JP4506336B2 - ステンシルマスク及びステンシルマスクブランクス - Google Patents

Description

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

半導体デバイスの微細化に伴い、紫外光を用いたリソグラフィによる微細パターンの形成が困難になりつつある。そこで、Ｘ線、電子ビーム、イオンビーム等を用いるリソグラフィ技術が提案され、研究開発されている。

これまで提案されている電子ビーム転写型リソグラフィとしては、ＰＲＥＶＡＩＬ（projection exposure with variable axis immersion lenses）、ＳＣＡＬＰＥＬ（scattering with angular limitation in projection electron-beam lithography）およびＬＥＥＰＬ（low energy electron-beam proximity projection lithography）が挙げられる。

ＰＲＥＶＡＩＬおよびＳＣＡＬＰＥＬには加速電圧１００ｋＶ程度の高エネルギー電子ビームが用いられる。ＰＲＥＶＡＩＬおよびＳＣＡＬＰＥＬの場合、マスクの一部を通過した電子ビームが通常４倍の縮小投影系でレジスト上に結像され、パターンが転写される。一方、ＬＥＥＰＬには加速電圧２ｋＶ程度の低エネルギー電子ビームが用いられる。ＬＥＥＰＬの場合、マスクに設けられた孔を電子線が通過することにより、レジスト上に等倍でパターンが転写される。

ＬＥＥＰＬに用いられるステンシルマスクのメンブレンにはパターンに対応して多数の孔が形成され、これらの孔を通って電子線がシリコンウエハ上のレジスト膜に入射される。メンブレンの周囲にはステンシルマスクの機械的強度を補償するために支持枠（フレーム）が設けられ、さらにメンブレン内にはメンブレン自体の剛性を高めるために多数の梁が設けられる。これらの梁は、メンブレンの剛性の向上を図ることを考慮したものであるとともに、多重露光によるパターンの繋ぎ合わせを行うために相補パターンを構成するように配置される。

例えば特許文献１には、メンブレンを４つの相補パターン区画Ａ〜Ｄに区分したステンシルマスクが記載されている。これを多重露光に用いる場合は、相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスクをシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させ、１回のみの露光ではパターン形成できないドーナツ状パターン等をレジストに形成する。
国際公開番号ＷＯ０３／０５２８０３Ａ１公報

しかし、特許文献１の従来マスクは、図９の（ａ）に示すように、梁帯部６Ｍが周囲の支持枠から各象限を区分する境界部まで細長く延びているため、横方向からの曲げ力に対する剛性が小さく、外力が負荷されたときにそれが小さなものであってもメンブレン３Ｍに歪みを生じるおそれがある。メンブレン３Ｍに僅かでも歪みを生じると、レジストに露光転写されるパターン精度が低下する。このため、マスクのメンブレン剛性を高めることが要望されている。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高剛性のステンシルマスク及びステンシルマスクブランクスを提供することを目的とする。

本発明に係るステンシルマスクは、荷電粒子線が通過する孔がパターン形成されたメンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記荷電粒子線通過孔と重ならないように前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含み、前記メンブレンを複数のメンブレン分割領域に分割するとともに、直交するＸ軸及びＹ軸に沿って前記メンブレンを矩形状に４つの第１〜第４象限の相補パターン区画に分ける梁帯部と、を具備するステンシルマスクであって、
前記梁帯部は、Ｘ軸に沿って延び出し、前記第１象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第１のＸ軸梁帯部セグメントと、Ｘ軸に沿って延び出し、前記第３象限の相補パターン区画に含まれ、前記第２象限の相補パターン区画と第３象限の相補パターン区画とを分ける第２のＸ軸梁帯部セグメントと、Ｙ軸に沿って延び出し、前記第２象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第２象限の相補パターン区画とを分ける第１のＹ軸梁帯部セグメントと、Ｙ軸に沿って延び出し、前記第４象限の相補パターン区画に含まれ、前記前記第３象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第２のＹ軸梁帯部セグメントと、を有し、前記４つの梁帯部セグメントの端部が前記メンブレンの中央部で出会い、前記端部の各々が他の梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接し、かつ、前記複数のメンブレン分割領域は、前記第１及び第２のＸ軸梁帯部セグメントおよび前記第１及び第２のＹ軸梁帯部セグメントのうちのいずれかに沿って各象限の相補パターン区画ごとに形成され、かつＸ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であり互いに直交して補強しあう縦と横の梁帯部および前記梁帯部セグメントによって四辺を取り囲まれ、かつ他のメンブレン分割領域よりも面積が小さいメンブレン分割領域を含むことを特徴とする。

