JPH0194347A - 放射リソグラフィ用マスクの製造方法 - Google Patents

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】 本発明はマスク支持体および基板を使用し、この基板上
に所望のマスクパターンに応じて構成されるべき吸収材
層を設けることにより、放射リソグラフィ用マスクを製
造する方法に関するものである。

光りソグラフィ処理においてホトラッカーをＸ線ビーム
に露光し、これにより例えばミクロン範囲の構造体寸法
を有する半導体装置を製造することは「ソリッド・ステ
ート・チクノロシイＪ　１９７２゜７月、第２１〜２５
頁に開示されている。

リソグラフィの効率は構造体において達成することので
きる構造体の細条幅（光りソグラフイでは約２〜０．８
μｍ、電子線リソグラフィ、Ｘ線ビームリソグラフィお
よびイオンビームリソグラフィでは約０．５　μｍ以下
）によって知ることができる。

例えば構成されるべきラッカーを露光させるためにＸ線
ビームを使用する場合には、マスク構造をラッカー層上
に投影している間に妨害作用をする回折現象が減少する
利点がある。Ｘ線ビームに露光する場合には、ラッカー
中にマスク構造を形成するために特別な照射マスクが必
要である。このことはイオンビームに露光する場合にも
当てはまる。サブミクロン範囲ではＸ線ビームリソグラ
フィを使用するのが普通であるから、吸収材パターンの
位置の精度および横方向寸法は極めて精密であることが
必要である。

位置の精度に関しては、吸収材層が設けられる基板の機
械的性質のほかに、０．２〜、２μｍの比較的厚い吸収
材層における応力も重要である。基板として、０．５ｍ
ｍ程度の厚さを有する比較的厚い単結晶ウェハ例えばケ
イ素ウェハを使用せずに、厚さ１〜４μｍのダイヤフラ
ムを使用する場合には、このような応力は特に大きな影
響を及ぼす。

吸収材層における応力は７０’Ｎ／ｍ’より小さいこと
が必要で、この内部応力はリソグラフィ放射による照射
中、あるいはマスクの比較的長い貯蔵期間中に変化して
はならない。

従来、マスクを有する低応力吸収材層を得るために極め
て異なる種々の実験が行われた。いわゆるアディティブ
（ａｄｄｉｔｉｖｅ）法が知られており、この方法では
比較的厚いラッカー層に所望のマスクパターンのネガを
作り、金を電着させることにより窓領域を充填する。こ
のようにして得られる金からなる吸収材は大きさに対す
る高い精度および低い内部応力を有する。しかし、金の
大きい熱膨張、小さい老化安定性および極めて微細なマ
スクパターンを製造する場合における大きい誤差割合（
不十分な金めつき）の点で不利である。

別法として、反応エツチング可能な吸収材層によってマ
スク構造を有する吸収材層を製造する方法が知られてい
る。

このような方法は例えば西独国特許出願公開第３１１９
６８２号公報に開示されており、この方法ではホウ素添
加ケイ素マスク支持体上に設けられたリソグラフィ放射
に透明なダイヤフラム上に堆積させたモリブデン層を反
応エツチングすることにより、Ｘ線ビームリソグラフィ
用またはイオンビームリソグラフィ用の応力の比較的小
さいマスクを得ている。

これらのマスクは比較的小さい応力を有しているが、な
おある用途には望ましくない残留応力を示す。

本発明の目的は、限定された領域において最小の残留応
力のみを示すマスク構造を有する吸収材層を得ることが
でき、この残留応力を再現可能に調整することができる
リソグラフィ放射用マスクの製造方法を提供することに
ある。

本発明においては、部分酸化タングステンからなる酸素
含有量２１〜２９原子％の吸収材層を基板上に形成する
ことにより、この目的を達成する。

本発明方法の有利な例においては、吸収材層の酸素含有
量は２３〜２８原子％、好ましくは２６〜２７原子％で
ある。吸収材層の厚さは使用するりソグラフィ放射に応
じて選定することができる。

本発明方法の他の有利な例においては、吸収材層を陰極
スパッタリングによって、すなわち０．２〜、２　μｍ
の層厚になるように堆積させる。

本発明方法の他の有利な例においては、吸収材層を設け
る前に、先ずリソグラフィ゛放射に透明な中間層を基板
上に設け、この中間層を５ＩＯ２層、Ｓｉ３Ｎ、層、Ｔ
ｉＯ□層およびＴｉ層からなる群から選定した少なくと
も１種の層とし、層の厚さを１０〜１１００ｎとするこ
とができる。

このような中間層は拡散障壁として作用する利点、従っ
て吸収材層の層成長を最適にすることができる利点を有
する。

本発明方法の他の有利な例においては、厚さ数十分の−
ｍｍの単結晶ケイ素または炭化ケイ素のウェハ、あるい
は厚さ１〜４μｍのケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素ま
たは窒化ケイ素のダイヤフラムを、吸収材層のだめの基
板として使用する。

吸収材層の酸素含有量はタングステンからなる応力の極
めて小さい吸収材層を得るのに重要である。酸素は陰極
スパッタリング処理による吸収材層製造中に吸収材層中
に加入される。本発明の他、の有利な例においては、次
いで約２００℃の温度において好ましくは酸化性雰囲気
中でアニール処理することにより、吸収材層の酸素含有
量を所望の値に調整することができる。吸収材層におけ
る所望の酸素含有量は、吸収材層が設けられている基板
についての応力測定をアニール処理中に行うことにより
制御する。吸収材層堆積処理中に吸収材層中に既に十分
な量の酸素が加入されている場合には、アニール処理を
中性雰囲気中で行う。こアニール処理は堆積した吸収材
物質の部分酸化の安定化に寄与する。

吸収材層のための基板として薄いダイヤフラムを使用す
る場合には、アニール処理を省略することができる。こ
の理由は、これらの薄い基板が陰極スパッタリング処理
中に既に十分加熱され、吸収材層の堆積と同時にアニー
ル処理が行われるからである。比較的厚い基板、例えば
単結晶ケイ素ウェハは吸収材層堆積処理中に陰極スパッ
タリング処理によって比較的小さい程度まで加熱される
。

この場合には続いてアニール処理するのが普通有利であ
る。

本発明によって達成される利点は特に応力の極めて小さ
い吸収材層を製造することができることである。

本発明方法によって調整さた吸収材層における残留応力
は１０７Ｎ／ｍ２より小さい。生成した酸素含有置駒２
６．５±０．５原子％の層は、何ケ月も貯蔵した後でも
、またシンクロトロン照射後でも、１０’Ｎ／ｍ２より
小さい安定な応力値を有する。

本発明方法の他の利点は、ガラス支持体に接着させるこ
とができる基板例えば薄いダイヤフラムの形態の基板に
吸収剤層を設けることができることである。このような
複合体基板は２００℃以下の限定された程度まで加熱で
きるにすぎないことが多い。

本発明方法によって生成する吸収材層の他の利点は、所
望のマスク構造を有する吸収材層を得るためのに使用さ
れるフッ素含有ガス雪囲気中にあける吸収材層の優れた
反応エツチング性、および吸収材層の優れたＸ線吸収率
である。

本発明方法によって得られる部分酸化タングステンの形
態の吸収材物質の利点は、この物質をＭＯ３ｅｔ（ＭＯ
５＝Ｏ５用−オン−シリコン（ケイ素上の金属））を有
する半導体素子の製造に適当に使用できることであり、
汚染の問題は例えばマスク構造を有する金からなる吸収
材層の場合のように全く起こらない。

次に本発明を図面を参照して例について説明する。

以下に、陰極スパッタリングによって部分酸化タングス
テンからなる吸収材層を製造する例について、本発明を
説明する。

高周波陰極スパッタリング装置において、タングステン
ターゲットと、水冷基板ホルダ上の単結晶ケイ素形態の
基板とを４Ｑｍｍの相対距離で配置する。次いで、陰極
スパッタリング装置を６．６５Ｘ１０−’Ｐａより小さ
い残留ガス圧まで排気する。陰極スパッタリング処理を
約６％の酸素量が添加されている圧力的４Ｐａの不活性
ガス例えばアルゴンの雰囲気中で０．８Ｗ／ｃｍ”の電
力密度において行う。厚さ０．８μｍの膜を堆積させる
。このようにして製造される層は圧縮応力が５　ＸＩＱ
’Ｐａより大きい。次いで、酸素含有雰囲気中で約２０
０℃の温度において約５時間アニール処理することによ
り、層中の酸素量を約２６．５％の値に調整する。この
結果、吸収材層の酸素含有量は１０’Ｎ／ｍ２より小さ
い値まで減少する。この点に関し、第１図および第２図
を参照されたい。曲線■はアニール処理を行ってない層
における応力を示し、曲線■は酸素含有雰囲気中で２０
０　’ｃにふいてアニール処理した層における応力を示
す。アニール処理は吸収材層を堆積させるのに使用した
高周波陰極スパッタリング装置内で行うことができ、あ
るいはこの装置外で行うことができる。

吸収材層における応力を小さくするのに必要な酸素は当
業界でよく知られている種々の方法で吸収材層に加入す
ることができる。

従って、上述のように、Ｗ　ｘ　Ｏｘターゲットを使用
してアルゴン雰囲気中で処理を行うことができる。

また、ＷつＯｙツタ−ットまたはＷターゲットを使用し
、ガス雰囲気中の酸素量を０．６％より大きくして処理
を行うことができる。堆積処理に続いて行うアニール処
理のパラメータは、そのつど、アニール処理中に測定さ
れた吸収材層における応力値に応じて調整する必要があ
る。

また、吸収材層を堆積させる陰極スパッタリング処理を
０．８Ｗ／ｃｍ２より大きい電力密度において行い、プ
ロセスガス量例えばアルゴンおよび酸素の量を膜に加入
される所望の酸素量に応じて調整することもできる。こ
の種のプロセス制御にふいて例えば薄い基板すなわちダ
イヤフラムを使用する場合には、次のアニール処理を経
済的に実施することができる。この理由は、陰極スパッ
タリング処理中に薄い基板が比較的高い電力密度におい
て自動的に十分に加熱されるからである。

また、層への酸素の加入を制御するために、基板に直流
電圧または高周波交流電圧を加えて陰極スパッタリング
処理を行うこともできる。この場合の適当なプロセスパ
ラメータは６０Ｖの直流電圧または高周波交流電圧、０
．１％の酸素を含有するアルゴンのようなプロセスガス
、および約４Ｐａのプロセスガス圧力である。約２００
℃の温度で約１５時間酸素含有雰囲気中でアニール処理
を行った後に、膜中の酸素量は２６原子％になる（第３
図参照）。

また、極めて望ましい膜への酸素の加入は、例えば酸素
イオンの注入により行うことができる。

中間層は基板と吸収材層との間の拡散障壁として優れて
いることが分かった。本発明方法の範囲内において、厚
さ約１０鵬の種々の層を、０．８Ｗ／ｃｍ２の電力密度
における高周波陰極スパッターリングにより、次のよう
にして設けることができる：、５ｉ０２層：圧力約２．
７Ｐａのアルゴン雰囲気中でＳｉＯ□ターゲットを使用
する； ２、　Ｓｉ３Ｎ、層：アルゴン／窒素雰囲気（アルゴン
圧力的０．８Ｐａ、　　窒素圧力約０．５Ｐａ）中でＳ
ｉターゲットを使用する； ３、　Ｔｉｎ□層：アルゴン／酸素雰囲気（アルゴン圧
力的０．８Ｐａ、　酸素圧力的、６Ｐａ）中でＴｉター
ゲットを使用する； ４、　Ｔｉ層：圧力的０．８Ｐａのアルゴン雰囲気中で
Ｔ１ターゲットを使用する。

吸収材層における残留応力を補償するため、例えば厚さ
０．８μｍの吸収材層上に、例えばリソグラフィ放射に
透明な厚さ０．２μｍの被覆層を、陰極スパッタリング
によって設けるのが有利である。

このためには、プロセスガスとして窒素およびアルゴン
（アルゴン圧力的０．８Ｐａ、　　窒素圧力約０．５Ｐ
ａ）を使用し、この層を電力密度０．８Ｗ／ｃｍ”にお
いて堆積させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって製造した酸化タングステン
層における酸素含有量と応力との関係を示すグラフ、 第２図は本発明方法によって製造した酸化タングステン
層における酸性雰囲気中のアニール処理と応力との関係
を示すグラフ、 第３図は本発明方法において陰極スパッタリングによる
吸収材層堆積処理中に基板に加えたバイアス電圧と吸収
材層中に加入された酸素量との関係を示すグラフである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスク支持体および基板を使用し、この基板上に所
   望のマスクパターンに応じて構成されるべき吸収材層を
   設けることにより、放射リソグラフィ用マスクを製造す
   るに当り、 部分酸化タングステンからなる酸素含有量 ２１〜２９原子％の吸収材層を前記基板上に形成するこ
   とを特徴とする放射リソグラフィ用マスクの製造方法。 ２、酸素含有量２３〜２８原子％の吸収材層を形成する
   請求項１記載の方法。 ３、酸素含有量２６〜２７原子％の吸収材層を形成する
   請求項１記載の方法。 ４、吸収材層を０．２〜１．２μｍの厚さで堆積させる
   請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の方法。 ５、吸収材層を陰極スパッタリングにより堆積させる請
   求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。 ６、吸収材層を設ける前に、先ずリソグラフィ放射に透
   明な中間層を基板上に形成する請求項１〜５のいずれか
   一つの項に記載の方法。 ７、ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＴｉＯ＿２およびＴ
   ｉからなる群から選定した少なくとも１種の物質からな
   る中間層を設ける請求項６記載の方法。 ８、基板として、厚さ数十分の一ｍｍの単結晶ケイ素ウ
   ェハを使用するか、あるいは厚さ１〜４μｍのケイ素ダ
   イヤフラムを使用する請求項１〜７のいずれか一つの項
   に記載の方法。 ９、基板として、厚さ数十分の一ｍｍの炭化ケイ素ウェ
   ハを使用するか、あるいは厚さ１〜４μｍの炭化ケイ素
   ダイヤフラムを使用する請求項１〜７のいずれか一つの
   項に記載の方法。 １０、基板として厚さ１〜４μｍの窒化ホウ素ダイヤフ
   ラムを使用する請求項１〜７のいずれか一つの項に記載
   の方法。 １１、基板として厚さ１〜４μｍの窒化ケイ素ダイヤフ
   ラムを使用する請求項１〜７のいずれか一つの項に記載
   の方法。 １２、吸収材層を１００〜４００℃の温度において１〜
   １５時間アニール処理する請求項１〜１１のいずれか一
   つの項に記載の方法。 １３、アニール処理を酸化性雰囲気中で行う請求項１２
   記載の方法。 １４．３０〜１００Ｖのバイアス電圧（直流電圧または
   高周波交流電圧）を吸収材層堆積処理中に基板に加える
   請求項１〜１１のいずれか一つの項に記載の方法。 １５、残留応力を補償するために、厚さ０．０５〜０．
   ７μｍの被覆層を吸収材層上に設ける請求項１〜１４の
   いずれか一つの項に記載の方法。 １６、被覆層として窒化物層を設ける請求項１５記載の
   方法。