JPH04322419A - Ｘ線マスク - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線露光に用いられるＸ
線マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Ｘ線露光に用いられるＸ線マス
クは、Ｘ線を良く透過するメンブレン膜上にＸ線を吸収
する吸収体層からなるＸ線吸収体パタンを形成して作成
されている。このＸ線マスクを使用した１：１の等倍近
接Ｘ線露光においては、吸収体層の厚さが露光コントラ
スト（吸収体パタンのない部分のＸ線透過率／吸収体パ
タン部のＸ線透過率）を決めるので、その厚さは露光特
性を左右する重要な要因となる。従来、上記コントラス
トが高い程、Ｘ線露光の解像性，転写パタンの寸法制御
性，露光マージン等の露光特性が良くなると考えられて
いたので、吸収体層の厚さは吸収体パタンが形成可能な
範囲で出来る限り厚く形成されていた。この場合のコン
トラストとしては７〜１０がだいたいの判断基準となっ
ていた。例えば、タンタル（Ｔａ）を吸収体材料とした
場合には、０．６５μｍの膜厚で中心波長が０．８ｎｍ
のシンクロトロン放射光に対してコントラストが約７で
あり、最低このコントラストは確保するように吸収体層
の厚さが０．６５μｍ以上となるように作成されていた
。しかし、このコントラストの判断基準は平面的サイズ
が１μｍ以上の大きなパタンをもとに導出されており、
これより微細パタンの近接露光において顕著となるＸ線
回折と相互干渉の影響に伴う実効的なコントラストの変
化は考慮されていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のＸ線吸収体パタ
ンの形成方法としてはドライエッチング技術を利用した
ものと、メッキ技術を利用したものとに大別される。い
ずれの技術においても吸収体層を厚くすると、アスペク
ト比（パタンの高さ／パタンの寸法）が大きくなるため
、パタン形成が非常に難しくなり、形成した吸収体パタ
ンの品質（寸法精度，断面形状等）も劣化する問題があ
った。特に、パタン寸法が０．２５μｍより小さな領域
では品質の劣化が大きくなるという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、すべてのサイズのパタン
に対して露光コントラストが高くかつ良好な転写特性が
得られるＸ線マスクを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるＸ線マスクは、Ｘ線を透過するメンブ
レン膜と、該メンブレン膜上に形成されたＸ線吸収体層
からなるＸ線吸収体パタンを有するＸ線マスクおいて、
前記Ｘ線吸収体パタンに交さする方向の透過Ｘ線強度の
変化幅のほぼ全域に亘って該Ｘ線吸収体パタンに近似す
る強度分布を有するように、前記Ｘ線吸収体パタンの種
類及び平面的サイズあるいはこれと異なる隣接するパタ
ンの種類及び位置関係に応じてＸ線吸収体層の膜厚を同
一マスク内で変えてあることを特徴とする構成を有して
いる。特に、本発明は、微細パタンの近接露光における
Ｘ線回折と相互干渉の影響に伴う実効的コントラストの
変化を逆利用することにより、微細パタン領域での吸収
体層の厚さを実効的なコントラストの低下を伴わずに大
パタン領域の吸収体層の厚さよりも薄くすることを特徴
とする。

【０００６】本発明を用いると、微細パタン領域の吸収
体層の厚さを従来に比べ薄くすることができるので、結
果として微細パタンでも加工が容易で加工精度の高いＸ
線マスクが得られる。また、微細パタン領域では吸収体
層を薄くすることにより、逆に近接露光におけるマスク
とウェハ間のプロキシミティギャップが大きい条件でも
実効的コントラストの改善を図ることができるので、本
発明によるＸ線マスクを使用したＸ線露光で得られる転
写特性は従来のＸ線マスクを用いた転写特性に比べて良
好である。かつ、大パタン領域では吸収体層が厚く形成
されているので、かぶり露光等の転写パタン品質の劣化
がなく、結果としてすべてのサイズのパタンを良好に転
写することができる。

【０００７】

【実施例】以下本発明を実施例によりさらに具体的に説
明する。図１は本発明による第１の実施例を示す図であ
る。図１において、符号１は吸収体層、２はメンブレン
、３はこれらを基本的な構成要素とするＸ線マスクであ
り、この実施例では平面的サイズの異なる２種類のパタ
ンが形成されている。４は平面的サイズの大きな吸収体
パタン、５はサイズの小さなラインパタンが一定間隔で
繰り返しているラインアンドスペースの吸収体パタンで
ある。ここでは断面図を示す。吸収体層１はタンタル（
Ｔａ）、メンブレン２は２μｍ窒化シリコン（ＳｉＮ）
で構成した。吸収体パタン４のサイズＬ４　は１μｍ、
吸収体パタン５のサイズＬ５ａは０．２μｍ、そのスペ
ース幅Ｌ５ｂも０．２μｍである。これらの吸収体パタ
ン４，５に対応する吸収体層１の厚さＴ４　，Ｔ５　は
それぞれ０．６５μｍ及び０．３μｍである。

