JP2000182947A - Ｘ線露光用マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性を有するフレームであっても、メンブ
レンに起因する異常発生が抑制された状態で、ダイヤモ
ンド膜をメンブレンとしたＸ線露光用マスクが製造でき
るようにする。 【解決手段】 表面の結晶方位が（１００）のシリコン
基板１０１表面を覆うように、窒化シリコン膜（下地薄
膜）１０２を膜厚１〜２μｍ程度に低圧ＣＶＤ法で形成
し、シリコン基板１０１の一方の面の窒化シリコン膜１
０２を、例えば化学的機械的研磨法により平坦化研磨し
て薄くして窒化シリコン膜１０２ａとする。ついで、薄
くした窒化シリコン膜１０２ａ上に、ダイヤモンド膜１
０３を膜厚２μｍ程度に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造プロ
セスにおけるＸ線露光工程で使用されるＸ線露光用マス
クおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩの大量生産には光リソグラ
フィ技術が用いられてきた。しかし、回路パタン線幅の
微細化に伴う回折現象の影響のため、光リソグラフィ技
術は微細パタン形成の限界に直面しつつある。一方、波
長１ｎｍ程度の軟Ｘ線を用いるＸ線リソグラフィ技術
は、基板段差の影響を全く受けることなくより微細なサ
ブミクロン線幅の微細パタンを形成することができる。
この優れた特徴のため、Ｘ線リソグラフィ技術は、光リ
ソグラフィ技術の及ばないＬＳＩの製造において数世代
にわたり適用可能なリソグラフィ技術として期待されて
いる。

【０００３】そのＸ線を用いたリソグラフィ技術では、
図３に示すようなＸ線露光用マスクが用いられている。
このＸ線露光用マスクは、まず、３インチあるいは４イ
ンチ程度の大きさで露光領域に対応した領域が除去され
たシリコンウエハ３０１をフレームとして用い、その上
にＸ線を透過するメンブレン３０２が配置されている。
このメンブレン３０２は、厚さは１μｍから２μｍであ
り、Ｘ線を透過しやすい窒化シリコンや炭化シリコン
（ＳｉＣ）、または、ダイヤモンドなどから構成されて
いる。このメンブレン３０２は、ＣＶＤ法（化学的気相
成長法）やプラズマＣＶＤ法などにより、シリコンウエ
ハ３０１上へそれらの材料を堆積することで形成されて
いる。そして、このメンブレン３０２がメンブレン膜状
に張った膜となるためには、膜が引っ張り応力の５０Ｍ
Ｐａから４００ＭＰａの膜であることが必要となる。

【０００４】また、その支持用膜となるメンブレン３０
２の上に、金やタングステン、タンタルなどの重金属あ
るいはその化合物などのＸ線吸収率の大きい材料からな
る、厚さ０．２〜０．６μｍ程度のＸ線吸収体膜３０３
が形成されている。そして、露光領域に対応する領域
に、Ｘ線吸収体膜３０３を加工することで形成されたＸ
線吸収体パタン（マスクパタン）３０４が配置されてい
る。そのＸ線露光用マスクは、エックス線が照射される
ものであるので、その環境に耐えられるものとするため
に、上述したような無機材料から構成することになる。
また、例えばメンブレンなどのＸ線露光用マスクを構成
する各部分が形成しやすいことや、フレーム上に加工し
やすいなどの理由から、フレームには単結晶シリコンが
一般的に用いられている。そして、ヤング率が最も高く
高剛性であることや、さらに熱伝導性が極めて高いなど
の特長を有するために、特にダイヤモンドが有望なＸ線
露光用マスク用メンブレン材料として着目されている。

