JPS6045419B2 - 軟ｘ線リソグラフイ−用マスクおよびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軟Ｘ線製版システム、軟Ｘ線リンクグラフィ
ーに使用するマスク構造体、特に軟Ｘ線吸収物質からな
る画像パターンをその支持膜である可視光線に透明な樹
脂膜中に埋め込むことにより可視光線によるマスクアラ
イメント（マスクの版材に対する整合、位置合せ）が可
能でありサブミクロン画像の再現性に優れたマスク構造
体、およびその製造法に関する。

軟Ｘ線リングラフィーは、本質的に高解像性を有するた
め、サブミクロン画像の複写が要求される電子回路素子
等の製造に広く利用されることが期待され、事実いくつ
かの提案がなされている（たとえほ特公昭５１−４１５
５１号、特公昭５１−４２４６９号、特公昭５１−４２
４７吋各公報）。

しかし、軟Ｘ線リングラフィーの実用化のためには、解
決すべき重要な問題が二つある。その一つはマスクアラ
イメントを如何にして行うかということであり、他は軟
Ｘ線マスクとして如何なるものを用いるか、ということ
である。従来このような軟Ｘ線マスクとしては、支持枠
ないし支持部材に固定された軟Ｘ線透過性の支持膜上に
Ａｕ，Ｐｔ等の軟Ｘ線吸収性の画像パターンを形成した
ものが用いられて来た。

そしてこの支持膜材料としては、Ｓｉ，Ｓｉ３Ｎ４等の
無機材料の薄，膜あるいはポリエチレンテレフタレート
（デュポン社登録商標１マイラーｊ）、ポリアミド等の
高分子フィルムが知られている。上記支持膜中、Ｓｉ膜
は、構造の熱的安定性、高品質材料の入手の容易さ、加
工性が良好である等！の利点を有するが、可視光に対し
て透過性が悪いので、マスクアライメントに際しても軟
Ｘ線を用いる必要が生ずる。

しかし、マスクアライメントに際しても軟Ｘ線が要求さ
れることは、軟Ｘ線リングラフィーのシステム全体が複
雑化し、装置も３高価になり、結局軟Ｘ線リングラフィ
ーの大きな利点であるサブミクロン画像を高精度に簡易
なシステムで転写できるという特徴を減するものである
。すなわち、Ｓｉ膜には、簡易な可視光線を用いおて光
学的にマスクアライメントを行えない難点５がある。ま
たＳｉ３Ｎ４膜は、可視光に対して透明ではあるが非常
にもろく、緊張した強い膜を得るのが困難であるという
欠点がある。

一方マイラ−フィルム、ポリアミドフィルム等イからな
る樹脂膜は、比較的強く、また可視光に対して透明であ
る利点を持つている。

しかし、従来技術においては、要求されるような薄膜（
たとえぱ２〜３μｍ程度）を緊張した状態で支持枠に固
定するのが困難であるという難点がある。 また、従来
のマスクにおいては、支持膜として、上記したような無
機材料の薄膜を用いるにしろ、樹脂薄膜を用いるにしろ
、このような支持膜を形成後に、Ａｕ，Ｐｔ等の画像パ
ターンが形成され、支持膜上に突出している為、これら
画像パターンが擦過等により損傷し易く、また画像パタ
ーン周囲にゴミが付着するなどして、サブミクロン画像
の再現性を低下する難点がある。

フ 本発明は、上述した従来の軟Ｘ線マスク構造体およ
びその製造法の欠点を、樹脂膜の特性を利用して画像パ
ターンを埋設させることにより解決し、またそのような
構造を与える合理的な製造法を与えんとするものである
。

すなわち本発明の軟・Ｘ線マスク構造体は、軟Ｘ線なら
びに可視光線に対して透明な緊張した樹脂膜と、該樹脂
膜を支持する支持部材と、該樹脂膜の一面に埋め込まれ
た軟Ｘ線吸収物質の薄膜からなる画像パターンとを含む
ことを特徴とするものてある。また本発明の軟Ｘ線マス
ク構造体の製造法は、下記の工程を含むことを特徴とす
るものてある。ａ無機質基板上に軟Ｘ線吸収物質の薄層
からな る画像パターンを形成する工程。

ｂ前記画像パターンを覆つて無機質基板上に、 軟Ｘ線
ならびに可視光線に対して透明な樹脂膜 を形成する工
程、およびｃ前記無機質基板の平面方向の少くとも一部
を 画像パターンを設けた面と逆の面から加工し て、
厚み方向にその少くとも一部を除去して軟Ｘ線透過性と
する工程。

以下、図面を参照しつつ本発明を更に詳細に説明する
。 第１図は本発明のマスク構造体の一例であり、第２
図〜第４図は他の例の断面図である。

第１図に従い、軟Ｘ線ならびに可視光線に対して透明な
緊張した樹脂膜１の一面には、軟Ｘ線吸収物質の薄層か
らなる画像パターンすなわち軟Ｘ線吸収パターン２およ
び可視光線吸収物質からなるアライメントパターン３が
埋め込まれており、樹脂膜１′（ はまたその軟Ｘ線吸
収パターン２等を埋め込んだ面の一部において、通常は
枠状である支持部材４ないし５（この例では４はシリコ
ン、５は酸化シリコン）に固定されている。第２図は樹
脂膜１が欧Ｘ線吸収パターン２を設けた面の反対側の面
において支持部材４ａにの例では金属）に固定されてい
る例；第３図は、第１図の例において、支持膜１の軟Ｘ
線吸収パターン２およびアライメントパターン３を設け
た面に、軟Ｘ線透過材料（この例ではシリコン）からな
る薄膜６を付着させた例；第４図は第３図の例において
、アライメントパターンの存在する部分から薄膜６を除
き、軟Ｘ線吸収パターン２の存在する部分にのみ薄膜６
″を残した例；をそれぞれ示す。以下に本発明の軟Ｘ線
マスク構造体の製造法なノらびに各部の材質等について
述べる。

たとえは第１図のマスク構造体は次のようにして得られ
る。

第５図に示すように、シリコン、ガラスその他熱膨張係
数の小さい無機質材料からなり、必要に応じて研摩する
ことにより平滑な表面を有する基板４（図示の特定例で
は熱酸化シリコン酸化膜５を裏面に有するシリコン基板
）上に、Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ等の軟Ｘ線吸収パターン２お
よび、Ｃｒ，Ｎｊ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔａ等の可視光線吸収
材料からなるアライメントパターン３を、たとえば電子
線製版システム、ドライエッチングあるいはリフトオフ
法等、常法に従つてたとえば厚み０．３〜１．０μｍに
形成する。

次いで第６図に示すように軟Ｘ線吸収パターン２等を覆
つで樹脂膜４を、塗布あるいは加熱貼着、好ましくは熱
可塑性樹脂の溶液あるいは熱硬化性樹脂の前駆体溶液の
塗布・乾燥ならびに必要なら基板４上で硬化させぬ方法
、によりたとえば厚み０．５〜５．０ｐｍの樹脂膜を一
様に形成する。図面には、樹脂膜表面に凹凸がある如く
に表示してあるが、これは必ずしも必要でなく、表面が
平滑の場合ももちろんある。使用する樹脂に要求される
特性は次のようなものである。イ 軟Ｘ線および可視光
線に対して透明であること、口 耐熱性（たとえば２０
０℃までの温度で樹脂膜の変質および変形を起さないこ
と）および耐薬品性（耐アルカリ性または耐酸性）に優
れること、ハ 緊張した薄膜を形成可能なこと。

このような性質を有し、特に好適な樹脂としてはポリイ
ミド、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。

次いで第６図の構造体の基板４の一部を支持部材として
残しながら、軟Ｘ線吸収パターン２およびアライメント
パターン３に相当する部分の基板４を腐食除去すること
により、第１図の構造体が得られる。

腐食液としては、基板の無機材料を腐食溶解するが、軟
Ｘ線吸収パターンおよびアライメントパターンならびに
樹脂膜を腐食しないものが用いられる。このような腐食
液としては、例えば、弗酸、硝酸、エチレンジアミン、
ピロカテコール・水混液、カセイソーダ、カセイカリ等
の溶液を必要に応じて加熱して用いる。また第２図の構
造体を得た時点で第７図に示すように樹脂膜の一部に金
属等の支持部材を接着剤を用いて、あるいは樹脂膜の加
熱溶融により固着し、その後支持基板の全面を腐食除去
することにより、第２図の構造体が得られる。

このようにして得られたマスク構造体の樹脂からなる単
層支持膜２は軟Ｘ線ならびに可視光線に対して透過性を
有する。

たとえば厚み１ｐｍのポリイミド樹脂膜は、ｅ線（５４
６ＴｎＩ！Ｌ）ならびにＡｌＫα線（８、３４Ａ）に対
してそれぞれ約８５％の透過率を示す。また上記第１図
の構造体を得る方法において、樹脂基板の腐食除去を一
部に止めて、軟Ｘ線透過性のたとえば約０．５〜５μｍ
程度の薄膜６として・残すことにより第３図の構造体が
得られる（なお中間支持部材４ｂは特に設けなくてもよ
い）。

