JP3209638B2 - X線露光用マスク - Google Patents

X線露光用マスク

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線リソグラフィーに
使用されるX線露光用マスク(以下「X線マスク」と称
す)に関するもので、詳しくはX線照射によるパターン
の位置歪みを著しく低減させたX線マスクに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】LSIの高集積化に伴い、搭載されるパ
ターンの微細化も急速に進展してきている。その中で、
微細パターン形成のためのリソグラフィー技術も従来の
紫外光を用いる方法では原理的に限界に近づきつつあ
る。そこで、光源として放射光を用いたX線リソグラフ
ィー技術が注目を集め、実用化に向けて活発に研究開発
が行われている。X線リソグラフィー技術で特に注目さ
れているのは等倍近接露光による方法である。この場
合、形成されるべきパターンと同じ寸法のパターンをマ
スク上に形成させなければならない。したがって、X線
マスクにおけるパターンの位置精度が特に重要な問題と
なる。
【0003】従来のX線マスクの基本的な構造は図5に
示すような構造となっている。すなわち、X線吸収性パ
ターン13と、該X線吸収性パターン13を支持するX
線透過膜12と、その外周を固定する支持枠体11(通
常は1〜2mm厚のSi)から成っている。
【0004】上記X線透過膜12は、X線を透過させ易
いSiN、SiC等の厚さ1〜2μm程度の薄膜からな
り、枠体と成る部分以外のSi(支持基板)をエッチン
グ(バックエッチング、通常は異方性のウエットエッチ
ング)で除去することにより、自立した単独膜(メンブ
レン)の状態に加工され、X線転写に必要十分な透過性
を得る。このX線透過膜12に用いられる材質の内、S
iCはSiNに比べてヤング率が高いため、メンブレン
の変形による位置歪みは小さいが、アライメントに必要
な可視光(633nm)の透過率が低く、また表面の平
坦度も悪いという問題点がある。一方、SiNは可視光
透過率も高く、平坦度も良好であり、X線透過膜として
有望であると考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記S
iNメンブレンのX線照射によるパターンの位置歪み
は、例えば文献「T.Arakawa,H.Okuyama,K.Okada,H.Naga
sawa,T.Syoki and Y.Yamaguchi;Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.
31(1992)p.4459」に開示されているようにSiCメンブ
レンに比べて大きく、例えばSiCでは10MJ/cm
3 のX線吸収で位置変位量の標準偏差(σ)は25〜3
6nmであるのに対し、SiNは6.5MJ/cm3
X線吸収に対し33〜97nmとなっている。
【0006】X線メンブレンの照射誘起位置歪みは、最
小線幅0.25μmの場合、SiNで106 ショットに
対応する100MJ/cm3 のX線吸収において3σが
30nm以下であることが要求されている。しかし、S
iNメンブレンでは上述の如くX線照射による大きなパ
ターン位置歪みが生じるという問題点が存在する。
【0007】つまり、従来の構成によるSiNメンブレ
ンはSi支持体より引っ張り応力を受けているためにX
線を照射したときに、SiN内の結合ボンドの切断によ
り応力が緩和され、それによってSi支持体はメンブレ
ンをさらに外側に引っ張ることになりメンブレンが伸び
る。このことにより、メンブレンの外側に向かってパタ
ーンが歪むこととなる。実際、従来構成のSiNメンブ
レンはX線照射により上述したような大きな位置歪みが
観測されている。
【0008】本発明は上記従来の問題点に鑑み為された
ものであり、その目的とするところは、X線透過膜とし
てSiNを用いたときに生じるX線照射誘起位置歪みの
問題を解決し、パターン位置精度を長期に亘って維持可
能なX線マスクを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題に
鑑みて鋭意研究の結果、本発明の上記目的は、少なくと
もX線吸収性パターンと、該X線吸収性パターンを保持
するX線透過膜と、該X線透過膜の外周を固定する支持
枠体とを有するX線露光用マスクにおいて、前記X線透
過膜は、引っ張り応力を有し且つX線を照射することに
よって応力が緩和する主X線透過膜の両面に、圧縮性応
力を有し且つX線を照射することによって応力が緩和す
る副X線透過膜を形成してあって、前記副X線透過膜の
応力が前記主X線透過膜の応力のK倍であったとき、副
X線透過膜の全膜厚を主X線透過膜の膜厚のK分の1倍
とすることを特徴とするX線露光用マスクを提供するこ
とにより達成されることを見出した。
【0010】また、請求項2の発明は、前記主X線透過
膜としてSiNを用いることを特徴としている。
【0011】また、請求項3の発明は、前記副X線透過
膜としてSiO2 を用いることを特徴としている。
【0012】
【0013】以下、本発明の構成について詳しく説明す
る。
【0014】図1は本発明のX線マスクの一構成例を示
す断面図である。これによると、Siで出来た支持枠体
21の上に、引っ張り応力を有し且つX線を照射するこ
とによって応力が緩和する主X線透過膜22、圧縮性応
力を有し且つX線を照射することによって応力が緩和す
る副X線透過膜23、およびX線吸収性パターン24が
順次形成されており、支持枠体21の中心部分の領域は
除去されていてメンブレンとなっている。さらに、主X
線透過膜22のメンブレン部分の裏面にも副X線透過膜
25が形成されている。なお、支持枠体21裏面の26
はバックエッチング保護膜であり、該保護膜26の表面
にも上記副X線透過膜25が形成されているが、これら
はマスク製造時に形成されたもので製造後は除去しても
構わない。
【0015】上記主X線透過膜22としては、前述した
ように、SiNを用いるのが好適である。
【0016】また、上記副X線透過膜23、25として
は、例えばSiO2 を用いるのが好適であるが、勿論こ
れに限定されるわけではない。
【0017】これらのX線透過膜は化学気相成長法(C
VD法)等の一般的な薄膜形成方法を用いて形成するこ
とが出来る。
【0018】また、上記X線吸収性パターン24を形成
するための吸収体としては、例えばタンタル、タングス
テン等を用いるのが一般的であり、該パターン24は通
常の電子線リソグラフィー法とそれに続くドライエッチ
ングにより形成することが出来る。
【0019】本発明のX線マスクは、上述のように、X
線透過膜として例えばSiNからなる主X線透過膜の両
面に該主X線透過膜より圧縮性応力を受ける副X線透過
膜を形成したことを特徴とするものである。
【0020】本発明の一実施例の構成として、上記主X
線透過膜はSiN、上記副X線透過膜はSiO2 からな
る場合、かかる構成のX線透過膜は、SiNの引っ張り
応力に対しSiO2 は圧縮応力を受けている。このと
き、SiO2/SiN/SiO2の膜全体にかかる応力σ
は、 (σSiN;SiNにかかる応力、σSiO2;SiO2 にか
かる応力、tSiN;SiNの膜厚、tSiO2;SiO2
全膜厚) X線を照射するとσSiN、σSiO2 は緩和する。ここでそ
の変化量をそれぞれ△σSiN、△σSiO2 とすると全応力
変化量△σは、 なお、引っ張りと圧縮とは逆の符号である。
【0021】ここで、後述の本発明の実施例構成では、
SiO2 =tSiN/10であり、かつ、σSiO2 ≒10σ
SiNより△σSiO2 ≒10△σSiNと考えられるから、 △σ≒0 となる。すなわち、上記副X線透過膜の応力が上記主X
線透過膜の応力のK倍であったとき、副X線透過膜の全
膜厚を好ましくは主X線透過膜の膜厚のK分の1倍とす
ることにより、X線透過膜全体の応力の変化はほとんど
ないことになる。したがって、本発明のX線マスクの構
成によれば、X線照射によるパターンの位置歪みはほと
んど生じないことになる。
【0022】
【作用】このように、本発明のX線マスクは、X線透過
膜として、引っ張り応力を有し且つX線を照射すること
によって応力が緩和する主X線透過膜の両面に、圧縮性
応力を有し且つX線を照射することによって応力が緩和
する副X線透過膜を形成し、上記副X線透過膜の応力が
上記主X線透過膜の応力のK倍である場合、副X線透過
膜の全膜厚を主X線透過膜の膜厚のK分の1倍とするこ
とにより、X線透過膜全体のX線照射による応力の変化
がほとんどなくなるため、これによって、X線照射によ
るによるパターンの位置歪みはほとんど生じなくなり、
パターンの位置精度が著しく向上して長期に亘り安定し
た位置精度を維持できる。
【0023】
【0024】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。
【0025】なお、図2は本発明のX線マスクの製造プ
ロセスを工程順に示す断面図であり、これを参照して説
明する。
【0026】先ず、支持枠体21となる基板(図中、基
板の状態のものも符号21で示してある)として、Si
(3インチ、2mm厚)のウエハー上に、減圧化学気相
成長法により、例えばSiH2Cl2およびNH3 を原料
ガスとして成膜温度を例えば850℃で主X線透過膜2
2であるSiN膜を2μmの厚さに形成した。なお、上
記Siウエハーの裏面にも同様にバックエッチング保護
膜26としてSiN膜を形成した。さらに、Siウエハ
ー上のSiN膜の上に副X線透過膜23として、SiO
2 膜を電子ビーム蒸着法により100nmの厚さに形成
した。次いで、SiO2 膜の上に、X線吸収性パター
ンを形成するための吸収体24’としてTa膜をスパッ
タリングにより0.7μmの厚さに形成した(同図
(a)参照)。
【0027】次に、電子線レジストを表面に塗布して電
子ビーム露光法によりパターニングした後、Taをドラ
イエッチングにより部分的に除去してX線吸収性パター
ン24を形成した(同図(b)参照)。
【0028】次いで、パターンが形成されていない側
(裏面)の中央付近の30×30mmの領域のバックエ
ッチング保護膜26をドライエッチングにより除去した
後、KOH水溶液によりSi基板のバックエッチングを
行い、これにより中央に25×25mmのメンブレン部
分を形成した(同図(c)参照)。
【0029】さらに、この裏面にも副X線透過膜25と
して表面側と同じSiO2 膜を電子ビーム蒸着法により
100nmの厚さに形成した(同図(d)参照)。
【0030】このようにして本発明のX線マスクが出来
上がる。
【0031】出来上がったX線マスクについてX線照射
によるパターンの位置歪みの測定を行った。図3は本実
施例における位置歪み測定の為上記X線マスクに形成し
たパターンを示したもので、このパターンが25×25
mmのメンブレン領域内に2500μmピッチで10×
10形成されている。なお、パターン位置測定は、ニコ
ン製光波干渉式座標測定機を使用した。位置座標の測定
再現精度は30nm(3σ)である。
【0032】図4に本実施例におけるX線マスクのX線
照射によるパターンの位置歪みの様子を示した。図中、
矢印はX線照射前に測定した座標と約100MJ/cm
3 のX線吸収後(106 ショットに対応)に測定した座
標との差を表現したものである。
【0033】その結果、本実施例においてσは10nm
以下となり、位置歪みが従来例に比べて著しく低減さ
れ、パターンの位置歪みはほとんど生じない。
【0034】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のX
線マスクによれば、X線透過膜として、引っ張り応力を
有し且つX線を照射することによって応力が緩和する主
X線透過膜の両面に、圧縮性応力を有し且つX線を照射
することによって応力が緩和する副X線透過膜を形成
し、上記副X線透過膜の応力が上記主X線透過膜の応力
のK倍である場合、副X線透過膜の全膜厚を主X線透過
膜の膜厚のK分の1倍とすることにより、X線透過膜全
体のX線照射による応力の変化がほとんどなくなるた
め、これによって、X線照射によるパターンの位置歪み
はほとんど生じなくなり、パターンの位置精度が著しく
向上して長期に亘り安定した位置精度を維持できるとい
う優れた効果を奏する。
【0035】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のX線マスクの一実施例の構成を示す断
面図である。
【図2】本発明のX線マスクの製造プロセスを工程順に
示す断面図である。
【図3】本発明の実施例における位置歪み測定のための
パターンを示す図である。
【図4】本発明の実施例におけるX線照射による位置歪
みの様子を示した図である。
【図5】従来のX線マスクの断面図である。
【符号の説明】
11 支持枠体 12 X線透過膜 13 X線吸収性パターン 14 バックエッチング保護膜 21 支持枠体 22 主X線透過膜 23 副X線透過膜 24 X線吸収性パターン 25 副X線透過膜 26 バックエッチング保護膜 30 位置歪み測定用X線吸収性パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−157031(JP,A) 特開 昭63−285932(JP,A) 特開 平6−163368(JP,A) 特開 平5−129190(JP,A) 特開 昭63−200530(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 1/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともX線吸収性パターンと、該X
    線吸収性パターンを保持するX線透過膜と、該X線透過
    膜の外周を固定する支持枠体とを有するX線露光用マス
    クにおいて、前記X線透過膜は、引っ張り応力を有し且
    つX線を照射することによって応力が緩和する主X線透
    過膜の両面に、圧縮性応力を有し且つX線を照射するこ
    とによって応力が緩和する副X線透過膜を形成してあっ
    て、前記副X線透過膜の応力が前記主X線透過膜の応力
    のK倍であったとき、副X線透過膜の全膜厚を主X線透
    過膜の膜厚のK分の1倍とすることを特徴とするX線露
    光用マスク。
  2. 【請求項2】 前記主X線透過膜としてSiNを用いる
    ことを特徴とする請求項1記載のX線露光用マスク。
  3. 【請求項3】 前記副X線透過膜としてSiO2 を用い
    ることを特徴とする請求項1又は2記載のX線露光用マ
    スク。
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