JPS6312136A - X線リトグラフ用マスク及びその製造方法 - Google Patents

X線リトグラフ用マスク及びその製造方法

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JPS6312136A
JPS6312136A JP62108735A JP10873587A JPS6312136A JP S6312136 A JPS6312136 A JP S6312136A JP 62108735 A JP62108735 A JP 62108735A JP 10873587 A JP10873587 A JP 10873587A JP S6312136 A JPS6312136 A JP S6312136A
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mask
silicon dioxide
boron
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/22Masks or mask blanks for imaging by radiation of 100nm or shorter wavelength, e.g. X-ray masks, extreme ultraviolet [EUV] masks; Preparation thereof

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 〔本発明の技術分野〕 本発明は方法及び製造物品に関する。特に本発明はX線
リトグラフに用いるのに適したマスクの製造のための新
規な方法に関する。このマスクのX線吸収成分は、硼素
をドープしたエピタキシャル珪素障壁層上に直接付着さ
れている0本発明は  1上記方法から得られた製品に
も関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路の如きマイクロ回路の製造はリトグラフ
像形成法を使用することによって発展してきた。これら
のリトグラフ法は極めて微細な形状及び低欠陥密度をも
つ、集積回路メモリー、集積論理回路及び磁気バブルメ
モリーの如き種々の装置の発展をもたらしてきた。これ
らの装置を効率的に且つコストを低く製造する能力は、
そのような部品の価格を劇的に低下させ、それによって
工業的な製品と同機種々の消費者に大きな用途をもたら
してきた。典型的なリトグラフ法では、模様は「レジス
ト」と−最に呼ばれている照射感応性材料に形成されて
いる。このレジストは先ず半導体ウェハーに結合される
0次にそのレジストをマスクを通して像形成エネルギー
に露出する。マスクはレジストと照射源の間に配置され
ている。
従って、レジストにより輪郭が描かれた模様で最終的に
得られる解像力は、就中、マスクによって限定される。
半導体ウェハーを低いコストで製造するためには、レジ
ストの上にマスク模様を忠実に生じさせる必要がある。
光学的電子ビームによるリトグラフの如き既知り方法は
商業的に用いられてきているが、X線リトグラフは発展
性のある別の一方法であると考えられている。何故なら
、(a) Ill細な形状(1μより小さい)及び大き
な生産性の両方を得る可能性を与え、そして(b)電子
ビームに基づく像形成法よりも潜在的に安価であるから
である。模様の輪郭が描かれたレジストで得られる解像
力は、勿論、マスク構造の一体性及びマスク形状の許容
誤差によって限定される。従って適当なX線マスク構造
体の製造を含めたX線リトグラフ法を開発する努力が払
われてきている。典型的なマスク構造体は模様状X線吸
収材と一緒になったX線透過性基材からなる。
特許及び技術的文献は共にこの技術に関する特許及び論
文を豊富にもっている。この技術に関する特許文献の代
表的なものは次の番号の米国特許である。  4,52
2,842.4,513,203.4,393,127
゜4.385,434; 4,378,629; 4,
370,194; 4,360,586゜4.344,
153.4.301,237.4,293,624.4
,287,235;4.260,670.4,256,
787.4,224,630.4,177.476゜4
.080,267、4,061,829.4,035,
522; 4,019.l0J3.975,252;及
び3,892,973 (これらは全て全体的に参考の
ためここに入れである)。
技術的文献の最近の要約は、“X線マスク技術の進歩“
に簡明に記載されている。 シムクナス<S himk
unas>A 、R、、”X線マスク技術の進歩(Ad
vanses in X−Ray Mask Tech
nology)、 S OLI D  5TATE  
TECHNOLOGY、9゜<1984)参照。シムク
ナスの論文は、X線リトグラフ、及びX線リトグラフの
ためのX線マスクの製造で典型的に用いられるマスク素
材についての簡単な論述を含んでいる。シムクナスによ
れば、X線マスク素材は典型的には、支持枠、通常環に
よって張力下に保持される薄いフィルム膜構造体からな
る。X線に透明な膜構造体の部分も張力下に置かれた部
分であり、模様状X線吸収材を支持する。
その透過性部分は単一層でも多層部材でもよい。
最も一般的な種類の付加的模様形成法では、X線透過性
膜にメッキ用基材が適用され、その上に垂直な壁をもつ
ステンシルが形成され、電子またはX線吸収金属、典型
的には金、がステンシルの開口を通って電気メッキされ
る。
シムクナスによれば、透過性膜は、平らにするのに必要
な張力の程度で切れない充分な強度をもつことが必須で
