JPS63111187A - 電磁放射線を用いるエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、エツチングによる電子部品の製造方法、よ
り具体的には、半導体デバイスまたはプリント回路板の
所定の２力所以上の部分を電磁放射線を用いて差別エツ
チングする方法に関するものである。

Ｂ、従来技術 半導体デバイスや微細線プリント回路板などの電子部品
製造の分野では、機械エツチング、化学エツチング、（
たとえばプラズマやレーザによる）乾式エツチングなど
のサブトラクティブ工程（除去行程）が、バッチ方式で
、連続的に、または個別に実施される。これらのどの方
法でも、一般に均一なエツチングが得られる。

しかし、部品（たとえば基板）の特定の部分を他の部分
よりも多くエッチしたい場合、従来使われてきた方法は
、その特定の部分のエッチ時間を長くすることであった
。別法として、２種類以上のエッチャントを使って、あ
るいは複数の機械的操作を次々に実施して、特定の部分
を残りの部分よりも多くエッチすることができる。すな
わち、材料の一部分を他の部分よりも大幅にエッチする
には、２段以上のステップを含む工程が常に必要であっ
た。

同様に、それぞれ独自のエッチ速度をもつ異なる２種の
材料を準備することが、１段エツチングをもたらす通常
の技法である。しかし、この技法はいくつかの欠点を伴
っている。たとえば、２種類以上の材料のエツチングを
行なうには、しばしば２種類以上のエツチング溶液が必
要となる。このような要件があると、化学的エッチャン
トがうっかりして混合しやすい。エッチャントを互いに
分離する高度に精巧な方法しか効果がない。

とくに高解像度鋸板の分野でのもう１つの難題は、必要
な許容範囲を守ることである。この問題の解決には、現
在の技術の限界をはるかに超える方法が必要かもしれな
い。別々のエッチャントを用いる技法は、エツチングが
不正確になり、エッチすべきでない領域がエッチされ、
エッチするつもりの領域がエッチされなくなる恐れがあ
る。

レーザ・エツチングまたはレーザ援用エツチングの例が
、従来技術では多数教示されている。たとえば、チェン
（Ｃｈｅｎ　）等の米国特許第４４９０２１０号および
第４４９０２１１号は、エッチすべき金属と反応すべく
選択したガスの存在下で、反応チェンバ内で、メタライ
ゼーションつき基板にレーザ光線を当てるシステムを開
示している。

レーザ光線の強度は、たとえばハツチングス（Ｈｕｔｃ
ｈｉｎｇｓ　）の米国特許第４１５２０７２号で教示さ
れているような、部分反射性誘電体製の鏡を使って調節
できる。

いわゆるマスクを用いて、基板のエッチすべき所定の部
分を選定することも、当技術で知られている。マスクと
は、所定の波長の電磁放射線または粒子ボンバードがエ
ッチすべき表面に衝突するのを防止する、部分的に不透
明な構造体である。

たとえば、プラノン（Ｂｒａｎｎｏｎ　）等の米国特許
第４５０８７４９号には、レーザ光線を使ってポリイミ
ドをエッチするシステムが開示されている。

レーザとポリイミドの間にマスクを使うと、基板の一部
分だけがエッチされる。

マスクの組成と製造方法は、極めて重要である。

所与の電磁放射線源と一緒に使う場合、マスクを少なく
とも２つの部分から構成すると有利になる。

所与の放射線の波長に対するマスクの一部分の反射率が
、マスクの他の部分の反射率と異なっていなければなら
ない。

さらに、マスクに３種以上の反射率の異なる領域を設け
て、基板をセレクト・エツチングによって３種以上の異
なるレベルでエッチできるようにするのが望ましい。こ
れは、複数の材料層を有する基板に使うとき、とくに有
用となる。すなわち、多層基板の場合、マスクの構成が
適切であるとすれば、基板の各層またはいくつかの層の
組合せが選択的にエッチできるはずである。

最近、透明な基板の反射特性とは異なる特定の反射特性
をもつ誘電体被覆を有する所定の領域を備えたマスクが
開発されてきた。たとえば、Ｊ。

Ｒ，ランカード（Ｌａｎｋａｒｄ　）等の「高エネルギ
ー・レーザ用マスクとその製造方法（Ｈｉ８ｈＥｎｅｒ
３ｙＬａｓｅｒ　ｆ４ａｓｋ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　
ｏｆ　）−１ａｋｉｎＢ　Ｓａｍｅ　）　Ｊと題する米
国特許出願第９２４４８０号には、誘電体を使って、マ
スクの透明な基板の第１の反射特性とその上の誘電体被
覆の第２の特性とを備えたマスクを形成することが教示
されている。

