JP4314998B2 - 回路パターンの分割方法、ステンシルマスクの製造方法、ステンシルマスク、及び露光方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、回路パターンを分割して複数の相補パターンとする方法、分割された複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法、そのような方法により製造されたステンシルマスク、及びそのようなステンシルマスクを用いた露光方法に関する。
背景技術
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、その製造技術として電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー等の研究開発が盛んにおこなわれており、これらリソグラフィー技術に使用されるステンシルマスクは、厚さ２μｍ以下のＳｉ自立メンブレンに転写貫通孔パターンを形成したものが使用されている。
かかるリソグラフィ技術の中でも半導体の微細化に対応する方法として、電子線を用いたセルプロジェクション露光法やブロック露光法と呼ばれる方法、さらに高スループット化が可能なＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法と呼ばれる電子線投影露光法が開発されている。
ＥＰＬ法では、図１に示すようなステンシルマスク４００を用いて回路パターンを感光層塗布基板４１０に転写する。ステンシルマスクでは、所定厚の自立メンブレン３３１ａ内に回路パターンをステンシル（開口部）である微細貫通孔３７１として設けてあり、電子線が微細貫通孔３７１を透過し、回路パターンが感応基板４１０に転写されることにより、電子線投影露光を行う。
自立メンブレン３３１ａの厚みは、電子線を散乱し、自立メンブレンの剛性を強めるために、厚い程好ましいが、一方で転写貫通孔パターンの加工性や自重撓みの問題から自立メンブレンの厚みには制限がある。そこで、Ｓｉのような縦弾性係数が１００〜２００ＧＰａ程度の自立メンブレン材料では、照射する電子線の加速電圧にもより異なるが、自立メンブレンの厚みとして、０．４〜３μｍ程度のものが知られている。
しかし、上記のような数μｍ厚の自立メンブレンに、開口幅が数μｍ以下であり、開口長さが開口幅より大きい微細貫通孔を形成する場合、このような微細貫通孔により３方が囲まれた一端支持梁状部材や、両側に設けられた一対の微細貫通孔により挟まれた両端支持梁状部材のような梁状部材が形成されると、自重撓みによる変形の問題や、マスク作製プロセスにおいて、梁状部材の変形による梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとが付着するという現象が発生するという問題がある。このような問題を避けるため、マスクに形成された回路パターンを複数の相補パターンに分割して、それら相補パターンに対応する複数の相補転写貫通孔パターンを有する相補ステンシルマスクとすることが考えられる。
回路パターンを複数の相補パターンに分割するために、例えば、梁状部材パターンの長さＬと幅Ｗとの比（Ｌ／Ｗ）、即ち細長比の上限を設定し、所定の細長比以下になるように分割する方法が知られている。以下、そのような回路パターンの分割方法、及びそのようにして分割された相補パターンに対応する相補転写貫通孔パターンを有する相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの作製法について説明する。
まず、マスクパターンの設計工程において、図２Ａおよび２Ｂに示すような、転写パターン３１０の貫通孔パターン３１２により３方が囲まれている一端支持梁状部材パターン３１１や、転写パターン３２０の貫通孔パターン３２２により両側が挟まれている両端支持梁状部材パターン３２１を検出し、これら転写パターン３１０、３２０を、一端支持梁状部材パターン３１１の細長比（Ｌａ／Ｗａ）及び両端支持梁状部材パターン３２１の細長比（Ｌｂ／Ｗｂ）が予め設定された値になるように分割する。
即ち、図３に示すように、転写パターン３１０は、第１の相補貫通孔パターン３１２ａ及び第１の相補梁状部材パターン３１１ａからなる第１の相補転写パターン３１０ａと、第２の相補貫通孔パターン３１２ｂ及び第２の相補梁状部材パターン３１１ｂからなる第２の相補転写パターン３１０ｂとに分割される。また、図４に示すように、転写パターン３２０は、第１の相補貫通孔パターン３２２ａ及び第１の相補梁状部材パターン３２１ａからなる第１の相補転写パターン３２０ａと、第２の相補貫通孔パターン３２２ｂ及び第２の相補梁状部材パターン３２１ｂからなる第２の相補転写パターン３２０ｂとに分割される。
次に、以上のように分割された相補転写パターン３１０ａ及び３１０ｂにそれぞれ従ったパターン形状の相補ステンシルマスクを作製する方法について、図５Ａないし図５Ｆをを参照して説明する。
まず、図５Ａに示すように、例えば、厚さ２μｍの活性Ｓｉ層３３１、厚さ１μｍの中間酸化膜層３３２、厚さ５２５μｍのＳｉ支持層３３３を有するＳＯＩ基板３３０を用意する。
次いで、Ｓｉ支持層３３３表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜を加工して、図５Ｂに示すようにレジストパターン３４１を形成する。続いて、図５Ｃに示すように、このレジストパターン３４１をマスクとして用いて、公知のドライエッチング法により、Ｓｉ支持層３３３を中間酸化膜層３３２が露出するまでエッチングして、支持層開口部３５１を形成する。
次に、Ｓｉ支持層３３３上のレジストパターン３４１を灰化処理等により除去し、３ｗｔ％のＨＦ水溶液等により支持層開口部３５１内の中間酸化膜層３３２を除去して、支持層開口部３５１ａを形成する。さらに、基板を公知のＲＣＡ洗浄等にて洗浄処理をおこない、図５Ｄに示すように、ステンシルマスク用ブランクス３３０ａを得る。
その後、ステンシルマスク用ブランクス３３０ａの活性Ｓｉ層３３１上に、電子線感応レジストを塗布し、上記相補転写パターン３１０ａ及び３１０ｂのパターンデータを用いて、電子線感応レジストへ電子線露光をおこない、現像処理を行って、図５Ｅに示すように、相補レジストパターン３６１を形成する。
次に、相補レジストパターン３６１をエッチングマスクとして用いて、ＳＦ６やフロロカーボン等のガスを用いた公知のプラズマエッチング等により活性Ｓｉ層３３１をエッチングした後、相補レジストパターン３６１を剥離除去し、かつ洗浄処理して、図５Ｆに示すように、活性Ｓｉ層３３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔３７１が形成された自立メンブレン３３１ａをそれぞれ有する２枚の相補ステンシルマスク４００を得る。
さらに、相補転写パターン３２０ａ及び３２０ｂに従ってパターン形状の２枚の相補ステンシルマスクについても、同様の工程により得ることが出来る。
以上説明した従来の方法で分割された相補転写パターンに対応する相補ステンシルマスクを用いて合併された転写パターンの一例を図６に示す。
従来の相補ステンシルマスクでは、分割された梁状部材パターン３１１ａ及び３１１ｂの細長比（Ｌｃ／Ｗｃ，Ｌｄ／Ｗｄ）の設定値を一定にしているため、梁状部材パターン３１１ａ及び３１１ｂの幅Ｗｃ及びＷｄがどのような値であっても、所定の細長比となるように分割している。しかし、支持部幅や梁状部材の形状によっては、実際にはより大きい細長比まで梁状部材３１１ａ及び３１１ｂを形成することが出来る。従って、支持部幅や梁状部材の形状によっては、不必要な数の分割を行っていた。
分割数が増加することは、梁状部材のマスクパターンの設計において、転写パターンを相補パターンへ分割する時間がかかるだけでなく、相補パターンのデータ量が増加し、データの取り扱い時間が長くなるという問題を有している。
また、不必要な分割により小さい開口部を有する微細貫通孔が増加すると、マスクの洗浄工程において、微細貫通孔中の異物を除去しにくいため、マスク欠陥が増加し、マスク作製の歩留まりを低下させるという問題も発生する。
また、分割された相補パターンは、半導体基板上の感光層への露光転写工程でつなぎ合わされ、所望のパターンが得られるようになっているため、不必要な分割は、つなぎ合わせ回数が増えるため、つなぎ合わせ不良による欠陥増加の危険性が増すという問題もある。
また、他の従来の方法として、回路パターンの貫通パターン幅と貫通パターン長さを検出して、いずれか長い方を検出し、これが設定されたある一定値以下になるように、転写パターンを分割する方法もある。
しかし、この方法では、転写パターンにより形成されるステンシルマスクの梁状部材の機械的強度を考慮していないため、マスクの作製プロセスにもよるが、梁状部材の細長比と支持部幅がある一定値を満たすと、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生するという問題がある。
