JP3678199B2 - 半導体装置製造用マスクの作製方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置製造用マスクの作製方法、及び半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細パターンの半導体装置製造用マスクの作製方法、及びこ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（大規模半導体集積回路）の素子の微細化、高集積化に伴い、ＰＲＥＶＡＩＬ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｘｉｓ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓｅｓ）やＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）といった電子線転写型リソグラフィ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒｐｈｙ：ＥＰＬ）の実用化が期待されている。
【０００３】
ＰＲＥＶＡＩＬは、例えば４倍のステンシルマスクを用い、高エネルギー例えば１００ＫｅＶ程度の電子線を照射してレンズ系により１／４に縮小したマスクパターンをレジスト層に転写する、いわゆる縮小投影電子線露光技術である。ＰＲＥＶＡＩＬ用マスクとしては、例えば厚さ２μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）メンブレン層に透孔を開けてマスクパターンを形成したステンシルマスクが提案されている。ＰＲＥＶＡＩＬ用ステンシルマスクでは、透孔の開いた部分、いわゆるマスクパターンの部分のみ電子線が無散乱で透過し、レジスト層上に結像されてマスクパターンが転写される。厚さが２μｍ程度あれば、ステンシルマスクのマスクパターン以外の部分に入射した電子線は例えばＳｉ原子に衝突して散乱し、その散乱光がリミッタ板にて遮られる。なお、ステンシルマスクの厚さが薄ければ、電子線は散乱せずに透過してしまい、マスクとしての機能が失われる。
【０００４】
ＬＥＥＰＬは、等倍のステンシルマスクを用い、低エネルギー例えば２ＫｅＶ程度の電子線を照射して等倍のパターンをレジスト層に転写する、いわゆる等倍電子線露光技術である。ＬＥＥＰＬ用マスクとしては、厚さが例えば５００ｎｍ程度のシリコン（Ｓｉ）メンブレン層（薄膜層）、或いはダイヤモンドメンブレン層に透孔（アパーチャ）を開けてマスクパターンを形成してなるシリコン製或いはダイヤモンド製のステンシルマスクが提案されている。ＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクでは、透孔の開いた部分、いわゆるマスクパターンの部分のみ電子線が透過し、レジスト層上にマスクパターンが転写される。
【０００５】
図１２は、従来の電子線転写型リソグラフィ、例えばＬＥＥＰＬで使用されるステンシルマスクの作成方法の一例を示す。
先ず、図１２Ａに示すように、シリコン（Ｓｉ）基板１の一面上に耐エッチング層２及びその上のメンブレン層３を順次積層してなるマスク素材４を設ける。耐エッチング層２は、後のシリコン基板１を選択エッチングするときのエッチングストッパとなる。メンブレン層３にダイヤモンドを用いるときは、耐エッチング層２としてシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を用いることができる。メンブレン層３にシリコン（Ｓｉ）を用いるときは、耐エッチング層２としてシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜を用いることができる。この場合、マスク素材４としては、いわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使用できる。
【０００６】
次に、図１２Ｂに示すように、メンブレン層３上にレジスト層を塗布し、このレジスト層５をマスクのパターンに対応したパターンに露光し、現像してレジストマスク５を形成する。このレジストマスク５を介して、メンブレン層３を選択エッチングして透孔、即ちマスクパターン６を形成する。選択エッチングは、ドライエッチング法で行う。
【０００７】
次に、図１２Ｃに示すように、シリコン基板１を裏面から選択エッチングし、シリコン基板１の周囲部分を残して、他のマスク領域に対応する部分を除去する。このとき、耐エッチング層２が存在していることにより、メンブレン層３を損なうことがない。
【０００８】
次に、図１２Ｄに示すように、残ったシリコン基板１をマスクに耐エッチング層２を選択的にエッチング除去する。これにより、目的のステンシルマスク７が作成される。
【０００９】
一方、電子線ステッパ型マスクとして、メンブレン層を梁で補強することによって、メンブレン層を分割するようにしたマスクが提案されている（特開平１１ー５４４０９号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のステンシルマスク７のマスクパターンの更なる微細化、或いはマスクパターンの加工精度を向上するには、メンブレン層３の膜厚をより薄くする必要がある。しかし、メンブレン層３の膜厚を薄くしていくと、マスク強度の低下により、マスク洗浄時や露光機へのステンシルマスク装着時等において、マスクパターン６が破壊されるという問題が発生した。また、メンブレン層３が大きい場合、マスクパターン６の位置精度に影響を及ぼすメンブレン層３のたわみや歪みが問題となる。
【００１１】
ステンシルマスクでは、微細なマスクパターンを透孔として開けるため、出来るだけ薄く且つ剛性の高いメンブレン層（いわゆる薄膜）が望ましい。マスク面上を電子線（荷電粒子ビーム）で走査するタイプの等倍転写マスクを用いてＬＳＩチップパターンを投影する場合、例えば数ｍｍから数十ｍｍ角の広さのメンブレン層が要求される。マスクパターンの孔開けは、通常ドライエッチングで行うが、マスクパターンの開口サイズと開口深さの比は、１対１０程度が限度とされている。例えば、５０ｎｍのマスクパターンを開口するには、メンブレン層の膜厚は５００ｎｍ以下にする必要がある。このため、例えばダイヤモンドのようなヤング率の高い材料を用い、且つ強い引っ張り応力が発生する条件でメンブレン層を形成している。このようなメンブレン層にマスクパターンを開口した場合、引っ張り応力によってマスクパターン形状が歪む。また、ＬＳＩの配線パターンのような配線間のスペースに相当する部分では、長細い梁状の残しパターンが必要になるが、応力により長さ制限が加わる。
【００１２】
メンブレン層を梁で補強して分割する構成の電子線ステッパ型マスクでは、パターンにショットつなぎが発生しており、また等間隔に並べた細い梁でメンブレン層を支えるのは難しく、面内に応力集中が起こり易く、マスクが歪むだけでなく、極めて壊れやすい構造になっている。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑み、メンブレン層を薄くしてもマスク強度を維持でき、信頼性の高い、超微細パターンのマスクを構成できる、半導体装置製造用マスクの作製方法、及びこのマスクを使用した半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法は、基板の一面上にメンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を設け、このマスク素材のメンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成した後、メンブレン層をマスクにして、オーバーエッチングによりメンブレン支持層の複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域に対応した部分を選択的に除去し、次いで、基板の複数のマスクパターン領域が集合されたマスク領域に対応する部分をエッチング除去する。
本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法は、基板の一面上にエッチングストッパを兼ねる第１メンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を設け、基板の複数のマスクパターン領域が集合するマスク領域に対応する部分をエッチング除去し、この除去された領域に臨む第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成した後、メンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成し、次いで、第２メンブレン支持層及び第１メンブレン支持層を、マスク領域内のマスクパターン以外、又は複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域以外の部分を残すように基板側から選択的にエッチング除去する。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域を複数集合してマスク領域が形成され、マスク領域内において、マスクを構成するメンブレン層のマスクパターン領域以外の部分にメンブレン支持層が形成されてなる半導体装置製造用マスクを用いて、ウェーハに対して不純物のドーピングを行うようにする。
【００１５】
本発明の半導体装置製造用マスクの作製方法においては、基板上にメンブレン層及びメンブレン支持層を有するマスク素材を用意し、メンブレン層をマスクパターンに合わせてパターンした後、メンブレン層をマスクにして下地のメンブレン支持層を選択エッチングするので、メンブレン支持層のマスクパターン領域の部分はエッチング除去され、それ以外の部分、即ちメンブレン支持層のマスクパターン領域以外の部分（いわゆるマスクパターン領域の周辺部）はエッチングされずに残る。次いで、基板のマスク領域に対応する部分をエッチングすることにより、メンブレン層を薄くしてもたわみの生じない半導体装置製造用マスクを作製できる。
本発明の他の半導体装置製造用マスクの作製方法においては、基板の一面上に第１メンブレン支持層及びメンブレン層を有するマスク素材を設け、基板のマスク領域に対応する部分をエッチング除去した後、その除去領域に臨む第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成し、メンブレン支持層を第１及び第２メンブレン支持層の２層膜で形成するので、より強固なメンブレン支持層になり、より薄いメンブレン層の形成が可能になり、より微細なマスクパターンが形成できる。第１及び第２メンブレン支持層のパターニングを基板側からの選択的なエッチングで行うので、エッチング制御がし易く、精度良く且つ容易に半導体装置製造用マスクを作製できる。
本発明の半導体装置の製造方法においては、たわみの生じない上述したマスクを用いてウェーハに対する露光処理、或いは不純物のドーピング処理を行いので、パターン位置精度が高い微細パターンの不純物ドープ領域の形成が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る半導体装置製造用マスクの一実施の形態を示す。図２は、そのマスクパターンが形成されたマスク領域の要部（拡大平面）を示す。本例は、電子線転写型リソグラフィ用のステンシルマスクに適用した場合を示す。
本実施の形態に係る半導体装置製造用マスク、即ちステンシルマスク１１は、所要の材料からなるメンブレン層１２に所定パターンの透孔、即ちマスクパターン１３を形成し、そのメンブレン層１２の下面のマスクパターン１３、又は互いに近接する複数のマスクパターン１３が集まったマスクパターン領域１４の周辺部、本例ではマスクパターン領域１４の周辺部に所要の材料からなるメンブレン支持層１５を形成し、さらにメンブレン支持層１５の下面のマスク領域１６を除く周囲部に所要の材料からなる基板１７を形成して構成される。
【００１８】
基板１７としては、シリコン（Ｓｉ）、その他の材料を使用することができる。基板１７は、メンブレン支持層１５よりも十分に厚い基板で形成される。
