(57)【要約】【課題】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ステンシルマスクにおいて、機械的強度が高く、かつ熱伝導率及び電気伝導率が高い、すなわち電子線照射耐性に優れたステンシルマスク及びその製造方法を提供すること。【解決手段】少なくともマスク母体の裏面及び基体の内側面が、炭素を主成分とする膜で覆われ、該炭素を主成分とする膜が、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状カーボン膜、又はカーボンナノチューブよりなるステンシルマスク。その製造方法において、基体内側面及びマスク母体の裏面上に、炭化水素を含む原料ガスを用いて化学的気相成長法により炭素を主成分とする膜を成膜する工程を具備するステンシルマスクの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ステンシルマスクにおいて、少なくともマスク母体の裏面及び基体の内側面が、炭素を主成分とする膜で覆われていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記炭素を主成分とする膜が、ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状カーボン膜であ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。
【請求項３】
前記ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状カーボン膜には、不純物として、硼素、硫黄、窒素、リンおよびシリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種がドープ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。
【請求項４】
前記炭素を主成分とする膜が、カーボンナノチューブであ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。
【請求項５】
基体と、この基体の表面にマスク母体とを加工した後、前記マスク母体に荷電粒子線が透過する透過孔パターンを形成するステンシルマスクの製造方法において、ＳＯＩ基板の裏面及び表面のシリコンをそれぞれ加工し、基体及び基体により支持されたマスク母体を形成する工程と、基体内側面及びマスク母体の裏面上に、炭化水素を含む原料ガスを用いて化学的気相成長法により炭素を主成分とする膜を成膜する工程を具備することを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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式が、特許文献１において開示されている。この方式は、ＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と称され、例えば電子線分割縮小転写方式など、従来の電子線を用いる露光法に比べて、電子線の加速電圧が１０分の１の数キロボルトであり、すなわち低エネルギーの電子線を用いるという特徴を有する。
【０００４】
ＬＥＥＰＬでは、パターン成形のために貫通（孔）型のステンシルマスクが用いられる。このマスクと転写されるウェハーの間は３０μｍ程度の微小なギャップに保たれ、クーロン効果の影響が生じない近接転写により、電子線が露光される。
【０００５】
このようなＬＥＥＰＬ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。そこで、上述の特許文献１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、マスクの膜厚を０．２μｍ〜１．０μｍとすることが開示されている。
【０００６】
また、特許文献１では、電子線の加速電圧は１〜４ｋｅＶ、ビーム電流は２０μＡ以下と開示されている。これは低エネルギー電子線であるため、電子の平均自由行程から電子の固体への侵入深さは数ナノメーター程度である。したがって、この電子線の成形に使用されるステンシルマスクにおいては、マスク母体の薄膜が介在する非露光部（遮光部）では、電子線はマスク母体で散乱されずに遮蔽される。すなわち、従来の高エネルギー電子線を用いた露光方式に比べて、マスク母体に電子が照射蓄積され、数十マイクロアンペアという比較的大きな電流が流れることになる。このような電流はマスク母体に大きな熱を発生させることになるとともに、材料の導電性が低い場合チャージアップも容易に生じる。
【０００７】
通常、ステンシルマスクを構成するマスク母体の材質として単結晶シリコンが用いられるが、マスク母体を支えてマスクの平面性を維持するために、基体が必要である。この基体用の基板としては、加工性や入手容易性の点から、マスク母体の材料と同じ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酸化シリコン膜を挟んだ構造の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酸化シリコン膜は、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。
【０００８】
上述のように、ステンシルマスクでは、一般的にマスク母体の材料として単結晶シリコンが用いられているが、シリコンでは硬度及び熱伝導率は比較的小さく、例えばワイドバンドギャップの物性と比較して、桁違いに劣っている。したがって、シリコンをマスク母体の材料として用いる場合、マスクパターンの微細化、マスク母体の薄膜化に限界を生ずるとともに、低エネルギーの電子線照射耐性が低いという問題が生ずる。
【０００９】
さらに、ＬＥＥＰＬでは、基体側から、すなわちマスク母体の裏面から電子線が露光されるが、ＳＯＩの酸化シリコン膜にあたるエッチングストッパー層が絶縁体であるため、マスク母体に照射された電子が蓄積され、チャージアップが引き起こされ、実用上の課題となっている。
【００１０】
以下に公知文献を記す。
