JP2002008965A - ステンシルマスク基板及びその基板の製造方法、並びにその基板を用いたステンシルマスク及びそのマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で、高精度パターンの描画が可能なステ
ンシルマスク及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 この発明のステンシルマスク３０では、
単一のシリコン基板２からなり、シリコン薄層からなる
メンブレン部３１に転写パターン３２が形成され、この
メンブレン部３１の下方には転写パターン開口部３５が
形成され、またこのメンブレン部３１の側周辺部には該
メンブレン部と同一シリコン半導体材料からなる肉厚の
支持部３３が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等
の微細なパターンを形成するために用いられる所謂一括
露光方式の荷電ビーム露光装置や、Ｘ線露光装置等で使
用されるステンシルマスク及びそのマスクの製造方法、
並びにそのステンシルマスク用基板及びその基板の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路のパターンは、年々微細
化の傾向にあり複雑化してきている。例えば、このよう
なパターンを荷電ビーム露光装置で描画、形成するため
に、繰り返し使用される図形及び図形群等を一回のショ
ットで描画する方法、所謂一括露光法、ブロック露光
法、或いはキャラクタプロジェクション法等と呼ばれる
方法が提案されている。

【０００３】この方式においては、荷電ビーム露光装置
におけるステンシルマスクに、従来ポイントビーム方式
であれば丸い穴、可変ビーム方式であれば矩形状の孔を
形成したものに代え、繰り返し使われる図形や図形群を
作り込むことにより一回のショットで描画することが可
能になり、スループットの飛躍的向上が見込まれる。

【０００４】ところで、この方式に使用されるステンシ
ルマスクは、従来では一般に、ＳＯＩ基板（ Silicon
On Insulator）を用いて製造されていた。

【０００５】図１１及び図１２は従来のＳＯＩ基板を使
用したステンシルマスクの製造方法を示す工程断面図で
ある。

【０００６】まず、 図１１（ａ）に示すように、ＳＯ
Ｉ基板１００は、支持体となるシリコン基板（シリコン
ウエハ）１０１とシリコン薄層（シリコンウエハ）１０
２を酸化膜１０３で貼り合わせて作製している。

【０００７】次に、図１１（ｂ）に示すように、このＳ
ＯＩ基板１００の前記シリコン薄層１０２上面に、酸化
膜１０４を形成する。

【０００８】次に、図１１（ｃ）に示すように、この酸
化膜１０４をパターンニング処理してメンブレン部形成
領域に転写パターン１０５ａを有する酸化膜パターン１
０５を形成する。

【０００９】この酸化膜パターン形成後、図１１（ｄ）
に示すように、この酸化膜パターン１０５をマスクとし
て、ドライエッチングにより前記シリコン薄層１０２を
前記酸化膜１０３に到達する深さまでエッチングして、
前記酸化膜パターン１０５の転写パターン１０５ａを前
記シリコン薄層１０２に転写する。

【００１０】次に、図１１（ｅ）に示すように、前記酸
化膜パターン１０５を除去し、転写パターン１０６ａを
有するシリコン薄層１０２を形成する。

【００１１】次に、図１２（ａ）に示すように、転写パ
ターン１０６ａ表面を含むＳＯＩ基板１００の全表面に
酸化膜、窒化膜等の保護膜１０７を形成する。

【００１２】この保護膜形成後、図１２（ｂ）に示すよ
うに、前記ＳＯＩ基板１００下面の前記保護膜１０７を
パーニング処理して開口部１０８ａを有する保護膜パタ
ーン１０８を形成する。

【００１３】次に、図１２（ｃ）に示すように、この保
護膜パターン１０８をマスクにして、ウエットエッチン
グにより、前記開口部１０８ａから露出された前記シリ
コン基板１０１を前記酸化膜１０３に到達するまでエッ
チング除去して転写パタン開口部１０９を形成すると共
に、この転写パターン開口部１０９周囲に前記シリコン
薄層１０２を機械的に支持する支持部１１０を形成す
る。

【００１４】次に、図１２（ｄ）に示すように、前記Ｓ
ＯＩ基板１００表面に形成されている前記保護膜パター
ン１０８を除去し、最後に、図１２（ｅ）に示すよう
に、前記転写パターン開口部１０９の酸化膜１０３を除
去することにより、転写パターン１０６ａを有するメン
ブレン部１０２、転写パターン開口部１０９及び支持部
１１０からなるステンシルマスクが得られる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
従来のＳＯＩ基板１００は、シリコン基板１０１とシリ
コン薄層１０２との間に酸化膜１０３が介在された構造
となっているため、高価である。

【００１６】また、このＳＯＩ基板を用いてステンシル
マスクを作製する場合、酸化膜１０４、保護膜１０７を
形成するための熱処理工程において、シリコン基板１０
１及びシリコン薄層１０２と酸化膜１０３との両材料の
熱膨張率の違いによる応力が発生し、メンブレン部に歪
みが生じる。

【００１７】また、ＳＯＩ基板を用いて作製されたステ
ンシルマスクにおいては、絶縁物である酸化膜１０３が
メンブレン部１０２と支持部１１０の中間部に介在され
ているため、荷電ビーム線、Ｘ線等を遮蔽する際に生じ
た熱エネルギーが効率良くマスク外部に放出されないた
めに、熱による基板膨張が生じ、高精度なパターンを描
画する上での問題となる。同様に酸化膜１０３がメンブ
レン１０２と支持部１１０との間に介在されているため
に、荷電ビーム線による描画の場合、ステンシルマスク
が帯電し、この電荷により生じる電場により荷電ビーム
線の照射軌道が変化し、描画パターンの位置ずれが起こ
るという問題がある。

