JPS588129B2 - 放射感応層をｘ線に露出する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は放射感応層をＸ線に露出する方法に関する。

集積半導体回路を製造する際、各々の工程で処理すべき
半導体ウエーハの区域がフォトレジスト層によって限定
される。

フォトレジストは夫々の場合に希望するパターンで露出
され、その後で現像される。

ミニエイチャ化が進んだ結果、０．３乃至０．７ミクロ
ンの範囲の波長の放射を用いて従来もっぱら使われてい
た方法の、２ミクロンの最高の分解能に達し、場合によ
ってはそれを越えることさえある為、最近は、電子ビー
ム又はＸ線によって露出を行なう方法を使う傾向が出て
来た。

然し、電子ビーム又はＸ線に露出する場合、分解能は非
常に高く、理論的には０．１ミクロン及びそれ以下の幅
を持つ線を転写することが出来るが、電子ビームもＸ線
も集積回路の工業的な生産に使うには、多数の不利な制
約がある。

電子ビームを使う場合の主な欠点は、電子が放射感応層
内で散乱され、この為、特に幅の狭い構造の場合、露出
区域のかなりの拡がりが起ることである。

この現象は個々の露出区域の間の距離が非常に小さい時
特に致命的である。

即ち、正確に限定されていない望ましくない拡がりが起
ると、隣合った構造の間で接触が生じ、こうして完成さ
れた集積回路が使いものにならなくなる惧れがあるから
である。

大掛りな計算によるパターンや露出線量を使わなければ
、現像後に所望の寸法のパターンが実際に得られない。

フォトレジスト層と一番小さい線幅との比が１の値を越
えることが出来ないことも、電子の散乱によるものであ
る。

露出並びに現像に続く食刻又は注入工程で、少なくとも
１ミクロンの厚さを持つフォトレジスト層を使うことが
不可欠であるから、実際的には１ミクロン未満の写真製
版に電子ビームを使うことは出来ない。

Ｘ線に露出する場合、線幅とフォトレジスト層の厚さと
の比は１：１０より小さくすることが出来るから、フォ
トレジスト層を露出する為にＸ線を使う時、上に述べた
様な欠点はない。

然し、Ｘ線は集束することが出来ず、利用し得る様なＸ
線源は立体角が約６０°のＸ線コーンを発生する。

その結果、Ｘ線源から大体平行な放射しか存在しない様
な距離の所では、強度が非常に低く、何時間或いは何日
もの露出時間が必要になる。

この様に露出時間が長くなるのは、３ミクロン又はそれ
未満の厚さでも、Ｘ線の５０％以上を通過させるマスク
基板がないからである。

この為、集積半導体回路を製造する際、小さな区域、例
えばチップの区域だけをＸ線に露出することが出来ない
。

露出を比較的経済的なものにする為には、Ｘ線源のＸ線
コーン全体を利用することが必要である。

即ち、数百涸の半導体ウエーハ、即ち２００００個乃至
１０００００個のチップを同時に露出することが必要で
ある。

半導体ウエーハのごく小さい区域、例えば１個又は数個
のチップ程度の大きさを持つ区域を露出することは、そ
れ自体望ましいことであるが、何回も非常に正確な整合
を必要とする為、並びにＸ線コーンの利用効率がよくな
い為、経済的には受入れることが出来ない。

避けることの出来ないウエーハの反りの結果、ウエーハ
全体をＸ線に同時に露出するには、マスクとウエーハと
の間に少なくとも３０乃至５０ミクロンの距離を必要と
するので、実際には露出不良の個数が非常に大きく、１
ミクロン未満の構造を持つ集積半導体回路を工業的に生
産するのに、数百個の半導体ウエーハを同時に露出する
ことは出来ない。

斜めに入射するビームによって転写されるマスク像が横
方向に変位し、これは発散性の強いビームの場合、場所
によって相当違うが、これはマスクの製造時の適当な手
段によって補償することは出来るが、局部的の距離の変
化によって生じ、数ミクロンにも達する様なマスク及び
／又は半導体ウエーハの可逆的又は非可逆的な局部的な
長さの変化又は局部的な整合誤差が起ることを見過ごし
てはならない。