ある。従って高い抗張力又は降伏強度をもつ膜材料を選
択することが重要である。
膜の張力を、その降伏限界の張力より低い順応する水準
に調節することも同じく重要である。この膜の必要な張
力は次の二つの方法の一つによって得られてもよい:〈
a)膜を支持されていない緩い形に成型し素材枠の上に
希望の張力まで機械的に引きのばすか、又は、好ましく
は(b)膜を、一時的基村上に工程因子によって決定さ
れる残留応力の水準まで気相から付着させる。一時的基
材はその後で化学的に食刻して除去し、緊張した膜を残
す。珪素オキシ窒化物の膜は、この後者のやり方で、暖
素をドープしたエピタキシャル珪素で被覆された珪素の
等方性及び異方性食刻の組み合わせにより製造される。
珪素オキシ窒化物を化学的食刻から保護するために、こ
の膜を窒化珪素で被覆することにより、予め処理するこ
とができる。このようにして窒化珪素はオキシ窒化物層
を食刻剤から保護し、硼素をドープした珪素層は現れて
くる膜を食刻工程中破壊されないように保護する。
食刻工程が完了した後、エピタキシャル珪素層を更にフ
ッ化水素酸−硝酸混合物中で食刻することにより除去す
る。
X線リトグラフの利点はよく知られており、1ミクロン
より小さい形状の模様を形成するために光学的及び電子
ビーム リトグラフの限界を避ける際に選択される技術
であると考えられてい。るX線リトグラフの明確な利点
は、X線の波長が短いためにその像の解像力が高いこと
にある。更にこの方法は、焦点深さの問題によって影響
を受けることもなく、光学的及び電子ビーム リトグラ
フ法を典型的に苦しめる反射及び散乱効果によって影響
を受けることもない。X線リトグラフの広く行なわれて
いる商業的実施を妨げている主な問題の一つは、X線マ
スクを製造する際の困難である。X線マスクは変形をも
たず、1ミクロンより小さな大きさに模様付は出来なけ
ればならない。
X線リトグラフ系のために必要なマスクは、光学的リト
グラフマスク製造からは発展できなかったであろうこと
は認められている。何故ならこれらの方法は極めて異な
った材料及び設計を必要とするからである。例えば、典
型的に紫外線に対し透過性のガラス基材は、10μmよ
り大きな厚さでは、X線、特に軟X線は比較的透過しに
くい、従ってX線リトグラフが組み立てられている技術
的な基礎はこの技術に独特のものである。
今日までなされてきた進歩にも拘わらず、殆んどのウェ
ハー処理専門家は、X線リトグラフが、広く用いられる
製造方法になるにはまだ依然としてかけ離れていること
を認めている。現在光学的リトグラフに依存している半
導体製造業者は一般にX線リトグラフの多くの分野で、
それが商業的に許容できるようになるまで、もっと多く
の発展が必要であることを認めている。例えば、製・遠
用のための一層明るいX線源及び製造する価値のあるX
線レジストがまず開発されなければならない。
今日入手できるX線レジストの主な欠点は、それらのレ
ジストから作られる像の製造品質が比較的悪いことであ
る。これは特にネガレジストに対してそうである。もし
X線リトグラフを成功させたいならば、X線マスク素材
(マスク基材)及びマスクそれ自体の製造を含めたマス
ク製造でもっと多くの努力が払われなければならないこ
とは益々認められるようになってきている。X線リトグ
ラフのこれらの重要な部品が完全になるまで、この技術
は今日の市場に現在の浸透を越えて大きく進歩すること
はないであろう。
X線マスクの発展の成功に典型的に伴なわれている主な
問題は、大きさ及び熱的安定性を比較的大いており、再
現性に欠け、製造が比較的高価になることである。 こ
れらの問題は方法及び材料の両方に関係している0例え
ばタングステンの化学的蒸着を二酸化珪素ステンシルを
通して試みる場合、タングステン付着物は二酸化珪素保
護領域の下にある程度入り込むであろう。このことはこ
れらの領域での珪素の消費を速くすることを意味する傾
向がある。容易に認められるように、そのような入り込
みは模様の正確さに悪い影響を与えることがある。
タングステンの化学的蒸着で起きる他の問題は、“″ト
ンネル”又は°゛ウオームホール(worm hole
)’の形成によって明らかに示されている。ウオームホ
ールは典型的には0.1μ糟より小さく、従ってX線リ
トグラフでは許容できる。それらはタングステン化学的
蒸着についての問題を示しているが、それらは、それら
の大きさのために、X線リトグラフでは重要な問題には
ならない。
X線リトグラフに用いるのに適したマスクの形状及び熱
的安定性に伴われる問題は、その解決に充てられた非常
に多くの研究及びこの分野で発行された多くの特許をも
たらしている。
例えば米国特許第4,393,123号は電子ビーム又
はX線のマスク或は成型のための構造体を製造すること
に関する。この特許に記載されている発明は、特にマス
クの機械的及び熱的安定性の問題に向けられている。こ
の特許の方法により製造される構造体はマイクロ電子装
置の製造に適しているとの評判を得ている。この問題及
びそれに関32. した問題を解決するために、出願人
によって適用されている方法は、微結晶質の珪素層ウェ
ハーからなるマスク素材の最初の形成、そのウェハーの
一つの表面(下側表面〉の上の二酸化珪素被覆及び硼素
をドープすることによる(典型的には102°原子/c
113より大きい濃度で、1.5〜3μ端の深さまで)
ウェハーの反対側表面(上側表面)の変性を含んでいる
。この素材からマスクを製造する工程順序は、その米国
特許の第5A図〜第5G図に例示されている。その順序
の最初の工程は、単結晶質珪素ウェハーを露出するよう
にウェハーの下側上の二酸化珪素層を変性することを含
