JP3060693B2 - Stencil mask forming method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの微細
加工のための電子ビームリソグラフィー技術に関するも
のであり、特に、ステンシルマスクを用いた縮小転写型
電子ビームリソグラフィーにおける、ステンシルマスク
形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam lithography technique for microfabrication of a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a stencil mask in reduction transfer type electron beam lithography using a stencil mask. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子ビームリソグラフィー技術は、レチ
クルを用いる必要がなく、かつ微細パターン形成が可能
であることから、LSIの先行開発のツールとして用い
られている。従来、広く用いられている電子ビーム描画
方法は、電界放射型または熱電子型電子銃を用いたガウ
シアンビームや可変整形ビームによって、パターンを1
つ1つ順次描画していく方法であり、いわゆる一筆書き
法と呼ばれている。すなわち、電子銃から発生した電子
ビームを集束レンズによりレジスト面上で細いビームス
ポットに集束し、さらに偏向系によってビームスポット
を位置制御することによって、レジスト上に任意の図形
を描画することができる方法である。この方法では、偏
向フィールド内部の歪と収差が電気的に補正でき、制御
技術次第で精度を高めることができるというメリットが
あり、多くの開発がなされ実用にも供されている。しか
し、一方で、この方法では、電子ビームのスポット径が
0.1〜2μm程度であるために、描画パターンの大き
さが小さくなるとともに、描画すべきスポット数が膨大
になり、また、偏向系の動作周波数の限界からスポット
移動速度に限界があり、描画に要する時間が非常に長く
なり、スループットが低下するという欠点がある。2. Description of the Related Art Electron beam lithography has been used as a tool for advanced development of LSIs because it does not require the use of a reticle and can form a fine pattern. Conventionally, a widely used electron beam writing method uses a Gaussian beam or a variable shaped beam using a field emission or thermionic electron gun to form a pattern.
This is a method of sequentially drawing one by one, and is called a so-called single-stroke writing method. That is, an electron beam generated from an electron gun can be focused on a resist surface by a focusing lens into a narrow beam spot, and the position of the beam spot can be controlled by a deflection system to draw an arbitrary figure on the resist. It is. This method has the merit that distortion and aberration inside the deflection field can be electrically corrected and the accuracy can be increased depending on the control technique, and many methods have been developed and put to practical use. On the other hand, however, in this method, since the spot diameter of the electron beam is about 0.1 to 2 μm, the size of the drawing pattern is reduced, and the number of spots to be drawn becomes enormous. There is a drawback in that the spot movement speed is limited due to the limitation of the operating frequency, and the time required for drawing becomes extremely long, and the throughput is reduced.
【0003】そこで、最近、これらの欠点を解決するた
めに、LSIチップのパターンを全て、一筆書きのよう
に描画するのではなく、部分的なパターンをマスクを用
いて転写を行う縮小転写方法が考え出された。すなわ
ち、LSIパターンの繰り返し領域を小領域の部分パタ
ーンに分解し、このパターンをステンシルマスクに形成
し、このマスクを用いて順次パターンを転写していく方
法である。しかし、この方法は、スループットが非常に
早くなることが予想されるが、用いるステンシルマスク
の形成が非常に困難である。例えば、現在考えられてい
るステンシルマスク形成方法の一例を(図5)に示す。In order to solve these drawbacks, a reduction transfer method has recently been proposed in which the entire pattern of an LSI chip is not drawn as a single stroke, but a partial pattern is transferred using a mask. Figured out. In other words, there is a method in which a repetitive area of the LSI pattern is decomposed into small area partial patterns, this pattern is formed on a stencil mask, and the pattern is sequentially transferred using this mask. However, this method is expected to have a very high throughput, but it is very difficult to form a stencil mask to be used. For example, an example of a stencil mask forming method currently considered is shown in FIG.
【0004】半導体シリコン基板11に加速電圧50〜
100KV、ドーズ量1×1020cm-2でボロンイオン
42の注入を行い、イオン注入層41を形成する(図5
(a))。この上にシリコンのエピタキシャル層43を
形成し、さらにこのエピ層上とシリコン基板の裏面に保
護膜44として窒化膜を堆積する(図5(b))。その
後、リソグラフィー技術とドライエッチング技術を用い
て半導体シリコン基板の裏面のシリコン酸化膜を選択的
に除去し、シリコン酸化膜をマスクにして半導体シリコ
ン基板の裏面をエチレンジアミン・ピロカテコール溶液
でボロン注入層までエッチングし、保護膜をすべて除去
する(図5(c))。次に、エピ層の上に、電子ビーム
リソグラフィー技術を用いてレジストパターン45の形
成を行う(図5(d))。このレジストパターン45を
マスクとして、エピ層およびイオン注入層のエッチング
を行い、マスクパターンを形成する(図5(e))。An acceleration voltage of 50 to 50 is applied to the semiconductor silicon substrate 11.
