JP2000091197A

JP2000091197A - Ｘ線マスク製造装置およびｘ線マスク製造方法

Info

Publication number: JP2000091197A
Application number: JP25657098A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Murooka; 賢一室岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線マスクの吸収体の応力を管理し、所望の
大きさ以下に制御する手段を与える事を目的とする。【解決手段】Ｘ線マスクの吸収体を成膜する際に、成
膜中の膜応力の測定値に応じて、成膜条件を制御しつ
つ、所定の膜厚に至るまで成膜を行うことを特徴とする
Ｘ線マスク製造方法を提供する。吸収体の応力が成膜時
に実時間で管理出来るので、工程の削減、製造歩留まり
の大幅な向上が可能となり、製造コストを大幅に引き下
げる事が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線露光に用いる
マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度が高くなることに伴
い、これを構成するLSI 素子の回路パターンはますます
微細化していく。このパターンの微細化には、単に線幅
が細くなるだけではなく、パターンの寸法精度や位置精
度の向上も要請される。これらの要請を満たすために多
くの技術開発が行われているが、その中でもＸ線を用い
た露光技術は、現在利用されている紫外線を用いた露光
技術の次の世代の技術として有望視されている。現在開
発の進められているＸ線露光技術は、シンクロトロン放
射光を用い、露光領域を拡大するためのミラー、真空隔
壁となるBe薄膜等で構成されたビームラインを経て、ス
テッパーに導かれた光を用いて露光するシステムとなっ
ており、等倍マスクを用いて１対１の近接露光を行う。
このため、Ｘ線露光では、従来の紫外線を用いた縮小露
光用のマスクよりも、高精度のマスクが要請される。通
常、Ｘ線マスクは、SiN 、SiC 、ダイアモンド等の軽元
素からなる膜厚1 〜3 μm の支持膜上に金属等の吸収体
からなる等倍の転写パターンが形成されているので、こ
の吸収体の持つ応力がパターン精度に大きな影響を与え
る。すなわち、支持膜が極薄いため、吸収体膜がわずか
でも応力を有していると、この応力により支持膜が変形
し、吸収体パターンの位置精度が劣化してしまう。

【０００３】この問題を解決するために、従来多くの手
法が用いられているが、現在までに公表されている方法
の全てが、成膜後、あるいは後処理後に応力を測定し、
測定値に応じて次のロットの成膜条件あるいは後処理条
件を決める方法や、追加の後処理条件を決める方法であ
り、工程が非常に多くなるという問題がある。また、次
のロットにフィードバックを行う方法では、原材料の無
駄が増加し、コストの増大を招く。さらに、応力が履歴
を有するという特性から、追加の後処理を行う方法で
は、次のロットへのフィードバックが有効に働かず、毎
回条件設定を行う必要があり、工程短縮が困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、高精度パ
ターン転写において必要となる、Ｘ線マスクにおいて
は、吸収体等の応力制御が重要であるにも拘わらず、有
効な管理方法が存在しなかった。

【０００５】本発明では、Ｘ線マスクの吸収体の応力を
管理し、所望の大きさ以下に制御する手段を与える事を
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の問題
を解決するために、第一の方法として、成膜中の膜応力
を測定可能とする測定機構と、該測定機構の出力に応じ
て成膜中の成膜条件を制御する機構とを備えた成膜装置
を含むＸ線マスク製造装置を提供する。

【０００７】また、第二の方法として、第一の方法にお
いて、該成膜装置が、基板温度計測機構と、応力温度補
正演算機構を備えた制御機構とを備えたことを特徴とす
る、Ｘ線マスク製造装置を提供する。

【０００８】第三の方法として、第一あるいは第二の方
法において、該成膜装置の被成膜基板ホルダーが裏面に
開口を有し、該膜応力を測定可能とする測定機構が該被
成膜基板の裏面から測定を行う事を特徴とする、Ｘ線マ
スク製造装置を提供する。

【０００９】第四の方法として、Ｘ線マスクを構成する
少なくとも一つの要素を成膜する際に、該成膜中の膜応
力の測定値に応じて、成膜条件を制御しつつ、所定の膜
厚に至るまで成膜を行うことを特徴とするＸ線マスク製
造方法を提供する。

【００１０】第五の方法として、第四の方法において、
前記成膜がスパッタリング法によりなされ、前記制御さ
れる成膜条件が、成膜室の圧力、成膜時の基板温度、成
膜時の印可電力の少なくとも一つであることを特徴とす
るＸ線マスク製造方法を提供する。

【００１１】第六の方法として、第四あるいは第五の方
法において、前記膜応力の測定が、被成膜基板の裏面形
状を測定する方法を含む事を特徴とするＸ線マスク製造
方法を提供する。

【００１２】本発明により、吸収体の応力が成膜時に実
時間で管理出来るので、工程の削減、製造歩留まりの大
幅な向上が可能となり、製造コストを大幅に引き下げる
事が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を説明す
る。

【００１４】図１は本発明の一実施形態を示す模式図で
ある。ターゲット１及び高周波電源６を含む、通常の高
周波スパッタリング装置を基本にした成膜装置に、応力
測定機構19が組み込まれており、成膜中も膜応力が測定
出来る。ターゲット１は成膜する物質から構成されてお
り、プレート２に密着されている。プレート２は銅を主
成分とする金属から形成されており、図示されていない
が水冷されている。銅は電気伝導度や熱伝導度が良いの
で、高周波を効率良く印可すると共に、ターゲット１を
効率良く冷却することが可能である。プレート２は絶縁
ガイシ３により成膜室真空容器７と電気的に絶縁される
と共に、高周波印可線４を介して整合装置５に接続され
ている。なお、絶縁ガイシ３と真空容器７の間は真空封
止の状態で接続されている。整合装置５は高周波電源６
に接続されており、高周波電源６は制御系22を用いて制
御される。

【００１５】スパッタリングに用いられる作動ガスは作
動ガス供給装置10より供給され、流量制御バルブ９によ
り所望の流量に設定される。スパッタリング中の作動ガ
ス圧力は成膜室真空容器７に接続された圧力計８により
監視され、排気量制御バルブ11を制御することにより所
望の条件に設定することが出来る。排気量制御バルブ11
はコンダクタンス・ゲートバルブと呼ばれる開閉度が任
意の位置に設定出来る型式のゲートバルブであり、開閉
度は制御系22によって制御される。排気系は、ターボ分
子ポンプからなる排気量1000l/s の主排気ポンプ12とド
ライポンプからなる排気量1000l/s の補助排気ポンプ13
とから構成されている。

【００１６】成膜室真空容器７にはロードロック室14が
隣接されており、成膜室を大気圧にすることなく、被成
膜基板15の出し入れが可能な構造となっている。被成膜
基板15は基板ホルダー16に載置された状態でロードロッ
ク室14から成膜室の所定の位置に搬入される。成膜室に
は、基板ホルダー16を保持する基板ホルダー台17があ
り、基板ホルダー台17は基板ホルダー台駆動機構18によ
り、中心軸の周りの回転運動と、中心軸に沿った上下運
動が可能であり、成膜時の均一性向上や、搬入時の受け
渡し手段として用いることが出来る。

【００１７】被成膜基板裏面側には、応力測定装置19、
温度計20、ヒーター21が設置されている。応力測定装置
19は基板裏面の曲率の変化を光学的に測定することによ
り表面に成膜された膜の応力を測定する形式の物であ
る。温度計20は赤外線放射温度計であり、被成膜基板が
シリコンの場合でも容易に温度測定が出来るように、検
出波長が約１μm の物を用いている。ヒーター21は図か
らは分かり難いが、円環状をしており、被成膜基板の成
膜中の温度を制御するために用いる。応力測定装置19、
温度計20は、いずれも制御系22に信号を送ることが可能
であり、ヒーター21は制御系22の指示により制御され
る。応力測定装置19を被成膜基板15の裏面側に設置した
のは、被成膜基板表面側はスパッタリングのためにプラ
ズマが形成されているので、応力測定装置19がプラズマ
の影響を受けて損傷あるいは誤動作する可能性が高く、
同時に、表面側に応力測定装置19を配置すると、成膜均
一性に影響を与える恐れがあるためである。被成膜基板
15の裏面より応力を精度良く測定するために、基板ホル
ダー16は裏面が繰り抜かれており、被成膜基板裏面周辺
部の極わずかな領域で保持している。

