JP6119144B2 - ステンシルマスクブランク、ステンシルマスク、及び、ステンシルマスク製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電子ビームやイオンビームを用いて実施される超微細な回路パターン転写の際に用いられるステンシルマスクブランク、ステンシルマスク、及び、ステンシルマスク製造方法に関する。

ＬＳＩの回路パターン等ナノレベルの微細加工には光を用いたリソグラフィー技術が用いられている。近年高集積化に伴い、より微細なパターンを作製するための技術が要求されており、露光光源の短波長化が進められている。例えば、露光光源は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）へと移行され、さらに短波長の軟Ｘ線（波長１３．５ｎｍ）を露光光源とするEUVリソグラフィー技術の開発も行われている。しかし、量産用の技術としては光源やレジスト等まだ多くの課題が残されている。

このように従来から行われている光リソグラフィー技術では、光の解像限界が懸念されるようになってきており、これに代わる方法として、電子線やイオンビームを用いたリソグラフィーが提案されている。

電子線やイオンビームを用いたリソグラフィー装置で使用されるマスクとしては、ＳＯＩ基板に代表されるような３層構造（薄膜シリコン層、酸化シリコン層、シリコン層）から成る基板を用い、薄膜シリコン層には転写すべきパターンに対応する貫通パターンが形成されたステンシルマスクが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。上記ステンシルマスクを用い、電子線等を用いてパターンを転写することで、従来の光を用いたリソグラフィーよりもはるかに高解像度のパターンが作製できると期待される。

ステンシルマスクには用途に応じて様々なパターンが形成されているが、ステンシルマスクのパターン部に異物が存在していると、その異物が透過する電子線を遮るため、正確なパターンを転写できず問題となる。異物についてはフォトマスクでも問題になるが、フォトマスクの場合はペリクルという防塵膜をパターン形成面に設置しパターンを保護することで、異物が転写に及ぼす影響を防止できる。しかし、ステンシルマスクの場合は、電子線を透過できるような材料がないためペリクルが存在せず、パターン部の異物は致命的な問題となる。

ステンシルマスクへの異物付着を防止する方法として、特許文献２では、開口パターン部を白金等の導電性金属膜で被覆したステンシルマスク構造を提案している。この方法で付着を防止できる異物は、静電引力により吸引されて付着する異物に限定されているが、実際には剥離したレジスト片や、薬液成分由来の析出物等、様々な原因で異物が付着する。よって、導電性金属膜で被覆するだけでは完全に異物の付着を防止することはできず、異物が付着した場合は薬液を用いた洗浄処理により異物を除去する必要がある。

一般的なステンシルマスク等の精密洗浄では、異物除去用にアンモニア過水（アンモニア水と過酸化水素水の混合物）が用いられている。洗浄用薬液に要求される機能としては、「異物を基板から引き離す機能」と「異物の再付着を防ぐ機能」がある。基板がシリコンの場合、アンモニア過水により表面がウェットエッチングされるため、異物は基板から引き離される。また、ｐＨが高い液体中ではシリコンやシリカ等、多くの物質のゼータ電位が同符号となるため、一度引き離された異物は再付着しない。（ゼータ電位とは液中の微粒子の周りに形成される電気二重層中の、液体流動が起こり始める「すべり面」の電位として定義されるもの。）

一方、アンモニア過水による洗浄処理を行うと、パターンもウェットエッチングされるため、パターン寸法が増加してしまう。十分に異物が除去できる洗浄条件で、シリコンのステンシルマスクを洗浄した場合、１回当たり１０〜３０ｎｍ程度増加する。数十μｍ以上のパターンであれば、洗浄による寸法増加はそれほど問題にならないが、数μｍ以下の微小パターンとなると１０〜３０ｎｍ程度の増加により歩留まりが左右されるため、大きな問題となる。

特開平１０−１３５１０３ 特開２００４−１４６７２１

そこで本発明は、異物なく、貫通パターンの寸法精度の優れたステンシルマスクを作成するために、アンモニア過水を用いた洗浄で異物を除去でき、さらに洗浄による貫通パターンの寸法増加を防止できる構造を持つステンシルマスクブランクの提供と、そのブランクを用いて作製されるステンシルマスクとその製造方法の提供を目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、エッチングによる貫通パターンが形成される貫通パターン形成層と、前記貫通パターン形成層の一方の面に形成されエッチングストッパーとして機能する中間層と、前記貫通パターン形成層と反対側の前記中間層の面に形成され前記貫通パターンの形状を維持する支持層とを備え、前記貫通パターン形成層は、前記中間層に接触しアンモニア過水で除去可能なシリコンで形成された第１の剥離層と、前記中間層と反対側の前記第１の剥離層の面にダイヤモンドまたはダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のいずれかで形成されアンモニア過水に耐性を有する寸法制御層と、前記第１の剥離層と反対側の前記寸法制御層の面に形成されアンモニア過水で除去可能なシリコンで形成された第２の剥離層とを有することを特徴とするステンシルマスクブランクである。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載のステンシルマスクブランクの前記第１の剥離層および前記第２の剥離層をアンモニア過水で除去する工程を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１記載のステンシルマスクブランクの貫通パターン形成層にドライエッチングにより貫通パターンを形成する工程と、前記貫通パターンが形成された前記ステンシルマスクブランクに対してアンモニア過水を用いて洗浄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製造方法である。

本発明で提供されるステンシルマスクブランクを用いることで、貫通パターン形成層に付着した異物をアンモニア過水による洗浄工程で容易に除去することができ、さらに貫通パターン形成層自体はアンモニア過水による寸法変化の影響を受けないため、異物がなく寸法精度の優れたステンシルマスクの提供が可能となり、歩留まりの向上に繋がる。

本発明の実施の形態に係るステンシルマスク製造方法の一例を示す断面工程図である。 本発明の実施の形態に係るステンシルマスク製造方法の他の例を示す断面工程図である。

以下、本発明のステンシルマスクブランクについて、実施形態の一例を、図１を参照しつつ説明する。

ステンシルマスクブランク２００は、貫通パターン形成層１００、中間層１３０、支持層１４０より構成される。
言い換えると、ステンシルマスクブランク２００は、貫通パターン形成層１００と、貫通パターン層１００の一方の面に形成された中間層１３０と、貫通パターン形成層１００と反対側の中間層１３０の面に形成された支持層１４０とを備える。
貫通パターン形成層１００は、上下に剥離層１１１および剥離層１１２を備えた寸法制御層１２０の３層構造である。
言い換えると、貫通パターン形成層１００は、中間層１３０に接触する第１の剥離層１１２と、中間層１３０と反対側の第１の剥離層１１２の面に形成された寸法制御層１２０と、第１の剥離層１１２と反対側の寸法制御層１２０の面に形成された第２の剥離層１１１とを有する。

中間層１３０はエッチングにより貫通パターンを形成する際に、エッチングストッパーの役割をする材料であるため、貫通パターン形成層１００や支持層１４０に用いられる材料、及び、エッチングに用いるガス成分により決まる。例えば、貫通パターン形成層１００や支持層１４０のエッチングをフッ素ガスにより行うとすると、中間層１３０としては酸化シリコンが望ましく、膜厚は０．５〜２μｍ程度あればよい。

支持層１４０は所望の貫通パターンを、一般的なエッチング技術を用いて形成でき、形成した貫通パターンの形状を維持できる程度の強度のある材料であれば、いずれでも構わない。例としては、シリコンが挙げられる。

貫通パターン形成層１００を構成する寸法制御層１２０は、洗浄工程で用いるアンモニア過水に対して耐性のある材料が選択される。さらに電子線を透過させる部材であるため、チャージアップしないような導電性の材料であり、ドライエッチングによる加工が可能な材料であることが望ましく、例としてはダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）が挙げられる。厚さは１μｍ〜６０μｍ程度が望ましい。１μｍを下回ると貫通パターンの破損が起こりやすくなり、６０μｍを上回るとパターンの寸法及び形状の精度が悪くなる。

寸法制御層１２０の上下に形成される第２の剥離層１１１および第１の剥離層１１２は、洗浄工程で用いるアンモニア過水で溶解し、除去が可能な材料が選択される。また、中間層１３０を除去する工程（図１の（ｃ）から（ｄ）の間で実施）で使用するフッ酸に対して耐性のある材料が望ましい。フッ酸耐性のない材料を選択した場合、中間層１３０を除去する工程で第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１も同時に除去されてしまい、その後の工程で付着する異物を除去することが困難となる。例としては、シリコンが挙げられ、厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であればよい。

