JPS5816612B2 - 電子像投射マスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子像投射マスク、その製造方法及び斯る電子
像投射マスクを用いて半導体装置を製造する方法に関す
るものである。

電子像投射マスクは、例えば集積回路、磁気バルブ回路
、その他ミクロン以下の微細構造を必要とする装置の製
造においてシリコン、その他の基板に微細構造を有する
大きなパターンをマスクするのに好適である。

米国特許第３６７９４９７号明細書、ｒｓｏｌｉｄ ５
ｔａｔｅ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪＶｏｌ。

１２（１９６９）ｐｐ８４１−８４８のＴ、Ｗ、 Ｏ’
Ｋｅ ｅ ｆ ｅ 。

Ｊ、Ｖｉｎｅ及びＲ，Ｍ、 Ｈａｎｄｙの論文＋ ｒＪ
ｏｕｒｎａｌｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓＪＶｏｌ 、４６、
Ａ （１９７５年２月）ｐｐ６４１−６６４のＪ、Ｐ、
５ｃｏｔｔの論文及び「Ｐｒｏｃ−ｅｅｄｉｎｇｅ
ｏｆ ５ｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ
−ｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｎｄ
Ｉｏｎ Ｂｅａｍ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ（電子及びイオンビーム科学及び技術の第
６回国際会義会報）」（電子化学学会） ｐｐ１２３−
１３６において、所望の電子像に相当するマスクの窓を
通して照射されたホトカソードからの電子像を投射する
方法が検討されている。

半導体装置の製造にこのような電子像投射技術を用いる
場合には、装置の種々の領域を得るために種々の電子ビ
ームパターンの選択的露出を順次に行ない、半導体ウェ
ファの種々の部分を通常種種の領域にわたって順次に処
理する必要がある。

これら多数の露出に用いる各マスクは半導体ウェファに
対し正しく整列させる必要があり、これは各マスクを半
導体ウェファの表面上の基準マーカと整列させることに
よって達成することができる。

このマーカは電子ビームで識別することができ、マーカ
から得た信号を用いてマスクのマーカに対する位置を補
正することができる（例えば米国特許第３７１０１０１
号、第３７１５２４２号及び第３８３２５６１号明細書
、及びｒ １． Ｅ、 Ｅ、 Ｅ。

ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄ
ｅｖｉｃｅｓＪＶｏ ｌ Ｅｌ）−２江７ （］、 ９
７５年７月）第４０９−４１３頁のＪ、 Ｐ、 ５ｃｏ
ｔ ｔの論文参照）。

電子像投射を用いるときに生ずる問題は、パターンにお
ける高い平均透過率を有する区域（例えば磁気バブル回
路パターンにおけるシェブロンアレイに相当する区域）
がパターンにおける低い平均透過率を有する区域（例え
ば磁気バルブ回路パターンにおけるＴ−バーアレイに相
当する区域）に対し過剰に露出されることであった。

この過乗露出は「Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、 Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ 、 ＪＶｏｌ 、 １２（１９７５）第１２７１頁
に記載されているように“近接効果“のためであり、こ
れは逆即ち戻り散乱電子によって生ずる。

即ち、入射電子の１部が基板、例えば半導体ウェファか
ら逆方向に散乱されてウェファ上のレジスト層を再び通
過する結果、露光されるレジスト層部分が所望の太きさ
より大きくなって、形成されるパターンに歪みを生じ、
この効果は特にパターンの寸法が小さいときに大きくな
る。

本発明の目的は戻り散乱電子の作用を緩和して、電子像
投射マスクにより作製される電子レジストパターンの欠
点を除去せんとするにある。

本発明電子像投射マスクは、不透明マスクパターｌｌＪ
′″匡（Ｙ）つ４Ｌ／一刀】り勺石玉１仄ｄ１ソノ、囚
りノし−ｆ−−ハノ Ｃ１前記マスクパターン上及びマ
スクパターンの孔内の露出基板領域上を覆う透明被膜と
、該透明被膜上を延在すると共に前記不透明マスクパタ
ーンの孔に対応するパターンを有する金属像とで構成し
、該金属像の光学濃度は前記マスクの孔の平均光透過率
を、前記金属像かない場合における前記孔の平均光透過
率の２５〜８０％に減少するような値としたことを特徴
とする。

