JPH0658875B2

JPH0658875B2 - Ｘ線マスク及びそれを用いたパタン形成方法

Info

Publication number: JPH0658875B2
Application number: JP13552286A
Authority: JP
Inventors: 公吉出口; 敏行堀内; 茂久大木; 國夫斎藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1986-06-11
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPS62291116A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、Ｘ線を利用して基板上に回路パタンを転写す
るＸ線露光法において、露光用マスクとして使用するＸ
線マスクとそれを用いたパタンの形成方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕近年、大規模集積回路（LSI）製造技術の中で、回路パ
タンを被加工基板上に転写する露光手段としてＸ線露光
法が注目されている。Ｘ線露光法は、Ｘ線の波長が数10
Å以下と短いことから、回折の影響が小さくサブミクロ
ンの微細パターンを容易に基板に転写できる利点を有し
ている。Ｘ線露光法をデバイス製造プロセスに適用する
には、必要とされる何層かの露光プロセスにおいて、転
写パタン相互の重ね合わせ誤差を最小パタン寸法の少な
くとも数１０％以下に抑えることが要求されている。例
えば、最小パタン寸法が0.5μmのVLSI製造ではパタン相
互の重ね合わせ誤差を0.1〜0.2μm以下にする必要があ
る。この重ね合わせ精度を実現するためには、すくなく
とも露光に用いるすべてのＸ線マスクのパタン位置精度
を上記精度以下にしなければならない。

上記Ｘ線露光法で用いられるＸ線マスクは、従来、Ｘ線
を吸収する重金属から成る吸収体のパタンがＸ線を良く
透過する支持基板上に１層だけ形成されたものであっ
た。そのため、被加工基板上に多層のパタンを転写する
には、転写するパタンの層数分の枚数のＸ線マスクを用
いていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｘ線マスクの吸収体パタンの位置に歪みを与える要因に
は種々のものがある。例えば、Ｘ線マスクの製造工程で
は、電子ビームリソグラフィーによって吸収体パタンの
レジストパタンを形成する時の電子ビーム描画の位置精
度、Ｘ線マスクの支持基板の応力の不均一性とばらつ
き、吸収体の応力の不均一性とばらつきなどがある。ま
た、Ｘ線マスクを用いたパタン転写工程では、Ｘ線マス
クの保持時に発生する歪み、Ｘ線の露光時にＸ線を吸収
したＸ線マスクが温度上昇することによる熱膨張歪など
がある。Ｘ線マスクの吸収体パタンの位置精度は、これ
らの要因によって低下するが、特にＸ線マスク間での吸
収体パタンの位置のばらつきは大きい。

転写パタンの重ね合わせ精度が低下すると、製造した素
子特性ばらつきが大きくなり製品の製造歩留りが低下す
ることになる。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の問題点を解決するため、本発明のＸ線マスクは、
複数のＸ線吸収体層をＸ線を透過する支持基板上に層ご
とに異なる平面形状で形成したものである。

また、本発明のパタン形成法は、上記Ｘ線マスクを用
い、上記複数のＸ線吸収体層を透過するＸ線の各層の強
度差を利用し、適切な露光量を与えて所望の層のパタン
をレジストに転写することによって、複数の層のパタン
を１枚のＸ線マスクで転写できるようにしたものであ
る。

すなわち、上記Ｘ線マスクを透過したＸ線の強度に強い
方から順に番号付けしたとき、ｉ番目以下の強度となる
平面領域で形づくられるパタンをレジストに転写する場
合、レジストがポジ形の場合には、ｉ−１番目の強度の
透過Ｘ線による上記レジストの露光量を上記レジストが
残らない露光量に、ｉ番目の強度の透過Ｘ線による上記
レジストの露光量を上記レジストが残る露光量にし、レ
ジストがネガ形の場合には、ｉ−１番目の強度の透過Ｘ
線による上記レジストの露光量を上記レジストが残る露
光量に、ｉ番目の強度の透過Ｘ線による上記レジストの
露光量と上記レジストが残らない露光量にして所望の層
をレジストに転写するようにしたものである。

