JP3345512B2

JP3345512B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3345512B2
Application number: JP15996494A
Authority: JP
Inventors: 博昭老泉; 昌昭伊東; 太郎小川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 2002-11-18
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JPH0831718A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空紫外線やＸ線を用
いた投影露光方法による半導体装置の製造方法に係り、
特に半導体のパターン転写を行う半導体装置の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）の固体素子の
集積度及び動作速度を向上させるため、回路パターンの
微細化が進んでいる。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、およそ露光波長λと投影光
学系の開口数ＮＡに依存する。解像限界の向上は開口数
ＮＡ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）の設計
及び製造技術の困難から限界に近づきつつある。このた
め、露光波長λを短くする手段が行われている。例えば
水銀ランプのｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）からｉ線（λ
＝３６５ｎｍ）、さらにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２
４８ｎｍ）等を用いる方法である。露光波長の短波長化
により、解像度は向上するが、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により、従来の光露光
技術の延長では、０．１μｍ以下の解像度を得ることは
かなり困難となる。

【０００３】一方、微細パターンの形成方法に、露光に
用いる光の波長をおよそ０．５ｎｍから２ｎｍの軟Ｘ線
とする近接等倍Ｘ線露光法がある。この方法は露光波長
が短いため、原理的に０．１μｍ以下の高い解像度が得
られる可能性がある。一般に、所望の素子に回路パター
ンを形成するためには、ウエハ上のレジストにマスク上
のパターンを転写する。近接等倍Ｘ線露光法では等倍Ｘ
線マスクと呼ばれる透過型マスクが用いられる。等倍Ｘ
線マスクにおけるＸ線が透過する部分は、メンブレンと
呼ばれるＳｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｃ等の軽元素材料で形
成された通常２μｍ程度の厚さの薄膜からなる。等倍Ｘ
線マスクにおけるＸ線が吸収する部分として、メンブレ
ン上に吸収体と呼ばれる厚さが０．５μｍ〜１．０μｍ
程度でＷ、Ａｕ、Ｔａ等の重金属からなる回路パターン
が形成されている。等倍Ｘ線マスクは非常に剛性の弱い
メンブレンの上に回路パターンが形成されているため、
吸収体の重金属の内部応力やＸ線マスクを所定の露光装
置に装着する際の外力等で回路パターンに歪みが生じ、
所望の回路パターンをウエハ上のレジストに転写できな
い問題が起こっている。とくに近接等倍Ｘ線露光法で
は、等倍Ｘ線マスクのパターンが１対１の等倍でレジス
トに転写されるため、等倍Ｘ線マスク上のパターンの歪
みはレジストに１対１に転写される。剛性の弱い等倍Ｘ
線マスクのパターンに歪みが生じる問題は、近接等倍Ｘ
線露光法で大きな課題となっている。

【０００４】以上のような背景を元に、近年、真空紫外
線や軟Ｘ線を露光光源としたＸ線縮小投影露光法が注目
を浴びている。例えば、ジャパニーズジャーナルオ
ブアプライドフィジクス、３０号、１１Ｂ巻、１９９
９１年３０５１ページ（Japanese Journal of Applie
d Physics，vol 30，11B，1991，pp3051）にその方法が
記載されている。図１は、従来のＸ線縮小投影露光法の
露光光学系の例を示す模式図である。真空紫外線又は軟
Ｘ線４１１を露光光とし、入射角θで斜めに入射して、
真空中にて反射型マスク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を反射した光が反射光学系に蹴ら
れないようにするため、Ｘ線縮小投影露光法の光学系で
は、入射角を０°（直入射）とすることはできない。反
射型マスク８１は真空紫外線又は軟Ｘ線を正反射するこ
とができる多層膜２１が形成され、さらには所定の多層
膜からなるパターンが形成されている。反射型マスク８
１から反射した真空紫外線又は軟Ｘ線は、凸面反射鏡９
２で反射し、さらに凹面反射鏡９１で反射し、ウエハ８
２上に到達し、所定のパターンが結像される。凸面反射
鏡９２、凹面反射鏡９１には多層膜７が形成されてい
る。

