JPH0410616A

JPH0410616A - Ｘ線マスクの製造方法

Info

Publication number: JPH0410616A
Application number: JP2114037A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kaneda; 金田　和博
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-14
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JP2883400B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、Ｘ線リソグラフィに用いるＸ線マスクの製造
方法、特にｒｆマグネトロンスパッタ法によってＸ線吸
収体を形成するものに関する。

［従来の技術］ＬＳＩの加工寸法の微細化に伴ない、次世代ＬＳＩの製
造手段としてＸ線リソグラフィが有望視されている。そ
して、このＸ線リソグラフィの実用化においては、これ
に用いるＸ線マスクを十分な精度をもって作成すること
が必要となる。

従来のＸ線マスクの製造方法においては、厚さ数ｍｍ程
度のシリコン単結晶（Ｓｉ）基板上にＸ線を透過する支
持膜を形成した後、この支持膜上に厚さ１μｍ程度のＸ
線吸収体の膜を形成し、これをエツチングしてＸ線吸収
体のパターンを形成している。

ここで、支持膜の材料としてはＸ線リソグラフィに用い
られる数人〜数１０人の波長範囲においてＸ線透過率の
よい窒化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｎ）　、窒化硼素（ＢＮ）
、炭化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｃ）等が用いられる。

一方、Ｘ線吸収体としては、タンタル、金等金属も利用
されるが、Ｘ線の吸収特性等の理由がらタングステン（
Ｗ）か好適である。そして、このＷ膜の支持膜上への形
成にはｒｆマグネトロンスパッタ法が利用される。

ここで、支持膜状にＷ膜を形成した場合、付着の状況に
応じてＸ線吸収体に引張りあるいは圧縮の内部応力が働
く。このような内部応力が大きくなると、パターンの精
度を充分高いものに維持できなくなるため、内部応力は
できるだけ小さいことが好ましい。０．２〜０．３μｍ
の微細な、＜タンを精度よく形成するためには、内部応
力σは５　Ｘ　１０　”　ｄｙｎｅ／ｃｍ２程度以下と
する必要があるといわれている。

一方、ｒｆマグネトロンスパッタ法によって形成した金
属膜の内部応力はその雰囲気の放電ガス（Ａｒ）圧力に
より変化することが知られていおり、ガス圧力の調整に
より内部応力を制御できる。

ところが、Ｗ膜の内部応力の変化は、ガス圧力の変化に
対し非常に大きい。このため、Ｗ膜の場合には、ガス圧
の変更によって内部応力を制御することは非常に難しか
った。

このような内部応力を改善する方法として、ｒｆマグネ
トロンスパッタ法の雰囲気に若干の酸素を混入し、ＷＯ
ｘ膜を形成することが提案されている。すなわち、雑誌
ｒ　ＭｊｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ　Ｇ　　（１８９７）　　ｐｐ２５９〜ｐｐ２６
４　ＥｌｓｅｖｊｅｒＳｃｉｅｎｃｅ　Ｐｕｂｌｉｓｈ
ｅｒｓ　Ｂ、Ｖ、（Ｎｏｒｔｈ−１１ｏ１１ａｎｄ）　
Ｊには、０．２〜１％程度酸素を混入することにより、
ＷＯｘ膜を生成し、ＷＯｘ膜の内部応力を制御すること
が示されている。

［発明が解決しようとする課題］このように、従来よりＸ線吸収体について各種の提案が
あり、ある程度の改善が図られている。

しかし、Ｘ線リングラフィ達成のためには、さらに精度
の高いＸ線吸収体のパターン形成が望まれている。そこ
で、ｒｆマグネトロンスパッタ法によるＸ線吸収体膜の
形成について、研究したところ、Ｘ線吸収体の構造に問
題があることが発見された。

すなわち、Ｘ線吸収体（Ｗ）膜の結晶構造は基板温度、
Ａｒ圧力などにより異なるが、通常のＸ線マスクの製造
のためのｒｆマグネトロンスパッタ法の場合は、基板温
度がその融点温度に比べて低く、雰囲気圧力もそれ程高
くない。このため、Ｗ膜は第９図の電子顕微鏡写真に示
すように、構造か厚み方向に拡がりながら伸びるテーバ
柱状となる。そして、このような粗い構造であると、エ
ツチング等の際に、この構造に起因する割れが生じ、境
界のがギザギザになり、パターンの精度が劣化する。従
って、精度の高いＸ線リソグラフィを達成できなくなる
。

本発明は、上記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、内部応力を非常に小さくできると共に
、構造が密で精度の高いパターンを形成することができ
るＸ線マスクの製造方法に関する。

［課題を解決するための手段］本発明に係るＸ線マスクの製造方法は、Ｘ線吸収体を構
成する物質を放出するターゲットとしてタングステンを
用いるとともに、雰囲気の酸素分圧を５〜１０％に設定
して支持膜上にＸ線吸収体としてのタングステンの膜を
形成することを特徴とする。

［作用］Ｓｉ等の基板上にＳｉＮ等のＸ線を透過する支持膜を形
成し、この支持膜上にタングステン酸化物から成るＸ線
吸収体の膜を形成する。このＸ線吸収体膜の形成は雰囲
気の放電ガスに酸素を５〜１０％混入し、ｒｆマグネト
ロンスパッタ法を用い行う。従って、形成されるタング
ステン膜はＷＯｘとなるが、このように条件で形成され
たＷＯｘ膜は、その構造が非常に緻密である。このため
、これをエツチングしてパターン形成する際の加工精度
を向上することができ、高精度のパタンを形成すること
ができる。そこで、サブミクロンオーダのＸ線リソグラ
フィを達成することができる。

［実施例］以下、本発明の実施例に係るＸ線マスクの製造方法につ
いて説明する。

第１図は実施例のＸマスク製造に用いるｒｆマグネトロ
ンスパッタ法装置の構成図であり、チャンバー１は、内
部を減圧状態に保持できるように気密に形成されている
。このチャンバー１には真空ポンプ等からなる排気系が
調整バルブ２を介し接続されており、この排気系によっ
てチャンバ内の気体を排出する。また、チャンバー１に
は高真空用の電離真空計（ＩＧ）３、低真空用の隔膜真
空計（ＤＧ）４が接続されており、チャンバー１内の圧
力を正確に測定する。そこで、これら真空計３，４の計
測値に基づいて調整バルブ２を制御することによって、
チャンバー１内を所定の圧力に保持することができる。

一方、チャンバー１には、放電ガスであるアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを貯留するＡｒ電源及び酸素（０２）ガス源６
が流量調整器（ＭＦＣ）７．８を介し接続されている。

従って、流量調整器７゜８の調整によって、Ａｒガス、
０２ガスが所定量ずつチャンバー１内に供給される。

そして、チャンバー１内には、ターゲット用電極９、基
板用電極１０が対向配置されており、このターゲット用
電極９にスパッタされる物質（Ｗ）のターゲット１１が
装着され、基板用電極１０には支持膜が形成された基板
１２が装着される。なお、シャッター１３は移動自在で
あり、このシャッターの１３の移動によって、ターゲッ
ト１１からスパッタされた物質を基板］２に飛来させる
か否かを制御することができる。

ターゲット用電極９と基板用電極１０は１３゜５６ＭＨ
ｚの高周波電源１４に接続されており、この高周波電源
１４によって画電極９，１０間に高周波電圧を印加する
。なお、マツチングボックス１５はインピーダンスマツ
チングを取るためのものである。

また、ターゲット用電極９のターゲット・１１の背部に
は永久磁石１４が埋め込まれており、画電極９，１０間
に生起される電場に直交する方向の磁場を印加する。

なお、基板用電極内部１０内には、成膜中の基板１２の
温度を所定の値に保持するためにヒータ１６が設けられ
ており、図示は省略したが、画電極９，１０内部には、
加熱を防止するために冷却水が循環できるようになって
いる。

このようなｒｆスパッタ装置によりＸ線吸収体（Ｗ）膜
を形成する場合には、ターゲット１］としてＷをセット
し、チャンバー１内にＡｒ及び０□を導入しつつ高周波
電圧を印加する。そして、この高周波電圧の印加によっ
て、画電極９，１０間にプラズマが生起され、ターゲッ
ト１１からスパッタされたＷが雰囲気の０２と共に基板
１２上に付着し、基板１２表面にＷＯｘ膜が形成される
。

このように、本発明においては、ｒｆマグネトロンスパ
ッタを行うチャンバー１内に酸素（０２）ガスを混入し
ている。そして、雰囲気のガス全圧（Ａｒ十〇　　）を
Ｉ　Ｘ　１０　　ｍＴｏｒｒとして０２ガスの混入率（
酸素分圧）゛を変化させて、Ｗ膜の結晶状態について観
察した。

実験条件パワー密度：　３．８２Ｗ／Ｃｍ２スパッタガス：　Ａ　ｒ　＋０２０２分圧：４〜２０％ガス圧（全圧）　　＋　ｌＸｌ０２Ｔｏｒｒ基板温度二
３００°Ｃ成膜時間；２５分この結果を第２図〜第４図の電子顕微鏡写真に示す。す
なわち、第２図〜第４図はそれぞれ酸素分圧５％、８，
３％、１１．７％の条件で形成されたＷＯｘ膜である。

