JP3588222B2 - X線マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線リソグラフィに使用するX線マスクの製造方法に関し、具体的にはエッチングマスクまたは反射防止膜(エッチングストッパ)の結晶構造または応力を変えることによりパターニング時の歪みを低減させることを可能とするX線マスクの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
これまでそれほど集積度の高くない半導体記憶装置におけるパターンの転写には、主に紫外線によるリソグラフィ技術が用いられてきた。しかし、半導体記憶装置の高集積化が進み、たとえばDRAM(Dynamic Random Access Momory)において1Gbit(ギガビット)のようにGbit級となると、配線などの各パターンがデバイスルールに従って極微細になるため、より解像度の高いパターンの転写が必要となる。
【0003】
このような微細パターンの転写を行なう技術としてX線によるリソグラフィ技術が期待されている。このX線リソグラフィ技術では、露光光となるX線の波長(軟X線:λ=5〜20nm)が紫外線に比べ短波長となるため、紫外線によるリソグラフィよりも解像度の高いパターンの転写が可能となる。
【0004】
このようなX線リソグラフィ技術に用いられるX線マスクの構成および製造方法は、たとえばSPIE(The Society of Photo−Optical Instrumentation Engineers)、1994、vol.2194、pp221〜230に記載されている。以下、この文献に示されたX線マスクの構成および製造方法を従来例として説明する。
【0005】
図8は、上記文献に示された従来のX線マスクの構成を概略的に示す断面図である。図8を参照して、X線マスクは、シリコン基板1と、メンブレン2と、反射防止膜兼エッチングストッパ(以下、単に反射防止膜と称する)103aと、反射防止膜103bと、X線吸収体104と、サポートリング5とを有している。
【0006】
メンブレン2は、X線透過性基板であり、シリコン基板1上に形成されている。反射防止膜103aは、メンブレン2の表面に形成され、反射防止膜103bは、メンブレン2の裏面に形成されている。X線吸収体104は、X線の透過を遮る材料よりなっており、反射防止膜103a上に所定の形状で形成されている。サポートリング5は、シリコン基板1の裏面に接着剤(図示せず)によって接着され、シリコン基板1を支持している。
【0007】
次に、上記の従来のX線マスクの製造方法について説明する。
図9〜図11は、従来のX線マスクの製造方法を工程順に示す概略断面図である。図9を参照して、まずシリコン基板1上にメンブレン2が成膜され、その後、シリコン基板1の一部が除去(バックエッチ)され、メンブレン2の裏面が露出する。この後、メンブレン2の表面および裏面に反射防止膜103a、103bが成膜される。その後、シリコン基板1にサポートリング5が接着される。
【0008】
図10を参照して、反射防止膜103a上に、たとえばスパッタ法にてX線吸収体104が成膜される。そして、この際のX線吸収体104の平均膜応力を測定し、この平均応力を0とするための温度を決定し、たとえばオーブンで250℃で均一にアニールし、X線吸収体104の平均膜応力が0に調整される。このX線吸収体104上にエッチマスク106が、たとえばスパッタ法により成膜される。このエッチマスク106上に、レジストパターン7が塗布され、この後たとえば180℃でベークされる。
【0009】
図11を参照して、レジスト107に電子線描画器(EB)でパターンが描かれた後、現像されてレジストパターン7が形成される。このレジストパターン7を用いてエッチマスク106にエッチングが行なわれる。その後、エッチマスク106を用いてX線吸収体104のエッチングが行なわれる。最後にエッチマスク106が除去されて、図8に示すX線マスクが完成する。
【0010】
上記のシリコン基板1のバックエッチの工程およびサポートリング5へのシリコン基板1の接着の工程は必ずしもこの工程順通り行なわれるものではない。
【0011】
なお、Gbit級では、微細加工が必要となるため、レジストパターン107を厚くすることができない。このため、X線吸収体104上に直にレジストパターン107を形成してX線吸収体104のパターニングを行なうと、X線吸収体104のパターニングの途中でレジストパターン107が完全に消失してしまうおそれがある。エッチマスク106はX線吸収体104に対してエッチング選択比の高い材料よりなっているため、X線吸収体104のパターニング時にレジストパターン107が消失してもエッチマスク106がマスクとして機能する。この意味で、エッチマスク106は有用である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
X線リソグラフィは、X線が短波長であるため微細なパターンの転写に適用されるが、X線の性質上、通常、等倍転写となる。このため、X線マスクには高いパターンの位置精度が要求される。ところが、X線吸収体104に応力が残存していた場合、X線吸収体104のパターニング後に図12に示すように応力によってX線吸収体104のパターンの位置が矢印方向へ動き、位置精度が低下してしまう。
【0013】
そこで、従来のX線マスクの製造方法では、X線吸収体104の平均膜応力を0とするためにアニールが施される。
【0014】
しかしながら、従来のX線マスクの製造方法におけるエッチマスク106の成膜では、エッチマスク106は通常、柱状の結晶構造となる。このため、図13(a)および(b)に示すようにレジストパターン7をマスクとしてエッチマスク106をパターニングする際に、エッチマスク106は結晶粒界に沿ってパターニングされやすく、パターンのエッジラフネスが発生する。このエッジラフネスの生じた状態でエッチマスク106をマスクとしてX線吸収体104をパターニングすると、パターンが図中寸法W0 だけずれて形成され、パターン精度が劣化するという問題点があった。
【0015】
なお、図13(b)は図13(a)の矢印方向から見た図であり、レジストパターン7を省略して示す図である。
【0016】
また従来のX線マスクの製造方法では、X線吸収体104の応力は考慮されているが、エッチマスク106および反射防止膜103aの応力および応力むらは考慮されていない。このためX線吸収体104のパターニング後の位置精度が劣化するという問題点もあった。この問題については、エッチマスク106に応力むらがある場合を例に挙げて以下に詳細に説明する。
【0017】
図14〜図17は、従来のX線マスクの製造方法においてエッチマスクに応力むらがある場合に位置精度が劣化することを説明するための概略断面図である。なお、この図14〜図17においては、説明の便宜上、図8に示される反射防止膜103bとサポートリング5との図示は省略してある。
【0018】
まず図14を参照して、上述したようにアニールによりX線吸収体104の平均膜応力が0とされる。
【0019】
図15を参照して、ところがX線吸収体104上に図18に示す応力むらを有するエッチマスク106が成膜されると、X線吸収体104の所定のA点はエッチマスク106の応力に引っ張られて移動する。
【0020】
図16を参照して、この状態でレジストパターン7をマスクとしてエッチマスク106がパターニングされ、このパターニングされたエッチマスク106をマスクとしてX線吸収体104がパターニングされる。
【0021】
図17を参照して、この後、レジストパターン7とエッチマスク106とが除去されると、エッチマスク106の応力から解放されてX線吸収体104のA点は元に戻る。このため、元に戻った分の寸法W1 だけパターンの位置がずれてしまうことになる。
【0022】
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、良好なパターンの位置精度を有するX線マスクの製造方法を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明の1の局面に従うX線マスクの製造方法は以下の工程を備えている。
まずX線を透過するメンブレン上に、X線の透過を遮るX線吸収体が形成される。そしてX線吸収体上に、X線吸収体と異なる材料よりなるマスク層が形成される。そしてマスク層が所定の形状にパターニングされる。そしてマスク層をマスクとしてX線吸収体がパターニングされる。マスク層は、少なくともX線吸収体をパターニングする時点においてアモルファス構造を含んでいる。
【0027】
上記局面において好ましくは、マスク層は少なくともX線吸収体をパターニングする時点においてすべてアモルファス構造である。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【0035】
実施の形態1
図1は、本発明の実施の形態1におけるX線マスクの構成を概略的に示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態のX線マスクは、シリコン基板1と、メンブレン2と、反射防止膜兼エッチストッパ(以下、単に反射防止膜と称する)3aと、反射防止膜3bと、X線吸収体4と、サポートリング5とを有している。
【0036】
メンブレン2は、X線透過性基板であり、たとえば厚さ1〜2μmで軽元素からなっておりシリコン基板1上に形成されている。反射防止膜3aは、メンブレン2の表面に形成され、たとえばインジウム・錫酸化物などからなっている。反射防止膜3bは、メンブレン2の裏面に形成され、たとえばインジウム・錫酸化物などからなっている。これら反射防止膜3a、3bはアライメント光の反射を防止する役割をなすものである。X線吸収体4は、反射防止膜3a上に所定の形状で形成され、X線の透過を遮る材料、たとえばタンタル系の材料よりなっている。サポートリング5は、シリコン基板1の裏面に接着剤(図示せず)により接着されて、シリコン基板1を支持している。
【0037】
本実施の形態のX線マスクの構造で特に注目すべきは、反射防止膜3aがアモルファス(非晶質)構造を含んでいることである。また、反射防止膜3aのすべてがアモルファス構造であることが好ましい。またX線吸収体4もアモルファス構造を含んでいることが好ましい。
【0038】
また反射防止膜3aは、インジウム・錫酸化物に限られず、クロムの窒化物、クロムの酸化物、クロムの窒化酸化物、酸化錫、炭化珪素および窒化珪素からなる群から選ばれる1種以上を含む材質よりなっていることが好ましい。
【0039】
また、X線吸収体4もタンタル系の材料に限定されず、タングステン系の膜からなっていてもよい。
【0040】
次に、本実施の形態の製造方法について説明する。
図2〜図4は、本発明の実施の形態1におけるX線マスクの製造方法を工程順に示す概略断面図である。まず図2を参照して、シリコン基板1上に厚さ1〜2μmで軽元素からなるメンブレン2が成膜される。そしてシリコン基板1の一部にバックエッチが施され、メンブレン2の裏面が露出する。メンブレン2の表面および裏面に反射防止膜3aおよび3bが成膜される。特に反射防止膜3aはアモルファス構造を含むように成膜される。その後、シリコン基板1が接着剤(図示せず)によりサポートリング5に接着される。
【0041】
図3を参照して、反射防止膜3a上に、たとえばスパッタ法によりX線吸収体4が、たとえばタンタル系の材料により成膜される。この際、反射防止膜3aがアモルファス構造を含んでいれば、X線吸収体4もアモルファス構造になりやすい。この際のX線吸収体4の平均膜応力を測定した後、この平均応力が0となるように温度を決定し、たとえばオーブンで250℃で均一にアニールすることでX線吸収体4の平均膜応力が0に調整される。
【0042】
次に、たとえばスパッタ法により、タングステンよりなるエッチマスク6がアモルファス構造を含むように成膜される。ここで、エッチマスク6のスパッタは、Ar(アルゴン)に7%のN(窒素)を加えたスパッタガスを用い、出力を650W、圧力を9mTorrとして行なわれる。
【0043】
この後、エッチマスク6上にレジスト7が塗布され、たとえば180℃でベークされる。
【0044】
図4を参照して、電子線描画器(EB)でレジスト7にパターンが描かれた後、現像されてレジストパターン7が形成される。このレジストパターン7を用いてエッチマスク6にエッチングが行なわれる。エッチマスク6は、少なくともこのエッチング時においてアモルファス構造を有している。この後、パターニングされたエッチマスク6を用いてX線吸収体4にエッチングが施され、X線吸収体4がパターニングされる。このX線吸収体4のパターニング時にX線吸収体4がアモルファス構造を含んでいることが好ましい。最後に、エッチマスク6の除去を行なって、X線マスクが完成する。
【0045】
なお、シリコン基板1のバックエッチの工程およびサポートリング5へのシリコン基板1の接着の工程は、必ずしもこの工程順通り行なわれるものではない。
【0046】
本実施の形態では、図4に示すようにエッチマスク6のパターニング時においてエッチマスク6はアモルファス構造を含んでいる。このため、図13で説明したようにエッチマスク106の結晶粒界に沿ってエッチマスク106がパターニングされることはない。よって、それによるエッチマスク6のエッジラフネスの発生はない。したがって、このエッジラフネスの発生によるX線吸収体4のパターン精度の劣化は生じず、寸法精度の良好なX線マスクを得ることができる。
【0047】
また、反射防止膜3aがアモルファス構造を含んでいると、この反射防止膜3a上に成膜されるX線吸収体4がアモルファス化しやすい。通常、X線吸収体4は柱状の結晶構造であるが、このようにX線吸収体4がアモルファス化した場合には、上述と同様、X線吸収体4が結晶粒界に沿ってパターニングされることはないため、パターンの寸法精度が良好となる。
【0048】
なお、本実施の形態の製造方法では、反射防止膜3aおよびエッチマスク6の双方がアモルファス構造を含む場合について説明したが、反射防止膜3aおよびエッチマスク6のいずれかがアモルファス構造であればよい。
【0049】
実施の形態2
本願発明者らは、図3に示す反射防止膜3aとエッチマスク6とを、所定の条件で成膜することにより、これらの膜内の応力を低くできることを見出した。以下、その実験の内容および実験の結果について説明する。
【0050】
まず比較例として、Arの流量:80cm3 /分、DC:500W、スパッタガス圧力:15mTorrの条件下で、クロムターゲットを用いて3インチのシリコンウェハ上にマグネトロンスパッタ装置を用いてスパッタしたクロム膜を準備した。
【0051】
また、本発明例として、Arの流量:80cm3 /分、N2 の流量:6cm3 /分、DC:100W、スパッタガス圧力:17mTorrの条件下で、クロムターゲットを用いて3インチのシリコンウェハ上にマグネトロンスパッタ装置を用いてスパッタした窒化クロム膜を準備した。
【0052】
この比較例のクロム膜と本発明例の窒化クロム膜との双方に180℃でアニールを行なった後、各膜の応力分布をφ50mmエリアで測定した。その結果を、比較例については図5に、本発明例については図6に示す。
【0053】
図5を参照して、この結果より、比較例のクロム膜では、25mm□における平均応力が1338MPa、最大応力が1380MPa、最小応力が1170MPaであった。
【0054】
図6を参照して、これに対して、本発明例の窒化クロム膜では、25mm□における平均応力が92.7MPa、最大応力が105.2MPa、最小応力が68.2MPaであった。
【0055】
これらの結果より、明らかに、スパッタガス中に窒素を加えて成膜した本発明例の窒化クロム膜の方が従来例のクロム膜より低応力であり、また応力むらが小さいことがわかった。
【0056】
それゆえ、本実施の形態の製造方法では、図2に示す反射防止膜3aおよび図3に示すエッチマスク6の少なくともいずれかは、クロムターゲットを使用し、スパッタガスとして不活性ガス(たとえばAr)に窒素を含んだものを用いてスパッタをすることで成膜される。
【0057】
また、上記の窒化クロムを成膜するためのスパッタの条件は、不活性ガス中に窒素を5%以上含み、スパッタガスの圧力が10mTorr以上であることが好ましい。
【0058】
なお、これ以外の製造工程については、実施の形態1と同様であるため、その説明は省略する。
【0059】
このような方法で反射防止膜3aおよびエッチマスク6の少なくともいずれかが成膜されるため、本実施の形態では反射防止膜3aおよびエッチマスク6の少なくともいずれかは窒化クロム膜よりなっている。
【0060】
なお、これ以外の構成についても実施の形態1と同様であるため、その説明は省略する。
【0061】
本実施の形態では、反射防止膜3aおよびエッチマスク6は低応力となるため、特にこれらをアモルファス構造にする必要はない。しかしながら、反射防止膜3aおよびエッチマスク6が低応力になるとともにアモルファス構造を含んでいることがより好ましい。
【0062】
なお、本実施の形態においては、クロムターゲットを使用し、スパッタガスとして不活性ガスに窒素を含んだものを用いてスパッタを行なっているが、窒素とクロムとを含むターゲットを使用してスパッタを行なうことで窒化クロムを成膜しても、上述と同じように低応力となる。
【0063】
本実施の形態では、不活性ガス中に窒素を含むスパッタガスを用いてスパッタする、または窒素を含むターゲットを用いてスパッタすることにより、低応力および低応力むらの反射防止膜3aまたはエッチマスク6が得られる。このため、図15において示されるA点が、エッチマスク6の応力によって引っ張られることは抑制される。よって、図17に示すようにX線吸収体4がパターニングされた後に、A点が元に戻ることにより生ずるX線吸収体4のパターンの位置ずれは生じない。したがって、パターンの位置精度が低下することを防止することができる。
【0064】
実施の形態3
図3を参照して、本願発明者らは、エッチマスク6の局所応力が、±10×da/deMPa以下であれば、X線吸収体4がパターニングされた後でも、X線吸収体4が位置ずれを起こさないことを見出した。なおここで、daおよびdeは、図3に示すようにX線吸収体4とエッチマスク6との膜厚である。このため本実施の形態の製造方法では、図3に示す工程で、±10×da/deMPa以下の局所応力となるようにエッチマスク6は成膜され、もしくは成膜後に処理(たとえばアニールなどの熱処理)が施される。
【0065】
また、図4においてレジストパターン7をマスクとしてエッチマスク6をパターニングし、このパターンされたエッチマスク6をマスクとしてエッチングを施すことによりX線吸収体4がパターニングされる。X線吸収体4のパターニングのためのエッチング時において、X線吸収体4のオーバエッチングにより、その下層にある反射防止膜3aもある程度エッチングされる。このようにオーバエッチングで反射防止膜3aが除去された場合には、除去された部分の応力を緩和するためにX線吸収体4のパターンの位置がずれるおそれがある。
【0066】
これに対して本願発明者らは、このX線吸収体4のエッチングにおけるオーバエッチングの時間をTとし、X線吸収体4のエッチング条件における反射防止膜3aのエッチングレート(速度)をEとしたとき、オーバエッチングで除去される反射防止膜3aの部分の局所応力が、±10×da/(E×T)MPa以下であれば、X線吸収体4のパターニング後にX線吸収体4のパターンの位置がずれることがないことを見出した。
【0067】
なおここで、E×Tは、図7に示すようにX線吸収体4のエッチング時におけるオーバエッチングで反射防止膜3aが除去される膜厚tと実質的に同じである。
【0068】
それゆえ、本実施の形態の製造方法では、X線吸収体4のエッチング時に除去される反射防止膜3aの部分の局所応力が、±10×da/(E×T)MPa以下となるように、反射防止膜3aは成膜され、もしくは成膜後に処理(たとえばアニールなどの熱処理)が施される。
【0069】
本実施の形態では、上述したように、エッチングマスク6または反射防止膜3aの応力を所定の応力以下に制御しているため、X線吸収体4のパターニング後において、X線吸収体4のパターンが位置ずれを起こすことが防止される。それゆえ、良好なパターンの位置精度を有するX線マスクを得ることが可能となる。
【0070】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0075】
【発明の効果】
本発明の1の局面に従うX線マスクの製造方法では、マスク層がアモルファス構造を含んでいるため、このマスク層をパターニングする際にマスク層が結晶粒界に沿ってパターニングされることが防止される。このため、それによるエッジラフネスは生じないため、このマスク層をマスクとしてパターニングされるX線吸収体には、エッジラフネスによるパターン精度の劣化が生じることはない。したがって、良好なパターン寸法精度を有するX線マスクを得ることができる。
【0076】
上記局面において好ましくは、マスク層は少なくともX線吸収体をパターニングする時点において、すべてアモルファス構造である。これにより、マスク層が結晶粒界に沿ってパターニングされることは完全に防止される。したがって、より一層、良好なパターンの位置精度を有するX線マスクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるX線マスクの構成を概略的に示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1におけるX線マスクの製造方法の第1工程を示す概略断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1におけるX線マスクの製造方法の第2工程を示す概略断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1におけるX線マスクの製造方法の第3工程を示す概略断面図である。
【図5】窒素を含まないスパッタガスを用いて成膜された従来のクロム膜の応力分布を示す図である。
【図6】窒素を含むスパッタガスを用いて成膜された窒化クロム膜の応力分布を示す図である。
【図7】X線吸収体4のエッチング時に反射防止膜3aがオーバエッチングされる様子を示す概略断面図である。
【図8】従来のX線マスクの構成を概略的に示す断面図である。
【図9】従来のX線マスクの製造方法の第1工程を示す概略断面図である。
【図10】従来のX線マスクの製造方法の第2工程を示す概略断面図である。
【図11】従来のX線マスクの製造方法の第3工程を示す概略断面図である。
【図12】X線吸収体に応力が残留している場合にX線吸収体のパターンの位置がずれることを示す概略断面図である。
【図13】エッチマスクが柱状の結晶構造を持つ場合に、エッチマスクが結晶粒界に沿ってパターニングされることを示す概略断面図である。
【図14】エッチマスクに応力むらがある場合にX線吸収体のパターンがずれる様子を説明するための第1工程図である。
【図15】エッチマスクに応力むらがある場合にX線吸収体のパターンがずれる様子を説明するための第2工程図である。
【図16】エッチマスクに応力むらがある場合にX線吸収体のパターンがずれる様子を説明するための第3工程図である。
【図17】エッチマスクに応力むらがある場合にX線吸収体のパターンがずれる様子を説明するための第4工程図である。
【図18】図15に示す状態でのエッチマスクの応力を分布の様子を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板、2 メンブレン、3a、3b 反射防止膜、4 X線吸収体、5 サポートリング。
Claims (2)
- X線を透過するメンブレン上に、X線の透過を遮るX線吸収体を形成する工程と、
前記X線吸収体上に、前記X線吸収体と異なる材料よりなるマスク層を形成する工程と、
前記マスク層を所定の形状にパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記X線吸収体をパターニングする工程とを備え、
前記マスク層は、少なくとも前記X線吸収体をパターニングする時点においてアモルファス構造を含んでいる、X線マスクの製造方法。 - 前記マスク層は少なくとも前記X線吸収体をパターニングする時点において、すべてアモルファス構造である、請求項1に記載のX線マスクの製造方法。
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