(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の素子パターンを形成するためのＸ線リソグラフィ用マスクにおいて、
前記素子パターンの幅より大きい幅を有する部材と、
前記部材の中心領域に形成されたマスクパターンと、
前記部材の周辺領域に形成され前記マスクパターンを取囲む中間物質層と、
前記中間物質層と接着して接着面を形成し、傾斜面を有しており、前記接着面と前記傾斜面とが鋭角をなす支持台を有することを特徴とするＸ線リソグラフィ用マスク。
【請求項２】
前記マスクパターン、前記中間物質層および前記支持台が前記部材の一側に形成されることを特徴とする請求項１記載のＸ線リソグラフィ用マスク。
【請求項３】
前記マスクパターンがクロムと金の合成物であることを特徴とする請求項１記載のＸ線リソグラフィ用マスク。
【請求項４】
前記部材が単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１記載のＸ線リソグラフィ用マスク。
【請求項５】
半導体装置の素子のパターンを形成するためのＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法において、
所定の厚さを有する第１シリコン基板の一部にマスクパターンを形成する段階と、
前記基板の全面に第１酸化膜を前記マスクパターンの厚さより厚く蒸着する段階と、
マスク窓の保護層が四方の側面に形成された第２シリコン基板を前記第１酸化膜と接着させる段階と、
前記第１シリコン基板を薄膜化する段階と、
前記マスク窓の保護層および前記第２シリコン基板の一部を除去してマスク窓を形成する段階と、
外部に露出された前記マスク窓の保護層および前記マスクパターン上に形成された前記第１酸化膜を順次的に除去し、
前記マスクパターンを前記Ｘ線の入射方向へ露出させる段階を具備することを特徴とするＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項６】
前記マスク窓の保護層は酸化膜であることを特徴とする請求項５記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項７】
前記薄膜化段階は、グラインディングと選択的物理／化学的ポリシングとからなる単位工程によって行われることを特徴とする請求項５記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項８】
前記単位工程での蝕刻量によって前記第１シリコン基板の厚さを調節することを特徴とする請求項７記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項９】
前記マスクパターンがクロムと金の合成物であることを特徴とする請求項５記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項１０】
前記第１シリコン基板が単結晶シリコン層であることを特徴とする請求項６記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項１１】
前記薄膜化段階後に薄膜化された第１シリコン基板の四方の側面に第２酸化膜を形成する段階をさらに具備することを特徴とする請求項５記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項１２】
前記マスクパターンの露出段階で外部に露出された前記第２酸化膜を除去する段階をさらに具備することを特徴とする請求項５記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項１３】
前記第２酸化膜は熱酸化または化学気相蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１２記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【請求項１４】
