JP2979667B2 - 反射型のｘ線露光用マスク - Google Patents

反射型のｘ線露光用マスク

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主に半導体等の製造プ
ロセスでＸ線投影露光の際に使用される反射型のＸ線露
光用マスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、紫外線と比べて波長の短いＸ線を
用いたリソグラフィー技術が注目されており、Ｘ線リソ
グラフィーによれば紫外線を用いたリソグラフィーでは
原理的に不可能な高解像度を実現できる利点がある。
【０００３】従来、このようなＸ線リソグラフィーで
は、Ｘ線が比較的よく透過する物質（例えば、窒化硅素
等）から成る厚さ２μｍ程度の自立膜（これをメンブレ
インと呼ぶ。）の上に、Ｘ線を吸収する物質から成る薄
膜部材で所望のパターンを形成した、いわゆる透過型の
Ｘ線マスクが用いられていた。そして、このマスクにＸ
線を照射して、透過したＸ線によるマスクパターンの投
影像を利用してリソグラフィーを行なう。
【０００４】しかしながら、このような透過型Ｘ線マス
クにおいては、薄いメンブレイン使用するために以下の
ような問題点があった。即ち、メンブレイン自体が薄
いため、たいへん壊れやすく取扱いが難しい問題があ
る。メンブレインが薄膜であるため、Ｘ線吸収体の内
部応力によってメンブレインに変形が生じ、結果として
投影されたパターン位置に歪を生じる問題がある。さ
らに、Ｘ線を照射したときに、メインブレインやＸ線吸
収体で吸収したＸ線により温度が上昇し、これらの熱膨
張によりパターン位置に歪を生じる問題もある。
【０００５】そこで、このような問題点を解決するため
に反射型Ｘ線マスクが考案された。反射型Ｘ線マスク
は、薄いメンブレインの代わりに厚い板状の基板を用い
るものである。一例を示すと、図２(a) のように、基板
２上にＸ線を反射する多層膜１を全面に形成し、その上
にＸ線を吸収する物質５でパターンを形成するか、また
は、図２(b) のようにＸ線を反射しない基板２上にＸ線
を反射する多層膜１で所望のパターンを形成したものが
挙げられる。
【０００６】そして、従来の透過型Ｘ線マスクではマス
クを透過した光をその後の光学系で結像させるが、上記
のような反射型Ｘ線マスクではマスクを反射した光を結
像させる。このような反射型マスクでは、薄いメンブレ
インを使用しないため上記のような透過型マスクで生じ
る問題点は解決されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな反射型Ｘ線マスクにおいては、新たに別の問題点が
生じた。すなわち、図３に示すように、反射型Ｘ線マス
ク６を使用する場合には、マスクで反射した光４を結像
させる光学系７がマスクへの入射光３を遮らないように
するために、入射光３の光軸と反射光４の光軸とは一致
しないようにする必要がある。そのため、マスクへのＸ
線の入射はマスク面に対して垂直ではなく必ず斜入射と
する必要がある。
【０００８】一方、多層膜でのＸ線反射は、マスク（の
多層膜）へ入射したＸ線が多層膜の深さ方向にある程度
侵入してから個々の界面で夫々一部反射することとな
る。そして、反射Ｘ線としては多層膜の多数の界面での
一部反射の重ね合わせを利用するものとなる。
【０００９】このため、Ｘ線を反射する多層膜の上に吸
収体５のパターンが形成されているタイプ（図２(a) 参
照）の場合には、吸収体パターン５のＸ線の入射してく
る方向に対して反対側のエッジの近傍では、反射Ｘ線４
の強度が弱められることとなる。即ち、図４(a) に示す
ように、このエッジ部分近傍の多層膜が露出した部分か
ら射出する反射Ｘ線に対しては、多層膜中に入射して本
来的な反射Ｘ線となるべきＸ線の一部が吸収体パターン
５によって遮られるために、この部分の反射Ｘ線４には
個々の界面での反射Ｘ線の重ね合わせが一部生じないこ
ととなり、結果として反射強度が弱くなる。そのため、
図中に示したように反射Ｘ線の強度分布は指数関数的な
広がりを持つことになる。
【００１０】また、図４(b) に示すように、Ｘ線を反射
しない基板の上にＸ線を反射する多層膜からなるパター
ンが形成されているタイプでは、Ｘ線の入射方向に対す
