JP6911397B2 - 荷電粒子線露光用マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、荷電粒子線露光用マスクに係り、特に荷電粒子線を透過しない薄板部に所望の開口部を設けた荷電粒子線露光用マスクとその製造方法に関する。

半導体装置等の集積回路の微細化および高集積化に伴い、フォトリソグラフィ法に替わって、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を用いた荷電粒子線リソグラフィ法がパターン形成に使用されている。荷電粒子線リソグラフィ法には、荷電粒子線露光装置を用いて露光対象物に荷電粒子線を直接描画する方式と、荷電粒子線露光装置と露光対象物との間にステンシル型の荷電粒子線露光用マスクを介在させてパターン露光する方式がある。
ステンシル型の荷電粒子線露光用マスクとしては、荷電粒子線を透過しない薄板部に所望の開口部を設けたマスクが使用される。このようなマスクとして、例えば、厚みが１μｍ程度であり平面視形状が細長い形状である薄板部の長手方向の寸法を１０ｍｍ程度までとしたステンシル型のマスク（特許文献１）、薄板部に数ｎｍ〜数μｍの寸法の開口を所望の配列で設けたステンシル型のマスク（特許文献２）等が開示されている。

特開２００９−２７４３４７号公報 特開２０１３−１２６８２号公報

しかし、従来のステンシル型の荷電粒子線露光用マスクを構成する薄板部は、機械的強度が低いものである。したがって、製造工程における応力や基板の歪みの影響、あるいは、洗浄時の水圧の影響を受けて、薄板部が変形してしまう問題が発生する。このような問題は、薄板部の平面視形状の面積が大きくなるほど顕著となる。例えば、上述の特許文献１、特許文献２に記載の従来のステンシル型のマスクであっても、製造工程における薄板部の変形、破損が生じ易く、安定的に製造することは困難であった。また、使用に際しても、応力の作用により薄板部の変形、破損が生じ易いという問題があった。
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、安定した使用が可能な荷電粒子線露光用マスクと、このような荷電粒子線露光用マスクを安定的に製造可能な製造方法を提供することを一目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の一実施形態としての荷電粒子線露光用マスクは、パターン領域に複数の開口部を有し、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲内である薄板部と、前記薄板部の一方の面であって前記パターン領域の外側を支持する枠形状の支持部と、前記薄板部の前記一方の面の前記パターン領域内であって前記開口部の周縁から離間した領域に、前記開口部を囲むように位置するとともに前記支持部と連続している補強部と、を備え、前記補強部の一部が、前記薄板部に連続していないような構成とした。

本発明の他の態様として、前記補強部は、全ての前記開口部の周縁から離間した領域に前記開口部を囲むよう位置するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記補強部が前記開口部の周縁から離間する距離は１μｍ以上であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記補強部における前記開口部を囲む部位の平面視の輪郭形状に存在する角部がラウンド形状であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記ラウンド形状の曲率半径は、１μｍ〜１００μｍの範囲内であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記ラウンド形状の曲率半径は、前記補強部が前記開口部の周縁から離間する距離に等しいような構成とした。
本発明の他の態様として、前記薄板部と、前記支持部および前記補強部とは、エッチング選択性のある材料からなるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記薄板部は、シリコンからなる層であり、前記補強部は、酸化シリコンからなる層とシリコンからなる層との複合体であって、前記薄板部側から前記酸化シリコンからなる層および前記シリコンからなる層の順に位置するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記薄板部は、窒化シリコン、炭化シリコン、ガリウム砒素、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア又は金属からなる層であるような構成とした。

本発明の一実施形態としての荷電粒子線露光用マスクの製造方法は、基板の一主面にパターン領域を画定し、前記パターン領域の前記基板に孔部を形成する工程と、前記孔部を被覆するように前記基板上に樹脂層を形成する工程と、前記基板の前記一主面と対向する主面側から、前記孔部が露出するまで前記基板を所望のパターンでエッチングして、前記パターン領域の外側に位置する枠形状の支持部と、前記パターン領域内であって、露出した前記孔部の開口部の周縁から離間した領域に前記開口部を囲むように位置するとともに、前記支持部と連続している補強部とを形成するとともに、露出した前記孔部の深さを０．１μｍ〜３０μｍの範囲内で所望の深さとする工程と、前記樹脂層を除去する工程と、を有し、前記補強部の一部が前記薄板部に連続しないように前記補強部を形成するような構成とした。

本発明の他の態様として、前記樹脂層の厚みは、５μｍ〜３０μｍの範囲内とするような構成とした。
本発明の他の態様として、前記基板は、酸化シリコン層を介してシリコン層が積層されたＳＯＩ基板であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記基板は、シリコン、シリコン化合物、化合物半導体、炭素、サファイアおよび金属からなる群より選択される１種からなる基板または２種以上を積層してなる積層基板であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記積層基板は、エッチング選択性のある２種以上の材料を積層してなる基板であるような構成とした。

本発明の荷電粒子線露光用マスクは、薄板部の変形、破損が生じ難く、安定した使用が可能である。
本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法は、製造工程における薄板部の変形、破損を防止して、安定的な製造を可能とする。

