(57)【要約】【課題】  露光時に、露光対象の帯電に起因する露光用マスクの破損の心配がなく、振動による露光パターンの位置精度や解像度の劣化がない露光用マスクとその製造方法及び露光方法、並びに半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】  露光用マスク１００を、支持枠４、支持枠４と一体となってメンブレン６を支える梁５、電子ビーム通過孔９が形成されるパターン形成部７などからなるメンブレン６、そして導電性突起物１１等で構成する。導電性突起物１１の高さは、露光時における露光用マスク１００と露光対象（例えば、半導体ウエハ上のレジスト層）との距離と同じにする。このようにすると、露光時に、露光用マスク１００と露光対象とにほとんど応力を加えることなく、導電性突起物１１を露光対象に接触させることができ、上記帯電と振動を防止できる。上記接触位置は、スクライブライン等の非回路パターン形成領域とする。【選択図】          図１
2005039055.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パターンに形成され、前記露光ビーム通過孔を通過する露光ビームによって露光対象に前記所定パターンの露光を行うのに用いられる露光用マスクであって、露光時に前記露光対象と対向する面に、前記露光対象と接触する高さの導電体を有する、露光用マスク。
【請求項２】
前記導電体が、少なくとも１つの導電性突起物からなる、請求項１に記載した露光用マスク。
【請求項３】
前記露光ビームが荷電粒子線である、請求項１に記載した露光用マスク。
【請求項４】
前記導電体が前記露光対象に接触する箇所及びその近傍を回路パターン領域以外に配置するか、若しくは異物が発生してもデバイス動作に支障のない回路パターン領域に配置する、請求項１に記載した露光用マスク。
【請求項５】
前記露光対象が、その表面にレジスト層が設けられた半導体ウエハである、請求項１に記載した露光用マスク。
【請求項６】
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パターンに形成され、前記露光ビーム通過孔を通過する露光ビームによって露光対象に前記所定パターンの露光を行うのに用いられる露光用マスクであって、露光時に前記露光対象と対向する面に、前記露光対象と接触する高さの突起物を有する、露光用マスク。
【請求項７】
前記突起物が、少なくとも３つの絶縁性又は導電性の突起物からなる、請求項６に記載した露光用マスク。
【請求項８】
前記露光ビームが荷電粒子線である、請求項６に記載した露光用マスク。
【請求項９】
前記突起物が前記露光対象に接触する箇所及びその近傍を回路パターン領域以外に配置するか、若しくは異物が発生してもデバイス動作に支障のない回路パターン領域に配置する、請求項６に記載した露光用マスク。
【請求項１０】
前記露光対象が、その表面にレジスト層が設けられた半導体ウエハである、請求項６に記載した露光用マスク。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載した露光用マスクの製造方法であって、前記露光対象と対向する面に、マスクを用いて導電体材料又は突起物材料を被着して、前記導電体又は前記突起物を所定パターンに形成する工程を有する、露光用マスクの製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載した露光用マスクの製造方法であって、前記露光対象と対向する面をパターニングして前記導電体又は前記突起物を形成する工程を有する、露光用マスクの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載した露光用マスクを用いて前記露光対象を所定パターンに露光するに際し、前記露光用マスクのマスクパターン部と前記露光対象とを所定の間隔に保持し、前記導電体又は前記突起物を前記露光対象に接触させながら前記露光を行う、露光方法。
【請求項１４】
１つの露光領域における前記露光が終了した後に、前記導電体又は前記突起物と前記露光対象とを離脱させ、この状態で前記露光対象の前記露光用マスクに対する相対位置を次の露光領域に移動させる工程とこの移動位置において前記導電体又は前記突起物を前記露光対象に再び接触させ、前記露光対象に対して前記露光を行う工程とを少なくとも１回行うことにより、前記露光対象上に所定の露光パターンを形成する、請求項１３に記載した露光方法。
【請求項１５】
前記導電体又は前記突起物を非露光領域に配置して前記露光を行う、請求項１３に記載した露光方法。
【請求項１６】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載した露光用マスクを用いて半導体ウエハ上のレジスト層を所定パターンに露光するに際し、前記露光用マスクのマスクパターン部と前記レジスト層とを所定の間隔に保持し、前記導電体又は前記突起物を前記レジスト層に接触させながら前記露光を行い、この露光後に前記レジストを現像する工程を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記現像によって形成されたレジストパターンを用いて、その下層を所定パターンにエッチングする、請求項１６に記載した半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記導電体又は前記突起物を非露光領域に配して前記露光を行う、請求項１６に記載した半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記非露光領域が前記半導体装置のスクライブライン上である、請求項１８に記載した半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光用マスクとその製造方法及び露光方法、並びに半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスはますます微細化され、紫外光を用いたリソグラフィの解像限界を超えようとしている。このため、電子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いて微細な回路パターンを描画する微細加工技術が開発されている。