本発明の目的は、回路パターンを相補パターンに分割する際、マスク作製プロセスにおける高細長比の梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象を防止するように、回路パターンの効率的な分割を行って、高歩留まりのステンシルマスクの作製を可能とする回路パターンの分割方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、そのように分割された複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、そのような方法により製造されたステンシルマスクを提供することにある。
本発明の更にまた他の目的は、そのようなステンシルマスクを用いた露光方法を提供することにある。
発明の開示
本発明の第１の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ１及び長さＬ１を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ２及び長さＬ２を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）が１００以下に、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）が１５０以下になるように行われる回路パターンの分割方法を提供する。
本発明の第２の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ３及び長さＬ３を有する両端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ４及び長さＬ４を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、前記回路パターンの分割は、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３）及びＡ４（Ｌ４／Ｗ４）が１５０以下になるように行われる回路パターンの分割方法を提供する。
本発明の第３の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ５及び長さＬ５を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ６及び長さＬ６を有する一端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）及びＡ６（Ｌ６／Ｗ６）が１００以下になるように行うことを特徴とする回路パターンの分割方法を提供する。
本発明の第４の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ１及び長さＬ１を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ２及び長さＬ２を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）が１００以下に、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）が１５０以下になるように行われるステンシルマスクの製造方法を提供する。
本発明の第５の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ３及び長さＬ３を有する両端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ４及び長さＬ４を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３）及びＡ４（Ｌ４／Ｗ４）が１５０以下になるように行われるステンシルマスクの製造方法を提供する。
本発明の第６の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ５及び長さＬ５を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ６及び長さＬ６を有する一端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）及びＡ６（Ｌ６／Ｗ６）が１００以下になるように行われるステンシルマスクの製造方法を提供する。
本発明の第７の態様は、以上のステンシルマスクの製造方法により製造されたステンシルマスクを提供する。
本発明の第８の態様は、以上のステンシルマスクの製造方法により形成された複数の相補ステンシルマスクを通して、順次、基板表面に荷電粒子線を照射し、基板表面において、つなぎ合わされた転写パターンの形状に荷電粒子線を成形することを含む荷電粒子線の露光方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明者等は、ステンシルマスク作製プロセスにおける梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止し、回路パターンの効率的な分割を行うための方法を鋭意検討した。その結果、梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）が、一端支持梁状部材の場合に１００以下、両端支持梁状部材の場合に１５０以下となるように分割することにより、ステンシルマスク作製プロセスにおける梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止し得ることを見出した。
即ち、本発明者らは、図１０に示すような一端支持梁状部材及び図１１に示すような両端支持梁状部材を有するステンシルマスクを各種作製し、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生する支持部幅Ｗと梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）との関係を求めた。その結果を下記に示す。なお、ステンシルマスクを構成する自立メンブレンの厚さは２μｍとした。
一端支持梁状部材の場合
支持部幅（μｍ） 細長比
２．２ ３１８
２ ３００
１．５ ２６６
０．８ ２５０
０．６ １６６
０．５ １４０
両端支持梁状部材の場合
支持部幅（μｍ） 細長比
２．２ ３５０
２ ３３３
１．２ ３７５
０．８ ３３３
０．６ ２５０
０．４ ２００
０．３５ ２００
以上の結果をプロットしたのが図１３である。図１３に示すように、梁状部材の支持部の幅Ｗが１μｍ以下に減少すると、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生する梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）は急激に小さくなることがわかる。
これは、梁状部材のヤング率をＥ、梁状部材の断面２次モーメントをＩとすると、材料力学の公知の式より、梁状部材の変位量（撓み量）は梁状部材の曲げ剛性ＥＩに反比例し、支持部の幅Ｗの減少によって曲げ剛性が大きく減少するためである。詳しくは、梁状部材の支持部幅Ｗにおいてステンシルマスクの自立メンブレンの厚みｈが単位長さ１のとき、梁状部材の自立メンブレン平面に対して水平方向の変位に対応する断面２次モーメントＩはＩ＝（１・Ｗ３）／１２で与えられるが、図１４に示すように、Ｗが１０より小さい領域では、Ｉは急激に小さくなるため、梁状部材が変形しやすくなり、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象によるマスク欠陥が発生しやすくなるからである。
図１３から、梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）が、一端支持梁状部材の場合に１００以下、両端支持梁状部材の場合に１５０以下となるように分割することにより、ステンシルマスク作製プロセスにおける梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止し得ることがわかる。
なお、梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）が１未満となるように分割することは、実用上なく、また、特に、一端支持梁状部材の場合に５０以下、両端支持梁状部材の場合に７５以下となるように分割することが好ましい。これは、相補パターン形成後に行われる洗浄などの後工程によって梁状部材の付着度合いが変化することを考慮し、本発明が規定している細長比に安全係数として０．５を乗じたものである。
なお、一端支持梁状部材及び両端支持梁状部材のいずれの場合にも、梁状部材の支持部の幅は、メンブレンの厚さｈに対し、１０ｈ以下の時に、本発明の相補分割の効果がより現れる。
本発明の第１の態様は、一端支持梁状部材に対応するパターンを有する転写パターンに対して適用したものである。図７に示すように、３方が貫通孔パターン１２により囲まれた、支持部幅Ｗ、長さＬの一端支持梁状部材パターン１１を有する転写パターン１０を、３方が貫通孔パターン１２ａにより囲まれた、支持部幅Ｗ１、長さＬ１の一端支持梁状部材パターン１１ａを有する第１の相補転写パターン１０ａと、両側が貫通孔パターン１２ｂにより挟まれた、支持部幅Ｗ２、長さＬ２の両端支持梁状部材パターン１１ｂを有する第２の相補転写パターン１０ｂとに分割するものである。この分割は、ステンシルマスクの自立メンブレン厚さをｈとしたとき、Ｗ１及びＷ２が１０ｈ以下で、一端支持梁状部材パターン１１ａの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）が１００以下、両端支持梁状部材パターン１１ｂの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）が１５０以下になるように行われる。
