JP3271616B2 - 電子線露光用マスク及びその製造方法 - Google Patents

電子線露光用マスク及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電子線露光用マ
スク及びその製造方法に係り、詳しくは、マスクの機械
的強度を損なうことなく微細パターン部の形成を可能に
した電子線露光用マスク及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI(大規模集積回路)で代表される
半導体装置の製造では、半導体基板上に形成したシリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜、あるいはアルミ
ニウム合金膜、銅合金膜等の導電膜を含む各種薄膜を所
望の形状にパターニングするために、リソグラフィ技術
が欠かせない。このリソグラフィ技術では、従来から、
紫外線に感光するフォトレジストを用いて薄膜上に塗布
してフォトレジスト膜を形成した後、このフォトレジス
ト膜にマスクパターンを介して紫外線を照射(露光)し
て、紫外線照射領域を可溶化(ポジ型)、あるいは紫外
線非照射領域を可溶化(ネガ型)に変質させるようにし
てレジストマスクを形成するようにした、フォトリソグ
ラフィ技術が広く採用されている。
【0003】ところで、LSIの高性能化に伴う集積化
の向上につれて、より微細な加工が可能なリソグラフィ
技術が要求されるようになり、これに伴って露光媒体と
して紫外線より短い波長の電子線を用いるようにした電
子線リソグラフィ技術が開発されてきている。この電子
線リソグラフィ技術においては電子線に感光する電子線
用レジストが用いられて、この電子線用レジストに電子
線を照射して露光することにより所望のパターンを描画
することが行われる。ここで、上述の電子線用レジスト
に所望のパターンを描画するにあたっては、ステンシル
マスクいわゆるアパーチャマスク(以下、電子線露光用
マスクと称する)が使用される。この電子線露光用マス
クの材料としては、電子の散乱、吸収効率の高く、微細
加工に適したものが選ばれ、一般にシリコン薄膜等の半
導体膜が用いられている。
【0004】図4は、従来の電子線露光用マスクの構成
を示す断面図である。電子線露光用マスク51は、同図
に示すように、例えばシリコン単結晶から成り開口53
が形成されている基板部52と、この基板部52により
支持された薄膜部54とから構成されている。薄膜部5
4は例えばシリコン酸化膜から成る埋め込み絶縁膜55
を介してシリコン単結晶から成る半導体活性膜56が形
成されて、この半導体活性膜56には開口53と連通す
る開口58を有する所望の形状のパターン部57が形成
されている。ここで、基板部52の開口53及び半導体
活性膜56の開口58は、電子線露光の際に電子線の通
過孔となる。
【0005】次に、図5及び図6を参照して、同電子線
露光用マスクの製造方法について工程順に説明する。ま
ず、図5(a)に示すように、シリコン単結晶から成る
半導体基板60を用いて、その裏面にCVD(Chemical
Vapor Deposition)法等によりシリコン窒化膜、シリコ
ン酸化膜等から成るエッチングマスク61を形成する。
【0006】次に、図5(b)に示すように、半導体基
板60の表面に周知のSIMOX(Separation by Impla
nted Oxygen)技術を利用して、酸素をイオン注入してシ
リコン酸化膜から成る埋め込み絶縁膜55を形成して、
この埋め込み酸化膜55を介して半導体基板60から分
離された半導体活性膜56を形成する。
【0007】次に、図5(c)に示すように、周知のフ
ォトリソグラフィ法を利用して半導体活性膜56の表面
の必要領域をフォトレジスト膜62で覆った後、このフ
ォトレジスト膜62をマスクとしてドライエッチングを
行って、半導体活性膜56を所望の形状にパターニング
する。これにより、開口58を有する所望の形状のパタ
ーン部57が形成される。
【0008】次に、開口58内に露出されている埋め込
み絶縁膜55を選択的にエッチングした後、図6(d)
