JPH04320320A - Ｘ線露光用マスクの作製方法およびそれに用いる装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＶＬＳＩの製造に用いら
れるＸ線露光用マスクに係り，とくに，Ｘ線吸収膜にお
ける残留応力の発生防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】将来の高密度集積回路を構成する微細パ
ターンの形成を目的としてＸ線露光技術の開発が進めら
れている。Ｘ線露光に用いられるマスクは，通常，剛性
のある環状の支持枠に周縁を固定されたＸ線透過性の支
持膜上にＸ線吸収膜から成るパターンを形成した構造を
有する。Ｘ線透過性支持膜としては，例えば炭化シリコ
ン膜が，また，Ｘ線吸収膜としては，例えばタングステ
ンやタンタルあるいはそれぞれの合金の膜が用いられ，
一般にスパッタリング法により成膜される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，　スパ
ッタリング法等により形成されたタングステン膜やタン
タル膜等には，　内部応力が発生しやすい。このような
Ｘ線吸収膜の内部応力により，　支持膜が変形を受ける
。この状態でＸ線吸収膜がパターニングされると，　支
持膜に対する応力が部分的に緩和される。これにより支
持膜は変形を解かれ，　その結果，　パターニングされ
たＸ線吸収膜は不規則に位置ずれを起こす。

【０００４】Ｘ線露光法により，　例えば線幅０．５　
μｍ　のパターンを形成する場合，　マスク上のパター
ンに許容される位置ずれ等の歪みは，　０．０５μｍ　
以下に抑えなければならないとされているが，　上記の
ようなＸ線吸収膜の内部応力による支持膜の変形により
，１／１００μｍ　程度の歪みが容易に生じてしまう。

【０００５】上記のような内部応力は，　スパッタリン
グ時のガス圧や入力パワーによって，引っ張り応力から
圧縮応力の間を変化する。図２は，　タンタル（Ｔａ）
またはその合金から成る膜の内部応力に対するガス圧の
影響の一例を示すグラフである。一般に，　ガス圧の増
加にともなって，　応力は圧縮から引っ張りへ急激に増
大し，　引っ張り応力のピークを示したのち，　漸減す
る。

【０００６】図示のように，　応力が零になる条件が存
在するが，　次のような問題があって採用できない。す
なわち，数ｍＴｏｒｒ　と低いガス圧の範囲ではガス圧
の変動による応力の変化が大きいために，　応力制御に
おける再現性が乏しい。一方，　数１０ｍＴｏｒｒ以上
の高いガス圧の範囲では，　堆積された膜の密度が低く
，　Ｘ線吸収膜として好ましくない。例えばタンタル（
バルク密度１６．６）の場合，４０ｍＴｏｒｒのガス圧
でのスパッタリングにより堆積された膜の密度は約１３
．０であり，　バルクに比べて２０％以上低密度となる
。

【０００７】したがって，　特性のすぐれたＸ線吸収膜
を再現性よく形成するためには，　応力の変化率が最も
小さいガス圧においてスパッタリングを行うのが好まし
いことになるが，　通常，　このようなガス圧は，　引
っ張り応力が最大になる条件である。

【０００８】本発明は，　大きな内部応力を生じる条件
で成膜されたＸ線吸収膜を，　内部応力が緩和された状
態でパターニング可能とし，　これによって歪みのない
高精度のＸ線露光用マスクを作製こることを目的とする
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は，Ｘ線透過性
の支持膜上にＸ線吸収膜を堆積して成るＸ線露光用マス
クを作製するに際して，　該支持膜をその一表面が凸面
をなすように湾曲させ，該Ｘ線吸収膜をその内部に引っ
張り応力が生じる条件下において該凸面上に堆積し，該
Ｘ線吸収膜が堆積された該支持膜の前記湾曲を解除した
状態で該Ｘ線吸収膜をパターニングする諸工程を含むこ
とを特徴とする本発明に係るＸ線露光用マスクの作製方
法，または，中央部に開口が設けられた環状部を有し且
つ該開口にＸ線透過性の支持膜がその縁部を該環状部に
気密性を保持するようにして固定された支持枠と，該支
持枠の該環状部と気密性を保持するように密着された背
面部材と，該背面部材に密着された該支持枠に固定され
ている該支持膜をその外方たら見て凸面をなすように変
形させるために該支持膜と該背面部材との間の圧力を制
御する手段と，　前記凸面をなすように変形した該支持
膜上にＸ線吸収膜をその内部に引っ張り応力が生じる条
件下において堆積する手段とを備えたことを特徴とする
本発明に係る薄膜形成装置によって達成される。

