JP2527890B2

JP2527890B2 - マスク、その製造方法及びタ―ゲット基板をレ―ザ処理する方法

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Publication number: JP2527890B2
Application number: JP27847192A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー・チン・タム; ゲルハード・エリッヒ・ヴォルボルド; ヴェルナー・ザプカ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: EP0542519A1; US5326426A; JPH06138638A; SG42877A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面のレーザ処理のた
め使用される形式の透過マスクに関し、特に非パターン
化領域に所定の断熱パターンおよびレーザ・エネルギ反
射コーティングを提供する円錐状にアンダーカットされ
た貫通穴を用いて厚い膜材から作られたレーザ断熱プロ
セスにおいて使用される非接触シャドー・マスクに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マイクロエレクトロニックス材料処理の
分野においては、基板材料、金属フィルムおよびポリイ
ミドの如き他の材料層の選択エッチングあるいはミクロ
機械加工を行う高出力レーザの使用が、ますます重要に
なりつつある。この技術にとって特に重要であるのは、
微小構造のパターンを加工される材料上に投影するシャ
ドー・マスク即ち投影マスクである。当技術において
は、イオン・エッチング、イオン注入、および光、Ｘ
線、イオンおよび電子ビーム・リソグラフィのためのマ
スクを提供することは周知である。これらの種類のマス
クは、比較的低電力の用途に使用され、典型的にはエキ
シマ・レーザ・アブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）の
如き高出力レーザ用途には適さない。

【０００３】レーザ・エッチング用途に用いられる従来
技術のマスクは、典型的には、投影すべき所定のエッチ
ング・パターンを画成するためクリヤな即ち透明な領域
と不透明な領域とを有する適当な基板を含む。ますます
大きな出力のレーザが使用され、更に正確で小さな素子
サイズが具現されるに伴い、例えば大きさが数マイクロ
メータ（μｍ）の透明および不透明の両領域における欠
陥の低減の如きマスクの要件は厳しくなっている。

【０００４】高エネルギ・レーザ・エッチング、ミクロ
機構加工、材料のデポジション（被着）あるいは材料の
他の表面処理における光学的性能を提供する理想的なマ
スクに対する下記の基準が確認されている。

【０００５】１．マスクの対物面は、例えば材料面に深
い構造部をエッチングする能力を提供するため像面にお
ける完全焦点深度と共に、よく画成された像面を提供す
るため非常に薄くなければならない。

【０００６】２．マスクの対物面は、全ての方向に安定
していること、即ち、例えばマスクの熱膨張あるいは機
械的応力あるいは振動の結果生じるマスクの対物面の曲
がりあるいは歪みがあってはならない。

【０００７】３．マスクのクリヤ即ち透明な領域は欠陥
があってはならない。

【０００８】４．マスクの不透明領域は欠陥があっては
ならない。

【０００９】５．マスクは、多岐にわたる整合能力を持
たねばならない、例えば、マスクの整合ターゲットは、
例えばヘリウム・ネオン・レーザのプロセス・レーザ波
長および都合のよい整合レーザ波長で検出可能でなけれ
ばならない。

【００１０】６．マスクは、実際の検査方式と共用でき
ねばならない、即ち、マスクのパターンは、例えば光学
顕微鏡を使用する検査を可能にする可視光線により明瞭
に検出可能でなければならない。

【００１１】７．マスク材料、即ち基板および重合層の
双方は、高いパルス繰返し数、エキシマ・レーザ・アブ
レーションあるいは他の高出力レーザ・プロセスの間典
型的に遭遇する高出力放射の下で安定でなければならな
い。

【００１２】例えば、ＩＣチップの製造における光リソ
グラフィに対して使用される如き図１に示す従来技術Ａ
の「クローム・オン・ガラス」マスクは、非構造的透明
ガラスまたは水晶の基板上に不透明パターンを画成する
クロームの薄層（数百オングストローム）からなってい
る。典型的には、これらの形式のマスクは、基板の透明
領域における粒子あるいは微小クラック、および不透明
なクローム層の結果として生じる欠陥を呈することにな
る。

