JP3002963B2 - Ｘ線マスクの吸収体及びその製造方法 - Google Patents

Ｘ線マスクの吸収体及びその製造方法

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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線マスクに関
し、特にＸ線マスクの吸収体及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在用いられている半導体産業の中心技
術であるオプチカルリソグラフィ露光技術は、技術的、
経済的にその限界に到達している。このため、これに対
する代用技術として、Ｘ線リソグラフィ技術が最近大き
な関心の対象となっている。このＸ線リソグラフィ工程
を実行する上で必要な様々な要素の中でＸ線マスクの開
発が最も重要な要素である。
【０００３】一般に、Ｘ線マスクの構造は、図１に示す
ように、シリコン窒化物（ＳｉＮ）又はシリコンカーバ
イド（ＳｉＣ）で形成されたメンブレン１と、メンブレ
ン１上の一定領域に形成される、Ｘ線吸収率の高いタン
グステン（Ｗ）又はタンタル（Ｔａ）のような重金属か
らなる吸収体２のパターンと、メンブレン１の吸収体２
のパターンの形成された領域が露出されるように形成さ
れ、メンブレン１の下側に配置されるシリコン基板３と
からなる。吸収体２は、Ｘ線露光時にＸ線放射光を吸収
するため、Ｘ線に対して安定でなければならない。特に
Ｘ線吸収による熱エネルギーで吸収体２のパターンの位
置が変化しないものでなければならない。吸収体パター
ンの位置が変わる理由は、Ｘ線吸収により吸収体に変形
が生じるからである。すなわち、Ｘ線吸収により吸収体
の残留応力が変化するからである。したがって、かかる
現象を防止するためには、吸収体の形成時に発生する残
留応力を小さくすべきである。
【０００４】吸収体の残留応力を小さくする方法は、従
来から様々な方法が知られている。その第１の方法は、
厚さが１０nm程度であるαタングステンシード層(α-W
seed layer)を蒸発(evaporating)方法で形成した後、基
板温度２００℃程度でタングステンをスパッタリングし
てストレスの小さいタングステン吸収体を形成する方法
である。その第２の方法は、スパッタリング方法でタン
グステンを堆積した後、急速熱処理して残留応力を緩和
させる方法である。その第３の方法は、タングステンを
堆積した後、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は
クリプトン（Ｋｒ）のような不活性ガスで吸収体の表面
をイオンインプランテーション(ion implantation)して
残留応力を緩和させる方法である。その第４の方法は、
非晶質相のタングステン窒化物（ＷＮ）、タングステン
チタニウム（ＷＴｉ）を堆積した後、３００〜４００℃
の温度で熱処理して残留応力の小さい吸収体を形成する
方法である。
【０００５】しかし、従来のこれらの低応力を有するＸ
線マスクの吸収体の製造方法においては、以下のような
問題点があった。吸収体の残留応力の調節のために熱処
理又はイオンインプランテーションの工程が必要である
ため、工程が複雑となり、微細線幅のパターンを必要と
するＸ線マスクに汚染の原因となる。吸収体の微細構造
が結晶相からなっているため、結晶粒子のサイズに基づ
いて表面粗度値が約６〜１０nm程度に大きくなる。その
ため、吸収体に形成されるパターンが微細である場合、
パターニングと吸収体のエッチングに好ましくない影響
を与える。非晶質構造を有する吸収体は、粒界面が無い
ため、酸素拡散による応力の変化が無く、表面粗度の特
性が優秀であり、結晶質構造を有する吸収体の短所を補
