JP3717348B2 - ステンシルマスク製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造時にシリコンウェーハに施されるリソグラフィー工程において用いられるステンシル（stencil）マスクの製造方法に関し、特に、Ｅ−ビーム（電子ビーム）リソグラフィー工程に使用可能な、半導体素子のステンシルマスク製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セル投射形マスクとして用いられるＳＯＩ（silicon on insulator）ウェーハを用いた素子は、半導体基板上に絶縁役割を行うシリコン酸化膜を形成し、その上にシリコン層を形成するようになっている。
【０００３】
このような観点で、従来技術に係るステンシルマスク製造方法を、図１〜図８を参照して説明すれば次の通りである。
【０００４】
図１〜図７は、従来技術に係る半導体素子のセル投射形マスク製造方法を示す一連の図であり、各図はそれぞれ半導体素子の要部断面図である。
【０００５】
これら図１〜図７に示すように、従来の半導体素子のセル投射形マスク製造方法においては、先ず、図１に示すようにステンシルマスクを形成するため半導体基板１０に埋没酸化膜１２と上部シリコン層１４を備えるＳＯＩ基板が形成される。
【０００６】
次いて、図２に示すように、ＳＯＩ基板上部に所定の厚さの第１感光膜パターン１６が形成される。ここで、図３に示すように、第１感光膜パターン１６をマスクとして上部シリコン層１４がパターニングされ、シリコン層パターン１４ａが形成された後、第１感光膜パターン１６が除去される。
【０００７】
そして、図４に示すように、半導体基板１０の背面に、マスク基板をなすウェーハ表面に亘って第１シリコン酸化膜１８が形成され、さらに、全体構造の上面および背面に、シリコン酸化膜２０ａ，２０ｂ及び第２シリコン酸化膜２２ａ，２２ｂが順次形成される。
【０００８】
そして、図５に示すように、それぞれのダイ（die）ごとに、半導体基板１０の背面に形成されたシリコン酸化膜２２ｂの表面に所定の感光膜パターン２４が形成される。
【０００９】
ここで形成された感光膜パターン２４を利用して、図６に示すように、第２シリコン酸化膜２２ｂをパターニングすることによって第２シリコン酸化膜パターン２２ｃが形成された後、この第２シリコン酸化膜パターン２２ｃをマスクとして、シリコン酸化膜２０ｂがパターニングされて、シリコン酸化膜パターン２０ｃが形成される。
【００１０】
その後、図７に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜パターン２０ｃをマスクとして、第１シリコン酸化膜１８がパターニングされ、第１シリコン酸化膜パターン１８ａが形成される。
そして、図７に示すように、パターニングされた第１シリコン酸化膜パターン１８ａをマスクとして、マスク基板１０の背面を埋没酸化膜１２が露出するまで斜めにエッチングが行われ、マスクが完成する。
【００１１】
このように、従来のステンシルマスク製造方法においては、マスク基板１０の背面にはエッチングマスクとしてシリコン酸化膜２０ｂがウェーハ全面に亘って形成される。しかし、シリコン酸化膜は一般的に知られているように、厚さと表面積等の外部条件に従いストレスに敏感な特性を有する。
特に、ストレスの方向に従いシリコン窒化膜（シリコン酸化膜２０ａ，２０ｂ及びシリコン酸化膜パターン２０ｃ）にクラック（crack）が生じ、背面のシリコン基板１０のエッチング時にウェーハ全面に亘って欠陥が発生する恐れがある。
【００１２】
しかも、図７で見られるように、シリコン酸化膜パターン２０ｃが第１シリコン酸化膜１８と第２シリコン酸化膜２２ｂとの間にある場合は、シリコン酸化膜パターン２０ｃが下部の第２シリコン酸化膜２２ｂによってストレスを受けるとともに、その他の工程上、熱膨張係数差によりストレスを受けてクラックが発生する。このとき、このようなクラックには湿式液が滲み込み、後続のエッチング工程でウェーハ全般に亘って欠陥を誘発する恐れがある。
【００１３】
一方、図８は、従来のこのような構造のマスク背面において、シリコン酸化膜パターン２０ｃを形成した後、これをマスクとして第１シリコン酸化膜１８をエッチングした場合の表面状態を示すＳＥＭ写真である。この図８に見られるように、パターニングされたシリコン酸化膜パターン２０ｃにクラックが形成されていることがわかる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来技術に係る半導体素子の製造方法においては次のような問題点があった。即ち、従来技術に係るステンシルマスク製造方法においては、シリコン窒化膜が第１、第２シリコン酸化膜の間にある場合、シリコン窒化膜が下部の第２シリコン酸化膜によりストレスを受けるとともに、その他の工程上熱膨張係数差によりストレスを受けクラックが発生するという問題があった。
そして、このようなクラックには湿式液が滲み込み、後続のエッチング工程でウェーハ全面に亘って欠陥を誘発させる恐れがあるという問題点があった。
【００１５】
ここに本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、シリコン窒化膜のストレス発生を抑制するためのステンシルマスク製造方法を提供することをその目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載のステンシル（stencil）マスク製造方法は、
マスク基板を提供する段階と、
前記マスク基板全体に亘りシリコン窒化膜を形成する段階と、
前記シリコン窒化膜をパターニングし、少なくとも二つ以上の部分に分割して第１シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
前記各々の第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして所定の第２シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
前記第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして前記マスク基板をパターニングする段階と、
を含んでなることを特徴としている。
【００１７】
