JP2004273689A - Exposure mask, method for manufacturing the same and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光マスク及びその製造方法と、半導体装置の製造方法に関し、特に、電子線転写型リソグラフィ用のステンシルマスク及びその製造方法と、電子線転写型リソグラフィ用のマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIの微細化及び高集積化に伴い、電子線転写型リソグラフィ(EPL;electron beam projection lithography)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、PREVAIL(projection exposure with variable axis immersion lenses)や、LEEPL(low energy electron beam proximity projection lithography)が挙げられる。
【0003】
EPLに用いられるマスクとして、薄膜(メンブレン)の一部に孔(アパーチャー)を有するステンシルマスクと、メンブレン上の一部に重金属層を有するメンブレンマスクが提案されている。ステンシルマスクの場合、アパーチャー部分を電子線が透過する。メンブレンマスクの場合、重金属層で電子線が散乱され、重金属層が形成されていない部分を電子線が透過する。
【0004】
PREVAILには100keV程度の電子線が用いられるため、ステンシルマスクとメンブレンマスクのいずれも利用可能である。一方、LEEPLには2keV程度の電子線が用いられる。電子線のエネルギーが低いため、電子線がメンブレンマスクを透過しない。従って、LEEPLの場合はステンシルマスクが用いられる。
【0005】
PREVAIL用のステンシルマスクは、2μm厚のシリコンメンブレンに、パターンに対応したアパーチャーを有する。PREVAILは通常、4倍の縮小投影系である。電子線はアパーチャー部分のみ無散乱で透過して、レジスト上に結像される。これにより、レジストに所定のパターンで露光が行われる。
【0006】
LEEPL用のステンシルマスクは、500nm厚のシリコンメンブレンまたはダイアモンドメンブレンに、パターンに対応したアパーチャーを有する。LEEPLは等倍の投影系である。電子線はアパーチャー部分のみ透過して、レジストにパターンが転写される。
【0007】
図7は従来のステンシルマスクの断面図を示す。このステンシルマスク1Bは例えばシリコンウェーハ2に、所定の大きさのマスク部4aを有し、マスク部4aの周囲にはストラット12と称される梁が形成され、また、マスク部4aには、マスクパターンに対応するアパーチャー6が形成されている。マスク部4aにアパーチャー6を形成することにより、マスク部4aの機械的強度は著しく低下するため、ストラット12はステンシルマスク1Bの機械的強度を補強するための支持体として作用する。
【0008】
シリコンウェーハを用いてステンシルマスク1Bを形成する場合には、シリコンウェーハ2、シリコン酸化膜3及びシリコン層4が積層されたSOIウェーハ5が用いられ、ストラット12の高さは例えば725μmとなる。マスク部4aはシリコン層4の一部であり、通常、シリコン層4の表面は(100)面である。シリコン酸化膜3はシリコンウェーハ2の裏面をエッチングしてストラット12を形成する際に、エッチングストッパーとして機能する。
【0009】
このような従来のステンシルマスクの製造方法においては、レジストをマスクとするドライエッチングによりアパーチャーが形成され、ドライエッチングは、メンブレン材料の結晶面を考慮せずに行われていた。また、アパーチャーの断面形状は、例えばエッチングガスの組成等のエッチング条件を調節することにより制御されていた。
【0010】
その結果、このステンシルマスク1Bを用いてパターン転写すると、レジストパターンのエッジラフネスがそのままマスクに転写され、パターン欠陥の要因となる。また、アパーチャーの断面形状はエッチング条件に応じて変化するため、必ずしも図7のような垂直な断面形状とならず、断面がテーパ状となったり、高さ方向の中央近傍でアパーチャーの径が大きくなったりすることがあった。
【0011】
従って、このような微細パターンの高精度な製造技術として、シリコン層4上に設けたシリコン窒化膜に大きい幅の開口をドライエッチングによって形成し、マスク部4aを形成するシリコン層4にウェットエッチングによってアパーチャー6を形成することにより、一定の角度で縮小されたアパーチャー6を形成することが開示されている(後述の特許文献1参照)。
【0012】
本出願人の提起による上記特許文献1(以下、先願発明と称する。)は、SOIウェーハのシリコン層の表面が(100)面であり、これに交差する面が(111)面をなす単結晶膜であるため、このシリコン層に電子線の透過孔を形成する場合、(100)面に比較して(111)面はエッチング速度が遅くなり、一定の角度で縮小された透過孔を形成できるというものであり、その構成を図6に示す。
【0013】
図6は先願発明によるステンシルマスクであり、(a)は一部分の断面図、(b)は図6(a)のA部の拡大図、(c)は使用状態を示す概略断面図である。
【0014】
即ち、図6(a)に示すように、このステンシルマスク1Aは、シリコンウェーハ2で形成したストラット12上に、大きさが25mm角のマスク部4aを有している。マスク部4aには、マスクパターンに対応するアパーチャー6が形成されている。マスク部4aにアパーチャー6を形成することにより、マスク部4aの機械的強度は低下するため、ストラット12はステンシルマスク1Aの機械的強度を補強するための支持体として作用している。
【0015】
このステンシルマスク1Aのマスク部4aは、シリコン層4、シリコン窒化膜7、第1の金属層16、第2の金属層17及び第3の金属層18とからなる。図示の如く、第1の金属層16は、シリコン層4の下面及びストラット12の下面にも形成され、第2の金属層17は、シリコン窒化膜7上に形成され、第3の金属層18は、少なくともシリコン層4部分のアパーチャー6の壁面に形成されている。
【0016】
シリコン窒化膜7及び第1〜第3の金属層16、17、18は、マスク部4a等の機械的強度を向上させるためのメンブレン支持層として設けられている。更に、第1〜第3の金属層16、17、18を形成することにより、EPLを行う際にステンシルマスク1Aが帯電して(チャージアップ)、入射する電子の位置がずれるのを防止することができる。メンブレンの補強と、チャージアップの防止が可能であれば、金属以外の材料からなる導電層を形成してもよい。
【0017】
図6(b)に示すように、シリコン層4とシリコン窒化膜7との界面において、シリコン層4の表面は(100)面である。また、アパーチャー6に対するシリコン層4の断面は(111)面である。即ち、メンブレン材料の結晶面方位を考慮してアパーチャー6が形成されている。これにより、シリコン層4と第1の金属層16の界面と、シリコン層4の断面である(111)面とのなす角度は54.7°である。
【0018】
このように、メンブレン材料の結晶面方位を利用してアパーチャー6のテーパ角を制御することにより、パターンを更に微細化した場合にも、テーパ角を一定にすることができる。アパーチャー6の開口幅W2は、シリコン窒化膜7における開口幅W1、シリコン層4の厚さd及びテーパ角によって決定される。
【0019】
従って、シリコン窒化膜7に開口幅W2のレジストを形成できない場合でも、開口幅W1のレジストを形成することができれば、開口幅W1よりも縮小されたアパーチャー6の開口幅W2でマスクパターンを形成することができる。また、アパーチャーのテーパ角が一定であることから、開口幅W1は高精度に縮小されて開口幅W2が形成される。
【0020】
これにより、孔の断面を原子層オーダーで平坦にすることが可能となる。また、表面に平行に(100)面を有する単結晶膜のシリコン層4を用いることにより、アパーチャー6の壁面を(111)面に形成し、孔のテーパ角を所定の角度(54.7°)に高精度に制御でき、更に、薄膜の表面に第1〜第3の金属層16、17、18を設けることにより、薄膜の強度が補強され、かつ荷電粒子線リソグラフィを行う際のマスクのチャージアップが防止できる。
