JPH02177532A

JPH02177532A - 軟ｘ線反射型露光用マスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02177532A
Application number: JP63333601A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hori; 勝堀; Masamitsu Ito; 正光伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-10

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）本発明は多層反射鏡を有する軟Ｘ線反射型露光用マスク
及びその製造方法に関し、縮小転写による微細パターン
の形成に使用されるものである。

（従来の技術）現在、半導体装置の量産ラインでは、光を露光媒体とす
るフォトリソグラフィ技術が使用されている。しかし、
この技術は使用する光の波長によって決定される解像度
の限界があるため、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軟Ｘ線を用いるＸ線露光
技術の研究開発が急速な進展を見せている。

従来、一般的に提案されてきたＸ線露光技術は、軟Ｘ線
透過性のマスク基板とこのマスク基板上に形成された軟
Ｘ線吸収体からなるマスクパターンとを有する透過型マ
スクを用い、このマスクと試料とをｌＯｎオーダーの間
隔で平行に保持し、マスク基板背面よりＸ線を照射し、
マスク基板を透過したＸ線で試料上のレジストを感光す
るというものであった。

しかしながら、このようなＸ線透過型マスクには実用上
以下のような種々の問題点がある。

第１に、マスク基板を透過するＸ線の強度を保つ必要か
ら、マスク基板の厚さは１〜２−と非常に薄いため、機
械的強度が弱く取扱いが非常に難しい。

また、Ｘ線露光が目指す０．３４以下のパターン転写を
実現するためには、０．０ＩＪ３オーダーのパターンの
位置合せ精度が必要となる。ところが、マスク基板上に
重金属からなるＸ線吸収体パターンが存在することに起
因してマスク基板に応力が生じるため、マスク基板上の
軟Ｘ線吸収体パターンに歪みが生じやすい。このため、
マスクパターンの配列のずれを０．０ｉｎオーダーに制
御することは極めて困難である。そして、こうしたパタ
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ために、通常、マスク基板の内部応
力を精密に制御して１０’　　ｄｌ／　ｃｍ　２オーダ
ーの引張り応力を持たせ、マスク基板の弛みをなくすと
ともに、Ｘ線吸収体パターンの内部応力のマスク基板へ
の影響を極力抑えるようにしている。

一方、マスク−試料間のギ′ヤップに着目した場合、マ
スクの保持や位置合せ、ステップアンドリピートに伴う
相互移動、ウェハの反り及び前記マスク基板の反りを考
慮すると、マスク−試料間のギャップは大きいほうが望
ましいが、Ｘ線の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。

これに対応して、現在技術的に可能な条件でＸ線露光を
行い、０．５−程度のパターンを実現するためには、マ
スク基板に許容される平面度からのずれは最大１−であ
る。しかし、マスク基板に前述したような強い引張り応
力を持たせると、マスク基板の支持体に反りが生じる。

例えば、直径３インチのマスク基板支持体を用い、マス
ク基板に１０９ｄｙｎ／ｃｍ２オーダーの引張り応力を
持たせた場合、支持体の反りの大きさは最大ｌＯ−にも
及ぶ。

このためマスクの平面度は著しく損なわれ、マスク−試
料間のギャップの制御が困難となる。

なお、前述したマスク基板の反りは、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、この場合マスク自体に複雑な歪みを
生じさせるため、あまり実用的ではない。

更に、マスク基板上に形成されるＸ線吸収体パターンは
、通常、電子ビームリソグラフィ又は集束イオンビーム
リソゲラブイでｌ／２〜１／４−のレジストパターンを
形成し、メツキ法によるＡｕの埋込み、又はレジストパ
ターンをマスクとしてＷやＴａなどの重金属を直接バタ
ーニングする方法によって形成される。しかし、ｌ／２
〜ｌ／４　Ｍのレジストパターンを形成する高精度描画
技術の開発も極めて困難である。

その他に、Ｘ線波長の問題がある。すなわち、Ｘ線の波
長が長くなるほど、マスク基板のＸ線透過率が低下する
ので、Ｘ線の波長は１０Å以下であることが望ましい。

ところが、通常のレジストは、最も波長の長い領域のＸ
線に対して感度のピークが現れる。このようにマスク基
板のＸ線透過率とレジストの感度とがマツチングしてい
ない。

以上の事情から、１：１の等倍転写露光方式を用いたＸ
線リソグラフィ技術により、ｏ、ｔ　ｕｍ程度の微細パ
ターンを一括転写する・ことは、現状では非常に困難で
ある。

そこで、多層膜反射鏡を用いた反射型のＸ線マスクが検
討され始めている。すなわち、通常の物質に対するＸ線
の反射率は斜入射以外では実際上ほとんどゼロであるの
に対し、マスク基板上に光学定数の大きく異なる２８類
の物質層を交互に積層した構造を有する多層膜反射鏡で
は直入射でも高反射率が得られる。そして、薄膜形成技
術などの進歩により、このような多層膜反射鏡の形成が
可能になりつつある。