Boron ions 42 are implanted at 100 KV and at a dose of 1 × 10 20 cm −2 to form an ion implanted layer 41 (FIG. 5).
(A)). An epitaxial layer 43 of silicon is formed thereon, and a nitride film is deposited as a protective film 44 on the epitaxial layer and on the back surface of the silicon substrate (FIG. 5B). Then, the silicon oxide film on the backside of the semiconductor silicon substrate is selectively removed using lithography and dry etching techniques, and the backside of the semiconductor silicon substrate is etched to a boron injection layer with an ethylenediamine / pyrocatechol solution using the silicon oxide film as a mask. Etching is performed to remove all the protective film (FIG. 5C). Next, a resist pattern 45 is formed on the epi layer by using an electron beam lithography technique (FIG. 5D). Using the resist pattern 45 as a mask, the epi layer and the ion-implanted layer are etched to form a mask pattern (FIG. 5E).
【0005】以上のような方法により、電子ビーム縮小
転写リソグラフィーにおいて用いられるステンシルマス
クを形成することができる。ここで、高イオン注入層を
形成するのは、半導体シリコン基板を裏面からエッチン
グする場合、エッチングのストッパーとして用いるため
である。しかし、この方法では、エピタキシャル技術
や、また、高エネルギ−イオン注入技術も必要となり、
技術的にも非常に複雑で、工程も長くかかってしまう。
さらに、シリコンのイオン注入層とエピ層のみで電子ビ
ームを遮閉するマスクとなる必要があるため、マスク膜
厚が数十μm以上となり、エピタキシャルによる堆積や
エッチングも容易ではない。[0005] By the above method, a stencil mask used in electron beam reduction transfer lithography can be formed. Here, the reason why the high ion implantation layer is formed is that when the semiconductor silicon substrate is etched from the back surface, it is used as an etching stopper. However, this method requires an epitaxial technique and also a high energy ion implantation technique,
It is technically very complicated and the process is long.
Further, since it is necessary to use only the silicon ion-implanted layer and the epi layer as a mask for blocking the electron beam, the mask film thickness becomes several tens μm or more, and it is not easy to perform epitaxial deposition and etching.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、電子ビ
ーム縮小転写リソグラフィーに使用されるステンシルマ
スクにおいて、シリコン材料のみを用いると、膜厚が数
十μm以上必要となる。(図4)に、電子ビームの加速
電圧に対するシリコン中での電子の飛程距離を示す。通
常、電子ビームリソグラフィーで用いられる加速電圧は
20〜50KeVであるので、シリコン材料をマスクと
した場合、20μm程度の膜厚を必要とする。また、イ
オン注入、エピタキシャル技術、リソグラフィー、エッ
チング等の多くの工程が必要になり、ステンシルマスク
作成の工程が煩雑になるという欠点がある。さらに、マ
スク膜厚としては、電子ビームを遮閉するために、高精
度の制御性、均一性が要求されている。上記の場合、マ
スク膜厚の精度を上げるために、半導体シリコン基板に
高イオン注入を行って、それをシリコン基板のエッチン
グにおけるストッパーとして用いており、困難な高エネ
ルギ−イオン注入技術、20μm以上の膜を形成するた
めのエピタキシャル技術が必要不可欠である。As described above, in a stencil mask used for electron beam reduction transfer lithography, if only a silicon material is used, a film thickness of several tens μm or more is required. FIG. 4 shows the range of electrons in silicon with respect to the acceleration voltage of the electron beam. Usually, the acceleration voltage used in electron beam lithography is 20 to 50 KeV, so that a silicon material as a mask requires a film thickness of about 20 μm. In addition, many steps such as ion implantation, epitaxial technology, lithography, and etching are required, and there is a disadvantage in that the steps of forming a stencil mask are complicated. Further, as for the mask film thickness, high-precision controllability and uniformity are required in order to block an electron beam. In the above case, in order to improve the accuracy of the mask film thickness, high ion implantation is performed on the semiconductor silicon substrate, which is used as a stopper in the etching of the silicon substrate. Epitaxial technology for forming a film is indispensable.
