JP2008139424A - Base material for manufacturing semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は基板へのマスク層を介したエッチング加工により半導体装置を製造するのに適用する半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing base material applied to manufacturing a semiconductor device by etching through a mask layer on a substrate and a semiconductor device manufacturing method using the same.
半導体装置を製造するのに、基板にパターニングのためのマスク層やパターン形成層などの薄膜が蒸着やメッキといった成膜手法により形成され、マスク層を介したエッチングによるパターニングが行われる。このような基板上に形成されるマスク層などの薄膜は自身の内部応力によって基板を反らせる。この基板の反りはパターニングによって解放されるが、反り状態で行ったパターニングは基板の反りが戻った分だけ位置ずれする。このような基板の反りとそれによる位置ずれは基板が薄くなるほど、基板に形成するパターンが微細化し高精度化するほど、問題となり近時その許容幅は勢い小さくなっている。 In manufacturing a semiconductor device, a thin film such as a mask layer or a pattern forming layer for patterning is formed on a substrate by a film forming method such as vapor deposition or plating, and patterning is performed by etching through the mask layer. A thin film such as a mask layer formed on such a substrate warps the substrate by its own internal stress. Although the warpage of the substrate is released by patterning, the patterning performed in the warped state is displaced by the amount of the return of the warpage of the substrate. Such warpage of the substrate and the positional deviation caused thereby become more problematic as the substrate becomes thinner, and the pattern formed on the substrate becomes finer and more accurate, and the permissible width has recently become smaller.
このような問題を解消するのに、基板に反りを生じさせる薄膜にその内部応力を緩和するスリットを形成する技術が既に知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
In order to solve such a problem, a technique for forming a slit that relaxes the internal stress in a thin film that causes warpage of the substrate is already known (see, for example,
特許文献1は、基板上に遮光材料によりパターン状の遮光部を形成し、これを用いて被露光材を露光し、パターン転写して被露光材に各種のパターンを形成する技術において、基板のパターンが形成されている側の面の面上の周辺部に枠状の遮光膜を有した露光用のマスクにおいて、前記枠状の遮光膜をその内周から外周に至るスリットによって四角形に分割してなる露光用マスクをネガパターンマスクに構成し、ポジパターンマスクと重ね合わせて使用する技術を開示しており、遮光膜によるストレスが前記分割によって分散され、反りによるパターンずれが小さくなるとしている。
特許文献2は、光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスク層の製造において、図7、図8に示すように基板a上に設けたレジストbのパターンエリアb1に図9に示すようなメインパターンcを設けるとともに、内部応力の伝達を緩和あるいは遮断する図7、図8に示すような応力緩和パターンdを設ける技術を開示している。図7に示す応力緩和パターンdはパターンエリアb1の外まわりに沿ったスリット状をなし、図8に示す応力緩和パターンdはパターンエリアb1を囲う井桁状のパターン形状をなしたスリット状をなしている。なお、特許文献2にはパターンエリアb1が基板の全域に対応する場合と、複数配列したチップ域個々に対応する場合との例が開示されている。いずれにしても、パターンエリアb1に形成するメインパターンcはレジストbの下層であるクロムよりなる金属薄膜eへのパターン転写に供される。
ところで、半導体装置の基板が薄くなるのに併せ、基板自体にエッチングを施すいわゆるバルクエッチングが要求されるようになり、基板上にNiやCrなどによるマスク層を設けて基板にパターニングを施すと、特許文献1、2に記載されるような基板自体にパターニングが及ばない場合と同様に、マスク層の内部応力により基板に反りが生じ、パターニング後の基板の反り解放によるパターニングずれが生じる。
By the way, as the substrate of the semiconductor device becomes thinner, so-called bulk etching in which etching is performed on the substrate itself is required.When a mask layer made of Ni or Cr is provided on the substrate and patterning is performed on the substrate, As in the case where patterning does not reach the substrate itself as described in
そこで、本発明者はマスク層に応力緩和パターンを形成することを種々に試みた。図10(d)に示す場合は、基板j上に形成したマスク層fに非貫通な溝状パターンgを形成しており、基板jへの所定の加工パターンでない基板j周辺域での強度低下の原因となるエッチングは生じないが、十分な応力緩和効果が得られない。図10(c)に示す場合は、マスク層fに貫通したスリット状パターンhを形成しており、十分な応力緩和効果は得られるが、スリット状パターンhに対応した基板jへの不要なエッチング部iが加工パターン部分と同様なエッチ深さで生じる。特に、十分な応力緩和のためにスリット状パターンhを図8に示す例のようにマスク層fの周辺域の最内側から基板の外周位置にまで連続して、拡張し、また多数配設すると基板j自体にエッチングするため基板jの強度低下が大きくより一層問題になる。また、繋がったスリット状パターンhが基板jの周辺域の最内側から外周に達して側方へ開放されていると、基板の両面につき片面ずつ裏面側でのガス冷却を伴いエッチング加工するような場合、スリット状パターンhを通じて冷却ガスが外部に多く流出して冷却効果が低くなる問題もある。 Accordingly, the present inventors have made various attempts to form a stress relaxation pattern in the mask layer. In the case shown in FIG. 10D, a non-penetrating groove-like pattern g is formed in the mask layer f formed on the substrate j, and the strength decreases in the peripheral region of the substrate j that is not a predetermined processing pattern on the substrate j. Etching that causes this phenomenon does not occur, but a sufficient stress relaxation effect cannot be obtained. In the case shown in FIG. 10C, the slit pattern h penetrating the mask layer f is formed, and a sufficient stress relaxation effect can be obtained, but unnecessary etching to the substrate j corresponding to the slit pattern h. The portion i is generated with the same etching depth as the processed pattern portion. In particular, in order to sufficiently relieve stress, when the slit pattern h is continuously extended from the innermost side of the peripheral region of the mask layer f to the outer peripheral position of the substrate as shown in FIG. Since etching is performed on the substrate j itself, the strength of the substrate j is greatly reduced, which becomes a further problem. In addition, when the connected slit-like pattern h reaches the outer periphery from the innermost side of the peripheral area of the substrate j and is opened to the side, etching is performed with gas cooling on the back surface side one by one for both surfaces of the substrate. In this case, there is a problem that a large amount of cooling gas flows out through the slit pattern h and the cooling effect is lowered.
これに対し、スリット状パターンhを内側から基板jの外周位置まで繋がらない不連続なパターン形状にてマスク層fの周辺域に拡張し、また多数配設するか、このように拡張し、多数配設するスリット状パターンhが連続していても図10(b)に例示するような加工パターンの有効幅寸法未満となる条件にてスリット状パターンhを形成して、それを通じた基板jへの不要なエッチングがエッチング加工での通常のエッチ深さにまで進行しない、エッチ規制現象を得るようにすると、十分な応力緩和で基板jに反りが生じるのを十分に防止しながら、スリット状パターンh部を通じた不要なエッチングによる基板jの強度低下が防止できることを知見した。 On the other hand, the slit-shaped pattern h is extended to the peripheral area of the mask layer f in a discontinuous pattern shape that does not connect from the inside to the outer peripheral position of the substrate j, and a large number of slit patterns h are arranged or expanded in this way. Even if the slit-shaped patterns h to be arranged are continuous, the slit-shaped pattern h is formed under the condition that it is less than the effective width dimension of the processed pattern as illustrated in FIG. If an unnecessary etching process does not proceed to the normal etching depth in the etching process, and an etch regulation phenomenon is obtained, the slit-like pattern is sufficiently prevented from warping the substrate j with sufficient stress relaxation. It has been found that the strength reduction of the substrate j due to unnecessary etching through the h portion can be prevented.
併せ本発明者は、図10(a)に示すように穴パターンkを形成したところ、スリット状パターンhに比して基板jへのエッチング規制に有効であり、スリット状パターンhの幅に等しい径の穴パターンkとして基板jへのエッチ深さがスリット状パターンhの場合よりも十分に小さくなる。その径によっては図10(a)に示すように基板jへのエッチ深さがほぼゼロになる条件にても設けられる。 At the same time, the inventor formed the hole pattern k as shown in FIG. 10A, which is more effective in controlling the etching of the substrate j than the slit pattern h and is equal to the width of the slit pattern h. The etching depth to the substrate j as the hole pattern k having a diameter is sufficiently smaller than that of the slit pattern h. Depending on the diameter, as shown in FIG. 10A, the etching depth to the substrate j is provided even under the condition of almost zero.
本発明の目的は、このような新たな知見に基づき、基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンにより基板の反りを防止して、しかも、応力緩和パターン基板の強度低下の問題がなく、必要に応じ、応力緩和パターンを通じた冷却ガスの流出を抑えられる半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to prevent the warpage of the substrate by the stress relaxation pattern that relieves the internal stress that warps the substrate based on such new knowledge, and further, there is no problem of the strength reduction of the stress relaxation pattern substrate and is necessary. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing substrate capable of suppressing the outflow of cooling gas through the stress relaxation pattern and a semiconductor device manufacturing method using the same.
上記のような目的を達成するために、本発明の第1の態様の半導体装置製造基材によれば、基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは内側位置から基板外周位置まで不連続なパターン形状にて設け、応力緩和パターンは穴パターン部を含むことを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the semiconductor device manufacturing substrate of the first aspect of the present invention, a substrate, a mask layer having a processing pattern for performing etching on the substrate, and the mask A stress relaxation pattern provided in the peripheral area of the layer to relieve internal stress that warps the substrate, and this stress relaxation pattern is provided in a discontinuous pattern shape from the inner position to the outer peripheral position of the substrate, and the stress relaxation pattern is a hole pattern It is characterized by including a part.
このような特徴によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層の周辺域に応力緩和パターンを設けることで、そのパターンに応じマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止できる上、この応力緩和パターンが穴パターン部を含んで、内側位置から基板外周位置まで不連続に形成しているので、穴パターン部によって基板のエッチング加工時に応力緩和パターンを通じた不要なエッチングをより有利に抑制しながら、穴パターン以外において加工パターン同様にエッチングが進行したとしても基板の強度低下を十分に抑えられる。併せ、基板の両面にマスク層を設けて片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工するような場合でも、応力緩和パターンがマスク層の周辺域の最内側から基板の外周位置まで不連続であることにより、冷却ガスが応力緩和パターンを通じて基板の外周位置から外部へ流出するのを抑えられる。しかも、前記各種のパターン部は穴パターン部であっても基板とマスク層との関係において、応力の緩和が必要な向きや位置に応じマスク層の周辺域に内部応力を分断や分散しやすい配設、また応力緩和位置を増加するよう多数配設するなどしやすく、応力緩和による基板の反り防止に好適である。 According to such a feature, by providing a stress relaxation pattern in the peripheral region of the mask layer having a processing pattern for performing etching processing on the substrate, the internal stress of the mask layer is sufficiently relaxed according to the pattern, and the substrate Since the stress relaxation pattern includes the hole pattern portion and is discontinuously formed from the inner position to the substrate outer peripheral position, the hole pattern portion allows the stress relaxation pattern to pass through the substrate during etching processing. While suppressing unnecessary etching more advantageously, even if etching proceeds in the same manner as the processing pattern except for the hole pattern, the strength reduction of the substrate can be sufficiently suppressed. In addition, even when a mask layer is provided on both sides of the substrate and etching is performed with gas cooling on the back side of each side, the stress relaxation pattern is discontinuous from the innermost side of the peripheral region of the mask layer to the outer peripheral position of the substrate. Thus, the cooling gas can be prevented from flowing out from the outer peripheral position of the substrate through the stress relaxation pattern. Moreover, even if the various pattern portions are hole pattern portions, in the relationship between the substrate and the mask layer, the internal stress is easily divided or dispersed in the peripheral area of the mask layer according to the direction and position where the stress needs to be relaxed. In addition, it is easy to arrange a large number of stress relaxation positions so as to increase the stress relaxation position, which is suitable for preventing warpage of the substrate due to stress relaxation.
本発明の第2の態様の半導体装置製造基材によれば、第1の態様において、さらに穴パターン部は、丸穴であることを特徴としている。 According to the semiconductor device manufacturing substrate of the second aspect of the present invention, in the first aspect, the hole pattern portion is further a round hole.
このような特徴によれば、丸穴は特に、基板のエッチング抑制に有利でありそれ自体に方向性はないが配列によって種々な方向性が得られ、配列方向に交差する方向の内部応力を分断することができる。 According to such a feature, the round hole is particularly advantageous for suppressing etching of the substrate and has no direction in itself, but various directions are obtained depending on the arrangement, and internal stress in the direction intersecting the arrangement direction is divided. can do.
本発明の第3の態様の半導体装置製造基材によれば、第1、第2の態様のいずれか1つにおいて、さらに、応力緩和パターンは、基板への通常エッチ深さ未満またはエッチ深さがほぼゼロとなるように加工パターンの有効寸法未満としてエッチングを抑制するようにしたことを特徴としている。 According to the semiconductor device manufacturing substrate of the third aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects, the stress relaxation pattern is less than a normal etch depth or an etch depth on the substrate. It is characterized in that the etching is suppressed to be less than the effective dimension of the processing pattern so that is substantially zero.
このような特徴によれば、応力緩和パターンによるマスク層の応力緩和で基板の反りを防止しながら、応力緩和パターンの大きさによって基板へのエッチング加工時に生じる応力緩和パターンを通じた不要なエッチングが加工パターンによる通常エッチ深さ未満またはエッチ深さがほぼゼロとなるようにエッチ規制できるため、不要なエッチングにより基板の強度が低下するのをさらに抑制することができ、基板の強度低下が問題となりやすい薄い基板のマスク層やマスク層の外周寄りの範囲に配設する応力緩和パターンとして特に有効である。なお、エッチ深さがほぼゼロとは、実質的に0μmのエッチ深さのことで、応力緩和に悪影響を及ぼさない、例えば±1μm程度のエッチ深さも実質的に0μmのエッチ深さ範囲に含まれるものである。 According to such a feature, unnecessary etching through the stress relaxation pattern generated during the etching process on the substrate is processed according to the size of the stress relaxation pattern while preventing the warpage of the substrate by the stress relaxation of the mask layer by the stress relaxation pattern. Since it is possible to control the etching so that the etching depth is less than the normal etching depth or the etching depth is almost zero by the pattern, it is possible to further suppress the decrease in the strength of the substrate due to unnecessary etching, and the decrease in the strength of the substrate tends to be a problem. This is particularly effective as a stress relaxation pattern disposed in a mask layer of a thin substrate or in a range near the outer periphery of the mask layer. Note that the etch depth is substantially zero, which means that the etch depth is substantially 0 μm, and does not adversely affect stress relaxation. For example, an etch depth of about ± 1 μm is included in the etch depth range of substantially 0 μm. It is what
本発明の第4の態様の半導体装置製造基材によれば、第1〜第3の態様のいずれか1つにおいて、さらに、応力緩和パターンは、加工パターンエリアの外まわりに沿った最内側のスリット状パターン部を有し、このスリット状パターン部の外側に第1態様における穴パターン部が、スリット状パターン部と独立して、配設されていることを特徴としている。 According to the semiconductor device manufacturing substrate of the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the stress relaxation pattern further includes an innermost slit along the outer periphery of the processing pattern area. The hole pattern part in a 1st aspect is arrange | positioned independently of the slit-shaped pattern part on the outer side of this slit-shaped pattern part, It is characterized by the above-mentioned.
このような特徴によれば、マスク層の周辺域における最内側では加工パターンエリアの外まわりに沿ったスリット状パターン部の矩形をなすなどした連続性を利用した加工パターンエリア領域と周辺域との分断ないしほぼ分断による放射方向での内部応力の分散に加え、スリット状パターン部の外側にこれと独立して配設した第1の態様における穴パターン部の不連続性を確保した配設により周辺域での内部応力の周方向またはおよび放射方向での分散を図って、基板の強度低下や冷却ガスの流出の問題なしに応力緩和効果を高められる。 According to such a feature, the processing pattern area area and the peripheral area are separated from each other using the continuity such as the rectangular shape of the slit-shaped pattern portion along the outer periphery of the processing pattern area on the innermost side in the peripheral area of the mask layer. In addition to the dispersion of internal stress in the radial direction due to the substantial division, the peripheral region is provided by ensuring discontinuity of the hole pattern portion in the first aspect disposed independently of the slit-shaped pattern portion outside the slit-shaped pattern portion. By distributing the internal stress in the circumferential direction and in the radial direction, the stress relaxation effect can be enhanced without problems of substrate strength reduction or cooling gas outflow.
本発明の第5の態様の半導体装置製造基材によれば、第4の態様において、さらに、穴パターン部は、スリット状パターン部側から基板の外周側に向け並ぶ列をなして設けられ、列は単列ブロック単位、複数列ブロック単位、十字列ブロック単位で配設されていることを特徴としている。 According to the semiconductor device manufacturing substrate of the fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the hole pattern portion is further provided in a row aligned from the slit-shaped pattern portion side toward the outer peripheral side of the substrate, The columns are arranged in units of single-row blocks, multiple-row blocks, and cross-row blocks.
このような特徴によれば、穴パターン部はそれが配列されている方向にその穴の大きさと配列ピッチとに比例した内部応力の分断、分散を図りながら、それが配列された方向に交差する方向の内部応力の分断が図れるので、高い不連続性と基板の強度低下防止性とを発揮しながら基板の反りを防止しやすい。 According to such a feature, the hole pattern portion intersects in the direction in which the holes are arranged while dividing and dispersing the internal stress proportional to the size of the holes and the arrangement pitch in the direction in which the holes are arranged. Since the internal stress in the direction can be divided, it is easy to prevent warping of the substrate while exhibiting high discontinuity and prevention of strength reduction of the substrate.
本発明の第6の態様の半導体装置の製造方法によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に内側位置から基板外周位置まで不連続なパターン形状を有して基板を反らせる内部応力を緩和する本発明の第1〜第5の態様のいずれか1つの半導体装置製造基材における応力緩和パターンと、を持った基板上に形成されたマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えたことを特徴としている。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the sixth aspect of the present invention, the substrate is warped with a processing pattern for etching the substrate and a discontinuous pattern shape in the peripheral area from the inner position to the outer peripheral position of the substrate. Etching of the substrate through a mask layer formed on the substrate having the stress relaxation pattern in the semiconductor device manufacturing substrate according to any one of the first to fifth aspects of the present invention for relaxing internal stress And a step of performing the process.
このような特徴によれば、本発明の第1〜第5の態様の半導体装置製造基材のいずれか1つを利用して、マスク層の内部応力を応力緩和パターンにて緩和して基板に反りが生じないか反りを低減した状態で基板にエッチング加工を施して半導体装置を製造し、しかも、基板へのエッチング加工に際する応力緩和パターンを通じた基板への不要なエッチングによる基板の強度低下を防止することができ、併せ、基板の両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工する際の応力緩和パターンを通じた冷却ガスの流出を抑えて冷却効果が低下するのを防止することができる。 According to such a feature, the internal stress of the mask layer is relaxed by the stress relaxation pattern on the substrate using any one of the semiconductor device manufacturing base materials of the first to fifth aspects of the present invention. Semiconductor devices are manufactured by etching the substrate with no warpage or reduced warpage, and the strength of the substrate decreases due to unnecessary etching of the substrate through the stress relaxation pattern when etching the substrate In addition, it is possible to prevent the cooling effect from deteriorating by suppressing the outflow of the cooling gas through the stress relaxation pattern when etching is performed with gas cooling on the back surface of each side of each side of the substrate. it can.
本発明の第7の態様の半導体装置製造基材によれば、第1〜第5の態様のいずれか1つにおいて、さらに、マスク層は、基板の両面に形成されていることを特徴としている。 According to the semiconductor device manufacturing substrate of the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the mask layer is further formed on both surfaces of the substrate. .
以上から、本発明の第1〜第5の態様の半導体装置製造基材のいずれか1つは、マスク層が、基板の両面に形成されている本発明の第7の態様を含み、本発明の第6の態様の半導体装置の製造方法は、基板のエッチング工程は基板の両面につき、裏面をガス冷却しながら片面ずつ行う本発明の第8の態様を含む。 As described above, any one of the semiconductor device manufacturing substrates according to the first to fifth aspects of the present invention includes the seventh aspect of the present invention in which the mask layer is formed on both surfaces of the substrate. The method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect includes the eighth aspect of the present invention, wherein the substrate etching step is performed on both sides of the substrate one side at a time while gas cooling is performed on the back side.
本発明の半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法によれば、マスク層の周辺域に設けた応力緩和パターンによりマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止しながら、基板へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターンを通じた不要なエッチングによる基板の強度低下が、マスク層の最内側から基板外周位置まで不連続なこと、穴パターン部による深さがほぼゼロを含む通常のエッチ深さ未満に抑制すること、によって簡単に抑えられ、さらに基板の両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工するのに、冷却ガスが応力緩和パターンを通じて基板の外周から外部へ流出するのを抑えられる。 According to the semiconductor device manufacturing substrate and the semiconductor device manufacturing method using the same according to the present invention, the internal stress of the mask layer is sufficiently relaxed by the stress relaxation pattern provided in the peripheral area of the mask layer, and the substrate is warped. In addition, the substrate strength reduction due to unnecessary etching through the stress relaxation pattern accompanying the etching process to the substrate is not continuous from the innermost side of the mask layer to the substrate outer peripheral position, and the depth due to the hole pattern part Can be easily suppressed by suppressing to less than the normal etch depth including almost zero, and further, the cooling gas can be etched through the stress relaxation pattern to perform etching processing with gas cooling on one side for each side of the substrate. Outflow from the outer periphery to the outside can be suppressed.
