JPS59184526A - パタ−ンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電子蓄積リングからのシンクロトロン放射
やプラズマＸ線源等を用いた軟Ｘ線リソグラフィによる
パターン形成方法に関するものである。

従来、ＬＳＩ等の固体回路素子の作成において、レジス
ト膜へのパターン転写にはフォトリングラフィの技術が
用いられてきた。しかしながら、光の回折現象により転
写し得るパターン幅は、最小１７１ｍ程度に制限される
。さらに微細化、高集積度化を進めるためにサブミクロ
ン寸法のパターン転写を可能とする高解像力のリングラ
フィ技術が必要とされているが、このようなものの一つ
としてＸ線リソグラフィ技術がある。

Ｘ線源としては、従来、高エネルギーの電子線を金属タ
ーゲットに入射させたときに発生する特性Ｘ線が用いら
れてきた。特性Ｘ線の波長は通常数人内外のきわめて短
いものであるため、回折現象は実用上問題にならず、高
解像力が期待できるが、以下のような問題がある。

まず、第１にＸ線は波長が短いほど物質透過能が大きく
、したがって十分な大きさのマスクコントラストを得る
ためには、吸収体膜厚を大きくしなければならず、微細
パターン形成が困難になる。

第２に、第１の場合と同様な理由から、レジスト膜に吸
収されるエネルギーの割合が小さく、このため、パター
ン転写に要する露光時間が長くなり、スループットが制
限される。

第３に、波長が短いことのために、マスクやレジスト膜
あるいは基板で発生する光電子のエネルギーが高く、レ
ジスト膜中でかなりの距離を拡散し、霧光効果をおよぼ
すので解像力が制限される。

第４に、従来のＸ線源は原理的に発散光源であるため、
生産性とパターン転写精度とを両立させることが困難で
ある。すなわち、レジスト膜への入射Ｘ線強度を大きく
するため、Ｘ線源とウェハ間の距離を近づけると、半影
ぼけやウェハ周辺部でのパターン位置ずれが大きくなり
転写精度が低下する。一方、転写精度を向上させるため
、Ｘ線源とウェハ間の距剛を大きくすると入射Ｘ線強度
が弱くなり、生産性が著しく低下する。この問題を解決
するためには強力なＸ線源が必要であるが、現状では技
術的に困難である。

上記の問題を解決する技術としては、電子蓄積リングか
らのシンクロトロン放射（以下Ｓ、ＯＲという）や、プ
ラズマＸ線源等を用いた軟Ｘ線リングラフィが有望視さ
れ研究開発が進められている。一般に、軟Ｘ線は波長１
０Ａ以上の比較的長い波長領域で連続スペク）・ル分布
を持っている。

このため、上記特性Ｘ線の場合における第１〜第３のよ
うな問題は少なく、また、これらの軟Ｘ線源は通常のＸ
線源に比べ桁違いに強度が大きいとともに、強い指向性
をもつため高精度パターン転写が可能で、かつ生産性も
高い。

しかしながら、このような軟Ｘ線リングラフィの利点を
生かすためには適切な構造のマスクを用いる必要がある
が、従来の技術においては、この点の研究・開発が不十
分であり、通常の特性Ｘ線リングラフィ用のマスクと同
じ構造のものが用いられていた。以下これについて説明
する。

第１図は従来の特性Ｘ線リングラフィ用マスクの一例を
示す断面図である。この図において、１はシリコンウェ
ハ等からなる支持枠、２は前記支持枠１の上に厚さ数分
の１〜数ｐＬｍのポリイミド等のポリマまたは窒化シリ
コン等の無機材料により形成された支持膜、３は前記支
持膜２の上に厚さ数分の１７１ｍ程度の金属により形成
された吸収体回路パターンである。

このように構成された特性Ｘ線リソグラフィ用マスクを
軟Ｘ線リソグラフィに用いると、軟Ｘ線の長波長成分が
支持膜２に吸収されてしまう。このことを波長分布が理
論的に明らかとなっているＳＯＲの場合を例にとり、第
２図で説明する。

第２図は、ＳＯＲのマスク支持膜による吸収の効果を示
す特性図である。この図において、４は蓄積電子エネル
ギーが６００　Ｍ　ｅ　ＶのときのＳＯＲエネルギーの
波長分布を示す曲線である。

