JPS6330990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリトグラフイー用マスクの製法に関す
る。

半導体集積回路の製造において種々のリトグラ
フイー法が、半導体ウエハ上に塗布されたフオト
レジストを露光するために使用される。小形化へ
の要請および所与のチツプにより多くのデバイス
を塔載することへの要請からリトグラフイーはよ
り短かい波長に向つて開発されてきた。短波長は
良好な分解能および小形化のために必要である。
したがつて可視スペクトルを利用する光学リトグ
ラフイーから紫外線（UV）リトグラフイーへ、
最近ではＸ線リトグラフイーへと発展している。
Ｘ線は特に短い波長を有し、かつ特に微細な導体
路の形成を可能にする。Ｘ線は例えば４〜50オン
グストロームの範囲内であり、より一般的には４
〜13オングストロームの範囲内である。かかるリ
トグラフイーにおいては所望のパターンを有する
マスクを照射源、例えばUVまたはＸ線とパター
ンが露光されるべきレジストをコーテイングした
半導体基材との間に挿入する。マスクは使用され
る照射線に対して不透明のマスキングされた範囲
と該照射線に対して透明のマスク基板とで、露光
される導体に良光な明確化を与えるものでなけれ
ばならない。Ｘ線リトグラフイーで達成すること
が望まれている小さな導体幅のために、良好な分
解能を与えるマスクの製造が問題となる。

Ｘ線リトグラフイーで使用されるマスク上の吸
収体として使用される代表的な材料は金である。
他の元素は軟Ｘ線吸収の増加を示すが、金がきわ
めて処理し易い。

金吸収体の厚さはＸ線フオトレジストのコント
ラスト要求度によつて決定される。低感度、高コ
ントラストフオトレジスト、例えばPMMAにつ
いては0.2〜0.3ミクロンで十分である。しかし短
かい露光時間の場合に要求される高感度、低コン
トラストフオトレジストに対しては0.5〜0.8ミク
ロンの範囲内の厚さの金が必要である。更にサブ
ミクロンのパターンを複製すべき場合には金吸収
体パターンは角形エツジの断面を有する必要があ
る。換言すれば、細かいパターンをち密に実装す
る場合には角形エツジが必要である。減衰は厚み
とともに指数関数的に変化するので、スロープを
有するエツジ断面はＸ線露光の間にエツジの鋭さ
が失なわれる結果になり、このことはネガのフオ
トレジストを使用する場合に導体幅制御困難およ
びフオトレジストの厚さの変化へと導く。

常用のフオトリトグラフイーおよびエツチング
技術は金吸収体のパターンを形成するために化学
的エツチングを使用する。これらの方法はパター
ンのエツジにおけるフオトレジストのアンダーカ
ツテイングをもたらし、かつスロープを有するエ
ツジ断面が一般に得られる。２つの他の公知方
法、“リフトオフ（lift−off）”法として知られる
物理的エツチング法およびスパツターエツチング
として知られる方法が所望の角形エツジ断面を製
作するのに一般により良好な結果を与える。

リフトオフ法ではフオトレジストをＸ線照射に
対して透明である基板上に塗布する。フオトレジ
ストを所望のパターンを用いて露光し、かつ金を
沈着すべき範囲の基板を露出させるためにフオト
レジストを現像する。この露出がフオトレジスト
のアンダーカツテイングをもたらす。次いでクロ
ムの薄い付着性膜を沈着させ、引続き金の膜を沈
着させる。この方法で良好な結果を得るには金の
連続的な膜がフオトレジストの層を被覆するのを
阻止するためにアンダーカツトフオトレジスト断
面を必要とする。その結果金の厚さがフオトレジ
ストの厚さの約３分の２に限定され、かつ金吸収
体の厚さ0.6ミクロンを形成するためには約１ミ
クロンのフオトレジストが必要である。厚いフオ
トレジストの使用は分解能および製造し得る最小
導体幅を限定する。

リフトオフ法はアンダーカツト断面を製造する
ために電子線露光により形成されたフオトレジス
トパターンを一般に使用してきた。リフトオフは
ポジのフオトレジストを紫外線露光することによ
り製造することができる角形断面を用いて達成す
ることができるが、パターンのエツジにおいて金
がはがれ、このことからぼろぼろのエツジ断面を
作る傾向がある。更にこの方法は孤立したパター
ンを形成するのに使用できない。フオトレジスト
の島は確実に除去することができない、それとい
うのもフオトレジストへの溶剤の入口がないから
である。

他の公知方法、すなわちスパツターエツチング
は著しい急角度、約70゜を与えるが、依然として
制限がある。更にスパツターエツチング法はリフ
トオフ法よりも一層複雑である。

更に詳細な技術水準に関しては以下の文献を参
照されたい： １ バツクリー（W.D.Buckley）著、“Factors
which Determine the Exposure Time in an
Ｘ−Ray Lithography Exposure System'、
Symposium on Electron and Ion Beam
Science and Technology第７国際会議議事録
から。ワシントン、1976年、454〜463頁。

２ マイダン（D.Maydan）、コキン（G.A.
Coquin）、マルドナド（J.R.Maldonado）、ソ
メク（S.Somekh）、ロウ（D.Y.Lou）および
テイラー（G.N.Taylor）共著、“High Speed
Replication of Submicron Features on
Large Area、by Ｘ−Ray Lithography”、
IEEE Trans.on Electron Devices，ED−22、
429（1975年）。

３ バソーズ（E.Bassous）、フエダー（R.
Feder）、シユピラー（E.Spiller）、トパリアン
（J.Toparian）共著、“High Transmission Ｘ
−Ray Masks yor Lithographic
Applications”、Solid State Technology、
1976年９月、5558頁。

４ ヘンケ（B.L.Henke）、エルギン（R.L.
Elgin）、レント（R.E.Lent）、ヘデインガム
（R.B.Hedingham）共著、“Ｘ−Ray
Absorption in the ２ to 200 Ａ Region”、
Norelco Report14。112〜131頁、1967年。

したがつて本発明の目的は公知技術の欠点を持
たず、かつ電子線露光またはスパツターエツチン
グを必要とせずに角形のエツジ断面を有する、必
要な厚さの金吸収体を与える、改良されたマスク
製造方法を見い出すことである。

前記の目的は本発明の方法により達成される、
該方法はフオトレジストを露光するために使用さ
れる照射線の波長を反射させる材料、例えばアル
ミニウムを先ずＸ線照射に対して透明である基板
上に沈着させ；次いでアルミニウム上にフオトレ
ジストの膜を設け；フオトレジストを所望のパタ
ーンを用いて露光し；フオトレジストを現像して
吸収体材料を沈積させたい範囲のアルミニウムを
露出させ；レジストをアンダーカツテイングする
範囲からアルミニウムをエツチングして除去し；
吸収体をレジストとアルミニウム中に開口部を通
して沈着させ、かつ次いでレジストを剥ぎ取るこ
とより成る。場合により残留アルミニウムを除去
してもよい。詳細に説明される実施形において、
基板はマイラーの商品名で市販されている、熱可
塑性ポリエステルであるポリエチレンテレフタレ
ートである。あるいは熱硬化性ポリイミド、例え
ばカプトン（デユポン社の登録商標）を使用して
もよい。吸収体として優れた材料は金であり、金
と基板との間にクロムの付着性の膜を有する。

第１Ａ図〜第１Ｆ図は本発明のマスク作成方法
における基本的な工程を図示し、第２図は本発明
の方法により製造された一対の導体のパターンを
示し、かつ第３図は本発明の方法により製造され
た孤立したパターンの図である。

第１図により示されているようにアルミニウム
膜１１を本発明のマスクを使用する際に使われる
照射線例えばＸ線に対して透明である材料の基板
上に先ず沈着させる。これは任意の公知の方法、
例えば蒸着、スパツタリング等を用いて行なうこ
とができる。引続きフオトレジストの膜をアルミ
ニウム上に設ける。フオトレジストを常用のUV
リトグラフイーを用いて露光し、次いでフオトレ
ジストを現像する。これらの工程の結果を第１Ｂ
図によつて示す。現像後にアルミニウム膜上に残
つたフオトレジスト１５が見られる。現像された
エツジにおいて定常波パターン１７が存在する。
アルミニウムの役割はUV線に対する反射体とし
て作用することであり、その結果反射線は入射線
と合して定常波パターンを形成する。この定常波
パターンはフオトレジストの殆ど角形のエツジの
形成を可能にし、かつ常用のリフトオフ法で必要
な電子線リトグラフイーではなく、常用のUVリ
トグラフイーの使用を可能にする。

次いで第１Ｃ図に示すようにアルミニウムをエ
ツチング除去する。もちろん露出された範囲内の
アルミニウムのみがエツチングされる。エツチン
グは残留するフオトレジスト１５の下方のアンダ
ーカツト１９が設けられるようにして実施する。