前記薄膜化段階以降に接着特性を改善させるための熱処理がさらに具備されることを特徴とする請求項５記載のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線リソグラフィ用マスクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ回路にある電気素子や高集積半導体装置は、不純物をシリコン基板の所定領域にドーピングし、これらの領域を連結させたり短絡させる一連の工程によって形成される。高集積半導体装置の素子領域を決めるパターンはリソグラフィによって作られる。リソグラフィには、感光膜を利用して紫外線に露出された部分または露出されていない部分を現像する光学的リソグラフィと、電子ビーム、イオンビームまたはＸ線を利用するリソグラフィがある。リソグラフィからパターンされた像をシリコン基板に転写するマスクの特性は解像度、パターン整合力等によって決定される。
【０００３】
ところが、光学的リソグラフィを利用すれば、パターンの解像度およびパターン整合力が、各々、１マイクロメートル、±３マイクロメートルに限定されるので、半導体装置の高集積化趨勢に従うことには限界がある。したがって、パターン転写力を向上させるために電子ビーム、イオンビームまたはＸ線を利用するリソグラフィが利用されている。電子ビームリソグラフィはその実行が非経済的であり、レジストと基板での電子ビームの散乱によって解像度が制限される問題がある。また、イオンビームリソグラフィではそのリソグラフィに使用されうるイオンを得ることが易しくないという問題がある。Ｘ線リソグラフィは、長周期では照射環境によってパターンの解像度が制限されるという問題点を有しているが、光学的リソグラフィや電子リソグラフィで発生する焦点問題、すなわち、レンズの焦点と感光膜の中心線との不一致、反射および散乱効果を除去でき、高解像度のパターンを得ることができ、パターンを多量に形成しうる等の利点がある。
【０００４】
図１Ａ〜図２Ｄは、従来の方法によるＸ線リソグラフィ用のマスクの製造工程の断面を示したもので、ＡＴ＆Ｔベル  ラボラトリーズ（Bell Laboratories）社のG ．K ．Cellerによって発表された論文（Review of X-ray lithography ）のｐ９６７と図５に示されている。
図１Ａは、シリコン基板３に支持台のガラスリング１を付着する段階を示す。具体的には、シリコン基板３にボロンがドーピングされたシリコンエピタキシャル層５が形成されている。ガラスリング１の中央部は湿式蝕刻によって除去されて中央部に開口部７が形成され、支持台１は２つの部分になる。開口部７の幅は、シリコン基板３とガラスリング１との接触面よりガラスリング１の下部のほうが大きい。ガラスリング１をシリコン基板３に付着すれば間隔ｄは除去される。
【０００５】
図１Ｂは、マスクパターンの下地膜（underlayer）を形成する段階を示す。シリコンエピタキシャル層５の全面に窒化物を蒸着して窒化物層９を形成する。次に、ガラスリング１の開口部７によって露出されるシリコン基板を蝕刻する。この際、ボロンがドーピングされたシリコンエピタキシャル層５と窒化物層９は蝕刻されずに残り、パターン情報を運搬するＸ線吸収層を支持するための下支膜を形成する。
【０００６】
図２Ｃは、シリコン基板の上面３ａのシリコンエピタキシャル層５の上にレジストパターンを形成する段階を示す。５０Åのクロムと１００Åの金を蒸発させてシリコンエピタキシャル層５の上に蒸着してクロム／金の合成層１１を形成する。前記クロム／金の合成層１１の上面にレジストを塗布して電子ビームやＸ線を利用して前記レジストに感光および現像工程を加えてフォトレジストマスクパターン１３を形成する。
【０００７】
図２Ｄは、フォトレジストマスクパターン１３を蝕刻防止膜として利用してＸ線吸収層を形成した後、前記フォトレジストマスクパターン１３および合成層１１を除去する段階を示す。前記Ｘ線吸収層は、乾式蝕刻方法を利用して形成する。前記Ｘ線吸収層はパターン情報を運搬する役割をするもので高密度と高インピーダンスを有するべきなので、上の合成層１１のように金、タングステンやタンタル等を使用する。
【０００８】
図３Ａ〜図３Ｄは、G ．K ．Celler等が１９９１年１０月１０日付にて"Apply Physics letter"のｐ３１０５〜３１０７に発表したＸ線を利用してマスクを製造する従来の他の方法を示す。
図３Ａは、ガラスディスクにシリコン層を形成する段階を示す。ガラスディスク２１は全体には六面体の形態で下部中央部は凹むように蝕刻される。この凹部２３の幅はガラスディスクの上面に近いほど小さくなり、この際、凹部の上面２５ａからガラスディスク２１の上面は所定距離離れている。次に、ディスクの全面に多結晶シリコン層を蒸着し、多結晶シリコンを再結晶化して再結晶層２５を形成する。
【０００９】
