JP3363110B2 - Ｘ線露光用マスク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体生産などに
用いられるＸ線露光に好適なＸ線露光用マスク、このマ
スクの製造方法、このマスクを用いたＸ線露光方法及び
露光装置、更にはこのマスクを用いたデバイス生産方法
等に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の微細化に伴い、
より波長の短いＸ線を用い、マスクとウェハ基板を近接
させマスクパターンをウェハ基板上に露光転写する等倍
Ｘ線露光法が提案されている。

【０００３】等倍Ｘ線露光は、図６に示すように、マス
クパターンが描かれているＸ線露光用マスク１を通して
Ｘ線４を被加工基板３上に照射し、被加工基板３上のＸ
線レジスト２にマスクパターンを転写するものである。
マスク１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）６と、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おり、マスク１に入
射したＸ線４のうち吸収体のない部分に入射したものの
みがマスク１を透過してレジスト２の面に到達し、パタ
ーンが転写されることとなる。Ｘ線吸収体材料として
は、従来よりＷ，Ｔａ，Ａｕ等の重金属が用いられてき
た。それ以外のＸ線吸収体材料としては、Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔ及び
これらの合金が提案されている。

【０００４】これらのＸ線露光用マスクに用いるＸ線吸
収体材料の従来例では、特定の単一波長光源を露光に用
いたときのみの効果について検討されているが、シンク
ロトロン放射光のような波長域の比較的広い光源を用い
たときの吸収体の吸収、マスクコントラストや位相特
性、また好適なシンクロトロン光源の波長域や強度プロ
ファイルの設定については考慮されていない。例えば、
特開平５−１３３０９号公報では、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｚｎ及びこれらの合金を波長１〜１．５ｎｍのＸ線で露
光するための吸収体材料として提案しているが、この波
長域の中心である特定の単一波長１．２２５ｎｍにおけ
るＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎの吸収、マスクコントラスト
１０のときの吸収体膜厚を示しているのみであり、波長
１〜１．５ｎｍの広い波長域にわたるシンクロトロン放
射光を用いて露光を行ったときに得られる吸収特性やマ
スクコントラスト、それらの吸収体材料を用いて、実際
にＸ線露光転写する際における露光波長の最適化につい
ては全く考慮されていない。

【０００５】同様に、別の公知文献、特公平７−９５５
０６号公報では、Ｘ線に対する遮蔽性及びイオンエッチ
ングによるエッチングの容易性からＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｔａ，Ｗ，Ｐ
ｔ，Ａｕ及びこれらの合金を吸収体に用いて、図７に示
すように、メンブレン６上に吸収体パターン５’を成す
吸収体とは異なる樹脂又は二酸化珪素の透過パターン１
０を有するマスクが提案されているが、露光に用いる光
源の好適な波長の設定や位相シフト効果については何ら
考慮されていない。

【０００６】また、これらの材料を吸収体に用いたＸ線
露光用マスクの転写時の解像度を向上させる従来例とし
て、位相シフトマスクが提案されているが、例えば米国
特許公報 4,890,309号に示すように特定の単一波長光源
を用いたときの位相シフト効果についてのみ記載し、シ
ンクロトロン放射光のような波長域の比較的広い光源を
用いたときの吸収体の位相特性やそのときに得られる吸
収特性及びマスクコントラスト、また好適なシンクロト
ロン光源の波長域の設定やその波長域に好適な吸収体材
料については考慮されていない。

【０００７】露光装置においても、シンクロトロン放射
光を揺動又は固定Ｘ線ミラーによる反射を利用した露光
方法では、露光位置により波長分布に大きな差が生じ、
露光位置によって位相シフト量も大きく異なるという問
題等がある。このため、シンクロトロン放射光に好適な
Ｘ線露光用マスクの開発が必要とされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】実際の等倍Ｘ線露光に
おいて用いる光源の好適な波長域は、転写パターンの解
像性を支配するフレネル回折とＸ線によりレジスト中で
発生する２次電子飛程により決められる。フレネル回折
では、マスクとウェハとのギャップが狭く、露光波長が
短波長であるほど抑えられ、高い解像性が得られ、一方
２次電子飛程は、短波長のＸ線を露光に用いたときに大
きくなり、この２次電子による感光によって解像度は劣
化する。従って、この回折効果と２次電子効果の２つの
関係により、用いるＸ線の露光波長としては、０．６〜
１ｎｍの波長域が解像性の点で優れていることが示され
ており、露光において０．６〜１ｎｍのＸ線を用いるこ
とが望ましい。

【０００９】しかしながら、実際の露光や従来例のＸ線
露光用マスクにおいては、主に特定の１つの波長におい
て好適な吸収体材料についてのみ想定し、波長域を０．
６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光に対して好適な
吸収体材料、Ｘ線露光用マスクについての検討は行われ
ていない。物質の吸収及び位相特性は、使用するＸ線波
長に大きく依存するため露光に使用する波長に合わせて
材料を選択する必要があるが、シンクロトロン放射光は
波長域の広い連続スペクトルであり、そのスペクトル特
性により好適な吸収体材料、マスク材料は異なる。

【００１０】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、マスク部に入射する
光の最大光強度を波長０．６〜１ｎｍに持つシンクロト
ロン放射光を露光光源として用いたＸ線露光において、
この露光波長域に対して吸収が大きい材料を用いること
により吸収体の薄膜化を可能とし、Ｘ線露光における露
光精度の向上等に寄与し得るＸ線露光用マスクを提供す
ることにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、マスク部に入
射する光の最大光強度を波長０．６〜１ｎｍに持つシン
クロトロン放射光を露光光源として用いたＸ線露光にお
いて、位相シフト量が制御された材料を用いることによ
り転写パターンの解像性の向上を可能にし、Ｘ線露光に
おける露光精度の向上等に寄与し得るＸ線露光用マスク
を提供することにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、上記のＸ線露
光用マスクを簡易に製造することのできるＸ線露光用マ
スクの製造方法を提供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、上記のＸ線露
光用マスクを用いて良好なＸ線露光を行うことのできる
パターン露光方法、パターン露光装置、半導体デバイス
生産方法等を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。

【００１５】(1-1) メンブレン膜上にＸ線吸収体からな
るパターンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マス
ク部を支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにお
いて、前記Ｘ線マスク部に入射する光の最大光強度を波
長０．６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を露光光
源として用い、前記Ｘ線吸収体材料は、密度／原子量が
０．０８５[ｇ／ｃｍ³ ]以上であり、且つＬ殻吸収端を
波長０．７５〜１．６ｎｍに持つ元素、又は密度／原子
量が０．０４[ｇ／ｃｍ³ ]以上であり、且つＭ殻吸収端
を波長０．７５〜１．６ｎｍに持つ元素を含むことを特
徴とする。

【００１６】(1-2) Ｘ線吸収体材料は、単体元素，合
金，又は積層膜であること。 (1-3) Ｘ線吸収体材料において、密度／原子量が０．０
８５[ｇ／ｃｍ³ ]以上で且つＬ殻吸収端を波長０．７５
〜１．６ｎｍに持つ単体元素はＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｇａであり、密度／原子量が０．０４０[ｇ／ｃｍ
³ ]以上で且つＭ殻吸収端を波長０．７５〜１．６ｎｍ
に持つ単体元素は原子番号５７〜７１のランタノイド系
希土類元素（Ｌａ〜Ｌｕ）であること。

【００１７】(2) Ｘ線吸収体材料は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
の何れかの少なくとも１つの元素を含むこと。

【００１８】(3-1) メンブレン膜上にＸ線吸収体からな
るパターンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マス
ク部を支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにお
いて、前記Ｘ線マスク部に入射する光の最大光強度を
０．６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を露光光源
として用い、前記Ｘ線吸収体は、Ｌ殻吸収端或いはＭ殻
吸収端を波長０．７５〜１．６ｎｍに持つ単体元素の何
れかからなる第１の材料と、Ｍ殻吸収端を波長０．５〜
０．７５ｎｍに持つ単体元素の何れからなる第２の材料
と、の合金又は積層膜であることを特徴とする。

【００１９】(3-2) 第１の材料としてＣｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ、原子番号５７〜７１のランタノイド系
希土類元素（Ｌａ〜Ｌｕ）の何れかの元素を用い、第２
の材料として原子番号７２〜８０（Ｈｆ〜Ｈｇ）の何れ
かの元素を用いること。

【００２０】(4-1) メンブレン膜上にＸ線吸収体からな
るパターンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マス
ク部を支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにお
いて、前記Ｘ線吸収体として、全てのＬ殻及びＭ殻吸収
端が、露光光源であるシンクロトロン放射光の（光強度
として前記Ｘ線マスク部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）露光波長域の最短波長以下、或いは露光
波長の最長波長以上の領域である元素を主成分とする材
料を用いることを特徴とする。

【００２１】(4-2) 吸収体は、単体元素、或いは原子番
号３１のＧａ（３１）、或いはそれらの合金、或いは積
層膜であること。

【００２２】(4-3) 吸収体に用いられる元素は、原子番
号２７〜３０のＣｏ（２７）〜Ｚｎ（３０）或いはＧａ
（３１）、原子番号４５〜４７のＲｈ（４５）〜Ａｇ
（４７）、原子番号５７〜６３のＬａ（５７）〜Ｅｕ
（６３）、原子番号７６〜８０のＯｓ（７６）〜Ｈｇ
（８０）、原子番号８５〜８７のＡｔ（８５）〜Ｆｒ
（８７）、原子番号８９〜９２のＡｃ（８９）〜Ｕ（９
２）の何れかであること。

【００２３】(5) Ｘ線吸収体材料は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄの何れかの少なくとも１つ
の元素を含むこと。

【００２４】(6-1) メンブレン膜上にＸ線吸収体からな
るパターンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マス
ク部を支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにお
いて、前記Ｘ線マスク部に入射する光の最大光強度波長
を０．６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を露光光
源として用い、前記Ｘ線吸収体として、その全てのＬ殻
及びＭ殻吸収端が、０．６５ｎｍ以下、或いは１．０２
ｎｍ以上の領域である元素を主成分とする材料を用いた
ことを特徴とする。

【００２５】(6-2) Ｘ線吸収体は、単体元素、或いは原
子番号３１のＧａ（３１）、或いはそれらの合金、或い
は積層膜であること。

【００２６】(6-3) 吸収体に用いられる元素は、原子番
号２７〜３０のＣｏ（２７）〜Ｚｎ（３０）或いはＧａ
（３１）、原子番号４５〜４７のＲｈ（４５）〜Ａｇ
（４７）、原子番号５７〜６３のＬａ（５７）〜Ｅｕ
（６３）、原子番号７６〜８０のＯｓ（７６）〜Ｈｇ
（８０）、原子番号８５〜８７のＡｔ（８５）〜Ｆｒ
（８７）、原子番号８９〜９２のＡｃ（８９）〜Ｕ（９
２）の何れかであること。

【００２７】(7-1) メンブレン膜上にＸ線吸収体からな
るパターンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マス
ク部を支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにお
いて、前記Ｘ線吸収体として、全てのＬ殻及びＭ殻吸収
端が、露光光源であるシンクロトロン放射光の露光波長
域（光強度として該Ｘ線露光用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）の最短波長以下或いは露光
波長の最長波長以上の領域であり、且つ何れか１つの吸
収端が露光波長域の最短波長から最短波長より０．４ｎ
ｍ短い波長までの波長域にある第１の材料と、全てのＬ
殻及びＭ殻吸収端が、露光光源であるシンクロトロン放
射光の露光波長域の最短波長以下或いは露光波長の最長
波長以上の領域であり、且つ何れか１つの吸収端が露光
波長域の最長波長から最長波長より０．６ｎｍ長い波長
までの波長域にある第２の材料と、を組み合わせた合金
又は積層膜を用いることを特徴とする。

【００２８】(8-1) メンブレン膜上にＸ線吸収体からな
るパターンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マス
ク部を支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにお
いて、露光波長域（光強度として該Ｘ線露光用マスクに
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）を０．６５
ｎｍから１．０２ｎｍの間に有するシンクロトロン放射
光を露光光源として用い、前記Ｘ線吸収体として、全て
のＬ殻及びＭ殻吸収端が、前記露光波長域の最短波長以
下或いは最長波長以上の領域にあり、且つ何れか１つの
吸収端が前記露光波長域の最短波長から最短波長より
０．４ｎｍ短い波長までの波長域にある第１の材料と、
全てのＬ殻及びＭ殻吸収端が前記露光波長の最短波長以
下或いは最長波長以上の領域にあり、且つ何れか１つの
吸収端が露光波長域の最長波長から最長波長より０．６
ｎｍ長い波長までの波長域に有する第２の材料とを組み
合わせた合金又は積層膜を用いることを特徴とする。

【００２９】(8-2) 第１の材料として、原子番号４１〜
５２のＮｂ（４１）〜Ｔｅ（５２）及び原子番号７６〜
９２のＯｓ（７６）〜Ｕ（９２）の何れかの元素を用
い、第２の材料として、原子番号２２〜３１のＣｏ（２
２）〜Ｚｎ（３０）及び原子番号５７〜６２のＬａ（５
７）〜Ｅｕ（６３）の何れかの元素を用いること。

【００３０】(8-3) 第２の材料として、原子番号３１の
Ｇａ（ガリウム）を含めた第１の材料との合金、或いは
積層膜であること。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】(9-1) 前記 (1)〜(8) のいずれかに記載の
Ｘ線露光用マスクと、このマスクに対し最大光強度を波
長０．６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を照射す
るためのＸ線源と、マスクを透過したＸ線をウェハ上に
投影露光する手段とを具備してなることを特徴とするパ
ターン露光装置。

【００５６】(10-1)前記 (1)〜(8) のいずれかに記載の
Ｘ線露光用マスクを用い、さらにＸ線マスク部に入射す
る光の最大光強度を波長０．６〜１ｎｍに持つシンクロ
トロン放射光を露光光源に用いて、マスクに形成された
パターンをウェハ上に露光転写することを特徴とするパ
ターン露光方法。

【００５７】

【００５８】（作用）本発明では、以下の２つの課題の
解決をはかる。第１の課題は、解像性に優れる露光波長
域０．６〜１ｎｍに最大光強度波長を持つシンクロトロ
ン放射光に対して吸収が大きく、高いマスクコントラス
トが得られる材料をＸ線吸収体に用いて、好適なＸ線露
光用マスクを実現する。従来の吸収体材料を用いたＸ線
露光用マスクでは、高いマスクコントラストを得るには
吸収体の膜厚を厚くする必要があるため、微細なパター
ンの形成が難しいという問題を有している。従って、実
際の露光に用いるシンクロトロン放射光に対して吸収が
大きく、高いマスクコントラストが得られる材料が必要
となる。

【００５９】第２の課題は、Ｘ線吸収体とマスク基板を
透過したＸ線のそれぞれの位相φ₁とφ₂ のシフト量の
差｜φ₁ −φ₂ ｜が、解像性に優れる露光波長０．６〜
１ｎｍに対して、波長依存性を示さず、同じシフト量と
なる材料で且つ高いマスクコントラストが得られる材料
を吸収体に用いて、好適なＸ線露光用マスク、位相シフ
トマスクを実現する。このとき、シンクロトロン放射光
をＸ線ミラーによって反射させる露光方法においても、
露光位置によって波長分布に大きな差が生じても、位相
シフト量が波長依存性を示さなければ、露光むらや解像
度の劣化は抑えられる。

【００６０】従来例の図８（米国特許公報 4,890,309
号）に示す吸収体の位相を反転させる位相シフトマスク
においては、吸収体５’とマスク基板を透過したＸ線の
それぞれの位相φ₁ とφ₂ がπだけずれるように吸収体
の厚さｄ_a を決定している。例えば、波長０．８ｎｍの
Ｘ線でＷ（タングステン）からなる吸収体のパターンを
露光する場合、厚さ０.５μｍとすれば｜φ₁ −φ₂ ｜
＝πとなり、目的が達成できるが、波長域の広いシンク
ロトロン放射光を用いて露光を行う場合、吸収体の厚さ
ｄによる位相シフト量及び吸収は波長に対して変化す
る。ここで、厚さ０.５μｍのＷからなる吸収体のパタ
ーンを用いて、波長域０．６〜１ｎｍのシンクロトロン
放射光による露光を想定する場合、位相シフト量は０．
３８π＜｜φ ₁ −φ₂ ｜＜１．３２πとなり、単一波長
についての位相特性や吸収特性を考慮しているだけでは
所望の位相シフト効果は得られない。

【００６１】そこで本発明では、図１に示すようなメン
ブレン６及びＸ線吸収体パターン５を有するＸ線露光用
マスクにおいて、メンブレン６はＸ線吸収体によるパタ
ーン５を形成するものであり、Ｘ線吸収体は、Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ、ランタノイド系希土類元素のＬ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕの単体元素及
びこれらの合金、またＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｇの何れかの元
素とランタノイド系希土類元素（Ｌａ〜Ｌｕ）の何れか
の元素との合金を用いる。また、Ｘ線４としては、Ｘ線
露光用マスクに入射する光の最大光強度を波長０．６〜
１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を用いる。

【００６２】また、上記の構造のＸ線露光用マスクの他
に本発明では、図２〜図４に示すメンブレン６上にＸ線
吸収体パターン１０と吸収体とは異なる透過膜パターン
(８，８’，８”)を有するマスク特徴とするＸ線露光用
マスクを用いる。このとき、Ｘ線吸収体材料としては、
その全ての吸収端が、露光波長域（光強度として該Ｘ線
露光用マスクに入射する最大光強度の１／１０以上の強
度を持つ波長域）の最短波長以下、或いは最長波長以上
の領域である元素からなる単体元素，化合物，積層膜を
用いることを特徴とし、また透過膜材料としては、その
全ての吸収端が、露光波長域の最短波長以下、或いは最
長波長以上の領域である元素、或いは最短波長近傍（最
短波長より０．１ｎｍ以内）に吸収端を持つ元素からな
る単体元素，化合物，積層膜を用いることを特徴とす
る。このとき、露光波長域における吸収体の位相分散を
打ち消すのに好適な位相特性を持つ元素からなる物質を
透過膜材料に選択する。

【００６３】このように本発明では、請求項１，２のよ
うに吸収体の材料を選ぶことによって、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０．６〜１ｎｍの波長域のＸ線を露光に用いて、
パターン転写を行う際に、微細加工の容易な薄膜化され
た吸収体を用いることが可能となる。

【００６４】また、請求項３〜８のように吸収体の材料
を選ぶことにより、吸収体とマスク部を透過したＸ線の
それぞれの位相φ₁ とφ₂ （又は吸収体と透過膜を透過
したＸ線のそれぞれの位相φ_a とφ_t ）のシフト量の差
｜φ₁ −φ₂ ｜（又は｜φ_a−φ_t ｜）が、その露光波
長帯域に渡りほぼ一定となり、シンクロトロン放射光に
対して好適な位相シフト効果を持つＸ線転写を行い、パ
ターン解像性の向上をはかることができる。特に、解像
性に優れる露光波長０．６〜１ｎｍのシンクロトロン放
射光を用いた露光においては、パターン解像性の大幅な
向上を期待できる。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００６６】（第１の実施形態）図１に示すように、Ｘ
線露光用マスク１は、Ｘ線透過薄膜としてのメンブレン
６上にＸ線吸収体パターン５を形成し、メンブレン６の
周辺を支持体７で支持した構成となっている。マスクと
しての基本的な構成は従来のマスクと同様であるが、本
実施形態では後に説明するように構成材料、特に吸収体
材料が従来とは大きく異なっている。

【００６７】Ｘ線４としてはシンクロトロン放射光を用
いた。シンクロトロン放射光としては、リング蓄積電子
エネルギー６００ＭｅＶ、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５
０ｍＷ／ｃｍ² 、ビーム平行度２mrad以下のものを用い
た。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
（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）窓、平均膜厚１．０μｍのダイヤモンド
窓を用い、さらに集光及び揺動ミラーには射入射型の白
金（Ｐｔ）ミラーを用いた。このときシンクロトロン放
射光として、波長域０．６２〜１．０２ｎｍの放射光が
得られ、また膜厚１．０μｍのメンブレン材料、窒化珪
素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜、炭化珪素（ＳｉＣ）膜、ダイヤモ
ンド膜、珪素（Ｓｉ）膜のそれぞれの透過後の放射光強
度分布は図５に示す結果となり、露光対象物のパターン
精度を向上させるのに好適な露光光源である。ここで、
レジスト材料としてはノボラック樹脂系化学増幅型ネガ
型レジスト（膜厚ｄ_R =０．３μｍ）を用いた。