【0007】また、マスク膜厚を薄くするために、シリ
コン基板と金等の金属との多層膜を用いるものや、金属
単体を使用するものなどがある。しかし、多層膜を使用
した場合、電子ビーム照射による熱の影響で、マスクが
歪むという問題がある。すなわち、電子ビームがマスク
に照射されることによって、熱を発生する。この時の熱
膨張率は、シリコンが2.5×10-6/degに対して、金
は14.2×10-6/degであり、また熱伝導率はシリコ
ンが1.7cm.deg、金は3.1cm.degであり、シリコン
マスクの表面に金を堆積し、異質な多層膜にすることに
よって、マスクが歪んでしまう。また、金属単体をマス
クとして使う場合、金属の加工が困難であるという欠点
がある。すなわち、ステンシルマスクとしては、膜厚制
御性、均一性が良く、機械的強度が強く、温度変化によ
る寸法安定性、熱安定性が良く、かつ、簡単なプロセス
で形成することができるものが望まれる。In order to reduce the thickness of the mask, there are those using a multilayer film of a silicon substrate and a metal such as gold, and those using a single metal. However, when a multilayer film is used, there is a problem that the mask is distorted by the influence of heat due to electron beam irradiation. That is, heat is generated by irradiating the mask with the electron beam. At this time, the coefficient of thermal expansion is 2.5 × 10 −6 / deg for silicon, 14.2 × 10 −6 / deg for gold, and the thermal conductivity of silicon is 1.7 cm.deg. Gold is 3.1 cm.deg., And the mask is distorted by depositing gold on the surface of the silicon mask to form a heterogeneous multilayer film. In addition, when a metal alone is used as a mask, there is a disadvantage that it is difficult to process the metal. In other words, a stencil mask that has good film thickness controllability, uniformity, high mechanical strength, good dimensional stability due to temperature change, good thermal stability, and can be formed by a simple process is desired. It is.
【0008】本発明者らは、これらの課題を解決するた
めに、電子ビーム縮小転写リソグラフィー用ステンシル
マスク形成方法を完成した。The present inventors have completed a method for forming a stencil mask for electron beam reduction transfer lithography in order to solve these problems.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明のステンシルマス
クの形成方法は、第一の半導体シリコン基板の表面に無
機膜を形成する工程と、前記無機膜上に第二の半導体シ
リコン基板を張り合わせ、熱処理する工程と、前記張り
合わせたシリコン基板をエツチングしてシリコン基板を
薄膜化する工程と、前記半導体シリコン基板の両面に保
護膜を形成し、前記第一の半導体シリコン基板の裏面の
保護膜上にパタ−ンを形成し、前記パタ−ンをマスクと
して、前記保護膜をエツチングし前記第一の半導体シリ
コン基板の裏面を露出させ、前記保護膜パタ−ンをマス
クとして前記露出した半導体シリコン基板を裏面からエ
ツチングし、前記無機膜を露出させる工程と、前記第二
の半導体シリコン基板の表面の保護膜上にリソグラフイ
−技術を用いてレジストパタ−ンを形成し、前記レジス
トパタ−ンをマスクとして前記保護膜、第二の半導体シ
リコン基板、および無機膜をエツチングし、無機膜を貫
通させることによつてパタ−ンを形成する工程とを備え
て成るものである。According to a method of forming a stencil mask of the present invention, a step of forming an inorganic film on a surface of a first semiconductor silicon substrate, and a step of bonding a second semiconductor silicon substrate on the inorganic film, Heat-treating, etching the bonded silicon substrate to thin the silicon substrate, forming a protective film on both surfaces of the semiconductor silicon substrate, and forming a protective film on the back surface of the first semiconductor silicon substrate. A pattern is formed, the protective film is etched using the pattern as a mask to expose the back surface of the first semiconductor silicon substrate, and the exposed semiconductor silicon substrate is etched using the protective film pattern as a mask. Etching from the back surface to expose the inorganic film; and lithography on the protective film on the front surface of the second semiconductor silicon substrate by using a lithography technique. Forming a stop pattern, etching the protective film, the second semiconductor silicon substrate, and the inorganic film using the resist pattern as a mask, and forming a pattern by penetrating the inorganic film. It is provided.
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【0012】[0012]
【作用】本発明は、前記したステンシルマスク形成プロ
セスにより、非常に容易に膜厚の薄い、熱による歪のお
こらない、正確な電子ビーム縮小転写リソグラフィー用
ステンシルマスクを形成することができる。特に、半導
体シリコン基板を酸化し二枚のシリコン基板を張り合わ
せることによって、シリコン基板の裏面からのエッチン
グにおけるストッパーを容易に形成することができる。
すなわち、酸化膜シリコンを張り合わせることによっ
て、半導体シリコン基板の裏面からのエッチングを容易
に行うことができ、膜厚制御性、均一性の良いステンシ
ルマスクを形成することができる。また、シリコン基板
を張り合わせ、ポリッシング技術を用いることによっ
て、容易に正確で均一な薄い膜厚のステンシルマスクを
形成することができる。さらに、半導体シリコン基板の
両面にシリコン酸化膜を形成することによって、機械的
強度にすぐれ、かつ、温度変化による寸法安定性、熱安
定性の良いステンシルマスクを容易に形成することがで
きる。従って、本発明を用いることによって、正確で熱
安定性のすぐれた、膜厚均一性の良い薄いステンシルマ
スク形成に有効に作用する。According to the present invention, an accurate stencil mask for electron beam reduction transfer lithography can be formed very easily by the above-described stencil mask forming process without causing any thermal distortion. In particular, by oxidizing a semiconductor silicon substrate and bonding two silicon substrates together, a stopper for etching from the back surface of the silicon substrate can be easily formed.
