JP3406581B2 - メンブレンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精度保持方法 - Google Patents
メンブレンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精度保持方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造に
用いられる写真製版工程の１種であるＸ線リソグラフィ
ー、縮小投影式電子線露光リソグラフィーなどにおい
て、原版として使用されるメンブレンマスク（Membrane
mask）、その製造方法及び位置精度維持方法に関する
ものである。
用いられる写真製版工程の１種であるＸ線リソグラフィ
ー、縮小投影式電子線露光リソグラフィーなどにおい
て、原版として使用されるメンブレンマスク（Membrane
mask）、その製造方法及び位置精度維持方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】メンブレンマスクのひとつの例として、
Ｘ線マスクの作製方法を図７の断面図を用いて説明す
る。図中、１，３は炭化硅素（ＳｉＣ）からなるＸ線透
過性の薄膜（以下、メンブレンと称する）、２はシリコ
ンウエハ、４はインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ，Indium
-Tin-Oxide）からなるエッチングストッパ、５はＸ線吸
収体膜でこの図の例ではＷ−Ｔｉ合金が用いられてい
る。６はＣｒＮからなるエッチングマスク膜、７は炭化
硅素（ＳｉＣ）セラミックスからなるサポートリング、
８は電子線描面用レジスト、９は作製されたＸ線マスク
を表している。
Ｘ線マスクの作製方法を図７の断面図を用いて説明す
る。図中、１，３は炭化硅素（ＳｉＣ）からなるＸ線透
過性の薄膜（以下、メンブレンと称する）、２はシリコ
ンウエハ、４はインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ，Indium
-Tin-Oxide）からなるエッチングストッパ、５はＸ線吸
収体膜でこの図の例ではＷ−Ｔｉ合金が用いられてい
る。６はＣｒＮからなるエッチングマスク膜、７は炭化
硅素（ＳｉＣ）セラミックスからなるサポートリング、
８は電子線描面用レジスト、９は作製されたＸ線マスク
を表している。
【０００３】先ず、（ａ）工程でＳｉＣメンブレン１，
３がＳｉウエハ２上に成膜される。ついで、（ｂ）工程
でＩＴＯエッチングストッパ４、Ｗ−Ｔｉ合金吸収体
５、ＣｒＮエッチマスク６を順次成膜する。そして
（ｃ）工程でシリコンウエハを裏側から溶かして（バッ
クエッチングと称する）、１，４〜６の積層膜をメンブ
レン化する。（ｄ）ではメンブレン付きのシリコンウエ
ハ２をサポートリング７に接着する。これはマスク全体
の強度を高めるためである。（ｅ）工程では電子線レジ
ストパターンを形成する。具体的には電子線レジスト８
をエッチングマスク膜６上に塗布した後加熱硬化させ、
電子線で所望のパターンの描画を行い、現像によってレ
ジストパターン８ｐを形成する。
３がＳｉウエハ２上に成膜される。ついで、（ｂ）工程
でＩＴＯエッチングストッパ４、Ｗ−Ｔｉ合金吸収体
５、ＣｒＮエッチマスク６を順次成膜する。そして
（ｃ）工程でシリコンウエハを裏側から溶かして（バッ
クエッチングと称する）、１，４〜６の積層膜をメンブ
レン化する。（ｄ）ではメンブレン付きのシリコンウエ
ハ２をサポートリング７に接着する。これはマスク全体
の強度を高めるためである。（ｅ）工程では電子線レジ
ストパターンを形成する。具体的には電子線レジスト８
をエッチングマスク膜６上に塗布した後加熱硬化させ、
電子線で所望のパターンの描画を行い、現像によってレ
ジストパターン８ｐを形成する。
【０００４】その後の（ｆ）工程で、レジストパターン
をマスクにＣｒＮエッチングマスク膜６を、例えば塩素
系のガスを用いてＥＣＲエッチング装置などでドライエ
ッチングを行う。さらに（ｇ）工程でそのＣｒＮエッチ
ングマスク膜６のパターンをマスクにＷ−Ｔｉ合金Ｘ線
吸収体膜５を例えばフッ素系のガスを用いてドライエッ
チングによりパターニングを行う。通常は以上のような
工程を経て微細パターン５ｐを有するＸ線マスク９を作
製する。
をマスクにＣｒＮエッチングマスク膜６を、例えば塩素
系のガスを用いてＥＣＲエッチング装置などでドライエ
ッチングを行う。さらに（ｇ）工程でそのＣｒＮエッチ
ングマスク膜６のパターンをマスクにＷ−Ｔｉ合金Ｘ線
吸収体膜５を例えばフッ素系のガスを用いてドライエッ
チングによりパターニングを行う。通常は以上のような
工程を経て微細パターン５ｐを有するＸ線マスク９を作
製する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体の高集積化に伴
い、ＤＲＡＭなどの半導体製品の最小設計寸法は０．１
μｍ以下のレベルにまで微細化すると考えられている。
このような微細化に伴って従来の光リソグラフィを越え
る新規の転写技術の開発が急務となっている。そのなか
でもＸ線リソグラフィは，短波長化によって線幅３５ｎ
ｍレベルまで拡張できる可能性のある有力な転写技術と
考えられている。しかしＸ線リソグラフィに使用される
マスクは厚さ数μｍのＸ線透過膜上にパターンを形成す
るため、高い寸法精度・位置精度の達成がその課題とな
っている。
い、ＤＲＡＭなどの半導体製品の最小設計寸法は０．１
μｍ以下のレベルにまで微細化すると考えられている。
このような微細化に伴って従来の光リソグラフィを越え
