(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する基体と、この基体により周縁部が支持され、周縁部以外の部分が前記開口部から露出する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酸化シリコン薄膜の単層からなり、前記酸化シリコン薄膜は、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有し、前記酸化シリコンのシリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下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、反応性蒸着法により、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有し、シリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下である酸化シリコン薄膜の単層を成膜する工程、
前記酸化シリコン薄膜をパターニングする工程、および
前記基体の、酸化シリコン薄膜とは反対側を選択的にエッチングして、開口部を形成し、前記酸化シリコン薄膜を露出する工程
を具備するステンシルマスクの製造方法。
【請求項３】
基体上に、有機原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有し、シリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下である酸化シリコン薄膜の単層を成膜する工程、
前記酸化シリコン薄膜をパターニングする工程、および
前記基体の、酸化シリコン薄膜とは反対側を選択的にエッチングして、開口部を形成し、前記酸化シリコン薄膜を露出する工程
を具備するステンシルマスクの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項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、開口部を有する基体と、この基体により周縁部が支持され、周縁部以外の部分が前記開口部から露出する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酸化シリコン薄膜の単層からなり、前記酸化シリコン薄膜は、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有し、前記酸化シリコンのシリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下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】
このような本発明のステンシルマスクによると、マスク母体を酸化シリコン薄膜により構成しているため、シリコンと酸素との原子比を２：１以上、１：２以下に制御することにより、酸化シリコン薄膜に加わる応力の設計・制御が可能となり、また低抵抗化を図ることができる。
【００１４】
また、酸化シリコン薄膜は、反応性蒸着法やＣＶＤ等により容易に成膜することができ、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るので、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を可能とする。
【００１５】
本発明のステンシルマスクにおいて、酸化シリコン薄膜は、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有する。この範囲の膜厚は、単結晶シリコンでは成膜が困難であったが、反応性蒸着法やＣＶＤ法等により、制御性よく、容易に得ることが可能である。
【００１６】
また、酸化シリコン薄膜は、シリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下である。このような酸化シリコン薄膜は、応力制御が可能な原子比範囲の膜であって、導電性を有するため、チャージアップを防止することが出来る。
【００１７】
また、本発明は、基体上に、反応性蒸着法により、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有し、シリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下である酸化シリコン薄膜の単層を成膜する工程、前記酸化シリコン薄膜をパターニングする工程、および前記基体の、酸化シリコン薄膜とは反対側を選択的にエッチングして、開口部を形成し、前記酸化シリコン薄膜を露出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。
【００１８】
更に、本発明は、基体上に、有機原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有し、シリコンと酸素の原子比が２：１以上、１：２以下である酸化シリコン薄膜の単層を成膜する工程、前記酸化シリコン薄膜をパターニングする工程、および前記基体の、酸化シリコン薄膜とは反対側を選択的にエッチングして、開口部を形成し、前記酸化シリコン薄膜を露出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。
【００２０】
これら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、加工性よく、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。
【００２１】
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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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、所定の透過孔パターンを有し、酸素および／または窒素を含むシリコン化合物薄膜からなるマスク母体３を形成することにより構成されている。
【００２４】
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。
【００２５】
マスク母体３を構成するシリコン化合物薄膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、および酸窒化シリコン膜がある。
【００２６】
シリコン化合物薄膜の膜厚は、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、シリコン化合物薄膜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。
【００２７】
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、酸素および／または窒素を含むシリコン化合物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。
【００２８】
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。
【００２９】
まず、図２に示すように、単結晶シリコン基板１１上に、反応性蒸着法またはプラズマＣＶＤ法により、酸素および／または窒素を含むシリコン化合物薄膜１２を形成する。
【００３０】
次に、図３に示すように、シリコン化合物薄膜１２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１３を形成する。この透過孔パターン形成プロセスは、シリコン化合物薄膜１２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シリコン化合物薄膜１２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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、シリコン化合物薄膜１２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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１４を形成することにより、ステンシルマスクが完成する。
【００３５】
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、シリコン化合物薄膜１２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。
【００３６】
【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。
【００３７】
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、真空蒸着装置を用いた反応性蒸着により、酸化シリコン膜１２を形成した。
【００３８】
反応性蒸着の条件は次の通りである。
原料：ＳｉＯ
反応ガス：Ｏ２（＋５％オゾン）
反応圧力：１０−８〜１０−４Ｔｏｒｒ
成膜速度：１〜２オングストローム／秒
膜厚：５００ｎｍ。
【００３９】
以上のように形成した酸化シリコン膜１２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（図示せず）を形成した。
【００４０】
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、酸化シリコン膜１２をドライエッチングして、図３に示すように、パターン１３を形成した。
【００４１】
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。
【００４２】
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て、図４に示すように、ステンシルマスクを完成した。
【００４３】
以上のように製造されたステンシルマスクでは、酸化シリコン膜１２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、酸化シリコン膜１２は加工性が良好であるため、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。
【００４４】
実施例２
平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて、以下の条件のプラズマＣＶＤにより、酸化シリコン膜１２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。
【００４５】
原料ガス：ＴＥＯＳ＋Ｏ２  （０−２０％
反応圧力：５Ｐａ
高周波電力：１００Ｗ
膜厚：５００ｎｍ。
【００４６】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００４７】
実施例３
ＬＰＣＶＤ装置を用いて、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。
【００４８】
原料ガス：ＳｉＨ２ＣＩ２  ＋  ＮＨ３（１０〜５０％）
反応圧力：３０〜６０Ｐａ
膜厚：５００ｎｍ
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、マスク母体をシリコン化合物薄膜により構成しているため、反応性蒸着や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、その結果、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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
３，１３…マスク母体
１２…シリコン化合物薄膜
１４…開口部
【図１】
0004792666.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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