本発明に係るステンシルマスクブランクスは、メンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含み、前記メンブレンを複数のメンブレン分割領域に分割するとともに、直交するＸ軸及びＹ軸に沿って前記メンブレンを矩形状に４つの第１〜第４象限の相補パターン区画に分ける梁帯部と、を具備するステンシルマスクブランクスであって、
前記梁帯部は、Ｘ軸に沿って延び出し、前記第１象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第１のＸ軸梁帯部セグメントと、Ｘ軸に沿って延び出し、前記第３象限の相補パターン区画に含まれ、前記第２象限の相補パターン区画と第３象限の相補パターン区画とを分ける第２のＸ軸梁帯部セグメントと、Ｙ軸に沿って延び出し、前記第２象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第２象限の相補パターン区画とを分ける第１のＹ軸梁帯部セグメントと、Ｙ軸に沿って延び出し、前記第４象限の相補パターン区画に含まれ、前記前記第３象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第２のＹ軸梁帯部セグメントと、を有し、前記４つの梁帯部セグメントの端部が前記メンブレンの中央部で出会い、前記端部の各々が他の梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接し、かつ、前記複数のメンブレン分割領域は、前記第１及び第２のＸ軸梁帯部セグメントおよび前記第１及び第２のＹ軸梁帯部セグメントのうちのいずれかに沿って各象限の相補パターン区画ごとに形成され、かつＸ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であり互いに直交して補強しあう縦と横の梁帯部および前記梁帯部セグメントによって四辺を取り囲まれ、かつ他のメンブレン分割領域よりも面積が小さいメンブレン分割領域を含むことを特徴とする。

本発明では、４つの梁帯部セグメントの端部がメンブレン中央部で出会い、端部の各々が他の梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接する（図１０（ｂ）参照）ので、メンブレン中央部の剛性が高い。また、本発明では、メンブレン分割領域の形状が平面視野で正方形または正方形に近い長方形である（図９（ｂ）参照）ので、梁帯部が変形しにくく丈夫である。さらに、本発明では、複数のメンブレン分割領域が、第１及び第２のＸ軸梁帯部セグメントおよび第１及び第２のＹ軸梁帯部セグメントのうちのいずれかに沿って各象限の相補パターン区画ごとに形成され、かつＸ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であり互いに直交して補強しあう縦と横の梁帯部および前記梁帯部セグメントによって四辺を取り囲まれ、かつ他のメンブレン分割領域よりも面積が小さいメンブレン分割領域を含むものであり、Ｙ軸方向の梁帯部６Ｖは途中の何箇所かをＸ軸方向の梁帯部６Ｈによって補強される（図９（ｂ）参照）ので、曲げ剛性が高く、変形しにくい。一方、特許文献１に記載された従来マスクの梁帯部６Ｍは、周囲の支持枠から相補パターン区画の境界部まで細長く延びているため曲げ剛性が低い（図９（ａ）参照）。

複数のメンブレン分割領域は、下式で与えられる二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分が１．５未満になるように形成されていることが好ましい。

２ＤＡＲ＝{（ＡＲｘ²＋ＡＲｙ²）／２}^1/2
但し、ＡＲｘ：メンブレン分割領域となるべき開口のＸ軸方向長さＬｘに対するＺ軸方向にエッチングで掘り進められる基板の厚みＴｚのアスペクト比（＝Ｔｚ／Ｌｘ）、ＡＲｙ：メンブレン分割領域となるべき開口のＹ軸方向長さＬｙに対するＺ軸方向にエッチングで掘り進められる基板の厚みＴｚのアスペクト比（＝Ｔｚ／Ｌｙ）、基板の厚みＴｚ：前記支持枠または前記梁の高さに相当する。

二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値との差分は１．５未満であることが好ましいが、１．０未満とすることがさらに好ましい（図２、図５、図６参照）。なお、本発明及び従来例の説明に用いている図２及び図５〜図１０において、メンブレン分割領域の二次元アスペクト比２ＤＡＲが分かるように、各分割領域内に格子状の補助線を描き込んでいる。

さらに、メンブレンの周縁部において荷電粒子線が通過しないダミー開口を有するメンブレン分割領域を設けることが好ましい。このようなダミー開口は、第１〜第４象限の相補パターン区画が支持枠に接する一辺を外方に拡張するものである。メンブレンの周縁部では梁が支持枠に接近することがあるため、幅狭で細長のメンブレン分割領域となることがあるが、ダミー開口を設けることにより支持枠と梁との間隔が拡張され、正方形（３×３，４×４）または正方形に近い長方形（３×２，４×３）とすることができる。

また、ダミー開口の占有面積は、メンブレン分割領域の面積の２／３としてもよく（図６参照）、あるいは３／４としてもよい（図５参照）。ダミー開口の占有面積は２／３〜３／４の範囲とすることが好ましいが、１／３〜１／２の範囲としてもよい。

本明細書において「ダミー開口」とは、１つのメンブレン分割領域の一部としてメンブレン周縁に形成されるが、実際の転写パターン用の荷電粒子線の通過孔は形成されない非パターン領域のことをいうものと定義する。例えば図６中に符合ＤＭを付して示した斜線領域がダミー開口に該当する。

本明細書において「相補マスク」とは、１回のみの露光によっては形成できないパターンを複数回の露光（多重露光）によって形成できるようにするために、どのパターン形成予定領域においても少なくとも２回露光されるようにメンブレンのセグメント分割領域（開口）が割り振られているステンシルマスクのことをいうものと定義する。

また、「相補パターン区画」とは、１回ごとの露光にそれぞれ対応して区分された相補マスクの一区画のことをいうものと定義する。

また、「梁帯部セグメント」とは、隣り合う相補パターン区画を互いに区分する梁帯部のことをいうものと定義する。

相補マスクでは、隣り合う相補パターン区画に属する同じ方向を向く２つの梁群が、両相補パターン区画を区分する梁帯部セグメントに対して互いに異なる位置に接続される。

本発明のステンシルマスク及びステンシルマスクブランクスは、メンブレン中央部における局部的な応力集中が大幅に緩和されるとともに、縦横の梁帯部が互いに補強しあうことによりメンブレンの変形（歪み）および破断を有効に防止することができる。

また、二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値との差分を一定値未満とすることで、梁形成時のドライエッチングをマスク全面において略均一な速度で行うことができ、所望のメンブレンを得ることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、ステンシルマスク１Ａはシリコンウエハ２を用いて形成される。シリコンウエハ２の中央部は正方形状に除去されており、この部分にメンブレン３Ａが形成されている。メンブレン３Ａを取り囲む厚肉のシリコンウエハ２は、薄膜のメンブレン３Ａを支持するための支持枠（フレーム）９として用いられる（図４の（ｇ）参照）。メンブレン３Ａには格子状に梁４が形成されている。梁４はシリコンウエハ２に複数の開口部を形成した残りの部分である。全ての梁４の末端はフレーム９または他の梁４に接続しており、梁４が途切れている箇所はない。

以下、図２においてメンブレン３Ａの梁帯部６で囲まれた部分をメンブレン分割領域５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３と呼ぶものとする。梁帯部６は、図３に示すように、梁４Ｖ，４Ｈと、梁４Ｖ，４Ｈに平行に微小な幅で設けられた裾部（スカート）１１とからなる。

図１のシリコンウエハ２の中心を原点とし、図２のメンブレン３ＡをＸ−Ｙ平面と仮定すると、メンブレン３ＡはＸ軸およびＹ軸により４つの領域に分割される。以下、これらの領域を相補パターン区画Ａ〜Ｄと呼ぶ。メンブレン３Ａは厳密に正方形である必要はなく、区画Ａ〜ＤがＸ軸とＹ軸を２辺とする矩形あるいはそれに近い多角形状であれば、区画Ａ〜Ｄのすべての辺の長さは完全に一致しなくてもよい。

梁帯部６は、４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄ、Ｘ軸方向の梁帯部６ＨおよびＹ軸方向の梁帯部６Ｖを含み、メンブレン３Ａを４つの相補パターン区画Ａ〜Ｄに区分するものである。第１のＸ軸梁帯部セグメント６ａは、第１象限の相補パターン区画Ａに含まれ、Ｘ軸に沿って延び出し、第１象限の相補パターン区画Ａと第４象限の相補パターン区画Ｄとに分けている。第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｃは、第３象限の相補パターン区画Ｃに含まれ、Ｘ軸に沿って延び出し、第２象限の相補パターン区画Ｂと第３象限の相補パターン区画Ｃとに分けている。第１のＹ軸梁帯部セグメント６ｂは、第２象限の相補パターン区画Ｂに含まれ、Ｙ軸に沿って延び出し、第１象限の相補パターン区画Ａと第２象限の相補パターン区画Ｂとに分けている。第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｄは、第４象限の相補パターン区画Ｄに含まれ、Ｙ軸に沿って延び出し、第３象限の相補パターン区画Ｃと第４象限の相補パターン区画Ｄとに分けている。

