JP2014093511A

JP2014093511A - ステンシルマスク

Info

Publication number: JP2014093511A
Application number: JP2012245235A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Shiomitsu; 一彦塩満
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】ステンシルマスクを使用する際に発生するチッピングを防止する。
【解決手段】メンブレン層１０は、脆性材料からなり厚さ方向に貫通するステンシルパターン１３が形成され薄膜状を呈している。支持基板層（支持基板）３０は、脆性材料からなりメンブレン層１０の厚さ方向の一方の面でメンブレン層１０の外周部に沿って延在しメンブレン層１０の外周面に連続する外面を有してメンブレン層１０を支持し枠状を呈している。メンブレン層１０の厚さ方向の他方の面をマスク表面とし、メンブレン層１０の外周面および支持基板層の外面をマスク側面とし、支持基板層のメンブレン層１０と反対側に位置する端面をマスク裏面とする。マスク表面とマスク側面とが交差する第１の角部５０Ａと、マスク側面とマスク裏面とが交差する第２の角部５０Ｂとの何れか一方または双方にチッピングを防止するチッピング防止部が設けられている。
【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およびその製造方法、ならびにそれを用いた露光方法に関する。

近年、半導体の製造プロセスにおいて、露光光源に電子線を用いた電子線リソグラフィ技術が、試作開発や準量産のデバイスに使われている。特に線幅２２ｎｍノード以降の先端リソグラフィについては、ＥＵＶ（extreme ultraviolet）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ため、少量品のプロセスには不向きである。そのため、電子線リソグラフィの適用が期待されている。

電子線リソグラフィでは、口径を数１０マイクロメートル（μｍ）〜１０ナノメートル（ｎｍ）に絞った電子ビームにより回路パターンの露光をおこなうため、フォトマスクによる光リソグラフィに比べてスループットが低い。そこで、スループット向上のために、回路パターンでよく使われる図形を抽出し、抽出したパターン（キャラクター、セルまたはブロックなどと呼ばれる）を貫通パターンとして形成したステンシルマスクを用いた電子線リソグラフィが研究されている。このようなリソグラフィ法は、部分一括露光法とも呼ばれている。

図７は、従来のステンシルマスクを示す鳥瞰図であり、図８は、同ステンシルマスクの厚さ方向における断面図である。ステンシルマスク１は、シリコンのバルク領域内を加工した基板開口部３３を設け、自立薄膜（メンブレン１４）上に所定の形状のステンシルパターン１３が形成されている。
部分一括露光法では、メンブレンに入射した荷電粒子（図８にｅ−で示す。）が、メンブレンに吸収もしくは散乱され、ステンシルパターンを通過した荷電粒子が被転写基板に到達してリソグラフィが行われる。

一般的にステンシルマスクを保持する場合に、ホルダと呼ばれるもので保持される事が多い。これには熱伝導性、導電性等、また加工が容易なことから金属製のものがしばしば用いられる。

ステンシルマスクの形態として、ウエハ外形そのものを使用する以外に、任意の形状に加工したチップ形状のステンシルマスクが存在する。

これらのチップ形状は、ドライエッチング、ウェットエッチング、ダイシング、レーザー加工など種々の方法を用いて作製され、多くの場合、加工の容易さから、四角形や八角形など直線的な形状が多い。

これらのチップ形状のステンシルマスクをホルダにセットする際に、ホルダ側面に突き当てるなどして位置決めを行う場合や、セットする際の操作そのもので、チップ端部が欠ける、チッピングという現象が発生し、清浄度の面で問題になっていた。

そこで従来、角部から発生するチッピングを抑制するため、コーナー部の形状を丸める（面取りする）事が行われてきた。（特許文献１）

特開２０１２−７９８５３

しかしながら、これらの方法ではマスク面に対して垂直方向から見たコーナー部は抑制されるものの、水平方向から見たマスクの端部は依然角部が露出しており、チッピングが起こる原因となっている。

これは、チップ形状のステンシルマスクの外形を決める加工方法が、多くの場合断面形状が垂直、もしくは一部のウェットエッチングの場合に、加工対象の結晶方位に応じた鋭角な断面形状になるためである。

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、チップ形状のステンシルマスクを作製するにあたり、マスク形状を大きく変更する事無く、簡便な方法でマスクに対して水平方向から見た場合の、角部が抑制された、ステンシルマスクを提供する事を目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、脆性材料からなり厚さ方向に貫通するステンシルパターンが形成された薄膜状のメンブレン層と、脆性材料からなり前記メンブレン層の厚さ方向の一方の面で前記メンブレン層の外周部に沿って延在し前記メンブレン層の外周面に連続する外面を有して前記メンブレン層を支持する枠状の支持基板層とを備えるステンシルマスクであって、前記メンブレン層の厚さ方向の他方の面をマスク表面とし、前記メンブレン層の外周面および前記支持基板層の外面をマスク側面とし、前記支持基板層の前記メンブレン層と反対側に位置する端面をマスク裏面としたとき、前記マスク表面と前記マスク側面とが交差する第１の角部と、前記マスク側面と前記マスク裏面とが交差する第２の角部との何れか一方または双方にチッピングを防止するチッピング防止部が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のステンシルマスクであって、前記メンブレン層および前記支持基板層はシリコンで形成され、前記メンブレン層と前記支持基板層との間に酸化シリコンからなるエッチング停止層が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のステンシルマスクであって、前記チッピング防止部は、前記角部に施された面取りで構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載のステンシルマスクであって、前記チッピング防止部は、前記角部を覆う非脆性材料からなるコーナーガードで構成されていることを特徴とする。

本発明の方法によれば、チップ外周部の断面方向から見た角部が抑制された、チッピングが発生しづらいステンシルマスクを、従来と大きく変わらない方法で容易に作製することが可能となる。

（ａ）は、本発明のステンシルマスクの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。（ａ）から（ｃ）は本発明の変形例を示す断面図である。（ａ）は、本発明の第二実施形態のステンシルマスクの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。（ａ）から（ｄ）は同ステンシルマスクの製造方法の流れを示す図である。（ａ）から（ｅ）は同ステンシルマスクの製造方法の流れを示す図である。（ａ）から（ｅ）は同ステンシルマスクの製造方法の流れを示す図である。従来のステンシルマスクを示す鳥瞰図である。同ステンシルマスクの厚さ方向における断面図である。

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。

まず本発明のステンシルマスクについて図１の断面図、平面的位置関係図を用いて、説明する。本発明のステンシルマスクは、支持部を持つ、一つまたは複数のステンシルパターンを有したチップ形状のステンシルマスクであり、そのマスク表面と側面との交差部にチッピングを防止する加工を施したものである。
詳細に説明すると、ステンシルマスク１は、メンブレン層１０と、メンブレン層１０を支持する枠状の支持基板層とを含んで構成されている。
メンブレン層１０は、脆性材料からなり厚さ方向に貫通するステンシルパターン１３が形成され薄膜状を呈している。
支持基板層（支持基板）３０は、脆性材料からなりメンブレン層１０の厚さ方向の一方の面でメンブレン層１０の外周部に沿って延在しメンブレン層１０の外周面に連続する外面を有してメンブレン層１０を支持し枠状を呈している。
ここで、メンブレン層１０の厚さ方向の他方の面をマスク表面とし、メンブレン層１０の外周面および支持基板層の外面をマスク側面とし、支持基板層のメンブレン層１０と反対側に位置する端面をマスク裏面とする。
マスク表面とマスク側面とが交差する第１の角部５０Ａと、マスク側面とマスク裏面とが交差する第２の角部５０Ｂとの何れか一方または双方にチッピングを防止するチッピング防止部が設けられている。
図１（ｂ）の例では、チッピング防止部は、第２の角部５０Ｂに施された面取り部２０で構成されている。

チッピング防止加工は、例えば面取りを行っても良い。面取りを行う事で、鋭利な角部を丸める事が可能となり、チッピングを防止することが可能となる。

この時、側面を垂直に加工する場合、位置決めのために押し当てる事が可能で、かつ端部を面取りしてあることで、チッピングを防止する事が可能となる。

面取りは表、裏または両面にあっても良い（図２（ａ，ｂ））。チッピングが懸念される任意の面に加工を施す事が可能である。片面のみに実施する場合、工程が少なくて済み、両面に加工を施す場合、表裏共にチッピングを防止する事が可能である。

面取りは直線形状であっても良い。直線形状の場合、加工が容易であり、多くの加工方法が採用可能である。

また、面取りはラウンド形状であっても良い（図２（ｃ））。ラウンド形状の場合、直線形状に比べ、更にチッピングの抑制が期待できる。

また、チップ外形は円形であっても良い。機械加工で面取りを行う際、チップ外形が矩形の場合に比べて、加工が容易である。

面取り部の作製方法は、特に限定されないが、ドライエッチング、ウェットエッチング、ダイシング等の各種機械加工、レーザー加工等が利用可能である。

また、チッピング防止加工として、樹脂、ペーストなどの脆性材料以外で該当部分を覆い、コーナーガードとしても良い。チップ外形よりも外側にコーナーガードを設ける場合、例えば長辺部に設ける場合、突き当てに対応しかつチッピングを防止する事が可能となる。（図（３））
この場合、チッピング防止部は、第１、第２の角部５０Ａ、５０Ｂを覆う非脆性材料からなるコーナーガード２１で構成されている。

また、例えば、平面視矩形状のステンシルマスク１の四隅の角部にコーナーガードを施した場合、効率的にチップ全面のチッピングを防止する事が可能となる（図示せず）。

また、チッピング防止加工材料（コーナガード）に導電性を付与しても構わない。多くのステンシルマスクの場合、露光装置にセットする際に装置と導通をとる必要があるが、チッピング防止および装置との導通を同時に実現することが可能となる。

図４および５は本発明によるステンシルマスクの作成方法の一例を部分断面図で示す説明図である。
まずメンブレン層１０の下方に支持基板層（保持層）３０、間にエッチング停止層４０を設けた基板を作製する。（図４（ａ））

前記メンブレン層１０の厚さは、特に限定されないが、電子線の遮蔽、散乱に必要な０．５μｍ〜１００μｍの範囲であることが望ましい。

次に図４（ｂ）に示すように、メンブレン層１０上に電子線レジストもしくはフォトレジスト等１１を塗布する。

次に図４（ｃ）に示すように、電子線リソグラフィもしくはフォトリソグラフィ等によってレジストにステンシルレジストパターン１２を作製する。

次に、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン１２をエッチングマスクとしてドライエッチングによって、メンブレン層１０にステンシルパターン１３を作製する。

次に、図４（ｅ）に示すように、レジストを酸素プラズマアッシングや剥離液等によるウェット処理で除去し、ステンシルパターン付３層基板を得る。

次に、図５（ａ）に示すように、支持基板層３０上にフォトレジスト３１を塗布し、図５（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィ等によって開口パターン３２を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、開口パターン３２をエッチングマスクとして、ドライエッチングプロセスによって、基板開口３３を形成する。

次に、図５（ｄ）に示すように、ステンシルパターンを含んだチップを得る。

この時、チップ化の方法は特に限定されないが、種々の方法を選択する事が可能である。例えば、レジストパターニングを施しエッチングで形成する、またレーザー、ダイシング装置を用いてチップ外形を切り出すといった方法が選択可能である。

次にレジストを酸素プラズマアッシングや剥離液等によるウェット処理で除去する。また、エッチング停止層をウェットエッチングにより除去して、ステンシルマスクチップを得る。

次に、図５（ｅ）に示すように、チップ端部に面取りを行い、チッピング防止構造を持つステンシルマスクチップ１を得る。

この時、面取りの方法は特に限定されないが、種々の方法を選択する事が可能である。例えば、ダイシングを用いた加工を行ってもかまわない。この場合、任意の角度を持ったテーパーブレードを使用することで、種々の断面形状を持った面取り部を所望の場所に形成可能となる。

また、支持基板およびメンブレン層に、一般的な方位である（１００）面とするシリコンを用いた場合、チップ外周部近傍以外を、窒化膜で覆い、ＫＯＨやＴＭＡＨのウェットエッチングを用いて形成する事が可能である。この際、表裏の外周近傍領域のシリコンを露出させておく事で、結晶方位による異方性エッチングが表裏同時に働くこととなり、面取り部を表裏同時に加工することが可能となる。

また、図６に示すように、面取り部を始めに加工しても構わない。

この場合、面取り加工をステンシルパターン部の作製前に行う事ができるので、作製上の歩留まりの向上が期待できる。

また、図３に示すように面取り加工以外に、樹脂やペーストをコーナーガード２１としてチップ外周端部に施しても構わない。この際、導電性、熱伝導性の良好な材料を使用することで、露光装置への搭載をスムーズに行う事が可能となる。

ここで支持基材開口部形成に、ドライエッチングを用いる場合のエッチングマスクとしてフォトレジストを例に挙げたが、フォトレジストのほかにシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ニッケル膜等もエッチングマスクとして好適に用いる事ができる。

また、支持基材開口形成を熱アルカリ溶液によるウェットエッチングで行う場合にはエッチングマスクとして、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を用いる事ができる。

なお、中間酸化膜を含む基板を提示したが、シビアな膜厚の制御は必要ない場合、必ずしもＳＯＩ基板を用いる必要はなく、適宜目的にあった基板を使用することができる。

以下、本発明のステンシルマスクの一例として、保持層厚５２５μｍ、メンブレン層厚１０μｍの部分一括露光用のチップ外周の面取りを行ったステンシルマスクを例示する。

まず、厚さ５２５μｍからなる支持基板３０、厚さ０．５μｍのエッチング停止層４０、厚さ１０μｍのメンブレン層１０からなる直径４インチの基板を用意した。支持体およびメンブレン層の材料はシリコン単結晶、エッチング停止層は中間酸化膜（酸化シリコン）から形成される、ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ基板（以後ＳＯＩ基板と称する）を用意する（図４（ａ））。

次に図４（ｂ）に示すように、メンブレン層上にＰＭＭＡの電子線感応ポジレジストを厚さ１μｍ程度塗布し、電子線リソグラフィによってレジストにステンシルレジストパターン１２を形成した（図４（ｃ））。

次に図４（ｄ）に示すように、レジストパターンをエッチングマスクとして、ドライエッチングによってメンブレン層にステンシルパターン１２を形成し、レジストを酸素プラズマアッシングで除去した（図４（ｅ））。

次に、図５（ａ）に示すように支持基板上にフォトレジストをスプレーコートにより塗布し、厚さ５０μｍのレジスト３１を形成し、パターン露光・現像を行い、支持基板開口用レジストパターン３２を形成する（図５（ｂ））。

次に図５（ｃ）に示すように、支持基板開口用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、中間酸化膜層をエッチングストッパーとして支持基板３０の一部をエッチングし、支持基板開口部３３を形成した。

次に図５（ｄ）に示すように、ダイシング加工を用いてステンシルマスクをチップ状に切り出した。このとき、チップが汚染される事を防ぐためにステンシルパターン側にはドライフィルムをラミネートした（図示せず）。

次に、４５°の断面角度を持ったテーパーブレードを用いて、ダイシング加工により、５μｍの面取り部を作製した。

次に、硫酸過水によりフォトレジストおよびドライフィルムを除去した。さらに５％フッ化水素酸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層を除去した。

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、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、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）ベーパ乾燥を行う。

以上により、チッピング抑制のための面取り部が形成され、メンブレン厚１０μｍのステンシルパターンが形成された、支持基板厚５２５μｍのステンシルマスク１が形成された。（図５（ｅ））

以上、本発明の各実施形態および各実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態等に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各実施形態における構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

１ステンシルマスク
１０メンブレン層
１３ステンシルパターン
２０面取り部
２１コーナーガード
３０支持基板
３３基板開口
４０エッチング停止層
５０Ａ第１の角部
５０Ｂ第２の角部

Claims

脆性材料からなり厚さ方向に貫通するステンシルパターンが形成された薄膜状のメンブレン層と、
脆性材料からなり前記メンブレン層の厚さ方向の一方の面で前記メンブレン層の外周部に沿って延在し前記メンブレン層の外周面に連続する外面を有して前記メンブレン層を支持する枠状の支持基板層とを備えるステンシルマスクであって、
前記メンブレン層の厚さ方向の他方の面をマスク表面とし、
前記メンブレン層の外周面および前記支持基板層の外面をマスク側面とし、
前記支持基板層の前記メンブレン層と反対側に位置する端面をマスク裏面としたとき、
前記マスク表面と前記マスク側面とが交差する第１の角部と、前記マスク側面と前記マスク裏面とが交差する第２の角部との何れか一方または双方にチッピングを防止するチッピング防止部が設けられている、
ことを特徴とするステンシルマスク。
請求項１に記載のステンシルマスクであって、
前記メンブレン層および前記支持基板層はシリコンで形成され、
前記メンブレン層と前記支持基板層との間に酸化シリコンからなるエッチング停止層が設けられている、
ことを特徴とするステンシルマスク。
請求項１または２に記載のステンシルマスクであって、
前記チッピング防止部は、前記角部に施された面取りで構成されている、
ことを特徴とするステンシルマスク。
請求項１または２に記載のステンシルマスクであって、
前記チッピング防止部は、前記角部を覆う非脆性材料からなるコーナーガードで構成されている、
ことを特徴とするステンシルマスク。