この請求項１記載の発明によれば、マスク基板を提供し、マスク基板全体に亘りシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜をパターニングして少なくとも二つ以上の部分に分割した第１シリコン窒化膜パターンを形成し、各々の第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして所定の第２シリコン窒化膜パターンを形成し、この第２シリコン窒化膜パターンをマスクとしてマスク基板をパターニングする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のステンシルマスク製造方法において、製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム（電子ビーム）、Ｘ−レイ（Ｘ線）又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）のいずれかを光源とするリソグラフィ工程に用いられるステンシルマスクであること、を特徴としている。
【００１９】
この請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のステンシルマスク製造方法によって製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム、Ｘ−レイ又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）を光源とするリソグラフィ工程に用いられるものである。
【００２０】
請求項３記載の発明のステンシルマスク製造方法は、
（ａ）マスク基板の背面全般に第１シリコン酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記第１シリコン酸化膜の表面全般にシリコン窒化膜を形成する段階と、
（ｃ）前記シリコン窒化膜をパターニングし、少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記第１シリコン窒化膜パターンをパターニングし、少なくとも二つ以上の小区域に分割された第２シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
（ｅ）前記第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして、前記第１シリコン酸化膜をパターニングする段階と、
（ｆ）前記パターニングされた第１シリコン酸化膜をマスクとして、前記マスク基板をパターニングする段階と、
を含んでなることを特徴としている。
【００２１】
この請求項３記載の発明によれば、（ａ）マスク基板の背面全般に第１シリコン酸化膜を形成し、（ｂ）第１シリコン酸化膜の表面全般にシリコン窒化膜を形成し、（ｃ）シリコン窒化膜をパターニングして少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成し、（ｄ）第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして少なくとも二つ以上の小区域に分割された第２シリコン窒化膜パターンを形成し、（ｅ）第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして第１シリコン酸化膜をパターニングし、（ｆ）パターニングされた第１シリコン酸化膜をマスクとしてマスク基板をパターニングする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、
前記（ｂ）段階後、前記シリコン窒化膜の表面に第２シリコン酸化膜を形成する段階と、前記第２シリコン酸化膜をパターニングし、前記第２シリコン酸化膜を少なくとも二つ以上の小区域に分割する段階と、をさらに含み、
前記（ｃ）段階では、分割された前記第２シリコン酸化膜パターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をパターニングし、前記シリコン窒化膜が少なくとも二つ以上の小区域に分割された前記第１シリコン窒化膜パターンを形成すること、
を特徴としている。
【００２３】
この請求項４記載の発明によれば、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、（ｂ）段階後、シリコン窒化膜の表面に第２シリコン酸化膜を形成し、第２シリコン酸化膜をパターニングして第２シリコン酸化膜を少なくとも二つ以上の小区域に分割し、（ｃ）段階では、分割された第２シリコン酸化膜パターンをマスクとしてシリコン窒化膜をパターニングし、シリコン窒化膜が少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成する。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、
前記（ｃ）段階と前記（ｄ）段階との間に、前記第１シリコン窒化膜パターンを覆う第３シリコン酸化膜を形成する段階と、前記第３シリコン酸化膜を所定の形状にエッチングする段階と、をさらに含み、
前記（ｄ）段階では、パターニングされた前記第３シリコン酸化膜をマスクとして、前記各第１シリコン窒化膜パターンを所定の形状にパターニングして前記第２シリコン窒化膜パターンを形成すること、
を特徴としている。
【００２５】
この請求項５記載の発明によれば、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、（ｃ）段階と（ｄ）段階との間に、第１シリコン窒化膜パターンを覆う第３シリコン酸化膜を形成し、第３シリコン酸化膜を所定の形状にエッチングし、（ｄ）段階では、パターニングされた第３シリコン酸化膜をマスクとして各第１シリコン窒化膜パターンを所定の形状にパターニングして第２シリコン窒化膜パターンを形成する。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、
製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム（電子ビーム）、Ｘ−レイ（Ｘ線）又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）のいずれかを光源とするリソグラフィ工程に用いられるステンシルマスクであること、を特徴としている。
【００２７】
