JP7488147B2

JP7488147B2 - ハードマスク及びハードマスクの製造方法

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Publication number: JP7488147B2
Application number: JP2020131091A
Authority: JP
Inventors: 康司鈴木; 幸展沼田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: JP2022027215A

Description

本発明は、処理対象物に対して所定の処理を施す際に、処理対象物の表面に形成されてその処理範囲を制限するハードマスク及びハードマスクの製造方法に関する。

例えば、半導体デバイスの製造工程において、基板や基板表面に成膜された所定の薄膜（例えばＳｉＯ_２膜）に対してドライエッチング処理を施す工程があり、このとき、処理対象物の表面に例えばハードマスクを設けてドライエッチングの処理範囲が制限される。この種のハードマスクとして、ＴｉＮ膜等の第１金属膜とＷ膜（タングステン含有膜）等の第２金属膜との積層膜を用いることが一般に知られている（例えば特許文献１参照）。このものでは、スパッタリング法により処理対象物の表面にＴｉＮ膜とタングステン含有膜とを順次成膜し、その後に、例えばリソグラフィ技術等により所定の開口部がパターニング形成される。

このようなハードマスクには、ドライエッチング耐性を発揮する密度を持つだけでなく、処理対象物との密着性（言い換えると、ハードマスクを構成する各膜のストレスが小さい）が良く、しかも、後工程にて高精度で開口部をパターニング形成できることが要求される。然し、上記従来例のように、タングステン含有膜が、タングステン含有金属をターゲットとし、このターゲットをスパッタリングして成膜されていると、後工程で開口部をパターニング形成する際に、開口部の加工形状の悪化を招く場合があることが判明した。そこで、本願発明者らは、鋭意研究を重ね、加工形状の悪化がスパッタリング法により成膜されたタングステン含有膜の結晶粒が大きい（例えば平均粒径が５０ｎｍ以上）ことに起因することを知見するのに至った。

特開２０１４－７８５７９号公報

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、ドライエッチング耐性を発揮する密度を持つと共に処理対象物との密着性が良いという機能を損なうことなく、後工程にて加工形状の悪化を招くことなく開口部をパターニング形成できるようにしたタングステン含有膜を有するハードマスク及びハードマスクの製造方法を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、処理対象物に対して所定の処理を施す際に、処理対象物の表面に形成されてその処理範囲を制限する本発明のハードマスクは、下地層とこの下地層に積層されるタングステン含有膜とを有し、下地層は、タングステン含有膜が積層される面の表面粗さＲａが０．３５ｎｍ以下のものであることを特徴とする。

本発明において、前記下地層は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＷＮ膜及びＴｉＷＮ膜の中から選択される少なくとも１種で構成されることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、上記ハードマスクを製造する本発明のハードマスクの製造方法は、処理対象物の表面に下地層としてのＴｉＮ膜を成膜する第１工程と、下地層の表面にタングステン含有膜を成膜する第２工程とを含み、第１工程は、チタン製のターゲットと処理対象物とを配置した真空雰囲気の処理室内に、希ガスと窒素含有ガスとを導入し、ターゲットに電力投入して反応性スパッタリングによりＴｉＮ膜が成膜され、希ガスに対する窒素含有ガスの流量比を３．９以下に設定することを特徴とする。この場合、タングステン製のターゲットと処理対象物とを配置した真空雰囲気の処理室内に希ガスを導入し、ターゲットに電力投入してスパッタリングによりタングステン含有膜が成膜され、ターゲットに対する投入電力が４ｋＷ～８ｋＷの範囲内に設定されることが好ましい。