る新規の転写技術の開発が急務となっている。そのなか
でもＸ線リソグラフィは，短波長化によって線幅３５ｎ
ｍレベルまで拡張できる可能性のある有力な転写技術と
考えられている。しかしＸ線リソグラフィに使用される
マスクは厚さ数μｍのＸ線透過膜上にパターンを形成す
るため、高い寸法精度・位置精度の達成がその課題とな
っている。
【０００６】なかでもマスクパターンの位置ずれは、マ
スクパターンの微細化に伴って増加するという事実が明
らかになり（文献 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｖｏｌ．３８（１９９９）ｐｐ．７０８０−７０８
３）、その原因追及とともに新たに対策が必要となっ
た。微細マスクパターンにおける位置精度の悪化は図８
を用いて以下のように説明することができる。
スクパターンの微細化に伴って増加するという事実が明
らかになり（文献 Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｖｏｌ．３８（１９９９）ｐｐ．７０８０−７０８
３）、その原因追及とともに新たに対策が必要となっ
た。微細マスクパターンにおける位置精度の悪化は図８
を用いて以下のように説明することができる。
【０００７】図８はエッチング工程によりマスクパター
ン（吸収体パターン５ｐ）が作製された（図７の（ｇ）
工程）直後の模式図を示している。マスク表面５ａの１
０は成膜工程のアニーリング時に形成された若干の酸化
層を表している。図８の（ａ）は０．４μｍのラインと
スペースパターン例で、（ｂ）は（ａ）のパターンを微
細化した０．１μｍのパターン例である。（ａ）と
（ｂ）ではパターン密度は同じ５０％であるが、ドライ
エッチングによって形成されるパターンの側面５ｂの面
積は図８から分かるように、（ｂ）は（ａ）の４倍にな
る。また同様にパターンと下地５ｃとの界面領域５ｄも
（ｂ）は（ａ）の４倍存在することになる。又、界面領
域５ｄは異なる結晶の界面であるため、酸素や水などと
反応しやすい活性領域となっている。なお、本明細書及
び図面で同じ参照符号を引用したものは同じもの又は同
様なものを意味している。
ン（吸収体パターン５ｐ）が作製された（図７の（ｇ）
工程）直後の模式図を示している。マスク表面５ａの１
０は成膜工程のアニーリング時に形成された若干の酸化
層を表している。図８の（ａ）は０．４μｍのラインと
スペースパターン例で、（ｂ）は（ａ）のパターンを微
細化した０．１μｍのパターン例である。（ａ）と
（ｂ）ではパターン密度は同じ５０％であるが、ドライ
エッチングによって形成されるパターンの側面５ｂの面
積は図８から分かるように、（ｂ）は（ａ）の４倍にな
る。また同様にパターンと下地５ｃとの界面領域５ｄも
（ｂ）は（ａ）の４倍存在することになる。又、界面領
域５ｄは異なる結晶の界面であるため、酸素や水などと
反応しやすい活性領域となっている。なお、本明細書及
び図面で同じ参照符号を引用したものは同じもの又は同
様なものを意味している。
【０００８】このため、何らかの理由によりパターン表
面に強い応力を示す層や膜が形成されると、（ｂ）は
（ａ）に比べてその４倍の影響の応力をマスクパターン
５ａは受けて、歪むことになる。実際のマスクパターン
は細いパターンと太いパターンが混在しているため、こ
のようなパターン側面に依存する位置歪みはマスクパタ
ーンの位置精度を上げるうえで大きな障害となってい
る。
面に強い応力を示す層や膜が形成されると、（ｂ）は
（ａ）に比べてその４倍の影響の応力をマスクパターン
５ａは受けて、歪むことになる。実際のマスクパターン
は細いパターンと太いパターンが混在しているため、こ
のようなパターン側面に依存する位置歪みはマスクパタ
ーンの位置精度を上げるうえで大きな障害となってい
る。
【０００９】図８のマスクパターン５ｐはエッチング直
後では、側面５ｂ、界面領域５ｄはフレッシュな面であ
り、表面５ａは酸化によって発生する応力が一定になる
までの量には至っていず、位置精度が不安定量領域であ
る。このようなフレッシュ、不安定な面が大気中にさら
されると、酸素と反応して、例えば図８（ｃ）のような
応力をマスクパターンに発生させ、マスクパターンに歪
みをもたらす。
後では、側面５ｂ、界面領域５ｄはフレッシュな面であ
り、表面５ａは酸化によって発生する応力が一定になる
までの量には至っていず、位置精度が不安定量領域であ
る。このようなフレッシュ、不安定な面が大気中にさら
されると、酸素と反応して、例えば図８（ｃ）のような
応力をマスクパターンに発生させ、マスクパターンに歪
みをもたらす。
【００１０】本発明の目的は、パターン側面等に発生し
うる応力膜の発生を抑制して、ひいてはマスクの位置精
度を高め、位置精度を保持することを可能にするメンブ
レンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精
度保持方法を提供することにある。
うる応力膜の発生を抑制して、ひいてはマスクの位置精
度を高め、位置精度を保持することを可能にするメンブ
レンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精
度保持方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のメンブレンマス
クは、メンブレンマスクの製造工程のうち、微細マスク
パターンのドライエッチング後にパターニングに寄与し
ないラジカルをパターン上面、側面に供給して、マスク
パターンと反応させることにより、応力を発生すること