うことができる。しかし、熱処理による応力の変化の幅
が小さいため、残留応力の調節が難しい。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問
題点を解決するためになされたもので、Ｘ線マスクの吸
収体の残留応力を調節し、工程を単純化させ得るＸ線マ
スクの吸収体及びその製造方法を提供することをその目
的とする。本発明の他の目的は、吸収体の表面を非晶質
相で形成して吸収体の表面粗度を改善することができる
Ｘ線マスクの吸収体及びその製造方法を提供するにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のＸ線マスクの吸
収体の特徴は、メンブレンの表面上の一定領域に結晶相
を形成させるとともに、その上に非晶質相を形成させた
二重構造とすることである。本発明のＸ線マスクの吸収
体のさらに他の特徴は、メンブレンの表面上の一定領域
に形成され、引張応力を有する結晶相からなる第１耐火
性金属層と、その上に形成され、圧縮応力を有する非晶
質相からなる第２耐火性金属層と、で構成されることに
ある。本発明のＸ線マスクの吸収体のさらに他の特徴
は、メンブレンの表面上の一定領域に形成され、圧縮応
力を有する結晶相からなる第１耐火性金属層と、その上
に形成され、圧縮応力を有する非晶質相からなる第２耐
火性金属層と、で構成されることにある。
【０００８】本発明のＸ線マスクの吸収体の製造方法
は、メンブレン上に結晶相のタングステン（Ｗ）を堆積
するステップと、タングステン上に非晶質相のタングス
テン窒化物（ＷＮ）又はタングステンチタニウム（ＷＴ
ｉ）を堆積するステップとからなることを特徴とする。
【０００９】本発明のＸ線マスクの吸収体の製造方法の
他の特徴は、メンブレン上に結晶相のタンタル（Ｔａ）
を堆積するステップと、タンタル上に非晶質相のタンタ
ルホウ化物（Ｔａ4Ｂ）を堆積するステップと、からな
ることにある。本発明のＸ線マスクの吸収体の製造方法
のさらに他の特徴は、メンブレン上に結晶相を有する第
１タングステン窒化物（ＷＮｘ）層を堆積するステップ
と、第１タングステン窒化物層上に非晶質相を有する第
２タングステン窒化物層（ＷＮｘ）を堆積するステップ
と、第１タングステン窒化物層と第２タングステン窒化
物層を熱処理するステップと、からなることにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明実施形態のＸ線マス
クの吸収体を添付図面に基づき詳細に説明する。図２
は、本実施形態のＸ線マスクの吸収体を示す断面図であ
る。図２に示すように、この吸収体１２は、メンブレン
１１上に形成される結晶相である第１層１２ａと、その
上に形成される非晶質相である第２層１２ｂとからなる
二重層とされている。
【００１１】このように二重層を有する吸収体は、２つ
の形態に分けられる。第１の形態は、第１層１２ａを引
張応力を有し結晶相からなる耐火性金属とし、第２層１
２ｂを圧縮応力を有し非晶質相からなる耐火性金属とす
る形態である。すなわち、非晶質タングステンチタニウ
ム（ＷＴｉ）／結晶質タングステン（Ｗ）、非晶質タン
グステン窒化物（ＷＮ）／結晶質タングステン（Ｗ）、
非晶質タンタルホウ化物（Ｔａ4Ｂ）／結晶質タンタル
（Ｔａ）のような二重層構造に構成する。第２の形態
は、第１層１２ａを圧縮応力を有し結晶相からなる耐火
性金属とし、第２層１２ｂを圧縮応力を有し非晶質相か
らなる耐火性金属とする形態である。すなわち、非晶質
タングステン窒化物（ＷＮ）／結晶質タングステン窒化
物（ＷＮ）のような二重層構造に構成する。
【００１２】このように吸収体を二重層に形成すると、
吸収体の全体の応力の調節が容易となる。上記の第１の