【０００５】一般にこのような光学系において、図１の
ようにｘｙｚ−座標系をとるとき、ｘ方向を子午方向、
ｙ方向を球欠方向と呼ぶ。また、図１に示すような光学
系で反射型マスク８１の照明領域とウェハ８２の露光領
域を拡大するために、反射型マスク８１を子午方向にウ
ェハ８２と同期して走査を行うことがある。露光、照明
に用いる真空紫外線又は軟Ｘ線の波長はおよそ２０ｎｍ
から５ｎｍ程度であるので、露光光の波長の大きさから
くる原理的な解像力は向上する。

【０００６】Ｘ線縮小投影露光法に用いる反射型Ｘ線マ
スクは、例えば図２に示すように、反射部である多層膜
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を形成するものである。ここで反射鏡やＸ
線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、粗さのない超平滑基板が必要であ
り、一般には高価となる。

【０００７】また、図３に示すように、多層膜２にイオ
ンビーム５を所定のパターンに応じて走査、入射させ、
イオンビームが入射した部分の多層膜の界面を破壊し、
変質させて、非反射部２２２を形成したＸ線マスクもあ
る。界面を破壊された多層膜はＸ線等を反射できない。
また、特開昭６４−４０２１号公報記載のように、超平
滑基板１に直接付着した多層膜２１の上に所定の厚さ及
び形を有する吸収体パターン３５を形成し、非反射部と
する反射型マスクの例もある（図４）。

【０００８】以上のような短波長の露光波長を用いたＸ
線縮小投影露光により、０．１μｍ幅以下のレジストパ
ターンの形成も可能になってきている。しかし、解像力
を上げるための短波長化又は高ＮＡ化には、おのずと限
界がある。焦点深度や反射光学系の光軸と作業領域等の
兼ね合いからＮＡの大きさに制限が生じる。また短波長
化のためには短波長の軟Ｘ線を正反射できる多層膜反射
鏡が必要になるが、短波長用多層膜の周期長は非常に短
くなる。例えば、露光波長５ｎｍとすると、多層膜の周
期長は約２．５ｎｍであり、一層当りでは約１．２５ｎ
ｍとなる。また露光波長５ｎｍ程度の領域では、高い反
射率を得るために積層数を約２００層（合計４００層）
程度とる必要がある。このような短周期の膜を数１００
層以上にわたり安定に積層して、短波長のＸ線に対して
高い反射率を有する多層膜を製作するのはかなり困難と
なる。

【０００９】この問題を回避するために、特開平４−１
１８９１４号公報に、位相差を利用した反射型マスクが
開示されている。図５に、このマスクの断面とこのマス
クに単色性の強いＸ線等を照明したときの結像又は転写
された像パターンの振幅及び強度分布を示す。予め反射
型マスクの元の基板１１の所望の場所に、自然数をｎ、
露光又は照射に用いる真空紫外線又はＸ線の波長をλ、
入射角をθとするとき、およそλ・（２ｎ−１）／（４
・ｃｏｓθ）で与えられる段差２２０１を付けておき、
この上に多層膜を形成し、所定のパターンとする。段差
のないところの形成された多層膜パターン２２と、この
パターンに近接又は隣接する段差上に設けられたパター
ン２２０３との高さの差が、上記の段差λ・（２ｎ−
１）／（４・ｃｏｓθ）となるように配置すると、結像
光学系の解像限界を超えた微細パターンの転写、結像が
可能になる。上記の段差２２０１をつけることにより、
多層膜パターン２２と、これに近接又は隣接するパター
ン２２０３とに入射し、反射する光の光路長が、真空中
で反射光の位相がおよそ±（２ｎ−１）・πだけずれる
ため、近接又は隣接するパターン２２０３の境界におけ
る光の振幅が互いに打ち消し合い、結像又は転写された
像パターンのコントラストが増加する。

【００１０】図６は、これと比較するために、通常の反
射型マスクの断面図及びこのマスクにＸ線等を照明した
ときの結像又は転写された像パターンの振幅及び強度分
布を示す図である。近接又は隣接するパターンの境界に
おける光の振幅が互い重なりあい、結像又は転写された
像パターンのコントラストが低下していることが分か
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−１１８
９１４号公報に記載の従来技術は、位相差を利用して、
近接又は隣接するパターンの境界における光の振幅が干
渉して互いに打ち消し合い、結像又は転写された像パタ
ーンのコントラストを増加させるもので、そのためには
照明光の単色性が必要である。光の単色性は、光の波長
をλ、光のバンド幅をΔλとすると、λ／Δλで定義さ
れる。一般に光が干渉するには、光の単色性λ／Δλが
およそ４０以上必要とされる。