【００１０】

【作用】図１は本発明の原理説明図であって，同図（ａ
）　に示すように，Ｘ線透過性の支持膜１をあらかじめ
凸面上に湾曲させておき，引っ張り応力を有する膜が形
成される条件の下でこの凸面にＸ線吸収膜２を堆積する
。同図（ｂ）　に示すように支持膜１の湾曲を解除する
ことによりＸ線吸収膜２の内部応力が緩和される。この
Ｘ線吸収膜２をパターニングすることにより，歪みのな
いパターンが得られる。

【００１１】支持膜１を球面状に湾曲させるとして，所
要の湾曲量は次式で与えられる。

【数１】 ここにｈは支持膜１の中心と周縁との高さの差，νおよ
びＥは支持膜１のポアッソン比およびヤング率，Ｄおよ
びｔＳ　は支持膜１の有効直径および厚さ，ｔｆ　およ
びσはＸ線吸収膜２の膜厚および内部応力である。

【００１２】すなわち，上記湾曲量ｈが付与された支持
膜１の凸面に内部応力σを有するＸ線吸収膜２を堆積し
たのち，　支持膜１の湾曲を解除すると，Ｘ線吸収膜２
の内部応力が零になる。支持膜１として，　膜厚３μｍ
　の炭化シリコン（ＳｉＣ）　膜を，　また，　Ｘ線吸
収膜２としてＴａ膜を用いるとして，（１）式により湾
曲量ｈを見積もってみる。この場合，　ν＝０．３０，
　Ｅ＝９．７　×１０１１ｄｙｎ／ｃｍ２，σ＝８．５
　×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２であり，　また，　支持膜１
の直径および厚さを，　それぞれ，　Ｄ＝１０ｃｍおよ
びｔＳ　＝５２５　×１０−４ｃｍ，　Ｘ線吸収膜２の
膜厚をｔｆ　＝０．８　×１０−４ｃｍとすると，　ｈ
＝４８×１０−４ｃｍとなる。実際には，　支持膜１は
厚さ５２５　μｍ　のシリコンウエハ上に形成されてい
る。支持膜１を湾曲させる方法として，前記支持膜１の
裏面または該支持膜１が形成されている基板の裏面に凸
面を有する背面部材を圧接する方法，または，基板の少
なくとも一表面にＸ線透過性の支持膜１を形成し，引っ
張り応力を付与する膜をその裏面に堆積する方法，ある
いは，環状の支持枠に固定されたＸ線透過性支持膜と背
面部材との間に流体を圧入する方法等を用いる。

【００１３】

【実施例】図３は本発明の第１の実施例説明するための
模式的断面図であって，同図（ａ）に示すように，例え
ば直径４インチのシリコンウエハから成る基板４の表面
に，周知のＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて，厚さ約
３μｍ　のＳｉＣ　から成るＸ線透過性の支持膜１を堆
積する。次いで，　同図（ｂ）　に示すように，　所定
の曲率半径の球面の一部から成る凸面を有する押圧用の
治具５上に基板４を載置する。この状態で，　基板４は
治具５の凸面に密着する。

【００１４】治具５上に載置された基板４上に，　周知
のスパッタリング技術を用いて，　同図（ｃ）　に示す
ように，　Ｔａから成る厚さ０．８　μｍ　のＸ線吸収
膜２を堆積する。このスパッタリングは，　ガス圧，　
入力パワー等の条件を，　Ｘ線吸収膜２の残留応力がσ
＝８．５　×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２程度となるように設
定して行う。上記ののち，　治具５上から基板４を取り
外し，　同図（ｄ）　に示すような平坦な環状の支持枠
６に接着する。この状態では，　Ｘ線吸収膜２の内部応
力はほとんど零になる。

【００１５】以後，　通常の工程にしたがって，　支持
枠６の開口内に表出している支持膜１および基板４を順
次選択的にエッチングし，　同図（ｅ）　に示すような
，　支持枠６と，周囲を支持枠６によって支持された支
持膜１，　および，　支持膜１によって支持されたＸ線
吸収膜２とが残った構造としたのち，　Ｘ線吸収膜２を
パターニングして，　Ｘ線露光用マスクが完成する。

【００１６】図４は本発明の第２の実施例を説明するた
めの模式的断面図であって，　例えばシリコンウエハか
ら成る基板４表面に，　前記実施例と同様にしてＳｉＣ
　から成る支持膜１を形成したのち，　同図（ａ）　に
示すように，　基板４を環状の支持枠６に接着し，　支
持枠６の開口内に表出する支持膜１および基板４を順次
選択的にエッチングして，　同図（ｂ）　に示すように
，　支持枠６の開口内には支持膜１のみが残った構造と
する。次いで，　同図（ｃ）　に示すように，　支持枠
６の開口内に所定の曲率半径を持った球面状の凸面を有
する治具５を挿入して支持膜１を押圧する。これにより
湾曲した支持膜１の凸面上に，　前記実施例と同様にし
てＸ線吸収膜２（図示省略）を堆積する。