【０００５】Ｘ線露光用マスクメンブレン材料としての
ダイヤモンドを形成するには、メタンなどの炭素を含む
ガスを水素で希釈したガスをマイクロ波でプラズマ化
し、加熱された基板をそれらに晒すことでダイヤモンド
膜を成長させるプラズマＣＶＤ法が使用されている。そ
の際、一般には、基板表面をダイヤモンド粒で研磨した
り、あるいはダイヤモンド粒を高速度で照射するなどの
前処理を施し、基板表面にダイヤモンド結晶が成長しや
すくなるようにしている。なお、ダイヤモンド膜が形成
された基板をその裏面よりエッチングするなどにより加
工することで、フレームを形成するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在のＸ線
リソグラフィ技術では、用いるＸ線露光用マスクが等倍
であるため、マスクの状態がそのまま転写パタンに反映
する。したがって、Ｘ線露光用マスクでは、Ｘ線吸収体
パタン位置やＸ線吸収体パタン線幅に高い精度や再現性
が要求される。そして、Ｘ線露光用マスク上に存在する
欠陥も転写パタンに反映してしまうため、ＬＳＩ製造工
程に使用するには欠陥が無いことが絶対に必要となる条
件である。そのＸ線露光用マスクの欠陥としては、Ｘ線
吸収体パタンが設計形状と異なる状態となっているため
による欠陥がある。例えば、連続している配線を形成す
るためのＸ線吸収体パタンが途中で断線していれば、そ
れは欠陥である。また、Ｘ線吸収体が存在しないはずの
箇所にＸ線吸収体パタンがあれば、それも欠陥である。

【０００７】それらの欠陥は、メンブレンには異常がな
くＸ線吸収体膜やＸ線吸収体パタン形成の工程で発生す
る場合や、メンブレンの異常に起因して発生する場合が
ある。メンブレンの異常に起因するものではなく、Ｘ線
吸収体パタン形成の工程で発生するＸ線吸収体パタンの
不足欠陥や過剰欠陥は、例えば、フォーカスイオンビー
ムによる部分的な成膜手法を用いたＸ線露光用マスク修
正装置などで容易に修正できる。しかし、メンブレンに
起因する欠陥、例えば、メンブレンの局所的な欠落や突
起、また、局所的に異物が混入することなどが原因とな
って発生したＸ線吸収体パタンの欠陥は、修正が不可能
である。すなわち、マスクメンブレンに起因して生じた
欠陥があるような状態では、Ｘ線露光（Ｘ線リソグラフ
ィ）に使用できないことになる。

【０００８】ここで、前述したようにプラズマＣＶＤ法
などにより基板上にダイヤモンド膜を形成するようにし
ているが、その基板表面が結晶性を有すると、形成した
ダイヤモンド膜に局所的な欠落や突起が発生する。ま
た、局所的に異なる組成の膜が形成され、場合によって
は、ダイヤモンド構造を有しないカーボン膜（ダイヤモ
ンドライクカーボンなど）が形成されてしまう。一般
に、基板が単結晶体であっても、その表面の結晶状態が
全域にわたって無欠陥であることはない。このため、結
晶性の基板表面におけるその結晶欠陥の箇所において、
成長させている膜が影響を受けてしまい、上述した異常
が成膜しているダイヤモンド膜に発生してしまう。これ
らのことは、基板が多結晶体の場合でも同様である。そ
して、局所的な欠落や突起などが存在している状態で
は、Ｘ線露光用マスクのメンブレンとして用いることが
できない。

【０００９】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、単結晶シリコンなど結晶
性を有するフレームであっても、メンブレンに起因する
異常発生が抑制された状態で、ダイヤモンド膜をメンブ
レンとしたＸ線露光用マスクが製造できるようにするこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のＸ線露光用マ
スクは、ダイヤモンドの薄膜からなりＸ線を透過するメ
ンブレンと、このメンブレン上に形成されてＸ線を遮断
するマスクパタンと、所定の領域に開口部を備えてメン
ブレンを表面で保持するフレームと、このフレーム表面
とメンブレンとの間に配置されたアモルファス状態の下
地薄膜とを備えるようにした。このように構成したの
で、メンブレンはフレームの結晶状態の影響を受けずに
形成されている。