形態の場合には、第１層１２ａと第２層１２ｂとが互い
に逆の応力を有しているので、吸収体１２の全体の残留
応力が低くなる。また、第２の形態の場合には、第１層
１２ａであるタングステン窒化物は熱処理による応力の
変化の幅が大きいので、熱処理温度の調節により吸収体
１２の全体応力の調節を容易にできる。さらに、二重層
の場合、吸収体１２内への酸素の拡散を防止し、吸収体
１２の表面粗度をよくすることができる。すなわち、第
１及び第２のいずれの形態でも吸収体１２の表面に非晶
質相である第２層１２ｂが形成されているので、結晶粒
界面に沿って大気中の酸素が吸収体１２内へ拡散される
のを防止することができ、吸収体１２の時間に応ずる残
留応力の変化を無くすとともに、吸収体１２の表面粗度
を約１nm以下とすることができる。
【００１３】
【実施例】以下、上記のように構成される吸収体の製造
工程を実施例別に説明する。（第１実施例） まず、メンブレン１１上にアルゴン（Ａ
ｒ）ガスだけを利用してスパッタリングで結晶相１２ａ
のタングステン（Ｗ）を堆積した後、続いて反応ガスの
窒素をほぼ１０ｖｏｌ％添加して反応性スパッタリング
でタングステン上に非晶質相１２ｂのタングステン窒化
物を堆積することにより、二重層を有する吸収体１２を
形成する。このとき、タングステンの堆積時の堆積圧力
はほぼ３．５〜６mTorrの範囲とし、タングステン窒化
物の堆積時の堆積圧力はほぼ１．５〜３．５mTorrの範
囲とする。
【００１４】以下上記堆積圧力を選択した根拠を示す。
図３は、タングステンとタングステン窒化物との堆積圧
力に応ずる応力の変化を示すグラフである。図に示すよ
うに、タングステンの場合は、堆積圧力がほぼ３．５〜
６ｍＴｏｒｒの範囲で引張応力を有し、タングステン窒
化物の場合は、堆積圧力がほぼ３．５ｍＴｏｒｒ以下の
範囲で圧縮応力を有する。又、結晶構造において、タン
グステンの場合は、堆積圧力に拘わらず、体心立方体構
造を有し、タングステン窒化物の場合は、堆積圧力がほ
ぼ３．５ｍＴｏｒｒ以下で、且つＮ2／（Ａｒ＋Ｎ2）ガ
ス比が０．１以下（すなわち、タングステン内の窒素の
含有量が４０ａｔ％以下）において非晶質構造を有す
る。もちろん、タングステン窒化物の場合、堆積圧力及
びガス比が上記の条件の以上であれば、面心立方体の結
晶構造を有するようになる。
【００１５】図４のＸ線回折分析グラフを見ると、上記
の結晶構造が確実に分かる。すなわち、Ｘ線を一定の角
度でタングステンとタングステン窒化物の原子構造に入
射させると、タングステンの場合は結晶相を有するため
Ｘ線の強さが非常に尖鋭に表れ、タングステン窒化物の
場合は非晶質相を有するためＸ線の強さが緩慢に表れ
る。このように、吸収体を、引張応力を有する結晶相の
タングステンと、圧縮応力を有する非晶質相のタングス
テン窒化物とからなる二重構造に形成すると、互いに反
対の応力によって全体として吸収体の残留応力は低い応
力を有する。また、表面が非晶質相であるので、吸収体
としての表面粗度は約１nm以下になる。したがって、結
晶相のみからなる従来の吸収体の表面粗度（約６〜１０
nm）より大きく改善された。尚、タングステンとタング
ステン窒化物とを一定堆積圧力で堆積するとき、タング
ステンとタングステン窒化物との応力を顧慮してそれぞ
れの厚さを調節することにより、吸収体の残留応力を１
×１０9dyne／cm2以下に低くすることができる。例え
ば、結晶質タングステンをほぼ４ｍＴｏｒｒの圧力で堆
積し、窒素を３０％含有した非晶質タングステン窒化物
をほぼ３ｍＴｏｒｒの圧力で堆積し、結晶質と非晶質と
の厚比を２：１とすると、８×１０8dyne/cm2の低い引
張応力を有する吸収体を形成することができる。
【００１６】（第２実施例）メンブレン１１上にアルゴ
ン（Ａｒ）ガスだけを利用してスパッタリングで結晶相
１２ａのタングステン（Ｗ）を堆積した後、５ｗｔ％以
下のチタン（Ｔｉ）を含有した非晶質相１２ｂのタング
ステンチタニウム（ＷＴｉ）を堆積して二重層の吸収体
１２を形成する。タングステンの堆積時の堆積圧力はほ
ぼ３．５〜６ｍＴｏｒｒの範囲とし、タングステンチタ
ニウムの堆積時の堆積圧力はほぼ１．５〜３．５ｍＴｏ
ｒｒの範囲とする。そして、吸収体の残留応力の低い引
張応力を有するように堆積し、タングステンとタングス
テンチタニウムとの厚比を調節して堆積する。
【００１７】（第３実施例）メンブレン１１上に３．５
ｍＴｏｒｒ以上の堆積圧力で結晶質相１２ａであって、
引張応力を有するタンタル（Ｔａ）をスパッタリングで
堆積し、続いてタンタル上に３．５ｍＴｏｒｒ以下の堆
積圧力で非晶質相１２ｂのタンタルホウ化物（Ｔａ
4Ｂ）を堆積することにより、９×１０8dyne/cm2以下の
低い引張応力を有する吸収体１２を形成する。このタン
タルとタンタルホウ化物を使用する理由は、タンタル
は、堆積条件による残留応力と結晶構造とがタングステ
ン（Ｗ）と類似であり、タンタルホウ化物は、タンタル
にホウ素（Ｂ）が添加され、組成比が４：１であるＴａ
4Ｂ になると、タングステン窒化物（ＷＮ）と同様に４
ｍＴｏｒｒ以下で非晶質で圧縮応力を有するようになる
からである。そして、吸収体の応力の調節は、非晶質Ｔ
ａ4ＢとＴａとの厚比にて調節する。
【００１８】（第４実施例）第４実施例は、吸収体の材
料としてタングステンターゲットを使用し、アルゴン
（Ａｒ）と窒素（Ｎ2） の混合ガスを使用する反応性ス
パッタリング方法で二重層構造を有するタングステン窒
化物（ＷＮｘ）吸収体を制作した。まず、３．５ｍＴｏ
ｒｒの堆積圧力で、Ｎ2／（Ａｒ＋Ｎ2）ガス比が約０．
１以上であるスパッタリングガスを使用してメンブレン
上に結晶質相を有するタングステン窒化物を堆積し、続
いて３．５ｍＴｏｒｒの堆積圧力でＮ2 ／（Ａｒ＋Ｎ
2 ）ガス比が約０．０５であるスパッタリングガスを使
用して結晶質相を有するタングステン窒化物上に非晶質
相を有するタングステン窒化物を堆積することにより、
吸収体を制作する。すなわち、吸収体は、吸収体の表面
から、非晶質タングステン窒化物／結晶質タングステン
窒化物の二重層構造である。
【００１９】上記のような堆積圧力の条件でタングステ
ン窒化物を堆積する理由は、堆積圧力が１〜５ｍＴｏｒ
ｒである低い圧力範囲において、スパッタリングガス中
の窒素ガス含有量が１０Ｖｏｌ％以下である場合にはタ
ングステン窒化物が非晶質相を有し、窒素ガス含有量が
１０Ｖｏｌ％以上である場合にはタングステン窒化物が
結晶質相を有するからである。
【００２０】図５は第４実施例に従うタングステン窒化
物吸収体のＸ線回折分析図である。図５に示すように、
Ｘ線を一定の角度にてタングステン窒化物の原子構造に
入射させると、窒素ガス含有量が１０Ｖｏｌ％以上であ
る結晶質相を有するタングステン窒化物は、結晶質相
（β-Ｗ2Ｎ )であるためＸ線の強さが非常に尖鋭に表
れ、窒素ガス含有量が１０Ｖｏｌ％以下である非晶質相
を有するタングステン窒化物は、非晶質相であるためＸ
線の強さが緩慢に表れる。
【００２１】そして、このように制作された吸収体を約
２００℃以上で熱処理して±１０ＭＰａ以内に低い応力
を有するように調節する。このように、第４実施例は熱
処理温度を調節して吸収体の応力を調節することができ
るが、その原因は以下の通りである。図６は、第４実施
例に従うタングステン窒化物の吸収体の熱処理に応ずる
応力の変化を示すグラフである。図６に示すように、ス
パッタリングガスの窒素含有量が５Ｖｏｌ％である混合
ガスを使用して堆積した非晶質タングステン窒化物薄膜
