JP2001028330A

JP2001028330A - 露光マスク、露光方法、及び露光マスクの製造方法

Info

Publication number: JP2001028330A
Application number: JP20148799A
Authority: JP
Inventors: Zuisen Ezaki; 瑞仙江崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク上のパターンサイズの大小に関係な
く、高解像度のパターン露光・転写を一括して行える露
光マスクを提供する。【解決手段】露光マスクとして、露光光に対して透過
性の高い膜上に透過膜パターン４を形成し、そのパター
ン凹部に複数の吸収体材料５，６を埋め込み、化学的機
械研磨工程或いはエッチング工程により不要部分を取り
除き、平坦化することにより作製したマスクを各種リソ
グラフィ用マスクとして用いる。本発明の露光マスクで
は、パターンサイズの大小に関係なく、高解像度のパタ
ーン露光・転写が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光マスク、露光
方法、及び露光マスクの製造方法に係り、特に半導体素
子、光学素子（液晶ディスプレイ等）などのデバイス作
製に適用できる微細パターンの形成方法、光、荷電ビー
ム、Ｘ線等の各種ビーム露光に好適な露光マスク、露光
方法、及び露光マスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ素子を始めとする回路素子
の微細化は急速に進み、現在産業レベルで用いられてい
る微細パターン形成技術の光リソグラフィ技術では、最
小線幅が数十ナノメートル以下になるとその解像限界を
超えてしまうことが予想され、現在の光リソグラフィ技
術に代わる微細加工技術の開発が望まれている。この要
請に答えうる候補の１つとして、より波長の短い紫外
光、Ｘ線を用いたリソグラフィ技術が挙げられる。

【０００３】Ｘ線を用いた等倍Ｘ線リソグラフィ露光
は、図７に示すように、マスクパターンが描かれている
Ｘ線マスク１１を通してＸ線１５を被加工物上１３，１
４に照射し、Ｘ線レジスト１４にマスクパターンを転写
するものである。Ｘ線マスクは、Ｘ線が透過し易い窒化
珪素、炭化珪素、珪素、ダイヤモンド等の軽元素からな
る１〜５μｍ厚のメンブレン（支持膜）２上にＸ線を遮
蔽するＸ線吸収体パターン５'を形成した構造となって
いる。吸収体は、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ等の重金属が主に用い
られ、その膜厚としては数百ｎｍであるため、露光光で
あるＸ線は、完全に遮蔽されず、部分透過するため、Ｘ
線露光マスクはハーフトーン型マスクとして考えること
ができる。

【０００４】従って、吸収体パターンの膜厚を変化させ
たとき、部分透過光の強度および位相シフト量が変わ
り、微細パターンの解像度を向上させるために好適な条
件を与える膜厚条件が存在する。幅１００ｎｍ程度の微
細パターンの露光・転写においては、吸収体にＷ、Ｔａ
系重金属材料を用いた場合、膜厚約４００−５００ｎｍ
の部分透過率２０〜３０％の低マスクコントラストにお
いても、高解像のパターン転写が可能であることが示さ
れ、吸収体パターンのアスペクト比も低くパターン形成
も容易であることから、吸収体膜厚の薄膜化が図られて
いる。

【０００５】しかしながら、パターンサイズの大きなパ
ターンに対しては、微細パターンと同じ露光条件では所
望のパターン形成ができないという問題が発生する。こ
のため、Ｘ線露光マスクの吸収体の膜厚をパターン領域
やパターンサイズに合わせて好適な膜厚に変える方法
（特願平３−１１６６３７、特願平３−１８３４７０）
が提案されている。

【０００６】Ｘ線露光マスクの吸収体の膜厚をパターン
領域やパターンサイズに合わせて好適な膜厚に変える方
法では、吸収体膜厚が均一であるマスクの作製に比べ、
その製造工程数は多くなり、またエッチング工程におけ
るパターンのサイズおよび加工形状の制御は、パターン
サイズの大小の差が大きく、困難である。また、吸収体
膜厚が異なることは転写時のマスクとウェハ間ギャップ
が一様でなく露光裕度、プロセス裕度が小さくなる。

