JP5515843B2 - 多層型ステンシルマスクの製造方法 - Google Patents

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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。
特に裏面エッチング加工、リソグラフィーによるパターニングに関するものである。
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。ステンシルマスクの転写技術とは、自立薄膜(メンブレン)にステンシルパターンを形成し、メンブレンに入射した荷電粒子はメンブレン内に吸収、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を利用する技術である。
前記メンブレン内のステンシルパターンは微細化が進み、その製造工程のパターン検査においては走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)が多く用いられている。
特開2009-231324号公報
SEMによる裏面開口部観察を行なう事が出来るステンシルマスク構造が求められていた。
しかしながら従来構造のステンシルマスクにおいては、孔形に対して深さ方向のアスペクト比が高く、そのウエハを裏面からSEM等で観察すると、対象物から放出された2次電子が孔形側壁に吸収され検出器まで届かず、撮像困難であった。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、裏面からのSEM観察を容易に行なえるステンシルマスクの製造方法を提供することにある。
請求項1に係る本願発明は、メンブレン層と、前記メンブレン層を支持する中間酸化膜層と、前記中間酸化膜層を支持する支持基板層と、前記中間酸化膜層と前記支持基板層とを貫通する貫通孔と、前記貫通孔内に露出するメンブレン層の箇所にパターンが形成されたステンシルパターン領域とを備え、前記支持基板層に位置する前記貫通孔の部分は、前記中間酸化膜層から離れるにつれ断面積が大きく形成されているステンシルマスクの製造方法であって、前記中間酸化膜層から離れるにつれ断面積が大きく形成されている前記貫通孔の部分は、前記中間酸化膜層と反対に位置する前記支持基板層の表面に感光層を形成し、部分的に光の透過量が異なるグレースケールマスクを用いたパターン露光、現像のパターニング処理により得るようにし、前記パターン露光の際、遮光部分の形状が異なる複数枚のグレースケールマスクを用い、ドーズ量を変化させた露光を複数回行なうことを特徴とする。
孔形を有するウエハのSEMによる観察において、前記支持基板層に位置する前記貫通孔の部分が、前記中間酸化膜層から離れるにつれ断面積が大きく形成されている特徴から、放出された2次電子が孔形側壁に吸収される事を防ぎ検出器まで届くようになりSEMの撮像が可能となる。
従来の高アスペクト比穴形を有するステンシルマスク断面の説明図 本願発明の一つの実施形態に係る多層型ステンシルマスク断面の説明図 本願発明の一つの実施形態に係る多層型ステンシルマスク製造方法の裏面リソグラフィーにおける断面説明図 ステンシルマスク製造方法の表面リソグラフィーにおける断面説明図 本願発明の一つの実施形態に係る多層型ステンシルマスク製造方法の裏面リソグラフィー時に使用するグレースケールマスクの上面説明図
以下、従来のステンシルマスクとその製造方法を示した後に、本発明の多層型ステンシルマスクの製造方法について説明を行う。
まず従来のステンシルマスクについて図1の断面図を用いて説明する。従来のステンシルマスクは厚さ数μm〜数十μmのメンブレン層3を有し、メンブレン層3は中間酸化膜層2と支持基板層1からなる支持層により保持されている。
中間酸化膜層2と支持基板層1とを貫通する貫通孔10が設けられ、貫通孔10は均一の内径で形成されている。
貫通孔10内に露出するメンブレン層3の箇所にパターンが形成されたステンシルパターン領域11が形成されている。
次に本発明の多層型ステンシルマスクについて図2の断面図を用いて説明する。本発明の多層型ステンシルマスクはメンブレン層3を有し、メンブレン層3は中間酸化膜層2と支持基板層1からなる支持層により保持されている。
中間酸化膜層2と支持基板層1とを貫通する貫通孔9が設けられ、貫通孔9内に露出するメンブレン層3の箇所にメンブレン層3がパターン状に除去されたステンシルパターン領域11が形成されている。
支持基板層1に位置する貫通孔9の部分は、中間酸化膜層2から離れるにつれ断面積が大きく形成されている。
本実施の形態では、支持基板層1に位置する貫通孔9の部分は、中間酸化膜層2から離れるにつれ断面積が大きくなる断面階段状に形成されている。
また、本実施の形態では、支持基板層1に位置する貫通孔9の部分で中間酸化膜層2の近傍の部分は、中間酸化膜層2に位置する貫通孔9の部分と同一の断面積で形成されている。
次に、中間酸化膜層2から離れるにつれ断面積が大きくなる断面階段状に形成された支持基板層1に位置する貫通孔9の部分の製造方法を図3の断面図を用いて説明する。
まず支持基板層1上にスピンナー等を用いてフォトレジストを塗布し露光する。露光時には、図3に示すように、特定パターンの粗密を場所により変化させた領域6、7、8(光の透過量が異なる領域6、7、8)を有するグレースケールマスク5を用いる。その後ドライエッチングを行いパターニングを行なう。この際グレースケールマスク5によりレジストに対する紫外線のドーズ量が変化しており、現像後のレジスト膜厚が部分的に変化している事から、場所により段階的にエッチングが進む。この作用を用いて支持基板層1を断面階段状にエッチングする。
なお、中間酸化膜層2から離れるにつれ断面積が大きくなる貫通孔9の部分の形状は階段状に限定されず、パターン露光の際に用いるグレースケールマスクのパターン密度分布によって、例えば、テーパ状など任意の形状に形成可能である。
その際に、遮光部分の形状が異なる複数枚のグレースケールマスクを用い、ドーズ量を変化させ露光を複数回行なうことで、中間酸化膜層2から離れるにつれ断面積が大きくなる貫通孔9を形成してもよい。
本発明の多層型ステンシルマスクは、支持基板層1に位置する貫通孔9の部分は、中間酸化膜層2から離れるにつれ断面積が大きく形成されているので、SEMによる裏面からの観察時にメンブレン層に照射された電子線により発生した2次電子が、支持基板層側壁に衝突する事無く検出器に取り込まれる。この為裏面観察が容易になり、コントラストが取り易くなる、ステンシルパターン領域11が小さくなり裏面開口部が同時に小さくなった際にも観察可能である。
以下、本発明のステンシルマスクの一例として、メンブレン層3の厚さが10μm、支持基板層1の厚さが725μmかつ3層の断面階段状構造を有した多層型ステンシルマスクについて例示する。
まず、厚さ725μmからなる支持基板層1、厚さ0.5μmの中間酸化膜層2、厚さ10μmのメンブレン層3からなる直径が200mmΦのSilicon On Insulator基板(以下SOI基板と称する)を用意する。支持基板層と活性層の材料はシリコン単結晶とした。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3,4,6,12インチでも可能である。
次に、メンブレン層3の上に電子線感応性ポジレジスト12(PMMA(ポリメチルメタアクリレ−ト系)感度:300μC/cm2)を3000nmの膜厚になるようにスピンコート法により塗布し、電子線感応性ポジレジスト12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した。(図4)
次に、同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2が露出するまでエッチングを行い、さらに酸素プラズマにより電子線感応性レジスト層を剥離後、アンモニア過水等により洗浄をおこない、パターン加工済み200mmΦのSOI基板を得た。
次に、パターン加工済みSOI基板の支持基板層1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4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を形成する。露光時にはレジストのドーズ量に差を付ける為、特定パターンの粗密を場所により変化させた領域6、7、8(光の透過量が異なる領域6、7、8)を有するグレースケールマスク5を用いて紫外線露光した。
次に、メンブレン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2をエッチングストッパー層として支持基板層1をエッチングし開口部9を形成した後、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層2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、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、メンブレン層の厚さが10μm、支持層が断面階段状で裏面からのSEM観察が容易に行なえるステンシルマスクを得ることができた。
本発明によれば、裏面開口寸法が極小になり支持基板層厚のホール径に対するアスペクト比が高くなった際にも、断面階段状の段数や段の高さを調整する事により、裏面に照射した電子線による2次電子が支持基板層側面に衝突することを防げる為、裏面からのSEM観察が容易になる。
本発明の多層型ステンシルマスクはステンシルマスクにおける検査工程に利用可能である。特にアスペクト比が高く撮像し難い先端品の裏面SEM観察への利用が期待される。
1…支持基板層
2…中間酸化膜層
3…メンブレン層
4…紫外線感応性ネガレジスト
5…グレースケールマスク
6…特定パターンの粗密を小とし、低遮光性を有するグレースケールマスク部
7…特定パターンの粗密を中とし、中遮光性を有するグレースケールマスク部
8…特定パターンの粗密を大とし、高遮光性を有するグレースケールマスク部
9…中間酸化膜層2と支持基板層1とを貫通する貫通孔
10…中間酸化膜層2と支持基板層1とを貫通する貫通孔
11…メンブレン層内パターン
12…電子線感応性ポジレジスト

Claims (1)

  1. メンブレン層と、
    前記メンブレン層を支持する中間酸化膜層と、
    前記中間酸化膜層を支持する支持基板層と、
    前記中間酸化膜層と前記支持基板層とを貫通する貫通孔と、
    前記貫通孔内に露出するメンブレン層の箇所にパターンが形成されたステンシルパターン領域とを備え、
    前記支持基板層に位置する前記貫通孔の部分は、前記中間酸化膜層から離れるにつれ断面積が大きく形成されているステンシルマスクの製造方法であって、
    前記中間酸化膜層から離れるにつれ断面積が大きく形成されている前記貫通孔の部分は、前記中間酸化膜層と反対に位置する前記支持基板層の表面に感光層を形成し、部分的に光の透過量が異なるグレースケールマスクを用いたパターン露光、現像のパターニング処理により得るようにし
    前記パターン露光の際、遮光部分の形状が異なる複数枚のグレースケールマスクを用い、ドーズ量を変化させた露光を複数回行なう、
    ことを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
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