は、密度が１７g／cm3程度と高いが、初期応力が−４０
０ＭＰａ程度と非常に高い圧縮応力を有し、熱処理によ
っても低応力状態に調節しにくい。又、スパッタリング
ガスの窒素含有量が１０Ｖｏｌ％である混合ガスを使用
して堆積した結晶質タングステン窒化物薄膜は、密度が
１５g／cm3程度で非晶質タングステン窒化物薄膜に比べ
て低いが、初期応力が−２５０ＭＰａ程度と低く、熱処
理による応力の変化の幅が大きいことから、熱処理によ
り低応力状態に調節し易い。しかし、この場合には、結
晶粒界面の存在による酸素の拡散により薄膜の残留応力
が変わる短所がある。従って、第４実施例の二重層構造
を有する吸収体は、熱処理により応力の調節が容易であ
る結晶質タングステン窒化物薄膜の長所と、吸収体内へ
の酸素の拡散を防止し、表面が滑らかであり、Ｘ線をよ
く吸収するために吸収体として要求される重要要素中の
１つの高い密度（１５g／cm3以上）を有する非晶質タン
グステン窒化物薄膜の長所とを利用したものである。
又、吸収体の結晶質タングステン窒化物と非結晶質タン
グステン窒化物との厚比を多様にして、吸収体の初期応
力と低応力を有する熱処理温度を調節することができ
る。
【００２２】図７は、第４実施例に従う二重層吸収体の
熱処理に応ずる応力の変化を示すグラフである。図に示
すように、非晶質と結晶質との厚比を１：２、１：１、
２：１とした二重層吸収体を適切な温度で熱処理して低
応力にすることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明のＸ線マスクの吸収体を内面側を
結晶相、外側面を非晶質相の二重構造としたので、一方
を引張応力とし他方を圧縮応力とすることで残留応力を
少なくすることができ、又、双方を圧縮応力とした場合
でも結晶相は熱処理による応力の変化幅がおおきいの
で、熱処理温度の調節により全体の応力を調整すること
ができるので、結局本発明は全体として残留応力の少な
い吸収体とすることができる。また、表面部を非晶質相
としているので吸収体内部への酸素の拡散を防止するこ
とができ、吸収体の応力の変化を小さくすることができ
る。すなわち、安定性の高い吸収体を有するＸ線マスク
を制作することができる。さらに、吸収体の表面粗度が
優秀であるため、エッチングによる吸収体のパターン形
成時に、微細なパターンの形成に有利である。さらに、
本発明は、Ｘ線をよく吸収できる高密度を有する吸収体
を制作することができる。さらに、本発明による製造方
法は、基本的に堆積工程だけで形成することができるの
で、工程を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＸ線マスクを示す構造断面図、
【図２】本発明のＸ線マスクの吸収体を示す断面図、
【図３】タングステンとタングステン窒化物との堆積圧
力に応ずる応力の変化を示すグラフ、
【図４】物質の結晶構造を知るためのＸ線回折分析グラ
フ、
【図５】第４実施例に従うタングステン窒化物吸収体の
Ｘ線回折分析図、
【図６】第４実施例に従うタングステン窒化物吸収体の
熱処理による応力の変化を示すグラフ、
【図７】第４実施例に従う二重層吸収体の熱処理による
応力の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１１ メンブレン、１２ 吸収体、１２ａ 結晶相、１