問題点解決のための手段をより具体的に以下に説明す
る。

まず最初に、転写すべきパタンが２層で、吸収体の厚さ
を第１図に示すように２種類に変えたものであって、こ
の２層のパタンをネガ形レジストとポジ形レジストを順
次用いて基板上に転写する場合について説明する。第１
図において、１は吸収体、２は吸収体の支持基板であ
り、ｘ₁及びｘ₂は、それぞれ第１層目及び第２層目のパ
タンを形成するための吸収体のパタン１ａ及び１ｂの厚
さ、ｘ_Tは支持基板２の厚さである。吸収体１及び支持
基板２の入射Ｘ線に対する線吸収体係数をそれぞれμお
よびμ_T、入射Ｘ線の強度をＩ₀、支持基板２のみ、第１
層目及び第２層目のパタン１ａ及び１ｂを透過したＸ線
の強度をそれぞれＩ_T，Ｉ₁及びＩ₂とすると、これらは
それぞれ次式の関係がある。

Ｉ_T＝Ｉ₀ｅｘｐ（−μ_Tx_T） (1) Ｉ₂＝Ｉ_Tｅｘｐ（−μｘ₂） (2) Ｉ₁＝Ｉ_Tｅｘｐ（−μｘ₂−μｘ₁） (3) 被加工基板上のレジストは、Ｘ線露光量Ｄと現像後の規
格化された残膜厚との間に、良く知られているように第
３図に示す露光残膜特性を持っている。第３図で、曲線
ａはポジ形レジスト、曲線ｂはネガ形レジストの特性
（感度曲線）であり、露光量ＤはＸ線の強度Ｉと時間ｔ
との積である。

まず、Ｘ線マスクの第１層目のパタン１ａを、(2)及び
(3)式のＸ線強度の関係と第３図の曲線ｂにその特性を
示したネガ形レジストを用いて被加工基板上のレジスト
に転写する場合について説明する。第２図(a)は、基板
３上に第１の被加工膜４とその上にネガ形レジスト５が
形成された基板を示している。この基板に第１図のＸ線
マスクを近接対向させ、強度Ｉ₀でＸ線を照射する。こ
のとき、(2)及び(3)式で与えられる透過Ｘ線強度Ｉ₁及
びＩ₂と第３図中の露光量Ｄ₃及びＤ₄との間に次の条件
(4)及び(5)が満たされれば、第２図(b)に示すように、
Ｘ線マスクの第１層目のパタン１ａを反映したレジスト
パタン６を充分な残膜厚をもって形成することができ
る。

Ｄ₄＜Ｉ₂×ｔ (4) Ｉ₁×ｔ＜Ｄ₃ (5) ここでＤ₄は、第３図に示すように、規格化された残膜
厚が６０％になる露光量とした。ネガ形レジストに対し
て露光量を残膜厚が１００％以下になる値をとること
は、ネガ形レジストが現像後の膜減りが比較的大きいと
いう特性をもっているので一般的に行われる。

このレジストパタン６をマスクとして第１の被加工膜４
を加工し、レジストを除去すれば、第２図(c)のように
第１層目のパタンが第１の被加工膜に転写される。

以上の第１層目のパタン形成を行うには、(2)，(3)，
(4)及び(5)式から、本発明のＸ線マスクの吸収体の厚さ
に対して、次の条件が課せられる。

ここで、Ｄ_T≡Ｉ_T×ｔ、即ち、Ｘ線マスクの支持基板の
みを透過したＸ線の強度Ｉ_Tと露光時間ｔの積をＤ_Tとし
た。

次に、Ｘ線マスクの第２層目のパタン１ｂを、第２図
(c)のパタンの上に形成された第２の被加工膜７（第２
図(d)）上のポジ形レジストに転写する場合について説
明する。まず、第２図(e)のようにポジ形レジスト８を
塗布し、Ｘ線マスクを近接対向させて強度Ｉ₀′でＸ線
を露光する。第１層目と同様にしてＩ_T，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｄ₁
及びＤ₂の間に以下の条件(8)及び(9)式が満たされれ
ば、第２図(f)に示すような第２層目のパタン１ｂを反
映したレジストパタン９を充分な残膜厚をもって形成す
ることができる。