ＳＯＲはこのように広い波長分布を有しているが、長波
長成分が大部分マスクの支持膜２に吸収される結果、レ
ジスト膜の露光に有効に寄与するのは曲線５に示す波長
数１０λ以下の狭い波長範囲のものだけになってしまい
、放射エネルギーの一部のみしか利用されない。このた
め、スループッＩ・の向上が制限されることになる。一
方、スループットを向上させるため、より短波長まで含
む軟Ｘ線を用いると、前述の特性Ｘ線リングラフィにお
ける第１〜第３のような問題がでてきて、軟Ｘ線による
利点が失われる等の欠点があった。

この発明は、上記の欠点を解消するためになされたもの
で、軟Ｘ線エネルギーの利用効率を高めることによって
スループットの向上をはかるとともに、軟Ｘ線によるリ
ングラフィの利点を発揮するようにしたものである。以
下、この発明について説明する。

第３図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例を示す平面
図とＡ−Ａ線による断面図で、ステンシルマスクあるい
はこれに準するものを用いる。この図において、６は支
持枠、７は前記支持枠６の上に数分の１〜数ルｍの厚さ
に形成された吸収膜、８はパターンに従って形成された
貫通部分あるいは薄膜部分（以下パターン部分という）
で、これらのものによりマスクが形成される。

支持枠６は通常のＸ線マスクと同様の方法により、シリ
コンウェハ、金属等を用いることができる。吸収ｎ’１
７は入射軟Ｘ線の大部分をここで吸収ｙせるためのもの
であり、ポリイミド、マイラ（商品名）等のポリマ膜、
窒化シリコン、窒化ボロン等の無機膜あるいは金属膜等
を用いることができる。パターン部分８は完全な貫通穴
構造もしくは機能上これに近い薄膜が残った構造とし、
この部分への入射軟Ｘ線の大部分を透過させ、レジスト
膜の露光に有効に寄与させるものである。

マスクの性能は、マスクコン）・ラスト（パターン部分
８と吸収膜７部分の透過強度の比）で計られる。通常こ
の値は１０以」二あれば十分実用になる。この条件は、
例えば、吸収膜７として吸収係数ｋが１（ルｍ’）であ
る材料を用い、膜厚を３ｐＬｍとするとき、パター７７
４８分８として２．３ｐｍ以上掘り込めば十分である。

吸収係数色がｌ（ｐｍ−’）となるような実際の例とし
て、波長約１５Å以上の領域で窒化シリコン、波長約６
０Å以上でポリイミドがあげられる。（教則パターンの
形成のためには、吸収膜７の厚さは薄い方が望ましいが
、そうなると単一膜では十分なマスクコントラストが得
られない。その場合は、パターン部分８の加工前または
後に吸収膜７の片面または両面に吸収を増加させるため
の金属膜９を形成すればよい。軟Ｘ線望域で金属に対す
る吸収係数は大きいから、金属膜９は薄くてもよい。例
えば、Ｘ線マスクに用いられる代表的金属である金の場
合、約１０００Å以上であれば、マスクコントラスト パターン部分８の形成方法の一例として、この発明では
、微小収束したイオンビームによる直接加工を用いた。

液体金属イオン源等の電界放出型イオン源からのイオン
ビームは、直径０．１ｇｍないしはそれ以下まで収束す
ることができ、これを物質に照射すると、スパッタリン
グ現象により物質を直接加工できる。したがって、この
イオンビームをパターンに従って、オン・オフさせなが
ら吸収膜７を走査させれば、パターン部分８を形成する
ことができる。この方法によれば、これ以外の他の工程
を経ることなしにサブミクロン寸法の微細パターンを有
するマスクを容易に得ることができる。もちろん吸収膜
７の材質やパターンの寸法等によってはこれらに適した
他の方法を用いることもできる。他の方法としては光や
電子ビーム等によるリングラフィ技術と化学エツチング
やドライエツチング（反応性イオンエツチング、プラズ
マエツチング等）の組み合わせ、イオンビーム照射増速
エツチング、電子ビーム加工，レーザ加工等がある。

試作したマスクの実施例では、支持枠６として約０．３
ｍｍ厚のシリコンウェハを用い、この上に吸収膜７とし
て約０．２ｇｍ厚の窒化シリコン膜を形成した。パター
ン部分８の穴あけ加工には４０ＫＶに加速したＳ　ｎ＋
＋イオンビームを直径約０、１ｐｍに微小収束して用い
た。窒化シリコン膜はイオンビーム照射によってスパッ
タリング現象により穴あけ加工することができ、この実
施例では線幅０．１ｐＬｍ，線間隔０．９ｐｍ，長さ２
０ｐＬｍの平行細線パターンを形成した。その後、厚さ
５０Ａのクロム、さらに厚さＯ．１ｇｍの金を蒸着して
マスクとした。このマスク作製の全工程を通じ、窒化シ
リコン膜の変形はなく、微細パターンマスクを精度良く
作製することができた。

このマスクを用い、蓄積電子エネルギーが５００ＭｅＶ
（７）時（７）ＳＯＲにより膜厚０．６ｇｍのポリメタ
ルクリレート（ＰＭＭＡ）膜にパターン転写を行うには
約１０秒程度の露光で十分であった。この露光時間は通
常のＸ線マスク、すなわち、厚さ３ｐｍのポリイミドの
支持膜上に厚さ０、２ｇｍの全吸収体パターンを有する
もの，あるいは厚さ０．８ｇｍの窒化シリコン支持膜上
に厚さ０．３ｐｍの全吸収体パターンを有するものを用
いてパターン転写を行うのに必要とする露光時間のそれ
ぞれｌ／３０および１／３　０　０程度である。

以上詳細に述べたように、この発明によれば入射する軟
Ｘ線のエネルギーの大部分がレジスト膜に入射してパタ
ーン露光に寄与することになるので、以下のような利点
がＹ’３られる。

（１）　　入射する軟Ｘ線のエネルギーの利用効率が高
く、レジスト膜でのエネルギーの吸収率も高いことから
、露光時間の大幅な短縮によりスループットが向上する
。

（２）　長波長であるほど発生装置は小形になるので、
露光装置の小形化、低価格化がはかれる。

（３）　長波長の軟Ｘ線が利用できることから、発生す
る光電子のエネルギーが低く、高解像力が期待できる。

（４）　マスクコントラストを大きくできるので、マス
ク吸収膜の材質や膜厚、レジスト膜のコントラストに対
して必要とされる条件が緩くなる。特に、比較的厚い吸
収膜を用いれば、金属膜を付することなく、単一の吸収
膜のみでも実用的なコントラストのマスクを得ることが
でき、マスクの構造、製造方法が著しく簡単化される。

金属膜を形成する必要がある場合でも、極く薄い膜です
むため、パターンの精度を損なうことは少なく、また、
製造方法も容易である。

（５）　微小収束したイオンビームによりパターン部分
の穴あけ加工を行うので、窒化シリコンのみならず他の
材料の吸収膜にも穴あけ加工をサブミクロンの寸法で行
うことができ、微細パターンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の特性Ｘ！！リソグラフィ用マスクの一例
を示す断面図、第２図はＳＯＲのマスク支持膜による吸
収の効果を示す特性図、第３図（ａ）、（ｂ）はこの発
明の一実施例を示す平面図とＡ−Ａ線による断面図であ
る。 図中、６は支持枠、７は吸収膜、８はパターン筑１図 ］ 第２図 １１０１００１（８）１艶艶 一シ皮　畏（久） 第３図 （ａ） （ｂ） １事件の表示 昭和ｓｇ年特許願第５？乙７５号 ２発明の名称 パターンの形成方法 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都千代田区霞か関１丁目３番１号 ４指定代理人 明細書の発明の詳細な説明の欄。 明細書中、第７０頁９行目の「ポリメタルクリレート」
を「ポリメチルメタクリレート」と訂正する。 −コー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　広い波長範囲を含む軟Ｘ線によりレジスト膜
   に所要のパターンを転写するに際し、マスクとして、入
   射する前記軟Ｘ線の大部分を吸収する吸収膜に、前記パ
   ターンにしたがった貫通部分もしくは薄膜部分を形成し
   たステンシルマスクを用い、前記貫通部分もしくは薄膜
   部分を通過した前記軟Ｘ線を前記レジス°ト膜の露光に
   用い前記パターンを形成することを特徴とするパターン
   の形成方法。
2. （２）　吸収膜に形成された貫通部分もしくは薄膜部分
   は、イオンビームによって形成されたものである特許請
   求の範囲第（１）項記載のパターン形成方法。