図１は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの一実施形態を示す平面図である。 図２は、図１に示される荷電粒子線露光用マスクのＩ−Ｉ線における部分拡大断面図である。 図３は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図である。 図４は、図３に示される荷電粒子線露光用マスクのII−II線における断面図である。 図５は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図である。 図６は、図５に示される荷電粒子線露光用マスクのIII−III線における断面図である。 図７は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図である。 図８は、図７に示される荷電粒子線露光用マスクのIV−IV線における断面図である。 図９は、図７に示される荷電粒子線露光用マスクのＶ−Ｖ線における断面図である。 図１０は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図である。 図１１は、図１０に示される荷電粒子線露光用マスクのVI−VI線における断面図である。 図１２は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を説明するための図である。 図１３は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を説明するための図である。 図１４は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を説明するための図である。 図１５は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図である。 図１６は、図１５に示される荷電粒子線露光用マスクのVII−VII線における断面図である。 図１７は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図である。 図１８は、図１７に示される荷電粒子線露光用マスクのVIII−VIII線における断面図である。 図１９は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。 図２０は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。 図２１は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。
本明細書等において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値のそれぞれを下限値及び上限値として含む範囲であることを意味する。
本明細書等において、「フィルム」、「シート」、「板」等の用語は、呼称の相違に基づいて相互に区別されない。例えば、「板」は、「シート」、「フィルム」と一般に呼ばれ得るような部材をも含む概念である。

［荷電粒子線露光用マスク］
本発明の荷電粒子線露光用マスクについて説明する。
図１は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの一実施形態を示す平面図であり、図２は、図１に示される荷電粒子線露光用マスクのＩ−Ｉ線における部分拡大断面図である。図１および図２において、荷電粒子線露光用マスク１１は、パターン領域１３に複数の開口部１４を有する薄板部１２と、この薄板部１２の一方の面１２ａであってパターン領域１３の外側を支持する枠形状の支持部１５と、薄板部１２の一方の面１２ａのパターン領域１３内であって各開口部１４の周縁１４ｐから離間した領域に、当該開口部１４を囲むように位置する補強部１７を備えている。荷電粒子線露光用マスク１１を構成する薄板部１２は、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲であり、また、補強部１７は、支持部１５と連続している。尚、図１では、パターン領域１３の周囲を一点鎖線で示している。また、図１では、開口部１４を省略している。

図示例の荷電粒子線露光用マスク１１は、単結晶シリコン基板上に酸化シリコン層（埋め込み酸化シリコン層；ボックス層ともいう）が配置され、当該酸化シリコン層上に薄板部の単結晶シリコン層が配置されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を使用して製造されたものであり、ＳＯＩ基板の薄板部の単結晶シリコン層にパターン領域１３が画定されている例である。したがって、荷電粒子線露光用マスク１１の薄板部１２の材質は単結晶シリコンとなる。また、荷電粒子線露光用マスク１１にＳＯＩ基板を使用しない場合には、基板としては、シリコン基板、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン等のシリコン化合物基板、ガリウム砒素等の化合物半導体基板、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素基板、サファイア基板、ステンレスやアルミニウム、クロム等の金属基板を使用することができ、また、これらの基板材質を含む所望の材質の中から選択した複合材質からなる積層体を基板として使用することができる。したがって、薄板部１２の材質、厚みは、使用する基板に対応したものとなる。例えば、薄板部１２の材質が単結晶シリコンである場合、薄板部１２の厚みは、例えば、１μｍ〜３０μｍとなり、また、薄板部１２の材質が窒化シリコンである場合は、例えば、０．１μｍ〜１μｍとなり、炭化シリコンである場合は、例えば、０．１μｍ〜３μｍとなり、ダイヤモンドライクカーボンである場合は、例えば、０．１μｍ〜２μｍとなる。

図示例では、荷電粒子線露光用マスク１１の外郭形状が矩形であり、また、薄板部１２に画定されているパターン領域１３も矩形とされているが、矩形に限定されるものではない。また、薄板部１２がパターン領域１３に備える開口部１４の開口形状、配設位置、寸法は、荷電粒子線露光用マスク１１の使用目的に応じて適宜設定することができる。
荷電粒子線露光用マスク１１の支持部１５は、パターン領域１３の外側を囲み、かつ、薄板部１２の面１２ａを支持可能な枠形状とされる。ＳＯＩ基板を使用している荷電粒子線露光用マスク１１では、支持部１５はＳＯＩ基板を構成する単結晶シリコン基板１５ａと酸化シリコン層１５ｂとの積層からなる。この支持部１５は、酸化シリコン層１５ｂが、薄板部１２の一方の面１２ａであってパターン領域１３の外側に固着しており、これにより薄板部１２を支持している。

荷電粒子線露光用マスク１１にＳＯＩ基板を使用していない場合には、上記のように、基板としてシリコン基板、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン等のシリコン化合物基板、ガリウム砒素等の化合物半導体基板、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の炭素基板、サファイア基板、ステンレスやアルミニウム、クロム等の金属基板を使用することができる。また、これらの基板材質を含む所望の材質の中から選択した複合材質からなる積層体を基板として使用することができる。積層体は、薄板部１２を構成するための層と、支持部１５および補強部１７を構成する層とが、選択性のあるエッチングを行うことが可能であり、薄板部１２が自立薄膜（メンブレン）となり、上記の１５ｂに相当する部材が存在しない場合であっても、薄板部１２は開口部１４を有する状態を維持可能であればよく、例えば、積層体を２層構造とすることができる。

また、薄板部１２を構成するための層と、支持部１５および補強部１７を構成する層との間にエッチング選択性をもたせるために、積層体を３層以上の構造としてもよい。積層体が３層構造の場合、上記の部材１２に相当する基板と部材１５ｂに相当する基板との間にエッチング選択性が存在し、また、上記の部材１５ａに相当する基板と部材１５ｂに相当する基板との間にエッチング選択性が存在するように、組み合わせを設定することができる。例えば、下記の表１に示すような材質の組み合わせを挙げることができる。尚、本発明において、異なる層、材料間においてエッチング選択性があるとは、同一条件でエッチングを行ったときに、エッチング速度に相違が生じる場合があることを意味する。