【０００７】また、紫外光を用いた光露光においても、
パターンの解像度を高めるために露光光は完全に吸収体
（遮光体）により遮蔽せず、部分透過するハーフトーン
型の位相シフトマスクが用いられている。パターンサイ
ズの縮小に伴い、露光マスク内におけるパターンサイズ
の大小の差は大きくなり、また、光近接効果補正用のセ
リフやジョグ等の更に微細な吸収体（遮光体）パターン
の形成が必要とされるため、吸収体（遮光体）パターン
のアスペクト比は高くなってきている。パターンのサイ
ズの大小の差が大きく、アスペクト比の高い露光マスク
を製造するエッチング工程において、現在行われている
吸収体パターンをウェットエッチングやドライエッチン
グにより形成する方法では、パターンのサイズおよび加
工形状の制御は、微細化が進むにつれて益々難しくな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】露光マスクにおいて、
その吸収体膜厚が薄く低コントラストマスクである場
合、パターンサイズの大小の差が大きくなると、マスク
上の全てのパターンを一括して、高精度にパターン転写
することは極めて困難である。また従来、提案されてい
る露光マスクの吸収体膜厚をパターン領域やパターンサ
イズに合わせて好適な膜厚に変える手法では、そのマス
ク作製の工程数は多く、またエッチング工程におけるパ
ターンの加工形状の制御が困難であり、製造方法を簡便
且つ低コストで行うことは難しい。従って、本発明では
以下の２つの課題を解決を計る。

【０００９】第一の課題は、パターンサイズの大小に関
係なく、一括して高解像度のパターン露光・転写が可能
となる吸収体膜厚が均一な露光マスクを提供することで
ある。また、このときその製造が簡便且つ低コストで行
える製造方法を提供することが望ましい。

【００１０】第二の課題は、第一の課題を解決した露光
マスクを用いた露光転写において、高解像度の露光転写
が期待できる位相シフト効果を利用した露光マスクおよ
び露光方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（構成）前述した課題を
解決するために、本発明は、露光光に対して透過性の高
い膜、或いは反射防止膜、或いはエッチングストッパ膜
上に吸収体からなる吸収体パターン、及びこの吸収体パ
ターンとは異なる透過膜パターンとが形成されたマスク
部と、このマスク部を支持する支持体とを備え、前記吸
収体パターンは、第１の吸収体物質から成る膜と、露光
光に対する吸収が前記第１の吸収体物質よりも大きい第
２の吸収体物質から成る膜とを含むことを特徴とする露
光マスクを提供する。

【００１２】また、本発明は、露光光に対して透過性の
高い膜、或いは反射防止膜、或いはエッチングストッパ
膜上に吸収体からなるパターンおよび前記吸収体パター
ンとは異なる透過膜パターンが形成されたマスク部と、
このマスク部を支持する支持体とを備えた露光用マスク
の製造方法であって、前記透過膜パターンを形成した
後、該透過膜パターン上に前記吸収体の第１の物質から
成る膜を形成し、引き続き、前記吸収体の第２の物質か
ら成る膜を形成することを特徴とする露光マスクの製造
方法を提供する。

【００１３】ここで、前記吸収体の第２の物質として、
露光光に対する吸収が前記吸収体の第１の物質よりも大
きいことが望ましい。

【００１４】また、本発明は、かかる露光マスクを用い
て、被加工基板上に当該露光マスクのパターンを転写す
ることを特徴とする露光方法を提供する。

【００１５】上記した露光マスク、及びその製造方法、
露光方法において、以下の態様が好ましい。

【００１６】（１）前記マスク部に入射する光の最大光
強度から１／１０以上の強度を持つ波長域を露光波長域
とするとき、前記第１の吸収体物質（吸収体の第１の物
質）として、該露光波長域の波長に対する最大および最
小位相シフト量の該露光波長域内の平均位相シフト量か
ら変位する割合が、前記第２の吸収体物質（吸収体の第
２の物質）に比べて小さい物質が用いられたこと。

【００１７】（２）前記露光光としてＸ線を用いたこ
と。

【００１８】さらにまた、かかる本発明に用いて、微細
パターンを形成するパターン形成方法、及び半導体装
置、若しくは光学素子を製造する製造方法を提供する。

【００１９】本発明のさらに具体的な態様を以下に示
す。即ち、図１に示す露光光に対して透過性の高い膜
（メンブレン膜）２或いは反射防止膜兼エッチングスト
ッパ膜３上にＸ線吸収体５，６パターンと吸収体とは異
なる透過膜４パターンを有するマスクであることを特徴
とする露光マスクを用いる。

【００２０】透過膜４パターンを形成した後、該透過膜
４パターン上に前記吸収体の第一の物質５から成る膜を
形成し、引き続き、前記吸収体の第二の物質６から成る
膜を形成することで、図１に示すように吸収体パターン
の側壁には吸収体第一の物質５が形成されることにな
る。また、吸収体パターンのサイズの大きい部分では、
吸収体パターン中央部に吸収体の第二の物質６が形成さ
れる。

【００２１】従って、吸収体第二の物質６として露光光
に対する吸収が吸収体第一の物質５よりも大きい物質を
選ぶことで、吸収体膜厚を厚くしたときと同じ効果が得
られ、パターンサイズの大きなパターン部分も、微細パ
ターン同様に一括露光転写が可能となる。このときの吸
収体膜厚としては、吸収体第一の物質５を用いて露光転
写したときにおける微細パターン部分の最適な吸収体膜
厚に設定でき、吸収体膜厚を均一且つ薄膜化できる。