本発明電子像投射マスクは、透明基板上に不透明マスク
パターンを形成し、次いで該不透明マスクパターン上及
びそのマスク孔内の露出基板領域上を覆う透明被膜を形
成し、ここでこの透明被膜の少くとも表面層には、露光
時に、Ｃｕ及び／又はＨｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ又はＡｕ
をそれぞれの塩の水溶液から堆積し得る光反応生成物を
形成し得る光感応化合物を含有させ、次いでこの透明被
膜を拡散光源から前記不透明マスクパターンを通して露
光し、この露光した被膜をＣｕ及び／又はＨｇ ＋Ｐ
ｄ ＋ Ｐ ｔ ＋ Ａ ｇ又はＡｕの塩の水溶液と接
触させて当該金属の原子核の潜像を形成し、最後に潜像
を物理的に現像して前記マスクの孔の平均光透過率を、
前記金属像のないＷ合における前記孔の平均透過率の２
５〜８０％に減少する金属像を形成することにより製造
することができる。

ここで「透明基板」とは、例えばガラス、融解シリカ又
は合成サファイヤから成る透明無機基板である。

透明被膜内の光感応化合物を拡散光源を用いて露光する
ことにより、不透明材料の被覆率の低い（例えば５％）
区域（例えば磁気バブル回路のＴ−バー構造部）を有す
るマスクパターン又は不透明材料の被覆率の高い（例え
ば５０％）区域（例えば磁気バブル回路のシェブロンア
レイ部）を有するマスクパターンに対しても露光は１回
で済むことを確かめた。

本発明方法で製造したマスクは、例えば特願昭５１−１
１９０５１号（特開昭５２−５９５８３号）に記載され
た方法を用いて半導体装置を製造するのに用いることが
できる。

本発明電子像投射マスクの透明被膜の厚さは、電子像投
射マスクにより発生された電子が照射される電子感応レ
ジスト膜を支持する基板からの戻り散乱電子の距離によ
り決める。

この透明被膜の厚さは戻り散乱電子の距離の±５０係と
する必要がある。

これがため、マスクをシリコン基板に対し用いる必要が
ある場合には、戻り散乱電子の距離は１〜２μｍであり
、透明被膜は０．５〜３μｍの厚さとする。

タンタル基板の場合には戻り散乱電子の距離は０．１〜
０．２μｍであり、透明被膜の厚さは０．００５〜０．
３ ｐｍとする。

図面につき本発明を説明する。

図に示す種々の層の厚さは孔の幅に対し正しい比例関係
で示してない点に注意されたい。

厚さ１０００人のクロム層２がスパッタリングにより堆
積された融解シリカ円板１（直径６５舅も厚さ２朋）を
厚さ０．３μｍのポリメチルメタクリレートポジティブ
電子感応レジスト膜３で被覆する。

このレジスト膜３を「１． Ｂ、 Ｅ、 Ｅ、 Ｔｒａ
ｎｓ ａｃ−ｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄ
ｅｖｉｃｅｓＪＶｏｌ、ＥＤ２２Ａ７（Ｊｕｌｙ １９
７５）ｐｐ３７６−３８４にＪ、Ｐ、Ｂｅ−ａｓｌｙ及
びＲ，Ｇ、５ｑｕｉｒｅにより記載されている電子ビー
ムマスク製造装置を用いて所望のパターンに従って電子
で照射する（第１図）。

