(57)【要約】【課題】大小の開口パターンが混在する場合でもドライエッチング後の開口部の断面形状の差異を低減し、且つドライエッチング環境を汚染することが無いステンシルマスクの製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】ステンシルマスクの開口部となる部位の内側に輪郭パターン８を形成することで、島状パターン９を形成することにより、ドライエッチングするパターンの線幅を揃え、ドライエッチング工程を実施した後に形成される開口部の断面形状に差異を生じさせないようにしたステンシルマスクの製造方法において、島状パターンの部位に形成されるレジストパターンの厚さをその他の部位の厚さより薄くする事で、シリコン層４のドライエッチング工程で、そのレジストパターンが消失し、下地のシリコン層もエッチング除去されることを特徴とするステンシルマスクの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩ基板を用いたステンシルマスクの製造方法であって、
前記ＳＯＩ基板のシリコン層上に感光性レジスト層を形成する工程と、
前記感光性レジスト層を露光・現像して前記ステンシルマスクの開口部を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記シリコン層をドライエッチングする工程と、
前記レジストパターンを剥離する工程と、
前記ＳＯＩ基板の酸化シリコン層を選択的にエッチングする工程と、
前記ＳＯＩ基板の不要部を裏面からエッチング除去する工程とを備えており、
前記レジストパターンを形成する工程においては、前記レジストパターンとして、前記開口部の内側に輪郭パターンを描画することにより形成した島状パターンを有する開口部と、前記島状パターンを形成しない開口部とを形成し、
前記島状パターンを有する開口部の内側の輪郭パターンと島状パターンを有さない開口部の感光性レジストには、その感光性レジストの適正露光量で露光し、
前記島状パターンには、その感光性レジストの適正露光量より少ない露光量で露光することで、適正露光された部位のレジストパターンより薄いレジストパターンを形成し、前記島状パターンを有さない開口部の小さい方の幅と前記輪郭パターンの線幅が同一寸法になるようにレジストパターンを形成し、
前記ドライエッチングする工程は、前記島状パターンの酸化シリコン層が露出するまでシリコン層をエッチング除去することを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路の製造工程で使用される電子ビームなどの荷電粒子ビームを使用した部分一括描画法用のステンシルマスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンシルマスクは、電子ビームなどを透過する部分を開口部とした露光マスクであるが、その開口部の形成には、ドライエッチングが使用される。エッチングされる材料は、一般的には、シリコンおよびシリコン酸化物が使用されている。
【０００３】
ドライエッチングにより開口部を形成する際に、そのパターンのサイズの大小により、エッチング後に形成されるシリコンなどの断面形状に違いが生じることが知られている。
【０００４】
特に、アスペクト比が高い加工が必要なステンシルマスクの場合、ボッシュプロセスと呼ばれる加工方法を使用することが一般的であるが、このプロセスでは、まずシリコン上にレジストパターンを形成後、シリコンをフッ素系ラジカルによる等方性ドライエッチングにて加工し、その後ドライエッチングで露出したシリコン表面を、次にＣＦｘ（フルオロカーボン）系ラジカルを用いて耐ドライエッチング性の保護膜を形成する。次にフッ素系イオンを用いた異方性ドライエッチングにより底部の保護膜をエッチング除去することで、シリコン面を露出させる。以上の工程を繰り返すことにより、アスペクト比が高いシリコンの加工を実施することができる。
【０００５】
このボッシュプロセスなどのドライエッチング加工を行う際に、開口部が大きいパターンと小さいパターンが混在すると、その断面形状に違いが生じる。具体的には、小さい開口部の場合はすり鉢状のテーパ形状が形成され、逆に開口部が大きい場合は逆すり鉢状のテーパ形状となる、或いは、エッチング条件によってはその逆になる、などのエッチング状態に差異が生じる問題がある。
【０００６】
この問題を解決するため、感光性レジストの露光工程において、大きい開口部では、開口部内に島状パターンを配し、その島状パターンの縁部分（輪郭部）のみを描画することで、開口部の大きさの違いによるエッチング状態の違いを低減する方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、基板がシリコン単体であるため、縁部分をエッチングで貫通させた時点で、ステンシルマスクと開口部内の島状パターンは分離されており、島状パターンを除去する方法は特に記載されていない。エッチングの方法も特に指定されていないが、ウェットエッチングであれば、エッチング液中で島状パターンが、マスクに付着して残る虞がある。ドライエッチングであれば、分離された島状パターンがエッチングチャンバー内に残り、エッチングチャンバーを汚染する虞がある。そのため、分離された島状パターンがエッチング環境の中に残留することにより引き起こされる問題が解決されていない。また、特許文献２では、特許文献１と同様の技術が開示されているが、同様の問題を含んでいる。