次に第１Ｄ図に示すように金を第１Ｃ図の構造
上に蒸着させる。有利に金の蒸着に先立つて基板
１３への付着を促進するためにクロムの薄膜２１
の蒸着を実施する。金もしくは他の吸収体材料の
蒸着は開放区域内で基板またはクロム膜１上にお
よびまたフオトレジスト１５上に生じる。次いで
第１Ｅ図に示すようにレジストを好適な溶剤を用
いて剥ぎ取り、残留するアルミニウム膜１１から
間隔を置いて金吸収体パターン２３を残す。次い
で第１Ｆ図に示すように好適なエツチング剤を用
いてアルミニウムを除去することができる。しか
しこの工程はＸ線用マスクを製造する際には任意
であることに注意すべきである、それというのも
アルミニウムによるＸ線の減衰は無視することが
でき、かつアルミニウム膜は横方向の熱伝達を増
加させ、したがつて温度勾配を制限するので有用
である。

例 本発明によりマスクを製造するにあたり、コン
デンサ級マイラから形成されたマイラのマスク用
薄膜（厚さ３〜25ミクロンおよび直径12cmまで）
をステンレス鋼製リング上に平らに延ばし、かつ
円周で固定した。次いで第２のステンレス鋼製リ
ングを、薄膜を円周上で締めるために第１リング
上にプレス嵌めした。あるいは薄膜を、中央にＸ
線が薄膜を透過するのを可能にする適当な大きさ
の穴を有するパイレツクス基材上に延ばし、かつ
広げた。

先ず0.2ミクロンのアルミニウム膜を蒸着によ
り基板上に沈着させ、次いでAZ1370フオトレジ
スト〔シツプリー（Shipley）社から市販。
（Newton，Mass.）〕、厚さ0.9ミクロンをアルミ
ニウム上に沈着させた。フオトレジストをパーキ
ン・エルマー（Perkin Elmer）−投影マスクアラ
イナを用いて第１図のレジスト膜１３を装置の焦
点面内に精確に配置して露光した。フオトレジス
トをUV線を用いてマスターマスクを通して露光
した。

次いでアルミニウムを燐酸／５％−硝酸中で化
学的にエツチングして第１Ｃ図に示されたパター
ンが得られた。約200A厚さのクロム付着性膜を
フオトレジスト上に蒸着させ、次いで金吸収体膜
を厚さほぼ0.6ミクロンに蒸着した。蒸着距離は、
定常波パターン１７上の沈積を防ぐために長く、
すなわち27cmにとつた。作業中フオトレジストア
ンダーカツトは最小パターン寸法をアルミニウム
の厚さの約３倍、例えば0.6ミクロンに制限した。
次いでフオトレジストをアセトン中に溶かして第
１Ｅ図に示されるような剥ぎ取り後の金のパター
ンを製造した。次いで残りのアルミニウムを燐
酸／５％−硝酸混合物でエツチングして除去し
た。この方法を用いてオープンパターンおよび孤
立パターンの両方を有するパターンが得られた
（第２図および第３図）。幅２ミクロン、厚さ1/2
ミクロンおよび角形エツジ断面を有する金の導体
が第２図に示されるように製造された。結果はレ
ジストの定常波パターンは金の中に再現されない
ことを示す。更にレジストをアンダーカツトする
アルミニウムエツチング工程は重要ではないこと
が判明した、それというのも導体幅はフオトレジ
ストパターンによつてのみ決定されるからであ
る。

1μｍの導体および間隙を有するパターンも製
造された。この場合レジストパターンを形成する
ためにマスクアライナの代わりに接触印刷を使用
した。この技術はより精密なパターンを製造する
ために他の高分解性露光技術と一緒に使用するこ
とができる。

試験はまた、その表面の粗面性の故にマイラ薄
膜の使用に潜在的な限界があることを示した。試
験は、薄膜中の混合物がにレジストパターン内に
完全に見出される場合に金の被覆が十分であれば
不利な作用は認められないことを示した。混合物
は単に金パターン内のふくれを生ぜしめるにすぎ
ない。更にパターンのエツジにおける混合物が認
められても不利な効果は惹起されず、この場合に
も単にふくれを生ぜしめるにすぎない。しかしか
かる混在物はより細かいパターンに対してはより
重大な作用を持つ可能性がある。

本発明の方法の制限は必要である厚いフオトレ
ジスト膜である。加えて金と延伸マイラ薄膜の間
の熱膨脹率の大きな差異のために加熱は金の中に
割れを起す場合があるので、金蒸着の間薄膜の温
度を制御する必要がある。前記の方法を実施する
際に温度制御を薄膜の裏面に冷却用放熱子を接合
する。