ここで、ハードマスクが、例えば、ターゲットをＴｉ、反応ガスを窒素とした反応性スパッタリングにより成膜した下地層としてのＴｉＮ膜と、ターゲットをＷとしたスパッタリングにより成膜したＷ膜との積層膜で構成される場合、後工程にて加工形状の悪化を招くことなく、開口部をパターニング形成できるようにするには、上記知見からすると、Ｗ膜を微結晶化（よりこのましくは、非結晶化）する必要性がある。これには、ＴｉＮ膜の表面粗さＲａを所定範囲内に調整して、Ｗ膜の成膜初期に、Ｗターゲットから飛散してＴｉＮ膜表面に付着するスパッタ粒子の移動を可及的に抑制し、スパッタ粒子が凝集して生成される核の数が多くなるようにすれば、これに積層されるＷ膜を微結晶化することができると考えられる。

そこで、本発明では、第１工程で希ガスに対する窒素含有ガスの流量比を３．９以下に設定することで、処理対象物の表面に表面粗さＲａが０．３５ｎｍ以下であるＴｉＮ膜を成膜することができる。そして、これにＷ膜を積層すると、そのＷ膜は、従来例のものと比較して微結晶化されることが確認された。結果として、ハードマスクの膜構成を変更するものではないため、ドライエッチング耐性を発揮する密度を持つと共に処理対象物との密着性が良いという機能は上記従来例のものと同等であり、Ｗ膜が微結晶化されていることで、後工程にて加工形状の悪化を招くことなく開口部をパターニング形成することができる。

本発明の実施形態のハードマスクを示す模式的断面図。本実施形態のハードマスクの製造方法を実施する、クラスターツールで構成されるスパッタリング装置を模式的に説明する図。図２に示す成膜室を模式的に説明する図。（ａ）は、本発明の効果を確認する発明実験１の結果を示すＦＩＢ－ＳＩＭ像であり、（ｂ）は、比較実験１の結果を示すＦＩＢ－ＳＩＭ像。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の効果を確認する発明実験２の結果を夫々示すＡＦＭ像であり、（ｃ）は、比較実験２の結果を示すＡＦＭ像。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の効果を確認する発明実験２の結果を夫々示す図であり、（ｃ）は、比較実験２の結果を示す図。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の効果を確認する発明実験３の結果を夫々示すＡＦＭ像であり、（ｃ）は、比較実験３の結果を示すＡＦＭ像。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の効果を確認する発明実験３の結果を夫々示すＳＥＭ像であり、（ｃ）は、比較実験３の結果を示すＳＥＭ像。本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。

以下、図面を参照して、処理対象物Ｓｗに対してドライエッチング処理を施す際に、処理対象物Ｓｗの表面に形成されてそのエッチング処理範囲を制限するハードマスクＨＭ及びその製造方法の実施形態について説明する。

図１を参照して、ハードマスクＨＭは、処理対象物Ｓｗの表面に成膜される下地層Ｌｙ１と、この下地層Ｌｙ１に積層されるタングステン含有膜Ｌｙ２とを有する。処理対象物Ｓｗとしては、シリコンウエハ等の基板や、基板表面に所定の薄膜（例えば、ＳｉＯ_２膜（ＴＥＯＳ膜）等の絶縁膜やＡｌ膜等の金属膜）が成膜されたものを用いることができる。下地層Ｌｙ１としては、処理対象物Ｓｗに対して高い密着性を有するものが用いられ、例えば、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＷＮ膜及びＴｉＷＮ膜の中から選択される１種を用いることができ、好ましくはＴｉＮ膜を用いることができる。また、タングステン含有膜Ｌｙ２としては、ドライエッチング耐性を発揮する密度（例えば１９ｇ／ｃｍ^３以上）を持つと共に、ＳｉＯ_２膜（ＴＥＯＳ）に対して高い選択比（例えば２００以上）を持つものが用いられ、例えば、Ｗ膜及びＷＮ膜から選択される１種を用いることができ、好ましくはＷ膜を用いることができる。下地層Ｌｙ１の膜厚は、例えば、１～３０ｎｍの範囲内に、また、タングステン含有膜Ｌｙ２の膜厚は、例えば、１００～３００ｎｍの範囲内に設定することができる。

ハードマスクＨＭには所定の輪郭を持つ開口部Ｏｐが公知のリソグラフィ技術によりパターニング形成され、この開口部Ｏｐの底部に露出する処理対象物Ｓｗの部分がドライエッチングされて、所望のエッチング形状に加工される。