を抑制する層や膜を形成したものである。ラジカルはマ
スクパターンの側面にも十分層や膜を形成する。応力発
生を抑制することにより、メンブレンマスクに応力が発
生せず、マスクパターンの位置精度は高くなる。
クは、メンブレンマスクの製造工程のうち、微細マスク
パターンのドライエッチング後にパターニングに寄与し
ないラジカルをパターン上面、側面に供給して、マスク
パターンと反応させることにより、応力を発生すること
を抑制する層や膜を形成したものである。ラジカルはマ
スクパターンの側面にも十分層や膜を形成する。応力発
生を抑制することにより、メンブレンマスクに応力が発
生せず、マスクパターンの位置精度は高くなる。
【００１２】応力を発生することを抑制するものとして
は、酸化抑制層や膜及び酸化層や膜が好都合である。酸
化抑制層や膜としての窒化層や膜、炭化層や膜等は大気
中の酸素とマスクパターン材とを隔離して、マスクパタ
ーン材の酸化を抑制し、酸化による応力の発生を抑制す
る。又、所定以上の厚さの酸化層や膜は酸化が完了して
いるためこれ以上の酸化により発生する応力は位置精度
に影響を及ぼさない。
は、酸化抑制層や膜及び酸化層や膜が好都合である。酸
化抑制層や膜としての窒化層や膜、炭化層や膜等は大気
中の酸素とマスクパターン材とを隔離して、マスクパタ
ーン材の酸化を抑制し、酸化による応力の発生を抑制す
る。又、所定以上の厚さの酸化層や膜は酸化が完了して
いるためこれ以上の酸化により発生する応力は位置精度
に影響を及ぼさない。
【００１３】ラジカルをマスクパターンに供給し、反応
させることにより、マスクパターンの側面にもラジカル
を付着させ、応力を発生することを抑制する層や膜をマ
スクパターンの側面にも確実に形成することができる。
ラジカルの供給方法として、プラズマ及びイオンクラス
タービームが好都合である。
させることにより、マスクパターンの側面にもラジカル
を付着させ、応力を発生することを抑制する層や膜をマ
スクパターンの側面にも確実に形成することができる。
ラジカルの供給方法として、プラズマ及びイオンクラス
タービームが好都合である。
【００１４】メンブレンマスクの完成後もパターニング
に寄与しないラジカルの供給を複数回、定期的に行うこ
とにより、応力を発生することを抑制する層や膜の劣化
に際し、応力を発生することを抑制する層や膜を再び形
成して、位置精度の高いメンブレンマスクを維持するこ
とができる。
に寄与しないラジカルの供給を複数回、定期的に行うこ
とにより、応力を発生することを抑制する層や膜の劣化
に際し、応力を発生することを抑制する層や膜を再び形
成して、位置精度の高いメンブレンマスクを維持するこ
とができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】［発明の実施の形態１］
図１はマスクパターンの側面等における応力を示す層や
膜（以下、両者を層（膜）で表す。）の発生を抑制する
層（膜）、例えば酸化抑制層（膜）を形成する本発明の
実施の形態１を説明する模式図である。図の（ａ）は本
発明に使用されるＥＣＲ−ＲＩＥ装置（Electron Cycl
otron Resonance−Reactive Ion Etching装置，電子
サイクロトロン共鳴型反応性イオンエッチング装置）１
１を示している。図中、１２は生成されるプラズマ、１
３はチャンバ、１４はマグネトロン、１５は導波管、１
６は電磁コイル、１７は陽極、１８はマスク９を保持す
るホルダで陰極を兼ねたもので、１９はＲＦ電源を表し
ている。
膜（以下、両者を層（膜）で表す。）の発生を抑制する
層（膜）、例えば酸化抑制層（膜）を形成する本発明の
実施の形態１を説明する模式図である。図の（ａ）は本
発明に使用されるＥＣＲ−ＲＩＥ装置（Electron Cycl
otron Resonance−Reactive Ion Etching装置，電子
サイクロトロン共鳴型反応性イオンエッチング装置）１
１を示している。図中、１２は生成されるプラズマ、１
３はチャンバ、１４はマグネトロン、１５は導波管、１
６は電磁コイル、１７は陽極、１８はマスク９を保持す
るホルダで陰極を兼ねたもので、１９はＲＦ電源を表し
ている。
【００１６】従来の技術（図７）で説明したように吸収
体パターン５ａの形成工程はドライエッチングにより行
われる（ハードマスクエッチング，吸収体エッチング，
ハードマスク除去工程、（ｅ）工程，（ｆ）工程）。こ
れらのドライエッチングは図１のようなＥＣＲ−ＲＩＥ
装置を使用して、例えば吸収体エッチングでは圧力：１
ｍＴｏｒｒ，ガス流量ＳＦ６：５．５ｓｃｃｍ［standa
rd cubic centimeter per minute］，ＣＨＦ３：２
５ｓｃｃｍ，ＲＦパワー：２５Ｗ，マイクロ波パワー：
２００Ｗ，温度：−５０℃等のエッチング条件で行われ
ている。
体パターン５ａの形成工程はドライエッチングにより行
われる（ハードマスクエッチング，吸収体エッチング，
ハードマスク除去工程、（ｅ）工程，（ｆ）工程）。こ
れらのドライエッチングは図１のようなＥＣＲ−ＲＩＥ
装置を使用して、例えば吸収体エッチングでは圧力：１
ｍＴｏｒｒ，ガス流量ＳＦ６：５．５ｓｃｃｍ［standa
rd cubic centimeter per minute］，ＣＨＦ３：２
５ｓｃｃｍ，ＲＦパワー：２５Ｗ，マイクロ波パワー：
２００Ｗ，温度：−５０℃等のエッチング条件で行われ
ている。
【００１７】本発明の応力発生を抑制する層（膜）を酸
化抑制層（膜）、例えば窒化層（膜）とすると、（ａ）
のように窒素ガスをＥＣＲ−ＲＩＥ装置に供給し、チャ
ンバ１３内に窒素プラズマを生成する。ＥＣＲ−ＲＩＥ
