JPH02133915A - Ｘ線マスク及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - 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】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 Ｘ線マスクの一実施例　（第１図） 一実施例に係るＸ線マスクの形成方法 （第２図） Ｘ線マスクの他の実施例（第３図） 他の実施例に係るＸ線マスクの形成方法（第４図） 本発明に係る露光方法　（第５図） 従来のＸ線マスク　　　（第６図） ステップ露光の状態図　（第７図） 発明の効果 〔概　要］ Ｘ線マスク、特にステップ露光用のＸ線マスクの改良に
関し、 ブロッカ領域の遮光をより完全にしてフィールド部の感
光を極力減少することによって露光される原画パターン
のコントラストを高めて露光歩留りを向上することを目
的とし、 Ｘ線吸収体で形成したパターンで構成されたパターン領
域と、該パターン領域の外周部に設けられＸ線吸収体で
覆われたブロッカ領域を有するＸ線マスクであって、該
ブロッカ領域のＸ線吸収体の上部に、重金属レジネート
層または金メツキ層が被着したＸ線マスク、及び上記Ｘ
線マスクを用いて露光がなされる工程を含む半導体装置
の製造方法で構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明はＸ線マスク、特にステップ露光用のＸ線マスク
の改良に関する。

近時、半導体装置をより一層高集積化するために、高精
度を有するサブミクロン・パターンの形成手段が望まれ
ており、これに応えるために、波長が極度に短いことに
より回折現象を伴わず、従って０．１〜０．２μｍ程度
の高解像度が得られるＸ線露光技術が提案されている。

しかし、上記のような高解像度は、マスクパターン（マ
スクに形成される原画パターン）の高精度化に加えて、
露光に際しての明部と暗部間の光量比即ちコントラスト
の高いことによって可能になるものであり、特に、ステ
ップ露光においては、露光パターンの周囲に、吸収層を
透過してくる弱いＸ線によって２〜４重に露光されて軽
度に感光した領域を生ずるため、この領域に露光される
パターンのコントラストが低下して、パターン精度の劣
化が生じている。

そこでＸ線のステップ露光においては、高寸法精度を存
するＸ線吸収体パターンが形成でき、且つパターン領域
周辺部のＸ線透過量の極度に少ないＸ線マスクが要望さ
れる。

〔従来の技術］ 第６図は従来のステップ露光（ステッパ）用のＸ線マス
クを模式的に示す平面図（ａ）、及びＡ−Ａ矢視断面図
（ｂ）である。

図において、ｌはＸ線吸収体層、ＩＡ、　ＩＢは原画パ
ターン、２はメンブレン（支持体膜）、３はシリコン（
Ｓｉ）ウェーハ、４Ａ、　４Ｂは開口、５は支持リング
、６は原画パターンの形成されるパターン領域、７は吸
収体層によりＸ線が遮蔽されるブロッカ領域を示す。

そして上記構成を有するＸ線マスクにおいて、吸収体層
ｌの厚さは、原画パターン形成に際しての加工精度を維
持するために、露光に際して充分な転写精度が得られる
最低の値１０程度のコントラストが保てる最小の厚さに
選ばれていた。

〔発明が解決しようとする課Ｂ］ しかし、上記構成を有する従来のマスクを使用するＸ線
ステップ露光においては、次のような問題が生じていた
。

即ち、上記構成を有するマスクを用いるステップ露光に
おいては、以下に第７図にその状態を模式的に示すよう
に、第１の露光ステップＳ、で怒光性樹脂即ちレジスト
の第１のフィールド領域へ、が、第２の露光ステップＳ
２でＡ、領域のパターンＰＩのＸ方向の側片に接するパ
ターンＰ２を転写する第２のフィールド領域＾２が、隣
接する段のＸ番目の露光ステップ島で前記へ、領域のパ
ターンＰ１のＹ方向の側片に接するパターンＰＸが転写
されるＡＸの領域が、また（ｘ−１）番目の露光ステッ
プ　５ＩＸ−１１でパターンＰ（□、を転写するＡ　Ｌ
ｘ−１の領域がそれぞれ露光される。

そのためＸ線の照射フィールドに含まれるＢ１の領域は
当該露光ステップＳｌと３１に対してＸ方向に並ぶ露光
ステップＳ２とによる２重の露光がなされ、またＢ！の
領域は当該露光ステップＳ１と３１に対してＸ方向に並
ぶ露光ステップＳ２及びＹ方向に並ぶ露光ステップ汎に
よって３重の露光がなされ、Ｂ３の領域は、Ｓｌ及びＳ
２とＳＸ及びＳＸのＸ方向に並ぶ露光ステップ５（Ｘ−
１１による４重の露光がなされる。

つまり、Ｂ１の領域は当該露光のほかに前記Ｘ線マスク
のブロッカ領域８による１回の露光がなされ、Ｂ２の領
域は当該露光のほかにＸ線マスクのブロッカ領域８によ
る２回の露光がなされ、Ｂ３の領域は当該露光のほかに
Ｘ線マスクのブロッカ領域８による３回の露光がなされ
る。

そのため、前述のようにパターンコントラスト１０程度
が得られる最低の厚さを有するＸ線吸収体層１のみによ
ってブロッカ領域８が覆われている従来のマスクにおい
ては、露光に際してのブロッカ領域の遮光性は必ずしも
充分ではなく、前記隣接領域のステップの露光に際して
そのブロッカ領域を通して漏洩してくるＸ線による１回
乃至３回の露光によって、原画パターンの露光領域例え
ばＡ１内に含まれるＢ４、Ｂ２及びＢ３の領域はそれぞ
れ軽度に感光する。そしてこのフィールド部の感光によ
って、そこに露光される原画パターン部とフィールド部
とのコントラストが低下し、そのために現像されたパタ
ーンの形成精度が低下して露光歩留りの低下を招くとい
う問題があった。

そこで本発明に係るステップ露光用Ｘ線マスクにおいて
は、ブロッカ領域の遮光をより完全にしてフィールド部
の感光を極力減少することによって、露光される原画パ
ターンのコントラストを高めて露光歩留りを向上するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題は、Ｘ線吸収体で形成したパターンで構成され
たパターン領域と、該パターン領域の外周部に設けられ
Ｘ線吸収体で覆われたブロッカ領域を有するＸ線マスク
であって、該ブロッカ領域のＸ線吸収体の上部に、重金
属レジネート層が被着されてなる本発明によるＸ線マス
ク、該ブロッカ領域のＸ線吸収体の上部に金めつき層が
被着され且つ該Ｘ線吸収体層が高融点遷移金属よりなる
本発明によるＸ線マスク、及び上記Ｘ線マスクを用いて
露光がなされる工程を含む本発明による半導体装置の製
造方法によって解決される。

（作　用〕 即ち本発明のＸ線マスクにおいては、原画パターンの形
成される領域の周囲に原画パターンと同一の吸収体層に
よって形成されるブロッカ領域上に、吸収体層に及ぼす
応力の小さい重金属レジネート層或いは金めつき層を被
着し、このレジネート層或いは金めつき層により、パタ
ーン精度を低下させずにブロッカ領域を透過するＸ線の
遮蔽を行う。

これによってＸ線露光に際しての原画パターンのコント
ラストが高まるので、現像に際してのパターンの変形は
防止されてレジストパターンの精度が高まり、露光歩留
りが向上する。

〔実施例〕

以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明に係るＸ線マスクの一実施例の模式図で
、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図、第２図
（ａ）〜（ｅｌはその形成方法の工程断面図、第３図は
本発明に係るＸ線マスクの他の実施例の模式図で、（ａ
）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図、第４図（ａ）
〜（ｂ）はその形成方法の工程断面図、第５し１は本発
明に係るステップ露光方法の模式断面図である。

全図を通し同一対象物は同一符合で示す。

本発明に係るＸ線マスクの一実施例を示す第１図におい
て、 １は内部応力をＩ　ＸＩＯ”　ｄｙｎ／ｃｍ２程度に抑
えてパターンの原画パターンの形成精度を高め、且つ高
精度露光に必要な１０程度のコントラストを得るために
、０．５μｍ程度の厚さにスパンタ形成したタンタル（
Ｔａ）或いはタングステン（讐）等の高融点遷移金属よ
りなるＸ線吸収体層、 ２は例えば厚さ２〜３μｍ程度の炭化珪素（ＳｉＣ）薄
膜よりなりＸ線を透過するマスクパターンのメンブレン
（支持体膜）、 ３は上記ＳｉＣ薄膜を形成する際の成長基体となり後に
中央部にＸ線通過用の開口４Ｂが形成されており上記メ
ンブレンの支持体となっているシリコン（Ｓｉ）ウェー
ハ、 ４Ｂは開口、 ５はシリコンウェーハ３の下部に接着剤８を介して接着
されているＳｉＣセラミック等よりなる支持リング（枠
）、 ６は原画パターンの形成されるパターン領域、７は吸収
体層によりＸ線が遮蔽されるブロッカ領域、 ８はエポキシ等の接着剤、 ９はブロッカ領域７を含むパターン領域６の周辺部にス
ピンコード法により被着された厚さ０．５〜２μｍ程度
の重金属のレジネート層、例えばエンゲルハード社製の
金レジネート層を示す。

なお、重金属レジネート層とはレジン分子の中に重金属
原子が結合しているもので、この重金属原子がＸ線を吸
収する役割を果たす。

この実施例に示すＸ線マスクは例えば次の方法により形
成される。

第２図（ａ）参照 即ち、先ず厚さ４００〜５００　μｍ程度のＳｉウェー
ハ３上に、３塩化シラン（ＳｉＨＣ１＋）とプロパン（
Ｃ３１（１ｔ）と水素（１１□）との混合ガスよりなる
成長ガス中において、１０００’Ｃ程度の温度で厚さ２
μｍ程度のメンブレン（支持体膜）となるＳｉ６層１０
２を成長し、次いで通常のスパッタ法によりＳｉＣ層１
０２上にＴａ或いはＷよりなる厚さ０．５μｍ程度のＸ
線吸収体層１を形成する。

第２図（ｂ）参照 次いで、上記Ｓｉウェーハ３を、Ｘ線通過用の開口４Ａ
を有する例えばＳｉＣセラミックスからなる厚さ５ｍｍ
程度の支持リング５上に、エポキシ樹脂等の接着剤８に
より固着する。

第２図（Ｃ）参照 次いで弗酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ：ｌ）と酢酸（ＣＩ
ｈＣＯＯＨ）の混液により、上記支持リング３をマスク
にしてＳｉウェーハ３を背面からエッチバックしてＳｉ
ウェーハ３に開口４Ｂを形成し、この開口４Ｂ内にＳｉ
６層１０２の裏面を表出させる。ここで形成されたＳｉ
６層１０２の薄膜はＳｉＣメンブレン（支持体膜）２と
称する。

第２図（ｄ）参照 次いで電子ビーム描画露光を用いるレジストプロセスに
よりＸ線吸収体層１上にＸ線マスクの原画パターンに対
応する図示しないレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクにして６弗化硫黄（ＳＦ４）等の
弗素系ガスによる反応性イオンエツチング処理によりＸ
線吸収体層ｌをエツチングし、パターン領域６にＸ線吸
収体層１による原画パターン１八、ＩＢ等を形成する。

なお、Ｘ線吸収体層ｌの厚さは前記のように０．５μｍ
程度に薄く形成されているので内部応力は小さ（、高精
度のパターン形成がなされる。

第２図（ｅ）参照 次いで上記マスク上にスピンコード法により重金属レジ
ネート層（エンゲルハード社製、金レジネート）９を塗
布形成し、７０〜８０°Ｃでヘーキングしこの重金属レ
ジネート層９をキュアーする。

キュアー後の膜厚は０．５〜２μｍ程度とする。

次いで図示しないマスクを介し、５００Ｗ程度の高圧水
銀ランプ或いはキセノン−水銀ランプによりパターン領
域６の周辺部の重金属レジネート層９に選択的に３０〜
６０分程度紫外ｙＡ（ＵＶ）を照射し、この領域の重金
属レジネート層９を架橋重合させる。

第１図参照 次いでモノクロルベンゼン、０−ジクロルベンゼン等に
より上記重金属レジネート層９の現像を行い、架橋重合
が行われていないパターン領域６上の重金属レジネート
層を溶解除去する。

このようにして形成されたＸ線マスクにおいてはブロッ
カ領域７のＸ線のコントラストは２０程度の値になる。

従って前述した２〜４重露光によるフィールド領域の感
光は殆どなくなる。

また、ブロッカ領域７を含むパターン領域６の周辺部に
形成されている上記架橋重合後の重金属レジネート層９
は樹脂特有の僅かな可塑性を有するので、Ｘ線吸収体層
１を介してメンブレン２に応力を及ぼすことがなく、原
画パターン１八、ＩＢ等の高精度はそのまま保たれる。

第３図は本発明の第２項に対応する他の実施例を模式的
に示す平面図にｌ）及びＡ−Ａ矢視断面図（ｂ）である
。前記実施例との相違点は、前記実施例においてブロッ
カ領域７のコントラストを増ずためにパターン領域６の
周辺部のＸ線吸収層１上に形成した重金属レジ不−１・
層９のかわりに、厚さ１μｍ程度の金（Ａｕ）めっき層
１０を設けた点のみである。

その形成は例えば次の方法により行う。

第４図（ａ）参照 即ち、前記実施例と同様な方法により第２図（，１）に
示すようにＸ線吸収体層１をパターニングしてパターン
領域６にＸ線吸収体層１による原画パターン１八、Ｉｌ
ｌ等を形成した後、このマスクの上面及び側面をレジス
ト膜１１て覆い、通常のフォトプロセスによりこのレジ
スト膜１１にブロッカ領域７及びその周辺のＸ線吸収体
層１の上面のみを表出するめっき用開口１２を形成する
。

第４図（ｂ）参照 次いで、例えばシアン化金カリウムと塩化アンモニウム
とクエン酸ナトリウムと次亜燐酸ナトリウムとの混液を
用いる周知の金の次亜燐酸浴等の金の無電解めっき浴を
用いて、露出しているブロッカ領域７及びその周辺のＸ
線吸収体層１上に選択的に厚さｌｌＩｍ程度の無電解に
よるＡｕめっき層１０を形成する。

第３図参照 次いで、レジスト膜１１を溶解除去して前記本発明の第
２項に係わる実施例のＸ線マスクが完成する。

このブロッカ領域上にＡｕめっき層１０を配設した構成
においても、ブロッカ領域７のコントラストは２０を越
える。そしてまた無電解のＡｕめっき層１０はスバンタ
膜等に比べてかなりポーラスで、内部応力も少なく、且
つＸ線吸収体層１を介してメンブレン３に及ぼす応力も
極めて小さくなるので、Ｘ線吸収体層１による原画パタ
ーンの高精度ば保たれる。

次に本発明に係るＸ線マスクを用いた半導体装置の製造
方法について第５図を参照して述べる。

第５図は第１図に示されたＸ線マスクを用いたＸ線によ
るステップ露光の状態を示す模式断面図で、図中、１３
はＸ線通過窓、１４はＸ線マスク、１５はＸ線マスクの
支持棚、１６はステップ移動が行われるＸＹステージ、
１７はシリコン基板、１８は絶縁膜、１９は下層配線に
なるアルミニウム（ＡＩ）合金層、２゜は例えばクロル
メチルスヂレン（ＣＭＳ）からなるネガ型のレジスト膜
、２１はＸ線、その他の符号は第１図と同一対象物を示
す。

なおここで、Ｘ線マスク１４のＸ線吸収体パターニング
、ＩＢの表面とレジスト膜２０の上面との距勇１ｆ　１
は１０〜数１０μｍ程度に近づけられる。またＸ線通過
窓１３の上部にはミラー等よりなる図示しないＸ線の０
Ｎ１０ＦＦ手段が設けられる。

この図の状態で、例えば２００〜５００ｍＪ／ｃｍ２の
エネルギー強度を有するＸ線２１でＡの領域を１０〜１
００秒露光した後、Ｘ線２１をＯＦＦ　Ｌ、Ｓｉ基板１
６をステップ移動し、への領域に隣接するＢの領域にＡ
の領域と同様な条件で露光を行い、このようにして順次
露光して基板全面への露光を完了する。

なおこの際、前述したようにＸ線マスク１４のフロツカ
領域７には金レジネート層９が被着されているのでこの
領域を透過しての露光は殆どなく、例えばＡ領域の露光
でブロッカ領域に入っていた場所にＢ領域のパターン露
光を行っても、充分な露光のコントラストが得られる。

上記ステップ露光を完了した後、通常通りの現像を行い
未露光部に対応するレジストパターンを形成し、このレ
ジストパターンをマスクにして例えばりアクティブイオ
ンエンチング処理によりＡ１合金層１９のパターニング
を行って例えばバイポーラＩＣにおける下層ＡＩ配線を
形成する。

この方法によれば、露光に際して波長の短いＸ線なるが
故に回折等による光の乱れがなく、またブロッカ部にレ
ジネート層を有する故に露光のコントラストが充分に得
られ、且つＸ線吸収体層が薄いことにより高精度の吸収
体パターンを有するＸ線マスクが用いられるので、Ｘ線
マスクの吸収体層パターンに対応する例えば０．１〜０
．５μｍ程度の微細な間隔或いは幅を有する上記下層Ａ
Ｉ配線等を容易に且つ高精度に形成することができる。

なお第３図に示すマスクを用いても上記の方法及び効果
は同様である。

従って本発明の半導体装置の製造方法は半導体装置の高
集積化に際して極めて有効である。

〔発明の効果］ 以上説明のように本発明によれば、ステップ露光用のＸ
線マスクにおいて、高パターン精度を保ちながら、露光
に際してのブロッカ領域のＸ線透過量を殆ど皆無に近く
することができるので、ステップを追って露光される原
画パターンのコントラストを従来に比べ大幅に向上せし
めることができる。従って現像に際してのパターン変形
が防止されて露光歩留りが向上する。

また本発明に係るＸ線マスクを用いる半導体装置の製造
方法によれば、幅０．１〜０．５μｍ程度のサブミクロ
ンパターンが容易に且つ精度よく形成できるので半導体
ＩＣの高集積化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＸ線マスクの一実施例の模式図で
、（ａ）は平面図、［有］）はＡ−Ａ矢視断面図、第２
図（ａ）〜（ｅ）はその形成方法の工程断面図、第３図
は本発明に係るＸ線マスクの他の実施例の模式図で（ａ
）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図、第４図（ａ）
〜（１））はその形成方法の工程断面図、第５図は本発
明に係るステップ露光方法の模式第６図は従来構造を模
式的に示す平面図（ａ）とＡＡ矢視断面図（ｂ）、 第７図はステップ露光の状態を示す模式平面図である。 図において、 ｌはＸ線吸収体層、 ＩＡ、ＩＢはＸ線吸収体層による原画パターン、２はメ
ンブレン（支持膜）、 ３はＳｉウェーハ、　　４八、４Ｂは開口、５は支持リ
ング、　　　６はパターン領域、７はブロッカ領域、　
８は接着剤、 ９は金レジネート層、１０は金めつき層、１１はレジス
ト膜、　　１２はめっき用開口、１３はＸ線通過窓、　
　１４はＸ線マスク、１５はＸ線マスクの支持棚、 １６はＸＹステージ、　　　１７はＳｉ基板、１８は絶
縁膜、　　　　１９はＡ１合金層、２０はレジスト膜、
　　２１はＸ線、 １０２はＳｉＣ層、　　　ＵＶは紫外線を示す。 （（１）　　千　面　　図 （ｂ）　　Ａ−、Ａ火児吋面図 ２トイ芒　９月ｎ−′実方己３ン１／）イ慎　１り易　
１　図 ７％４ン５日８につ一実うそ５イタ・１ｔり形ノリに方
５去σフエ寸１４斤！ｉｅ百５Ｅ七り第 履 （そ の１） （ｄ） 干 面 凹 （し） ム 、４天才見断面図 ４く・９　ｇ月σつイ七−ｄつ・裏方デ才１４９・ｌ　
ｎ４タトデ（図図 木イし　日肝−実方セ、イク・１０形り覧方活ｎ’ｌ程
内丁面口筒 図 （〒ｆ）２） 木樽（８月−檀ユの賞方己イク）ｎル、へ方述のニオ２
將面図第４　図 （ａ） 子 面 図 Ａ矢視方面図 咲末槙進ＩＱ雁弐図 あ 図 スサップα丸のン１大慈、？示すオ戻或千面Ｈ口筒 尺

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線吸収体で形成したパターンで構成されたパタ
   ーン領域と、該パターン領域の外周部に設けられＸ線吸
   収体で覆われたブロッカ領域を有するＸ線マスクであっ
   て、 該ブロッカ領域のＸ線吸収体の上部に、重金属レジネー
   ト層が被着されてなることを特徴とするＸ線マスク。
2. （２）Ｘ線吸収体で形成したパターンで構成されたパタ
   ーン領域と、該パターン領域の外周部に設けられＸ線吸
   収体で覆われたブロッカ領域を有するＸ線マスクであっ
   て、 該ブロッカ領域のＸ線吸収体の上部に、金めっき層が被
   着されてなり、 且つ該Ｘ線吸収体層が高融点遷移金属よりなることを特
   徴とするＸ線マスク。
3. （３）請求項（１）または（２）記載のＸ線マスクを用
   いて露光がなされる工程を含むことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。