【００１１】また、この発明のＸ線露光用マスクの製造
方法は、基板全域を覆ってアモルファス状態の下地薄膜
を形成する工程と、基板表面側の下地薄膜表面にダイヤ
モンドの薄膜からなるメンブレンを形成する工程と、メ
ンブレン上にＸ線を遮断するマスクパタンを形成する工
程と、基板裏面側の下地薄膜の一部を除去して基板の裏
面側の下地薄膜に開口を形成する工程と、開口が形成さ
れた下地薄膜をマスクとして基板を裏面より選択的にエ
ッチングして基板表面側の下地薄膜の裏面を露出させ、
基板の開口領域に対応する領域がくりぬかれたフレーム
を形成する工程とを備えるようにした。したがって、メ
ンブレンが形成される面はアモルファス状態となってお
り、下地の結晶状態の影響を受けることがない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。この実施の形態では、まず、図１
（ａ）に示すように、表面の結晶方位が（１００）のシ
リコン基板１０１表面を覆うように、窒化シリコン膜
（下地薄膜）１０２を膜厚１〜２μｍ程度に低圧ＣＶＤ
法で形成する。この低圧ＣＶＤ法では、原料ガスにジク
ロシランガスとアンモニアガスを用い、基板温度を９０
０℃程度とする。このようにすることで、形成された窒
化シリコン膜１０２を引っ張り応力の状態とすることが
できる。また、この窒化シリコン膜１０２の膜厚は、以
降に示すシリコン基板１０１のアルカリ溶液を用いた加
工時に、マスクとして用いることができる程度の膜厚と
する。なお、窒化シリコン膜１０２は、シリコン基板１
０１の表面を窒化することで形成するようにしてもよ
い。

【００１３】次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン
基板１０１の一方の面の窒化シリコン膜１０２を、例え
ば化学的機械的研磨法により平坦化研磨して薄くして窒
化シリコン膜１０２ａとする。ついで、図１（ｃ）に示
すように、薄くした窒化シリコン膜１０２ａ上に、ダイ
ヤモンド膜１０３を膜厚２μｍ程度に形成する。このダ
イヤモンド膜１０３の形成は、メタンなどの炭素を含む
原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により行う。なお、
以降では、このダイヤモンド膜１０３が形成される側の
シリコン基板１０１の面を表面とし、その反対側の面を
裏面と表現する。

【００１４】ここで、まず、窒化シリコン膜１０２ａの
膜応力値と膜厚の積が、ダイヤモンド膜１０３の膜応力
値と膜厚の積と同等の値となるようにする。すなわち、
窒化シリコン膜１０２ａとダイヤモンド膜１０３に働く
力を同等にすることで、シリコン基板１０１に反りが発
生しないようにする。また、窒化シリコン膜１０２ａ
は、発生する応力などの関係により薄い方がよいが、こ
の上に形成するダイヤモンド膜１０３がシリコン基板１
０１の結晶性の影響を受けにくくするために、０．１μ
ｍ以上とした方がよい。

【００１５】ついで、形成したダイヤモンド膜１０３の
表面を、研磨により平坦化し、その表面荒さが数ｎｍ程
度以下の状態となるようにする。そして、平滑な面とし
たダイヤモンド膜１０３上に、例えば、タンタルなどの
Ｘ線を遮断する材料からなる薄膜を形成し、これを電子
線や光を用いた公知のリソグラフィ技術とエッチング技
術により加工することで、Ｘ線露光用マスクのＸ線吸収
体パタン（マスクパタン）１０４を形成する。次に、シ
リコン基板１０１裏面側の窒化シリコン膜１０２上に露
光領域が開口したレジストパタンを形成し、そのレジス
トパタンをマスクとして窒化シリコン膜１０２を反応性
イオンプラズマエッチングなどで選択的にエッチングす
ることで、図１（ｄ）に示すように、開口１０５を形成
してシリコン基板１０１裏面の露光領域を露出させる。

【００１６】次に、開口１０５を形成した窒化シリコン
膜１０２をマスクとしてシリコン基板１０１裏面をエッ
チングし、図２（ｅ）に示すように、フレーム１０６を
形成する。このエッチングでは、液温を１００℃程度と
した水酸化カリウム水溶液をエッチング液としたウエッ
トエッチングを用いる。単結晶のシリコンはアルカリに
可溶であるが、その溶解速度が結晶の方向により大きく
異なる。このため、表面の結晶方位が（１００）である
シリコン基板１０１のアルカリによるエッチングでは、
図２（ｅ）に示すように、所定の結晶方向に沿って斜め
に加工される。以上の結果、単結晶のシリコンからなる
フレーム１０６に、メンブレンとなったダイヤモンド膜
１０３が形成されたＸ線露光用マスクが形成される。

