JP2000031021A - 反射型マスクおよびそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

反射型マスクおよびそれを用いたデバイスの製造方法

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JP2000031021A JP19835598A JP19835598A JP2000031021A JP 2000031021 A JP2000031021 A JP 2000031021A JP 19835598 A JP19835598 A JP 19835598A JP 19835598 A JP19835598 A JP 19835598A JP 2000031021 A JP2000031021 A JP 2000031021A
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mask
reflective
multilayer film
reflective mask
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Hiroaki Oiizumi
博昭 老泉
Masaaki Ito
昌昭 伊東
Hiromasa Yamanashi
弘将 山梨
Minoru Chokai
実 鳥海
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】マスクパターンの近接効果補正の設計を容易に
する。 【解決手段】反射部のパターンに応じて少なくとも部分
的に反射率を変化させることにより、非反射部である遮
光部または吸収体のマスクパターンの変更が必ずしも必
要でなくなり、マスクパターンの光近接効果補正の設計
が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外線,真空紫外線
または極紫外線の露光あるいは照射により、像形成を行
わせるために使用する光学素子の製造または検査に係
り、特に微細パターンの転写に用いて好適な反射型マス
クおよびその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの固体素子の集積度および動作速
度を向上するため、回路パターンの微細化が進んでい
る。現在これらのパターンの形成には、露光光源を紫外
線とする縮小投影露光法が広く用いられている。この方
法の解像度は露光波長λに比例し投影光学系のウェハ側
の開口数NAに反比例する。解像限界の向上は開口数N
Aを大きくとることにより行われてきた。しかし、この
方法は焦点深度の減少と屈折光学系(レンズ)設計およ
び製造技術の困難から限界に近づきつつある。
【0003】このため、露光波長λを短くする方法が進
められている。例えば水銀ランプのg線(λ=435.8
nm)からi線(λ=365nm)、さらにKrFエキ
シマレーザ(λ=248nm),ArFエキシマレーザ
(λ=193nm)等である。露光波長の短波長化によ
り、解像度は向上する。
【0004】また、いわゆる超解像露光と呼ばれる手法
により、露光に用いる波長よりも小さい寸法のパターン
が形成可能となってきた。しかし露光に用いる紫外線の
波長の大きさからくる原理的な限界から、0.1μm(1
00nm)以下の解像度を種々のパターンに対して得る
ことはかなり困難となる。
【0005】また、露光に用いる紫外線の波長の大きさ
に近いパターンを形成しようとすると、マスクに形成さ
れたパターンの形状と転写されたパターンの形状が相違
する現象が顕著になる光近接効果により、転写用原版と
なるマスクパターンに対してその寸法に補正を加えて設
計,配置等を行う必要がある。
【0006】以上のような背景をもとに、近年、波長が
およそ5nmから50nmである極紫外線(EUV)を
露光光源としたEUVリソグラフィが注目を浴びてい
る。例えば、ジャーナル オブ バキューム サイエン
ス アンド テクノロジー(Journal of Vacuum Scienc
e and Technology),B9巻6号,1991年,318
9ページから3192ページに記載されている。
【0007】図1はEUVリソグラフィの露光光学系の
例を示すものである。EUV4を露光光源とし、入射角
θで斜めに入射して反射型マスク81を照明する。入射
角θは種々の光学系で異なるが、およそ1°から15°
程度である。反射型マスク81はEUVを正反射するこ
とができる多層膜2が形成されている。反射型マスク8
1には所定のパターンが形成されている。反射型マスク
から反射したEUVは凸ミラー92で反射し、さらに凹
ミラー91で反射し、ウェハ82上で結像する。凸ミラ
ー92,凹ミラー91には反射鏡用多層膜7がミラー全
面に形成されている。ここで反射型マスク等の光学素子
として使用する基板1には、高い反射率を得るために粗
さの無い超平滑基板が必要である。
【0008】従来のEUV用反射型マスクは、例えばJo
urnal of Vacuum Science and Technology,B9巻6