なお、Ｌ１とＬ２は、以上の範囲内であれば、異なっていても、同一であってもよい。Ｗ１とＷ２は、同一幅である。
本発明の第２の態様は、両端支持梁状部材に対応するパターンを有する転写パターンに対して適用したものである。図８に示すように、両側が貫通孔パターン２２により挟まれた、支持部幅Ｗ、長さＬの両端支持梁状部材パターン２１を有する転写パターン２０を、両側が貫通孔パターン２２ａにより挟まれた、支持部幅Ｗ３、長さＬ３の両端支持梁状部材パターン２１ａを有する第１の相補転写パターン２０ａと、両側が貫通孔パターン２２ｂにより挟まれた、支持部幅Ｗ４、長さＬ４の両端支持梁状部材パターン２１ｂを有する第２の相補パターン２０ｂとに分割するものである。この分割は、ステンシルマスクの自立メンブレン厚さをｈとしたとき、Ｗ３及びＷ４１０ｈ以下で、両端支持梁状部材パターン２１ａ，２１ｂの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３）、Ａ４（Ｌ４／Ｗ４）が１５０以下になるように行われる。
なお、Ｌ３とＬ４は異なっていても、 同一であってもよい。Ｗ３とＷ４は、同一幅である。
本発明の第３の態様は、両端無支持梁状部材に対応するパターンを有する転写パターンに対して適用したものである。図９に示すように、周囲が枠状貫通孔パターン３２により囲まれた、支持部幅Ｗ、長さＬの両端無支持梁状部材パターン３１を有する転写パターン３０を、３方が貫通孔パターン３２ａにより囲まれた、支持部幅Ｗ５、長さＬ５の一端支持梁状部材パターン３１ａを有する第１の相補転写パターン３０ａと、３方が貫通孔パターン３２ｂにより囲まれた、支持部幅Ｗ６、長さＬ６の一端支持梁状部材パターン３１ｂを有する第２の相補パターン３０ｂとに分割するものである。この分割は、ステンシルマスクの自立メンブレン厚さをｈとしたとき、Ｗ５及びＷ６が１０ｈ以下で、両端支持梁状部材パターン３１ａ，３１ｂの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）、Ａ６（Ｌ６／Ｗ６）が１００以下になるように行われる。
なお、Ｌ５とＬ６は異なっていても、 同一であってもよい。Ｗ５とＷ６は同一幅である。
以上、本発明の態様として３通りを挙げたが、本発明の趣旨は、回路パターンを分割して出来たマスク上の相補パターンの細長比を梁状部材の形状ごとに規定したものであり、回路パターンを限定するものではない。
また、各態様における各相補パターンは、図示するように２分割の例を挙げているが、本発明は、両端支持梁状部材の相補パターンを、更に１以上追加して、図１６のように、３分割とすることも含む。
以下に、上記分割された相補貫通孔パターン１０ａ及び１０ｂを用いてステンシルマスクを作製する方法について、図１５Ａないし１５Ｆを参照して説明する。
まず、図１５Ａに示すように、例えば厚さ２μｍの活性Ｓｉ層３１、厚さ１μｍの中間酸化膜層３２、厚さ５２５μｍのＳｉ支持層３３を有するＳＯＩ基板３０を用意する。
次いで、Ｓｉ支持層３３上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜を加工して、図１５Ｂに示すように、レジストパターン４１を形成する。続いて、図１５Ｃに示すように、このレジストパターン４１をマスクとして用いて、公知のドライエッチングによりＳｉ支持層３３を中間酸化膜層３２が露出するまでエッチングして、支持層開口部５１を形成する。
次に、Ｓｉ支持層３３上のレジストパターン４１を灰化処理等により除去し、３ｗｔ％のＨＦ水溶液等により支持層開口部５１内の中間酸化膜層３２を除去して、支持層開口部５１ａを形成する。さらに、基板を公知のＲＣＡ洗浄等にて洗浄処理をおこない、図１５Ｄに示すように、ステンシルマスク用ブランクス３０ａを得る。
その後、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの活性Ｓｉ層３１上に、電子線感応レジストを塗布し、上記相補転写パターン１０ａ及び１０ｂのパターンデータを用いて、電子線レジストへ電子線露光をおこない、所定の現像液にて現像処理して、図１５Ｅに示すように、相補レジストパターン６１を形成する。
ここでは、相補転写パターン１０ａ及び１０ｂのパターンデータを用いて、電子線露光で相補レジストパターンを形成する事例について説明したが、相補転写パターン１０ａ及び１０ｂを用いて露光マスクを作製し、露光マスクを用いた相補レジストパターンを形成しても良い。
次に、相補レジストパターン６１をエッチングマスクとして用いて、ＳＦ６やフロロカーボン等のガスを用いた公知のプラズマエッチング等により活性Ｓｉ層をエッチングして微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン６１を剥離除去し、かつ洗浄処理して、図１５Ｆに示すように、活性Ｓｉ層３１ａからなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された一端支持梁状部材を有する相補ステンシルマスク１００ａを得る。他方の両端支持梁状部材を有する相補ステンシルマスク１００ｂも同様にして得ることが出来る。
相補転写パターン２０ａ及び２０ｂを用いた相補ステンシルマスクの作製については、上記と同様の工程であるので省略する。
なお、洗浄時の乾燥工程では、表面張力による梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止するため、純水よりも表面張力の低いイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて乾燥を行うか、超臨界乾燥等の乾燥方法を用いることが望ましい。
なお、洗浄工程における梁状部材の付着現象だけでなく、マスクを固定リング等に取り付けるときに生じる微細貫通孔の変位、導電膜等をステンシルマスク上に形成する際に生じる膜応力による微細貫通孔の変位、電子線露光時の熱膨脹による微細貫通孔の変位をできるだけ少なくするように、細長比を設定することができる。
また、一端支持梁状部材では、細長比が大きくなると、自立メンブレンに対して面外への変形を生じやすくなり、自立メンブレンに対して面外の変形を考慮する必要がある。この場合、自立メンブレンの一端支持梁状部材同士の付着現象だけでなく、一端支持梁状部材の先端が自立メンブレン外に飛び出し、自立メンブレン平面上に付着することもある。しかし、本発明による転写パターン分割法によると、梁状部材の細長比を所定値以下に制限することにより、この付着現象も回避することができる。
本発明は、以上のように作製された相補ステンシルマスクを用いて、半導体シリコン基板等の上に形成した電子ビーム感光層に荷電粒子線を照射する方法を提供するものである。
即ち、以上のように作製された、第１の相補パターン１０ａを有する相補ステンシルマスク１００ａ，第２の相補パターン１０ｂを有する相補ステンシルマスク１００ｂを用いて、感光層塗布基板（図示せず）上に相補パターン１０ａ，１０ｂを順次露光することによりつなぎ合わせ、図１０に示すように、一端支持梁状部材パターンを有する回路パターン１００を感光層塗布基板に転写することが出来る。
また、第１の相補パターン２０ａを有する相補ステンシルマスク２００ａ，第２の相補パターン２０ｂを有する相補ステンシルマスク２００ｂを用いて、感光層塗布基板（図示せず）上に相補パターン２０ａ，２０ｂを順次露光することによりつなぎ合わせ、図１１に示すように、両端支持梁状部材パターンを有する回路パターン２００を感光層塗布基板に転写することが出来る。
更に、第１の相補パターン３０ａを有する相補ステンシルマスク３００ａ，第２の相補パターン３０ｂを有する相補ステンシルマスク３００ｂを用いて、感光層塗布基板（図示せず）上に相補パターン３０ａ，３０ｂを順次露光することによりつなぎ合わせ、図１２に示すように、両端無支持梁状部材パターンを有する回路パターン３００を感光層塗布基板に転写することが出来る。
以上のようにして相補パターンをつなぎ合わせて回路パターンを露光した後、電子ビーム感光層を現像処理することにより、レジストパターンを形成することが出来る。
かかる露光方法によると、半導体シリコン基板等上に形成した電子ビーム感光層に対し、高精度のパターン転写が可能になり、半導体等のパターンを高い歩留まりで作製することができる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例１
まず、マスクパターンの設計工程において、貫通孔パターン１２と、支持部幅Ｗが２μｍ、長さＬが４００μｍの一端支持梁状部材パターン１１とを有する転写パターン１０を検出し、これを、図７に示すように、長さＬ１が１８０μｍ、支持部幅Ｗ１が２μｍの一端支持梁状部材パターン１１ａを有する相補パターン１０ａと、長さＬ２が２２０μｍ、支持部幅Ｗ２が２μｍの両端支持梁状部材パターン１１ｂを有する相補パターン１０ｂとに分割した。
