JP4570913B2 - メインストラットと補助ストラットとを持つステンシルマスクおよびその製造方法 - Google Patents

メインストラットと補助ストラットとを持つステンシルマスクおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は電子ビームのような荷電粒子線(charged particle beam)を使用してリソグラフィ技術によってパターンを形成するのに使われるステンシルマスクおよびその製造方法に関し、特にストラットによって支持される薄膜メンブレンを使用するステンシルマスクおよびその製造方法に関する。
半導体集積回路素子が微細化されるにつれて光学系の解像度を向上させるためにX線、電子ビーム、またはイオンビームのような荷電粒子線を使用するリソグラフィ技術が開発されつつある。そのうち、電子ビームを利用してパターンを形成する電子ビーム転写型リソグラフィ技術は1μmまたはそれ以下の微細パターンが形成できるという利点があって、その技術を利用した多様なシステムおよびパターン形成方法が提案された(例えば、特許文献1参照)。
電子ビーム転写型リソグラフィ技術のうちEPL(Electron−Beam Proximity Projection Lithography)またはLEEPL(Low Energy EPL)ではステンシルマスクに形成された微細な開口を電子ビームが透過することによってレジスト上にパターンが転写される。
図1は、EPLまたはLEEPL技術で使われる通常的なステンシルマスク10の一部構成を概略的に図示した斜視図である。図1に図示されたように、通常のステンシルマスク10ではそれぞれ微細開口(図示せず)によってパターンが形成されている複数のメンブレン領域12が、パターンが存在していない境界領域によって区画されており、前記境界領域に対応する部分にはステンシルマスクの機械的強度を補強するための支持ストラット14が十字型に交差されたネットワーク形状に形成されている。
図2は、図1のステンシルマスク10の一部を拡大図示した断面図である。図2に図示されたように、メンブレン12には微細なパターンに対応する開口12aが形成されている。前記ステンシルマスク10上に電子ビーム20が照射されれば前記開口12aを電子ビームが通り抜けてウェーハ上のレジスト膜(図示せず)にパターンが転写される。
前記開口12aは前記メンブレン10をエッチングして形成されるものである。高集積化された次世代デバイス製造のための微細パターン、例えば0.1μm以下の微細パターンを形成せねばならない場合にはそのために前記開口12aを数十nmレベルの線幅を持つように形成する必要がある。ところで、前記開口12a形成のためのメンブレン12のエッチング工程を行うに当って所望のプロファイルの開口12aを精密に形成するためには前記開口12aのアスペクト比、すなわち、前記開口12aの直径に対するメンブレン12の厚さの比があまり大きくてはならない。したがって、極微細回路パターンを精密に形成するために前記開口12aのアスペクト比を適正レベルに維持する必要があり、そのために前記メンブレン12の厚さをなるべく薄く、例えば、約1μm以下、望ましくは500nm以下にせねばならない。
しかし、メンブレン12の厚さが薄くなればメンブレン12は容易に曲げられ、かつメンブレン12の内部で引張応力が発生してメンブレン12の変形または歪曲をもたらし、メンブレン12を通じて転写されるパターンの位置がずれるイメージ配置エラー(image placement error)が発生してしまう。
前記のような問題を解決するために多様な構造を持つマスクが提案されたが(例えば、特許文献2および3参照)、いままで提案されたマスクはほとんど通常のストラットを利用してメンブレン領域を支持する構造を持つものであって、そのような構造ではメンブレンの変形または歪曲によるイメージ配置エラーを防止するのに限界がある。
米国特許第5,831,272号公報 米国特許第6,261,726B1号公報 特開平15(2003)−59819号公報
本発明の目的は、ストラットによって限定されるメンブレン領域のサイズまたは縦横比の設定に制限を加えることなく、メンブレン領域内で内部応力の影響によってメンブレンが変形または歪曲されてイメージ配置エラーが発生したり、またはパターンの位置精密度が低下することを防止できる構造を持つステンシルマスクを提供することである。
本発明の他の目的は、メンブレン領域のサイズまたは縦横比による制約なしにメンブレン領域を集積回路の設計領域で素子構成に必要なパターン密度によって限定でき、比較的大きい面積のメンブレン領域内でもメンブレン領域内での内部応力変化によるメンブレンの変形または歪曲を防止することによってイメージ配置エラーを最小化し、かつパターンの位置精密度が低下することを防止できるステンシルマスクの製造方法を提供することである。
前記目的を達成するために本発明によるステンシルマスクは、メンブレン領域と前記メンブレン領域を限定する境界領域とを持つメンブレン形成用薄膜を含む。前記メンブレン領域は、荷電粒子線が透過できるように開口が形成されている複数のパターン領域およびそれら間に位置する非パターン領域を持つ。前記メンブレン形成用薄膜の境界領域上には前記メンブレン領域を支持できるようにメインストラットが形成されている。前記メンブレン領域内の非パターン領域には前記メンブレン領域が複数の分割メンブレン領域に分けられるように補助ストラットが形成されている。前記補助ストラットにより前記各分割メンブレン領域が支持される。
前記補助ストラットは前記メンブレン形成用薄膜を貫通して形成されている。
前記メンブレン形成用薄膜は前記メインストラットと対面している第1面とその反対側の第2面を持ち、前記補助ストラットは前記第2面を通じて露出されている表面を持つ。
また、前記補助ストラットは前記メンブレン形成用薄膜の第1面から前記第1面と直交する方向に第1長さだけ延びており、前記第1長さは前記メインストラットの長さより短い。
望ましくは、前記補助ストラットは前記メインストラットと一部重畳されるように前記境界領域上に延びている重畳部を持つ。
本発明によるステンシルマスクは、前記補助ストラットの少なくとも一部を覆っている保護膜をさらに含む。前記保護膜は前記補助ストラットの第1表面を除外した残りの表面を覆っている。
前記メンブレン形成用薄膜の境界領域と前記メインストラット間には酸化膜が介在されている。
前記補助ストラットはその内部が完全に充填されたカラム形状を持つ。
または、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされている。
前記補助ストラットは前記メンブレン領域がセルブロック単位で区分される複数の分割メンブレン領域に分けられるように前記非パターン領域に形成されている。
前記他の目的を達成するために本発明の第1態様によるステンシルマスクの製造方法では、荷電粒子線によって転写されるパターンを形成するための複数のパターン領域と、前記各パターン領域間に位置する非パターン領域をそれぞれ含む複数のメンブレン領域と、前記メンブレン領域を限定する境界領域とを含んで第1面およびその反対側の第2面を持つメンブレン形成用薄膜、前記メンブレン形成用薄膜に対面する第1面およびその反対側の第2面を持つ基板、そして前記メンブレン形成用薄膜の第1面と前記基板間に介在されている酸化膜を含む複合膜を備える。前記非パターン領域で前記メンブレン形成用薄膜の第2面から前記複合膜をエッチングしてトレンチを形成する。前記トレンチ内に支持膜を充填して補助ストラットを形成する。前記基板のうち前記メンブレン領域にある部分のみを除去して前記境界領域で前記メンブレン領域を支持するメインストラットを形成する。
前記メインストラットを形成する段階は前記補助ストラットが形成された後に行われる。
前記補助ストラットを形成する段階は、前記トレンチ内壁に保護膜を形成する段階と、前記保護膜上に前記支持膜を形成する段階と、を含む。
本発明の第1態様によるステンシルマスクの製造方法では、前記メンブレン領域のパターン領域に転写パターンが形成されるように前記メンブレン形成用薄膜を貫通する開口を形成する段階をさらに含む。
前記開口を形成する段階は前記補助ストラットおよびメインストラットが形成された後に行われるか、または前記補助ストラットおよびメインストラットを形成する前に行われる。
また、前記他の目的を達成するために本発明の第2態様によるステンシルマスクの製造方法では、基板、酸化膜およびシリコン薄膜が順次積層されたSOI(Silicon On Insulator)基板を備える。前記シリコン薄膜上に前記シリコン薄膜を一部露出させる第1マスクパターンを形成する。前記第1マスクパターンをエッチングマスクとしてシリコン薄膜、酸化膜および基板をエッチングしてトレンチを形成する。前記トレンチ内に支持膜を充填して補助ストラットを形成する。前記基板のうち前記酸化膜に対面する面の反対側面に第2マスクパターンを形成する。前記第2マスクパターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングして前記シリコン薄膜のメンブレン領域を限定するメインストラットを形成する。前記メンブレン領域で前記補助ストラットによって限定されるパターン領域内に転写パターンが形成されるように前記シリコン薄膜を貫通する開口を形成する。
また、前記他の目的を達成するために本発明の第3態様によるステンシルマスクの製造方法では、基板、酸化膜およびシリコン薄膜が順次積層されたSOI基板を備える。前記シリコン薄膜でパターン領域およびそれら間に位置する非パターン領域を持つ複数のメンブレン領域とそれらを限定する境界領域を予定する。前記パターン領域に転写パターンが形成されるように前記シリコン薄膜を貫通する開口を形成する。前記非パターン領域で前記シリコン薄膜を露出させるように前記開口が形成されたパターン領域および境界領域を覆う第1マスクパターンを形成する。前記第1マスクパターンをエッチングマスクとしてシリコン薄膜、酸化膜および基板をエッチングして前記非パターン領域にトレンチを形成する。前記トレンチ内に支持膜を充填して補助ストラットを形成する。前記基板のうち前記酸化膜に対面する面の反対側面に第2マスクパターンを形成する。前記第2マスクパターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングして前記境界領域に前記メンブレン領域を限定するメインストラットを形成する。
本発明によるステンシルマスクでは、メインストラットによって限定されるメンブレン領域内に多様な形態および配置を持つ補助ストラットが形成されている。したがって、メンブレン領域がメインストラットおよび補助ストラットによって支持される。本発明によるステンシルマスクは、半導体メモリ素子のセルアレイ領域のように局所的にパターンが密集されている領域をパターニングする時に特に効果的に使われる。すなわち、通常のストラット、すなわちメインストラットが支持する比較的大きいサイズのメンブレン領域内で、半導体メモリ素子のうちセルアレイ領域を除外した残りの領域でパターンが存在していない領域をメンブレン形態に残さず、その領域に補助ストラットを形成することによってメンブレン領域が比較的大きく限定された場合にもメンブレンが変形または歪曲されることを防止でき、それによりイメージ配置エラーが最小化でき、かつパターンの位置精密度が低下することが防止できる。
また、半導体メモリ素子またはロジック素子のレイアウトによって補助ストラットの配置とその幅および長さが多様に設計できてメインストラットの形態および配置、メンブレン領域のサイズおよび縦横比を制限しなくても多様なチップ設計に合致する注文型ステンシルマスクの製作が可能である。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
図3Aは、本発明の実施例1によるステンシルマスク100の要部構成を示す平面図であり、図3Bは、図3Aの背面図である。また、図3Cおよび図3Dは、それぞれ図3Aおよび図3BのIIIc−IIIc’線およびIIId−IIId’線断面図である。
図3Aないし図3Dを参照すれば、ステンシルマスク100はメンブレン形成用薄膜110を備え、このメンブレン形成用薄膜110は、複数のメンブレン領域110Aと、前記メンブレン領域110Aを限定する境界領域110Bとを備える。前記メンブレン領域110Aは、それぞれ前記メンブレン形成用薄膜110の境界領域110Bに形成されたメインストラット120によってその面積が限定される。例えば、前記メンブレン領域110Aは一つのチップ領域単位で構成される。前記メンブレン形成用薄膜100は前記メインストラット120と対面している第1面110Cとその反対側の第2面110Dとを持つ。図3Aには前記メンブレン形成用薄膜110の第1面110Cが示され、図3Bには前記メンブレン形成用薄膜の第2面110Dが示されている。