装置の操作条件は例えば圧力２０ｍＴｏｒｒ，窒素ガス
流量１００ｓｃｃｍ，ＲＦパワー：０Ｗ，マイクロ波パ
ワー５００Ｗである。この条件は他のエッチング条件に
比べてマイクロ波パワーを上げ、ラジカルが発生しやす
いようにしてある。また、圧力を高く設定して平均自由
工程を短くし、ＲＦパワーを下げてイオンのスピードを
抑えイオンを側壁に当てるようにしている。さらに、窒
化反応を促進するために、室温以上の温度で窒化処理す
ると良い。メンブレンマスク９は、各工程ごとに吸収体
５の一部が露出するため、各々のエッチング後に同一チ
ャンバ内で（すなわち大気中に暴露することなく）、高
密度な窒素プラズマ１２にパターン表面・側面をさらす
ように配置される。
化抑制層（膜）、例えば窒化層（膜）とすると、（ａ）
のように窒素ガスをＥＣＲ−ＲＩＥ装置に供給し、チャ
ンバ１３内に窒素プラズマを生成する。ＥＣＲ−ＲＩＥ
装置の操作条件は例えば圧力２０ｍＴｏｒｒ，窒素ガス
流量１００ｓｃｃｍ，ＲＦパワー：０Ｗ，マイクロ波パ
ワー５００Ｗである。この条件は他のエッチング条件に
比べてマイクロ波パワーを上げ、ラジカルが発生しやす
いようにしてある。また、圧力を高く設定して平均自由
工程を短くし、ＲＦパワーを下げてイオンのスピードを
抑えイオンを側壁に当てるようにしている。さらに、窒
化反応を促進するために、室温以上の温度で窒化処理す
ると良い。メンブレンマスク９は、各工程ごとに吸収体
５の一部が露出するため、各々のエッチング後に同一チ
ャンバ内で（すなわち大気中に暴露することなく）、高
密度な窒素プラズマ１２にパターン表面・側面をさらす
ように配置される。
【００１８】図１（ｂ）により、本発明の酸化抑制層
（膜）の形成原理を説明する。プラズマ１２中のラジカ
ル１２ａは熱拡散やガスの流れにより移動するため、直
進成分以外を持つものも多く、図１に示すように細いパ
ターンの側面５ｂに十分ラジカルは付着する。付着した
窒素は吸収体のＷと反応してＷ２Ｎ層（膜）が合成さ
れ、酸素がＸ線吸収体のＷと接触が非常に少なくなるの
で、応力を示す酸化（ＷＯ３）の形成は抑制される。ま
た、プラズマ１２中の窒素イオン１２ｂは電界によって
移動するので、パターンの側面５ｂに付着する量は少な
いが、斜め入射や他の原子や分子との衝突により方向が
変わり、マスクパターンの側面５ｃに入射し窒化層
（膜）が形成される。
（膜）の形成原理を説明する。プラズマ１２中のラジカ
ル１２ａは熱拡散やガスの流れにより移動するため、直
進成分以外を持つものも多く、図１に示すように細いパ
ターンの側面５ｂに十分ラジカルは付着する。付着した
窒素は吸収体のＷと反応してＷ２Ｎ層（膜）が合成さ
れ、酸素がＸ線吸収体のＷと接触が非常に少なくなるの
で、応力を示す酸化（ＷＯ３）の形成は抑制される。ま
た、プラズマ１２中の窒素イオン１２ｂは電界によって
移動するので、パターンの側面５ｂに付着する量は少な
いが、斜め入射や他の原子や分子との衝突により方向が
変わり、マスクパターンの側面５ｃに入射し窒化層
（膜）が形成される。
【００１９】又、下地５ｃのエッチングストッパ４表面
及びアニールによって若干酸化された吸収体表面５ａに
付着した窒素ラジカルやイオンは窒化物（ＷＮｘＯｙ，
例えばＷ０．６２（Ｎ，Ｏ）やＩｎＮｘＯｙ，ＳｎＮｘ
Ｏｙ）層（膜）を形成する。窒化層（膜）の厚さは酸素
がＷに接触しない厚さで十分なので、薄く例えば１ｎｍ
〜１０ｎｍで良い。図２は形成された層（膜）の厚さと
発生する応力と関係の例を概念的に示している。形成さ
れた層（膜）が薄い（図２のｄ１）と、発生する応力は
小さく、歪み発生は無視できる。この結果、Ｘ線マスク
をチャンバから取り出したときに露出した吸収体５に、
位置精度を悪化させる酸化層（膜）１０などの付着が抑
制され、その結果細いパターン寸法のマスクに対しても
高い位置精度を達成することが可能となる。又、窒素プ
ラズマ代わりにＮＨ３プラズマでも窒化層（膜）膜が形
成できる。ＨＣＮ（シアン化水素）プラズマを使用する
と、炭化層（膜）と窒化層（膜）とが同時に形成され
る。
及びアニールによって若干酸化された吸収体表面５ａに
付着した窒素ラジカルやイオンは窒化物（ＷＮｘＯｙ，
例えばＷ０．６２（Ｎ，Ｏ）やＩｎＮｘＯｙ，ＳｎＮｘ
Ｏｙ）層（膜）を形成する。窒化層（膜）の厚さは酸素
がＷに接触しない厚さで十分なので、薄く例えば１ｎｍ
〜１０ｎｍで良い。図２は形成された層（膜）の厚さと
発生する応力と関係の例を概念的に示している。形成さ
れた層（膜）が薄い（図２のｄ１）と、発生する応力は
小さく、歪み発生は無視できる。この結果、Ｘ線マスク
をチャンバから取り出したときに露出した吸収体５に、
位置精度を悪化させる酸化層（膜）１０などの付着が抑
制され、その結果細いパターン寸法のマスクに対しても
高い位置精度を達成することが可能となる。又、窒素プ
ラズマ代わりにＮＨ３プラズマでも窒化層（膜）膜が形
成できる。ＨＣＮ（シアン化水素）プラズマを使用する
と、炭化層（膜）と窒化層（膜）とが同時に形成され
る。
【００２０】［発明の実施の形熊２］
応力発生を抑制する層（膜）として、上記の実施の形態
１では酸化抑制層（膜）の窒化層（膜）を例に説明した
が、これに限らず炭化層（膜）をマスクパターンの表面
に形成させても良い。メタン、エタン等の炭化水素化合
物のプラズマを発生し、炭素ラジカルをマスクパターン
に供給し、マスクパターンの側面、表面、下地に炭化
（ＷＣ，Ｗ２Ｃ）層（膜）を形成させる。上記実施の形
態１の窒化層（膜）と同じく、炭化層（膜）は薄くて良
い（例えば１ｎｍ〜１０ｎｍ）ので、炭化層（膜）によ
り発生する応力は無視し得るほど小さい。