この場合、相補パターン１０ａの一端支持梁状部材パターン１１ａの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）は９０であり、相補パターン１０ｂの両端支持梁状部材パターン１１ｂの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）は１１０であった。
これら相補パターン１０ａ及び１０ｂをそれぞれ用いて、図１５Ａないし１５Ｆに示す工程に従って、相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂを作製した。
即ち、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの２μｍ厚の活性Ｓｉ層上３１上に形成された電子線感応層へ電子線露光をおこない、指定の現像液にて現像処理して、相補レジストパターン６１を形成し、相補レジストパターン６１をエッチングマスクにしてＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングにより活性Ｓｉ層３１をエッチングして、微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン４１を剥離除去、洗浄処理して、活性Ｓｉ層３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂを得た。
以上のようにして得た相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂでは、梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象は生じなかった。
実施例２
まず、マスクパターンの設計工程において、貫通孔パターン２２と、支持部幅Ｗが１．５μｍ、長さＬが４００μｍの両端支持梁状部材パターン２１とを有する転写パターン２０を検出し、これを、図８に示すように、長さＬ３が２００μｍ、支持部幅Ｗ３が２μｍの両端支持梁状部材パターン２１ａを有する相補パターン２０ａと、長さＬ４が２００μｍ、支持部幅がＷ４２μｍの両端支持梁状部材パターン２１ｂを有する相補パターン２０ｂとに分割した。
この場合、相補パターン２０ａ，２０ｂの両端支持梁状部材パターン２１ａ，２１ｂの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３），Ａ４（Ｌ４／Ｗ４）はいずれも１００であった。
これら相補パターン２０ａ及び２０ｂをそれぞれ用いて、図１５Ａないし１５Ｆに示す工程に従って、相補ステンシルマスク２００ａ，２００ｂを作製した。
即ち、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの２μｍ厚の活性Ｓｉ層上３１上に形成された電子線感応層へ電子線露光をおこない、指定の現像液にて現像処理して、相補レジストパターン６１を形成し、相補レジストパターン６１をエッチングマスクにしてＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングにより活性Ｓｉ層３１をエッチングして、微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン４１を剥離除去、洗浄処理して、活性Ｓｉ層３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された相補ステンシルマスク２００ａ，２００ｂを得た。
以上のようにして得た相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂでは、梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象は生じなかった。
実施例３
まず、マスクパターンの設計工程において、枠状の貫通孔パターン３２と、支持部幅Ｗが０．５μｍ、長さＬが７０μｍの両端支持梁状部材パターン３１を検出し、これを、図９に示すように、長さＬ５が３０μｍ、支持部幅Ｗ５が０．５μｍの一端支持梁状部材パターン３１ａを有する相補パターン３０ａと、長さＬ６が２００μｍ、支持部幅Ｗ６が０．５μｍの一端支持梁状部材パターン３１ｂを有する相補パターン３０ｂとに分割した。
この場合、相補パターン３０ａの一端支持梁状部材パターン３１ａの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）は６０であり、相補パターン３０ｂの一端支持梁状部材パターン３１ｂの細長比Ａ６（Ｌ６／Ｗ６）は８０であった。
これら相補パターン３０ａ及び３０ｂをそれぞれ用いて、図１５Ａないし１５Ｆに示す工程に従って、相補ステンシルマスク３００ａ，３００ｂを作製した。
即ち、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの２μｍ厚の活性Ｓｉ層上３１上に形成された電子線感応層へ電子線露光をおこない、指定の現像液にて現像処理して、相補レジストパターン６１を形成し、相補レジストパターン６１をエッチングマスクにしてＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングにより活性Ｓｉ層３１をエッチングして、微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン４１を剥離除去、洗浄処理して、活性Ｓｉ層３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された相補ステンシルマスク３００ａ，３００ｂを得た。
以上のようにして得た相補ステンシルマスク３００ａ，３００ｂでは、梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象は生じなかった。
以上の各実施例における回路パターンの分割方法によると、相補ステンシルマスクの枚数をそれほど増やすことなく、異物やパターン付着等の欠陥がない相補ステンシルマスクを得ることができた。また、回路パターンの分割数、即ち、相補パターンの数を適正な値にすることにより、電子線投影露光でのつなぎ合わせ不良を減少させることが出来、高歩留まりの合成回路パターンを形成することができた。
以上詳細に説明したように、本発明の回路パターンの分割方法を用いて得たステンシルマスクによれば、洗浄プロセス等で発生する梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止することができる。
さらに、回路パターンの不必要な分割を防止することができ、適正な分割数に設定できるため、電子線投影露光でのつなぎ合わせ不良を減少させ、高歩留まりのステンシルマスクを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、電子線投影露光法の一例を示す説明図。
図２Ａ及び２Ｂは、一端支持梁状部材及び両端支持梁状部材を有する従来の転写パターンの一例を示す説明図。
図３は、従来の転写パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図４は、従来の転写パターンの分割方法の他の例を示す説明図。
図５Ａないし５Ｆは、従来の相補ステンシルマスクの作製工程を示す断面図。
図６は、従来の方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図７は、本発明の第１の態様に係る回路パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図８は、本発明の第２の態様に係る回路パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図９は、本発明の第３の態様に係る回路パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図１０は、本発明の第１の態様に係る方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図１１は、本発明の第２の態様に係る方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図１２は、本発明の第３の態様に係る方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図１３は、梁状部材を有するステンシルマスクを各種作製し、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生する支持部幅Ｗと細長比（Ｌ／Ｗ）をプロットしたグラフ。
図１４は、自立メンブレン厚さｈを１としたときの、支持部幅Ｗに対する梁状部材の断面２次モーメントを示すグラフ。
図１５Ａないし１５Ｆは、本発明の相補ステンシルマスクの作製工程を示す断面図。
図１６は、本発明の他の態様に係る回路パターンを３分割した例を示す説明図。
本発明は、回路パターンを分割して複数の相補パターンとする方法、分割された複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法、そのような方法により製造されたステンシルマスク、及びそのようなステンシルマスクを用いた露光方法に関する。
背景技術