クロム基層とその上に配置された銅層とさらにその上に
配置された第２のクロム層を備えた多層基板を考えてみ
ると、高強度レーザな使って、この材料の３層すべてを
エッチする（パーソナリティ・エツチングと呼ばれる）
のに必要な時間を測定しまたは計算することができる。

その一部分に、ある反射特性をもつマスクを作成するこ
とができる。操作の際には、レーザ光線が、マスクの一
部分で３層の材料パーソナリティ全体をエッチし、同時
にマスクの別の部分を通してクロム頂層のみがエッチ（
セレクト・エツチングと呼ばれる）できれば好都合であ
る。したがって、この多層基板の３層（パーソナリティ
）と、基板のクロム頂層（セレクト）とが同時にかつ差
別的にエッチできるのが好ましいはずである。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、材料を差別的にエツチングできる、
電磁放射線に基づくシステムを提供することである。

また、他の目的は１段階工程でそのような結果を実現で
きる差別的エツチング・システムを提供することである
。

さらに、他の目的は電磁放射線を用いて２種類以上の材
料を同時にエツチングするシステムを提供することであ
る。

ざらに、他の目的は基板の各部分が同じ材料でできてい
るかどうかにかかわらず、基板の２つ以上の部分を同時
にかつ差別的にエツチングするシステムを提供すること
である。

電子部品のパーソナリティとセレクトを同時にエツチン
グする方法を提供することもこの発明の目的である。

さらに、材料の位置に応じて電磁放射線を材料を差別的
にエッチするのに使えるシステムを提供することもこの
発明の目的である。

Ｄ８問題点を解決するための手段 本発明によれば、電磁放射線を用いて材料の差別的エツ
チングを実施する方法が提供される。所定の２つの領域
を備えた材料が提供される。電磁放射線ビームを生成さ
せ、材料に衝突させる。材料の両方の所定の領域が同時
にエッチされ、かつ所定の各領域がそれぞれもう一方の
領域のエッチ速度とは独立な速度でエッチされるように
、電磁放射線ビーム内の所定の領域のエネルギー強度を
選択的に変化させる。本発明の別の実施例では、電磁放
射線を用いて、ある物質の差別的エツチングを実施する
方法が提供される。選択的にエッチすべき物質を、電磁
放射線ビームに対して作用を受ける位置に置く。この物
質は、互いにエッチ速度が異なる２種類の材料を含んで
いる。各材料が同時にエッチされるように、電磁放射線
ビーム内の所定の領域のエネルギー強度を選択的に変化
させる。

Ｅ、実施例 下記の詳細な説明と併せて添付の図面を参照すれば、本
発明について完全な理解が得られる。

第２図には、使用する電磁放射線の波長に対して基本的
に透明な、合成溶融シリカその他の材料の透明キャリア
１２を含むマスク・ブランク１０が示されている。当然
のことながら、放射線が屈折率の不連続な個所を通過す
るとき、ある量の放射線が反射される。キャリア１２上
には、前記の米国特許出願第９２４４８０号に開示され
ているような、誘電体被覆１４（一般に誘電体と呼ぶ）
が戟っている。この開示を本明細書に引用する。

被覆１４は、電磁放射線に対して不透明である。

被覆１４は、それぞれ使用する媒体中での放射線の波長
の１／４の厚さをもつ一連の薄い層からなる。この１／
４波長の厚さのとき、フィルムの１／４波長の屈折率が
下側の層の屈折率よりも大きい場合、層相瓦間の界面に
入射した光のうちかなりの量が反射されることが判明し
ている。多数の層を付着させることにより、任意の高レ
ベルの反射率を得ることができる。電子ビーム付着法ま
たは当技術で既知のその他の方法を用いて、キャリア１
２上に被覆１４を付着させることができる。

