JPH0738372B2 - パタンの形成方法 - Google Patents
パタンの形成方法Info
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- JPH0738372B2 JPH0738372B2 JP23261785A JP23261785A JPH0738372B2 JP H0738372 B2 JPH0738372 B2 JP H0738372B2 JP 23261785 A JP23261785 A JP 23261785A JP 23261785 A JP23261785 A JP 23261785A JP H0738372 B2 JPH0738372 B2 JP H0738372B2
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Landscapes
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体素子，磁気バブル素子，回析格子な
どのパタンを、マスクを用いて形成するパタンの形成方
法に関するものである。
どのパタンを、マスクを用いて形成するパタンの形成方
法に関するものである。
従来のパタン形成法としては、光（紫外線、遠紫外線
等）を光源とするフォトリソグラフィおよび軟Ｘ線を用
いるＸ線リソグラフィなどがある。これらのリソグラフ
ィ技術の原理を、第４図に模式的に示す。すなわち、半
導体エウハなど基板１上に形成した光あるいはＸ線に感
光する膜、例えば、レジスト膜（以下、簡単のために感
光膜の例としてレジスト膜を用いた場合につき説明す
る）に、マスク３を通して光あるいはＸ線４で露光する
ことにより、マスク３のパタン６を転写するものであ
る。ここで、従来用いられているマスク３は、光あるい
はＸ線の透過率の高いマスク基板５上に、光あるいはＸ
線に大して不透明となる厚さ、材質（吸収体と称する）
によりパタン６を形成した構造となっている。すなわ
ち、マスク３に入射した光あるいはＸ線のうち、吸収体
のない部分に入射したもののみがマスク３を透過してレ
ジスト膜２の面に到達し、パタン６が転写されることと
なる。
等）を光源とするフォトリソグラフィおよび軟Ｘ線を用
いるＸ線リソグラフィなどがある。これらのリソグラフ
ィ技術の原理を、第４図に模式的に示す。すなわち、半
導体エウハなど基板１上に形成した光あるいはＸ線に感
光する膜、例えば、レジスト膜（以下、簡単のために感
光膜の例としてレジスト膜を用いた場合につき説明す
る）に、マスク３を通して光あるいはＸ線４で露光する
ことにより、マスク３のパタン６を転写するものであ
る。ここで、従来用いられているマスク３は、光あるい
はＸ線の透過率の高いマスク基板５上に、光あるいはＸ
線に大して不透明となる厚さ、材質（吸収体と称する）
によりパタン６を形成した構造となっている。すなわ
ち、マスク３に入射した光あるいはＸ線のうち、吸収体
のない部分に入射したもののみがマスク３を透過してレ
ジスト膜２の面に到達し、パタン６が転写されることと
なる。
このようなパタンの転写方法においては、回析現象の影
響を受けることが避けられない。すなわち、本来、露光
されないはずの、吸収体部分に対向したレジスト膜２の
部分にも光もしくはＸ線が回析してきて露光効果をおよ
ぼし、その結果、解像度が低下する。近接露光方式の場
合、回析の影響はマスク３とレジスト膜２との間の距離
ｇを小さくすれば低減することができる。しかし、距離
ｇは、アライメントのための相互の移動や、マスク３の
汚染や破損からの保護のため、少なくとも10μｍ以上、
実用的には数10μｍ必要である。また、マスク３のパタ
ンの微細加工技術の限界によっても、転写し得るパタン
の寸法が制限される。
響を受けることが避けられない。すなわち、本来、露光
されないはずの、吸収体部分に対向したレジスト膜２の
部分にも光もしくはＸ線が回析してきて露光効果をおよ
ぼし、その結果、解像度が低下する。近接露光方式の場
合、回析の影響はマスク３とレジスト膜２との間の距離
ｇを小さくすれば低減することができる。しかし、距離
ｇは、アライメントのための相互の移動や、マスク３の
汚染や破損からの保護のため、少なくとも10μｍ以上、
実用的には数10μｍ必要である。また、マスク３のパタ
ンの微細加工技術の限界によっても、転写し得るパタン
の寸法が制限される。
このため、転写し得るパタンの最小寸法は、フォトリソ
グラフィにおいては0.4μｍ前後、Ｘ線リソグラフィに
おいては、リソグラフィ用線源として最も優れていると
考えられているシンクロトロン放射光を用いた場合でも
0.1μｍ程度が限度となる。
グラフィにおいては0.4μｍ前後、Ｘ線リソグラフィに
おいては、リソグラフィ用線源として最も優れていると
