JP2006080360A - Membrane mask and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane mask which has a high membrane strength, in which the stress control of the membrane is possible and which is excellent in an electron beam transmission property, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The membrane mask includes a substrate, the membrane supported by this substrate, and a mask body formed on this membrane and having a transparent hole pattern which a charged particle beam penetrates. The membrane is made of a diamond membrane containing a nitrogen of 3×10<SP>18</SP>cm<SP>-3</SP>or more. The membrane is formed by a plasma CVD method using a raw material gas containing a hydrocarbon, a hydrogen and 0.5% or more of a nitrogen source gas on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体等の製造プロセスにおいて、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線露光に用いられるメンブレンマスク及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a membrane mask used for charged particle beam exposure such as an electron beam or an ion beam in a manufacturing process of a semiconductor or the like, and a manufacturing method thereof.

近年、半導体素子の微細化が急速に進んでいる。そのような微細パターンを有する素子の製造技術として、様々な露光技術が開発されている。例えば、電子線部分一括露光や電子線ステッパ露光のような電子線を用いる露光法、イオンを用いる露光法、真空紫外域の光を用いる露光法、極紫外域の光を用いる露光法等がある。   In recent years, miniaturization of semiconductor elements has been progressing rapidly. Various exposure techniques have been developed as manufacturing techniques for elements having such fine patterns. For example, there are an exposure method using an electron beam such as an electron beam partial exposure and an electron beam stepper exposure, an exposure method using ions, an exposure method using light in a vacuum ultraviolet region, an exposure method using light in the extreme ultraviolet region, etc. .

これらのうち、電子線を用いる露光法の一つとして、電子線ステッパを用いて縮小露光する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この方法では、20〜100kV程で加速した高速電子を、電子線マスク及び電子レンズを用いて、通常1/4に縮小露光し、半導体回路等の所望のパターンを形成する。ここで用いられる電子線マスクとして、メンブレンマスク及びステンシルマスクがそれぞれ提案されている。   Among these, as one of exposure methods using an electron beam, a method of reducing exposure using an electron beam stepper has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this method, high-speed electrons accelerated at about 20 to 100 kV are normally reduced and exposed to 1/4 using an electron beam mask and an electron lens to form a desired pattern such as a semiconductor circuit. Membrane masks and stencil masks have been proposed as electron beam masks used here.

メンブレンマスクは、電子線を透過しやすい軽元素からなる薄膜(メンブレン)上に、電子線を散乱しやすい重金属からなる薄膜がパターン化加工されたマスク層から構成される。例えば、メンブレン材料としては窒化シリコン膜、散乱層材料としてはタングステン薄膜が用いられる。一方、ステンシルマスクは、メンブレン薄膜を有さず、露光部には貫通孔が設けられている。散乱層としては、通常、単結晶シリコンが用いられ、その厚みは通常2μm程度である。   The membrane mask is composed of a mask layer obtained by patterning a thin film made of a heavy metal that easily scatters an electron beam on a thin film (membrane) made of a light element that easily transmits an electron beam. For example, a silicon nitride film is used as the membrane material, and a tungsten thin film is used as the scattering layer material. On the other hand, the stencil mask does not have a membrane thin film, and a through hole is provided in the exposed portion. As the scattering layer, single crystal silicon is usually used, and its thickness is usually about 2 μm.

ステンシルマスクでは、マスク自体に電子線が通過する貫通孔が設けられ、露光電子が開口部を自由に通過できるため、電子線のエネルギー損失がない。したがって、メンブレンマスクと比較し、色収差による解像度の低下がない。しかし、電子線が通過する部分は完全に貫通しているため、開口パターンが閉じていると、その内側のマスク部材が欠落してしまう。これを避けるために、パターンを2つ以上の相補マスクに分割することが必要となる。   In the stencil mask, a through-hole through which an electron beam passes is provided in the mask itself, and exposure electrons can freely pass through the opening, so that there is no energy loss of the electron beam. Therefore, compared with the membrane mask, there is no reduction in resolution due to chromatic aberration. However, since the portion through which the electron beam passes completely penetrates, if the opening pattern is closed, the mask member inside thereof is lost. In order to avoid this, it is necessary to divide the pattern into two or more complementary masks.

