JP4686914B2

JP4686914B2 - ステンシルマスクの製造方法

Info

Publication number: JP4686914B2
Application number: JP2001186841A
Authority: JP
Inventors: 秀典蒲生; 健太四井; 章田村
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP2003007590A

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の製造方法に関する。
【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〜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の製造方法を提供することを目的とする。
【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、基体上に、メタンを含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により炭素を主成分とする薄膜を成膜する工程、およびシリコンを含むレジストパターンをマスクとして用いて、酸素ガスを含むエッチングガスによりドライエッチングすることにより、前記炭素を主成分とする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。
また、本発明は、基体上に、メタン、アンモニア、および硫化水素からなる群から選ばれた少なくとも１種を含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、窒素、硼素、硫黄およびシリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種を含む、炭素を主成分とする薄膜を成膜する工程、およびシリコンを含むレジストパターンをマスクとして用いて、酸素ガスを含むエッチングガスによりドライエッチングすることにより、前記炭素を主成分とする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。
【００１３】
このような本発明によると、マスク母体を炭素を主成分とする薄膜により構成しているため、炭素を主成分とする薄膜に加わる応力の設計・制御が可能となり、また低抵抗化を図ることができる。
【００１４】
また、炭素を主成分とする薄膜は、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るので、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。
【００１５】
本発明のステンシルマスクにおいて、炭素を主成分とする薄膜は、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有することが望ましい。この範囲の膜厚は、単結晶シリコンでは成膜が困難であったが、ＣＶＤ法等により、酸化シリコン上に制御性よく、容易に得ることが可能である。
【００１６】
また、炭素を主成分とする薄膜の表面は、電子供与基で終端されていることが望ましい。このように薄膜の表面に電子供与基終端構造を形成することにより、薄膜の表面に導電性を付与することが出来、その結果、チャージアップを防止することが可能である。
【００１７】
更に、炭素を主成分とする薄膜は、ダイヤモンド薄膜とすることが出来る。このように、マスク母体をダイヤモンド薄膜により構成することにより、極めて照射耐性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【００１８】
この場合、ダイヤモンド薄膜が非単結晶ダイヤモンド薄膜であると、広範囲の基板に成膜が可能であるという利点があり、特に多結晶ダイヤモンド薄膜の場合には、極めて荷電粒子照射耐性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【００１９】
また、非単結晶ダイヤモンド薄膜は、ダイヤモンド状カーボン薄膜とすることが出来る。ダイヤモンド状カーボン薄膜とすることにより、広範囲の基板に成膜が可能であるとともに、加工性に優れているため、高精度のステンシルマスクを得ることが出来る。特に、不純物をドープしたダイヤモンド状カーボン薄膜を用いた場合には、導電性を有するため、荷電粒子照射耐性に優れたステンシルマスクを得ることが出来る。
【００２２】
これら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。
【００２６】
【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。
【００２７】
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、所定の透過孔パターンを有し、炭素を主成分とする薄膜からなるマスク母体３を形成することにより構成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
マスク母体３を構成する薄膜としては、ダイヤモンド薄膜やダイヤモンド状カーボン薄膜を用いることが出来る。ダイヤモンド薄膜としては、非単結晶ダイヤモンド薄膜、特に多結晶ダイヤモンド薄膜が望ましい。また、ダイヤモンド状カーボン薄膜は、不純物、例えば、窒素、硼素、硫黄およびシリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種をドープしたものが望ましい。
【００３０】
なお、炭素を主成分とする薄膜の表面は、電子供与基で終端されていることが望ましい。電子供与基としては、Ｈ基、ＯＲ（ＲはＨまたはアルキル基）基を挙げることが出来る。
【００３１】
炭素を主成分とする薄膜の膜厚は、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、非単結晶シリコン薄膜３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。
【００３２】
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、炭素を主成分とする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。
【００３３】
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。
まず、図２に示すように、単結晶シリコン基板１１上に、プラズマＣＶＤ法等により、炭素を主成分とする薄膜１２を形成する。
【００３４】
次に、図３に示すように、炭素を主成分とする薄膜１２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１３を形成する。この透過孔パターン形成プロセスは、炭素を主成分とする薄膜１２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炭素を主成分とする薄膜１２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。
【００３５】
また、炭素を主成分とする薄膜１２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。
【００３６】
ドライエッチングは、エッチングガスとして酸素を用いて行うことが出来る。酸素に二酸化硫黄を添加することも可能である。酸素に二酸化硫黄を添加することにより、パターンのエッジラフネスを小さくできるという効果が得られる。なお、二酸化硫黄の添加量は、５〜３０％程度が好ましい。
【００３７】
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。
【００３８】
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１４を形成し、ステンシルマスクが完成する。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、炭素を主成分とする薄膜１２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。
【００３９】
次に、ステンシルマスクの製造プロセスの他の例について、図５〜図９を参照して説明する。
まず、図５に示すように、単結晶シリコン基板２１上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を主成分とする薄膜２２を形成した後、単結晶シリコン基板２１に開口部２３を形成する。
【００４０】
次に、図６に示すように、炭素を主成分とする薄膜２２上にレジスト膜２４を形成する。
この場合、レジストとしては、シリコン含有レジスト２４（図６）や、表面にパターン状にシリコン化合物を導入したレジスト３１（図９）を用いることが出来る。
【００４１】
シリコン含有レジストとしては、ナフトキノンジアジド系感光性物質を含有するアルカリ可溶性シリコーンポリマーを挙げることが出来る。そのようなものとして、ＦＨ−ＳＰ（商品名、富士フィルムアーチ社製）がある。
【００４２】
シリコン含有レジストは、ｇ線（波長４３６ｎｍ）またはｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いてパターン状に露光され、次いで、レジストの汎用現像液であるＴＭＡＨを用いて現像されて、図７に示すように、レジストパターン２５が得られる。
【００４３】
表面にパターン状にシリコン化合物を導入したレジストは、次のような方法による得ることが出来る。
（１）露光部を選択的にシリル化する方法（ネガ型）
ポリ（ｐ−メトキシスチレン）およびオニウム塩を含むレジストに、パターン状に光照射して、照射部に酸を発生させる。次に、シリコン含有蒸気と接触させると、露光部のみにカチオン重合が進行して、図９に示すように、シリコン化合物が導入された部分３２と、シリコン化合物が導入されていない部分３３からなるパターン状にシリコン化合物を導入したレジスト３１が得られる。
【００４４】
（２）未露光部を選択的にシリル化する方法（ポジ型）
アジドおよび環化ゴムを含むレジストにパターン状に光照射して、照射部のアジドを分解する。次に、ＳｉＣｌ_４蒸気と接触させると、未露光部のアジドが錯体を形成して、ＳｉＣｌ_４をトラップし、図９に示すように、シリコン化合物が導入された部分３２と、シリコン化合物が導入されていない部分３３からなる、パターン状にシリコン化合物を導入したレジスト３１が得られる。
【００４５】
以上の方法により形成された、パターン状にシリコン化合物を導入したレジスト３１に対し、反応性イオンエッチングを施すと、シリコンを含有しない部分が除去されて、図７に示すように、レジストパターン２５が形成される。
【００４６】
なお、炭素を主成分とする薄膜２２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。
【００４７】
その後、レジストパターン２５をマスクとして用いて、炭素を主成分とする薄膜２２をドライエッチングして、図８に示すように、所定の透過孔パターンを有するマスク母体２６を形成する。
【００４８】
ドライエッチングは、エッチングガスとして酸素を用いて行うことが出来る。酸素に二酸化硫黄を添加することも可能である。酸素に二酸化硫黄を添加することにより、パターンのエッジラフネスを小さくできるという効果が得られる。なお、二酸化硫黄の添加量は、５〜３０％程度が好ましい。
【００４９】
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。
【００５０】
最後に、レジストパターン２５を剥離して、図１に示すようなステンシルマスクが得られる。
【００５１】
【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。
【００５２】
実施例１
図５〜図８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。
図５に示すように、厚み５２５μｍの単結晶シリコン基板２１上に、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて、ダイヤモンド状カーボン薄膜２２を形成した。
【００５３】
プラズマＣＶＤの条件は次の通りである。

