(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メンブレン状の基板に開口パターンからなる露光パターンを設けてなる露光マスクであって、
シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板において当該シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板をエッチング除去することにより形成された当該シリコン基板からなる支持枠と、
前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板とを備え、
前記酸化シリコン膜に第１の溝パターンが形成され、
前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で当該第１の溝パターンに達する第２の溝パターンが形成され、
前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられている
ことを特徴とする露光マスク。
【請求項２】
シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板を用意し、前記シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板をエッチング除去することにより、当該シリコン基板からなる支持枠を形成すると共に、前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜に第１の溝パターンを形成する工程と、
前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で当該第１の溝パターンに達する第２の溝パターンを形成する工程とを行い、
前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンを設ける
ことを特徴とする露光マスクの製造方法。
【請求項３】
荷電粒子線の照射部と、当該照射部から発生させた荷電粒子線の経路に設けられた露光マスクとを備えた露光装置において、
前記露光マスクは、シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板を用いて構成されたものであって、
前記シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板をエッチング除去することにより形成された当該シリコン基板からなる支持枠と、
前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板とを備え、
前記酸化シリコン膜に第１の溝パターンが形成され、
前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で当該第１の溝パターンに達する第２の溝パターンが形成され、
前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられている
ことを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項３記載の露光装置において、
露光対象となるウェーハを載置するステージを備え、当該ステージ上に前記露光マスクが近接して配置されることにより、等倍近接露光が行われる
ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
荷電粒子線を露光光として用いる露光方法であって、
シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板における前記シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板をエッチング除去することにより形成された当該シリコン基板からなる支持枠と、前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板とを備え、前記酸化シリコン膜に第１の溝パターンが形成され、前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で当該第１の溝パターンに達する第２の溝パターンが形成され、前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられている露光マスクに対し、露光光となる荷電粒子線を照射することで当該荷電粒子線を前記露光パターンの形状に成形する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項６】
メンブレン状の基板に開口パターンからなる露光パターンを設けてなる露光マスクであって、
シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板において当該シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板を所定膜厚にまでエッチング除去することにより形成された当該シリコン基板からなる支持枠と、
前記所定膜厚のシリコン基板部分と前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板とを備え、
前記シリコン基板部分に第１の溝パターンが形成され、
前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で第２の溝パターンが形成され、
前記酸化シリコン膜に前記第１の溝パターンまたは第２の溝パターンと連続する溝パターンが形成され、
前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられている
ことを特徴とする露光マスク。
【請求項７】
シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板を用意し、前記シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板を所定膜厚にまでエッチング除去することにより、当該シリコン基板からなる支持枠を形成すると共に、当該所定膜厚のシリコン基板部分と前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板を形成する工程と、
前記シリコン基板部分に第１の溝パターンを形成する工程と、
前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で第２の溝パターンを形成する工程と、
前記酸化シリコン膜に前記第１の溝パターンまたは第２の溝パターンと連続する溝パターンを形成する工程とを行い、
前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンを設ける
ことを特徴とする露光マスクの製造方法。
【請求項８】
荷電粒子線の照射部と、当該照射部から発生させた荷電粒子線の経路に設けられた露光マスクとを備えた露光装置において、
前記露光マスクは、シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板を用いて構成されたものであって、
前記シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板を所定膜厚にまでエッチング除去することにより形成された当該シリコン基板からなる支持枠と、
前記所定膜厚のシリコン基板部分と前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板とを備え、
前記シリコン基板部分に第１の溝パターンが形成され、
前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で第２の溝パターンが形成され、
前記酸化シリコン膜に前記第１の溝パターンまたは第２の溝パターンと連続する溝パターンが形成され、
前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられている
ことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８記載の露光装置において、
露光対象となるウェーハを載置するステージを備え、当該ステージ上に前記露光マスクが近接して配置されることにより、等倍近接露光が行われる
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
荷電粒子線を露光光として用いる露光方法であって、
シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン薄膜を形成してなるＳＯＩ基板におおて前記シリコン基板の周縁部を残して当該シリコン基板を所定膜厚にまでエッチング除去することにより形成された当該シリコン基板からなる支持枠と、前記所定膜厚のシリコン基板部分と前記酸化シリコン膜と前記シリコン薄膜とからなるメンブレン状の基板とを備え、前記シリコン基板部分に第１の溝パターンが形成され、前記シリコン薄膜に前記第１の溝パターンと部分的に交差する状態で第２の溝パターンが形成され、前記酸化シリコン膜に前記第１の溝パターンまたは第２の溝パターンと連続する溝パターンが形成され、前記第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられている露光マスクに対し、露光光となる荷電粒子線を照射することで当該荷電粒子線を前記露光パターンの形状に成形する
ことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線を露光光として用いたリソグラフィ用の露光マスク、その製造方法、露光装置および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置製造工程の一つに、半導体基板上に微細な回路パターンを形成するリソグラフィ工程がある。半導体装置の性能はその装置の中にどれだけ多くの回路を設けたかでほぼ決まり、それは基板上に形成する回路パターンサイズに大きく左右される。近年の半導体集積回路製造技術の発展には目覚しいものがあり、半導体装置の微細化、高集積化の傾向も著しい。
【０００３】
半導体基板上に集積回路パターンを形成する方法としては、これまで紫外光を用いたフォトリソグラフィ法が一般的であった。しかし、回路パターンのより一層の微細化が進むにつれて光の解像限界が懸念され始め、電子線やイオンビームなどの荷電ビームやＸ線を用いたより高解像なリソグラフィ技術が検討されている。例えば荷電粒子ビームを用いた露光技術は、ビーム径をｎｍオーダーにまで絞ることができるため、１００ｎｍ以下の微細パターンを容易に形成できる点に大きな特徴があり、なかでも電子線描画技術は古くから実用化されている。
【０００４】
ところが、このような極めて細く絞った電子線を走査しながら描画する、いわゆる直接描画法では、大面積あるいは大きなパターンを形成するには膨大な時間を必要とすること、即ちスループット（単位時間当たりの処理量）が低いことが問題であった。そのため、半導体集積回路製造におけるリソグラフィ方法としては依然として紫外光を光源としたフォトリソグラフィ法が用いられ、電子線直接描画法はフォトリソグラフィ用レチクル（マスク）の製造やフォトリソグラフィではデザインルールの厳しい次世代の試験的なデバイス試作など、限定された分野でのみ使用されているにすぎなかった。
【０００５】
このような問題を解決するために、従来の様にガウシアンの形状をした電子ビーム粒子で直接描画するのではなく、可変成形した電子ビームを用いて所定のパターンを電子光学系を介して直接描画する方法が１９８０年代に出現し、いわゆるブロック露光やセルプロジェクション方式と呼ばれる方法による部分一括パターンを縮小してウェーハ基板上に描画するリソグラフィ技術が１９９０年代に出現した（サイエンスフォーラムより１９９４年１１月刊の「ＵＬＳＩリソグラフィ技術の革新」Ｐ１７７、及び、図５等参照）。これらの技術進歩により、電子線直接描画のスループットは飛躍的に向上している。
【０００６】
さらには、ルーセント・テクノロジー等が開発しているＳＣＡＬＰＥＬ（ｗｗｗ．ｌｕｃｅｎｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｅｓｓ／９９＿２＿５．ｈｔｍｌ参照）や、ＩＢＭがＮｉｋｏｎと共同で開発しているＰＲＥＶＡＩＬ（”Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｗｉｔｈ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ａｘｉｓ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓｅｓ：Ａ  Ｈｉｇｈ−Ｔｈｒｏｕｇｈｂｕｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ“Ｓｕｂｏｐｔｉｃａｌ”Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ””Ｈａｎｓ  Ｃ  ＰＦＥＩＦＥＥＲ；ＪＪＡＰ  Ｖｏ１．３４（１９９５）ｐｐ．６６５８−６６６２参照）等の電子線縮小描画（電子線リソグラフィ）であれば、さらにスループットも早くできると考えられる。
【０００７】
しかし、これらの電子線縮小描画のためには電子ビームがよく収束しシャープな像を作り出す様、電子ビームのエネルギーを高くする必要がある。そのため、上記部分ブロック露光やセルプロジェクション方式での電子線のエネルギーは５０ｋｅＶが一般的であったのが、電子線縮小描画では電子ビームのエネルギーは１００ｋｅＶとなる。この様な高エネルギーでは電子線光学系を制御するためのしくみも大掛かりになり、装置のコストが非常に大きなものとなってしまう。しかも、高エネルギー電子ビームでは、電子がレジスト内でエネルギーをほとんど放出しないままレジストを通過してしまうので電子数当たりのレジスト感度が小さくなる。このため、電子ビームのエネルギーが高いほど、同じ感度のレジストを用いる場合に必要な電子ビーム電流量は大きくなり、ビーム内の電子密度はより高くなる。ビーム内の電子密度がより高くなると、ビームの焦点がぼけ、パターン解像度の劣化が引き起こるというジレンマが生じる。また電子ビーム電流量が大きくなるほど近接効果（下側の基板からレジストヘの後方散乱の結果、形成されるパターンに歪みをもたらす）の影響も大きくなる。さらに、電子ビーム電流が高くなるほど、マスク、レジスト層、さらには基板も加熱され、形成パターンの歪みはより大きいものになる。従って、必要な精度を維持するために、電子ビーム電流を限定する必要がありスループットに影響を及ぼす。
【０００８】
これらの影響を回避するため、低エネルギーの電子ビームによるパターンを形成する露光方法が開発された。低エネルギーの電子ビームでは近接効果が実質的に減少することが”Ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”（Ｊ  Ｖａｃ．Ｓｃｉ  ＴｅｃｈＢ  １０（６），１１月／１２月  ３０９４−３０９８）にて報告されている。
【０００９】
このような低エネルギーの電子ビームを用いたリソグラフィ技術の一つとして、特許  第２９５１９４７に示された技術を利用して開発が進められているＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ｗｗｗ．ｌｅｅｐｌ．ｃｏｍ、および日刊工業新聞／２０００年１２月４日の発表資料等参照）においては、電子ビームのエネルギーは約１〜４ｋｅＶ、特徴的には約２ｋｅＶである。
【００１０】
ところで、上述した露光方法のうち、電子線縮小描画やＬＥＥＰＬにおいては、予め露光パターンが形成された露光マスクを用いて露光が行われるが、通常、荷電粒子線を露光光に用いる場合の露光マスクには、貫通孔状の開口パターンを露光パターンとして設ける必要がある。図９には、このような露光マスクの一例を示す。この図に示す露光マスク１００は、マスク支持枠１０１で支持された薄膜（いわゆるメンブレン）１０３に、露光パターンとなる開口パターン１０５を設けてなる。この開口パターン１０５は、メンブレン１０３の両面においてほぼ同一形状を保っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した構成の露光マスクにおいて、開口パターンの形状を精度良く形成するためには、開口パターンのアスペクト比をより低く抑える必要がある。このため、開口パターンの微細化にともない、露光マスク（メンブレン部分）の薄膜化が加速されることになる。
【００１２】
例えば、上記構成の露光マスクが用いられるＬＥＥＰＬにおいては、露光マスクはレジストで被覆された基板との間に約５０μｍの間隔を設けて配置され、露光マスク上の開口パターンはウェーハ上のパターンと等倍のいわゆる等倍近接露光が行われる。このため、ＬＥＥＰＬによって、例えば１００ｎｍ以下の極微細なパターンを基板上に形成するためには、露光マスク上にも同じく１００ｎｍ以下の極微細な開口パターンを形成する必要があり、この場合、露光マスクの厚み（メンブレン部分の厚み）には、５００ｎｍ程度の薄膜化が要求される。これは、例えばセルプロジェクション方式で電子線のエネルギーが５０ｋｅＶである日立製電子線描画装置ＨＬ９００Ｄで使用されるマスクの厚みが１０μｍであるのに対し、１／１０以下の厚みになる。
【００１３】
しかし、メンブレンの薄膜化によって、微細化された開口パターンの寸法精度の確保は可能になるものの、開口パターンを設けたことによる応力の変化に対してメンブレンが変形し易くなる。このため、この変形によってウェーハ上に形成されるパターンの変形や位置ずれが生じることになる。
【００１４】
特に、露光マスク中の開ロパターンのコーナーが角を持つと角に応力が集中するので開ロパターンが変形し易い。このため、ウェーハ上に形成する半導体装置の回路パターンも本来所望のパターンから変形し、最終的に作られた半導体装置の性能や信頼性を悪化させる要因になる。また、開口パターンの角に応力が集中することによって、開ロパターンの角部分から亀裂が生じ、該マスクが使用不可能となる場合もある。
【００１５】
そこで本発明は、微細な開口パターンを備えながらも、開ロパターンの形状を維持することが可能な露光マスクと、その製造方法、さらにはこの露光マスクを用いた露光装置および露光方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の露光マスクは、それぞれ開口パターンが設けられた複数の層部分を、当該各開口パターンを部分的に交差させた状態で積層してなる基板を備えており、各開口パターンの交差部分に基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンが設けられていることを特徴としている。
【００１７】
このような構成の露光マスクでは、積層させた開口パターンの交差部分を露光パターンとしているため、開口パターンの平面的な内壁部分のみで露光パターンが構成される。このため、投影形状が矩形のような角部を有する露光パターンであっても、その内壁に応力が集中し易い角部が設けられることはない。
【００１８】
そして、このような構成の露光マスクを製造方法するための本発明は、基板の一主面側に第１の溝パターンを形成する工程と、基板の他主面側に第１の溝パターンと部分的に交差する状態で当該第１の溝パターンに達する第２の溝パターンを形成する工程とを行い、これにより、第１の溝パターンと前記第２の溝パターンとの交差部分に前記基板の一主面側と他主面側とを連通する露光パターンを設けることを特徴としている。
【００１９】
このような製造方法では、基板の一主面側に形成された第１の溝パターンに対してこれと交差するように、基板の他主面側に第２の溝パターンを形成するようにしたことから、これらの交差部分に、第１の溝パターンの内壁における平面部分と第２の溝パターンの内壁における平面部分とによって、投影形状が規制される開口形状の露光パターンが形成される。
【００２０】
また本発明は、このような構成の露光マスクを備えた露光装置、および露光方法でもあり、荷電粒子線を露光光としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、各図を用いて詳細に説明する。尚、ここでは、第１実施形態〜第３実施形態において、露光マスクとその製造方法の実施の形態を説明し、第４実施形態において露光装置とこれを用いた露光方法の実施の形態を説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１（１）および図１（２）は、本発明の第１実施形態の露光マスクを示す断面図である。また、図２は、図１の露光マスクの要部斜視図であり、１つの露光パターン部分の斜視図である。尚、図１（１）は、図２のＡ−Ａ’方向の断面図であり、図１（２）は、図２のＢ−Ｂ’方向の断面図となっている。
【００２３】
これらの図に示す露光マスク１０は、荷電粒子線を露光光としたパターン露光、例えば従来の技術で説明したＬＥＥＰＬのような電子線を露光光としたパターン露光に用いられる露光マスクである。この露光マスク１０は、支持枠１１によってメンブレン（薄膜）状の基板１２を支持してなる。
【００２４】
基板１２は、複数の層部分を積層してなり、例えばここでは一主面側（支持枠１１側）の第１層部分１３と、他主面側の第２層部分１４とで構成されていることとする。これらの第１層部分１３および第２層部分１４は、後に説明する露光マスクの製造を考慮した場合、それぞれ異なる材質で構成することが好ましく、例えばシリコンと酸化シリコンで構成されていることとする。また、基板１２は、同一材料で構成されていても良く、またＳｉ単結晶や、ガラス基板、あるいはダイヤモンドからなる一枚構成（一体物）であっても良い。
【００２５】
このような第１層部分１３および第２層部分１４には、それぞれ開口パターン１３ａ，１４ａが複数設けられている。各開口パターン１３ａ，１４ａは、それぞれが例えば矩形の開口形状を有していることとする。
【００２６】
そして、第１層部分１３に設けられた開口パターン１３ａと、第２層部分１４に設けられた開口パターン１４ａとが、部分的に交差した状態で配置されており、各交差部分に基板１２の一主面側と他主面側とを連通する各露光パターン１５が設けられている。つまり、この露光マスク１０は、第１層部分１３に設けられた開口パターン１３ａが、基板１２の一主面側に溝パターンとして設けられている一方、第２層部分１４に設けられた開口パターン１４ａが、基板１２の他主面側に溝パターンとして設けられており、これらの溝パターンの交差部分が露光パターン１５となっているのである。
【００２７】
また、開口パターン１３ａと開口パターン１４ａとは完全に交差した状態で配置され、これにより露光パターン１５の投影形状が、開口パターン１３ａの平面的な内壁部分と開口パターン１４ａの平面的な内壁部分とで構成される。
【００２８】
尚、図面においては、１つの開口パターン１３ａに対して１つの開口パターン１４ａを交差させた構成を示したが、１つの開口パターン１３ａに対して複数の開口パターン１４ａを交差させても良く、この逆であっても良い。
【００２９】
ここで、第１層部分１３および第２層部分１４のそれぞれは、開口パターン１３ａ，１４ａを精度良好に形成可能な膜厚を有していることとし、例えば１００ｎｍ以下の線幅の露光パターン１５を設ける場合には、第１層部分１３の膜厚ｔ１および第２層部分１４の膜厚ｔ２はそれぞれ約５００ｎｍ程度であることとする。尚、これに対して、支持枠１１の厚みは、基板１２の膜厚よりも厚く、例えばマスクの元となるウェーハ厚程度で良い。
【００３０】
さらに、露光マスク１０は、１回目の露光の際に露光光（電子線のような荷電粒子線）が照射される領域、２回目の露光の際に露光光が照射される領域…、の複数の領域が設けられ、これらの領域に形成された開口パターン１３ａを組み合わせて一つのパターン（例えば半導体装置の回路パターン）となるように構成されていても良い。
【００３１】
また、この露光マスク１０は、電子ビームなどの荷電粒子線を露光光としたパターン露光に用いられるため、荷電粒子線によるチャージアップを防ぐためタングステン・モリブデン・イリジウムなどの金属、あるいは、これらの金属を含む合金等の金属材料からなる導電層を、荷電粒子線の照射面（ここでは、第１層部分１３）上に形成しておくことが好ましい。
【００３２】
このように構成された露光マスク１０において、露光パターン１５の投影形状は、開口パターン１３ａと開口パターン１４ａとが重ね合わされた部分となる。図３は、この露光マスク１０に電子線Ｅを照射した場合の投影形状を説明する図であり、基板１２を第１層部分１３と第２層部分１４とに分離した図である。この図に示すように、露光マスク１０に照射された電子線Ｅは、開口パターン１３ａによって成形され、次いで開口パターン１４ａによって成形され、開口パターン１３ａ，１４ａの両方を通過した電子線Ｅのみが、矩形の投影形状ｅで露光面（例えばウェーハＷ表面）に照射されることになる。
【００３３】
以上のように、矩形の投影形状を有する露光パターン１５は、積層させた開口パターン１３ａ，１４ａの交差部分で構成されており、開口パターン１３ａ，１４ａの平面的な内壁部分のみで構成されている。このため、露光パターン１５は、その投影形状が角部を有する形状であったとしても、その内壁に応力が集中し易い角部が設けられることはない。したがって、この露光パターン１５が設けられた基板１２を例えば露光パターン１５の微細化のために薄膜化した場合であっても、上記角部への応力集中による基板の歪みを防止することが可能になる。この結果、この露光マスク１０を用いた露光においては、微細な露光パターン１５を、形状精度良好に投影することが可能になる。
【００３４】
また、ＬＥＥＰＬに代表されるような低加速の電子ビームを用いるリソグラフィ技術においては、厚みの薄い露光マスク（メンブレン状の基板１２）を用いることが必要となると考えられる。このため、上述したように薄膜化が可能である本露光マスク１０は、低加速の電子ビームを用いる露光用として特に適したものとなる。したがって、この露光マスク１０により、例えば１００ｎｍルール以降の半導体回路形成の量産化を実現できる。
【００３５】
さらに、ダイヤモンド薄膜のような強度があるが材料及び加工コストのかかる材料を用いることなく、基板１２を薄膜化できるため、半導体装置製造プロセスでよく用いられているシリコン単結晶などの強度はそれほどではない材料を用い、また加工コストを抑えることができる。また、加工も容易なので短納期で、このような露光マスク１０を作成することができる。そのため、マスク専門メーカーだけでなく、半導体メーカーも自前で、しかも短期間で該マスクを作成することが可能で、ニーズに応じた多品種の半導体装置をタイミング良く市場に提供することが可能となる。
【００３６】
次に、このような構成の露光マスク１０の製造方法を、図４の断面工程図を用いて説明する。
【００３７】
先ず、図４（１）に示すように、単結晶シリコンからなるシリコン基板４１上に、絶縁膜として形成した酸化シリコン膜４２を介してシリコン薄膜４３を形成してなるＳＯＩ基板（ウェーハ）４４を用意する。そして、例えばＬＰ−ＣＶＤ法によって、膜厚４００ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜４５を成膜し、このウェーハ４４の周囲を窒化シリコン膜４５で覆う。
【００３８】
次に、図４（２）に示すように、シリコン基板４１側の窒化シリコン膜４５をパターニングし、シリコン基板４１の周縁部から側壁、さらにはシリコン薄膜４３側を覆う状態で窒化シリコン膜４５を残し、シリコン基板４１の中央部分を露出させる状態で窒化シリコン膜を除去する。この際、シリコン基板４１の周縁側の窒化シリコン膜４５上にレジストパターン（図示省略）を形成し、これをマスクに用いてシリコン基板４１側の窒化シリコン膜４５を、フロロカーボン系ガスなどを用いてドライエッチングする。
【００３９】
その後、図４（３）に示すように、シリコン基板４１上の周縁部に残した窒化シリコン膜４５をマスクとして、水酸化カリウム水溶液をエッチング溶液に用いてシリコン基板４１をウエットエッチングし、酸化シリコン膜４２を露出させる。これにより、シリコン基板４１からなる支持枠１１を形成する。また、この支持枠１１に支持された状態の酸化シリコン膜４２とシリコン薄膜４３とからなる基板１２を形成する。この基板１２においては、酸化シリコン膜４２が第１層部分１３となり、シリコン薄膜４３が第２層部分１４となる。
【００４０】
次に、図４（４）に示すように、酸化シリコン膜４２（第１層部分１３）上に、レジストパターン４６を形成し、このレジストパターン４６をマスクにして酸化シリコン膜４２（第１層部分１３）をエッチングする。この際、フロロカーボン系ガスなどを用いたドライエッチングによって、シリコン薄膜４３（第２層部分１４）をエッチングストッパにして酸化シリコン膜４２を選択的にエッチング除去する。これにより、酸化シリコン膜４２からなる第１層部分１３に開口パターン１３ａを形成する。この開口パターン１３ａは、基板１２の一主面側に第１の溝パターン４２ａとして形成されることになる。
【００４１】
次いで、レジストパターン４６を除去した後、図４（５）に示すように、シリコン薄膜４３（第２層部分１４）側の窒化シリコン膜４５上に、レジストパターン４７を形成する。そして、このレジストパターン４７をマスクにして窒化シリコン膜４５をエッチング除去する。
【００４２】
そして、図４（６）に示すように、窒化シリコン膜４５をマスクにして、さらにシリコン薄膜４３（第２層部分１４）をエッチングする。この際、塩素系ガスなどを用いたドライエッチングによって、酸化シリコン膜４２（第１層部分１３）をエッチングストッパにしてシリコン薄膜４３（第２層部分１４）を選択的にエッチング除去する。これにより、シリコン薄膜４３からなる第２層部分１４に開口パターン１４ａを形成する。この開口パターン１４ａは、基板１２の一主面側に第２の溝パターン４３ａとして形成されることになる。
【００４３】
以上の工程の後、シリコン薄膜４３（第２層部分１４）側の窒化シリコン膜４５を除去する。これによって図１および図２を用いて説明した露光マスク１０を形成することができる。
【００４４】
尚、この製造方法においては、基板１２を、その一主面側と他主面側との両側からパターンエッチングするため、露光パターン１５を精度良好に形成するための膜厚が、第１層部分１３と第２層部分１４とに分散されることになる。つまり、露光パターン１５の径に対する基板１２の膜厚のアスペクトを、基板１２の一方側からのみパターンエッチングする場合の倍以上にできる。
【００４５】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の露光マスクを示す断面図である。この図に示す露光マスク１０’と、図１および図２を用いて説明した第１実施形態の露光マスクとの異なるところは、基板１２’構成にある。
【００４６】
すなわち、基板１２’は、第１層部分１３と第２層部分１４との間に、これらの層部分とは異なる材質で構成された中間層部分１７を挟持してなる。ここで、第１層部分１３と第２層部分１４とは、同質材料からなることが好ましい。また、中間層部分１７は、第１層部分１３と第２層部分１４とに対するエッチングストッパとなる材料で構成されることとする。
【００４７】
この中間層部分１７には、例えば第２層部分１４に形成された開口パター１４ａと連続する形状の開口パターン１７ａが設けられている。つまり、この開口パターン１７ａは、開口パターン１４ａと同一形状を有して完全に重ね合わされた状態で配置されている。尚、開口パターン１７ａは、第１層部分１３に形成された開口パターン１３ａと連続するように配置されていても良い。
【００４８】
そして、開口パターン１３ａと、開口パターン１４ａおよび開口パターン１７ａとの交差部分を、基板１２’の一主面側と他主面側とを連通する露光パターン１５’としている。
【００４９】
このような構成の露光マスク１０’では、露光パターン１５’が、開口パターン１３ａと、開口パターン１４ａおよび開口パターン１７ａとの交差部分で構成されており、開口パターン１４ａと開口パターン１７ａとが連続している。このため、第１実施形態の露光マスクと同様に、露光パターン１５’は、その投影形状が角部を有する形状であったとしても、その内壁に応力が集中し易い角部が設けられることはなく、第１実施形態の露光マスクと同様の効果を得ることができる。
【００５０】
しかも、材質の異なる中間層部分１７を挟持する第１層部分１３と第２層部分１４とが同質材料で構成されていることから、基板１２’の両面に掛かる応力を均等にすることが可能であり、基板１２’部分の応力による変形を抑える効果が高い。したがって、中間層部分１７をエッチングストッパとすることで、精度の良好な加工によって露光マスク１０’を作製すようにした場合であっても、作製された露光マスク１０’の応力による変形を抑えることが可能になる。
【００５１】
次に、このような構成の露光マスク１０’の製造方法を、図６の断面工程図を用いて説明する。
【００５２】
先ず、上述した第１実施形態において図４（１）および図４（２）を用いて説明した工程を行った後、図６（１）に示すように、シリコン基板４１上の周縁部に残した窒化シリコン膜４５をマスクとして、水酸化カリウム水溶液をエッチング溶液に用いてシリコン基板４１をウエットエッチングする。この際、酸化シリコン膜４２上に、所定膜厚のシリコン基板４１を残すようにエッチング時間を制御しつつ、当該シリコン基板４１のエッチングを行う。
【００５３】
これにより、シリコン基板４１からなる支持枠１１を形成する。そして、この支持枠１１に支持された状態の、シリコン基板４１部分、酸化シリコン膜４２およびシリコン薄膜４３とからなる基板１２’を形成する。この基板１２’においては、酸化シリコン膜４２上に残したシリコン基板４１部分が第１層部分１３となり、酸化シリコン膜４２が中間層部分１７、シリコン薄膜４３が第２層部分１４となる。
【００５４】
以上の後、図６（２）に示すように、酸化シリコン膜４２上に、レジストパターン６１を形成し、このレジストパターン６１をマスクにしてシリコン基板４１（第１層部分１３）をエッチングする。この際、塩素系ガスなどを用いたドライエッチングによって、酸化シリコン膜４２（中間層部分１７）をエッチングストッパにしてシリコン基板４１（第１層部分１３）を選択的にエッチング除去する。これにより、シリコン基板４１からなる第１層部分１３に開口パターン１３ａを形成する。この開口パターン１３ａは、基板１２’の一主面側に第１の溝パターン４１ａとして形成されることになる。
【００５５】
次に、レジストパターン６１を除去した後、図６（３）に示すように、シリコン薄膜４３側の窒化シリコン膜４５上に、レジストパターン６２を形成する。そして、このレジストパターン６２をマスクにして窒化シリコン膜４５をエッチング除去する。
【００５６】
そして、図６（４）に示すように、窒化シリコン膜４５をマスクにして、さらにシリコン薄膜４３（第２層部分１４）をエッチングする。この際、塩素系ガスなどを用いたドライエッチングによって、酸化シリコン膜４２（中間層部分１７）をエッチングストッパにしてシリコン薄膜４３（第２層部分１４）を選択的にエッチング除去して開口パターン１４ａを形成する。これに引き続き、エッチングストッパに用いた酸化シリコン膜４２（中間層部分１７）をエッチングして、開口パターン１４ａに連続する開口パターン１７ａを形成する。この開口パターン１４ａ，１７ａは、基板１２’の他主面側に第２の溝パターン４２ａ’として形成されることになる。
【００５７】
以上の工程の後、シリコン薄膜４３（第２層部分１４）側の窒化シリコン膜４５を除去し、これにより図５を用いて説明した露光マスク１０’を形成することができる。
【００５８】
（第３実施形態）
図７（１），（２）は、本発明の露光マスクの第３実施形態を示す断面図である。この図に示す露光マスク１０”と、図１および図２を用いて説明した第１実施形態の露光マスクとの異なるところは、基板１２”が３層構造となっている点にある。
【００５９】
すなわち、基板１２”は、第１層部分１３および第２層部分１４、さらには第３層部分３１との３層部分で構成されている。第１層部分１３および第２層部分１４は、第１実施形態の露光マスクで説明したと同様であることとし、この第２層部分１４に第３層部分３１を貼り合わせた状態で、基板１２”が構成されている。尚、図７（２）においては説明のため、第３層部分３１のみを分離した状態を図示した。
【００６０】
この第３層部分３１には、開口パターン３１ａが複数設けられており（図面状においては１つのみを示す）、各開口パターン３１ａ、それぞれが例えば矩形の開口形状を有していることとする。そして、各開口パターン３１ａは、第１層部分１３に設けられた開口パターン１３ａ、および第２層部分１４に設けられた開口パターン１４ａとに対して、部分的に交差した状態で配置されており、各交差部分に基板１２の一主面側と他主面側とを連通する各露光パターン１５”が設けられている。これらの開口パターン１３ａ、開口パターン１４ａおよび開口パターン３１ａは完全に交差した状態で配置されることとし、露光パターン１５”の投影形状が、開口パターン１３ａの平面的な内壁部分、開口パターン１４ａの平面的な側壁部分、および開口パターン３１ａの平面的な内壁部分とで構成されることが好ましい。
【００６１】
ここで、第３層部分３１は、第１層部分１３および第２層部分１４と同様に、開口パターン２１ａを精度良好に形成可能な膜厚を有していることとする。
【００６２】
このように構成された露光マスク１０”は、各層部分に形成された開口パターン１３ａ，１４ａ，３１ａの平面的な内壁部分のみで露光パターン１０”を形成している。このため、第１実施形態と同様に、露光パターン１５”は、その投影形状が角部を有する形状であったとしても、その内壁に応力が集中し易い角部が設けられることはなく、第１実施形態の露光マスクと同様の効果を得ることができる。
【００６３】
しかも、基板１２”を３層構造とし、それぞれに形成された開口パターン１３ａ，１４ａ，３１ａを部分的に交差させて露光パターン１５”としているため、露光パターン１５”は、投影形状が矩形であるものに限定されることなく、図７に示すような６角形の投影形状や、５角形の投影形状を有するものとすることができる。
【００６４】
このような構成の露光マスク１０”を製造する場合には、例えば第１実施形態において図４（６）を用いて説明した工程を終了した後、第３層部分３１を構成する膜（第３層膜）を第２層部分１４上に貼り合わせ、この第３層膜３１をパターンエッチングすることで開口パターン３１ａを形成する。
【００６５】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態として、上述した露光マスクを用いた露光装置の構成およびこの露光装置による露光方法を、図８を用いて説明する。ここでは、ＬＥＥＰＬに用いる露光装置を例にとる。
【００６６】
この図に示す露光装置は、露光光として電子ビームＥ（荷電粒子線）を生み出す電子銃８１（照射部）を備えており、この電子銃８１から放出された電子ビームＥの経路上に、電子ビームＥの経路を法線とする状態で、上述した構成の露光マスク１０（または露光マスク１０'，１０"）が配置され、この露光マスク１０（１０’，１０”）との間に間隔を保ってｘｙ移動可能なステージ８２が配置されていることとする。露光マスク１０（１０’，１０”）とステージ８２との間隔は、ステージ８２上に露光対象となるウェーハＷを載置した場合に、ウェーハＷ表面と露光マスク１０（１０’，１０”）と間に約５０μｍの間隔ｄが設けられる程度に設定されている。
【００６７】
そして、電子銃８１と露光マスク１０（１０’，１０”）との間には、電子ビームＥの経路を囲む状態で、電子銃８１側から順に、進行方向を平行にするためのコンデンサレンズ８３、電子ビームＥを制限するアパーチャー８４、電子ビームが平行なままでラスターまたはベクトル走査モードの何れかで且つ露光マスク１０（１０’，１０”）に垂直に入射するように偏向させる目的を持つ対となるメインデフレクターのセット８５，８６があり、さらには電子ビームＥの照射位置の微調整を行うための微調整用デフレクター８７，８８が配置されている。
【００６８】
以上のような構成の露光装置を用いて露光を行う場合には、先ず、ステージ８２上に、表面にレジストを塗布してなるウェーハＷを載置する。次いで、電子銃８１から放出させた電子ビームＥを、コンデンサレンズ８３、アパーチャー８４で成形しつつ、上述したデフレクター８５〜８８で電子ビームＥの照射位置を調整しつつ走査させながら露光マスク１０（１０’，１０”）に照射する。そして、この露光マスク１０（１０’，１０”）の露光パターン１５を通過することで成型された電子ビームＥ’を、ウェーハＷ表面のレジスト（図示省略）に照射し、このレジストに対してパターン露光を行う。
【００６９】
このような露光装置および露光装置を用いた露光方法によれば、上述した露光マスクを用いているため、露光マスクに形成された微細な露光パターンに対して歪みのない投影形状でパターン露光を行うことが可能になる。したがって、精度良好に、微細なレジストパターンを形成することが可能になる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の露光マスクによれば、積層させた開口パターンの交差部分を露光パターンとすることで、投影形状が矩形のような角部を有する露光パターンを、その内壁に応力が集中し易い角部を設けることなく構成することが可能になる。したがって、この露光パターンが設けられた基板を薄膜化した場合であっても、上記角部への応力集中による基板の歪みを防止することが可能になり、微細な露光パターンを形状精度良好に投影させることが可能になる。
【００７１】
また、本発明の露光マスクの製造方法によれば、基板の一主面側に第１の溝パターンを形成し、これと交差するように基板の他主面側に第２の溝パターンを形成するようにしたことから、上述した本発明の構成の露光マスクを形成することができる。
【００７２】
さらに、本発明の露光装置によれば、上述した本発明の露光マスクを備えた構成とすることで、微細な露光パターンを歪みなく投影するパターン露光を行うことが可能になる。
【００７３】
そして、この露光装置を用いた露光方法によれば、微細な露光パターンを歪みなく投影したパターン露光を行うことが可能であるため、例えば半導体装置の回路パターンも本来所望のパターンから変形させる事無く形成することが可能であり、最終的に作られた半導体装置の性能や信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の露光マスクの構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の露光マスクの構成を示す要部斜視図である。
【図３】第１実施形態の露光マスクの投影形状を説明する図である。
【図４】第１実施形態の露光マスクの製造工程を示す断面図である。
【図５】第２実施形態の露光マスクの構成を示す断面面である。
【図６】第２実施形態の露光マスクの製造工程を示す断面図である。
【図７】第３実施形態の露光マスクの構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態で示す露光装置の構成図である。
【図９】従来の露光マスクの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，１０’，１０”…露光マスク、１２，１２’，１２”…基板、１３…第１層部分、１３ａ，１４ａ，１７ａ，３１ａ…開口パターン、１４…第２層部分、１７…中間層部分、３１…第３層部分、１５，１５’，１５”…露光パターン、４１ａ，４２ａ…第１の溝パターン、４２ａ’４３ａ…第２の溝パターン、８１…電子銃（照射部）、Ｅ…電子線（荷電粒子線）
【図１】
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【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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