この為、フォトレジスト層の厚さの１／１０未満の幅を
持ち、垂直な滑らかな壁を持つ溝路を、Ｘ線に露出した
フォトレジスト層の現像の際に作ることが出来るけれど
も、従来公知のＸ線露出方法は、１ミクロン未満の線要
素を持つ集積半導体回路の工業的な大量生産に使うこと
は出来ない。

１ミクロン未満の写真製版の精度条件に合う様なＸ線写
真製版用の整合方法はこれ迄知られていない。

この発明の目的は、電子ビーム及びＸ線に対する露出の
全ての利点を活かしながら、その欠点を除去した、光感
応層を露出する方法を提供することである。

一番上の薄層を電子ビームに露出し、現像工程によって
、その下に配置された金属層を露出し、その後食刻する
ことにより、電子ビームによって発生された露出パター
ンの正確な像を持ち且つその後のＸ線露出に適した非常
に微細な構造のマスクが作られる。

一番上側の層は非常に薄くてよい。０．３ミクロン及び
それ以下のフォトレジスト層でも、金属層を食刻するの
に十分である。

この為、上に述べた様に厚いフォトレジスト層に於ける
散乱電子の為に起る線の無制御の拡がりは生じない。

これは特に、例えば相補型マスクを用いた電子ビームに
よるシャドウ・ブリンテイングの場合の様に、加速度の
小さい電子によって露出する場合に云えることである。

更に、後で説明する様な比較的簡単な手段により、チッ
プの内、作製しようとする区域だけに金属層を形成し、
両方のフォトレジスト層を除去することによって、回路
が入っていない中間に介在する半導体区域を露出するこ
とが出来、この為、従来公知の装置並びに方法によって
電子ビームで整合させる為にこれらの区域に適用された
マークを使って、極めて正確な自動的な整合を達成する
ことが出来る。

こうして電子ビーム露出装置は、電子ビームを使うこと
によって得られる極めて高い精度で、小さな区域に整合
させることが出来る。

この様にして高速で、高い分解能で且つ極めて高い整合
精度で作製されたマスクは、フォトレジスト層によって
半導体ウエーハに接続される。

フォトレジスト層の厚さは、後続の工程の条件に応じて
、１乃至３ミクロンであって、数パーセントの違いを別
にすれば、公知の手段によって一定に保つことが出来る
。

こうすることにより、比較的発散性の強いＸ線束で、こ
の後のＸ線露出を行なうことが出来る。

つまり、半導体ウエーハの区域に高い放射強度を発生す
る為のＸ線通路は、従来公知のＸ線露出方法で可能なよ
りも、大幅に距離を短縮することが出来る。

マスクと半導体ウエーハとの間の距離が非常に短く、そ
れが高い精度で一定に保たれ、マスクとフォトレジスト
層との間の距離が実際上ゼロであるから、従来必要とさ
れていた点形の、従って非常に弱いＸ線源の代りに、面
積が大きく、従って非常に強度の強いＸ線源を使うこと
が出来る。

前に述べた様に、発散角が大きくなりすぎるのを避ける
為に、光源と半導体ウエーハとの間の距離を一般的に１
乃至３ｍにしなければならなかった従来公知のＸ線露出
方法と較べて、この発明の方法はかなりの利点を有する
。

２つのフォトレジスト層の間に配置された金属層から、
電子ビームに対する露出、その後の現像及び食刻によっ
て作られたＸ線マスクが、Ｘ線感応性フォトレジストに
よって半導体ウエーハに永久的に接続されているので、
マスク及び／又は半導体ウエーハの横方向の寸法が異な
ることによる問題もなくなる。

従って、この発明の方法は、従来公知の電子ビーム及び
Ｘ線露出方法の欠点を持たずに、その利点を組合せただ
けでなく、露出に利用し得る放射強度が少なくとも１０
倍増加するという点で、公知のＸ線露出方法を改善する
ものである。

次にこの発明を図面について説明する。

第１図及び第２Ａ乃至第２０の図は、Ｘ線レジスト層、
Ｘ線マスク層及び電子ビーム・レジスト層が各々順次形
成された基板に、電子ビームへの露出と現像、Ｘ線マス
クの食刻、並びにＸ線への露出と現像を順次行なって、
高分解能の描画パターンを形成するステップを示すもの
であるが、これらのステップは、本発明のプロセスにお
いては、後述する第５Ａ乃至第５Ｄの図に示されたステ
ップに続いて行なわれ、そして、各残留区域８で、整合
マーク９の使用により高精度の描画を達成するばかりで
なく、高分解能の描画をも達成するために適用されるも
のである。

まず、第１図では、半導体ウエーハ１の上に、それ自体
公知の方法により、例えば適当な量のフォトレジストを
回転塗布することにより、厚さ１乃至３ミクロンのＸ線
感応フォトレジスト層２が沈積されている。

フォトレジスト層の局部的な厚さは５％乃至最大１０％
変化する。

好ましくは金で構成されていて約０．１乃至０．５ミク
ロンの厚さを持つ重金属層３が例えば蒸気沈積により、
この層に形成されている。

この層は電子ビーム吸収性及びＸ線遮蔽性を有する。

重金属層に続いて大体同じ厚さの層４を設けている。

層４は電子ビーム感応フォトレジストで構成される。

次に加速度の小さい電子ビームにより、それ自体公知の
方法を使って、一番上側の層４を半導体ウエーハ１に転
写しようとするパターンで露出し、その後現像する。

この為、第２Ａ図に示す様に、重金属層３の区域５が露
出する。

この後、例えば乾式食刻によって、重金属層３の区域５
を除去し、第２Ｂ図の区域６でＸ線感応層２を露出する
。

次に層２を、この段階でマスクとして作用する重金属層
３を介してＸ線に露出し、現像する。

この間、第２Ｃ図の断面図に示す様に垂直な溝路７が形
成される。

その壁は、殆んど完全に平面であって、半導体ウエーハ
１の表面に対して垂直に伸びるが、マスクとして作用す
る重金属層３に設けられた凹部６の正確な像を表わす。

半導体ウエーハ１の露出区域をこの後で処理する為に、
重金属層３の残留区域を除去して、重金属層３によって
半導体層１が汚染されるのを避けるのが一番よい。

他の場合には、層２の上に重金属層３の残量区域を残し
ておくのもよいことがある。

第３図は、動作回路を収容する区域（チップ）８と、中
間区域に配置された整合マーク９とを持つ半導体ウエー
ハ１の表面を示す。

第４図は第３図に示した半導体ワエーハを線４−４で切
った断面図である。

整合マーク９を適用することによって調製された半導体
ウエーハの上に厚さ約１乃至３ミクロンのＸ線感応フォ
トレジスト層２を第５図に示す様に形成し、第１図及び
第２図に示した工程を実施する。

第５Ｂ図に示した次の工程で、対応する開孔１１を備え
た第６図に示すマスク１０を使って、半導体ウエーハ１
の表面に設けられた整合マーク９がその間に来る様な重
金属層３の適当な形の区域を、半導体回路を設けようと
する区域８に蒸気沈積する。

この後、全体を電子ビーム感応フォトレジスト層４で被
覆する。

そして、整合マーク９に電子ビームを照射して行なう位
置合せの方法の実施のために、整合マーク９の上にある
Ｘ線感応フォトレジスト層２及び電子ビーム感応フォト
レジスト層４の部分を、開孔２１を備えた第７図に示す
マスク２０を介して、食刻除去する。

この食刻において、マスク２０は、整合マーク９が開孔
２１内に位置するように第３図の半導体ウエーハ１に対
して重ね合わされる。

また、マスク２０は、第６図のマスク１０とは、開孔２
１で囲まれた矩形領域が開孔１１と重なるような位置関
係にされる。

この結果、整合マーク９を有する半導体ウエーハ１の表
面が露出される。

従って、残された区域８（以下、残留区域とする。

）の電子ビーム感応フォトレジスト層を処理する際に使
用されるマスクの整合は、整合マーク９と図示していな
い電子ビームで作用する整合手段とを用いることにより
、電子ビーム露出の分解能に相当する精度で達成され得
る。

これは層２，３及び４の残留区域８の位置の精度につい
て厳しい条件を充たさなくてもよいということである。

これは、整合マーク９が凹部１６によって限定された区
域の一部分しか占めず、大体その中心に配置されていれ
ば良いからである。

従って、層２，３及び４より成る残留区域が充たさなけ
ればならない、半導体ウエーハ１上での位置についての
条件は、軽減され、その位置の許容誤差は、大体±３０
ミクロンになる。

図面では、見易くする為、個々の層並びに中間の区域１
６及び整合マーク９の厚さをかなり拡大してあることを
承知されたい。

整合マーク９を用いて極めて正確に整合させた後、電子
ビーム感応フォトレジスト層４の残留区域（第５Ｄ図）
を従来公知の方法により、高い精度で涸別に露出するこ
とが出来る。

露出ずみの層４を現像し、その後の食刻工程の後にＸ線
マスクとなる重金属層３の区域８が、厚さ僅か１乃至３
ミクロンのＸ線感応層２を介して半導体ウエーハ１に永
久的に接続されているから、マスクとして作用する重金
属層３と半導体ウエーハ１の表面との間の距離並びに横
方向の相対的な位置の変化が、Ｘ線露出装置に半導体ウ
エーハを導入する際並びに露出の間、起らない。

層３と半導体ウエーハ１との間の間隔が非常に少さく且
つ一定である為、並びに両方の層の相対位置が不変であ
る為、前に述べた様に、露出しようとする層から比較的
短い距離の所に大きな面積で、従ってエネルギの大きい
Ｘ線源を配置することが出来るので、半導体ウエーハの
区域で利用し得るＸ線強度は従来公知のＸ線露出装置に
較べて１０の何乗倍にもなるから、この発明の方法は、
夫々数百個のチップを持つ非常に多数の半導体ウエーハ
を数分以内に露出することが出来る。

電子ビーム感応層４の残留区域の露出並びに区域８に適
用されるパターンの整合は、精度の高い且つ効率のよい
公知の整合方法を用いて行なうことが出来、何万個もの
チップを同時に露出するこの後の工程が、数分間しか必
要としないから、予定数のチップを露出するのに必要な
時間は、この発明の方法では著しく短縮される。

更に重要なことは、上に述べた方法が、従来公知の電子
ビーム及びＸ線露出方法では達成することの出来なかっ
た極めて微細な構造の極めて正確に整合したパターンを
転写することが出来ることである。

従来公知のＸ線露出方法は単一層の写真製版、例えば磁
気バブル貯蔵装置を製造する場合にしか使うことが出来
なかったが、これに較べて、この発明の方法は、不規則
な数のパターンを重ねても、重なり誤差を生ずることな
く、１ミクロン未満の範囲の集積半導体回路を製造する
為に使うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施する為に被覆された半導
体ウエーハの断面図、第２図は方法の個個の工程を示す
断面図、第３図は集積回路を設けようとする区域並びに
整合マークを含む中間の半導体ウエーハの区域の分布を
示す略図、第４図は第３図の線４−４で切った断面図、
第５図はこの発明の方法の特に有利な実施例を示す断面
図、第６図及び第７図はこの発明の方法を実施する為に
使うマスクを示す平面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・Ｘ線感応フォトレ
ジスト層、３・・・・・・重金属層、４・・・・・・電
子ビーム感応フォトレジスト層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 集積半導体回路を製造する際にＸ線レジスト層をＸ
   線に露出する方法において、Ｘ線レジスト層を前記集積
   半導体回路が形成されるべき各表面領域の間に位置合せ
   マークが設けられた基板上に形成し、前記各表面領域の
   上にのみ前記Ｘ線レジスト層より十分薄い電子ビーム吸
   収性及びＸ線遮蔽性の金属層を形成し、前記Ｘ線レジス
   ト層及び前記金属層の上に前記Ｘ線レジスト層より十分
   薄い電子ビーム・レジスト層を形成し、前記位置合せマ
   ークを露出するために前記位置合せマーク上の前記電子
   ビーム・レジスト層及び前記Ｘ線レジスト層の部分を食
   刻除去し、露出した前記位置合せマークを用いて前記各
   表面領域の位置合せをした後に、前記電子ビーム・レジ
   スト層を、Ｘ線に露出すべき前記Ｘ線レジスト層の区域
   を画成するパターンで電子ビームに露出して現像し、そ
   の結果露呈する前記金属層の区域を食刻除去し、前記金
   属層をマスクとして前記Ｘ線レジスト層をＸ線に露出す
   ることから成る方法。