この際、このような無機質薄膜（たとえばシリコン）の
厚みを効果的に制御するためには、特公昭５１−４２４
印号公報に記載されているように軟Ｘ線吸収パターン２
等を形成する前に、基板面にその構成する無機材料の構
成元素（たとえばＳｌ）と異なる共有結合半径を有する
元素、（たとえばホウ素、ヒ素、ガリウム、アンチモン
、アルミニウム等）を所要厚みまて拡散しておくことが
確実てあ５り好ましい。この際、腐食液としてはエチレ
ンジアミン、ピロカテコール、水が特に好ましい。この
ようにして得られた、無機質薄膜４と樹脂膜２の積層膜
は、軟Ｘ線に対して透明となる。たとえば、厚み１μｍ
のポリイミド膜と厚み２μｍθのシリコン膜の積層膜は
、軟Ｘ線（たとえばＡｌＫα線）に対して約６５％の透
過率を有する。上記で得られた第３図の構造体は、軟Ｘ
線を用いてアライメントを行えば、そのままマスク構造
体として用いることができる。しかし、可視光線を用い
てアライメントを行うためには、無機質薄膜４のアライ
メントパターンと接する部分を更に腐食除去することが
好ましい。このようにして得られた第４図のマスク構造
体は、支持膜の主たる部分を占める軟Ｘ線吸収パターン
を設けた部分が積層膜となつているため、第１図のマス
ク構造体に比べて構造的に竪固である利点がある。上述
したように本発明の軟Ｘ線マスク構造体ならびにその製
造法においては、本質的に吸収パターン等の基板から樹
脂膜への転写という方法をとることにより次のような利
点が得られる。

１強度的に優れ、緊張した樹脂支持膜が容易に得られ、
２軟Ｘ線吸収パターンが予め無機質基板上で形成できる
ため、スパッタエッチング等のドライエッチングによる
高精度で厚い吸収体パターンの加工が容易であり、直接
樹脂膜上に形成する楊合に比べて、位置精度、寸法精度
に優れる。

３軟Ｘ線吸収パターン全面あるいは必要部分において、
可視光線に対し透明であるため、アライメントが容易で
ある。

４吸収パターンが支持膜上に突出していない為、擦過等
あるいはゴミの付着等のおそれが殆んどなく、画像再現
性に優れる。

５従来の樹脂膜形成法に比べて、膜厚の制御が容易であ
り、軟Ｘ線の種類を考慮しながら最適なマスク構造体を
選択し形成できる。

以下実施例により更に具体的な本発明を説明する。

実施例１ 第５図に示すように、裏面に厚さ０．３μｍの熱酸化シ
リコン酸化膜５を有する厚さ２８０ｐｍのシリコンウェ
ハ２上に、通常の真空蒸着法により厚さ０．３μｍの金
を０．０２μｍのクロムを下地として蒸着した。

続いて通常の電子線製版システムおよｊびドライエッチ
ング法によりパターン化し、軟Ｘ線吸収パターン２およ
びアライメントパターン３を設けた。次に、ポリイミド
樹脂前駆体液を回転塗布法により軟Ｘ線吸収パターン２
等を覆つてシリコンウェハ上に塗布し、徐々に加熱しな
がら・３００′Ｃで１時間保持し熱硬化させて厚み１μ
ｍのポリイミド樹脂膜を得た（第６図）。次にシリコン
酸化膜を通常のバッファＨＦ溶液でパターン２および３
に相当する部分のみ除去して窓開けを行い、更に残るシ
リコン酸化膜をレジスト膜としてパターン２および３に
相当する部分のシリコンを裏面より、１１０℃のエチレ
ンジアミン・ピロカテコール・水の１：５：２混液によ
り腐食除去した。

シリコンは約３．時間で貫通腐食できた。その結果、基
板４上に形成されていた金パターン２および３は、ポリ
イミド樹脂膜１に埋め込み担持され、またポリイミド膜
はシリコン残存する部分４により支持された第１図のご
ときマ）スク構造体が得られた。実施例２ 実施例１と同様にして、但し裏面に０．３μｍのシリコ
ン酸化膜を有するシリコンウェハーのシリコン面上に１
１００℃、３時間の条件にて揮散拡散法・により高濃度
のボロン拡散処理をし、そのボロン拡散面上に金の厚み
を０．３５μｍとして、第６図に示すような構造体を得
た。

次にシリコン酸化膜の窓開けならびにシリコンの腐食除
去を実施例１と同様の条件で行つたとこ゛ろ腐食はボロ
ン拡散層で停止し、第３図に示すように厚み２μｍのシ
リコン膜６を残した構造体を得た。

次に、第３図の構造体中のシリコン膜４のアライメント
パターン３と接する部分を硝酸：フツ酸＝５：１の腐食
液をもつて除去した。

アライメントパターン３はポリイミド樹脂膜に転写され
た。これにより、吸収パターン２を有するポリイミド膜
部分がシリコン薄膜により補強された第４図に示すよう
な強度的にも優れたマスク構造体が得られた。得られた
マスク構造体のポリイミド樹脂膜単層部の可視光線（ｅ
線）の透過率は約８５％であり、またシリコン膜との積
層部における軟Ｘ線（ＡＩＫα線の透過率は約６５％で
あつた。

このようにして得られたマスク構造体を用いて第８図に
概略を示すような軟Ｘ線製版システムに適用した。

すなわち、第８図に示すように、ポリメチルメタリレー
トの軟Ｘ線レジスト膜７ならびにアライメントパターン
８を有するシリコン製素子基板９上に、マスク構造体を
そを樹脂膜４を有する面が対向するように重ね、素子基
板のアライメントパターン８とマスクのアライメントパ
ターン３とを可視光線１０を用いて光学的にアライメン
トした。スペーサ（図示せず）を介して位置を固定した
後、軟Ｘ線（ＡｌＫα線：８．３４Ａ）１１をを照射す
ることによりレジスト画像が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明はの軟Ｘ線マスク構造体の諸
例の断面図；第５図〜第７図は、本発明の軟Ｘ線マスク
構造体の製法法の中間工程を説明するための断面図；第
８図は、本発明の軟Ｘ線マスクの構造体を用いて行う軟
Ｘ線製版システムの説明図である。 １・・・・・・樹脂膜、２・・・・・・軟Ｘ線吸収パタ
ーン、３・・・・アライメントパターン、４・・・・・
・マスク基板または支持部材、６・・・・・・無機質薄
膜、９・・・・・・素子基板、１０・・・・・可視光線
、１１・・・・・・軟Ｘ線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軟Ｘ線ならびに可視線に対して透明な緊張した樹脂
   膜と、該樹脂膜を支持する支持部材と該樹脂膜の一面に
   埋め込まれた軟Ｘ線吸収物質の薄層さらなる画像パター
   ンとを含むことを特徴とする、軟Ｘ線マスク構造体。 ２ 前記樹脂膜の画像パターンが埋へ込まれた面の少く
   とも一部に密着した軟Ｘ線に対して透明な無機物質の層
   を更に有する上記第１項の軟Ｘ線マスク構造体。 ３ 前記支持部材が、前記樹脂膜の画像パターンが埋め
   込まれた面の一部に固着される上記第項または第２項の
   軟Ｘ線マスク構造体。 ４ 前記支持部材が前記樹脂膜の画像パターンが埋め込
   まれた面の一部に固着され、かつ前記無機物質層と一体
   である上記第２項の軟Ｘ線マスク構造体。 ５ 前記支持部材が、前記樹脂膜の画像パターンが埋め
   込まれた面と逆の面に固着される上記第１項または第２
   項の軟Ｘ線マスク構造体。 ６ 前記無機物質層が樹脂膜の画像パターンを埋め込も
   だ部分を含む帯域にのみ設けられる上記第２項ないし第
   ５項にいずれかの軟Ｘ線マスク構造体。 ７ 下記の工程を含むことを特徴とする軟Ｘ線マスク構
   造体の製造方法。 ａ 無機質基板上に軟Ｘ線吸収物質の薄層からなる画像
   パターンを形成する工程。 ｂ 前記画像パターンを覆つて無機質基板上に、軟Ｘ線
   ならびに可視光線に対して透明な樹脂膜を形成する工程
   、およびｃ 前記無機質基板の平面方向の少くとも一部
   を画像パターンを設けた面と逆の面から加工して、厚み
   方向にその少くとも一部を除去して軟Ｘ線透過性とする
   工程。 ８ 前記工程ｃ）において、無機質基板の平面方向の一
   部を除去して、残部を前記樹脂膜の支持部材として残す
   上記第７項の方法。 ９ 前記工程ｂ）とｃ）の間に、前記樹脂膜の無機質基
   板と接する面と逆の面の一部に支持部材を固着する工程
   を含む上記第７項の方法。 １０ 前記工程ｃ）において無機質基板の除去を厚み方
   向の一部に止め、該無機質基板の画像パターンを設けた
   部分以外の平面方向部分の一部をほぼ実質的に全て除去
   し、その部分を可視光透過性とする工程を更に含む上記
   第７項の方法。 １１ 前記工程ｃ）における無機質基板の除去が腐食除
   去により行われる上記第７項ないし第１０項のいずれか
   の方法。