JP2003077819A

JP2003077819A - マスク、マスクの製造方法、露光方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003077819A
Application number: JP2001269269A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yoshizawa; 正樹吉澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高アスペクト比の孔を形成せずに、微細パター
ンを転写できる電子ビームリソグラフィ用のマスク、マ
スクの製造方法、露光方法および半導体装置の製造方法
を提供する。【解決手段】薄膜１に所定のマスクパターンで孔２が形
成されたマスクを介して、露光面に電子線ＥＢを照射
し、露光面にマスクパターンを転写する露光方法であっ
て、電子線ＥＢを孔と平行とならないように照射する露
光方法と、それに用いるマスクであって、孔２が薄膜１
に斜め、あるいは垂直に形成されたマスクおよびその製
造方法と、そのようなマスクを用いる電子ビームリソグ
ラフィ工程を含む半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームリソグ
ラフィに用いられるマスク、電子ビームを用いる露光方
法および電子ビームリソグラフィプロセスを含む半導体
装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの微細化に伴い、電子線転写型リ
ソグラフィ（ＥＰＬ；electron beamprojection lithog
raphy）の実用化が期待されている。実用化が進められ
ているＥＰＬとしては、ＩＢＭとニコンが共同開発して
いるＰＲＥＶＡＩＬ（projection exposure with varia
ble axis immersion lenses)（H. C. Pfeiffer他 Jour
nal of Vacuum Science and Technology B17 p.2840 (1
999)）が挙げられる。また、リープル、東京精密および
ソニーが共同開発しているＬＥＥＰＬ（lowenergy elec
tron-beam proximity projection lithography)（T. Ut
sumi, Journal of Vacuum Science and Technology B17
p.2897 (1999))が挙げられる。

【０００３】提案されているＥＰＬ用マスクには、薄膜
（メンブレン）の一部に孔が設けられたステンシルマス
クと、メンブレン上の一部に電子線遮断膜である重金属
層が形成されたメンブレンマスクがある。ステンシルマ
スクの場合、孔部分を電子ビームが透過する。メンブレ
ンマスクの場合、重金属層で電子ビームが散乱し、重金
属層以外の部分を電子ビームが透過する。ステンシルマ
スクまたはメンブレンマスクを電子ビームが透過して、
ウェハ上のレジストにマスクパターンが転写される。

【０００４】ＰＲＥＶＡＩＬは通常、４倍の縮小投影系
であり、１００ｋｅＶ程度の電子ビームが用いられる。
このような高加速電子ビームが用いられることから、Ｐ
ＲＥＶＡＩＬにはステンシルマスクとメンブレンマスク
のいずれも利用できる。一方、ＬＥＥＰＬは等倍投影系
であり、例えば２ｋｅＶの電子ビームが用いられる。こ
のような低加速電子ビームはメンブレンマスクを透過し
ないため、ＬＥＥＰＬにはステンシルマスクが用いられ
る。ＬＥＥＰＬ用マスクとして、５００ｎｍ厚のシリコ
ン製またはダイアモンド製のステンシルマスクが提案さ
れている。

【０００５】図１０は、ＬＥＥＰＬに用いられる従来の
ステンシルマスクの断面図である。図１０に示すよう
に、ステンシルマスク４１は支持枠（フレーム）４２に
囲まれた所定の大きさのメンブレン４３を有する。フレ
ーム４２は、例えばシリコンウェハにメンブレン４３の
パターンでエッチングを行うことにより形成される。

【０００６】メンブレン４３にはマスクパターンに対応
する孔４４が形成されている。メンブレン４３に孔４４
を形成することにより、メンブレン４３の機械的強度は
著しく低下する。ステンシルマスク４１の機械的強度を
補強し、ステンシルマスク４１の使用時および製造時に
おけるメンブレン４３の破損を防止する目的でフレーム
４２が設けられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＬＥＥＰＬにより例え
ば線幅５０ｎｍのレジストパターンを形成する場合、Ｌ
ＥＥＰＬには等倍マスクが用いられることから、線幅５
０ｎｍのマスクパターン（図１０の孔４４）を形成する
必要がある。例えば、厚さ５００ｎｍのメンブレンに線
幅５０ｎｍの孔を形成する場合、アスペクト比は１０と
なる。このような高アスペクト比の孔を、従来の汎用さ
れているエッチング技術あるいはエッチング装置で高精
度に形成することは難しい。一方、メンブレンを薄くす
ると、メンブレンの機械的強度が不足するため、メンブ
レンを薄くしてアスペクト比を低くすることはできな
い。

