JP2010183044A - Stencil mask and electron beam exposure metho - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステンシルマスク及び電子線露光方法に関し、特に、耐熱性に優れたステンシルマスク及び電子線露光方法に関するものである。 The present invention relates to a stencil mask and an electron beam exposure method, and more particularly to a stencil mask and an electron beam exposure method having excellent heat resistance.
近年、半導体の製造プロセスにおいて露光光源に電子線を用いた電子線リソグラフィ技術が試作開発や準量産のデバイスに使われている。特に線幅２２ｎｍノード以降の先端リソグラフィでは、ＥＵＶやＡｒＦ液浸、ダブル露光といった方式ではマスクや露光装置の高騰が顕著になるため、少量品のプロセスには不向きであり電子線リソグラフィの適用が期待されている。 In recent years, electron beam lithography technology using an electron beam as an exposure light source in semiconductor manufacturing processes has been used for prototype development and semi-mass production devices. In particular, in advanced lithography with a line width of 22 nm and beyond, masks and exposure devices are soared in EUV, ArF immersion, and double exposure methods, so they are unsuitable for small-volume processes and are expected to be applied to electron beam lithography. Has been.
電子線リソグラフィでは、口径を数１０μｍ〜１０ｎｍに絞った電子ビームにより回路パターンの露光をおこなうため、フォトマスクによる光リソグラフィに比べてスループットが低い。そこで、スループット向上のために、回路パターンでよく使われる図形を抽出し、抽出したパターンを貫通パターンとして形成したステンシルマスクを用いた電子線リソグラフィが研究されており、このリソグラフィ法は部分一括露光法と呼ばれている。 In electron beam lithography, a circuit pattern is exposed by an electron beam whose aperture is narrowed to several tens of μm to 10 nm, so that the throughput is lower than that of optical lithography using a photomask. Therefore, in order to improve the throughput, electron beam lithography using a stencil mask in which a figure often used in a circuit pattern is extracted and the extracted pattern is formed as a through pattern has been studied. This lithography method is a partial batch exposure method. is called.
図９は、従来のステンシルマスクを示す概略上面図であり、図１０は、従来のステンシルマスクを示す概略断面図である。ステンシルマスクとは、シリコンのバルク領域３１内にメンブレンエッジ部３２で支持された自立薄膜（メンブレン）３３を有し、ステンシルパターン３４が形成されたマスクである。部分一括露光法では、メンブレン３３に入射した荷電粒子はメンブレン内に吸収もしくは散乱され、ステンシルパターン３４を通過した荷電粒子が被転写基板に到達してリソグラフィを行うことが可能である。 FIG. 9 is a schematic top view showing a conventional stencil mask, and FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a conventional stencil mask. The stencil mask is a mask having a self-supporting thin film (membrane) 33 supported by a membrane edge portion 32 in a silicon bulk region 31 and having a stencil pattern 34 formed thereon. In the partial batch exposure method, the charged particles incident on the membrane 33 are absorbed or scattered in the membrane, and the charged particles that have passed through the stencil pattern 34 reach the substrate to be transferred and can perform lithography.
また、部分一括露光を用いると加工精度のよいステンシルマスクを用いることで、従来の電子線露光と比較してスループットの向上だけではなく、斜めパターンのエッジラフネスや矩形パターンのコーナ部の矩形性をも改善することができる。 In addition, using partial stencil exposure not only improves throughput compared to conventional electron beam exposure, but also improves the edge roughness of diagonal patterns and the rectangularity of corners of rectangular patterns. Can also be improved.
部分一括露光法が可能な装置としてアドバンテスト社製のブロック露光装置があげられる。ブロック露光装置のステンシルマスクは、図１１に示すように、約５ｍｍ〜約６ｍｍのメンブレン領域３５内に直径４．５ｍｍの円周から成る電子線偏向領域３６を設けて、ブロックパターン領域３７と呼ばれるステンシルパターン群がその電子線偏向領域３６内に配置されている。そして、加速電圧５０ｋｅＶで放出された電子線を選択された任意のブロックパターンに照射し、通過した電子線が被転写基板にパターンを形成する（非特許文献１参照）。 A block exposure apparatus manufactured by Advantest Corporation can be cited as an apparatus capable of performing the partial batch exposure method. As shown in FIG. 11, the stencil mask of the block exposure apparatus is called a block pattern region 37 in which an electron beam deflection region 36 having a diameter of 4.5 mm is provided in a membrane region 35 of about 5 mm to about 6 mm. A stencil pattern group is disposed in the electron beam deflection region 36. Then, an electron beam emitted at an acceleration voltage of 50 keV is irradiated onto an arbitrary selected block pattern, and the passed electron beam forms a pattern on the substrate to be transferred (see Non-Patent Document 1).
