JPH01152724A

JPH01152724A - 微細パターン転写方法

Info

Publication number: JPH01152724A
Application number: JP62310995A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hori; 勝堀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1989-06-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、微細パターン転写方法に係わり、特にシンク
ロトロン放射光を利用したパターン転写による微細パタ
ーン転写方法に関する。

（従来の技術）近年、集積回路の高集積化に伴い、回路パターンの微細
加工技術の中でも感光膜にパターンを形成するリソグラ
フィ技術の重要性が高まっている。

現在、光を露光媒体とするフォトリソグラフィ技術が量
産ラインでは使用されているが、この技術には使用する
波長によって決定される解像度限界がありこれに代わる
新しいりソグラフィ技術として光よりも波長の短いＸ線
を用いるＸＮ＆露光技術の研究開発が化速な運屋を見せ
ている。

Ｘ線露光に用いられる１０人前後の波長の軟Ｘ線は、す
べての物質中において主に光電効果による　　　−相互
作用を生じる。この光電効果の発生確率は原子番号の３
乗に比例する。この為、Ｘ線リソグラフィにおいては、
光電効果などによる軟Ｘ線の減衰が十分に小さい軽元素
を主体とする薄膜基板上に１μｍ近い膜厚の重金属を用
いて所望パターンを形成したマスクが用いられる。

Ｘ線マスクのパターン形成を容易にする為に多層膜ミラ
ーを用いた縮小投撮Ｘ線露光の研究が最近質なわれてい
るが、ミラーの反射率、加工精度、Ｘ線マスクの大口径
化などの技術的に困難な問題が多く、現状では、１対１
のプロキシミティ露光を前提にＸ線リソグラフィシステ
ムの設計をせざるを得ない。この結果、Ｘ線マスクは、
■脆弱な薄膜基板、■膜厚の重金属パターン、■サブミ
クロンの実寸パターンといった種々の制約を甘受しつつ
所定の精度を達成しなければならない。

たとえば、　Ｘａ露光が目指す０．３μｓ以下のパター
ン転写を実現する為には、０．０１μｓオーダのパター
ンの位置合わせが必要とされる。しかし、前述の如く非
常に薄いマスク基板上に重金属のパターンが存在するＸ
線マスクでは、基板に歪みが生じてマスクパターンの配
列にずれが生じ易い。そして、このパターン配列精度の
低下は、パターン転写精度の低下に直結する。

この問題を克服する為、通常、薄膜基板の内部応力を１
０９ｄｙｕ／ｃＪオーダの引張り応力とすることにより
、マスク基板の弛みをなくすと共に重金属パターンの内
部応力の基板への影響を極力抑えている。しかし、この
強い引張り応力によって、第４図に示す如く、基板支持
板に反りが生じる。これによってマスクの平面度は著し
く損われ、マスク−試料間のギャップのコントロールを
難しくする。このような反りは、マスクをアライナ−に
セットする際のチャッキングにより強制的に矯正するこ
とができるが、この場合マスク自身に複雑な歪みを生じ
る為あまり実用的でない、尚、第４図中４１はシリコン
基板からなる支持体、４２はＳｉＮからなる薄膜（マス
ク基板）を示している。

一方、マスク−試料間のギャップに注目した場合、現在
技術的に可能な条件でＸ線露光を行ない、０．５ｔＪｒ
ｎ程度のパターンを実現する為には、マスク基板に許さ
れる平面度からのずれは最大１ｔＪＩｎである。しかし
、上述した引張り応力の値では、３′φの基板支持体を
用いた場合、支持体の反りの大きさは最大１０μｓにも
及ぶ。

マスク・ウェハの保持や位置合わせ、ステップアンドリ
ピートに伴う相互移動、ウェハの反り及び上記マスク基
板の反りを考慮するとマスク−試料の間隔は大きい方が
望ましい。しかし、波長やパターン寸法によってはフレ
ネル回折が大きくなり、やはり制限を受ける。

更に、マスク基板上に形成される重金属吸収体パターン
は通常、電子ビームリソグラフィもしくは集束イオンビ
ームリソグラフィで形成した１／２〜１／Ｌａｗのレジ
ストパターンを用いて、メツキ法によるＡｕの埋め込み
、あるいはタングステンやタンタルなどの重金属をレジ
ストをマスクに直接パターニングするような方法によっ
て実現される。

従って、１／２〜］、／　４　ｔｍのレジストパターン
への高精度の描画技術が重金属吸収体パターン形成には
必要不可欠である。

パターン転写の為のＸ線源としては、近年、シンクロト
ロン放射光が他のＸ線源に比べて、スループットが遥か
に高いこと、半影ぼけが殆んどないこと、コントラスト
が高いこと、更に厚いレジストを使用できる等の理由で
注目されている。

以上の事情から１対１のプロキシミティ露光を用いたＸ
線リソグラフィ技術では、シンクロトロン放射光を用い
た転写技術を利用したとしても、０、ＩＩｍ程度の微細
パターンの一括転写は現状では非常に困難である。

電子ビームやイオンビームリソグラフィ技術により０．
１μｓ以下のパターン形成方法が報告されているがスル
ープットの面で問題が大きく実用の域には達成されてい
ない。

（発明が解決しようとする問題点）Ｘ線露光技術を用いて微細パターン転写を実現する為に
は、■微細な重金属パターン形成の為の高精度電子ビー
ムあるいはイオンビームによる加工技術、■高精度の平
面を有するＸ線マスク基板の形成、■高精度、マスクー
ウェハアライメント技術、■パターン転写の為の高輝度
高解像を有するＸ線源が必要不可欠である。しかし、パ
ターン寸法として０．１μｍのパターン転写を実現する
為には、現在のところ上記項目■についてはシンクロト
ロン放射光源を利用することで実現可能である。

しかし、上記項目■〜■を満足する要素技術は確立され
ていない。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものでその目的
とするところは、現状の技術にて得られるＸ線マスク基
板上に０．５陣程度の重金属パターンを形成したＸ線マ
スクを用いることができ、且つマスク−試料間のギャッ
プを大きく設定しながら、０．１μｍの超微細パターン
を転写することのできるＸ線による微細パターン転写方
法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、シリコンからなる支持体と、当該支持
体によって担持された支持層と、当該支持層上に被着さ
れたＸ線吸収体パターンとからなり、上記Ｘ線吸収体パ
ターン下方の支持体に所定形状の窓を設けてなる通常の
透過性Ｘ線露光マスクを用いて、パターン転写する際に
、該Ｘ線マスクと被転写物とのギャップを大きくとるこ
とにより生じるフレネル回折の影響を利用した該マスク
上に形成されたパターンの寸法よりも小さなパターン寸
法を上記被転写物に縮小転写することにある。

本発明者は、種々のパターン寸法を有する重金属Ｘ線吸
収体を持つＸ線マスクを作成し、マスク−試料間の間隔
及びシンクロトロン放射光の波長分布をパラメータとし
て微細パターン転写を行なったところ次のような事情を
見出した。即ち、マスク−試料間のギャップを大きくす
ることによりフレネル回折が生じ、被転写物であるレジ
ストへのパターン幅は、次第にマスク上のパターンより
も大きな寸法となり微細なパターン転写は困難となる。

この影響は、パターンの寸法が小さくなればなる程著し
い。

また、シンクロトロン放射光の波長ピークが長波長側に
シフトする程上記同様フレネル回折の影響が大きくなり
マスクパターンが忠実に転写されにくくなる。

しかし、マスク−試料間のギャップを比較的大きく設定
し、かつシンクロトロン放射光の波長分布を適当に選択
することによりプレネル回折の影響によりあるパターン
は実際のマスク上に形成されたパターンよりも小さなパ
ターンがレジスト上に転写される。また、レジストの現
像時間を変化させることによりマスク上に形成されたパ
ターン寸法より小さなパターン寸法から実際のマスク上
に形成されたパターン寸法まで転写パターンの寸法を可
変することが可能である。

本発明はこのような点に着目し、一般にパターン形成が
非常に困難であるとされている０、１．のパターン転写
が可能となるべきマスク−試料間のギャップとシンクロ
トロン放射光の波長分布の条件をシミュレーションと転
写実験により見い出したところマスク−試料間のギャッ
プ長６０μｓ、シンクロトロン放射光のピーク波長とし
て５〜８人を選択することにより０．５μｍの重金属パ
ターンのマスクを用いて０．１７ａｏのパターン転写が
可能であった。

即ち本発明は、マスグー試料間のギャップと照射するＸ
線の波長分布を適当に変化させることにより生じるフレ
ネル回折の強度分布を変化させ、実際に形成したＸ線マ
スク上のパターン寸法よりも小さなパターン寸法を転写
するようにしたものである。

（作　　用）上記方法であれば、Ｘ線マスクとして０．５μｍのパタ
ーン転写を実行すべく可能な精度のＸ線マスクを作成す
れば０．１μｓのパターン転写が可能となる。

マスク−試料間のギャップは比較的大きく設定（６０μ
ｓ）することが可能である為、ウェハの保持や、。

位置合せ、ステップアンドリピートに伴う相互移動、ウ
ェハ及びマスク基板の反りによる精度の低下などの問題
から生じるパターン転写精度の為の厳しい要求を低減す
ることが可能となる。

（実　施　例）以下本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係わるＸ線転写システム
を示す。シンクロトロン放射光を用いて微細パターンの
転写を行う為には、放射光から発生する連続スペクトル
の光ビームがら転写に適した波長帯を切り出す必要があ
る。第１図に示す如く電子蓄積リング１１から生じる放
射光は白金コートした２″曲げミラー１２により曲げら
れ、短波長成分をカットした。更にＡＱ薄膜のフィルタ
１３により長波長成分側をカットし、ピーク波長６０人
の連続スペクトルを選択し、露光室１４の中に設置され
たレジストＰＭＭＡ１６の転写を行なった。放射光の加
速エネルギーは２　、５ＧｅＶ、転写は１０−’Ｔｏｒ
ｒ台の超高真空中にて行なった。照射量は１２（Ａ、Ｓ
）である。

転写の為に用いたＸ線マスク１５は、１μｓ厚のＳｉＮ
ｘ膜上に０．５μｓ厚のＡｕ吸収体パターンを形成した
ものである。

レジストの現像は、メチルイソブチルケトン／イソプロ
ピルアルコール／１：３の混合液を用い室温にて行なっ
た。現像したパターン形状は、走査型電子顕微鏡にて観
察した。第２図に現像時間によるパターン形状のａ察結
果を示す。第２図（ａ）に示す如くシリコン基板２５上
にＰＭＭＡ２４が１７ｚｍ塗布されている。前記マスク
は、Ａｕの吸収体パターン２３が０．５声ラインアンド
スペースでＳｉＮｘ　２２上に形成されている。シンク
ロトロン放射光はピーク波長６人であり、マスク試料間
のギャップは６０μｓである。放射光２１を該マスクを
介して照射し、６０秒間の現像を行なったところ同図（
ｂ）に示される如く０．１μｓのパターン２６形成が可
能であった。

更に現像時間を増加させると０．１μｓのパターン２６
は拡張し、現像時間３００秒では同図（ｃ）に見られる
如＜０．５ＩＥｎのパターン２６が形成された。

シンクロトロンのピーク波長を６〜８人まで変化させ、
さらにマスク−試料間のギャップを１０〜１００μｍま
で変化させてパターン転写を行なったところ、第２図に
示される如く０．１μｓのパターン転写を実行すること
は困難であった。０．５μｓのパターン転写はいずれの
場合にも実行することができた。

さらに他の実施例について以下述べる。

第１の実施例の如＜０．１μｓのパターン転写の概要を
詳しく示す為に、パターン転写の要因としてフレネル回
折を考え、フレネル回折によるレジスト上での光強度分
布をシミュレーションした。波長分布がＲ（λｍ）で裾
幅１の平行光の放射光が振動透過率０（ｘ＋ｙ）のＸ線
マスクに入射した場合レジスト表面の振動分布”（ｘｏ
　＊　ｙｏ　＋　Ｇ　）はフレネル変換子（Ｔ）を用い
て表わすとＵｍ（ｘｏ、　ｙｎ、　Ｇ）＝Ｔ（０（ｘ、　ｙ））　
　　（１）となる。ここでＧはギャップである。

Ｘ線マスクの振動透過率０（ｘａｔ）として透過率ｔと
共に位相遅れφを考慮すると（１）式は次式で表わされ
る。

１ｍ（ｘｏ＋　ｙａｐ　Ｇ）＝Ｔ［０（ｘ、ｙ）＊　ｅ
ｘｐ（−ｊφ（ｘ、ｙ）））　　（ｎ）従ってレジスト
面上の光強度分布Ｉ＋１１（Ｘ６ｔ　ｙｏ）は次式とな
る。

Ｉｎ（ｘｏ、　ｙｏ）＝ｌｕｍ（ｘａｔ　ｙ＋ｚ　Ｇ）
＋２（ｍ）波長分布を有する放射光の場合、レジスト面
上の光強度分布を単一波長について求めた各光強度分布
の総和で表わされると、Ｍ個の波長からなる放射光では
レジスト面上の光強度分布Ｉ　（Ｘａ　＋　ｙ（１）は
次式になる。

Ｉ（Ｘａ＋　　ｙｏ）＝　　Σ　（Ｒ（λｍ）重工ｍ（
ｘｏ、ｙｏ））　　　　　（ｒｖ）（ＩＶ）式を用いて
求めた光強度分布を第３図に示す。

第３図より放射光の波長ピーク６０人、マスク−試料間
のギャップ６０ｔｍに設定することによりＡｕ吸収体パ
ターンのないスペース部分の中央部での光強度ピークが
顕著に大きくなることが判明した。

この顕著に突出した強度ピークにより０．１μｓの微細
パターンが転写される。

かくして、本実施例によれば、放射光の波長ピーク６０
人マスク−試料間のギャップ６０ｔＩｍに設定すれば、
放射光により０．５ｇａのパターンを有するＸ線マスク
を用いて００ｌｐの微細パターンを転写することができ
る。即ち、高精度の直描画リングラフィ技術を用いて重
金属Ｘ線吸収体パターンを形成することなく、簡易な０
．５卯のＸ線マスクを作成するのみで０．１μｓの微細
パターンの転写が可能である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、照射するＸ線は放射光に限るものではなく
、プラズマＸ線源など多数の波長を利用してフレネル回
折を操作することにより微細パターン転写が可能な波長
分布を形成できる限り任意に選ぶことができる。上記と
同様な理由によりマスク−試料間のギャップ、用いるＸ
線マスクのパターン間隔等任意に設定することができる
。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で１種々変形し
て実施することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、フレネル回折のレ
ジスト上での強度分布を変化させることにより実際に用
いたマスク上に形成されているパターンよりも小さなパ
ターンの転写が可能である。

従って、予め微細なパターンを有するＸ線マスク吸収体
パターンの形成を高精度リソグラフィ技術を用いて行な
うことなく簡易なＸ線マスクを用いることにより微細パ
ターンの転写が可能である。

マスク−試料間のギャップを比較的大きく設定すること
ができる為、ウェハの保持や、位置合せ、ステップアン
ドリピートに伴う相互移動ウェハ及びマスク基板の反り
による精度の低下などの問題を解決することができ、Ｘ
線露光の露光精度向上等に寄与することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係わる放射光を用いた露
光システムの構成図、第２図は、パターン転写したレジ
ストを現像した時のレジストのパターン形状の断面を示
す模式図、第３図は、第２図で得られたレジスト形状を
説明する為にフレネル回折によるレジスト上での光強度
分布の様子をシミュレーションした結果を示す図、第４
図は、反りの生じたＸ線露光用マスクを示す断面図であ
る。１１・・・電子蓄積リング、１２・・・白金コーナ２ａ曲げミラー、１３・・・ＡＱ
フィルター、　　１４・・・露光室、１５・・・Ｘ線マ
スク、１６・・・ＰＭＭＡレジストが塗布されたＳｉ基板、２
１・・・放射光、　　　　　２２・・・ｘｗ＆マスク基
板、２３・・・Ｘ線吸収体パターン、２４・・・レジスト、　　　　　２５・・・Ｓｉ基板、
２６・・・０．１μｓのポジ型パターン、２７・・・０
．５μｓのポジ型パターン。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　松山光之 −足ｉＱ　　− 第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｘ線を透過する支持層と当該支持層上に被着され
たＸ線吸収層パターンとからなるＸ線露光マスクを介し
て、Ｘ線源から放出されるＸ線を被露光体に照射し、露
光パターンを転写するパターン転写方法において、前記
マスクと被露光体との間に存在するギャップにより生じ
る回折光によりマスク上に形成された露光パターンより
も小さなパターンが被露光体に転写されるように前記マ
スクと被露光体との間にギャップ長と前記Ｘ線の波長分
布を選択して転写することを特徴とする微細パターン転
写方法。
（２）前記Ｘ線源として、シンクロトロン放射光源を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微細
パターン転写方法。
（３）前記回折光としてフレネル回折による回折光を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微細
パターン転写方法。