JP2005150205A - ステンシルマスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンシルマスクの表面に設けられた材料層が荷電粒子線の照射によりスパッタされて生じるコンタミネーションを抑制することが可能なステンシルマスクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】開口パターン１３を有する薄膜１１を備えたステンシルマスクおよびその製造方法であって、薄膜１１の一主面側における開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域には、薄膜１１よりも高い熱伝導性を有する材料層１４が設けられていることを特徴とするステンシルマスクおよびその製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明はステンシルマスクに関し、特に荷電粒子線を利用した半導体製造技術に用いられるステンシルマスクに関する。

近年、半導体装置の微細化、高集積化は進む一方であり、サブクォータミクロンの加工を高精度かつ再現性よく行う半導体製造技術が必要となってきている。このような半導体製造技術として、ウェーハ（半導体基板）に微細パターンを形成する際に、電子線等を走査して微細パターンを直接描きこむ直描技術がある。

しかし、直描技術は処理時間が非常に長いことから、薄膜に開口パターンを有するステンシルマスクを用いて露光を行うことにより、ウェーハに電子線等を選択的に照射し、微細パターンを形成することで処理時間の短縮化を狙っている。

ステンシルマスクは、上述したような露光工程だけではなく、イオン注入工程、エッチング工程および成膜工程等、様々な用途に用いることが可能である。例えば、ステンシルマスクをイオン注入工程に応用し、処理基板の上方に配置されたステンシルマスクを介して、処理基板にイオンビームを照射することでイオンを基板内に選択的に導入する例が報告されている（例えば、特許文献１参照）。

このように、イオン注入工程にステンシルマスクを用いることで、処理基板上にレジストパターンを形成しなくてもよいことから、イオン注入前のレジスト塗布、露光、現像によるパターニングや、イオン注入後のレジスト剥離が削減でき、短時間でのイオン注入処理が可能となる。また、レジストマスクを形成しないことで、現像時やレジスト剥離の際のウェットエッチングを行わなくてよいことから、ウェットエッチングによる残渣の発生を防止できるため、ウェーハの表面汚染が抑制される。

しかし、処理基板上に配置されたステンシルマスクにイオンが直接照射されるため、ステンシルマスクの温度が大きく上昇し、マスク構成材が膨張易く、ステンシルマスクに反りやゆがみ等が発生し易い。このような熱によるステンシルマスクの変形を防ぐため、ステンシルマスクの表面に熱伝導率の高い導電層を形成する例が報告されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２８８６８０号公報 特開平９−５９８５号公報

しかし、上述したような導電層が設けられたステンシルマスクは、導電層を処理基板側に向けて処理基板の上方にステンシルマスクを配置し、このステンシルマスクを介して処理基板にイオンビーム等の荷電粒子線を照射すると、荷電粒子線が開口パターンを通過する際、開口パターンの外縁部を覆う導電層に荷電粒子が衝突し易い。

これにより、導電層がスパッタされて導電性のコンタミネーションが発生し、荷電粒子線の照射装置内が汚染される傾向があった。また、導電性のコンタミネーションが処理基板の表面に付着すると、リーク電流が発生して処理基板に製造するデバイスに不具合が生じ、このデバイスの歩留りを低下させてしまう、という問題があった。

上述したような課題を解決するために、本発明の第1のステンシルマスクは、開口パターンを有する薄膜を備えたステンシルマスクであって、薄膜の一主面側における開口パターンの外縁部を除く領域には、薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層が設けられていることを特徴としている。

このような構成の第１のステンシルマスクによれば、薄膜における開口パターンの外縁部が薄膜表面に生じた熱を放熱するための材料層で覆われていない。このため、材料層を処理基板側に向けて処理基板の上方にステンシルマスクを配置し、このステンシルマスクを介して処理基板に荷電粒子線を照射した場合に、材料層が荷電粒子線に曝されるのを防ぐことができる。したがって、荷電粒子線による材料層のスパッタが防止され、コンタミネーションの発生を抑制することができる。

さらに、材料層を覆う状態で保護膜が設けられている場合には、荷電粒子線による材料層のスパッタが確実に防止されるとともに、熱、ストレスによる材料層の欠落が防止されるため、コンタミネーションの発生をより確実に防ぐことができる。

また、本発明における第１のステンシルマスクの製造方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、支持基板上に薄膜を形成した後、支持基板の周縁部よりも内側を覆う薄膜に、支持基板に達する開口パターンを形成する。続いて第２工程では、開口パターンが形成された薄膜を覆うように、薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層を成膜する。次に第３工程では、材料層をパターニングすることにより、開口パターン上および開口パターンの外縁部を覆う材料層を除去する。その後の第４工程では、支持基板の周縁部よりも内側を除去して薄膜を露出する。

このような第１のステンシルマスクの製造方法によれば、第３工程において、材料層をパターニングすることにより、開口パターン上および開口パターンの外縁部を覆う材料層が除去される。これにより、薄膜における開口パターンの外縁部が材料層で覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。

