする。【解決手段】シリコンウェハーからなる支持基板１上に酸化インジウム薄膜１１を形成してステンシルマスク用基板１０を作製し、支持基板１及び酸化インジウム薄膜１１をパターニング処理して支持基板１に開口部３１、酸化インジウム薄膜１１に荷電ビーム透過孔１２を形成してステンシルマスク１００を得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、酸化インジウム薄膜とからなるステンシルマスク用基板。
【請求項２】
前記支持基板が、シリコンウェハーであることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク用基板。
【請求項３】
前記酸化インジウム薄膜には、酸素およびインジウム以外の元素として、錫、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、タングステン、ゲルマニウム、テルル、亜鉛、フッ素から選ばれる少なくとも１種または２種以上の元素が含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスク用基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のステンシルマスク用基板を用いて、前記酸化インジウム薄膜に転写パターンを形成したことを特徴とするステンシルマスク。
【請求項５】
請求項４に記載のステンシルマスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を成形して、被転写基板上に転写パターンを形成することを特徴とする荷電粒子線の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子製造に用いるステンシルマスクに関し、詳しくは、支持基板上に作製した薄膜の材料およびその製造方法に関し、形成された薄膜をエッチングストッパー層や荷電粒子線露光時における導電体として用いたステンシルマスク用基板及びステンシルマスク並びにそれを用いた露光方法に関する。
【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盛んにおこなわれており、詳しくは、係るリソグラフィ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。
【０００３】
これらのリソグラフィに使用されるステンシルマスクを製造する際に使用するステンシルマスク用基板としては、微細加工のし易さから、図５に示すようなＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板２００が用いられている。シリコン薄膜１３１は自立メンブレンとなる部分で、単結晶シリコン基板を研磨して所定の膜厚にし、次いでパターンを形成することによりこの部分にマスクパターンが形成されている。これを支えてマスクの平面性を維持するために、支持基板であるシリコン基板１１１が必要である。この支持基板１１１としては、加工性や入手容易性の点から、単結晶シリコンが用いられている。そしてエッチングにより薄膜の微細加工を行うため中間層に酸化シリコン薄膜１２１を用いた積層構造がとられている。この時、この酸化シリコン薄膜１２１はマスクパターンを加工する際のエッチングストッパーとして機能する。これは、単結晶シリコンとの間でエッチング選択比が比較的高く、酸化シリコン薄膜１２１の膜厚を薄くできるからである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、一般的なＳＯＩ基板では、ステンシルマスクの製造工程において単結晶シリコン薄膜から成る自立メンブレンに形成されるパターンに反りを生じたり、パターンによっては応力集中により亀裂が入ったりする。
【０００５】
このようなＳＯＩ基板において、単結晶シリコン薄膜１３１は、若干の引っ張り応力（０ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下が望ましい）を有するように、すなわち自立メンブレンが弛み無く張るように、シリコンより原子半径の小さいリンやホウ素などをドープするなどの応力調整を行う工程を導入することにより対処されてきた（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−５４４０９号公報
【特許文献２】特開平１１−１６２８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、中間層である酸化シリコン薄膜１２１が高い応力を有していることに変わりはない。また該酸化シリコン薄膜１２１は前述のとおりエッチングストッパー層としての役割があるほか、洗浄、現像、レジスト剥離などの工程で複数の薬液に曝されるためこれらの薬液に充分な耐性を有しておらねばならず、適切な代替材料が見つからないという理由から、これまで材料を変更することは困難であった。またこの中間層は導電性をもたないため、作製したステンシルマスクを用いて露光するとマスクが帯電し、荷電粒子線が偏向したり、また帯電の程度によっては試料基板交換時にメンブレンが破壊されることも問題であった。
