JP3266994B2 - 反射型マスク - Google Patents

反射型マスク

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線投影露光に於ける
反射型マスクに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの微細回路作製におけるリ
ソグラフィーの手段としてX線投影露光が注目されてい
る。本方法は、従来の紫外線を用いた投影法に比べ使用
波長が短いため、より微細な回路を投影することができ
る。回路を投影するには、その回路パターンを描いたマ
スクが必要である。このマスクには、透過型マスクと反
射型マスクの2種類がある。透過型マスクは、X線が透
過し易い物質からなる厚さ1μm以下の自立膜(メンブ
レン)の上に、X線を吸収し易い物質からなる薄膜部品
で所望のパターンを形成したものである。しかし、この
透過型マスクはメンブレンの強度が非常に弱いため、大
面積のマスクの製造が困難であること、およびX線を照
射したときに発生する熱によりメンブレンの変形が生じ
易い等の問題点があった。そこで、このような問題点を
解決するために図3(a)、(b)、(c)に示すよう
な反射型マスクが提案された。図3(a)はX線を反射
する多層膜1の一部をエッチングなどにより除去してパ
ターンを形成したもの、図3(b)は、多層膜1の表面
に、X線を吸収し易い物質からなる吸収体4を積層して
パターンを形成したもの、図3(c)は、多層膜1の一
部の周期構造をイオン注入などにより破壊することによ
りパターンを形成したものである。図3(a)、
(b)、(c)に示すマスクは、いずれも薄いメンブレ
ンの代わりに厚い基板2を用いるため前記の問題点は生
じない。
【0003】X線を反射する多層膜(以下、単に多層膜
と略すことがある)は、多層膜ミラーとも呼ばれ、これ
は屈折率の大きく異なる二種類の物質を基板上に数〜数
十Åの厚さで交互に積層させたものである。一般に、上
記の二種の層は、重元素を主成分とする物質からなる層
(重元素層という)と軽元素を主成分とする物質からな
る層(軽元素層という)である。多層膜ミラーは、多数
の界面で反射した光の干渉効果を利用したものであり、
多層膜の1周期の長さ(周期長)をd、X線の入射角を
θ、X線の波長をλとすると、ブラッグの条件(2d s
inθ=nλ)を満たすとき、高い反射率を示す。従っ
て、X線投影露光に多層膜ミラーをマスクとして使用す
ることができるのである。
【0004】マスクのパターンは高精度に製造する必要
があるが、実際は製造工程においてパターンに欠陥が生
じてしまう場合が多い。従って、この欠陥を修正するこ
と(リペアという)が必要となる。上記の3種の反射型
マスクにおいて、図3(a)と(c)に示すマスクは反
射部(多層膜1の存在する部分)を非反射部(多層膜1
が除去あるいは破壊されている部分)に変えることはフ
ォーカスイオンビーム(FIB)等を用いることにより
容易にできるが、非反射部を反射部に変えることは困難
である。一方、図3(b)に示すマスクは吸収体4を付
加したり除去することによって、リペアが比較的容易に
できるという特徴を有する。図3(b)において反射部
(多層膜の表面が露出している部分)を非反射部(多層
膜上に吸収体が存在する部分)に変えるときは、レーザ
ー化学蒸着(CVD)等で多層膜1の表面に吸収体4を
付着させればよい。逆に、非反射部を反射部に変えると
きはFIB等で吸収体4を除去してもよいし、新たにレ
ジストパターンを形成して吸収体4をエッチングしても
よい。このように、比較的容易にリペアができるため、
一般に図3(b)に示す形態のマスクが使用されてき
た。
【0005】この形態のマスクの製造プロセスを図4に
示す。まず、基板に所望の多層膜1を積層しその上に吸
収体4を積層する。吸収体にはX線を吸収し易い物質が
用いられる。一般には金属が用いられ、タングステンや
タンタルが多く利用されている。次に吸収体表面にレジ
スト5のパターンを形成し(図4a)、反応イオンエッ
チング等で吸収体4をエッチングした後(図4b)、レ
ジスト5を除去する(図4c)。これにより吸収体4が
パターニングされ、その結果、非反射部が得られる。
【0006】吸収体4のエッチングにはCF4等のガス
を用いるが、これらは多層膜1をエッチングする能力を
持つ場合が多い。従って、この場合、図4(b)の工程
で吸収体4を完全に除去しようとすると、多層膜1の表
面の一部がエッチングされてしまう。このため、多層膜
1に多大なダメージを与えるので、反射部における反射
率が所望の値より減少してしまう。逆に、多層膜1がエ
ッチングされる前にエッチングを止めてしまうと、反射
部に吸収体4の一部が残って、それがやはり反射率の低