【００１２】Ｘ線縮小投影露光における光源はシンクロ
トロン放射光やレーザープラズマ等が挙げられる。これ
らの光源は、波長に対してバンド幅を有する、すなわち
連続スペクトルを有する光源である。光源から発せられ
た連続スペクトルを有するビームは、照明光学系や光路
の途中にある窓材やフィルタを通ることにより、照明又
は露光に用いる波長が選択される。一般に、Ｘ線縮小投
影露光では、短波長のＸ線等は全反射反射鏡により、赤
外線、可視光線、紫外線等の長波長光は窓材やフィルタ
により、照明又は露光光から除去され、真空紫外線から
Ｘ線領域の波長を有するビームが反射型マスクに入射す
る。反射型マスクの反射率が高い領域は、先に述べた図
２、図３、図４に示されるような多層膜で形成されてい
る。多層膜は、多層膜の周期長と入射角で決まるブラッ
グ条件をおよそ満足する波長を有する光を反射する。先
に示したジャパニーズジャーナルオブアプライド
フィジクス、３０号、１１Ｂ巻、１９９９１年３０５
１ページにも記載されているＭｏ／Ｓｉ系多層膜の典型
的な分光反射率を図７に示す。このＭｏ／Ｓｉ多層膜
は、反射率が最大となる波長を１３．２ｎｍとなるよう
に設計されている。通常、分光反射率から最大反射率の
半分を与える波長の幅でバンド幅Δλを定義する。最大
反射率を与える波長を露光波長λとすると、このＭｏ／
Ｓｉ多層膜から反射した光の単色性λ／Δλは、λ＝１
３．２ｎｍ、Δλ＝０．６５ｎｍより、λ／Δλ＝２０
となる。この場合、反射光の単色性が小さいので、先に
述べた位相差を利用して、互いに近接又は隣接するパタ
ーンの境界における光の振幅が干渉して互いに打ち消し
あい、結像又は転写された像パターンのコントラストを
増加させることはできないという問題があった。

【００１３】本発明の目的は、解像度を向上させた投影
露光方法による半導体装置の製造方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の半導体装置の製造方法は、真空紫外
線からＸ線の所望の領域に波長を持つビームを用いて、
少なくとも１つの照明光学素子を介して、所望のパター
ンが描かれた光学素子を照明し、このパターンを、少な
くとも１つの結像光学素子を介して投影露光し、基板上
に転写する半導体装置の製造方法であって、照明光学素
子、所望のパターンが描かれた光学素子及び上記結像光
学素子からなる群から選ばれた少なくとも２つの光学素
子は、いずれも基板の上に、真空紫外線からＸ線の所望
の領域の波長に対して光学定数の異なる少なくとも２種
類の物質が交互に積層され、それぞれの反射率が最大と
なる波長が互いに異なっている多層膜を有することを特
徴とする。

【００１５】

【００１６】上記の少なくとも２つの光学素子とは、例
えば、ある１つの照明光学素子と所望のパターンが描か
れた光学素子という組合わせであってもよく、或は照明
光学素子が２以上あるときは、ある照明光学素子と他の
照明光学素子という組合わせを選んでもよい。同様に結
像光学素子が２以上あるときは、ある結像光学素子と他
の結像光学素子の組合わせを選んでもよい。

【００１７】また、少なくとも２つの光学素子は、いず
れも基板の上に、真空紫外線からＸ線の所望の領域の波
長に対して光学定数の異なる少なくとも２種類の物質を
交互に積層した多層膜を有することが好ましい。この多
層膜が入射した光の最大反射率を与える波長を２つの光
学素子で異なるようにすれば、ビームの単色性を上げる
ことができる。

【００１８】

【作用】光学系を通過する光の分光強度又は光の単色性
を考える。ここで、図８に投影露光装置の一例の模式図
を示して本発明の作用を説明する。光学素子である原版
を有する反射型マスク８１、結像光学系である凸面反射
鏡９２及び凹面反射鏡９１にはそれぞれ、Ｍｏ／Ｓｉの
多層膜２、７が形成されている。