図２に示すように、Ｘ軸方向に延び出す第１のＸ軸梁帯部セグメント６ａのラインと第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｃのラインとは一致していない。両梁帯部セグメント６ａ，６ｃ間のシフト量は１本の梁帯部の幅に等しい。また、Ｙ軸方向に延び出す第１のＹ軸梁帯部セグメント６ｂのラインと第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｄのラインとは一致していない。両梁帯部セグメント６ｂ，６ｄ間のシフト量は１本の梁帯部の幅に等しい。

これら４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部は、それぞれが次の区画に属する梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接している。すなわち、第１のＸ軸梁帯部セグメント６ａの端部は第１のＹ軸梁帯部セグメント６ｂの側部にＴ字に当接し、第１のＹ軸梁帯部セグメント６ｂの端部は第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｃの側部にＴ字に当接し、第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｃの端部は第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｄの側部にＴ字に当接し、第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｄの端部は第１のＸ軸梁帯部セグメント６ａの側部にＴ字に当接している。全体としては４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部が卍状に組み合わされた梁帯部の集合部６Ａがメンブレン中央に形成されている。これによりメンブレン３Ａの中央部の剛性が高められるとともに、局部応力集中が発生しにくくなる。

本実施形態のマスク１Ａでは、さらにＹ軸方向の梁帯部６Ｖを途中に挿入した２本のＸ軸方向の梁帯部６Ｈによって補強しているので、Ｙ軸方向の梁帯部６Ｖの曲げ剛性が高まる。同様に、Ｘ軸方向の梁帯部６Ｈを途中に挿入した２本のＹ軸方向の梁帯部６Ｖによって補強しているので、Ｘ軸方向の梁帯部６Ｈの曲げ剛性が高まる。

メンブレン分割領域５Ａ１は、４つの区画Ａ〜Ｄを分ける梁帯部セグメント６ａ〜６ｄに沿って各象限の区画Ａ〜Ｄごとに形成され、そのサイズは例えば１．０ｍｍ×０．２５ｍｍである。

メンブレン分割領域５Ａ２は、メンブレン周縁の支持枠２寄りに設けられ、各象限の区画Ａ〜Ｄごとに形成され、そのサイズは例えば１．０ｍｍ×０．７５ｍｍである。

メンブレン分割領域５Ａ３は、メンブレン分割領域５Ａ１と５Ａ２との間に位置し、各象限の区画Ａ〜Ｄごとに形成され、そのサイズは例えば１．０ｍｍ×１．０ｍｍ（基準サイズ）である。

本実施形態のステンシルマスク１Ａにおいては、メンブレン分割領域５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値がそれぞれ２．１，０．８６，０．７３であり、二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分が１．３７となっている。このように二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分を１．５より小さくしているので、梁４Ｖ，４Ｈを形成するときのエッチングが容易になり、全体のエッチング時間を短くすることができる。

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

メンブレン分割領域５と梁４Ｖ，４Ｈとの間には、メンブレン分割領域形成時の誤差を吸収するための裾部としてスカート１１を設けてある。梁４Ｖ，４Ｈとその両側のスカート１１を合わせた部分が梁帯部６に相当する。原則として、孔８はメンブレン分割領域５に形成されるが、場合によってはスカート１１の一部にはみ出して形成してもよい。梁帯部６の幅Ｗ１，Ｗ２は例えば１００〜２００μｍ程度とすることができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

次に、図９の（ａ）と（ｂ）を参照して特許文献１に記載された従来型マスクのメンブレン３Ｍと図６の本発明マスクのメンブレン３Ｃとを比較して説明する。

特許文献１に記載された従来マスクの梁帯部６Ｍは、図９（ａ）に示すように、周囲の支持枠から相補パターン区画の境界部まで細長く延びているため曲げ剛性が低く、変形しやすい。これに対して、本発明マスク１Ｃの梁帯部６Ｖ，６Ｈは、図９（ｂ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であり互いに直交して補強しあい、Ｙ軸方向の梁帯部６Ｖは途中の何箇所かをＸ軸方向の梁帯部６Ｈによって補強されるので、曲げ剛性が高く、変形しにくく丈夫である。また、本発明マスク１Ｃのメンブレン分割領域５Ｃ１，５Ｃ２は、図９（ｂ）に示すように、その形状が正方形または正方形に近い長方形であり、梁が各区画で完全に格子状になっているため、梁に設けるＩＰ測定用のパターンを均一に設けることができ、精度の高いＩＰ測定が可能になる。

