JP2002525652A - 調整露光マスクの使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基板（２４０）上にフォトレジスト材料の層（２５０）を供給することを包含するフォトリソグラフィー方法。輻射線が、吸収材料（２２０）の厚さに比例する透過率で輻射線を吸収する吸収材料の層を通してフォトレジスト材料に透過される。フォトレジスト材料が表面レリーフ形状に対応するパターンに一部のみに露光されるように、表面レリーフ構造が吸収材料に形成される。こうして、フォトレジスト材料が現像される時に、それは吸収材料中の表面レリーフ構造に対応する表面レリーフ構造を有する。その後、現像されたフォトレジスト材料およびターゲット基板をエッチングすると、現像されたフォトレジスト材料中の表面レリーフ構造に対応するターゲット基板中の表面レリーフ構造が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、従来のフォトリソグラフィー方法で用いられる調整露光マスクに関
するものである。そのマスクは、それの厚さに比例した輻射線を吸収する材料の
層を有する。さらにこの吸収材料は、マスクにより吸収される輻射線量がその表
面上で変動するよう成形されている。本発明による調整露光マスクを使用して、
ターゲット基板上に連続可変表面トポグラフィー（continuously variable surf
ace topography）を作製することが可能である。

【０００２】 発明の背景 一般には、従来のフォトリソグラフィー方法を使用して、半導体デバイスから
マイクロレンズアレイまでの範囲で様々な細密構造を作る。典型的な従来のフォ
トリソグラフィー方法によると、ターゲット基板は、フォトレジスト材料（即ち
フォトレジスト）で被覆されている。その後、フォトレジストの部分は、マスク
を通して輻射線に露光される。マスクは、輻射線によるフォトレジストの選択部
分の照射を完全に遮断するデザインを具体化しており、フォトレジストのその他
の部分は全て露光される。入射光を完全に遮断する、または全て透過させるのい
ずれかであるこのタイプのフォトリソグラフィーマスクは、今後「二元(binary)
」フォトリソグラフィーマスクと呼ぶ。

【０００３】 露光の後、フォトレジストの露光部分は化学反応により除去され、非露光部分
は残存する（またはその逆）。その後、フォトレジスト材料の残余部分および下
にあるターゲット基板の非被覆部分の両者を含む表面全体が、イオンミリングな
ど従来のエッチング方法によりエッチングされる。このエッチング方法は、ター
ゲット基板の非被覆部分をエッチングして、基板中に所望の構造を形成させる。

【０００４】 しかし、そのような従来のフォトリソグラフィー方法に関わる一つの問題は、
それらが「二元」トポグラフィーを備える構造しか形成させないことである。即
ち、これらの方法は、実質的には２つの明白な高さまたはレベルを備える構造し
か形成させず、低いレベルではフォトレジストが除去され、高いレベルでは残余
のフォトレジスト材料が基板を被覆した。（回折などフォトリソグラフィー方法
の欠点が、それらの界面のレベル間に若干の変動を引き起こすが、これらの変動
は微弱であり、それらは典型的には構造に有利となるため制御することはできな
い。）

【０００５】 より複雑な細密構造の要求が高まり、この問題への様々な解決法が探求されて
きた。この問題に対し提案された周知の一解決法が、例えばSwanson他への米国
特許第４，８９５，７９０号、同５，１６１，０５９号および同５，２１８，４
７１号各明細書に論じられた多段階フォトリソグラフィー法である。図１にそれ
ぞれ示されるこの方法は、繰り返されるフォトリソグラフィーサイクルを用いて
、マルチレベル構造を作製する。

【０００６】 この方法をより詳細に論じると、第一の方法サイクルは、フォトレジストの層
１２０で被覆されたターゲット基板１１０で開始する。フォトレジスト１２０は
、第一の二元マスク１３０を通して紫外線に露光される。その後、フォトレジス
ト１２０の露光部分が除去されて、ドライエッチング方法を用いてターゲット基
板の非被覆部分をエッチングする。この第一方法サイクルが、２レベル構造を生
成する。

【０００７】 マルチレベル構造を得るために、２レベル構造は第二方法サイクルを受ける。
現在は２レベルを有するターゲット基板１１０は、フォトレジストの第二層１４
０で被覆される。その後、このフォトレジストの第二層１４０の部分は、第二の
二元マスク１５０により紫外線に露光される。第二のフォトレジスト層１４０の
露光部分が除去され、第二のドライエッチング方法がターゲット基板１１０の非
被覆部分をエッチングして、４つの明白なレベルを備えた構造を作製する。追加
のフォトリソグラフィーサイクルを利用して、例えば８、１６、および３２の異
なるレベルを備えた構造を生成させることが可能である。

【０００８】 しかし、この多段階フォトリソグラフィー法は、幾つかの問題を有する。第一
に、その方法が長時間をかけて実施される従来のフォトリソグラフィー方法を必
要とするため、時間がかかり労力も多大である。さらに、その露光がこれまでの
フォトリソグラフィー方法により形成された構造と厳密に一致するよう、各二元
マスクが基板により注意深く整位されなければならない。その上、この多段階フ
ォトリソグラフィー法は、別々の即ち「二元の」レベルを備えた構造しか生成し
得ない。この方法を用いて、技術上望ましい連続可変、即ち「アナログ」トポグ
ラフィーを備えた構造を生成させることはできない。

【０００９】 従って、連続可変トポグラフィーを備えた細密構造を生成させるために、その
他の方法が提案された。一つのタイプの方法、「直接書込み」法は、所望の構造
を形成させるために、高エネルギー密度の緻密に制御されたビームを用いて、タ
ーゲット基板からの材料をエッチングするまたはターゲット基板上に材料を付着
させる。別法として、そのようなビームを用いて、従来のエッチング方法に先立
ちフォトレジスト材料の層に所望のトポグラフィーを形成させる。直接書込み法
は、集束イオンビーム、高エネルギーレーザービーム、および電子ビームなどの
様々な高エネルギービームで実行することが可能である。例えば Lindquist 他
への米国特許第５，５４１，４１１号明細書、Gratrix他への米国特許第５，１
４８，４１９号明細書およびZarowinへの米国特許第５，８１１，０２１号各明
細書を参照されたい。

【００１０】 しかし、直接書込み法もまた問題を有する。各トポグラフィーの形状が個々に
切断されなければならないため、この方法は時間がかかり、大きなデバイス（即
ち、数平方ミリメートルよりも大きな面積のデバイス）を作製するにはしばしば
非実用的である。さらに、フォトリソグラフィー方法とは異なり、デバイスを直
接書込み法により個々に生成させることしかできず、それがいくつかよりも多く
のデバイスが必要となるあらゆる目的においてそれを非実用的にしている。その
上、直接書込み法は、集束イオンビーム発生装置または電子ビーム発生装置など
高価な装置が必要である。

【００１１】 専用のマスクを使用するフォトリソグラフィー方法により連続可変トポグラフ
ィーを得るために、その他の方法が提案された。例えば、Galへの米国特許第５
，３１０，６２３および同５，４８２，８００号明細書には、「グレースケール
」リソグラフィー方法の使用が教示されている。この方法は、従来のリソグラフ
ィー方法と同様に、二元マスクを使用するが、マスクの不透明部分が非常に小さ
な画素（例えば１〜１００ミクロン）で作り上げられている。これらの画素は、
写真複写機で生成されるものと同様に、マスクにより提供される全体映像がグレ
ースケールの映像となるよう配置される。即ち、このような小さな画素は、全体
としてマスクに透過される光の割合がそれの表面上で変動するよう配置される。
しかしこの方法では、マスクは本来制限された忠実度を有する縮小ステッパ（re
duction stepper）により映像再現されなければならない。こうして、実用的問
題のために、このグレースケールリソグラフィー方法の適用は、典型的には比較
的小さなデバイス（例えば０．５インチ）に限定される。

【００１２】 連続可変またはアナログのトポグラフィーを得るためのさらに別タイプのフォ
トリソグラフィー法が、ホログラフィー／インターフェロメトリータイプの方法
である。この方法は、輻射線の複数のコヒーレントビーム間の干渉により引き起
こされる輻射線パターンに選択的にフォトレジストを露光する。しかしこの方法
では、干渉パターンを適当に設定することが困難なため、達成し得る表面レリー
フ構造が制限される。その上、各ホログラフィー／インターフェロメトリー方法
により生成し得るデバイスは一つのみであることが、この方法をいくつかより多
くのデバイスを必要とするあらゆる使用で非実用的にしている。

【００１３】 連続可変トポグラフィーを生成するためのさらに別のフォトリソグラフィー法
は、Wuへの米国特許第４，５６７，１０４号、同４，６７０，３６６、同４，８
９４，３０３号、同５，０７８，７７１号、および同５，２８５，５１７号各明
細書に開示される。それらの特許明細書に記載されるように、この方法は、電子
ビーム輻射線への露光に比例して不透明になる、特別にドーピングされた／打ち
込まれた高エネルギービーム感受性（ＨＥＢＳ）ガラスから形成されたマスクを
使用する。こうして、マスクの不透明度が表面上で変動するよう、変動する電子
ビーム輻射線量にガラスの部分を露光することによりマスクが作製される。しか
しこの方法は、ＨＥＢＳガラスが露光される電子ビームに対して非常に低い感度
を有するという欠点を有する。そのため、マスクを作製するのには比較的長い書
込み時間がかかり、生産時間がかかり、かつ高いコストをもたらす。

【００１４】 発明の目的および概要 そのため本発明の目的は、連続可変トポグラフィーを備えた構造またはデバイ
スを容易、迅速、かつ安価に生成し得るフォトリソグラフィー方法を提供するこ
とである。本発明のさらなる目的は、単一の、フォトリソグラフィー方法段階に
より連続可変トポグラフィーを作製するフォトリソグラフィーマスクを提供する
ことである。さらに、本発明の追加の目的は、単一のフォトリソグラフィー方法
段階により連続可変トポグラフィーを生成するフォトリソグラフィーマスクの形
成方法を提供することである。

【００１５】 本発明によると、単一のフォトリソグラフィー段階方法は、連続可変（即ちア
ナログ）表面トポグラフィーを備えた構造を生成させる。本発明は、マスクの本
来の表面上で厚さを連続的に変動させる光吸収材料を備えた調整露光マスクを利
用する。光吸収材料の厚さの連続的変動のせいで、マスクを透過する光量がマス
クに相応じて空間的に調整される。こうして、調整露光マスクを使用するフォト
リソグラフィー方法では、露光および次のフォトレジストの除去が、ターゲット
基板の表面上で連続的に変動する。

【００１６】 本発明によるフォトリソグラフィー用の調整露光マスクは、例えば上記の直接
書込み法（例えば部分的電子ビーム露光）を用いて形成させることが可能である
。調整露光マスクを形成させる１つの好ましい方法は、紫外線など所望の波長の
輻射線を吸収する材料を使用する。約数ミクロン厚であるこの吸収材料の層は、
所望の波長を透過させるより厚い層の材料上に位置して、ターゲット基板を形成
させる。その後、電子ビームレジストの層は、吸収材料層の上に形成させる。次
いで、電子ビームがｅ−ビームレジストを部分的に露光して、レジスト中に表面
レリーフ構造を生成させる。その後、この表面レリーフ構造を吸収材料の薄層中
に写して、本発明によるマスクを形成させる。

【００１７】 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明による一つの好ましいフォトリソグラフィー方法を、図２（ａ）〜２（
ｃ）を参考にして説明すると下記の通りである。これらの図において、調整露光
マスク２１０は、ＳｉＯなど紫外線を吸収する材料の層２２０を包含する。この
吸収材料の層２２０は、連続して変動する表面レリーフ構造を有する。（吸収材
料２２０の特定の表面トポグラフィーは、以下に詳細に論じる式により生成する
。）この吸収材料２２０は、好ましくは非常に薄く（例えば数ミクロン厚）、機
械的強固さのためにベース２３０に固定されている。ベース２３０は、水晶など
紫外線を透過する材料から形成する。こうして、調整露光マスク２１０は、吸収
材料２２０の厚さに直接関係する吸収量を備えた吸収材料２２０の表面レリーフ
トポグラフィーにより紫外線を吸収する。

【００１８】 その後、調整露光マスク２１０に具体化された特異的吸収パターンを用いて、
フォトリソグラフィー方法でフォトレジスト材料の露光を制御することが可能で
ある。図２（ａ）に見られるように、調整露光マスク２２０は、紫外線源とター
ゲット基板２４０の間に位置する。ターゲット基板２４０は、フォトレジスト材
料の層２５０で被覆されている。調整露光マスク２１０は、マスクを通してレジ
スト材料２５０への異なる（即ち不均一な）紫外線透過を引き起こす。当業者に
は理解されるように、レジスト材料２５０に到達する紫外線が多いほど、レジス
ト材料２５０の露光が大きくなる。こうして、レジスト材料２５０の露光は、調
整露光マスクの吸収パターンに対応するプロファイルでそれの表面上で変動する
。

【００１９】 レジスト材料２５０を現像した後、それは図２（ｂ）に見られるように、紫外
線へのレジスト材料２５０の露光度の関数である表面レリーフ構造を有する。代
わってこの表面トポグラフィーは、吸収材料２２０のトポグラフィーに対応する
。その後、フォトレジスト材料２５０の表面レリーフ構造を、イオンミルまたは
反応性イオンエッチャーでのドライエッチングなど従来のエッチング手順で、タ
ーゲット基板２４０に写す（図２（ｃ）参照）。こうして、本発明による調整露
光マスクを使用して、所望の連続可変表面レリーフを備えた構造を生成させるこ
とが可能である。しかし、当業者には認識されるように、本発明による調整露光
マスクを適当に生成させて実行するために、考慮されるべき幾つかの因子がある
。これらの因子それぞれを以下に詳細に論じる。

【００２０】 最初の因子は、フォトレジストに形成された表面レリーフ構造（例えばマルチ
レベル／アナログ表面プロファイル）をターゲット基板に忠実に写す能力である
。これは、ドライエッチング、化学的に補助したエッチング、およびウェットエ
ッチングなど、様々な周知のエッチング方法により成就してもよい。イオンミリ
ングおよび反応性イオンエッチングは、フォトレジスト材料およびほとんどの所
望の基板材料の両者をエッチングできるそのような周知のエッチング方法の２例
である。

【００２１】 ターゲット基板のエッチング速度に対するフォトレジストのエッチング速度を
制御することにより、現像されたフォトレジストに形成された構造の垂直寸法を
適宜計測し得ることは、当業者には認識されるであろう。即ち、ターゲット基板
に形成された構造の尺度は、現像されたフォトレジストに形成された構造の尺度
の選択、または基板に対するフォトレジストの相対的エッチング速度の選択のい
ずれかにより制御することが可能である。（例えば”Fabrication of Micro-Opt
ical Devices” by W. W. Anderson et al., Conf. on Binary Optics, NASA Co
nference Publication 3227, February 23-25, 1993を参照）

【００２２】 例えば反応性イオンエッチングでは、エッチングプラズマでの酸素レベルを増
加させることにより、フォトレジストのエッチング速度を増加させることが可能
である。フォトレジストのエッチング速度（Ｒｐ）に対する基板のエッチング速
度（Ｒｓ）の割合は選択性と呼ばれ、式１により与えられる： Ｓ＝Ｒｓ／Ｒｐ [１] 図３に見られるように、現像したフォトレジスト構造３１０の高さをＨとすると
、基板３２０へ写された構造の高さはＨＳとなる。

【００２３】 考慮されるべき第二の因子は、フォトレジスト中にレリーフ構造（例えばマル
チレベルまたはアナログ表面プロファイル）を作製する能力である。マルチレベ
ルまたはアナログ構造を生成する単一のフォトリソグラフィー方法段階では、一
部または中間量のフォトレジストが、露光および次の現像の後に残存しなければ
ならない。ほとんどのフォトレジスト材料が二元タイプの露光反応を有している
ため、これは典型的にはフォトレジスト層を露光不足にすることまたは部分的に
露光することにより成就される。例えば、典型的ポジ型フォトレジスト材料では
、非露光域は現像時にはほとんど影響を受けないが、露光部分は現像時にほとん
ど完全に除去される。