【００１８】基板の曲率の変化と応力の間には以下の関
係式があるので、曲率の測定さえ出来れば、応力の算出
は容易である。

【００１９】σ={E/(1- ν)}{(ts)2/tf}(1/6R) 但し、σ: 応力、E:基板のヤング率、ν: 基板のポアソ
ン比、ts: 基板の厚さ、tf: 膜の厚さ、1/R:曲率であ
る。

【００２０】曲率の測定には、レーザー干渉を用いて比
測定面の高さマップを得てこれを解析する方法や、レー
ザーの反射角の変化を測定して曲率に換算する方法、あ
るいは、距離測定器を用いて被測定面の高さマップを得
てこれを解析する方法等、多くの方法があるが、いずれ
を用いても構わない。本実施例では、測定センサーのス
キャンの不要なレーザー干渉を用いる方法を採用した。

【００２１】実際の成膜の際の手順の一例を以下に述べ
る。基板ホルダー16に載置された被成膜基板15は、ロー
ドロック室14より、予め真空排気された成膜室に搬入さ
れ、基板ホルダー台17上に保持される。そして、作動ガ
ス供給装置10より、作動ガスとしてアルゴンを供給し、
流量制御バルブ９を所望の値に設定し、排気量制御バル
ブ11を調整して所望の圧力となる様に制御する。ここで
は、アルゴンガス流量を50 sccm に、圧力を3 mTorr に
設定した。次に応力測定装置19により初期基板形状を測
定する。この状態で、高周波電力300 W をタングステン
・レニウム合金ターゲットに印可し、スパッタリング法
による成膜を開始すると共に、応力測定装置19の出力を
監視し、応力が引張りの方向にずれていく傾向が見られ
る場合には圧力を小さくする方向に、応力が圧縮の方向
にずれていく場合には圧力を大きくする方向に微調整を
行う。これは、例えばS. Sugihara et al., Jpn. J. Ap
pl. Phys. Vol. 34(1995)pp. 6716-6719に記載されてい
るように、通常成膜に用いられる条件の範囲では、圧力
が大きい程、引張り応力が大きくなり、圧力が小さい
程、圧縮応力が大きくなる傾向があることを利用してい
る。この制御を行いつつ、所定の時間の経過、すなわち
所定の膜厚の成膜が完了した事を制御系で判断し、高周
波電力の印可を停止して、成膜を完了させる。最後に、
基板ホルダー16と共に成膜された基板をロードロック室
14に搬出し、ロードロック室14より装置外に取出す。以
上の方法により、測定誤差の範囲内で応力が０となる成
膜を行うことが可能となった。

【００２２】さらに、成膜時の基板温度が、実際のマス
クとして露光される時の温度と異なることに起因する応
力の誤差を軽減し、より正確に応力を制御するために、
成膜中の基板温度を温度計20を用いて計測し、露光の際
のマスクの温度との差を求め、この差に起因する応力の
補正を計算し、この補正値を目標値として応力の微調整
を行う方法を取り入れた。この補正は、基板を加熱して
成膜を行う場合や、長時間の成膜、あるいは高電力での
成膜等プラズマに照射されることにより基板温度が成膜
中に上昇してしまう可能性のある場合に特に有効であ
る。

【００２３】前記の実施例では、応力を制御する成膜パ
ラメーターとして、成膜室の圧力を用いたが、他の成膜
パラメーターを利用する事も可能である。例えば、高周
波印可電力や基板温度を調整することによっても、応力
は調整可能である。高周波印可電力を例に取ると、高周
波印可電力が大きいほど圧縮応力が大きくなる傾向があ
ることが知られているので、応力が引張りの方向にずれ
ていく傾向が見られる場合には高周波印可電力を大きく
する方向に、応力が圧縮の方向にずれていく場合には圧
力を小さくする方向に微調整を行う事により、応力が0
となる成膜を行う事が可能となる。