【００１７】治具５による押圧を除去して平坦となった
支持膜１上のＸ線吸収膜２には内部応力が存在しないの
で，これをパターニングすることにより，歪みのないパ
ターニングが得られる。

【００１８】なお，　上記図４（ａ）　に示す構造にお
いて，　支持枠６の開口内に表出する支持膜１をレジス
ト等により選択的にマスクした状態で，　露出している
支持膜１をエッチングし，　これにより表出した基板４
をさらに選択的にエッチングすることにより，　支持枠
６に固定された支持膜１のみを残した構造とし，　この
支持膜１を同図（ｃ）　に示すように湾曲させた状態で
Ｘ線吸収膜を堆積してもよいことは言うまでもない。

【００１９】図５は本発明の第３の実施例を説明するた
めの模式的断面図であって，同図（ａ）　に示すように
，　例えばシリコンウエハから成る基板４表面に，　前
記実施例と同様にしてＳｉＣ　から成る支持膜１を形成
する。次いで，同図（ｂ）　に示すように，　基板４の
一表面に引っ張り応力を付与する応力付与膜８を堆積す
ることにより，　基板４を湾曲させる。その結果，　基
板４は，　応力付与膜８が形成された表面が凹面となり
，　その反対側の表面が凸面となるように湾曲する。

【００２０】次いで，　上記のようにして凸面となった
基板４の表面に，同図（ｃ）　に示すように，　例えば
Ｔａから成る厚さ約０．８　μｍ　のＸ線吸収膜２を，
　周知のスパッタリング法を用いて堆積する。このスパ
ッタリング条件は，　Ｘ線吸収膜２に引っ張り応力が生
じる条件下において行う。

【００２１】前記（１）　式から求めた所要の湾曲量を
，応力付与膜８により基板４に付与しておけば，応力付
与膜８を除去した状態では，基板４は平坦となり，かつ
，Ｘ線吸収膜２には内部応力が存在しない。したがって
，　このＸ線吸収膜２をパターニングすることにより，
歪みのないパターンが得られる。

【００２２】図６および図７は本発明の第４の実施例を
説明するための模式的要部断面図であって，Ｘ線透過性
の支持膜を，　その両面に圧力差を付与することにより
湾曲させた状態でＸ線吸収膜を堆積させる方法およびそ
れに用いる装置に関する。すなわち，図６（ａ）　に示
すように，　環状の支持枠６に周囲を固定された，　例
えばＳｉＣから成る厚さ３μｍ　の支持膜１を形成する
。支持膜１と支持枠６とは気密性を保持するように接着
されている。なお，　この構造は，　図４（ａ）　およ
び（ｂ）　を参照して説明した工程によって作製された
構造でもよく，　または，　図４（ａ）　に示す構造に
おける支持枠６の開口内に表出する支持膜１をレジスト
等により選択的にマスクした状態で，　露出している支
持膜１をエッチングし，　これにより表出した基板４を
選択的にエッチングして支持膜１のみを残した構造であ
ってもよい。

【００２３】上記の支持枠６を，　図７に示すように，
　例えば板状の背面部材９と気密性を保持するように密
着させた状態で，　スパッタリング装置１０の真空槽１
１内に設置する。真空槽１１には，　例えばＴａ板から
成るターゲット１２が設置されており，　また，　その
内部は，　排気装置１４により真空排気可能にされてい
る。背面部材９には，　圧力ボンベのような加圧機構１
５が接続されており，支持膜１と背面部材９との間に，
例えば窒素ガスのような流体を送入可能にされている。

【００２４】図示しないガス供給管を通じて真空槽１１
の内部に，　ターゲット１２をスパッタリングするため
の所定圧力のアルゴンガスを導入する。一方，　加圧機
構１５から支持膜１と背面部材９との間に供給する流体
の圧力を，　前記アルゴンガスの圧力より高くする。こ
れにより，　図６（ｂ）　に示すように支持膜１を湾曲
させる。この状態で，ターゲット１２をスパッタリング
し，図６（ｃ）　に示すように，　湾曲した支持膜１上
にＸ線吸収膜２を堆積する。このスパッタリングを，Ｘ
線吸収膜２に引っ張り応力が生じる条件に設定して行う
。前記（１）　式で与えられる支持膜１の湾曲量ｈを生
じるために必要な支持膜１の内外の圧力差ΔＰと湾曲量
ｈとの関係は次式で与えられる。

【００２５】

【数２】 ここにσｓ　は支持膜１の応力，ｒ＝Ｄ／２である。支
持膜１がＳｉＣ　から成るとして，　σｓ　＝４×１０
９ｄｙｎ／ｃｍ２，　Ｅ／（１─ν）＝４×１０１２ｄ
ｙｎ／ｃｍ２，Ｄ＝６ｃｍを代入し，　また，　スパッ
タリングガス圧を１０ｍＴｏｒｒ　とすると，　ΔＰ＝
２Ｔｏｒｒとなる。すなわち，支持膜１の内外にこの圧
力差を生じるように加圧機構１５により圧力を制御する
。このようにして湾曲した支持膜１に堆積したＸ線吸収
膜２は，　支持膜１が真空槽１１の外部に取り出されて
内外の圧力がなくなり，　図６（ｄ）　のように平坦に
なった状態では，　内部応力がほぼ零になる。

【００２６】なお，　図７において，　符号１６は，　
真空槽１１内のガス圧と加圧機構１５による圧力との差
を測定するための差圧ゲージ，　符号１８は，　ターゲ
ット１２にパワーを供給するための電源１８である。ま
た，　通常，　背面部材９は接地電位にしておく。

【００２７】上記各実施例においては，　支持膜１がＳ
ｉＣ　から成り，　この上にＴａから成るＸ線吸収膜２
を堆積する場合を示したが，支持膜１およびＸ線吸収膜
２がその他の材料から成る場合についても，　支持膜１
に対して，　上記（１）　式に基づいて求めた湾曲量ｈ
を付与しておけば，　残留応力のないＸ線吸収膜２を形
成することができる。 また，　本発明が適用されるＸ線吸収膜２の堆積方法は
スパッタリング法に限定されない。さらに，　Ｘ線吸収
膜２に圧縮方向の残留応力が発生する場合には，　支持
膜１を，　上記（１）　に基づいて求めた量だけ凹面状
に湾曲させた支持膜１上にＸ線吸収膜２を堆積すれば，
　同様に，　内部応力のないＸ線吸収膜２を得ることが
できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば，　Ｘ線吸収膜における
内部応力の発生が防止され，　その結果，高精度のＸ線
露光用マスクパターンを提供可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の原理説明図

【図２】　　Ｘ線吸収膜の内部応力とスパッタリングガ
ス圧との関係を示すグラフ

【図３】　　本発明の第１の実施例説明図

【図４】　　
本発明の第２の実施例説明図

【図５】　　本発明の第３
の実施例説明図

【図６】　　本発明の第４の実施例説明
図

【図７】　　本発明の第４の実施例に用いる装置の概
要構成説明図

【符号の説明】

１　　支持膜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１０　　スパッタリング装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｘ線透過性の支持膜をその一表面が凸
   面をなすように湾曲させる工程と，Ｘ線吸収膜をその内
   部に引っ張り応力が生じる条件下において該凸面上に堆
   積する工程と，該Ｘ線吸収膜が堆積された該支持膜の前
   記湾曲を解除した状態で該Ｘ線吸収膜をパターニングす
   る工程とを含むことを特徴とするＸ線露光用マスクの作
   製方法。
2. 【請求項２】　　前記支持膜における前記Ｘ線吸収膜が
   堆積される表面の裏面または該支持膜が一表面に形成さ
   れている基板の裏面に凸面を有する押圧治具の該凸面を
   圧接することにより該支持膜を前記一表面が前記凸面と
   なるように湾曲させることを特徴とする請求項１記載の
   Ｘ線露光用マスクの作製方法。
3. 【請求項３】　　互いに平行な第１の表面と第２の表面
   を有する基板における少なくとも前記第１の表面に前記
   支持膜を形成する工程と，前記第２の表面に引っ張り応
   力を付与する応力付与膜を堆積する工程とにより前記第
   １の表面に形成された該支持膜を前記凸面をなすように
   湾曲させることを特徴とする請求項１記載のＸ線露光用
   マスクの作製方法。
4. 【請求項４】　　周縁部を環状の支持枠に気密性を保持
   するようにして固定された前記支持膜を形成する工程と
   ，該支持膜が固定された該支持枠を背面部材に気密性を
   保持するように密着させる工程と，該背面部材に密着さ
   れた該支持枠に固定されている該支持膜と該背面部材と
   の間の圧力を制御して該支持膜を前記凸面をなすように
   湾曲させる工程とを含むことを特徴とする請求項１記載
   のＸ線露光用マスクの作製方法。
5. 【請求項５】　　中央部に開口が設けられた環状部を有
   し且つ該開口にＸ線透過性の支持膜がその縁部を該環状
   部に気密性を保持するようにして固定された支持枠と，
   該支持枠の該環状部と気密性を保持するように密着され
   た背面部材と，該背面部材に密着された該支持枠に固定
   されている該支持膜をその外方から見て凸面をなすよう
   に変形させるために該支持膜と該背面部材との間の圧力
   を制御する手段と，前記凸面をなすように変形した該支
   持膜上にＸ線吸収膜をその内部に引っ張り応力が生じる
   条件下において堆積する手段とを備えたことを特徴とす
   る装置。