JPH03124016A - Ｘ線マスクおよびその製造方法 - 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】 ［概要］ Ｘ線露光技術に用いるＸ線マスクおよびその製造方法に
関し、 メンブレンが多少エツチングされてその膜厚に場所的分
布が生じたとしても、高い位置精度を保つことができる
Ｘ線マスクを提供することを目的とし、 所定波長のＸ線を透過することのできる材料で形成され
たメンブレンと、その上に設けられたＸ線を吸収する材
料で形成されるマスクパターンを有するＸ線マスクにお
いて、該メンブレンは、自己支持するのに十分な引張り
応力が働いている下層と、下層上に形成され、下層の応
力に較べて無視できる程度の応力しか働いていない上層
とからなるように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｘ線露光技術に関し、特にＸ線露光技術に用
いるＸ線マスクおよびその製造方法に関する。

半導体集積回路装置は、益々その集積度は向上し、各素
子および配線は微細化する傾向にある。

Ｍ４［化するパターンを実現するためには分解能の高い
露光技術が要求される。紫外光を露光源とする光露光で
はその波長がより短いものが開発されている。電子線露
光は分解能が高く、電磁気的にレンズを作成することら
できる利点を有するが、真空を必要とする。Ｘ線露光は
必ずしも真空を必要とせずに高分解能を実現できるが、
レンズ系が作成し難く、密着露光ないし近接露光が主と
なる。

このような密着露光や近接露光に用いるＸ線露光用マス
クにはたとえば最小線幅０．１５μｍという高い精度が
要求される。また、電子線やＸ線に対しては高い透明度
を有する固体材料がない、そこで、マスクは吸収の少な
い材料で作った膜状のメンブレン上に形成することにな
る。

「従来の技術］ 第２図（Ａ）〜（Ｆ）に従来の技術によるＸ線マスクの
製造方法を概略的に示す。

まず、第２図（Ａ）に示すように、適当な大きさのシリ
コンウェーハ５１上に化学気相堆積（ＣＶＤ）によって
、厚さ約２μｍのＳｉＣ膜５２を堆積する。　ＳｉＣ膜
はＸ線に対して吸収の少ない材料である。たとえば、厚
さ２μｍのＳｉＣ膜は波長４〜８人のｘｌに対して、約
７０％の透過率を示す。

シリコンウェーハ５１は後の工程で中央部をエッチされ
、Ｘ線透過メンブレンとなるＳｉＣ膜５２の支持枠とし
ての役割を果たす。

次に、第２図（Ｂ）に示すように、シリコンウェーハ５
１の裏面側のＳｉＣ膜５２の中央部をエツチングによっ
て除去し、シリコンウェーハ５１を露出する開口５３を
形成する。この開口は、後に作成すべきＸ線マスクの最
大利用面積を定めるものとなる。

第２図（Ｃ）に示すように、シリコンウェーハ５１の表
面側のＳｉＣ膜５２の上に、Ｘ線に対して吸収の強い材
料であるタンタルＨａ）の膜５５を形成する。Ｘ線吸収
体としてはＴａの他、Ｗ、Ａｕ等を用いることができる
。

この段階で、Ｘ線に対して吸収の少ないメンブレン５２
の上に吸収体材料膜５５が積層された構造ができる。

第２図（Ｄ）に示すように、シリコンウェーハ５１の裏
面側にＸ線マスクの支持枠５６を接着する。この支持枠
５６は、たとえばＳｉＣセラミックで形成されている。

支持枠５６の中央には、ＳｉＣ１１ｇ５２の開口５３と
ほぼ同じ形状を有する開口５７が形成されている。

第２図（Ｅ）に示すように、支持枠５６を取り付けたシ
リコンウェーハ５１を裏面側の開口５７５３から、たと
えば弗酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合液によっ
てエツチングしてシリコンウェーハ５１の中央部を除去
し、ＳｉＣ膜５２を露出する。このようにして、支持枠
５６及び、その上のシリコンウェーハ５１の周辺部に支
持されたＸ！！マスク用メンブレン５２とその上の吸収
体膜５５とが形成される。ここで、Ｘ線マスクとなる吸
収体膜５５が正確にその位置を保つためには、メンブレ
ン５２が十分な強度を持って支持力を与えなくてはなら
ない、このため、メンブレン５２には十分な引張り応力
を与えるようにその製造フ。