んでいる。これにより、この素材の下側上の二酸化珪素
は食刻マスクとして働く、この食刻マスクを通して露出
されたこのウェハーの領域は、次に化学的に除去するこ
とができる。このウェハーを除去する程度はウェハーの
硼素をドープして変性した表面部分が除去されないよう
に明らかに制御されている(ある記載されていない方法
により)0次に第二の二酸化珪素食刻層が、その素材の
硼素変性表面上に付着される。補強用層も素材の下側に
付加されている。
珪素変性食刻層は像形成エネルギーに露出され、選択的
に除去され、それによって硼素をドープした単結晶珪素
ウェハーの一部を露出する。この特許によれば、この食
刻はRIE法によって達成されている。露出した硼素ド
ープ単結晶珪素もRIE法で食刻される。このようにし
て硼素をドープした単結晶珪素の露出した領域はその露
出した領域で全て除去される。続いて X線吸収材(例
えばタングステン)が、像をもつ素材の表面上に非選択
的に付着される(例えば米国特許第4,393,127
号の第5F図及び第5G図参照)、焼鈍工程後タングス
テンは硼素をドープした単結晶珪素と化学的に反応し、
珪化タングステンを形成する0次に支持二酸化珪素層上
のタングステン付着物を選択的湿式化学的食刻によって
除去し、第5G図に示されている構造体をもたらずこと
ができる。
米国特許第4.393,127号に記載されている方法
は利点及び欠点の両方をもっている。その欠点の一つは
、得られるマスクの製造でX線吸収性金属の消費が比較
的大きいことである。更に、単結晶珪素ウェハーへの硼
素のドープは、ウェハー自体の反応性表面と一層内部の
領域との間に明確な転移域がないと言う点で比敦的不均
−である。これは、この方法の再現性に関する問題を生
ずることがある。何故ならウェハーのドープされ勾領域
とドープされない領域との間のそのような明確な転移域
がないことは、その工程の化学的食刻工程に潜在的な不
正確さをもたらすからである。
上で述べたことから明らかなように、X線リトグラフに
用いるのに適したマスクの製造がこの方法の商業的な可
能性にとって重要である。更に必要な品買をもつそのよ
うなマスクを製造する能力は、機械的、熱的及び化学的
両立性がないために本質的に制約されている。これらの
問題を解決しようとする過去の試みの多くはある程度成
功しているが、再現性、耐久性及びコストに関し多くの
解決されていない問題が依然として残っている。
〔本発明の目的〕
本発明の目的は従来の方法の上述の欠点及びそれに関連
した欠点を除くことである。
特に本発明の主たる目的は、形状が安定なX線マスクを
製造する方法を与えることである。
本発明の他の目的は、X線リトグラフで用いるのに適し
た形状が安定なマスクを与えることである。
更に本発明の他の目的は、直接的で再現性のある方法に
よって作ることができる形状が安定なX線マスクを与え
ることである。
本発明の更に他の目的は、X線吸収剤金属とX線透過膜
が互いに化学的に結合されている、形状が安定なX線マ
スクを与えることである。
本発明の付加的な目的には、本発明の新規なX線マスク
をマイクロ電子回路の製造に用いることが含まれる。
〔本発明の要約〕
上述の目的及び関連した目的は、X線リトグラフで用い
るのに適した形状が安定なマスクを製造する方法を与え
ることによって達成される。本発明のマスクはタングス
テン吸収材金属と硼素をドープしたエピタキシャル珪素
膜から製造される。
簡単に述べると、この方法は独特のマスク素材を最初に
製造することを基礎にしている。このマスク素材は次の
ようにして製造される。最初に珪素ウェハーを用意する
0次にこのウェハーの一つの表面の上に、硼素をドープ
した珪素被覆をエピタキシャル的に成長させることによ
り、I′I壁層を形成する0本明細書中で用いられる用
語「障壁層」とは、その反応性の点で珪素ウェハーとは
化学的に区別される被覆を指すものとして用いられてい
る。
この被覆は厚さが0.3〜約3μInの範囲で変化して
もよい、珊累ドープ量は一般に食刻に対する障壁を与え
るのに充分な量であり、その結果、珪素ウェハーを適当
な化学的食刻剤にさらずと、食刻は硼素をドープした障
壁層に達すると止まり、それによってX線透過性膜を生
ずる。
本発明の好ましい具体例によれば、硼素ドープの濃度は
約5 x 1019原子/cm”−約2.5x 10”
原子/am’の範囲にある。次に二酸化珪素(SiOz
)フィルムを、硼素分ドープした障壁層の上に付着させ
る。次にレジストをこの二酸化珪素被覆の上に直接積層
し、それによりマスク素材の製造が完了する。
次にマスクの製造方法は、レジスト層を電子ビームによ
る業形成エネルギーに最初に選択的に露出し、従来のや
り方でその像模様を現像し、そして露出しなSiO□被
覆を食刻してステンシルを形成させることにより進行さ
せる。二酸化珪素の選択的除去は、硼素なドープしたエ
ピタキシャル珪素障壁層を露出するのに充分なものとす
る。一度これが達成されたなら、次にレジストを残りの
二酸化珪素被覆から除去することができる。
次に硼素をドープしたエピタキシャル珪素障壁層の露出
した領域を、従来の低圧化学的蒸着法により反応性タン
グステン蒸気と接触させる。像が形成されたマスク素材
上に形成されたタングステン付着物は、幾何学的に、二
酸化珪素被覆へステンシルでうつされた模様に一致して
いる。タングステン蒸着が完了した時、二酸化珪素被覆
の残りを障壁層から除去することができる。この除去は
典型的にはプラズマ食刻法により達成される。硼素をド
ープした二酸化珪素障壁層と連続し、その障壁層の反対
側表面上の像状模様に一致した珪素ウェハーの領域を、