【００６８】メンブレン６として膜厚が１μｍ又は２μ
ｍの窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜、炭化珪素（ＳｉＣ）
膜、ダイヤモンド膜、珪素（Ｓｉ）膜の何れかの膜、ま
た吸収体５の膜厚ｄ_a を０．４μｍとする図１に示す構
造のＸ線露光用マスクを、上記露光条件において用いた
ときに得られる各種材料のマスクコントラストの結果
を、下記の（表１）に示す。

【００６９】

【表１】

【００７０】この（表１）から明らかなように、Ｇｄ，
Ｔｂ，Ｓｍ，Ｈｏ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｄｙ，Ｏｓは従来材料
のＡｕ，Ｗ，Ｔａよりも吸収が大きく高マスクコントラ
ストが得られる単体元素であり、波長域０．６〜１ｎｍ
のシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光において好適
な吸収体材料であることが判る。この他にも、Ｔｍ，Ｅ
ｒ，Ｐｍ，Ｃｕ，Ｎｄ，Ｎｉを用いたときにＴａより高
マスクコントラストが得られ、これらが好適な吸収体材
料であることが判る。

【００７１】また本実施形態では、波長域０．６〜１ｎ
ｍのシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光において吸
収が大きく、高いマスクコントラストが得られる単体元
素の吸収体材料は、原子数密度と吸収端波長の位置の関
係から以下の３つのグループに分けられることを明らか
にした。

【００７２】 １）原子番号２７〜３１ → Ｃｏ(27)〜Ｇａ(31) ２）原子番号５７〜７１ → Ｌａ(57)〜Ｌｕ(71) ３）原子番号７２〜８０ → Ｈｆ(72)〜Ｈｇ(80) 以下、これらのグループの単体元素が波長域０．６〜１
ｎｍのシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光において
吸収が大きく、高いマスクコントラストが得られる理由
について説明する。

【００７３】軟Ｘ線領域における物質の複素屈折率及び
吸収・消衰係数は、以下の式 (1)〜(4) で表され、吸収
は (4)式で示されるように原子数密度Ｎ_a と原子散乱因
子ｆ ₂ の積に比例することから、マスクコントラストの
大きさも原子数密度Ｎ_a と原子散乱因子ｆ₂ に依存す
る。

【００７４】 ｎ−ｉｋ＝１−δ−ｉβ ＝１−（Ｎ_a ｒ_e λ² ／２π）（ｆ₁ ＋ｉｆ₂ ）… (1) δ＝Ｎ_a ｒ_e λ² ｆ₁ ／２π … (2) ｋ＝β＝Ｎ_a ｒ_e λ² ｆ₂ ／２π … (3) α＝４πｋ／λ＝２Ｎ_a ｒ_e λｆ₂ … (4) ここで、 Ｎ_a ：原子数密度 ｒ_e ：古典電子半径（2.81794 ×１０^-15 [m]） λ ：Ｘ線波長 ｆ₁ ，ｆ₂ ：原子散乱因子の実部と虚部 ｎ ：屈折率 α ：（線）吸収係数［cm^-1］ ｋ ：消衰係数 である。

【００７５】原子数密度Ｎ_a は、密度／原子量（Ｄ／
Ｍ）に比例し、単体元素でＤ／Ｍが０．０８５[ｇ／ｃ
ｍ³ ]以上の高密度の元素は、以下の元素である。

【００７６】Ａ）原子番号２２〜３１(Ti-Ga) (4.54-
8.93g/cm³ ) D/M=0.085-0.151 Ｂ）原子番号４１〜４７(Nb-Ag) (8.56-12.44g/cm³ )
D/M=0.092-0.1 Ｃ）原子番号７３〜７９(Ta-Au) (16.65-22.57g/cm³ )
D/M=0.092-0.119 一方、原子散乱因子ｆ₂ は波長に対して変化し、特に吸
収端近傍においては変化が大きく、吸収端波長より短波
長側近傍では原子散乱因子ｆ₂ は大きくなり、長波長側
近傍では極端に小さくなる。従って、シンクロトロン放
射光源を用いる場合、吸収は放射光の波長域全体にわた
るため、吸収及びマスクコントラストは元素の吸収端波
長の位置に大きく依存する。上述の露光条件（露光光、
窓材、メンブレン材料）における波長域０．６〜１ｎｍ
のシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光において、吸
収端波長の位置が放射光の波長域の長波長側近傍の波長
０．７５〜１．６ｎｍに存在する以下の単体元素は、原
子散乱因子ｆ₂ が大きくなる。

【００７７】Ｄ）原子番号２７〜３５(Co-Br) Ｌ殻吸収
端 ０．７５〜１．６ｎｍ Ｅ）原子番号５６〜７１(Ba-Lu) Ｍ殻吸収端 ０．７５
〜１．６ｎｍ グループＡ）及びＤ）に属する元素、即ち密度／原子量
が０．０８５［ｇ／ｃｍ³ ］以上で、Ｌ殻吸収端を波長
０．７５〜１．６ｎｍに持つ元素は、原子番号２７〜３
０のＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａであり、そのＬ殻吸
収端がλ＝１〜１．６ｎｍにあり、シンクロトロン放射
光の波長域（０．６〜１ｎｍ）に対して長波長側近傍で
あるため、原子散乱因子ｆ₂ が大きく且つ原子数密度Ｎ
_a も高い。このため、吸収率は高くなり、マスクコント
ラストは吸収体膜厚０．４μｍにおいて２．５以上にな
る。従って、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎは、波長域０．６
〜１ｎｍのシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光にお
いて最も好適な吸収体材料である。

【００７８】同様に、Ｍ殻吸収端がλ＝０．７〜１．５
ｎｍにあるグループＥ）のＢａを除く全ての元素、原子
番号５７〜７１のランタノイド元素Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕにおいても、Ｍ殻吸収端がシンクロトロ
ン放射光の波長域に対して長波長側近傍であるため原子
散乱因子ｆ₂ が大きくなり、原子数密度の小さい元素で
あるにも関わらず、吸収率は高くなり、密度／原子量が
０．０４０［ｇ／ｃｍ³ ］以上の元素においてはマスク
コントラストが吸収体膜厚０．４μｍにおいて２．５以
上になる。Ｂａは密度／原子量が０．０２５［ｇ／ｃｍ
³ ］と極端に低く原子数密度Ｎ_a が低いために、吸収率
もマスクコントラストも高くならない。

【００７９】従って、グループＥ）の原子番号５７〜７
１のＬａ〜Ｌｕも、波長域０．６〜１ｎｍのシンクロト
ロン放射光を用いたＸ線露光において好適な吸収体材料
である。特に、Ｇｄ，Ｔｂ，Ｓｍ，Ｈｏは、波長域０．
６〜１ｎｍにおける吸収がＩｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ
よりも大きく（ウランを除く）単体元素の中で最大の吸
収とマスクコントラストが得られるため、好適な吸収体
材料である。

【００８０】それとは対照的にグループＢ）の原子番号
４１〜４７のＮｂ〜Ａｇの元素は、原子数密度Ｎ_a は高
いが、そのＬ殻吸収端がλ＝２．５〜０．５ｎｍに存在
し、吸収端の長波長側に光の波長域があるため原子散乱
因子ｆ₂ は小さくなり、マスクコントラストの値はあま
り大きくならない。

【００８１】またグループＣ）の原子番号７３〜７９の
従来から吸収体材料に用いられている密度の高い材料、
Ｔａ, Ｗ, Ａｕ（16.65, 19.30, 19.32 g/cm³ ）等は、
そのＭ４，Ｍ５吸収端が波長０．４〜０．７ｎｍに位置
し、吸収端よりも波長が長くなると吸収は急激に減少す
るため、そのＭ４，Ｍ５吸収端波長より長波長域では吸
収が極端に低くなる。特にＴａ, Ｗは、吸収端がＳｉの
K吸収端０．６７３８ｎｍ近傍にあり、吸収が重なるこ
とで、Ｓｉ系の物質をメンブレン材料及び窓材に用いた
とき、０．６７３８ｎｍ以下の光は、メンブレンにおい
て吸収（減衰）されマスクコントラストを高めるのに寄
与しないため、同じグループのＩｒ，Ｐｔ，Ａｕよりも
吸収、マスクコントラスト値は低くなる。

【００８２】上記のことより、波長域０．６〜１ｎｍの
シンクロトロン放射光を用いたＸ線露光において高いマ
スクコントラストが得られる単体元素は、原子数密度と
吸収端波長の位置の関係から １）原子番号２７〜３１ Ｃｏ(27)〜Ｇａ(31) ２）原子番号５７〜７１ Ｌａ(57)〜Ｌｕ(71) ３）原子番号７２〜８０ Ｈｆ(72)〜Ｈｇ(80) の上記３つのグループに分けることができる。

【００８３】これらの１）〜３）のグループに属する元
素、Ｃｕ，Ｇｄ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕの吸収特性を図９に示
す。Ｃｕは、ＴａやＷに比べ密度は低いが、原子数密度
Ｎ_aは高く、そのＬ吸収端の短波長側近傍にビームの波
長域があるため原子散乱因子ｆ₂ は大きくなり、吸収が
Ｔａ，Ｗよりも波長０．７ｎｍ以上では大きくなり、よ
り高いマスクコントラストを生じることが判る。Ｇｄも
Ｍ吸収端の短波長側近傍にビームの波長域があるため原
子散乱因子ｆ₂ は大きくなり、吸収率、マスクコントラ
ストは高くなることが明らかである。

【００８４】以上の主な単体元素においてマスクコント
ラストを１０とするのに必要な膜厚を、下記の（表２）
に示す。

【００８５】

【表２】

【００８６】この（表２）から明らかなように、Ｃｕ，
Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂは、Ｔａ及びＷに比較してＸ線の吸収
が大きく、膜厚を薄くすることが可能である。特に、Ｓ
ｍ，Ｇｄ，ＴｂはＡｕよりも吸収が大きく薄膜化するこ
とが可能となる。これ以外の単体元素のＨｏ，Ｔｍにお
いてもＡｕよりも吸収が大きい。

【００８７】線幅０．２μｍ以下の微細なパターンの転
写においては、Ｘ線を十分に遮蔽するための吸収体の膜
厚はパターン線幅に対する比率（アスペクト比）は高く
なり、従来提案されている吸収体材料やマスク作成法で
は精度良く吸収体パターンを形成することは困難である
が、本実施形態により選択された吸収体を用いれば、露
光に用いるＸ線に対して吸収が大きく薄膜化が可能とな
り微細加工が容易となる。

【００８８】（第２の実施形態）第１の実施形態におい
ては単体で用いた元素を組み合わせることで、さらに吸
収体材料の吸収特性を改善することが可能である。即
ち、吸収体としてＬ殻吸収端を露光波長域０．６〜１ｎ
ｍよりも長波長側（０．７５〜１．６ｎｍ）に持つ原子
番号２７〜３１（Ｃｏ〜Ｇａ）のグループ１）の何れか
の元素と、Ｍ殻吸収端を露光波長域０．６〜１ｎｍより
も短波長側（０．５〜０．７５ｎｍ）に持つ原子番号７
２〜８０（Ｈｆ〜Ｈｇ）のグループ３）の何れかの元素
とを組み合わせた合金又は積層膜は、波長域０．６〜１
ｎｍのシンクロトロン放射光に対して吸収が大きく、吸
収体の膜厚を厚くしなくても高いマスクコントラストが
得られる材料となるため好適な吸収体材料である。

【００８９】同様に、Ｍ殻吸収端を露光波長域０．６〜
１ｎｍよりも長波長側（０．７５〜１．６ｎｍ）に持つ
原子番号５７〜７１のランタノイド系希土類元素（Ｌａ
〜Ｌｕ）のグループ２）の何れかの元素と、Ｍ殻吸収端
を露光波長域０．６〜１ｎｍよりも短波長側（０．５〜
０．７５ｎｍ）に持つ原子番号７２〜８０（Ｈｆ〜Ｈ
ｇ）のグループ３）の何れかの元素とを組み合わせた合
金又は積層膜は、波長域０．６〜１ｎｍのシンクロトロ
ン放射光に対して吸収が大きく、吸収体の膜厚を厚くし
なくても高いマスクコントラストが得られる材料となる
ため好適な吸収体材料である。

【００９０】特に、グループ２）の単体元素のＳｍ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏとグループ３）の単体元素のＩ
ｒ，Ｐｔ，Ａｕとの組み合わせは、それぞれの元素のマ
スクコントラストが高いために化合物の構成元素として
も好適な材料である。例えば、ＡｕとＳｍの組み合わせ
おいては、ＳｍはＡｕよりも吸収が大きく（膜厚０．４
μｍでマスクコントラストＳｍ：４．７３〜４．９４、
Ａｕ：４．２９〜４．５０）、その吸収特性が変化する
ことによりマスクコントラストを非常に高くすることが
可能である（Ｓｍ₃ Ａｕ₂ ：５．７８〜６．１０）。２
元化合物の密度を単体元素のそれぞれの密度から組成比
に合わせて積分し、吸収体の膜厚を０．４μｍ 、メン
ブレン厚を１μｍとしたときの合金、化合物のマスクコ
ントラストの計算結果を、下記の（表３）に示す。

【００９１】

【表３】

【００９２】この（表３）の合金、化合物のマスクコン
トラストの値は、何れの単体元素における値よりも高く
なり、単体元素に比較して非常に大きなマスクコントラ
ストが得られる。図１０には、Ｇｄ_1-x Ａｕ_x の組成を
変化させたときの吸収特性及びマスクコントラストの変
化を示し、吸収特性の変化に応じてマスクコントラスト
も改善されることが判る。

【００９３】（表３）以外の組み合わせの化合物におい
ても、Ｔａ(73)においては、 １）原子番号３０〜３３番までの元素 Ｚｎ(30)〜Ａｓ(33) ２）原子番号５６〜７２番までの元素 Ｂａ(56)〜Ｈｆ(72) ３）原子番号７５番以降の元素 Ｒｅ(75)〜Ｂｉ(83) との２元化合物において、構成する何れの元素よりも高
いマスクコントラストとなる。

【００９４】同様にＷ(74)においても、 １）原子番号３２，３３番の元素 Ｇｅ(32)，Ａｓ(33) ２）原子番号５６〜７２番までの元素 Ｂａ(56)〜Ｈｆ(72) ３）原子番号７５〜７９番までの元素 Ｒｅ(75)〜Ａｕ(79) との２元化合物においても何れの元素よりも高いマスク
コントラストとなる。

【００９５】また、Ｒｅ(75)，Ｏｓ(76)においては、 原子番号５６〜７９番までの元素 Ｂａ(56)〜Ａｕ(79) Ｉｒ(77) においては、 原子番号５６〜７８番までの元素 Ｂａ(56)〜Ｐｔ(78) Ｐｔ(78),Ａｕ(79)は、 原子番号５６〜７７番までの元素 Ｂａ(56)〜Ｉｒ(77) との２元化合物において、高いマスクコントラストとな
る。従って、これらの合金、化合物は、吸収体膜厚の薄
膜化に有効な物質であり、好適な吸収体材料となる。

【００９６】以上の主な合金、化合物の吸収体において
マスクコントラストを１０とするのに必要な膜厚を、下
記の（表４）に示す。

【００９７】

【表４】

【００９８】この（表４）から明らかなように、合金、
化合物においては、何れの単体元素よりも吸収が大きく
なり、さらに薄膜化が可能となり、（表３）でマスクコ
ントラスト６．５０以上の物質Ｇｄ₁₁Ｉｒ₉ ，Ｇｄ₃ Ａ
ｕ₂ ，Ｇｄ₁₁Ｐｔ₉ 等において必要な膜厚が５００ｎｍ
以下と大幅に膜厚を薄くできる。従って、本実施形態に
より提案された合金、化合物材料を吸収体に用いたと
き、波長域０．６〜１ｎｍの露光光に対して吸収が大き
く、吸収体材料の薄膜化が可能となり、マスク製作にお
ける微細加工が容易となる。

【００９９】（第３の実施形態）次に、吸収体とマスク
基板を透過したＸ線のそれぞれの位相φ₁ とφ₂ のシフ
ト量の差｜φ₁ −φ₂ ｜が、解像性に優れる露光波長域
０．６〜１ｎｍの露光において、その波長帯域にわたり
一定となり、また同時に高いマスクコントラストも得ら
れる吸収体材料を用いたシンクロトロン放射光に対して
好適な位相シフトマスクの提案及びそのマスクを用いた
Ｘ線露光方法の実施形態を、以下に説明する。

【０１００】はじめに、露光波長域０．６〜１ｎｍのシ
ンクロトロン放射光の露光において、吸収体とマスク基
板を透過したＸ線のそれぞれの位相φ₁ とφ₂ のシフト
量の差｜φ₁ −φ₂ ｜が波長に対して大きく変化しない
好適な吸収体材料について説明する。

【０１０１】シンクロトロン放射光の好適な波長域は
０．６〜１ｎｍであり、ここで実施形態で用いているシ
ンクロトロン放射光の波長域も０．６２〜１．０２ｎｍ
であり、好適な露光光源である。しかしながら、このシ
ンクロトロン放射光を光源とした露光においては、取り
出し窓にＢｅ窓（平均膜厚２５μｍ）、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 窓
（平均膜厚１．５μｍ）、ダイヤモンド窓（平均膜厚
１．０μｍ）を用いており、それらの材料を透過した後
の強度スペクトルにおける最大強度から１／１０の強度
までの波長域は、０．６５４〜１．０１５ｎｍとなる。
Ｓｉは、その吸収端を波長０．６７４ｎｍに持つため、
窓材やメンブレン材にＳｉ系の物質を用いた通常の露光
条件において、波長０．６７４ｎｍ以下の露光光は吸収
・減衰してしまう。従って、露光に対しては大きな影響
を与えないため、ここで露光に寄与する波長域は０．６
５４〜１．０１５ｎｍとなり、この実効的な波長域で好
適な吸収体材料であることが望まれる。

【０１０２】下記に示す（表５）は、波長域０．６５４
〜１．０１５ｎｍにおける吸収体の位相シフト量の平均
がπとなるように膜厚ｄ_a を設定したときの、様々な単
体元素の位相シフト量の分散結果をΔφとして示してい
る（Δφ：位相シフト量のπからの変位）。

【０１０３】

【表５】

【０１０４】（表５）では他に、各元素の吸収端の波
長、膜厚０．４μｍにおいてそれぞれのメンブレン材料
に対して得られるマスクコントラストを示している。こ
の（表５）において、ビーム波長域内に吸収端を含む元
素と含まない元素において位相特性に大きな違いがあ
り、吸収端を含まない元素において位相シフト量の分散
が小さいことが判る。

【０１０５】図１１及び下記の（表６）にはビーム波長
域内に吸収端を含む元素と含まない元素の代表的な吸収
体の位相変化の特性を示しており、吸収端を含む元素Ｔ
ａ，Ｗは大きく位相が変化し、ビーム光の波長全域にわ
たって位相をπ変化させることは困難であり、一方Ａ
ｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ−ＳｉＯ₂ （ＳｉＯ₂ 膜へ
のＣｕの埋め込み）の吸収端を含まない元素は、位相変
化は波長に対して小さく、ほぼ制御できることが判る。

【０１０６】

【表６】

【０１０７】波長域内に吸収端を含まない元素は、波長
域内で急激な屈折率変化がないため、π位相シフトする
ための膜厚も波長に対する変化も小さく、その位相制御
は可能となる。このため、位相シフトマスクの吸収体材
料として好適である。Ｘ線露光において、波長域が０．
６〜１ｎｍに存在するＸ線源を用いた場合、 １）Group Ｉ 原子番号２７〜３１ Ｃｏ(27)〜Ｇａ(31) ２）Group II 原子番号４１〜５２ Ｎｂ(41)〜Ｔｅ(52) ３）Group III 原子番号５７〜６３ Ｌａ(57)〜Ｅｕ(63) ４）Group IV 原子番号７６〜９２ Ｏｓ(76)〜Ｕ(92) の４つのグループの元素は、その吸収端がこの波長域に
含まれず位相シフト制御の行い易い物質であり、いかな
る所望位相差に対しても膜厚を変えることにより制御す
ることを可能とするため、位相シフト効果を持ったＸ線
露光用マスクの吸収体材料に好適な材料である。また、
これらの材料の中で第１の実施形態において示された吸
収の大きい材料にも含まれるものは、 原子番号２７〜３１のＣｏ(27)〜Ｇａ(31) 原子番号５７〜６３のＬａ(57)〜Ｅｕ(63) 原子番号７６〜８０のＯｓ(76)〜Ｈｇ(80) であり、これらの物質は波長域０．６〜１ｎｍのシンク
ロトロン放射光を用いたＸ線露光において、位相特性及
び吸収特性の何れにも優れた非常に好適な吸収体材料で
ある。これ以外の単体元素のＦｒ(87)、原子番号８９〜
９２のＡｃ(89)〜Ｕ(92)も、同様に位相特性及び吸収特
性に優れた材料であるが、稀少で入手が困難、且つ高価
であるため実用的ではないため、ここでは除いて説明し
ている。

【０１０８】次に、上記の位相シフト量の制御性に優
れ、位相シフトマスクの吸収体材料に好適な吸収体材料
について以下に説明する。

【０１０９】波長域０．６〜１ｎｍのシンクロトロン放
射光源において全帯域にわたる制御は困難である単体元
素としては、波長域０．６５４〜１．０１５ｎｍ内に吸
収端を含む以下のような元素： １）原子番号１２〜１４ Ｍｇ(12)〜Ｓｉ(14) Ｋ殻吸
収端 ２）原子番号３２〜３７ Ｇｅ(32)〜Ｒｂ(37) Ｌ殻吸
収端 ３）原子番号６４〜７５ Ｇｄ(64)〜Ｒｅ(75) Ｍ殻吸
収端 である。これは、吸収端波長において急激な屈折率変化
が生じるため、π位相シフトするための膜厚も波長に対
して大きく変化しているためである。Ｘ線露光における
代表的な吸収体材料、Ｔａ(73)，Ｗ(74)はこれらの中に
含まれ、 Ｔａ（タンタル：原子番号７３） Ｍ殻吸収端波長：Ｍ４：0.687nm ，Ｍ５：0.711nm π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝679.50nm（マスクコントラス
ト：7.20〜7.55） π位相シフト量：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±0.54π（波長
0.654〜1.015 nm） Ｗ（タングステン：原子番号７４) Ｍ殻吸収端波長：Ｍ４：０．６５９ｎｍ，Ｍ５：０．６
８３ｎｍ π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝581.70nm（マスクコントラス
ト：6.77〜7.08） π位相シフト量：|φ₁ -φ₂ |≦π±0.56π（波長 0.65
4〜1.015 nm） となり、位相はこの波長域内でπ／２以上変化し、これ
らの物質は特性X線を利用した光源による露光において
は、位相を膜厚により制御することはできるが、シンク
ロトロン放射光源においては波長域全域にわたる制御は
困難である。

【０１１０】一方、波長域内に吸収端を含まない元素
は、波長域内で急激な屈折率変化がないため、π位相シ
フトするための膜厚も波長に対する変化も小さく、その
位相制御は可能となる。Ｘ線露光において、波長域が
０．６〜１ｎｍに存在するＸ線源を用いた場合、上記の
グループＩのＣｏ(27)〜Ｇａ(31)、グループIIのＮｂ(4
1)〜Ｔｅ(52)、グループIII のＬａ(57)〜Ｅｕ(63)、グ
ループIVのＯｓ(76)〜Ｕ(92)の計４つのグループに分け
られる。

【０１１１】次に、これらの４つのグループの単体元素
について、吸収特性を含めて個々に説明する。

【０１１２】１）Group Ｉ（原子番号２７〜３１：Ｃｏ
(27)〜Ｇａ(31)） このグループの元素は、その密度は５．９０〜８．９３
ｇ／ｃｍ³ と従来用いられてきた吸収体材料に比べ低い
が、原子数密度Ｎ_a は高く、またＬ殻の吸収端がλ＝１
〜１．６ｎｍに存在し、吸収端の短波長側近傍にシンク
ロトロン放射光の波長域があるため原子散乱因子ｆ₂ は
大きくなり、吸収α及びマスクコントラストの値も大き
くなる。波長域０．６５４〜１.０１５ｎｍにおけるπ
位相シフト膜厚ｄ_a としたときのこのグループの位相シ
フトの変化を、図１２及び下記の（表７）に示す。

【０１１３】

【表７】

【０１１４】位相シフト量のπからの変位は Δφ＝
０．０７〜０．１８πであり、このグループの元素はこ
の波長域の露光において位相シフト量の制御が行える。
特に、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａは位相シフト量をπ±０．１３
π，π±０．１０π，π±０．０７πにそれぞれ制御で
き、いかなる所望位相差に対しても膜厚を変えることで
精度良く制御することが可能であり、マスクコントラス
トも高いことから、この露光波長域において好適な吸収
体材料である。

【０１１５】２）Group II（原子番号４１〜５２： Ｎ
ｂ(41)〜Ｔｅ(52)） このグループのＮｂ(41)〜Ｔｅ(52)元素は、そのＬ殻吸
収端がλ＝０．２５〜０．５０ｎｍに存在し、吸収端の
長波長側にシンクロトロン放射光の波長域があるため原
子散乱因子ｆ₂ も小さくなり、吸収α及びマスクコント
ラストの値も小さくなる。波長域０．６５４〜１．０１
５ｎｍにおける膜厚ｄ_a としたときのこのグループの元
素の位相シフトの変化を、図１３及び下記の（表８）に
示す。

【０１１６】

【表８】

【０１１７】位相シフト量のπからの変位はΔφ＝０．
１８〜０．２４πであり、グループＩの物質と比較する
と変位量は大きく、またマスクコントラストも低くな
る。しかしながら、このグループの元素のＲｕ(44)，Ｒ
ｈ(45)，Ｐｄ(46)は、密度が比較的高く（１２．０６〜
１２．４４ｇ／ｃｍ³ ）、π位相シフトさせるために必
要な膜厚は、４７４．１４〜４８７．４６ｎｍと非常に
薄くできるため、これらの元素は吸収も大きく好適な吸
収体材料である。

【０１１８】３）Group III （原子番号５７〜６３：
Ｌａ（57）〜Ｅｕ（63）） Ｌａ(57)〜Ｅｕ(63)元素は、何れも希土類元素に属し、
その密度は５．２４〜７．５２ｇ／ｃｍ³ と低いが、グ
ループＩと同様にその吸収端（この場合、Ｍ殻）がλ＝
１．１〜１．５ｎｍに存在し、吸収端の短波長側にシン
クロトロン放射光の波長域があるため原子散乱因子ｆ₂
は大きくなり、吸収α及びマスクコントラストの値も大
きくなる。また、原子番号の増加と共にＭ殻吸収端の波
長は短くなり、原子番号６４〜６９のＧｄ〜Ｔｍの吸収
端とシンクロトロン放射光の波長域が重なり、吸収及び
マスクコントラスト値は非常に大きくなる。

【０１１９】密度が低いため膜厚に対する屈折率変化は
小さく、π位相シフトさせるための膜厚は、９８５．８
８〜１６１１．３ｎｍと厚くしなければならないが、位
相シフト量のπからの変位量は｜Δφ｜＝０．０３〜
０．１４πと何れの元素も位相制御性に優れ、膜厚を変
えることで精度良くいかなる所望位相差にも制御するこ
とが可能であり、また吸収も大きいことからＬａ(57)〜
Ｅｕ(63)元素は位相シフトマスクの吸収体に好適な材料
である（図１４及び（表９）参照）。

【０１２０】

【表９】

【０１２１】４）Group IV（原子番号７６〜９２：Ｏｓ
(76)〜Ｕ(92)） このグループのＯｓ(76)〜Ａｕ(79)元素は、その密度が
１９．３２〜２２．５７ｇ／ｃｍ³ と非常に高く、吸収
α及びマスクコントラストの値も大きくなる。しかしな
がら、そのＭ殻の吸収端はλ＝０．３〜０．６ｎｍに存
在し、吸収端の長波長側にシンクロトロン放射光の最大
光強度波長があるため原子散乱因子ｆ₂は吸収端の短波
長及び近傍に比べ低くなるため、波長域内の吸収はグル
ープＩのＣｕと顕著な差は生じない。

【０１２２】密度が高いため、膜厚に対する屈折率変化
は大きく、π位相シフトさせるための膜厚ｄ_a を４０
３．７０〜４４１．０３ｎｍと薄くすることができる。
波長域０．６５４〜１．０１５ｎｍにおける膜厚ｄ_a と
したときのこのグループの位相シフトの変化を、図１５
及び下記の（表１０）に示す。

【０１２３】

【表１０】

【０１２４】位相シフト量のπからの変位はΔφ＝０．
１２〜０．３６πである。吸収体材料に用いられている
ＰｔやＡｕは、それぞれΔφ＝０．２７，０．２５πで
あり、グループＩの元素と比較すると変位量は大きく、
膜厚を変えることで所望の位相差を精度良く制御するこ
とは困難である（図１５参照）。

【０１２５】以上のグループＩからグループIVの４つの
グループに属する単体元素の結果を（表１１）にまとめ
て示す。

【０１２６】

【表１１】

【０１２７】ここでは、π位相シフトさせるのに必要な
吸収体の膜厚と、そのとき得られる位相シフト分散及び
マスクコントラスト（括弧内はメンブレン厚１μｍ、吸
収体膜厚０．４μｍのときのマスクコントラスト値）を
示している。

【０１２８】この（表１１）に示される好適な元素の中
でも特に、以下の２条件 １）位相シフト量の制御性に優れる（Δφ＝０．２０
π）。

【０１２９】２）マスクコントラストが高い（吸収体膜
厚０．４μｍのとき２．８０以上）。

【０１３０】を満たす単体元素は、 Group Ｉの Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ Group IIの Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ GroupIIIの Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ Group IVの Ａｔ，Ｒｎ，Ｆｒ，Ａｃ，Ｔｈ，Ｐａ，Ｕ である。従って、これらの単体元素は位相シフト効果を
利用して転写パターンの解像度を向上するのに好適な吸
収体材料である。

【０１３１】また、更にこれらの単体元素の中で、位相
シフト量の制御性に優れ、吸収体膜厚が薄くマスクコン
トラストの値も適切な位相シフトマスクの吸収体材料に
望まれる条件を下記の条件、 １）Δφ≦０．１２５π（０．９２≦｜ｃｏｓφ｜≦
１） 露光波長域内の波長に対する位相シフト量の最大及び最
小位相シフト量が露光波長域内の平均位相シフト量の±
１２．５％以内。

【０１３２】２）π位相シフト膜厚におけるマスクコン
トラスト値Ｃが１０程度 ３）π位相シフト膜厚ｄ_a ≦１０００ｎｍ （ライン＆スペースパターンの幅 0.1μｍにおいてアス
ペクト比10以下）にすると、露光波長域０．６５〜１．
０２ｎｍのＸ線露光において、これらの全ての条件を満
たす好適な吸収体材料は、 Ｃｕ（銅：原子番号２９） π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝612.40nm（マスクコントラス
ト：7.19〜7.77） π位相シフト量：｜φ₁ -φ₂ ｜≦π±０．１２５π Ｚｎ（亜鉛：原子番号３０） π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝790.25nm（マスクコントラス
ト：9.36〜10.23 ） π位相シフト量：｜φ₁ -φ₂ ｜≦π±０．１０π である。従って、ＣｕとＺｎが露光波長域０．６〜１ｎ
ｍのシンクロトロン放射光を用いたＸ線露光に最適な吸
収特性及び位相特性を持つ単体元素であることが示され
た。

【０１３３】ここで、波長域０．６〜１ｎｍのシンクロ
トロン放射光に対して、Ｃｕ，Ｚｎは吸収特性及び位相
特性に優れ、Ｘ線露光用マスクの吸収体材料として好適
であることが示された。しかし、特開平５−１３３０９
号公報で提案されているように、これらの材料を波長域
１〜１．５ｎｍのシンクロトロン放射光に対して用いた
場合、これらの物質は吸収端をこの波長域内、或いはこ
の波長域近傍に含むため、図１６に示すように、位相シ
フト量は波長に対して大きく変化する。このため、位相
シフト量の制御は困難であり、位相シフト効果を十分に
得ることは期待できない。

【０１３４】各吸収体の波長域１〜１．５ｎｍにおける
位相シフト量、平均位相シフト量からの変位、変位の割
合を下記の（表１２）に示す。

【０１３５】

【表１２】

【０１３６】従って、波長域１〜１．５ｎｍを露光波長
域とするシンクロトロン放射光による露光においては、
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎを吸収体とするＸ線露光用マス
クを用いた場合、この波長域のＸ線に対して吸収は大き
いが位相制御が難しく、転写パターンの解像度は、波長
域０．６〜１ｎｍを露光波長域とするシンクロトロン放
射光を用いた露光の方が高くなる。

【０１３７】（第４の実施形態）吸収端を露光光の波長
域０．６〜１ｎｍの短波長側０．２〜０．６ｎｍに持つ
グループII（原子番号４１〜５２：Ｎｂ〜Ｔｅ）及びIV
（原子番号７６〜９２：Ｏｓ〜Ｕ）の単体元素の位相特
性は、吸収端を露光光の波長域０．６〜１ｎｍの長波長
側１〜１．６ｎｍに持つグループＩ（原子番号２７〜３
１：Ｃｏ〜Ｇａ）及び III（原子番号５７〜６３：Ｌａ
〜Ｅｕ）の元素と組み合わせ合金、化合物にすることに
より位相特性を改善することが可能である。またこのと
き、第２の実施形態で示したように位相特性のみならず
吸収特性も大きく改善できる組み合わせが存在する。

【０１３８】以下、本実施形態においてグループII及び
IVの元素とグループＩ及びIII の元素を組み合わせ合
金、化合物において位相特性が改善されることを説明す
る。

【０１３９】単体元素の位相シフト量は、吸収端の位置
において急激に減少する以外は、長波長側において大き
くなる右肩上がりの特性となる。 グループＩからIVの
全ての元素は、露光波長域内に吸収端を持たないため、
多くの物質は長波長側において位相シフト量が大きくな
る。

【０１４０】グループＩ及びIII の元素は、Ｌ，Ｍ殻の
吸収端を１〜１．６ｎｍで露光波長の長波長域近傍に持
ち、この吸収端波長において位相シフト量が小さくなる
が、その吸収端波長よりも短波長側近傍の波長域におい
ては、位相シフト量の波長に対する変化は小さくなるた
め、露光波長域０．６５４〜１．０１５ｎｍにおいては
位相分散が小さくなる。他方、グループII及びIVの元素
は、吸収端を露光波長の短波長側の０．２５〜０．６ｎ
ｍに持つため、位相シフト量の波長に対する変化は、グ
ループＩ及びIII の元素に比べ大きくなる。

【０１４１】従って、グループＩ及びIII の単体元素は
位相シフト量の制御において好適な吸収体材料であり、
これらの元素をグループII及びIVの元素と組み合わせた
合金、化合物では、位相特性を改善できる。特にグルー
プＩのＺｎ，Ｇａ、グループIII のＰｍ，Ｓｍ，Ｅｕは
吸収端を露光光の長波長域近傍の１．１〜１．２ｎｍに
持ち、位相が吸収端付近の１ｎｍ近傍で変化し、露光光
の長波長域において位相シフト量が小さくなるため好適
な材料である。グループＩのＺｎ，Ｇａ、グループIII
のＰｍ，Ｓｍ，Ｅｕは、露光光の長波長域において位相
シフト量が大きくなるグループＩからIVの全ての元素に
対して、これらの物質と合金化・化合物化することで位
相シフト量の露光波長域内の波長に対する変化を小さく
できるため、これらの組み合わせは好適である。特に位
相制御性の劣るグループII及びIVの単体元素ではπ位相
シフトにおいて位相変位は｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．２
０〜０．３０πであり、グループＩの元素やグループII
I の元素を組み合わせることで、その特性を大きく改善
することが可能である。

【０１４２】例えば、グループIVの元素Ａｕとグループ
III の元素Ｓｍを組み合わせたＳｍ ₄ Ａｕ合金におい
て、π位相シフト量は｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．０４π
に制御できる。また、Ｓｍ_x Ａｕ_y 合金においては、マ
スクコントラストも何れの単体元素における値よりも高
くすることができる。Ａｕは、π位相シフトさせるため
の膜厚ｄ_a が４４１．０３ｎｍと薄く、且つマスクコン
トラストも高いため、この波長域のシンクロトロン放射
光による露光において位相シフトを利用して高い解像力
を得るのには適している物質であるが、波長に対する位
相変位を低く抑えることでさらに有効な物質になる。こ
のことは、グループIVの他の元素についても同様であ
り、Ｏｓ，Ｐｔ，ＩｒはＡｕよりも吸収が大きいため好
適な材料である。

【０１４３】従って、吸収端を短波長側（０．２５〜
０．６０ｎｍ）に持つグループII及びIVの単体元素の位
相特性を変えるためには、グループＩ及びIII が吸収端
を１〜１.６ｎｍに持つためにこれらの物質と化合物に
することが有効である。また、マスクコントラストも吸
収特性が変化することで何れの単体元素における値より
も高くすることが可能である。

【０１４４】図１７及び下記の（表１３）には、Ｓｍ_x
Ａｕ_y ２元合金の組成を変えたときの（ａ）位相シフト
量と（ｂ）マスクコントラスト（吸収体膜厚０．４μ
ｍ）の変化を示している。マスクコントラストは、Ｓｍ
₃ Ａｕ₂ の組成比において最大となり、このときの位相
シフトの制御も膜厚約７００ｎｍでπ±０．０９πと非
常に精度良く制御することが可能となり吸収体材料とし
て好適である。

【０１４５】

【表１３】

【０１４６】グループIII とグループIVの組み合わせ以
外にもグループＩとグループIII 、グループＩとグルー
プII、グループIIとグループIII の組み合わせにおいて
もマスクコントラスト及び位相特性は改善される。

【０１４７】下記の（表１４）には、グループＩとグル
ープIII 、グループIII とグループIVの組み合わせの主
な合金、化合物を吸収体材料に用いたときの位相特性
（形式は表１１と同じ）とマスクコントラスト値を示し
ている。

【０１４８】

【表１４】

【０１４９】（表１３，１４）及び図１７より、合金、
化合物ではその組成比を変えることで、マスクコントラ
スト及び位相シフト量の制御性を変えることが可能であ
り、本実施形態で提案する材料の組み合わせでその組成
比を最適化することで、任意の膜厚で所望のマスクコン
トラスト及び位相シフト量を精度良く制御することが可
能となることは明らかである。

【０１５０】従って、グループＩの原子番号２７〜３１
のＣｏ(27)〜Ｇａ(31)とグループIII の原子番号５７〜
６３のＬａ(57)〜Ｅｕ(63)を組み合わせた合金、化合
物、またグループIII の原子番号５７〜６３のＬａ(57)
〜Ｅｕ(63)とグループIVの原子番号７６〜９２のＯｓ(7
6)〜Ｕ(92) を組み合わせた合金、またグループIIの原
子番号４５〜４７のＲｈ(45)〜Ａｇ(47)とグループＩの
２７〜３１のＣｏ(27)〜Ｇａ(31)、またグループIII の
原子番号５７〜６３のＬａ(57)〜Ｅｕ(63)を組み合わせ
た合金は、波長域０．６〜１ｎｍのシンクロトロン放射
光を用いた位相シフトマスクの吸収体に好適な材料であ
る。

【０１５１】これらの合金、化合物の中で、位相シフト
量の制御性に優れ、吸収体膜厚も薄く、マスクコントラ
ストの値も適切な位相シフトマスクの吸収体材料に望ま
れる以下の３条件、 １）Δφ≦０．１０π（０．９５≦｜ｃｏｓφ｜≦１） ２）π位相シフト膜厚におけるマスクコントラスト値Ｃ
が１０〜２０程度 ３）π位相シフト膜厚ｄ_a ≦８５０ｎｍ とすると、これらの全ての条件を満たす好適な吸収体材
料は、グループＩとIIIの組み合わせによる ＳｍＮｉ₄ π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝７０２．０３ｎｍ （マスクコントラスト：１１．０１〜１２．０１） π位相シフト量：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．１０π Ｎｄ₂ Ｃｕ₃ π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝８１３．１４ｎｍ （マスクコントラスト：１４．９７〜１６．５２） π位相シフト量：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．０７π Ｎｄ₃ Ｃｕ₇ π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝７６４．２３ｎｍ （マスクコントラスト：１２．８１〜１４．０８） π位相シフト量：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．０８π と、グループIII とIVの組み合わせによる Ｎｄ₄ Ａｕ π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝８３７．６４ｎｍ （マスクコントラスト：１９．５０〜２１．５９） π位相シフト量：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．０８π ＧｄＡｕ π位相吸収体膜厚：ｄ_a ＝６６１．８８ｎｍ （マスクコントラスト：１９．１４〜２０．９４） π位相シフト量：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．１０π が挙げられる。

【０１５２】また、上記した組成比、組み合わせ以外に
おいても３条件を満たす吸収体材料は得られる。従っ
て、本発明で提案する材料の組み合わせでその組成比を
最適化することで、任意の膜厚で所望のマスクコントラ
スト及び位相シフト量を精度良く制御することが可能と
なることが明らかになった。

【０１５３】（第５の実施形態）第３の実施形態及び第
４の実施形態においては、吸収体パターン間の溝に透過
膜物質が存在していない場合に好適な吸収体材料につい
ての説明を行ったが、本実施形態ではＸ線に対して吸収
の小さい透過膜がメンブレン上に存在する図２〜図４に
示すＸ線露光用マスクについて述べる。メンブレン６上
の透過膜８は、露光波長に対して吸収が小さく、その物
質の構成元素として吸収端を露光光の露光波長域に含ま
ない元素又は露光波長域の短波長域近傍に持つ元素を用
いて、吸収体５の波長に対する位相シフト量の分散を制
御することが可能となる。

【０１５４】以下、本実施形態において上記透過膜を用
いて位相シフト量を制御する手法の発明について説明す
る。

【０１５５】図２〜図４に示すＸ線露光用マスクにおけ
る吸収体と透過膜を透過したＸ線のそれぞれの位相をφ
_a とΔφ_t としたとき、｜φ_a −φ_t ｜が露光波長域に
おいて、吸収体を透過した位相φ_a に対して好適な位相
特性φ_t を持つ材料を選択することで、波長帯域の広い
シンクロトロン放射光を用いた露光における位相制御性
を高めることができる。

【０１５６】吸収体材料については、その全ての吸収端
が、露光波長域（Ｘ線露光用マスクに入射する最大光強
度波長の光強度の１／１０以上の強度を持つ波長域）の
最短波長以下或いは最長波長以上、又は最長波長近傍
（最長波長より０．１ｎｍ以内）の領域である元素から
なる単体元素化合物や積層膜が適している。一方、吸収
端が露光波長域内に含まれる元素からなる物質の場合、
その吸収端波長及びその近傍において位相特性が大きく
変化し、露光波長域内の位相分散を小さくすることが困
難であるため不適である。また、同様のことが透過膜材
料についても言え、その全ての吸収端が、露光波長域の
最短波長以下或いは最長波長以上の領域である元素、又
は最短波長近傍に吸収端を持つ元素からなる単体元素，
化合物，積層膜を用いることが望まれる。

【０１５７】ここでは、透過膜材料として望まれる特性
としては、以下の条件を満たす物質である。

【０１５８】１）吸収体材料の位相分散を打ち消す位相
特性を持つこと ２）露光光のＸ線に対して吸収が小さく、透過率の高い
物質 ３）透過膜の厚さＤ_t があまり厚くならないこと 条件１）は、波長帯域の広いシンクロトロン放射光の各
波長に対する位相シフト量を一定にし、その位相分散を
抑えるためである。吸収端を露光光波長域内に含まない
吸収体の元素は、その位相シフト量は短波長側で小さ
く、長波長側において大きくなる。従って、透過膜とし
ては同様に吸収端を露光光波長域内に含まない元素か露
光波長域の最短波長近傍に吸収端を持つ元素を用いるこ
とにより、位相シフト量の分散は抑えられる。最短波長
近傍に吸収端を持つ元素は、その吸収端波長λ_a におい
ては屈折率ｎ_t （λ_a ）及びφ_t （λ_a ）が急激に減少
し、｜φ_a （λ_a ）−φ_t （λ_a ）｜が短波長域で増加
するため吸収体の位相シフト量の分散は抑えられる。こ
こでは、最短波長より０．１ｎｍ以内に吸収端を持つ元
素が望ましい。

【０１５９】条件２）は、透過膜の吸収が大きければ、
そのマスクで得られるマスクコントラストが低くなるた
めである。そして条件３）では、位相シフトするために
透過膜を厚くする必要がある場合、透過膜の吸収が大き
くなりマスクコントラストを低下させるだけではなく、
透過膜に形成する微細パターンがアスペクト比の高い構
造となり、その作成及び微細パターン溝中への吸収体材
料又は透過膜材料の埋め込みが困難となるためである。
条件４）は、透過膜微細パターン溝への吸収体材料の埋
め込む際にリフロー・スパッタ法を用いる場合に必要な
条件となる。

【０１６０】ここでは、第１の実施形態における露光条
件と全く同じ条件の露光波長域０．６５４〜１．０１５
ｎｍのシンクロトロン放射光を用いたとき、図２〜図４
に示すＸ線露光用マスクにおいて、上記の条件を満たす
透過膜材料を示し、その効果について以下に詳細に説明
する。

【０１６１】まず、吸収体及び透過膜を透過した波長λ
のそれぞれのＸ線光の位相差｜φ_a−φ_t ｜がπとなる
ときの吸収体及び透過膜の膜厚Ｄ_a ，Ｄ_t は、以下の式
で表される。

【０１６２】 ｜φ_a −φ_t ｜＝ ２π｜ｎ_a Ｄ_a −ｎ_t Ｄ_t ｜／λ＝ｍπ … (5) ｜ｎ_a Ｄ_a −ｎ_t Ｄ_t ｜＝ｍ（λ／２） ｜δ_a （λ）Ｄ_a −δ_t （λ）Ｄ_t ｜＝ｍ（λ／２） ｍ＝０，±１，±２，〜 … （6） 但し、 φ_a ：メンブレン・吸収体透過後の位相シフト量 φ_t ：メンブレン・透過膜透過後の位相シフト量 ｎ_a , ｎ_t ：吸収体及び透過膜の屈折率 δ_a （λ），δ_t （λ）：δ_a （λ）＝１−ｎ_a ，δ_t
（λ）＝１−ｎ_t Ｄ_a ，Ｄ_t ：吸収体及び透過膜の膜厚 である。

【０１６３】ここでは、各種単体元素及び合金、化合物
について位相をπ変化させるのに必要な膜厚を求め、位
相の波長分散を調べた。その波長域としては、上記シン
クロトロン放射光のメンブレン透過後（１．０μｍ厚）
の強度スペクトルにおいて最大強度から１／１０の強度
までの波長域０．６５４〜１．０１５ｎｍとした。この
０．６５４〜１．０１５ｎｍの露光光波長帯域における
吸収体及び透過膜のπ位相シフト平均膜厚をｄ_a ，ｄ_t
とし、厚さＤ_a ，Ｄ_t の吸収体及び透過膜を透過後の位
相シフト量の差｜φ_a −φ_t ｜をＰとするとき、以下の
式(7) が成り立つ。

【０１６４】 Ｄ_a ／ｄ_a −Ｄ_t ／ｄ_t ＝Ｐ／π … (7) 但し、 Ｄ_a ，Ｄ_t ：吸収体及び透過膜の厚さ ｄ_a ：露光光波長域における吸収体のπ位相シフト平均
膜厚 ｄ_t ：露光光波長域における透過膜のπ位相シフト平均
膜厚 Ｐ：Ｐ =｜φ_a −φ_t ｜位相シフト量 である。

【０１６５】従って、位相シフト量Ｐにおける膜厚は、
吸収体と透過膜の膜厚が等しいとき（図２参照）、Ｄ_a
＝Ｄ_t （≡Ｄ）となり、このとき膜厚Ｄは式 (8)で表さ
れ、 Ｄ＝（ｄ_a ｄ_t ／｜ｄ_t −ｄ_a ｜）・Ｐ／π … (8) となる。また、このとき露光波長域における位相分散は
以下の式 (9)及び(9')で表される。

【０１６６】 Δφ_D ＝Ｄ・（Δφ_a ／ｄ_a −Δφ_t ／ｄ_t ）… (9) Δφ_D ＝（ｄ_a ｄ_t ／｜ｄ_t −ｄ_a ｜）・（Ｐ／π） ・（Δφ_a ／ｄ_a −Δφ_t ／ｄ_t ） ＝（Ｐ／π｜ｄ_t −ｄ_a ｜）・（ｄ_t Δφ_a −ｄ_a Δφ_t ）…(9') また、吸収体と透過膜の膜厚が異なる場合においては
（Ｄ_a ≠Ｄt）（図３及び図４参照）、 Δφ_D ＝Δφ_a Ｄ_a ／ｄ_a −Δφ_t Ｄ_t ／ｄ_t …(10) 但し、 Δφ_a ：吸収体のπ位相シフト平均膜厚ｄ_a における位
相πからの最大変位量 Δφ_t ：透過膜のπ位相シフト平均膜厚ｄ_t における位
相πからの最大変位量 Δφ_D ：π位相シフト平均膜厚Ｄにおける位相πからの
最大変位量 である。

【０１６７】ここで、 (9)，(10)式は、吸収体及び透過
膜材料を構成する元素の吸収端が、０．６５４〜１．０
１５ｎｍの露光光波長帯域に含まれない物質に対しての
み成立する。本実施形態では、吸収体と透過膜の膜厚が
等しいとき（Ｄ_a ＝Ｄ_t （≡Ｄ））の吸収体と透過膜の
各種材料の組み合わせにおける位相特性及び吸収特性を
式(8) と(9) を用いて調べ、位相シフトマスクに適した
吸収体材料と透過膜材料の組み合わせを検討した。

【０１６８】まず、透過膜材料として望まれる特性とし
て挙げた条件１，２の具体的な条件を以下の条件、 １）その全ての吸収端が、露光波長域の最短波長以下或
いは最長波長以上の領域である元素、或いは最短波長よ
り０．１ｎｍ以内に吸収端を持つ元素からなる元素（Ｓ
ｉ：Ｋ ０．６７３８ｎｍとＲｂ：Ｌ３ ０．６８６２
ｎｍ） ２）吸収が小さく、膜厚Ｄ_t が４００ｎｍにおいて露光
光の透過光の光強度の減衰が５０％以下の物質 としたとき、この２条件を満たす単体元素の特性を下記
の（表１５）に示す。

【０１６９】

【表１５】

【０１７０】従って、（表１５）に挙げたＢｅ，Ｂ，
Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｆ，Ｎａ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｃｌ，Ｋ，Ｃ
ａ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｒｂ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｉ，Ｒａは、露光波長域を０．６５ｎｍから
１．０２ｎｍの間に有するシンクロトロン放射光を露光
光源として用いたときの透過膜材料の構成元素として好
適である。

【０１７１】この（表１５）では、各種単体元素の融
点、π位相シフト平均膜厚ｄ_t 及びその膜厚における位
相πからの最大変位量Δφ_t 、単位厚さ当たりの位相シ
フトの最大変位量Δφ_t ／ｄ_t 示している。

【０１７２】同様に（表１６）には、位相シフトマスク
の吸収体材料として露光波長域内に吸収端を含まない好
適な主な各種単体元素の融点、π位相シフト平均膜厚ｄ
_a 及びその膜厚における位相πからの最大変位量Δ
φ_a 、単位厚さ当たりの位相シフトの最大変位量Δφ_a
／ｄ_a を示している。

【０１７３】

【表１６】

【０１７４】（表１６）で挙げた各種元素において露光
波長域を０．６５ｎｍから１．０２ｎｍの間に有するシ
ンクロトロン放射光を露光光源として用いたときに好適
な吸収体材料としては、この波長域のＸ線に対して吸収
の大きい元素である。ここで、吸収体膜厚４００ｎｍに
対して露光光の透過率２５％以下の物質を挙げるとＣ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｐｔ，Ａｕとなり、従って、これらの単体元
素及び合金が露光波長域を０．６５ｎｍから１．０２ｎ
ｍの間に有するシンクロトロン放射光を露光光源として
用いたメンブレン上に透過膜を有するＸ線露光用マスク
において好適な吸収体材料であると言える。

【０１７５】次に、透過膜付きＸ線露光用マスクの吸収
体材料として上記の好適な物質の中から以下の ａ）Ａｕ（Δφ_a ＝０．２５π，ｄ_a ＝４４１．０ｎ
ｍ） ｂ）Ｃｕ（Δφ_a ＝０．１３π，ｄ_a ＝６１２．４ｎ
ｍ） ｃ）Ｎｉ（Δφ_a ＝０．１６π，ｄ_a ＝５６６．１ｎ
ｍ） を用いたときのそれぞれの各種透過膜に対する位相特性
を式 (8)，(9) に代入することにより求めた結果を、下
記の（表１７〜１９）に示す。

【０１７６】

【表１７】

【０１７７】

【表１８】

【０１７８】

【表１９】

【０１７９】次に、吸収体材料としてａ）〜ｃ）の材料
を用いたときの位相特性について説明する。

【０１８０】ａ）Ａｕ吸収体と各種単体元素透過膜を組
み合わせたときの位相特性 （表１７）では、露光波長域内におけるπからの最大変
位量をΔφ_D として示し、その値の低い元素から順番に
並べている。ＡｕではＳｉと組み合わせたときに一番優
れ、次にＳｒ，Ｒｂ，Ｙ，Ｚｒ，Ｐ，Ｂの順となる。Ｓ
ｉの場合（同様にＲｂ）、そのＫ吸収端が露光波長域の
短波長域に含まれるため、 (9)式の結果と少し異なり、
実際にはＤ＝５４７．４６ｎｍ，Δφ_D ＝０．２３５π
となり、Ａｕとの組み合わせではＳｒが一番優れた材料
となる。Ａｕは単位厚さ当たりの位相シフトの最大変位
量Δφ_a ／ｄ_a が大きく、位相特性Δφ_a を０．２５π
を０．２２πに改善する程度で大きく特性を変えること
は困難である。単体元素の特性は、これらの元素からな
る化合物の特性評価にも有効で、Ｄ，Δφ_D は構成元素
の平均値となる。

【０１８１】従って、透過膜及び吸収体の厚さＤが薄く
（Ｄ≦１μｍ）、Δφ_D が小さく、且つ高融点（≧１５
００℃）の物質は、Ｓｉ，Ｚｒ，ＳｒＯ，ＳｉＯ₂ ，Ｓ
ｒＳ，Ｙ_x Ｓｉ_y ，ＳｉＰ，Ｓｒ₃ Ｐ₂ ，ＺｒＰ，Ｚｒ
Ｓｉ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，Ｙ_x Ｓ_y と予測できる。

【０１８２】ｂ）Ｃｕ吸収体と各種単体元素透過膜を組
み合わせたときの位相特性 （表１８）では、Ａｕにおける結果同様に露光波長域内
におけるπからの最大変位量をΔφ_D として示し、その
値の低い元素から順番に並べている。ＣｕではＴｉと組
み合わせたときに一番優れ、次にＹ，Ｃ，Ｓｉ，Ｓｒ，
Ｓｃ，Ｖの順となる。Ｃｕは、単位厚さ当たりの位相シ
フトの最大変位量Δφ_a ／ｄ_a が小さく、Ｍｏを除く
（表１８）の全ての元素を用いることが可能であり、位
相特性Δφ _a ＝０．１３πを改善することは容易であ
る。

【０１８３】従って、透過膜及び吸収体の厚さＤが薄く
（Ｄ≦１μｍ）、Δφ_D が小さく、且つ高融点（≧１５
００℃）の物質は、Ｓｉ，ＳｉＯ₂ ，ＳｒＯ，ＳｒＳ，
Ｙ_xＳｉ_y ，ＳｉＰ，Ｓｒ₃ Ｐ₂ と予測できる。

【０１８４】ｃ）Ｎｉ吸収体と各種単体元素透過膜を組
み合わせたときの位相特性 （表１９）も最大変位量をΔφ_D として示し,その値の
低い元素から順番に並べている。ＮｉではＶと組み合わ
せたときに一番優れ、次にＹ，Ｃ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，
Ｃの順となる。Ｎｉは、Ｃｕ同様、単位厚さ当たりの位
相シフトの最大変位量Δφ_a ／ｄ_a が小さく、Ｎａを除
く（表１９）の全ての元素を用いることが可能であり、
位相特性Δφ_a ＝０．１６πを改善することは容易であ
る。

【０１８５】従って、透過膜及び吸収体の厚さＤが薄く
（Ｄ≦１μｍ）、Δφ_D が小さく、且つ高融点（≧１５
００℃）の物質は、Ｓｉ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ
₂ ，ＳｒＯ，ＳｒＳ，Ｙ_x Ｓｉ_y ，ＳｉＰ，Ｓｒ₃ Ｐ₂
と予測できる。

【０１８６】以上の結果より、吸収端を露光波長域内に
含まない各種吸収体に対して、その露光波長に対する位
相分散を小さくする透過膜材料の単体元素を見つけるこ
とは(9)式より容易であり、吸収体の位相分散を小さく
すると示された単体元素又はそれらの元素を組み合わせ
た化合物、多層膜は透過膜材料として適していると考え
られる。

【０１８７】実際にπ位相シフトさせたときの各透過膜
材料の特性は、 吸収体材料：Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ 位相シフト量：π 透過膜：ＳｉＯ₂ ，ＳｒＯ，ＳｒＦ₂ ，ＳｉＣ，Ｓｉ，
ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ 光源：シンクロトロン放射光（露光波長域： 0.654〜1.
015 nm） としたときの位相特性を（表２０）に示す。

【０１８８】

【表２０】

【０１８９】露光波長域内に吸収端を含まない透過膜材
料では、（表１７〜１９）にて位相補正に好適であると
示されている単体元素又はそれらを組み合わせた化合物
を透過膜に用いた場合において、位相シフト量の変位｜
Δφ_D ｜は改善されていることが判る。ここで、Ｃｕ，
Ｎｉ吸収体の位相特性は透過膜によって大きく改善さ
れ、Ａｕはあまり改善されず、（表１７〜１９）におい
て示された結果と良く一致している。

【０１９０】また、吸収端を含まない透過膜材料でも、
（表１７〜１９）において位相補正に適さないと示され
ている単体元素又はそれらを組み合わせた化合物では｜
Δφ _D ｜は改善されていないことが判る（例：ＡｕのＴ
ｉＯ₂ 埋め込み構造）。また、膜厚も他のＳｉＯ₂ ，Ｓ
ｒＯ，ＳｉＣ，Ｓｉ透過膜材料に比べ厚くする必要があ
る。露光波長域内に吸収端を含む透過膜材料ＭｇＯ（Ｍ
ｇ：Ｋ吸収端０．９５１２ｎｍ）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （Ａｌ：
Ｋ吸収端０．７９４８ｎｍ）の埋め込み構造において
は、何れの吸収体材料においても位相特性｜Δφ_D ｜が
改善されないことも判る（表２１参照）。

【０１９１】

【表２１】

【０１９２】以上より、ＳｉＯ₂ ，ＳｒＯ， ＳｉＣ，
Ｓｉ透過膜材料がＡｕ，Ｃｕ，Ｎｉ吸収体には適してい
ると言える。位相特性は、ＳｒＯ膜がＡｕ，Ｃｕ，Ｎｉ
吸収体の位相特性｜Δφ_D ｜を最も改善し、それぞれ
０．２２π，０．０４π，０．０７πとし、薄膜化の点
では、ＳｉＯ₂ ，ＳｉＣ，Ｓｉ膜が優れている（表２０
参照）。

【０１９３】なお本実施形態では、吸収体と透過膜の膜
厚が等しい（Ｄ_a ＝Ｄ_t （≡Ｄ））としたときの透過膜
による位相特性評価のみを行ったが、図３及び図４に示
すような吸収体と透過膜の膜厚が異なる場合や図２
（ｂ）（ｃ）及び図３（ｂ），図４（ｂ）に示すような
第２の透過膜がある場合においても、式(9) 又は(10)の
何れかの式を用いて評価することは容易であり、その場
合においても同様の位相補償効果があることは明らかで
ある。

【０１９４】（第６の実施形態）第５の実施形態より、
透過膜材料は、吸収体材料に合せた位相補償効果を持つ
材料の選択が必要であることが示されたが、用いる露光
光のＸ線に対して吸収の小さく透過率の高い物質で、マ
スクコントラストを低下させないことも重要である。こ
こでは、図１８〜図２２に位相補償効果を持つ以下の透
過膜材料の波長０．２〜１．２ｎｍに対する透過特性を
示す（比較のためにＳｉＯ₂ 膜（膜厚１μｍ）の透過特
性を全ての図に挿入）。

【０１９５】即ち、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＣ，Ｓｉ，ダイヤ
モンド膜（膜厚１μｍ）の透過特性を図１８に示す。Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ単体元素及びその酸化物材料（原子番
号：１２〜１４）、具体的にはＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ
Ｏ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ 膜（膜厚１μｍ）の透過特性
を図１９に示す。Ｃａ，Ｓｃ，Ｔｉ単体元素及びその酸
化物材料（原子番号：２０〜２２）、具体的にはＣａ，
Ｓｃ，Ｔｉ，ＣａＯ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ 膜（膜厚１
μｍ）の透過特性を図２０に示す。Ｓｒ単体元素及びそ
の化合物材料（原子番号：３８）、具体的にはＳｒ，Ｓ
ｒＯ，ＳｒＦ₂ 膜（膜厚１μｍ）の透過特性を図２１に
示す。Ｙ，Ｚｒ単体元素及びその化合物材料（原子番
号：３９、４０）、具体的にはＹ，Ｚｒ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，Ｚ
ｒＯ₂ 膜（膜厚１μｍ）の透過特性を図２２に示す。

【０１９６】また、図１８〜図２２に示した物質の位相
特性及び融点を、下記の（表２２）に示す。

【０１９７】

【表２２】

【０１９８】透過特性と（表２２）に示す融点の観点か
ら、露光波長域０．７〜１．２ｎｍにおいてはＳｉ，Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＣ，ＳｉＯ₂ ，ＳｒＯ膜、また露光波長
域０．３〜０．７ｎｍにおいてはダイヤモンド，Ｃａ
Ｏ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ 膜が適した透過膜材料である
ことが示される。

【０１９９】上記透過膜をＡｕ，Ｃｕ，Ｎｉ吸収体と組
み合わせたときのマスクコントラストの結果を、それぞ
れ下記の（表２３〜２５）に示す。

【０２００】

【表２３】

【０２０１】

【表２４】

【０２０２】

【表２５】

【０２０３】ＳｒＦ₂ ，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂
膜は、何れの場合も透過膜の無いときに比べマスクコン
トラストは８０％以下に低下し、また膜厚も他のＳｉＯ
₂ ，ＳｒＯ，ＳｉＣ，Ｓｉ透過膜材料に比べ厚くする必
要があるため、不適である。従って、波長域０．６〜１
ｎｍにおいては透過特性が優れ、この波長域で吸収の大
きい吸収体物質に対する位相特性も好適である透過膜材
料は、ＳｉＯ₂ ，ＳｒＯ，ＳｉＣ，Ｓｉである。

【０２０４】（第７の実施形態）第５及び第６の実施形
態では、Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉを吸収体材料としたときの位
相分散を小さくする単体元素及び化合物を示したが、他
の各種吸収体に対しても位相分散の小さい単体元素を見
つけることは(9),(10)式より容易である。(9),(10)式よ
り吸収体に対して位相分散を補正すると示される単体元
素又はそれらの元素を組み合わせた化合物、多層膜を透
過膜材料に用いたとき、マスクを透過したＸ線の位相分
散は小さく抑えられる。

【０２０５】従って、吸収体の透過膜埋め込み構造のＸ
線露光用マスクは、シンクロトロン放射光を用いたＸ線
等倍露光においても位相シフト効果により回折による解
像度の劣化が抑制されることが期待できることが示され
た。特にＳｉＯ₂ 透過膜付きマスクは、波長域０．６〜
１ｎｍのＸ線露光における位相シフトマスクとして有効
であり、且つ既存の半導体プロセス技術によりその作成
を容易に行えるため、シンクロトロン放射光露光に最適
な位相シフトマスクの１つであると考えられる。

【０２０６】ＳｉＯ₂ ，ＺｒＯ，ＳｒＦ₂ ，ＳｉＣ，Ｓ
ｉを透過膜を用いたとき、通常のマスクにおけるπ位相
シフトの結果よりＮｉにおいて、｜Δφ｜が０．１６π
から０．０７π〜０．１２５πに、Ｃｕにおいて、｜Δ
φ｜が０．１２５πから０．０４π〜０．０９πに、ま
たＡｕにおいては｜Δφ｜が０．２５πから０．２２π
〜０．２４５πに改善できることが判る。特にＳｒＯパ
ターンに埋め込んだ場合、メンブレン上の吸収体とＳｒ
Ｏを透過したＸ線のそれぞれの位相φ_a とφ_tのシフト
量｜φ_a −φ_t ｜は、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ吸収体に対し
て、それぞれ｜φ _a -φ_t ｜≦π±０．０７π、π±
０．０４π、π±０．２２πとなり最も改善される。

【０２０７】同様に、図２３〜図２５には、吸収体Ａ
ｕ，Ｃｕ，Ｎｉと上記透過膜材料と組み合わせたときの
位相特性をそれぞれ示している。

【０２０８】ここで、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＣ，Ｓｉ，Ｃ
（ダイヤモンド）を透過膜として用いるとき、メンブレ
ン材料と同一の物質であるので、メンブレン上に吸収体
パターン形状を直接作成し、吸収体を埋め込むことで位
相制御が可能となるため、メンブレン、透過膜による吸
収を小さく抑え、膜厚の薄膜化及び工程数の減少が可能
であるため、簡便で好適である。

【０２０９】（第８の実施形態）本実施形態では、図２
〜図４に示す吸収体が好適な透過膜パターンに埋め込ま
れていることを特徴とするＸ線露光用マスクの作成法、
及び好適な吸収体，透過膜材料について具体的に説明す
る。

【０２１０】露光波長域が０．６〜１ｎｍのシンクロト
ロン放射光を用いる場合、位相制御するために好適な吸
収体と透過膜材料であると示されたＣｕ吸収体とＳｉＯ
₂ 透過膜を選択し、このときＳｉＯ₂ 透過膜パターンの
溝の深さは所望の位相シフト量とするための膜厚に設定
し、メンブレン材料上にＳｉＯ₂ 膜の成膜及びエッチン
グをし、最後に吸収体材料を溝中に埋め込む形で図２
（ａ）に示すＸ線露光用マスクを形成した。Ｃｕ吸収体
とＳｉＯ₂ 膜の組み合わせでは、π位相シフトさせるた
めの膜厚は、約０．８４μｍとなる。ＳｉＯ₂ は、軽い
元素からなりＸ線の透過性が良く、また容易にエッチン
グが行え、得られるＳｉＯ₂ パターンの側面を垂直にす
ることが可能なためパターン線幅に対して膜厚の厚くな
る吸収体材料の埋め込みに適した材料である。

【０２１１】従って、任意の形状のパターンを形成する
ことが可能であり、位相制御のみならず吸収体がパター
ン線幅に対して膜厚の厚くなる場合に好適なマスク構造
である。このとき、メンブレン上の吸収体とＳｉＯ₂ を
透過したＸ線のそれぞれの位相φ_a とφ_t のシフト量｜
φ_a −φ_t ｜は、それぞれ｜φ_a −φ_t ｜≦π±０．０
９πとなり、通常の図８に示すマスクにおけるπ位相シ
フトを行うときの特性｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．１２５
πより大きく改善される。

【０２１２】ここでは、埋め込む技術としてリフロー・
スパッタ法を用いて作成を行った。ＳｉＯ₂ パターン上
に埋め込み材料であるＣｕの吸収体をスパッタ法により
成膜した後、ウェハを加熱することでパターンの溝（ホ
ール）の中に埋め込み材料を流し込むことで吸収体パタ
ーンは精度良く加工される。高アスペクト比のＳｉＯ ₂
パターンの微細溝中に吸収体材料を完全に埋め込むこと
や底部及び側面を完全に被覆することは、従来の真空蒸
着法やスパッタ法では困難であり、所望の吸収体パター
ンの形成は極めて困難である。本実施形態では、埋め込
み技術としてリフロー・スパッタ法を用いるためその微
細加工は容易となり、リフロー・スパッタを複数回繰り
返すことにより、ＣｕをＳｉＯ₂ パターンの微細溝中に
吸収体材料を完全に埋め込み、精度良くマスクパターン
を形成することができた。

【０２１３】また、リフロー・スパッタ法におけるリフ
ロー加熱は、膜のアニール効果を併せ持ち吸収体及びＳ
ｉＯ₂ 膜の低応力化され、応力分布の制御が可能であ
り、位置合せ精度や寸法精度の向上をはかることができ
る。また、ここでは透過膜パターン上へ吸収体物質を成
膜する際にスパッタ法を用いて行ったが、そのパターン
溝中の被膜特性（ステップ・カバレッジ）を良くするた
めに化学気相蒸着法を用いても良い。特に、アスペクト
比の高い構造においては、化学気相蒸着法が有効であ
る。

【０２１４】ここでは、ＳｉＯ₂ 膜を透過膜に用いるこ
とにより説明したが、その他にもＳｉＯＮ膜も成膜時の
応力制御が容易であるため透過膜材料として好適な材料
である。また、ＳｉＯＮは、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
いことが各種測定（オージェ電子分光法及びラザフォー
ド後方散乱分光法）により示されており、透過膜パター
ン層として好適な材料である。従って、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、ＳｉＯＮ透
過膜においては高温で熱処理を行えるため、熱拡散及び
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。

【０２１５】ここで用いる吸収体材料としては、リフロ
ー温度を低くするために融点の比較的低い（融点≦１５
００℃以下）Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ａｕの単体元素及びこれらの合金を用
いることが望ましい。

【０２１６】一方、透過膜材料としては、リフロー温度
に耐えられる融点の比較的高い（融点≧１５００℃以
下）高融点物質のダイヤモンド，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，
ＳｉＯ ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＣ，ＣａＯ，Ｔｉ，ＴｉＯ
₂ ，ＳｒＯ，ＳｒＳ，Ｙ₂ Ｏ₃，ＹＳｉ，Ｚｒ，ＺｒＯ
₂ 等を用いることが望ましい。従って、波長０．６〜１
ｎｍのシンクロトロン放射光によるＸ線露光において
は、第６の実施形態で示されたこの波長域の透過特性の
結果を併せて考えると透過膜材料にＳｉＯ₂ ，ＳｒＯ，
ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ダイヤモンドを用いることが望ま
しいことが導かれる。

【０２１７】また、この他にも、これらを構成する元素
からなる物質、例えばＳｉＯＮ等も同様に好適な透過膜
材料であることは明らかである。

【０２１８】吸収体材料として融点の比較的低い単体元
素及び合金としてＳｉＯ₂ 透過膜パターンへ埋め込んだ
ときの位相特性を、下記の（表２６）に示す。

【０２１９】

【表２６】

【０２２０】何れの単体元素及び合金においても、位相
特性は通常の図８に示すマスクにおけるπ位相シフトを
行うときの特性より大きく改善されることが示された。

【０２２１】以上より、本実施形態における図２〜図４
に示す吸収体が透過膜パターンに埋め込まれていること
を特徴とするＸ線露光用マスクは、その利点として次の
ことがあげられる。

【０２２２】１）第５の実施形態において好適な組み合
わせであると示された吸収体及び透過膜材料のＸ線露光
用マスクは、波長域０．６〜１ｎｍのシンクロトロン放
射光によるＸ線露光において好適な位相シフトマスクと
なる。

【０２２３】２）ＳｉＯ₂ 透過膜は、軽い元素からなり
Ｘ線の透過性が良く、また容易にエッチングが行え、得
られるＳｉＯ₂ パターンの側面を垂直にすることが可能
なためパターン線幅に対して膜厚の厚くなる吸収体材料
の埋め込みに適した材料である。

【０２２４】３）リフロー・スパッタ法では、パターン
の溝（ホール）中に吸収体材料を加熱し流し込むため、
高アスペクト比の透過膜パターンの微細溝中にも吸収体
材料は完全に埋め込まれ、精度良くマスクパターンを形
成することができる。

【０２２５】４）フロー加熱により吸収体及び透過膜の
低応力化が図れ、膜応力による歪みが低減される。

【０２２６】５）吸収体及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線露光用マスクにおける微細パターン凹部に付着し
たゴミ等の異物が存在せず、ゴミ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除去できる。

【０２２７】このように本実施形態では、いかなる所望
位相差のみならずマスクコントラストに対しても精度良
く制御することを可能とする。従って、これらの吸収体
材料が透過膜パターンに埋め込まれていることを特徴と
する本実施形態で示すＸ線露光用マスクは、シンクロト
ロン放射光を用いたＸ線等倍露光においても位相シフト
効果により回折による解像度の劣化が抑制され、また低
応力化による膜歪みの低減により位置合せ精度、寸法精
度が向上されるため、０．２μｍ以下の超微細パターン
形成技術に応用する上で好適なマスクである。

【０２２８】次に、本実施形態では、これらの位相制御
性に優れた吸収体材料と従来の吸収体材料をサイズ０．
１μｍの各種パターン（ホール，アイランド，ライン，
スペース，ライン・アンド・スペース）の転写において
用いたときの両者の特性を比較する。マスクとしては図
１、図２〜図４に示すマスク構造、シンクロトロン放射
光は図５に示す波長域０．６〜１ｎｍの放射光強度の光
源、ウェハとマスク間のギャップ長を５〜１０μｍとし
て等倍近接露光を行ったときのネガレジスト塗布のウェ
ハ上に投影されるＸ線強度の分布を求めることにより、
それぞれの特性を評価する。吸収体としては、以下の １）Ｃｕ（銅：原子番号２９）のＳｉＯ₂ 膜への埋め込
み構造 π位相吸収体膜厚：ｄａ＝８４３．０１ｎｍ π位相シフト量 ：｜φａ−φｔ｜≦π±０．０９π ２）Ｔａ（タンタル：原子番号７３） π位相吸収体膜厚：ｄａ＝６７９．５０ｎｍ π位相シフト量 ：｜φ₁ −φ₂ ｜≦π±０．５４π を用いたときの結果を比較した。

【０２２９】このとき、マスク・ウェハ間のギャップ長
を変えたときのウェハ上の各位置におけるドーズ量（或
いは光強度の対数）を求め（通称、この図は Exposure-
GapTrees と呼ばれる）、露光裕度を評価する。あるマ
スク・ウェハ間のギャップ長におけるパターンサイズに
対して、相対差±１０％以内のパターンを得るために必
要なそれぞれの露光光のドーズ量間の領域（ここではパ
ターンサイズは１００ｎｍなので、９０ｎｍサイズにな
るドーズ量と１１０ｎｍサイズになるドーズ量の間の領
域）を露光裕度（Exposure Latitude）と定義し、ギャ
ップ長を５〜１０μｍに変えたときの露光裕度を求め
た。また、ホール，アイランド，ライン，スペース，ラ
イン・アンド・スペースの全てのパターンに対する露光
裕度の重なり領域を露光窓（Exposure Window）と定義
した。従って、ここにおける露光裕度，露光窓が大きい
ほど、プロセス裕度，露光裕度があり、高精度のパター
ン転写が可能な優れたＸ線露光用マスクであるといえ
る。

【０２３０】Ｃｕ−ＳｉＯ₂ ，Ｔａの吸収体膜厚を変
え、その露光特性を評価した結果、Ｃｕ−ＳｉＯ₂ のＸ
線露光用マスクにおいては膜厚約５５０ｎｍにおいて、
ＴａのＸ線露光用マスクにおいては膜厚約４００ｎｍに
おいて、露光裕度，露光窓は最大になることが示され
た。この最適膜厚において、Ｔａに比べＣｕ−ＳｉＯ₂
を吸収体に用いたマスクの方がＴａを吸収体に用いたマ
スクよりも露光裕度，露光窓は大きく、ギャップ長１０
μｍにおけるライン・アンド・スペースパターンの露光
裕度の大きさは約１．３倍、ギャップ長５μｍにおける
露光窓の大きさは１４．４倍もＴａに比べて大きい。

【０２３１】これらの結果は、Ｃｕ−ＳｉＯ₂ ，Ｔａ吸
収体の吸収特性は、ほぼ同じ特性であることから（吸収
体膜厚４００ｎｍにおけるＣｕ−ＳｉＯ₂ 及びＴａのマ
スクコントラストはそれぞれ、３．４２〜３．６１，
３．４３〜３．５８、表６参照）、その位相制御性に起
因していることは明らかである。

【０２３２】等倍Ｘ線近接露光においては、マスク・ウ
ェハ間のギャップ長がパターンサイズに比べ大きく光の
回折の影響や幾何学的光路差が生じるために、吸収体に
よる位相シフト量は必ずしもπが最適になるとは限らな
いが、膜厚が変化しても位相シフト量の波長域における
変位の割合は変化しないため、位相シフト量の制御性が
重要であることに代わりはない。

【０２３３】Ｃｕ-ＳｉＯ₂ は以下の １）Δφ≦０．１０πを満たすもの（０．９５≦｜ｃｏ
ｓφ｜≦１） 露光波長域内の波長に対する位相シフト量の最大及び最
小位相シフト量が露光波長域内の平均位相シフト量の±
１０％以内 ２）π位相シフト膜厚におけるマスクコントラスト値Ｃ
が１０＜Ｃ＜２０を満たすもの ３）π位相シフト膜厚ｄ_a ≦１０００ｎｍを満たすもの
（Ｌ／Ｓの幅０．１μｍのパターンにおいてアスペクト
比１０以下）の３条件全てを満たす好適な吸収体材料で
ある。

【０２３４】これらの材料を吸収体に用いたＸ線露光用
マスクにより露光する手法は、マスクコントラストは適
切であり、吸収体を透過した波の位相シフト量の差が広
い露光波長の帯域に渡りほぼ一定となり、透過波の位相
シフト量は制御され位相シフトマスクの効果を併せ持つ
ことより、転写パターンの解像度は格段に向上し、微細
パターンの転写に好適である。また、ここでは位相シフ
ト量をπとしたときの結果について説明したが、Ｘ線露
光用マスクのようなハーフ・トーン型マスクにおいては
位相シフト量がπとなる条件が必ずしも最適ではなく、
吸収特性（マスクコントラスト）と位相特性の両者の関
係が重要となり、転写するパターン、マスクとウェハ間
のギャップ長、レジスト材料の実験条件により好適なマ
スクコントラスト値、位相シフト量は変化するが、第３
から第７の実施形態において示された上記の条件を満た
す吸収体材料及び吸収体材料と透過膜材料の組み合わせ
を用いれば、所望のマスクコントラスト値と位相シフト
量を持ったＸ線露光用マスク（位相シフトマスク）を形
成することが容易であることは明らかである。また、
（表１１，１４，２６）の物質や上述した以外の組成
比、グループIII とIV、またグループＩとIVの組み合わ
せの２元化合物においても３つの条件を満たす物質は存
在する。

【０２３５】ここでは吸収体としてＣｏ（コバルト），
Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ｚｎ（亜鉛），Ｇａ
（ガリウム），ランタノイド系希土類元素（原子番号５
７〜７１）のＬａ（ランタン），Ｃｅ（セリウム），Ｐ
ｒ（プラセオジム），Ｎｄ（ネオジム），Ｐｍ（プロメ
チウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｅｕ（ユウロピウ
ム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｔｂ（テルビウム），Ｄ
ｙ（ジスプロシウム），Ｈｏ（ホロミウム），Ｅｒ（エ
ルビウム），Ｔｍ（ツリウム），Ｙｂ（イッテルビウ
ム），Ｌｕ（ルテチウム）及びこれらの合金、またＣｒ
（クロム），Ｍｎ（マンガン），Ｆｅ（鉄），Ｈｆ（ハ
フニウム），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン），
Ｒｅ（レニウム），Ｏｓ（オスミウム），Ｉｒ（イリジ
ウム），Ｐｔ（白金），Ａｕ（金），Ｈｇ（水銀）の何
れかの元素とランタノイド系希土類元素（原子番号５７
〜７１）の何れかの元素との合金を用いたとき、所望の
位相シフト量の制御、マスクコントラストを精度良く得
ることができることが明らかになった。

【０２３６】（第９の実施形態）第８の実施形態では、
吸収体材料としては透過膜材料よりも融点の低い物質を
選んだときのＸ線吸収体及び透過膜の形成法について述
べたが、本実施形態では、それとは反対に吸収体に融点
の高い吸収体材料としては透過膜材料よりも融点の高い
物質を選んだときのＸ線吸収体及び透過膜の形成法につ
いて述べる。

【０２３７】吸収体パターンをはじめに形成し、その後
に透過膜を吸収体パターン上に堆積して成膜することに
より、透過膜を吸収体パターン溝中に埋め込む。このと
きの堆積，成膜工程はスパッタリング法又は化学気相蒸
着法により行い、この工程に引き続き行われる加熱工程
により吸収体パターン溝中に透過膜を埋め込む。

【０２３８】本実施形態では、波長０．６〜１ｎｍのシ
ンクロトロン放射光によるＸ線露光において透過膜材料
としてＳｒを、吸収体材料としてはＡｕを用いた。Ｓｒ
とＡｕはその融点がそれぞれ７７０℃，１０６４℃であ
り、リフロー工程により図２〜図４に示す吸収体パター
ン溝中に透過膜が埋め込まれた構造を形成することが可
能である。前記(9')式より、Ｓｒ透過膜はＡｕに対して
位相補償効果の大きい元素であることが示され（表１７
参照）、実際に位相分散は透過膜によりΔφ_D＝０．２
５πからΔφ_D =０．２２５πに改善できる。同様に、
吸収体材料をＰｔに代えてもＳｒ透過膜により、位相分
散をΔφ_D ＝０．２７πからΔφ_D ＝０．２５πに改善
できる。

【０２３９】以上より、ここで用いる透過膜材料として
は吸収体材料に比べ融点が低い物質で、且つ全ての吸収
端が、露光波長域の最短波長以下或いは最長波長以上の
領域である元素、或いは最短波長近傍（０．１ｎｍ以
内）に吸収端を持つ元素からなる単体元素，化合物，積
層膜であり、また露光波長に対して吸収が小さく透過率
の高い物質が望ましい。

【０２４０】最大光強度波長を０．６〜１ｎｍに持つシ
ンクロトロン放射光を用いた露光において上記条件に該
当する物質は、融点が１０００℃以下のＣａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ単体元素及びこれらの化合物が挙げられる。

【０２４１】一方、吸収体材料は透過膜材料の融点より
も高い物質であり、且つ全ての吸収端が、露光波長域の
最短波長以下或いは最長波長以上の領域である元素或い
は単体元素，化合物，積層膜であり、また露光波長に対
して吸収の大きい物質が望ましい。

【０２４２】最大光強度波長を０．６〜１ｎｍに持つシ
ンクロトロン放射光を用いた露光において上記条件に該
当する物質は、融点が１５００℃以上のＯｓ，Ｉｒ，Ｐ
ｔ単体元素及びこれらの合金が挙げられる。

【０２４３】（第１０の実施形態）本実施形態では、シ
ンクロトロン放射光等の広帯域の露光光源を用いたとき
において、吸収体に各種単体元素，化合物を用いたとき
の、それぞれの元素，化合物に対して位相制御性に優れ
る露光波長域を示す。吸収体材料に好適な露光波長域内
に波長分布を持つ露光光源を用いたとき、露光光の波長
域にわたり位相シフト量が一定となり、位相シフト効果
により、露光対象物のパターン精度の向上がはかれる。

【０２４４】露光波長域としては、Ｘ線露光用マスクに
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定義し、このとき
図１に示すπ位相シフトマスクにおいて １）｜Δφ｜≦0.10π（0.95≦｜cos φ｜≦１）を満た
す露光波長域 但し、φ：吸収体膜厚がπ位相シフト平均膜厚におい
て、露光波長域内における位相πからの最大変位量。従
って、１）は露光波長域内の波長に対する位相シフト量
の最大及び最小位相シフト量が該露光波長域内の平均位
相シフト量の±１０％以内を意味する。

【０２４５】２）Δλ＝露光波長域の最長波長−露光波
長域の最短波長≧０．４ｎｍ ３）露光波長域の最短波長が１．５ｎｍ以下 を満たす単体元素及び化合物について下記の（表２７，
２８）に示す。

【０２４６】

【表２７】

【０２４７】

【表２８】

【０２４８】このとき、各元素及び化合物を露光波長域
の最短波長により以下の５つに分類し、 ｉ）最短波長０．４〜０．６ｎｍ ii）最短波長０．６〜０．８ｎｍ iii)最短波長０．８〜１ｎｍ iv）最短波長１．０〜１．２ｎｍ ｖ）最短波長１．２〜１．５ｎｍ また露光波長域の中心波長における吸収係数α、π位相
シフト平均膜厚ｄ、及び１／ｅｘｐ（−α×ｄ）を示し
ている。シンクロトロン放射光の強度分布等によりマス
クコントラスト値は変化するが、ここで１／ｅｘｐ（−
α×ｄ)は、｜Δφ｜≦0.10π（0.95≦｜cos φ｜≦
１）を満たす露光波長域を用いたときのマスクコントラ
スト値の目安となる。

【０２４９】（表２７，２８）に挙げた各元素及び化合
物は、何れも１／ｅｘｐ（−α×ｄ）の値は大きく、こ
の表で示されている露光波長域内に波長分布を持つシン
クロトロン放射光を用いた場合、位相，吸収特性に優れ
た吸収体材料となることは明らかである。従って、露光
に用いるシンクロトロン放射光の露光波長域に合わせて
吸収体の材料を選ぶことが重要である。

【０２５０】また、原子番号７１から７９のＬｕからＡ
ｕまでの単体元素及びその化合物は、以下に示す波長
域、 Ｌｕ：１．３６ｎｍ≦λ≦７．３７ｎｍ Ｔａ：１．２７ｎｍ≦λ≦７．０８ｎｍ Ｔａ₄ Ｂ：１．２７ｎｍ≦λ≦７．０８ｎｍ Ｔａ₄ Ｇｅ：１．３５ｎｍ≦λ≦８．０７ｎｍ Ｗ：１．２５ｎｍ≦λ≦６．９２ｎｍ Ｒｅ：１．２１ｎｍ≦λ≦５．８９ｎｍ Ｏｓ：１．４９ｎｍ≦λ≦５．９８ｎｍ Ｉｒ：１．３４ｎｍ≦λ≦７．４０ｎｍ Ｐｔ：１．２８ｎｍ≦λ≦５．３７ｎｍ Ａｕ：１．０３ｎｍ≦λ≦５．５７ｎｍ の広い波長域において、露光波長域Δλを０．４ｎｍ以
上で、｜Δφ｜≦0.10π（0.95≦｜cos φ｜≦１）を満
たすことが可能である。また、波長１ｎｍ以上の波長域
では何れの元素、化合物も吸収が大きく、π位相シフト
膜厚も薄くなるため、この露光波長域における好適な吸
収体材料である。

【０２５１】（第１１の実施形態）次に、上記説明した
マスクを用いた微小デバイス（半導体装置，薄膜磁気ヘ
ッド，マイクロマシン等）製造用の露光装置の実施形態
を説明する。

【０２５２】図２６は、本実施形態のＸ線露光装置の構
成を示す図である。シンクロトロン放射光源１４から放
射された光を集光ミラー２２にて集光し、Ｘ線強度を高
め揺動ミラー２３にて平行光に整形し露光領域を走査し
て露光面積を広げた。ここで、シンクロトロン放射光を
Ｘ線ミラーによって反射させる露光方法において、露光
位置によって波長分布に大きな差が生じるが、本実施形
態におけるＸ線露光用マスクでは、位相シフト量が波長
依存性を示さないため、露光むらや解像度の劣化を抑え
ることができる。

【０２５３】Ｘ線取り出し窓には、ダイヤモンド窓２
４，ベリリウム窓２５，窒化珪素窓２６の３段とし、そ
れぞれ超高真空Ａ／高真空Ｂ、高真空Ｂ／大気圧ヘリウ
ムＣ、ヘリウムＣ／空気Ｄを隔離した。Ｘ線露光用マス
ク２７は上記説明した何れかの実施形態で説明した構造
を有し、メンブレンを透過した露光光の最大強度波長が
０．６〜１ｎｍになるように上記条件を設定した。Ｘ線
露光用マスク２７に形成されているパターンを、ステッ
プアンドリピート方式やスキャニング方式等によって、
ウェハステージ２８に保持したウェハ２９上に露光転写
する。

【０２５４】（第１２の実施形態）次に、本発明のＸ線
露光用マスクの製造方法について説明する。

【０２５５】図２７及び図２８は、本発明の第１２の実
施形態に係わるＸ線露光用マスクの製造工程を示す断面
図である。

【０２５６】まず、図２７（ａ）に示すように、洗浄さ
れた厚さ５２５μｍの４インチＳｉ（１００）ウェハ１
０１に減圧ＣＶＤ法を用いて、基板温度１２５０℃，圧
力３０Torrの条件で、１０％水素希釈のシランガス１５
０sccm，１０％水素希釈のアセチレンガス６５sccm，１
００％塩化水素ガス１５０sccmをキャリアガスである水
素１０SLM と共に反応管内に導入し、Ｘ線透過性薄膜１
０２となる膜厚２μｍのＳｉＣを成膜した。続いて、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１０３となる膜厚９８ｎｍのアルミナ膜を成膜した。
そして、反射防止膜兼エッチングストッパ１０３上に、
ＴＥＯＳを主原料とするＣＶＤ法により、膜厚０．８μ
ｍのパターニング層１０４となるＳｉＯ₂ 膜を形成し、
成膜後にアニール処理を施すことにより、ＳｉＯ₂ 膜の
応力をほぼ０ＭＰａに調整した。

【０２５７】次いで、図２７（ｂ）に示すように、ＲＩ
Ｅ装置を用いて、アルミニウムエッチングマスク（図示
せず）を用い、圧力１０ｍTorr，ＲＦパワー２００Ｗの
条件で、ＣＦ₄ ガス２５sccm，Ｏ₂ ガス４０sccmを供給
し、裏面の中心部の半径７０ｍｍの領域のＳｉＣ膜を除
去し、バックエッチングのマスクとなる開口領域１０５
を形成した。

【０２５８】次いで、図２７（ｃ）に示すように、紫外
線硬化型エポキシ樹脂接着剤（図示せず）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１０６として接合し、基板を作成し
た。さらに、バックエッチング装置を用いて、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ウェハ１０１をエッチング除去した。

【０２５９】次いで、図２７（ｄ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜１０４上に市販の電子ビーム用ポジ型レジストＺ
ＥＰ−５２０（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０．３μ
ｍの感光膜１０７を形成した。そして、加速電圧７５ｋ
Ｖの電子ビーム描画装置を用いて、感光膜１０７にパタ
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９６μＣ／ｃｍ² として、照射量補
正により近接効果補正を行った。

【０２６０】パターンの描画後、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。続いて、形成されたレジストパタ
ーンを基に、ＣＨＦ₃ 及びＣＯガスを用いて、反応性イ
オンエッチングによりＳｉＯ₂ 膜１０４を加工した。そ
の後、残留したレジスト１０７を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中で
洗浄した。

【０２６１】次いで、図２８（ａ）に示すように、ＲＦ
スパッタリング装置を用いてＡｒ圧力３ｍTorrの条件
で、Ｘ線吸収体１０８となる膜厚０．６μｍの銅（Ｃ
ｕ）膜を成膜し、続いて図２８（ｂ）に示すように、ス
パッタリングと同一真空中で、５５０℃，１分間の熱処
理を施し、ＳｉＯ₂ 膜１０４のパターンの凹部に凝集埋
込を行った。

【０２６２】最後に、余分なＣｕの除去はレジストエッ
チバックと呼ばれる以下の方法で行った。まず、先程の
レジスト塗布に用いた装置と同一の装置で、図２８
（ｃ）に示すように、市販の電子ビーム用レジストＺＥ
Ｐ−５２０（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
で１７５℃，２分間のベーク処理を行い、膜厚０．３μ
ｍのレジスト膜１０９を形成した。このとき、回転塗布
の特性から、表面はほぼ平坦な塗布形状となる。

【０２６３】次いで、図２８（ｄ）に示すように、ＨＢ
ｒ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１０９とＣｕ膜１０８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ＳｉＯ₂ 表面が露出するま
でエッチングした。

【０２６４】以上の方法により、所望のＸ線露光用マス
クを作成することができるが、本実施形態により作成し
たマスクには以下のような利点があることが判明した。
まず第１に、吸収体の内部応力を所望の値に制御するこ
とができ、これにより高精度のＸ線露光用マスクを容易
に得ることが可能になるということである。これは、次
の理由による。

【０２６５】従来の反応性イオンエッチングで直接加工
したＸ線吸収体では、吸収体の成膜時に発生する内部応
力がそのまま残留するため、高精度のＸ線露光用マスク
を作成するためには、吸収体の成膜条件を高精度に制御
する必要があり、面内の応力分布の発生も５ＭＰａ以下
といった極めて小さい値に抑制する必要があった。これ
に対し本実施形態では、吸収体の成膜後に加熱処理を行
うことにより凝集埋め込みを行う、いわゆるリフローを
引き起こさせているので、成膜時の内部応力は流動時に
一旦開放されるため、内部応力はリフロー工程にのみ依
存する。即ち、面内均一性を含めたリフロー工程の温度
制御さえ十分に管理されていれば、所望の内部応力の吸
収体を形成することが可能である。通常、スパッタリン
グ工程の応力管理よりも、リフロー工程の温度管理によ
る応力調整の方が遙かに容易であり、１ＭＰａ程度の応
力分布を得ることが可能であるため、本実施形態により
高精度のＸ線露光用マスクを容易に得ることが可能とな
る。

【０２６６】第２に、本実施形態ではマスクパターンの
形成のために行われる第１のレジスト塗布工程と、レジ
ストエッチバックを行うための第２のレジスト塗布工程
と同一の塗布特性を有する装置、より望ましくは同一の
装置を用いているため、以下に述べるように、作成され
たマスクを用いて転写露光を行う際に寸法精度の向上を
はかることが可能となる。

【０２６７】一般に知られているように、レジスト膜厚
に分布がある場合に電子ピーム描画・現像を行うと、同
一パターンを同一条件で描画しても、図２９（ａ）に示
すように、レジスト膜厚に対応して、レジスト膜厚の厚
い部分では薄い部分よりも寸法が小さくなる。具体的に
は、１％のレジスト膜厚変動で、１％程度の寸法変動が
発生する場合も存在する。ところが、本実施形態のよう
に、同一の塗布特性を持つレジスト塗布装置を用いてレ
ジストエッチバック工程を行うと、電子ビーム描画の際
にレジスト膜厚が厚かったために寸法が小さくなってし
まった部分は、図２９（ｂ）に示すように、レジストエ
ッチバック工程においてもレジスト膜厚が厚くなるた
め、レジストエッチバック工程の終了後には、図２９
（ｃ）に示すように、レジスト膜厚の分布のために吸収
体が小さくなってしまった部分では、吸収体が大きくな
ってしまった部分よりも膜厚の厚い吸収体が形成され
る。

【０２６８】このようなマスクを実際の露光に用いる
と、吸収体の小さくなってしまった部分では、膜厚が厚
くなっているためにコントラストが上がり、吸収体の大
きくなってしまった部分では、膜厚が薄くなっているた
めにコントラストが下がる。このため、転写により得ら
れるパターンの寸法は、これらが相殺してパターン寸法
均一性が向上し、寸法精度が向上することが判明した。
即ち、本実施形態により、レジスト塗布膜厚分布に起因
して発生する吸収体寸法の分布により引き起こされる転
写パターンの寸法精度劣化を、救済することが可能とな
る。

【０２６９】なお、本実施形態においては、レジスト膜
１０９の代わりに回転塗布の可能な他の材質の膜、例え
ばＳＯＧ膜や回転塗布可能なＩＴＯ膜等を使用しても構
わない。

【０２７０】以上の工程により製作されたマスクを用い
て、ＳＯＲ光源にミラーと真空隔壁Ｂｅ膜を備えたビー
ムラインを用いた中心波長０．８ｎｍの露光光を用い
て、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７０ｎｍのパターンを形成することができ
た。

【０２７１】（第１３の実施形態）第１２の実施形態で
は、平坦部に残留した余分なＣｕをレジストエッチバッ
ク法により除去したが、以下に示すような機構を備えた
装置を用いれば、ポリッシング法により除去することも
可能である。従来のポリッシング装置では、Ｘ線露光用
マスクの様な自立薄膜で構成される物体のポリッシング
を行うことは困難であるが、本実施形態では、マスクの
被研磨面側に流体を満たし、この流体の圧力を制御する
ことにより、これを可能としている。

【０２７２】図３０は、本実施形態に係わるポリッシン
グ装置を説明するための断面図である。通常のポリッシ
ング装置と同様に、回転可能な研磨定盤２１１上に樹脂
含浸不織布からなる研磨パッド２１２が取り付けられて
おり、研磨剤２１３が研磨剤タンク２１４より供給量制
御機構２１５を介して研磨剤供給配管２１６を通り研磨
パッド２１２の近傍にて吐出される機構が備わってい
る。

【０２７３】リフロー工程を終了したマスク２１７は、
ゴム製のＯリング２１８を介して台座２１９にクランプ
２２０により固定されている。台座２１９には圧力調整
流体２２１となる純水の流入管２２２及び流出管２２３
が接続されており、台座全体は回転可能な機構に接続さ
れている。流出管２２３には圧力計２２４が接続され、
流入管２２２，流出管２２３にはそれぞれ流量調整バル
ブからなる流量調整機構２２５ａ，ｂが接続されてお
り、圧力計２２４の出力に応じて流量を制御して、台座
部分の流体２２１の圧力が一定に調整される機構が備わ
っている。また、本流体は恒温装置２２６を介して循環
しており、ポリッシング中の被研磨面の温度を一定に保
つことができるので、温度に敏感なプロセスの安定化を
はかることができるようになっている。

【０２７４】更に精度を向上させるために、台座２１９
にはマスクのＸ線透過性薄膜までの距離を監視するセン
サ２２７が取り付けられており、センサ２２７の出力は
制御計算機２２８に取り込まれ、必要に応じて、圧力計
２２４のみでなく、距離センサ２２７の出力を併用して
流体２２１の圧力を制御することができる。通常、Ｘ線
露光用マスク表面の変位は圧力に対して非常に敏感であ
ることに加え、ポリッシング工程ではポリッシング面へ
の圧力と共にポリッシング面の形状の一様性がプロセス
管理上重要であるため、このＸ線露光用マスク表面まで
の距離を監視するセンサの使用は、ポリッシング工程の
安定化に大きな役割を果たす。そして、圧力の管理に関
しても、流量調整バルブに加えて、シリンダによって構
成される体積変形可能な機構２２９を設け、２つの流量
調整バルブの間の流体の占める体積を制御することによ
り、より精密な圧力制御が可能な機構を備えている。

【０２７５】具体的には、第１２の実施形態において、
リフロー工程の終了した基板（図２８（ｂ））を図３０
のポリッシング装置を用いて、流体圧力が３００ｇ／ｃ
ｍ²となる条件でＸ線露光用マスク表面の高さが一定に
なるように制御しつつ、研磨定盤２１１及び台座２１９
をそれぞれ１００ｒｐｍの回転速度で互いに反対方向に
回転させながら、研磨剤２１３を１０ｍｌ／ｍｉｎの速
度で研磨パッド２１２に供給し、余分なＣｕの除去を行
った。研磨剤には、０．１２ｍｏｌ／ｌのグリシン（Ｃ
₂ Ｈ₅ Ｏ₂ Ｎ）水溶液と０．４４ｍｏｌ／ｌの過酸化水
素水（Ｈ₂ Ｏ₂）との混合溶液に、研磨粒子として平均
粒径３０ｎｍのシリカ粒子を５．３重量％で分散させ、
０．００１ｍｏｌ／ｌのベンゾトリアゾール（Ｃ₆ Ｈ₅
Ｎ₃ ）を添加したものを使用した。

【０２７６】以上の条件におけるＣｕの研磨速度は約９
０ｎｍ／ｍｉｎであり、十分な速度で処理が可能である
ことが判った。ポリッシング工程の終点検出は、処理時
間と共に、研磨定盤の駆動モータの電圧変化をモニタす
る方法を併用して行った。即ち、通常研磨定盤の駆動モ
ータの電圧は、ポリッシング開始直後に上昇してほぼ一
定の電圧になり、広い平坦部に残留したＣｕがほぼ除去
される時点から、再度上昇するので、この電圧上昇を検
知してポリッシング工程の終了処理を行うことにより、
再現性良く処理を行うことができる。ポリッシングの終
了した基板は、ポリッシング装置から取り外された後
に、純水で洗浄されて研磨剤が除去され、さらにオゾン
濃度０．００１％の溶存オゾン水に３分間浸漬された後
に、フッ酸濃度５％の希フッ酸水溶液に９０秒浸漬され
ることにより、表面に残留した有機物等が除去され、最
後に純水で洗浄されて一連の処理を終了する。

【０２７７】なお、本実施形態においては、ポリッシン
グ装置がＸ線露光用マスクを処理可能な機構を有してい
ることが重要であり、研磨圧力や研磨定盤・台座の回転
数、終点検出の方法、研磨剤といったポリッシング条件
に関しては種々の他の方法を用いることも可能であり、
例えば研磨パッド上の研磨剤のｐＨや研磨パッドの温度
等をモニタして終点検出を行うことも可能である。研磨
剤に関しても、シリカ粒子に代えてアルミナ粒子，酸化
チタン粒子，酸化ジルコニウム粒子，酸化セリウム粒
子，炭化珪素粒子，ダイヤモンド粒子や、シリカ粒子を
含むこれらの粒子の混合物を用いることも可能である。
さらに、グリシン水溶液に代えて、他のアミノ酢酸やア
ミノ硫酸、或いはこれらの混合物を使用することも可能
であり、過酸化水素水に代えて硝酸，次亜塩素酸，オゾ
ン水，硝酸アンモニウム，塩化アンモニウム，クロム酸
等を用いることも可能である。また、ベンゾトリアゾー
ルの添加は必ずしも必要ではなく、添加する場合にも、
ポリッシングされる素材とキレート化合物や錯体化合物
を形成する材料であれば、ペンゾトリアゾールの誘導体
やチオ尿素，チオ尿素誘導体，ベンズイミダゾール，ト
リアゾール，エチレンジアミン，システィンやこれらを
含む混合物を用いることも可能である。

【０２７８】以上の工程により製作されたマスクを用い
て、ＳＯＲ光源にミラーと真空隔壁Ｂｅ膜を備えたビー
ムラインを用いた中心波長０．８ｎｍの露光光を用い
て、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７０ｎｍのパターンを形成することができ
た。

【０２７９】なお、デザインルールの微細化に伴い、所
望の吸収体アスペクト比が大きくなると、１回のリフロ
ー工程によってパターンの凹部を完全に埋め込むことが
困難になるが、その場合には、スパッタリングとリフロ
ーを複数回に分けて行うことにより埋め込みを行えばよ
い。具体的には、膜厚０．６μｍのＣｕ膜を一度に成膜
することに代えて、例えばＲＦスパッタリング装置を用
いてＡｒ圧力３ｍTorrの条件で吸収体８となる膜厚０．
２μｍのＣｕ膜を成膜し、スパッタリングと同一真空中
で、５５０℃１分間の熱処理を施し、パターンの凹部に
凝集埋め込みを行う、という一連の工程を３回繰り返す
ことにより、埋め込みを行えばよい。また、この際に必
要であれば、各熱処理工程と次のスパッタリング工程の
間に、レジストエッチバック或いはポリッシングを行
い、比較的大きな面積を持つＳｉＯ ₂ 膜４パターン上の
不要なＣｕを予め除去しておくことも可能である。

【０２８０】以上の実施形態においては、Ｃｕを吸収体
として用いたが、本発明はＣｕに限らずＷ，Ｔａ，Ｒ
ｕ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｐｔ或いはこれら
を含む化合物等、他の吸収体材料を用いる場合にも適用
することが可能である。これらの材料には融点が高いた
め（リフロー工程の困難なものも含まれるが、リフロー
工程そのものは本発明に必須ではないので省略すること
も可能であり、その場合にも、レジストエッチバック工
程或いはポリッシング工程を行うことにより、所望のマ
スクを形成することが可能である。また、吸収体の成膜
方法に関しても、スパッタリングに限らず、単なる蒸着
や電解メッキ，無電解メッキ，熱ＣＶＤ，プラズマＣＶ
Ｄ等種々の方法を用いることが可能である。電解メッキ
を用いる場合には、反射防止膜兼エッチングストッパ１
０３を導電性の物質、例えばＣｒ，Ｎｉ等の金属薄膜や
ＩＴＯ膜等に置き換えると好都合である。

【０２８１】本実施形態により、Ｘ線露光用マスクの吸
収体の微細加工を、吸収体を直接ＲＩＥにより高アスベ
クト比加工する工程を含まずに行うことが可能となるた
め、ＲＩＥの困難な材料を吸収体材料として容易に用い
ることが可能となり、またＲＩＥの際に発生する残さに
起因するパターン精度劣化を防ぐことが可能となる。

【０２８２】（第１４の実施形態）ここでは、等倍Ｘ線
露光用マスクの作成方法について具体的に説明する。図
３１及び図３２は、本発明の第１４の実施形態で用いた
Ｘ線露光用マスクの製造工程を示す断面図である。

【０２８３】まず、はじめに型板３００の製造工程につ
いて説明する。図３１（ａ）に示すように、洗浄された
厚さ５２５μｍの４インチＳｉ（１００）ウェハ３０１
に減圧ＣＶＤ法を用いて、基板温度１０２５℃，圧力３
０Torrの条件で、１０％水素希釈のシランガス１５０sc
cm、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１
０ＳＬＭと共に反応管内に導入し、Ｘ線透過性薄膜３０
２となる膜厚２μｍＳｉＣを成膜した。

【０２８４】次いで、図３１（ｂ）に示すように、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
３０３となる膜厚９８ｎｍのアルミナ膜を成膜した。さ
らにその上に、ＴＥＯＳを主原料とするＣＶＤ法によ
り、膜厚８００ｎｍのパターニング層３０４となるＳｉ
Ｏ₂ 膜を形成し、成膜後にアニール処理を施すことによ
りＳｉＯ₂ 膜の応力をほぼ０ＭＰａに調整した。

【０２８５】次いで、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、ＲＦパ
ワー２００Ｗの条件でＣＦ₄ ガス２５sccm、Ｏ₂ ガス４
０sccmを供給し、図３１（ｃ）に示すように、型板裏面
の中心部の半径７０ｍｍの領域、転写基板裏面のＳｉＣ
膜３０２を除去し、Ｓｉウェハ３０１をエッチングする
際のマスクとなる開口領域３０５を形成した。

【０２８６】次いで、図３１（ｄ）に示すように、この
基板上に市販の電子ビーム用ポジ型レジストＺＥＰ５２
０（粘度１２ｃｐｓ）を回転数２０００ｒｐｍ，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３００ｎｍの感光
膜３０６を形成した。そして、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９６μ
Ｃ／ｃｍ² 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−Ｒ
Ｄ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。

【０２８７】次いで、図３１（ｅ）に示すように、感光
膜３０６のパターン（レジストパターン）をマスクに、
ＣＨＦ₃ 及びＣＯガスを用いて反応性イオンエッチング
によりＳｉＯ₂ 膜３０４の加工を行った。そして、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。これに
より、型板３００を形成した。

【０２８８】次に、型板３００を押し付けられる（転
写）基板４００の製造工程について説明する。まず、図
３２（ａ）に示すように、型板製作工程と同様に、洗浄
された厚さ５２５μｍの４インチＳｉ（１００）ウェハ
４０１の片側表面に減圧ＣＶＤを用いて、基板温度１０
２５℃，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６
５sccm、１００％塩化水素ガス５０sccmをキャリアガス
である水素１０ＳＬＭと共に反応管内に導入し、Ｘ線透
過性薄膜４０２となる膜厚２μｍのＳｉＣを成膜した。
続いて、ＲＦスパッタリング装置を用いてＡｒ圧力３ｍ
Torrの条件の下で、Ｘ線吸収体４０３となる膜厚０．６
μｍの銅（Ｃｕ）を成膜し、研磨により表面平坦化を行
った。

【０２８９】次いで、図３２（ｂ）に示すように、型板
３００及び転写基板４００の両基板を密着させ、プレス
装置により５〜３０ＭＰａ程度の圧力を掛け、同時に赤
外線照射により５５０℃，１分間の熱処理を行った。

【０２９０】この処理により、図３２（ｃ）に示すよう
に、Ｘ線吸収体としてのＣｕ金属層４０３はＳｉＯ₂ 膜
３０４のパターン凹部に押し込まれ、さらにＣｕ金属部
分に熱が加えられることで、パターン凹部にＣｕ金属が
流れ込み凝集埋め込みが行われた。

【０２９１】次いで、図３２（ｄ）に示すように、型板
３００のＳｉＣの除去された開口領域３０５上のＳｉ部
分と転写基板４００のＳｉウェハ４０１部分を弗酸と硝
酸の１：１混合液によりエッチング除去した。最後に、
紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を用いて外径１２５ｍ
ｍ、内径７２ｍｍ、厚さ６．２ｍｍのガラスリングをフ
レーム５００として接合した。

【０２９２】以上の方法により、所望のＸ線露光用マス
クを作成することができるが、本方法により作成したマ
スクには以下のような利点があることが判明した。まず
第１に、従来のナノインプリント・リソグラフィの手法
では、型板を剥がすことを想定していたため、本手法の
プレスする際の高温加熱は、従来のナノインプリントで
は両板の密着性を高め剥離することが困難となる。これ
に対し本実施形態では、型板３００のパターニング層３
０４をそのまま残しＸ線露光用マスクの構成材料として
活用し、型板３００を剥離しないため、プレスする際の
高温加熱が有効になることである。

【０２９３】そして、室温に比べ、高温において金属は
軟化するために、このときプレス装置により加圧しパタ
ーン凹部に金属を押し込むために必要とされる力は小さ
くすることができる。従来法では、高圧力でのプレスで
は型板及び転写基板に破損乃至は変形が起きる危険性が
あるため、室温で柔らかい金属材料に限られていたもの
が、本手法では加熱温度を適切な温度に設定することで
様々な金属材料に適応することが可能である。さらに、
加熱処理によりアスペクト比の高いパターン凹部へ金属
が流れ込み易くなり、凝集埋め込みが行い易くなるとい
う利点も併せ持っている。

【０２９４】また、吸収体の内部応力についても、成膜
後に加熱処理を行うことにより、凝集埋め込みを行う、
いわゆるリフローを引き起こさせているので、成膜時の
内部応力は一旦開放されるため、このリフロー工程のみ
に依存する。即ち、面内均一性を含めたリフロー工程の
温度制御さえ十分に管理されていれば、所望の内部応力
の吸収体を形成することが可能である。従って、従来法
の反応性イオンエッチングにより直接加工した吸収体パ
ターン形成において吸収体成膜時に必要とされる高精度
な条件に比べ、その応力制御は遙かに容易で、１ＭＰａ
程度の応力分布を得ることが可能になるという利点を持
つ。

【０２９５】以上の工程により製作されたマスクを用い
て、シンクロトロン光源にミラーと真空隔壁（Ｂｅ膜）
を備えたビームラインを用い、中心波長０．８ｎｍの露
光光を用いて、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７０ｎｍのパターンを高精度に
形成することができた。

【０２９６】以上の実施形態においては、型板３００と
転写基板４００を密着させ、Ｘ線吸収体のパターンを形
成した後に型板３００にガラスリングのフレーム５００
を接着したが、型板３００と転写基板４００を密着させ
る前に、型板３００にフレーム５００を接着してもよ
い。この場合の製造工程を図３３に示す。

【０２９７】まず、Ｓｉウェハ３０１にＸ線透過性薄膜
３０２となるＳｉＣを成膜し、さらに反射防止膜兼エッ
チングストッパ３０３となるアルミナ膜、パターニング
層３０４となるＳｉＯ₂ 膜を成膜し、型板裏面のＳｉＣ
膜３０２を一部除去して開口領域３０５を形成するまで
は、前記図３１（ａ）〜（ｃ）に示した工程と同じであ
る。

【０２９８】次いで、図３３（ａ）に示すように、型板
３００の裏面に、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
スリングのフレーム５００を接着した。次いで、図３３
（ｂ）に示すように、ＳｉＣの除去された開口領域３０
５に露出したＳｉ部分を、弗酸と硝酸の１対１混合液を
用いて除去し、これによりＸ線透過薄膜（メンプレン）
を作成した。

【０２９９】次いで、図３３（ｃ）に示すように、メン
ブレン裏面に、ポリイミド樹脂形成用溶液をスピン塗布
し薄膜３０９を形成し、その後、３００℃で加熱脱水し
て硬化させた。次いで、図３３（ｄ）に示すように、Ｓ
ｉＯ₂ 膜３０４上にレジスト３０６のパターンを形成
し、これをマスクにＳｉＯ₂ 膜３０４を選択エッチング
し、さらに残ったレジスト３０６を剥離した。

【０３００】これ以降は、前記図３２（ａ）〜（ｅ）と
同様に、型板３００及び転写基板４００の両基板を密着
させ、プレス装置により５〜３０ＭＰａ程度の圧力を掛
け、同時に赤外線照射により４００℃，２分の熱処理を
行った。最後に、ポリイミド樹脂３０９をヒドラジンに
より、また転写基板４００のＳｉウェハ４０１を弗酸と
硝酸の１：１混合液によりエッチング除去することで、
所望のＸ線露光用マスクが得られた。

【０３０１】以上の実施形態においては、ＣｕをＸ線吸
収体４０３として用いたが、本発明はＣｕに限らず、Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｐｂ、或いはこれらを含む化合物（特に真鍮
ＣｕＺｎ）等、他の金属材料を用いる場合にも適用する
ことが可能である。これらの物質には、融点が高いため
加熱によるリフローが困難なものも含まれるが、リフロ
ー工程や加熱工程そのものは必須ではないので省略する
ことも可能である。また、真鍮等の柔らかい金属の場
合、加熱工程を比較的低温で行っても、プレス器により
加圧する力は小さくて済み、パターニング層の凹部への
埋め込みは行え、所望のパターンやマスク形成すること
が可能である。

【０３０２】また、本実施例ではＳｉＯ₂ をパターニン
グ層３０４として用いたが、本発明はＳｉＯ₂ に限ら
ず、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＣ，ダイヤモンド，Ｓｉ、ＴｉＯ
₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＺｒＯ₂ ，ＳｉＯＮ，ＳｉＯＦ，Ｓｉ
ＯＢ，ＢＮ，ＴｉＮ、或いはこれらを含む化合物等、他
の材料を用いる場合にも適用することが可能である。パ
ターニング層の成膜方法に関しても、ＣＶＤ法に限ら
ず、単なる蒸着やスパッタリング等、種々の方法を用い
ることが可能である。

【０３０３】また、メンブレン裏面の薄膜形成及び硬化
に、ここでは熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂を用い
たが、その他の熱硬化化性樹脂材料やポリ酢酸ビニル，
ポリビニルアルコール，ポリビニルホルマール，ポリビ
ニルアセトアセタール，ポリビニルブチラール等の溶剤
可溶性の樹脂を注入し、硬化させ、水或いはアルコール
で溶解してもよい。その他、ポリイミド樹脂を注入、硬
化させる方法の代わりに、Ｘ線露光用マスクのような自
立薄膜で構成される物体用のポリッシング装置の場合と
同様に、メンブレン裏面に流体を満たし、この流体の圧
力を制御する方法を用いることも可能である。

【０３０４】金属の成膜方法に関しても、スパッタリン
グに限らず、単なる蒸着や電解メッキ、無電解メッキ、
熱ＣＶＤ，プラズマＣＶＤ等、種々の方法を用いること
が可能である。電解メッキを用いる場合には、反射防止
膜兼エッチングストッパ３０３を導電性の物質、例えば
Ｃｒ，Ｎｉ等の金属薄膜やＩＴＯ膜等に置き換えると好
都合である。また、ここでは加熱工程においては赤外線
加熱により行ったが、その他のホットプレート等の加熱
方法においても可能である。

【０３０５】また、実施形態ではパターニング層３０４
として用いたＳｉＯ₂ はＸ線透過性の高い物質であるた
め、パターニング層をそのまま残しＸ線露光用マスクと
して用いることができたが、各種露光マスクにおいて、
このパターニング層が不要である場合、パターニング層
を吸収体パターン形成後にエッチングにより除去する工
程を加えてもよい。また、ここで転写基板４００のＸ線
透過性薄膜４０２もＸ線露光用マスクにおいて必要では
ないので、転写基板４００のＳｉウェハ４０１のエッチ
ング除去後に除去する工程を加えてもよい。

【０３０６】本実施形態では、メンブレン膜上に吸収体
金属パターンを形成する手法について説明したが、本手
法では加熱温度を適切な温度に設定することで様々な金
属材料に適応でき、またアスペクト比の高い金属パター
ンの形成が容易であるため、Ｘ線露光用マスクの作成に
限らず、各種リソグラフィやゾーンプレート用の露光マ
スクにおいても本手法を適用することが可能である。特
に、メンブレン上の微細パターン形成が必要とされる各
種露光マスクの作成においては好適な手法である。ま
た、各種露光マスクにおいて、転写露光装置上で露光マ
スクと被加工基板との間に対するアライメント用のマー
クとして、ゾーンプレートを用いる場合においても、ア
ライメント用ゾーンプレート領域を、予め透過膜にパタ
ーン形成する際に露光パターン領域と一括して作成で
き、マスク製作のための工程数及び費用を低減できると
いう利点を持つ。

【０３０７】（第１５の実施形態）第１４の実施形態で
は、メンブレン膜上にＸ線吸収体としてＣｕ、透過膜と
してＳｉＯ₂ を用いたＸ線露光用マスクの作成方法につ
いて説明した。また、それより前の実施形態では、シン
クロトロン放射光として、露光光波長域（光強度として
該Ｘ線露光用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）を０．６５ｎｍから１．０２ｎｍの間に有す
る露光光源を用いたＸ線露光で、このＣｕ−ＳｉＯ₂ Ｘ
線露光用マスクにおいて、ＳｉＯ₂ 透過膜によりＣｕ吸
収体の露光光波長域の波長に対する位相シフト量の変化
が小さくなり、位相シフト効果による転写パターンの解
像度の向上がはかれることを既に説明している。

【０３０８】本実施形態では、透過膜をＳｉＯＮとした
ときにも、Ｃｕ吸収体の露光波長域の波長に対する位相
シフト量の変化が小さくなり、位相シフト効果による転
写パターンの解像度の向上がはかれ、またＣｕの透過膜
への拡散が抑制され、より高解像度のパターン転写が可
能になることが示されたので以下に説明する。また、Ｘ
線吸収体材料としてＣｕＺｎ合金を用いたとき、位相特
性が更に改善され、第１４の実施形態で示した製造方法
への適用が容易であることが示されたので、これらの発
明についても以下に同様に説明する。

【０３０９】Ｘ線吸収体の露光光の透過特性に対し、高
い像コントラストを生むためには、メンブレン膜上の透
過膜材料としては、露光光に対して高い透過特性を持つ
ことが望まれる。図３４はＳｉＯＮ膜及びＳｉＯ₂ 膜の
何れも膜厚１μｍにおける波長０．５〜１．０μｍのＸ
線に対する透過特性を示す。ＳｉＯＮ膜の透過特性はＳ
ｉＯ₂ 膜とほぼ同じ特性であり、波長０．５〜１．０μ
ｍのＸ線に対して約６０から８０％の高い透過率を持
ち、波長０．５〜１．０μｍのＸ線を用いたＸ線露光に
おける透過膜材料として好適な材料であることが判る。

【０３１０】次に、図３５（ａ）（ｂ）に、２つのＸ線
露光用マスクにおける位相シフト量及び露光光強度の波
長依存性を示す。図３５（ａ）は、ＳｉＣメンブレン膜
（膜厚２μｍ）上にＣｕ吸収体パターンのみが形成され
たＸ線露光用マスクにおいて、ＳｉＣメンブレンの透過
後と、ＳｉＣメンブレン−Ｃｕ吸収体（それぞれの膜厚
は２μｍ，０．６１μｍ）透過後と、のそれぞれの露光
光強度及び位相シフト量の特性である。図３５（ｂ）
は、ＳｉＣメンブレン膜（膜厚２μｍ）上にＣｕ吸収体
パターン及びＳｉＯＮ透過膜パターンの形成されたＸ線
露光用マスクにおいて、ＳｉＣメンブレン及びＳｉＯＮ
透過膜（それぞれ膜厚は２μｍ，０．９０μｍ）の透過
後と、ＳｉＣメンブレン−Ｃｕ吸収体（それぞれの膜厚
は２μｍ，０．９０μｍ）の透過後と、のそれぞれの露
光光強度及び位相シフト量の特性である。

【０３１１】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／ｃｍ² 、
ビーム平行度２ｍｒａｄ以下である。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（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）窓、平均
膜厚１．０μｍのダイヤモンド窓を、集光及び揺動ミラ
ーには斜入射型の白金（Ｐｔ）ミラーを用いたときの強
度スペクトルであり、Ｘ線露光用マスクに入射する直前
の露光波長域（光強度として該Ｘ線露光用マスクに入射
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〜
１．０２ｎｍの放射光である。

【０３１２】ここで、吸収体部分と吸収体以外の部分を
透過後のそれぞれの露光光の位相シフト量差の露光波長
域における量大値と最小値を足して、その値を２で割っ
た値がπとなるように吸収体膜厚を設定した（所謂、π
位相シフト型マスクである）。このときＣｕ吸収体の膜
厚は６１２．４ｎｍで、そのとき最大及び最小位相シフ
ト量差は、それぞれ０．８７５π，１．１２５πに相当
し、このとき位相シフト量は±１２．５％以内に制御さ
れる。一方、Ｃｕ−ＳｉＯＮ吸収体の膜厚は、９０３．
５ｎｍで、そのとき最大及び最小位相シフト量差は、そ
れぞれ０．９１０π，１．０９πに相当し、このとき位
相シフト量は±９．０％以内に制御され、Ｃｕのみの場
合に比べ位相シフト量が露光波長域全域にわたり一定と
なる（図３６参照）。

【０３１３】また、吸収体部分を透過した露光光の高強
度領域として、その最大光強度の１／２以上の強度を持
つ波長域と定めたときにも、吸収体部分と吸収体以外の
部分を透過した露光光のそれぞれの位相シフト量差のこ
の波長域における最大値と最小値は、Ｃｕ吸収体の場合
は０．９０π，１．０１π、Ｃｕ−ＳｉＯＮ吸収体の場
合は０．９６π，１０１πとなり、Ｃｕ−ＳｉＯＮ吸収
体を用いたＸ線露光用マスクでは、その露光波長域全域
にわたり位相シフト量を制御できることが示された。位
相シフト量が波長域内で大きく変化する露光マスクでは
位相シフト効果を利用した転写パターンの解像度の向上
が十分に発揮できないため、広帯域のシンクロトロン放
射光を用いたＸ線露光において、本実施形態によるＳｉ
ＯＮ透過膜を用いた位相シフト制御法は転写パターンの
傍像度の向上をはかる上で有効である。

【０３１４】次に、このＣｕ吸収体とＳｉＯＮ透過膜か
らなるＸ線露光用マスクの製造工程について説明する。
なお、製造工程図は、前記図２７及び図２８と実質的に
同じなのでこれらを参照するが、本実施形態では図中１
０４のＳｉＯ₂ がＳｉＯＮに代わっている。

【０３１５】まず、図２７（ａ）に示すように、洗浄さ
れた厚さ５２５μｍの４インチＳｉ（１００）ウェハ１
０１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１５
０sccm、１０％水素希釈のアセチレンガス６５sccm、1
００％塩化水素ガス１５０sccmをキャリアガスである水
素１０ＳＬＭと共に反応管内に導入し、Ｘ線透過性薄膜
１０２となる膜厚２μｍのＳｉＣを成膜した。続いて、
この基板の表面にＲＦスパッタリング装置を用いて、Ａ
ｒ圧力１ｍTorrの条件で、反射防止膜兼エッチングスト
ッパ１０３となる膜厚９８ｎｍのアルミナ膜を成膜し
た。そして、その上にＳｉＨ₄ ，ＮＨ₃ ，Ｎ₂ Ｏ，ガス
を原料とするＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical V
apor Deposition）法により、膜厚９００ｎｍのパター
ニング層１０４となるＳｉＯＮ膜を形成し、成膜後にア
ニール処理を施すことによりＳｉＯＮ膜の応力をほぼ０
ＭＰａに調整した。

【０３１６】次いで、図２７（ｂ）に示すように、ＲＩ
Ｅ装置を用い、アルミニウムをエッチングマスクとし
て、圧力１０ｍTorr，ＲＦパワー２００Ｗの条件で、Ｃ
Ｆ₄ ガ２５sccm，Ｏ₂ ガス４０sccmを供給し、裏面の中
心部の半径７０ｍｍの領域を除去し、Ｓｉウェハ１０１
をエッチングする際のマスクとなる開口領域１０５を形
成した。次いで、図２７（ｃ）に示すように、紫外線硬
化型エポキシ樹脂を用いて、外径１２５ｍｍ，内径７２
ｍｍ，厚さ６．２ｍｍのガラスリングをフレーム１０６
として接合した。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。

【０３１７】次いで、図２７（ｄ）に示すように、基板
上に市販の電子ビーム用ポジ型レジストＺＥＰ５２０
（粘度１２０ｃｐｓ）を回転数２０００ｒｐｍ，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３００ｎｍの感光
膜１０７を形成した。そして、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
描画粘度を得るために、描画は４回の重ね書きによりパ
ターンを形成する多量描画を行い、基準照射量を９６μ
Ｃ／ｃｍ² として、照射量補正により近接効果補正を行
った。

【０３１８】描画後、現像処理として市販の現像液ＺＥ
Ｐ−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。そして、形成されたレジストパターンをマス
クに、ＣＨＦ₃ 及びＣＯガスを用いて反応性イオンエッ
チングによりＳｉＯＮ膜１０４の加工を行った。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。

【０３１９】次いで、図２８（ａ）に示すように、ＲＦ
スパッタリング装置を用いてＡｒ圧力３ｍTorrの条件の
下で、Ｘ線吸収体１０８となる膜厚０．７μｍの銅（Ｃ
ｕ）を成膜した。続いて、図２８（ｂ）に示すように、
スパッタリングと同一真空中で５００℃，５分間の熱処
理を施し、パターンの凹部にＣｕの凝集埋め込みを行っ
た。

【０３２０】最後に余分なＣｕ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ＺＥＰ５２０（粘
度１２ｃｐｓ）を回転数２０００ｒｐｍ，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
間のべ一ク処理を行い、図２８（ｃ）に示すように、膜
厚３００ｎｍのレジスト膜１０９を形成した。このと
き、回転塗布の特性から、表面はほぼ平坦な塗布形状と
なる。続いて、図２８（ｄ）に示すように、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１
０９とＣｕ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ＳｉＯＮ表面が露出するまでエッチングし
た。

【０３２１】以上の工程により製作されたマスクを用い
て、シンクロトロン放射光源にミラーと真空隔壁Ｂｅ膜
を備えたビームラインを用い、中心波長０．８ｎｍの露
光光を用いて、Ｓｉウェハ上に塗布きれたレジストに転
写を行ったところ、線幅７０ｎｍのパターンを精度良く
形成することができた。

【０３２２】以上の方法により、所望の高精度のマスク
を作成することができることが示された。そして、本手
法により作成したマスクには以下のような利点があるこ
とが判明した。まず、ＳｉＯＮ膜を用いることにより応
力制御が容易になることが挙げられる。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嘆中への
熱拡散が生じないことが、オージェ電子分光法及びラザ
フォード後方散乱分光法により示され、透過膜パターン
層として好適な材料であることが示された。

【０３２３】従って、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、高温で熱処理を行えるため、
熱散及びボイドの無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。さらに、第１４及び
第１５の実施形態において作成されるメンブレン膜上に
Ｘ線吸収体及び透過膜のパターンが形成されているＸ線
露光用マスクは、吸収体及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線露光用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除去できるという利
点を持つことが示された。

【０３２４】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、弗酸濃度５％の弗酸水溶液
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。Ｘ線露光用
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。

【０３２５】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、ペリクル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。従って、本
実施形態で作成されるＸ線露光用マスクは、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、マスクの洗浄及び異物除去の工程を低コストでき、
廉価な半導体装置或いは光学素子を供給することが可能
となる。

【０３２６】なお、本実施形態における、Ｃｕ吸収体の
代わりに、ＣｕとＺｎの合金、例えば真鍮を吸収体とし
て用いることも可能である。図３６及び下記の（表２
９）に示すように、Ｃｕ₇ Ｚｎ₃ をＳｉＯ₂ 透過膜、或
いはＳｉＯＮ透過膜の組み合わせたＸ線露光用マスクに
おいても、波長０．６５〜１．０２ｎｍの露光光に対し
て位相シフト量の制御性に優れ（露光波長域内の分散量
±８％以内）、またマスクコントラストも、膜厚４００
ｎｍで３．５８と十分な遮蔽性を持つ。従って、Ｃｕ₇
Ｚ₃ をＳｉＯ₂ 透過膜或いはＳｉＯＮ透過膜パターンヘ
の埋め込み構造を持つＸ線露光用マスクは、ＣｕのＳｉ
ＯＮ透過膜パターンヘの埋め込み構造のＸ線露光用マス
クと同様に、これらを使用することにより高解像度の露
光転写を期待できる。

【０３２７】

【表２９】

【０３２８】また、ＣｕとＺｎの合金は柔らかく、第１
４の実施形態で説明したナノインプリント・リソグラフ
ィ法において、加圧する力を小さく、また融点が低いた
め熱処理温度も低く抑えられるため、Ｃｕの埋め込みに
比べその作成が容易に行えるという利点を持つ。また、
ここでは、平坦部に残留した余分なＣｕをレジストエッ
チング法により除去したが、Ｘ線露光用マスクのような
自立薄膜で形成される物体用のポリッシング装置を用い
ることにより、その除去は容易に行うことができる。

【０３２９】（第１６の実施形態）次に、上記方法によ
り製作されたＸ線露光用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、更には液晶
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。

【０３３０】図３７は、半導体デバイス生産の処理フロ
ーを示す図である。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。

【０３３１】１−４（ウエハプロセス）では、先の実施
形態等で用意したＸ線露光用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，検査等の工程からなる）によりウェハ上
に実際の回路パターンを形成する。次の１−５（組み立
て）は、後工程と、１−４によって作成されたウェハを
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・修理）
では、１−５で作成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及び修理を行う。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。

【０３３２】本実施形態の生産方法によれば、低コスト
のＸ線露光用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、廉価な半導体装置或いは光学素子
を供給することが可能となる。

【０３３３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、マ
スク部に入射する光の最大光強度を波長０．６〜１ｎｍ
に持つシンクロトロン放射光を露光光源として用いたＸ
線露光において、この露光波長域に対して吸収が大きい
Ｘ線吸収体材料を用いることによりＸ線吸収体の薄膜化
が可能であり、また位相シフト量が制御された材料を用
いることにより転写パターンの解像性の向上が可能であ
るという、顕著な特徴を持つＸ線露光用マスクを実現す
ることができる。

【０３３４】また、Ｘ線露光用マスクの製造に際して、
ナノインプリント・リソグラフィ技術を採用し、剥離工
程を省き加熱工程を加えたことにより、多くの金属材料
においても高アスペクト比の構造を持つ微細パターンの
形成が可能となり、高精度な各種露光用マスクの製造を
簡便且つ低コストで行うことが可能となる。さらに、低
コストのＸ線露光用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、廉価な半導体装置或いは光
学素子を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線露光用マスクの構造を示す断面
図。

【図２】本発明のＸ線露光用マスクの構造を示す断面図
（Ｄａ＝Ｄｔ）。

【図３】本発明のＸ線露光用マスクの構造を示す断面図
（Ｄａ＜Ｄｔ）。

【図４】本発明のＸ線露光用マスクの構造を示す断面図
（Ｄａ＞Ｄｔ）。

【図５】シンクロトロン放射光の強度分布を示す図。

【図６】従来のＸ線露光用マスクの構造及び露光方法を
示す図。

【図７】従来のＸ線露光用マスクの構造を示す図。

【図８】従来のＸ線露光用マスクの構造を示す図。

【図９】Ｃｕ，Ｇｄ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕの吸収特性を示す
図。

【図１０】Ｇｄ_x Ａｕ_y の吸収特性及びマスクコントラ
ストを示す図。

【図１１】Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕ，Ｃｕ−ＳｉＯ
₂ の位相特性を示す図。

【図１２】グループＩ（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ）の位相特性を示す図。

【図１３】グループII（Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｔ
ｅ）の位相特性を示す図。

【図１４】グループIII （Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ）の位相特性を示す図。

【図１５】グループIV（Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｂ，Ｆ
ｒ）の位相特性を示す図。

【図１６】Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎの位相特性を示す
図。

【図１７】Ｓｍ_x Ａｕ_y の位相特性及びマスクコントラ
ストを示す図。

【図１８】Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＣ，Ｓｉ，ダイヤモンド膜
の透過特性を示す図。

【図１９】Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｓ
ｉＯ₂ 膜の透過特性を示す図。

【図２０】Ｃａ，Ｓｃ，Ｔｉ，ＣａＯ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，Ｔ
ｉＯ₂ 膜の透過特性を示す図。

【図２１】Ｓｒ，ＳｒＯ，ＳｒＦ₂ 膜の透過特性を示す
図。

【図２２】Ｙ，Ｚｒ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＺｒＯ₂ 膜の透過特性
を示す図。

【図２３】Ａｕ吸収体と各種透過膜埋め込み構造におけ
る位相特性を示す図。

【図２４】Ｃｕ吸収体と各種透過膜埋め込み構造におけ
る位相特性を示す図。

【図２５】Ｎｉ吸収体と各種透過膜埋め込み構造におけ
る位相特性を示す図。

【図２６】第１１の実施形態に係わるＸ線露光装置の構
成を示す図。

【図２７】第１２の実施形態に係わるＸ線露光用マスク
の製造工程を示す断面図。

【図２８】第１２の実施形態に係わるＸ線露光用マスク
の製造工程を示す断面図。

【図２９】第１２の実施形態による効果を説明するため
の図。

【図３０】第１３の実施形態に係わるポリッシング装置
を説明するための断面図。

【図３１】第１４の実施形態で用いたＸ線露光用マスク
の製造工程を示す断面図。

【図３２】第１４の実施形態で用いたＸ線露光用マスク
の製造工程を示す断面図。

【図３３】第１４の実施形態の変形例を示す工程断面
図。

【図３４】ＳｉＯＮ膜及びＳｉＯ₂ 膜におけるＸ線透過
特性を示す図。

【図３５】２つのＸ線露光用マスクにおける位相シフト
量及び露光光強度の波長依存性を示す図。

【図３６】Ｃｕ及びＣｕＺｎ吸収体、ＳｉＯＮ及びＳｉ
Ｏ₂ 透過膜からなるＸ線露光用マスクの位相シフト量の
波長依存性を示す図。

【図３７】第１６の実施形態に係わる半導体デバイス生
産の処理フローを示す図。

【符号の説明】

１…Ｘ線露光用マスク ２…レジスト ３…基板 ４…Ｘ線（シンクロトロン放射光） ５…本発明に係わる吸収体材料からなるパターン ５’…従来例における吸収体材料 ６…メンブレン（支持膜） ７…支持枠 ８…本発明に係わる透過膜材料からなるパターン ８’…本発明に係わる第１の透過膜 ８”…本発明に係わる第２の透過膜 １０…樹脂又は二酸化珪素パターン １４…シンクロトロン放射光源 ２２…集光ミラー ２３…揺動ミラー ２４…ダイヤモンド窓 ２５…ベリリウム窓 ２６…窒化珪素窓 ２７…Ｘ線露光用マスク ２８…ステッパ ２９…ウェハ １０１…成膜基板（Ｓｉウェハ） １０２…Ｘ線透過性薄膜（ＳｉＣ） １０３…反射防止膜兼エッチングストッパ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ） １０４…パターニング層（ＳｉＯ₂ ） １０５…開口領域 １０６…フレーム １０７…レジスト（感光膜） １０８…吸収体（Ｃｕ） １０９…レジスト １１０…開口部 ２１１…研磨定盤 ２１２…研磨パッド ２１３…研磨剤 ２１４…研磨剤タンク ２１５…供給量制御機構 ２１６…研磨剤供給配管 ２１７…マスク ２１８…Ｏリング ２１９…台座 ２２０…クランプ ２２１…圧力調整流体（純水） ２２２…流入管 ２２３…流出管 ２２４…圧力計 ２２５ａ，ｂ…流量調整機構 ２２６…恒温装置 ２２７…センサ ２２８…制御計算機 ２２９…体積変形可能な機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−251312（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−61988（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−190963（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13309（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 1/16 G03F 7/20

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メンブレン膜上にＸ線吸収体からなるパタ
   ーンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マスク部を
   支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにおいて、 前記Ｘ線マスク部に入射する光の最大光強度を波長０．
   ６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を露光光源とし
   て用い、前記Ｘ線吸収体材料は、密度／原子量が０．０
   ８５[ｇ／ｃｍ³ ]以上であり、且つＬ殻吸収端を波長
   ０．７５〜１．６ｎｍに持つ元素、又は密度／原子量が
   ０．０４[ｇ／ｃｍ³ ]以上であり、且つＭ殻吸収端を波
   長０．７５〜１．６ｎｍに持つ元素を含むことを特徴と
   するＸ線露光用マスク。
2. 【請求項２】前記Ｘ線吸収体材料は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
   ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
   ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
   の何れかの少なくとも１つの元素を含むことを特徴とす
   る請求項１記載のＸ線露光用マスク。
3. 【請求項３】メンブレン膜上にＸ線吸収体からなるパタ
   ーンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マスク部を
   支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにおいて、 前記Ｘ線マスク部に入射する光の最大光強度を０．６〜
   １ｎｍに持つシンクロトロン放射光を露光光源として用
   い、前記Ｘ線吸収体は、Ｌ殻吸収端或いはＭ殻吸収端を
   波長０．７５〜１．６ｎｍに持つ単体元素の何れかから
   なる第１の材料と、Ｍ殻吸収端を波長０．５〜０．７５
   ｎｍに持つ単体元素の何れかからなる第２の材料との、
   合金又は積層膜であることを特徴とするＸ線露光用マス
   ク。
4. 【請求項４】メンブレン膜上にＸ線吸収体からなるパタ
   ーンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マスク部を
   支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにおいて、前記Ｘ線マスク部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光源で
   あるシンクロトロン放射光の露光波長域とするとき、 前記Ｘ線吸収体として、全てのＬ殻及びＭ殻吸収端が、
   前記シンクロトロン放射光の露光波長域の最短波長以
   下、或いは露光波長の最長波長以上の領域である元素を
   主成分とする材料を用いることを特徴とするＸ線露光用
   マスク。
5. 【請求項５】前記Ｘ線吸収体材料は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
   Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
   ｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
   ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄの何れかの少なくとも１つ
   の元素を含むことを特徴とする請求項４記載のＸ線露光
   用マスク。
6. 【請求項６】メンブレン膜上にＸ線吸収体からなるパタ
   ーンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マスク部を
   支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにおいて、 前記Ｘ線マスク部に入射する光の最大光強度波長を０．
   ６〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を露光光源とし
   て用い、前記Ｘ線吸収体として、その全てのＬ殻及びＭ
   殻吸収端が０．６５ｎｍ以下、或いは１．０２ｎｍ以上
   の領域である元素を主成分とする材料を用いたことを特
   徴とするＸ線露光用マスク。
7. 【請求項７】メンブレン膜上にＸ線吸収体からなるパタ
   ーンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マスク部を
   支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにおいて、前記Ｘ線マスク部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光源で
   あるシンクロトロン放射光の露光波長域とするとき、 前記Ｘ線吸収体として、全てのＬ殻及びＭ殻吸収端が、
   前記シンクロトロン放射光の露光波長域の最短波長以下
   或いは露光波長の最長波長以上の領域であり、且つ何れ
   か１つの吸収端が露光波長域の最短波長から最短波長よ
   り０．４ｎｍ短い波長までの波長域にある第１の材料
   と、全てのＬ殻及びＭ殻吸収端が、露光光源であるシン
   クロトロン放射光の露光波長域の最短波長以下或いは露
   光波長の最長波長以上の領域であり、且つ何れか１つの
   吸収端が露光波長域の最長波長から最長波長より０．６
   ｎｍ長い波長までの波長域にある第２の材料とを組み合
   わせた合金又は積層膜を用いることを特徴とするＸ線露
   光用マスク。
8. 【請求項８】メンブレン膜上にＸ線吸収体からなるパタ
   ーンが形成されたＸ線マスク部と、このＸ線マスク部を
   支持する支持体とを備えたＸ線露光用マスクにおいて、前記Ｘ線マスク部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
   とし、該 露光波長域を０．６５ｎｍから１．０２ｎｍの
   間に有するシンクロトロン放射光を露光光源として用
   い、 前記Ｘ線吸収体として、全てのＬ殻及びＭ殻吸収端が、
   前記露光波長域の最短波長以下或いは最長波長以上の領
   域にあり、且つ何れか１つの吸収端が前記露光波長域の
   最短波長から最短波長より０．４ｎｍ短い波長までの波
   長域にある第１の材料と、全てのＬ殻及びＭ殻吸収端
   が、前記露光波長の最短波長以下或いは最長波長以上の
   領域にあり、且つ何れか１つの吸収端が露光波長域の最
   長波長から最長波長より０．６ｎｍ長い波長までの波長
   域に有する第２の材料とを組み合わせた合金又は積層膜
   を用いることを特徴とするＸ線露光用マスク。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載のＸ線露光
   用マスクと、このマスクに対し最大光強度を波長０．６
   〜１ｎｍに持つシンクロトロン放射光を照射するための
   Ｘ線源と、前記マスクを透過したＸ線をウェハ上に投影
   露光する手段とを具備してなることを特徴とするパター
   ン露光装置。
10. 【請求項１０】請求項１〜８のいずれかに記載のＸ線露
    光用マスクを用い、さらに前記Ｘ線マスク部に入射する
    光の最大光強度を波長０．６〜１ｎｍに持つシンクロト
    ロン放射光を露光光源に用いて、前記マスクに形成され
    たパターンをウェハ上に露光転写することを特徴とする
    パターン露光方法。