ロセスのパラメータが選択される。

その後、第２図（Ｆ）に示すように、Ｔａで形成された
吸収体膜５５の上にホトレジスト層５８を塗布し、パタ
ーンを現像し、下の吸収体膜５５をエツチングでバター
ニングする。このようにして、メンブレン５２の上に吸
収体パターン５５が形成される。

吸収体ｖＡ５５がその内部に応力を有している場合、吸
収体のバターニングを行った結果メンブレン５２上に吸
収体膜５５が残る所と残らない所かできた場合、吸収体
膜５５内の応力によって局所的応力の分布が形成されて
しまう、このため、吸収体膜５５のある所とない所とで
、メンブレン５２の伸び縮みが生じ、位置の精度が低下
してしまう、そこで吸収体膜５５は低い応力状態に制御
する。

メンブレン材料は、５×１０〜４ｘｌＯ９ｄｙｎ／ａｌ
”程度の引張り応力を有するように作成され、その上に
吸収体膜は、１　ｘ　１０８ｄｙｎ　／ｃｌ”程度以下
の低い応力を有するように制御されていた。

Ｘ線吸収体膜を応力の低い、はぼストレスフリーの状態
に作成し、バターニングによってパターンに歪みが生じ
ないようにしても別の問題がある。

たとえば、ＴａのようなＸ線吸収体膜のバターニングは
、ＣＱ２とＣＣＱ４の混合カスを用いた反応性イオンエ
ツチング（ＲＩＥ）によって行っている。しかし、この
ようなＲＩＥにおいて、Ｘ線吸収体であるＴａとメンブ
レン材料であるＳｉＣとに対するエツチング速度の選択
比を大きく取ることが離しい、このため、エツチングを
Ｘ線吸収体膜５５の端でピタリと止めることが雑しく、
メンブレン５２をもエッチしてしまうオーバーエッチの
問題がある。

第３図（Ａ）に示すように、メンブレン５２が部分的に
エッチされると、メンブレン５２の厚さに場所的な分布
が生じてしまう、メンブレン５２はその内部に引張り応
力が形成されているので、厚さに分布が生じると引張り
応力にも場所的な分布が生じてしまう、このため、メン
ブレン５２に局部的な伸び縮みか生じ、パターンが局部
的に移動してしまいパターン歪みが生じる。

Ｘ線吸収体とメンブレンとの間のエツチングの選択比を
大きくすることは不可能ではないが、そのようにパラメ
ータを選択すると、エツチングの際、第３図（Ｂ）に示
すような、エツチングマスク下のアンダーカットが生じ
易くなる。すなわち、メンブレン５２の厚さに分布は生
じなくても、Ｘ線吸収体膜５５の寸法精度が低減してし
まう。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の技術によれば、Ｘ線吸収体
膜の応力を非常に低い値に注意深く制御したとしても、
オーバーエッチ等が生じることによって、位置の精度が
低下してしまう課題があった。

本発明の目的は、メンブレンが多少エツチングされてそ
の膜厚に場所的分布が生じたとしても、高い位置精度を
保つことができるＸ線マスクを提供することである。

また、本発明の他の目的は、このようなＸ線マスクを製
造する製造方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 第１図（Ａ）〜（Ｄ＞は本発明の原理説明図である。

第１図（Ａ）はＸ線マスク用メンブレンの構造を概略的
に示す断面図である。メンブレンは下層１と上層２を有
し、下層１にはメンブレンを自己支持するのに十分な強
い引張り応力３が形成されており、上層２には下層１の
引張り応力３と比較して無視できる程度の小さな応力４
のみが発生している。すなわち、上層はストレスの燕い
ストレスフレ一体と見なせる膜である。メンブレン上に
Ｘ線を吸収する材料でマスクパターンを形成し、Ｘ線マ
スクを作成する。