【００２４】 この露光反応情報は、一般にレジスト材料のコントラスト曲線またはγ曲線と
呼ばれる。そのような曲線の例を、図４に示す。この曲線は、シプレーＭＦ−３
２１現像液で現像されたシプレーフォトレジストＳ３８１３のものである。（シ
プレー社は、フォトレジスト材料および現像液材料の周知の供給業者である。）
この曲線から、３０〜１００ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度が中間レベルの残余
レジストを提供し、それがこのフォトレジストでの複雑な表面レリーフ構造の形
成を可能にすることが理解されよう。コントラスト曲線でのあらゆる非直線性は
、マスクのデザインで補正することが可能である。しかし、このタイプのフォト
レジストは高コントラストで、そのため高い非直線性であり、それがマルチレベ
ルアナログフォトレジスト構造を得るための使用を困難にしている。

【００２５】 当業者には容易に理解されるように、高コントラストでないフォトレジスト材
料を使用することがそれよりも好ましく、適用可能なエネルギー範囲で直線特性
を有するコントラスト曲線を備えたフォトレジスト材料を使用することが最も好
ましい。フォトレジスト材料のシプレー１０００シリーズは、かなりの直線反応
を生成することが示されている。部分的に露光されたシプレーフォトレジストＳ
ＴＲ１１１０の現像からもたらされた構造を図５に示す。この構造は、上記の方
法によるＨＥＢＳガラスから形成されたアナログマスクを用いて生成した。マス
クは、直線的透過プロファイルを有し、得られたフォトレジスト構造は、テンコ
ア社プロフィロメーターを用いて測定した。同様の結果を与えるＡＺレジストも
ある。これらは周知のフォトレジスト材料の２ブランドであるが、あらゆる従来
のフォトレジスト材料を、本発明によるフォトリソグラフィー方法に使用するこ
とが可能である。これまで書き留めたように、フォトレジスト材料は、好ましく
は、適用可能なエネルギー範囲で可能な限り直線に近いコントラスト曲線を有す
る。

【００２６】 第三の因子は、フォトレジストの所望のマルチレベル／アナログ表面プロファ
イルを生成するために、露光輻射線（例えば紫外線）のエネルギーを空間的に調
整する能力である。これは、マスクの吸収材料の厚さを変動させることにより成
就する。当業者には知られるように、吸収材料に入力されたエネルギー（Ｅｉ）
と吸収から出力された対応するエネルギー（Ｅ_０）との関係は、吸収材料の厚さ
の関数として、式２、 E_０＝Ｅ_ｉｅ^{［−４πｋ（λ）ｄ／λ］} ［２］ （式中、ｄは吸収材料の厚さであり、ｋは材料の屈折率の虚数部分で、それは光
の波長（λ）の関数であり、しばしば吸収係数と呼ばれる）により与えられる。
これから、吸収材料に透過されたエネルギの割合が、吸収材料の厚さｄを変動さ
せることにより制御し得ることが理解できる。

【００２７】 厚さをｄとし、空間的依存関係ｘおよびｙを用いて式２を解釈すると、所定の
透過率を生成する吸収材料を取り入れなければならないという形式が与えられる
。 ｄ（ｘ、ｙ）＝［−λ／４πｋ（λ）］ｌｎ［Ｅ_０（ｘ、ｙ）／Ｅ_ｉ］ ＝［−λ／４πｋ（λ）］ｌｎ［Ｔ（ｘ、ｙ）］ ［３］ 式３から、直線的透過率関数を生成するために、吸収材料の厚さが自然対数プロ
ファイルを有しなければならないことは理解されよう。こうして、マスクの吸収
材料を選択する場合には、２種の特性を考慮すべきである。

【００２８】 第一に、吸収材料は、必要な吸収層の厚さが作用し得るような吸収係数を有し
ていなければならない。実験から、吸収材料の最小透過率は、 Ｔ＝Ｅ_０／Ｅ_ｉ＞０．２５ ［４］ により与えられる。これは、 ｋ（λ）ｄ／λ＜０．２２ ［５］ とする式２の指数において、比ｋ（λ）d／λの最大値に制限を定める。そのた
め、無理なく得られる厚さｄの低限が、割り当てられなければならない。

