JP2003243296A - ステンシルマスク及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子ビームの照射によっても反りが発生しな
い、高精度かつ長寿命なステンシルマスク及びその製法
を提供する。 【解決手段】ＳＯＩウェーハ１２のシリコン膜１８上に
導電性膜２０が形成された後に複数の描画用開口２４が
形成されてなる電子ビーム用のステンシルマスク１０。
導電性膜２０には複数の描画用開口２４が形成されてい
るとともに、シリコン膜１８には複数の描画用開口２４
と略同じ形状で描画用開口２４より大きな開口が形成さ
れており、描画用領域のＳＯＩウェーハ１２のシリコン
層１４及び酸化シリコン膜１６は窓枠状に除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はステンシルマスク及
びその製法に係り、特に、半導体集積回路を形成すべ
く、半導体基板上に形成されたレジスト層に電子ビーム
で描画するために使用されるステンシルマスク及びその
製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度を向上さ
せるべく、電子ビーム描画法が多用されている。この電
子ビーム描画法に使用されるステンシルマスクについて
は、各種の改善がなされており、高精度化が志向されて
いる。

【０００３】たとえば、本願出願人により特許第２７９
２４５３号が提案されており、電子ビーム照射時に反り
が発生しない、高精度かつ長寿命なアパーチャ及びその
製造方法が示されている。

【０００４】このような従来のステンシルマスクについ
て、図６によってその構成及び製法を説明する。同図
（ａ）に示されるシリコンウェーハ１の表面に約０．１
μｍ厚のＳｉＮ_x 層２と、更にその上に約０．５μｍ厚
のＣ層３（ダイヤモンド膜）を形成する（同図
（ｂ））。

【０００５】次に、シリコンウェーハ１の裏面をエッチ
ングにより窓状に除去し、裏面開口１ａを形成する（同
図（ｃ））。そして、シリコンウェーハ１の表面に（Ｃ
層３の上に）レジスト４を塗布、形成し、露光（以上、
同図（ｄ））、現像し、所定のレジストパターンを形成
する（同図（ｅ））。

【０００６】そして、露出パターン部のＣ層３をドライ
エッチングにより除去する（同図（ｆ））。この際、Ｓ
ｉＮ_x 層２はエッチングされず、ストッパーの役割を果
たす。次いで、ＳｉＮ_x 層２を除去し、レジストを剥離
する（同図（ｇ））。その後、全面に導電層５である約
０．０１μｍ厚の金を被着してステンシルマスクが完成
する（同図（ｈ））。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のステンシルマスクにおいては、導電層５の厚さを大
きくすると、パターン精度が低下するという問題があ
る。一方、導電層５の厚さが小さい状態では、電子ビー
ムの照射により加熱された際の熱を有効に逃がすことが
できず、熱膨張を生じる。その結果、ステンシルマスク
に反りを生じるという問題点がある。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、電子ビームの照射によっても反りが発生しな
い、高精度かつ長寿命なステンシルマスク及びその製法
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、ＳＯＩウェーハのシリコン膜上に導電性
膜が形成された後に複数の描画用開口が形成されてなる
電子ビーム用のステンシルマスクであって、前記導電性
膜には前記複数の描画用開口が形成されているととも
に、前記シリコン膜には前記複数の描画用開口と略同じ
形状で該描画用開口より大きな開口が形成されており、
描画用領域の前記ＳＯＩウェーハのシリコン層及び酸化
シリコン膜は窓状に除去されていることを特徴とするス
テンシルマスクを提供する。

【００１０】また、このようなステンシルマスクを得る
ために、本発明は、ＳＯＩウェーハのシリコン膜上に導
電性膜が形成された後に複数の描画用開口が形成されて
なる電子ビーム用のステンシルマスクの製法であって、
前記ＳＯＩウェーハのシリコン膜上に導電性膜を形成す
る工程と、描画用領域の前記ＳＯＩウェーハのシリコン
層を窓状に除去する工程と、前記導電性膜に前記複数の
描画用開口を形成する工程と、前記ＳＯＩウェーハのシ
リコン膜に前記複数の描画用開口と略同じ形状で該描画
用開口より大きな開口を形成する工程と、描画用領域の
前記ＳＯＩウェーハの酸化シリコン膜を窓状に除去する
工程と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製
法を提供する。

【００１１】ここで、ＳＯＩウェーハとは、Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒウェーハの略称であ
り、図１（ａ）に示されるように、シリコン層１４の片
側表面の全面に酸化シリコン膜１６、シリコン膜１８の
順で薄膜が形成されたものをいう。市販されているＳＯ
Ｉウェーハは、たとえば、板厚２ｍｍのシリコン層１
４、膜厚０．０１〜５μｍの酸化シリコン膜１６、膜厚
０．１μｍ以下のシリコン膜１８の構成が例示される。

【００１２】また、導電性膜とは、通常観念されている
導電物質よりも電気抵抗の高い物質よりなる膜、たとえ
ば、ダイヤモンド、ＳｉＣ、クロム、等の物質よりなる
膜をも含むものである。

【００１３】本発明によれば、導電性膜には複数の描画
用開口が形成されることによりパターンが形成され、ま
た、導電性膜の裏面には該パターンより狭い幅のシリコ
ン膜が形成される。これにより、導電性膜により高精度
パターンが形成される。また、シリコン膜により導電性
膜が補強され、電子ビームの照射によっても反りが発生
せず、長寿命なステンシルマスクが得られる。

【００１４】また、本発明によれば、複数の工程を組み
合わせることにより、上記のステンシルマスクが製造で
き、工程の自由度の多い製法が得られるので、製造工程
への導入が図り易い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係るステンシルマスク及びその製法の好ましい実施の形
態について説明する。図１は本発明が適用されるステン
シルマスクの製造工程におけるステンシルマスク１０の
要部断面図である。同図において、工程は（ａ）から
（ｉ）までの順で進行する。

【００１６】同図において、（ａ）は、ＳＯＩウェーハ
１２であり、既述のように、シリコン層１４の片側表面
の全面に酸化シリコン膜１６、シリコン膜１８の順で薄
膜が形成されている。

【００１７】市販されているＳＯＩウェーハでは、シリ
コン層１４の板厚は、外形サイズ毎に規格化されてお
り、たとえば、４インチサイズ（１００ｍｍ角）のもの
では板厚４７５μｍや２ｍｍが主流である。

【００１８】酸化シリコン膜１６の膜厚は、特に制限が
ないが、０．０１〜５μｍの範囲が好適に使用できる。
膜厚が０．０１μｍ未満では酸化シリコンの膜厚、膜質
ともに不均一となり、ストッパーとしての役割を果たさ
ないという理由により不適であり、膜厚が５μｍ超で
は、酸化シリコン膜の応力が大きくなり、ウェーハが大
きく反るため不適だからである。シリコン膜１８の膜厚
は、特に制限がないが、０．１μｍ以上の範囲が好適に
使用できる。膜厚が０．１μｍ未満では、結晶欠陥が増
加し、パターン形成不良が生じる等という理由により不
適だからである。

【００１９】なお、現在市販されているＳＯＩウェーハ
は上記構成のもののみであるが、上記と同様の機能が得
られる構成のウェーハ、たとえば、シリコン層１４に代
えてＳｉＣ（シリコンカーバイト）層やＧａＡｓ（ガリ
ウム砒素）層が、酸化シリコン膜１６に代えて多結晶シ
リコン膜が、シリコン膜１８に代えてＳｉＣ膜やＧａＡ
ｓ膜が適用されたウェーハよりなるステンシルマスクで
あっても、本発明は適用でき、本発明の範囲が及ぶもの
とする。

【００２０】同図（ｂ）は、ＳＯＩウェーハ１２の両面
に導電性膜２０が形成された状態を示す。導電性膜２０
としては、既述のようにダイヤモンド、ＳｉＣ、クロ
ム、等が好適に使用できる。導電性膜２０の形成手段と
しては、ＣＶＤ法等、公知の製膜手段が採用できる。

【００２１】図示の構成では、ＳＯＩウェーハ１２の表
面（上面）側にはＣｒ膜が、裏面（下面）側にはＣｒ／
Ｃｒ₂ Ｏ₃ 膜が、それぞれ形成されている。導電性膜２
０の膜厚は、特に制限がないが、０．５μｍ以下の範囲
が好適に使用できる。膜厚が０．５μｍ超では、後述す
るドライエッチング時（同図（ｆ））に膜厚が大き過ぎ
て完全にはエッチングできなくなるという理由により不
適だからである。

【００２２】同図（ｃ）は、ＳＯＩウェーハ１２の裏面
の導電性膜２０及びシリコン層１４が窓状に除去され、
バックエッチ用窓１４ａが形成された状態を示す。この
ようなバックエッチ用窓１４ａを形成するには、裏面
（下面）の導電性膜２０の上にレジストを塗布し、次い
でレジストをパターニングして窓状に形成し、その後ウ
ェットエッチング液、たとえば、水酸化カリウム、ヒド
ラジン等のアルカリ溶液を加熱したものによりエッチン
グすればよい。なお、ウェットエッチング以外に、ドラ
イエッチングを採用してもよい。

【００２３】同図（ｄ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
の導電性膜２０上にレジスト２２が塗布、形成された
後、所定パターン部分が露光されている状態を示す。露
光は、フォトマスクを使用する方法であっても、フォト
マスクを使用せず直接描画する方法であってもよい。同
図（ｅ）は、導電性膜２０上の露光後のレジストが現像
された後の状態を示す。

【００２４】同図（ｆ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
側の露出した導電性膜２０がエッチングにより除去され
た状態を示す。レジスト２２で覆われている、エッチン
グにより除去されなかった導電性膜２０のパターン幅
は、レジスト２２のパターン幅と略同一となっている。
このようにするには、ドライエッチング、特に異方性の
エッチングを行うことが好ましい。

【００２５】同図（ｇ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
側の露出したシリコン膜１８がエッチングにより除去さ
れた状態を示す。レジスト２２及び導電性膜２０で覆わ
れている、エッチングにより除去されなかったシリコン
膜１８のパターン幅は、レジスト２２のパターン幅より
狭くなっている。このようにするには、等方性のエッチ
ングであるウェットエッチングを採用するか、又は、ド
ライエッチングであれば、エッチングがシリコン膜１８
に達した後、更にエッチングガスに曝しオーバーエッチ
ング行う方法を採り、サイドエッチングによるアンダー
カット１８Ａ、１８Ａ…を生じるようにコントロールす
ることが好ましい。

【００２６】同図（ｈ）は、レジスト２２が剥離された
状態を示す。同図（ｉ）は、バックエッチ用窓１４ａ内
の酸化シリコン膜１６がエッチングにより除去された状
態を示す。これは、本発明に係るステンシルマスクの最
終形態であり、導電性膜２０により描画用開口２４、２
４…が形成されている。

【００２７】このように、導電性膜２０には複数の描画
用開口２４、２４…が形成されることによりパターンが
形成され、また、導電性膜２０の裏面には該パターンよ
り狭い幅のシリコン膜１８が形成される。これにより、
導電性膜２０により高精度パターンが形成される。ま
た、シリコン膜１８により導電性膜２０が補強され、電
子ビームの照射によっても反りが発生せず、長寿命なス
テンシルマスクが得られる。

【００２８】図２は、本発明が適用されるステンシルマ
スクの他の製造工程におけるステンシルマスクの要部断
面図である。なお、図１に示される工程におけるものと
同一、類似の部材については同様の符号を附し、その説
明を省略する。

【００２９】同図においては、図１に示される工程と相
違し、ＳＯＩウェーハを表裏反転して図示してある。
（ａ）〜（ｃ）に到る工程は、図１の（ａ）〜（ｃ）の
工程と同一である。

