JPH0992616A - メンブレン及びマスク、これを用いた露光装置やデバイス生産方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理的、機械的強度に優れ、表面状態や光透
過性にも優れたメンブレン、及びこれを用いた優れたマ
スクを提供すること。 【解決手段】 Ｘ線または真空紫外線を透過するマスク
メンブレンを、ＳiＣとＳiＣＮの積層膜で構成する。該
積層膜はＳiＣ膜の片面又は両面にＳiＣＮ膜を連続的に
形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等のデバイ
スを製造するためのリソグラフィにおいて使用されるマ
スクの技術分野に属する。

【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
ことが工業上、特に電子工業の分野において広く利用さ
れており、この方法によればパターンが同一の表面変質
部を有する製品を大量に製造できる。被加工材料の表面
変質は各種エネルギ線の照射により行なわれ、この際の
パターン形成のため、部分的にエネルギ遮断材を配置し
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もしくは紫外光の場合には、
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用いられる。

【０００３】しかし、より微細なパターン形成が求めら
れにつれて、より波長の短い真空紫外線やＸ線が注目さ
れるようになってきた。これらのエネルギ線は上記可視
光や紫外光の場合に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適していない。

【０００４】そこで真空紫外線や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、チ
ッ化シリコン、炭化シリコン、ダイヤモンド等のセラミ
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、タンタル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作成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】マスクメンブレン材料
としての候補の中で、無機材料として実用化に近い位置
にあるものとして、Ｓi、ＢＮ、ＳiＮ、ＳiＣを挙げる
ことができる。中でも特に最近注目されているのがＳi
Ｃである。

【０００６】ＳiＣはセラミックス材料の中で最も化学
的に安定であり機械的強度にすぐれている、更に熱膨張
係数がＳiに近く熱伝導性にも優れている。

【０００７】ＳiＣメンブレン膜の成膜方法としてはＣ
ＶＤ法が代表的である。しかし成膜された膜について調
べてみると、未だ数々の問題点が残されており、製法あ
るいは付加手段を講じて改良に勤めてはいるものの本質
的な解決には至っていない。

【０００８】ＳiＣメンブレン膜の課題を列挙してみる
と、 （１）表面状態が悪い（結晶の異常成長による） （２）アライメント光の透過性が悪い（固有吸収、膜内
及び表面での散乱） （３）膜厚の不均一（面内、ロット内、ロット間のコン
トロールが難しい）等がある。

【０００９】この対策として、特開平4-332115号公報、
特開平7-12017号公報ではＳiＣ／Ｓi₃Ｎ₄膜を提案して
いる。しかし、ＳiＣ／Ｓi₃Ｎ₄膜は単独では圧縮応力を
持ちＸ線リソグラフィ用のメンブレンとしては撓みを生
じ好ましくないため、引っ張り応力に変えるためのアニ
ール処理などが必要であった。また、特開昭56-140629
号公報でもＳiＣ／Ｓi₃Ｎ₄膜を提案しているが、ＳiＣ
膜上にＳi₃Ｎ₄膜を積層するにはスパッタターゲットと
して２種類のターゲットが必要となり、装置としても二
元スパッタを用意するか、あるいは一度真空を破ってタ
ーゲットの交換する等の煩雑な作業が必要となる。

【００１０】本発明は、上記従来の技術が有する課題を
解決すべくなされたものであって、物理的、機械的強度
に優れ、表面状態や透過性にも優れたメンブレン、及び
これを用いた優れたマスクを提供すること、さらにはこ
のマスクを使用した露光装置やデバイス生産方法を提供
することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のメンブレンは、ＳiＣとＳiＣＮの積層膜で構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明のマスクは、ＳiＣとＳiＣＮ
の積層膜の上に、マスクパターンが形成されていること
を特徴とするものである。

【００１３】また、本発明のメンブレンの製造方法は、
スパッタ蒸着法及び／又はＣＶＤ法によって、ＳiＣと
ＳiＣＮの積層膜を製造する工程を有することを特徴と
するものである。

【００１４】ここで、ＳiＣ膜の片面または両面にＳiＣ
Ｎ膜が積層されている形態が本発明に含まれる、またＳ
iＣ膜とＳiＣＮ膜との境界は窒素成分の傾斜構造となっ
ている形態が本発明に含まれる。

【００１５】また、本発明の露光装置は、上記構造のマ
スクを用いて露光を行う手段を有することを特徴とする
ものである。また本発明のデバイス生産方法は、上記構
造のマスクを用いてデバイスを生産する工程を有するこ
とを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】

＜実施形態１＞以下、Ｘ線や真空紫外線のリソグラフィ
に適したマスク構造体の製造方法の第１の実施形態につ
いて説明する。

【００１７】図１(A)に示すように、３インチΦ、厚さ
１ｍｍのシリコン基板１を用意した。成膜装置にはＳＢ
Ｒスパッタ装置を用い、スパッタターゲットとしてＳi
Ｃの燒結体、スパッタガスとして純アルゴン及び純窒素
のガスを用意した。

【００１８】先ずアルゴン及び窒素のガス流量の比を
１：１にセット、入力パワー２００Ｗ、ガス圧４Ｐaで
スパッタを行った。３０分で約０．４μ厚のＳiＣＮ膜
２を形成した。さらに連続して１００％アルゴンガスを
用いてスパッタを行い、同一のパワーとガス圧で１００
分間成膜、約２μ厚のＳiＣ膜３を形成した。再びＳiＣ
膜上に連続してＳiＣＮ膜を同条件で約０．４μｍ形成
した。こうしてできた積層膜の応力を測定したところ、
２×１０⁹ dyne/cm²の引っ張り応力を示した。なお、本
実施例ではＳiＣ膜の両面をＳiＣＮ膜でサンドイッチす
る構造としたが、ＳiＣ膜の片面にのみＳiＣＮ膜を設け
るようにしても良い。

【００１９】次に、図１(B)に示すように、シリコン基
板１の裏面のパターンに対応した矩形部分以外の領域
に、ＳiＣ膜４を約２μｍ厚で形成した。これは２０×
２０ｍｍの矩形アルミ板を基板上に固定してＳiＣ成膜
を行い、その後アルミ板を取り除く工程によって行う。
そして、シリコンバックエッチング装置に３０％ＫＯＨ
液をセット１１０℃で約３時間、基板背面からＳiＣ膜
をマスクにしてＳiをエッチング除去し、放射線透過部
を作成した。

【００２０】次に、図１(C)に示すように、上記形成し
た積層膜上に同様のスパッタ蒸着法を用いてタングステ
ンターゲットとアルゴンガスとで放射線の吸収体膜５を
形成した。成膜条件は入力パワー７５Ｗ、ガス圧４Ｐa
成膜時間１時間でタングステン膜厚０．８μｍとし
た。そして吸収体膜５の更に上に、クロム膜６を０．１
μｍ厚で蒸着した。

【００２１】次に、図１(D)に示すように、ＥＢ用レジ
スト７をスピンコーターを用いて０．４μｍ塗布した。
そして該レジストをプリベークした後、ＥＢ描画装置を
用いて０．３μｍの線幅でマスクパターンを描画し、所
定の現像プロセスを経て０．３μｍ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でエッチング
ガスとしてＣＦ4用いて、レジストパターン７をマスク
に０．３μｍのＣrの中間マスクパターン６を形成し
た。続いて、Ｏ₂ガスプラズマでレジストを除去した
後、ＳＦ₆ガスプラズマにてタングステン層５のパター
ンエッチングを行い、０．３μｍ線幅、高さ０．８μｍ
のタングステン材の放射線吸収体パターンを形成した。
最後に３インチΦ、厚さ８ｍｍのパイレックスガラス製
のドーナツ状フレーム８をエポシキ系接着剤９を用いて
接着し、図１(E)に示すようなリソグラフィ用マスク構
造体を作成した。

【００２２】なお、変形例として、シリコン基板の所定
部分をバックエッチングして除去する工程をマスクパタ
ーン形成後に行うようにしても良い。また、放射線吸収
体の材料としてはタングステンに限らず、金、白金、タ
ンタル、モリブデン、ニッケルなどの重金属の単体もし
くは合金とすることもできる。

【００２３】＜実施形態２＞次に、マスク製造方法の第
２の実施形態について説明する。本例はメンブレンの積
層膜形成にＣＶＤ法を用いたことを特徴とする。なお、
上記例１と同様の工程については説明を簡略化する。

【００２４】３インチΦ、厚さ１ｍｍのシリコン基板上
にＣＶＤ法により約０．５μｍのＳiＣＮを成膜。更に
ＣＶＤ法で同様にＳiＣ膜を約１μｍ積層成膜、続いて
約０．５μｍのＳiＣＮを積層した。

【００２５】続いてエッチングストッパ層としてＣr ５
００Åを表面に蒸着した。上記実施例１と同様の条件
で、更にＷとＣr層を各０．８μｍ、０．１μｍ設け
た。その後は上記実施例１と同様の工程を経て放射線吸
収体パターンを形成した。最後に酸素プラズマを作用さ
せてＣrの酸化透光処理を行なった。

【００２６】＜実施形態３＞次にマスク製造方法の第３
の実施形態について説明する。本例ではＳiＣＮ膜はス
パッタ法で、ＳiＣ膜はＣＶＤ法で成膜することを特徴
とする。

【００２７】シリコン基板上に反応性スパッタ法でＳi
ＣＮ膜を０．５μｍ成膜し、次にＬＰ−ＣＶＤ法を用い
てＳiＣ膜を約１．５μｍ積層成膜し、更に反応性スパ
ッタ法でＳiＣＮ膜を０．５μｍ成膜した。

【００２８】これによって表面性の良好なメンブレン膜
を形成することができた。この場合ガスの切り替えに時
間を要しているので、境界の部分は窒素成分の傾斜構造
となっている。

【００２９】＜実施形態４＞次にマスク製造方法の第４
の実施形態について説明する。本例ではＳiＣＮの窒素
の傾斜（グラディエント）膜とすることを特徴とする。

【００３０】スパッタタゲットとしてＳiＣの燒結体、
スパッタガスとして純アルゴン及び純窒素のガスを用意
した。先ずアルゴン及び窒素のガス流量の比を１：１に
セット、入力パワ−２００Ｗ、ガス圧４Ｐa でスパッタ
を行った。１０分毎に窒素のガス流量を下げて最後は
１：０．１の比率で６０分で約０．８μ厚のＳi ＣＮ膜
を形成した。さらに連続して１００％アルゴンガスを用
いてスパッタを行い同じパワ−とガス圧で５０分間成
膜、約１μ厚のＳiＣ膜を形成した。次に再びＳiＣ膜上
に連続してＳiＣＮ膜を同条件で、すなわち最初は１：
０．１から始まり最後は１：１のガス流量比で成膜、約
０．８μｍの傾斜ＳｉＣＮ膜を連続形成によってマスク
メンブレン膜を作成した。この膜の応力を測定したとこ
ろ５×１０⁸dyne/cm² の引っ張り応力を示した。

【００３１】その他の製造方法は上記の実施例１と同様
なので説明は省略する。

【００３２】＜実施形態５＞次にマスク製造方法の第５
の実施形態について説明する。

【００３３】３インチ¢厚さ１ｍｍのシリコン基板上
に、ＣＶＤ法すなわち反応性ガスにメタン、シラン、ア
ンモニアを用いて、アンモニアガスの量を徐々に減らし
ながら約０．６μｍの傾斜ＳiＣＮを成膜した。更にＣ
ＶＤ法で同様にＳiＣ膜を約１μｍ積層成膜した。続い
て同様に約０．６μｍの傾斜ＳiＣＮを積層して、メン
ブレンを作成した。

【００３４】以上説明した各実施例によれば、次のよう
な優れた作用効果を得ることができる。 （１）Ｓi膜表面にＳiＣＮ膜を設けることによって、メ
ンブレン膜表面の表面状態を改善することができる。Ｓ
iＣＮはアモルファス膜であり結晶の析出による表面状
態の劣化が防止できる。 （２）アモルファス膜上に連続してＳiＣ膜を成膜する
ため結晶の粗大化が改善できる、これはすなわちアライ
メント光の膜表面のみならず、内部散乱による低下も改
善できることを意味している。 （３）同じ膜厚の場合、ＳiＣとＳiＣとＳiＣＮ半々の
膜との比較では、アライメント光の透過性、そして散乱
による損失が大幅に改善できる。 （４）ＳiＣ膜は引っ張り応力、ＳiＣＮ膜は圧縮の応力
を得ることができるので、積層により小さい引っ張り応
力の膜を得ることができる。 （５）スパッタ蒸着法においては、同一ターゲットを用
いてガス種類を変えることにより連続的な成膜が可能と
なり、積層膜を容易に形成することができる。

【００３５】＜実施例６＞次に上記のようにして作成し
たメンブレンを有するＸ線マスクを用いた、Ｘ線露光装
置の実施形態を説明する。

【００３６】図２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。

【００３７】＜実施例７＞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。

【００３８】図３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。

【００３９】図４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。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。

【００４０】

【発明の効果】以上の本発明によれば、物理的、機械的
強度に優れ、表面状態や光透過性にも優れたメンブレ
ン、及びこれを用いた優れたマスクを提供することがで
きる。

【００４１】また、本発明のマスクを用いた露光装置や
デバイス生産方法によれば、従来以上に高精度な露光や
デバイス生産が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のマスク構造体の構造及び製造
方法を示す図である。

【図２】Ｘ線露光装置の実施例の全体構成図である。

【図３】半導体デバイス生産の全体フローを示す図であ
る。

【図４】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 シリコン基板 ２ ＳｉＣＮメンブレン層 ３ ＳｉＣメンブレン層 ４ バックエッチングの窓 ５ Ｘ線吸収体層（タングステン） ６ 中間マスク層（クロム） ７ レジスト層（ＥＢ用） ８ リングフレーム ９ 接着材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 1/16 Ｇ０３Ｆ 1/16 Ａ 7/20 ５０３ 7/20 ５０３ ５２１ ５２１

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳiＣとＳiＣＮの積層膜で構成されてい
   ることを特徴とするメンブレン。
2. 【請求項２】 ＳiＣとＳiＣＮの積層膜の上に、マスク
   パターンが形成されていることを特徴とするマスク。
3. 【請求項３】 スパッタ蒸着法及び／又はＣＶＤ法によ
   って、ＳiＣとＳiＣＮの積層膜を製造する工程を有する
   ことを特徴とするメンブレンの製造方法。
4. 【請求項４】 ＳiＣ膜の片面または両面にＳiＣＮ膜が
   積層されていること特徴とする請求項１記載のメンブレ
   ン又は請求項２記載のマスク又は請求項３記載の製造方
   法。
5. 【請求項５】 ＳiＣ膜とＳiＣＮ膜との境界は窒素成分
   の傾斜構造となっていることを特徴とする請求項１記載
   のメンブレン又は請求項２記載のマスク又は請求項３記
   載の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載のマスクを用いて露光を行
   う手段を有することを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載のマスクを用いてデバイス
   を生産する工程を有することを特徴とするデバイス生産
   方法。