JPH0656831B2 - リソグラフィー用マスク構造体の製造方法、及び薄膜の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はリソグラフィー用マスク構造体に関する。

［従来の技術］ Ｘ線リソグラフィーは、Ｘ線固有の直進性、非干渉性、
低回折性などに基づき、これまでの可視光や紫外光によ
るリソグラフィーより優れた多くの点を持っており、サ
ブミクロンリソグラフィーの有力な手段として注目され
つつある。

Ｘ線リソグラフィーは可視光や紫外光によるリソグラフ
ィーに比較して多くの優位点を持ちながらも、Ｘ線源の
パワー不足、レジストの低感度、アライメントの困難
さ、マスク材料の選定及び加工方法の困難さなどから、
生産性が低く、コストが高いという欠点があり、実用化
が遅れている。

その中でＸ線リソグラフィー用マスクを取上げてみる
と、可視光および紫外光リソグラフィーでは、マスク材
保持体（即ち光線透過体）としてガラス板および石英板
が利用されてきたが、Ｘ線リソグラフィーにおいては利
用できる光線の波長が１〜２００Åとされており、これ
までのガラス板や石英板はこのＸ線波長域での吸収が大
きく且つ厚さも１〜２ｍｍと厚くせざるを得ないためＸ
線を充分に透過させないので、これらはＸ線リソグラフ
ィー用マスク材保持体の材料としては不適である。

Ｘ線透過率は一般に物質の密度に依存するため、Ｘ線リ
ソグラフィー用マスク材保持体の材料として密度の低い
無機物や有機物が検討されつつある。この様な材料とし
ては、たとえばベリリウム（Ｂｅ）、チタン（Ｔｉ）、
ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）の単体およびそれらの化
合物などの無機物、またはポリイミド、ポリアミド、ポ
リエステル、パリレンなどの有機物が挙げられる。

これらの物質をＸ線リソグラフィー用マスク材保持体の
材料として実際に用いるためには、Ｘ線透過量をできる
だけ大きくするために薄膜化することが必要であり、無
機物の場合で数μｍ以下、有機物の場合で数十μｍ以下
の厚さに形成することが要求されている。このため、た
とえば無機物薄膜およびその複合膜からなるマスク材保
持薄膜の形成にあたっては、平面性に優れたシリコンウ
エハー上に蒸着などによって窒化シリコン、酸化シリコ
ン、窒化ボロン、炭化シリコンなどの薄膜を形成した後
にシリコンウエハーをエッチングによって除去するとい
う方法が提案されている。

一方、以上の様な保持薄膜上に保持されるＸ線リソグラ
フィー用マスク材（即ちＸ線吸収体）としては、一般に
密度の高い物質たとえば金、白金、タングステン、タン
タル、銅、ニッケルなどの薄膜望ましくは０．５〜１μ
ｍ厚の薄膜からなるものが好ましい。この様なマスク材
は、たとえば上記Ｘ線透過膜上に一様に上記高密度物質
の薄膜を形成した後、レジストを塗布し、該レジストに
電子ビーム、光などにより所望のパターン描画を行な
い、しかる後にエッチングなどの手段を用いて所望パタ
ーンに作成される。

しかして、以上の如き従来のＸ線リソグラフィーにおい
ては、マスク材保持薄膜のＸ線透過率が低く、このため
十分なＸ線透過量を得るためにはマスク材保持薄膜をか
なり薄くする必要があり、その製造が困難になるという
問題があった。

［発明の目的］ 本発明は、以上の様な従来技術に鑑み、Ｘ線透過性の良
好なマスク材保持薄膜を有するＸ線リソグラフィー用マ
スク構造体を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明によれば、以上の如き目的は、 基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、窒化アルミニウ
ムを主成分とする膜からなるか、または少なくとも窒化
アルミニウムを主成分とする積層膜からなるマスク保持
薄膜を形成する工程と、 該マスク保持薄膜の周辺部を保持するための環状保持基
板を設ける工程と、 を有してなるリソグラフィー用マスク構造体の製造方
法、 により達成される。

