(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、この基体により支持されたマスク母体とを具備し、前記マスク母体は、荷電粒子線が透過する透過孔パターンを有するとともに、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有する非晶質シリコン薄膜からなり、前記非晶質シリコン薄膜は、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜であることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
基体上に、シランまたはジシラン、およびメタン、エチレン若しくはアセチレン、または硫化水素を含む原料ガスと、水素からなる希釈ガスを用いてプラズマＣＶＤにより、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜である薄膜を成膜する工程、および
前記薄膜をパターニングする工程
を具備するステンシルマスクの製造方法。
【請求項３】
請求項１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整形する工程を具備する荷電粒子線の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線露光に用いられるステンシルマスク、その製造方法、及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化が急速に進んでいる。そのような微細パターンを有する素子の製造技術として、様々な露光技術が開発されてきた。例えば、電子線部分一括露光や電子線ステッパー露光のような電子線を用いる露光法、イオンを用いる露光法、真空紫外域の光を用いる露光法、極紫外域の光を用いる露光法等がある。
【０００３】
これらのうち、電子線を用いる露光法として、電子線を用いて等倍露光を行う方法が、特許第２９５１９４７号公報において提案されている。この方法は、従来の電子線を用いる露光法に比べて、電子ビームの加速電圧が２０分の１であるという特徴を有する。
【０００４】
等倍露光用に用いられるステンシルマスクでは、マスクパターンの加工精度が重要である。特に、マスクの膜厚とマスクパターンの線幅（電子ビームの透過孔の径）との比であるアスペクト比が問題となる。マスクパターンは、ドライエッチングにより加工されるが、アスペクト比は、通常、１０程度である。従って、例えば、線幅１００ｎｍのパターンを形成するには、マスクの膜厚は、１μｍ程度が限界となる。
【０００５】
そこで、上述の特許第２９５１９４７号公報では、単結晶シリコンからなるステンシルマスクにおいて、厚さ０．２μｍ乃至１．０μｍとすることが開示されている。しかし、この特許公報には、このような単結晶シリコンからなるステンシルマスクの製造方法については、何ら記載されていない。
【０００６】
通常、ステンシルマスクを構成する薄膜の材質として単結晶シリコンを用いる場合、薄膜を支えてマスクの平面性を維持するために、基板が必要である。この基板としては、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、２枚の単結晶シリコン基板によりシリコン酸化膜を挟んだ構造のＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板を用い、マスクパターンは、一方の単結晶シリコン基板を研磨して所定の膜厚にし、次いでパターニングすることにより作製されている。この時、ＳＯＩ基板の中間層であるシリコン酸化膜は、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。
【０００７】
しかし、このような方法では、単結晶シリコン基板を上述の０．２μｍ〜１．０μｍの薄膜まで研磨することは極めて困難である。また、このような膜厚では、ステンシルマスクの製造工程において、シリコン酸化膜の応力により、薄膜化された単結晶シリコン基板に亀裂が入るという問題がある。
【０００８】
このため、シリコン酸化膜上に形成された単結晶シリコン薄膜に対し、応力調整の工程が必要となるが、そうした場合、製造工程が増えるため、タクトタイムが長くなるという問題が生ずる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下になされ、薄膜化が容易で、応力制御を行うことが可能であるとともに、電子線照射特性の優れたステンシルマスクを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、そのようなステンシルマスクを製造する方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、そのようなステンシルマスクを用いた荷電粒子線の露光方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、  基体と、この基体により支持されたマスク母体とを具備し、前記マスク母体は、荷電粒子線が透過する透過孔パターンを有するとともに、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有する非晶質シリコン薄膜からなり、前記非晶質シリコン薄膜は、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜であることを特徴とするステンシルマスクを提供する。
【００１３】
