JPH08167555A

JPH08167555A - Ｘ線マスクと該マスクの製造方法、ならびに該マスクを用いたデバイス生産方法

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Publication number: JPH08167555A
Application number: JP31054694A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kato; 日出夫加藤; Masao Sugata; 正夫菅田; Hiroshi Maehara; 広前原; Keiko Chiba; 啓子千葉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3219619B2

Abstract

(57)【要約】【目的】経時およびプロセス安定性に優れたＸ線リソ
グラフィ用マスクを提供すること。【構成】Ｘ線透過膜であるマスクメンブレン上に形成
される吸収体パターンが、タングステン（Ｗ）とモリブ
デン（Ｍｏ）を含む合金であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線リソグラフィに好適
なマスクやこれを用いたデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ技術を用いて被加工材表面
を部分的に変質せしめることにより各種製品を製造する
ことは工業上、特に電子工業の分野において広く利用さ
れており、この方法によれば、同一パターンを有する製
品を大量に製造することができる。被加工材の表面変質
は各種エネルギ線の照射により行われ、この際のパター
ン形成のため、部分的に遮断材を配置してなるマスクが
用いられる。このようなマスクとしては、照射エネルギ
が可視光や紫外光の場合には、ガラス又は石英等の透明
基板上に銀やクロム等の黒色の不透明パターンを設けた
ものが一般的である。

【０００３】しかし近年、より微細なパターン形成が求
められ、さらにより短時間でのリソグラフィ加工が求め
られるにつれて、照射エネルギ線として電子線やイオン
線等の粒子線、あるいはＸ線が注目されるようになって
きた。

【０００４】これらのエネルギ線は、可視光や紫外光の
ためのマスク基板部材として用いられてきたガラスや石
英板ではエネルギ線を通過せしめることができず、マス
クの基板材料としては適切ではない。そこで、特にＸ線
を用いるリソグラフィにおいては、各種の無機薄膜、例
えばシリコン、窒化シリコン、炭化シリコン等のセラミ
ックス薄膜、あるいはポリイミド、ポリアミド、ポリエ
ステル等の有機高分子薄膜、更にはこれらの積層薄膜を
エネルギ線透過体として用い、これらの膜面上に金、白
金、タングステン等の金属をエネルギ線吸収体としてパ
ターン状に形成してマスクを構成している。このマスク
は通常、自己保存性が無いため保持体に保持する必要が
あり、保持体としては一般に環状の保持基板が用いられ
る。すなわちエネルギ線吸収性のマスク材のパターンを
片面に形成したエネルギ線透過性の保持薄膜の周辺部
を、環状保持基板の一端面に接着せしめることによりＸ
線用マスク構造体が構成されている。

【０００５】ところで、上記のごときＸ線用マスク構造
体を使用してリソグラフィを行うには、従来はＸ線源と
してパラジウム、ロジウム等の金属ターゲットに電子線
を作用させて発生せしめるいわゆる管球Ｘ線源が主流と
考えられてきたが、近年シンクロトロンリングから発生
する放射光を利用するＳＯＲリソグラフィが注目されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】ところがＳＯＲリ
ソグラフィを採用しようとすると、従来考えられなかっ
た問題が浮かび上がってきた。すなわちＸ線の波長が４
Åから１０Åに変わったことや、照射強度が二桁以上高
まりそれに伴って発生する熱の上昇などであり、これら
の問題に対応するために種々の対策が必要となってき
た。例えば、エネルギ線透過体としてポリイミド等の有
機膜から、熱伝導性に優れ熱膨張係数の小さいＳｉ，Ｓ
ｉＮ，ＳｉＣ等の無機膜へ、また膜厚は８μｍから２μ
ｍ程度に、またシンクロトロン照射光には平行性がある
ので転写の線幅が０．８μｍから０．２μｍ以下への期
待が寄せられている。一方、Ｘ線吸収体に関しても同様
に対応を求められてきており、それは低熱膨張、低応力
の材料、そしてプロセス安定性などである。

【０００７】本発明は上記の条件満たすべく、Ｘ線吸収
体材料として高いＸ線吸収性を備え、しかも低熱膨張率
のドライエッチング加工に優れた材料を選定することに
より、経時およびプロセス安定性に優れたＸ線リソグラ
フィ用マスクを提供することを目的とするものである。
さらにはこのＸ線マスクの製造方法や、該マスクを用い
た微小デバイスの生産方法などを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】我々はかかる目的に向け
て、ＳｉおよびＸ線透過体として好適なＳｉＮ，Ｓｉ
Ｃ，ＡｌＮ，Ｃ等のセラミックスにできるだけ熱膨張係
数が近い値が得られ、しかも低応力のさらに表面状態の
良好なＸ線吸収体パターン材料を見いだすための検討を
行なったところ、ＷとＭｏを含む合金を見いだした。

【０００９】すなわち本発明のＸ線マスクは、マスクメ
ンブレン上に形成される吸収体パターンが、タングステ
ン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）を含む合金であることを
特徴とする。

【００１０】ここで、前記合金が、全体に対して含有さ
れるモリブデンの割合が０．１から５０wt％であること
が好ましい。また、前記Ｗ−Ｍｏ合金の結晶の優先配向
が｛１１０｝であることが好ましい。

【００１１】本発明のＸ線マスクの製造方法は、フッ化
カーボン系もしくはフッ化硫黄系ガスを主体とするガス
プラズマでドライエッチングすることによって前記合金
の吸収体パターンを形成する工程を有することを特徴と
する。

【００１２】本発明のＸ線マスクの製造方法の別の形態
は、不活性ガスを用いたスパッタ蒸着法によって前記合
金の吸収体パターンを形成する工程を有することを特徴
とする。

【００１３】本発明のデバイス生産方法は、上記Ｘ線マ
スクを用いて基板にパターンを露光転写することによっ
てデバイスを生産することを特徴とするものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施態様を説明す
る。図１はＸ線マスク構造体の断面図であり、１は保持
枠、２はメンブレンであるＸ線支持膜、３はＸ線吸収体
パターン、４はフレームである。なお、さらにＸ線吸収
体の保護膜、導電膜、アライメント光の反射防止膜など
を設けることが好ましい。

【００１５】Ｘ線支持膜２を保持するための保持枠１
は、単結晶Ｓｉによって構成される。この保持枠１には
補強体であるフレーム４が接合され、フレーム４の材質
としては、耐熱ガラス、Ｓｉセラミックスなどが用いら
れる。Ｘ線支持膜２はＸ線に対して充分な透過率を有
し、かつセルフスタンドするだけの強度が必要である。
材質としては、例えばＳｉ，ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，Ｓｉ
Ｃ，ＳｉＣＮ，ＢＮ，ＡｌＮ等の無機膜、ポリイミド等
の耐放射線有機膜、これらの複合膜などのが使用され、
厚さは１〜１０μｍの範囲内とする。また、Ｘ線吸収体
３はＸ線を十分に吸収し、かつ被加工性が良いことが必
要である。材質はＷ（タングステン）とＭｏ（モリブデ
ン）の合金とし、厚さは０．１〜１．０μｍとする。

【００１６】次に、Ｘ線吸収体３の作成方法を説明す
る。成膜装置としてスパッタ蒸着装置使用し、スパッタ
ターゲットにはＷとＭｏがそれぞれ９９〜９０wt％、１
〜１０wt％の合金体を用いる。合金の組成比はＭｏの量
を最大５０wt％程度まで使用できるが、Ｘ線吸収能から
考えて密度の高めの条件を選定する。使用ガスはＡｒ
（アルゴン）である。

【００１７】図２はグラフ図は、予めＷのみのターゲッ
トを用いたときの、ガス圧に対する膜応力の変化を表し
ている。ガス圧に対して直線的に応力（圧縮）が低下し
ている。また図３のグラフ図は、Ｗ−Ｍｏターゲットを
用いた時の変化を表している。図３から分かるように、
ガス圧が２Ｐａ付近で極端に変化し、応力（圧縮）が低
下している。このことは高真空の成膜条件で低応力のＸ
線吸収体膜を形成できることを示している。一般に低真
空で成膜すれば、膜内にガスの取り込みが多くなり応力
が低下することが知られているが、これは密度を低下さ
せ、また経時変化を大きくさせてしまうため好ましくは
ない。このことからも、Ｗ−Ｍｏのこの現象はＸ線吸収
体膜の成膜、そしてマスク構造体の作成に極めて有効で
あることが明らかである。ＷとＭｏとの組成比、スパッ
タ装置の種類によってガス圧の条件が多少シフトするこ
とがあるが、変異点が存在することには変わりはない。

【００１８】図３において、変異点よりも高真空で形成
された膜の結晶状態はＸ線解析分析の結果、優先配向は
｛２１１｝であったのに対して、変異点および低真空域
で形成された膜の優先配向は｛１１０｝であった。この
ことはＷとＭｏの合金膜が成膜条件（スパッタガス圧）
により結晶状態を変えることが可能であり、変異点付近
では取り込みガスの少ない高密度の低応力の膜が得られ
ることを示している。よってＸ線吸収体３としては、優
先配向が｛１１０｝のもの、更には変異点付近の膜を用
いるのが好ましい。

【００１９】以上、我々の提案するマスクが優れている
点は、均一な組成の表面性の良い高密度なＸ線吸収膜が
スパッタ蒸着法により低応力で形成できることが挙げら
れる。その理由としては、（１）両金属の性質が近いので、均質なスパッタターゲ
ットを用いることができる。（２）両金属のスパッタ率が同等なので、均質な蒸着膜
が得られる。（３）低応力のスパッタ膜が、高真空域で成膜可能（高
密度）（４）ＳＦ６，ＣＦ４等のエッチングガスに対して均質
なエッチング特性を有する。などを挙げることができる。

【００２０】次に、より具体的ないくつかの実施例を説
明する。

【００２１】＜実施例１＞Ｘ線リソグラフィ用のマスク
構造体を作成する目的で、Ｘ線保持枠となる３インチ
φ、厚さ２ｍｍのシリコン基板上に、ＣＶＤ法によりＸ
線支持膜となるＳｉＮメンブレン膜を２μｍ成膜してマ
スクブランクスを作成した。なお、このＳｉ基板の裏面
のＳｉＮ膜にはマスクを用いて予め２０×２０ｍｍの大
きさの、バックエッチング用の窓を設けた。メンブレン
膜の応力は、４×１０⁸dyne/cm²の引張応力の値を示し
た。一方、Ｘ線吸収体の成膜装置としてスパッタ蒸着装
置を用いた。ターゲットにはＷとＭｏをそれぞれ９０wt
％、１０wt％含有する合金体を用いた。スパッタガスと
してはＡｒガスを用いた。ガス圧は１．５Ｐａ、ＲＦパ
ワーは７５Ｗである。成膜時間は８０分で０．９μｍで
あった。この膜の応力は２×１０⁷dyne/cm²と、僅かな
引張応力であった。

【００２２】次に上記構造体を用いて吸収体パターンを
形成した。まず、ＥＢ蒸着装置を用いて、Ｃｒ膜を０．
０５μｍ、Ｗ−Ｍｏ膜上に積層した。さらに、ＰＭＭＡ
系レジストをスピンコート法で０．５μｍ積層した。所
定のプリベーク処理の後、ＥＢ描画装置を用いて、０．
３０μｍのパターンを描画した。所定の現像プロセスを
経て０．３０μｍのレジストパターンを形成した。続い
てドライエッチング装置にエッチングガスとしてＣＦ４
を用いて、レジストパターンをマスクに０．３μｍのＣ
ｒパターンを形成した。続いて、Ｏ₂ガスプラズマにて
レジストを除去した後、ＳＦ６ガスプラズマにてエッチ
ングを行い、Ｗ−Ｍｏ合金の０．３０μｍの吸収体パタ
ーンを形成した。

【００２３】次に、Ｓｉ基板の裏面のバックエッチング
を行った。予め前もって設けてあるＳｉＮ膜の窓の部分
にＫＮＯの３０wt％、１１０℃の溶液を作用させて、エ
ッチングを行った。なお、表面の吸収体パターン部分は
エッチング液が作用しないように完全にシールドを行っ
た。２ｍｍ圧のＳｉ基板をエッチングするのに約６時間
を要した。最後に３インチφ、厚さ８ｍｍのドーナツ状
の補強体をフレーム４としてエポキシ系接着剤を用いて
接着し、これによって極めて良好なＸ線リソグラフィ用
マスク構造体を得ることができた。

【００２４】＜実施例２＞Ｘ線リソグラフィ用マスク構
造体を作成する目的で、３インチφ、厚さ２ｍｍのシリ
コン基板上にＣＶＤ法によりＸ線支持膜となるＳｉＣメ
ンブレン膜を２μｍ成膜し、マスクブランクスを作成し
た。なお、このＳｉ基板の裏面のＳｉＣ膜にはマスクを
用いて予め２０×２０ｍｍの大きさのバックエッチング
用の窓を設けた。メンブレン膜の応力は１×１０⁹dyne/
cm²の引張応力の値を示した。一方、Ｘ線吸収体膜の成
膜装置としてスパッタ蒸着装置を用いた。ターゲットに
はＷとＭｏをそれぞれ９５wt％、５wt％含有する合金体
を用いた。スパッタガスとしてはＡｒを用いた。ガス圧
は２Ｐａ、ＲＦパワーは１００Ｗである。成膜時間は６
０分で０．８μｍであった。この膜の応力は−２×１０
⁷dyne/cm²と僅かな圧縮応力であった。後の工程は上記
実施例と同様である。これによって極めて良好なＸ線リ
ソグラフィ用マスク構造体を得ることができた。

【００２５】＜実施例３＞上記の実施例１において、Ｗ
−Ｍｏ吸収体パターンのエッチングに用いるガスとし
て、ＳＦ６に変えてＣＦ４とＯ₂の混合ガスを用いたと
ころ、極めて良好なエッチングパターンを有するマスク
を得ることができた。

【００２６】＜実施例４＞次に上記のようにして作成し
たＸ線マスクを用いたＸ線露光装置の実施例を説明す
る。図４はＸ線露光装置の全体図であり、図中、シンク
ロトロン放射源１０の発光点１１から放射されたシート
ビーム形状のシンクロトロン放射光１２は、僅かな曲率
を有する凸面ミラー１３によって放射光軌道面に対して
垂直な方向に拡大される。拡大された放射光は移動シャ
ッタ１４によって照射領域内で露光量が均一となるよう
に調整し、シャッタ１４を経た放射光はＸ線マスク１５
に導かれる。Ｘ線マスク１５は上記説明した実施例のい
ずれかで説明した方法によって作成されたものである。
ウエハ１６はスピンコート法によって１μｍ厚のレジス
トを塗布し、既定の条件でプリベークを行ったもので、
Ｘ線マスク１５とは３０μｍ程度の近接した間隔で配置
されている。ステッピング露光によって、ウエハ１６の
複数のショット領域にマスクパターンを並べて露光転写
したら、ウエハを回収し、現像処理を行う。これによっ
て線幅３０μｍ、高さ１μｍのネガ型のレジストパター
ンを得た。

【００２７】＜実施例５＞次に上記Ｘ線マスクおよび上
記Ｘ線露光装置を用いた微小デバイスの生産方法につい
て説明する。ここでいう微小デバイスとはいＩＣやＬＳ
Ｉ等の半導体チップ、液晶デバイス、マイクロマシン、
薄膜磁気ヘッドなどが挙げられる。以下は半導体デバイ
スの例を示す。

【００２８】図５は半導体デバイスの生産の全体フロー
を示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの
回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用い
てウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は
前工程と呼ばれ、上記用意したＸ線マスクとウエハを用
いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路
を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼
ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半
導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイ
シング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ
封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステッ
プ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐
久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導
体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）され
る。

【００２９】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１７（現像）では露光したウエハを現像する。この工程
では予め化学増幅型レジストに特有なＰＥＢ(Post Expo
sure Bake)工程を含む。ステップ１８（エッチング）で
は現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ
１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要とな
ったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し
行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが
形成される。本実施例の生産方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体デバイスを生産することがで
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上本発明によれば、ＷとＭｏを含む合
金をＸ線吸収体として用いることにより、均一な組成の
表面性の良い高密度なＸ線吸収体を低応力で形成するこ
とができ、高精度なＸ線マスクを提供することができ
る。このＸ線マスクを用いれば高精度な露光転写が可能
な露光装置やデバイス生産方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線マスク構造体の実施例の断面図である。

【図２】Ｗ膜の成膜条件による応力の変化を表すグラフ
図である。

【図３】Ｗ−Ｍｏの成膜条件による応力の変化を表すグ
ラフ図である。

【図４】Ｘ線露光装置の実施例の全体構成図である。

【図５】半導体デバイス生産の全体フローを示す図であ
る。

【図６】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図であ
る。

【符号の説明】

１支持枠２Ｘ線支持膜３Ｘ線吸収体パターン４フレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千葉啓子東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクメンブレン上に形成される吸収体
パターンが、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）
を含む合金であることを特徴とするＸ線マスク。
【請求項２】前記合金が、全体に対して含有されるモ
リブデンの割合が０．１から５０wt％であることを特徴
とする請求項１記載のＸ線マスク。
【請求項３】前記Ｗ−Ｍｏ合金の結晶の優先配向が
｛１１０｝であることを特徴とする請求項１記載のＸ線
マスク。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか記載のＸ線マ
スクの製造方法であって、フッ化カーボン系もしくはフ
ッ化硫黄系ガスを主体とするガスプラズマでドライエッ
チングすることによって前記合金の吸収体パターンを形
成する工程を有することを特徴とするＸ線マスクの製造
方法。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれか記載のＸ線マ
スクの製造方法であって、不活性ガスを用いたスパッタ
蒸着法にって前記合金の吸収体パターンを形成する工程
を有することを特徴とするＸ線マスクの製造方法。
【請求項６】請求項１乃至３のいずれか記載のＸ線マ
スクを用いて基板にパターンを露光転写することによっ
てデバイスを生産することを特徴とするデバイス生産方
法。