図３Ｂは、Ｘ線マスク部材を形成する段階を示す。具体的には、再結晶層２５の中で凹部の上面２５ａを蝕刻し、除去された再結晶層２５を通して窓２７を形成する。具体的には、外部に直接露出されたガラスディスクは蝕刻されるが、ディスク上面の上に形成されている再結晶層２５が露出されないようにして薄膜２９を形成する。
【００１０】
図３Ｃは、Ｘ線吸収層とレジストパターンを形成する段階を示す。ガラスディスクの上面にクロム／タングステン／クロムの合成層３１を蒸着する。次に、電子ビームレジスト膜を塗布してから所定部分を蝕刻してパターン３３を形成する。
図３Ｄは、マスクを完成する段階を示す。前記合成層３１は乾式蝕刻されることになる。レジストパターン３３の下部に位置する合成層３１のみ蝕刻されないので、レジストパターン３３とその領域の下部の合成層のみが残る。すなわち、再結晶層２５の上面に存在する蝕刻されていない合成層とレジストパターン３３を除去すれば所望のマスクパターン３１ａが完成される。
【００１１】
この方法は、前者の方法に比べてシリコン基板を湿式蝕刻する工程およびエピタキシャル成長工程を省略するので経済的であり、シリコンをガラスにボンディングさせる工程を行わなくても良い利点がある。
しかし、前者の方法のように、後者の方法でもＸ線マスク部材を形成した後にマスクパターンを形成し、Ｘ線マスク部材はシリコン基板を蝕刻したりガラスディスクを蝕刻することにより形成され、その厚さは１〜２マイクロメートルと非常に薄い。したがって、Ｘ線マスク部材を所望の厚さに制御することが容易ではなく、レジストのパターン形成およびＸ線吸収層の蝕刻等の後続工程が制限される。
【００１２】
また、図１Ａ〜図２Ｄの方法と図３Ａ〜図３Ｄの方法は、Ｘ線マスク部材としてシリコンエピタキシャル層や再結晶されたシリコン層を利用する。このシリコンエピタキシャル形成工程はコスト高である。また、シリコン層の再結晶化のために再結晶化に必要な温度までシリコン層を加熱するべきであるが、再結晶化はガラスディスクの上で行われるので部材の硬直度が落ちる問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｘ線マスク部材の厚さを制御しうるＸ線リソグラフィ用マスクおよびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、半導体装置の素子パターンを形成するためのＸ線リソグラフィ用マスクは、前記素子パターンの幅より大きい幅を有して所定の厚さを有する部材と、前記素子パターンの幅に該当する幅を有し、前記Ｘ線が入射される前記部材の一部の領域に形成され、前記パターンの情報をシリコン基板へ運搬するためのマスクパターンと、前記マスクパターンの左右に位置して前記マスクパターンの厚さより厚い酸化膜、および、前記酸化膜と接着して接着面を形成し、傾斜面を有しており、前記接着面と前記傾斜面とが鋭角をなす支持台を有する。
【００１５】
前記部材はグラインディングとポリシングよりなる単位工程によって形成され、前記単位工程での蝕刻量によって前記部材の厚さを調節しうる。また、前記マスクパターンがクロムと金の合成物であり、前記部材が単結晶シリコン層を使用する。
また、前記鋭角が前記支持台を形成時、使用される蝕刻液および前記酸化膜の幅によって決定され、蝕刻液としてKOHを使用すれば、鋭角が４５度になる。
【００１６】
また、このような構造のＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法は、所定の厚さを有する第１シリコン基板の一部にマスクパターンを形成する段階と、前記基板の全面に中間物質層を前記マスクパターンの厚さより厚く蒸着する段階と、マスク窓の保護層が四方の側面に形成された第２シリコン基板を前記中間物質層と接着させる段階と、前記第１シリコン基板を薄膜化する段階と、前記マスク窓の保護層および前記第２シリコン基板の一部を除去してマスク窓を形成する段階と、外部に露出された前記マスク窓の保護層および前記マスクパターン上に形成された前記中間物質層を順次的に除去し、前記マスクパターンを前記Ｘ線の入射方向へ露出させる段階を具備する。
【００１７】
ここで、前記マスク窓の保護層は酸化膜であり、前記薄膜化段階がグラインディングと選択的物理／化学的ポリシング段階よりなり、前記単位工程での蝕刻量によって前記第１シリコン基板の厚さを調節しうる。また、前記マスクパターンがクロムと金の合成物を使用することができ、前記第１シリコン基板が単結晶シリコン層である。