Ｄ₂＜Ｉ_T×ｔ′ (8) Ｉ₂×ｔ′＜Ｄ₁ (9) このレジストパタン９をマスクとして第２の被加工膜７
を加工し、レジストを除去すれば、第２図(g)のように
第２層目のパタンが第２の被加工膜に転写される。

以上の第２層目のパタン形成を行うには、(1)，(2)，
(8)及び(9)式から、本発明のＸ線マスクの吸収体の厚さ
に対して、次の条件が課せられる。

次に、(6)，(7)，(10)及び(11)式を用い、本発明のＸ線
マスクの設計手順を示す。ｘ_T，μ_T，μ，Ｄ₁〜Ｄ₄が与
えられるものとする。まず、(10)式から第２層目のパタ
ン転写の支持基板を透過するＸ線の露光量Ｄ_T′は、Ｄ_T′＞Ｄ₂ｅｘｐ（μ_Tx_T） (2) を満足する必要があるので、(12)式からＤ_T′を決め
る。Ｄ_T′は露光むらや現像むら等を考慮して(12)式の
右辺の値よりも１〜２割増の値がとられる。Ｄ_T′の値
が決まれば、(11)式から第２層目のパタン１ｂの厚さｘ
₂が決まる。ｘ₂の値もやはり(11)式の右辺よりも少し大
き目にとった方が良い。次に、(6)式を用いて、第２層
目のパタン転写の支持基板を透過するＸ線の露光量Ｄ_T
を決める。(6)式からＤ_Tは、Ｄ_T＞Ｄ₄ｅｘｐ（μｘ₂） (13) である。Ｄ_Tが決まれば、(7)式を使って第１層目のパタ
ン１ａの厚さｘ₁を決めることができる。Ｄ_Tとｘ₁の値
もやはり少し大き目にとった方が良い結果が得られる。

以上は、吸収体の厚さを変えることによって２層のパタ
ンを形成する場合について説明したが、吸収体の材料を
変えて２層のパタンを形成する場合でも同様にパタン形
成が行える。即ち、第１図において、パタン１ａ及び１
ｂの材料を変え、その線吸収係数をμ₁及びμ₂とすれ
ば、(2)及び(3)式は、Ｉ₂＝Ｉ_Tｅｘｐ（−μ₂x₂） (14) Ｉ₁＝Ｉ_Tｅｘｐ（−μ₂x₂−μ₁x₁ (15) となる。条件式(4)及び(5)と(8)及び(9)はそのまま成り
立つので、Ｘ線マスクの吸収体の厚さに課せられる条件
(6)，(7)及び(11)式は順にそれぞれ次のようになる。

次に、第４図に示すように、多層の吸収体のパタンを有
するＸ線マスクと、第３図の曲線ａに示す特性をもつポ
ジ形レジストを用いて、第４図のＸ線マスクパタンとほ
ぼ同じ形状の多層のパタンを基板上に形成する場合につ
いて説明する。

基板上の多層の膜の加工方法は、第２図(d)から(g)を繰
り返せば良いのでここでは説明を省略する。また、吸収
体のパタン１０₁〜１_Nは同じ材料とし、パタン１０_i+1
は、パタン１０_iの上にはみ出さないように形成するも
のとする。パタンは１０₁から順に転写していく。

パタン１０₁〜１０_Nを透過するＸ線の強度Ｉ_iは、と表わされる。まず、充分なレジスト残膜厚をもって１
０₁のパタンを転写する場合の露光量の条件は、Ｄ₂＜Ｉ_T×ｔ₁ (20) Ｉ₁×ｔ₁＜Ｄ₁ (21) である。次に、１０₂〜１０_Nのパタンに対しては、Ｄ₂＜Ｉ_i-1×ｔ_i（ｉ＝２，Ｎ） (22) Ｉ_i×ｔ_i＜Ｄ₁ (23) となる。

