JP2009088147A - Stencil mask and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステンシルマスク及びステンシルマスクの製造方法に関する。 The present invention relates to a stencil mask and a method for manufacturing a stencil mask.
近年、ステンシルマスクを用いた荷電粒子ビームの転写方法について研究がなされている。そのひとつに、半導体の製造プロセスにおいてステンシルマスクを用いたイオン注入プロセスがある。本注入方法ではステンシルマスクの開口パターンを通して、不純物をプロセス基板に注入するため、従来のイオン注入プロセスと比較してレジストのリソグラフィー工程やレジストの除去工程が不要である。さらに、一枚のステンシルマスクを繰り返して使用することでプロセスコストを削減することが出来る。 In recent years, research has been conducted on a charged particle beam transfer method using a stencil mask. One of them is an ion implantation process using a stencil mask in a semiconductor manufacturing process. In this implantation method, impurities are implanted into the process substrate through the opening pattern of the stencil mask, so that a resist lithography process and a resist removal process are unnecessary as compared with the conventional ion implantation process. Furthermore, the process cost can be reduced by repeatedly using one stencil mask.
イオン注入プロセスで用いるステンシルマスクでは、イオン注入時の熱ひずみを防ぐ必要があり、マスクへの入射エネルギーやメンブレンサイズにも依存するがメンブレン膜厚を例えば10μm以上にすることが好ましい。ステンシルマスクでは、自立メンブレンに形成された開口パターンを注入イオンが通過し、メンブレン上へ注入されたイオンはメンブレン内に捕獲されることで、被注入基板の所望の場所にイオンを注入できる。このため、注入プロセスを正確に制御しなければならず、ステンシルパターンの開口寸法、深さ方向の角度(テーパー角)、寸法のステンシルマスク面内バラツキといったマスク加工精度が要求される。 In the stencil mask used in the ion implantation process, it is necessary to prevent thermal distortion at the time of ion implantation, and it is preferable to set the membrane thickness to, for example, 10 μm or more, depending on the incident energy to the mask and the membrane size. In the stencil mask, the implanted ions pass through the opening pattern formed in the self-supporting membrane, and the ions implanted onto the membrane are captured in the membrane, so that the ions can be implanted into a desired location on the substrate to be implanted. For this reason, the implantation process must be accurately controlled, and mask processing accuracy such as the opening dimension of the stencil pattern, the angle in the depth direction (taper angle), and the variation in the stencil mask surface is required.
厚さtのメンブレンに開口幅wのステンシルパターンを加工する場合、要求加工精度を満たすには、一般的にアスペクト比A(=t/w)は小さい方が有利である。例えば薄膜材料にシリコンを用いた場合、高アスペクトエッチングを得意とするボッシュプロセスを用いてもアスペクト比Aを20以下にすることが望ましい。 When a stencil pattern having an opening width w is processed on a membrane having a thickness t, it is generally advantageous that the aspect ratio A (= t / w) is small in order to satisfy the required processing accuracy. For example, when silicon is used as the thin film material, it is desirable that the aspect ratio A be 20 or less even when a Bosch process that excels in high aspect etching is used.
また、上記のイオン注入工程以外にも電子線リソグラフィーにステンシルマスクを用いた転写方法がある。本方法では、EBLITHO(株式会社ホロン社製)と呼ばれる低加速電子ビームにて微細パターンを形成できる露光装置がある。本装置では、10mm□以上の領域に数百nm以下のレジスト微小パターンを形成できる。本方法によれば、フォトリソグラフィーやナノインプリント法と比較して、深い焦点深度で形成できるためリソグラフィープロセスが容易になるという特徴がある。この特徴により、LEDチップの表面に微細構造を形成するプロセスに適し、LED装置の高輝度化プロセスへの適用が期待されている。 In addition to the above ion implantation process, there is a transfer method using a stencil mask for electron beam lithography. In this method, there is an exposure apparatus called EBLITHO (manufactured by Holon Co., Ltd.) that can form a fine pattern with a low acceleration electron beam. In this apparatus, a resist fine pattern of several hundred nm or less can be formed in a region of 10 mm □ or more. According to this method, compared with photolithography and nanoimprinting, the method can be formed with a deeper depth of focus, which makes the lithography process easier. This feature is suitable for a process for forming a fine structure on the surface of an LED chip, and is expected to be applied to a process for increasing the brightness of an LED device.