メンブレン層１２としては、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、金属（例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ等）、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、シリコン（Ｓｉ）等を使用することができる。メンブレン層１２は、帯電防止できることが好ましいので、例えばＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、Ｓｉ層の場合にはＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、Ｓｉ層上に金属膜、例えばＡｕ、Ｐｔ膜等を被着するのが良い。また多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボンの層の場合には、この層に導電性を付与するための不純物ドープするのが良い。ＳｉＣ層は導電性を有する。
メンブレン支持層１５としては、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、金属（例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等）、ＳｉＣ、その他のメンブレン支持層に適する材料等を使用することができる。
【００１９】
基板１７、メンブレン層１２及びメンブレン支持層１５の材料の組み合わせは、後述の作製法で明らかになるが、メンブレン支持層１５は基板１７のエッチング時にエッチングされない材料が用いられ、メンブレン層１２はメンブレン支持層１５及び基板１７のエッチング時にエッチングされない材料が用いられる。
【００２０】
メンブレン層１２の厚さは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度とすることができる。例えばＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクでは、メンブレン層１２の厚さを１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とし、ＰＲＥＶＡＩＬ用ステンシルマスクでは、メンブレン層１２の厚さを１０００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。同様にメンブレン支持層１７の厚さは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度とすることができる。メンブレン部１２とメンブレン支持層１７との合計の厚さは、メンブレン層１２、引いてはマスク領域１６の強度を考慮すると厚くする程良く、５００ｎｍを越えた厚さにすることが好ましい。
【００２１】
本実施の形態に係るステンシルマスク１によれば、マスク領域１６において、マスクパターン領域１４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域２２の下地にメンブレン支持層１５を有することにより、メンブレン層１２の膜厚を薄くしてもマスク領域１６の強度を向上することができ、メンブレン部分、引いてはマスク領域１６のたわみ、歪みを抑制することができる。
メンブレン支持層１５を有することにより、メンブレン部の膜厚をより薄くできるので、マスクパターンとなる透孔１３をより微細化することが可能になる。従って、素子のより微細化、高集積度化したＬＳＩ（大規模集積回路）の製造に適した信頼性の高いステンシルマスクを提供できる。
【００２２】
次に、図３Ａ〜Ｄは、上述した本発明の半導体装置製造用マスクの作製方法の一実施の形態を示す。本例は電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用のステンシルマスクの作製に適用した場合である。
【００２３】
先ず、図３Ａに示すように、所要の材料からなる基板１７の一面上に所定の膜厚のメンブレン支持層１５を積層し、その上に所定の膜厚のメンブレン層１２を積層したマスク素材１８を用意する。基板１７は、例えばシリコン（Ｓｉ）、その他の材料を使用できる。メンブレン支持層１５は、基板１７のエッチング液に対して耐性を有する、いわゆるエッチングされ難い材料であれば何でも構わない。例えば、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ、ＳｉＣ等の材料をメンブレン支持層１５に用いることができる。メンブレン層１２は、メンブレン層１５及び基板１７のエッチング液に対して耐性を有する、いわゆるエッチングされ難い材料であれば何でも構わない。例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ダイヤモンド（特に、多結晶ダイヤモンド）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ等の材料をメンブレン層１２に用いることができる。
本例では、基板１７として所要の厚さのシリコン（Ｓｉ）ウェーハを用い、このシリコンウェーハ１７上にメンブレン支持層１５としての膜厚５００ｎｍ程度のシリコン酸化層（ＳｉＯ2 層）を、メンブレン層１２としての膜厚５００ｎｍ程度のシリコン窒化層（Ｓｉ3 Ｎ4 層）を、夫々積層したマスク素材１８を使用した場合である。
【００２４】
次に、図３Ｂに示すように、メンブレン層であるシリコン窒化層１２上に感光性のレジスト層を塗布し、このレジスト層を例えば可変成形型電子ビーム直接描画機等を用いて、露光し、現像して所望のマスクパターンに対応した開口パターン２１を有するレジストマスク２０を形成する。このレジストマスク２０を介して、例えばＣＦ2 等を用いたドライエッチングでシリコン窒化層１２を選択エッチングし、レジスト層２０の開口パターン２１をシリコン窒化層１２に転写する。即ち、シリコン窒化層１２にマスクパターンとなる透孔１３を形成する。
【００２５】
次に、図３Ｃに示すように、マスク素材１８をメンブレン支持層であるシリコン酸化層１５のエッチング液、例えばバッファドフッ酸（ＢＨＦ）溶液に浸漬し、メンブレン層のシリコン窒化層１２をマスクに、下層のシリコン酸化層１５を選択的に除去する。このＢＨＦ溶液では、Ｓｉ3 Ｎ4 のエッチングレートが０．５〜１ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して、ＳｉＯ2 のエッチングレートが１００〜２５０ｎｍ／ｍｉｎであるため、メンブレン支持層であるシリコン酸化層１５の選択エッチングが可能になる。この選択エッチング工程では、シリコン窒化層１２に形成された透孔２１のみからＢＨＦ溶液が供給され、且つ等方性エッチングであるので、マスクパターンとなる透孔１３及び之より少し内方に対応する部分のシリコン酸化層１５が選択除去され、それ以外の部分のシリコン酸化層１５が残される。本例では互いに近接する複数のマスクパターン１３が集まった各マスクパター領域１４下のシリコン酸化層１５がオーバーエッチングされた状態で除去され、各マスクパターン領域１４の周辺部、いわゆる非マスクパターン領域２２のシリコン酸化層１５が残る。この残ったシリコン酸化層１５がメンブレン支持層として機能する。
【００２６】
次に、図３Ｄに示すように、シリコンウェーハ１７の裏面側から最終的に得られるステンシルマスクの周囲領域２３を残してマスクパターン１３の群が形成されている、いわゆるマスク領域１６に対応するシリコンウェーハ１７の部分を選択的に除去する。例えば、図示せざるもシリコンウェーハ１７の裏面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）を積層し、レジストを塗布し、露光、現像してマスク領域１６に対応する部分に開口が形成されたレジストマスクを形成する。このレジストマスク形成の際のシリコン酸化膜の選択除去工程は、上述の図３Ｃのメンブレン支持層となるシリコン酸化層１５の選択除去工程と同時に行うこともできる。その後、シリコン酸化膜をマスクに例えばＳＦ6 やＮＦ3 等のフッ素系ガスによるドライエッチング、若しくはＫＯＨ等によるウェットエッチングにより、シリコンウェーハ１７を周囲領域２３を残して選択除去することができる。
このようにして、図１及び図２に示す目的のＬＥＥＰＬ用のステンシルマスク１１を作製する。なお、ステンシルマスクは、１枚のシリコンウェーハから１枚、あるいは複数枚作製することができる。
【００２７】
なお、マスク素材１８の基板１７、メンブレン支持層１５、メンブレン層１２の材料の組み合わせの例を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
図２では、作製されたステンシルマスク１１の要部を上から見た状態を示す。互いに近接する複数のマスクパターン（透孔）１３の集合部分であるマスクパターン領域１４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域２２は全て下地のシリコン酸化層によるメンブレン支持層１５が形成される。
【００３０】
本実施の形態に係わるステンシルマスク１１の作製方法によれば、シリコンウェーハ１７上にメンブレン支持層となるシリコン酸化層１５及びメンブレン層となるシリコン窒化層１２を積層したマスク素材１８を用意し、このシリコン窒化層１２をドライエッチングでパターニングしてマスクパターン（即ち、透孔）１３を形成するので、メンブレン層１２をより薄くして超微細なマスクパターン１３を形成することが可能になる。
そして、シリコン酸化層１５の選択エッチングで残った部分がメンブレン支持層として機能するので、メンブレン層１２を薄くしてもマスクパターン領域１４、さらにマスク領域１６の強度が向上し、信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
また、メンブレン層であるシリコン窒化層１２にマスクパターン１３を形成した後、シリコン窒化層１２をマスクに下地のシリコン酸化層１５を選択エッチングして、シリコン酸化層１５の非マスクパターン領域２２に対応する部分を残すので、自己整合的にメンブレン支持層１５を形成することができる。即ち、メンブレン支持層１５を形成するためのリソグラフィ工程が不要になる。
シリコン窒化層１２をマスクに下地のシリコン酸化層１５を等方エッチングで、且つオーバーエッチング気味に選択除去するので、マスクパターン１３の精度は、メンブレン層１２で実質的なマスクパターン幅が規制され、高精度のマスクパターン１３が得られる。
そして、シリコン酸化層１５の選択エッチングで残った部分がメンブレン支持層として機能するので、メンブレン層１２を薄くしてもマスクパターン領域１４、さらにマスク領域１６の強度が向上し、信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
【００３１】
図３Ｃの工程で、メンブレン支持層１５に対する等方性エッチングとしては、ウェットエッチング、ガスエッチング（ドライエッチング）が可能である。ウェットエッチングは、安価に行える利点がある。なお、ウェットエッチングは、エッチング液が透孔内に溜まり易い。この残留エッチング液を乾かす際に、表面張力でマスクパターンが壊される虞れが生じるときは、ガスエッチングを用いることができる。
【００３２】
本発明のマスク作製におけるマスク素材１８の基板１７として、シリコンウェーハを用いるときは、半導体装置の製造と、マスク作製を、同じ製造ラインで行うことが可能になり、製造設備を共用できるという実用上の利点が大である。
【００３３】
電子線転写型リソグラフィのうちＬＥＥＰＬでは、低加速電圧で電子線を照射するので、ステンシルマスク１１のメンブレン層１２に帯電防止を施すことが好ましい。マスク作製に際してメンブレン層１２に例えばシリコン窒化層を用いた場合は、この上に蒸着等でＡｕ，Ｐｔ等の帯電防止膜を形成することができる。メンブレン層１２に多結晶ダイヤモンド、或いはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等を用いた場合は、不純物をドーピングして導電性を付与することができる。