更に、本発明によれば、以上の如き目的は、 基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、窒化アルミニウ
ムを主成分とする膜からなるか、または少なくとも窒化
アルミニウムを主成分とする積層膜からなるマスク保持
薄膜を形成する工程と、 該マスク保持薄膜上に選択的にマスクを形成する工程
と、 該マスク保持薄膜の周辺部を保持するための環状保持基
板を設ける工程と、 を有してなるリソグラフィー用マスク構造体の製造方
法、 により達成される。

また、本発明によれば、 基板表面に、少なくともアルミニウム元素を含むガス及
び窒素元素を含むガスを用いてプラズマＣＶＤ法を施
し、該基板表面に窒化アルミニウムを主成分とする薄膜
を得ることを特徴とする、薄膜の作製方法、 が提供される。

［実施例］ 本発明における「窒化アルミニウムを主成分とする膜」
はプラズマＣＶＤ法により形成される。この「窒化アル
ミニウムを主成分とする膜」は窒化アルミニウムのみか
らなるものでもよいし、あるいは窒化アルミニウム中に
少量の他の元素または化合物を含有しているものでもよ
い。この様な少量の含有物質としてはプラズマＣＶＤ法
を行なう際のガス中の成分であるＨ，Ｎ，Ｃ，Ｏ等が例
示される。

本発明におけるマスク保持薄膜（マスク材保持薄膜）
は、「窒化アルミニウムを主成分とする膜」（以下、単
に「窒化アルミニウム膜」という）の単層からなるもの
でもよいし、あるいは窒化アルミニウム膜と他の無機物
膜及び／または有機物膜との積層膜からなるものでもよ
い。

積層膜を構成する無機物としては少なくとも膜形成性及
びＸ線透過性を有するものを使用することができる。こ
の様な無機物としては、たとえば窒化ボロン、窒化シリ
コン、酸化シリコン、炭化シリコン、チタン等が例示さ
れる。

積層膜を構成する有機物としては少なくとも膜形成性及
びＸ線透過性を有するものを使用することができる。こ
の様な有機物としては、たとえばポリイミド、ポリアミ
ド、ポリエステル、パレリン（商品名、ユニオンカーバ
イド社製）等が例示される。

積層膜は窒化アルミニウム膜と無機物膜及び／または有
機物膜との２層または３層からなるものであってもよい
し、または窒化アルミニウム膜と無機物膜及び／または
有機物膜との少なくとも一方を２層以上用いて全体とし
て３層以上からなるものとしてもよい。

本発明におけるマスク材保持薄膜の厚さは特に制限され
ることはなく適宜の厚さとすることができるが、たとえ
ば２〜２０μｍ程度とするのが有利である。

本発明のマスク構造体は上記のマスク材保持薄膜の周辺
部を適宜の環状保持基板で保持することにより得られ
る。この様な保持基板としてはたとえばガラス、シリコ
ン、石英、リン青銅、黄銅、鉄、ニッケル、ステンレス
等が例示できるが、これらに限定されることはない。

本発明のマスク構造体には、マスク保持薄膜上に薄膜状
のマスク材を付与したものも包含される。マスク材とし
てはたとえば金、白金、タングステン、タンタル、銅、
ニッケル等が例示されるが、これらに限定されることは
ない。マスク材は保持薄膜上に一面に付与されていても
よいし、あるいは所望のパターンにパターン化されてい
てもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１： 第１図（ａ）に示される様に、直径１０ｃｍの円形のシ
リコンウエハー１の片面上にＰＩＱ液（ポリイミド前駆
体，日立化成社製）をスピンコートした後、５０〜３５
０℃で４時間のキュアーを行なって１．５μｍ厚のポリ
イミド膜２を形成した。

次に、第１図（ｂ）に示される様に、該ポリイミド膜２
の形成されたシリコンウエハー１をプラズマＣＶＤ装置
（日電アネルバ社製）内にセットし、該シリコンウエハ
ー温度を２４０℃に保ち、トリエチルアルミニウム（Ａ
ｌ（ＣＨ_３）_３）を水素（Ｈ_２）ガスでバブリングしな
がらアンモニア（ＮＨ_３）ガス及び水素ガス中（ガス流
量各１１ＳＣＣＭ）で、１３．５６ＭＨｚ、４Ｗの高周
波電力で、約１Ｔｏｒｒの内圧にて、プラズマＣＶＤ法
によりポリイミド膜２上に約４μｍ厚の窒化アルミニウ
ム膜３を形成した。尚、この際の成膜速度は約２００Å
／ｍｉｎであり、所要時間は約３時間であった。

次に、第１図（ｃ）に示される様に、環状保持基板たる
リングフレーム（パイレックス製、内径７．５ｃｍ、外
径９ｃｍ、厚さ５ｍｍ）４の一面にエポキシ系接着剤５
を塗布し、該接着剤塗布面に上記窒化アルミニウム膜３
の面を接着した。

次に、第１図（ｄ）に示される様に、リングフレーム４
の外周に沿って窒化アルミニウム膜３及びポリイミド膜
２に切込みを入れた。

次に、第１図（ｅ）に示される様に、界面活性剤（アル
キルベンゼンスルホン酸ソーダ）添加水溶液中で超音波
を作用させて、シリコンウエハー１を分離、除去した。

次に、第１図（ｆ）に示される様に、ヒドラジン系溶剤
でポリイミド膜２を除去した。尚、この溶剤処理の際に
窒化アルミニウム膜３の保護のため該膜３上にタール系
塗料を塗布しておき、ポリイミド膜２を除去した後にア
セトンにより該タール系塗料層を除去した。

かくして、窒化アルミニウム膜３からなるマスク材保持
薄膜の周辺部が環状保持基板たるリングフレーム４によ
り保持されているＸ線リソグラフィー用マスク構造体を
得た。

本実施例において得られたマスク構造体の窒化アルミニ
ウム膜３にはピンホールが認められず、また内部応力が
小さいことが確認された。

実施例２： 実施例１において得られたマスク構造体のマスク材保持
薄膜である窒化アルミニウム膜３上にフォトレジストＣ
ＭＳ（クロロメチル化ポリスチレン，東洋ソーダ社製）
の層を約１μｍ厚に形成した。

次に、エレクトロンビーム描画装置を用いてマスクパタ
ーンの描画を行なった後に規定の処理を行ない、レジス
トパターンを得た。

次に、エレクトロンビーム蒸着機を用いて上記レジスト
パターン上にタンタル（Ｔａ）を０．５μｍ厚に蒸着し
た。

次に、リムーバーを用いてレジストを除去し、マスク材
たるタンタル膜パターンを得た。

かくして、タンタル膜パターンマスク材の形成されてい
る窒化アルミニウム膜からなるマスク材保持薄膜の周辺
部が環状保持基板たるリングフレームにより保持されて
いるＸ線リソグラフィー用マスク構造体を得た。

実施例３： 実施例１の工程においてポリイミド膜２を除去しないこ
とを除いて、実施例１と同様の工程を行なった。

かくして、窒化アルミニウム膜とポリイミド膜との積層
膜からなるマスク材保持薄膜の周辺部が環状保持基板た
るリングフレームにより保持されているＸ線リソグラフ
ィー用マスク構造体を得た。

本実施例において得られたマスク構造体のマスク材保持
薄膜である窒化アルミニウム膜とポリイミド膜との積層
膜にはピンホールが認められず、また内部応力が小さい
ことが確認された。

実施例４： 第２図（ａ）に示される様に、直径１０ｃｍの円形のシ
リコンウエハー１１の両面に１μｍ厚の酸化シリコン膜
１２を形成した。

次に、第２図（ｂ）に示される様に、シリコンウエハー
１１の片面側の酸化シリコン膜１２上にＰＩＱ液をスピ
ンコートした後に、５０〜３５０℃で４時間のキュアー
を行なって２μｍ厚のポリイミド膜１３を形成した。