（第２の実施形態）
次に、図５を参照して第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

第２の実施形態のステンシルマスク１Ｂでは、メンブレン３Ｂの周縁にダミー開口ＤＭ（図中の斜線領域）を形成し、最も狭いメンブレン分割領域の開口を広げている。ダミー開口ＤＭは、各区画Ａ〜Ｄにそれぞれ形成され、梁帯部６Ｈ，６Ｖと支持枠２との間、あるいは梁帯部セグメント６ａ〜６ｄと梁帯部６Ｈ，６Ｖとの間に、細長い形状や小開口のメンブレン分割領域が形成されないようにしている。これらのダミー開口ＤＭには露光時に電子ビームが照射されない。

各区画Ａ〜Ｄには、ダミー開口ＤＭを含む基準サイズのメンブレン分割領域５Ｂ２と、基準サイズより少し小さい長方形のメンブレン分割領域５Ｂ１が、それぞれ形成されている。

メンブレン分割領域５Ｂ１は、４つの区画Ａ〜Ｄを分ける梁帯部セグメント６ａ〜６ｄに沿って形成され、そのサイズは例えば１．０ｍｍ×０．７５ｍｍである。

ダミー開口ＤＭを含むメンブレン分割領域５Ｂ２は、メンブレン周縁の支持枠２寄りに設けられ、各象限の区画Ａ〜Ｄごとに形成され、そのサイズは例えば１．０ｍｍ×１．０ｍｍ（基準サイズ）である。

本実施形態のステンシルマスク１Ｂにおいては、メンブレン分割領域５Ｂ１，５Ｂ２の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値がそれぞれ０．８６，０．７３であり、二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分が０．１３となっている。このように二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分を１．５より小さくしているので、縦横の梁４Ｖ，４Ｈを形成するときのエッチングが容易になり、全体のエッチング時間を短くすることができる。

第１のＸ軸梁帯部セグメント６ａは、第１象限の相補パターン区画Ａに含まれ、Ｘ軸に沿って延び出し、第１象限の相補パターン区画Ａと第４象限の相補パターン区画Ｄとに分けている。第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｃは、第３象限の相補パターン区画Ｃに含まれ、Ｘ軸に沿って延び出し、第２象限の相補パターン区画Ｂと第３象限の相補パターン区画Ｃとに分けている。第１のＹ軸梁帯部セグメント６ｂは、第２象限の相補パターン区画Ｂに含まれ、Ｙ軸に沿って延び出し、第１象限の相補パターン区画Ａと第２象限の相補パターン区画Ｂとに分けている。第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｄは、第４象限の相補パターン区画Ｄに含まれ、Ｙ軸に沿って延び出し、第３象限の相補パターン区画Ｃと第４象限の相補パターン区画Ｄとに分けている。

Ｘ軸方向に延び出す第１のＸ軸梁帯部セグメント６ａのラインと第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｃのラインとは一致していない。両梁帯部セグメント６ａ，６ｃ間のシフト量は１本の梁帯部の幅に等しい。また、Ｙ軸方向に延び出す第１のＹ軸梁帯部セグメント６ｂのラインと第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｄのラインとは一致していない。両梁帯部セグメント６ｂ，６ｄ間のシフト量は１本の梁帯部の幅に等しい。

これら４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部は、それぞれが次の区画に属する梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接している。全体としては４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部が卍状に組み合わされた梁帯部の集合部６Ｂがメンブレン中央に形成されている。これによりメンブレン３Ｂの中央部の剛性が高められるとともに、局部応力集中が発生しにくくなる。

本実施形態のマスク１Ｂでは、ダミー開口ＤＭを設けることにより、メンブレン分割領域の形状を正方形または正方形に近い長方形にすることができるので、梁帯部が格子状になり、メンブレンの剛性が高められとともに、エッチング条件を設定しやすくなる。

