JP3322476B2 - 薄膜パターンニング方法 - Google Patents
薄膜パターンニング方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜のパターンニング方
法に関する。特に本発明はＸ線露光において使用される
Ｘ線露光用マスクの吸収体の形成方法に関する。本発明
においてはＸ線露光用マスクのサイドエッチング量が減
少され、パターン転写率が高いＸ線露光用マスクが形成
できる。
法に関する。特に本発明はＸ線露光において使用される
Ｘ線露光用マスクの吸収体の形成方法に関する。本発明
においてはＸ線露光用マスクのサイドエッチング量が減
少され、パターン転写率が高いＸ線露光用マスクが形成
できる。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの薄膜形成技術において
は超微細加工が要求され、この超微細加工に適したＸ線
露光技術の開発が行われている。前記Ｘ線露光にはＸ線
を吸収し非加工体へのＸ線の透過を阻止する吸収体を備
えたＸ線露光用マスクが使用される。Ｘ線露光用マスク
の吸収体には一般的にＷ（タングステン）、Ｔｉ−Ｗ
（タングステンチタン）、Ｔａ（タンタル）等の高融点
金属（又は遷移金属）薄膜が使用される。
は超微細加工が要求され、この超微細加工に適したＸ線
露光技術の開発が行われている。前記Ｘ線露光にはＸ線
を吸収し非加工体へのＸ線の透過を阻止する吸収体を備
えたＸ線露光用マスクが使用される。Ｘ線露光用マスク
の吸収体には一般的にＷ（タングステン）、Ｔｉ−Ｗ
（タングステンチタン）、Ｔａ（タンタル）等の高融点
金属（又は遷移金属）薄膜が使用される。
【０００３】前記Ｘ線露光用マスク、特にＸ線露光用マ
スクの吸収体の形成方法について、図１３及び図１４を
使用し説明する。
スクの吸収体の形成方法について、図１３及び図１４を
使用し説明する。
【０００４】まず、図１３に示すように、第１工程とし
て基体１０表面上にＸ線露光用マスクの吸収体である薄
膜１２を形成し、前記薄膜１２の表面上の所定領域にエ
ッチングマスク１３を形成する。薄膜１２にはＷ薄膜が
使用され、このＷ薄膜はスパッタ装置で堆積される。エ
ッチングマスク１３には一般的にリフトオフ技術でパタ
ーンが形成されたＣｒ（クロム）薄膜が使用される。前
記基体１０はＸ線露光用マスクの吸収体を形成するため
の基板である。
て基体１０表面上にＸ線露光用マスクの吸収体である薄
膜１２を形成し、前記薄膜１２の表面上の所定領域にエ
ッチングマスク１３を形成する。薄膜１２にはＷ薄膜が
使用され、このＷ薄膜はスパッタ装置で堆積される。エ
ッチングマスク１３には一般的にリフトオフ技術でパタ
ーンが形成されたＣｒ（クロム）薄膜が使用される。前
記基体１０はＸ線露光用マスクの吸収体を形成するため
の基板である。
【０００５】次に、図１４に示すように、第２工程とし
て前記薄膜１２にパターンニングを施す。パターンニン
グにはエッチングマスク１３が使用され、エッチングマ
スク１３から露出する薄膜１２がエッチングで除去され
る。エッチングはＳＦ6 をエッチングガスとする異方性
エッチングで行われる。この後、必要に応じてエッチン
グマスク１３が除去され、エッチングされた薄膜１２で
Ｘ線露光用マスクの吸収体が完成する。
て前記薄膜１２にパターンニングを施す。パターンニン
グにはエッチングマスク１３が使用され、エッチングマ
スク１３から露出する薄膜１２がエッチングで除去され
る。エッチングはＳＦ6 をエッチングガスとする異方性
エッチングで行われる。この後、必要に応じてエッチン
グマスク１３が除去され、エッチングされた薄膜１２で
Ｘ線露光用マスクの吸収体が完成する。
【０００６】前記異方性エッチングは電界で加速された
イオン及びＦラジカルの双方でエッチングが進行する。
基体１０の表面に対して垂直方向に電界を発生させれば
イオンは同一方向に加速され、Ｗ薄膜のエッチングされ
た側壁がほぼ垂直な形状でパターンニングが行われる。
つまり、異方性エッチングにおいて縦方向（垂直方向）
に高い異方性が得られる。
イオン及びＦラジカルの双方でエッチングが進行する。
基体１０の表面に対して垂直方向に電界を発生させれば
イオンは同一方向に加速され、Ｗ薄膜のエッチングされ
た側壁がほぼ垂直な形状でパターンニングが行われる。
つまり、異方性エッチングにおいて縦方向（垂直方向）
に高い異方性が得られる。
【０００７】一方、Ｆラジカルは電界の影響を受けない
ので、縦方向及び横方向に等方性エッチングが進行す
る。従って、同図１４に示すように、薄膜１２には横方
向のエッチング（サイドエッチング）でエッチングマス
ク１３の寸法よりも寸法が縮小されたアンダカットが発
生する。
ので、縦方向及び横方向に等方性エッチングが進行す
る。従って、同図１４に示すように、薄膜１２には横方
向のエッチング（サイドエッチング）でエッチングマス
ク１３の寸法よりも寸法が縮小されたアンダカットが発
生する。
【０００８】前記Ｘ線露光用マスクの吸収体の形成方法
においては薄膜１２にアンダカットが発生し、エッチン
グマスク１３から薄膜１２に転写されるパターン寸法差
が大きい。つまり、パターン転写率が悪く、超微細加工
には不適切である。
においては薄膜１２にアンダカットが発生し、エッチン
グマスク１３から薄膜１２に転写されるパターン寸法差
が大きい。つまり、パターン転写率が悪く、超微細加工
には不適切である。
【０００９】そこで、図１５に示すように、一般的には
異方性エッチング中に薄膜１２のエッチングされた側壁
に保護膜が形成され、サイドエッチングの進行が抑制さ
れる。保護膜はエッチングガスに混入された側壁保護膜
形成用ガスで形成される。側壁保護膜形成用ガスとして
は例えばＣＨＦ3 が使用され、Ｗ薄膜のエッチングされ
た側壁には有機高分子化合物と推定される薄膜からなる
保護膜が形成される。
