JPH0458171B2 - - Google Patents

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JPH0458171B2
JPH0458171B2 JP11291683A JP11291683A JPH0458171B2 JP H0458171 B2 JPH0458171 B2 JP H0458171B2 JP 11291683 A JP11291683 A JP 11291683A JP 11291683 A JP11291683 A JP 11291683A JP H0458171 B2 JPH0458171 B2 JP H0458171B2
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Hideo Yoshihara
Akira Ozawa
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Toshiro Ono
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26

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  • Power Engineering (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、半導体集積回路製造のための微細パ
ターン転写技術であるＸ線露光技術に関し、特に
高いコントラストとサブミクロンのパターンを有
するＸ線露光用マスクおよびその製法に関するも
のである。
（従来技術） 周知のとおり、Ｘ線露光は波長が４〜50Åの軟
Ｘ線を線源として用い、サブミクロンの微細パタ
ーンを転写する技術である。一般に、Ｘ線マスク
は軟Ｘ線をよく吸収する吸収体パターンと、それ
を支え、しかも軟Ｘ線をよく透過させるＸ線マス
ク基板とから構成される。
吸収体パターンの材料としては、軟Ｘ線をよく
吸収するものを用いることが必要である。ここ
で、軟Ｘ線波長を決定すれば、線吸収係数から吸
収体での軟Ｘ線の吸収量は容易に計算できる。第
１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図は、Mo−Ｌ線
（5.41Å）、Si−Ｋ線（7.13Å）およびAl−Ｋ線
（8.34Å）に対する各種材料の層厚に対するＸ線
減衰率をそれぞれ示す。
第１Ａ図ないし第１Ｃ図から明らかなように、
マスクコントラストを十分にとるためにＸ線減衰
率を１０dB程度にするためには、金Au、タンタ
ルTa、タングステンＷ、レニウムReのように原
子番号の大きい元素を用いればよいことが容易に
推察される。
例えば、特開昭54−141571号（特願昭53−
48717号）の「軟Ｘ線リソグラフイー用マスク」
には、金Au、白金Pt、パラジウムPd、タングス
テンＷ、タンタルTa、ホルミウムHo、エルビウ
ムEr、ウランＵ等の軟Ｘ線吸収物質の緊張した
薄層に微小パターン開口部を設け、このパターン
開口部を軟Ｘ線透過部とする軟Ｘ線マスクが開示
されている。
米国出願第810469号に対応する日本出願である
特開昭54−11677号（特願昭53−71437号）の「微
細ラインリソグラフイに用いるマスクおよびその
製造方法」には、化学放射線に対して透明なパリ
レン等の重合体を含む薄層からなるマスク基板と
化学放射線を吸収する希土類酸化物、金Au、白
金Pt、ウランＵ、インジウムInおよび他の密度の
高い高原子番号の元素からなる吸収体を備えマス
クが開示され、金Au、白金Pt、ウランＵおよび
他の密度の高い金属の吸収層の形成法として、イ
オンエツチング法、めつき法ならびにリフトオフ
法が記載されている。しかし、これらの方法で密
度の高い金属のパターンを加工することは困難で
ある。
更に、John N.RandallおよびJ.C.Wolfeによる
「タングステンにおける高解像度パターンの規定
（High−resolution pattern definition in
tungusten）」（Applied Physics Letters 39（９）
、
１ November 1981，P.742）には、ガラス基板
上に薄いアルミニウムAl層を介在させて吸収体
としてタングステンＷ層を付着させて反応性スパ
ツタエツチングで微細パターンを形成している。
しかし、ここでは、ガラス基板上に付着したタン
グステン層についての実験のみで、Ｘ線マスク基
板上に高融点金属であるタングステン層を付着し
たときに内部応力を低減化させることについては
何ら言及されておらず、実用的マスクとなつてい
ない。
実際には、吸収体として使用されている材料は
Auのみである。その理由は、これまでのTa，
Ｗ，Re等の高融点金属は層形成時に高い応力を
もつようになるため、薄いマスク基板を破損した
り、ひずませたりするからである。
そこで、吸収体パターン材料としては、加工が
比較的容易なAuが採用されているのが実状であ
る。吸収体としてAuを用いる場合、マクスコン
トラストとして10dBを得るためには、Al−Ｋ線
（8.34Å）に対して0.52μmの厚さ、また、Si−Ｋ
線（7.13Å）に対しては約0.68μmの厚さが必要と
なる。従つて、パターン幅を0.5μmとする場合に
は、アスペクト比が１以上となる。
従来のAu吸収体形成法としては、大別して、
絶縁層を加工して、それをマスクに金めつきする
方法とイオンエツチング法とがある。
絶縁物をめつきマスクとして、Auの微細パタ
ーンを電気めつきで形成する方法では、急峻な側
壁を持つサブミクロンパターンを形成できるが、
寸法の異るパターンが混在した場合に、電流密度
分布が不均一になり、寸法の小さなパターンの層
厚が薄くなり、めつき液の品質管理が難しく、