ＰＲＥＶＡＩＬのような高加速電圧で電子線を照射する場合、電子線はステンシルマスク内で散乱して通過するので、帯電しない。
【００３４】
電子線転写型リソグラフィにおける露光処理では、ステンシルマスクに電子線が照射されることによりステンシルマスクの温度が上昇し、熱膨張でマスクパターンの位置ズレが生じる可能性がある。このため、メンブレン層１２としては、熱伝導性のよいものが好ましい。金属膜を施した場合は、帯電防止と共に熱伝導率を高めることができる。ダイヤモンドは、熱伝導率が良い。
【００３５】
上例では、メンブレン層１２の互いに近接した複数のマスクパターン１３を有するマスクパターン領域１４の周辺部、いわゆる非マスクパターン領域２２にメンブレン支持層１５を形成した構成としたが、メンブレン層１２の各マスクパターン１３の周辺部、いわゆる非マスクパターン部にメンブレン支持層１５を形成した構成とすることも可能である。
【００３６】
上述では、メンブレン支持層１５を等方性エッチング（いわゆるオーバーエッチング気味）によりメンブレン層１２のマスクパターン領域１４又はマスクパターン１３の縁部より外側に形成するようにしたが、その他、例えば異方性エッチングにより、マスクパターン１３に対応した部分のみの下地層を除去し、他部の残った下地層をメンブレン支持層として機能するように構成することも可能である。
【００３７】
図４は、本発明に係る半導体装置製造用マスクの他の実施の形態を示す。図５は、そのマスクパターンが形成されたマスク領域の要部（拡大平面）を示す。本例は、前述の実施の形態と同様に電子線転写型リソグラフィ用のステンシルマスクに適用した場合を示す。
本実施の形態に係る半導体装置製造用マスク、即ちステンシルマスク４１は、所要の材料からなるメンブレン層４２に所定パターンの孔、即ちマスクパターン４３を形成し、そのメンブレン層４２の下面のマスクパターン４３、又は互いに近接する複数のマスクパターン領域４４の周辺部に複数層構造のメンブレン支持層４５を形成し、さらにメンブレン支持層４５の下面のマスク領域４６を除く外周囲部に所要の材料からなる基板４７を形成して構成される。
【００３８】
メンブレン支持層４５は、本例ではそれぞれ材料の異なる第１メンブレン支持層４８及び第２メンブレン支持層４９からなる２層構造で形成される。本実施の形態のステンシルマスク４１は、基板４７と第１メンブレン支持層４８とマスクとなるメンブレン層４２が積層されたマスク素材から成り、第２メンブレン支持層４９がマスク領域４６に対応する第１メンブレン支持層４８の下面に選択的に被着形成して構成される。
【００３９】
基板４７、第１メンブレン層支持層４８及びメンブレン層４２の材料の組み合わせは、後述の作製法を採るとき、第１メンブレン支持層４８が基板４７とメンブレン層４２のそれぞれのエッチング時にエッチングされない材料、即ちエッチングストッパとなる材料で形成されるように、選択される。
このステンシルマスク４１は、例えば、基板４７と第１メンブレン支持層４８とメンブレン層４２が積層されたマスク素材として、半導体基板上に絶縁層を介して半導体層が形成されて成る所謂ＳＯＩ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて作製することが可能である。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上にシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層を介してシリコン（Ｓｉ）層が形成されてなるＳＯＩ基板を用いたときには、基板４７がシリコン基板、メンブレン層４２がシリコン層、第１メンブレン支持層４８がシリコン酸化層で夫々形成され、第２メンブレン支持層４９がシリコン窒化（ＳｉＮ）層で形成される。
その他、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上にシリコン窒化（ＳｉＮ）層による第１メンブレン支持層４８及びシリコン（Ｓｉ）層によるメンブレン層４２を積層したマスク素材を用いるときは、第２メンブレン支持層４９としてシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層を用いることができる。
【００４０】
基板４７、メンブレン層４２、第１メンブレン支持層４８、第２メンブレン支持層４９の材料の、その他の組み合わせは、前述のステンシルマスク１１で説明した材料を適宜組み合わせて使用することも可能である。
【００４１】
メンブレン層４２の厚さは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度とすることができる。第２メンブレン支持層４９の厚さｔ1 は、アスペクト比に制限されるが、最大でマスクパターン領域４４の幅Ｗ2 の約４倍程度である。第２メンブレン支持層４８の膜厚をマスクパターン領域４４の幅Ｗ2 の約４倍程度を超えると、開口を挟んで対向する第２メンブレン支持層が表面張力などで貼りつき易くなり、マスクパターン領域４４にたわみ、歪みが発生する。ステンシルマスクのチップ領域は、最大で５０ｍｍ×５０ｍｍ程度とすることができる。
【００４２】
本実施の形態に係るステンシルマスク４１によれば、前述と同様に、マスク領域４６において、マスクパターン領域４４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域５２（図５参照）の下地に第１及び第２メンブレン支持層４９及び４９を有することにより、メンブレン層４２の膜厚を薄くしてもマスク領域４６の補強を向上することができ、メンブレン層４２を均一に支えることができ、応力集中を緩和することができる。よって、メンブレン部分、引いてはマスク領域４６のたわみ、歪みを抑制することができる。第１、第２メンブレン支持層４８、４９を有するので、補強を確実にし、例えばＳＯＩ基板からのステンシルマスクの作製を可能にする。ステンシルマスクの作製において、ＳＯＩ基板を利用できるので、ステンシルマスク作製を容易にする。
メンブレン支持層４８、４９を有することにより、太い梁構造が形成され、より薄いメンブレン層４２を形成でき、より微細な転写パターンを形成することが可能なステンシルマスクを構成できる。
【００４３】
メンブレン支持層４５〔４８、４９〕によりマスクパターン領域４４毎に補強されるので、例えばリソグラフ工程でのレジストパターンのショットつなぎをなくすことが可能になる。
【００４４】
従って、素子のより微細化、高集積度化したＬＳＩの製造に適した信頼性の高いステンシルマスクを提供できる。
【００４５】
次に、図６〜図７は、上述した半導体装置製造用マスク４１の作製方法の実施の形態を示す。本例は電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用のステンシルマスクの作製に適用した場合である。
【００４６】
先ず、図６Ａに示すように、基板４７上に第１メンブレン支持層４８を介してメンブレン層４２を積層してなるマスク素材５４を用意する。本例では厚さ７２５μｍ程度のシリコン基板４７上に膜厚１００ｎｍ程度のシリコン酸化層４８を介して膜厚１００ｎｍ程度のシリコン層４２が形成されて成る、８インチのＳＯＩ基板によるマスク素材５４を用意する。
【００４７】
次に、図６Ｂに示すように、マスク素材５４のシリコン基板５７の裏面にフォトレジスト層を塗布し、所要パターンに露光し、エッチング処理、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液などでウェットエッチングして、シリコン基板５７のマスク領域４６に対応する部分を選択的にエッチング除去する。即ち、マスク領域４６の外周囲部を残すようにマスク領域４６部に対応するシリコン基板部分を全て除去する。これにより、マスク領域４６のシリコン酸化層４８の裏面が露出する。
【００４８】
次に、図６Ｃに示すように、シリコン基板４７が選択除去された部分、即ち露出したシリコン酸化層４８の裏面に、第２メンブレン支持層となる例えば膜厚１０μｍ程度のシリコン窒化層４９をＣＶＤ（化学気相成長）法、スパッタリング法、その他の方法により選択的に形成する。
シリコン窒化層４９の膜厚は、前述したようにチップ領域が２５ｍｍ平方のとき、１０μｍ〜２０μｍ程度とすることができる。この膜厚はアスペクト比に制限されるが、最大でマスクパターン領域４６の幅Ｗ2 の約４倍程度とすることができる。
【００４９】
次に、図７Ｄに示すように、メンブレン層であるシリコン層４２の表面上に感光性のレジスト層を塗布し、このレジスト層を例えば可変成型型電子ビーム直接描画機等を用いて、露光し、現像して所望のマスクパターンに対応した開口パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成する。このレジストマスクを介して、例えばＳＦ6 、ＨＢｒ、あるいはＣｌ2 等を用いたドライエッチングでメンブレン層となるシリコン層４２を選択エッチングし、レジストマスクの開口パターンをシリコン層４２に転写する。即ち、シリコン層４２にマスクパターンとなる微細線幅Ｗ1 の透孔４３を形成する。
【００５０】
次に、図７Ｅに示すように、第２メンブレン支持層となるシリコン窒化層４９の裏面に、フォトレジスト層（図示せず）を塗布し、露光し、現像処理してマスクパターン領域に対応する部分に開口を有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介してシリコン窒化層４９をエッチング、即ち例えばＣＦ4 等を用いたドライエッチングで選択除去して、第２メンブレン支持層４９を形成する。
【００５１】
続いて、図７Ｆに示すように、第２メンブレン支持層４９をマスクにして裏面からシリコン酸化層４２を、エッチング、例えばＣＦ4 、ＣＨＦ3 あるいはＣ4 Ｆ8 を用いたドライエッチングで選択除去し、第１メンブレン支持層４８を形成する。この第１、第２メンブレン支持層４８、４９でメンブレン支持層５４を形成する。このようにして、目的のＬＥＥＰＬ用のステンシルマスク４１を作製する。
【００５２】
図５は、作製されたステンシルマスク４１の要部を上から見た状態を示す。互いに近接する複数のマスクパターン（透孔）４３の集合部分であるマスクパターン領域４４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域５２は全て下地のシリコン酸化層４８とシリコン窒化層４９からなるメンブレン支持層４５が形成される。
【００５３】
次に、図７Ｅの工程における感光性レジスト層に対する露光パターンを得るときの、可変成型電子ビーム直接描画機での図形処理を説明する。
先ず、図８ＡのステップＳ1 でマスクパターンデータ６１を得る。図８ＢのステップＳ2 でマスクパターンデータ６１に対して、ある一定量Ａだけ太らせ、図８ＣのステップＳ3 で図形間の加算処理（ＯＲ処理）を行う。次に、微細パターン６２を無くすために、図９ＤのステップＳ4 で再び一定量Ｂだけ太らせ、図９ＥのステップＳ5 で再び図形間の加算処理（ＯＲ）処理をする。その後、図９ＦのステップＳ6 で同量Ｂだけ図形を細らせる。このようにして出来上がった一つながりの図形領域６３をマスクパターン領域とする。
【００５４】
本実施の形態に係わるステンシルマスク４１の作製方法によれば、ＳＯＩ基板によるマスク素材５４を用意し、そのシリコン層４２を表面からドライエッチングでパターニングしてマスクパターン（即ち透孔）を形成し、その後にＳＯＩ基板のシリコン酸化層４８及び付加したシリコン窒化層４９による第１、第２メンブレン支持層を形成するので、メンブレン層４２をより薄くして超微細なマスクパターン４３を形成することが可能になる。