【００２２】また、吸収体パターンの側壁には吸収体第
一の物質５が形成されるため、吸収体第一の物質５に露
光波長域に対して、位相シフト量の波長依存性が小さ
く、位相制御性の優れる物質を選択することで、位相シ
フト効果を利用した高解像度の露光転写が可能になる。
露光波長域における吸収体の位相シフト量の波長依存性
を打ち消すために好適な位相特性を持つ元素から成る物
質を透過膜材料に選択することで更に高い解像度を持つ
露光転写が可能になる。

【００２３】（作用）本発明の第一の効果として、吸収
体膜厚が均一な露光マスクを用いて、マスク上のパター
ンの露光・転写が、そのパターンサイズの大小に関係な
く、一括して高解像度のパターン露光・転写が可能とな
る。また、従来提案されている吸収体膜厚を変える露光
マスクに比べ、製造方法として簡便且つ低コストで行う
ことが可能となる。

【００２４】本発明の第二の効果として、回折効果と２
次電子効果が最も抑制され、高解像度の転写パターンが
得られる０．６〜１．０ｎｍの波長域内に露光波長域を
持つ露光光を用いてパターン転写を行なう際に、本発明
によるＸ線露光マスクでは吸収体エッジ部と透過膜を透
過したＸ線のそれぞれの位相θ_ａとθ_ｔのシフト量の｜
θ_ａ−θ_ｔ｜が、その露光波長帯域に渡りほぼ一定とな
るため、位相シフト効果によるパターン解像性の向上が
実現できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
について実施例によって説明する。ここでは、等倍Ｘ線
露光マスクの作製方法を一例として具体的に説明する。
図２乃至図４は、本発明の一実施例で用いたＸ線露光マ
スクの製造工程を示す断面図である。

【００２６】洗浄された厚さ２ｍｍの４インチＳｉ（１
００）ウェハ１（図２（ａ））に減圧ＣＶＤ法を用い
て、基板温度１０２５℃、圧力３０Ｔｏｒｒの条件で、
１０％水素希釈のシランガス１５０ｓｃｃｍ、１０％水
素希釈のアセチレンガス６５ｓｃｃｍ、１００％塩化水
素ガス１５０ｓｃｃｍをキャリアガスである水素１０Ｓ
ＬＭと共に反応管内に導入し、Ｘ線透過性（メンブレ
ン）薄膜２となる膜厚２μｍのＳｉＣを成膜した（図２
（ｂ））。

【００２７】次にこの基板の表面にｒｆスパッタリング
装置を用いて、Ａｒ圧力１ｍＴｏｒｒの条件で、反射防
止膜兼エッチングストッパ３となる膜厚９８ｎｍのアル
ミナ膜を成膜した（図２（ｃ））。その上にＴＥＯＳを
主原料とするＣＶＤ法により、膜厚６００ｎｍのパター
ニング層４となるＳｉＯ_２膜を形成し、成膜後にアニー
ル処理を施すことによりＳｉＯ_２膜の応力をほぼ０ＭＰ
ａに調整した（図２（ｄ））。

【００２８】その後、ＲＩＥ装置を用いて、アルミニウ
ムをエッチングマスクとして、圧力１０ｍＴｏｒｒ、Ｒ
Ｆパワー２００Ｗの条件でＣＦ_４ガス２５ｓｃｃｍ、Ｏ
_２ガス４０ｓｃｃｍを供給し、型板裏面の中心部の半径
７０ｍｍの領域、転写基板裏面のＳｉＣ膜を除去し、Ｓ
ｉウェハ１をエッチングする際のマスクとなる開口領域
８を形成した（図２（ｅ））。次に紫外線硬化型エポキ
シ樹脂を用いて、外径１２５ｍｍ、内径７２ｍｍ、厚さ
６．２ｍｍのガラスリングをフレーム７として接合した
（図２（ｆ））。

【００２９】さらにバックエッチング装置により、この
ＳｉＣの除去された部分に弗酸と硝酸の１対１混合液を
滴下し、Ｓｉのエッチング除去を行った（図２
（ｇ））。この基板上に市販の電子ビーム用ポジ型レジ
ストＺＥＰ５２０（粘度１２ｃｐｓ）を回転数２０００
ｒｐｍ、５０秒の条件で回転塗布し、ホットプレートを
用いて、１７５℃、２分間のベーク処理を行い、膜厚３
００ｎｍの感光膜９を形成した（図３（ｈ））。

【００３０】そして、この基板上に加速電圧７５ｋＶの
電子ビーム描画装置を用いてパターン描画を行った。所
望の描画精度を得るために、描画は４回の重ね書きによ
りパターンを形成する多重描画を行い、基準照射量を９
６μＣ／ｃｍ^２として、照射量補正により近接効果補正
を行った。描画後、現像処理として市販の現像液ＺＥＰ
−ＲＤを用いて液温１８℃、１分間の条件で現像を行
い、引き続きＭＩＢＫで１分間のリンスを行い現像液を
除去した（図３（ｉ））。

【００３１】形成されたレジストパターンをマスクに、
ＣＨＦ_３およびＣＯガスを用いて反応性イオンエッチン
グによりＳｉＯ_２膜の加工を行った（図３（ｊ））。残
留したレジストは、酸素プラズマ中で灰化処理して除去
した後、硫酸と過酸化水素水の混合液で洗浄した（図３
（ｋ））。

【００３２】ここで、ｒｆスパッタリング装置を用いて
Ａｒ圧力３ｍＴｏｒｒの条件の下で、吸収体第一の物質
５となる膜厚０．０５μｍのアルミニウム（Ａｌ）１５
％含有の銅（Ｃｕ）、すなわちＡｌＣｕ膜を成膜した
（図４（ｌ））。次に、反応性スパッタリング装置を用
いてＡｒ圧力２００ｍＴｏｒｒの条件の下で、吸収体第
二の物質６となる膜厚０．６０μｍの窒化タングステン
ＷＮ膜を形成し、成膜後にアニール処理を施すことによ
りＷＮ膜の応力をほぼ０ＭＰａに調整した（図４
（ｍ））。

【００３３】そして、余分なＷＮ、ＡｌＣｕ膜の除去
は、レジストエッチバックと呼ばれる以下の方法により
行った。まずマスク表面に、先程のレジスト塗布に用い
た装置と同一の装置で、市販の電子ビーム用レジストＺ
ＥＰ５２０（粘度１２ｃｐｓ）を回転数２０００ｒｐ
ｍ、５０秒の条件で回転塗布し、ホットプレートを用い
て１７５℃、２分間のベーク処理を行い、膜厚３００ｎ
ｍのレジスト膜１０'を形成した（図４（ｎ））。この
時、回転塗布の特性から、表面はほぼ平坦な塗布形状と
なる。次にＨＢｒガスを用いた反応性イオンエッチング
により、レジスト膜１０'とＷＮ、ＡｌＣｕのエッチン
グ速度がほぼ等しくなる条件で、マスク表面をＳｉＯ_２
表面が露出するまでエッチングした（図４（ｏ））。

【００３４】以上の工程により製作されたマスクを用い
て、回折効果と２次電子効果が最も抑制され、高解像度
の転写パターンが得られる０．６〜１．０ｎｍの波長域
に露光波長域（中心波長０．８ｎｍ）を持つシンクロト
ロン放射光を用いたＸ線露光装置により、Ｓｉウェハ上
に塗布されたレジストに転写を行った。

【００３５】ここで用いているＸ線露光ビームは、シン
クロトロン放射光で、リング蓄積電子エネルギー６００
ＭｅＶ、偏向磁場３Ｔ、最大蓄積電流５００ｍＡ、最大
露光面積３０ｍｍ角、最大露光強度５０ｍＷ／ｃｍ^２、
ビーム平行度２ｍｒａｄ以下で、放射光の取り出し窓と
しては平均膜厚２５μｍのベリリウム（Ｂｅ）窓、平均
膜厚１．５μｍの窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）窓、平均膜厚
１．０μｍのダイヤモンド窓を、集光および揺動ミラー
には斜入射型の白金（Ｐｔ）ミラーを用いたときのもの
であり、Ｘ線露光マスクに入射する直前の露光波長域
（光強度として該Ｘ線露光マスクに入射する最大光強度
の波長における光強度の１／１０以上の強度を持つ波長
域を露光波長域とする）は０．６５〜１．０ｎｍの放射
光となる。

【００３６】このシンクロトロン放射光Ｘ線露光装置を
用いて、ウェハとマスクのギャップ長を１０μｍに設定
し、Ｓｉウェハ上に塗布されたレジストに転写を行った
ところ、線幅８０ｎｍから５μｍの全てのパターンを一
括露光転写することができた。

【００３７】以上の方法により、所望の高精度のマスク
を作製することが出来ることが示された。本手法により
作製したマスクには以下のような３つの利点があること
が判明した。

【００３８】第１の利点としては、パターンサイズ、線
幅８０ｎｍから５μｍのパターンを一括露光転写するこ
とができることである。

【００３９】その理由は以下の通りである。透過膜４パ
ターン（本実施例ではＳｉＯ_２膜）を形成した後、該透
過膜パターン上に前記吸収体の第一の物質から成る膜５
（本実施例ではＡｌＣｕ）を形成し、引き続き、前記吸
収体の第二の物質６（本実施例ではＷＮ）から成る膜を
形成することで、図１に示すように吸収体パターンサイ
ズの大きい部分では、吸収体パターン中央部に吸収体の
第二の物質６が形成される。

【００４０】従って、吸収体第二の物質６（本実施例で
はＷＮ）を吸収体第一の物質５（本実施例ではＡｌＣ
ｕ）よりも露光光に対して吸収の大きい物質を選ぶこと
で、吸収体膜厚を厚くしたときと同じ効果が得られ、パ
ターンサイズの大きなパターン部分も、微細パターン同
様に一括露光転写が可能となる。

【００４１】このときの吸収体膜厚としては、吸収体第
一の物質５を用いて露光転写したときにおける微細パタ
ーン部分の最適な吸収体膜厚に設定でき、本実施例にお
ける吸収体第一の物質アルミニウム（Ａｌ）１５％含有
の銅（Ｃｕ）、ＡｌＣｕを用いたときは、最小線幅８０
ｎｍのパターンの露光転写において吸収体膜厚約６００
ｎｍが好適な条件であるため、マスク全域の吸収体膜厚
を均一に６００ｎｍとした。

【００４２】吸収体材料として、本実施例で選んだ第一
および第二の材料、アルミニウム（Ａｌ）１５％含有の
銅（Ｃｕ）、ＡｌＣｕと窒化タングステンＷＮの露光波
長域０．６−１．０ｎｍの露光光に対する吸収は、膜厚
４００ｎｍ、メンブレン膜ＳｉＣ（膜厚２μｍ）のと
き、それぞれ７０．０％、７４．３％（マスクコントラ
ストＡｌＣｕ：３．３４，ＷＮ：３．８９）である。

【００４３】大パターンの中央部に存在する吸収体の第
二の物質ＷＮ膜の膜厚は約５５０ｎｍ、露光光を同じよ
うに吸収するにはＡｌＣｕ膜では約６１５ｎｍとなり、
膜厚約６５ｎｍの差があり、吸収体膜厚を厚くしたとき
と同じ効果が得られることが分かる。

【００４４】ここでは、吸収体第一および第二の材料と
して、アルミニウム（Ａｌ）１５％含有の銅（Ｃｕ）、
ＡｌＣｕと窒化タングステンＷＮを選んだが、他の材料
を用いても可能であり、重要なことは第二の吸収体材料
に吸収体第一の材料よりも吸収の大きい材料を用いるこ
とである。例えば、第二の吸収体材料としては、吸収の
大きい、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒ
ｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、タン
タル（Ｔａ）、希土類元素（Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｇｄ，
Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ）やこれらの化合物、合
金、積層物は好適である。

【００４５】本実施例において第二の吸収体材料として
ＷＮ膜を選んだ理由としては、ＷＮ膜は、（１）波長
０．６〜１．０ｎｍのＸ線に対して吸収が大きいこと、
（２）成膜後にアニール処理を施すことによりＷＮ膜の
応力をほぼ０ＭＰａに調整でき、応力によるパターン位
置変動が抑えられること、（３）化学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ）において、ＣｕのＣＭＰ用スラリーを用いたとき、
Ｗ系化合物ではほぼ同じ研磨速度が得られること、が挙
げられる。

【００４６】（３）にはＷＮ膜の研磨特性を挙げたが、
本実施例では透過膜パターン凹部以外の不要なＷＮ、Ａ
ｌＣｕ膜の除去はレジストエッチング法により行った
が、既に特願平１０−１７６４９９で提案しているＸ線
マスクの様な自立薄膜で構成される物体用の化学的機械
研磨装置を用いることにより、その除去は容易に行うこ
とができるからである。これらの（１）から（３）の全
ての条件を満たす材料としては、他にもＷＴｉ、Ｔａ
Ｎ、ＴａＢ、ＴａＧｅ、ＴａＳｉ、ＴａＳｉＮ、ＷＲｅ
Ｂ、ＷＳｉＮ等の合金、化合物が挙げられ、従って、こ
れらも好適な材料である。

【００４７】本実施例において第一の吸収体材料として
Ａｌ１５％含有Ｃｕ膜（ＡｌＣｕ）を選んだ理由として
は、（１）波長０．６〜１．０ｎｍのＸ線に対して吸収
が大きく、且つ位相シフト量の制御が容易なこと、
（２）ＡｌＣｕ膜のＡｌ含有量により、吸収の大きさを
調整できること、（３）成膜後に熱処理を施すことによ
りＡｌＣｕ膜の応力をほぼ０ＭＰａに調整でき応力によ
るパターン位置変動が抑えられること、また熱処理に伴
いリフローされるために吸収体膜の透過膜パターン凹部
への埋め込みが容易であること、が挙げられる。

【００４８】（１）については、下記の第２の利点で説
明する。（２）については、メンブレン材料が膜厚２μ
ｍのＳｉＣ膜の場合、露光波長域０．６−１．０ｎｍの
露光光に対する膜厚４００ｎｍのＣｕおよびＡｌの吸収
は、７４．６％、２０．０％（マスクコントラストは、
それぞれ３．９４、１．２５）であり、ここでは第二の
吸収体材料ＷＮ膜の吸収が前述のように７４．３％（マ
スクコントラスト３．８９）であるため、Ａｌの含有量
を増やすことで、第一の吸収体材料の吸収を小さくし
た。メンブレン材料が膜厚２μｍのダイヤモンド膜の場
合、露光波長域０．６−１．０ｎｍの露光光に対する膜
厚４００ｎｍのＣｕおよびＷＮの吸収は、それぞれ７
２．７％、７５．２％（マスクコントラストＣｕ：３．
６６、ＷＮ：４．０３）であり、第一の吸収体としてＣ
ｕを用いることができる。（３）については、膜の応力
制御のみならず、アスペクト比の高い凹部への吸収体の
埋め込みにおいても、熱処理により埋め込みが実現で
き、高精度な吸収体パターンの形成が可能であることを
示している。

【００４９】これらの１）から３）の全ての条件を満た
す材料としては、他にもＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｕＺｎ、
これらの化合物および積層物が挙げられ、従って、これ
らも好適な材料である。

【００５０】第２の利点としては、本実施例におけるＸ
線露光マスクを用いれば、位相シフト効果を利用した高
解像度の露光転写が可能になることである。

【００５１】本実施例におけるＸ線露光マスクは、吸収
体パターンの側壁には吸収体第一の物質５が形成される
ため、吸収体第一の物質５に露光波長域に対して、位相
シフト量の波長依存性が小さく、位相制御性の優れる物
質を選択することで、位相シフト効果を利用した高解像
度の露光転写が可能になる。露光波長域における吸収体
の位相シフト量の波長依存性を打ち消すために好適な位
相特性を持つ元素から成る物質を透過膜材料に選択する
ことで更に高い解像度を持つ露光転写が可能になる。

【００５２】本実施例において第一の吸収体材料に用い
たＡｌ１５％含有のＡｌＣｕ膜は、高解像度の転写パタ
ーンが得られる０．６〜１．０ｎｍの波長域内に露光波
長域を持つ露光光、波長０．６５〜１．０ｎｍの露光光
に対して、他のＴａ，Ｗ等の重金属から成る吸収体材料
に比べ位相シフト量の制御性に優れ、露光波長域内の平
均位相シフト量から変位する割合±８％以内であり、ま
たマスクコントラストも、膜厚４００ｎｍで３．３４と
十分な遮蔽性を持つ。表１はこの特性を示す表であり、
Ｃｕ或いはＡｌ_１５Ｃｕ_８５かＴａ或いはＷ金属の吸収
体がＳｉＯ_２透過膜に埋め込まれた構造を持つＸ線露光
マスクの露光波長域内（波長０．６５−１．０ｎｍ）の
位相特性を示すものである。

【表１】従って、Ａｌ１５％含有Ｃｕ膜（ＡｌＣｕ膜）が吸収体
パターンの側壁に形成されるＸ線露光マスクを使用する
ことで、シンクロトロン放射光を用いた広帯域の露光光
を用いたＸ線露光においても位相シフト効果を利用し
て、パターンのエッジスロープは急峻化され、高解像度
の露光転写が可能である。

【００５３】他に位相シフト量の制御性に優れる第一の
吸収体材料に好適な材料としては、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ_７
Ｚｎ_３、これらの合金または化合物が挙げられる。表２
は、吸収体がＣｕ或いはＮｉ或いはＺｎ或いはＣｕ_７Ｚ
ｎ_３合金から成るＸ線露光マスクおよびそれら金属の吸
収体がＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ透過膜に埋め込まれた構造を
持つＸ線露光マスクの露光波長域内（波長０．６５−
１．０ｎｍ）の位相特性とマスクコントラストを示すも
のである。

【表２】透過膜材料としては、本実施例で用いたＳｉＯ_２膜以外
にもＳｉＯＮ膜を用いることもできる。ＳｉＯＮ膜を用
いた場合、ＳｉＯ_２膜に比べ応力制御が容易になるこ
と、吸収体材料Ｃｕの熱拡散を抑制できることが、利点
として挙げられる。ＳｉＯＮはその膜の成膜時の応力制
御が容易であり、また温度５００℃、１時間の熱処理に
おいてもＣｕのＳｉＯＮ膜中への熱拡散が生じないこと
が、オージェ電子分光法およびラザフォード後方散乱分
光法により示され、本実施例における透過膜パターン層
としては好適な材料である。高温で熱処理を行えるた
め、アスペクト比の高い凹部への吸収体の埋め込みにお
いても、熱拡散およびボイドのない埋め込みが実現で
き、高精度な吸収体パターンの形成が可能になる。

【００５４】これ以外にも、透過膜材料としては、波長
０．６〜１．０ｎｍの波長域のＸ線に対して透過率の高
いＳｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、Ｍ
ｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２が好適な材料として挙げられ
る。

【００５５】第３の利点としては、本発明によるＸ線露
光マスクは、吸収体および透過膜の膜厚は等しく平坦化
されているため、吸収体パターンのみが形成されている
Ｘ線露光マスクにおける微細パターン凹部に付着したご
み等の異物が存在せず、ごみ等の異物がその表面に付着
しても、表面を洗浄するだけで容易に除去できることで
ある。

【００５６】ここでの露光マスクの洗浄処理は、はじめ
に純水で洗浄し、次にオゾン濃度０．００１％の溶存オ
ゾン水に３分間浸漬した後、フッ酸濃度５％のフッ酸水
溶液に９０秒浸漬することで、表面の有機物を除去し、
最後に純水で洗浄して、一連の処理を終了する。

【００５７】露光マスクの異物による汚染は、転写露光
において、重要な問題である。マスクに異物が付着した
場合は、それがウェハに転写され、パターンの欠陥とな
るため、マスクの異物の付着は極力、避けなければなら
ない。特にＸ線を用いた露光では、Ｘ線の物質の透過率
が一般に極めて低く、ごく小さな異物もＸ線を透過せず
欠陥の原因となる。

【００５８】可視、紫外光を用いた露光方法では、しば
しば、マスクの異物付着を防止するため、ニトロセルロ
ース、パリレン等の有機薄膜で形成されたペリクルが取
り付けられているが、Ｘ線露光においては、これらのペ
リクルは、Ｘ線の吸収が大きく、露光光の強度を大きく
減衰させることや耐熱性が低く、それに伴い耐照射性が
低い等の問題があり、一般にペリクルは使用されていな
い。

【００５９】従って、本実施例で作製される露光マスク
は、簡易な洗浄により異物の除去が容易に行えるという
利点を持つため、マスクの洗浄および異物除去の工程を
低コスト化でき、廉価な半導体装置あるいは光学素子を
供給することが可能となる。

【００６０】尚、本実施例では、吸収体の成膜において
スパッタ装置を用いて行ったが、ＣＶＤ装置を用いて行
うことも可能であり、このときアスペクト比の高いパタ
ーン構造においても埋め込みが容易になるという利点を
持つためスパッタ成膜法よりも高精度な露光マスクを作
製できる。特に、吸収体第一の物質の成膜については、
ＣＶＤ装置を用いて行うことが望ましい。

【００６１】また、本実施例では、Ｘ線露光マスクにつ
いて説明したが、露光光として紫外光を用いた光露光用
位相シフトマスクに適用しても有効である。図５に示す
ように吸収体第一の物質によりエッジ部分の位相シフト
量の制御、吸収体第２の物質により透過率の制御を行う
ことで、マスク上の全てのパターンを一括して、高精度
にパターン転写することが可能となる。

【００６２】また、紫外光を用いた光露光用マスクで
は、光近接効果補正用のセリフやジョグ等の更に微細な
吸収体（遮光体）パターンの形成が必要とされている。
従って、吸収体（遮光体）パターンのアスペクト比は高
く、その製造におけるエッチング工程において、現在行
われている吸収体をウェットエッチング法またはドライ
エッチング法によりパターンを形成する方法では、その
サイズおよび加工形状を高精度に制御を行うことは困難
であるが、透過膜パターンに吸収体を埋め込むことによ
りマスクを作製すれば、低コストで高精度な微細パター
ンが容易に形成でき、高性能位相シフトマスクの作製が
行える。

【００６３】（第２の実施形態）次に、上記方法により
製作された露光マスクを用いた微小デバイスの生産方法
について説明する。ここでいう微小デバイスとは、集積
回路、ＵＬＳＩ等の半導体チップ、液晶デバイス、マイ
クロマシン、薄膜磁気ヘッド等が挙げられる。以下は、
半導体デバイスの例を示す。

【００６４】図６は、半導体デバイス生産のフローを示
す。１―１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設
計をＣＡＤ等を用いて行う。１―２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、１―３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用い
て、ウェハを製造する。１―４（ウェハプロセス）で
は、上記用意した露光マスクとウェハを用いて、リソグ
ラフィ技術（前処理、レジスト塗布、プリベーク、露
光、ポストイクスポージャベーク（ＰＥＢ）、現像・リ
ンス、ポストベーク、エッチング、イオン注入、レジス
ト剥離、検査等の工程から成る）によりウェハ上に実際
の回路パターンを形成する。

【００６５】次の１―５（組み立て）は、後工程と、１
―４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化
する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボン
ディング）、パッケージング工程（チップ工程）等の工
程を含む、１―６（検査・修正）では、１―５で作製さ
れた半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性確認テス
ト等の検査および修正を行う。

【００６６】こうした工程を経て、半導体デバイスが完
成し、これが出荷される。本実施例の生産方法によれ
ば、低コストの露光マスクを使用することにより、転写
露光工程を低コスト化でき、廉価な半導体装置あるいは
光学素子を供給することが可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による露光
マスクでは、パターンサイズの大小に関係なく、高解像
度のパターン露光・転写が可能となる。また、本発明に
より露光マスクの吸収体の膜厚はマスク全体にわたり均
一で、パターンエッジ部分での位相制御性が高まること
で、パターン解像性を高めることが可能となる。そのマ
スクの製造方法は、従来法に比べ簡便且つ低コストで製
造することが可能となる。更に低コストの露光マスクを
使用することにより、転写露光工程を低コスト化でき、
廉価な半導体装置あるいは光学素子を供給することが可
能となる。

【００６８】実施例においては、Ｘ線露光転写技術によ
るパターン転写を例示したが、本発明はＸ線リソグラフ
ィ技術に限ることなく、ｇ線、ｉ線、或いはＫｒＦ、Ａ
ｒＦ、Ｆ_２等のエキシマレーザおよびランプ光源をはじ
めとする他の波長領域の光源を利用したパターン転写技
術にも適用できることは言うまでもない。特にハーフト
ーン位相シフト効果を利用したパターン転写技術には極
めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（第１の実施形態）のＸ線露光マスクを
示す断面図。

【図２】本発明（第１の実施形態）のＸ線露光マスクの
製作工程を示す断面図。

【図３】図２に続く本発明（第１の実施形態）のＸ線露
光マスクの製作工程を示す断面図。

【図４】図３に続く本発明（第１の実施形態）のＸ線露
光マスクの製作工程を示す断面図。

【図５】本発明（実施例１）の光露光マスクを示す図。

【図６】半導体デバイス生産のフローを示す図。

【図７】等倍Ｘ線リソグラフィ露光を示す図。

【符号の説明】

１成膜基板（Ｓｉ）２Ｘ線透過性薄膜（メンブレン膜）（ＳｉＣ）２´ 露光光に対して透過性の高い膜（石英）３反射防止膜兼エッチングストッパ（Ａｌ_２Ｏ_３）４透過膜，パターニング層（ＳｉＯ_２）５吸収体第一の物質６吸収体第二の物質７フレーム８開口領域９レジスト（ＥＢ露光用）１０レジスト（レジストエッチバック）１１従来型のＸ線露光マスク１２マスクとウェハのギャップ長１３転写基板１４レジスト（感光膜）１５Ｘ線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光に対して透過性の高い膜、或いは
反射防止膜、或いはエッチングストッパ膜上に吸収体か
らなる吸収体パターン、及びこの吸収体パターンとは異
なる透過膜パターンとが形成されたマスク部と、このマ
スク部を支持する支持体とを備え、前記吸収体パターン
は、第１の吸収体物質から成る膜と、露光光に対する吸
収が前記第１の吸収体物質よりも大きい第２の吸収体物
質から成る膜とを含むことを特徴とする露光マスク。
【請求項２】前記マスク部に入射する光の最大光強度
から１／１０以上の強度を持つ波長域を露光波長域とす
るとき、前記第１の吸収体物質として、該露光波長域の
波長に対する最大および最小位相シフト量の該露光波長
域内の平均位相シフト量から変位する割合が、前記第２
の吸収体物質に比べて小さい物質が用いられたことを特
徴とする請求項１記載の露光マスク。
【請求項３】請求項１記載の露光マスクを用いて、被
加工基板上に当該露光マスクのパターンを転写すること
を特徴とする露光方法。
【請求項４】露光光に対して透過性の高い膜、或いは
反射防止膜、或いはエッチングストッパ膜上に吸収体か
らなるパターンおよび前記吸収体パターンとは異なる透
過膜パターンが形成されたマスク部と、このマスク部を
支持する支持体とを備えた露光用マスクの製造方法であ
って、前記透過膜パターンを形成した後、該透過膜パタ
ーン上に前記吸収体の第１の物質から成る膜を形成し、
引き続き、前記吸収体の第２の物質から成る膜を形成す
ることを特徴とする露光マスクの製造方法。
【請求項５】前記吸収体の第２の物質として、露光光
に対する吸収が前記吸収体の第１の物質よりも大きいこ
とを特徴とする請求項４記載の露光マスクの製造方法。