る入射側及び射出側の双方のエッジ部近傍で反射強度に
問題がある。
【００１１】即ち、Ｘ線の入射してくる側のエッジでの
近傍では、反射Ｘ線が多層膜１内の充分な深さまで反射
に寄与できなくなる（個々の界面での重ね合わせが少な
い）ため、反射Ｘ線４の強度は図中に示したような指数
関数的な分布を持ち、エッジ部の反射強度は弱いものと
なる。
【００１２】さらに、Ｘ線の入射してくる方向の反対側
のエッジの近傍では、多層膜１の内部で反射して、パタ
ーンを構成する多層膜の端面部から射出していくＸ線が
あるため、やはり図中に示したように指数関数的な広が
りを持つ。こちらの場合には、パターンの両側での影響
が相殺するように思われるが、図中に示すように、レジ
ストを露光するのに必要な光量の得られる範囲の幅は一
般にもとのマスクのパターン幅とは異なるものとなって
しまう問題がある。
【００１３】これらのエッジ部（及びその近傍）の反射
強度における指数関数的な広がりは、いずれの場合で
も、ｘを横方向の座標、μを線吸収係数、θを入射角と
してｅｘｐ（−μｘ／ｓｉｎθ）の程度になる。
【００１４】たとえば、Ｍｏ／Ｓｉからなる多層膜に、
１２４Åの波長のＸ線を４５°の入射角で用いるとき、
反射強度が１／ｅになる位置は、パターンエッジからの
距離が０．１３μｍ程度になり、これは投影像から比較
して無視できない大きさである。
【００１５】以上のように、反射型のＸ線露光用マスク
においては、上記のいずれのタイプの場合にも、マスク
上のパターンが正確に転写できないという重大な問題点
があった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために本発明にかかるＸ線露光用マスクでは、Ｘ線を反
射しない物質からなる基板上に、Ｘ線を反射する多層膜
からなる所望のマスクパターンが形成された反射型Ｘ線
マスクにおいて、前記多層膜のパターン周囲の端面の少
なくとも一部が、該マスクにおけるＸ線の反射面におけ
る出射角方向に沿った斜面を形成していることを特徴と
する。
【００１７】本発明に係る反射型Ｘ線マスクは上記のよ
うに構成されているため、多層膜のパターンエッジ部近
傍（パターン内部）から射出する反射Ｘ線が、多層膜の
すべての界面から部分反射した反射Ｘ線が重ね合わされ
たものとなり、パターン上のいずれの部分から生ずる反
射Ｘ線でも反射強度が等しくなる。
【００１８】さらに、エッジ部の近傍（パターンの外
側）では反射Ｘ線がまったく生じないこととなり、この
マスクによる反射投影像がマスクパターンに忠実に再現
され鮮明な投影像が得られることとなる。以下、実施例
を通じ本発明を更に詳しく説明する。
【００１９】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１は、本発明の一実施例に係る反射型マスクのパターン
部分を示す一部断面図であり、Ｘ線を反射しない物質か
ら成る基板２上に、Ｘ線を反射する多層膜１を部分的に
所望のパターン状に形成した反射型Ｘ線マスクである。
【００２０】この断面は本実施例に係るマスクを使用す
る際に、反射して射出するＸ線を含む面であり、個々の
多層膜パターン１は該マスクにおけるＸ線の反射面にお
ける射出角方向に沿った斜面を形成している。
【００２１】即ちこの実施例では、入射面に平行な断面
で見た場合に、該断面の入射側及び射出側の端面が反射
したＸ線の方向と一致するような傾斜をもつこことな
り、結果として図に示すように前記断面形状が、その斜
辺が反射したＸ線の進行方向と平行であるような平行四
辺形となる。
【００２２】このように構成することで、Ｘ線の入射側
のパターンのエッジの近傍（パターン内部）でも、多層
膜のすべての相（界面）が反射による重ね合わせに寄与
するので、従来例の様にこの部分での反射強度が弱まる
ことはない。
【００２３】また、Ｘ線の入射側の反対側（射出側）の
パターンエッジの近傍（パターン外側）では、従来例の
様にパターンの端面部から射出していくＸ線が生じない
ので反射強度分布の広がりを生じることはない。
【００２４】次に、この実施例に係る反射型Ｘ線マスク
の作製方法を説明する。まず、Ｓｉ基板上に周期長８８
Å、積層数５０層のＭｏ／Ｓｉ多層膜を形成した。この
上にフォトリソグラフィーにより１μｍのラインアンド