Auパターン品質がばらつき、工程数が多い等の
欠点を有していた。
イオンエツチングでAu吸収体パターンを形成
する場合には、例えば、第２Ａ図に示すように、
Siでなるウエハ１上に、Ｘ線を透過させる性質を
有する材料、例えばSiNやSi3N4などによるマス
ク基板２を配置し、更にAu吸収体とマスク基板
２との付着力を確保するための薄いチタンTiま
たはタンタルTaの下地層３をマスク基板２上に
設け、その下地層３の上に第２Ｂ図に示すよう
に、吸収体となるAuを堆積させてＸ線吸収体層
４を形成する。次に、第２Ｃ図に示すように、
Ti，Ta等の金属層５を形成し、更にこの金属層
５上にフオトレジスト層６を第２Ｄ図のように形
成する。
次いで、そのフオトレジスト層６に対する所望
のパターンを有する露光処理、それに続く現像処
理によつて第２Ｅ図に示すようにフオトレジスト
層６から、所望のパターンを有するフオトレジス
ト層６′を形成する。
次に、そのフオトレジスト層６′をマスクとし
て、例えばCF4のプラズマを用いたエツチング処
理により、第２Ｅ図に示すように、金属層５か
ら、所望のパターンを有するエツチングマスク
５′を形成する。次に、エツチングマスク５′上よ
りフオトレジスト層６′を除去し、そしてエツチ
ングマスク層５′を用いてArガス等の不活性ガス
によるイオンで、Ｘ線吸収体層４に対するイオン
エツチング処理を施して、第２Ｇ図に示すよう
に、Ｘ線吸収体層４から、所望のパターンを有す
るＸ線吸収体パターン４′を形成し、引き続き、
下地層３に対するイオンエツチング処理を施す。
しかる後、ウエハ１に対するマスクを用いたエ
ツチング処理により、ウエハ１から、その周りの
部分でなるSi枠１′を形成し、以上により所望の
Ｘ線露光用マスクを得る。
この方法では、エツチングされたAu粒子がパ
ターン４′の側壁等に再付着することや、Ti，
Ta等のエツチングマスク５′のイオンエツチング
による後退が大きいこと等のために、第２Ｇ図に
示すように、Au吸収体パターン４′の側壁の断面
の傾斜角は75゜程度になる。従つて、このように、
従来は、イオンエツチング法によつては十分なコ
ントラストを有するサブミクロンオーダーの微細
なAu吸収体パターンの形成は困難であつた。
Auのイオンエツチング法の上記の欠点を解決
するために、Ｗ層のSF6＋O2混合ガスによる反応
性スパツタエツチングが検討されている
（Applied Physics Letters，39(9)、P.742）（上
掲）および同41（１）P.247参照）。
Ｗ層の形成では、応力の低減化が十分でなく、
ガラス基板にAl下地層を堆積して、その上にＷ
層を形成している。また、実用的なマスク基板と
してのポリイミド層を用いた場合にも、100Å厚
さのAl下地層を堆積して、その上に800Å厚さの
Ｗ層を形成している。このように、内部応力を低
減させることのできない薄いタングステン層では
通常用いる軟Ｘ線に対して十分なコントラストを
持たないので、実用的なマスクとなり得ない。
また、Ｘ線マスクとして用いるためには、アラ
イメントのためにAl下地層の除去が必要である。
しかし、Ｗ吸収体パターンを損傷することなく
Al下地層を除去することは困難であり、実用的
Ｘ線マスク用吸収体とならないという欠点を有し
ていた。
TaはＸ線マスク用吸収体材料として非常に有
望である。しかし、高融点材料であるTa層の内
部応力の低減化は難しい。大きな内部応力を有す
るTa層は、マスク基板から剥離したり、マスク
基板に大きな歪を発生させる。はなはだしい場合
には、かかるTa層によつてマスク基板が損傷し
てしまうこともある。このように、大きな内部応
力を有するTa層では、工程短縮の図れるTa単一
層の吸収体からなるＸ線露光用マスクの実現は不
可能であつた。
（目的） そこで、本発明の目的は、上述した欠点を除去
し、Ｘ線露光に適した軟Ｘ線波長範囲でAuと同
程度のＸ線吸収係数をもつTaやＷなどの高融点
金属を吸収体として用い、高いコントラストを有
し、寸法精度が高く、しかも廉価に構成すること
のできるＸ線露光用マスクを提供することにあ
る。
本発明の他の目的は、少い製造工程で量産性よ
く、高精度で微細パターンを形成することができ
るＸ線露光用マスクの製造方法を提供することに
ある。
（発明の構成） 本発明では、Ｘ線吸収能が高く、反応性スパツ
タエツチングが使用できる等の点に着目し、吸収
体材料としてTaやＷなどの高融点金属を選び、
その吸収体層の低内部応力化と微細パターンエツ
チングについて検討してＸ線露光用マスクを実現
した。
上述の目的を達成するために、本発明Ｘ線露光
用マスクは、マスク基板と、このマスク基板上に
マスク基板と、マスク基板上に形成され所望のパ
ターンを有するＸ線吸収体層とを具え、Ｘ線吸収
体層が高融点金属からなり、かつ面方位の異なる
複数の結晶粒が混在して単一層をなしている。
本発明では、上述した単一層の全体を高融点金
属の粒状の結晶粒で形成する。
本発明の好適例では、上述したＸ線吸収体層上
に電子吸収体層を形成する。
本発明において、高融点金属はタンタルまたは
タングステンとすることができる。
上述した電子吸収体層は酸化シリコン層、窒化
シリコン層または高分子層とすることができる。
上述したマスク基板は、SiN，Si3N4，SiC，
BN、ポリイミド樹脂のいずれか、またはこれら
の組合せとすることができる。
本発明Ｘ線露光用マスクの製法においては、希
ガスのガス流量とガス圧の調節機構を有するスパ
ツタ装置において、試料台上に大地電位から電気
的に絶縁された状態でＸ線マスク基板を有する試
料を載置する第１工程と、 上述したガス流量およびガス圧を所定値に設定
し、その設定条件の下でＸ線マスク基板の上に面
方位の異なる複数の結晶粒が混在して単一層をな
