JP2004518990A - 二重層レティクル素材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、半導体及び他の装置を製造する時にマスクとして用いられるパターン化レティクルを製造することに関する。レティクルの上のマスク層を覆うレジスト及び移動層を用いた方法及び装置が記載されている。これら方法及び装置は、マスク及び相移行マスクに小さな大きさの特定構造を形成する。マスクについて記述された方法は、多くの場合、半導体、低温、磁気、及び光学的マイクロ装置のような同様に小さな特定構造を有する他の加工品に直接書くのに適用することができる。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、半導体及び他の装置の製造でマスクとして用いられるパターン化レティクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）の製造に関する。レティクル上のマスク層を覆うレジスト及び移動層を用いた方法及び装置を記載する。
【０００２】
（背景技術）
半導体装置は、複数の層状構造体を有する。それらの構造体は、レジストを適用し、次にそのレジストを露光し、現像し、そして選択的にレジストを除去して露出される領域のパターンを形成する工程を含めた多数の工程で形成される。それら露出した領域をエッチングして材料を除去するか、又はスパッターして材料を追加したりする。レジストにパターンを形成するのに必須の部分は、それを照射することである。レジストを、その化学的性質を変化させるエネルギービームで照射する。レジストを照射する一つのコスト的に効果的な方法は、ステッパー（ｓｔｅｐｐｅｒ）によるものである。ステッパーはレティクルを用い、そのレティクルは精密に製造した透過性石英基体の上に非透過性、即ちマスク層を被覆したものを有するのが典型的であり、そのマスク層は露出すべき領域と露出せずに残すべき領域とでパターン化されている。パターン化は、レティクル製造の必須の工程である。レティクルは、半導体及び平らなパネルの表示器及びテレビ又はモニター画面のような他の装置を製造するのに用いられる。
【０００３】
半導体装置は、次第に小さくなってきている。半導体装置の特定構造（ｆｅａｔｕｒｅ）の大きさは、３０年以上に亙って、３年毎に約４０％ずつ縮小してきている。一層の縮小が予測されている。現在の最小線幅は、約０．１３μであるが、もし歴史的な発展速度が更に１５年間続けば、それは０．０２５μまで縮小されるであろう。
【０００４】
半導体装置を製造するのに用いられるレティクルのパターンは、露出されるウエーハ上のものよりも４倍大きいのが典型的である。歴史的にはこの減少率は、レティクルの特定構造の最小の大きさが、半導体の表面上の特定構造の最小の大きさよりも臨界性が低いことを意味している。しかし、その臨界性の差は予想されるかも知れない大きさよりも遥かに小さく、近い将来無くなるであろう。
【０００５】
臨界的大きさの均一性は、線幅の％として、ウエーハの表面の特定構造での厳密さよりも、レティクルのパターンの方が一層厳密である。ウエーハでは、線幅の±１０％の臨界的大きさの均一性が歴史的に許容されてきている。ウエーハ線幅についての誤差の予測範囲として、マスクは、臨界的大きさの変動の半分まで、又は線幅の５％の変動の原因になることが許容されてきた。他の因子は、残りの誤差予測範囲を用いている。レティクルからウエーハへのパターンの移動でのずれがマスク中の大きさの誤差を大きくすることが観察されている。このことは、経験的にマスク誤差拡大因子（ＭＥＥＦ又はＭＥＦ）として定量化されている。現在の技術では、マスク誤差拡大係数は、典型的には２である。従って、レティクルの臨界的大きさの均一性は、誤差予測範囲内に留まるためには、線幅の約２ １／２％まで減少する。
【０００６】
臨界的大きさの均一性についての要求は時間と共に厳しくなり、特にマスクについては厳しくなることが予想される。ウエーハの表面では、線幅の±５％の臨界的大きさの均一性が将来要求されるであろう。同時に、マスク誤差拡大因子は、接触ホール、トランジスタ、又は他の臨界的特定構造の製造を理論的解像限界に近い特定構造の大きさを用いるのに最適化するように、リトグラフ過程の調節のような一層厳しいリトグラフ法の取り決めにより、増大すると思われる。マスクの場合、線幅又は特定構造の大きさの±１％の臨界的大きさの均一性が予想される。この率では、マスクの臨界的大きさの誤差許容範囲は、露出されるウエーハの面積の４倍大きいとされるマスクの利点をステッパーが持っている事実にも拘わらず、ウエーハの表面上の場合よりもｎｍの絶対値で一層小さくなるであろう。
【０００７】
レジストを照射するのに現在用いられているエネルギービーム源の一つは、１００〜３００ｎｍの波長範囲の深い紫外線（ＤＵＶ）である。このエネルギー源は、マスクを製造するのに二つの種類のレジストと共に用いる。即ち、慣用的ポジ、所謂ノボラックＤＮＱレジストと、化学的に拡大された（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ）レジストである。ステッパーでは本質的に全てのＤＵＶ照射に、その化学的に拡大したレジストを用いている。レティクルをパターン化するのに必要なパターン発生器での条件は、ステッパーの場合と余りにも異なっているため、化学的に拡大したレジストはレティクルをパターン化するのに適さない。マスクパターンをＤＵＶ照射するのに適したレジストを製造するため慣用的ノボラックＤＮＱレジストを変性する研究は失敗したことが報告されている。
【０００８】
均一性及び特定構造の大きさについての必要条件が非常に厳しくなってきているので、湿式エッチングは最早適さない。特定構造の大きさが、それら特定構造がエッチングされるフイルムの厚さに近くなると、湿式エッチングは一般に適さない。湿式エッチングは、それが垂直方向にエッチングするのと同じ位横方向もエッチングする。小さな特定構造の三次元的形態の劣化が起きる。エッチングマスクとしてレジストを用いてクロムを湿式エッチングすると、エッチング剤はレジストの下のクロムも除去し、それはアンダーカットと呼ばれている。レジストマスクを用いてクロムを湿式エッチングすることにより生じた空隙領域は、０．２μ大き過ぎることになるのが典型的である。線と間隔が交互に０．４μの同じ幅で存在する湿式エッチングされたレジスト像は、間隔（透明部）が０．６μの幅で、線（暗部）が０．２μであるクロムマスクパターンを生ずる。これは大きな偏差である。この偏差をデーター又は照射量を変えることにより補正することは困難である。一層小さな特定構造の場合、狭い線は簡単に消えてしまう。従って、０．５〜０．６μ幅より小さい特定構造を有するパターンは、乾式又はプラズマエッチングにより製造する必要がある。クロムをエッチングするのにプラズマ法を用いると、垂直「視線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）」方向のエッチング特性を生ずる。クロムは、プラズマ源から視線内にある所だけが除去され、本質的にアンダーカットは生じない。
【０００９】
非拡大ポジレジストを用いた問題
非拡大（ｎｏｎ−ａｍｐｌｉｆｉｅｄ）ポジレジストは、紫可視範囲及び近ＵＶ波長範囲で優れた性能を与える。このレジストは透明で、大きなコントラストを有し、本質的に垂直なレジスト壁及び良好な加工度を与える。それは良好な棚寿命を有し、マスク素材は、製造時にレジストで予め被覆することができ、ユーザーへ出荷でき、必要になるまで保存し続けることができる。潜像に僅かな劣化が起きるが、原理的にそれらの板は今日照射し、数週間後に現像することができる。
【００１０】
ＤＵＶ波長範囲では、ノボラック樹脂及びノボラックに用いた感光性化合物の両方が強く吸収する。現像後の縁壁の角度は、一つには光の吸収により、一つにはレジストコントラストにより調節する。吸収性が大きいと、化学的コントラストがどのようなものであっても特定構造は強く傾斜した縁壁を持つであろう。大きな透明性と良好なコントラストとを併せ持つ非拡大レジスト配合物は知られていない。
【００１１】
垂直でないトレンチ壁の影響は、狭い線の場合重要である。トレンチ壁が垂直でなくなる一つの理由は、エッチング中、レジスト層がプラズマにより侵食されることである。レジスト侵食の均一性は制御しにくい。なぜなら、就中、それはエッチングされるパターンに依存するからである。侵食は空隙領域を大きくし、実施毎に変化し、加工品の表面を横切って変化するプラズマ活性度は、マスク間及び各マスク内に変化するＣＤを与える。プラズマエッチング工程が終わった時のレジスト厚の変動は、山から谷まで５０ｎｍ以上になることがある。９０°ではなく、８０°の壁角度の場合、レジスト厚の５０ｎｍの変動はトレンチ幅に変化を与え、トレンチの底ではほぼ２０ｎｍの変動を生じ、それは２０ｎｍの望ましくない３σ標準偏差に換算することができる。この侵食問題はＤＵＶ放射と一緒に用いた化学的に拡大してないレジストの大きな光学的吸収性により悪化する。大きな光学的吸収性は、底よりもトレンチの頂部の所のレジストの現像を一層大きくすることになり、更に線幅の変動を増大する。