以下、本発明の半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法について、図1〜図10を参照して説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。 Hereinafter, a semiconductor device manufacturing substrate of the present invention and a semiconductor device manufacturing method using the same will be described with reference to FIGS. However, the following description is a specific example of the present invention and does not limit the content of the claims.
本実施の形態の半導体装置製造基材は、図5に示す例のように、基板1と、この基板1へのエッチング加工を行う図5(c)に示すような加工パターン4を持ったマスク層2と、このマスク層2の周辺域に図1の例、図2の例、図3の例、図4の例に示すように設けられて基板1を反らせるマスク層2の内部応力を緩和する応力緩和パターン3とを備えている。ここで、基板1は例えば、石英、ガラス、PX、水晶、LT、LN、SiC、サファイア、Siなどであり、難エッチング材を含む各種のものが採用でき、厚さは400μm程度以下のものが一般に用いられ、薄いもので100μm程度のものまであり、反りやすいし強度低下の問題が著しい。マスク層2はNiやCrのほか、Al、Ti、SiN、SiO2、Auなどが適用される。これらは基板1上に蒸着やメッキといった成膜手法によって形成され、概ね収縮の内部応力を呈し、基板1にマスク層2側で凹となる反りを生じさせて、既述したエッチング加工によるパターニングの位置ずれの問題となる。もっとも、マスク層2は基板1に対し引張りの内部応力を持っていて基板1を前記とは逆向きに反らせることもある。このような基板1の反りの向きに関係なく基板1を反らせる内部応力を持つ材料によるマスク層2一般に本発明は適用される。
The semiconductor device manufacturing substrate of the present embodiment is a mask having a
既述のように応力緩和パターン3は、マスク層2の内部応力を分散して基板1に反りを生じさせる応力を緩和し、基板1が反るのを防止ないしは軽減するので、マスク層2を介した、つまりその加工パターン4を通じたエッチング加工の工程を有して半導体装置を製造するのに、基板1のマスク層2による反りが応力緩和パターン3により防止され、軽減される分だけ、エッチング加工によるパターニングずれが軽減し、パターニング精度が向上する。
As described above, the
しかし、マスク層2の応力緩和パターン3は、基板1へのエッチング加工に際し基板1の強度低下となる不要なエッチング部分ともなる。これに対処するのに、本実施の形態では1つの例として、マスク層2の周辺域4bに設ける応力緩和パターン3を、図1〜図4に代表的なものにつき個別に示す各例のように、内側位置から基板1の外周位置まで不連続なパターン形状にて設け、応力緩和パターン3は穴パターン部3aを含むものとしている。
However, the
したがって、基板1へのエッチング加工を行う加工パターン4を持ったマスク層2の周辺域4bに応力緩和パターン3を設けることで、そのパターン形状に応じマスク層2の内部応力を十分に緩和して基板1が反るのを防止し、あるいは軽減できる上、この応力緩和パターン3が穴パターン部3aを含んで、周辺域4bの内側位置から基板1の外周位置まで不連続に形成しているので、図5(a)に示す穴パターン部3aによって図5(b)に示すスリット状パターン部3bに比し基板1のエッチング加工時の応力緩和パターン3を通じた不要なエッチングをより有利に抑制しながら、穴パターン部3a以外の基板1のエッチング加工時に応力緩和パターン3を通じた不要なエッチングが加工パターン同様に進行したとしても不要なエッチング部分が連続せず、図8に示す先行例のように内側から基板1の外周位置まで繋がったスリットに沿って不要なエッチング部が線状に連続して形成されるような場合に比し、基板1の強度低下を抑えられる。
Therefore, by providing the
しかも、図示しないが基板1の両面にマスク層2を設けて片面ずつ裏面でHeガスなどの冷却ガスによりガス冷却を伴いエッチング加工するような場合でも、応力緩和パターン3がマスク層2の周辺域4bの最内側から基板1の外周位置まで繋がらない不連続であることにより、冷却ガスが応力緩和パターン3を通じて基板1の外周位置から外部へ流出するのを抑えられるので、冷却効率が低下するようなことながい。
Moreover, although not shown, even when the
ここで、応力緩和パターン3は図5(a)(b)に示すように、それを通じた不要なエッチングでのエッチ深さH2が図5(c)に示す基板1の加工パターン4を通じたエッチング加工による通常エッチ深さH1未満または深さH2がほぼゼロとなるようにエッチングを抑制する大きさを有して設けるようにしている。これにより、応力緩和パターン3によるマスク層2の応力緩和で基板1の反りを防止しながら、応力緩和パターン3の大きさによって基板1へのエッチング加工時に生じる応力緩和パターン3を通じた不要なエッチングが通常エッチ深さH1未満となるようにエッチ規制できるため、応力緩和パターン3に起因した不要なエッチングにより基板1の強度が低下するのを、先の例のように内側から基板1の外周位置まで不連続にするという規制なしにも十分に抑制することができ、基板1の強度低下が問題となりやすい薄い基板1のマスク層2や各種厚さの基板1でのマスク層2の周辺寄りの範囲に配設する応力緩和パターン3などとして特に有効である。なお、エッチ深さがほぼゼロとは、実質的に0μmのエッチ深さのことで、応力緩和に悪影響を及ぼさない、例えば±1μm程度のエッチ深さも実質的に0μmのエッチ深さ範囲に含まれるものである。
Here, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
それには、図5(a)(b)に示すように応力緩和パターン3の幅B2または径B2を、加工パターン4の図5(c)に示す有効幅B1または径の大きさ未満とするのが好適である。この場合、応力緩和パターン3が加工パターン4の有効な幅B1または径の大きさ未満の幅B2または径B2としたことにより、エッチング幅または径とエッチ深さとの図6に示すような相関性によるマイクロローディング効果といわれるエッチ抑制効果を持つことになり、基板1へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターン3を通じた不要なエッチングを、幅B2や径B2を小さくした分だけ抑制して基板1へのエッチング加工による通常のエッチ深さH1未満のH2とすることができ、基板1の強度低下をさらに抑えられる。特に、穴パターン部3aではスリット状パターン部3bに比しエッチング抑制効果は高い。これは、穴パターン部3a内のガス封じ込め作用が高く更新されにくいことによると思われる。特に、穴パターン部3aが図1〜図4に示す各例のように丸穴であると、基板1のエッチング抑制に有利である上、それ自体に方向性はないが図1〜図4に示す各例のような配列によって種々な方向性が得られ、配列方向に交差する方向の内部応力を分断することができる。
For this purpose, as shown in FIGS. 5A and 5B, the width B2 or the diameter B2 of the
発明者の経験から、加工パターン4の幅B1に対して応力緩和パターン3の幅B2や径B2は1/4〜1/20程度として、エッチ深さH2を5〜20μm程度に抑えられ、穴パターン部3aでは図5(a)に示すように基板1のエッチ深さH2をほぼゼロとすることもできる。
From the inventor's experience, the width B2 and the diameter B2 of the
丸穴とした穴パターン部3aの断面形状は、図5(a)(b)ではストレートな断面形状としているが、断面が基板1側に向かって狭まるテーパ形状としてもよい。これによりマスク層2のテーパ面からのエッチング領域に落ちる残渣によりエッチングの進行を早期に規制するエッチングストップにより基板1へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満にして基板1の強度低下を抑えることができる。
The cross-sectional shape of the
1つの実施例を示すと、石英よりなる基板1の厚みが150μm程度、Niよりなるマスク層2の厚みが2μm程度、エッチング加工による通常エッチ深さH1が50μm程度の加工条件において、加工パターン4の最小有効幅B1はほぼ10μm程度であり、これに対して応力緩和パターン3のスリット状パターン部3bの幅B2を2μm程度以下として基板1のエッチ深さH2を10μm以下程度に抑えられ、丸穴の穴パターン部3aの径B2を2μm以下程度として基板1のエッチ深さH2をほぼゼロとすることができ、基板1の強度低下は十分に抑制できた。
In one embodiment, the
なお、加工条件としては次の通りである。希釈ガスはアルゴンもしくはヘリウムを用い、通常、C4F8/希釈ガス=10〜30/0〜120sccm、0.5〜2.0Pa、ICP/Bias=1000〜2000/200〜600W、電極温度−20℃とされるが、今回は、C4F8/希釈ガス=30sccm、圧力0.5Pa、ICP=1500W、Bias=350Wにすることで、CF系ポリマーのデポジションを発生させてエッチストップ効果を得、穴パターン部3a内のガス封じ込め作用により穴パターン部3a内のエッチング加工を特に抑制できた。但し条件は装置固有のパラメータを有しているので、一部上記の範囲外になる場合もある(本加工条件の装置は、パナソニックファクトリーソリューションズ製の型式E−620にて実験を行なった。)。
The processing conditions are as follows. The dilution gas is argon or helium, and usually C 4 F 8 / dilution gas = 10-30 / 0-120 sccm, 0.5-2.0 Pa, ICP / Bias = 1000-2000 / 200-600 W, electrode temperature− Although it is set to 20 ° C., this time, C 4 F 8 / dilution gas = 30 sccm, pressure 0.5 Pa, ICP = 1500 W, Bias = 350 W, and CF type polymer deposition is generated, and etch stop effect Thus, the etching process in the
