JPH06250374A

JPH06250374A - リソグラフィーエッチング方法

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Publication number: JPH06250374A
Application number: JP12281992A
Authority: JP
Inventors: Charles Willard Jurgensen; ウィラ−ドジャ−ジェンスンチャ−ルズ; Anthony Edward Novembre; エドワ−ドノ−ベンブルアンソニ−
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: EP0518545A1; JP2593611B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマエッチングにおける選択性が高い、
クロムからなるリソグラフィ方法を提供する。【構成】酸素および塩素をエッチング剤化学種として
含む混合気体によってエッチングすることのできる、例
えばクロムまたはクロム含有化合物層などの物質層１１
のパターニングが珪素またはゲルマニウムを含むポリマ
ーのようなパターン化有機金属レジスト層１２を用いて
行われる。前記の物質層の酸素と塩素の混合気体による
異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）中に、前記の
有機金属レジスト層のパターニング後、前記の物質層の
ＲＩＥに先立ち酸素イオンによる有機金属レジストの早
期ボンバードを行うことによって、レジスト層のエッチ
ング速度に対する物質層のエッチング速度の比を向上さ
せー即ちエッチング選択性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素と塩素の混合気
体を用いたドライリソグラフィーエッチング法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】フォトリソグラフィーマスクまたはＸ線
マスクとして用いるために、物質層をリソグラフィーエ
ッチングすることは、例えば半導体集積回路またはその
他の装置を製造する上で重要である。そこではそれぞれ
フォトリソグラフィーまたはＸ線リソグラフィーによっ
て装置へパターンを転写するためにこのようなマスクが
用いられている。このようなマスクに用いられる商業的
に将来性のある物質層はクロム、クロム含有化合物およ
びタングステンからなる層などである。このようなマス
クが横倍率が１ではない（通常は５対１の均等縮小であ
る）フォトリソグラフィー系に用いられる場合、これら
は通常「レティクル」とも呼ばれる。

【０００３】１９８９年１０月２４日ワタカベらに付与
された米国特許第４、８７６、１６４号明細書にはマス
クとして使用するためのクロム層のパターニング法が記
述されている。この方法では、クロム層は透明ガラス基
板上に堆積される。有機物レジスト層が次に前記クロム
層上に形成され、このレジスト層が光または電子線走査
（直接書き込み）とその後に行われる湿式現像によって
パターン化される。このように露出させたクロム層の部
分を、次に酸素と塩素を含む混合気体を用いたガスプラ
ズマプロセスでエッチングにより取り除く。最後にパタ
ーン化されたレジスト層を除去する。

【０００４】前記のプロセスにおける問題点はワタカベ
らによって見いだされているように、レジストのエッチ
ングに比較し、クロムのプラズマエッチングの選択性が
低いと言うことである。つまり、クロムとレジストのエ
ッチング速度の比率が望ましくないほど低く、通常（我
々が調べたところ）反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
を使用した場合、約１．５／１．０以下でしかなかっ
た。それにより、要求されるレジスト層の厚みが高くな
ってしまい望ましくない。従ってクロムのエッチング中
にレジスト層の横幅が減少し、クロムにエッチングされ
たパターンの解像度限界（鮮明さ）は低下するのであ
る。

【０００５】Ｓ．テデスコらによって書かれた「高解像
度マスク製造のためのドライエッチング」と題する論文
（ＳＰＩＥ，１２６４巻、光／レーザーマイクロリソグ
ラフィーＩＩＩ（１９９０年）１４４〜１５７頁）で、
クロム層のエッチング方法が明らかにされているが、こ
こで前記クロム層にはまず均一な有機物レジスト厚膜層
がかぶせられる。このレジスト層の所定の部分をつい
で、前記レジスト層がさらされた光照射のパターンに従
って、シリル化する（即ち珪素を吹き込み有機珪素レジ
ストを形成する）。こうして前記レジスト中にシリル化
される部分と、シリル化されない部分とが生じる。つい
で、レジスト層全体に酸素イオンボンバードを行い、シ
リル化されていないレジスト層の部分を除去し、クロム
層の一部を露出する。最後にクロム層の前記露出部分を
酸素と塩素の混合物を用いる、異方性ドライ反応性イオ
ンエッチングによって除去し、前記の光照射のパターン
がクロム層に転写され、パターン化クロム層が形成され
る。

【０００６】このＳ．テデスコらの方法における主な問
題は前記のレジスト層のシリル化部分の横形状を制御す
ることが困難であることである。したがって、前記の酸
素イオンボンバード中に除去されるレジスト層の形状の
横の均一性を制御することが難しい。又、これらの形状
には様々な欠陥が生じる。その結果、酸素と塩素による
エッチング後のパターン化されたクロム層の形状も制御
が困難で、欠陥を含むものとなり、パターン化されたク
ロム層の形状が光照射のパターンを忠実に表わさなくな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、クロムからなるマスク（または酸素と塩素をエッチ
ング剤化学種として含む混合気体中で異方性エッチング
することができるようなその他の物質からなるマスク）
を製造する方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のマスクは、クロ
ムからなる物質またはクロム含有化合物からなる物質を
はじめとする、酸素と塩素をエッチング剤化学種として
含む混合気体によって異方反応性イオンエッチングが行
える物質からなる、パターン化されたマスク層またはそ
のほかのパターン化された物質層をかかる酸素と塩素の
混合気体の中でかかる物質の均一層の異方性反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより形成する。こ
の異方性ＲＩＥはＲＩＥからマスク物質層を守るため
に、有機金属物質（即ち金属成分を吹き込まれた有機物
質）からなるパターン化レジスト層を用いて行われる。
都合のよいことに、前記有機金属レジストの金属成分は
耐火性酸化物を形成する性質があり、この金属成分は好
都合にも前記パターン化レジスト層全体にわたり（パタ
ーン化レジスト層における空間部を除き）３次元の方向
に実質的に均一に、レジスト層のエッチング速度に対す
る、物質層のエッチング速度の割合を増加させるに十分
な濃度（すなわち前記のエッチング選択性を向上させる
に十分な濃度）で分散する。例えば、前記のレジスト層
は、前記の層全体を通じて均一な組成を持つ珪素含有有
機ポリマーからなっている。

【０００９】通常、前記の有機金属レジストは化学線照
射（光子、イオンまたは電子線）のパターン化された
（強度変調走査）ビームに露光させ、このレジスト層の
現像を行なってパターン化される。この方法ではパター
ン化有機金属レジスト層（つまりこのレジスト層におけ
る空間部のパターン）がパターン化ビームのパターンに
応じて形成され、従ってその下の物質層の部分が露出さ
れる。これに続く物質層のエッチングの間に得られるエ
ッチング選択性を強化するために、前記パターン化され
た有機金属レジスト層に対し酸素を含むが塩素を含まな
いエッチング剤ガスによる補助イオンボンバードメント
ステップが（酸素と塩素の混合気体による前記の物質層
のＲＩＥの前に）行われる。この補助（塩素抜きの）酸
素イオンボンバードメントの結果、前記の物質層のエッ
チングの際に前記の有機金属レジストがより大きい耐久
性（耐性）を持ち、従ってエッチング選択性が向上す
る。ついで前記の物質層の露光部分に酸素と塩素の混合
ガスによるドライエッチングを行い、それによって化学
線の照射ビームのパターンが物質層に転写され、パター
ン化物質層が生成される。

【００１０】ここで使用されている用語「異方性反応性
イオンエッチング」には気体（ドライ）化学およびエネ
ルギーイオンの同時エッチング（即ち、グロー放電を伴
い、同時に行われる化学および物理エッチングプロセ
ス）が含まれる。従って、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）に加えて、例えば、化学イオンビームエッチング
（ＣＡＩＢＥ）もまた含まれる。

【００１１】いずれにせよ、前記の物質層がパターン化
された後、残っている（パターン化された）有機金属レ
ジスト層は既知の方法によって除去することができ、こ
のように生じたパターン化された物質層がフォトリソグ
ラフィーまたはＸ線リソグラフィーシステムのいずれか
において、レティクルとして使用される。通常、前記物
質層はパターン化された物質層の最終用途（例えばフォ
トリソグラフィーマスク（レティクル）やＸ線マスク）
が何であるかによって異なるが、もともとなんらかの支
持基板（ならびにおそらくはその他の下部層）の上にお
かれており、このパターン化された物質層はかかる下部
層または前記の基板における特徴を規定するのにも用い
ることができる。

【００１２】発明者らは、前記のパターン化された有機
金属レジスト層を補助酸素イオンボンバードメントする
ことによって、ワタカベらが述べているフッ素含有エッ
チングガスと、珪化モリブデンマスク物質を使用するこ
とによって得られる以上にマスク物質層のエッチングに
おける選択性が大きく増加できることを実際に見いだし
た。このより大きい選択性は我々の珪素含有レジストの
塩素含有エッチングガスに対するエッチ抵抗がこれらの
レジスト（金属を含有しているかどうかには関わらず）
のフッ素含有エッチングガスに対するエッチ抵抗よりも
高いという事実に起因するのだと思われる。従ってこれ
らのマスク材のレジストに対するエッチング選択比（通
常約３／１から５／１の範囲である）は我々のほど（通
常約１０／１）高くない。また上記の補助ボンバードメ
ントステップは、前記珪素（または他の金属）を酸化
し、酸化珪素（またはその他の耐火金属酸化物）−即ち
塩素含有エッチング剤に対し抵抗性のある酸化物（しか
しフッ素含有エッチング剤に対しては抵抗性の無い）に
することにより、前記のレジストを強化し（そのエッチ
ング抵抗を増加させ）、従ってエッチング選択性を向上
させるのであろう。しかし、本発明の成功はこの理論の
正確さに依存するものではない。

【実施例】

【００１３】図１において、透明基板１０（通常はシリ
カガラス）の主たる上部表面上に金属層１１（通常は均
一な厚さを持つクロム）などの物質層１１が設けられて
いる。いずれにせよ、この物質層１１は酸素および塩素
をエッチング剤化学種とする混合ガス中でエッチングす
ることができるという性質を持つ。この金属層１１は通
常金属ターゲットから蒸発またはスパッタリングによっ
て堆積され、通常約１００ｎｍ（１０００オングストロ
ーム）の均一な厚みを持つ。この金属層１１の上部表面
上に約５から３０重量％の範囲で珪素を含むポリマーレ
ジスト層１２（したがってこれは有機金属レジスト層で
あり、より特定すれば有機珪素レジスト層である）が置
かれる。前記有機金属レジスト層１２は通常ポリ（トリ
メチルシリルメチルメタクリレートーコークロロメチル
スチレン）などの珪素含有ポリマーであるが、その他の
適当な珪素含有ポリマーレジストも用いることが出来
る。都合の良いことに、この珪素は前記有機金属レジス
ト層１２の全体にわたり、３次元的に均一に分布してい
る。

【００１４】もともと（図示されてない）このレジスト
層１２は（いたるところ）均一な（通常約０．３０〜
１．５ミクロンの範囲の）厚みを持っていた。このレジ
スト層１２をパターン化するには、通常このレジスト層
１２がポジ型レジストからなる場合、前記の金属層１１
に最終的に望まれるパターンに応じて、またはこのレジ
スト層１２がネガ型レジストであるばあい、最終的に前
記金属層１１に望まれるパターンの相補形に応じた、通
常は走査（直接書き込み）型の電子線の処理がおこなわ
れた。現像（通常は湿式）後も、このレジスト層１２の
厚みは金属層１１の上表面まで突き抜けている２２、３
２の空間部を除いて均一である。

【００１５】このパターン化された有機金属レジストに
酸素（塩素不在）によるイオンボンバードメントステッ
プを行い、それによってこの酸素および塩素によるＲＩ
Ｅステップ中のこのクロム対レジストのエッチング比が
向上する。このボンバードメントの際、酸素イオンは約
１．０パスカルのガス圧、約０．５ワット／ｃｍ²の出
力密度で通常約３００ｅＶの運動エネルギーまで加速さ
れる。前記金属層１１はついでその露出部分がエッチン
グされ、パターン化金属層４１（図２）を形成する。よ
り特定すれば、例えば、製造中の装置の上部表面が酸素
と塩素を含む混合ガスエッチング剤（通常体積比は約
０．２５／１．０と４．０／１．０の間の範囲、好まし
くは約１．０／１．０）を用いた異方性ＲＩＥステップ
で処理される。このステップの間、前記の酸素および塩
素イオンは通常約１０パスカルのガス圧、通常約０．５
ワット／ｃｍ²の出力密度で通常約１００ｅＶの運動エ
ネルギーに加速される。このように、前記の空間部２
２、３２はクロム層１１を突き抜け、パターン化された
クロム層４１（図２）が形成される。窒素や貴ガスのよ
うなその他のガスをイオン束を増加させ、またはプラズ
マを安定化させ、あるいはその両方の目的で前記のエッ
チング剤ガス混合物に加えてもよい。

【００１６】前記のクロム層１１（図１）のエッチング
をおこない、パターン化クロム層４１（図２）を形成し
た後、前記パターン化レジスト層１２を、数パーセント
のフッ素またはフッ素含有化合物を含む酸素プラズマな
どの当業者に知られている手段によって除去する。この
ようにして所望のフォトリソグラフィーマスクまたはレ
ティクル３００（図３）が形成される。

【００１７】図５では本発明のもう一つの特定の実施例
に従い、Ｘ線リソグラフィーマスク５００が支持膜２
０、オプショナルなパターン化クロム層５１、パターン
化タングステン層５５、およびパターン化クロム層５２
から構成されている。図４はその製造工程の初期の段階
を示す。このクロム層４１は上記と同様にパターン化さ
れるが、この場合はクロム層は均一な厚みを持つタング
ステン層５５の上表面上にあり、またこのタングステン
層は当業者には知られているように、サルファーヘキサ
フルオライドとカーボンモノブロモトリフルオライドの
混合物を用い、前記のパターン化クロム層４１を保護マ
スクとして用いたＲＩＥにより、パターン化されてい
る。前記のタングステン層５５の下にある前記（オプシ
ョナル）なクロム層２１はタングステンのエッチングを
終了するエッチストップとして作用するほかタングステ
ン層５５の前記の支持膜２０に対する接着を助成する作
用がある。ついで前記クロム層５１が再び塩素と酸素の
混合ガスを用いたＲＩＥによってエッチングされるが酸
素による補助ボンバードメントは行われない。このよう
に、前記のクロム層２１はパターン化されパターン化ク
ロム層５１が形成され、同時にこのパターン化クロム層
４１の厚みが減少し、厚みの薄くなったパターン化クロ
ム層５２が形成する。あるいはクロム層２１と４１の厚
みの比によってはこの厚みはゼロになることもある。こ
のようにして所望のＸ線マスク５００が形成される。

【００１８】具体的な例をあげると、このクロム層４１
の厚みは約３０ｎｍ、タングステン層５５の厚みは約５
００ｎｍ、クロム層２１の厚みは約２０ｎｍである。前
記の支持膜は当業者に知られているように通常基本的に
珪素、窒化珪素、炭化珪素、または窒化ホウ素である。

【００１９】前記の金属層１１および２１ではクロムの
代わりに、酸素と塩素の混合気体を用いたグロー放電パ
ターン転写プロセスによってエッチング可能な酸素また
は窒素あるいは両方（例えばオキシ窒化クロムなど）を
含むクロム化合物のようなクロム含有物質を用いること
ができる。

【００２０】前述のレジストにおけるゲルマニウムの前
記（均一）濃度は有利なものとしては約１０〜３３重量
パーセント、通常は約２８から３０重量パーセントの範
囲である。

【００２０】例えば、前記金属層５１の前記ＲＩＥエッ
チングはマスクの光学アラインメントが必要とされない
場合は省略してよい。珪素やゲルマニウムを有機レジス
トに加える代わりに耐火酸化物を形成するその他の金属
を添加し、有機金属レジストを形成してもよい。最後に
前記タングステン層５５（図５）は集積回路やその他の
装置におけるパターン化されたメタライゼーションまた
はその他の層であってもよく、前記の支持膜２０は製造
中の集積回路やその他の装置の絶縁層やその他の構成要
素で置き換えることもできる。

【００２１】

【発明の効果】従来技術の欠点を解消したクロムからな
るマスク（または酸素と塩素をエッチング剤化学種とし
て含む混合気体によって異方的にエッチングすることが
できるようなその他の物質からなるマスク）を製造する
ことができる。レジストに対するクロムのプラズマエッ
チングの選択性が高く、光照射のパターンが忠実にクロ
ム層に転写される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の特定の実施例に従う、フォト
リソグラフィー用マスク３００の製造第一段階での立面
断面図である。

【図２】図２は、本発明の特定の実施例に従う、フォト
リソグラフィー用マスク３００の製造第二段階での立面
断面図である。

【図３】図３は、本発明の特定の実施例に従う、フォト
リソグラフィー用マスク３００の製造第三段階での立面
断面図である。

【図４】図４は、本発明のもう一つの特定の実施例に従
う、Ｘ線リソグラフィー用マスク５００の製造第一段階
での立面断面図である。

【図５】図５は、本発明のもう一つの特定の実施例に従
う、Ｘ線リソグラフィー用マスク５００の製造第二段階
での立面断面図である。

【符号の説明】

１０透明基板１１金属層１２ポリマーレジスト層２０支持膜２１クロム層２２空間部３２空間部４１パターン化金属層（パターン化クロム層）５１パターン化クロム層５２パターン化クロム層５５パターン化タングステン層３００フォトリソグラフィーマスク５００Ｘ線リソグラフィーマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チャ−ルズウィラ−ドジャ−ジェンスンアメリカ合衆国 08876 ニュ−ジャ−ジ − ブランチバ−グ、チョクト− リッジロ−ド 27 (72)発明者アンソニ− エドワ−ドノ−ベンブルアメリカ合衆国 07083 ニュ−ジャ−ジ − ユニオン、サミットロ−ド 645

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）第一の物質層を形成するステップ
と、ｂ）基本的に均一な組成を持つ有機金属レジスト層を前
記の物質層の表面に形成するステップと、ｃ）前記の有機金属レジスト層をパターン化するステッ
プと、それにより、パターン化した有機金属レジスト層（１
２）を形成し、それによって前記の物質層の表面の一部
を露出部分とする、ｄ）前記の第一の物質層の表面の露出部分に酸素と塩素
から成る混合気体によって異方性エッチングするステッ
プと、それにより、第一の物質層の露出部分をエッチングし、
前記の第一の物質のパターン化層（４１）を形成する、
とからなる、酸素と塩素を含む混合気体によりエッチン
グを行うことのできる第一の物質層（１１）をリソグラ
フィーエッチングする方法において、ステップ（ｃ）と
ステップ（ｄ）の間に酸素イオンによる前記のパターン
化された有機金属レジスト層のボンバードステップを設
けることを特徴とするリソグラフィーエッチング方法。
【請求項２】前記異方性エッチングステップにおい
て、前記のレジスト層のエッチング速度に対する前記の
第一の物質層のエッチング速度の比率を増加させるに十
分な濃度の珪素を前記のレジスト層が含むことを特徴と
する請求項１の方法。
【請求項３】前記第一の物質層が、基本的にクロムま
たはクロム含有化合物であることを特徴とする請求項２
の方法。
【請求項４】前記異方性エッチングステップにおい
て、前記のレジスト層のエッチング速度に対する前記の
第一の物質層のエッチング速度の比率を増加させるに十
分な濃度のゲルマニウムを前記のレジスト層が含むこと
を特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】前記第一の物質層が、基本的にクロムま
たはクロム含有化合物である事を特徴とする請求項４の
方法。
【請求項６】ステップ（ａ）に先立ち、前記の第一の
物質層をその上に形成することになるＸ線リソグラフィ
ーに用いられるＸ線を透過させない第二の物質層を、使
用される前記のＸ線照射を透過させる支持膜上に形成す
るステップと、ステップ（ｄ）に続いて、そこで露出された前記第二の
層の露出部分を異方性エッチングし、それによってパタ
ーン化された有機金属レジスト層のパターンを前記の第
二の層に転写し、その結果前記の第二の層がＸ線リソグ
ラフィーマスクとして使用することのできるパターン化
された第二の層となるステップと、をさらに含むことを
特徴とする請求項１の方法により製造されるマスクの製
造方法。
【請求項７】前記の異方性エッチングステップにおい
て、前記のレジスト層のエッチング速度に対する前記の
第一の物質層のエッチング速度の比率を増加させるに十
分な濃度の珪素を前記のレジスト層が含むことを特徴と
する請求項６の方法。
【請求項８】前記の物質層が、基本的にクロムまたは
クロム含有化合物である事を特徴とする請求項７の方
法。
【請求項９】前記異方性エッチングステップにおい
て、前記のレジスト層のエッチング速度に対する前記の
第一の物質層のエッチング速度の比率を増加させるに十
分な濃度のゲルマニウムを前記のレジスト層が含むこと
を特徴とする請求項６の方法。
【請求項１０】物質層が、基本的にクロムまたはクロ
ム含有化合物であることを特徴とする請求項９の方法。