【0021】
図6(c)は、このステンシルマスク1Aを用いた等倍転写の一例を示す概略断面図であり、例えばシリコン基板22上にシリコン酸化膜23、配線層24としてのアルミニウム膜を順次積層したSOIウェーハ20の上にネガ型の電子線レジスト層25を配し、この上に間隔C(約50μm)の距離でステンシルマスク1Aを配置して、ステンシルマスク1Aの上面に例えば電子ビーム18を照射する。照射された電子ビーム18はステンシルマスク1Aのアパーチャー6を通過し、ウェーハ20上の電子線レジスト膜25に転写される。
【0022】
上記したように、先願発明のステンシルマスクは、アパーチャーの断面形状や断面の平坦性が高精度に制御され、微細なマスクパターンが高精度に形成されるため、リソグラフィー工程において微細パターンを高精度に転写できることにより、例えば、LSI回路パターンのラフネスを減少させ、パターン欠陥の少ないデバイスを作製することが可能となる。また、メンブレン支持層を設けることにより、応力や熱に対する薄膜の耐久性を向上させることができる等の優れた特長を有している。
【0023】
【特許文献1】
特開2002−343710号(第5頁右欄、第8頁左右欄、図1及び図2)
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、室内の空気中のみならず、パターンの転写機構内部等の微細空間にも浮遊する微細な異物が、マスクのパターン開口壁面等に付着し、また、付着した異物が剥れて開口部を塞ぐ等により、パターン形状を変形させるため、これの防止対策は重要な問題である。ところがパターンの微細化が進む反面、異物に対する防塵対策は難しくなっている。
【0025】
防塵対策の1つとして、例えば図8に示すように、フレーム26に配したマスク(又はレチクル)27のパターン面28に対し、一定の距離(スタンドオフ)Dの位置に設けた透明な保護膜によりメンブレン29を構成し、マスク27に異物の付着を防ぐように構成したペリクル(薄膜)を用いる方法が挙げられる。
【0026】
しかし、ペリクルは電子線を透過しないため、すべてのステッパーに適応できるわけではない。例えば、次世代の電子ビームリソグラフィー技術として、電子線を露光の光源として用いるLEEPL(low energy electron beam proximity projection lithography)には、ペリクルは適応不可能である。このように、マスクに付着する異物を積極的に防ぐ方法がないのが実情であるが、上記したように優れた特長を有する先願発明においてもこの問題は例外ではないものの、先願発明においても異物除去対策はなく、早急な解決策の確立が嘱望されている。
【0027】
異物除去対策が不十分なままステンシルマスクを用いて露光した場合は、次の(1)、(2)のような不具合を招くことがある。
(1)パターン開口に付着した異物によりパターンの形状が変形する。
(2)パターン形状が変形したままで露光すると、特にLEEPLの場合は等倍転写であるので、異物そのものの形が感光層に転写され、転写パターンの形
状が大きく変形することになり、転写精度を劣化させてしまう。
【0028】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであって、先願発明における優れた特長を保持しつつ、更にパターン形状が正確に保持され、高精度にパターン転写が可能な露光マスク及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0029】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクにおいて、
膜表面に平行に第1の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第2の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有することを特徴とする、露光マスク(以下、本発明の露光マスクと称する。)に係るものである。
【0030】
本発明の露光マスクによれば、膜表面に平行に第1の格子面を有する単結晶膜と、これを一方の面側で支持する支持層とからなる薄膜に形成された露光ビーム通過孔が、単結晶膜においてその壁面を構成し、一方の面側から他方の面側へ縮小されてこの単結晶膜の第2の格子面に形成されるので、この壁面が平坦に形成されると共に、この壁面がなすパターン開口部が第1及び第2の格子面がなす一定の角度に制御されて縮小されるため、単結晶膜における通過孔の幅が高精度に形成される。これに加え、少なくとも、この露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全面と、前記一方の面とが導電膜で被覆されるので、この導電膜を異物付着性の高い材料で形成することにより、この導電膜に異物が付着し易くなり、前記一方の面側から通過孔内に侵入する異物は、一方の面の導電膜と通過孔内壁面の導電膜とに付着し、縮小された通過孔がなすパターン開口部には付着しないため、パターン開口部の形状を保持できると共に、導電膜によって露光マスクの機械的強度が高められる。
【0031】
また、本発明は、一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクの製造方法において、
膜表面に平行に第1の格子面と、この第1の格子面に交差する第2の格子面とを有する単結晶膜上に、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支持層を
形成する工程と、
前記支持層に前記露光ビーム通過孔に対応した第1の通過孔を形成する工程
と、
前記第1の通過孔を介して前記単結晶膜をエッチングして、前記第1の通過孔下に、前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る前記第2の格子面からなる第2の通過孔を形成する工程と、
少なくとも、前記第1の通過孔と前記第2の通過孔とで形成される前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面とに導電膜を被覆する工程
と
を有することを特徴とする、露光マスクの製造方法(以下、本発明の露光マスクの製造方法と称する。)に係るものである。
【0032】
本発明の露光マスクの製造方法によれば、膜表面に平行に第1の格子面と、この面に交差する第2の格子面とを有する単結晶膜上に、この単結晶膜の支持層を形成し、この支持層に第1の通過孔を形成して、この第1の通過孔を介してエッチングにより第1の通過孔下に、前記一方の面側から他方の面側へ縮小する第2の格子面からなる第2の通過孔を形成するので、この第2の通過孔の壁面を平坦に形成できると共に、この壁面がなすパターン開口部を第1及び第2の格子面がなす一定の角度に制御して縮小するため、単結晶膜における通過孔の幅が高精度に形成できる。これに加え、少なくとも、この露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全面と、前記一方の面とを導電膜で被覆するので、この導電膜を異物付着性の高い材料で形成することにより、この導電膜に異物が付着し易くなり、前記一方の面側から通過孔内に侵入する異物は、一方の面の導電膜と通過孔内壁面の導電膜とに付着し、縮小された通過孔がなすパターン開口部には付着しないため、パターン開口部の形状を保持できると共に、導電膜によって露光マスクの機械的強度を高めることができる。
【0033】
また、本発明は、一方の面側から他方の面側へ貫通した露光ビーム通過孔が所定のパターンに形成された露光マスクを用いて、半導体装置を製造する方法において、
膜表面に平行に第1の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第2の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有する露光マスクを用い、
半導体基体上の感光層を所定パターンに露光することを特徴とする、半導体装置の製造方法(以下、本発明の半導体装置の製造方法と称する。)に係るものである。
