JPH0245912A - Ｘ線リン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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はＸ線を利用するＸ線リソグラフィ用マスクの製
造方法に関するものである。

（ロ）従来の技術 一般に、半導体製造時のＸ線リソグラフィ技術は、最小
線幅０．３μｍ以下のパターンを有する６４Ｍ　ｂ　Ｄ
　ＲＡ　Ｍ以上の集積度の超々ＬＳＩを量産するための
りソグラフィ技術として最ら有望視されている。

このＸｉリソグラフィではＸ線レンズがないために、プ
ロキシミティ方式によってウェハ上にマスクパターンが
１：１て投影される。従って、マスクパターンの線幅精
度及びパターン位置精度がそのままウェハ上のパターン
精度となって現れるため、Ｘ線吸収体パターンに対して
は、非常に厳しい線幅精度と位置精度が要求される。線
幅精度はパターン幅の１７１０の０．０３μｍ程度、総
合位置合せ精度をパターン幅の１１５の０．０６μｍと
すればパターン位置精度は０．０３４ｏｎ程度が必要と
なる。

第１Ｏ図は従来のＸ線リソグラフィ用マスクの構造を示
す断面図である。第１Ｏ図において、４０はＸ線透過＠
（メンブレン）であり、このＸ線透過膜４０は外枠４１
によって保持されている。

４２はメンブレン４０上に形成されたＸ線吸収体パター
ンである。具体的には、メンブレン４０は単結晶シリコ
ン（Ｓｉ）、水素化窒化珪素（ＳｉＮＨ）、水素化窒化
硼素（ＢＮＨ）　、炭化硅素（ＳｉＣ）、ポリイミド等
の軽元素材料からなっている。これらの材料の構成元素
はＸ線を吸収しにくくメンブレン４０の膜厚はおおよそ
１μｍから数μｍ程度と薄いため、メンブレンのＸ線に
対する透過率は十分に高い。マスク面を平坦にするｆこ
め、メンブレン４０は１０　”ｄｙｎ／ｃｍ’オーダー
の引っ張り応力を持つ。

一方、吸収体４２は金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、
タンタル（Ｔａ）等の重金属、及びタングステン、タン
タル等の窒化物等により構成されており、０．５μｍか
ら１μｍの厚みで十分なコントラストを得ている。パタ
ーン位置精度を高めるためには、吸収体応力をｌ　Ｘ　
１０　”ｄｙｎ／Ｃｍ’程度以下に制御する必要がある
。

（ハ）発明が解決しようとする課題 Ｘ線マスクは多量のＸ線を浴びるためその放射線耐性が
問題となる。その点において、水素化窒化珪素（ＳｉＮ
Ｈ）、水素化窒化硼素（ＢＮＨ）、ポリイミド等は不適
である。例えば水素化窒化硼素膜ではＩ　ＫＪ／ｃｍ”
程度の軟Ｘ線の照射により水素の離脱が起き、可視光透
過率が減少するとともに内部応力が圧縮応力側に変化す
る事が知られている。このような材料では、Ｘ線露光に
より膜がのびてしまい、吸収体パターンの位置ずれが起
きるため長期にわたって使用する事は困難である。

メンブレン４０は裏面から均一にＸ線４３を照射される
ため、応力変化が起きる場合には均一に伸縮する。メン
ブレンの応力変化量をΔζｍ、メンブレンに発生するひ
ずみをεとすると、εの大きさは外枠４１との力の釣り
合いから、近似的に次式のように表される。

ｔｓ、ｔｍはそれぞれ外枠４１の厚さとメンブレン４０
の厚さである。Ｅｓは外枠４１のヤング率である。上記
（１）式において、例えば、３０１Ｒ角のマクスフィー
ルド内で０．０３μｍの位置精度を保つには、εは１Ｏ
−８以下でなければならず、Ｅｓ＝２Ｘ　ｌ　Ｏ”ｄｙ
ｎ／ｃｍ”、ｔｓ＝５００μｍ、ｔｍ＝２μｍとすれば
、△ζｍは次式を満たさねばならない。

△ζｍ≦５　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｄｙｎ／ｃｍ２（２）式Ｘ線
マスクメンブレンは将来の超々ＬＳＩの量産に使われた
場合には数百ＭＪ／ｃｍ３からｌ　ＧＪ／ｃｍ３程度の
Ｘ線吸収に耐えなければならない。従って、メンブレン
材料としては、ＩＧＪ／ｃｍ’程度の放射線照射によっ
ても５　ｘ　１０　’ｄｙｎ／ａｍ２以上の応力変化か
生じない材料を選択する必要がある。

一方、吸収体材料でも同陣の問題点が予想される。第１
１図に示すように長さしのメンブレン４０の左半分を吸
収体５２が覆っている場合に、Ｘ線の照射によって吸収
体応力が△ζａ　（ｄｙｎ／ｃｍ”）だけ変化すると吸
収体５２のエツジは たけ移動する。ここで、ｔ　ａ、　ｔ　ｍはそれぞれ吸
収体５２およびメンブレン４０の厚さ、Ｅｍ、νｍはそ
れぞれメンブレン４０のヤング率とポアソン比である。

ここで、Ｅｍ／（１−νｍ）　＝２Ｘ１０１ｆｆｄｙｎ
／ａｍ”、ｔ　ａ＝０．５μｍ、　　ｔ　ｍ＝　２　ｕ
ｍ、　　Ｌ　＝　３０　ｘｌにとすると、△χが０．０
３μｍ以下であるためには△ζａ≦３　Ｘ　１０７ｄｙ
ｎ／ｃｍ２（４）式でなければならない事になる。実際
には第１ｔ図に示すような状況はありえないのでΔζａ
に対する制限はより緩くなるであろう。しから、ＬＳＩ
のパターンの中で最ら大きなものでも１００μｍオーダ
ーであるため、Δこの許容値としては１０’ｄｙｎ／ａ
ｍ”程度であれば十分と考えられる。従って、吸収体材
料の放射線耐性は十分評価されていない訳であるが、応
力変化の少ない材料を選択する必要がある。

本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、簡単
な設備により放射線の吸収によるメンブレン及び／又は
吸収体の応力変化を低減できるＸ線リソグラフィ用マス
クの製造方法を提供することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明は、
中央にＸ線入射窓を有する平面度の良好な枠材上に、軟
Ｘ線に対する吸収が少ない膜を張設し、次いで重金属も
しくはその窒化物からなる軟Ｘ線に対する吸収か大きい
吸収体層を形成し、さらにこの吸収体層をパターニング
してＸ線リソグラフィ用マスクを製造するに際し、前記
張設された膜と形成された吸収体層の少なくとも一方に
、Ｘ線の入射方向とは反対の方向から所定エネルギーの
電子線を照射し、それらの応力変動を予め飽和さすこと
を特徴とするＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法であ
る。

すなわち、本発明はＸ線に対して高い透過率を有するＸ
線透過膜（メンブレン）と、このＸ線透過膜を保護する
支持枠とからなるＸ線マスクメンブレンの製造工程にお
いて、上記Ｘ線透過膜に電子線を照射する工程を含ませ
てなるものである。

また、本発明の好ましい実施例にあっては電子線のエネ
ルギーは数ｋｅＶから数十ｋｅＶであり、電子線によっ
てメンブレンに付与されるエネルギーはメンブレンの単
位体積当り１００から２００ＭＪ／ａｍ３以下である。

そして、Ｘ線吸収によってメンブレンに発生しつる応力
変化をあらかじめ電子線照射により飽和させてしまうこ
とにより、実露光時にはメンブレンをほとんど応力変化
を生じさせないように構成することができる。

また、本発明はＸ線に対して高い透過率を存するＸ線透
過膜（メンブレン）と、このＸ線透過膜を保持する支持
枠と、Ｘ線透過膜上に形成された吸収体パターンとから
なるＸ線マスクの製造工程において、上記Ｘ線透過膜上
に形成されたＸ線吸収体層に電子線を照射する工程を含
ませてなるしのである。

そして、本発明の好ましい実施例にあっては、電子線の
エネルギーは数ｋｅＶから数＋ｋｅＶであり、電子線に
よって吸収体に付与されるエネルギーは該吸収体の単位
体積当りｌＯＯから２００ＭＪ／ｃｍ３以下である。

さらに、本発明にあっては、Ｘ線吸収によって吸収体層
に発生しうる応力変化をあらかじめ電子線照射により飽
和させてしまった後、吸収体パターンを形成し、実露光
時には吸収体をほとんど応力変化を生じさせないように
構成することができる。

この発明におけるＸ線透過膜（メンブレン）としては、
代表的にはＳｉＣ膜、５ｉＮｘＨｙ膜、ＳｉＮｘ膜ある
いはＢＮｘＨｙ膜等、ｌ　ＧＪ／ｃｍ３程度の放射線照
射によっても５　Ｘ　１０　”ｄｙｎ／ｃｍ’以上、好
ましくは２　Ｘ　Ｉ　Ｏ８ｄｙｎ／ｃｍ”以上の応力変
化が生じない材料が好都合なものとして挙げられる。ま
た、ＢＮＣ膜も適用可能である。

この発明におけるＸ線吸収体（吸収体）としては、代表
的にはＷＮｘ膜、ＴａＮｘ１Ｗ膜、Ａｕ膜あるいはＴａ
膜等、Ｉ　Ｏ”ｄｙｎ／ａｍ”以上の応力変化が生じな
い材料が好都合なものとして挙げられる。

以下、メンブレンおよび吸収体それぞれにおける各材料
の厚さ（ｔ　ｍ）、（ｔ　ａ）、応力変化量（△ζｍ）
および（△ζａ）、照射量（単位体積当りの吸収エネル
ギー）ＨｍおよびＨａ、電子線のエネルギーＥｍおよび
Ｅａを表１および表２に列記する。

なお、表１．２中、下段の※は、上段の範囲のうち最も
好ましい値を示す。

（以下余白） この発明で用いる電子線照射装置の一構成例を第５図に
示す。

すなわら、第５図において、傍熱型の電子銃ｌＯから引
き出され、２０ｋｅ’／で加速された電子ヒーム２か、
そのまま試料ステージ１３上に置かれた試料１２に照射
されろ。試料ステージ【３は水冷されており、試料１２
の１変か上がりすぎないようにしている。当然のことな
がら以上の装置は真空チェンバ１４に納められ、例えば
、１×１０−８Ｔｏｒｒの高真空に保たれている。

また、他の構成例を第６図に示す。第６図において、２
１は熱電子を放出するタングステンフィラメントである
。２２はフィラメントから電子を引出し加速する引出し
電極である。２３は試料ホルダーで、２４が検査される
マスクを含む試料である。２５は試料に入射する電子線
強変をモニタするためのファラデイーカップである。マ
スクかできるだけ均一な電子線照射を受けるよう、フィ
ラメント２１の折り返しの密度は高く、引出し電極２２
は細かいメソシュ状になっている。又、フィラメント２
１からの輻射熱等で試料か加熱されないよう試料ホルダ
ー２３は水冷されている。以上のユニットは高真空排気
可能な真空チェンバ（図示仕ず）に入っている。フィラ
メント２Ｉの端子２６．２６゛はフィラメント加熱電源
（図示せず）と加速電Ｊ！（図示せず）につながってい
る。加速電極端子２７及び試料台は接地されている。８
はファラデイカツブ２５からの出力端子て電流計（図示
せず）を介して接地されている。２９は試料ホルダー２
３の冷却水配管である。以上のように本装置では、加速
電極２２と試料２４は接地されており、フィラメント２
１が加熱電源とともにバイアスされる方式をとっている
。

（ホ）実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例として、電子線照
射によってメンブレンの応力変化を低減できるＸ線リソ
グラフィ用マスクにおけるメンブレンの製造方法につい
て説明する。

本発明者は、特開昭６３−２９５０６号公報において、
電子線を利用したＸ線マスクの放射線耐性評価法を提案
している。この評価法は低エネルギーの電子線がＸ線と
ほぼ同じ作用を物質に及ぼす事に着目し、Ｘ線マスクメ
ンブレンのＸ線耐性を電子線を利用して加速試験しよう
とするものである。

一方、前記電子線とＸ線の等優性は第７図に示す実験結
果によっても裏付けられる。

すなわち、第７図において、プラズマＣＶＤ法で作製し
た水素化窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）の電子線照射
による応力変化とＸ線照射による応力変化には特に差は
認められない。なお本実験における電子線のエネルギー
は１ＯＫｅＶ、　Ｘ線はシリコンの特性Ｘ線（ＳｉＫｕ
）で、７．１人である。

本発明は上記評価法を用いた、以下に示すメンブレン材
料評価結果に基づいている。即ち、スパッタ法で形成し
た非晶質炭化珪素（Ｓ　ｉＣ）膜の一部の試料に電子線
を照射した際の応力変化結果を第８図に示す。この試料
では初期の１００ＭＪ／ｃｍ’の電子線照射によって大
きな応力変化が生じた後、顕著な応力変化が見られない
。従って、一定量の電子線をあらかじめ照射しておけば
このような材料でもメンブレンとして長期間使うことか
できる。

次に第１図に従ってメンブレンの製造方法の第１実施例
を具体的説明する。

第１図（ａ）において、外枠となるＳｉ基板！上にメン
ブレンとなる１μｍ厚のＳｉＣ膜２をスパッタ法で堆積
する。３はＳｉ基板ｌをバックエツチングする際にマス
クとする５ｉｓＮ４膜である。ＳｉＣ膜２は基板温度５
００℃でＳｉＣターゲットを１０ｍＴｏｒｒ程度のＡｒ
ガスでスパッタして堆積した。

ＲＦパワーは約１ｋｗであった。

次に第１図（ｂ）において、ＳｉＣ膜２上に１０００人
のＡ１２膜４を堆積し、Ａ１２膜４を電子ビーム電流を
モニタする電流計を介してアース電位に接続し電子線５
を照射した。電子線のエネルギーは２０ｋｅＶで、Ｓｉ
Ｃ膜２の単位体積当りの吸収エネルギーが平均的に１０
０ＭＪ／ｃｏ＋’程度となるようにドーズ量を設定した
。ＳｉＣ膜２の初期内部応力は１，３Ｘ１０９ｄｙｎ／
ｃｍ”の引っ張り応力で、上記電子線照射により３　Ｘ
　ｌ　Ｏ’ｄｙｎ／ｃｍ”の引っ張り応力に減少し、メ
ンブレンの応力としては好ましい値となった。

電子線照射は上述したように第５図に示すような簡便な
装置で行った。傍熱型の電子銃ｌＯから引き出され、２
０ｋｅＶで加速された電子ビームｌ！が、そのまま試料
ステージ１３上に置かれた試料１２に照射される。試料
ステージ１３は水冷されており、試料１２の温度が上が
り過ぎないようにしている。当然のことながら以上の装
置は真空チェンバ１４に収納され、かつｌ　Ｘ　１０−
”Ｔｏｒｒの高真空に保たれている。

そして、電子線の照射を完了したメンブレンに対し、８
０℃、２４％の水酸化ナトリウム溶液で、Ｓｉ基板１の
裏面エツチングを行いＸ線透過部６が形成されろ（第１
図（Ｃ）参照）。次いで吸収体膜７となるタングステン
からなる重金属が堆積される（第１図（ｄ）参照）。

以上の工程は逆転させることも可能である。

すなわち、本発明の第２実施例として第２図に示す如く
、まず吸収体膜７を堆積した後、Ｓｉ基板ｌの裏面エツ
チングを行って第１図（ｄ）に示す構造を得る。最後に
吸収体膜７をパターンへと加工し吸収体パターン８を得
る。以上がＸ線マスク製造工程の概略である。

本工程で作製されたＸ線マスクに電子線をさらに照射し
、パターンの位置変化を評価したが、測定誤差０．０２
５μｍ程度の変化しかみられなかった。

なお、上記第１．２実施例ではメンブレン材料としてＳ
ｉＣを用いているが、本発明はこの材料に限定されろも
のではない。また電子線のエネルギーＥｍ、照射量Ｈｍ
はメンブレンの厚さｔｍ、放射線による応力変化特性等
に応じて決めるべき量であって、本実施例に示した値に
限定されるものではない。

以上のように上記第１．２実施例では、従来方法ではＸ
線照射によって大きな応力変化が生じるためメンブレン
材料としては不適当であった材料てら、あらかじめ電子
線照射によって応力変化を飽和させることによって利用
可能となり、メンブレン材料の利用範囲を拡大すること
ができろ。

次に、本発明の第３実施例として、電子線照射によって
Ｘ線吸収体の応力変化を低減できるＸ線マスク製造方法
について説明する。

本実施例は上記評価法を用いた以下に示す吸収体材料評
価結果に基づいている。

即ち、プラズマＣＶＤ法で形成した非晶質窒化タングス
テン膜（Ｗ　Ｎ　ｘ　）の一部の試料に電子線を照射し
た際の応力変化結果を第９図に示す。この試料では初期
の２００ＭＪ／ｃｍ’の電子線照射によって大きな応力
変化か生じた後、顕署な応力変化が見られない。従って
一定量の電子線をめらかしめ照射しておけばこのような
材料でもＸ線吸収体として長期間使うことができる。

次に第３図に従って本実施例を具体的に説明する。

すなわち、第３図（ａ）において、Ｓｉ基１１ｉ３１上
にメンブレンとなる１μｍ厚のＳｉＣ膜３２を堆積し、
前記、Ｓｉ基板３１の裏面を８０°Ｃの水酸化ナトリウ
ム液でバックエツチングし、Ｘ線透過部３３を形成する
。バックエッチの際のマスクはＳｉ３Ｎ、膜を用いたが
、これは図示していない。

次に第３図（ｂ）において、メンブレン３２上に０．７
μｍｙＬのＷＮｘ膜３４を堆積した。後述の電子線照射
によって応力がＩ　Ｘ　ｌ　Ｏ”ｄｙｎ／ａｍ”以下に
なる条件を検討したところ、初期応力として５ｘｌＯ”
ｄｙｎ／ｃｍ’　（引っ張り応力）が適当である事がわ
かったため、初期応力は５　Ｘ　ｌ　Ｏ’ｄｙｎ／Ｃｍ
”の引っ張り応力になるよう制御した。そして、第３図
（ｃ）に示すように、電子線３５の照射を行った。電子
線のエネルギーは２０ｋｅＶで、ＷＮＸ膜３４の平均的
な吸収エネルギーが１００ＭＪ／ａｍ’程度となるよう
にドーズ量を設定した。

最後に第３図（ｄ）において、Ｗ　Ｎ　ｘ吸収体パター
ン３８を形成してマスクを完成させる。

この際、Ｐ　ＭＭＡ／　Ｓ　ＯＧ／　Ａ　Ｚ　１４００
の三層レジストを、順次、吸収体上に形成した後、電子
ビーム描画装置で露光し、Ｐ　Ｍ　Ｍ　Ａパターンを作
り、ＣＨＦ　ｓ系ＲＩＥでＳＯＧを加工し、さらに、Ｏ
２・ＲＩＥでＡ　Ｚ　１４００を加工し、最後にＳＦｓ
＋ＣＣｌ２系ＲＹＥでＷＮＮ模膜３４エツチングした。

本工程で作製されたＸ線マスクに、電子線をさらに照射
し、パターンの位置変化を評価したが、測定誤差０．０
２５μｍ程度の変化しかみられなかっ几。

さらに第４図（ａ）から第４図（ｅ）に従って本発明に
よる第４実施例としてＸ線リソグラフィ用マスクの製造
方法について説明する。第４図（ａ）において、５１基
板３１の表面にメンブレンとなる１μｍ厚のＳｉＣ膜３
２を堆積した。そして、第４図（ｂ）においてメンブレ
ン３２上に０，７μｍＦＪのＷ　Ｎ　ｘ膜３４を堆積し
た後、第４図（Ｃ）に示すように、ｗ　Ｎ、膜上に電子
線３５の照射を行っｆこ。

この際、ＷＮＸ膜３４の初期応力、電子線照射条件等は
上記第３実施例と同一である。次にＳｉ基板３１の裏面
に形成した５ＩＮ４膜（図示仕ず）をマスクとしてバッ
クエツチングを行い、Ｘ線透過部３３を形成した。そし
て最後に第４図（ｅ）において、ＷＮｘ膜を加工し、吸
収体パターン３６を形成した。

即ち、本実施例ではＳｉ基板のまま電子線照射をおこな
うから、′上記第３実施例に比べて照射工程を容易にて
きる。さりとて、吸収体形成後にバックエッチを行うた
め、歩留まりが低くなる場合が生じるおそれらある。

なお、上記第３．４本実施例ではメンブレン材料として
ＳｉＣを用い、吸収体材料として’ｖＶＮ＼を用いたか
、本発明はこれらの材料のみに、また上記作製方法のみ
に限定されろものではない。また電子線の照射エネルギ
ーＥａ、照射１ｋＨａは、吸収体の厚さｔａや、応力変
化特性等に応じて決めるべき量であって、上記各実施例
に示した値に限定されるしのではない。

以上のように上記第２，３実施例では、従来方法ではＸ
線照射によって大きな応力変化が生じるため吸収体材料
としては不適当であった材料でも、あらかじめ電子線照
射によって応力変化を飽和させることによって利用可能
となり、吸収体材料の利用範囲を拡大することができる
。

（へ）発明の効果 以上のように本発明によれば、Ｘ線に対して高い透過率
を有するＸ線透過膜と、該Ｘ線透過膜を保持する支持枠
と、該Ｘ線透過膜上に形成されたＸ線吸収体パターンと
からなるＸ線マスクの製造工程において、Ｘ線透過膜に
電子線を照射する工程を含むようにし、一方で、Ｘ線透
過膜上に形成されたＸ線吸収体層に電子線を照射した後
Ｘ線吸収体パターンを作成したので、Ｘ線照射によって
Ｘ線透過膜あるいはＸ線吸収体パターンに大きな応力変
化を生じるのを応力変化を飽和させろことによって防止
でき、これにより線幅精度および位置精度を向上できて
転写パターンの微細化を図ることができる。従って本発
明はＸ線マスクの開発及び生産において不可欠なしので
あり、Ｘ線リソグラフィの実用化を通じて社会に及ぼす
間接的効果が大であり、結果として本発明の工業的価値
は非常に高い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を説明するための工程説
明図、第２図はこの発明の第２実施例を説明するための
構成説明図、第３図はこの発明の第３実施例を説明する
ための工程説明図、第４図はこの発明の第４実施例を説
明するための工程説明図、第５図および第６図はそれぞ
れこの発明において使用される電子線照射装置を示す構
成説明図、第７図はこの発明において使用される電子線
とＸ線とを比較した特性図、第８図は上記第１゜２実施
例におけるメンブレンの応力変化特性図、第９図は上記
第２．４実施例における吸収体の応力変化特性図、第１
Ｏ図は従来例のマスクを示す構成説明図、第１１図は従
来例を説明するための構成説明図である。 １．３１・・・・・・Ｓｔ基板、 ２．３２・・・・・・ＳｉＣ膜、５．３５・・団・電子
線、６．３３・・・・・・Ｘ線透過部、 ７．３４・・・・・・Ｘ線吸収体層、 ８．３８・・・・・・吸収体パターン。 第１図 「］ 第５図 第６図 第７図 ｑｌダエネルギー（ＭＪ／ｃｍ”）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中央にＸ線入射窓を有する平面度の良好な枠材上に
   、軟Ｘ線に対する吸収が少ない膜を張設し、次いで重金
   属もしくはその窒化物からなる軟Ｘ線に対する吸収が大
   きい吸収体層を形成し、さらにこの吸収体層をパターニ
   ングしてＸ線リソグラフィ用マスクを製造するに際し、 前記張設された膜と形成された吸収体層の少なくとも一
   方に、Ｘ線の入射方向とは反対の方向から所定エネルギ
   ーの電子線を照射し、それらの応力変動を予め飽和さす
   ことを特徴とするＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法
   。