【００１９】反射型マスク８１には、図１０（ａ）に示
したように、多層膜パターン２２に近接又は隣接するパ
ターン２２０３に段差２２０１をつけることにより、多
層膜パターン２２からの反射光と近接又は隣接するパタ
ーン２２０３からの反射光の位相の差は、およそ±（２
ｎ−１）・πになるように、パターン２２０３に入射し
反射する光の光路長が設定されている。各多層膜に関し
て、入射角、周期長及び最大の反射率を与える波長を下
に示す。ただし、Ｍｏの１層とＳｉの１層の膜厚比は同
じである。

【００２０】

【表１】

【００２１】図８に示すように、光源から発せられた連
続スペクトルを有する光は、照明光学系である前置反射
鏡９０１と窓９０２を通過し、真空紫外線からＸ線領域
に波長を有する入射光４１１となる。入射光４１１は反
射型マスク８１に入射し、反射型マスク８１に形成され
ている周期長６．６０ｎｍを有する多層膜２により、最
大反射率を与える波長が１２．９５ｎｍでバンド幅が
０．６ｎｍである光が反射し、凸面反射鏡９２に入射す
る。

【００２２】図９（ａ）に反射型マスク８１の多層膜の
分光反射率特性を示す。また凸面反射鏡９２及び凹面反
射鏡９１の分光反射率特性、それぞれ図９（ｂ）、図９
（ｃ）に示す。反射型マスク８１、凸面反射鏡９２、凹
面反射鏡９１を反射した光は像面であるウェハ８２に結
像する。ウェハ８２に到達する光の分光波長特性を図９
（ｄ）に示す。反射型マスク８１に形成されている多層
膜の周期長は、最大の反射率を与える波長が、凸面反射
鏡９２及び凹面反射鏡９１で最大の反射率を与える波長
とは異なるように形成されているので、物面であるウェ
ハ８２に結像する光のバンド幅は小さくなる。ここでは
ウェハ８２に結像する光のバンド幅は約０．３ｎｍであ
り、ウェハ８２に結像する光の単色性λ／Δλは１３／
０．３＝４３となる。この場合、ウェハ８２に結像する
光の単色性は４０を超えているので、先に述べたように
位相差を利用して、近接又は隣接するパターンの境界に
おける光の振幅が干渉して互いに打ち消し合い、結像さ
れた像パターンのコントラストが増加するため、微細な
パターンが物面に転写できる。

【００２３】ウェハ８２に結像する光の単色性λ／Δλ
を大きくするには、図８に示した光学系では、多層膜を
搭載した反射型マスク８１、凸面反射鏡９２、凹面反射
鏡９１の内、いずれか１つの多層膜の周期長を、この多
層膜が最大の反射率を与える波長が、他の多層膜が最大
の反射率を与える波長とは異なるようにすればよい。ま
た、前置反射鏡９０１に多層膜が設けられていれば、そ
の周期長を、この多層膜が最大の反射率を与える波長
を、他の多層膜が最大の反射率を与える波長とは異なる
ようにしてもよい。

【００２４】このように、原版を有する光学素子又は光
学系に用いる光学素子の、少なくとも１つの多層膜の周
期長を、光学素子に入射した光の最大反射率を与える波
長が他の光学素子の多層膜に対して異なるように調整す
ることにより光学系で結像される光の単色性が大きくな
る。位相差を利用してコントラストを向上させる露光方
法において、結像される光の単色性が大きいので、近接
又は隣接するパターンの境界における光の振幅が干渉し
て互いに打ち消しあい、結像された像パターンのコント
ラストが増加して、微細なパターンが物面に転写でき
る。

【００２５】

【実施例】

〈実施例１〉図８に示したＸ線投影露光装置に、光学素
子である反射型マスク８１を装着して、転写実験を行っ
た。光学素子である反射型マスク８１の構造を図１０に
示す。図１０（ａ）は、反射率の高い領域である多層膜
２２に近接又は隣接する多層膜のパターン２２０３に、
およそΔ＝λ・（２ｎ−１）／（４・ｃｏｓθ）で与え
られる段差２２０１をつけた構造の反射型マスクであ
る。多層膜パターン２２からの反射光と近接又は隣接す
るパターン２２０３からの反射光の位相の差がおよそ±
（２ｎ−１）・πになるように、パターン２２０３に入
射し反射する光の光路長が設定されている。