この多層膜反射鏡では、設計に応じて、反射するＸ線の
波長や帯域幅を比較的自由に選択することができる。ま
た、実験レベルで５０％に近い直入射反射率が得られた
という報告がある（　Ａｐｐｌ　１ｅｄＯｐｔｌｃｓ、
ｖｏｌ、２４．Ｎｏ、８．ｐ、１ｔＪ１３）。

この多層膜反射鏡により形成されたＸ線反射型マスクで
は、多層膜反射鏡での反射の有無をパターン形成に利用
する。従来、多層膜反射鏡に選択的にＸ線を反射しない
領域を形成するには、以下のような方法が提案されてい
る。すなわち、第６図に示すように、マスク基板６１上
に光学定数の大きく異なる２種類の物質層を交互に積層
した構造を有する多層膜反射ｆｆ１８２を形成し、集束
イオンビーム６３を照射してパターン描画を行い、描画
部をスパッタ除去することによりパターン形成する方法
である。

しかし、この方法では、大きな加速エネルギー高ドーズ
量のイオン照射によりスパッタエツチングを行う必要が
あるため、エツチング物質の再付着が生じて所望の領域
以外に大きなダメージ層が形成されたり、多層膜反射鏡
６２を構成する元素のスパッタ率の相違による選択スパ
ッタリングが生じ、良好な加工精度を得ることは困難で
ある。また、描画にも多くの時間がかかるなどの問題が
あつた。

（発明が解決しようとする課ｗ１）本発明は前記問題点を解決するためになされたものであ
り、軟Ｘ線反射率の小さい領域を高精度に、かつ短時間
で形成してパターン形成することができる軟Ｘ線反射型
露光用マスク及びその製造方法を提供することを目的と
する。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の軟Ｘ線反射型露光用マスクは、マスク基板上に
光学定数の大きく異なる２種類の物質層を交互に積層し
た多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線反射型露光用マスクにお
いて、前記多層膜反射鏡中に、所望のパターンに従って
、２種類の物質層の混合層構造又は２種類の物質層の界
面荒れ構造を形成したことを特徴とするものである。

本発明の第１の軟Ｘ線反射型露光用マスクの製造方法は
、マスク基板上に光学定数の大きく異なる２８ｉ類の物
質層を交互に積層して多層膜反射鏡を形成する工程と、
該多層膜反射鏡に荷電粒子又は電磁波を照射して所望の
パターンを描画し、該描画領域に２種類の物質層の混合
層構造又は２種類の物質層の界面荒れ構造を形成する工
程とを具備したことを特徴とするものである。

本発明の第２の軟Ｘ線反射型露光用マスクの製造方法は
、マスク基板上に光学□′定数の大きく異なる２種類の
物質層を交互に積層して多層膜反射鏡を形成する工程と
、該多層膜反射鏡上にレジストを塗布し、所望のパター
ンを転写した後、現像してレジストパターンを形成する
工程と、該レジストパターンをマスクとして露出した多
層膜反射鏡に荷電粒子又は電磁波を照射して、該照射領
域に２種類の物質層の混合層構造又は２種類の物質層の
界面荒れ構造を形成する工程とを具備したことを特徴と
するものである。

本発明において、マスク基板としては、Ｓｔ。

石英、ＳｔＣ，ＢＮなどを挙げることができる。

本発明において、多層膜反射鏡としては、Ｍ。

−５ｔ、Ｗ−８Ｌ％Ｍｏ−Ｃ５Ｗ−Ｃなど、効率よ＜ｘ
４ａを反射するものを挙げることができる。

本発明において、荷電粒子又は電磁波としては、イオン
ビーム、電子ビーム、エキシマレーザ、Ｘ線などを挙げ
ることができる。

本発明において、２種類の物質層の混合層構造又は２種
類の物質層の界面荒れ構造とは、上層と下層とが完全に
混合している場合、照射損傷により上層／下層の界面に
荒れや凹凸が生じている場合を意味し、更に上層と下層
との構成元素間に化学結合が生じ、化合物層を形成した
場合も含むものとする。

（作用）本発明の軟Ｘ線反射型露光用マスクでは、多ｗＩＩｗＡ
反射鏡中に形成される２８類の物質層の混合層構造又は
２Ｎ類の物質層の界面荒れ構造は、軟Ｘ線の反射率が小
さいので、高いコントラストが得られる。そして、この
ような混合層構造又は界面荒れ構造は、荷電粒子又は電
磁波を従来より低エネルギー、低ドーズ量で照射するこ
とによって形成することができる。したがって、エツチ
ング物質の再付着により所望の領域以外でダメージ層が
形成されたりすることがなく、良好な加工精度を得るこ
とができる。また、パターンの形成時間を短縮すること
もできる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例に係る軟Ｘ線
反射露光用マスクの製造方法を工程順に示す断面因であ
る。