本ブロックマスクでは、被転写基板にパターンを転写しない間、電子線を電子線偏向領域３６内のステンシルパターンがない領域に照射することが望まれる。しかしながらこの方法では、ステンシルマスクにより電子線を遮断するため、局所的な温度上昇やステンシルマスクの変形が問題となっていた。ステンシルマスクの温度上昇は、ステンシルマスクの変形だけでなく、ステンシルマスク上に形成した導電薄膜の膜質の変化や、突発的な温度上昇にともなうメンブレンの溶融などの問題を引き起こす。さらに、部分一括露光法ではスループットを向上させるため電流値を上げることが望まれており、電流値の上昇はステンシルマスクへ与える熱量の増加につながるため、今後、温度上昇の問題はますます顕著となる。 In this block mask, it is desirable to irradiate the electron beam deflection area 36 with no stencil pattern while the pattern is not transferred to the transfer substrate. However, in this method, since the electron beam is blocked by the stencil mask, local temperature rise and stencil mask deformation have been problems. The temperature rise of the stencil mask causes not only the deformation of the stencil mask, but also problems such as a change in the film quality of the conductive thin film formed on the stencil mask and a melting of the membrane accompanying a sudden temperature rise. Furthermore, in the partial batch exposure method, it is desired to increase the current value in order to improve the throughput, and since the increase in the current value will lead to an increase in the amount of heat given to the stencil mask, the problem of temperature increase will become more prominent in the future. Become.
このような問題に対して、例えば、特許文献１には、ブロックマスク上の複数の領域に電子線照射をしない間の電子線の待機場所を設けて、マスクダメージの損傷を分散する方法が開示されている(特許文献１参照)。しかしながらこの方法では、図１１で示されるように電子線照射は一般にメンブレン上であるため、マスクの温度上昇が非常に大きい。 For example, Patent Document 1 discloses a method for dispersing the damage caused by mask damage by providing a plurality of regions on the block mask with an electron beam standby place while not irradiating the electron beam. (See Patent Document 1). However, in this method, as shown in FIG. 11, since the electron beam irradiation is generally on the membrane, the temperature rise of the mask is very large.
ここで、電子線をメンブレン上に照射した場合の到達温度について有限要素法解析した結果を図１２に示す。この解析では、電子線の加速電圧を５０ｋｅＶ、メンブレンの厚さを１０μｍ、メンブレンサイズを５．５ｍｍ、電子線の照射エリアを３２０μｍ×３２０μｍとして、ステンシルマスクに流入する電流値を１０μＡ〜３０μＡまで増加させた場合について計算した。図１２において、横軸は電流値（μＡ）を示し、縦軸はメンブレン上の到達温度の最大値（℃）を示す。到達温度は、電子線の照射開始から６秒後の温度とし、最大値は電子線の照射エリアで発生している。 Here, FIG. 12 shows the result of the finite element analysis of the temperature reached when the membrane is irradiated with an electron beam. In this analysis, the electron beam acceleration voltage is 50 keV, the membrane thickness is 10 μm, the membrane size is 5.5 mm, the electron beam irradiation area is 320 μm × 320 μm, and the current value flowing into the stencil mask is increased from 10 μA to 30 μA. It was calculated for the case of letting it. In FIG. 12, the horizontal axis represents the current value (μA), and the vertical axis represents the maximum value (° C.) of the reached temperature on the membrane. The ultimate temperature is a temperature 6 seconds after the start of electron beam irradiation, and the maximum value is generated in the electron beam irradiation area.
なお、解析に用いたステンシルマスクの材料はＳｉとし、物性値として比熱１０３７Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度２３２０ｋｇ／ｍ３、熱伝導率は温度に依存し１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）まで変化するものとして計算をおこなった。また、電子線照射エリアへの熱の流入量は、（加速電圧）×（電流値）×（メンブレン内のエネルギー損失率）で決定される。 The material of the stencil mask used for the analysis is Si, the specific heat is 1037 J / (kg · K), the density is 2320 kg / m 3 , and the thermal conductivity is 15 W / (m · K) to 150 W / depending on the temperature. The calculation was performed on the assumption that it changed to (m · K). The amount of heat flowing into the electron beam irradiation area is determined by (acceleration voltage) × (current value) × (energy loss rate in the membrane).