このような本発明によると、マスク母体を非単結晶シリコン系薄膜により構成しているため、ＣＶＤ等により容易に成膜でき、加工性に優れ、所望のアスペクト比のパターンを高精度で形成することができ、プロセスの設計、制御が容易であり、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【００１４】
本発明のステンシルマスクにおいて、非単結晶シリコン系薄膜は、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有する。この範囲の膜厚は、ＣＶＤ等により容易に得ることが可能である。
【００１７】
更に、非単結晶シリコン系薄膜は、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜である。
これらの薄膜を用いることにより、より広範囲の応力の制御が可能であり、薄膜に働く応力のより低減化を図ることが出来る。即ち、薄膜が形成される下地との関係で、薄膜には圧縮応力または引張り応力が働くが、それらを制御し、応力の緩和を図ることが出来る。
【００１９】
更にまた、非単結晶シリコン系薄膜は、非晶質シリコン薄膜、水素化非晶質シリコン薄膜、非晶質シリコン炭化膜、非晶質シリコン窒化膜、並びに非晶質シリコン硫化膜からなる群から選ばれた薄膜、および窒化シリコン膜からなる群から選ばれた２種以上の積層膜とすることができる。
【００２０】
これらの薄膜を用いることにより、より広範囲の応力の制御が可能であり、薄膜に働く応力のより低減化を図ることが出来る。
【００２２】
また、本発明は、基体上に、シランまたはジシラン、およびメタン、エチレン若しくはアセチレン、または硫化水素を含む原料ガスと、水素からなる希釈ガスを用いてプラズマＣＶＤにより、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜である薄膜を成膜する工程、および前記薄膜をパターニングする工程を具備するステンシルマスクの製造方法を提供する。
【００２６】
この製造方法によると、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを、高精度で、応力による亀裂、剥離を生ずることなく、容易に得ることが可能である。
【００２７】
更に、本発明は、上述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整形する工程を具備する荷電粒子線の露光方法を提供する。
かか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、精度よいパターン露光が可能となり、その結果、半導体等のパターンの製造を、高い歩留まりで行うことが出来る。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一態様に係るステンシルマスクについて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一態様に係るステンシルマスクを示す断面図である。図１において、ステンシルマスク１は、開口部が形成された単結晶シリコンウェハ２上に、シリコン酸化膜３を介して、所定の透過孔パターンを有する非単結晶シリコン系薄膜からなるマスク母体４を形成することにより構成されている。
【００３０】
支持基板は、単結晶シリコンの他に、ガリウム−砒素、またはインジウム−燐などの半導体材料を用いることもできる。
【００３１】
シリコン酸化膜３は、マスク母体を形成する際のエッチングストッパーとして機能する。しかし、シリコン酸化膜の代わりに、マスク母体の材料とのエッチング選択比がとれるものであれば、クロム、タングステン、タンタル、チタン、ニッケル、アルミニウム等の金属、これらの金属を含む合金、あるいはこれらの金属または合金と酸素、窒素、炭素等との金属化合物、また炭素を主成分とする膜などを好適に用いることが出来る。
【００３２】
マスク母体４を構成する非単結晶シリコン系薄膜としては、非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜、非晶質シリコン炭化膜、非晶質シリコン窒化膜、非晶質シリコン硫化膜等がある。
【００３３】
また、非単結晶シリコン薄膜は、水素化非単結晶シリコン薄膜であって、硼素または燐を含んでいてもよい。これらの不純物を含有させることにより、薄膜の低抵抗化を図ることが出来る。
【００３４】
非単結晶シリコン系薄膜の膜厚は、０．１μｍ以上、５μｍ以下であることが望ましい。膜厚が薄すぎると、スループットを上げるために電流値を上昇させた場合、非単結晶シリコン系薄膜４が溶解する可能性があり、厚すぎると、マスクパターンの加工精度を高くすることが出来ない。
【００３５】
以上のように構成される本実施形態に係るステンシルマスクでは、マスク母体として、従来用いられていた単結晶シリコン薄膜に代わり、非単結晶シリコン系薄膜を用いているため、電子線照射耐性および導電性等の電子線照射に優れ、かつ薄い膜厚の薄膜の形成が可能であるため、所望のアスペクト比のパターンを高精度で形成することが可能である。
【００３６】
次に、以上説明したステンシルマスクの製造プロセスについて、図２〜図４を参照して説明する。
【００３７】
まず、図２に示すように、単結晶シリコン基板１１上に、熱酸化またはＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１２を形成する。次いで、シリコン酸化膜１２上に、ＣＶＤ法により、非単結晶シリコン系薄膜、例えば非晶質シリコン薄膜１３を形成する。
【００３８】
次に、図３に示すように、非晶質シリコン薄膜１３をパターニングして、所定の透過孔パターンを有するマスク母体１４を形成する。この透過孔パターン形成プロセスは、非晶質シリコン薄膜１３上へのレジストパターンの形成工程、このレジストパターンをマスクとして用いて非晶質シリコン薄膜１３をドライエッチングする工程、レジストパターンの剥離工程という工程を順に経て行われる。
