(57)【要約】【課題】  荷電ビーム成形のための開口パターンが、微細かつ寸法と位置の精度が良く、加えてパターン頂点に全く丸みの無い荷電ビーム成形マスクを提供する。【解決手段】  多層構造の薄膜に多角形開口を有する荷電ビーム成形マスクであって、各薄膜層に形成された異なる貫通口の重なり部分で前記多角形開口を形成し、各薄膜層に形成された開口の辺と辺が重なり合う位置で前記多角形開口の頂点を形成するために、ビーム成形パターンの頂点に丸みが無く、かつ、位置合わせリソグラフィとドライエッチングによって開口を形成するため、位置精度と寸法精度に優れたビーム成形パターンを有する荷電ビーム成形透過マスクを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の薄膜を積層した構造の積層膜に荷電ビームが透過する多角形開口を設けた荷電ビーム成形マスクであって、
前記多角形開口は、前記積層膜の各薄膜層に形成された異なる形状の貫通口を重ね合わせて形成され、
前記多角形開口の頂点が各薄膜層に形成された貫通口の辺と辺が交差することにより形成されている、
ことを特徴とする荷電ビーム成形マスク。
【請求項２】
前記薄膜層がシリコン膜層であり、前記貫通口が前記シリコン膜層に対するリソグラフィ工程とドライエッチング工程によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム成形マスク。
【請求項３】
複数の薄膜を積層した構造の積層膜に荷電ビームが透過する多角形開口を設けた荷電ビーム成形マスクの製造方法であって、
支持基板上に第１の薄膜層を積層して第１の貫通口を形成する工程と、
前記第１の薄膜層上に埋め込み層を介して第２の薄膜層を積層して第２の貫通口を形成する工程と、
前記支持基板及び埋め込み層を除去して前記荷電ビーム成形マスク及び多角形開口を形成する工程とを有し、
前記多角形開口の頂点を各薄膜層に形成された貫通口の辺と辺が交差することにより形成する、
ことを特徴とする荷電ビーム成形マスクの製造方法。
【請求項４】
前記薄膜層がシリコン膜層であり、前記シリコン膜層に対するリソグラフィ工程とドライエッチング工程によって前記貫通口を形成することを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム成形マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線露光装置やイオンビーム露光装置等に用いられる荷電ビーム成形マスク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイス製造やフォトマスク製造では、電子線露光装置やイオンビーム露光装置等の荷電ビームによるパターン形成法が用いられている。すなわち、荷電ビームによってパターンを形成するには、所定の形状に荷電ビームを成形するための貫通口を有する荷電ビーム成形マスクが用いられており、近年の半導体デバイスやフォトマスクの微細化に伴い、貫通口の位置や形状の精度要求が徐々に厳しくなってきている。
【０００３】
荷電ビーム成形マスクは、一般には、荷電ビーム成形マスクとしてタンタルやモリブデン等の金属板に、放電加工や切削加工によってビーム成形用の貫通口を設けたものが使用されている。若しくは、それぞれ貫通口を設けた複数の金属板を貼り合わせて、所望形状の貫通口を形成したマスクが使用されている。
【０００４】
しかし、タンタルやモリブデンの放電加工または切削加工では、貫通口の微細化が困難であり、また多角形状の貫通口の頂点部分が丸くなる問題がある。そのため微細、かつ頂点に丸みの無いビームが成形できないという問題がある。
また、貼り合わせ方式では、板（貫通口）と板（貫通口）の重ね合わせで多角形の頂点を形成するために、丸みの無い頂点の形成が可能であるが、機械的に板と板を貼り合わせるため穴の微細化が困難で、位置や寸法の制御も難しいという問題がある。加えて、矩形以外の多角形を形成する場合には、形状の制御が更に難しくなるという問題がある。
【０００５】
このような放電加工および切削加工による貫通口頂点の丸みの課題については、単一板に表裏から異なる矩形を加工し、表裏の開口の重ね合わせの部位で矩形を形成することで、頂点に丸みの無い開口を有するビーム成形マスクを作製する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、表裏の加工形状を三角形とし、その重ね合わせから六角形の開口を形成する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１-２４４１７１号公報