１では酸化抑制層（膜）の窒化層（膜）を例に説明した
が、これに限らず炭化層（膜）をマスクパターンの表面
に形成させても良い。メタン、エタン等の炭化水素化合
物のプラズマを発生し、炭素ラジカルをマスクパターン
に供給し、マスクパターンの側面、表面、下地に炭化
（ＷＣ，Ｗ２Ｃ）層（膜）を形成させる。上記実施の形
態１の窒化層（膜）と同じく、炭化層（膜）は薄くて良
い（例えば１ｎｍ〜１０ｎｍ）ので、炭化層（膜）によ
り発生する応力は無視し得るほど小さい。
【００２１】［発明の実施の形熊３］
図３は酸化抑制層（膜）をイオンクラスターにより形成
する実施の形態を説明する図である。図中、２０はイオ
ンクラスター発生器、２１は高圧ガス室、２２はノズ
ル、２３はイオン化室を表している。図の例では、高圧
ガスは窒素高圧ガスとすると、放出されるイオンクラス
ターは窒素イオンクラスター２４となる。高圧ガスをノ
ズル２２から真空チャンバ内に吹き出し、断熱膨張によ
り急激に冷却されてクラスタービームを作り出す。吹き
出したクラスタービームは、イオン化室２４で帯電し、
窒素イオンクラスタービームとなる。
する実施の形態を説明する図である。図中、２０はイオ
ンクラスター発生器、２１は高圧ガス室、２２はノズ
ル、２３はイオン化室を表している。図の例では、高圧
ガスは窒素高圧ガスとすると、放出されるイオンクラス
ターは窒素イオンクラスター２４となる。高圧ガスをノ
ズル２２から真空チャンバ内に吹き出し、断熱膨張によ
り急激に冷却されてクラスタービームを作り出す。吹き
出したクラスタービームは、イオン化室２４で帯電し、
窒素イオンクラスタービームとなる。
【００２２】窒素イオンクラスターはチャンバ内を印加
された電界により陰極側に設置されたＸ線マスク９の吸
収体パターン５ｐに向かって移動する。窒素イオンクラ
スター２４は吸収体５の表面５ａ及び下地５ｃに衝突
し、表面５ａ、下地５ｃに付着する。下地５ｃに衝突し
た窒素イオンクラスター２４は、跳ね返って両側の側面
５ｂに付着する。このようにして、窒化層（膜）が吸収
体パターン５ｐの表面、側面及び下地に形成される。
された電界により陰極側に設置されたＸ線マスク９の吸
収体パターン５ｐに向かって移動する。窒素イオンクラ
スター２４は吸収体５の表面５ａ及び下地５ｃに衝突
し、表面５ａ、下地５ｃに付着する。下地５ｃに衝突し
た窒素イオンクラスター２４は、跳ね返って両側の側面
５ｂに付着する。このようにして、窒化層（膜）が吸収
体パターン５ｐの表面、側面及び下地に形成される。
【００２３】メンブレンマスクの微細マスクパターンは
実施の形態１と同様な方法でエッチングされる。その際
各工程ごとに吸収体５の一部が露出するため、各々のエ
ッチング後に隣り合うチヤンバ内で（すなわち途中で大
気中に暴露することなく）、例えばクラスターイオンビ
ームなどを用いて窒素ラジカルをパターン表面・側面に
さらしていく。この結果、Ｘ線マスクをチヤンバから取
り出したときに露出した吸収体に、位置精度を悪化させ
る酸化層（膜）などの付着が抑制され、その結果細いパ
ターン寸法のマスクに対しても高い位置精度を達成する
ことが可能となる。また、前記実施の形態１ないし２で
使用されるＮＨ３ガス、ＨＣＮガス、炭化水素化合物ガ
スも窒素ガスと同様にイオンクラスタービームにより、
応力発生を抑制する膜をマスクパターンの側面等に形成
できる。
実施の形態１と同様な方法でエッチングされる。その際
各工程ごとに吸収体５の一部が露出するため、各々のエ
ッチング後に隣り合うチヤンバ内で（すなわち途中で大
気中に暴露することなく）、例えばクラスターイオンビ
ームなどを用いて窒素ラジカルをパターン表面・側面に
さらしていく。この結果、Ｘ線マスクをチヤンバから取
り出したときに露出した吸収体に、位置精度を悪化させ
る酸化層（膜）などの付着が抑制され、その結果細いパ
ターン寸法のマスクに対しても高い位置精度を達成する
ことが可能となる。また、前記実施の形態１ないし２で
使用されるＮＨ３ガス、ＨＣＮガス、炭化水素化合物ガ
スも窒素ガスと同様にイオンクラスタービームにより、
応力発生を抑制する膜をマスクパターンの側面等に形成
できる。
【００２４】［発明の実施の形態４］
図５は本発明の実施の形態１〜４により作製されたメン
ブレンマスク９によりウェハのレジストにパターンを転
写する方法を示す模式図である。図中、３１はシンクロ
トロン光源、３２は光（Ｘ線）、３３は半導体装置のウ
ェハ、３４はレジスト、３５はマスクの歪み状態を検出
するためのレーザ光源、３６はマスクパターン５ｐの適
当な箇所に配置された位置精度マークを表している。
ブレンマスク９によりウェハのレジストにパターンを転
写する方法を示す模式図である。図中、３１はシンクロ
トロン光源、３２は光（Ｘ線）、３３は半導体装置のウ
ェハ、３４はレジスト、３５はマスクの歪み状態を検出
するためのレーザ光源、３６はマスクパターン５ｐの適
当な箇所に配置された位置精度マークを表している。
【００２５】転写中、メンブレンマスク９の吸収体表
面、側面に形成された酸化抑制層（膜）の一部は、Ｘ線
の吸収及び大気放置により、窒素等は吸収体より離脱す
るため、応力発生を抑制する膜は劣化して、大気中の酸
化によりパターンマスク５ｐに応力が発生し、パターン
に歪みが現れ、位置精度が劣化することになる。このた
め、再度実施の形態１〜３の方法により酸化抑制層
（膜）を形成する。マスク中の位置精度マークの位置座
標を定期的に測定し、マークの位置変動による劣化状態
を検出し、又は予め計測した劣化データを基に劣化時
期、歪み量を予測して、層（膜）の形成を複数回、定期
的に行うことによって、パターン位置精度を長期間に渡