したがって、支持部１５の材質は、使用する基板に対応したものとなる。このような支持部１５の厚み（図２に示される矢印ａ方向の厚み）は、支持部１５の材質、枠形状の平面視の寸法等を考慮して設定することができ、例えば、１００μｍ〜８００μｍ、好ましくは２００μｍ〜４００μｍの範囲で適宜設定することができる。
荷電粒子線露光用マスク１１を構成する補強部１７は、薄板部１２の一方の面１２ａのパターン領域１３内であって、各開口部１４の周縁１４ｐから離間した領域に、当該開口部１４を囲むように位置している。この補強部１７が開口部１４の周縁１４ｐから離間する距離Ｌは、１μｍ以上であることが好ましく、１．２μｍ以上であることがより好ましく、５μｍ以上であることが特に好ましく、後述する荷電粒子線露光用マスクの製造における孔部６４とレジストパターン８５の開口８５ａとのアライメント等を考慮すると、１０μｍ以上が更に好ましい。また、距離Ｌの上限は隣接する開口部１４間に存在する薄板部１２の大きさに応じて設定することができ、例えば、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とすることができる。補強部１７が開口部１４の周縁１４ｐから離間する距離Ｌが１μｍ未満であると、荷電粒子線が開口部１４を透過する効率が低下するおそれがある。また、距離Ｌが１００μｍを超えると、補強部１７による薄板部１２の有効な補強が得られず、荷電粒子線露光用マスク１１に作用する応力が開口部１４周辺の薄板部１２に作用することを阻止できない場合があり得る。尚、補強部１７が開口部１４の周縁１４ｐから離間する距離Ｌは、全ての開口部１４において、また、１個の開口部１４の周囲全域において、同じであってよい。また、パターン領域１３における開口部１４の存在位置に応じて距離Ｌが異なるもの、１個の開口部１４の周囲において距離Ｌが異なるものであってもよい。

ＳＯＩ基板を使用している荷電粒子線露光用マスク１１では、補強部１７は、支持部１５と同様に、ＳＯＩ基板を構成する単結晶シリコン１７ａと酸化シリコン１７ｂとの積層からなる。補強部１７の厚み（図２に示される矢印ａ方向の厚み）は、支持部１５の厚みと同等であってよい。また、補強部１７は、支持部１５よりも薄いものであってもよく、さらに、補強部１７の厚みがパターン領域１３における存在位置に応じて異なるものであってもよい。
このような補強部１７は、開口部１４を囲むように位置するとともに、パターン領域１３の外側に位置している支持部１５と連続している。このため、荷電粒子線露光用マスク１１に応力等が作用しても、荷電粒子線露光用マスク１１に歪みが生じることが抑制され、薄板部１２の変形、開口部１４の破損等を防止することができる。また、補強部１７は、薄板部１２に荷電粒子線が衝突して発生した熱を外部に逃がす放熱作用も発現する。

次に、具体的な開口部形状を挙げながら、本発明の荷電粒子線露光用マスクを説明する。
図３は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図であり、図４は、図３に示される荷電粒子線露光用マスクのII−II線における断面図である。図３および図４において、荷電粒子線露光用マスク２１は、矩形のパターン領域２３（図３に一点鎖線で示す）に複数の矩形の開口部２４を有する薄板部２２と、この薄板部２２の一方の面２２ａであってパターン領域２３の外側を支持する枠形状の支持部２５と、薄板部２２の一方の面２２ａのパターン領域２３内であって各開口部２４の周縁２４ｐから離間した領域に、当該開口部２４を囲むように位置する補強部２７を備えている。また、荷電粒子線露光用マスク２１を構成する薄板部２２は、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲であり、補強部２７は、支持部２５と連続している。尚、荷電粒子線露光用マスク２１の外郭寸法と開口部２４の寸法の比、開口部２４の数等は便宜的に記載したものである。また、図３では、各開口部２４の周縁２４ｐから離間して位置する補強部２７の輪郭を鎖線で示している。

荷電粒子線露光用マスク２１も、荷電粒子線露光用マスク１１と同様に、ＳＯＩ基板を使用した例としている。したがって、荷電粒子線露光用マスク２１を構成する薄板部２２、支持部２５、補強部２７は、荷電粒子線露光用マスク１１を構成する薄板部１２、支持部１５、補強部１７と同様とすることができる。
薄板部２２のパターン領域２３に位置する矩形の開口部２４は、４列×３行で碁盤の目となるように配列している。そして、この開口部２４の周縁２４ｐから距離Ｌだけ離間した位置に、補強部２７の輪郭（図３に鎖線で示す）が位置している。補強部２７が開口部２４の周縁２４ｐから離間する距離Ｌは、上記と同様に、１μｍ以上であることが好ましく、１．２μｍ以上であることがより好ましく、５μｍ以上であることが特に好ましく、距離Ｌの上限は、例えば、１００μｍ、好ましくは５０μｍとすることができる。また、距離Ｌは、全ての開口部２４において、また、１個の開口部２４の周囲全域において、同じであってよい。さらに、パターン領域２３における開口部２４の存在位置に応じて距離Ｌが異なるもの、１個の開口部２４の周囲において距離Ｌが異なるものであってもよい。

このような補強部２７は、開口部２４を囲む格子形状であり、パターン領域２３の周縁部では、支持部２５と連続している。したがって、荷電粒子線露光用マスク２１に応力等が作用しても、荷電粒子線露光用マスク２１に歪みが生じることが抑制され、薄板部２２の変形、開口部２４の破損等を防止することができる。また、補強部２７は、薄板部２２に荷電粒子線が衝突して発生した熱を外部に逃がす放熱作用も発現する。
尚、開口部２４の配列は、碁盤の目に限定されるものではない。図５は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図であり、図６は、図５に示される荷電粒子線露光用マスクのIII−III線における断面図である。図５および図６において、荷電粒子線露光用マスク２１′は、パターン領域２３に位置する開口部２４において、Ｙ軸方向の３個の開口部２４からなる配列群が、Ｘ軸方向に４列隣接しており、隣接する各配列群がＹ軸方向に距離ｙずれている他は、上述の荷電粒子線露光用マスク２１と同様である。したがって、同じ部材には同じ部材番号を付している。このような荷電粒子線露光用マスク２１′においても、荷電粒子線露光用マスク２１′に歪みが生じることが抑制され、薄板部２２の変形、開口部２４の破損等が防止される。

