JPH0473650A - 微細加工用マスク - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ＬＳ　１１ＶＬＳ　Ｉ等の電子デバイスや
、半導体レーザ、光スィッチ等の光デバイスの微細加工
に用いて好適な微細加工用マスクに関するしのである。

Ｃ従来の技術二 近年、ＬＳＩＶＬＳＩ等の電子デバイスや、半導体レー
ザ、元スイッチ等の光デバイスか飛躍的に発展してきて
おり、これらの発展は最ら重要な基幹技術である微細加
工技術の進歩に支えられるところが大である。

この微細加工技術は、光を用いてパターン（Ｎ光領域）
を蝕刻してゆくことがらホトリソグラフィーとも呼ばれ
ており、素子の急激な微細化（パターン密度の大幅な増
加）に伴い従来以上に高度な寸法精度が要求されつつあ
ることから、バターニングやエツチング中の寸法精度の
制御か極めて重要になってきている。

ここで、従来より用いられているホトリソグラフィーに
ついて、第７図を参、照して説明する。

まず、同図（ａ）に示すように、前処理をおこなった結
晶基板ｌの表面にホトレジスト（ポジ型）２を均一に塗
布する。次に、同図（ｂ）に示すように、ホトレジスト
２を塗布した結晶基板１上に所要のパターン３を描いた
微細加工用マスク（以下、単にマスクと略称する）４を
、パターン３面かナトレノスト２に密着するように載置
し、紫外１５により露光を行い、パターン３をホトレノ
スト２に焼き付ける。そして、このホトレジスト２を現
像することにより、ホトレジスト２にパターン６か形成
される（同図（ｃ）参照）。その後、所定のエツチング
液を用いて結晶基板ｌをエツチングすることにより、結
晶基板１にパターン６が形成される（同図（ｄ）参照）
。最後に、結晶基板ｌからホトレノスト２を除去し工程
か完了する（同図（ｅ）参照）。

上記のマスク４は、第８図に示す様に、石英基板７上の
紫外線を遮光する部分にクローム（Ｃｒ）等の金属を蒸
着またはスパッタリング等により堆積させて金属膜８と
し、所要のパターン３としたものである。また、上記の
マスク４の位置合わせは、結晶基板ｌ上に既に以前のマ
スク合わせ工程で焼き付けられている位置合わせ用のパ
ターンを用いて行なわれる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記のホトリソグラフィーでは、結晶基板１
の加工面積か大きく取れる±Ｌ）う利点かある乙のの、
レノスト２のパターン６９線幅に限界があっｒこために
、線幅１μｍ以下のパターンを得ることは非常に困難で
あっ１こ。

その理由は、波長約０４μｍの紫外線を用いて露光する
と、例えば、線幅かｌｌ１ｍのパターン３では、紫外線
の回折作用や干渉作用により照射光が回折したり、干渉
しあったりすることから、パターン６の輪郭にぼけが生
じ、パターン６の線幅は約２μｍ程度まで拡張されるこ
ととなる。しにがって、輪郭が明瞭な線幅１μｍ以下の
パターンを得ることは極めて困難であった。このため、
ホトレジスト２を用いない微細加工技術が強く望まれて
いた。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、線幅
が１μｍ以下のパターン６を得ることができる微細加工
用マスクを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は次の様な微細加
工用マスクを採用した。すなわち、請求項Ｉ記載の微細
加工用マスクとしては、結晶基板を蝕刻することにより
、前記結晶基板上に目的とする露光領域を形成してなる
微細加工用マスクであって、前記結晶基板の露光領域を
形成すべき位置に、この結晶基板を貫通するＶ溝を設け
、当該Ｖ溝を露光領域としたことを特徴としている。

まｆ二、請求項２記載の微細加工用マスクとしては、前
記Ｖ溝の周辺領域は、前記結晶基板の一部を他より薄く
してなるダイアフラム部であることを特徴としている。

［作用］ この発明では、前記結晶基板の露光領域を形成すべき位
置に、露光領域となるｖｌｌを設けたことにより、従来
では形成か極ぬて困難であった線幅かサブミクロン以下
の露光領域を容易に形成することが可能になる。

また、前記Ｖ溝の周辺領域は、前記結晶基板の一部を他
より薄くしてなるダイアフラム部であることにより、結
晶基板にＶ溝を極めて短時間でしかも加工精度よく蝕刻
する。また、機械的強度が比較的弱い結晶基板の場合で
あっても、ダイアフラム部以外の結晶基板の厚みを充分
数ることにより、この結晶基板に必要な機械的強度を確
保する。

：実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。

第１図はこの発明に係る微細加工用マスク（以下、単に
マスクと略称する）１１を示す図である。

このマスクｉｔは、化合物半導体基板であるインジウム
リン（ｒｎＰ）基板（結晶基板）１２の露光領域を形成
すべき位置及びその周辺領域に、下方から断面略台形状
に蝕刻された薄厚のダイアフラム＄１３が形成され、こ
のダイアフラム部Ｉ３の露光領域を形成すべき位置に、
このダイアプラム部１３を貫通する断面路Ｖ字型のＶ７
１ｆ１４か形成されたものである。そして、このＶ溝１
４を除くダイアフラム部１３の下面１３ａ及び１ｎＰ基
板１２の下面１２ａ及びダイアフラム部１３の下方の側
面１２ｂには、金（Ａｕ）等の金属膜からなる保護層１
５が形成されている。

このＶ溝１４においては、例えば、メサ角（θ）が５４
．４°、上方の開口部１６の幅りが１１μｍの場合では
、下方の開口部１７の幅Ｃが５００人のものが容易に得
られ、このマスク１１が使用される際には、この開口部
１７はパターンＩ８として用いられる。

次に、第２図を参照して、このマスク１１の製造方法を
説明する。ただし、図中図面に垂直な方向をＩｎＰ基板
１１の結晶方位＜０１１＞の方向としである。

■　第２図（ａ）参照 ＩｎＰ基板１２の両面を前処理する。このＩｎＰ基板１
２の厚みは、マスクとしての機械的強度を考慮して約４
００μｍに設定しである。

■　同図（ｂ）参照 ＩｎＰ基板１２の両面にホトレジスト２１．２２を均一
に塗布し、ホトリソグラフィーによりＩｎＰ基板１２の
裏面側のホトレジスト２２に、ダイアフラム部形成用窓
２３を形成する。このダイアフラム部形成用窓２３の幅
は、形成されるダイアフラム部の機械的強度か充分に取
れる大きさであればよく、この例では約３００μｍに設
定しである。

■　同図（ｃ）参照 ウェットエツチングにより、ＩｎＰ基板１２のダイアフ
ラム部を形成すべき部分に、厚み１０μｍのダイアフラ
ム部１３を形成する。エツチング溶液は長時間のエツチ
ングに適しに濃塩酸（３８ＣＩ＋Ｈ，Ｏ）か用いられ、
エツチング時間は２０℃にて９０分である。

■　同図（ｄ）参照 再度、ＩｎＰ基板Ｉ２の裏面にホトレジスト２４を塗布
する。このホトレノスト２４は、次工程以降行なわれる
ウェットエツチングの際、ＩｎＰ基板Ｉ２及びダイアフ
ラム部１３を保護するｒこめに形成される。

■　同図（ｅ）参照 ホトリソグラフィーにより、ホトレジスト２１にＶ溝形
成用窓２５を形成する。このＶ溝形成用窓２５の幅は、
約ｌＯμｍ１軸方位は＜０１１＞である。

■　同図（ｆ）参照 異方性エツチングにより、ダイアフラム部１３にＶ溝１
４を形成する。エツチング液は、臭素（Ｂｒ）を０　、
２　ｖｏ１％含むブロムメタノールエツチング液か用い
られ、エツチング時間は２０℃にて１０分である。

■　同図（ｇ）撃照 ＩｎＰ基板１２からホトレジスト２１．２２．２４を除
去する。

■　同図（ｈ）参照 Ｖ＊１４を除くダイアフラム部１３の下面１３ａ及びＩ
ｎＰ基板１２の下面１２ａ及びダイアフラムＷＪ１３の
下方の側面１２ｂに、蒸着もしくはスパッタリングによ
り金（Ａｕ）等の金属膜２６を形成する。この金属膜２
６は保護層１５となり、マスク使用時にＩｎＰ基板１２
を保護する役割を有する。

このようにして、ＩｎＰ基板１２のダイアフラム部１３
に、メサ角（θ）が５４．４’、上方の開口部１６の幅
しか１１μｍ、下方の開口部１７の幅Ｃか５００人のｖ
　、Ｉ！ｉ　Ｉ　４を容易に形成することかでき、線幅
５００人のパターン１８を何するマスクＩＩを作成する
ことかできる。

このマスク１１を微細加工用マスクとして用いるには、
マスク１１を転倒させて保護層１５を上に向け、工、Ｊ
チングを行うへき基板等の所定位置に載置して用いる。

次に、第３図及び第４図を用いて１ｎＰ基板３１の異方
性エツチングについて説明する。

単結晶材料では、異方性エツチングを用いて微細加工か
できることか知られている。これは、単結晶をエツチン
グする場合、各結晶面のエツチング速度か異なるために
各結晶面の蝕刻深さか異なることを利用したものである
。例えば、ＩｎＰやガリウムヒ素（Ｇ　ａＡ　ｓ）等の
■−■族化合物半導体結晶では、エツチング速度は次の
様な結晶面依存性を有する。

（１１（Ｎ＞（ｌ　ｌ　ｌ）Ｂ＞（Ｉ　ＯＯ）＞（Ｉ　
ｌ　１）Ａここで、異方性エツチングの原理について説
明する。

図に示すように、ＩｎＰ基板３Ｉの上面３１ａに複数の
スリット３２〜３５を育するノリコンの酸化膜（Ｓ＋０
ｔ）３６を形成し、臭素（Ｂ　ｒ）０　、２　ｖｏ１％
含有プロムメタノールエソチンク液を用いてエツチング
を行うと、結晶面（０１１）と結晶面（０１１）では、
異なつ１こ断面形状の溝が形成される。

例えば、結晶面（０１１）の場合、溝の側面が（ｌｌＩ
）Ａに一致するので深さ方向（１００）に対してサイト
エッチの進行か遅く、（１１１）Ａ及び（１１１）を側
面とするｖ’ｍか精度良く形成されるが、結晶面（０１
１）の場合、溝の側面か（１１１）及び（ｒｚ＞に一致
するので深さ方向（＋００）に対してサイドエッチの進
行が速くなり、深さ方向に対して徐々に拡張されるよう
な断面、略扇型の溝が形成されることとなる。したがっ
て、異方性エツチングを用いることにより、等方性エツ
チングでは為し得ないようなＶ溝もしくは台形状等様々
な形状の加工を高精度て行うことがてきる。

また、ＧａＡｓ基板においても、異方性エツチングを用
いることによりＶ溝のような高精度の微細加工を行うこ
とができる。

また、ノリコン（Ｓ　ｉ）等の単結晶では、次の様な結
晶面依存性を有する。

（１１０）＞（３１１）＞（１００）＞（ｌ　Ｉ　ｌ）
結晶面（＋　００　）（７）　Ｓ　ｉ基板においても、
結晶面（１００）から異方性エツチングを行うと、溝の
側面が（１１１）に一致するので溝の深さ方向ＦＩＯＣ
Ｉ）に対してサイドエッチの進行か遅く、ｆｌｌ、ｌ）
を側面とするＶ溝を精度良く形成することかできる。

また、第５図及び第６図はマスクｌｌを実際にマスクと
して使用した具体例を示す図である。

第５図に示すように、マスク１１をレノスト形成用マス
クとして使用するには、まず、ＩｎＰ基板４１上の所定
の位置にマスク１１を載置し、次に、プラズマＣＶＤに
より５ｉＯ−をＩｎＰ基板４１上に堆積させ、ＩｎＰ基
板４１上にＶ溝１４の下方の開口部１７の幅ａに対応し
た線幅のＳｉＯ。

膜４２を形成し、この５ｉＯｚ膜４２をレジストとする
。マスクｌｌ上に堆積したＳｉ０，４３は、フ・ソ化水
素（ＨＦ）により取り除くことかできる。

また、第６図に示すように、マスクＩＩをエッチツク用
のマスクとして使用するには、ＩｎＰ基板４５上の所定
の位置にマスクｌｌを載置し、塩化水素（ＨＣｌ）を用
いた反応性イオツアツストエ。

チングにより、■溝１４の下方の開口ＩＩ（１７の幅Ｑ
に対応した線幅のパターン４６をＩｎＰ基板４５上に直
接形成することかできる。この場合、イオン衝撃により
保護層１５か消耗し易いので、上記工程終了後に金（Ａ
ｕ）蒸着等により再度保護層１５を形成することが望ま
しい。

以上、詳細に説明した様に、上記の一実施例のマスク１
１によれば、ＩｎＰ基板Ｉ２の露光領域を形成すべき位
置及びその周辺領域に、下方から断面略台形状に蝕刻さ
れた薄厚のダイアフラム部１３を形成したのて、ＩｎＰ
基板１２の所定の位置に、■溝１４を極めて短時間でし
かも加工精度よく蝕刻することができる。また、ＩｎＰ
基板Ｉ２の機械的強度か不充分な場合であっても、ダイ
アフラム部１３以外のＩｎＰ基板Ｉ２の厚みを充分早く
取ることにより、このＩｎＰ基板１２に必要な機械的強
度を付与することかできる。したかつて、所望の機械的
強度を仔するマスク１１を作成することかできる。

まｆこ、ＩｎＰ基板１２のダイアフラム部１３の露光領
域を形成すべき位置に、このダイアプラム部１３を貫通
する断面路Ｖ字型のＶ溝Ｉ４を形成したので、このＶ溝
１４の下方の開口部１７の幅ジは上方の開口部１６の幅
りに比べて極めて狭小なものとなり、従来ては形成か極
めて困難であった線幅かサブミクロン以下の露光領域を
容易に形成することができる。

また、このＶ溝１４を除くダイアフラム１１１３の下面
＋３ａ及びＩｎＰ基板１２の下面１２ａ′Ｅｃびダイア
フラム部１３の下方の側面１２ｂに、金（ＡＵ）等の金
属膜からなる保護層１５を形成したので、マスク１１を
反応性イオンアンストエツチング等のマスクとして使用
する場合に、この保護層１５はイオン衝撃からマスクＩ
Ｉを保護することかできる。

以上により、線幅か１μｍ以下の明瞭なパターン１８を
有する微細加工用マスクＩＩを提供することができる。

二発明の効果コ 以上詳細に説明しｆこ様に、この発明によれば、請求項
１記載の微細加工用マスクとしては、結晶基板を蝕刻す
ることにより、前記結晶基板上に目的とする露光領域を
形成してなる微細加工用マスクであって、前記結晶基板
の露光領域を形成すべき位置に、この結晶基板を貫通す
るＶ溝を設け、当該Ｖ溝を露光領域としたので、このＶ
溝の下方の開口部の幅は上方の開口部の幅に比べて極め
て狭小なものとすることができ、従来では形成か極めて
困難であった線幅がサブミクロン以下の露光領域を前記
結晶基板上に容易に形成することができる。

また、請求項２記載の微細加工用マスクとしては、前記
■溝の周辺領域を前記結晶基板の一部を他より薄くして
なるダイアフラム部としたので、結晶基板にＶ溝を極め
て短時間でしかも加工精度よく蝕刻することかでき、ま
、・二、機械的強度か比較的弱い結晶基板・つ場合てあ
〜てム、ｙイアフラム部以外の結晶基板の厚みを充分厚
く取ること、゛こより、この結晶基板に必要な機械的性
Ｉを付与することかできる。乙たかって、所望の機械的
強、変を有する微細加工用マスクを提供する二とかでき
る。

以上により、線幅か１μｍ以下の明瞭なパターンを有す
る微細加工用マスクを提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例てめる微細加工用マスクの
部分断面図、第２図は微細加工用マスクの製造工程を示
す１＝めの製造過程図、第３図は異方性エツチングによ
るＩｎＰ基板の断面形状の概略斜視図、第４図（ａ）　
、　（ｂ）は異方性エツチングによるＩｎＰ基板の断面
形状の結晶構造の図、第５図及び第６図はこの一実施例
の微細加工用マスクを実際に使用しｆこ具体例を示す図
、第７図は十トリソゲラフイーの工程を示す几ぬの図、
第８図は従来例の微細加工用マスクの部分断面図である
。 ・・・微細加工用マスク、 ・・−ＩｎＰ基板、 ダイアフラム部、 ■溝、 保護層、 開口部、 開口部、 パターン。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶基板を蝕刻することにより、前記結晶基板上
   に目的とする露光領域を形成してなる微細加工用マスク
   であって、 前記結晶基板の露光領域を形成すべき位置に、この結晶
   基板を貫通するＶ溝を設け、当該Ｖ溝を露光領域とした
   ことを特徴とする微細加工用マスク。
2. （２）前記Ｖ溝の周辺領域は、前記結晶基板の一部を他
   より薄くしてなるダイアフラム部であることを特徴とす
   る請求項１記載の微細加工用マスク。