【特許文献２】特開２００４-２６６１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１及び２に開示されるような方法では、単一板の表裏への開口の加工を放電加工または切削加工で実施するため、微細な開口形成が難しく、開口寸法と開口位置を高い精度で制御することが困難である。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するには、シリコンなどの薄膜材料上にフォトリソグラフィや電子線リソグラフィによって精度の良い微細なレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングで精度の良い開口を形成する方法が可能である。この方法によれば、任意の多角形開口を有する荷電ビーム成形マスクを容易に作製することができる。
しかし、リソグラフィやドライエッチングによっても完全に丸みの無い頂点の形成はできないため、結果的に成形ビームの頂点が丸くなってしまうという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、多角形開口の特に頂点部分を丸みのない形状に形成でき、高精度の成形ビームを作成できる荷電ビーム成形マスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明は、複数の薄膜を積層した構造の積層膜に荷電ビームが透過する多角形開口を設けた荷電ビーム成形マスクであって、前記多角形開口は、前記積層膜の各薄膜層に形成された異なる形状の貫通口を重ね合わせて形成され、前記多角形開口の頂点が各薄膜層に形成された貫通口の辺と辺が交差することにより形成されていることを特徴とする。
また本発明は、複数の薄膜を積層した構造の積層膜に荷電ビームが透過する多角形開口を設けた荷電ビーム成形マスクの製造方法であって、支持基板上に第１の薄膜層を積層して第１の貫通口を形成する工程と、前記第１の薄膜層上に埋め込み層を介して第２の薄膜層を積層して第２の貫通口を形成する工程と、前記支持基板及び埋め込み層を除去して前記荷電ビーム成形マスク及び多角形開口を形成する工程とを有し、前記多角形開口の頂点を各薄膜層に形成された貫通口の辺と辺が交差することにより形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の荷電ビーム成形マスク及びその製造方法によれば、多角形開口の頂点に全く丸みが無く、高精度かつ微細な任意の多角形転写パターンを有する荷電ビーム成形マスクを提供できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態は、多層構造の薄膜に多角形開口を有する荷電ビーム成形マスクであって、荷電ビーム貫通口をフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィとドライエッチングによって加工することで微細かつ寸法と位置の精度の良い貫通口を設け、かつ各薄膜層に形成された異なる貫通口の重なり部分で多角形開口を形成し、各薄膜層に形成された貫通口の辺と辺が重なり合う位置で多角形開口の頂点を形成することにより、多角形開口の頂点に全く丸みの無い開口を有する荷電ビーム成形マスクを作製する。
【００１２】
以下、本実施の形態による荷電ビーム成形マスク及びその製造方法を説明する。
図１は本実施の形態による荷電ビーム成形マスクを構成する複数の薄膜層の一例を示す概念図であり、図１（ａ）は概略平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の補助線４における概略断面図である。
本例では、第１の貫通口１１が形成された第１の薄膜層１を形成し、その上に第１の貫通口１１とは異なる第２の貫通口１２が形成された第２の薄膜層２を形成する。
第１の貫通口１１と第２の貫通口１２の重なりにより、第３の貫通口１３が形成され、本実施の形態による荷電ビーム成形マスク３が作製される。
第３の貫通口１３を構成する各辺は、第１の貫通口１１または第２の貫通口１２の辺から構成され、また第３の貫通口１３の各頂点は、第１の貫通口１１と第２の貫通口１２の辺の重なりで構成される。したがって、第３の貫通口１３は丸みの無い頂点を有する多角形状に形成されている。
【００１３】
図２は本実施の形態による荷電ビーム成形マスクの製造方法の一例を示す部分断面図である。
なお、ここでは異なる２つの層に形成した異なる２つの貫通口を重ねることで、丸みの無い頂点を有する微細かつ高精度に寸法と位置が制御された貫通口を形成する例を示すが、重ねる層を増やすことで、より複雑な形状を形成することも可能であるものとする。
【００１４】
以下、図２に沿って本例の作製工程について順次説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、支持基板５の一方の面上に、エッチング停止層６及び第１の薄膜層１を形成した多層基板７を作製する。
次に、図２（ｂ）に示す通り、フォトリソグラフィや電子線リソグラフィ等のリソグラフィと、ドライエッチングとによって、第１の薄膜層１に、第１の貫通口１１と位置合わせマーク１４を形成する。この時、エッチングがエッチング停止層６で停止されるため、エッチングは支持基板５までは到達しない。
また、ドライエッチングについては、ドライエッチング方法や条件等は特に制限されない。ドライエッチング装置としては、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波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。なお、開口を形成する方法としては、ドライエッチングの他にイオンビームエッチングも好適に用いることができる。
【００１５】
次に、図２（ｃ）に示す通り、めっき法によって第１の貫通口１１と位置合わせマーク１４に埋め込み層８を充填後、表面を研磨して平坦化する。この埋め込み方法としては、めっき法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等も好適に用いることができる。また、表面研磨法としては機械研磨、化学機械研磨（ＣＭＰ）等が好適に用いられる。
【００１６】
次に、図２（ｄ）に示す通り、平坦化した表面上に緩衝層９をＣＶＤ法で成膜する。緩衝層９は、後の工程で実施する薄膜層２への第２の貫通口１２を形成する際に、エッチング停止層として用いる。緩衝層９の成膜方法としてはＣＶＤ法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、めっき法等も好適に用いることができる。
【００１７】
次に、図２（ｅ）に示す通り、緩衝層９の上に第２の薄膜層２をＣＶＤ法によって成膜する。成膜方法としてはＣＶＤ法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、めっき法等も好適に用いることができる。
【００１８】
次に、第１の薄膜層１に形成した位置合わせマーク１４を露出させる工程を実施する。図２（ｆ）に示す通り、第２の薄膜層２上にフォトレジスト１０を塗布し、フォトリソグラフィによって、位置合わせマーク１４周辺のレジスト１５を除去する。
【００１９】
次に、図２（ｇ）に示す通り、レジスト１０をマスクとして、ドライエッチングによって、第２の薄膜層２及び緩衝層８を除去し、位置合わせマーク１４を露出させる。ドライエッチング装置としては、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置が好適に用いられる。エッチング方法としてはドライエッチングの他に、ウェットエッチング、イオンビームエッチング、超音波加工等も好適に用いることができる。
次に、図２（ｈ）に示す通り、レジスト１０を剥離する。
【００２０】
次に、フォトリソグラフィや電子線リソグラフィによって、第２の薄膜層２上に第２の貫通口１２を形成するためのレジストパターンを形成する。この時、レジストパターンは位置合わせマーク１４を用いた位置合わせリソグラフィによって形成するため、第１の貫通口と高い精度で位置合わせができる。次に、図２（ｉ）に示す通り、上記レジストパターンをマスクとして、ドライエッチングによって第２の薄膜層２に第２の貫通口１２を形成する。この時、エッチングはエッチング緩衝層９で停止される。開口を形成する方法としては、ドライエッチングの他にイオンビームエッチングも好適に用いることができる。
【００２１】
次に、図２（ｊ）に示す通り、ＣＶＤ法によって基板全面に窒化シリコンや酸化シリコンなどのウェットエッチングマスク１６を成膜し、支持基板５の裏面をエッチングするためのパターン１７をフォトリソグラフィとドライエッチングによって形成する。支持基板５をエッチングするためのパターン１７の形成方法としては、ドライエッチングの他にウェットエッチング、イオンビームエッチング、超音波加工等も好適に用いることができる。
【００２２】
次に、図２（ｋ）に示す通り、加熱した水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等のアルカリ液浸積によるウェットエッチングによって支持基板５に開口１８を形成する。エッチングはエッチング停止層６で停止される。
【００２３】
ここではウェットエッチングによる基板裏面開口形成の例を示したが、ドライエッチングによる基板裏面開口形成も可能である。この場合、エッチングマスクは少なくとも基板裏面に形成すれば良く、エッチングマスクとしてはレジスト、酸化シリコン、金属膜等を好適に用いることができる。ドライエッチング方法としては側壁保護プラズマエッチングや低温プラズマエッチング等を好適に用いることができる。
【００２４】
次に、図２（ｌ）に示す通り、ウェットエッチングによってウェットエッチングマスク１６を除去し、開口１８の底部１９に露出する、エッチング停止層６、埋め込み層８、緩衝層９を除去して、本発明による荷電ビーム成形マスク３を得る。本発明による荷電ビーム成形マスク３は、第１の薄膜層１に形成された第１の貫通口１１と、第２の薄膜層２に形成された貫通口１２の重なりによって形成される第３の貫通口１３を有し、第３の貫通口１３の辺は、第１の貫通口１１と第２の貫通口１２の辺の一部から構成され、第３の貫通口１３の頂点は第１の貫通口１１と第２の貫通口１２の辺の重なりによって形成される。
【００２５】
本実施の形態による荷電ビーム成形マスク３の表面にスパッタ法やＣＶＤ法によって金属膜を成膜することで、荷電ビーム成形マスク３の導電性と耐熱性を向上することもできる。この場合、少なくとも第３の貫通口１３の片面に金属膜を成膜すればよいが、導電性と耐熱性の向上のためには両面に金属膜を成膜することが好ましい。
【実施例１】
【００２６】
次に、図２に示す荷電ビーム成形マスクの作製方法を用いて具体的な実施例を説明する。
まず、図２（ａ）に示す通り、単結晶シリコンからなる厚さ５２５マイクロメートルの支持基板５の一方の面上に、熱酸化法によって厚さ０．８マイクロメートルの酸化シリコンから成るエッチング停止層６を形成し、エッチング停止層６上に、ＣＶＤ法によって厚さ１０マイクロメートルのシリコン層を堆積して第１の薄膜層１を成膜して、多層基板７を作製する。
【００２７】
次に、図２（ｂ）に示す通り、電子線リソグラフィと、フッ素系ガス及び塩素系ガスの混合ガスによるドライエッチングによって、第１の薄膜層１に、第１の貫通口１１と位置合わせマーク１４を形成する。この時、エッチングはエッチング停止層６で停止される。
【００２８】
ドライエッチングについては、ドライエッチング方法や条件等は特に制限されない。ドライエッチング装置としては、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波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。開口を形成する方法としては、ドライエッチングの他にイオンビームエッチングも好適に用いることができる。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示す通り、めっき法によって、第１の貫通口１１と位置合わせマーク１４にニッケル埋め込み層８を充填後、表面をＣＭＰ法によって研磨して平坦化する。埋め込み方法としてはめっき法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、ＣＶＤ法等も好適に用いることができる。
【００３０】
次に、図２（ｄ）に示す通り、平坦化した表面上に厚さ１マイクロメートルの酸化シリコンから成る緩衝層９をＣＶＤ法で成膜する。緩衝層９は、後の工程で実施するシリコンから成る薄膜層２への第２の貫通口１２を形成する際に、エッチング停止層として用いる。緩衝層９の成膜方法としてはＣＶＤ法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、めっき法等も好適に用いることができる。
【００３１】
緩衝層としては、後に形成する薄膜層２に対するエッチング選択性が高く、最終的に容易に除去できる特性があれば、材質は特に制限されない。本実施例の酸化シリコンによる緩衝層の場合、シリコンに対してエッチング選択性が高く、またフッ化水素水溶液で容易に除去できるため、緩衝層として適している。
【００３２】
次に、図２（ｅ）に示す通り、緩衝層９の上に第２の薄膜層２としてシリコン薄膜をＣＶＤ法によって１０マイクロメートルの厚さに成膜する。成膜方法としてはＣＶＤ法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、めっき法等も好適に用いることができる。
【００３３】
次に、第１の薄膜層１に形成した位置合わせマーク１４を露出させる工程を実施する。図２（ｆ）に示す通り、シリコンからなる第２の薄膜層２上にフォトレジスト１０を塗布し、フォトリソグラフィによって、位置合わせマーク１４周辺のレジスト１５を除去する。
【００３４】
次に、図２（ｇ）に示す通り、レジスト１０をマスクとして、塩素系ガスによるドライエッチングによって、シリコンからなる第２の薄膜層２を除去し、次いでフッ化炭素系のガスによるドライエッチングによって酸化シリコンからなる緩衝層８を除去し、位置合わせマーク１４を露出させる。
【００３５】
ドライエッチング装置としては、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置が好適に用いられる。エッチング方法としてはドライエッチングの他に、ウェットエッチング、イオンビームエッチング、超音波加工等も好適に用いることができる。
【００３６】
続いて、電子線リソグラフィによって、シリコンからなる第２の薄膜層２上に第２の貫通口１２を形成するためのレジストパターンを形成する。この時、レジストパターンは位置合わせマーク１４を用いた位置合わせリソグラフィによって形成するため、第１の貫通口と位置の誤差が５０ナノメートル以下という高い精度で位置合わせが行われる。次に上記レジストパターンをマスクとして、フッ素系ガス及び塩素系ガスの混合ガスによるドライエッチングによってシリコンからなる第２の薄膜層２に第２の貫通口１２を形成する。この時、エッチングは酸化シリコンからなるエッチング緩衝層９で停止される。開口を形成する方法としては、ドライエッチングの他にイオンビームエッチングも好適に用いることができる。
【００３７】
次に、図２（ｈ）に示す通り、酸素プラズマによるアッシングによってレジスト１０を剥離する。ここではレジストの剥離を酸素プラズマによるアッシングによって実施したが、この他にレジスト剥離液によるウェットエッチングも好適に用いることができる。
【００３８】
次に、図２（ｉ）に示す通り、ＣＶＤ法によって基板全面に窒化シリコン膜からなるウェットエッチングマスク１６を厚さ１マイクロメートルに成膜し、シリコンからなる支持基板５をエッチングするためのパターン１７をフォトリソグラフィとフッ素系ガスによるドライエッチングによって形成する。支持基板５をエッチングするためのパターン１７の形成方法としては、ドライエッチングの他にウェットエッチング、イオンビームエッチング、超音波加工等も好適に用いることができる。
【００３９】
次に、図２（ｋ）に示す通り、前記基板全体を８５℃に加熱した濃度２０％の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）液に浸積し、異方性ウェットエッチングによってシリコンからなる支持基板５に開口１８を形成する。ＴＭＡＨによるウェットエッチングは酸化シリコンに対して高いエッチング選択性を有するため、エッチングは酸化シリコンからなるエッチング停止層６で停止される。
【００４０】
ここではウェットエッチングによるシリコン支持基板５への開口形成の例を示したが、ドライエッチングによる基板裏面開口形成も好適に用いることができる。この場合、エッチングマスクは少なくとも基板裏面に形成すれば良く、エッチングマスクとしてはレジスト、酸化シリコン、金属膜等を好適に用いることができる。ドライエッチング方法としては側壁保護プラズマエッチングや低温プラズマエッチング等を好適に用いることができる。
【００４１】
次に、１６０℃に加熱した濃度８５％のリン酸水溶液によるウェットエッチングでシリコン窒化膜からなるウェットエッチングマスク１６を除去し、次いで濃度５％のフッ酸水溶液によるウェットエッチングで開口１８の底部１９に露出するシリコン酸化膜からなるエッチング停止層６および緩衝層９を除去し、次いで塩化第２鉄液によるウェットエッチングでニッケル埋め込み層８を除去して、図２（ｌ）に示す本発明による荷電ビーム成形マスク３を得る。
【００４２】
本実施例によって得られる荷電ビーム成形マスク３の開口は、正方形開口の場合において最小寸法が１辺５００ナノメートルまで形成可能であり、位置誤差は５０ナノメートル以下で、かつ開口部の頂点に全く丸みが無いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態による荷電ビーム成形マスクを構成する複数の薄膜層の一例を示す概念図である。
【図２】図１に示す荷電ビーム成形マスクの製造方法の一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１……第１の薄膜層、２……第２の薄膜層、３……荷電ビーム透過マスク、４……補助線、５……支持基板、６……エッチング停止層、７……多層基板、８……埋め込み層、９……緩衝層、１０……フォトレジスト、１１……第１の貫通口、１２……第２の貫通口、１３……第３の貫通口、１４……位置合わせマーク、１５……位置合わせマーク周辺のレジスト、１６……ウェットエッチングマスク、１７……支持基板エッチングパターン、１８……支持基板に形成した開口、１９……支持基板開口の底部。
【図１】
2007220955.tif 000003
【図２】
2007220955.tif 000004