図3Cおよび図3Dに図示されたように、前記メンブレン形成用薄膜110の境界領域110Bと前記メインストラット120との間には酸化膜122が介在されている。
図3Bに図示されたように、前記メンブレン領域110Aは荷電粒子線、例えば電子ビームが透過できるように開口112が形成されている複数のパターン領域114およびそれら間に位置する非パターン領域116を持つ。前記非パターン領域116には、前記メンブレン領域110Aを前記パターン領域114に対応する複数の分割メンブレン領域110Aa、110Ab、110Ac、110Ad、110Ae、110Afに分けると共に前記各分割メンブレン領域110Aa、110Ab、110Ac、110Ad、110Ae、110Afを支持する補助ストラット130が形成されている。前記補助ストラット130によって支持される各分割メンブレン領域110Aa、110Ab、110Ac、110Ad、110Ae、110Af、すなわち、パターン領域114はそれぞれ半導体メモリ素子の単位セルパターンが密集されているセルブロック単位で構成される。半導体メモリ素子の場合、前記セルブロックは、それぞれ、約10〜100μmの距離だけ隔てられてセルアレイ形態に配列されており、前記各セルアレイは約100μm以上の幅を持つ周辺回路領域によって互いに隔てられている。前記メンブレン領域110Aが一つのセルアレイに対応して構成される場合、前記セルアレイ内で各セルブロック間に存在する離間距離は前記ステンシルマスク100のメンブレン領域110A内に位置する前記非パターン領域116の幅に対応し、したがって、前記非パターン領域116には約10〜100μmの幅を持つ補助ストラット130が形成される。また、それぞれのメンブレン領域110Aは約100μm以上の幅を持つ境界領域110Bによって隔てられる。ここで、前記メンブレン形成用薄膜110はシリコン膜よりなる。前記補助ストラット130は前記メンブレン形成用薄膜110と類似したストレス特性を持つ物質よりなることが望ましい。例えば、前記補助ストラット130はポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜またはそれらの組合わせよりなることが望ましい。実施例1では前記補助ストラット130はその内部が完全に充填されたカラム形状を持つ。
図3A、図3Bおよび図3Dで分かるように、前記補助ストラット130は前記メンブレン形成用薄膜110を貫通して形成され、したがって、前記補助ストラット130は前記メンブレン形成用薄膜110の第2面110Dを通じて露出される。また、前記補助ストラット130は前記メインストラット120と一部重畳されるように前記境界領域110B上に延びている重畳部130aを持つ。
前記補助ストラット130は前記メンブレン形成用薄膜110の第1面110Cから前記第1面110Cと直交する方向に第1長さLほど延びており、前記第1長さLは前記メインストラット120の長さLより短い。
前記補助ストラット130は、その表面のうち前記メンブレン形成用薄膜110の第2面110Dを通じて露出される部分を除いては保護膜132で覆われている。前記保護膜132は、前記補助ストラット130を先に形成してからメインストラット120を形成する時、エッチング工程中に前記補助ストラット130を保護するために形成するものである。例えば、前記補助ストラット130がポリシリコン膜で構成された場合、前記保護膜132はTi膜、TiN膜、シリコン窒化膜またはそれらの組合わせで構成することが望ましい。前記メインストラット120がシリコン膜で構成され、かつ前記補助ストラット130がTiN膜またはTi膜で構成された場合には前記メインストラット120と補助ストラット130間には十分なエッチング選択比が確保できるので前記保護膜132は省略されうる。
前記のように、本発明では前記メンブレン領域110Aがセルブロック単位で構成される複数のパターン領域114に対応する分割メンブレン領域110Aa、110Ab、110Ac、110Ad、110Ae、110Afに分けられており、各メンブレン領域110A内で各分割メンブレン領域110Aa、110Ab、110Ac、110Ad、110Ae、110Afは非パターン領域116に形成された補助ストラット130によって支持される。したがって、メインストラットの形態および配置、メンブレン領域のサイズおよび縦横比を制限する必要がない。また、通常のステンシルマスクの場合にはメンブレン領域が正方形格子形態に構成されるが、本発明によるメンブレン領域110Aは通常の正方形格子形態に限定される必要がなく、形成しようとする半導体素子のレイアウトによって多様な回路パターンに対応していろいろな形態を持つことができる。そして、半導体メモリ素子またはロジック素子のレイアウトによって補助ストラットの配置とその幅および長さを多様に設計できて多様なチップ設計に合致する注文型ステンシルマスクの製作が可能である。
図3Aないし図3Dに図示した実施例では前記補助ストラット130はその内部が完全に充填されたカラム形状を持つと説明したが、本発明によるステンシルマスクの構成はそれに限定されない。
図4Aないし図4Dは、本発明の第2実施例によるステンシルマスク200を説明するための図面であって、図4aはステンシルマスク200の要部を示した平面図であり、図4Bは図4Aの背面図である。また、図4Cおよび図4Dは、それぞれ図4Aおよび図4BのIVc−IVc’線およびIVd−IVd’線断面図である。
本発明の第2実施例によるステンシルマスク200の構成では、メンブレン形成用薄膜210のメンブレン領域210Aが複数の分割メンブレン領域210Aa、210Ab、210Ac、210Ad、210Ae、210Afに分けられ、前記各分割メンブレン領域210Aa、210Ab、210Ac、210Ad、210Ae、210Afを支持する補助ストラット230が“U”状断面を持つ。このような構成のために、前記補助ストラット230の表面のうち前記メンブレン形成用薄膜210を通じて露出されている表面の一部230aがリセスされている。前記補助ストラット230を除外した残りの構成は実施例1と同一である。