【０００７】
本発明は係る従来の問題に鑑みなされたもので、エッチングストッパー層となる薄膜を持つ基板を用いたステンシルマスクの製造において、自立メンブレンとなる薄膜が支持基板に対するエッチングストッパー層としての機能を兼ね備え、さらにその薄膜の応力が調整された２層構造を有するステンシルマスク用基板、ステンシルマスク及びそれを用いた露光方法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】
【０００８】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、支持基板と、酸化インジウム薄膜とからなるステンシルマスク用基板としたもので、ハロゲン系の酸を除く一般的な酸及びアルカリに対する耐性の高い酸化インジウムを用いることで支持基板の加工性の向上が期待できる。
【０００９】
また、請求項２においては、前記支持基板が、シリコンウェハーであることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク用基板としたもの、支持基板にシリコンウェハを用いることで、支持基板をエッチングする際にエッチングストッパー層である酸化インジウム膜との間で４３０００以上の高い選択比を確保でき、エッチング速度に面内のばらつきが有る場合においてもエッチングストッパー層を貫通することなく均一にエッチングできるほか、エッチングストッパー層の膜厚を薄くすることが可能になる。このことは材料の使用量を削減することにも貢献する。
【００１０】
また、請求項３においては、前記酸化インジウム薄膜には、酸素およびインジウム以外の元素として、錫、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、タングステン、ゲルマニウム、テルル、亜鉛、フッ素から選ばれる少なくとも１種または２種以上の元素が含まれていることを特徴とする請求項または２に記載のステンシルマスク用基板としたもので、このような構成にすることで酸化インジウム薄膜の導電性を高めることができ、基板に荷電粒子線を照射したときに酸化インジウム薄膜側または支持基板基板側に堆積した電荷を除去することが容易になる。
【００１１】
また、請求項４においては、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のステンシルマスク用基板を用いて、前記酸化インジウム薄膜に転写パターンを形成したことを特徴とするステンシルマスクとしたもので、ステンシルマスク用基板に反りが生じないため転写パターンを形成する際の位置精度が良好であり、製造されたマスクも反りの無い良好なステンシルマスクとなる。
【００１２】
さらにまた、請求項５においては、前記ステンシルマスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を成形して、被転写基板上に転写パターンを形成することを特徴とする荷電粒子線の露光方法としたもので、係る露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し精度良いパターン露光が可能となり、その結果、半導体装置等におけるパターンの形成を、高い歩留まりで行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のステンシルマスク用基板およびステンシルマスクによると、支持基板との間で応力の調整が行われているためマスク全体の反りを防止することが可能になり、また微細パターンの変形や位置ずれが起こりにくい。
【００１４】
また、本発明のステンシルマスクを製造する工程において、酸化インジウム薄膜は支持基板との間で高いエッチング選択比を確保できることから支持基板のエッチングストッパー層として用いることができる。
また、酸化インジウム薄膜はステンシルマスクのメンブレンとして利用できるため、製造にかかる工程数を削減することができる。
【００１５】
また、本発明のステンシルマスクを用いた露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度の高いパターン露光が可能となり、その結果、半導体回路等のパターンの製造を高い歩留まりで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明のステンシルマスク用基板の一実施例を、図２は本発明のステンシルマスクの一実施例をそれぞれ示す模式構成断面図である。
本発明のステンシルマスク用基板１０は、支持基板１上に酸化インジウム薄膜１１を形成したもので、ハロゲン系の酸を除く一般的な酸、及びアルカリに対する耐性の高い酸化インジウム薄膜を用いることで支持基板１の加工性を向上させたものである。
支持基板１に用いる材料は酸化インジウム薄膜１１との間でエッチング選択比が特に高くなるものが好ましく、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどからなるシリコンウェハーが挙げられる。導電性を高めるためリンやホウ素などをドープして比抵抗を低くしたものが好ましい。
【００１７】
図３（ａ）〜（ｇ）は、本発明のステンシルマスク用基板及びステンシルマスクの作製方法の一例を工程順に示す模式構成断面図である。
まず、シリコンウェハからなる支持基板１上に反応性スパッタリング等により酸化インジウム薄膜１１を形成する（図３（ａ）参照）。
酸化インジウム薄膜１１は成膜条件によっては熱膨張係数の差や膜中に取り込まれた不純物などの影響により応力が働き支持基板１に反りを発生させる（図４（ａ）及び（ｂ）参照）。
【００１８】
本発明では、支持基板１の反りを防止するために酸化インジウム薄膜１１の応力制御を行うようにすることが好ましい。
具体的には、この時の酸化インジウム薄膜１１の応力を１００ＭＰａ以下の引っ張りになるように調整する。膜が圧縮応力を有していると、支持基板が図４（ａ）のように反ったり、支持基板１に開口部３１を形成した際にメンブレンがたわんだりする。また、酸化インジウム薄膜１１の応力が１００ＭＰａを超えると基板が図４（ｂ）のように反ったり、支持基板１に開口部３１を形成した際にメンブレンが割れたり、あるいはメンブレンに転写パターンを形成した時にそのパターンの形状によってはパターン位置がずれたりする現象が顕著に観察されるようになる。
【００１９】
酸化インジウム薄膜１１の成膜方法は、均一にコーティングでき付着力も高いスパッタ法が好ましい。応力調整方法は、スパッタ時の全圧を制御する方法、成膜時の基板温度を制御する方法、成膜後の焼成温度を制御する方法などいずれの方法でも可能である。純粋な酸化インジウムは絶縁体であるが、導電性を持たせるために結晶内に酸素空孔が生じるように成膜条件を整えるのがよい。具体的にはスパッタ成膜時のＡｒとＯ2の流量比をプロセスに応じて変えることで対応できる。さらに導電性を高めるため酸化インジウム薄膜
に錫、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、タングステン、ゲルマニウム、テルル、亜鉛、フッ素などから選ばれる１種または２種以上の元素を不純物として添加することが望ましく、この中でも高い導電性が期待できる点から錫を用いる方がよい。
【００２０】
次に、支持基板１上にレジストを塗布し感光層を形成し、通常のフォトリソグラフィーによりパターン露光、現像等の一連のパターンニング処理を行ってレジストパターン２１を作成する（図３（ｂ）参照）。
さらに、ドライエッチング装置にてレジストパターン２１をマスクとし支持基板１をドライエッチングして、開口部３１を形成する（図３（ｃ）参照）。
ドライエッチング装置としては、公知のＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、マイクロ波、ヘリコン波、ＮＬＤ等の放電方式を用いたものが挙げられる。ドライエッチング用のエッチングガスとしては、支持基板１にシリコンウェハーを用いた場合、フッ素系ガス（ＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6等）を主体とした混合ガスが使用できる。このとき酸化インジウム薄膜１１がエッチングストッパー層として働き、その選択比はシリコンとの間で４３０００以上が期待できる。ここでエッチングストッパー層として従来の酸化シリコンを用いた場合はその選択比は４００程度である。
さらに、レジスト剥離液もしくはアッシングによってレジストパターン２１を除去し、ステンシルマスクブランク２０を得る（図３（ｄ）参照）。
【００２１】
次に、ステンシルマスクブランク２０の酸化インジウム薄膜１１上にレジストを塗布し感光層を形成し、通常のフォトリソグラフィーまたはＥＢリソグラフィーによりパターン露光、現像等の一連のパターンニング処理を行ってレジストパターン２２を形成する（図３（ｅ）参照）。
さらに、ドライエッチング装置にてレジストパターン２２をマスクとし酸化インジウム薄膜１１をドライエッチングし、荷電ビーム透過孔１２を形成する（図３（ｆ）参照）。
ドライエッチング装置としては、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、マイクロ波、ヘリコン波、ＮＬＤ等の放電方式を用いたドライエッチング装置が挙げられる。