例えば、ドーナツ状のパターンの場合、2つの半円に分割してそれぞれの相補マスクに分割し、それぞれの相補マスクに配置し、2度露光することによりウェハ上にパターンを完成させる。また、大きなマスク部材を小さな支持部で支えているような機械的強度に問題のあるパターンについても分割する必要がある。このように、ステンシルマスクでは、マスク分割によって露光回数が倍増するため、スループットが犠牲になるという大きな問題がある。   For example, in the case of a donut-shaped pattern, the pattern is divided into two semicircles, divided into respective complementary masks, arranged on the respective complementary masks, and exposed twice to complete the pattern on the wafer. Further, it is necessary to divide a pattern having a problem in mechanical strength such as a large mask member supported by a small support portion. As described above, the stencil mask has a serious problem that the throughput is sacrificed because the number of exposures is doubled by dividing the mask.

一方、メンブレンマスクでは、上述のステンシルマスクの場合のようなマスク分割が不要であるため、次世代の露光方式として最も重要視されるスループットの低下は存在しない。しかしながら、電子線露光部にメンブレン薄膜が介在するために、メンブレン材料として従来の窒化シリコンを用い、かつその膜厚を薄くしても、無散乱電子の割合は小さい。また、弾性散乱により角度を変えた電子は、その殆どが制限アパーチャでカットされるため、ビーム電流の損失も大きい。更に、制限アパーチャを透過し、露光に寄与する電子も、一部がプラズモン励起等の非弾性散乱によりエネルギーを失っている。その結果、露光電子のエネルギー分散が大きくなり、すなわち色収差により解像度が低下する。   On the other hand, since the membrane mask does not require mask division as in the case of the stencil mask described above, there is no reduction in throughput that is regarded as most important as the next-generation exposure method. However, since a membrane thin film is interposed in the electron beam exposure part, even if conventional silicon nitride is used as the membrane material and the film thickness is reduced, the ratio of non-scattered electrons is small. Further, most of the electrons whose angles are changed by elastic scattering are cut by the limiting aperture, so that the loss of the beam current is large. Furthermore, some of the electrons that pass through the limiting aperture and contribute to the exposure also lose energy due to inelastic scattering such as plasmon excitation. As a result, the energy dispersion of exposure electrons increases, that is, the resolution decreases due to chromatic aberration.

最近、メンブレンマスクとして、メンブレンでの電子散乱を低減する目的でメンブレン材料に、さらにはマスク母体にも、ダイヤモンド状カーボン(DLC)を用いるメンブレンマスクが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   Recently, a membrane mask using diamond-like carbon (DLC) has been proposed as a membrane mask for the purpose of reducing electron scattering at the membrane, and also for the mask matrix (see, for example, Non-Patent Document 1). ).

DLCは、一般にダイヤモンド様の機械的物性を示すアモルファスカーボンの総称であり、作製方法によりその構造及び物性は大きく異なる。上述の文献によると、DLCのヤング率は130〜300GPaとされ、従来メンブレン材料として用いられている窒化シリコン(130〜160GPa)より高く、薄膜化しても高い膜強度が得られるとされる。また、DLCはカーボン原子で構成されているために、窒化シリコンよりも原子番号と密度が小さく、電子散乱を低減することが出来る。   DLC is a general term for amorphous carbon that generally exhibits diamond-like mechanical properties, and its structure and physical properties vary greatly depending on the production method. According to the above literature, the Young's modulus of DLC is 130 to 300 GPa, which is higher than that of silicon nitride (130 to 160 GPa) conventionally used as a membrane material. Further, since DLC is composed of carbon atoms, it has a smaller atomic number and density than silicon nitride, and can reduce electron scattering.

