JPH0219850A

JPH0219850A - パタン形成法

Info

Publication number: JPH0219850A
Application number: JP63169932A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kurihara; 健二栗原; Hiroo Kinoshita; 博雄木下; Tsutomu Mizota; 勉溝田; Nobuyuki Takeuchi; 竹内　信行
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-07-07
Filing date: 1988-07-07
Publication date: 1990-01-23

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、半導体集積回路製造における微細パタン形成
に関するもので、軟Ｘ線、もしくは真空紫外線によるレ
ジスト露光を用いてノ母タンを形成する方法において好
適なものである。

（従来の技術）従来微細・ぐタンの形成法としては、波長４０００芙前
後の紫外線による露光方式が用いられている。

しかし、１μｍ以下のパタンでは、回折のためにパタン
の解像が困難になる。このためより短波長化が検討され
ているが、適当な屈折率を持つレンズ材料がないため、
レンズ光学系の構成が困−になる。一方、電子ビーム露
光方式を用いれば、微細・ぐタンの形成は容易であるが
、生産性向上の点で不利である。

これに対してマスクを用いたＸ線露光方式は、微細性、
生産性の点で、期待されている。この方式を、第６図に
示す。ここで、５１はＸ＠マスク、５２はウェハ、５３
はＸ線、５イはレノストである。この方式はＸ線に対し
て透明な膜の上に形成し九Ｘ＠を吸収するパタンを加工
したＸ線マスク５１を用いて、レジスト５４を塗布した
ウェハ５２にツクタンを転写するものである。５３はＸ
線である。Ｘ線マスク６ノとウェハ５２は、数１０μｍ
の間隔をおいて平行に設置され、Ｘ＃ｊマスク５ノに垂
直な方向からＸ線５３が照射される。Ｘ線マスク５１を
透過したＸ機によりレノスト５４が感光し、現像により
レジストパタンが形成される。以上のｘＨ露光方式は１
等倍転写であるため、Ｘ線マスクの描画に用いる電子ビ
ーム露光装置のパタン精度以上の転写精度は得られない
。また、グロキシミティ露光のためフレネル回折の影響
により解像度が低下するという問題がある。そこで、こ
の問題を解決するため、Ｘ線の縮小投影露光方式が検討
されている（木下ほか、第４７回応用物理学会講演予稿
集、ｐ３２２．２８ｐ−ＺＦ−１５）　。

この方法は、第７図に示すように特定波長のＸ線を反射
する多層膜を表面にコーティングしたミラーを組合せて
構成した反射光学系を縮小光学系とするものである。こ
こで６１はマスク、６２は多層膜ミラー　６３はつ゛エ
バ％６４は試料ステージ、６６はＸ線である。この２つ
の球面からなる多層膜ミラー６２の光学系により、Ｘ線
６５で照明された透過のマスク６１の像をレジストを塗
布したウェハ６３上に縮小像として投影し、レジストを
感光させる。これにより縮小されたレジストパタンを得
ることができる。試料ステージ６４、マスク６１を走差
することで大面積にわたシ・母タンを転写することがで
きる。ここで用いる多層膜は、重元素と軽元素からなる
層を交互に堆積させたもので、用いるＸ線の波長によ９
層の堆積間隔が決められる。この間隔はブラックの反射
条件（ｍλ−２ｄｓ１ｎθ、λ：波長、ｄ：層間隔、θ
：プラ、り角−９０°−入射角、ｍ：次数）で決まる。

多層膜を用いる理由は、Ｘ線のミラーへの入射角が第７
図のように直入射に近いときは１通常の物質ではＸ線反
射率がきわめて小さくなるためである。

（発明が解決しようとする課題）Ｘ線縮小投影用のミラーで用いる多層膜は、ある特定の
波長のＸ線のみを反射するためにいろいろな波長のＸ線
を含む光源を用いても反射光を単色化する働きを持って
いる。ところで高輝度であるシンクロトロン放射光をＸ
線源として用いた露光においては、Ｘ線のほかに真空紫
外線、紫外線や可視光も含まれる。紫外線や可視光では
多層膜に用いる金属等の反射率はＸ線に較べて大きいた
め、層間隔にかかわらず波長が５００Ｘを越えてくると
多層膜自体の反射率も大きくな夛、単色光でなくなる。

したがって、これらの光も反射してレジストを感光させ
る。またレジストの感度も高くなるため光の強度が弱く
ても無視できなくなる。回折によるばけδは、光学系の
開口数をＮＡ、波長をλとすると、δ−０，６１λ／Ｎ
Ａと表すことができる。

すなわち、波長λが大きいとぼけδが大きくなる。

紫外線や可視光は軟Ｘ線や真空紫外線に比べて波長が長
いので集光し九ときのぼけδが大きい丸め。

パタンの解像度を低下させるという問題がある。

また、波長５００Ｘ以上の真空紫外線でもＮＡが小さい
光学系では、同様の問題が生じることがある。

本発明は上記の事情に２ｉみてなされたもので。

紫外線や可視光の影響を防止し得るノ母タン形成法を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本考案は上記目的を達成するために、軟Ｘ線もしくは真
空紫外線によるレジスト露光を用いてパタ／を形成する
方法において、軟Ｘ線もしくは真空紫外線より長波長の
光を反射あるいは吸収する層を表面に形成したレジスト
を用いることを特徴とするものであシ、又、軟Ｘ線もし
くは真空紫外線を反射するように表面にカーーンを主と
する鳩を形成したミラーを用いることを特徴とするもの
である。

（作用）レノストの表面に形成した軟Ｘ線もしくは真空紫外線よ
り長波長の光を反射あるいは吸収する層は紫外線や可視
光を反射あるいは吸収し、下層にあるレジストを感光さ
せない作用をする。一方で。

軟Ｘ線や真空紫外線を透過し、レノストを感光させる作
用をする。また、カーメンを主とする層を表面く形成し
たミ２−は紫外線や可視光の反射率を小さくする作用を
する。

（実施例）本発明のバタン形成法に関する実施例を以下に説明する
。第１図に本発明の・！タン形成法の工程の一例を示す
。ここで、ＪＪはアルミニウム、１２はレノスト、ノ３
はウェハ基板、１４はＸ線である。Ｘ線１４の波長は、
１５０Ｘとする。まず、加工を行うウェハ基板１３の上
に、スピンコードによりレジスト１２を塗布する。さら
に、し・シスト１２の上にアルミニウム１１をスパッタ
リング等により、レソストが熱変質しないように低温で
形成する。膜厚は、１００〜２００Ｘ程度と薄くてよい
。このようにして、第１図（ａ）の構成を得る。つぎに
、第１図（ｂ）のようにｘ６ｚ４でレゾスト１２を露光
する。後で述べるように入射するＸ線Ｊ４に紫外線や可
視光が混ざっていてもアルミニウムＪ１で反射される。

したがって、紫外線や可視光はレジスト１２まで到達し
ないので、レノスト１２を感光するのはＸ線である。し
たがって、解像度のよい潜像を得ることができる。その
後、アルミニウム１ノを、エツチング液により選択的に
剥離する。引き続いて、レジスト１２を現像すれば、第
１図（Ｃ）のようにレジスト・臂タンが得られる。この
レジストノ臂タンをマスクに下地のウェハをドライエツ
チング等によ）エツチングすれば高精度なバタンか得ら
れる。ここでは、アルミニウムを用いたが１次に述べる
ように、紫外線や可視光を反射あるいは吸収する材料で
あれば同様に用いることができる。ここでは、波長１５
０Ｘとしたが、アルミニウムは後で述べるように吸収が
小さい波長領域であれば同様に用いることができる。例
えば波長５０１以下や１７０Ｘ〜９００ＸのＸ線、真空
紫外線に対して使用できる。

第２図に本発明のツクタン形成法の工程の他の例を示す
、ここで、°１５はカーメン、１１はアルミニウム、１
２はレジスト、１３はウェア１基板。

２４はＸ線である。Ｘ線１４による露光波長は、５０Ｘ
とする。また、入射Ｘ線１４には、波長５００Ｘ以上の
真空紫外線、紫外線や可視光が混ざっているとする。ま
ず、加工を行うウェハ基板Ｊ３の上に、スピンコードに
よりレソストＪ２を塗布する。さらに、レノスト１２の
上にアルミニウム１ノをスパッタリング等により、レジ
ストノ２が熱変質しないように低温で形成する。膜厚は
、１００〜２００Ｘ程度と薄くてよい、さらにこの上に
カーゴ７１５を同様にスパッタリング等により形成する
。膜厚は２００Ｘ程度と薄くてよい。このようにして、
第２図（、）の構成を得る。つぎに、第２図（ｂ）のよ
うにＸ線Ｊ４でレジスト１２を露光する。後で述べるよ
うに入射するＸ線に、波長５００Ｘ以上の真窒紫外線、
紫外線や可視光が混ざっていてもカーｄｆ：／１Ｂおよ
びアルミニウム１ノで吸収あるいは反射される。したが
って、波長５００Ｘ以上の真空紫外線、紫外線や可視光
はレゾスト１２まで到達しないので、レジストＪ２を感
光するのは波長５０ＸのＸ線が主となる。

したがって、解像度のよい潜像を得ることができる。そ
の後、カーメン１５を酸素プラズマによるア、７ング、
またアルミニウム１ノを、エツチング液により選択的に
剥離する。引き続いて、レジスト１２を現鐵すれば、第
２図（ｃ）のようにレジストノ臂タンが得られる。この
レジストノータンをマスクに下地のウェハをドライエ、
チング等によりエッチングすれば高精度なノやタンが得
られる。ここでは、カーボンとの組合せとしてアルミニ
ウムを用いたが、後で述べるように、紫外線や可視光を
反射あるいは吸収する材料であれば同様に用いることが
できる。ここでは、軟Ｘ線の波長を５０１としたが、ア
ルミニウムは後で述べるように吸収が小さい波長領域で
あれば同様に用いることができるし、カーがンも波長４
１８Ｘの吸収端付近を除けば吸収が小さく、露光波長に
対して十分な透過率が得られる。

次に、レジスト上に堆積する材料と波長の関係について
述べる。シンクロトロン放射光（８０Ｒ光）は、紫外線
や可視光まで含む連続な高輝度Ｘ線源として知られてい
るが１例えば１５０Ｘもしくは５０Ｘの軟Ｘ線で露光し
たい場合を考えると、タングステンＷ／炭素Ｃやモリブ
デンＭｏ　／シリコン単体等の多層［ラーで分光しても
１００ＯＸ以上もしくは５００Ｘ以上の光も反射し、ま
たレジスト感度が大きいので光強度が弱くても無視でき
ない。そこで、１０００Ｘ以上もしくは５００Ｘ以上の
光をカットするために、前述のカーボンやアルミニウム
は以下に示すような吸収特性から選択している。

カーボンについては第３図に、膜厚２７０Ｘのカーボン
薄膜の透過率の測定例（Ｊ、　Ａｓ　Ｒ，Ｓａｍｓｏｎ
ａｎｄ　　Ｒ，Ｂ、　　Ｃａｉｒｎｍ　　：　　Ａｐｐ
Ｈｉｅｄ　　０ｐｔ１ｃａｔ　　４　　（１９６５）Ｐ
９１５　）に示すように、５００Ｘ〜１００ＯＸの波長
範囲で吸収が大きいことがわかる。また第４図に示した
カーボンの線、吸・収係数の波長特性かられかるように
、５００Ｘ〜１００ＯＸの波長範囲では。

線吸収係数が大きい。Ｘ線の透過強度ｌは、ｌ−１ｏｅ
ｘｐ（−μＬ）で表される。ここで１゜は入射Ｘ線の強
度、μは線吸収係数、Ｌは吸収体の厚さであシ、透過率
は１／ｌ　ｏで表される。例えば、カーボン薄膜の膜厚
を２００Ｘとすると、波長５００Ｘで透過率は１３％、
ｉ長７００ｉで５％、［長１００１で２％と小さい。こ
のとき、波長５０Ｘの軟Ｘ線の透過率は９８チ、波長１
００Ｘでは、９０チと大きい透過率が得られる。これに
対してアルミニウムは、１００ＯＸ程度以上の光に対し
て高い反射率を持つことが知られている。第４図に示す
ように、アルミニウムＡｔの線吸収係数は波長１７０Ｘ
〜９００Ｘの軟Ｘ線、真空紫外線に対しては小さくなっ
ている。また、５０Ｘ以下でも吸収が小さくなっている
。例えば、アルミニウムの厚さを５００Ｘとすると、波
長１７０Ｘでは、９１係、３００Ｘでは８７チと大きい
透過率が得られる。

７０〜１７０Ｘの波長領域では、吸収端の影響で線吸収
係数が大きくなっているが、アルミニウムの厚さを１０
０Ｘとすれば、透過率は最小でも６７チを確保すること
ができる。また波長５０Ｘでは。

８８チの透過率が得られる。次に、アルミニウム以外の
材料として、シリコンＳｔも１２４〜７００芙の波長領
域に、線吸収係数の小さい所がある。

例えば、波長１５０Ｘで、シリコンの膜厚を５００又と
すると、８８％の透過率が得られる。７０〜１２４Ｘで
は、吸収端の影響で線吸収係数が大きくなっているが、
膜厚を１００Ｘとすれば、最小でも７５％の透過率が得
られる。また５０Ｘでは、９０％の透過率が得られる。

シリコンを低温でレノスト上に付着させる方法としては
、スパッタリングや電子サイクロトロン共鳴によるプラ
ズマＣＶＤ等を用いればよい。これらの成膜法は、高ス
ルー！、トの装置があるので、プロセス上の制約となる
ことはない。また、アルミニウムやシリコン単体だけで
なく、これらを主成分とするものであれば同様の効果が
ある。例えばアルミニウム・シリコンの合金でもよい、
これらの材料は半導体の製造に用いられているものであ
シ、ｆロセスヘの適合性がある。まえ、カーボン、アル
ミニウム等の２層膜形成も、同一のスパッタリング装置
で簡単に行えるのでプロセスが複雑になることはない。

その他の材料としてベリリウムＢ・も１１３Ｘの吸収端
を越えためたシは、線吸収係数が小さく。

同様に用いることができるがアルミニウムやシリコンに
比べると、線吸収係数が小さい領域は少ない。またマグ
ネシウムＭｇも軟Ｘ線の吸収が小さい波長帯があるが、
酸化されやすい等の欠点がある。

以上のように、カーボンと、アルミニウムまたはシリコ
ンを２層にすれば、波長５００Ｘ以上の光が効果的にカ
ットできることがわかる。これらは材料的にも半導体プ
ロセスへの適合性もよい。また、ここではカーボンＣと
、アルミニウムＡｔまたはシリコンｓｉの２層としたが
、Ａｔ−Ｃ、５ｉ−Ｃ。

んａ−ｓ　ｔ−ｃといったように混ぜて、１層として属
僚形成しても同様の効果がある。

つぎに、多層膜ミラーを用いた・平タン形成法の実施例
を示す。第５図は、多層膜ミラーによる縮小光学系を用
いたバタン形成法を説明する図である。４１はマスク、
４２は多層膜ミラー　４３はウェハ、４４は試料ステー
ジ、４５は８０Ｒ光である。多層膜ミラー４２は３枚の
球面あるいは非球面のミラーで構成（３枚の多層膜ミラ
ー構成によるＸ線縮小光学系については、Ｋ、　Ｈｏｈ
　ａｎｄ　Ｈ。

Ｔａｎ１ｎｏ：Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　ｇｌ＊ｃｔｒ
ｏｔｅｅｈｎｉｅａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙｓｖｏｌ、
　４９４１２　（１９８５）ｐ４７−５４に記載されて
いる。）されており、マスク４１の縮小像をウェハ４３
上に投影する働きを持つ、露光に使用するＸ線の波長を
５０Ｘとし、重原子であるタングステンＷと重原子であ
る炭素Ｃを対とし、この対を複数層形成した多層膜を構
成する。ウェハ４３は、第１図もしくは第２図に示した
ように、レジスト１２の上にアルミニウムもしくはカー
メン／アルミニウムがコーティングされている。ＳＯＲ
光４５でマスク４１を照射し、マスク４ノに形成されて
いるノ４タンを透過したＳＯＲ光を多層膜ミラー４２に
より集光してウェハ４３上に結像させる。

多層膜ミラー４２は、５０Ｘの軟Ｘ線に対して高い反射
率を持つようにＷ／Ｃの膜厚を設定しておく。ウェハ４
３には、５０Ｘの軟ＸｆＭのほかに、前述のように、比
較的長波長の真空紫外線、紫外線、可視光が到達する。

これらの光は、レノストＪ２上のアルミニウム層もしく
はアルミニウム／カーメン層で反射、吸収され、レジス
トに到達する強度は弱くなっている。カーボンの膜厚ヲ
２００λ、アルミニウムの膜厚を１００Ｘとすると、５
゜久の軟Ｘ線は、８８チ〜８９％の透過率があるので十
分な強度でレジスト層に到達し、レジス）ｔ−感光する
。ウェハ４３全面Ｋ　／４タンを転写するため試料ステ
ージ４４を移動させて、所望のパタンを露光する。露光
後、アルミニウムを剥離し、さらにレノストを現像して
・臂タンを形成する。ここでは、透過屋マスクの例を示
したが、多層膜にパタンを加工した反射をマスクを用い
ることもできる。

また別の実施例として、第５図の構成のＸ線縮小光学系
において、多層膜ミラー４２のどれか１枚の多層膜面に
カーボンを堆積させたミラーを用いる例を説明する。Ｗ
／Ｃ多層膜の表面にさらにス・９．タリングにより、カ
ーがン薄膜を１００Ｘ堆積させる。このカーボン薄膜は
、波長５００Ｘから１００ＯＸの真空紫外線を吸収する
役目をする。

したがって、多層膜ミラー４２にょシウェハ４３に集光
されるＸ線に含まれるこの波長域の光を低減させること
ができる。例えば、波長５００Ｘでは１３俤、波長７ｏ
ｏＸでは５Ｌｓ、波長１００ｉでは２チに光強度が低減
するので、露光特性上の影響は無視することができる。

これに対して露光波長である５０Ｘの軟Ｘｉは多層膜ミ
ラー４２で反射した強度の９８％がウェハ４３に到達す
る。

またレジストには１００Ｘのアルミニウムを堆積させた
ものを用いる。波長５００Ｘから１００ＯＸの真空紫外
線はすでに力、トされているので、アルミニウムにより
１ｏｏｏＸの光を反射吸収させてレノストがこの波長の
光で露光されないようにする。このアルミニウム層では
、５０Ｘの軟Ｘ線に対しては、８９％の透過率がある。

その他の露光動作は、前実施例と全く同様にすればよい
。ここでは、多層膜ミラー４２にカーがンを堆積させた
例を示したが、マスク４ノに堆積させてもよい。

なおこのとき透過型マスクでは１反射盤マスクの２倍の
膜厚でカーボンを堆積させておくとカーボン薄膜内の光
路長が同じとなシ同程度の吸収効果がある。また、多層
膜面にカーボンを堆積させたミラーはレジスト露光だけ
でなく、その他、単色光が望まれる加工や分析評価装置
に応用できることは言うまでもない。

淘、チタン、モリブデン等の金属は１００Ｘ以下の軟Ｘ
線では線吸収が小さいところがあるので、アルミニウム
やシリコンのがわシに使用することができる。

（発明の効果）本発明のノやタン形成法では、レジストの上に、カーボ
ン、アルミニウムやシリコンを薄く堆積したレジスト構
成やカーボンを表面に堆積した多層膜ミラーを用いてい
るので、　ＳＯＲ光のように単色化されていない連続波
長の光源を用いたＸ４！！露光において１回折による解
像度劣化の原因となる長波長光をカットし、かつ露光に
必要なＸ線でレジストを感光することができる。とくに
、Ｘｉ縮小投影を実現する多層膜ミラー光学系でｘＨの
縮小像をレノストに転写するとき、多層膜で反射した不
必要な長波長光の影響を除くことができるため、解像度
のよい高精度なパタン形成を可能にする大きな効果があ
る。ｔ！！ｆに波長５００Ｘ以上の光をカ、トできる効
果がある。また、レジストや多層膜ミラー上に直接反射
、吸収層を形成しているので、きわめて薄い膜を形成す
ることが容易であるため露光に必要なＸ線の強度を十分
に確保することができる。また、通常の薄膜フィルター
では膜支持や膜強度の限界から、１００Ｘという極めて
薄い実用的フィルターを得ることは困−であるが１本発
明では、これと同じ機能を容易に実現できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明パタン形成法の実施例に係
る工程を説明する断面図、第３図は、カーｙｊｒン薄膜
の透過率と波長の関係を示す特性図、第４図は、波長と
線吸収係数の関係を示す特性図。Ｗｃ５図は、本発明に係る多層膜ミラーを用い九ノＪ？
タン形成法の一例を説明する図、第６図は従来のＸ線露
光法を説明する図、第７図はＸ線縮小露光によるバタン
形成法を説明する図である。１Ｊニアルミニウム、Ｊ２ニレジスト、１３：ウェハ基
板、Ｊ４：Ｘ線、１６：カーボン、４１：マスク、４２
：多層膜ミラー　４３：ウニ／１．４４・・・試料ステ
ージ、４５　：　ＳＯＲ光、５１：Ｘ線マスク、５２：
ウェハ、５３：Ｘ機、５４ニレジスト、６ノ＝マスク、
６２：多層膜ξラー　６３：ウェハ、６４：試料ステー
ジ、６５：Ｘ線。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軟Ｘ線もしくは真空紫外線によるレジスト露光を
用いてパタンを形成する方法において、軟Ｘ線もしくは
真空紫外線より長波長の光を反射あるいは吸収する層を
表面に形成したレジストを用いることを特徴とするパタ
ン形成法。
（２）軟Ｘ線もしくは真空紫外線によるレジスト露光を
用いてパタンを形成する方法において、軟Ｘ線もしくは
真空紫外線を反射するように表面にカーボンを主とする
層を形成したミラーを用いることを特徴とするパタン形
成法。
（３）軟Ｘ線もしくは真空紫外線によるレジスト露光を
用いてパタンを形成する方法において、軟Ｘ線もしくは
真空紫外線より長波長の光を反射あるいは吸収する層を
表面に形成したレジストを用いると共に、軟Ｘ線もしく
は真空紫外線を反射するように表面にカーボンを主とす
る層を形成したミラーを用いることを特徴とするパタン
形成法。