図７は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの他の実施形態を示す平面図であり、図８は、図７に示される荷電粒子線露光用マスクのIV−IV線における断面図、図９は、図７に示される荷電粒子線露光用マスクのＶ−Ｖ線における断面図である。図７〜図９において、荷電粒子線露光用マスク３１は、矩形のパターン領域３３（図７に一点鎖線で示す）に複数のＴ字形の開口部３４を有する薄板部３２と、この薄板部３２の一方の面３２ａであってパターン領域３３の外側を支持する枠形状の支持部３５と、薄板部３２の一方の面３２ａのパターン領域３３内であって各開口部３４の周縁３４ｐから離間した領域に、当該開口部３４を囲むように位置する補強部３７を備えている。また、荷電粒子線露光用マスク３１を構成する薄板部３２は、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲であり、補強部３７は、支持部３５と連続している。尚、荷電粒子線露光用マスク３１の外郭寸法と開口部３４の寸法の比、開口部３４の数等は便宜的に記載したものである。また、図７では、各開口部３４の周縁３４ｐから離間して位置する補強部３７の輪郭を鎖線で示している。

荷電粒子線露光用マスク３１も、荷電粒子線露光用マスク１１と同様に、ＳＯＩ基板を使用した例としている。したがって、荷電粒子線露光用マスク３１を構成する薄板部３２、支持部３５、補強部３７は、荷電粒子線露光用マスク１１を構成する薄板部１２、支持部１５、補強部１７と同様とすることができる。

図示例では、Ｔ字形の開口部３４は薄板部３２のパターン領域３３に１２個配列されており、この開口部３４の周縁３４ｐから距離Ｌだけ離間した位置に、補強部３７の輪郭（図７に鎖線で示す）が位置している。補強部３７が開口部３４の周縁３４ｐから離間する距離Ｌは、上記と同様に、１μｍ以上であることが好ましく、１．２μｍ以上であることがより好ましく、５μｍ以上であることが特に好ましく、距離Ｌの上限は、例えば、１００μｍ、好ましくは５０μｍとすることができる。また、距離Ｌは、全ての開口部３４において、また、１個の開口部３４の周囲全域において、同じであってよい。さらに、パターン領域３３における開口部３４の存在位置に応じて距離Ｌが異なるもの、１個の開口部３４の周囲において距離Ｌが異なるものであってもよい。
このような補強部３７は、パターン領域３３の周縁部で支持部３５と連続している。したがって、荷電粒子線露光用マスク３１に応力等が作用しても、荷電粒子線露光用マスク３１に歪みが生じることが抑制され、薄板部３２の変形、開口部３４の破損等を防止することができる。また、補強部３７は、薄板部３２に荷電粒子線が衝突して発生した熱を外部に逃がす放熱作用も発現する。

上述の荷電粒子線露光用マスクの実施形態では、薄板部２２，３２がパターン領域２３，３３に有する開口部２４，３４の形状が１種であったが、本発明の荷電粒子線露光用マスクは、異なる形状の開口部を有するものであってもよい。図１０は、このような本発明の荷電粒子線露光用マスクの一実施形態を示す平面図であり、図１１は、図１０に示される荷電粒子線露光用マスクのVI−VI線における断面図である。図１０および図１１において、荷電粒子線露光用マスク４１は、矩形のパターン領域４３（図１０に一点鎖線で示す）に開口形状が円形、矩形、三角形の３種の開口部４４を有する薄板部４２と、この薄板部４２の一方の面４２ａであってパターン領域４３の外側を支持する枠形状の支持部４５と、薄板部４２の一方の面４２ａのパターン領域４３内であって各開口部４４の周縁４４ｐから離間した領域に、当該開口部４４を囲むように位置する補強部４７を備えている。パターン領域４３には、開口形状が円形、矩形、三角形の３個の開口部４４がＹ軸方向に配列した配列群が、Ｘ軸方向に５列隣接して存在している。そして、隣接する各配列群がＹ軸方向に距離ｙずれた状態で位置している。このような開口部４４を有する薄板部４２は、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲であり、補強部４７は、支持部４５と連続している。尚、荷電粒子線露光用マスク４１の外郭寸法と開口部４４の寸法の比、開口部４４の数等は便宜的に記載したものである。また、図１０では、各開口部４４の周縁４４ｐから離間して位置する補強部４７の輪郭を鎖線で示している。

荷電粒子線露光用マスク４１も、荷電粒子線露光用マスク１１と同様に、ＳＯＩ基板を使用した例としている。したがって、荷電粒子線露光用マスク４１を構成する薄板部４２、支持部４５、補強部４７は、荷電粒子線露光用マスク１１を構成する薄板部１２、支持部１５、補強部１７と同様とすることができる。
また、荷電粒子線露光用マスクでは、補強部は、開口部を囲む部位の平面視の輪郭形状に存在する角部がラウンド形状であってもよい。図１２は、このようなラウンド形状を、上述の荷電粒子線露光用マスク２１の開口部２４、補強部２７を例として説明するための図である。図１２（Ａ）は、矩形の開口部２４の周縁２４ｐから距離Ｌ離間した領域に、当該開口部２４を囲むように位置する補強部２７を、斜線を付して示している。この図１２（Ａ）では、補強部２７の開口部２４を囲む部位の平面視の輪郭形状（鎖線で示している）に、角部２７ｃが４箇所存在している。一方、図１２（Ｂ）では、補強部２７は、開口部２４を囲む部位の平面視の輪郭形状（鎖線で示している）において、４箇所の角部がラウンド形状２７ｒとなっている。