【００１２】
９０°垂直からのレジスト側壁の偏差は、必然的に線の解像力を低下する。８０°の側壁角度を有する０．５μ厚のレジスト層では、そのレジスト層の一番上の所で０．０２５μの幅を有する線は、クロムがエッチングされるレジスト層の底では０．２μの幅になる。現在の化学を用いて０．４〜０．５μより薄いレジストを作ることは不可能であり、依然として乾式エッチング中、クロムを保護することができない。レジスト層の一番上の所の線を狭くすると、壁角度は一層好ましくなくなるか、又はレジストを厚くすると、線は消える傾向がある。
【００１３】
記載した問題の各々は、線幅が小さくなる程、許容度が小さくなる程、そして波長が深い紫外線の方へ移動する程、悪くなる。
【００１４】
化学的に拡大したレジストを用いた問題
化学的に拡大したレジストを用いると別の問題が起きてくる。ステッパー処理のために現像した化学的に拡大したレジストは、透明であり、大きなコントラストを有し、殆ど完全に垂直なレジスト壁を与える。しかし、それらは照射後、熱アニーリング又は活性化工程を必要とし、即ち照射後の焼成（ｂａｋｅ）（ＰＥＢ）を必要とする。活性化及び化学的拡大は、この焼成時間の温度に極めて敏感である。化学的に拡大したレジストをレティクルに使用することは、レティクルの厚さ及び形により、ウエーハに使用する場合よりも遥かに困難である。レティクルは珪素ウエーハよりも遥かに厚く、熱伝導性が低く、焼成条件を正確に制御することを一層困難にしている。更に、レティクルは四角形であり、丸いウエーハでは経験されていない角（ｃｏｒｎｅｒ）効果を与える。これらの照射後の焼成問題は、必ずしも化学的に拡大したレジストに限定されるものではないが、焼成工程の臨界性のため特に化学的に拡大したレジストに対して起きている。化学的に拡大されていないレジストは、時々、定常波干渉効果と平衡になる迄露出した後、焼成され、同じ問題を生じている。照射後の焼成は、二つの種類のレジストについて潜像拡散問題を起こすが、化学的に拡大したレジストの方が一層悪い。なぜなら、焼成後の不活性化が、屡々定常波減少に対し最適化された温度とは実質的に異なった温度を必要とするからである。
【００１５】
化学的に拡大したレジストの更に別の問題は、それらの不安定性及び短い作動寿命である。化学的に拡大したレジストは、ステッパーと共に用いるために開発されており、それらステッパーは、マスクライター（ｍａｓｋ ｗｒｉｔｅｒ）が一つのマスクを生ずるのと同じ時間で１００〜５００のウエーハを完成することができる。化学的に拡大したレジストは、ウエーハの表面上に回転被覆され、予め短時間焼成され、然る後、それらをステッパー中に入れ、然る後自動化ラインで短時間、そのレジストの比較的短い作動寿命以内の短時間焼成される。これにより化学的に拡大したレジストの電流発生がマスクライターで用いるのには不適切なものになる。マスクライターは一つのマスクを書くのに１〜１０時間以上かかり、自動化された処理ラインを用いずに操作されるのが典型的である。関連する問題は、予備焼成から後焼成の時間が、パターンの書き込みに依存し、極めて変化し易いことである。マスク製造で用いるのに一層適した化学的に拡大したレジストが開発されるに従って、マスク書き込み時間の実質的な変動を考慮に入れることが必要になるであろう。
【００１６】
全ての単一層レジストに共通の問題
単一層レジストは、全て予測可能な将来に亙ってそれらの適切性が低くなる性質を共有している。乾式現像のための方法が存在しないため、マスクパターンを常に湿式現像する。この場合もクロムを除去しないことにしている領域でのプラズマ侵食に抵抗するため、特定構造の大きさとは無関係に、最低レジスト層の厚さは本質的に０．４〜０．５μに一定させている。特定構造が非常に小さくなるに従って、湿式現像されたレジスト構造体は好ましくない縦横比を持つようになる。１００億個の特定構造を有するマスクパターンでは、これらの大きな縦横比の特定構造の幾つかは、湿式処理中の水圧力及び表面張力により損傷されることは極めて起こり得ることである。
【００１７】
光学的露出のためには、単一層レジストは、更に透明性と干渉効果との間の妥協を必要とする。この薄いレジスト層は、上から下まで照射するためには透明である必要があるが、透明性はそれを光学的干渉を受け易くし、その干渉はレジストの効果的性能を低下し、工程変動性を増大する。二つの干渉効果は、時々定常波効果及びバルク効果と呼ばれている。定常波効果は、レティクル表面の方へ向けた光と、反射して帰ってくる光との間のレジスト層内での干渉から起きる。非透過性鏡状マスク層の方へ向けた光と、その層から反射して帰ってきた光とは、その入射光と反射光との山と谷が一致した所で定常波を生ずる。これは、多かれ少なかれ完全に照射されたレジストの垂直帯を生ずる。レジストを現像し、選択的に除去した時、得られるトレンチの側面は内及び外に曲がる傾向があり、それは定常波効果と呼ばれている。関連するバルク効果は、レジストの表面から反射した光と、レティクルの表面から反射してレジストから戻る光との間のレジスト層上での干渉により生ずる。或る厚さのレジストで、レジストへ入射する光とそれを出る光との間の破壊的干渉が存在し、ホトンの最大数をレジスト層内に留まらせ、大きな感光度を生ずる。レジスト主要部又は厚さの変動は、フイルムの感光度に影響を与え、生ずるパターンに不均一性をもたらす。レジストフイルムが透明になる程、干渉効果は減少するが、エッチング傾斜は一層悪くなる。これらの問題は、通常のレジスト及び化学的に拡大したレジストに共通である。ウエーハリトグラフでは、レジストの下、時々同様にレジストの上にも、薄い反射防止性被覆を用いて、このジレンマが通常解決されている。
【００１８】
マスク製造は、更に別の問題に直面している。例えば、製造量が少ないため、製造制御が困難である。半導体製造の品質を改良するのに用いられているモニター及びフィードバックの技術を、少量の製造に適用するのは容易ではない。従って、マスク製造工業では、半導体製造中、一層安定な方法を必要としている。
【００１９】
従って、レティクルをパターン化し、レティクル中に相移行窓（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｗｉｎｄｏｗ）を形成するための新しい方法を開発することが望ましい。その新しい方法は、化学的に拡大されていないレジストに適し、然も、開発した拡大レジストにも適し、干渉効果及びその他の工程問題を回避することにより、大きな均一性をもつ非常に小さな大きさの特定構造を生ずるものであることが好ましい。
【００２０】
（発明の開示）
本発明の目的は、種々のエネルギー源に適した技術を用いて、精確な臨界的大きさを有する小さな特定構造をレティクルに形成することにある。
【００２１】
本発明の一つの態様は、パターン発生器を用いてレジスト層に潜像を形成し、前記潜像に相当するプラズマエッチング障壁を形成し、前記プラズマエッチング障壁を通って移動層を指向的にエッチングし、前記移動層を除去してマスク層のエッチングされていない部分を露出させることを含むパターン化レティクルの製造方法を包含する。この態様によれば、レジスト層は湿式現像することができる。レジスト層は２００ｎｍより薄くし、好ましくは１５０ｎｍの厚さのものでよい。移動層は、２００〜５００ｎｍの厚さ、好ましくは３５０ｎｍの厚さを有する。プラズマエッチング障壁は、レジスト層中の珪素からなっていてもよく、それは潜像を形成する前に存在していてもよく、或は潜像を形成した後に添加してもよい。別法として、プラズマエッチング障壁は、レジスト層と移動層との間の別のフイルムで、好ましくはスパッタリングにより蒸着したフイルムからなる。このエッチング障壁フイルムは、アルミニウム、金属酸化物、珪素、又は酸化珪素を含む金属含有フイルムでもよい。別のフイルムからなるプラズマエッチング障壁は、レジスト層を通るプラズマエッチングによりパターン化することができる。この態様の更に別な特徴は、潜像を形成するのに用いられるエネルギービームに対し、移動層を本質的に非透過性にすることができることである。この移動層は、第一化学的プラズマを用いて除去することができる。第一化学的プラズマは、ハロゲンイオンを含んでいてもよく、酸素プラズマでもよい。移動層は、有機物質でもよい。移動層及びマスク層の指向的エッチングは、ＲＩＥ型エッチングにより行うことができ、移動層は非選択的酸素プラズマにより除去してもよい。
【００２２】