考えられているシンクロトロン放射光を用いた場合でも
0.1μｍ程度が限度となる。
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、従来の技術とは異なる原理に基づくマスクを用いる
ことにより、回析により解像度が制限されることのな
い、超微細パタンを転写するパタンの形成方法を得るこ
とを目的とする。
で、従来の技術とは異なる原理に基づくマスクを用いる
ことにより、回析により解像度が制限されることのな
い、超微細パタンを転写するパタンの形成方法を得るこ
とを目的とする。
この発明のパタン形成方法は透過する光あるいは透過す
るＸ線の振幅が等しく、位相差がπもしくはその奇数倍
となるような２種類の膜をマスク面内で隣合わせに配置
することによりマスクを構成し、このマスクを通して光
あるいはＸ線を露光して、位相差に起因して前記２種類
の膜の境界部分に対応した試料面上の箇所に生ずる強度
分布に対応したパタンを、光あるいはＸ線に感光する膜
に形成せしめるものである。
るＸ線の振幅が等しく、位相差がπもしくはその奇数倍
となるような２種類の膜をマスク面内で隣合わせに配置
することによりマスクを構成し、このマスクを通して光
あるいはＸ線を露光して、位相差に起因して前記２種類
の膜の境界部分に対応した試料面上の箇所に生ずる強度
分布に対応したパタンを、光あるいはＸ線に感光する膜
に形成せしめるものである。
この発明においては、透過する光あるいは透過するＸ線
の振幅が等しく位相差がπもしくはその奇数倍となるよ
うな２種類の膜によりマスクを形成したので、マスクと
レジスト膜との距離やマスクパタンの微細加工技術の限
界などに関係なく波長の程度までの高解像度が得られる
ため超微細パタンが形成できる。
の振幅が等しく位相差がπもしくはその奇数倍となるよ
うな２種類の膜によりマスクを形成したので、マスクと
レジスト膜との距離やマスクパタンの微細加工技術の限
界などに関係なく波長の程度までの高解像度が得られる
ため超微細パタンが形成できる。
第１図（ａ）〜（ｃ）はこの発明の原理を示す断面図で
ある。
ある。
まず、第１図（ａ）に示すように、異なる物質からなる
マスクパタンの構成物質（以下単に構成物質という）7,
8が等しい幅で隣り合うマスク３の構造において、構成
物質7,8のそれぞれの部分からの透過波（光もしくはＸ
線）が振幅は互いに等しく、一方、位相はπもしくはそ
の奇数倍異なるという条件が満足されていると、最終的
にレジスト膜２面上で得られる強度分布は第１図（ｂ）
のようになる。すなわち、構成物質7,8それぞれの部分
を透過して構成物質7,8との境界に対応したレジスト膜
２上の各点X1,X2,X3,……に到達する光もしくはＸ線
は、位相差がπもしくはその奇数倍であるため互いに打
ち消し合い、その結果、強度が零になる。このような現
象は、マスク３とレジスト膜２との間の距離ｇやパタン
寸法（第１図の場合には構成物質7,8の幅）とは無関係
である。
マスクパタンの構成物質（以下単に構成物質という）7,
8が等しい幅で隣り合うマスク３の構造において、構成
物質7,8のそれぞれの部分からの透過波（光もしくはＸ
線）が振幅は互いに等しく、一方、位相はπもしくはそ
の奇数倍異なるという条件が満足されていると、最終的
にレジスト膜２面上で得られる強度分布は第１図（ｂ）
のようになる。すなわち、構成物質7,8それぞれの部分
を透過して構成物質7,8との境界に対応したレジスト膜
２上の各点X1,X2,X3,……に到達する光もしくはＸ線
は、位相差がπもしくはその奇数倍であるため互いに打
ち消し合い、その結果、強度が零になる。このような現
象は、マスク３とレジスト膜２との間の距離ｇやパタン
寸法（第１図の場合には構成物質7,8の幅）とは無関係
である。
したがって、従来の技術におけるような、距離ｇの増加
による解像度の低下や、回析による解像度の制限がな
く、理論的な解析によれば波長の程度までの高解像度が
可能である。
による解像度の低下や、回析による解像度の制限がな
く、理論的な解析によれば波長の程度までの高解像度が
可能である。
マスク３の構造は、第１図（ａ）に示したもののみに制
限されるわけではなく、第１図（ｃ）に示すように機械
的強度を増すために一様な厚さのマスク基板10を付した
場合でも、前記の振幅と位相差に関する条件が満足され
ていれば同様な効果が得られる。また、極微細構造にお
ける物理や先端的デバイスの研究・開発などにおいて
は、必ずしも周期的でない構造が必要となる場合がある
が、このような場合でも、第１図（ｄ）に示すような構
造とし、構成物質７と８から透過波において前記の振幅
と位相差に関する条件が満足されていれば、両者の境界
部分に対応する位置で強度が最小となり、同様な効果が