熱応力および機械応力の効果を中和させるため、これら
の薄い層の間に材料の中間層が必要となることもある。

第２図でマスク・ブランク１０の隣り番ご、光学的リソ
グラフィまたは電磁放射線によるリソグラフィ用に使え
る製造済みのマスク１６が示されている。マスク１６は
、そこに当たった放射線のほぼすべてがそれを透過する
ように選んだキャリア１８を含む。キャリア１８上の誘
電体材料は、光または電磁放射線を完全にまたは部分的
に反射する物質でできている。たとえば、キャリア１８
上の誘電体のうち番号２０で示した部分は、そこに当た
るすへてのレーザ光線を反射するが、番号２２で示した
部分は、レーザ光線の一部分（たとえば３０８ｎｍ波長
）を、その部分およびキャリア１８を透過させる。１実
施例では、ポリイミドの２つの部分を紫外線（ＵＶ）で
、第１の部分は１パルス当り１０００人のエッチ速度で
、また第２の部分は１パルス当り６００Ａのエッチ速度
でエッチするため、番号２２の誘電体材料の反射線を３
８．４％としている。この値の求め方は、第６図に関し
て説明する。エッチ速度とフルエンスの関係を示す曲線
の表を利用して、ある材料をある特定の）走度でエッチ
し、別の材料を第２の速度でエッチするための、マスク
１６の特定部分の反射率を求めることができる。ポリイ
ミドについてのこのような開綿は、たとえば、Ｊ、Ｈ，
プラノン（Ｂｒａｎｎｏｎ　）、Ｊ、Ｒ，ランカード（
Ｌａｎｋａｒｄ　）、Ａ、１．ベース（Ｂａｔｓｅ）、
Ｆ、バーンズ（Ｂｕｒｎｓ　）、およびＪ　、カウフマ
ン（Ｋａｕｆ’ｍａｎ　）が、ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）、５８（５）、１９８５
年９月１日の２０３６ないし２０４３ページに発表して
いる。キャリア１８のうち誘電体材料が存在しない部分
２４に当たった放射線は、もちろんそこから反射されな
い。

当然のことながら、反射性という語は、システムで使用
する電磁放射線の種類に応じて変わる。

したがって、ある材料がスペクトルのある部分（たとえ
ば可視光線）に対して反射性であり、別の材料がスペク
トルの別の部分（たとえば紫外線）に対して反射性であ
ることもある。

この説明では、マスク１６のパーソナリティ領域または
パーソナリティ・パターンとは、レーザの動作波長でキ
ャリア１２よりも光を透過させない領域を指すものとし
、マスク１６のセレクト領域またはセレクト・パターン
とは、レーザの動作波長でキャリア１２が透過する光の
量よりも少ないが、完全な厚さの誘電体１４よりも多い
所定の特定の量の光を透過する領域を指すものとする。

すなわち、セレクト領域は、マスク１６のパーソナリテ
ィ領域の一部分である。パーソナリティ領域の補領域と
は、キャリア上でパーソナリティ領域に含まれない領域
である。

操作に当たって、マスク１６を作成するには、下記の手
順が必要である。パーソナリティ領域を作成するため、
適切な透過特性をもつキャリア１８を選定する。所定の
レーザの動作波長で全反射性である誘電体材料２０でキ
ャリア１８を被覆する。誘電体２０は、レーザの動作波
長で、高いフルエンスに対する抵抗力をもたなければな
らない。

フォトレジスト（図示せず）に所定のパーソナリティ・
パターンを塗布し、焼成し、露光し、現像する。露光後
の誘電体２４をキャリア１８に達するまでイオン・ミリ
ングにかける。フォトレジストを剥がす。

セレクト領域を作成するため、フォトレジスト（図示せ
ず）中に所定のセレクト・パターンを塗布し、焼成し、
露光し、現像する。誘電体がレーザの動作波長で所期の
透過特性をもつようになるまで、セレクト・パターン領
域の誘電体２２にイオン・ミリングを施す。フォトレジ
ストを剥がし、洗浄する。

別の実施例では、下記のステップを実施してマスク１６
を作成することができる。適切な透過特性をもつキャリ
ア１８を選定する。レーザの動作波長で全反射性である
誘電体材＊４２０で、キャリア１８を被覆する。フォト
レジスト（図示せず）中に所定のパーソナリティ・パタ
ーンを塗布し、焼成し、露光し、現像する。残りの誘電
体２２の透過率が１−Ｔになるまで、露出した誘電体に
イオン・ミリングを施す。ただし、Ｔはセレクト領域の
所期の透過率である。フォトレジストを剥がす。

第２のフォトレジスト（図示せず）中に所定のセレクト
・パターンを塗布し、焼成し、露光し、現像する。前記
のイオン・ミリング・ステップですでにミリングされた
、露出した誘電体２４に、ベース・キャリア１８に達す
るまでイオン・ミリングを施す。前記のイオン・ミリン
グ・ステップでエッチされた領域から、すべての誘電体
を除去する。セレクト領域の透過特性が所期の値になる
のに充分な誘電体が、セレクト領域２２から除去されて
いるはずである。フォトレジストを剥がして、洗浄する
。

次に第３図には、マスクが複数の層から＋１カ成される
という、本発明の別の実施例が示されている。

マスク・ブランク３４は、キャリア８６を含み、その上
に部分反射性の第１の材お＋３８が付着されている。第
１の層３８の上には、金属（たとえば、クロム）または
他の何らかの可視材料の層４０が付着されている。金属
層に隣接して、全反射性誘電体材料の第３の層４２があ
る。

図のマスク・ブランク３４の右には、リソグラフィ用に
使用できる作成済みマスク・アセンブリ４・１が示され
ている。マスク・アセンブリ４４は、キャリア４６、少
なくともその一部分を覆う第１の材料層４８、少なくと
も第１の材料層４８の一部分を覆う第２の材料層５０、
および第２の材料層５０を覆う第３の材料層５２を含ん
でいる。

