JPH08257779A

JPH08257779A - レーザ融除用の単一金属マスク

Info

Publication number: JPH08257779A
Application number: JP8062331A
Authority: JP
Inventors: H Adovokeito William; ウィリアム・エイチ・アドヴォケイト; Suryanarayana Mukkavilli; スールヤナラーヤナ・ムッカヴィッリ; Shankeraaru Patel Rajesh; ラージェシュ・シャンケルラール・パテル; A Takachu Mark; マーク・エイ・タカチュ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５００
ｍＪ／ｃｍ²までの範囲のレーザ・フルエンスに耐えら
れるレーザ融除マスクを開示する。【解決手段】マスクは、石英基板２上に有孔アルミニ
ウムの単層３を備える。アルミニウム層の厚さは、約２
ミクロンから約６ミクロンまでの範囲内である。融除マ
スクを使用するためのレーザ投射エッチング技法が開示
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、マイクロ
エレクトロニクス材料を加工する場合に使用するマスク
に関する。さらに具体的には、紫外領域のレーザ・エネ
ルギーを使用して、目標領域を含む材料を分解、蒸発ま
たは気化させることによって前記目標領域を選択的に除
去するためのレーザ融除マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在のレーザ融除マスクの中には、誘電
材料の交互の有孔層を使用して製造されるものがある。
例えば、１９９０年５月８日付けでＳｔｅｖｅｎＪ．
Ｋｉｒｃｈその他に発行され、本譲受人に譲渡された、
米国特許第４９２３７７２号は、紫外線グレードの合成
融解シリカ基板上に高い屈折率と低い屈折率とが交互と
なっている多数の誘電体層を有する融除マスクを開示し
ている。記載されているマスクは、高エネルギーのフル
エンスと、それと併用される高出力レーザに耐える。し
かしながら、これらのマスクは比較的製造費が高く、構
成誘電材料は特定波長のレーザと併用するようになされ
ている。したがって、レーザ融除波長が変化する場合、
例えば、異なる目標材料を融除することが望まれる場
合、異なる誘電材料を用いた新しい誘電マスクが必要と
なる。米国特許第５３４９１５５号は、同様なマスクの
使用を教示している。

【０００３】当技術分野で周知の他の種類のレーザ融除
マスクは、石英基板上に有孔単層または有孔複合金属層
を使用する。金属としてクロム、アルミニウム、および
裏が銅のアルミニウムを使用することが提案されてい
る。前述の米国特許第４９２３７７２号では、レーザの
エネルギー密度またはフルエンスが２００ｍＪ／ｃｍ²
未満の範囲内であれば、金属としてアルミニウムが使用
できることが簡単に述べられている。米国特許第４９２
３７７２号では、パターン形成したアルミニウム・オン
・シリカ・マスクが、遭遇する非常に高いレーザ・フル
エンスの全範囲に耐えられないこと、および１００ｍＪ
／ｃｍ²超のフルエンスの範囲では誘電体を被覆したシ
リカ・マスクが好ましいことが述べられている。前述の
米国特許第４９２３７７２号の教示によれば、クロムに
は、アルミニウムと同様に、約２００ｍＪ／ｃｍ²のレ
ーザ・エネルギー密度で損傷する欠点がある。米国特許
第４９２３７７２号に記載の例では、マスク金属の厚さ
については述べられていないことに留意されたい。石英
融除マスク上にクロムを使用する詳細な記述は、米国特
許第４７８６３５８号に記載されている。

【０００４】ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌ
ｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、Ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．
１１、１９９３年１１月、ｐｐ.５８３−５８４、「Ｍ
ｅｔａｌＦｉｌｍｓ／ＤｉａｍｏｎｄＭｅｍｂｒａ
ｎｅＭａｓｋｆｏｒＥｘｉｍｅｒＬａｓｅｒ
ＡｂｌａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＥｔｃｈｉ
ｎｇ」では、厚さ３〜５μｍのアルミニウムをＣＶＤダ
イヤモンド上に付着し、反射防止膜で覆って、レーザ融
除マスクとして使用することが記述されている。ダイヤ
モンドの目的は、レーザ・パルスの持続時間中にアルミ
ニウムによって吸収されるレーザ・エネルギーを効率的
に散逸させることである。記載のマスク構造は、やや費
用がかかり、製造が困難である。ダイヤモンドの代わり
に銅を用いて同じ熱消散を行った場合、銅アルミニウム
界面に銅とアルミニウムの合金が形成され、アルミニウ
ムの反射率が小さくなり、高いレーザ・フルエンスで金
属マスクのフィーチャが破壊される危険性が高くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５００ｍＪ／
ｃｍ²までの範囲のレーザ・フルエンスでレーザ融除を
行うための単層メタルオンクォーツ・マスクを提供する
ことである。

【０００６】本発明の他の目的は、多数の波長で使用す
るのに適したレーザ融除マスクを提供することである。

【０００７】本発明の他の目的は、容易に製造できる低
コストのレーザ融除マスクを提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、約２００ｍＪ／ｃｍ
²超のレーザ・フルエンスでレーザ融除を行うための単
層アルミニウムオンクォーツ・マスクを提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらおよびそ
の他の目的は、その最良の実施の形態では、厚さ２〜６
ミクロンの有孔アルミニウム層をシリカ基板上に形成す
ることによって達成される。層は、マスクを使用して目
標領域を融除する際に熱負荷を分散するのに十分な熱量
を保証する厚さを有する必要がある。マスク金属層の最
大厚さは、金属層の孔分解能と孔寸法の制御考慮事項に
よって制限される。マイクロエレクトロニクス目標材料
を加工する場合に必要とされる非常に小さいマスク金属
孔の分解能と寸法の制御は、マスク金属の厚さが約６ミ
クロンを超える場合に問題になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に関連して実施されるレー
ザ投射エッチングの基本的技法は、前述の米国特許第４
９２３７７２号に記載されている。簡単にいえば、レー
ザ源からのエネルギーを、個々の再使用可能なマスクを
介して、目標基板上に直接当たるように向けるか、また
は投射器配置によって処理し（すなわち低下させ）、そ
の後目標に向ける。マスクは、その上に透明なパターン
が形成された透明な本体を含む。

【００１１】マスク材料によるレーザ・エネルギーの吸
収は、マスク・パターンの劣化およびその結果生じる破
壊の原因となる。透明パターン（有孔アルミニウム反射
膜など）が混在物のない平坦面であることだけでなく、
透明本体も不純物がないことが必要である。透明本体と
して紫外線グレードの合成融解シリカを使用することが
好ましい。紫外線光源としてはエキシマ・レーザが好ま
しい。

【００１２】上記の従来技術の考察で述べたように、従
来の教示は、シリカ基板上の単層金属が、約２００ｍＪ
／ｃｍ²超のレーザ・フルエンスで融除マスクとして使
用するには適さないことである。しかしながら、本発明
によれば、シリカ基板上の有孔アルミニウムの単層は、
実際、アルミニウムの厚さが少なくとも２ミクロンであ
れば、融除マスクとして効率的に使用できることが分か
った。そのような厚さは、レーザ融除の実施に関連する
エネルギー範囲である約２００ｍＪ／ｃｍ²超から少な
くとも５００ｍＪ／ｃｍ²までの範囲のレーザ・フルエ
ンスに耐えるのに十分であることが分かった。アルミニ
ウムの厚さの上限を６ミクロンにすれば、マイクロエレ
クトロニクス目標材料を加工する場合にアルミニウムに
必要とされる孔寸法に関する分解能の問題点が回避され
る。使用可能なレーザ波長は、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ
および３０８ｎｍが好適である。

【００１３】図１は、本発明により製造し、後述するよ
うに様々な動作条件のもとで試験したレーザ融除マスク
の簡略化した断面図である。矢印１で表される、エキシ
マ・レーザ（図示せず）からの入射放射は、石英基板２
に当たる。石英２は、その中の混在物や不純物によるレ
ーザの吸収を最小にするために、紫外線グレードの合成
融解シリカ（石英ガラス）であることが好ましい。有孔
アルミニウム３の層が石英基板２の上に形成される。

【００１４】ある研究では、波長３０８ｎｍで生成した
シングルショットレーザパルスによる損傷しきい値は、
層３の厚さが３ミクロンである場合、２５００ｍＪ／ｃ
ｍ²になることが分かった。これは、現在使用されてい
る多層誘電体融除マスクの８００ｍＪ／ｃｍ²シングル
ショットレーザパルスに比べて非常に著しい改善であ
る。別の試験では、長寿命損傷しきい値（レーザの連続
繰返しパルスを使用する）には達しなかった。図１のマ
スクは、３０８ｎｍ、２５０ｍＪ／ｃｍ²、３００Ｈｚ
で５０００００パルス静的試験に合格した。

【００１５】２５０ｍＪ／ｃｍ²、３００Ｈｚの３０８
ｎｍレーザを使用して、５００個の目標マイクロエレク
トロニクス基板を実際にレーザ融除した結果、マスクの
劣化がないことが分かった。記載のアルミニウム・マス
クを使用した目標基板の融除の結果は、上述した従来技
術の多層誘電体マスクを使用した融除の結果と、機能上
および外観上同じになるらしいことが分かった。したが
って、本発明の単層アルミニウム・マスクは、低コスト
の（製造方法が簡単な）、レーザ融除用の多層誘電体マ
スクの代わりになる長寿命のマスクであることが分かっ
た。

【００１６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００１７】（１）石英の基板と、前記基板上の有孔ア
ルミニウムの単層とからなり、前記層が約２ミクロンか
ら約６ミクロンまでの範囲の厚さを有し、約２００ｍＪ
／ｃｍ²から少なくとも５００ｍＪ／ｃｍ²までの範囲の
フルエンスをもたらすエキシマ・レーザと融除すべきフ
ィーチャを有する目標構造体との中間に使用するレーザ
融除マスク。（２）石英基板上に約２ミクロンから約６ミクロンまで
の範囲の厚さを有する有孔アルミニウムの単層を有する
マスクを準備するステップと、エキシマ・レーザ・ビー
ムを、前記マスクを介して目標構造体に照射するステッ
プと、前記ビームに約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくと
も５００ｍＪ／ｃｍ²までの範囲のフルエンスをもたら
すステップとからなる目標構造体上のフィーチャを融除
する方法。（３）石英の基板と、前記基板上の有孔アルミニウムの
単層とからなり、前記層が約６ミクロンまでの厚さを有
し、約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５００ｍＪ／
ｃｍ²までの範囲のフルエンスを提供するエキシマ・レ
ーザと融除すべきフィーチャを有する目標構造体との中
間に使用するレーザ融除マスク。（４）石英基板上に約６ミクロンまでの厚さを有する有
孔アルミニウムの単層を有するマスクを準備するステッ
プと、エキシマ・レーザ・ビームを、前記マスクを介し
て目標構造体に照射するステップと、前記ビームに約２
００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５００ｍＪ／ｃｍ²まで
の範囲のフルエンスをもたらすステップとからなる目標
構造体上のフィーチャを融除する方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実行するための最良の実施の形態に従
って製造したレーザ融除マスクの簡略化した断面図であ
る。

【符号の説明】

１入射放射２石英基板３有孔アルミニウム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スールヤナラーヤナ・ムッカヴィッリアメリカ合衆国97006 オレゴン州ビーヴァートンノース・ウェスト・ウォーカー・ロード 18188エフ (72)発明者ラージェシュ・シャンケルラール・パテルアメリカ合衆国12590 ニューヨーク州ワッピンガーズ・フォールズフィールドストーン・ブールバード 27 (72)発明者マーク・エイ・タカチュアメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポーキープシースチュアート・ドライブ 10エイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英の基板と、前記基板上の有孔アルミニウムの単層とからなり、前記層が約２ミクロンから約６ミクロンまでの範囲の厚
さを有し、約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５００ｍＪ／ｃｍ²
までの範囲のフルエンスをもたらすエキシマ・レーザと
融除すべきフィーチャを有する目標構造体との中間に使
用するレーザ融除マスク。
【請求項２】石英基板上に約２ミクロンから約６ミクロ
ンまでの範囲の厚さを有する有孔アルミニウムの単層を
有するマスクを準備するステップと、エキシマ・レーザ・ビームを、前記マスクを介して目標
構造体に照射するステップと、前記ビームに約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５０
０ｍＪ／ｃｍ²までの範囲のフルエンスをもたらすステ
ップとからなる目標構造体上のフィーチャを融除する方
法。
【請求項３】石英の基板と、前記基板上の有孔アルミニウムの単層とからなり、前記層が約６ミクロンまでの厚さを有し、約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５００ｍＪ／ｃｍ²
までの範囲のフルエンスを提供するエキシマ・レーザと
融除すべきフィーチャを有する目標構造体との中間に使
用するレーザ融除マスク。
【請求項４】石英基板上に約６ミクロンまでの厚さを有
する有孔アルミニウムの単層を有するマスクを準備する
ステップと、エキシマ・レーザ・ビームを、前記マスクを介して目標
構造体に照射するステップと、前記ビームに約２００ｍＪ／ｃｍ²から少なくとも５０
０ｍＪ／ｃｍ²までの範囲のフルエンスをもたらすステ
ップとからなる目標構造体上のフィーチャを融除する方
法。