【００２９】 通常この決定を左右する因子が、所定の厚さプロファイルを繰り返し得る能力
である。エッチング方法を促進するために選択する材料および使用される装置の
エッチング特性は、方法の反復性の鍵となる。しかし、一般にはフッ素化学を用
いた反応性イオンエッチャーまたはイオンミリングが可能な材料でエッチングさ
れ得るほとんどの材料で、許容される範囲の割合、 ０．５ミクロン＜ｄ＜１．５ミクロン ［６］ とすれば、ｄは、 ０．１５＜ｋ（λ）／λ＜０．４４ ［７］ として選択しなければならない。

【００３０】 例えば、ＳｉＯは、〜０．３９ミクロン＜λ＜〜０．４４ミクロンの波長でこ
の許容範囲を有する一材料である。この波長範囲は、従来のリソグラフィー方法
で一般に用いられる水銀アークランプのＨおよびＧ線を包含する。しかし、理解
されるように、塩素系化学など異なるエッチング化学、またはウェット化学エッ
チングなどの異なるエッチング技術を使用すると、式６に示される範囲に影響を
与える可能性がある。もちろん、式６に示される範囲をしかるべく改良する方法
を、当業者はもちろん理解されよう。

【００３１】 適切な吸収材料を選択する場合に考慮すべき第二の特徴は、薄膜コーティング
形態での機械的特性である。吸収材料は、それがベース基板に密着するような均
一な方式でベース基板上に幾つかの様式で成長、スパッタリング、または付着す
ることが可能でなければならない。マスクがコンタクトマスク（contact mask）
として使用されるならば、それは定期的清浄化に耐えられなければならない。さ
らに吸収材料は、使用時の輻射線への露光により時間と共に劣化してはならない
。

【００３２】 本発明による調整露光マスクを実行する第四の因子は、フォトレジストの露光
において所望の調整を作製するのに必要な吸収材料の表面レリーフ構造を製作す
る能力である。当業者には認識されるように、吸収材料の所望の表面トポグラフ
ィーは、従来のリソグラフィー方法および上に論じた直接書込み法など、適切な
従来技術により生成することが可能である。例えば、吸収材料が「二元」マルチ
レベルプロファイルを有するならば、そのプロファイルは、図１に示される多段
階リソグラフィー方法を用いて形成させることが可能である。別法として、吸収
材料が「アナログ」の連続可変プロファイルを有するならば、そのプロファイル
は、あらゆる直接書込み法または上に論じたＨＥＢＳガラスを用いて形成するこ
とが可能である。

【００３３】 アナログ表面レリーフ構造を得るために、必要なトポグラフィーを好ましくは
図６に示すように上記の直接書込み電子ビーム（ｅ−ビーム）方法により吸収材
料上に形成させる。この方法では、吸収材料６１０は、ベース基板６２０上に位
置し、電子ビームレジスト材料の層６３０で被覆されている。電子ビーム感受性
レジストは、電子ビームにより部分的に露光される。ｅ−ビームレジストへ送ら
れる電荷量は、吸収材料６１０で生成されるトポグラフィーに応じて変動する。
図７は、直接書込み法によりｅ−ビーム感受性レジストへ送られた電荷量の変動
結果を示すものである。この図において、１７レベル表面レリーフ構造は、ｅ−
ビームレジスト材料中に形成されている。その後この構造は、ｅ−ビームレジス
ト下の吸収材料に忠実に写すことが可能である。ｅ−ビーム感受性レジスト材料
を使用すると、ＨＥＢＳガラスアプローチなど電子ビーム以外の方法で、より短
い書込み時間が提供される。

【００３４】 吸収材料で所望の表面レリーフ構造を作製する一つの代替法は、集束イオンビ
ーム（ＦＩＢ）を用いてベース基板上に材料をスパッタリングすることである。
この方法は、必要な処理段階が電子ビーム直接書込み法よりも少ないために魅力
的である。しかし、それは有意な欠点を有し、一般に除去または付着し得るのは
、３立方ミクロン毎分よりも少量の集束イオンビームである。これは言い換える
と、非常に小さなデバイスでも、調整露光マスクを生成するのに比較的長い書込
み時間がかかることになる。この書込み時間は、金属などの比較的高い吸収係数
を備えた吸収材料を選択することにより短縮することが可能である。これは、ベ
ース基板へ写す、またはそれから写されるべき材料の容積を減少させる。