号,1991年,3176ページから3183ページに
記載のように、反射率が高い領域を多層膜が存在する部
分、反射率が低いまたは反射率のない領域を多層膜また
は多層膜構造が存在しない部分として形成される。
【0009】図2は反射型マスクの構造を示す断面図で
ある。図2(a)に示すマスクは、集束イオンビーム5
によって基板1上の多層膜2を、基板に対して垂直方向
に変質して反射率の低い領域または非反射部3を形成
し、反射率の高い領域2にパターンを形成するものであ
る。また、図2(b)のように多層膜2の所定の部分を
除去して、多層膜がない部分、すなわち非反射部3を形
成するものもある。また、図2(c)のように超平滑基
板1に直接付着した多層膜2の上に所定の厚さおよび形
を有する吸収体35のパターンを形成し、非反射部とす
る反射型マスクの例もある。
【0010】露光あるいは照射に用いる真空紫外線また
はX線の波長が小さくなる場合、真空紫外線またはX線
に対する多層膜の反射率を大きくするには、多層膜の積
層数を増やす必要がある。例えば高い反射率を得るに
は、X線の波長13nmでは50層対以上、10nmで
は100層対以上、7nmでは150層対以上程度が必
要となる。
【0011】反射型マスクの典型的な製造方法を図3に
示す。まず高い反射率を得るために粗さがほとんどない
超平滑基板1に多層膜2を形成する(図3(a))。こ
の超平滑基板1に多層膜2を形成したものを一般に多層
膜ブランクマスク(または多層膜ブランクス)と呼ぶ。
多層膜の形成には通常、イオンビームスパッタリング蒸
着法,マグネトロンスパッタリング蒸着法等の物理的蒸
着法や化学気相成長蒸着法(CVD)や原子層成長法
(ALE)が用いられる。
【0012】次に反射型マスクの非反射部となる吸収体
35を形成する(図3(b))。吸収体35の形成には
通常、多層膜の形成と同様にイオンビームスパッタリン
グ蒸着法,マグネトロンスパッタリング蒸着法等の物理
的蒸着法や化学気相成長蒸着法(CVD)などが用いら
れる。吸収体の材料としてはW,Ta,Au,Cr,T
i,Ge,Ni,Co等の金属,半金属,半導体材料の
単体もしくは化合物が用いられる。
【0013】次に吸収体をパターニングし、所望の吸収
体パターンを形成するため、前記吸収体の上にレジスト
38を形成し(図3(c))、i線露光,KrFエキシ
マレーザ露光,電子線ビーム描画,等倍露光X線,イオ
ンビーム露光,EUV露光等によるリソグラフィ技術で
レジストパターン39を形成する(図3(d))。次に
レジストパターン39をマスクとして吸収体を反応性イ
オンエッチングなどにより加工し、吸収体35のパター
ンを形成する(図3(e))。次にレジストパターンを
除去する(図3(f))。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投影型
リソグラフィを用いる場合においては、たとえ露光波長
が短波長となるEUVリソグラフィの場合でも、転写用
原版となるマスクのパターンの寸法を光近接効果による
補正を加えて設計,配置等を行う必要がある。図4
(a)ないし図4(c)および図5(a),図5(b)
に示すように、ある遮光部パターンの端で寸法を太くし
たり、別の遮光部パターンの一部を細くしさらにその端
を太くするような近接効果補正をする必要があり、任意
のパターンの補正を含めた設計に多大な時間と労力がか
かる問題があった。また、上記近接効果補正はマスクの
遮光部となる吸収体パターンと明光部または反射部とな
る部分の面積比を2次元に変えるのみであったため、上
記近接効果補正の仕方に限界があった。
【0015】本発明は、マスクパターンの近接効果補正
の設計を容易にする反射型マスクおよびその製作方法、
およびそれを用いて作製したデバイスを提供することに
ある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明である反射型マス
クは、反射部のパターンに応じて少なくとも部分的に反
射率が変化していることを特徴とする。図6(a)に本
発明である反射型マスクの上面図、図6(a)のAとB
間における断面図を図6(b)に示す。また、本発明で
ある反射型マスクの別の構造を図6(c)および図6
(d)に示す。また、本発明である反射型マスクのパタ
ーンの別の例を図7,図8(a)ないし図8(c)に示
す。本発明である反射型マスクは、反射部となるパター
ン内に反射率が高い領域21と上記反射率が高い領域2
1よりもやや反射率が低い領域22および上記領域22
よりもやや反射率が低い領域23を有し、非反射部であ
る遮光部または吸収体のマスクパターンの寸法変更が必
ずしも必要でないことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】図9に多層膜ブランクス作製,検
査を含めた本発明における反射型マスク製造工程の一例
を示す。
【0018】石英からなる超平滑基板1に100nmの
厚さのアルミニウム薄膜119をイオンビームスパッタ
リング法で蒸着する。次に、イオンビームスパッタリン
グ法で多層膜21を蒸着し、多層膜ブランクス601