次にアルカリ(例えば水酸化カリウム)または他の適当
な食刻剤(例えば、エチレンジアミンピロカテコール)
で選択的に化学的食刻することにより除去する。
膜を形成する運択的化学的食刻は、極めて単純化したX
mマスク製造法の目的から、上述の如く吸収材金属を模
様状につけた後、慣習的に行なわれてきた。しかし、驚
いたことに、膜をまず形成し、次に吸収材金属の模様付
けを行なうのが好ましいことが発見された。この場、硼
素をドープしたエピタキシャル珪素層を成長させ、次に
ウェハーの前後両側上にSiO2を付着させる。活性頭
載(膜が形成されている所)は、ウェハーのf&側上の
5102に開口を、K OHまたはエチレンジアミンピ
ロカテコールで食刻してあけることにより定められる。
このようにして一度び膜が定められると、上で述べたよ
うに金属吸収材の模様付けのための工程を進行させる。
膜を最初に形成する利点は、注意散漫な観察者にとって
は容易にはわからない0食刻中、膜が形成される珪素ウ
ェハーの領域を物理的に緩和させる。即ち、エピタキシ
ャル珪素層と珪素ウェハーとの間の応力不整合はそれら
の最小エネルギー状態へ再調節される。支持ウェハーを
食刻することはエピタキシャル珪素層をその下にある珪
素に対して微視的再配列を行なわせることになる。エピ
タキシャル珪素層が緩和すると、それと−緒になった金
属吸収材の幾らかの変形及び動きが起きる。
すると、金属吸収材はそれが最初に付着されていた場所
に対し、無作為的な新しい位置をとるそれにも拘わらず
、それが最初に考えられていた場所かられずか0,1〜
0.25μmである。従って最初に膜と形成し、次に金
属の模様付けを行なうことは、模様状金属吸収材のこの
変形を回避することになる。
〔好ましい具体例を含めた本発明についての記述〕
本発明の独特な方法を、X線リトグラフの付加的な模様
付けに適したxwAマスクの製造に関して以下に例示す
る。このマスクの製造の予備的工程は適当なマスク素材
の構成である。このマスク素材は珪素ウェハーから、こ
のウェハーを順次修正することにより形成される。
第3a図〜第3d図にもつと完全に例示されているよう
にウェハー(4)の上側(2)を最初にその上に、硼素
をドープしたエピタキシャル珪素障壁層(6)を成長さ
せることにより修正する。この障壁層は従来の装置及び
方法を用いた標準的な工程条件を用いて形成される0例
えばU、S、パン(Ban)。
゛珪素エピタキシにおける化学的反応及び輸送現象の質
量分析研究(M ass S pectroIIIet
ric S tudies or Che+5ical
 Reactions and  Transport
Phenoa+ana in  5ilicon  E
piLaxy)” Proceeclings of 
the 5ixth  Int、 Conf、 on 
 CVD197フ、  E lecLrochem、 
 S oe、  、(1977);  R、ライフ(R
eif)、 T、I 、カミンズ(Kamins)及び
 K、C。
サラスワト(S araswaL) 、“成長する珪素
エピタキシャルフィルムへのドープ剤配合のためのモデ
ル(A  Model  for  Dopant  
r ncorporaLion  intolGrow
ing  5ilicon  Epitaxiel  
 Films)”   J  、ElecLroche
n、 S oc、 126.(1979); P 、H
、ランガー(L anger)及び J、1.ゴールド
スタイン(Goldatein)、“シランエピタキシ
中の硼素自動ドーヒ。
ンク+(Boron  Autodoping dur
inFISilane Epi Laxy)”J 、E
 Iectrochem、Soc、 124.592 
<1977)、R,B、バーリング(Herring)
 、“低圧珪素エピタキシにおける進歩(Advace
s in Raduced  Pressure S 
1licon  E pitaxy)” S olid
 S tateTechnol、、22.75.(19
79)及びU、S、パン(Ban)及びE、P、ミラー
(Millar)、 ”珪素エピタキシのための新しい
反応器(A New  ReacLor  forSi
licon Epitaxy)”P roceedin
gs of the 7 thInk、 Conf、 
on CVD 1979.  Electrocbem
S oe 、 、 (1979)  参照、(これらは
全て全体的に参考のためここに入れである)。
本発明の好ましい具体例として、そのようなエピタキシ
ャル成長が行なわれる反応性雰囲気は、B z Haと
5iC1<の、約1:10重量部の相対的濃度でのガス
状雰囲気からなる。基材温度は障壁層形成中注意深く調
節され、シリコンウェハーへの障壁層の付着速度を決定
する。約900〜1250℃の範囲の基材温度は0.2
〜約1.5μ鎮/分の付着速度をもたらす、この珪素ウ
ェハーへの障壁層の成長は、適当な厚さ、好ましくは約
0.5〜約3μ面の被覆が確実に得られるように注意深
く調節される。最適のNJ厚さは予想される模様の大き
さ及びX線源の予想されるエネルギー水準(例えば軟X
線又は硬X線)に関数的に関連している。従って、この
障壁層の厚さはシリコーン膜とその上に付着されるX線
吸収材との間に明確な区別を与えるのに充分な厚さでな
ければならず、形状安定性及び緊張した表面の両方が確
実に得られる適切な機械的強度をもち、像形成エネルギ
ー(X線)に対し透過性でなければならない)。
一度適当な厚さの障壁層が珪素膜の一つの表面(上側)
に形成されたならば、次に二酸化珪素層(8)をこの障
壁層の上及び珪素ウェハーの下側上に付着させる。この
二酸化珪素層即ちステンシル層は低圧化学的蒸着(LP
GVD)又はプラズマ促進化学的蒸着(PECVD)法
によって形成されるのが好ましい0反応器内の雰囲気は
 SiH,と02ガス混合物を含んでいる0反応器内の
これら成分の相対的濃度は、約1 :1.5〜約1 :
2.5の範囲にある。
基材温度即ち障壁層及び(又は)ウェハーの下側の温度
は、約400〜約600℃の範囲に維持される。この基
材温度は約800〜約100人/分の5iOz付着速度
をもたらす、この蒸着法及びそのような蒸着で用いられ
る装置及び技術の詳細は、技術的文献に一層完全に記載
されている0例えばJ、R,リゲンザ(L igenz
a) 、’“マイクロ波によって励起された酸化プラズ
マ中の珪素酸化(Silicon 0xiclatio
nin an 0xidation P las+aa
 Excitd by Microwaves)J 、
Appl、Phys、、 36.2703 (1965
):及びA、に、レイ(Ray)及びA、ライスマン(
Reiss請an)。
“”RF発生酸素プラズマ中でのSiO□の形成(Th
eFormation of 5iO2in an R
F  GeneretedOxygen  P  Ia
s請a)″ J  、E  lectrochem、 
 Soc、  128゜2466 (1981)、参照
。(これらは全て全体的に参考のためここに入れである
)。
第3図は二つの処理過程を例示している。左に例示した
処理過程では、素材の上側上の二酸化珪素ステンシル層
は 3層レジスト(図示されていない)で覆われている
。そのレジストを電子ビームエネルギーに模様状に露出
する0次にレジストを現像し、露出された領域中のレジ
スト材料を除去し、それによって下の珪素層を露出する
。下の珪素層を反応性イオン食刻法でエピタキシャル珪
素層の水準まで食刻除去する9次にレジストを溶剤剥離
により除去し、得られた構造体の模様状表面をタングス
テンの化学的蒸着にかける。
第3図の右側に例示された処理過程(今後膜処理として
定義する)では、マスク素材の下側上のSiO□層は、
像形成エネルギーに膜の領域を定めるために意図された
露出程度まで露出されたレジスト(図示されていない)
で覆われている。そのような露出に続き、レジストの露
出された領域を除去し、それによって二酸化珪素被覆を
露出させる。
二酸化珪素被覆の露出した部分を、次に反応性イオン食
刻法で除去することができる。このようにして珪素ウェ
ハーの下側と露出させる0次に珪素ウェハーを適当な化
学的食刻剤で除去する。ウェハーの除去の程度は、硼素
をドープしたエピタキシャル珪素層の下側を露出するの
に充分なものとする。この方法はS i 02層をCH
F 3放電プラズマ中で反応性イオン食刻することを含
んでいる。
この食刻法は一般に容器内圧力及びガス流速についての
注意深い制御を必要とする0本発明の好ましい具体例と
して、容器内圧力約10ミリトールに維持され、ガス流
速(CHF5の流速)は10s105e標準cM3/分
)に維持される。
食刻処理中、600Vの電気的バイアスを5i02層を
通して維持し、それによって約300人/分の食刻速度
がもたらされる。この食刻過程のためのマスクとして、
AZ型の一時的(Sacrificial)レジスト〔
シブレイ社(S hipley、 I nc、 )から
市販されている〕を用いることができる。一時的レジス
トは5i02層の適切な模様付けを確実に行なうため、
SiO□層よりも食刻剤に対して大きな抵抗をもつよう
に還択される0本発明の好ましい具体例として一時的し
シストは5i02層の少なくとも5倍のRIE食刻に対
する抵抗性をもつであろう。
SiO2層の食刻は、この層を露出した領域中下の障壁
層の水準まで効果的に除去するのに充分なものとする。
次に3層レジストを、上で定義した膜処理過程の素材の
上側上の二酸化珪素被覆に適用する。レジストを電子ビ
ームにより前述したやり方でエネルギーに模様状に露出
する。レジストを現像し、その非露出部分を次に下の二
酸化珪素被覆から剥がす、 X線吸収材を付着させる前
に、レジスト横遺体をSiO2ステンシルから剥離し、
ステンシルの表面を注意深くきれいにする6次に得られ
た構造体を化学的蒸着室内に入れ、前述の如くタングス
テンを付着させる0本発明の好ましい具体例として、X
線吸収材金属はタングステンで、付着は障壁層の上に低
圧化学的蒸着法で行なわれる。
X&!吸収材の付着で用いられる方法は、5i02層の
付着について上述したのと同様である0次にX線吸収材
模様を、タングステンの低圧選択的化学的蒸着によりS
iO2ステンシルを通して定めることができる。従って
この方法は付加的なもので、SiO□ステンシルで定め
られた輪郭を正確に満たす、タングステンの付着は極め
て選択的で障壁層が露出された領域でのみ行なわれ、ス
テンシル自体の表面上では起きない、タングステンの付
着に続き、二酸化珪素ステンシルの残りの部分を選択的
イオン食刻によって除去し、第3d図に例示した構造を
生ずる。
付着の程度は、ステンシル内に形成されていた模様の幾
何学的形態に付着物を一致させるのに充分なものとする
。障壁層上のタングステンの付着は二段階の化学的反応
に従う、この反応は次のように例示される。
障壁層上にタングステンを低圧化学的蒸着するのに用い
られる装置及び方法はよく知られており、技術的文献に
記載されている。例えばM、L、グリーン(Green
)及びR,A、レビイ(Levy)、”集積回路用のた
めの金属の化学的蒸着(Chemical Vapor
 Deposition  of  Metals  
