JPH10261584A - マスク・フィールドを備えた膜マスクの製造方法 - Google Patents

マスク・フィールドを備えた膜マスクの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄い支持壁によって境界が区切られたマスク
・フィールドを備える膜マスクの製造方法。 【解決手段】 マスク・フィールド8と、単結晶シリコ
ン・ボディによって形成され、膜2によって被われた支
持壁1とを備えるマスクを製造する。支持壁1は本質的
に異方性プラズマ・エッチング・プロセスによって形成
し、支持壁を被覆する膜2に達する直前にウェット・エ
ッチング・ステップを行い、支持壁をシリコン・ボディ
の(100)方向に対して平行に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄い支持壁によっ
て境界を区切られたマスク・フィールドを備える膜マス
クの製造方法に関する。この膜マスクは、短波長放射を
使用する露光プロセスに適する。
【0002】
【従来の技術】複写する構造体がますます微小化するに
伴い、光リソグラフィに代わってX線ビーム、電子ビー
ム、およびイオン・ビームなどの短波長放射を用いた露
光プロセスが次第に使用されるようになっている。これ
らのプロセスは、露光マスクの製造または半導体ウエハ
の直接露光に使用され、1ギガビット・チップの場合に
はわずか約0.2μmであることが望ましい構造体幅の
パターンを形成するための主要なリソグラフィ・プロセ
スになるであろう。
【0003】従来の光リソグラフィ用のマスク基板は、
通常の光波長では透明な、比較的厚い(数mm)水晶板
から成るが、1970年代の初めという昔からX線ビー
ム、電子ビーム、およびイオン・ビーム・プロセスには
膜マスクを使用する試みがなされてきた。これによっ
て、高解像度での半導体ウエハの十分なスループットが
実現可能になる。マスクと前記3種類の短波長放射との
相互作用には、約0.1μmから数μmまでの厚さの膜
マスクが必要である。
【0004】イオン・ビーム・プロセス用のマスクは、
パターンとして膜に穴が必要であるのに対し、X線ビー
ムおよび電子ビーム露光では金属吸収材パターンを備え
た閉じた膜を使用することもできる。
【0005】この3つのいずれの場合も、フォトレジス
トに適切なパターンを書き込む電子ビーム・パターン生
成器によって膜マスクを製造する。0.5μmより小さ
い構造体の場合、電子ビームで書き込まれたパターンの
角品質が悪く、角が丸くなる。
【0006】次に、エッチング・プロセスによってパタ
ーンを膜または吸収材層に転写する。最も一般的に使用
されている異方性エッチング・プロセスは、正確なパタ
ーン転写、すなわち、フォトレジストにおいてすでに丸
くなっている角は膜にほとんど同じ寸法の丸み付き角と
して転写されるという特徴がある。
【0007】図5に示すようなシャドウ・マスクまたは
ホール・マスクではパターンが物理的な穴から成り、そ
れについてはたとえば欧州特許EP0019779号ま
たはEP0078336号に記載されており、従来、シ
リコン基体12によって支持されたシリコンの膜10が
使用されてきた。シリコン膜10上には、金のような金
属吸収層が設けられる。
【0008】EP0019779号のシャドウ・マスク
の場合、nドーピングされたシリコン基板が、pドーピ
ングされた表面層、すなわち膜を有し、それを薄いクロ
ム層で被覆し、その上に金を2層被せる。この金層は、
厚さが合計して数百nm(最大約1μm)であり、不浸
透性マスク領域で電子を完全に減速させるために使用さ
れた。
【0009】膜厚は約1〜4μmの範囲であり、典型的
には2μmである。この種のシリコン膜は、エッチ・ス
トップ・ドーピングを介して均一に製造することができ
る。構造体のサイズが小さくなり、膜厚が薄くなるにつ
れて、異方性プラズマ・エッチングの需要がますます大
きくなり、エッチ・ストップ・ドーピングとしてたとえ
ば約1.3×1020ボロン原子/cm3のボロン・ドー
ピングなど、きわめて高いpドーピングが必要である。
このエッチ・ストップ・ドーピングを使用したシリコン
膜は、多くのミスアラインメント障害を示し、機械的に
きわめて脆弱である。
【0010】図6に示すようなX線ビーム・リソグラフ
ィ用の閉じた膜を使用したマスクでは、パターンは膜2
0上に形成された金属製吸収材21の形で作られる。膜
がX線ビームにとって透明になるように、膜の厚さはわ
ずか数μmにされ、膜材料は透明な箇所で吸収する放射
を可能な限り少なくするために、可能な限り小さい原子
番号を持つものでなければならない。
【0011】吸収材も同様に数μmの厚さしかなく、可
能な限り大きな原子番号を持つ。典型的な金属製吸収材
はタングステンまたは金から成り、膜としては、シリコ
ン、窒化シリコン、炭化シリコン、EP0048291
号で提案されているケイ化物、または最近ではダイヤモ
ンドなどの材料が選択されている。
【0012】膜の基材はシリコン・ウエハ22であり、
これは異方性エッチングによる、まっすぐ貫通した少な
くとも1つの開口部を有し、この開口部の側壁は(11
1)面から成りシリコン・ウエハの(100)面に対し
て54.7度傾斜している。
【0013】これらのマスクでは、膜内の不均一な機械
応力によって生じるマスクひずみの問題が現在のところ
満足のいくように解決されていない。機械ひずみは、膜
材料自体と吸収材の両方によって起こり得る。さらに、
サブミクロン範囲で反応性イオン・エッチングを使用し
て金属製吸収材を形成する困難さがある。
【0014】数年前、「Projection ele
ctron−beam lithography:A
new approach」(J.Vac.Sci.T
echnol.B9(6),Nov/Dec 199
1,p.2996−2999)でS.D.バーガー(B
erger)等によって電子ビーム投射プロセスが提案
された。これは、高エネルギー電子を使用し、新しい膜
マスク技法を必要とする。また、Proceeding
s of SPIE 1995(Vol.2621,
p.247−255)ではハギンズ(Huggins)
等によって記載され、Proceedings of
SPIE 1994(Vol.2322,p.442−
451)ではJ.A.リドル(Liddle)等によっ
て記載されているSCALPELTMマスク(角度制限投
影電子ビーム・リソグラフィによる走査)は、X線ビー
ム・リソグラフィに使用する閉じた膜マスクと似てい
る。
【0015】膜と金属製吸収材層の層厚は、SCALP
ELマスクの場合はより薄い。約100keVの電子が
両方の層に浸透するが、層上での散乱度が異なり、それ
を利用して縮小複写を行う。
【0016】X線ビーム・リソグラフィに使用される膜
マスクとは異なり、SCALPELマスクはより小さい
マスク・フィールドに分割される。この分割によって支
持壁が得られ、それによって機械的安定性と温度安定性
が向上するように保証する。マスク・フィールド間の面
積損失を最小限に維持するため、薄い支持壁がウエハ面
に対して直角に配置され、(110)ウエハから異方性
ウェット・エッチングによって作製されている。
【0017】X線ビーム・リソグラフィ・マスクと同様
に、SCALPELマスクでも膜または金属吸収材層あ
るいはその両方の層により応力問題が生じる。特にPr
oceedings of SPIE 1995(Vo
l.2621,P.247−255)に記載されている
マスクでは、マスク・フィールドは細長いストリップで
あり、その結果、支持されていない膜部分は1mm×2
cmの大きさの矩形から成る。膜は必然的に引張り応力
を受けるため、x方向とy方向で異なる引張り応力が生
じ、それによってマスク・パターンの異方性ひずみが生
じる。
【0018】米国特許第5260151号に記載されて
いるSCALPELマスクは、マスク・フィールドを互
いに区切る厚さ0.1mm高さ1.0mmの支持壁が多
結晶シリコンの膜に対して垂直に配置された、約1mm
のエッジ長の正方形のマスク・フィールドを有する。こ
れによって膜内で等方性応力分布を実現する。膜を損傷
させずに異方性プラズマ・エッチング技法を使用して薄
い垂直方向の支持壁を製造することは問題があると認め
られる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マス
ク・フィールドと薄い支持壁とを備えたマスクの単純で
経済的な製造方法を提供することである。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば請求項1に記載の特徴によって達成される。
【0021】本発明による方法は、膜に対して正確に垂
直に配置された支持壁の形成を容易にし、支持壁を形成
するときに膜に損傷を与えるのを防ぐ。
【0022】
【発明の実施の形態】図1に、薄い支持壁1によって境
界を区切られたマスク・フィールド8を備えたマスクの
概略断面図を示す。支持壁は単結晶シリコンから成り、
膜2によって被覆されている。典型的なサイズ比は図1
に示す通りである。
【0023】個々のマスク・フィールド8のエッジ長は
約1mmである。支持壁は高さ約400μmで、膜厚は
約0.2μmないし約2μmの範囲である。
【0024】膜2は、たとえば濃くドーピングしたシリ
コン層、窒化シリコン層、または図2に示すようなSi
2層3/Si34層4/SiO2層5の複合層など、様
々な材料から成ることができる。複合層と窒化シリコン
は両側を約50nmの厚さの重金属層で被覆することも
できる。
【0025】支持壁は、単結晶シリコン・ボディ1の異
方性プラズマ・エッチングによって形成する。このため
に、シリコン・ボディ内に垂直壁を有する深さ約400
μmの開口部をエッチングする。このエッチング中に、
約0.2μmないし2.0μmの厚さしかない薄膜2が
損傷を受けたり、エッチングで除去されたりしないよう
に保証するため、注意を払う必要がある。膜がたとえば
濃くドーピングされたシリコンから成る場合、プラズマ
・エッチングのためのエッチ・ストップはない。
【0026】提案する方法では、図3に示すようにプラ
ズマ・ディープ・エッチングを膜2に達する直前に停止
し、膜の手前の最後の厚さ部分をウェット化学エッチン
グによって除去する。膜6は窒化シリコンのようなマス
ク層である。例えばKOHを含むアルカリ性エッチング
溶液を使用すれば、高いエッチング選択比を達成するこ
とができる。なお、薄膜2のパターニングのためのエッ
チングは、シリコン・ボディ1のエッチングの前に行っ
てもよく、あるいはその後に行ってもよい。
【0027】ウェット・エッチング・ステップは側壁に
も作用し、この側方エッチング作用は結晶配向に応じて
等方または異方に実現される。支持壁1はシリコン・ボ
ディの(100)方向に対して平行に配置される。
【0028】異方性エッチング作用の場合、エッチング
される構造体を(110)方向に対して平行に配向させ
る。この場合、上部および下部が図4に示す(111)
面7によって形成され、中間部が(110)面によって
形成された支持壁構造体が得られる。強いエッチングを
過剰に行うことは、この種の構造体では避けるべきであ
る。
【0029】等方性エッチング作用は、寸法の制御がよ
り容易である。構造体1を(110)方向に対して45
度回転させるかまたは(100)面に対して平行に配向
させるならば、(111)面7によって限定される構造
体が回避される。
【0030】図7に、本明細書に記載の方法により製造
されたマスクを光透過光プリントの形で示す。マスク・
フィールドは、膜に対して直立した側壁によって境界を
区切られているかまたは枠囲いされている。1つのマス
ク・フィールドが1チップ分のパターンを含んでもよ
く、または複数のマスク・フィールドで1つのチップ・
パターンを形成するようにしてもよい。
【0031】図8は、マスク・フィールドを備えたマス
クの一部の電子顕微鏡に基く拡大プリントを示す。サブ
ミクロンの範囲の厚さを有する垂直側壁が格子状に示さ
れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】マスク・フィールドと垂直支持壁を備えたマス
クの概略断面図である。
【図2】マスクの他の好ましい実施態様を示す略断面図
である。
【図3】支持壁の製造方法を示す図である。
【図4】支持壁の製造方法を示す図である。
【図5】現状技術で周知のホール・マスクを示す図であ
る。
【図6】X線ビーム・リソグラフィ用の閉じた膜を使用
した現状技術で周知のマスクを示す図である。
【図7】本発明による方法によって製造されたマスク・
フィールドを備えたマスクの光透過光プリントを示す図
である。
【図8】本発明による方法によって製造されたマスク・
フィールドを備えたマスクの拡大プリントを示す図であ
る。
【符号の説明】
1 支持壁 2 膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨハン・グレシュナー ドイツ デー−72124 プリーツハウゼン ティアガルテンヴェーク 14 (72)発明者 ザムエル・カルト ドイツ デー−72760 ロイトリンゲン キンダーホルトヴェーク 13 (72)発明者 クラウス・マイスナー ドイツ デー−71083 ヘレンベルク・カ イ イェーガーシュトラーセ 7 (72)発明者 ハンス・プファイファー アメリカ合衆国06877 コネチカット州リ ッジフィールド ケチャム・ロード 25

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マスク・フィールドと、単結晶シリコン・
    ボディによって形成され、膜(2)によって被われた支
    持壁(1)とを備えるマスクの製造方法であって、 支持壁(1)を本質的に異方性プラズマ・エッチング・
    プロセスによって形成し、支持壁を被覆する膜(2)に
    達する直前にウェット・エッチング・ステップを行うこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】ウェット・エッチング・ステップにアルカ
    リ性溶液を使用することをことを特徴とする、請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】支持壁(1)の高さが約400μmである
    ことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】膜(2)の厚さが約0.2μmないし2μ
    mであることをことを特徴とする、請求項1ないし3の
    いずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】膜(2)が濃くドーピングされたシリコン
    層、窒化シリコン層、またはSiO2/Si34/Si
    2の複合層から成り、前記窒化シリコン層および複合
    層の両面が重金属層によって被覆されていることを特徴
    とする、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方
    法。
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