【００１８】また、ＳＯＩ基板自体が高価であるため
に、作製されたステンシルマスク自体も高価となる。

【００１９】本発明は、上記課題に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、安価なステンシルマスク
基板及びその製造方法を提供することにある。

【００２０】また、本発明の別の目的とするところは、
安価で、高精度パターンの描画が可能なステンシルマス
ク及びその製造方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係わるステンシルマスク基板で
は、第１主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の
第１主面に沿って該半導体基板内に形成された細長い空
洞部と、前記空洞部と前記半導体基板の前記第１の主面
との間に形成され、且つ前記半導体基板と同一半導体材
料からなる肉薄のメンブレン部とを具備したことを特徴
としている。

【００２２】また、本発明の請求項２に係わるステンシ
ルマスク基板では、第１主面を有する半導体基板と、前
記半導体基板の第１主面上に形成された半導体成長層
と、前記半導体基板の第１主面に沿って該半導体基板内
に形成された細長い空洞部と、前記空洞部と前記半導体
基板の第1主面との間に形成され、且つ前記半導体基板
と同一半導体材料からなる肉薄のメンブレン部とを具備
したことを特徴としている。

【００２３】更に、本発明の請求項３に係わるステンシ
ルマスク基板では、前記空洞部が、前記半導体基板の第
１主面に沿って、且つ互いに所定間隔をおいて複数形成
されてなることを特徴としている。

【００２４】更にまた、本発明の請求項４に係わるステ
ンシルマスク基板では、前記メンブレン部の周辺部に前
記空洞部に達する貫通孔が形成されてなることを特徴と
している。

【００２５】更にまた、本発明の請求項５に係わるステ
ンシルマスク基板の製造方法では、半導体基板の第１主
面におけるメンブレン部形成予定領域に複数のホールを
形成する工程と、前記ホールを有する前記半導体基板を
減圧下で熱処理することにより、前記各ホール上部の開
口部を閉塞し、且つ隣接する各ホール内の空間を連接さ
せて空洞部を形成する工程とを具備し、前記空洞部と前
記半導体基板の前記第１主面との間には、前記各ホール
上部の開口部を閉じることによりメンブレン部が形成さ
れてなることを特徴としている。

【００２６】更にまた、本発明の請求項６に係わるステ
ンシルマスク基板の製造方法では、前記メンブレン部形
成予定域領域の周辺に、前記ホール径より大きな径を有
する溝を形成する工程を具備し、前記減圧下での熱処理
において、前記溝は、その開口部を閉塞せず、且つ前記
空洞部と連接してなることを特徴としている。

【００２７】更にまた、本発明の請求項７に係わるステ
ンシルマスク基板の製造方法では、少なくとも前記メン
ブレン部表面上に、半導体成長層を形成し、前記メンブ
レン部の膜厚を調整してなることを特徴としている。

【００２８】更にまた、本発明の請求項８に係わるステ
ンシルマスクでは、半導体薄層からなり、且つ転写パタ
ーンが形成されたメンブレン部と、前記メンブレン部の
側周部に該メンブレン部と一体に形成され、且つ前記メ
ンブレン部を機械的に支持する肉厚の支持部とを具備
し、前記支持部は、前記メンブレン部と同一半導体材料
で形成されてなることを特徴とするステンシルマスク。

【００２９】更にまた、本発明の請求項９に係わるステ
ンシルマスクでは、前記メンブレン部が複数並置され、
該メンブレン部間にメンブレン部より肉厚の梁部が形成
されてなることを特徴としている。

【００３０】更にまた、本発明の請求項１０に係わるス
テンシルマスクでは、前記支持部の上部に前記貫通孔が
形成されてなることを特徴としている。

【００３１】更にまた、本発明の請求項１１に係わるス
テンシルマスクの製造方法では、前記請求項１乃至前記
請求項４に係わるステンシルマスク基板におけるメンブ
レン部表面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜パタ
ーニング処理して転写パターンを有する酸化膜パターン
を形成する工程と、前記酸化膜パターンをマスクにパタ
ーニング処理して前記メンブレン部に転写パターンを形
成する工程と、前記酸化膜パターンを除去する工程と、
前記空洞部を含むステンシルマスク基板表面全体に保護
膜を形成する工程と、前記ステンシルマスク基板の第２
主面部分の前記保護膜をパターニング処理して開口部を
有する保護膜パターンを形成する工程と、前記保護膜パ
ターンをマスクに前記開口部から露出された半導体基板
を前記空洞部に到達するまで除去し転写パターン開口部
を形成する工程と、前記保護膜を除去する工程とを具備
してなることを特徴としている。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態（以下、実施形態という）に係わるステンシルマ
スク基板、その製造方法及びそのステンシルマスク基板
を用いたステンシルマスク、その製造方法について説明
する。各図面において同一部部分には同符号を付してい
る。 （第１の実施の形態）まず、図１を用いて本発明の第１
の実施形態に係わるステンシルマスク基板について説明
する。

【００３３】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に
係わるステンシルマスク基板の平面図、図１（b）は、
図１（ａ）のステンシルマスク基板における四角枠Ａで
囲んだ要部を拡大して示す平面図、図１（ｃ）は図１
（ｂ）のステンシルマスク基板要部のＡ−Ａ’線に沿う
断面図である。

【００３４】図1に示すように、この実施形態のステン
シルマスク基板１は、第1主面を有する単一のシリコン
基板（シリコンウエハ）２からなり、このシリコン基板
２は、一例として、直径約２３ｃｍ、厚さ約７００μｍ
からなる。この第１主面側のシリコン基板２内には、例
えば平面矩形状の空洞部３が形成されている。この空洞
部３は、前記第１主面から所定間隔をおいて前記シリコ
ン基板２内に、しかも前記第１主面に沿って形成されて
いる。

【００３５】ここでは、この空洞部３は、一例として、
前記シリコン基板２の前記第１主面から該基板内側に
０．６μｍの間隔をおいた位置に、且つ１０μｍ×１０
μｍの正方形状に形成している。また、この空洞部３
は、その深さｈを、１．４μｍに形成している。

【００３６】そして前記シリコン基板２の第１主面と前
記空洞部３との間には、前記シリコン基板２部分からな
るメンブレン部４が形成されている。このメンブレン部
４は、前記空洞部３と同じ１０μｍ×１０μｍの平面正
方形状をなし、その厚みは、前記第１主面と前記空洞部
３の間隔で、０．６μｍとなっている。このメンブレン
部４の周辺部には、前記空洞部３に達する貫通孔５が形
成されている。この貫通孔５は、このステンシルマスク
基板を用いてステンシルマスクを作製する際、メンブレ
ン部直下のシリコン基板をエッチング除去し、そこに転
写パターン開口部を形成する必要があり、このエッチン
グ工程におけるエッチングストッパとしての保護膜をメ
ンブレン部の表裏面に簡単に形成するために必要であ
る。

【００３７】しかし、この貫通孔５は、必ずしも必須で
はない。例えば、保護膜をエッチングストッパとせず、
メンブレン部直下のシリコン基板のエッチング除去にお
いて、エッチング時間でエッチング量を制御する場合に
は貫通孔は必要ない。

【００３８】上記第１の実施形態のステンシルマスク基
板は、従来のＳＯＩ基板のように２枚のシリコン基板を
酸化膜を介して張り合わせたものではなく、単一のシリ
コン基板から構成されているため、安価である。

【００３９】次に、図２及び図３を用いて上述の第１の
実施形態に係わるステンシルマスク基板の製造方法につ
いて説明する。

【００４０】図２及び図３はステンシルマスク基板の製
造工程を示す工程図で、図２（ａ）及び（ｄ）はその断
面図、図２（ｂ）はその平面図、図２（ｃ）は図２
（ｂ）のＢ−Ｂ’に沿う断面図、図３はその断面図であ
る。

【００４１】まず、図２（ａ）に示すように、第1主面
及び第２主面を有する単一のシリコン基板（シリコンウ
エハ）２を用意する。このシリコン基板２は、一例とし
て、面方位が（１００）で、直径約２３ｃｍで、約７０
０μｍの厚みを有する。

【００４２】次に、このシリコン基板２の第１主面上に
例えば、厚さ約０．５μｍの酸化膜２０を成膜する。こ
の酸化膜２０は、例えば、約６５０℃の成膜温度で、ア
ルコキシシランの熱分解によるＣＶＤ法によって成膜し
たＴＥＯＳ膜からなる。

【００４３】次に、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すよう
に、この酸化膜２０上に周知のリソグラフィー技術によ
りホールパターンをパターニングしたレジストを形成
し、このレジストをマスクとしてこの酸化膜２０をエッ
チングした後、このレジストを除去する。これにより、
メンブレン部形成領域に多数の微細な第１のホール２１
ａを形成し、且つメンブレン部形成領域の周辺部に第２
のホール２１ｂを形成した酸化膜パターン２１を形成す
る。

【００４４】この酸化膜パターン２１における前記第１
のホール２１ａは、メンブレン部を作るためのホール
で、１μｍ以下の直径を持つ微細で、且つ緻密に設け、
前記第２のホール２１ｂは、空洞部表面を保護膜で被覆
するために外部雰囲気と連通させるためのもので、前記
第１のホール２１ａより大きな直径に形成している。

【００４５】ここでは、一例として、第１のホール２１
ａは、直径０．３μｍで、０．１８μｍのピッチに形成
し、第２のホール２１ｂは、直径２．０μｍに形成して
いる。

【００４６】次に、図２（ｄ）に示すように、第１のホ
ール２１ａ及び第２の ホール２１ｂが形成された酸化
膜パターン２１をマスクとして、ドライエッチングによ
り前記シリコン基板２をエッチングし、該シリコン基板
２の前記第１主面に、前記第１のホール２１ａに対応し
た多数の第１のホール２２ａと前記第２のホール２１ｂ
に対応した第２のホール２２ｂを形成する。このドライ
エッチングは、ＨＢｒをエッチングガスとして、２００
ｍＴｏｒｒの圧力、１６００ＷのＲＦ出力で行う。

【００４７】その後、図３（ａ）に示すように、前記酸
化膜パターン２１を除去し、前記シリコン基板２の前記
第１主面に、第１のホール２２ａ及び第２のホール２２
ｂを有するホールパターン２２を形成する。この第１の
ホール２２ａ及び第２のホール２２ｂは、前記酸化膜パ
ターン２１の第１のホール２１ａ及び第２のホール２１
ｂとそれぞれ、同じ直径及びピッチを有し、且つ前記シ
リコン基板２の第１主面から約２．０μｍの深さにいず
れも形成している。