吸収体の各層の厚さｌ_iに対しては、(19)，(22)及び(2
3)式から、という条件が導かれる。上式で、▲Ｄⁱ _T▼はＩ_T×ｔ_iで
ある。

本発明では、(26)式の条件を満たせば１枚のＸ線マスク
で何層でも制限なくパタンを転写できるわけではない。
吸収体の厚さが厚くなるほど、露光に時間がかかってく
るので、それによる制限が生ずるからである。そこで、
仮りに第Ｎ−１層目のパタン１０_N-1を透過したＸ線と
支持基板２を透過したＸ線の強度比が1/3よりも大きい
という制限を設けた場合の条件を求めてみる。簡単化す
るためにパタンの各層の厚さが全て等しい場合を想定す
る。即ち、とする。そうすると(19)式から、という条件が得られる。

先に得た(26)式の露光量からの条件式においてｌ_i＝ｌ
とし、(29)式と組み合わせれば、という条件が導かれる。さて、(30)式においてlog（Ｄ₂
／Ｄ₁）の逆数は、レジストのγ値と呼ばれるコントラ
ストの大きさを表わす量である。これを用いると(30)式
は、となる。(31)式は、上に述べた露光条件の範囲では、0.
48γ＋１の整数値の層数までパタンを転写することがで
きることを示している。

また、γ値の大きなレジストを用いれば、より多くの層
数を転写することができることも示している。

〔実施例１〕本発明の第１の実施例のＸ線マスクは、第１図に示した
吸収体パターンが２層のＸ線マスクである。本実施例で
は、支持基板２に２μm厚（ｘ_T＝２μm）の窒化シリコ
ン膜を吸収体１にはタンタル（Ta）を用いた。吸収体パ
タン１ａにはＬＳＩ製造に用いられるスルーホールパタ
ンが、吸収体パタン１ｂはアルミ（Al）配線パタンが形
成されている。そして、平面的には、吸収体パタン１ａ
は１ｂの領域の中に含まれる。吸収体パタン１ａ及び１
ｂの厚さｘ₁及びｘ₂は、パタン転写に使用するレジスト
の露光残膜特性に基づいて決められる。従って、これら
は後述する本実施例のＸ線マスクを用いたパタン形成方
法の説明の中で決定される。

上記Ｘ線マスクは、窒化シリコンの支持基板上にTaを２
層分の厚さ堆積し、その上に第１層目のスルーホールの
レジストパタンを形成し、それをマスクとしてTaをCBrF
₃ガスを用いたリアクティブイオンエッチング（RIE）に
より規定の厚さｘ₁の分だけエッチングし、次にその上
に２層目のAl配線のレジストパタンを形成し、同様にし
てTaを規定の厚さｘ₂の分だけエッチングして作製し
た。上記のTaエッチングのマスクとなるレジストは、単
層でも良いが酸化シリコン（SiO₂）などのTaとのエッチ
ング選択比の大きい材料を下層に用いた２層構成のレジ
ストを用いた方がより良好にTaパタンを形成できる。

上記のＸ線マスクの作製方法においては、Taのエッチン
グを精度良く途中で止めなければならない。それが困難
な場合には、第５図に示すように、第１層目のTaパタン
のエッチングストッパ層として厚さ0.1μm程度の酸化シ
リコン層１１を設けることにより膜厚の精度が良い２層
の吸収体のパタンを有するＸ線マスクを作製できる。こ
の酸化シリコン層１１は、Ｘ線をほとんど吸収しないの
で、露光条件をほとんど変化させない。

次に、上記第１の実施例のＸ線マスクを用いた本発明の
パタン形成方法の実施例について説明する。本実施例で
は、第１層目のスルーホールパタンの転写にネガ形レジ
ストを用い、第２層目のAl配線パタンの転写にはポジ形
レジストを使用する。上記ネガ形レジストとしてはメタ
クリロイル化シリコン含有ネガ形レジスト（MSNR）を、
ポジ形レジストとしては、ポリヘキサフルオロブチルメ
タクリレート（FBM）とグリシジルメタクリレート（GM
A）との共重合体から成るFBM−Ｇレジストを用いた。

MSNRは、２層レジストの上層レジストとして用いた。即
ち、ホトレジスト（ＯＦＰＲ）を１μm塗布し、150℃で
30分間ベークしたものの上にMSNRを0.2μmの厚さで塗布
し、９０℃で５分間プリベークしたものが用いられた。
MSNRの現像は、メチルエチルケトン（MEK）とイソプロ
ピルアルコール（IPA）を１対１の割合で混合した現像
液に１０秒間浸してかくはんし、続けてIPAで３０秒間
リンスして行った。また、下層のホトレジストは、現像
されたMSNRをマスクとして酸素（Ｏ₂）をエッチングガ
スとしたリアクティブ・イオン・エッチング（RIE）で
エッチングした。

FBM−Ｇレジストは、３層レジストの上層レジストとし
て用いた。即ち、下層レジストとしてホトレジスト（OF
PP）を１μm塗布し、150℃で３０分間ベークしたものの
上に、中間層としてシリコン系の樹脂を0.2μm塗布し、
その上にFBM−Ｇレジストを0.5μm塗布し、１４０℃で
３０分プリベークしたものが用いられる。FBM−Ｇレジ
ストの現像は、イソブチルアルコール（IBA）とエチル
アルコール（E_tOH）が１対１に混合された１８℃の現像
液に９０秒間浸してかくはんし、続けてIPAで３０秒間
リンスして行った。中間層のシリコン樹脂は、現像され
たFBM−Ｇレジストをマスクとして四フッ化炭素（CF₄）
と水素の混合ガスを用いたRIEでエッチングし、下層の
ホトレジストは、中間層をマスクとしてＯ₂ガスを用い
たRIEでエッチングした。

Ｘ線源には、Ｍ₀をターゲットとした電子線励起形の線
源を用いた。波長は5.4ÅでＸ線マスクを除いたときに
照射されるレジスト面の上での強度は、2.1mW/cm²であ
る。

MSNR及びFBM−Ｇレジストを上記Ｘ線源で露光したとき
の感度曲線を第６図及び第７図に示す。これらの感度曲
線から、第３図のＤ₁〜Ｄ₄に対応する露光量は、それぞ
れ56，80，48，104mJ/cm²と読取れる。

窒化シリコン及びTaの波長5.4Åの軟Ｘ線に対する線吸
収係数は、それぞれ、μT＝0.48μm^-1及びμ＝3.32μm
^-1である。

前述の設計手順に従い、(12)，(11)，(13)及び(7)式を
用いて露光量Ｄ_T及びＤ_T′と第１層目及び第２層目の吸
収体のパタン１ａ及び１ｂの厚さｘ₁及びｘ₂を次のよう
に決定することにより、良好にパタンを転写することが
できる。

Ｄ_T＝540mJ/cm² Ｄ_T′＝230mJ/cm² ｘ₁＝0.29μm ｘ₂＝0.47μm 第１層目及び第２層目のパタン転写の露光時間は、(1)
式から支持基板２を透過したＸ線の強度Ｉ_Tが0.8mW/cm²
と計算されるので、、Ｄ_T及びＤ_T′をこの値で割り、そ
れぞれ６７５及び２８８秒である。

上記のＸ線マスク，レジスト及び露光条件を用いて、第
２図中に示した第１の被加工膜４として酸化シリコン膜
又はリン・シリケート・ガラス（PSG）膜を第１層目の
パタン転写とドライエッチングにより加工し、第２図
(c)に示すようなスルーホールを形成した。次に、その
上に第２図(d)に示すように、第２の被加工膜７として
アルミ（Al）膜を形成し、第２層目のパタン転写とドラ
イエッチングにより加工し、第２図(g)に示すような、
スルーホールに精度良く重ね合わされたAl配線を形成し
た。

〔実施例２〕本発明の第２の実施例として、第４図に示した態様のＸ
線マスクと、第７図にその感度曲線を示したポジ形レジ
ストのFBM−Ｇレジストを用いて、多層のパタンを転写
する場合の実施例を以下に述べる。Ｘ線マスクの吸収体
のパタンの各層の厚さは等しくする。そうすると、第６
図の感度曲線から、FBM−Ｇレジストのγ値は6.5なの
で、露光時間に対する前述の制限、即ち、第Ｎ−１層目
のパターン10_N-1を透過したＸ線と支持基板２を透過し
たＸ線の強度比が1/3よりも大きいという制限に従う
と、パタン転写の可能な層数は(31)式からFBM−Ｇレジ
ストを用いた場合には４層以内である。