本発明の更に別の態様は、パターン発生器を用いてレジスト層を照射し、前記レジスト層を現像してその一部分を選択的に除去し、前記レジスト層下の移動層を指向的にエッチングし、前記移動層の下にあるマスク層を指向的にエッチングし、そして前記移動層を除去してマスク層のエッチングされていなかった部分を露出させる諸工程を有する、マスク素材上に特定構造を形成することを含んでいる。パターン発生器の使用は、ホトンエネルギー、電子ビーム、又は粒子ビームを用いてもよい。ホトンエネルギーを用いた場合、移動層は、用いるホトンエネルギーの波長に対し本質的に非透過性である。種々の最小の大きさの特定構造を形成するのに種々の波長を用いることができる。なぜなら、波長と得られる特定構造の大きさとの間に臨界的関係が存在するからである。７５〜２８５ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成するためには、３００〜３８０ｎｍの波長のエネルギーを用いることができる。５５〜２２５ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成するためには、２００〜３００ｎｍのエネルギーを用いることができる。３２〜１２４ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成するためには、１００〜２２０ｎｍのエネルギーを用いることができる。６２４４ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成するためには、５〜１３ｎｍのエネルギーを用いることができる。電子ビームを用いた場合、３０００ｅＶより小さなエネルギーが好ましい。２２７０ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成することができる。用いるエネルギービームの種類により、形成される最小特定構造の大きさは、７５〜２８５ｎｍ、５５〜２２５ｎｍ、３２〜１２４ｎｍ、又は６〜４４ｎｍの範囲にすることができる。この態様の一つの特徴は、レジスト及び移動層が或る非照射用波長の光に対し透過性である場合、そのレジスト及び移動層の下の特定構造を観察することにより、パターン発生器をレティクルに整合させることができることである。別の或る波長の光に対し、レジスト層よりも一層吸収性の移動層を用いた場合、パターン発生器はレジスト層と移動層の間の界面に自動的に焦点を合わせることができる。
【００２３】
本発明の別の特徴に従い、レジスト層を照射するため、複数回の通過、好ましくは４回の通過を用いることができる。示した照射通過は、本質的に反対方向に行われ、照射通過と最終照射通過の完了との間に平均時間を生じ、それはレティクルを横切って分布した位置について本質的に等しい。
【００２４】
本発明の更に別の特徴は、酸素及び二酸化珪素を含むプラズマを用いて、珪素含有レジストを選択的に除去することができることである。レジストは、現像する前に、珪素で処理することができる。有用な珪素処理用化合物には、シラン、液体化合物、及びガス状化合物が含まれる。珪素は、現像した後で、レジストを除去する前に処理することができる。レジスト現像は、湿式又は乾式現像により行うことができる。
【００２５】
本発明のどちらの態様でも、選択的に除去したレジストを検査し、補修する工程を含ませることにより向上させることができる。別法として、現像したレジストを検査し、特定構造を精確に広くして臨界的許容度に合致するようにすることができる。
【００２６】
どちらの態様によっても、移動層又はマスク層の指向的エッチングは、プラズマエッチング又は反応性イオンエッチングにより行うことができる。マスク層を除去するために、エッチングガス中に塩素を用いてもよい。移動層は有機材料からなっていてもよく、好ましくはマスク層を平坦化するのに適合し、ＤＵＶ吸収性染料で着色されたものにしてもよい。マスク層は二つ以上の物理的層、例えば、非化学量論的クロム酸化物の反射防止層によって覆われたクロムの層からなっていてもよい。
【００２７】
本発明の別の態様は、パターン化するためのレティクル素材を製造する方法において、レティクル基体上にマスク層を形成し、前記マスク層の上に有機層を回転被覆し、前記有機層を焼成し、前記有機層の上に珪素含有ポジレジスト層を回転被覆し、そして前記レジスト層を焼成する、諸工程を有する製造方法である。この態様によれば、マスク層は、４０〜９０ｎｍの厚さ範囲のクロムからなっていてもよい。別法として、それはアルミニウム又はタングステンからなっていてもよい。マスク層は、石英レティクル基体上のパターン化された構造体からなっていてもよい。レジスト層は５０〜２００ｎｍの厚さ、好ましくは１５０ｎｍの厚さになっていてもよい。レジスト層及び移動層は、或る波長の光を吸収する異なった特性を有し、そのためパターン発生器はそれらの層の間の界面に焦点を結ぶことができる。
【００２８】
（詳細な説明）
本発明及び本発明を実施する態様についての次の詳細な記述は、図面に関連して行う。それは、例示及び説明の目的で与えられている。本発明は、開示した正確な形態に限定されるものではない。多くの修正及び同等の配列が、当業者には明らかになるであろう。
【００２９】
図１Ａ〜１Ｅは、被覆されたレティクル素材及びそのレティクルの表面から非透過性層を除去する方法のための処理工程が描かれている。図１Ａでは、被覆されたレティクルは、レティクル素材１００、マスク又は非透過性層１０２、移動層１０４、及びレジスト層１０６を有する。場合により、それは、移動層１０４とレジスト層１０６の間にプラズマ抵抗層１０５を含んでいてもよい。レティクル素材１００は、屡々石英基体、ゼロダン（Ｚｅｒｏｄｕｎ）（商標名）セラミック基体、又はＵＬＥ（商標名）ガラス基体からなっている。現在用いられている一つの形態因子は、１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．２５ｍｍ厚である。マスクの一つの形態として、半導体装置の製造中に用いられるエネルギービームに対しその素材は透過性である。ウエーハ上のレジストが、照射されないように意図されている領域中をエネルギービームが通過するのを遮断するために、マスクをその素材の上に形成する。素材のマスクされない部分は、エネルギービームを通過させ、ウエーハレジスト上にパターンを形成する。マスクの別な形態として、マスク・素材系の複数の部分がレジストを照射するのに用いられるエネルギーを反射及び吸収する。この型のマスクは、投影リトグラフで用いられる。
【００３０】
或るエネルギー源を用いた場合、相移行マスクを用いることができる。基体の厚さは、レティクルから或る材料を除去することにより、例えば、誘電体のような材料をエッチングするか、又はマスクの選択された部分に材料を付加することにより、変化させることができる。厚いマスク程、光の透過は遅くなる。光の通過が半波長だけ遅れると、レティクルを通る光の通過が遅れた所と遅れない所の、隣接する領域の間で破壊的干渉が起きる。
【００３１】
被覆したレティクルの非透過性マスク層１０２は、約４０〜９０ｎｍの厚さのクロムマスク層を含むのが典型的である。クロム材料はスパッター蒸着により適用してもよい。別法として、非透過性マスク層を形成するのに、アルミニウム、金、タングステン、又は珪素を用いることができる。場合により、非透過性層は、反射防止層を含んでいてもよい。約３０μ厚の非化学量論的酸化クロム材料を、反射を減少させるために用いることができる。これは、マスクをステッパーで用いた時の性能を向上させるが、必ずしもマスクをパターン化するのに必要になる訳ではない。その存在は、定常波及びバルク干渉効果を減ずることができる。しかし、ステッパー及びパターン発生装置の両方で用いられる光学的焦点装置は、幾らかの反射が行われることを必要とする。従って、非透過性層の反射防止成分は、完全に吸収性にすることはできない。別法として、非透過性層１０２は、レティクルの表面上又はその中に形成した所謂「非クロム相移行（ｃｈｒｏｍｅｌｅｓｓ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｉｎｇ）」マスクで使用されているような構造にすることができ、それはエネルギービームを反射、拡散、又は吸収し、その結果非透過性領域に向けられたエネルギービームは、その領域の下に存在するレジストに閾値照射を生ずることはない。非透過性層には整合用記号又は部材を形成してもよく、それらはマスク製造装置の座標系を整合させるのに有用である。投影型レティクルの場合、エネルギーを反射及び吸収するレティクル領域を生じさせるため、当分野で知られている異なった種類のマスク層を用いる。
【００３２】
