JPS5834933B2 - マスク構造体およびその形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微小線画装置の製造に係り、さらに詳細には
、Ｘ線製版システムに使用するためのマスク構造に関す
るものである。

通常の光製版技術を用いることによって、微小線画装置
を作ることができる。

そのような普通の技術の解像能力は、それに採用した光
の波長に直接関係する干渉や回折効果によって制限され
る。

実際、従来の光印刷によって正確に複写されつる最小線
幅は、約１から２μｍである。

さらに、そのような解像度を得るために、精確なマスク
とウェハの接触が必要とされる。

そのことは、マスクおよび／もしくはウェハに対して時
間的物理的損失を与える。

装置製造における高解像度（サブミクロン）パターン鮮
鋭度は走査電子線製版で達成されることが示された。

しかし、十分に用途の広い電子線露出システムは、高価
で複雑な機構である。

さらに、そのようなシステムでは、各装置の各パターン
が、プログラミングシステムの制御下で順次点から点と
いった方法で露出されることが必要である。

そのような手順は比較的時間がかかり、かつ高価である
。

さらに、走査電子線は、高解像度のマスターマスクを得
るためのみに使用されるということが提案された。

その後、マスクパターンが他の方法でウェハに複写され
る。

電子線投射システムはそのような複写を実行しうること
を示したが、そのようなシステムもまた、複雑かつ高価
であった。

米国特許第３，７４２，２２９号、第３，７４２，２３
０号および第３，７４３，８４２号には、サブミクロン
パターンの複写に適するＸ線製版プロセスが記載されて
いる。

そのプロセスによればマスクパターンの並行印刷を行な
うために、軟Ｘ線が利用される。

開示されたプロセスは普通の光製版接触印刷に類似して
いるが、マスク対ウェハの分離ができるという付加利点
を有する。

商業的に見合った高解像度Ｘ線製版システムの実現に対
して重要な事項の１つは、適切なマスターマスクの構造
である。

Ｘ線に対して比較的伝送性が良くなければならないマス
ク基板として、種々の材料が示された。

そのような材料の１つは、べＩＪ ＩＪウムである。

それは、Ｘ線吸収が小さい特徴がある。

しかし高価で、光学的に不透明（このことは記録や配列
を困難にする）で、有毒である。

さらに薄いＸ線透明窓を有するシリコン構造も作られた
。

しかし、そのような構造は比較的もろく、ある部分に対
してのみ光学的に透明である。

本発明の目的は、Ｘ線製版システムに用いるための改善
されたマスク構造を提供することにある。

簡単に、本発明の目的は、マスク基板としてマイラーポ
リエステルフィルムの薄板を用いた特定の実施例で実現
される。

（マイラーはデュポン社の登録商標である）そのフィル
ムは支持部材上に広がってそれに固着されている。

支持されたフィルムは、支持部材と同様に大きさが安定
している平坦な耐久性のある基板を構成する。

通常の技術によって、Ｘ線吸収ペターンが基板上に形成
される。

結果として得られるマスターマスク構造は、Ｘ線感知喘
を被覆されたウェハに密着して置かれる。

マスクをＸ線で照射することによって、Ｘ線吸収材料に
よって作られたパターンの影像が感知層上に投影される
。

この方法で、サブミクロンの像を比較的早くかつ安価な
方法でウェハ上に形成できる。

そのようなマスク構造は、（１）大きさの安定な支持部
材、上記支持部材上に広がりそれに固着されたＸ線透過
フィルム、および上記フィルム上に配置されたＸ線吸収
パターンから成る。

さらに、次のような構造形態がある。

（２）上記（１）項において、上記フィルムをポリエチ
レン・テレフタレートから作成したもの。

（３）上記（２）項において、さらに上記パターンを保
護するためのＸ線透過手段を付加したもの。

（４）上記（３）項において、さらに狭いあらかじめ選
択された帯域のＸ線波長を除いて全てを吸収するために
上記フィルムに配置された層を付加したもの。

（５）上記（４）項において、上記Ｘ線透過手段が上記
パターンを覆うように上記フィルムに配置された炭化は
う素層から成るもの。

（６）上記第（５）項において、上記パターンが金から
作られたもの。

（７）上記（６）項において上記支持部材が環状である
もの。

さらに製造方法としては、（８）Ｘ線透過フィルムの周
辺部を安定支持部材に固着する段階、張りを与えるため
にそのフィルムを熱処理する段階、および−ヒ記張られ
たフィルム上にＸ線吸収パターンを形成する段階から成
るＸ線マスク基板の製造方法。

（９）ウェハにＸ線レジスト層を付着せしめる段階、固
有波長および比較的広帯域の連続波長を含んでいるＸ線
をＸ線源から上記レジスト層に与える段階、および固有
波長が上記マスク構造に含まれたＸ線吸収パターンに対
応する前記レジスト層の選択された部分を侵害しないよ
うに、上記Ｘ線源と上記レジスト層間に挿入する段階か
ら成り、上記マスク構造は、大きさが安定な支持部材全
体を覆ってそれに固着されているＸ線透過フィルム、お
よび上記フィルムに配置されたパターンから成るサブミ
クロン電子装置の製造方法。

（１０上記（９）項において、さらに狭い帯域の波長を
通過させ他の波長を吸収するために上記Ｘ線源と上記レ
ジストの間にフィルタを挿入する段階を含む方法。

第１図は、一般の製版システム（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ
ｉｃｓｙｓｔｅｍ ）の概略を示している。

電子源１２によって与えられる（点線１０によって示さ
れた）電子線は、水冷Ｘ線ターゲット１４上の径ａ内に
集束される。

入射電子に応答して、ターゲット１４は点線１６によっ
て示されているＸ線を放射する。

そのようにして放射されたＸ線は、４から９Ａの範囲内
の固有波長を有するいわゆる軟放射線である。

ターゲット１４は、アルミニウム（Ｋ （ｌｚ λ＝
＝８．３４Ａ）、シリコベＫ。

、。λ−７．１３Ａ）モリブデン（ＬＣｔｌ λ＝５
．１４Ａ）およびロジウム（ＬｃＥＮ λ＝４．６Ｏ
Ａ）の適切なＸ線放射材料の中から作られる。

熱伝送特性を強めてそのような材料のパワー処理能力を
高めるために、ターゲット１４は、例えば銅基板上に適
切なターゲット材料の薄板を設けたものから構成される
装固有Ｘ線に対して、上記ターゲット材料の発生効率は
、はぼ同一であることがわかった。

さらに、連続Ｘ線対固有放射の比は、電圧に従って増加
することが観察された。

以下に後述されるように、Ｘ線製版システムにおいては
、高い連続対固有比が望ましい。

第１図に示されたシステムの電子源１２とターゲット１
４は、普通の高真空容器１８内に入れられている。

ターゲット１４から放射されたＸ線は、Ｘ線透過窓２０
（例えばべＩＪ ＩＪウムから作られる）を介してマス
ク２４およびそこから距離Ｓだけ離れたレジスト被覆ウ
ェハ２６を含む低真空作用チェンバ２２中に入る。

径りのウェハに対して、マスク２４およびウェハ２６間
のギャップは、ウェハの表面に１１の線端不確定性をも
たらす。

ここでｒはＸ線源とマスク２４間の距離である。

さＳＤ ＋、 らに、いわゆるＩ「のフッアウト（ｒｕｎ、ｏｕｔ）が
、ウェハの端部で起る。

（ランアウトは２つの仮想同一パターンについての特徴
の相対位置の不定変化として定義される）ランアウトは
予見され得、Ｓが全ウェハ面にわたって一定であれば基
本的に重要ではない。

さらに、約１ＯＡのＸ線波長に対して、０．２５μｍ線
が約６０μｍの大きさのマスク対ウェハ間隔に対して解
明されるので、回折効果は一般に無視されうる。

第２図は第１図示マスク及びウェハをさらに詳細に示し
ている。

第２図において、Ｘ線透過マスク基板２８は、ウェハ３
２の表面に配置された重合体レジスト被膜３０から距離
Ｓだけ離融するように保持されている。

スペーサ部材３３は、基板２８と被膜３０間を所望距離
だけ離すために設けられている。

第２図において（また以下に述べる第４図および第５図
においても同様）、点線の矢印は、マスク基板２８の上
部面に入射するＸ線を表わしている。

第２図のマスク基板２８を形成するために種々の材料を
利用できる。

べＩＪ ＩＪウムはＸ線に対して比較的吸収が小さい。

低吸収であることはＸ線窓（例えば第１図示の素子２０
）を作る良い材料となりうる。

反面、その材料は、マスクとしてそれを用いることに対
して他の不利な点も備えている。

例えば、その材料は高価であり、もろく、光学的に不透
明で有毒である。

また比較的大きな熱膨張係数を有する。

幾つかの応用例に対しては、シリコンが第２図のマスク
基板２８に対して適切なＸ線伝送材料である。

厚さ２μｍで径が１インチのシリコン部材が作製された
。

しかし、シリコンは６．７４Ａにに吸収端を有し、その
ことは、マスク基板としてのシリコンの有用性をアルミ
ニウムあるいはシリコンＫａＸ線源を用いているシステ
ムに制限する。

さらに薄いシリコンはこわれ易く、極度に注意深い取扱
いを要する。

また、光学的波長に対して部分的にのみ透明であり、そ
のことはウェハに対してシリコン基板を配列し記録する
ことを複雑にする。

被膜３０に形成される前述のパターンを決めるＸ線吸収
素子３４が第２図に示されている。

素子３４を形成する材料としては、金あるいはプラチナ
が適切である。

そのような素子を形成するプロセスは、例えば真空科学
および技術ジャーナル（ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃ
ｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ）
の１９７１年９月／り０月号、第８巻、第５５２頁から
第５７０頁のＥ、Ｇ、スペンサーとＰ、Ｈ。

シュミットの論文に記載されているような一般のイオン
ミリング（ｉｏｎｍｉｌｌｉｎｇ ）による普通の電
子線製版技術から構成される。

第２図に示されたマスクをＸ線によって放射することに
よって感放射被膜３０が、吸収素子３４によって決まる
パターンにしたがって選択的に露出される。

被膜３０において、素子３４によって影となる領域は入
射Ｘ線に対して露出されない。

被膜３０の露出された領域においては、重合体交差結合
あるいは重合体鎖状分離のいずれか一方の状態が、それ
ぞれレジスト被膜３０がネガティブかポジティブかに従
って生じる。

ネガティブなレジストの場合には、それから現像液が非
露出の重合体を除去するために使用される。

ポジティブなレジストの場合には、露出された重合体が
除去される。

次に、周知技術によって、被膜３０が除去されたウェハ
３２の表面上の領域に、物質が直接付けられる。

あるいは、例えば、前に、被膜３０下のウェハ３２上に
酸化膜が直接形成されたならば、被膜３０が除去された
酸化膜の部分は、そのとき化学技術あるいはイオンミリ
ングあるいは他の周知方法で選択的に処理される。

第３図は、本発明の原理に従って作製されたマスク構造
の一部分を示している。

図示の素子は、環状に形成されている支持素子３８上に
広がっており、その上に固定された薄い光学的に透明な
板部材３６から構成されている。

第３図の板部材３６として使用するに適切な有機材料に
ついて、ポリエチレン・テレフタレートが特に有効であ
る。

ポリエチレンは例えばマイラー（登録商標）フィルムの
形で商業的に利用されている。

そのフィルムは、機械的強度、低Ｘ線吸収、抗有機溶剤
性、光学的透明性、熱安定性、および種々の厚さの光学
的は質面を容易に利用できる等優れた総合特性を示す。

第３図の板部材３６として使用するに適する他の有機材
料としては、マイカおよびアセテートがある。

支持部材３８は、丈夫で耐久性があり、安定な例えば適
切な金属、シリコンあるいは融解石英などから作られる
。

部材３８の材料を選択する際に重要なことは、その物理
的特性を所望パターンが形成されるウェハのそれに合わ
せることである。

そのようなマツチングの結果、周囲変化（例えば、温度
および湿度の変化）は、支持部材３８およびウェハの大
きさを追従するように変化せしめる。

そのような方法で、部材３８とその関連ウェハ間に確立
された最初の記録は、正確に許容範囲に保持される。

支持部材３８は、環状に形成されているごとく第３図に
示されている。

環状形が実際の応用に適していることがわかったが、部
材３８は他のいかなる幾何学的形状に形成しても良いこ
とは明らかである。

実際に、Ｘ線伝送マスク基板は、Ｘ線入力の少なくとも
５０％を伝送すべきである。

基板によるいかなる吸収も、（１）レジスト被膜の必要
とする露出時間を増し、（２）連続に対する固有Ｘ線比
をレジスト被膜の露出および非露出部分間の低コントラ
スト比に対応する値に減する。

以下に示された固有Ｘ線の５０パーセントを伝送するマ
イラーフィルムの厚さは、次のように決定された。

アルミニウムＫＣｔに対しては５．３μｍ１シリコンＫ
ａに対しては８．４μｍ１モリブデンＬＣｔに対しては
１８μｍである。

それぞれの場合、より薄いフィルムが、入射Ｘ線の５０
パ一セント以上を伝送する。

したがって、例えば商業的に利用されている８、７μｍ
の厚さのマイラーフィルムは、シリコン、モリブデンお
よびロジウムＸ線源と接続してマスク基板として使用す
るに適している。

しかし、アルミニウム源と共に使用すると、伝送が少な
い（約３２パーセント）。

本発明の原理によって、次に説明する手順は第３図に示
された構造を作製するために実行される。

プレーナ作動面について、マイラーフィルム板は滑らか
な平坦である。

それから、第３図の部材３８のような支持部材は、フィ
ルムの平坦部に（例えば、エポキシセメントで）固着さ
れる。

余分なフィルムを調整した後、第３図示の合成構造が、
およそ３時間にわたって約１．５０℃で熱処理される。

これによつ才、マイラーフィルムが収縮され、支持部材
３８上に一定に広がる。

それによって、フィルムの製造中に起きたひずみはなく
なり、フィルム面が平坦となって、しわや不完全性がな
くなる。

前述の製造プロセスは、実際上の困難性や高価となるよ
うなものをほとんど含んでいない。

結果として得られる張りつめた基板は、透明な光学的に
平坦な面を呈する。

したがって、マスクを関連するレジスト被膜ウェハと接
続して用いることにより、光学的記録および配列を行い
得る。

さらに、得られる基板は極めて耐久性のあるものである
。

前に述べた方法で張りつめたマイラーフィルムは、支持
部材３８の材料と同栄に大きさが安定である。

次に、例えば、普通のイオンミリングによってなされた
電子ビーム製版の一般的技術を用いて、第３図の基板３
６の上部表面にＸ線吸収パターンが形成される。

例えば０．５μｍの厚さの金から成るストライプ４０に
よって表わされるそのようなパターンが、第４図に示さ
れている。

その構造は、Ｘ線源とストライプ４０の複写が形成され
ようとしているウェハとの間の中間物に適するＸ線マス
クから構成されている。

第４図のＸ線吸収ストライプ４０内に現われる不注意な
傷は、図示のマスク構造と関連するウェハの表面に再生
されうる。

マスク構造に対して付加的厳格性を与えると同様に、そ
のような損害からストライプを保護するために、比較的
低Ｘ線吸収特性を有する堅い透明な材料が、ストライプ
４０上に付加される。

そのようなストライプを覆う層は、また入射Ｘ線によっ
て金属吸収パターンから放出される光電子がＸ線レジス
トの露出に寄与するのを防止する。

本発明の特定の実施例では、２μｍの厚さの炭化はう素
膜が、前述のストライプ４０を保護するために基板の上
部面にスパッタ付着された。

そのような保護層４２が第５図に断面表示で示されてい
る。

層４２内のどのような傷も、Ｘ線に対して透明であり、
関連ウエノ＼に再生されない。

保護層４２を形成するに適する他の材料は例えばアルミ
ニウムあるいはモリブデンの薄い金属膜、種々の単体お
よび重合体プラスチック被膜と同様に、インジウム酸化
物、錫酸化物、シリコン酸化物などの光学的に透明な材
料がある。

本発明の他の実施例によれば、マスクの連続対固有Ｘ線
伝送性を強めるために、薄膜フィルタが前述のマスク構
造に付加される。

そのようなフィルタは、固有波長を含む狭い帯域を除い
てＸ線の広いスペクトルを吸収するように設計される。

したがって、例えば、ここで述べられたマスク基板３６
に付された５μｍの厚さのポリ（塩化ビニリデン）ポリ
（塩化ビニール）共重合体は、４Ａの高い吸収性を有し
、さらに前述のロジウム波長を含んでいる狭い帯域を除
いてその上に入射されるそれよりも大きな波長に対して
吸収性がある。

（Ｘ線レジストは、波長が４Ａよりも小さいＸ線に対し
て比較的不感性である。

）他のＸ線源に対して、対応する薄膜フィルタ材料は、
Ｘ線源の固有波長を通過せしめ、隣接する波長で入射す
るＸ線エネルギーのほとんどを吸収するように選択され
る。

第５図において、そのような薄膜フィルタ４４は基板３
６の底面に付けられた層として示されている。

フィルタの位置は図のようなものである。もし所望なら
、層４４は代りに保護層４２の上部表面に付けてもよい
。

あるいは、層４４は、それ自身保護層として働くように
直接ストライプ４０上に配置してもよい。

あるいは、層４４はストライプ４０上に配置され、それ
から保護層４２で覆っても良い。

また、第５図には、例えばポリメタクリル酸メチル等の
適切なＸ線被膜材料の層４８で被覆された例えばシリコ
ンから作られたウェハ４６が示されている。

レジスト層４８の上面は、薄膜フィルタ４４の底面と接
して配列しても良い。

あるいは、第５図に示されているように、被覆ウェハと
前述のマスク構造との間に所定の距離をおくために、ス
ペーサ素子５０を用いることもできる。

上述の方法において、ＭＯ８素子、高周波トランジスタ
、バブル素子および他の素子に対する高解像度パターン
が作製できる。

しかし、そのようなパターンの解像度は、もちろん前述
のＸ線基板上に最初に形成されたパターンはどではない
。

関連ウェハ上へのオリジナルパターンの複写は、このよ
うに簡単かつ安価な方法で行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＸ線製版システムの構成図、第２図は
、第１図示システムにおいて使用された型の一般的マス
クおよびそれに関連したレジスト被覆ウェハの拡大図、
第３図は本発明の原理に従って作製された特定の説明用
マスク基板を示す図、第４図は、第３図示基板上に蒸着
されたＸ線吸収パターンを示す図、第５図は、保護層お
よびマスク体の連続Ｘ線伝送性に対する特性を強めるた
めのフィルタとして作用する薄膜を付加した第４図示マ
スクを示している横断面図である。 主要部分の符号の説明、１２・・・・・・電子源、１４
・・・・・・Ｘ線ターゲット、２０・・・・・・Ｘ線透
過窓、２４・・・・・・マスク、２６・・・・・・ウェ
ハ、２８・・・・・・Ｘ線透過マスク基板、３０・・・
・・・レジスト被膜、３３・・・・・・スペーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 寸法的に安定な支持部材と、該支持部材全体に延在
   しそれに固着されたＸ線透過フィルムと該フィルム上に
   配置されたＸ線吸収パターンとから戒るマスク構造体に
   於いて、あらかじめ選択された狭帯域以外の全てのＸ線
   波長を吸収する層を前記フィルム上に設けたことを特徴
   とするマスク構造体。 ２ 寸法的に安定な支持部材上にＸ線透過フィルムを設
   けたマスク構造体を形成する方法に於いて、該支持部材
   に該フィルムを延在させて固着する工程と、該フィルム
   に張りを与えるため該フィルムを熱処理する工程と、狭
   帯域のＸ線波長を通過させることができ且つ他の波長を
   吸収するフィルターを該フィルム表面上に介挿する工程
   と、該張りのあるフィルム上６′こＸ線吸収パターンを
   形成する工程とを含むことを特徴とするマスク構造体の
   形成方法。