【０００３】
例えば、従来の、収束させた電子ビームによって半導体ウエハ等を走査して露光させる直接描画方式は、微細パターンになるほどデータ量が多くなり、描画時間が長くなって、生産性（スループット）が低下する。そこで、所定の回路パターンを有する露光用マスクに電子ビーム又はイオンビーム等を照射し、ウエハ上に回路パターンを一括転写する、電子ビーム投影露光装置又はイオンビーム投影露光装置が提案されている。
【０００４】
これらの露光技術には、例えば、高エネルギーの電子ビームを使用する電子ビーム転写リソグラフィ（EPL：Electron Projection Lithography，H.C.Pfeiffer et al.，Jpn.J.Appl.Phys.，(1995)，34，6658参照。）、低エネルギーの電子ビームを使用する低速電子ビーム近接転写リソグラフィ（LEEPL：Low Energy Electron-beam Proximity projection Lithography，T.Utsumi，U.S.Patent No.5831272(3 November 1998) 参照。）、イオンビームを使用するイオンビーム転写リソグラフィ（IPL：Ion Projection Lithography，H.Loeschner et al.，J.Vac.Sci.Technol.，(2001)，B19，2520参照。）等がある。
【０００５】
電子ビーム転写型リソグラフィとしては、ＩＢＭとニコンの共同開発によるＰＲＥＶＡＩＬ（Projection Exposure with Variable axis Immersion Lenses）、ルーセント・テクノロジー等の開発によるＳＣＡＬＰＥＬ（Scattering with Angular Limitation in Projection Electron-beam Lithography）、及び東京精密とソニーの共同開発によるＬＥＥＰＬ（Low Energy Electron-beam Proximity projection Lithography）が挙げられる。
【０００６】
ＰＲＥＶＡＩＬ及びＳＣＡＬＰＥＬには、加速電圧１００ｋＶ程度の高エネルギー電子ビームが用いられる。ＰＲＥＶＡＩＬおよびＳＣＡＬＰＥＬの場合、マスクの一部を透過した電子ビームが通常４倍の縮小投影系でレジスト上に結像され、パターンが転写される。
【０００７】
一方、ＬＥＥＰＬには加速電圧２ｋＶ程度の低エネルギー電子ビームが用いられる（T. Utsumi, J. Vac. Sci. Technol. B 17, p.2897, (1999)、H. Nakano et al., Proc. SPIE 4754, p.827, (2002)参照。）。ＬＥＥＰＬはＰＲＥＶＡＩＬやＳＣＡＬＰＥＬに比較して、電子鏡筒の構成を簡素化できるという利点を有する。
【０００８】
また、一般に、電子の加速電圧が高くなるほど、レジスト中の電子の散乱が少なくなり、電子がレジストと反応する確率は低下する。したがって、高エネルギー電子ビームを用いるリソグラフィでは、より高感度のレジストが必要とされる。それに対し、ＬＥＥＰＬは電子ビームのエネルギーが低いため、レジストを高感度で利用でき、高い生産性を実現できるという特徴を有する。
【０００９】
ＬＥＥＰＬで用いられる露光用マスクは、従来の光リソグラフィで用いられてきたマスクとは構造が異なるステンシル様のマスクで、ステンシルマスクと呼ばれる。ステンシルマスクは、露光用電子ビームを透過しないメンブレン（薄膜）に、電子ビーム通過孔が露光パターンに対応して設けられたものであり、このビーム通過孔を通過した電子ビームがウエハ上のレジストを感光させることで、マスク上のパターンが等倍でウエハ上に転写される。
【００１０】
ステンシルマスクにおいては、電子ビーム通過孔を通過するビームが孔の側壁で反射され、パターン精度が損なわれるのを防止する目的で、非常に薄いメンブレンが用いられる。また、ビーム通過孔をエッチングにより高精度で加工するためにも、メンブレンは薄い方がよい。具体的には、厚さ１００ｎｍ〜１０μｍ程度のシリコン、炭化シリコン又はダイヤモンド等の薄膜がメンブレンとして用いられる。
【００１１】
図１４は、従来の露光用マスク２００を用いてＬＥＥＰＬで露光を行う場合の、露光用マスク２００の近辺の状態を示す概略断面図である。ＬＥＥＰＬでは、電子ビーム通過孔９を通過した電子ビーム３２の解像度が、電子同士の反発等で露光面に到達するまでの間に低下することがないように、露光用マスク（ステンシルマスク）２００を露光面に対して極めて近い位置に配置して露光を行う。具体的には、露光用マスク２００と電子ビームレジスト４２との間隙は、数十μｍ、例えば３０μｍ程度である。
【００１２】
このため、ＬＥＥＰＬ露光の問題点として、ウエハの帯電による静電気力でマスク破損が発生するという問題がある。絶縁膜４１が成膜された半導体ウエハ４０をＬＥＥＰＬで露光する場合、半導体ウエハ４０上の絶縁膜４１及び電子ビームレジスト４２が帯電し、露光用マスクとの間に次の式（１）で示される静電気力（クーロン力）Ｆが作用する。
Ｆ＝εＳＶ2／２Ｇ2……（１）
但し、ここで、εは誘電率、Ｓはウエハ帯電面積、Ｖは帯電領域の電位、Ｇは露光用マスクと電子ビームレジスト４２との距離である。この静電気力Ｆによって、メンブレン６の材料の降伏応力をこえる負荷が加わると、露光用マスクが破損する。
【００１３】
絶縁膜４１及び電子ビームレジスト４２の帯電を防ぐ方法として、電子ビームの直接描画方式では、レジスト４２の表面に導電性有機膜を塗布して電荷を逃がす技術が知られている。例えば、市販品では三菱レーヨンのａｑｕａＳＡＶＥ（商品名）、昭和電工のエスペーサー（商品名）などが開発されており、これらの典型的な膜厚は５０〜７０ｎｍ程度である。
【００１４】
しかしながら、ＬＥＥＰＬの場合、加速電圧が２ｋＶ程度と小さいため、レジスト４２への電子の侵入深さが１００ｎｍ弱しかなく、導電性有機膜を塗布すると、ほとんどの電子が導電性有機膜でエネルギーを失ってしまい、レジストを感光させることができない。更に、導電性有機膜の前方散乱によって解像力の劣化が発生する。また、導電性有機膜を用いるに際し、電子の侵入深さが減少することへの対策として電子ビームレジスト４２を薄膜化すると、レジスト４２のエッチング耐性が悪化するという別の問題が生じる。これらの点から、ＬＥＥＰＬでは、導電性有機膜の導入はデメリットが大きいと考えられる。
【００１５】
一方、メンブレン６の表面に金属層を形成したり、メンブレン６に導電性のある材料を用いたりすることによって、露光用マスク２００の帯電を防止する方法が提案されている（例えば、後述の特許文献１と２参照。）。しかし、これらの露光用マスク２００は、ウエハ４０と電気的な接触のない状態で用いられるから、露光用マスク２００の帯電防止がウエハ４０の帯電防止に役立つことはない。
【００１６】
ＬＥＥＰＬ露光の他の問題点として、露光中の振動によって解像力や位置精度の劣化が生じるという問題点がある。露光中に露光用マスク若しくは半導体ウエハ４１が振動すると、高周波成分は解像力の劣化を、低周波成分は位置精度の劣化を引き起こす。
【００１７】
これらの振動を低減するために、ＬＥＥＰＬ技術ではＳＬＡ（Scatterd Light Allignment）アライメント法（T.Miyatake and M.Hirose, Proc. SPIE 3048, p.225 (1997)参照。）を採用し、露光中に露光用マスク２００若しくは半導体ウエハ４０の相対位置を顕微鏡で計測し、リアルタイムでウエハステージ５０及び（図示を省略した）マスクホルダの位置および回転成分を制御する。
【００１８】
しかしながらＳＬＡ方式ではＣＣＤ（Charge Coupled Device）画像の取り込みや信号処理に有限の時間を要するため、高周波成分の検出ができない。さらには、突発的な振動が発生した場合にも、その振動を検知して補正をかけ終えるまでに有限の時間を要し、この間にも露光が進行するので位置精度や解像度の劣化は免れない。
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−３４７１０号公報（第８頁、図１及び２）
【特許文献２】特開２００３−３７０５５号公報（第４及び６頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、露光時において、露光対象の帯電に起因する露光用マスクの破損の心配がなく、振動による露光パターンの位置精度や解像度の劣化がない露光用マスクとその製造方法及び露光方法、並びに半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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パターンに形成され、前記露光ビーム通過孔を通過する露光ビームによって露光対象に前記所定パターンの露光を行うのに用いられる露光用マスクであって、露光時に前記露光対象と対向する面に、前記露光対象と接触する高さの導電体を有する、第１の露光用マスクに係わるものであり、また、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パターンに形成され、前記露光ビーム通過孔を通過する露光ビームによって露光対象に前記所定パターンの露光を行うのに用いられる露光用マスクであって、露光時に前記露光対象と対向する面に、前記露光対象と接触する高さの突起物を有する、第２の露光用マスクに係わるものである。
【００２２】
また、前記の露光用マスクの製造方法であって、前記露光対象と対向する面に、マスクを用いて導電体材料又は突起物材料を被着して、前記導電体又は前記突起物を所定パターンに形成する工程を有する、露光用マスクの製造方法に係わるものであり、また、前記露光対象と対向する面をパターニングして前記導電体又は前記突起物を形成する工程を有する、露光用マスクの製造方法に係わるものである。
【００２３】
更に、前記の露光用マスクを用いて前記露光対象を所定パターンに露光するに際し、前記露光用マスクのマスクパターン部と前記露光対象とを所定の間隔に保持し、前記導電体又は前記突起物を前記露光対象に接触させながら前記露光を行う、露光方法に係わるものであり、また、露光用マスクを用いて半導体ウエハ上のレジスト層を所定パターンに露光するに際し、前記露光用マスクのマスクパターン部と前記レジスト層とを所定の間隔に保持し、前記導電体又は前記突起物を前記レジスト層に接触させながら前記露光を行い、この露光後に前記レジストを現像する工程を含む、半導体装置の製造方法に係わるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の露光用マスク又は第２の露光用マスクは、露光時に前記露光対象と対向する面に、前記露光対象と接触する高さの導電体又は突起物を有するので、これらの露光用マスクを用いて前記露光対象を所定パターンに露光する際、前記露光用マスクのマスクパターン部と前記露光対象とを所定の間隔に保持すると、前記露光用マスクと前記露光対象とにほとんど応力を加えることなく、前記導電体又は前記突起物を前記露光対象に接触させることができる。
【００２５】
本発明の露光方法によれば、上記の状態で前記露光を行うので、第１の露光用マスクを用いれば、前記露光用マスクと前記露光対象との間に導電性の接続が形成されているため、両者は同電位に保たれ、前記露光対象の帯電に起因する静電気力によって前記露光用マスクが破損する心配がない。また、第２の露光用マスクを用いれば、前記露光用マスクと前記露光対象との接触により両者が一体化されているため、振動等により露光パターンの位置精度や解像度が劣化することがない。この際、前記接触によって前記露光用マスク或いは前記露光対象に加わる応力は軽微であるので、これによって前記露光用マスクや前記露光対象が歪みを生じて破損したり、汚染物が生じたりする心配はほとんどない。
【００２６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ上のレジスト層を所定パターンに露光するに際し前記露光方法を適用するものであるから、前記露光方法と同様の特徴を有し、第１の露光用マスクを用いれば、前記レジスト層の帯電によって前記露光用マスクが破損する心配がなく、また、第２の露光用マスクを用いれば、振動等により露光パターンの位置精度や解像度が劣化することがない。この際、前記導電体又は前記突起物が前記前記レジスト層に接触することによって、前記露光用マスクや前記露光対象が破損したり、汚染物が生じたりする心配はほとんどない。
【００２７】
また、本発明の露光用マスクの製造方法によれば、前記露光対象と対向する面に、マスクを用いて導電体材料又は突起物材料を被着して、前記導電体又は前記突起物を所定パターンに形成する工程を有するか、又は、前記露光対象と対向する面をパターニングして前記導電体又は前記突起物を形成する工程を有するので、確実に、効率よく、所定の高さを有する前記導電体又は前記突起物を有する露光用マスクを作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明において、前記導電体が、少なくとも１つの導電性突起物からなるのがよい。これは、前記露光用マスクと前記露光対象との間に導電性の接続を形成するには、少なくとも１箇所で両者が接続されていればよいからである。また、前記突起物が、少なくとも３つの絶縁性又は導電性の突起物からなるのがよい。これは、前記露光用マスクと前記露光対象とが力学的に安定に支持し合う関係を形成するには、３箇所以上での接触が望ましいからである。
【００２９】
また、前記露光ビームが荷電粒子線であるのがよい。また、前記露光対象が、その表面にレジスト層が設けられた半導体ウエハであるのがよい。本発明は、光リソグラフィーでは形成できない微細なパターンを、電子ビームやイオンビームなどの前記荷電粒子線によって前記半導体ウエハ上に形成する際に、最もよくその効果を発揮する。
【００３０】
また、前記導電体又は前記突起物が前記露光対象に接触する箇所及びその近傍を回路パターン領域以外に配置するか、若しくは異物が発生してもデバイス動作に支障のない回路パターン領域に配置するのがよい。これは、前記導電体又は前記突起物の接触による破損や汚染物の発生が皆無とは言えないので、その影響をできるだけ抑え、前記デバイスの性能や製造歩留まり等を向上させるためである。
【００３１】
また、１つの露光領域における前記露光が終了した後に、前記導電体又は前記突起物と前記露光対象とを離脱させ、この状態で前記露光対象の前記露光用マスクに対する相対位置を次の露光領域に移動させる工程とこの移動位置において前記導電体又は前記突起物を前記露光対象に再び接触させ、前記露光対象に対して前記露光を行う工程とを少なくとも１回行うことにより、前記露光対象上に所定の露光パターンを形成するのがよい。これにより、移動中に前記露光対象が前記露光用マスクと接触する事故を防止することができる。
【００３２】
また、前記導電体又は前記突起物を非露光領域に配置して前記露光を行うのがよい。これは、前述したように、前記導電体又は前記突起物の接触による破損や汚染物の発生が皆無とは言えないので、その影響をできるだけ抑えるためである。
【００３３】
前記半導体装置の製造方法においては、前記導電体又は前記突起物を非露光領域に配して前記露光を行うのがよい。また、現像によって形成された前記レジストパターンを用いて、その下層を所定パターンにエッチングするのがよい。
【００３４】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。
【００３５】
露光用マスク
図１（ａ）は、本実施の形態に基づく露光用マスク（ステンシルマスク）１００のＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｂ）は、その上面図である。露光用マスク１００は、マスク１００全体の剛性を保つための支持枠４、支持枠４と一体となってメンブレン６を支える梁５、支持枠４と梁５とによって支持されたメンブレン６、そして本発明の特徴である導電体又は突起物に当たる導電性突起物１１等からなる。
【００３６】
支持枠４の形状は、剛性を保つため、切れ目なくマスク外周部を形成する形状が望ましい。例えば、支持枠４を円板状のシリコンウエハから形成する場合には、円板の中央部を矩形状にくり抜いた形状とし、外周部を完全に残す等である。梁５の形状は、特に制限されるものではないが、一般的には格子状が好都合である。
【００３７】
露光ビームである電子ビームの吸収によって加熱され、露光用マスク１００の温度が上昇しても変形が生じないように、望ましくは、支持枠４と梁５とは熱膨張率が類似した材料からなり、より望ましくは、支持枠４と梁５とが同じ材料からなり、後述の方法等によって無垢の材料から形成されるのがよい。支持枠４と梁５の材料としては、シリコンウエハの他に、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコンや金属材料（例えば、金、銀、クロム、タングステン、白金、パラジウム、チタン等）等を挙げることができる。
【００３８】
メンブレン６は、露光パターンに対応する電子ビーム通過孔９が形成されるパターン形成部７と、支持枠４又は梁５に接合し、パターン形成部７を取り囲むように配置された支持部８とからなる（図１（ｂ）では、電子ビーム通過孔９は図示を省略している。）。図１（ｂ）に示すように、支持枠４に囲まれているメンブレン領域６全体は、梁５に接合している支持部８によって多数のパターン形成部７に分割されている。図では１６個の小領域に分割する例を示したが、これは図示する上での便宜的なものであって、通常、もっと多数の小領域に分割される。
【００３９】
先述したように、ビーム通過孔９の側壁での電子の散乱を抑制するためにも、また、ビーム通過孔９をエッチングにより高精度で加工するためにも、メンブレン６は薄い方がよい。具体的には、厚さ０．３〜０．６μｍ程度の単結晶シリコン層等の薄膜がメンブレンとして用いられる。
【００４０】
一般には、メンブレン６が薄いほど、メンブレン６はたわみやすくなり、メンブレン６のたわみは、転写されるパターンの歪みやパターンの位置ずれを引き起こす。しかしながら、本実施の形態によれば、上述したように、メンブレン６を梁５によって多数の小領域に分割して支持するので、メンブレン６のたわみを抑え、転写されるパターンの歪みやパターンの位置ずれを最小限にとどめることができる。
【００４１】
梁５を形成する場合の問題点として、梁５の位置に電子ビーム通過孔９を形成できなくなることがあるが、この問題は、相補型マスクを用いて多重露光を行うことで解決することができる（特開２００３−５９８１９号公報参照。）。相補型マスクによる多重露光は、いわゆるドーナツ型の露光パターンや、縦横比（アスペクト比）の大きなラインアンドスペ−ス（Line and Space）形の露光パターンを形成するために、ステンシルマスクによる露光では通常に行われることであるから、梁５の形成によって余分な負担が生じることはない。
【００４２】
メンブレン６の材料としては、剛性に優れると共に、電子ビームの吸収によって生じた熱をすみやかに散逸させるために熱伝達率の高いものが望ましく、単結晶シリコンの他に、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、多結晶ダイヤモンド、窒化チタン、酸化窒化チタンTiONや金属材料（例えば、金、銀、クロム、タングステン、白金、パラジウム、チタン等）等を挙げることができる。
【００４３】
本発明の特徴である導電体又は突起物に当たる導電性突起物１１の高さは、露光時における露光用マスク１００と露光対象（例えば、半導体ウエハ上のレジスト層）との距離（１０μｍ以上、通常、３０〜５０μｍ）と同じとする。例えば、露光用マスク１００と露光対象との距離が３０μｍである場合には、導電性突起物１１は、厚さ３０μｍに形成する。
【００４４】
このように導電性突起物１１の高さを設定すると、露光用マスク１００のパターン形成部７と露光対象とを所定の距離（例えば、３０μｍ）に保持すると、露光用マスク１００と露光対象とにほとんど応力を加えることなく、導電性突起物１１を露光対象に接触させることができる（後述するように、実際の操作としては、露光用マスク１００を露光対象に接近させ、導電性突起物１１がわずかに露光対象に接触したところで、露光用マスク１００と露光対象とを固定して保持するのがよい。）。
【００４５】
本実施の形態ではこの状態で露光を行うので、導電性突起物１１の接触によって露光用マスク１００と露光対象との間が電気的に接続され、両者は同電位に保たれるので、露光対象の帯電に起因する静電気力によって露光用マスク１００が破損する心配がない。また、導電性突起物１１が４箇所で露光対象と接触することによって、露光用マスク１００と露光対象とが互いに固定し合う関係となり、一体化しているため、振動等により露光パターンの位置精度や解像度が劣化することがない。
【００４６】
この際、接触によって露光用マスク１００或いは露光対象に加わる応力は軽微であるので、これによって露光用マスク１００や露光対象が歪みを生じて破損したり、汚染物が生じたりする心配はほとんどない。
【００４７】
露光用マスクの作製（１）
本実施の形態では、蒸着によって金属を被着させて導電性突起物１１を形成し、図１の（ａ）と（ｂ）に示した露光用マスク１００を作製する例を説明する。図２は、露光用マスク１００を作製する工程を示すフロー図であり、図３と図４は、その工程を示す概略断面図である。
【００４８】
図３（ａ）は、単結晶シリコンからなるシリコン基板（ウエハ）１の上に、酸化シリコン層２と厚さ０．３μｍ程度の単結晶シリコン膜３とが形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを示す断面図である。下記の工程によって、ＳＯＩウエハの単結晶シリコン膜３をメンブレン６に加工し、シリコン基板１を、マスク全体の剛性を保つ支持枠４と、支持枠４と一体となってメンブレン６を支える梁５に加工する。
【００４９】
まず、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１の裏面にレジスト膜を塗布した後、露光、現像して、支持枠４及び梁５の形状に対応してパターニングされたレジストパターン２１を形成する。支持枠４の形状は、切れ目なく、マスク外周部を形成する形状が望ましい。梁５の形状は、特に制限されるものではないが、一般的には格子状が好都合である。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン２１をマスクとして、ボッシュプロセスによりシリコン基板１をエッチングし、支持枠４と梁５とを形成する。エッチングは、酸化シリコン層２が露出するまで行い、酸化シリコン層２を、エッチングストッパー層として用いる。エッチング終了後、レジストパターン２１を除去する。なお、ボッシュプロセスとは、デポジション（堆積）条件とエッチング条件とを交互に繰り返すエッチング方法である。
【００５１】
次に、図３（ｄ）に示すように、支持枠４と梁５をマスクとして、酸化シリコン層２をエッチング除去する。このエッチング工程は、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングとする。これで支持枠４と梁５によって支持されたメンブレン６（シリコン薄膜）が形成される。メンブレン６は、支持枠４や梁５と接している支持部８と、支持部８に囲まれたパターン形成部７とからなる。裏面の加工は、これで終了する。
【００５２】
次に、図３（ｅ）に示すように、単結晶シリコン膜３の表面に厚さ５０μｍのポジレジストを塗布した後、露光、現像して、レジストパターン２２を形成する。レジストパターン２２は、露光用マスクの四隅の位置に、図１（ａ）及び（ｂ）に示した導電性突起物１１を形成するための凹部２３を有する。凹部２３は、垂直方向の断面が台形状で、上方への開口部の形状は１辺５０μｍの正方形である。このような末広がりの凹部は、レジストとしてポリメチルメタクリレートを用い、現像液としてメチルイソブチルケトンとイソプロピルアルコールの混合液を用いることで、作製することができる。
【００５３】
次に、図４（ｆ）に示すように、レジストパターン２２の上方から、金属、例えばタングステン若しくはアルミニウム等を蒸着し、凹部２３に導電性突起物１１を形成する。この後、図４（ｇ）に示すように、リフトオフ処理を行い、上部に付着した金属層２４ごと、レジストパターン２２を除去する。導電性突起物１１の高さ（層の厚さ）は、露光時における露光用マスク１００と露光対象との距離と同じとする。例えば、露光用マスク１００を用いて３０μｍ離れた位置にある電子ビームレジスト層を露光する場合には、導電性突起物１１の厚さを３０μｍとする。
【００５４】
次に、図４（ｈ）に示すように、単結晶シリコン膜３のメンブレン領域６の表面に再びレジスト膜を塗布し、露光、現像して、露光パターンに対応した電子ビーム通過孔９を形成するためのレジストパターン２５を形成する。レジスト膜のパターニングは、通常の電子ビームリソグラフィにより行うことができる。
【００５５】
次に、図４（ｉ）に示すように、レジストパターン２５をマスクとして、単結晶シリコン膜３のメンブレン領域６をエッチングし、電子ビーム通過孔９を形成する。
【００５６】
次に、図４（ｊ）に示すように、レジストパターン２５を除去して、露光用マスク１００を完成する。
【００５７】
露光用マスクの作製（２）
本実施の形態では、エッチング除去によって突起物１１ｂを形成し、露光用マスク１０１を作製する例を説明する。図５は、露光用マスクを作製する工程を示すフロー図であり、図６と図７は、その工程を示す概略断面図である。以下、重複を避けるため、露光用マスクの作製（１）との相違点に重点をおいて説明する。
【００５８】
図６（ａ）は、単結晶シリコンからなるシリコン基板（ウエハ）１の上に、酸化シリコン層２と単結晶シリコン膜３ｂとが形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハを示す断面図である。下記の工程によって、ＳＯＩウエハの単結晶シリコン膜３ｂをメンブレン６と突起物１１ｂに加工し、シリコン基板１をマスク全体の剛性を保つ支持枠４と、支持枠４と一体となってメンブレン６を支える梁５に加工する。
【００５９】
単結晶シリコン膜３ｂの厚さは、露光時きおける露光用マスク１０１と露光対象（例えば、半導体ウエハ上の電子ビームレジスト層）との距離にメンブレン６の厚みを加えたものとする。例えば、露光用マスク１０１と露光対象との距離が３０μｍで、メンブレン６の厚みが０．５μｍである場合には、単結晶シリコン膜３ｂの厚さは、３０．５μｍとする。
【００６０】
初めに、露光用マスクの作製（１）と同様にして裏面を加工し、支持枠４及び梁５を形成する。
【００６１】
即ち、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１の裏面にレジスト膜を塗布した後、露光、現像して、支持枠４及び梁５の形状に対応してパターニングされたレジストパターン２１を形成する。支持枠４の形状は、切れ目なく、マスク外周部を形成する形状が望ましく、梁５の形状は、格子状が好都合である。
【００６２】
そして、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン２１をマスクとして、ボッシュプロセスによりシリコン基板１をエッチングし、支持枠４と梁５とを形成する。エッチングは、酸化シリコン層２が露出するまで行い、酸化シリコン層２を、エッチングストッパー層として用いる。エッチング終了後、レジストパターン２１を除去する。
【００６３】
更に、図６（ｄ）に示すように、支持枠４と梁５をマスクとして、酸化シリコン層２を、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより除去する。これで、単結晶シリコン膜３ｂが支持枠４と梁５によって支持される構造が形成される。
【００６４】
次に、単結晶シリコン膜３ｂを突起物１１ｂとメンブレン６とに加工する。
【００６５】
まず、図６（ｅ）に示すように、単結晶シリコン膜３ｂの表面にネガレジストを塗布した後、露光、現像して、露光用マスクの四隅の位置にレジストパターン２６を形成する。レジストパターン２６の水平方向の断面は、１辺５０μｍの正方形とする。
【００６６】
続いて、図７（ｆ）に示すように、レジストパターン２６をマスクとして単結晶シリコン膜３ｂを３０μｍエッチングし、高さ３０μｍの突起物１１ｂを形成すると共に、単結晶シリコン膜３ｂの主要部を厚さ０．５μｍのメンブレン６に加工する。このエッチング工程は、例えば、５０質量％、温度７０℃の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いるウェットエッチングで行う。エッチング終了後、図７（ｇ）に示すように、レジストパターン２６を除去する。
【００６７】
上記のようにして、突起物１１ｂとメンブレン６が形成された後は、露光用マスクの作製（１）と同様にしてメンブレン６を加工し、露光用マスク１０１を完成する。
【００６８】
即ち、図７（ｈ）に示すように、単結晶シリコン膜３ｂのメンブレン領域６の表面に電子ビームリソグラフィによりレジストパターン２５を形成し、次に、図７（ｉ）に示すように、レジストパターン２５をマスクとしてメンブレン領域６をエッチングして電子ビーム通過孔９を形成した後、図７（ｊ）に示すように、レジストパターン２５を除去する。
【００６９】
露光方法
次に、露光用マスク１００を用いて露光を行う露光装置及び露光方法について説明する。
【００７０】
図８は、電子ビーム露光装置３０及びそれを用いる露光方法の説明図である。電子ビーム露光装置３０は、露光ビームとして電子ビーム３２を発生させる電子銃３１を備え、電子銃３１から出射された電子ビーム３２の飛行経路上には、電子銃３１側から順に、電子ビーム３２の進行方向を平行にそろえるコンデンサレンズ３３、電子ビーム３２を制限するアパーチャ３４、電子ビーム３２をラスタスキャンモード又はベクタスキャンモードで走査し、そのときでも電子ビーム３２が互いに平行なままで露光用マスク１００に垂直に入射するように電子ビーム３２を制御する主偏光器３５及び副偏向器３６等が配置されている。
【００７１】
ＬＥＥＰＬで用いられる電子ビーム露光装置３０では、図８に点線で示したように、副偏向器３６を調整することにより、露光用マスク１００に入射する電子ビームの入射角を垂直方向から微妙に変化させることが可能であり、副偏向器３６を制御して微妙な位置ずれや線幅等の補正を行うことができる。
【００７２】
図８の電子ビーム露光装置では、露光用マスク１００は、図示を省略したマスクホルダによって所定の位置に保持される。一方、露光対象である半導体ウエハ４０は、表面に酸化シリコン層などの絶縁層４１と電子ビームレジスト層４２とを形成した状態で、ウエハステージ５０によって所定の位置に保持される。露光用マスク１００に対する半導体ウエハ４０の相対位置は、ウエハステージ５０を調節することによって水平方向（ｘｙ方向）及び垂直方向（ｚ方向）に移動させることができ、露光時には、露光用マスク１００のメンブレン６と、半導体ウエハ４０上の電子ビームレジスト層４２との間隔が所定の値（１０μｍ以上、通常３０〜５０μｍ）に設定できるようになっている。
【００７３】
露光用マスク１００に対する半導体ウエハ４０の相対位置データは、先述したＳＬＡアライメント機構３７により顕微鏡画像をＣＣＤで取り込み、パターン認識等の画像処理を行うことにより、リアルタイムで取得できる。このデータは、露光前の半導体ウエハ４０の位置合わせ等に用いられる他、露光時に電子ビーム露光装置３０の副偏向器３６を制御して位置ずれの補正を行いながら電子ビーム３２を照射したり、ウエハステージ５０及びマスクホルダの位置及び回転成分をリアルタイムで制御して露光中の振動等の影響を抑制したりするために用いられる。
【００７４】
露光時には、電子銃３１から出射した電子ビーム３２を、コンデンサレンズ３３、アパーチャ３４で成形しつつ、主偏光器３５及び副偏光器３６によって電子ビーム３２の照射位置を制御し、露光用マスク１００の上をラスタスキャンモード或いはベクタスキャンモードで走査する。そして、露光用マスク１００の電子ビーム通過孔９を通過した電子の照射を受けた電子ビームレジスト４２が感光することによって、露光用マスク１００のマスクパターンが電子ビームレジスト４２に等倍で転写される。
【００７５】
図９は、本実施の形態に基づく露光方法のフロー図であり、図１０は、その概略断面図である。
【００７６】
図８に示した電子ビーム露光装置３０を用いて露光を行う場合には、まず、露光用マスク１００を図示省略したマスクホルダによって保持し、表面に酸化シリコン層などの絶縁層４１と電子ビームレジスト層４２とを形成した半導体ウエハ４０をウエハステージ５０によって保持することにより、露光用マスク１００と半導体ウエハ４０とをそれぞれの所定の位置において露光装置３０に載置する。
【００７７】
次に、ウエハステージ５０の操作によって半導体ウエハ４０を水平方向に動かし、最初の露光領域に移動させた後、ＳＬＡアライメント機構３７によって露光用マスク１００と半導体ウエハ４０との位置合わせを実施する（図１０（ａ））。
【００７８】
次に、ウエハステージ５０をピエゾ素子で駆動して上方へ移動させ、露光用マスク１００の下方に突出している導電性突起物１１に半導体ウエハ４０の表面、詳しくは電子ビームレジスト層４２の表面を接触させる（図１０（ｂ））。
【００７９】
次に、再びＳＬＡアライメント機構によって露光用マスク１００と半導体ウエハ４０の位置ずれ量を測定し、電子ビーム露光装置３０の副偏向器３６を用いて位置ずれの補正を行いながら、電子ビームを走査して半導体ウエハ４０を露光し、パターンを転写する（図１０（ｃ））。
【００８０】
この場合、導電性突起物１１の接触によって露光用マスク１００と電子ビームレジスト層４２との間が電気的に接続され、両者は同電位に保たれ、電子ビームレジスト層４２の上の静電気は露光用マスク１００とマスクホルダとを通して接地に逃がされるので、電子ビームレジスト層４２の帯電に起因する静電気力によって露光用マスク１００が破損する心配がない。
【００８１】
また、露光用マスク１００の導電性突起物１１と半導体ウエハ４０が４点で接し、互いに固定し合う関係となり、一体化しているため、振動、特に高周波振動の影響が抑制され、露光パターンの位置精度や解像度が劣化することがない。
【００８２】
この際、接触によって露光用マスク１００或いは半導体ウエハ４０に加わる応力は軽微であるので、これによって露光用マスク１００や半導体ウエハ４０が歪みを生じて破損したり、汚染物が生じたりする心配はない。
【００８３】
転写終了後、ウエハステージ５０を下げ、露光用マスク１００と半導体ウエハ４０の間に十分な距離をとる（図１０（ｄ））。この状態でウエハステージ５０の操作によって半導体ウエハ４０を水平方向に動かし、次の露光領域に移動させる（図１０（ｅ））。
【００８４】
この後、図１０（ａ）〜（ｅ）の操作による半導体ウエハ４０の露光と移動を繰り返して行い、半導体ウエハ４０上に所定の露光パターンを形成する。
【００８５】
図示を省略したが、半導体装置の製造方法では、この後、電子ビームレジスト層４２を現像する工程と、現像によって形成されたレジストパターンを用いて、その下の酸化シリコン層４１及びシリコン層４０を所定パターンにエッチングする。
【００８６】
図１１は、電子ビームレジスト層４２に帯電した電荷（この場合は電子）を取り除く経路を示す説明図である。図１１（ａ）は、露光用マスク１００が静電チャック等の手段でマスクホルダ２０に保持された状態を示す上面図であり、図１１（ｂ）は、図１０（ｃ）と同じ状態ながらマスクホルダ２０を描き加えたものであり、図１１（ｃ）は、その一部を拡大した拡大概略断面図である。
【００８７】
電子は、接地されたマスクホルダ２０を通じて大地へ放出される。即ち、図１１（ｃ）に示すように、電子ビームレジスト層４２及び絶縁層４１に帯電した電子は、導電性突起物１１を介して露光用マスク１００に取り出され、薄い酸化シリコン層２をトンネル効果によって通り抜けた後、支持枠４とマスクホルダ２０を通じて接地に逃がされる。このため、絶縁層４１を有する半導体ウエハ４０に対する露光であっても、電子ビームレジスト層４２と露光用マスク１００との間に電位差が生ずることがなく、メンブレン破損のトラブルに見舞われることがない。
【００８８】
図１２（ａ）は、本実施の形態に基づく露光用マスク（ステンシルマスク）の他の例１１０の上面図である。露光用マスク１１０は、露光用マスク１００とほぼ同じように構成されているが、裏面に導電性突起物１１の代わりに四角形の枠状導電体１１ｃを有する点が異なっており、電子ビームレジスト層４２の帯電防止には、この例のように導電体を帯状に設けることが効果的な場合がある。このように、導電体又は突起物の形状や配置は、その目的やマスクパターンの形状に応じて適宜選択自由である。
【００８９】
先述したように、導電体又は突起物の接触による破損や汚染物の発生が皆無とは言えないので、その影響をできるだけ抑え、デバイスの性能や製造歩留まり等を向上させるためには、導電体又は突起物が半導体ウエハに接触する接触域及びその近傍を回路パターン領域以外に配置するか、若しくは異物が発生してもデバイス動作に支障のない回路パターン領域に配置するのが望ましい。例えば、半導体ウエハから半導体装置を個片化するのに用いられるスクライブライン領域に接触域を配置するのがよい。
【００９０】
また、その目的が電子ビームレジスト層の帯電防止である場合には、比較的広い領域に導電体パターンを分布させるのがよい。他方、その目的が振動の低減にある場合には、外周部にできるだけ等間隔に３点〜６点ほど突起物を設ければ十分である。
【００９１】
図１２（ｂ）は、導電体又は突起物の垂直断面の形状の例を示す断面図である。垂直断面の形状も、目的や作製方法の相違に応じて様々なものが考えられる。例えば、蒸着等で形成した場合には、図１２の（ｂ−１）又は（ｂ−２）のように先端部に丸みを持つ形状になりやすく、エッチング等で形成した場合には、先端部が平坦面になりやすい。
【００９２】
導電体又は突起物の断面の幅は、３０μｍ〜１００μｍ、より好ましくは５０μｍ程度がよい。断面の幅が３０μｍ未満では十分な強度を確保できない。また、１００μｍを超えると、接触域がスクライブライン領域からはみ出る不都合がある。
【００９３】
図１３は、望ましい接触域の設定例である。図１３（ａ）は、半導体ウエハ上に形成されたチップ６１が１個ずつに個片化されるのではなく、複数個（図では６個）をまとめてモジュール６２として切断される場合である。このような場合、接触域６０は外スクライブライン（モジュール間のスクライブライン）６３に設け、従来、外スクライブライン６３に設けられていたアライメントマーク６５は内スクライブライン（モジュール間のスクライブライン以外のスクライブライン）６４に設けるのがよい。
【００９４】
図１３（ｂ）は、１つのマスクを４つの象限に分割し、４つの相補性マスクを
形成する相補型露光用マスクの例１２０である（特開２００３−５９８１９号公報参照。）。支持枠４、梁５、メンブレン６、パターン形成部７、及び支持部８等の構成は、先述した露光用マスク１０１の場合と同じである。この場合、接触域６０は梁５の下部に位置するメンブレン６である支持部８の上であればどこにとってもかまわない。
【００９５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００９６】
例えば、上述した露光方法の説明においては、低エネルギーの電子線を露光ビームとして用いる例を説明したが、本発明の露光方法は、メンブレンを有する露光マスクを露光面に対して近接させた状態で露光を行う露光方法に広く適用可能であり、露光ビームは、イオンビーム等の荷電粒子線であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、紫外光を用いた光リソグラフィーでは形成できない微細な回路パターンを、電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子線によって半導体ウエハ等の上に描画する微細加工技術、詳しくは、所定の回路パターンを有する露光用マスクに電子ビーム又はイオンビーム等を照射し、ウエハ上に回路パターンを一括転写する投影露光技術に適用されたとき、最もよくその効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく、露光用マスクの例を示す断面図（ａ）と上面図（ｂ）と変形例の露光用マスクの上面図（ｃ）である。
【図２】同、露光用マスクを作製する工程を示すフロー図である。
【図３】同、露光用マスクを作製する工程を示す概略断面図である。
【図４】同、露光用マスクを作製する工程を示す概略断面図である。
【図５】同、他の露光用マスクを作製する工程を示すフロー図である。
【図６】同、他の露光用マスクを作製する工程を示す概略断面図である。
【図７】同、他の露光用マスクを作製する工程を示す概略断面図である。
【図８】同、電子ビーム露光装置及びそれを用いる露光方法の説明図である。
【図９】同、露光方法を示すフロー図である。
【図１０】同、露光方法を示す概略断面図である。
【図１１】同、電子ビームレジスト層に帯電した電荷（この場合は電子）を取り除く経路を示す説明図である。
【図１２】同、露光用マスク（ステンシルマスク）の他の例の上面図（ａ）と、導電体又は突起物の垂直断面の形状の例を示す断面図（ｂ）である。
【図１３】同、望ましい接触域の設定例である。
【図１４】従来の露光用マスクを用いてＬＥＥＰＬで露光を行う場合の、露光用マスクの近辺の状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１…シリコン基板（ウエハ）、２…酸化シリコン層、３、３ｂ…単結晶シリコン膜、
４…支持枠、５…梁、６…メンブレン、７…パターン形成部、８…支持部、
９…電子ビーム通過孔、１１…導電性突起物、１１ｂ…突起物、
２１、２２、２５、２６…レジストパターン、２３…凹部、２４…金属層、
３０…電子ビーム露光装置、３１…電子銃、３２…電子ビーム、
３３…コンデンサレンズ、３４…アパーチャ、３５…主偏光器、３６…副偏向器、
３７…ＳＬＡアライメント機構、４０…半導体ウエハ、４１…絶縁層、
４２…電子ビームレジスト層、５０…ウエハステージ、６０…接触域、６１…チップ、
６２…モジュール、６３…外スクライブライン（モジュール間のスクライブライン）、
６４…内スクライブライン（外スクライブライン以外のスクライブライン）、
６５…アライメントマーク、
１００、１０１、１１０…露光用マスク（ステンシルマスク）、
１２０…相補型露光用マスク（ステンシルマスク）、
２００…従来の露光用マスク（ステンシルマスク）
【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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【図１４】
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【図１】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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