JP4649780B2 - Stencil mask, manufacturing method thereof and exposure method - Google Patents

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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ステンシルマスク、その製造方法、及び露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
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きた。例えば、電子線部分一括露光や電子線ステッパー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。
【0003】
これらのうち、電子線を用いる露光法として、電子線を用いて等倍露光を行う方法が、特許第2951947号公報において提案されている。この方法は、従来の電子線を用いる露光法に比べて、電子ビームの加速電圧が20分の1であるという特徴を有する。
【0004】
等倍露光用に用いられるステンシルマスクでは、マスクパターンの加工精度が重要である。特に、マスクの膜厚とマスクパターンの線幅(電子ビームの透過孔の径)との比であるアスペクト比が問題となる。マスクパターンは、ドライエッチングにより加工されるが、アスペクト比は、通常、10程度である。従って、例えば、線幅100nmのパターンを形成するには、マスクの膜厚は、1μm程度が限界となる。
【0005】
そこで、上述の特許第2951947号公報では、単結晶シリコンからなるステンシルマスクにおいて、厚さ0.2μm乃至1.0μmとすることが開示されている。しかし、この特許公報には、このような単結晶シリコンからなるステンシルマスクの製造方法については、何ら記載されていない。
【0006】
通常、ステンシルマスクを構成する薄膜の材質として単結晶シリコンを用いる場合、薄膜を支えてマスクの平面性を維持するために、基板が必要である。この基板としては、加工性や入手容易性の点から、単結晶シリコンが用いられている。そして、エッチングにより薄膜の微細加工を行うため、2枚の単結晶シリコン基板によりシリコン酸化膜を挟んだ構造のSOI(Silicon On Insulator)基板を用い、マスクパターンは、一方の単結晶シリコン基板を研磨して所定の膜厚にし、次いでパターニングすることにより作製されている。この時、SOI基板の中間層であるシリコン酸化膜は、マスクパターンを加工する際のエッチングストッパーとして機能する。
【0007】
しかし、このような方法では、単結晶シリコン基板を上述の0.2μm〜1.0μmの薄膜まで研磨することは極めて困難である。また、このような膜厚では、ステンシルマスクの製造工程において、シリコン酸化膜の応力により、薄膜化された単結晶シリコン基板に亀裂が入るという問題がある。
【0008】
このため、シリコン酸化膜上に形成された単結晶シリコン薄膜に対し、応力調整の工程が必要となるが、そうした場合、製造工程が増えるため、タクトタイムが長くなるという問題が生ずる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下になされ、薄膜化が容易で、応力制御を行うことが可能であるとともに、電子線照射特性の優れたステンシルマスクを提供することを目的とする。
【0010】
本発明の他の目的は、そのようなステンシルマスクを製造する方法を提供することにある。
【0011】
本発明の更に他の目的は、そのようなステンシルマスクを用いた荷電粒子線の露光方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、 基体と、この基体により支持されたマスク母体とを具備し、前記マスク母体は、荷電粒子線が透過する透過孔パターンを有するとともに、0.1μm以上、5μm以下の厚みを有する非晶質シリコン薄膜からなり、前記非晶質シリコン薄膜は、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜であることを特徴とするステンシルマスクを提供する。
【0013】
このような本発明によると、マスク母体を非単結晶シリコン系薄膜により構成しているため、CVD等により容易に成膜でき、加工性に優れ、所望のアスペクト比のパターンを高精度で形成することができ、プロセスの設計、制御が容易であり、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【0014】
本発明のステンシルマスクにおいて、非単結晶シリコン系薄膜は、0.1μm以上、5μm以下の厚みを有する。この範囲の膜厚は、CVD等により容易に得ることが可能である。
【0017】
更に、非単結晶シリコン系薄膜は、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜である。
これらの薄膜を用いることにより、より広範囲の応力の制御が可能であり、薄膜に働く応力のより低減化を図ることが出来る。即ち、薄膜が形成される下地との関係で、薄膜には圧縮応力または引張り応力が働くが、それらを制御し、応力の緩和を図ることが出来る。
【0019】
更にまた、非単結晶シリコン系薄膜は、非晶質シリコン薄膜、水素化非晶質シリコン薄膜、非晶質シリコン炭化膜、非晶質シリコン窒化膜、並びに非晶質シリコン硫化膜からなる群から選ばれた薄膜、および窒化シリコン膜からなる群から選ばれた2種以上の積層膜とすることができる。
【0020】
これらの薄膜を用いることにより、より広範囲の応力の制御が可能であり、薄膜に働く応力のより低減化を図ることが出来る。
【0022】
また、本発明は、基体上に、シランまたはジシラン、およびメタン、エチレン若しくはアセチレン、または硫化水素含む原料ガスと、水素からなる希釈ガスを用いてプラズマCVDにより、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜である薄膜を成膜する工程、および前記薄膜をパターニングする工程を具備するステンシルマスクの製造方法を提供する。
【0026】
この製造方法によると、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを、高精度で、応力による亀裂、剥離を生ずることなく、容易に得ることが可能である。
【0027】
更に、本発明は、上述のステンシルマスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を整形する工程を具備する荷電粒子線の露光方法を提供する。
かかる露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度よいパターン露光が可能となり、その結果、半導体等のパターンの製造を、高い歩留まりで行うことが出来る。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一態様に係るステンシルマスクについて説明する。
【0029】
図1は、本発明の一態様に係るステンシルマスクを示す断面図である。図1において、ステンシルマスク1は、開口部が形成された単結晶シリコンウェハ2上に、シリコン酸化膜3を介して、所定の透過孔パターンを有する非単結晶シリコン系薄膜からなるマスク母体4を形成することにより構成されている。
【0030】
支持基板は、単結晶シリコンの他に、ガリウム−砒素、またはインジウム−燐などの半導体材料を用いることもできる。
【0031】
シリコン酸化膜3は、マスク母体を形成する際のエッチングストッパーとして機能する。しかし、シリコン酸化膜の代わりに、マスク母体の材料とのエッチング選択比がとれるものであれば、クロム、タングステン、タンタル、チタン、ニッケル、アルミニウム等の金属、これらの金属を含む合金、あるいはこれらの金属または合金と酸素、窒素、炭素等との金属化合物、また炭素を主成分とする膜などを好適に用いることが出来る。
【0032】
マスク母体4を構成する非単結晶シリコン系薄膜としては、非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜、非晶質シリコン炭化膜、非晶質シリコン窒化膜、非晶質シリコン硫化膜等がある。
【0033】
また、非単結晶シリコン薄膜は、水素化非単結晶シリコン薄膜であって、硼素または燐を含んでいてもよい。これらの不純物を含有させることにより、薄膜の低抵抗化を図ることが出来る。
【0034】
非単結晶シリコン系薄膜の膜厚は、0.1μm以上、5μm以下であることが望ましい。膜厚が薄すぎると、スループットを上げるために電流値を上昇させた場合、非単結晶シリコン系薄膜4が溶解する可能性があり、厚すぎると、マスクパターンの加工精度を高くすることが出来ない。
【0035】
以上のように構成される本実施形態に係るステンシルマスクでは、マスク母体として、従来用いられていた単結晶シリコン薄膜に代わり、非単結晶シリコン系薄膜を用いているため、電子線照射耐性および導電性等の電子線照射に優れ、かつ薄い膜厚の薄膜の形成が可能であるため、所望のアスペクト比のパターンを高精度で形成することが可能である。
【0036】
次に、以上説明したステンシルマスクの製造プロセスについて、図2〜図4を参照して説明する。
【0037】
まず、図2に示すように、単結晶シリコン基板11上に、熱酸化またはCVD法により、シリコン酸化膜12を形成する。次いで、シリコン酸化膜12上に、CVD法により、非単結晶シリコン系薄膜、例えば非晶質シリコン薄膜13を形成する。
【0038】
次に、図3に示すように、非晶質シリコン薄膜13をパターニングして、所定の透過孔パターンを有するマスク母体14を形成する。この透過孔パターン形成プロセスは、非晶質シリコン薄膜13上へのレジストパターンの形成工程、このレジストパターンをマスクとして用いて非晶質シリコン薄膜13をドライエッチングする工程、レジストパターンの剥離工程という工程を順に経て行われる。
【0039】
レジストパターンを形成するための露光は、電子線レジストを用いた電子線直描、フォトレジストを用いたステッパー露光等を好適に用いることができる。
【0040】
また、非晶質シリコン薄膜13をドライエッチングする際、レジストのエッチング耐性が不足している場合は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜等の無機化合物や、クロム、タングステン、タンタル、チタン、ニッケル、アルミニウム等の金属、これらの金属を含む合金、あるいはこれらの金属または合金と酸素、窒素、炭素等との金属化合物等をエッチングマスクとして適宜選択して用いることが出来る。これらのエッチングマスクは、各種薄膜形成法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、CVD法、蒸着法等の形成方法がある。
【0041】
ドライエッチングについては、ドライエッチング方法やエッチング条件等は特に制限されない。エッチングに使用するガスとしては、例えば、SF6ガス、CF4ガスといったフッ素系ガスを主体とした混合ガス、Cl2ガス、SiCl4ガスといった塩素系ガスを主体とした混合ガス、HBrガスといった臭素系ガスを主体とした混合ガス等が挙げられる。また、ドライエッチング装置としては、RIE、マグネトロンRIE、ECR、ICP、マイクロ波、ヘリコン波、NLD等の放電方式を用いたドライエッチング装置が挙げられる。
【0042】
その後、図4に示すように、単結晶シリコン基板11に開口部15を形成する。この工程には、ドライエッチング、ウェットエッチング、超音波加工、サンドブラスト等を好適に用いることができる。尚、非晶質シリコン薄膜13のパターニング工程、単結晶シリコン基板11への開口部の形成工程は、どちらを先に行っても良い。
【0043】
最後に、開口部のシリコン酸化膜をフッ酸等で除去し、図4に示すように、ステンシルマスクが完成する。
【0044】
上述したように、非晶質シリコン薄膜13のパターニングより前に、単結晶シリコン基板11への開口部の形成を行うことが出来る。この時、非晶質シリコン薄膜13のパターニングより前に、単結晶シリコン基板11の開口部に露出した酸化シリコン膜を除去することも可能である。このようなプロセスでは、非晶質シリコン薄膜13のパターニングの際には、既に、その部分における酸化シリコン膜は存在しないため、酸化シリコン膜に生ずる応力により、ステンシルマスクに亀裂が生じたり、破壊されたりすることがない。
【0045】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【0046】
実施例1
図2〜図4を参照して、本発明の一実施例に係るステンシルマスクの製造工程について説明する。
厚み525μmの単結晶シリコン基板11上に、熱酸化により、厚み1μmのシリコン酸化膜12を形成した。次いで、このシリコン酸化膜12上に、プラズマCVDにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質シリコン膜13を形成した。
【0047】
プラズマCVDの条件は次の通りである。
原料ガス:SiH 30sccm
希釈ガス:H 270〜560sccm
ドープガス:B 500ppm〜1%
またはPH 500ppm〜1%
反応圧力 :0.5〜1.5Torr
高周波電力:60W
膜厚 :500nm。
【0048】
以上のように形成した硼素または燐ドープの水素化非晶質シリコン膜13上に、電子線レジスト(図示せず)を0.5μmの厚さに塗布し、これに加速電圧20kVの電子線描画機を用いて描画し、その後専用のアルカリ現像液を用いて現像をおこない、レジストパターンを形成した。
【0049】
次に、レジストパターンをマスクとして用いて、プラズマエッチング装置を用い、エッチャントとしてSFを用いて、水素化非晶質シリコン膜13をシリコン酸化膜12に到達する深さまでドライエッチングして、図3に示すように、パターン14を形成した。
【0050】
次に、レジストパターンを剥離し、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、全面にシリコン窒化膜からなる保護膜(図示せず)を形成した後、ドライエッチングにより単結晶シリコン基板11の開口部形成領域上の保護膜を除去した。
【0051】
次いで、約90℃に加熱したKOH水溶液のエッチング液に収容し、保護膜をマスクとして用いて、単結晶シリコン基板11をエッチングストッパーの役割をするシリコン酸化膜12まで、面方位に沿った異方性エッチングを行い、開口部を形成した。次に、保護膜を約170℃の熱リン酸でエッチング除去した後、シリコン酸化膜12の露出した部分をフッ酸によりエッチング除去して、図4に示すように、ステンシルマスクを完成した。
【0052】
以上のように製造されたステンシルマスクでは、水素化非晶質シリコン膜13は膜厚が500nmと非常に薄く、かつ応力が低いため、剥離や亀裂が生ずることがなく、また抵抗が低いため、別途金属膜を設ける必要がない。また、得られたステンシルマスクは、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。
【0053】
実施例2
以下の条件のプラズマCVDにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質炭化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0054】
原料ガス:CH 30sccm
希釈ガス:H 270sccm
ドープガス:B 500ppm〜1%
またはPH 500ppm〜1%
反応圧力 :0.5〜1.5Torr
高周波電力:60W
膜厚 :500nm。
【0055】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0056】
実施例3
以下の条件のプラズマCVDにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質窒化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0057】
原料ガス:NH 1〜30sccm
希釈ガス:H 270sccm
ドープガス:B 500ppm〜1%
またはPH 500ppm〜1%
反応圧力 :0.5〜1.5Torr
高周波電力:60W
膜厚 :500nm。
【0058】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0059】
実施例4
以下の条件のプラズマCVDにより、硼素または燐をドープした水素化非晶質硫化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0060】
原料ガス:HS 1〜30sccm
希釈ガス:H 270sccm
ドープガス:B 500ppm〜1%
またはPH 500ppm〜1%
反応圧力 :0.5〜1.5Torr
高周波電力:60W
膜厚 :500nm。
【0061】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0062】
実施例5
以下の条件のスパッタ法により、非晶質シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0063】
スパッタターゲット:アンドープ単結晶シリコン99.999%
スパッタガス:アルゴン 33sccm
反応圧力:0.7Pa
高周波電力:300W
膜厚:500nm。
【0064】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0065】
実施例6
以下の条件のスパッタ法により、非晶質炭化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0066】
スパッタターゲット:アンドープ単結晶シリコン99.999%
スパッタガス:アルゴン 33sccm
添加ガス:メタン 1〜33sccm
反応圧力:0.7Pa
高周波電力:300W
膜厚:500nm。
【0067】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0068】
実施例7
以下の条件のスパッタ法により、非晶質窒化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0069】
スパッタターゲット:アンドープ単結晶シリコン99.999%
スパッタガス:アルゴン 33sccm
添加ガス:窒素 1〜33sccm
反応圧力:0.7Pa
高周波電力:300W
膜厚:500nm。
【0070】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0071】
実施例8
以下の条件のLPCVDにより、窒化シリコン膜を形成したことを除いて、実施例1と同様にして、ステンシルマスクを製造した。
【0072】
原料ガス:SiHCl+NH(10〜50sccm)
反応圧力:30〜60Pa
膜厚 :500nm。
【0073】
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られた。
【0074】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、マスク母体を非単結晶シリコン系薄膜により構成しているため、CVD等により容易に成膜することができ、加工プロセスの設計、制御が容易であり、加工性に優れ、所望のアスペクト比のパターンを高精度で形成することができ、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【0075】
また、本発明の製造方法によると、荷電粒子線照射特性に優れたステンシルマスクを、高精度で、応力による亀裂、剥離を生ずることなく、容易に得ることが可能である。
【0076】
更に、本発明の露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度よいパターン露光が可能となり、その結果、半導体等のパターンの製造を、高い歩留まりで行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一態様に係るステンシルマスクを示す断面図。
【図2】本発明の一態様に係るステンシルマスクの製造プロセスを示す断面図。
【図3】本発明の一態様に係るステンシルマスクの製造プロセスを示す断面図。
【図4】本発明の一態様に係るステンシルマスクの製造プロセスを示す断面図。
【符号の説明】
1…ステンシルマスク
2,11…単結晶シリコン基板
3,12…シリコン酸化膜
4,14…マスク母体
13…非晶質シリコン薄膜
15…開口部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stencil mask used for exposure of charged particle beams such as an electron beam and an ion beam, a manufacturing method thereof, and an exposure method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, miniaturization of semiconductor elements has been progressing rapidly. Various exposure techniques have been developed as a technique for manufacturing an element having such a fine pattern. For example, there are exposure methods using electron beams such as partial exposure of electron beams and electron stepper exposure, exposure methods using ions, exposure methods using light in the vacuum ultraviolet region, exposure methods using light in the extreme ultraviolet region, etc. .
[0003]
Among these, as an exposure method using an electron beam, a method of performing equal magnification exposure using an electron beam is proposed in Japanese Patent No. 2951947. This method has a feature that the acceleration voltage of an electron beam is 1/20 as compared with a conventional exposure method using an electron beam.
[0004]
In the stencil mask used for the same magnification exposure, the processing accuracy of the mask pattern is important. In particular, the aspect ratio, which is the ratio between the mask film thickness and the mask pattern line width (electron beam transmission hole diameter), is a problem. The mask pattern is processed by dry etching, but the aspect ratio is usually about 10. Therefore, for example, in order to form a pattern with a line width of 100 nm, the thickness of the mask is limited to about 1 μm.
[0005]
Therefore, the above-mentioned Japanese Patent No. 2951947 discloses that a stencil mask made of single crystal silicon has a thickness of 0.2 μm to 1.0 μm. However, this patent publication does not describe any method for manufacturing such a stencil mask made of single crystal silicon.
[0006]
Usually, when single crystal silicon is used as the material of the thin film constituting the stencil mask, a substrate is required to support the thin film and maintain the flatness of the mask. As this substrate, single crystal silicon is used from the viewpoint of processability and availability. Then, in order to perform microfabrication of the thin film by etching, an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a structure in which a silicon oxide film is sandwiched between two single crystal silicon substrates is used, and the mask pattern is obtained by polishing one single crystal silicon substrate. Thus, the film thickness is made to a predetermined thickness and then patterned. At this time, the silicon oxide film that is an intermediate layer of the SOI substrate functions as an etching stopper when the mask pattern is processed.
[0007]
However, with such a method, it is extremely difficult to polish the single crystal silicon substrate to the above-mentioned thin film of 0.2 μm to 1.0 μm. Further, with such a film thickness, there is a problem that a thin single crystal silicon substrate is cracked by the stress of the silicon oxide film in the manufacturing process of the stencil mask.
[0008]
For this reason, a stress adjustment process is required for the single crystal silicon thin film formed on the silicon oxide film. In such a case, however, the manufacturing process is increased, resulting in a problem that the tact time is increased.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a stencil mask which is made under such circumstances, can be easily formed into a thin film, can perform stress control, and has excellent electron beam irradiation characteristics.
[0010]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing such a stencil mask.
[0011]
Still another object of the present invention is to provide a charged particle beam exposure method using such a stencil mask.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a base and a mask base supported by the base, and the mask base has a transmission hole pattern through which a charged particle beam passes, and has a thickness of 0.1 μm or more. A stencil mask comprising an amorphous silicon thin film having a thickness of 5 μm or less, wherein the amorphous silicon thin film is an amorphous silicon carbide film or an amorphous silicon sulfide film is provided.
[0013]
According to the present invention, since the mask base is composed of a non-single crystal silicon thin film, it can be easily formed by CVD or the like, has excellent workability, and forms a pattern with a desired aspect ratio with high accuracy. Therefore, it is possible to obtain a stencil mask that is easy to design and control the process and has excellent charged particle beam irradiation characteristics.
[0014]
In the stencil mask of the present invention, the non-single crystal silicon-based thin film has a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less . A film thickness in this range can be easily obtained by CVD or the like.
[0017]
Further, the non-single crystal silicon thin film is an amorphous silicon carbide film or an amorphous silicon sulfide film.
By using these thin films, a wider range of stresses can be controlled, and the stress acting on the thin films can be further reduced. That is, although a compressive stress or a tensile stress acts on the thin film in relation to the base on which the thin film is formed, it is possible to control the stress and relieve the stress.
[0019]
Furthermore, the non-single-crystal silicon-based thin film is selected from the group consisting of an amorphous silicon thin film , a hydrogenated amorphous silicon thin film, an amorphous silicon carbide film, an amorphous silicon nitride film, and an amorphous silicon sulfide film. Two or more kinds of laminated films selected from the group consisting of a selected thin film and a silicon nitride film can be obtained.
[0020]
By using these thin films, a wider range of stresses can be controlled, and the stress acting on the thin films can be further reduced.
[0022]
Further, the present invention has, on a substrate, silane or disilane, and methane, ethylene or acetylene, or a raw material gas containing hydrogen sulphide, by plasma CVD using a dilution gas comprising hydrogen, the amorphous silicon carbide film or non Provided is a method for producing a stencil mask comprising a step of forming a thin film which is a crystalline silicon sulfide film , and a step of patterning the thin film.
[0026]
According to this manufacturing method , it is possible to easily obtain a stencil mask having excellent charged particle beam irradiation characteristics with high accuracy without causing cracks and peeling due to stress.
[0027]
Furthermore, the present invention provides a charged particle beam exposure method comprising a step of irradiating the above stencil mask with a charged particle beam and shaping the charged particle beam into the shape of a transfer pattern.
According to such an exposure method, it is possible to perform pattern exposure with high accuracy on the resist formed on the sample substrate. As a result, it is possible to manufacture a pattern of a semiconductor or the like with a high yield.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a stencil mask according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a stencil mask according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a stencil mask 1 has a mask base 4 made of a non-single crystal silicon-based thin film having a predetermined transmission hole pattern on a single crystal silicon wafer 2 having an opening formed through a silicon oxide film 3. It is comprised by forming.
[0030]
For the supporting substrate, a semiconductor material such as gallium-arsenic or indium-phosphorus can be used in addition to single crystal silicon.
[0031]
The silicon oxide film 3 functions as an etching stopper when forming the mask matrix. However, instead of the silicon oxide film, a metal such as chromium, tungsten, tantalum, titanium, nickel, aluminum, an alloy containing these metals, or these metals can be used as long as the etching selectivity with the mask base material can be taken. A metal compound of metal or alloy and oxygen, nitrogen, carbon, or the like, or a film containing carbon as a main component can be preferably used.
[0032]
Examples of the non-single crystal silicon thin film constituting the mask base 4 include an amorphous silicon thin film, a polycrystalline silicon thin film, an amorphous silicon carbide film, an amorphous silicon nitride film, and an amorphous silicon sulfide film.
[0033]
The non-single-crystal silicon thin film is a hydrogenated non-single-crystal silicon thin film and may contain boron or phosphorus. By containing these impurities, the resistance of the thin film can be reduced.
[0034]
The film thickness of the non-single crystal silicon thin film is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. If the film thickness is too thin, the non-single-crystal silicon thin film 4 may be dissolved if the current value is increased to increase the throughput. If it is too thick, the mask pattern processing accuracy can be increased. Absent.
[0035]
In the stencil mask according to the present embodiment configured as described above, a non-single-crystal silicon thin film is used as the mask matrix instead of the conventionally used single-crystal silicon thin film. Therefore, it is possible to form a thin film with a small film thickness, so that a pattern with a desired aspect ratio can be formed with high accuracy.
[0036]
Next, the manufacturing process of the stencil mask described above will be described with reference to FIGS.
[0037]
First, as shown in FIG. 2, a silicon oxide film 12 is formed on a single crystal silicon substrate 11 by thermal oxidation or CVD. Next, a non-single-crystal silicon thin film, for example, an amorphous silicon thin film 13 is formed on the silicon oxide film 12 by a CVD method.
[0038]
Next, as shown in FIG. 3, the amorphous silicon thin film 13 is patterned to form a mask base 14 having a predetermined transmission hole pattern. This perforation pattern forming process includes a step of forming a resist pattern on the amorphous silicon thin film 13, a step of dry etching the amorphous silicon thin film 13 using the resist pattern as a mask, and a step of peeling the resist pattern. It goes through in order.
[0039]
As the exposure for forming the resist pattern, electron beam direct drawing using an electron beam resist, stepper exposure using a photoresist, or the like can be suitably used.
[0040]
Further, when the amorphous silicon thin film 13 is dry-etched, if the resist has insufficient etching resistance, an inorganic compound such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon carbide film, chromium, tungsten, tantalum, or titanium Metals such as nickel and aluminum, alloys containing these metals, or metal compounds of these metals or alloys and oxygen, nitrogen, carbon, or the like can be appropriately selected and used as an etching mask. These etching masks can be formed by various thin film forming methods. For example, there are forming methods such as sputtering, CVD, and vapor deposition.
[0041]
For dry etching, the dry etching method and etching conditions are not particularly limited. Examples of the gas used for etching include a mixed gas mainly containing a fluorine-based gas such as SF 6 gas and CF 4 gas, a mixed gas mainly containing a chlorine-based gas such as Cl 2 gas and SiCl 4 gas, and a bromine such as HBr gas. Examples thereof include a mixed gas mainly composed of a system gas. Examples of the dry etching apparatus include a dry etching apparatus using a discharge method such as RIE, magnetron RIE, ECR, ICP, microwave, helicon wave, and NLD.
[0042]
Thereafter, an opening 15 is formed in the single crystal silicon substrate 11 as shown in FIG. In this step, dry etching, wet etching, ultrasonic processing, sandblasting, or the like can be suitably used. Note that either the patterning step of the amorphous silicon thin film 13 or the step of forming the opening in the single crystal silicon substrate 11 may be performed first.
[0043]
Finally, the silicon oxide film in the opening is removed with hydrofluoric acid or the like, and the stencil mask is completed as shown in FIG.
[0044]
As described above, the opening in the single crystal silicon substrate 11 can be formed before the patterning of the amorphous silicon thin film 13. At this time, the silicon oxide film exposed in the opening of the single crystal silicon substrate 11 can be removed before the patterning of the amorphous silicon thin film 13. In such a process, when the amorphous silicon thin film 13 is patterned, since there is no silicon oxide film in the portion, the stencil mask is cracked or destroyed by the stress generated in the silicon oxide film. There is nothing to do.
[0045]
【Example】
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0046]
Example 1
With reference to FIGS. 2-4, the manufacturing process of the stencil mask which concerns on one Example of this invention is demonstrated.
A silicon oxide film 12 having a thickness of 1 μm was formed on the single crystal silicon substrate 11 having a thickness of 525 μm by thermal oxidation. Next, a hydrogenated amorphous silicon film 13 doped with boron or phosphorus was formed on the silicon oxide film 12 by plasma CVD.
[0047]
The conditions for plasma CVD are as follows.
Source gas: SiH 4 30 sccm
Dilution gas: H 2 270-560 sccm
Dope gas: B 2 H 6 500 ppm to 1%
Or PH 3 500ppm~1%
Reaction pressure: 0.5 to 1.5 Torr
High frequency power: 60W
Film thickness: 500 nm.
[0048]
An electron beam resist (not shown) is applied to the boron or phosphorus-doped hydrogenated amorphous silicon film 13 formed as described above to a thickness of 0.5 μm, and electron beam drawing with an acceleration voltage of 20 kV is applied thereto. Drawing was performed using a machine, and then development was performed using a dedicated alkali developer to form a resist pattern.
[0049]
Next, using the resist pattern as a mask, using a plasma etching apparatus and using SF 6 as an etchant, the hydrogenated amorphous silicon film 13 is dry-etched to a depth reaching the silicon oxide film 12, and FIG. As shown in FIG.
[0050]
Next, the resist pattern is peeled off, a protective film (not shown) made of a silicon nitride film is formed on the entire surface using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, and then the opening of the single crystal silicon substrate 11 is formed by dry etching. The protective film on the part formation region was removed.
[0051]
Next, it is stored in an etching solution of a KOH aqueous solution heated to about 90 ° C., and the single crystal silicon substrate 11 is anisotropically oriented along the plane direction up to the silicon oxide film 12 serving as an etching stopper, using the protective film as a mask. Etching was performed to form openings. Next, after the protective film was removed by etching with hot phosphoric acid at about 170 ° C., the exposed portion of the silicon oxide film 12 was removed by etching with hydrofluoric acid to complete a stencil mask as shown in FIG.
[0052]
In the stencil mask manufactured as described above, the hydrogenated amorphous silicon film 13 has a very thin film thickness of 500 nm and has low stress, so that peeling and cracking do not occur and resistance is low. There is no need to provide a separate metal film. Further, the obtained stencil mask had high pattern accuracy and excellent charged particle beam irradiation characteristics.
[0053]
Example 2
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a hydrogenated amorphous silicon carbide film doped with boron or phosphorus was formed by plasma CVD under the following conditions.
[0054]
Source gas: CH 4 30sccm
Dilution gas: H 2 270sccm
Dope gas: B 2 H 6 500 ppm to 1%
Or PH 3 500ppm~1%
Reaction pressure: 0.5 to 1.5 Torr
High frequency power: 60W
Film thickness: 500 nm.
[0055]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0056]
Example 3
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a hydrogenated amorphous silicon nitride film doped with boron or phosphorus was formed by plasma CVD under the following conditions.
[0057]
The raw material gas: NH 3 1~30sccm
Dilution gas: H 2 270sccm
Dope gas: B 2 H 6 500 ppm to 1%
Or PH 3 500ppm~1%
Reaction pressure: 0.5 to 1.5 Torr
High frequency power: 60W
Film thickness: 500 nm.
[0058]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0059]
Example 4
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a hydrogenated amorphous silicon sulfide film doped with boron or phosphorus was formed by plasma CVD under the following conditions.
[0060]
The raw material gas: H 2 S 1~30sccm
Dilution gas: H 2 270sccm
Dope gas: B 2 H 6 500 ppm to 1%
Or PH 3 500ppm~1%
Reaction pressure: 0.5 to 1.5 Torr
High frequency power: 60W
Film thickness: 500 nm.
[0061]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0062]
Example 5
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that an amorphous silicon film was formed by sputtering under the following conditions.
[0063]
Sputter target: Undoped single crystal silicon 99.999%
Sputtering gas: Argon 33sccm
Reaction pressure: 0.7 Pa
High frequency power: 300W
Film thickness: 500 nm.
[0064]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0065]
Example 6
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that an amorphous silicon carbide film was formed by sputtering under the following conditions.
[0066]
Sputter target: Undoped single crystal silicon 99.999%
Sputtering gas: Argon 33sccm
Additive gas: Methane 1-33sccm
Reaction pressure: 0.7 Pa
High frequency power: 300W
Film thickness: 500 nm.
[0067]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0068]
Example 7
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that an amorphous silicon nitride film was formed by sputtering under the following conditions.
[0069]
Sputter target: Undoped single crystal silicon 99.999%
Sputtering gas: Argon 33sccm
Addition gas: Nitrogen 1-33sccm
Reaction pressure: 0.7 Pa
High frequency power: 300W
Film thickness: 500 nm.
[0070]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0071]
Example 8
A stencil mask was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a silicon nitride film was formed by LPCVD under the following conditions.
[0072]
Source gas: SiH 2 Cl 2 + NH 3 (10-50 sccm)
Reaction pressure: 30-60 Pa
Film thickness: 500 nm.
[0073]
Also in this example, the same effect as in Example 1 was obtained.
[0074]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since the mask base is composed of a non-single crystal silicon thin film, it can be easily formed by CVD or the like, and the design and control of the processing process is easy. Thus, a stencil mask having excellent processability, a pattern having a desired aspect ratio can be formed with high accuracy, and excellent charged particle beam irradiation characteristics can be obtained.
[0075]
Moreover, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily obtain a stencil mask having excellent charged particle beam irradiation characteristics with high accuracy without causing cracks and peeling due to stress.
[0076]
Furthermore, according to the exposure method of the present invention, it is possible to perform pattern exposure with high accuracy on the resist formed on the sample substrate. As a result, it is possible to manufacture a pattern of a semiconductor or the like with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a stencil mask according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a stencil mask according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a stencil mask according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a stencil mask according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stencil mask 2, 11 ... Single crystal silicon substrate 3, 12 ... Silicon oxide film 4, 14 ... Mask mother body 13 ... Amorphous silicon thin film 15 ... Opening

Claims (3)

基体と、この基体により支持されたマスク母体とを具備し、前記マスク母体は、荷電粒子線が透過する透過孔パターンを有するとともに、0.1μm以上、5μm以下の厚みを有する非晶質シリコン薄膜からなり、前記非晶質シリコン薄膜は、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜であることを特徴とするステンシルマスク。 An amorphous silicon thin film having a base and a mask base supported by the base, the mask base having a transmission hole pattern through which a charged particle beam passes and having a thickness of 0.1 μm or more and 5 μm or less The stencil mask , wherein the amorphous silicon thin film is an amorphous silicon carbide film or an amorphous silicon sulfide film . 基体上に、シランまたはジシラン、およびメタン、エチレン若しくはアセチレン、または硫化水素含む原料ガスと、水素からなる希釈ガスを用いてプラズマCVDにより、非晶質シリコン炭化膜または非晶質シリコン硫化膜である薄膜を成膜する工程、および
前記薄膜をパターニングする工程
を具備するステンシルマスクの製造方法。
On a substrate, silane or disilane, and methane, ethylene or acetylene, or a raw material gas containing hydrogen sulphide, by plasma CVD using a diluent gas consisting of hydrogen, an amorphous silicon carbide film or an amorphous silicon sulfide film, A method for producing a stencil mask, comprising: forming a thin film; and patterning the thin film.
請求項1に記載のステンシルマスクに荷電粒子線を照射し、転写パターンの形状に荷電粒子線を整形する工程を具備する荷電粒子線の露光方法。A charged particle beam exposure method comprising a step of irradiating the stencil mask according to claim 1 with a charged particle beam and shaping the charged particle beam into a shape of a transfer pattern.
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