好ましい実施例では、反射率が低い材料４８を、通常キ
ャリア４６に隣接させ、反射率が高い材料５２をキャリ
ア４６から最も遠くに配置する。

第１の層４８は、一部分が欠け、同様に第２層５０およ
び第３層５２の一部分も欠けている。ある場所５４では
キャリア４６上に誘電体がない。

複数の層を含むマスク４４を作成するには、下記の手順
が必要である。適切な放射線透過特性をもつキャリア４
６を選定する。前述のような電気特性および透過特性を
もつ３種の材料の層で、キャリア４６を被覆する。第１
層４８はキャリア４６に隣接する。これは、後で使用す
るレーザの動作波長で部分的透過性となる誘電体である
。第２の薄い層５０は、クロムやアルミニウムなどの金
属である。第３層５２は、レーザの動作波長で全反射性
となる誘電体である。フォトレジスト（図示せず）中に
所定のパーソナリティ・パターンを塗布し、焼成し、露
光し、現像する。全反射性誘電体層５２にイオン・ミリ
ングを施し、金属層５０をエッチし、部分透過性誘電体
４８にイオン・ミリングを施して、キャリア４６を露出
させる。

フォトレジストを剥がす。フォトレジスト中に所定のセ
レクト・パターンを塗布し、焼成し、露光し、現像する
。全反射性誘電体層５２にイオン・ミリングを施し、金
属層５０をエッチする。フォトレジストを剥がし、洗浄
する。

次に、第１図をも参照すると、マスク１６およびそれと
位置合せされたメタライゼーションつき基板６０の一部
分に電磁放射線が衝突する所の概略図が示されている。

基板６０は、先に第２図に関して説明したようなマスク
１６を使って本発明に基づきすでにエッチされているも
のである。

基板６０は、セラミックなどのベース６４からなり、そ
の上に好ましい実施例ではクロムなどの材料の第１層６
６が付着されている。第１層６６の上に銅などの第２の
層６８が付着されている。

最後に、クロムなどの材料の第３層７０が第２層を覆っ
ている。エツチング完了後、基板７２の一部分は、追加
材料層６６ないし７０のどれにも覆われていない。

要約すると、差別金属エツチング用のマスク１６（第２
図）は、下記の諸工程が同時に実施できるものでなけれ
ばならない。

ａ）塩素雰囲気中で所定の領域のＣｒ　−Ｃｕ　−Ｃｒ
６６ないし７０を、それらが付着されているセラミック
・ベース６４に達するまでエッチする（パーソナリティ
・エツチング）。

ｂ）　　Ｃｒ−ＣＩＪ−Ｃｒ（３６ないし７０のエツチ
ングと同時に他の領域のＣｒ頂層７０のみをエッチする
（セレクト・エツチング）。

０）　一部の領域７１はまったくエッチしない。

工程（ａ）は、チェン（Ｃｈｅｎ　）等の米国特許第４
４９０２１０号および第４４９０２１．１号で開示され
た方法に基づいて実施する。差別全屈エツチングでは、
光の波長とエッチ速度（フルエンス）の他に、塩素圧と
レーザ・パルス繰返し率を選定しなければならない。

Ｃｒ基層６６は、Ｃｕ層６８がエッチされると、大体蒸
発することが認められている。（Ｊ、Ｅ。

アントリ１−（Ａｎｄｒｅｗ　）、Ｐ、Ｅ、ダイヤ−（
Ｄｙｅｒ　）、Ｒ，Ｄ、ブリーナラ（Ｇｒｅｅｒ、ｏｕ
ｇｈ　）、およびｐ、ｒｒ、キー（Ｋｅｙ　）、Ａｐｐ
ｌ。

Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔｔ、、４３（１１）、１９８３年
１２月１日、１０７６ないし１０７８ページ、Ｊ、ボー
ハンディ（Ｂｏｈａｎｄｙ　）、１３．Ｆ、キム（Ｋｉ
ｍ）およびＦ、Ｊ、アドリアン（Ａｄｒｉａｎ　）、Ｊ
、　　　Ａｐｐｌ、　　　Ｐｈｙｓ、＋６０（４）＋１
９８６年８月１５日、１５８８および１５３９ページ、
ならびにそこに挙げられている参考文献）Ｃｒ基層６６
のエツチングには僅かしか時間がかからないので、Ｃｒ
　　ＣＩＪ　−Ｃｒのエッチ速度は、主としてＣｒ頂層
７０とＣｕ　５層６８だけのエッチ速度によって決まる
。

