JP5256928B2

JP5256928B2 - ステンシルマスク及びその製造方法

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Publication number: JP5256928B2
Application number: JP2008209440A
Authority: JP
Inventors: 丈範合田; 秀幸江口
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-08-18
Also published as: JP2010045268A

Description

本発明は、ステンシルマスク及びその製造方法に関し、特に、転写貫通パターンの寸法を制御するステンシルマスク及びその製造方法に関する。

現在、微細パターンを形成するための電子線リソグラフィの研究開発が盛んに行われている。かかるリソグラフィ技術の中でも特にパターンの微細化に好適な方法として、電子線を用いた部分一括露光法と呼ばれる直接描画法が注目されている。

直接描画法では、ステンシルマスクを使用して描画が行なわれている。ステンシルマスクは、基板に貫通孔を形成することにより所定のパターンが形成されたマスクである。

ステンシルマスクは、例えば、加工性や強度の点からシリコン基板及びシリコン薄膜に酸化シリコン膜を挟み込んだ構造を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用い、シリコン基板面に開口部を設けることで露出した自立シリコン薄膜（以下、開口部を設けた薄膜部分を「薄膜層」という。）に転写貫通パターンを形成したものである（特許文献１参照）。薄膜層の部材としては、シリコンの他にＳｉＣやダイヤモンドを使用したものなどが上げられる。（特許文献２及び３参照）

ステンシルマスクの転写貫通パターンの作製方法としては、薄膜層にレジストを塗布し、そこに電子線あるいはレジストに感度のあるレーザ光源を用いてパターニングを行い、現像し、さらにパターニングされたレジストをマスクとして薄膜層をエッチングすることで貫通パターンを形成する。

パターンの微細化が進む現在、ステンシルマスクに要求される転写貫通パターンの寸法も、１００ｎｍ以下の非常に微細な領域となってきている。このような微細な寸法をパターニングするには、例えば、ポイントビーム型電子線描画装置といった非常に高価な装置を使用する必要がある。また、こういった装置を使用してもレジストの解像限界の問題から形成可能なパターン寸法には限界がある。またさらに、こういった電子線描画装置を使用してパターニングを行なった場合、そのスループットは非常に悪いことが知られており、微細な寸法のパターニングには大きな問題となっている。

このような問題を解決する為に、転写貫通パターンを形成後、パターンを形成した層全体に金属薄膜の膜厚をコントロールしながら成膜することで、転写貫通パターンの寸法制御を行なう方法が提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、このような方法では、金属薄膜を形成させる為、荷電粒子線の遮蔽率の低下や転写貫通パターン端部のラフネスの悪化といった欠点がある。特に、１００ｎｍ以下の非常に微細な寸法を形成する場合、成膜する金属薄膜の膜厚も薄くなるため、荷電粒子線の遮蔽率の低下やラフネスの悪化が非常に顕著に現れる問題がある。

また、別の方法として、パターニングを行なったレジストをシュリンクさせることによって、パターン寸法を小さくする方法が提案されている（特許文献５参照）。

これは、まずレジストを電子線描画機を用いて露光し、現像してパターンを解像させ、その上にシュリンク材料を塗布し、レジストのガラス転移点近傍の温度で一定量ベークを行うことでレジスト層の側壁からパターン部へレジスト材料を引きだしレジストパターン寸法を小さくする方法である。

しかしながらレジストをシュリンクさせる上記方法では、電子線描画、現像により得られた垂直な微細パターン形状が、レジスト材料のシュリンク材料への不均一な引き出しによりテーパ形状となったり、裾引き形状となったりするなど、パターンの矩形性が悪化する欠点がある。また、熱によりシュリンクを誘導する為、均一な加温が難しく、シュリンクする量（パターン寸法の変化量）が面内で均一とならない欠点がある。
特開平１０−１３５１０３号公報特開２００６−２５３４３９号公報特開２００２−３４３７１０号公報特開２００５−１０８９３８号公報特開２００５−４４８２３号公報

そこで、本発明は、転写貫通パターン端部のラフネスへの影響が小さく、また転写貫通パターンの矩形性や面内の寸法均一性を維持したまま転写貫通パターンの寸法を制御することができるステンシルマスク及びその製造方法を提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、開口部が形成された支持部と、支持部上にパターン形成されたエッチングストッパ層と、エッチングストッパ層上に転写貫通パターンが形成された薄膜層と、を備え、支持部及び薄膜層の露出面が酸化されたことを特徴とするステンシルマスクとしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、支持部及び薄膜部がＳｉあるいはＳｉＣから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としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、支持部及び薄膜部の露出面が導電膜を備え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としたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、支持層、エッチングストッパ層、薄膜層を備えた基板を用意する工程と、薄膜層に転写貫通パターンを形成する工程と、支持層に開口部を形成する工程と、基板に熱酸化処理を行う工程と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、熱酸化処理を行う工程の後に、エッチングする工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のステンシルマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、転写貫通パターンを形成する工程と開口部を形成する工程との間に、薄膜層に熱酸化処理を行う工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載のステンシルマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、支持部及び薄膜部の露出面に導電膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のステンシルマスクの製造方法としたものである。

