JPS6353922A - リソグラフイ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、照射エネルギーをマスクを通して感光性材料
に照射し、該マスク上に予め形成されたパターンを感光
性材料に投影するソソクラフィ法に関する。

〔従来の技術〕

Ｘ線リングラフィは直進性、非干渉性および低回折性等
のＸ線固有の性質に基づき、これまでの可視光や紫外光
によるリソグラフィと比べて多くの利点を有している。

そのため、近年ではサブミクロンリソグラフィやククオ
ーターミクロンリソグラフィの有力な手段として注目さ
れてきている。しかしＸ線リソグラフィは可視光や紫外
光によるリソグラフィに比較して多くの優位点を持ちな
がらも、Ｘ線源のパワー不足、レジストの低感度、アラ
イメントの困難さ、マスク材料の選定および加工方法の
困難さ等から生産性が低く、従ってコストが高いという
欠点があり実用化が遅れている。

ところで、これまでリソグラフィに関する文献等におい
て紹介さ・れたものの中で最も実績のある実用レジスト
としてはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が挙げ
られる。このレジストはエレクトロンビーム用レジスト
としても実績があり、特に０．１ｕ１以下に対応出来る
ものとして他に競合出来るものは見当らない。しかしな
がら、Ｘ線すソグラフィにおいて大きな問題として残っ
ているのは、感度の問題である。通常Ｘ線リソグラフィ
におけるレジストのＸ線利用効率は０．３％以下といわ
れており、これが感度の低下を来たしている。例えばＰ
ＭＭＡの場合、Ｘ線としてＰｄ　Ｌａ線を使用すると実
効感度は１０００〜２０００ｍＪ／ｃｒｎ’といわれて
いる。ここで感度は露光時のＸ線照射量で示している。

すなわち照射量が低い程高感度である。高感度の実用レ
ジストとしてはクロロメチル化ポリスチレン（東洋ソー
ダ製、ＣＭＳ　）があるが、上述と同様の条件での実効
感度は約１００ｍＪ／ｃｍ″である。Ｘ線リソグラフィ
が実用化される条件としては１０ｍＪ／ａｍ’以下の実
効感度を有するＸ線レジストか必要であり、その出現が
待たれている。

現状では線源の強さ、Ｘ線マスクの透過性およびレジス
トの３方向から生産性を上げる為の研究が進められてき
ているが、数多くの制限要因から大きな発展は早急には
望めそうもない。しかしこの中でもレジストの感度の向
上はＸ線がデバイスに与えるダメージから見ても必要な
条件である。

これは今後マスクおよび線源の性能がたとえ上ったとし
ても必要であり欠くべからざることであることは云うま
でもない。

次にＸ線用マスクについて述べる。可視光および紫外光
リソグラフィではマスク材保持薄膜（光線透過体）とし
てガラス板および石英板が利用されている。しかしＸ線
リングラフィにおいて利用できる光線の波長は例えば１
〜２００人である。これまでのガラス板や石英板はこの
Ｘ線波長域での吸収が大きく、かつ平面性を維持するた
めには厚さも１〜２ｍｍと厚くせざるをえないため、Ｘ
線の透過率が悪い。従フてこれらはＸ′６．リングラフ
ィ用マスク材保持薄膜の材料としては不適当である。

Ｘ線透過率は一般に物質の密度に依存するため、Ｘ線リ
ングラフィ用マスク材保持薄膜の材料として密度の低い
無機物や有機物が検討されつつある。これらの密度の低
い物質をＸ線リングラフィ用マスク材保持薄膜の材料と
して実際に用いるだめには薄膜化する必要があり、無機
物の場合で約数μ以下、有機物の場合で数十−以下の厚
さに形成することを要求されている。

一方、以上の様な保持薄膜上に保持されるＸ線吸収体と
しては、一般に密度の高い物質、例えば金、白金、タン
グステン、タンタルおよびニッケル等があり、望ましく
は０．５〜１鱗厚の薄膜からなるものが好ましい。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来のＸ線リソグラフィにおいてはマスク
材保持薄膜のＸ線透過率が低く、このため十分なＸ線透
過量を得るためにはマスク材保持薄膜をかなり薄くする
必要があり、その製造が困難であるという問題があった
。

本発明は上述従来形の問題点に鑑み、Ｘ線リングラフィ
において、レジスト等の感光性材料の実効感度を向上せ
しめ、良好なリングラフィを実施することのできるリソ
グラフィー法を提供することを目的とする。更に使用す
るマスク材保持薄膜のＸ線透過率や厚さ等の厳しい条件
を緩和できるリングラフィ法を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、Ｘ線源から放射されたＸ線をパタ
ーン状のマスク材が形成されているマスク材保持薄膜を
介して感光性材料に照射し該感光性材料に前記マスク材
のパターンを転写するリソグラフィー法において、前記
マスク材保持薄膜が螢光物質層と電子線吸収性の保持層
とを有し、該螢光物質層が前記Ｘ線源側に、該保持層が
前記感光性材料側になるように配されているリソグラフ
ィー法によフて達成される。

本発明の特に狙いとすることは、照射エネルギーに曝さ
れたマスク材保持薄膜の螢光物質層から発生する二次照
射線によりレジストの実効感度を増強せしめることであ
る。すなわち、レジスト上にパターンを投影するのはあ
くまでも主線であり、補助線としての二次照射線は感度
の増感の役割をもち、所定の閾値以下でなければならな
い。

また、この閾値はレジストのベーキングおよび現像条件
等により変化し一義的には決められない。

この閾値は、例えば使用レジストの種類、厚さ、ベーキ
ング等の処理条件、現像条件およびＸ線源の種類とパワ
ー等の条件（ファクタ）を固定した場合、螢光体の発光
波長域、発光効率、厚さおよび密度により決定される。

本願においては、上述した閾値以下の照射エネルギーの
照射ではほとんど感光せず閾値を越えたところから感光
が始まるというレジストの特性に基づき、この閾値を越
えない程度の二次照射線を感度の増強用に使用している
。従ってパターンを投影するための主線（Ｘ線）の出力
は二次照射線と合わせて閾値を越える程度でよく大出力
を必要としない。すなわち、小さな出力で鮮明なパター
ンを得ることができる。

また、螢光線はγ線、Ｘ線、真空紫外線、遠紫外線また
は紫外線の照射によって発生するが、その波長域は特に
制限はない。ただし、本発明のりソグラフィ用レジスト
の感光域に対応した螢光の発生波長域を考えた場合、実
用的なのは２００ｍμ〜５５０ｍμの範囲である。更に
その中で効果的なのは光リングラフィ用レジストの多く
が占める、また螢光体の種類が多い３００ｍμ〜４５０
ｍμの範囲である。

螢光体の種類は特に問わないが代表的な例を挙げれば、 ＺｎＳ：Ａｇ。

ＺｎＳ：Ｃｕ、ＡＩ、 Ｚｎ２５ｉ０４　：Ｍｎ、 ＣａＷＯ４、 Ｃａ２　ＭｇＳｉ２０７　：Ｃｅ。

ＺｎＯ：Ｚｎ、 ＺｎＳ：Ｃｕ、 Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ。

ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ａｇ。

ＺｎＳ：Ａｇ、Ｇａ、ＣＩ、 ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ２Ｏ３、 ＢａＳｉ２０５　：　Ｐｂ、 （Ｓｒ、　　Ｃａ）　　Ｂ４　０７　　：　　Ｅｕ”　
、Ｃａ２　Ｂ５０３　Ｃ１：　Ｅｕ”、 Ｓｒ４　Ｓ　ｉ３０６　ＣＩ４　：　Ｅｕ”、ＢａＭｇ
Ａ１１４０２３：Ｅｕ”、 ＢａＯ−６Ａ１２０３　：Ｍｎ、 ＢａＳＯ４：Ｐｂ、 ＢａＦＣＩ　：　Ｅｕ”、 Ｌａ２０２　Ｓ　：Ｔｂ、 Ｇｄ２Ｏ２Ｓ　：Ｔｂ。

ＭｇＢ４０７　：Ｔｂ、 Ｌｉ２　Ｂ４０７　：　Ｃｕ。

Ｂａ２　Ｓ　Ｆ７０５　　：　Ｐｂ。

Ｎａｌ：Ｔｌ。

ＣａＦ２　　：Ｅｕ。

ＭｇＦ２　　：Ｅｕ、 ＫＣＩ：Ｔｌ。

ＣａＳ：Ｂｉ、 βＣａＳｉＯ３：Ｐｂ、 ＢａＳ　ｉ２０５　　：　Ｐｂ、 Ｚｎ２　Ｓ　ｉ０４　　：Ｔｉ、 ＣａＯ−ＭｇＯ・　２Ｓｉ０２　　二Ｔｉ　、（ａ３　
　（ｐｏ４）２　：Ｃｅ。

（ａ３　　（ｐｏ、）２　：Ｃｅ−Ｍｎ、Ｃａ３　　（
ＰＯ４）２　　：Ｔ１、 ｇＷＯ４ 等およびこれらの組合せによる混合物が挙げられる。

尚、前記螢光体材料の化学式中のコロンは、コロンの右
側の元素またはイオンが添加物であることを示すための
記号である。

本発明においては、使用するマスク材保持薄膜の保持層
が電子線吸収性であり、感光性材料側に存在するため、
電子線か感光性材料にほとんど照射されないため解像度
の優れた像が得られる。それは電子線は螢光物質層から
散乱して発生し、また感光性材料内に入ってかうも散乱
するため、パターンの解像性を損うからである。

このような電子線吸収性の保持層はＸ線及び螢光線を通
すもので、その材料としては、有機物質や無機物質であ
るセラミックスなどが使用される。好ましい有機質物と
しては、ポリイミド、ポリアミド、パリレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリエチ
ルベンテン共重合体などがあり、有機薄膜の厚さは数十
μ以下であることが望ましい。またセラミックスとして
はＡＩＮ　、　Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ、　５ｉ０２、Ｓｉ（
：　、八１０　、酸窒化アルミニウム（７Ａ１２０３・
３ＡＩＮ）　、サイアロン（Ｓｉ２　Ａｌ１　０４Ｎ４
）などがあり、セラミックスの厚さは５−以下であるこ
とが望ましい。更にＣ（ダイヤモンド）等も使用できる
。いずれにせよ、膜厚は照射するＸ線や紫外線等のエネ
ルギー線が透過できる程度の厚さにすることが必要であ
る。

第１図は螢光物質層と保持層を有するマスク材保持薄膜
を用いた露光装置の模式図を示す。同図において、１は
環状保持基板、２はＢａＳｉ２０．：　Ｐｂ等を蒸着し
た螢光物質層、３は例えば０．７μ厚の金等により形成
されたマスクパターンである。４はポリエチレンテレフ
タレート等のＸ線、螢光線透過性かつ電子線吸収性膜（
マスク材保持薄膜）、５はウェハ、６はレジストである
。７は螢光物質層２から発生する二次照射線（螢光線）
を示す。

Ｘ線源（ターゲット）から発生したＲｈ　Ｌａ線等のＸ
線はＸ線用マスクを通ってシリコンウェハ５上に塗布さ
れたレジスト６に照射される。レジスト６はたとえばＯ
ＭＲ−８３（東京応化）等であり、ここにマスクパター
ン３で吸収されずにマスクを透過したＸ線が照射され、
マスク上のパターンが投影される。この場合、螢光物質
層２から発した螢光像７は３５０ｍμのピークを有する
発光によりＯＭＲ−８３上に照射される。

〔実施例〕

以下に本発明の具体的実施例を挙げて本発明を更に詳細
に説明する。

実施例１ 第１図の装置の４に６−のポリエチレンテレフタレート
を使い、２に５ｎｍの厚さのＢａＳｉ２Ｏ５：　Ｐｂを
用い、３に０．７μｓ厚の金を用いた。この場合、Ｂａ
Ｓｉ２Ｏ５：　ＰｂをＰＶＡに分散させ、９５℃くらい
の乾燥炉で水分をとばし螢光物質層をもうけた。６のレ
ジストに環化ゴム系レジスト（東京応化製ＯＭＲ−８３
）を予め、　１６５鱗の厚さで塗布しておいた。露光は
Ｘ線アライナ（ＲｈＬａ線）を用いて５　ｘ　ｌＯ＝　
Ｔｏｒｒの減圧下でソフトコンタクト露光を行ない、そ
の後規定の現像処理を行なった。その結果、螢光物質層
のない通常のポリイミド膜を用いた同様のマスクを用い
た場合では規定のパターンを得るために約６００ｍＪ／
ｃｒｎ’の照射が必要であったが、本実施例では約２０
０ｍＪ／ｃｒｒ＋″の照射で十分であった。

実施例２ 実施例１と同様に４に６鱗のポリエチレンテレフタレー
トを使い、２に３ｎｍの厚さの２ｎＳ　：　八ｇを用い
た。この場合、ＺｎＳ　：　ＡｇをＥＢ蒸着機を用いて
ポリエチレンテレフタレートに蒸着し薄膜を形成した。

６のレジストにポリメチルイソプロペニルケトン（ＰＭ
　Ｉ　ＰＫ）のｌ−厚膜を用い、実施例１同様の露光を
行ったところＺｎＳ　：　Ａｇの膜を設けないマスクを
用いた場合に比べて感度が３倍であった。

実施例３ 実施例１と同様に４に６−のパリレンを使い、２に５ｎ
ｍの厚さのＹＡｌＯ３：　Ｃｅを用いた。この場合、　
ＹＡｌＯ３：　ＣｅをＥＢ蒸着機を用いてパリレンに蒸
着し薄膜を形成した。６のレジストにＯＭＲ−８３（東
京応化）の１．２鱗厚膜を用い、実施例２同様の露光を
行ったところＹＡｌＯ３：　（：ｅの層を設けないマク
スを用いた場合に比べて感度が４倍であった。

実施例４ 実施例１と同様に４に６鱗のルミラー（東し製）を使い
、２に２　ｎｍの厚さのＺｎＳ　：　八ｇを用い３に０
．８μ厚の金を用いた。６のレジストにＯＭＲ−８３（
東京応化）のｌｕＩ厚膜を用い、実施例２同様の露光を
行ったところＺｎＳ　：　Ａｇの層を設けないマクスを
用いた場合に比べて感度が５倍であった。

実施例５ 第２図に示すようなマスク構造体を用いて実施例４と同
様のパターン照射を行った。第２図において、４ａは６
ｎｍ厚のポリイミド膜であり、２はその上にスパッタ蒸
着により１μ厚に蒸着された（：ａＦ　：Ｅｕ層であり
、４は０．２閘厚のポリイミド膜である。その結果、Ｃ
ａＦ：Ｅｕの層を設けないマスクを用いた場合に比べて
感度が４倍であった。

ここで用いたような構造のマスク構造体は螢光物質層の
保持が確実である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、照射エネルギー（
Ｘ線）に曝されるマスク構造体に螢光物質層をもうける
ことによりこの螢光物質から発生した螢光体を感光性材
料に照射することにより、感光性材料の実効感度を向上
せしめ、良好なリングラフィを実施することができる。

また、マスク構造体においてそのマスク材保持薄膜のＸ
線透過率や厚さ等の厳しい条件を緩和することができる
。また、螢光物質層の下側に保持層を用いることにより
ゴミとなりえる螢光微粒子の影響を考慮する必要がなく
なる。

更に本発明によるリソグラフィ用マスク構造体によれば
、新たに別な光源を設は露光エネルギーを強くする必要
もなく、即ち従来のりソグラフィ装置をそのまま使用す
ることにより良好なリングラフィを実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリソグラフィー法の実施に使用される
リソグラフィー用マスク構造体の模式断面図であり、第
２図は同リソグラフィー用マスク構造体の別の態様の模
式断面図である。 １：環状保持基板、 ２：螢光物質層、 ３：マスクパターン、 ４．４ａ：保持層、 ５：ウェハ、 ６：レジスト、 ７：螢光線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｘ線源から放射されたＸ線をパターン状のマスク材が形
   成されているマスク材保持薄膜を介して感光性材料に照
   射し該感光性材料に前記マスク材のパターンを転写する
   リソグラフィー法において、前記マスク材保持薄膜が螢
   光物質層と電子線吸収性の保持層とを有し、該螢光物質
   層が前記Ｘ線源側に、該保持層が前記感光性材料側にな
   るように配されていることを特徴とするリソグラフィー
   法。