ところで、タングステン含有膜Ｌｙ２の成膜方法としては、一般に、Ｗ製のターゲットを用いたスパッタリング法が利用されるが、タングステン含有膜Ｌｙ２をスパッタリング法により成膜すると、開口部Ｏｐの加工形状が悪化する場合がある。本発明者らの鋭意研究によれば、これは、スパッタリング法により成膜されたタングステン含有膜Ｌｙ２の結晶粒が大きいことに起因することを知見するのに至った。この知見からすると、タングステン含有膜Ｌｙ２を微結晶化（より好ましくは、非結晶化）する必要性がある。

そこで、本実施形態では、処理対象物Ｓｗの表面に成膜される下地層Ｌｙ１をその表面粗さＲａが０．３５ｎｍ以下のものとすることで、この下地層Ｌｙ１の表面にタングステン含有膜Ｌｙ２をスパッタリング法により成膜すると、そのタングステン含有膜Ｌｙ２は、従来例のものと比較して微結晶化されることが確認された。結果として、ハードマスクＨＭの膜構成を変更するものではないため、ドライエッチング耐性を発揮する密度を持つと共に処理対象物Ｓｗとの密着性が良いという機能は上記従来例のものと同等であり、タングステン含有膜Ｌｙ２が微結晶化されていることで、後工程にて加工形状の悪化を招くことなく開口部Ｏｐをパターニング形成することができる。以下、上記ハードマスクＨＭの製造方法の実施形態について、下地層Ｌｙ１をＴｉＮ膜とし、タングステン含有膜Ｌｙ２をＷ膜とする場合を例に説明する。尚、開口部Ｏｐの形成方法としては公知のリソグラフィ技術等を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

図２を参照して、ＳＭは、本実施形態のハードマスクＨＭの製造方法を実施する、クラスターツールで構成されるスパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは、搬送ロボットＲが配置される搬送室Ｔｃと、この搬送室Ｔｃを囲うように配置される成膜室Ｐｃ１，Ｐｃ２及びロードロック室Ｌｃとを備える。これら搬送室Ｔｃ、ロードロック室Ｌｃ、成膜室Ｐｃ１，Ｐｃ２には、真空ポンプユニット（図示省略する場合もある）に通じる排気管が夫々接続され、各室を真空排気できるようになっている。また、ロードロック室Ｌｃには、図示省略するベントガスラインが更に接続され、ロードロック室Ｌｃを大気圧までベントできるようになっている。搬送ロボットＲとしては、例えば、ロボットアーム１０ａと、ロボットアーム１０ａの先端に設けられて基板Ｓｗを保持するロボットハンド１０ｂとを有する、所謂フロッグレッグ式の公知のものを用いることができ、この搬送ロボットＲにより基板Ｓｗを各室の所定位置に搬送できるようになっている。また、搬送室Ｔｃとロードロック室Ｌｃ、成膜室Ｐｃ１，Ｐｃ２とは、仕切バルブＩｖを介してそれぞれ連結され、各室が相互に隔絶できるようになっている。ＴｉＮ膜Ｌｙ１を成膜する成膜室Ｐｃ１と、Ｗ膜Ｌｙ２を成膜する成膜室Ｐｃ２とは、ターゲット３の材料以外は同等の構造を有するため、以下、成膜室Ｐｃ１を代表して説明する。

図３も参照して、成膜室Ｐｃ１は、真空チャンバ１によって画成される。真空チャンバ１の底壁には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空ポンプユニットＰｕに通じる排気管１１が接続され、成膜室Ｐｃ１を真空排気できるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、マスフローコントローラ１２が介設されたガス管１３が接続され、真空雰囲気中の成膜室Ｐｃ１に希ガス（例えばアルゴンガス）と窒素ガスとを夫々所定流量で導入できるようになっている。以下においては、「上」「下」といった方向を示す用語は、図３に示す設置姿勢を基準として説明する。

真空チャンバ１の底部には、絶縁体Ｉ_１を介してステージ２が配置され、基板Ｓｗをその成膜面側を上にして位置決め保持できるようにしている。ステージ２は、加熱手段たるヒータ２１を内蔵し、図示省略の電源からヒータ２１に通電することで、成膜中に基板Ｓｗを所定温度に加熱できるようになっている。

真空チャンバ１の天井部にはカソードユニットＣが取付けられている。カソードユニットＣは、基板Ｓｗに対向して配置されるＴｉ製のターゲット３と、このターゲット３の上方に配置された磁石ユニット４とを有する。ターゲット３は、基板Ｓｗの輪郭に応じた形状（平面視円形）を有し、絶縁体Ｉ_２を介して真空チャンバ１に取り付けられたバッキングプレート３１の下面に装着されている。ターゲット３には、その材料に応じてＤＣ電源や所定周波数（例えば１５０ＫＨｚ～１３．５６ＭＨｚ）の高周波電源等のスパッタ電源Ｅからの出力が接続され、成膜時、ターゲット２に所定電力を投入できるようになっている。磁石ユニット４としては、ターゲット３のスパッタ面３ａの下方空間に磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面３ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット３から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の構造を有するものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。

上記スパッタリング装置ＳＭは、特に図示しないが、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段Ｃｔを有し、制御手段Ｃｔによりスパッタ電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ１２の稼働や真空ポンプユニットＰｕの稼働、磁石ユニット４の稼働等を統括制御するようにしている。

上記スパッタリング装置ＳＭのロードロック室Ｌｃに成膜前の基板Ｓｗを投入し、ロードロック室Ｌｃを所定の真空度まで真空排気すると、搬送ロボットＲにより基板Ｓｗをロードロック室Ｌｃから搬送室Ｔｃを介して真空雰囲気の成膜室Ｐｃ１に搬送し、基板Ｓｗをステージ２に受け渡す。成膜室Ｐｃ１内にスパッタガスとしてアルゴンガスと窒素ガスを１５～５０ｓｃｃｍ、２０～２００ｓｃｃｍの流量で夫々導入し（このとき、成膜室Ｐｃ１の圧力は０．１～３０Ｐａとなる）反応性スパッタリングにおける所謂遷移領域（金属モードから化合物モードに遷移する領域）に保持する。これと併せて、スパッタ電源Ｅからターゲット３に例えばＤＣ電力を５ｋＷ～５０ｋＷ投入する。スパッタリング中、ヒータ２１により基板Ｓｗが所定温度（１００～３００℃）に加熱される。これにより、真空チャンバ１内にプラズマ雰囲気が形成され、チタン製のターゲット３が反応性スパッタリングされる。このとき、希ガスに対する窒素含有ガスの流量比を３．９以下に設定することで、基板Ｓｗ表面に成膜されるＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面粗さＲａを０．３５ｎｍ以下にすることができる。

ＴｉＮ膜Ｌｙ１の成膜終了後、基板Ｓｗを成膜室Ｐｃ２に搬送し、ステージ２に受け渡す。成膜室Ｐｃ２にアルゴンガスを１００～２００ｓｃｃｍの流量で導入する（このとき、成膜室Ｐｃ２の圧力は０．１～３０Ｐａとなる）。これと併せて、スパッタ電源Ｅからターゲット３に負の電位を持つＤＣ電力を４ｋＷ～８ｋＷ投入する。これにより、真空チャンバ１内にプラズマ雰囲気が形成され、タングステン製のターゲット３がスパッタリングされる。スパッタリング中、ヒータ２１により基板Ｓｗは所定温度（室温（２０℃）～３５０℃）に加熱される。スパッタリングによりターゲット３から飛散したスパッタ粒子がＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面に付着、堆積することで、ＴｉＮ膜Ｌｙ１にＷ膜Ｌｙ２が成膜（積層）される。そのＷ膜Ｌｙ２は、上記従来例のものと比較して微結晶化（または非晶質化）されたものとなることが確認された。

Ｗ膜Ｌｙ２の成膜終了後、基板Ｓｗをロードロック室Ｌｃに搬送し、ロードロック室Ｌｃを大気圧までベントした後、基板Ｓｗを回収する。その後、後工程にて、公知のリソグラフィ技術等を用いて、Ｗ膜Ｌｙ２及びＴｉＮ膜Ｌｙ１に開口部Ｏｐがパターニング形成される。

以上説明したようにＴｉＮ膜Ｌｙ１の成膜時に導入される希ガスに対する窒素含有ガスの流量比を３．９以下に設定することで、表面粗さＲａが０．３５ｎｍ以下であるＴｉＮ膜Ｌｙ１を成膜することができる。この成膜されたＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面の潤滑性は小さいため、当該ＴｉＮ膜Ｌｙ１表面にＷ膜Ｌｙ２をスパッタリング法により成膜すると、当該ＴｉＮ膜Ｌｙ１表面におけるスパッタ粒子の移動は抑制される。その結果として、Ｗ膜Ｌｙ２の成膜当初にスパッタ粒子が凝集することで生成される核の数が多くなり、Ｗ膜Ｌｙ２は上記従来例のものと比較して微結晶化されたものとなる。このため、後工程で開口部Ｏｐをパターニング形成しても、開口部Ｏｐの加工形状の悪化を招かない。

次に、上記効果を確認するために、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて、以下の実験を行った。先ず、発明実験１では、処理対象物をΦ３００ｍｍのシリコンウエハの表面にＳｉＯ_２（ＴＥＯＳ）膜が１００ｎｍ成膜されたもの（以下「基板Ｓｗ」という）とし、成膜室Ｐｃ１のステージ２で基板Ｓｗを保持し（ステージ温度は３００℃）、成膜室Ｐｃ１にアルゴンガスと窒素ガスとを夫々流量１５ｓｃｃｍ、５８ｓｃｃｍで導入し（このときアルゴンガスに対する窒素ガスの流量比は３．９）、Ｔｉ製のターゲット３にＤＣ電力を１４ｋＷ投入してＴｉＮ膜Ｌｙ１を１０ｎｍ成膜した。ＴｉＮ膜Ｌｙ１が成膜された基板Ｓｗを成膜室Ｐｃ２のステージ２で保持し（ステージ温度は１００℃）、成膜室Ｐｃ２にアルゴンガスを流量１００ｓｃｃｍで導入し、Ｗ製のターゲット３にＤＣ電力を４ｋＷ投入してＷ膜Ｌｙ２を１００ｎｍ成膜した。Ｗ膜Ｌｙ２の表面を集束イオンビーム－走査イオン顕微鏡（ＦＩＢ－ＳＩＭ：Focused Ion Beam－Scanning Ion Microscope）により観察した結果を図４（ａ）に示す。これによれば、後述の比較実験１のもの（図４（ｂ）参照）と比較してＷ膜Ｌｙ２が微結晶化されていることが確認された。これは、Ｗ膜Ｌｙ２の比抵抗値が、後述の比較実験１での比抵抗値（９．８μΩｃｍ）よりも１桁高い２０．２μΩｃｍであることからも明らかである。

上記発明実験１に対する比較実験１では、基板Ｓｗの表面にＴｉＮ膜Ｌｙ１を成膜せずにＷ膜Ｌｙ２を直接成膜した。成膜したＷ膜Ｌｙ２の表面をＦＩＢ－ＳＩＭを用いて観察した結果を図４（ｂ）に示す。これによれば、上記発明実験１よりもＷ膜Ｌｙ２の結晶粒が大きいことが確認された。このＷ膜Ｌｙ２の比抵抗値を測定したところ、９．８μΩｃｍであった。

発明実験２では、基板Ｓｗを成膜室Ｐｃ１のステージ２で保持し、成膜室Ｐｃ１内にアルゴンガスを４５ｓｃｃｍの流量で導入し、チタン製のターゲット３にＤＣ電力を４ｋＷ投入して下地層としてＴｉ膜Ｌｙ１を３０ｎｍ成膜した。このＴｉ膜Ｌｙ１の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscopy）により観察した結果（ＡＦＭ像（凹凸像））を図５（ａ）に示す。このＴｉ膜Ｌｙ１の表面粗さＲａは０．３１ｎｍであった。このＴｉ膜Ｌｙ１の表面に上記発明実験１と同様にＷ膜Ｌｙ２を１００ｎｍ成膜し、このＷ膜Ｌｙ２の平均粒径をレーザ回折式粒度分布測定装置により測定した結果を図６（ａ）に示す。Ｗ膜Ｌｙ２の平均粒径は３１ｎｍであった。また、Ｗ膜Ｌｙ２の比抵抗値を測定したところ、上記発明実験１と同等（２０～２３μΩｃｍ）であった。これらの測定結果から、Ｗ膜Ｌｙ２が微結晶化されていることが判った。

また、ＴｉＮ膜Ｌｙ１の膜厚を３０ｎｍとする点を除き、上記発明実験１と同様にＴｉＮ膜Ｌｙ１を成膜し、その表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像）を図５（ｂ）に示す。このＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面粗さＲａは０．３５ｎｍであった。このＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面に上記発明実験１と同様にＷ膜Ｌｙ２を１００ｎｍ成膜し、このＷ膜Ｌｙ２の平均粒径を測定した結果を図６（ｂ）に示す。Ｗ膜Ｌｙ２の平均粒径は３２ｎｍであった。また、Ｗ膜Ｌｙ２の比抵抗値を測定したところ、上記発明実験１と同等（２０～２３μΩｃｍ）であった。これらの測定結果から、Ｗ膜Ｌｙ２が微結晶化されていることが判った。

上記発明実験２に対する比較実験２として、下地層Ｌｙ１を、ＷＳｉ膜５ｎｍとＴｉＮ膜３０ｎｍとの積層膜とした。ＷＳｉ膜の成膜条件は、ターゲット３をＷＳｉ製とし、アルゴン流量を１００ｓｃｃｍ、圧力を０．７Ｐａ、投入ＤＣ電力を４ｋＷ、基板温度を３００℃とした。その積層膜Ｌｙ１の表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像）を図５（ｃ）に示す。この積層膜Ｌｙ１の表面粗さＲａは０．４３ｎｍであった。上記発明実験１と同様にＷ膜Ｌｙ２を１００ｎｍ成膜し、このＷ膜Ｌｙ２の平均粒径を測定した結果を図６（ｃ）に示す。平均粒径は５９ｎｍであった。また、Ｗ膜Ｌｙ２の比抵抗値を測定したところ、上記比較実験１と同等の１１μΩｃｍであった。これらの測定結果から、下地層Ｌｙ１の表面粗さＲａが０．３５ｎｍより大きいと、Ｗ膜Ｌｙ２が微結晶化されないことが判った。

発明実験３では、アルゴンガスと窒素ガスの流量を夫々１５ｓｃｃｍ、５８ｓｃｃｍとし（このときアルゴンガスに対する窒素ガスの流量比は３．９）とする点を除き、上記発明実験１と同様の方法でＴｉＮ膜Ｌｙ１を４０ｎｍ成膜し、その表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像）を図７（ａ）に示す。このＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面粗さＲａは０．３５ｎｍであった。ＴｉＮ膜Ｌｙ１を成膜したもののＳＥＭ像を図８（ａ）に示す。このように成膜されたＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面に、上記発明実験１と同様の方法でＷ膜Ｌｙ２を１００ｎｍ成膜し、その表面をＡＦＭにより観察した結果（ＡＦＭ像）を図７（ｂ）に示す。その表面粗さＲａは０．８１ｎｍであった。Ｗ膜Ｌｙ２を成膜したもののＳＥＭ像を図８（ｂ）に示す。また、時のアルゴンガスの流量は１５ｓｃｃｍに固定し、窒素ガスの流量のみを４８ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍと変化させてＴｉＮ膜Ｌｙ１を成膜し（このときアルゴンガスに対する窒素ガスの流量比は３．２，１０）、夫々の表面粗さＲａを測定したところ、図９に示すように、０．３３ｎｍ，０．４７ｎｍであった。本発明実験３によれば、アルゴンガスに対する窒素ガスの流量比を３．９以下に設定することで、ＴｉＮ膜Ｌｙ１の表面粗さＲａを０．３５ｎｍ以下にすることができることが判った。

尚、上記比較実験１の如く基板Ｓｗ表面に直接Ｗ膜Ｌｙ２を１００ｎｍ成膜したもののＡＦＭ像を図７（ｃ）に、ＳＥＭ像を図８（ｃ）に夫々示す。これによれば、上記比較実験１と同様、Ｗ膜Ｌｙ２の結晶粒が大きいことが判った。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態及び実験では、従来例のものと比較して微結晶化されたＷ膜Ｌｙ２が成膜される場合を例に説明したが、非晶質化されたＷ膜が成膜される場合にも本発明を適用することができる。

上記実施形態及び実験では、下地層Ｌｙ１たるＴｉＮ膜の成膜時に導入される希ガスに対する窒素含有ガスの流量比を３．９以下に設定することで、下地層Ｌｙ１の表面粗さＲａを０．３５ｎｍ以下にしているが、流量比以外の成膜条件を適宜設定することで、下地層Ｌｙ１の表面粗さＲａを０．３５ｎｍ以下にしてもよい。

上記実施形態では、Ｗ膜Ｌｙ２の成膜時に投入されるＤＣ電力を４ｋＷ～８ｋＷの範囲内で設定しているが、Ｗ膜Ｌｙ２を高い成膜レートで成膜するために、投入電力を６ｋＷ以上、より好ましくは７ｋＷ以上に設定することが考えられる。このように高い投入電力に設定すると、図１０に示すように、Ｗ膜が圧縮方向（compressive）のストレスを有することが判明した。この場合、下地層Ｌｙ１として、引張方向（tensile）のストレスを有するＴｉ膜、ＴｉＮ膜やＷＮ膜を用いることで、下地層Ｌｙ１がＷ膜Ｌｙ２のストレスを緩和する緩衝膜としての役割をも果たすことがき、有利である。

ＨＭ…ハードマスク、Ｌｙ１…ＴｉＮ膜（下地層）、Ｌｙ２…Ｗ膜（タングステン含有膜）、Ｓｗ…基板（処理対象物）。

Claims

処理対象物に対して所定の処理を施す際に、処理対象物の表面に形成されてその処理範囲を制限するハードマスクであって、下地層とこの下地層に積層されるタングステン含有膜とを有するものにおいて、
下地層は、タングステン含有膜が積層される面の表面粗さＲａが０．３５ｎｍ以下のものであることを特徴とするハードマスク。
前記下地層は、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＷＮ膜及びＴｉＷＮ膜の中から選択される少なくとも１種で構成されることを特徴とする請求項１記載のハードマスク。
請求項２記載のハードマスクを製造するハードマスクの製造方法であって、処理対象物の表面に下地層としてのＴｉＮ膜を成膜する第１工程と、下地層の表面にタングステン含有膜を成膜する第２工程とを含むものにおいて、
第１工程は、チタン製のターゲットと処理対象物とを配置した真空雰囲気の処理室内に、希ガスと窒素含有ガスとを導入し、ターゲットに電力投入して反応性スパッタリングによりＴｉＮ膜が成膜され、希ガスに対する窒素含有ガスの流量比を３．９以下に設定することを特徴とするハードマスクの製造方法。
前記第２工程は、タングステン製のターゲットと処理対象物とを配置した真空雰囲気の処理室内に希ガスを導入し、ターゲットに電力投入してスパッタリングによりタングステン含有膜が成膜され、ターゲットに対する投入電力が４ｋＷ～８ｋＷの範囲内に設定されることを特徴とする請求項３記載のハードマスクの製造方法。