【００３５】 調整露光マスクを形成させるもう一つの代替法で、恐らく最も経済的なのが、
上記の「グレースケール」アプローチを使用することである。寸法がステッパの
フィールドサイズよりも小さい繰り返しパターンでは、そのパターンをマスク全
体にわたりステップし、繰り返されて、大きなコンタクトマスクまたはステッパ
マスクを作製することが可能である。ステッパのフィールドサイズよりも大きな
パターンでは、ステッパを用いて整位される一連のマスクを使用して、より大き
な独特のパターンを生成することが可能である。

【００３６】 本発明の好ましい一実施態様において、調整露光マスクは、吸収材料上で形成
される透明の保護層を包含する。こうして、調整露光マスクは、図８（ａ）およ
び８（ａ）に示すように、ベース基板８１０、所望の表面レリーフ構造を備えた
吸収材料の層８２０、および透明の保護層８３０を有する。透明保護層８３０は
、あらゆる様式（例えば付着、スパッタリング、成長など）で適用することが可
能である。

【００３７】 透明保護層は、少なくとも３つの重要な利点を提供する。第一に、それは吸収
材料をコンタクトリソグラフィー時、清浄時のフォトレジストから、および一般
には環境から保護する。若干の実施態様として、保護層は、図８（ａ）に示すよ
うにマスクの平坦な外表面を生成させるのに十分厚く適用することが可能である
。調整露光の外表面を平坦に（またはほとんどそのように）することが、汚染物
が密着し得る小さな間隙を削減する。

【００３８】 第二に、吸収材料と同じまたはほとんど同じ係数を有する保護層の材料を選択
する場合、それは吸収材料のトポグラフィーにより引き起こされる位相ひずみを
減少または排除する。この利点は、選択したリソグラフィー法のほぼ解像限界で
ある小さな形状の構造を製造するために重要となり得る。

【００３９】 透明保護層により提供される第三の利点は、位相調整関数をマスクに付加し得
る基盤を提供することにより、マスクの機能性を向上させることである。即ち、
図８（ｂ）に示されるように、透明コーティングにおいて表面レリーフ構造を提
供することにより、複雑な位相関数をマスクに付加することが可能である。こう
して、得られた調整露光マスクは、リソグラフィー方法での照明源の振幅および
位相の両者を調整する。より詳細には、輻射線の振幅は吸収材料の層により調整
するが、位相は透明層の表面レリーフ構造により調整する。マスクの位相および
振幅層は標準的整位技術により整位されるべきであるが、この形状は、位相シフ
トマスキング技術の技術分野では周知のように、リソグラフィー方法の解像力を
向上させる。

【００４０】 調整露光マスクのこの実施態様は、ホログラフィックリソグラフィーに所望の
複雑パターンを作製するためにも活用することが可能である。従来のホログラフ
ィックリソグラフィーは、光のビームまたは次数のコヒーレント加算をあてにし
ている。同時に作製し得るパターンの複雑さは、干渉され得る光の次数、および
各次数の強度および位相制御に制限される。このような光の次数は、典型的には
鏡およびプリズムのような嵩高のマクロ光学を用いて作製される。

【００４１】 本発明による複雑な振幅および位相調整露光マスクを構築して、種々の振幅お
よび位相量を備えた任意の次数を生成することが可能である。この使用は、非常
に複雑なパターンをホログラフィーにより生成させる。ホログラフィックリソグ
ラフィーは非常に大きな焦点深度（数ミリメーター）を有するため、それは曲線
状表面上で高解析力のリソグラフィーを可能にする。こうして、例えば回折光学
素子、フレネル光学素子、屈折ミクロンレンズアレイ、または表面レリーフ抗反
射構造は、嵩高の屈折レンズの曲線状表面に付加することが可能である。調整露
光マスクのこの実施態様により提供されるホログラフィックリソグラフィーの高
解像力は、ステッパにおいてしばしば行われるようなパターンの映像再現によっ
てマスクパターンを計測することも可能にする。ホログラフィックリソグラフィ
ーは非映像的遠視野リソグラフィーであるため、上に論じた「グレースケール」
アプローチを用いて、吸収材料層の代わりに透過された輻射線の振幅を調整し得
ることにさらに留意すべきである。