得られる。
限されるわけではなく、第１図（ｃ）に示すように機械
的強度を増すために一様な厚さのマスク基板10を付した
場合でも、前記の振幅と位相差に関する条件が満足され
ていれば同様な効果が得られる。また、極微細構造にお
ける物理や先端的デバイスの研究・開発などにおいて
は、必ずしも周期的でない構造が必要となる場合がある
が、このような場合でも、第１図（ｄ）に示すような構
造とし、構成物質７と８から透過波において前記の振幅
と位相差に関する条件が満足されていれば、両者の境界
部分に対応する位置で強度が最小となり、同様な効果が
得られる。
第１図に示した構成物質7,8のパタン部分の材質と厚さ
は、以下の考察に基づいて決めることができる。
は、以下の考察に基づいて決めることができる。
まず、２つの物質ａおよびｂにおける透過波の振幅が等
しくなるための条件は、 taμａ＝tbμｂ ……（１） ここで、t,μは厚さおよび減衰係数であり添字a,bはそ
れぞれの物質に属することを示す（以下の記述において
もおなじ意味で添字a,bを用いる）。一方、位相差がπ
になる条件は、 ２｛（na−ａ）ta−（nb−１）tb｝／λ＝１……（２） ここで、ｎは屈折率、λは波長である。以上の２式を同
時に満足し、かつ、ta,tbがマスク製作上現実的な値と
なるような物質a,bの組み合わせを選択すればよい。
しくなるための条件は、 taμａ＝tbμｂ ……（１） ここで、t,μは厚さおよび減衰係数であり添字a,bはそ
れぞれの物質に属することを示す（以下の記述において
もおなじ意味で添字a,bを用いる）。一方、位相差がπ
になる条件は、 ２｛（na−ａ）ta−（nb−１）tb｝／λ＝１……（２） ここで、ｎは屈折率、λは波長である。以上の２式を同
時に満足し、かつ、ta,tbがマスク製作上現実的な値と
なるような物質a,bの組み合わせを選択すればよい。
次に、この発明の一実施例として、窒化シリコンと金膜
の組み合わせを例にとって以下に説明する。前記の条件
を満足させるためには、λ＝1nmのとき、窒化シリコン
および金の膜厚は各々2.37μm,0.16μｍであればよい。
このようなマスク３は、第２図に示す方法により製作す
ることができる。まず、従来のＸ線マスクの製作に用い
られているのと同様な方法により、第２図（ａ）に示す
構造のものを作成する。ここで、11はシリコンウエハな
どの基板、10は窒化シリコン，窒化ボロン，ポリイミド
などの膜よりなるマスク基板、12は金などの薄い金属
膜、13はパタンを形成する厚さ2.37μｍの窒化シリコン
膜であり、集束イオンビームによる直接加工、あるい
は、光，電子,X線などを用いたリソグラフィ技術により
形成したレジストパタンをマスクとして反応性イオンエ
ッチングなどの加工を行うことにより、開孔部13aを形
成する。この開孔部13aを通してめつきなどの方法によ
り金膜14を0.16μｍの厚さに堆積させ、さらに、基板11
を裏側からエッチングなどにより除去することにより、
第２図（ｂ）に示すような構造のマスク３を得ることが
できる。ここで、金属膜12およびマスク基板10は、パタ
ンを構成する窒化シリコン膜13と金属14部分とにおける
透過波の位相差には関係しない。従って、各々の厚さ
は、金属14の付着性の向上および機械的強度の増加とい
う各々の目的に適合する範囲で自由に選ぶことができ
る。
の組み合わせを例にとって以下に説明する。前記の条件
を満足させるためには、λ＝1nmのとき、窒化シリコン
および金の膜厚は各々2.37μm,0.16μｍであればよい。
このようなマスク３は、第２図に示す方法により製作す
ることができる。まず、従来のＸ線マスクの製作に用い
られているのと同様な方法により、第２図（ａ）に示す
構造のものを作成する。ここで、11はシリコンウエハな
どの基板、10は窒化シリコン，窒化ボロン，ポリイミド
などの膜よりなるマスク基板、12は金などの薄い金属
膜、13はパタンを形成する厚さ2.37μｍの窒化シリコン
膜であり、集束イオンビームによる直接加工、あるい
は、光，電子,X線などを用いたリソグラフィ技術により
形成したレジストパタンをマスクとして反応性イオンエ
ッチングなどの加工を行うことにより、開孔部13aを形
成する。この開孔部13aを通してめつきなどの方法によ
り金膜14を0.16μｍの厚さに堆積させ、さらに、基板11
を裏側からエッチングなどにより除去することにより、
第２図（ｂ）に示すような構造のマスク３を得ることが
できる。ここで、金属膜12およびマスク基板10は、パタ
ンを構成する窒化シリコン膜13と金属14部分とにおける
透過波の位相差には関係しない。従って、各々の厚さ
は、金属14の付着性の向上および機械的強度の増加とい
う各々の目的に適合する範囲で自由に選ぶことができ
る。