図5は、本発明によるステンシルマスク300のうちメインストラット320によって支持される各メンブレン領域312、314、316、318が多様な形態および配置を持つ補助ストラット330によって複数の分割メンブレン領域314a・314b、316a・316b・316c・316d、318a・318b・318c・318d・318e・318fに分割されて支持される構成を示す。前記補助ストラット330は必要に応じてラインパターン、またはラインアンドスペースパターンなどの多様な形態で構成できる。
図6Aないし図6Iは、本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程順序に従って図示した断面図である。
図6Aを参照すれば、この実施例1は、基板512、酸化膜514およびメンブレン形成用薄膜520が順次積層された複合膜500を備える。前記基板512がシリコン基板で構成されると共に前記メンブレン形成用薄膜520がシリコン薄膜で構成されるSOI基板は前記複合膜500として使用できる。
前記メンブレン形成用薄膜520は前記基板512に対面する第1面520aおよびその反対側の第2面520bを持つ。また、前記基板512は前記メンブレン形成用薄膜520に対面する第1面512aおよびその反対側の第2面512bを持つ。前記酸化膜514は前記メンブレン形成用薄膜520の第1面520aと前記基板512の第1面512a間に介在されている。
前記複合膜500のうちメンブレン形成用薄膜520上にシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜で構成されるハードマスク層532を形成し、前記ハードマスク層532上にフォトレジストパターン534を形成する。前記フォトレジストパターン534は約10〜100μmの範囲内で選択される多様な幅を持つ開口534aを通じて前記ハードマスク層532を露出させる。前記開口534aはラインパターンまたはラインアンドスペースパターンの形態を持つことができる。
図6Bを参照すれば、前記フォトレジストパターン534をエッチングマスクとして前記ハードマスク層532をエッチングして前記メンブレン形成用薄膜520を露出させるハードマスクパターン532aを形成する。次いで、前記ハードマスクパターン532aおよびフォトレジストパターン534をエッチングマスクとして前記メンブレン形成用薄膜520、酸化膜514および基板512をエッチングして前記基板512に約10〜100μmの範囲内で選択される多様な幅を持つトレンチ536a、536bを形成する。前記トレンチ536a、536bは前記基板512の総厚さより薄い深さを持つように形成される。
図6Cを参照すれば、前記フォトレジストパターン534を除去した後、前記トレンチ536a、536bの内壁および前記ハードマスクパターン532aの上面に保護膜540を形成し、前記保護膜540上に前記トレンチ536a、536bを充填する支持膜550を形成する。
前記保護膜540は後続工程で前記基板512をエッチングする時に前記支持膜550を保護するために形成するものであって、例えばTi膜、TiN膜、シリコン窒化膜、またはそれらの組合わせ膜よりなる。前記支持膜550は補助ストラットの形成に必要なものであって、例えば、ポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜、またはそれらの組合わせ膜よりなる。前記支持膜550がTiN膜、Ti膜、またはそれらの組合わせ膜よりなる場合、前記保護膜540は省略できる。
この時、前記トレンチ536aのようにその幅が比較的狭い場合には前記トレンチ536aの内部が前記支持膜550によって完全に充填され、前記トレンチ536bのようにその幅が比較的広い場合には前記トレンチ536b内部のうち一部のみ前記支持膜550で充填される。
図6Dを参照すれば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)またはエッチバック方法によって前記トレンチ536a、536b外部の支持膜550を除去して前記トレンチ536a、536b内部に補助ストラットを構成する支持膜パターン550a、550bを形成する。その結果、前記トレンチ536aでは前記トレンチ536a内部を完全に充填するカラム形状の支持膜パターン550aが形成され、前記トレンチ536bでは“U”状断面を持つようにその表面の一部550cがリセスされた支持膜パターン550bが得られる。
前記トレンチ536a、536b外部の支持膜550を除去するためにエッチバック方法を利用する場合には、前記支持膜パターン550bのリセスされた一部550cによって段差が形成された表面を保護するためにエッチバック工程を利用する前にFOX(Flowable Oxide)膜またはSOG(Spin On Glass)膜よりなる犠牲膜を前記支持膜550上に先に形成した状態でエッチバック工程を行った後、前記犠牲膜を再び除去する。
図6Eを参照すれば、前記基板512の第2面512b上にフォトレジストパターン560を形成する。前記フォトレジストパターン560は前記メンブレン形成用薄膜520に形成されるメンブレン領域を限定するように境界領域上に形成される。
図6Fを参照すれば、前記フォトレジストパターン560をエッチングマスクとして前記基板512をエッチングする。その結果、前記基板512のうち前記メンブレン形成用薄膜520のメンブレン領域522上にある部分のみ除去され、前記基板512のうち除去されずに残っている部分によって前記境界領域524上で前記メンブレン領域522を支持するメインストラット512aが形成される。