次に、第２図（ｃ）に示される様に、酸化シリコン膜１
２及びポリイミド膜１３の形成されたシリコンウエハー
１１を実施例１で用いたプラズマＣＶＤ装置内にセット
し、該シリコンウエハー温度を２５０℃に保ち、三塩化
アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）を窒素（Ｎ_２）ガスでバブ
リングしながらアンモニアガス及び窒素ガス中（ガス流
量各１０ＳＣＣＭ）で、１３．５６ＭＨｚ、２０Ｗの高
周波電力で、約１Ｔｏｒｒの内圧にて、プラズマＣＶＤ
法によりポリイミド膜１３上に約３μｍ厚の窒化アルミ
ニウム膜１４を形成した。尚、この際の成膜速度は約３
０００Å／ｍｉｎであり、所要時間は約１０分であっ
た。

次に、第２図（ｄ）に示される様に、窒化アルミニウム
膜１４上に保護のためのタール系塗料層１５を形成し
た。

次に、第２図（ｅ）に示される様に、露出している酸化
シリコン膜１２の直径７．５ｃｍの円形の中央部分をフ
ッ化アンモニウムとフッ酸との混合液を用いて除去し
た。尚、この際、リング状に酸化シリコン膜１２を残す
ため、その部分に保護のためのアピエゾンワックス（シ
エル化学社製）の層１６を形成し、酸化シリコン膜の中
央部分を除去した後、該ワックス層１６を除去した。

次に、第２図（ｆ）に示される様に、３％フッ酸水溶液
中で電解エッチング（電流密度０．２Ａ／ｄm²）を行な
い、シリコンウエハー１１の露出している直径７．５ｃ
ｍの円形の中央部分を除去した。

次に、第２図（ｇ）に示される様に、フッ化アンモニウ
ムとフッ酸との混合液を用いて、露出部分の酸化シリコ
ン膜１２を除去した。

次に、第２図（ｈ）に示される様に、環状保持基板を構
成するリングフレーム（パイレックス製、内径７．５ｃ
ｍ、外径９ｃｍ、厚さ５ｍｍ）１７の一面にエポキシ系
接着剤１８を塗布し、該接着剤塗布面に上記シリコンウ
エハー１１のポリイミド膜１３及び窒化アルミニウム膜
１４形成面側と反対の面を接着し、アセトンでタール系
塗料層１５を除去した。

かくして、ポリイミド膜１３と窒化アルミニウム膜１４
との積層膜からなるマスク材保持薄膜の周辺部が環状保
持基板たるリングフレーム１７及びシリコンウエハー１
１により保持されているＸ線リソグラフィー用マスク構
造体を得た。

本実施例において得られたマスク構造体のマスク材保持
薄膜であるポリイミド膜１３と窒化アルミニウム膜１４
との積層膜にはピンホールが認められず、また内部応力
が小さいことが確認された。

実施例５： 実施例４と同様にして、シリコンウエハーの両面に酸化
シリコン膜を形成し、その片面にポリイミド膜及び窒化
アルミニウム膜を形成した。

次に、抵抗加熱蒸着機を用いて窒化アルミニウム膜上に
一様にマスク材たる０．５μｍ厚の金（Ａｕ）膜を形成
した。

次に、該金膜上に一様にフォトレジストＡＺ−１３５０
（シプレー社製）を０．５μｍ厚に塗布した。

次に、レジスト上にマスターマスクを密着せしめ遠紫外
光を用いてレジストの焼付を行なった後に規定の処理を
行ない、マスターマスクに対しポジ型のレジストパター
ンを得た。

次に、ヨウ素（Ｉ_２）系金エッチャントを使用して金膜
のエッチングを行ない、マスターマスクに対しポジ型の
マスク材たる金膜パターンを得た。

次に、ケトン系溶剤でレジストを除去した。

次に、金膜パターンの形成された窒化アルミニウム膜上
に保護のためのタール系塗料層を形成し、以下実施例４
と同様の工程を行なった。

かくして、金膜パターンマスク材の形成されているポリ
イミド膜と窒化アルミニウム膜との積層膜からなるマス
ク材保持薄膜の周辺部が環状保持基板たるリングフレー
ム及びシリコンウエハーにより保持されているＸ線リソ
グラフィー用マスク構造体を得た。

［発明の効果］ 以上の如き本発明によれば、マスク材保持薄膜の構成要
素として用いられる窒化アルミニウムはＸ線透過率及び
可視光線透過率が高く（１μｍ厚の光学濃度が約０．
１）、熱膨張率が低く（３〜４×１０^−６／℃）、熱伝
導率が高く、且つ成膜性が良好であるなどの特長を有す
るので、以下の様な効果が得られる。

（１）窒化アルミニウム膜はＸ線透過率が高く比較的厚
くしても比較的高いＸ線透過量が得られるので、マスク
材保持薄膜の製造を容易且つ良好に行なうことができ
る。

（２）窒化アルミニウム膜は成膜性が良好であるので極
めて薄い膜からなるマスク材保持薄膜を製造することが
でき、これによりＸ線透過量を高め焼付のスループット
を向上させることができる。

（３）窒化アルミニウム膜は可視光線の透過率が高いた
め、Ｘ線リソグラフィーにおいて可視光線を用いて目視
により容易且つ正確にアライメントができる。

（４）窒化アルミニウム膜の熱膨張係数はＸ線リソグラ
フィーにおけるシリコンウエハー焼付基板の熱膨張係数
（２〜３×１０^−６／℃）とほぼ同じ値であるから、極
めて高精度の焼付けが可能となる。

（５）窒化アルミニウム膜の熱伝導性が高いため、Ｘ線
照射による温度上昇を防止でき、特に真空中での焼付け
の際に効果が大である。

また、本発明においては窒化アルミニウム膜はプラズマ
ＣＶＤ法により形成されるのでピンホールがなく且つ内
部応力も小さい等膜特性が優れている。そして、該膜の
形成に当って高い成膜速度が得られるため、比較的短か
い時間で高品質のＸ線リソグラフィー用マスク構造体を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）及び第２図（ａ）〜（ｈ）はいづ
れも本発明によるＸ線リソグラフィー用マスク構造体の
製造工程を示す図である。 １，１１：シリコンウエハー ２，１３：ポリイミド膜 ３，１４：窒化アルミニウム膜 ４，１７：リングフレーム ５，１８：接着剤 １２：酸化シリコン膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、窒
   化アルミニウムを主成分とする膜からなるか、または少
   なくとも窒化アルミニウムを主成分とする積層膜からな
   るマスク保持薄膜を形成する工程と、 該マスク保持薄膜の周辺部を保持するための環状保持基
   板を設ける工程と、 を有してなるリソグラフィー用マスク構造体の製造方
   法。
2. 【請求項２】基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、窒
   化アルミニウムを主成分とする膜からなるか、または少
   なくとも窒化アルミニウムを主成分とする積層膜からな
   るマスク保持薄膜を形成する工程と、 該マスク保持薄膜上に選択的にマスクを形成する工程
   と、 該マスク保持薄膜の周辺部を保持するための環状保持基
   板を設ける工程と、 を有してなるリソグラフィー用マスク構造体の製造方
   法。
3. 【請求項３】前記選択的にマスクを形成する工程は、マ
   スク保持薄膜上にレジストパターンを形成し続いて該レ
   ジストパターン上にマスク材を薄膜状に付与した後、レ
   ジストを除去することによって行う、特許請求の範囲第
   ２項記載のリソグラフィー用マスク構造体の製造方法。
4. 【請求項４】前記選択的にマスクを形成する工程は、マ
   スク保持薄膜上一面に薄膜状にマスク材を付与し続いて
   該マスク保持薄膜上一面に付与された薄膜状のマスク材
   上にレジストパターンを形成した後、該レジストパター
   ンを介して前記マスク材をエッチングすることによって
   行う、特許請求の範囲第２項記載のリソグラフィー用マ
   スク構造体の製造方法。
5. 【請求項５】基板表面に、少なくともアルミニウム元素
   を含むガス及び窒素元素を含むガスを用いてプラズマＣ
   ＶＤ法を施し、該基板表面に窒化アルミニウムを主成分
   とする薄膜を得ることを特徴とする、薄膜の作製方法。