JP4551922B2 - SmartCut基板接着プロセスを利用したグレイスケールマスクおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロレンズの製造に関し、特に、Smart Cut(登録商標、商標登録番号第4261482号)プロセスに取り入れられている基板接着技術によって、silicon―rich oxide(SRO)のグレイスケールマスクを、正方形状のレチクル石英プレートに転写する方法に関する。
マイクロレンズは、CCDまたはCMOS撮像装置中の光学素子である。光検出器の上にマイクロレンズを配置し、画像センサの感度を増加させるように、生じる電気信号の強度を増加させる。費用効率が高いマイクロレンズの形成方法は、1994年の9月28日に登録された米国特許5,324,623号(特許文献1)、Tumoriらの「マイクロレンズ形成方法」、および、2000年12月19日に登録された、Okazakiらによる「マイクロレンズアレイおよびその製造方法、固体撮像装置およびその製造方法」、米国特許6,163,407号(特許文献2)に述べられている。ここで述べられている技術は、フォトレジストにレンズ形状を形成すること、続いて、最終的なレンズ物質へのエッチングパターンの転写をすることを含む。フォトレジストにレンズ形状を形成する方法としては、フォトレジストリフロー、もしくは、グレイスケールマスクから直接レンズ形状をパターニングする方法がある。フォトレジストリフロー法は、フィルファクターの限界を有する。そして、グレイスケールマスクは、通常、たとえば、Canyon Material.Incによって使用されている電子線ビームのフォトリソグラフィによって形成される。これらは、共に、処理が遅く、高価である。そこで、グレイスケールマスクを製造する費用効率が高い方法である光減衰材料であるsilicon―rich oxide(SRO)を使用するプロセス技術が開発されている。SRO層をレンズ形状に形成すること、および、リソグラフィックツール中においてレチクルプレート上にフィルムを配置することによって、フォトレジストの表面の上に印刷されたパターンは、リソグラフィックツールの仕様に基づいて、たとえば、ツール上で1/5倍の縮小率のレンズ形状を有することになる。
米国特許第5,324,623号明細書(1994年6月28日査定)
米国特許第6,163,407号明細書(2000年12月19日査定)
製造プロセス中において、グレイスケールマスクを使用するために、グレイスケールマスクは、レチクルプレート上へ搭載され、リソグラフィックツール上で使用可能となるよう、要求されるアライメン特性を有するレチクルプレートの上に形成されなくてはならない。
通常、典型的なIC製造ツールが円形基板を扱うことを意図して形作られている一方、リソグラフィックツール中で使用されるレチクルは、正方形の石英プレートからできている。IC製造過程における正方形の石英プレート上における、SROをベースとするグレイスケールマスクの製造は、プロセスシステム中の多くの点において、大規模な革新抜きで、実現できることではない。
本発明は、上記課題に基づいてなされたものであり、その目的は、主要なマスク製造方法としてシリコン基板を用いたグレイスケールマスクを形成することである。
本発明の他の目的は、石英プレート上のシリコン基板に形成されたマスクを剥がすために、基板接着および切断プロセスを利用したグレイスケールマスクおよびその製造方法を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、これを達成するためのひとつの方法として転写技術を用いる。転写技術は、円形の基板の上に形成された、完成したSROグレイスケールマスクを四角形状の石英プレートの上に配置されることを可能にする。
また、基板接着技術は、IC産業において、高性能のCMOS技術を容易にするシリコン・オン・インシュレータ(SOI)素子を形成する方法のひとつとして使用されている。基板接着技術中の、プロトンもしくはH2イオン注入に始まり、切断および分離に終わるプロセスが、Smart Cut法中で必要とされている。