【００４２】 上に論じた調整露光マスクの実施態様は、ベース基板上に形成された吸収材料
の成形層を含んだが、本発明はこの実施態様に限定されない。例えば、十分に強
い（即ち、機械的に強固な）吸収材料層は、ベース基板がなくても単独で調整露
光マスクとして使用することが可能である。また吸収層は、嵩高のマスク基板の
一部として形成させることが可能である。例えば、ＨＥＢＳガラスが完全に過剰
に露光された（さらにこうして暗化した）場合、暗化した材料は表面直下の数ミ
クロン厚の層に閉じ込められる。表面レリーフ構造がこの暗化した層の中にエッ
チングされて、本発明による調整露光マスクを形成させることが可能である。

【００４３】 本発明の特定の実施態様は上に記載したが、本発明がこれらの実施態様に限定
されないことは認識されよう。例えば、ＳｉＯおよび水晶は、それぞれ吸収層お
よびベース基板の材料として言及されてきた。しかし、使用されるフォトリソグ
ラフィー方法のタイプに応じて、数多くの代替材料を両者に使用し得ることは当
業者には明白であろう。また、本発明が輻射線（例えばＸ線、可視光など）のあ
らゆる波長を用いて様々なリソグラフィー方法に適用可能なことは、当業者には
認識されよう。

【００４４】 さらに、調整露光マスクは、詳細にはリソグラフィー方法用に記載したが、本
発明による調整露光マスクがその他の目的に使用し得ることは、当業者には理解
されよう。即ち、調整露光マスクは、その他の適用での振幅／強度／エネルギー
調整器として使用することが可能である。

【００４５】 こうして、本発明を種々の実施態様と組み合わせて記載してきたが、これらの
実施態様は例示にすぎず、限定とみなすべきではない。添付の特許請求の範囲の
範囲内に含まれる多くの別法、改良、および変形は、前述の詳細な説明に照らす
ことにより当業者には明白となろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のフォトリソグラフィー方法を略図として示した線図。

【図２】 本発明の一実施態様によるフォトリソグラフィー方法を略図として示した線図
。

【図３】 フォトレジストのエッチング速度（Ｒｐ）に相対させた基板のエッチング速度
（Ｒｓ）を描写的に示した線図。

【図４】 シプレーＭＦ−３２１現像液で現像されたシプレーフォトレジストＳ３８１３
のコントラスト曲線を示した図。

【図５】 部分的に露光されたシプレーフォトレジストＳＴＲ１１１０を現像することに
より生成された構造を示した図。

【図６】 本発明の一実施態様による調整露光マスクを形成するための直接書込み電子ビ
ーム方法を示した図。

【図７】 電子ビーム感受性レジスト材料に送られる電荷量の変動結果を示した図。

【図８】 本発明のその他２つの実施態様による調整露光マスクの実施態様を示した図。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月７日（２００１．５．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 バリー、エス．マッコイ アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライアビリテ ィ、カンパニー内 (72)発明者 ジェラルド、タック アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライアビリテ ィ、カンパニー内 (72)発明者 スコット、マイルズ アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライビリティ、 カンパニー内 (72)発明者 ブルース、ピーターズ アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライアビリテ ィ、カンパニー内 Ｆターム(参考） 2H095 BA01 BB01 BB10 BC05 BC27 2H096 AA24 AA28 BA01 EA30 2H097 GB00 JA03 JA04 LA10 5F046 AA25 CB17 LA18

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲット基板上にフォトレジスト材料層を供給すること、 （１）吸収材料の厚さに比例した透過率の輻射線を吸収し、かつ （２）その中に形成された表面レリーフ構造を有する、吸収材料の層を通して
   フォトレジスト材料に輻射線を透過させることによりフォトレジスト材料を部分
   的に露光すること、 フォトレジスト材料を現像して、吸収材料中の表面レリーフ構造に対応する現
   像されたフォトレジスト材料中の表面レリーフ構造を形成させること、および 現像されたフォトレジスト材料およびターゲット基板をエッチングして、現像
   されたフォトレジスト材料中の表面レリーフ構造に対応するターゲット基板中の
   表面レリーフ構造を形成させること、を含んでなるフォトリソグラフィー方法。