寸法制御層１２０、第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１を形成する工程としては、適宜公知の薄膜形成方法を用いることができる。例えば、スパッタリング法、化学蒸着法、真空蒸着法などが挙げられるが、ターゲット原子の運動エネルギーが大きいため、強くて剥がれにくい膜を作製することができるスパッタリング法を用いることが好ましい。

次に、本発明のステンシルマスク製造方法について説明する。

本発明のステンシルマスク製造方法は、少なくとも、ステンシルマスクブランク２００に貫通パターンをエッチングにより形成する工程と、アンモニア過水を用いて洗浄を行う工程を備えていることを特徴とする。
言い換えると、本発明のステンシルマスク製造方法は、ステンシルマスクブランク２００の貫通パターン形成層１００にドライエッチングにより貫通パターンを形成する工程と、貫通パターンが形成されたステンシルマスクブランク２００に対してアンモニア過水を用いて洗浄を行う工程とを含むことを特徴とする。

＜ステンシルマスクブランクに貫通パターンを形成する工程＞
ステンシルマスクブランクに貫通パターンをエッチングにより形成する工程としては、適宜公知のエッチング技術を用いればよい。例えば、レジストパターンをマスクとして、エッチングする材料に応じて最適なガスを選択し、ドライエッチングすることにより貫通パターンを形成することができる。シリコンやダイヤモンドをエッチングするガスとしては、フッ素系ガスが一例として挙げられる。

＜アンモニア過水を用いて洗浄を行う工程＞
異物を除去するために行われるアンモニア過水を用いた洗浄については、適量のアンモニア水と過酸化水素水を超純水に混合した薬液を用いて、各工程間で適宜行われる。場合によっては、メガソニックを合わせて使用することもできる。アンモニアと過酸化水素の濃度は０．１％〜５％程度、薬液の温度は２５℃〜８０℃程度が好ましい。

本発明のステンシルマスク製造方法の一実施例について図１および図２を参照しつつ説明する。しかし、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

まず、第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１がシリコンであり、寸法制御層１２０がダイヤモンドであるパターン形成層１００と、中間層１３０が酸化シリコン、支持層１４０がシリコンで構成されるステンシルマスクブランク２００を用意した（図１（a））。各膜厚は、第２の剥離層１１１が５０ｎｍ、第１の剥離層１１２が３０ｎｍ、寸法制御層１２０が２０μｍ、支持層が５００μｍ、中間層が１μｍである。

次に、上記ステンシルマスクブランク２００の第２の剥離層１１１表面にレジストをスピンナーで、膜厚１μｍになるように塗布し、電子線描画後、現像処理を行い、所望のレジストパターンを形成した。そのレジストパターンをマスクとし、中間層１３０をエッチングストッパーとして、フロロカーボン系の混合ガスを用いたドライエッチングを行い、残ったレジストパターンを溶剤で除去した。その後、工程中に付着した異物をアンモニア過水で１０分間洗浄して除去することで、パターン形成層１００にパターン３１０を形成した（図１（b））。上記アンモニア過水の条件は、アンモニア濃度１％、過酸化水素濃度１％、液温７０℃である。

次に、上記ステンシルマスクブランク２００の支持層１４０側にレジストをスピンナーで、膜厚４０μｍになるように塗布し、所望のパターンを露光後、現像処理することでレジストパターンを得た。そのレジストパターンをマスクとし、中間層１３０をエッチングストッパーとして、フロロカーボン系の混合ガスによるドライエッチングを行い、残ったレジストを溶剤により除去し、開口部３２０を形成した（図１（c））。

つづいて、１０％のフッ酸処理により、開口部３２０内の中間層を除去し、貫通パターン３３０を形成した（図１(d)）。この時点で、第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１はフッ酸に耐性があるシリコンであるため残っている。

最後に、工程中に付着した異物をアンモニア過水で洗浄して除去することで、ステンシルマスク４００を得た（図１(e)）。上記アンモニア過水の条件は、アンモニア濃度１％、過酸化水素濃度１％、液温７０℃である。洗浄時間は２０分である。この時点で貫通パターン３３０は第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１が除去され、寸法制御層１２０が表面に現れている。寸法制御層１２０はアンモニア過水に耐性があるため、洗浄によるパターン寸法の増加はなく、設計通りの寸法で仕上がっている。

まず、第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１がシリコンであり、寸法制御層１２０がダイヤモンドであるパターン形成層１００と、中間層１３０が酸化シリコン、支持層１４０がシリコンで構成されるステンシルマスクブランク２００を用意した（図２（a））。各膜厚は、第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１が５０ｎｍ、寸法制御層１２０が２０μｍ、支持層が５００μｍ、中間層が１μｍである。

次に、上記ステンシルマスクブランク２００の支持層側にレジストをスピンナーで、膜厚４０μｍになるように塗布し、所望のパターンを露光後、現像処理することでレジストパターンを得た。そのレジストパターンをマスクとし、中間層１３０をエッチングストッパーとして、フロロカーボン系の混合ガスによるドライエッチングを行い、残ったレジストを溶剤で除去し、開口部３２０を形成した（図２（b））。

次に、フッ酸により開口部３２０内の中間層を除去し、工程中に付着した異物をアンモニア過水で１０分間洗浄して除去することで、図２（c）の構造体を形成した。上記アンモニア過水の条件は、アンモニア濃度１％、過酸化水素濃度１％、液温７０℃である。

次に、上記ステンシルマスクブランク２００の第２の剥離層１１１表面にレジストをスピンナーで、膜厚１μｍになるように塗布し、電子線描画後、現像処理を行い、所望のレジストパターンを形成した。そのレジストパターンをマスクとし、フロロカーボン系の混合ガスを用いたドライエッチングを行い、残ったレジストパターンを溶剤で除去することで、パターン形成層１００に貫通パターン３３０を形成した（図２（d））。

最後に、工程中に付着した異物をアンモニア過水で洗浄して除去することで、ステンシルマスク４００を得た（図２(e)）。上記アンモニア過水の条件は、アンモニア濃度１％、過酸化水素濃度１％、液温７０℃である。洗浄時間は２０分である。この時点で貫通パターン３３０は第１の剥離層１１２および第２の剥離層１１１が除去され、寸法制御層１２０が表面となっている。寸法制御層１２０はアンモニア過水に耐性があるため、貫通パターンは設計通りの寸法で仕上がっている。

実施例１および実施例２の方法を用いてステンシルマスクを作製することにより、異物による不良が減少し、さらに貫通パターンの寸法精度が良くなったため、製品の直行率が大幅に向上した。

本発明は、電子ビームやイオンビームを用いて実施される超微細な回路パターン転写の際に用いられるステンシルマスクの製造方法として好適に使用することができる。

１００ …… 貫通パターン形成層
１１１ …… 剥離層（第２の剥離層）
１１２ …… 剥離層（第１の剥離層）
１２０ …… 寸法制御層
１３０ …… 中間層
１４０ …… 支持層
２００ …… ステンシルマスクブランク
３1０ …… パターン
３２０ …… 開口部
３３０ …… 貫通パターン
４００ …… ステンシルマスク

Claims (3)

1. エッチングによる貫通パターンが形成される貫通パターン形成層と、
   前記貫通パターン形成層の一方の面に形成されエッチングストッパーとして機能する中間層と、
   前記貫通パターン形成層と反対側の前記中間層の面に形成され前記貫通パターンの形状を維持する支持層とを備え、
   前記貫通パターン形成層は、
   前記中間層に接触しアンモニア過水で除去可能なシリコンで形成された第１の剥離層と、
   前記中間層と反対側の前記第１の剥離層の面にダイヤモンドまたはダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のいずれかで形成されアンモニア過水に耐性を有する寸法制御層と、
   前記第１の剥離層と反対側の前記寸法制御層の面に形成されアンモニア過水で除去可能なシリコンで形成された第２の剥離層とを有する、
   ことを特徴とするステンシルマスクブランク。
2. 請求項１記載のステンシルマスクブランクの前記第１の剥離層および前記第２の剥離層をアンモニア過水で除去する工程を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
3. 請求項１記載のステンシルマスクブランクの貫通パターン形成層にドライエッチングにより貫通パターンを形成する工程と、
   前記貫通パターンが形成された前記ステンシルマスクブランクに対してアンモニア過水を用いて洗浄を行う工程と、
   を含むことを特徴とするステンシルマスク製造方法。

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