本発明によれば、転写貫通パターン端部のラフネスへの影響が小さく、また転写貫通パターンの矩形性や面内の寸法均一性を維持したまま転写貫通パターンの寸法を制御することができるステンシルマスク及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。実施の形態において同一構成要件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。

図１（ａ）は本実施の形態に係るＳＯＩ基板２０を示す図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るステンシルマスク１０のＳＯＩ基板２０は、支持層１、エッチングストッパ層２及び薄膜層３を備えている。本実施の形態に係るＳＯＩ基板２０の支持層１の膜厚は５００μｍ以上７２５μｍ以下であり、エッチングストッパ層２の膜厚は、０．５μｍ以上１．０μｍ以下であり、薄膜層３の膜厚は、０．５μｍ以上２．０μｍ以下である。支持層１、エッチングストッパ層２及び薄膜層３の膜厚は露光方式により使い分けることができる。

本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０の薄膜層３及び支持層１は、薄膜層３に転写貫通パターン６が形成でき、荷電粒子線を遮蔽でき、酸化により体積が増大する材料であれば特に限定されずに用いることができる。具体的な材料には、例えば、Ｓｉ（シリコン）やＳｉＣ（炭化ケイ素）などを好適に用いることができるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。その中でも特に、Ｓｉを材料とした場合には、酸化物がＳｉＯ_２となり、荷電粒子線の遮蔽率はシミュレーションの結果、Ｓｉに比べ３．５倍高いことがわかっており、ステンシルマスク向けに使用するには非常に有用である。また、本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０のエッチングストッパ層２は、薄膜層３に転写貫通パターン６を形成する際、及び支持層１に開口部を形成する際に行うエッチングをストップさせる材料であれば特に限定されずに用いることができる。具体的な材料には、例えば、支持層１及び薄膜層３にＳｉを用いた場合には、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）を好適に用いることができる。つまり、エッチングストッパ層２はエッチングを行う支持層１及び薄膜層３の材料に応じて、エッチングストッパ層２の材料を選択できる。

図１（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０の支持層１及び薄膜層３の表面あるいは全体を酸化した概略断面図を示す。図１（ｃ）に示すように、本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０は、薄膜層３に転写貫通パターン６が形成され、転写貫通パターン６の側壁部及び支持層１の表面あるいは全面が酸化されている。また本発明の実施の形態においては、ステンシルマスク１０の酸化量を調整することで、レジストの解像限界を超えた微細な寸法を有する薄膜層３の転写貫通パターン６とすることができる。

以上、説明したように本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０は、薄膜層３の転写貫通パターン６及び支持層１を酸化させることで、転写貫通パターン６のラフネスや矩形性を低下させることなく、薄膜層３全体の体積を増加させることができ、転写貫通パターン６の寸法を小さくすることができる。

本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０は、開口部５、薄膜層３の転写貫通パターン６の側壁部及び支持部１の表面に導電膜を形成することが好ましい。導電膜を形成することにより、荷電粒子線の照射時に発生する帯電を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０の製造方法について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るステンシルマスク１０の製造方法を示す概略断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、支持層１にエッチングストッパ層２を介して接合された薄膜層３を有するＳＯＩ基板２０を用意する。

次に、図１（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板２０の支持層１に開口部５を形成し、薄膜層３に転写貫通パターン６を形成する。

次に、図１（ｃ）に示すように、熱酸化方法により支持層１及び薄膜層３の酸化を行なう。熱酸化方法には、ドライ酸化やウエット酸化などがある。その中でも特に酸化膜形成の均一性がよいＲＴＰ（Ｒａｐｉｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓ）を用いることが好ましい。

このように薄膜層３を酸化することで薄膜層３の体積を増大させ、転写貫通パターン６の寸法を小さくすることができる。例えば、シリコンを酸化させてシリコン酸化膜とした場合の体積は、シリコンの約２．３倍となる。体積の膨張率の逆数が約０．４４となり、この０．４４によりシリコンを酸化させた際のシリコン酸化膜との比重及び密度がわかる。

また、薄膜層３が非常に薄い場合、薄膜層３に転写貫通パターン６を形成後、支持層１に開口部５を設ける前に、熱酸化処理を行なうことができる。熱酸化処理を行なうことで、熱酸化工程の高熱により薄膜層３が膨張し、薄膜層３に歪みが生じ破損する可能性を抑制することができる。

さらに、熱酸化処理を行なったステンシルマスク１０に対し、酸化物をエッチングすることが可能な溶液を用いて、エッチングを行なうことで、転写貫通パターン６の寸法をさらに調整することができる。例えば、酸化物がシリコン酸化物であった場合、フッ化水素水を用いることで酸化部をエッチングすることができ、パターン寸法を大きくする方向へ調整することができる。上記方法を用いることによりステンシルマスク１０の転写貫通パターン６の寸法を任意の大きさに制御することができる。

また、転写貫通パターン６の寸法を調整後、荷電粒子線の照射による転写貫通パターン６付近の帯電を防止するために、ステンシルマスク１０の表裏面に導電膜を成膜するのが好ましい。導電膜の膜厚は導電性が取れる程度の膜厚であればよい。また、導電膜は導通が取れればそれで足るものであり、例えば、金属薄膜などを成膜すればよい。

導電膜の成膜方法はスパッタリング法や真空蒸着法、ＣＶＤ法、メッキ法などがあるが、付着力の強いスパッタリング法を用いるのが好ましい。また、金属薄膜を形成させる場合、スパッタする金属種は密着性が高く、導電性の高いＴｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏなどが望ましい。

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。本実施例では図１（ａ）〜（ｃ）に示すステンシルマスク１０の製造方法について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、膜厚０．７５μｍのシリコン薄膜層３と膜厚１．０μｍのエッチングストッパ層２と膜厚７２５μｍの支持層１とからなるＳＯＩ基板２０を用いた。

次に、図１（ｂ）に示すように、支持層１に開口部５を形成し、薄膜層３に転写貫通パターン６を形成した。形成した転写貫通パターン６はホールアレイで、そのホールアレイの直径寸法ｄは、１０５ｎｍとなった。

次に、図１（ｃ）に示すように、熱酸化処理を行ない、薄膜層３と支持層１とに酸化膜４を形成した。熱酸化処理には、ドライ熱酸化法を用いて、１１５０℃で３０秒間、酸化を行なった。その結果、ホールアレイの直径寸法ｄ_ｏｘは９２ｎｍとなり、転写貫通パターン６を１３ｎｍ微細化することができた。ここで、転写貫通パターン６は熱酸化処理を行う前のホールアレイの直径寸法をｄとし、熱酸化処理を行ったホールアレイの直径寸法をｄ_ｏｘとした場合には、ｄ＞ｄ_ｏｘとなる。

さらに、０．２５％のフッ化水素水を用いて形成した酸化膜のエッチングを行った。０．２５％のフッ化水素水によるシリコン酸化膜のエッチングレートは毎分１．１ｎｍで、５分間エッチングすることで、ホールアレイの直径寸法は、９７ｎｍとなった。

以上、本発明のステンシルマスク１０の薄膜層３を酸化することで、転写貫通パターン６の寸法を１０５ｎｍから９２ｎｍへと１３ｎｍ微細化することができた。また、フッ化水素水によりエッチングすることで寸法の微調整を行なうことができた。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態に係るステンシルマスクの製造方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１…支持層、２…エッチングストッパ層、３…薄膜層、４…酸化膜層、５…開口部、６…転写貫通パターン

Claims

開口部が形成された支持部と、
前記支持部上にパターン形成されたエッチングストッパ層と、
前記エッチングストッパ層上に転写貫通パターンが形成された薄膜層と、を備え、
前記支持部及び前記薄膜層の露出面が酸化されたことを特徴とするステンシ
ルマスク。
前記支持部及び前記薄膜部がＳｉあるいはＳｉＣから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。
前記支持部及び前記薄膜部の露出面が導電膜を備え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。
支持層、エッチングストッパ層、薄膜層を備えた基板を用意する工程と、
前記薄膜層に転写貫通パターンを形成する工程と、
前記支持層に開口部を形成する工程と、
前記基板に熱酸化処理を行う工程と、
を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
前記熱酸化処理を行う工程の後に、エッチングする工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記転写貫通パターンを形成する工程と前記開口部を形成する工程との間に、前記薄膜層に熱酸化処理を行う工程とをさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載のステンシルマスクの製造方法。
前記支持部及び前記薄膜部の露出面に導電膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のステンシルマスクの製造方法。