必ずしも非透過性層の上に直接である必要はないが、その層を覆って、移動層１０４が適用されている。この層は、慣用的技術を用いて回転被覆し、約０．２〜０．５μの厚さの層を形成する。ＤＵＶ吸収性染料を含有する有機材料を用いるのが好ましく、照射輻射線を吸収し、整合用輻射線（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）に対し透明なように選択された染料を用いるのが好ましい。移動層に用いられる材料は、表面を平坦化する傾向を持つのがよく、特に回転被覆の場合にはそうである。このことは、特に非透過性層が既に破綻化されている場合に有用である。レジストを照射するのにホトンビームを用いた場合、エネルギー吸収性染料を用いると、幾つかの利点が得られる。それは、焦点を結ぶ時の目標を与える。同時に、選択的にＤＵＶを吸収する染料は、５３２ｎｍで作動する光学的整合装置が、非透過性層中の二つの特定構造を整合させるのに、特に層の最初のパターン化が行われた後、移動層とその上にあるレジスト層の透明性を利用できるようにする。移動層は、非透過性層から反射される光の量を減少し、それにより定常波効果を最小にする。同時に、それは、移動層から逃げた反射光の量を減少し、それによりバルク効果を最小にする。移動層は、これらの利点を生じ、然もレジスト層の一番下の所よりも、一番上の所での吸収を一層大きくする欠点を起こすことはない。移動層を適用した後、１５０〜１８０℃での焼成は、溶媒を除去し、プラズマエッチングに対し移動層の抵抗を改良する。
【００３３】
場合により、必ずしも移動層に直接である必要はないが、その層を覆って、プラズマ抵抗層１０５を適用する。この層はスパッター蒸着してもよい。それは珪素層であるのが好ましく、或るプラズマに露出すると二酸化珪素を形成し、特に無機珪素層であるのが好ましい。
【００３４】
必ずしも移動層及び場合によりプラズマ抵抗層の直接上ではないが、それらを覆ってレジスト層１０６を適用する。この層は、慣用的技師を用いて回転被覆し、約０．０５〜０．２０μ厚、一層好ましくは約０．１５μ厚の層を形成する。ポジレジストを用いるが好ましい。なぜなら、細い線を照射する方が、回りの領域を照射して細い線を照射せずに残すよりも容易だからである。ホトンエネルギーと共に用いるレジストは、ホトレジストとして言及してもよい。他の形態のエネルギーを用いた場合、他の種類のレジストを用いる。場合により、下で更に述べるように、プラズマエッチングの選択性を向上させるため、珪素含有レジストを用いてもよい。約７〜１０％の珪素含有量が望ましい。レジスト層を適用した後、９０℃で焼成し、溶媒を除去する。移動層及びレジスト層のために選択される材料は、マスク素材製造業者がそれら素材を予め被覆できるように、良好な棚寿命及び安定性を有するのが好ましい。
【００３５】
レジスト層１０６の屈折率は、定常波干渉効果を最小にするために、移動層１０４の屈折率とできるだけ近く一致させるべきである。移動層を覆うレジストを用いた二重層系の定常波干渉効果は、ブランナー（Ｂｒｕｎｎｅｒ）の式を適用することにより分析することができる。振幅Ｓに対する一番下及び一番上の反射防止層の作用は、二つの層系を単一層として見做した場合、ブランナーの式により良好な近似で記述される：
【００３６】

【００３７】
式中、Ｒｂは、移動層とマスク層との間の界面での反射率である。Ｒｔは、レジストと空気との間の界面の反射率であり、それは一番上の反射防止被覆により低下することができる。「α」は、単位厚さ当たりの、レジストによる照射輻射線の吸収率である。「ｄ」は、吸収するレジスト層の厚さである。レジスト及び移動層がほぼ同じ屈折率を持つ場合、界面での反射は０に近づく。従って、ブランナーの式は、レジスト及び移動層に、単一層として適用することができる。一緒にした単一層は、α＊ｄ＞＞１の値を有し、従って、ブランナーの式の指数係数は非常に小さい。指数係数が０に近づくに従い、一緒にしたレジストと移動層についてのＳの値も非常に小さくなる。α＊ｄの精確な値は有機材料又は移動層の染料含有量を変えることにより選択することができる。二層系は、α＊ｄの値を調節するのに、α＊ｄ＜１の低い吸光度値が通常好ましい単一レジスト層よりも、遥かに大きな自由度を与える。単一層レジストの場合、許容可能な縁傾斜を与えるためには低い吸光度が通常好ましく、レジストの現像及び選択的部分除去の後のトレンチの側面は、殆ど垂直になるであろう。
【００３８】
図１Ａの変化させたものが図２Ａに示されている。この構造体は、透過性基体２００、非透過性層２０２、移動層２０４、及びレジスト層２０６を有する。この構造では、非透過性層２０２の一部分が選択的に除去され、然る後、付加的層が適用されている。非透過性層がパターン化されているので、この構造の移動層は平面化に適していること特に有用である。マスク製造所でパターン化が行われるので、図２Ａに描いた構造体は、マスク製造所で形成されるであろうが、長い時間に亙って貯蔵されることはないであろう。
【００３９】
本発明を具体化した方法を、図１Ａ〜１Ｄに描いてあるが、その方法を変えたものが図１Ｅに示されている。図１Ａでは、レジスト層１０６をエネルギービーム１０８に露出する。実際には、この輻射線又はエネルギーは、広い範囲の種類のいずれでもよい。ホトンエネルギーは、ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ、又はＸ線スペクトル範囲中にあるであろう。例えば、ホトンエネルギーは、高圧水銀蒸気アーク光、又は超高圧キセノン・水銀光からのカットフィルターを通して処理するか、又は分光的に分離し、ｇ線（約４３６ｎｍ）、ｈ線（約４０６ｎｍ）、ｉ線（約３６５ｎｍ）、又はｊ線（約３１３ｎｍ）にしてもよい。ホトンエネルギーは、ヘリウム・カドミウム源（約４４２及び３２５ｎｍ）、固体源（約４３０及び２６６ｎｍ）、クリプトンイオン源（約４１３ｎｍ）、アルゴンイオン源（約３６４及び２５７ｎｍ）により発生させることもできる。或は、それはエクシマ、又はクリプトン・フッ化物、又はアルゴン・フッ化物レーザー源（約３０８、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍ）により発生させることができる。マサチューセッツ工科大学のナノストラクチャーズ・ラボラトリー（ＮａｎｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）は、ウィスコンシン大学でのアンデュレーター光源（約１３ｎｍ）及び研究で用いられた光源としてヘリウム充填照射室からの銅のＬ線（１．３２ｎｍ）を更に確認している。キセノンガス毛細管放電管により生じた他の波長は、１３．５ｎｍ及び１１．４ｎｍを含んでいる。電子衝突源は、４．５ｎｍの輻射線を生ずる。これらのホトンエネルギー源の波長は、形成することができる最小の大きさの特定構造に臨界的なものであり、短い波長程使用しにくく、一層小さな特定構造を発生させるのに一層潜在的能力を有する。
【００４０】
多くのホトンエネルギー源について得られると思われる特定構造の大きさを、下の表に例示する。
【００４１】

【００４２】
これらの値は、ｋ_１＝０．４５、０．２０、及びＮＡ＝０．２０、０．４０、０．８０に基づいて計算された。
【００４３】
波長と線幅との間の臨界的関係は、図５に例示されている。この関係は、次のように表される：
【００４４】

【００４５】
式中、ＭＬＷは最小線幅であり、ｋ_１は実験係数であり、それは光学的近似補正手段が実施された場合に一層都合がよく、λはホトン源の波長であり、ＮＡは露出口径数である。
【００４６】
図５の関係は、ＭＬＷの３〜１の範囲を描いており、最も狭い線は、ｋ_１＝０．２０及びＮＡ＝０．８０に基づいている。最も広い線は、ｋ_１及びＮＡの余り好ましくない値を反映している。従って、４１３〜４４２ｎｍ源を含む３８０〜４５０ｎｍの波長範囲で、臨界的特定構造の最小の大きさ又は最小の線幅は、約９５〜３４０ｎｍである。３０８及び３６４ｎｍ源を含む３００〜３８０ｎｍの波長範囲では、臨界的特定構造の最小の大きさ又は最小の線幅は、７５〜２８５ｎｍである。２４８及び２６６ｎｍ源を含む２２０〜３００ｎｍの波長範囲では、臨界的最小の線幅は、５５〜２２５ｎｍである。１２６〜１９３ｎｍ源を含む１００〜２２０ｎｍの波長範囲では、臨界的最小の線幅は、３２〜１２４ｎｍである。５〜１３ｎｍの波長範囲では、最小線幅は、ｋ_１＝０．４５、ＮＡ＝０．４０に基づいており、最も広い線から最も狭い線までの３〜１の範囲は、種々のｋ_１及びＮＡ因子に基づいて得られている。これらの波長源のための臨界的最小線幅は、６〜４４ｎｍである。このようにして、臨界的特定構造の最小の大きさは、個々の源の波長、源の波長範囲、又は包含される源の波長に適合させることができる。別法として、特定の臨界的最小の大きさは、図５のデーターから各波長源について特許請求することができる。
【００４７】
ホトンエネルギーの外に、低エネルギー電子ビーム及び帯電粒子ビームも、レジストを照射するのに適切に用いられている。ドイツ、ドルトムンドのレイス社（Ｒａｉｔｈ Ｃｏ．）により製造されているレイス・ターキー（Ｒａｉｔｈ Ｔｕｒｎｋｅｙ）１５０装置は、２００ｅＶ〜３０ＫｅＶの電子ビームのための規格を有する。ＭＩＴのナノストラクチャーズ・ラボラトリーは、それが１０ｅＶのような低いビームエネルギーでも作動できることを報告している。適当なレジストにパターンを書くためのイオンビーム源は、ウエステレルグ（Ｗｅｓｔｅｒｅｒｇ）及びブロディー（Ｂｒｏｄｉｅ）による「平行帯電粒子ビーム照射装置」（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ）と題する米国特許第４，４６５，９３４号明細書に記載されている。最も一般的には、用いられるエネルギー源は、露出されるレジストの特性に適合させることが必要である。
【００４８】
レジストの照射は、パターン発生器を用いて行う。ホトンエネルギーのために、レーザーパターン発生器、又は干渉リトグラフ装置を用いることができる。電子の場合、電子走査装置を用いてもよい。アプライド・マテリアルズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の子会社であるエテク（Ｅｔｅｃ）は、走査レーザーパターン発生器のＡＬＴＡ（商標名）ラインを販売している。スウェーデン、タビーのマイクロニック・レーザー・システムズ（Ｍｉｃｒｏｎｉｃ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ）は、走査レーザー装置のオメガー（Ｏｍｅｇａ）（商標名）ラインを販売しており、マイクロミラーに基づく装置のシグマー（Ｓｉｇｍａ）（商標名）ラインを報告している。或る方面でウィスコンシン大学と一緒に研究しているナノストラクチャーズ・ラボラトリーは、２００ｎｍ、１００ｎｍ、及び５０ｎｍの空間周期を持つ干渉リトグラフ装置を報告している。１００ｎｍ空間周期装置は、１３ｎｍの直径を有する特定構造（珪素ウィスカー再集合）を形成するのに用いられている。ナノストラクチャーズ・ラボラトリーは、幅２００ｎｍの線を形成するのにマイクロミラーを用いたゾーン・プレート・アレイ（Ｚｏｎｅ−Ｐｌａｔｅ Ａｒｒａｙ）リトグラフ装置を報告している。アプライド・マテリアルズの子会社Ｅｔｅｃも、ガウス・ビームパターン発生器のメバス（ＭＥＢＵＳ）（商標名）ラインを販売している。
【００４９】
少なくともＤＵＶエネルギーの場合、走査パターンを形成するのに４回以上の通過を用いるのが好ましい。パターン形成は、平均エネルギー照射量及び照射から完了までの平均時間が、マスク上の異なった点についてほぼ一定になるように構成すべきである。これを行うための好ましい対策は、或る通過については一つの方向で書き、他の通過については本質的に反対方向に書くことである。これは、一つの通過では第一方向に書き、続く通過では本質的に反対の第二方向に書くことにより簡単に行われる。この方法は、レジスト層中の潜像の消失をコントロールするのに役立つ。レジストを現像する時に、この書き込み方式は、照射からレティクル全体を現像するまでにほぼ等しい平均時間を与える。
【００５０】
レジストに潜像を形成する図１Ａの照射に続き、レジストの部分を現像し、選択的に除去する。湿式現像が適切であり、次に濯ぎ及び乾燥を行う。パターン化したレジストが図１Ｂに描かれている。幾らかのレジスト１０６が残っている。他の場所１１５では、レジストが除去されトレンチを形成している。トレンチ１１５の側面は、現像及び選択的除去法の等方的作用及びレジスト中の光の吸光度パターンにより幾らか傾斜している。
【００５１】
場合により、レジストの選択的除去に続き、パターン化したレジスト層の検査及び補修を行う。或る状況下では、この段階での検査及び補修は、それが後で行われる場合よりも一層効果的であり、特にこれらの処理工程が、図２に描いたように、レティクル基体に相移行窓（ａ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｗｉｎｄｏｗ）のエッチングを与える場合にはそうである。別法として、検査及び補修は、移動層のエッチングに続いてもよく、依然として非透過性層又はパターン化マスクの層移行窓をエッチングするよりも前である。
【００５２】
特定構造の最小の大きさの精確な補正は、レジストに希望するよりも１０ｎｍ狭いような、僅かに小さ過ぎる開口を書き、現像することにより達成することができる。検査用具を用いて書かれた線の幅を非常に正確に測定することができる。僅かに等方的なエッチング、例えば、ガスによるエッチング、湿式エッチング、又はプラズマエッチングを用いて、５〜１５ｎｍだけ線を広げ、レジスト層の開口の大きさを調節した後、パターンを移動させることができる。この補正方式は、最小の特定構造の大きさの均一性を改良する。それは、レジストのパターンを奇麗にする。
【００５３】
図１Ｅには、レジストのシリル化を含む変更した方法が示されている。或る場合には、シランのような珪素含有化合物でレジストを満たすのが好ましい。液体又はガス状珪素含有化合物１１４をレジストを覆って適用する。これは、図１Ｅに描いたように、現像して選択的除去を行なった後、又は現像する前に行なってもよい。一つの選択は、潜像をシリル化した後にレジストの乾式現像を行うことである。別の選択は、別に示されていないが、移動層の頂部に珪素を含有させることである。
【００５４】
プラズマ抵抗層１０５が存在する場合、レジストの潜像に相当するプラズマ抵抗層を形成する論理的工程は、二つ以上の処理工程を含むであろう。別々の処理工程を用いてレジストを現像し、選択的に除去し、次にプラズマ抵抗層の対応する領域を除去する。これらの工程は、レジスト層の最小の特定構造の大きさの補正前又は補正後に行うことができる。
【００５５】
図１Ｂに戻って、パターン化したレジスト層を指向性エッチングにかける。下の移動層を、垂直方向に優先的に強くエッチングするガス１１０を用いて指向的にエッチングする。指向性エッチングのための技術には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）及びプラズマエッチングが含まれる。プラズマエッチングは、一般的にＯ_２、ＣＦ_４等のような低圧処理ガスを用いてガス放電の中又はその近くで行われる。等方性に近いエッチング、又は垂直に異方性のパターン移動エッチングのために、種々の形態のプラズマエッチングを用いることができる。珪素、二酸化珪素、アルミニウム、クロム、レジスト、及びポリアミドのような、マイクロリトグラフで用いられる薄膜材料をエッチングするのに適した処理ガス及びプラズマ条件が開発されている。適当な処理ガス及びプラズマ条件についての一つの文献は、「プラズマ処理技術便覧」（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）〔ノイゼ出版社（ｎｏｙｓｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ）、１９９０、ＩＳＢＮ ０−８１５５−１２２０−１〕である。反応性イオンエッチングは、線幅の良好な制御を行なって垂直に異方性エッチングするのに適している。ＲＩＥ装置のための最も簡単な形態は、平行板エッチング機で、その中で典型的には１３．５６ＭＨｚの周波数で駆動されるＲＦ駆動電極の上に加工品を置く。プラズマ中の放電でＤＣバイアスを生じ、それが加工品の表面の方へのイオンを加速する。１０〜５０ミリトールのプラズマ圧力が屡々用いられる。誘導結合したプラズマ反応器のような別の型の反応器も用いることができる。
【００５６】
移動層を通ってエッチングするのに適したプラズマは、酸素及び少量の二酸化硫黄を含有する。レジスト１０６中に珪素を含有させると、二酸化珪素エッチング障壁を形成し、それがパターン化されたレジストを酸素プラズマから保護し、レジストの腐食を減少する。図１Ｂに描いた工程の結果、図１Ｃの構造になる。エッチングガスに露出した後、垂直又は垂直に近いトレンチ１１７が移動層１０４を貫通する。幾らかのレジスト１０６及び有機材料１０４が残る。
【００５７】
パターン化したレジスト１０６及び移動層１０４を更に指向性エッチングガス１１２にかける。非透過層を通ってエッチングするために、少し異なったガス混合物を用いる。適当なプラズマは、塩素のようなハロゲンを含有する。プラズマの組成及びエネルギーは、それが露出トレンチ１１７中の透過層を除去するように選択すべきである。このプラズマ工程は珪素含有レジスト１０６を除去するのも望ましいことがある。この指向性エッチング工程は、パターンをレジスト層１０６から移動層１０４へ移動させるのに用いたのと同じ器具又は装置中で行うことができる。同じＲＩＥ装置を用いることにより、プラズマエッチング機又は他の装置は、非透過性層をパターン化するのに必要なウエーハ移動数を最小にすることができる。この工程の結果は、図１Ｄに示した構造のようになる。非透過性層１０２はエッチングされてトレンチ１１９を生ずる。