本実施の形態の応力緩和パターン3は、図1〜図4に示す各例のように、加工パターンエリア4aの外まわりに沿った最内側のスリット状パターン部3bを有し、このスリット状パターン部3bの外側に穴パターン部3aが、スリット状パターン部3bと独立して配設している。これにより、マスク層2の周辺域4bにおける最内側では加工パターンエリア4aの外まわりに沿ったスリット状パターン部3bの矩形をなすなどした連続性を利用した加工パターンエリア4a領域と周辺域4bとの分断ないしほぼ分断による放射方向での内部応力の分散に加え、スリット状パターン部3bの外側にこれと独立して配設した穴パターン部3aの不連続性を確保した配設により周辺域4bでの内部応力の周方向またはおよび放射方向での分散を図って、基板1の強度低下や冷却ガスの流出の問題なしに応力緩和効果を高められる。
The
図1、図2、図3、図4に示す各例の穴パターン部3aは、スリット状パターン部3b側から基板1の外周側に向け並ぶ列をなして設けてあり、例えば、列は図1に示す例のような単列ブロック単位、図2、図3に示す各例のように複数列ブロック単位、図4に示す例のように十字列ブロック単位で配設している。このような穴パターン部3aはそれが配列されている方向にその穴の大きさと配列ピッチとに比例した内部応力の分断、分散を図りながら、それが配列された方向に交差する方向の内部応力の分断が図れるので、高い不連続性と基板の強度低下防止性とを発揮しながら基板1の反りを防止しやすい。図2に示す例のように穴パターン部3aの配列密度が高い程内部応力の分散度を高められるし、図2、図3に示す例のように千鳥状配置では特に、複合した方向性のある応力分散を広域にて実現することができる。また、図4に示す例のように十字列の配列では特に、十字に沿った互いに直角なXY2方向において、それと直交する向きに応力の分散が図れるのに加え、これらXY2方向の中間方向となる互いに直角な2つの斜め方向においても穴パターン部3aの配列方向に直角な向きに応力分散が図れる。
The
ここで、上記したような各種の半導体装置製造基材を用いて、半導体装置を製造するには、基板1へのエッチング加工を行う加工パターン4と、周辺域4bに内側位置から基板1の外周位置まで繋がらない不連続なパターン形状とし、エッチ深さH2が基板1の加工パターン4を通じたエッチング加工による通常エッチ深さH1未満となるようにエッチングを抑制する大きさを有したものとして設けた穴パターン部3aを含む応力緩和パターン3とを持った基板1上に形成されたマスク層2を介して、基板1のエッチング加工を行う工程を備えればよい。この結果、マスク層2の周辺域4bに設けた応力緩和パターン3によりマスク層2の内部応力を十分に緩和して基板1が反るのを防止しながら、基板1へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターン3を通じた不要なエッチングが、マスク層2の周辺域4bにおける最内側から基板1の外周位置まで繋げない不連続であること、通常のエッチ深さH1未満に抑制することによって基板1に強度低下をもたらすのを簡単に抑えられ、基板1の両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工するのに、冷却ガスが応力緩和パターン3を通じて基板1の外周から外部へ流出するのを抑えられる。
Here, in order to manufacture a semiconductor device using various semiconductor device manufacturing bases as described above, the
本発明は基板のマスクを介したバルクエッチングにおいて、マスク層に設けた応力緩和パターンにより基板の反りを防止しながら、応力緩和パターンに起因した不要なエッチングによる基板の強度低下や、応力緩和パターンを通じた冷却ガスの流出を防止できる。 In the bulk etching through the mask of the substrate, the present invention prevents the substrate from being warped by the stress relaxation pattern provided in the mask layer, while reducing the strength of the substrate due to unnecessary etching caused by the stress relaxation pattern, and through the stress relaxation pattern. The outflow of cooling gas can be prevented.
1 基板
2 マスク層
3 応力緩和パターン
3a 穴パターン部
3b スリット状パターン部
4 加工パターン
4a 加工パターンエリア
4b 周辺域
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