照射されたレジスト膜を９５容積部のプロパノ−ルー２
と５容積部の水との混合液中で２０℃の温度で３分間現
像し、このように現像したホトレジスト膜を第２図に示
す。

次いでクロム層の露出領域を、２０容積部の塩素、２容
積部の酸素及び７８容積部のヘリウムの５×１Ｏ−ｌト
ル混合雰囲気を用いて１２分間プラズムエッチングし、
このようにエツチングされたマスクパターン２ａを第３
図に示す。

次いで、電子感応レジスト膜の非照射領域３ａを冷発煙
硝酸中に浸して除去する（第４図）。

マスクパターン２ａ上及び円板１の露出領域上を覆う厚
さ５μｍのセルロースアセトブチレート層４を、メチル
・グリコール・アセテート、エタノール及びアセトン（
２：ｌ：１容積部）の混合液中に１５％重量部のテナイ
ト（Ｔｅ ｎ ｉ ｔ ｅ） ２．２３６Ａを溶解した
溶液を４２５０ｒｐｍ、で３０秒間回転塗布して形成す
る（第５図）。

テナイｌ−２，２３６Ａはイーストマン・ケミカル・プ
ロダクツのセルロール・アセトブチレート注入成形生成
物の商品名である。

層４を１２０°Ｃの空気中で１時間乾燥させ、厚さは５
μｍとする。

円板１を、メタノールと水の８：２容積部混合液中に６
．５重量％の水酸化カリウムを溶解した溶液中に浸し、
ゆり動かして層４をけん化する。

次いで基板１を水中でゆすぐ。

円板１をまだぬれている間にプロパノ−ルー１中に１分
間浸し、この処理を新しいプロパノ−ルー１中で２回く
り返す。

次いで円板１を３．５ジクロル−４ジメチルアミノベン
ゼンジアゾ−ｔブチルサレファイドをプロパノ−ルーｌ
中に溶解した０、１モル／リットル溶液中に３分間浸し
てけん化した部分５を感光性とする。

次いで感光層５ａを支持する円板１（第７図）を溶液か
ら取り出し４０００ ｒｐｍ−で３θ秒間回転させて乾
燥させる。

次いで、感光層５ａを不透明マスク２ａを通して、焼結
石英スクリーン６と１２５ワツトの高圧水銀蒸気（ＨＰ
Ｒ）ランプ（円板１から１メートルの距離に配置される
）とより成る拡散光源からの光で１分間露光する（第８
図）。

次いで円板１を０．００５モル／リットルの硝酸第一水
銀、０．０２５モル／リットルの硝酸銀及び０、Ｏ１モ
ル／リットルの硝酸を含む核形成水溶液中に２秒間浸す
。

円板１を水中で４秒間ゆすぎ、次いで ０．０５０モル／リットルの硫酸第一鉄アンモニウム０
．０１０モル／リットルの硝酸第二鉄 ０．０１０七し／リットルの硝酸銀 ０．０３３モル／リットルのくえん酸 ０．０２０重量％のＡＲＭＡＣ（商品名）１２Ｄ０．０
２０重量％のＬＩＳＳＡＰＯＬ（商品名）Ｎを含む水溶
液である物理的現像液中に１分間浸す。

（ＡＲＭＡＣＩ２Ｄは約９０％のドデシラミンアセテー
ト、約９％のテトラデシラミンアセテート及び高級アル
キラミンアセテートの残部より成る陽イオン表面活性化
合物である。

ＬＩＳＳＡＰＯＬはアルキルフェノールを有する酸化エ
チレンの凝縮生成る非イオン表面活性化合物である）。

斯くして散乱光により照射された感光層５ａの露光部分
を覆う半透明金属パターン５ｂを形成する。

この金属パターン５ｂによりマスクの孔の平均透過率を
金属パターン５ｂがない場合の平均透過率の５０％に減
少する。

第１０図は、第１〜第８図を参照して上述した方法によ
り製造した電子像投射マスクを用いて、シリコンスライ
ス８上に設けたポジティブ、ポリメチル・メタクリレー
ト・レジストより成る電子感応レジスト層９を照射する
装置を示す。

真空室１１の片側を融解シリカ円板１で閉じ、反対側を
シリコンスライス８を支持する金属板１０で閉じる。

沃化セシウム・ホトカソード層１３を真空室１１内に位
置するマスクの表面上に延在する電気導電透明チタニウ
ム層（図示せず）上に設ける。

真空室１１内の圧力を１０４トルに減圧した後、マスク
を水銀蒸気放電灯１２からの紫外光で照射してレジスト
層９を所望の電子ビームパターンで照射する。

この間シリコンスライス８を透明チタニウム層に対し十
２０ＫＶに維持する。

マスクの照射は、レジスト層９が部分的にマスクされた
ホトカソード層１３により発生された電子像に充分さら
されるに充分な時間続ける。

次いでレジスト層９を９５容積部のプロパノ−ルー２と
５容積部の水との混合液で現像し、次いで現像されたレ
ジスト層を拡散マスクとして用い、且つドーパントを堆
積し拡散する既知の技術を用いてシリコンスライスをド
ーピング処理することができる。

上述の本発明による電子像投射マスクの効果は次の通り
である。

先ず、半透明金属像５ｂを設けてマスクの平均光透過率
を低減しているので、上述の戻り電子の作用が緩和され
て近接効果を抑える効果が得られる。

種々の実験の結果、斯る半透明金属像によってマスクの
平均光透過率を２５〜８０％の値に低減させると最もよ
い結果が得られることが確かめられた。

更に本発明では半透明金属像５ｂを透明被膜５ａ上に設
けているので、次のような効果も得られる。

即ち、第１０図から明らかなように電子は金属像５ｂの
直立縁部間のホトカソード部分のみから発生し、この電
子発生部分の幅は、金属像５ｂが透明被膜５ａ上に設け
られているために、マスクの隣接する２部分２ａ間の幅
より小さくななる。

そして、この透明被覆によって電子発生部分が低減する
効果は、特に第１０図の上部におけるマスク部分２ａ間
の幅が小さいときに大きくなる。

このことは、ウェファ８上のレジスト層９に生ずる近接
効果はマスクパターンが細かいときに大きくなるので極
めて望ましいことであって、この効果と上述の半透明金
属像の効果の相乗作用によって近接効果を十分に抑える
ことができる。

尚、透明被膜の厚さは戻り散乱電子の距離に略々等しく
選択するのが好適である。

これは、前述したようにレジスト層は半導体ウェファか
ら逆方向に散乱される戻り散乱電子によっても露光され
る結果電子露光されるレジスト層部分は所望の大きさよ
りも略々戻り散乱電子の散乱距離だけ大きくなるので、
透明被膜５ａの厚さを戻り散乱電子の散乱距離に略々等
しくすれば、マスクの電子発生部分の幅が不透明マスク
部分２ａ間の幅より両はじにおいて戻り散乱電子の散乱
距離だけ小さくなって、電子露光されるレジスト層９の
部分が不透明マスク部分２ａ間の部分に等しくなるから
である。

尚、透明被膜５ａの厚さは戻り散乱電子の散乱距離に正
確に等しくする必要はなく、実際には戻り散乱；電子の
散乱距離の±５０％の範囲にすると良い結果が得られる
ことが確かめられた。

尚、本発明の透明被膜上に設けた半透明金属像の代りに
マスク投射紫外線として弱いエネルギーのものを使用す
る場合には近接効果をある程度抑１圧できるが、この場
合には半透明金属像を透明被膜上に設けたことによる上
述の効果は得られないので十分な近接効果の抑圧は達成
できない。

本発明マスクの不透明マスクパターンはクロム以外の他
の材料、例えば金、ニッケル、アルミニ［ラム、チタニ
ウム、ニッケルークロム合金、クロムセスキ酸化物及び
酸化タンタルで形成することもできること勿論である。

