(57)【要約】【課題】ウェーハ上のレジスト層に高精度でかつ高いスループットの転写が行なえるステンシルマスク及び該ステンシルマスクを使用した転写方法を提供する。【解決手段】荷電粒子が通過可能なマスクパターン状の開口を有するステンシルマスク３０。ステンシルマスク３０には、所定厚さのウェーハであるマスク本体３０Ａに、長さがマスクのパターン領域の略全長に及び、かつ所定幅を有する平面形状が細長矩形の薄膜部分３２が所定間隔をもって平行に複数個所、マスクパターン領域の略全幅に及んで設けられる。薄膜部分３２同士の間の所定間隔は、薄膜部分３２の所定幅Ｗｃの整数倍であり、薄膜部分３２にマスクパターン状の開口が形成される。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子が通過可能なマスクパターン状の開口を有するステンシルマスクにおいて、
前記ステンシルマスクには、所定厚さのウェーハであるマスク本体に、長さが該マスクのパターン領域の略全長に及び、かつ所定幅を有する平面形状が細長矩形の薄膜部分が所定間隔をもって平行に複数個所、該マスクパターン領域の略全幅に及んで設けられており、
前記薄膜部分同士の間の前記所定間隔は、前記薄膜部分の前記所定幅の整数倍であり、該薄膜部分に前記マスクパターン状の開口が形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記薄膜部分同士の間の前記所定間隔は、前記薄膜部分の前記所定幅の１倍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。
【請求項３】
それぞれの前記薄膜部分に形成されるマスクパターンは、２種類の相補的なマスクパターンのいずれかであり、該２種類のマスクパターンが前記マスクのパターン領域に同数配されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のステンシルマスク。
【請求項４】
前記２種類のマスクパターンが交互に隣接して設けられることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１項に記載のステンシルマスク。
【請求項５】
前記薄膜部分の表面は前記マスク本体の表面と面一に形成されており、前記薄膜部分の裏面の四周の縁より前記マスク本体の裏面に向かってテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４のいずれか１項に記載のステンシルマスク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のステンシルマスクをウェーハに近接配置するとともに、電子銃より所定の断面形状の電子ビームを出射させ、該電子ビームが前記ステンシルマスクの裏面を走査するように電子ビームを偏向させて前記ステンシルマスクに形成されたマスクパターンを前記ウェーハ上のレジスト層に転写する転写方法であって、
該電子ビームが前記ステンシルマスクの裏面のうち前記薄膜部分のみを走査するように制御することを特徴とする転写方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステンシルマスク及び該ステンシルマスクを使用した転写方法に係り、特に、半導体集積回路を形成すべく、半導体基板上に形成されたレジスト層に電子ビームで等倍転写するために使用されるステンシルマスク及び該ステンシルマスクを使用した転写方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の集積度を向上させるべく、電子ビームにより描画（転写）する方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ステンシルマスクについては、各種の改善がなされており、高精度化が志向されている。
【０００３】
たとえば、このような従来のステンシルマスクについて、図９によってその描画（転写）方法を説明する。この例においては、マスクパターンは４分割されており、４回に分けてウェーハ２のレジスト層に転写される。
【０００４】
すなわち、ステンシルマスクはパターン精度を向上させるべく、マスク１のパターン領域３が極力薄くなるように構成されている。一方、マスク１のパターン領域３が薄いと、機械的な強度が不足するので、所定面積に区切って所定間隔で補強の梁４、４…が設けられている。ところが、この梁４がマスクパターンの一部を覆ってしまうと所望のパターンの転写が行なえない。そこで、マスクパターンを複数に分割し、複数回に分けてウェーハ２のレジスト層に転写している。
【０００５】
