JP2006073869A

JP2006073869A - ステンシルマスク及びステンシルマスクブランクス

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Publication number: JP2006073869A
Application number: JP2004256965A
Authority: JP
Inventors: Kenta Yotsui; 健太四井; Tomoya Sumita; 知也住田; Yoshiyuki Negishi; 佳之根岸; Hideyuki Eguchi; 秀幸江口; Akira Tamura; 章田村
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】露光のスループットを向上させることができ、剛性が高く構造的に丈夫であり、位置合せのためのＩＰ制御が容易であり、放熱性にも優れるステンシルマスク及びステンシルマスクブランクスを提供する。
【解決手段】実質的に平行に設けられた複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第１の相補パターン区画Iと、第１の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第２の相補パターン区画IIと、第２の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第３の相補パターン区画IIIとを有し、第１、第２及び第３の相補パターン区画I，II，IIIに属する複数のメンブレン分割領域5A2,5A3が一方向に隣り合って直列に配列される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造に用いられるステンシルマスク及びステンシルマスクブランクスに関する。

電子ビーム転写型リソグラフィ技術として、ＰＲＥＶＡＩＬ（projection exposure with variable axis immersion lenses）、ＳＣＡＬＰＥＬ（scattering with angular limitation in projection electron-beam lithography）およびＬＥＥＰＬ（low energy electron-beam proximity projection lithography）等が開発されている。電子ビーム転写型リソグラフィの露光には、電子線が透過する部分に物質がまったく存在しないステンシルマスクを用いる。ステンシルマスクのメンブレンにはパターンに対応して電子線透過用の多数の孔が形成され、これらの孔を通って電子線がシリコンウエハ上のレジスト膜に入射されるようになっている。

メンブレンはシリコン薄膜などからなり、一括メンブレンの場合は、そのサイズが大きくなるに従って剛性が失われて不安定になる。通常、メンブレンサイズが数十ｍｍ角に至ると、強度が不足して壊れやすくなる。また、一括メンブレンの場合は、メンブレンサイズが大きくなるほどＩＰ制御が難しくなる。さらに、大サイズの一括メンブレンでは、熱が逃げにくく、露光中にマスク温度が上昇する。

そこで、これらの問題点を解決するために特許文献１及び特許文献２において相補パターンを有するステンシルマスクがそれぞれ提案されている。相補パターンを有するステンシルマスクでは、マスクの機械的強度を補償するためにメンブレン周縁に支持枠（フレーム）を設け、さらにメンブレン内にはメンブレン自体の剛性を高めるために多数の梁が設けられる。これらの梁は、メンブレンの剛性の向上を図ることを考慮したものであるとともに、多重露光によるパターンの繋ぎ合わせを行うために相補パターンを構成するように配置される。このような相補パターンを有するステンシルマスクを相補マスクという。相補マスクを用いて、１回の露光では全部を転写できないようなドーナツ状のパターン等を２つ以上のパターンに分割して多重露光し、複数の分割パターンを相補的に転写することができる。
国際公開番号ＷＯ０３／０５２８０３Ａ１公報特開２００３−５９８１９号公報

しかし、特許文献１の従来の相補マスク１Ｍ（COSMOS TYPE-II）においては、図６に示すように、メンブレン３Ｍを４つの相補パターン区画Ｉ〜ＩＶに区分し、相補パターン区画Ｉ→ＩＩ→ＩＩＩ→ＩＶの順にマスクをシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させ、各メンブレン分割領域に対応するパターンをレジスト膜に重ねて露光し、１つのチップに対して相補的な多重露光を４回ずつ繰り返すため、スループットが小さい。

また、この相補マスク１Ｍでは、チップサイズがマスクの全露光面積の１／４までの大きさに制限される。さらに、チップサイズによってマスクの裏面構造（梁側の構造）を変えなくてはいけない。

特許文献２の従来の相補マスク１Ｎ（COSMOS TYPE-I）においても、図７に示すように、メンブレン３Ｎを４つの相補パターン区画Ｉ〜ＩＶに区分し、１つのチップに対して相補パターン区画Ｉ→ＩＩ→ＩＩＩ→ＩＶの順に相補的な多重露光を４回ずつ繰り返すため、スループットが低い。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、露光のスループットを向上させることができ、剛性が高く構造的に丈夫であり、位置合せのためのＩＰ制御が容易であり、放熱性にも優れるステンシルマスク及びステンシルマスクブランクスを提供することを目的とする。

本発明に係るステンシルマスクは、荷電粒子線が通過する孔がパターン形成されたメンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記荷電粒子線通過孔と重ならないように前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含む複数の梁帯部と、を具備するステンシルマスクであって、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第１の相補パターン区画と、前記第１の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第２の相補パターン区画と、前記第２の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第３の相補パターン区画と、を有し、前記第１、第２及び第３の相補パターン区画に属するメンブレン分割領域が一方向に隣り合って直列に配列されることを特徴とする。

本発明に係るステンシルマスクブランクスは、メンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含む複数の梁帯部と、を具備するステンシルマスクブランクスであって、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第１の相補パターン区画と、前記第１の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第２の相補パターン区画と、前記第２の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第３の相補パターン区画と、を有し、前記第１、第２及び第３の相補パターン区画に属するメンブレン分割領域が一方向に隣り合って直列に配列されることを特徴とする。

この場合に、第１、第２及び第３の相補パターン区画の相互間の境界が、それぞれ梁帯部とメンブレン分割領域との境界と一致していることが好ましい（図５（ｅ）参照）。このような構造にするとメンブレン分割領域に対するパターン孔の配置の自由度が増大する。すなわち、隣り合う相補パターン区画の境界に存在するパターン同士がつながることで、予期せぬ好ましくないパターン（例えばリーフパターンやドーナツパターン）がメンブレン分割領域にできてしまうことを防止できる。さらに、隣り合う２つの相補パターン区画の境界がメンブレン分割領域のなかに入り込んでいないので、副偏向ビームによる位置座標を補正し難くなるという不都合を生じなくなる。

また、最大のメンブレン分割領域は、第１及び第２の相補パターン区画によって共有されるか（図５（ａ），（ｃ）参照）、または、第２及び第３の相補パターン区画によって共有されるか（図５（ｂ），（ｄ）参照）、または、前記第１及び第２の相補パターン区画によって共有され、かつ、前記第２及び第３の相補パターン区画によって共有される（図２参照）。

また、メンブレン分割領域の各サイズは、チップサイズおよび相補パターンの形状とサイズに応じて適宜決定することができる。

さらに、位置決め用のアライメントマークをメンブレンまたは梁のいずれかに形成することが好ましい。アライメントマークをメンブレンに形成する場合は、図４の（ｇ）に示すように、梁の裏側において梁幅の中央に位置するようにアライメントマーク２５を配置する。これらのアライメントマーク２５は、電子線透過孔８をメンブレン形成用層３ａに形成するときに同時にエッチングして形成することができる。

なお、本明細書において「ステンシルマスク」とは、メンブレンを貫通するような孔が形成されたマスクをいうものと定義する。ステンシルマスクの孔内部の空間には、物質が存在しない。

また、「相補マスク」とは、ある領域のパターンを分割したパターンのうちの一部であって、互いに異なるパターン（相補分割パターン）が形成された複数のパターン区画を有するステンシルマスクをいうものと定義する。相補マスクの相補分割パターンを１つのチップ領域に対して位置合せし、各相補分割パターンを順番に重ね合わせて露光すると、所望のパターンがレジスト膜に形成される。

本発明の３分割相補マスクは、従来の４分割相補マスクに比べて１チップ当りの露光回数が少なくなるので、露光のスループットが大幅に向上する。

また、本発明のマスクは、剛性が高く構造的に丈夫であり、変形や破損を生じることがないので、位置座標の制御が容易になる。

また、本発明の３分割相補マスクは、幾何学的な観点から見た場合に、一括メンブレンマスクに比べてメンブレン中央部から周囲に熱が逃げやすい配置になっているので、放熱性（冷却性能）に優れ、繰り返し露光によっても温度上昇が小さい。

また、本発明の３分割相補マスクは、露光機の電子ビーム走査距離が限定されているので、相補パターン区画の数を従来の４つから３つに減らした分だけチップ面積を大きくすることができる。また、従来はチップサイズによってメンブレン裏面構造（梁の側）を変えなくてはならなかったが、本発明によればＹ方向のチップサイズをメンブレン裏面構造に拘わらず自由に決めることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１に示すように、ステンシルマスク１はシリコンウエハ２を用いて形成される。シリコンウエハ２の中央部は長方形状に除去されており、この部分にメンブレン３Ａが形成されている。メンブレン３Ａ周囲のシリコンウエハ２はメンブレン３の強度を補強する支持枠（フレーム）９として用いられる（図４の（ｇ）参照）。メンブレン３Ａは、周囲のシリコンウエハ２と一体化した梁４と、梁４を含む梁帯部６で挟まれたメンブレン分割領域５とを含むものである。梁帯部６はシリコンウエハ２に複数の開口部を形成した残りの部分である。全ての梁４の末端はフレーム９に接続しており、梁４が途切れている箇所はない。梁４はメンブレン３Ａ上に棒状または線状で形成された突起部分であり、梁４が形成された部分ではメンブレン３Ａが実質的に厚くなる。これにより、メンブレン３Ａが補強され、メンブレン３Ａの自重による撓みが防止される。梁４の材質は必ずしも支持枠９と同じである必要はないが、シリコンウエハ２にドライエッチングを行うことにより、支持枠９と梁４を同一の工程で簡便に形成でき、その結果として両者の材質が同一となる。

以下、メンブレンの梁帯部６で挟まれた長方形の部分をメンブレン分割領域と呼ぶものとする。梁４の両側のメンブレン３Ａには、図３に示すように、梁４に平行に微小な幅で裾部（スカート）１１を設ける。梁４とスカート１１とを合わせた部分を梁帯部６とする。

本実施形態のステンシルマスク１は、次の３つの条件を満たす。第１の条件は、メンブレン３Ａが梁帯部６によって補強されていることである。第２の条件は、相補分割されたパターンをチップサイズの整数倍のステップ・アンド・リピート露光で効率よく露光できることである。第３の条件は、メンブレンを通してウエハ上のアライメントマークを検出するアライメント光学系の光路が梁帯部の梁４と干渉しないことである。

図２に示すように、メンブレン３Ａは、Ｘ軸に沿って直列に並ぶ３つの相補パターン区画Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを有する。これら３つの相補パターン区画Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの大きさは、露光対象となるチップサイズＬ１×Ｌ２とほぼ同じ大きさにそれぞれ形成されている。

第１の相補パターン区画Ｉは、実質的に平行に設けられた同じ幅の３本の梁帯部６によって分割され、図中の左端から中央にわたって梁帯部６の２倍幅（Ｌ５＝２×Ｌ４）のメンブレン分割領域５Ａ２を含み、右端に梁帯部６の３倍幅（Ｌ６＝３×Ｌ４）のメンブレン分割領域５Ａ３の２／３を含んでいる。この第１の相補パターン区画Ｉの適所にアライメントマーク２５が形成されている。アライメントマーク２５は、例えば図４の（ｇ）に示すように梁４の幅中央の裏面側に対応するメンブレン３Ａに形成されている。

第２の相補パターン区画ＩＩは、第１の相補パターン区画Ｉに隣接して配置され、実質的に平行に設けられた同じ幅の４本の梁帯部６によって分割され、両端に３倍幅のメンブレン分割領域５Ａ３の１／３をそれぞれ含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ａ２を含んでいる。

第３の相補パターン区画ＩＩＩは、第２の相補パターン区画ＩＩに隣接して配置され、実質的に平行に設けられた同じ幅の３本の梁帯部６によって分割され、図中の右端から中央にわたって梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ａ２を含み、左端に梁帯部６の３倍幅のメンブレン分割領域５Ａ３の２／３を含んでいる。

メンブレン３Ａの全体としては、梁帯部６と、２倍幅メンブレン分割領域５Ａ２と、３倍幅メンブレン分割領域５Ａ３とを有している。複数の３倍幅のメンブレン分割領域５Ａ３のうちの一方（図中の左側に図示）は、第１の相補パターン区画Ｉと第２の相補パターン区画ＩＩとの間の境界にまたがって設けられ、両パターン区画Ｉ，ＩＩによって共有されている。他方の３倍幅のメンブレン分割領域５Ａ３（図中の右側に図示）は、第２の相補パターン区画ＩＩと第３の相補パターン区画ＩＩＩとの間の境界にまたがって設けられ、両パターン区画ＩＩ，ＩＩＩによって共有されている。前者は、幅Ｌ６の左側２／３の部分が第１の相補パターン区画Ｉに属し、幅Ｌ６の右側１／３の部分が第２の相補パターン区画ＩＩに属している。後者は、幅Ｌ６の左側１／３の部分が第２の相補パターン区画ＩＩに属し、幅Ｌ６の右側２／３の部分が第３の相補パターン区画ＩＩＩに属している。

メンブレン分割領域５Ａ２，５Ａ３は、平面視野において縦長の長方形である。メンブレン分割領域５Ａ２，５Ａ３の各サイズは、チップサイズおよび相補パターンの形状とサイズに応じて決定される。例えば、チップサイズ（Ｌ１×Ｌ２）が３３ｍｍ×２１ｍｍの半導体チップ５０の露光用として、標準的な厚みＴｚが７２５μｍである８インチ（２００ｍｍ）径ウエハをステンシルマスク基板に用いる場合は、２倍幅メンブレン分割領域５Ａ２の横幅（Ｘ軸方向長さ）Ｌ５を１．０ｍｍとし、縦の長さ（Ｘ軸方向長さ）Ｌ３を３３ｍｍとする。また、３倍幅メンブレン分割領域５Ａ３の横幅（Ｘ軸方向長さ）Ｌ６を１．５ｍｍとし、縦の長さ（Ｘ軸方向長さ）Ｌ３を３３ｍｍとする。

本実施形態のステンシルマスク１では、相補分割による多重露光を行うために１つのパターンにつき２つ以上のメンブレン分割領域がチップ５０の該当領域に対してそれぞれ位置合せされるように配置されている。すなわち、第１の相補パターン区画Ｉに対して第２の相補パターン区画ＩＩを梁帯部６の幅Ｌ４（０．５ｍｍ）の分だけ図中の右側にシフトさせ、また、第２の相補パターン区画ＩＩに対して第３の相補パターン区画ＩＩＩを梁帯部６の幅Ｌ４（０．５ｍｍ）の分だけ図中の右側にさらにシフトさせている。

なお、本実施形態のマスク１では、相補パターン区画境界部のメンブレン分割領域５Ａ３の幅Ｌ６を梁帯部６の幅Ｌ４の３倍とし、他のメンブレン分割領域５Ａ２の幅Ｌ５を梁帯部６の幅Ｌ４の２倍としたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、梁帯部６の幅Ｌ４と第１のメンブレン分割領域５Ａ１の幅Ｌ５との合計がチップ転写用領域５０の１辺の長さＬ２の整数分の１であり、かつ梁４の幅がメンブレン３Ａを支持するのに十分であればよい。

本実施形態のステンシルマスク１では梁帯部６と支持枠９により取り囲まれるメンブレン分割領域５Ａ２，５Ａ３の形状が長方形である。この構造は、一見すると強度的に不利という印象を受けやすいが、誤りである。本実施形態マスクのメンブレン支持構造は、矩形メンブレンにかかる最大曲げモーメントは短辺の２乗に比例するという材料力学的理論に基づくものである。周辺を固定されたメンブレンに加わる曲げモーメントは、長辺の中点で最大値Ｍ＝ｃ（ｂ／ａ）×ａ²をとる。ここで、ａは矩形の短辺の長さであり、ｂは矩形の長辺の長さである。比例係数ｃは比ｂ／ａの関数であるが、比ｂ／ａに対する依存性は弱いため、定数とみなせる。長方形メンブレンの場合、一辺が小さい限り、長辺を大きくしてもメンブレンにかかる負荷は一定の値で飽和する。

以上のように、短辺の長さがａの長方形メンブレンの力学的強度は、長辺の長さｂに関わらず、一辺の長さａの正方形メンブレンの力学的強度とほぼ同等である。したがって、本実施形態のマスク１は、前述した第１の条件を満たしている。

次に、図２を参照しながらチップ転写用領域５０の右端の領域Ａ〜Ｃに着目して相補分割パターンの多重露光について説明する。
シリコンウエハを第１の相補パターン区画Ｉに位置合せして第１回目の露光を行うと、領域Ａ，Ｂが露光され、領域Ｃは露光されない。次いで、シリコンウエハを第２の相補パターン区画ＩＩに位置合せして第２回目の露光を行うと、領域Ａ，Ｃが露光され、領域Ｂは露光されない。次いで、シリコンウエハを第３の相補パターン区画ＩＩＩに位置合せして第３回目の露光を行うと、領域Ｂ，Ｃが露光され、領域Ａは露光されない。このように本実施形態マスクのメンブレン分割領域５Ａ２，５Ａ３の配置によれば、チップ転写用領域５０の領域Ａ〜Ｃに対して２回ずつ露光してパターンをそれぞれ形成できる。したがって、チップの任意の位置に対して２つの小領域を対応させることができる。相補分割したパターンを同一のマスク上の３つの小領域のうち、露光される２つの小領域に振り分けて形成する。３つの小領域を重ね合わせる多重露光により、ドーナツ状のパターンを含む任意のデバイスパターンをウエハ上のレジスト膜に転写できる。このように本実施形態のステンシルマスクは、従来の４分割相補マスクを用いる多重露光よりもスループットを高めるとともに、前述した第２の条件も満たしている。

また、各小領域のアライメント光学系の方向は、その小領域内の梁４の長手方向と平行になっているので、アライメント光学系の光路は梁４と干渉しない。したがって、本実施形態のステンシルマスクは、前述した第３の条件も満たしている。

図３はメンブレン分割領域５の１つとその周囲の梁４を拡大した斜視図である。図３に示すように、メンブレン３Ａ（３Ｂ〜３Ｆ）が梁４を含む梁帯部６によって複数のメンブレン分割領域５に分割されている。パターンに対応した孔８は、梁帯部６の部分には形成できず、メンブレン分割領域５に形成される。

メンブレン分割領域５の周辺部には、メンブレン分割領域形成時の誤差を吸収するための裾部としてスカート１１を設けてある。梁４とその両側のスカート１１を合わせた部分が梁帯部６に相当する。原則として、孔８はメンブレン分割領域５に形成されるが、場合によってはスカート１１の一部にはみ出して形成してもよい。梁帯部６の幅Ｗ１は例えば４００〜８００μｍ程度とすることができる。

ＬＥＥＰＬによれば、ステンシルマスクに対する電子ビームの入射角を微妙に変化させることが可能である。電子ビームの入射角の範囲は通常、０〜１０ｍｒａｄ程度である。８インチウェハを用いてステンシルマスクを形成した場合、梁４の高さは８インチシリコンウェハの厚さの７２５μｍとなる。

次に、図４を参照して本発明のステンシルマスク及びステンシルマスクブランクスを製造する方法について説明する。

基礎材料となるＳＯＩウエハ２１は、シリコンウエハ２の一方側の面にシリコン酸化膜１０を介してメンブレン形成用層３ａとしてのシリコン薄膜を有するものである。メンブレン形成用層３ａは１μｍ以下の所定の膜厚（例えば５００ｎｍ）に形成されている。メンブレンにエッチングを行って高精度に孔を形成するには、一般に、孔の径に対するメンブレン厚の比（アスペクト比）を１０以下、望ましくは５以下に抑える必要がある。したがって、ステンシルマスクに、例えば線幅９０ｎｍのパターン孔を形成するには、メンブレン厚を１μｍ以下にする必要がある。本実施形態のメンブレン形成用層３ａには、内部応力を制御するために所定のドーパントを所定量ドープしたシリコン薄膜を用いたが、シリコン窒化膜などの他のシリコン系材料を用いることもできる。

先ず、ＳＯＩウエハ２１の裏面側に、図４（ａ）に示すように、ドライエッチング用の保護膜２２として所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する。この保護膜２２の上にレジストを塗布し、ベークする。このレジスト膜を図２に示す梁およびフレームのパターンで露光し、現像し、レジストパターン２３を形成する。このレジストパターン２３をマスクとして、図４（ｂ）に示すように保護膜２２をドライエッチングする。

次いで、レジストパターン２３と保護膜２２をマスクとしてシリコン基板２をドライエッチングする。この工程は例えばＳＦ₆やＮＦ₃等のエッチングガスを用いる強い異方性エッチングであり、削られたシリコン基板の側壁は図４（ｃ）に示すように垂直に近いものとなり、これにより高アスペクト比の梁４およびフレーム９が形成される。この工程では、シリコン酸化膜１０はエッチングストッパ層として機能する。

ＳＯＩウエハ２１として例えば８インチウエハを用いる場合は、シリコン基板２の厚みは７２５μｍとする。従って、保護膜２２を設けずに、レジストパターン２３をマスクとしてシリコン基板２にドライエッチングを行うと、シリコン基板２の厚さ分のエッチングが終了する前に、レジストパターン２３が消費されてしまい、所望の高さと形状を有する梁４とフレーム９を形成することが困難になる。よって、保護膜２２の膜厚をどのように設定するかということは重要である。

次いで、図４（ｄ）に示すように、梁４とフレーム９をマスクとしてシリコン酸化膜１０をエッチングする。このエッチングにはエッチング液として例えばフッ酸を用いる湿式エッチングを用いる。この工程において、保護膜２２も除去され、所望のステンシルマスクブランクス３０が得られる。

このようにして得たステンシルマスクブランクス３０をメンブレン形成用層３ａが上面となるように塗布装置のスピンチャックに保持させ、メンブレン形成用層３ａの上にレジストを塗布し、図４（ｅ）に示すように、所定膜厚のレジスト層２４を形成する。

次いで、図４（ｆ）に示すように、孔を形成するためのパターン２４ａをレジスト層２４に転写する。このレジスト層２４のパターニングは、通常の電子ビームリソグラフィにより行うことができる。

次いで、レジスト層２４をマスクとしてメンブレン形成用層３ａにドライエッチングを行い、ステンシルマスクの孔８を形成するとともに、所定位置の梁４の裏面側に対応するメンブレン形成用層３ａに位置合せ用のアライメントマーク２５を形成する。アライメントマーク２５を設けることにより、薄膜全体で位置合わせを高精度に行うことが可能となる。このドライエッチングには、エッチングガスとして例えばＳＦ₆やＮＦ₃等を用いる。その後、レジスト層２４を剥離する。このようにして図４（ｇ）に示すステンシルマスク４０が得られる。

次に、図５の（ａ）〜（ｅ）を用いて他の実施形態のメンブレン３Ｂ〜３Ｆについて説明する。
図５（ａ）のメンブレン３Ｂは、上述した図２のメンブレン３Ａの第２象限相補パターン区画IIのパターンと第３象限相補パターン区画IIIのパターンとを入れ替えたものに実質的に相当する。第１の相補パターン区画Ｉは、実質的に平行に設けられた同じ幅Ｌ４の梁帯部６によって分割され、図中の左端から中央にわたって梁帯部６の２倍幅（Ｌ５＝２×Ｌ４）のメンブレン分割領域５Ｂ２を含み、右端に梁帯部６の４倍幅（＝４×Ｌ４）のメンブレン分割領域５Ｂ４の半分を含んでいる。第２の相補パターン区画IIは、実質的に平行に設けられた同じ幅Ｌ４の梁帯部６によって分割され、図中の左端に梁帯部６の４倍幅のメンブレン分割領域５Ｂ４の半分を含み、右端から中央にわたって梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｂ２を含んでいる。第３の相補パターン区画IIIは、実質的に平行に設けられた同じ幅の梁帯部６によって分割され、両端に１倍幅のメンブレン分割領域５Ｂ１をそれぞれ含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｂ２を含んでいる。

図５（ｂ）のメンブレン３Ｃは、図５（ａ）のメンブレン３Ｂを軸まわりに１８０°回転させたものに相当し、３つの相補パターン区画の組合せとしては両者は実質的に同じものである。第１の相補パターン区画Iは、実質的に平行に設けられた同じ幅の梁帯部６によって分割され、両端に１倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ１をそれぞれ含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ２を含んでいる。第２の相補パターン区画IIは、実質的に平行に設けられた同じ幅Ｌ４の梁帯部６によって分割され、図中の左端から中央にわたって梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ２を含み、右端に梁帯部６の４倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ４の半分を含んでいる。第３の相補パターン区画IIIは、実質的に平行に設けられた同じ幅Ｌ４の梁帯部６によって分割され、図中の左端に梁帯部６の４倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ４の半分を含み、右端から中央にわたって梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ２を含んでいる。

図５（ｃ）のメンブレン３Ｄは、上述した図２のメンブレン３Ａの第２象限相補パターン区画IIのパターンを第１象限に、第３象限相補パターン区画IIIのパターンを第２象限に、第１象限相補パターン区画Iのパターンを第３象限にそれぞれ入れ替えたものに実質的に相当する。このメンブレン３Ｄは、基準サイズの梁帯部６の２倍幅（＝２×Ｌ４）の幅広梁帯部６Ｗを、第２の相補パターン区画IIと第３の相補パターン区画IIIとの間に設けているので、剛性が高い。第１の相補パターン区画Iは、実質的に平行に設けられた同じ幅の梁帯部６によって分割され、左端に１倍幅のメンブレン分割領域５Ｄ１を含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｄ２を含み、右端に梁帯部６の３倍幅のメンブレン分割領域５Ｄ３の１／３を含んでいる。第２の相補パターン区画IIは、実質的に平行に設けられた２種類の梁帯部６，６Ｗによって分割され、図中の左端に梁帯部６の３倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ３の２／３を含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ２を含み、右端に上述した幅広梁帯部６Ｗを含んでいる。第３の相補パターン区画IIIは、実質的に平行に設けられた２種類の梁帯部６，６Ｗによって分割され、左端に上述した幅広梁帯部６Ｗを含み、中央から右端にわたり梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｃ２を含んでいる。

図５（ｄ）のメンブレン３Ｅは、図５（ｃ）のメンブレン３Ｄを軸まわりに１８０°回転させたものに相当し、３つの相補パターン区画の組合せとしては両者は実質的に同じものである。

第１の相補パターン区画Iは、実質的に平行に設けられた２種類の梁帯部６，６Ｗによって分割され、左端から中央にわたり２倍幅のメンブレン分割領域５Ｅ２を含み、右端に幅広梁帯部６Ｗを含んでいる。第２の相補パターン区画IIは、実質的に平行に設けられた２種類の梁帯部６，６Ｗによって分割され、図中の左端に幅広梁帯部６Ｗを含み、中央に２倍幅のメンブレン分割領域５Ｅ２を含み、右端に梁帯部６の３倍幅のメンブレン分割領域５Ｅ３の２／３を含んでいる。第３の相補パターン区画IIIは、実質的に平行に設けられた梁帯部６によって分割され、左端に梁帯部６の３倍幅のメンブレン分割領域５Ｅ３の１／３を含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｅ２を含み、右端に梁帯部６の１倍幅のメンブレン分割領域５Ｅ１を含んでいる。

図５（ｅ）のメンブレン３Ｆは、上述した図２のメンブレン３Ａの第３象限相補パターン区画IIIのパターンを第１象限に、第２象限相補パターン区画IIのパターンを第２象限に、第１象限相補パターン区画Iのパターンを第３象限にそれぞれ入れ替えたものに実質的に相当する。第１の相補パターン区画Iは、実質的に平行に設けられた同じ幅の梁帯部６によって分割され、梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｆ２を含んでいる。第２の相補パターン区画IIは、実質的に平行に設けられた同じ幅Ｌ４の梁帯部６によって分割され、両端に梁帯部６の１倍幅のメンブレン分割領域５Ｆ１を含み、中央に梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｆ２を含んでいる。第３の相補パターン区画IIIは、実質的に平行に設けられた同じ幅の梁帯部６によって分割されており、梁帯部６の２倍幅のメンブレン分割領域５Ｆ２を含んでいる。

このメンブレン３Ｆでは１つのメンブレン分割領域が隣り合う２つの相補パターン区画に共有されない構造としているので、上述した他のメンブレン３Ａ〜３Ｅに比べてメンブレン分割領域に対するパターン孔配置の自由度が増大するという利点がある。

すなわち、隣り合う相補パターン区画の境界に存在するパターン同士がつながることで、予期せぬ好ましくないパターン、例えばリーフパターンやドーナツパターンなどがメンブレン分割領域にできてしまうことを防止できる。

さらに、本実施形態のメンブレン３Ｆでは隣り合う２つの相補パターン区画の境界が他のメンブレン３Ａ〜３Ｅのようにメンブレン分割領域のなかに入り込んでいないので、副偏向ビームによる位置座標を補正し難くなるという不都合を生じない。

次に、図６を参照して特許文献１の従来型マスクのメンブレン３Ｍと図２の本発明マスクのメンブレン３Ａとを比較して説明する。

従来型の４分割相補マスク１Ｍのメンブレン３Ｍでは、４つの相補パターン区画Ｉ〜ＩＶに区分し、相補パターン区画Ｉ→ＩＩ→ＩＩＩ→ＩＶの順にマスクをシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させ、各メンブレン分割領域に対応するパターンをレジスト膜に重ねて露光し、１つのチップに対して相補的な多重露光を４回ずつ繰り返すため、スループットが小さい。また、従来型相補マスク１Ｍでは、チップサイズがマスクの全露光面積の１／４までの大きさに制限される。また、チップサイズによってマスクの裏面構造（梁側の構造）を変えなくてはいけない。

これに対して本発明マスク１のメンブレン３Ａでは、３つの相補パターン区画Ｉ〜ＩＩＩに区分し、相補パターン区画Ｉ→ＩＩ→ＩＩＩの順にマスクをシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させ、各メンブレン分割領域に対応するパターンをレジスト膜に重ねて露光し、１つのチップに対して相補的な多重露光を３回ずつ繰り返すため、従来型マスクと比べてスループットが大きくなる。また、本発明マスク１では、メンブレン面積が従来マスクの約７５％でよいので、チップサイズをマスクの全露光面積の１／３までの大きさに拡大することが可能になる。また、チップサイズによって少なくともＹ軸方向のマスクの裏面構造（梁側の構造）を変える必要がなくなる。また、本発明マスク１では、３つの相補パターン区画Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの梁帯部６がＸ軸に沿って一方向に直列に並ぶ単純な構造としているため、メンブレン３Ａの剛性が高められ、局部応力集中が発生しにくく、変形もしにくい。

次に、特許文献２の従来型マスクのメンブレン３Ｎと図２の本発明マスクのメンブレン３Ａとを比較して説明する。
従来マスクのメンブレン３Ｎは、メンブレン中央部に４つの梁帯部６ａ〜６ｄの隅角が１点に集中する４重点６Ｎが存在するので、ここに局部的に応力が集中する。このため、比較的小さな力Ｆ１であっても、それが作用すると梁帯部の４重点６Ｎが変形したり破損したりするおそれがある。

これに対して、本発明マスク１では、３つの相補パターン区画Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩがＸ軸に沿って一方向に直列に並ぶ単純な構造としているため、梁帯部６の端部が集中するところが無く、メンブレン３Ａの剛性が高められ、局部応力集中が発生しにくい。また、本発明マスク１Ａでは、梁と重なり合うメンブレン膜（露光側）または梁の端部（裏面側）に位置合せ用のＩＰＲＯマーク（ＩＰ測定用のパターン）を均一に設けることができ、精度の高いＩＰ測定が可能になる。

本発明のステンシルマスクは、低速電子線近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ）およびＰＲＥＶＡＩＬ（projection exposure with variable axis immersion lenses）に用いることができる。また、本発明のステンシルマスクブランクスは、ユーザー側で任意に所望のパターン孔をメンブレンに形成することができる半製品として利用することができる。

本発明の実施形態に係るステンシルマスクを示す平面図。図１のステンシルマスクの要部を拡大して示す平面図。メンブレン分割領域の一単位およびその周囲の梁を拡大して示す斜視図。（ａ）〜（ｇ）は本発明のステンシルマスクの製造方法を示す工程図。（ａ）〜（ｅ）は本発明の他の実施形態のメンブレンをそれぞれ示す平面図。従来の４分割相補パターン型（COSMOS TYPE-II）ステンシルマスクを示す平面図。従来の４分割相補パターン型（COSMOS TYPE-I）ステンシルマスクを示す平面図。

符号の説明

１，１Ｍ，１Ｎ…ステンシルマスク（相補マスク）、
２…シリコン基板（シリコンウエハ）、
３Ａ，３３Ｍ，３Ｎ…メンブレン、
３ａ…メンブレン形成用層（シリコン系薄膜、活性シリコン膜）、
４…梁、
５，５Ａ２，５Ａ３，５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ４，５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｃ４，５Ｄ１〜５Ｄ３，５Ｅ１〜５Ｅ３，５Ｆ１，５Ｆ２，５Ｍ，５Ｎ１〜５Ｎ６…メンブレン分割領域、
５Ａ１…第１のメンブレン分割領域、
５Ａ２…第２のメンブレン分割領域、
６，６ａ〜６ｄ，６Ｍ，６Ｎ，６Ｗ…梁帯部、
６Ｎ…梁帯部が集合する部分（応力集中部）、
８…荷電粒子線通過孔（電子線通過孔）、
９…支持枠（フレーム）、
１０…エッチングストッパ層（シリコン酸化膜）、
１１…裾部（スカート）、
２１…ＳＯＩウエハ、
２２…保護膜（シリコン酸化膜）、
２３，２４…レジスト膜、
２５…アライメントマーク、
３０…ステンシルマスクブランクス、
４０…ステンシルマスク、
５０…チップ（チップ転写用領域）、
I…第１象限の相補パターン区画、
II…第２象限の相補パターン区画、
III…第３象限の相補パターン区画。

Claims

荷電粒子線が通過する孔がパターン形成されたメンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記荷電粒子線通過孔と重ならないように前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含む複数の梁帯部と、を具備するステンシルマスクであって、
実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第１の相補パターン区画と、
前記第１の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第２の相補パターン区画と、
前記第２の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第３の相補パターン区画と、を有し、
前記第１、第２及び第３の相補パターン区画に属するメンブレン分割領域が一方向に隣り合って直列に配列されることを特徴とするステンシルマスク。
前記第１、第２及び第３の相補パターン区画の相互間の境界が、それぞれ前記梁帯部と前記メンブレン分割領域との境界と一致していることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスク。
前記メンブレン分割領域のうち最大のメンブレン分割領域は、前記第１及び第２の相補パターン区画によって共有されるか、または、前記第２及び第３の相補パターン区画によって共有されるか、または、前記第１及び第２の相補パターン区画によって共有され、かつ、前記第２及び第３の相補パターン区画によって共有されていることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスク。
メンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含む複数の梁帯部と、を具備するステンシルマスクブランクスであって、
実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第１の相補パターン区画と、
前記第１の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第２の相補パターン区画と、
前記第２の相補パターン区画に隣接して設けられ、実質的に平行に設けられた前記複数の梁帯部によって分割された複数のメンブレン分割領域を含む第３の相補パターン区画と、を有し、
前記第１、第２及び第３の相補パターン区画に属するメンブレン分割領域が一方向に隣り合って直列に配列されることを特徴とするステンシルマスクブランクス。
前記第１、第２及び第３の相補パターン区画の相互間の境界が、それぞれ前記梁帯部と前記メンブレン分割領域との境界と一致していることを特徴とする請求項４記載のステンシルマスクブランクス。
前記メンブレン分割領域のうち最大のメンブレン分割領域は、前記第１及び第２の相補パターン区画によって共有されるか、または、前記第２及び第３の相補パターン区画によって共有されるか、または、前記第１及び第２の相補パターン区画によって共有され、かつ、前記第２及び第３の相補パターン区画によって共有されていることを特徴とする請求項４記載のステンシルマスクブランクス。