そこで、MOS LSI製造プロセスにおいて、深い接合と浅
い接合の２段の接合を有する拡散層と、ポリシリコンと
高融点金属のシリサイドの２段の構成のゲート電極を形
成するプロセスに、３層のパタン転写を行って適用した
実施例について以下に述べる。

本実施例のＸ線マスクの断面図を第８図に示す。吸収体
１２の材質はTaで支持基板２は２μm厚の窒化シリコン
膜である。このＸ線マスクで形成するMOSLSIのゲート電
極近傍の断面図を第９図に示す。Ｘ線マスクの吸収体パ
タン１２ａは、第１回目のパタン転写で深い接合を形成
するためのパタンが、１２ｂは第２回目のパタン転写で
ポリシリコーンゲート電極とそれに自己整合的に形成さ
れる浅い接合を形成するためのパタンが、さらに１２ｃ
は上記ゲート電極のポリシリコン層の上にシリサイド層
を形成するためのパタンがそれぞれ形成されている。こ
れらの吸収体パタンは、平面的に見たとき、１２ｃはは
１２ｂに、１２ｂは１２ａにその領域が含まれている。
これらの吸収体パタンは、第１の実施例で述べた方法を
用いて作製した。ここでも、吸収体パターンの各層の間
にTaエッチングのストッパ層として酸化シリコン層を設
けることにより各層の膜厚の精度が良いＸ線マスクを作
製できることは前述と同様である。吸収体パタンの各層
の厚さ（同一）は、後述のパタン形成方法の説明におい
て決定された値を用いた。

次に、上記第２の実施例のＸ線マスクを用いたパタン形
成方法について説明する。Ｘ線源は第１の実施例で述べ
たものと同じものを用いた。まず、本発明のパタン形成
方法を適用して第９図に示すMOS構造を作製するプロセ
スについて概述する。最初に、第９図(a)に示すよう
に、吸収体パタン１２ａを反映したレジストパタン１５
をシリコン基板１３上にゲート酸化膜１４が形成された
基板上に第１回目のパタン転写で形成する。レジストパ
タン１５は、前述のFBM−Ｇレジストを上層とした３層
レジストのパタンである。このレジストパタン１５をマ
スクとして、イオン注入１６により、加速電圧１５０kV
で砒素（As）をイオン注入し、深い接合のイオン注入層
１７を得る。次に、レジストパタン１５を除去し、全面
にＡ_sがドープされたポリシリコンを堆積し、その上にF
BM−Ｇレジスト上層とする３層レジストを塗布して第２
回目のパタン転写を行い、パタン１２ｂが転写されたレ
ジストパタンをマスクとしてポリシリコンをエッチング
し、ポリシリコンのゲート電極１８を得る（第９図
(b)）。このポリシリコンのゲート電極１８は、２層構
造のゲート電極の下層となる。さらに、ポリシリコンの
ゲート電極１８をマスクとしてイオン注入１９により加
速電圧６０kVでAsをイオン注入し、ゲート電極に自己整
合的に位置合わせされた浅い接合のイオン注入層２０を
形成する。最後に、モリブデンシリサイド（MoSi₂）を
全面に堆積し、FBM−Ｇレジストを用いて前述と同様に
してパタン１２ｃを反映したモリブデンシリサイドの上
層のゲート電極２１を得る（第９図(c)）。以上のプロ
セスによって、浅い接合がゲート電極に自己整合的に位
置合わせされ、その外側に深い接合を有して、かつ、ゲ
ート電極がシリサイド／ポリシリコンの２層構造（ポリ
サイド電極といわれる）でその上下層に段差を有する構
造を、高い重ね合わせ精度をもって形成することができ
る。なお、浅い接合と深い接合の組み合わせは、微細MO
Sトランジスタのショートチャネル効果を少なくし、か
つ、拡散層の抵抗を低くする効果をもたらすことは周知
のとおりである。また、ポリサイド電極は、MOS特性が
安定で低抵抗のゲート電極として実用に供されており、
これに本発明を適用することによって精度良く上下層に
段差を付けることができる。この段差の存在は、このゲ
ート電極の上に形成される配線の段差被覆性を良くし、
断線を防止するのに効果を生ずる。

