JPH0797216B2 - マスクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は電磁エネルギ源による投射（projec-tion）エ
ッチングに使用する型の非接触マスクに関連する。さら
に具体的には、本発明は非パターン領域でレーザのエネ
ルギに不透明なばかりでなく、全面的に反射性である非
接触マスク及びそのマスクの製造方法に関する。

B.従来技術 マイクロエレクトロニクス材料処理の分野では、金属
膜、ガラス及びポリマのような他の材料の層を選択的に
付着及びエッチングする必要がある。ターゲット上に非
接触マスクを介して指向するレーザを使用する投射エッ
チングは、標準の接触マスク処理に含まれるホトリソグ
ラフイ接触マスク、ホトレジストもしくはパターン化し
た転写層或いはこれ等の組合せを介してターゲットを過
剰に露光する必要なく効果的に付着及びエッチングを行
わなければならないという必要性に応じて開発された。
さらにマスク／光学装置とターゲット間に距離があるこ
とによって、発生するエチレン生成物によるマスク／光
学装置の汚染の可能性が減少する。

いくつかの特許、すなわち米国特許第4490210号、第449
0211号及び第4478677号、に開示されているように、レ
ーザ・エネルギはターゲット材料に隣接するマスクを介
して指向でき、直接ターゲット上に入射するようになっ
ている。この様子はホトリソグラフイ・リフト・オフ・
マスクと同じである。即ちマスクはレーザとプロジャク
タ装置間に存在し、マスクから現われるパターン化レー
ザ・イメージがプロジェクタによって処理され（例えば
縮尺され）てターゲット上に指向されている。ターゲッ
ト基板は、空気中もしくはより一般的には排気され、そ
の後所定のガスで充填された室中に搭載されている。そ
のガスはターゲットの表面上の材料と反応し、レーザ・
エネルギによって照射された時に揮発する生成物を形成
するように選択される。レーザ・ビームがパターン化さ
れているので、マスク透明領域の経路にある、即ちレー
ザ・ビームの経路にある雰囲気、表面材料化合物は揮
発、従ってエッチングされる。多くの材料はレーザ・エ
ネルギによって直接エッチングでき、揮発可能な雰囲気
−材料化合物を形成する中間段階の必要なく空気もしく
は真空中で揮発する。使用されるレーザは通常高電力及
び高エネルギのものであり１cm²当り数100ミリジユール
の程度のエネルギ密度即ちフルーエンスを有する。

上記のいくつかの米国特許に開示されているマスクは不
透明パターンがその上に形成されている透明基板を有す
る通常のタイプのものであり、不透明パターンがエッチ
ングされない基板の領域に対応する非接触マスクを開示
している（米国特許第4478677第９欄、第18-21行、米国
特許第4490210号第５欄、第53-56行参照）。第4490211
号に開示されているマスク材料はUV用の石英である透明
な基板または基体を有し、その上にパターン化したクロ
ムの薄膜を有するものである。しかもながら標準のクロ
ム・マスクはターゲット材料をエッチングするのに必要
な強度を有するエキシマもしくは他のレーザで作業を行
った時に遭遇する程度のレーザ・フルーエンスに耐える
ことはできない。即ちクロムは、308nmの波長で略35％
の光を、248nmの波長では46％の光を吸収する。従っ
て、単一のエキシマ・レーザ・パルスは容易にクロムを
揮発除去し、パターンを破壊する。尚、レーザ誘発損傷
の議論は1979-NBS特別刊行物568、米国議会図書館分類
カード番号80-600110（その後の会議録も同じ保管個所
に収納されている）で参照される“光学材料中のレーザ
誘発損傷”（“（Laser Induced Damage in Optical Ma
terials"1979-NBS Special Publication 568,Library o
f Congress Catslog Card Number 80-600110（Subseque
nt Conference Proceeating can also be Iocated at t
hat repository）にある。

C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は投射エッチング装置において高エネル
ギ、高電力レーザを使用するに適したマスク材料を与え
ることにある。

本発明の他の目的は、このような適切なマスクを形成す
る方法を与えることにある。

本発明の他の目的は、レーザに対して透明で強度の著し
い損失を生ずることなく透過が可能な領域、及びレーザ
・エネルギを反射でき、反射領域を劣化しない不透明領
域を有するマスクの形成方法を与えることにある。

D.問題点を解決するための手段 本発明に従い、特別に選択されたレーザ反射性の鏡が本
発明の方法の任意の１つを使用してパターン化される。
マスク自体はパターン化されたレーザ反射性金属もしく
はその上に誘電体の被覆が付着された同様な反射性金属
の透明基板より成る。高度に反射性の金属のパターン化
は、マスクの耐久性及びレーザとの適合性を高めるため
に或る若干の修正をほどこした標準のマスク製造技術に
従って行われる。さらに、投射エッチングのためのレー
ザ強度の要件に耐えることができるタイプの誘電性被覆
のパターン化は、固有的な系列の処理段階を必要とす
る。リフト・オフ・マスク技術及びイオン・ミリングに
よるパターン化は上述の目的のためのパターン化を与え
る主な手段である。

E.実施例 マイクロプロセス領域におけるエッチングの必要性に応
じて、レーザ投射エッチングの技術が開発された。米国
特許第4490210号、第4490211号及び第4478677号に開示
されるように、レーザ・エネルギは別個の再使用可能な
マスクを介して指向して、ターゲット基板上に直接入射
し、もしくはプロジェクタ装置を介して処理して（例え
ば縮小して）、その後ターゲット上に指向される。必要
とされるレーザ強度は300mJ/cm²の程度である。レーザ
光の或る波長をより頻繁に使用して、よく知られた半導
体材料のエッチングを行う。例えば248nm波長のレーザ
はフツ素雰囲気中のシリコンをエッチングする。マスク
の種々の特徴部分を通じて、例えば248nm波長のレーザ
を使用するものとして説明を行う。本発明の特徴は特に
ことわらない限り特定のレーザの波長もしくは強度の使
用に限定されない。上述の特徴に開示されたマスクは透
明な基体と、その上に形成さたれ不透明なパターンを有
する通常の形のものである。半導体産業で使用する通常
のマスクはガラス基板上に付着したクロム・パターンよ
り成る。クロムは低レベル光放射印刷のためのマスク材
料としてマイクロエレクトロニクス産業で使用されてい
る。それはクロムが良好な反射材料であり、不透明で、
耐摩耗性があり、印刷が容易であるためである。しかし
ながら、クロム・マスクのための損傷閾値は極めて低い
ことが見出されている。248nmでは、UV用の合成溶融シ
リカ基板上に付着された1000Åの厚さのパターン化クロ
ムを有するサンプルは、石英側から照射して、金属側上
で0.100J/cm²の時に0.115J/cm²の損傷閾値を示した。ク
ロムは上述のように248nmの波長のレーザ・エネルギの4
6％を吸収するので、200mJ/cm²で動作しているエキシマ
・レーザからの単一のパルスは微細なパターン化クロム
を蒸発させマスクを破壊できる。

マスク材料によるレーザ・エネルギの吸収は劣化の原因
となり、結局はマスク・パターンを破壊する。吸収の問
題は非吸収性の材料の使用を促してきたレーザ技術の分
野でたえず遭遇する問題である。レーザ・ビームを指向
し、収束するための反射装置の必要性に応じて、完全に
平坦で介在物のない表面を有する高度に反射性の金属被
膜を有する鏡が開発された。鏡の表面に不完全性が存在
するとレーザの損傷をまねくので、この鏡の製造処理は
重要である。

もしエネルギ密度用件が200mJ/cm²以下の程度ならば、
エキシマ・レーザ・マスク材料としてアルミニウムが使
用できる。アルミニウムは紫外線のすぐれた反射材料で
あり、248nmの波長で略92％反射する。しかしながら、
アルミニウムは極めて軟かく、容易に損傷して、レーザ
の損傷を受けやすい摩耗を生ずる。さらに、アルミニウ
ムはその金属薄膜が急速に酸化して、大いに反射率を減
少する。保護膜をアルミニウム鏡上に使用して、これ等
の問題を避けることができる。露出金属表面上に蒸着さ
れた例えばフツ化マグネシウム（MgF₂）の半波長層が反
射率を犠牲にすることなく耐摩耗性を改良する。MgF₂を
被膜したアルミニウム鏡は248nmの波長で88％を依然反
射する。アルミニウム・マスクを形成する時には、真空
装置の清潔さ、基板の調製状態及び金属の純度が鏡の吸
収に影響を与える因子の一部である。任意の不純物、空
気もしくは他の異物はアルミニウムの反射率を低め、従
って吸収率を増大し、損傷閾値を低下する。アルミニウ
ムのマスクはUV用合成溶融シリカ基板上にいくつかの方
法の１つによって形成される。マスク・パターン化の第
１の方法は真空中で電子ビーム蒸着もしくは他の一般に
知られた方法でアルミニウムを付着することを含む。酸
素含有環境にアルミニウムをさらすことなく、アルミニ
ウムはイオン・ミリングによってパターン化される。イ
オン・ミリングはアルミニウムを酸化する化学剤にアル
ミニウムをさらす必要のあるウエット・エッチ処理より
も優れているウエット・エッチ処理は吸収率を変化し、
損傷閾値を変える。さらにウエット・エッチング処理か
ら生ずるテーパ状の壁面でなく清潔な垂直な表面がイオ
ン・ミリングにより得られる。MgF₂、SiO₂もしくは他の
誘電材料の保護被膜はアルミニウムのパターンと共に合
成溶融シリカ基板上に付着される。この保護層は、アル
ミニウム付着の後であつてアルミニウムをパターン加工
する前に付着される。パターン加工でのエッチングによ
りパターンの側壁部において酸化可能なアルミニウムが
露出するので、MgF₂その他の誘電体をさらに別途全面付
着して露出アルミニウムを被覆し、その後、垂直方向の
異方性エッチングによってMgF₂その他の誘電体被覆の水
平部分を基板から除去しなければならない。マスク・パ
ターン化の第２の方法はアルミニウムを一般に知られた
技術に従うリフト・オフ・マスクによって付着する方法
である。この方法でもリフト・オフ段階の前後に保護層
が付着される。もしSiO₂が保護被膜として使用される時
は、好ましいモードはパターン化が完了した時にSiO₂の
層を付着することである。SiO₂層の厚さは少なくとも付
着アルミニウムの厚さに等しく、垂直表面及び縁上の被
覆が保証される。SiO₂の被覆は残すことができ、下層の
透明合成溶融シリカの通過性を著しく変えることはな
い。上述の第２の方法は標準の側壁処理を使用して、保
護被膜を付着して芳香性にエッチングすることができ、
これによって垂直表面及び縁上にMgF₂もしくはSiO₂もし
くは他の適切な材料を被覆することによって被覆が保証
される。上述のように、シリカ上パターン化アルミニウ
ム・マスクは高度の反射性を有するが極めて高いレーザ
・フルーエンスに耐えることができない248nmの波長に
おいて、合成溶融シリカ上パターン化アルミニウム・サ
ンプルの損傷閾値はシリカ側から照射した時に200mJ/cm
²である。金属薄膜のための損失閾値は金属：基板境界
において高くなる。従ってこのアルミニウム・マスクは
放射エッチングに遭遇するレーザ強度の全範囲に与える
ことはできない。以下に述べる第２の方法の実施例で
は、形成されたマスクは100mJ/cm²よりも高いフルーエ
ンスの範囲で高反射性を示し、またその誘電性被覆は高
い耐摩耗性を有する。誘電性被覆からの反射率は、屈曲
率の異なる誘電性層間における干渉効果によって得られ
る。1/4波長の屈折率に関して上層が下層よりも大きい
時には、それらの境界上に入射する光のかなりの量が反
射される。誘電性層の各対において入射光の所与の量が
反射されるので、多くの層を付着することによって、9
9.9％以上の反射率を達成することができる。層の数は
意図した用途に依存する。エキシマ・レーザの場合、24
8nmで、99％の反射率を高に及び低い屈折率の層を30層
程度積層することにより十分達成される。高い屈折率が
酸化ハフニウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム
もしくはフツ化タリウムにより与えられる。屈折率の低
い材料には、２酸化シリコン・フツ化マグネシウム及び
クリオライト（Na₃AlF₆）がある。これ等の材料は例と
して引用されたものであり、上述のものがすべてはな
く、他の材料も考えられる。上述の特定の材料は所望の
屈折率を有するだけでなく、水、アセトン、アルコー
ル、洗剤による損傷に強く、これ等を形成する多くの酸
及びベースはホトリソグラフイ・パターンにとっての理
想的候補である。高い屈折率材料は一般に耐摩耗性の硬
い表面である。上層は、保護層として硬く、しかも下層
のものより高い屈折率を有し1/4波長の厚さのものであ
る必要がある。

ブラケット（一様）付着誘電性被覆のパターンはマスク
・パターンを介するイオン・ミリングによって行われ
る。プラズマもしくは反応性イオン・エッチングは誘電
性被覆を行う時に若干遅く、より困難である。それは高
屈折率材料が非反応性である。例えば、UV用合成溶融シ
リカであることが好ましい基板は酸化ハフニウム及び２
酸化シリコンのような低い及び高い屈折率の交互層で被
覆される。次に感光性マスキング材料が誘電材料を除去
されるべき領域において高屈折率の最上部層の表面上に
付着され、露光して除去される。露出した誘電性被覆は
次にイオン・ミリング段階を受け、誘電性材料が除去さ
れ、下層の透明基板が露光される。イオン・ミリングを
停止する時を決定するために、いくつかのエッチング停
止機構が使用される。すべての誘電性層が除去された時
点を判定する１つの方法はエッチング処理を中断し、エ
ッチング領域の深さを測定して、誘電性層の厚さのすべ
てが除去されたかどうかを判断する方法である。このよ
うなエッチング停止処理は時間がかかるだけでなく、若
干効果が弱く、アンダーエッチング及びオーバーエッチ
ングの問題を生ずる。代替実施例として、ブリユースタ
ー角を利用する方法が工夫された。この角度は誘電体上
に指向される特定の偏向角の入射光のすべてが誘電性基
板中に通過する角度である。ブリユースターの法則によ
れば、材料の屈折率はその材料の偏光用の正接に等し
い。ビームを偏光させることによって、偏光平面は入射
ビームと反射ビームによって形成される平面に平行し
（即ちｐ−偏光）、入射角を選択することによって、入
射ビームは誘電性層によって反射されて基板中に通過す
ることはない。例えば石英はHeNeビーム（6328Å）波長
で1.457018の屈折率を有し、酸化アルミニウムは1.7655
6の屈折率を有する。夫々のブリユースター・アングル
は55.5度及び60.5度である。ｐ偏光されたHeNeビームの
55.5度の入射角を利用して、酸化アルミニウムの表面か
らの反射線を検出できるが、ビームが石英基板の表面の
反射光の値はビームが石英基板の表面に入射した時に０
に降下する。従って反射ビームをモニタすることによっ
て、絶縁体の最後の層がエッチされた時、従ってイオン
・ミリング処理を停止した時を判断できる。

合成溶融シリカ上のアルミニウムのパターン化に関連し
て論じたように、ブラケット誘電性被覆のパターン化の
実施例はリフト・オフ・マスクによる誘電性層の付着で
ある。UV用合成溶融シリカのような相対的に純粋な基板
材料は上述のようにすべてのマスクの調製にとって好ま
しく、溶融石英のような相対的に純粋でない材料中の不
純物もしくは介在物によるレーザ吸収を避けることがで
きる。基板材料を選択する際には、純度、バブル及び介
在物がないこと、含有OH、蛍光性、均一性、高い放射抵
抗、高い光学的透過性及び適合性のある屈折率のような
性質が要求される。また、パターン化された誘電性マス
クは、リフト・オフ・マスクを介して高い及び低い屈折
率の材料を交互に1/4の厚さの層を付着して積層（stack
ing）させることにより、形成される。この実施例をま
とめると、UV用シリカを基板として、その上に高い屈折
率の材料と低い屈折率の材料を交互に積層させて形成さ
れた高エネルギ・レーザ用マスクの製造方法が明らかに
されている。

具体的には、以下の通りである。

材料は、基板として「合成溶融シリカ」と、誘電体層を
交互に形成する「高い屈折率の材料」及び「低い屈折率
の材料」とである。

「高い屈折率の材料」としては、酸化ハフニウム、酸化
スカンジウム、酸化アルミニウム、及びフツ化タリウム
などがある。

「低い屈折率の材料」としては、２酸化シリコン、フツ
化マグネシウム、及びクリオライト（Na₃AlF₆）などが
ある。

層厚は、例えば、誘電体層を構成する高低を有する材料
は、248nmの光に対して1/4波長の長さに積層される。

層数は、高低の屈折率を有する材料を30層程度積層させ
た誘電体被膜で、246nmで十分99％の反射率を達成して
いる。

パターン化誘電性被覆マスクによって耐えることができ
るフルーエンスは6J/cm²の程度であり、レーザ投射の目
的にとっては理想的なものである。本発明の原理に従っ
て製造されるマスクはレーザ投射以外の手段によって付
着及びエッチングにとって有用である。耐久性があり、
化学的損傷に対して著しく耐性があるので、誘電性被覆
マスクは種々の分野で利用される。さらに、誘電性層の
組成及び配列は所望のレベルの反射率を与え、意図した
目的の化学的安定性を与えるように選択される。

F.発明の効果 以上説明したように、本発明に従って投射エッチング装
置において高エネルギ、高電力レーザを使用するに適し
たマスク材料が与えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ロバート・ランカード アメリカ合衆国ニューヨーク州マホパツ ク、アーチャー・ロード、アール・デイ４ 番地 (72)発明者 ジョン・ジエームズ・リッコ アメリカ合衆国ニューヨーク州マウント・ キスコ、ハイ・リツジ・ロード70番地 (72)発明者 カート・アラン・スミス アメリカ合衆国ニューヨーク州ポーキプシ ー、シルバー・レーン６番地 (72)発明者 ジエームズ・ルイス・スパイデル アメリカ合衆国ニューヨーク州カーメル、 ウエバー・ヒル・ロード1527番地 (72)発明者 ジエームズ・チエン−チエング・イエー アメリカ合衆国ニューヨーク州カトノー、 ベロニカ・プレース、アール・デイ２番地 (56)参考文献 特開 昭59−13922（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−32693（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ） 透明な基板の層に感光材料の層を
   塗布し、該感光材料を選択的に露光し、下層の該基板を
   露出させるために該露光された感光性材料を除去するこ
   とにより該基板にリフト・オフ・マスクを付着させる工
   程と、 （ｂ） 上記基板及び上記リフト・オフ・マスク上に、
   第１の誘電体材料からなる被覆層と、該第１の層上に重
   なり、該第１の誘電体材料よりも屈折率が大きい第２の
   誘電体材料の層を有する誘電体層対を複数個付着する工
   程と、 （ｃ） 上記リフト・オフ・マスクと上記リフト・オフ
   ・マスク上の上記誘電体層を除去する工程と、 を有する高エネルギー・レーザ用のマスクの製造方法。