８．３％条件では、断面、表面共に平坦で結晶構造が密
な膜が得られる。５％の条件では、表面が若干凸凹して
いるが、断面は平坦であり結晶構造はかなり改善されて
いる。

また、１１．７％の条件では、断面には若干の凹凸が生
じるとともに表面がかなり凸凹になっている。

これより、ＷＯｘ膜の表面の状態を滑らかなものとする
ためには０２分圧５〜１１％程度、断面の結晶状態を密
なものとするためには、０２分圧５〜１２％程度が必要
であることが理解される。

一方、第５図に示すように、ＷＯｘ膜の密度は０２分圧
の上昇に伴なって減少し、成膜速度（ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ　ｒａｔｅ　）は０２分圧１２％程度までは、０２
分圧の上昇と共に上昇する。そして、成膜速度は大きい
ほどよいため、０２分圧を上昇することによって、改良
されるが、密度か減少するとＸ線の吸収特性が劣化する
。そこで、０２分圧については、上限があると考えられ
る。膜中に取り込まれる０　量は０２分圧だけでなく、
全圧にも影響されるが、全圧も自由に設定できる訳では
ない。そこで、全圧の変化を考慮しても、０２分圧は１
０％以下にすることが必要であると考えられる。

このように、０２分圧は５〜１０％程度に設定すること
により結晶状態が密で密度がそれ程低くないＷＯｘ膜が
得られる。特に、０２分圧が８％程度の雰囲気において
ＷＯｘ膜を形成した場合には、結晶構造か非常に密であ
り、密度も１６ｇ／ｃｍ３とタンタル（１６ｇ／Ｃｍ３
）と同様である。

従って、この程度の０２分圧が非常に好ましいと考えら
れる。

そこで、このような０２分圧において、チャンバー１内
の全圧を変更し、内部応力σの変化について調べた。

実験条件０２分圧＝８，３％ガス圧カニ　１．　１−２．　２ｘ１０２Ｔｏｒｒこの
結果を第６図及び第７図に示す。第６図は全圧の変化に
対する内部応力の変化を示したものであり、これより全
圧を１．３〜１．８Ｘ１０２Ｔｏｒｒとすることによっ
て、内部応力を５×１０８ｄｙｎｅ／ｃｎ＋２以下に収
めることができる。一方、Ｗ膜においては同様の全圧変
化に対する内部応力の変化が非常に大きく、全圧の変更
によって内部応力を制御することは困難であることが理
解される。

また、第７図は成膜速度についてのものであり、これよ
うに全圧の上昇に伴ない成膜速度が上昇する。

これらの実験の結果より、０２分圧５〜１０％、全圧１
．３〜１．８　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒの条件において、
結晶構造が密であり、内部応力の小さなＷＯｘ膜を形成
することができることが理解される。

このため、このようなＷＯｘ膜を用いて、パターンを形
成することにより、微細なパターンを精度よく作製する
ことができ、好適なＸ線マスクを得ることができる。

第８図は本発明の製造方法により作製されたＸ線マスク
であり、Ｓｉ基板１７上には、支持膜１８を介しＸ線吸
収体（ＷＯｘ）のパターン１９が形成されている。そし
て、Ｓｉ基板１７の、このパターン１９の背部に対応す
る位置には、Ｘ線透過用の窓１７ａが形成されている。

従って、このＸ線マスクをＸ線リソグラフィに使用する
ことができる。

なお、ｒｆマグネトロンスパッタ装置により形成された
ＷＯｘ膜が形成された場合には、このＷＯｘ膜に対し、
エツチング処理を施してＸ線吸収体のパターンを形成し
てＸ線マスクを製作する。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明に係るＸ線マスクの製造方
法によれば、ｒｆマグネトロンスパッタを行う際の雰囲
気０２分圧を所定の範囲に設定することにより、構造が
密であり、かつ内部応力の小さなＸ線吸収体の膜を形成
することができる。

このため、微細なパターンを精度よく作製することがで
き、好適なＸ線マスクを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に適用されるｒｆマグネトロ
ンスパッタ装置の概略構成図、第２図〜第４図は実施例
により得られたＷ　Ｏｘ膜の金属組織の電子顕微鏡写真
。第５図は実施例における０２分圧の影響を示す特性図、第６図及び第７図は実施例における全圧の影響を示す特
性図、第８図は本発明の製造方法により製造されるＸ線マスク
の概略構成図、第９図はＷ膜の金属組織の電子顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】　ｒｆマグネトロンスパッタ法によってＸ線を透過する
支持膜上にＸ線吸収体のパターンを形成するＸ線マスク
の製造方法において、Ｘ線吸収体を構成する物質を放出するターゲットとして
タングステンを用いるとともに、スパッタを行う雰囲気
の酸素分圧を５〜１０％に設定することを特徴とするＸ
線マスクの製造方法。