近年、半導体集積回路の微細化に伴い、その製造技術として電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー等の研究開発が盛んにおこなわれており、これらリソグラフィー技術に使用されるステンシルマスクは、厚さ２μｍ以下のＳｉ自立メンブレンに転写貫通孔パターンを形成したものが使用されている。
かかるリソグラフィ技術の中でも半導体の微細化に対応する方法として、電子線を用いたセルプロジェクション露光法やブロック露光法と呼ばれる方法、さらに高スループット化が可能なＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）法と呼ばれる電子線投影露光法が開発されている。
ＥＰＬ法では、図１に示すようなステンシルマスク４００を用いて回路パターンを感光層塗布基板４１０に転写する。ステンシルマスクでは、所定厚の自立メンブレン３３１ａ内に回路パターンをステンシル（開口部）である微細貫通孔３７１として設けてあり、電子線が微細貫通孔３７１を透過し、回路パターンが感応基板４１０に転写されることにより、電子線投影露光を行う。
自立メンブレン３３１ａの厚みは、電子線を散乱し、自立メンブレンの剛性を強めるために、厚い程好ましいが、一方で転写貫通孔パターンの加工性や自重撓みの問題から自立メンブレンの厚みには制限がある。そこで、Ｓｉのような縦弾性係数が１００〜２００ＧＰａ程度の自立メンブレン材料では、照射する電子線の加速電圧にもより異なるが、自立メンブレンの厚みとして、０．４〜３μｍ程度のものが知られている。
しかし、上記のような数μｍ厚の自立メンブレンに、開口幅が数μｍ以下であり、開口長さが開口幅より大きい微細貫通孔を形成する場合、このような微細貫通孔により３方が囲まれた一端支持梁状部材や、両側に設けられた一対の微細貫通孔により挟まれた両端支持梁状部材のような梁状部材が形成されると、自重撓みによる変形の問題や、マスク作製プロセスにおいて、梁状部材の変形による梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとが付着するという現象が発生するという問題がある。このような問題を避けるため、マスクに形成された回路パターンを複数の相補パターンに分割して、それら相補パターンに対応する複数の相補転写貫通孔パターンを有する相補ステンシルマスクとすることが考えられる。
回路パターンを複数の相補パターンに分割するために、例えば、梁状部材パターンの長さＬと幅Ｗとの比（Ｌ／Ｗ）、即ち細長比の上限を設定し、所定の細長比以下になるように分割する方法が知られている。以下、そのような回路パターンの分割方法、及びそのようにして分割された相補パターンに対応する相補転写貫通孔パターンを有する相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの作製法について説明する。
まず、マスクパターンの設計工程において、図２Ａおよび２Ｂに示すような、転写パターン３１０の貫通孔パターン３１２により３方が囲まれている一端支持梁状部材パターン３１１や、転写パターン３２０の貫通孔パターン３２２により両側が挟まれている両端支持梁状部材パターン３２１を検出し、これら転写パターン３１０、３２０を、一端支持梁状部材パターン３１１の細長比（Ｌａ／Ｗａ）及び両端支持梁状部材パターン３２１の細長比（Ｌｂ／Ｗｂ）が予め設定された値になるように分割する。
即ち、図３に示すように、転写パターン３１０は、第１の相補貫通孔パターン３１２ａ及び第１の相補梁状部材パターン３１１ａからなる第１の相補転写パターン３１０ａと、第２の相補貫通孔パターン３１２ｂ及び第２の相補梁状部材パターン３１１ｂからなる第２の相補転写パターン３１０ｂとに分割される。また、図４に示すように、転写パターン３２０は、第１の相補貫通孔パターン３２２ａ及び第１の相補梁状部材パターン３２１ａからなる第１の相補転写パターン３２０ａと、第２の相補貫通孔パターン３２２ｂ及び第２の相補梁状部材パターン３２１ｂからなる第２の相補転写パターン３２０ｂとに分割される。
次に、以上のように分割された相補転写パターン３１０ａ及び３１０ｂにそれぞれ従ったパターン形状の相補ステンシルマスクを作製する方法について、図５Ａないし図５Ｆをを参照して説明する。
まず、図５Ａに示すように、例えば、厚さ２μｍの活性Ｓｉ層３３１、厚さ１μｍの中間酸化膜層３３２、厚さ５２５μｍのＳｉ支持層３３３を有するＳＯＩ基板３３０を用意する。
次いで、Ｓｉ支持層３３３表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜を加工して、図５Ｂに示すようにレジストパターン３４１を形成する。続いて、図５Ｃに示すように、このレジストパターン３４１をマスクとして用いて、公知のドライエッチング法により、Ｓｉ支持層３３３を中間酸化膜層３３２が露出するまでエッチングして、支持層開口部３５１を形成する。
次に、Ｓｉ支持層３３３上のレジストパターン３４１を灰化処理等により除去し、３ｗｔ％のＨＦ水溶液等により支持層開口部３５１内の中間酸化膜層３３２を除去して、支持層開口部３５１ａを形成する。さらに、基板を公知のＲＣＡ洗浄等にて洗浄処理をおこない、図５Ｄに示すように、ステンシルマスク用ブランクス３３０ａを得る。
その後、ステンシルマスク用ブランクス３３０ａの活性Ｓｉ層３３１上に、電子線感応レジストを塗布し、上記相補転写パターン３１０ａ及び３１０ｂのパターンデータを用いて、電子線感応レジストへ電子線露光をおこない、現像処理を行って、図５Ｅに示すように、相補レジストパターン３６１を形成する。
次に、相補レジストパターン３６１をエッチングマスクとして用いて、ＳＦ６やフロロカーボン等のガスを用いた公知のプラズマエッチング等により活性Ｓｉ層３３１をエッチングした後、相補レジストパターン３６１を剥離除去し、かつ洗浄処理して、図５Ｆに示すように、活性Ｓｉ層３３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔３７１が形成された自立メンブレン３３１ａをそれぞれ有する２枚の相補ステンシルマスク４００を得る。
さらに、相補転写パターン３２０ａ及び３２０ｂに従ってパターン形状の２枚の相補ステンシルマスクについても、同様の工程により得ることが出来る。
以上説明した従来の方法で分割された相補転写パターンに対応する相補ステンシルマスクを用いて合併された転写パターンの一例を図６に示す。
従来の相補ステンシルマスクでは、分割された梁状部材パターン３１１ａ及び３１１ｂの細長比（Ｌｃ／Ｗｃ，Ｌｄ／Ｗｄ）の設定値を一定にしているため、梁状部材パターン３１１ａ及び３１１ｂの幅Ｗｃ及びＷｄがどのような値であっても、所定の細長比となるように分割している。しかし、支持部幅や梁状部材の形状によっては、実際にはより大きい細長比まで梁状部材３１１ａ及び３１１ｂを形成することが出来る。従って、支持部幅や梁状部材の形状によっては、不必要な数の分割を行っていた。
分割数が増加することは、梁状部材のマスクパターンの設計において、転写パターンを相補パターンへ分割する時間がかかるだけでなく、相補パターンのデータ量が増加し、データの取り扱い時間が長くなるという問題を有している。
また、不必要な分割により小さい開口部を有する微細貫通孔が増加すると、マスクの洗浄工程において、微細貫通孔中の異物を除去しにくいため、マスク欠陥が増加し、マスク作製の歩留まりを低下させるという問題も発生する。
また、分割された相補パターンは、半導体基板上の感光層への露光転写工程でつなぎ合わされ、所望のパターンが得られるようになっているため、不必要な分割は、つなぎ合わせ回数が増えるため、つなぎ合わせ不良による欠陥増加の危険性が増すという問題もある。
また、他の従来の方法として、回路パターンの貫通パターン幅と貫通パターン長さを検出して、いずれか長い方を検出し、これが設定されたある一定値以下になるように、転写パターンを分割する方法もある。
しかし、この方法では、転写パターンにより形成されるステンシルマスクの梁状部材の機械的強度を考慮していないため、マスクの作製プロセスにもよるが、梁状部材の細長比と支持部幅がある一定値を満たすと、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生するという問題がある。
本発明の目的は、回路パターンを相補パターンに分割する際、マスク作製プロセスにおける高細長比の梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象を防止するように、回路パターンの効率的な分割を行って、高歩留まりのステンシルマスクの作製を可能とする回路パターンの分割方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、そのように分割された複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、そのような方法により製造されたステンシルマスクを提供することにある。
本発明の更にまた他の目的は、そのようなステンシルマスクを用いた露光方法を提供することにある。
発明の開示
本発明の第１の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ１及び長さＬ１を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ２及び長さＬ２を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）が１００以下に、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）が１５０以下になるように行われる回路パターンの分割方法を提供する。
本発明の第２の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ３及び長さＬ３を有する両端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ４及び長さＬ４を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、前記回路パターンの分割は、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３）及びＡ４（Ｌ４／Ｗ４）が１５０以下になるように行われる回路パターンの分割方法を提供する。
本発明の第３の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ５及び長さＬ５を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ６及び長さＬ６を有する一端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）及びＡ６（Ｌ６／Ｗ６）が１００以下になるように行うことを特徴とする回路パターンの分割方法を提供する。
本発明の第４の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ１及び長さＬ１を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ２及び長さＬ２を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）が１００以下に、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）が１５０以下になるように行われるステンシルマスクの製造方法を提供する。
本発明の第５の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ３及び長さＬ３を有する両端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ４及び長さＬ４を有する両端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記両端支持梁状部材パターンの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３）及びＡ４（Ｌ４／Ｗ４）が１５０以下になるように行われるステンシルマスクの製造方法を提供する。
本発明の第６の態様は、回路パターンを、支持部幅Ｗ５及び長さＬ５を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ６及び長さＬ６を有する一端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）及びＡ６（Ｌ６／Ｗ６）が１００以下になるように行われるステンシルマスクの製造方法を提供する。
本発明の第７の態様は、以上のステンシルマスクの製造方法により製造されたステンシルマスクを提供する。
本発明の第８の態様は、以上のステンシルマスクの製造方法により形成された複数の相補ステンシルマスクを通して、順次、基板表面に荷電粒子線を照射し、基板表面において、つなぎ合わされた転写パターンの形状に荷電粒子線を成形することを含む荷電粒子線の露光方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明者等は、ステンシルマスク作製プロセスにおける梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止し、回路パターンの効率的な分割を行うための方法を鋭意検討した。その結果、梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）が、一端支持梁状部材の場合に１００以下、両端支持梁状部材の場合に１５０以下となるように分割することにより、ステンシルマスク作製プロセスにおける梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止し得ることを見出した。
即ち、本発明者らは、図１０に示すような一端支持梁状部材及び図１１に示すような両端支持梁状部材を有するステンシルマスクを各種作製し、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生する支持部幅Ｗと梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）との関係を求めた。その結果を下記に示す。なお、ステンシルマスクを構成する自立メンブレンの厚さは２μｍとした。
一端支持梁状部材の場合
支持部幅（μｍ） 細長比
２．２ ３１８
２ ３００
１．５ ２６６
０．８ ２５０
０．６ １６６
０．５ １４０
両端支持梁状部材の場合
支持部幅（μｍ） 細長比
２．２ ３５０
２ ３３３
１．２ ３７５
０．８ ３３３
０．６ ２５０
０．４ ２００
０．３５ ２００
以上の結果をプロットしたのが図１３である。図１３に示すように、梁状部材の支持部の幅Ｗが１μｍ以下に減少すると、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生する梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）は急激に小さくなることがわかる。
これは、梁状部材のヤング率をＥ、梁状部材の断面２次モーメントをＩとすると、材料力学の公知の式より、梁状部材の変位量（撓み量）は梁状部材の曲げ剛性ＥＩに反比例し、支持部の幅Ｗの減少によって曲げ剛性が大きく減少するためである。詳しくは、梁状部材の支持部幅Ｗにおいてステンシルマスクの自立メンブレンの厚みｈが単位長さ１のとき、梁状部材の自立メンブレン平面に対して水平方向の変位に対応する断面２次モーメントＩはＩ＝（１・Ｗ３）／１２で与えられるが、図１４に示すように、Ｗが１０より小さい領域では、Ｉは急激に小さくなるため、梁状部材が変形しやすくなり、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象によるマスク欠陥が発生しやすくなるからである。
図１３から、梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）が、一端支持梁状部材の場合に１００以下、両端支持梁状部材の場合に１５０以下となるように分割することにより、ステンシルマスク作製プロセスにおける梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止し得ることがわかる。
なお、梁状部材の細長比（Ｌ／Ｗ）が１未満となるように分割することは、実用上なく、また、特に、一端支持梁状部材の場合に５０以下、両端支持梁状部材の場合に７５以下となるように分割することが好ましい。これは、相補パターン形成後に行われる洗浄などの後工程によって梁状部材の付着度合いが変化することを考慮し、本発明が規定している細長比に安全係数として０．５を乗じたものである。
なお、一端支持梁状部材及び両端支持梁状部材のいずれの場合にも、梁状部材の支持部の幅は、メンブレンの厚さｈに対し、１０ｈ以下の時に、本発明の相補分割の効果がより現れる。
本発明の第１の態様は、一端支持梁状部材に対応するパターンを有する転写パターンに対して適用したものである。図７に示すように、３方が貫通孔パターン１２により囲まれた、支持部幅Ｗ、長さＬの一端支持梁状部材パターン１１を有する転写パターン１０を、３方が貫通孔パターン１２ａにより囲まれた、支持部幅Ｗ１、長さＬ１の一端支持梁状部材パターン１１ａを有する第１の相補転写パターン１０ａと、両側が貫通孔パターン１２ｂにより挟まれた、支持部幅Ｗ２、長さＬ２の両端支持梁状部材パターン１１ｂを有する第２の相補転写パターン１０ｂとに分割するものである。この分割は、ステンシルマスクの自立メンブレン厚さをｈとしたとき、Ｗ１及びＷ２が１０ｈ以下で、一端支持梁状部材パターン１１ａの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）が１００以下、両端支持梁状部材パターン１１ｂの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）が１５０以下になるように行われる。
なお、Ｌ１とＬ２は、以上の範囲内であれば、異なっていても、同一であってもよい。Ｗ１とＷ２は、同一幅である。