この請求項６記載の発明によれば、請求項３記載のステンシルマスク製造方法によって製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム、Ｘ−レイ又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）を光源とするリソグラフィ工程に用いられるものである。
【００２８】
従って、本発明に係るステンシルマスク製造方法では、ステンシルマスク基板全体に亘ってシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜をパターニングして二つ以上の部分に分割し、窒化膜に所定のパターンを形成する。即ち、本発明のステンシルマスク製造方法によれば、マスク基板背面に形成されたシリコン窒化膜に、ストレスに強い構造のパターンを形成することによりシリコン窒化膜が受けるストレスを分散させる。
【００２９】
さらに、マスク基板に用いられるウェーハ全面に亘って窒化膜を形成した後これをエッチングするのではなく、エッチング前段階で窒化膜を所定部分に分割する１次パターンを形成する。
【００３０】
次いで、この窒化膜に所定の第２次パターンを形成してこれをマスクとして、上部のシリコン酸化膜をエッチングする構造となっている。
【００３１】
このような形のステンシルマスクは、イオンビーム、Ｘ−レイ（Ｘ線）、ＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）等の全ての各種露光装置のリソグラフィー工程に適用可能であり、特にＥ−ビームリソグラフィー工程には好適である。
【００３２】
上記のように、シリコン窒化膜のストレス方向は厚さに従い敏感であるが、ストレスが発生する程度は表面積に依存する傾向を帯びる。
本発明によれば、このような現象を利用してウェーハ全面に亘って形成されたシリコン窒化膜を多数個の小領域に分割し、面積をパターニングされるシリコン窒化膜の面積を縮小することによりストレスを緩和することができる。
【００３３】
即ち、シリコン窒化膜を小領域に分割して障壁（barrier）を形成する場合に、ウェーハの上面全体に形成されたシリコン窒化膜よりストレスが作用する領域が小さくなる。したがって、これによりシリコン窒化膜が受けるストレスは相対的に少量になり、より安定的な湿式エッチング障壁として作用することになる。よって、本発明はシリコン基板の背面のエッチング工程を安定化させることによりスループット（throughput）を向上させることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るステンシルマスク製造方法を、図９〜図１５を参照して、より具体的に説明する。
【００３５】
図９は、本発明に係るステンシルマスク製造方法において窒化膜の１次パターンの一例を示した要部平面図である。
図９に示すように、第１シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を多数の小領域に分けて第１シリコン窒化膜パターンを形成した後、これに２次パターンを形成してマスクとして利用すれば、ウェーハ全面に亘って形成された窒化膜に比べストレスが作用する領域が小さくなるため、相対的に少量のストレスを受けることになり安定的な湿式エッチングマスクとして利用することができる。なお、第１シリコン酸化膜は例えば第１シリコン酸化膜１０２であり、第１シリコン窒化膜パターンは、例えば第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃである。
【００３６】
図１０〜図１５は、本発明に係るステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示した要部断面図である。
本発明に係るステンシルマスク製造方法では、図１０に示すように所定の上部構造を有するマスク基板１００の下部全面に第１シリコン酸化膜１０２を形成し、全体構造の上面および背面に、シリコン窒化膜１０４ａ，１０４ｂ、及び、第２シリコン酸化膜１０６ａ，１０６ｂを順次形成する。
【００３７】
このとき、マスク基板１００上部には埋没酸化膜１２と上部シリコン層パターン１４が形成されている。
ここで、基板１００の背面に形成された第２シリコン酸化膜１０６ｂ表面に、所定の感光膜パターン（図示略）を形成し、これをマスクとして、第２シリコン酸化膜１０６ｂをエッチングし、第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃを形成する。さらに、第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃをマスクとして、シリコン窒化膜１０４ｂをパターニングして第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃを形成する。
【００３８】
このとき、形成された第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃ及び第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃは、それぞれウェーハ上の全体に亘って形成された第２シリコン酸化膜１０６ｂおよびシリコン窒化膜１０４ｂを多数個に分離する形、即ち図９の要部平面図に見られるような形でパターニングされる。さらに、図１１はこのような形に分離されたダイ（die）中の一つの断面を特に示したものである。
【００３９】
続いて、図１２に示すように、全体構造の上・下部にシリコン酸化膜を再び蒸着して第３シリコン酸化膜１０８ａ，１０８ｂを形成する。
このとき、第３シリコン酸化膜１０８ａ，１０８ｂは、上・下部の第２シリコン酸化膜１０６ａ及び第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃと、それぞれ一体となる。
【００４０】
さらに、図１３に示すように、前述の上部・下部の第３シリコン酸化膜１０８ａ，１０８ｂ表面に、所定の形状に感光膜１１０ａ，１１０ｂを形成する。続いて、図１４に示すように、感光膜１１０ａ，１１０ｂをマスクとして、第３シリコン酸化膜１０８ｂをパターニングして第３シリコン酸化膜パターン１０８ｃを形成する。
【００４１】