図１２から分かるように、１６μＡ程度で到達温度は４００℃近くになり、３０μＡでは１０００℃を超えることが分かる。また、ステンシルパターンの配置によっては伝熱性が劣化し、実際には温度がさらに上昇する可能性がある。Ｓｉの融点は約１４００℃であるので、計算結果で１０００℃以上の温度上昇は危険であると言える。また、シリコンマスク上には金属スパッタによる導電膜を形成することが多いが、４００度の温度上昇はスパッタ膜の膜質に大きく影響し、メンブレンの変形や導電性の変化が顕著になる。このようなマスクの温度上昇による問題はスループットを上げるために電流値を増加させた場合、より顕著となることは図１２より明らかである。 As can be seen from FIG. 12, the reached temperature is close to 400 ° C. at about 16 μA, and exceeds 1000 ° C. at 30 μA. Further, depending on the arrangement of the stencil pattern, the heat transfer property may deteriorate, and the temperature may actually rise further. Since the melting point of Si is about 1400 ° C., it can be said that a temperature increase of 1000 ° C. or more is dangerous in the calculation results. In many cases, a conductive film is formed on the silicon mask by metal sputtering. However, a temperature increase of 400 degrees greatly affects the quality of the sputtered film, and the deformation of the membrane and the change in conductivity become remarkable. It is clear from FIG. 12 that the problem due to the temperature rise of the mask becomes more prominent when the current value is increased in order to increase the throughput.
また、温度は電子線の照射開始から数ｍｓｅｃ程度の非常に短い時間でほぼ一定温度に到達するため、特許文献１のように複数箇所の電子線待機領域に電子線を照射しても、メンブレンの到達温度に大きな変化はなく、メンブレンに与えるダメージを極端に低減させるものではない。 Further, since the temperature reaches a substantially constant temperature within a very short time of about several milliseconds from the start of electron beam irradiation, even if the electron beam standby regions are irradiated with electron beams as in Patent Document 1, the membrane There is no significant change in the temperature reached, and it does not extremely reduce the damage to the membrane.
本発明は、部分一括露光法において電子線を偏向領域内に待機させると同時に、ステンシルマスクの急激な温度上昇を起こすことなく、耐熱性に優れたステンシルマスク及び電子線露光方法を提供することである。 The present invention provides a stencil mask and an electron beam exposure method excellent in heat resistance without causing a rapid temperature rise of the stencil mask while simultaneously waiting an electron beam in the deflection region in the partial batch exposure method. is there.
本発明の請求項１に係る発明は、ステンシルパターンが形成されるメンブレン部材と、メンブレン部材を取り囲むバルク部材とからなるステンシルマスクにおいて、バルク部材は、メンブレン部材を保持する保持バルク領域と、メンブレン部材に隣接し照射する電子線を待機するための待機用バルク領域とを有することを特徴とするステンシルマスクとしたものである。 The invention according to claim 1 of the present invention is a stencil mask comprising a membrane member on which a stencil pattern is formed and a bulk member surrounding the membrane member. The bulk member includes a holding bulk region for holding the membrane member, and a membrane member. And a standby bulk region for waiting for an electron beam to be irradiated.
本発明の請求項２に係る発明は、保持バルク領域は長方形状の開口領域を有し、待機用バルク領域は開口領域の内辺に接して形成された長方形状の領域であることを特徴とする請求項１記載のステンシルマスクとしたものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is characterized in that the holding bulk region has a rectangular opening region, and the standby bulk region is a rectangular region formed in contact with the inner side of the opening region. The stencil mask according to claim 1 is provided.
本発明の請求項３に係る発明は、待機用バルク領域はステンシルマスクに照射される電子線の偏向領域と重なっ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としたものである。 The invention according to claim 3 of the present invention is the stencil mask according to claim 1, wherein the standby bulk region overlaps the deflection region of the electron beam irradiated to the stencil mask.
本発明の請求項４に係る発明は、電子線の偏向領域は直径Ｄの円周内にあり、ステンシルパターンを形成する領域が電子線の偏向領域内にあり、保持バルク領域の長方形の一辺の長さＬがＤよりも大きいこと特徴とする請求項２に記載のステンシルマスクとしたものである。 In the invention according to claim 4 of the present invention, the deflection region of the electron beam is in the circumference of the diameter D, the region for forming the stencil pattern is in the deflection region of the electron beam, and one side of the rectangle of the holding bulk region is The stencil mask according to claim 2, wherein the length L is larger than D.
本発明の請求項５に係る発明は、前記待機用バルク領域および前記ステンシルマスクに照射される電子線の偏向領域が重なる重複バルク領域の大きさが、電子線の照射領域と比較して、同程度もしくは大きいことを特徴とする請求項３記載のステンシルマスクとしたものである。 In the invention according to claim 5 of the present invention, the size of the overlapping bulk region where the standby bulk region and the deflection region of the electron beam irradiated to the stencil mask overlap is the same as that of the electron beam irradiation region. 4. The stencil mask according to claim 3, wherein the stencil mask is about or larger.
本発明の請求項６に係る発明は、ステンシルマスクを用いて被照射基板に対して電子線露光をおこなう際、電子線を被照射基板上に照射しない待機時間に、電子線をステンシルマスクのバルク領域上に照射することを特徴とする電子線露光方法としたものである。 In the invention according to claim 6 of the present invention, when electron beam exposure is performed on a substrate to be irradiated using a stencil mask, the electron beam is bulked in a stencil mask during a standby time during which the electron beam is not irradiated onto the substrate. The electron beam exposure method is characterized by irradiating the region.
本発明の請求項７に係る発明は、請求項１に記載のステンシルマスクであって、ステンシルマスクを用いて被照射基板に対して電子線露光をおこなう場合、電子線を被照射基板上に照射しない時間は、電子線の偏向領域内にある電子線待機用バルク領域上に電子線を照射させることを特徴とする電子線露光方法としたものである。 The invention according to claim 7 of the present invention is the stencil mask according to claim 1, and when the electron beam exposure is performed on the irradiated substrate using the stencil mask, the electron beam is irradiated onto the irradiated substrate. The time for not performing the electron beam exposure method is characterized in that an electron beam is irradiated onto an electron beam standby bulk region in the electron beam deflection region.
本発明によれば、部分一括露光法において電子線を偏向領域内に待機させると同時に、ステンシルマスクの急激な温度上昇を起こすことなく、耐熱性に優れたステンシルマスク及び電子線露光方法を提供することができる。 According to the present invention, a stencil mask and an electron beam exposure method excellent in heat resistance are provided without causing an abrupt temperature increase of the stencil mask while simultaneously waiting an electron beam in the deflection region in the partial batch exposure method. be able to.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description among the embodiments is omitted.
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを示す概略上面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクは、バルク領域５内にメンブレンエッジ部６で保持されるメンブレン領域を有している。メンブレン領域内には電子線偏向領域７内にステンシルパターン領域８が設けられており、ステンシルパターン領域８にはステンシルパターンが形成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic top view showing a stencil mask according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the stencil mask according to the first embodiment of the present invention has a membrane region held by a membrane edge portion 6 in a bulk region 5. A stencil pattern region 8 is provided in the electron beam deflection region 7 in the membrane region, and a stencil pattern is formed in the stencil pattern region 8.
また、メンブレンエッジ部６は、直径Ｄの円周内にある電子線偏向領域７よりも外側にある矩形領域Ｌ×Ｌ上に形成されるが、一部のメンブレンエッジ部６は矩形領域の内側であり、なおかつ、バルク領域５がステンシルパターン領域８を覆わないような位置に形成されている。そして、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクでは、このようにして形成された矩形領域の内側のバルク領域５を電子線待機用バルク領域９とし、電子線待機用バルク領域９と電子線偏向領域７とが重複するエリア１０を有している。 Further, the membrane edge portion 6 is formed on a rectangular region L × L outside the electron beam deflection region 7 within the circumference of the diameter D, but a part of the membrane edge portion 6 is inside the rectangular region. In addition, the bulk region 5 is formed at a position that does not cover the stencil pattern region 8. In the stencil mask according to the first embodiment of the present invention, the bulk region 5 inside the rectangular region formed in this way is used as the electron beam standby bulk region 9, and the electron beam standby bulk region 9 It has an area 10 where the electron beam deflection region 7 overlaps.
部分一括露光では、ステンシルパターン領域８内の任意のステンシルパターンを選択して電子線照射を行い、被露光基板に電子線を照射する。本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを用いれば、電子線照射を行っていない時間は、ステンシルパターン領域８以外の電子線偏向領域内に電子線を待機させる必要があるが、電子線待機用バルク領域９と電子線偏向領域７とが重複するエリア１０に電子線を待機させることでメンブレンの温度上昇は非常に小さくすることができる。 In partial collective exposure, an arbitrary stencil pattern in the stencil pattern region 8 is selected and irradiated with an electron beam, and the substrate to be exposed is irradiated with an electron beam. When the stencil mask according to the first embodiment of the present invention is used, it is necessary to wait the electron beam in the electron beam deflection region other than the stencil pattern region 8 during the time when the electron beam irradiation is not performed. By causing the electron beam to wait in the area 10 where the line standby bulk region 9 and the electron beam deflection region 7 overlap, the temperature rise of the membrane can be made extremely small.
ここで、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを用いて電子線を電子線待機用バルク領域９と電子線偏向領域７とが重複するエリア１０に照射した場合の到達温度について、有限要素法解析した結果を図２に示す。この解析では、電子線の加速電圧を５０ｋｅＶ、メンブレンの厚さを１０μｍ、メンブレンサイズ５．５ｍｍ、電子線の照射エリアを３２０μｍ×３２０μｍとして、ステンシルマスク上に流入する電流値を１０μＡ〜３０μＡまで増加させた場合について計算した。図２において、横軸は電流値（μＡ）を示し、縦軸はメンブレン上の到達温度の最大値（℃）を示す。図２に示すように、電子線の加速電圧が５０ｋｅＶの場合、ステンシルマスクに流入する電流値が３０μＡでさえ温度上昇は５５℃程度であり、通常のステンシルマスクよりも大幅に温度上昇を抑えられることは明らかである。 Here, regarding the ultimate temperature when the electron beam standby bulk region 9 and the electron beam deflection region 7 are irradiated with the electron beam using the stencil mask according to the first embodiment of the present invention, The result of the finite element method analysis is shown in FIG. In this analysis, the acceleration voltage of the electron beam is 50 keV, the thickness of the membrane is 10 μm, the membrane size is 5.5 mm, the irradiation area of the electron beam is 320 μm × 320 μm, and the current value flowing into the stencil mask is increased from 10 μA to 30 μA. It was calculated for the case of letting it. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the current value (μA), and the vertical axis indicates the maximum value (° C.) of the temperature reached on the membrane. As shown in FIG. 2, when the acceleration voltage of the electron beam is 50 keV, the temperature rise is about 55 ° C. even when the current value flowing into the stencil mask is 30 μA, and the temperature rise can be suppressed significantly compared to the normal stencil mask. It is clear.
図８は本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを用いて電子線を電子線待機用バルク領域１０に照射した場合において、バルク領域上の照射位置を変えたときのメンブレンの到達温度について、有限要素法解析した結果である。この解析では電子線の加速電圧を５０ｋｅＶ、メンブレンの厚さを１０μｍ、メンブレンサイズ５．５ｍｍ、電子線の照射エリアを３２０μｍ×３２０μｍ、ステンシルマスク上に流入する電流値を１６μＡとして、電子線の照射エリアとメンブレンエッジ部６までの距離を０から増加させた場合について計算した。図８に示すように、電子線の照射エリアとメンブレンエッジ部６までの距離が０の場合でも、メンブレン上の到達温度が約４８℃であり、通常のステンシルマスクに比べて温度上昇が大幅に抑えられていることが分かる。また、電子線の照射エリアをメンブレンエッジ部６から充分に離した場合（８４０μｍ）でもメンブレン上の温度が約３７℃にまで達する。 FIG. 8 shows the ultimate temperature of the membrane when the irradiation position on the bulk region is changed when the electron beam standby bulk region 10 is irradiated using the stencil mask according to the first embodiment of the present invention. Is the result of finite element analysis. In this analysis, the acceleration voltage of the electron beam is 50 keV, the membrane thickness is 10 μm, the membrane size is 5.5 mm, the irradiation area of the electron beam is 320 μm × 320 μm, and the current value flowing into the stencil mask is 16 μA. Calculation was performed for the case where the distance from the area to the membrane edge 6 was increased from zero. As shown in FIG. 8, even when the distance between the electron beam irradiation area and the membrane edge 6 is zero, the temperature reached on the membrane is about 48 ° C., and the temperature rise is significantly higher than that of a normal stencil mask. You can see that it is suppressed. Further, even when the electron beam irradiation area is sufficiently separated from the membrane edge portion 6 (840 μm), the temperature on the membrane reaches about 37 ° C.
重複バルク領域１０が大きくなると、その分だけステンシルパターン領域が小さくなり、スループットの低下に繋がってしまう。そのため電子線待機バルク領域９の大きさは、重複バルク領域１０が電子線の照射エリアと同等の大きさになるように設計することが望ましい。図１に示すように、電子線待機バルク領域９をメンブレンの左下隅に配置する場合、電子線待機バルク領域９を一辺１２．０ｍｍの正方形とすれば、直径４．５ｍｍの電子線偏向領域と重複する重複バルク領域１０内に一辺３２０μｍの電子線の照射エリアを確保できる。 When the overlapping bulk region 10 becomes larger, the stencil pattern region becomes smaller accordingly, leading to a reduction in throughput. Therefore, it is desirable that the size of the electron beam standby bulk region 9 is designed so that the overlapping bulk region 10 has the same size as the electron beam irradiation area. As shown in FIG. 1, when the electron beam standby bulk region 9 is arranged in the lower left corner of the membrane, if the electron beam standby bulk region 9 is a square with a side of 12.0 mm, an electron beam deflection region with a diameter of 4.5 mm An irradiation area of an electron beam having a side of 320 μm can be secured in the overlapping overlapping bulk region 10.
温度上昇の低減により、メンブレンの熱応力によるダメージ、突発的に大きなエネルギーの電子線が照射された際のメンブレン破壊、メンブレン上の導電膜構造の応力変化に伴うメンブレンの変形などが抑制されるため、電子線照射に対して非常に強いステンシルマスクを得ることができる。さらに、部分一括露光のスループットを向上するために電流値を大きくした場合、ステンシルマスク内へ流入するエネルギーが大きくなり、熱上昇が顕著になることが懸念されているが、本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクを用いれば温度上昇を抑制することができる。なおここで示した有限要素法による到達温度の計算結果は、バルク領域５の境界条件やステンシルマスクの材料であるＳｉの物性値などにより異なるが、本発明を限定するものではない。 Reduced temperature rise suppresses damage caused by thermal stress on the membrane, membrane breakage when suddenly irradiated with high-energy electron beams, and deformation of the membrane due to stress changes in the conductive film structure on the membrane. A stencil mask that is extremely strong against electron beam irradiation can be obtained. Further, there is a concern that when the current value is increased in order to improve the throughput of partial batch exposure, the energy flowing into the stencil mask increases and the heat rise becomes remarkable. If the stencil mask according to the embodiment is used, an increase in temperature can be suppressed. The calculation result of the reached temperature by the finite element method shown here varies depending on the boundary condition of the bulk region 5 and the physical property value of Si that is the material of the stencil mask, but does not limit the present invention.
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクについて説明する。なお、本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクについては、前述した本発明の第１の実施の形態に係るステンシルマスクと相違する構造を説明することにする。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクを示す概略上面図である。図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るステンシルマスクは、ステンシルパターン領域８以外の３箇所にバルク領域５を設けて、電子線待機用バルク領域９を増やしている。これにより、熱ダメージの影響を低減するだけでなく、メンブレン領域が狭くなるのでメンブレン剛性を高められる。メンブレンエッジ部６はステンシルパターン領域８に近いほどメンブレン剛性が高まるが、パターン不良の原因となる恐れもある。そこで、プロセスにも依存するが表裏アライメントメント露光の重ね精度を考慮して、メンブレンエッジ部６との距離を少なくとも３０μｍ以上あることが望ましい。
(Second Embodiment)
Next, a stencil mask according to a second embodiment of the present invention will be described. Note that, regarding the stencil mask according to the second embodiment of the present invention, a structure different from the stencil mask according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic top view showing a stencil mask according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the stencil mask according to the second embodiment of the present invention, bulk regions 5 are provided at three locations other than the stencil pattern region 8 to increase the electron beam standby bulk region 9. This not only reduces the influence of thermal damage, but also increases the membrane rigidity because the membrane region is narrowed. As the membrane edge portion 6 becomes closer to the stencil pattern region 8, the membrane rigidity increases, but it may cause a pattern defect. Therefore, although depending on the process, it is desirable that the distance from the membrane edge portion 6 is at least 30 μm or more in consideration of the overlay accuracy of front and back alignment exposure.
まず、図４（ａ）に示すように、厚さ１０μｍのシリコン活性層１１、厚さ１μｍの中間酸化膜１２、厚さ５２５μｍの支持シリコン基板１３からなる直径が１００ｍｍΦのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１４を用意した。支持シリコン基板１３は熱浴としての役割を果たすためできるだけ厚く、例えば８インチウエハの標準的な厚さである７２５μｍなどが望ましい。また、中間酸化膜１２の厚さは厚すぎると酸化膜の圧縮応力によるメンブレン破壊の原因となるため、ドライエッチングのエッチングストッパ層として十分な厚みである範囲で薄くすることが望ましい。 First, as shown in FIG. 4A, an SOI (Silicon on Insulator) having a diameter of 100 mmΦ, which includes a silicon active layer 11 having a thickness of 10 μm, an intermediate oxide film 12 having a thickness of 1 μm, and a supporting silicon substrate 13 having a thickness of 525 μm. A substrate 14 was prepared. The supporting silicon substrate 13 serves as a heat bath, and is preferably as thick as possible, for example, 725 μm, which is a standard thickness of an 8-inch wafer. In addition, if the thickness of the intermediate oxide film 12 is too thick, it may cause membrane breakdown due to the compressive stress of the oxide film. Therefore, it is desirable to make the thickness as thin as an etching stopper layer for dry etching.
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン活性層１１上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレ−ト系）の電子線感応性ポジレジスト１５（感度：３００μＣ／ｃｍ２）を１０００ｎｍの膜厚でスピンコート法により塗布した。 Next, as shown in FIG. 4B, a PMMA (polymethyl methacrylate-based) electron beam sensitive positive resist 15 (sensitivity: 300 μC / cm 2 ) is formed on the silicon active layer 11 to a thickness of 1000 nm. And applied by spin coating.
次に、図４（ｃ）に示すように、ポジレジスト１５上のステンシルパターン領域にステンシルパターンを電子線照射量が３００μＣ／ｃｍ２となるように電子線を露光し、同時に合わせ用レジストマーク１６を露光した。さらに、４−メチル−２−ペンタノンによる現像を施し、ステンシルレジストパターン１７を得た。 Next, as shown in FIG. 4C, the stencil pattern area on the positive resist 15 is exposed to an electron beam so that the electron beam irradiation amount is 300 μC / cm 2, and at the same time, the registration resist mark 16 is aligned. Was exposed. Further, development with 4-methyl-2-pentanone was performed to obtain a stencil resist pattern 17.
このときのＳＯＩ基板１４の上面図を図６に示す。図６に示すように、ステンシルレジストパターン１７はステンシルパターン領域８内に形成されており、本実施例では３×３のアレイ状に配置されている。 A top view of the SOI substrate 14 at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the stencil resist pattern 17 is formed in the stencil pattern region 8 and is arranged in a 3 × 3 array in this embodiment.
次に、図４（ｄ）に示すように、同レジストパターンをエッチングマスクにしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、中間酸化膜１２をエッチングストッパ層としてシリコン活性層１１の一部をエッチングし、酸素アッシングによるレジスト剥離を施した後、表裏合わせ用マークパターン１８及びステンシルパターン１９を得た。 Next, as shown in FIG. 4D, a part of the silicon active layer 11 using the intermediate oxide film 12 as an etching stopper layer by dry etching using a fluorocarbon mixed gas plasma with the resist pattern as an etching mask. After etching and removing the resist by oxygen ashing, a mark pattern 18 for back-to-back and a stencil pattern 19 were obtained.
次に、図５（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１４の支持シリコン基板１３の表面にフォトレジストをスピンコート法により塗布して厚さ５０μｍの感光層２０を形成し、フォトマスクを用いたパターン露光及び現像処理を行った後、メンブレン開口用レジストパターン２１を形成した。このとき、パターン露光時の基板とメンブレン開口用レジストパターンの露光用フォトマスクとの位置合わせは、表裏合わせ用マークパターン１８とフォトマスク上に予め形成されたアライメントマークを用いた。 Next, as shown in FIG. 5A, a photoresist is applied to the surface of the supporting silicon substrate 13 of the SOI substrate 14 by spin coating to form a photosensitive layer 20 having a thickness of 50 μm, and a photomask is used. After performing pattern exposure and development processing, a resist pattern 21 for membrane opening was formed. At this time, alignment of the substrate and the resist pattern for opening the membrane with the photomask for exposure of the resist pattern for opening the membrane was performed using alignment marks formed in advance on the front and back alignment mark pattern 18 and the photomask.
このときのＳＯＩ基板１４の上面図を図７に示す。図７に示すように、メンブレン開口用レジストパターン２１はＳＯＩ基板１４上に３×３個配列し、各パターンには電子線待機用バルク領域９を１箇所設けたものを形成している。各パターンにおける電子線待機用バルク領域９の個数は、１箇所だけでなく複数箇所であってもよく、本発明を限定するものではない。 A top view of the SOI substrate 14 at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 7, 3 × 3 membrane opening resist patterns 21 are arranged on the SOI substrate 14, and each pattern is provided with one electron beam standby bulk region 9. The number of the electron beam standby bulk regions 9 in each pattern may be not only one but also a plurality of places, and does not limit the present invention.
次に、図５（ｂ）に示すように、メンブレン開口用レジストパターン２１をエッチングマスクにしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、中間酸化膜１２をエッチングストッパ層として支持シリコン基板１３の一部をエッチングし、さらにＨＦ溶液に浸漬してドライエッチングにより露出した中間酸化膜１２を除去した。 Next, as shown in FIG. 5B, the supporting silicon substrate 13 with the intermediate oxide film 12 as an etching stopper layer is formed by dry etching using a fluorocarbon-based mixed gas plasma with the resist pattern 21 for opening the membrane as an etching mask. A portion of the intermediate oxide film 12 was etched and further immersed in an HF solution to remove the intermediate oxide film 12 exposed by dry etching.
次に、図５（ｃ）に示すように、酸素アッシングにより感光層２０を除去した後、ＳＯＩ基板１４のＲＣＡ洗浄を行った。 Next, as shown in FIG. 5C, after removing the photosensitive layer 20 by oxygen ashing, the RCA cleaning of the SOI substrate 14 was performed.
次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン活性層１１側及び支持シリコン基板１３側からスパッタリング法によりＰｔを堆積し、電子線照射時のチャージアップ防止として導電膜２２を形成した後、ステンシルマスク２３を得ることができた。 Next, as shown in FIG. 5D, after depositing Pt by sputtering from the silicon active layer 11 side and the supporting silicon substrate 13 side, and forming a conductive film 22 as a charge-up prevention during electron beam irradiation, A stencil mask 23 was obtained.
ここで、ステンシルマスクはブロック露光装置に搭載できるような大きさに切り出しておくことが望ましく、切り出す方法としてはスクライブラインを予め形成しておいて切り出す方法や、ダイサーを用いて切り出す方法がある。 Here, it is desirable to cut out the stencil mask to a size that can be mounted on a block exposure apparatus. As a cutting method, there are a method of cutting a scribe line in advance and a method of cutting using a dicer.
次に、作製したステンシルマスク２３をブロック露光装置に搭載し、ステンシルパターンの被露光基板への転写を行った。このとき、被露光基板へ電子線を照射しない間、電子線を電子線待機用バルク領域９に照射し、ステンシルマスク２３の温度上昇を抑えることができた。これにより、導電膜２２の膜質の変化の抑制、ステンシルマスク２３の変形の抑制を実現することができ、ステンシルマスク２３の熱耐性を大幅に高めることができた。 Next, the produced stencil mask 23 was mounted on a block exposure apparatus, and the stencil pattern was transferred to the substrate to be exposed. At this time, while the electron beam was not irradiated onto the substrate to be exposed, the electron beam was irradiated on the electron beam standby bulk region 9, and the temperature rise of the stencil mask 23 could be suppressed. As a result, it was possible to suppress the change in the film quality of the conductive film 22 and the deformation of the stencil mask 23, and to greatly improve the heat resistance of the stencil mask 23.
５…バルク領域、６…メンブレンエッジ部、７…電子線偏向領域、８…ステンシルパターン領域、９…電子線待機用バルク領域、１０…重複バルク領域、１１…シリコン活性層、１２…中間酸化膜、１３…支持シリコン基板、１４…ＳＯＩ基板、１５…ポジレジスト、１６…合わせ用レジストマーク、１７…ステンシルレジストパターン、１８…表裏合わせ用マークパターン、１９…ステンシルパターン、２０…感光層、２１…メンブレン開口用レジストパターン、２２…導電膜、２３…ステンシルマスク、３１…バルク領域、３２…メンブレンエッジ部、３３…メンブレン、３４…ステンシルパターン、３５…メンブレン領域、３６…電子線偏向領域、３７…ブロックパターン領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Bulk area | region, 6 ... Membrane edge part, 7 ... Electron beam deflection | deviation area | region, 8 ... Stencil pattern area | region, 9 ... Electron beam standby bulk area | region, 10 ... Overlapping bulk area | region, 11 ... Silicon active layer, 12 ... Intermediate oxide film , 13 ... supporting silicon substrate, 14 ... SOI substrate, 15 ... positive resist, 16 ... registration mark for alignment, 17 ... stencil resist pattern, 18 ... mark pattern for front and back, 19 ... stencil pattern, 20 ... photosensitive layer, 21 ... Membrane opening resist pattern, 22 ... conductive film, 23 ... stencil mask, 31 ... bulk region, 32 ... membrane edge, 33 ... membrane, 34 ... stencil pattern, 35 ... membrane region, 36 ... electron beam deflection region, 37 ... Block pattern area
Claims (7)
前記メンブレン部材を取り囲むバルク部材とからなるステンシルマスクにおいて、
前記バルク部材は、前記メンブレン部材を保持する保持バルク領域と、前記メンブレン部材に隣接し照射する電子線を待機するための待機用バルク領域とを有することを特徴とするステンシルマスク。 A membrane member on which a stencil pattern is formed;
In a stencil mask consisting of a bulk member surrounding the membrane member,
The stencil mask, wherein the bulk member has a holding bulk region for holding the membrane member and a standby bulk region for waiting for an electron beam to be irradiated adjacent to the membrane member.
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