って保持することが可能となる。
面、側面に形成された酸化抑制層（膜）の一部は、Ｘ線
の吸収及び大気放置により、窒素等は吸収体より離脱す
るため、応力発生を抑制する膜は劣化して、大気中の酸
化によりパターンマスク５ｐに応力が発生し、パターン
に歪みが現れ、位置精度が劣化することになる。このた
め、再度実施の形態１〜３の方法により酸化抑制層
（膜）を形成する。マスク中の位置精度マークの位置座
標を定期的に測定し、マークの位置変動による劣化状態
を検出し、又は予め計測した劣化データを基に劣化時
期、歪み量を予測して、層（膜）の形成を複数回、定期
的に行うことによって、パターン位置精度を長期間に渡
って保持することが可能となる。
【００２６】［参照例１］
吸収体パターンに形成された酸化層（膜）による応力
は、酸化が十分行われた場合飽和して安定状態になる。
そこで、この安定した状態の層（膜）厚（図２のｄ２，
せいぜい１０ｎｍ）にまで、実施の形態１，２と同様に
酸素プラズマにより供給される酸素ラジカルや酸素イオ
ンで吸収体を酸化すれば、その後大気中からの酸素付着
があったとしても、吸収体パターンに応力は発生せず、
歪みが発生することはない。
は、酸化が十分行われた場合飽和して安定状態になる。
そこで、この安定した状態の層（膜）厚（図２のｄ２，
せいぜい１０ｎｍ）にまで、実施の形態１，２と同様に
酸素プラズマにより供給される酸素ラジカルや酸素イオ
ンで吸収体を酸化すれば、その後大気中からの酸素付着
があったとしても、吸収体パターンに応力は発生せず、
歪みが発生することはない。
【００２７】この酸化処理は、酸素プラズマから供給さ
れた酸素ラジカルや酸素イオンを用いて酸化膜を形成す
る例であるが、酸素プラズマの代わりにオゾン（Ｏ３）
等の酸化活性ガスを使用しても良い。紫外線や放電など
により生成されたオゾンガスをメンブレンマスクのマス
クパターン５に供給すると、マスクパターン（吸収体パ
ターン５ｐ）の上面、側面及び下地と反応し、酸化層
（膜）を形成する。
れた酸素ラジカルや酸素イオンを用いて酸化膜を形成す
る例であるが、酸素プラズマの代わりにオゾン（Ｏ３）
等の酸化活性ガスを使用しても良い。紫外線や放電など
により生成されたオゾンガスをメンブレンマスクのマス
クパターン５に供給すると、マスクパターン（吸収体パ
ターン５ｐ）の上面、側面及び下地と反応し、酸化層
（膜）を形成する。
【００２８】［参照例２］
図４はこの発明の参照例２を説明する模式図である。従
来の技術で説明したように、まず図４（ａ）にあるよう
にレシストパターンをＥＢ描画（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂ
ｅａｍ，電子ビーム描画）により形成する。その後ドラ
イエッチングにより吸収体５をパターニングするが、吸
収体５の応力のずれや応力むらなどの原因により、図４
（ｂ）に示すように描画したマスクパターンパターンが
エッチング後又はその後の酸化層（膜）形成後に所望の
位置からずれることがある。
来の技術で説明したように、まず図４（ａ）にあるよう
にレシストパターンをＥＢ描画（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂ
ｅａｍ，電子ビーム描画）により形成する。その後ドラ
イエッチングにより吸収体５をパターニングするが、吸
収体５の応力のずれや応力むらなどの原因により、図４
（ｂ）に示すように描画したマスクパターンパターンが
エッチング後又はその後の酸化層（膜）形成後に所望の
位置からずれることがある。
【００２９】そこで、あらかじめマスクを作製しその位
置歪み量を計測する、もしくは吸収体の応力を計測しそ
の値からこれらの歪みを計算する、などの手法によりエ
ッチング時に発生する位置歪みを実マスク描画前に予測
し、それに応じて図４（ｃ）のようにパターン描画位置
をずらしてＥＢ描画を行う。その結果、エッチング後・
膜形成後には図４（ｄ）のようにパターンが所望の位置
に完成することになる。さらに各エッチング工程の後に
大気に暴露することなく、例えばＥＣＲ−ＲＩＥ装置
で、圧力２０ｍＴｏｒｒ，窒素ガス流量１００ｓｃｃ
ｍ，ＲＦパワー：０Ｗ，マイクロ波５００Ｗなどの条件
で生成された窒素プラズマに、マスクパターン５ａをさ
らし、窒素ラジカルやイオンをパターン表面，側面，下
面に反応させる。
置歪み量を計測する、もしくは吸収体の応力を計測しそ
の値からこれらの歪みを計算する、などの手法によりエ
ッチング時に発生する位置歪みを実マスク描画前に予測
し、それに応じて図４（ｃ）のようにパターン描画位置
をずらしてＥＢ描画を行う。その結果、エッチング後・
膜形成後には図４（ｄ）のようにパターンが所望の位置
に完成することになる。さらに各エッチング工程の後に
大気に暴露することなく、例えばＥＣＲ−ＲＩＥ装置
で、圧力２０ｍＴｏｒｒ，窒素ガス流量１００ｓｃｃ
ｍ，ＲＦパワー：０Ｗ，マイクロ波５００Ｗなどの条件
で生成された窒素プラズマに、マスクパターン５ａをさ
らし、窒素ラジカルやイオンをパターン表面，側面，下
面に反応させる。
【００３０】以上のような工程を経て、位置精度の高
い、かつ、完成後の長期安定性にも優れたＸ線マスクを
得ることができる。また、以上の実施の形態１〜５で形
成された層（膜）は薄くかつ軽元素のために、Ｘ線，
光，電子ビーム等の透過に影響しない。
い、かつ、完成後の長期安定性にも優れたＸ線マスクを
得ることができる。また、以上の実施の形態１〜５で形
成された層（膜）は薄くかつ軽元素のために、Ｘ線，
光，電子ビーム等の透過に影響しない。
【００３１】図６は、メンブレンマスクのエッチング工