図示の例では、所望のパターンは「ＬＥＥＰ」の文字である、そして、この「ＬＥＥＰ」の文字パターンを４分割し、いずれのマスク１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄにおいてもパターンが梁４と干渉しないように配置している。図示のように、１ａ、１ｂの順で４分割された文字パターンが重ね合わせ転写され、１ｄの転写で所望の文字パターン「ＬＥＥＰ」が完成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマスク１を使用して転写を行なう方法では、転写回数が多く、スループットが低いという問題がある。また、アライメントの際に顕微鏡の光軸をマスク１に対して傾けて読み取り、位置合わせする転写方法を採用した場合、梁４が邪魔になるという問題がある。更に、電子銃より所定の断面形状（たとえば径が０．４μｍ）の電子ビームを出射させ、電子ビームがマスク１の面を走査する場合に、走査のロスも大きい。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハ上のレジスト層に高精度でかつ高いスループットの転写が行なえるステンシルマスク及び該ステンシルマスクを使用した転写方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子が通過可能なマスクパターン状の開口を有するステンシルマスクにおいて、前記ステンシルマスクには、所定厚さのウェーハであるマスク本体に、長さが該マスクのパターン領域の略全長に及び、かつ所定幅を有する平面形状が細長矩形の薄膜部分が所定間隔をもって平行に複数個所、該マスクパターン領域の略全幅に及んで設けられており、前記薄膜部分同士の間の前記所定間隔は、前記薄膜部分の前記所定幅の整数倍であり、該薄膜部分に前記マスクパターン状の開口が形成されていることを特徴とするステンシルマスクを提供する。
【０００９】
本発明によれば、ステンシルマスクには細長矩形の薄膜部分が所定間隔をもって平行に複数個所設けられ、また、薄膜部分同士の間の間隔が薄膜部分の幅の整数倍であるので、ステンシルマスクのパターン領域の機械的な強度が確保できるとともに、マスクパターンの分割数を最低限にすることができる。これにより、高精度でかつ高いスループットの転写が行なえる。
【００１０】
本発明において、前記薄膜部分同士の間の前記所定間隔は、前記薄膜部分の前記所定幅の１倍であることが好ましい。このように、薄膜部分同士の間隔と薄膜部分の幅を等しくすれば、マスクパターンの分割数を２とすることができる。これにより、高精度でかつ高いスループットの転写が行なえる。
【００１１】
また、本発明において、それぞれの前記薄膜部分に形成されるマスクパターンは、２種類の相補的なマスクパターンのいずれかであり、該２種類のマスクパターンが前記マスクのパターン領域に同数配されることが好ましい。このように、２種類の相補的なマスクパターンに分割することとすれば、たとえば、ドーナツパターンのように単一のマスクでは開口（スリット）を形成できないような場合にも対応できる。
【００１２】
すなわち、図１０（ａ）に示されるようなマスクパターンは、単一のマスクを使用して転写が可能である。これに対し、図１０（ｂ）に示されるようなマスクパターンはドーナツパターンの中央部分の支持ができず、２以上のマスクパターンを組み合わせて使用する必要がある。本発明は、このようなマスクパターンに適用される場合にその特徴が発揮できる。
【００１３】
また、本発明において、前記２種類のマスクパターンが交互に隣接して設けられることが好ましい。このように、２種類のマスクパターンを交互に隣接して設ければ、２種類のマスクパターンの転写の際のウェーハの移動距離が少なくなり、スループットの向上に寄与できる。
【００１４】
また、本発明において、前記薄膜部分の表面は前記マスク本体の表面と面一に形成されており、前記薄膜部分の裏面の四周の縁より前記マスク本体の裏面に向かってテーパ部が形成されていることが好ましい。このようなテーパ部を形成すれば、たとえば、アライメントの際に顕微鏡の光軸をマスクに対して傾けて読み取り、位置合わせする転写方法を採用した場合でも、マスク本体のパターンの際が邪魔になるという問題がない。
【００１５】
また、本発明は、上記に記載のステンシルマスクをウェーハに近接配置するとともに、電子銃より所定の断面形状の電子ビームを出射させ、該電子ビームが前記ステンシルマスクの裏面を走査するように電子ビームを偏向させて前記ステンシルマスクに形成されたマスクパターンを前記ウェーハ上のレジスト層に転写する転写方法であって、該電子ビームが前記ステンシルマスクの裏面のうち前記薄膜部分のみを走査するように制御することを特徴とする転写方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、電子ビームがステンシルマスクの裏面のうち薄膜部分のみを走査するように制御するので、電子ビームがマスクの面を走査する場合の走査のロスを最小限に抑えることができる。これにより、高いスループットの転写が行なえる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るステンシルマスク及び該ステンシルマスクを使用した転写方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００１８】