次に、パターニングされた第３シリコン酸化膜パターン１０８ｃをマスクとして、第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃを所定の望む形状に再びパターニングして第２シリコン窒化膜パターン１０４ｄを形成する。
【００４２】
その次に、図面には示されていないが、第３シリコン酸化膜パターン１０８ｃを除去して、第２シリコン窒化膜パターン１０４ｄをマスクとして、第１シリコン酸化膜１０２をパターニングして第１シリコン酸化膜パターン１０２ａを形成する。
【００４３】
次いで、図１５に示すように、このように形成された第１シリコン酸化膜パターン１０２ａをマスクとしてマスク基板１００をエッチングし、第２シリコン窒化膜パターン１０４ｄをマスクとして、第３シリコン酸化膜１０８ａ及び第１シリコン酸化膜パターン１０２ａをパターニングし、マスクとして完成する。
【００４４】
このように、本発明に係るステンシルマスク製造方法においては、シリコン窒化膜が受けるストレスを相対的に少量とすることにより、より安定的な湿式エッチング障壁として作用するので、シリコン基板の背面のエッチング工程を安定化させることによってスループット（throughput）を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るステンシルマスク製造方法においては次のような効果がある。本発明においては、シリコン窒化膜のストレス方向は厚さに従い敏感であるが、ストレスが発生する程度は表面積に依存する傾向を帯びるこのような現象を利用してウェーハ全面に亘って形成されたシリコン窒化膜を多数個の小領域に分割し、面積をパターニングされるシリコン窒化膜の面積を縮小することによりストレスを緩和することができる。即ち、シリコン窒化膜を小領域に分割して障壁（barrier）を形成する場合に、ウェーハの上面に形成されたシリコン窒化膜よりストレスが作用する領域が小さくなる。したがって、これによりシリコン窒化膜が受けるストレスが相対的に少量となり、より安定的な湿式エッチング障壁として作用することになる。よって、本発明はシリコン基板の背面のエッチング工程を安定化させることによりスループット（throughput）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図２】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図３】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図４】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図５】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図６】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図７】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図８】図１に示すマスク背面において、シリコン窒化膜パターンをマスクとして、その下部のシリコン酸化膜をエッチングした場合の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図９】本発明に係るステンシルマスク製造方法を説明するための窒化膜の分割領域を示す要部平面図である。
【図１０】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１１】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１２】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１３】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１４】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１５】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１２ 埋没酸化膜
１４ 上部シリコン層
１４ａ シリコン層パターン
１００ マスク基板
１０２ 第１シリコン酸化膜
１０２ａ 第１シリコン酸化膜パターン
１０４ａ，１０４ｂ シリコン窒化膜
１０４ｃ 第１シリコン窒化膜パターン
１０４ｄ 第２シリコン窒化膜パターン
１０６ａ，１０６ｂ 第２シリコン酸化膜
１０６ｃ 第２シリコン酸化膜パターン
１０８ａ，１０８ｂ 第３シリコン酸化膜
１０８ｃ 第３シリコン酸化膜パターン
１１０ａ，１１０ｂ 感光膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造時にシリコンウェーハに施されるリソグラフィー工程において用いられるステンシル（stencil）マスクの製造方法に関し、特に、Ｅ−ビーム（電子ビーム）リソグラフィー工程に使用可能な、半導体素子のステンシルマスク製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セル投射形マスクとして用いられるＳＯＩ（silicon on insulator）ウェーハを用いた素子は、半導体基板上に絶縁役割を行うシリコン酸化膜を形成し、その上にシリコン層を形成するようになっている。
【０００３】
このような観点で、従来技術に係るステンシルマスク製造方法を、図１〜図８を参照して説明すれば次の通りである。
【０００４】
図１〜図７は、従来技術に係る半導体素子のセル投射形マスク製造方法を示す一連の図であり、各図はそれぞれ半導体素子の要部断面図である。
【０００５】
これら図１〜図７に示すように、従来の半導体素子のセル投射形マスク製造方法においては、先ず、図１に示すようにステンシルマスクを形成するため半導体基板１０に埋没酸化膜１２と上部シリコン層１４を備えるＳＯＩ基板が形成される。
【０００６】
次いて、図２に示すように、ＳＯＩ基板上部に所定の厚さの第１感光膜パターン１６が形成される。ここで、図３に示すように、第１感光膜パターン１６をマスクとして上部シリコン層１４がパターニングされ、シリコン層パターン１４ａが形成された後、第１感光膜パターン１６が除去される。
【０００７】
そして、図４に示すように、半導体基板１０の背面に、マスク基板をなすウェーハ表面に亘って第１シリコン酸化膜１８が形成され、さらに、全体構造の上面および背面に、シリコン酸化膜２０ａ，２０ｂ及び第２シリコン酸化膜２２ａ，２２ｂが順次形成される。
