JP2013207043A - ステンシルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】個体識別マークが好適に付与されたステンシルマスクを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のステンシルマスクは、個体識別マークを微細凹凸パターンにて形成されたホログラム画像で表記する。ホログラム画像は、光の強度・波長・位相をそれぞれ記録することが出来ることから、位相差を利用して、一つのホログラム画像に複数画像情報を付与できる。このため、一つの個体識別マークで、任意の文字および記号（個体製造番号など）、バーコードマーク、エリアコードマーク、アライメントマークなどの複数の情報を個別の画像で保持することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線等の荷電粒子線露光に用いられるステンシルマスクに関する。

近年、ステンシルマスクを用いた荷電粒子線露光が行われている。荷電粒子線露光は、開口パターンを有するステンシルマスクに荷電粒子線を照射し、ステンシルマスクの開口パターンを通過した荷電粒子線を露光対象に照射するリソグラフィ法である。ここで、荷電粒子線として、電子線、イオン粒子線、などが挙げられる。

例えば、電子線を用いた電子線リソグラフィは、半導体製造プロセスにおいて、試作開発や準量産のデバイスために使われている。電子線リソグラフィは、口径を数１０μｍ〜１０ｎｍ程度の範囲に絞った電子ビームを用いて露光を行う。半導体製造プロセスにおいて、特に、線幅２２ｎｍノード以降の先端リソグラフィでは、ＥＵＶやＡｒＦ液浸、ダブル露光といった方式ではマスクや露光装置の高騰が顕著になる。このため、線幅２２ｎｍノード以降の先端リソグラフィにおいて、電子線リソグラフィの適用が期待されている。

このようなステンシルマスクでは、ステンシルマスクの種類、履歴（製造者、製造日時、製造場所など）などを管理するために、ステンシルマスク毎に個々の識別を行うことが要求される。このため、ステンシルマスクには、任意の文字および記号（個体製造番号など）、バーコードマーク、エリアコードマーク、などのマークを配置する必要がある。また、精度良くリソグラフィ法を実施するためには、ステンシルマスク自体の厳密な位置制御が要求される。このため、ステンシルマスクに位置情報を付与するためにアライメントマークを形成することが行われている。以下、任意の文字および記号、アライメントマーク、バーコードマーク、エリアコードマーク、など、ステンシルマスクに情報を付与するマークを総括して、個体識別マークと呼称する。

例えば、ステンシルパターンを有するステンシルマスクにおいて、ステンシルパターンの形成側に凹部による＋型のアライメントマークを形成することが提案されている（特許文献１、図１〜図２など参照）。

一方、ホログラム画像を微細凹凸パターンにて形成することが知られている。ホログラム画像は、光の位相情報を記録することが出来、反射光の位相制御を行うことにより、異なる角度で観察したとき、それぞれの角度で異なる画像を表示することが出来る。このため、視差分だけずれた画像を複数用意することで立体的な画像表現を行うこと、などが提案されている。

例えば、微細凹凸パターンを形成することでホログラム画像を描写することが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００９−２３１３２４号公報 特開２００１−２３４１２１号公報

ステンシルマスクでは、個体識別マークを付与する必要がある。

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、個体識別マークが好適に付与されたステンシルマスクを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、厚さ方向に貫通するステンシルパターンを有するメンブレン層と、前記メンブレン層を支持する支持基板層と、前記メンブレン層に形成された個体識別マークと、を備え、前記個体識別マークは、微細凹凸パターンにて形成されたホログラム画像であることを特徴とするステンシルマスクである。

また、前記ホログラム画像は、任意の文字および記号、アライメントマーク、バーコードマーク、エリアコードマークからなる群の少なくとも一つ以上を示す画像であってもよい。