【０００８】
このように、これまで開口部内に島状パターンを残すことで、エッチング品質を上げることができることは知られていたが、開口部内に残ったパターンを問題なく除去する方法を開示した技術を見出す事ができなかった。そのため、実用化するには大きな制約があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１２５１２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３５５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑み、大小の開口パターンが混在する場合のドライエッチング加工を行う際に、大きな開口部の内部に輪郭パターンを設けることにより島状パターンを形成し、小さい開口部の寸法と同一の線幅にてドライエッチング加工を実施する事により、断面形状の差異を低減するステンシルマスクの製造方法において、ドライエッチング環境を異物や塵埃の発生で汚染することが無いステンシルマスクの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、ステンシルマスクの製造工程における感光性レジストのパターニング工程において、ステンシルマスクの開口部となる部位の内側に輪郭パターンを形成することで、島状パターンを形成することにより、ドライエッチングするパターンの線幅を揃え、ドライエッチング工程を実施した後に形成される開口部の断面形状に差異を生じさせないようにしたＳＯＩ基板を用いたステンシルマスクの製造方法において、前記島状パターンの部位に形成されるレジストパターンの厚さをその他の部位の厚さより薄くする事で、シリコン層のドライエッチング工程で、そのレジストパターンが消失し、そのレジストパターンの下地のシリコン層もエッチング除去されることを特徴とするステンシルマスクの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のステンシルマスクの製造法によれば、大きな開口部の内側に輪郭パターンを設け、島状パターンを形成する。輪郭パターンの線幅を小さな開口部の開口寸法と同一の線幅とする事ができる。このためドライエッチングすべき開口部の寸法差を無くすことが可能となり、断面形状の差異も低減することが可能となると同時に、島状パターンはエッチング除去され、固形物が残留することが無いため、エッチング環境を汚染が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のステンシルマスクの製造方法の一例を示す概略断面図であって、（ａ）はＳＯＩ基板に感光性レジスト層を塗布した状態、（ｂ）は感光性レジスト層を露光した状態であり、大きい開口部の輪郭パターンの露光部６と島状パターンの露光部６´と小さい開口部の露光部６´´が露光された状態、（ｃ）は現像後に形成されたレジストパターンの状態、（ｄ）はレジストパターンをエッチングマスクとしてシリコン層のドライエッチングを行っている状態、（ｅ）はドライエッチングが進行して、島状パターンの部位のレジストパターンが消失し、その下地のシリコン層が露出した状態、（ｆ）はドライエッチングを更に進行して、島状パターンの部位のシリコン層のエッチング除去が完了して、その下地の酸化シリコン層を露出させた後、レジストパターンを剥離した状態、（ｇ）は酸化シリコン層を選択的にドライエッチングした状態、をそれぞれ示している。
【図２】本発明のステンシルマスクの製造方法において使用する大きい開口部の形成に使用するパターンの一例を示す概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のステンシルマスクの製造方法を、図１および図２を用いて説明する。
本発明のステンシルマスクの製造方法は、ＳＯＩ基板を用いたステンシルマスクの製造方法であって、そのＳＯＩ基板のシリコン層上に感光性レジスト層を形成する工程と、前