for  Integrated  C1rcuit 
 Applications)″ J、of  Met
aIs、  June  (1985);  及びT、
モリャ、に、ヤマダ、Y、ツナシマ及びM、カシワギ、
゛優れた選択性をもつ非侵食タングステン新CVD法(
AN ew  E ncroacha+ent−F r
ee  T uBsten  CV DP roces
s with S uperior S eieeti
vity)”第15凹円体装置及び材料会議(東京)予
講集(1983)第225〜228頁参照、(これらは
全て全体的に参考のためここに入れである)。
蒸着室内の六フッ化タングステンに対するガス圧力は、
約2.5〜5 x 10’ h−ルの範囲にあり、H2
に対しては約0.15〜約0.35)−−ルの範囲にあ
る。
蒸着室内の典型的な流速は、六フッ化タングステンに対
しては10cmコ/分で、水素に対しては約75cm/
分である1本発明の好ましい具体例として、基材温度は
、約50〜約200人/分の付着速度を得るために、約
300〜400℃の範囲に維持される。
ステンシルの輪郭内にタングステンを選択的に化学的蒸
着した後、ステンシルをプラズマ食刻法により除去する
ことができる。プラズマ食刻は反応性イオン食刻(RI
E)に幾らか似ているが、操i%及び結果の点でかなり
異なっている0重要な相異点は、プラズマ食刻室内の圧
力がRIE室内よりもはるかに高いことである。従って
、食刻はRIEの場合よりも異方的であるよりもむしろ
等方的に行なわれる。プラズマ食刻は慣習的に半導体製
造で用いられてきている0例えばS、M、アービング(
I rving)、 K 、 E 、レモンズ(Lem
ons)及びG、E、ボボス(B obos)による米
国特許第3.615,956号(1971)“ガスプラ
ズマ蒸気食刻法”及びA、ヤコブ(J acob)によ
る米国特許第3,951.843号(1976)”半導
体デバイスからホトレジスト材料をプラズマ除去するの
に用いるためのフルオロカーボン組成物”参照。
最後に、像状模様と一致した珪素ウェハー部分(下11
1!I)を選択的化学的食刻法で除去する。この方法は
、最初に、緩衝フッ化水素酸に露出することにより珪素
に穴をあける。そのような処理に続き、露出した珪素を
適当な化学的食刻剤(例えばピロカテコール、エチレン
ジアミン及び蒸留水の混合物)中に入れることができる
。この溶液を約115℃の一定温度に保つ、この温度で
ウェハーの下側の食刻は約60〜100μm/時の速度
で進行する。この食刻はそれ自体、硼素をドープしたエ
ピタキシャル層がその食刻剤に対し比較的不浸透性であ
る点で限界がある。この同じ食刻法は、5in2ステン
シルの残部を除去するのにも用いることができる。
上で特定化した条件で、そのようなステンシルの消費は
、約200〜500人/分の速度で進行するであろう、
前述の方法で得られるマスクは第1図及び第2121に
例示されている。第1図は本発明の方法により製造でき
るマスクの斜視図である。第2図は第1のマスクの線A
Aを通る断面図を表す。
この方法により、製造されたマスクは多くの点で独特の
ものである。そのような特異性はタングステンとエピタ
キシャル珪素表面との間の反応の結果である。その結果
はこれら二つの領域の間の界面に珪化タングステンの薄
い(200人より小さい)薄い層が形成されることであ
る。その結果タングステンは硼素をドープした珪素に化
学的に結合し、優れた接着をなす、減法(S ubtr
acLive)現象タングステン法はこの結果から利点
は得られず、応力を注意深く制御しないと、タングステ
ンは接着が悪い為屡々剥がれ亀裂を生ずるであろう。
本方法の別の利点は、選択的に付着させたフィルムの応
力について予期せざる制御が得られることである。フィ
ルム内の応力は反応器中の温度及び圧力を変えることに
より、蒸着中よい正確度で制御することができる。フィ
ルム内の応力を制御するこの能力は重要である。何故な
らもし金属フィルム中の応力を制御できれば、模様の変
形度を制御することができるからである。さもないと、
全く明らかなように、これらの変形はX線マスクに有害
なものである。
本発明の選択的CVDタングステン法の第三の利点は、
それが乾式法であると考えられていることである。対照
的に、吸収材金属は、液体浴、例えば金の電気メッキ浴
から珪素膜上にありきたりのやり方で付加的に模様状に
つけられる。それら液体は、微小汚染物を除いて超清浄
に保つことを一層困難にするのに対し、気相反応は比較
的簡単に清浄に保てる。
本発明の前記処理工程及び材料は、熱的膨張及び収縮に
よる破壊に極めて抵抗性のある形状が安定したマスクを
もたらす、安定性は一つには、珪素に対して最も近い整
合を与えるタングステンの熱膨張係数による。その結果
熱的な不一致に起因する変形が最小になる。これはマス
クの耐久性にとって非常に重要なことである。X線に露
出中、かなりのエネルギーがマスクに吸収され、熱を発
生し、それがマスクの熱膨張を起こすであろう。
熱膨張及び熱収縮によって起こされる変形はマスクの破
壊を起こすことがあり、それはコンクリートが長い時間
一定のD張及び収縮を受けることにより亀裂を生ずるの
によく似ている。膨張及び収縮を重責的に一緒に受ける
膜及び吸収材を有することは、この効果を最小にするで
あろう。これとは対照的に付加した金による吸収材模様
は珪素に対する熱的な一致が悪く、従って珪素にタング
ステンを付加した場合に匹敵するマスクの寿命は示さな
い。
実施例 次の実施例は、本発明の方法によるX線マスクの製造を
例示する。続〈実施例は珪素ウェハー上に膜領域を最初