この発明の第二の実施例として、アルミニウム（Al）と
ポリメチルメタクリレート（PMMA）の組み合わせの場合
について第３図（ａ）〜（ｃ）に示す断面図で説明す
る。波長が1.5nmであるとき、振幅と位相差に関する前
記の条件を満足させるためのそれぞれの膜厚は、Al膜が
2.16μm,PMMA膜が2.07μｍである。このようなマスク３
は、第３図に示す方法により、製作することができる。
ポリメチルメタクリレート（PMMA）の組み合わせの場合
について第３図（ａ）〜（ｃ）に示す断面図で説明す
る。波長が1.5nmであるとき、振幅と位相差に関する前
記の条件を満足させるためのそれぞれの膜厚は、Al膜が
2.16μm,PMMA膜が2.07μｍである。このようなマスク３
は、第３図に示す方法により、製作することができる。
まず、第２図に関して述べたと同様な方法により、開孔
部を有する厚さ2.16μｍ以上のPMMA膜15を形成し、この
開孔部にAl膜16を2.16μｍの厚さに堆積させ、第３図
（ａ）に示すような構造とする。あるいは、開孔部を有
する厚さ2.16μｍのAl膜16を形成し、この上にPMMAの溶
液を回転塗布するなどの方法により、表面がほぼ平坦と
なるようなPMMA膜15を形成して、第３図（ｂ）に示すよ
うな構造とする。第３図（ａ）あるいは（ｂ）に示す構
造のものに対して、Al膜16をほとんどエッチングするこ
とのない酸素などのガスを用いたプラズマエッチング、
または反応性イオンエッチングなどを行って、PMMA膜15
の膜厚を2.07μｍまで減少させ、さらに基板11を裏面か
らエッチングなどによって除去することにより、第３図
（ｃ）に示すように所期の構造を有するマスクを得るこ
とができる。
部を有する厚さ2.16μｍ以上のPMMA膜15を形成し、この
開孔部にAl膜16を2.16μｍの厚さに堆積させ、第３図
（ａ）に示すような構造とする。あるいは、開孔部を有
する厚さ2.16μｍのAl膜16を形成し、この上にPMMAの溶
液を回転塗布するなどの方法により、表面がほぼ平坦と
なるようなPMMA膜15を形成して、第３図（ｂ）に示すよ
うな構造とする。第３図（ａ）あるいは（ｂ）に示す構
造のものに対して、Al膜16をほとんどエッチングするこ
とのない酸素などのガスを用いたプラズマエッチング、
または反応性イオンエッチングなどを行って、PMMA膜15
の膜厚を2.07μｍまで減少させ、さらに基板11を裏面か
らエッチングなどによって除去することにより、第３図
（ｃ）に示すように所期の構造を有するマスクを得るこ
とができる。
前記の透過する光あるいは透過するＸ線の振幅および位
相差に関する条件は必ずしも厳密に満足されていなくと
もよい。
相差に関する条件は必ずしも厳密に満足されていなくと
もよい。
上記の実施例についての理論的検討の結果によれば、各
マスク構成物質の膜厚は±10％程度の誤差があっても、
レジストに転写されるパタンにはほとんど影響がない。
また実施例に示した膜厚，物質の組み合わせ、およびマ
スクの製作法は、可能な選択の一部であり、この発明が
これらに制限されるものではない。
マスク構成物質の膜厚は±10％程度の誤差があっても、
レジストに転写されるパタンにはほとんど影響がない。
また実施例に示した膜厚，物質の組み合わせ、およびマ
スクの製作法は、可能な選択の一部であり、この発明が
これらに制限されるものではない。
以上説明したようにこの発明は、透過する光あるいは透
過するＸ線の振幅が等しく、位相差がπもしくはその奇
数倍となるような２種類の膜によりマスクを構成し、こ
のマスクを通して光あるいはＸ線で露光して、位相差に
起因して生ずる強度分布に対応したパタンを、光あるい
はＸ線に感光する膜に形成せしめたので、従来技術にお
けるような回析現象やマスクパタンの微細加工技術の限
界などによる解像度の制限がなく、原理的には波長と同
程度の寸法までの超微細パタンの形成が可能である。
過するＸ線の振幅が等しく、位相差がπもしくはその奇
数倍となるような２種類の膜によりマスクを構成し、こ
のマスクを通して光あるいはＸ線で露光して、位相差に
起因して生ずる強度分布に対応したパタンを、光あるい
はＸ線に感光する膜に形成せしめたので、従来技術にお
けるような回析現象やマスクパタンの微細加工技術の限
界などによる解像度の制限がなく、原理的には波長と同
程度の寸法までの超微細パタンの形成が可能である。
また、マスク３とウエハ間の距離は、形成パタンに影響
することがないので、従来技術におけるように、この距
離を限界まで近づけたり、精密に制御したりする必要が
ない。したがって、マスクやウエハの保持、それらの移
動機構、位置合わせ機構などの装置構成が、その分余裕
ができ、単純化することができる等の利点を有する。
することがないので、従来技術におけるように、この距
離を限界まで近づけたり、精密に制御したりする必要が
ない。したがって、マスクやウエハの保持、それらの移
動機構、位置合わせ機構などの装置構成が、その分余裕
ができ、単純化することができる等の利点を有する。
第１図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の原理を示す断面図、
第２図（ａ），（ｂ）はこの発明の一実施例を示す断面
図、第３図（ａ）〜（ｃ）はこの発明の第二の実施例を
示す断面図、第４図は従来のパタン形成法の一例を示す
断面図である。 図中、３はマスク、7,8はマスクパタンの構成物質、９
は吸収体、10はマスク基板、11は基板、12は金属膜、13
は窒化シリコン膜、13aは開孔部、14は金膜、15はPMMA
膜、16はAl膜である。
第２図（ａ），（ｂ）はこの発明の一実施例を示す断面
図、第３図（ａ）〜（ｃ）はこの発明の第二の実施例を
示す断面図、第４図は従来のパタン形成法の一例を示す
断面図である。 図中、３はマスク、7,8はマスクパタンの構成物質、９
は吸収体、10はマスク基板、11は基板、12は金属膜、13
は窒化シリコン膜、13aは開孔部、14は金膜、15はPMMA
膜、16はAl膜である。
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 拓宋 神奈川県横浜市緑区長津田4259 東京工業 大学総合理工学研究科内 (56)参考文献 特開 昭58−173744（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光リソグラフィあるいはＸ線リソグラフィ
用のマスクを、屈折率と厚さの両方もしくはそのいずれ
かが互いに異なる２種類の第1,第２の膜がマスク面内で
相隣り合って配置された構造を少なくとも一対有し、か
つ前記第１の膜および第２の膜おのおのからの光あるい
はＸ線の透過波において振幅が互いに等しく位相の差が
πまたはその奇数倍となるように構成し、パタンを転写
すべき試料面上に前記第１の膜と第２の膜との境界部分
に対応した箇所で前記第１の膜と第２の膜からの透過波
が干渉して強度が最小となるような光あるいはＸ線の強
度分布を生じせしめ、これを前記試料面上にあらかじめ
形成しておいた光あるいはＸ線に感光する膜に露光する
ことにより、前記光あるいはＸ線の強度分布に対応した
パタンを形成することを特徴とするパタンの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23261785A JPH0738372B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | パタンの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23261785A JPH0738372B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | パタンの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6292438A JPS6292438A (ja) | 1987-04-27 |
| JPH0738372B2 true JPH0738372B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=16942134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23261785A Expired - Lifetime JPH0738372B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | パタンの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738372B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2786693B2 (ja) * | 1989-10-02 | 1998-08-13 | 株式会社日立製作所 | マスクの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1985
- 1985-10-18 JP JP23261785A patent/JPH0738372B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6292438A (ja) | 1987-04-27 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |