JPH065664B2 - 電子リソグラフイ−マスクの製造方法及びその装置 - Google Patents

電子リソグラフイ−マスクの製造方法及びその装置

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JPH065664B2
JPH065664B2 JP10632384A JP10632384A JPH065664B2 JP H065664 B2 JPH065664 B2 JP H065664B2 JP 10632384 A JP10632384 A JP 10632384A JP 10632384 A JP10632384 A JP 10632384A JP H065664 B2 JPH065664 B2 JP H065664B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は基板上の感電子レジスト層にパターンをリソ
グラフイー的に描画（define）する方法に関し、さらに
そのような方法に用いる装置に関する。
高解像度超小型固体デバイス、特に半導体デバイスの製
造において、基板上の感電子レジスト層は電子影像投射
器（electron image projector）として知られるリソグ
ラフイー装置を用いる光電陰極マスクから投射されたパ
ターン化電子ビームに露光しうる。電子影像投射器の原
理自体はよく知られており、さらに詳しく知るには、例
えば、ジエイ・ピー・スコツト（J.P.Scott）の表題
「１：１電子影像投射器」（“１：１Electron Image P
rojector”）なる論文｛ソリツド・ステイト・テクノロ
ジー（Solid State Technology）１９７７年５月号第４
３〜４７頁｝が適当である。電子影像投射器の主要な利
点は迅速な露光時間及び高解像度として要約しうる。
従来、電子影像投射器用マスクは不透明物質層、例え
ば、１０００オングストローム厚さのクロム層を透明石
英板の前側上に設けることにより作製された。不透明層
のパターン形成はリソグラフイー及びエツチング技術を
用いて行い、次いで連続光電子放出層、例えば厚さ２０
００オングストロームのヨウ化セシウム層を設けてパタ
ーン化不透明層及び板の被照射区域を被覆させる。これ
により、マスクの裏側が電磁放射に照らされた場合、電
子が光電子放出層からしかもパターン化不透明層が存在
しない区域からのみ放出される。
光電陰極マスクの従来の製造方法は極めて満足な結果を
与えるが不幸にして、次のとおり多数の処理段階を含
む： (1)不透明層を透明板上に析出させ、 (2)感放射レジスト層を不透明層上に設け、 (3)レジストを選択的に露光させ、 (4)レジストを現像し、 (5)不透明層の露出部をエツチングにより除き、 (6)残存レジストをパターン化不透明層から除き、最後
に (7)光電子放出層を設ける。
また、この場合このようにして作製したマスクは最初に
描画したパターン化不透明層でのみ使用しうるという意
味で永久的であることが注目される。
この発明の第１の面は透明板上に光電子放出パターンを
具える電子放出マスクを電磁放射により照らし該光電子
放出パターンから放出される電子のパターン化ビームを
生ぜしめ、基板上の感電子レジスト層を該パターン化電
子ビームに露光させる基板上の感電子レジスト層にリソ
グラフイー的にパターンを描画する方法において、前記
マスクの光電子放出パターンの描画を、透明板上の光電
子放出物質層をマスクの電子放出比率を局部的に変更す
る放射によって選択的に露光することにより行うことを
特徴とする基板上の感電子レジスト層にリソグラフィー
的にパターンを描画する方法を提供する。
この方法は、光電子放出パターンを光電子放出層の直接
露光により描画するのでマスクの作製に要する全段階数
が減少されるという利点を有する。特に、省かれる段階
は：(1)不透明層の設置、(2)レジスト層の設置、(3)レ
ジストの現象、(4)不透明層のエツチング及び(5)残存レ
ジストの除去である。
また、現像及びエツチング段階を省略することにより、
さらに光電子放出パターンを一層正確に描画しうるとい
う利点がある。何故ならば、従来の方法において特徴寸
法の変化が容易に起こり、解像度が低下し、欠陥総数が
増加しうるのは特にこの段階であるからである。
さらに、この方法のマスクは消去可能である、すなわ
ち、永久的でないという利点を有する。何故ならば、光
電子放出パターンを透明板から除き新たなパターンを同
じ板上の新たな光電子放出層に描画することは容易であ
るからである。
光電子放出層を露光する放射は光子又は荷電粒子のビー
ムとしうる。荷電粒子の場合、比較的高い線量を用いて
光電子放出層の部分を局部的に除き、残存部にマスクの
光電子放出パターンを形成させうる。代わりに、一層低
い線量により、荷電粒子ビームを用いて光電子放出層の
光電子放出を局部的に変更することができる。この場
合、光電子放出層はそのままで残り非露光部は再び光電
子放出パターンを形成する。両方の場合において、光電
子放出層の荷電粒子ビームによる露光は真空排気した環
境で行い、後者の場合、発明者らは環境中に炭素を含む
残留物が含有される場合が好ましいことを確認した。炭
素は光電子放出層の露光部の仕事関数を局部的に上げる
のを助け、その結果マスクを適当な波長の電磁放射で照
らす場合、電子が光電子放出層の非露光部からのみ放出
されると考える。
この発明の他の面によつてこの発明の第１の面に従つて
感電子レジストの層にパターンをリソグラフイー的に描
画する方法に用いる装置を提供する。前記装置は第１及
び第２室及びそれらの間に延在する連絡バレルを具える
単位真空エンベロプを具備し、第１室がマスク上に光電
子放出パターンを形成するために透明板上の光電子放出
物質層を放射に選択的に露光させるための放射ジェネレ
ータを具え、第２室がマスクから基板上の感電子レジス
ト層に電子のパターン化ビームを投射させるためマスク
を照らすための光源を具えたことを特徴とする。
これは光電子放出パターンを描画した後は透明板をマス
クに欠陥を招くリスクを減ずる比較的不純物のない乾燥
雰囲気中で容易に保持しうるという利点を有する。この
リスクは単位真空エンベロプがさらに透明板上に光電子
放出物質層を設けるための物質析出系及び第１及び第３
室間にも延在する連絡バレルを具備する第３室を具える
場合減少される。
以下この発明を添付した図面を参照して例により説明す
る。
第１図に示す電子リソグラフイー装置は半導体デバイス
の製造時使用されるもので、例えば、アルミニウム及び
ステンレス鋼製単位真空エンベロプ１を具える。真空エ
ンベロプ１は３個の上方に延在する室３，４，５及びそ
れらの間に延在する連絡バレル２を具え、該バレル室３
及び５を越えてそれぞれ延在する延長部２ａ，２ｂを有
する。第１図の左側の室３は蒸発室、中央の室４は電子
ビームカラム室、及び右側の室５は電子ビーム影像投射
器室５である。
以下に一層詳細に説明するように、影像投射器室５にお
いて半導体基板１２上の感電子レジスト層１３を光電陰
極マスク６，９から投射されたパターン化電子ビームに
露光させうる。光電陰極マスク自体は蒸発及び電子ビー
ム室３及び４において次のようにして作製する。
直径１１５mm及び厚さ３mmの石英円板６を第１図にちよ
うつがいフラツプ７として示す密閉可能な入口を経て真
空エンベロプ１に入れる。透明板６を最初にバレル延長
部２ａに設けた可動キヤリジ８上に載せる。真空エンベ
ロプ１を従来の油ポンプを用いて、例えば、１０-5mmHg
（１０-5トール）の圧力に真空排気する。次いで板６を
キヤリジ８に載せたままバレル延長部２ａに沿って水平
に蒸発室３の区域に運び、そこで、例えば、２００オン
グストロームの厚さのヨウ化セシウムの光電子放出層９
を既知の方法で石英板６の上方に向いた面にモリブデン
ボート３０に納められたヨウ化セシウム粉末３１を加熱
することにより蒸発させる。次いで、ヨウ化セシウム層
９で被覆した板６をバレル２に沿つて電子ビームカラム
室４の区域に移し、ここにはそれ自体について当業者の
熟知するいわゆる電子ビームパターンジェネレータの形
で電子ビームカラムを内蔵する。電子ビームパターンジ
ェネレータに関するこれ以上の情報については、例え
ば、ザ・プロシーデイングス・オブ・ジ・インターナシ
ョナル・コンフエレンス・オン・マイクロリソグラフイ
ー（the Proceedings of the International Conferenc
e on microlithography）パリ、１９７７年６月、第１
４５〜１５１頁記載のH.C.Pfeifferによる「電子ビーム
リソグラフイーにおける投影及び偏光論」（“Imaging
and Deflection Concepts in Electron Beam Lithograp
hy”）と題する論文が推奨される。
基本的にパターンジェネレータは電子銃源１０及び電子
を目標平面上にビーム２０に焦点をむすばせる３個の縮
小レンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを具える。ターゲット
において焦点をむすばせたビームスポツトはガウス分布
を有する円とすることもでき、固定又は可変の大きさを
有し、且つ形状は、よく知られるように、電子光学カラ
ムの正確な構造により決まる方形とすることができる。
電子ビーム２０をコンピユーター制御下にオン，オフに
スイツチして透明基板６上のヨウ化セシウム層９を走査
させヨウ化セシウム層を選択的に照射するようにする。
全線量、例えば、５００μc/cm2を与える電子ビームを
炭素含有真空排気環境中用いた場合ヨウ化セシウムの露
光区域の光電子放出性は未露光部に比べて著しく減少さ
れることを確かめた。第１図においてヨウ化セシウム層
の陰影部９ａは電子ビームに露光された部分を示す。
真空排気された環境中の炭素はヨウ化セシウム層９の露
光部９ａの仕事関数を上げるのを助け、その結果石英板
６を紫外放射で照らした場合電子がヨウ化セシウム層９
の未露光部からのみ放出されると考えられる。かくし
て、石英板上の選択的に照射されたヨウ化セシウム層
は、さらに詳細に以下に述べるように電子影像投射器の
光電陰極マスクとして使用しうる。
真空ポンプ中の油のために炭化水素残留物が自動的に真
空室に入り込む。また、真空排気した環境中に大気の自
然成分として存する若干の炭素及び／又は炭素含有分子
もある筈である。一般に言えることは、ヨウ化セシウム
の表面上に単分子層を形成するのに少なくともじゆうぶ
んな炭素が環境中にあるべきであると言いうる。実際
に、この量をはるかに越えている。所要に応じて、エン
ベロプ１に炭素含有不純物を加えるが、全体の圧力を著
しく増加させないようにして炭素含量を増加させうる。
かくして、例えば、二酸化炭素を１０-5mmHg（１０-5ト
ール）の程度の分圧で加えることができる。
この場合、電子ビームを用いてヨウ化セシウム層９の光
電子放出を局部的に変える代りに、第２図に示すように
ヨウ化セシウム層の露光部を実際に除去することも用い
うる。この図において矢印２００は電子ビームを示す。
この場合、用いた線量は約１ｃ／cm2でありうる。ヨウ
化セシウム層９の露光部は蒸発により除かれ透明板６上
に光電子放出パターンとして未露光部を残し、これも同
様に以下に述べるように電子影像投射器の光電陰極とし
て用いる。
したがつて、両方の場合に光電陰極マスクは透明板６上
のヨウ化セシウム層９を電子の焦点をむすばせたビーム
で選択的に照射することにより形成する。また、両方の
場合にマスクの光電子放出パターンはヨウ化セシウム層
９の未露光部により構成される。
次いで、このように形成した光電陰極マスク６，９をキ
ヤリジ８に載せて水平にバレル２に沿つて電子影像投射
器カラム室５の区域に運ぶ。前記のように、電子影像投
射の原理はよく知られており、さらに情報を得るにはジ
エイ・ピー・スコツトによる前記論文がある。簡単に言
えば、影像投射器はパターンを光電陰極マスクから半導
体基板の表面にある感電子レジスト層に複写する単位拡
大器である。
この方法において光電陰極マスク６，９を、例えば、圧
縮空気−操作つかみ機構５０を用いてキヤリジ８から室
５内を垂直方向に、水平平面に位置し、且つその下向き
の表面上に感電子レジストの層１３を有する半導体基板
１２に向つて動かす。光電陰極マスク６，９をレジスト
被覆基板１２から約５mm内に動かしそれに平行であるよ
うに配設する。キヤリジ８は一時的に電子影像投射室５
から動かして出す。次いでマスクを真空エンベロプ１の
外側にある源１４から紫外放射で照らす。紫外放射はエ
ンベロプ１に窓１５を経て入り石英板６の下側を照ら
し、これは紫外放射に対し透明であつて電子を板６の上
側の光電子放出パターンから放出させる。半導体基板を
光電陰極マスクに関して正の電位に既知の方法で保ち、
且つ電磁集束コイル１６，１７によりつくられる磁界の
影響下マスクの光電子放出パターンに応ずるパターン化
電子ビーム１９を半導体基板１２に投射しその上にある
感電子レジスト層を露光させる。じゆうぶんな時間感電
子レジストを露光した後半導体基板１２を室５からさら
に処理するために取り出しうる。同一光電陰極マスクを
多数回くり返し使用して同一パターンを感電子レジスト
で被覆した他の基盤を露光させることができる。同一マ
スクを用いて１０００又はそれより多い露光に達した
後、ヨウ化セシウムの光電子放出性は低下して新たな光
電陰極マスクが望ましいような程度になりうる。次い
で、光電陰極マスク９，６を動かしてキヤリジ８に再び
載せ、これにより水平にエンベロプ１に沿つてバレル延
長部２ｂに運び、そこからマスクを第１図のちようつが
いフラツプ１８で示す密閉可能な出口を経て除きうる。
次いでヨウ化セシウム９を石英板６から単に水中でゆす
ぐだけで清浄化することができ、石英板は他の光電陰極
マスク用に再使用することができ、このマスクは既に述
べたのと同じようにしてその上に同一又は異なる光電子
放出パターンを描画することができる。異なる光電子放
出パターンは電子ビームパターンジエネレータを制御す
るコンピユータープログラムを変えることにより描画し
うる。
この場合注目されるのは荷電効果を避けるために光電陰
極マスク上石英板と光電子放出パターンの間に薄い伝導
層を設けることがしばしば望ましいことである。例え
ば、２００オングストローム厚さのクロム層を、板６を
真空エンベロプ１に入れる前に板６の上を向いた表面上
に既知の方法で析出させうる。明快にするため、この伝
導クロム層は光学的に透明である程薄いので図面には示
さない。
ここで上記説明は単に例として述べたものであり、多く
の変更がこの発明の範囲内で可能であることが注目され
る。したがつて、上記リソグラフイー装置は水平バレル
から垂直に延在する種々の室を有するけれども全装置又
はその成分部分は異なる配向も可能である。例えば蒸発
室及び電子ビームカラム室は上記のように水平連絡バレ
ルから垂直に延在することができ、他方電子影像投射器
室は水平面にバレルに横に延在することができる。
さらに、上記リソグラフイー装置は単位システムである
けれども、蒸発室、電子ビームパターンジエネレータ及
び電子影像投射器を独立の単位として別に配設すること
ができる。この場合、ヨウ化セシウムの吸湿性のため、
被覆石英板を異なる空間に運ぶ場合それを乾燥雰囲気中
で保護する必要がある。
また、光電子放出層に光電子放出パターンを電子ビーム
パターンジエネレータを用いるより他の方法で描画する
ことができる。例えば、マスター（master）光電陰極マ
スクからの電子パターン化ビームを石英板上のヨウ化セ
シウム層に投射してレプリカマスクをつくり、次いでこ
れを用いて半導体基板上の感電子レジスト層を上記のよ
うにして露光させる電子影像投射器を用いうる。さらに
光子又はイオンビームを用いて光電子放出性を電子に対
して述べたと同様にして局部的に変更するのに用いるこ
とができ、一層高い線量及びエネルギーを有するイオン
をさらに用いて光電子放出層の一部を電子について既述
したと類似の方法で除くのに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の方法に用いる装置の断面線図であ
り、 第２図はこの発明の他の方法の改良マスク形成段階を示
す断面線図である。 １…真空エンベロプ ２…連絡バレル ３…蒸発室 ４…電子ビームカラム室 ５…電子ビーム影像投射器室 ６…石英板 ７…ちようつがいフラツプ ８…可動キヤリジ ９…光電子放出層 ６＋９…光電陰極マスク 10…電子銃 11a，11b，11c…縮小レンズ 12…半導体基板 13…感電子レジスト層 14…源 15…窓 16，17…電磁集束コイル 18…ちようつがいフラツプ 19…パターン化電子ビーム 20…ビーム 30…モリブテンボート 31…ヨウ化セシウム粉末 50…圧縮空気操作つかみ機構 200…電子ビーム。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明板上に光電子放出パターンを具える電
    子放出マスクを電磁放射により照らし該光電子放出パタ
    ーンから放出される電子パターン化ビームを生ぜしめ、
    基板上の感電子レジスト層を該パターン化電子ビームに
    露光させる基板上の感電子レジスト層にリソグラフィー
    的にパターンを描画する方法において、前記マスクの光
    電子放出パターンの描画を、透明板上の光電子放出物質
    層を、マスクの電子放出性を局部的に変更する放射によ
    って選択的に露光することにより行うことを特徴とする
    基板上の感電子レジスト層にリソグラフィー的にパター
    ンを描画する方法。
  2. 【請求項２】光電子放出パターンの描画を光電子放出物
    質層を前記層の光電子放出を局部的に変更する放射によ
    って選択的に露光することにより行う特許請求の範囲第
    １項記載の方法。
  3. 【請求項３】光電子放出パターンの描画を光電子放出物
    質層を前記層の一部を局部的に除去する放射によって選
    択的に露光することにより行う特許請求の範囲第１項記
    載の方法。
  4. 【請求項４】光電子放出物質層を真空排気した環境中で
    露光させる特許請求の範囲第１〜３項のいずれか一つの
    項に記載の方法。
  5. 【請求項５】真空排気した環境が炭素を含む残留物を含
    む特許請求の範囲第４項記載の方法。
  6. 【請求項６】光電子放出層物質がヨウ化セシウムである
    特許請求の範囲第１〜５項のいずれか一つの項に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】光電子放出層を露光させる放射が荷電粒子
    のビームである特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一
    つの項に記載の方法。
  8. 【請求項８】荷電粒子のビームが電子ビームである特許
    請求の範囲第７項記載の方法。
  9. 【請求項９】透明板上に光電子放出パターンを具える電
    子放出マスクを電磁放射により照らし該光電子放出パタ
    ーンから放出される電子のパターン化ビームを生ぜし
    め、基板上の感電子レジスト層を該パターン化電子ビー
    ムに露光させる基板上の感電子レジスト層にリソグラフ
    ィー的にパターンを描画する方法であって、前記マスク
    の光電子放出パターンの描画を透明板上の光電子放出物
    質層をマスクの電子放出性を局部的に変更する放射によ
    って選択的に露光することにより行う方法に用いる装置
    において、前記装置が第１及び第２室及びそれらの間に
    延在する連絡バレルを具える単位真空エンベロプを具備
    し、第１室がマスク上に光電子放出パターンを形成する
    ために透明板上の光電子放出物質層を放射によって選択
    的に露光するための放射ジェネレータを具え、第２室が
    マスクから基板上の感電子レジスト層に電子パターン化
    ビームを投射させるためマスクを照らすための光源を具
    えたことを特徴とする感電子レジスト層にリソグラフィ
    ー的にパターンを描画する方法に用いる装置。
  10. 【請求項１０】透明板をバレルに沿って一つの室から他
    へと第１の方向に透明板を運搬する手段を具える特許請
    求の範囲第９項記載の装置。
  11. 【請求項１１】第２の室で透明板を第１の方向に対し垂
    直な方向である第２の方向に運ぶ手段を具える特許請求
    の範囲第９項または第10項記載の装置。
JP10632384A 1983-05-25 1984-05-25 電子リソグラフイ−マスクの製造方法及びその装置 Expired - Lifetime JPH065664B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8314435 1983-05-25
GB08314435A GB2142158A (en) 1983-05-25 1983-05-25 Electron lithography masks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59227122A JPS59227122A (ja) 1984-12-20
JPH065664B2 true JPH065664B2 (ja) 1994-01-19

Family

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