イオン注入マスクの場合、メンブレン膜厚は10〜20μmが多く使われる。膜厚10μmのメンブレンにおいて精度良く加工できる開口幅は最小で0.5μm程度である。 In the case of an ion implantation mask, a membrane thickness of 10 to 20 μm is often used. The minimum aperture width that can be processed with high accuracy in a membrane having a thickness of 10 μm is about 0.5 μm.
しかしながら、イオン注入工程で必要とされる開口寸法は0.5μm以下の場合があるだけでなく、スループット向上のため電流を上げるとマスクへの熱負荷が上がるため、膜厚も厚くする必要がある。よって、膜厚を厚くして現状のパターンよりもさらに高アスペクト比を有するステンシルマスクが有効であるが、実際には製造することができない(特許文献1参照)。 However, the opening size required in the ion implantation process may not only be 0.5 μm or less, but if the current is increased to improve the throughput, the thermal load on the mask increases, so the film thickness must also be increased. . Therefore, a stencil mask having a higher aspect ratio than the current pattern by increasing the film thickness is effective, but cannot actually be manufactured (see Patent Document 1).
またEBLITHOの様な低加速電子ビームを用いた等倍露光において、光学部材加工で用いられるパターンサイズは、対象とする光源の波長程度、もしくはそれ以下であることが多く、そのサイズは数10nm〜500nm程度である。さらに、その微細パターンがサイズの2倍程度のピッチで配置され、高密度に微細パターン群が形成される。このよ
うな微細パターンを形成するため、メンブレン膜厚は0.5〜2.0μm程度が用いられるが、厚さ0.7μmのメンブレンに100nmのパターンを形成する場合、幅100nm、高さ700nmの非常に弱いステンシルの梁が形成され、パターンをサイズの2倍程度のピッチで高密度に配列すると、メンブレン強度が非常に低下する。このような強度の低下は、ステンシルマスク使用時や製造時のメンブレン変形や破壊など問題を引き起こしてしまう。
In the same-size exposure using a low acceleration electron beam such as EBLITHO, the pattern size used in the optical member processing is often about the wavelength of the target light source or less, and the size is from several tens of nm to It is about 500 nm. Further, the fine patterns are arranged at a pitch about twice the size, and a fine pattern group is formed at a high density. In order to form such a fine pattern, a membrane thickness of about 0.5 to 2.0 μm is used. When a 100 nm pattern is formed on a 0.7 μm thick membrane, the width is 100 nm and the height is 700 nm. When a very weak stencil beam is formed and a pattern is arranged at a high density with a pitch of about twice the size, the membrane strength is greatly reduced. Such a decrease in strength causes problems such as membrane deformation and breakage during use of the stencil mask and during manufacture.
そこで、膜厚を厚くしてメンブレン強度を高めることは可能であるが、加工限界以上の高アスペクトパターンを形成することは不可能である。また、ダイヤモンドのようなシリコンよりも強度が高い材料を適用することも考えられるが、無欠陥のダイヤモンド層を形成し、なおかつ良好な加工精度を満たしながらダイヤモンドを加工することは非常に困難であるため、マスクのような欠陥制御が厳しい部材には適さない。 Therefore, it is possible to increase the membrane strength by increasing the film thickness, but it is impossible to form a high aspect pattern exceeding the processing limit. It is also possible to apply a material that is stronger than silicon, such as diamond, but it is very difficult to process diamond while forming a defect-free diamond layer and satisfying good processing accuracy. Therefore, it is not suitable for a member such as a mask that has severe defect control.
その他の方法として、SOI基板にステンシルパターン1を形成し、別のSOI基板にステンシルパターン1をミラー反転したステンシルパターン2を形成し、2つのSOI基板を貼り合せることで、加工可能なアスペクト比A以上のステンシルマスクを製造することも可能である。しかしながら、一般的に貼り合せの精度は数μm以上であり、二つのSOI基板のステンシルパターンの位置ズレが大きくなりやすいため、この方法も有効ではない。また、基板が8インチなど大きく反りが大きいものほど、この位置ズレは大きくなるため、ステンシルマスクとして使用できない。
As another method, a
以下に公知文献を記す。
そこで、本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、械的強度と熱耐性を高め、なおかつ優れた加工精度を有するステンシルマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a stencil mask having improved mechanical strength and heat resistance and having excellent processing accuracy, and a method for manufacturing the stencil mask.