シリコン基板４７を裏面からマスク領域４６の外周囲部となる部分を残して広くエッチング除去した後、そのエッチングにより露出したシリコン酸化層４８の裏面に所要膜厚のシリコン窒化層４９を形成し、裏面からシリコン窒化４９及びシリコン酸化４８を選択エッチングし、残ったシリコン窒化層４９及びシリコン酸化４８をメンブレン支持層４５として機能させるので、メンブレン層４２を薄くしても各マスクパターン領域４４の強度が向上し、メンブレン層４２を均一に支えることができ、応力集中が緩和し、たわみ、歪みのない信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
【００５５】
シリコン窒化層４９及びシリコン酸化層４８を裏面から選択的にエッチングして第１メンブレン支持層４８及び第２メンブレン支持層４９を形成するので、選択エッチングの制御が容易になり、精度良くメンブレン支持層を形成することができる。しかも、ＳＯＩ基板を利用することができるので、エッチング制御が容易になることと相俟って、ステンシルマスクの作製を精度良く、且つ容易に作製することができる。
【００５６】
上例では、本発明の半導体装置製造用マスクおよびその作製方法を、電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用ステンシルマスク及びその作製に適用したが、その他、電子線転写型リソグラフィのＰＲＥＶＡＩＬ用、可変成形電子ビーム直接描画機用、イオンビームリソグラフィ用等の所謂電荷粒子転写型リソグラフィ用のステンシルマスクにも適用できる。
さらに、本発明の半導体装置製造用マスクは、半導体装置の製造における、露光処理用、不純物のドーピング（例えばイオン注入）処理用のマスクにも適用できる。
【００５７】
図１０は、半導体装置の製造方法の一実施の形態を示す。本例は、上述した図１の本発明の半導体装置製造用マスクを用いて半導体ウェーハ上にレジストマスクを形成するための、露光処理に適用した場合である。
本実施の形態においては、先ず、図１０Ａに示すように、半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハ３１上に、直接或いは図示するように例えばＳｉＯ2 膜等の絶縁膜３２を介して感光性を有しないレジスト層３３、及び例えば膜厚が１００ｎｍ以下の電子線用の感光性レジスト層３４を順次に塗布形成する。このシリコンウェーハ３１を、電子線露光装置内にステンシルマスク、例えば上述の図１に示す本発明のステンシルマスク１１に対向するように配置する。ステンシルマスク１１は、そのメンブレン部１２がシリコンウェーハ３１のレジスト層３４に対して所定の間隔、例えば４０μｍ離れた位置に配置される。この状態で、電子線を照射して感光性レジスト層３４を所望のパターンに電子線露光し、現像処理を行って、図４Ｂに示すように、レジストマスク３４Ａを形成する。
【００５８】
次に、図１０Ｃに示すように、このレジストマスク３４Ａを介して下地の非感光性レジスト層３３をドライエッチングで選択除去し、２層レジスト３３、３４からなるレジストマスク３５を形成する。
本実施の形態にによれば、メンブレン層１２が裏面のメンブレン支持層１５で補強され、微細マスクパターン１３を有するステンシルマスク１１を用いて露光処理するので、半導体ウェーハ３１上に絶縁膜３２を介して微細パターンで且つパターンズレのないレジストマスク３５を形成することができる。以後、このレジストマスク３５を用いて選択エッチング、不純物導入等の処理を行うことができ、より微細な半導体素子を形成することができる。従って、より微細な半導体素子を有し、且つ高集積度のＬＳＩを製造することができる。
【００５９】
ＰＲＥＶＡＩＬ方式の露光装置を用いて同様の露光処理を行うときは、メンブレン部の厚みを１０００ｎｍ以上にし、その他の構成を図１と同様にしたステンシルマスクを用いる。シリコンウェーハ３１上には直接、又はＳｉＯ2 膜等の絶縁膜を介して１層の感光性レジスト層を塗布形成し、ＰＲＥＶＡＩＬ方式の電子線露光装置にこのウェーハを配置する。そして、電子線露光し、現像して、ステンシルマスクのマスクパターンを転写したレジストマスクを形成する。以後の工程は上例と同様である。
【００６０】
図１１は、半導体装置の製造方法の他の実施の形態を示す。本例は、上述した半導体装置製造用マスクを用いて半導体ウェーハに対する不純物ドーピング処理に適用した場合である。
本実施の形態においては、不純物イオン注入装置内に半導体基板、例えばシリコンウェーハ３１と、このウェーハ３１の一面に近接対向するイオン注入用マスク、例えば上述の図１に示すと同様の構成を採るマスク３９を配置し、このマスク３９を介してシリコンウェーハ３１内に不純物イオン３７を注入する。このイオン注入により、シリコンウェーハ３１に不純物ドーピング領域３８を形成する。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、不純物ドーピング工程において、メンブレン部１２が裏面のメンブレン支持層１５で補強され、微細マスクパターン１３を有するマスク３９を用いて、直接シリコンウェーハ３１へ不純物イオン３７を注入するので、微細パターン領域に目的の不純物を精度良くドーピングすることができ、微細な不純物ドーピング領域３８を形成することができる。従って、より微細な半導体素子を有し、且つ高集積度のＬＳＩを製造することができる。
【００６１】
上述の図４で説明した半導体装置製造用マスク４１を用いて、図１０、図１１で説明したと同様の露光処理、或いは不純物ドーピングを行い、半導体装置を製造することができる。この場合も、図１の半導体装置製造用マスク１１を用いたと同様の効果が得られ、より微細な半導体素子を有し、且つ高集積度のＬＳＩを製造することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法によれば、基板の一面上にメンブレン支持層及びメンブレン層を有するマスク素材を用意し、このメンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成するので、メンブレン層をより薄くして超微細なマスクパターンを形成することができる。メンブレン層にマスクパターンを形成した後、メンブレン層をマスクにオーバーエッチングにより前記メンブレン支持層の複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域に対応した部分を選択的除去するので、メンブレン層のたわみ、歪みを低減したマスクを作製することができる。同時に、自己整合的にメンブレン支持層を形成することができる。即ち、メンブレン支持層を形成するためのリソグラフィ工程が不要になる。メンブレン層をマスクに下地のメンブレン支持層を等方エッチングで選択除去するときは、マスクパターンの精度がメンブレン層で実質的なマスクパターン幅が寄生され、高精度のマスクパターンを形成することはできる。
【００６４】
本発明に係る他の半導体装置製造用マスクの作製方法によれば、基板の一面上にエッチングストッパを兼ねる第１メンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を用意し、基板のマスク領域に対応する部分をエッチング除去した後、その除去された領域に臨む第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成して、最終的に第１及び第２メンブレン支持層によりメンブレン支持層を形成するので、マスク補強がより向上し、メンブレン層４２をより薄くして超微細なマスクパターンを形成することができる。２層構造のメンブレン支持層により、メンブレン層４２を均一に支えることができ、応力集中が緩和し、たわみ、歪みのない信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
第１及び第２メンブレン支持層のパターニングを裏面からのエッチングで行うので、選択エッチングの制御が容易になり、精度良くメンブレン支持層を形成することができる。また、ＳＯＩ基板を利用することができるので、エッチング制御が容易になることと相俟って、この種の半導体装置製造用マスクの作製を精度良く、且つ容易に作製することができる。
【００６６】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上述の半導体装置製造用マスクを用いてウェーハに対して不純物のドーピング処理を行うので、微細パターン領域に目的の不純物を精度良くドーピングすることができる。従って、より素子が微細化され、高集積度化されたＬＳＩ（大規模集積回路）を製造することができる。
【００６７】
本発明では、マスクパターン領域ごとにメンブレン支持層を形成させることによって、レジストパターンのショットつなぎをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置製造用マスクの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の半導体装置製造用マスクの要部の拡大平面図である。
【図３】Ａ〜Ｄ 本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図４】本発明に係る半導体装置製造用マスクの他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】図４の半導体装置製造用マスクの要部の拡大平面図である。
【図６】Ａ〜Ｃ 本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法の他の実施の形態を示す工程図（その１）である。
【図７】Ｄ〜Ｆ 本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法の他の実施の形態を示す工程図（その２）である。
【図８】Ａ〜Ｃ 露光パターンを得るときの図形処理の説明に供する工程図（その１）である。
【図９】Ｄ〜Ｆ 露光パターンを得るときの図形処理の説明に供する工程図（その２）である。
【図１０】Ａ〜Ｃ 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施の形態（露光処理工程に適用）を示す工程図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の製造方法の他の実施の形態（不純物ドーピング処理に適用）を示す工程図である。
【図１２】Ａ〜Ｄ 従来の電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクの作製方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１１，４１・・・ステンシルマスク、１２，４２・・・メンブレン層、１３，４３・・・マスクパターン（透孔）、１４，４４・・・マスクパターン領域、１５，４５・・・メンブレン支持層、１６・・・マスク領域、１７，４７・・・基板、１８，５４・・・マスク素材、２０・・・レジスト層、２１・・・開口パターン、２２・・・非マスクパターン領域、３１・・・半導体ウェーハ、３２・・・絶縁膜、３３・・・感光性のないレジスト層、３４・・・感光性レジスト層、３５・・・レジストマスク、３６・・・電子線、３７・・・不純物イオン、３８・・・不純物ドーピングマスク、３９・・・マスク、４８・・・第１メンブレン支持層、４９・・・第２メンブレン支持層
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細パターンの半導体装置製造用マスクの作製方法、及びこ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（大規模半導体集積回路）の素子の微細化、高集積化に伴い、ＰＲＥＶＡＩＬ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｘｉｓ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓｅｓ）やＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）といった電子線転写型リソグラフィ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒｐｈｙ：ＥＰＬ）の実用化が期待されている。
【０００３】
ＰＲＥＶＡＩＬは、例えば４倍のステンシルマスクを用い、高エネルギー例えば１００ＫｅＶ程度の電子線を照射してレンズ系により１／４に縮小したマスクパターンをレジスト層に転写する、いわゆる縮小投影電子線露光技術である。ＰＲＥＶＡＩＬ用マスクとしては、例えば厚さ２μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）メンブレン層に透孔を開けてマスクパターンを形成したステンシルマスクが提案されている。ＰＲＥＶＡＩＬ用ステンシルマスクでは、透孔の開いた部分、いわゆるマスクパターンの部分のみ電子線が無散乱で透過し、レジスト層上に結像されてマスクパターンが転写される。厚さが２μｍ程度あれば、ステンシルマスクのマスクパターン以外の部分に入射した電子線は例えばＳｉ原子に衝突して散乱し、その散乱光がリミッタ板にて遮られる。なお、ステンシルマスクの厚さが薄ければ、電子線は散乱せずに透過してしまい、マスクとしての機能が失われる。
【０００４】
ＬＥＥＰＬは、等倍のステンシルマスクを用い、低エネルギー例えば２ＫｅＶ程度の電子線を照射して等倍のパターンをレジスト層に転写する、いわゆる等倍電子線露光技術である。ＬＥＥＰＬ用マスクとしては、厚さが例えば５００ｎｍ程度のシリコン（Ｓｉ）メンブレン層（薄膜層）、或いはダイヤモンドメンブレン層に透孔（アパーチャ）を開けてマスクパターンを形成してなるシリコン製或いはダイヤモンド製のステンシルマスクが提案されている。ＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクでは、透孔の開いた部分、いわゆるマスクパターンの部分のみ電子線が透過し、レジスト層上にマスクパターンが転写される。
【０００５】
図１２は、従来の電子線転写型リソグラフィ、例えばＬＥＥＰＬで使用されるステンシルマスクの作成方法の一例を示す。
先ず、図１２Ａに示すように、シリコン（Ｓｉ）基板１の一面上に耐エッチング層２及びその上のメンブレン層３を順次積層してなるマスク素材４を設ける。耐エッチング層２は、後のシリコン基板１を選択エッチングするときのエッチングストッパとなる。メンブレン層３にダイヤモンドを用いるときは、耐エッチング層２としてシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を用いることができる。メンブレン層３にシリコン（Ｓｉ）を用いるときは、耐エッチング層２としてシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜を用いることができる。この場合、マスク素材４としては、いわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使用できる。
【０００６】
次に、図１２Ｂに示すように、メンブレン層３上にレジスト層を塗布し、このレジスト層５をマスクのパターンに対応したパターンに露光し、現像してレジストマスク５を形成する。このレジストマスク５を介して、メンブレン層３を選択エッチングして透孔、即ちマスクパターン６を形成する。選択エッチングは、ドライエッチング法で行う。
【０００７】
次に、図１２Ｃに示すように、シリコン基板１を裏面から選択エッチングし、シリコン基板１の周囲部分を残して、他のマスク領域に対応する部分を除去する。このとき、耐エッチング層２が存在していることにより、メンブレン層３を損なうことがない。
【０００８】
次に、図１２Ｄに示すように、残ったシリコン基板１をマスクに耐エッチング層２を選択的にエッチング除去する。これにより、目的のステンシルマスク７が作成される。
【０００９】
一方、電子線ステッパ型マスクとして、メンブレン層を梁で補強することによって、メンブレン層を分割するようにしたマスクが提案されている（特開平１１ー５４４０９号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のステンシルマスク７のマスクパターンの更なる微細化、或いはマスクパターンの加工精度を向上するには、メンブレン層３の膜厚をより薄くする必要がある。しかし、メンブレン層３の膜厚を薄くしていくと、マスク強度の低下により、マスク洗浄時や露光機へのステンシルマスク装着時等において、マスクパターン６が破壊されるという問題が発生した。また、メンブレン層３が大きい場合、マスクパターン６の位置精度に影響を及ぼすメンブレン層３のたわみや歪みが問題となる。
【００１１】
ステンシルマスクでは、微細なマスクパターンを透孔として開けるため、出来るだけ薄く且つ剛性の高いメンブレン層（いわゆる薄膜）が望ましい。マスク面上を電子線（荷電粒子ビーム）で走査するタイプの等倍転写マスクを用いてＬＳＩチップパターンを投影する場合、例えば数ｍｍから数十ｍｍ角の広さのメンブレン層が要求される。マスクパターンの孔開けは、通常ドライエッチングで行うが、マスクパターンの開口サイズと開口深さの比は、１対１０程度が限度とされている。例えば、５０ｎｍのマスクパターンを開口するには、メンブレン層の膜厚は５００ｎｍ以下にする必要がある。このため、例えばダイヤモンドのようなヤング率の高い材料を用い、且つ強い引っ張り応力が発生する条件でメンブレン層を形成している。このようなメンブレン層にマスクパターンを開口した場合、引っ張り応力によってマスクパターン形状が歪む。また、ＬＳＩの配線パターンのような配線間のスペースに相当する部分では、長細い梁状の残しパターンが必要になるが、応力により長さ制限が加わる。
【００１２】
メンブレン層を梁で補強して分割する構成の電子線ステッパ型マスクでは、パターンにショットつなぎが発生しており、また等間隔に並べた細い梁でメンブレン層を支えるのは難しく、面内に応力集中が起こり易く、マスクが歪むだけでなく、極めて壊れやすい構造になっている。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑み、メンブレン層を薄くしてもマスク強度を維持でき、信頼性の高い、超微細パターンのマスクを構成できる、半導体装置製造用マスクの作製方法、及びこのマスクを使用した半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法は、基板の一面上にメンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を設け、このマスク素材のメンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成した後、メンブレン層をマスクにして、オーバーエッチングによりメンブレン支持層の複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域に対応した部分を選択的に除去し、次いで、基板の複数のマスクパターン領域が集合されたマスク領域に対応する部分をエッチング除去する。
本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法は、基板の一面上にエッチングストッパを兼ねる第１メンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を設け、基板の複数のマスクパターン領域が集合するマスク領域に対応する部分をエッチング除去し、この除去された領域に臨む第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成した後、メンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成し、次いで、第２メンブレン支持層及び第１メンブレン支持層を、マスク領域内のマスクパターン以外、又は複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域以外の部分を残すように基板側から選択的にエッチング除去する。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域を複数集合してマスク領域が形成され、マスク領域内において、マスクを構成するメンブレン層のマスクパターン領域以外の部分にメンブレン支持層が形成されてなる半導体装置製造用マスクを用いて、ウェーハに対して不純物のドーピングを行うようにする。
【００１５】
本発明の半導体装置製造用マスクの作製方法においては、基板上にメンブレン層及びメンブレン支持層を有するマスク素材を用意し、メンブレン層をマスクパターンに合わせてパターンした後、メンブレン層をマスクにして下地のメンブレン支持層を選択エッチングするので、メンブレン支持層のマスクパターン領域の部分はエッチング除去され、それ以外の部分、即ちメンブレン支持層のマスクパターン領域以外の部分（いわゆるマスクパターン領域の周辺部）はエッチングされずに残る。次いで、基板のマスク領域に対応する部分をエッチングすることにより、メンブレン層を薄くしてもたわみの生じない半導体装置製造用マスクを作製できる。
本発明の他の半導体装置製造用マスクの作製方法においては、基板の一面上に第１メンブレン支持層及びメンブレン層を有するマスク素材を設け、基板のマスク領域に対応する部分をエッチング除去した後、その除去領域に臨む第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成し、メンブレン支持層を第１及び第２メンブレン支持層の２層膜で形成するので、より強固なメンブレン支持層になり、より薄いメンブレン層の形成が可能になり、より微細なマスクパターンが形成できる。第１及び第２メンブレン支持層のパターニングを基板側からの選択的なエッチングで行うので、エッチング制御がし易く、精度良く且つ容易に半導体装置製造用マスクを作製できる。
本発明の半導体装置の製造方法においては、たわみの生じない上述したマスクを用いてウェーハに対する露光処理、或いは不純物のドーピング処理を行いので、パターン位置精度が高い微細パターンの不純物ドープ領域の形成が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る半導体装置製造用マスクの一実施の形態を示す。図２は、そのマスクパターンが形成されたマスク領域の要部（拡大平面）を示す。本例は、電子線転写型リソグラフィ用のステンシルマスクに適用した場合を示す。
本実施の形態に係る半導体装置製造用マスク、即ちステンシルマスク１１は、所要の材料からなるメンブレン層１２に所定パターンの透孔、即ちマスクパターン１３を形成し、そのメンブレン層１２の下面のマスクパターン１３、又は互いに近接する複数のマスクパターン１３が集まったマスクパターン領域１４の周辺部、本例ではマスクパターン領域１４の周辺部に所要の材料からなるメンブレン支持層１５を形成し、さらにメンブレン支持層１５の下面のマスク領域１６を除く周囲部に所要の材料からなる基板１７を形成して構成される。
【００１８】
基板１７としては、シリコン（Ｓｉ）、その他の材料を使用することができる。基板１７は、メンブレン支持層１５よりも十分に厚い基板で形成される。
メンブレン層１２としては、例えばシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、金属（例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ等）、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、シリコン（Ｓｉ）等を使用することができる。メンブレン層１２は、帯電防止できることが好ましいので、例えばＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、Ｓｉ層の場合にはＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、Ｓｉ層上に金属膜、例えばＡｕ、Ｐｔ膜等を被着するのが良い。また多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボンの層の場合には、この層に導電性を付与するための不純物ドープするのが良い。ＳｉＣ層は導電性を有する。
メンブレン支持層１５としては、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、金属（例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ等）、ＳｉＣ、その他のメンブレン支持層に適する材料等を使用することができる。
【００１９】
基板１７、メンブレン層１２及びメンブレン支持層１５の材料の組み合わせは、後述の作製法で明らかになるが、メンブレン支持層１５は基板１７のエッチング時にエッチングされない材料が用いられ、メンブレン層１２はメンブレン支持層１５及び基板１７のエッチング時にエッチングされない材料が用いられる。
【００２０】
メンブレン層１２の厚さは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度とすることができる。例えばＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクでは、メンブレン層１２の厚さを１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とし、ＰＲＥＶＡＩＬ用ステンシルマスクでは、メンブレン層１２の厚さを１０００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。同様にメンブレン支持層１７の厚さは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度とすることができる。メンブレン部１２とメンブレン支持層１７との合計の厚さは、メンブレン層１２、引いてはマスク領域１６の強度を考慮すると厚くする程良く、５００ｎｍを越えた厚さにすることが好ましい。
【００２１】
本実施の形態に係るステンシルマスク１によれば、マスク領域１６において、マスクパターン領域１４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域２２の下地にメンブレン支持層１５を有することにより、メンブレン層１２の膜厚を薄くしてもマスク領域１６の強度を向上することができ、メンブレン部分、引いてはマスク領域１６のたわみ、歪みを抑制することができる。
メンブレン支持層１５を有することにより、メンブレン部の膜厚をより薄くできるので、マスクパターンとなる透孔１３をより微細化することが可能になる。従って、素子のより微細化、高集積度化したＬＳＩ（大規模集積回路）の製造に適した信頼性の高いステンシルマスクを提供できる。
【００２２】
次に、図３Ａ〜Ｄは、上述した本発明の半導体装置製造用マスクの作製方法の一実施の形態を示す。本例は電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用のステンシルマスクの作製に適用した場合である。
【００２３】
先ず、図３Ａに示すように、所要の材料からなる基板１７の一面上に所定の膜厚のメンブレン支持層１５を積層し、その上に所定の膜厚のメンブレン層１２を積層したマスク素材１８を用意する。基板１７は、例えばシリコン（Ｓｉ）、その他の材料を使用できる。メンブレン支持層１５は、基板１７のエッチング液に対して耐性を有する、いわゆるエッチングされ難い材料であれば何でも構わない。例えば、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｄ、ＳｉＣ等の材料をメンブレン支持層１５に用いることができる。メンブレン層１２は、メンブレン層１５及び基板１７のエッチング液に対して耐性を有する、いわゆるエッチングされ難い材料であれば何でも構わない。例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ダイヤモンド（特に、多結晶ダイヤモンド）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ等の材料をメンブレン層１２に用いることができる。
本例では、基板１７として所要の厚さのシリコン（Ｓｉ）ウェーハを用い、このシリコンウェーハ１７上にメンブレン支持層１５としての膜厚５００ｎｍ程度のシリコン酸化層（ＳｉＯ2 層）を、メンブレン層１２としての膜厚５００ｎｍ程度のシリコン窒化層（Ｓｉ3 Ｎ4 層）を、夫々積層したマスク素材１８を使用した場合である。
【００２４】
次に、図３Ｂに示すように、メンブレン層であるシリコン窒化層１２上に感光性のレジスト層を塗布し、このレジスト層を例えば可変成形型電子ビーム直接描画機等を用いて、露光し、現像して所望のマスクパターンに対応した開口パターン２１を有するレジストマスク２０を形成する。このレジストマスク２０を介して、例えばＣＦ2 等を用いたドライエッチングでシリコン窒化層１２を選択エッチングし、レジスト層２０の開口パターン２１をシリコン窒化層１２に転写する。即ち、シリコン窒化層１２にマスクパターンとなる透孔１３を形成する。
【００２５】
次に、図３Ｃに示すように、マスク素材１８をメンブレン支持層であるシリコン酸化層１５のエッチング液、例えばバッファドフッ酸（ＢＨＦ）溶液に浸漬し、メンブレン層のシリコン窒化層１２をマスクに、下層のシリコン酸化層１５を選択的に除去する。このＢＨＦ溶液では、Ｓｉ3 Ｎ4 のエッチングレートが０．５〜１ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して、ＳｉＯ2 のエッチングレートが１００〜２５０ｎｍ／ｍｉｎであるため、メンブレン支持層であるシリコン酸化層１５の選択エッチングが可能になる。この選択エッチング工程では、シリコン窒化層１２に形成された透孔２１のみからＢＨＦ溶液が供給され、且つ等方性エッチングであるので、マスクパターンとなる透孔１３及び之より少し内方に対応する部分のシリコン酸化層１５が選択除去され、それ以外の部分のシリコン酸化層１５が残される。本例では互いに近接する複数のマスクパターン１３が集まった各マスクパター領域１４下のシリコン酸化層１５がオーバーエッチングされた状態で除去され、各マスクパターン領域１４の周辺部、いわゆる非マスクパターン領域２２のシリコン酸化層１５が残る。この残ったシリコン酸化層１５がメンブレン支持層として機能する。
【００２６】
次に、図３Ｄに示すように、シリコンウェーハ１７の裏面側から最終的に得られるステンシルマスクの周囲領域２３を残してマスクパターン１３の群が形成されている、いわゆるマスク領域１６に対応するシリコンウェーハ１７の部分を選択的に除去する。例えば、図示せざるもシリコンウェーハ１７の裏面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）を積層し、レジストを塗布し、露光、現像してマスク領域１６に対応する部分に開口が形成されたレジストマスクを形成する。このレジストマスク形成の際のシリコン酸化膜の選択除去工程は、上述の図３Ｃのメンブレン支持層となるシリコン酸化層１５の選択除去工程と同時に行うこともできる。その後、シリコン酸化膜をマスクに例えばＳＦ6 やＮＦ3 等のフッ素系ガスによるドライエッチング、若しくはＫＯＨ等によるウェットエッチングにより、シリコンウェーハ１７を周囲領域２３を残して選択除去することができる。
このようにして、図１及び図２に示す目的のＬＥＥＰＬ用のステンシルマスク１１を作製する。なお、ステンシルマスクは、１枚のシリコンウェーハから１枚、あるいは複数枚作製することができる。
【００２７】
なお、マスク素材１８の基板１７、メンブレン支持層１５、メンブレン層１２の材料の組み合わせの例を表１に示す。
【００２８】
【表１】
図２では、作製されたステンシルマスク１１の要部を上から見た状態を示す。互いに近接する複数のマスクパターン（透孔）１３の集合部分であるマスクパターン領域１４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域２２は全て下地のシリコン酸化層によるメンブレン支持層１５が形成される。
【００３０】
本実施の形態に係わるステンシルマスク１１の作製方法によれば、シリコンウェーハ１７上にメンブレン支持層となるシリコン酸化層１５及びメンブレン層となるシリコン窒化層１２を積層したマスク素材１８を用意し、このシリコン窒化層１２をドライエッチングでパターニングしてマスクパターン（即ち、透孔）１３を形成するので、メンブレン層１２をより薄くして超微細なマスクパターン１３を形成することが可能になる。
そして、シリコン酸化層１５の選択エッチングで残った部分がメンブレン支持層として機能するので、メンブレン層１２を薄くしてもマスクパターン領域１４、さらにマスク領域１６の強度が向上し、信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
また、メンブレン層であるシリコン窒化層１２にマスクパターン１３を形成した後、シリコン窒化層１２をマスクに下地のシリコン酸化層１５を選択エッチングして、シリコン酸化層１５の非マスクパターン領域２２に対応する部分を残すので、自己整合的にメンブレン支持層１５を形成することができる。即ち、メンブレン支持層１５を形成するためのリソグラフィ工程が不要になる。
シリコン窒化層１２をマスクに下地のシリコン酸化層１５を等方エッチングで、且つオーバーエッチング気味に選択除去するので、マスクパターン１３の精度は、メンブレン層１２で実質的なマスクパターン幅が規制され、高精度のマスクパターン１３が得られる。
そして、シリコン酸化層１５の選択エッチングで残った部分がメンブレン支持層として機能するので、メンブレン層１２を薄くしてもマスクパターン領域１４、さらにマスク領域１６の強度が向上し、信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
【００３１】
図３Ｃの工程で、メンブレン支持層１５に対する等方性エッチングとしては、ウェットエッチング、ガスエッチング（ドライエッチング）が可能である。ウェットエッチングは、安価に行える利点がある。なお、ウェットエッチングは、エッチング液が透孔内に溜まり易い。この残留エッチング液を乾かす際に、表面張力でマスクパターンが壊される虞れが生じるときは、ガスエッチングを用いることができる。
【００３２】
本発明のマスク作製におけるマスク素材１８の基板１７として、シリコンウェーハを用いるときは、半導体装置の製造と、マスク作製を、同じ製造ラインで行うことが可能になり、製造設備を共用できるという実用上の利点が大である。
【００３３】
電子線転写型リソグラフィのうちＬＥＥＰＬでは、低加速電圧で電子線を照射するので、ステンシルマスク１１のメンブレン層１２に帯電防止を施すことが好ましい。マスク作製に際してメンブレン層１２に例えばシリコン窒化層を用いた場合は、この上に蒸着等でＡｕ，Ｐｔ等の帯電防止膜を形成することができる。メンブレン層１２に多結晶ダイヤモンド、或いはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等を用いた場合は、不純物をドーピングして導電性を付与することができる。
ＰＲＥＶＡＩＬのような高加速電圧で電子線を照射する場合、電子線はステンシルマスク内で散乱して通過するので、帯電しない。
【００３４】
電子線転写型リソグラフィにおける露光処理では、ステンシルマスクに電子線が照射されることによりステンシルマスクの温度が上昇し、熱膨張でマスクパターンの位置ズレが生じる可能性がある。このため、メンブレン層１２としては、熱伝導性のよいものが好ましい。金属膜を施した場合は、帯電防止と共に熱伝導率を高めることができる。ダイヤモンドは、熱伝導率が良い。
【００３５】
上例では、メンブレン層１２の互いに近接した複数のマスクパターン１３を有するマスクパターン領域１４の周辺部、いわゆる非マスクパターン領域２２にメンブレン支持層１５を形成した構成としたが、メンブレン層１２の各マスクパターン１３の周辺部、いわゆる非マスクパターン部にメンブレン支持層１５を形成した構成とすることも可能である。
【００３６】
上述では、メンブレン支持層１５を等方性エッチング（いわゆるオーバーエッチング気味）によりメンブレン層１２のマスクパターン領域１４又はマスクパターン１３の縁部より外側に形成するようにしたが、その他、例えば異方性エッチングにより、マスクパターン１３に対応した部分のみの下地層を除去し、他部の残った下地層をメンブレン支持層として機能するように構成することも可能である。
【００３７】
図４は、本発明に係る半導体装置製造用マスクの他の実施の形態を示す。図５は、そのマスクパターンが形成されたマスク領域の要部（拡大平面）を示す。本例は、前述の実施の形態と同様に電子線転写型リソグラフィ用のステンシルマスクに適用した場合を示す。
本実施の形態に係る半導体装置製造用マスク、即ちステンシルマスク４１は、所要の材料からなるメンブレン層４２に所定パターンの孔、即ちマスクパターン４３を形成し、そのメンブレン層４２の下面のマスクパターン４３、又は互いに近接する複数のマスクパターン領域４４の周辺部に複数層構造のメンブレン支持層４５を形成し、さらにメンブレン支持層４５の下面のマスク領域４６を除く外周囲部に所要の材料からなる基板４７を形成して構成される。
【００３８】
メンブレン支持層４５は、本例ではそれぞれ材料の異なる第１メンブレン支持層４８及び第２メンブレン支持層４９からなる２層構造で形成される。本実施の形態のステンシルマスク４１は、基板４７と第１メンブレン支持層４８とマスクとなるメンブレン層４２が積層されたマスク素材から成り、第２メンブレン支持層４９がマスク領域４６に対応する第１メンブレン支持層４８の下面に選択的に被着形成して構成される。
【００３９】
基板４７、第１メンブレン層支持層４８及びメンブレン層４２の材料の組み合わせは、後述の作製法を採るとき、第１メンブレン支持層４８が基板４７とメンブレン層４２のそれぞれのエッチング時にエッチングされない材料、即ちエッチングストッパとなる材料で形成されるように、選択される。
このステンシルマスク４１は、例えば、基板４７と第１メンブレン支持層４８とメンブレン層４２が積層されたマスク素材として、半導体基板上に絶縁層を介して半導体層が形成されて成る所謂ＳＯＩ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて作製することが可能である。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上にシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層を介してシリコン（Ｓｉ）層が形成されてなるＳＯＩ基板を用いたときには、基板４７がシリコン基板、メンブレン層４２がシリコン層、第１メンブレン支持層４８がシリコン酸化層で夫々形成され、第２メンブレン支持層４９がシリコン窒化（ＳｉＮ）層で形成される。
その他、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板上にシリコン窒化（ＳｉＮ）層による第１メンブレン支持層４８及びシリコン（Ｓｉ）層によるメンブレン層４２を積層したマスク素材を用いるときは、第２メンブレン支持層４９としてシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）層を用いることができる。
【００４０】
基板４７、メンブレン層４２、第１メンブレン支持層４８、第２メンブレン支持層４９の材料の、その他の組み合わせは、前述のステンシルマスク１１で説明した材料を適宜組み合わせて使用することも可能である。
【００４１】
メンブレン層４２の厚さは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度とすることができる。第２メンブレン支持層４９の厚さｔ1 は、アスペクト比に制限されるが、最大でマスクパターン領域４４の幅Ｗ2 の約４倍程度である。第２メンブレン支持層４８の膜厚をマスクパターン領域４４の幅Ｗ2 の約４倍程度を超えると、開口を挟んで対向する第２メンブレン支持層が表面張力などで貼りつき易くなり、マスクパターン領域４４にたわみ、歪みが発生する。ステンシルマスクのチップ領域は、最大で５０ｍｍ×５０ｍｍ程度とすることができる。
【００４２】
本実施の形態に係るステンシルマスク４１によれば、前述と同様に、マスク領域４６において、マスクパターン領域４４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域５２（図５参照）の下地に第１及び第２メンブレン支持層４９及び４９を有することにより、メンブレン層４２の膜厚を薄くしてもマスク領域４６の補強を向上することができ、メンブレン層４２を均一に支えることができ、応力集中を緩和することができる。よって、メンブレン部分、引いてはマスク領域４６のたわみ、歪みを抑制することができる。第１、第２メンブレン支持層４８、４９を有するので、補強を確実にし、例えばＳＯＩ基板からのステンシルマスクの作製を可能にする。ステンシルマスクの作製において、ＳＯＩ基板を利用できるので、ステンシルマスク作製を容易にする。
メンブレン支持層４８、４９を有することにより、太い梁構造が形成され、より薄いメンブレン層４２を形成でき、より微細な転写パターンを形成することが可能なステンシルマスクを構成できる。
【００４３】
メンブレン支持層４５〔４８、４９〕によりマスクパターン領域４４毎に補強されるので、例えばリソグラフ工程でのレジストパターンのショットつなぎをなくすことが可能になる。
【００４４】
従って、素子のより微細化、高集積度化したＬＳＩの製造に適した信頼性の高いステンシルマスクを提供できる。
【００４５】
次に、図６〜図７は、上述した半導体装置製造用マスク４１の作製方法の実施の形態を示す。本例は電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用のステンシルマスクの作製に適用した場合である。
【００４６】
先ず、図６Ａに示すように、基板４７上に第１メンブレン支持層４８を介してメンブレン層４２を積層してなるマスク素材５４を用意する。本例では厚さ７２５μｍ程度のシリコン基板４７上に膜厚１００ｎｍ程度のシリコン酸化層４８を介して膜厚１００ｎｍ程度のシリコン層４２が形成されて成る、８インチのＳＯＩ基板によるマスク素材５４を用意する。
【００４７】
次に、図６Ｂに示すように、マスク素材５４のシリコン基板５７の裏面にフォトレジスト層を塗布し、所要パターンに露光し、エッチング処理、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液などでウェットエッチングして、シリコン基板５７のマスク領域４６に対応する部分を選択的にエッチング除去する。即ち、マスク領域４６の外周囲部を残すようにマスク領域４６部に対応するシリコン基板部分を全て除去する。これにより、マスク領域４６のシリコン酸化層４８の裏面が露出する。
【００４８】
次に、図６Ｃに示すように、シリコン基板４７が選択除去された部分、即ち露出したシリコン酸化層４８の裏面に、第２メンブレン支持層となる例えば膜厚１０μｍ程度のシリコン窒化層４９をＣＶＤ（化学気相成長）法、スパッタリング法、その他の方法により選択的に形成する。
シリコン窒化層４９の膜厚は、前述したようにチップ領域が２５ｍｍ平方のとき、１０μｍ〜２０μｍ程度とすることができる。この膜厚はアスペクト比に制限されるが、最大でマスクパターン領域４６の幅Ｗ2 の約４倍程度とすることができる。
【００４９】
次に、図７Ｄに示すように、メンブレン層であるシリコン層４２の表面上に感光性のレジスト層を塗布し、このレジスト層を例えば可変成型型電子ビーム直接描画機等を用いて、露光し、現像して所望のマスクパターンに対応した開口パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成する。このレジストマスクを介して、例えばＳＦ6 、ＨＢｒ、あるいはＣｌ2 等を用いたドライエッチングでメンブレン層となるシリコン層４２を選択エッチングし、レジストマスクの開口パターンをシリコン層４２に転写する。即ち、シリコン層４２にマスクパターンとなる微細線幅Ｗ1 の透孔４３を形成する。
【００５０】
次に、図７Ｅに示すように、第２メンブレン支持層となるシリコン窒化層４９の裏面に、フォトレジスト層（図示せず）を塗布し、露光し、現像処理してマスクパターン領域に対応する部分に開口を有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介してシリコン窒化層４９をエッチング、即ち例えばＣＦ4 等を用いたドライエッチングで選択除去して、第２メンブレン支持層４９を形成する。
【００５１】
続いて、図７Ｆに示すように、第２メンブレン支持層４９をマスクにして裏面からシリコン酸化層４２を、エッチング、例えばＣＦ4 、ＣＨＦ3 あるいはＣ4 Ｆ8 を用いたドライエッチングで選択除去し、第１メンブレン支持層４８を形成する。この第１、第２メンブレン支持層４８、４９でメンブレン支持層５４を形成する。このようにして、目的のＬＥＥＰＬ用のステンシルマスク４１を作製する。
【００５２】
図５は、作製されたステンシルマスク４１の要部を上から見た状態を示す。互いに近接する複数のマスクパターン（透孔）４３の集合部分であるマスクパターン領域４４のみが実質的にメンブレン化し、それ以外の非マスクパターン領域５２は全て下地のシリコン酸化層４８とシリコン窒化層４９からなるメンブレン支持層４５が形成される。
【００５３】
次に、図７Ｅの工程における感光性レジスト層に対する露光パターンを得るときの、可変成型電子ビーム直接描画機での図形処理を説明する。
先ず、図８ＡのステップＳ1 でマスクパターンデータ６１を得る。図８ＢのステップＳ2 でマスクパターンデータ６１に対して、ある一定量Ａだけ太らせ、図８ＣのステップＳ3 で図形間の加算処理（ＯＲ処理）を行う。次に、微細パターン６２を無くすために、図９ＤのステップＳ4 で再び一定量Ｂだけ太らせ、図９ＥのステップＳ5 で再び図形間の加算処理（ＯＲ）処理をする。その後、図９ＦのステップＳ6 で同量Ｂだけ図形を細らせる。このようにして出来上がった一つながりの図形領域６３をマスクパターン領域とする。
【００５４】
本実施の形態に係わるステンシルマスク４１の作製方法によれば、ＳＯＩ基板によるマスク素材５４を用意し、そのシリコン層４２を表面からドライエッチングでパターニングしてマスクパターン（即ち透孔）を形成し、その後にＳＯＩ基板のシリコン酸化層４８及び付加したシリコン窒化層４９による第１、第２メンブレン支持層を形成するので、メンブレン層４２をより薄くして超微細なマスクパターン４３を形成することが可能になる。
シリコン基板４７を裏面からマスク領域４６の外周囲部となる部分を残して広くエッチング除去した後、そのエッチングにより露出したシリコン酸化層４８の裏面に所要膜厚のシリコン窒化層４９を形成し、裏面からシリコン窒化４９及びシリコン酸化４８を選択エッチングし、残ったシリコン窒化層４９及びシリコン酸化４８をメンブレン支持層４５として機能させるので、メンブレン層４２を薄くしても各マスクパターン領域４４の強度が向上し、メンブレン層４２を均一に支えることができ、応力集中が緩和し、たわみ、歪みのない信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
【００５５】
シリコン窒化層４９及びシリコン酸化層４８を裏面から選択的にエッチングして第１メンブレン支持層４８及び第２メンブレン支持層４９を形成するので、選択エッチングの制御が容易になり、精度良くメンブレン支持層を形成することができる。しかも、ＳＯＩ基板を利用することができるので、エッチング制御が容易になることと相俟って、ステンシルマスクの作製を精度良く、且つ容易に作製することができる。
【００５６】
上例では、本発明の半導体装置製造用マスクおよびその作製方法を、電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用ステンシルマスク及びその作製に適用したが、その他、電子線転写型リソグラフィのＰＲＥＶＡＩＬ用、可変成形電子ビーム直接描画機用、イオンビームリソグラフィ用等の所謂電荷粒子転写型リソグラフィ用のステンシルマスクにも適用できる。
さらに、本発明の半導体装置製造用マスクは、半導体装置の製造における、露光処理用、不純物のドーピング（例えばイオン注入）処理用のマスクにも適用できる。
【００５７】
図１０は、半導体装置の製造方法の一実施の形態を示す。本例は、上述した図１の本発明の半導体装置製造用マスクを用いて半導体ウェーハ上にレジストマスクを形成するための、露光処理に適用した場合である。
本実施の形態においては、先ず、図１０Ａに示すように、半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハ３１上に、直接或いは図示するように例えばＳｉＯ2 膜等の絶縁膜３２を介して感光性を有しないレジスト層３３、及び例えば膜厚が１００ｎｍ以下の電子線用の感光性レジスト層３４を順次に塗布形成する。このシリコンウェーハ３１を、電子線露光装置内にステンシルマスク、例えば上述の図１に示す本発明のステンシルマスク１１に対向するように配置する。ステンシルマスク１１は、そのメンブレン部１２がシリコンウェーハ３１のレジスト層３４に対して所定の間隔、例えば４０μｍ離れた位置に配置される。この状態で、電子線を照射して感光性レジスト層３４を所望のパターンに電子線露光し、現像処理を行って、図４Ｂに示すように、レジストマスク３４Ａを形成する。
【００５８】
次に、図１０Ｃに示すように、このレジストマスク３４Ａを介して下地の非感光性レジスト層３３をドライエッチングで選択除去し、２層レジスト３３、３４からなるレジストマスク３５を形成する。
本実施の形態にによれば、メンブレン層１２が裏面のメンブレン支持層１５で補強され、微細マスクパターン１３を有するステンシルマスク１１を用いて露光処理するので、半導体ウェーハ３１上に絶縁膜３２を介して微細パターンで且つパターンズレのないレジストマスク３５を形成することができる。以後、このレジストマスク３５を用いて選択エッチング、不純物導入等の処理を行うことができ、より微細な半導体素子を形成することができる。従って、より微細な半導体素子を有し、且つ高集積度のＬＳＩを製造することができる。
【００５９】
ＰＲＥＶＡＩＬ方式の露光装置を用いて同様の露光処理を行うときは、メンブレン部の厚みを１０００ｎｍ以上にし、その他の構成を図１と同様にしたステンシルマスクを用いる。シリコンウェーハ３１上には直接、又はＳｉＯ2 膜等の絶縁膜を介して１層の感光性レジスト層を塗布形成し、ＰＲＥＶＡＩＬ方式の電子線露光装置にこのウェーハを配置する。そして、電子線露光し、現像して、ステンシルマスクのマスクパターンを転写したレジストマスクを形成する。以後の工程は上例と同様である。
【００６０】
図１１は、半導体装置の製造方法の他の実施の形態を示す。本例は、上述した半導体装置製造用マスクを用いて半導体ウェーハに対する不純物ドーピング処理に適用した場合である。
本実施の形態においては、不純物イオン注入装置内に半導体基板、例えばシリコンウェーハ３１と、このウェーハ３１の一面に近接対向するイオン注入用マスク、例えば上述の図１に示すと同様の構成を採るマスク３９を配置し、このマスク３９を介してシリコンウェーハ３１内に不純物イオン３７を注入する。このイオン注入により、シリコンウェーハ３１に不純物ドーピング領域３８を形成する。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、不純物ドーピング工程において、メンブレン部１２が裏面のメンブレン支持層１５で補強され、微細マスクパターン１３を有するマスク３９を用いて、直接シリコンウェーハ３１へ不純物イオン３７を注入するので、微細パターン領域に目的の不純物を精度良くドーピングすることができ、微細な不純物ドーピング領域３８を形成することができる。従って、より微細な半導体素子を有し、且つ高集積度のＬＳＩを製造することができる。
【００６１】
上述の図４で説明した半導体装置製造用マスク４１を用いて、図１０、図１１で説明したと同様の露光処理、或いは不純物ドーピングを行い、半導体装置を製造することができる。この場合も、図１の半導体装置製造用マスク１１を用いたと同様の効果が得られ、より微細な半導体素子を有し、且つ高集積度のＬＳＩを製造することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法によれば、基板の一面上にメンブレン支持層及びメンブレン層を有するマスク素材を用意し、このメンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成するので、メンブレン層をより薄くして超微細なマスクパターンを形成することができる。メンブレン層にマスクパターンを形成した後、メンブレン層をマスクにオーバーエッチングにより前記メンブレン支持層の複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域に対応した部分を選択的除去するので、メンブレン層のたわみ、歪みを低減したマスクを作製することができる。同時に、自己整合的にメンブレン支持層を形成することができる。即ち、メンブレン支持層を形成するためのリソグラフィ工程が不要になる。メンブレン層をマスクに下地のメンブレン支持層を等方エッチングで選択除去するときは、マスクパターンの精度がメンブレン層で実質的なマスクパターン幅が寄生され、高精度のマスクパターンを形成することはできる。
【００６４】
本発明に係る他の半導体装置製造用マスクの作製方法によれば、基板の一面上にエッチングストッパを兼ねる第１メンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を用意し、基板のマスク領域に対応する部分をエッチング除去した後、その除去された領域に臨む第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成して、最終的に第１及び第２メンブレン支持層によりメンブレン支持層を形成するので、マスク補強がより向上し、メンブレン層４２をより薄くして超微細なマスクパターンを形成することができる。２層構造のメンブレン支持層により、メンブレン層４２を均一に支えることができ、応力集中が緩和し、たわみ、歪みのない信頼性の高いステンシルマスクを作製することができる。
第１及び第２メンブレン支持層のパターニングを裏面からのエッチングで行うので、選択エッチングの制御が容易になり、精度良くメンブレン支持層を形成することができる。また、ＳＯＩ基板を利用することができるので、エッチング制御が容易になることと相俟って、この種の半導体装置製造用マスクの作製を精度良く、且つ容易に作製することができる。
【００６６】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上述の半導体装置製造用マスクを用いてウェーハに対して不純物のドーピング処理を行うので、微細パターン領域に目的の不純物を精度良くドーピングすることができる。従って、より素子が微細化され、高集積度化されたＬＳＩ（大規模集積回路）を製造することができる。
【００６７】
本発明では、マスクパターン領域ごとにメンブレン支持層を形成させることによって、レジストパターンのショットつなぎをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置製造用マスクの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の半導体装置製造用マスクの要部の拡大平面図である。
【図３】Ａ〜Ｄ 本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図４】本発明に係る半導体装置製造用マスクの他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】図４の半導体装置製造用マスクの要部の拡大平面図である。
【図６】Ａ〜Ｃ 本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法の他の実施の形態を示す工程図（その１）である。
【図７】Ｄ〜Ｆ 本発明に係る半導体装置製造用マスクの作製方法の他の実施の形態を示す工程図（その２）である。
【図８】Ａ〜Ｃ 露光パターンを得るときの図形処理の説明に供する工程図（その１）である。
【図９】Ｄ〜Ｆ 露光パターンを得るときの図形処理の説明に供する工程図（その２）である。
【図１０】Ａ〜Ｃ 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施の形態（露光処理工程に適用）を示す工程図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の製造方法の他の実施の形態（不純物ドーピング処理に適用）を示す工程図である。
【図１２】Ａ〜Ｄ 従来の電子線転写型リソグラフィのＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクの作製方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１１，４１・・・ステンシルマスク、１２，４２・・・メンブレン層、１３，４３・・・マスクパターン（透孔）、１４，４４・・・マスクパターン領域、１５，４５・・・メンブレン支持層、１６・・・マスク領域、１７，４７・・・基板、１８，５４・・・マスク素材、２０・・・レジスト層、２１・・・開口パターン、２２・・・非マスクパターン領域、３１・・・半導体ウェーハ、３２・・・絶縁膜、３３・・・感光性のないレジスト層、３４・・・感光性レジスト層、３５・・・レジストマスク、３６・・・電子線、３７・・・不純物イオン、３８・・・不純物ドーピングマスク、３９・・・マスク、４８・・・第１メンブレン支持層、４９・・・第２メンブレン支持層
Claims (4)
- 基板の一面上にメンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を設ける工程と、
前記メンブレン層にマスクパターンとなる透孔を形成する工程と、
前記メンブレン層をマスクにして、オーバーエッチングにより前記メンブレン支持層の複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域に対応した部分を選択的に除去する工程と、
前記基板の複数の前記マスクパターン領域が集合されたマスク領域に対応する部分をエッチング除去する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置製造用マスクの作製方法。 - 前記メンブレン支持層を等方性エッチングで選択除去する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置製造用マスクの作製方法。 - 基板の一面上にエッチングストッパを兼ねる第１メンブレン支持層及びマスクとなるメンブレン層を有するマスク素材を設ける工程と、
前記基板の複数のマスクパターン領域が集合するマスク領域に対応する部分をエッチング除去する工程と、
前記基板が除去された領域に臨む前記第１メンブレン支持層の面に第２メンブレン支持層を被着形成する工程と、
前記メンブレン層に前記マスクパターンとなる透孔を形成する工程と、
前記第２メンブレン支持層及び第１メンブレン支持層を、前記マスク領域内のマスクパターン以外、又は複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域以外の部分を残すように、前記基板側から選択的にエッチング除去する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置製造用マスクの作製方法。 - 複数のマスクパターンが集まったマスクパターン領域を複数集合してマスク領域が形成され、前記マスク領域内において、マスクを構成するメンブレン層の前記マスクパターン領域以外の部分にメンブレン支持層が形成されてなる半導体装置製造用マスクを用いて、
ウェーハに対して不純物のドーピング処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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