記感光性レジスト層を露光・現像して前記ステンシルマスクの開口部を形成するためのレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記シリコン層をドライエッチングする工程と、前記レジストパターンを剥離する工程と、前記ＳＯＩ基板の酸化シリコン層を選択的にエッチングする工程と、前記ＳＯＩ基板の不要部を裏面からエッチング除去する工程とを備えており、前記レジストパターンを形成する工程においては、前記レジストパターンとして、前記開口部の内側に輪郭パターンを描画することにより形成した島状パターンを有する開口部と、前記島状パターンを形成しない開口部とを形成し、前記島状パターンを有する開口部の内側の輪郭パターンと島状パターンを有さない開口部の感光性レジストには、その感光性レジストの適正露光量で露光し、前記島状パターンには、その感光性レジストの適正露光量より少ない露光量で露光することで、適正露光された部位のレジストパターンより薄いレジストパターンを形成し、前記島状パターンを有さない開口部の小さい方の幅と前記輪郭パターンの線幅が同一寸法になるようにレジストパターンを形成し、前記ドライエッチングする工程は、前記島状パターンの酸化シリコン層が露出するまでシリコン層をエッチング除去することを特徴とするステンシルマスクの製造方法である。
【００１５】
以下の説明では、洗浄や検査などのフォトマスク製造工程で使用する詳細な工程は省略して、主な製造工程を説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、ＳＯＩ基板１の表面に、感光性のレジスト層５を形成した状態を示している。
（ＳＯＩ基板）
ＳＯＩ基板１としては、市販されているＳＯＩウェハを使用することができる。ＳＯＩウェハは、シリコンウェハ２を基板として、その上に酸化シリコン層３を介して、最表面に活性層と呼ばれるシリコン層４が形成されているものである。
【００１７】
（レジスト層の材料）
感光性のレジスト層５としては、ポジ型とネガ型の感光性レジスト材料を使用することが可能であるが、ポジ型の電子ビームレジストを好適に使用することができる。以下、ポジ型の感光性レジストを使用した場合について説明するが、これに限定するものではない。
【００１８】
（レジスト層の塗布）
感光性レジスト材料の塗布方法については、従来から使用されているスピンコータを好適に使用することができるが、これに限定するものではない。
塗布した感光性のレジスト層５を乾燥する方法としては、特に限定はしないが、従来から使用されているフォトマスク用のクリーンオーブンを好適に使用することができる。
【００１９】
（露光、現像）
次に、ＳＯＩ基板１の表面に形成された感光性のレジスト層５を所望のパターンとして形成するために、レジスト層５に対して所望のパターンを露光し、現像する。
光を用いた露光装置や電子ビーム露光装置を使用して、予め露光装置に入力した所望のパターンを露光する。
次に、露光済のＳＯＩ基板１を、現像装置にて処理することにより、ＳＯＩ基板１上に所望のレジストパターンを得る事ができる。
【００２０】
本発明のステンシルマスクの製造方法において形成するレジストパターンの特徴は、ステンシルマスクの中に形成されている１０μｍオーダー以上の大きさを持つ大きい開口部と数μｍ以下の大きさを持つ小さい開口部が混在していても、ドライエッチングにより加工するパターンの線幅を均一にすることで、断面形状の差異が小さい開口部を形成するこ
とができることである。
【００２１】
図２に大きい開口部１０と小さい開口部１１のイメージを示した。図２の右側が大きい開口部１０の例を示しており、その内側に、小さい開口部１１の小さい方の寸法と一致する線幅で輪郭パターン８を形成する。例えば、小さい開口部１１が縦１．５μｍ、横（幅）１μｍの長方形、大きい開口部１０が縦１００μｍ、横１０μｍの場合、大きい開口部１０の内側に線幅１μｍの輪郭パターン８で囲まれた島状パターン９を形成するためのレジストパターンを形成する。
【００２２】
本発明のステンシルマスクの製造方法では、図１（ｂ）に示したように、小さい開口部の露光部６´´と大きな開口部の輪郭パターンの露光部６の露光量は、使用している感光性レジスト材料の適正露光量で露光する。一方、輪郭パターンより内側の島状パターンの露光部６´の露光量は、適正露光量より少ない露光量で露光する。ここで適正露光量とは、ポジ型感光性レジストにおいては、現像後の膜厚が現像前の膜厚の０％となる露光量の１００％以上と定義する。またネガ型感光性レジストにおいては、現像後の膜厚が現像前の膜厚の９０％以上となる露光量であると定義する。従って、適正露光量より少ない露光量とは、ポジ型感光性レジストにおいては、現像後の膜厚が現像前の膜厚の０％となる露光量の１００％未満、例えば５０％で露光することを意味する。またネガ型感光性レジストにおいては、現像後の膜厚が現像前の膜厚の９０％以上となる最小の露光量より少ない露光量であり、例えばその最小の露光量の５０％で露光することを意味する。
【００２３】
このようにすることで、現像処理後には、図１（ｃ）に示したように、シリコン層４をエッチング除去しない部位のレジストパターン７と、島状パターンの部位の露光部６´に、シリコン層４をエッチング除去しない部位のレジストパターン７より薄い島状パターンの部位のレジストパターン７´が形成され、輪郭パターン８の部位は、レジストが除去され下地のシリコン層４が露出する。
【００２４】
（シリコン層のドライエッチング）
このようにして作製したレジストパターンが形成されたＳＯＩ基板１を、ドライエッチング装置に装着して、ドライエッチングを実施する。
【００２５】
ドライエッチングによるＳＯＩ基板１の加工には、ボッシュプロセスを使用する。ボッシュプロセスでは、まずフッ素系ラジカルを使用した等方性ドライエッチングを実施することにより、シリコン層４を等方的にドライエッチングする。この工程により、シリコン層４はサイドエッチングを受けながら、膜厚方向にもエッチングされるため、球面の一部に類似したような曲面が形成される。次に、そのシリコン層４の曲面の全面に、ＣＦｘ系ラジカルを使用して耐ドライエッチング性の保護膜を形成する。次に、異方性ドライエッチングを実施することにより、シリコン層４の曲面に形成された保護膜のうち、シリコン層４の膜厚方向にある保護膜を除去し、膜厚方向と直交する方向である側面にある保護膜を残す。これらの等方性ドライエッチング、保護膜形成、異方性ドライエッチングをこの順に繰り返すことにより、アスペクト比（ドライエッチングするシリコン膜厚と開口部の寸法の比）が高い加工が可能である。
【００２６】
このようにして、ボッシュプロセスを進めて行くと、エッチングマスクとして形成されているレジストパターンのうち、膜厚が薄い島状パターンの部位のレジストパターン７´がドライエッチングにより徐々に薄くなる。ボッシュプロセスが完了する前に島状パターンの部位のレジストパターン７´が消失する厚さに設定しておくことにより、島状パターンの部位のレジストパターン７´が消失したが、シリコン層４をエッチング除去しない部位のレジストパターン７は残っている状態を作ることが可能である（図１（ｅ）参照）。その状態に至る前に、大きい開口部の輪郭パターンの露光部６のシリコン層４は、除去が
完了しているか、完了していないか、のいずれかである。図１（ｅ）は、大きい開口部の輪郭パターンの露光部６のシリコン層４の除去が完了した後の状態を示している。また、シリコン層４をエッチング除去しない部位のレジストパターン７は残っているが、薄くなっている。更にボッシュプロセスを進行すると、島状パターンの部位のレジストパターン７´が消失し、その下のシリコン層４が露出するとそのエッチングが進行して消失するが、シリコン層４をエッチング除去しない部位のレジストパターン７が形成されている部位の下地にあるシリコン層４はエッチングされないまま残る。
【００２７】
次に、島状パターンのシリコン層４が消失した段階で、シリコン層のドライエッチングを止め、レジストパターンを剥離する処理を行う。レジスト剥離後の状態を図１（ｆ）に示す。大きい開口部の輪郭パターンの露光部６と小さい開口部の露光部６´´においては、酸化シリコン層３が島状パターンの露光部６´の部位の酸化シリコン層３より多くエッチングされている。これは、大きい開口部の輪郭パターンの露光部６と小さい開口部の露光部６´´の酸化シリコン層の方が、島状パターンの露光部６´の部位の酸化シリコン層３より長時間、等方性のドライエッチングに曝されるためである。フッ素ラジカルを使用した等方性のドライエッチングは、シリコン層４と酸化シリコン層３のエッチング選択性が高く、酸化シリコン層３はシリコン層４より遅くエッチングされるが、エッチングされる時間が長い方が多くエッチングされることによる。また、塩素系のラジカルを使用した等方性のドライエッチングを使用することも可能である。
【００２８】
（酸化シリコン層のドライエッチング）
次に、酸化シリコン層３をエッチング除去する。シリコン層４のパターンをエッチングマスクとして酸化シリコン層３をドライエッチングするため、酸化シリコンに対するシリコン層４に対するエッチングレートが小さいドライエッチング方法を採用することが好ましい。例えば、ＣＨＦ３ガスを使用した等方性のドライエッチングを好適に使用することができるが、エッチングレートの用件を満たすことができる方法であれば、これに限定する必要はない。
このようにして、島状パターン９の部位と輪郭パターン８の部位にあった酸化シリコン層３をドライエッチングにより、除去することができる。
【００２９】
（ＳＯＩ基板の裏面のシリコンウェハのエッチング除去）
最後に、ＳＯＩ基板１の裏面から、シリコンウェハ２の不要部分を除去することにより、所望のステンシルマスクを製造することができる。
【００３０】
以上に説明したように、本発明のステンシルマスクの製造方法においては、ドライエッチングによって形成する開口部の線幅を、全て同じ線幅にしてドライエッチング加工を実施するため、ドライエッチングにより形成された大小様々な寸法の開口部が混在していても、それらの開口部の断面形状を揃えることが可能であると同時に、島状パターンをドライエッチングにより除去するため、ドライエッチング装置のチャンバ内を、島状パターンが切り抜かれ、脱落することで発生する異物、塵埃などにより汚染されることを回避することが可能である。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明の実施例について説明する。
＜実施例１＞
（ＳＯＩ基板）
信越化学工業（株）製のＳＯＩウェハをＳＯＩ基板として使用した。具体的には、標準的な厚膜タイプのＳＯＩウェハ（直径：２００ｍｍφ、シリコン層の厚さ：２μｍ、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ；熱酸化層）層の厚さ：１μｍ、Ｂａｓｅ  Ｗａｆｅｒ：厚さ７２５μｍのＣＺ法によるシリコンウェハ）を使用した。
【００３２】
（感光性レジスト材料、塗布）
シリコン活性層上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）系の電子線感応性ポジレジスト（感度：３００μＣ／ｃｍ２）を１０００ｎｍの膜厚でスピンコート法により塗布した。
【００３３】
（露光・現像）
次いで、電子線感応性ポジレジストが塗布されたＳＯＩ基板に、ステンシルパターンを露光するために、電子線照射量が３００μＣ／ｃｍ２となるように電子線を露光した。
ステンシルパターンは、小さい開口として幅１μｍ×長さ１．５μｍの長方形パターンが、幅方向にピッチ２μｍで２０個、および大きい開口部として、小さい開口部のパターンの幅方向と平行に、幅１０μｍ×長さ１００μｍの長方形パターンが、幅方向にピッチ１５μｍで２０本、並んだパターンを使用した。
【００３４】
大きい開口部の内側には、幅１μｍの輪郭部を形成した。
一方、輪郭部より内側の領域には、適正ドーズ量の５０％のドーズ量で露光した。
次に、電子ビームレジストを使用したフォトマスクの現像装置を使用して現像を実施し、レジストパターンの現像を完了した。このようにして、小さい開口部と、小さい方の開口部の幅と同じ１μｍの幅の輪郭部が形成された大きい開口部に対応したレジストパターンを形成した。
【００３５】
（シリコン層のドライエッチング）
次に、シリコン層のドライエッチングは、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃｏｐｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置、ＲＩＥ−８００ｉＰＢ（サムコ（株）製）を使用し、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ６ガスを交互に使用してボッシュプロセスを実施した。
ＳＦ６ガスを使用してフッ素ラジカルを使用した等方性ドライエッチングを行うモードと同じガスを使用して、エッチングされる基板に直流バイアスを印加することにより、フッ素イオンを使用した異方性ドライエッチングを実施した。
全てのドライエッチングされるパターンの幅が１μｍに統一されているため、ドライエッチングで形成されたパターンの断面形状は、同等の形状となった。
【００３６】
（酸化シリコンの選択的ドライエッチング）
酸化シリコン層のドライエッチングは、Ｃ２Ｆ６ガスを使用して、酸化シリコンとシリコンの選択エッチング比１０程度の条件にて、シリコンパターンをエッチングマスクとして、酸化シリコンをエッチング除去した。
【００３７】
（シリコンウェハの裏面エッチング）
最後に、同じドライエッチング装置を使用して、ＳＯＩウェハの裏面の厚さ７２５μｍのシリコン層をエッチング除去することにより、ステンシルマスクを完成させた。ドライエッチングを実施するのに際し、シリコン層を除去する部位が開口しているメタルマスクをＳＯＩウェハの裏面に密着させて、ドライエッチングを実施した。
以上の様にして、良好に本発明のステンシルマスクを製造することができた。
【００３８】
＜実施例２＞
小さい開口部として幅０．１μｍ×長さ０．１５μｍの長方形パターンが、幅方向にピッチ０．２μｍで２０個として、大きい方の長方形パターンの内側には、幅０．１μｍの輪郭部を形成したこと以外は、実施例１と同じとして実施し、良好にステンシルマスクを製造することができた。
【００３９】
＜比較例＞
大きい開口部の内側の輪郭部の内側の領域のドーズ量を、適正ドーズ量としたこと意外は、実施例１と同じとして実施した。その結果、大きい開口部の内側の輪郭部の内側の領域が、シリコンウェハの裏面エッチングを終了した段階で、ドライエッチング装置のチャンバー内に、ステンシルマスクから切り抜かれる形で脱落した。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・ＳＯＩ基板
２・・・シリコンウェハ
３・・・酸化シリコン層
４・・・シリコン層
５・・・レジスト層
６・・・大きい開口部の内側の輪郭パターン露光部
６´・・・島状パターンの部位の露光部
６´´・・・小さい開口部の露光部
７・・・シリコン層をエッチング除去しない部位のレジストパターン
７´・・・島状パターンの部位のレジストパターン
８・・・輪郭パターン
９・・・島状パターン
１０・・・大きい開口部
１１・・・小さい開口部
【図１】
2016134473.tif 000003
【図２】
2016134473.tif 000004