程、本発明の応力発生を抑制する膜を形成する工程にお
ける製造装置を、各工程毎の装置で実現するマルチチャ
ンバ例を示している。図中、１１ａは図７の（ｅ）工程
を処理するチャンバ、１１ｂは（ｆ）工程を処理するチ
ャンバ、１１ｃは窒素ラジカルやイオンで窒化層（膜）
を形成するチャンバ、１１ｄは酸素ラジカルやイオン若
しくはオゾンで酸化層（膜）を形成するチャンバ、１１
ｅはイオンクラスターチャンバで膜を形成するチャンバ
を表し、４０は格納装置、４１はロードロック装置、４
２はロードロック装置及び各チャンバのゲートバルブ、
４３はメンブレンマスク９をロードロック装置・チャン
バ間、各チャンバ間にメンブレンマスクを搬送するロボ
ットを表している。図７の（ｄ）工程を終了したもの又
は再度応力発生を抑制する層（膜）を形成するメンブレ
ンマスクが格納装置に収納されてロードロック装置４１
に搬入される。
程、本発明の応力発生を抑制する膜を形成する工程にお
ける製造装置を、各工程毎の装置で実現するマルチチャ
ンバ例を示している。図中、１１ａは図７の（ｅ）工程
を処理するチャンバ、１１ｂは（ｆ）工程を処理するチ
ャンバ、１１ｃは窒素ラジカルやイオンで窒化層（膜）
を形成するチャンバ、１１ｄは酸素ラジカルやイオン若
しくはオゾンで酸化層（膜）を形成するチャンバ、１１
ｅはイオンクラスターチャンバで膜を形成するチャンバ
を表し、４０は格納装置、４１はロードロック装置、４
２はロードロック装置及び各チャンバのゲートバルブ、
４３はメンブレンマスク９をロードロック装置・チャン
バ間、各チャンバ間にメンブレンマスクを搬送するロボ
ットを表している。図７の（ｄ）工程を終了したもの又
は再度応力発生を抑制する層（膜）を形成するメンブレ
ンマスクが格納装置に収納されてロードロック装置４１
に搬入される。
【００３２】なお、上記実施の形態１〜４、参照例１，
２では等倍Ｘ線転写で用いられるＸ線マスクについて説
明したが、その他の露光技術用のマスク、例えばＳＣＡ
ＬＰＥＬ（Scattering with Angular Limitation P
rojection Electron Lithography）マスクにも適用で
き、同じ効果を得ることは明らかである。
２では等倍Ｘ線転写で用いられるＸ線マスクについて説
明したが、その他の露光技術用のマスク、例えばＳＣＡ
ＬＰＥＬ（Scattering with Angular Limitation P
rojection Electron Lithography）マスクにも適用で
き、同じ効果を得ることは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】本発明のメンブレンマスクによれば、微
細マスクパターンのドライエッチング後にパターニング
に寄与しないラジカルをパターン上面、側面および下面
に供給して、応力発生を抑制する層（膜）を形成するこ
とによってパ夕一ニング後のマスクパターンの位置精度
を高く、安定させるメンブレンマスクを得ることができ
る。
細マスクパターンのドライエッチング後にパターニング
に寄与しないラジカルをパターン上面、側面および下面
に供給して、応力発生を抑制する層（膜）を形成するこ
とによってパ夕一ニング後のマスクパターンの位置精度
を高く、安定させるメンブレンマスクを得ることができ
る。
【００３４】本発明のメンブレンマスクの製造方法にお
いて、パターニング効果のないラジカルをメンブレンマ
スクに供給する方法により、マスクパターンの側面にも
確実に応力発生を抑制する膜を形成できることができ
る。ラジカルはプラズマ、及びイオンクラスタービーム
により簡便に、効率よく供給できる。
いて、パターニング効果のないラジカルをメンブレンマ
スクに供給する方法により、マスクパターンの側面にも
確実に応力発生を抑制する膜を形成できることができ
る。ラジカルはプラズマ、及びイオンクラスタービーム
により簡便に、効率よく供給できる。
【００３５】本発明のメンブレンマスクの完成後もパタ
ーニングに寄与しないラジカルの供給を複数回、定期的
に行う方法により、メンブレンマスクのマスクパターン
位置精度を長期間に渡って保持することができる。
ーニングに寄与しないラジカルの供給を複数回、定期的
に行う方法により、メンブレンマスクのマスクパターン
位置精度を長期間に渡って保持することができる。
【図１】本発明の実施の形態１における応力を発生する
層（膜）の形成を説明する図である。
層（膜）の形成を説明する図である。
【図２】本発明の応力を発生する層（膜）厚と発生する
応力との関係を概念的に説明する図である。
応力との関係を概念的に説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態３における応力を発生する
層（膜）の形成を説明する図である。
層（膜）の形成を説明する図である。
【図４】本発明の参照例２におけるマスクパターンの予
測して形成することを説明する図である。
測して形成することを説明する図である。
【図５】本発明の酸化抑制層（膜）の維持を説明する図
である。
である。
【図６】本発明の酸化抑制層（膜）の生成、維持の工程
を説明する図である。
を説明する図である。
【図７】Ｘ線マスクの製造工程を示す図である。
【図８】Ｘ線マスクのマスクパターンの歪みを説明する
図である。
図である。
１ メンブレン
５ 吸収体
５ｐ 吸収体パターン
５ｃ 吸収体側面
９ Ｘ線マスク（メンブレンマスク）
１１ ＥＣＲ−ＲＩＥ装置
１２ プラズマ
１２ａ 窒素ラジカル
１２ｂ 窒素イオン
２０ イオンクラスター発生器
２４ 窒素イオンクラスター
