JP4567392B2

JP4567392B2 - ステンシルマスク及びステンシルマスクブランクス

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Publication number: JP4567392B2
Application number: JP2004224220A
Authority: JP
Inventors: 健太四井; 知也住田; 学鈴木; 秀幸江口; 章田村; 和也岩瀬; 祥二野浜; 茂守屋; 哲也北川; 博之中野
Original assignee: Sony Corp; Toppan Inc
Current assignee: Sony Corp; Toppan Inc
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006049363A

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、図７に示すように、梁帯部セグメント６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによってメンブレン３Ｍを４つの相補パターン区画Ｉ〜ＩＶに区分したステンシルマスク１Ｍ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Ｉ→ＩＩ→ＩＩＩ→ＩＶの順にマスク１Ｍ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。
特開２００３−５９８１９号公報

しかし、従来のステンシルマスク１Ｍにおいては、メンブレン中央部分に開口面積の小さなメンブレン分割領域５Ｍ１が存在するため、梁形成時のエッチング条件を決めることが非常に難しい。すなわち、小開口面積のメンブレン分割領域５Ｍ１では梁の相互間隔が狭く、他のメンブレン分割領域５Ｍ２〜５Ｍ６（梁の相互間隔が広い領域）よりもエッチングレートが小さくなるので、小開口面積のメンブレン分割領域５Ｍ１のエッチングレートに合わせて全体のエッチング条件を決めなければならないのが現状である。

しかし、一番最後に貫通する小開口領域５Ｍ１に合わせて全体のエッチング時間を決めると、一番最初に貫通した大開口領域５Ｍ５，５Ｍ６のエッチングストッパー層が耐え切れずに貫通してしまうことがある。このように最適のエッチング条件を決めることが非常に困難であり、製造プロセス上の解決すべき大きな課題になっている。

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、エッチング条件を容易に決めることができる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。

本発明の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３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、前記複数のメンブレン分割領域は、サイズが異なるものを含み、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を特徴とするステンシルマスク。

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。

本発明の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３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、前記複数のメンブレン分割領域は、サイズが異なるものを含み、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を特徴とするステンシルマスクブランクス。

上記の場合に、二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分をさらに１．０未満まで下げることが更に好ましい（図２、図６参照）。また、全てのメンブレン分割領域の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値が１．０未満であることが更に好ましい（図２、図６参照）。このようにすると、単に小開口サイズのメンブレン分割領域がなくなるばかりでなく、細長い開口のメンブレン分割領域もなくなるので、梁と梁（又は支持枠）との間隔が広くなり、エッチングしやすくなるからである。

なお、本発明及び従来例の説明に用いている図２、図５〜図７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。

支持枠と前記梁との間隔を拡張するために、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（図６参照）。メンブレン中央部分の開口を拡張すると、周縁部において支持枠との間に細長い開口ができる場合があるので、ダミー開口を設けることでそれを解消することができるからである。

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「二次元アスペクト比」は、下式（１）で与えられる２ＤＡＲで定義される。

２ＤＡＲ＝{（ＡＲｘ²＋ＡＲｙ²）／２}^1/2 …（１）
但し、上式（１）中のＡＲｘは、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は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）をそれぞれ示す。なお、基板の厚みＴｚは支持枠または梁の高さに相当するものである。

例えば、８インチ（２００ｍｍ）径ウエハの標準的な厚みＴｚは７２５μｍであるので、基準となるメンブレン分割領域の開口サイズを１ｍｍ×１ｍｍ（梁の中心間ピッチＰ＝１．２５ｍｍで設計）としたときに、ＡＲｘ及びＡＲｙはそれぞれ０．７２５になる。これらを上式（１）に当てはめて計算してみると、２ＤＡＲ値は小数点下第３位を四捨五入して０．７３となる。また、開口サイズが０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ（１／４角サイズ）と小さいメンブレン分割領域について二次元アスペクト比を計算してみると、ＡＲｘ及びＡＲｙはそれぞれ２．９であるので、２ＤＡＲ値は２．９となる。

