JP2008147546A - ステンシルマスク - Google Patents
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Abstract
【課題】機械的強度を維持したまま、相補分割パターンを配置することが出来るステンシルマスクを提供する。
【解決手段】本発明は梁2と、梁により囲われた複数のメンブレン1と、メンブレンに設けた開口パターン5と、を備えたメンブレン群を有し、前記メンブレン群を5つ以上有し、各メンブレン群の開口パターンは、同一のパターンの互いに異なる一部である相補分割パターンであることを特徴とするステンシルマスクである。これにより、設計パターンが大面積(例えば、メンブレンのサイズより大きいパターン)であっても、相補分割パターンをステンシルマスクのメンブレン群に配置することが出来る。
【選択図】図2
【解決手段】本発明は梁2と、梁により囲われた複数のメンブレン1と、メンブレンに設けた開口パターン5と、を備えたメンブレン群を有し、前記メンブレン群を5つ以上有し、各メンブレン群の開口パターンは、同一のパターンの互いに異なる一部である相補分割パターンであることを特徴とするステンシルマスクである。これにより、設計パターンが大面積(例えば、メンブレンのサイズより大きいパターン)であっても、相補分割パターンをステンシルマスクのメンブレン群に配置することが出来る。
【選択図】図2
Description
本発明は、ステンシルマスクに関するものである。
近年、半導体の製造プロセスにおいてステンシルマスクを用いたイオン注入プロセスが研究されている。本注入方法ではステンシルマスクの開口パターンを通して、不純物をプロセス基板に注入するため、従来のイオン注入プロセスと比較してレジストのリソグラフィー工程やレジストの除去工程が不要である。さらに、一枚のステンシルマスクを繰り返して使用することでプロセスコストを削減することが出来る。
ステンシルマスクを用いたイオン注入プロセスでは、メンブレンにパターンを形成し、同メンブレンを有するステンシルマスクを用いてイオン注入を行う。このとき、熱、不純物注入によるメンブレンの格子歪、自重等の原因によりメンブレンが変形する。このため、メンブレンの非注入ウエハ方向への接着、非注入ウエハとの位置合わせ誤差の発生、開口パターンを転写した際の転写サイズ変動などの問題が発生する。
上記のような問題を解決するため、メンブレンを梁によって小さく分割し、メンブレンの剛性を強くして、設計パターンを各メンブレンに分割して配置する方法がある。従来のイオン注入装置の場合、イオン注入マスクを通過した荷電粒子の照射方向は偏向されることなく被注入ウエハに到達するので、梁により分割されたメンブレンにパターンを配置する際、梁上に位置するパターンを別のマスクに配置して補間することが必要とされ、設計パターンを4分割する方法が提案されている。この方法ではパターンを4分割し、メンブレン群からなる4区画上に配置するが、ある区画において梁上にあるパターンは別の区画に配置する手法を用いている(特許文献1参照)。
この手法では、梁の配置を工夫することで各区画のパターンは少なくとも2回露光できるので、機械的に不安定なパターン(例えば、ドーナツパターンや片持ち形状パターン)のようにステンシルマスク上で分割が必須なパターンにも対応できる。また、それぞれの区画における梁のステンシルマスクを通過した荷電粒子を偏向することなく、ステンシルマスクや基板ステージを操作するだけで、相補分割パターンを重ね合わせて転写することにより非注入基板上に設計パターンを転写することができるため、イオン注入マスクのように梁により分割したメンブレン上に相補分割パターンを配置するうえで有効である。
特開2003−59819号公報
しかしながら、4分割した相補分割パターンを形成したマスクでは、マトリックス状に配置されたホールパターンのような小さな設計パターンが個々に独立している場合には有効であるものの、イオン注入のようにメンブレンの大きさと同程度の大きな設計パターンが存在すると、相補分割したパターンを4つの異なる区画に配置することが非常に難しく、さらには不可能な場合がある。
特に、メンブレンの機械的強度を保持するために、ユニット内の隣接する最小パターン領域の境界上に、開口パターンが、存在しないという条件で、設計パターンを分割し、相補分割パターンを配置するとき、この問題は顕著である。
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、機械的強度を維持したまま、相補分割パターンを配置することが出来るステンシルマスクを提供することを目的とする。
請求項1に記載の本発明は、梁と、梁により囲われた複数のメンブレンと、メンブレンに設けた開口パターンと、を備えたメンブレン群を有し、前記メンブレン群を5つ以上有し、各メンブレン群の開口パターンは、同一の設計パターンの互いに異なる一部である相補分割パターンであることを特徴とするステンシルマスクである。
なお、本明細書において、「設計パターン」とは、最終的に、露光先またはイオン注入先に形成されるパターンと定義する。
また、「相補分割パターン」とは、1回のみの露光またはイオン注入によっては形成できない設計パターンを、複数回の露光(多重露光)または複数回のイオン注入工程、によって形成できるようにするために、設計パターンを相補に分割したパターンと定義する。
なお、本明細書において、「設計パターン」とは、最終的に、露光先またはイオン注入先に形成されるパターンと定義する。
また、「相補分割パターン」とは、1回のみの露光またはイオン注入によっては形成できない設計パターンを、複数回の露光(多重露光)または複数回のイオン注入工程、によって形成できるようにするために、設計パターンを相補に分割したパターンと定義する。
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載のステンシルマスクであって、梁が交差する交点を一つ有し、かつ梁の幅とパターン禁止領域の幅の合計からなる大きさの幅を1としたとき一辺が4以上の長さの正方形であるユニットにより、メンブレン群をマトリックス状に分割したとき、ユニット内の隣接する最小パターン領域の境界上に、開口パターンが、存在しないことを特徴するステンシルマスクである。
なお、本明細書において、「パターン禁止領域」とは、梁の周囲のメンブレンの領域であり、かつ開口パターンを配置するのを禁止した領域と定義する。
また、「ユニット」とは、梁が交差する交点を一つ有し、かつ梁の幅とパターン禁止領域の幅の合計からなる大きさの幅を1としたとき一辺が4以上の長さの正方形により、メンブレン群をマトリックス状に分割したときの一区画と定義する。
また、「最小パターン領域」とは、ユニット内の開口パターンを配置する領域であり、梁の幅とパターン禁止領域の幅の合計からなる大きさの幅を一辺とした正方形により、ユニットをマトリックス状に分割したときの一区画と定義する。
なお、本明細書において、「パターン禁止領域」とは、梁の周囲のメンブレンの領域であり、かつ開口パターンを配置するのを禁止した領域と定義する。
また、「ユニット」とは、梁が交差する交点を一つ有し、かつ梁の幅とパターン禁止領域の幅の合計からなる大きさの幅を1としたとき一辺が4以上の長さの正方形により、メンブレン群をマトリックス状に分割したときの一区画と定義する。
また、「最小パターン領域」とは、ユニット内の開口パターンを配置する領域であり、梁の幅とパターン禁止領域の幅の合計からなる大きさの幅を一辺とした正方形により、ユニットをマトリックス状に分割したときの一区画と定義する。
請求項3に記載の本発明は、請求項1または2のいずれかに記載のステンシルマスクであって、各メンブレン群が、同一の基板に形成されていることを特徴とするステンシルマスクである。
請求項4に記載の本発明は、請求項1または2のいずれかに記載のステンシルマスクであって、各メンブレン群が、複数の基板に分割されて形成されていることを特徴とするステンシルマスクである。
請求項5に記載の本発明は、請求項1から4のいずれかに記載のステンシルマスクを用いた露光工程を行うことにより製造された半導体装置である。
本発明のステンシルマスクは、メンブレン群を5つ以上備えることにより、設計パターンが大面積を含むパターンであっても、相補分割パターンをステンシルマスクのメンブレン群に配置することが出来る。
以下、本発明のステンシルマスクについて説明を行う。
本発明のステンシルマスクは
梁と、
梁により囲われた複数のメンブレンと、
メンブレンに設けた開口パターンと、
を備えたメンブレン群を有し、
前記メンブレン群を5つ以上有し、
各メンブレン群の開口パターンは、同一の設計パターンの互いに異なる一部である相補分割パターンであること
を特徴とするステンシルマスクである。
梁と、
梁により囲われた複数のメンブレンと、
メンブレンに設けた開口パターンと、
を備えたメンブレン群を有し、
前記メンブレン群を5つ以上有し、
各メンブレン群の開口パターンは、同一の設計パターンの互いに異なる一部である相補分割パターンであること
を特徴とするステンシルマスクである。
本発明のステンシルマスクは、梁と、梁により囲われた複数のメンブレンと、メンブレンに設けた開口パターンと、を備えたメンブレン群を有している。梁により格子状に囲われた領域にメンブレンを設けることにより、梁を持たず枠だけを持った同サイズの1枚のメンブレンでマスクを作製する場合に比べ、機械的強度を高めることが出来る。
また、メンブレン群を5つ以上備えることで、4つの相補分割パターンでは、分割しきれない設計パターン(例えば、メンブレンのサイズより大きいパターンなど)であっても、相補分割パターンの分割数を増やし、それと同数のメンブレン群を備えることで、相補分割パターンをステンシルマスクのメンブレン群に配置することが出来る。
特に、ステンシルマスクの機械的強度を保持するために、ユニット内の隣接する最小パターン領域の境界上に、開口パターンが、存在しないという条件で、設計パターンを分割し、相補分割パターンを配置するとき、4つの相補分割パターンに分割し、4つのメンブレン群にそれぞれ相補分割パターンを配置することは困難である。このため、メンブレン群を5つ以上備えることで、ステンシルマスクの機械的強度を保持しつつ相補分割パターン配置することが出来る。
パターン禁止領域の幅は、設計事項であり、照射されるイオンビームのステンシルマスクに対する角度や、マスク作製時の梁とメンブレン境界付近の異物の発生状況などから決定することが好ましい。
また、ユニットの一辺の幅や、メンブレン群において梁が占める領域のサイズ、各メンブレンのピッチ等は、マスク作製のプロセスやイオン注入によりマスクを作製するときの条件、相補分割の条件等により決定することが好ましい。
また、ユニット内の梁の領域は、複数のメンブレン群をマスクとして、複数回の露光(多重露光)または複数回のイオン注入工程、を行ったとき、相補分割パターンの重なりが設計パターンと同一になるようにメンブレン群ごとに適切な位置に配置することが好ましい。
メンブレン群の数量は、相補分割パターンの数量により決定するため、設計パターンの形状、および設計パターンの相補分割の条件による。このため、設計パターンを5つの相補分割パターンに分割することが困難な時は、逐次、相補分割パターンの数量を増加していき、分割数を決定する。設計パターンを所望する条件で分割可能となった相補分割パターンの数量をメンブレン群の数量とすることが好ましい。このように、相補分割が可能になるまで設計パターン領域の全体について、分割を検討してメンブレン群の数を決定すれば、分割が困難な大きな設計パターンにおいても相補分割パターンに分割し、メンブレン群に配置することが可能となる。
また、本発明のステンシルマスクは、各メンブレン群が、同一の基板に形成されていることが好ましい。同一の基板にメンブレン群が形成されることで、ステンシルマスクを使用する工程おいて、基板の入れ替えが必要ないため、スループットを向上することが出来る。
また、本発明のステンシルマスクは、各メンブレン群が、複数の基板に分割されて形成されていることが好ましい。
このとき、相補分割パターンの形成難度に応じてメンブレン群を複数の基板に振り分けることにより、各々の基板に対して適切な工程数で、基板上に相補分割パターンを形成することが出来る。
また、複数あるメンブレン群において、あるメンブレン群に修正できないような欠陥があった場合、欠陥を有するメンブレン群が形成されたマスク基板のみを差し替えることにより、メンブレン群の欠陥に対して柔軟に対応することが出来る。
また、ステンシルマスクを複数の基板で構成することにより、イオン注入装置に搭載されるマスク基板のサイズに制限があっても、マスク基板のサイズを大きくすることなく、メンブレン群の数量を増加させることが出来る。よって、特に、直径100mm以下のマスクを搭載できるイオン注入装置に好適に用いることが出来る。
このとき、相補分割パターンの形成難度に応じてメンブレン群を複数の基板に振り分けることにより、各々の基板に対して適切な工程数で、基板上に相補分割パターンを形成することが出来る。
また、複数あるメンブレン群において、あるメンブレン群に修正できないような欠陥があった場合、欠陥を有するメンブレン群が形成されたマスク基板のみを差し替えることにより、メンブレン群の欠陥に対して柔軟に対応することが出来る。
また、ステンシルマスクを複数の基板で構成することにより、イオン注入装置に搭載されるマスク基板のサイズに制限があっても、マスク基板のサイズを大きくすることなく、メンブレン群の数量を増加させることが出来る。よって、特に、直径100mm以下のマスクを搭載できるイオン注入装置に好適に用いることが出来る。
本発明のステンシルマスクは、梁により格子状に囲われた領域にメンブレンを設けることにより、メンブレンの剛性が高まるため、イオン注入工程において、一括メンブレンによるイオン注入に比べて、イオン注入工程による重ね合わせ誤差の要求値を超えるような大きなメンブレン変形を起こすことなく、イオン注入工程を行うことが出来る。また、照射するイオンのドーズ量を減少することなくイオン注入出来る。このため、イオン注入工程のスループットを向上することが可能となる。
また、本発明のステンシルマスクは、異物によるパターン欠陥を除去するために、イオン注入工程を行うよりも前に、洗浄処理を行うことが望ましい。
以下、本発明のステンシルマスクの一例として、メンブレン群が7つの場合について例示する。当然のことながら、本発明のステンシルマスクはメンブレン群が7つに限定されるものではない。
<実施例1>
図1は、本発明のステンシルマスクの一例を示す図である。A,B,C,D,E,F,Gの7つのメンブレン群が同一の基板に形成されており、設計パターンを7つの相補分割パターンに分割して配置することが出来る。
図1は、本発明のステンシルマスクの一例を示す図である。A,B,C,D,E,F,Gの7つのメンブレン群が同一の基板に形成されており、設計パターンを7つの相補分割パターンに分割して配置することが出来る。
図2は、本発明のステンシルマスクの上面図および断面図である。本実施例では、梁2の幅は305μm、パターンを形成可能な領域3から梁2までの距離であるパターン禁止領域4の幅は35μmとした。また、開口パターン5は、パターンを形成可能な領域3内のメンブレン1に開口部として設けた。
図3は、7つのメンブレン群の内のひとつを示した模式図である。梁2より区切られた区域に、メンブレン1が設けられている。本実施例では、メンブレン1の大きさを1195μmx1195μmとし、15x15個のメンブレンを配置し、メンブレン群とした。上述したメンブレン群のサイズでは、約2.2mmx2.2mmの設計パターンについて、マスクパターンを形成することが出来る。
図4は、メンブレン群をマトリックス状に分割したときの一区画であるユニットの一例を示す図である。本実施例では、梁2の幅と、梁2の周囲のパターン禁止領域4の幅の合計からなる大きさの幅を、ユニット単位幅6とし、同単位幅からなる正方形により、4x4のマトリックス状に分割した(以下、4x4ユニットと呼称する)。このとき、ユニット単位幅は、375μmであった。4x4ユニットにおいて、任意の区画の一つを最小パターン領域7とする。
本実施例において、設計パターンは、1500μmx1500μmの領域内に、1mmx1mmより大きい、大パターン8が含まれるものとした。
図5は、設計パターンに含まれる大パターン8を、4x4ユニット上の最小パターン領域7毎に対応するように、最小分割パターン9で区分けしたものを示す図である。このとき、メンブレンの機械的強度を保持するため、最小パターン領域7の全てが開口パターン5のみで埋まらない条件を満たすように、最小分割パターン9は幅125μmのストライプパターンとした。
次に、図5で区分けされた最小分割パターン9を、各メンブンレン群のユニット毎に相補に分割した。このとき、最小分割パターン9同士が隣接しない、という条件で相補に分割を行った。この条件を満たす大パターン8の相補分割パターンは7つ必要であることが、計算により求められた。
図6は、大パターン8を、A,B,C,D,E,F,G7つのメンブレン群の対応するユニット毎に、最小分割パターン9を用いて、相補に分割して配置した図(ただし、各メンブンレン群のユニットにおいて、パターン禁止領域は図示せず)を示すものである。
図6は、大パターン8を、A,B,C,D,E,F,G7つのメンブレン群の対応するユニット毎に、最小分割パターン9を用いて、相補に分割して配置した図(ただし、各メンブンレン群のユニットにおいて、パターン禁止領域は図示せず)を示すものである。
<実施例2>
実施例1で求められた7つの相補分割パターンが、7つの同一の基板上に設けられたメンブレン群に、それぞれ形成されたステンシルマスクを製造した。
実施例1で求められた7つの相補分割パターンが、7つの同一の基板上に設けられたメンブレン群に、それぞれ形成されたステンシルマスクを製造した。
まず、厚さ725μmからなる支持シリコン基板10、厚さ1μmの中間酸化膜11、厚さ20μmのシリコン活性層12からなる直径が200mmΦのSOI基板13を用意した(図7(a))。
次に、SOI基板13上に電子線感応性レジスト14(PMMA(ポリメチルメタアクリレ−ト系)ポジレジスト、感度:300μC/cm2)を1000nmの膜厚で塗布した(図7(b))。
次に、レジスト上に合わせマークパターン15および実施例1より求められた相補分割パターン16を電子線露光した。このとき、電子線照射量は300μC/cm2とした。
次に、上記の電子線露光済みSOI基板13を現像し、現像後の表裏合わせ用マークパターン15および相補分割レジストパターン16を得た(図7(c))。
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11までエッチングをおこない、表裏合わせ用マークパターン17および相補分割パターン18を得た(図7(d))。
次に、SOI基板13の裏面表面にフォトレジスト19をスピンナー等で塗布して厚さが50μmの感光層を形成し、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20を形成した。このとき、パターン露光時の基板とメンブレン開口レジストパターン露光用のフォトマスクとの位置合わせは、表裏合わせ用マークパターン17とフォトマスクのアライメントマークを用いた(図7(e))。
次に、メンブレン開口用レジストパターン20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11をエッチングストッパー層としてSOI基板13の一部をエッチングし、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11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、IPAベーパ乾燥を行った。
以上より、メンブレンの大きさが1195μmx1195μm、梁の幅が305μmからなる7つのメンブレン群上に相補分割パターンを有するステンシルマスク21を製造できた(図7(f))。
本発明のステンシルマスクは、設計パターンの線幅がメンブレン領域の大きさとほぼ同じか、もしくはそれ以上のパターンを含んでおり、パターンの面積密度が高い場合に、特に適しており、例えば、イオン注入用マスクとして好適に利用することが期待できる。
1……メンブレン
2……梁
3……パターンを形成可能な領域
4……パターン禁止領域
5……開口パターン
6……ユニット単位幅
7……最小パターン領域
8……大パターン
9……最小分割パターン
22……梁が交差する交点
2……梁
3……パターンを形成可能な領域
4……パターン禁止領域
5……開口パターン
6……ユニット単位幅
7……最小パターン領域
8……大パターン
9……最小分割パターン
22……梁が交差する交点
Claims (5)
- 梁と、
梁により囲われた複数のメンブレンと、
メンブレンに設けた開口パターンと、
を備えたメンブレン群を有し、
前記メンブレン群を5つ以上有し、
各メンブレン群の開口パターンは、同一の設計パターンの互いに異なる一部である相補分割パターンであること
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、
梁が交差する交点を一つ有し、かつ梁の幅とパターン禁止領域の幅の合計からなる大きさの幅を1としたとき一辺が4以上の長さの正方形であるユニットにより、メンブレン群をマトリックス状に分割したとき、
ユニット内の隣接する最小パターン領域の境界上に、開口パターンが、存在しないこと
を特徴するステンシルマスク。 - 請求項1または2のいずれかに記載のステンシルマスクであって、
各メンブレン群が、同一の基板に形成されていること
を特徴とするステンシルマスク。 - 請求項1または2のいずれかに記載のステンシルマスクであって、
各メンブレン群が、複数の基板に分割されて形成されていること
を特徴とするステンシルマスク。 - 請求項1から4のいずれかに記載のステンシルマスクを用いた露光工程またはイオン注入工程を行うことにより製造された半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006335521A JP2008147546A (ja) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | ステンシルマスク |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006335521A JP2008147546A (ja) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | ステンシルマスク |
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ID=39607360
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---|---|---|---|
JP2006335521A Pending JP2008147546A (ja) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | ステンシルマスク |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115079510A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-09-20 | 深圳芯能半导体技术有限公司 | 一种光掩膜版及光掩膜设计方法 |
-
2006
- 2006-12-13 JP JP2006335521A patent/JP2008147546A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115079510A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-09-20 | 深圳芯能半导体技术有限公司 | 一种光掩膜版及光掩膜设计方法 |
CN115079510B (zh) * | 2022-08-23 | 2023-01-03 | 深圳芯能半导体技术有限公司 | 一种光掩膜版及光掩膜设计方法 |
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