また、図１３は、上記のラウンド形状を、上述の荷電粒子線露光用マスク３１の開口部３４、補強部３７を例として説明するための図である。図１３（Ａ）は、Ｔ字形の開口部３４の周縁３４ｐから距離Ｌ離間した領域に、当該開口部３４を囲むように位置する補強部３７を、斜線を付して示している。この図１３（Ａ）では、補強部３７の開口部３４を囲む部位の平面視の輪郭形状（鎖線で示している）に、角部３７ｃが８箇所存在している。一方、図１３（Ｂ）では、補強部３７は、開口部３４を囲む部位の平面視の輪郭形状（鎖線で示している）において、８箇所の角部がラウンド形状３７ｒとなっている。

このようなラウンド形状２７ｒ，３７ｒの曲率半径は、例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜５０μｍの範囲で適宜設定することができる。このような曲率半径は、開口部２４，３４の開口形状における角部の内角に応じて曲率半径を設定することができ、例えば、内角が小さい場合には曲率半径を小さく、内角が大きい場合には曲率半径を大きく設定することができる。また、曲率半径を、開口部２４，３４の周縁２４ｐ，３４ｐから補強部２７，３７までの距離Ｌと等しいものとしてもよい。この場合、距離Ｌと等しいとは、０．９Ｌ〜１．１Ｌの範囲を意味する。
このように、補強部において、開口部を囲む部位の平面視の輪郭形状の角部をラウンド形状とすることにより、荷電粒子線露光用マスク２１に大きな応力等が作用し、荷電粒子線露光用マスク２１に歪みが若干生じても、ラウンド形状２７ｒ，３７ｒとなっている部位において歪み応力が緩和され、薄板部２２，３２の変形、開口部２４，３４の破損等を防止することができる。

また、荷電粒子線露光用マスクは、隣接する開口部の間隔が大きい場合、開口部を囲む補強部の平面視の輪郭形状を円形、楕円形等の曲線形状とすることができる。図１４は、このような曲線形状を、上述の荷電粒子線露光用マスク３１の開口部３４、補強部３７（斜線を付して示している）を例として説明するための図である。図１４では、開口部３４を囲む補強部３７の平面視の輪郭形状（鎖線で示している）が、Ｔ字形の開口部３４を囲む円形となっている。この場合、円形の輪郭形状とＴ字形の開口部３４との最小離間距離Ｌmin、最大離間距離Ｌmaxが、上述の距離Ｌの範囲となることが好ましいが、これに限定されるものではない。

さらに、荷電粒子線露光用マスクは、周囲が補強部で囲まれていない開口部を備えるものであってもよい。図１５は、このような態様を、上述の荷電粒子線露光用マスク２１を例として説明するための平面図であり、図１６は、図１５に示される荷電粒子線露光用マスクのVII−VII線における断面図である。図１５、図１６において、荷電粒子線露光用マスク２１″は、パターン領域２３に位置する開口部２４において、中央の２個の開口部２４が、周囲を補強部２７で囲まれていない、すなわち、当該２個の開口部２４間には、補強部２７が存在しない他は、上述の荷電粒子線露光用マスク２１と同様である。したがって、同じ部材には同じ部材番号を付している。このように、周囲を補強部２７で囲まれていない開口部２４の位置、数、存在密度は、荷電粒子線露光用マスク２１″において歪みを生じることが抑制される範囲で適宜設定することができる。

さらにまた、荷電粒子線露光用マスクは、支持部と連続するが、薄板部とは連続しない補強部を備えるものであってもよい。図１７は、このような態様の荷電粒子線露光用マスクを説明するための平面図であり、図１８は、図１７に示される荷電粒子線露光用マスクのVIII−VIII線における断面図である。図１７、図１８において、荷電粒子線露光用マスク５１は、パターン領域５３に複数の開口部５４を有する薄板部５２と、この薄板部５２の一方の面５２ａにおけるパターン領域５３の外側を支持する枠形状の支持部５５と、平面視において薄板部５２のパターン領域５３内で、各開口部５４の周縁５４ｐから離間し、当該開口部５４を囲むように位置する補強部５７とを備える。また、荷電粒子線露光用マスク５１を構成する薄板部５２は、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲である。補強部５７は、テーパー形状の側面５７ａを有し、支持部５５に連続するものの、薄板部５２には連続しない。なお、補強部５７における薄板部５２側に位置する端部と、薄板部５２の一方の面５２ａとの間の距離は、薄板部５２の変形等が生じない程度に補強部５７により補強されている限りにおいて特に制限されるものではない。

図１７、図１８に示される荷電粒子線露光用マスク５１においては、パターン領域５３内に位置する全ての補強部５７が薄板部５２に連続していないが、このような態様に限定されるものではなく、パターン領域５３内に位置する少なくとも一部の補強部５７が薄板部５２に連続していなければよい。例えば、パターン領域５３内に位置する４行×５列の開口部５４のうち、当該パターン領域５３の中央に位置する２行×３列の開口部５４を囲む補強部５７が薄板部５２に連続しておらず、その周囲に位置する開口部５４を囲む補強部５７は薄板部５２に連続する態様であってもよいし、その逆、すなわち、中央に位置する開口部５４を囲む補強部５７が薄板部５２に連続し、その周囲に位置する開口部５４を囲む補強部５７は薄板部５２に連続しない態様であってもよい。

上述の荷電粒子線露光用マスクの実施形態は例示であり、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、開口部の形状、配置等は上述の実施形態に限定されるものではなく、荷電粒子線露光用マスクの使用目的に応じて適宜設定することができる。