図6Gを参照すれば、前記フォトレジストパターン560を除去した後、前記ウェットまたはドライエッチング方法によって前記酸化膜514、前記保護膜540の露出部分および前記ハードマスクパターン532aを除去して平坦化工程を経て前記メンブレン形成用薄膜520の第2面520bを露出させる。その結果、複数のメンブレン領域522がメインストラット512aによって支持され、前記各メンブレン領域522の非パターン領域に形成された前記支持膜パターン550a、550bで構成される補助ストラットによって前記各メンブレン領域522が複数の分割メンブレン領域522a、522bに分けられ、前記各分割メンブレン領域522a、522bがそれぞれ前記支持膜パターン550a、550bで構成される補助ストラットによって支持される構造が得られる。前記分割メンブレン領域522a、522bはそれぞれ荷電粒子線によって転写されるパターンが形成されるパターン領域を構成する。ここで、前記支持膜パターン550a、550bで構成される補助ストラットは前記メンブレン形成用薄膜520の第1面520aからの延長長さLが前記メインストラット512aの長さLより短い。
図6Hを参照すれば、前記分割メンブレン領域522a、522bのパターン領域に荷電粒子線によって転写されるパターンを形成するために、まず、前記メンブレン形成用薄膜520の第2面520b上に前記分割メンブレン領域522a、522bの一部を露出させるフォトレジストパターン570を形成する。
図6Iを参照すれば、前記フォトレジストパターン570をエッチングマスクとして前記分割メンブレン領域522a、522bで前記メンブレン形成用薄膜520をエッチングして前記メンブレン形成用薄膜520を貫通する複数の開口526を形成する。
図7Aないし図7Iは、本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程順序に従って図示した断面図である。第2実施例は、補助ストラットを形成する前にメンブレン領域内部のパターン領域に転写パターンを形成するためにメンブレン形成用薄膜を貫通する開口を先に形成することを除いては実施例1とほぼ類似している。したがって、第2実施例によるステンシルマスクの製造方法では実施例1と対応する部分に関する詳細な説明は省略する。
図7Aを参照すれば、この第2実施例は、基板612、酸化膜614およびメンブレン形成用薄膜620が順次積層された複合膜600を備える。前記複合膜600がSOI基板で構成された場合、前記基板612はシリコン基板で構成され、前記メンブレン形成用薄膜620はシリコン薄膜で構成される。
その後、前記メンブレン形成用薄膜620にパターン領域およびそれら間に位置する非パターン領域を持つ複数のメンブレン領域と、それらを限定する境界領域とを形成する。前記パターン領域に転写パターンを形成するために、前記メンブレン形成用薄膜620上にフォトレジストパターン630を形成し、それをエッチングマスクとして前記メンブレン形成用薄膜620をエッチングして前記メンブレン形成用薄膜620を貫通する複数の開口626を形成する。
図7Bを参照すれば、前記フォトレジストパターン630を除去する。その後、前記開口626の内部およびメンブレン形成用薄膜620上にシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜で構成されるハードマスク層632を形成する。
図7Cを参照すれば、前記ハードマスク層632上にフォトレジストパターン634を形成する。前記フォトレジストパターン634は約10〜100μmの範囲内で選択される多様な幅を持つ開口を通じて前記ハードマスク層632を露出させる。前記フォトレジストパターン634をエッチングマスクとして前記ハードマスク層632をエッチングして前記メンブレン形成用薄膜620の非パターン領域を露出させると同時にパターン領域および境界領域を覆うハードマスクパターン632aを形成する。
図7Dを参照すれば、前記ハードマスクパターン632aおよびフォトレジストパターン634をエッチングマスクとして前記メンブレン形成用薄膜620、酸化膜614および基板612をエッチングして前記基板612に約10〜100μmの範囲内で選択される多様な幅を持つトレンチ636a、636bを形成する。前記トレンチ636a、636bは前記基板612の総厚さより薄い深さを持つように形成される。
図7Eを参照すれば、前記フォトレジストパターン634を除去した後、前記トレンチ636a、636bの内壁および前記ハードマスクパターン632aの上面に保護膜640を形成し、前記保護膜640上に前記トレンチ636a、636bを充填する支持膜650を形成する。
前記保護膜640は例えば、Ti膜、TiN膜、シリコン窒化膜、またはそれらの組合わせ膜よりなる。前記支持膜650は例えば、ポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜、またはそれらの組合わせ膜よりなる。前記支持膜650がTiN膜、Ti膜、またはそれらの組合わせ膜よりなる場合、前記保護膜640は省略できる。
この時、前記トレンチ636aのようにその幅が比較的狭い場合には前記トレンチ636aの内部が前記支持膜650によって完全に充填され、前記トレンチ636bのようにその幅が比較的広い場合には前記トレンチ636b内部のうち一部のみが前記支持膜650で充填される。
図7Fを参照すれば、CMPまたはエッチバック方法によって前記トレンチ636a、636bの外部の支持膜650を除去して前記トレンチ636a、636bの内部に補助ストラットを構成する支持膜パターン650a、650bを形成する。その結果、前記トレンチ636aでは前記トレンチ636aの内部を完全に充填するカラム形状の支持膜パターン650aが形成され、前記トレンチ636bではほぼ“U”状断面を持つようにその表面の一部650cがリセスされた支持膜パターン650bが得られる。
図7Gを参照すれば、前記基板612のうち前記メンブレン形成用薄膜620と対向する面の反対側の表面上にフォトレジストパターン660を形成する。前記フォトレジストパターン660は、前記メンブレン形成用薄膜620に形成されるメンブレン領域を限定する境界領域上に形成される。
図7Hを参照すれば、前記フォトレジストパターン660をエッチングマスクとして前記基板612をエッチングする。その結果、前記基板612のうち前記メンブレン形成用薄膜620のメンブレン領域622上にある部分のみ除去され、前記基板612のうち除去されずに残っている部分によって前記境界領域624上で前記メンブレン領域622を支持するメインストラット612aが形成される。前記フォトレジストパターン660は除去する。
