JP2008235536A - 荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法及び荷電粒子線用ステンシルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＩ基板を用いることなく、安価に製造でき、基板の歪みが回避され高い精度でパターン形成された荷電粒子線用ステンシルマスクを提供する。
【解決手段】シリコン基板１００の一方の面に、ステンシルマスク１０開口部に相当する形状のレジストパターン１１０を形成した後、金属膜１２０を形成してレジストパターン１１０を覆う。そしてレジストパターン１１０が露出されるまで金属膜１２０を研磨した後、露出されたレジストパターン１１０を除去することで貫通孔３を形成する。次いで、シリコン基板１００の反対面にレジスト１５を塗布してエッチングを行い、貫通孔３が形成された部分にあるシリコン基板１００を除去して基板孔５を形成する。基板孔５を形成することにより作製されたメンブレン部３０では、金属薄膜２がシリコン基板１と接さず、基板の歪みが回避される。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子線を用いてレジストパターン、イオン注入パターンなどのデバイスパターンを作製するためのステンシルマスクの製造方法及びステンシルマスクに関するものである。

近年、半導体デバイスの微細化、高集積化技術にはめざましい進展が見られる。かかる状況において、従来から半導体デバイスの製造に用いられている光リソグラフィー技術では、光の解像限界が懸念されるようになってきている。そこで、微細化、高集積化された半導体デバイスを製造するため、電子線やイオンビームを用いたリソグラフィー技術の検討、開発が行われている。

また、イオン注入プロセスのコスト削減を目指し、ステンシルマスクを用いたイオン注入技術の開発が進められている。

ステンシルマスクは、基板に貫通孔を形成することにより所定のパターンが形成されたマスクであり、基板としては一般に、シリコン製の多層構造の基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ基板、以下、「ＳＯＩ基板」）が用いられる。ＳＯＩ基板は構造的な特徴から、ステンシルマスクの製造には比較的好適な材料であることが主な理由である。一般に、ＳＯＩ基板は、シリコンウェハ上に、酸化シリコン層（中間酸化膜層とも呼ばれる）、及びシリコン層がこの順に積層された多層構造である。このようなＳＯＩ基板を用いたステンシルマスクの製造方法は例えば特許文献１に開示されている。

特開平１０−１３５１０３号公報

ＳＯＩ基板には、基板自体の反りが大きい問題がある。ＳＯＩ基板に存在する中間酸化膜層の応力のため、ＳＯＩ基板はシリコン層側に盛り上がった凸形状となっている。その反り量は、例えば直径が８インチのＳＯＩ基板の場合には、数十μｍに達する場合がある。このように基板の反り量が大きい場合には、ステンシルマスクに所定のパターンを精度良く形成することができないといった問題がある。ＳＯＩ基板の反りを矯正する工程を追加することも可能であるが、マスク製造コストが増加するという問題がある。

また、ステンシルマスクでは、所定のパターンが形成されたメンブレンと呼ばれる薄膜について要求される厚さが様々である。ＳＯＩ基板をステンシルマスクの基板とする場合、シリコン層がメンブレンとなるので、様々な厚さのメンブレンを有するステンシルマスクを作製するためには、様々な厚さのシリコン層を有するＳＯＩ基板を用意しておく必要がある。

本発明は、上記課題に対し、基板の反りが回避され、所定のパターンが高精度で形成されたステンシルマスク及びその製造法を提供する。本発明は特に、ＳＯＩ基板を使用せず高い精度でパターン形成されたステンシルマスク、及びその製造方法を提供するものである。

本発明の請求項１に係る発明は、荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、シリコン基板の一方の面にレジストを塗布してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを被覆する金属膜を形成する工程と、前記レジストパターンが露出するまで前記金属膜を研磨して金属薄膜とする工程と、前記レジストを除去し前記金属薄膜に貫通孔を設ける工程と、前記シリコン基板の一部であって、前記貫通孔が形成された領域にある部分を除去する工程と、を、少なくとも含むことを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、前記レジストパターンを被覆する前記金属膜は、電解メッキあるいは無電解メッキのいずれか一方を、少なくとも含む方法により形成されることを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法である。

金属膜の形成にメッキ技術を用いれば、レジストパターン周辺を金属で確実に覆うことも容易であり、後工程でレジストパターンが除去されて形成される開口パターンの寸法精度を高めることができる。よって、寸法精度に優れたステンシルマスクを非常に安価に製造できる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、電解研磨により、前記レジストパターンが露出するまで前記金属膜を研磨することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法である。

金属膜の研磨に電解研磨技術を用いれば、金属膜の研磨に要するコストを低くでき、ステンシルマスクを非常に安価に製造できる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、化学的機械的研磨により、前記レジストパターンが露出するまで前記金属膜を研磨することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法である。

金属膜の研磨に化学的機械的研磨技術を用いれば、金属膜厚が膜面方向でばらつくことを防止し、膜厚を均質化できる。よって金属薄膜の膜厚が均質なステンシルマスクを作製できる。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１ないし４記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、アルカリ性溶液を用いたウェットエッチングあるいはフッ素系のガスを用いたドライエッチングのいずれか一方を、少なくとも含む方法により前記シリコン基板の一部を除去することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法である。

本発明の請求項６に係る発明は、シリコン基板と、前記シリコン基板の一方の面上に成膜され、開口パターンが形成された金属薄膜と、を少なくとも含む荷電粒子線用ステンシルマスクである。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項６記載の荷電粒子線用ステンシルマスクであって、前記金属薄膜は、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、カドミウム、すず、亜鉛、マンガンからなる群のうち、少なくとも１つ以上を含有することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクである。

本発明の請求項８に係る発明は、請求項６または７記載の荷電粒子線用ステンシルマスクであって、前記開口パターンが形成された部分に、前記シリコン基板を貫通する基板孔が形成されていることを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクである。

本発明によれば、パターン精度に優れた荷電粒子線用ステンシルマスクを非常に安価に製造できる。

以下、図面を用いて本発明について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線用ステンシルマスク（以下、単に「ステンシルマスク」）１０を示す。図１（ａ）は、ステンシルマスク１０の平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した場合の垂直方向断面模式図である。ステンシルマスク１０は、シリコン基板１を基材として構成され、シリコン基板１の一方の面上に金属薄膜２が設けられている。以下、ステンシルマスク１０の向かい合う一対の面のうち、金属薄膜２で覆われた面を上面、その反対側の面を下面と称する場合がある。また、シリコン基板１と金属薄膜２が積層された方向を垂直方向、上面及及び下面が広がる方向を面方向と称するが、これら方向を示す用語は説明の便宜のために使用するに過ぎない。

金属薄膜２には、複数の貫通孔３が形成されている。シリコン基板１にも、この基板を貫通する基板孔５が形成されている。基板孔５が形成された部分は、金属薄膜２がシリコン基板１に支持されていないメンブレン部３０であり、金属薄膜２がシリコン基板１に支持されている部分は支持部３１と称する。図１に示すように、金属薄膜２は、支持部３１ではステンシルマスク１０の外縁から内側に向かって面方向に連続的に延びる一方、メンブレン部３０では貫通孔３により断絶されている。なお、図１では図示しないが、メンブレン部３０の中に梁などを入れて強度を向上させるなどの方法を用いることも可能である。

次に図２を用いて、前述したステンシルマスク１０を製造する製造方法の一形態を説明する。まず、シリコン基板１００を用意し、このシリコン基板１００の一方の面に、レジスト１１を塗布する（図２（ａ））。そして、公知の電子線リソグラフィーの技術を用いて、ステンシルマスク１０の開口部に相当する形のレジストパターン１１０を形成する（図２（ｂ））。このレジストパターン１１０は、ステンシルマスク１０の開口部に相当するものであるから、レジストパターン１１０の高さは、金属薄膜２とほぼ同じ厚さになるように調整する。

次に、無電解メッキあるいは電解メッキのいずれか一方を少なくとも用いる方法で、図２（ｃ）のように、レジストパターン１１０を完全に覆うように金属膜１２０を作製する。金属膜１２０の材質としては、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、カドミウム、すず、亜鉛、マンガンからなる群のうち、少なくとも１つ以上を含有するものが好適である。これら材質は強磁性を有しておらず、ステンシルマスクの薄膜（メンブレン）材質に必要な性能を満たすことができる。またステンシルマスクの製造が容易である。

更にレジストパターン１１０が露出するまで金属膜１２０を研磨する（図２（ｄ））。金属膜１２０を研磨する方法としては、公知の電解研磨または化学的機械的研磨の技術を用いればよい。

金属膜１２０の研磨が終了した時点では、図２（ｄ）に示すように、金属膜１２０が研磨されてなる金属薄膜２の表面にレジストパターン１１０が露出した状態となる。そこで、次にレジストパターン１１０を形成しているレジストを除去する。レジスト除去には硫酸と過酸化水素水の混合液を用いる方法、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を含む剥離液を用いる方法、酸素プラズマを用いる方法、オゾンを用いる方法などを用いることができる。

レジストが除去されることで、金属薄膜２を貫通する貫通孔３が形成される。貫通孔３は、ステンシルマスクの開口部に相当するため、金属薄膜２はステンシルマスクの開口パターンを有するものとなる（図２（ｅ））。

次に、シリコン基板１００のもう一方の面に、レジスト１５を塗布する（図２（ｆ））。そして、公知のフォトリソグラフィ技術により、メンブレン部３０に相当する形の開口部を有する基板孔パターン１５０を形成する（図２（ｇ））。

次に、基板孔パターン１５０をマスクとしてシリコン基板１００をエッチングして基板孔５が形成されたシリコン基板１とする。基板孔パターン１５０は、メンブレン部３０に相当する部分が開口しているため、基板孔パターン１５０の開口部の下のシリコン基板１００がエッチングされた部分は、金属薄膜２がシリコン基板１に支持されないメンブレン部３０となる（図２（ｈ））。シリコン基板のエッチングには、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などに代表されるアルカリ性エッチング液、あるいはフッ素系のガスによるドライエッチングを用いることができる。

次に、基板孔パターン１５０を形成しているレジストを除去し、図示しない洗浄工程を経てステンシルマスク１０を作製する（図２（ｉ））。基板孔パターン１５０の除去には硫酸と過酸化水素水の混合液を用いる方法、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を含む剥離液を用いる方法、酸素プラズマを用いる方法、オゾンを用いる方法などを用いることができる。

このような手順で作製されたステンシルマスク１０は、金属薄膜２がステンシルマスク１０の上面及び下面の両方から視認されるメンブレン部３０と、金属薄膜２がシリコン基板１に支持された支持部３１とを有する。メンブレンは金属で形成されていることから、チャージアップの心配が回避されている。また、メッキ技術を用いることからマスクを安価に大量に製造することが可能である。またシリコン基板１は中間酸化膜層を持たないので、ステンシルマスク１０自体の歪みも低減されるため、ＳＯＩ基板を用いる従来のステンシルマスクに比べてパターン精度を高くできる。

また、レジスト１１０の高さ、金属薄膜２の厚さを変えることで、メンブレンの厚さを適宜、設定できる。よって、厚さの異なる様々なＳＯＩ基板を用意することなく、メンブレンの厚さの異なる様々なステンシルマスクが得られる。

以下、実施例について説明する。

シリコン基板として、直径が４インチ、厚さが５２５μｍの円板状のシリコンウェハを準備した。このシリコンウェハを図２に示した方法で加工し、図１に示すようなステンシルマスクを作製した。

まず、シリコンウェハ１００の鏡面側に電子線用レジスト１１を、厚さが１．５μｍとなるように塗布した（図２（ａ））。次いで電子線描画装置を用いて開口パターンを描画した。その後、現像、ベークを行い、レジストパターン１１０を作製した（図２（ｂ））。レジストパターン１１０は、ステンシルマスクの開口部に相当する部分にレジストが存在する形状である。

次に、シリコンウェハ１００の、レジストパターン１１０が形成された側の面に、クロムを材質とする金属膜（クロム膜）１２０を成膜した。クロム膜１２０は、膜厚が３μｍとなるように、クロムメッキ液を用いて電解メッキで作製した（図２（ｃ））。その後、レジストパターン１１０が表面に露出するまで（すなわち、クロム膜１２０の厚さが約１．５μｍとなるまで）、電解研磨液を用いてクロム膜１２０を電解研磨した（図２（ｄ））。さらに硫酸と過酸化水素水の混合液を用いて、レジストパターン１１０を形成しているレジストを除去した。クロム膜中に介在していたレジストを除去することで、シリコンウェハ１００の一方の面は、ステンシルマスクの開口パターンに相当する形状の貫通孔が形成された厚さ約１．５μｍのクロム薄膜２に覆われた状態となった（図２（ｅ））。

次に、シリコンウェハ１００の面のうち、クロム薄膜２に覆われた面と反対側（反対面）に、フォトレジスト１５を厚さが１００μｍとなるように塗布した（図２（ｆ））。そして、メンブレン部に相当する形状の基板孔パターンを描き、露光、現像、ベークを行って、図２（ｇ）のような基板孔パターン１５０を作製した。

次に、濃度が２５％の水酸化カリウム溶液に基板孔パターン１５０が形成されたシリコンウェハ１００を浸漬し、８０℃でシリコンウェハ１００をウェットエッチングした。ウェットエッチングは、基板孔パターン１５０開口部のシリコンが完全になくなるまでエッチングを行った（図２（ｈ））。これにより、基板孔パターン１５０開口部の下にあるクロム薄膜２がシリコンウェハ１００の反対面側から視認される状態となり、メンブレン部３０を形成できた。

次に硫酸と過酸化水素水の混合液に浸漬し、基板孔パターン１５０を形成するフォトレジストを除去した（図２（ｉ））。さらにアンモニア水と過酸化水素水の混合液に浸漬し洗浄した。

以上の工程を経て作製されたステンシルマスク１０は、メンブレン部３０の変形や割れなどが見られず、全く問題のないマスクであった。

本発明の一実施態様に係るステンシルマスクの模式図。 前記ステンシルマスクの製造方法についての説明図。

符号の説明

１、１００ シリコン基板
２ 金属薄膜
３ 貫通孔
５ 基板孔
１０ 荷電粒子線用ステンシルマスク
１１、１５ レジスト
３０ メンブレン部
３１ 支持部
１１０ レジストパターン
１２０ 金属膜
１５０ 基板孔パターン

Claims (8)

1. 荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、シリコン基板の一方の面にレジストを塗布してレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンを被覆する金属膜を形成する工程と、
   前記レジストパターンが露出するまで前記金属膜を研磨して金属薄膜とする工程と、
   前記レジストを除去し前記金属薄膜に貫通孔を設ける工程と、
   前記シリコン基板の一部であって、前記貫通孔が形成された領域にある部分を除去する工程と、を、少なくとも含むことを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法。
2. 請求項１記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、前記レジストパターンを被覆する前記金属膜は、電解メッキあるいは無電解メッキのいずれか一方を、少なくとも含む方法により形成されることを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法。
3. 請求項１または２記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、電解研磨により、前記レジストパターンが露出するまで前記金属膜を研磨することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法。
4. 請求項１または２記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、化学的機械的研磨により、前記レジストパターンが露出するまで前記金属膜を研磨することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法。
5. 請求項１ないし４記載の荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法であって、アルカリ性溶液を用いたウェットエッチングあるいはフッ素系のガスを用いたドライエッチングのいずれか一方を、少なくとも含む方法により前記シリコン基板の一部を除去することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスクの製造方法。
6. シリコン基板と、
   前記シリコン基板の一方の面上に成膜され、開口パターンが形成された金属薄膜と、を少なくとも含む荷電粒子線用ステンシルマスク。
7. 請求項６記載の荷電粒子線用ステンシルマスクであって、前記金属薄膜は、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、カドミウム、すず、亜鉛、マンガンからなる群のうち、少なくとも１つ以上を含有することを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスク。
8. 請求項６または７記載の荷電粒子線用ステンシルマスクであって、前記開口パターンが形成された部分に、前記シリコン基板を貫通する基板孔が形成されていることを特徴とする荷電粒子線用ステンシルマスク。