２ｂ 非晶質相。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チル・ギュ・バク 大韓民国・キョンギ−ド・アンヤン− シ・マンアン−ク・アンヤン７−ドン・ 132−５ (72)発明者 ギ・チャン・ソン 大韓民国・キョンギ−ド・アンヤン− シ・ドンアン−ク・ビサン−ドン・ 572・サムイク アパートメント １− 1116 (72)発明者 ヨン・サム・ジョン 大韓民国・キョンギ−ド・アンヤン− シ・マンアン−ク・アンヤン２−ドン・ （番地なし）・ダイウ アパートメント 102−506 (72)発明者 ジョン・ス・イ 大韓民国・キョンギ−ド・ションナム− シ・ブンダン−ク・ブンダン−ドン・ （番地なし）・セッヒョルマウル ドン ション アパートメント 209−406 (56)参考文献 特開 平９−180994（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 1/16

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板とメンブレンを有するＸ線マスクに
    おいて、 前記メンブレンの表面上の一定領域に形成され、引張応
    力を有する結晶相からなる第１耐火性金属層と、 第１耐火性金属層上に形成され、圧縮応力を有する非晶
    質相からなる第２耐火性金属層と、で構成されることを
    特徴とするＸ線マスクの吸収体。
  2. 【請求項２】 第１耐火性金属層は、タングステン
    （Ｗ）、タンタル（Ｔａ）のうちいずれか１つであり、
    第２耐火性金属層は、タングステン窒化物（ＷＮ）、タ
    ングステンチタニウム（ＷＴｉ）、タンタルホウ化物
    （Ｔａ4Ｂ）のうちいずれか１つであることを特徴とす
    る請求項１に記載のＸ線マスクの吸収体。
  3. 【請求項３】 基板とメンブレンを有するＸ線マスクを
    製造する方法において、前記メンブレン上に引張応力を
    有する結晶相のタングステン（Ｗ）を堆積するステップ
    と、 前記タングステン上に圧縮応力を有する非晶質相のタン
    グステン窒化物（ＷＮ）を堆積するステップと、からな
    ることを特徴とするＸ線マスクの吸収体の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記タングステン窒化物（ＷＮ）の窒素
    （Ｎ）含有量は４０ｗｔ％以下とし、前記タングステン
    チタニウム（ＷＴｉ）のチタン（Ｔｉ）含有量は５ｗｔ
    ％以下とすることを特徴とする請求項３に記載のＸ線マ
    スクの吸収体の製造方法。
  5. 【請求項５】 基板とメンブレンを有するＸ線マスクの
    製造方法において、前記メンブレン上に引張応力を有す
    る結晶相のタンタル（Ｔａ）を堆積するステップと、 前記タンタル上に圧縮応力を有する非晶質相のタンタル
    ホウ化物（Ｔａ4Ｂ）を堆積するステップと、からなる
    ことを特徴とするＸ線マスクの吸収体の製造方法。
  6. 【請求項６】 基板とメンブレンを有するＸ線マスクの
    製造方法において、 前記メンブレン上に結晶相を有する第１タングステン窒
    化物（ＷＮｘ）層を堆積するステップと、 第１タングステン窒化物層上に非晶質相を有する第２タ
    ングステン窒化物層ＷＮｘ）を堆積するステップと、 第１タングステン窒化物層と第２タングステン窒化物層
    を熱処理するステップと、からなり、 前記第１、第２タングステン窒化物（ＷＮｘ）層は１〜
    ５ｍＴｏｒｒの圧力条件で堆積し、Ｎ 2 ／（Ａｒ＋Ｎ 2 ）
    ガス比を０．０３〜０．１５の条件で堆積する ことを特
    徴とするＸ線マスクの吸収体の製造方法。
JP25320197A 1996-11-23 1997-09-18 Ｘ線マスクの吸収体及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3002963B2 (ja)

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