本発明の請求項1に係る発明は、所定の厚さ(t)の薄膜層に、開口幅(w)のステンシルパターンを有した、ステンシルパターンのアスペクト比(A(=t/w))のステンシルマスクであって、
前記薄膜層は、第一薄膜層と、その表面の第二薄膜層からなる多層メンブレンであって、第一薄膜層に形成したステンシルパターンのアスペクト比がAmの場合、多層メンブレンに形成したステンシルパターンのアスペクト比が第一薄膜層に形成したステンシルパターンのアスペクト比(Am)より大きいステンシルパターンを備えたことを特徴とするステンシルマスクである。
The invention according to
The thin film layer is a multilayer membrane composed of a first thin film layer and a second thin film layer on the surface, and the stencil pattern formed on the multilayer membrane when the aspect ratio of the stencil pattern formed on the first thin film layer is Am. The stencil mask is characterized by having a stencil pattern having an aspect ratio greater than the aspect ratio (Am) of the stencil pattern formed on the first thin film layer.
本発明の請求項2に係る発明は、前記多層メンブレンが、2層以上からなることを特徴とする請求項1記載のステンシルマスクである。
The invention according to
本発明の請求項3に係る発明は、第一薄膜層のステンシルパターンの位置と同位置に、第一薄膜層のステンシルパターンと同一形状の開口パターンを第二薄膜層に形成したことを特徴とする請求項1、又は2記載のステンシルマスクである。
The invention according to
本発明の請求項4に係る発明は、前記薄膜層の材料が、シリコン若しくはシリコンを含む材料であって、アスペクト比Amが10〜40である開口パターン形成に適した材料か
らなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のステンシルマスクである。
The invention according to
本発明の請求項5に係る発明は、前記多層メンブレン表面にPt、Pd、Au、Cr、Ti、Ta、Mo、Zr、Ir、Hfのいずれか一つ以上を含む導電性の高い材料からなる薄膜層を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のステンシルマスクである。
The invention according to
本発明の請求項6に係る発明は、前記請求項1乃至5のいずれか1項記載のステンシルマスクの製造方法であって、
第一薄膜層にステンシルパターンを形成する際に、同時にステンシルパターン配置領域の外周部に位置合わせ用パターンを形成する工程と、
第一薄膜層の表面に第二薄膜層を貼り合せる工程と、
第二薄膜層の表面にレジストを形成する工程と、
前記位置合わせ用パターンを用いて位置決めをおこない、第一薄膜層のステンシルパターンデータを用いて、第一薄膜層のステンシルパターンの位置と同位置に、第一薄膜層のステンシルパターンと同一形状の開口パターンが重なるようにして、第二薄膜層のレジスト面上に重ね描画する工程と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法である。
The invention according to
When forming the stencil pattern on the first thin film layer, simultaneously forming a pattern for alignment on the outer periphery of the stencil pattern placement region;
Bonding the second thin film layer to the surface of the first thin film layer;
Forming a resist on the surface of the second thin film layer;
Positioning is performed using the alignment pattern, and an opening having the same shape as the stencil pattern of the first thin film layer is formed at the same position as the stencil pattern of the first thin film layer using the stencil pattern data of the first thin film layer. And a step of superposing and drawing on the resist surface of the second thin film layer so that the patterns overlap with each other.
本発明の請求項7に係る発明は、第一薄膜層に形成する位置合わせ用パターンが、第二薄膜層を貼り合せる領域より外周部領域であり、位置合わせ用パターンは複数個形成することを特徴とする請求項6記載のステンシルマスクの製造方法である。
In the invention according to claim 7 of the present invention, the alignment pattern formed on the first thin film layer is an outer peripheral region than the region where the second thin film layer is bonded, and a plurality of alignment patterns are formed. The stencil mask manufacturing method according to
本発明のステンシルマスクは、同程度開口幅でメンブレン厚みが0.7μmの従来のステンシルマスクと比較して、剛性が高いので転写時のひずみが軽減できるだけでなく、マスクを繰り返して使用することによるマスクへのダメージも低減することができる。 The stencil mask of the present invention has high rigidity compared to a conventional stencil mask having the same opening width and a membrane thickness of 0.7 μm, so that not only can the distortion during transfer be reduced, but also by repeatedly using the mask. Damage to the mask can also be reduced.
本発明のステンシルマスクは、械的強度と熱耐性を高め、なおかつ優れた加工精度を有するステンシルマスクを実現することができ、例えば、イオン注入マスクや電子線リソグラフィー用ステンシルマスクとして好適に利用することが期待できる。 The stencil mask of the present invention can realize a stencil mask with improved mechanical strength and heat resistance and excellent processing accuracy. For example, it can be suitably used as an ion implantation mask or a stencil mask for electron beam lithography. Can be expected.