【００５４】
その後、約９０℃に加熱したＫＯＨ水溶液のエッチング液に収容し、所定の保護膜（図示せず）をマスクとして用いて、単結晶シリコン基板１１を面方位に沿った異方性エッチングを行い、開口部２３を形成した。そして、保護膜をエッチング除去した。
【００５５】
次に、図６に示すように、ダイヤモンド状カーボン薄膜２２上に、シリコン含有レジスト２４を０．３μｍの厚さに塗布した。シリコン含有レジストとしては、ＦＨ−ＳＰ（商品名、富士フィルムアーチ社製）を用いた。
【００５６】
その後、このシリコン含有レジス２４トにｇ線を用いてパターン状に露光し、その後専用の現像液であるＦＨＤ−５（商品名、富士フィルムアーチ社製）を用いて現像をおこない、レジストパターン２５を形成した。
【００５７】
次に、レジストパターン２５をマスクとして用いて、プラズマエッチング装置を用い、エッチングガスとして酸素を用いて、ダイヤモンド状カーボン薄膜２２をドライエッチングして、図８に示すように、マスク母体２６を形成した。
【００５８】
最後に、フェノール系剥離液を用いてレジストパターン２５を剥離し、ステンシルマスクを完成した。
【００５９】
以上のように製造されたステンシルマスクでは、マスク母体２６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。
【００６０】
実施例２
実施例１の図６に示す工程において、ポリ（ｐ−メトキシスチレン）およびオニウム塩を含むレジスト２４を０．３μｍの厚さに形成した。次いで、レジスト２４に、パターン状に光照射して、照射部に酸を発生させた。次に、シリコン含有蒸気（ＤＭＳＤＥＡ（ジメチルシリルジメチルアミン）と接触させ、露光部のみにカチオン重合を進行させて、図９に示すように、シリコン化合物が導入された部分３２と、シリコン化合物が導入されていない部分３３からなる、パターン状にシリコン化合物を導入したレジスト３１を形成した。
【００６１】
そして、レジスト３１に、酸素をエッチングガスとして用いて反応性イオンエッチングを施すと、シリコン化合物が導入されていない部分３３が選択的に除去されて、図７に示すように、レジストパターン２５が形成された。
【００６２】
その後、実施例１と同様の工程を経て、図１に示すようなステンシルマスクを得た。
【００６３】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、マスク母体を炭素を主成分とする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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【図５】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の他の例を示す断面図。
【図６】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の他の例を示す断面図。
【図７】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の他の例を示す断面図。
【図８】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の他の例を示す断面図。
【図９】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の更に他の例を示す断面図。
【符号の説明】
１…ステンシルマスク
２，１１，２１…単結晶シリコン基板
３，１３，２６…マスク母体
１２，２２…炭素を主成分とする薄膜
１４，２３…開口部
２４…レジスト
２５…レジストパターン

Claims

基体上に、メタンを含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により炭素を主成分とする薄膜を成膜する工程、および
シリコンを含むレジストパターンをマスクとして用いて、酸素ガスを含むエッチングガスによりドライエッチングすることにより、前記炭素を主成分とする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。
基体上に、メタン、アンモニア、および硫化水素からなる群から選ばれた少なくとも１種を含む原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、窒素、硼素、硫黄およびシリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種を含む、炭素を主成分とする薄膜を成膜する工程、および
シリコンを含むレジストパターンをマスクとして用いて、酸素ガスを含むエッチングガスによりドライエッチングすることにより、前記炭素を主成分とする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。
前記エッチングガスは、二酸化硫黄を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記炭素を主成分とする薄膜は、０．１μｍ以上、５μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記炭素を主成分とする薄膜の表面は、電子供与基で終端されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記炭素を主成分とする薄膜は、ダイヤモンド薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記炭素を主成分とする薄膜は、非単結晶ダイヤモンド薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記非単結晶ダイヤモンド薄膜は、多結晶ダイヤモンド薄膜であることを特徴とする請求項７に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記非単結晶ダイヤモンド薄膜は、ダイヤモンド状カーボン薄膜であることを特徴とする請求項７に記載のステンシルマスクの製造方法。