しかし、通常、DLCは強い圧縮応力を示し、かつアモルファス構造であるため、膜質の制御は難しく、したがって応力調整も困難である。また、このようなDLCにシリコン等の他元素をドープすることで応力緩和できることも知られているが、そのためには、通常、数10%以上の他元素の導入が必要であり、カーボン単元素で構成されるDLCほどの物性値(高硬度、高熱伝導率等)は得られない。更に、DLCは上述のようにアモルファス構造であり、ドープした場合には他元素の混入による構造及び物性変化もあるため、十分な電子線照射耐性を得ることは困難である。
H. Yamashita et. al., J. Vac. Sci. Technol, B18, 3237 (2000)
However, since DLC usually shows a strong compressive stress and has an amorphous structure, it is difficult to control the film quality, and it is also difficult to adjust the stress. In addition, it is also known that stress can be relieved by doping such DLC with other elements such as silicon, but for that purpose, introduction of other elements of several tens of percent or more is usually required. The physical property values (high hardness, high thermal conductivity, etc.) as much as DLC composed of Furthermore, as described above, DLC has an amorphous structure, and when doped, there is a change in structure and physical properties due to mixing of other elements, so that it is difficult to obtain sufficient electron beam irradiation resistance.
H. Yamashita et. Al., J. Vac. Sci. Technol, B18, 3237 (2000)

本発明は、このような事情の下になされ、膜の強度が高く、メンブレンの応力制御が可能であるとともに、電子線透過特性に優れたメンブレンマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a membrane mask having high film strength, capable of controlling the stress of the membrane, and having excellent electron beam transmission characteristics, and a method for manufacturing the same. .

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、基体と、この基体により支持されたメンブレンと、このメンブレン上に形成され、荷電粒子線が透過する透過孔パターンを有するマスク母体とを具備し、前記メンブレンは、3×1018cm−3以上の窒素を含むダイヤモンド膜からなることを特徴とするメンブレンマスクを提供する。 In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention includes a base, a membrane supported by the base, and a mask base that is formed on the membrane and has a transmission hole pattern through which a charged particle beam passes. The membrane comprises a diamond film containing nitrogen of 3 × 10 18 cm −3 or more.

以上のように構成されるメンブレンマスクでは、メンブレンとして高硬質、高ヤング率のダイヤモンド膜を用いているため、機械的強度の高いメンブレンが構成でき、基体のないメンブレン部分の大面積化、及びより微細なパターンの形成が可能となり、回路パターン設計の自由度を向上することが出来る。また、ダイヤモンドは軽元素であるため、電子透過率が高く、露光電子の損失の少ないマスクを実現することが出来る。   In the membrane mask configured as described above, a diamond film having a high hardness and a high Young's modulus is used as the membrane, so that a membrane with high mechanical strength can be configured, the area of the membrane portion without the base can be increased, and more A fine pattern can be formed, and the degree of freedom in circuit pattern design can be improved. Further, since diamond is a light element, it is possible to realize a mask having a high electron transmittance and a small loss of exposure electrons.

また、ダイヤモンド膜に規定量以上の窒素を含有させることにより、膜の平坦性が向上するため、プロセスの自由度が増すと共に、マスク母体の加工精度が向上し、より微細なパターンを形成することが可能となる。   In addition, when the diamond film contains more than the specified amount of nitrogen, the flatness of the film is improved, so that the degree of freedom of the process is increased, the processing accuracy of the mask base is improved, and a finer pattern is formed. Is possible.

更に、ダイヤモンド膜に規定量以上の窒素を含有させることにより、本来絶縁体であるダイヤモンド膜に導電性を付与することができる。これにより、別途導電膜をつけるか又は表面処理をする必要がなく、ダイヤモンド膜のみの簡便な構造で、チャージアップしない良好な特性を有するメンブレンマスクを実現することが出来る。   Furthermore, conductivity can be imparted to the diamond film, which is originally an insulator, by allowing the diamond film to contain a specified amount or more of nitrogen. Thereby, it is not necessary to attach a conductive film separately or to perform a surface treatment, and it is possible to realize a membrane mask having a simple structure with only a diamond film and having good characteristics not to be charged up.

更にまた、ダイヤモンド膜に規定量以上の窒素を含有することにより、本来強い引っ張り応力を有するダイヤモンド膜の応力を緩和することが可能となる。   Furthermore, by containing more than a specified amount of nitrogen in the diamond film, it becomes possible to relieve the stress of the diamond film that originally has a strong tensile stress.

本発明の一態様に係るメンブレンマスクにおいて、ダイヤモンド膜の表面の平坦度が50nm未満とすることが出来る。   In the membrane mask according to one embodiment of the present invention, the flatness of the surface of the diamond film can be less than 50 nm.