図６は電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この電子ビーム近接露光装置１０は、主として電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１６及び整形アパーチャ１８を含む電子銃１２と、主偏向器２２、２４及び副偏向器２６、２８を含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２０と、ステンシルマスク３０とから構成されている。
【００１９】
前記ステンシルマスク３０は、表面にレジスト層４２が形成されたウェーハ４０に近接するように（ステンシルマスク３０の表面（図では下面）とウェーハ４０との隙間が、たとえば５０μｍとなるように）配置される。この状態で、ステンシルマスク３０に垂直に電子ビームを照射すると、ステンシルマスク３０のマスクパターンを通過した電子ビームがウェーハ４０上のレジスト層４２に照射される。なお、ステンシルマスク３０は、所定厚さのウェーハであるマスク本体３０Ａと、マスク本体３０Ａより板厚に形成されマスク本体３０Ａの周縁に窓枠状に形成される枠体３０Ｂとよりなる。
【００２０】
また、走査手段２０は、図７に示されるように電子ビーム１５がステンシルマスク３０の全面を走査するように電子ビームを偏向制御する。これにより、ステンシルマスク３０のマスクパターンがウェーハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
【００２１】
この電子ビーム近接露光装置１０は、図８に示されるように真空チャンバ５０内に設けられている。また、真空チャンバ５０内には、ウェーハ４０を吸着するために静電チャック６０と、この静電チャック６０に吸着されたウェーハ４０を水平の直交２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させるとともに、水平面内で回転させるためのウェーハステージ７０が設けられている。ウェーハステージ７０は、マスクパターンの等倍転写が終了するごとにウェーハ４０を所定量移動させ、これにより１枚のウェーハ４０に複数のマスクパターンが転写できるようにしている。なお、８０は、ステンシルマスク３０をＸ方向及びＹ方向に移動させることができるマスクステージである。
【００２２】
ところで、ウェーハはそれぞれマスクパターンの異なる複数のマスクを用いて複数回露光され、これにより集積回路が形成される。そして、各マスクパターンの露光時には、露光するマスクパターンが、既に露光済みのマスクパターンと所定の位置関係になるようにマスクとウェーハとを相対的に位置合わせを行う必要がある。
【００２３】
図１は本発明に係るステンシルマスク３０の一例の概略構成図である。ただし、枠体３０Ｂ及び後述するテーパ部３４の図示は省略されている。
【００２４】
図示のステンシルマスク３０のマスク本体３０Ａの厚さは５２５μｍであり、パターン領域サイズは４６ｍｍ角である。薄膜部分３２は、長さがステンシルマスク３０のパターン領域の全長に近い４０ｍｍであり、かつ所定幅５ｍｍを有する平面形状が細長矩形であり、この薄膜部分３２が所定間隔５ｍｍをもって平行に４個所、このマスクパターン領域の全幅に近い３５ｍｍに及んで設けられている。薄膜部分３２、３２同士の間の所定間隔は、薄膜部分３２の所定幅と同一（１倍）であり、この薄膜部分３２にマスクパターン状の開口が形成されている。
【００２５】
このそれぞれの薄膜部分３２−１、３２−２、３２−３及び３２−４に形成されるマスクパターンは、２種類の相補的なマスクパターンのいずれかであり、この２種類のマスクパターンがマスクのパターン領域に同数配される。図示の例では、この２種類のマスクパターン（第一のマスクパターン、第二のマスクパターン）が交互に隣接して設けられている。すなわち、薄膜部分３２−１、３２−３には第一のマスクパターンが、薄膜部分３２−２、３２−４には第二のマスクパターンが、それぞれ設けられている。
【００２６】
薄膜部分３２の厚さは、たとえば、０．３μｍとすることができる。このように構成するには、マスク本体３０Ａをシリコン（厚さ約５２５μｍ）上にＳｉＣ膜をＣＶＤ（厚さ約０．３μｍ）により形成しておき、薄膜部分３２においてのみシリコン層をエッチングにより除去すればよい。
【００２７】
図示のようなステンシルマスク３０は、１０ｍｍ角サイズのＩＣチップを１６枚取りできることを前提とした構成のものである。
【００２８】
図２は本発明に係るステンシルマスク３０の他の一例の概略構成図である。ただし、説明の便宜のため、縦方向の薄膜部分３２のサイズは縮小して表示してある。図示の例において、図１と異なり、マスク本体３０Ａには薄膜部分３２が８箇所形成されている。また、テーパ部３４及び薄膜部分３２における２種類のマスクパターンが図示されている。
【００２９】