【００２６】この反射型マスクは、石英基板上に、上記
のΔで与えられる厚さのアモルファスＳｉ層を形成し、
通常のフォトリソグラフィ技術で所定の形状とし、Ｍ
ｏ／Ｓｉ系多層膜を蒸着して製造する。段差は、Ａｌや
ＳｉＯ₂等で形成してもよい。ＳｉＯ₂を用いるときは、
石英基板との間に、他の材質の膜を設ける等の方法を採
ることが好ましい。

【００２７】また、図１０（ｂ）に他の構造の反射型マ
スクを示す。反射率の高い領域である多層膜パターン２
２から反射する光と、隣接又は近接する反射率の高い領
域の多層膜パターン２２１から反射する光の位相の差が
およそ±（２ｎ−１）・πになるように、それぞれ多層
膜を形成する材料Ａ２３１と材料Ｂ２３２の膜厚を調節
し、さらに、材料Ａ２３１と材料Ｂ２３２の形成順を逆
にしている。この反射型マスクは、多層膜パターン２２
１の形成される部分をフォトレジストで覆って多層膜パ
ターン２２を形成し、その後、多層膜パターン２２１を
材料の形成順を逆にして形成する。

【００２８】図１１には反射型マスクに形成したパター
ンの幾つかの平面図例を示す。反射率の高い領域の多層
膜パターン２２に近接又は隣接して反射率の高い領域の
パターン２２０３があり、両者から反射する光の位相の
差がおよそ±（２ｎ−１）・πとなるように構成されて
いる。パターン２２０３に変えて多層膜パターン２２１
を形成するときも、平面図の位置は同じである。

【００２９】再び図８に戻って説明する。反射型マスク
８１はマスクステージ８３に搭載されている。ウェハ８
２はウェハステージ８４に搭載されている。まず、反射
型マスク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を介して位置合せを行う。シンクロトロン放
射光であるＸ線源８９から放射されたＸ線を前置反射鏡
９０１で集光し、ＳｉＮで形成された窓９０２を通過さ
せ、反射型マスク８１上の円弧領域を照明する。反射型
マスク８１と入射Ｘ線の位置関係は、例えば、図１１
（ａ）に示した細い多層膜パターン２２の短軸方向が入
射Ｘ線の球欠方向（図中ｙ方向）に、多層膜パターン２
２の長軸方向が入射Ｘ線の子午方向（図中ｘ方向）にな
るように設定した。

【００３０】反射型マスク８１で反射されたＸ線は、波
長１３ｎｍ近傍のＸ線からなり、凹面反射鏡９１、凸面
反射鏡９２からなる結像光学系９５により、ウェハ上に
倍率１／５で結像する。凹面反射鏡９１、凸面反射鏡９
２は、反射型マスク８１と同様なＭｏ／Ｓｉ系多層膜を
蒸着し、結像光学系の各多層膜の周期長は、表１に示し
たように、最大の反射率を与える波長がおよそ１３．２
ｎｍに一致するように調節されている。反射型マスク８
１の多層膜の周期長は、最大の反射率を与える波長が１
２．９ｎｍに一致するように調節されている。反射型マ
スク８１とウェハ８２を倍率に応じて方向９６にて同期
走査を行い、反射型マスク全面のパターンをウェハに転
写した。このような方法により、ウェハ上の２０ｍｍ角
の領域で０．０７μｍ幅のパターンを得ることができ
た。本実施例では、反射型マスク８１の多層膜の周期長
を、最大の反射率を与える波長が他と異なるようにした
が、凹面反射鏡９１、凸面反射鏡９２のいずれかの多層
膜の周期長を、最大の反射率を与える波長が他と異なる
ようにしてもよい。

【００３１】〈実施例２〉図１２に示すＸ線投影露光装
置に図１０に示した反射型マスクと同じ構造を有する反
射型マスク８１を装着して、反射型マスク８１のパター
ンを、物面であるウェハ８２へ転写する。ただし、多層
膜はＲｕ／ＢＮ構造とする。反射型マスク８１と像パタ
ーンを形成するウェハ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、反
射型マスク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を介して位置合せを行う。Ｘ線源８９から
放射されたＸ線４１１を反射鏡９０で集光し、ＢＮで形
成された窓９７を通過し、反射型マスク８１上の円弧領
域を照明する。ここで、反射型マスク８１と入射Ｘ線４
１１の位置関係は、反射型マスク８１の、例えば、図１
１（ａ）に示した細い多層膜パターン２２の短軸方向が
入射Ｘ線４１１の球欠方向（図中ｙ方向）に、多層膜パ
ターン２２の長軸方向が入射Ｘ線の子午方向（図中ｘ方
向）になるように設定する。

【００３２】反射型マスク８１で反射されたＸ線は、波
長１０ｎｍ近傍のＸ線からなり、凹面反射鏡９１、凸面
反射鏡９２、凹面反射鏡９３及び反射鏡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。各反射鏡は、反射型マスク８１と同様なＲｕ／ＢＮ
系多層膜を蒸着し、結像光学系の各多層膜の周期長は最
大の反射率を与える波長がおよそ１０．１ｎｍに一致す
るように調節されている。また、反射型マスク８１の多
層膜の周期長は、最大の反射率を与える波長が９．９ｎ
ｍに一致するように調節されている。反射型マスク８１
とウェハ８２を倍率に応じて方向９６のように同期走査
して、反射型マスク８１全面のパターンをウェハ８２に
転写する。このような方法により、ウェハ８２上の２０
ｍｍ角の領域で０．０５μｍ幅のパターンを得ることが
できる。

【００３３】〈実施例３〉図８に示したＸ線投影露光装
置に、図１０に示した反射型マスクと同じ構造を有する
反射型マスク８１を装着して、反射型マスク８１のパタ
ーンを、物面であるウェハ８２へ転写する。ここで凹面
反射鏡９１、凸面反射鏡９２及び反射型マスク８１は、
Ｍｏ／Ｓｉ系多層膜を蒸着し、各光学素子の多層膜の周
期長は、最大の反射率を与える波長がおよそ１３．２ｎ
ｍに一致するように調節されている。前置反射鏡９０１
に形成された多層膜の周期長は、最大の反射率を与える
波長が１２．９ｎｍに一致するように調節されている。

【００３４】実施例１と同様に、反射型マスク８１とウ
ェハ８２を倍率に応じて同期走査して、反射型マスク全
面のパターンをウェハに転写した。このような方法によ
り、ウェハ上の２０ｍｍ角の領域で０．０７μｍ幅のパ
ターンを得ることができた。なお、本実施例では、照明
光学素子として、前置反射鏡１個の例を示したが、複数
の照明光学素子が配置されていてもよい。

【００３５】また、上記各実施例ではＭｏ／Ｓｉ系とＲ
ｕ／ＢＮ系多層膜の場合を説明したが、本発明は、各実
施例で述べたような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、Ｒｈ／Ｂ₄Ｃ、ＲｈＲｕ／ＢＮ、Ｒｕ／
Ｂ₄Ｃ、Ｍｏ／Ｓｉ、Ｐｄ／ＢＮ、Ａｇ／ＢＮ、Ｍｏ／
ＳｉＮ、Ｍｏ／Ｂ₄Ｃ、Ｍｏ／Ｃ、Ｒｕ／Ｂｅ等の多層
膜や、Ｍｏ／Ｃ／Ｓｉ系やＭｏ／Ｃ／Ｓｉ／Ｃ系等の３
層周期や４層周期を有するような多元系の多層膜でも実
施可能である。また各実施例で用いた窓９０２及び窓９
７の材料として、ＳｉＮ、ＢＮの他、Ｓｉ、ＳｉＣ、ポ
リイミド、Ｃ膜等の軽元素材料も使用できる。また、各
実施例で反射型マスクの非反射部は、多層膜を除去した
構造としたが、多層膜表面に、吸収体を配置した構造と
してもよい。

【００３６】また、本実施例は反射型マスクの場合のみ
を説明したが、反射型マスクに何ら限定されることな
く、回折格子やリニアゾーンプレート等の反射面に微細
パターンを有する光学素子にも適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べてきたように、原版を有する光
学素子又は光学系に用いる光学素子の少なくとも１つの
多層膜の周期長を、その光学素子に入射した光の最大反
射率を与える波長が、他の光学素子に入射した光の最大
反射率を与える波長に対して異なるように調整すること
により、光学系で結像される光の単色性が大きくなるの
で、原版を有する光学素子の多層膜パターンから反射す
るビームと、隣接又は近接するパターンから反射するビ
ームの位相が反転し、パターンのコントラストが増加し
て、パターン像の解像性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＸ線縮小投影露光法の露光光学系を示す
模式図である。

【図２】従来の反射型マスクを示す断面図である。

【図３】従来の反射型マスクを示す断面図である。

【図４】従来の反射型マスクを示す断面図である。

【図５】段差を有する反射型マスクの断面図と結像した
パターンの振幅と強度分布を示す図である。

【図６】従来の反射型マスクの断面図と結像したパター
ンの振幅と強度分布を示す図である。

【図７】Ｍｏ／Ｓｉ多層膜から反射する光の分光強度特
性を示す図である。

【図８】本発明のＸ線縮小投影露光装置の一例の模式図
である。

【図９】本発明のＸ線縮小投影露光に用いる各光学素子
の一例の分光反射特性と結像される光の分光強度を示す
図である。

【図１０】実施例に用いた光学素子である反射型マスク
の断面図である。

【図１１】実施例に用いた光学素子の多層膜パターンの
平面図である。

【図１２】本発明のＸ線縮小投影露光装置の他の例の模
式図である。

【符号の説明】

１、１１…基板２、７、２１…多層膜３、２２２…非反射部５…イオンビーム２２、２２１…多層膜パターン３５…吸収体パターン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、８８…駆動装置８９…Ｘ線源９０…反射鏡９１、９３…凹面反射鏡９２…凸面反射鏡９４…反射鏡９５…結像光学系９６…方向９７、９０２…窓２３１…材料Ａ２３２…材料Ｂ４１１…入射光４４１…軟Ｘ線９０１…前置反射鏡２２０１…段差２２０３…パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ (56)参考文献特開平４−118914（ＪＰ，Ａ) 特開平５−259036（ＪＰ，Ａ) 特開平４−307923（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空紫外線からＸ線の所望の領域に波長を
持つビームを用いて、少なくとも１つの照明光学素子を
介して、所望のパターンが描かれた光学素子を照明し、
該パターンを、少なくとも１つの結像光学素子を介して
投影露光し、基板上に転写する半導体装置の製造方法に
おいて、上記照明光学素子、上記所望のパターンが描かれた光学
素子及び上記結像光学素子からなる群から選ばれた少な
くとも２つの光学素子は、いずれも基板の上に、真空紫
外線からＸ線の所望の領域の波長に対して光学定数の異
なる少なくとも２種類の物質が交互に積層され、それぞ
れの反射率が最大となる波長が互いに異なっている多層
膜を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】上記パターンを転写する方法は、縮小転写
する方法であることを特徴とする請求項１記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項３】上記少なくとも２つの光学素子の多層膜
は、その周期長が互いに異なっていることを特徴とする
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】上記所望のパターンが描かれた光学素子
は、真空紫外線からＸ線の所望の領域の波長に対して光
学定数の異なる少なくとも２種類の物質を交互に積層し
た多層膜のパターンを有し、該多層膜のパターンの互い
に隣接又は近接する少なくとも２つのパターンの反射面
は、互いに平行で、かつ、反射面の高さが、反射面の法
線と上記ビームの入射方向とのなす角θに対して、実質
的に λ・（２ｎ−１）／（４・ｃｏｓθ）（但し、ｎは自然数である）だけ異なることを特徴とす
る請求項１から３のいずれか一に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項５】上記所望のパターンが描かれた光学素子
は、真空紫外線からＸ線の所望の領域の波長に対して光
学定数の異なる少なくとも２種類の物質を交互に積層し
た多層膜のパターンを有し、該多層膜のパターンの互い
に隣接又は近接する少なくとも２つのパターンは、上記
少なくとも２種類の物質の積層順が互いに逆であること
を特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の半導
体装置の製造方法。