本発明の他の態様は、基板上に、炭化水素、水素、及び0.5%以上の窒素源ガスを含む原料ガスを用いたプラズマCVD法によりダイヤモンド膜を形成する工程、前記ダイヤモンド膜上にマスク材料層を形成する工程、前記基板を加工して開口を形成し、メンブレンマスク基体を形成する工程、前記マスク材料層上に有機レジストパターンを形成する工程、及び 前記有機レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、前記マスク材料層をエッチングし、マスク母体を形成する工程、を具備することを特徴とするメンブレンマスクの製造方法を提供する。   Another aspect of the present invention is a step of forming a diamond film on a substrate by a plasma CVD method using a source gas containing hydrocarbon, hydrogen, and a nitrogen source gas of 0.5% or more. Forming a mask material layer; processing the substrate to form openings; forming a membrane mask substrate; forming an organic resist pattern on the mask material layer; and using the organic resist pattern as an etching mask And a step of etching the mask material layer to form a mask mother body. A method for manufacturing a membrane mask is provided.

このようなメンブレンマスクの製造方法では、プラズマCVD法における原料ガスに所定量の窒素源ガスを添加することで、反応系中のCNおよびC2(ダイマー)が増加し、それらの発生密度が増加することによって、結果的に結晶粒径が小さくなり、表面平滑性が高いダイヤモンド膜からなるメンブレンが得られる。その結果、このメンブレン上において、超微細パターニングを要するマスク母体の加工精度の向上が可能となる。   In such a membrane mask manufacturing method, by adding a predetermined amount of nitrogen source gas to the source gas in the plasma CVD method, CN and C2 (dimer) in the reaction system increase, and their generation density increases. As a result, a membrane made of a diamond film having a small crystal grain size and high surface smoothness can be obtained. As a result, it is possible to improve the processing accuracy of the mask base that requires ultrafine patterning on the membrane.

また、メンブレン表面が平坦であるため、成膜後の研磨処理は不要であり、成膜後直ちにマスク母体材料の成膜を行うことができる。したがって、メンブレンマスクを簡便な工程で作製することができる。   Further, since the membrane surface is flat, polishing treatment after film formation is unnecessary, and the mask base material can be formed immediately after film formation. Therefore, the membrane mask can be manufactured by a simple process.

ダイヤモンド膜を形成するためのプラズマCVD法は、1kW以上のマイクロ波プラズマを用いることが望ましい。   The plasma CVD method for forming the diamond film desirably uses microwave plasma of 1 kW or more.

本発明によると、薄膜化が容易で、応力制御が可能であるとともに、加工性が高く、しかも膜の強度が高く、パターン精度の高いメンブレンマスクが提供される。このメンブレンマスクは、メンブレンの表面の平坦性が良好であるため、プロセスの自由度が増すと共に、マスク母体の加工精度が向上し、より微細なパターンのメンブレンマスクが得られる。また、このメンブレンマスクは、メンブレンが導電性を有するため、チャージアップしないという良好な特性を有する。   According to the present invention, it is possible to provide a membrane mask that can be easily thinned, can control stress, has high workability, has high film strength, and has high pattern accuracy. Since this membrane mask has good flatness on the surface of the membrane, the degree of freedom of the process is increased, the processing accuracy of the mask base is improved, and a membrane mask with a finer pattern can be obtained. Further, this membrane mask has a good characteristic that the membrane does not charge up because the membrane has conductivity.

また、本発明によると、所定量の窒素源ガスを添加した原料ガスを用いたプラズマCVD法により得られた、結晶粒径の小さい、表面平滑性が高いダイヤモンド膜によりメンブレンを形成しており、そのため、その上に微細なパターンのマスク母体を高精度に形成することが出来る。   Further, according to the present invention, the membrane is formed by a diamond film having a small crystal grain size and high surface smoothness obtained by a plasma CVD method using a source gas to which a predetermined amount of nitrogen source gas is added, Therefore, a mask base with a fine pattern can be formed on it with high accuracy.

更に、メンブレンを構成するダイヤモンド膜に規定量以上の窒素を含有させることにより、本来強い引っ張り応力を有するダイヤモンド膜の応力を緩和することが可能となる。   Furthermore, by including a predetermined amount or more of nitrogen in the diamond film constituting the membrane, it becomes possible to relieve the stress of the diamond film having a strong tensile stress.

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out the invention will be described below.

本発明の一実施形態に係るメンブレンマスクは、メンブレンが、3×1018cm−3以上の窒素を含むダイヤモンド膜からなることを特徴とする。 The membrane mask according to an embodiment of the present invention is characterized in that the membrane is made of a diamond film containing nitrogen of 3 × 10 18 cm −3 or more.

このように、3×1018cm−3以上の窒素を含むダイヤモンド膜は、表面の平坦度が50nm未満と、非常に平坦性が優れているとともに、導電性を有している。このようなダイヤモンド膜をマスク母体として含むメンブレンマスクでは、メンブレンの表面の平坦性が良好であるため、プロセスの自由度が増すと共に、その上に形成されるマスク母体の加工精度が向上し、より微細なパターンを得ることが可能となる。また、メンブレンが導電性を有するため、別途導電膜をつけるか又は表面処理をする必要がなく、チャージアップしない良好な特性を有するメンブレンマスクを実現することが出来る。 As described above, the diamond film containing nitrogen of 3 × 10 18 cm −3 or more has excellent surface flatness of less than 50 nm, and has conductivity. In membrane masks that contain such a diamond film as the mask matrix, the membrane surface has good flatness, increasing the degree of freedom of the process and improving the processing accuracy of the mask matrix formed on it. A fine pattern can be obtained. Further, since the membrane has conductivity, it is not necessary to attach a conductive film separately or to perform surface treatment, and it is possible to realize a membrane mask having good characteristics that does not charge up.

また、ダイヤモンド膜に規定量以上の窒素を含有することにより、本来強い引っ張り応力を有すダイヤモンド膜の応力を緩和できるようになる。   In addition, when the diamond film contains more than a specified amount of nitrogen, the stress of the diamond film that originally has a strong tensile stress can be relaxed.

なお、窒素含有量が3×1018cm−3未満では、ダイヤモンド膜の表面の平坦性に劣り、また導電性が低くなり、上記特性を有するメンブレンマスクを実現することが出来ない。 If the nitrogen content is less than 3 × 10 18 cm −3 , the surface of the diamond film is inferior in flatness and the conductivity becomes low, and a membrane mask having the above characteristics cannot be realized.

基体としては、シリコン単結晶基板、ガラス基板、石英基板等を加工したものを用いることが出来る。   As the substrate, a processed silicon single crystal substrate, glass substrate, quartz substrate or the like can be used.

以下、上述した、本発明の一実施形態に係るメンブレンマスクの製造方法について、図1を参照して説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the membrane mask which concerns on one Embodiment of this invention mentioned above is demonstrated with reference to FIG.

まず、図1(a)に示すように、基板1上に、炭化水素、水素、及び0.5%以上の窒素源ガスを含む原料ガスを用いたプラズマCVD法によりダイヤモンド膜2を形成する。   First, as shown in FIG. 1A, a diamond film 2 is formed on a substrate 1 by a plasma CVD method using a source gas containing hydrocarbon, hydrogen, and a nitrogen source gas of 0.5% or more.

プラズマCVD法の代わりに熱CVD法等を用いることも出来る。   A thermal CVD method or the like can be used instead of the plasma CVD method.

炭化水素としては、メタン、エチレン、アセチレン等を、窒素源ガスとしては、窒素、アンモニア等を用いることが出来る。   As the hydrocarbon, methane, ethylene, acetylene or the like can be used, and as the nitrogen source gas, nitrogen, ammonia or the like can be used.

成膜されたダイヤモンド膜2は、上述したように、3×1018cm−3以上の窒素を含んでいる。このように、3×1018cm−3以上の窒素を含むダイヤモンド膜2は、CVD法において、炭化水素、水素とともに、窒素源ガスを0.5%以上含む原料ガスを用いることにより得ることが出来る。また、特に、1kW以上のマイクロ波プラズマを用いたプラズマCVD法により、より確実に3×1018cm−3以上の窒素を含むダイヤモンド膜を得ることが出来る。 As described above, the formed diamond film 2 contains nitrogen of 3 × 10 18 cm −3 or more. Thus, the diamond film 2 containing nitrogen of 3 × 10 18 cm −3 or more can be obtained by using a source gas containing 0.5% or more of a nitrogen source gas together with hydrocarbons and hydrogen in the CVD method. I can do it. In particular, a diamond film containing nitrogen of 3 × 10 18 cm −3 or more can be obtained more reliably by a plasma CVD method using microwave plasma of 1 kW or more.