【００３０】同図（ｄ）は、ＳＯＩウェーハ１２裏面
（図では上面）の導電性膜２０上及びバックエッチ用窓
１４ａ内にレジスト２２が塗布、形成された後、所定パ
ターン部分が露光されている状態を示す。露光は、フォ
トマスクを使用する方法であっても、フォトマスクを使
用せず直接描画する方法であってもよい。同図（ｅ）
は、シリコン膜１８上の露光後のレジストが現像された
後の状態を示す。

【００３１】同図（ｆ）は、ＳＯＩウェーハ１２の裏面
側より、露出した酸化シリコン膜１６がエッチングによ
り除去された状態を示す。レジスト２２で覆われてい
る、エッチングにより除去されなかった酸化シリコン膜
１６のパターン幅は、レジスト２２のパターン幅と略同
一となっている。このようにするには、ドライエッチン
グ、特に異方性のエッチングを行うことが好ましい。

【００３２】同図（ｇ）は、ＳＯＩウェーハ１２の裏面
側より、露出したシリコン膜１８がエッチングにより除
去された状態を示す。レジスト２２及び酸化シリコン膜
１６で覆われている、エッチングにより除去されなかっ
たシリコン膜１８のパターン幅は、レジスト２２のパタ
ーン幅と略同一となっている。このようにするには、ド
ライエッチング、特に異方性のエッチングを行うことが
好ましい。

【００３３】同図（ｈ）は、ＳＯＩウェーハ１２の裏面
側より、露出した導電性膜２０がエッチングにより除去
された状態を示す。レジスト２２、酸化シリコン膜１６
及びシリコン膜１８のパターン幅よりも、エッチングに
より除去されなかったシリコン膜１８のパターン幅が広
くなるように、エッチングがなされる。この場合、エッ
チングガスに、パターン側壁に被着しやすいシリコンや
炭素を多く含むガスを入れればよい。このようにするこ
とで、被着物がシリコン膜１８の側壁に形成され、パタ
ーン寸法を変化させられる。

【００３４】この工程において、シリコン膜１８のパタ
ーン幅が、酸化シリコン膜１６及びシリコン膜１８のパ
ターン幅よりも広くなるようにエッチングがなされてい
るので、図１に示される工程でアンダーカットがなされ
たのと同様な形状となっている。

【００３５】同図（ｉ）は、レジスト２２が剥離された
状態を示す。同図（ｊ）は、バックエッチ用窓１４ａ内
の酸化シリコン膜１６がエッチングにより除去された状
態を示す。これは、本発明に係るステンシルマスクの最
終形態であり、導電性膜２０により描画用開口２４、２
４…が形成されている。

【００３６】図３及び図４は、本発明が適用されるステ
ンシルマスクの更に他の製造工程におけるステンシルマ
スクの要部断面図である。なお、図１、図２に示される
工程におけるものと同一、類似の部材については同様の
符号を附し、その説明を省略する。

【００３７】同図においては、図２と同様に、図１に示
される工程と相違し、ＳＯＩウェーハを表裏反転して図
示してある。（ａ）〜（ｇ）に到る工程は、図２の
（ａ）〜（ｇ）の工程と同一である。

【００３８】同図（ｈ）以下は図２の（ｈ）以下とは異
なり、ＳＯＩウェーハ１２の表面側（図（ｈ）では下側
であり、以降反転される）よりエッチングを行う方式が
採用され、フォトレジストとフォトマスクとの組み合わ
せによるエッチングが行なわれている。以下、順に説明
する。

【００３９】同図（ｈ）は、レジスト２２が剥離された
状態を示す。同図（ｉ）は、上下反転された後、ＳＯＩ
ウェーハ１２の表面側の導電性膜２０上にレジスト２２
が塗布、形成された後、所定パターン部分が露光されて
いる状態を示す。露光は、フォトマスクを使用する方法
であっても、フォトマスクを使用せず直接描画する方法
であってもよい。同図（ｊ）は、導電性膜２０上の露光
後のレジストが現像された後の状態を示す。

【００４０】同図（ｋ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
側の露出した導電性膜２０がエッチングにより除去され
た状態を示す。レジスト２２で覆われている、エッチン
グにより除去されなかった導電性膜２０のパターン幅
は、レジスト２２のパターン幅と略同一となっている。
このようにするには、ドライエッチング、特に異方性の
エッチングを行うことが好ましい。なお、同図の状態
で、導電性膜２０により描画用開口２４、２４…が形成
されている。

【００４１】同図（ｌ）は、レジスト２２が剥離された
状態を示す。同図（ｍ）は、バックエッチ用窓１４ａ内
の酸化シリコン膜１６がエッチングにより除去された状
態を示す。これは、本発明に係るステンシルマスクの最
終形態である。

【００４２】図５は、本発明が適用されるステンシルマ
スクの更に他の製造工程におけるステンシルマスクの要
部断面図である。なお、図１〜図４に示される工程にお
けるものと同一、類似の部材については同様の符号を附
し、その説明を省略する。同図においては、（ａ）〜
（ｂ）に到る工程は、図１の（ａ）〜（ｂ）の工程と同
一である。

【００４３】同図（ｃ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
の導電性膜２０上にレジスト２２が塗布、形成された
後、所定パターン部分が露光されている状態を示す。露
光は、フォトマスクを使用する方法であっても、フォト
マスクを使用せず直接描画する方法であってもよい。同
図（ｄ）は、導電性膜２０上の露光後のレジストが現像
された後の状態を示す。

【００４４】同図（ｅ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
側の露出した導電性膜２０がエッチングにより除去され
た状態を示す。レジスト２２で覆われている、エッチン
グにより除去されなかった導電性膜２０のパターン幅
は、レジスト２２のパターン幅と略同一となっている。
このようにするには、ドライエッチング、特に異方性の
エッチングを行うことが好ましい。

【００４５】同図（ｆ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
側の露出したシリコン膜１８がエッチングにより除去さ
れた状態を示す。レジスト２２及び導電性膜２０で覆わ
れている、エッチングにより除去されなかったシリコン
膜１８のパターン幅は、レジスト２２のパターン幅より
狭くなっている。このようにするには、ウェットエッチ
ング、特に等方性のエッチングを行うことが好ましい。
そして、サイドエッチングによるアンダーカット１８
Ａ、１８Ａ…を生じるようにオーバーエッチングとなる
ようにコントロールすることが好ましい。

【００４６】同図（ｇ）は、レジスト２２が剥離された
状態を示す。同図（ｈ）は、ＳＯＩウェーハ１２の表面
側の全面に保護膜２６が形成された状態を示す。この保
護膜２６は、バックエッチ用窓１４ａを加工する際のエ
ッチング液等からウェーハ１２の表面を保護するために
形成される。

【００４７】同図（ｉ）は、ＳＯＩウェーハ１２の裏面
の導電性膜２０及びシリコン層１４が窓状に除去され、
バックエッチ用窓１４ａが形成された状態を示す。この
ようなバックエッチ用窓１４ａを形成するには、導電性
膜２０の上にレジストを塗布し、次いでレジストをパタ
ーニングして窓状に形成し、その後ウェットエッチング
液、たとえば、水酸化カリウム、ヒドラジン等のアルカ
リ溶液を加熱したものによりエッチングすればよい。

【００４８】同図（ｊ）は、バックエッチ用窓１４ａ内
の酸化シリコン膜１６がエッチングにより除去された状
態を示す。これは、本発明に係るステンシルマスクの最
終形態であり、導電性膜２０により描画用開口２４、２
４…が形成されている。

【００４９】以上、既述のように、本発明が適用される
ステンシルマスクのいずれの製造方法においても、導電
性膜２０には複数の描画用開口２４、２４…が形成され
ることによりパターンが形成され、また、導電性膜２０
の裏面には該パターンより狭い幅のシリコン膜１８が形
成される。これにより、導電性膜２０により高精度パタ
ーンが形成される。また、シリコン膜１８により導電性
膜２０が補強され、電子ビームの照射によっても反りが
発生せず、長寿命なステンシルマスクが得られる更に、
本発明の特徴として以下の事項が挙げられる。１）基板
として安価なＳＯＩウェーハが使用できる。これにより
経済性に優れる。２）マスク製造設備の新規開発が不要
である。すなわち、ＥＢステッパマスク、Ｘ線マスク用
の製造設備の改良でよい。３）パターン層を薄くでき、
解像度、寸法精度が向上する。４）ホール層（コンタク
トホール）では分割が不要になる可能性がある。

【００５０】以上、本発明に係るステンシルマスク及び
その製法ついて説明したが、本発明は上記の実施形態に
限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。たと
えば、本発明は電子ビーム露光用の等倍ステンシルマス
クを前提になされているが、４倍のステンシルマスク、
又は、２５倍、６０倍のステンシルマスクにも同様に適
用できる。

【００５１】また、導電性膜としてＣｒ膜又はＣｒ／Ｃ
ｒ₂ Ｏ₃ 膜を使用しているが、Ｘ線マスク用のダイヤモ
ンド、ＳｉＣ、等も適用可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性膜には複数の描画用開口が形成されることにより
パターンが形成され、また、導電性膜の裏面には該パタ
ーンより狭い幅のシリコン膜が形成される。これによ
り、導電性膜により高精度パターンが形成される。ま
た、シリコン膜により導電性膜が補強され、電子ビーム
の照射によっても反りが発生せず、長寿命なステンシル
マスクが得られる。

【００５３】また、本発明によれば、複数の工程を組み
合わせることにより、上記のステンシルマスクが製造で
き、工程の自由度の多い製法が得られるので、製造工程
への導入が図り易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるステンシルマスクの製造工
程におけるステンシルマスクの要部断面図である。

【図２】本発明が適用されるステンシルマスクの他の製
造工程におけるステンシルマスクの要部断面図である。

【図３】本発明が適用されるステンシルマスクの更に他
の製造工程におけるステンシルマスクの要部断面図であ
る。

【図４】本発明が適用されるステンシルマスクの図３か
ら引き継がれる製造工程におけるステンシルマスクの要
部断面図である。

【図５】本発明が適用されるステンシルマスクの更に他
の製造工程におけるステンシルマスクの要部断面図であ
る。

【図６】従来例のステンシルマスクの製造工程における
ステンシルマスクの要部断面図である。

【符号の説明】

１０…ステンシルマスク、１２…ＳＯＩウェーハ、１４
…シリコン層、１６…酸化シリコン膜、１８…シリコン
膜、２０…導電性膜、２４…描画用開口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳＯＩウェーハのシリコン膜上に導電性
   膜が形成された後に複数の描画用開口が形成されてなる
   電子ビーム用のステンシルマスクであって、 前記導電性膜には前記複数の描画用開口が形成されてい
   るとともに、前記シリコン膜には前記複数の描画用開口
   と略同じ形状で該描画用開口より大きな開口が形成され
   ており、 描画用領域の前記ＳＯＩウェーハのシリコン層及び酸化
   シリコン膜は窓状に除去されていることを特徴とするス
   テンシルマスク。
2. 【請求項２】 ＳＯＩウェーハのシリコン膜上に導電性
   膜が形成された後に複数の描画用開口が形成されてなる
   電子ビーム用のステンシルマスクの製法であって、 前記ＳＯＩウェーハのシリコン膜上に導電性膜を形成す
   る工程と、 描画用領域の前記ＳＯＩウェーハのシリコン層を窓状に
   除去する工程と、 前記導電性膜に前記複数の描画用開口を形成する工程
   と、 前記ＳＯＩウェーハのシリコン膜に前記複数の描画用開
   口と略同じ形状で該描画用開口より大きな開口を形成す
   る工程と、 描画用領域の前記ＳＯＩウェーハの酸化シリコン膜を窓
   状に除去する工程と、 を含むことを特徴とするステンシルマスクの製法。