本発明にかかるグレイスケールマスクの製造方法は、シリコン基板を準備する工程、該シリコン基板の上に直接Si3N4層を堆積する工程、欠陥層を形成するために、シリコン基板中にH+イオンを注入する工程、該Si3N4層の上に、直接に第1のSiOxNy層を堆積する工程、該第1のSiOxNy層の上に、直接にSRO層を堆積する工程、該SRO層の上にマイクロレンズアレイをパターニングする工程、該SRO層中にマイクロレンズアレイを形成するために該SRO層をエッチングする工程、SROの該マイクロレンズの上に、第2のSiOxNy層を堆積する工程、第2のSiOxNy層を平坦化するためのCMP工程、グレースマスクのレチクルを形成するために、平坦化された第2のSiOxNy層を、石英プレートに接着する工程、該欠陥層にそって、該シリコン基板を切断する工程、接着構造から、シリコンを除去するためにエッチングする工程、該接着構造からSiOxNyおよびSi3N4を除去するためにエッチングする工程、および、グレイマスクレチクルを清浄にし、乾燥する工程を含む、
本発明にかかるグレイスケールマスクは、レチクルプレートと、該レチクルプレートに形成されたSiOxNy層と、該SiOxNy層に形成されたSROとを含み、該SROは、該SiOxNy層に向って凸をなす球面からなるマイクロレンズ形状を有することを特徴とする。
本発明にかかるグレイスケールマスクは、レチクルプレートと、該レチクルプレートに形成されたSiOxNy層と、該SiOxNy層に形成されたSROとを含み、該SROは、該SiOxNy層に向って凸をなす球面からなるマイクロレンズ形状を有することを特徴とする。
本発明の概要および目的は、本発明の本質の理解を容易にするために設けられている。本発明のさらなる理解は、以下の本発明の好ましい実施形態にかかる詳細な説明を図面と共に参照することにより得られるであろう。
本発明にかかるグレイスケールマスクの製造方法によれば、シリコン基板に形成したグレイスケールマスクを石英プレートに転写することができる。その結果、リソグラフィックツールにおいて好適に使用されるグレイスケールマスクを簡易な工程でかつ低コストで製造することができる。
本発明にかかるグレイスケールマスクは、球面を有するマイクロレンズアレイを容易に製造することができるグレイスケールマスクである。
本発明の方法は、基板接着、特に、Smart Cut基板接着技術を用いることにより、円形のシリコン基板上に形成された完成したSROグレイスケールマスクを、正方形の石英プレートへ転写することを備える。本発明の方法は、石英基板の代わりに、シリコン基板の上でのマイクロレンズの形成を可能にする。このことは、通常転写基板におけるデバイス製造中に生じる多くの互換性の問題を排除することができる。その結果、プロセスフローは、簡素化され、より低コストを実現することができる。
マイクロレンズ製造のためのグレイスケールマスクプロセスのために知られている他の製造技術の代替として、本発明にかかる方法は、光減衰材料であるsilicon‐rich oxide(SRO)を使用するグレイスケールマスクを製造する方法である。レンズ形状は、複数のリソグラフィおよびエッチングプロセスを利用することにより、750nmの厚さのSRO膜に形成される。屈折率SiOxNyがSROとの屈折率が一致していることにより、SRO/SiOxNy界面における光の屈折を排除することができる。このことは、SiOxNyの面をCMPにより平坦化することによりある程度実現される。マイクロレンズの製造プロセスは、シリコン基板から始まり、マイクロレンズアレイが形成され、必須の特徴がシリコン基板上にパターンされたのち、シリコン基板の構造化された層が、Smart Cut技術を用いて、正方形の石英レチクル基板に転写される。Smart Cut技術は、米国特許5,374,564号(1994年12月20日に登録)「薄膜半導体材料膜の製造方法」に開示されている。
本発明において使用されている接着および転写において、接着表面を平坦化し、強い接着を実現するためにCMPは使用されている。接着表面は、より強い接着強度を実現するために、水素終端するように処理されている。初期接着の後に、シリコン基板を分離し、Smart Cutプロセスを完成させるために、低い温度での硬化アニール、および、高い温度での分割アニールが実施される。
本発明の方法は、図1において、概して10として示されている。H+イオン注入、接着、そして、切断工程は、スマートカット技術の工程の一部である。本発明の方法の主要な工程は後述する。
工程12では、シリコン基板を準備する。本発明の方法で使用する適切な基板は、工業的に標準の大きさである150mmの直径のシリコン基板が適切である。工程14では、LP−CVD法により、約45nmの膜厚のSi3N4層を堆積する。この層は、後続のSi3N4の熱りん酸によるウェットエッチの間、後の工程で堆積されるチタニウム層または他の金属層を保護する。工程16では、H+イオンが注入される。これは、Smart Cutプロセスの一部である。イオン注入は、約40KeVのエネルギーで、約5×1016のドーズ量で行われる。
工程18では、第1のSiOxNy層を約10nmから100nmの膜厚で堆積する。そして、第1のSiOxNy層は、SRO層の屈折率と一致するように設計されている。SRO層は、次に、PECVDによって堆積される層であり、その膜厚は、約500nm〜1000nmであり、好ましい形態では、最適な膜厚は700nmである。SiOxNyの屈折率は、SiOxNyとSROの界面にいて、反射が最小になるように、SROの屈折率と整合されている。屈折率の如何なる不一致であっても、界面からの反射と同様に、光の屈折を界面で生じさせるため、このように屈折率が一致していることは重要である。SiOxNy層は、透明であり、後続のSROエッチングの間のオーバーエッチングの保護の役割を果たす。SiOxNyは、TiOx、ZrOxおよびHfOx(ここで、xは1〜2の間で変化する)のような他の透明な酸化物によって置換されてもよい。これらは、必須であるSROレンズ材料との屈折率の一致を有する選択された物質である。堆積方法は、スパッタリング、CVD、および、PE−CVDによって行うことができる。工程22において、複数のマスクと、複数の露光と現像工程を使用することによって、フォトアレイが形成される。本発明の方法中で使用される最初のマスクは、最終的なマイクロレンズの所望の寸法の25倍の倍率である寸法で提供される。工程24では、SROは、プラズマエッチングを使用した単一工程でエッチングされ、その結果、SROの膜厚が約700nmとなる。
次に、工程26において、チタニウム層が約100nmから300nmの膜厚でスパッタ法によって堆積される。そして、レチクルプレートの上に、たとえば、アライメントマークや基準マーク、レチクルラベルなどの全てのパターンを形成するために使用される。また、チタニウム層は、プレート上の未使用であり非活性な領域の全てを覆っている。工程28において、その後、反転パターンが形成され、工程30において、チタニウム層は、NH3OHおよびH2O2を使用して、ウェットエッチされる。選択された金属と、下層のSROとの間で、工程30の化学エッチにおいて、十分な選択比が取れる限り、Al,Cr,V,Ni,Ag,Taなどの他の金属がチタニウムの代わりに使用されてもよい。
工程32では、約1000nmから2000nmの間の膜厚で他のまたは第2のSiOxNy層が堆積され、接着プロセスを容易にするために、CMP34によって、平滑化または平坦化される。また、SiOxNyは、他の透明な金属酸化物であって、SROレンズ材料と屈折率が一致する材料によって置換されてもよい。SiOxNyのCMPの後、PE−CVD TEOSのようなSiO2層が接着プロセスを容易にするために必要とされる。なぜなら、SiOxNyと石英との接着強度が、SiO2と石英との接着強度のように強くないためである。
工程36として、シリコン基板を四角形状の石英プレートに転写する、Smart Cut接着および切断工程が実施される。この工程は、たとえば、約600℃から800℃の間の温度であって、10分から60分の間の高温のアニールを介して行われる。
その後、工程38において、切断された後の基板の背面上に残留している全てのシリコンを除去するため、シリコンは水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)によってエッチングされる。このエッチングは、また、表面粗さを除去する。そして、このエッチングは、工程18においてLP−CVDによって堆積されたLP−CVD Si3N4のレベルで停止する。
工程40において、レチクルの光学経路上の不必要なSi3N4を除去し、高反射率であるSi3N4による反射および干渉効果を最小限にするため、Si3N4層が熱リン酸によって、ウェットエッチングされる。ついで、工程42では、基板を清浄にし乾燥させる。
図2から図7は、本発明の方法に従って製造される構造を示す。ここにおいて、詳細を示していない他の典型的なIC製造工程を含むことは、当業者によって理解されるであろう。たとえば、チタニウム層の堆積、パターニングおよび除去および詳細な特徴は省略されている。図2は、欠陥層46を形成するためのH+イオン注入後のシリコン基板44を示す。図3は、工程24のSROレンズエッチングに続く、マイクロレンズ48の形成を示す。図4は、工程32および34の第1のSiOxNy層50の堆積およびCMP後のレンズ構造を示す。
図5は、レチクル54を形成するための工程36の一部である石英プレート52への接着後のシリコン基板44を示す。図6は、工程36の一部である、欠陥層46の分断および後続のアニールによって、シリコン基板が切断された後の構造を示す。最後に、図7は工程38の残りのシリコンをエッチングした後の基板を示す。本発明の方法において、この時点で、マイクロレンズアレイは、本発明の方法に従って製造されたレチクルを用いて製造される最終的なマイクロレンズアレイの1/5倍の縮小率である。。
このようにして、Smart Cut基板接着プロセスを利用したグレイスケールマスクの製造方法が開示された。請求項によって定義された本発明の範囲内において更なる変化および変更がなされてもよいことが理解されるであろう。
また、グレイスケールマスクに基づいて、SROの原型を製造するフォトリソグラフィ法は、米国特許出願11/657326号明細書「マイクロレンズを成形するため、ステップオーバーリソグラフィを使用するグレイスケールレチクルの作成方法」に開示されている。ここでは、SROは、石英プレートの上に堆積され、パターン形成され、マイクロレンズアレイへとエッチングされている。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
44 シリコン基板
46 欠陥層
48 マイクロレンズ
50 SiOxNy層
52 石英プレート
54 レチクル
46 欠陥層
48 マイクロレンズ
50 SiOxNy層
52 石英プレート
54 レチクル
Claims (19)
- シリコン基板を準備する工程、
該シリコン基板の上に直接Si3N4層を堆積する工程、
欠陥層を形成するために、シリコン基板中にH+イオンを注入する工程、
該Si3N4層の上に、直接に第1のSiOxNy層を堆積する工程、
該第1のSiOxNy層の上に、直接にSRO層を堆積する工程、
該SRO層の上にマイクロレンズアレイをパターニングする工程、
該SRO層中にマイクロレンズアレイを形成するために該SRO層をエッチングする工程、
該SROのマイクロレンズの上に、第2のSiOxNy層を堆積する工程、
第2のSiOxNy層を平坦化するためのCMP工程、
グレースマスクのレチクルを形成するために、平坦化された第2のSiOxNy層を、石英プレートに接着する工程、
該欠陥層にそって、該シリコン基板を切断する工程、
接着構造から、シリコンを除去するためにエッチングする工程、
該接着構造からSiOxNyおよびSi3N4を除去するためにエッチングする工程、および、
グレイマスクレチクルを清浄にし、乾燥する工程を含む、グレイスケールマスクの製造方法。 - 前記SiOxNy/SROの界面での反射が最小となるよう、前記第2のSiOxNy層は、前記SROの屈折率と一致している、請求項1に記載の製造方法。
- 前記SRO/SiOxNyの界面での反射が最小となるよう、前記第1のSiOxNy層は、前記SROの屈折率と一致している、請求項1に記載の製造方法。
- 前記SRO層中にマイクロレンズアレイを形成するために前記SRO層をエッチングする工程の後に、前記マイクロレンズアレイの上にチタニウム層を堆積する工程、該チタニウム層をパターニングする工程、およびマイクロレンズアレイの反転フォトの後に、該チタニウム層を除去するためエッチングする工程を含む、請求項1に記載の製造方法。
- 上記CMP工程の後に、SiOxNyと前記石英プレートとの間に接着を容易にするために、SiO2層を堆積する工程を、含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記接着構造からSi3N4を除去するためのエッチング工程は、Si3N4の屈折率の高さゆえに生じる反射および干渉を最小化するために、前記レチクルの光経路上のSi3N4を除去するため熱リン酸でのウェットエッチングを含む、請求項1に記載の製造方法。
- シリコン基板を準備する工程、
該シリコン基板の上に、直接、Si3N4層を堆積する工程、
欠陥層を形成するために、該シリコン基板中にH+イオンを注入する工程、
該Si3N4層の上に、直接、第1の透明な金属酸化物層を堆積する工程、
該第1の透明な金属酸化物層の上に、直接、SRO層を堆積する工程、
該SRO層の上に、マイクロレンズアレイのパターンを形成する工程、
該SRO層中に、マイクロレンズアレイを形成するために、該SRO層をエッチングする工程、
該マイクロレンズアレイの反転フォト工程、
該SROマイクロレンズアレイの上に、透明な金属酸化物とSROとの界面における反射が最小となるよう、該SRO層の屈折率と一致している第2の透明な金属酸化物層を堆積する工程、
該第2の透明な金属酸化物層を平坦化するためのCMP工程、
グレイマスクレチクルを形成するために、平坦化された透明な金属酸化物を石英プレートに接着する工程、
該欠陥層に沿って、該シリコン基板を切断する工程、
接着構造から、シリコンを除去するためにエッチングする工程、
該接着構造から該透明な金属酸化物およびSi3N4を除去するためにエッチングする工程、および、
グレイマスクレチクルを清浄にし、乾燥する工程を含む、グレイスケールマスクの製造方法。 - 前記SROと前記透明な金属酸化物の界面における屈折および反射が最小となるよう、前記第1の透明な金属酸化物層および前記SRO層の屈折率が一致している、請求項7に記載の製造方法。
- 該SRO層中にマイクロレンズアレイを形成するため、該SRO層をエッチングした後に、該マイクロレンズアレイの上に、チタニウム層を堆積する工程、該チタニウム層をパターニングする工程、および、前記反転フォトの後に、該チタニウム層を除去するため、エッチングをする工程を含む、請求項7に記載の製造方法。
- 前記CMP工程の後に、透明な金属酸化物および前記石英プレートとの間の接着を容易にするため、SiO2を堆積する工程を含む、請求項7に記載の製造方法。
- 前記接着構造からSi3N4を除去するためのエッチング工程は、Si3N4の屈折率の高さゆえに生じる反射および干渉を最小化するため、前記レチクルの光経路上のSi3N4を除去するため熱リン酸でのウェットエッチングを含む、請求項7に記載の製造方法。
- 前記透明な金属酸化物は、SiOxNyである、請求項7に記載の製造方法。
- シリコン基板を準備する工程、
該シリコン基板の上に、直接、Si3N4層を堆積する工程、
欠陥層を形成するために、該シリコン基板中にH+イオンを注入する工程、
該Si3N4層の上に、直接、第1のSiOxNy層を堆積する工程、
該第1のSiOxNy層の上に、直接、SRO層を堆積する工程であって、該SRO/該SiOxNyとの界面において、反射および屈折が最小となるように、第1のSiOxNy層および該SRO層の屈折率は一致するように、SRO層を堆積する工程、
該SRO層の上に、マイクロレンズアレイのパターンを形成する工程、
該SRO層中に、マイクロレンズアレイを形成するために、該SRO層をエッチングする工程、
該SROマイクロレンズアレイの上に、第2のSiOxNy層を堆積する工程、
該第2のSiOxNy層を平坦化するためのCMP工程、
グレイマスクレチクルを形成するために、平坦化されたSiOxNyを石英プレートと接着する工程、
該欠陥層に沿って、該シリコン基板を切断する工程、
接着構造から、シリコンを除去するためにエッチングする工程、
該接着構造から該SiOxNyおよびSi3N4を除去するためにエッチングする工程、および、
グレイマスクレチクルを清浄にし、乾燥させる工程を含む、グレイスケールマスクの製造方法。 - 前記第2のSiOxNy層の屈折率は、SiOxNy/SROの界面での反射が最小となるよう、前記SROの屈折率と一致している、請求項13に記載の製造方法。
- 前記SRO層中にマイクロレンズアレイを形成するために前記SRO層をエッチングする工程の後に、前記マイクロレンズアレイの上にチタニウム層を堆積する工程、該チタニウム層をパターニングする工程、およびマイクロレンズアレイの反転フォトの後に、該チタニウム層を除去するためエッチングする工程を含む、請求項13に記載の製造方法。
- 前記CMPの後に、SiOxNyおよび石英プレートの間の接着を容易にするために、SiO2を堆積する工程を含む、請求項13に記載の製造方法。
- 前記接着構造からSi3N4を除去するためのエッチング工程は、Si3N4の屈折率の高さゆえに生じる反射および干渉を最小化するため、前記レチクルの光経路上のSi3N4を除去するため熱リン酸でのウェットエッチングを含む、請求項13に記載の製造方法。
- レチクルプレートと、
該レチクルプレートに形成されたSiOxNy層と、
該SiOxNy層に形成されたSROとを含み、
該SROは、該SiOXNY層に向って凸をなす球面からなるマイクロレンズ形状を有することを特徴とするグレイスケールマスク。 - 前記SROが、マイクロレンズ形状のアレイであることを特徴とする請求項18に記載のグレイスケールマスク。
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