異方性エッチング中に薄膜１２のエッチングされた側壁
に保護膜が形成され、サイドエッチングの進行が抑制さ
れる。保護膜はエッチングガスに混入された側壁保護膜
形成用ガスで形成される。側壁保護膜形成用ガスとして
は例えばＣＨＦ3 が使用され、Ｗ薄膜のエッチングされ
た側壁には有機高分子化合物と推定される薄膜からなる
保護膜が形成される。
【００１０】また、異方性エッチングにおいて基体１０
を冷却し、薄膜１２のアンダカットを減少するエッチン
グ方法が採用される。基体１０は例えば−５０度に冷却
される。
を冷却し、薄膜１２のアンダカットを減少するエッチン
グ方法が採用される。基体１０は例えば−５０度に冷却
される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
Ｘ線露光用マスクの吸収体の形成方法においては以下の
点の配慮がなされていない。
Ｘ線露光用マスクの吸収体の形成方法においては以下の
点の配慮がなされていない。
【００１２】第１に、異方性エッチング中に薄膜１２の
側壁に保護膜を形成する場合には異方性エッチングに特
別な側壁保護膜形成用ガスが使用される。この側壁保護
膜形成用ガスにはＣＨＦ3 が使用されるので、形成プロ
セス中、ガス取扱い中などでの安全性が低下する。しか
も、ＣＨＦ3 のコストが高い。
側壁に保護膜を形成する場合には異方性エッチングに特
別な側壁保護膜形成用ガスが使用される。この側壁保護
膜形成用ガスにはＣＨＦ3 が使用されるので、形成プロ
セス中、ガス取扱い中などでの安全性が低下する。しか
も、ＣＨＦ3 のコストが高い。
【００１３】第２に、異方性エッチング中に基体１０を
冷却する場合にはエッチング装置に冷却システムが必要
になる。このため、エッチング装置が複雑化されかつ大
型化され、エッチング設備費用が増大するので、結果的
にＸ線露光用マスクの制作費用が増大する。
冷却する場合にはエッチング装置に冷却システムが必要
になる。このため、エッチング装置が複雑化されかつ大
型化され、エッチング設備費用が増大するので、結果的
にＸ線露光用マスクの制作費用が増大する。
【００１４】本発明はこのような問題点を解決すること
を課題としてなされたものであり、本発明の目的は以下
の通りである。
を課題としてなされたものであり、本発明の目的は以下
の通りである。
【００１５】（１）保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化できる薄膜のパターンニング
方法を提供する。
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化できる薄膜のパターンニング
方法を提供する。
【００１６】（２）保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化でき、しかもＸ線吸収率が優
れたＸ線露光用マスクの形成方法を提供する。
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化でき、しかもＸ線吸収率が優
れたＸ線露光用マスクの形成方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は本発明者が行っ
た研究結果で得られた下記の事実に基づいてなされたも
のである。つまり、Ｘ線露光用マスクの吸収体として使
用されるＷ薄膜に積極的に窒素を混入し、非晶質構造の
ＷＮXを形成し、このＷＮXをＳＦ6でパターンニングし
た場合にＦラジカルによるサイドエッチングが減少でき
る。
た研究結果で得られた下記の事実に基づいてなされたも
のである。つまり、Ｘ線露光用マスクの吸収体として使
用されるＷ薄膜に積極的に窒素を混入し、非晶質構造の
ＷＮXを形成し、このＷＮXをＳＦ6でパターンニングし
た場合にＦラジカルによるサイドエッチングが減少でき
る。
【００１８】従って、請求項１の薄膜パターンニング方
法は、以下の工程（１）及び（２）を備えたことをその
要旨とする。 （１）Ｗ又はＷの混合物に薄膜を形成する系内で自然に
混入されるよりも多くかつ工程（２）でエッチングでき
る範囲において窒素、酸素のいずれかが１０原子パーセ
ント以上３０原子パーセント以下の範囲で混入され、非
晶質構造を有する薄膜を基体表面上に形成する工程。 （２）薄膜をパターンニングする系内で前記薄膜の一部
の領域に加速されたイオン及びラジカルの双方で異方性
エッチングを行い、前記薄膜をパターンニングする工
程。
法は、以下の工程（１）及び（２）を備えたことをその
要旨とする。 （１）Ｗ又はＷの混合物に薄膜を形成する系内で自然に
混入されるよりも多くかつ工程（２）でエッチングでき
る範囲において窒素、酸素のいずれかが１０原子パーセ
ント以上３０原子パーセント以下の範囲で混入され、非
晶質構造を有する薄膜を基体表面上に形成する工程。 （２）薄膜をパターンニングする系内で前記薄膜の一部
の領域に加速されたイオン及びラジカルの双方で異方性
エッチングを行い、前記薄膜をパターンニングする工
程。
【００１９】請求項２の薄膜パターンニング方法は、請
求項１に記載される発明において、前記Ｗに窒素が１０
原子パーセント以上２０原子パーセント以下の範囲で混
入された非晶質構造を有する薄膜が形成されることをそ
の要旨とする
求項１に記載される発明において、前記Ｗに窒素が１０
原子パーセント以上２０原子パーセント以下の範囲で混
入された非晶質構造を有する薄膜が形成されることをそ
の要旨とする
【００２０】請求項３の薄膜パターンニング方法は、請
求項２に記載される発明において、前記パターンニング
された薄膜がＸ線露光用マスクとして使用されることを
その要旨とする
求項２に記載される発明において、前記パターンニング
された薄膜がＸ線露光用マスクとして使用されることを
その要旨とする
【００２１】請求項４の薄膜パターンニング方法は、請