【0034】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基体上の感光層の露光に用いる露光マスクを上記した本発明の露光マスクの製造方法と同様にして製造するため、本発明の露光マスクの製造方法が奏するのと同様の作用効果を伴って、半導体基体上の感光層に対し、所定パターンを高精度に転写することができ、信頼性良く半導体装置を製造することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の露光マスク、露光マスクの製造方法及び半導体装置の製造方法においては、前記単結晶膜の前記他方の面側も導電膜で被覆されていることが、この露光マスクの機械的強度を更に高めると共に、被転写面等から飛翔する異物を付着させ、防塵効率が高められる点で望ましい。
【0036】
また、前記単結晶膜の前記他方の面側が支持部によって支持され、この支持部に前記露光ビーム通過孔を含むマスク部より大きな第3の通過孔が形成されていることが、前記他方の面側の導電膜を形成し易く、この露光マスクの機械的強度を補強し易い点で望ましい。
【0037】
そして、前記単結晶膜の前記第1の格子面が(100)面又は(110)面であり、前記第2の格子面が(111)面であることが、この単結晶膜における露光ビーム通過孔が、一定の角度で傾斜して縮小され、高精度で所望の幅の通過孔を形成できる点で望ましい。
【0038】
この場合、前記第1の通過孔をドライエッチングにより形成し、前記第2の通過孔をウェットエッチングによって形成することにより、エッチングレートの違いを利用して第2の通過孔を縮小して形成できる点で望ましい。
【0039】
更に、前記導電膜が、異物付着性のある白金、パラジウム、イリジウムのうち少なくとも1つ、若しくはこれらを含む合金、若しくはこれらの金属の積層体からなっていることが、前記露光ビーム通過孔の形状を保持し易い点で望ましい。
【0040】
この場合、前記露光ビーム通過孔に対し、スパッタ又は蒸着法により、異なる方向から堆積粒子を飛翔させ、前記単結晶膜の前記他方の面側にも堆積粒子を飛翔させて前記導電膜を付着させることが異物除去効果を高められる点で望ましい。
【0041】
また、前記露光ビームが電子ビームの如き荷電粒子線であることが望ましい。
【0042】
そして、上記の如く露光マスクを製造し、この露光マスクを用いて電子ビームによるパターン転写を行い、所定パターンに露光された前記感光層を現象してエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクによって前記半導体基体上の被エッチング層をエッチングすることにより、半導体装置を信頼性良く製造することができる。
【0043】
次に、上記した本発明の好ましい実施の形態を図面参照下で具体的に説明する。
【0044】
図1は、本実施の形態による露光マスクとしてのステンシルマスク1の一部分を示す概略断面図であり、既述した先願発明における図6(a)に対応する図である。なお、同一の部位には先願発明等と同一の符号を用いる。
【0045】
図1に示すように、本実施の形態のステンシルマスク1が先願発明と異なる点は、ステンシルマスク1の表面(一方の面)8及び露光ビーム通過孔6の内壁面6aと、裏面(他方の面)9とが金属膜10で被覆されていることである。その他は先願発明とほぼ同様な構成となっている。即ち、本実施の形態のステンシルマスク1は先願発明のステンシルマスクをベースに、一部分を新規な構成とすることにより、目的の機能を付加したものである。
【0046】
従って、図1における通過孔6において、シリコン窒化膜7に形成された第1の通過孔としての大径部6aの開口幅W1に対して、シリコン層(メンブレン)4に形成された第2の通過孔としてのアパーチャー部6bの開口幅W2は、先願発明と同様のプロセスを経て形成されるため、先願発明と同様な精度を有していると共に、金属膜10が通過孔6の内壁面全体に設けられていることにより、表面8側から通過孔6内へ侵入する異物を金属膜10に付着させるため、異物はアパーチャー部6bには付着せず、パターン形状を保持することができる。
【0047】
このような構成は、金属膜10の形成以外は先願発明と同様なプロセスを経て作製される。図2〜図4にこの製造プロセスを示す。
【0048】
まず、図2(a)に示すように、表面が(100)面であるSOIウェーハ5の表面にシリコン窒化膜7を形成し、メンブレンとしてのシリコン層4とこれを支持するシリコン窒化膜7とからなる薄膜11を構成する。
【0049】
SOIウェーハ5はシリコンウェーハ2上に、シリコン酸化膜3を介して表面が(100)面のシリコン層4を有している。シリコンウェーハ2の厚さは例えば725μm、シリコン酸化膜3の厚さは例えば100nm、シリコン層4の厚さは例えば50nmである。シリコン層4の厚さは、ステンシルマスクを使用してEPLを行う際の電子線のエネルギーや、図1におけるアパーチャー部6bの開口幅変換量(W1−W2)に応じて適宜変更してもよい。
【0050】
シリコン窒化膜7は例えば化学気相成長(CVD;chemical vapor deposition)により形成する。シリコン窒化膜7の厚さは例えば500nmとする。メンブレン支持層であるシリコン窒化膜7は、シリコン層4にエッチングを行う際のエッチャントでエッチングされず、かつチップ領域に対応する大きさ(例えば25mm角)のメンブレンを支持できる材料であれば、他の材料や厚さに変更することもできる。
【0051】
本実施の形態のステンシルマスク1は異物の侵入によるマスクパターンの変形を防止するものであり、異物の除去効果は、特に露光ビーム通過孔(以下、通過孔と称することがある。)6の内壁の面積に依存する。従ってシリコン窒化膜7は厚い方が通過孔6の内壁面積を大きくできるが、厚すぎると後述する金属膜の斜め蒸着が良好に行い難くなるので、この点を考慮してシリコン窒化膜7の厚さを決定する。また、これを厚く形成することにより、メンブレンとしてのシリコン層4が薄い場合でも、ステンシルマスク1の強度を保つことができる。
【0052】
シリコン層4用のエッチャントとして例えば水酸化カリウム(KOH)またはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH;tetra methyl ammonium hydroxide)を用いる場合、シリコン窒化膜の代りに例えば、炭化シリコン、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ダイアモンド、DLC(diamond like carbon)、金属等の層を100〜3000nm程度の厚さで形成してもよい。この場合、層の厚さは厚い方が防塵効果が大きい。
【0053】
次に、図2(b)に示すように、シリコン窒化膜7上にレジスト膜14を形成する。レジスト膜14の間隔によって形成される露光ビーム通過孔6の大径部6aの開口幅W1は、図1に示したシリコン層4に形成するアパーチャー部6bの開口幅W2よりも広くする。続いて、レジスト膜14をマスクとしてシリコン窒化膜7にエッチングを行うことにより、レジスト膜14のパターンがシリコン窒化膜7に転写される。このエッチングは、例えばCF4等を用いたドライエッチングとする。その後、レジスト膜14を除去する。
【0054】
次に、図2(c)に示すように、シリコン窒化膜7をマスクとしてシリコン層4にウェットエッチングを行う。例えば濃度30wt%、温度70℃のKOH溶液にウェーハを浸漬した場合、(100)面シリコンのエッチングレートが797nm/分であるのに対して、(111)面シリコンのエッチングレートは5nm/分と極端に遅い。
【0055】
即ち、シリコン層4の垂直方向には速やかにエッチングが進行するのに対し、シリコン窒化膜7近傍ではエッチングが殆んど進行しない。従って、シリコン層4におけるエッチング断面は(111)面に相当するテーパ状となり、この(111)面はシリコン層4の(100)面に対して54.7°の角度となる。
【0056】
その結果、シリコン層4の下端におけるアパーチャー部6bの開口幅W2は、レジスト膜14またはシリコン窒化膜7の大径部6aの開口幅W1よりも狭くなる。シリコン層4の厚さをdとしたとき、
W2=W1−2d/tan54.7°
と表され、開口幅W1はシリコン層4の厚さdに応じて開口幅W2に縮小される。
【0057】
本実施の形態においては、シリコン層4の厚さdが50nmであるので、例えばレジスト膜14またはシリコン窒化膜7における開口幅W1を105.8nmとすることにより、W2=35nmの微細なパターンが高精度に形成される。
【0058】
上記のように結晶面によるエッチングレートの違いを利用して、アパーチャーを形成した場合、アパーチャーの断面形状を原子層オーダーで平坦にしたり、アパーチャーを所定のテーパ角の断面形状で加工したりすることができる。また、本実施の形態では表面が(100)面のシリコン層4の(111)面に対するエッチングレートの違いを利用したが、エッチングレートの違いがあれば、任意の結晶面の組合せを利用できる。
【0059】
シリコン層4にウェットエッチングを行うときのエッチャントにTMAH溶液を用いても、結晶面に応じてエッチングレートが変化する。例えば濃度20wt%、温度80℃のTMAH溶液にウェーハを浸漬した場合、シリコンのエッチングレートは(100)面で603nm/分、(110)面で1114nm/分、(111)面で17nm/分となる。従って、KOH溶液を用いる場合と同様に、特定の結晶面に選択的にエッチングを行い、アパーチャー断面の平坦性や形状を高精度に制御することができる。
【0060】
次に、図3(d)に示すように、シリコンウェーハ2の裏面にシリコン酸化膜13を積層し、更にレジストを塗布、露光して、ストラット形成のためのレジスト膜15を形成する。
【0061】
次に、図3(e)に示すように、シリコンウェーハ2に裏面側からレジスト15をマスクとしてBHF(バッファドフッ酸)等でエッチングを行うことにより、レジスト膜15下以外のシリコン酸化膜13がレジスト膜15と共に除去され、続いて残存するシリコン酸化膜13をマスクとしてシリコンウェーハ2がエッチングされるため、パターン転写領域を囲むようにストラット12が形成されると共に、マスク部4a部のシリコン層4が露出する。裏面側のシリコン酸化膜13は必ずしも設ける必要はないが、裏面側のシリコン酸化膜13なしでドライエッチングを行うと、シリコンウェーハ2のエッチングが終了する前にレジスト15がエッチングされて消失し、ストラットを形成できなくなる場合がある。従って、エッチングマスクとして裏面側のシリコン酸化膜13が設けられる。
【0062】
次に、図3(f)に示すように、マスク部4a部分のシリコン酸化膜3を除去する。シリコン酸化膜3は、例えばフッ酸を用いたウェットエッチングにより除去できる。このウェットエッチングにより、裏面側のシリコン酸化膜13も除去される。この結果、図3(f)に示すように、ステンシルマスク1としての形状が形成され、シリコン窒化膜7における通過孔6の大径部6aの開口幅W1よりも、縮径されたアパーチャー6bの開口幅W2がシリコン層4に形成される。
【0063】
次に、例えば図3(g)に示すように、金属膜10を被着させるために、ステンシルマスク1に対して上方斜め方向から、スパッタ法や真空蒸着法などのPVD(以下、真空蒸着とする。)を1回行い、続いて図3(h)に示すように、反対側の斜め方向からも真空蒸着を1回行うことにより、シリコン窒化膜7の上面及び通過孔6の内壁面全体に金属膜10を膜厚5〜200nmに形成する。この斜め方向からの真空蒸着により、シリコン窒化膜7の上面には通過孔6の内壁面よりも金属膜10が厚く形成されることになり、機械的強度の点で良い。
【0064】
材料としては、例えば白金を用いる。また、異物の付着性が白金と同等若しくはそれ以上であれば、白金以外の材料(例えばパラジウム、イリジウムのうち少なくとも1つ、若しくはこれらを含む合金、若しくはこれらの金属の積層体)を用いてもよい。この斜め蒸着により、シリコン層4のアパーチャー部6bには(111)面に沿ったテーパ状の金属層10が形成されるが、アパーチャー部6bの壁面はシリコン窒化膜7における大径の壁面6aと平行に形成され、アパーチャー6の壁面には異物は付着しにくい。この斜め真空蒸着の角度はこの断面図におけるシリコン窒化膜7の開口間の距離やシリコン窒化膜7の膜厚に依存する。具体的には、シリコン窒化膜7の開口間の距離が小さい方がシリコン窒化膜7の開口間の距離が大きい方より、蒸着の傾斜角度θは小さい角度が必要となる。また、シリコン窒化膜7の膜厚が厚い方がシリコン窒化膜7が薄い方より、蒸着の傾斜角度θは小さい角度が必要となる。以上のことより、シリコン窒化膜7の開口間の距離が最も小さく、シリコン窒化膜7の膜厚が厚いものほど蒸着の傾斜角度θは小さい角度が必要となる。上記部分を考慮して蒸着角度θを必要とする条件に合わせ、0°<θ<90°に設定し、30°≦θ≦60°とすることがよい。
【0065】
金属層10の厚さは、ステンシルマスクを使用してEPLを行う際の電子線のエネルギーに応じて、シリコン層4の強度が十分に補強される範囲で設定する。例えば、電子線の加速電圧を2KeVとするLEEPLの場合には、金属膜10の厚さを20〜30nm程度とすることが望ましい。
【0066】
また、通過孔6の大径部6aの開口幅W1とアパーチャー部6bの開口幅W2との差、即ち(W1−W2)は金属膜10の形成により変化する。従って、金属膜10を形成後の大径部の開口幅をW1’とすると、W1’−W2<W1−W2となり、通過孔6の大径部6aに付着した異物の厚さが(W1’−W2)/2を超えると、W2の開口領域に異物の形状が現われ、パターン形状が変形するので、金属膜10の厚みは異物の厚みを考慮した膜厚にするのがよい。
【0067】
従って、金属膜の厚みは
(W1−W2)/2−(W1’−W2)/2=(W1−W1’)/2
以下とするのがよく、シリコン層4の厚みdを仮に50nmとすると25nm以下にすることが好ましい。
【0068】
次に、図4(i)に示すように、このステンシルマスク1の裏面側にも上記と同様の材料を用いて垂直方向に真空蒸着を行い、マスク部4a領域の露出したシリコン層4にも金属膜10を被着させる。この金属膜10により、EPLを行う際にアパーチャー部6のW2を通り抜け、被転写部に衝突して舞い上がった異物を付着させることができる。なお、この蒸着によりストラット12の下面にも金属膜19が被着する。
【0069】
次に、図4(j)に示すように、ストラット12下面の金属膜19を除去することにより、図1に示したステンシルマスク1が形成される。但し、この金属膜19はステンシルマスク1の補強のために残しておいてもよい。上記したプロセスにより、ステンシルマスク1の上面の金属膜10aから、通過孔壁面の金属膜10b及び縮小された(111)面の金属膜10cにかけて連続した金属膜10a〜10cと、マスク部4aの下面に金属膜10dを有するステンシルマスク1が得られ、露光ビーム通過孔6に侵入する異物がこれらの金属膜10に付着するため、アパーチャー6bの形状を保持できる。
【0070】
上記したプロセスにおいては、シリコン窒化膜7及びシリコン層4にエッチングを行ってアパーチャー部6bを形成した後に、シリコンウェーハ2にエッチングを行ってストラット12を形成したが、これとは反対にシリコンウェーハ2にエッチングを行ってストラット12を形成後に、シリコン窒化膜7にパターン転写して大径部6aの開口を形成し、シリコン層4にエッチングを行ってアパーチャー部6bを形成することもできる。
【0071】
図5(a)は、本実施の形態のステンシルマスク1を用いた等倍転写状態の概略断面図を示す。
【0072】
即ち、例えばシリコン基板22上にシリコン酸化膜23、アルミニウムからなる配線層4が順次積層されたSOIウェーハ20上にネガ型の電子線レジスト膜25を配し、この上に間隙c(約50μm)の距離でステンシルマスク1を配置して、この上面に電子ビーム18を照射することにより、電子ビーム18がアパーチャー6bを通過して、ウェーハ20上の電子線レジスト膜25にステンシルマスク1のパターンが転写される。
【0073】
ところが、室内等の空気中に浮遊している微細な異物が、電子ビーム18に伴われて露光ビーム通過孔6内に侵入し、高精度に形成された通過孔6の内壁面に付着したり、付着したものが剥れ落ちて、開口を塞ぐ等によりそのパターン形状を変形させ、パターン欠陥を発生し易い。
【0074】
図5(b)は、このような異物21が、本実施の形態によるステンシルマスク1の表面の金属膜10aや、通過孔6の壁面6a等の金属膜10b、10cに付着した状態を示す。即ち、異物21は堆積し易い表面の金属膜10aに多く付着し、通過孔6に侵入した異物21は、表面積の多い通過孔6の大径部6aにおいても入口近傍に多く付着し、縮小されたアパーチャー部6bの傾斜部にまで到達するものは少ない。このため高精度に形成されたアパーチャー部6bの壁面に付着することが避けられ、パターンを保持できる。仮にアパーチャー部6bを通り抜けた異物21は、内部にて浮遊中にマスク部4aの下面の金属膜10dに付着する。
【0075】
このように、ステンシルマスク1の表面から通過孔6の内壁面の全体に、ほぼ連続して異物等の付着し易い金属膜10を形成することにより、空気中に存在する異物をこの金属膜10に付着させるようにして異物除去策を行うことができ、アパーチャー6bのパターン形状を保持し、パターンの欠陥を防止することが本実施の形態のステンシルマスク1の特筆すべき特長である。
【0076】
そして、このように金属膜10を形成することにより、先願発明において、通過孔6の大径部の開口幅W1に応じて、アパーチャー部6bが高精度に縮小されたW2に形成されるという効果に加え、高精度に形成されたW2を変形させることなく、これを保持できるという顕著な効果を発揮することができる。
【0077】
本実施の形態によれば、膜表面に平行に(100)面をなしメンブレンとしてのシリコン層4を有するSOIウェーハ5上に、メンブレン支持層としてシリコン窒化膜7を積層し、このシリコン窒化膜7に通過孔6としての大径部6aの開口幅W1を形成し、このシリコン窒化膜7をマスクとしてKOH溶液を用いてウェットエッチングを行うことにより、エッチングレートの違いによって、シリコン層4に形成される通過孔6が、(111)面に形成されるため、一定の角度(54.7°)の傾斜を有して縮小されたアパーチャー部6bが開口幅W2に形成されて、マスク部4aが形成される。
【0078】
続いて、SOIウェーハ5の裏面側のシリコンウェーハ2及びシリコン酸化膜3を、上記マスク部4aに対応するように除去してストラット12を形成後に、シリコン窒化膜7の表面及び通過孔6の内壁面とシリコン層4の下面とのほぼ全体を、白金からなる金属膜10を斜め真空蒸着等にて形成し、本実施の形態のステンシルマスク1が形成される。
【0079】
その結果、アパーチャー部6bの開口幅W2が、大径部6aの開口幅W1を介して高精度に形成されるため、先願発明と同様の効果を有していることに加え、このステンシルマスク1を用いてEPLを行う際、金属膜10に異物が付着し易いため、表面側から通過孔内に侵入する空気中の異物21は、前記表面及び表面近傍の通過孔の壁面に付着し、縮小されたアパーチャー部6bの開口部には付着することがなく、その開口パターンの形状を保持できると共に、導電膜によってこの露光マスクの機械的強度が高められるため、微細なパターンを高精度に転写することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【0080】
なお、上記した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形することができる。
【0081】
例えば、実施の形態は、ステンシルマスク1の裏面側に支持部としてストラット12を設けたが、メンブレン4の支持手段としては、メンブレン4上のシリコン窒化膜7を可能な限り厚くすることのみでも対応できるので、ストラット12は設けないか又は研磨により薄くしてもよい。これによりEPLを行う際に、アパーチャー部6bの下面と被転写面との間隔が狭まるため、転写精度を更に向上させることができる。
【0082】
また、通過孔6の内壁面等に金属膜10を形成する際に、対象方向の斜めから真空蒸着を行って金属膜10を形成したが、それぞれの角度から個別に行うのではなく、いずれかの方向から他の方向へ連続して金属粒子を飛翔させ、飛翔軌跡が扇状になるような方法で形成してもよい。
【0083】
また、金属膜10は斜め蒸着でなく、めっき(例えばスルーホールめっき技術)により形成してもよい。
【0084】
また、上記した実施の形態は、PREVAIL等のLEEPL以外のEPL用のステンシルマスクや、可変成形型電子線直接描画機用のマスク、或いはイオンビームリソグラフィ用のマスクや、X線リソグラフィ用のマスク等の他のマスクに適用することもできる。また、リソグラフィ以外に、例えばイオン注入等、荷電粒子を局所的に照射するマスクに適用することも可能である。
【0085】
【発明の作用効果】
上述した如く、本発明によれば、単結晶膜に形成された露光ビーム通過孔の壁面が平坦に形成されると共に、単結晶膜における通過孔が一定の角度に制御されて縮小されるため、通過孔の幅が高精度に形成される。これに加え、少なくとも、露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全面と、前記一方の面とが導電膜で被覆されるので、通過孔内に侵入する異物は、一方の面及び通過孔内壁面の導電膜に付着し、縮小された通過孔がなすパターン開口部には付着することがなく、パターン開口部の形状を保持できると共に、導電膜によって露光マスクの機械的強度が高められ、所定パターンを高精度に転写することができ、信頼性良く半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるステンシルマスクの概略断面図である。
【図2】同、ステンシルマスクの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図3】同、ステンシルマスクの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図4】同、ステンシルマスクの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図5】同、ステンシルマスクの使用状態を示し、(a)はその概略断面図、(b)は(a)の一部分の拡大図である。
【図6】先願発明によるステンシルマスクを示し、(a)はその概略断面図、(b)は(a)の一部分の拡大図、(c)は使用状態の概略図である。
【図7】従来例によるステンシルマスクの概略断面図である。
【図8】ペリクルを用いたマスクの概略断面図である。
【符号の説明】
1、1A…ステンシルマスク、2、22…シリコンウェーハ、
3、13、23…シリコン酸化膜、4…シリコン層(メンブレン)、
4a…マスク部、5、20…SOIウェーハ、6…通過孔、6a…大径部、
6b…アパーチャー部、7…シリコン窒化膜、8…表面(一方の面)、
9…裏面(他方の面)、10…金属膜、11…薄膜、12…ストラット、
14、15、25…レジスト膜、18…電子ビーム、21…異物、
24…アルミニウム、W1、W2…開口幅[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure mask, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a stencil mask for electron beam transfer lithography, a method for manufacturing the same, and a semiconductor device using a mask for electron beam transfer lithography. It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art With the miniaturization and high integration of LSIs, the practical application of electron beam projection lithography (EPL) is expected. Examples of EPLs that are being put into practical use include PREVAIL (projection exposure with variable axes immersion lenses) and LEEPL (low energy electron beam projection profiling scheme).
[0003]
As a mask used for the EPL, a stencil mask having a hole (aperture) in a part of a thin film (membrane) and a membrane mask having a heavy metal layer in a part of the membrane have been proposed. In the case of a stencil mask, an electron beam passes through the aperture. In the case of a membrane mask, an electron beam is scattered by the heavy metal layer, and the electron beam passes through a portion where the heavy metal layer is not formed.
[0004]
Since PREVAIL uses an electron beam of about 100 keV, both a stencil mask and a membrane mask can be used. On the other hand, an electron beam of about 2 keV is used for LEEPL. Since the energy of the electron beam is low, the electron beam does not pass through the membrane mask. Therefore, in the case of LEEPL, a stencil mask is used.
[0005]
The stencil mask for PREVAIL has an aperture corresponding to the pattern on a 2 μm thick silicon membrane. PREVAIL is typically a 4 × reduction projection system. The electron beam passes through only the aperture portion without scattering, and forms an image on the resist. Thus, the resist is exposed in a predetermined pattern.
[0006]
The stencil mask for LEEPL has an aperture corresponding to a pattern on a silicon or diamond membrane having a thickness of 500 nm. LEEPL is a unit magnification projection system. The electron beam transmits only through the aperture, and the pattern is transferred to the resist.
[0007]
FIG. 7 is a sectional view of a conventional stencil mask. This stencil mask 1B has, for example, a
[0008]
When the stencil mask 1B is formed using a silicon wafer, an SOI wafer 5 on which a silicon wafer 2, a
[0009]
In such a conventional method of manufacturing a stencil mask, an aperture is formed by dry etching using a resist as a mask, and the dry etching is performed without considering the crystal plane of the membrane material. Further, the cross-sectional shape of the aperture has been controlled by adjusting etching conditions such as the composition of an etching gas.
[0010]
As a result, when the pattern is transferred using the stencil mask 1B, the edge roughness of the resist pattern is transferred to the mask as it is, causing a pattern defect. Further, since the cross-sectional shape of the aperture changes according to the etching conditions, the cross-sectional shape does not always have a vertical cross-sectional shape as shown in FIG. 7 and the cross-section is tapered or the diameter of the aperture is large near the center in the height direction. Sometimes it was.
[0011]
Therefore, as a technique for manufacturing such a fine pattern with high precision, a large-width opening is formed in the silicon nitride film provided on the
[0012]
In Patent Document 1 (hereinafter, referred to as a prior application invention) proposed by the present applicant, the surface of a silicon layer of an SOI wafer is a (100) plane, and a plane crossing the silicon layer is a (111) plane. When a transmission hole for an electron beam is formed in this silicon layer because of a crystal film, the etching rate is lower on the (111) plane than on the (100) plane, and the transmission hole reduced at a certain angle is formed. The configuration is shown in FIG.
[0013]
6A and 6B show a stencil mask according to the prior application, wherein FIG. 6A is a partial cross-sectional view, FIG. 6B is an enlarged view of a portion A in FIG. 6A, and FIG. 6C is a schematic cross-sectional view showing a use state. .
[0014]
That is, as shown in FIG. 6A, this stencil mask 1A has a
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
As shown in FIG. 6B, at the interface between the
[0018]
Thus, by controlling the taper angle of the
[0019]
Therefore, the opening width W is formed in the
[0020]
This makes it possible to flatten the cross section of the hole on the order of the atomic layer. Further, by using the
[0021]
FIG. 6C is a schematic cross-sectional view showing an example of equal-size transfer using the stencil mask 1A. For example, an SOI in which a
[0022]
As described above, in the stencil mask of the prior application, the cross-sectional shape of the aperture and the flatness of the cross-section are controlled with high precision, and a fine mask pattern is formed with high precision. The transfer to the semiconductor device makes it possible to reduce the roughness of the LSI circuit pattern and to manufacture a device having few pattern defects, for example. Further, the provision of the membrane support layer has excellent features such as improvement in durability of the thin film against stress and heat.
[0023]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-343710 (
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, fine foreign matter floating not only in the indoor air but also in a fine space such as the inside of the pattern transfer mechanism adheres to the pattern opening wall surface of the mask, and the adhered foreign matter peels off to open the opening. Since the pattern shape is deformed by closing or the like, measures to prevent this are an important problem. However, while miniaturization of patterns has progressed, it has become difficult to take measures against dust particles.
[0025]
As one of dust prevention measures, for example, as shown in FIG. 8, a transparent protective film provided at a position of a fixed distance (standoff) D with respect to a
[0026]
However, the pellicle does not transmit the electron beam, so it cannot be applied to all steppers. For example, as a next-generation electron beam lithography technology, a pellicle cannot be applied to LEEPL (low energy electron beam projection projection lithography) using an electron beam as a light source for exposure. As described above, in reality, there is no method for positively preventing foreign matter adhering to a mask.However, this problem is not an exception in the prior invention having excellent features as described above, but in the prior invention, However, there is no foreign substance removal measure, and the establishment of a solution is urgently demanded.
[0027]
If exposure is performed using a stencil mask with insufficient measures for removing foreign matter, the following problems (1) and (2) may occur.
(1) The shape of the pattern is deformed by a foreign substance attached to the pattern opening.
(2) When exposure is performed with the pattern shape deformed, especially in the case of LEEPL, since the same-size transfer is performed, the shape of the foreign substance itself is transferred to the photosensitive layer, and the shape of the transfer pattern is changed.
The shape will be greatly deformed, and the transfer accuracy will be degraded.
[0028]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and while maintaining the excellent features of the prior invention, the pattern shape is more accurately retained, and an exposure mask capable of pattern transfer with high accuracy and It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing the same and a method for manufacturing a semiconductor device.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides an exposure mask in which an exposure beam passage hole penetrating from one surface side to the other surface side is formed in a predetermined pattern.
A single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface;
At least the single crystal film and a support supporting the single crystal film on the one surface side.
A thin film comprising:
The exposure beam passage hole formed in the thin film,
Forming a wall surface of the exposure beam passage hole of the single crystal film, and reducing the exposure beam passage hole in the single crystal film from the one surface side to the other surface side;
A second lattice plane,
At least substantially the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole, and the one surface
A conductive film covering the
The present invention relates to an exposure mask (hereinafter, referred to as an exposure mask of the present invention).
[0030]
According to the exposure mask of the present invention, an exposure beam passage hole formed in a thin film including a single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface and a support layer supporting the single crystal film on one surface side is formed. Since the wall surface is formed in the single crystal film and is formed on the second lattice plane of the single crystal film by being reduced from one surface side to the other surface side, the wall surface is formed flat, Since the pattern opening formed by the wall surface is controlled and reduced to a certain angle formed by the first and second lattice planes, the width of the passage hole in the single crystal film is formed with high precision. In addition, since at least almost the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole and the one surface are covered with the conductive film, the conductive film is formed of a material having a high foreign matter adhesion property. The foreign matter easily adheres to the conductive film, and the foreign matter that enters the through hole from the one surface side adheres to the conductive film on one surface and the conductive film on the inner wall surface of the through hole. Since it does not adhere to the pattern opening to be formed, the shape of the pattern opening can be maintained, and the mechanical strength of the exposure mask can be increased by the conductive film.
[0031]
Further, the present invention provides a method of manufacturing an exposure mask in which an exposure beam passage hole penetrating from one surface side to the other surface side is formed in a predetermined pattern.
A support layer for supporting the single crystal film on the one surface side on a single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface and a second lattice plane intersecting the first lattice plane To
Forming,
Forming a first passage hole corresponding to the exposure beam passage hole in the support layer;
When,
The single crystal film is etched through the first passage hole, and the exposure beam passage hole is reduced from the one surface side to the other surface below the first passage hole.
Forming a second passage hole comprising the second lattice plane,
Covering at least substantially the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole formed by the first passage hole and the second passage hole, and the one surface with a conductive film.
When
The present invention relates to a method for manufacturing an exposure mask (hereinafter, referred to as a method for manufacturing an exposure mask of the present invention).
[0032]
According to the method of manufacturing an exposure mask of the present invention, a support layer for a single crystal film is formed on a single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface and a second lattice plane intersecting the first lattice plane. Is formed in the support layer, and a first through-hole is formed in the support layer, and the first through-hole is reduced through the first through-hole by etching from the one surface to the other under the first through-hole. Since the second passage hole composed of the second lattice surface is formed, the wall surface of the second passage hole can be formed flat, and the pattern opening formed by the wall surface is formed by the first and second lattice surfaces. Since the size is controlled to be constant and reduced, the width of the passage hole in the single crystal film can be formed with high precision. In addition, since at least almost the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole and the one surface are covered with a conductive film, the conductive film is formed of a material having a high adhesion to foreign substances. Foreign matter easily adheres to the membrane, and foreign matter entering the through-hole from the one surface side adheres to the conductive film on one surface and the conductive film on the inner wall surface of the through-hole to form the reduced through-hole. Since it does not adhere to the pattern opening, the shape of the pattern opening can be maintained, and the mechanical strength of the exposure mask can be increased by the conductive film.
[0033]
Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device using an exposure mask in which an exposure beam passage hole penetrating from one surface side to the other surface side is formed in a predetermined pattern.
A single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface;
At least the single crystal film and a support supporting the single crystal film on the one surface side.
A thin film comprising:
The exposure beam passage hole formed in the thin film,
Forming a wall surface of the exposure beam passage hole of the single crystal film, and reducing the exposure beam passage hole in the single crystal film from the one surface side to the other surface side;
A second lattice plane,
At least substantially the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole, and the one surface
A conductive film covering the
Using an exposure mask having
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device (hereinafter, referred to as a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention), which comprises exposing a photosensitive layer on a semiconductor substrate to a predetermined pattern.
[0034]
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an exposure mask used for exposing a photosensitive layer on a semiconductor substrate is manufactured in the same manner as the above-described method of manufacturing an exposure mask of the present invention. With the same effect as the method, a predetermined pattern can be transferred onto the photosensitive layer on the semiconductor substrate with high precision, and a semiconductor device can be manufactured with high reliability.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the above-described exposure mask, the method for manufacturing the exposure mask, and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention, the mechanical strength of the exposure mask is such that the other surface of the single crystal film is also covered with a conductive film. This is desirable in that dust can be further increased, and foreign matter flying from the surface to be transferred or the like can be attached to improve dustproofing efficiency.
[0036]
Further, the other surface side of the single crystal film is supported by a support portion, and a third passage hole larger than the mask portion including the exposure beam passage hole is formed in the support portion. This is desirable because the conductive film on the side can be easily formed and the mechanical strength of the exposure mask can be easily reinforced.
[0037]
The first lattice plane of the single crystal film may be a (100) plane or a (110) plane, and the second lattice plane may be a (111) plane. The holes are desirably reduced in that the holes are inclined at a certain angle and can be reduced to form a passage hole having a desired width with high precision.
[0038]
In this case, by forming the first through-hole by dry etching and forming the second through-hole by wet etching, the second through-hole can be reduced and formed using a difference in etching rate. Desirable in point.
[0039]
Further, it is preferable that the conductive film is made of at least one of platinum, palladium, and iridium having foreign substance adhesion property, or an alloy containing them, or a laminate of these metals. Is desirable because it is easy to hold
[0040]
In this case, the deposited particles are caused to fly from different directions to the exposure beam passage hole by sputtering or vapor deposition, and the deposited particles are also caused to fly to the other surface side of the single crystal film to adhere the conductive film. Is desirable in that the foreign matter removing effect can be enhanced.
[0041]
Preferably, the exposure beam is a charged particle beam such as an electron beam.
[0042]
Then, an exposure mask is manufactured as described above, pattern transfer by an electron beam is performed using the exposure mask, an etching mask is formed by developing the photosensitive layer exposed to a predetermined pattern, and the semiconductor mask is formed by the etching mask. By etching the layer to be etched on the base, a semiconductor device can be manufactured with high reliability.
[0043]
Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a part of a
[0045]
As shown in FIG. 1, the
[0046]
Therefore, the opening width W of the
[0047]
Such a configuration is manufactured through the same process as the invention of the prior application except for the formation of the
[0048]
First, as shown in FIG. 2A, a
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
The
[0052]
When potassium hydroxide (KOH) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used as an etchant for the
[0053]
Next, as shown in FIG. 2B, a resist film 14 is formed on the
[0054]
Next, as shown in FIG. 2C, wet etching is performed on the
[0055]
That is, while the etching proceeds quickly in the vertical direction of the
[0056]
As a result, the opening width W of the
W 2 = W 1 -2d / tan 54.7 °
And the opening width W 1 Is the opening width W according to the thickness d of the
[0057]
In the present embodiment, since the thickness d of the
[0058]
When the aperture is formed by utilizing the difference in the etching rate depending on the crystal plane as described above, the cross-sectional shape of the aperture is flattened in the order of an atomic layer, or the aperture is processed with a cross-sectional shape having a predetermined taper angle. Can be. Further, in the present embodiment, the difference in the etching rate with respect to the (111) plane of the
[0059]
Even if a TMAH solution is used as an etchant when performing wet etching on the
[0060]
Next, as shown in FIG. 3D, a silicon oxide film 13 is laminated on the back surface of the
[0061]
Next, as shown in FIG. 3E, the
[0062]
Next, as shown in FIG. 3F, the
[0063]
Next, for example, as shown in FIG. 3 (g), in order to deposit the
[0064]
As a material, for example, platinum is used. Further, if the adhesion of the foreign matter is equal to or higher than that of platinum, a material other than platinum (for example, at least one of palladium and iridium, an alloy containing these, or a laminate of these metals) may be used. Good. By this oblique deposition, a tapered
[0065]
The thickness of the
[0066]
Also, the opening width W of the
[0067]
Therefore, the thickness of the metal film is
(W 1 -W 2 ) / 2- (W 1 '-W 2 ) / 2 = (W 1 -W 1 ') / 2
It is preferable that the thickness is set to 25 nm or less, assuming that the thickness d of the
[0068]
Next, as shown in FIG. 4 (i), vacuum deposition is also performed on the back side of the
[0069]
Next, as shown in FIG. 4J, by removing the metal film 19 on the lower surface of the
[0070]
In the above-described process, the
[0071]
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a 1: 1 transfer state using the
[0072]
That is, for example, a negative type electron beam resist film 25 is disposed on an
[0073]
However, fine foreign matters floating in the air in a room or the like enter the exposure
[0074]
FIG. 5B shows a state in which such a
[0075]
As described above, the
[0076]
By forming the
[0077]
According to the present embodiment, a
[0078]
Subsequently, after the
[0079]
As a result, the opening width W of the
[0080]
The above-described embodiment can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
[0081]
For example, in the embodiment, the
[0082]
Further, when forming the
[0083]
Further, the
[0084]
In the above-described embodiment, a stencil mask for EPL other than LEEPL such as PREVAIL, a mask for a variable-shaped electron beam direct drawing machine, a mask for ion beam lithography, a mask for X-ray lithography, etc. Can be applied to other masks. Further, in addition to lithography, the present invention can be applied to a mask for locally irradiating charged particles such as ion implantation.
[0085]
Effects of the Invention
As described above, according to the present invention, the wall surface of the exposure beam passage hole formed in the single crystal film is formed flat, and the passage hole in the single crystal film is controlled and reduced at a fixed angle, so that The width of the passage hole is formed with high precision. In addition, since at least substantially the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole and the one surface are covered with the conductive film, foreign matter entering the passage hole is reduced by the one surface and the inner wall surface of the passage hole. Attached to the conductive film, it does not adhere to the pattern opening formed by the reduced passage hole, and the shape of the pattern opening can be maintained, and the mechanical strength of the exposure mask is increased by the conductive film. Transfer can be performed with high accuracy, and a semiconductor device can be manufactured with high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a stencil mask according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the stencil mask.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the stencil mask.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the stencil mask.
5A and 5B show the use state of the stencil mask, FIG. 5A is a schematic sectional view, and FIG. 5B is an enlarged view of a part of FIG.
6A and 6B show a stencil mask according to the invention of the prior application, wherein FIG. 6A is a schematic cross-sectional view, FIG. 6B is an enlarged view of a part of FIG. 6A, and FIG.
FIG. 7 is a schematic sectional view of a stencil mask according to a conventional example.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a mask using a pellicle.
[Explanation of symbols]
1, 1A: stencil mask, 2, 22: silicon wafer,
3, 13, 23: silicon oxide film, 4: silicon layer (membrane),
4a: mask portion, 5, 20: SOI wafer, 6: through hole, 6a: large diameter portion,
6b: aperture portion, 7: silicon nitride film, 8: surface (one surface),
9: back surface (other surface), 10: metal film, 11: thin film, 12: strut,
14, 15, 25: resist film, 18: electron beam, 21: foreign matter,
24 ... Aluminum, W 1 , W 2 … Opening width
Claims (19)
膜表面に平行に第1の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第2の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有することを特徴とする、露光マスク。In an exposure mask in which an exposure beam passage hole penetrating from one surface side to the other surface side is formed in a predetermined pattern,
A single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface;
At least, the thin film including the single crystal film, and a support layer that supports the single crystal film on the one surface side,
The exposure beam passage hole formed in the thin film,
A second lattice plane that constitutes a wall surface of the exposure beam passage hole of the single crystal film, and reduces the exposure beam passage hole from the one surface side to the other surface side in the single crystal film;
An exposure mask, comprising: a conductive film covering at least substantially the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole and the one surface.
膜表面に平行に第1の格子面と、この第1の格子面に交差する第2の格子面とを有する単結晶膜上に、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支持層を形成する工程と、
前記支持層に前記露光ビーム通過孔に対応した第1の通過孔を形成する工程と、
前記第1の通過孔を介して前記単結晶膜をエッチングして、前記第1の通過孔下に、前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小する前記第2の格子面からなる第2の通過孔を形成する工程と、
少なくとも、前記第1の通過孔と前記第2の通過孔とで形成される前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面とに導電膜を被覆する工程と
を有することを特徴とする、露光マスクの製造方法。In a method of manufacturing an exposure mask in which an exposure beam passage hole penetrating from one surface side to the other surface side is formed in a predetermined pattern,
A support layer for supporting the single crystal film on the one surface side on a single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface and a second lattice plane intersecting the first lattice plane Forming a;
Forming a first passage hole corresponding to the exposure beam passage hole in the support layer;
Etching the single crystal film through the first passage hole to reduce the exposure beam passage hole from the one surface side to the other surface below the first passage hole; Forming a second passage hole comprising a lattice plane of
At least substantially covering the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole formed by the first passage hole and the second passage hole and the one surface with a conductive film. A method for manufacturing an exposure mask.
膜表面に平行に第1の格子面を有する単結晶膜と、
少なくとも、前記単結晶膜と、前記一方の面側で前記単結晶膜を支持する支
持層とを含む薄膜と、
前記薄膜に形成された前記露光ビーム通過孔と、
前記単結晶膜のうちの前記露光ビーム通過孔の壁面を構成し、前記単結晶膜において前記露光ビーム通過孔を前記一方の面側から前記他方の面側へ縮小す
る第2の格子面と、
少なくとも、前記露光ビーム通過孔の内壁面のほぼ全体と、前記一方の面と
を被覆する導電膜と
を有する露光マスクを用い、半導体基体上の感光層を所定パターンに露光することを特徴とする、半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device using an exposure mask in which an exposure beam passage hole penetrating from one surface side to the other surface side is formed in a predetermined pattern,
A single crystal film having a first lattice plane parallel to the film surface;
At least, the thin film including the single crystal film, and a support layer that supports the single crystal film on the one surface side,
The exposure beam passage hole formed in the thin film,
A second lattice plane that constitutes a wall surface of the exposure beam passage hole of the single crystal film, and reduces the exposure beam passage hole from the one surface side to the other surface side in the single crystal film;
At least the photosensitive layer on the semiconductor substrate is exposed in a predetermined pattern using an exposure mask having a conductive film covering at least the entire inner wall surface of the exposure beam passage hole and the one surface. And a method of manufacturing a semiconductor device.
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JP2003061359A JP2004273689A (en) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | Exposure mask, method for manufacturing the same and method for manufacturing semiconductor device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007201064A (en) * | 2006-01-25 | 2007-08-09 | Dainippon Printing Co Ltd | Mask for charged particle beam exposure, and process for fabrication |
WO2023005845A1 (en) * | 2021-07-30 | 2023-02-02 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | Hard mask and preparation method therefor |
-
2003
- 2003-03-07 JP JP2003061359A patent/JP2004273689A/en active Pending
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