【００４８】次に、前記ホールパターン２２が形成され
た前記シリコン基板２を、減圧状態で、高温アニール処
理する。この高温アニール処理の際の雰囲気は、脱酸素
雰囲気、例えば水素雰囲気等が望ましい。

【００４９】この高温アニール処理により、第１のホー
ル２２ａ内及び前記シリコン基板２表面での表面エネル
ギーを下げようとするＳｉマイグレーションが起きる結
果、微細で緻密な前記各第１のホール２２ａは、その開
口上部を閉塞し、且つ隣接する各ホール２２ａの空間を
連接させて空洞部３、及びこの空洞部３と前記シリコン
基板２の第１主面との間にシリコン基板からなるメンブ
レン部４を形成する。このメンブレン部４の厚さは、第
１のホール２２ａの直径、及び深さにより数百ｎｍ〜数
μmのオーダーで任意の厚さに調整可能である。

【００５０】前記高温アニール処理において、前記ホー
ル径が大きくなる程、該ホールの開口上部は閉塞し難
く、閉塞させるためには、アニール温度、時間を大きく
する必要がある。但し、アニール温度としては、１４０
０℃以上になるとシリコン基板が溶ける恐れがあるた
め、１２００℃以下に押さえる。また前記空洞部３を形
成するためには、ホールのアスペクト比は、１：５〜
１：９の間にあることが必要である。この理由は、ホー
ルのアスペクト比が小さい（ホールの深さが浅い）と開
口上部が閉塞せず、表面が凹凸となるだけで、逆がにア
スペクト比が大きい（ホールの深さが深い）とホールの
途中で閉塞を起こして複数段の空洞を形成してしまう。

【００５１】このため、ここでは、一例として、前記第
１のホール２２ａは、直径約０．３μｍで、ピッチ約
０．１８μｍ、前記第２のホール２２ｂは、直径約２．
０μｍにそれぞれ形成している。また前記高温アニール
処理としては、約１０Ｔｏｒｒの減圧状態で、約１００
０℃の温度で、約１０分間高温アニールしている。

【００５２】この高温アニールにおいて、大きな直径の
第２のホール２２ｂは、その開口上部が閉塞するのに充
分なだけのＳｉ原子のマイグレーションが起きずに、開
口上部は開放したままで、前記空洞部３と貫通し、この
空洞部３をシリコン基板２外部雰囲気と連接する貫通孔
５として機能する。

【００５３】この結果、図３（ｂ）に示すように、シリ
コン基板２の第１主面に沿って該シリコン基板２内に形
成された細長い空洞部３と、前記空洞部３と前記シリコ
ン基板２の前記第１主面との間に形成され肉薄のメンブ
レン部４と、前記メンブレン部４の周辺部に形成され、
且つ前記空洞部３に達する貫通孔５とを有するステンシ
ルマスク基板１が得られる。

【００５４】上述のステンシルマスク基板の製造方法に
よれば、単一のシリコン基板にパターニング処理、熱処
理を施すことにより、簡単にして安価なステンシルマス
クが得られる。

【００５５】（第１の実施形態の変形例）次に、図４を
用いて上述の第１の実施形態の変形例について説明す
る。図４は、第１の実施形態の変形例におけるステンシ
ルマスク基板要部の断面図である。

【００５６】即ち、図４に示すように、本変形例は、上
述の第１の実施形態のステンシルマスク基板１のメンブ
レン部４表面を含む第１主面上に、更に半導体成長層７
を形成し、貫通孔５を該半導体成長層７を貫通して空洞
部３に達するように形成してなる点で、上述の第１の実
施形態とは異なる。例えば、荷電ビーム露光装置のステ
ンシルクマスクとしては、メンブレン部の厚みは１０〜
２０μｍ程度必要であり、この場合には、前記半導体成
長層７を約９．４〜１９，４μｍ程度の厚みに形成す
る。

【００５７】この変形例のステンシルマスク基板では、
上述の第１の実施形態と同様に、安価である効果の他
に、更に半導体成長層の層厚を制御することにより、簡
単に任意の厚みを有するメンブレン部が得られる。

【００５８】この変形例のステンシルマスク基板は、図
２（ａ）工程において、酸化膜２０が、シリコン基板２
の第１主面上に形成されたシリコン成長層（半導体成長
層）７上に形成される点を除いて、図２及び図３に示
す、上述の第１実施形態のステンシルマスク基板の製造
方法と同一工程を経ることにより簡単に製造される。

【００５９】（第２の実施形態）図５を用いて本発明の
第２の実施形態に係わるステンシルマスクについて説明
する。図５は第２の実施形態に係わるステンレスマスク
の要部の断面図である。

【００６０】即ち、この実施形態では、ステンシルマス
ク３０は、シリコン薄層（半導体薄層）からなるメンブ
レン部３１を有している。このメンブレン部３１には、
該メンブレン部３１を貫通する複数の開口からなる転写
パターン３２が形成されている。このメンブレン部３１
の下方には、転写パターン開口部３５が形成され、また
このメンブレン部３１の側周部には、このメンブレン部
３１を機械的に支持する肉厚の支持部３３を有してい
る。この支持部３３は、前記メンブレン部３１と同一シ
リコン半導体材料から形成され、且つ前記メンブレン部
３１と一体に形成されている。

【００６１】なお、前記支持部３３の上部に形成されて
いる貫通孔３４は、このステンシルマスク基板を用いて
ステンシルマスクを作製する際、メンブレン部直下のシ
リコン基板をエッチング除去し、そこに開口部を形成す
るエッチング工程において、メンブレン部を保護するた
めにメンブレン部の表裏面に保護膜を形成するために使
用したもので、例えば、メンブレン部直下のシリコン基
板の除去をエッチング時間の制御で行う場合には形成さ
れない。

【００６２】この第２の実施形態によれば、ステンシル
マスクは単一の半導体基板により形成されており、メン
ブレン部３１と支持部３３とは、同一シリコン材料でも
って直接、一体に形成され、両者間には何ら他の材料は
介在していない。そのため、ステンシルマスクの作製工
程中の酸化膜、保護膜等の熱処理工程において、従来の
ＳＯＩ基板を用いた場合のような、熱膨張係数の違いに
よる応力の発生がなく、メンブレン部３１は歪みのない
高精度の転写パターンを有する。

【００６３】また、シリコン半導体材料自体、熱伝導性
がよく、荷電ビーム線、Ｘ線等を遮断する際に生じる熱
も、効率よくマスク外部に放出されるため、熱によるマ
スクの膨張もなく、高精度なパターンを描画できる。

【００６４】更に、シリコン半導体材料自体、電気的伝
導性もよく、荷電ビーム線による描画時のマスク内の帯
電も、速やかにマスク外に導出でき、描画パターンの位
置ずれを防止できる。

【００６５】次に、図６を用いて上述の第２実施形態に
よるステンシルマスクの製造方法について説明する。図
６はそのステンシルマスクの製造工程を示す工程断面図
である。

【００６６】まず、図６（ａ）に示すように、上述の第
１の実施形態によるステンシルマスク基板１のメンブレ
ン部４を含む第１主面上に、酸化膜４０を成膜する。こ
の酸化膜４０は、例えば、厚さ約０．５μｍに成膜す
る。この酸化膜４０は、例えば、約６５０℃の成膜温度
で、アルコキシシランの熱分解によるＣＶＤ法によって
成膜したＴＥＯＳ膜からなる。

【００６７】次に、図６（ｂ）に示すように、この酸化
膜４０表面にレジストを形成し、周知のリソグラフィー
技術によりパターンニングして所望の開口パターンを有
するレジストパターンを形成した後、このレジストパタ
ーンをマスクとして、前記酸化膜４０をエッチングし、
所望の転写パターン４１ａの有する酸化膜パターン４１
を形成する。

【００６８】次に、図６（ｃ）に示すように、この酸化
膜パターン４１をマスクとして、ドライエッチングによ
り前記メンブレン４のシリコン基板２を前記空洞部３に
達する深さまでエッチングして、前記酸化膜パターン４
１の転写パターン４１ａを前記メンブレン部４に転写す
る。このドライエッチングは、ＨＢｒをエッチングガス
として、２００ｍＴｏｒｒの圧力、１６００ＷのＲＦ出
力で行った。

【００６９】次に、図６（ｄ）に示すように、前記酸化
膜パターン４１を剥離して、転写パターン４２ａを有す
るメンブレン部４を形成する。

【００７０】次に、図６（ｅ）に示すように、マスク基
板１の全裏面をバックエッチングする際の保護膜４３と
なる酸化膜もしくは窒化膜で覆う。この際、貫通孔５に
より外部雰囲気と接する空洞部３内も同様に保護膜４３
が形成される。この保護膜４３として、例えば、０．５
Torrの減圧状態、基板温度８００℃、ＳｉＨ₄とＮＨ₃の
混合ガスによる減圧ＣＶＤ法にて、膜厚約１００ｎｍの
窒化膜を形成した。

【００７１】次に、図７（ａ）に示すように、マスク基
板１裏面の保護膜４３部分に開口部４４を形成する。こ
の開口部４４は、前記貫通孔３４を除いて前記メンブレ
ン部４領域に合わせて、裏面エッチングしたい領域をリ
ソグラフィー工程によりレジストをパターニングし、レ
ジストをマスクとして、保護膜４３をエッチングして形
成する。

【００７２】次に、図７（ｂ）に示すように、前記保護
膜４３をマスクとして、ウエットエッチングまたはドラ
イエッチングにより前記開口部４４から露出したマスク
基板１のシリコン基板２部分を、前記メンブレン部４裏
面の保護膜４３をストッパーとして前記メンブレン４裏
面の前記保護膜４３に達するまでエッチング除去し、転
写パターン開口部３５を形成すると共に、この転写パタ
ーン開口部３５の周囲に前記メンブレン部４を機械的に
支持する支持部３３を形成する。

【００７３】次に図７（ｃ）に示すように、例えばケミ
カルドライエッチング法で前記保護膜４３を剥離するこ
とにより、所望の転写パターン３２を有するメンブレン
部３１と、このメンブレン部３１の周辺部に該メンブレ
ン部３１と一体に形成され、且つ前記メンブレン部３１
を機械的に支持する支持部３３と、この支持部３３に囲
まれた領域に転写パターン開口部３５を有するステンシ
ルマスクを完成する。

【００７４】なお、３４は、保護膜の形成に用いた貫通
孔で、前記支持部３３の上部に形成される。

【００７５】この実施形態によれば、ステンシルマスク
基板が、ＳＯＩ基板と異なり、ステンシルマスク基板が
単一材料により構成されているために、半導体基板の間
に異種の材料である酸化膜を挟んだＳＯＩ基板で問題と
なる、基板と酸化膜での熱膨張率の違いによりメンブレ
ン部に応力が生じる問題を解決でき、大ウインドーで無
歪みのメンブレン部を有するステンシルマスクの製造が
可能となる。

【００７６】また、製造されたステンシルマスクは、酸
化膜を間に挟んだＳＯＩ基板から作られたステンシルマ
スクに比べ、電気伝導、熱伝導の点で有利であり、より
高精度なパターン転写を可能とする。

【００７７】更に、通常のデバイス製造に用いている半
導体基板から製造可能であるために、複雑な工程を有す
るＳＯＩ基板に比べて、製造コストの点で有利である。

【００７８】（第３の実施形態）従来、ステンシルマス
クにおいて、例えば１チップのデバイスパターンをメン
ブレン部に形成する場合には、メンブレン部は厚みが１
０μｍ程度であるのに対して面積が２０数μｍ角と大き
くなり、メンブレン部が歪みやすく、場合によっては、
破損する。そこでこの実施形態は、このよう肉薄で、且
つ広面積のメンブレン部を有するステンシルマスクの形
成に本発明を適用した例を示す。

【００７９】図８乃至図１０は、第３の実施形態に係わ
るステンシルマスク基板及びそれを用いたステンシルマ
スクの製造工程を示す工程図である。なお、各図におい
て、上述の第１及び第２の実施形態と同一部分には同一
符号を付し、詳細な説明は省略する。また、特段の説明
がない限り、同一部分の寸法、製造条件は上述の実施形
態と同一である。

【００８０】まず、図８（ａ）に示すように、単一のシ
リコン基板２の表面に酸化膜２０を形成した後、図８
（ｂ）及び（ｃ）に示すように、この酸化膜２０をパタ
ーンニング処理して、複数のメンブレン部形成領域に、
それぞれ第１のホール２１ａを有し、且つ前記メンブレ
ン形成部領域の周辺部に、それぞれ第２のホール２１ｂ
を有する酸化膜パターン２１を形成する。この実施形態
では、この酸化膜パターン２１の第１のホール２１ａ
は、例えば２つのメンブレン部形成領域７０ａ、７０ｂ
にそれぞれ形成し、且つ第２のホール２１ｂは、そのメ
ンブレン部形成領域７０ａ、７０ｂの周辺部にそれぞれ
形成している。

【００８１】このパターニング処理において、隣接する
前記メンブレン部形成領域間には、各メンブレン部を機
械的に補強する肉厚の梁部を形成するために、非ホール
形成領域７１をそれぞれ形成してなる。この非ホール形
成領域７１は、少なくとも前記メンブレン部形成領域７
０の前記第１のホール２１ａと隣接する前記メンブレン
部形成領域７０の前記第１のホール２１ａとによりそれ
ぞれ形成される空洞部が互いに連接しないように広い間
隔に形成している。ここでは、前記各メンブレン部形成
予定領域７０ａ、７０ｂを、いずれも１０μｍ×１０μ
ｍとし、且つこの領域の間隔、即ち非ホール形成領域７
１を、約３，０μｍに形成している。

【００８２】次に、図８（ｄ）に示すように、この酸化
膜パターン２１をマスクとして、ドライエッチングによ
り前記シリコン基板２をエッチングし、該シリコン基板
２の前記メンブレン部形成領域７０ａ、７０ｂに、前記
第１のホール２１ａに対応した多数の第１のホール２２
ａをそれぞれ形成し、且つ前記メンブレン部形成領域７
０ａ、７０ｂの周辺部に前記第２のホール２１ｂに対応
した第２のホール２２ｂをそれぞれ形成する。

【００８３】その後、図９（ａ）に示すように、前記酸
化膜パターン２１を除去し、前記シリコン基板２の前記
メンブレン部形成領域７０ａ、７０ｂに、それぞれ第１
のホール２２ａを有し、且つ前記メンブレン部形成領域
７０ａ、７０ｂの周辺部にそれぞれ第２のホール２２ｂ
を有するホールパターン２２を形成する。

【００８４】次に、図９（ｂ）に示すように、前記ホー
ルパターン２２が形成された前記シリコン基板２を、減
圧状態で、水素雰囲気中で、高温アニール処理する。

【００８５】この高温アニール処理の結果、前記メンブ
レン部形成予定領域７０ａ、７０ｂには、微細で緻密な
前記各第１のホール２２ａの開口上部を閉塞し、且つ隣
接する各ホール２２ａの空間部を連接させて、それぞれ
空洞部３ａ、３ｂ及びこの空洞部３ａ、３ｂと前記シリ
コン基板２の第１主面との間にシリコン基板からなるメ
ンブレン部４ａ、４ｂをそれぞれ形成する。

【００８６】この際、前記非ホール形成領域７１は、広
い間隔に形成されているため、この領域には空洞部が形
成されない。また、前記メンブレン部形成領域７０ａ、
７０ｂの周辺部の第２のホール２２ｂは、開口上部を開
放したままで、前記空洞部３ａ、３ｂとそれぞれ貫通
し、この空洞部３ａ、３ｂをシリコン基板２外部雰囲気
と連接する貫通孔５ａ、５ｂとしてそれぞれ機能する。

【００８７】この結果、図示の如く、シリコン基板２の
第１主面に沿って該シリコン基板２内に互いに独立して
隣接形成された細長い空洞部３ａ、３ｂと、前記空洞部
３ａ、３ｂと前記シリコン基板２の前記第１主面との間
に形成され肉薄のメンブレン部４ａ、４ｂと、前記メン
ブレン部４ａ、４ｂの周辺部に形成され、且つ前記空洞
部３ａ、３ｂに達する貫通孔５ａ、５ｂとを有するステ
ンシルマスク基板１が得られる。

【００８８】次に、図９（ｃ）に示すように、ステンシ
ルマスク基板１のメンブレン部４を含む第１主面上に、
ＣＶＤ法により酸化膜４０を成膜する。

【００８９】次に、図９（ｄ）に示すように、この酸化
膜４０をパターンニング処理して、前記メンブレン部４
ａ、４ｂ上に所望の転写パターン４１ａ、４１ｂの有す
る酸化膜パターン４１を形成する。

【００９０】次に、図９（ｅ）に示すように、この酸化
膜パターン４１をマスクにドライエッチングして、前記
酸化膜パターン４１の転写パターン４１ａを前記メンブ
レン部４ａ、４ｂにそれぞれ転写した後、図１０（ａ）
に示すように、前記酸化膜パターン４１を剥離して、転
写パターン４２ａを有するメンブレン部４ａ、４ｂを形
成する。

【００９１】次に、図１０（ｂ）に示すように、マスク
基板１の全裏面を減圧ＣＶＤ法にて窒化膜からなる保護
膜４３で覆った後、図１０（ｃ）に示すように、前記メ
ンブレン部４ａ、４ｂ及び前記非ホール形成領域７１に
対応するマスク基板１裏面の保護膜４３部分に開口部４
４を形成する。

【００９２】次に、図１０（ｄ）に示すように、前記保
護膜４３をマスクとして、ドライエッチングにより前記
開口部４４から露出したマスク基板１のシリコン基板２
部分を前記空洞部３ａ、３ｂに達するまでエッチング除
去し、転写パターン開口部３５を形成し、前記メンブレ
ン部４ａ、４ｂ間に肉厚の梁部７２を形成すると共に、
この転写パターン開口部３５の周囲に前記メンブレン部
４ａ、４ｂを機械的に支持する支持部３３を形成する。

【００９３】次に図１０（ｅ）に示すように、例えばケ
ミカルドライエッチング法で前記保護膜４３を剥離する
ことにより、所望の転写パターン３２ａ、３２ｂを有す
るメンブレン部３１ａ、３１ｂと、このメンブレン部３
１ａ、３１ｂ間に設けられた機械的補強のための肉厚の
梁部７２と、このメンブレン部３１ａ、３１ｂの周辺部
に該メンブレン部３１ａ、３１ｂと一体に形成され、且
つ前記メンブレン部３１ａ、３１ｂを機械的に支持する
支持部３３と、この支持部３３に囲まれた領域に転写パ
ターン開口部３５ａ、５３ｂを有するステンシルマスク
を完成する。なお、３４ａ、３４ｂは、保護膜の形成に
用いた貫通孔である。

【００９４】この第３の実施形態によれば、上述の実施
形態による効果の他に、転写パターンを形成したい領域
に選択的にメンブレン部を簡単に形成でき、また隣接す
るメンブレン部間に肉厚の梁部を簡単に形成できるため
に、強度に優れた広面積のメンブレン部を有するステン
シルマスクが提供可能となる。

【００９５】また、肉厚の梁部をメンブレン部間に有す
るために、電気伝導、熱伝導の点にも優れたステンシル
マスクが提供可能である。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のステンシ
ルマスク基板及びその製造方法によれば、単一のシリコ
ン基板にパターニング処理、熱処理を施すことにより、
簡単にして安価なステンシルマスク基板が得られる。

【００９７】また、本発明のステンシルマスクによれ
ば、単一の半導体基板により形成されており、メンブレ
ン部と支持部とは、同一シリコン材料でもって直接、一
体に形成され、両者間には何ら他の材料は介在していな
い。そのため、メンブレン部は歪みのない高精度の転写
パターンを有する。

【００９８】更に、シリコン半導体材料自体、熱伝導性
がよく、荷電ビーム線、Ｘ線等を遮断する際に生じる熱
も、効率よくマスク外部に放出されるため、熱によるマ
スクの膨張もなく、高精度なパターンを描画できる。

【００９９】更にまた、シリコン半導体材料自体、電気
的伝導性もよく、荷電ビーム線による描画時のマスク内
の帯電も、速やかにマスク外に導出でき、描画パターン
の位置ずれを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わるステ
ンシルマスク基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のステンシ
ルマスク基板における四角枠Ａ部分の拡大平面図、
（ｃ）は（ｂ）のステンシルマスク基板のＡ−Ａ’に沿
う断面図。

【図２】本発明の第１の実施形形態に係わるステンシル
マスク基板の製造工程を示す工程図。

【図３】本発明の第１の実施形態に係わるステンシルマ
スク基板の製造工程を示す工程断面図。

【図４】本発明の第１の実施形態に係わるステンシルマ
スク基板の変形例を示す断面図。

【図５】本発明の第２の実施形態に係わるステンシルマ
スクを示す断面図。

【図６】本発明の第２の実施形態に係わるステンシルマ
スクの製造工程を示す工程断面図。

【図７】本発明の第２の実施形態に係わるステンシルマ
スクの製造工程を示す工程断面図。

【図８】本発明の第３の実施形態に係わるステンシルマ
スクの製造工程を示す工程図。

【図９】本発明の第３の実施形態に係わるステンシルマ
スクの製造工程を示す工程図。

【図１０】本発明の第３の実施形態に係わるステンシル
マスクの製造工程を示す工程図。

【図１１】従来のステンシルマスクの製造工程を示す工
程断面図。

【図１２】従来のステンシルマスクの製造工程を示す工
程断面図。

【符号の説明】 １…ステンシルマスク基板、 ２、１０１…シリコン基板、 ３…空洞部、 ４、３１…メンブレン部、 ５、３４…貫通孔、 ７…半導体成長層、 ２０、４０、１０３、１０４…酸化膜、 ２１、１０５…酸化膜パターン、 ２１ａ，２２ａ…第１のホール、 ２１ｂ、２２ｂ…第２のホール、 ２２…ホールパターン、 ３０…ステンシルマスク、 ３２、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、１０５ａ、１
０６ａ…転写パターン、 ３３…支持部、 ３５、１０９…転写パターン開口部、 ４３、１０７…保護膜、 ４４、１０８ａ…開口部、 ７０…メンブレン部形成領域、 ７１…非ホール形成領域、 ７２…梁部 １００…ＳＯＩ基板、 １０２…シリコン薄層、 １０８…保護膜パターン、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 力 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 水島 一郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Ｆターム(参考） 2H095 BA08 BA10 BB27 BB35 BC19 BC27 BC30 5F046 AA25 GD04 GD07 GD10 GD17 5F056 AA22 FA05

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１主面を有する半導体基板と、 前記半導体基板の第１主面に沿って該半導体基板内に形
   成された細長い空洞部と、 前記空洞部と前記半導体基板の前記第１主面との間に形
   成され、且つ前記半導体基板と同一半導体材料からなる
   肉薄のメンブレン部とを具備したことを特徴とするステ
   ンシルマスク基板。
2. 【請求項２】第１主面を有する半導体基板と、 前記半導体基板の第１主面上に形成された半導体成長層
   と、 前記半導体基板の第１主面に沿って該半導体基板内に形
   成された細長い空洞部と、 前記空洞部と前記半導体基板の第１主面との間に形成さ
   れ、且つ前記半導体基板と同一半導体材料からなる肉薄
   のメンブレン部とを具備したことを特徴とするステンシ
   ルマスク基板。
3. 【請求項３】前記空洞部が、前記半導体基板の第１主面
   に沿って、且つ互いに所定間隔をおいて複数形成されて
   なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   ステンシルマスク基板。
4. 【請求項４】前記メンブレン部の周辺部に前記空洞部に
   達する貫通孔が形成されてなることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載のステンシルマスク基板。
5. 【請求項５】半導体基板の第１主面におけるメンブレン
   部形成予定領域に複数のホールを形成する工程と、 前記ホールを有する前記半導体基板を減圧下で熱処理す
   ることにより、前記各ホール上部の開口部を閉塞し、且
   つ隣接する各ホール内の空間を連接させて空洞部を形成
   する工程とを具備し、前記空洞部と前記半導体基板の前
   記第１主面との間には、前記各ホール上部の開口部を閉
   じることによりメンブレン部が形成されてなることを特
   徴とするステンシルマスク基板の製造方法。
6. 【請求項６】前記メンブレン部形成予定域領域の周辺
   に、前記ホール径より大きな溝径を有する溝を形成する
   工程を具備し、前記減圧下での熱処理において、前記溝
   は、その開口部を閉塞せず、且つ前記空洞部と連接して
   なることを特徴とする請求項５に記載のステンシルマス
   ク基板の製造方法。
7. 【請求項７】少なくとも前記メンブレン部表面上に、半
   導体成長層を形成し、前記メンブレン部の膜厚を調整し
   てなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載
   のステンシルマスク基板の製造方法。
8. 【請求項８】半導体薄層からなり、且つ転写パターンが
   形成されたメンブレン部と、 前記メンブレン部の側周部に該メンブレン部と一体に形
   成され、且つ前記メンブレン部を機械的に支持する肉厚
   の支持部とを具備し、前記支持部は、前記メンブレン部
   と同一半導体材料で形成されてなることを特徴とするス
   テンシルマスク。
9. 【請求項９】前記メンブレン部が複数並置され、該メン
   ブレン部間にメンブレン部より肉厚の梁部が形成されて
   なることを特徴とする請求項８に記載のステンシルマス
   ク。
10. 【請求項１０】前記支持部の上部に前記貫通孔が形成さ
    れてなることを特徴とする請求項８または請求項９に記
    載のステンシルマスク。
11. 【請求項１１】前記請求項１乃至前記請求項４に記載の
    ステンシルマスク基板におけるメンブレン部表面に酸化
    膜を形成する工程と、 前記酸化膜パターニング処理して転写パターンを有する
    酸化膜パターンを形成する工程と、 前記酸化膜パターンをマスクにパターニング処理して前
    記メンブレン部に転写パターンを形成する工程と、 前記酸化膜パターンを除去する工程と、 前記空洞部を含むステンシルマスク基板表面全体に保護
    膜を形成する工程と、前記ステンシルマスク基板の第２
    主面部分の前記保護膜をパターニング処理して開口部を
    有する保護膜パターンを形成する工程と、 前記保護膜パターンをマスクに前記開口部から露出され
    た半導体基板を前記空洞部に到達するまで除去し転写パ
    ターン開口部を形成する工程と、 前記保護膜を除去する工程とを具備してなることを特徴
    とするステンシルマスクの製造方法。