求項１乃至請求項３に記載されるいずれかの発明におい
て、前記薄膜が以下の条件（１）乃至条件（３）で形成
されることをその要旨とする。 （１）前記薄膜が高周波マグネトロンスパッタで堆積さ
れる。 （２）前記高周波マグネトロンスパッタにおいてＡｒに
Ｎ 2 、Ｏ 2 のいずれかが混合されたスパッタガスが使用さ
れ、Ｗ又はＷの混合物の堆積中に窒素、酸素が混入され
る。 （３）基板温度が室温に設定される。
求項１乃至請求項３に記載されるいずれかの発明におい
て、前記薄膜が以下の条件（１）乃至条件（３）で形成
されることをその要旨とする。 （１）前記薄膜が高周波マグネトロンスパッタで堆積さ
れる。 （２）前記高周波マグネトロンスパッタにおいてＡｒに
Ｎ 2 、Ｏ 2 のいずれかが混合されたスパッタガスが使用さ
れ、Ｗ又はＷの混合物の堆積中に窒素、酸素が混入され
る。 （３）基板温度が室温に設定される。
【００２２】請求項５の薄膜パターンニング方法は、請
求項１乃至請求項４に記載されるいずれかの発明におい
て、前記薄膜が以下の条件（１）乃至条件（３）でパタ
ーンニングされることをその要旨とする。 （１）前記薄膜がＥＣＲエッチングでエッチングされ
る。 （２）前記ＥＣＲエッチングにおいてＳＦ 6 を主成分と
するエッチングガスが使用される。
求項１乃至請求項４に記載されるいずれかの発明におい
て、前記薄膜が以下の条件（１）乃至条件（３）でパタ
ーンニングされることをその要旨とする。 （１）前記薄膜がＥＣＲエッチングでエッチングされ
る。 （２）前記ＥＣＲエッチングにおいてＳＦ 6 を主成分と
するエッチングガスが使用される。
【００２３】
【００２４】
【作用】本発明においては、第１に、パターンニング前
に予めＷ又はＷの混合物に自然に混入されるよりも多く
の窒素、酸素が積極的に混入され、非晶質構造を有する
ＷＮX、Ｗ混合物の窒化物、ＷＯy又はＷ混合物の酸化物
からなる薄膜が形成される。この薄膜に適量に混入され
た窒素又は酸素はパターンニング時に発生するラジカル
でのエッチングの進行を抑制する。つまり、薄膜のパタ
ーンニングには加速されたイオンでのエッチングが支配
的になるので、パターンニングされた薄膜の側壁に発生
するアンダカットが減少され、パターンニングに高い異
方性が得られる。すなわち、薄膜のパターンニングにお
いては高い異方性が得られるので薄膜の側壁に保護膜を
形成する必要がなくなり、さらに室温において高い異方
性が得られるので冷却システムが不要にできる。一方、
薄膜に混入される窒素、酸素の量が増加するとセラミッ
ク状態になり、加速されたイオンでのエッチングができ
なくなるので、薄膜に混入される窒素、酸素の量はエッ
チングできる範囲に抑えられる。本発明においては前記
Ｗ又はＷの混合物に窒素、酸素のいずれかが１０原子パ
ーセント以上３０原子パーセント以下の範囲で混入され
る。
に予めＷ又はＷの混合物に自然に混入されるよりも多く
の窒素、酸素が積極的に混入され、非晶質構造を有する
ＷＮX、Ｗ混合物の窒化物、ＷＯy又はＷ混合物の酸化物
からなる薄膜が形成される。この薄膜に適量に混入され
た窒素又は酸素はパターンニング時に発生するラジカル
でのエッチングの進行を抑制する。つまり、薄膜のパタ
ーンニングには加速されたイオンでのエッチングが支配
的になるので、パターンニングされた薄膜の側壁に発生
するアンダカットが減少され、パターンニングに高い異
方性が得られる。すなわち、薄膜のパターンニングにお
いては高い異方性が得られるので薄膜の側壁に保護膜を
形成する必要がなくなり、さらに室温において高い異方
性が得られるので冷却システムが不要にできる。一方、
薄膜に混入される窒素、酸素の量が増加するとセラミッ
ク状態になり、加速されたイオンでのエッチングができ
なくなるので、薄膜に混入される窒素、酸素の量はエッ
チングできる範囲に抑えられる。本発明においては前記
Ｗ又はＷの混合物に窒素、酸素のいずれかが１０原子パ
ーセント以上３０原子パーセント以下の範囲で混入され
る。
【００２５】さらに、本発明においては、第２に、前記
Ｗに窒素が１０原子パーセント以上２０原子パーセント
以下の範囲で混入された非晶質構造を有する薄膜が形成
される。この範囲で窒素が混入されたＷＮX薄膜はＸ線
吸収率に優れ、Ｘ線露光用マスクの吸収体として使用が
できる。すなわち、高い異方性で形成されパターン転写
率が高く、かつＸ線吸収率に優れたＸ線露光用マスクが
形成できる。
Ｗに窒素が１０原子パーセント以上２０原子パーセント
以下の範囲で混入された非晶質構造を有する薄膜が形成
される。この範囲で窒素が混入されたＷＮX薄膜はＸ線
吸収率に優れ、Ｘ線露光用マスクの吸収体として使用が
できる。すなわち、高い異方性で形成されパターン転写
率が高く、かつＸ線吸収率に優れたＸ線露光用マスクが
形成できる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について、図面
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００２７】本発明に係るＸ線露光用マスクの形成方法
について、図１乃至図３を使用し説明する。
について、図１乃至図３を使用し説明する。
【００２８】まず、図１に示すように、第１工程として
基体１の表面上に薄膜２を形成する。この薄膜２はＸ線
露光用マスクの吸収体に使用される。薄膜２の形成には
高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタ装置が使用され、
以下の条件において薄膜２が形成される。
基体１の表面上に薄膜２を形成する。この薄膜２はＸ線
露光用マスクの吸収体に使用される。薄膜２の形成には
高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタ装置が使用され、