【００１３】全て本願の譲受人に譲渡されたＣｈｅｎ等
の米国特許第４，４９０，２１０号、同第４，４９０，
２１１号および同第４，４７８，６７７号は、中間ステ
ップを含むメタライズド基板およびガラス材料のレーザ
・エッチングを開示しており、この中間ステップにおい
てエッチングされる材料が選択されたガスへの露出の結
果生じる反応生成物を形成し、この生成物が次に適当な
波長の放射ビームにより蒸着される。多くの材料が、反
応生成物材料を生じる中間ステップの必要なしにレーザ
・エネルギにより直接エッチング可能である。Ｃｈｅｎ
等の特許は、パターンのクローム・フィルムを載せたＵ
Ｖグレード水晶の透明基板／体部を有する如き非接触マ
スクについて記載している。しかし、このようなクロー
ム・マスクは、多くのエッチングまたはアブレーション
のため必要な強さを有するエキシマ・レーザまたは他の
レーザで加工する際に生じる次元のレーザ・エネルギ密
度に耐えることができない。先に定義したマスク要件の
幾つかは満足するが、クロームは選択した波長における
入射レーザ・エネルギの半分も吸収する。このため、１
つのエキシマ・レーザ・パルスがクロームを容易にアブ
レーションして不透明パターンを破壊するおそれがあ
る。

【００１４】本願の譲受人に譲渡され参考として本文に
記載されるＫｉｒｃｈ等の米国特許第４，９２３，７７
２号は、パターン化されたレーザ反射金属を持ちあるい
はその上に被着された誘電コーティングを持つ透明基板
からなる高エネルギ・レーザ・マスクを開示している。
典型的に「誘電体マスク」と呼ばれる、反射率が大きく
耐摩耗性の誘電体コーティングの幾つかの層からなる不
透明パターンを有する透明基板／体部を含む図１に示す
従来技術Ｂのマスクは、レーザ・エッチング・プロセス
で遭遇するレーザの強さの全範囲に耐えることが可能な
マスクを提供する。例えば、Ｋｉｒｃｈ等は、入射レー
ザ・エネルギの９９．９％以上のの反射率を達成するＵ
Ｖグレードの合成融解シリカの基板上に被着されたこの
ような誘電体コーティングの多数の層を含む誘電体マス
クを開示している。このような誘電体パターン・マスク
は、約６Ｊ／ｃｍ² 以下のエネルギ密度に耐えることが
できる。しかし、基板材料中の粒子、または誘電体層の
微小クラックおよびピンホールの結果として生じる欠陥
が存在し得る。Ｋｉｒｃｈ等により論述されたように、
マスクの透明領域における不純物または介在物によるレ
ーザの吸収を避けるためには、ＵＶグレード合成融解シ
リカの如き比較的純度の高い基板材料が要求される。し
かし、高出力のＵＶ線による長期の照射は、ソラリゼー
ション効果によりマスクの透明領域における吸収を誘起
し得る。更に、誘電体は典型的にプロセス・レーザの波
長付近の小さなスペクトル域でのみ放射線を反射するた
め、可視光線で透明であるのが典型的であり、このため
例えば光学顕微鏡を用いる従来の光学系の整合あるいは
検査に対して問題を生じる。

【００１５】図１の従来技術Ｃに示される如き、透明即
ちクリヤな領域を生じる金属シートを貫通状に形成され
た物理的な貫通穴を持つモリブデンまたは鋼鉄の如き材
料から作られる薄い金属シートもまた、エキシマ・レー
ザ・マスクとして広く使用されてきた。しかし、高いエ
ネルギ密度および高いパルス繰返し数では、エネルギの
吸収はマスク材料の過度の発熱を結果として生じ、マス
クの対物面における歪みおよびマスクの早い劣化をもた
らす結果となる。更に、金属のステンシル・マスクは５
０μｍ以上と比較的厚いため、貫通穴の垂直壁部からの
レーザ・ビームの散乱がビームの収束および像の品質を
低下させる。

【００１６】本願の譲受人に譲渡されたＢｏｈｌｅｎ等
の米国特許第４，４１７，９４６号は、イオン・エッチ
ング、イオン注入およびＸ線、イオンおよび電子ビーム
・リソグラフィに適するマスクを開示する。このような
マスクは、マスク・パターンを画成する貫通穴を持つ高
度にドープされた半導体基板上に被着された１つ以上の
金属層を含む。マスク・パターンの開口の領域において
は、基板材料は比較的薄く、これにより入射ビームの散
乱効果を最小限に抑える。高度にドープされた基板材料
は、機械的な安定度を提供する。しかし、先に述べたよ
うに、金属層は、エキシマ・レーザ・アブレーション・
プロセスにおいて一般に遭遇する高いエネルギ密度には
耐え得ない。

【００１７】「エキシマ・レーザ・アブレーション用マ
スクおよびマスクを製造する方法（Ｍａｓｋｆｏｒ
ＥｘｃｉｍｅｒＬａｓｅｒＡｂｌａｔｉｏｎａｎ
ｄＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｄｕｃｉｎｇＳａｍ
ｅ）」（ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓ
ｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、第３３巻、第１Ａ号、１９
９０年６月、３８８〜３９０頁）において、Ａ．Ｃ．Ｔ
ａｍ等は、膜材を貫通する適当寸法の開口により具現さ
れた透明領域を有するシリコンの薄膜ステンシル・マス
クについて考察している。このマスクの熱的安定度は、
レーザ源に面したマスクの表面を多層反射系でコーティ
ングし、そして（または）メタリック・ゴールド層でア
ブレート処理される材料に面したマスクの表面をコーテ
ィングすることによって増大する。しかし、エキシマ・
レーザ・アブレーション処理中に遭遇する高出力、高繰
返し数の環境では、薄膜は多層反射系を透過した少量の
レーザ放射により生じる発熱、および多層反射系におけ
る残留応力により膜材料に生じる機械的応力の結果とし
て生じる望ましくない酷い曲がりおよび歪みを呈する。
更に、シリコンの薄膜マスクは、高いパルス繰返し数に
曝される時振動する傾向を呈する。マスクの曲がりおよ
び振動の合成効果の結果として生じる非安定的な対物面
は、焦点深さを著しく減じ、散乱効果を生じるおそれが
あり、透過パターンを歪めて劣った像品質をもたらす結
果となる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、高精度、高品質の像形成を提供する充分な機械的安
定性を有する材料表面のレーザ処理、例えばエキシマ・
レーザ・アブレーション・プロセスにおいて使用される
透過マスクの提供にある。上記の薄膜ステンシル・マス
クは、対物面の機械的および熱的安定性を除いた理想的
なマスクに対する全ての要件を有効に満たす。薄膜マス
クの熱的安定性は、多層誘電体コーティングで高エネル
ギ・レーザ放射に曝されるマスク表面を被覆することに
より著しく改善され得る。適当な多層誘電体コーティン
グは、入射放射線の９９％以上の反射率を達成すること
ができ、これにより多くのレーザ・アブレーション・プ
ロセスに適するステンシル・マスクを提供する。マスク
の歪みおよび振動は実質的に取除くことができ、このた
めマスクを補強し熱の除去を改善する厚膜基板を提供す
ることにより、対物面の機械的安定性が著しく改善され
る。しかし、厚膜を貫通する垂直壁部を持つ開口により
画成される透明マスク領域は、要求される薄い対物面を
提供せず、これにより入射放射線の散乱効果を生じて透
過パターンを歪める。

【００１９】

【課題を解決するための手段】安定した対物面を提供す
るため厚膜を用いながら薄い対物面を提供する問題に対
する解決策は、垂直な貫通穴の縁部を円錐状にアンダー
カットすることにより達成される。このように、高品質
の像形成を達成するため貫通穴の付近に薄いマスクの対
物面を提供しながら、歪みを最小限に抑える充分な機械
的剛性を有する厚膜マスクが得られる。

【００２０】従って、本発明の原理により構成された透
過マスクは、円錐状にアンダーカットされた貫通穴によ
り画成される透過即ち透明領域と、多層の高反射率の誘
電体基材により画成される非透過即ち不透明領域とを有
する厚膜を含む。このマスクは、マスク基板面の選択領
域に適当なドーパント、ホウ素で厚く、例えば数マイク
ロメータの厚さにドープされた結晶シリコンの如き適当
な基板材料から作られる。周知の手法を用いて、マスク
の透明領域を提供する垂直壁部を持つ貫通穴を有する厚
い膜、例えば４０μｍの厚さの膜が形成される。等方性
湿式エッチングの特性を用いて、厚膜がその背面からエ
ッチングされて、マスクの透明領域を提供する貫通穴壁
部に円錐状アンダーカット輪郭を提供し、これにより貫
通穴を囲む中間領域に薄い光学面を持ちながら、増加し
た強度および機械的剛性の比較的厚い膜を提供する。最
終段階で、マスクの前面即ち上面が異なる屈折率を持つ
誘電体の交互の層で被覆される。各対の誘電体層は、与
えられた量の入射線を反射し、多数対の層を被着するこ
とにより、入射放射線の９９％以上の反射率が達成でき
る。

【００２１】誘電体基材により生じる基板膜に対する機
械的応力は、厚いドーピングにより膜に生じる高い引張
り応力により有効に補償される。更に、厚いドーピング
により生じる高い引張り応力は、マスクの膜の「疑似的
冷却」を生じて、マスクの膜とマスクのフレーム間に例
えば７０℃の大きな温度差に対してさえ、マスクの膜の
歪みを最小化し剛性を増す。マスク膜の大きな温度差
は、誘電性コーティング基材の高い反射率と、薄い対物
面領域を囲む厚い膜による有効な熱の除去とによって最
小限に抑えられる。このため、本発明の開示された円錐
状アンダーカット誘電性ステンシル・マスクは、歪みお
よび高い振動振幅を最小限に抑える充分な強さと機械的
剛性の厚い膜を提供すると同時に、高い品質の像形成の
ための所定の薄い対物面を提供する。

【００２２】

【実施例】まず図２において、本発明の原理により構成
された薄膜ステンシル・マスク１の一部が示される。適
当な材料、望ましくは結晶シリコンの如き結晶ウエーハ
の基板から作られたマスク１は、底部即ち背面に形成さ
れた１つ以上のたらい状の凹部６を有し、このマスクま
たは一連のマスク１を用いて形成される構造部即ち回路
の相対的寸法に対応する横方向寸法を持つ薄膜３を形成
するウエーハの比較的薄い領域を提供するする比較的厚
い基板２を含む。基板の縁部即ち基板におけるマスク領
域を分離するリブを画成する基板２の残りの更に厚い部
分９は、薄膜３を支持するマスクのフレーム部材を形成
する。所要のマスク・パターンは、垂直壁部を持ち薄膜
３を貫通して延長する一連の開口即ち穴５により画成さ
れる。マスクの上面即ち前面は、対をなす誘電体の多層
７で被覆されてマスク・パターンの不透明領域４を画成
する高反射率面を提供する。

【００２３】以下において更に詳細に述べるように、望
ましい一実施態様では、マスク１０は、周知のフォトリ
トグラフ・エッチング法を用いて結晶シリコン・ウエー
ハから作られる。第１のステップにおいて、シリコン・
ウエーハ２の頂面は、２乃至３μｍの深さまで適当なド
ーパントでドープされて、薄膜３の厚さを画成して、誘
電体コーティング７により生じる機械的応力を補償する
薄膜３における高い引張り応力を誘起するエッチング・
ストップとして働く厚くドープされた層８を形成する。
凹部６は、シリコン・ウエーハ２の裏側を湿式エッチン
グを行うため等方性エッチング法を用いて形成される。
シリコン・ウエーハの湿式エッチングは、ドープ層８の
境界で終り約２〜３μｍの厚さを持つ薄膜３を形成す
る。等方性乾式エッチング法により二酸化ケイ素マスク
層（図示せず）を用いて、シリコン薄膜３が前面からエ
ッチングされてこの薄膜を貫通して凹部６まで延長する
開口５を形成する。最後のシーケンスで、薄膜３の前面
は対をなす誘電体の多層で被覆されて薄膜３の残りの表
面領域を覆う１〜２μｍの厚さを持つ反射コーティング
を形成し、これにより所要のマスク・パターンの不透明
領域４を画成する。

【００２４】上記の膜のステンシル・マスクは、約３〜
５μｍの厚さの剛性のある対物面を有する高解像度のレ
ーザ・エッチング・マスクを提供する。高反射率の誘電
体コーティングは、薄膜による入射レーザ放射線の吸収
を最小化することにより薄膜の発熱を最小限に抑える。
しかし、高出力、高パルス繰返し数の環境においては、
誘電体コーティングにより透過されるマスク面に入射す
る放射線の小さな部分でも薄膜の望ましくない発熱を生
じるには充分である。更に、シリコン薄膜は、高いパル
ス繰返し数に曝されると振動を生じる傾向を呈する。

【００２５】先に述べたように、パターン化された誘電
体マスクを有する薄膜ステンシル・マスクは多くの用途
に適する優れた熱的および機械的な特性を提供するが、
高出力、高繰返し数の環境においては、熱的および機械
的な両特性は低下する。あるいはまた、高出力、高い繰
返し数の環境での使用に適する望ましいマスクは、所要
のマスク・パターンが厚膜を貫通して延長する複数の開
口により画成され、厚膜の熱的および機械的特性と共に
開口にすぐ接するマスク領域における薄膜の光学的特性
を提供する円錐状のアンダーカットされた壁部を持つ厚
膜を含む。

【００２６】次に図３において、本発明の原理に従って
構成された厚膜の円錐状アンダーカットされたステンシ
ル・マスク１０の一部が示される。適当な材料、望まし
くは結晶シリコンの如き結晶ウエーハから作られたマス
ク１０は、底部即ち背面に形成された１つ以上のたらい
状の凹部１６を持つ比較的厚い基板１１を含み、このよ
うなマスクまたは一連のマスク１０を用いて作られる構
造部即ちチップの相対的寸法と対応する横方向寸法を持
つ厚膜１３を形成する比較的薄いシリコン部分を提供す
る。基板１１の比較的厚い部分は、厚膜部分１３を支持
するマスクのフレーム部材を形成する。この厚い支持マ
スク・フレームの厚さは２００乃至１，０００μｍの程
度でよいが、厚膜部１３は３５乃至４０μｍ程度の厚さ
を有することが望ましい。厚膜部１３を貫通して延長す
る複数の開口２１は、マスク１０を用いて生じる所要の
エッチング・パターンの側面形状を画成する。開口２１
は、厚膜部を短い長さ貫通して延長する垂直側壁部２２
を持ち厚膜部１３を残りの長さだけ貫通して延長する円
錐状側壁部２３と交差するように厚膜部１３に形成され
る。円錐状側壁部２３は、垂直側壁部２２により画成さ
れる薄い光学面を提供しながら厚膜マスクを使用するこ
とを可能にする。マスク１０の頂面即ち前面は、多層の
誘電体で被覆されてエッチング・パターンの不透明領域
１９を画成する高反射率の面を提供する。誘電体コーテ
ィング１９は、入射放射線の９９％以上の反射を生じ得
る。誘電体コーティング１９の厚さを含む垂直側壁部２
２は、使用される放射線波長に対する焦点深さ以内の望
ましくは３乃至４μｍの長さだけ厚膜部１３ないに延在
する。基板１１の表面に形成された高度にドープされた
層１７は、疑似的冷却を生じて誘電体コーティング１９
により生じる機械的応力を補償し、垂直側壁部２２を画
成するエッチング・ストップとして働くように、厚膜部
１３に高い引張り応力を生じる。多くの種類の動作に適
するが、本発明の厚膜ステンシル・マスクはエキシマ・
レーザ・アブレーション・プロセスのための投影系に使
用されることが望ましい。

【００２７】次に図４乃至図１１に関して、本発明によ
るステンシル・マスクを製造する望ましい方法について
述べる。ステンシル・マスク１０の製造方法で使用され
る種々のステップについては、フォトリトグラフ・マス
キング技術において周知であるため、詳細には記述しな
い。このステンシル・マスクの製造に容易に適合し得る
別の方法は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，
２５６，５３２号および前掲の同第４，４１７，９４６
号で詳細に提示されている。

【００２８】図４に示されるように、２００乃至１，０
００μｍの厚さを持つ（１００）結晶学的面にカットさ
れた初期シリコン・ウエーハ３１が、前および裏の両面
３７、３９でそれぞれ約１乃至３μｍの深さに厚くホウ
素ドープされる。このホウ素ドーピングは、ブランケッ
ト・ホウ素カプセル拡散法の如き周知の方法であり、界
面３５に例えば１×１０²⁰原子／ｃｍ³ のドーピング・
レベルを提供する。ウエーハの前面３７および後面３９
はそれぞれ高度に研磨されるのが典型的である。

【００２９】次に、図５に示される厚さが約２μｍの二
酸化ケイ素層４１が、シリコン・ウエーハ３１の前およ
び後の両面３７、３９上にそれぞれ形成される。二酸化
ケイ素層４１は、シリコン・ウエーハ３１に生じる歪み
および応力を最小化するため、従来のスパッタ・デポジ
ションあるいは化学気相成長の如き非熱的成長法により
被着されることが望ましい。次に、従来のフォトリトグ
ラフ・エッチング法を用いて、フォトレジスト層４３が
生成され、片縁エッチング・ツールを用いる二酸化ケイ
素層４１の湿式エッチングが行われて、基板３１の後面
３９上にマスクを形成する。このように形成された二酸
化ケイ素マスクの開口は、基板３１の後面に形成される
べきたらい状の凹部１６のパターンを画成するように働
く。

【００３０】凹部１６は、シリコン・ウエーハの後面に
湿式エッチングを施す等方性エッチング手法を用いて基
板３１に形成される。シリコン・ウエーハの湿式エッチ
ングは、シリコン・ウエーハの後面３９から例えば約４
０μｍで止められて、厚膜部１３とマスク・フレーム部
１５とを形成する。等方性エッチングは、凹部１６が形
成される間シリコンの望ましくない側方エッチングを最
小限に抑える。

【００３１】図６および図７に示されるように、シリコ
ン・ウエーハの前面３７上の二酸化ケイ素層４１はフォ
トレジスト層４５で被覆される。先に述べたように、同
様な方法でフォトレジスト層４５が生成されて、二酸化
ケイ素層４１が片縁エッチング・ツールにおいて湿式エ
ッチングが施され、二酸化ケイ素層４１中にマスクを形
成する。二酸化ケイ素マスクにおける開口４７は、厚膜
部１３に形成される所要のマスク・パターンを画成する
よう働く。反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）の如き
等方性乾式エッチング法を用いて、シリコンが前面３７
からエッチングされて、厚膜部１３を経てパターン領域
４７における凹部１６に延長する開口４９を形成する。
このＲＩＥ乾式エッチング・プロセスは、垂直な側壁の
輪郭をもつ貫通穴４９を結果として生じる。

【００３２】図８、図９および図１０に示されるよう
に、次に等方性湿式エッチング法を用いて貫通穴４９に
対して円錐状にアンダーカットされた側壁部輪郭を形成
する。結晶シリコンの等方性は、例えば６２℃の１０−
モルＫＯＨ溶液中で種々に表示される結晶面に対して、
ＥＲ（１１０）が約０．６μｍ／分として下式の如き一
般的なエッチング速度（ＥＲ）を提供する。即ち、ＥＲ
（１１０）＝２×ＥＲ（１００）＝１２０×ＥＲ（１１
１）。

【００３３】エッチング溶液に浸漬される時、（図７に
示される如き）垂直壁部５２即ち（１１０）面は最も速
く腐食するが、厚膜の後面５１即ち（１００）面は僅か
に半分の速さで腐食し、これにより厚膜１３が更に薄く
なることを防止する。（１１０）および（１００）面の
エッチング速度は、（１１１）面の実質的にゼロのエッ
チング速度との組合わせで、（１１１）面に平行な所要
の円錐状側壁部５５の形成をもたらす。シリコン・ウエ
ーハの前面３７からの湿式エッチングは、二酸化ケイ素
層４１により防止される。厚くドープされたシリコンは
湿式エッチング溶液ではエッチングされないため、貫通
穴４９は厚膜の前面３７に垂直リップ５３を維持し、こ
のため本文で先に述べたリソグラフィおよびＲＩＥ処理
ステップの間画成される如き所要のマスク・パターンを
保持する。厚くドープされた前面３７は、マスクの対物
面を呈し、シリコン基板におけるホウ素ドーピング深さ
と略々等しい厚さを有する。

【００３４】斜めの面即ち（１１１）面の非常に遅いエ
ッチングの結果生じる側方のアンダーエッチング即ちア
ンダーカットは、比較的小さなアンダーカット長さ５７
をもたらす結果となり薄い対物面を提供し、各貫通穴４
９に対する所要の円錐状のアンダーカット・エッチング
輪郭を提供する。図１０に示されるように、等方性湿式
エッチング法は、（１１１）面の配向により定まるアン
ダーエッチング・パターンを生じる。特に、結晶シリコ
ンの場合は、略々矩形状のアンダーエッチング・パター
ンが円形開口を含むマスク開口の周囲に結果として生じ
る。本例では、アンダーカット５７は約０．４μｍであ
る。Ｌ＜２×Ｄ×ＴＡＮ（θ）である隣接する貫通穴４
９間の水平長さＬをもつマスク・パターン構造では、隣
接する貫通穴を分離する膜の厚さはＤより小さくなる
（但し、Ｄは厚膜部１３の厚さ、θは垂直からの円錐状
側壁部５５の角度である）。膜の厚さにおけるこのよう
な局部的な変化は、その相対面積が非常に小さいため一
般に問題とならない。シリコン基板１３は、シリコンが
（１００）結晶学的配向を呈する時、円錐状壁部５５が
垂直に対して３５．２６°の角度θをなすように腐食す
る。

【００３５】最終ステップにおいて、図１０に示される
ように、円錐状壁部５５を含む厚膜１３の後面５１が前
面３７と同じ濃度にホウ素ドープされて、厚膜１３の前
および後の両面に対称的なドーピングを提供する。次
に、二酸化ケイ素層４１が周知の方法で厚膜１３の前面
３７、後面３９から剥ぎ取られ、前面３７が誘電材６１
で被覆されて厚膜１３の表面域を覆う反射コーティング
を形成し、これによりマスク・パターンの不透明領域を
画成する。