本発明のステンシルマスク及びステンシルマスクの製造方法を一実施形態に基づいて以下説明する。 A stencil mask and a method for manufacturing a stencil mask of the present invention will be described below based on an embodiment.
図1は、本発明のステンシルマスクを示す模式図である。以下、本発明のステンシルマスクとその製造方法について説明を行う。 FIG. 1 is a schematic view showing a stencil mask of the present invention. Hereinafter, the stencil mask of the present invention and the manufacturing method thereof will be described.
まず、本発明のステンシルマスクについて図1を用いて説明する。本発明のステンシルマスクは厚さtの第一薄膜層2と第二薄膜層3からなる多層メンブレン4を有し、多層メンブレン層は支持シリコン基板層5に支えられており、メンブレン領域7においてステンシルパターン1を形成している(図1(a)参照)。そして、ステンシルパターン1のうち、最も大きいアスペクト比(=t/ステンシルパターン1の開口幅:w)をAmとすると、多層メンブレン4にAm以上のアスペクト比を有するステンシルパターンを形成するステンシルマスクである(図1(b)参照)。ここでは第一薄膜層と第二薄膜層の厚さを同じとしているが、異なっていてもよく本発明を制限するものではない。
First, the stencil mask of this invention is demonstrated using FIG. The stencil mask of the present invention has a
また、薄膜層の材料がシリコンの場合、精度よく加工できるアスペクト比はパターンの種類にもよるが10〜40程度であるので、ステンシルマスク内の多層膜におけるアスペ
クト比が最大で80程度であるステンシルマスクである。
In addition, when the material of the thin film layer is silicon, the aspect ratio that can be processed with high precision is about 10 to 40 although it depends on the type of pattern, so that the stencil whose aspect ratio in the multilayer film in the stencil mask is about 80 at maximum. It is a mask.
本発明のステンシルマスクは、従来の1層からなる薄膜層にステンシルパターンを形成した場合に比べ、メンブレン厚さが2倍となるため、機械的剛性が高まり、使用中のホルダーによる変形や熱たわみを防ぐことができる。 The stencil mask of the present invention has a membrane thickness that is twice that of the conventional case where a stencil pattern is formed on a thin film layer consisting of one layer, so that the mechanical rigidity is increased, and deformation and thermal deflection due to the holder in use. Can be prevented.
次に、図2は、本発明のステンシルマスクの製造方法を説明する工程の側断面図である。本発明は、第一薄膜層2にステンシルパターン1を形成する際、同時に位置合わせパターン6を形成し、該位置合わせパターン6を用いて第一薄膜層2の位置座標を検出し、第二薄膜層3にステンシルパターン用のレジストパターンを電子線感応性レジスト8に重ね描画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。
Next, FIG. 2 is a sectional side view of the process for explaining the method for producing the stencil mask of the present invention. In the present invention, when the
本発明のステンシルマスクの製造方法は、ステンシルパターンを形成した2枚の薄膜層を貼り合せる場合にくらべ、第二薄膜層3のステンシルパターン用レジストパターンを重ね描画することにより、第一薄膜層2のステンシルパターンに対して第二薄膜層3のステンシルパターンを容易に高い重ね精度で形成することができる。図1(c)に示すように、第一薄膜層2のステンシルパターン1に対する第二薄膜層3のステンシルパターン1の位置ズレλを2つのパターンの中心位置からのズレであると定義したとき、描画機の精度にもよるが2nm程度まで低減することが可能である。
The method for producing a stencil mask of the present invention is such that the stencil pattern resist pattern of the second
図3〜5は、本発明の実施例1の製造方法を示した工程(a)〜(l)の側断面図である。本発明のステンシルマスクに係る実施例1、実施例2を行った。以下に説明する。 3 to 5 are side sectional views of steps (a) to (l) showing the manufacturing method of the first embodiment of the present invention. Example 1 and Example 2 related to the stencil mask of the present invention were performed. This will be described below.
以下、本発明のステンシルマスクの一実施例として、最小開口幅が0.5μm、メンブレン厚さが40μmの高アスペクト比パターンを有するイオン注入用ステンシルマスクについて、図3、図4、図5を参照して実施例1を説明する。 Hereinafter, as an example of the stencil mask of the present invention, a stencil mask for ion implantation having a high aspect ratio pattern having a minimum opening width of 0.5 μm and a membrane thickness of 40 μm will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. Example 1 will be described.
まず、厚さ525μmからなる支持シリコン基板10、厚さ0.5μmの中間酸化膜11、厚さ20μmのシリコン活性層12からなる、直径が100mmΦのSOI基板13を用意した(図3(a)参照)。なお、基板サイズは本発明を制限するものではなく、一般にウエハプロセスで使われる大きさである3、6、8インチでも可能である。
First, an
次に、SOI基板13上に電子線感応性レジスト14(PMMA(ポリメチルメタアクリレ−ト系)ポジレジスト、感度:300μC/cm2)を1000nmの膜厚で塗布した(図3(b)参照)。
Next, an electron beam sensitive resist 14 (PMMA (polymethylmethacrylate-based) positive resist, sensitivity: 300 μC / cm 2 ) was applied on the
次に、レジスト14上に電子線照射量が300μC/cm2となるように電子線照射し、現像後に位置合わせ用レジストパターン15、注入用ステンシルレジストパターン16、および裏面合わせ用レジストマーク17を得た(図3(c)参照)。
Next, the resist 14 is irradiated with an electron beam so that the electron beam dose is 300 μC / cm 2, and after development, a registration resist
図6は、本発明の位置合わせパターンの配置を示した上面図である。位置合わせパターンは、出来るだけ広い範囲に数多く配置することにより、SOI基板の位置座標を高精度に測定できるので、第一薄膜層と第二薄膜層とのステンシルパターンの位置ズレを低減することができる。本実施例1では、SOI基板13の中心から直径60、70,80mmの各同心円上に、同心円上の隣り合う位置合わせパターンの間隔が等距離となるように、24個の位置合わせパターンを配置形成した(図6参照)。
FIG. 6 is a top view showing the arrangement of the alignment pattern of the present invention. By arranging a large number of alignment patterns in as wide a range as possible, the position coordinates of the SOI substrate can be measured with high accuracy, so that the displacement of the stencil pattern between the first thin film layer and the second thin film layer can be reduced. it can. In the first embodiment, 24 alignment patterns are arranged on concentric circles having a diameter of 60, 70, and 80 mm from the center of the
次に、レジストパターンをエッチングマスクにして、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、中間酸化膜11が露出するまでシリコン活性層1
2をエッチングした。さらに、酸素プラズマによりレジスト層を剥離した後、アンモニア過水等のRCA洗浄により洗浄をおこない、位置合わせ用パターン18、注入用ステンシルパターン19および表裏面合わせ用マーク20を形成したパターン加工済み100mmΦのSOI基板21を製造した(図3(d)参照)。
Next, the silicon
2 was etched. Further, after the resist layer is peeled off by oxygen plasma, cleaning is performed by RCA cleaning such as ammonia-hydrogen peroxide, and the patterning pattern 100 mmΦ in which the
次に、厚さ525μmからなる支持シリコン基板22、厚さ1μmの中間酸化膜23、厚さ20μmのシリコン活性層24からなる直径が50mmΦのSOI基板25を用意した(図4(e)参照)。なお、市販の50mmΦのSOI基板がない場合、100mmΦのSOI基板から切り出すことで容易に50mmΦのSOI基板を入手できる。
Next, an
次に、50mmΦのSOI基板25のシリコン活性層24表面とパターン加工済みSOI基板21のシリコン活性層表面が接するように、且つ、各々の基板21、25の中心が重なるように貼り合せた。貼り合せ方法としては、両基板の接合面を真空プラズマにより活性化し、接合面を貼り合せた。この場合、十分な密着力を得るために、接合と同時に300〜500℃の加熱や圧力を施した(図4(f)参照)。
Next, the substrates were bonded so that the surface of the silicon
図7は、本発明の貼り合せた二つの基板のズレを示す上面図である。後工程でおこなう重ね描画の合わせ精度を高めるために、接合する2つの基板中心の位置ズレが少なく、貼り合せ後にパターン加工済みSOI基板上の位置合わせマーク18がすべて、すなわち、24個が露出していることが望ましい。しかしながら、50mmΦのSOI基板25の外周部に位置合わせ用マーク18が露出すれば、十分な位置合わせ精度を得ることができる。ここで、50mmΦのSOI基板25の半径は25mmであり、位置合わせマーク18は半径30〜40mmの同心円上に形成しているので、ふたつの基板の貼り合せのアライメントズレδは半径方向に通常程度まで許容できる。このことは、高精度なアライメント精度を要求しないので本発明の方法が容易に適用できることを示している(図7)。
FIG. 7 is a top view showing a deviation between two bonded substrates of the present invention. In order to improve the alignment accuracy of the overlay drawing performed in the subsequent process, the positional deviation between the centers of the two substrates to be joined is small, and all the alignment marks 18 on the patterned SOI substrate after bonding, that is, 24 pieces are exposed. It is desirable that However, if the
次に、貼り合せたSOI基板25の支持基板層22を研磨やエッチングによりSOI基板の中間酸化膜層23まで除去し、次にHFエッチングにより中間酸化膜層23を除去することで、シリコン活性層24が露出した。この際、パターン加工済みSOI基板上の位置合わせマークが損傷しないように、レジスト等の保護膜層を支持基板層上に形成することが望ましい。
Next, the support substrate layer 22 of the bonded
次に、アンモニア過水などのRCA洗浄をおこなったのち、シリコン活性層24を露出させる。シリコン活性層24は熱酸化により形成された中間酸化膜層23で覆われていたため、非常に高い洗浄度の表面を露出させることができる(図4(g)参照)。
Next, after performing RCA cleaning such as ammonia overwater, the silicon
次に、シリコン活性層24上に電子線感応性レジスト26(PMMA(ポリメチルメタアクリレ−ト系)ポジレジスト、感度:300μC/cm2)を1000nmの膜厚で塗布した(図4(h)参照)。
Next, an electron beam sensitive resist 26 (PMMA (polymethylmethacrylate-based) positive resist, sensitivity: 300 μC / cm 2 ) was applied on the silicon
次に、電子線描画装置により、パターン加工済みSOI基板21上の位置合わせ用パターン18を検出し、パターン加工済みSOI基板21上のパターンと同位置となるように、電子線感応性レジスト26上に電子線照射し、現像後に位置合わせ用パターン18、注入用レジストステンシルパターン27を製造した。このとき電子線照射量は300μC/cm2である(図5(i))。
Next, the
次に、同レジストパターンをエッチングマスクにしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングによりパターン加工済みSOI基板21のシリコン活性層までエッチングをおこない、酸素プラズマによりレジスト層を剥離し、アンモニア過水等のRCA洗浄により洗浄をおこなったのち、注入用ステンシルパターン28を製造した(
図5(j)参照)。
Next, etching is performed up to the silicon active layer of the
(Refer FIG.5 (j)).
電子線描画装置により、第一薄膜層2の位置合わせマーク18を検出し、第二薄膜層3のSOI層の注入パターン28を形成しているので、注入パターン28とパターン加工済み注入パターン28との位置ズレは最小で位置精度測定限界の2nm程度である。なお、位置ズレとは2つのパターン中心の相対ズレとする。また、貼り合せの際に位置合わせ用マーク上にSOI基板が接着し、位置合わせマークの一部が観察できない場合でも、残りのマークの座標情報から近似平面を算出して、描画装置内でのSOI基板のゆがみを算出できる。そのため、貼り合せ精度が通常程度であっても位置ズレは制御できるため数10nm以下にすることが可能である。
Since the
次に、SOI基板13の支持シリコン基板層上にフォトレジストをスピンナー等で塗布して厚さが50μmの感光層29を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、メンブレン開口用レジストパターン30を形成した。このとき、パターン露光時の基板とメンブレン開口レジストパターン露光用のフォトマスクとの位置合わせは、表裏合わせ用マークパターン20とフォトマスクのアライメントマークを用いる(図5(k)参照)。
Next, a photoresist is applied on the supporting silicon substrate layer of the
次に、メンブレン開口用レジストパターン30をエッチングマスクにしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、中間酸化膜11をエッチングストッパー層として支持シリコン基板10の一部をエッチングし、さらにHF溶液に浸漬してドライエッチングにより露出した中間酸化膜11を除去した(図5(l))。
Next, a part of the supporting silicon substrate 10 is etched by dry etching using a fluorocarbon-based mixed gas plasma using the membrane opening resist
次に、洗浄を行った。このとき、洗浄処理として、アンモニア:過酸化水素水:純水の比を1:1:5程度に混合し、70度に過熱したアンモニア過水に10分間浸漬し、純水オーバーフローのリンスを行い、フッ酸処理および再度オーバーフロー処理を行い、IPAベーパ乾燥を行う。 Next, washing was performed. At this time, as a cleaning process, a ratio of ammonia: hydrogen peroxide water: pure water is mixed at about 1: 1: 5, and immersed in ammonia overwater heated to 70 ° C. for 10 minutes to rinse pure water. Then, hydrofluoric acid treatment and overflow treatment are performed again, and IPA vapor drying is performed.
以上より、最小開口幅が0.5μm、メンブレン厚さが40μmの高アスペクト比パターンを有する実施例1のイオン注入用ステンシルマスクを製造した。 From the above, a stencil mask for ion implantation of Example 1 having a high aspect ratio pattern with a minimum opening width of 0.5 μm and a membrane thickness of 40 μm was manufactured.
予め、2つのSOI基板にミラー反転した注入パターンを形成しておき、その基板をウエハ接合装置によりアライメントして貼り合せる方法も考えられる。しかし、市販のウエハ接合装置のアライメント精度は一般に数μm、せいぜい数百nmであり、良好なアライメント精度を得ることは困難である。 A method is also conceivable in which an implantation pattern in which mirrors are inverted is formed in advance on two SOI substrates, and the substrates are aligned and bonded by a wafer bonding apparatus. However, the alignment accuracy of a commercially available wafer bonding apparatus is generally several μm and at most several hundred nm, and it is difficult to obtain good alignment accuracy.
本発明の方法によれば、2層の位置合わせ精度は、接合装置のアライメント精度に依存せず、描画装置の重ね合わせ精度により決まるので、数nmという非常に良好な位置合わせ精度を容易に実現できる。 According to the method of the present invention, the alignment accuracy of the two layers does not depend on the alignment accuracy of the bonding apparatus, but is determined by the overlay accuracy of the drawing apparatus. Therefore, a very good alignment accuracy of several nm is easily realized. it can.
図8は、本発明の実施例2の製造方法を示した工程(a)〜(f)の即断面図である。以下に実施例2を説明する。 FIG. 8 is an immediate cross-sectional view of steps (a) to (f) showing the manufacturing method of Example 2 of the present invention. Example 2 will be described below.
以下、本発明のステンシルマスクの一事例として、最小開口幅が0.1μm、メンブレン厚さが1.4μmの高アスペクト比パターンが1辺0.2μmの正三角形の頂点に位置するようなパターン群を有する、実施例2の低加速電子線リソグラフィー用ステンシルマスクを製造した。以下に、実施例2について、図8を参照し、説明する。 Hereinafter, as an example of the stencil mask of the present invention, a pattern group in which a high aspect ratio pattern having a minimum opening width of 0.1 μm and a membrane thickness of 1.4 μm is located at the apex of an equilateral triangle having a side of 0.2 μm. A stencil mask for low-acceleration electron beam lithography of Example 2 was produced. Hereinafter, Example 2 will be described with reference to FIG.
まず、厚さ0.7μmのシリコン活性層31、厚さ0.5μmの中間酸化膜32、厚さ
525μmの支持シリコン基板33を有する100mmΦのSOI基板34を用意した(図8(a))。
First, a 100 mmφ
次に、自立メンブレン形成時に同自立メンブレンの内部応力が20MPa以下となるように、シリコン活性層35へ不純物をドープして応力調整済みシリコン活性層35を得た。活性層がシリコンの場合、自立メンブレン形成時に、中間酸化膜の圧縮応力のために自立メンブレンは弛むため、シリコン活性層には引っ張り応力を与える必要がある。そのため、不純物としてはリンやボロンのようなシリコンの原子半径より小さい原子半径を持つ不純物が選ばれる(図8(b))。
Next, the silicon
次に、応力調整済みSOI基板36上に電子線感応性レジスト37(PMMA(ポリメチルメタアクリレ−ト系)ポジレジスト、感度:300μC/cm2)を200nmの膜厚で塗布した(図8(c)参照)。
Next, an electron beam sensitive resist 37 (PMMA (polymethylmethacrylate-based) positive resist, sensitivity: 300 μC / cm 2 ) was applied to the stress-adjusted
次に、実施例1と同様の、電子線照射、現像処理、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、位置合わせ用パターン38、電子線リソグラフィー用ステンシルパターン39および表裏面合わせ用マーク40を形成したパターン加工済み100mmSOI基板41を製造した(図8(d)参照)。
Next, pattern processing in which electron beam irradiation, development processing, dry etching, and resist removal are performed as in Example 1 to form the
次に、自立メンブレン形成時に応力が20MPa以下となるようにシリコン活性層に予め不純物をドープしてあり、なおかつ、厚さが525μmである支持シリコン基板42、厚さ0.5μmの中間酸化膜43、厚さ0.7μmの不純物ドープ済みシリコン活性層44からなる直径が50mmΦのSOI基板45を用意した(図8(e)参照)。
Next, the silicon active layer is previously doped with impurities so that the stress is 20 MPa or less when the free-standing membrane is formed, and the supporting
次に、実施例1と同様の、張り合わせ、電子線リソグラフィーを行い、最小開口幅が0.1μm、メンブレン厚さが1.4μmの高アスペクト比パターンを有する実施例2の低加速電子線用ステンシルマスクを製造した(図8(f)参照)。 Next, the same stencil for low acceleration electron beam as in Example 2 having a high aspect ratio pattern with a minimum opening width of 0.1 μm and a membrane thickness of 1.4 μm, which is similar to Example 1, in which bonding and electron beam lithography are performed. A mask was manufactured (see FIG. 8F).