That is, by bonding the silicon oxide film, etching from the back surface of the semiconductor silicon substrate can be easily performed, and a stencil mask with good film thickness controllability and uniformity can be formed. In addition, by bonding a silicon substrate and using a polishing technique, a stencil mask having an accurate, uniform, and thin film thickness can be easily formed. Further, by forming silicon oxide films on both surfaces of the semiconductor silicon substrate, it is possible to easily form a stencil mask having excellent mechanical strength and excellent dimensional stability and thermal stability due to temperature change. Therefore, the use of the present invention effectively works for forming a thin stencil mask which is accurate, has excellent thermal stability, and has good film thickness uniformity.
【0013】すなわち、本発明は半導体シリコン基板を
酸化して、二枚のシリコン基板を熱処理によって張り合
わせ、ポリッシング技術によって所望の30μm程度の
薄いシリコン膜厚を得ることができ、さらに、半導体シ
リコン基板の裏面からのエッチングにおけるストッパー
として酸化膜を使用することができるので、膜厚制御
性、均一性の良いステンシルマスクを容易に形成するこ
とができる。また、マスクとして半導体シリコン基板単
体や、シリコン基板の両面に酸化膜を形成したものを用
いることによって、電子ビーム照射時の熱による歪を防
止することができ、正確なステンシルマスクを容易に形
成することができる。That is, according to the present invention, a semiconductor silicon substrate is oxidized, two silicon substrates are bonded together by heat treatment, and a desired silicon film thickness of about 30 μm can be obtained by a polishing technique. Since an oxide film can be used as a stopper in etching from the back surface, a stencil mask with good film thickness controllability and uniformity can be easily formed. Further, by using a semiconductor silicon substrate alone or a mask having an oxide film formed on both surfaces of a silicon substrate as a mask, distortion due to heat during electron beam irradiation can be prevented, and an accurate stencil mask can be easily formed. be able to.
【0014】[0014]
【実施例】まず、本発明の概要を述べる。本発明は、半
導体シリコン基板を酸化し、二枚のシリコン基板を張り
合わせることによって、容易にシリコン基板の裏面エッ
チング時のストッパーを形成し、熱ひずみのない、薄い
実用性の高いステンシルマスクを形成することができる
ものである。また、ポリッシング技術を用いることによ
って、30μm程度の薄いシリコン基板を容易に得るこ
とができる。さらに、シリコン基板の両面にシリコン酸
化膜を形成することができるので、熱による歪もおこら
ず、容易に正確に電子ビーム縮小転写リソグラフィー用
ステンシルマスクを形成することができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the outline of the present invention will be described. The present invention oxidizes a semiconductor silicon substrate and bonds two silicon substrates together to easily form a stopper for etching the back surface of the silicon substrate, thereby forming a thin practical stencil mask without thermal distortion. Is what you can do. In addition, a thin silicon substrate of about 30 μm can be easily obtained by using the polishing technique. Further, since a silicon oxide film can be formed on both surfaces of the silicon substrate, a stencil mask for electron beam reduction transfer lithography can be easily and accurately formed without distortion due to heat.
【0015】以下本発明の一実施例のステンシルマスク
形成方法について、図面を参照しながら説明する。Hereinafter, a method of forming a stencil mask according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0016】(図1)は本発明の実施例におけるステン
シルマスク形成方法の工程断面図を示すものである。第
一の半導体シリコン基板11上に、無機膜12としてシ
リコン酸化膜を1μm厚堆積し(図1(a))、この無
機膜上に第二の半導体シリコン基板13を接触させ、1
100゜C、2時間の熱処理を行い、二枚のシリコン基
板を張り合わせた(図1(b))。次に、張り合わせた
シリコン基板13をポリッシング技術によってエッチン
グして、シリコン基板を約30μmに薄膜化させた。こ
の半導体シリコン基板の両面に保護無機膜14としてシ
リコン酸化膜を500nm厚形成し、シリコン基板裏面
の無機膜上にリソグラフィー技術を用いてレジストパタ
−ンを形成し、このレジストパターンをマスクとして無
機膜のエッチングを行い、第一の半導体シリコン基板の
裏面を選択的に露出させた。さらに、このパタ−ンをマ
スクとして、エチレンジアミン・ピロカテコール溶液を
用いて第一の半導体シリコン基板を裏面からエッチング
して、シリコン酸化膜12の裏面を露出させた(図1
(c))。その後、保護無機膜14をすべて除去し、第
二の半導体シリコン基板の表面上にリソグラフィー技術
を用いてレジストパタ−ン15を形成した(図1
(d))。さらに、このレジストパタ−ンをマスクとし
て第二の半導体シリコン基板13、および、シリコン酸
化膜12をエッチングしパターンを貫通させ、貫通部2
00を形成することによって、容易に、機械的強度のす
ぐれた、熱安定性の高い、ステンシルマスクを形成する
ことができた(図1(e))。FIG. 1 is a process sectional view showing a method of forming a stencil mask according to an embodiment of the present invention. A silicon oxide film having a thickness of 1 μm is deposited as an inorganic film 12 on the first semiconductor silicon substrate 11 (FIG. 1A).
Heat treatment was performed at 100 ° C. for 2 hours to bond two silicon substrates together (FIG. 1B). Next, the bonded silicon substrate 13 was etched by a polishing technique to reduce the thickness of the silicon substrate to about 30 μm. A silicon oxide film having a thickness of 500 nm is formed as a protective inorganic film 14 on both surfaces of the semiconductor silicon substrate, a resist pattern is formed on the inorganic film on the back surface of the silicon substrate by using lithography technology, and the resist pattern is used as a mask to form an inorganic film. Etching was performed to selectively expose the back surface of the first semiconductor silicon substrate. Further, using this pattern as a mask, the first semiconductor silicon substrate was etched from the back surface using an ethylenediamine-pyrocatechol solution to expose the back surface of the silicon oxide film 12 (FIG. 1).
(C)). Thereafter, the protective inorganic film 14 was entirely removed, and a resist pattern 15 was formed on the surface of the second semiconductor silicon substrate by using lithography (FIG. 1).
(D)). Further, using the resist pattern as a mask, the second semiconductor silicon substrate 13 and the silicon oxide film 12 are etched to penetrate the pattern, and the penetrating portion 2 is formed.
By forming No. 00, a stencil mask having excellent mechanical strength and high thermal stability could be easily formed (FIG. 1E).
【0017】以上のように、本実施例によれば、半導体
シリコン基板を酸化し、二枚のシリコン基板を張り合わ
せることによって、ステンシルマスク作成工程を大幅に
簡略化することができ、容易に半導体シリコン基板の裏
面エッチングにおけるストッパーを形成することがで
き、電子ビームの加速電圧が50keVの場合でも、電
子を遮閉することができる、膜厚均一性の良い実用的な
電子ビーム縮小転写リソグラフィー用ステンシルマスク
を形成することができる。なお、ここでは第一の半導体
シリコン基板上に形成する無機膜が、シリコン酸化膜で
あったが、シリコン窒化膜であってもよい。As described above, according to this embodiment, the stencil mask forming process can be greatly simplified by oxidizing the semiconductor silicon substrate and laminating the two silicon substrates, and the semiconductor device can be easily manufactured. A practical stencil for electron beam reduction transfer lithography with good uniformity of film thickness, which can form a stopper in etching the back surface of a silicon substrate and can block electrons even when the electron beam acceleration voltage is 50 keV. A mask can be formed. Here, the inorganic film formed on the first semiconductor silicon substrate is a silicon oxide film, but may be a silicon nitride film.
