JPH01175735A - 反射型マスク及びその製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は反射型マスク及びその製造方法に関し、特にリ
ソグラフィーに用いられる波長５人〜３００マグ度の軟
Ｘ線や波長３００人〜２０００人程マグ真空紫外線（以
下「軟Ｘ線等」という。）に対して所定の反射率を有す
る多層積層構造の反射部より成るパターンを利用した反
射型マスク及びその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来より軟Ｘ線等を用いた半導体製造装置における露光
用マスクとしては、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、炭化ケイ
素（ＳｉＣ）等の透過材としての基板面上に金（Ａｕ）
、タンタル（Ｔａ）等の吸収材から成る不透過のパター
ンを形成した透過型マスクが種々と提案されている。

一方、特開昭５３−１３９４６９号公報ではＢｒａｇｇ
回折条件を利用してｍ結晶や完全非晶質の材料より成る
基板面上に、該基板とは異なる単結晶若しくは完全非晶
質の材料より成るパターンを形成したＸ線リソグラフィ
ー用の反射型マスクが提案されている。

又、全反射を利用したものとしてＪＪＡＰ（Ｊａｐａ、
Ｊｏｕｒ　ｏｆ　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２６（３）、　
（１９８７）４８７〜４９１）がある。

一般に軟Ｘ線等を用いた透過型マスクはその構成上次の
ような問題点がある。

（イ）波長数１０Å以上の軟ｘｌｉＩ及び真空紫外線に
対する透過率が低い。

（ロ）軟Ｘ線等の吸収による温度上昇に伴なう熱歪（メ
ンブレンの伸びや応力値変動等）の値を約１　ｐｐｍ以
下としなければならない。

（ハ）メンブレンが薄い為、緊張の保持が難しい（Ｓｉ
Ｎｘ　、ＳｉＧの場合、厚さ２μｍで〜３ｘｌｏ８ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ２）。

（ニ）高コントラストを得る為には厚い吸収体を用いな
ければならなく、そうすると入射光の入射角度が制限さ
れてくる（例えばコントラスト、１０：１を得るには波
長１０人の光に対しＡｕ。

Ｔａの厚さを０．７μｍ以上にする必要がある。

（ホ）吸収体とメンブレンとの間の熱特性の違いにより
熱歪が生じてくる。

（へ）水冷出来ない為に温度調節が難しい。

（ト）例えば１００人程マグ波長領域では透過率の高い
マスクやメンブレンを作るのが難しい。

これに対して従来の反射型マスクはその反射の性質上、
軟Ｘ線等を基板面に対して斜入射しなければならず、こ
の結果マスク面積が増大し、基板の研磨やマスク面の上
面性等を良好に維持するのが難しい。

又、マスクを精度良く支持することが難しくなり、更に
装置全体が大型化してくる等の問題点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は基板面上に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積層構造の反射部と、該反
射部の多層積層構造を破壊した構造の非反射部とから成
るパターンを形成することにより、軟Ｘ線等を該基板面
に正入射して用いることができ、かつ低熱膨張性及び高
熱伝導性の良い熱的に安定で低歪の高コントラストが容
易に得られる軟Ｘ線若しくは／及び真空紫外線を用いた
りソグラフィ用の反射型マスク及びその製造方法の提供
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る反射型マスクは基板面上に軟Ｘ線若しくは
／及び真空紫外線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積層構造の反射部と
、該反射部の多層積層構造が破壊された構造の非反射部
とから成るパターンが設けられていることである。

又、本発明に係る反射型マス々の製造方法としては基板
面上に軟Ｘ線若しくは／及び真空紫外線に対して光学定
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
層積層構造の反射部を設け、次いで所定面上に転写すべ
きパターンの幾何形状に基づいて、該反射部の多層積層
構造を破壊手段で破壊し非反射部を形成したことである
。

（実施例） 第１図は本発明の反射型マスクの一実施例の模式断面図
である。同図において１０は軟Ｘ線等に対する多層積層
構造より成る反射部である。この多層積層構造より成る
反射部１ｏは同図に示すように軟Ｘ線等が吸収する非反
射性の平面状の基板１上に形成されている。

又、反射部１０は光学定数の異なる第１の物質２．４，
６．−・・及び第２の物質３，５，７．−軸を交互に積
層して形成している。

２０は非反射部であり、反射部１ｏを構成している多層
積層構造を集束イオンビームやレーザー光等の破壊手段
により破壊し、反射面としての機能を喪失させ非反射面
となるようにして構成している。そして反射部！０と非
反射部１１とで所定面上に転写すべき幾何形状のパター
ンを形成している。

同図に示す多層積層反射部１ｏの各々の物質の層の膜厚
ｄ　＋　、　ｄ　２　”は１０Å以上であり、交互に等
しい膜厚であって（ｄ、＝ｄ３＝−、ｄ２＝ｄ４＝・・
・）も、全ての膜厚を変えて構成しても良い。

但し、それぞれの層中における軟Ｘ線や真空紫外線の吸
収による振幅の減少、及びそれぞれの層の界面における
反射光の位相の重なりによる反射光の強め合いの両者を
考慮し、反射部全体として最も高い反射率が得られるよ
うな厚さとすることが好ましい。各層の厚さは１０人よ
り小さい場合は界面における２つの物質の拡散の効果に
より、反射部として高い反射率が得られず好ましくない
。層数な増加させればさせるほど反射率は上昇するが、
その一方で製作上の困難さが発生してくる。その為、積
層数は２００層以内が好ましい。

反射型マスクは強力なＸ線源（例えばシンクロトロン放
射光等を用いた光源）を用いて使用されることが多く、
照射エネルギーの吸収によるマスクの温度上昇が問題と
なってくる。特に温度上昇による熱膨張によりマスク面
上のパターンに位置ずれや歪が発生し、この結果、サブ
ミクロンサイズのパターンの形成にあっては重要な問題
となっている。

この為、軟Ｘ線等による反射型マスクにおいては反射マ
スクの温度上昇を抑えることが必要となっている。

本実施例における反射型マスクは基板にバルク材を使う
ことができマスク自体の水冷が可能である為、温度上昇
に伴なう悪影響を大幅に減少させることができる。又、
基板及び多層積層膜に後述するように高熱伝導率を有す
る材料を用いることによって、効果的に放熱し温度上昇
を防止している。

この他、本実施例では基板及び多層積層膜に後述するよ
うな線膨張係数の小さい物質を選択し温度上昇に対する
歪の発生を極力少なくしている。

以上の各条件を満足する」↓板材料としては、例えば石
英やセラミックス系の窒化ケイ素、窒化アルミニウム、
炭化ケイ素等がある。特に炭化ケイ素は熱伝導率が著し
く太き（（１００ｗ７ｍ−Ｋ）好適な材料である。又、
多層積層膜の一方の材料としてはタングステン、タンタ
ル、モリブデン、ロジウム、ルテニウム等の遷移金属及
びそれらの炭化物、窒化物、珪化物、硼化物、酸化物等
が好適である。他方の材料としては珪素、ベリリウム、
炭素、硼素とそれらの相互の化合物、即ち炭化珪素、炭
化硼素等及びそれらの酸化物、窒化物等の酸化珪素、窒
化珪素等が好適である。

次に本発明に係る反射型マスクの製造方法の第１実施例
を説明する。

まず、基板１として而粗さがｒｍｓ値で２入獄丁になる
ように研磨した石英基板を用い、この基板面上に第１の
層２，４，６．・・・をなす物質としてモリブデン（Ｍ
ｏ、線膨張率５．ＯＸ　１０−６に−１゜熱伝導率１：
１９ｗ／ｍに）、第２の層３，５，７．−・・をなす物
質としてシリコン（Ｓｉ、線膨張率２．５×１Ｏ−６に
−１，熱伝導率１６８ｗ／ｓに）を用い、ｓ　ｘ　ｔｏ
−’Ｔｏｒｒ以下の高真空に到達後、アルゴン圧力を２
×１０−’Ｔｏｒｒに保ち、イオンビームスパッタ蒸着
により水晶発振子膜厚モニターを利用して第１の層（Ｍ
ｏ）、及び第２の層（Ｓｉ）の膜厚が各々２７人、３６
人となるようにして４１層（Ｍｏ層２１層、Ｓｉ層２０
層）積層した。

この場合、第１の層（ＭＯ）が屈折率の実数部分が小で
あり、第２の層（Ｓｉ）が屈折率の実数部分が大となる
ような物質を選んでいる。

次にこの多層膜より成る反射部に対し、集束イオンビー
ム走査装置を用いてケイ素イオンビームをビーム径０．
１μｍにしぼり、加速電圧２００にｅｖで反射部１０の
多層積層構造を破壊し、反射部としての機能を喪失せし
め非反射部を形成しライン＆スペース０．８μｍのパタ
ーンを形成した。このときのヒ゛−ム電流は１００Ｐ八
である。

第２図は基板面上に前述の構成の多層積層構造の反射部
を形成するときのイオンビームスパッタ装置の一実施例
の概略図である。

同図に示す装置は真空度を保っている金属製のチャンバ
ー（１１）内においてイオン銃（１８）中でプラズマを
発生させ、イオン銃内に導入したＡｒ原子なイ゛オン化
する。Ａｒイオンはイオンビーム（１７）としてターゲ
ット（１６）に照射される。ターゲットに衝突したＡｒ
イオンはターゲット１６を構成している原子、又は分子
をたたき出し、そのたたき出された原子は基板（１４）
上に堆積する。

多層膜作成の際には真空を破らないままターゲット１６
を交換し、順次積層していく。ターゲット交換の際やタ
ーゲット表面のクリーニングの際にはシャッター（１２
）を閉じて右き、余分な原子が基板上に堆積しないよう
にする。

本装置においては基板ホルダー（１５）は冷却、加熱機
構を有し、又、膜の均一性を得る為に回転機構も有して
いる。又、成膜時には水晶振動子膜厚モニター（１３）
により膜厚の制御を行なっている。

次に前述の方法により作成した多層膜より成る反射型マ
スクを露光装置に用いて軟Ｘ線による露光を行った。

第３図はこのとき用いた投影光学系の光路を示す概略図
である。図中の軟Ｘ線用の反射ミラーＭ＋　、Ｍ層　、
Ｍ層はそれぞれ凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡であり、Ｗは露
光基板を示している。Ｍｏは上記多層膜より成る反射型
マスクである。図中にその位置を示す。発散ｘＩＩ５Ａ
ＷＸから発生し反射型マスクＭ。に対して１．７°の角
度（正入射）で入射した軟Ｘ線反射型マスクＭ。の反射
部を介して投影光学系に入り、凹面鏡Ｍ３、凸面鏡Ｍ２
．そして凹面鏡Ｍ３の順に反射し、反射型マスクＭ。の
像を露光基板Ｗ上に結像する。

本投影光学系の仕様は投影倍率１１５、有効Ｆナンバー
が１．３、像面サイズが２８Ｘ　１４ｍｍ２．像高が２
０〜３７ｍＩＩ＋、解像力が０．１６μｍである。

光源には１２４人の軟Ｘ線を用い、露光基板ＷにＰＭＭ
Ａを塗Ｉｎ　Ｌ／た。軟Ｘ線を発生させ、投影露光系に
より、露光基板Ｗ上のＰＭＭＡレジストを露光し現像を
行ったところ、０，１６μｍライン＆スペースの解像力
が得られた。

又、得られた反射型マスクの反射部と非反射部に相当す
る位置の反射率を測定したところ、各々４８％、０．８
％′となり６０：ｌのコントラストが得られた。

次に本発明に係る反射型マスクの製造方法の第２実施例
を説明する。

航速した第１実施例と同様に研磨された石英基板１上に
、第１の層２，４．−・・をなす物質としてルテニウム
（Ｒｕ）、第２の層３，５．・・・をなす物１１Ｊニー
　シテケイ素（Ｓ　ｉ　）を用い、１　ｘ　１Ｏ−９Ｔ
ｏｒｒ以下の超高真空に到達後、電子ビーム蒸着法によ
り水晶振動子膜厚モニターを利用して＠厚をそれぞれ２
７人、３６人として４１層（Ｒｕ　２１層。

Ｓｉ２０層）Ｍ層して多層積層反射部を形成した。

次にこの多層積層反射部に対して、出力５Ｗのアルゴン
レーザー光を絞り反射部の多層積層構造を破壊し、反射
部としての機能を喪失せしめ、非反射部を形成し、ライ
ン及スペース１μｍのパターンを形成した。

第４図は基板上に前述の構成の多層積層構造の反射部を
形成するときの電子ビーム蒸着装置の一実施例の概略図
である。

同図における装置は真空チャンバー（２１）内は１　ｘ
　１Ｏ−９Ｔｏｒｒ以下の超高真空に保たれている。

多層膜作成の際には蒸発ｆＸ１　（２７）用電子銃（２
９）、蒸発源２　（２８）用電子銃（２９）ともＯＮに
し、蒸発源１　（２７）および蒸発源２（２８）の表面
は常に電子ビーム照射により溶けている状態にしておく
。次に蒸発源１　（２７）の蒸発源シャッター（２６）
を開き、水晶振動子＋１！Ｑ厚モニター（２５）で安定
度を確認した後、メインシャッター（２４）を開いて基
板（２３）上に成膜する。１層成１１Ｑ後、メインシャ
ッターを閉じ、蒸発源１のシャッターを閉じる。以後、
蒸発源２（２８）、蒸発源ｌと順次積層する。

又、軸射熱による基板の温度上昇を防ぐ為には、液体窒
素ショラウド（２２）中に液体窒素を入れ、基板冷却を
行う。

ここで作製した反射型マスクを用いてｙＪ１実施例と同
様に第３図に示す縮小光学系により露出基板ＷトのＰＭ
ＭＡを露光した。その結果、０．２μｍライン＆スペー
スの解像力が得られた。

又、得られた反射型マスクの反射部と非反射部の反射率
を測定したところ、それぞれ５６％、０．９％であり、
６２：ｌのコントラストを得た。

以トの谷実施例において基板として石英の研磨基板を用
いたが、基板としては石英に限らず、ケイ素単位結晶等
、研磨により良好なる表面粗さ及び下面度が得られる物
質であれば、どのようなものであっても良い。

特に冷却という観点からすると熱伝導率の大きな物質が
好ましい。又、多層膜の構成物質の組み合わせとしては
モリブデンとケイ素、ルテニウムとケイ素の２通りの場
合を示したが、この組み合わせに限らず、軟Ｘ線及び真
空紫外線用の多層積層構造の反射部を構成できる組み合
わせであれば、どのようなものであっても良い。

又、多層膜の作製方法はイオンビームスパッタ法や超高
真空中のＥＢ蒸着法に限らず、Ｚ８ｉスパッタ法や有機
金属化学的気相蒸着法（Ｍｏ　　ＣＶＤ法）等の薄膜作
製技術を用いても良い。

又、多層の積層構造を破壊する破壊手段としては集束イ
オンビーム走査装置やレーザー光に限らず、電子ビーム
による直接破壊や多層股上にレジストパターンを形成し
てガラスプラズマにより破壊した後、レジストを除去す
る方法等を用いても良い。

（発明の効果） 本発明によれば以上のような構成及び製造方法に基づい
て基板面上に多層積層構造の反射部と非反射部より成る
パターンを形成することにより、軟Ｘ線等の正入射が可
能で、又、反射部と非反射部の高さが等しい為、斜め方
向からの光に対しても影を作ることない簡易な構成の軟
Ｘ線等を用いたリソグラフィー用の反射型マスクを得る
ことができる。又、水冷か可能なこと、そして所定の線
膨張率と熱伝導率を有した物質を多層膜用として選択す
ることにより、熱的に極めて安定した歪の小さい反射型
マスクを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反射型マスクの一実施例の模式断面図
、第′２図、第４図は各々本発明の反射型マスクの製造
装置を示す第１．第２実施例の説明図、第３図は本発明
の反射型マスクを用いたリソグラフィーの光路概略図で
ある。 図中、１は基板、１０は多層積層の反射部、２０は非反
射部、２．４．・・・は第１の物質、３゜５、・・・は
第２の物質、Ｍｏは反射型マスク、Ｗは露光基板、１１
．２１はチェンバー、１２゜２４．２６はシャッター、
１３．２５は水晶発振子膜厚モニター、１４．２３は基
板、１５は基板ホルダー、１６はターゲット、１７はイ
オンビーム、１８はイオン銃、２７．２８は蒸発源、２
９は電子銃である。 特許出願人　　キャノン株式会社 代　　理　　人　　　　　高　　梨　　幸　雄　　　　
□÷ 躬　　　　１　　　　図 第　　　２　　　図 鳥　　　　４　　　　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板面上に軟Ｘ線若しくは／及び真空紫外線に対
   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
   積層した多層積層構造の反射部と、該反射部の多層積層
   構造が破壊された構造の非反射部とから成るパターンが
   設けられていることを特徴とする反射型マスク。
2. （２）基板面上に軟Ｘ線若しくは／及び真空紫外線に対
   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
   積層した多層積層構造の反射部を設け、次いで所定面上
   に転写すべきパターンの幾何形状に基づいて、該反射部
   の多層積層構造を破壊手段で破壊し非反射部を形成した
   ことを特徴とする反射型マスクの製造方法。
3. （３）前記破壊手段は集束イオンビーム若しくはレーザ
   ー光であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の反射型マスクの製造方法。