JP2005286293A - ステンシルマスクおよびその製造方法、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被露光体に転写すべきパターン以外の観測用マークが、被露光体に転写されることを防止することができるステンシルマスクおよびその製造方法を提供する。さらに、当該ステンシルマスクを用いて露光を行う半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ステンシルマスク１０は、周囲が厚膜の支持枠１１により支持され、支持枠１１により囲まれたメンブレン１２に貫通孔によりマスクパターンＰが形成される。メンブレン１２には、ウエハ２０に転写すべき回路パターンであるマスクパターンＰの他に、アライメントに使用するマスクマークＭＡが形成されている。本実施形態では、マスクマークＭＡは貫通孔ではなく、メンブレン１２の途中の深さまで彫り込まれて形成されている。従って、マスクマークＭＡに到達した電子線は遮蔽される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、荷電粒子線を用いるリソグラフィ技術に使用されるステンシルマスクおよびその製造方法、並びに当該ステンシルマスクを用いて回路パターンを形成する半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置製造のためのリソグラフィ工程では、各層の異なるパターン同士を正確に重ね合わせる必要があるため、光学的なアライメント計測技術が用いられている。

ＬＥＥＰＬ（low energy electron beam proximity projection lithography)技術におけるアライメント方式では、Ｘ線リソグラフィ用に開発されたアライメントカメラを斜めに傾けてマーク像を検出する斜方結像方式が採用され、マスクのマスクマークとウエハのウエハマークを同時に検出し、その相対位置およびマスクとウエハ間のギャップを計測することができる（特許文献１参照）。

斜方結像方式では、アライメントマークとして２次元配列パターンを用い、パターンエッジからの後方散乱光を光学的に拡大した像から、マスクマークとウエハマークの相対位置を計測する。エッジ散乱光の照明として白色光を用いることにより、薄膜の変化に対する高い適応性を実現することができるという優れた特徴をもつ。

例えば、ＬＥＥＰＬ技術では、パターンが略垂直な貫通孔により形成されたいわゆるステンシルマスクを用いており、貫通孔を通過した電子線によりウエハ上のレジストにパターンを転写している（特許文献２参照）。
特許第３１０１５８２号 特開２００３−５９８１９号公報

しかしながら、従来、マスクマークもウエハに転写すべきパターンと同様に略垂直に加工された貫通孔により形成していたため、ステンシルマスクを用いてウエハにパターンを露光すると、マスクマークもウエハに転写されてしまう。

マスクマークがウエハに転写されてしまうと、ウエハマークとマスクマークが一体となった新たなウエハマークが形成されてしまう。このため、次のリソグラフィ工程において、観測されるウエハマーク像が変化してしまい、ウエハマークを正確に検出することができないという問題がある。このため、一度使用されたウエハマークが次のリソグラフィ工程において使用できないという不都合が生じる。

また、現在縮小投影露光で使用されているアライメントマークと比較すると、斜方結像方式で使用されるマスクマークは大きいことから、マスクマークがウエハに転写されてしまうと、デバイスパターンを配置する実効面積が小さくなってしまうという問題がある。

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、被露光体に転写すべきパターン以外の観測用マークが、被露光体に転写されることを防止することができるステンシルマスクおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記のステンシルマスクを用いて露光することにより、基板の基板側マークを複数の露光工程で使用することができ、パターンの実効面積を大きくすることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のステンシルマスクは、荷電粒子線遮蔽膜と、被露光体に転写すべきパターンが前記荷電粒子線遮蔽膜に略垂直に形成された貫通孔からなるマスクパターンと、前記荷電粒子線を通過させないように前記荷電粒子線遮蔽膜に形成された観測用マークとを有する。

上記の本発明のステンシルマスクでは、荷電粒子線遮蔽膜の全体に荷電粒子線を照射した場合に、荷電粒子線は略垂直に形成された貫通孔からなるマスクパターンのみを通過し、観測用マークの形成箇所での通過が阻止される。従って、被露光体には、マスクパターンのみが転写される。

上記の目的を達成するため、本発明のステンシルマスクの製造方法は、荷電粒子線遮蔽膜を観測用マークのパターンでハーフエッチングして、前記荷電粒子線遮蔽膜に荷電粒子線を通過させない観測用マークを形成する工程と、前記荷電粒子線遮蔽膜を被露光体に転写すべきパターンで除去して、前記荷電粒子線遮蔽膜に貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程とを有する。

上記の本発明のステンシルマスクの製造方法では、荷電粒子線遮蔽膜をハーフエッチングして観測用マークを形成し、荷電粒子線遮蔽膜を貫通するまで除去してマスクパターンを形成する。観測用マークとマスクパターンの形成工程の順序は逆でもよい。これにより、同一の電子線遮蔽膜に、貫通孔からなるマスクパターンと、荷電粒子線遮蔽膜の途中の深さまで彫り込まれた観測用マークが形成される。

上記の目的を達成するため、本発明のステンシルマスクの製造方法は、第１の荷電粒子線遮蔽膜上に第２の荷電粒子線遮蔽膜を形成する工程と、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜を観測用マークのパターンで除去して、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜に観測用マークを形成する工程と、前記第１および第２の荷電粒子線遮蔽膜を被露光体に転写すべきパターンで除去して、貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程とを有する。

上記の本発明のステンシルマスクの製造方法では、第１の荷電粒子線遮蔽膜上に形成された第２の荷電粒子線遮蔽膜を加工して観測用マークを形成し、第１および第２の荷電粒子線遮蔽膜を貫通するまで除去してマスクパターンを形成する。これにより、電子線を通過させるマスクパターンと、電子線を通過させない観測用マークが形成される。

上記の目的を達成するため、本発明のステンシルマスクの製造方法は、第１の荷電粒子線遮蔽膜上に、当該第１の荷電粒子線遮蔽膜よりも膜厚の大きい第２の荷電粒子線遮蔽膜を形成する工程と、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜を被露光体に転写すべきパターンで垂直に加工して、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜の主面に略垂直な貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程と、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜を観測用マークのパターンで斜めに加工して、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜の一方面から他方面へと斜めに貫通する貫通孔からなる観測用マークを形成する工程と、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜をマスクとして前記第１の荷電粒子線遮蔽膜をエッチングする工程とを有する。

上記の本発明のステンシルマスクの製造方法では、第２の荷電粒子線遮蔽膜の主面に略垂直な貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程に加えて、第２の荷電粒子線遮蔽膜の一方面から他方面へと斜めに貫通する貫通孔からなる観測用マークを形成している。そして、第２の荷電粒子線遮蔽膜をマスクとして第１の荷電粒子線遮蔽膜をエッチングすることにより、略垂直に加工されたマスクパターンと、斜めに加工された観測用マークが作製される。これにより、マスクパターンを通過するような角度で照射される荷電粒子線は、斜めに加工された観測用マークを通過しないこととなる。

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、基板に形成された被加工層の上に荷電粒子線感光膜を形成する工程と、略垂直な貫通孔により形成されたマスクパターンと荷電粒子線を通過させないように形成された観測用マークとが荷電粒子線遮蔽膜に形成されたステンシルマスクと、前記基板とを位置合わせする工程と、前記ステンシルマスクに前記荷電粒子線を照射して、前記貫通孔を通過する前記荷電粒子線により前記マスクパターンを前記荷電粒子線感光膜に転写する工程と、転写後の前記荷電粒子線感光膜をマスクとして前記被加工層を加工することにより、半導体装置の回路パターンを形成する工程とを有する。

上記の本発明の半導体装置の製造方法では、荷電粒子線遮蔽膜の全体に荷電粒子線を照射した場合に、荷電粒子線は略垂直な貫通孔により形成されたマスクパターンのみを通過し、観測用マークの形成箇所での通過が阻止される。従って、荷電粒子線感光膜には、マスクパターンのみが転写される。転写後の荷電粒子線感光膜をマスクとして被加工層を加工することにより、半導体装置の回路パターンが形成される。

本発明のステンシルマスクおよびその製造方法によれば、被露光体に転写すべきパターン以外の観測用マークが、被露光体に転写されることを防止することができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、基板の基板側マークを複数の露光工程で使用することができ、パターンの実効面積を大きくすることができる。

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。

図１は、本実施形態に係るステンシルマスクが使用される電子線等倍露光装置の一例を示す図である。

図１に示す露光装置１は、荷電粒子線として電子線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線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、図示しないステージにウエハ（基板）２０が配置されている。ウエハ２０の表面には、電子線感光膜であるレジスト膜２２が形成されている。レジスト２２が塗布されたウエハ２０が本発明の被露光体である。ウエハ２０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２０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、電子線ＥＢの経路を囲む状態で、電子銃２側から順に、電子線ＥＢを平行化するコンデンサレンズ３と、電子線ＥＢを制限するアパーチャ４と、電子線ＥＢが平行なままでステンシルマスク１０に垂直に入射するように偏向させる一対の主偏向器５ａ，５ｂと、電子線ＥＢの照射位置の微調整を行うために電子線ＥＢを偏向させる一対の副偏向器６ａ，６ｂとを有する。

上記の露光装置１は、ステンシルマスク１０とウエハ２０との相対位置を制御するため、アライメント光学系７と、制御部８とを備えている。

アライメント光学系７は、レジスト膜２２が感光する領域を除く領域の波長のアライメント光Ｌを、ウエハ２０およびステンシルマスク１０の表面に対して斜めの方向から照射する。アライメント光Ｌは、ステンシルマスク１０のメンブレン１２を通過し、ウエハＷのウエハマークを照射する。

アライメント光学系７は、アライメント光Ｌがウエハマーク（基板側マーク）とマスクマークに照射されることによる、ウエハマークとマスクマークからの散乱光を受光して、ウエハマークとマスクマークの観察画像を取得する。

制御部８は、アライメント光学系７により得られたウエハマークとマスクマークの観察画像に基づいて、ステンシルマスク１０とウエハ２０の位置ずれを検出する。さらに、制御部８は、上記のようにして得られたステンシルマスク１０とウエハ２０との位置ずれを解消するように、ステンシルマスク１０とウエハ２０との相対位置を調整し、アライメントを行う。上記の制御部８は、コンピュータと駆動装置とにより実現される。

図２（ａ）は本実施形態に係るステンシルマスクの平面図であり、図２（ｂ）はメンブレンの要部断面図である。

図１、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ステンシルマスク１０は、周囲が厚膜の支持枠１１により支持され、支持枠１１により囲まれたメンブレン１２に略垂直な貫通孔からなるマスクパターンＰが形成される。メンブレン（荷電粒子線遮蔽膜）１２は、例えば、シリコンＳｉ、炭化シリコンＳｉＣ、ダイアモンド等により形成され、電子線を遮蔽する。

メンブレン１２には、ウエハ２０に転写すべき回路パターンであるマスクパターンＰの他に、アライメントに使用する観測用マークとしてのマスクマーク（アライメントマーク）ＭＡが形成されている。本実施形態では、マスクマークＭＡは貫通孔ではなく、メンブレン１２の途中の深さまで彫り込まれて形成されている。例えば、メンブレン１２の膜厚を６００ｎｍ程度とすると、メンブレン１２を１００ｎｍ程度彫り込むことによりマスクマークＭＡが形成される。従って、マスクマークＭＡの形成箇所にも、５００ｎｍ程度のメンブレン１２が存在し、マスクマークＭＡに到達した電子線は遮蔽される。

なお、実際にはマスクパターンＰおよびマスクマークＭＡは複数形成されているが、図２（ｂ）および以降の図面では、図示の簡略化のため、マスクパターンＰとマスクマークＭＡをメンブレン１２に１つずつ示している。また、マスクマークＭＡは、後述するように実際には２次元配列パターンにより構成される。

次に、上記のステンシルマスク１０を用いたウエハ２０の露光および加工工程について説明する。

図３に示すように、アライメント時において、ウエハ２０に対してステンシルマスク１０が５０μｍ程度の距離をもって保持された状態で、アライメント光Ｌを、ウエハ２０とステンシルマスク１０の表面に対して斜めの方向から照射する。そして、ウエハ２０のウエハマークＷＡおよびステンシルマスク１０のマスクマークＭＡからの散乱光を受光して、ウエハマークＷＡとマスクマークＭＡの観察画像を取得する。

図４は、アライメント光学系７により得られるウエハマークＷＡとマスクマークＭＡの観察画像を模式的に示す図である。

図４に示すように、２次元配列パターンからなる２列のウエハマークＷＡの間に、２次元配列パターンからなるマスクマークＭＡが観察される。このウエハマークＷＡおよびマスクマークＭＡの相対位置に基づいて、制御部８により、ステンシルマスク１０とウエハ２０の位置ずれが検出される。そして、位置ずれを解消するように、制御部８により、ステンシルマスク１０に対するウエハ２０の位置が調整される。なお、図３では図示の簡略化のため、ウエハマークＷＡおよびマスクマークＭＡを構成する２次元配列パターンのうちの１つのパターンのみの断面を示している。

アライメント後、図５（ａ）に示すように、ステンシルマスク１０のメンブレン１２に電子線ＥＢを照射する。これにより、メンブレン１２に形成された略垂直な貫通孔からなるマスクパターンＰを通過した電子線ＥＢによりウエハ２０のレジスト膜２２が露光される。この電子線ＥＢの照射において、マスクマークＭＡの形成箇所にはメンブレン１２が存在することから、マスクマークＭＡに到達した電子線ＥＢの通過が阻止される。

半導体装置の製造においては、露光後、図５（ｂ）に示すように、レジスト膜２２を現像することにより、例えばレジスト膜２２がポジ型であれば電子線照射部分が除去されて、レジスト膜２２にパターン開口２２ａが形成される。

現像後、図５（ｃ）に示すように、レジスト膜２２をマスクとして被加工層２１をエッチングすることにより、被加工層２１がパターン加工されて、回路パターンが形成される。最後にレジスト膜２２を除去することにより、被加工層２１のパターン加工が終了する。

半導体装置の製造においては、被加工層２１の上にさらに上層を積層し、レジスト膜を形成して、上記の露光工程（図５（ａ））、現像工程（図５（ｂ））、エッチング工程（図５（ｃ））を繰り返すことにより、集積回路が形成される。

次に、上記のステンシルマスク１０の製造方法について、図６を参照して説明する。

まず、予め周囲に支持枠１１が形成され、中央部にメンブレン１２が形成されたマスクブランクスを用意する。このようなマスクブランクスは、例えばＳＯＩウエハを用いて作製される。この場合には、ＳＯＩウエハの中央部のシリコン基板と酸化シリコン膜を除去することによりマスクブランクスが作製され、メンブレン１２は、いわゆるＳＯＩ層と称されるシリコン層により構成される。

このようなマスクブランクスのメンブレン１２に電子線レジストを塗布し、図６（ａ）に示すように、リソグラフィ技術によりマスクマークＭＡの形成箇所にパターン開口をもつレジストパターンＲ１を形成する。なお、後に形成するマスクマークＭＡとマスクパターンＰとの相対位置を保つため、図示はしないが、レジストパターンＲ１に、マスクパターンＰの形成のためのアライメントマークを形成するためのパターン開口をも形成しておく。

次に、図６（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１をエッチングマスクとして、メンブレン１２をハーフエッチングする。ハーフエッチングでは、メンブレン１２を貫通するまでエッチングしないようにエッチング時間を制御する。当該ハーフエッチングは、例えばドライエッチングを採用し、塩素系ガスを用いる。これにより、メンブレン１２の途中の深さまで彫り込まれて形成されたマスクマークＭＡが形成される。なお、図示はしないが、同時にマスクパターンＰの形成のためのアライメントマークも形成される。その後、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、メンブレン１２に電子線レジストを塗布し、図６（ｃ）に示すように、リソグラフィ技術によりマスクパターンＰの形成箇所にパターン開口をもつレジストパターンＲ２を形成する。このリソグラフィにおいて、先に形成された、マスクパターンＰの形成のためのアライメントマークを用いてマスクブランクスのアライメントを行う。

次に、図６（ｄ）に示すように、レジストパターンＲ２をエッチングマスクとして、メンブレン１２を貫通するまでドライエッチングする。当該ドライエッチングは、例えば、塩素系ガスを用いる。これにより、貫通孔からなるマスクパターンＰが形成される。

以降の工程としては、レジストパターンＲ２を除去することにより、図２に示すステンシルマスク１０が作製される。

上記の本実施形態に係るステンシルマスクによれば、ウエハ２０に転写する必要のない観測用マークとしてのマスクマークＭＡは、メンブレン１２の途中の深さまで彫り込まれて形成されていることから、電子線ＥＢの通過を阻止することができ、ウエハ２０に転写されることを防止することができる。このため、ウエハ２０のウエハマークＷＡを複数の露光工程で使用することが可能となる。

このため、上記のステンシルマスクを用いてウエハ２０にパターンを露光する半導体装置の製造方法によれば、形成される半導体装置のパターンの実効面積を大きくすることができる。

また、本実施形態に係るステンシルマスクの製造方法によれば、マスクマークＭＡの形成のためのリソグラフィ工程を別に追加するのみで上記のステンシルマスクを製造することができることから、製造時間を大幅に増加することもない。

（第２実施形態）
図７は本実施形態に係るステンシルマスクの要部断面図である。図２（ａ）に示すように、周囲に支持枠１１が形成される点については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態に係るステンシルマスク１０は、メンブレン（第１の荷電粒子線遮蔽膜）１２上にマスクマーク形成のためのマーク形成用層（第２の荷電粒子線遮蔽膜）１３が形成されている。マーク形成用層１３は、例えば窒化シリコンにより形成される。メンブレン１２およびマーク形成用層１３を略垂直に貫通する貫通孔によりマスクパターンＰが形成される。メンブレン１２は、例えば、シリコンＳｉ、炭化シリコンＳｉＣ、ダイアモンド等により形成される。

本実施形態では、マーク形成用層１３にマスクマークＭＡが形成される。図７に示すように、マスクマークＭＡはマーク形成用層１３の途中の深さまで彫り込まれて形成される。これにより、マスクマークＭＡの形成箇所にも、メンブレン１２が存在し、マスクマークＭＡに到達した電子線は遮蔽される。

なお、実際にはマスクパターンＰおよびマスクマークＭＡは複数形成されているが、図７および以降の図面では、図示の簡略化のため、マスクパターンＰとマスクマークＭＡを１つずつ示している。また、マスクマークＭＡは、第１実施形態で説明したように２次元配列パターンにより構成される（図４参照）。

上記のステンシルマスク１０の製造方法について、図８〜図９を参照して説明する。

まず、予め周囲に支持枠１１が形成され、中央部にメンブレン１２が形成されたマスクブランクスを用意する。このようなマスクブランクスは、第１実施形態と同様に作製される。さらに、マスクブランクスのメンブレン１２上にＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 法により窒化シリコンを堆積させてマーク形成用層１３を形成する。

このようなマスクブランクスのマーク形成用層１３上に電子線レジストを塗布し、図８（ａ）に示すように、リソグラフィ技術によりマスクマークＭＡの形成箇所にパターン開口をもつレジストパターンＲ１を形成する。なお、後に形成するマスクマークＭＡとマスクパターンＰとの相対位置を保つため、図示はしないが、レジストパターンＲ１に、マスクパターンＰの形成用のアライメントマークを形成するためのパターン開口をも形成しておく。

次に、図８（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１をエッチングマスクとして、マーク形成用層１３をハーフエッチングする。当該ハーフエッチングは、例えば、ドライエッチングを採用し、フロロカーボン系ガスを用いる。これにより、マーク形成用層１３の途中の深さまで彫り込まれて形成されたマスクマークＭＡが形成される。また、図示はしないが、同時にマスクパターンＰの形成用のアライメントマークも形成される。その後、図８（ｃ）に示すように、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、マーク形成用層１３上に電子線レジストを塗布し、図９（ｄ）に示すように、リソグラフィ技術によりマスクパターンＰの形成箇所にパターン開口をもつレジストパターンＲ２を形成する。このリソグラフィにおいて、先に形成された、マスクパターンＰの形成用のアライメントマークを用いてマスクブランクスのアライメントを行う。

次に、図９（ｅ）に示すように、レジストパターンＲ２をエッチングマスクとして、マーク形成用層１３を貫通するまでドライエッチングする。当該ドライエッチングは、例えば、フロロカーボン系ガスを用いる。その後、図９（ｆ）に示すように、レジストパターンＲ２を除去する。

以降の工程としては、マーク形成用層１３をエッチングマスクとして、メンブレン１２を貫通するまでドライエッチングすることにより、図７に示すように略垂直な貫通孔からなるマスクパターンＰをもつステンシルマスクが作製される。

上記の本実施形態に係るステンシルマスクによれば、ウエハ２０に転写する必要のない観測用マークとしてのマスクマークＭＡはマーク形成用層１３に形成されており、下層にメンブレン１２が存在することから、電子線ＥＢの通過を阻止することができ、ウエハ２０にマスクマークＭＡが転写されることを防止することができる。このため、ウエハ２０のウエハマークＷＡを複数の露光工程で使用することが可能となる。

このため、上記のステンシルマスクを用いてウエハ２０にパターンを露光する半導体装置の製造方法によれば、形成される半導体装置のパターンの実効面積を大きくすることができる。

また、本実施形態に係るステンシルマスクの製造方法によれば、マスクマークＭＡの形成のためのリソグラフィ工程を別に追加するのみで上記のステンシルマスクを製造することができることから、製造時間を大幅に増加することもない。さらに、マスクパターンＰと比較して大きいマスクマークＭＡをメンブレン１２に直接形成しないことから、ステンシルマスク１０の強度を保つことができる。

（第３実施形態）
図１０（ａ）は、本実施形態に係るステンシルマスクの要部断面図である。図２（ａ）に示すように、周囲に支持枠１１が形成される点については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係るステンシルマスクは、メンブレン（第１の荷電粒子線遮蔽膜）１２上にマスクマーク形成のためのマーク形成用層（第２の荷電粒子線遮蔽膜）１３が形成されている。マーク形成用層１３は、例えば窒化シリコンにより形成される。メンブレン１２およびマーク形成用層１３を略垂直に貫通する貫通孔によりマスクパターンＰが形成される。メンブレン１２は、例えば、シリコンＳｉ、炭化シリコンＳｉＣ、ダイアモンド等により形成される。

本実施形態では、マスクマークＭＡ’は、マーク形成用層１３およびメンブレン１２の積層膜の一方面から他方面へと斜めに貫通する貫通孔により形成されている。マスクマークＭＡ’は、マーク形成用層１３およびメンブレン１２の主面に垂直な法線Ｖに対して角度θをもつ。なお、マスクパターンＰは、法線Ｖに対して略平行な貫通孔により形成される。電子線ＥＢは、ステンシルマスク１０に対してほぼ垂直、すなわち法線Ｖに沿って照射される。このため、電子線は、ステンシルマスク１０のマスクパターンＰのみを通過し、マスクマークＭＡ’を通過しない。

電子線ＥＢを通過させないため、マーク形成用層１３およびメンブレン１２の合計膜厚をｔとし、マスクマークＭＡ’の開口径をＷとした場合に、θ≧ＡｒｃＴａｎ（Ｗ／ｔ）を満たすことが好ましい。これについて図１０（ｂ）を参照して説明する。

図１０（ｂ）は、マスクマークＭＡ’の貫通孔におけるマーク形成用層１３側の点Ｈ１のｘ座標をｘ₀ とする。ここで、マーク形成用層１３に垂直に入射する電子線ＥＢがマスクマークＭＡ’を貫通しないためには、点Ｈ１と一続きのメンブレン１２側の点Ｈ２のｘ座標がｘ₀ ＋Ｗである必要がある。これにより、マーク形成用層１３あるいはメンブレン１２の主面に対して垂直方向から観察した場合には、貫通孔とならないからである。

上記の関係を満たすマスクマークＭＡ’の貫通孔の傾斜角度をαとした場合には、図１０（ｂ）の斜線部分に着目すると、αは、ＡｒｃＴａｎ（Ｗ／ｔ）で示される。従って、角度θがα以上あれば、電子線ＥＢは通過しないといえる。

マスクマークＭＡ’の開口径Ｗは、例えば３００ｎｍ〜５００ｎｍである。ここで、マスクマークＭＡ’の開口径Ｗを５００ｎｍ、マーク形成用層１３とメンブレン１２の合計膜厚ｔを５００ｎｍとすると、角度θは、４５°以上にする必要がある。

なお、実際にはマスクパターンＰおよびマスクマークＭＡ’は複数形成されているが、図１０および以降の図面では、図示の簡略化のため、１つのマスクパターンＰと２つのマスクマークＭＡ’のみを示している。また、マスクマークＭＡ’は、第１実施形態で説明したように２次元配列パターンにより構成される（図４参照）。

次に、上記のステンシルマスクの製造方法について、図１１および図１２を参照して説明する。

まず、予め周囲に支持枠１１が形成され、中央部にメンブレン１２が形成されたマスクブランクスを用意する。このようなマスクブランクスは、第１実施形態と同様に作製される。さらに、マスクブランクスのメンブレン１２上にＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積させて、マーク形成用層１３を形成しておく。なお、マーク形成用層１３の膜厚に対して、メンブレン１２の膜厚を無視できる程度（マーク形成用層１３の５％以下）に、メンブレン１２を予め薄膜化しておくことが好ましい。

このようなマスクブランクスのマーク形成用層１３上に電子線レジストを塗布し、図１１（ａ）に示すように、リソグラフィ技術によりマスクパターンの形成箇所にパターン開口をもつレジストパターンＲ１を形成する。なお、後に形成するマスクマークＭＡ’とマスクパターンとの相対位置を保つため、図示はしないが、レジストパターンＲ１に、マスクマークの形成用のアライメントマークを形成するためのパターン開口をも形成しておく。

次に、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１をエッチングマスクとして、マーク形成用層１３をドライエッチングする。これにより、マーク形成用層１３にマスクパターンＰが形成される。また、図示はしないが、同時にマスクマークＭＡ’の形成用のアライメントマークも形成される。その後、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、マーク形成用層１３上に電子線レジストＲ２’を塗布する。そして、後に形成するマスクマークＭＡ’の角度θだけメンブレン１２およびマーク形成用層１３を傾けた状態で、電子線露光を行う。この電子線露光において、先に形成された、マスクマークＭＡ’の形成用のアライメントマークを用いてマスクブランクスのアライメントを行う。電子線露光の後、現像を行う。これにより、図１２（ｄ）に示すように、マーク形成用層１３の主面に垂直な法線Ｖに対して、角度θだけ傾いて形成された開口をもつレジストパターンＲ２が形成される。

次に、マーク形成用層１３およびメンブレン１２を傾けた状態のまま、ドライエッチングを行う。これにより、エッチャント（エッチング種）は、角度θに沿ってマーク形成用層１３に入射し、マーク形成用層１３をエッチングする。当該ドライエッチングは、例えば、フロロカーボン系ガスを用いる。その後、レジストパターンＲ２を除去する。この結果、図１２（ｅ）に示すように、マーク形成用層１３の主面の法線Ｖに対して角度θをもつマスクマークＭＡ’が形成される。

最後に、マーク形成用層１３をエッチングマスクとして、メンブレン１２をエッチングする。これにより、図１２（ｆ）に示すように、マスクパターンＰおよびマスクマークＭＡ’は、メンブレン１２を貫通することとなる。

上記の本実施形態に係るステンシルマスクによれば、ウエハ２０に転写する必要のない観測用マークとしてのマスクマークＭＡ’は、マーク形成用層１３およびメンブレン１２の主面の法線Ｖに対して角度θをもつことから、電子線ＥＢの通過を阻止することができ、ウエハ２０にマスクマークＭＡ’が転写されることを防止することができる。このため、ウエハ２０のウエハマークＷＡを複数の露光工程で使用することが可能となる。

このため、上記のステンシルマスクを用いてウエハ２０にパターンを露光する半導体装置の製造方法によれば、形成される半導体装置のパターンの実効面積を大きくすることができる。

なお、上記の実施形態では、マーク形成用層１３およびメンブレン１２を斜めに傾けることにより、エッチング種を斜め入射させるようにしたが、それ以外にも、例えば、エッチング種の進行方向を規制する電極の角度を調整することにより、斜め貫通孔をもつマスクマークＭＡ’の形成が可能である。

（第４実施形態）
図１３は、本実施形態に係るステンシルマスクの要部斜視図である。図２（ａ）に示すように、周囲に支持枠１１が形成される点については、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

本実施形態では、中央部の電子線照射領域において、メンブレン１２の強度を補強する梁部１４が複数形成されている。梁部１４は、例えば、支持枠１１と同等の厚みをもつ。このため、ステンシルマスク１０の強度を向上させることができる。

梁部１４により区画されたメンブレン１２に、略垂直な貫通孔からなるマスクパターンＰと、メンブレン１２の途中の深さまで彫り込まれたマスクマークＭＡが形成されている。あるいは、第２実施形態のように、メンブレン１２上に形成されたマーク形成用層１３にマスクマークＭＡを形成してもよい。あるいは、第３実施形態のように、斜め貫通孔からなるマスクマークＭＡ’であってもよい。

上記のステンシルマスクの製造方法については、第１実施形態ないし第３実施形態と実質的に同様である。
例えばステンシルマスクの作製のためのマスクブランクスをＳＯＩウエハから製造する場合には、ＳＯＩウエハのシリコン基板と酸化シリコン膜をエッチング加工することにより、支持枠１１と同時に梁部１４を形成する。これにより、梁部１４が形成されたマスクブランクスが作製される。

このようにして作製されたマスクブランクスに対して、第１実施形態ないし第３実施形態で説明した方法を採用することにより、垂直な貫通孔からなるマスクパターンＰと、貫通孔でないマスクマークＭＡ、あるいは斜め貫通孔からなるマスクマークＭＡ’をもつステンシルマスクを作製することができる。

上記の本実施形態に係るステンシルマスクによれば、第１〜第３実施形態と同様の効果を奏することができる。また、メンブレン１２が厚膜の梁部１４により補強されているため、ステンシルマスクの強度をさらに向上させることができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、貫通孔でないマスクマークと斜め貫通孔からなるマスクマークが混在するステンシルマスクを用いてもよい。
また、例えば、本実施形態では荷電粒子線として電子線を用いる例について説明したが、イオンビームを採用することも可能である。また、本実施形態では、ステンシルマスクを使用する露光装置の例として電子線等倍露光装置について説明したが、電子線縮小投影露光装置に使用することもできる。また、本発明の観測用マークとして、本実施形態では被露光体とのアライメントに使用されるマスクマークＭＡを例に説明したが、ウエハ２０に転写する必要のない観測用マークであれば特に限定はない。さらに、本実施形態で説明した材料や数値は一例であり、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。

本実施形態に係るステンシルマスクが使用される露光装置の一例を示す図である。 （ａ）は第１実施形態に係るステンシルマスクの平面図であり、（ｂ）はメンブレンの要部断面図である。 第１実施形態に係るステンシルマスクを用いた露光における、アライメント工程を説明するための図である。 アライメント光学系により得られるウエハマークとマスクマークの観察画像を模式的に示す図である。 第１実施形態に係るステンシルマスクを用いた露光、現像、加工工程を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方法を説明するための工程断面図である。 第２実施形態に係るステンシルマスクの要部断面図である。 第２実施形態に係るステンシルマスクの製造方法を説明するための工程断面図である。 第２実施形態に係るステンシルマスクの製造方法を説明するための工程断面図である。 第３実施形態に係るステンシルマスクの要部断面図である。 第３実施形態に係るステンシルマスクの製造方法を説明するための工程断面図である。 第３実施形態に係るステンシルマスクの製造方法を説明するための工程断面図である。 第４実施形態に係るステンシルマスクの要部斜視図である。

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、５ａ，５ｂ…主偏向器、６ａ，６ｂ…副偏向器、７…アライメント光学系、８…制御部、１０…ステンシルマスク、１１…支持枠、１２…メンブレン（荷電粒子線遮蔽膜、第１の荷電粒子線遮蔽膜）、１３…マーク形成用層（第２の荷電粒子線遮蔽膜）、１４…梁部、２０…ウエハ、２１…被加工層、２２…レジスト膜（荷電粒子線感光膜）、２２ａ…パターン開口、Ｐ…マスクパターンＰ、ＭＡ，ＭＡ’…マスクマーク（アライメントマーク、観測用マーク）、ＷＡ…ウエハマーク（基板側マーク）、ＥＢ…電子線（荷電粒子線）、Ｒ１，Ｒ２…レジストパターン

Claims (10)

1. 荷電粒子線遮蔽膜と、
   被露光体に転写すべきパターンが前記荷電粒子線遮蔽膜に略垂直に形成された貫通孔からなるマスクパターンと、
   前記荷電粒子線を通過させないように前記荷電粒子線遮蔽膜に形成された観測用マークと
   を有するステンシルマスク。
2. 前記観測用マークは、前記被露光体との位置合わせのためのアライメントマークを含む
   請求項１記載のステンシルマスク。
3. 前記観測用マークは、前記荷電粒子線遮蔽膜の途中の深さまで彫り込まれて形成された
   請求項１記載のステンシルマスク。
4. 前記観測用マークは、前記荷電粒子線を通過させないように、前記荷電粒子線遮蔽膜の一方面から他方面へと斜めに貫通する貫通孔により形成された
   請求項１記載のステンシルマスク。
5. 荷電粒子線遮蔽膜を観測用マークのパターンでハーフエッチングして、前記荷電粒子線遮蔽膜に荷電粒子線を通過させない観測用マークを形成する工程と、
   前記荷電粒子線遮蔽膜を被露光体に転写すべきパターンで除去して、前記荷電粒子線遮蔽膜に貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程と
   を有するステンシルマスクの製造方法。
6. 第１の荷電粒子線遮蔽膜上に第２の荷電粒子線遮蔽膜を形成する工程と、
   前記第２の荷電粒子線遮蔽膜を観測用マークのパターンで除去して、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜に観測用マークを形成する工程と、
   前記第１および第２の荷電粒子線遮蔽膜を被露光体に転写すべきパターンで除去して、貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程と
   を有するステンシルマスクの製造方法。
7. 第１の荷電粒子線遮蔽膜上に、当該第１の荷電粒子線遮蔽膜よりも膜厚の大きい第２の荷電粒子線遮蔽膜を形成する工程と、
   前記第２の荷電粒子線遮蔽膜を被露光体に転写すべきパターンで略垂直に加工して、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜の主面に略垂直な貫通孔からなるマスクパターンを形成する工程と、
   前記第２の荷電粒子線遮蔽膜を観測用マークのパターンで斜めに加工して、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜の一方面から他方面へと斜めに貫通する貫通孔からなる観測用マークを形成する工程と、
   前記第２の荷電粒子線遮蔽膜をマスクとして前記第１の荷電粒子線遮蔽膜をエッチングする工程と
   を有するステンシルマスクの製造方法。
8. 前記観測用マークを形成する工程において、
   前記第２の荷電粒子線遮蔽膜上に、観測用マークのパターンをもつレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜をマスクとして、前記第２の荷電粒子線遮蔽膜に対して斜め方向からエッチング種を入射させることにより、斜めに貫通する貫通孔を形成する工程と、
   前記レジスト膜を除去する工程と
   を有する請求項７記載のステンシルマスクの製造方法。
9. 基板に形成された被加工層の上に荷電粒子線感光膜を形成する工程と、
   略垂直な貫通孔により形成されたマスクパターンと荷電粒子線を通過させないように形成された観測用マークとが荷電粒子線遮蔽膜に形成されたステンシルマスクと、前記基板とを位置合わせする工程と、
   前記ステンシルマスクに前記荷電粒子線を照射して、前記貫通孔を通過する前記荷電粒子線により前記マスクパターンを前記荷電粒子線感光膜に転写する工程と、
   転写後の前記荷電粒子線感光膜をマスクとして前記被加工層を加工することにより、半導体装置の回路パターンを形成する工程と
   を有する半導体装置の製造方法。
10. 前記観測用マークは、前記基板との位置合わせのためのアライメントマークを含み、
    前記基板を位置合わせする工程において、前記基板に形成された基板側マークと、前記アライメントマークとを観測して、前記ステンシルマスクと前記基板とを位置合わせする
    請求項９記載の半導体装置の製造方法。
    

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