３つの金属層すべてをエッチするのに必要な時間（し、
）とＣｒ頂層だけをエッチするのに必要な時間（ｔ、）
が等しくなければならない。エッチ時間ｔ、と１Ｓは、
金属の厚さとエッチ速度測定値を使って表わすことがで
きる。

ｃｕＴｃｒ ｔ、＝　　　　　　　　　＋　　　　　　　　　　　　
　　　　（１）Ｒｃ　ｕ　　　　Ｉｔ　Ｃｒ かつ、 Ｃｒ ｔ５　＝　　−（２） Ｒ’び ただし、Ｔｃｕは銅層６８の厚さ、ＴＣｒはＣｒ頂層７
０の厚さ、Ｒｃｕは銅のエッチ速度、Ｒｃｒはパーソナ
リティ・エツチングの場合のクロムのエッチ速度であり
、Ｒ’Ｃｒはセレクト・エツチングの場合のクロムのエ
ッチ速度である。

１ｐとｔ、が等しいので、 ＴＣｒ １％’Ｃ，＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（３）（ＴＣｕ／ＲＣｕ　）　＋　（Ｔｃｒ／Ｒｃｒ
　）金属の既知の厚さとパーソナリティ・エツチングの
速度から、セレクト・エツチングの速度を求めることが
できる。セレクト・エツチングに必要なフルエンスφ５
とパーソナリティ・エツチングに必要なフルエンスφ。

の比較について、次の関係が成立する。

Ｔｐ（φ５） ’ｐ、＝　　　　　　　　　　　　　　　（４）（φｐ
） ただし、Ｔ９はマスクのセレクト・エツチング領域での
透過率、Ｔ、はマスクのパーソナリティ・エツチング領
域での透過率である。

例示のため、本発明の１実施例として、塩素圧力５００
ミリトル、レーザ・パルス繰返し率２０ｆｌ　ｚ、３種
の金属がすべてエッチされる領域での金属面上のフルエ
ンス３８４ｍＪ／ｃｍ”でエツチングを行なうことを考
えてみる。金属の厚さをＴＣｕ＝８０，０００人、Ｔｃ
ｒ＝８００人と仮定する。３８４　ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ
　２のとき、銅のエッチ速度は毎秒２，０５８人、クロ
ムのエッチ速度は毎秒９５．９人である。これらの値を
方程式（３）に代入すると、セレクト領域でのクロムの
エッチ速度は毎秒約１７人となり、２２０　ｍ　Ｊ　／
　ｃ、　ｍ　２のフルエンスに対応する。セレクト領域
での透過率は次のようになる。

Ｔｓ＝　　　　　　　　＝　０　、　５７３　Ｔｐ　（
５）ＴいＸ（３８４） パーソナリティ・エツチングに対応する領域が単に裸の
合成溶融シリカである場合、Ｔｐ　＝　０　。

９５５、Ｔ、＝０．５４７となる。その場合、マスクの
セレクト・工２ンチングに対応する領域での被覆の反射
率は、Ｉ　　Ｔｓ”０．４５３すなわち４５．３％とな
る。

上側に基づき、マスクを次のようにして作成する。Ｃｒ
　−Ｃｕ　−Ｃｒのエッチされない領域は、マスク上に
、対応する全反射性領域をもつ。Ｃｒ−ＣＩＪ　−Ｃｒ
の金属をすべて除去する予定の領域に対応するマスクの
領域は、被覆のない裸の合成溶融シリカ基板である。セ
レクト・エツチングに対応するマスクの領域は、反射率
４５．３％の誘電体被覆を有する。パーソナリティ・エ
ツチング領域の金属上に供給されるフルエンスが３８４
ｍＪ／Ｃｍ２となるのに充分なフルエンスがマスク上に
均一に入射する場合、パーソナリティ・エツチングとセ
レクト・エツチングが同時に実施され、同時に完了する
。

実際には、誘電体被覆の作成方法の故に、ぴったり４５
．３％の反射率を実現するのは難しい。

セラミック・ベース６４はレーザの損傷に対して抵抗力
があるので、セレクト・エツチングに対応するマスクの
領域での反射率計算値は、実際には、下限と見なすこと
ができる。セレクト領域に伝達されるフルエンスが、所
与の条件下でセレクト・エツチングに必要な閾値より高
い限り、セレクト領域の反射率計算値より大きなどんな
反射率を用いてもよい。セレクト領域での反射率が計算
値よりも大きい場合、パーソナリティ・エツチング領域
でオーバーエッチが必要になる。セラミック６４はレー
ザの損傷に対して抵抗力があるので、パーソナリティ領
域でのオーバーエッチは、あまり問題が生じない。セレ
クト領域の反射率が計算値を下回ると、セレクト領域で
オーバーエッチが起こって、かなりの銅がそこから失わ
れる恐れがあるので、決して計ｐ値を下回ってはならな
い。