【０００８】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、高アスペクト比の孔を
形成せずに、微細パターンを転写できる電子ビームリソ
グラフィ用の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。また、本発明は、ステンシルマスクに形
成された孔の径よりも微細な線幅でパターンを転写でき
る露光方法を提供することを目的とする。さらに、本発
明は、微細パターンを高精度に形成できる半導体装置の
製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のマスクは、薄膜と、前記薄膜の一部に形成
された、電子線が透過する孔と、前記孔と平行でない電
子線を遮断するのに十分な厚さで、前記薄膜の両面に形
成された電子線遮断膜とを有することを特徴とする。

【００１０】好適には、前記孔は、前記薄膜の表面に対
して垂直とならないように一定の角度を設けて形成され
ている。あるいは、前記孔は、前記薄膜の表面に対して
垂直に形成されている。好適には、前記電子線遮断膜は
導電性を有する。さらに好適には、前記電子線遮断膜は
金属層を含む。本発明のマスクは、好適には、前記孔以
外の部分に、電子線を遮断しないように形成された薄膜
支持部をさらに有する。好適には、前記薄膜支持部は前
記孔およびその近傍の前記薄膜を囲むように、枠状に形
成されている。

【００１１】これにより、マスクに形成される孔の実際
の径よりも細い線幅で、パターンを転写することが可能
となる。したがって、マスクに極めて高アスペクト比の
孔を形成する必要がなく、孔を形成するためのエッチン
グが容易となる。また、マスクの両面に電子線遮断膜を
形成することにより、孔近傍の薄膜を電子線が透過し
て、転写されるパターンが崩れるのを防止できる。

【００１２】上記の目的を達成するため、本発明のマス
クの製造方法は、薄膜上に所定のパターンでエッチング
マスク層を形成する工程と、前記薄膜の表面にエッチン
グガスを斜めに入射させてドライエッチングを行い、前
記薄膜に、前記薄膜の表面に対して垂直でない孔を形成
する工程と、前記エッチングマスク層を除去する工程
と、前記薄膜の両面に、前記孔と平行でない電子線を遮
断するのに十分な厚さで電子線遮断膜を形成する工程と
を有することを特徴とする。

【００１３】これにより、薄膜を斜めに貫通するような
孔を形成できる。本発明のマスクの製造方法によれば、
微細パターンを転写するための孔を、比較的広い径で形
成できるため、特に高精度のエッチング装置等を用いな
くても、マスクに孔を高精度に形成することが可能であ
る。

【００１４】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の露光方法は、薄膜に所定のマスクパターンで孔が形
成されたマスクを介して、露光面に電子線を照射し、前
記露光面に前記マスクパターンを転写する露光方法であ
って、電子線を前記孔と平行とならないように照射する
ことを特徴とする。

【００１５】好適には、前記孔が前記薄膜の表面に対し
て垂直に形成されていないマスクを用いる。好適には、
電子線を前記薄膜の表面に対して斜めあるいは垂直に照
射する。あるいは、好適には、前記孔が前記薄膜の表面
に対して垂直に形成されたマスクを用い、電子線を前記
薄膜の表面に対して斜めに照射する。

【００１６】これにより、マスクに形成される孔の実際
の径よりも細い線幅で、パターンを転写することが可能
となる。また、マスクに極めて高アスペクト比の孔を形
成する必要がないことから、孔を形成するためのエッチ
ングが高精度で行われる。したがって、マスクのパター
ン欠陥も低減される。

【００１７】上記の目的を達成するため、本発明の半導
体装置の製造方法は、薄膜に所定のマスクパターンで孔
が形成されたマスクを介して、感光面に電子線を照射
し、前記感光面に前記マスクパターンを転写する工程を
有する半導体装置の製造方法であって、電子線を前記孔
と平行とならないように照射することを特徴とする。こ
れにより、電子線リソグラフィ工程において、微細パタ
ーンを高精度に転写でき、半導体装置の微細化が可能と
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のマスク、マスク
の製造方法、露光方法および半導体装置の製造方法の実
施の形態について、図面を参照して説明する。（実施形態１）図１は本実施形態のステンシルマスクの
メンブレン部分を拡大した断面図である。本実施形態の
ステンシルマスクは、ＬＥＥＰＬのように低加速電子ビ
ームを用いる電子ビームリソグラフィに好適に用いられ
る。

【００１９】図１に示すように、例えばシリコン製また
はダイアモンド製のメンブレン１には、マスクパターン
に対応する孔２が形成されている。本実施形態のステン
シルマスクによれば、孔２はメンブレン１の表面に対し
て垂直に形成されず、一定の角度だけ傾斜するように形
成される。以下、図１に示すように、孔２がメンブレン
１の表面に対して垂直に形成されていないステンシルマ
スクを、必要に応じて斜坑マスクと表現する。

【００２０】図１の斜坑マスクにおいて、メンブレン１
の厚さは例えば５００ｎｍである。メンブレン１の両面
には、電子ビームが透過しない所定の厚さを有する電子
線遮断膜３ａ、３ｂが形成されている。電子線遮断膜３
ａ、３ｂの材料は特に限定されないが、電子線遮断膜３
ａ、３ｂは薄く形成することが望ましく、電子ビームが
透過しにくい金属材料が特に好適である。

【００２１】電子線遮断膜３ａ、３ｂの材料として、金
属等の導電性材料を用いることにより、電子ビームリソ
グラフィを行う際のチャージアップを防止することも可
能である。電子線遮断膜３ａ、３ｂとして例えばＰｔ層
またはＰｄ層を形成する場合、電子線遮断膜３ａ、３ｂ
の厚さはそれぞれ２０ｎｍ程度とする。

【００２２】図２（ａ）および（ｂ）は本実施形態の斜
坑マスクを用いた露光方法を示す概略図である。斜坑マ
スクを用いて露光を行う場合には、孔２の壁面と電子ビ
ームＥＢが平行とならないようにする。これにより、斜
坑マスクの孔２の径よりも狭い線幅で、レジストにパタ
ーンを転写することが可能となる。

【００２３】図２（ａ）は、メンブレン１の表面に対し
て電子ビームが垂直に入射しない場合を示す。図２
（ｂ）は、メンブレン１の表面に対して電子ビームが垂
直に入射する場合を示す。図２（ａ）および（ｂ）にお
いて、メンブレン１の表面に対する垂線と孔２の壁面と
のなす角をθ₁ とする。また、メンブレン１の表面に対
する電子ビームの入射角をθ₂ とする。

【００２４】図２（ａ）に示すように、斜坑マスクに線
幅Ｗ₁ で孔２を形成し、メンブレン１の表面に対して斜
めに電子ビームＥＢを入射させた場合、孔２を透過する
電子ビームの幅（ビームサイズ）Ｗ₂ は、次式（１）で
表される。ここで、ｔはメンブレン１の厚さを示す。Ｗ₂ ＝Ｗ₁ −ｔ（ｔａｎθ₁ ＋ｔａｎθ₂ ）・・・（１）

【００２５】また、図２（ｂ）に示すように、メンブレ
ン１の表面に対して電子ビームＥＢを垂直に入射させる
場合は、上記の式（１）でθ₂ ＝０の場合に相当する。
したがって、この場合に孔２を透過する電子ビームの幅
（ビームサイズ）Ｗ₃ は、次式（２）で表される。Ｗ₃ ＝Ｗ₁ −ｔ×ｔａｎθ₁ ・・・（２）

【００２６】例えば、メンブレン１の厚さｔが５００ｎ
ｍ、孔２の径Ｗ₁ が１００ｎｍの場合に、孔２の傾きθ
₁ を３°、電子ビームの入射角θ₂ を３°とすると、図
２（ａ）に示すビームサイズＷ₂ は４７．６ｎｍとな
る。従来のステンシルマスクを用いる場合、ビームサイ
ズを５０ｎｍ程度とするには、径が５０ｎｍでアスペク
ト比が１０である孔を形成する必要がある。

【００２７】それに対し、本実施形態の斜坑マスクによ
れば、径がほぼ１００ｎｍでアスペクト比がほぼ５であ
る孔２を形成して、線幅５０ｎｍ程度のレジストパター
ンを形成することが可能である。すなわち、微細パター
ンを形成するための孔２のアスペクト比を低くできる。
したがって、孔２の形成が比較的容易となり、孔２を高
精度に形成できる。