以下の条件において薄膜２が形成される。
【００２９】（１）ターゲットにはＸ線露光用マスクの
吸収体に最適なＷターゲットが使用される。
吸収体に最適なＷターゲットが使用される。
【００３０】（２）スパッタガスにはＡｒにＮ2を混入
した混合ガスが使用される。前記Ｎ2は堆積されるＷ薄
膜中に積極的に混入することを目的として、Ｎ2のＡｒ
に対する混合比は０体積％を超え５０体積％以下の範囲
に設定される。
した混合ガスが使用される。前記Ｎ2は堆積されるＷ薄
膜中に積極的に混入することを目的として、Ｎ2のＡｒ
に対する混合比は０体積％を超え５０体積％以下の範囲
に設定される。
【００３１】（３）高周波パワー密度は３〜４Ｗ／cm2
（３００Ｗ前後）に設定される。
（３００Ｗ前後）に設定される。
【００３２】（４）基体１の温度（基板温度）は室温に
設定される。
設定される。
【００３３】（５）成膜圧力は１. ３３〜４. ０Ｐａに
設定される。
設定される。
【００３４】以上の条件においては窒素が混入された非
晶質構造（アモルファス構造）のＷＮX薄膜からなる薄
膜２が形成される。ＷＮX薄膜はＸ線露光用マスクの吸
収体として適切な４００〜８００ｎｍ程度の膜厚で形成
される。ＷＮX薄膜には高周波マグネトロンスパッタ装
置のチャンバ内、すなわち薄膜形成時の真空系内におい
てスパッタガスを除くガスや大気に含まれる窒素がＷ薄
膜中に自然に混入される量に比べて数倍〜数十倍以上の
窒素が混入される。本実施例においてＷＮX薄膜には１
０原子パーセント以上の窒素が混入される。
晶質構造（アモルファス構造）のＷＮX薄膜からなる薄
膜２が形成される。ＷＮX薄膜はＸ線露光用マスクの吸
収体として適切な４００〜８００ｎｍ程度の膜厚で形成
される。ＷＮX薄膜には高周波マグネトロンスパッタ装
置のチャンバ内、すなわち薄膜形成時の真空系内におい
てスパッタガスを除くガスや大気に含まれる窒素がＷ薄
膜中に自然に混入される量に比べて数倍〜数十倍以上の
窒素が混入される。本実施例においてＷＮX薄膜には１
０原子パーセント以上の窒素が混入される。
【００３５】一方、ＷＮX薄膜中の窒素の混入量が増加
しすぎるとＷＮX薄膜がセラミック状態になり、異方性
エッチングの加速されたイオンでのエッチングができな
くなる。従って、ＷＮX薄膜にはエッチングができる範
囲において窒素が混入される。本実施例においてＷＮX
薄膜には３０原子パーセント以下の窒素が混入される。
しすぎるとＷＮX薄膜がセラミック状態になり、異方性
エッチングの加速されたイオンでのエッチングができな
くなる。従って、ＷＮX薄膜にはエッチングができる範
囲において窒素が混入される。本実施例においてＷＮX
薄膜には３０原子パーセント以下の窒素が混入される。
【００３６】さらに、ＷＮX薄膜の膜厚及びＸ線露光で
使用されるＸ線の波長で値が変化するが、ＷＮX薄膜の
膜厚が上記条件で形成される場合においてはＷＮX薄膜
に混入される窒素が２０原子パーセントを超えるとＸ線
吸収率が許容範囲を超える。つまり、Ｘ線露光用マスク
の吸収体材料として不適切になるので、ＷＮX薄膜に混
入される窒素は２０原子パーセント以下に設定される。
使用されるＸ線の波長で値が変化するが、ＷＮX薄膜の
膜厚が上記条件で形成される場合においてはＷＮX薄膜
に混入される窒素が２０原子パーセントを超えるとＸ線
吸収率が許容範囲を超える。つまり、Ｘ線露光用マスク
の吸収体材料として不適切になるので、ＷＮX薄膜に混
入される窒素は２０原子パーセント以下に設定される。
【００３７】次に、図２に示すように、第２工程として
前記薄膜２の表面の一部の領域にエッチングマスク３を
形成する。エッチングマスク３には例えばリフトオフ技
術で形成されたＣｒ薄膜が使用される。前記リフトオフ
技術においてＣｒ薄膜の選択的形成（Ｃｒ薄膜パターン
の形成）には塗布されマスクパターンが描画されたレジ
ストが使用される。前記レジストとしては例えば東京応
化社製、商品名ＣＥＢＲ−１０１０が使用される。マス
クパターンの描画にはＦＩＢ（Ｆocus ＩonＢeem ）法
が使用される。エッチングマスク３の最小加工寸法幅は
例えば０. １μｍで形成される。
前記薄膜２の表面の一部の領域にエッチングマスク３を
形成する。エッチングマスク３には例えばリフトオフ技
術で形成されたＣｒ薄膜が使用される。前記リフトオフ
技術においてＣｒ薄膜の選択的形成（Ｃｒ薄膜パターン
の形成）には塗布されマスクパターンが描画されたレジ
ストが使用される。前記レジストとしては例えば東京応
化社製、商品名ＣＥＢＲ−１０１０が使用される。マス
クパターンの描画にはＦＩＢ（Ｆocus ＩonＢeem ）法
が使用される。エッチングマスク３の最小加工寸法幅は
例えば０. １μｍで形成される。
【００３８】次に、図３に示すように、第３工程として
前記薄膜２に異方性エッチングを施し、前記薄膜２をパ
ターンニングする。薄膜２のパターンニングにはＥＣＲ
（Ｅlectron Ｃyclotron Ｒesonance）エッチング装置
が使用され、以下の条件において薄膜２がパターンニン
グされる。
前記薄膜２に異方性エッチングを施し、前記薄膜２をパ
ターンニングする。薄膜２のパターンニングにはＥＣＲ
（Ｅlectron Ｃyclotron Ｒesonance）エッチング装置
が使用され、以下の条件において薄膜２がパターンニン
グされる。
【００３９】（１）マイクロ波パワーは３００Ｗに設定
される。
される。
【００４０】（２）高周波（ＲＦ）バイアスは８０Ｗに
設定される。
設定される。
【００４１】（３）エッチングガスにはＳＦ6 又はＳＦ
6 を主成分とするエッチングガスが使用される。
6 を主成分とするエッチングガスが使用される。
【００４２】（４）ガス流量は０. ５sccmに設定され
る。
る。
【００４３】（５）ガス圧力は２×１０-3Ｐａに設定さ
れる。
れる。
【００４４】（６）基体１の温度（基板温度）は室温に
