(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板から、シリコン活性層を支持するためのメッシュ状の壁を、シリコン層をドライエッチングすることにより形成する際に、メッシュ状の壁とシリコン活性層表面に発生する残渣を、前記表面を荒らすことなく除去する手段の提供である。【解決手段】３層構造のＳＯＩ基板の支持層表面に、アルカリ耐性を有し、フッ酸で剥離可能な、ドライエッチング耐性を有するハードマスク層を形成する工程、活性層表面に、アルカリ耐性を有しフッ酸で剥離可能な保護層を形成する工程、前記ハードマスク層表面に、レジストパターンを形成する工程、前記ハードマスク層および支持層を、レジストパターンを用いてドライエッチングし、開口部を形成する工程、前記支持層の側壁残渣を強アルカリ性の薬液で除去する工程、前記中間層と前記保護層をフッ酸により除去する工程、を備えているステンシルマスクブランクスの製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持シリコン層、酸化シリコン層、シリコン活性層がこの順に積層されたＳＯＩ基板からステンシルマスクブランクスを製造する方法であって、
支持シリコン層上に、アルカリ耐性を有しフッ酸で剥離可能なハードマスク層を形成する工程と、
シリコン活性層上に、アルカリ耐性を有しフッ酸で剥離可能な保護層を形成する工程と、ハードマスク層上に、ハードマスクエッチング用レジストパターンを形成する工程と、
ハードマスク層とシリコン支持層をドライエッチングして開口部を形成する工程と、
前記工程で得られたＳＯＩ基板を強アルカリ性の薬液で洗浄する工程と、
酸化シリコン層、保護層、ハードマスク層を、フッ酸により除去する工程と、
を有することを特徴とするステンシルマスクブランクスの製造方法。
【請求項２】
前記ハードマスク層は、シリコン、ジルコニウム、クロムより選ばれた少なくとも１つ以上の金属、または、前記金属を含む合金、または、前記金属、前記金属を含む合金の酸化物、または、前記金属、前記金属を含む合金の窒化物、のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスクブランクスの製造方法。
【請求項３】
前記保護層は、シリコン、ジルコニウム、クロムより選ばれた少なくとも１つ以上の金属、または、前記金属を含む合金、または、前記金属、前記金属を含む合金の酸化物、または、前記金属、前記金属を含む合金の窒化物、のいずれかを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のステンシルマスクブランクスの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステンシルマスクブランクスの製造方法を用いて製造したことを特徴とするステンシルマスクブランクス。
【請求項５】
請求項４に記載のステンシルマスクブランクスからステンシルマスクを製造する方法であって、
シリコン活性層の表面にエッチング用レジストパターンを形成する工程と、
シリコン活性層をドライエッチングして開口パターンを形成する工程と、
を有することを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のステンシルマスクの製造方法を用いて製造したことを特徴とするステンシルマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームやイオンビームをレジストに照射して、超微細な回路パターンをレジストに焼き付ける際に使用するビーム制御用のステンシルマスク及びその先行物であるブランクス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ等半導体素子の回路パターンの形成には、一般に光を用いたリソグラフィー技術が用いられている。近年、半導体素子の高集積化に伴い、より微細なパターンを作製するための技術が要求されており、露光光源の短波長化が進められている。例えば、露光光源は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）へと移行されている。また、さらに短波長の軟Ｘ線（波長１３．５ｎｍ）を露光光源とする開発も行われているが、量産技術としては、光源やレジスト等にまだ多くの課題が残されている。
【０００３】
このように従来から行われている光リソグラフィー技術では、光の波動性に由来する解像限界が懸念されるようになってきており、これに代わる方法として、物質粒子である電子線やイオンビームを用いたリソグラフィー技術が提案されている。
【０００４】
電子線やイオンビームを用いたリソグラフィー装置において使用されるマスクとしては、ＳＯＩ基板に代表されるような３層構造（厚い支持シリコン層、酸化シリコンからなる中間層、薄いシリコン活性層）から成る基板を用い、シリコン活性層には転写すべきパターンに対応する貫通パターンが形成されたステンシルマスクが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。電子線やイオンビームは貫通孔を通過してレジストに達するものである。
【０００５】
上記ステンシルマスクを用い、電子線等を用いてレジストにパターンを転写することで、従来の光を用いたリソグラフィーよりもはるかに高解像度のレジストパターンが作製できると期待される。
【０００６】
上記ステンシルマスクのブランクス作製方法の一例を図２に示す。まず、３層構造から成るＳＯＩ基材１０を用意し（図２（ａ））、支持シリコン層１３側（以下、単に支持層とも記す。）に開口部エッチング用レジストパターン３２を形成する（図２（ｂ））。次に、レジストパターン３２をエッチングマスク、酸化シリコン中間層１２（以下、単に中間層とも記す。）をエッチングストッパーとして、支持層１３をフロロカーボン系の混合ガスを用いたドライエッチングを行い、支持層１３に規則的な開口部４４を形成し（図２（ｃ））、その後残ったレジスト３２を剥離（図２（ｄ））する。次に、中間層１２をフッ酸で除去し、未加工のシリコン活性１１層がメンブレン状態でシリコンの支柱で支持されたステンシルマスクブランクス５２（以下、単にブランクスと記す。）が完成する（図２（ｅ））。
【０００７】
図３に上記ステンシルマスクブランクス５２の正面視と断面視の図を示したが、厚みが１μｍ〜６０μｍの活性層１１を支える厚みが２００μｍ〜数ｍｍでピッチｐが２００μｍ〜数ｍｍ程度のメッシュ配置のシリコンの壁１３’で仕切られたものである。
【０００８】
次に、シリコン活性層１１側（以下、単に活性層とも記す。）にＥＢレジストをスピンナーで、膜厚１μｍになるように塗布し、電子線描画後、現像処理を行い、所望のレジス
トパターン４５を形成した。レジストパターン４５をエッチングマスクとして、フロロカーボン系のガスでドライエッチングを行い、支持層１３の開口部４４に対応する部位の活性層１１に貫通パターン４６を形成し、ステンシルマスク６２を得た。このステンシルマスクが電子ビーム露光に供される。
【０００９】
図２（ｃ）のドライエッチング工程では、図３に示すメッシュ構造を形成するのに、７００μｍ程度の厚みの支持シリコン層１３を深堀りするため、フロロカーボン系の混合ガスを用いてエッチング側壁の保護と深さ方向のエッチングを繰り返し行うボッシュプロセスが用いられる。そのため、フロロカーボン系のガスと支持層の材料であるシリコンの混合成分が残渣として開口部４４の側壁に残る。更に、エッチングの際に冶具と接触するシリコン活性層１１側の一部にも同じ成分の残渣が付着する。この残渣は歩留まりに悪影響を与える可能性が大きいため、除去する必要がある。
【００１０】
ドライエッチング時の残渣発生を防止する方法として、特許文献２では、ＳＯＩ基板の支持層側に酸化シリコンからなるハードマスク層をドライエッチング用マスクとして設ける技術が開示されている。しかし、残渣が発生する原因を、レジストのエッチング耐性の不足によるレジストの後退によって露出した支持層表面付近がエッチングされることに帰しており、対策も支持層表面を単にハードマスクで被覆することで了としている。支持シリコン層の開口部側壁の深さ方向に発生する残渣や活性シリコン１１側に発生する残渣に対しては効果が不十分であるという問題がある。
【００１１】
ドライエッチングで発生した開口部側壁の残渣については、発生を抑制する以外に、発生した残渣を除去することが考えられる。残渣は、その後の工程に悪影響をおよぼすため、できる限り発生した直後の工程で除去することが好ましい。除去手段としては、強アルカリ性の薬液で側壁のシリコンをウェットエッチングし、残渣成分をリフトオフすることが有効である。
【００１２】
そこで、図２（ｃ）のドライエッチング後に、強アルカリ性の薬液処理を行う工程を導入した。ところが、開口部４４のエッチング用に用いたレジストパターン３２は、一般にノボラック系レジストでありアルカリに弱く、例えばＴＭＡＨ２５％水溶液に浸漬させると基材からレジストが膜状に剥離してしまう。そうなると、剥離した膜自体が異物の原因となったり、支持層の表面が薬液により荒れる可能性がある。また、基材全体を強アルカリ性の薬液に浸漬させるため、シリコン活性層においても表面荒れが懸念され、表面の荒れによって加工精度が悪化するなどの問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１３５１０３号公報
【特許文献２】特開２０００−３３１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで本発明は、ＳＯＩ基板（支持シリコン層／酸化シリコン層／シリコン活性層）から、シリコン活性層を支持するためのメッシュ状の壁を、支持シリコン層をドライエッチングすることにより形成してステンシルマスクブランクスを得る際に、メッシュ状の壁表面（含むと側壁）とシリコン活性層表面に発生する残渣を、前記表面を荒らすことなく除去する手段の提供を課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を達成するための請求項１に係る発明は、支持シリコン層、酸化シリコン層、
シリコン活性層がこの順に積層されたＳＯＩ基板からステンシルマスクブランクスを製造する方法であって、支持シリコン層上に、アルカリ耐性を有しフッ酸で剥離可能なハードマスク層を形成する工程と、シリコン活性層上に、アルカリ耐性を有しフッ酸で剥離可能な保護層を形成する工程と、ハードマスク層上に、ハードマスクエッチング用レジストパターンを形成する工程と、ハードマスク層とシリコン支持層をドライエッチングして開口部を形成する工程と、前記工程で得られたＳＯＩ基板を強アルカリ性の薬液で洗浄する工程と、酸化シリコン層、保護層、ハードマスク層を、フッ酸により除去する工程と、を有することを特徴とするステンシルマスクブランクスの製造方法としたものである。
【００１６】
本発明の請求項２に係る発明は、前記ハードマスク層は、シリコン、ジルコニウム、クロムより選ばれた少なくとも１つ以上の金属、または、前記金属を含む合金、または、前記金属、前記金属を含む合金の酸化物、または、前記金属、前記金属を含む合金の窒化物、のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスクブランクスの製造方法としたものである。
【００１７】
本発明の請求項３に係る発明は、前記保護層は、シリコン、ジルコニウム、クロムより選ばれた少なくとも１つ以上の金属、または、前記金属を含む合金、または、前記金属、前記金属を含む合金の酸化物、または、前記金属、前記金属を含む合金の窒化物、のいずれかを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のステンシルマスクブランクスの製造方法としたものである。
【００１８】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステンシルマスクブランクスの製造方法を用いて製造したことを特徴とするステンシルマスクブランクスとしたものである。
【００１９】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項４に記載のステンシルマスクブランクスからステンシルマスクを製造する方法であって、シリコン活性層の表面にエッチング用レジストパターンを形成する工程と、シリコン活性層をドライエッチングして開口パターンを形成する工程と、を有する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。
【００２０】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項５に記載のステンシルマスクの製造方法を用いて製造したことを特徴とするステンシルマスクとしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明で提供されるステンシルマスクブランクスの製造方法を用いることで、開口部のドライエッチング時に側壁に発生する残渣と、シリコン活性層側に発生する残渣とを、活性層と支持層の表面を荒らすことなく、強アルカリ性の薬液処理、およびフッ酸処理により同時に除去できるため、異物の発生が低減し、ステンシルマスクブランクおよびステンシルマスクの製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明になるステンシルマスクブランクス製造方法の一例を示す断面視の工程図である。
【図２】ステンシルマスク製造の従来技術の一例を示す断面視の工程図である。
【図３】（ａ），（ｂ）ステンシルマスクブランクスの構造を説明する正面視（下面視）と断面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のステンシルマスクブランクス製造方法について実施形態の一例を、図１
と図３を参照しつつ、説明する。
【００２４】
本発明は、耐アルカリ性でドライエッチング耐性のあるハードマスク層を支持シリコン層側に、また、耐アルカリ性の保護層をシリコン活性層側に備えれば、強アルカリ薬液による残渣除去処理を問題なく実施できる。さらに、上記のハードマスク層と保護層としてフッ酸で剥離することが可能な材料を選択すれば、シリコン活性層側に発生する残渣も酸化シリコン中間層を除去するためのフッ酸工程で、同時に除去することができる。残渣はその下層の薄膜層（ハードマスク層と保護層）ごと除去してしまうというものである。
【００２５】
先ず、活性層１１と、中間層１２と、支持層１３の３層からなるＳＯＩ基板１０を用意し、活性層側１１の表面に保護層２１を、支持層１３側の表面にハードマスク層２２を有する出発基材２０を作製する（図１（ａ））。
【００２６】
活性層１１と支持層１３には所望の貫通パターンを、一般的なエッチング技術を用いて形成でき、形成した貫通パターンの形状を維持できる程度の強度のある材料であれば、いずれでも構わない。例としては、シリコンが挙げられる。
【００２７】
活性層１１がシリコンの場合、厚さは１μｍ〜６０μｍ程度が望ましい。１μｍ以下であると貫通パターンの破損が起こりやすくなり、６０μｍ以上であるとパターンの寸法及び形状の精度が悪くなる。
【００２８】
中間層１２はエッチングにより貫通パターンを形成する際に、エッチングストッパーの役割をする材料であるため、活性層１１や支持層１３に用いられる材料、及び、エッチングに用いるガス成分により決まる。例えば、活性層１１や支持層１３がシリコンの場合、エッチングをフッ素ガスにより行うとすると、中間層１２としては酸化シリコンが望ましく、膜厚は０．５〜２μｍ程度あればよい。
【００２９】
保護層２１は、アルカリ耐性を有し、フッ酸で剥離可能な材料であればよい。例としては、シリコン、ジルコニウム、クロムより選ばれた少なくとも１つ以上の金属、または、前記金属を含む合金、または、前記金属、前記金属を含む合金の酸化物、または、前記金属、前記金属を含む合金の窒化物、のいずれかを含む材料が挙げられる。開口部４１内の中間層１２を除去する工程で保護膜２１も同時に除去するため、同程度の時間で除去できることが望ましい。よって、膜厚は０．５〜２μｍ程度あればよい。
【００３０】
ハードマスク層２２も、アルカリ耐性を有し、フッ酸で剥離可能な、ドライエッチング耐性を有する材料であればよい。例としては、シリコン、ジルコニウム、クロムより選ばれた少なくとも１つ以上の金属、または、前記金属を含む合金、または、前記金属、前記金属を含む合金の酸化物、または、前記金属、前記金属を含む合金の窒化物、のいずれかを含む材料が挙げられる。
【００３１】
膜厚については、少なくとも、ハードマスクエッチング用レジストパターン３１と合わせて、厚さ７００μｍ程度の支持層に開口部４１を形成する際のドライエッチング工程に耐えうる厚さであることが必要である。
【００３２】
ハードマスクエッチング用レジストパターン３１を用いて、ハードマスク層２２をエッチングして残ったハードマスク層２２は、その後の工程で、開口部エッチング用ハードマスクパターン２３となる。
【００３３】
また、開口部を形成した後に残っている、開口部エッチング用ハードマスクパターン２３は、開口部４１内の中間層を除去する工程で同時に除去するため、中間層と同程度の時間で除去できる程度の膜厚であることが望ましい。よって、膜厚は０．５〜５μｍ程度あればよい。
【００３４】
保護層２１、およびハードマスク層２２を形成する工程としては、適宜公知の薄膜形成方法を用いることができる。例えば、スパッタリング法、化学蒸着法、真空蒸着法などが挙げられるが、ターゲット原子の運動エネルギーが大きいため、強くて剥がれにくい膜を作製することができるスパッタリング法を用いることが好ましい。
【００３５】
次に、基材２０のハードマスク層２２の表面に、ハードマスクエッチング用レジストパターン３１をリソグラフィーにより形成する（図１（ｂ））。用いるレジストは、特に限定されないが、ハードマスク層２２のエッチングマスクとして使用可能なフォトレジスト、もしくはＥＢレジストを適用することができる。膜厚については、少なくともハードマスク層２２を十分にエッチングすることができ、且つ、開口部４１の形成が完了した図１（ｃ）の時点で、完全になくなる程度の膜厚であればよい。好ましくは、２０〜５０μｍ程度である。
【００３６】
その後、ハードマスクエッチング用レジストパターン３１をマスクとして、ハードマスク層２２と支持層１３をドライエッチングし、開口部４１を形成する（図１（ｃ））。ドライエッチングに用いるガスは、ハードマスク層２２と支持層１３をエッチングできるガスであれば特に限定されない。例としては、フッ素系のガスや塩素系のガスが挙げられる。
【００３７】
少なくとも、開口部４１が形成された段階では、ハードマスクエッチング用レジストパターン３１は完全に除去され、開口部エッチング用ハードマスクパターン２３は残っている（図１（ｃ））。また、この段階で、フロロカーボン系のガスと支持層の材料であるシリコンの混合成分が残渣として開口部４１の側壁１３’に付着している。
【００３８】
この残渣を除去するために、強アルカリ性の薬液で側壁１３’のシリコンをウェットエッチングし、残渣成分をリフトオフする。強アルカリ性の薬液としては、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）２５％水溶液等が挙げられる。強アルカリ性の薬液に基材全体を浸漬させても、活性層１１や支持層１３は耐アルカリ性の材料で被覆されているため、表面荒れ等のダメージはほとんど受けない。
【００３９】
次に、フッ酸により、開口部４１内の中間層１２と、保護層２１と、開口部エッチング用ハードマスクパターン２３を同時に除去し、ステンシルマスクブランクス５１を形成することができる（図１（ｄ））。図３は、開口部４１を開口部側からの見た正面図であるが、メンブレン化した活性層１２が、メッシュ構造のシリコンの壁１３’によって仕切られた形状をしている。開口幅ｐが５００μｍ程度、壁１３’の幅ｄは３００μｍ程度である。
【実施例】
【００４０】
本発明のステンシルマスクブランクス製造方法について一実施例を以下に示す。しかし、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。
【００４１】
まず、活性層１１及び支持層１３がＳｉであり、中間層１２がＳｉＯ２であるＳＯＩ基板１０を用意した。各膜厚は、パターン形成層が２μｍ、支持層が７２５μｍ、中間層が１μｍである。
【００４２】
次に、活性層側に保護層２１として膜厚１μｍの酸化シリコンを成膜した。さらに、支持層側にハードマスク層２２として膜厚２μｍの酸化シリコンを成膜した。各膜の形成に
はスパッタリング法を用いた（図１（ａ））。
【００４３】
次に、上記支持層側にフォトレジストをスピンナーで、膜厚５０μｍになるように塗布し、所望のパターンを露光後、現像処理することでハードマスクエッチング用レジストパターン３１０を形成した（図１（ｂ））。
【００４４】
そのレジストパターンをマスクとし、中間層１２０をエッチングストッパーとして、ハードマスク層２２と支持層１３をフロロカーボン系のガスによりエッチングし、開口部４１を形成した（図１（ｃ））。
【００４５】
次に、開口部の側壁に付着したフロロカーボン系のガスと支持層の材料であるシリコンの混合成分からなる残渣を、８０℃のＴＭＡＨ２５％水溶液を用いた処理を１０分間行って、除去した。
【００４６】
その後、フッ酸処理を３０分間行い、開口部４１内の中間層と、保護層２１０と、開口部エッチング用ハードマスクパターン２３を除去し、ステンシルマスクブランクス５１を得た（図１（ｄ））。
【００４７】
次に、上記の方法で得られたステンシルマスクブランクス５１を用いて、ステンシルマスクの作製を行った。
【００４８】
活性層側にＥＢレジストをスピンナーで、膜厚１μｍになるように塗布し、電子線描画後、現像処理を行い、所望の貫通パターン形成用レジストパターン４２を形成した（図１（ｅ））。
【００４９】
レジストパターン４２をマスクとして、フロロカーボン系のガスでドライエッチングを行い、貫通パターン４３を形成し、ステンシルマスク６１を得た（図１（ｆ））。
【００５０】
実施例１の方法を用いてステンシルマスクを作製することにより、異物による不良が極端に減少し、歩留まりを向上させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、電子ビームやイオンビームをパターン状に照射する場合のビーム遮蔽用（透過用）のステンシルマスクの製造方法として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０……基板
１１……活性層
１２……中間層
１３……支持層
１３’……正面視メッシュ状の壁
２０……基材
２１……保護層
２２……ハードマスク層
２３……開口部エッチング用ハードマスクパターン
３１……ハードマスクエッチング用レジストパターン
３２……開口部エッチング用レジストパターン
４１、４４……開口部
４２、４５……貫通パターン形成用レジストパターン
４３、４６……貫通パターン
５１、５２……ステンシルマスクブランク
６１、６２……ステンシルマスク
【図１】
2013186387.tif 000003
【図２】
2013186387.tif 000004
【図３】
2013186387.tif 000005