JPH10198023A - Ｘ線露光マスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０．２μｍ以下の微細なパターンを形成する
のに十分な薄い、例えば５０ｎｍ以下の膜厚においても
エッチングマスクの応力を充分低く抑え、好ましくは応
力のほとんどないエッチングマスクを用いて、高精度の
パターン転写用Ｘ線露光マスクを提供する。 【解決手段】 Ｘ線露光マスクの製造において、ハード
マスクを成膜する際、スパッタターゲットをＣｒとしア
ルゴンガスに少なくとも１０％の窒素を混合して４〜２
５mTorrの圧力範囲で成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上に
微細な集積回路パターンを形成する微細加工に用いられ
るパターン転写用のＸ線露光マスクの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路を作製するには、半導体
ウエハ上に各種の集積回路パターンを繰り返し形成する
必要がある。従来、この種のパターン形成には、予め集
積回路パターンをマスク上に形成しておき、光学的な転
写により上記パターンを半導体ウエハ上に一括転写する
方法が用いられている。転写によるパターン形成は、多
くの図形パターンを一括して形成できるため、パターン
形成効率が高いという特徴を有する。

【０００３】ところで、最近の集積回路の進歩により、
集積回路パターンは複雑かつ微細化しており、より一層
の高集積パターン形成が必要となっている。そして集積
回路のパターンの線幅が０．３５〜０．５μｍの転写に
は紫外線を用いてマスク上のパターンを縮小してウエハ
上に転写する縮小型転写装置（ステッパ）が用いられる
に至っている。また、更に微細な０．２〜０．３５μｍ
幅のパターン転写にはエキシマレーザ光源を用いたステ
ッパ、更に０．２μｍ幅以下のパターンにはＸ線を光源
に用いて等倍で転写するＸ線リソグラフィー法がある。

【０００４】このＸ線リソグラフィー法では、従来用い
られているガラスレチクルではなく、Ｘ線露光マスクが
用いられている。このＸ線露光マスクは、配線パターン
の５倍のレチクルとは異なり、等倍で形成するため、Ｘ
線露光マスクのパターンの寸法精度、位置精度がそのま
ま形成されるデバイスの精度になるため、より微細なパ
ターンを正確なパターン位置に作ることが要求されてい
る。より微細なパターンを位置精度良く作製するために
は、従来のレジストパターンを直接エッチングマスクと
してＸ線吸収体をエッチングすることは非常に困難にな
っており、エッチングするためのハードマスクが必要不
可欠となっている。しかしながら、正確な位置にパター
ンを作製するためには、Ｘ線吸収体のみならずエッチン
グのためのハードマスクにも低応力化が要求されること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来このようなハード
マスクにはＣｒが主に用いられており、主にスパッタ法
にて形成されていた。しかしながら、Ｃｒハードマスク
をスパッタ法で成膜すると大きな応力が生じてしまうと
いう欠点があった。つまり、図１に示すように、スパッ
タガスとしてＡｒを３．５ｍＴｏｒｒとした条件では、
Ｃｒの膜厚を薄くするに従って応力が増加し、ハードマ
スクとして用いる１００ｎｍ以下、特に５０ｎｍ以下で
はその増加が顕著となっている。

【０００６】ところで、特開平３−３６２５９号公報に
は、絶縁基板上にスパッタ法でＣｒを成膜する際に、
０．１〜１０％窒素を含有したアルゴンガスをスパッタ
ガスとして用いるＣｒ薄膜の製造方法が開示されてい
る。この方法で得られるＣｒ薄膜は低応力、かつ低抵抗
であることが開示されている。

【０００７】しかしながら、この方法では液晶ディスプ
レイ等の配線材料として２００ｎｍと比較的厚い膜を得
ることを目的としており、本発明が目的とするＸ線露光
マスクでは、ハードマスクの膜厚を２００ｎｍと厚くす
ると、充分なエッチングレートを確保するためには、レ
ジストを厚くしなければならず、ひいては０．２μｍ以
下の微細なレジストパターンが形成できないという問題
がある。従って、より膜厚の薄いハードマスクを形成す
る必要があるが、前記の方法では窒素の混合量が少ない
ため、応力を制御する場合の圧力制御が困難である。

【０００８】つまり、図２に示すように、Ｃｒ層の応力
はＡｒ圧により圧縮方向から引っ張り方向へ急激に変化
しており、応力をほぼ０に保つには極めて厳密に圧力を
制御する必要があった。

【０００９】本発明の目的は、０．２μｍ以下の微細な
パターンを形成するのに十分な薄い、例えば５０ｎｍ以
下の膜厚においてもエッチングマスクの応力を充分低く
抑え、好ましくは応力のほとんどないエッチングマスク
を用いて、高精度のパターン転写用Ｘ線露光マスクを、
厳密な圧力制御を必要としない簡便な方法で提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するべく鋭意検討した結果、Ｘ線露光マスクの製造
において、ハードマスクを成膜する際、スパッタターゲ
ットをＣｒとしアルゴンガスに少なくとも１０％の窒素
を混合して成膜することにより、広い圧力範囲で低応力
のＣｒＮ膜が形成できることを見出し本発明を完成する
に至った。

【００１１】すなわち本発明は、少なくともＸ線吸収体
のエッチングのためのハードマスクの形成工程を含むＸ
線露光マスクの製造方法において、該ハードマスクとし
て、スパッタターゲットにＣｒを用い、スパッタガスに
少なくとも１０％の窒素を混合したアルゴンガスを用い
て４〜２５ｍＴｏｒｒの圧力範囲にてスパッタ法により
成膜したＣｒＮ膜を用いることを特徴とするＸ線露光マ
スクの製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】スパッタガスとしてアルゴンのみ
を用いてＣｒを成膜する場合、低圧力領域で圧縮応力か
ら引っ張り応力に急激に変化するために圧力による応力
制御が困難であったが、本発明では、通常のスパッタ装
置にてＣｒを成膜する際、スパッタガスに少なくとも１
０％の窒素を混合したアルゴンガスを用いることによ
り、ＣｒＮ膜が形成され、スパッタガス圧により圧縮応
力から引っ張り応力に変化するスロープの傾きが緩やか
となることで、応力の制御性が向上する。これは、窒素
をスパッタガスに混入することによりガス圧力に対する
応力が全体的に圧縮側にシフトし、変化の緩やかな範囲
でちょうど０応力を横切るようになるためである。窒素
の混入割合が１０％より少ないと、応力変化の傾きが急
峻となり圧力制御が難しくなる。一方、上限については
特に規定されないが、形成される膜の応力やハードマス
クとしての特性を考慮して適宜決定すれば良い。一般的
には、５０％程度である。

【００１３】窒素の混入量は形成するハードマスクの膜
厚により適宜最適な応力変化スロープが得られるよう上
記の範囲内で選択すればよい。すなわち、より薄い膜厚
のハードマスクを形成するためにはより多くの窒素を混
入するようにすれば、応力変化の緩やかな範囲がほぼ同
様の圧力範囲で得られるようになる。

【００１４】本発明により形成されるハードマスクの膜
厚としては１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下で
ある。下限については特に規定されないが、ハードマス
クとしての機能を十分に果たすためには少なくとも２０
ｎｍ有することが好ましい。Ｘ線露光マスクの形成は、
従来公知の方法を用いることができる。つまり、マスク
支持体上にＸ線透過支持膜を減圧ＣＶＤ法などにより成
膜し、その上にスパッタリング法などを用いてＸ線吸収
体層を成膜する。そしてこのＸ線吸収体層の上に本発明
によるハードマスク層を形成する。更にハードマスク層
上にレジストを塗布し、電子ビームを用いた描画装置な
どにより露光し、パターニングする。次にこのレジスト
パターンをマスクとしてハードマスク層をエッチングす
る。ハードマスクに所定のパターンが形成された後、レ
ジストを除去し、得られたハードマスクパターンをマス
クとしてスパッタエッチングなどの手法によりＸ線吸収
体層をパターニングする。最後にハードマスクを除去す
ることによりＸ線露光マスクが完成する。しかしなが
ら、本発明は上記の方法のみに限定されるものではな
く、Ｘ線露光マスクの製造過程において、ハードマスク
を必要とする製造方法のいずれに採用することができ
る。

【００１５】ここで、Ｘ線露光マスクの構成材料である
支持体、Ｘ線透過支持膜、Ｘ線吸収体層としては、従来
公知の材料が使用できる。例えば支持体としてはシリコ
ン基板などが使用できる。また支持体にはマスク部に開
口を有するものが使用される。Ｘ線透過支持膜は支持体
上に設置され、前記開口部に設けられるＸ線吸収体パタ
ーンを支持するもので、Ｘ線透過性の材料が使用され
る。例えば、珪素、窒化珪素、炭化珪素などからなる薄
膜が使用できる。Ｘ線吸収体としては、通常用いられて
いるＸ線吸収能を有する、例えば、タングステン、タン
タル、金など重金属材料が使用できる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に示す
が、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜本発
明の範囲内で変更できるものである。

【００１７】実施例１ 通常の手段により、支持体上にＸ線透過支持膜、Ｘ線吸
収体層を形成する。次にこれをＲＦスパッタ装置（アネ
ルバ製、ＳＰＦ−５３０Ｈ）内に設置して、４Ｎ６イン
チ、３ｍｍ厚のＣｒターゲット、スパッタパワー８００
Ｗでスパッタリングを行った。この時、スパッタガスと
してアルゴンを１００ｓｃｃｍ、窒素を４５ｓｃｃｍの
流量で装置内に導入し、基板加熱を行わずにスパッタリ
ングを行い、膜厚５０ｎｍのＣｒＮ膜を形成した。ガス
圧を種々変化させて成膜したところ、図３に示すように
４〜２５ｍＴｏｒｒでＣｒＮ膜の応力は緩やかに圧縮応
力から引っ張り応力に変化し、１１ｍＴｏｒｒでほぼ０
応力となった。この時、得られたＣｒＮ膜のシート抵抗
は１．５オーム／□であった。

【００１８】このようにして形成されたＣｒＮ膜上にレ
ジストを塗布し、パターニングした後、このレジストパ
ターンをマスクとしてＣｒＮ膜をエッチングする。レジ
ストパターンを除去した後、パターン化されたＣｒＮ膜
をハードマスクとしてＸ線吸収体層をパターニングし、
最後にＣｒＮ膜を除去してＸ線露光マスクを完成する。

【００１９】なお、上記の方法では、アルゴンガスに反
応性スパッタガスとして装置内で窒素を混合している
が、もともと、アルゴンに窒素を混合したガスを用いて
も同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、アルゴンガスのみ
をスパッタガスとして用いてＣｒ膜を形成する従来法で
は、応力を制御するための圧力制御が困難であったが、
本発明によれば、極めて低応力のＣｒＮ膜がある程度圧
力変動しても得られることから、圧力制御が容易とな
り、圧力制御系に掛かる負担を軽減することができる。

【００２１】また、通常のＣｒ膜では１６オーム／□の
シート抵抗であったものが、１．５オーム／□のシート
抵抗と更に改善され、電子ビームを用いたパターン描画
時にチャージアップを生じず、よりパターン位置精度を
向上することができる。

【００２２】さらにＣｒ単体の場合には成膜により結晶
粒界が生じ、微細パターン形成の妨げになっていたが、
本発明で形成されるＣｒＮ膜はアモルファス構造であ
り、結晶構造が生じないことから、微細パターン形成に
都合が良く、従来よりも微細なパターンを高精度に形成
できるため、これをハードマスクとして形成したＸ線露
光マスクは従来のＣｒを用いたマスクと比較してより高
精度のパターンとなり、半導体集積回路の一層の高密度
化、高精度化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｒ薄膜の膜厚と応力との関係を示すグラフで
ある。

【図２】膜厚５０ｎｍのＣｒ層形成の際のアルゴン圧力
と膜応力の関係を示すグラフである。

【図３】膜厚５０ｎｍの層形成の際にアルゴンに窒素を
添加した場合のガス圧力と膜応力の関係を示すグラフで
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともＸ線吸収体のエッチングのた
   めのハードマスクの形成工程を含むＸ線露光マスクの製
   造方法において、該ハードマスクとして、スパッタター
   ゲットにＣｒを用い、スパッタガスに少なくとも１０％
   の窒素を混合したアルゴンガスを用いて４〜２５ｍＴｏ
   ｒｒの圧力範囲にてスパッタ法により成膜したＣｒＮ膜
   を用いることを特徴とするＸ線露光マスクの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法で得られたＸ線露
   光マスク。