また、本発明の荷電粒子線露光用マスクは、ステンシル型の荷電粒子線露光用マスクとして荷電粒子線露光装置と露光対象物との間に介在させてパターン露光に供することができるが、荷電粒子線露光用マスクの外郭寸法、形状、およびパターン領域の寸法、形状、開口部の寸法、形状等を適切なものとすることにより、荷電粒子線露光装置の鏡筒内に配設するアパーチャとして使用することも可能である。したがって、本発明の荷電粒子線露光用マスクは、荷電粒子線露光装置と露光対象物との間にステンシル型の荷電粒子線露光用マスクとともに、荷電粒子線露光装置を構成するアパーチャも包含するものである。

［荷電粒子線露光用マスクの製造方法］
次に、本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法について説明する。
図１９、図２０は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法の一実施形態を説明するための工程図であり、上述の荷電粒子線露光用マスク２１を例としたものである。
本実施形態では、荷電粒子線露光用マスクを形成するための基板６１として、支持基板６５ａと、支持基板６５ａに積層された酸化シリコンを含むボックス層６５ｂと、このボックス層６５ｂ上に配置された厚みが１μｍ〜３０μｍの範囲内である単結晶シリコン層６２と、を有するＳＯＩ基板を準備する。そして、この基板６１の単結晶シリコン層６２にパターン領域６３を画定し、また、基板６１の主面６１ａ、および、これに対向する主面６１ｂにハードマスク材料層７１を形成する。すなわち、基板６１を構成する単結晶シリコン層６２上にハードマスク材料層７１ａを形成し、支持基板６５ａ上にハードマスク材料層７１ｂを形成する（図１９（Ａ））。

基板６１の厚みは、特に制限はないが、例えば、１００μｍ〜８００μｍの範囲の厚みの基板を使用することができ、基板の加工性を考慮すると、基板６１の厚みは２００μｍ〜４００μｍの範囲が好ましい。
ハードマスク材料層７１ａ，７１ｂとしては、例えば、酸化シリコンや、クロム、アルミニウム等の金属材料を使用することができ、ボックス層６５ｂと同じエッチャントでエッチングできるものが好適である。以降、ハードマスク材料層７１ａ，７１ｂとして、ボックス層６５ｂと同じ酸化シリコンを使用したプロセスについて説明する。
次に、ハードマスク材料層７１ａにレジストパターン７５を形成する（図１９（Ｂ））。このレジストパターン７５は、パターン領域６３内に所望の開口７５ａを有している。

次いで、レジストパターン７５をマスクとしてハードマスク材料層７１ａをエッチングしてハードマスク７１′ａを形成し、このハードマスク７１′ａをマスクとして単結晶シリコン層６２をエッチングする（図１９（Ｃ））。このエッチングでは、ボックス層６５ｂがエッチングストッパーとして作用し、単結晶シリコン層６２に開口部が形成される。これにより、基板６１に孔部６４が形成され、この孔部６４の深さは単結晶シリコン層６２の厚みに対応し、１μｍ〜３０μｍの範囲内となる。したがって、後工程において、支持基板６５ａをエッチングし、さらに、露出したボックス層６５ｂを除去して、孔部６４が支持基板６５ａ側に露出した段階で、孔部６４の深さは１μｍ〜３０μｍの範囲内で所望の深さとなっている。

ハードマスク材料層７１ａのエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって行うことができる。ウェットエッチングによって酸化シリコンであるハードマスク材料層７１ａをエッチングする場合、エッチャントとしてフッ化水素酸又はフッ化水素酸を含む薬液を使用することができる。一方、ドライエッチングによって酸化シリコンであるハードマスク材料層７１ａをエッチングする場合、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃）ガスや六フッ化エタン（Ｃ₂Ｆ₆）ガスを使用したドライエッチングを行うことができる。ドライエッチングは異方性を有するため、ほぼ設計値通りのサイズのパターンを形成することができる。
また、単結晶シリコン層６２のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって行うことができる。ウェットエッチングによって単結晶シリコン層６２をエッチングする場合、ＫＯＨ水溶液、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、または、４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）を使用することができる。一方、ドライエッチングによって単結晶シリコン層６２をエッチングする場合、４フッ化炭素（ＣＦ₄）、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）、臭化水素（ＨＢｒ）を使用したドライエッチングを行うことができる。

次に、孔部６４を被覆するように樹脂層８１を形成し、また、ハードマスク材料層７１ｂにレジストパターン８５を形成する（図２０（Ａ））。
樹脂層８１は、孔部６４を保護する目的、および、後工程で支持基板６５ａをエッチングする際の歪みを抑制する目的で形成される。したがって、樹脂層８１は一定の剛性を得るのに十分な厚みで形成することが好ましく、具体的には樹脂層８１の厚みは５μｍ〜３０μｍの範囲で適宜設定することができる。このような樹脂層８１は、図示例では、基板全域に亘って形成されているが、少なくともパターン領域６３に形成されていればよい。樹脂層８１の形成では、レジスト等として用いられる公知の樹脂を使用することができ、溶媒に溶けた樹脂材料の溶液をスピンコート法等により塗布し、熱処理を行うことにより樹脂層８１を形成することができる。樹脂層８１の厚みは、樹脂材料や添加剤の濃度調整により溶液の粘度を調整し、さらに溶液塗布時の基板の回転速度を調整することで制御することができる。一度の塗布で所望の厚みを得ることができない場合は、樹脂層が所望の厚みになるまで塗布と硬化を複数回繰り返してもよい。
このレジストパターン８５は、孔部６４に対向する位置に開口８５ａを有している。この開口８５ａは、エッチング方法、エッチング条件、基板６１の材質等を考慮して、後述する補強部６７′を形成するのに適した開口寸法、開口形状を備えたものとする。

次いで、レジストパターン８５をマスクとしてハードマスク材料層７１ｂをエッチングしてハードマスク７１′ｂを形成し、このハードマスク７１′ｂをマスクとして支持基板６５ａをエッチングする（図２０（Ｂ））。このエッチングでも、ボックス層６５ｂがエッチングストッパーとして作用する。これにより、パターン領域６３の外側に位置する枠形状の支持部６５′と、パターン領域６３内であって、単結晶シリコン層６２に形成した孔部６４の開口部の周縁６４ａから離間した領域に、この開口部を囲むように位置するとともに、支持部６５′と連続している補強部６７′と、を形成する。このような支持基板６５ａのエッチングにより補強部６７′間に露出したボックス層６５ｂは、孔部６４を露出するために、後工程において、基板６１の主面６１ｂ側からエッチングする。

ハードマスク材料層７１ｂのエッチングは、ハードマスク材料層７１ａのエッチングと同様に、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって行うことができる。
また、支持基板６５ａのエッチングは、単結晶シリコン層６２のエッチングと同様に、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって行うことができる。

次に、樹脂層８１とレジストパターン８５を除去する（図２０（Ｃ））。樹脂層８１とレジストパターン８５の除去は、有機溶媒を用いてもよく、また、酸素プラズマ処理等のアッシングを用いてもよい。有機溶媒としては、例えば、レジストリムーバを使用することができる。レジストリムーバを用いて樹脂層８１とレジストパターン８５を除去した後に、露出されたハードマスク７１′ａ，７１′ｂ、および、孔部６４の開口に露出したボックス層６５ｂの表面に残留した有機物を除去するためにＳＰＭ洗浄を行ってもよい。ＳＰＭ洗浄は、硫酸過酸化水素水洗浄ともいい、例えば、Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂ＳＯ₄＝３：１で混合した薬液を７０℃〜８０℃に加熱して使用する例を挙げることができ、強力な酸化作用を利用して有機物の除去に効果がある洗浄方法である。ＳＰＭ洗浄の後はＩＰＡ乾燥によって基板を乾燥してもよい。このような樹脂層８１とレジストパターン８５の除去は、同一工程で行ってもよく、それぞれ別の工程で行ってもよい。

次いで、ボックス層６５ｂをエッチングして孔部６４を露出する。本実施形態では、このように露出された孔部６４の深さは、上記のように、単結晶シリコン層６２の厚みに対応したものであり、１μｍ〜３０μｍの範囲内で所望の深さとなっている。ボックス層６５ｂのエッチングは、ハードマスク材料層７１ａのエッチングと同様に、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって行うことができる。このボックス層６５ｂのエッチングと同時に、ハードマスク７１′ｂを除去してもよい。また、このボックス層６５ｂのエッチングと同時に、ハードマスク７１′ａとハードマスク７１′ｂを除去してもよい。
また、上記の樹脂層８１を除去する工程は、補強部６７′間に露出するボックス層６５ｂをエッチングして孔部６４を露出させた後に実施してもよい。

このようなハードマスク７１′ａ，７１′ｂ、ボックス層６５ｂの除去により、図３、図４に示されるような荷電粒子線露光用マスク２１が得られる。このように製造された荷電粒子線露光用マスク２１に対して、ＳＰＭ洗浄、ＡＰＭ洗浄、および、フッ酸洗浄を行うことができる。また、洗浄後はＩＰＡ乾燥によってマスクを乾燥してもよい。ここで、ＡＰＭ洗浄は、アンモニア過酸化水素水洗浄ともいい、例えば、アンモニア（ＮＨ₄ＯＨ）：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：２：５で混合した薬液を７０℃〜８０℃に加熱して使用する例を挙げることができ、有機物の除去および不溶性のパーティクルの除去に効果がある洗浄方法である。このような洗浄において、荷電粒子線露光用マスク２１は、補強部２７により歪みの発生が抑制され、薄板部２２の変形、開口部２４の破損等が防止される。

なお、図１７、図１８に示される荷電粒子線露光用マスク５１は、図２０（Ｂ）に示される、支持基板６５ａをエッチングする工程におけるエッチング条件を適宜調整する以外は、上述した製造方法（図１９、図２０参照）と同様の方法により製造される。

上述の荷電粒子線露光用マスクの製造方法では、基板としてＳＯＩ基板を使用しているが、使用する基板はＳＯＩ基板に限定されず、例えば、シリコン基板、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン等のシリコン化合物基板、ガリウム砒素等の化合物半導体基板、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素基板、サファイア基板、ステンレスやアルミニウム、クロム等の金属基板を使用することができ、また、これらの基板材質を含む所望の材質の中から選択した複合材質からなる積層体を基板として使用することができる。複合材質からなる積層体を基板として使用する場合、積層体としては、荷電粒子線露光用マスク２１の薄板部２２を構成するための層と、支持部２５および補強部２７を構成する層とが、選択性のあるエッチングを行うことが可能であり、形成した薄板部２２が自立薄膜（メンブレン）であり、薄板部２２が開口部２４を有する状態を維持可能であればよく、例えば、２層構造とすることができる。また、薄板部２２を構成するための層と、支持部２５および補強部２７を構成する層との間にエッチング選択性をもたせるために、積層体を３層以上の構造としてもよい。このような積層体を使用する場合、積層体を構成する層のエッチング選択性に応じたエッチング条件を設定することにより、上述のＳＯＩ基板を使用した場合と同様にして、荷電粒子線露光用マスクを製造することができる。尚、本発明において、異なる層、材料間においてエッチング選択性があるとは、同一条件でエッチングを行ったときに、エッチング速度に相違が生じる場合があることを意味する。