す高融点金属の層を形成する第２工程と、 高融点金属層に反応性スパツタエツチングを施
して所望パターンのＸ線吸収体層を形成する第３
工程とを含む。
ここで、第３工程は、タンタルまたはタングス
テンによる高融点金属層上にレジストパターンを
形成し、そのレジストパターンをマスクとして、
CBrF3ガスによる反応性スパツタエツチングを施
して所望パターンのＸ線吸収体層を形成する工程
を含むのが好適である。
さらにまた、ここで、第３の工程は、タンタル
またはタングステンによる高融点金属層上に酸化
シリコン層または窒化シリコン層を形成し、その
酸化シリコン層または窒化シリコン層上にレジス
トパターンを形成し、かかるレジストパターンを
マスクとして反応性スパツタエツチングにより上
述の酸化シリコン層または窒化シリコン層を加工
して酸化シリコン層または窒化シリコン層のパタ
ーンを形成し、当該パターンをマスクとして、
CBrF3ガスによる反応性スパツタエツチングを施
して所望パターンのＸ線吸収体層を形成する工程
を含むのが好適である。
あるいはまた、第３の工程は、タンタルまたは
タングステンによる高融点金属層上に耐ドライエ
ツチング性に優れた高分子層を塗布し、当該高分
子層上にレジストパターンを形成し、そのレジス
トパターン上にチタンまたはクロムを蒸着し、さ
らにリフトオフすることによりチタンまたはクロ
ムパターンを形成し、当該チタンまたはクロムパ
ターンをマスクにして酸素ガスによる反応性スパ
ツタエツチングで高分子パターンを形成し、次い
で、その高分子パターンをマスクとして、CBrF3
ガスによる反応性スパツタエツチングで所望パタ
ーンのＸ線吸収体を形成するのが好適である。
なお、希ガスはクセノン、アルゴンまたはクリ
プトンのいずれかとすることができる。
本発明においては、上述した第２工程で得られ
た高融点金属層が粒状の結晶粒を含む層となるよ
うに、スパツタ装置のガス流量およびガス圧を調
節するのが好適である。
本発明においては、高融点金属層のうち、少な
くとも、Ｘ線マスク基板の側が粒状の結晶粒であ
るようにすることができる。
本発明の好適例では、上述した第１工程におい
て、試料台上のSiウエハなどの試料を大地電位に
対して浮動状態とすることができる。
ここで、試料の表面が−10V〜−20Vの浮動電
位になるように、スパツタ装置のガス圧とスパツ
タ装置に供給する高周波電力とを調整することが
できる。
あるいはまた、第１工程において、試料台上の
試料に−10V〜−20Vの直流バイアス電位を印加
するようにすることもできる。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
本発明Ｘ線露光用マスクの２例の断面を第３図
および第４図に示す。第３図において、１１はＸ
線をよく透過するマスク基板、１２はTaやＷな
どの高融点金属によるＸ線吸収体パタン、１３は
Ｘ線吸収体パターン１２を支持するSi枠である。
第４図の例では、第３図の例に加えて、Ｘ線吸
収体パターン１２の上面に酸化シリコン（SiO2）
膜、窒化シリコン（SiN，Si3N4）膜またはポリ
イミドなどの高分子膜による電子吸収体層１４を
配置する。マスク基板１１の材料としては、
SiN，Si3N4，BN，SiC、ポリイミド樹脂、マイ
ラーまたはこれらを組合せたものなどを用いるこ
とができる。高精度パターンを得るためには
SiN，Si3N4，BN，SiCを用いるのが好適であ
る。
本発明ではマスク基板１１上にTiなどの下地
層を設けないが、マスク基板１１自体を上述した
材料によるＸ線透過層１５およびこのＸ線透過層
１５の上に配置した反射率を高めるためのアルミ
ニウム層から構成することもできる。このような
多層構成の場合も含めて、本発明では、マスク基
板を定義する。
本発明によるＸ線露光用マスクの第１の実施例
およびその製法の実施例を第５Ａ図〜第５Ｆ図を
参照して説明する。
まず、第５Ａ図に示すように、例えばSiでなる
ウエハ２１上に、Ｘ線を透過させる性質を有す
る、例えば厚さ2μmのSiNでなるマスク基板２２
を形成する。ここで、後述するように、このTa
層２３の内部応力を低減化して±１×109dyne／
cm2以内に制御するのが好ましく、そのために、後
に示すように、ガス流量調節機構とガス圧調節用
コンダクタンスバルブを設けた高周波スパツタ装
置においてTa層２３を形成するのが好適である。
次いで、第５Ｂ図に示すように、そのマスク基
板２２の上に、高融点金属、例えばTaでなる低
内部応力のＸ線吸収体層２３を、高周波スパツタ
リング法等によつて、8000Å程度の厚さに形成す
る。
次に、第５Ｃ図に示すように、このＸ線吸収体
層２３上に、高分子材でなるレジスト２４、例え
ばPMMAレジストを、スピンコート法によつて
厚さ0.5μm程度に塗布する。
次いで、そのレジスト２４に対して、所望の微
細パターンを有する露光処理（例えば、紫外線露
光、電子ビーム露光、イオンビーム露光）、それ
に続く現像処理によつて、第５Ｄ図に示すよう
に、レジスト２４から、所望の微細パターンを有
するレジストパターン２４′を形成する。なお、
このレジストパターン２４′は最終的には電子吸
収体の役割を果たす。
次に、第５Ｅ図に示すように、レジストパター
ン２４′をマスクとして、CBrF3ガスによる反応
性スパツタエツチング処理をＸ線吸収体層２３に
施して、所望の微細パターンを有するTaでなる
Ｘ線吸収体パターン２３′を形成する。
最後に、第５Ｆ図に示すように、Siウエハ２１
に対するエツチング処理により、ウエハ２１の周
囲の部分でなるSi枠２１′を形成する。以上によ
り、所望の微細パターンを有するＸ線露光用マス
クを得る。
上例では、CBrF3ガスを用いる反応性スパツタ
エツチング工程において、エツチングマスクとし
てレジストパターンを用いたが、第６Ａ図〜第６
Ｈ図に示すように、たとえば酸化シリコン層また
は窒化シリコン層をまずレジストパターンを用い
てC2F6やCF4＋H2などのガスで反応性スパツタ
エツチングを行い、この酸化シリコン層または窒
化シリコン層の微細パターンをマスクにして上例
と同様の方法でTa吸収体層を形成することもで
きる。
更に詳述すると、第６Ａ図において、Siウエハ
２１上に、マスク基板２２を形成し、次いで、第
６Ｂ図に示すように、そのマスク基板２２の上
に、第５Ｂ図で上述したと同様に、TaでなるＸ
線吸収体層２３を形成する。
次に、第６Ｃ図に示すように、Ｘ線吸収体層２
３上に、後に電子吸収体層として使用するSiO2
層によるエツチングマスク層２５を、それ自体は
公知の種々の方法で、例えば厚さ2000Åに形成す
る。
次に、そのエツチングマスク層２５上に、第６
Ｄ図に示すように、レジスト層２６を形成し、次
いで、そのレジスト層２６に対する、所望のパタ
ーンを有する露光処理、それに続く現像処理によ
つて、第６Ｅ図に示すように、レジスト層２６か
ら、所望のパターンを有するレジストパターン２
６′を形成する。
次に、レジストパターン２６′をマスクとして、
C2F6やCF4＋H2などのガスで反応性スパツタエ
ツチング処理を施して、第６Ｆ図に示すように、
エツチングマスク層２５から、所望の微細パター
ンを有するSiO2でなるエツチングマスクパター
ン２５′を形成する。なお、このエツチングマス
クパターン２５′は最終的には電子吸収体の役割
を果たす。
次に、第６Ｇ図に示すように、レジストパター
ン２６′をエツチングマスクパターン２５′上から
除去し、次いで、Ｘ線吸収体層２３に対して、エ
ツチングマスクパターン２５′をマスクとする
CBrF3ガスによる反応性スパツタエツチング処理
を施して、Ｘ線吸収体層２３から所望の微細パタ
ーンを有する、TaでなるＸ線吸収体パターン２
３′を形成する。
最後に、第６Ｈ図に示すように、従来例と同様
に、Si枠を形成する。すなわち、Siウエハ２１に
対するエツチング処理により、このウエハ２１か
ら、その周囲の部分でなるSi枠２１′を形成し、
かくして、所望の微細パターンを有するＸ線露光
用マスクを得る。
さらにまた、マスクのポジ・ネガ反転を行うた
めには、第７Ａ図〜第７Ｊ図に示すような工程を
とる。まず、第５Ａ図について上述したと同様
に、第７Ａ図の工程では、Siウエハ２１上にマス
ク基板２２を形成し、次に、第７Ｂ図に示すよう
に、そのマスク基板２２の上に、第５Ｂ図で上述
したと同様に、TaでなるＸ線吸収体層２３を形
成する。
次に、第７Ｃ図に示すようにＸ線吸収体層２３
上に、後で述べる反応性スパツタエツチング処理
に対して高い耐性を有するポリイミドなどの高分
子材料を、エツチングマスク層２７として、それ
自体は公知の種々の方法で厚さ0.8〜1.0μm程度に
形成する。なお、このエツチングマスク層２７は
後にパターンが形成され、電子吸収体パターンと
なる。
次に、第７Ｄ図に示すように、エツチングマス
ク層２７上にレジスト層２８を形成し、次いで、
そのレジスト層２８に対して、所望の微細パター
ンを有する露光処理、それに続く現像処理を施し
て、第７Ｅ図に示すように、レジスト層２８か
ら、所望の微細パターンを有するレジストパター
ン２８′を形成する。
次に、第７Ｆ図に示すように、レジストパター
ン２８′および露出しているエツチングマスク層
２７上に、例えばチタンTiまたはクロムCrなど
の金属の蒸着処理を施して、レジストパターン２
８′の形成されていない領域上には、金属層２９
ａを、また、レジストパターン２８′上には、金
属層２９ｂを例えば厚さ500Åに形成する。
次に、レジストパターン２８′と、その上に形
成されている金属層２９ｂとを、レジストパター
ン２８′をエツチングマスク層２７上から溶去す
ることによつて、すなわち、リフトオフすること
によつて除去して、第７Ｇ図に示すように、Ti
またはCrの微細パターン２９ａを得る。
次に、第７Ｈ図に示すように、金属パターン２
９ａをマスクとして、O2を用いる反応性スパツ
タエツチング処理によつて、エツチングマスク層
２７から、所望の微細パターンを有し、厚さ0.8
〜1.0μm程度の高分子材でなるエツチングマスク
パターン２７′を形成する。このエツチングマス
クパターン２７′は耐ドライエツチング性に優れ
ており、電子吸収体パターンとして用いられる。
次に、第７Ｉ図に示すように、Ｘ線吸収体層２
３に対して、金属パターン２９ａおよびエツチン
グマスクパターン２７′をマスクとしてCBrF3ガ
スによる反応性スパツタエツチング処理を施し
て、Ｘ線吸収体層２３から、所望の微細パターン
を有する、TaでなるＸ線吸収体パターン２３′を
形成する。このパターン２３′は第５Ｆ図に示す
工程で得られたパターンとはポジ・ネガ反転した
ものとなる。なお、この工程では、金属パターン
２９ａを除去してから、反応性スパツタエツチン
グ処理を施してもよい。
最後に、第７Ｊ図に示すように、Siウエハ２１
に対するエツチング処理により、このウエハ２１
から、その周囲の部分でなるSi枠２１′を形成し、
かくして、所望の微細パターンを有するＸ線露光
用マスクを得る。
本発明において、単一層のTaやＷなどの高融
点金属によるＸ線吸収体層２３を形成するために
は、この吸収体層２３の内部応力を低減化する必
要がある。たとえば、SiNから成るＸ線マスク基
板２２の上に、低内部応力のTa層２３を形成す
る方法について説明する。
第８Ａ図は本発明によるTa層を形成するため
のスパツタ装置の構成例を示し、ここで、１０１
は真空容器、１０２は真空容器１０１の排気を制
御する主バルブ、１０３は真空容器１０１内の希
ガスのガス圧調節用コンダクタンス可変バルブで
ある。真空容器１０１内には、Taターゲツト１
０４および試料台１０５を配置する。Taターゲ
ツト１０４には高周波電源１０６から所定の高周
波電力を供給する。試料台１０５上には、絶縁板
１０７を介して、マスク基板２２の配置されてい
る試料としてのSiウエハ２１を載置する。ここ
で、真空容器１０１および試料台１０５は接地し
ておく。
なお、マスク基板２２自体については、本例の
ように電気的に大地電位から浮動状態に保つか、
あるいは後述するように、マスク基板２２に所定
のバイアス（例えば直流バイアス電位として−10
〜−20V）を印加するのが好適である。
更に、第８Ａ図において、１０８はバルブ１０
２および１０３から排気を合流させて排出するた
めの排気系、１０９は真空容器１０１へXe，
Ar，Krなどの希ガスを導入するための希ガス導
入系である。希ガス導入系１０９にはガス流量制
御系１１０を配置する。１１１は真空容器１０１
内の真空度を測定するための真空計である。
Ta層形成にあたつては、まず、マスク基板２
２の付いたウエハ２１を絶縁板１０７を介して真
空容器１０１内の試料台１０５上に設置し、主バ
ルブ１０２を介して排気系１０８により真空容器
１０１内の真空度を５×10-6Torr以上まで排気
する。
次に、希ガスを導入系１０９に導き、ガス流量
制御系１１０により規定の流量（たとえば、７〜
10c.c.／min）だけ導入する。そのときの圧力を真
空計１１１でモニターし、所定の圧力になつてい
ることを確認する、次いで、主バルブ１０２を閉
じ、可変バルブ１０３で１／1000Torrの精度で
設定圧力に設定する。
この状態で、高周波電源１０６を動作させて
Taターゲツト１０４をスパツタする。このとき
のマスク基板２２の表面に発生する電位を−10V
〜−20Vになるように高周波電源１０６の高周波
電力を調整する。
第９図は第８Ａ図示の装置において、希ガスと
してXeを用いて、希ガスの流量を７c.c.／min一
定とし、10-2Torr台のガス圧を１／1000Torrの
精度で設定し、高周波電力を700W投入してSiN
マスク基板２２上にTa層２３を厚さ0.5〜0.65μm
にわたつて形成した場合のXeガス圧と内部応力
との関係を示す。
第９図から明らかなように、Xeガス圧の変化
により、Ta層２３の内部応力は大幅に変化して
いる。Xeガス圧が0.02Torrのときには、Ta層の
内部応力は圧縮応力であつて４×109dyne／cm2で
ある。これに対して、Xeガス圧が0.04Torrのと
きには、Ta層の内部応力は引張り応力であつて
3.8×109dyne／cm2である。
このように、Xeガス圧のわずかな変化により
Ta層の内部応力は圧縮から引張りまで急激に変
化しているので、本発明ではガス流量制御系１１
０によりXeガス圧力を精密に設定して±１×
109dyne／cm2以内の低応力のTa層を得ることがで
きる。
なお、内部応力の希ガス圧依存性は、用いる希
ガスの種類によつて異なる。例えば、希ガスにア
ルゴンを用いると第１０図に示すようになる。更
には、内部応力の希ガス圧依存性はスパツタ装置
の設計を変えたり、高融点金属をTaからＷに代
えても異なる。
また、第８Ａ図のスパツタ装置において、マス
ク基板２２の表面電位が−20Vより小さな値をと
ると、ガス圧とは無関係に内部応力は圧縮応力と
なり、その値は大きくなる。他方、基板表面電位
が−10Vより大きくなると、ガス圧とは無関係に
内部応力は引張り応力になり、その値は大きくな
つた。
これらのことを考慮して、第８Ａ図示のスパツ
タ装置において、Xeガスを用いるときには、ガ
ス圧を１／1000Torrの精度で制御して10-2Torr
台に設定し、高周波電力とガス圧とを調節して、
基板表面電位を−10V〜−20Vの範囲に設定する
ことによつて、低内部応力のTa膜２３をマスク
基板２２上に付着させることができた。
あるいはまた、第８Ｂ図に示すように、試料台
１０５上においてSiウエハ（試料）２１およびマ
スク基板２２を保持するための基板ホルダ１１２
に−10V〜−20Vの直流バイアス電圧源１１３を
接続し、それにより、マスク基板２２に基板ホル
ダ１１２より−10V〜−20Vの直流バイアス電圧
を印加しても、低内部応力のTa膜２３を形成で
きた。
本発明では、このようにして、Ta層の内部応
力を任意所望値に制御し、単一層のTa吸収体用
として低内部応力のTa層を実現することができ
る。
ここで、基板表面準位を−10V〜−20Vに制御
することは層形成中に−10V〜−20V程度のエネ
ルギーをもつたイオンをTa層表面に衝突させる
ことを意味し、この程度のエネルギーのイオン衝
撃によつてTa原子にエネルギーが付与され、そ
のTa原子が堆積中の表面を自由に動けるように
なつて、表面移動（surface migration）を促進
し、以て粒状の結晶粒の成長を促し、その結果、
内部応力の小さいTa層の形成を可能にする。
第１１Ａ図と第１１Ｂ図、第１２Ａ図と第１２
Ｂ図、および第１３Ａ図と第１３Ｂ図は、それぞ
れTa層の内部応力がほぼ零、圧縮および引張り
のときの断面と表面の形態のSEM（走査形電子顕
微鏡）写真である。ここでは、内部構造を明瞭に
するために表面と断面をTaの組織観察用エツチ
ング液（HCI：HNO3：H2SO4＝１：１：2.5）
でエツチングしてある。
第１１Ａ図と第１１Ｂ図が内部応力がほぼ零の
ときのTa層、第１２Ａ図と第１２Ｂ図が内部応
力が圧縮応力で４×109dyne／cm2のときのTa層、
第１３Ａ図と第１３Ｂ図が内部応力が引張り応力
で３×09dyne／cm2のときのTa層である。
第１１Ａ図および第１１Ｂ図に示すように、
Ta層の内部応力がほぼ零の場合には、0.5μm程
度の周期で表面に凹凸が認められ、断面組織もこ
れに対応して比較的大きな結晶粒になつており、
しかも粒状である。
一方、Ta層に大きな圧縮または引張りの内部
応力が存在する場合には、第１２Ａ図および第１
２Ｂ図と第１３Ａ図および第１３Ｂ図から明らか
なように、表面には0.1μm程度の結晶粒が認めら
れ、断面には高融点金属に特徴的な柱状組織が認
められる。断面の柱状晶が表面に反映されている
ことがこれらの写真からわかる。
さらに、第１４Ａ図、第１４Ｂ図および第１４
Ｃ図に、RFパワー：700W一定として、Xeガス
圧を変えたときのTa層のＸ線回折結果を示す。
ここで、横軸は格子の面間隔ｄ値（Å）を示し、
縦軸は規格化したＸ線回折強度を示す。Xeガス
圧を1.35×10Torr、3.05×10-2Torrおよび4.40×
10-2Torrとしたときに、Ta層の内部応力は、そ
れぞれ、8.4×109dyne／cm2（圧縮）、0.31×
109dyne／cm2（圧縮）および6.1×109dyne／cm2
（引張り）であつた。
第１４Ａ図から明らかなように、大きな圧縮応
力（8.4×109dyne／cm2）の場合には、マスク基板
面に平行なTaの（110）面が存在している。他
方、Ta層に大きな引張り応力が存在する場合に
は、第１４Ｃ図から明らかなように、マスク基板
面に平行なTaの（211）面が存在している。この
ように、圧縮、引張りのいずれの応力でも内部応
力が大きい場合、Ta層には強い選択方位を持つ
た柱状晶が成長している。
これに対して、内部応力が非常に小さい（0.31
×109dyne／cm2）場合には、第１４Ｂ図に示すよ
うに、マスク基板面に平行なTaの（211）面と
（110）とが混在している。すなわち、Ta層の柱
状晶の成長を抑制して、結晶粒を粒状に成長させ
るということは、マスク基板面に平行なTa（211）
面と（110）面とが混在するTa層を形成すること
を意味する。
このように、層形成時に柱状晶の成長を抑制す
ることが内部応力の低減化には非常に重要である
ことが本発明者の考察によりわかつた。特に、基
板からの成長初期段階において柱状晶の成長を抑
制することは、内部応力の低減化に有効である。
なお、逆に粒状の結晶粒の上に柱状晶が多少成長
しても支障はない。このように本発明では、単一
層のTa吸収体を形成するためには、結晶粒を粒
状に制御することによつて内部応力の小さいTa
層を実現する。
第１５図はCBrF3ガスを用いてTa層を反応性
スパツタエツチングしたときのTa層中の酸素含
有量とTa層のエツチング速度との開係を示して
いる。ここでは、高周波電力を100W、CBrF3ガ
ス圧を0.03Torrに設定した。Taは酸化物、窒化
物、炭化物になりやすいが、第１５図に示すよう
に、Ta層中の酸素含有量が10atm.％まではTaの
エツチング特性に大きな影響を及ぼさないことが
わかつた。また、酸素以外にもその他の不純物と
して、窒素や炭素を含有する場合についてもほぼ
同様のことが言える。したがつて、エツチング速
度を大きくするためには、O2等の不純物濃度を
約10atm.％以下にするのが好適である。
このように、本発明によれば、Ta層の層形成
条件を制御することによつてTa層の結晶粒を粒
状に制御して、内部応力を低減化し、そして必要
ならばTa層中の酸素、窒素、炭素などの不純物
の量を制御することによつて、Ta層をＸ線吸収
体層として使用することが可能となる。なお、タ
ングステンＷについても、CBrF3ガスを用いた反
応性スパツタエツチングによつて形成したＷ層を
Ta層と同様にＸ線吸収体として好適に使用する
ことができる。
なお、第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図から
わかるように、マスクコントラストを10dB以上
得るためには、Ｘ線吸収体層の層厚を0.3μm程度
以上にすればよい。
以上に述べたように、本発明におけるマスク形
成工程では、層形成後の主要工程においてすべて
反応性スパツタエツチングを用いているので、従
来のAuのイオンエツチング法に比べて、エツチ
ング選択比を大きくとれ、マスクの後退によるパ
ターン寸法のずれが小さく、しかも被エツチング
材が揮発性ガスの形で排気されて除去されるので
再付着が少ない等の点で、従来のイオンエツチン
グ法と異なり、微細パターン形成を容易に行え
る。
その結果、たとえば、パターン幅0.4μmでTa
層厚0.8μmのような高アスペクト比のサブミクロ
ン吸収体パターンを寸法精度よく、しかも垂直な
パターン側壁を持つ形状で形成できる。
ここで、比較のために同一の遠紫外露光用マス
クを用いてレジストパターンを形成してから、イ
オンエツチング法で形成したAu吸収体パターン
と本発明の方法で形成したTa吸収体パターンの
SEM写真を第１６Ａ図および第１６Ｂ図に対比
して示す。Au吸収体もTa吸収体も層厚は同じ
0.8μmとした。このパターンはピツチ1μmのライ
ンアンドスペースパターンであるが、Au吸収体
ではAu吸収体の側壁の傾斜角は75度程度となる
ので、パターンがほとんど解像していない。すな
わち、第１６Ａ図に示すように従来のAuのイオ
ンエツチング法は、0.5μm以下の微細パターンに
は適用できない。他方、第１６Ｂ図に示す本発明
によるTa吸収体では、垂直な側壁をもつてサブ
ミクロンパターンを寸法精度よく形成できる。
さらに、従来のイオンエツチングによるAu吸
収体の場合には、第２Ａ図に示したように、付着
力確保のために下地層３を必要とした。従来は、
この下地層にアライメントマークを形成していた
が、下地層が非常に薄いため層の品質にバラツキ
を生じ易く、しかも下地層としてのTiとAuとが
反応することにより反射率が変化するので、マー
クの品質低下を招きやすく、これが自動アライメ
ントを行う場合のミスアライメントの原因となる
等の問題があつた。これに対して、本発明方法に
よれば、付着性確保のための下地層を必要とせ
ず、単一のTa層のみでよいから、アライメント
マークの品質が安定しており、自動アライメント
が容易に行える。
本発明のマスク形成工程はドライ化されてお
り、耐薬品性に劣るポリイミドなどの高分子マス
ク基板等を用いる場合にも容易に適用できる。
さらにまた、第６Ａ図〜第６Ｈ図および第７Ａ
図〜第７Ｊ図に示したように、窒化シリコンまた
は酸化シリコン／Ta吸収体あるいは分子／Ta吸
収体との２層構造吸収体では、Taから発生する
オージエ電子や光電子等が窒化シリコン層、酸化
シリコン層または高分子層で吸収されるので、マ
スクコントラストはさらに実効的に向上するとい
う利点がある。
（効果） 以上説明したところから明らかなように、本発
明は次のような種々の効果を発揮する。
） 内部応力の小さいTa層を用いるので、Ta
層が剥離せずにマスク基板に付着できるように
なり、しかもマスク基板の反りや歪を無視でき
る。
） 吸収体にTaを用いることにより、微細パ
ターンの加工に反応性スパツタエツチングを利
用できる。反応性スパツタエツチングの場合、
アンダカツト、再付着等の悪影響がないので、
微細パターンを寸法精度よく、垂直な側壁を持
つた形状に形成できる利点がある。
） 従来のAu吸収体では、パターンサイズは
1μm程度以上であるのに対し、本発明による
Ta吸収体では0.2μmのパターンの形成も可能
である。
） 従来のAu吸収体と異り付着性確保のため
の薄い下地層を必要としないので、アライメン
トマークの品質が向上する。
） 工程がドライ化しているので、マスク基板
に耐薬品性の弱いポリイミドなどの高分子層を
使用できる。
） Ta吸収体は、Au吸収体に比べ素材費が安
く経済性に優れている。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図は、それぞ
れMo−Ｌ線、Si−ＫおよびAl−Ｋ線を用いたと
きの吸収体層厚とＸ線減衰率との関係を示すグラ
フ、第２Ａ図〜第２Ｈ図は従来のイオンエツチン
グ法でAu吸収体を有するＸ線マスクを製造する
順次の工程を示す断面図、第３図および第４図は
本発明Ｘ線露光用マスクの２例を示す断面図、第
５Ａ図〜第５Ｆ図は本発明によるＸ線露光用マス
クの製造方法の１実施例における順次の製造工程
を示す断面図、第６Ａ図〜第６Ｈ図は中間工程に
酸化シリコン層や窒化シリコン層を用いる本発明
による製造方法の他の実施例における順次の製造
工程を示す断面図、第７Ａ図〜第７Ｊ図はTiの
リフトオフ法を用いて、パターンのポジ・ネガ反
転を行う本発明製造方法の更に他の実施例におけ
る順次の製造工程を示す断面図、第８Ａ図は本発
明製造方法を実施して吸収体となるTa層を形成
するのに用いるスパツタ装置の一例を示す概略
図、第８Ｂ図は本発明製法の他の実施例で用いる
スパツタ装置の一例を示す線図、第９図および第
１０図はTa層のスパツタ時の希ガス圧と内部応
力との関係を示すグラフ、第１１Ａ図および第１
１Ｂ図はそれぞれ内部応力がほぼ零のときのTa
層の断面および表面における粒子構造の形態例を
示す写真、第１２Ａ図および第１２Ｂ図はそれぞ
れ内部応力が圧縮応力の４×109dyne／cm2を示す
ときのTa層の断面および表面における粒子構造
の形態例を示す写真、第１３Ａ図および第１３Ｂ
図はそれぞれ内部応力が引張り応力の３×
109dyne／cm2を示すときのTa層の断面および表面
における粒子構造の形態を示す写真、第１４Ａ図
〜第１４Ｃ図は格子の面間隔ｄと規格化されたＸ
線回折強度との関係を示すグラフ、第１５図は
CBrF3ガスによるTa層中の酸素量とエツチング
速度との関係を示すグラフ、第１６Ａ図および第
１６Ｂ図はＸ線露光用マスクの吸収体パターン例
を従来例と本発明とについて比較して示す粒子構
造の写真である。 １…ウエハ、２…マスク基板、３…下地層、４
…Ｘ線吸収体層、４′…Au吸収体パターン、５…
金属層、６…フオトレジスト層、１１…マスク基
板、１２…Ｘ線吸収体パターン、１３…Si枠、１
４…電子吸収体層、１４′…Ｘ線吸収体パターン、
１５…Ｘ線透過層、１６…アルミニウム層、２１
…Siウエハ、２１′…Si枠、２２…マスク基板、
２３…Ｘ線吸収体層、２３′…Ｘ線吸収体パター
ン、２４…レジスト、２４′…レジストパターン、
２５…エツチングマスク層、２５′…エツチング
マスクパターン、２６…レジスト層、２６′…レ
ジストパターン、２７…エツチングマスク層、２
７′…エツチングマスクパターン、２８…フオト
レジスト層、２８′…レジストパターン、２９ａ，
２９ｂ…金属層、１０１…真空容器、１０２…主
バルブ、１０３…希ガスのガス圧調節用コンダク
タンス可変バルブ、１０４…Taターゲツト、１
０５…試料台、１０６…高周波電源、１０７…絶
縁板、１０８…排気系、１０９…希ガス導入系、
１１１…真空計、１１２…基板ホルダ、１１３…
直流バイアス電圧源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ マスク基板と、該マスク基板上に形成され所
    望のパターンを有するＸ線吸収体層とを具え、該
    Ｘ線吸収体層が高融点金属からなり、かつ面方位
    の異なる複数の結晶粒が混在して単一層をなして
    いることを特徴とするＸ線露光用マスク。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のＸ線露光用マ
    スクにおいて、前記複数の結晶粒が粒状結晶粒で
    あることを特徴とするＸ線露光用マスク。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
    Ｘ線露光用マスクにおいて、前記マスク基板は、
    SiN、Si3N4、SiC、BN、ポリイミド樹脂のいず
    れか、またはこれら組合せであることを特徴とす
    るＸ線露光用マスク。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
    かの項に記載のＸ線露光用マスクにおいて、前記
    高融点金属はタンタルまたはタングステンである
    ことを特徴とするＸ線露光用マスク。 ５ マスク基板と、該マスク基板上に形成され所
    望のパターンを有し、かつ高融点金属からなり面
    方位の異なる複数の結晶粒が混在して単一層をな
    しているＸ線吸収層と、該Ｘ線吸収層上に形成さ
    れた電子吸収体層とを具えたことを特徴とするＸ
    線露光用マスク。 ６ 特許請求の範囲第５項記載のＸ線露光用マス
    クにおいて、前記複数の結晶粒が粒状結晶粒であ
    ることを特徴とするＸ線露光用マスク。 ７ 特許請求の範囲第５項または第６項に記載の
    Ｘ線露光用マスクにおいて、前記電子吸収体層は
    酸化シリコン層、窒化シリコン層または高分子層
    であることを特徴とするＸ線露光用マスク。 ８ 特許請求の範囲第５項ないし第７項のいずれ
    かの項に記載のＸ線露光用マスクにおいて、前記
    マスク基板は、SiN、Si3N4、SiC、BN、ポリイ
    ミド樹脂のいずれか、またはこれらの組合せであ
    ることを特徴とするＸ線露光用マスク。 ９ 希ガスのガス流量とガス圧の調整機構を有す
    るスパツタ装置において、試料台上に大地電位か
    ら電気的に絶縁された状態で電位が独立して印加
    されるＸ線マスク基板を具えた試料を載置する第
    １工程と、 前記ガス流量を10c.c.以下に設定しかつ前記ガス
    圧を所定値に設定し、その設定条件の下で前記Ｘ
    線マスク基板の上に面方位の異なる複数の結晶粒
    が混在して単一層をなす高融点金属の層を形成す
    る第２工程と、 前記高融点金属に反応性スパツタエツチングを
    施して所望パターンのＸ線吸収体層を形成する第
    ３工程とを含むことを特徴とするＸ線露光用マス
    クの製法。 １０ 特許請求の範囲第９項記載のＸ線露光用マ
    スクの製法において、前記複数の結晶粒が粒状結
    晶粒であることを特徴とするＸ線露光用マスクの
    製法。 １１ 特許請求の範囲第９項または第１０項に記
    載のＸ線露光用マスクの製法において、前記高融
    点金属はタンタルまたはタングステンであること
    を特徴とするＸ線露光用マスクの製法。 １２ 特許請求の範囲第１１項記載のＸ線露光用
    マスクの製法において、前記第３工程は、タンタ
    ルまたはタングステンによる前記高融点金属層上
    にレジストパターンを形成し、該レジストパター
    ンをマスクとして、CBrF3ガスによる反応性スパ
    ツタエツチングを施して前記所望パターンのＸ線
    吸収体層を形成する工程を含むことを特徴とする
    Ｘ線露光用マスクの製法。 １３ 特許請求の範囲第１１項記載のＸ線露光用
    マスクの製法において、前記第３の工程は、タン
    タルまたはタングステンによる前記高融点金属層
    上に酸化シリコン層または窒化シリコン層を形成
    し、該酸化シリコン層または窒化シリコン層上に
    レジストパターンを形成し、該レジストパターン
    をマスクとして反応性スパツタエツチングにより
    前記酸化シリコン層または窒化シリコン層を加工
    して酸化シリコン層または窒化シリコン層のパタ
    ーンを形成し、当該パターンをマスクとして、前
    記CBrF3ガスによる反応性スパツタエツチングを
    施して前記所望パターンのＸ線吸収体層を形成す
    る工程を含むことを特徴とするＸ線露光用マスク
    の製法。 １４ 特許請求の範囲第１１項記載のＸ線露光用
    マスクの製法において、前記第３の工程は、タン
    タルまたはタングステンによる前記高融点金属層
    上に耐ドライエツチング性に優れた高分子層を塗
    布し、当該高分子層上にレジストパターンを形成
    し、該レジストパターン上にチタンまたはクロム
    を蒸着し、さらにリフトオフすることによりチタ
    ンまたはクロムパターンを形成し、当該チタンま
    たはクロムパターンをマスクにして酸素ガスによ
    る反応性スパツタエツチングで高分子パターンを
    形成し、次いで、前記高分子パターンをマスクと
    して、前記CBrF3ガスによる反応性スパツタエツ
    チングで前記所望パターンのＸ線吸収体を形成す
    ることを特徴とするＸ線露光用マスクの製法。 １５ 特許請求の範囲第９項なし第１４項のいず
    れかの項に記載のＸ線露光用マスクの製法におい
    て、前記希ガスはクセノン、アルゴンまたはクリ
    プトンのいずれかであることを特徴とするＸ線露
    光用マスクの製法。 １６ 特許請求の範囲第９項ないし第１５項のい
    ずれかの項に記載のＸ線露光用マスクの製法にお
    いて、前記第１工程において、前記試料を大地電
    位に対して浮動状態とすることを特徴とするＸ線
    露光用マスクの製法。 １７ 特許請求の範囲第１６項記載のＸ線露光用
    マスクの製法において、前記第２の工程におい
    て、前記試料の表面が−10V〜−20Vの浮動電位
    になるように、前記ガス圧と前記スパツタ装置に
    供給する高周波電力とを調整することを特徴とす
    るＸ線露光用マスクの製法。 １８ 特許請求の範囲第９項ないし第１５項のい
    ずれかの項に記載のＸ線露光用マスクの製法にお
    いて、前記第１工程において、前記試料に−10V
    〜−20Vの直流バイアス電位を印加することを特
    徴とするＸ線露光用マスクの製法。
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