【００５８】
トレンチ１１９の幅は、この工程により生じた最小の特定構造の大きさになるであろう。この最小の特定構造の大きさは、ホトンエネルギーを用いた場合、レジストを照射するのに用いたエネルギーの波長に関係している。短い波長は多くの問題を与え、そのため実際上非常に小さな大きさの特定構造を製造するのにそれらを使用することは制限されている。例えば、ＥＵＶエネルギーは、慣用的レンズを用いて焦点を結ばせるのは容易ではない。それはガラスに吸収され、多くの慣用的鏡材料を通過する。実際的に妥協すれば、５〜１３ｎｍの波長を有するＥＵＶエネルギーが、６〜４４ｎｍの最小の大きさを有する特定構造を形成するのに用いられるものと思われる。ＤＵＶエネルギーは、約１００〜２２０ｎｍの波長を有するエキシマ、ガス又は固体源により発生させることができると予想され、３２〜１２４ｎｍの最小大きさを有する特定構造を形成するのに用いられるものと思われる。２２０〜３００ｎｍの波長を有するＤＵＶエネルギーは、５５〜２２５ｎｍの最小大きさを有する特定構造を形成するのに用いられるものと思われる。ＵＶエネルギーは、高圧水銀蒸気アーク光、又は超高圧キセノン・水銀光の放射をカットフィルターを通して分光的に分離又は処理することにより発生させることができる。この方法は、約３６５ｎｍのｉ線エネルギー、又は約３１３ｎｍのｊ線エネルギーを生ずる。別法として、ヘリウム・カドミウムレーザーを用いて、約３２５ｎｍの放射線を生じさせることができる。３００〜３８０ｎｍの波長を有する近ＵＶエネルギーは、７５〜２８５ｎｍの最小の大きさを有する特定構造を形成するのに用いられるものと思われる。他のエネルギービームは、高圧水銀蒸気アーク光、又は超高圧キセノン・水銀光の放射をカットフィルターを通して分光的に分離又は処理することにより発生させることができる。この方法は、約４３６ｎｍのｇ線エネルギー、又は約４０６ｎｍのｈ線エネルギーを生ずる。３８０〜４５０ｎｍの波長の他のエネルギーは、９５〜３４０ｎｍの最小の大きさを有する特定構造を形成するのに用いられるものと思われる。本発明の実施で低エネルギー電子ビームを用いることは、１０〜１００ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成する可能性を有する。帯電粒子ビーム、５〜５０ｎｍの最小の大きさの特定構造を形成することができる。トレンチ１１９の幅が、レジストを照射するのに用いたエネルギービームの種類に臨界的に依存することは、上で述べた通りである。本発明は、種々のエネルギービームに亙って、臨界的大きさの制御及び微細な線を生ずる能力を改善する。
【００５９】
パターン移動のためにより用いられる同じプラズマ反応器用いて、移動層及びレジスト層の残余を除去するために灰化することもできる。パターン移動のためには、プラズマ反応器は、出来るだけ垂直に異方的なエッチングを行なうためのプラズマ流を生じさせる必要がある。反応性イオンエッチング又は同等のもので、これが達成される。プラズマは低圧である。加工品に高い電位を生ずる。平板反応器を用いて、ＲＦエネルギーにより加工品に高い電位を発生させることができる。その効果は幾らかスパッタリングに似ている。移動層を除去するための灰化のため等方的処理が好ましいが、プラズマの垂直配向は必須ではない。２００ミリトールを越える比較的高い圧力のプラズマを用いる。加工品は低い電位を有する。プラズマは反応性物質を生じ、それが移動層の表面へ拡散してその層を化学的にエッチングし、除去する。平板反応器は、加工品を接地して用いることができる。別法として、プラズマのマイクロ波励起を用いたバレル反応器を用いてもよい。灰化のためには、少量の二酸化硫黄を含む酸素が、有機残留物を除去するのに適している。平板反応器では、２枚の対になった網を有する二重ＲＦドライブが、特に有用である。二重ドライブにより、カソードと加工片テーブルは、独立に駆動される。単結晶発振機は、両方を駆動するためのＲＦ周波数を発生することができる。二つのドライブの相及び電力を独立に制御することにより、加工品の電位を広い範囲内で制御することができる。平板反応器に対する一つの変更は、Ｌ．ホリンズ（Ｈｏｌｌｉｎｓ）その他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｖｏｌ． １． ｐ． ３２ （１９６８）に記載されているスプリットカソード設計である。
【００６０】
図１に関して記載した方法は、図２に描いたようなレティクル中の相移動窓をエッチングするのにも適用することができる。図２Ａでは、レジスト層をエネルギーで照射する前の初期の構造が描かれている。被覆したレティクルは、素材レティクル２００、一つ以上の非透過性層２０２、移動層２０４、及びレジスト層２０６を有する。素材レティクル２００は、上で述べたように、石英基体であるのが典型的である。この構造の非透過性層２０２を、例えば上に記載した方法を用いてパターン化する。被覆したレティクルの非透過性層は、約４０〜９０ｎｍの厚さのパターン化クロム層を含むのが典型的である。別法として、非透過性マスク層を形成するのに、アルミニウム、金、タングステン、又は珪素を用いることができる。場合により非透過性層は、反射防止層を含んでいてもよい。反射を減少させるため、約３０μ厚の非化学量論的酸化クロム材料を用いることができる。この場合も、ステッパーでマスクを用いる場合、それは性能を向上するが、マスク中の相移行窓を形成するためには必ずしも必要ではない。別法として、非透過性層２０２は、エネルギービームを反射又は拡散するレティクルの表面上又は中に形成された構造体にすることができ、その結果非透過性領域に入射したエネルギービームは、その領域の下にあるレジストでの閾値照射を生ずることはないであろう。非透過性層に形成されたパターンは、マスク製造装置の座標系を整合させるのに有用である。
【００６１】
必ずしも、非透過性層の直ぐ上である必要はないが、その層を覆って移動層２０４を適用する。これは比較的厚い層で、有機材料からなるのが好ましい。適当な材料はノボラックで、殆どの非拡大ポジホトレジストで用いられている樹脂成分である。それは、優れた接着性及び良好なプラズマエッチング抵抗を有し、可視及びＵＶに対し透明であり、ＤＵＶで吸収性である。この層を回転被覆するための慣用的技術を用いて、約０．２〜０．５μ厚、好ましくは約０．３５μ厚の層を形成することができる。もし有機材料が固有の性質として吸収性ではなく、光学的波長と共に用いられる場合、それは吸収性染料、好ましくは照射輻射線を選択的に吸収し、整合用輻射線に対しては比較的透明である染料を含有していてもよい。移動層材料が表面を平にする傾向を持ち、特に回転被覆した時にその傾向を持つことが特に有用である。異なった吸光度の染料は、整合用エネルギービームが特定構造の大きさを悪くすることなく、照射及び整合のために異なったエネルギービームを用いることができるようにする。照射用輻射線の吸収は、定常波とバルク干渉効果の両方の効果を最小にする。
【００６２】
場合により、必ずしも移動層の上に直接である必要はないが、その層を覆ってプラズマ抵抗層２０５を適用する。この層はスパッター蒸着してもよい。それは或るプラズマに露出されると二酸化珪素を形成する珪素層であるのが好ましく、特に無機珪素層であるのが好ましい。
【００６３】
必ずしも、移動層及び場合によりプラズマ抵抗層の直ぐ上である必要はないが、それらを覆ってレジスト層２０６を適用する。この層を回転被覆するための慣用的技術を用いて、約０．０５〜０．２０μ厚、好ましくは０．１５μ厚の層を形成する。場合により、プラズマエッチングの選択性を向上させるため、珪素含有レジストを用いてもよい。レジストは、それを焼成する前、最初から珪素を含んでいてもよく、或はシリル化法を用いてレジスト中に珪素を満たすことができる。図２Ａに描いた構造は、パターン構造を有するので、非透過性層のパターン化後、マスク製造所で移動及びレジスト層が適用されるものと予想される。移動及びレジスト層についての良好な加工寿命は、良好な棚寿命よりも一層重要である。
【００６４】
本発明を用いた方法は、図１の場合と同じ進行に従い、図２Ａ〜２Ｄに描かれており、図２Ｅには変更した方法が示されている。これらの図には示されていないが、非透過性層のパターンを見るため、５３２ｎｍのホトンエネルギービーム源を用い、この波長でのレジスト及び移動層の透明性を利用した光学的整合装置を使用する。パターン化したレティクルとパターン発生器座標系との整合に続き、図２Ａのレジスト層２０６をエネルギービームに露出する。これはホトンエネルギービーム、低エネルギー電子ビーム、帯電粒子ビーム、又は他のエネルギービームで、使用した特定のレジストを照射するのに適したエネルギービームでもよい。エネルギービームは、パターン発生器を用いてレジストを照射する。パターン発生器方式は、平均エネルギー照射量及び照射から完了までの平均時間がマスクを横切って比較的一定であるように複数回の通過を用いるのがよい。これは、レジスト層中の潜像の消失をコントロールするのに役立つ。
【００６５】
図２Ａでの照射に続き、レジストを現像して選択的に除去する。パターン化されたレジストは図２Ｂに描かれている。非透過性層がエッチング除去された領域の全て又は一部分の上にトレンチ２１５が存在する。実際には、非透過性層のエッチングされた領域は、相移行窓が望まれる場合にはトレンチ２１５よりも広くてもよい。なぜなら、相移行窓は、屡々非透過性層中の非移行窓に屡々隣接しているからである。
【００６６】
トレンチ２１５の検査及び補修は、場合によりレジストを選択的に除去した後に行う。或る場合には、この段階での検査及び補修は、後で行うよりも一層効果的であろう。パターン化したレジストの補修は、石英のような基体中へエッチングした相移行窓の形を修正するよりも容易であると思われる。パターン化レジスト２０６をプラズマ２１０で指向的にエッチングすることにより得られた構造が図２Ｃに描かれている。
【００６７】
照射後、レジストのシリル化を含む方法の変更が図２Ｅに示されている。或る場合には、パターン化後、シランのような珪素化合物でレジストを満たすのが好ましいであろう。液体又はガス状珪素含有化合物２１４をレジストを覆って適用する。これは、図２Ｅに示したように、現像及び選択的除去を行なった後に行なってもよく、又はレジストを現像する前に行なってもよい。一つの選択は、現像前にシリル化を行なった時、レジストを乾式現像することである。
【００６８】
図２Ｃには、移動層２０４を通り、レティクル基体２００を露出するトレンチ２１７が描かれている。付加的プラズマ２１２を用いて、図２Ｄに描かれているように、基体２００中に相移行窓を指向的にエッチングする。
【００６９】
均一性を改良するため、前に形成した１８０°相移行窓の外に、付加的相移行、例えば更に別の１８０°相移行窓をパターン化したマスクに追加してもよい。図３Ａには、１８０°相移行窓が既にエッチングされている構造が描かれている。基体３００は、一つ以上の非透過性層３０２によって覆われている。１８０°相移行窓は、基体の一部３２１にエッチングされている。レティクル３２３の一つの領域では、非透過性層が除去されているが、相移行窓はエッチングされていない。
【００７０】
図３Ｂに描いた指向性エッチング、又は図３Ｃに描いた等方性エッチングにより、付加的相移行エッチングを達成することができる。プラズマ３１０は指向性エッチングのために用いることができ、基体の一部分を除去しながら、非透過性層をそのまま残すのに適したプラズマを選択する。別法として、比較的指向性のないプラズマ３１６又は湿式エッチング３１６を用いることができる。得られた構造は図３Ｄに描かれている。相移行窓３２５は、非相移行透過性窓３２７よりも基体中に深くエッチングされているように見える。
【００７１】
本方法の基本的工程は、次のように列挙して表すことができる：
１．二重層被覆を有するレティクルを用いて開始する。
２．パターン発生器を用い、一番上のレジスト層をエネルギービームに露出して潜像を形成する。
３．潜像に相当してプラズマエッチング障壁を形成する。
４．プラズマエッチング障壁を通して移動層を指向的にエッチングする。
５．移動層を除去し、レティクル基体を露出する。
【００７２】
照射するレティクル素材を製造する方法は図４Ａ〜４Ｃに例示されている。この方法は、必ずしもレティクル基体上である必要はないが、それを覆ってマスク層４０２を形成する。必ずしもマスク層４０２の上である必要はないが、それを覆って移動層４０４を形成する。場合により、必ずしも移動層４０４の上である必要はないが、その層を覆ってプラズマ抵抗層４０５を形成してもよい。必ずしも移動層４０４及び場合によるプラズマ抵抗層４０５の上である必要はないが、それらの層を覆って抵抗層４０６を形成してもよい。
【００７３】
本発明を実施する方法及び装置は、種々の利点を与える。本方法は、レジスト及び移動層、特に移動層の厚さには比較的鈍感である。大きな解像力の微細な特定構造が容易に形成される。アンダーカット及び空隙の拡大が回避され、線と空隙が均一に交互になったものの形成を容易にする。トレンチの側壁はほぼ垂直である。露出後の焼成を行う必要がない。露出後の焼成がなくても像の拡散は最小である。非透過性層の最初のパターン化のため、予め被覆した素材を用いることができる。系は時間のずれに対し比較的影響を受けにくく、それにより作業の流れを簡単化することができる。殆ど同じ屈折率及び一層大きな吸収性を有する比較的厚い下の層又は移動層の上に薄い透明レジスト層を用いることにより、定常波及びバルク干渉効果の両方の干渉効果を最小にする。幾つかの処理工程のために同じプラズマ反応器を用いることができ、装置の部分間でのレティクルの移動を最小にする。このことは、資本投資、必要な床面積、取扱い、及び所要時間を最小にする。レジスト層の検査及び補修は、完成したマスクパターンが、目的として要求されるものに合致した臨界的大きさを有することを確実にする傾向を有する。
【００７４】
本発明を、上で詳述した好ましい態様及び例に関連して開示してきたが、これらの例は限定する意味よりも例示のためであることは理解されるであろう。修正及び組合せは当業者に容易に思い付くものであり、それら修正及び組合せは、本発明の本質及び特許請求の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１において、図１Ａ〜１Ｅは、二重層レティクル素材構造及びレジスト及び移動媒体の二重層を用いたパターン化レティクルを製造する方法を描いた図である。
【図２】
図２において、図２Ａ〜２Ｅは、二重層レティクル素材構造及び相移行マスクを製造するための方法を描いた図である。
【図３】
図３は、相移行マスクの領域をオーバーエッチングする方法を描いた図である。
【図４】
図４は、レジストと移動媒体の二重層を有するレティクルのブロック形成図である。
【図５】
図５は、ホトンエネルギービームの種々の波長についての最小線幅範囲を示すグラフである。

Claims (62)

1. レティクル基体、マスク層、移動層、及びレジスト層を有するマスク素材上に、パターン発生器により特定構造を形成する方法において、
   パターン発生器を用いて前記レジスト層に潜像を形成し、
   前記潜像に相当するプラズマエッチング障壁を形成し、
   前記プラズマエッチング障壁を通って移動層を指向的にエッチングし、
   前記移動層を通って前記マスク層を指向的にエッチングし、そして
   前記移動層を除去してマスク層のエッチングされていない部分を露出させる、諸工程を有する形成方法。
2. レジスト層を湿式現像する、請求項１に記載の方法。
3. レジスト層が２００ｎｍより薄い厚さを有し、好ましくは約１５０ｎｍの厚さを有し、移動層が２００〜５００ｎｍの厚さ、好ましくは約３５０ｎｍの厚さを有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. プラズマエッチング障壁が、レジスト層の珪素を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. レジスト層中の珪素が、潜像を形成する前に存在する、請求項４に記載の方法。
6. レジスト層中の珪素が、潜像形成後に、前記レジスト層を珪素化合物で処理することにより添加される、請求項４に記載の方法。
7. プラズマエッチング障壁が、レジスト層と移動層との間の分離フイルムを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
8. プラズマエッチング障壁が、スパッタリングにより蒸着された薄膜を有する、請求項７に記載の方法。
9. プラズマエッチング障壁が、金属含有フイルム、好ましくはアルミニウムフイルムを有する、請求項７又は８に記載の方法。
10. プラズマエッチング障壁が、金属酸化物フイルムを有する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. プラズマエッチング障壁が、珪素含有フイルム、好ましくは酸化珪素フイルムを有する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. プラズマエッチング障壁が、レジスト層中に含まれる酸化珪素により形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
13. 露出する前にレジスト層中に珪素が存在し、レジストを通してエッチングすることによりパターンを形成する、請求項１２に記載の方法。
14. レジスト層を現像した後、珪素化合物で処理することにより珪素をレジスト層へ添加する、請求項１２に記載の方法。
15. プラズマエッチング障壁を、レジスト層を通ってプラズマエッチングすることによりパターン化する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 移動層が、潜像を形成するのに用いられるエネルギービームに対し本質的に非透過性である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 移動層を、第一化学的プラズマを用いて除去する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 第一化学的プラズマがハロゲンイオンを含有する、請求項１７に記載の方法。
19. 第一化学的プラズマが酸素プラズマである、請求項１７に記載の方法。
20. 移動層が有機層であり、第一化学的プラズマが酸化性プラズマである、請求項１７に記載の方法。
21. 移動層が、酸素プラズマ中で除去される、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 移動層及びマスク層の指向性エッチングが、ＲＩＥ型エッチングにより行われ、移動層の除去が、非選択的酸素プラズマにより行われる、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. レティクル基体、マスク層、移動層、及びレジスト層を有するレティクル上に、特定構造を形成する方法において、
    パターン発生器を用いて前記レジスト層を露出し、
    前記レジスト層を現像して、前記レジスト層の部分を選択的に除去し、
    前記レジスト層の下の移動層を指向的にエッチングし、
    前記移動層の下のマスク層を指向的にエッチングし、そして
    前記移動層を除去してマスク層のエッチングされていない部分を露出させる、諸工程を有する形成方法。
24. パターン発生器が、ホトンエネルギービームを用いてレジスト層を照射する、請求項２３に記載の方法。
25. 移動層が、ホトンエネルギービームに対し、本質的に非透過性である、請求項２４に記載の方法。
26. ホトンエネルギービームが、３００〜３８０ｎｍの波長範囲にある、請求項２４又は２５に記載の方法。
27. ホトンエネルギービームが、２２０〜３００ｎｍの波長範囲にある、請求項２４又は２５に記載の方法。
28. ホトンエネルギービームが、１００〜２２０ｎｍの波長範囲にある、請求項２４又は２５に記載の方法。
29. ホトンエネルギービームが、約５〜１３ｎｍの波長範囲にある、請求項２４又は２５に記載の方法。
30. パターン発生器が、粒子ビームを用いてレジストを照射する、請求項２３に記載の方法。
31. 特定構造を、７５ｎｍ〜２８５ｎｍの範囲の最小の特定構造の大きさを有する方法により形成する、請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 特定構造を、５５ｎｍ〜２２５ｎｍの範囲の最小の特定構造の大きさを有する方法により形成する、請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の方法。
33. 特定構造を、３２ｎｍ〜１２４ｎｍの範囲の最小の特定構造の大きさを有する方法により形成する、請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の方法。
34. 特定構造を、６ｎｍ〜４４ｎｍの範囲の最小の特定構造の大きさを有する方法により形成する、請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の方法。
35. パターン発生器が、３０００ｅＶより小さな電子エネルギーを有する電子エネルギービームを用いてレジストを照射する、請求項２３に記載の方法。
36. 特定構造を、２０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲の最小の特定構造の大きさを有する方法により形成する、請求項３５に記載の方法。
37. レジスト及び移動層が、或る波長の光に対し透過性であり、更に或る波長の光を用いて観察することができる前記レジスト及び移動層の下の特定構造にパターン発生器を整合させる工程を含む、請求項２３〜３６のいずれか１項に記載の方法。
38. 移動層が、特定の波長の光に対しレジスト層よりも一層吸収性であり、更に特定の波長の光を用いて前記移動層に自動的に焦点を合わせる工程を含む、請求項２３〜３７のいずれか１項に記載の方法。
39. レジスト層が比較的薄く、移動層が比較的厚く、前記移動層が特定の波長の光に対し前記レジスト層よりも一層吸収性であり、前記レジスト層及び移動層が、ほぼ同じ屈折率を有する、請求項２３〜３８のいずれか１項に記載の方法。
40. 照射工程が、レジスト層上を少なくとも４回照射通過することを含む、請求項２３〜３９のいずれか１項に記載の方法。
41. 照射工程が、レジスト層上を第一方向に少なくとも２回照射通過し、前記レジスト層上を第二方向に少なくとも２回照射通過することを含み、前記第一及び第二の方向が本質的に反対である、請求項２３〜４０のいずれか１項に記載の方法。
42. 照射工程が、レジスト層上を複数回照射通過することを含み、照射通過と、最終照射通過の完了との間の平均時間を有し、その平均時間がレティクルを横切って分布した位置について本質的に等しい、請求項２３〜４１のいずれか１項に記載の方法。
43. レジストが珪素を含み、選択的除去工程が、酸素及び二酸化珪素を含むプラズマを用いる、請求項２３〜４２のいずれか１項に記載の方法。
44. 現像工程前に、レジストを珪素化合物、好ましくはシランで処理する工程を更に含み、前記珪素化合物が、好ましくは液体又はガス状である、請求項２３〜４３のいずれか１項に記載の方法。
45. レジストを現像し、選択的に除去する間に、レジストを珪素化合物、好ましくはシランで処理する工程を更に含み、前記珪素化合物が、好ましくは液体又はガス状である、請求項２３〜４３のいずれか１項に記載の方法。
46. 現像工程が、レジストを湿式現像し、次に濯ぎ、乾燥することを含む、請求項２３〜４５のいずれか１項に記載の方法。
47. 現像工程が、レジストをシリル化し、次に乾燥現像することを含む、請求項２３〜４５のいずれか１項に記載の方法。
48. 選択的に除去したレジストを検査し、補修する工程を更に含む、請求項２３〜４７のいずれか１項に記載の方法。
49. 移動層をエッチングする工程が、プラズマエッチングを含む、請求項２３〜４８のいずれか１項に記載の方法。
50. 移動層をエッチングする工程が、反応性イオンエッチングを含む、請求項２３〜４８のいずれか１項に記載の方法。
51. マスク層をエッチングする工程が、プラズマエッチングを含み、前記プラズマエッチングガスが、好ましくは塩素を含む、請求項２３〜５０のいずれか１項に記載の方法。
52. マスク層をエッチングする工程が、反応性イオンエッチングを含む、請求項２３〜５０のいずれか１項に記載の方法。
53. 移動層が、有機材料を含む、請求項２３〜５２のいずれか１項に記載の方法。
54. 移動層の有機材料が、マスク層を平坦化するのに適合する、請求項５３に記載の方法。
55. 移動層の有機材料が、ＤＵＶ吸収性層で着色されている、請求項５３に記載の方法。
56. マスク層が、非化学量論的酸化クロムの反射防止層で覆われているクロム層を有する、請求項２３〜５５のいずれか１項に記載の方法。
57. パターン化するためのレティクル素材を製造する方法において、レティクル基体上にマスク層を形成し、
    前記マスク層の上に有機層を回転被覆し、
    前記有機層を焼成し、
    前記有機層の上に珪素含有ポジレジスト層を回転被覆し、そして
    前記レジスト層を焼成する、
    諸工程を有するレティクル素材製造方法。
58. マスク層が、好ましくは４０〜９０ｎｍの厚さ範囲で、クロム、アルミニウム、及びタングステンの少なくとも一つを含む、請求項５７に記載の方法。
59. レティクル基体が石英を含む、請求項５７又は５８に記載の方法。
60. マスク層が、レティクル基体の石英上のパターン化構造体を有する、請求項５９に記載の方法。
61. レジスト層が、或る波長の光に対し低い吸収性を有し、移動層が、前記レジスト層とほぼ同じ屈折率を有し、前記移動層が、或る波長の光を実質的に吸収する染料を含有する、請求項５７〜６０のいずれか１項に記載の方法。
62. レジスト層が、５０〜２００ｎｍの厚さを有し、好ましくは約１５０ｎｍの厚さを有する、請求項５７〜６１のいずれか１項に記載の方法。

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