JPH02174214A - Ｘ線マスクの構造およびその製造方法 - 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】 （１）発明の属する技術分野 本発明は、半導体集積回路（ＬＳＩ）や電子デバイス等
の微細バタン形成に用いられるＸ線転写のためのマスク
の構造およびその作製方法に関するものである。

（２）従来の技術 しＳｌをはじめとする半導体デバイスは微細加工技術の
発展により飛躍的な高性能化を実現してきた。今日実用
段階にあるしＳｌのバタン寸法は０．８μｍ以上のもの
であるが、さらに高度なデバイスを目脂してザブミクロ
ン以下の微細バタン形成技術の研究開発が精力的に行わ
れている。

現在広く用いられている微細バタン形成方法はりソグラ
フィ技術と呼ばれるもので、基板全面に堆積された被加
工材料上に感光性のレジストを塗布し、紫外線、Ｘ線も
しくは電子ビームを用いてこのレジストの所定の領域を
露光し、現像液中における露光部と未露光部の溶解度の
差を利用してレジストパタンを形成し、このレジストパ
タンを保護膜として被加工材料をエツチングする方法で
ある。

波長約０．４μｍの紫外線を用いてマスクバタンを転写
する紫外線露光法は、従来りソグラフィ技術の中心であ
ったが、幅０．５μｍ以下のバタンになると焦点深度が
非常に浅くなり形成できないとされている。また電子ビ
ーム露光法は０．１μ■以下のバタンでも創成できるが
、露光時間が非常に長くなりＬＳＩ等に必要な大量生産
技術には適さないという欠点がある。

一方、Ｘ線露光法には（１）数オングストローム（入）
という短い波長のＸ線を用いるため０．１μｍ以下のバ
タンでも忠実に転写できること、（２）Ｘ線はレジスト
膜厚での透過率が大きいためレジスト膜厚にかかわらず
バタン形成できること、等の長所があり、ナノメータバ
タンを指向したリングラフィ技術の中心になるものと考
えられている。

Ｘ線露光法の最も重要な課題は高精度な転写マスクを製
造する技術開発にある。従来、マスクは第１図に示すよ
うな工程で製造されていた。（ａ）支持板１の両面上に
Ｘ線を透過させるマスク基板材料層２，３をそれぞれ堆
積する。（ｂ）該マスク基板材料層２上にＸ線を透過さ
せない吸収体材料層４を堆積する。（Ｃ）続いて吸収体
材料層４をエツチングするときの保護膜層５を堆積する
。（ｄ）保護膜層５上にレジスＩ・バタン６を形成する
。ここでは通常電子ビーム露光法が用いられる。（ｅ）
レジストバタン６をマスクに保護膜層５をエツチングす
る。

（ｆ）レジストバタン６と保３ｉ１模層５のバタンをマ
スクに吸収体材料層４をエツチングする。（（至）裏面
より支持板１をエンチングし、マスク基板材料層２を薄
膜化する。

マスク基板材料層２は１〜３μ■１ゾのＳｉＮ　、　Ｏ
Ｎ等が用いられ、吸収体材料層４には密度が高くＸ線吸
収係数の大きい重金属、例えば、Ａｕ、　Ｔａ、　Ｗ等
が用いられてきた。この中でＡｕは「めっき」でしかバ
タン形成できないので、ドライエツチングが可能なＴａ
、　Ｗ等が有望視されている。これら重金属をトライエ
ツチングする時にはレジストマスクだけでは耐性に乏し
いので、エツチング耐性の高い保護膜層５を堆積して吸
収体エツチングの実効的なマスクとしている。この保護
膜層５には吸収体材料層４のエツチングにおいて耐性の
高い材料を用いる必要がある。前記の吸収体材料層４は
ＣＦａ、ＣＢｒＦ）　、　ＳＦｂ　、　Ｃ１ｚ　＋０２
等のガス′でエツチングされており、これらのエツチン
グで耐性の高い材料として従来Ｓｉｎ、が用いられてき
た。

（３）発明が解決しようとする課題 （従来技術の問題点） しかし、ＳｉＯ□には次に示す問題点があった。

まず、５ｉ０２は１　＝ｌＯＸ　１０９ｄｙｎｅ／ｃ町
の圧縮応力があり、マスク基板を第２図に示すように凸
状に反らせる力が働く。このため、薄膜化したとき基板
が変形し基板上に形成したバタンに位置歪みが生ずる。

ＳｉＯ□の応力はＯが原因となって生じるもので堆積条
件を変化させても小さくすることはできない。吸収体バ
タンのエツチング後、ＳｉＯ□を除去する方法も考えら
れるが、除去中にマスク基板や吸収体バタンか損傷した
り剥がれ落ちるという問題が生じる。

ＳｉＯ□を用いたときの第２の問題は、第１図（ｅ）の
５ｉＯｚエツチングでイオン衝撃の大きい反応性イオン
エツチングを用いなければならないことにある。

−・般に高感度の電子ビームレジストはドライエツチン
グ耐性が乏しいため、エツチング中にレジストが激しい
ｔ負傷を受け、途中で完全に消失したりバタン形状が変
化して高精度なバタン形成ができなことがある。これを
防ぐためレジスト膜厚を厚くすると、電子ビーム露光時
にビームの散乱領域が広がり微細バタンを形成できなく
なる。またレジストのｔ負傷を防くためエツチングガス
に炭化水素などのプラズマ重合を生じるガスを混入しレ
ジスト上に重合膜を堆積させながらエツチングするとい
う手法があるが、この手法を用いると露出した吸収体表
面にも重合膜が付着し吸収体エツチングに再現性が得ら
れなくなる。以上のことから、従来技術では高密度・高
集積ＬＳＩバタンのような複雑なバタンを高速に描画す
ることができなかった。

（発明の目的） 本発明は、以上の状況に鑑みてなされたもので、その目
的は高精度な吸収体バタンの形成が可能なＸ線マスク構
造およびその製造方法を提供することにある。

（４）発明の構成および作用 （課題を解決するための手段） 本発明は、吸収体の最上層にＳｉ膜を堆積しこれを保護
膜として用いる構造、およびこのＳｉ膜のエツチング方
法として、ＥＣＲ放電を利用して低ガス圧で高密度のプ
ラズマを生成し発散磁界によりプラズマ流としてイオン
を効率よ（引き出す方式の反応性イオンエツチングを用
いることを特徴とする。

すなわち、本発明のマスク構造の特徴は、従来のＳｉＯ
□膜に代わってＳｉ膜を保護膜として用いることにある
。これによりＳｉ膜は堆積条件を制御することにより応
力を無視できるほど小さくすることができること、及び
、ＥＣＲを利用した反応性イオンエツチングによりレジ
ストや吸収体材料に大きな影♂をＬ５−えることなくエ
ンチングできること等の作用効果がある。

（実施例） 以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

直径３インチ厚さ３８０μｍのＳｉ板上にジクロルシラ
ンとアンモニアをガスとするＣＶＯ法によりＳｉＮを２
μｍＪ＠に堆積し、続いてＴａをスパッタ法により１μ
ｒｎＨ，に堆積し、さらにその上にシランを用いたＩＥ
ＣＩＪ型ＣＶＤ法によりＳｉ膜を０．３μｍ厚に堆積し
た。このときの条件は、圧力０．３Ｐａ、マイクロ波電
力３００Ｗ、コイル電流１６Ａであった。また比較のた
めに、Ｓｉ膜の代わりにシランと酸素を用いたＥＣＲ型
ＣｖＤ法により同条件で５４０ｇ膜を０．３μｍ厚に堆
積した試料も用意した。

まずこの状態でＳｉ板の反り量を比較した。ＳｉＯ□の
付いた試料はＳｉＯ□堆積前後で約５μｍの凸方向の反
りが発生し、２．５　Ｘ　１０９ｄｙｎｅ／ｃｍ”の圧
縮応力であった。一方、Ｓｉ膜を堆積した試料は凹方向
に約０．５μｍ反り、２．５　Ｘ　１０”ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ２の引っ張り応力であった。バタン位置精度を向上さ
せるには応力の絶対値が小さいことが必要で、この点か
らＳｉ膜が適しているといえる。

続いてこれらの試料上に代表的な高感度電子ビームレジ
ストであるＦＢＭ−Ｇを０．３ｐｍ厚に塗布し、電子ビ
ーム露光技術を用いて０．５μｍ幅のバタン描画を行っ
た後、メチルクロロイソブチルケトンとイソプロピルア
ルコールの混合液で現像した。

Ｓｉ膜のエツチングにはＣ１ｚをガスとしたＥＣＲ型の
反応性イオンエツチングを用いた。このエツチング方法
は、一定ガス圧のプラズマ室内でマイクロ波と磁界を相
互作用させてＥＣＲによるプラズマを発生させ、発散磁
界を用いてこのプラズマを試料表面に導きエツチングす
る方法である。ＥＣＲは通常の平行平板型装置より１桁
以上低いガス圧で放電し密度の高いプラズマを生成する
ので、試料表面に入射する活性種の方向が一定となりア
ンダカントが生しにくいという特徴をもっている。また
、発％　磁界でプラズマの流れを発生させイオンを試料
表面に導（ので、試料表面に到達するイオンのエネルギ
が通常の反応性イオンエンチングより１桁以上低（、数
十ボルト程度である。

Ｃｈガス圧０．５Ｐａ、マイクロ波電力４００Ｗの条件
でＳｉ膜をエツチングしたとき、エツチング速度は８０
０Ａ／ｍｉｎであった。このときＩ”ＢＭ−Ｇのエツチ
ング速度は３００Ａ／ｍｉｎであり、０．３μｍのＳｉ
膜エツチングで０．１１趨しか減少しなかった。エツチ
ング後走査電子顕微鏡を用いてバタン観察を行ったとこ
ろ、エツチング中の熱やイオン衝撃によるレジストバタ
ンの変形、変質は全くなく、レジストパタンに忠実な矩
形断面をもったＳｉバタンか形成できていた。次に同じ
ＥＣＲ型の反応性イオンエツチングを用い、ＣＩ２と酸
素が３＝１の混合ガスでＴａをエツチングした。Ｔａの
エツチング速度は１５００Ａ／ｍｉｎでアンダカットは
ほとんど観察されなかった。このときのＳｉ膜のエツチ
ング速度は５０Ａ／ｍｉｎと非常に小さく、高精度なバ
タン形成ができた。また、Ｓｉ膜のエツチングのときに
レジストの耐性を上げたりアンダカットを防止するため
にプラズマ重合を起こすガスを用いる必要がないので、
エンチング後露出したＴａ表面に重合膜などの残留物が
な（Ｔａエツチングが非常に再現性良く進行した。

次に比較のために作製したＳｉＯ□保護膜の試料につい
て述べる。５ｉＯｚのエツチングはイオンエネルギの低
いＥＣＲ型装置では進行しないので、ＣＦ、と１１□混
合ガスの通常の平行平板電極型の反応性イオンエツチン
グ装置を用いた。＋１２を混合しないときには、ＦＢＭ
−Ｇのエツチング速度はＳｉＯ□のエツチング速度より
５倍以上大きく、ＳｉＯ□のエツチングが完了する前に
ＦＢＭ−Ｇが消失してしまった。１１□を小量混合する
と、反応ガスのプラズマ重合が促進してレジストの周囲
を保護するので、レジストのエツチング速度が低下する
。一方、ＳｉＯ□はエツチング中に酸素が放出されるの
でエツチング速度の低下はみられない。更に多量の１１
□を混合すると、Ｓｉｎｇの上にも重合膜が堆積しエツ
チングが出来なくなった。結局、ＣＦ、；Ｉｔ□の混合
比が３：ｌのときＦＢトＧとＳｉＯ＋４のエツチング速
度比が最大を示したが、それでも１：０．７であり、Ｓ
ｉ膜０．３μｍをエツチングしたとき、レジストは完全
に消失しＳｉｎ、が４００Ａ程度薄くなっていた。５ｉ
０２膜厚を薄くすることな（エツチングするには、ＦＢ
Ｍ−Ｇの膜厚としてｏ、４５μｍ以上が必要である。し
かしこのようにレジストを厚くすると、電子ビーム描画
のときに幅０．５μｍ以下のバタンか解像できなかった
。また、この試料のＴａをＥＣＲ型の反応性イオンエツ
チングでエツチングしたところ、Ｔａ面表面に付着した
重合膜のためにエツチングの開始が遅れ再現性が得られ
なかった。

上記の保護膜にＳｉを用いたときＳｉとレジストとのエ
ツチング速度比が大きくとれたのはエツチングガスがＣ
１ｚであったことが原因とも考えられる。

そこで、Ｃｈガスで平行平板型の反応性イオンエツチン
グを用いてＳｉをエツチングしたところ、５ｉＯｚと同
様のエツチング速度比しか得られなかった。レジストの
エツチングはイオン衝撃による分解によって進行すると
考えられ、エツチング速度比を大きくするにはイオンエ
ネルギの低いＥＣＲ型の反応性イオンエツチングが必須
であると考えられる。

以上述べたように、保護膜にＳｉ膜を用いた構造にし、
このＳｉ膜をＥＣＩ？型の反応性イオンエツチングで加
工すれば、薄いレジストバタンをマスクにして高精度に
エンチングすることができる。

なお、本実施例ではレジストにＦＢＭ−Ｇを用いたが、
イオンエネルギが小さい方が損傷を受けにくい現象は他
のレジストでも同じであり、レジトスの種類に限定され
るものではない。また、吸収体にＴａを用いたが、重金
属の種類、構造、構成などに限定されるものではない。

（５）発明の詳細 な説明したように、吸収体の最上層がＳｉ層であるマス
ク構造を用いることにより、バタン位置工みが小さくな
り微細なバタンを精度よく形成することができる。また
、このＳｉ層のエツチングにＩＥｃＲ型の反応性イオン
エツチングを用いると、薄いレジストでも十分なマスク
となりサブミクロン級の微細な吸収体バタンの高精度な
形成が可能になる。さらに次に続く吸収体のエツチング
が再現性よく進行する。これらのことがら、本発明を用
いることにより、高密度、大容量集積回路製造のための
高精度なＸ線転写用マスクが容易に実現できる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線マスクの製造工程の説明用断面図、第２図
はＳｉＯ□保護膜を堆積したときの支持板の反りの説明
用断面図である。 １・・・支持板、２・・・表面に堆積したマスク基板材
料層、３・・・裏面に堆積したマスク基板材料層、４・
・・表面のマスク基板材料上に堆積した吸収体材料層、
５・・・吸収体材料層上に堆積した保護膜層、６・・・
レジストバタン。 兜 図 ＄２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）軟Ｘ線が透過する材料からなるマスク基板上に、
   軟Ｘ線が透過しない吸収体領域を形成したＸ線マスクに
   おいて、 該吸収体領域を構成する材料の最上層が多結晶Ｓｉから
   なることを特徴とするＸ線マスクの構造。
2. （２）支持板上に軟Ｘ線が透過するマスク基板材料を堆
   積する工程と、 軟Ｘ線が透過しない吸収体材料を堆積する工程と、 該吸収体材料上に所定の領域の吸収体をエッチングから
   保護する材料層を形成する工程と、吸収体をエッチング
   する工程と、 裏面から支持板を除去する工程とを含むＸ線マスクの製
   造方法に於いて、 前記吸収体材料の最上層にＳｉ層を堆積する工程と、 該Ｓｉ層を電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により発
   生するプラズマを利用してエッチングする工程と を含むことを特徴とするＸ線マスクの製造方法。