(57)【要約】【課題】ＳＯＩウエハを用いて作製されるステンシルマスクが有する、エッチングストッパー層の圧縮応力に起因した反りという致命的欠陥を低減し、優れた転写精度を有するステンシルマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】第１の基板に開口部が設けられ、当該第１の基板に対して高いエッチング選択性を有する第２の基板に荷電粒子線透過孔が設けられていることを特徴とするステンシルマスクであって、第１の基板および第２の基板が互いに結晶面方位の異なる単結晶シリコンからなるステンシルマスクである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板に開口部が設けられ、当該第１の基板に対して高いエッチング選択性を有する第２の基板に荷電粒子線透過孔が設けられていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
第１の基板および第２の基板が互いに結晶面方位の異なる単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスク。
【請求項３】
第１の基板が表面の結晶面方位が（１００）である単結晶シリコンからなり、第２の基板が表面の結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステンシルマスク。
【請求項４】
第１の基板と当該第１の基板に対して高いエッチング選択性を有する第２の基板を接合する工程と、前記第１の基板に開口部を形成する工程と、前記第２の基板に荷電粒子線透過孔を形成する工程と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
【請求項５】
第１の基板と第２の基板を接合する工程の後に、第２の基板の厚さを低減する工程を含むことを特徴とする請求項４記載のステンシルマスクの製造方法。
【請求項６】
第１の基板および第２の基板が互いに結晶面方位の異なる単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のステンシルマスクの製造方法。
【請求項７】
第１の基板が表面の結晶面方位が（１００）である単結晶シリコンからなり、第２の基板が表面の結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のステンシルマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線露光に用いられるステンシルマスクおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等における配線の微細化が急速に進み、更に一段と微細な回路パターンを形成するためのリソグラフィー技術の開発が進められている。特に、線幅４５ｎｍ以下のパターン形成においてはＡｒＦ液浸リソグラフィー法が最も有力な方法となっているが、ＡｒＦ液浸リソグラフィー法を用いた場合でも高アスペクト比のホールパターンの形成が困難であり、３２ｎｍノード以下の微細パターンに対しては解像限界に達する可能性がある。
【０００３】
この問題を解決する方法のひとつに荷電粒子線リソグラフィーが挙げられる。荷電粒子線リソグラフィーは、従来用いられてきたＡｒＦやＫｒＦ等のエキシマレーザーの代わりに、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を露光光源として利用する技術である。
【０００４】
荷電粒子線リソグラフィーでは露光光源となる荷電粒子線を所望の荷電粒子線透過孔パターンが形成されたステンシルマスクに照射し、ウエハ上のレジストを感光させ微細パターンの形成を行う。従来のエキシマレーザーを用いた露光方法に比べて焦点深度および解像度の向上が期待できる。
【０００５】
従来、荷電粒子線露光に用いられるステンシルマスクの製造にはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハが多く用いられている。図１（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハ１４は単結晶シリコンからなる支持層１１上にシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層１２が形成され、前記エッチングストッパー層１２の上に単結晶シリコンからなる薄膜層１３が形成された３層構造となっている。
【０００６】
ＳＯＩウエハを用いたステンシルマスク１７の構造例を図１（ｂ）に示す。支持層１１には荷電粒子線を透過させるための開口部１５が形成され、薄膜層１３には荷電粒子線を微細パターンに形成するための荷電粒子線透過孔１６が形成される。なお、薄膜層１３のうち荷電粒子線透過孔１６が形成される領域は単層自立膜（以下、メンブレンと記す）となっている。メンブレンの厚さは露光に使用する荷電粒子線の加速電圧や露光方式により異なるが、荷電粒子線透過孔１６を透過する荷電粒子線以外はメンブレンにより遮蔽もしくは散乱され、荷電粒子線透過孔１６を透過した荷電粒子線によってレジストが露光される。このようにメンブレンに微細パターンが形成されたマスクをステンシルマスクと呼ぶ。
【０００７】
通常ステンシルマスクの製造では、荷電粒子線透過孔１６と裏面の開口部１５とを別個に形成するため、荷電粒子線透過孔及び開口部を形成する際にエッチングストッパー層が必要となる。ステンシルマスクの製造にＳＯＩウエハを使用する利点は、薄膜層をメンブレンとして、シリコン酸化膜をエッチングストッパー層として利用することが可能である点である。
【０００８】
予め、薄膜層やエッチングストッパー層が形成されたＳＯＩウエハを用いることでステンシルマスクの製造自体は容易となる一方で、ＳＯＩウエハ全体にエッチングストッパー層が有する圧縮応力に起因した反りが発生するという問題がある。一般に、薄膜の応力は引っ張り応力と圧縮応力に分けられ、引っ張り応力は膜自体が収縮する方向に力が働き、
引っ張り応力を有する薄膜が形成された基板は薄膜側に凹型に反る。圧縮応力は薄膜自身が伸長する方向に力が働くため、成膜後の基板は薄膜側に凸型に反る。
【０００９】
ＳＯＩウエハの反りの原因となるシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層は圧縮応力であり、この圧縮応力は、ウエハー全体が薄膜層側に凸型に反った変形を発生させる。この反り量はＳＯＩウエハの製造方法により多少のばらつきはあるが、概ねエッチングストッパー層の応力と膜厚に依存する。エッチングストッパー層を構成するシリコン酸化膜は加熱処理により形成される熱酸化膜であり、その応力は約３００ＭＰａ程度の圧縮応力である。
【００１０】
ＳＯＩウエハ全体の反り量はエッチングストッパー層の応力の他にＳＯＩウエハを構成する各層の膜厚やウエハの口径等によっても異なるが、例えば薄膜層の膜厚が２μｍ、エッチングストッパー層の膜厚が１μｍ、支持層の膜厚が７２５μｍの８インチＳＯＩウエハでは、ＳＯＩウエハ全体で薄膜層側に８５μｍ程度膨らんだ形の反りが発生することが予想される。
【００１１】
ＳＯＩウエハに上記のような大きな反りが発生した場合、メンブレンに形成される荷電粒子線透過孔の位置精度に悪影響を及ぼす。例えば、ステンシルマスクは静電チャック方式のマスクホルダーに設置された状態で、露光機の中に設置されるが、大きな反りを有するステンシルマスクをマスクホルダーに設置すると、ステンシルマスク全体に変形が生じる。この変形には再現性及び規則性がなく、変形を予測して荷電粒子線透過孔の位置を決定する等の回避手段を採ることが出来ない。
【００１２】
また、このＳＯＩウエハの反りは、ステンシルマスクの製造の際にも悪影響を及ぼす。例えば、メンブレンに形成される荷電粒子線透過孔は、荷電粒子線描画により形成されたレジストパターンをエッチングマスクとしてプラズマエッチングにより形成されるが、荷電粒子線描画機にＳＯＩウエハを設置する際に、露光機の場合と同様にＳＯＩウエハ自体に再現性がなく制御不能な変形が発生するため、メンブレン上に形成される荷電粒子線透過孔のレジストパターンの位置精度も悪化することになる。
【００１３】
このため、位置精度の高いステンシルマスクを製造し、かつ、露光機に設置されたマスクの転写精度の悪化を防止するためには反り変形の少ないＳＯＩウエハを用いてステンシルマスクを製造することが必要となる。
【００１４】
ＳＯＩウエハの反りを緩和する方法としては、例えば、予めＳＯＩウエハの支持層裏面に形成されているシリコン酸化膜を反り調整層として用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法は効果があるものの、シリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層を除去する際に、同時に上記反り調整層として用いるシリコン酸化膜がエッチングされないよう対策をとる必要が生じる。また、ステンシルマスク裏面に絶縁性のシリコン酸化膜が残存することになるため、実際の荷電粒子線描画時にステンシルマスク裏面に荷電粒子線が照射されると、ステンシルマスク自体がチャージアップし、荷電粒子線が偏向して転写精度が大幅に悪化するという問題も発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−１５１３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ＳＯＩウエハを用いて作製されるステン
シルマスクが有する、エッチングストッパー層の圧縮応力に起因した反りという致命的欠陥を低減し、優れた転写精度を有するステンシルマスクおよ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】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の基板に開口部が設けられ、当該第１の基板に対して高いエッチング選択性を有する第２の基板に荷電粒子線透過孔が設けられていることを特徴とするステンシルマスクとしたものである。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、第１の基板および第２の基板が互いに結晶面方位の異なる単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスクとしたものである。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、第１の基板が表面の結晶面方位が（１００）である単結晶シリコンからなり、第２の基板が表面の結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステンシルマスクとしたものである。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、第１の基板と当該第１の基板に対して高いエッチング選択性を有する第２の基板を接合する工程と、前記第１の基板に開口部を形成する工程と、前記第２の基板に荷電粒子線透過孔を形成する工程と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法としたものである。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、第１の基板と第２の基板を接合する工程の後に、第２の基板の厚さを低減する工程を含むことを特徴とする請求項４記載のステンシルマスクの製造方法としたものである。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、第１の基板および第２の基板が互いに結晶面方位の異なる単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のステンシルマスクの製造方法としたものである。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、第１の基板が表面の結晶面方位が（１００）である単結晶シリコンからなり、第２の基板が表面の結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のステンシルマスクの製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明になるステンシルマスクにおいては、ＳＯＩウエハを用いて作製される従来のステンシルマスクと異なり、大きな圧縮応力を有するシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層が存在せず、したがって該ストッパー層が加工されることがない。すなわち、ＳＯＩウエハを用いて作製される従来のステンシルマスクに比べ、ステンシルマスクの致命的欠陥である反りが大幅に低減され、優れた転写精度を有するステンシルマスクを得ることができる。
【００２５】
その結果、本発明になるステンシルマスクを用いると、半導体デバイス等のパターン形成を精度良く、且つ高い歩留りで行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】(a)はＳＯＩウエハの一例を示す断面視の図である。(b)は従来のステンシルマスクの一例を示す断面視の図である。
【図２】本発明になるステンシルマスクの製造方法の一例を示す断面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明のステンシルマスクの製造方法の一例について説明する。図２(a)〜(g)は本発明になるステンシルマスクの製造方法の一例を示す断面視の工程図である。
【００２８】
まず、図２(a)に示す通り、第１の基板２１と当該第１の基板２１に対して高いエッチング選択性を有する第２の基板２２とを接合する。
【００２９】
第１の基板２１および第２の基板２２を組成する材料としては、例えば従来のＳＯＩウエハを用いて作製されるステンシルマスクの製造技術を適用できるようにするため、単結晶シリコンを好適に用いることができる。ただし、第１の基板２１に対して第２の基板２２を高いエッチング選択性を有するものとするため、上記２つの基板の結晶面方位を異なるものとすることが望ましい。それにより、例えば後に第１の基板２１をアルカリ溶液等でエッチングして開口部を形成する工程において、第２の基板２２をエッチングストッパーとして用いることが可能となる。第１の基板２１および第２の基板２２ともに単結晶シリコンとする場合には、例えば第１の基板２１としては表面の結晶面方位が（１００）である単結晶シリコン、また第２の基板２２としては表面の結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコンとすることが望ましい。なお、単結晶シリコンにはボロンやリン等の不純物が含まれていてもかまわない。
【００３０】
また、完成したステンシルマスク２７における反り量を抑制するために、第１の基板２１および第２の基板２２はできるだけ小さい反りを有するものを選択することが望ましい。
【００３１】
ここで、第１の基板２１と第２の基板２２を接合する工程において、第２の基板２２の厚さが小さすぎる場合には第２の基板２２に亀裂が生じる等の問題が発生することがある。第２の基板２２の膜厚をこうした接合が可能な限界膜厚よりも小さい膜厚とする必要がある場合には、図２(b)に示す通り、上記の接合後に第２の基板２２の厚さを低減する工程を行う。
【００３２】
ここで、上記第２の基板２２の厚さを低減する工程は研磨、またはドライエッチング、またはこれらの組み合わせにより行うことができる。また、後に荷電粒子線透過孔２６を精度良く形成するために、第２の基板２２の厚さを低減する工程は当該基板表面ができるだけ平坦になるように行うことが望ましい。
【００３３】
次に、図２(c)に示す通り、第１の基板２１下面の一部領域を除く基板全面にエッチングマスク２３を形成する。エッチングマスク２３を構成する材料としては、例えば第１の基板２１および第２の基板２２を単結晶シリコンとする場合には、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜等を好適に用いることができる。
【００３４】
次に、図２(d)に示す通り、エッチングマスク２３が形成されていない領域における第１の基板２１を除去し、開口部２４を形成する。
【００３５】
次に、図２(e)に示す通り、不要となったエッチングマスク２３を除去する。
【００３６】
次に、図２(f)に示す通り、メンブレンとなった第２の基板２２上面に電子線レジスト等からなるエッチングマスク２５を形成する。
【００３７】
次に、図２(g)に示す通り、エッチングマスク２５を用いてドライエッチング等による
エッチング加工により第２の基板２２に荷電粒子線透過孔２６を形成する。その後、残存するエッチングマスク２５を除去することによりステンシルマスク２７を得る。
【００３８】
上記した本発明のステンシルマスクの製造方法によるとＳＯＩウエハを用いて作製される従来のステンシルマスクと異なり、大きな圧縮応力を有するシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層が存在しないステンシルマスクを製造することができる。すなわち、ＳＯＩウエハを用いて作製される従来のステンシルマスクに比べ、ステンシルマスクの致命的欠陥である反りが大幅に低減され、優れた転写精度を有するステンシルマスクを得ることができる。
【００３９】
その結果、本発明のステンシルマスクの製造方法によって作製されたステンシルマスクを用いると、半導体デバイス等のパターンの製造を高い歩留りで行うことが出来る。
【実施例】
【００４０】
以下実施例により、本発明のステンシルマスクの製造方法について説明する。
【００４１】
まず、図２(a)に示す通り、表面の結晶面方位が（１００）である２００ｍｍΦ、７２５μｍ厚の単結晶シリコンからなる第１の基板２１、および表面の結晶面方位が（１１１）である２００ｍｍΦ、７２５μｍ厚の単結晶シリコンからなる第２の基板２２を用意した。その後、当該２つの基板に対してＡｒイオンビームを用いて表面活性化処理を行い、無荷重、常温条件下で接合した。
【００４２】
ここで、上記接合した基板が有する反り量を測定したところ、＋１．０μｍであった。なお、反り量の符号は基板の上面側に膨らんでいる場合を＋（プラス）、下面側に膨らんでいる場合を−（マイナス）と定義する。また、基板の自重による影響を除外するため、基板上面側を上にして測定した反り量と下面側を上にして測定した反り量の差の１／２を基板の反り量とした。
【００４３】
次に、図２(b)に示す通り、第２の基板２２の厚さを低減する工程を行った。まず研磨により第２の基板２２の厚さを７２５μｍから１００μｍに低減し、さらにフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより２０μｍに低減した。
【００４４】
次に、図２(c)に示す通り、上記接合した基板全面にCVD法により厚さ５００ｎｍのシリコン窒化膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより第１の基板２１下面に形成された前記シリコン窒化膜をパターニングしてエッチングマスク２３を形成した。
【００４５】
次に、図２(d)に示す通り、エッチングマスク２３を用いて水酸化カリウム水溶液により第１の基板２１をエッチングして除去し、開口部２４を形成した。
【００４６】
ここで、水酸化カリウム水溶液に対して結晶面方位（１１１）の単結晶シリコンからなる第２の基板２２はエッチングレートが非常に遅いため、第１の基板２１をエッチングする際のエッチングストッパーとして機能した。
【００４７】
次に、図２(e)に示す通り、熱リン酸溶液を用いて不要となったエッチングマスク２３を除去した。
【００４８】
次に、図２(f)に示す通り、厚さ２０μｍのメンブレンが形成された第２の基板２２上面に電子線レジストをスピンナーで塗布して１．０μｍ厚の感光層（図示せず）を形成し、電子ビーム描画、現像等のパターニング処理を行って、エッチングマスク２５を形成し
た。
【００４９】
次に、図２(g)に示す通り、エッチングマスク２５を用いてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより第２の基板２２に荷電粒子線透過孔２６を形成した。その後、残存するエッチングマスク２５をアッシングにより除去することによりステンシルマスク２７を得た。
【００５０】
以上の方法により作製したステンシルマスク２７が有する反り量は＋１．５μｍと非常に平坦であった。
【符号の説明】
【００５１】
１１、支持層
１２、エッチングストッパー層
１３、薄膜層
１４、ＳＯＩウエハ
１５、２４、開口部
１６、２６、荷電粒子線透過孔
１７、２７、ステンシルマスク
２１、第１の基板
２２、第２の基板
２３、２５、エッチングマスク
【図１】
2012068586.tif 000003
【図２】
2012068586.tif 000004