メンブレン形成層には内部応力が与えられているので、特許文献１に記載されているように開口サイズを大きくするとメンブレンの歪み量が過大になり、マスクとして使用することができなくなる。このため、基準となる開口の最大サイズは、メンブレンに単結晶シリコンを用いた場合には、２ｍｍ×２ｍｍ程度までが限界であり、好ましくは１ｍｍ×１ｍｍ程度である。なお、最大の開口サイズは２ｍｍ×２ｍｍ程度まで許容されるが、開口後においても歪みの無い平坦なメンブレンを提供するためには、１ｍｍ×１ｍｍサイズ以下に抑えるほうが望ましい。

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、メンブレンの中央部分に小開口のメンブレン分割領域が存在しないので、全体のエッチング時間を短縮することができる。このため、支持枠および梁となるべき残留部分を保護するエッチングストッパー層のオーバーエッチングを有効に防止することができる。

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、メンブレン３Ａの梁帯部６で囲まれた略正方形の部分をメンブレン分割領域５Ａ１〜５Ａ６と呼ぶものとする。梁帯部６は、図３に示すように、梁４と、梁４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、これらの分割領域を相補パターン区画Ｉ〜ＩＶ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Ｉ〜ＩＶ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Ｉ〜ＩＶ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からなり、メンブレン３Ａを４つの相補パターン区画Ｉ〜ＩＶに区分するものである。第１のＸ軸梁帯部セグメント６ｄは、Ｘ軸に沿って延び出すとともに第１象限の相補パターン区画に含まれ、第１象限の相補パターン区画Ｉと第４象限の相補パターン区画ＩＶとに分けている。第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｂは、Ｘ軸に沿って延び出すとともに第３象限の相補パターン区画に含まれ、第２象限の相補パターン区画ＩＩと第３象限の相補パターン区画ＩＩＩとに分けている。第１のＹ軸梁帯部セグメント６ａは、Ｙ軸に沿って延び出すとともに第１象限の相補パターン区画に含まれ、第１象限の相補パターン区画Ｉと第２象限の相補パターン区画ＩＩとに分けている。第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｃは、Ｙ軸に沿って延び出すとともに第３象限の相補パターン区画に含まれ、第３象限の相補パターン区画ＩＩＩと第４象限の相補パターン区画ＩＶとに分けている。

図２に示すように、Ｘ軸方向に隣接する区画Ｉと区画ＩＩとの間、または区画ＩＩＩと区画ＩＶとの間で、第１のＸ軸梁帯部セグメント６ｄの位置と第２のＸ軸梁帯部セグメント６ｂの位置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本の梁の幅に等しい。同様に、Ｙ軸方向に隣接する区画Ｉと区画ＩＶとの間、または区画ＩＩと区画ＩＩＩとの間で、第１のＹ軸梁帯部セグメント６ａの位置と第２のＹ軸梁帯部セグメント６ｃの位置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本の梁の幅に等しい。なお、梁帯部６の幅Ｗ１，Ｗ２は１００〜２００μｍ程度とすることができる。相補マスク１Ａ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。例えば、区画Ｉの梁群と区画ＩＩの梁群とは同一のライン上になく、区画Ｉと区画ＩＩを区分する梁帯部セグメント６ａに対して位置がずれたところで当接している。

本実施形態のマスク１Ａでは、基準サイズを１ｍｍ×１ｍｍとした場合のメンブレン分割領域５Ａ４よりも大きい拡張サイズ（１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ａ６をメンブレン３Ａの中央部分に２つ設けている。これら２つの拡張メンブレン分割領域５Ａ６は、区画ＩＩと区画ＩＶにおいてメンブレンの中心に対して点対称に配置されている。区画ＩＩと区画ＩＶでは拡張サイズのメンブレン分割領域５Ａ６、基準サイズのメンブレン分割領域５Ａ４、基準サイズより小さいサイズ（０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ａ１が対角線上に並んで配置されている。