また、前記微細凹凸パターンは、支持基板層が存在する部位の上層の領域に設けられてもよい。

また、更に、外表面に導電膜を備えてもよい。

本発明のステンシルマスクは、個体識別マークを微細凹凸パターンにて形成されたホログラム画像で表記する。ホログラム画像は、光の強度・波長・位相をそれぞれ記録することが出来ることから、位相差を利用して、一つのホログラム画像に複数の画像情報を内包できる。このため、一つの個体識別マークで、任意の文字および記号（個体製造番号など）、バーコードマーク、エリアコードマーク、アライメントマークなどの複数の画像情報を保持することが出来る。

本発明のステンシルマスクを示す概略図である。 本発明のステンシルマスクを示す概略図である。 本発明のステンシルマスクの製造を示す概略工程図である。 本発明のステンシルマスクの製造を示す概略工程図である。

以下、本発明のステンシルマスクについて説明を行う。

図１に、本発明のステンシルマスクの一例を示す。図１（ａ）は、ステンシルマスクの上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）における破線Ａ−Ａにおける線断面図である。
図１（ａ）に示すように、メンブレン層１０上に、ステンシルパターン１２および個体識別マーク１１が形成されている。図１（ａ）において、支持基板層２０に設けられた開口部２２により露出したメンブレン層１０の薄膜領域は、破線により囲んだ部位であり、該メンブレン層１０の薄膜領域内にステンシルパターン１２は形成される。
図１（ｂ）に示すように、メンブレン層１０は支持基板層２０により支持されている。また、支持基板層２０に形成された開口部２２により、メンブレン層１０の一部領域が露出し、ステンシルパターン１２が形成される薄膜領域となる。また、メンブレン層１０の支持基板層２０が存在する部位の上層の領域に個体識別マーク１１が形成されている。個体識別マーク１１は微細凹凸パターンにより形成されており、ホログラム画像を構成する。

＜メンブレン層＞
メンブレン層は、開口パターンであるステンシルパターンが形成される層である。ステンシルパターンは露光対象物に形成するパターンに応じて適宜設計してよい。

メンブレン層の材料は、（１）開口パターンを保持する膜強度、（２）開口パターンを形成する加工性、などの観点から、適宜公知の材料から選択してよい。例えば、シリコン薄膜、を用いてもよい。

メンブレン層の厚さは、電子線の遮蔽・散乱に必要な０．５μｍ以上１００μｍ以下程度の範囲内にあることが好ましい。ただし、本発明のステンシルマスクにおいて、ステンシルコンポーネントのメンブレン層の厚みは上記範囲に限定されるものではない。

ステンシルパターンは、所望するパターンに対応するように設計された、厚さ方向に貫通する開口パターンである。ステンシルパターンの開口パターンを通過した荷電粒子線を露光対象に照射することにより、露光対象にパターニングを行うことが出来る。

＜支持基板層＞
支持基板層は、メンブレン層を支持するために設けられる。また、支持基板層はメンブレン層のステンシルパターンが形成された領域を露出するように開口部が形成されている。また、支持基板層はメンブレン層と接していることから、メンブレン層からの熱・帯電などの負荷を分散させることが出来る。

支持基板層の材料は、（１）メンブレン層を支える機械強度、（２）露光時に負荷される熱・帯電に対する適性、などに応じて、適宜選択して良い。例えば、シリコン、石英、ガラス、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、などを用いてもよい。

＜個体識別マーク＞
個体識別マークは、ステンシルマスクに情報を付与するマークの総称をいう。例えば、個体識別マークは、任意の文字および記号、アライメントマーク、バーコードマーク、エリアコードマーク、などであっても良い。個体識別マークはメンブレン層上に形成され、微細凹凸パターンにて形成されたホログラム画像である。ホログラム画像は、光の強度・波長・位相をそれぞれ記録することが出来ることから、位相差を利用して、一つのホログラム画像に複数の画像情報を内包できる。このため、一つの個体識別マークで、任意の文字および記号（個体製造番号など）、バーコードマーク、エリアコードマーク、アライメントマークなどの複数の画像情報を個別の画像で保持することが出来る。