次に第４図を参照すると、本発明の方法で使用する装置
の概略断面図が示されている。

マスク１６、光学結像系１０３、エッチすべきメタライ
ゼーションつきベース６０に次々に光線が当たるような
位置にレーザ１０１を配置する。

ベース６０を反応チェンバ内に置く。レーザ１０１は、
反応生成物または下側の材料の吸収波長と一致する特性
波長を放出することのできる、希ガス・ハライド・レー
ザである。本発明の目的に適した市販のレーザの１つは
、ラムダ・フィシツク（Ｌ　Ａ　Ｍ　１１　Ｄ　Ａ　　
Ｐ　ＨＹ　Ｓ　Ｉ　Ｃ）　（７）　Ｅ　Ｍ　Ｇ　２０１
型である。

操作に当たっては、マスク１６は、誘電体のない領域２
４でレーザ光を透過し、領域２０では不透明、誘電体が
存在する領域２２では部分的に透明である。その結果、
レーザ１０１の光は、マスク１６によってその透明な領
域と部分透明な領域に対応するパターンで透過する。

光学結像系１０３は、少なくとも１枚の合成溶融シリカ
・レンズ１０４からなる。結像系１０３は、パターンつ
きレーザ光線とコンフォーマルにエツチングを行なうた
め、マスク１６から出たパターンつきレーザ光線を、メ
タライゼーションつきベース６０上に結像させる。

第４図に示したエツチング・システムでは、パターンつ
きレーザ光線をベース６０上に効果的に投映するために
、イメージ投映系１０３を使っているが、接触マスクを
ベース６０のすぐ近くに置いて使う場合、揮発性生成物
が生じないなら（たとえば、感光性高分子をエッチでは
なく露光する場合）、結像系１０３を省くことができる
。

反応チェンバ１０５は、ステンレス鋼製の通常の真空チ
ェンバである。その４つの開口部に、それぞれ取外し式
の真空フランジ（図示せず）がついている。１つのフラ
ンジは、ポンプ（図示せず）に接続されている。ポンプ
は、エラチェ程中反応チェンバ１０５内に必要な低圧を
供給する。もう１つのフランジには、レーザ光を反応チ
ェンバ１０５に入れるための窓１０６がついている。窓
１０６は光学的に透明で歪みがなく、そこに投映された
マスク・イメージは歪みなしにベース６０に伝わる。反
応チェンバ１０５のもう１つのフランジは、反応性ガス
を反応チェンバ１ｄ５に導入するための管（図示せず）
を備えている。エッチすべきベース６０を収納するため
、サンプル・ホルダなどの適当な手段（図示せず）が反
応チェンバ１０５内に取り付けられる。

次に第５図を参照すると、本発明に基づいである時間の
間に続いて異なる３つのレベルまでエッチされる基板１
１９の一連の概略図が示されている。マスク・アセンブ
リ１６は、キャリア１８上に誘電体材料の層を備えてい
る。誘電体の第１の薄い部分２２が、キャリアの少なく
とも一部分を覆い、誘電体のより厚い部分２０が、薄い
部分２２の少なくとも一部分を葭っている。

最初（時間Ｔ−０）、基板１１９のベース１２０には、
３つの完全なエッチされていない層が載っている。好ま
しい多層実施例では、第１層１２２はクロム、第２層１
２４は銅、最上層１２６はクロムである。レーザ光（図
示せず）が上記の加工チェンバ１０５（第４図）を用い
たシステム中で適当な条件の下でマスクを透過すると、
エツチングが始まる。

ある時間後（時間Ｔ−１）に、上側の２層１２４と１２
６の一部分がエッチされて除去される。

図のように、中心部分１１８の方が頂層１２６の部分１
１４よりも速くエッチされる。これは、マスク１６に基
板１１９上の位置に応じて全反射性の部分と部分反射性
の部分があるためである。マスク１６上の誘電体のない
所２４が、基板１１９の層１２２ないし１２６の最も速
くエッチされる領域１】８に対応する。同様に、マスク
１Ｇの誘電体が最も厚い部分２０が存在する所に対応す
る基板１１９上の位置１１６ではエツチングが起こらな
い。マスク１６の誘電体の薄い、したがって部分反射性
の部分２２により、基板１１９の頂層１２６の位置１１
４に対応する部分のみエツチングされる。

エツチング操作が完了すると（Ｔ−Ｆ）、基板１１９上
に残った３２の層１２２ないし１２６の材料が所期の程
度にエッチされる。すなわち、所定の時間の終りに、こ
れらの層の組合せが１１８八までエッチされるのとほぼ
同時に、ベース１２０上の層の一部分１１４Ａがエッチ
される。言い換えれば、セレクト・エツチングとパーソ
ナリティ・エツチングが同時に実施される。１つの層と
１つの層の組合せが差別エツチングされるにもかかわら
ず、マスク２０の全反射性部分に対応する基板の部分１
１６Ａはまったくエッチされない。