【００２４】図２は本発明の一実施形態におけるＸ線マ
スクの製造工程に対応する断面図である。

【００２５】まず、洗浄された厚さ525 μm の4 インチ
Si（100 ）ウェハー31（図2a）に減圧CVD 法を用いて、
基板温度1025℃、圧力30 Torr の条件で、10% 水素希釈
のシランガス150 sccm、10% 水素希釈のアセチレンガス
65 sccm 、100%塩化水素ガス150 sccmをキャリアガスで
ある水素10 SLMと共に反応管内に導入し、Ｘ線透過性薄
膜32となる膜厚2 μm のSiC を成膜した（図2b）。次に
この基板の表面にrfスパッタリング装置を用いて、Ar圧
力1 mTorr の条件で、反射防止膜兼エッチングストッパ
ー33となる膜厚98 nm のAl2O3 膜を成膜した（図2c）。

【００２６】その上に本発明によるrfスパッタリング装
置を用いて初期Ar圧力3 mTorr の条件で、応力の測定値
に応じてAr圧力を制御しながら、吸収体34となる膜厚0.
4 μm のタングステン（W ）- レニウム（Re）合金膜を
成膜し、常温における合金膜の応力をほぼ0 MPa に調整
した（図2d）。

【００２７】さらにrfスパッタリング法により、膜厚0.
05μm のエッチングマスク層35となるクロム（Cr）膜を
形成した（図2e）。

【００２８】そしてRIE 装置を用いて、アルミニウムの
エッチングマスクを用い、圧力10 mTorr、RFパワー200
W の条件でCF4 ガス25 sccm 、O2ガス40 sccm を供給
し、裏面の中心部の半径70 mm の領域のSiC 膜を除去
し、バックエッチングのマスクとなる開口領域36を形成
した（図2f）。次に、紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤
を用いて、外径125 mm、内径72 mm 、厚さ6.2 mmのガラ
スリングをフレーム37として接合し、基板を作成した
（図2g）。なお、ガラスリングの接合に関与しない側の
平面には、予め導電性を付与するためにCrの薄膜を蒸着
してある。

【００２９】さらにバックエッチング装置を用いて、こ
のSiC の除去された部分に弗酸と硝酸の１対１混合液を
滴下し、Siをエッチング除去した（図2h）。

【００３０】この基板上に市販の電子ビーム用ポジ型レ
ジストZEP-520 （粘度12 cps）を回転数2000 rpm、50秒
の条件で回転塗布し、エッジカットを行った後、ホット
プレートを用いて175 ℃、2 分間のベーク処理を行い、
膜厚0.3 μm の感光膜38を形成した（図2i）。

【００３１】そしてこの基板に、加速電圧75 kV の電子
ビーム描画装置を用いてパターン描画を行った。所望の
描画精度を得るために、描画は４回の重ね書きによりパ
ターンを形成する多重描画を行い、基準照射量を96μC/
cm2 として、照射量補正により近接効果補正を行った。
描画後、現像処理として市販の現像液ZEP-RDを用いて液
温18℃、１分間の条件で現像を行い、引き続きMIBKで１
分間のリンスを行い現像液を除去した（図2j）。形成さ
れたレジストパターンを元に、BCl3およびCl2ガスを用
いて反応性イオンエッチングによりCr膜35を加工した
（図2k）。残留したレジストは酸素プラズマ中で灰化処
理して除去した。（図2l）最後に、加工されたCr膜35をエッチングマスクとして、
CHF3及びSF6 ガスを用いて、反応性イオンエッチングに
よりW-Re合金膜34を加工した。（図2m）以上の工程により製作されたマスクを用いて、SOR 光源
にミラーと真空隔壁Be膜を備えたビームラインを用いた
中心波長0.8 nmの露光光を用いて、Siウェハ上に塗布さ
れたレジストに転写を行ったところ、線幅70 nm のパタ
ーンを形成することが出来た。寸法精度も良好であり、
転写パターン寸法の露光面内分布を測定した所、20点の
測定点に対して、ばらつき（3 σ）は7.3 nmという値が
得られた。Ｘ線露光の課題である重ね合わせ精度に関し
ても、以上の工程により製作された２枚のマスクを用い
て、実際にレジスト上に二重露光を行って、重ね合わせ
精度評価装置を用いて評価した所、転写装置に起因する
平行移動誤差と回転移動誤差を取り除いた残留誤差成分
は16 nm （3 σ）に過ぎず、電子ビーム描画装置の公称
位置精度15 nm （3 σ）を考慮すると、本発明により吸
収体応力等のプロセスに起因する位置精度のばらつき成
分が大幅に抑制されていることが確認された。

【００３２】なお、本発明における成膜方法は、スパッ
タリング法に限る物では無く、真空蒸着法、プラズマCV
D 法等他の手法を用いても良く、本発明を適用する膜に
関しても、吸収体膜に限らず、反射防止膜兼エッチング
ストッパーやエッチングマスク層に適用する事も可能で
ある。

【００３３】また、本発明は応力の測定方法として基板
の曲率の変化を測定する方法に限らず、Ｘ線回折により
格子歪みを測定して応力を求める方法や、顕微ラマン分
光法を用いて応力を測定する方法等を用いる事も可能で
ある。

【００３４】さらに、本発明はＸ線マスクにのみ応用可
能な物ではなく、低応力の成膜の要請される物であれ
ば、マイクロマシンをはじめとする多種多彩な物に応用
可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、吸収体の応力が成膜時に
実時間で管理出来るので、工程の削減、製造歩留まりの
大幅な向上が可能となり、製造コストを大幅に引き下げ
る事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例を示す模式図である。

【図２】本発明による一実施例の断面図である。

【符号の説明】

1 ・・・ターゲット 2 ・・・プレート 3 ・・・絶縁ガイシ 4 ・・・高周波印可線 5 ・・・整合装置 6 ・・・高周波電源 7 ・・・成膜室真空容器 8 ・・・圧力計 9 ・・・流量制御バルブ 10・・・作動ガス供給装置 11・・・排気量制御バルブ 12・・・主排気ポンプ 13・・・補助排気ポンプ 14・・・ロードロック室 15・・・被成膜基板 16・・・基板ホルダー 17・・・基板ホルダー台 18・・・基板ホルダー台駆動機構 19・・・応力測定装置 20・・・温度計 21・・・ヒーター 22・・・制御系 31・・・ウェハ（Si） 32・・・Ｘ線透過性薄膜（SiC ） 33・・・反射防止膜兼エッチングストッパー（Al2O3 ） 34・・・吸収体（W-Re） 35・・・エッチングマスク（Cr） 36・・・開口領域 37・・・フレーム 38・・・感光膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜中の膜応力を測定可能とする測定機
構と、該測定機構の出力に応じて成膜中の成膜条件を制
御する機構とを備えた成膜装置を含むＸ線マスク製造装
置。
【請求項２】該成膜装置が、基板温度計測機構と、応
力温度補正演算機構を備えた制御機構とを備えたことを
特徴とする、請求項１に記載のＸ線マスク製造装置。
【請求項３】該成膜装置の被成膜基板ホルダーが裏面
に開口を有し、該膜応力を測定可能とする測定機構が該
被成膜基板の裏面から測定を行う事を特徴とする、請求
項１あるいは２に記載のＸ線マスク製造装置。
【請求項４】Ｘ線マスクを構成する少なくとも一つの
要素を成膜する際に、該成膜中の膜応力の測定値に応じ
て、成膜条件を制御しつつ、所定の膜厚に至るまで成膜
を行うことを特徴とするＸ線マスク製造方法。
【請求項５】前記成膜がスパッタリング法によりなさ
れ、前記制御される成膜条件が、成膜室の圧力、成膜時
の基板温度、成膜時の印可電力の少なくとも一つである
ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線マスク製造方
法。
【請求項６】前記膜応力の測定が、被成膜基板の裏面
形状を測定する方法を含む事を特徴とする請求項４ある
いは５に記載のＸ線マスク製造方法。