このような２１構造からなるメンブレンは、第１図（Ｂ
）、（Ｃ）に示すような方法によって製造することがで
きる。第１図（Ｂ）に示す方法は、まず十分な引張り応
力を有するメンブレン１を作成した後、メンブレンｌの
表面部分にイオン注入を行う、注入されたイオンかメン
ブレン材料の原子の配列内に添加されることによってメ
ンブレンに働いている引張り応力は緩和される。このよ
うにして、イオン注入された上層２はストレスの小さい
膜となる。

第１図（Ｃ）は下層と上層を別々なプロセスで作成する
例である。下層１を十分な引張り応力が発生するプロセ
ス、たとえば熱分解ＣＶＤ、で作成した後、プラズマＣ
ＶＤにより上層２を応力の少ない状態で作成する。すな
わち、プラズマ５がら下層１上に応力の小さなプラズマ
ＣＶＤ膜２を堆積する。プラズマＣＶＤのパラメータを
適当に選択することによって、プラズマＣＶＤ膜２内部
に働く応力を小さなものにする。

［作用］ 下層を十分な引張り応力が働く層として作成し、上層を
下層と比較して無視できる小さな応力しか働かない層と
して作成することにより、上層の上にＸ線吸収体膜を設
け、バターニングを行った際オーバーエッチが発生して
も、膜厚分布の不均一は上層の範囲に止どめることがで
きる。上層の膜厚に分布が生じても、第１図（Ｄ）に示
すように、上層２内には小さな応力しか存在しないので
応力の分布はほぼ均一のままに保たれる。このためメン
ブレンとしての伸び縮みを防止することができ高い位置
精度を可能とする。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例による
Ｘ線マスクを示す。

第４図（Ａ）は断面構成を示す、中央部を切り欠いた開
口２０を有する円環状のシリコン基板１０の表面に引張
り応力を生成させた５ｉＣＩｌ！１１が張られ、ＳｉＣ
セラミックからなる支持枠１８に取り付けられている。

引張り応力のあるＳｉＣ膜１１の表面上には、引張り応
力を小さく抑制した、はぼストレスフリーの５ｉＣＪ１
９１２が形成されている。

ＳｉＣはＸ″ｍに対する吸収が少なく、マスク保持用の
メンブレンを形成する。その上にＸ線を吸収する能力の
強いＴａからなるＴａ層重６が積層されている。シリコ
ン基板１０の開口２０においては、ＳｉＣ膜１１．１２
とＴａ層重６の積層が膜状に張られた形態になっている
。Ｔａ層重６は選択的にエツチングされ、Ｘ線露光用の
パターンを形成する。

第４図（Ｂ）はメンブレン上に形成されたＴａパターン
の態様を拡大して示す０図に示すように、引張り応力が
強く物理的支持を与えるＳｉＣＭｌｌの上に、はぼスト
レスフリーとされたＳｉＣ膜１２が形成され、その上の
■ａ１１１１６が所定形状にパタニングされている。

引張り応力の強い下層ＳｉＣ［１１はたとえば厚さ２μ
ｍ、ストレスフリーの上層５ｉＣ１ｌｊ１２はたとえば
厚さＯｌｌ　〜０．２μｍ、　ＴａＪ模１６はたとえば
厚さ約０．８μｍとされる。

Ｘ線吸収体であるＴａ層重６のバターニングの際、起こ
りやすいオーバーエッチについて第４図（Ｃ）を参照し
て説明する。　Ｔａ層重６の上に、たとえば厚さ約０．
５μｍのノボラック樹脂系ホトレジスト層を塗布し、現
像してレジストパターン１９を作成し、その下のＴａ層
重６を選択的にエツチングする。たとえば、ＣＲ２とＣ
Ｃｌ１４とを用いた反応性イオンエツチングにより、レ
ジストパターン１９の形状に忠実な形状でＴａ１ｌｉ　
１６をエツチングする。このエツチングにおいて丁ａと
下−地となるＳｉＣとのエツチング速度の比はそれ程高
くはない。