【特許文献１】特許第２９５１９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような事情の下になされ、機械的強度が高く、かつ熱伝導率及び電気伝導率が高い、すなわち電子線照射耐性に優れたステンシルマスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、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ステンシルマスクにおいて、少なくともマスク母体の裏面及び基体の内側面が、炭素を主成分とする膜で覆われていることを特徴とするステンシルマスクである。
【００１３】
さらに、本発明の請求項２に係る発明は、前記炭素を主成分とする膜が、ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状カーボン膜であ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。
【００１４】
このような本発明によると、マスク母体の照射面では、少なくともマスク母体裏面及び基体内側面が炭素を主成分とする膜、特には硬度、ヤング率が高くかつ熱伝導率が高いダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド状カーボン膜で覆われているため、機械的強度が高くかつ電子線照射耐性の高いステンシルマスクを得ることができる。
【００１５】
露光に低エネルギーの電子線を用いるＬＥＥＰＬ用ステンシルマスクの場合、近接露光転写を行うために被露光ウェハーは、物理的制約から基体側と反対側に載置される。すなわち、露光用電子線は熱伝導率が高いダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド状カーボン膜側から入射するため、高い電子線照射耐性を得ることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る発明は、前記ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状カーボン膜には、不純物として、硼素、硫黄、窒素、リンおよびシリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種がドープ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である。
【００１７】
本発明においては、炭素を主成分とする膜、特には、ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド状カーボン膜は、不純物、すなわち、硼素、硫黄、窒素、リン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を用いることができる。このような不純物をドープすることにより、ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド状カーボン膜は、不純物伝導性を示すようになり、高い導電性を付与することができ、電子線照射によるチャージアップを容易に回避できるようになる。
【００１８】
本発明の請求項４に係る発明は、前記炭素を主成分とする膜が、カーボンナノチューブであ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。
【００１９】
また、本発明では、炭素を主成分とする膜をカーボンナノチューブとすることができる。カーボンナノチューブは、高い熱伝導率及び電気伝導率をもつため、高い電子線照射耐性が得られるとともに、立体構造を容易に作製できるため、表面と裏面のシリコンを短絡することが容易となり、したがって露光時のチャージアップをより高度に防止することができる。
【００２０】
本発明の請求項５に係る発明は、基体と、この基体の表面にマスク母体とを加工した後、前記マスク母体に荷電粒子線が透過する透過孔パターンを形成するステンシルマスクの製造方法において、ＳＯＩ基板の裏面及び表面のシリコンをそれぞれ加工し、基体及び基体により支持されたマスク母体を形成する工程と、基体内側面及びマスク母体の裏面上に、炭化水素を含む原料ガスを用いて化学的気相成長法により炭素を主成分とする膜を成膜する工程を具備す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。
【００２１】
このような発明によると、被覆層となる炭素を主成分とする膜を化学的気相成長法により成膜することにより、成膜時の化学反応を制御することで、結晶性ならびに結晶粒径を制御することが可能となり、高い硬度及び熱伝導率を有し、さらには膜厚の調整及び応力の調整が容易にできる。また、このような成膜の際、入射粒子のエネルギーが大きい成膜方法を用いることにより、基体内側の側壁面にも容易に被覆用の膜を得ることができる。以上に示したように、本発明によると、機械的強度が高く、かつ熱伝導率及び電気伝導率が高い、すなわち電子線照射耐性に優れたステンシルマスクを得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、基体側面及びマスク母体裏面を、高硬度、高熱伝導率、高電気伝導率の炭素を主成分とする膜で被覆しているため、電子線照射耐性に優れたステンシルマスクを得ることができる。
【００２３】
また、化学気相成長法を用いて被膜となる炭素を主成分とする膜を形成しているため、基体とマスク母体を電気的に導通することが可能となり、電子線露光の際にチャージアップしないステンシルマスクが得られる。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。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、ステンシルマスクは、開口部が形成された支持基体１１上に、エッチングストッパー層１２を介して、所定の透過孔パターンを有するマスク母体１３と、マスク母体裏面及び基体内側面が炭素を主成分とする膜１４で覆われて構成されている。支持基体１１は、単結晶シリコンの他に、石英基板、あるいはセラミックス基板を用いることができる。
【００２５】
基板としてＳＯＩを用いる場合、エッチングストッパー層１２として機能する酸化シリコン層が基体１１とマスク母体１３の間に介在する。一般的にシリコンのエッチングには
フッ素化合物を主成分とするエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングが利用される。この場合には、エッチングストッパー層１２として、酸化シリコンを用いることができる。マスク母体１３は、ＳＯＩ基板を用いて加工形成する場合には単結晶シリコン薄膜が用いられる。
【００２６】
炭素を主成分とする膜１４としては、多結晶あるいはナノ結晶からなるダイヤモンド膜、ダイヤモンド状カーボン膜が望ましく用いることができる。また、さらには、カーボンナノチューブ、フラーレン、無定形炭素等を用いることができる。また、上記炭素を主成分とする膜１４には、不純物として硼素、硫黄、窒素、リン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を用いることができる。
【００２７】
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、マスク母体裏面及び基体内側面が、高硬度、高熱伝導率、高電気伝導率の材料物性を示す炭素を主成分とする膜、特にはダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド状カーボン膜で覆われいるため、電子線照射耐性に優れたステンシルマスクを得ることができる。
【００２８】
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（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板に開口部２０を設け基体２１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。続いて、エッチングストッパー層２２をウェットエッチングにより除去し形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、表面の単結晶シリコン膜２３ａ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２３を形成する。この透過孔パターン形成プロセスは、単結晶シリコン膜２３ａ上へのレジストパターンの形成工程、単結晶シリコン膜２３ａをドライエッチングしマスク母体２３を形成する工程を順に経て行われる。
【００２９】
ここで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装置が挙げられる。なお、基体２１の形成工程及びマスク母体２３の形成工程は、どちらを先に行っても良い。
【００３０】
続いて、基体２１側面及びマスク母体２３裏面上に、化学的気相成長法により、ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド状カーボン膜等の炭素を主成分とする膜２４を成膜し、被覆層を形成する。これで、ステンシルマスクが完成する。化学的気相成長法としては、マイクロ波プラズマあるいは熱フィラメント、高周波プラズマ、ＥＣＲプラズマを用いた化学的気相成長法を用いることができる。
【実施例】
【００３１】
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。
〈実施例１〉
図２（ａ）〜（ｃ）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。基板として、単結晶シリコン（基体用）、酸化シリコン（エッチングストッパー用）、単結晶シリコン（マスク母体用）の厚みがそれぞれ、５２５μｍ、１μｍ、０．５μｍのＳＯＩを用いる。
【００３２】
このＳＯＩ基板を、図２（ｂ）に示すように、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（図示せず）を保護用マスクとして用いて、単結晶シリコンを面方位に沿った異方性エッチングを行い、開口部２０及び基体２１を形成した。続いて、保護膜を約１７０℃の熱リン酸でエッチング除去した。次に、単結晶シリコン２３ａ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。
【００３３】
続いて、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、エッチングガスとして塩素と酸素を用いて、単結晶シリコン２３ａを貫通するまでドライエッチングした後、レジストパターンを酸素プラズマによりアッシング除去し、マスク母体２３を形成した。
【００３４】
続いて、図２（ｃ）に示すように、基体２１側面上及びマスク母体２３裏面上に、マイクロ波プラズマ化学気相成長装置を用いて、ダイヤモンド膜２４を成膜した。以上の工程を経てステンシルマスクが完成した。マイクロ波プラズマ化学気相成長条件は、下記の表１の通りである。
【００３５】
【表１】
2005093484.tif 000003
以上のように製造されたステンシルマスクは、パターン精度が高く、電子線照射特性に優れたものであり、かつ露光時にチャージアップは観測されなかった。
〈実施例２〉
上記実施例１と同様の工程（図２（ａ）及び（ｂ））を経て、基体２１ならびにマスク母体２３を形成後、基体２１側面上及びマスク母体２３裏面上に、ＥＣＲプラズマ化学気相成長装置を用いて、ダイヤモンド状カーボン膜２４を成膜した。以上の工程を経てステンシルマスクが完成した。ＥＣＲプラズマ化学気相成長条件は、下記の表２の通りである。
【００３６】
【表２】
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本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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。
【符号の説明】
【００３８】
１１，２１…基体
１２，２２…エッチングストッパー層
１３，２３…マスク母体
２３ａ…シリコン膜
１４，２４…炭素を主成分とする膜
２０…開口部
【図１】
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【図２】
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