【００３６】誘電材６１は、異なる屈折率を持つ材料の
隣接層からなる高い反射率の耐摩耗性誘電体コーティン
グである。膜の４分の１波長の屈折率が下の層のそれよ
り大きければ、これらの層に入射する光の実質量が反射
されることになる。このため、各対の誘電体層が与えら
れた量の入射放射線を反射することになる。このよう
に、多くの層を被着させることにより、所要の反射率が
得られる。被着される層数は、意図される用途に依存す
る。例えば、２μｍ程度の合計厚さとなる約２０層の二
酸化ケイ素と酸化ハフニウムの交互層の誘電材は、２４
８ｎｍの波長の入射放射線の９９％以上の反射率を提供
する。高い屈折率の材料は、酸化ハフニウム、酸化スカ
ンヂウム、酸化アルミニウムまたはフッ化タリウムであ
る。低い屈折率の材料は、二酸化ケイ素およびフッ化マ
グネシウムである。これらの材料は、事例として引用さ
れ、リストは網羅的なものは意図しない。

【００３７】次に図１２において、先に述べた如き円錐
状にアンダーカットされたステンシル・マスク６３が、
基板６５の表面の直接エッチングのための投影システム
において使用される状態で示される。入射放射線６９
は、開口７１を経てレンズ系６７に進むことができ、こ
れにより基板６５の表面上に開口７１により画成される
所要のパターンで像形成される。マスクの不透明領域７
３に入射する放射線６９は、誘電体コーティングにより
反射されてエネルギ吸収を最小化し、その結果の厚膜７
５の発熱を最小化する。開口７１のアンダーカット・エ
ッチング輪郭は、開口７１の付近に薄い対物面を有効に
提供する一方、角度を付した円錐状側壁部７７は開口７
１を透過した放射線の散乱を最小限に抑える。

【００３８】誘電体を被覆したマスクは、６Ｊ／ｃｍ²
程度の入射エネルギ密度に耐えることができ、このため
レーザ投射目的のために理想的なマスクを提供する。こ
のようなレーザ投射システムにおいては、本発明のマス
クは１μｍ以下の小さな寸法を持つ構造を提供すること
ができる。例えば、５対１の縮小投射システムにおいて
は、最大寸法が５μｍの開口７１が、最大寸法で１μｍ
の基板６５の表面に構造部を生じる。化学的破壊に対し
て耐えかつこれを浸透させないため、誘電体被覆マスク
は、レーザ照射により誘起されるデポジションおよびエ
ッチングの如き他の用途にも使用することができる。更
に、誘電体層の組成および配置は、所要の反射率レベル
および意図される目的に対する化学的安定度を提供する
ように選定することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、歪みおよび高い振動振幅を最
小限に抑える充分な強さと機械的剛性の厚い膜を提供す
ると同時に、高い品質の像形成のための所定の薄い対物
面を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】種々の従来技術のマスク構造を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の原理による薄膜マスクの一部を示す断
面図である。

【図３】本発明の原理による円錐状アンダーカット薄膜
マスクの一部を示す断面図である。

【図４】本発明の望ましい実施態様による製造中のマス
ク構造の一部を示す断面図である。

【図５】本発明の望ましい実施態様による製造中のマス
ク構造の一部を示す断面図である。

【図６】本発明の望ましい実施態様による製造中のマス
ク構造の一部を示す断面図である。

【図７】本発明の望ましい実施態様による製造中のマス
ク構造の一部を示す断面図である。

【図８】本発明の望ましい実施態様による製造中のマス
ク構造の一部を示す断面図である。

【図９】本発明の望ましい実施態様による製造中のマス
ク構造の一部を示す断面図である。

【図１０】本発明の望ましい実施態様による製造中のマ
スク構造の一部を示す断面図である。

【図１１】本発明の望ましい実施態様による製造中のマ
スク構造の一部を示す断面図である。

【図１２】投影システムに使用される図２に示されるマ
スクを示す断面図である。

【符号の説明】

１マスク２シリコン・ウエーハ（比較的厚い基板）３薄膜４不透明領域５開口６凹部７誘電体コーティング８ドープ層１０ステンシル・マスク１１比較的厚い基板１３厚膜部１５マスク・フレーム部１６たらい状の凹部１９誘電体コーティング（不透明領域）２１開口２２垂直側壁部２３円錐状側壁部３１初期シリコン・ウエーハ３５界面３７前面３９後面４１二酸化ケイ素層４３フォトレジスト層４５フォトレジスト層４７パターン領域４９貫通穴５１後面５２垂直壁部５３垂直リップ５５円錐状側壁部５７アンダーカット６１誘電材６３ステンシル・マスク６５基板６７レンズ系６９入射放射線７１開口７３不透明領域７５厚膜７７円錐状側壁部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲルハード・エリッヒ・ヴォルボルドドイツ国ディー−7037 マグシュタット、ヴァルドシュトラッセ 38 (72)発明者ヴェルナー・ザプカドイツ国、ガートリンゲン7034 リッテルシュトラッセ 29 (56)参考文献特開昭62−106625（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−161242（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高エネルギ放射線と共に使用されるマスク
において、第１の表面及び第２の表面を有し、マスク全体を支持す
るに十分な厚さの半導体基板であって、前記第２の表面
のマスクの開口があけられる部分において凹部が形成さ
れて前記厚さより薄い開口形成部を与える半導体基板
と、前記基板の第１の面上に形成された高反射性の少なくと
も１対の誘電性層であって、互いに異なる屈折率の誘電
性層より成るものと、前記誘電性層を貫いて開口形成部に形成された少なくと
も１つの開口と、より成り、前記開口は前記開口形成部を貫通して延在し、該開口
は、前記第１の面に隣接する実質的に垂直の側壁部及び
これに続いて前記凹部に向かって開く円錐状側壁部を有
し、前記開口の垂直側壁部がマスク対物面の開口を与
え、前記円錐状側壁部が前記垂直側壁部を透過した放射
線の散乱を制限することを特徴とするマスク。
【請求項２】前記垂直側壁部が、前記誘電性層および前
記第１の面を貫通して前記基板における第１の予め定め
た深さまで延長することを特徴とする請求項１記載のマ
スク。
【請求項３】前記基板が、前記第１の面にドープされた
層を含み、該ドープ層は、ドープ層下方の基板よりも高
いドーパント不純物濃度を前記基板における前記第１の
予め定めた深さまで有することを特徴とする請求項２記
載のマスク。
【請求項４】前記誘電性層が１対の誘電体を含み、該層
が第１の材料のコーティングと該第１の材料と重合する
第２の材料のコーティングとを含み、該第２の材料の屈
折率が前記第１の材料の屈折率より大きいことを特徴と
する請求項１記載のマスク。
【請求項５】高エネルギ放射線と共に使用されるマスク
を製造する方法において、平坦な半導体基板の第１の面にドープ層を形成し、該ド
ープ層は、ドープ層下方の基板より高い濃度のドーパン
ト不純物を第１の予め定めた深さまで有し、前記第１の面上に第１のマスキング層を、また前記基板
の該第１の面と反対側の第２の面上に第２のマスキング
層を形成し、該第１のマスキング層は所要のマスク・パ
ターンを画成し、前記第２のマスキング層を貫通して少なくとも１つの開
口を形成して前記第２の面の選択された部分を露出しか
つ該選択部分をエッチングして、前記基板に少なくとも
１つの凹部を第２の予め定めた深さに形成し、前記凹部
と前記第１の面間に残る基板材料が隔膜を形成し、前記隔膜を前記第１のマスキング層を貫通してエッチン
グを施して前記所要のマスク・パターンで複数の開口を
形成し、該開口は前記隔膜を貫通して前記凹部まで延長
し、前記隔膜を等方性エッチングを施して前記厚くドープさ
れた層をアンダーカットし、前記アンダーカット層から
前記凹部まで延長する外側に傾斜する開口側壁部を形成
して、前記隔膜を貫通する前記開口に対する略々円錐状
の側壁部を画成し、前記第１および第２のマスキング層を除去し、互いに異なる屈折率の誘電性層より成る少なくとも１対
の高反射性誘電性層を前記第１の面に付着させるステッ
プを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】ターゲット基板をレーザ処理する方法にお
いて、高エネルギ放射ビームを生成し、前記ターゲット基板の手前に所要の処理パターンを画成
する透過マスクを位置決めし、前記高エネルギ放射ビー
ムは前記透過マスクに入射し、該マスクは、第１の表面及び第２の表面を有し、マスク全体を支持す
るに十分な厚さの半導体基板であって、前記第２の表面
のマスクの開口があけられる部分において凹部が形成さ
れて前記厚さより薄い開口形成部を与える半導体基板
と、前記基板の第１の面上に形成された高反射性の少なくと
も１対の誘電性層であって、互いに異なる屈折率の誘電
性層より成るものと、前記誘電性層を貫いて開口形成部に形成された少なくと
も１つの開口と、より成り、前記開口は前記開口形成部を貫通して延在し、該開口
は、前記第１の面に隣接する実質的に垂直の側壁部及び
これに続いて前記凹部に向かって開く円錐状側壁部を有
し、前記開口の垂直側壁部がマスク対物面の開口を与
え、前記円錐状側壁部が前記垂直側壁部を透過した放射
線の散乱を制限するものであることを特徴とする方法。