次に、本実施例で使用するＸ線マスクの吸収体の各パタ
ンの厚さと露光条件について述べる。

第１回目のパタン転写の支持基板２を透過するＸ線によ
る露光量Ｄ_T′としては、(20)式を満足する必要がある
ので、その最小の露光量Ｄ₂の１割増しの値、即ち、８
８mJ/cm₂とした。Ｉ_t＝0.8mW/cm₂なので第１回目の露光
時間ｔ₁は１１０秒である。

吸収体のパタンの厚さｌは、(21)式からｌ＞0.136μmで
ある必要がある。そこで、１割増の0.15μmとした。こ
の値は、吸収体の各層間に対する露光条件と、Ｎ−１層
目の吸収体パタンを透過したＸ線の強度が、支持基板の
みを透過したＸ線の強度の1/3以下にはならないという
条件から得られた(31)式に各数値を入れて得られる0.11
μm＜ｌ＜0.166μmという条件を満足する。

第２回目及び第３回目の支持基板２を透過するＸ線によ
る露光量▲Ｄ² _T▼，▲Ｄ³ _T▼及び露光時間ｔ₂，ｔ₃は(2
2)式を満足する必要がある。そこで、(22)式において、
右辺を第１回目の露光量と同じ８８mJ/cm²として、第２
回目及び第３回目の露光量を、 ▲Ｄ² _T▼＝145mJ/cm²及び▲Ｄ³ _T▼＝２４０mJ/cm²とし
た。これらから、第２回目及び第３回目の露光時間は、
ｔ₂＝１８１秒及びｔ₃＝300秒と決められた。以上のＸ
線マスクの吸収体の各パタンの厚さと各露光時間は、(2
3)式を満足するので良好にレジストパタンを形成するこ
とができた。

上記の実施例では示さなかったが、第８図のＸ線マスク
の最上層に、ゲート電極と上層配線とのコンタクトホー
ルとなる吸収体のパタンを設け、ネガ形レジストを用い
て、第１の実施例で示したように、ゲート電極と良く重
ね合わされたコンタクトホールを第９図の基板の上に形
成するることが可能である。

以上説明した第１及び第２の実施例では、Ｘ線マスクを
構成する吸収体と支持基板の材料として、Taと窒化シリ
コンを用いたが、本発明はＸ線マスクのこれらの材料以
外にも吸収体にAu等、支持基板に窒化ホウ素等の材料を
用いることができる。Ｘ線源に関しても、プラズマＸ線
源やシンクロトロン放射光等も同様にして利用できる。
また、レジストについてもMSNRやFBM−Ｇレジスト以外
の多くのＸ線レジストが利用できる。これらの他のもの
を利用する場合には、それらの特性値等を前述の条件式
に代入してＸ線マスクの設計と露光条件の算出を行うこ
とができる。

本発明のＸ線マスクの第１及び第２の実施例では、支持
基板側から見て上層の吸収体パタンの平面的な領域がそ
のすぐ下の層の吸収体パタンの平面的な領域に含まれる
ものを示したが、第１０図にその一例を示すように、Ｘ
線吸収率の小さいスペーサ２２を設け、上層の吸収体パ
タン１ｂに下層の吸収体パタン１ａが含まれるように形
成することも可能である。スペーサ２２と吸収体パタン
１ａの構造は、特に、吸収体パタン１ａを電気メッキで
作製する場合に得易い構造である。なお、電気メッキで
吸収体パタン１ａを作製するには、支持基板２の表面上
にメッキ用の電極が必要なので、その膜が支持基板２上
に存在することになるが、その膜はＸ線の吸収をほとん
ど無視できる程度に薄くすることができる。

また、第１１図にその平面形状の一例を示すような吸収
体パタン２３と２４が包含関係を有しないような場合に
は、吸収体パタン２３と２４の材質が同じである場合、
それらの厚さが同じであれば、領域２５と２７を透過す
るＸ線の強度は同じになるので、領域２５と２７及び領
域２６の２層のパタンとなること、吸収体パタン２３と
２４の厚さが異なる場合には、それぞれの領域を透過す
るＸ線の強度が異なるので３層のパタンとなることに留
意すれば本発明のＸ線マスクとして用いることができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いれば、多層のパタン
転写を１枚のＸ線マスクで行うことができるので、Ｘ線
マスクが層間で異なることに寄因する重ね合わせ誤差を
除去することができる。

本発明は、実施例に示したように、LIS製造プロセスに
おいて高い重ね合わせ精度が要求される多層の膜の加工
に応用することができ、性能の良いLSIの実現に寄与す
るものである。本発明は、前述の２つの実施例で示した
以外にも、ポジ形レジストとネガ形レジストを適宜組み
合わせてＸ線マスクを設計し、露光条件を算出すること
によって多くのLSI製造工程に応用することが可能であ
る。特に本発明は、微細でかつ性能の良い超LSIの製造
に適用してより大きな効果を生むものと信ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特徴を最も良く表わしているＸ線マス
クの断面図、第２図は本発明の特徴を最も良く表わして
いるパタン形成方法の説明図、第３図はレジスト露光残
膜特性の模式図、第４図は多層の吸収体パタンを有する
本発明のＸ線マスクの断面図、第５図はネガ形レジスト
MSNRの露光残膜特性を示す図、第６図はポジ形のFBM−
Ｇレジストの露光残膜特性を示す図、第７図は吸収体パ
タン層間にエッチングストッパ層を設けた本発明のＸ線
マスクの断面図、第８図は３層の吸収体パタンを有する
Ｘ線マスクの断面図、第９図は本発明のＸ線マスク及び
パタン形成方法を適用したMOSトランジスタの製造工程
の説明図、第１０図及び第１１図は本発明のＸ線マスク
の他の形態を示した図である。１，１０，１２……吸収体、１ａ，１ｂ……吸収体の第
１及び第２層目のパタン、２……支持基板、３……基
板、４……第１の被加工膜、５……ネガ形レジスト、
６，９，１５……レジストパタン、７……第２の被加工
膜、８……ポジ形レジスト、１０₁〜１０_N……吸収体の
第１〜第Ｎ層目のパタン、１１……酸化シリコン層、１
２ａ〜１２ｃ……吸収体の第１〜第３層目のパタン、１
３……シリコン基板、１４……ゲート酸化膜、１６……
イオン注入（高加速電圧）、１７……深い接合のイオン
注入層、１８……ポリシリコンのゲート電極（下層）、
１９……イオン注入（低加速電圧）、２０……浅い接合
のイオン注入層、２１……モリブデンシリサイドのゲー
ト電極（上層）、２２……スペーサ、２３，２４……吸
収体パタン、２５，２６，２７……吸収体パタン２３及
び２４によってつくられる領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を透過する支持基板と、前記支持基板
上に積層された複数のＸ線吸吸収体層とを備え、前記Ｘ
線吸収体層の平面形状は層毎に大きさが異なっているこ
とを特徴とするＸ線マスク。
【請求項２】平面的にみたときに前記Ｘ線吸収体層のう
ち平面形状の小さなものは平面形状の大きなものの内側
に位置していることを特徴とする特許請求範囲第１項記
載のＸ線マスク。
【請求項３】Ｘ線マスクを透過したＸ線により被加工基
板上のレジストを露光し現像するパタン形成方法におい
て、Ｘ線を透過する支持基板と、前記支持基板上に積層され
た複数のＸ線吸収体層とを備え、前記Ｘ線吸収体層の平
面形状は層毎に大きさが異なっているＸ線マスクを使用
し、ｉ（ｉは２以上の整数）層の前記Ｘ線吸収体層を透
過した透過Ｘ線の強度をIiとしたときに、前記レジスト
のうち強度I_i-1の透過Ｘ線が照射される第１の領域と強
度I_iの透過Ｘ線が照射される第２領域のいずれか一方が
後の現像工程で残存するような露光量で露光を行った
後、前記現像を行い、前記強度I_iの透過Ｘ線の外縁で特
定される平面形状のレジストパターンを形成することを
特徴とするパターン形成方法。