(図15)を形成した。多層膜21は1層あたり膜厚が
2.6nmのMo層と、1層あたり膜厚が4.1nmのS
i層を交互に60層対形成した(図9(a))。
【0019】次に、図15に示すように、多層膜ブラン
クス601のチップ領域703内にデバイスパターン等
を形成する有効エリア701の周囲にマーク702を形
成し、多層膜ブランクスの欠陥検査を行う。
【0020】多層膜ブランクス中に欠陥がないことを確
認した後、多層膜21の上層に、イオンビームスパッタ
リング法でSiO2 からなる80nm厚の保護膜120
を形成した。次に反射型マスクの非反射部となる吸収体
35を形成した(図9(b))。吸収体35の形成には多
層膜の形成と同様にイオンビームスパッタリング蒸着法
を用いた。吸収体としては120nm厚のCr膜を形成
した。
【0021】次に吸収体35をパターニングし、所望の
吸収体パターンを形成するため、前記吸収体35の上に
ポジ型レジスト38を塗布し(図9(c))、図15に
示すマーク702を基準にして、電子線ビーム描画によ
るリソグラフィ技術でレジストパターン39,37,3
6を形成した(図9(d))。ここでレジストパターン
37およびレジストパターン37を形成するため、ポジ
型レジスト38が現像後、除去されるのに必要な電子線
ビーム量よりも少ない描画量で描画し現像している。
【0022】次にレジストパターン39,36,37を
マスクとして吸収体35および保護膜120を反応性イ
オンエッチングにより加工し、吸収体35のパターンと
保護膜のパターン121を形成した(図9(e))。次
にレジストパターン39を除去した(図9(f))。作
製した反射型マスクの外観検査を行い、形成した吸収体
パターンに欠陥がないことを確認した。
【0023】また、図10には本発明における別の製造
方法の一部を示す。基板1上に薄膜119を形成し、次
いで前記実施例と同様に多層膜21,保護膜120,吸
収体35を形成し、さらにレジスト膜38を形成後(図
10(a))、図15に示すマーク702を基準にして
電子線ビーム描画によるリソグラフィ技術でレジストパ
ターン39を形成する(図10(b))。ただし、保護
膜120の厚さは40nmである。次にレジストパター
ン39をマスクとして吸収体35を反応性イオンエッチ
ングにより加工し、吸収体35のパターンを形成した
(図10(c))。次にレジストパターンを除去後、再度
レジスト膜38を形成した(図10(d))。次に電子線
ビーム描画によるリソグラフィ技術でレジストパターン
25を形成した(図10(e))。ここでレジストパタ
ーン25を形成するため、ポジ型レジスト38が現像
後、除去されるのに必要な電子線ビーム量よりも少ない
描画量で描画し現像している。次にレジストパターン2
5を検査し、欠陥がないことを確認後、レジストパター
ン25をマスクにしてイオンビーム24により、イオン
注入を行い、反射部21よりも反射率がやや低い領域2
2および上記反射部22よりもさらに反射率がやや低い
領域23を形成する(図10(f))。次にレジストパ
ターン25を除去した(図10(g))。
【0024】また、図11には本発明におけるさらに別
の製造方法の一部を示す。図10と同様の積層膜上にレ
ジストパターン38を形成後、レジストパターン39を
形成した(図11(a))。上記レジストパターン39
をマスクとして吸収体35を反応性イオンエッチングに
より加工し、吸収体35のパターンを形成した(図11
(b))。ただし、保護膜の厚さは40nmである。次
にレジストパターン39を除去後、図15に示すマーク
702を基準にして、集束イオンビーム26により、局
部にイオン注入を行い(図11(c))、上記反射部2
1よりも反射率がやや低い領域22および上記反射部2
2よりもさらに反射率がやや低い領域23を形成する
(図11(d))。
【0025】また、本発明である反射型マスクに、図6
ないし図8に示される反射部となるパターン内に反射率
が高い領域21と上記反射率が高い領域21よりもやや
反射率が低い領域22、および上記領域22よりもやや
反射率が低い領域23を形成し、かつ、吸収体35の面
積を2次元的に変化させて光近接効果補正を行っても本
発明が実施可能なのは言うまでもない。本発明の場合、
従来技術での単に吸収体35の面積を2次元的に変化さ
せるのみの光近接効果補正に比べて、吸収体35の面積
を2次元的に変化させる度合いを減少できるので、パタ
ーンの設計や配置の仕方に裕度がある。
【0026】上記で作製した反射型マスクを用いてデバ
イス作製を行った。図13にデバイス作製工程のフロー
を示す。まずステップ1001の酸化工程ではウェハの
表面を酸化させる。ステップ1002のCVD工程では
ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ1003の配
線工程ではウェハに電極となる配線材料を蒸着法により
形成する。ステップ1004のインプラ工程ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ1005のレジスト膜形
成工程では、ウェハにレジストを塗布し、プリベークと
いう加熱処理をする。ステップ1006の露光工程では
図12に示すデバイス作製装置の一部であるEUV露光
装置によって上記で作製した反射型マスクの回路パター
ンをウェハに転写露光する。ステップ1007の現像工
程ではウェハを現像する。ステップ1008のエッチン
グ工程では現像して残ったレジスト像以外の部分をドラ
イエッチングを用いて除去する。ステップ1009のレ
ジスト除去工程ではレジストを取り除く。これらのステ
ップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多層の回
路パターンが形成される。ここで、デバイス作製に用い
た本発明の反射型マスクにはそれぞれ、図6(a)に示
すストーリッジノードパターン、図7に示すコンタクト
ホールパターン、図8(a)に示す素子分離パターン、
図8(b)および図8(c)に示すパターンの内、少な
くとも一つを有している。
【0027】本発明によれば、従来パターンの設計や配
置が困難で完全な光近接効果補正ができなかったために
製造が困難で歩留まりが低かった高集積半導体デバイス
を歩留まり高く製造することができる。
【0028】ここで、図12に示した縮小率1/4のE
UV露光装置1103を説明する。反射型マスク81と
ウェハ82は、それぞれマスクステージ83とウェハス
テージ84に搭載されている。まず、マスク81とウェ
ハ82との相対位置をアライメント装置85を用いて検
出し、制御装置86により駆動装置87,88を介して
両者の位置合せを行う。EUV光源89から放射された
EUVを照明光学系90および、円弧状のアパーチャー
98,長波長カットフィルター97を介し、有効エリア
の全面にレジストパターンを形成した多層膜ブランクス
上の円弧領域を照明する。ここで、EUV光源として、
例えばガスジェットXeターゲットにレーザ光を照射し
EUVを発生させるレーザプラズマ光源やシンクロトロ
ン放射光光源(SR)等を用いることができる。図12
の照明光学系90では反射鏡が1面のみ図示してある
が、これに限定されるものではなく、光源の種類,照明
の均一性,入射NAの均一化,作業領域の確保などの必
要に応じて複数の照明光学系用反射鏡を設置してもよ
い。
【0029】マスク81から反射されたEUVは、波長
13nm近傍のEUVからなり、反射鏡91,92,93
および94からなる結像光学系95により、ウェハ上に
倍率1/4で結像する。反射鏡91,92,93および
94は、多層膜ブランクスと同様なMo/Si系多層膜
を蒸着し、各多層膜の周期長は反射EUVの波長が一致
するように調節されている。多層膜ブランクスとウェハ
を倍率に応じて同期走査して、マスクパターンをウェハ
82に塗布されたレジストに転写する。
【0030】図14にシンクロトロン放射光光源110
1を用いたEUVマスク検査装置1102ならびにデバ
イスを作製するためのEUV露光装置1103を含む露
光システムを示す。シンクロトロン放射光光源をEUV
光源に用いると、マスク検査装置の光源とデバイス作製
用露光装置の光源が共有できる。EUVマスク検査装置
1102を用いて多層膜ブランクス601を検査する。
【0031】以上の実施例では、多層膜で用いた材料と
してMo/Si系多層膜の場合を説明したが、本発明は
多層膜の材料に制限されることなく、例えば、NiCr
/C,Ni/V,Ni/Ti,W/C,Ru/C,Rh
/C,Ru/BN,Rh/BC,RhRu/BN,Ru
/BC,Mo/SiC,Pd/BN,Ag/BN,Mo
/SiN,Mo/BC,Mo/C,Ru/Be,Mo/
Be,Nb/Be,Zr/Be,Rh/Be,Y/Be
などの多層膜の形成可能な材料であれば、実施可能であ
る。
【0032】また前記実施例では、EUVリソグラフィ
での多層膜を用いた反射型マスクの例を説明したが、本
発明はEUVリソグラフィ用の多層膜を用いた反射型マ
スクに制限されるものではない。例えば、光源が波長1
57nmのF2レーザや123nmのAr2レーザを用い
たDUVリソグラフィ用の反射型マスクに、本発明であ
る反射部のパターンに応じて少なくとも部分的に反射率
が変化している反射型マスクを適用できることは言うま
でもない。
【0033】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明である反
射型マスクは、反射部のパターンに応じて少なくとも部
分的に反射率が変化していることにより、非反射部であ
る遮光部または吸収体のマスクパターンの変更が必ずし
も必要でなくなり、マスクパターンの光近接効果補正の
設計が容易となる。また、本発明である反射型マスクの
作製方法を用いると、より完全に近い光近接効果補正が
可能な反射型マスクを容易に作製できる。また、本発明
のデバイスの製造方法によれば、より完全に近い光近接
効果補正が可能な反射型マスクを用いることで、従来で
は製造が困難で歩留まりが低かった高集積半導体デバイ
スを歩留まり高く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のEUV露光装置の概略図。
【図2】従来の反射型マスクの構造を示す断面図。
【図3】従来の反射型マスク作製工程を示す断面図。
【図4】従来例のマスクパターンの平面図。
【図5】従来例のマスクパターンの平面図。
【図6】本発明の一実施例の反射型マスクの平面図およ
び断面図。
【図7】本発明の一実施例の反射型マスクの平面図。
【図8】本発明の一実施例の反射型マスクの平面図。
【図9】本発明の一実施例の反射型マスクの作製工程を
示す断面図。
【図10】本発明の一実施例の反射型マスクの作製工程
を示す断面図。
【図11】本発明の一実施例の反射型マスクの作製工程
を示す断面図。
【図12】本発明におけるデバイス作製装置を示す概略
図。
【図13】本発明の一実施例におけるデバイス作成工程
のフロー図。
【図14】デバイス作製システムの概略構成を示すブロ
ック図。
【図15】多層膜ブランクスの平面図。
【符号の説明】
1…超平滑基板、2…多層膜、3…非反射部(反射率の
低い領域)、4…入射EUVまたは真空紫外線またはX
線、5…集束イオンビーム、7…反射鏡用多層膜、21
…反射部または反射率が高い領域、22…21の反射部
よりもやや反射率が低い領域、23…22の領域よりも
やや反射率が低い領域、24…イオンビーム、25…少
ない露光量で形成したパターン、26…集束イオンビー
ム、35…吸収体または遮光部、38…レジスト、39
…レジストパターン、41…反射率の高い領域からの正
反射した真空紫外線またはX線、42…正反射した真空
紫外線またはX線の入射角、381…レジストパター
ン、81…反射型マスク、82…ウェハ、83…マスク
ステージ、84…ウェハステージ、85…アライメント
装置、86…制御装置、87…駆動装置、88…駆動装
置、89…X線源、90…反射鏡、91…反射鏡、92
…反射鏡、93…反射鏡、94…反射鏡、95…結像光
学系、96…同期走査方向、119…基板と多層膜間の
薄膜層、120…保護膜、121…保護膜パターン、1
22…上層保護膜、123…上層保護膜パターン、60
1…多層膜ブランクス、701…多層膜ブランクスの有
効エリア、702…マーク、703…チップ領域、11
01…シンクロトロン放射光光源、1102…多層膜ブ
ランクスまたは反射型マスクの検査装置、1103…E
UV露光装置、1104…入射器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山梨 弘将 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鳥海 実 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 寺澤 恒男 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2H095 BA07 BA10 BB31 BB35 BC11 5F046 GD10 GD11 GD12 GD13 GD15 GD16 GD17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反射部と非反射部からなるパターンを有す
    る反射型マスクであって、反射部のパターンに応じて少
    なくとも反射部のパターンの一部分の反射率が変化して
    いることを特徴とする反射型マスク。
  2. 【請求項2】請求項1記載の反射型マスクであって、原
    版として上記パターンに応じて光源から真空紫外線ある
    いは極紫外線あるいは軟X線を反射するための多層膜が
    形成され、露光対象に上記パターンを投影するために使
    用されることを特徴とする反射型マスク。
  3. 【請求項3】請求項2記載の反射型マスクであって、上
    記多層膜の少なくとも一部において、上記多層膜を被覆
    する層の厚さが変化していることを特徴とする反射型マ
    スク。
  4. 【請求項4】請求項2記載の反射型マスクであって、上
    記多層膜の少なくとも一部において、上記多層膜にイオ
    ン注入された物質の密度が変化していることを特徴とす
    る反射型マスク。
  5. 【請求項5】反射部と非反射部からなるパターンを有す
    る反射型マスクの作製方法であって、反射部のパターン
    に応じて少なくともパターンの一部分の反射率が変化し
    ているようにパターンを形成することを特徴とする反射
    型マスクの作製方法。
  6. 【請求項6】請求項1から請求項4のいずれか記載の反
    射型マスクを用い、ウェハにパターンを露光し、転写す
    る工程を少なくとも有することを特徴とするデバイスの
    製造方法。
  7. 【請求項7】請求項6記載の製造方法によって製造され
    たことを特徴とするデバイス。
JP19835598A 1998-07-14 1998-07-14 反射型マスクおよびそれを用いたデバイスの製造方法 Pending JP2000031021A (ja)

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