【００３９】
レジストパターンを形成するための露光は、電子線レジストを用いた電子線直描、フォトレジストを用いたステッパー露光等を好適に用いることができる。
【００４０】
また、非晶質シリコン薄膜１３をドライエッチングする際、レジストのエッチング耐性が不足している場合は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜等の無機化合物や、クロム、タングステン、タンタル、チタン、ニッケル、アルミニウム等の金属、これらの金属を含む合金、あるいはこれらの金属または合金と酸素、窒素、炭素等との金属化合物等をエッチングマスクとして適宜選択して用いることが出来る。これらのエッチングマスクは、各種薄膜形成法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等の形成方法がある。
【００４１】
ドライエッチングについては、ドライエッチング方法やエッチング条件等は特に制限されない。エッチングに使用するガスとしては、例えば、ＳＦ6ガス、ＣＦ4ガスといったフッ素系ガスを主体とした混合ガス、Ｃｌ2ガス、ＳｉＣｌ4ガスといった塩素系ガスを主体とした混合ガス、ＨＢｒガスといった臭素系ガスを主体とした混合ガス等が挙げられる。また、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。
【００４２】
その後、図４に示すように、単結晶シリコン基板１１に開口部１５を形成する。この工程には、ドライエッチング、ウェットエッチング、超音波加工、サンドブラスト等を好適に用いることができる。尚、非晶質シリコン薄膜１３のパターニング工程、単結晶シリコン基板１１への開口部の形成工程は、どちらを先に行っても良い。
【００４３】
最後に、開口部のシリコン酸化膜をフッ酸等で除去し、図４に示すように、ステンシルマスクが完成する。
【００４４】
上述したように、非晶質シリコン薄膜１３のパターニングより前に、単結晶シリコン基板１１への開口部の形成を行うことが出来る。この時、非晶質シリコン薄膜１３のパターニングより前に、単結晶シリコン基板１１の開口部に露出した酸化シリコン膜を除去することも可能である。このようなプロセスでは、非晶質シリコン薄膜１３のパターニングの際には、既に、その部分における酸化シリコン膜は存在しないため、酸化シリコン膜に生ずる応力により、ステンシルマスクに亀裂が生じたり、破壊されたりすることがない。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
実施例１
図２〜図４を参照して、本発明の一実施例に係るステンシルマスクの製造工程について説明する。
厚み５２５μｍの単結晶シリコン基板１１上に、熱酸化により、厚み１μｍのシリコン酸化膜１２を形成した。次いで、このシリコン酸化膜１２上に、プラズマＣＶＤにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質シリコン膜１３を形成した。
【００４７】
プラズマＣＶＤの条件は次の通りである。
原料ガス：ＳｉＨ４  ３０ｓｃｃｍ
希釈ガス：Ｈ２  ２７０〜５６０ｓｃｃｍ
ドープガス：Ｂ２Ｈ６  ５００ｐｐｍ〜１％
またはＰＨ３  ５００ｐｐｍ〜１％
反応圧力    ：０．５〜１．５Ｔｏｒｒ
高周波電力：６０Ｗ
膜厚    ：５００ｎｍ。
【００４８】
以上のように形成した硼素または燐ドープの水素化非晶質シリコン膜１３上に、電子線レジスト（図示せず）を０．５μｍの厚さに塗布し、これに加速電圧２０ｋＶの電子線描画機を用いて描画し、その後専用のアルカリ現像液を用いて現像をおこない、レジストパターンを形成した。
【００４９】
次に、レジストパターンをマスクとして用いて、プラズマエッチング装置を用い、エッチャントとしてＳＦ６を用いて、水素化非晶質シリコン膜１３をシリコン酸化膜１２に到達する深さまでドライエッチングして、図３に示すように、パターン１４を形成した。
【００５０】
次に、レジストパターンを剥離し、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、全面にシリコン窒化膜からなる保護膜（図示せず）を形成した後、ドライエッチングにより単結晶シリコン基板１１の開口部形成領域上の保護膜を除去した。
【００５１】
次いで、約９０℃に加熱したＫＯＨ水溶液のエッチング液に収容し、保護膜をマスクとして用いて、単結晶シリコン基板１１をエッチングストッパーの役割をするシリコン酸化膜１２まで、面方位に沿った異方性エッチングを行い、開口部を形成した。次に、保護膜を約１７０℃の熱リン酸でエッチング除去した後、シリコン酸化膜１２の露出した部分をフッ酸によりエッチング除去して、図４に示すように、ステンシルマスクを完成した。
【００５２】
以上のように製造されたステンシルマスクでは、水素化非晶質シリコン膜１３は膜厚が５００ｎｍと非常に薄く、かつ応力が低いため、剥離や亀裂が生ずることがなく、また抵抗が低いため、別途金属膜を設ける必要がない。また、得られたステンシルマスクは、パターン精度が高く、荷電粒子線照射特性に優れたものであった。
【００５３】
実施例２
以下の条件のプラズマＣＶＤにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質炭化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００５４】
原料ガス：ＣＨ４  ３０ｓｃｃｍ
希釈ガス：Ｈ２  ２７０ｓｃｃｍ
ドープガス：Ｂ２Ｈ６  ５００ｐｐｍ〜１％
またはＰＨ３  ５００ｐｐｍ〜１％
反応圧力    ：０．５〜１．５Ｔｏｒｒ