前記薄膜化段階後に薄膜化された第１シリコン基板の四方の側面に第２酸化膜を形成する段階をさらに具備しうる。また、前記マスクパターンの露出段階で外部に露出された前記第２酸化膜を除去する段階を追加に具備することができ、前記第２酸化膜は熱酸化や化学気相蒸着によって形成される。
【００１８】
また、前記薄膜化段以降に接着の特性を改善させるための熱処理を実施しうる。
したがって、Ｘ線マスク部材の厚さを任意に調節しうるようになり、マスクパターンが部材形成前に形成され、マスクパターンが酸化膜によって保護され、マスク製造の最後工程で露出されるのでマスクパターンの情報伝達特性が影響を受けない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明による実施例を図４および図５Ａ〜図６Ｈに基づき詳しく説明する。
図４は本発明によるＸ線リソグラフィ用のマスクの断面図を示す。
単結晶シリコンからなるＸ線部材４０の中央部には、マスクの大きさ（チップの大きさ；ｌ）に該当する幅を有する開口部が形成されている。前記開口部内にはＸ線を吸収するマスクパターン４２が形成されている。Ｘ線の進行方向（第１方向）５８と開口部内に形成されたマスクパターン４２の突出方向（第２方向）は反対なので、開口部を通してＸ線マスク部材にＸ線が入射される。中間物質層４４は前記開口部の一側面と接する。マスクパターン４２は普通金、タングステンやタンタル等を使用して形成する。マスクパターン４２および中間物質層４４は第１シリコン基板上に形成される。前記中間物質層４４は、マスク支持台４６と接して接着面５６を形成する。マスク支持台４６は第２シリコン基板に形成されたもので、開口部を中心に左右に対称的に位置する。部材４０と同様に支持台４６は単結晶シリコンを使用することができ、ガラス等の物質も使用しうる。マスク支持台の内側面（傾斜面）は傾斜になっていて接着面と一定の鋭角を成す。この際の角を湿式蝕刻角（θ）と呼ぶ。
【００２０】
完成されたマスクの開口にＸ線５８が入射される。マスクパターン４２が形成された部分ではＸ線が通過せず、部材４０が露出された部分を通してＸ線が通過されて半導体装置の素子パターンを形成する。
図５Ａは、マスクパターンを形成する物質を塗布する段階を示す。単結晶のシリコン基板４１の全面にＸ線を吸収する膜４３を形成する。
【００２１】
図５Ｂは、マスクのパターニング段階を示す。マスクを利用してＸ線吸収膜４３の所定部分を蝕刻してパターン４２を形成する。Ｘ線リソグラフィではＸ線の照準が難しいのでマスクのサイズがチップのサイズと同じである。
図５Ｃは、中間物質層４５の蒸着および平坦化段階を示す。後続する基板接着工程と蝕刻工程時にマスクパターン４２を保存するために、マスクパターンの全面に化学気相蒸着による酸化膜４５を形成する。中間物質層４５の厚さは前記マスクパターン４２の厚さより大きい。次いで、後続する基板接着工程での接着特性を改善するために、中間物質層４５が蒸着されたシリコン基板４１を平坦化する。事実上、Ｘ線を吸収するマスクパターン４２の厚さが１００−２００Åなので特別な平坦化段階は要求されていない。
【００２２】
図５Ｄは、他のシリコン基板（第２シリコン基板）４７と前記マスクパターンが形成されたシリコン基板（第１シリコン基板）４１とを接着させる段階を示す。第２シリコン基板の四方の側面に５，０００Åほどの酸化膜４９を塗布する。前記酸化膜４９を第１シリコン基板と接着させ、蒸着された中間物質層４５（または第１シリコン基板の平坦化膜の全面）と第２シリコン基板の上に形成された酸化膜４９の一面が接触する接着面５６を形成する。次いで、接着面５６のボイド除去のために結果物を１，１００℃で熱処理する。マスクパターン層としてクロムを使用した場合にはクロムの溶融点が１，８０３℃なのでボイド除去のための熱処理から影響を受けないが、金を使用した場合は金の溶融点が１，０６３℃なので前記熱処理の温度を低くして実施するべきである。もちろん、接着工程時、半導体装置の特性が良い場合は前記のような後続する熱処理段階は行わなくても良い。
【００２３】
図６Ｅは、Ｘ線マスク部材を形成する段階を示す。第１シリコン基板の中で外部に露出された部分をグラインディングとポリシング工程を利用して第１シリコン基板を薄膜化し、その結果としてＸ線マスク部材４０を形成する。この際、選択的物理／化学的ポリシング（Chemical Mechanical Polishing:以下CMPと呼ぶ）を実施すると、１，０００Åまでは均一な厚さを有するSOI（Silicon on Insulator）層を形成することができ、グラインディングおよびポリシング工程で蝕刻量を調節することにより部材の厚さを数百Åから数μmまで調節しうる。