図7Iを参照すれば、ウェットまたはドライエッチング方法によって前記酸化膜614、前記保護膜640の露出部分および前記ハードマスクパターン632aを除去して平坦化工程を経て前記メンブレン形成用薄膜620を露出させる。その結果、メンブレン領域622がメインストラット612aによって支持され、前記メンブレン領域622の非パターン領域に形成された前記支持膜パターン650a、650bで構成される補助ストラットによって前記メンブレン領域622が複数の分割メンブレン領域622a、622b、622c、622dに分けられ、前記各分割メンブレン領域622a、622b、622c、622dがそれぞれ前記支持膜パターン550a、550bで構成される補助ストラットによって支持される構造が得られる。前記分割メンブレン領域622a、622b、622c、622dはそれぞれ前記開口626によって形成される転写パターンが形成されたパターン領域を構成する。ここで、前記支持膜パターン650a、650bで構成される補助ストラットは、前記メンブレン形成用薄膜620の第1面620aからの延長長さLが前記メインストラット612aの長さLよりさらに短い。
以上、本発明を望ましい実施例を詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想および範囲内で当業者によっていろいろな変形および変更が可能である。
本発明は大規模の高集積LSI回路素子などを含む高集積化された多様な半導体素子の製造工程に適用できる。
従来技術によるステンシルマスクの一部構成を概略的に図示した斜視図である。 図1の一部を拡大図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの要部構成を示す平面図である。 図3Aの背面図である。 図3Aおよび図3BのIIIc−IIIc’線断面図である。 図3Aおよび図3BのIIId−IIId’線断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの要部構成を示す平面図である。 図4Aの背面図である。 図4Aおよび図4BのIVc−IVc’線断面図である。 図4Aおよび図4BのIVd−IVd’線断面図である。 本発明の第3実施例によるステンシルマスクでメインストラットによって支持される各メンブレン領域が多様な形態および配置を持つ補助ストラットによって分割されて支持される構成を示す平面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程順序を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の実施例1によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程順序によって図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。 本発明の第2実施例によるステンシルマスクの製造方法を説明するために工程を図示した断面図である。
符号の説明
612a メインストラット
614 酸化膜
620 メンブレン形成用薄膜
620a メンブレン形成用薄膜の第1面
622 メンブレン領域
622a、622b、622c、622d 分割メンブレン領域
624 境界領域
626 開口
632a ハードマスクパターン
640 保護膜
650a、650b 支持膜パターン

Claims (50)

  1. 荷電粒子線が透過できるように開口が形成されている複数のパターン領域およびそれら間に位置する非パターン領域を持つメンブレン領域と、
    前記メンブレン領域を限定する境界領域を含むメンブレン形成用薄膜と、
    前記メンブレン領域を支持できるように前記メンブレン形成用薄膜の境界領域上に形成されているメインストラットと、
    前記メンブレン領域が複数の分割メンブレン領域に分けられるように前記メンブレン領域内の非パターン領域に形成されて前記各分割メンブレン領域を支持する補助ストラットと、を含み、前記補助ストラットは前記メンブレン形成用薄膜を貫通して形成されたことを特徴とするステンシルマスク。
  2. 前記メンブレン形成用薄膜は前記メインストラットと対面している第1面とその反対側の第2面を持ち、
    前記補助ストラットは前記第2面を通じて露出されている表面を持つ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. 前記補助ストラットは前記メンブレン形成用薄膜の第1面から前記第1面と直交する方向に第1長さだけ延びており、前記第1長さは前記メインストラットの長さより短い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. 前記補助ストラットは前記メインストラットと一部重畳されるように前記境界領域上に延びている重畳部を持つことを特徴とする請求項1に記載のステンシルマスク。
  5. 前記メンブレン形成用薄膜はシリコン膜よりなり、
    前記補助ストラットはポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜またはそれらの組合わせよりな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。
  6. 前記補助ストラットの少なくとも一部を覆っている保護膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のステンシルマスク。
  7. 前記メンブレン形成用薄膜は前記メインストラットが形成されている第1面と、前記補助ストラットの第1表面を露出させる第2面とを持ち、
    前記保護膜は前記補助ストラットの第1表面を除外した残りの表面を覆っていることを特徴とする請求項に記載のステンシルマスク。
  8. 前記保護膜はTi膜、TiN膜、シリコン窒化膜またはそれらの組合わせよりなることを特徴とする請求項に記載のステンシルマスク。
  9. 前記メンブレン形成用薄膜の境界領域と前記メインストラット間に介在されている酸化膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のステンシルマスク。