【０００８】本願発明によるＸ線マスクの作成に当たっ
ては、先ず、シリコン基板の両面に２μｍの窒化シリコ
ン膜をＣＶＤで２μｍ膜厚に形成した後、タンタルをス
パッタで０．６５μｍの膜厚に形成し、引続き二酸化シ
リコン（ＳｉＯ２　）を０．３μｍ膜厚にＥＣＲで形成
した。この基板にＥＢレジストを塗布し、ＥＢ露光によ
り吸収体パタン４上のレジストのみを残すように露光し
た。このレジストパタンをエッチングマスクとして二酸
化シリコンをＲＩＥによりエッチングした。さらに、二
酸化シリコンをエッチングマスクとしてＲＩＥにより、
タンタルを０．６５μｍ−０．３μｍ＝０．３５μｍの
深さまでエッチングした。引続き、希フッサン（ＨＦ）
水で二酸化シリコンを除去し、再度二酸化シリコンを０
．３μｍの膜厚にＥＣＲで形成した。このように構成さ
れた基板にＥＢレジストを塗布し、ＥＢ露光により吸収
体パタン４および５上のレジストを残すように露光した
。このレジストパタンをエッチングマスクとして二酸化
シリコンをＲＩＥによりエッチングした。さらに、二酸
化シリコンをエッチングマスクとしてＲＩＥにより、タ
ンタルを０．３μｍの深さでエッチングした。最後にこ
の基板の裏側より窒化シリコン膜をエッチングマスクと
して、シリコン基板をウエットエッチングで除去した。 このマスク製造による構造では吸収体パタン５の形成時
のタンタルの膜厚が０．３μｍと薄いので、エッチング
特性は良好であり、パタンの倒れやパタンエッジでの不
均一性等の従来の問題がなくなり０．２μｍとパタン寸
法が小さいにも関わらずパタン形状，寸法精度とも良好
に形成された。

【０００９】本発明によるＸ線マスク３を用いて、０．
８ｎｍのピーク波長を有するシンクロトロン放射光を利
用したＸ線露光装置でパタン転写を行った。マスクとウ
ェハのギャップは３０μｍに制御した。露光レジストと
して、ＦＢＭ−Ｇ（ポジ製レジスト）を１μｍ塗布した
。本発明によるＸ線マスクを使用した場合、０．２μｍ
の吸収体パタン５を±１０％以下の寸法変動に制御する
ための適正露光量は１００±２０ｍＪ／ｃｍ２　であり
、露光量変動マージンが±２０％と大きな値が得られた
。同時に吸収体パタン４に対しても８０〜１６０ｍＪ／
ｃｍ２　の露光量で±１０％以下の寸法変動に制御が可
能であった。一方、従来のマスクを使用した場合には、
吸収体パタン５を±１０％以下の寸法変動に制御するた
めの適正露光量は１５０±１５ｍＪ／ｃｍ２　であり、
マージンが１／２以下に減少した。また、吸収体パタン
４に対しては１５０ｍＪ／ｃｍ２　の露光量では、設計
値の１μｍに対して１０％以上細くなり、両者を同時に
設計値通りに転写することはできなかった。さらに、パ
タン形成のための適正露光量は本発明によるＸ線マスク
を使用した場合、１００ｍＪ／ｃｍ２　と小さい値です
むのに対して、従来のマスクを使用した場合、１５０ｍ
Ｊ／ｃｍ２　と大きな値が必要であった。このことは、
本発明によるＸ線マスクを使用すると露光時間も２／３
に短縮することができ、スループットも約１．５倍改善
された。

【００１０】以上のように本発明によるＸ線マスクを用
いた場合の転写特性がよくなる理由を以下に示す。図２
に本発明によるＸ線マスクを使用した場合のパタンスト
ライブに正交する方向の透過Ｘ線強度分布を示す。同様
に図３に従来のマスクを用いた場合の透過Ｘ線強度分布
を示す。メンブレンを透過したＸ線は３０μｍのギャッ
プに応じて回折を起こす。また、吸収体層を透過するＸ
線は強度の減衰と同時に位相の変化を生じる。さらにこ
れらのＸ線は互いに干渉を起こす。上記回折と干渉の及
ぶ範囲はＸ線の波長とギャップに依存しており、本実施
例のＸ線波長とギャップの場合、最も影響が大きく現れ
る範囲はパタンエッジから高々０．２μｍまでである。 従って、パタンサイズが小さい程Ｘ線回折と相互干渉の
効果が大きくなり、透過Ｘ線強度分布が変化する。この
効果を逆利用し、微細なパタン領域の吸収体層の厚さを
Ｘ線強度分布が最適になるように定めれば、サイズの小
さなパタンでの実効的なコントラストが向上することに
なる。すなわち、本実施例では０．２μｍラインアンド
スペースの微細パタン領域の吸収体層の厚さを０．３μ
ｍまで薄くしてやれば透過Ｘ線の強度分布は図２に示す
ように矩形状となり、実効的なコントラストが向上する
。一方、１μｍの大パタン領域の吸収体層を同様に０．
３μｍまで薄くしたとすると、エッジから０．２μｍま
でのＸ線強度分布は同様に良好になるが、それより内部
でのＸ線強度分布は上記の考えに基づくマスクコントラ
ストに支配されるので、コントラスト低下の分だけ透過
Ｘ線強度が強くなり、結果としてレジストパタンに大き
くかぶり露光が生じることとなる。また、大パタン領域
と微細パタン領域の吸収体層の厚さを従来通りに、０．
６５μｍとした場合には大パタン領域でのＸ線強度分布
は良好であるが、０．２μｍの微細パタン領域では上記
回折と干渉の影響のためＸ線強度分布は、図３に示すよ
うにパタン中央部に強度の反転パタンが生じる。このた
め、露光量変動のマージンが小さくなりパタン転写特性
が劣化する。従って、両サイズのパタンとも良好に転写
するためには、大パタン領域の吸収体層の厚さは従来の
膜厚に制御し、微細パタン領域のみ吸収体層の厚さを薄
くした本発明の実施例が有効となる。換言すれば、図２
（ｂ）に示されている透過Ｘ線強度の変化幅のほぼ全域
に亘って図示の横軸に相当する方向、すなわち図２（ａ
）に示す吸収体パタンに直交する方向で、その吸収体層
の有無が示すパタンに近似する強度分布を有するように
することが有効である。

【００１１】本実施例では、単一マスク内に２種類のパ
タンが存在し、それに応じて吸収体層の厚さを変えた例
を示したが、上記２種類のパタンが別々のマスクに形成
されていても使用時に組合せされて同一のＸ線マスクと
して機能する場合には、小さいパタンのマスクの吸収体
層を薄く、大きなパタンのマスクの吸収体層を厚くなる
ようにして本発明を適用することができる。

【００１２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のＸ
線マスクを使用すれば、通常のＸ線マスクに比べ種類及
びサイズの異なるパタンを同時に少ない露光量で精度良
く転写することができる。さらに、Ｘ線マスクの製造も
従来に比べ容易になり、精度も高くなる効果がある。同
時に、これを用いたパタン転写において、パタン寸法精
度，寸法制御等の露光特性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例のＸ線マスクを用いた場
合の透過Ｘ線強度を示す図である。

【図３】従来のＸ線マスクを用いた場合の透過Ｘ線強度
を示す図である。

【符号の説明】

１　　吸収体層 ２　　メンプレン ３　　Ｘ線マスク ４　　サイズの大きな吸収体パタン ５　　サイズの小さな吸収体パタン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｘ線を透過するメンブレン膜と、該メ
   ンブレン膜上に形成されたＸ線吸収体層からなるＸ線吸
   収体パタンを有するＸ線マスクおいて、前記Ｘ線吸収体
   パタンに交さする方向の透過Ｘ線強度の変化幅のほぼ全
   域に亘って該Ｘ線吸収体パタンに近似する強度分布を有
   するように、前記Ｘ線吸収体パタンの種類及び平面的サ
   イズあるいはこれと異なる隣接するパタンの種類及び位
   置関係に応じてＸ線吸収体層の膜厚を同一マスク内で変
   えてあることを特徴とするＸ線マスク。
2. 【請求項２】　　前記Ｘ線吸収体パタンのうち平面的サ
   イズの小さなパタンに対応するＸ線吸収体層の膜厚が平
   面的サイズの大きなパタンに対応するＸ線吸収体層の膜
   厚よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項１
   記載のＸ線マスク。