JPH01253234A

JPH01253234A - Ｘ線マスクのｘ線吸収膜及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01253234A
Application number: JP63079841A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sugawara; 稔菅原
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-09
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0750675B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、Ｘ線リソグラフィー法に用いられるＸ線マス
クのＸ線吸収膜及びその製造方法に関する。

［従来の技術］例えば、ＩＣその他の半導体工業の分野においては、シ
リコン基板等に微細なパターンを形成する技術としてリ
ソグラフィー法が用いられる。

このリソグラフィー法は、一般に、露光、現像及びエツ
チングの各工程からなるが、この露光工程は、通常、表
面に感光剤が塗布されたシリコン基板等に、露光用電磁
波を遮断できる薄板に前記露光用電磁波を透過する＠細
パターンを形成した露光用マスクを介して前記露光用電
磁波を照射することにより行われるもので、従来、この
露光用電磁波としては、可視光、紫外光が多く用いられ
ていた。

この露光処理は、前記露光用電磁波の波長が短いほど、
より微細なパターンを形成するのに有利であることから
、近年にいたり、前記露光用電磁波としてＸ線を用いる
Ｘ線リソグラフィー法が試みられるようになってきた。

ところで、このＸ線リソグラフィー法に使用されるＸ線
マスクは、Ｘ線透過性を確保するために原子番号の小さ
な原子から構成される極めて薄い股上に、微細パターン
の形成されたＸ線吸収率の大きな金属からなるＸ線吸収
膜を設けたものである。

この場合、このＸ線吸収膜を構成するＸ線吸収膜として
は、ます、Ｘ線吸収率の大きなものであることが要求さ
れることは勿論であるが、次に、内部応力の小さいもの
であることが要求される。

これは、上述のように、前記Ｘ線吸収膜が、極めて薄い
Ｘ線透過性膜上に形成されることから、前記Ｘ線吸収膜
が内部応力の大きいものであると、この応力によって前
記Ｘ線マスク全体を変形させてしまい、パターン転写精
度が確保できなくなるからである。

従来、このＸ線吸収膜として考えられていたのは、金（
Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニ
ウム（Ｒｅ）もしくはこれらの金属と非金属元素から構
成される合金、例えば、窒化タンタル、窒化タングステ
ン、酸化タンタル、酸化タングステン等であった。

［発明が解決しようとする課題］ところが、上述の従来のＸ線吸収膜は、いずれも以下の
ような欠点があった。

すなわち、まず、前記金（Ａｕ）は、軟らかく、展性及
び延性に富むことから、パターン寸法の経時変化が大き
いという欠点があった。例えば、必要とされているパタ
ーン幅０．５μｍ以下のｇ＆細パターンを精密に形成さ
せたとしても、時間経過とともに徐々に寸法がずれてし
まうという欠点があった。

また、Ａｕは化学的に不活性であることから、湿式エツ
チングやドライエツチング等のエツチング加工を施すこ
とが極めて困難であり、エツチングにより微細パターン
を形成するのは困難であるため、従来、Ａｕ膜に微細パ
ターンを形成す際に、レジスト等にステンシルパターン
を形成し、このステンシルパターン内に電解メツキ法に
よりＡｕを堆積するという方法が採用されていた。

しかしながら、前記電解メツキ法によって形成したＡｕ
１Ｑは、その内部応力が様々なものとなり、内部応力の
小さいものを安定して得ることができないとともに、溶
液反応であるためＡｕ膜を汚染するという欠点もあった
。

また、前記Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ等については、これらを前記
Ｘ線吸収膜に適した膜状に形成するには、薄膜形成技術
であるスパッタ法による以外に有効な方法がないが、こ
の方法で形成した場合、グレンサイズの大きな結晶状態
の膜であって、微細加工が極めて困難であり、かつ、内
部応力が大きいとともに、密度が小さく不純物を含むも
のであるため、所望のＸ線吸収率が得られない等の欠点
を有していた。

すなわち、本発明者等の実験によれば、前記スパッタ法
によって形成される膜の内部応力は、該スパッタ法を施
す際のスパッタガス圧力に依存していることが判明して
いるが、この依存関係は、微小な圧力の変化に対して内
部応力が大きく変化するという依存関係であって、所望
の小さな応力となる圧力の範囲が極めて限られた微小範
囲であり、現在の圧力制御技術ではこの範囲に圧力を設
定することは事実上不可能であること、さらに、小さな
応力が得られる圧力は、かなり高い圧力であるため、こ
の高いスパッタガス圧力下でスパッタ法を施すと、上述
のようなダレインサイズの大きな膜であって、しかも、
密度が小さく不純物の混入した膜しか得られないため、
微細加工の困難性に加えて、所望のＸ線吸収率も確保で
きないというものであった。

さらに、前記Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ等と非金属元素から構成さ
れる合金によるＸ線吸収膜は、前記単体金属を用いた場
合と同様の方法によって得られるが、前記単体金属を用
いた場合と異なって、アモルファスや微結晶状態のもの
が得られ易く、微細加工性が向上するという利点がある
。

しかしながら、内部応力、Ｘ線吸収率という点に関して
は前記単体金属の場合とほぼ同じ欠点を有しており、Ｘ
線吸収膜としては極めて不十分なものであった。

本発明の目的は、上述の欠点を除去したＸ線マスクのＸ
線吸収膜及びその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記事情に鑑み、本発明者等が種々の条件の
下で種々の物質の膜を作成して、これら膜のＸ線吸収率
、内部応力等を調べる過程において発見、した事実、す
なわち、タンタルタングステンもしくは窒化タンタルタ
ングステンをスパッタ法によって堆積させた膜が、前記
Ｘ線マスクのＸ線吸収膜として要求される条件を全て満
足することができるという新規な事実に基づいてなされ
たものであり、以下の各構成を有する。（１）Ｘ線リソ
グラフィー法に用いられるＸ線マスクのＸ線吸収膜であ
って、タンタルタングステンを含むことを特徴とするＸ線マス
クのＸ線吸収膜。

（２）Ｘ線リソグラフィー法に用いられるＸ線マスクの
Ｘ線吸収膜であって、窒化タンタルタングステンを含むことを特徴とするＸ線
マスクのＸ線吸収膜。

（３）Ｘ線リソグラフィー法に用いられるＸ線マスクの
Ｘ線吸収膜の製造方法であって、タンタルタングステン
または窒化タンタルタングステンをスパッタ法によって
堆積させることを特徴としたＸ線マスクのＸ線吸収膜の
製造方法。

［作用］上述の構成において、前記タンタルタングステンもしく
は窒化タンタルタングステンの膜は、高密度で不純物を
含まないためＸ線吸収率か大きく、かつ、内部応力が小
さく、しかも、微結晶もしくはアモルファス状態に近い
状態であるため微細加工が容易な性質を有するものを比
較的簡単に得られやすいことが確認されている。

また、これら膜を形成するのにスパッタ法を用いること
で、前記Ｘ線吸収膜として適した前記各性質を有した膜
を極めて安定に得られることが確認されている。

すなわち、本発明者等の発見した事実によれば、前記タ
ンタルタングステンの膜はタンタルタングステンをスパ
ッタターゲットとしてスパッタ法によって成膜で、き、
また、窒化タンタルタングステンの膜はタンタルタング
ステンをスパッタターゲットとし、スパッタガスとして
窒素ガスを含むガス雰囲気下でのスパッタ法によって成
膜でき、この場合、得られる膜の内部応力がスパッタ法
を施す際のスパッタガス圧力及びスパッタターゲットに
投入するパワーに依存し、さらに、圧力をパラメータに
して各圧力におけるパワーと得られる膜の内部応力との
関係を調べたところ、極めて低い圧力においてもパワー
と内部応力とが一対一の対応関係を有し、しかも、その
際、パワーを所定値に設定することにより、内部応力を
ゼロにできるというものである。

この場合、投入パワーの制御はスパッタガス圧力の制御
と異なり、極めて正確な制御が可能であるから、この投
入パワーを正確に所定値に設定することによって得られ
る膜の内部応力をほぼ完全にゼロにすることができる。

加えて、低いスパッタカス圧力下でのスパッタ法による
ものであるから、高密度で不純物の極めて少ないもので
あり、したがって、十分なＸ線吸収率を持つとともに、
エツチング等による微細加工が可能なもので、Ｘ線マス
クのＸ線吸収膜として極めて適したものである。

［実施例］（第１実施例）この実施例は、（１００）Ｓｉ基板上に、膜厚０．６μ
ｍのタンタルタングステン膜を高周波（ＲＦ）マグネト
ロンスパッタ法によって成膜したものである。

成膜条件は以下の通りである。

スパッタターゲット直径３インチのＴａＷ（Ｔａ　：Ｗ＝１　：　１　；原子数）スパッタカスアルゴンガスガス流量；　５０ｃｃ／ｌｉｎ温度・・・室温第１図及び第２図は、上述の各条件を固定して、前記ス
パッタターゲットに加える電力（パワー）とスパッタガ
ス圧力とを変えて種々の膜を成膜し、これら電力及び圧
力と得られた各層の内部応力との関係を調べた結果を示
したグラフである。なお、その際、内部応力を求めるの
に、ニュートン環法を用いた。第１図は、こうして得ら
れた結果を、前記スパッタターゲットに加える電力（パ
ワー）をパラメータとして、スパッタガス圧力と前記成
膜された各タンタルタングステン膜の内部応力との関係
を表したグラフである。

第１図において、縦軸が内部応力（Ｉｎｔｆ３ｒｎａｌ
Ｓｔｒｅｓｓ　；　１０’　ｄｙｎ／ｃｉ２）　、横軸
が圧力＜　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　；　Ｐａ）である、なお
、縦軸において、応力の値が正の場合が引っ張り応力（
Ｔｅｎｓｉｏｎ　）、負の場合が圧縮応力（Ｃｏｎｐｒ
ｅｓｓｉｏｎ　）である。

この図から明らかなように、パワーを一定にした場合、
得られる膜の内部応力がスパッタ圧力に依存して変化す
ることがわかる。

第２図は、前記スパッタターゲットに加える電力（パワ
ー）をパラメータとして、スパッタガス圧力と前記成膜
された各タンタルタングステン膜の内部応力との関係を
表したグラフである。なお、各軸及び単位のとり方は前
記第１図の場合と同じである。

第２図から明らかなように、低いスパッタガス圧力（Ｉ
Ｐａ）の下でも、特定のパワーを選定することにより内
部応力をゼロにすることが可能であることがわかる。

ところで、Ｘ線吸収膜として要求される内部応力は、±
５　ｘ１０７ｄｙｎ／ｃｎ２以内である。

そこで、前記結果に基づいて、スパッタガス圧力ＩＰａ
　、スパッタターゲット投入パワー４００旧こ設定し、
その他の条件を前記固定条件と同じにして成膜実験を繰
り返したところ、常に、再現性よく前記要求される内部
応力以下（５ｘ１０７ｄｙｎ／ｃｍ”以下）の内部応力
の膜を得ることができた。

この場合、成膜の際の膜の堆積速度は、２１．１ｎＩｌ
／ｍｉｎであり、得られた膜の構造は、緻密な柱状晶で
あって、エツチング等による微細加工に適しており、極
めて固く傷等のつきにくいものであった。

また、膜組成は、Ｅ　Ｓ　ＣＡ　（ＥｌｅｃｔｒｏｎＳ
ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ｆｏｒ　Ｃｈｅｎｉｃａｌ　
Ａｎａｌｙｓｉｓ　）及びＥ　Ｐ　ＭＡ　（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｓｉ＞に
よって分析した結果、タンタルとタングステンとが同量
含まれており、不純物は含まれていないことが確認され
ている。

（第２実施例）この実施ｇＡ１は、（１００）Ｓｔ基板上に、膜厚０６
μｍの窒化タンタルタングステン膜を高周波ｆ　ＲＦ　
）マグネトロンスパッタ法によって成膜したものである
。

成膜条件は以下の通りである。

スパッタターゲット直径３インチのＴａＷ（Ｔａ：Ｗ＝１：１；原子数）スパッタガスアルゴンガスと窒素（１６％）の混合ガスガス流量アルゴン　　４２ｃｃ＃＋＋　ｉ　ｎ窒素　　　　８ｃｃ／Ｉｉｎ温度・・・室温上述の各条件を固定して、前記スパッタターゲットに加
える電力とスパッタ圧力とを変えて種々の膜を成膜し、
これら電力及び圧力と得られた各層の内部応力との関係
を調べた結果、前記第１実施例における第１図及び第２
図に示された結果とほぼ同じであった。

そこで、この結果に基ついて、スパッタガス圧力ＩＰａ
　、スパッタターゲット投入パワー４００１４４こ設定
し、その他の条件を前記固定条件と同じにして成膜実験
を繰り返したところ、常に、再現性よく前記要求される
内部応力以下の内部応力の膜を得ることができた。

この場合、成膜の際の膜の堆積速度は、１６．９ｒｖ／
［Ｉｎであり、得られた膜の構造は、緻密な柱状晶であ
って、エツチング等による微細加工に適しており、極め
て固く傷等のつきにくいものであった。

また、膜組成は、Ｅ　Ｓ　ＣＡ　（ＥｌｅｃｔｒｏｎＳ
ｐｅｃｔｒｏｓｃＯｐｙ　ｆｏｒ　Ｃｈｅｌｉｃａｌ　
Ａｎａｌｙｓｉｓ　）及びＥ　　Ｐ　ＭＡ　　（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　　Ｐｒｏｂｅ　　Ｍｉｃｒｏ　　Ａｎａｌ
ｙｓｉｓ　　）　　によって分析した結果、Ｔ　ａ　４
．５　Ｗ４．ｓ　Ｎ　＋であり、不純物は含まれていな
いことが確認されているまた、核層に以下の条件で反応
性イオンビームエツチング法（ドライエツチング法）を
施し、この膜のエツチング特性を調べたところ、エツチ
ング速度が５５ｎｎ／ｎ＋ｉｎであり、微細加工に十分
な速度であった雰囲気ガス種類・・・ＣＦ。

流量−２１，６ｃｃ／ｎｉｎイオン加速エネルギー００ｖエツチング温度１５゛Ｃなお、本発明者等は、従来のＸ線吸収膜の成膜実験も種
々行い、得られた膜の性質を調べているので、次にその
結果の一部を比較例として掲げる。

（比較例１）この比較例は、（１００）Ｓｉ基板上に、膜厚０．５μ
ｍのタンタル腹を高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタ
法によって成膜したものである。

成膜条件は以下の通りである。

スパッタターゲット直径３インチのタンタルスパッタガスアルゴンガスガス流量；　２３ｃｃ／ｌｉｎ温度・・・室温第３図は、上述の各条件を固定して、前記スパッタ圧力
を変えて種々の膜を成膜し、これら圧力と得られた冬服
の内部応力との関係を調べた結果を示したグラフである
。なお、その際、内部応力を求めるのに、ニュートン環
法を用いた。

第３図から明らかなように、ガス圧力を増大していくと
膜の内部応力は圧縮応力から引っ張り応力へと変化して
いき、約５．６Ｐａにおいて内部応力がゼロになること
を示している。

しかしながら、この内部応力の変化は極めて急激であり
、圧力を儀かに変化させただけで内部応力が大きく変化
するもので、現在の圧力制御技術では、前記要求される
内部応力以下の応力になるような精度で該圧力を所定の
値に設定することは事実上不可能である。しかも、内部
応力がゼロに近い値となるのは、圧力が５．６Ｐａと極
めて高い場合であるから、この高い圧力の下で得られる
膜は、グレンサイズが大きいために、微細加工が困難で
あるとともに、密度が小さく不純物を含むものであるこ
とから、所望のＸ線吸収率が得られない。

また、スパッタガス圧力の小さい条件下（例えば、ＩＰ
ａ　）で成膜すると、得られる膜の内部応力が１　ｘ　
１０”ｄｙｎ／ｃｌ’以上という大きな値となり、いず
れにしても、Ｘ線吸収膜としては不適当な膜しか得られ
ないものであった。

（比較例２）この比較例は、（１００）Ｓｉ基板上に、膜厚０．５μ
ｍのタングステン膜を高周波（ＲＦ）マグネトロンスパ
ッタ法によって成膜したものである。

成膜条件はスパッタターゲットとしてタングステンを用
いた他は前記比較例１と同じ条件である。

第４図は、前記比較例１と同様に、上述の各条件を固定
して、前記スパッタ圧力を変えて種々の膜を成膜し、こ
れら圧力と得られた冬服の内部応力との関係を調べた結
果を示したグラフである８第４図から明らかなように、
曲線の形状や内部応力がゼロになる圧力値が多少異なる
（前記比較例１では５．６Ｐａであったが、本比較例で
は、５．４Ｐａである）ことを除いて、はぼ同じ性質を
示し、同じ欠点を有するものであった。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明は、Ｘ線吸収膜をタンタル
タングステンもしくは窒化タンタルタングステンによっ
て構成することにより、内部応力が十分に小さく、Ｘ線
吸収率か十分に大きいとともに、エツチング等による微
細加工の容易なＸ線吸収膜を得ることを可能にするとと
もに、スパッタ法を用いることで、所望の内部応力その
他所型の性質を備えたタンタルタングステンもしくは窒
化タンタルタングステンのＸ線吸収膜を常に安定して製
造することを可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例にかかるＸ線マスク
の線吸収膜の製造方法においてスバ、ｙタターゲットに
加える電力とスパッタ圧力とを変えてＸ線吸収膜を成膜
してこれら電力及び圧力と得られた各層の内部応力との
関係を調べた結果を示したグラフ、第３図は本発明の従
来例であるタンタルよりなるＸ線吸収膜をスパッタ圧力
を変えて種々の膜をスパッタ法によって成膜し、これら
圧力と得られた各層の内部応力との関係を調べた結果を
示したグラフ、第４図は本発明の従来例であるタングス
テンよりなるＸ線吸収膜をスパッタ圧力を変えて種々の
膜をスパッタ法によって成膜し、これら圧力と得られた
各層の内部応力との関係を調べた結果を示したグラフで
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｘ線リソグラフィー法に用いられるＸ線マスクの
Ｘ線吸収膜であって、タンタルタングステンを含むことを特徴とするＸ線マス
クのＸ線吸収膜。
（２）Ｘ線リソグラフィー法に用いられるＸ線マスクの
Ｘ線吸収膜であって、窒化タンタルタングステンを含むことを特徴とするＸ線
マスクのＸ線吸収膜。
（３）Ｘ線リソグラフィー法に用いられるＸ線マスクの
Ｘ線吸収膜の製造方法であって、タンタルタングステンまたは窒化タンタルタングステン
をスパッタ法によって堆積させることを特徴としたＸ線
マスクのＸ線吸収膜の製造方法。