JP2006245462A

JP2006245462A - 転写マスクの製造方法

Info

Publication number: JP2006245462A
Application number: JP2005062031A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kurosu; 敏明黒須
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】ＳＯＩウェハを用いた転写マスクにて発生する、ＢＯＸ層の圧縮応力に起因する転写マスク自体の変形やメンブレンの変形といった致命的な欠陥を防止した優れた転写精度の転写マスクを廉価に製造できる転写マスクの製造方法を提供する。
【解決手段】１）シリコンウェハ１０１表面のメンブレン形成領域Ａに酸素イオンを注入し、２）加熱処理を施し局所的なシリコン酸化層１０３とし、３）この酸化層をエッチングストッパー層としてシリコンウェハ裏面に裏面開口部１０４を形成し、４）この酸化層を除去し、シリコンウェハ表面をメンブレンとし、５）メンブレンに電子線透過孔を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線露光に用いられる転写マスクの製造方法に関する。

近年、ＬＳＩ等の微細化が急速に進み、これらの素子の更なる微細な回路パターンを形成するためのリソグラフィー技術の開発が進められている。特に線幅６５ｎｍ以下のパターン形成においては、従来のＡｒＦエキシマレーザーを露光光源として用いた露光方式では解像限界に達し、パターン形成が困難となる。このため、これに変わるリソグラフィー技術として、レンズと露光対象ウェハ間を空気よりも屈折率の高い媒体で満たし、実効的な解像度を向上させる液浸リソグラフィー法が注目されている。この方法によれば、従来のＡｒＦエキシマレーザーで形成が困難であった６５ｎｍ以下のパターンを形成することが可能であると期待されている。

しかし、液浸リソグラフィー法を用いた場合、実効的な解像度は向上させることが可能であるが焦点深度が低くなるため、高アスペクト比のホールパターンの形成が困難となる。また、液浸リソグラフィー法によっても４５ｎｍノード以下の微細パターンに対しては解像限界に達する可能性があり、この問題を解決する方法のひとつに電子線リソグラフィーが挙げられる。

電子線リソグラフィーは、従来用いられてきたＡｒＦやＫｒＦ等のエキシマレーザーの代わりに荷電粒子線を露光光源として利用する技術である。電子線リソグラフィーでは露光光源となる電子線を転写マスクに照射し、転写マスク上に形成された電子線透過孔によって所望のパターンに形成された電子線でウェハ上のレジストを感光させ微細パターンの形成を行う。

電子線リソグラフィーの中でも、ウェハ直上に転写マスクを設置し、２ＫｅＶ程度の低加速電子線により等倍露光を行うＬＥＥＰＬ（ＬｏｗＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔｒｏｎ
ｂｅａｍＰｒｏｘｉｍｉｔｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、６５ｎｍノード以下の高アスペクト比のホールパターン形成技術として、また、転写マスクにより所望のパターンに形成した電子線を電磁レンズにより１／４に縮小し、ウェハ上への転写を行うＥＰＬ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、４５ｎｍノード以下のパターン形成技術として期待されており、研究開発が進められている。

これらの露光に用いられる転写マスクの製造にはＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハが多く用いられている。図２に示すように、ＳＯＩウェハ（２０）は、支持基板となる単結晶シリコン（２３）上に埋め込み酸化膜（ＢｕｒｉｅｄＯｘｉｄｅＬａｙｅｒ：以下ＢＯＸ層と記述）と呼ばれるシリコン酸化膜（２２）が形成され、その上に活性層と呼ばれる単結晶シリコン（２１）が形成された３層構造となっている。
転写マスクの製造に用いられるＳＯＩウェハは、通常、支持基板の厚みが５２５μｍ〜７２５μｍ、ＢＯＸ層の厚みが０．５μｍ〜１．０μｍ、活性層の厚みは０．５μｍ〜２．０μｍ程度であり、これらの各層の膜厚は露光方式により使い分けられる。

ＳＯＩウェハを用いた転写マスク（３０）の構造例を図３に示す。支持基板には電子線を透過させるため開口部（３５）が形成され、活性層上には電子線を微細パターンに形成
するための電子線透過孔（３４）が形成される。電子線透過孔が形成される活性層は単層自立膜（以下、メンブレンと記述）となっている。メンブレンの厚さは露光に使用する電子線の加速電圧や露光方式により異なるが、電子線透過孔を透過する電子線以外はメンブレンにより遮蔽もしくは散乱され、電子線透過孔を透過した電子線によってレジストが露光される。このようにメンブレン上に微細パターンが形成された転写マスクはステンシルマスク（以下、ステンシルマスクと記述）と呼ばれる。

図４に製造工程例を示し、以下にステンシルマスクの製造工程の一例を説明する。まず、ＳＯＩウェハ（４６）の支持基板側に開口部を形成するためのレジスト（４７）を塗布する。このレジストを露光、現像し、開口部を有するレジストパターン（４８）を形成する（図４（ａ）〜（ｃ））。このレジストパターンをエッチングマスクとして、ドライエッチングもしくはウェットエッチングにより支持基板（４３）をエッチングする。この際の支持基板のエッチングはＢＯＸ層（４２）をエッチングストッパー層として行われ、支持基板の加工後にレジストとＢＯＸ層を除去して開口部（４５）を完成する（図４（ｄ））。

次に、メンブレンとなった活性層（４１）への電子線透過孔（４４）の形成を行う。まず、活性層上に電子線透過孔形成用のレジストを塗布し電子線描画等を用いてレジストを露光現像し、電子線透過孔形成用のレジストパターン（４９）を形成する（図４（ｅ））。このレジストパターンをエッチングマスクとして活性層をエッチングし、電子線透過孔（４４）を形成した後、レジストを剥離してステンシルマスク（４１０）が完成する（図４（ｆ）〜（ｇ））。
上述のステンシルマスクの製造方法は、支持基板を加工して開口部を形成した後にメンブレンとなった活性層の加工を行う方式を採っているが、先にＢＯＸ層をストッパー層として活性層に電子線透過孔を形成した後に、開口部を形成する方法によっても、上記ステンシルマスクの製造は可能である。

このように、通常ステンシルマスクの製造では、電子線透過孔と開口部を別個に形成するため、電子線透過孔及び開口部を形成する際にエッチングストッパー層が必要となる。ステンシルマスクの製造にＳＯＩウェハを使用する利点は、活性層をメンブレンとして、ＢＯＸ層をエッチングストッパー層として利用することが可能である点である。
シリコンウェハ上に活性層及びエッチングストッパー層をＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する場合、各層の膜厚の精密な制御や、膜欠陥の管理が必要となり、ステンシルマスク製造にかかる工程数と製造コストが増加する。

これに対し技術完成度の高いＳＯＩウェハをステンシルマスク製造用ウェハとして用い、活性層とＢＯＸ層をそれぞれメンブレン及びエッチングストッパー層として利用することで、ステンシルマスク製造にかかる工程数とコストを削減することが可能となる。このためＳＯＩウェハは電子線リソグラフィーやイオンビームリソグラフィーのステンシルマスク製造用の基板として多く用いられている。

予め活性層やエッチングストッパー層を有するＳＯＩウェハを用いることでステンシルマスクの製造自体は容易となるが、この際にＢＯＸ層が有する圧縮応力に起因する大きな問題が発生する。１つはメンブレンに発生する歪みであり、もう一つはＳＯＩウェハ全体に発生する変形である。以下に個々の問題について説明する。

まず、ＢＯＸ層の応力に起因するメンブレンの歪みの問題について説明する。
通常、ＥＰＬやＬＥＥＰＬのステンシルマスク用に用いるＳＯＩウェハは、活性層の膜厚が２μｍ以下のＳＯＩウェハを使用する。これはＥＰＬ及びＬＥＥＰＬともにメンブレン
上に形成する電子線透過孔の寸法が微細であることに起因する。実際にウェハ上に形成するパターンに対してＥＰＬでは４倍の寸法、ＬＥＥＰＬであれば等倍の寸法を形成することが必要となり、例えば、６５ｎｍのラインパターン形成用の電子線透過孔をＥＰＬのメンブレン上に形成する場合、６５ｎｍの４倍となる２６０ｎｍのラインパターンをメンブレン上に形成することが必要となる。さらにＬＥＥＰＬではメンブレン上に形成するパターンは等倍の６５ｎｍと非常に微細なパターンを形成することが必要となる。

メンブレンの膜厚が厚い場合、これらの微細パターンを高アスペクト比で形成することが必要となり技術的な負荷が極めて高くなる。この問題を回避するため、メンブレンとなる活性層の膜厚は電子線遮蔽能力を損なわない範囲で、薄膜化することが必要となり、ＥＰＬやＬＥＥＰＬのステンシルマスク作製用に使用するＳＯＩウェハには活性層の膜厚の薄いＳＯＩウェハを用いることが必要となる。

しかし、活性層の薄いＳＯＩウェハを用いてメンブレンを形成すると、形成したメンブレンに歪みが発生する。このメンブレンの歪みは薄膜化により活性層の機械的強度が低下することにより、活性層の膜厚が厚い場合は無視できるＢＯＸ層の応力の影響を受けて発生するものである。メンブレンに歪みが発生するとメンブレン上に形成した電子線透過孔の位置精度が著しく悪化し、ステンシルマスクとして使用することが困難となる。

この対策として、イオン注入法や拡散アニール法により活性層にリンやホウ素等の不純物を注入して活性層の応力を調整する方法が採られている。活性層の応力はＢＯＸ層の膜厚により決定されるため、活性層層とＢＯＸ層の膜構成に応じてイオン注入条件、もしくは拡散アニール条件を決定することが必要となる。この際、不純物注入量が不十分であると、ＢＯＸ層が有する応力の影響の緩和効果が不十分となり、形成したメンブレンに歪みが発生する。また、逆に不純物注入量が多すぎると、メンブレンの引っ張り応力が強まり、形成した電子線透過孔の位置がメンブレンの引っ張り応力により変動し、パターン位置精度が悪化やパターン自体の変形を発生させる。

さらに、活性層の膜厚方向に注入した不純物が深さ方向に濃度勾配がある場合、形成したパターンに面外変形（ＯｕｔＰｌａｎｅＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が発生する原因となるため、活性層の応力調整では注入する不純物濃度と共に膜厚方向への不純物濃度の高い均一性が必要となる。このため、イオン注入法では、イオンの加速電圧及び電流値により注入量及び深さ方向分布の精密な制御が必要であり、拡散アニール法では、プレデポジション条件及びドライブイン時の加熱温度と処理時間の精密な制御が必要となる。

上記ＢＯＸ層の応力に起因するメンブレンの歪みの問題に加え、ＢＯＸ層の応力に起因するもう一つの大きな問題として、ＳＯＩウェハ自体に発生する変形が挙げられる。このＳＯＩウェハの変形はＢＯＸ層が有する強い圧縮応力が原因となり発生している。一般に、薄膜の応力は引っ張り応力と圧縮応力に分けられ、引っ張り応力は膜自体が収縮する方向に力が働き、引っ張り応力を有する薄膜が形成された基板は薄膜側に凹型に変形する。圧縮応力は薄膜自身が伸長する方向に力が働くため、成膜後の基板は薄膜側に凸型に変形する。

ＳＯＩウェハの変形の原因となるＢＯＸ層は圧縮応力であり、この圧縮応力はＢＯＸ層側に凸型に反った変形を発生させる。この反り量はＳＯＩウェハの製造方法により多少のばらつきは生じるが、概ねＢＯＸ層の応力と膜厚により決定する。ＢＯＸ層を構成するシリコン酸化膜は加熱処理により形成される熱酸化膜であり、その応力は約３００ＭＰａの圧縮応力である。ＳＯＩウェハ全体の反り量はＢＯＸ層の応力の他にＳＯＩウェハを構成する各層の膜厚や口径等によっても異なるが、例えばＥＰＬのステンシルマスク製造用ウェハとして用いられる活性層の膜厚が２μｍ、ＢＯＸ層の膜厚が１μｍ、支持基板の膜厚
が７２５μｍの８インチＳＯＩウェハでは、ＳＯＩウェハ全体で活性層側に８５μｍ程度膨らんだ形の反りが発生することが予想される。

ＳＯＩウェハに上記のような大きな反りが発生した場合、メンブレンに形成される電子線透過孔の位置精度に悪影響を及ぼす。例えば、ステンシルマスクは静電チャック方式のマスクフォルダーに設置された状態で、露光機の中に設置されるが、大きな反りを有するステンシルマスクをマスクフォルダーに設置すると、ステンシルマスク全体に変形が生じる。この変形は再現性及び規則性がなく、変形を予測して電子線透過孔の位置を決定する等の回避手段が採ることが出来ない。

また、このＳＯＩウェハの反りは、ステンシルマスク自体を製造する際にも悪影響を及ぼす。例えば、メンブレン上に形成される電子線透過孔は、電子線描画により形成されたレジストパターンをマスクとしてプラズマエッチングにより形成されるが、電子線描画機にＳＯＩウェハを設置する際に、露光機の場合と同様にＳＯＩウェハ自体に再現性のない変形が発生するため、メンブレン上に形成される電子線透過孔のレジストパターンの位置精度も悪化することになる。

このため、転写精度の高いステンシルマスクを製造し、かつ、露光機に設置されたマスクの転写精度の悪化を防止するためには反り変形の少ないＳＯＩウェハを用いてステンシルマスクを製造することが必要となる。ＳＯＩウェハの反りを緩和する方法としては、例えば、ＳＯＩウェハの支持基板側に応力及び膜厚を制御した薄膜を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、この方法を実施するためには、調整層の成膜工程が別途必要となり、また、反り調整層を構成する材料が、支持基板と同一のシリコン以外の場合には、裏面開口部を形成する前に、反り調整層を加工する工程が必要となる。

また、予めＳＯＩウェハの支持基板に形成されているシリコン酸化層を反り調整層として用いる方法も提案されているが（特許文献２参照）、この方法では反り調整層の形成工程を追加する必要はないが、エッチングストッパー層として使用したＢＯＸ層を除去する際に、同時に反り調整用のシリコン酸化層がエッチングされないよう対策が必要であることと、ステンシルマスク裏面に絶縁性のシリコン酸化層が残存することになるため、実際に電子線による露光時にステンシルマスク裏面に電子線が照射されると、ステンシルマスク自体がチャージアップし、電子線自体を偏向して転写精度が悪化するという問題が発生する。
特開２００４−１１１８２５号公報特開２００２−１５１３８５号公報

本発明は、ＳＯＩウェハを用いて製造される転写マスク（ステンシルマスク）において発生する、ＢＯＸ層の圧縮応力に起因する転写マスク自体の変形やメンブレンの変形といった転写マスクの致命的な欠陥を防止した優れた転写精度を有する転写マスク（ステンシルマスク）を廉価に製造することのできる転写マスクの製造方法を提供することを課題とするものである。

本発明は、単結晶シリコンのみで構成される転写マスクの製造方法において、
１）シリコンウェハ表面のメンブレン形成領域にイオン注入マスクを介して酸素イオンを
注入する工程、
２）酸素イオンが注入されたシリコンウェハに加熱処理を施し、上記メンブレン形成領域に局所的なシリコン酸化層を形成する工程、
３）シリコンウェハ裏面上にエッチングマスクを形成し、上記局所的なシリコン酸化層をエッチングストッパー層としてシリコンウェハ裏面のエッチング加工を行い、裏面開口部を形成する工程、
４）上記局所的なシリコン酸化層及びエッチングマスクを除去し、シリコンウェハ表面のメンブレン形成領域をシリコンのメンブレンとする工程、
５）上記メンブレン上に電子線透過孔形成用のレジストパターンを形成し、エッチング加工によりメンブレンに電子線透過孔を形成し、該レジストパターンを除去する工程、
を少なくとも具備することを特徴とする転写マスクの製造方法である。

また、本発明は、上記発明による転写マスクの製造方法において、前記酸素イオンを注入する際に、酸素イオンの加速電圧を制御することにより、前記形成するメンブレンの膜厚を調節することを特徴とする転写マスクの製造方法である。

本発明は、１）シリコンウェハ表面のメンブレン形成領域に酸素イオンを注入し、２）加熱処理を施し局所的なシリコン酸化層とし、３）局所的なシリコン酸化層をエッチングストッパー層としてシリコンウェハ裏面にエッチング加工を行い、裏面開口部を形成し、４）局所的なシリコン酸化層を除去し、シリコンウェハ表面のメンブレン形成領域をメンブレンとし、５）エッチング加工によりメンブレンに電子線透過孔を形成する、単結晶シリコンのみで構成される転写マスクの製造方法であるので、ＳＯＩウェハを用いて製造される転写マスクにおいて発生する、ＢＯＸ層の圧縮応力に起因する転写マスク自体の変形やメンブレンの変形といった転写マスクの致命的な欠陥を防止した優れた転写精度を有する転写マスク（ステンシルマスク）を廉価に製造することのできる転写マスクの製造方法となる。

以下、本発明の内容についてステンシルマスクの製造工程を例にとり説明する。図１（ａ）〜（ｇ）に、本発明を実施した場合のステンシルマスクの製造工程図を示す。まず、結晶面方位（１００）のシリコンウェハ（１０１）を用意する。便宜上、電子線透過孔を形成する面を表面とし、裏面開口部（１０４）を形成する面を裏面とする。

このシリコンウェハの表面のメンブレン形成領域（Ａ）にイオン注入マスクを用いて酸素イオンを注入する（図１（ａ）〜（ｂ））。この際に用いるイオン注入マスクには、ウェハの酸素イオン注入領域となる部分をくりぬいたものや、酸素イオン注入領域を開口部とする金属膜パターン（１０２）等が用いられる。この際の酸素イオンの注入深さは、酸素イオンの加速電圧を制御することにより変化させることができるので、所望するメンブレンの膜厚に応じて加速電圧を調節する。

次に、加熱処理を施してメンブレン形成領域に局所的なシリコン酸化層（１０３）を形成する（図１（ｃ））。シリコンウェハ上に形成した金属膜等をイオン注入マスクとして用いた場合、金属の種類によってはその後のアニール処理により、シリコンウェハとイオン注入マスクの界面で拡散が発生し、シリサイド化を発生させる可能性があるため、アニール処理前に除去しておくことが望ましい。

次に、シリコンウェハの裏面にエッチングマスクを形成し、上記局所的なシリコン酸化層（１０３）をエッチングストッパー層としてシリコンウェハの裏面のエッチング加工を行い裏面開口部（１０４）を形成する（図１（ｄ））。シリコンウェハの裏面の加工方法
としては弗素系ガスや、塩素系ガスのプラズマを用いたプラズマエッチングや強アルカリ溶液を用いたシリコンの異方性ウェットエッチング等を用いることが可能である。
プラズマエッチング法では、シリコンウェハの裏面上に形成したレジストまたは金属膜パターン（１０５）をエッチングマスクとして用いることが可能である。
また、ウェットエッチング法では、シリコンウェハの裏面上にアルカリ溶液に耐性のある金属膜もしくはＳｉＯ₂やＳｉＮをエッチングマスクとして用いることが可能である。

裏面開口部を形成した後はエッチングマスクとして用いたレジストまたは金属膜パターンを剥離する。この際、導電性材料をエッチングマスクとして用いた場合はシリコンウェハの裏面側の導電性向上を目的とし残存させておくことも可能である。ただし、金属膜を導電層として残存させておく場合には、ステンシルマスク全体の反り量が変化する可能性があるため、金属膜の応力制御が必要となる。シリコンウェハの裏面を局所的なシリコン酸化層（１０３）まで加工した後は、弗酸等により局所的なシリコン酸化層を除去し、ブランクス（１０６）を完成させる（図１（ｅ））。
このブランクス（１０６）は、単結晶シリコンのみで構成されており、上記局所的なシリコン酸化層（１０３）を除去した後のメンブレン形成領域（Ａ）は、単結晶シリコンのメンブレンとなっている。

次に、メンブレンに電子線透過孔を形成する。メンブレン上にレジストを塗布し、電子線描画等により電子線透過孔形成用のレジストパターン（１０７）を形成する。このレジストパターン（１０７）をエッチングマスクとして、プラズマエッチングによりメンブレンに微細パターンを形成し、微細パターン形成後にエッチングマスクとして用いたレジストを除去して、単結晶シリコンのみで構成される転写マスク（ステンシルマスク）（１０８）を完成させる（図１（ｆ）〜（ｇ））。

以下、転写マスク（ステンシルマスク）の製造方法を実施例により詳細に説明する。まず、直径２００ｍｍのシリコンウェハを用意した。このシリコンウェハは結晶方位（１００）からなる両面研磨ウェハであり、シリコンウェハの厚みは７２５μｍである。便宜上、電子線透過孔を形成する面を表面とし、裏面開口部を形成する面を裏面とする。このシリコンウェハの反り量を測定したところ表面側に約３μｍ膨らんだ形状であり、通常転写マスク作製用に用いられるＳＯＩウェハの反り量が５０μｍ〜１００μｍであるのに対し、十分小さい値であった。この際のシリコンウェハの反り量はシリコンウェハの自重による影響を除外するため、表面側を上面にして測定した反り量と裏面側を上面にして測定した反り量の平均値を反り量と規定した。

このシリコンウェハの表面上にイオン注入マスクとして用いるためのＣｒ膜をスパッタリング法により形成した。この際に形成したＣｒ膜の膜厚は５μｍであった。イオン注入マスクの膜厚は、注入する酸素イオンがシリコンウェハへ到達するのを抑制することが可能な膜厚であれば良く、実質的に必要な膜厚は注入する酸素イオンの加速電圧とイオン注入マスクとして用いる材料のイオン阻止能により決定される。また、スパッタリング法でイオン注入マスクを形成する際には、成膜条件によっては、形成されたイオン注入マスク層の構造が柱状結晶構造となる場合があり、この場合、結晶粒界に沿ってイオンが予想よりも深くまで浸入する可能性があるため注意することが必要である。

このＣｒ膜上にフォトレジストＯＦＰＲにより一辺が３０ｍｍとなる正方形の酸素イオン注入領域のパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとして、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合溶液（以下、Ｃｒエッチャントと記載）によりＣｒ膜をエッチングした後に有機溶媒によりＯＦＰＲを剥離し、一辺が３０ｍｍの開口部を有したＣｒ膜より構成されるイオン注入マスクを完成させた。

次に、このイオン注入マスクを用いて、酸素イオン注入を行った。酸素イオン注入時の基板温度は５００℃とし、イオン注入エネルギーは２４０ＫｅＶ、注入量は４×１０¹⁷／ｃｍ²とした。酸素イオン注入後、イオン注入マスクとして用いたＣｒ膜を硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合溶液により除去した後、１％酸素含有アルゴン雰囲気下で１３７０℃、５時間の加熱処理を行った。この後、加熱処理によりシリコンウェハ表面に形成されたＳｉＯ₂層を濃度５％の弗化水素酸により除去した。イオン注入処理を行ったシリコンウェハを透過型電子顕微鏡により断面観察を行い、シリコン酸化層形成箇所を確認したところ、シリコンウェハ表面からの深さ０．５μｍ〜１．０μｍの部分に、シリコン酸化層が形成されていることを確認した。

次に、このシリコンウェハの裏面より加工を行い裏面開口部を形成した。裏面のエッチングは、スパッタリング法により形成したＣｒ膜をエッチングマスクとして、水酸化カリウム水溶液による（以下、ＫＯＨと記述）異方性ウェットエッチングを用い、酸素イオン注入により形成した局所的なシリコン酸化層をエッチングストッパー層として行った。エッチングマスクとして用いたＣｒ膜の膜厚は３００ｎｍであった。

次に、形成したＣｒ膜上にフォトレジストを１．０μｍ塗布し、フォトリソグラフィーにより１辺が３２ｍｍの開口部を有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとしてＣｒエッチャントを用いて裏面開口部用のＣｒパターンを形成した。１辺が３０ｍｍのメンブレン形成領域に対して、レジストパターンの上記開口部の１辺を３２ｍｍとしたのは、その後のＫＯＨを用いた異方性ウェットエッチングでは側壁角５４．７°の側壁を形成しながらエッチングが進行するため、エッチングが局所的なシリコン酸化層に到達した段階でパターン寸法が約２ｍｍ縮小するためである。

Ｃｒパターンをエッチングマスクとして、実際に濃度３０ｗｔ％、液温９０℃のＫＯＨを用いて、裏面側より局所的なシリコン酸化層まで異方性ウェットエッチングを行った。その後、シリコンウェハを５％の弗化水素酸中に３０分浸漬し、エッチングストッパー層として用いた局所的なシリコン酸化層を除去し、最後にＣｒエッチャントにより、エッチングマスクとして使用したＣｒ膜を除去してブランクスを完成させた。

本発明では、裏面の加工方法にＫＯＨを用いた異方性ウェットエッチングを用いたが、裏面の加工方法は、フルォロカーボン系ガスや塩素系ガスプラズマを用いたドライエッチングによっても可能である。この場合、側壁角はほぼ垂直とすることが可能であるため、裏面に形成する開口部形成用のエッチングマスクのパターン寸法は、表面の酸素イオン注入領域と同一寸法でよい。

次に、表面に電子線レジストを塗布し、電子線描画により電子線透過孔のレジストパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとして塩素と酸素の混合ガスプラズマによるＲＩＥエッチングにより電子線透過孔を形成した後、レジストを有機溶媒により除去してステンシルマスクを完成させた。

以上の方法により形成したステンシルマスク自体の反り量を測定したところ、その反り量は２．８μｍと非常に平坦であり、また、パターン転写精度を測定したところ、ＳＯＩウェハを用いて形成した同一パターンの転写マスク（ステンシルマスク）に比べ、位置精度が大幅に向上していることを確認した。

本発明は、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線露光に用いられる転写マスクの製造方法に利用することが可能である。

本発明のステンシルマスクの製造工程を示す断面図である。ＳＯＩウェハの構造を示す断面図である。ＳＯＩウェハを用いて製造されたステンシルマスクの構造例を示す断面図である。ＳＯＩウェハを用いたステンシルマスクの製造工程の一例を示す断面図である。

符号の説明

２０、４６・・・ＳＯＩウェハ
２１、４１・・・活性層を構成する単結晶シリコン
２２、４２・・・ＢＯＸ層を構成するシリコン酸化膜
２３、４３・・・支持基板を構成する単結晶シリコン
３０・・・ＳＯＩウェハを用いた転写マスク（ステンシルマスク）の一例
３４、４４・・・電子線透過孔
３５、４４・・・開口部
４７・・・開口部形成用レジスト
４８・・・開口部形成用レジストパターン
４９、１０７・・・電子線透過孔形成用のレジストパターン
１０１・・・シリコンウェハ
１０２・・・酸素イオン注入領域を開口部とする金属膜パターン
１０３・・・局所的なシリコン酸化膜
１０４・・・裏面開口部
１０５・・・裏面開口部形成用の金属膜パターン
１０６・・・ブランクス
１０８・・・本発明における転写マスク（ステンシルマスク）
４１０・・・ステンシルマスク

Claims

単結晶シリコンのみで構成される転写マスクの製造方法において、
１）シリコンウェハ表面のメンブレン形成領域にイオン注入マスクを介して酸素イオンを注入する工程、
２）酸素イオンが注入されたシリコンウェハに加熱処理を施し、上記メンブレン形成領域に局所的なシリコン酸化層を形成する工程、
３）シリコンウェハ裏面上にエッチングマスクを形成し、上記局所的なシリコン酸化層をエッチングストッパー層としてシリコンウェハ裏面のエッチング加工を行い、裏面開口部を形成する工程、
４）上記局所的なシリコン酸化層及びエッチングマスクを除去し、シリコンウェハ表面のメンブレン形成領域をシリコンのメンブレンとする工程、
５）上記メンブレン上に電子線透過孔形成用のレジストパターンを形成し、エッチング加工によりメンブレンに電子線透過孔を形成し、該レジストパターンを除去する工程、
を少なくとも具備することを特徴とする転写マスクの製造方法。
前記酸素イオンを注入する際に、酸素イオンの加速電圧を制御することにより、前記形成するメンブレンの膜厚を調節することを特徴とする請求項１記載の転写マスクの製造方法。