  10. 前記補助ストラットはその内部が完全に充填されたカラム形状を持つことを特徴とする請求項1に記載のステンシルマスク。
  11. 前記メンブレン形成用薄膜は前記メインストラットと対面している第1面と、前記補助ストラットの第1表面を一部露出させる第2面とを持ち、
    前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスさ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。
  12. 前記補助ストラットは前記メンブレン領域がセルブロック単位で区分される複数の分割メンブレン領域に分けられるように前記非パターン領域に形成さ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。
  13. 荷電粒子線によって転写されるパターンを形成するための複数のパターン領域と、前記各パターン領域間に位置する非パターン領域をそれぞれ含む複数のメンブレン領域と、前記メンブレン領域を限定する境界領域とを含んで第1面およびその反対側の第2面を持つメンブレン形成用薄膜、前記メンブレン形成用薄膜に対面する第1面およびその反対側の第2面を持つ基板、そして前記メンブレン形成用薄膜の第1面と前記基板間に介在されている酸化膜を含む複合膜を備える段階と、
    前記非パターン領域で前記メンブレン形成用薄膜の第2面から前記複合膜をエッチングしてトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチ内に支持膜を充填して補助ストラットを形成する段階と、
    前記基板のうち前記メンブレン領域にある部分のみを除去して前記境界領域で前記メンブレン領域を支持するメインストラットを形成する段階と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
  14. 前記支持膜はポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜またはそれらの組合わせ膜よりなることを特徴とする請求項13に記載のステンシルマスクの製造方法。
  15. 前記補助ストラットがカラム形状を持つように前記支持膜は前記トレンチを完全に充填することを特徴とする請求項13に記載のステンシルマスクの製造方法。
  16. 前記支持膜は前記メンブレン形成用薄膜の第2面を通じて露出される第1表面を持ち、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされていることを特徴とする請求項13に記載のステンシルマスクの製造方法。
  17. 前記メインストラットを形成する段階は前記補助ストラットが形成された後に行われることを特徴とする請求項13に記載のステンシルマスクの製造方法。
  18. 前記補助ストラットを形成する段階は、
    前記トレンチ内壁に保護膜を形成する段階と、
    前記保護膜上に前記支持膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項13に記載のステンシルマスクの製造方法。
  19. 前記保護膜はTi膜、TiN膜、シリコン窒化膜またはそれらの組合わせ膜よりなることを特徴とする請求項18に記載のステンシルマスクの製造方法。
  20. 前記支持膜はポリシリコン膜よりなることを特徴とする請求項19に記載のステンシルマスクの製造方法。
  21. 前記補助ストラットがカラム形状を持つように前記支持膜は前記保護膜上で前記トレンチを完全に充填することを特徴とする請求項18に記載のステンシルマスクの製造方法。
  22. 前記支持膜は前記メンブレン形成用薄膜の第2面を通じて露出される第1表面を持ち、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされていることを特徴とする請求項18に記載のステンシルマスクの製造方法。
  23. 前記メインストラットを形成する段階は、前記メンブレン形成用薄膜が露出されるまで前記保護膜周囲の前記基板および酸化膜を除去する段階を含むことを特徴とする請求項18に記載のステンシルマスクの製造方法。
  24. 前記メンブレン領域のパターン領域に転写パターンが形成されるように前記メンブレン形成用薄膜を貫通する開口を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のステンシルマスクの製造方法。
  25. 前記開口を形成する段階は前記補助ストラットおよびメインストラットが形成された後に行われることを特徴とする請求項24に記載のステンシルマスクの製造方法。
  26. 前記開口を形成する段階は前記補助ストラットおよびメインストラットを形成する前に行われることを特徴とする請求項24に記載のステンシルマスクの製造方法。
  27. 基板、酸化膜およびシリコン薄膜が順次積層されたSOI基板を備える段階と、
    前記シリコン薄膜上に前記シリコン薄膜を一部露出させる第1マスクパターンを形成する段階と、
    前記第1マスクパターンをエッチングマスクとしてシリコン薄膜、酸化膜および基板をエッチングしてトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチ内に支持膜を充填して補助ストラットを形成する段階と、
    前記基板のうち前記酸化膜に対面する面の反対側面に第2マスクパターンを形成する段階と、
    前記第2マスクパターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングして前記シリコン薄膜のメンブレン領域を限定するメインストラットを形成する段階と、
    前記メンブレン領域で前記補助ストラットによって限定されるパターン領域内に転写パターンが形成されるように前記シリコン薄膜を貫通する開口を形成する段階と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
  28. 前記第1マスクパターンはハードマスクパターンと、前記ハードマスクパターンを覆うフォトレジストパターンとよりなることを特徴とする請求項27に記載のステンシルマスクの製造方法。
  29. 前記トレンチ形成段階では前記基板を前記基板の総厚さより薄い第1深さまでエッチングすることを特徴とする請求項27に記載のステンシルマスクの製造方法。
  30. 前記支持膜はポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜またはそれらの組合わせ膜よりなることを特徴とする請求項27に記載のステンシルマスクの製造方法。
  31. 前記補助ストラットがカラム形状を持つように前記支持膜は前記トレンチを完全に充填することを特徴とする請求項27に記載のステンシルマスクの製造方法。
  32. 前記支持膜は前記シリコン薄膜を通じて露出される第1表面を持ち、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされていることを特徴とする請求項27に記載のステンシルマスクの製造方法。
  33. 前記補助ストラットを形成する段階は、
    前記トレンチ内壁に保護膜を形成する段階と、
    前記保護膜上に前記支持膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項27に記載のステンシルマスクの製造方法。
  34. 前記保護膜はTi膜、TiN膜、シリコン窒化膜またはそれらの組合わせ膜よりなることを特徴とする請求項33に記載のステンシルマスクの製造方法。
  35. 前記支持膜はポリシリコン膜よりなることを特徴とする請求項34に記載のステンシルマスクの製造方法。
  36. 前記補助ストラットがカラム形状を持つように前記支持膜は前記保護膜上で前記トレンチを完全に充填することを特徴とする請求項33に記載のステンシルマスクの製造方法。
  37. 前記支持膜は前記シリコン薄膜を通じて露出される第1表面を持ち、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされていることを特徴とする請求項33に記載のステンシルマスクの製造方法。
  38. 基板、酸化膜およびシリコン薄膜が順次積層されたSOI基板を備える段階と、
    前記シリコン薄膜でパターン領域およびそれら間に位置する非パターン領域を持つ複数のメンブレン領域とそれらを限定する境界領域とを予定する段階と、
    前記パターン領域に転写パターンが形成されるように前記シリコン薄膜を貫通する開口を形成する段階と、
    前記非パターン領域で前記シリコン薄膜を露出させるように前記開口が形成されたパターン領域および境界領域を覆う第1マスクパターンを形成する段階と、
    前記第1マスクパターンをエッチングマスクとしてシリコン薄膜、酸化膜および基板をエッチングして前記非パターン領域にトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチ内に支持膜を充填して補助ストラットを形成する段階と、
    前記基板のうち前記酸化膜に対面する面の反対側面に第2マスクパターンを形成する段階と、
    前記第2マスクパターンをエッチングマスクとして前記基板をエッチングして前記境界領域に前記メンブレン領域を限定するメインストラットを形成する段階と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
  39. 前記第1マスクパターンはハードマスクパターンと、前記ハードマスクパターンを覆うフォトレジストパターンとよりなることを特徴とする請求項38に記載のステンシルマスクの製造方法。
  40. 前記トレンチ形成段階では前記基板を前記基板の総厚さより薄い第1深さまでエッチングすることを特徴とする請求項38に記載のステンシルマスクの製造方法。
  41. 前記支持膜はポリシリコン膜、TiN膜、Ti膜またはそれらの組合わせ膜よりなることを特徴とする請求項38に記載のステンシルマスクの製造方法。
  42. 前記補助ストラットがカラム形状を持つように前記支持膜は前記トレンチを完全に充填することを特徴とする請求項38に記載のステンシルマスクの製造方法。
  43. 前記支持膜は前記シリコン薄膜を通じて露出される第1表面を持ち、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされていることを特徴とする請求項38に記載のステンシルマスクの製造方法。
  44. 前記補助ストラットを形成する段階は、
    前記トレンチ内壁に保護膜を形成する段階と、
    前記保護膜上に前記支持膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項38に記載のステンシルマスクの製造方法。
  45. 前記保護膜はTi膜、TiN膜、シリコン窒化膜またはそれらの組合わせ膜よりなることを特徴とする請求項44に記載のステンシルマスクの製造方法。
  46. 前記支持膜はポリシリコン膜よりなることを特徴とする請求項45に記載のステンシルマスクの製造方法。
  47. 前記補助ストラットがカラム形状を持つように前記支持膜は前記保護膜上で前記トレンチを完全に充填することを特徴とする請求項44に記載のステンシルマスクの製造方法。
  48. 前記支持膜は前記シリコン薄膜を通じて露出される第1表面を持ち、前記補助ストラットが“U”状断面を持つように前記第1表面の一部がリセスされていることを特徴とする請求項44に記載のステンシルマスクの製造方法。
  49. メンブレン領域と、前記メンブレン領域を限定する境界領域とを含むメンブレン形成用薄膜と、
    前記メンブレン領域を支持できるように前記メンブレン形成用薄膜の境界領域上に形成されているメインストラットと、
    前記メンブレン領域が複数の分割メンブレン領域に分けられるように前記メンブレン領域内に形成されて前記各分割メンブレン領域を支持する補助ストラットと、を含み、前記補助ストラットは前記メンブレン形成用薄膜を貫通して形成されたことを特徴とするステンシルマスク。
  50. 前記メンブレン領域には複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項49に記載のステンシルマスク。
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