現在ではマイラが代表的な基板材料と考えられ
る。しかし前述のようにカプトンもマイラと同様
の利点を有している。これら両材料は安価で、か
つ薄膜状で市販されており、加工が容易である。
更にこれらは可視領域において透明である他に目
下問題となつている全てのＸ線波長に対して透明
であるので、光学的位置合わせ方法の使用を可能
にする。更にこれらの材料は大きな直径を支持さ
れない薄膜を可能にし、該薄膜は十分に強く、通
常の取扱いに傷を受けることなく耐えて、加工さ
れる。当分野において提案された他の薄膜用材料
はシリコーン、酸化アルミニウムおよび窒化珪素
で厚さ数マイクロメーターまでのものである。こ
れらの材料はマイラまたはカプトンの利点の全て
を持つているとは思われない、それというのも例
えばこれらはあらゆる場合における可視領域で透
明を有していず、若干のもの、例えばシリコーン
は6.75Aよりも長い波長に対する使用を制限する
吸収端を有しているからである。また前述の如
く、他の吸収体材料を使用してもよいが、金程作
業し易くない。

本発明のマスクは特にＸ線リトグラフイーで有
用であるが、本発明により製造されるマスクは
UVリトグラフイーでも有用である。導体の厚さ
は異なつていてもよいが、本発明の方法は吸収体
上で角形エツジが製造される点で依然として有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｆ図は本発明のマスク製造方法
の工程を図示したものであり、第２図は本発明方
法により製造された一対の導体のパターンを示
し、かつ第３図は本発明方法により製造された孤
立したパターンの図である。 １１……基板、１３……アルミニウム膜、１５
……フオトレジスト、１７……フオトレジスト定
常波パターン、１９……アンダーカツト、２１…
…クロム付着性膜、２３……金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リトグラフイー用マスクを製造するための方
   法において、 (a) リトグラフイー方法で使用される照射線に対
   して透明である基板上に紫外線に対して反射性
   である材料の薄膜を沈着させ、 (b) 該反射性膜をフオトレジスト膜でコーテイン
   グし、 (c) 照射線吸収体を設けるべき範囲を露出させる
   ためにフオトレジストをマスターマスクを通し
   てUV−線で露光し、 (d) フオトレジストを現像して前記の範囲の反射
   性膜を露出させ、 (e) 反射性膜をエツチングして除去して基板を露
   出させ、かつアンダーカツトを設け、 (f) 基板上においてマスクを使用する際に使われ
   る照射線に対して不透明である材料の膜を沈着
   させ、かつ (g) レジストおよび前記の不透明材料の不所望な
   部分を剥ぎ取ることを特徴とする、リトグラフ
   イー用マスクの製法。 ２ 更にレジストを剥ぎ取つた後に反射性膜の残
   留部分を除去する工程を包含する、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３ 反射性膜がアルミニウムの膜から成つてい
   る、特許請求の範囲第１または２項記載の方法。 ４ マスクを使用する際に使われる照射線がＸ線
   であり、かつＸ線に対して不透明の材料が金であ
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 金の膜を沈着させる工程が基板上に金を蒸着
   させることより成る、特許請求の範囲第３項記載
   の方法。 ６ 金の蒸着前に基板上にクロムの薄膜を蒸着さ
   せる工程を包含する、特許請求の範囲第５項記載
   の方法。 ７ フオトレジスト膜の厚さが照射線に対して不
   透明の材料の厚さの１ 1/2倍であり、かつ反射性
   膜の厚さが不透明材料の膜の約1/3である、特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 基板材料が熱硬化性ポリイミドおよびポリエ
   チレンテレフタレートから成る群類から選択され
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ Ｘ線リトグラフイーで使用するためのマスク
   を製造するための方法において、 (a) 熱硬化性ポリイミドシートおよびポリエチレ
   ンテレフタレートのシートから成る群類から選
   択される基板上にアルミニウムの薄膜を沈着さ
   せ、 (b) 該アルミニウム膜上にUV線に対して感光性
   のフオトレジスト膜を設け、 (c) 該フオトレジストをUV線によつてマスクを
   通して露光し、 (d) フオトレジストを現像してＸ線吸収体を沈着
   すべき範囲のアルミニウム膜を露出させ、 (e) 露出された範囲のアルミニウム膜をエツチン
   グしてアルミニウム膜を除去し、かつ残留する
   レジスト膜の下にアンダーカツトを設け、 (f) 基板上のクロムの薄膜を蒸着させ、 (g) クロムの上に金の膜を蒸着させ、かつ (h) レジストを剥ぎ取つて基板上に金吸収体のパ
   ターンと該パターンから間隔を置いてアルミニ
   ウム膜の範囲とを残すことを特徴とする、Ｘ線
   リトグラフイー用マスクの製法。 １０ 基板上の残留するアルミニウム膜を除去す
   る工程を包含する、特許請求の範囲第９項記載の
   方法。 １１ アルミニウム膜が厚さほぼ２ミクロンであ
   り、フオトレジスト膜が厚さほぼ９ミクロンであ
   り、かつ金の膜が厚さほぼ６ミクロンである、特
   許請求の範囲第１０項記載の方法。