また、個体識別マークはアライメントマークとして用いることが、特に、好ましい。ホログラム画像をアライメントマークとして用いるとき、画像取得に用いる光の入射角度、光の波長、などを変更することにより、それぞれ異なる画像を取得することが出来る。このため、光の入射角度、光の波長、などを変更することにより、一つのアライメントマークを用いて複数回の位置検出を行うことが出来る。また、特に、光の入射角度を変更してアライメント画像を取得するとき、入射角度により得られる画像が異なることから、ステンシルマスクの傾き度合いを取得することが出来る。このため、ホログラム画像をアライメントマークとすることにより、水平面のみならず傾き面のアライメントも行うことが出来る。また、ホログラム画像をアライメントマークとして画像取得するとき、（１）入射角度が異なる光源を複数一度に照射する、（２）波長の異なる光源を複数一度に照射する、など行っても良い。一括して画像取得を行うことによりアライメントの高速化を図ることが出来る。

微細凹凸パターンは、（１）観察に用いる光の波長、（２）所望するホログラム画像、などを考慮し適宜光学設計し、決定してよい。

また、微細凹凸パターンにおいて凹凸パターン幅（凹部の最下点から該凹部に隣接する凸部の最上点までの距離）は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下程度の範囲内にあることが好ましく、５００ｎｍ以上１μｍ以下程度の範囲内にあることがより好ましい。上記範囲の微細凹凸パターンは可視光波長と干渉することから、可視光下において目視で個体識別マークを認識することが出来る。このため、任意の文字および記号（個体製造番号など）、バーコードマーク、エリアコードマーク、を好適に目視で把握することが出来る。ただし、本発明のステンシルマスクにおいて、微細凹凸パターンの凹凸パターン幅は上記範囲に限定されるものではない。

また、微細凹凸パターンは、支持基板層が存在する部位の上層の領域に設けられることが好ましい。微細凹凸パターンはステンシルパターンの開口パターンと異なり、貫通孔である必要が必ずしもない。このため、支持基板層が存在する部位の上層の領域に設けることが出来、ステンシルパターンを形成するためのメンブレン層の薄膜領域（支持基板層の開口部に露出した部位に対応する領域）を大きくすることが出来る。

また、本発明のステンシルマスクは、外表面に導電膜を形成してもよい。導電膜を形成することにより、粒子線露光時の帯電を抑制し、精度良くパターニングを行うことが出来る。また、導電膜は微細凹凸パターンを覆うことから、露光時の極小飛沫が微細凹凸パターン内に堆積することを抑制でき、好適にホログラム画像を保持することが出来る。導電膜は、導電性有する材料から適宜選択し形成してよい。例えば、導電膜として、各種金属膜を用いてもよい。

図２に、導電膜４０が形成された本発明のステンシルマスク１の一例を示す。
図２に示すステンシルマスク１では、メンブレン層１０を支持基板層２０が支持している。また、支持基板層２０に形成された開口部２２により露出したメンブレン層１０の領域に開口パターンとしてステンシルパターン１２が形成されている。また、メンブレン層１０において支持基板層２０が存在する上層の領域に微細凹凸パターンが形成されホログラム画像の個別識別マーク１１として機能する。ここで、図２に示すステンシルマスク１は、外表面全体に導電膜４０が被膜されており、個別識別マーク１１の上層にも導電膜４０は形成されている。

また、本発明のステンシルマスクにおいて、（１）支持基板層に開口部を形成する加工、（２）メンブレン層に微細凹凸パターンおよびステンシルパターンを形成する加工、などの加工は適宜公知の微細加工方法を用いてよい。例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング、イオンビームエッチング、超音波加工、切削機械加工、などを用いてよい。ドライエッチングでは、例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波、などの放電方式を用いたドライエッチング装置を用いてもよい。また、ウェットエッチングでは、例えば、熱アルカリ溶液、などを用いてもよい。また、エッチング加工法において用いるエッチングマスクは選択した材料・エッチング法に応じて適宜選択してよい。例えば、エッチングマスクとして、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ニッケル膜、フロロカーボン膜、などを用いてもよい。

また、本発明のステンシルマスクは、ＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ基体）を用いて製造されることが好ましい。ＳＯＩ基板は、上部シリコン層／中間酸化膜／下部シリコン層の３層よりなる基板であり、上部シリコン層をメンブレン層、下部シリコン層を支持基板層として利用できる。また、ＳＯＩ基板の中間酸化膜は、エッチング停止層として活用できることから、エッチングを用いて好適にメンブレン層および支持基板層の加工を行うことが出来る。

また、所望するステンシルパターンと個体識別マークとなる微細凹凸パターンとは、メンブレン層に一括してパターニングすることが好ましい。これにより、所望するステンシルパターンと個体識別マークとなる微細凹凸パターンとを一括して露光パターンとして保持管理できる。よって、個々の個体識別マークを一つのステンシルマスクと紐付けて、好適に管理することが出来、ステンシルマスクに間違った個体識別マークが紐付けられる事故を抑制することが出来る。所望するステンシルパターンと個体識別マークとなる微細凹凸パターンの形成には、適宜公知のパターニング方法を用いてよい。例えば、電子線露光、フォトリソグラフィ法、インプリントモールド法、スクリーン印刷、などを用いてもよい。

図３に、本発明のステンシルマスク１の製造について、具体的に一例を挙げながら説明を行う。図３に示すステンシルマスク１の製造では、開口部２２を形成した後、メンブレン層１０に個別識別マーク１１およびステンシルパターン１２を形成する。
まず、メンブレン層１０／エッチング停止層３０／支持基板層２０、がこの順で積層された積層基板１Ａを用意した（図３（ａ））。
次に、積層基板１Ａの支持基板層２０側に、レジストを塗布し、該レジストをパターニングし、開口レジストパターン２１を形成した（図３（ｂ））。
次に、開口レジストパターン２１をエッチングマスクとして、支持基板層２０をエッチング停止層３０に至るまでエッチングし、開口部２２を形成した（図３（ｃ））。
次に、開口部２２により露出したエッチング停止層３０をウェットエッチングにより除去し、開口部２２によりメンブレン層１０を露出させた（図３（ｄ））。
次に、メンブレン層１０に、レジストを塗布し、該レジストをパターニングし、レジストパターン１３を形成した（図３（ｅ））。
次に、レジストパターン１３をエッチングマスクとして、メンブレン層１０をエッチング停止層３０に至るまでエッチングし、ステンシルパターン１２および個体識別マーク１１となる微細凹凸パターンを形成し、ホログラム画像である個体識別マーク１１を有する本発明のステンシルマスク１を得た（図３（ｆ））。

図４に、本発明のステンシルマスク１の製造について、体的に別の一例を挙げながら説明を行う。図４に示すステンシルマスク１の製造では、メンブレン層１０に個別識別マーク１１およびステンシルパターン１２を形成した後、開口部２２を形成する。
まず、メンブレン層１０／エッチング停止層３０／支持基板層２０、がこの順で積層された積層基板１Ａを用意した（図４（ａ））。
次に、メンブレン層１０に、レジストを塗布し、該レジストをパターニングし、レジストパターン１３を形成した（図４（ｂ））。
次に、レジストパターン１３をエッチングマスクとして、メンブレン層１０をエッチング停止層３０に至るまでエッチングし、ステンシルパターン１２および個体識別マーク１１となる微細凹凸パターンを形成した（図４（ｃ））。
次に、積層基板１Ａの支持基板層２０側に、レジストを塗布し、該レジストをパターニングし、開口レジストパターン２１を形成した（図４（ｄ））。
次に、開口レジストパターン２１をエッチングマスクとして、支持基板層２０をエッチング停止層３０に至るまでエッチングし、開口部２２を形成した（図４（ｅ））。
次に、開口部２２により露出したエッチング停止層３０をウェットエッチングにより除去し、開口部２２によりメンブレン層１０を露出させ、本発明のステンシルマスク１を得た（図４（ｆ））。

本発明のステンシルマスクを製造した。以下、具体的に実施の一例を挙げながら説明を行う。

＜実施例１＞
まず、メンブレン層／エッチング停止層／支持基板層の三層が積層された積層基板を用意した。このとき、積層基板は、上部シリコン層：厚み１０μｍ／中間酸化膜：厚み０．４μｍ／下部シリコン層：厚み５２５μｍの３層よりなるＳＯＩ基板（直径：１００ｍｍ）とした。

次に、支持基板層にレジストを塗布し、該レジストにリソグラフィを行い、開口レジストパターンを形成した。このとき、リソグラフィとしてフォトリソグラフィを用いた。また、レジストは、フォトレジストを用いた。また、レジストの塗布厚みは、５０μｍとした。また、レジストの塗布方法には、スプレーコートを用いた。

次に、開口レジストパターンをエッチングマスクとして支持基板層をドライエッチングし、支持基板層に開口部を形成し、残存したレジストを除去した。このとき、ドライエッチングには、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いた。また、ドライエッチングにおいて、ＳＯＩ基板の中間酸化膜はエッチング停止層として機能した。また、残存したレジストの除去には、酸素プラズマアッシングを用いた。

次に、開口部により露出したエッチング停止層をウェットエッチングにより除去した。このとき、ウェットエッチングには、５％フッ化水素酸溶液を用いた。

次に、メンブレン層上にレジストを塗布し、該レジストにリソグラフィを行い、レジストパターンを形成した。このとき、リソグラフィとして電子線リソグラフィを用いた。また、レジストは、ＰＭＭＡの電子線感応ポジレジストを用いた。また、レジストの塗布厚みは、１μｍとした。また、形成したレジストパターンは、所望するステンシルパターンおよび個体識別マークとなる微細凹凸パターンが一括された露光パターンとした。また、個体識別マークとなる微細凹凸パターンは、凹凸パターン幅：５００ｎｍ、凹部深さ：５００ｎｍ、凹部上面形状：円形状のＨｏｌｅパターンとした。また、微細凹凸パターンは、「２０」の文字画像と、「＋」形状のアライメント画像と、が観察可能なホログラム画像を構成するものとした。

次に、レジストパターンをエッチングマスクとしてメンブレン層をドライエッチングし、メンブレン層にステンシルパターンおよび個体識別マークとなる微細凹凸パターンを形成し、残存したレジストを除去した。このとき、ドライエッチングには、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いた。また、ドライエッチングのエッチング深さは、１０μｍとした。また、残存したレジストの除去には、酸素プラズマアッシングを用いた。

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に混合して洗浄液を調整し、７０度に加熱した該洗浄液に１０分間浸漬し、純水オーバーフローのリンスを行い、希フッ酸処理および再度オーバーフロー処理を行い、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）ベーパ乾燥を行った。

以上より、本発明のステンシルマスクを製造した。製造されたステンシルマスクは、可視光下において、観察角度により、「２０」の文字画像と、「＋」形状のアライメント画像と、が目視観察可能であった。

１……ステンシルマスク
１Ａ……積層基板
１０……メンブレン層
１１……個体識別マーク
１２……ステンシルパターン
１３……レジストパターン
２０……支持基板層
２１……開口レジストパターン
２２……開口部
３０……エッチング停止層
４０……導電膜

Claims (4)

1. 厚さ方向に貫通するステンシルパターンを有するメンブレン層と、
   前記メンブレン層を支持する支持基板層と、
   前記メンブレン層に形成された個体識別マークと、を備え、
   前記個体識別マークは、微細凹凸パターンにて形成されたホログラム画像であることを特徴とするステンシルマスク。
2. 前記ホログラム画像は、任意の文字および記号、アライメントマーク、バーコードマーク、エリアコードマークからなる群の少なくとも一つ以上を示す画像であること
   を特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク。
3. 前記微細凹凸パターンは、支持基板層が存在する部位の上層の領域に設けられること
   を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のステンシルマスク。
4. 更に、外表面に導電膜を備えること
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のステンシルマスク。

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