に示すように、エッチングマスク61の必要領域をフォ
トレジスト膜63で覆った後、このフォトレジスト膜6
3をマスクとしてドライエッチングを行って、エッチン
グマスク61を所望の形状にパターニングする。
【0009】次に、図6(e)に示すように、フォトレ
ジスト膜63を除去した後、エッチングマスク61をマ
スクとして半導体基板61を裏面からウエットエッチン
グして、半導体基板60を選択的にエッチングして開口
53を形成する。次に、エッチングマスク61及び開口
53内に露出されている埋め込み絶縁膜55をドライエ
ッチングにより除去することにより、図4の電子線露光
用マスク51を完成させる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電子
線露光用マスクでは、基板部により支持されている薄膜
部のパターン部を形成すべき半導体活性膜が全体にわた
って同じ膜厚に形成されているので、パターン精度を部
分的に変更するのが困難である、という問題がある。す
なわち、電子線露光用マスクでは、設計ルールに応じて
一枚のマスク上で部分的にパターン精度を変更して一部
のみに微細パターンを形成したい場合があるが、このよ
うな微細パターンを形成するには加工精度上、上述の半
導体活性膜の膜厚を薄くしなければならない。しかし、
半導体活性膜の膜厚を薄くすると必然的にマスクの機械
的強度が低下して、マスク耐性が低下するようになる。
一方、マスクの機械的強度を向上させるには、半導体活
性膜の膜厚を厚くしなければならない。
【0011】例えば、機械的強度を確保するために半導
体活性膜を厚い膜厚に最適化した場合には、微細な開口
寸法が必要な領域ではアスペクト比が大きくなるため、
加工精度が不足するので微細パターンの形成は困難にな
る。逆に、半導体活性膜を薄い膜厚に最適化した場合に
は、微細パターンの形成は容易になるが、マスク全体の
膜厚が厚くなるので機械的強度が低下することになる。
【0012】上述したように、電子線露光用マスクを製
造する上で、微細パターンを形成することと、機械的強
度を向上させることとは相反する関係にあり、従来にお
いては、パターンを形成する半導体活性膜の膜厚が同じ
に設定されているので、いずれか一方の観点からしかマ
スクが製造できないという制約があった。
【0013】また、従来において、半導体基板に代え
て、2枚の基板を張り合わせたSOI(Silicon On Insu
lator)基板を製造することも行われているが、このよう
な張り合わせは高い応力で行われるため、マスクの薄膜
化を図るとマスクが応力の影響で撓むようになる。ま
た、張り合わせ時の平坦性が低下したり、ボイドが発生
し易くなるので、製造工程の途中でエッチング液がボイ
ドに浸透してパターン破壊が起きる場合がある。
【0014】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、微細パターンの形成と機械的強度の向上とを両
立させることができるようにした電子線露光用マスク及
びその製造方法を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、基板部と、該基板部により
支持された薄膜部とから構成され、該薄膜部には埋め込
み絶縁膜を介して形成された半導体膜に所望の形状のパ
ターン部が形成されてなる電子線露光用マスクに係り、
上記薄膜部に第1の半導体膜と該第1の半導体膜よりも
膜厚が厚い第2の半導体膜が形成され、上記第1の半導
体膜に小径開口を有する微細パターン部が形成されてい
る一方、上記第2の半導体膜に大径開口を有する大寸法
パターン部が形成されていることを特徴としている。
【0016】請求項2記載の発明は、請求項1記載の電
子線露光用マスクに係り、上記基板部上に、上記第1の
半導体膜が第1の埋め込み絶縁膜を介して形成されてい
る一方、上記第2の半導体膜が上記第1の埋め込み絶縁
膜より膜厚の薄い第2の埋め込み絶縁膜を介して形成さ
れていることを特徴としている。
【0017】また、請求項3記載の発明は、請求高1又
は2記載の電子線露光用マスクに係り、上記基板部に、
上記小径開口及び大径開口と連通する開口が形成されて
いることを特徴としている。
【0018】請求項4記載の発明は、電子線露光用マス
クの製造方法に係り、半導体基板の裏面及び表面にそれ
ぞれエッチングマスク及び埋め込み絶縁膜を形成し、該
埋め込み絶縁膜を介して上記半導体基板から分離された
半導体膜を形成する第1段階の半導体膜形成工程と、上
記埋め込み絶縁膜の膜厚を部分的に増加させて該埋め込
み絶縁膜を第1の埋め込み絶縁膜と該第1の埋め込み絶
縁膜よりも膜厚の薄い第2の埋め込み絶縁膜とに分ける
ことにより、上記第1の埋め込み絶縁膜上に第1の半導
体膜を形成すると共に、上記第2の埋め込み絶縁膜上に
上記第1の半導体膜よりも膜厚の厚い第2の半導体膜厚
を形成する第2段階の半導体膜形成工程と、上記第1の
半導体膜に小径開口を有する微細パターン部を形成する
と共に、上記第2の半導体膜に大径開口を有する大寸法
パターン部を形成するパターン部形成工程と、上記エッ
チングマスクを所望の形状にパターニングするエッチン
グマスクパターニング工程と、上記エッチングマスクを
マスクとして上記半導体基板を裏面から選択的にエッチ
ングして上記小径開口及び大径開口と連通する開口を形
成する半導体基板エッチング工程とを含むことを特徴と
している。
【0019】請求項5記載の発明は、請求項4記載の電
子線露光用マスクの製造方法に係り、上記半導体基板エ
ッチング工程の後に、上記エッチングマスク及び上記開
口内に露出されている上記第1及び第2の埋め込み絶縁
膜をエッチングするエッチング工程を含むことを特徴と
している。
【0020】請求項6記載の発明は、請求項4記載の電
子線露光用マスクの製造方法に係り、上記第1段階の半
導体膜形成工程における上記埋め込み絶縁膜の形成、上
記第2段階の半導体膜形成工程における上記第1及び第
2の埋め込み絶縁膜の形成を共に、酸素のイオン注入に
より行うことを特徴としている。
【0021】また、請求項7記載の発明は、請求項4記
載の電子線露光用マスクの製造方法に係り、上記第1段
階及び第2段階の半導体膜形成工程を、SIMOX技術
を利用して行うことを特徴としている。
【0022】さらにまた、請求項8記載の発明は、請求
項4乃至7のいずれか1に記載の電子線露光用マスクの
製造方法に係り、上記エッチングマスクとしてシリコン
窒化膜、又はシリコン酸化膜を用いることを特徴として
いる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて
具体的に行う。図1は、この発明の一実施例である電子
線露光用マスクの構成を示す断面図、また、図2及び図
3は同電子線露光用マスクの製造方法を工程順に示す工
程図である。この例の電子線露光用マスク1は、図1に
示すように、例えばシリコン単結晶から成り開口3が形
成されている基板部2と、この基板部2により支持され
た薄膜部4とから構成され、薄膜部4に小厚半導体活性
膜(第1の半導体膜)6Aと、この小厚半導体活性膜6
Aよりも膜厚が厚い大厚半導体活性膜(第2の半導体
膜)6Bとが形成され、小厚半導体活性膜6Aに小径開
口8Aを有する微細パターン部7Aが形成される一方、
大厚半導体活性膜6Bに大径開口8Bを有する大寸法パ
ターン部7Bが形成されている。
【0024】上述の小厚半導体活性膜6A及び大厚半導
体活性膜6Bはそれぞれ、大厚埋め込み絶縁膜5A及び
及びこの大厚埋め込み絶縁膜5Aよりも膜厚が薄い埋め
込み絶縁膜5Bを介して基板部2上に形成されている。
基板部2の開口3は、小厚半導体活性膜6Aの小径開口
8A及び大厚半導体活性膜6Bの大径開口8Bと連通さ
れていて、各開口3、6A、6Bは電子線露光の際に電
子線の通過孔となる。
【0025】ここで、基板部2は膜厚が400〜700
μmに設定されている。また、微細パターン部7Aを構
成している大厚埋め込み絶縁膜5Aの膜厚は、5〜20
μmに、小厚半導体活性膜6Aの膜厚は1〜8μmに設
定されている。一方、大寸法パターン部7Bを構成して
いる小厚埋め込み絶縁膜5Bの膜厚は、1〜8μmに、
大厚半導体活性膜6Bの膜厚は5〜20μmに設定され
ている。
【0026】次に、図2及び図3を参照して、同電子線
露光用マスクの製造方法について工程順に説明する。ま
ず、図2(a)に示すように、シリコン単結晶から成る
膜厚が400〜700μmの半導体基板10を用いて、
その裏面にCVD法等によりシリコン窒化膜、シリコン
酸化膜等から成る膜厚が0.1〜0.3μmのエッチン
グマスク11を形成する。これらのシリコン窒化膜、又
はシリコン酸化膜は成膜が容易であり、また半導体基板
10との選択比が良好であるので、エッチングマスクと
して優れている。
【0027】次に、図2(b)に示すように、半導体基
板10の表面に周知のSIMOX技術を利用して、酸素
をイオン注入してシリコン酸化膜から成る膜厚が1〜8
μmの埋め込み絶縁膜5を形成して、この埋め込み酸化
膜5を介して半導体基板10から分離された膜厚が1〜
8μmの半導体活性膜6を形成する。
【0028】次に、図2(c)に示すように、周知のフ
ォトリソグラフィ法を利用して半導体基板10の表面の
大寸法パターン部を形成すべき領域のみをフォトレジス
ト膜12で覆った後、このフォトレジスト膜12をマス
クとして、上述の工程(b)と略同様に酸素をイオン注
入する。この結果、フォトレジスト膜12でマスクされ
ていない微細パターン部を形成すべき領域のみに選択的
に酸素イオンが注入されて、この領域の埋め込み絶縁膜
は膜厚が5〜20μmに増加した大厚埋め込み絶縁膜5
Aとなる。一方、フォトレジスト膜12でマスクされて
いる領域は酸素イオンが注入されないので、この領域の
埋め込み絶縁膜は膜厚が上述の1〜8μmに維持された
ままとなり、大厚埋め込み絶縁膜5Aに対して小厚埋め
込み絶縁膜5Bとなる。
【0029】それゆえ、この工程(c)により、上述の
埋め込み絶縁膜5は、大厚埋め込み絶縁膜5Aと大厚埋
め込み絶縁膜5Bとに分けられることになり、大厚埋め
込み絶縁膜5A上には膜厚が1〜8μmの小厚半導体活
性膜6Aが形成されると共に、小厚埋め込み絶縁膜5B
上には膜厚が5〜20μmの大厚半導体活性膜6Bが形
成される。
【0030】次に、図3(d)に示すように、周知のフ
ォトリソグラフィ法を利用して小厚半導体活性膜6A及
び大厚半導体活性膜6Bの表面の必要領域をフォトレジ
スト膜13で覆った後、このフォトレジスト膜13をマ
スクとしてドライエッチングを行って、各半導体活性膜
6A、6Bを所望の形状にパターニングする。これによ
り、小厚半導体活性膜6Aに小径開口8Aを有する微細
パターン部7Aが形成される一方、大厚半導体活性膜6
Bには大径開口8Bを有する大寸法パターン部7Bが形
成される。
【0031】次に、小径開口8A及び大径開口8B内に
それぞれ露出されている大厚埋め込み絶縁膜5A及び小
厚埋め込み絶縁膜5Bを選択的にエッチングした後、図
3(e)に示すように、エッチングマスク11の必要領
域をフォトレジスト膜14で覆った後、このフォトレジ
スト膜14をマスクとしてドライエッチングを行って、
エッチングマスク11を所望の形状にパターニングす
る。
【0032】次に、図3(f)に示すように、フォトレ
ジスト膜14を除去した後、エッチングマスク11をマ
スクとして半導体基板10を裏面からウエットエッチン
グして、半導体基板10を選択的にエッチングして開口
3を形成する。次に、エッチングマスク11、小径開口
8A及び大径開口8B内に露出されているそれぞれの大
厚埋め込み絶縁膜5A及び小厚埋め込み絶縁膜5Bをド
ライエッチングにより除去することにより、図1の電子
線露光用マスク1を完成させる。
【0033】上述したような電子線露光用マスクの製造
方法によれば、半導体基板10の表面に予め大厚埋め込
み絶縁膜5Aを介して形成した小厚半導体活性膜6Aに
微細パターン部7Aを形成するので、高精度でパターン
を加工でき、それゆえ、半導体活性膜を薄い膜厚に最適
化して所望の微細なパターンを容易に形成することがで
きる。また、半導体基板10に予め小厚埋め込み絶縁膜
5Bを介して形成した大厚半導体活性膜6Bに大寸法パ
ターン部7Bを形成するので、膜厚を厚く保持できるた
め半導体活性膜を厚い膜厚に最適化して機械的強度の向
上を図ることができる。 これによって、アスペクト比
がパターンの加工精度に合わせて最適化され、半導体活
性膜のドライエッチング時のローディング効果による寸
法変動の影響なく設計寸法通りのパターンエッチングが
可能になる。したがって、設計ルールに応じて一枚のマ
スク上で部分的にパターン精度を変更して一部のみに微
細パターンを形成したい場合でも、機械的強度を損なう
ことなく要望を満たすことができるようになる。
【0034】上述したように、設計ルールの大きい領域
では半導体活性膜の膜厚を厚くすることにより、この領
域における機械的強度を高めることができるので、検査
装置等の装置に搭載するときにマスク耐性を向上させる
ことができる。また、微細なパターンが必要な領域では
半導体活性膜の膜厚を薄くすることにより、マスク強度
に与える影響を最小限にして限界加工寸法を追い込むこ
とも可能になる。
【0035】このように、この例の構成によれば、開口
3が形成されている基板部2と、この基板部2により支
持された薄膜部4とから構成され、薄膜部4に小厚半導
体活性膜(第1の半導体膜)6Aと、この小厚半導体活
性膜6Aよりも膜厚が厚い大厚半導体活性膜(第2の半
導体膜)6Bとが形成され、小厚半導体活性膜6Aに小
径開口8Aを有する微細パターン部7Aが形成される一
方、大厚半導体活性膜6Bに大径開口8Bを有する大寸
法パターン部7Bが形成されているので、微細パターン
部を部分的に形成することができる。したがって、微細
パターンの形成と機械的強度の向上とを両立させること
ができる。
【0036】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、基板部及
び薄膜部を構成する材料としてはシリコン単結晶に限ら
ず、他の半導体膜を用いることができる。また、SOI
基板を用いることもできる。また、この発明は、半導体
装置の製造を対象とした電子線露光用マスクに例をあげ
て説明したがこれに限らず、微細パターンの加工を必要
とする用途にはすべて適用することができる。また、各
半導体膜、各絶縁膜等の膜厚、成膜方法等は一例を示し
たものであり、用途、目的等によって変更することがで
きる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の電子線
露光用マスクによれば、開口が形成されている基板部
と、この基板部により支持された薄膜部とから構成さ
れ、薄膜部に小厚半導体活性膜と、この小厚半導体活性
膜よりも膜厚が厚い大厚半導体活性膜とが形成され、小
厚半導体活性膜に小径開口を有する微細パターン部が形
成される一方、大厚半導体活性膜に大径開口を有する大
寸法パターン部が形成されているので、微細パターン部
を部分的に形成することができる。また、この発明の電
子線露光用マスクの製造方法によれば、半導体基板に予
め大厚埋め込み絶縁膜を介して形成した小厚半導体活性
膜に微細パターン部を形成すると共に、半導体基板に予
め小厚埋め込み絶縁膜を介して形成した大厚半導体活性
膜に大寸法パターン部を形成するので、部分的にパター
ン精度を変更したマスクを機械的強度を損なうことなく
容易に製造することができる。したがって、微細パター
ンの形成と機械的強度の向上とを両立させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である電子線露光用マスク
の構成を示す断面図である。
【図2】同電子線露光用マスクの製造方法を工程順に示
す工程図である。
【図3】同電子線露光用マスクの製造方法を工程順に示
す工程図である。
【図4】従来の電子線露光用マスクの構成を示す断面図
である。
【図5】同電子線露光用マスクの製造方法を工程順に示
す工程図である。
【図6】同電子線露光用マスクの製造方法を工程順に示
す工程図である。
【符号の説明】
1 電子線露光用マスク 2 基板部 3 開口 4 薄膜部 5 埋め込み絶縁膜 5A 大厚埋め込み絶縁膜 5B 小厚埋め込み絶縁膜 6 半導体活性膜 6A 小厚半導体活性膜 6B 大厚半導体活性膜 7A 微細パターン部 7B 大寸法パターン部 8A 小径開口 8B 大径開口 10 半導体基板 11 エッチングマスク 12〜14 フォトレジスト膜

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板部と、該基板部により支持された薄
    膜部とから構成され、該薄膜部には埋め込み絶縁膜を介
    して形成された半導体膜に所望の形状のパターン部が形
    成されてなる電子線露光用マスクであって、 前記薄膜部に第1の半導体膜と該第1の半導体膜よりも
    膜厚が厚い第2の半導体膜が形成され、前記第1の半導
    体膜に小径開口を有する微細パターン部が形成されてい
    る一方、前記第2の半導体膜に大径開口を有する大寸法
    パターン部が形成されていることを特徴とする電子線露
    光用マスク。
  2. 【請求項2】 前記基板部上に、前記第1の半導体膜が
    第1の埋め込み絶縁膜を介して形成されている一方、前
    記第2の半導体膜が前記第1の埋め込み絶縁膜より膜厚
    の薄い第2の埋め込み絶縁膜を介して形成されているこ
    とを特徴とする請求項1記載の電子線露光用マスク。
  3. 【請求項3】 前記基板部に、前記小径開口及び大径開
    口と連通する開口が形成されていることを特徴とする請
    求項1又は2に記載の電子線露光用マスク。
  4. 【請求項4】 半導体基板の裏面及び表面にそれぞれエ
    ッチングマスク及び埋め込み絶縁膜を形成し、該埋め込
    み絶縁膜を介して前記半導体基板から分離された半導体
    膜を形成する第1段階の半導体膜形成工程と、 前記埋め込み絶縁膜の膜厚を部分的に増加させて該埋め
    込み絶縁膜を第1の埋め込み絶縁膜と該第1の埋め込み
    絶縁膜よりも膜厚の薄い第2の埋め込み絶縁膜とに分け
    ることにより、前記第1の埋め込み絶縁膜上に第1の半
    導体膜を形成すると共に、前記第2の埋め込み絶縁膜上
    に前記第1の半導体膜よりも膜厚の厚い第2の半導体膜
    厚を形成する第2段階の半導体膜形成工程と、 前記第1の半導体膜に小径開口を有する微細パターン部
    を形成すると共に、前記第2の半導体膜に大径開口を有
    する大寸法パターン部を形成するパターン部形成工程
    と、 前記エッチングマスクを所望の形状にパターニングする
    エッチングマスクパターニング工程と、 前記エッチングマスクをマスクとして前記半導体基板を
    裏面から選択的にエッチングして前記小径開口及び大径
    開口と連通する開口を形成する半導体基板エッチング工
    程とを含むことを特徴とする電子線露光用マスクの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 前記半導体基板エッチング工程の後に、
    前記エッチングマスク及び前記開口内に露出されている
    前記第1及び第2の埋め込み絶縁膜をエッチングするエ
    ッチング工程を含むことを特徴とする請求項4記載の電
    子線露光用マスクの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1段階の半導体膜形成工程におけ
    る前記埋め込み絶縁膜の形成、前記第2段階の半導体膜
    形成工程における前記第1及び第2の埋め込み絶縁膜の
    形成を共に、酸素のイオン注入により行うことを特徴と
    する請求項4記載の電子線露光用マスクの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第1段階及び第2段階の半導体膜形
    成工程を、SIMOX技術を利用して行うことを特徴と
    する請求項4記載の電子線露光用マスクの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記エッチングマスクとしてシリコン窒
    化膜、又はシリコン酸化膜を用いることを特徴とする請
    求項4乃至7のいずれか1に記載の電子線露光用マスク
    の製造方法。
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