本発明の第２の態様は、両端支持梁状部材に対応するパターンを有する転写パターンに対して適用したものである。図８に示すように、両側が貫通孔パターン２２により挟まれた、支持部幅Ｗ、長さＬの両端支持梁状部材パターン２１を有する転写パターン２０を、両側が貫通孔パターン２２ａにより挟まれた、支持部幅Ｗ３、長さＬ３の両端支持梁状部材パターン２１ａを有する第１の相補転写パターン２０ａと、両側が貫通孔パターン２２ｂにより挟まれた、支持部幅Ｗ４、長さＬ４の両端支持梁状部材パターン２１ｂを有する第２の相補パターン２０ｂとに分割するものである。この分割は、ステンシルマスクの自立メンブレン厚さをｈとしたとき、Ｗ３及びＷ４１０ｈ以下で、両端支持梁状部材パターン２１ａ，２１ｂの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３）、Ａ４（Ｌ４／Ｗ４）が１５０以下になるように行われる。
なお、Ｌ３とＬ４は異なっていても、 同一であってもよい。Ｗ３とＷ４は、同一幅である。
本発明の第３の態様は、両端無支持梁状部材に対応するパターンを有する転写パターンに対して適用したものである。図９に示すように、周囲が枠状貫通孔パターン３２により囲まれた、支持部幅Ｗ、長さＬの両端無支持梁状部材パターン３１を有する転写パターン３０を、３方が貫通孔パターン３２ａにより囲まれた、支持部幅Ｗ５、長さＬ５の一端支持梁状部材パターン３１ａを有する第１の相補転写パターン３０ａと、３方が貫通孔パターン３２ｂにより囲まれた、支持部幅Ｗ６、長さＬ６の一端支持梁状部材パターン３１ｂを有する第２の相補パターン３０ｂとに分割するものである。この分割は、ステンシルマスクの自立メンブレン厚さをｈとしたとき、Ｗ５及びＷ６が１０ｈ以下で、両端支持梁状部材パターン３１ａ，３１ｂの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）、Ａ６（Ｌ６／Ｗ６）が１００以下になるように行われる。
なお、Ｌ５とＬ６は異なっていても、 同一であってもよい。Ｗ５とＷ６は同一幅である。
以上、本発明の態様として３通りを挙げたが、本発明の趣旨は、回路パターンを分割して出来たマスク上の相補パターンの細長比を梁状部材の形状ごとに規定したものであり、回路パターンを限定するものではない。
また、各態様における各相補パターンは、図示するように２分割の例を挙げているが、本発明は、両端支持梁状部材の相補パターンを、更に１以上追加して、図１６のように、３分割とすることも含む。
以下に、上記分割された相補貫通孔パターン１０ａ及び１０ｂを用いてステンシルマスクを作製する方法について、図１５Ａないし１５Ｆを参照して説明する。
まず、図１５Ａに示すように、例えば厚さ２μｍの活性Ｓｉ層３１、厚さ１μｍの中間酸化膜層３２、厚さ５２５μｍのＳｉ支持層３３を有するＳＯＩ基板３０を用意する。
次いで、Ｓｉ支持層３３上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜を加工して、図１５Ｂに示すように、レジストパターン４１を形成する。続いて、図１５Ｃに示すように、このレジストパターン４１をマスクとして用いて、公知のドライエッチングによりＳｉ支持層３３を中間酸化膜層３２が露出するまでエッチングして、支持層開口部５１を形成する。
次に、Ｓｉ支持層３３上のレジストパターン４１を灰化処理等により除去し、３ｗｔ％のＨＦ水溶液等により支持層開口部５１内の中間酸化膜層３２を除去して、支持層開口部５１ａを形成する。さらに、基板を公知のＲＣＡ洗浄等にて洗浄処理をおこない、図１５Ｄに示すように、ステンシルマスク用ブランクス３０ａを得る。
その後、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの活性Ｓｉ層３１上に、電子線感応レジストを塗布し、上記相補転写パターン１０ａ及び１０ｂのパターンデータを用いて、電子線レジストへ電子線露光をおこない、所定の現像液にて現像処理して、図１５Ｅに示すように、相補レジストパターン６１を形成する。
ここでは、相補転写パターン１０ａ及び１０ｂのパターンデータを用いて、電子線露光で相補レジストパターンを形成する事例について説明したが、相補転写パターン１０ａ及び１０ｂを用いて露光マスクを作製し、露光マスクを用いた相補レジストパターンを形成しても良い。
次に、相補レジストパターン６１をエッチングマスクとして用いて、ＳＦ６やフロロカーボン等のガスを用いた公知のプラズマエッチング等により活性Ｓｉ層をエッチングして微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン６１を剥離除去し、かつ洗浄処理して、図１５Ｆに示すように、活性Ｓｉ層３１ａからなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された一端支持梁状部材を有する相補ステンシルマスク１００ａを得る。他方の両端支持梁状部材を有する相補ステンシルマスク１００ｂも同様にして得ることが出来る。
相補転写パターン２０ａ及び２０ｂを用いた相補ステンシルマスクの作製については、上記と同様の工程であるので省略する。
なお、洗浄時の乾燥工程では、表面張力による梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止するため、純水よりも表面張力の低いイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて乾燥を行うか、超臨界乾燥等の乾燥方法を用いることが望ましい。
なお、洗浄工程における梁状部材の付着現象だけでなく、マスクを固定リング等に取り付けるときに生じる微細貫通孔の変位、導電膜等をステンシルマスク上に形成する際に生じる膜応力による微細貫通孔の変位、電子線露光時の熱膨脹による微細貫通孔の変位をできるだけ少なくするように、細長比を設定することができる。
また、一端支持梁状部材では、細長比が大きくなると、自立メンブレンに対して面外への変形を生じやすくなり、自立メンブレンに対して面外の変形を考慮する必要がある。この場合、自立メンブレンの一端支持梁状部材同士の付着現象だけでなく、一端支持梁状部材の先端が自立メンブレン外に飛び出し、自立メンブレン平面上に付着することもある。しかし、本発明による転写パターン分割法によると、梁状部材の細長比を所定値以下に制限することにより、この付着現象も回避することができる。
本発明は、以上のように作製された相補ステンシルマスクを用いて、半導体シリコン基板等の上に形成した電子ビーム感光層に荷電粒子線を照射する方法を提供するものである。
即ち、以上のように作製された、第１の相補パターン１０ａを有する相補ステンシルマスク１００ａ，第２の相補パターン１０ｂを有する相補ステンシルマスク１００ｂを用いて、感光層塗布基板（図示せず）上に相補パターン１０ａ，１０ｂを順次露光することによりつなぎ合わせ、図１０に示すように、一端支持梁状部材パターンを有する回路パターン１００を感光層塗布基板に転写することが出来る。
また、第１の相補パターン２０ａを有する相補ステンシルマスク２００ａ，第２の相補パターン２０ｂを有する相補ステンシルマスク２００ｂを用いて、感光層塗布基板（図示せず）上に相補パターン２０ａ，２０ｂを順次露光することによりつなぎ合わせ、図１１に示すように、両端支持梁状部材パターンを有する回路パターン２００を感光層塗布基板に転写することが出来る。
更に、第１の相補パターン３０ａを有する相補ステンシルマスク３００ａ，第２の相補パターン３０ｂを有する相補ステンシルマスク３００ｂを用いて、感光層塗布基板（図示せず）上に相補パターン３０ａ，３０ｂを順次露光することによりつなぎ合わせ、図１２に示すように、両端無支持梁状部材パターンを有する回路パターン３００を感光層塗布基板に転写することが出来る。
以上のようにして相補パターンをつなぎ合わせて回路パターンを露光した後、電子ビーム感光層を現像処理することにより、レジストパターンを形成することが出来る。
かかる露光方法によると、半導体シリコン基板等上に形成した電子ビーム感光層に対し、高精度のパターン転写が可能になり、半導体等のパターンを高い歩留まりで作製することができる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例１
まず、マスクパターンの設計工程において、貫通孔パターン１２と、支持部幅Ｗが２μｍ、長さＬが４００μｍの一端支持梁状部材パターン１１とを有する転写パターン１０を検出し、これを、図７に示すように、長さＬ１が１８０μｍ、支持部幅Ｗ１が２μｍの一端支持梁状部材パターン１１ａを有する相補パターン１０ａと、長さＬ２が２２０μｍ、支持部幅Ｗ２が２μｍの両端支持梁状部材パターン１１ｂを有する相補パターン１０ｂとに分割した。
この場合、相補パターン１０ａの一端支持梁状部材パターン１１ａの細長比Ａ１（Ｌ１／Ｗ１）は９０であり、相補パターン１０ｂの両端支持梁状部材パターン１１ｂの細長比Ａ２（Ｌ２／Ｗ２）は１１０であった。
これら相補パターン１０ａ及び１０ｂをそれぞれ用いて、図１５Ａないし１５Ｆに示す工程に従って、相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂを作製した。