まず、第１　Ｅ　（ａ）に示すように、直径３インチ、
厚さ４００　ＩＩＭのシリコン基板１１の表面に、ＥＢ
蒸着装置により、それぞれ膜厚３８．２人のＭＯと膜厚
５Ｂ、８人のＳｉとを交互に積層し、４０層の多層膜反
射鏡１２を形成した。

この多層膜反射ｆｉ１２に対して、波長１７０人の軟Ｘ
線をその入射角を変化させて入射し、反射率を測定した
結果を第３図に示す。第３図に示すように、入射角１５
°前後で４０〜５０％の反射率が得られた。

次に、第１図（ｂ）に示すように、多層膜反射鏡１２に
集束イオンビーム描画装置により、室温、ビーム径約０
．１−、ビーム電流１１０ｐＡ、加速エネルギー１４０
ｋｅＶの条件で、Ｓｉ”＋イオンビーム１３を照射した
。

なお、予め、多層膜反射鏡Ｉ２に前記と同一の条件で、
線照射量を１０９〜４　Ｘ　１０’　”Ｃ０Ｉ−１、面
照射量を１０”〜７　Ｘ　１０Ｉ′１ｏｎｓ／　ａｎ　
２の範囲で変化させてＳｔ＋９イオンビームを照射した
後、照射部に波長７０人の軟Ｘ線を入射角１５℃で入射
し、反射率を測定した。Ｓｉ＋＋イオンビームの照射量
と反射率との関係を第４図に示す。第４図から明らかな
ように、反射率（入射角１５°）はＳｉ０＋イオンビー
ム照射量の増加とともに減少し、Ｉ　Ｘ　１０”１ｏｎ
ｓ／（ｎ２ではほとんど０であった。

また、照射部における多層膜反射［１２の構造を断面Ｔ
ＥＭにより観察したところ、照射部の各層の界面に混合
層が形成されていることが明らかになった。すなわち、
Ｍｏ−５ｉの多層膜構造に集束イオンビームを照射する
とＭｏとＳｔとの相互拡散が誘起され、イオン照射部に
Ｍ　ｏ　／　５　ｉ混合層領域が形成される。また、低
照射量では明確な多層膜界面構造が乱され、界面に混合
層又は界面荒れが生じる。これらの混合層又は界面荒れ
領域では軟ＸＩ！は激乱され、良好に反射されることは
ないので、反射率が大幅に低下する要因となっている。

以上のよ・うな結果に基づいて、第１図（ｅ）に示すよ
うに、Ｍｏ−５Ｌ多層膜反射鏡１２中に混合層１３を形
成し、０．５−ラインアンドスペースのパターンを有す
るＸ線反射型マスクを製造した。

このマスクを用い、第５図に示すように、Ｓｉ基板上に
膜厚０．２μｓのレジストを塗布した試料にパターンを
縮小転写した。すなわち、ＳＯＲ光釘をマスク５２で反
射し、更に円筒面鏡５３で反射させて試料５４上でパタ
ーンが１７２となるように縮小転写した。転写後、試料
５４のレジストを現像し、レジストパターンをＳＥＭに
て観察したところ、寸法差０．０５−以内の０．２５ｎ
ラインアンドスペースパターンが形成されていることが
確認された。

実施例２第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施例における軟
Ｘ線反射型マスクの製造方法を工程順に示す断面図であ
る。なお、第１図と同一の部分には同一符号を付して説
明を簡略化する。

まず、第２図（ａ）に示すように、直径３インチ、厚さ
４００．のシリコン基板１１の表面に、ＥＢ蒸着装置に
より、それぞれ膜厚３８．２人のＭｏと膜厚５６．８人
のＳｉとを交互に積層し、４０層の多層膜反射鏡１２を
形成した。

次に、第２図（ｂ）に示すように、多層膜反射鏡１２上
に上層がＲＤ２００１下層がＰＭＣＩからなる２層レジ
ストを塗布し、波長２４８　ｎｍのに「レーザを用いた
縮小投影型露光機により一括転写して、０．５１ライン
アンドスペースのレジストパターン２１を形成した。

第２図（Ｃ）に示すように、レジストパターン２１をマ
スクとしてＳｉ＋＋イオンビーム１３を加速エネルギー
４０ｋｅＶ、照射量４　ｘ　１０”１ｏｎｓ／　ｃｍ　
２の条件で全面露光した。イオンビームの照射による多
層膜構造中の混合層１３は、レジストパターン２１の存
在する領域では全く形成されず、レジストパターン２１
の開口部にのみ形成される。また、本実施例ではイオン
の飛程はレジストにより完全に遮断される条件を選択し
たため、混合層１３はレジストパターン２１開口部の上
層領域に形成される。

最後に、第２図（ｄ）に示すように、レジストパターン
２１を剥離し、０．５−ラインアンドスペースのパター
ンを有するＸ線反射型マスクを製造した。

このマスクを用い、実施例１と同様に、第５図に示す方
法で１／２の縮小転写を行ったところ、試料５４上のレ
ジストに０．２５−ラインアンドスペースパターンが形
成されていることが確認された。

この実施例２かられかるように、必ずしも多層膜反射鏡
１２の高さ方向の全域にわたって混合層構造又は界面荒
れ構造が形成されている必要はなく、多層膜反射鏡１２
の一部を混合層構造又は界面荒れ構造に改質するだけで
充分な軟Ｘ線の反射率−を低下させることができる。

なお、本発明は前述した各実施例に限定されるものでは
ない。

例えば、基板はＳｉに限らず、石英、ＳｉＣ。

ＢＮなどを用いることができる。

また、多層膜反射鏡はＭ　ｏ　−Ｓ　ｉに限らず、Ｗ−
８ｉ、Ｍｏ−Ｃ５Ｗ−Ｃなど、効率よくＸ線を反射する
ものであれば全て適用できる。

また、荷電粒子又は電磁波としては、集束イオンビーム
又はイオンビームの全面照射に限定されるものではなく
、多層膜反射鏡に混合層構造又は界面荒れ構造を形成し
得るものであればよく、電子ビーム、エキシマレーザ、
Ｘ線などを用いることができる。

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、多層膜反射鏡中に
形成される２種類の物質層の混合層構造又は２種類の物
質層の界面荒れ構造での軟Ｘ線の反射率が小さいので、
高いコントラストを有する軟Ｘ線反射型露光用マスクが
得られる。また、このような混合層構造又は界面荒れ構
造は、荷電粒子又は電磁波を従来より低エネルギー、低
ドーズ量で照射することによって形成することができる
ので、良好な加工精度を得ることができ、しかもパター
ンの形成時間を短縮することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例１における軟Ｘ
線反射型露光用マスクの製造方法を工程順に示す断面図
、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例２における軟
Ｘ線反射型露光用マスクの製造方法を工程順に示す断面
図、第３図は本発明の実施例における多層膜反射鏡によ
る軟Ｘ線反射率の入射角依存性を示す特性図、第４図は
本発明の実施例における混合層構造を形成した多層膜反
射鏡による軟Ｘ線反射率のＳｉ＋＋イオンビーム照射量
依存性を示す特性図、第５図は本発明に係る軟Ｘ線反射
型露光用マスクを用いて試料上に縮小転写する方法を示
す説明図、第６図は従来の軟Ｘ線反射型露光用マスクの
製造方法を示す断面図である。１１・・・シリコン基板、１２′・・・多層膜反射鏡、
１３・・・Ｓｉ＋＋イオンビーム、１４・・・混合層、
２１・・・レジストパターン、５１・・・ＳＯＲ光、５
２・・・マスク、５３・・・円筒鏡、５４・・・試料。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第３ｒＩＪＳｉ” 鰭１げｌ　（ｉｏｎｓ／ｃｍり第４図第゛５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスク基板上に光学定数の大きく異なる２種類の
物質層を交互に積層した多層膜反射鏡を有する軟Ｘ線反
射型露光用マスクにおいて、前記多層膜反射鏡中に、所
望のパターンに従って、２種類の物質層の混合層構造又
は２種類の物質層の界面荒れ構造を形成したことを特徴
とする軟Ｘ線反射型露光用マスク。
（２）マスク基板上に光学定数の大きく異なる２種類の
物質層を交互に積層して多層膜反射鏡を形成する工程と
、該多層膜反射鏡に荷電粒子又は電磁波を照射して所望
のパターンを描画し、該描画領域に２種類の物質層の混
合層構造又は２種類の物質層の界面荒れ構造を形成する
工程とを具備したことを特徴とする軟Ｘ線反射型露光用
マスクの製造方法。
（３）マスク基板上に光学定数の大きく異なる２種類の
物質層を交互に積層して多層膜反射鏡を形成する工程と
、該多層膜反射鏡上にレジストを塗布し、所望のパター
ンを転写した後、現像してレジストパターンを形成する
工程と、該レジストパターンをマスクとして露出した多
層膜反射鏡に荷電粒子又は電磁波を照射して、該照射領
域に２種類の物質層の混合層構造又は２種類の物質層の
界面荒れ構造を形成する工程とを具備したことを特徴と
する軟Ｘ線反射型露光用マスクの製造方法。