図２のステンシルマスク３０は、図１と同様に、ウェーハであるマスク本体３０Ａに、長さがマスクのパターン領域の略全長に及び、かつ所定幅を有する平面形状が細長矩形の薄膜部分３２が所定間隔Ｗｃをもって平行に複数個所、このマスクパターン領域の略全幅に及んで設けられており、薄膜部分３２同士の間の所定間隔Ｗｃは、薄膜部分３２の所定幅と同一（１倍）であり、この薄膜部分３２にマスクパターン状の開口が形成されている。そして、それぞれの薄膜部分３２、３２…に形成されるマスクパターンは、２種類の相補的なマスクパターンのいずれかであり、該２種類のマスクパターンがマスクのパターン領域に同数（４個ずつ）配されている。
【００３０】
この２種類のマスクパターン（第一のマスクパターン、第二のマスクパターン）は、交互に隣接して設けられている。第一のマスクパターンと第二のマスクパターンとを重ね合わせた場合に、ドーナツパターンが形成されるようになっている。
【００３１】
薄膜部分３２の表面（図では裏面に該当する）はマスク本体３０Ａの表面と面一に形成されており（円内の拡大断面図参照）、薄膜部分３２の裏面（図では表面に該当する）の四周の縁よりマスク本体３０Ａの裏面に向かってテーパ部３４が形成されている（円内の拡大断面図参照）。
【００３２】
このようなテーパ部３４を形成するには、マスク本体３０Ａのシリコン層を、ウェットエッチング液、たとえば、水酸化カリウム、ヒドラジン等のアルカリ溶液を加熱したものによりエッチングすればよい。なお、ウェットエッチング以外に、ドライエッチングを採用してもよい。シリコン層の結晶方位を適正に配することにより、図示のようなテーパ部３４の形状が形成できる。
【００３３】
図３は本発明に係るステンシルマスク３０の更に他の一例の概略構成図である。ただし、説明の便宜のため、縦方向の薄膜部分３２のサイズは縮小して表示してある。図示の例において、図１、図２と異なり、薄膜部分３２同士の間の所定間隔は、薄膜部分３２の所定幅Ｗｃの整数倍（２倍）である２Ｗｃとなっている。
【００３４】
また、それぞれの薄膜部分３２、３２…に形成されるマスクパターンは、２種類の相補的なマスクパターンのいずれかであるが、この２種類のマスクパターン（第一のマスクパターン、第二のマスクパターン）は、交互に隣接して設けられておらず第一のマスクパターンが連続して設けられている。図示を省略した第二のマスクパターンは、図の右方に連続して設けられている。そして、第一のマスクパターンと第二のマスクパターンとを重ね合わせた場合に、ドーナツパターンが形成されるようになっている。その他の図１、図２と同一・類似の構成については、説明を省略する。
【００３５】
このような構成とする理由は、薄膜部分３２の所定幅Ｗｃが小さい場合に、薄膜部分３２同士の間の所定間隔Ｗｃを薄膜部分３２の所定幅Ｗｃと同一（１倍）とするとこの部分の機械的な強度が不足する懸念があるからである。
【００３６】
また、２種類のマスクパターン（第一のマスクパターン、第二のマスクパターン）を、交互に隣接して設けず、第一のマスクパターン及び第二のマスクパターンをそれぞれ連続して設ける構成も採用できる旨を例示するものである。この構成のステンシルマスク３０を使用した転写方法の詳細は後述する。
【００３７】
次に、本発明に係るステンシルマスクを使用した転写方法について説明する。図４は、この転写方法を説明する概念図である。この例においては、図２に示されるステンシルマスク３０が使用されている。同図の上部にマスクパターンの上半分が図示されている。そして、１回目の転写から順次転写が繰り返される毎の転写されたマスクパターンが図示されている。同図では、各回の転写において、その回に転写されるパターンのみ塗り潰しで表示し、既に転写済みのパターンは破線で表示してある。
【００３８】
先ず、１回目の転写において、マスクパターンと同一の形状が転写される。２回目の転写においては、ステンシルマスク３０がウェーハに対して１ピッチ分（図２のＷｃだけ）右方に相対移動し、転写がなされる。なお、実際には、ステンシルマスク３０は固定されており、ウェーハが１ピッチ分（図２のＷｃだけ）左方に移動する。
【００３９】
以下、３回目、４回目と繰り返されることにより、順次ドーナツパターンが形成されていく。なお、５回目以降は図示を省略してある。このように、本発明に係るステンシルマスクを使用した転写方法を採用することにより、高精度でかつ高いスループットの転写が行なえる。すなわち、マスク本体３０Ａに、所定幅Ｗｃを有する薄膜部分３２が所定間隔Ｗｃをもって平行に設けられており、この薄膜部分３２にマスクパターン状の開口が形成されているので、所定ピッチＷｃの送りを繰り返すことにより精度良く転写が行なえる。
【００４０】
次に、本発明の他の態様のステンシルマスク、具体的には図３に示されるステンシルマスク３０を使用した転写方法について説明する。この転写方法では１回目の転写後、ウェーハを１ピッチ分（図３のＷｃだけ）左方に移動させ２回目の転写を行い、更に、ウェーハを１ピッチ分左方に移動させ３回目の転写を行なう。これにより、ウェーハのパターン領域のうち左半分に第一のマスクパターンが、右半分に第二のマスクパターンが転写されることになる。
【００４１】
次いで、ウェーハをパターン領域幅の約半分だけ左方又は右方に移動させて転写を行い、転写済みの第一のパターンに第二のマスクパターンが重なるように転写を行なう。同様に、転写済みの第二のパターンに第一のマスクパターンが重なるように転写を行なう。このように繰り返すことにより、ウェーハの全パターン領域の転写が完了する。
【００４２】
次に、図５により本発明に係る転写方法について説明する。この転写方法は、図６及び図８に示されるように、ステンシルマスク３０をウェーハ４０に近接配置するとともに、電子銃１２より所定の断面形状の電子ビーム１５を出射させ、この電子ビーム１５がステンシルマスク３０の裏面（図では上面）を走査するように電子ビーム１５を偏向させてステンシルマスク３０に形成されたマスクパターンをウェーハ４０上のレジスト層４２に転写する転写方法である。
【００４３】
そして、本発明の特徴とする所は、図５に示されるように、電子ビーム１５がステンシルマスク３０の裏面のうち薄膜部分３２のみを走査するように制御することにある。
【００４４】
従来の転写方法では、図７に示されるように、走査手段２０により、電子ビーム１５がステンシルマスク３０の全面を走査するように電子ビームを偏向制御していた。これに対し、本発明に係る転写方法では、薄膜部分３２、３２同士の間をスキップして、電子ビーム１５がステンシルマスク３０の薄膜部分３２のみを走査するので、スループットが実質的に２倍になるという効果が得られる。更に、図３に示されるステンシルマスク３０を使用した場合には、スループットが実質的に３倍になるという効果が得られる。
【００４５】
また、薄膜部分３２以外をスキップして、電子ビーム１５がステンシルマスク３０の薄膜部分３２のみを走査する制御において、薄膜部分３２同士の間の間隔が薄膜部分３２の幅Ｗｃの整数倍であるので、制御が容易となる。
【００４６】
以上、本発明に係るステンシルマスク及び該ステンシルマスクを使用した転写方法の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００４７】
たとえば、本実施形態では、マスク本体３０Ａをシリコン上にＳｉＣ膜を蒸着により形成した構成としたが、これ以外の材質とすることも任意である。たとえば、導電性膜としてＣｒ膜又はＣｒ／Ｃｒ２　Ｏ３　膜を使用することもできる。また、Ｘ線マスク用のダイヤモンド、等も適用可能であるシリコンを用いてもよい。
【００４８】
また、本実施形態で示した薄膜部分３２の平面形状、膜厚等も例示であり、これ以外の適宜の数値を採用することは可能である。
【００４９】
更に、本発明は電子ビーム露光用の等倍ステンシルマスクを前提になされているが、４倍のステンシルマスク、又は、２５倍、６０倍のステンシルマスクにも同様に適用できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るステンシルマスクによれば、このステンシルマスクには細長矩形の薄膜部分が所定間隔をもって平行に複数個所設けられ、また、薄膜部分同士の間の間隔が薄膜部分の幅の整数倍であるので、ステンシルマスクのパターン領域の機械的な強度が確保できるとともに、マスクパターンの分割数を最低限にすることができる。これにより、高精度でかつ高いスループットの転写が行なえる。
【００５１】
また、本発明に係るステンシルマスクを使用した転写方法によれば、電子ビームがステンシルマスクの裏面のうち薄膜部分のみを走査するように制御するので、電子ビームがマスクの面を走査する場合の走査のロスを最小限に抑えることができる。これにより、高いスループットの転写が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステンシルマスクの一例の概略構成図
【図２】本発明に係るステンシルマスクの他の一例の概略構成図
【図３】本発明に係るステンシルマスクの更に他の一例の概略構成図
【図４】本発明に係るステンシルマスクを使用した転写方法を説明する概念図
【図５】本発明に係る転写方法を説明する概念図
【図６】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図
【図７】電子ビームによるマスクの走査を説明するために用いた図
【図８】電子ビーム近接露光装置の全体構成図
【図９】従来のステンシルマスクの描画（転写）方法を示す概略図
【図１０】マスクパターンの例を示す概略図
【符号の説明】
１５…電子ビーム、２２、２４…主偏向器、２６、２８…副偏向器、３０…ステンシルマスク、３０Ａ…マスク本体、３２…薄膜部分、３４…テーパ部、４０…ウェーハ、７０…ウェーハステージ、８０…マスクステージ
【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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