JP2014041943A - ステンシルマスクおよびステンシルマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホルダセットなどといったハンドリングによる、チッピングに由来する異物の発生を極力抑えるステンシルマスクを提供することを目的とする。
【解決手段】ステンシルマスク６のバルクシリコン枠４上にシリコンメンブレン２が乗っていない保持領域７を設けることにより、接触することにより破損しやすいシリコンメンブレン２に触れることなく、ピンセット等で保持できるようにする。あるいは、バルクシリコン枠４の外形部のコーナー部を丸める、もしくは鈍角にすることにより、ホルダとの接触によるコーナー部のチッピングを抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体製造に用いられる、荷電ビームによる投影露光を行うステンシルマスクに関する。

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ー技術が使われている。特に線幅２２ｎｍノード以降では、ＥＵＶやＡｒＦ液浸、ダブル露光といったリソグラフィー方式ではマスクや露光装置のコスト高騰が顕著になり、少量品のプロセスには不向きであるといえる。そのため、先端品の試作開発や準量産のデバイスに電子線リソグラフィーの適用が期待されている。

電子線リソグラフィーに用いる荷電ビーム描画装置では、荷電ビームを所望の形状に成形するため、電子線を照射する電子銃と被転写基板との間に複数枚のステンシルマスクを配置させている。

図１および図２にステンシルマスクの一例を示す。図１（ａ）はステンシルマスクの上面図、図１（ｂ）はステンシルマスクの断面図、図２はステンシルマスクの斜視図である。ステンシルマスク６は一般的に、バルクシリコン枠４に酸化シリコン膜３を介して支持されたシリコンの自立薄膜（シリコンメンブレン）２に荷電ビームが通過する開口パターン１を形成した構造になっている。シリコンメンブレン２に入射した荷電ビーム５はシリコンメンブレン２内に吸収もしくは散乱され、開口パターン１を通過した荷電ビーム５が被転写基板に到達してリソグラフィーをおこなうことが可能である。

ステンシルマスクは、バルクシリコン、酸化シリコン膜、シリコンメンブレンの順に積層された、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の、バルクシリコンおよびシリコンメンブレンをそれぞれ加工して作製される。ステンシルマスクの外形は、ＳＯＩ基板の外形をそのまま用いたラウンド形状の場合もあるが、多くは一辺が１０ミリメートルから１００ミリメートルの矩形状に切り出される。矩形状に切り出されたステンシルマスクは、マスクホルダに装着して描画装置に搭載される。

ＳＯＩ基板から矩形状のチップを切り出すには、バルクシリコンおよびシリコンメンブレンをそれぞれ加工する工程において、ＳＯＩ基板からチップを切り離すための断裁ラインを同時に形成する方法が有効である。断裁ラインは、その内側の終端部が所望のチップ外形となるように設定されたドーナツ形状であり、断裁ラインと開口パターンを同一のリソグラフィー工程により一度に処理することにより、チップ外形に対する開口パターンの相対的な位置精度を高精度に保つことができる。

断裁ラインの外形は、一般的にシリコンメンブレン側とバルクシリコン枠側でほぼ同じ大きさに設定されるが、特許文献１に記載の方法によれば、加工後に切り出されるステンシルマスクのシリコンメンブレンをバルクシリコン枠より１０〜２０μｍ外側に突き出すことにより、マスクホルダへ装着する際の位置精度を高めることができる。

特開２０１２−０７９８５３

しかしながら、切り出したステンシルマスクをピンセットなどで保持しながらマスクホルダへ装着する過程で、マスク端面からシリコン片が欠け、欠けたシリコン片がシリコンメンブレンに加工された開口パターンの上に乗る、あるいは開口パターンの中に入ることにより、転写像にパターン不良が発生することがある。また、欠けたシリコン片が開口パターンに掛からない位置にあった場合でも、電子線をステンシルマスクに照射した際に、シリコン片が帯電することで、開口パターンに掛かる位置までシリコン片が移動して、パターン不良を発生することがある。

切り出してホルダ装着などのハンドリングを行ったステンシルマスクを調査したところ、ピンセットで保持した部分の至近にあるシリコンメンブレンのエッジ（図２の点線）、あるいはシリコンメンブレンおよびバルクシリコン枠のコーナー（図２の破線）に、シリコンの欠損が確認された。図２の点線部分の欠損は、ピンセットでステンシルマスクを保持する際の、ピンセットがシリコンメンブレンのエッジに接触することによるチッピングと推察される。また、図２の破線部分の欠損は、マスクホルダに装着する際、ステンシルマスクのエッジやコーナーがホルダと接触することによるチッピングと推察される。

上述の課題を解決するために、チッピングの発生を極力抑えるステンシルマスクの検討を行った。

請求項１に記載の本発明は、荷電ビームによる投影露光に用いられるステンシルマスクであって、前記荷電ビームが通過する開口パターンが中央に設けられたシリコンメンブレンと、酸化シリコン膜を介して前記シリコンメンブレンを支持するバルクシリコン枠と、を備え、前記シリコンメンブレンの外周は前記バルクシリコン枠の外周よりも小さく、前記シリコンメンブレンの外周に前記ステンシルマスク保持用の器具が配置される保持領域が形成されていることを特徴とするステンシルマスクである。
請求項２に記載の本発明は、前記保持領域は、前記シリコンメンブレンの外周全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスクである。
請求項３に記載の本発明は、前記保持領域は、前記シリコンメンブレンの外周の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスクである。
請求項４に記載の本発明は、前記シリコンメンブレンおよび前記バルクシリコン枠の形状は矩形であり、前記バルクシリコン枠の外周の角部は曲率半径０．１〜４．０ｍｍの丸みを帯びていることを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスクである。
請求項５に記載の本発明は、前記シリコンメンブレンおよび前記バルクシリコン枠の形状は五角形以上の多角形であることを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスクである。
請求項６に記載の本発明は、荷電ビームが通過する開口パターンが中央に設けられたシリコンメンブレンと、酸化シリコン膜を介して前記シリコンメンブレンを支持するバルクシリコン枠と、を備え、前記荷電ビームによる投影露光に用いられるステンシルマスクの製造方法であって、前記バルクシリコン枠、前記酸化シリコン膜および前記シリコンメンブレンが積層されたＳＯＩ基板の前記シリコンメンブレン側の表面に、前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインのレジストパターンおよび前記開口パターンのレジストパターン形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとしてドライエッチングをおこない、前記シリコンメンブレンに前記開口パターンおよび前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインを形成する工程と、前記シリコンメンブレン上に保護膜を形成するとともに、前記ＳＯＩ基板の前記バルクシリコン枠側の表面に、前記バルクシリコン枠の内周側断裁ラインおよび外周側断裁ラインの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マスクとしてドライエッチングをおこない、前記バルクシリコン枠に前記バルクシリコン枠の内部空間および前記バルクシリコン枠の外周側断裁ラインを形成する工程と、前記バルクシリコン枠の外周側断裁ラインに沿って前記酸化シリコン膜を切断するとともに、前記保護膜を除去する工程と、を含み、前記バルクシリコン枠の内周側断裁ラインは、前記開口パターンの外側かつ前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインの内側に形成され、前記バルクシリコン枠の外周側断裁ラインは、前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインの外側に形成されることを特徴とするステンシルマスクの製造方法である。

本発明のステンシルマスクおよびステンシルマスクの製造方法によれば、ホルダ装着などのハンドリングによるチッピングの発生を抑制し、パターン不良の発生率を引き下げ、製造歩留りを上昇させることができる。

従来技術にかかるステンシルマスクの構成を示す説明図である。 従来技術にかかるステンシルマスクの斜視図である。 本発明にかかる保持領域を有するステンシルマスクの一例を示す構成図である。 本発明にかかるバルクシリコン枠外形のエッジを丸めたステンシルマスクの構成図である。 本発明にかかるバルクシリコン枠外形から９０°以下のコーナーが出ないようにしたステンシルマスクの構成図である。 本発明にかかるステンシルマスクの製造方法を説明するための説明図である。 本発明にかかるステンシルマスクの製造方法を説明するための説明図である。 本発明にかかるステンシルマスクの製造方法を説明するための説明図である。 本発明にかかるステンシルマスクの製造方法を説明するための説明図である。 本発明にかかるステンシルマスクの製造方法を説明するための説明図である。

以下本発明の実施の形態につき説明する。

本発明にかかるステンシルマスクは、荷電ビームによる投影露光に用いられるステンシルマスクであって、荷電ビームが通過する開口パターンが中央に設けられたシリコンメンブレンと、酸化シリコン膜を介してシリコンメンブレンを支持するバルクシリコン枠と、を備え、シリコンメンブレンの外周はバルクシリコン枠の外周よりも小さく、シリコンメンブレンの外周にステンシルマスク保持用の器具が配置される保持領域が形成されている。これにより、接触により破損しやすいシリコンメンブレンを触ることなくピンセット等で保持し、ハンドリングできるようにしたものである。

図３に、保持領域７を付加したステンシルマスクの一例を示す。なお、図３〜図５において、保持領域７以外の符号は、図１および図２と同様である。保持領域７は、図３（ａ）のようにシリコンメンブレン２の外周全周にわたって設けても良いし、図３（ｃ）のようにシリコンメンブレン２の外周の一部（シリコンメンブレン２外周の一部だけくりぬいたような構造）に設けてもよい。保持領域７の広さは、ステンシルマスク６の大きさにも依存するが、ピンセット等で保持することを考慮し、２〜５ｍｍ四方の正方形より大きいことが望ましい。

また、このようなステンシルマスクにおいて、シリコンメンブレン面と垂直方向に形成されたバルクシリコン枠の外形をなすエッジを丸めるように形成してもよい。より詳細には、シリコンメンブレンおよびバルクシリコン枠の形状が矩形のステンシルマスクにおいて、バルクシリコン枠の外周の角部は曲率半径０．１〜４．０ｍｍの丸みを帯びているようにしてもよい。これにより、ステンシルマスクをマスクホルダに装着する際に、ホルダと接触することによるバルクシリコン枠のチッピングを抑制することができる。

図４に、バルクシリコン枠の外形をなすエッジを丸めたステンシルマスクの一例を示す。丸める際の曲率半径は１００μｍ以上のなるべく大きい値が望ましいが、開口パターン１を入れられるステンシルマスク６上の領域がその分狭まってしまうため、それらを考慮して決める必要がある。なお、１００μｍ未満の曲率半径を形成するのは一般的なドライエッチングの手法では難しく、かえって角が立つようないびつな形になることが多いため、除外する。

また、このようなステンシルマスクにおいて、シリコンメンブレンおよびバルクシリコン枠の形状を五角形以上の多角形にしてもよい。すなわち、バルクシリコン枠４の外形から９０°以下のコーナーが出ないようにし、ハンドリングなどによりチッピングのしやすい外形コーナーが形成されないようにしたものである。

図５に、バルクシリコン枠外形から９０°以下のコーナーが出ないようにしたステンシルマスクの一例を示す。多角形の角が全て９０°を超える、とした場合、ステンシルマスク６の外形は必然的に五角形以上となる。図５では矩形の四隅を落とした八角形の形状をなしているが、バルクシリコン枠外形から９０°以下のコーナーが出ないようにした範囲で、さらに角を増やしても差し支えない。また、それぞれのコーナーを丸めて図４に示したような形状にすると、よりチッピングを抑制することができる。

以下、本発明にかかるステンシルマスクの製造方法について説明する。本発明にかかるステンシルマスクの製造方法は、荷電ビームが通過する開口パターンが中央に設けられたシリコンメンブレンと、酸化シリコン膜を介してシリコンメンブレンを支持するバルクシリコン枠と、を備え、荷電ビームによる投影露光に用いられるステンシルマスクの製造方法であって、バルクシリコン、酸化シリコン膜およびシリコンメンブレンが積層されたＳＯＩ基板のシリコンメンブレン側の表面に、シリコンメンブレンの外周断裁ラインのレジストパターンおよび開口パターンのレジストパターン形成する工程と、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングをおこない、シリコンメンブレンに開口パターンおよびシリコンメンブレンの外周断裁ラインを形成する工程と、シリコンメンブレン上に保護膜を形成するとともに、ＳＯＩ基板のバルクシリコン枠側の表面に、バルクシリコン枠の内周側断裁ラインおよび外周側断裁ラインのレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングをおこない、バルクシリコン枠にバルクシリコン枠の内部空間およびバルクシリコン枠の外周側断裁ラインを形成する工程と、バルクシリコン枠の外周側断裁ラインに沿って酸化シリコン膜を切断するとともに、保護膜を除去する工程と、を含み、バルクシリコン枠の内周側断裁ラインは、開口パターンの外側かつシリコンメンブレンの外周断裁ラインの内側に形成され、バルクシリコン枠の外周側断裁ラインは、シリコンメンブレンの外周断裁ラインの外側に形成される。

以下の実施例では、外形が一辺２０ｍｍの正方形であるステンシルマスクを例にとる。
まず、バルクシリコン１９、酸化シリコン膜３およびシリコンメンブレン２が積層されたＳＯＩ基板の２０μｍ厚のシリコンメンブレン２上に、ポジ型電子線レジストＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を塗布し、１．５μｍ厚の感光層２０を形成した。次に、描画開口パターン１とシリコンメンブレン２側の断裁ラインパターンを電圧５０ｋＶの可変成型方式の電子線描画装置にて感光層２０に電子ビーム描画して、ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）にて現像を行い、乾燥して、開口パターン１（図７参照）のレジストパターン１１およびシリコンメンブレン側断裁ラインのレジストパターン１２を形成した（図６参照）。シリコンメンブレン側断裁ラインのレジストパターン１２は、幅３．５ｍｍのドーナツ形状で、くり貫かれる内側が一辺１５ｍｍの正方形となるように設計されている。これは、バルクシリコン枠側の断裁ラインが幅１ｍｍ程度必要なため、保持領域７（図１０参照）としてさらに外周２．５ｍｍを確保できるよう、シリコンメンブレン側の断裁ラインを太くしたためである。

次に、フッ素系のガスを用いたドライエッチング装置により、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、シリコンメンブレン２に開口パターン１とシリコンメンブレン側断裁ライン１３を形成した。（図７参照）。

次に、開口パターン１およびシリコンメンブレン側断裁ライン１３が形成されたシリコンメンブレン２上に保護膜１４を形成した。さらに、もう一方のバルクシリコン枠４上にシリコンメンブレン開口を形成するレジストパターン１５およびバルクシリコン枠側断裁ラインのレジストパターン１６をフォトリソグラフィにより形成した（図８参照）。バルクシリコン枠側断裁ラインは、幅１ｍｍのドーナツ形状で、くり貫かれる内側が一辺２０ｍｍの正方形となるように設計されている。また、内側の一辺２０ｍｍの正方形の四隅をそれぞれ曲率半径１ｍｍで丸めている。

次に、フッ素系のガスを用いたドライエッチング装置により、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、バルクシリコン枠４上にシリコンメンブレン境界１７およびバルクシリコン枠側断裁ライン１８を形成した（図９参照）。断裁ラインの丸みを忠実に再現するためには、ドライエッチングのような異方性エッチング工程が含まれるエッチング方式が望ましい。

最後に、断裁ラインに沿ってＳＯＩ基板からチップを切り出し、酸化膜、保護膜１４及びレジストパターンを剥離処理することにより、シリコンメンブレン側に保持領域７を有し、かつシリコンメンブレン面に垂直なバルクシリコン枠のエッジを丸めた、本発明の製造方法によるステンシルマスク６を得た（図１０参照）。

本発明のステンシルマスクおよびステンシルマスクの製造方法は、ホルダ装着などのハンドリングによるチッピングの発生を抑制し、異物欠陥によるパターン不良の少ない、高性能なステンシルマスクの製造に利用できる。

１…開口パターン、２…自立薄膜（シリコンメンブレン）、３…酸化シリコン膜、４…バルクシリコン枠、５…荷電ビーム、６…ステンシルマスク、７…保持領域、１１…開口のレジストパターン、１２…シリコンメンブレン側断裁ラインのレジストパターン、１３…シリコンメンブレン側断裁ライン、１４…保護膜、１５…シリコンメンブレン開口のレジストパターン、１６…バルクシリコン枠側断裁ラインのレジストパターン、１７…シリコンメンブレン開口、１８…バルクシリコン枠側断裁ライン、１９……バルクシリコン、２０……感熱層

Claims (6)

1. 荷電ビームによる投影露光に用いられるステンシルマスクであって、
   前記荷電ビームが通過する開口パターンが中央に設けられたシリコンメンブレンと、
   酸化シリコン膜を介して前記シリコンメンブレンを支持するバルクシリコン枠と、を備え、
   前記シリコンメンブレンの外周は前記バルクシリコン枠の外周よりも小さく、前記シリコンメンブレンの外周に前記ステンシルマスク保持用の器具が配置される保持領域が形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
2. 前記保持領域は、前記シリコンメンブレンの外周全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク。
3. 前記保持領域は、前記シリコンメンブレンの外周の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク。
4. 前記シリコンメンブレンおよび前記バルクシリコン枠の形状は矩形であり、
   前記バルクシリコン枠の外周の角部は曲率半径０．１〜４．０ｍｍの丸みを帯びていることを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスク。
5. 前記シリコンメンブレンおよび前記バルクシリコン枠の形状は五角形以上の多角形であることを特徴とする請求項１または２に記載のステンシルマスク。
6. 荷電ビームが通過する開口パターンが中央に設けられたシリコンメンブレンと、酸化シリコン膜を介して前記シリコンメンブレンを支持するバルクシリコン枠と、を備え、前記荷電ビームによる投影露光に用いられるステンシルマスクの製造方法であって、
   前記バルクシリコン枠、前記酸化シリコン膜および前記シリコンメンブレンが積層されたＳＯＩ基板の前記シリコンメンブレン側の表面に、前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインのレジストパターンおよび前記開口パターンのレジストパターン形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクとしてドライエッチングをおこない、前記シリコンメンブレンに前記開口パターンおよび前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインを形成する工程と、
   前記シリコンメンブレン上に保護膜を形成するとともに、前記ＳＯＩ基板の前記バルクシリコン枠側の表面に、前記バルクシリコン枠の内周側断裁ラインおよび外周側断裁ラインの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マスクとしてドライエッチングをおこない、前記バルクシリコン枠に前記バルクシリコン枠の内部空間および前記バルクシリコン枠の外周側断裁ラインを形成する工程と、
   前記バルクシリコン枠の外周側断裁ラインに沿って前記酸化シリコン膜を切断するとともに、前記保護膜を除去する工程と、を含み、
   前記バルクシリコン枠の内周側断裁ラインは、前記開口パターンの外側かつ前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインの内側に形成され、前記バルクシリコン枠の外周側断裁ラインは、前記シリコンメンブレンの外周断裁ラインの外側に形成されることを特徴とするステンシルマスクの製造方法。

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