1…ステンシルパターン
2…第一薄膜層
3…第二薄膜層
4…多層メンブレン
5…支持シリコン基板
6…位置合わせパターン
7…メンブレン領域
8…電子線感応性レジスト
10…支持シリコン基板
11…中間酸化膜
12…シリコン活性層
13…100mmΦのSOI基板
14…(電子線感応性)レジスト
15…位置合わせ用レジストパターン
16…注入用ステンシルレジストパターン
17…裏面合わせ用レジストマーク
18…位置合わせ用パターン
19…注入用ステンシルパターン
20…表裏面合わせ用マーク
21…パターン加工済み100mmΦのSOI基板
22…支持シリコン基板
23…中間酸化膜
24…シリコン活性層
25…50mmΦのSOI基板
26…電子線感応性レジスト
27…注入用レジストステンシルパターン
28…注入用ステンシルパターン
29…感光層
30…メンブレン開口用レジストパターン
31…シリコン活性層
32…中間酸化膜
33…支持シリコン基板
34…100mmΦのSOI基板
35…応力調整済みシリコン活性層
36…応力調整済みSOI基板
37…電子線感応性レジスト
38…位置合わせ用パターン
39…電子線リソグラフィー用ステンシルパターン
40…表裏面合わせ用マーク
41…パターン加工済み100mmΦのSOI基板
42…支持シリコン基板
43…中間酸化膜
44…不純物ドープ済みシリコン活性層
45…応力調整済み50mmΦのSOI基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記薄膜層は、第一薄膜層と、その表面の第二薄膜層からなる多層メンブレンであって、第一薄膜層に形成したステンシルパターンのアスペクト比がAmの場合、多層メンブレンに形成したステンシルパターンのアスペクト比が第一薄膜層に形成したステンシルパターンのアスペクト比(Am)より大きいステンシルパターンを備えたことを特徴とするステンシルマスク。 A stencil mask having a stencil pattern aspect ratio (A (= t / w)) having a stencil pattern with an opening width (w) in a thin film layer having a predetermined thickness (t),
The thin film layer is a multilayer membrane composed of a first thin film layer and a second thin film layer on the surface, and the stencil pattern formed on the multilayer membrane when the aspect ratio of the stencil pattern formed on the first thin film layer is Am. A stencil mask comprising a stencil pattern having an aspect ratio greater than the aspect ratio (Am) of the stencil pattern formed on the first thin film layer.
第一薄膜層にステンシルパターンを形成する際に、同時にステンシルパターン配置領域の外周部に位置合わせ用パターンを形成する工程と、
第一薄膜層の表面に第二薄膜層を貼り合せる工程と、
第二薄膜層の表面にレジストを形成する工程と、
位置合わせ用パターンを用いて位置決めをおこない、第一薄膜層のステンシルパターンデータを用いて、第一薄膜層のステンシルパターンの位置と同位置に、第一薄膜層のステンシルパターンと同一形状の開口パターンが重なるようにして、第二薄膜層のレジスト面上に重ね描画する工程と、を含むことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。 A method for manufacturing a stencil mask according to any one of claims 1 to 5,
When forming the stencil pattern on the first thin film layer, simultaneously forming a pattern for alignment on the outer periphery of the stencil pattern placement region;
Bonding the second thin film layer to the surface of the first thin film layer;
Forming a resist on the surface of the second thin film layer;
Positioning is performed using the alignment pattern, and using the stencil pattern data of the first thin film layer, the opening pattern having the same shape as the stencil pattern of the first thin film layer is located at the same position as the stencil pattern of the first thin film layer. And overdrawing on the resist surface of the second thin film layer so as to overlap with each other.
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