また、区画ＩＩと区画ＩＶには、梁帯部６ａ，６ｃに沿って準拡張サイズ（１．５ｍｍ×１．０ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ａ５が拡張メンブレン分割領域５Ａ６に隣接して配置され、また、梁帯部６ｂ，６ｄに沿って準拡張サイズ（１．０ｍｍ×１．２５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ａ５が拡張メンブレン分割領域５Ａ６に隣接して配置されている。

さらに、区画ＩＩと区画ＩＶには、基準サイズより小さいサイズ（１．０ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ａ２と、基準サイズに準ずるサイズ（１．５ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ａ３とが設けられている。

なお、区画Ｉと区画ＩＩＩには、基準サイズのメンブレン分割領域５Ａ４のみが設けられている。

本実施形態のマスク１Ａでは、メンブレン分割領域５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４，５Ａ５，５Ｂ６の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値が、それぞれ０．９７，０．８６，０．７７，０．７３，０．６２，０．４８である。

図３はメンブレン分割領域５の１つとその周囲の梁４および梁帯部６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４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４の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４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４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１Ａ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インチ径ウエハを用いてステンシルマスク１Ａを形成した場合、梁４の高さは８インチシリコンウエハの厚さの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からである。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ー層として機能する。

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。

次いで、上記の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。

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と被処理ウエハを固定して区画Ｉ〜ＩＶ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Ｉ〜ＩＶ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、被処理ウエハを移動させる方が容易である。

被処理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Ｉ〜ＩＶ（図２参照）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４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。

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５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４，５Ａ５，５Ｂ６の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値がそれぞれ０．９７，０．８６，０．７７，０．７３，０．６２，０．４８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０．４９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小さくしているので、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２の実施形態）
次に、図５を参照して第２の実施形態のマスクについて説明する。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、区画ＩＩと区画ＩＶにおいて、４つの梁帯部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに沿って細長サイズ（０．７５ｍｍ×０．２５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｂ１と、細長サイズ（１．０ｍｍ×０．２５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｂ２と、細長サイズ（１．５ｍｍ×０．２５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｂ３とをそれぞれ設けている。また、区画ＩＩおよび区画ＩＶの周縁部分には、基準サイズよりも小さいサイズ（０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｂ４と、基準サイズよりも少し小さいサイズ（１．０ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｂ５とをそれぞれ設けている。なお、区画Ｉと区画ＩＩＩには、基準サイズのメンブレン分割領域５Ｂ６のみが設けられている。

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５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３，５Ｂ４，５Ｂ５，５Ｂ６の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値がそれぞれ２．２，２．１，２．１，０．９７，０．８６，０．７３である。従って、本実施形態マスク１Ｂにおける二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差は１．４７になる。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小さくしているので、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３の実施形態）
次に、図６を参照して第３の実施形態のマスクについて説明する。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３の実施形態のステンシルマスク１Ｃでは、区画ＩＩと区画ＩＶにおいて、４つの梁帯部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに沿って基準サイズよりも小さいサイズ（０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｃ１と、基準サイズよりも少し小さいサイズ（１．０ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｃ２とをそれぞれ設けている。また、区画ＩＩおよび区画ＩＶの周縁部分にも、基準サイズよりも小さいサイズ（０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｃ１と、基準サイズよりも少し小さいサイズ（１．０ｍｍ×０．７５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｃ２とをそれぞれ設けている。

区画ＩＩおよび区画ＩＶの周縁部分のメンブレン分割領域５Ｃ１，５Ｃ２は、図中に斜線で示したダミー開口ＤＭを含むものである。これらのダミー開口ＤＭには露光時の電子線ビームが通過しない。なお、区画Ｉと区画ＩＩＩには、基準サイズのメンブレン分割領域５Ｃ３のみが設けられている。

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５Ｃ１，５Ｃ２，５Ｃ３の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値がそれぞれ０．９７，０．８６，０．７３である。従って、本実施形態マスク１Ｃにおける二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差は０．２４になる。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小さくしているので、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。