設定される。
設定される。
【００４５】以上の条件においてはＥＣＲエッチング装
置のチャンバ内、すなわち薄膜パターンニング時の真空
系内でエッチングガスからプラズマ状態のイオンが生成
される。プラズマ状態のイオンは電界で加速され、この
加速されたイオンで薄膜２の縦方向（膜厚方向）のエッ
チングが行われる。同時にエッチングガスから等方性エ
ッチング特に横方向のエッチングを行うＦラジカルが生
成され、薄膜２は前記加速されたイオン及びＦラジカル
の双方でエッチングが行われる。
置のチャンバ内、すなわち薄膜パターンニング時の真空
系内でエッチングガスからプラズマ状態のイオンが生成
される。プラズマ状態のイオンは電界で加速され、この
加速されたイオンで薄膜２の縦方向（膜厚方向）のエッ
チングが行われる。同時にエッチングガスから等方性エ
ッチング特に横方向のエッチングを行うＦラジカルが生
成され、薄膜２は前記加速されたイオン及びＦラジカル
の双方でエッチングが行われる。
【００４６】本実施例においては予めＷ薄膜に積極的に
窒素が混入された非晶質構造のＷＮX薄膜で薄膜２が形
成され、この薄膜２が加速されたイオン及びＦラジカル
の双方でエッチングされる。このようにパターンニング
された薄膜２の側壁には同図３に示すようにほとんどア
ンダカットが発生せず、基体１の表面に対して実質的に
垂直に薄膜２の側壁が形成される。
窒素が混入された非晶質構造のＷＮX薄膜で薄膜２が形
成され、この薄膜２が加速されたイオン及びＦラジカル
の双方でエッチングされる。このようにパターンニング
された薄膜２の側壁には同図３に示すようにほとんどア
ンダカットが発生せず、基体１の表面に対して実質的に
垂直に薄膜２の側壁が形成される。
【００４７】次に、第４工程として前記エッチングマス
ク３が除去され、Ｘ線露光用マスクの吸収体が完成す
る。なお、本実施例においてはＸ線露光用マスクの吸収
体しか説明していないが、吸収体そのものでは機械的強
度が確保できないので実際には吸収体の周囲に枠体（支
持台）が形成される。前記枠体が形成されるとＸ線露光
用マスクが完成する。
ク３が除去され、Ｘ線露光用マスクの吸収体が完成す
る。なお、本実施例においてはＸ線露光用マスクの吸収
体しか説明していないが、吸収体そのものでは機械的強
度が確保できないので実際には吸収体の周囲に枠体（支
持台）が形成される。前記枠体が形成されるとＸ線露光
用マスクが完成する。
【００４８】ここで、ＷＮX薄膜に混入される窒素の量
とＷＮｘ薄膜のパターンニングされた側壁の形状との関
係について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真及びその
写真から描写した解説用断面図を使用し説明する。ＷＮ
X薄膜はいずれも５５０ｎｍの膜厚で形成され、エッチ
ングマスク３のパターン寸法はいずれも１００ｎｍで形
成される。
とＷＮｘ薄膜のパターンニングされた側壁の形状との関
係について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真及びその
写真から描写した解説用断面図を使用し説明する。ＷＮ
X薄膜はいずれも５５０ｎｍの膜厚で形成され、エッチ
ングマスク３のパターン寸法はいずれも１００ｎｍで形
成される。
【００４９】ピュアＷ薄膜のパターンニング 図４はパターンニングされたピュアＷ薄膜の走査型電子
顕微鏡写真であり、図５に解説用断面を示す。図４及び
図５に示すように、ピュアＷ薄膜においてはＦラジカル
による横方向のエッチング量が大きく、ピュアＷ薄膜の
側壁にアンダカットが発生する。アンダカットが大きい
ので、折れ曲がったピュアＷ薄膜が存在する。
顕微鏡写真であり、図５に解説用断面を示す。図４及び
図５に示すように、ピュアＷ薄膜においてはＦラジカル
による横方向のエッチング量が大きく、ピュアＷ薄膜の
側壁にアンダカットが発生する。アンダカットが大きい
ので、折れ曲がったピュアＷ薄膜が存在する。
【００５０】ＷＮｘ薄膜のパターンニング１ 図６はパターンニングされたＷＮｘ薄膜の走査型電子顕
微鏡写真であり、図７に解説用断面を示す。図６に示す
写真はＮ2が約２．９体積％の割合でＡｒ：Ｎ2の流量比
が調整されたスパッタガスが使用され形成されたＷＮｘ
薄膜の断面形状を示す。図６及び図７に示すように、Ｗ
Ｎｘ薄膜においてはＦラジカルによる横方向のエッチン
グが無視できない範囲にあり、アンダカットが若干改善
されているものの、ＷＮｘ薄膜の断面形状としては適切
でない。しかも、アンダカットに起因するＷＮｘ薄膜の
断面形状のばらつきが存在する。
微鏡写真であり、図７に解説用断面を示す。図６に示す
写真はＮ2が約２．９体積％の割合でＡｒ：Ｎ2の流量比
が調整されたスパッタガスが使用され形成されたＷＮｘ
薄膜の断面形状を示す。図６及び図７に示すように、Ｗ
Ｎｘ薄膜においてはＦラジカルによる横方向のエッチン
グが無視できない範囲にあり、アンダカットが若干改善
されているものの、ＷＮｘ薄膜の断面形状としては適切
でない。しかも、アンダカットに起因するＷＮｘ薄膜の
断面形状のばらつきが存在する。
【００５１】ＷＮｘ薄膜のパターンニング２ 図８はパターンニングされたＷＮｘ薄膜の走査型電子顕
微鏡写真であり、図８に解説用断面を示す。図８に示す
写真はＮ2が約３．８体積％の割合でＡｒ：Ｎ2の流量比
が調整されたスパッタガスが使用され形成されたＷＮｘ
薄膜の断面形状を示す。図８及び図９に示すように、Ｗ
Ｎｘ薄膜においてはＦラジカルによる横方向のエッチン
グが抑制され、側壁のアンダカットがほとんど存在しな
い。つまり、ＷＮｘ薄膜の側壁が基体１の表面に対して
実質的に垂直に形成され、しかもＷＮｘ薄膜の断面形状
にばらつきがない。ＷＮｘ薄膜の断面形状としては最適
である。
微鏡写真であり、図８に解説用断面を示す。図８に示す
写真はＮ2が約３．８体積％の割合でＡｒ：Ｎ2の流量比