【０００８】
そして、図５に示すように、それぞれのダイ（die）ごとに、半導体基板１０の背面に形成されたシリコン酸化膜２２ｂの表面に所定の感光膜パターン２４が形成される。
【０００９】
ここで形成された感光膜パターン２４を利用して、図６に示すように、第２シリコン酸化膜２２ｂをパターニングすることによって第２シリコン酸化膜パターン２２ｃが形成された後、この第２シリコン酸化膜パターン２２ｃをマスクとして、シリコン酸化膜２０ｂがパターニングされて、シリコン酸化膜パターン２０ｃが形成される。
【００１０】
その後、図７に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜パターン２０ｃをマスクとして、第１シリコン酸化膜１８がパターニングされ、第１シリコン酸化膜パターン１８ａが形成される。
そして、図７に示すように、パターニングされた第１シリコン酸化膜パターン１８ａをマスクとして、マスク基板１０の背面を埋没酸化膜１２が露出するまで斜めにエッチングが行われ、マスクが完成する。
【００１１】
このように、従来のステンシルマスク製造方法においては、マスク基板１０の背面にはエッチングマスクとしてシリコン酸化膜２０ｂがウェーハ全面に亘って形成される。しかし、シリコン酸化膜は一般的に知られているように、厚さと表面積等の外部条件に従いストレスに敏感な特性を有する。
特に、ストレスの方向に従いシリコン窒化膜（シリコン酸化膜２０ａ，２０ｂ及びシリコン酸化膜パターン２０ｃ）にクラック（crack）が生じ、背面のシリコン基板１０のエッチング時にウェーハ全面に亘って欠陥が発生する恐れがある。
【００１２】
しかも、図７で見られるように、シリコン酸化膜パターン２０ｃが第１シリコン酸化膜１８と第２シリコン酸化膜２２ｂとの間にある場合は、シリコン酸化膜パターン２０ｃが下部の第２シリコン酸化膜２２ｂによってストレスを受けるとともに、その他の工程上、熱膨張係数差によりストレスを受けてクラックが発生する。このとき、このようなクラックには湿式液が滲み込み、後続のエッチング工程でウェーハ全般に亘って欠陥を誘発する恐れがある。
【００１３】
一方、図８は、従来のこのような構造のマスク背面において、シリコン酸化膜パターン２０ｃを形成した後、これをマスクとして第１シリコン酸化膜１８をエッチングした場合の表面状態を示すＳＥＭ写真である。この図８に見られるように、パターニングされたシリコン酸化膜パターン２０ｃにクラックが形成されていることがわかる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来技術に係る半導体素子の製造方法においては次のような問題点があった。即ち、従来技術に係るステンシルマスク製造方法においては、シリコン窒化膜が第１、第２シリコン酸化膜の間にある場合、シリコン窒化膜が下部の第２シリコン酸化膜によりストレスを受けるとともに、その他の工程上熱膨張係数差によりストレスを受けクラックが発生するという問題があった。
そして、このようなクラックには湿式液が滲み込み、後続のエッチング工程でウェーハ全面に亘って欠陥を誘発させる恐れがあるという問題点があった。
【００１５】
ここに本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、シリコン窒化膜のストレス発生を抑制するためのステンシルマスク製造方法を提供することをその目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載のステンシル（stencil）マスク製造方法は、
マスク基板を提供する段階と、
前記マスク基板全体に亘りシリコン窒化膜を形成する段階と、
前記シリコン窒化膜をパターニングし、少なくとも二つ以上の部分に分割して第１シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
前記各々の第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして所定の第２シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
前記第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして前記マスク基板をパターニングする段階と、
を含んでなることを特徴としている。
【００１７】
この請求項１記載の発明によれば、マスク基板を提供し、マスク基板全体に亘りシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜をパターニングして少なくとも二つ以上の部分に分割した第１シリコン窒化膜パターンを形成し、各々の第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして所定の第２シリコン窒化膜パターンを形成し、この第２シリコン窒化膜パターンをマスクとしてマスク基板をパターニングする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のステンシルマスク製造方法において、製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム（電子ビーム）、Ｘ−レイ（Ｘ線）又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）のいずれかを光源とするリソグラフィ工程に用いられるステンシルマスクであること、を特徴としている。
【００１９】
この請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のステンシルマスク製造方法によって製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム、Ｘ−レイ又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）を光源とするリソグラフィ工程に用いられるものである。
【００２０】
請求項３記載の発明のステンシルマスク製造方法は、
（ａ）マスク基板の背面全般に第１シリコン酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記第１シリコン酸化膜の表面全般にシリコン窒化膜を形成する段階と、
（ｃ）前記シリコン窒化膜をパターニングし、少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記第１シリコン窒化膜パターンをパターニングし、少なくとも二つ以上の小区域に分割された第２シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
（ｅ）前記第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして、前記第１シリコン酸化膜をパターニングする段階と、
（ｆ）前記パターニングされた第１シリコン酸化膜をマスクとして、前記マスク基板をパターニングする段階と、
を含んでなることを特徴としている。
【００２１】
この請求項３記載の発明によれば、（ａ）マスク基板の背面全般に第１シリコン酸化膜を形成し、（ｂ）第１シリコン酸化膜の表面全般にシリコン窒化膜を形成し、（ｃ）シリコン窒化膜をパターニングして少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成し、（ｄ）第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして少なくとも二つ以上の小区域に分割された第２シリコン窒化膜パターンを形成し、（ｅ）第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして第１シリコン酸化膜をパターニングし、（ｆ）パターニングされた第１シリコン酸化膜をマスクとしてマスク基板をパターニングする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、
前記（ｂ）段階後、前記シリコン窒化膜の表面に第２シリコン酸化膜を形成する段階と、前記第２シリコン酸化膜をパターニングし、前記第２シリコン酸化膜を少なくとも二つ以上の小区域に分割する段階と、をさらに含み、
前記（ｃ）段階では、分割された前記第２シリコン酸化膜パターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をパターニングし、前記シリコン窒化膜が少なくとも二つ以上の小区域に分割された前記第１シリコン窒化膜パターンを形成すること、
を特徴としている。
【００２３】
この請求項４記載の発明によれば、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、（ｂ）段階後、シリコン窒化膜の表面に第２シリコン酸化膜を形成し、第２シリコン酸化膜をパターニングして第２シリコン酸化膜を少なくとも二つ以上の小区域に分割し、（ｃ）段階では、分割された第２シリコン酸化膜パターンをマスクとしてシリコン窒化膜をパターニングし、シリコン窒化膜が少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成する。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、
前記（ｃ）段階と前記（ｄ）段階との間に、前記第１シリコン窒化膜パターンを覆う第３シリコン酸化膜を形成する段階と、前記第３シリコン酸化膜を所定の形状にエッチングする段階と、をさらに含み、
前記（ｄ）段階では、パターニングされた前記第３シリコン酸化膜をマスクとして、前記各第１シリコン窒化膜パターンを所定の形状にパターニングして前記第２シリコン窒化膜パターンを形成すること、
を特徴としている。
【００２５】
この請求項５記載の発明によれば、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、（ｃ）段階と（ｄ）段階との間に、第１シリコン窒化膜パターンを覆う第３シリコン酸化膜を形成し、第３シリコン酸化膜を所定の形状にエッチングし、（ｄ）段階では、パターニングされた第３シリコン酸化膜をマスクとして各第１シリコン窒化膜パターンを所定の形状にパターニングして第２シリコン窒化膜パターンを形成する。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項３記載のステンシルマスク製造方法において、
製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム（電子ビーム）、Ｘ−レイ（Ｘ線）又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）のいずれかを光源とするリソグラフィ工程に用いられるステンシルマスクであること、を特徴としている。
【００２７】
この請求項６記載の発明によれば、請求項３記載のステンシルマスク製造方法によって製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム、Ｘ−レイ又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）を光源とするリソグラフィ工程に用いられるものである。
【００２８】
従って、本発明に係るステンシルマスク製造方法では、ステンシルマスク基板全体に亘ってシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜をパターニングして二つ以上の部分に分割し、窒化膜に所定のパターンを形成する。即ち、本発明のステンシルマスク製造方法によれば、マスク基板背面に形成されたシリコン窒化膜に、ストレスに強い構造のパターンを形成することによりシリコン窒化膜が受けるストレスを分散させる。
【００２９】
さらに、マスク基板に用いられるウェーハ全面に亘って窒化膜を形成した後これをエッチングするのではなく、エッチング前段階で窒化膜を所定部分に分割する１次パターンを形成する。
【００３０】
次いで、この窒化膜に所定の第２次パターンを形成してこれをマスクとして、上部のシリコン酸化膜をエッチングする構造となっている。
【００３１】
このような形のステンシルマスクは、イオンビーム、Ｘ−レイ（Ｘ線）、ＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）等の全ての各種露光装置のリソグラフィー工程に適用可能であり、特にＥ−ビームリソグラフィー工程には好適である。
【００３２】
上記のように、シリコン窒化膜のストレス方向は厚さに従い敏感であるが、ストレスが発生する程度は表面積に依存する傾向を帯びる。
本発明によれば、このような現象を利用してウェーハ全面に亘って形成されたシリコン窒化膜を多数個の小領域に分割し、面積をパターニングされるシリコン窒化膜の面積を縮小することによりストレスを緩和することができる。
【００３３】
即ち、シリコン窒化膜を小領域に分割して障壁（barrier）を形成する場合に、ウェーハの上面全体に形成されたシリコン窒化膜よりストレスが作用する領域が小さくなる。したがって、これによりシリコン窒化膜が受けるストレスは相対的に少量になり、より安定的な湿式エッチング障壁として作用することになる。よって、本発明はシリコン基板の背面のエッチング工程を安定化させることによりスループット（throughput）を向上させることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るステンシルマスク製造方法を、図９〜図１５を参照して、より具体的に説明する。
【００３５】
図９は、本発明に係るステンシルマスク製造方法において窒化膜の１次パターンの一例を示した要部平面図である。
図９に示すように、第１シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を多数の小領域に分けて第１シリコン窒化膜パターンを形成した後、これに２次パターンを形成してマスクとして利用すれば、ウェーハ全面に亘って形成された窒化膜に比べストレスが作用する領域が小さくなるため、相対的に少量のストレスを受けることになり安定的な湿式エッチングマスクとして利用することができる。なお、第１シリコン酸化膜は例えば第１シリコン酸化膜１０２であり、第１シリコン窒化膜パターンは、例えば第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃである。
【００３６】
図１０〜図１５は、本発明に係るステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示した要部断面図である。
本発明に係るステンシルマスク製造方法では、図１０に示すように所定の上部構造を有するマスク基板１００の下部全面に第１シリコン酸化膜１０２を形成し、全体構造の上面および背面に、シリコン窒化膜１０４ａ，１０４ｂ、及び、第２シリコン酸化膜１０６ａ，１０６ｂを順次形成する。
【００３７】
このとき、マスク基板１００上部には埋没酸化膜１２と上部シリコン層パターン１４が形成されている。
ここで、基板１００の背面に形成された第２シリコン酸化膜１０６ｂ表面に、所定の感光膜パターン（図示略）を形成し、これをマスクとして、第２シリコン酸化膜１０６ｂをエッチングし、第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃを形成する。さらに、第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃをマスクとして、シリコン窒化膜１０４ｂをパターニングして第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃを形成する。
【００３８】
このとき、形成された第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃ及び第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃは、それぞれウェーハ上の全体に亘って形成された第２シリコン酸化膜１０６ｂおよびシリコン窒化膜１０４ｂを多数個に分離する形、即ち図９の要部平面図に見られるような形でパターニングされる。さらに、図１１はこのような形に分離されたダイ（die）中の一つの断面を特に示したものである。
【００３９】
続いて、図１２に示すように、全体構造の上・下部にシリコン酸化膜を再び蒸着して第３シリコン酸化膜１０８ａ，１０８ｂを形成する。
このとき、第３シリコン酸化膜１０８ａ，１０８ｂは、上・下部の第２シリコン酸化膜１０６ａ及び第２シリコン酸化膜パターン１０６ｃと、それぞれ一体となる。
【００４０】
さらに、図１３に示すように、前述の上部・下部の第３シリコン酸化膜１０８ａ，１０８ｂ表面に、所定の形状に感光膜１１０ａ，１１０ｂを形成する。続いて、図１４に示すように、感光膜１１０ａ，１１０ｂをマスクとして、第３シリコン酸化膜１０８ｂをパターニングして第３シリコン酸化膜パターン１０８ｃを形成する。
【００４１】
次に、パターニングされた第３シリコン酸化膜パターン１０８ｃをマスクとして、第１シリコン窒化膜パターン１０４ｃを所定の望む形状に再びパターニングして第２シリコン窒化膜パターン１０４ｄを形成する。
【００４２】
その次に、図面には示されていないが、第３シリコン酸化膜パターン１０８ｃを除去して、第２シリコン窒化膜パターン１０４ｄをマスクとして、第１シリコン酸化膜１０２をパターニングして第１シリコン酸化膜パターン１０２ａを形成する。
【００４３】
次いで、図１５に示すように、このように形成された第１シリコン酸化膜パターン１０２ａをマスクとしてマスク基板１００をエッチングし、第２シリコン窒化膜パターン１０４ｄをマスクとして、第３シリコン酸化膜１０８ａ及び第１シリコン酸化膜パターン１０２ａをパターニングし、マスクとして完成する。
【００４４】
このように、本発明に係るステンシルマスク製造方法においては、シリコン窒化膜が受けるストレスを相対的に少量とすることにより、より安定的な湿式エッチング障壁として作用するので、シリコン基板の背面のエッチング工程を安定化させることによってスループット（throughput）を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るステンシルマスク製造方法においては次のような効果がある。本発明においては、シリコン窒化膜のストレス方向は厚さに従い敏感であるが、ストレスが発生する程度は表面積に依存する傾向を帯びるこのような現象を利用してウェーハ全面に亘って形成されたシリコン窒化膜を多数個の小領域に分割し、面積をパターニングされるシリコン窒化膜の面積を縮小することによりストレスを緩和することができる。即ち、シリコン窒化膜を小領域に分割して障壁（barrier）を形成する場合に、ウェーハの上面に形成されたシリコン窒化膜よりストレスが作用する領域が小さくなる。したがって、これによりシリコン窒化膜が受けるストレスが相対的に少量となり、より安定的な湿式エッチング障壁として作用することになる。よって、本発明はシリコン基板の背面のエッチング工程を安定化させることによりスループット（throughput）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図２】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図３】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図４】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図５】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図６】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図７】従来のセル投射形マスク製造方法を説明するための要部断面図である。
【図８】図１に示すマスク背面において、シリコン窒化膜パターンをマスクとして、その下部のシリコン酸化膜をエッチングした場合の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図９】本発明に係るステンシルマスク製造方法を説明するための窒化膜の分割領域を示す要部平面図である。
【図１０】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１１】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１２】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１３】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１４】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【図１５】本発明に係るステンシルマスク製造方法においてステンシルマスクの背面構造を形成するための方法を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１２ 埋没酸化膜
１４ 上部シリコン層
１４ａ シリコン層パターン
１００ マスク基板
１０２ 第１シリコン酸化膜
１０２ａ 第１シリコン酸化膜パターン
１０４ａ，１０４ｂ シリコン窒化膜
１０４ｃ 第１シリコン窒化膜パターン
１０４ｄ 第２シリコン窒化膜パターン
１０６ａ，１０６ｂ 第２シリコン酸化膜
１０６ｃ 第２シリコン酸化膜パターン
１０８ａ，１０８ｂ 第３シリコン酸化膜
１０８ｃ 第３シリコン酸化膜パターン
１１０ａ，１１０ｂ 感光膜
Claims (6)
- マスク基板を提供する段階と、
前記マスク基板全体に亘りシリコン窒化膜を形成する段階と、
前記シリコン窒化膜をパターニングし、少なくとも二つ以上の部分に分割して第１シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
前記各々の第１シリコン窒化膜パターンをパターニングして所定の第２シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
前記第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして前記マスク基板をパターニングする段階と、
を含んでなることを特徴とするステンシルマスク製造方法。 - 製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム、Ｘ−レイ又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）のいずれかを光源とするリソグラフィ工程に用いられるステンシルマスクであること、を特徴とする請求項１記載のステンシルマスク製造方法。
- （ａ）マスク基板の背面全般に第１シリコン酸化膜を形成する段階と、
（ｂ）前記第１シリコン酸化膜の表面全般にシリコン窒化膜を形成する段階と、
（ｃ）前記シリコン窒化膜をパターニングし、少なくとも二つ以上の小区域に分割された第１シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
（ｄ）前記第１シリコン窒化膜パターンをパターニングし、少なくとも二つ以上の小区域に分割された第２シリコン窒化膜パターンを形成する段階と、
（ｅ）前記第２シリコン窒化膜パターンをマスクとして、前記第１シリコン酸化膜をパターニングする段階と、
（ｆ）前記パターニングされた第１シリコン酸化膜をマスクとして、前記マスク基板をパターニングする段階と、
を含んでなることを特徴とするステンシルマスク製造方法。 - 前記（ｂ）段階後、前記シリコン窒化膜の表面に第２シリコン酸化膜を形成する段階と、前記第２シリコン酸化膜をパターニングし、前記第２シリコン酸化膜を少なくとも二つ以上の小区域に分割する段階と、をさらに含み、
前記（ｃ）段階では、分割された前記第２シリコン酸化膜パターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をパターニングし、前記シリコン窒化膜が少なくとも二つ以上の小区域に分割された前記第１シリコン窒化膜パターンを形成すること、
を特徴とする請求項３記載のステンシルマスク製造方法。 - 前記（ｃ）段階と前記（ｄ）段階との間に、前記第１シリコン窒化膜パターンを覆う第３シリコン酸化膜を形成する段階と、前記第３シリコン酸化膜を所定の形状にエッチングする段階と、をさらに含み、
前記（ｄ）段階では、パターニングされた前記第３シリコン酸化膜をマスクとして、前記各第１シリコン窒化膜パターンを所定の形状にパターニングして前記第２シリコン窒化膜パターンを形成すること、
を特徴とする請求項３記載のステンシルマスク製造方法。 - 製造されるマスクは、イオンビーム、Ｅ−ビーム、Ｘ−レイ又はＳＣＡＬＰＥＬ（scattering angular limited projection electron beam lithography）のいずれかを光源とするリソグラフィ工程に用いられるステンシルマスクであること、を特徴とする請求項３記載のステンシルマスク製造方法。
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