ドライエッチング用のエッチングガスとしては、ＣＨ4ガスや、ＨＣｌガス、ＨＢｒガスといったハロゲン系ガスまたはそれらの混合ガス等が挙げられる。
【００２２】
最後に、レジスト剥離液もしくはアッシングによってレジストパターン２２を除去して、酸化インジウム薄膜１１に荷電ビーム透過孔１２が形成されたステンシルマスク１００を得る（図３（ｇ）参照）。
ここで、支持基板１をエッチングした後のレジストパターン２１はレジストパターン２２を除去する際に同時に行ってもよい。
【実施例１】
【００２３】
まず、２５０℃に加熱されたリンをドープした低比抵抗の単結晶シリコンウェハーからなる支持基板１上に、錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）ターゲットを用いて、スパッタガス圧０．５Ｐａ、Ａｒに対するＯ2流量比３．０％、投入電力３００Ｗで直流マグネトロンスパッタ装置により、２μｍ厚の酸化インジウム薄膜１１を成膜した（図３（ａ）参照）。この時、基板の反りは１μｍ未満であった。
【００２４】
次に、スピンコーターを用いて支持基板１上にフォトレジストを塗布して感光層を形成した。続いて、フォトマスクを用いてコンタクト露光にてパターン露光し、アルカリ現像液により現像して、レジストパターン２１を形成した（図３（ｂ）参照）。
さらに、レジストパターン２１をマスクにして、ＳＦ6ガスを用いたドライエッチング装置によってエッチングを行い（図３（ｃ）参照）、酸素プラズマアッシング装置によりレジストパターン２１を除去して支持基板１に開口部３１を形成されたステンシルマスクブ
ランク２０を得た（図３（ｄ）参照）。
【００２５】
次に、ステンシルマスクブランク２０の酸化インジウム薄膜１１上に電子線レジストをスピンコータにて塗布して感光層を形成し、電子線描画機にてパターン描画、現像等の一連のパターンニング処理を行ってレジストパターン２２を形成した（図３（ｅ）参照）。さらに、レジストパターン２２をマスクとしてフロロカーボン系混合ガスを用いたドライエッチング装置により酸化インジウム薄膜１１をエッチングして荷電ビーム透過孔１２を形成し（図３（ｆ）参照）、レジストパターン２２を有機溶剤により除去して、酸化インジウム薄膜１１に荷電ビーム透過孔１２が形成された本発明のステンシルマスク１００を得た（図３（ｇ）参照）。
【００２６】
以上、製造されたステンシルマスクには、転写パターンが形成された後においても、面内でのパターン変形を抑制することができ、良好なステンシルマスクを得ることができた。
【００２７】
以上のようにして作製したステンシルマスク１００を荷電粒子線露光装置に搭載して露光を行った。ここでの荷電粒子線は、電子線を用いた。電子銃から射出された電子線を、所定の位置に配置されたステージ上のステンシルマスクに照射して、転写パターンの形状に電子線を成形し、この電子線を電子レンズで縮小し、試料として予めレジストを塗布したステージ上の感応基板の所望の位置に転写パターンを投影結像させて、電子線露光を行った。この結果、試料上のパターンは設計値通りに高精度なパターン露光ができていることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のステンシルマスク用基板の一実施例を示す模式構成断面図である。
【図２】本発明のステンシルマスクの一実施例を示す模式構成断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、本発明のステンシルマスク用基板及びステンシルマスクの製造方法の一例を工程順に示す説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、ステンシルマスク用基板の反りの状態を示す説明図である。
【図５】ＳＯＩ基板の一例を示す模式構成断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１……支持基板
１０、１０ａ、１０ｂ……ステンシルマスク用基板
１１……酸化インジウム薄膜
１２……荷電ビーム透過孔
２０……ステンシルマスクブランク
２１、２２……レジストパターン
３１……開口部
１００……ステンシルマスク
１１１……シリコン基板
１２１……酸化シリコン薄膜
１３１……シリコン薄膜
２００……ＳＯＩ基板
【図１】
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【図２】
2006066771.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006066771.tif 000006
【図５】
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