に定めることにより、X線マスクを製造する方法を例示
する。従ってこの実施例は第3図の右側に例示した処理
過程に従うものである。
最初に、次の規格をもつ2枚の研摩した珪素ウェハーを
商業的に入手した〔オーレル社(AurelCo、 >
(カリフォルニア州すンタクララ)製〕。
配向:100 ドープ剤二 N 固有抵抗:  2〜2.5ΩcIl 直径: 2インチ 次にこれらの珪素ウェハーを商業的に処理してその上側
表面に硼素をドープしたエピタキシャル珪素膜を成長さ
せた( M / A  Com 、マサチューセッツ州
バーリントン)。処理の結果、5×101g′ 〜 l
Xl0”原子/ c m ’の硼素ドープ濃度をもつ約
0.5〜3μ彌の厚さをもつ膜が得られた。
次に二酸化珪素被覆を、化学的蒸着によって、膜の表面
とウェハーの下側の両方の上に付着させる。この二酸化
珪素被覆即ちステンシル層の厚さは約3000人である
。この被覆方法で用いられた装置は市販されており、そ
のような蒸着を行なうための技術は、公開された文献に
記載されている。
〔カリフォルニア州ロスガトスのゼネラルシグナルの一
部門であるテンプレス(TeIIlpress)から入
手できるパイロックス(Pyrox)器具)。
ウェハー上の二酸化珪素被覆の前後の両面に回転ホトレ
ジスト被覆法を適用する。ホトレジストはシブレイ ミ
クロボジト(M 1croposit)1450J (
マサチューセッツ州ニュートンのシンプレイ社から入手
できる)を用いて ウェハーの二酸化珪素表面に適用す
る。装置はウェハーを約30秒間4000rpmで回転
させるように操作する。この適用方法から得られるレジ
ストは厚さが約1.75μ薗である。レジストは硬化さ
せるため通風炉中で約90℃で30分間加熱する。レジ
ストを硬化した後、膜領域を定めるため紫外線に露出す
る。露出は、360Wのエネルギー源及び膜領域を定め
るために従来の近接マスクを用いて約45秒間行なわれ
た0次にレジストを従来の現像剤溶液(シブレイ ミク
ロボジト351現像剤濃縮物 1部、H2C5部)中で
現像した。現像は約15秒間必要であり、現像剤は従来
の噴霧法で適用した。
現像に続き、ウェハーの下側上の二酸化珪素被覆の露出
部分を、トリフルオロメタン ガスを用いた反応性イオ
ン食刻(RIE)により除去した。
二酸化珪素被覆の露出部分は、RIEにより工1素ウェ
ハーの水準まで全部除去されるこの食刻法で用いられた
装置は変換パーキン−エルマー(Parkin−E I
mer)  スパッタリング装!(3140型)であっ
た。操作条件は次の通りであった。
600■のバイアス 10105eの流速 10ミリトールの圧力 約3000人分の5i02食刻速度 このRIE法に続き、レジストの残りの部分を、この構
造体の上側及び下側の両方からア七トンによるすすぎで
剥離することにより除去した。珪素ウェハーの露出領域
を次にエチレンジアミンピロカテコールと水からなる溶
液で化学的に食刻する。
食刻浴中のこれら成分の相対的濃度は、250+++Z
 :45g二120m1である。この食刻剤は予め混合
された形で市販されている(マサチューセッツ州ローレ
イのトランセン社)0食刻剤は約0.75μ薗/分の速
度で珪素ウェハーを除去するのに有効である。硼素をド
ープしたエピタキシャル珪素膜はこの膜の腐食に対し有
効な障壁を与える。
膜を定めた後、3層レジストを、エピタキシャル珪素膜
の上側を覆っている無傷の二酸化珪素被覆に適用する。
この3層レジストは二酸化珪素被覆上に三つの別々の層
を順次付着させることにより製造される。第1の層はシ
ブレイ ミクロボジ)  1450J  ホトレジスト
(0,5−1μIの厚さ)で、そのレジストを従来のや
り方で硬化させた後、次にその上に二酸化珪素被覆をス
パッタリングしり250〜500人の厚さまで)、次に
その8102層の上にポリメチルメタクリレート被覆を
同じ回転付着法により適用する。ポリメチルメタクリレ
ート被覆は約180 ’Cに30分間加熱することによ
り硬化する。この3層レジストを製造した後、模様状電
子ビームエネルギーに露出する。この露出工程で用いら
れた装置は、カリフォルニア州へイウツドのパーキン−
ニルマー社から入手できる。
そのような露出に続き、3層レジストの表面280−4
0 K T I  ポリメチルメタクリレート現像剤(
コネチカット州つオーリングフォードの KTIケミカ
ルズ社製)で現像した。現像工程は露出時間により、ど
の場合でも30〜60秒の範囲にすることができる。
3層レジストの現像に続き露出しなS i 02層を反
応性イオン食刻法(RIE)により除去する。この方法
は、膜を定める際にウェハーの下側から二酸化珪素被覆
を除去するのに用いられた方法と同様である。露出領域
中の二酸1ヒ珪素を、下の硼素をドープしたエピタキシ
ャル珪素膜の水準まで除去しそれによってステンシルを
形成する。この食刻工程が終わった時、3層レジストの
残りをアセトンですすぐことにより除去する。ステンシ
ルの表面及び硼素をドープしたエピタキシャル珪素層の
露出領域を、今度は、トリクロロエチレンで清浄にし、
次にアセトンで、次にメタノールによるすすぎにより清
浄にする。得られた構造体をヘリウム酸素雰囲気中(3
00ミリトール)でプラズマ・アッシュ(ash)に、
従来の装置及び方法を用いて露出する(装置はロープア
イランド州プロピデンスのテクニクス社から入手できる
)。
硼素をドープしたエピタキシャル珪素層の露出した領域
及びステンシルの表面を、タングステンの還択的化学的
蒸着の前に、フッ化水素酸に接触させる。この清浄化操
作で用いられる溶液は、市販されている(マサチューセ