スペースのレジストパターンを形成する（図示せず）。
【００２５】そして、これを図５に示すようなイオンミ
リング装置により多層膜のエッチングを行うが、このと
き前記多層膜を形成した基板６をイオンビーム１０の入
射方向に対して４５°傾けてエッチング行う。このと
き、マスクのパターン方向はイオンビーム１０の入射面
（図の紙面）に垂直になるようにした。
【００２６】この結果、前記のように各多層膜パターン
の端面が斜面となり、前記の断面形状でみると端面部が
４５°の傾斜をもった多層膜のパターン１が形成され
る。最後に、残ったレジストを剥離して、図１のような
反射型Ｘ線マスクが完成する。
【００２７】次に、図６を用い本実施例に係る反射型Ｘ
線マスクを用いて露光の実験結果について述べる。図６
に示すように、放射光を分光して得られた１２４Åの波
長の平行なＸ線ビーム３をこの反射型Ｘ線マスク６に４
５°の角度で入射させ、反射したＸ線４の像をポジ型の
ＰＭＭＡレジストを塗布したＳｉウエハ８上に転写し
た。ここで、マスクのパターンの方向は、入射面（図の
紙面）に垂直になるようにした。
【００２８】ここでは、マスクが４５°傾いているの
で、マスク上のパターン幅がウエハ上に投影された場合
には０．７μｍのラインアンドスペースに換算される
が、実際に０．７μｍのラインアンドスペースが正確に
ウエハ上に転写されていた。
【００２９】一方、比較のために端面を傾斜させないで
従来例同様に作製した反射型Ｘ線マスク（図２(b) 参
照）を用いて同様の実験を行ったところ、転写結果を測
定すると、パターンの部分の幅が０．８μｍに広くなっ
てしまい、逆にスペースの部分の幅が０．６μｍに狭く
なりマスク上のパターンを正確に転写できなかった。
【００３０】なお、実施例では特に光学系で像を縮小す
ることは行なわなかったが、実際にプロセス中で使用す
るときは、図３に示すように、マスク２で反射したＸ線
４を多層膜ミラー等で構成された縮小光学系７によって
像を１／１０程度に縮小して微細なパターンの転写を行
なうものである。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スク上のパターンが正確に投影されるため、リソグラフ
ィーによりウエハ上に正確な寸法のパターンの転写がで
きる利点がある。
【００３２】さらに、マスクのパターンのエッジの近傍
での反射光の強度分布は緩やかな変化をせずに、エッジ
部を境に極めてコントラストが高いので、微細なパター
ンを解像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る反射型Ｘ線マスクを示
す断面図である。
【図２】従来の反射型Ｘ線マスクを示す断面図であり、
同(a) は吸収体をパターニングするタイプを示し、同
(b) は多層膜をパターニングするタイプを示す。
【図３】反射型Ｘ線マスクを用いた縮小投影露光装置の
概念図である。
【図４】従来の反射型Ｘ線マスクによる反射の状態を示
す説明図であり、同(a) は吸収体をパータニングするタ
イプの問題点の説明図、同(b) は多層膜をパターニング
するタイプの問題点の説明図である。
【図５】本発明の一実施例に係る反射型Ｘ線マスクのイ
オンミリングによる製造方法説明する説明図である。
【図６】本発明の一実施例に係る反射型Ｘ線マスクの露
光実験における配置を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 多層膜 ２ Ｘ線を反射しない物質から成る基板 ３ マスクへ入射するＸ線 ４ マスクで反射したＸ線 ５ 吸収体 ６ 反射型Ｘ線マスク ７ Ｘ線縮小光学系 ８ ウエハ ９ イオン源 １０ イオンビーム

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｘ線反射しない物質からなる基板上に、
    Ｘ線を反射する多層膜からなる所望のマスクパターンが
    形成された反射型Ｘ線マスクにおいて、 前記多層膜の
    パターン周囲の端面の少なくとも一部が、該マスクにお
    けるＸ線の反射面における出射角方向に沿った斜面を形
    成していることを特徴とする反射型のＸ線露光用マス
    ク。
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