高周波電力：６０Ｗ
膜厚    ：５００ｎｍ。
【００５５】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００５６】
実施例３
以下の条件のプラズマＣＶＤにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質窒化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００５７】
原料ガス：ＮＨ３  １〜３０ｓｃｃｍ
希釈ガス：Ｈ２  ２７０ｓｃｃｍ
ドープガス：Ｂ２Ｈ６  ５００ｐｐｍ〜１％
またはＰＨ３  ５００ｐｐｍ〜１％
反応圧力    ：０．５〜１．５Ｔｏｒｒ
高周波電力：６０Ｗ
膜厚    ：５００ｎｍ。
【００５８】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００５９】
実施例４
以下の条件のプラズマＣＶＤにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質硫化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００６０】
原料ガス：Ｈ２Ｓ  １〜３０ｓｃｃｍ
希釈ガス：Ｈ２  ２７０ｓｃｃｍ
ドープガス：Ｂ２Ｈ６  ５００ｐｐｍ〜１％
またはＰＨ３  ５００ｐｐｍ〜１％
反応圧力    ：０．５〜１．５Ｔｏｒｒ
高周波電力：６０Ｗ
膜厚    ：５００ｎｍ。
【００６１】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００６２】
実施例５
以下の条件のスパッタ法により、非晶質シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００６３】
スパッタターゲット：アンドープ単結晶シリコン９９．９９９％
スパッタガス：アルゴン  ３３ｓｃｃｍ
反応圧力：０．７Ｐａ
高周波電力：３００Ｗ
膜厚：５００ｎｍ。
【００６４】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００６５】
実施例６
以下の条件のスパッタ法により、非晶質炭化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００６６】
スパッタターゲット：アンドープ単結晶シリコン９９．９９９％
スパッタガス：アルゴン  ３３ｓｃｃｍ
添加ガス：メタン  １〜３３ｓｃｃｍ
反応圧力：０．７Ｐａ
高周波電力：３００Ｗ
膜厚：５００ｎｍ。
【００６７】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００６８】
実施例７
以下の条件のスパッタ法により、非晶質窒化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００６９】
スパッタターゲット：アンドープ単結晶シリコン９９．９９９％
スパッタガス：アルゴン  ３３ｓｃｃｍ
添加ガス：窒素  １〜３３ｓｃｃｍ
反応圧力：０．７Ｐａ
高周波電力：３００Ｗ
膜厚：５００ｎｍ。
【００７０】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００７１】
実施例８
以下の条件のＬＰＣＶＤにより、窒化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例１と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【００７２】
原料ガス：ＳｉＨ２Ｃｌ２＋ＮＨ３（１０〜５０ｓｃｃｍ）
反応圧力：３０〜６０Ｐａ
膜厚    ：５００ｎｍ。
【００７３】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００７４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、マスク母体を非単結晶シリコン系薄膜により構成しているため、ＣＶＤ等により容易に成膜することができ、加工プロセスの設計、制御が容易であり、加工性に優れ、所望のアスペクト比のパターンを高精度で形成することができ、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【００７５】
また、本発明の製造方法によると、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを、高精度で、応力による亀裂、剥離を生ずることなく、容易に得ることが可能である。
【００７６】
更に、本発明の露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度よいパターン露光が可能となり、その結果、半導体等のパターンの製造を、高い歩留まりで行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様に係るステンシルマスクを示す断面図。
【図２】本発明の一態様に係るステンシルマスクの製造プロセスを示す断面図。
【図３】本発明の一態様に係るステンシルマスクの製造プロセスを示す断面図。
【図４】本発明の一態様に係るステンシルマスクの製造プロセスを示す断面図。
【符号の説明】
１…ステンシルマスク
２，１１…単結晶シリコン基板
３，１２…シリコン酸化膜
４，１４…マスク母体
１３…非晶質シリコン薄膜
１５…開口部
【図１】
0004649780.tif 000002
【図２】
0004649780.tif 000003
【図３】
0004649780.tif 000004
【図４】
0004649780.tif 000005