【００２４】
図６Ｆは、マスク窓の保護層を蝕刻する段階を示す。以後の蝕刻工程時に部材を保護するため、熱酸化または化学気相蒸着等の方法を利用して部材の四方側面にキャッピング酸化膜５１を形成する。次に、フォトリソグラフィを利用し、接着面５６と平行に第２シリコン基板上に形成された酸化膜４９の所定部分を蝕刻して開口部５２を形成する。この際、開口部５２はマスク窓が形成される部分であり、開口部５２の幅は実際のマスクの幅より大きい。
【００２５】
図６Ｇは、マスク窓の形成段階を示す。開口部５２によって露出された第２シリコン基板はKOHを蝕刻液（Etchant）として利用して湿式蝕刻を受け、マスク窓５４が形成される。この際、第１シリコン基板の中間物質層４５と接する酸化膜は蝕刻されなく膜４８が形成される。マスク窓５４の幅は第２シリコン基板の蝕刻の進行と共に小さくなる。第２シリコン基板の残存する部分４６はマスクの支持部の役割をし、マスク窓５４を中心として左右に対称配置される。支持部の片側の傾斜面は酸化膜が形成されていなく、前記傾斜面と第２シリコン基板の上面の間の角は約４５度である。ここで、４５度とは支持部形成時の蝕刻液としてKOHを使用した場合の角度である。前記角度の大きさは図６Ｆのマスク窓の保護層の幅および蝕刻液により決定される。
【００２６】
図６Ｈは、マスクパターンを露出させる段階を示す。外部に露出された酸化膜は蝕刻工程によって除去される。すなわち、第１シリコン基板に形成されたキャッピング酸化膜５１とマスク窓によって露出された第２シリコン基板の酸化膜４８と、前記酸化膜４８と接着された中間物質層４５およびマスク支持台を取囲む酸化膜の中から外部に露出された部分が除去され、マスクパターンがＸ線の入射方向に向かって露出される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、Ｘ線マスクパターンが形成された後にＸ線マスク部材を形成するので、従来に問題になった部材の特性が後続工程によって影響を受けたり破損される可能性が排除された。また、部材の形成はシリコン基板のグラインディングとポリシング段階を反復することよりなるので部材の厚さを任意に調節しうる。
【００２８】
また、本発明では単結晶シリコン層を部材層として使用したので再結晶のための熱処理が不要なのでＸ線部材の硬直度とＸ線の透過特性を改善しうる。
本発明は前記実施例に限定されなく、多い変形が本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を有する者により可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＡおよびＢは、従来の技術によるＸ線リソグラフィ用マスクの製造工程を示す断面図である。
【図２】  ＣおよびＤは、従来の技術によるＸ線リソグラフィ用マスクの製造工程を示す断面図である。
【図３】  Ａ〜Ｄは、従来の他の方法によるＸ線リソグラフィ用マスクの製造工程を示す断面図である。
【図４】  本発明によるＸ線リソグラフィ用マスクの断面図である。
【図５】  Ａ〜Ｄは、本発明によるＸ線リソグラフィ用マスクの製造工程を示す断面図である。
【図６】  Ｅ〜Ｈは、本発明によるＸ線リソグラフィ用マスクの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
４０      Ｘ線マスク部材
４１      シリコン基板（第１シリコン基板）
４２      マスクパターン
４３      Ｘ線吸収膜
４４      中間物質層
４５      中間物質層（第１酸化膜）
４６      マスク支持台（支持台）
４７      シリコン基板（第２シリコン基板）
４８      酸化膜
４９      酸化膜（保護層）
５１      キャッピング酸化膜（第２酸化膜）
５２      開口部
５４      マスク窓
５６      接着面
【図１】
0003736693.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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