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−116716（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−203817（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−20929（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−207016（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−130814（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
Claims (5)
- 【請求項１】 メンブレンマスクの製造工程のうち、微
細マスクパターンのドライエッチング後にパターニング
に寄与しない窒素、炭素の少なくとも一つのラジカルを
マスクパターン上面、側面に供給しマスクパターンと反
応させることにより、これらの面に応力が発生すること
を抑制する層もしくは膜を形成したことを特徴とするメ
ンブレンマスク。 - 【請求項２】 メンブレンマスクの製造工程のうち、微
細マスクパターンのドライエッチング後にパターニング
に寄与しない窒素、炭素の少なくとも一つのラジカルを
マスクパターン上面、側面に供給し、マスクパターンと
反応させることによって、高い位置精度を達成すること
を特徴とするメンブレンマスクの製造方法。 - 【請求項３】 パターニングに寄与しないラジカルの供
給方法としてプラズマを用いることを特徴とする請求項
２記載のメンブレンマスクの製造方法。 - 【請求項４】 パターニングに寄与しないラジカルの供
給方法としてクラスターイオンビームを用いることを特
徴とする請求項２に記載のメンプレンマスクの製造方
法。 - 【請求項５】 メンブレンマスクの製造工程のうち、微
細マスクパターンのドライエッチング後にパターニング
に寄与しないラジカルもしくはイオンをマスクパターン
上面、側面および下地に供給することによって、高い位
置精度を達成したメンブレンマスクに、複数回、定期的
にパターニングに寄与しないラジカルもしくはイオンの
供給を行うことによって、マスクパターン位置精度を長
期間に渡って保持することを特徴とするマスクパターン
の位置精度保持方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000311194A JP3406581B2 (ja) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | メンブレンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精度保持方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000311194A JP3406581B2 (ja) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | メンブレンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精度保持方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002118056A JP2002118056A (ja) | 2002-04-19 |
| JP3406581B2 true JP3406581B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=18791003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000311194A Expired - Fee Related JP3406581B2 (ja) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | メンブレンマスク、その製造方法及びマスクパターンの位置精度保持方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3406581B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5009590B2 (ja) * | 2006-11-01 | 2012-08-22 | Ｈｏｙａ株式会社 | マスクブランクの製造方法及びマスクの製造方法 |
| KR20110109563A (ko) | 2010-03-31 | 2011-10-06 | 삼성전자주식회사 | 포토 마스크의 광학 파라미터 보정 방법 |
| JP2012159855A (ja) * | 2012-04-23 | 2012-08-23 | Hoya Corp | マスクブランクの製造方法及びマスクの製造方法 |
-
2000
- 2000-10-11 JP JP2000311194A patent/JP3406581B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002118056A (ja) | 2002-04-19 |
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|---|---|---|---|
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |