JPH0430737B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、陰極スパツタリングプロセスにより
無機材料の薄層を引張応力下に基板に被着させ、
次いで後で自己支持性になるダイアフラム用のフ
レームを構成する部分を除いて前記基板を除去す
ることにより、前記フレーム上に伸張されかつＸ
線放射吸収性パターンが設けられているＸ線放射
透過性ダイアフラムを有していて、Ｘ線リトグラ
フイによりＸ線感応性ラツカー層にパターンを作
るためのマスクを製造する方法に関するものであ
る。

特に集積半導体装置の製造においては、また例
えば円柱形磁気バルブ装置の製造においては、
増々微細なデイテイルが常に要求されており、ま
た今日このような装置およびマスクに望まれてい
る解像度は光の波長によつて決まる限界に接近し
ている。従つて、既に光学的方法以外の方法を使
用して一層高い解像度に移行できるようになつて
いる。

ミクロンおよびサブミクロン範囲の微細パター
ンを製造するにはＸ線リトグラフイが極めて興味
ある方法である。Ｘ線リトグラフイでは１：１投
影法が使用される。従つて、例えば半導体基板上
に、作ろうとする回路パターンの精度は主として
Ｘ線マスクによつて決まる。Ｘ線放射は基板中で
比較的強く吸収されるので、高い精度で吸収体構
造が設けられている薄いダイアフラムからマスク
を構成する必要がある。

吸収体としては原子量のできる限り大きい材料
を使用する必要があり；例えば、金、モリブデン
およびタングステンは実際に極めて適当であるこ
とが分つている。

ダイアフラムの材料としてはＸ線放射に対する
透過性が充分に大きいあらゆる材料を使用するこ
とができる。しかし、Ｘ線放射範囲内では、いか
なる材料も完全には透過性でなくまた完全には非
透過性でもないから、ダイヤフラムはＸ線に対し
てできる限り高い透過性が保証されるように比較
的薄くする必要がある。これに対し、吸収体パタ
ーンはＸ線のできる限り高度な吸収が保証される
ように比較的厚くする必要がある。実際に、特に
ケイ素、チタンおよびマグネシウムのダイアフラ
ムが知られている。

西独国特許出願第P32 32499.5号はＸ線リソグ
ラフイ用マスクの製造を開示している。この公開
公報に記載されている製造方法は剥離・伸張プロ
セスを行うための不連続ないくつかの処理工程に
よつて実施され、これらの処理工程では基板上に
形成したダイアフラムを基板から機械的に剥離
し、次いで他の処理工程で特殊フレーム上に伸張
し、しかる後にこのフレームに接着することによ
り連結する。この方法は実際に適当であることが
分つているが、多量生産プロセスにとつては充分
に有効なものではない。この理由はこの方法が多
数の別個の処理工程を必要とするために複雑とな
り従つて費用がかかるからであり、また既知方法
におけるような不連続な製造方法では低い収率し
か期待できないからである。

本発明は、冒頭に記載した種類の方法を、いく
つかの処理工程を省くと共に多量生産の製造にも
経済的に使用できるように改善することを目的と
する。

本発明においては、前記陰極スパツタリングプ
ロセスのパラメータを、前記ダイアフラムが前記
引張応力の作用を受けるように選定することを特
徴とするパターン製造用マスクの製造方法により
この目的を達成する。

本発明の有利な例によれば、ダイヤフラムの使
用材料はマグネシウムである。マグネシウムはＸ
線リトグラフイ用マスクの材料として特に有利で
ある。この理由はマグネシウムがＸ線放射、特に
１〜4nmの範囲のＸ線放射に対して極めて高い透
過性を有しているからである。一方では波長が長
くなるにつれて大きくなるラツカーの感度によ
り、また他方では丁度適合する回折現象により、
特にこの波長範囲はＸ線リトグラフイにとつて特
に興味あるものである。銅ターゲツトを使用する
Ｘ線露光装置の場合には、マグネシウムダイアフ
ラムが特に適している。かかる装置では、波長λ
＝1.34nmを有するCukα放射が放出される。しか
し、マグネシウムダイアフラムを有するマスクは
シンクロトロン放射で使用する露光装置にも極め
て適している。

本発明の他の有利な例によれば、Ｘ線放射透過
性ができる限り大きい有機材料の補助層を基板上
に設け、次いでダイアフラムを堆積し、しかる後
に前記補助層を前記ダイアフラム上に設ける。補
助層には特にポリイミドを使用する。このように
して、ダイアフラムが保護されるので、ダイアフ
ラムが危険に曝されないように吸収体構造を被着
させるためにさらに処理工程、例えばカルバニツ
ク プロセス（galvanic process）を行うことが
できるという利点が得られる。

他の利点は、ポリイミドがＸ線放射に対する透
過性が極めて大きいので、補助層をマスクの一部
として保持できることである。マスクに被着させ
るマグネシウムおよびポリイミドの両者のマイナ
スの性質はこのように構成した複合ダイアフラム
によつて相殺される。マグネシウムは化学的表面
変化を起す傾向があり、またポリイミドは環境の
影響によつては寸法精度が著しく変動する。さら
に、マグネシウムおよびポリイミドはＸ線の影響
下に著しくエージングする。これらの欠点はダイ
アフラム用に無機材料と有機材料とを組み合わせ
ることにより互に相殺される。

かかる複合体ダイアフラムの構造をしているた
め、比較的大きいダイアフラムを製造することが
でき、しかも好ましくない環境条件下でも大きい
寸法精度で使用することができ、機械的および化
学的作用を比較的受けにくい。

陰極スパツタリングによるダイアフラムの製造
は、陰極スパツタリングプロセスのパラメータ
を、層に引張応力が作用して、後で基板の一部分
が除去されて自己支持性ダイアフラムが生成する
際に熱の作用による長さの変動が相殺されるよう
に、調整できるという利点がある。陰極スパツタ
リングによつて被着する層の機械的応力は電力、
基板に印加したバイアス電圧およびスパツタリン
グ空間中のガス圧による影響を受けることがあ
る。本発明の有利な他の例では、陰極スパツタリ
ングプロセスを0.4〜1.2W／cm²の電力および10〜
40μバールのガス圧において行う。陰極スパツタ
リングプロセスに必要な電力の０〜20％を基板電
極に印加されるバイアス電圧の形態で基板電極を
経てプラズマに供給するのが好ましい。

本発明の他の好適例では、カバーマスクを透過
するスペクトルの可視部の放射に対する透過性が
大きい調整区域を得るために、ダイアフラムを基
板に被着させる。適当なダイアフラム材料はスペ
クトルの可視部に対して非透過性であることが多
いので、マスクとこれを透過して露光させる基板
との完全に自動的な整列は、かかる処理に極めて
有利なレーザー調整によつても、さらに手段を講
じない限り達成できない。可視光に対する透過性
の大きい材料の調整窓をダイアフラムに設けよう
とする試みは既に行われている。しかし、これに
は多数の処理工程で必要である。本発明方法を使
用することにより適当な方法でかかる多数の処理
工程を回避することができる。

本発明は、上述の利点のほかに、Ｘ線リトグラ
フイマスク用の極めて満足に作用するマスクキヤ
リヤを驚く程簡単な方法で製造することができ、
基板からの剥離、伸張および別個のフレームに対
する接着のような手による処理工程を行わずに、
調整可能な所望の機械的プレストレスによりその
ダイアフラムを基板上に直接形成することがで
き、しかも所要のフレームを基板から直接形成す
ることができるので、もはや別個のフレームを製
造する必要がなくなり、さらにかかるダイアフラ
ムの製造方法によつて調整窓を同時に形成できる
という他の利点を有する。従つて、経済的な点で
多量生産に極めて適している本発明方法におい
て、ダイアフラムが後で自己支持性になる部分で
比較的厚い基板を容易に除去することができ、し
かもダイヤフラム中に以前から形成されているス
トレス状態に悪影響を与えないことは驚くべきこ
とである。

次に本発明を図面を参照して例について説明す
る。

第１図は本発明方法により基板３上に被着させ
たダイアフラム１、および基板３とダイアフラム
１との間およびダイアフラム１の上面に設けた補
助層５および７を示す。

この例では、ガラス基板上に被着させたマグネ
シウム・ダイアフラムの製造について説明する。
マグネシウム・ダイアフラムはポリイミド補助層
によつて保護されている。

基板３は市販のガラス板であつて、例えば
101.6mm（４インチ）の標準寸法を有し、その片
側はサンドイツチ構造で被覆されており、このサ
ンドイツチ構造はそれぞれ厚さ0.5μmの２個のポ
リイミド補助層５，７とこの間に介挿されている
厚さ2μmのマグネシウム層の形態のダイアフラム
１とからなる。ポリイミド層５の製造には市販の
ラツカーを使用することができ、遠心力を作用さ
せることによりラツカーを被着させ、次いでイミ
ド化処理を行う。好ましい結果は、好ましくは
N₂雰囲気中で、次の温度処理を行うことにより
得られる：100℃で１時間アニールし、180℃で１
時間アニールし、350℃で１時間アニールする。
次いで、陰極スパツタリングによりマグネシウム
層の形態のダイアフラム１を被着させる。この
際、引張応力を作用させてマグネシウム層を作つ
て、熱による長さの変動を相殺できるようするこ
とが極めて重要である。所望の引張応力は所定の
陰極スパツタリング・パラメータを使用すること
により調整できる。第３ａ図および第３ｂ図に示
すように、マグネシウム層における機械的応力
P_Z，P_Dは、電力φ、基板におけるバイアス電圧
V_Sおよびスパツタリング空間中のガス圧P_Arの影
響を受けることがある。

第３ａ図では、電力0.8W／cm²および電極距離
ａ＝45mmにおいてマグネシウム層に生じた引張応
力P_Zを、基板における種々のバイアス電圧にお
いて、スパツタリング室中のアルゴン圧P_Arに対
してプロツトした。

第３ｂ図では、アルゴン圧力26.6μバールおよ
び基板におけるバイアス電圧０％においてマグネ
シウム層中に生じた応力P_D，P_Z（P_D圧縮応力，P_Z
引張応力）を電力φに対してプロツトした。

上述の例における最適条件は電力0.4W／cm²、
アルゴン圧20μバールおよび基板におけるバイア
ス電圧０％の場合であつた。

本発明方法の大きな利点は、光学的に透過性の
大きい調整区域１１を得るために、スパツタリン
グによりダイアフラム１を被着させる処理の間簡
単な機械的カバーマスクを使用できることである
（第２ａ図，第２ｂ図参照）。後処理工程で電子ビ
ームリトグラフイにより生成する調整用図形記号
（adjustment figure）は透過性の大きいポリイミ
ド補助層５，７によつて担持させることができ
る。

多層ダイアフラムを形成するために、次いでポ
リイミド補助層７をダイアフラム１に被着させ
る。この補助層も遠心力を作用させることにより
被着させる。この補助層のアニール処理は150℃
で４時間行うのが有利である。ダイアフラムの表
面は、ホトリトグラフイにより生成するマスクに
より、あるいは機械的封入およびエツチング処理
により再現可能に画成することができる。ホトリ
トグラフイにより生成したマスクを使用する場合
には、ガラス基板３の背面を厚さ2μmのホトラツ
カー層９で被覆し、90℃で１時間アニールする。
ダイアフラムの所望の表面および形態に応じて、
マスクを通してこのホトラツカー層を露光し、次
いで現像する（第４ａ図）。ガラス基板３はホト
ラツカーで被覆されていない区域が湿式化学的エ
ツチング処理により除去されるが、ポリイミド補
助層５はエツチング処理を受けない。使用エツチ
ング剤は弗化水素HFとH₂Oとの混合物とするこ
とができる。

湿式化学的エツチング処理の代りに、プラズマ
エツチング処理または湿式化学的エツチング処理
と乾式エツチング処理との併用により好結果を得
ることができる。機械的封入を使用して基板３と
ダイアフラム１と補助層５，７との複合体をエツ
チングする場合には、自己支持性ダイアフラム表
面の大きさを封入の際の窓によつて限定すること
ができ、窓の大きさは所望のダイアフラム表面の
大きさに相当する。

第１図、第２ａ図、第４ａ図および第４ｂ図で
は基板３を単一体として示した。基板３からフレ
ーム３３を構成しない部分をエツチングにより除
去する。下記の方法を使用するのも有利である：
自己支持性ダイアフラムの大きさに相当する開口
を有するフレームを片側で、例えば接着により、
連続する比較的薄い基板に強固に結合させて、次
のエツチング処理の間フレームの開口区域におけ
る厚さの薄い基板部分のみがエツチングを必要と
するようにし、その結果厚さの厚い安定なフレー
ムを生成する。

エツチングによつて基板３から生成するフレー
ム３３上にダイアフラム１および２個の補助層
５，７を有するマスクキヤリヤがこのようにして
得られ、次いでこのマスクキヤリヤに既知方法で
所望の吸収体パターンを設ける。ダイアフラム１
上に残るポリイミドの薄い補助層５，７はガルバ
ニカリイに（galvanically）強化され、吸収体構
造の製造を有利に行うことができるようにする。

光によつて調整できるマスクの有利な例は、例
えば半導体素子を製造する場合には、第１マスク
工程に必要な調整用図形記号として、電子ビーム
リトグラフイにより調整窓１１内の基板３上に調
整用図形記号１５を形成し、かつフレーム区域の
外でダイアフラム１上に付加的に生成した調整用
図形記号を次のマスク工程用図形記号として使用
する場合に得られる。従つて、ステツプアンドリ
ピートモード用の交互図形記号が得られる。そこ
で画像を形成すべきステツプアンドリピートフイ
ールド区域によつて周期が決まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一例における多層ダイア
フラムを設けた基板の断面図、第２ａ図および第
２ｂ図はそれぞれ本発明方法の一例における調整
窓を設けたダイアフラムの断面図および平面図、
第３ａ図および第３ｂ図はそれぞれ本発明方法の
一例において陰極スパツタリングによりマグネシ
ウム層を基板に被着させる際の種々のプロセスパ
ラメータとこれによつて生じる応力との関係を示
すグラフ、第４ａ図および第４ｂ図はそれぞれ本
発明方法の一例における多層構造ダイアフラムと
基板を部分的に除去する工程とを示す断面図であ
る。 １…ダイアフラム、３…基板、５，７…補助層
（ポリイミド層）、９…ホトラツカー層、１１…調
整区域、１５…調整用図形記号、３３…フレー
ム、ａ…電極距離、P_D，P_Z…マグネシウム層の
機械的応力（P_D…圧縮応力，P_Z…引張応力）、
P_Ar…スパツタリング空間中のガス圧（アルゴン
圧）、φ…電力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陰極スパツタリングプロセスにより無機材料
   の薄層を引張応力下に基板３に被着させ、次いで
   後で自己支持性になるダイアフラム用のフレーム
   ３３を構成する部分を除いて前記基板を除去する
   ことにより、前記フレーム上に伸張されかつＸ線
   放射吸収性パターンが設けられているＸ線放射透
   過性ダイアフラムを有していて、Ｘ線リトグラフ
   イによりＸ線感応性ラツカー層にパターンを作る
   ためのマスクを製造するに当り、 前記陰極スパツタリングプロセスのパラメータ
   を、前記ダイアフラムが前記引張応力の作用を受
   けるように選定することを特徴とするパターン製
   造用マスクの製造方法。 ２ 前記陰極スパツタリングプロセスを0.4〜
   1.2W／cm²の電力および10〜40μバールのガス圧に
   おいて行う特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記陰極スパツタリングプロセスに必要な電
   力の０〜20％を前記基板電極に印加されるバイア
   ス電圧の形態でプラズマに供給する特許請求の範
   囲第２項記載の方法。 ４ ダイアフラム１の使用材料がマグネシウムで
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ Ｘ線放射透過性ができる限り大きい有機材料
   の補助層５を前記基板３に被着させ、次いで前記
   ダイアフラム１を堆積させ、しかる後に前記補助
   層７を前記ダイアフラムに被着させる特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ６ 前記補助層５，７の使用材料がポリイミドで
   ある特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７ 調整区域１１を被覆するカバーマスクを透過
   するスペクトルの可視部の放射に対する透過性が
   大きい調整区域１１を得るために、前記ダイアフ
   ラム１を前記基板３に被着させる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ８ 前記基板３の使用材料がガラスである特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ９ 前記フレーム３３を構成しない前記基板３の
   部分を湿式化学エツチング処理により除去する特
   許請求の範囲第８項記載の方法。