次に第６図を参照すると。ポリイミドなどのエツチング
可能ポリマーのほぼ均一な塊からなる基板１３０の等角
投影断面図が示されている。

本発明の上記の方法に基づいて作成された基板１３０の
この三次元図は、差別エツチングの価値を理解するのに
役立つ。ポリイミド１３０の上面は、参照番号１３１で
示されている。表面形状１３２．１３４．１３６．１３
８は、レーザ・システムを使って様々な深さにエッチさ
れている。参照番号１３２と１３６で示した形状は、ヴ
アイアホールないしヴアイアである。穴１，３６は深さ
Ｈｌまでエッチされている。直線的回路線構造１３４は
、それよりも深い深さト（２までエッチされている。最
後に、スルーホール１３８が基板の上面１３０と下面を
連結している。すなわち、スルーホール１３８は、基板
１３０の厚さ１１３全体を通してエッチされている。

第６図に示した表面形状では、開運するマスクの部分の
反射率に応じて、異なる領域が異なる速度でエッチされ
る。マスクのこのような部分の反射率は、次のようにし
て求められる。

ポリイミド差別エツチング用のマスク１６（第２図）は
、次の３つの基準を満足しなければならない。

ａ）　ポリイミド１３０が、空気中で特定の波長でエッ
チされる。

ｂ）　　ポリイミド１３０の２つの領域１３８と１３４
が、同時にそれぞれ異なる速度ＥＴ’ｔ、とＥＴ’ｔ２
でエッチされる。ただし、Ｅ　ｆｌ、＞Ｅ　Ｉ”Ｒ２゜
Ｃ）ポリイミド１３０の一部の表面領域１３１はエッチ
されず、他の領域１３４と１３８はエッチされている。

（すなわち、第３のエッチ速度ＥＲ３＝０） 誘電体材料１４（第２図）の反射率を、ポリイミド１３
０上に各速度Ｅｌ”ｔｌとＩＥＲ２に対応するフルエン
スが生じるように選定する問題を考えてみる。

第１のステップは、当該のポリイミド１３０のエッチ速
度を空気中で３０８ｎｍで測定することである。−例と
して、上記のプラノン等が収集したエッチ速度のデータ
を使うことにする。エッチ速度とフルエンス（１ｃｍ２
当りのエネルギー）データの関係は、ベール−ランベー
ルの法則に従う。パルス当りのエッチ速度は、 Ｉｎ（φ、／φｔ） しＩｔ、＝　　　　　　　　　　　　　　　（６）α 方程式（６）において、αは３０８ｎｍのレーザ光に対
するポリイミドの吸収係数、φ、は３０３ｎｍの波長で
ポリイシドをエッチするための閾値フルエンスである。

αもφ、も、エッチされる物質と使用する光の波長だけ
の関数である。

ＩＥ　Ｒｔは、フルエンスφ１でのポリイミド１３０の
パルス当りのエッチ深さである。エツチングが起こるた
めには、φ１≧φｔでなければならないことに留意する
こと。エッチ速度の差を考えると、ｉｎ（φ１／φ２） ＥＩ丸、−Ｅ［丸２＝　　　　　　　　　　　　（７）
α ここで、 Ｕ′：、Ｒ２ Ｘ＝　　　　　　　　　　　　　　　　（８）ＩＥＲ。

と置いて、代入し整理すると、 φ２ ＝　　。　’−ａ　　（１−Ｘコ　ＥＲｌ）　　　　　
　　　　　　　　　（９）φ１ φ１は、ポリイミド１３０に達するフルエンスなので、
マスク１６の対応する部分を透過する光の量に正比例す
る。

φ２Ｔ２ φＩ　Ｔ１ 代入し整理すると、 Ｔ２＝Ｔ１ｅ（′α【１−ｘ］ＥＲ１）（１１）所期の
エッチ速度ＥＲ４とＩＥＲ２を選定し、スルーホール１
３８に対応するマスク１６の透過率を測定する。αはエ
ッチ速度の測定かられかるので、エッチ速度ＥＲ２を求
めるのに必要なマスクの透過率は、式（１１）で与えら
れる。