また、ダミー開口ＤＭを設けることにより、メンブレン周縁部においても小開口や細長い開口が生じなくなり、エッチング条件の設定がさらに容易になるというメリットがある。

（比較例）
次に、図７を参照して比較例のマスクについて説明する。
比較例のステンシルマスク１Ｍは、基準サイズを１ｍｍ×１ｍｍとした場合に、区画ＩＩと区画ＩＶに最小サイズ（０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ）の開口をもつメンブレン分割領域５Ｍ１をそれぞれ有している。また、区画ＩＩと区画ＩＶには、４つの梁帯部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに沿ってそれぞれ細長サイズ（０．７５ｍｍ×０．２５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｍ２と、細長サイズ（１．０ｍｍ×０．２５ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｍ３を有している。なお、区画Ｉと区画ＩＩＩには、基準サイズ（１ｍｍ×１ｍｍ）のメンブレン分割領域５Ｍ６のみが設けられている。

メンブレン分割領域５Ｍ１，５Ｍ２，５Ｍ３，５Ｍ４，５Ｍ５，５Ｍ６の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値は、それぞれ２．９，２．２，２．１，０．９７，０．８６，０．７３である。従って、比較例マスク１Ｍにおける二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差は２．１７になり、上記第１〜第３の実施形態の値よりもかなり大きい。このため、メンブレン分割領域５Ｍ１，５Ｍ２，５Ｍ３に属する部分のエッチングが、特にメンブレン分割領域５Ｍ１のエッチングが、他の領域５Ｍ４，５Ｍ５，５Ｍ６よりも遅く、メンブレン分割領域５Ｍ１に揃えて全体のエッチング時間を長くした場合、他の領域５Ｍ４，５Ｍ５，５Ｍ６のエッチングストッパー層１０が消費されてしまい、メンブレン形成用層３ａをもオーバーエッチングされるという事態が生じた。一方、逆にメンブレン分割領域５Ｍ４，５Ｍ５，５Ｍ６にエッチング時間を揃えると、細長形状のメンブレン分割領域５Ｍ１，５Ｍ２，５Ｍ３の掘り進みが不十分になり、特にメンブレン分割領域５Ｍ１ではエンドラインまで完全に掘り進むことができず、メンブレン分割領域を形成できなかった。

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）、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。比較例のステンシルマスクを示す要部拡大平面図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｎ…ステンシルマスク、
２…シリコン基板（シリコンウエハ）、
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｎ…メンブレン、
３ａ…メンブレン形成用層（シリコン系薄膜）、
４…梁、
５，５Ａ１〜５Ａ６，５Ｂ１〜５Ｂ６，５Ｃ１〜５Ｃ３，５Ｍ１〜５Ｍ６…メンブレン分割領域、
ＤＭ…ダミー開口、
６…梁帯部、
６ａ…第１のＹ軸梁帯部セグメント、
６ｂ…第２のＸ軸梁帯部セグメント、
６ｃ…第２のＹ軸梁帯部セグメント、
６ｄ…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、
Ｉ…第１象限の相補パターン区画、
ＩＩ…第２象限の相補パターン区画、
ＩＩＩ…第３象限の相補パターン区画、
ＩＶ…第４象限の相補パターン区画。

Claims

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３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、
前記複数のメンブレン分割領域は、サイズが異なるものを含み、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を特徴とするステンシルマスク。
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。
前記二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分を１．０未満とすることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスク。
全てのメンブレン分割領域の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値が１．０未満であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載のステンシルマスク。
前記支持枠と前記梁との間隔を拡張するために、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有するメンブレン分割領域を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のステンシルマスク。
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３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、
前記複数のメンブレン分割領域は、サイズが異なるものを含み、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を特徴とするステンシルマスクブランクス。
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。
前記二次元アスペクト比２ＤＡＲの最大値と最小値の差分を１．０未満と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。
全てのメンブレン分割領域の二次元アスペクト比２ＤＡＲ値が１．０未満であることを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項記載のステンシルマスクブランクス。
前記支持枠と前記梁との間隔を拡張するために、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有するメンブレン分割領域を設けることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載のステンシルマスクブランクス。