次に、図１０の（ａ）と（ｂ）を参照して比較例マスクのメンブレン３Ｎと図５の本発明マスクのメンブレン３Ｂとを比較して説明する。

比較例マスクのメンブレン３Ｎにおいては、図１０（ａ）に示すように、メンブレン中央部に４つの梁帯部の隅角が１点に集中する４重点６Ｎが存在するので、ここに局部的に応力が集中する。このため、比較的小さな力Ｆ１であっても、それが作用すると梁帯部の４重点６Ｎが破損するおそれがある。これに対して、本発明マスクのメンブレン３Ｂにおいては、図１０（ｂ）に示すように、４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部をそれぞれが次の区画に属する梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの側部にそれぞれＴ字状に当接させている。すなわち、全体としては４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部が卍状に組み合わされた梁帯部の集合部６Ｂがメンブレン中央に形成されている。これによりメンブレン３Ｂの中央部の剛性が高められ、局部応力集中が発生しにくくなる。このため、メンブレン中央部分６Ｂの強度が大きく、比較例の力Ｆ１よりも大きな外力Ｆ２が作用したとしてもメンブレン３Ｂは破損しない。このように本発明メンブレン３Ｂは比較例メンブレン３Ｎよりも剛性の点で優れている。

（第３の実施形態）
次に、図６を参照して第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記第１及び第２の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

第３の実施形態のステンシルマスク１Ｃにおいても、メンブレン３Ｃの周縁にダミー開口ＤＭを形成し、最も狭いメンブレン分割領域の開口を広げている。ダミー開口ＤＭは、各区画Ａ〜Ｄにそれぞれ形成され、梁帯部６Ｈ，６Ｖと支持枠２との間、あるいは梁帯部セグメント６ａ〜６ｄと梁帯部６Ｈ，６Ｖとの間に、細長い形状や小開口のメンブレン分割領域が形成されないようにしている。

各区画Ａ〜Ｄには、ダミー開口ＤＭを含む基準サイズのメンブレン分割領域５Ｃ２と、基準サイズより少し小さい長方形のメンブレン分割領域５Ｃ１が、それぞれ形成されている。

メンブレン分割領域５Ｃ１は、４つの区画Ａ〜Ｄを分ける梁帯部セグメント６ａ〜６ｄに沿って形成され、そのサイズは例えば０．９４ｍｍ×０．６２ｍｍである。

ダミー開口ＤＭを含むメンブレン分割領域５Ｃ２は、メンブレン周縁の支持枠２寄りに設けられ、各象限の区画Ａ〜Ｄごとに形成され、そのサイズは例えば０．９４ｍｍ×０．９４ｍｍ（基準サイズ）である。

本実施形態のステンシルマスク１Ｃにおいては、メンブレン分割領域５Ｃ１，５Ｃ２の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値がそれぞれ０．９９，０．７７であり、二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分が０．２２となっている。このように二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分を１．５より小さくしているので、縦横の梁４Ｖ，４Ｈを形成するときのエッチングが容易になり、全体のエッチング時間を短くすることができる。

なお、本実施形態のマスク１Ｃでは、図５に示す第２実施形態のマスクに比べて梁帯部セグメント６ａ〜６ｄを図中にて左まわりに９０°ずつ回転させて位置をずらせてあるので、第１象限の相補パターン区画Ａには第１のＹ軸梁帯部セグメント６ａが属し、第２象限の相補パターン区画Ｂには第１のＸ軸梁帯部セグメント６ｂが属し、第３象限の相補パターン区画Ｃには第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｃが属し、第４象限の相補パターン区画Ｄには第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｄが属している。

これら４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部は、それぞれが次の区画に属する梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接している。全体としては４つの梁帯部セグメント６ａ〜６ｄの端部が卍状に組み合わされた梁帯部の集合部６Ｃがメンブレン中央に形成されている。これによりメンブレン３Ｃの中央部の剛性が高められるとともに、局部応力集中が発生しにくくなる。

本実施形態のマスク１Ｃでは、ダミー開口ＤＭを設けることにより、メンブレン分割領域の形状を正方形または正方形に近い長方形にすることができるので、梁帯部が格子状になり、メンブレンの剛性が高められるとともに、エッチング条件を設定しやすくなる。

次に、図７、図８および表１〜表８を参照して上記ステンシルマスクの使用方法の概要について説明する。

ステンシルマスク１Ａは、パターンが転写されるウエハ表面に、メンブレン３Ａ側の面が近接するように配置される。ステンシルマスク１Ａ上をフレーム９側から電子ビームで走査すると、孔８の部分のみ電子ビームが透過して、ウエハ上のレジストにパターンが転写される。

ステンシルマスク１Ａを用いて露光を行う場合、まず、ステンシルマスク１Ａとウエハを固定して区画Ａ〜Ｄのパターンを転写する。次に、ステンシルマスク１Ａとウエハを相対的に移動させ、転写された区画Ａ〜Ｄのパターン上に、ステンシルマスク１Ａのそれぞれ異なる区画を配置させる。通常、ステンシルマスク１Ａを固定したまま、ウエハを移動させる方が容易である。

ウエハを移動させてから、再度、ステンシルマスク１Ａ上を電子ビームで走査する。以上の工程を繰り返し、ステンシルマスク１Ａの４つの区画Ａ〜Ｄのパターンが重なるように、４回の多重露光を行う。これにより、梁４Ｈ，４Ｖ部分に存在するパターンもレジストに相補的に転写される。

図７の（ａ）は４×４の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する比較例マスク４４１である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク４４１をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表１に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図７の（ｂ）は４×４の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する比較例マスク４４２である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク４４２をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表２に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図７の（ｃ）は４×４の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する実施例マスク４４３である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク４４３をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表３に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図７の（ｄ）は４×４の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する実施例マスク４４４である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク４４４をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表４に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図８の（ａ）は５×５の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する比較例マスク５５１である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク５５１をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表５に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図８の（ｂ）は５×５の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する比較例マスク５５２である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク５５２をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表６に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図８の（ｃ）は５×５の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する実施例マスク５５３である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク５５３をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表７に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

図８の（ｄ）は５×５の相補パターン区画Ａ〜Ｄを有する実施例マスク５５４である。相補パターン区画Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にマスク５５４をシリコンウエハに対して相対的にステップ移動させて多重露光すると、表８に示す相補パターンが各メンブレン分割領域に対応するレジストに転写される。

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

本発明の実施形態に係るステンシルマスクを示す平面図。 図１のステンシルマスクの要部を拡大して示す平面図。 メンブレン分割領域の一単位およびその周囲の梁を拡大して示す斜視図。 （ａ）〜（ｇ）は本発明のステンシルマスクの製造方法を示す工程図。 本発明の他の実施形態に係るステンシルマスクの要部を拡大して示す平面図。 本発明の他の実施形態に係るステンシルマスクの要部を拡大して示す平面図。 （ａ）と（ｂ）は４×４を基本構造とする比較例マスクのメンブレンをそれぞれ示す平面図、（ｃ）と（ｄ）は４×４を基本構造とする実施例マスクのメンブレンをそれぞれ示す平面図。 （ａ）と（ｂ）は５×５を基本構造とする比較例マスクのメンブレンをそれぞれ示す平面図、（ｃ）と（ｄ）は５×５を基本構造とする実施例マスクのメンブレンをそれぞれ示す平面図。 （ａ）は従来マスクのメンブレン中央部を示す拡大平面図、（ｂ）は本発明の実施例マスクのメンブレン中央部を示す拡大平面図。 （ａ）は比較例マスクのメンブレン中央部を示す拡大平面図、（ｂ）は本発明の実施例マスクのメンブレン中央部を示す拡大平面図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ステンシルマスク、
２…シリコン基板（シリコンウエハ）、
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…メンブレン、
３ａ…メンブレン形成用層（シリコン系薄膜）、
４…梁、
４Ｖ…Ｙ軸方向の梁、
４Ｈ…Ｘ軸方向の梁、
５，５Ａ１〜５Ａ３，５Ｂ１〜５Ｂ２，５Ｃ１〜５Ｃ２…メンブレン分割領域、
６…梁帯部、
６Ｖ…Ｙ軸方向の梁帯部、
６Ｈ…Ｘ軸方向の梁帯部、
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｎ…４つの梁帯部セグメントが集合する部分（集合部）、
６ａ…第１のＸ軸梁帯部セグメント（又は第１のＹ軸梁帯部セグメント）、
６ｂ…第１のＹ軸梁帯部セグメント（又は第２のＸ軸梁帯部セグメント）、
６ｃ…第２のＸ軸梁帯部セグメント（又は第２のＹ軸梁帯部セグメント）、
６ｄ…第２のＹ軸梁帯部セグメント（又は第１のＸ軸梁帯部セグメント）、
８…荷電粒子線通過孔（電子線通過孔）、
９…支持枠（フレーム）、
１０…エッチングストッパ層（シリコン酸化膜）、
１１…裾部（スカート）、
２１…ＳＯＩウエハ、
２２…保護膜（シリコン酸化膜）、
２３，２４…レジスト膜、
２５…アライメントマーク、
３０…ステンシルマスクブランクス、
４０…ステンシルマスク、
Ａ…第１象限の相補パターン区画、
Ｂ…第２象限の相補パターン区画、
Ｃ…第３象限の相補パターン区画、
Ｄ…第４象限の相補パターン区画。

Claims (6)

1. 荷電粒子線が通過する孔がパターン形成されたメンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記荷電粒子線通過孔と重ならないように前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含み、前記メンブレンを複数のメンブレン分割領域に分割するとともに、直交するＸ軸及びＹ軸に沿って前記メンブレンを矩形状に４つの第１〜第４象限の相補パターン区画に分ける梁帯部と、を具備するステンシルマスクであって、
   前記梁帯部は、
   Ｘ軸に沿って延び出し、前記第１象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第１のＸ軸梁帯部セグメントと、
   Ｘ軸に沿って延び出し、前記第３象限の相補パターン区画に含まれ、前記第２象限の相補パターン区画と第３象限の相補パターン区画とを分ける第２のＸ軸梁帯部セグメントと、
   Ｙ軸に沿って延び出し、前記第２象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第２象限の相補パターン区画とを分ける第１のＹ軸梁帯部セグメントと、
   Ｙ軸に沿って延び出し、前記第４象限の相補パターン区画に含まれ、前記前記第３象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第２のＹ軸梁帯部セグメントと、を有し、
   前記４つの梁帯部セグメントの端部が前記メンブレンの中央部で出会い、前記端部の各々が他の梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接し、かつ、前記複数のメンブレン分割領域は、前記第１及び第２のＸ軸梁帯部セグメントおよび前記第１及び第２のＹ軸梁帯部セグメントのうちのいずれかに沿って各象限の相補パターン区画ごとに形成され、かつＸ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であり互いに直交して補強しあう縦と横の梁帯部および前記梁帯部セグメントによって四辺を取り囲まれ、かつ他のメンブレン分割領域よりも面積が小さいメンブレン分割領域を含むことを特徴とするステンシルマスク。
2. 前記複数のメンブレン分割領域は、前記メンブレンの周縁部において荷電粒子線が通過しないダミー開口を持つメンブレン分割領域を含むことを特徴とする請求項１記載のステンシルマスク。
3. 前記ダミー開口は、前記第１〜第４象限の相補パターン区画が前記支持枠に接する一辺を外方に拡張することを特徴とする請求項２記載のステンシルマスク。
4. メンブレンと、前記メンブレンの周縁を支持する支持枠と、平面視野において前記支持枠の内側に設けられ、前記メンブレンを支持する複数の梁と、平面視野において前記梁と前記メンブレンとの連結部分の周囲の裾部および前記梁を含み、前記メンブレンを複数のメンブレン分割領域に分割するとともに、直交するＸ軸及びＹ軸に沿って前記メンブレンを矩形状に４つの第１〜第４象限の相補パターン区画に分ける梁帯部と、を具備するステンシルマスクブランクスであって、
   前記梁帯部は、
   Ｘ軸に沿って延び出し、前記第１象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第１のＸ軸梁帯部セグメントと、
   Ｘ軸に沿って延び出し、前記第３象限の相補パターン区画に含まれ、前記第２象限の相補パターン区画と第３象限の相補パターン区画とを分ける第２のＸ軸梁帯部セグメントと、
   Ｙ軸に沿って延び出し、前記第２象限の相補パターン区画に含まれ、前記第１象限の相補パターン区画と第２象限の相補パターン区画とを分ける第１のＹ軸梁帯部セグメントと、
   Ｙ軸に沿って延び出し、前記第４象限の相補パターン区画に含まれ、前記前記第３象限の相補パターン区画と第４象限の相補パターン区画とを分ける第２のＹ軸梁帯部セグメントと、を有し、
   前記４つの梁帯部セグメントの端部が前記メンブレンの中央部で出会い、前記端部の各々が他の梁帯部セグメントの側部にそれぞれ当接し、かつ、前記複数のメンブレン分割領域は、前記第１及び第２のＸ軸梁帯部セグメントおよび前記第１及び第２のＹ軸梁帯部セグメントのうちのいずれかに沿って各象限の相補パターン区画ごとに形成され、かつＸ軸、Ｙ軸のいずれかに平行であり互いに直交して補強しあう縦と横の梁帯部および前記梁帯部セグメントによって四辺を取り囲まれ、かつ他のメンブレン分割領域よりも面積が小さいメンブレン分割領域を含むことを特徴とするステンシルマスクブランクス。
5. 前記複数のメンブレン分割領域は、前記メンブレンの周縁部において荷電粒子線が通過しないダミー開口を持つメンブレン分割領域を含むことを特徴とする請求項４記載のステンシルマスクブランクス。
6. 前記ダミー開口は、前記第１〜第４象限の相補パターン区画が前記支持枠に接する一辺を外方に拡張することを特徴とする請求項５記載のステンシルマスクブランクス。

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