JPH0213780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集積回路のフオトマスクに関し、特
に、フオトマスク、その製造技術、及びこの種の
マスクを投射プリントに使用する方法に関する。

投影プリントに使用されるフオトマスクは、使
用される際レジスト被覆半導体ウエバ等から離間
されるが、ガラス基板上にほゞ1μm乃至2μmに等
しい特徴寸法を有する高解像金属パターンを有し
ている。パターンの質は、半導体製造工程にとつ
て非常に重要であるため、ほゞ欠陥のないフオト
マスクを製造するには注意を要する。

許容品質のデバイスを生産しようとする場合
は、フオトマスクをほゞ欠陥のない状態に保つこ
とが必須である。微粒子汚染に加え、フオトマス
クに施される種々の洗浄及び処理によつてパター
ンの質が徐々に悪化する。されにマスク面に静電
気が起きて、金属パターンの各部分間にアークが
発生するためにパターンの質が悪化することが判
つている。半導体デバイスの製造に要する６個又
はそれ以上のフオトマスクによつてこれらの効果
が倍増されると、相当な生産ロスになる。このた
め、許容し得る解像力を保ちつゝマスク表面を汚
染及び悪化から防ぐ方法を見出すことが経済上望
まれる。

フオトマスクパターンを保護する１方法とし
て、米国特許第3906133号に記載されている様に、
マスク上に簡単な保護被膜を付着させる方法があ
る。該特許は、処理済レジスト被覆ウエハ表面の
突起部の高さより厚みのあるニトロセルロース保
護被膜を有する透明な基板上に酸化鉄マスク層を
設けることを記載している。しかし、該特許は、
フオトマスクがフオトレジスト被覆ウエハと密接
して置かれている密着プリントに関するものであ
る。投影プリントでは、フオトマスクはレジスト
被覆ウエハから離間され、フオトマスクを通る光
は光学装置によつてレジスト被膜に集光されなけ
ればならない。この種の保護被膜は均一の厚みを
有さず、集光された投射プリントパターンに回折
及び収差を生じさせるため、生産品が許容レベル
に達しないことが判つている。

本発明は、薄い金属パターンを有する透明なベ
ースプレートと、ベースプレートとカバープレー
トとの間に流入された屈折率整合材によつてベー
スプレートのパターン化（パターン形成された）
表面と密着した平面状の透明カバープレートとか
ら成るフオトマスクによつて上記問題を克服して
いる。

他の実施例では、フオトマスクは、その主要面
に金属化（金属被覆された）及び非金属化部分を
有する透光性ベースプレート及び少くとも前記主
要面の非金属化部分上に置かれかつベースプレー
トと同様の屈折率を有する被膜材を有している。

また、ほゞ平坦のカバープレート金属パターン
を有するベースプレートと密着させることにより
マスクを形成することも出来る。１滴又はそれ以
上の屈折率整合流体をカバープレートとベースプ
レートとの界面縁部に垂らし、組立体を加熱して
カバープレートとパターン形成されたベースプレ
ートとの間に該流体が流入する様にする。次に界
面を密封してプレート間に該流体を保持する。

さらに、光源とフオトレジスト被覆基板との間
にフオトマスクを位置付ける方法によつて、フオ
トレジスト被膜を有する基板を選択的に放射光に
露光することができる。この場合、フオトマスク
は、(a)表面に薄い金属パターンを有する透光性ベ
ースプレート、(b)パターン化ベースプレートと密
着する透光性カバープレート、及び(c)パターン化
ベースプレートとカバープレートとの間に流入さ
れた屈折率整合流体から成る。次に光源を起動さ
せパターン化フオトマスクに光を放射して、フオ
トレジスト被覆基板を選択的に露光する。