即ち、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの２μｍ厚の活性Ｓｉ層上３１上に形成された電子線感応層へ電子線露光をおこない、指定の現像液にて現像処理して、相補レジストパターン６１を形成し、相補レジストパターン６１をエッチングマスクにしてＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングにより活性Ｓｉ層３１をエッチングして、微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン４１を剥離除去、洗浄処理して、活性Ｓｉ層３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂを得た。
以上のようにして得た相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂでは、梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象は生じなかった。
実施例２
まず、マスクパターンの設計工程において、貫通孔パターン２２と、支持部幅Ｗが１．５μｍ、長さＬが４００μｍの両端支持梁状部材パターン２１とを有する転写パターン２０を検出し、これを、図８に示すように、長さＬ３が２００μｍ、支持部幅Ｗ３が２μｍの両端支持梁状部材パターン２１ａを有する相補パターン２０ａと、長さＬ４が２００μｍ、支持部幅がＷ４２μｍの両端支持梁状部材パターン２１ｂを有する相補パターン２０ｂとに分割した。
この場合、相補パターン２０ａ，２０ｂの両端支持梁状部材パターン２１ａ，２１ｂの細長比Ａ３（Ｌ３／Ｗ３），Ａ４（Ｌ４／Ｗ４）はいずれも１００であった。
これら相補パターン２０ａ及び２０ｂをそれぞれ用いて、図１５Ａないし１５Ｆに示す工程に従って、相補ステンシルマスク２００ａ，２００ｂを作製した。
即ち、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの２μｍ厚の活性Ｓｉ層上３１上に形成された電子線感応層へ電子線露光をおこない、指定の現像液にて現像処理して、相補レジストパターン６１を形成し、相補レジストパターン６１をエッチングマスクにしてＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングにより活性Ｓｉ層３１をエッチングして、微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン４１を剥離除去、洗浄処理して、活性Ｓｉ層３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された相補ステンシルマスク２００ａ，２００ｂを得た。
以上のようにして得た相補ステンシルマスク１００ａ，１００ｂでは、梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象は生じなかった。
実施例３
まず、マスクパターンの設計工程において、枠状の貫通孔パターン３２と、支持部幅Ｗが０．５μｍ、長さＬが７０μｍの両端支持梁状部材パターン３１を検出し、これを、図９に示すように、長さＬ５が３０μｍ、支持部幅Ｗ５が０．５μｍの一端支持梁状部材パターン３１ａを有する相補パターン３０ａと、長さＬ６が２００μｍ、支持部幅Ｗ６が０．５μｍの一端支持梁状部材パターン３１ｂを有する相補パターン３０ｂとに分割した。
この場合、相補パターン３０ａの一端支持梁状部材パターン３１ａの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）は６０であり、相補パターン３０ｂの一端支持梁状部材パターン３１ｂの細長比Ａ６（Ｌ６／Ｗ６）は８０であった。
これら相補パターン３０ａ及び３０ｂをそれぞれ用いて、図１５Ａないし１５Ｆに示す工程に従って、相補ステンシルマスク３００ａ，３００ｂを作製した。
即ち、ステンシルマスク用ブランクス３０ａの２μｍ厚の活性Ｓｉ層上３１上に形成された電子線感応層へ電子線露光をおこない、指定の現像液にて現像処理して、相補レジストパターン６１を形成し、相補レジストパターン６１をエッチングマスクにしてＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングにより活性Ｓｉ層３１をエッチングして、微細貫通孔７１を形成し、相補レジストパターン４１を剥離除去、洗浄処理して、活性Ｓｉ層３１からなる自立メンブレンに微細貫通孔７１が形成された相補ステンシルマスク３００ａ，３００ｂを得た。
以上のようにして得た相補ステンシルマスク３００ａ，３００ｂでは、梁状部材同士又は梁状部材と隣接するパターンとの付着現象は生じなかった。
以上の各実施例における回路パターンの分割方法によると、相補ステンシルマスクの枚数をそれほど増やすことなく、異物やパターン付着等の欠陥がない相補ステンシルマスクを得ることができた。また、回路パターンの分割数、即ち、相補パターンの数を適正な値にすることにより、電子線投影露光でのつなぎ合わせ不良を減少させることが出来、高歩留まりの合成回路パターンを形成することができた。
以上詳細に説明したように、本発明の回路パターンの分割方法を用いて得たステンシルマスクによれば、洗浄プロセス等で発生する梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象を防止することができる。
さらに、回路パターンの不必要な分割を防止することができ、適正な分割数に設定できるため、電子線投影露光でのつなぎ合わせ不良を減少させ、高歩留まりのステンシルマスクを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、電子線投影露光法の一例を示す説明図。
図２Ａ及び２Ｂは、一端支持梁状部材及び両端支持梁状部材を有する従来の転写パターンの一例を示す説明図。
図３は、従来の転写パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図４は、従来の転写パターンの分割方法の他の例を示す説明図。
図５Ａないし５Ｆは、従来の相補ステンシルマスクの作製工程を示す断面図。
図６は、従来の方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図７は、本発明の第１の態様に係る回路パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図８は、本発明の第２の態様に係る回路パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図９は、本発明の第３の態様に係る回路パターンの分割方法の一例を示す説明図。
図１０は、本発明の第１の態様に係る方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図１１は、本発明の第２の態様に係る方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図１２は、本発明の第３の態様に係る方法により分割された相補パターンをつなぎ合わせた合成回路パターンの一例を示す説明図。
図１３は、梁状部材を有するステンシルマスクを各種作製し、梁状部材同士または梁状部材と隣接パターンとの付着現象が発生する支持部幅Ｗと細長比（Ｌ／Ｗ）をプロットしたグラフ。
図１４は、自立メンブレン厚さｈを１としたときの、支持部幅Ｗに対する梁状部材の断面２次モーメントを示すグラフ。
図１５Ａないし１５Ｆは、本発明の相補ステンシルマスクの作製工程を示す断面図。
図１６は、本発明の他の態様に係る回路パターンを３分割した例を示す説明図。
Claims (4)
- 両端無支持梁状部材パターンを有する回路パターンを、支持部幅Ｗ５及び長さＬ５を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ６及び長さＬ６を有する一端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割することを含む、それぞれの相補パターンに対応する相補ステンシルマスクを形成するための回路パターンの分割方法であって、
前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）及びＡ６（Ｌ６／Ｗ６）が１ないし５０になるように行うことを特徴とする回路パターンの分割方法。 - 両端無支持梁状部材パターンを有する回路パターンを、支持部幅Ｗ５及び長さＬ５を有する一端支持梁状部材パターンを有する第１の相補パターンと、支持部幅Ｗ６及び長さＬ６を有する一端支持梁状部材パターンを有する第２の相補パターンとを含む複数の相補パターンに分割すること、及び
前記複数の相補パターンに対応する複数の相補ステンシルマスクを形成することを含む、複数の相補ステンシルマスクの組合せからなるステンシルマスクの製造方法であって、前記回路パターンの分割は、前記一端支持梁状部材パターンの細長比Ａ５（Ｌ５／Ｗ５）及びＡ６（Ｌ６／Ｗ６）が１ないし５０になるように行われるステンシルマスクの製造方法。 - 請求項２に記載の方法により製造されたステンシルマスク。
- 請求項２の方法により形成された複数の相補ステンシルマスクを通して、順次、基板表面に荷電粒子線を照射し、基板表面において、つなぎ合わされた転写パターンの形状に荷電粒子線を成形することを含む荷電粒子線の露光方法。
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