が調整されたスパッタガスが使用され形成されたＷＮｘ
薄膜の断面形状を示す。図８及び図９に示すように、Ｗ
Ｎｘ薄膜においてはＦラジカルによる横方向のエッチン
グが抑制され、側壁のアンダカットがほとんど存在しな
い。つまり、ＷＮｘ薄膜の側壁が基体１の表面に対して
実質的に垂直に形成され、しかもＷＮｘ薄膜の断面形状
にばらつきがない。ＷＮｘ薄膜の断面形状としては最適
である。
【００５２】さらに、図１２にＷＮX薄膜の膜密度とス
パッタガスに混合されるＮ2濃度との関係を示す。図１
２に示すＷＮX薄膜は成膜圧力が２．６６Ｐａ、高周波
パワー密度が３．８２Ｗ／cm2、基板温度が室温、膜堆
積速度が２０ｍｉｎの各々の条件下において形成され
る。ＷＮX薄膜の形成においてスパッタガスに混入され
るＮ2濃度が３．８体積％以上になると膜密度が１６．
２ｇ／cm3以下に低くなり、Ｘ線吸収率が低下するので
Ｘ線露光用マスクの吸収体材料としては不適切になる。
従って、本実施例においてＸ線露光用マスクの吸収体と
してのＷＮX薄膜はスパッタガスのＮ2濃度を３．０〜
３．８体積％の範囲で設定することが好ましい。ＷＮｘ
薄膜に混入される窒素濃度としては２０原子パーセント
以下に相当する。
パッタガスに混合されるＮ2濃度との関係を示す。図１
２に示すＷＮX薄膜は成膜圧力が２．６６Ｐａ、高周波
パワー密度が３．８２Ｗ／cm2、基板温度が室温、膜堆
積速度が２０ｍｉｎの各々の条件下において形成され
る。ＷＮX薄膜の形成においてスパッタガスに混入され
るＮ2濃度が３．８体積％以上になると膜密度が１６．
２ｇ／cm3以下に低くなり、Ｘ線吸収率が低下するので
Ｘ線露光用マスクの吸収体材料としては不適切になる。
従って、本実施例においてＸ線露光用マスクの吸収体と
してのＷＮX薄膜はスパッタガスのＮ2濃度を３．０〜
３．８体積％の範囲で設定することが好ましい。ＷＮｘ
薄膜に混入される窒素濃度としては２０原子パーセント
以下に相当する。
【００５３】ＷＮX薄膜のパターンニング３ 図１０はパターンニングされたＷＮｘ薄膜の走査型電子
顕微鏡写真であり、図１１に解説用断面を示す。図１０
に示す写真はＮ2が約５．７体積％の割合でＡｒ：Ｎ2の
流量比が調整されたスパッタガスが使用され形成された
ＷＮｘ薄膜の断面形状を示す。図１０及び図１１に示す
ように、ＷＮX薄膜においてはＦラジカルによる横方向
のエッチングがほぼ完全に抑制され、横方向のエッチン
グ速度がかなり遅くなる（窒素の混入量が増加するとエ
ッチングレートが遅くなる）ので、側壁のアンダカット
が存在しない。つまり、ＷＮX薄膜の側壁が基体１の表
面に対して垂直に形成され、しかもＷＮX薄膜の断面形
状にばらつきがない。ＷＮX薄膜の断面形状としては最
適であるが、Ｘ線吸収率が低下するのでＸ線露光用マス
クの吸収体材料としては不適切である。
顕微鏡写真であり、図１１に解説用断面を示す。図１０
に示す写真はＮ2が約５．７体積％の割合でＡｒ：Ｎ2の
流量比が調整されたスパッタガスが使用され形成された
ＷＮｘ薄膜の断面形状を示す。図１０及び図１１に示す
ように、ＷＮX薄膜においてはＦラジカルによる横方向
のエッチングがほぼ完全に抑制され、横方向のエッチン
グ速度がかなり遅くなる（窒素の混入量が増加するとエ
ッチングレートが遅くなる）ので、側壁のアンダカット
が存在しない。つまり、ＷＮX薄膜の側壁が基体１の表
面に対して垂直に形成され、しかもＷＮX薄膜の断面形
状にばらつきがない。ＷＮX薄膜の断面形状としては最
適であるが、Ｘ線吸収率が低下するのでＸ線露光用マス
クの吸収体材料としては不適切である。
【００５４】以上の説明においてはＸ線露光用マスクの
吸収体としてＷＮX薄膜が使用されるが、本発明は吸収
体として同等の特性を有するＷの混合物、具体的にはＴ
ｉ−Ｗ薄膜に窒素を混入してもよい。また、Ｘ線露光用
マスクの吸収体として使用されるＴａ薄膜についても同
様に窒素を混入することが考えられる。
吸収体としてＷＮX薄膜が使用されるが、本発明は吸収
体として同等の特性を有するＷの混合物、具体的にはＴ
ｉ−Ｗ薄膜に窒素を混入してもよい。また、Ｘ線露光用
マスクの吸収体として使用されるＴａ薄膜についても同
様に窒素を混入することが考えられる。
【００５５】さらに、本発明においてはＷ薄膜等に混入
する窒素に代えて酸素が使用できる。つまり、本発明に
おいては、例えば予めＷＯy薄膜が形成され、このＷＯy
薄膜に加速されたイオン及びラジカルの双方でエッチン
グが行われる。
する窒素に代えて酸素が使用できる。つまり、本発明に
おいては、例えば予めＷＯy薄膜が形成され、このＷＯy
薄膜に加速されたイオン及びラジカルの双方でエッチン
グが行われる。
【００５６】このように本実施例においては以下の効果
が得られる。
が得られる。
【００５７】第１に、パターンニング前に予めＷ又はＷ
の混合物に自然に混入されるよりも多くの窒素、酸素が
積極的に混入され、非晶質構造を有するＷＮX、Ｗ混合
物の窒化物、ＷＯy又はＷ混合物の酸化物からなる薄膜
２が形成される。この薄膜２に適量に混入された窒素又
は酸素はパターンニング時に発生するラジカルでのエッ
チングの進行を抑制する。つまり、薄膜２のパターンニ
ングには加速されたイオンでのエッチングが支配的にな
るので、パターンニングされた薄膜２の側壁に発生する
アンダカットが減少され、パターンニングに高い異方性
が得られる。すなわち、薄膜２のパターンニングにおい
ては高い異方性が得られるので薄膜２の側壁に保護膜を
形成する必要がなくなり、さらに室温において高い異方
性が得られるので冷却システムが不要にできる。前記薄
膜２の側壁に保護膜を形成する必要がなくなるとＣＨＦ
3の使用がなくなり、形成プロセスに安全性が高い窒素
又は酸素が使用できる。しかも、窒素又は酸素はコスト
が安い。一方、薄膜２に混入される窒素、酸素の量が増
加するとセラミック状態になり、加速されたイオンでの