【００１７】ところで、メンブレンとなったダイヤモン
ド膜１０３とフレーム１０６との間には、窒化シリコン
膜１０２ａが残存している。これらは、Ｘ線を吸収する
と変化して応力が変化することが知られている。その膜
厚が、５００ｎｍ以下であれば、その歪む量は１０ｎｍ
以下と小さくあまり問題はない。しかし、小さいもので
あってもその歪み量をより小さくするためには、図２
（ｆ）に示すように、ダイヤモンド膜１０３の露光領域
下面に存在している窒化シリコン膜１０２ａを除去す
る。この加工は、フレーム１０６裏面よりみることがで
きる窒化シリコン膜１０３ａの裏面より、フッ酸などを
用いたウエットエッチングを行えばよい。この結果、露
光領域はダイヤモンドのみで構成されるメンブレン膜が
得られる。

【００１８】また、ダイヤモンド膜の形成では、基板温
度を７００〜１０００℃程度としたプラズマＣＶＤ法を
用いるが、このとき、シリコン基板はシリコン窒化膜で
覆われておりシリコンの結晶面が露出していないので、
ダイヤモンド成膜雰囲気において、その原料ガスである
炭素を含む有機物の残留ガスや、成膜装置内壁に付着し
ているダイヤモンド膜形成時の副生成物から発生してい
るガスに、結晶状態のシリコン面が直接晒されることが
ない。このため、７００〜１０００℃と高温状態であっ
ても、シリコンと炭素との化合物が形成されることがな
く、また、グラファイト膜や水素を含む有機膜が形成さ
れることがない。シリコン基板表面を覆うシリコン窒化
膜表面には、ダイヤモンドを形成するための水素で希釈
したメタンガスなどの原料ガスが供給されたときのみ、
ダイヤモンドが形成される。

【００１９】以上説明したように、シリコン基板を覆う
ように形成したシリコン窒化膜により、ダイヤモンド膜
を形成するときの欠陥発生が防止できるようになり、さ
らに、そのシリコン窒化膜は、シリコン基板をフレーム
に加工するときのバックエッチング用マスク膜として用
いることができる。ところで、上述では、Ｘ線吸収体パ
タン１０４を形成してから、図２（ｅ）に示すように、
フレーム１０６を形成するようにしたが、これに限るも
のではない。図２（ｅ）の段階までは、Ｘ線吸収体パタ
ン１０４を形成せずにダイヤモンド膜１０３のままと
し、フレーム１０６を形成した後にダイヤモンド膜１０
３上にＸ線吸収体パタン１０４を形成するようにしても
よい。また、図２（ｆ）に示すようにダイヤモンド膜１
０３の露光領域下面に存在している窒化シリコン膜１０
２ａを除去した後、ダイヤモンド膜１０３上にＸ線吸収
体パタン１０４を形成するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、ダ
イヤモンドの薄膜からなりＸ線を透過するメンブレン
と、このメンブレン上に形成されてＸ線を遮断するマス
クパタンと、所定の領域に開口部を備えてメンブレンを
表面で保持するフレームと、このフレーム表面とメンブ
レンとの間に配置されたアモルファス状態の下地薄膜と
を備えるようにした。このように構成したので、メンブ
レンはフレームの結晶状態の影響を受けずに形成されて
いる。したがって、この発明によれば、フレームが単結
晶シリコンなど結晶性を有していても、形成されたメン
ブレンには、下地の結晶状態の影響を受けることによる
欠陥の発生が抑制されている。このため、この発明のＸ
線露光用マスクは、メンブレンに起因する異常発生が抑
制された状態で、ダイヤモンド膜をメンブレンとしたＸ
線露光用マスクが製造できる構成となっている。

【００２１】また、この発明のＸ線露光用マスクの製造
方法は、基板全域を覆ってアモルファス状態の下地薄膜
を形成する工程と、基板表面側の下地薄膜表面にダイヤ
モンドの薄膜からなるメンブレンを形成する工程と、メ
ンブレン上にＸ線を遮断するマスクパタンを形成する工
程と、基板裏面側の下地薄膜の一部を除去して基板の裏
面側の下地薄膜に開口を形成する工程と、開口が形成さ
れた下地薄膜をマスクとして基板を裏面より選択的にエ
ッチングして基板表面側の下地薄膜の裏面を露出させ、
基板の開口領域に対応する領域がくりぬかれたフレーム
を形成する工程とを備えるようにした。したがって、メ
ンブレンが形成される面はアモルファス状態となってお
り、下地の結晶状態の影響を受けることがない。この結
果、この発明によれば、フレームが結晶性を有する基板
から形成されるものであっても、ダイヤモンドからなる
メンブレンを形成するときに、下地の結晶状態の影響を
受けることによる欠陥の発生が抑制できる。このため、
メンブレンに起因する異常発生が抑制された状態で、ダ
イヤモンド膜をメンブレンとしたＸ線露光用マスクが製
造できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態におけるＸ線露光用マ
スクの製造方法を説明するための説明図である。

【図２】 図１に続く、この発明の実施の形態における
Ｘ線露光用マスクの製造方法を説明するための説明図で
ある。

【図３】 従来よりあるＸ線露光用マスクの構成を示す
断面図である。

【符号の説明】

１０１…シリコン基板、１０２，１０２ａ…窒化シリコ
ン膜（下地薄膜）、１０３…ダイヤモンド膜、１０４…
Ｘ線吸収体パタン（マスクパタン）、１０５…開口、１
０６…フレーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 育夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 大久保 高志 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 小田 政利 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 本吉 彰 東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 吉原 秀雄 東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 野口 仁 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 久保田 芳宏 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 Ｆターム(参考） 2H095 BA10 BB25 BC22 BC27 5F046 GD01 GD03 GD04 GD05 GD15 GD16

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンドの薄膜からなりＸ線を透過
   するメンブレンと、 このメンブレン上に形成されてＸ線を遮断するマスクパ
   タンと、 所定の領域に開口部を備えて前記メンブレンを表面で保
   持するフレームと、 このフレーム表面と前記メンブレンとの間に配置された
   アモルファス状態の下地薄膜とを備えたことを特徴とす
   るＸ線露光用マスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＸ線露光用マスクにおい
   て、 前記下地薄膜は前記メンブレンの下全域に形成されてい
   ることを特徴とするＸ線露光用マスク。
3. 【請求項３】 請求項１記載のＸ線露光用マスクにおい
   て、 前記メンブレン下の領域において、前記下地薄膜は前記
   メンブレンと前記フレーム表面との間の領域のみに形成
   されていることを特徴とするＸ線露光用マスク。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項記載のＸ線露
   光用マスクにおいて、 前記下地薄膜は、前記フレームの裏面および前記フレー
   ムの外側側面に連続して形成されていることを特徴とす
   るＸ線露光用マスク。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれか１項記載のＸ線露
   光用マスクにおいて、 前記下地薄膜は窒化シリコンから構成されていることを
   特徴とするＸ線露光用マスク。
6. 【請求項６】 請求項５記載のＸ線露光用マスクにおい
   て、前記フレームは単結晶のシリコンから構成されたこ
   とを特徴とするＸ線露光用マスク。
7. 【請求項７】 基板全域を覆ってアモルファス状態の下
   地薄膜を形成する工程と、 前記基板表面側の前記下地薄膜表面にダイヤモンドの薄
   膜からなるメンブレンを形成する工程と、 前記メンブレン上にＸ線を遮断するマスクパタンを形成
   する工程と、 前記基板裏面側の前記下地薄膜の一部を除去して前記基
   板の裏面側の前記下地薄膜に開口を形成する工程と、 前記開口が形成された下地薄膜をマスクとして前記基板
   を前記裏面より選択的にエッチングして前記基板表面側
   の前記下地薄膜の裏面を露出させ、前記基板の前記開口
   領域に対応する領域がくりぬかれたフレームを形成する
   工程とを備えたことを特徴とするＸ線露光用マスクの製
   造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載のＸ線露光用マスクの製造
   方法において、 前記下地薄膜の前記開口領域で裏面が露出している領域
   を選択的に除去する工程を備えたことを特徴とするＸ線
   露光用マスクの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８または９記載のＸ線露光用マス
   クの製造方法において、 前記下地薄膜は窒化シリコンからなることを特徴とする
   Ｘ線露光用マスクの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のＸ線露光用マスクの製
    造方法において、 前記基板は主表面が（１００）面の単結晶シリコンから
    なり、 前記フレームの形成では、アルカリ溶液によるウエット
    エッチングで前記開口が形成された下地薄膜をマスクと
    して前記基板を選択的にエッチングすることを特徴とす
    るＸ線露光用マスクの製造方法。