本発明のマスクの利点は、先行技術マスクより
寿命が長く、またわずかの洗浄しか必要としない
点にある。

また、マスク表面再検査の必要性がほゞ減じら
れている。

さらに、マスクの金属部分間には静電アークが
ほゞ発生しなかつた。

最も重要な点は、フオトレジスト被覆基板を選
択的に露光した結果、予想外にエツジ解像力が強
まり、フオトレジストのパターンが事実上無欠陥
になつたことである。

次に図面を参照して、本発明の詳細を説明す
る。

集積回路等の製造に際し、これまで第１図の図
示符号１０で全体を示す投光装置が使用されて来
た。レジスト被膜（図示せず）を有する半導体ウ
エハ１１は、紫外線源１２及び集光装置１３と垂
直に配列している。この種の投射装置１０は、マ
イクロラインモデル（Microline Model）No.240
としてパーキング・エリマー社によつて製造され
ている。

作動時、フオトマスク１６は紫外線源１２と集
光装置１３との間に置かれる。フオトマスク１６
は、表面に金属パターン１８を有する例えば融解
石英製の透明基板１７を有している。光源１２か
ら放射された紫外線はフオトマスク１６上の非金
属化区域１９を通過し、半導体ウエハ１３上のレ
ジスト被膜に集光されて、レジスト被膜を露光及
び不溶化（例えば、ネガテイブアクテイング―光
により重合（硬化する）―レジストを使用する場
合）する。次に露光面をさらに処理するため、適
切な溶剤で可溶レジスト被膜を洗い流す。異なる
パターン１８を有する複数個のフオトマスク１６
を使用して、この様な処理を通常何回となく繰り
返して行い所望の回路を形成する。金属パターン
１８はレジスト被覆ウエハ１１と接触していない
が、種々の洗浄及びその他の処理を施すとパター
ンの質が悪化する。さらに、マスク面に静電気が
起きて金属パターンの各部分間にアークが発生
し、パターンの質が悪化する。

前記の様に、マスク１６上の金属化パターン１
８上に付着された保護膜は、投影プリント装置に
使用し得ないことが判つている。従つて、上記欠
陥を克服する特徴を備えたフオトマスク３０（第
２図及び第３図参照）が開発された。フオトマス
ク３０は、表面に金属パターン３２を有する透明
ベースプレート３１を具備している。ほゞ平坦の
透明カバープレート３３は基板３１の上方に置か
れている。また、屈折率整合流体３４（第３図参
照）は、ベースプレート３１とカバープレート３
３との間の非金属化容積を満たし、近接する２表
面から反射する光によつて生じる界面しまをほゞ
排除している。ベースプレート３１とカバープレ
ート３３との間の界面縁部３７にある結合材３６
は、屈折率整合流体３４を封入する一方でカバー
プレートをベースプレート上の所定位置に保持す
る。

カバープレート３３及びベースプレート３１は
共に同様の透光性材料で作られ、また屈折率整合
流体３４は、ベースプレート及びカバープレート
を形成する材料の屈折率に出来るだけ近い屈折率
を有していることが好ましい。適好なる実施例で
は、カバープレート３３は、nD＝1.458の屈折率
を有する融解石英であり、またベースプレート３
１は未知の屈折率を有する透明な低膨張性ガラス
である。屈折率整合流体３４はカバープレート３
３と同様の屈折率を有し、またパターン３２の形
成に使用された金属はクロムである。屈折率整合
流体３４は、脂肪族炭化水素水素化テルフエニ
ル、即ちアール・ピー・カージル・ラボラトリー
社製のAA型フタレートエステルである。

フオトマスク３０は長い平均余命を有するのみ
ならず、わずかの洗浄しか必要とせず再検査の頻
度も近い。また、パターンの部分間に発生する静
電アークによるフオトマスク上の金属パターンの
悪化も排除されている。本技術は予想外にフオト
レジストのエツジ解像力を強化する。これら予想
を越える好結果の理由は明らかではないが、一説
には屈折率整合流体が金属パターンを周知のエツ
チング法で製造する際に形成されるガラス基板の
比較的粗雑な部分を満たすためではないかと言わ
れている。従つて、この様な粗面を効果的に排除
すれば、これまで像のわずかなぼやけを引き起こ
して来た該面を通過する光の散乱が減少する。

故に、本発明はまたベースプレートと同様の屈
折率を有する屈折率整合材の薄層を少くともその
非金属化表面に付着させるマスクの使用法を提供
している。整合材は、該材の組成、パターン形成
金属及びベースプレートの組成に応じて、吹付け
又は蒸着等によつて塗布される。

投影プリント装置１０（第１図参照）では、光
学装置の１次及び３次収差の双方に影響するた
め、ベースプレート３１へのカバープレート３３
の取付けにはある程度の調整が必要である。ガラ
スカバープレート３３の１次効果とは、次式で表
わす量Δfだけ平行軸像平面を移動させることで
ある。

Δf＝（１−１／n′）′ (1) 式中、ｔ及びn′は夫々カバープレート３３の厚
さ及び屈折率である。プリント装置を再び焦点合
せする際はこの移動を考慮に入れて行う。焦点移
動寸法はまたカバープレート３３の厚さを公差範
囲に留める上で重要である。例えば、使用される
投射プリンタの焦点深度は、3μm乃至4μmの特徴
寸法に対して10μm程度であるため、カバープレ
ート３３の厚さを15μm（Δt＝Δf／n′）以内に留
める様に平坦にしなければならない。被覆半導体
ウエハ１１の平面変化に対し、ゆとりを持たせな
ければならないため、実際の所望公差はこれより
はるかに狭い。加えて、カバープレート３３の主
要面をほゞ平坦かつ平行にしなければならないば
かりでなく、その厚さも均一にして上記の公差範
囲内に留めなければならない。また、カバープレ
ート３３とベースプレート３１表面との距離を出
来るだけ均一にしなければならない。

カバープレート３３の取付けによつてもたらさ
れる主な高次収差は球面収差であるが、光線追跡
すると、こゝで使用する特定プリンタの様な
0.1667の開口数を有する光学装置に対するこの収
差の影響力は非常に小さいことが判る。例えば、
カバープレート３３の厚さを0.5mmとすると、球
面収差による光点寸法は最も焦点が合つた状態で
0.1μmになり、またカバープレート３３の厚さを
1.0mmにすると、光点寸法は0.2μmになる。これら
の光点寸法は、回折限定された光点寸法が
1.25μmであることと比較すると小さい。球面収
差はまた平行軸焦点面から最適焦点面を移動させ
るため、逆焦点距離が短くなる。

カバープレート３３に起因する他の効果は映像
のコントラストをわずかに弱める点だけである。
これは、光がカバープレート３３の面から反射さ
れて、クロムパターン３２を照らす結果生じる。
カバープレート３３がなければ、ガラスパタン３
２上のクロムのコントラストは100％である。カ
バープレート３３の表面から４％反射され、クロ
ムから100％反射されると、コントラストは92％
程度に弱まるが、フオトレジストのコントラスト
が強いため、この様にコントラストが弱まつても
プリント処理に大して影響しない。

特定実施例では約11.1cm×11.4cm×0.16cm寸法
のほゞ欠陥のない融解石英板を最初に選択してカ
バーガラス（プレート）３３を作成した。次にこ
の板を1/4λの平面度を有する支持部材表面にろ
う引装置し、続いてラツプ仕上及び研摩して1μm
以内にした。さらに板を平坦支持部材から外し、
転倒させ、1/4λのオプチカルフラツトと密着さ
せた。板の縁部にRTVシリコンゴム接着剤を塗
布して板をオプチカルフラツトに接着し、厚さが
0.101cm±0.0013cmになり、対向主要面が最高4μm
以内に平行になり、かつ平面度が最高4μmになる
まで、再度ラツプ仕上げ及び研摩する。米国軍用
規格MIL―Ｏ―13830に記載されている様に、両
主要面の表面品質は約20/10でなければならない。

ベースプレート３１とカバープレート３４との
界面を無欠陥にするため、フオトマスク３０を
「清潔な室内」環境で組立てることが好ましい。
屈折率整合材３４を、２個のミリポール
GVHP02500 0.2μフイルタを通してろ過し、約４
時間ほゞ真空内で脱気して、含有されている溶解
気体を全て排気し、またベースプレート３１及び
カバープレート３３を洗浄乾燥する。次にカバー
プレート３３をベースプレート３１上に置き（第
２図及び第３図参照）、かるく押して間にたまつ
た空気を出す。カバープレート３３の４すみをエ
ポクシ接着剤でベースプレート３１にタツフ結合
して、接着剤が完全に乾くまで放置する。次に得
られた組立体を約70℃に加熱して、屈折率整合流
体３４を１滴以上カバープレート３３の１側の界
面縁部３７に垂らす。流体３４を同様に加熱して
毛管作用でカバープレート３３とベースプレート
３１との間に浸透させ、両プレート間のパターン
形成されていない容積を満たし、かつ金属パター
ン３２とカバープレートとの間に流体の薄層を形
成する。所望に応じて必要なだけさらに流体３４
を追加して、カバープレート３３とベースプレー
ト３１との間の容積を満たしても良い。容積を完
全に満たすため、組立体を一晩（例えば、約15時
間）70℃で加熱しても良い。

加熱をやめ、組立体が室温まで冷えた後、余分
な流体３４をアセトンを軽く浸した布で取除く。
次に、RTVシリコンゴム封止材を薄く塗布して
界面縁部３７を密封する。

別の実施例では、ベースプレート３１とカバー
プレート３３とを密着する前に、小量の屈折率整
合流体３４をベースプレート又はカバープレート
の中央部に置く。次に流体３４を数時間約70乃至
100℃に加熱して、ベースプレート３１及びカバ
ープレート３３の間に浸透させる。上記と同様
に、流体３４の薄膜が金属パターン３２及びカバ
ープレート３３の間に残存する。ベースプレート
３１及びカバープレート３３の間に気泡が発生す
る場合は、選択的に加圧して除去する必要があ
る。全ての気泡がなくなると、上記の様に界面が
密封されたことになる。

本発明技術によつて達成される投光装置１０の
適好なる実施例を第５図に示す。第３図に詳細を
示すフオトマスク３０は、紫外線源１２及びフオ
トレジスト被覆基板１１の間に置かれている。集
光装置１３は、基板１１から離間されている。作
動時、光源１２は起動してパターン化フオトマス
ク３０に光を放射し、フオトレジスト被覆基板１
１を選択的に露光する。この様な投射プリント処
理によりエツジ解像力が強まりまたフオトレジス
トのパターンが事実上無欠陥となる。

尚、本発明を要約すると以下の通りである。

１ 主要面に金属化及び非金属化部分を有する透
光性ベースプレートと、主要面の少くとも非金
属化部分に塗布されかつ前記ベースプレートと
ほゞ同一の屈折率を有する被膜材とから成るフ
オトマスク。

２ 金属パターンを有する透光性ベースプレート
と、ほゞ平行な主要面を有しかつパターン化ベ
ースプレートと密着する透光性カバープレート
と、ベースプレートとの間に介在させた屈折率
整合材とから成るフオトマスク。

３ パターン化ベースプレート、カバープレート
及び整合材はほゞ同一の屈折率を有する主旨第
２項記載のフオトマスク。

４ カバープレートの表面は少くとも4μmに平坦
化されまた主要面は少くとも4μmに互いに平行
化されている主旨第２項記載のフオトマスク。

５ カバープレートとベースプレートとの間の界
面縁部を封止剤で密封して両プレート間に屈折
率整合材を保持する主旨第２項記載のフオトマ
スク。

６ ほゞ平坦の透光性カバープレートと金属パタ
ーンを有する透光性ベースプレートとを密着さ
せる工程、カバープレートとベースプレートと
の界面縁部に少くとも１滴の屈折率整合流体を
垂らす工程、及びベースプレート、カバープレ
ート及び屈折率整合流体を加熱してパターン化
ベースプレートとカバープレートとの間に流体
を流入させる工程から成るフオトマスク製造方
法。

７ ベースプレートとカバープレートとを約70℃
乃至100℃範囲の温度に加熱する主旨第６項記
載のフオトマスク製造方法。

８ (a)主要面に金属化及び非金属化部分を有する
透光性ベースプレート、及び(b)主要面の少くと
も非金属化部分に塗布されかつベースプレート
とほゞ同一の屈折率を有する被膜材から成るフ
オトマスクを光源とフオトレジスト被覆基板と
の間に設置する工程、及び光源を起動してフオ
トマスクに光を放射し、フオトレジスト被覆基
板を選択的に露光する工程から成る、フオトレ
ジスト被覆基板を放射光に選択的に露光する方
法。

９ (a)金属パターンを有する透光性ベースプレー
ト、(b)パターン化ベースプレートと密着する透
光性カバープレート、及び(c)ベースプレートと
カバープレートとの間に流入された屈折率整合
流体から成るフオトマスクを光源とフオトレジ
スト被覆基板との間に設置する工程、及び光源
を起動させてフオトマスクに光を放射し、フオ
トレジスト被覆基板を選択的に露光する工程か
ら成るフオトレジスト被覆基板を放射光に選択
的に露光する方法。

10 パターン化ベースプレート、カバープレート
及び整合材はほゞ同一の屈折率を有する主旨第
９項記載の露光方法。

11 薄い金属パターンを有する透光性ベースプレ
ート、ほゞ平行な主要面を有しかつパターン化
ベースプレートと密着する透光性カバープレー
ト及びパターン化ベースプレートとカバープレ
ートとの間に流入された屈折率整合流体から成
るフオトマスク。

12 カバープレート表面は少くとも4μmに平坦化
されまた主要面は少くとも4μmに互いに平行化
されている主旨第11項記載のフオトマスク。

13 カバープレートとベースプレートとの間の界
面縁部を封止剤で密封して両プレート間に屈折
率整合流体を保持する主旨第11項記載のフオト
マスク。

14 ほゞ平坦の透光性カバープレートと金属パタ
ーンを有する透光性ベースプレートとを密着さ
せる工程、カバープレートとベースプレートと
の界面縁部に少くとも１滴の屈折率整合流体を
垂らす工程、及びベースプレート、カバープレ
ート及び屈折率整合流体を加熱してパターン化
ベースプレートとカバープレートとの間に流体
を流入させる工程から成るフオトマスク製造方
法。

15 ベースプレートとカバープレートとは約70゜
乃至100℃範囲の温度に加熱される主旨第14項
記載のフオトマスク製造方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術による投射プリント装置の概
略図、第２図は本発明によるフオトマスクの実物
大図、第３図は本発明によるフオトマスクの断
面、第４図は本発明マスクの製光工程を示すブロ
ツク図、及び第５図は本発明の適好なる実施例を
示す投射装置の概略図である。 主要部分の符号の説明、１０…投光装置、１１
…半導体ウエハ、１２…紫外線源、１３…集光装
置、１６…フオトマスク、１７…透明基板、１８
…金属パターン、１９…非金属化区域、３０…フ
オトマスク、３１…透明ベースプレート、３２…
金属パターン、３３…カバープレート、３４…屈
折率整合流体、３６…結合材、３７…界面縁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パターンを有するベースプレートと平坦なカ
   バープレートとが密着した組立体を形成し、 該ベースプレートとカバープレートとの界面縁
   部に屈折率整合流体滴を垂らし、 該組立体と該屈折率整合流体とを加熱して該ベ
   ースプレートと該カバープレートとの隙間中に該
   屈折率整合流体が毛管作用で浸透されるように
   し、そして 該界面縁部を封止材で密封することからなるフ
   オトマスクの製造法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の製造法におい
   て、 前記加熱は70℃乃至100℃の範囲の温度で行わ
   れるフオトマスクの製造法。