【0018】以下本発明の第二の実施例について、図面
を参照しながら説明する。(図2)は本発明の第二の実
施例におけるステンシルマスク形成方法の工程断面図を
示すものである。第一の半導体シリコン基板11上に、
無機膜21としてシリコン酸化膜を1μm厚堆積し(図
2(a))、この無機膜上に第二の半導体シリコン基板
22を接触させ、1100゜C、2時間の熱処理を行
い、二枚のシリコン基板を張り合わせた(図2
(b))。次に、張り合わせたシリコン基板22をポリ
ッシング技術によってエッチングして、シリコン基板を
約30μmに薄膜化させた。この半導体シリコン基板の
両面に保護無機膜23としてシリコン酸化膜を1μm厚
形成した。このシリコン基板裏面の無機膜上にリソグラ
フィー技術を用いてレジストパタ−ンを形成し、このレ
ジストパターンをマスクとして無機膜のエッチングを行
い、第一の半導体シリコン基板の裏面を選択的に露出さ
せた。さらに、このパタ−ンをマスクとして、エチレン
ジアミン・ピロカテコール溶液を用いて第一の半導体シ
リコン基板を裏面からエッチングして、シリコン酸化膜
21の裏面を露出させた(図2(c))。その後、第二
の半導体シリコン基板表面の保護無機膜23上にリソグ
ラフィー技術を用いてレジストパタ−ン24を形成した
(図2(d))。さらに、このレジストパタ−ンをマス
クとして保護無機膜23、第二の半導体シリコン基板2
2、および、シリコン酸化膜21をエッチングしパター
ンを貫通させ、貫通部200を形成することによって、
容易に、機械的強度のすぐれた、熱安定性の高い、熱に
よる歪のないステンシルマスクを形成することができた
(図2(e))。Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. (FIG. 2) is a process sectional view of a stencil mask forming method according to a second embodiment of the present invention. On the first semiconductor silicon substrate 11,
A silicon oxide film having a thickness of 1 μm is deposited as the inorganic film 21 (FIG. 2A), a second semiconductor silicon substrate 22 is brought into contact with the inorganic film, and heat treatment is performed at 1100 ° C. for 2 hours. A silicon substrate was bonded (Fig. 2
(B)). Next, the bonded silicon substrate 22 was etched by a polishing technique to reduce the thickness of the silicon substrate to about 30 μm. A silicon oxide film having a thickness of 1 μm was formed as a protective inorganic film 23 on both surfaces of the semiconductor silicon substrate. A resist pattern was formed on the inorganic film on the back surface of the silicon substrate using lithography technology, and the inorganic film was etched using the resist pattern as a mask to selectively expose the back surface of the first semiconductor silicon substrate. Further, using this pattern as a mask, the first semiconductor silicon substrate was etched from the back surface using an ethylenediamine-pyrocatechol solution to expose the back surface of the silicon oxide film 21 (FIG. 2C). Thereafter, a resist pattern 24 was formed on the protective inorganic film 23 on the surface of the second semiconductor silicon substrate by using a lithography technique (FIG. 2D). Further, using the resist pattern as a mask, the protective inorganic film 23, the second semiconductor silicon substrate 2
2, and by etching the silicon oxide film 21 to penetrate the pattern and form the penetrating portion 200,
It was possible to easily form a stencil mask having excellent mechanical strength, high thermal stability, and no distortion due to heat (FIG. 2E).
【0019】以上のように、本実施例によれば、半導体
シリコン基板を酸化し、二枚のシリコン基板を張り合わ
せることによって、ステンシルマスク作成工程を大幅に
簡略化することができ、容易に半導体シリコン基板の裏
面エッチングにおけるストッパーを形成することがで
き、電子ビームの加速電圧が50keVの場合でも、電
子を遮閉することができる、膜厚均一性の良い実用的な
電子ビーム縮小転写リソグラフィー用ステンシルマスク
を形成することができる。さらに、半導体シリコン基板
の両面に同一の膜質、膜厚をもった無機膜を形成して、
ステンシルマスクとすることができるので、電子ビーム
照射時の熱による歪が発生しない、正確なマスクを形成
することができる。なお、ここでは第一の半導体シリコ
ン基板上に形成する無機膜が、シリコン酸化膜であった
が、シリコン窒化膜であってもよい。As described above, according to the present embodiment, the stencil mask forming process can be greatly simplified by oxidizing the semiconductor silicon substrate and bonding the two silicon substrates, and the semiconductor device can be easily manufactured. Practical stencil for electron beam reduction transfer lithography with good uniformity of film thickness, capable of forming a stopper in etching the back surface of a silicon substrate and blocking electrons even when the electron beam acceleration voltage is 50 keV. A mask can be formed. Furthermore, an inorganic film having the same film quality and thickness is formed on both surfaces of the semiconductor silicon substrate,
Since a stencil mask can be used, an accurate mask that does not generate distortion due to heat during electron beam irradiation can be formed. Here, the inorganic film formed on the first semiconductor silicon substrate is a silicon oxide film, but may be a silicon nitride film.