また、本発明の第２のステンシルマスクは、開口パターンを有する薄膜と、薄膜の周縁部を支持する支持基板とを備えたステンシルマスクであって、薄膜の一主面側における開口パターンの外縁部を除く領域には、薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層が設けられており、薄膜を貫通するとともに、支持基板の内部に達する状態で、薄膜および支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグが埋設されていることを特徴としている。

このような構成の第２のステンシルマスクによれば、第１のステンシルマスクと同様に、開口パターンの外縁部は材料層で覆われていないため、材料層が荷電粒子線に曝されるのを防ぐことができる。このため、荷電粒子線による材料層のスパッタが防止され、コンタミネーションの発生を抑制することができる。また、薄膜を貫通するとともに、支持基板の内部に達する状態で、薄膜および支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグが埋設されている。ここで、ステンシルマスクは真空状態で用いられることが多く、一般的に、真空状態では、ステンシルマスク表面に生じた熱は真空中へ放熱されるよりも、ステンシルマスクの内部に放熱される方が速い傾向がある。このため、ステンシルマスクの薄膜表面に生じた熱を、プラグを通じて速やかに支持基板中に放熱することができる。さらに、材料層とプラグとが連通している場合には、薄膜表面に生じた熱が、薄膜から材料層に放熱され、材料層からプラグを通じてより速やかに支持基板中に放熱される。

また、本発明の第２のステンシルマスクの製造方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、支持基板上に薄膜を形成した後、支持基板の周縁部よりも内側を覆う薄膜に、支持基板に達する開口パターンを形成するとともに、支持基板の周縁部を覆う薄膜と支持基板とに、支持基板の内部に達する孔部を形成する。続いて第２工程では、開口パターンが形成された薄膜を覆うように、薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層を成膜するとともに、孔部に薄膜および支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグを形成する。次に第３工程では、材料層をパターニングすることにより、開口パターン上および開口パターンの外縁部を覆う材料層を除去する。その後の第４工程では、支持基板の周縁部よりも内側を除去して薄膜を露出する。

このような第２のステンシルマスクの製造方法によれば、第２工程において、支持基板の周縁部を覆う薄膜を貫通するとともに、支持基板の内部に達する孔部に、薄膜および支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグが形成される。また、第３工程においては、材料層をパターニングすることにより、開口パターン上および開口パターンの外縁部を覆う材料層が除去される。これにより、薄膜における開口パターンの外縁部が材料層で覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。さらに、この材料層とプラグとを連通させることで、薄膜表面に生じた熱を材料層とプラグを通じてより速やかに支持基板中に放熱することが可能なステンシルマスクを製造することができる。また、材料層とプラグとが同一材料で形成されている場合には、材料層とプラグとを同一工程で成膜することが可能である。

本発明の第１のステンシルマスクによれば、開口パターンの外縁部は材料層で覆われていないため、材料層を処理基板側に向けてステンシルマスクを処理基板の上方に配置し、このステンシルマスクを介して処理基板に荷電粒子線を照射しても、材料層が荷電粒子線に曝されるのを防ぐことができる。このため、荷電粒子線による材料層のスパッタが防止され、コンタミネーションの発生を抑制することができる。したがって、荷電粒子線の照射装置内がコンタミネーションで汚染されるのを抑制することができる。また、コンタミネーションが処理基板の表面に付着するのを防止できるため、処理基板に形成されるデバイスの不具合を解消することができ、このデバイスの歩留りを向上させることができる。

さらに、材料層を覆う状態で保護膜が設けられている場合には、荷電粒子線による材料層のスパッタが確実に防止されるとともに、熱、ストレスによる材料層の欠落が防止されるため、コンタミネーションの発生をより確実に防ぐことができる。

また、第１のステンシルマスクの製造方法によれば、材料層をパターニングすることにより、開口パターン上および開口パターンの外縁部を覆う材料層が除去されることから、開口パターンの外縁部が材料層で覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。

本発明の第２のステンシルマスクによれば、第１のステンシルマスクと同様に、開口パターンの外縁部は材料層で覆われていないため、第１のステンシルマスクと同様の効果を奏することができる。また、薄膜を貫通するとともに、支持基板の内部に達する状態で、薄膜および支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグが埋設されていることから、荷電粒子線の照射により薄膜表面に発生した熱がプラグを通じて速やかに支持基板中に放熱される。このため、ステンシルマスクの熱による反りや歪みなどの変形を防ぐことができる。したがって、ステンシルマスクを処理基板の上方に所定の間隔を有して配置する際に、熱による変形でステンシルマスクが処理基板に接触するのを防ぐとともに、処理基板全域においてステンシルマスクとの間隔を維持することができる。さらに、開口パターンの熱による変形を防ぐことができるため、荷電粒子線の照射領域の位置ずれや変形を防ぐことができる。また、材料層とプラグとが連通している場合には、薄膜表面に生じた熱を材料層とプラグを通じてより速やかに支持基板中に放熱させることができる。

また、本発明における第２のステンシルマスクの製造方法によれば、支持基板の周縁部を覆う薄膜を貫通するとともに、支持基板の内部に達する孔部に、薄膜および支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグが形成される。また、材料層をパターニングすることにより、開口パターン上および開口パターンの外縁部を覆う材料層が除去されることから、開口パターンの外縁部が材料層で覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。さらに、この材料層とプラグとを連通させることで、ステンシルマスクの薄膜表面に生じた熱を、材料層とプラグを通じてより速やかに支持基板中に放熱することが可能なステンシルマスクを製造することができる。また、材料層とプラグとを同一材料で形成する場合には材料層とプラグとを同一工程で成膜することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、各図を用いて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明における第１のステンシルマスクの実施形態の一例を示す概略断面図であり、図1（ｂ）は第１のステンシルマスクの構成を示す断面図である。この図に示すステンシルマスクは、イオンや電子線等の荷電粒子線を照射することで、処理基板にイオン注入工程や露光工程等の処理を行う半導体製造技術に用いられる。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のステンシルマスクは枠状の支持基板１２の一面側に薄膜１１が張設されており、この薄膜１１の周縁部が支持基板１２によって支持されている。この支持基板１２により支持されている部分を支持部Ａとし、支持基板１２の枠内に張設されている薄膜１１部分をメンブレン部Ｂとする。支持基板１２は絶縁膜１２ａと基板１２ｂとからなり、薄膜１１の周縁部に絶縁膜１２ａを介して基板１２ｂが設けられた積層構造であることとする。ここで、薄膜１１は例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶で形成されており、絶縁膜１２ａは酸化シリコン、基板１２ｂはＳｉ単結晶で形成されていることとする。

そして、図１（ｂ）に示すように、薄膜１１のメンブレン部Ｂを構成する領域には、荷電粒子線Ｅを通過させるための開口パターン１３が設けられている。また、薄膜１１の支持基板１２が設けられた面の反対側には、荷電粒子線Ｅの照射により薄膜１１表面に生じる熱を放熱する材料層１４が設けられているとともに、この材料層１４を覆う状態で荷電粒子線Ｅから材料層１４を保護する保護膜１５が設けられている。

ここで、本実施形態では、薄膜１１の支持基板１２が設けられた面側を薄膜１１の上面側とし、材料層１４が設けられた面側を薄膜１１の下面側とする。このステンシルマスクは材料層１４を処理基板側に向けた状態で、処理基板の上方に所定の間隔を有して配置され、薄膜１１の上面側から、開口パターン１３を有するメンブレン部Ｂに向けて荷電粒子線Ｅを照射して用いられる。ただし、支持基板１２は材料層１４と同じ側に設けられる場合もあり、その場合であってもステンシルマスクは材料層１４を処理基板側に向けた状態で用いられる。

ここで、材料層１４は薄膜１１よりも高い熱伝導性を有する材料で形成されており、このような材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀(Ａｇ)、銅（Ｃｕ）などの導電性材料やダイヤモンド等がある。ここでは材料層１４が例えばＡｌからなる導電性材料で形成されることととする。

本実施形態のステンシルマスクにおける材料層１４は、薄膜１１における開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域に設けられている。ここでは、例えば開口パターン１３の外周形状が拡大された開口パターン（図示省略）を有する材料層１４が、薄膜１１における開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域一面に設けられていることとする。そして、この材料層１４はメンブレン部Ｂだけでなく支持部Ａを構成する薄膜１１にも連続して設けられていることとする。

ここで、外縁部Ｃとは、材料層１４を処理基板側に向けて処理基板の上方にステンシルマスクを配置し、このステンシルマスクを介して処理基板に荷電粒子線Ｅを照射する際に、開口パターン１３の縁で回折される荷電粒子、処理基板で反射される荷電粒子や荷電粒子の照射によって処理基板から放出される物質が衝突し易い領域である。

なお、ここでは、材料層１４が外縁部Ｃを除く領域一面に設けられることとしたが、本発明はこれに限定されず、外縁部Ｃを除く領域であれば、島状に設けられていてもよい。ただし、材料層１４は荷電粒子線Ｅが照射されるメンブレン部Ｂの温度上昇を防ぐため、メンブレン部Ｂを含む出来るだけ広い範囲に設けられる方が好ましい。

上述したような材料層１４を荷電粒子線Ｅから保護し、熱、ストレスによる材料層１４の欠落防止のため、材料層１４の表面を覆う状態で保護膜１５が設けられている。保護膜１５は、材料層１４よりも荷電粒子線Ｅに対する耐久性の高い材料で形成されることが好ましく、このような材料としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、またはテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）膜、Ｓｉ単結晶膜、酸化アルミニウム等の材料層１４の酸化膜等がある。ここでは、保護膜１５がＳｉＮ膜で形成されていることとする。

ここで、保護膜１５は材料層１４を荷電粒子線Ｅから保護するため、特に材料層１４の開口パターン１３側を覆う状態で形成される。ここでは、例えば薄膜１１の開口パターン１３の外周形状よりも一回り拡大されるとともに、材料層１４の開口パターン（図示省略）の外周形状よりも一回り小さい開口パターン（図示省略）を有した保護膜１５が、開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域一面に設けられていることとする。この場合には、材料層１４は開口パターン１３の外縁部Ｃよりも一回り大きい開口パターンを有して形成される。

なお、ここでは、保護膜１５が材料層１４を覆う状態で設けられた例について説明したが、保護膜１５は設けられなくてもよい。さらに、保護膜１５が開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域に形成されていることとしたが、保護膜１５が荷電粒子線Ｅによりスパッタされ難い材質である場合には、荷電粒子線Ｅが衝突し易い開口パターン１３の外縁部Ｃに設けられていてもよい。ただし、より確実にコンタミネーションの発生を防ぐためには、保護膜１５が材料層１４を覆う状態で設けられる方が好ましく、開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域に設けられる方がさらに好ましい。

このような構成の第１のステンシルマスクによれば、開口パターン１３の外縁部Ｃは材料層１４で覆われていないため、材料層１４を処理基板側に向けてステンシルマスクを処理基板の上方に配置し、このステンシルマスクを介して処理基板にイオンビーム等の荷電粒子線Ｅを照射しても、材料層１４が荷電粒子線Ｅに曝されるのを防ぐことができる。このため、荷電粒子線Ｅによる材料層１４のスパッタが防止され、コンタミネーションの発生を抑制することができる。これにより、荷電粒子線Ｅの照射装置内がコンタミネーションで汚染されるのを抑制することができる。また、コンタミネーションの処理基板表面への付着を防止することができるため、処理基板に形成されるデバイスの不具合を解消することができる。したがって、このデバイスの歩留りを向上させることができる。

また、本実施形態のステンシルマスクによれば、材料層１４を覆う状態で保護膜１５が設けられていることから、荷電粒子線Ｅによる材料層１４のスパッタが確実に防止されるとともに、熱、ストレスによる材料層１４の欠落が防止されるため、コンタミネーションの発生をより確実に防ぐことができる。さらに、保護膜１５も開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域に設けられていることから、荷電粒子線Ｅによる保護膜１５自体のスパッタも防ぐことができる。

次に、本実施形態におけるステンシルマスクの製造方法に係わる実施の形態の一例を、図２から図５の製造工程断面図によって説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、例えばＳｉ単結晶からなる基板１２ｂ上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１２ａを成膜して支持基板１２とし、その後、例えばＳｉ単結晶からなる薄膜１１を絶縁膜１２ａ上に成膜する。ここでの薄膜１１および支持基板１２は、ＳＯＩ（Silicon on Insulating）構造となっている。

ここで、支持基板１２の周縁部Ｄおよび周縁部Ｄ上の薄膜１１がステンシルマスクの支持部Ａ（前記図１（ａ）参照）を構成し、周縁部Ｄよりも内側の薄膜１１がメンブレン部Ｂ（前記図１（ａ）参照）を構成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、薄膜１１上にレジストパターン２１を形成し、その後、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン２１をマスクに用いたエッチングにより、薄膜１１を除去することで、図２（ｄ）に示すように、支持基板１２の周縁部Ｄよりも内側を覆う薄膜１１に絶縁膜１２ａに達する開口パターン１３を形成する。その後、レジストパターン２１（前記図２（ｃ）参照）をアッシング除去する。

次いで、図３（ｅ）に示すように、開口パターン１３が形成された薄膜１１を覆うように、絶縁膜１２ａ上に材料層１４を成膜する。その後、図３（ｆ）に示すように、開口パターン１３上の材料層１４を露出するように、材料層１４上にレジストパターン２２を形成する。次いで、図３（ｇ）に示すように、レジストパターン２２をマスクとしたエッチングにより、開口パターン１３上の材料層１４を除去して絶縁膜１２ａを露出するとともに、オーバーエッチングすることで、薄膜１１における開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う材料層１４を除去する。

ここで、レジストパターン２２は、図２（ｃ）を用いて説明した、開口パターン１３を形成する際に用いたレジストパターン２１と同じ露光マスクを用いて、開口パターン１３と同様にパターン形成されることとする。このようなレジストパターン２２を用いることで、オーバーエッチングにより、開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う材料層１４が除去される。なお、ここでは開口パターン１３と同様にパターン形成されたレジストパターン２２を用いて、オーバーエッチングにより、外縁部Ｃを覆う材料層１４を除去したが、開口パターン１３よりも一回り大きくパターニングされたレジストパターン（図示省略）を用いて、外縁部Ｃを覆う材料層１４を除去してもよく、この場合にはオーバーエッチングを行わなくてよい。

これにより、図３（ｈ）に示すように、薄膜１１における開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域を覆うように材料層１４が形成される。その後、レジストパターン２２（前記図３（ｇ）参照）をアッシング除去する。

次に、図４（ｉ）に示すように、例えばプラズマ励起化学的気相成長（Plasma Enhances Chemical Vapor Deposition(以下Ｐ-ＣＶＤと略)）法により、開口パターン１３が設けられた薄膜１１と材料層１４を覆うように、絶縁膜１２ａ上に例えばＳｉＮ膜からなる保護膜１５を成膜する。

ここでは、Ｐ-ＣＶＤ法よりＳｉＮ膜からなる保護膜１５を成膜することとしたが、本発明はこれに限定されず、例えばＰ-ＣＶＤ法よりＴＥＯＳ膜を成膜してもよい。また、例えば保護膜１５としてＳｉ単結晶膜を成膜する場合には、スパッタ法により形成してもよい。また、材料層１４がＡｌで形成されていることから、熱処理により材料層１４表面の不動態処理を行うことで、材料層１４の酸化膜、ここでは酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）膜からなる保護膜１５を形成してもよい。この材料層１４の不動態処理は、材料層１４がＡｌで形成されている場合に限らず、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の他の導電性材料で形成されている場合にも適用可能である。

次に、図４（ｊ）に示すように、開口パターン１３上の保護膜１５を露出した状態で、保護膜１５上にレジストパターン２３を形成する。その後、図４（ｋ）に示すように、レジストパターン２３をマスクとしたエッチングにより、開口パターン１３上の保護膜１５を除去して絶縁膜１２ａを露出するとともに、オーバーエッチングにより、開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う保護膜１５を除去する。

ここで、レジストパターン２３は、図２（ｃ）を用いて説明した、開口パターン１３を形成する際に用いたレジストパターン２１と同じ露光マスクを用いて、開口パターン１３と同様にパターン形成されることとする。このようなレジストパターン２３を用いることで、オーバーエッチングにより、開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う保護膜１５が除去される。なお、開口パターン１３よりも一回り大きくパターニングされたレジストパターン（図示省略）を用いて、外縁部Ｃを覆う保護膜１５を除去してもよく、この場合にはオーバーエッチングを行わなくてよい。

また、上述したように、材料層１４表面の不動態処理を行うことにより材料層１４の酸化膜からなる保護膜１５を形成する場合には、材料層１４の表面のみに保護膜１５が形成されるため、保護膜１５のエッチング工程は省略される。また、ここでは開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う保護膜１５を除去することとしたが、保護膜１５がスパッタされ難い材質である場合には外縁部Ｃを覆う保護膜１５を除去しなくてもよい。

これにより、図４（ｌ）に示すように、薄膜１１上の材料層１４が保護膜１５で覆われた状態となる。その後、レジストパターン２３（前記図４（ｋ）参照）をアッシング除去する。

次に、図５（ｍ）に示すように、支持基板１２の周縁部Ｄにおける基板１２ｂの下面側にレジストパターン２４を形成し、図５（ｎ）に示すように、ステンシルマスク全体を上下反転させる。その後、エッチングガスに例えば四フッ化炭素または六フッ化硫黄を用い、レジストパターン２４をマスクとしたドライエッチングにより、支持基板１２の周縁部Ｄよりも内側の基板１２ｂを除去する。これにより、図５（ｏ）に示すように、周縁部Ｄよりも内側の絶縁膜１２ａを露出させた後、レジストパターン２４（前記図５（ｎ）参照）をアッシング除去する。なお、ここではドライエッチングにより基板１２ｂを除去することとしたが、エッチング液に例えば水酸化カリウム溶液を用いたウェットエッチングにより、基板１２ｂを除去してもよい。

次に、図５（ｐ）に示すように、この加工された基板１２ｂをマスクとして、支持基板１２の周縁部Ｄよりも内側の絶縁膜１２ａをエッチング除去することで薄膜１１を露出して、メンブレン部Ｂを形成する。

このような第１のステンシルマスクの製造方法によれば、図３（ｅ）〜図３（ｇ）を用いて説明したように、開口パターン１３が形成された薄膜１１を覆うように材料層１４を絶縁膜１２ａ上に成膜した後、レジストパターン２２をマスクとしたエッチングにより開口パターン１３上の材料層１４が除去されるとともに、開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う材料層１４が除去される。これにより、開口パターン１３の外縁部Ｃが材料層１４で覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。

また、図４（ｉ）〜図４（ｋ）を用いて説明したように、開口パターン１３が形成された薄膜１１と材料層１４とを覆うように絶縁膜１２ａ上に保護膜１５を成膜した後、レジストパターン２３をマスクとしたエッチングにより、開口パターン１３上の保護膜１５が除去されるとともに、開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う保護膜１５が除去される。これにより、保護膜１５が材料層１４を覆うとともに、開口パターン１３の外縁部Ｃが保護膜１５で覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。

さらに、図２（ｃ）を用いて説明した開口パターン１３を形成する際に用いたレジストパターン２１、図３（ｇ）を用いて説明した材料層１４を除去する際に用いたレジストパターン２２および図４（ｋ）を用いて説明した保護膜１５を除去する際に用いたレジストパターン２３のパターニングに同じ露光マスクを用いることができるため、製造コストを抑えることが可能である。

（第２実施形態）
また、本発明における第２のステンシルマスクの実施の形態を、図６の断面図を用いて説明する。図６に示すように、このステンシルマスクは第１実施形態と同様に、支持部Ａとメンブレン部Ｂとで構成される。

ここで、メンブレン部Ｂの構成については、第１実施形態と同様に、開口パターン１３が設けられた薄膜１１と、薄膜１１の支持基板１２が設けられた面の反対側に形成された材料層１４と、この材料層１４を覆う状態で設けられている保護膜１５とを有しており、材料層１４および保護膜１５が開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域に設けられていることとする。なお、本実施形態でも第１実施形態と同様に、薄膜１１における支持基板１２が設けられた側を薄膜１１の上面側とし、薄膜１１における材料層１４が設けられた側を薄膜１１の下面側とする。

支持部Ａについては、第１実施形態と同様に、薄膜１１の周縁部を支持する状態で支持基板１２が設けられており、支持基板１２は薄膜１１の周縁部に絶縁膜１２ａを介して基板１２ｂが設けられた積層構造となっている。また、薄膜１１の下面側には、メンブレン部Ｂから連続した状態で材料層１４が設けられており、材料層１４は保護膜１５で覆われている。そして、本実施形態のステンシルマスクにおいては、薄膜１１を貫通するとともに、支持基板１２の内部に達する状態でプラグ１６が埋設されており、このプラグ１６と材料層１４とが連通した状態で設けられている。

ここで、プラグ１６は薄膜１１および支持基板１２よりも高い熱伝導性を有する材料で形成されており、ここでは、材料層１４と同一のＡｌからなる導電性材料で形成されることとする。このように、プラグ１６が材料層１４と同一の材料で形成される場合には、材料層１４は、プラグ１６と同様に、薄膜１１および支持基板１２よりも高い熱伝導性を有する材料で形成される。なお、ここでは、プラグ１６が材料層１４と同一の材料で形成されることとしたが、異なる材料で形成されていてもよい。ただし、プラグ１６と材料層１４とが同一の材料で形成されていれば、同一工程での成膜が可能となるため、好ましい。

また、プラグ１６は、薄膜１１と絶縁膜１２ａを貫通するとともに、基板１２ｂの内部に達する状態で柱状に埋設されており、複数のプラグ１６が枠状の支持基板１２の内周側と外周側とに沿って埋設されていることとする。

ここで、プラグ１６はステンシルマスクの放熱性を向上させることから、支持基板１２中における占有体積が大きいほど好ましい。このため、プラグ１６は支持基板１２の内部に出来るだけ深く埋設されている方が好ましく、その断面積も広い方が好ましい。また、複数のプラグ１６を埋設することで、プラグ１６の占有体積を大きくしてもよい。

ここでは、複数の柱状のプラグ１６が枠状の支持基板１２の内周側と外周側とに沿って埋設されていることとしたが、例えば枠状の支持基板１２に沿った状態で、枠状のプラグ１６が埋設されていてもよく、支持基板１２の内周側から外周側にかけて複数の枠状のプラグ１６が設けられていてもよい。

また、薄膜１１を貫通した状態のプラグ１６と支持部Ａにおける薄膜１１の下面側に設けられた材料層１４とは連通していることとする。プラグ１６と材料層１４とが連通していることで、薄膜１１表面に生じた熱がより速やかに材料層１４からプラグ１６に放熱され、さらに支持基板１２中に放熱される。なお、ここでは、材料層１４とプラグ１６とが連通して設けられることとするが、荷電粒子線Ｅの照射により薄膜１１に生じた熱を速やかに放熱することができれば、材料層１４とプラグ１６とは連通していなくてもよい。

上述したような第２のステンシルマスクの構成によれば、第１実施形態のステンシルマスクと同様に、保護膜１５が材料層１４を覆う状態で設けられており、開口パターン１３の外縁部Ｃは材料層１４と保護膜１５とで覆われていないことから、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、薄膜１１を貫通するとともに、支持基板１２に達する状態で、薄膜１１よりも高い熱伝導性を有するプラグ１６が埋設されていることから、荷電粒子線Ｅの照射により薄膜１１に生じた熱を、プラグ１６を通じて速やかに支持基板１２中に放熱することができる。

したがって、ステンシルマスクを処理基板の上方に所定の間隔を有して配置する際に、熱による変形でステンシルマスクが処理基板に接触するのを防ぐとともに、処理基板全域においてステンシルマスクとの間隔を維持することができる。さらに、開口パターン１３の熱による変形を防ぐことができるため、荷電粒子線Ｅの照射領域の位置ずれや、変形を防ぐことができる。また、支持基板１２が冷却機構に接するように設けられた場合には、冷却された支持基板１２の低い熱が速やかに薄膜１１に伝わるため、薄膜１１の温度が上昇するのを防ぐことができる。

さらに、本実施形態のステンシルマスクによれば、材料層１４とプラグ１６とが連通している。このため、荷電粒子線Ｅの照射により薄膜１１表面に発生した熱が、材料層１４とプラグ１６を通じてより速やかに支持基板１２中に放熱される。

また、本実施形態における第２のステンシルマスクの製造方法に係わる実施の形態の一例を、図７から図９の断面工程図によって説明する。なお、第１実施形態で説明したものと同様の構成には同一の番号を付して説明することとする。

まず、図７（ａ）に示すように、基板１２ｂ上に絶縁膜１２ａを成膜して支持基板１２とし、その後、薄膜１１を絶縁膜１２ａ上に成膜する。ここで、支持基板１２の周縁部Ｄおよび周縁部Ｄ上の薄膜１１がステンシルマスクの支持部Ａ（前記図６参照）を構成し、周縁部Ｄよりも内側の薄膜１１がメンブレン部Ｂ（前記図６参照）を構成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、薄膜１１上にレジストパターン２１を形成し、その後、図７（ｃ）に示すように、レジストパターン２１をマスクに用いたエッチングにより、薄膜１１を除去することで、図７（ｄ）に示すように、支持基板１２の周縁部Ｄよりも内側を覆う薄膜１１に絶縁膜１２ａに達する開口パターン１３を形成するとともに支持基板１２の周縁部Ｄを覆う薄膜１１に孔部１７’を形成する。その後、レジストパターン２１（前記図７（ｃ）参照）をアッシング除去する。

次いで、図８（ｅ）に示すように、孔部１７’を露出するように、開口パターン１３が設けられた薄膜１１を覆う状態で、絶縁膜１２ａ上にレジストパターン２５を形成する。その後、図８（ｆ）に示すように、レジストパターン２５をマスクとしたエッチングにより、孔部１７’（前記図８（ｅ）参照）の底部の絶縁膜１２ａを除去するとともに、基板１２ｂを除去することで、図８（ｇ）に示すように孔部１７を形成する。その後、レジストパターン２５（前記図８（ｆ）参照）をアッシング除去する。

ここで、孔部１７の深さは特に限定されず、後工程で孔部１７にプラグを形成する際に、プラグ形成材料が十分に埋め込める程度の深さであればよい。ただし、孔部１７はより深い方が孔部１７に形成するプラグをより長く形成することができることから、薄膜１１に生じた熱をプラグから速やかに支持基板１２中に放熱することができるため、好ましい。

次に、図８（ｈ）に示すように、開口パターン１３が形成された薄膜１１を覆うとともに、孔部１７を埋め込むように材料層１４を成膜する。ここでは、材料層１４とプラグ１６とを同一材料で形成することとし、このように孔部１７を材料層１４で埋め込むことでプラグ１６を形成する。

その後、図９（ｉ）に示すように、開口パターン１３上の材料層１４を露出するように、材料層１４上にレジストパターン２６を形成する。次いで、図９（ｊ）に示すように、レジストパターン２６をマスクとしたエッチングにより、開口パターン１３上の材料層１４を除去して絶縁膜１２ａを露出するとともに、オーバーエッチングすることで薄膜１１における開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う材料層１４を除去する。また、支持基板１２の周縁部Ｄよりも内側を覆う薄膜１１上の材料層１４と連続させた状態で、周縁部Ｄを覆う薄膜１１上の材料層１４を残存させる。

これにより、図９（ｋ）に示すように、薄膜１１における開口パターン１３の外縁部Ｃを除く領域を覆うように材料層１４が形成されるとともに、支持基板１２の周縁部Ｄを覆う薄膜１１上に形成された材料層１４と孔部１７に形成されたプラグ１６とが連通した状態で設けられる。その後、レジストパターン２６（前記図９（ｊ）参照）をアッシング除去する。

この後の工程は、第１実施形態において図４（ｉ）〜図５（ｐ）を用いて説明した工程と同様に行い、開口パターン１３が形成された薄膜１１および材料層１４を覆うように保護膜１５を成膜した後、保護膜１５をパターニングすることにより、開口パターン１３上および開口パターン１３の外縁部Ｃを覆う保護膜１５を除去する。その後、支持基板１２の周縁部Ｄよりも内側を除去することで、薄膜１１を露出し、メンブレン部Ｂを形成する。

上述したような第２のステンシルマスクの製造方法によれば、第１実施形態と同様に、保護膜１５が材料層１４を覆う状態で設けられており、開口パターン１３の外縁部Ｃは材料層１４と保護膜１５とで覆われていない状態のステンシルマスクを製造することができる。

また、図８（ｈ）を用いて説明したように、開口パターン１３が形成された薄膜１１を覆うとともに、孔部１７を埋め込むように材料層１４が成膜される。これにより、支持基板１２の周縁部Ｄに、薄膜１１を貫通するとともに、支持基板１２の内部に達する状態で、薄膜１１および支持基板１２よりも高い熱伝導性を有するプラグ１６を形成することができる。また、プラグ１６と材料層１４を同一材料で形成することにより、プラグ１６と材料層１４とを同一工程で成膜することができる。さらに、図９（ｊ）を用いて説明したように、材料層１４をパターニングすることで、支持基板１２の周縁部Ｄを覆う薄膜１１上に材料層１４を残存させることから、孔部１７に形成するプラグ１６と材料層１４とを連通させることができる。

処理基板の上方にステンシルマスクを配置して、ステンシルマスクの上方から荷電粒子線を照射することで処理を行う、イオン注入工程、露光工程、成膜工程、エッチング工程等の用途に適用できる。

第１実施形態におけるステンシルマスクの概略断面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 第１実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その１）である。 第１実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その２）である。 第１実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その３）である。 第１実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その４）である。 第２実施形態におけるステンシルマスクの断面図である。 第２実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その１）である。 第２実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その２）である。 第２実施形態におけるステンシルマスクの製造工程を示す断面工程図（その３）である。

符号の説明

１１…薄膜、１２…支持基板、１３…開口パターン、１４…材料層、１５…保護膜、１６…プラグ、１７，１７’…孔部、Ｃ…外縁部、Ｄ…周縁部

Claims (16)

1. 開口パターンを有する薄膜を備えたステンシルマスクであって、
   前記薄膜の一主面側における前記開口パターンの外縁部を除く領域には、前記薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層が設けられている
   ことを特徴とするステンシルマスク。
2. 前記材料層を覆う状態で保護膜が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のステンシルマスク。
3. 前記保護膜が前記材料層を覆う状態で、かつ前記開口パターンの外縁部を除く領域に設けられている
   ことを特徴とする請求項２記載のステンシルマスク。
4. 支持基板上に薄膜を形成した後、前記支持基板の周縁部よりも内側を覆う薄膜に、前記支持基板に達する開口パターンを形成する第１工程と、
   前記開口パターンが形成された前記薄膜を覆うように、当該薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層を成膜する第２工程と、
   前記材料層をパターニングすることにより、前記開口パターン上および当該開口パターンの外縁部を覆う当該材料層を除去する第３工程と、
   前記支持基板の周縁部よりも内側を除去して前記薄膜を露出する第４工程とを有する
   ことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
5. 前記第３工程と前記第４工程との間に、
   前記材料層を覆うように保護膜を形成する工程を有する
   ことを特徴とする請求項４記載のステンシルマスクの製造方法。
6. 前記保護膜を形成する工程では、
   前記開口パターンが形成された前記薄膜および前記材料層を覆うように保護膜を成膜した後、前記保護膜をパターニングすることにより、前記開口パターン上および当該開口パターンの外縁部を覆う当該保護膜を除去する
   ことを特徴とする請求項５記載のステンシルマスクの製造方法。
7. 前記保護膜を形成する工程では、
   前記材料層の表面の不動態処理を行うことで、当該材料層の酸化膜を形成する
   ことを特徴とする請求項５記載のステンシルマスクの製造方法。
8. 開口パターンを有する薄膜と、前記薄膜の周縁部を支持する支持基板とを備えたステンシルマスクであって、
   前記薄膜の一主面側における前記開口パターンの外縁部を除く領域には、前記薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層が設けられており、
   前記薄膜を貫通するとともに、前記支持基板の内部に達する状態で、前記薄膜および前記支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグが埋設されている
   ことを特徴とするステンシルマスク。
9. 前記材料層と前記プラグとが連通している
   ことを特徴とする請求項８記載のステンシルマスク。
10. 前記材料層を覆う状態で保護膜が設けられている
    ことを特徴とする請求項８記載のステンシルマスク。
11. 前記保護膜が前記材料層を覆う状態で、かつ前記開口パターンの外縁部を除く領域に設けられている
    ことを特徴とする請求項１０記載のステンシルマスク。
12. 支持基板上に薄膜を形成した後、前記支持基板の周縁部よりも内側を覆う前記薄膜に、当該支持基板に達する開口パターンを形成するとともに、前記支持基板の周縁部を覆う前記薄膜と当該支持基板とに、当該支持基板の内部に達する孔部を形成する第１工程と、
    前記開口パターンが形成された前記薄膜を覆うように、当該薄膜よりも高い熱伝導性を有する材料層を成膜するとともに、前記孔部に前記薄膜および前記支持基板よりも高い熱伝導性を有するプラグを形成する第２工程と、
    前記材料層をパターニングすることにより、前記開口パターン上および当該開口パターンの外縁部を覆う当該材料層を除去する第３工程と、
    前記支持基板の周縁部よりも内側を除去して前記薄膜を露出する第４工程とを有する
    ことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
13. 前記材料層と前記プラグとが同一の材料で形成されており、
    前記第２工程では、前記開口パターンが形成された前記薄膜を覆うとともに、前記孔部を埋め込むように、前記材料層を成膜する
    ことを特徴とする請求項１２記載のステンシルマスクの製造方法。
14. 前記第３工程と前記第４工程との間に、
    前記材料層を覆うように保護膜を形成する工程を有する
    ことを特徴とする請求項１２記載のステンシルマスクの製造方法。
15. 前記保護膜を形成する工程では、
    前記開口パターンが形成された前記薄膜および前記材料層を覆うように保護膜を成膜した後、前記保護膜をパターニングすることにより、前記開口パターン上および当該開口パターンの外縁部を覆う当該保護膜を除去する
    ことを特徴とする請求項１４記載のステンシルマスクの製造方法。
16. 前記保護膜を形成する工程では、
    前記材料層の表面の不動態処理を行うことで、当該材料層の酸化膜を形成する
    ことを特徴とする請求項１４記載のステンシルマスクの製造方法。
    

Images