従って、ＴａｙＡｌ　６を完全にエッチした状態では、
下地のＳｉＣ膜１２の露出部分か幾分かはエツチングさ
れる可能性か高い。

第４図（Ｃ）はこのように５ｉＣｒＡ１２の表面部分が
オーバーエッチされて凹部２１が形成された状態を示し
ている。このように、オーバーエッチが生じると、従来
はＳｉＣｒｒＩＡの内部応力にも変化が生じ、ＳｉＣ膜
内の応力分布に変化か生じて、マスクパターンに歪みが
生じてしまっていた。

本実施例においては、引張り応力の強いＳｉＣ膜１１は
、２Ｘ１０９〜４×１０９ｄｙｎ／Ｃ１２の引張り応力
を有するように制御され、その上の引張り応力の小さい
ＳｉＣ膜１２は８　ｘ　１０８ｄｙｎ　／ｃｒａ２程度
以下の応力に制御されている。

たとえば、ＳｉＣ膜１１が厚さ約２μｍ、応力的４　Ｘ
　１０９ｄｙｎ　／Ｃ１２を有し、その上のＳｉＣ膜１
２が、たとえば厚さ０．１μｍ、応力５Ｘ１０８ｄｙｎ
以下であるとすれば、上層のＳｉ０１１ｇ１２の全厚さ
０．１μｍがオーバーエッチされた場合でも、力学的に
はオーバエッチされた部分は、下層のＳＣＣｌ２Ｏ厚さ
０．０１２５μｍ分にしか相当しない、従って、オーバ
ーエッチによって生じる応力の局部変化は極めて小さい
ものにとどまる。たとえば、従来は厚さ０．８μｍの吸
収体に約５×１０　ｄｙｎ　／ａｎ２の応力が生じなら
のと同等の応力変化がオーバーエッチによって生じてい
た場合、本例においては、吸収体に生じる応力はほぼ１
桁低いものとなる。

このように構成されたＸ線マスクは波長４〜８人のＸ線
に対してＴａ層重６の存在しないＳｉＣメンブレン部分
においてはほぼ７０％の透過率を示し、Ｔａｌ摸１６の
存在する部分では、はぼ１０のコンｌ−ラストを示す。

第５図（Ａ）〜（Ｅ）に、以上説明したようなＸ線マス
クの製造プロセスを示す。

まず、第５図（Ａ）に示すように、シリコン基板１０の
表面に熱分解ＣＶＤにより十分な引張り応力を有するＳ
ｉＣ膜１１を成長する。たとえば、温度的１０００℃で
５ｉＨＣＱ３、Ｃ３Ｈａ、Ｈ２のガスを用い、圧力的３
　ＴｏｒｒでＣＶＤを行い、ＳＣ膜を約２μｍ成長する
。なお、厚さ２μｍはシリコン基板１０の表面部におけ
る厚さである。成長後、ＳｉＣ膜１膜内１内じる応力は
約４．Ｘ１０９ｄｙｎ／Ｃ１１２程度とする。この低圧
化学気相成長（ＬＰＧＶＤ）で成長したＳｉＣ膜をメン
ブレン下層として使用する。

次に、第５図（Ｂ）に示すように、表面上にプラズマＣ
ＶＤによる応力の低いＳｉＣ膜を成長する。

たとえば、温度３００〜５００℃で、５ｎ１４、Ｃ３Ｈ
Ｂ、Ｈ２のガスを用い、圧力的Ｉ　Ｔｏｒｒでプラズマ
を発生させ、プラズマＣＶＤによって、厚さ約０．２ｔ
、ｔｍのＳｉＣ１ｇＡ１２を成長する。成長後のＩＩＩ
内の応力は、たとえば５　ｘ　１０８ｄｙｎ　／ｃｒｇ
２以下に制御する。このようにして２層構成のメンブレ
ンを形成した後、従来の技術と同様のプロセスによりＸ
線マスクを成長する。

すなわち、第５図（Ｃ）に示すように、シリコン基板１
０の裏面側に基板表面を露出する開口２４を形成するよ
うにＳｉＣ膜をエツチングする。

第５図（Ｄ＞に示すように、シリコン基板１０の表面側
にＸ線吸収体となるＴａ層重６をスパッタリングによっ
て厚さ約０．８μｍ堆積する。なお、Ｔａの代わりに同
様に原子番号の大きな金属であるＷ、へ〇等を用いるこ
ともできる。

第５図（Ｅ）に示すように、シリコン基板１０の下面側
にＳｉＣセラミック等で形成された支持枠１８を収り付
ける。なお、支持枠１８はＳｉＣ膜の開口部２４と対応
する開口２２を有する。開口側からシリコン基板１０を
バックエッチして開口２０を形成し、メンブレン部分を
残す、その後Ｔａ層重６上にノボラック系レジスト膜を
形成し、パターンを現像してそのパターンをエツチング
マスクとし、Ｔａ層重６をバターニングしてＸ線マスク
を形成する。

第６図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の他の実施例によるＸ線
マスクの製造プロセスを示す。

第６図（Ａ＞に示すように、シリコン基板１０の表面に
、熱分解ＣＶＤによって引張り応力の強いＳｉＣ膜１１
ａを堆積する。たとえば、Ｓ＋）ＩｃＱ３、Ｃ３Ｈ８、
Ｈ２を用いて圧力的３　Ｔｏｒｒで、約１０００″Ｃに
おいて熱分解ＣＶＤを行い、厚さ約２μｍの膜を成長し
た。

その後、第６図（Ｂ）に示すように、シリコン１板１０
の裏面側のＳＩＣＩｌｇｌｌａの中央部をエツチングに
よって除去し開口２４を形成する。

第６図（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の表面側
のＳｉＣ膜１膜内１から、たとえばシリコンイオンをイ
オン注入する。注入されたイオンは膜の原子間に入り込
み、膜を拡げようとする力を作り出す、このため、膜に
引張り応力が山いている場合には、イオン注入されたイ
オンはこの引張り応力を低減する面きを示す。

第７図はイオン注入のドース量とイオン注入された膜内
における応力の様子を概略的に示すグラフである。膜の
初期状態が引張り応力を有する場合、イオン注入によっ
て膜内に原子が注入されると、原子が挿入されることに
よって膜が拡がろうとする力が生じ、引張り応力か減少
する。無応力の状態であれば膜内に新たに圧縮応力が生
じる。

初期状態が引張り応力の状態であれば、イオン注入のド
ース量の増加にしたがって、図に示すように引張り応力
は次第に減少し、やがて０になり、その後圧縮応力に代
わる。イオン注入するイオンとしてシリコンイオンを用
いる場合をρ１示をしたが、シリコンイオンに限らない
、但し、入射するＸ線に対して強い吸収を示さないイオ
ンを選ぶことが好ましい。

このようにして、約深さ約０．２μｍのイオン注入領域
１２を形成する。このイオン注入領域１２は応力の低い
、または下層のＳｉＣ膜１膜内１力に較べて応力の無視
できる領域を構成する。

第６図（Ｄ）に示すように、このように表面にほぼスト
レスフリーの層を形成しなＳｉＣ［１１，１２の上にＸ
線の吸収体であるＴａＪＩ９１６をスパッタリングによ
って成長する。

続いて、第６図（Ｅ）に示すように、ＳｉＣ膜の開口２
４とほぼ対応する開口２２を有するＳｉＣセラミック等
の支持枠１８をシリコン基板１ｏ裏面側に収り付け、開
口部よりシリコン基板１ｏをエッチバックする。このよ
うにしてメンブレンが露出する開口２０を形成する。

なお、上述の実施例において、メンブレンを２層構造と
したが、ＳｉＣの場合、下層の引張り応力は２　Ｘ　１
０９〜４　Ｘ　１０９ｄｙｎ／Ｃ１１２程度、上層の引
張り応力は少なくともその２．５分の１以下である８　
Ｘ　１０８ｄｙｎ／ｃＩｌ”以下にすることが好ましい
。

メンブレン材料としては、ＳｉＣの他、シリコン、窒化
シリコン等を用いることもできる。これらの材料の場合
、下層の引張り応力が５ｘ１０８ｄｙｎ／Ｃ１２程度で
制限される。上層の引張り応力はその約２．５分の１以
下とするのが好ましい。

また、上層と下層の材料を変えてもよい、また３層以上
の構成としてもよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに限定されるものではない、たとえは、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線マスクにお
いて、メンブレンの上層をほぼストレスフリーの状態に
することによって、Ｘ線吸収体膜のエツチングにおいて
オーバーエッチが生じても、出来上がるＸ線マスク用パ
ターンの位置精度を高く保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の原理説明図であり、第
１図（Ａ）は構造を締め吸う概略断面図、第１図（Ｂ）
、（Ｃ）は製造方法を示す概略断面図、第１図（Ｄ）は
積層構造の上層の機能を示す概念図、 第２図（Ａ）〜（Ｆ）は従来技術によるＸ線マスクの製
作を示すための各工程におけるＸ線マスクの断面図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）は従来技術の問題点を説明するた
めの概念図、 第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例による
Ｘ線マスクを説明するための図であり、第４図（Ａ）は
断面構成を示す概略断面図、第４図（Ｂ）はマスク部分
の部分拡大図、第４図（Ｃ）はＸ線吸収体膜のエツチン
グ時に生じ得るオーバーエッチのＦＩ！様を示す概念図
、 第５図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の実施例によるＸ線マス
クの製造プロセスを示すための図であり、各工程におけ
るＸ線マスクの概略断面図、第６図（Ａ）〜（Ｅ）は本
発明の他の実施例によるＸ線マスクの製造プロセスを説
明するための各工程の断面図、 第７図はイオン注入のドース量とイオン注入された膜内
の応力との関係を概念的に示すグラフである。 ０ １ ２ ６ ８ ９ ０ １ ２ ４ プラズマ シリコン基板 引張り応力の強いＳｉＣ膜 引張り応力の小さいＳｉＣ膜 Ｔａ膜 支持枠 レジストパターン 開口 凹部 開口 開口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、所定波長のＸ線を透過することのできる材料で
   形成されたメンブレンと、その上に設けられたＸ線を吸
   収する材料で形成されるマスクパターンを有するＸ線マ
   スクにおいて、 該メンブレンは、自己支持するのに十分な引張り応力（
   ３）が働いている下層（１）と、下層上に形成され、下
   層の応力に較べて無視できる程度の応力（４）しか働い
   ていない上層（２）と からなることを特徴とするＸ線マスク。
2. （２）、前記上層（２）が厚さ０．２μｍ以下のＳｉＣ
   膜で形成されている請求項１記載のＸ線マスク。
3. （３）、所定波長のＸ線を透過することのできる材料で
   形成され、自己支持するのに十分な引張り応力（３）が
   働いている下層（１）と、下層上に形成され、下層の応
   力に較べて無視できる程度の応力（４）しか働いていな
   い上層（２）からなるメンブレンと、該メンブレン上に
   設けられ、Ｘ線を吸収する材料で形成されるマスクパタ
   ーンからなるＸ線マスクの製造方法において、該メンブ
   レンは、十分な引張り応力の働いている薄膜からなる下
   層を作成する工程と、作成された薄膜の上からイオン注
   入を行い表面部分に応力の減少した上層を作成する工程
   によって形成することを特徴とするＸ線マスクの製造方
   法。 ４）、所定波長のＸ線を透過することのできる材料で形
   成され、自己支持するのに十分な引張り応力（３）が働
   いている下層（１）と、 下層上に形成され、下層の応力に較べて無視できる程度
   の応力（４）しか働いていない上層（２）からなるメン
   ブレンと、該メンブレン上に設けられ、Ｘ線を吸収する
   材料で形成されるマスクパターンからなるＸ線マスクの
   製造方法において、 該メンブレンは十分な引張り応力の働いている下層を熱
   分解化学気相堆積（ＣＶＤ）で作成する工程と、応力の
   小さい上層をプラズマＣＶＤで作成する工程とを含むＸ
   線マスクの製造方法。