JPS635561A

JPS635561A - 光電子ビ−ム転写方法

Info

Publication number: JPS635561A
Application number: JP14902986A
Authority: JP
Inventors: Akio Yamada; 章夫山田; Juichi Sakamoto; 坂本　樹一; Jinko Kudo; 工藤　仁子; Hiroshi Yasuda; 洋安田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1988-01-11

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】〔概要〕光電子ビーム転写方法の改良である。

光電マスクとして、シリコン、ガリウムヒ素、ガリウム
ヒ素リン、ガリウムリン、ガリウムアルミニウムヒ素、
インジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアン
チモン、カドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜
鉛セレンテルル等の半導体結晶層上に、タングステン、
タンタル、モリブデン等の高融点金属の薄層をもって形
成されたパターンを有する光電マスクを使用する光電子
ビーム転写方法である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光電子ビーム転写方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

超ＬＳＩを含み半導体装置の製造方法においては、微細
加工（リソグラフィー）プロセスが重要である。この微
細加工技術（リングラフイー技術）の一つとして、実際
の寸法より大きな寸法にマスク上に形成されている微細
パターンを、５：１．１０：１等の縮尺比をもってウェ
ーハ等に転写する縮小投影露光法が知られている。この
縮小投影露光法には、波長的４，０００人の光が使用さ
れるので、伝統的なリソグラフィー技術に於ける場合よ
り解像度はすぐれているが、光を使用するため、回析拳
干渉等の影響を免れず、解像度の上限は約０．６蒔■で
ある。

上記せるリソグラフィー法において、解像度を向上する
ために、電子ビーム露光法・Ｘ線露光法・光電子転写法
等の技術が開発された。

まづ、電子ビーム露光法は、点状あるいは矩形状断面を
有する電子ビームを偏向し、位置を変えてスキャンしな
がらウェーハ上に照射し、さらにステージの動きと合わ
せ、ウェーハ上に微細パターンを描画しようとするもの
である。従って、電子源、電子ビームを収束・整形・偏
向させるコラムや、ウェーハを支持し、露光位置をかえ
るステージの他、これらを制御する装置が必要である。

この方法によれば、解像度の向上を実現することはでき
るが、膨大なパターンデータをもとにした、いわゆる「
−筆書き」的な露光のため、露光に時間がかへり、処理
能力（スループット）が低く、大量生産には不適当であ
る。

次に、Ｘ線露光法は、例えば１０〜５０ＫＷの大がかり
なＸ線光源が用いられ、波長が１〜１０人のＸ線が用い
られる接近露光法（プロキシミティ露光法）である、従
って、Ｘ線露光法を実行するには、上記光源の他に、マ
スク及びウェーハを支持し両者を高精度で位置合わせで
きるアライナを必要とする。この点では、従来の光学露
光法に近いが、上記のように光源が大がか゛りで高価に
なることと、光源波長に対する吸収係数の関係からマス
クを構成する材料に考慮を要すること、更には、プロキ
シミティ露光法であるためにウェーハの直径が大きくな
る程マスクウェーへの反りによるマスク−ウェーハ間の
ギャップ変動によって生じるぼけが大きくなる等の欠点
をともなう、Ｘ線発生用光源にシンクロトロン放射光を
利用することが考えられているが、装置が大がかりにな
るわりには、効率よい利用が難しく、大量生産に適当で
あるとは言えない。

電子ビーム露光法が有する高解像性を高スループツトを
もって実現することができるリソグラフィー法として、
光電子ビーム転写方法が開発された。

この光電子ビーム転写方法には、光を照射されて電子を
放出する光電子転写用マスクが必須であるが、この光電
子転写用マスクとしては、従来、第４図に示すように、
ＩＴＯ等の透光性基板８上にクローム等の金属膜９が所
望のパターン状に形成されており、その上にヨウ化セシ
ウムの１１１０が形成された光電子転写用マスク１１が
使用されている。ここで、光電子ビーム放出材としてヨ
ウ化セシウムが使用される理由は、これが、空気中でも
比較的安定な光電子ビーム放出材だからである。

この光電子転写用マスク１１を使用するには、ヨウ化セ
シウムの！１１０の形成されていない面に紫外光を照射
し、マスクパターンをなす金属！Ｉ９の影にならない領
域のみにおいて、ヨウ化セシウムを励起して、この領域
のみから光電子を放出させ、マスクパターンに対応した
パターン状に露光をなすものである。

光電子ビーム転写方法の実行にあたっては、第５図に示
すように、Ｘ−Ｙステージ５上に乗せられた半導体ウェ
ーハ６に形成されたレジスト膜７に対向して光電子転写
用マスク１１を配置し、磁界Ｈと電界Ｅとを図示するよ
うに印加した状態で光の照射を行なう。

すなわち、第４図・第５図に示す光電子転写用マスク１
１の金属Ｈ９が存在しない領域に存在するヨウ化セシウ
ム膜１０からパターン状に放出された光電子を、この光
電子とマスク争ウェーハ間に印加されている電界との間
に発生するクーロン力をもって加速し、さらに、同じ方
向に印加されている磁界との間に発生する電磁力をもっ
て偏向し、ウェーハ６上に収束させて、マスクパターン
をウェーハ６上に転写するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記せる従来技術に係る光電子転写用マスクは、下記の
欠点を免れなかった。

イ、ヨウ化セシウムは仕事関数が大きいので。

光電子を放出するためには、　ｔ、ｓｏｏ人程度の短波
長の紫外光を照射する必要があり、この紫外光はガラス
に対して不透過性であるためレンズ等の光学系を使用す
ることができず、また、この程度の短波長光を放出しう
る光源は低圧水銀灯に限られる。さらに、この紫外光は
空気中においては吸収されるから、光電子転写装置内部
を真空にする必要がある。

ロ、ヨウ化セシウムは結晶として堆積せず粒状に堆積し
て均一に平坦な平面とならない。

ハ、ヨウ化セシウムは潮解性があるため、残留水分を吸
収して粒子が大きくなり均一性と平坦性とがさらに悪く
なる。

二、寿命が短く、使用とともに劣化して光電子放出効率
が低下し、しかも、その再生は困難である。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
極めて微細なパターンを正確に露光しうる光電子ビーム
転写方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、不
純物を１×１０〜Ｉ　Ｘ　１０”／　ｃｃでの濃度範囲
に含有するシリコン等の■族生導体結晶、ガリウムヒ素
、ガリウムヒ素リン、ガリウムリン、ガリウムアルミニ
ウムヒ素、インジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガ
リウムアンチモン等の■−Ｖ族半導体結晶、または、カ
ドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜鉛セレンテ
ルル等のＩＩ−Ｖｌ族半導体結晶層ｌ上に、パターン状
に、タングステン、タンタル、モリブデン等の高融点金
属またはそのシリサイドの薄膜２が形成されてなる光電
マスク３に、波長範囲が１，８００〜３．５０ＯＡの光を照射し、電
界と磁界とを使用して、レジスト膜７に前記のパターン
を等倍転写することにある。

この発明には、下記の実施態様が付属する。

（イ）上記の不純物を含有するＩＶ族、ＩＩＩ−■族ま
たは■−■族半導体結晶層１は、サファイヤなどの透明
基板４上にエビタキシャル成長された層であると、光電
マスク３の裏面に光照射をなすことができ、現実的に有
利である。

（ロ）上記の不純物を含有するＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族ま
たはＩＩ−ＶＩ族半導体結晶暦ｌは、空気に曝されると
自然酸化するので、光電子ビーム転写方法の実行に先立
ち、光電マスク３を６００〜６５０℃程度に加熱し、自
然酸化膜を排除して半導体結晶Ｒ１の表面をクリーニン
グすれば、この欠点は解消する。

（ハ）上記の欠点は、光電子ビーム転写方法の実行に先
立ち、光電マスク３の表面に不純物を含有する前記のＩ
Ｖ族、ＩＩＩ−ｖ族または■−■族半導体結晶層１を薄
くエピタキシャル成長して、表面を変性していない前記
のＩＶ族、ＩＩＩ−■族またはＩＩ−Ｖｌ族半導体結晶
層とすることによっても解消する。

〔作用〕

上記の欠点の主たる点は上記せるとおり光電マスクの光
電材の仕事関数が大きいこと、光電膜が均一に平坦とな
りにくいこと等にあるが１本発明において使用される光
電マスクの光電材は仕事関数の小さなＩＶ族、ＩＩＩ−
ｖ族、ｎ−ｖｔ族の半導体であり、しかも、これらの半
導体が結晶層として使用されているので光電膜が均一に
平坦となり。

上記の欠点はすべて解消されている。

〔実施例〕

以下、図面を参照しりへ、本発明の一実施例に係る光電
子ビーム転写方法についてさらに説明する。

第２図参照不純物の濃度範囲は１×１０〜ｌＸ１０２°／ｃｃであ
るシリコン、ガリウムヒ素、ガリウムヒ素リン、ガリウ
ムリン、ガリウムアルミニウムヒ素、インジウムヒ素、
インジウムアンチモン、ガリウムアンチモン、カドミウ
ムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜鉛セレンテルル等
の基板１上に。

タングステン、タンタル、モリブデン等の高融点金属を
もって所望のパターンの逆パターンをなす薄Ｍ２を形成
して、光電マスク３を製造する。

第１図参照Ｘ−Ｙステージ５上に乗せられた半導体ウェーハ６上に
形成されたレジスＩＩ−ＶＩ１ｉ７に対向して上記の光
電マスク３を配置し、磁界Ｈと電界Ｅとを図示するよう
に印加した状態で波長範囲が１．８００〜３，５００人
の光の照射を行なう（電界の方向はマスクからウェーハ
に向う方向であるが、磁界の方向はいづれの方向でもよ
い）。

上記の光電マスク３に使用されている光電材の仕事関数
は小さいので、上記のとおり比較的長波長の光を照射光
として使用することができ、また、レンズ等の光学系も
使用することができ、自由度が向上する。

また、このＩＶ族、ＩＩＩ−ｖ族、または、ＩＩ−ＶＴ
族半導体結晶を光電材とする光電マスク層１は、全面が
均一で平坦な光電マスク３を構成するので、パターンの
転写精度は向上する。さらに、この光電材には高濃度に
不純物が導入されているので、チャージアップ現象もな
い。

これらの効果が相剰的に働いて極めて微細なパターンを
正確に転写することができる。

第３図参照光電マスク３は、サファイヤ基板等の透明基板４上にエ
ピタキシャル成長され、不純物の濃度範囲は１ｘ１０〜
Ｉ　Ｘ　１０２°／ｃｃである、シリコン、ガリウムヒ
素、ガリウムヒ素リン、ガリウムリン、ガリウムアルミ
ニウムヒ素、インジウムヒ素、インジウムアンチモン、
ガリウムアンチモン、カドミウムテルル、亜鉛カドミウ
ムテルル、亜鉛セレンテルル等のエピタキシャル結晶層
１の上に、タングステン、タンタル、モリブデン等の高
融点金属をもって所望のパターンの逆パターンをなす薄
層２を形成してもよい、このときは、光電マスク３の裏
面から光照射をすることができて、大変有利である。

たＣ１上記のシリコン、ガリウムヒ素、ガリウムヒ素リ
ン、ガリウムリン、ガリウムアルミニウムヒ素、インジ
ウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアンチモン
、カドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜鉛セレ
ンテルル等の半導体は空気の曝されると自然酸化するの
で、光電子ビーム転写方法の実行に先立ち、光電マスク
３を６００〜６５０℃程度に加熱し、ＩＶ族、ＩＩＩ−
ｖ族、または、ｎ−ｖｘ族半導体結晶暦１の表面に自然
形成されている自然酸化膜を排除すれば、本発明の効果
はさらに有効である。

上記の欠点（上記のシリコン、ガリウムヒ素、ガリウム
ヒ素リン、ガリウムリン、ガリウムアルミニウムヒ素、
インジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアン
チモン、カドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜
鉛セレンテルル等の半導体は空気の曝されると自然酸化
する欠点）は、光電子ビーム転写方法の実行に先立ち、
光電マスク３上にシリコン、ガリウムヒ素、ガリウムヒ
素リン、ガリウムリン、ガリウムアルミニウムヒ素、イ
ンジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアンチ
モン、カドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜鉛
セレンテルル等の半導体の薄膜をエピタキシャル成長し
ても解消される。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る光電子ビーム転写方
法は、不純物を１×１０〜Ｉ　Ｘ　１０２０７　ｃｃの
濃度範囲に含有するシリコン等の■族生導体結晶、ガリ
ウムヒ素、ガリウムヒ素リン、ガリウムリン、ガリウム
アルミニウムヒ素、インジウムヒ素、インジウムアンチ
モン、ガリウムアンチモン等の■−ｖ族半導体結晶、ま
たは、カドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜鉛
セレンテルル等のＩＩ−ＶＩ族半導体結晶層上にパター
ン状に。

タングステン、タンタル、モリブデン等の高融点金属ま
たはそのシリサイドの薄膜が形成されてなる光電マスク
に、波長範囲がｔ、ａｏｏ〜３，５００人の光を照射し
、電界と磁界とを使用して、レジスト膜に前記のパター
ンを等倍転写することとされており１本発明において使
用される光電マスクの光電材は仕事間数の小さなＩＶ族
、ＩＩＩ−ｖ族、■−■族の半導体であり、しかも、こ
れらの半導体が結晶層として使用されているので光電膜
が均一に平坦となるので、極めて微細なパターンを忠実
に転写することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る光電子ビーム転写方
法を説明する図である。第２図は、本発明の一実施例に係る光電子ビーム転写方
法に必須の光電マスクの断面図である。Ｓ３図は、本発明の他の実施例に係る光電子ビーム転写
方法に必須の光電マスクの断面図である。第４図は、従来技術に係る光電マスクの断面図である。第５図は、従来技術に係る光電子ビーム転写方法を説明
する図である。１参〇・シリコン、ガリウムヒ素、ガリウムヒ素リン、
ガリウムリン、ガリウムアルミニウムヒ素、インジウム
ヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアンチモン、カ
ドミウムテルル、亜鉛カドミウムテルル、亜鉛セレンテ
ルル等の暦（基板）。２・・拳金属の薄層、３１１・・光電マスク、４番・・透明基板（サファイヤ基板）、５・・・Ｘ−Ｙ
ステージ、６・・・半導体ウェーハ、７・台・レジスト膜。第　４　図逢１ヒ　・六二１４　　ｃ゛−ムφ２．各勿広第５図互本発明　の　毛゛Ｅマスク第　２　図】本発明第１５！Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】［１］不純物を含有するIV族、III−Ｖ族、または、II
−VI族半導体結晶層（１）上にパターン状に金属薄膜（
２）が形成されてなる光電マスク（３）に、波長範囲が
１，８００〜３，５００Åの光を照射し、電界と磁界と
を使用して、レジスト膜（７）に前記パターンを等倍転
写することを特徴とする光電子ビーム転写方法。［２］前記パターン状の金属薄膜（２）は、高融点金属
またはそのシリサイドの層であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光電子ビーム転写方法。［３］前記不純物は１×１０＾１＾８〜１×１０＾２＾
０／ｃｃの濃度範囲であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項、または、第２項記載の光電子ビーム転写方
法。［４］前記不純物を含有するIV族、III−Ｖ族またはII
−VI族半導体結晶層（１）は透明基板（４）上にエピタ
キシャル成長された層であり、前記光の照射は前記光電
マスク（３）の裏面に対してなすことを特徴とする特許
請求の範囲第１項、第２項、または、第３項記載の光電
子ビーム転写方法。［５］前記光電子ビーム転写方法の実行に先立ち、前記
光電マスク（３）を加熱し、前記光電マスク（３）の前
記半導体結晶層（１）の表面をクリーニングすることを
特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、ま
たは、第４項記載の光電子ビーム転写方法。［６］前記光電子ビーム転写方法の実行に先立ち、前記
光電マスク（３）の表面に前記不純物を含有するIV族、
III−Ｖ族またはII−VI族半導体結晶層（１）をエピタ
キシャル成長することを特徴とする特許請求の範囲第１
項、第２項、第３項、第４項、または、第５項記載の光
電子ビーム転写方法。［７］前記IV族の半導体はシリコンであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、
第５項、または、第６項記載の光電子ビーム転写方法。［８］前記III−Ｖ族半導体は、ガリウムヒ素、ガリウ
ムヒ素リン、ガリウムリン、ガリウムアルミニウムヒ素
、インジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムア
ンチモン等であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項、第２項、第３項、第４項、第５項、または、第６項
記載の光電子ビーム転写方法。［９］前記II−VI族半導体は、カドミウムテルル、亜鉛
カドミウムテルル、亜鉛セレンテルル等であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４
項、第５項、または、第６項記載の光電子ビーム転写方
法。