(57)【要約】【課題】パターン形状が正確に保持され、高精度にパターン転写が可能な露光マスク及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】表面に平行に（１００）面を有するシリコン層４からなるメンブレン上にシリコン窒化膜７を積層し、シリコン窒化膜７に通過孔６として大径部６ａの開口幅がＷ１を形成後に、これをマスクとしてＫＯＨ溶液でウェットエッチングを行うことにより、エッチングレートが違うため、シリコン層４における通過孔の壁面が（１１１）面に形成され、一定の角度に傾斜して縮小されてアパーチャー部６ｂの開口幅Ｗ２が高精度に形成され、シリコン窒化膜７の表面及び通過孔６の内壁面とシリコン層４の下面とを金属膜１０で被覆することにより、ＥＰＬの際に空気中の異物２１が金属膜１０に付着するため、アパーチャー部６ｂの形状が保持され、高精度にパターン転写することができる。【選択図】          図１
2004273689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクにおいて、
膜表面に平行に第１の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第２の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有することを特徴とする、露光マスク。
【請求項２】
前記単結晶膜の前記他方の面側も導電膜で被覆されている、請求項１に記載した露光マスク。
【請求項３】
前記単結晶膜の前記他方の面側が支持部によって支持されている、請求項１に記載した露光マスク。
【請求項４】
前記単結晶膜の前記第１の格子面が（１００）面又は（１１０）面であり、前記第２の格子面が（１１１）面である、請求項１に記載した露光マスク。
【請求項５】
前記導電膜が、異物付着性のある白金、パラジウム、イリジウムのうち少なくとも１つ、若しくはこれらを含む合金、若しくはこれらの金属の積層体からなっている、請求項１に記載した露光マスク。
【請求項６】
前記露光ビームが荷電粒子線である、請求項１に記載した露光マスク。
【請求項７】
一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクの製造方法において、
膜表面に平行に第１の格子面と、この第１の格子面に交差する第２の格子面とを有する単結晶膜上に、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支持層を形成する工程と、
前記支持層に前記露光ビーム通過孔に対応した第１の通過孔を形成する工程と、
前記第１の通過孔を介して前記単結晶膜をエッチングして、前記第１の通過孔下に、前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小する前記第２の格子面からなる第２の通過孔を形成する工程と、
少なくとも、前記第１の通過孔と前記第２の通過孔とで形成される前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面とに導電膜を被覆する工程と
を有することを特徴とする、露光マスクの製造方法。
【請求項８】
前記露光ビーム通過孔に対し異なる方向から堆積粒子を飛翔させることにより、前記導電膜を付着させる、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項９】
前記単結晶膜の前記他方の面側にも堆積粒子の飛翔によって導電膜を付着させる、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１０】
前記堆積粒子をスパッタ又は蒸着により付着させる、請求項８又は９に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１１】
前記第１の通過孔をドライエッチングにより形成し、前記第２の通過孔をウェットエッチングによって形成する、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１２】
前記単結晶膜の前記他方の面側を支持部によって支持し、この支持部に前記露光ビーム通過孔を含むマスク部より大きな第３の通過孔を形成する、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１３】
前記支持部の前記他方の面側から堆積粒子の飛翔によって導電膜を付着させる、請求項１２に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１４】
前記単結晶膜の前記第１の格子面を（１００）面又は（１１０）面とし、前記第２の格子面を（１１１）面とする、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１５】
前記導電膜を、異物付着性のある白金、パラジウム、イリジウムのうち少なくとも１つ、若しくはこれらを含む合金、若しくはこれらの金属の積層体で形成する、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１６】
前記露光ビームを荷電粒子線とする、請求項７に記載した露光マスクの製造方法。
【請求項１７】
一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクを用いて、半導体装置を製造する方法において、
膜表面に平行に第１の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第２の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有する露光マスクを用い、半導体基体上の感光層を所定パターンに露光することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項８〜請求項１６のいずれか１項に記載した製造方法によって前記露光マスクを製造する、請求項１７に記載した半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記所定パターンに露光された前記感光層を現象してエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクによって前記半導体基体上の被エッチング層をエッチングする、請求項１７に記載した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、露光マスク及びその製造方法と、半導体装置の製造方法に関し、特に、電子線転写型リソグラフィ用のステンシルマスク及びその製造方法と、電子線転写型リソグラフィ用のマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの微細化及び高集積化に伴い、電子線転写型リソグラフィ（ＥＰＬ；ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の実用化が期待されている。実用化が進められているＥＰＬとしては、ＰＲＥＶＡＩＬ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｗｉｔｈ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｘｉｓ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓｅｓ）や、ＬＥＥＰＬ（ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が挙げられる。
【０００３】
ＥＰＬに用いられるマスクとして、薄膜（メンブレン）の一部に孔（アパーチャー）を有するステンシルマスクと、メンブレン上の一部に重金属層を有するメンブレンマスクが提案されている。ステンシルマスクの場合、アパーチャー部分を電子線が透過する。メンブレンマスクの場合、重金属層で電子線が散乱され、重金属層が形成されていない部分を電子線が透過する。
【０００４】
ＰＲＥＶＡＩＬには１００ｋｅＶ程度の電子線が用いられるため、ステンシルマスクとメンブレンマスクのいずれも利用可能である。一方、ＬＥＥＰＬには２ｋｅＶ程度の電子線が用いられる。電子線のエネルギーが低いため、電子線がメンブレンマスクを透過しない。従って、ＬＥＥＰＬの場合はステンシルマスクが用いられる。
【０００５】
ＰＲＥＶＡＩＬ用のステンシルマスクは、２μｍ厚のシリコンメンブレンに、パターンに対応したアパーチャーを有する。ＰＲＥＶＡＩＬは通常、４倍の縮小投影系である。電子線はアパーチャー部分のみ無散乱で透過して、レジスト上に結像される。これにより、レジストに所定のパターンで露光が行われる。
【０００６】
ＬＥＥＰＬ用のステンシルマスクは、５００ｎｍ厚のシリコンメンブレンまたはダイアモンドメンブレンに、パターンに対応したアパーチャーを有する。ＬＥＥＰＬは等倍の投影系である。電子線はアパーチャー部分のみ透過して、レジストにパターンが転写される。
【０００７】
図７は従来のステンシルマスクの断面図を示す。このステンシルマスク１Ｂは例えばシリコンウェーハ２に、所定の大きさのマスク部４ａを有し、マスク部４ａの周囲にはストラット１２と称される梁が形成され、また、マスク部４ａには、マスクパターンに対応するアパーチャー６が形成されている。マスク部４ａにアパーチャー６を形成することにより、マスク部４ａの機械的強度は著しく低下するため、ストラット１２はステンシルマスク１Ｂの機械的強度を補強するための支持体として作用する。
【０００８】
シリコンウェーハを用いてステンシルマスク１Ｂを形成する場合には、シリコンウェーハ２、シリコン酸化膜３及びシリコン層４が積層されたＳＯＩウェーハ５が用いられ、ストラット１２の高さは例えば７２５μｍとなる。マスク部４ａはシリコン層４の一部であり、通常、シリコン層４の表面は（１００）面である。シリコン酸化膜３はシリコンウェーハ２の裏面をエッチングしてストラット１２を形成する際に、エッチングストッパーとして機能する。
【０００９】
このような従来のステンシルマスクの製造方法においては、レジストをマスクとするドライエッチングによりアパーチャーが形成され、ドライエッチングは、メンブレン材料の結晶面を考慮せずに行われていた。また、アパーチャーの断面形状は、例えばエッチングガスの組成等のエッチング条件を調節することにより制御されていた。
【００１０】
その結果、このステンシルマスク１Ｂを用いてパターン転写すると、レジストパターンのエッジラフネスがそのままマスクに転写され、パターン欠陥の要因となる。また、アパーチャーの断面形状はエッチング条件に応じて変化するため、必ずしも図７のような垂直な断面形状とならず、断面がテーパ状となったり、高さ方向の中央近傍でアパーチャーの径が大きくなったりすることがあった。
【００１１】
従って、このような微細パターンの高精度な製造技術として、シリコン層４上に設けたシリコン窒化膜に大きい幅の開口をドライエッチングによって形成し、マスク部４ａを形成するシリコン層４にウェットエッチングによってアパーチャー６を形成することにより、一定の角度で縮小されたアパーチャー６を形成することが開示されている（後述の特許文献１参照）。
【００１２】
本出願人の提起による上記特許文献１（以下、先願発明と称する。）は、ＳＯＩウェーハのシリコン層の表面が（１００）面であり、これに交差する面が（１１１）面をなす単結晶膜であるため、このシリコン層に電子線の透過孔を形成する場合、（１００）面に比較して（１１１）面はエッチング速度が遅くなり、一定の角度で縮小された透過孔を形成できるというものであり、その構成を図６に示す。
【００１３】
図６は先願発明によるステンシルマスクであり、（ａ）は一部分の断面図、（ｂ）は図６（ａ）のＡ部の拡大図、（ｃ）は使用状態を示す概略断面図である。
【００１４】
即ち、図６（ａ）に示すように、このステンシルマスク１Ａは、シリコンウェーハ２で形成したストラット１２上に、大きさが２５ｍｍ角のマスク部４ａを有している。マスク部４ａには、マスクパターンに対応するアパーチャー６が形成されている。マスク部４ａにアパーチャー６を形成することにより、マスク部４ａの機械的強度は低下するため、ストラット１２はステンシルマスク１Ａの機械的強度を補強するための支持体として作用している。
【００１５】
このステンシルマスク１Ａのマスク部４ａは、シリコン層４、シリコン窒化膜７、第１の金属層１６、第２の金属層１７及び第３の金属層１８とからなる。図示の如く、第１の金属層１６は、シリコン層４の下面及びストラット１２の下面にも形成され、第２の金属層１７は、シリコン窒化膜７上に形成され、第３の金属層１８は、少なくともシリコン層４部分のアパーチャー６の壁面に形成されている。
【００１６】
シリコン窒化膜７及び第１〜第３の金属層１６、１７、１８は、マスク部４ａ等の機械的強度を向上させるためのメンブレン支持層として設けられている。更に、第１〜第３の金属層１６、１７、１８を形成することにより、ＥＰＬを行う際にステンシルマスク１Ａが帯電して（チャージアップ）、入射する電子の位置がずれるのを防止することができる。メンブレンの補強と、チャージアップの防止が可能であれば、金属以外の材料からなる導電層を形成してもよい。
【００１７】
図６（ｂ）に示すように、シリコン層４とシリコン窒化膜７との界面において、シリコン層４の表面は（１００）面である。また、アパーチャー６に対するシリコン層４の断面は（１１１）面である。即ち、メンブレン材料の結晶面方位を考慮してアパーチャー６が形成されている。これにより、シリコン層４と第１の金属層１６の界面と、シリコン層４の断面である（１１１）面とのなす角度は５４．７°である。
【００１８】
このように、メンブレン材料の結晶面方位を利用してアパーチャー６のテーパ角を制御することにより、パターンを更に微細化した場合にも、テーパ角を一定にすることができる。アパーチャー６の開口幅Ｗ２は、シリコン窒化膜７における開口幅Ｗ１、シリコン層４の厚さｄ及びテーパ角によって決定される。
【００１９】
従って、シリコン窒化膜７に開口幅Ｗ２のレジストを形成できない場合でも、開口幅Ｗ１のレジストを形成することができれば、開口幅Ｗ１よりも縮小されたアパーチャー６の開口幅Ｗ２でマスクパターンを形成することができる。また、アパーチャーのテーパ角が一定であることから、開口幅Ｗ１は高精度に縮小されて開口幅Ｗ２が形成される。
【００２０】
これにより、孔の断面を原子層オーダーで平坦にすることが可能となる。また、表面に平行に（１００）面を有する単結晶膜のシリコン層４を用いることにより、アパーチャー６の壁面を（１１１）面に形成し、孔のテーパ角を所定の角度（５４．７°）に高精度に制御でき、更に、薄膜の表面に第１〜第３の金属層１６、１７、１８を設けることにより、薄膜の強度が補強され、かつ荷電粒子線リソグラフィを行う際のマスクのチャージアップが防止できる。
【００２１】
図６（ｃ）は、このステンシルマスク１Ａを用いた等倍転写の一例を示す概略断面図であり、例えばシリコン基板２２上にシリコン酸化膜２３、配線層２４としてのアルミニウム膜を順次積層したＳＯＩウェーハ２０の上にネガ型の電子線レジスト層２５を配し、この上に間隔Ｃ（約５０μｍ）の距離でステンシルマスク１Ａを配置して、ステンシルマスク１Ａの上面に例えば電子ビーム１８を照射する。照射された電子ビーム１８はステンシルマスク１Ａのアパーチャー６を通過し、ウェーハ２０上の電子線レジスト膜２５に転写される。
【００２２】
上記したように、先願発明のステンシルマスクは、アパーチャーの断面形状や断面の平坦性が高精度に制御され、微細なマスクパターンが高精度に形成されるため、リソグラフィー工程において微細パターンを高精度に転写できることにより、例えば、ＬＳＩ回路パターンのラフネスを減少させ、パターン欠陥の少ないデバイスを作製することが可能となる。また、メンブレン支持層を設けることにより、応力や熱に対する薄膜の耐久性を向上させることができる等の優れた特長を有している。
【００２３】
【特許文献１】
特開２００２−３４３７１０号（第５頁右欄、第８頁左右欄、図１及び図２）
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、室内の空気中のみならず、パターンの転写機構内部等の微細空間にも浮遊する微細な異物が、マスクのパターン開口壁面等に付着し、また、付着した異物が剥れて開口部を塞ぐ等により、パターン形状を変形させるため、これの防止対策は重要な問題である。ところがパターンの微細化が進む反面、異物に対する防塵対策は難しくなっている。
【００２５】
防塵対策の１つとして、例えば図８に示すように、フレーム２６に配したマスク（又はレチクル）２７のパターン面２８に対し、一定の距離（スタンドオフ）Ｄの位置に設けた透明な保護膜によりメンブレン２９を構成し、マスク２７に異物の付着を防ぐように構成したペリクル（薄膜）を用いる方法が挙げられる。
【００２６】
しかし、ペリクルは電子線を透過しないため、すべてのステッパーに適応できるわけではない。例えば、次世代の電子ビームリソグラフィー技術として、電子線を露光の光源として用いるＬＥＥＰＬ（ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）には、ペリクルは適応不可能である。このように、マスクに付着する異物を積極的に防ぐ方法がないのが実情であるが、上記したように優れた特長を有する先願発明においてもこの問題は例外ではないものの、先願発明においても異物除去対策はなく、早急な解決策の確立が嘱望されている。
【００２７】
異物除去対策が不十分なままステンシルマスクを用いて露光した場合は、次の（１）、（２）のような不具合を招くことがある。
（１）パターン開口に付着した異物によりパターンの形状が変形する。
（２）パターン形状が変形したままで露光すると、特にＬＥＥＰＬの場合は等倍転写であるので、異物そのものの形が感光層に転写され、転写パターンの形
状が大きく変形することになり、転写精度を劣化させてしまう。
【００２８】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであって、先願発明における優れた特長を保持しつつ、更にパターン形状が正確に保持され、高精度にパターン転写が可能な露光マスク及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクにおいて、
膜表面に平行に第１の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第２の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有することを特徴とする、露光マスク（以下、本発明の露光マスクと称する。）に係るものである。
【００３０】
本発明の露光マスクによれば、膜表面に平行に第１の格子面を有する単結晶膜と、これを一方の面側で支持する支持層とからなる薄膜に形成された露光ビーム通過孔が、単結晶膜においてその壁面を構成し、一方の面側から他方の面側へ縮小されてこの単結晶膜の第２の格子面に形成されるので、この壁面が平坦に形成されると共に、この壁面がなすパターン開口部が第１及び第２の格子面がなす一定の角度に制御されて縮小されるため、単結晶膜における通過孔の幅が高精度に形成される。これに加え、少なくとも、この露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全面と、前記一方の面とが導電膜で被覆されるので、この導電膜を異物付着性の高い材料で形成することにより、この導電膜に異物が付着し易くなり、前記一方の面側から通過孔内に侵入する異物は、一方の面の導電膜と通過孔内壁面の導電膜とに付着し、縮小された通過孔がなすパターン開口部には付着しないため、パターン開口部の形状を保持できると共に、導電膜によって露光マスクの機械的強度が高められる。
【００３１】
また、本発明は、一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクの製造方法において、
膜表面に平行に第１の格子面と、この第１の格子面に交差する第２の格子面とを有する単結晶膜上に、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支持層を
形成する工程と、
前記支持層に前記露光ビーム通過孔に対応した第１の通過孔を形成する工程
と、
前記第１の通過孔を介して前記単結晶膜をエッチングして、前記第１の通過孔下に、前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る前記第２の格子面からなる第２の通過孔を形成する工程と、
少なくとも、前記第１の通過孔と前記第２の通過孔とで形成される前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面とに導電膜を被覆する工程
と
を有することを特徴とする、露光マスクの製造方法（以下、本発明の露光マスクの製造方法と称する。）に係るものである。
【００３２】
本発明の露光マスクの製造方法によれば、膜表面に平行に第１の格子面と、この面に交差する第２の格子面とを有する単結晶膜上に、この単結晶膜の支持層を形成し、この支持層に第１の通過孔を形成して、この第１の通過孔を介してエッチングにより第１の通過孔下に、前記一方の面側から他方の面側へ縮小する第２の格子面からなる第２の通過孔を形成するので、この第２の通過孔の壁面を平坦に形成できると共に、この壁面がなすパターン開口部を第１及び第２の格子面がなす一定の角度に制御して縮小するため、単結晶膜における通過孔の幅が高精度に形成できる。これに加え、少なくとも、この露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全面と、前記一方の面とを導電膜で被覆するので、この導電膜を異物付着性の高い材料で形成することにより、この導電膜に異物が付着し易くなり、前記一方の面側から通過孔内に侵入する異物は、一方の面の導電膜と通過孔内壁面の導電膜とに付着し、縮小された通過孔がなすパターン開口部には付着しないため、パターン開口部の形状を保持できると共に、導電膜によって露光マスクの機械的強度を高めることができる。
【００３３】
また、本発明は、一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクを用いて、半導体装置を製造する方法において、
膜表面に平行に第１の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第２の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有する露光マスクを用い、
半導体基体上の感光層を所定パターンに露光することを特徴とする、半導体装置の製造方法（以下、本発明の半導体装置の製造方法と称する。）に係るものである。
【００３４】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基体上の感光層の露光に用いる露光マスクを上記した本発明の露光マスクの製造方法と同様にして製造するため、本発明の露光マスクの製造方法が奏するのと同様の作用効果を伴って、半導体基体上の感光層に対し、所定パターンを高精度に転写することができ、信頼性良く半導体装置を製造することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の露光マスク、露光マスクの製造方法及び半導体装置の製造方法においては、前記単結晶膜の前記他方の面側も導電膜で被覆されていることが、この露光マスクの機械的強度を更に高めると共に、被転写面等から飛翔する異物を付着させ、防塵効率が高められる点で望ましい。
【００３６】
また、前記単結晶膜の前記他方の面側が支持部によって支持され、この支持部に前記露光ビーム通過孔を含むマスク部より大きな第３の通過孔が形成されていることが、前記他方の面側の導電膜を形成し易く、この露光マスクの機械的強度を補強し易い点で望ましい。
【００３７】
そして、前記単結晶膜の前記第１の格子面が（１００）面又は（１１０）面であり、前記第２の格子面が（１１１）面であることが、この単結晶膜における露光ビーム通過孔が、一定の角度で傾斜して縮小され、高精度で所望の幅の通過孔を形成できる点で望ましい。
【００３８】
この場合、前記第１の通過孔をドライエッチングにより形成し、前記第２の通過孔をウェットエッチングによって形成することにより、エッチングレートの違いを利用して第２の通過孔を縮小して形成できる点で望ましい。
【００３９】
更に、前記導電膜が、異物付着性のある白金、パラジウム、イリジウムのうち少なくとも１つ、若しくはこれらを含む合金、若しくはこれらの金属の積層体からなっていることが、前記露光ビーム通過孔の形状を保持し易い点で望ましい。
【００４０】
この場合、前記露光ビーム通過孔に対し、スパッタ又は蒸着法により、異なる方向から堆積粒子を飛翔させ、前記単結晶膜の前記他方の面側にも堆積粒子を飛翔させて前記導電膜を付着させることが異物除去効果を高められる点で望ましい。
【００４１】
また、前記露光ビームが電子ビームの如き荷電粒子線であることが望ましい。
【００４２】
そして、上記の如く露光マスクを製造し、この露光マスクを用いて電子ビームによるパターン転写を行い、所定パターンに露光された前記感光層を現象してエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクによって前記半導体基体上の被エッチング層をエッチングすることにより、半導体装置を信頼性良く製造することができる。
【００４３】
次に、上記した本発明の好ましい実施の形態を図面参照下で具体的に説明する。
【００４４】
図１は、本実施の形態による露光マスクとしてのステンシルマスク１の一部分を示す概略断面図であり、既述した先願発明における図６（ａ）に対応する図である。なお、同一の部位には先願発明等と同一の符号を用いる。
【００４５】
図１に示すように、本実施の形態のステンシルマスク１が先願発明と異なる点は、ステンシルマスク１の表面（一方の面）８及び露光ビーム通過孔６の内壁面６ａと、裏面（他方の面）９とが金属膜１０で被覆されていることである。その他は先願発明とほぼ同様な構成となっている。即ち、本実施の形態のステンシルマスク１は先願発明のステンシルマスクをベースに、一部分を新規な構成とすることにより、目的の機能を付加したものである。
【００４６】
従って、図１における通過孔６において、シリコン窒化膜７に形成された第１の通過孔としての大径部６ａの開口幅Ｗ１に対して、シリコン層（メンブレン）４に形成された第２の通過孔としてのアパーチャー部６ｂの開口幅Ｗ２は、先願発明と同様のプロセスを経て形成されるため、先願発明と同様な精度を有していると共に、金属膜１０が通過孔６の内壁面全体に設けられていることにより、表面８側から通過孔６内へ侵入する異物を金属膜１０に付着させるため、異物はアパーチャー部６ｂには付着せず、パターン形状を保持することができる。
【００４７】
このような構成は、金属膜１０の形成以外は先願発明と同様なプロセスを経て作製される。図２〜図４にこの製造プロセスを示す。
【００４８】
まず、図２（ａ）に示すように、表面が（１００）面であるＳＯＩウェーハ５の表面にシリコン窒化膜７を形成し、メンブレンとしてのシリコン層４とこれを支持するシリコン窒化膜７とからなる薄膜１１を構成する。
【００４９】
ＳＯＩウェーハ５はシリコンウェーハ２上に、シリコン酸化膜３を介して表面が（１００）面のシリコン層４を有している。シリコンウェーハ２の厚さは例えば７２５μｍ、シリコン酸化膜３の厚さは例えば１００ｎｍ、シリコン層４の厚さは例えば５０ｎｍである。シリコン層４の厚さは、ステンシルマスクを使用してＥＰＬを行う際の電子線のエネルギーや、図１におけるアパーチャー部６ｂの開口幅変換量（Ｗ１−Ｗ２）に応じて適宜変更してもよい。
【００５０】
シリコン窒化膜７は例えば化学気相成長（ＣＶＤ；ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。シリコン窒化膜７の厚さは例えば５００ｎｍとする。メンブレン支持層であるシリコン窒化膜７は、シリコン層４にエッチングを行う際のエッチャントでエッチングされず、かつチップ領域に対応する大きさ（例えば２５ｍｍ角）のメンブレンを支持できる材料であれば、他の材料や厚さに変更することもできる。
【００５１】
本実施の形態のステンシルマスク１は異物の侵入によるマスクパターンの変形を防止するものであり、異物の除去効果は、特に露光ビーム通過孔（以下、通過孔と称することがある。）６の内壁の面積に依存する。従ってシリコン窒化膜７は厚い方が通過孔６の内壁面積を大きくできるが、厚すぎると後述する金属膜の斜め蒸着が良好に行い難くなるので、この点を考慮してシリコン窒化膜７の厚さを決定する。また、これを厚く形成することにより、メンブレンとしてのシリコン層４が薄い場合でも、ステンシルマスク１の強度を保つことができる。
【００５２】
シリコン層４用のエッチャントとして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；ｔｅｔｒａ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を用いる場合、シリコン窒化膜の代りに例えば、炭化シリコン、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ダイアモンド、ＤＬＣ（ｄｉａｍｏｎｄ  ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ）、金属等の層を１００〜３０００ｎｍ程度の厚さで形成してもよい。この場合、層の厚さは厚い方が防塵効果が大きい。
【００５３】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜７上にレジスト膜１４を形成する。レジスト膜１４の間隔によって形成される露光ビーム通過孔６の大径部６ａの開口幅Ｗ１は、図１に示したシリコン層４に形成するアパーチャー部６ｂの開口幅Ｗ２よりも広くする。続いて、レジスト膜１４をマスクとしてシリコン窒化膜７にエッチングを行うことにより、レジスト膜１４のパターンがシリコン窒化膜７に転写される。このエッチングは、例えばＣＦ４等を用いたドライエッチングとする。その後、レジスト膜１４を除去する。
【００５４】
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜７をマスクとしてシリコン層４にウェットエッチングを行う。例えば濃度３０ｗｔ％、温度７０℃のＫＯＨ溶液にウェーハを浸漬した場合、（１００）面シリコンのエッチングレートが７９７ｎｍ／分であるのに対して、（１１１）面シリコンのエッチングレートは５ｎｍ／分と極端に遅い。
【００５５】
即ち、シリコン層４の垂直方向には速やかにエッチングが進行するのに対し、シリコン窒化膜７近傍ではエッチングが殆んど進行しない。従って、シリコン層４におけるエッチング断面は（１１１）面に相当するテーパ状となり、この（１１１）面はシリコン層４の（１００）面に対して５４．７°の角度となる。
【００５６】
その結果、シリコン層４の下端におけるアパーチャー部６ｂの開口幅Ｗ２は、レジスト膜１４またはシリコン窒化膜７の大径部６ａの開口幅Ｗ１よりも狭くなる。シリコン層４の厚さをｄとしたとき、
Ｗ２＝Ｗ１−２ｄ／ｔａｎ５４．７°
と表され、開口幅Ｗ１はシリコン層４の厚さｄに応じて開口幅Ｗ２に縮小される。
【００５７】
本実施の形態においては、シリコン層４の厚さｄが５０ｎｍであるので、例えばレジスト膜１４またはシリコン窒化膜７における開口幅Ｗ１を１０５．８ｎｍとすることにより、Ｗ２＝３５ｎｍの微細なパターンが高精度に形成される。
【００５８】
上記のように結晶面によるエッチングレートの違いを利用して、アパーチャーを形成した場合、アパーチャーの断面形状を原子層オーダーで平坦にしたり、アパーチャーを所定のテーパ角の断面形状で加工したりすることができる。また、本実施の形態では表面が（１００）面のシリコン層４の（１１１）面に対するエッチングレートの違いを利用したが、エッチングレートの違いがあれば、任意の結晶面の組合せを利用できる。
【００５９】
シリコン層４にウェットエッチングを行うときのエッチャントにＴＭＡＨ溶液を用いても、結晶面に応じてエッチングレートが変化する。例えば濃度２０ｗｔ％、温度８０℃のＴＭＡＨ溶液にウェーハを浸漬した場合、シリコンのエッチングレートは（１００）面で６０３ｎｍ／分、（１１０）面で１１１４ｎｍ／分、（１１１）面で１７ｎｍ／分となる。従って、ＫＯＨ溶液を用いる場合と同様に、特定の結晶面に選択的にエッチングを行い、アパーチャー断面の平坦性や形状を高精度に制御することができる。
【００６０】
次に、図３（ｄ）に示すように、シリコンウェーハ２の裏面にシリコン酸化膜１３を積層し、更にレジストを塗布、露光して、ストラット形成のためのレジスト膜１５を形成する。
【００６１】
次に、図３（ｅ）に示すように、シリコンウェーハ２に裏面側からレジスト１５をマスクとしてＢＨＦ（バッファドフッ酸）等でエッチングを行うことにより、レジスト膜１５下以外のシリコン酸化膜１３がレジスト膜１５と共に除去され、続いて残存するシリコン酸化膜１３をマスクとしてシリコンウェーハ２がエッチングされるため、パターン転写領域を囲むようにストラット１２が形成されると共に、マスク部４ａ部のシリコン層４が露出する。裏面側のシリコン酸化膜１３は必ずしも設ける必要はないが、裏面側のシリコン酸化膜１３なしでドライエッチングを行うと、シリコンウェーハ２のエッチングが終了する前にレジスト１５がエッチングされて消失し、ストラットを形成できなくなる場合がある。従って、エッチングマスクとして裏面側のシリコン酸化膜１３が設けられる。
【００６２】
次に、図３（ｆ）に示すように、マスク部４ａ部分のシリコン酸化膜３を除去する。シリコン酸化膜３は、例えばフッ酸を用いたウェットエッチングにより除去できる。このウェットエッチングにより、裏面側のシリコン酸化膜１３も除去される。この結果、図３（ｆ）に示すように、ステンシルマスク１としての形状が形成され、シリコン窒化膜７における通過孔６の大径部６ａの開口幅Ｗ１よりも、縮径されたアパーチャー６ｂの開口幅Ｗ２がシリコン層４に形成される。
【００６３】
次に、例えば図３（ｇ）に示すように、金属膜１０を被着させるために、ステンシルマスク１に対して上方斜め方向から、スパッタ法や真空蒸着法などのＰＶＤ（以下、真空蒸着とする。）を１回行い、続いて図３（ｈ）に示すように、反対側の斜め方向からも真空蒸着を１回行うことにより、シリコン窒化膜７の上面及び通過孔６の内壁面全体に金属膜１０を膜厚５〜２００ｎｍに形成する。この斜め方向からの真空蒸着により、シリコン窒化膜７の上面には通過孔６の内壁面よりも金属膜１０が厚く形成されることになり、機械的強度の点で良い。
【００６４】
材料としては、例えば白金を用いる。また、異物の付着性が白金と同等若しくはそれ以上であれば、白金以外の材料（例えばパラジウム、イリジウムのうち少なくとも１つ、若しくはこれらを含む合金、若しくはこれらの金属の積層体）を用いてもよい。この斜め蒸着により、シリコン層４のアパーチャー部６ｂには（１１１）面に沿ったテーパ状の金属層１０が形成されるが、アパーチャー部６ｂの壁面はシリコン窒化膜７における大径の壁面６ａと平行に形成され、アパーチャー６の壁面には異物は付着しにくい。この斜め真空蒸着の角度はこの断面図におけるシリコン窒化膜７の開口間の距離やシリコン窒化膜７の膜厚に依存する。具体的には、シリコン窒化膜７の開口間の距離が小さい方がシリコン窒化膜７の開口間の距離が大きい方より、蒸着の傾斜角度θは小さい角度が必要となる。また、シリコン窒化膜７の膜厚が厚い方がシリコン窒化膜７が薄い方より、蒸着の傾斜角度θは小さい角度が必要となる。以上のことより、シリコン窒化膜７の開口間の距離が最も小さく、シリコン窒化膜７の膜厚が厚いものほど蒸着の傾斜角度θは小さい角度が必要となる。上記部分を考慮して蒸着角度θを必要とする条件に合わせ、０°＜θ＜９０°に設定し、３０°≦θ≦６０°とすることがよい。
【００６５】
金属層１０の厚さは、ステンシルマスクを使用してＥＰＬを行う際の電子線のエネルギーに応じて、シリコン層４の強度が十分に補強される範囲で設定する。例えば、電子線の加速電圧を２ＫｅＶとするＬＥＥＰＬの場合には、金属膜１０の厚さを２０〜３０ｎｍ程度とすることが望ましい。
【００６６】
また、通過孔６の大径部６ａの開口幅Ｗ１とアパーチャー部６ｂの開口幅Ｗ２との差、即ち（Ｗ１−Ｗ２）は金属膜１０の形成により変化する。従って、金属膜１０を形成後の大径部の開口幅をＷ１’とすると、Ｗ１’−Ｗ２＜Ｗ１−Ｗ２となり、通過孔６の大径部６ａに付着した異物の厚さが（Ｗ１’−Ｗ２）／２を超えると、Ｗ２の開口領域に異物の形状が現われ、パターン形状が変形するので、金属膜１０の厚みは異物の厚みを考慮した膜厚にするのがよい。
【００６７】
従って、金属膜の厚みは
（Ｗ１−Ｗ２）／２−（Ｗ１’−Ｗ２）／２＝（Ｗ１−Ｗ１’）／２
以下とするのがよく、シリコン層４の厚みｄを仮に５０ｎｍとすると２５ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００６８】
次に、図４（ｉ）に示すように、このステンシルマスク１の裏面側にも上記と同様の材料を用いて垂直方向に真空蒸着を行い、マスク部４ａ領域の露出したシリコン層４にも金属膜１０を被着させる。この金属膜１０により、ＥＰＬを行う際にアパーチャー部６のＷ２を通り抜け、被転写部に衝突して舞い上がった異物を付着させることができる。なお、この蒸着によりストラット１２の下面にも金属膜１９が被着する。
【００６９】
次に、図４（ｊ）に示すように、ストラット１２下面の金属膜１９を除去することにより、図１に示したステンシルマスク１が形成される。但し、この金属膜１９はステンシルマスク１の補強のために残しておいてもよい。上記したプロセスにより、ステンシルマスク１の上面の金属膜１０ａから、通過孔壁面の金属膜１０ｂ及び縮小された（１１１）面の金属膜１０ｃにかけて連続した金属膜１０ａ〜１０ｃと、マスク部４ａの下面に金属膜１０ｄを有するステンシルマスク１が得られ、露光ビーム通過孔６に侵入する異物がこれらの金属膜１０に付着するため、アパーチャー６ｂの形状を保持できる。
【００７０】
上記したプロセスにおいては、シリコン窒化膜７及びシリコン層４にエッチングを行ってアパーチャー部６ｂを形成した後に、シリコンウェーハ２にエッチングを行ってストラット１２を形成したが、これとは反対にシリコンウェーハ２にエッチングを行ってストラット１２を形成後に、シリコン窒化膜７にパターン転写して大径部６ａの開口を形成し、シリコン層４にエッチングを行ってアパーチャー部６ｂを形成することもできる。
【００７１】
図５（ａ）は、本実施の形態のステンシルマスク１を用いた等倍転写状態の概略断面図を示す。
【００７２】
即ち、例えばシリコン基板２２上にシリコン酸化膜２３、アルミニウムからなる配線層４が順次積層されたＳＯＩウェーハ２０上にネガ型の電子線レジスト膜２５を配し、この上に間隙ｃ（約５０μｍ）の距離でステンシルマスク１を配置して、この上面に電子ビーム１８を照射することにより、電子ビーム１８がアパーチャー６ｂを通過して、ウェーハ２０上の電子線レジスト膜２５にステンシルマスク１のパターンが転写される。
【００７３】
ところが、室内等の空気中に浮遊している微細な異物が、電子ビーム１８に伴われて露光ビーム通過孔６内に侵入し、高精度に形成された通過孔６の内壁面に付着したり、付着したものが剥れ落ちて、開口を塞ぐ等によりそのパターン形状を変形させ、パターン欠陥を発生し易い。
【００７４】
図５（ｂ）は、このような異物２１が、本実施の形態によるステンシルマスク１の表面の金属膜１０ａや、通過孔６の壁面６ａ等の金属膜１０ｂ、１０ｃに付着した状態を示す。即ち、異物２１は堆積し易い表面の金属膜１０ａに多く付着し、通過孔６に侵入した異物２１は、表面積の多い通過孔６の大径部６ａにおいても入口近傍に多く付着し、縮小されたアパーチャー部６ｂの傾斜部にまで到達するものは少ない。このため高精度に形成されたアパーチャー部６ｂの壁面に付着することが避けられ、パターンを保持できる。仮にアパーチャー部６ｂを通り抜けた異物２１は、内部にて浮遊中にマスク部４ａの下面の金属膜１０ｄに付着する。
【００７５】
このように、ステンシルマスク１の表面から通過孔６の内壁面の全体に、ほぼ連続して異物等の付着し易い金属膜１０を形成することにより、空気中に存在する異物をこの金属膜１０に付着させるようにして異物除去策を行うことができ、アパーチャー６ｂのパターン形状を保持し、パターンの欠陥を防止することが本実施の形態のステンシルマスク１の特筆すべき特長である。
【００７６】
そして、このように金属膜１０を形成することにより、先願発明において、通過孔６の大径部の開口幅Ｗ１に応じて、アパーチャー部６ｂが高精度に縮小されたＷ２に形成されるという効果に加え、高精度に形成されたＷ２を変形させることなく、これを保持できるという顕著な効果を発揮することができる。
【００７７】
本実施の形態によれば、膜表面に平行に（１００）面をなしメンブレンとしてのシリコン層４を有するＳＯＩウェーハ５上に、メンブレン支持層としてシリコン窒化膜７を積層し、このシリコン窒化膜７に通過孔６としての大径部６ａの開口幅Ｗ１を形成し、このシリコン窒化膜７をマスクとしてＫＯＨ溶液を用いてウェットエッチングを行うことにより、エッチングレートの違いによって、シリコン層４に形成される通過孔６が、（１１１）面に形成されるため、一定の角度（５４．７°）の傾斜を有して縮小されたアパーチャー部６ｂが開口幅Ｗ２に形成されて、マスク部４ａが形成される。
【００７８】
続いて、ＳＯＩウェーハ５の裏面側のシリコンウェーハ２及びシリコン酸化膜３を、上記マスク部４ａに対応するように除去してストラット１２を形成後に、シリコン窒化膜７の表面及び通過孔６の内壁面とシリコン層４の下面とのほぼ全体を、白金からなる金属膜１０を斜め真空蒸着等にて形成し、本実施の形態のステンシルマスク１が形成される。
【００７９】
その結果、アパーチャー部６ｂの開口幅Ｗ２が、大径部６ａの開口幅Ｗ１を介して高精度に形成されるため、先願発明と同様の効果を有していることに加え、このステンシルマスク１を用いてＥＰＬを行う際、金属膜１０に異物が付着し易いため、表面側から通過孔内に侵入する空気中の異物２１は、前記表面及び表面近傍の通過孔の壁面に付着し、縮小されたアパーチャー部６ｂの開口部には付着することがなく、その開口パターンの形状を保持できると共に、導電膜によってこの露光マスクの機械的強度が高められるため、微細なパターンを高精度に転写することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８０】
なお、上記した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形することができる。
【００８１】
例えば、実施の形態は、ステンシルマスク１の裏面側に支持部としてストラット１２を設けたが、メンブレン４の支持手段としては、メンブレン４上のシリコン窒化膜７を可能な限り厚くすることのみでも対応できるので、ストラット１２は設けないか又は研磨により薄くしてもよい。これによりＥＰＬを行う際に、アパーチャー部６ｂの下面と被転写面との間隔が狭まるため、転写精度を更に向上させることができる。
【００８２】
また、通過孔６の内壁面等に金属膜１０を形成する際に、対象方向の斜めから真空蒸着を行って金属膜１０を形成したが、それぞれの角度から個別に行うのではなく、いずれかの方向から他の方向へ連続して金属粒子を飛翔させ、飛翔軌跡が扇状になるような方法で形成してもよい。
【００８３】
また、金属膜１０は斜め蒸着でなく、めっき（例えばスルーホールめっき技術）により形成してもよい。
【００８４】
また、上記した実施の形態は、ＰＲＥＶＡＩＬ等のＬＥＥＰＬ以外のＥＰＬ用のステンシルマスクや、可変成形型電子線直接描画機用のマスク、或いはイオンビームリソグラフィ用のマスクや、Ｘ線リソグラフィ用のマスク等の他のマスクに適用することもできる。また、リソグラフィ以外に、例えばイオン注入等、荷電粒子を局所的に照射するマスクに適用することも可能である。
【００８５】
【発明の作用効果】
上述した如く、本発明によれば、単結晶膜に形成された露光ビーム通過孔の壁面が平坦に形成されると共に、単結晶膜における通過孔が一定の角度に制御されて縮小されるため、通過孔の幅が高精度に形成される。これに加え、少なくとも、露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全面と、前記一方の面とが導電膜で被覆されるので、通過孔内に侵入する異物は、一方の面及び通過孔内壁面の導電膜に付着し、縮小された通過孔がなすパターン開口部には付着することがなく、パターン開口部の形状を保持できると共に、導電膜によって露光マスクの機械的強度が高められ、所定パターンを高精度に転写することができ、信頼性良く半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるステンシルマスクの概略断面図である。
【図２】同、ステンシルマスクの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図３】同、ステンシルマスクの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図４】同、ステンシルマスクの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図５】同、ステンシルマスクの使用状態を示し、（ａ）はその概略断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分の拡大図である。
【図６】先願発明によるステンシルマスクを示し、（ａ）はその概略断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分の拡大図、（ｃ）は使用状態の概略図である。
【図７】従来例によるステンシルマスクの概略断面図である。
【図８】ペリクルを用いたマスクの概略断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ…ステンシルマスク、２、２２…シリコンウェーハ、
３、１３、２３…シリコン酸化膜、４…シリコン層（メンブレン）、
４ａ…マスク部、５、２０…ＳＯＩウェーハ、６…通過孔、６ａ…大径部、
６ｂ…アパーチャー部、７…シリコン窒化膜、８…表面（一方の面）、
９…裏面（他方の面）、１０…金属膜、１１…薄膜、１２…ストラット、
１４、１５、２５…レジスト膜、１８…電子ビーム、２１…異物、
２４…アルミニウム、Ｗ１、Ｗ２…開口幅
【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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