【００２８】また、メンブレン１の厚さｔが５００ｎ
ｍ、孔２の径Ｗ₁ が１００ｎｍ、孔２の傾きθ₁ が３°
である斜坑マスクに、図２（ｂ）に示すように、メンブ
レン１の表面に対して垂直に電子ビームを入射させる
と、ビームサイズＷ₃ は７３．８ｎｍとなる。孔２の傾
きθ₁ は、孔２の所望の断面形状が得られる範囲で変更
可能であり、θ₁ を大きくすることにより、ビームサイ
ズＷ₃ をさらに小さくすることもできる。

【００２９】本実施形態の斜坑マスクによれば、メンブ
レン１の両面に電子線遮断膜３ａ、３ｂが形成される。
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、孔２と電子ビー
ムＥＢとが平行でない場合、孔２のエッジ近傍（孔２の
周囲であって、メンブレン１の表面または裏面に近い部
分）で、電子ビームＥＢの進行方向におけるメンブレン
１の厚さは実質的に薄くなる。

【００３０】したがって、電子線遮断膜３ａ、３ｂを設
けなかったり、電子線遮断膜３ａ、３ｂが薄かったりす
ると、電子ビームＥＢが孔２のエッジ部分を突き抜け、
パターンを正確に転写することができない。これを避け
るため、メンブレン１の両面に電子ビームを遮るのに十
分な厚さの電子線遮断膜３ａ、３ｂが設けられる。電子
線遮断膜３ａ、３ｂの材料としては、上記のＰｔ、Ｐｄ
以外にＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｗ等の金
属材料を用いることもできる。

【００３１】また、例えばダイアモンド等の非金属材料
を電子線遮断膜３ａ、３ｂの材料として用いることも可
能であるが、この場合、電子ビームを遮るのに十分な厚
さで電子線遮断膜３ａ、３ｂを形成すると、Ｐｔ、Ｐｄ
等の金属材料を用いる場合に比較して、電子線遮断膜３
ａ、３ｂが厚くなる。

【００３２】上記の式（１）および（２）では電子線遮
断膜３ａ、３ｂの厚さを無視しているが、電子線遮断膜
３ａ、３ｂが厚くなると、電子線遮断膜３ａ、３ｂの厚
さがビームサイズＷ₂ 、Ｗ₃ に与える影響を無視できな
くなる。したがって、本実施形態の斜坑マスクにおいて
は、電子線遮断膜３ａ、３ｂの材料として金属材料が好
適に用いられる。

【００３３】本実施形態の斜坑マスクは、例えばＬＥＥ
ＰＬ等の低加速電子ビームを用いるリソグラフィに好適
である。例えばＰＲＥＶＡＩＬのような高加速電子ビー
ムを用いるリソグラフィに、本実施形態の斜坑マスクを
適用すると、電子線遮断膜３ａ、３ｂを形成した場合に
も電子ビームが孔２のエッジ近傍を突き抜ける。したが
って、マスクパターンをレジスト等に正確に転写するこ
とができない。

【００３４】なお、メンブレン１の表面に対して斜めに
電子ビームを入射させる場合、図２（ａ）に示すよう
に、メンブレン１とウェハ（不図示）を水平に固定し、
電子ビームＥＢを鉛直方向から傾けて照射する配置とし
ても、あるいは、図３に示すように、メンブレン１とウ
ェハ（不図示）を傾斜させて互いに平行に固定し、電子
ビームを鉛直方向に照射する配置としても、いずれでも
よい。

【００３５】しかしながら、通常、メンブレンやウェハ
を傾斜させる角度を制御するよりも、電子ビームの方向
を制御するほうが容易であり、高精度である。したがっ
て、特に、図２（ａ）に示すように、電子ビームを鉛直
方向から傾けて照射することが望ましい。

【００３６】次に、上記のようなメンブレン部分を含む
本実施形態の斜坑マスクおよびその製造方法の一例につ
いて説明する。図４（ａ）は本実施形態の斜坑マスクの
断面図である。本実施形態の斜坑マスク１１はＬＥＥＰ
Ｌに好適に用いられる。図４（ａ）に示すように、斜坑
マスク１１は支持枠（フレーム）１２に囲まれた所定の
大きさのメンブレン１を有する。フレーム１２は、例え
ばシリコンウェハにメンブレン１のパターンでエッチン
グを行うことにより形成される。

【００３７】メンブレン１にはマスクパターンに対応す
る孔２が形成されている。メンブレン１に孔２を形成す
ることにより、メンブレン１の機械的強度は著しく低下
する。斜坑マスク１１の機械的強度を補強し、斜坑マス
ク１１の使用時および製造時におけるメンブレン１の破
損を防止する目的でフレーム１２が設けられる。

【００３８】上記の本実施形態の斜坑マスク１１を製造
するには、まず、図４（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板
１３の両面に熱酸化により酸化シリコン層１４ａ、１４
ｂを形成する。ＳＯＩ基板１３としては、例えば厚さ７
２５μｍのシリコンウェハ１５上に、厚さ１００ｎｍの
酸化シリコン層１６を介して、厚さ５００ｎｍのシリコ
ン層１７が形成されたものを用いる。

【００３９】次に、図５（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基
板１３の裏面（シリコンウェハ１５側）にポジ型レジス
トを塗布し、露光および現像を行って、フレーム１２
（図４（ａ）参照）部分にレジスト１８を形成する。

【００４０】続いて、図５（ｄ）に示すように、レジス
ト１８をマスクとして酸化シリコン層１４ｂにエッチン
グを行い、メンブレン１（図４（ａ）参照）部分の酸化
シリコン層１４ｂを除去する。このエッチングは、例え
ばフッ酸とフッ化アンモニウムを含む緩衝液（ＢＨＦ溶
液）を用いたウェットエッチングとする。このとき、酸
化シリコン層１４ａがエッチングされるのを防止するた
め、酸化シリコン層１４ａ上には保護層１９として例え
ばレジストを塗布するか、シリコン層を形成する。酸化
シリコン層１４ｂのエッチング後、レジスト１８を除去
する。

【００４１】さらに、酸化シリコン層１４ｂをマスクと
してシリコンウェハ１５にエッチングを行い、酸化シリ
コン層１６を露出させる。これにより、フレーム１２が
形成される。このエッチングは、例えば水酸化カリウム
（ＫＯＨ）を用いたウェットエッチングとする。

【００４２】次に、図６（ｅ）に示すように、保護層１
９を除去してから、酸化シリコン層１４ａ上にポジ型レ
ジストを塗布し、露光および現像を行う。これにより、
孔２（図４（ａ）参照）のパターンでレジスト２０が形
成される。続いて、図６（ｆ）に示すように、レジスト
２０をマスクとして酸化シリコン層１４ａにエッチング
を行い、孔２部分の酸化シリコン層１４ａを除去する。
このエッチングは、例えばＣ₂ Ｆ₆ を用いたドライエッ
チングとする。その後、レジスト２０を除去する。

【００４３】次に、図７（ｇ）に示すように、酸化シリ
コン層１４ａをマスクとしてシリコン層１７にエッチン
グを行い、孔２を形成する。このとき、シリコン層１７
を含む基板を所定の角度で傾斜させてドライエッチング
を行うか、あるいは、基板面に対して垂直とならない電
場を印加してドライエッチングを行う。これにより、シ
リコン層１７に傾斜した孔２が形成される。このエッチ
ングは、例えばＣｌ₂とＯ₂ の混合ガスや、ＳＦ₆ 等を
用いたドライエッチングとする。

【００４４】次に、図７（ｈ）に示すように、フレーム
１２をマスクとして酸化シリコン層１６にエッチングを
行い、メンブレン１部分の酸化シリコン層１６を除去す
る。このエッチングは、例えばＣＦ₄ とＨ₂ の混合ガス
を用いたドライエッチングとする。このとき、酸化シリ
コン層１４ｂも除去される。同様に、例えばＣＦ₄ とＨ
₂ の混合ガスを用いてドライエッチングを行い、図７
（ｉ）に示すように、酸化シリコン層１４ａを除去す
る。

【００４５】続いて、メンブレン１の表面に例えばスパ
ッタ法や蒸着法等により金属材料を堆積させ、電子線遮
断膜３ａを形成する。電子線遮断膜３ａの材料として
は、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｉｒ、Ｗ等を用いる。電子線遮断膜３ａの厚さは例
えば５〜１００ｎｍ程度とし、露光に用いる電子ビーム
のエネルギーや、電子線遮断膜３ａの材料に応じて適宜
設定する。例えば２ｋｅＶの電子ビームを用いるＬＥＥ
ＰＬの場合であって、上記のような金属材料からなる電
子線遮断膜３ａを形成する場合には、電子線遮断膜３ａ
の厚さを２０〜３０ｎｍ程度とする。

【００４６】その後、図４（ａ）に示すように、メンブ
レン１の裏面にも金属材料を堆積させ、電子線遮断膜３
ａと同様に電子線遮断膜３ｂを形成する。電子線遮断膜
３ｂの材料および厚さ等は、電子線遮断膜３ａと同様と
してよい。上記の本実施形態のマスクの製造方法によれ
ば、アスペクト比が比較的低い孔２を形成するため、孔
２を高精度に形成できる。上記の本実施形態のマスクの
製造方法により得られる斜坑マスクを用い、電子ビーム
リソグラフィを行った場合、孔２の径よりも微細な線幅
でマスクパターンを転写できる。

【００４７】（実施形態２）図８は本実施形態の露光方
法を示す概略図であり、本実施形態のステンシルマスク
のメンブレン部分を拡大した断面図を含む。本実施形態
の露光方法によれば、メンブレン２１の表面に対して孔
２２が垂直に形成されたステンシルマスクを用いる。実
施形態１と同様に、例えばシリコン製またはダイアモン
ド製のメンブレン２１が用いられる。メンブレン２１の
厚さｔは例えば５００ｎｍである。

【００４８】メンブレン２１の両面には、電子ビームが
透過しない所定の厚さを有する電子線遮断膜３ａ、３ｂ
が形成されている。電子線遮断膜３ａ、３ｂの材料は特
に限定されないが、電子線遮断膜３ａ、３ｂは薄く形成
することが望ましく、電子ビームが透過しにくい金属材
料が特に好適である。電子線遮断膜３ａ、３ｂとして例
えばＰｔ層またはＰｄ層を形成する場合、電子線遮断膜
３ａ、３ｂの厚さはそれぞれ２０ｎｍ程度とする。

【００４９】本実施形態の露光方法は、実施形態１と同
様に、ＬＥＥＰＬのような低加速電子ビームリソグラフ
ィに適用される。図８に示すように、メンブレン２１の
表面に対して垂直とならないように、電子ビームＥＢを
照射する。これにより、孔２２の壁面と電子ビームＥＢ
が平行とならず、マスクの孔２２の径よりも狭い線幅
で、レジストにパターンを転写することが可能となる。

【００５０】図８において、メンブレン２１の表面に対
する電子ビームの入射角をθ₂ とする。マスクに線幅Ｗ
₁ で孔２２を形成し、メンブレン２１の表面に対して斜
めに電子ビームを入射させた場合、孔２２を透過する電
子ビームの幅（ビームサイズ）Ｗ₄ は、次式（３）で表
される。Ｗ₄ ＝Ｗ₁ −ｔ×ｔａｎθ₂ ・・・（３）

【００５１】メンブレン２１の厚さｔが５００ｎｍ、孔
２２の径Ｗ₁ が１００ｎｍであるステンシルマスクに、
入射角θ₂ を３°として電子ビームＥＢを入射させる
と、ビームサイズＷ₄ は７３．８ｎｍとなる。電子ビー
ムの入射角θ₂ は、電子ビームが孔２２のエッジ近傍を
透過しない範囲で変更可能であり、θ₂ を大きくするこ
とにより、ビームサイズＷ₄ をさらに小さくすることも
できる。

【００５２】本実施形態の露光方法においても、実施形
態１と同様に、孔２２と電子ビームとが平行とならない
ため、孔２２のエッジ近傍（孔２２の周囲であって、メ
ンブレン２１の表面または裏面に近い部分）で、電子ビ
ームの進行方向におけるメンブレン２１の厚さは実質的
に薄くなる。

【００５３】したがって、電子線遮断膜３ａ、３ｂを設
けなかったり、電子線遮断膜３ａ、３ｂが薄かったりす
ると、電子ビームが孔２２のエッジ部分を突き抜け、パ
ターンを正確に転写することができない。これを避ける
ため、メンブレン２１の両面に電子ビームを遮るのに十
分な厚さの電子線遮断膜３ａ、３ｂが設けられる。

【００５４】電子線遮断膜３ａ、３ｂの材料としては、
上記のＰｔ、Ｐｄ以外にＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｉｒ、Ｗ等の金属材料を用いることもできる。電子
線遮断膜３ａ、３ｂの材料として、金属等の導電性材料
を用いることにより、電子ビームリソグラフィを行う際
のチャージアップを防止することも可能である。

【００５５】また、図示しないが、電子ビームに対する
メンブレン２１の配置については、実施形態１と同様
に、メンブレン２１と露光対象であるウェハを水平に固
定し、電子ビームを鉛直方向から傾けても、あるいは、
メンブレン２１とウェハを傾斜させて互いに平行に固定
し、電子ビームを鉛直方向に照射しても、いずれでもよ
い。

【００５６】図９は本実施形態のステンシルマスクの断
面図である。図９に示すように、ステンシルマスク３１
はフレーム１２に囲まれた所定の大きさのメンブレン２
１を有する。ステンシルマスク３１は、孔２２の形成工
程を除き、実施形態１の斜坑マスク１１の製造方法と同
様の方法で製造することができる。

【００５７】斜坑マスク１１に孔２を形成する場合は、
図７（ｇ）に示すように、例えばシリコン層１７を含む
基板を所定の角度で傾斜させてドライエッチングを行
う。それに対し、ステンシルマスク３１に孔２２を形成
する場合には、シリコン層１７を含む基板を傾斜させず
にドライエッチングを行えばよい。

【００５８】半導体装置の製造工程で行われる電子ビー
ムリソグラフィ工程で、上記の実施形態１または２に示
す方法で露光を行うことにより、高解像度の露光機を用
いなくても、レジストに微細なパターンを転写すること
が可能となる。したがって、半導体装置の微細化が可能
となる。

【００５９】また、実施形態１で用いられる斜坑マスク
や、実施形態２で用いられるステンシルマスクには、実
際のパターンの線幅よりも広い径で孔２、２２を形成す
ればよく、孔２、２２のアスペクト比を比較的低くする
ことができる。したがって、より高アスペクト比の孔を
形成する場合のように、特に精度の高いエッチング装置
を用いたり、エッチング条件を厳密に検討したりしなく
ても、パターン欠陥は起こりにくい。

【００６０】なお、上記の実施形態１の斜坑マスクや、
実施形態２のステンシルマスクをイオンビームリソグラ
フィ等の他のリソグラフィに適用した場合、電子ビーム
よりもエネルギーが高いことにより、孔近傍でビームが
透過しやすい。したがって、本発明のマスクおよび露光
方法は、特に低加速電子ビームリソグラフィに好適であ
る。

【００６１】上記の本発明の実施形態のマスク、マスク
の製造方法、露光方法および半導体装置の製造方法によ
れば、マスクに形成される孔の実際の径よりも細い線幅
で、パターンを転写することが可能となる。したがっ
て、マスクに極めて高アスペクト比の孔を形成する必要
がなく、マスクの孔が高精度に形成される。また、マス
クの両面の電子線遮断膜により、孔近傍で電子ビームが
メンブレンを透過して、転写されるパターンが崩れるの
を防止できる。

【００６２】本発明のマスク、マスクの製造方法、露光
方法および半導体装置の製造方法の実施形態は、上記の
説明に限定されない。上記の露光方法によれば、マスク
パターンのうち、特定の方向の線幅が縮小されるが、例
えば、この方向と直交する方向において線幅を縮小する
には、異なるマスクを作製し、多重露光を行えばよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更
が可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明のマスクによれば、高アスペクト
比の孔を形成せずに、電子ビームリソグラフィにおいて
微細パターンを転写できる。本発明のマスクの製造方法
によれば、微細パターンを転写できるマスクを、高アス
ペクト比の孔を形成せずに製造できる。

【００６４】本発明の露光方法によれば、ステンシルマ
スクに形成された孔の径よりも微細な線幅でマスクパタ
ーンを転写できる。本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、微細パターンを高精度に形成し、半導体装置を微
細化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施形態１に係るマスクのメン
ブレン部分を拡大した断面図である。

【図２】図２（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態１
に係る露光方法を示す概略図である。

【図３】図３は本発明の実施形態１に係る露光方法を示
す概略図である。

【図４】図４（ａ）は本発明の実施形態１に係るマスク
の断面図であり、図４（ｂ）は本発明の実施形態１に係
るマスクの製造方法の製造工程を示す断面図である。

【図５】図５（ｃ）および（ｄ）は本発明の実施形態１
に係るマスクの製造方法の製造工程を示す断面図であ
り、図４（ｂ）に続く工程を示す。

【図６】図６（ｅ）および（ｆ）は本発明の実施形態１
に係るマスクの製造方法の製造工程を示す断面図であ
り、図５（ｄ）に続く工程を示す。

【図７】図７（ｇ）〜（ｉ）は本発明の実施形態１に係
るマスクの製造方法の製造工程を示す断面図であり、図
６（ｆ）に続く工程を示す。

【図８】図８は本発明の実施形態２に係る露光方法を示
す概略図である。

【図９】図９は本発明の実施形態２に係るマスクの断面
図である。

【図１０】図１０は従来のマスクの断面図である。

【符号の説明】

１、２１、４３…メンブレン、２、２２、４４…孔、３
ａ、３ｂ…電子線遮断膜、１１…斜坑マスク、１２、４
２…フレーム、１３…ＳＯＩ基板、１４ａ、１４ｂ、１
６、４５…酸化シリコン層、１５…シリコンウェハ、１
７…シリコン層、１８、２０…レジスト、１９…保護
層、３１、４１…ステンシルマスク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜と、前記薄膜の一部に形成された、電子線が透過する孔と、前記孔と平行でない電子線を遮断するのに十分な厚さ
で、前記薄膜の両面に形成された電子線遮断膜とを有す
るマスク。
【請求項２】前記孔は、前記薄膜の表面に対して垂直と
ならないように、一定の角度を設けて形成されている請
求項１記載のマスク。
【請求項３】前記孔は、前記薄膜の表面に対して垂直に
形成されている請求項１記載のマスク。
【請求項４】前記電子線遮断膜は導電性を有する請求項
１記載のマスク。
【請求項５】前記電子線遮断膜は金属層を含む請求項４
記載のマスク。
【請求項６】前記孔以外の部分に、電子線を遮断しない
ように形成された薄膜支持部をさらに有する請求項１記
載のマスク。
【請求項７】前記薄膜支持部は前記孔およびその近傍の
前記薄膜を囲むように、枠状に形成されている請求項６
記載のマスク。
【請求項８】薄膜上に所定のパターンでエッチングマス
ク層を形成する工程と、前記薄膜の表面にエッチングガスを斜めに入射させてド
ライエッチングを行い、前記薄膜に、前記薄膜の表面に
対して垂直でない孔を形成する工程と、前記エッチングマスク層を除去する工程と、前記薄膜の両面に、前記孔と平行でない電子線を遮断す
るのに十分な厚さで電子線遮断膜を形成する工程とを有
するマスクの製造方法。
【請求項９】薄膜に所定のマスクパターンで孔が形成さ
れたマスクを介して、露光面に電子線を照射し、前記露
光面に前記マスクパターンを転写する露光方法であっ
て、電子線を前記孔と平行とならないように照射する露光方
法。
【請求項１０】前記孔が前記薄膜の表面に対して垂直に
形成されていないマスクを用いる請求項９記載の露光方
法。
【請求項１１】電子線を前記薄膜の表面に対して斜めに
照射する請求項１０記載の露光方法。
【請求項１２】電子線を前記薄膜の表面に対して垂直に
照射する請求項１０記載の露光方法。
【請求項１３】前記孔が前記薄膜の表面に対して垂直に
形成されたマスクを用い、電子線を前記薄膜の表面に対
して斜めに照射する請求項９記載の露光方法。
【請求項１４】薄膜に所定のマスクパターンで孔が形成
されたマスクを介して、感光面に電子線を照射し、前記
感光面に前記マスクパターンを転写する工程を有する半
導体装置の製造方法であって、電子線を前記孔と平行とならないように照射する半導体
装置の製造方法。