またマスクパターンを例えばケミカルエツチング又はス
パッタエツチングで形成することもできること勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はポジティブ電子感応レジスト膜を支持する不透
明金属層が設けられた溶解シリカ基板の断面図、第２図
は第１図の電子感応レジスト膜の照射領域を現像した後
の状態を示す断面図、第３図は第２図の金属層の露出区
域をプフズマエッチングで除去した後の状態を示す断面
図、第４図は第３図の残存する電子感応レジスト膜を除
去した後の状態を示す断面図、第５図は第４図の基板及
び不透明金属マスクパターン上にセルロースアセトブチ
レート層を被覆した後の状態を示す断面図、第６図は第
５図のセルロースアセトブチレート層をけん化した後の
状態を示す断面図、第７図は第６図のけん化した表面層
を感光化した後の状態を示す断面図、第８図は第７図の
感光化した表面層を不透明金属マスクパターンを介して
露光する状態を示す線図、第９図は第８図の露光された
感光層上に金属像を物理的に現像した後の状態を示す断
面図、第１０図は本発明マスクを用いて半導体ウェファ
を処理する構成を示す線図である。 １・・・・・・融解シリカ円板（透明基板）、２・・・
・・・クロム層、３・・・・・・ポジティブ電子感応レ
ジスト膜、２ａ・・・・・・不透明マスクパターン、４
・・・・・・セルロースアセトブチレート層、５・・・
・・・けん化されたセルロースアセトブチレート層、５
ａ・・・・・・感光化されたセルロースアセトブチレー
ト層、５ｂ・・・・・・金属パターン（金属像）、７，
６・・・・・・拡散光源、８・・・・・・シリコンスラ
イス、９・・・・・・電子感応レジスト層、１０・・・
・・・金属板、１１・・・・・・真空室、１２・・・・
・・水銀蒸気放電灯、１３・・・・・・ホトカソード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不透明マスクパターンが設けられた透明基板より成
   る光学マスクと、前記マスクパターン上及びマスクパタ
   ーンの孔内の露出基板領域上を覆う透明被膜と、該透明
   被膜上を延在すると共に前記不透明マスクパターンの孔
   に対応するパターンを有する金属像とで構成され、該金
   属像の光学濃度は前記マスクの孔の平均光透過率を、前
   記金属像がない場合における前記孔の平均光透過率の２
   ５〜８０％に減少するような値としたことを特徴とする
   電子像投射マスク。 ２、特許請求の範囲１記載の電子像投射マスクにおいて
   、不透明マスクパターンをクロム、金、ニッケル、ニッ
   ケルークロム合金、タンタル、アルミニウム、クロムセ
   スキ酸化物又は酸化タンタルで構成したことを特徴とす
   る電子像投射マスク。 ３ 電子像投射マスクを製造するに当り、透明基板上に
   不透明マスクパターンを形成し、次いで該不透明マスク
   パターン上及びそのマスク孔内の露出基板領域上を覆う
   透明被膜を形成し、ここでこの透明被膜の少くとも表面
   層には、露光時に、Ｃｕ１及σ／又はＨｇ 、 Ｐ ｄ
   、Ｐ ｔ ＋ Ａｇ又はＡｕをそれぞれの塩の水溶液
   から堆積し得る光反応生成物を形成し得る光感応化合物
   を含有させ、次いでこの透明被膜を拡散光源から前記不
   透明マスクパターンを通して露光し、この露光した被膜
   をＣｕ及び／又はＨｇ 、 Ｐｄ 、 Ｐ ｔ 、Ａｇ
   又はＡｕの塩の水溶液と接触させて当該金属の原子核の
   潜像を形成し、最後に潜像を物理的に現像して前記マス
   クの孔の平均光透過率を、前記金属像のない場合におけ
   る前記孔の平均透過率の２５〜８０％に減少する金属像
   を形成することを特徴とする電子像投射マスクの製造方
   法。