エッチングができなくなるので、薄膜２に混入される窒
素、酸素の量はエッチングできる範囲に抑えられる。
の混合物に自然に混入されるよりも多くの窒素、酸素が
積極的に混入され、非晶質構造を有するＷＮX、Ｗ混合
物の窒化物、ＷＯy又はＷ混合物の酸化物からなる薄膜
２が形成される。この薄膜２に適量に混入された窒素又
は酸素はパターンニング時に発生するラジカルでのエッ
チングの進行を抑制する。つまり、薄膜２のパターンニ
ングには加速されたイオンでのエッチングが支配的にな
るので、パターンニングされた薄膜２の側壁に発生する
アンダカットが減少され、パターンニングに高い異方性
が得られる。すなわち、薄膜２のパターンニングにおい
ては高い異方性が得られるので薄膜２の側壁に保護膜を
形成する必要がなくなり、さらに室温において高い異方
性が得られるので冷却システムが不要にできる。前記薄
膜２の側壁に保護膜を形成する必要がなくなるとＣＨＦ
3の使用がなくなり、形成プロセスに安全性が高い窒素
又は酸素が使用できる。しかも、窒素又は酸素はコスト
が安い。一方、薄膜２に混入される窒素、酸素の量が増
加するとセラミック状態になり、加速されたイオンでの
エッチングができなくなるので、薄膜２に混入される窒
素、酸素の量はエッチングできる範囲に抑えられる。
【００５８】第２に、前記Ｗに窒素が１０原子パーセン
ト以上２０原子パーセント以下の範囲で混入された非晶
質構造を有する薄膜２が形成される。この範囲で窒素が
混入されたＷＮX薄膜はＸ線吸収率に優れ、Ｘ線露光用
マスクの吸収体として使用ができる。すなわち、高い異
方性で形成されパターン転写率が高く、かつＸ線吸収率
に優れたＸ線露光用マスクが形成できる。
ト以上２０原子パーセント以下の範囲で混入された非晶
質構造を有する薄膜２が形成される。この範囲で窒素が
混入されたＷＮX薄膜はＸ線吸収率に優れ、Ｘ線露光用
マスクの吸収体として使用ができる。すなわち、高い異
方性で形成されパターン転写率が高く、かつＸ線吸収率
に優れたＸ線露光用マスクが形成できる。
【００５９】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種
々変更できる。
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種
々変更できる。
【００６０】例えば、本発明は前記薄膜２に窒素及び酸
素の双方を混入してもよい。また、本発明は、Ｘ線露光
用マスク以外にも光励起プロセスで使用されるステンシ
ルマスク、詳細にはこのステンシルマスクの吸収体に適
用できる。前記ステンシルマスクにおいては吸収体の腐
食の防止を目的として吸収体の表面に保護膜例えばＡｕ
薄膜がコーティングされる。また、本発明は、単にエッ
チングマスクだけに適用できるのではなく、不純物導入
マスクにも適用できる。さらに、本発明は、Ｘ線露光用
マスク等のマスク以外に半導体デバイスで使用されるＷ
薄膜、Ｔｉ−Ｗ薄膜のパターンニングに適用できる。こ
れらの薄膜は配線、バリア層等に使用される。
素の双方を混入してもよい。また、本発明は、Ｘ線露光
用マスク以外にも光励起プロセスで使用されるステンシ
ルマスク、詳細にはこのステンシルマスクの吸収体に適
用できる。前記ステンシルマスクにおいては吸収体の腐
食の防止を目的として吸収体の表面に保護膜例えばＡｕ
薄膜がコーティングされる。また、本発明は、単にエッ
チングマスクだけに適用できるのではなく、不純物導入
マスクにも適用できる。さらに、本発明は、Ｘ線露光用
マスク等のマスク以外に半導体デバイスで使用されるＷ
薄膜、Ｔｉ−Ｗ薄膜のパターンニングに適用できる。こ
れらの薄膜は配線、バリア層等に使用される。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果が得られる。
以下の効果が得られる。
【００６２】（１）保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化できる薄膜のパターンニング
方法が提供できる。
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化できる薄膜のパターンニング
方法が提供できる。
【００６３】（２）保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化でき、しかもＸ線吸収率が優
れたＸ線露光用マスクの形成方法が提供できる。
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化でき、しかもＸ線吸収率が優
れたＸ線露光用マスクの形成方法が提供できる。
【図１】本発明に係るＸ線露光用マスクの形成方法を説
明する第１工程におけるＸ線露光用マスクの断面図であ
る。
明する第１工程におけるＸ線露光用マスクの断面図であ
る。
【図２】第２工程におけるＸ線露光用マスクの断面図で
ある。
ある。
【図３】第３工程におけるＸ線露光用マスクの断面図で
ある。
ある。
【図４】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】前記図４に示す走査型電子顕微鏡写真の解説用
断面図である。
断面図である。
【図６】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図７】前記図６に示す走査型電子顕微鏡写真の解説用
断面図である。
断面図である。
【図８】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図９】前記図８に示す走査型電子顕微鏡写真の解説用
断面図である。
断面図である。
【図１０】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図であ
る。
る。
【図１１】前記図１０に示す走査型電子顕微鏡写真の解
説用断面図である。
説用断面図である。
【図１２】薄膜の膜密度とスパッタガスに混合されるガ
ス濃度との関係を示す図である。
ス濃度との関係を示す図である。
【図１３】従来のＸ線露光用マスクの形成方法を説明す
る第１工程におけるＸ線露光用マスクの断面図である。
る第１工程におけるＸ線露光用マスクの断面図である。
【図１４】第２工程におけるＸ線露光用マスクの断面図
である。
である。
【図１５】従来のＸ線露光用マスクの他の形成方法を説
明する所定工程におけるＸ線露光用マスクの断面図であ
る。
明する所定工程におけるＸ線露光用マスクの断面図であ
る。
１ 基体 ２ 薄膜 ３ エッチングマスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−22391（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105320（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−135157（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−234961（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136103（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23F 1/00 - 4/04 G03F 1/16 H01L 21/027
Claims (5)
- 【請求項１】 以下の工程（１）及び（２）を備えたこ
とを特徴とする薄膜パターンニング方法。 （１）Ｗ又はＷの混合物に薄膜を形成する系内で自然に
混入されるよりも多くかつ工程（２）でエッチングでき
る範囲において窒素、酸素のいずれかが１０原子パーセ
ント以上３０原子パーセント以下の範囲で混入され、非
晶質構造を有する薄膜を基体表面上に形成する工程。 （２）薄膜をパターンニングする系内で前記薄膜の一部
の領域に加速されたイオン及びラジカルの双方で異方性
エッチングを行い、前記薄膜をパターンニングする工
程。 - 【請求項２】 請求項１に記載される薄膜パターンニン
グ方法において、 前記Ｗに窒素が１０原子パーセント以上２０原子パーセ
ント以下の範囲で混入された非晶質構造を有する薄膜が
形成されることを特徴とする薄膜パターンニング方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載される薄膜パターンニン
グ方法において、 前記パターンニングされた薄膜がＸ線露光用マスクとし
て使用されることを特徴とする薄膜パターンニング方
法。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３に記載されるいず
れかの薄膜のパターンニング方法において、前記薄膜が
以下の条件（１）乃至条件（３）で形成されることを特
徴とする薄膜パターンニング方法。 （１）前記薄膜が高周波マグネトロンスパッタで堆積さ
れる。 （２）前記高周波マグネトロンスパッタにおいてＡｒに
Ｎ2、Ｏ2のいずれかが混合されたスパッタガスが使用さ
れ、Ｗ又はＷの混合物の堆積中に窒素、酸素が混入され
る。 （３）基板温度が室温に設定される。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４に記載されるいず
れかの薄膜パターンニング方法において、前記薄膜が以
下の条件（１）乃至条件（３）でパターンニングされる
ことを特徴とする薄膜パターンニング方法。 （１）前記薄膜がＥＣＲエッチングでエッチングされ
る。 （２）前記ＥＣＲエッチングにおいてＳＦ6を主成分と
するエッチングガスが使用される。 （３）基板温度が室温に設定される。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081194A JP3322476B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 薄膜パターンニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081194A JP3322476B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 薄膜パターンニング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07258869A JPH07258869A (ja) | 1995-10-09 |
| JP3322476B2 true JP3322476B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=12869155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5081194A Expired - Fee Related JP3322476B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 薄膜パターンニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3322476B2 (ja) |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP5081194A patent/JP3322476B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07258869A (ja) | 1995-10-09 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |