JPH05291124A - リソグラフィ用マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リソグラフィ用マスクの製造方法を提供す
る。 【構成】 シリコンウェファー上に金属を沈着させる、
次いで該金属を酸化する。次いで該シリコンの一部分を
除去する。よってシリコンに支持された金属酸化物メン
ブレンが形成される。 【効果】 歪のない、高い寸法精度を有するリソグラフ
ィ用マスクが簡便に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリソグラフィに関する。
より詳細には、本発明は、Ｘ線及びイオンビームリソグ
ラフィ用マスクの新規製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近開発されたＸ線リソグラフィを使用
することは、集積電子回路のリソグラフィ技術に大きく
寄与した。

【０００３】現在、Ｘ線リソグラフィは集積電子回路製
造技術の広大な開発に要求されるサブミクロンの微細な
パターンの複製に有効な方法と考えられている。この技
法では、発散角の小さいＸ線ビームによって、感光性レ
ジストで被覆されたウェファー上にマスクパターンの影
の画像を投影する。従って、サブミクロン構造が転写さ
れなければならないので、吸収体パターンの寸法につい
て高度の安定性及び精度が要求される。

【０００４】Ｘ線リソグラフィ用マスクの製造に関する
多様な特許及び報告とともに極めて多数の文献がある。
その基本的方法は、支持フレーム内に伸張したＸ線透過
メンブレンと、該膜上に適用されたＸ線吸収性金属構造
体とから成る。メンブレン形成の停止層として作用する
高濃度のホウ素ドープ層をシリコンウェファーに付与す
る。次いでそのウェファーをガラス板に接着し、選択エ
ッチングによってシリコンメンブレンを得、この上に吸
収体金属被覆の沈着及びパターン形成を行う。基板に沈
着させた金属膜に関する一つの問題は、金属被覆された
吸収体層がかなりの応力を受けるので、目的のパターン
に歪を起こすことである。

【０００５】上述の問題を解決するためのいくつかの改
良法が、最近のいくつかの特許に記載されている。特開
昭５８−７３１１８号（Ｃ．Ａ．１００，１４８５１１
参照）によれば、シリコンウェファーのような基板を有
機金属錯体溶液で被覆し、次いでこれを約６００℃で焼
成することによって、Ｘ線リソグラフィフォトマスク用
のＸ線透過性支持膜を製造することを特許請求してい
る。該方法によれば、欠陥のほとんどない支持膜が得ら
れるとされている。金属層を電子ビームリソグラフィ処
理した後、シリコンウェファーをフォトエッチンクによ
り除去して、高品質のＸ線フォトマスクを得る。

【０００６】また特開昭６３−７６４３０号（Ｃ．Ａ．
１０９，１３９７４５参照）によれば、プラズマ化学気
相成長法により製造された非晶質の水素化窒化ホウ素ま
たは炭化ホウ素のメンブレンがＸ線透過マスクのメンブ
レンとして有用であることを特許請求し、電極及びサセ
プタ上の沈着物の剥離を抑制して、剥離して生成した粉
塵による膜の汚染を防止する。

【０００７】さらにＲ．Ｅ．Ａｃｏｓｔａら（Ｍｉｃｒ
ｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
３，１９８５，５７３−９頁）によれば、Ｘ線マスクの
歪は、使用する吸収体の応力の影響を直接受け、この歪
は吸着された物質によって起きるので、もしその応力を
減少させないと、マスクの特性パターンが損なわれてマ
スクを使用不能とする。単結晶シリコン基板上に沈着さ
せた膜の場合、Ｘ線回折によって歪を測定することがで
きる。この場合、検査すべき膜を沈着させる前に、基板
の結晶完全性を確かめ、且つ膜の沈着中に結晶に損傷を
与えないことを確かめることが、必要である。非結晶基
板については、機械的手段または光学的手段によって、
基板の曲率を測定することができる。

【０００８】極最近のドイツ特許第３，６３４，１４７
号（Ｃ．Ａ．１０７，２０８８６２参照）は、リソグラ
フィマスク構造を記載し、このマスクは、リング状支持
体と、抵抗物質の感度を改良するアルカリ土類金属硫化
物を含有するマスク層支持体とから成る。

【０００９】Ｔ．Ｆｕｎａｙａｍａら（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓ
ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．６，１９
７５，１１／１２，１３２４）は新規なＸ線リソグラフ
ィマスクを開示する。このマスクはアルミニウム基板
と、この上に陽極処理として成長させた酸化アルミニウ
ム膜とから成る。アルミニウム基板の一部分を化学的に
エッチングして透明な酸化アルミニウムメンブレンを得
る。

【００１０】Ｐ．Ａ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ（ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄ
ｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．ＥＤ−２３，Ｎｏ．４，１９７
６，４，４１２−７）の論文Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏ
ｎ ｏｆ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｅｘｃｉｔ
ａｔｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ ｆｏｒ Ｘ−ＲａｙＬｉ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙによれば、同様なアルミニウムを厚
さ７５μｍに成長させる。このマスクの欠点はエッチン
グ後に残るフレームが、実際に極めて軟らかくて脆く、
使用中に恒久的な歪を生じるアルミニウム箔である。さ
らにその歪により、メンブレン全体が破損するであろ
う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、シリコンウ
ェファーまたは銅の上に金属を沈着させ、次いで該金属
を酸化し、そして該シリコンまたは銅の一部分を除去す
ることによる、金属性マスクの製造に関する。これによ
って、シリコンに支持された金属酸化物メンブレンを残
す。本発明の一つの目的は、リソグラフィ用マスクの簡
単な製法を提供することであり、また他の目的は、歪が
なく高い寸法精度を保持するリソグラフィ用マスクの製
法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段、作用、及び効果】リソグ
ラフィ用マスクの一つの製法は、次ぎの工程より成る： （ａ）酸化に適する金属の層を、フレームとして使用す
べき基板（例えばシリコンウェファーまたは他の材料か
ら成る基板）の一つの表面に沈着させる。酸化可能な金
属はチタン、ジルコニウム、タンタル、アルミニウム、
ニオブなどである。最も好ましい酸化可能な金属はアル
ミニウムであり、軽くて、その上光透過性を有する緻密
な酸化物膜を、化学的処理や酸化によって、あるいは最
も好ましくは陽極酸化によって得ることができる。クロ
ム及び／または金もしくは他の金属の約５０オングスト
ロームの薄い中間層を設けて、接着を改良し、また工程
（ｃ）のエッチングを停止させる； （ｂ）酸化可能な金属を完全に酸化させて連続する薄膜
とし、緻密な酸化物を形成する； （ｃ）基板の背面の一部分を選択エッチングして、エッ
チングされた部分にメンブレンを形成する； （ｄ）基板がフレームとなって支持する前記メンブレン
の上にパターンを形成する。

【００１３】パターンの形成は、周知の方法、最も好ま
しくはフォトレジストによって行うことができる。

【００１４】こうして得られたリソグラフィ用マスク
は、歪がないので、マスク製造工程で応力が加えられて
も、精度を保持することができる。このマスクは容易に
製造することができ、周知の他の製法と極めて有利に競
争することができる。

【００１５】シリコン、チタン、ジルコニウム、アルミ
ニウム、ニオブなど、エッチングを行うことができる物
質を基板とすることができる。最も便利な基板の物質は
シリコンである。

【００１６】基板の背面をフォトレジストまたはワック
スのような保護被覆で被覆し、これを選択的に除去して
アルミニウム金属面から選択エッチング領域を露出させ
る。酸化アルミニウム面を損傷しないので、所望の領域
に酸化物メンブレンを得る。このエッチングは、周知の
反応剤溶液、例えばヒドラジン、または過酸化水素のよ
うな酸化剤を含むフッ化水素酸に浸漬して行う。ヒドラ
ジンは、アルミニウムの金属または酸化物を攻撃しない
ので、特に好ましい。アルミニウムの残留物は、周知の
反応剤溶液、例えば０．１〜６０重量％塩化第二水銀、
メタノールに溶解した臭素または臭化メチル、ヨウ化メ
チル、ハロゲン化アンモニウムによって最後に除去す
る。またこの除去は、一般に金属の電解研摩で使用され
る水溶液、例えば１０〜２０重量％炭酸ナトリウム、
２．５〜７．５重量％リン酸三ナトリウム、１０〜２０
重量％硫酸、４０〜６０重量％リン酸、または５〜１５
重量％クロム酸中で陽極的に溶解させて行うこともでき
る。当業者は、現場での利便性や利用可能性に応じて、
金属基板の選択的溶解に適当な溶液を選択できるであろ
う。

【００１７】緻密な酸化物を得るために、アルミニウム
の陽極酸化はｐＨ５〜８．５の水溶液または無水媒質中
で行う。陽極酸化中の電流は、厚み０．１〜１．５ミク
ロンの緻密な膜を得るのに十分な量とする。電圧は一般
に２０〜６００Ｖとし、陽極酸化を水溶液中で行う場合
には、２〜１０重量％ホウ酸アンモニウム溶液、クエン
酸アンモニウム、またはホウ砂が一般に好ましい。ま
た、プラズマ技法によって、この陽極酸化を行うことも
想い付くであろう。

【００１８】最後の工程において、パターンの形成はフ
ォトレジストによって、金、タングステン、チタン、タ
ンタルなどから選択された重金属のマスク材料を蒸着ま
たは電気メッキして行う。好ましい実施態様によると、
金の薄い下地層を付与することができる。この下地層
が、金を沈着させるときに、電気メッキの導電性膜面と
なる。この重金属によるマスク形成の場合、金の下地層
は必ずしも必要ではないが、次にマスク金属をエッチン
グするときに酸化物メンブレンを保護する役目もする。
またこの金の下地層は適当な選択エッチング技術を選択
することによって省略することができる。金の下地層は
蒸着によって得ることができ、その厚みは一般に１０〜
１０００オングストロームであろう。

【００１９】本発明のマスクは、実質的に応力がないの
で、歪に悩まされることがない。周知のようにマスクの
歪は、使用する吸収体の応力に直接関係する。本発明の
マスクでは、従来技術においてメンブレンとして示唆さ
れていたシリコンウェファーを、酸化アルミニウムまた
は他の酸化物のメンブレンのような硬い材料で置き換
え、よって歪がまったくなく、一方フレームは十分に剛
性であり、塑性変形しない。

【００２０】

【実施例】次の実施例は、本発明のリソグラフィ用マス
クを製造する他の方法を示すものである。この方法は、
厚み０．４ｍｍ、直径２”程度であることができるシリ
コンウェファーを用いて始める。図１では、工程１がア
ルミニウム層の陽極酸化工程の際に、ウェファー表面が
完全に酸化されることを示す。

【００２１】アルミニウム層は工程５において酸化アル
ミニウムに転化する。この状態における酸化アルミニウ
ムはまだシリコンウェファー基板上にとどまっている。
シリコンを除去して酸化アルミニウムメンブレンを付与
する必要がある。工程６において、シリコンの中央部を
除去する次の工程のためにワックスを除去したウェファ
ーを示す。

【００２２】工程７において、酸化アルミニウムまたは
酸化シリコンとは反応しないヒドラジンでエッチングし
て、シリコンを除去する。

【００２３】工程７の図は、シリコンリングで補強され
たアルミニウムメンブレンの完成した状態を示す。次
に、このメンブレン及びシリコンリング支持体は、酸化
アルミニウム上に残留しているアルミニウムがあれば、
臭素−メタノール溶液に浸漬してこれを除去する。

【００２４】本発明は、次の特定の好ましい実施例につ
いて説明するが、これらが本発明を限定するものと考え
てはならない。本発明は特許請求の範囲に含まれるすべ
ての変更、変型または均等物を含むことを意図するもの
である。

【００２５】例１ 直径５．１ｃｍ（２インチ）、厚み０．４ｍｍのシリコ
ンウェファーを厚み５０オングストロームのクロム、厚
み５０オングストロームの金、及び厚み３０００オング
ストロームのアルミニウムで被覆した。ウェファーの背
面をフォトレジストで被覆した後、前面のアルミニウム
を１％ホウ酸アンモニウム水溶液中で、１００ｍＡ／ｃ
ｍ^２の一定電流密度で１０秒間陽極酸化を行った。この
間に電圧は１５０ボルトに上昇した。

【００２６】ウェファーの背面に、直径２ｃｍの丸い開
口部を有するマスクを通して光を当て、そして写真技術
で現像して丸い開口部を露出させた。次にＨＦ−Ｈ_２Ｏ
_２−硝酸溶液中で約３０℃においてウェファーをエッチ
ングし、脱イオン水で洗浄した。この方法によって直径
２ｃｍ、厚み０．５μｍの緻密な丸い酸化アルミニウム
メンブレンを作製した。このメンブレンの上に、フォト
レジストによって金を沈着させる通常のリソグラフィに
よってパターンを形成した。蒸着した厚み１００オング
ストロームの金層の上に、厚み０．５μｍの金層を電気
メッキした。

【００２７】例２ 他の実験において、緻密な酸化アルミニウムメンブレン
を例１と同様にして作製した。しかし後のパターン形成
は、厚み１００オングストロームの金層の上に、厚み
０．５μｍのタングステンを蒸着した。次に最後の選択
エッチングは、パターン化されたフォトレジスト被覆に
よって、硝酸−フッ化水素酸の１：１混合物を用いて行
った。

【００２８】金層は、次のタングステンのエッチング中
に、メンブレンを保護するためである。

【００２９】例３ 直径５．１ｃｍ（２インチ）、厚み０．５ｍｍのシリコ
ンウェファーを、まず厚み０．３μｍのチタン層で被覆
し、次に一つの面をフォトレジストで被覆した。得られ
たディスクを、０．８％Ｈ_３ＰＯ_４水溶液中で、２００
ｍＡ／ｃｍ^２の一定電流密度で６秒間陽極酸化した。こ
の間に電圧は２４０Ｖに上昇した。

【００３０】次にウェファーの背面に、直径２ｃｍの丸
い開口部を有するマスクを通して露光し、この開口領域
を写真技術で露出させた。次にウェファーを、塩化アン
モニウムで飽和させたメタノール溶液中で１０Ｖで２０
分間陽極エッチングした。この方法によって、シリコン
リングに支持された厚み約０．５μｍの酸化チタンの連
続メンブレンを製造した。このメンブレン上のパターン
形成は例１と同様にして実施した。

【００３１】例４ 直径２．５ｃｍ（２インチ）、厚み０．６ｍｍのシリコ
ンウェファーの全面を酸化して、その上に酸化シリコン
層を形成した（図１、工程１）。この酸化シリコンで被
覆されたウェファーの上面と背面とに丸い開口をエッチ
ングして、この領域のシリコンを露出させた（図１、工
程２）。

【００３２】厚み３０００オングストロームのアルミニ
ウム層を、シリコンウェファーの一つの面に沈着させ
た。これによって酸化シリコン層で被覆されている周辺
のリング領域とともに、金属シリコンの領域もアルミニ
ウムで被覆した（図１、工程３）。

【００３３】アルミニウムを陽極酸化する前処理とし
て、アルミニウムの付いていない領域をワックスで被覆
した（図１、工程４）。

【００３４】アルミニウムを酸化アルミニウム（Ａｌ_２
Ｏ_３）に酸化した後に、背面のワックスを適当な溶剤で
除去した（図１、工程５、６）。

【００３５】ウェファーの背面から、酸化していないシ
リコンをヒドラジン溶液でエッチングして除去し、よっ
て酸化アルミニウムの背面を露出させることで薄いメン
ブレンを完成した（図１、工程７）。こうして作製した
酸化アルミニウムメンブレンは、酸化シリコンで被覆さ
れたシリコンリングから成る支持体で周りを囲まれてい
る。

【００３６】本発明による方法は、多くの種類のリソグ
ラフィに利用することができ、そしてＸ線やイオンビー
ム用に最も好ましいものである。

【００３７】パターン形成は、基板のエッチングの前、
あるいは酸化工程の前でさえも行うことができる。当業
者は、現場での利便性に応じて、適当な工程順序を選択
できるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコンリングによって補強された酸化アルミ
ニウムメンブレンを製造する方法の一つの実施態様の一
連の工程を示す断面図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）基板の表面の一部分を保護する工
   程、 （ｂ）前記表面の保護されていない部分の一部分に金属
   層を沈着させる工程、 （ｃ）前記金属層を陽極酸化によって酸化物へ転化する
   工程、 （ｄ）前記基板の背面をエッチングして、前記基板に支
   持された金属酸化物メンブレンを得る工程、の各工程か
   ら成る、リソグラフィ用マスクの製造方法。
2. 【請求項２】 前記基板を酸化することによって、前記
   表面の一部分を保護する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記金属がアルミニウムである、請求項
   １記載の方法。
4. 【請求項４】 前記基板がシリコンである、請求項１記
   載の方法。
5. 【請求項５】 前記基板が銅である、請求項１記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記銅が銅イオン含有アンモニアにより
   除去される、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）上に残
   留するアルミニウムを、臭素のメタノール溶液で除去す
   る工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 （ａ）シリコン基板の全表面を酸化し
   て、その表面に酸化シリコンの薄い層を形成する工程、 （ｂ）前記酸化シリコンで被覆された基板の上面及び背
   面に開口部をエッチングする工程、 （ｃ）前記シリコン基板の一つの面に、アルミニウムを
   沈着させて、前記酸化シリコンで被覆された面の部分
   と、前記酸化シリコンが除去された領域とを被覆する工
   程、 （ｄ）前記シリコン基板の他の面を、ワックスで被覆す
   る工程、 （ｅ）一つの面に沈着させた前記アルミニウムを陽極酸
   化して、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の層を作製す
   る工程、 （ｆ）前記ワックスを除去する工程、 （ｇ）前記酸化シリコン層で被覆されていない前記ウェ
   ファー面から、前記シリコンをエッチングで除去して、
   前記酸化アルミニウムのメンブレンを作製する工程、 （ｈ）前記メンブレンの上に、フォトレジストによって
   パターンを形成する工程、の各工程から成る、リソグラ
   フィ用マスクの製造方法。
9. 【請求項９】 前記エッチングを、０．１〜６０重量％
   塩化第二水銀、メタノール中の臭素または臭化メチル、
   ヨウ化メチル、及びハロゲン化アンモニウムより成る群
   から選択された溶液で行う、請求項８記載の方法。