このように、CVDにおける原料ガスに所定量の窒素源ガスを添加することで、反応系中のCNおよびC2(ダイマー)が増加し、それらの発生密度が増加することによって、結果的に結晶粒径が小さくなり、表面平滑性が高いダイヤモンド膜が得られる。   Thus, by adding a predetermined amount of nitrogen source gas to the source gas in CVD, CN and C2 (dimer) in the reaction system increase, and their generation density increases, resulting in crystal grains. A diamond film having a small diameter and high surface smoothness can be obtained.

次いで、図1(b)に示すように、ダイヤモンド膜上にマスク材料層3を形成する。マスク材料としては、タンタル、タングステン、クロム、窒化クロム等を挙げることが出来る。   Next, as shown in FIG. 1B, a mask material layer 3 is formed on the diamond film. Examples of the mask material include tantalum, tungsten, chromium, chromium nitride, and the like.

次に、図1(c)に示すように、基板1の裏面を加工して、開口を有するメンブレンマスク基体を形成する。この基板1の裏面の加工は、フォトリソグラフィーとRIEを用いて行うことが出来る。例えば、フォトリソグラフィーにより、基板1の除去すべき部分を除く面にエッチングマスクを形成し、これをマスクとして基板1を、例えばRIEによりエッチングすることにより、開口を有するメンブレンマスク基体4を得ることが出来る。   Next, as shown in FIG. 1C, the back surface of the substrate 1 is processed to form a membrane mask base having an opening. The processing of the back surface of the substrate 1 can be performed using photolithography and RIE. For example, an etching mask is formed on the surface of the substrate 1 excluding a portion to be removed by photolithography, and the substrate 1 is etched by using this as a mask, for example, by RIE, thereby obtaining a membrane mask base 4 having an opening. I can do it.

その後、マスク材料層3上に、有機レジスト層を形成した後、リソグラフィーによりパターニングし、図1(d)に示すように、有機レジストパターン5を形成する。引き続き、この有機レジストパターン5をエッチングマスクとして用いて、マスク材料層3をエッチングして、マスク母体6を形成する。マスク材料層3のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)を用いることが出来る。   Then, after forming an organic resist layer on the mask material layer 3, patterning is performed by lithography to form an organic resist pattern 5 as shown in FIG. Subsequently, using this organic resist pattern 5 as an etching mask, the mask material layer 3 is etched to form a mask base 6. For the etching of the mask material layer 3, for example, reactive ion etching (RIE) can be used.

最後に、有機レジストパターン5を除去して、図1(e)に示すようなメンブレンマスクが得られる。   Finally, the organic resist pattern 5 is removed to obtain a membrane mask as shown in FIG.

以上説明した方法により得られたメンブレンマスクは、炭化水素、水素、及び0.5%以上の窒素源ガスを含む原料ガスを用いたプラズマCVD法により成膜された、平坦性が良好で導電性を有するダイヤモンド膜をメンブレンとしているため、微細なパターンで精度よく形成可能であり、またチャージアップしないという良好な特性を有する。   The membrane mask obtained by the above-described method is formed by plasma CVD using a source gas containing hydrocarbon, hydrogen, and nitrogen source gas of 0.5% or more, and has good flatness and conductivity. Since the diamond film having a thickness is used as a membrane, it can be formed with a fine pattern with high accuracy and has good characteristics of not being charged up.

以下、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。   Hereinafter, examples of the present invention will be shown, and the present invention will be described more specifically.

実施例1
図1(a)〜(e)を参照して、本発明の一実施例に係るメンブレンマスクの製造工程について説明する。
Example 1
With reference to FIG. 1 (a)-(e), the manufacturing process of the membrane mask which concerns on one Example of this invention is demonstrated.

図1(a)に示すように、厚み525μmの単結晶シリコン基板11上に、マイクロ波プラズマCVD装置を用いて、ダイヤモンド膜2を成膜した。   As shown in FIG. 1A, a diamond film 2 was formed on a single crystal silicon substrate 11 having a thickness of 525 μm using a microwave plasma CVD apparatus.

マイクロ波プラズマCVDの条件は次の通りである。
原料ガス:メタン(50sccm)、水素(445sccm)、
窒素(5sccm)
基板温度:820℃
反応圧力:80Torr
MWパワー:2.5kW
膜厚 :0.5μm。
The conditions for microwave plasma CVD are as follows.
Source gas: methane (50 sccm), hydrogen (445 sccm),
Nitrogen (5sccm)
Substrate temperature: 820 ° C
Reaction pressure: 80 Torr
MW power: 2.5kW
Film thickness: 0.5 μm.

以上のように作製されたダイヤモンド膜2は、原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、ナノメーターオーダーの結晶粒径を確認することができた。また、10μm四方をAFMで計測した自乗平均表面粗さ(rms)は15nmと非常に平坦であった。   When the diamond film 2 produced as described above was observed with an atomic force microscope (AFM), a crystal grain size of nanometer order could be confirmed. Further, the root mean square surface roughness (rms) measured by AFM on 10 μm square was very flat at 15 nm.

また、電子線エネルギー損失分光法(EELS)によりsp(ダイヤモンド結合)の存在を確認することができた。更に、膜の電気伝導性を測定した結果、数Ωの抵抗率が得られた。 The presence of sp 3 (diamond bond) could be confirmed by electron beam energy loss spectroscopy (EELS). Furthermore, as a result of measuring the electrical conductivity of the film, a resistivity of several Ω was obtained.

次いで、図1(b)に示すように、ダイヤモンド膜2上に、スパッタ法により、マスク母体材料としてタンタル薄膜3を形成した。   Next, as shown in FIG. 1B, a tantalum thin film 3 was formed on the diamond film 2 as a mask base material by sputtering.

スパッタ条件は次の通りである。
スパッタガス:アルゴン(33sccm)
基板温度:<100℃
スパッタ圧力:5Pa
パワー:1kW
膜厚 :50nm
次に、図1(c)に示すように、フォトリソグラフィーとRIEにより基板1の裏面を加工し、メンブレンマスク基体4を得た。ここで、エッチングガスとして四フッ化炭素を用いた。
The sputtering conditions are as follows.
Sputtering gas: Argon (33 sccm)
Substrate temperature: <100 ° C
Sputtering pressure: 5Pa
Power: 1kW
Film thickness: 50 nm
Next, as shown in FIG. 1C, the back surface of the substrate 1 was processed by photolithography and RIE to obtain a membrane mask base 4. Here, carbon tetrafluoride was used as an etching gas.

その後、タンタル薄膜3上に電子線レジスト(図示せず)を0.5μmの厚さに塗布した。電子線レジストとしては、ZEP(商品名、日本ゼオン社製)を用いた。この電子線レジストに電子線描画機を用いて電子線をパターン状に描画露光し、その後、専用の現像液であるZED−N50(商品名、日本ゼオン社製)を用いて現像をおこない、図1(d)に示すように、レジストパターン5を形成した。   Thereafter, an electron beam resist (not shown) was applied on the tantalum thin film 3 to a thickness of 0.5 μm. ZEP (trade name, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was used as the electron beam resist. The electron beam resist is drawn and exposed in a pattern using an electron beam drawing machine, and then developed using a dedicated developer ZED-N50 (trade name, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.). As shown in 1 (d), a resist pattern 5 was formed.

次に、上記レジストパターン5をマスクとして用いて、反応性イオンエッチング(RIE)装置を用いて、タンタル薄膜3にパターンを転写し、図1(d)に示すようなマスク母体6を形成した。RIE条件は、下記のとおりである。   Next, using the resist pattern 5 as a mask, the pattern was transferred to the tantalum thin film 3 by using a reactive ion etching (RIE) apparatus to form a mask base 6 as shown in FIG. The RIE conditions are as follows.

エッチングガス:CF(35sccm)
反応圧力:30mTorr
高周波パワー:300W
最後にレジストパターン5を剥離して、図1(e)に示すように、メンブレンマスクが得られた。
Etching gas: CF 4 (35 sccm)
Reaction pressure: 30 mTorr
High frequency power: 300W
Finally, the resist pattern 5 was peeled off, and a membrane mask was obtained as shown in FIG.

以上のように製造されたメンブレンマスクでは、メンブレン(ダイヤモンド膜)2、マスク母体6は、いずれも非常に低い応力に調整され、剥離や亀裂が生ずることがなく、またメンブレン(ダイヤモンド膜)2およびマスク母体6は、ともに抵抗が低いため、別途金属膜を設ける必要はなかった。また、得られたメンブレンマスクは、パターン精度が高く、荷電粒子線照射特性に優れたものであった。   In the membrane mask manufactured as described above, the membrane (diamond film) 2 and the mask base 6 are both adjusted to a very low stress, and no peeling or cracking occurs, and the membrane (diamond film) 2 and Since the mask base 6 has low resistance, it was not necessary to provide a separate metal film. Further, the obtained membrane mask had high pattern accuracy and excellent charged particle beam irradiation characteristics.

以上の実施例では、基板として単結晶シリコン基板、マスク母体としてタンタル薄膜を用いた例について説明したが、本発明はこれに限らず、基板として石英、マスク母体としてタングステン等を用いることも可能である。   In the above embodiments, an example in which a single crystal silicon substrate is used as the substrate and a tantalum thin film is used as the mask base has been described. However, the present invention is not limited to this, and quartz or the like can be used as the substrate. is there.

本発明のメンブレンマスク及びその製造方法は、各種半導体装置の製造プロセスに広範に利用可能である。   The membrane mask and the manufacturing method thereof according to the present invention can be widely used in manufacturing processes of various semiconductor devices.

本発明の一実施形態に係るメンブレンマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the membrane mask which concerns on one Embodiment of this invention to process order.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2・・・メンブレン、3・・・マスク材料層、4・・・メンブレンマスク基体、5・・・有機レジストパターン、6・・・マスク母体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Membrane, 3 ... Mask material layer, 4 ... Membrane mask base | substrate, 5 ... Organic resist pattern, 6 ... Mask mother body.

Claims (4)

基体と、この基体により支持されたメンブレンと、このメンブレン上に形成され、荷電粒子線が透過する透過孔パターンを有するマスク母体とを具備し、前記メンブレンは、3×1018cm−3以上の窒素を含むダイヤモンド膜からなることを特徴とするメンブレンマスク。 A substrate, a membrane supported by the substrate, and a mask matrix formed on the membrane and having a transmission hole pattern through which a charged particle beam passes. The membrane has a size of 3 × 10 18 cm −3 or more. A membrane mask comprising a diamond film containing nitrogen. 前記ダイヤモンド膜は、表面の平坦度が50nm未満であることを特徴とする請求項1に記載のメンブレンマスク。   The membrane mask according to claim 1, wherein the diamond film has a surface flatness of less than 50 nm. 基板上に、炭化水素、水素、及び0.5%以上の窒素源ガスを含む原料ガスを用いたプラズマCVD法によりダイヤモンド膜を形成する工程、
前記ダイヤモンド膜上にマスク材料層を形成する工程、
前記基板を加工して開口を形成し、メンブレンマスク基体を形成する工程、
前記マスク材料層上に有機レジストパターンを形成する工程、及び
前記有機レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、前記マスク材料層をエッチングし、マスク母体を形成する工程、
を具備することを特徴とするメンブレンマスクの製造方法。
Forming a diamond film on a substrate by a plasma CVD method using a source gas containing hydrocarbon, hydrogen, and a nitrogen source gas of 0.5% or more;
Forming a mask material layer on the diamond film;
Processing the substrate to form an opening and forming a membrane mask substrate;
Forming an organic resist pattern on the mask material layer; and etching the mask material layer using the organic resist pattern as an etching mask to form a mask matrix;
A method for producing a membrane mask, comprising:
前記プラズマCVD法が、1kW以上のマイクロ波プラズマを用いることを特徴とする請求項3に記載のメンブレンマスクの製造方法。   The method of manufacturing a membrane mask according to claim 3, wherein the plasma CVD method uses microwave plasma of 1 kW or more.
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