図２１は、本発明の荷電粒子線露光用マスクの製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。この実施形態は、基板としてＳＯＩ基板に替えてシリコン基板、シリコン化合物基板、化合物半導体基板、炭素基板、サファイア基板、金属基板等の単一材質からなる基板を使用した例である。
まず、基板６１の一方の主面６１ａにパターン領域６３を画定し、また、基板６１の主面６１ａにハードマスク材料層７１ａを形成し、基板６１の主面６１ｂにハードマスク材料層７１ｂを形成する。ハードマスク材料層７１ａ，７１ｂは、基板６１をエッチングする際にエッチングレジストとして機能する材料を用いて形成する。次に、ハードマスク材料層７１ａにレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてハードマスク材料層７１ａをエッチングしてハードマスク７１′ａを形成し、このハードマスク７１′ａをマスクとして基板６１をエッチングする（図２１（Ａ））。このエッチングにより、基板６１に孔部６４を形成する。この孔部６４の深さは、上述の荷電粒子線露光用マスク２１の薄板部２２の厚みと同等以上の深さとする。

次に、孔部６４を被覆するように樹脂層８１を形成し、また、ハードマスク材料層７１ｂにレジストパターン８５を形成する。このレジストパターン８５は、孔部６４に対向する位置に開口８５ａを有している。その後、レジストパターン８５をマスクとしてハードマスク材料層７１ｂをエッチングしてハードマスク７１′ｂを形成し、このハードマスク７１′ｂをマスクとして基板６１をエッチングする（図２１（Ｂ））。このエッチングは、孔部６４が露出し、かつ、孔部６４の深さＤが０．１μｍ〜３０μｍの範囲内で所望の深さとなるように実施する。これにより、パターン領域６３の外側に位置する枠形状の支持部６５と補強部６７を形成する。補強部６７は、パターン領域６３内であって、露出した孔部６４の開口部の周縁６４ａから離間した領域に、孔部６４の開口部を囲むように位置する。

次いで、樹脂層８１とレジストパターン８５を除去し、さらに、ハードマスク７１′ａ，７１′ｂを除去する（図２１（Ｃ））。これにより、図３、図４に示されるような荷電粒子線露光用マスク５１が得られる。
上述の荷電粒子線露光用マスクの製造方法の実施形態は例示であり、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。

荷電粒子線の照射、露光を用いる工程を有する種々の製造工程に利用可能である。

１１，２１，２１′，２１″，３１，４１，５１…荷電粒子線露光用マスク
１２，２２，３２，４２…薄板部
１３，２３，３３，４３…パターン領域
１４，２４，３４，４４…開口部
１４ｐ，２４ｐ，３４ｐ、４４ｐ…開口部の周縁
１５，２５，３５，４５…支持部
１７，２７，３７，４７…補強部
６１…基板
６３…パターン領域
６４…孔部
６４ａ…孔部の開口部の周縁
６５，６５′…支持部
６７，６７′…補強部

Claims (14)

1. パターン領域に複数の開口部を有し、厚みが０．１μｍ〜３０μｍの範囲内である薄板部と、
   前記薄板部の一方の面であって前記パターン領域の外側を支持する枠形状の支持部と、
   前記薄板部の前記一方の面の前記パターン領域内であって前記開口部の周縁から離間した領域に、前記開口部を囲むように位置するとともに前記支持部と連続している補強部と、を備え、
   前記補強部の一部が、前記薄板部に連続していない荷電粒子線露光用マスク。
2. 前記補強部は、全ての前記開口部の周縁から離間した領域に前記開口部を囲むよう位置する請求項１に記載の荷電粒子線露光用マスク。
3. 前記補強部が前記開口部の周縁から離間する距離は、１μｍ以上である請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線露光用マスク。
4. 前記補強部における前記開口部を囲む部位の平面視の輪郭形状に存在する角部がラウンド形状である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
5. 前記ラウンド形状の曲率半径は、１μｍ〜１００μｍの範囲内である請求項４に記載の荷電粒子線露光用マスク。
6. 前記ラウンド形状の曲率半径は、前記補強部が前記開口部の周縁から離間する距離に等しい請求項４または請求項５に記載の荷電粒子線露光用マスク。
7. 前記薄板部と、前記支持部および前記補強部とは、エッチング選択性のある材料からなる請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
8. 前記薄板部は、シリコンからなる層であり、
   前記補強部は、酸化シリコンからなる層とシリコンからなる層との複合体であって、前記薄板部側から前記酸化シリコンからなる層および前記シリコンからなる層の順に位置する請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
9. 前記薄板部は、窒化シリコン、炭化シリコン、ガリウム砒素、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア又は金属からなる層である請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の荷電粒子線露光用マスク。
10. 基板の一主面にパターン領域を画定し、前記パターン領域の前記基板に孔部を形成する工程と、
    前記孔部を被覆するように前記基板上に樹脂層を形成する工程と、
    前記基板の前記一主面と対向する主面側から、前記孔部が露出するまで前記基板を所望のパターンでエッチングして、前記パターン領域の外側に位置する枠形状の支持部と、前記パターン領域内であって、露出した前記孔部の開口部の周縁から離間した領域に前記開口部を囲むように位置するとともに、前記支持部と連続している補強部とを形成するとともに、露出した前記孔部の深さを０．１μｍ〜３０μｍの範囲内で所望の深さとする工程と、
    前記樹脂層を除去する工程と、を有し、
    前記補強部の一部が前記薄板部に連続しないように前記補強部を形成する荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
11. 前記樹脂層の厚みは、５μｍ〜３０μｍの範囲内とする請求項１０に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
12. 前記基板は、酸化シリコン層を介してシリコン層が積層されたＳＯＩ基板である請求項１０または請求項１１に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
13. 前記基板は、シリコン、シリコン化合物、化合物半導体、炭素、サファイアおよび金属からなる群より選択される１種からなる基板または２種以上を積層してなる積層基板である請求項１０または請求項１１に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法。
14. 前記積層基板は、エッチング選択性のある２種以上の材料を積層してなる基板である請求項１３に記載の荷電粒子線露光用マスクの製造方法。

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