下の原因となる。このように、吸収体をエッチングする
時間の設定が難しく、吸収体の一部が残ったり、多層膜
の一部がエッチングされたりして、反射部における反射
率の低下が問題となっていた。
【0007】このため、前記の反射率低下を防ぐ対策と
して、吸収体と多層膜の間に新たにポリイミドで構成す
る中間層を設ける方法が提案された。この方法では、中
間層が存在している範囲でエッチングを終了させれば、
多層膜1にダメージを与えずに吸収体を完全に除去でき
る。その結果、中間層を設けることで、エッチング時間
の設定が容易になった。このようなポリイミドで中間層
を形成したマスクの製造プロセスを、図5及び図6を用
いて説明する。まず、基板2に所望の多層膜1を積層し
その上に酸素でエッチングが可能なポリイミドの中間層
7を形成し、さらに、その上に吸収体4を積層する。次
に吸収体4の表面にレジスト5のパターンを形成し(図
5a)、反応性イオンエッチング(RIE)等で吸収体
4をエッチングする(図5b)。続いて、酸素で中間層
7をエッチングして除去する(図5c)。最後に、酸素
でレジスト5をアッシング(ここでは薄膜を単時間で等
方的にエッチングする方法を言う)して除去する(図
6)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の中間
層(ポリイミド)を設けた反射型マスクは、反射部にお
ける反射率が多層膜の所望の反射率より、大きく低下し
ていた。このため、ウエハー上(受光部)でX線の光量
が減少し、明確なレジストパターンを得るには露光時間
を長くしなければならなかった。
【0009】本発明は、以上のような問題を解決するこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らの実験によれ
ば、多層膜は耐熱性が低く、加熱をすると相互拡散等に
よる多層膜の周期構造の劣化及び周期長の変化が生じる
ので、多層膜の反射率が低下することが判明した。一
方、ポリイミド(中間層)は、レジストと同様に溶液を
スピンコーター等で基板上に塗布した後、加熱処理を施
すことによって形成される。この時の加熱温度は、レジ
ストが100℃であるのに対し、ポリイミドでは約35
0℃である。従って、反射部における反射率の低下は、
中間層であるポリイミドの形成方法に原因があると推測
される。
【0011】そこで、本発明者らは鋭意研究を重ねた結
果、中間層を常温(ここでは100 ℃以下の温度を意味す
る)で形成した反射型マスクを発明した。即ち、本発明
は、基板上に形成されたX線を反射する多層膜、該多層
膜上にX線を吸収しやすい物質からなる吸収体をパター
ン状に形成させた非反射部、及び前記多層膜と前記非反
射部との間に設けた中間層で構成された反射型マスクに
おいて、前記中間層を、常温で形成した薄膜で構成した
(請求項1)ものである。
【0012】中間層は、使用する波長においてX線を透
過し易い物質で構成するのが好ましい(請求項2)。ま
た、ベリリウム、ホウ素、炭素、珪素およびこれらを主
成分とする物質で中間層を構成するのが好ましい(請求
項3)。さらに、中間層を非反射部と同一パターンに形
成するのが好ましい(請求項4)。
【0013】
【作用】本発明は、中間層を常温で形成したので、多層
膜の周期構造の劣化及び周期長の変化が生じることがな
くなり、反射部における反射率の高いマスクが得られ
る。このため、ウェハー上でX線の強度が上がり、短い
露光時間で明確なレジストパターンが得られる。さら
に、中間層を加熱しないで形成するため、マスク基板に
歪みが生じることがなくなり、正確な形状でレジストパ
ターンが得られるようになる。また、従来の中間層を設
けた反射型マスクと同様に、中間層が存在している範囲
でエッチングを終了させれば、多層膜にダメージを与え
ずに吸収体を完全に除去できる。その結果、エッチング
時間の設定が容易になる。
【0014】X線を透過し易い物質で中間層を形成する
のが好ましい。そうすれば、反射部の中間層を完全に除
去しなくても良い。本発明の中間層の材料としては、ベ
リリウム、ホウ素、炭素、珪素あるいはこれらを主成分
とする物質(例えばB4Cの如き化合物又は混合物)な
どを選択しても良い。特にベリリウムは11nmより長
波長のX線に対して、ホウ素は6.6nmより長波長の
X線に対して、炭素は4.4nmより長波長のX線に対
して、珪素は12nmより長波長のX線に対してそれぞ
れ透過率が大きい。
【0015】多層膜にダメージを与えずに完全に除去で
きる中間層は、反射部における反射率の低下は全くなく
なるから好ましい。中間層に例えば炭素膜を用いると、
炭素は酸素でエッチングされるが、多くの多層膜は酸素
でエッチングされない。従って、多層膜にダメージを与
えずに中間層(炭素膜)だけを完全に除去することがで
きる。
【0016】中間層を常温で形成する方法は、蒸着法、
スパッタ法、CVD法等の真空薄膜形成技術のほか、場
合によっては、塗布法(厚膜法)も利用することができ
る。
【0017】
【実施例】以下、図面を引用して実施例により本発明を
具体的に説明するが、本発明はこれに限られるものでは
ない。図1は実施例1にかかる反射型マスクの概略断面
図である。基板2の上にモリブデンと珪素からなる多層
膜1(Mo/Si)があり、その上に炭素の中間層3が
あり、その上にタングステンの吸収体4のパターンがあ
る。多層膜1は周期長が6.6nmで100層積層され
ており、スパッタ法で形成した。この多層膜1は波長1
3nmのX線を反射し、その反射率は約70%である。
次に、スパッタ法によって、炭素の中間層3を厚さ10
nmで積層した。さらに、スパッタ法でタングステンの
吸収体4を100nm積層し、その上にレジスト5を塗
布した。光リソグラフィーによりレジスト5を露光し、
最小線幅3μmのレジストパターンを形成した(図2
a)。つぎに、RIEにより吸収体4をエッチングした
(図2b)。このときエッチングガスにはCF4を用い
た。吸収体4を完全にパターニングしたのち、酸素のア
ッシングによって中間層3と吸収体4の表面に残ったレ
ジスト5を同時に除去した(図2c)。
【0018】波長13nmのX線を用いて本マスクの反
射部の反射率を測定したところ、反射率は70%であ
り、反射率の低下は全く見られなかった。また、非反射
部の反射率は0%であった。一方、従来の中間層(ポリ
イミド)を設けた反射型マスクでは、反射部の反射率は
50%であった。このマスクのパターンを、シンクロト
ロン放射光を光源とし、結像光学系に縮小率1/30の
シュバルツシルド光学系を用いて、レジストを塗布した
シリコンウエハー上に縮小露光した。その結果、波長1
3nmのX線で最小線幅0.1μmのレジストパターンが
得られた。露光時間は従来の中間層(ポリイミド)を設
けた反射型マスクに比べて約30%短くなった。
【0019】なお、本実施例には、多層膜を形成する物
質としてMo/Siを取りあげたが、本発明に採用でき
る物質はこれに限らない。例えば、軽元素としては、フ
ッ化リチウム、ホウ素、炭化ホウ素等、重元素として
は、銀、ニッケル、クロム、タングステン、ロジウム、
ルテニウム等を用いてもよい。また中間層およびその膜
厚、形成法も、本実施例に限らない。さらに、マスクの
製造プロセスにおけるレジストパターンの形成法、エッ
チングの方法なども本実施例に示したものに限らない。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光装置の受光部でX線強度が上がり、露光時間が短縮
できる。このため、露光装置のスループットが向上し、
単位時間あたりの生産性が高まる。さらに、正確な形状
のレジストパターンが得られ、製品の良品率が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明による実施例1の反射型マスクを示
す概略断面図である。
【図2】は、実施例1の反射型マスクの製造工程を示す
概略断面図である。
【図3】は、従来の反射型マスクを示す概略断面図であ
る。
【図4】は、従来の反射型マスクの製造工程を示す概略
断面図である。
【図5】は、中間層を設けた従来の反射型マスクの製造
工程途中を示す概略断面図である。
【図6】は、中間層を設けた従来の反射型マスクを示す
概略断面図である。
【符号の説明】
1 多層膜(反射部) 2 基板 3 中間層 4 吸収体(非反射部) 5 レジスト 6 周期構造が破壊された多層膜 7 ポリイミド 以上
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 1/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成されたX線を反射する多層
    膜、該多層膜上にX線を吸収しやすい物質からなる吸収
    体をパターン状に形成させた非反射部、及び前記多層膜
    と前記非反射部との間に設けた中間層で構成された反射
    型マスクにおいて、 前記中間層が、常温で形成した薄膜からなり、非反射部
    と同一パターンであることを特徴とする反射型マスク
  2. 【請求項2】 前記中間層が、使用する波長においてX
    線を透過し易い物質からなることを特徴とする請求項1
    に記載の反射型マスク。
  3. 【請求項3】 前記中間層を構成する物質が、ベリリウ
    ム、ホウ素、炭素、珪素あるいはこれらを主成分とする
    物質であることを特徴とする請求項1に記載の反射型マ
    スク。
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