(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を設けた基体と、
この基体の片側に、基体より支持されたマスク母体を具備し、
該マスク母体に開口部を形成してなる近接露光に用いるステンシルマスクにおいて、
前記基体側からマスク母体側へ荷電粒子線が透過する前記マスク母体の開口部に、
テーパー角が９０°より小さい透過孔パターンを有し、
該テーパー角は荷電粒子線の入射方向へ広がること
を特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記透過孔パターンのテーパー角が、８７°〜９０°であ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】
前記マスク母体の厚みが、０．１〜２μｍであることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のステンシルマスク。
【請求項４】
被加工層を表面に形成した基板上の全面に、レジスト層を設けた後、マスクを介して荷電粒子線を照射し、該レジスト層にパターンを転写する方法において、請求項１、乃至請求項３のいずれか１項記載のステンシルマスクを介して、荷電粒子線を照射し、レジスト層にパターンを転写することを特徴とするパターン転写方法。
【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及びパターン転写方法に関する。
【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、加速電圧が２０分の１程度であるという特徴を有する。
【０００４】
また、この露光法は、転写パターンを有するマスクと、パターンを転写されるレジストを塗ったウェハとの距離が約５０μｍという特徴がある。
【０００５】
このようにパターン転写時にマスクとウェハとが近接している場合は、ウェハから生じる異物が付着することによってマスクが汚れやすく、その結果マスクの寿命が著しく短くなってしまうという問題点がある。
【０００６】
異物付着の原理は、電子線を用いたパターン転写において、マスクに付着する異物は主にレジスト由来のものだということが知られている。パターンを転写されるウェハ上のレジストに電子線があたると一部の分子がスパッタされ、あるいは熱的に蒸発し、極微粒子となって、真空雰囲気中のチャンバー内に飛散する。この前記極微粒子が特定の場所、例えばマスクの開口部等に付着することによって、マスクの汚染が起こる。我々はマスクの電子線が照射される部分に異物がより多く付着することを突き止めた。
【０００７】
また、透過孔パターンは、基体側からマスク母体側へ荷電粒子線を透過させ、該透過孔パターンの開口で荷電粒子線の光束を形成して、ウエハ上のレジストに転写するものであり、前記開口は設計値に対して精度良く形成されていなければならない。上記転写時は、電子線が照射される方向、すなわち、電子線が入射する側のマスク母体の表面、及び透過孔パターンの開口の側壁（テーパー面）に電子線が直接に照射されるため、チャージアップや、テーパー面での反射のために、転写時間の累積と共に前記開口の寸法精度や、形状に変化が起きて、転写パターンの精度が維持できないことによる問題も発生している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電子線を用いて等倍露光を行う場合に、従来と比べパターン転写時の異物の付着の影響が少なく、より長寿命のステンシルマスクを提供と、又転写精度の良い転写方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載に係る発明は、開口部を設けた基体と、この基体の片側に、基体より支持されたマスク母体を具備し、該マスク母体に開口部を形成してなる近接露光に用いるステンシルマスクにおいて、前記基体側からマスク母体側へ荷電粒子線が透過する前記マスク母体の開口部に、テーパー角が９０°より小さい透過孔パターンを有し、該テーパー角は荷電粒子線の入射方向へ広がることを特徴とするステンシルマスクである。
【００１０】
本発明の請求項２記載に係る発明は、前記透過孔パターンのテーパー角が、８７°〜９０°であることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスクである。
【００１１】
本発明の請求項３記載に係る発明は、前記マスク母体の厚みが、０．１〜２μｍであることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のステンシルマスク。
である。
【００１２】
本発明の請求項４記載に係る発明は、被加工層を表面に形成した基板上の全面に、レジスト層を設けた後、マスクを介して荷電粒子線を照射し、該レジスト層にパターンを転写する方法において、請求項１、乃至請求項３のいずれか１項記載のステンシルマスクを介して、荷電粒子線を照射し、レジスト層にパターンを転写することを特徴とするパターン転写方法である。
【００１３】
【作用】
本発明のステンシルマスク１は、より異物の付着の影響が小さいマスクであり、ウェハ側の透過孔パターン３の開口が設計値よりも大きくなっており、電子線が入射する側において設計値通りの開口１０になっている。これより、図１に示すように、転写されるパターンは電子線が入射する側の開口１０によって規定され、透過孔パターン３の開口に異物９が付着してもパターン転写に対する影響は小さい。
【００１４】
逆に、従来の技術のステンシルマスク１は、より異物の付着の影響が大きいマスクであり、ウェハ側の透過孔パターン３の開口が設計値通りの開口１０なっており、電子線が入射する側において設計値よりも大きくなっている。これより図４に示すように、転写される電子線の光束はウェハ側の開口１０によって規定され、透過孔パターン３の開口に異物が付着するとパターン転写に対する影響は大きく、異物９が付着することにより電子線の光束を規定する部分の開口１０が容易に狭まってしまう。
【００１５】
【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。
【００１６】
図２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２において、ステンシルマスク１は、枠型基体２上に、９０°より小さいテーパー角の所定の透過孔パターン３を有するマスク母体４を形成することにより構成されている。
【００１７】
枠型基体２の材料としては単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの化合物半導体を含む半導体、Ａｕ、Ｃｕ等の合金を含む金属、石英等の絶縁体のいずれでも構わないが、好ましくは堅牢で熱膨張によるマスクの変形を抑えるために熱膨張係数の小さなものが良い。
【００１８】
マスク母体４の材料としては、Ｓｉ、Ｃ、ＳｉＣ、酸化珪素、窒化珪素、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕなどが挙げられるがこの限りではない。
【００１９】
透過孔パターン３は９０°より小さなテーパー角を有する。透過孔パターン３のテーパー角は、ドライエッチングの条件や、透過孔パターンの開口サイズに依存するため、所望のパターンの開口サイズにおいて９０°より小さなテーパー角になるようなドライエッチングの条件をあらかじめ知っておく必要がある。具体的には、ドライエッチング時の基板温度、使用ガス、ガス圧力、高周波印加出力等の条件を変えることにより所望のテーパー角を実現できる。
【００２０】
また、透過孔パターン３は、枠型基体側からマスク母体側へ電子線を透過させ、該透過孔パターンの開口で電子線の光束を形成して、ウエハ上のレジストに転写するもので、前記開口は設計値に対して精度良く形成されていなければならない。上記転写時は、電子線が照射される方向、すなわち、電子線が入射する側のマスク母体の表面、及び透過孔パターンの開口の側壁（テーパー面）に電子線が照射されるため、前記テーパー面のチャージアップや、反射を防止するために、前記テーパー角を９０°より小さい角度で形成した。
【００２１】
前記透過孔パターンのテーパー角が８７°より小さい角度では、形成する透過孔パターンを微細化する場合に、例えば透過孔パターンの寸法幅が１００ｎｍレベルでは、密集して形成した場合隣り合う透過孔パターンが干渉する問題がある。又別の問題として、テーパー角が８７°より小さい角度では、形成する透過孔パターンの開口の寸法精度が不安定となり、基板温度、使用ガス、ガス圧力、高周波印加出力等の条件維持が困難となる場合がある。本発明では透過孔パターンのテーパー角が８７°〜９０°の範囲に制限した。
【００２２】
マスク母体４の膜厚が２μｍ以上の場合は、透過孔パターンの加工精度が悪くなる上、微細パターンを密集して形成した場合隣り合う透過孔パターンが干渉する恐れがある。逆に、前記膜厚が０．１μｍ以下の場合は、十分に電子線を遮蔽することができなくなる上、機械的強度が弱くなるという問題もある。本発明ではマスク母体４の膜厚が２μｍ〜０．１μｍの範囲に制限した。
【００２３】
次に、被加工層を表面に形成した基板上の全面に、レジスト層を設けた後、マスクを介して荷電粒子線を照射し、前記レジスト層の表面に、本発明のステンシルマスクを介して、荷電粒子線を照射し、レジスト層にパターンを転写するパターン転写方法である。前記パターン転写方法は前述の等倍露光方式に準じて行う方法が一般的に採用されている。
【００２４】
【実施例】
以下に、具体的な実施例により本発明を説明する。尚、本発明は後述する実施例に何ら限定されるものではない。
【００２５】
＜実施例１＞
以下に、図３を用いて、本実施例におけるステンシルマスクの作製手順を示す。
【００２６】
マスク母体、及び基体として市販のＳＯＩ（Silicon On Insurator）基板５を用いた。ＳＯＩ基板５は一般的に、単結晶シリコンからなる支持基板６上に順に、酸化珪素からなる中間酸化膜層７、単結晶シリコンからなる活性層８を積層した構造になっている。本実施例では、活性層８をマスク母体として、支持基板６を基体として用いた。尚、本実施例で用いたＳＯＩ基板５において、支持基板６、中間酸化膜層７、活性層８の厚みはそれぞれ順に、５２５μｍ、０．５μｍ、０．５μｍであった（図３（ａ））。
【００２７】
次に、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、ＳＯＩ基板５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、レジストをマスクとして、プラズマエッチング装置を用い、エッチャントとしてＣＦ４を用い、シリコン窒化膜をドライエッチングして、支持基板６上に開口部形成領域上の保護膜を開口除去した。
【００２８】
次いで、約９０℃に加熱したＫＯＨ水溶液のエッチング液に浸漬し、保護膜をマスクとして、前記開口部形成領域をエッチングすることにより支持基板６に開口部を形成し、基体２が出来上がった。次に、前記ＳＯＩ基板５全面にシリコン窒化膜からなる保護膜を約１７０℃の熱リン酸でエッチング除去した。その後、前記枠型基体２の開口部をマスクとして、緩衝フッ酸のエッチング液に浸漬し、不必要な部分の中間酸化膜層７を除去した（図３−（ｂ））。
【００２９】
この後、活性層８上に電子線レジストを０．５μｍの厚さに塗布し、これに加速電圧５０ｋＶの電子線描画機を用いて描画し、その後現像を行いレジストパターン（図示せず）を形成した。
【００３０】
その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ＳｉＣｌ４／Ｎ２混合ガスを用いて、活性層８をドライエッチングして透過孔パターン３の開口を形成した。
【００３１】
酸素プラズマ装置を用いて、最後に残ったレジストをアッシング除去して、次に、基体２によって支持されたマスク母体４に透過孔パターン３の開口を形成してなる転写マスク１を得た（図３−（ｃ））。
【００３２】
得られた転写マスクの透過孔パターン３のテーパー角を調べたところ、いずれの開口部も８８．０°から８９．５°の範囲にあることが確認できた。
【００３３】
本発明の効果を調べるために、本発明の方法で得られたマスク（以下マスクＡとする）、及び従来の９０°以上のテーパー角を有するマスク（以下マスクＢとする）を用いて、幅１００ｎｍのパターンを転写する実験を行った。マスクＡ、及びマスクＢの幅１００ｎｍの開口におけるテーパー角はそれぞれ、８８．３°、９０．５°であった。
【００３４】
パターン転写を繰り返すとマスクに異物が付着し、徐々にマスクの透過孔パターン３の開口が狭まる。これにより、転写されるレジストパターンの寸法が徐々に設計値より小さくなる。
【００３５】
そこでマスクＡ、Ｂそれぞれについて繰り返し転写を行い、転写されたレジストパターンの幅が９５ｎｍ以下になった時点での積算照射時間を比較したところ、マスクＡの方がマスクＢよりも１０倍以上長かった。これより、マスクＡがマスクＢに比べより長寿命であることが確認できた。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように本発明によれば、従来と比べ、パターン転写時の異物の付着の影響が少なく、より長寿命のステンシルマスクを提供できる。更に、本発明のパターン転写方法によると、基板上に形成されたレジストに対し、精度良くパターン転写が可能となり、更に長寿命のステンシルマスクため、電子線の照射が長期間可能となり、その結果、高能率で、高歩留の半導体の製造が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステンシルマスクに付着する異物の影響を説明する側断面図。
【図２】本発明の一態様に係るステンシルマスクを示す側断面図。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、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側断面図。
【図４】従来のステンシルマスクに付着する異物の影響を説明する側断面図。
【符号の説明】
１…ステンシルマスク
２…枠型基体
３…透過孔パターン
４…マスク母体
５…ＳＯＩ基板
６…（ＳＯＩ基板の）支持基板
７…（ＳＯＩ基板の）中間酸化膜
８…（ＳＯＩ基板の）活性層
９…（付着した）異物
１０…開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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