JP2000323380A - 荷電粒子線露光用ステンシルマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステンシルマスク本体をホルダーに機械的に
取り付けるようにして加熱による熱歪みの発生をなくし
て、荷電粒子線露光用ステンシルマスクのパターン不良
を抑制し、かつ、接着剤塗布工程の不安定性を除く。 【解決手段】 ステンシルマスク本体１０の外形に対応
する位置決めアパーチャ２７を有する中間板２２が支持
体２１の支持面上に固定され、その位置決めアパーチャ
２７内にマスク本体１０が配置され、マスク本体１０の
外形より小さい押さえ形成用アパーチャ３０を有する押
さえ板２３が支持体２１に押圧固定されてなる荷電粒子
線露光用ステンシルマスク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線、イオンビ
ーム等の荷電粒子線露光用ステンシルマスクに関し、特
に、半導体素子の製造等に用いられる荷電粒子線露光用
ステンシルマスクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、部分一括法と称して、電子線露光
パターンに対応する形状の開口部を有する図形マスク
を、転写マスクの基板内に多数個設け、これらの図形マ
スクにより電子線の形状を成形して試料上に照射し、あ
る面積を一回で露光してしまう高速描画方式が注目され
てきている。この方式に用いられる転写マスクが電子線
露光用ステンシルマスクである。

【０００３】図５にこのようなステンシルマスクを用い
て部分一括露光をする電子線露光装置の概略の構成を示
す。また、図６にその描画原理を模式的に示す（ＳＰＩ
Ｅ，Ｖｏｌ．２２５４，Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ ａｎｄ
Ｘ−Ｒａｙ Ｍａｓｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９９
４）ｐｐ．１２２〜１３２）。電子銃１を出射した電子
ビームは矩形アパーチャー２により断面が矩形に成形さ
れ、ビーム成形レンズ系３を通ってステンシルマスク１
０を照射する。そして、ステンシルマスク１０を照射す
る電子ビームはビーム成形レンズ系３により偏向され、
所望の図形マスクを選択して照射する。この図形マスク
の選択変更に際しては、次に使用する図形マスクがどれ
であるかという情報と、その図形マスクをどのような手
順で選択するかという選択手順情報とを、描画データと
してメモリの中に持っており、その描画データによるビ
ーム成形レンズ系３の偏向の制御と、ステンシルマスク
１０を載せたマスクステージの送り制御とにより、図形
マスクの選択を行う。そして、それぞれの図形マスクの
開口を通った電子ビームを縮小投影レンズ系４により例
えば１／２５倍に縮小してウェーハステージ６上に載置
されたウェーハ５上に順次照射して描画し、さらに、ウ
ェーハステージ６を移動させてウェーハ５全面の描画を
行う。

【０００４】図７にステンシルマスク本体１０の１例を
示す。図（ａ）は下側から見た平面図、図（ｂ）は図
（ａ）の線Ａ−Ａ’に沿う断面図、図（ｃ）は図（ａ）
に示したステンシルマスク本体１０の薄膜領域１１の拡
大図である。ステンシルマスク本体１０は、シリコン基
板からなり、その基板に厚さ１０〜２０μｍ程度の矩形
の薄膜領域１１をアレイ状に規則的に形成し、その薄膜
領域１１に回路パターン状の貫通孔１２、矩形貫通孔１
３等を形成してなるものである。

【０００５】このようなステンシルマスク本体１０は、
従来、図８に示すように、ステンシルマスク本体１０を
受け入れる凹部が設けられ、薄膜領域１１に対応するア
パーチャ１４が設けられた燐青銅等からなる金属製ホル
ダー１５に入れられ、高温で硬化する接着剤１６で全面
接着して固定されて、電子線露光用ステンシルマスクと
して使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の課題は
次の通りである。すなわち、上記したように、ステンシ
ルマスク本体１０はシリコンから形成され、金属製ホル
ダー１５は燐青銅から形成され、接着剤１６は高温（２
００℃程度）で硬化するものであるので、ステンシルマ
スク本体１０のシリコンと金属製ホルダー１５の燐青銅
の間には大きな線膨張率の差（シリコン：３．０×１０
^-6（１／℃），燐青銅：１７．８×１０^-6（１／℃））
があり、接着剤１６を高温で硬化させた後に室温に冷却
すると熱歪みが発生する。

【０００７】上記のように、ステンシルマスク本体１０
の図形マスク部１１は薄く、剛性が小さく、線膨張係数
が小さいため、この熱歪みによって圧縮応力がかかる。
ステンシルマスクに形成されるパターンのピッチが大き
いときにはこの熱歪みによって作用する圧縮応力は問題
とはならなかったが、パターンの微細化に伴い、形成し
たマスクパターンの破断、湾曲（座屈）が発生するよう
になってきた。このような現象が発生すると、その電子
線露光用ステンシルマスクを用いて作成した製品は不良
品となってしまう。

【０００８】本発明の第２の課題は、アパーチャ１４の
周辺部に接着剤１６を塗布する際には、アパーチャ１４
内に接着剤１６が入らないように、かつ、均一に塗布す
ることが必要であるが、これは注意深い手作業でなされ
るため、作業者の熟練に依存し、工程不安定性の一要因
であった。

【０００９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ステンシルマスク本体をホル
ダーに機械的に取り付けるようにして加熱による熱歪み
の発生をなくして、電子線露光用ステンシルマスク等の
荷電粒子線露光用ステンシルマスクのパターン不良を抑
制することであり、かつ、接着剤塗布工程の不安定性を
除くことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の荷電粒子線露光用ステンシルマスクは、荷電粒子線
露光パターンに対応する貫通孔が形成された荷電粒子線
露光用ステンシルマスクにおいて、マスク本体が支持体
の支持面上に機械的な押圧機構によって圧着固定されて
いることを特徴とするものである。

【００１１】この場合、押圧機構として、マスク本体の
外形より小さい押さえ形成用アパーチャを有する押さえ
板を支持体に押圧固定する手段を用いることが望まし
い。

【００１２】また、マスク本体の外形に対応する位置決
めアパーチャを有する中間板が支持体の支持面上に固定
され、その位置決めアパーチャ内にマスク本体が配置さ
れ、マスク本体の外形より小さい押さえ形成用アパーチ
ャを有する押さえ板が支持体に押圧固定されてなるもの
とすることができる。

【００１３】また、少なくとも支持体の支持面とマスク
本体との機械的な接触面に、電気伝導性、熱伝導性が高
く支持体より柔らかい非磁性膜が介在していることが望
ましい。

【００１４】また、支持体の支持面とマスク本体との機
械的な接触面、及び、押さえ板とマスク本体との機械的
な接触面に、電気伝導性、熱伝導性が高く支持体より柔
らかい非磁性膜が介在していることが望ましい。

【００１５】これらの場合、電気伝導性、熱伝導性が高
く支持体より柔らかい非磁性膜が、金メッキ又は金合金
メッキを含むもの、あるいは、金箔であることが望まし
い。

【００１６】本発明においては、マスク本体が支持体の
支持面上に機械的な押圧機構によって圧着固定されてい
るので、従来のような接着のための高温への加熱、室温
への冷却過程を経ないで固定される。したがって、熱歪
みによってマスクパターンが破断、変形することがな
く、良好な電子線露光用ステンシルマスク等の荷電粒子
線露光用ステンシルマスクを提供することができる。ま
た、接着剤塗布工程の不安定性が除かれる。さらに、押
圧機構を解除してマスク本体を交換固定することによ
り、支持体を再利用することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の荷電粒子線露光用
ステンシルマスクとして電子線露光用ステンシルマスク
の実施例について説明する：図１は本発明の１実施例の
電子線露光用ステンシルマスクの断面図であり、図２に
その部品の平面図、及び、ネジと他の部品との対応関係
を示す。この実施例においては、図７に示したようなス
テンシルマスク本体１０と一体化するためのホルダー部
品として、下板（支持体）２１、中板（中間板）２２、
上板（押さえ板）２３、中板固定ネジ３３、上板固定ネ
ジ３４からなり、何れも非磁性の燐青銅等の金属からな
るものを用いる。図２（ａ）は下板２１の平面図、図２
（ｂ）は中板２２の平面図及び中板固定ネジ３３の略
図、図２（ｃ）は上板２３の平面図及び上板固定ネジ３
４の略図であり、図１はこれら部品２１〜２３、３３、
３４を組み立てたときの線Ｂ−中心−Ｂ’に沿う断面図
である。

【００１８】下板２１には、ステンシルマスク本体１０
の薄膜領域（図形マスク部）１１に対応するアパーチャ
２４と、中心に対して対称位置に設けられた一対の中板
固定用ネジ穴２５と、中心に対して対称位置に設けられ
た一対の上板固定用ネジ穴２６が設けられている。中板
２２には、ステンシルマスク本体１０の外形に対応する
位置決めアパーチャ２７と、中心に対して対称位置に設
けられた一対の中板固定ネジ用穴２８と、中心に対して
対称位置に設けられた一対の上板固定ネジ通過穴２９が
設けられている。上板２３には、ステンシルマスク本体
１０の外形より小さくステンシルマスク本体１０の薄膜
領域１１を遮蔽しない押さえ形成用アパーチャ３０と、
中心に対して対称位置に設けられた一対の上板固定ネジ
用穴３１と、中心に対して対称位置に設けられた一対の
中板固定ネジ通過穴３２が設けられている。なお、中板
固定用ネジ穴２５と、中板固定ネジ用穴２８と、中板固
定ネジ通過穴３２とは相互に整列した位置に設けられ、
また、上板固定用ネジ穴２６と、上板固定ネジ通過穴２
９と、上板固定ネジ用穴３１とは相互に整列した位置に
設けられている。

【００１９】このような下板２１の上に中板２２を載
せ、中板２２の中板固定ネジ用穴２８を通して中板固定
ネジ３３を下板２１の中板固定用ネジ穴２５にねじ込ん
で中板２２を下板２１に固定する。そして、中板２２の
位置決めアパーチャ２７中にステンシルマスク本体１０
を落とし込んでステンシルマスク本体１０の位置決めを
し、その上に上板２３を載せ、上板２３の上板固定ネジ
用穴３１と、中板２２の上板固定ネジ通過穴２９と、下
板２１の上板固定用ネジ穴２６とを整列させて上板固定
ネジ３４を上板固定用ネジ穴２６にねじ込んで中板２２
が固定された下板２１に上板２３を一体に固定する。こ
こで、中板２２の厚さをステンシルマスク本体１０の厚
さより若干小さくしておくと、ステンシルマスク本体１
０は上板２３のアパーチャ３０の周りの部分によって下
板２１に押さえ付けられ、図１に示すように、下板２
１、中板２２、上板２３と共に一体に固定される。

【００２０】このように、本発明の電子線露光用ステン
シルマスクは、ステンシルマスク本体１０が機械的な押
圧機構によって支持体２１に固定されるため、従来のよ
うな接着のための高温への加熱、室温への冷却過程を経
ないで固定される。したがって、熱歪みによってマスク
パターンが破断、変形することがなく、良好な電子線露
光用ステンシルマスクを提供することができる。

【００２１】ところで、上記の構造をとれば、ステンシ
ルマスク本体１０に電子線が当たって帯電や加熱を受け
ても、下板２１、中板２２、上板２３を燐青銅等の金属
製としておけば、帯電した電荷、加熱の熱はステンシル
マスク本体１０との機械的な接触面を介して下板２１等
に流すことができ、そのチャージアップ、過熱を防止す
ることができる。

【００２２】ところで、図８に示す従来例におけるホル
ダー１５は、一体の凹構造を有しているため、ステンシ
ルマスク本体１０と接する面に対して、ラップ加工等を
施して面精度を上げることは困難であり、通常は研削加
工面の面精度である約２μｍ程度を有していた。そのま
までは、ホルダー１５とステンシルマスク本体１０との
接触は面的ではなく、点的又は線的に限られ、電気的又
は熱的接触が十分に行われない。しかし、上記の本実施
例では、接着剤１６を用いないため、上記の問題が生じ
る恐れがあり、それを避けるために、ホルダーの凹構造
部を下板２１と上板２３に分け、平らな下板２１のステ
ンシルマスク本体１０と接する面に対してラップ加工を
施し、面粗さ精度０．１μｍを得た。そのため、ホルダ
ー（下板２１）とステンシルマスク本体１０との接触が
より密になった。

【００２３】上記の電気的、熱的接触を増加させて電子
線露光用ステンシルマスクをより安定なものをするに
は、図３に示すように、ステンシルマスク本体１０に接
する下板２１の上面、上板２３の下面の全面あるいは接
触部分に金等の下板２１、上板２３より柔らかくかつ電
気伝導性、熱伝導性の高い膜３６を形成することが望ま
しい。押圧によりその膜３６を塑性変形させることによ
り、密着性をより向上させることができる。膜３６とし
ては、酸化されず化学的に安定な金又は金合金が望まし
い。その厚さとしては、１〜３μｍが必要で、通常の
０．５μｍ以下の厚さでは電気的、熱的接触を増加させ
る効果が低い。また、膜３６の表面をマット面すること
により上記電気的、熱的接触を増加させる効果がより高
くなる。なお、マット面の粗さは０．１μｍ以下が好ま
しい。なお、金メッキと下地の燐青銅との密着性を向上
させるために、金メッキの下地として銅メッキを施し、
膜３６を金と銅の２層構造にすることもできる。

【００２４】図３のように、下板２１の上面と上板２３
の下面に金メッキ等の膜３６を設ける代わりに、金箔等
の下板２１、上板２３より柔らかくかつ電気伝導性、熱
伝導性の高い箔をステンシルマスク本体１０と下板２１
の間、ステンシルマスク本体１０と上板２３の間に介在
させるようにしても同様に効果が得られる。

【００２５】図１の構成において、上板２３の厚さは２
ｍｍ程度を考えていたが、その厚さを０．５ｍｍ程度以
下の薄くバネ性のあるものにして、そのバネ弾性により
押圧支持するようにしてもよい。図４（ａ）にその場合
の模式図を示す。この場合は、ステンシルマスク本体１
０はバネ性のある上板２３により下板２１に圧着固定さ
れる。

【００２６】図４（ａ）の場合は、上板２３が薄いた
め、上板２３のアパーチャ３０から露出したステンシル
マスク本体１０のマスク面が他の物体等に接触して破損
しやすくなる。そこで、図４（ｂ）に示すように、上板
２３の上にさらに別の同様に形状の板材３７を載せてス
テンシルマスク本体１０の露出した面の周囲を高くすれ
ば、そのような危険性を低下させることができる。

【００２７】以上、本発明の荷電粒子線露光用ステンシ
ルマスクを実施例に基づいて説明してきたが、本発明は
これら実施例に限定されず種々の変形が可能である。例
えば、下板２１にステンシルマスク本体１０の外形に対
応する凹部を設けておくか、あるいは、ステンシルマス
ク本体１０位置決めピンを下板２１表面に立てておくこ
とにより、中板２２を省くことができる。さらに、下板
２１、中板２２及び上板２３の組み立てを容易にするた
めに、組み立て台の表面に立てた２個以上の位置決めピ
ンに合わせて、下板２１、中板２２及び上板２３に共通
した貫通孔を設けておくことが可能である。さらに、圧
着固定機構としてネジを用いるのではなく、板バネ等バ
ネ機構を用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の荷電粒子線露光用ステンシルマスクによると、ステン
シルマスク本体が支持体の支持面上に機械的な押圧機構
によって圧着固定されているので、従来のような接着の
ための高温への加熱、室温への冷却過程を経ないで固定
される。したがって、熱歪みによってマスクパターンが
破断、変形することがなく、良好な電子線露光用ステン
シルマスク等の荷電粒子線露光用ステンシルマスクを提
供することができる。また、押圧機構を解除してステン
シルマスク本体を交換固定することにより、支持体を再
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の電子線露光用ステンシルマ
スクの断面図である。

【図２】図１の実施例の部品の平面図である。

【図３】図１の変形例の断面図である。

【図４】図１の別の変形例の模式図である。

【図５】ステンシルマスクを用いて部分一括露光をする
電子線露光装置の概略の構成を示す図である。

【図６】図５の電子線露光装置の描画原理を模式的に示
す図である。

【図７】ステンシルマスク本体の１例を示す図であり、
（ａ）は裏側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−
Ａ’に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）に示したステンシル
マスク本体の薄膜領域の拡大図である。

【図８】従来のステンシルマスクの固定方法を説明する
ための図である。

【符号の説明】 １０…ステンシルマスク本体 １１…ステンシルマスク本体の薄膜領域（図形マスク
部） １２…回路パターン状の貫通孔 １３…矩形貫通孔 １４…アパーチャ １５…金属製ホルダー １６…接着剤 ２１…下板 ２２…中板 ２３…上板 ２４…アパーチャ ２５…中板固定用ネジ穴 ２６…上板固定用ネジ穴 ２７…位置決めアパーチャ ２８…中板固定ネジ用穴 ２９…上板固定ネジ通過穴 ３０…押さえ形成用アパーチャ ３１…上板固定ネジ用穴 ３２…中板固定ネジ通過穴 ３３…中板固定ネジ ３４…上板固定ネジ ３６…電気伝導性、熱伝導性の高い膜 ３７…板材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本健一 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2H095 BA08 BB01 BC17 BC24 5F056 AA06 CD05 EA04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子線露光パターンに対応する貫通
   孔が形成された荷電粒子線露光用ステンシルマスクにお
   いて、マスク本体が支持体の支持面上に機械的な押圧機
   構によって圧着固定されていることを特徴とする荷電粒
   子線露光用ステンシルマスク。
2. 【請求項２】 前記押圧機構として、前記マスク本体の
   外形より小さい押さえ形成用アパーチャを有する押さえ
   板を前記支持体に押圧固定する手段を用いることを特徴
   とする請求項１記載の荷電粒子線露光用ステンシルマス
   ク。
3. 【請求項３】 前記マスク本体の外形に対応する位置決
   めアパーチャを有する中間板が前記支持体の支持面上に
   固定され、その位置決めアパーチャ内に前記マスク本体
   が配置され、前記マスク本体の外形より小さい押さえ形
   成用アパーチャを有する押さえ板が前記支持体に押圧固
   定されてなることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子
   線露光用ステンシルマスク。
4. 【請求項４】 少なくとも前記支持体の支持面と前記マ
   スク本体との機械的な接触面に、電気伝導性、熱伝導性
   が高く前記支持体より柔らかい非磁性膜が介在している
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の荷
   電粒子線露光用ステンシルマスク。
5. 【請求項５】 前記支持体の支持面と前記マスク本体と
   の機械的な接触面、及び、前記押さえ板と前記マスク本
   体との機械的な接触面に、電気伝導性、熱伝導性が高く
   前記支持体より柔らかい非磁性膜が介在していることを
   特徴とする請求項２又は３記載の荷電粒子線露光用ステ
   ンシルマスク。
6. 【請求項６】 前記電気伝導性、熱伝導性が高く前記支
   持体より柔らかい非磁性膜が、金メッキ又は金合金メッ
   キを含むものであることを特徴とする請求項４又は５記
   載の荷電粒子線露光用ステンシルマスク。
7. 【請求項７】 前記電気伝導性、熱伝導性が高く前記支
   持体より柔らかい非磁性膜が、金箔であることを特徴と
   する請求項４又は５記載の荷電粒子線露光用ステンシル
   マスク。