【0020】以下本発明の第三の実施例について、図面
を参照しながら説明する。(図3)は本発明の第三の実
施例におけるステンシルマスク形成方法の工程断面図を
示すものである。第一の半導体シリコン基板11上に、
無機膜31としてシリコン酸化膜を1μm厚堆積し(図
3(a))、この無機膜上に第二の半導体シリコン基板
32を接触させ、1100゜C、2時間の熱処理を行
い、二枚のシリコン基板を張り合わせた(図3
(b))。次に、張り合わせたシリコン基板32をポリ
ッシング技術によってエッチングして、シリコン基板を
約30μmに薄膜化させた。この半導体シリコン基板の
両面に保護無機膜33としてシリコン酸化膜を500n
m厚形成し、シリコン基板裏面の無機膜上にリソグラフ
ィー技術を用いてレジストパタ−ンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクとして無機膜のエッチングを行
い、第一の半導体シリコン基板の裏面を選択的に露出さ
せた。さらに、このパタ−ンをマスクとして、エチレン
ジアミン・ピロカテコール溶液を用いて第一の半導体シ
リコン基板を裏面からエッチングして、シリコン酸化膜
31の裏面を露出させた(図3(c))。さらに、この
パタ−ンをマスクにしてシリコン酸化膜31をエッチン
グして、第二の半導体シリコン基板32の裏面を露出さ
せ、保護無機膜33をすべて除去し、第二の半導体シリ
コン基板の表面上にリソグラフィー技術を用いてレジス
トパタ−ン34を形成した(図3(d))。さらに、こ
のレジストパタ−ンをマスクとして第二の半導体シリコ
ン基板32をエッチングしパターンを貫通させ、貫通部
200を形成することによって、容易に、機械的強度の
すぐれた、熱安定性の高い、ステンシルマスクを形成す
ることができた(図3(e))。Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. (FIG. 3) is a process sectional view of a stencil mask forming method according to a third embodiment of the present invention. On the first semiconductor silicon substrate 11,
A silicon oxide film having a thickness of 1 μm is deposited as the inorganic film 31 (FIG. 3A), a second semiconductor silicon substrate 32 is brought into contact with the inorganic film, and heat treatment is performed at 1100 ° C. for 2 hours. A silicon substrate was bonded (Fig. 3
(B)). Next, the bonded silicon substrate 32 was etched by a polishing technique to reduce the thickness of the silicon substrate to about 30 μm. A silicon oxide film is formed on both sides of this semiconductor silicon substrate as a protective inorganic film 33 by 500 n.
m, a resist pattern is formed on the inorganic film on the back surface of the silicon substrate by using a lithography technique, and the inorganic film is etched using the resist pattern as a mask to selectively expose the back surface of the first semiconductor silicon substrate. Exposed. Further, using this pattern as a mask, the first semiconductor silicon substrate was etched from the back surface using an ethylenediamine-pyrocatechol solution to expose the back surface of the silicon oxide film 31 (FIG. 3C). Further, using this pattern as a mask, the silicon oxide film 31 is etched to expose the back surface of the second semiconductor silicon substrate 32, remove all the protective inorganic film 33, and remove the surface of the second semiconductor silicon substrate. Next, a resist pattern 34 was formed by using a lithography technique (FIG. 3D). Further, by using the resist pattern as a mask, the second semiconductor silicon substrate 32 is etched to penetrate the pattern to form the penetrating portion 200, thereby easily providing a stencil having excellent mechanical strength, high thermal stability and high heat stability. A mask could be formed (FIG. 3E).
【0021】以上のように、本実施例によれば、半導体
シリコン基板を酸化し、二枚のシリコン基板を張り合わ
せることによって、ステンシルマスク作成工程を大幅に
簡略化することができ、容易に半導体シリコン基板の裏
面エッチングにおけるストッパーを形成することがで
き、電子ビームの加速電圧が50keVの場合でも、電
子を遮閉することができる、膜厚均一性の良い実用的な
電子ビーム縮小転写リソグラフィー用ステンシルマスク
を形成することができる。さらに、半導体シリコン基板
単体そのものをステンシルマスクとすることができるの
で、電子ビーム照射時の熱による歪が発生しない、正確
なマスクを形成することができる。なお、ここでは第一
の半導体シリコン基板上に形成する無機膜が、シリコン
酸化膜であったが、シリコン窒化膜であってもよい。As described above, according to the present embodiment, the stencil mask forming process can be greatly simplified by oxidizing the semiconductor silicon substrate and bonding the two silicon substrates, and the semiconductor device can be easily manufactured. Practical stencil for electron beam reduction transfer lithography with good uniformity of film thickness, capable of forming a stopper in etching the back surface of a silicon substrate and blocking electrons even when the electron beam acceleration voltage is 50 keV. A mask can be formed. Furthermore, since the semiconductor silicon substrate itself can be used as a stencil mask, an accurate mask without distortion due to heat during electron beam irradiation can be formed. Here, the inorganic film formed on the first semiconductor silicon substrate is a silicon oxide film, but may be a silicon nitride film.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体シリコン基板を酸化し、二枚のシリコン基板を張
り合わせることによって、シリコン基板の裏面エッチン
グにおけるストッパーを容易に形成することができ、膜
厚制御性、均一性の良好な、機械的強度にすぐれた、熱
安定性の高い、熱によるひずみのない、正確で薄い、実