特定の例として、Ｅ　ｒｔ１＝　１０００人／パルス、
Ｆ、ｒｔ２＝６００人／パルスの人台パルスてみる。

この１組のエッチ速度では、Ｘ＝０．６である。

上記のプラノン等の研究から、α＝９．０Ｘ１０−４人
−１である。

使用可能な光を最大限活用するため、ポリイミド１３０
のスルーホール１３８に対応するマスクの領域から、反
射性誘電体を完全に除去する。他の光学表面での反射損
失は、マスクのすべての領域を通る光を減衰させ、エッ
チ速度の比には影響を与えないはずである。したがって
、合成溶融シリカ基板１８（第２図）の１表面を通る透
過率はＴ１である。合成溶融シリカの透過率の現実的な
値は表面で９５．５％である。Ｔｚ＝０．９５５と置い
て式（１１）に代入すると、Ｔ２＝０．６６６の値が得
られる。

マスク１６上の残りの被覆２２の反射率は、１−Ｔ２＝
１−０．６６６＝０．３３４すなわち３３゜４％である
。この例では、マスク１６は、そのある領域２０が３０
８ｎｍの波長で全反射性となるように構成されている。

１０００人／パルスのエツチングに対応するマスク１６
の領域２４では、すべての被覆が除去され、合成溶融シ
リカ基板１８だけが残る。最後に、マスク１６の領域２
２には、３０８ｎｍの波長で反射率が３３．４％の誘電
体被覆のみが残る。

上記の考察は、ポリイミド１３０を同時に２つの速度で
エッチするためのマスクの作成のみに関するものである
。上記のプラノン等の収集した上記のデータから、ある
エッチ速度を達成するためにポリイミド１３０に供給す
べきフルエンスが確定される。光学系１０３（第４図）
中での損失は、イメージが誘電体中でイオン・ミリング
を受けたマスク１６の表面を光が通過した後に起こる。

光学系１０３中での損失を補償するため、マスク１６に
入射する。フルエンスはポリイミド１３０を所定の速度
でエラ竿するのに必要なフルエンスよりも大きくなけれ
ばならない。光学系中での損失がわからない場合、所定
のエッチ速度を達成するために供給すべきフルエンスを
決定することは不可能である。しかし、上記の例で１３
８でのポリイミドのエッチ速度が１０００人／パルスと
なるのに充分な均一なフルエンスがマスク１６に供給さ
れる場合、１３４でのエッチ速度は６００人／パルスで
あり、表面１３１でエッチが起こらない。

実際には、誘電体被覆の作成方法のせいで、ぴったり３
３６４％の反射率は得られそうにもない。

そのような場合、やや高目の反射率（低いエッチ速度）
を用いるのがよいのか、それともやや低目の反射率（高
いエッチ速度）を用いるのがよいのか判断することが必
要となる。ある場合には、明らかに最適値よりも高い反
射率を用いるのがよい。

その場合とは、レーザの損傷に対して抵抗力のある基板
（図示せず）が露出するまで、スルーホール１３８のポ
リイミド１３０をエッチするときである。この特別の場
合、上記で計算した反射率は、実際に用いられる反射率
の下限である。追加のレーザ・パルスを使うことにより
、低目のエッチ速度（高目の反射￥）を用いて、表面形
状１３４で正しいエッチ深さを得ることができるためで
ある。

基板はレーザの損傷に対して抵抗力があるので、オーバ
ーエツチングがスルーホール１３８にＬ　’Ｊｌを与え
ることはない。

本発明を用いて回路板または半導体の形試を同時に様々
な深さにエッチできることがわかるはずである。第６図
には異なる３つのエツチング深さが示されているが、マ
スク１６（第２図）の構造を適宜変更することにより、
他の深さも作成できることに留意すべきである。たとえ
ば、終点検出手段を備えたまたは備えない、任意の数の
誘電体層をマスク中に作成することができ、次にそれを
使って基板を製造することができる。

Ｆ０発明の詳細 な説明したようにこの発明によれば電磁放射線のビーム
の強度プロフィールを所望のものにすることにより一段
落工程で差別的なエツチングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マスクおよび上記マスクを用いて得られた対
応するエッチされた基板の概略図である。 第２図は、本発明に基づくマスク・ブランクと完成マス
クの断面図である。 第３図は、終点検出手段を備えた３層マスク・ブランク
と完成マスクの断面図である。 第４図は、本発明に基づくエツチング装置の概略断面図
である。 第５図は、エツチングの各段階の概略図である。 第６図は、本発明に基づく方法を使って作成した基板を
示す図である。 １６・・・・マスク、６０・・・・基板。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 復代理人　弁理士　　澤　　１）　俊　　夫し一す先 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電磁放射線を発生するステップと、 予め定められた２つの領域を少なくとも有する被エッチ
   ング材料を用意するステップと、上記電磁放射線のビー
   ム内の予め定められた領域のエネルギー強度を変化させ
   て上記被エッチング材料の上記２つの領域を同時に、か
   つ異なるエッチング速度でエッチングするステップとを
   有することを特徴とする電磁放射線を用いるエッチング
   方法。