JP2005079450A - マスクおよびその製造方法、並びに露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開口パターンのアスペクト比を大きくすることなく線幅の小さい露光パターンが形成され、かつ耐久性のあるマスクおよびその製造方法、さらには、このマスクを用いた露光装置および露光方法を提供する。
【解決手段】開口パターン１１ａ，１２ａが設けられた層１１，１２が複数積層された基板１３を有し、各開口パターン１１ａ，１２ａの重なり部分により、基板１３の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターン１１ａ，１２ａの線幅ｔ１，ｔ２よりも小さい線幅Ｗｐをもつ露光パターンＰが形成されている。このように、各開口パターン１１ａ，１２ａの重なりにより露光パターンＰの線幅Ｗｐが制御される。このため、各開口パターンのアスペクト比を大きくすることなく、線幅Ｗｐの小さな露光パターンＰが得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子線を用いたリソグラフィ用のマスクおよびその製造方法、並びに露光装置および露光方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置の製造工程の一つに、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。

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いっそう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。

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。

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（非特許文献１参照）。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。

さらには、ＩＢＭがＮｉｋｏｎと共同で開発しているＰＲＥＶＡＩＬ（Projection Exposure with Variable Axis Immersion Lenses ：非特許文献２参照）等の電子線縮小描画（電子線リソグラフィ）ならさらにスループットも早くできると考えられる。

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を引き起こす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への後方散乱の結果、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、電子ビーム電流量が大きくなるほど、マスク、レジスト層、さらには半導体基板も加熱され、その結果、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、電子ビーム電流量を制限する必要がありスループットに影響を及ぼす。

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り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報告されている（非特許文献３参照）。

低エネルギーの電子ビームを用いたリソグラフィ技術として開発が進められているＬＥＥＰＬ（Low Energy E-beam Proximity Projection Lithography）では、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（特許文献１参照）。

ＬＥＥＰＬでは、マスクはレジストで被覆されたウエハから約５０μｍに位置しており、マスク上の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を用いるため、例えば１００ｎｍ以下の極微細パターンを形成するためにはマスク上にも同じく１００ｎｍ以下の極微細パターンを形成する必要がある。
「ＵＬＳＩリソグラフィ技術の革新」，サイエンスフォーラム，１９９４年１１月刊，Ｐ１７７，図５等 Hans C PFEIFEER ，「A High-Throughput Electron Beam Approach to Suboptical Lithography」，JJAP Vol.34(1995) pp.6658-6662 「Low voltage alternative for electron beam lithography 」,JVac. Sci TechB 10(6), 11月／12月 p.3094-3098 特許第２９５１９４７号 特開２００２−２３１５９９号公報 特開平１０−２６８５０６号公報

ところで、該マスクにパターンを貫通孔で形成するため（特許文献２，３参照）、精密加工ができる様に、加工される孔のアスペクト比を下げる必要があり、そのためにマスクの厚みを薄くする必要がある。例えばセルプロジェクション方式、かつ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は１０μｍであり、この厚さが一般的であるのに対し、ＬＥＥＰＬに使用されるマスクの厚みは１μｍ以下の厚みになると考えられる。

ＬＥＥＰＬ技術に適用される低エネルギー電子を用いればこのような厚みでも電子線を止めることが可能であるので、１μｍ以下のマスクにパターン形成が可能である。しかし、実用上はマスクの厚みを薄くするとマスクの強度を下げるため、マスクの信頼性を下げ、寿命を短くするという問題が発生する。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、開口パターンのアスペクト比を大きくすることなく線幅の小さい露光パターンが形成され、かつ耐久性のあるマスクおよびその製造方法、さらには、この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にある。

上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、開口パターンが設けられた層が複数積層された基板を有し、各開口パターンの重なり部分により、前記基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンが形成されている。

上記の本発明のマスクでは、各開口パターンの重なりにより露光パターンの線幅が制御されることから、各開口パターンのアスペクト比を大きくすることなく、線幅の小さな露光パターンが得られる。また、各開口パターンの線幅を大きくすることができることから、各層の膜厚を大きくすることができ、これらの積層体である基板の膜厚が、強度を維持し得る程度に確保される。

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、基板の一主面側に、前記基板の途中の深さまで第１の開口パターンを形成する工程と、基板の他主面側に、前記第１の開口パターンに達する第２の開口パターンを形成する工程とを有し、前記第１の開口パターンと前記第２の開口パターンとの重なり部分で、前記基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンを形成する。

上記の本発明のマスクの製造方法では、基板の一主面側から基板の途中の深さまで第１の開口パターンを形成し、基板の他主面側から第１の開口パターンに達する第２の開口パターンを形成するようにしたことから、第１の開口パターンと第２の開口パターンとの重なり部分により、基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンが形成される。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、上記構成のマスクを備えた露光装置および露光方法である。

本発明によれば、開口パターンのアスペクト比を大きくすることなく線幅の小さい露光パターンが形成され、かつ耐久性のあるマスクを実現できる。従って、マスクの信頼性および耐久性を向上させることができる。そして、本発明のマスクを用いて露光することにより、被露光体に微細なパターンを形成することができ、パターンの精度も向上する。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、一例としてＬＥＥＰＬに使用されるマスクおよびその製造方法、並びに露光装置および露光方法について説明するが、これに限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
図１に示す露光装置１は、露光光として電子ビームＥＢを出射する電子銃２を備えており、この電子銃２から出射された電子ビームＥＢの経路を法線とする状態で、ステンシルマスク１０が配置され、このステンシルマスク１０との間に間隔を保って、ｘｙ方向に移動可能な図示しないステージにウエハ（被露光体）Ｗが配置されている。ウエハＷの表面とステンシルマスク１０の表面との間に約５０μｍの間隔が設けられるようにウエハＷが配置される。

電子銃２とステンシルマスク１０との間には、電子ビームＥＢの経路を囲む状態で、電子銃２側から順に、電子ビームＥＢを平行化するコンデンサレンズ３と、電子ビームＥＢを制限するアパーチャ４と、電子ビームＥＢ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ステンシルマスク１０に垂直に入射するように偏向させる一対の主偏向器５，６と、電子ビームの照射位置の微調整を行うために電子ビームを偏向させる一対の副偏向器７，８とを有する。

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、まず、図示しないステージ上に、表面にレジストを塗布してなるウエハＷを載置する。次に、電子銃２から出射された電子ビームＥＢを、コンデンサレンズ３、アパーチャ４で成形しつつ、上述した偏向器５〜８で電子ビームＥＢの照射位置を調整しつつ走査させながらステンシルマスク１０に照射する。そして、このステンシルマスク１０の露光パターンを通過した電子ビームが、ウエハＷ表面の図示しないレジストに照射されることにより、レジストに対してパターン露光が行われる。

図２は、ステンシルマスクの１つの露光パターンを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。なお、図２（ｃ）は、図２（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ’線における断面図である。

図２には図示しないが、ステンシルマスク１０は、支持枠１４ａによってメンブレン（薄膜）状の基板１３を支持するように構成されている（図１参照）。

基板１３は、複数の層の積層体により構成されており、例えば一主面側の第１のパターン形成用層（第１層）１１と、他主面側の第２のパターン形成用層（第２層）１２とにより構成されている。第１および第２のパターン形成用層１１，１２は、後に説明するステンシル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されていることが望ましく、例えば酸化シリコンとシリコンとで構成されている。なお、基板１３は同一材料で構成されていてもよく、Ｓｉ単結晶や、ガラス基板、あるいはダイアモンドからなる単一物であってもよい。

第１のパターン形成用層１１には第１の開口パターン１１ａが複数設けられており、第２のパターン形成用層１２には第２の開口パターン１２ａが複数設けられている。各開口パターン１１ａおよび第２の開口パターン１２ａは、それぞれライン形状を有している。

そして、第１のパターン形成用層１１に設けられた第１の開口パターン１１ａと、第２のパターン形成用層１２に設けられた第２の開口パターン１２ａとが、所定幅ずれて形成されており、２つの開口パターン１１ａ，１２２ａの重なり部分により、基板１３の一主面側と他主面側を貫通した露光パターンＰが設けられている。

第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａとが、所定幅ずれて配置されている結果、これらの重なりにより形成される露光パターンＰの線幅Ｗｐは、第１の開口パターン１１ａの線幅Ｗ１および第２の開口パターン１２ａの線幅Ｗ２よりも小さくなっている。また、露光パターンＰの外形を規定する一方のエッジ位置は第１の開口パターン１１ａにより構成され、他方のエッジ位置は第２の開口パターン１２ａにより構成されている。

第１のパターン形成用層１１および第２のパターン形成用層１２のそれぞれは、開口パターン１１ａ，１２ａを精度良好に形成可能な膜厚を有する。アスペクト比が５まで精度良くエッチング可能であるとすると、線幅が４０ｎｍの露光パターンＰを形成する場合には従来の方法では基板１３の全体の厚みを２００ｎｍにする必要があった。これに対し、本実施形態では、開口パターン１１ａ，１２ａの重なり部分の線幅Ｗｐを４０ｎｍとすればよいため、例えば各開口パターン１１ａ，１２ａの線幅Ｗ１，Ｗ２をそれぞれ２００ｎｍとすることもできる。この場合、各層１１，１２の厚みは１０００ｎｍまでとることができ、基板１３全体としては合計２０００ｎｍの厚みまでとることが可能である。

なお、このステンシルマスク１０には、電子ビームなどの荷電粒子線を用いることから、荷電粒子線によるチャージアップを防止するためタングステン、モリブデン、インジウムなどの金属、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のパターン形成用層１１）上に形成しておくことが好ましい。

図３は、このステンシルマスクに電子ビームＥＢを照射した場合の投影形状を分かり易く説明するための図であり、基板１３を第１のパターン形成用層１１と第２のパターン形成用層１２とに分離した図である。

図３に示すように、ステンシルマスクに照射された電子ビームＥＢは、第１の開口パターン１１ａを通過し、次いで第２の開口パターン１２ａを通過し、開口パターン１１ａ，１２ａの両方を通過した電子ビームのみが、ライン状の投影形状ｅとなって露光面（例えばウエハＷ表面）に照射される。このように、上記構成のステンシルマスク１０において、露光パターンＰの投影形状ｅは、第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａとが重ね合わせられた形状となる。

以上のように、露光パターンＰは積層させた開口パターン１１ａ，１２ａの重なり部分を貫通させて構成されており、かつ、露光パターンＰの線幅Ｗｐは各開口パターン１１ａ，１２ａの線幅Ｗ１，Ｗ２よりも小さくなるように構成されている。

すなわち、開口パターン１１ａ，１２ａの線幅を、形成しようとする露光パターンＰの線幅Ｗｐよりも大きくすることができることから、各層１１，１２に形成される開口パターンのアスペクト比を大きくすることなく、線幅Ｗｐの小さな露光パターンＰが得られる。また、各開口パターン１１ａ，１２ａの線幅を大きくすることができることから、各層の膜厚ｔ１，ｔ２を大きくすることができ、これらの積層体である基板１３の膜厚が、マスク強度を維持し得る程度に確保される。

従って、精密加工に必要なアスペクト比に抑えつつ、耐久性の向上のために必要な基板１３の厚さを確保することができる。このようなステンシルマスク１０を用いてウエハに形成されるパターンは、従来よりも寸法精度が向上したものとなる。

次に、上記の本実施形態に係るステンシルマスクの製造方法について、図４〜図６を参照して説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなるシリコン基板上に酸化シリコン膜が形成され、この酸化シリコン膜上にシリコン薄膜が形成されたＳＯＩウエハを用意し、ＳＯＩウエハのシリコン基板を支持基板１４として、酸化シリコン膜を第１のパターン形成用層１１として、シリコン薄膜を第２のパターン形成用層１２として用いる。

次に、図４（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法によって、膜厚４００ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜を成膜して、メンブレン状の基板１３と支持基板１４の周囲を覆うハードマスク１５を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、支持基板１４側の中央部分を露出させるようにハードマスク１５をパターニングする。この際、支持基板１４側のハードマスク１５上にレジストパターン（不図示）を形成し、これをマスクに用いて支持基板１４側のハードマスク１５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。

次に、図５（ｄ）に示すように、支持基板１４上の周縁部に残したハードマスク１５をマスクとして、水酸化カリウム水溶液をエッチング液に用いて支持基板１４をウエットエッチングし、第１のパターン形成用層１１を露出させる。これにより、周縁部に基板１３を支持する支持枠１４ａを形成する。なお、単結晶シリコンよりなる支持基板１４のエッチングには、塩素系ガス等を用いたドライエッチングを採用することもできる。

次に、図５（ｅ）に示すように、第１のパターン形成用層１１上に、レジストを塗布し、第１の開口パターンを形成するためのパターンを描画し、現像することによりレジストパターンＲ１を形成する。

次に、図５（ｆ）に示すように、レジストパターンＲ１をマスクにして、第１のパターン形成用層１１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、第２のパターン形成用層１２をエッチングストッパにして第１のパターン形成用層１１を選択的にエッチングする。これにより、酸化シリコンからなる第１のパターン形成用層１１に第１の開口パターン１１ａを形成する。この開口パターン１１ａは、基板１３の一主面側に基板１３の途中の深さまで達する溝パターンとして形成される。その後、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、図６（ｇ）に示すように、第２のパターン形成用層１２側の中央部分を露出させるようにハードマスク１５をパターニングする。この際、第２のパターン形成用層１２側のハードマスク１５上にレジストパターン（不図示）を形成し、これをマスクに用いて第２のパターン形成用層１２側のハードマスク１５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。
上記のレジストパターンを除去した後、第２のパターン形成用層１２上に、レジストを塗布し、第２の開口パターンを形成するためのパターンを描画し、現像することによりレジストパターンＲ２を形成する。

次に、図６（ｈ）に示すように、レジストパターンＲ２をマスクにして、第２のパターン形成用層１２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、第１のパターン形成用層１１をエッチングストッパにして第２のパターン形成用層１２を選択的にエッチングする。これにより、シリコンからなる第２のパターン形成用層１２に第２の開口パターン１２ａを形成する。この第２の開口パターン１２ａは、基板１３の他主面側に基板１３の途中の深さまで達する溝パターンとして形成される。その後、レジストパターンＲ２を除去する。

以上の工程の後、残りのハードマスク１５を除去することにより、図１〜図３に示すステンシルマスクが形成される。

上記の本実施形態に係るマスクの製造方法では、基板１３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Ｐを精度良好に形成するための膜厚が、第１のパターン形成用層１１と第２のパターン形成用層１２に分散されることとなる。そして、さらに、開口パターン１１ａ，１２ａの線幅を、形成しようとする露光パターンＰの線幅よりも大きくすることにより、各層１１，１２の開口パターン１１ａ，１２ａのアスペクト比を精密加工に必要な程度に維持しつつ、耐久性の向上のために必要な基板１３の厚さを確保することができる。

また、露光パターンＰを規定する各層１１，１２の開口パターン１１ａ，１２ａの線幅をある程度大きくとることができることから、図５（ｅ）および図６（ｇ）の工程に使用するパターンを描画する露光装置やレジストの解像度、並びに図５（ｆ）および図６（ｈ）の工程におけるパターン形成のためのエッチングの精度がゆるくて済む。

（第２実施形態）
第１実施形態に係るステンシルマスクを作製した場合には、図２（ｃ）に示す第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａの重なり部分である露光パターンＰの線幅Ｗｐを４０ｎｍにする場合を例に挙げると、マスク表面のパターン位置とマスク裏面のパターン位置の精度を、実際に形成する開口パターン１１ａ，１２ａの線幅以下の精度で制御する必要がある。

このため、第１実施形態では、図６（ｇ）に示すレジストパターンＲ２の形成のための描画において、第１のパターン形成用層１１と第２のパターン形成用層１２の両面側からアライメントを行う必要がある。このような両面からのアライメントのためには、第１実施形態では両面アライナを用いる必要があるが、一方側からのみのアライメントで済めば、アライメントが容易であり、かつ両面アライナを用いるよりもさらに高精度なアライメントを達成できる。本実施形態では、第１実施形態に係るマスクの製造工程に、以下の工程を追加することにより、両開口パターン１１ａ，１２ａの位置精度を確保する。

図５（ｅ）に示す工程において、第１の開口パターンの形成のためのレジストパターンＲ１を形成する前に、図７（ａ）に示す工程を追加する。すなわち、図７（ａ）に示すように、第１のパターン形成用層１１および第２のパターン形成用層１２を貫通する貫通孔を形成して、これをアライメントマークＡｍ１とする。貫通孔の形成は、第１のパターン形成用層１１上にレジストパターン（不図示）を形成し、これをマスクに用いて各パターン形成用層１１，１２をドライエッチングすることにより行う。

図７（ａ）に示すアライメントマークＡｍ１となる貫通孔は、アスペクト比を考慮しても十分に精度が出せる大パターン（例えばパッドパターンなど）とする。また、アライメント用の形状が必要であれば、チップパターンには関係のないスクライブラインの領域にアライメントマークを形成することが好ましい。

そして、第１の開口パターンの形成（特に図５（ｅ）参照）において、第１のパターン形成用層１１側からアライメントマークＡｍ１を観察してアライメントを行った後に、パターンを描画してレジストパターンＲ１を形成する。このレジストパターンＲ１を用いて第１のパターン形成用層１１をエッチングすることにより、図７（ｂ）に示すように、第１の開口パターン１１ａが形成される。その後、第２のパターン形成用層１２側の中央部分を露出させるようにハードマスク１５をパターニングする（図７（ｂ）参照）。

第２の開口パターンの形成（特に図６（ｇ）参照）においても、同様に、第２のパターン形成用層１２側からアライメントマークＡｍ１を観察してアライメントを行った後に、パターンを描画してレジストパターンＲ２を形成する。このレジストパターンＲ２を用いて第２のパターン形成用層１２をエッチングすることにより、第２の開口パターン１２ａを形成する（図６（ｈ）参照）。

以上のように、本実施形態に係るマスクの製造方法によれば、第１の開口パターン１１ａおよび第２の開口パターン１２ａの形成において、パターン形成用層１１，１２を貫通し一主面側と他主面側とから観察し得るアライメントマークＡｍ１を用いることにより、両面アライナを用いずに、高精度なアライメントを実現することができる。このため、第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａの位置を高精度に制御することができ、両者の重なりにより形成される露光パターンの精度を向上させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａの位置を高精度に制御するため、第２実施形態とは異なる構成のアライメントマークを形成する。

図５（ｅ）に示す工程において、第１の開口パターンの形成のためのレジストパターンＲ１を形成する前に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す工程を追加する。すなわち、図８（ａ）に示すように、第１のパターン形成用層１１および第２のパターン形成用層１２を貫通する貫通孔１３ａを形成する。貫通孔１３ａの形成は、第１のパターン形成用層１１上にレジストパターン（不図示）を形成し、これをマスクに用いて各パターン形成用層１１，１２をドライエッチングすることにより行う。

次に、図８（ｂ）に示すように、電子線等の荷電粒子を通過させず、アライメントに必要な反射電子像を見ることが可能なタングステン（Ｗ）等の金属膜をＦＩＢ等で堆積させ、貫通孔１３ａに埋め込まれた金属膜を残し他の領域の金属膜を除去する。これにより、貫通孔１３ａに埋め込まれた金属膜からなるアライメントマークＡｍ２が形成される。

アライメントマークＡｍ２は、開口パターンの形成のためのレジストパターンの描画時に電子線等の荷電粒子が通過しなければ、スクライブライン上でなく各チップ領域内に配置してよい。従って、精度が必要なパターン近傍のチップ領域（但しデバイスパターンはおけなくなる）にアライメントマークＡｍ２を配置する。また、アライメントマークＡｍ２の形成のための貫通孔は、アスペクト比を考えても十分に精度が出せる大パターン（例えばパッドパターンなど）とする。なお、アライメント用の形状が必要な場合には、チップパターンには関係のないスクライブラインの領域にアライメントマークＡｍ２を形成することが好ましい。

そして、第１の開口パターンの形成（特に図５（ｅ）参照）において、第１のパターン形成用層１１側からアライメントマークＡｍ２を観察してアライメントを行った後に、パターンを描画してレジストパターンＲ１を形成する。このレジストパターンＲ１を用いて第１のパターン形成用層１１をエッチングすることにより、図８（ｃ）に示すように、第１の開口パターン１１ａが形成される。その後、第２のパターン形成用層１２側の中央部分を露出させるようにハードマスク１５をパターニングする（図８（ｃ）参照）。

第２の開口パターンの形成（特に図６（ｇ）参照）においても、同様に、第２のパターン形成用層１２側からアライメントマークＡｍ２を観察してアライメントを行った後に、パターンを描画してレジストパターンＲ２を形成する。このレジストパターンＲ２を用いて第２のパターン形成用層１２をエッチングすることにより、第２の開口パターン１２ａを形成する（図６（ｈ）参照）。

以上のように、本実施形態に係るマスクの製造方法によれば、第１の開口パターン１１ａおよび第２の開口パターン１２ａの形成において、パターン形成用層１１，１２を貫通し一主面側と他主面側とから観察し得るアライメントマークＡｍ２を用いることにより、両面アライナを用いずに、高精度なアライメントを実現することができる。このため、第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａの位置を高精度に制御することができ、両者の重なりにより形成される露光パターンの精度を向上させることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａの位置を高精度に制御するため、第２および第３実施形態とは異なる構成のアライメントマークを形成する。

例えば、光を用いてアライメントを行う場合には、アライメント光が、例えばシリコン（Ｓｉ）や酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）は透過するがタングテン（Ｗ）は透過しないため、貫通孔を形成せずに、Ｗ等をデポジションし、表面のパターン形成時には透過光によってアライメントをとる。

このため、図５（ｅ）に示す工程において、第１の開口パターンの形成のためのレジストパターンＲ１を形成する前に、図９（ａ）に示す工程を追加する。すなわち、図９（ａ）に示すように、第１のパターン形成用層１１上にアライメント用の光を通過させず、アライメントに必要な反射光像を見ることが可能なタングステン（Ｗ）等の金属膜をＦＩＢ等で堆積させ、パターニングすることによりアライメントマークＡｍ３を形成する。

アライメントマークＡｍ３は、開口パターンの形成のための描画時に電子線等の荷電粒子が通過しなければ、スクライブライン上でなく各チップ領域内に配置してよい。従って、精度が必要なパターン近傍のチップ領域（但しデバイスパターンはおけなくなる）にアライメントマークＡｍ３を配置する。また、アライメントマークＡｍ３の形成のための貫通孔は、アスペクト比を考えても十分に精度が出せる大パターン（例えばパッドパターンなど）とする。なお、アライメント用の形状が必要な場合には、チップパターンには関係のないスクライブラインの領域にアライメントマークＡｍ３を形成することが好ましい。

そして、第１の開口パターンの形成（特に図５（ｅ）参照）において、第１のパターン形成用層１１側からアライメントマークＡｍ３を観察してアライメントを行った後に、パターンを描画してレジストパターンＲ１を形成する。このレジストパターンＲ１を用いて第１のパターン形成用層１１をエッチングすることにより、図９（ｂ）に示すように、第１の開口パターン１１ａが形成される。その後、第２のパターン形成用層１２側の中央部分を露出させるようにハードマスク１５をパターニングする（図９（ｂ）参照）。

第２の開口パターンの形成（特に図６（ｇ）参照）においても、同様に、アライメントマークＡｍ３を観察してアライメントを行った後に、パターンを描画してレジストパターンＲ２を形成する。このとき、第２のパターン形成用層１２側から光を入射させ、第１のパターン形成用層１１側に突き抜けた透過光を観察することにより、アライメントマークＡｍ３を観察してもよい。その後、このレジストパターンＲ２を用いて第２のパターン形成用層１２をエッチングすることにより、第２の開口パターン１２ａを形成する（図６（ｈ）参照）。

以上のように、本実施形態に係るマスクの製造方法によれば、第１の開口パターン１１ａおよび第２の開口パターン１２ａの形成において、一主面側と他主面側とから観察し得るアライメントマークＡｍ３を用いることにより、両面アライナを用いずに高精度なアライメントを実現することができる。このため、第１の開口パターン１１ａと第２の開口パターン１２ａの位置を高精度に制御することができ、両者の重なりにより形成される露光パターンの精度を向上させることができる。

（第５実施形態）
図１０は、本実施形態に係るステンシルマスクの構成を示す斜視図である。
本実施形態に係るステンシルマスクは、例えば薄膜（メンブレン）状の基板１３の強度を補強すべく、基板１３が梁１４ｂにより各ブロックに分割されている。８インチウエハを用いてステンシルマスクを形成する場合、梁１４ｂの厚さは例えば７２５μｍとなるが、基板１３が保持される範囲であれば梁１４ｂの厚さは変更可能である。

なお、本実施形態に係るステンシルマスクは、梁１４ｂが形成される点以外の点については、第１実施形態の説明が同様に適用される。本実施形態に係るステンシルマスクでは、梁１４ｂによって分割された各ブロック内の基板１３に、図２〜図３に示す開口パターン１１ａ，１２ａが形成される。

次に、本実施形態に係るステンシルマスクの製造方法について、図１１〜図１２を参照して説明する。

まず、図１１（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる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が形成されたＳＯＩウエハを用意し、ＳＯＩウエハのシリコン基板を支持基板１４として、酸化シリコン膜を第１のパターン形成用層１１として、シリコン薄膜を第２のパターン形成用層１２として用いる。
続いて、ＬＰＣＶＤ法によって、膜厚４００ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜を成膜して、メンブレン状の基板１３と支持基板１４の周囲を覆うハードマスク１５を形成する。
さらに、支持基板１４側のハードマスク１５をパターニングして、支持枠と梁の形成のためのパターン１５ａを形成する。この際、支持基板１４側のハードマスク１５上にレジストパターン（不図示）を形成し、これをマスクに用いて支持基板１４側のハードマスク１５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。

次に、図１１（ｂ）に示すように、支持基板１４上のハードマスク１５をマスクとして、水酸化カリウム水溶液をエッチング液に用いて支持基板１４をウエットエッチングし、周縁部に支持枠１４ａを形成し、中央部に梁１４ｂを形成する。なお、単結晶シリコンよりなる支持基板１４のエッチングは、塩素系ガス等を用いたドライエッチングを採用することもできる。

次に、図１１（ｃ）に示すように、第１のパターン形成用層１１上に、レジストを塗布し、第１の開口パターンを形成するためのパターンを描画し、現像することによりレジストパターンＲ１を形成する。但し、梁１４ｂに囲まれた各ブロック内の第１のパターン形成用層１１上に均等にレジストを塗布するため、マスク中心の一点のみにレジストを塗布するスピン塗布ではなく、吐出ノズルをスキャンさせながら、基板全面に必要量のレジストを塗布するスキャン塗布を採用することが好ましい。

次に、図１２（ｄ）に示すように、レジストパターンＲ１をマスクにして、第１のパターン形成用層１１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、第２のパターン形成用層１２をエッチングストッパにして第１のパターン形成用層１１を選択的にエッチングする。これにより、酸化シリコンからなる第１のパターン形成用層１１に第１の開口パターン１１ａを形成する。この開口パターン１１ａは、基板１３の一主面側に基板１３の途中の深さまで達する溝パターンとして形成される。その後、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、図１２（ｅ）に示すように、第２のパターン形成用層１２側の中央部分を露出させるようにハードマスク１５をパターニングする。この際、第２のパターン形成用層１２側のハードマスク１５上にレジストパターン（不図示）を形成し、これをマスクに用いて第２のパターン形成用層１２側のハードマスク１５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。
上記のレジストパターンを除去した後、第２のパターン形成用層１２上に、レジストを塗布し、第２の開口パターンを形成するためのパターンを描画し、現像することによりレジストパターンＲ２を形成する。

次に、図１２（ｆ）に示すように、レジストパターンＲ２をマスクにして、第２のパターン形成用層１２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、第１のパターン形成用層１１をエッチングストッパにして第２のパターン形成用層１２を選択的にエッチングする。これにより、シリコンからなる第２のパターン形成用層１２に第２の開口パターン１２ａを形成する。この第２の開口パターン１２ａは、基板１３の他主面側に基板１３の途中の深さまで達する溝パターンとして形成される。その後、レジストパターンＲ２を除去する。

以上の工程の後、残りのハードマスク１５を除去することにより、図１０に示す梁付きのステンシルマスクが形成される。

上記の本実施形態に係るステンシルマスクおよびその製造方法によれば、基板１３の強度を補強する梁１４ｂ付きのステンシルマスクの製造においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第６実施形態）
本実施形態に係るステンシルマスクは、第５実施形態と同様に梁付きのステンシルマスクであるが、その製造方法が異なる。

本実施形態に係るステンシルマスクの製造方法について、図１３〜図１４を参照して説明する。

まず、図１３（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなるシリコンウエハを支持基板１４として、支持基板１４上に酸化シリコンを堆積させて第１のパターン形成用層１１を形成する。

次に、図１３（ｂ）に示すように、図示しないレジストパターンあるいはハードマスクを形成し、これらをマスクとして、水酸化カリウム水溶液をエッチング液に用いて支持基板１４をウエットエッチングし、周縁部に支持枠１４ａを形成し、中央部に梁１４ｂを形成する。ハードマスク材料としては、第１実施形態と同様に窒化シリコンが挙げられる。なお、単結晶シリコンよりなる支持基板１４のエッチングは、塩素系ガス等を用いたドライエッチングを採用することもできる。
続いて、第１のパターン形成用層１１上に、レジストを塗布し、第１の開口パターンを形成するためのパターンを描画し、現像することによりレジストパターンＲ１を形成する。このレジストの塗布には、マスク中心の一点のみにレジストを塗布するスピン塗布を採用することができる。

次に、図１３（ｃ）に示すように、レジストパターンＲ１をマスクにして、第１のパターン形成用層１１をエッチングする。例えば、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エッチングする。これにより、酸化シリコンからなる第１のパターン形成用層１１に第１の開口パターン１１ａを形成する。その後、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、図１４（ｄ）に示すように、第１のパターン形成用層１１側から単結晶シリコンウエハ１２０を貼り合わせる。

次に、図１４（ｅ）に示すように、単結晶シリコンウエハ１２０を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing)法により必要な膜厚まで研磨することにより、単結晶シリコンからなる第２のパターン形成用層１２を形成する。

次に、第２のパターン形成用層１２上に、第２の開口パターンを形成するための図示しないレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして、第２のパターン形成用層１２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、第１のパターン形成用層１１をエッチングストッパにして第２のパターン形成用層１２を選択的にエッチングする。これにより、シリコンからなる第２のパターン形成用層１２に第２の開口パターン１２ａを形成する。その後、図示しないレジストパターンを除去する。

以上により、図１０に示す梁付きのステンシルマスクが形成される。

上記の本実施形態に係るステンシルマスクおよびその製造方法によれば、基板１３の強度を補強する梁１４ｂ付きのステンシルマスクの製造においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、第５実施形態に係る梁付きのステンシルマスクの製造において、第２から第４実施形態で説明したアライメントマークＡｍ１〜Ａｍ３の形成のための追加工程を設けてもよい。第５実施形態では、アライメントマークは、図１１（ｃ）に示す工程の前に形成する。
本実施形態では、特にＬＥＥＰＬに使用される露光装置およびステンシルマスクについて説明したが、これに限定されるものではない。
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。

本発明は、ステンシルマスクを用いるＬＥＥＰＬ技術などの次世代のリソグラフィ技術に有効に利用することができ、例えば９０ｎｍルール以降の半導体回路形成の量産化に役立ち半導体産業に貢献することが出来る。

本実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 本実施形態に係るステンシルマスクの１つの露光パターンを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。 本実施形態に係るステンシルマスクに電子ビームを照射した場合の投影形状を分かり易く説明するための図である。 第１実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第１実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第１実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第２実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第３実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第４実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第５実施形態に係るステンシルマスクの斜視図である。 第５実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第５実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第６実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。 第６実施形態に係るステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１…露光装置、２…電子銃、３…コンデンサレンズ、４…アパーチャ、５，６…主偏向器、７，８…副偏向器、１０…ステンシルマスク、１１…第１のパターン形成用層、１１ａ…第１の開口パターン、１２…第２のパターン形成用層、１２ａ…第２の開口パターン、１３…基板、１４…支持基板、１４ａ…支持枠、１４ｂ…梁、１５…ハードマスク、Ａｍ１，Ａｍ２，Ａｍ３…アライメントマーク、ＥＢ…電子ビーム、Ｐ…露光パターン、Ｒ１，Ｒ２…レジストパターン、Ｗ…ウエハ

Claims (8)

1. 開口パターンが設けられた層が複数積層された基板を有し、
   各開口パターンの重なり部分により、前記基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンが形成されている
   マスク。
2. 各層部分は、隣接して積層された層部分とは異なる材質で形成されている
   請求項１記載のマスク。
3. 前記基板の一主面側と他主面側とから観察し得るアライメントマークが前記基板に形成されている
   請求項１記載のマスク。
4. 基板の一主面側に、前記基板の途中の深さまで第１の開口パターンを形成する工程と、
   基板の他主面側に、前記第１の開口パターンに達する第２の開口パターンを形成する工程とを有し、
   前記第１の開口パターンと前記第２の開口パターンとの重なり部分により、前記基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンを形成する
   マスクの製造方法。
5. 前記基板は、第１層と当該第１層とは異なる材質で構成された第２層との積層体からなり、
   前記第１の開口パターンを形成する工程において、前記第２層をストッパにして前記第１層をパターンエッチングし、
   前記第２の開口パターンを形成する工程において、前記第１層をストッパにして第２層をパターンエッチングする
   請求項４記載のマスクの製造方法。
6. 前記第１の開口パターンを形成する工程の前に、前記基板の一主面側と他主面側とから観察し得るアライメントマークを前記基板に形成する工程を有し、
   前記第１の開口パターンを形成する工程において、前記アライメントマークを観察することによりアライメントして、前記第１の開口パターンを形成し、
   前記第２の開口パターンを形成する工程において、前記アライメントマークを観察することによりアライメントして、前記第２の開口パターンを形成する
   請求項４記載のマスクの製造方法。
7. 荷電粒子線の照射部と、前記照射部により照射された前記荷電粒子線の経路に設けられたマスクとを有する露光装置であって、
   前記マスクは、
   開口パターンが設けられた層が複数積層された基板を有し、
   各開口パターンの重なり部分により、前記基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンが形成されている
   露光装置。
8. マスクに荷電粒子線を照射して、前記マスクに設けられた露光パターンを被露光体に露光する露光方法であって、
   開口パターンが設けられた層が複数積層された基板を有し、各開口パターンの重なり部分により、前記基板の一主面側と他主面側とを貫通し、各開口パターンの線幅よりも小さい線幅をもつ露光パターンが形成されているマスクに、前記荷電粒子線を照射する
   露光方法。
   
   
   
   
   
   
   

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