用性の高いステンシルマスクを容易に形成することがで
きる。特に、通常の半導体シリコン基板を張り合わせ、
ポリッシング技術により、均一性、制御性のよい所望の
シリコン基板の膜厚にすることができるので、容易にス
テンシルマスクを形成することができる。さらに、シリ
コン基板単体、または、シリコン基板の両面に同一の無
機膜を形成することによって、熱安定性の高い、熱によ
るひずみのない、マスクパタ−ンを正確に形成すること
ができ、電子ビーム縮小転写リソグラフィー用ステンシ
ルマスクとして有効に作用し、超高密度集積回路の製造
に大きく寄与することができる。As described above, according to the present invention,
By oxidizing a semiconductor silicon substrate and bonding two silicon substrates together, it is possible to easily form a stopper for etching the back surface of the silicon substrate, and has excellent film thickness controllability, uniformity, and mechanical strength. In addition, an accurate, thin, and highly practical stencil mask having high thermal stability and no distortion due to heat can be easily formed. In particular, a normal semiconductor silicon substrate is stuck,
Since the desired thickness of the silicon substrate with good uniformity and controllability can be obtained by the polishing technique, a stencil mask can be easily formed. Furthermore, by forming the same inorganic film on the silicon substrate alone or on both surfaces of the silicon substrate, it is possible to accurately form a mask pattern having high thermal stability and no distortion due to heat, and to reduce an electron beam. It effectively acts as a stencil mask for transfer lithography and can greatly contribute to the manufacture of ultra-high density integrated circuits.
【図1】本発明の第1の実施例におけるステンシルマス
ク形成方法の工程断面図FIG. 1 is a process sectional view of a stencil mask forming method according to a first embodiment of the present invention;
【図2】本発明の第2の実施例におけるステンシルマス
ク形成方法の工程断面図FIG. 2 is a process sectional view of a stencil mask forming method according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施例におけるステンシルマス
ク形成方法の工程断面図FIG. 3 is a process sectional view of a stencil mask forming method according to a third embodiment of the present invention.
【図4】電子ビームの加速電圧に対する電子の飛程を表
す図FIG. 4 is a diagram showing an electron range with respect to an acceleration voltage of an electron beam.
【図5】従来のステンシルマスク形成方法の工程断面図FIG. 5 is a process sectional view of a conventional stencil mask forming method.
11 半導体シリコン基板 12 無機膜 13 半導体シリコン基板 14 無機膜 15 レジストパターン Reference Signs List 11 semiconductor silicon substrate 12 inorganic film 13 semiconductor silicon substrate 14 inorganic film 15 resist pattern
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−126630(JP,A) 特開 平3−257814(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 1/16 H01L 21/027 Continuation of front page (56) References JP-A-2-126630 (JP, A) JP-A-3-257814 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G03F 1 / 16 H01L 21/027
Claims (1)
を形成する工程と、 前記無機膜上に第二の半導体シリコン基板を張り合わ
せ、熱処理する工程と、 前記張り合わせたシリコン基板をエツチングしてシリコ
ン基板を薄膜化する工程と、 前記半導体シリコン基板の両面に保護膜を形成し、前記
第一の半導体シリコン基板の裏面の保護膜上にパタ−ン
を形成し、前記パタ−ンをマスクとして、前記保護膜を
エツチングし前記第一の半導体シリコン基板の裏面を露
出させ、前記保護膜パタ−ンをマスクとして前記露出し
た半導体シリコン基板を裏面からエツチングし、前記無
機膜を露出させる工程と、 前記第二の半導体シリコン基板の表面の保護膜上にリソ
グラフイ−技術を用いてレジストパタ−ンを形成し、前
記レジストパタ−ンをマスクとして前記保護膜、第二の
半導体シリコン基板、および無機膜をエツチングし、無
機膜を貫通させることによつてパタ−ンを形成する工程
とを備えて成ることを特徴とするステンシルマスク形成
方法。1. A step of forming an inorganic film on a surface of a first semiconductor silicon substrate, a step of bonding a second semiconductor silicon substrate on the inorganic film, and a heat treatment step; and etching the bonded silicon substrate. Thinning the silicon substrate; forming a protective film on both surfaces of the semiconductor silicon substrate; forming a pattern on the protective film on the back surface of the first semiconductor silicon substrate; using the pattern as a mask Etching the protection film to expose the back surface of the first semiconductor silicon substrate, etching the exposed semiconductor silicon substrate from the back surface using the protection film pattern as a mask, and exposing the inorganic film; A resist pattern is formed on the protective film on the surface of the second semiconductor silicon substrate by using a lithography technique, and the resist pattern is masked. Forming a pattern by etching the protective film, the second semiconductor silicon substrate, and the inorganic film and penetrating the inorganic film.
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