ッツ州ローレイのトランセン社製)緩衝フッ化水素酸で
ある。フッ化水素酸との接触時間は1漫漬当たり約10
〜30秒である。
この最後の清浄化工程に続き、その構造体を化学的蒸着
室に入れ、タングステンを、硼素をドープしたエピタキ
シャル層上に約0.25〜0,4μmの深さまで付着さ
せる。タングステン付着物は二酸化珪素ステンシルの輪
郭に一致する。この方法で用いられる装置は容易に商業
的に入手できる(カリフォルニア州マウンテンビューの
ジーナス社又はカリフォルニア州すナゼイのアニコン社
)。
エピタキシャル珪素層の上にタングステンを付着させた
後、二酸化珪素ステンシルを、得られたti構造体表面
をHmフッ化水素酸中に、二酸化珪素ステンシルの残り
が食刻除去されるまで浸漬することにより除去する。そ
のような浸漬時間は、SiO□の厚さに依存し、食刻速
度は約100人/分でりる。
二酸化珪素ステンシルの除去に続き、マスクを洗浄して
残留酸を除去し、乾燥する。ここでマスクは完成され、
ミクロ電子工業の微細な形状なもつ部品の製造に用いる
ことができる。
今までの記載は、本発明の好ましい具体例の幾つかを例
示するために与えられており、本発明の範囲ご限定する
ものと考えてはならない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法により製造されたX線マスクの斜
視図である。 第2図は第1図の構造体の線AAを通る断面図である。 第3a図〜第3d図は本発明の方法の種々の段階でのマ
スク素材を通る一連の断面図である。 4−ウェハー、    6−障壁層、 8−二酸fヒ珪素層。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)X線リトグラフで用いるのに適した、形状が安定
    なマスクの製造方法において、 a)上から下に次の順序で連続的に配列された複数の層
    からなるマスク素材を与え、 i)レジスト層、 ii)二酸化珪素被覆、 iii)エピタキシャルに成長させた硼素をドープした
    珪素障壁層、及び iv)単結晶珪素ウェハー; b)前記レジストの表面を像形成エネルギーに選択的に
    露出し、 c)得られたレジストの像状模様を現像し、下の二酸化
    珪素被覆の一部を選択的に露出させ、 d)二酸化珪素被覆の前記露出した部分を除去してステ
    ンシルを形成し、下の硼素をドープしたエピタキシャル
    珪素障壁層を選択的に露出させ、 e)前記マスクの像状表面に、タングステンと、前記硼
    素をドープしたエピタキシャル障壁層の露出した部分と
    の反応生成物を形成させるのに都合のよい条件で、タン
    グステンを選択的に化学的に蒸着させ、それによつて前
    記二酸化珪素ステンシルの三次元的幾何学的形態によっ
    て可能な程度まで障壁層にタングステンを蒸着させ、 f)二酸化珪素ステンシルの残りの部分を除去し、そし
    て g)硼素をドープしたエピタキシャル障壁層の像状部分
    と一致した珪素ウェハー部分を選択的に除去し、それに
    よって模様状X線吸収材が上に付着した、形状が安定な
    膜を定める、 ことからなるX線リトグラフ用マスクの製造方法。
  2. (2)障壁層中の硼素の濃度が約5×10^1^9/c
    m^3から約2×10^2^0/cm^3の範囲にある
    前記第1項に記載の方法。
  3. (3)X線透過性支持膜とそれに付随するX線吸収材金
    属を有するX線リトグラフで用いるのに適したX線マス
    クにおいて、形が崩れないX線透過性膜がエピタキシャ
    ルに成長させた硼素をドープした珪素層からなり、その
    上に直接付着させたタングステン付着物を有することか
    らなる改良されたマスク。
  4. (4)硼素をドープしたエピタキシャル珪素層が約0.
    5〜約3μmの範囲の厚さをもち、タングステン付着物
    が約0.35〜約0.75μmの厚さを有する前記第3
    項に記載の改良されたマスク。
  5. (5)硼素をドープしたエピタキシャル珪素層が形が崩
    れないものであり、模様状X線吸収材のための本質的に
    平らな、形が崩れない台を与える前記第3項に記載の改
    良されたマスク。
  6. (6)X線リトグラフで用いるのに適した、形状が安定
    なマスクの製造方法において、 a)上から下に次の順序で連続的に配列された複数の層
    からなるマスク素材を与え、 i)二酸化珪素被覆、 ii)エピタキシャルに成長させた、硼素をドープした
    珪素障壁層、 iii)単結晶珪素ウェハー、 iv)二酸化珪素被覆、及び v)レジスト層; b)前記レジストの表面を像形成エネルギーに選択的に
    露出し、 c)得られたレジストの像状模様を現像し、下の二酸化
    珪素被覆の一部を選択的に露出させ、 d)二酸化珪素被覆の前記露出した部分を除去し、それ
    によって珪素ウェハーの下側を露出させ、 e)前記ウェハーの下側を、本質的に完全に除去される
    まで食刻剤にかけ、 f)前記障壁層と連続した二酸化珪素被覆内に模様を定
    め、 g)前記二酸化珪素被覆を前記障壁層の水準まで選択的
    に除去し、模様に一致したステンシルを定め、そして h)前記障壁層の露出部分上に、タングステンと前記障
    壁層との反応生成物を形成させるのに都合のよい条件で
    、タングステンを化学的蒸着法で付着させる、 ことからなる、X線リトグラフ用マスクの製造方法。
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