JPH10177943A - 投影露光方法 - Google Patents

投影露光方法

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JPH10177943A
JPH10177943A JP33795296A JP33795296A JPH10177943A JP H10177943 A JPH10177943 A JP H10177943A JP 33795296 A JP33795296 A JP 33795296A JP 33795296 A JP33795296 A JP 33795296A JP H10177943 A JPH10177943 A JP H10177943A
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JP
Japan
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mask
multilayer
substrate
reflective
pattern
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JP33795296A
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English (en)
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Masaaki Ito
昌昭 伊東
Hiromasa Yamanashi
弘将 山梨
Hidekazu Seya
英一 瀬谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
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    • GPHYSICS
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    • G03F1/22Masks or mask blanks for imaging by radiation of 100nm or shorter wavelength, e.g. X-ray masks, extreme ultraviolet [EUV] masks; Preparation thereof
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    • GPHYSICS
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    • G03F7/70216Mask projection systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】X線投影露光に用いられる反射型マスクで、反
射率の面内均一性を向上し、かつ無欠陥化を容易にす
る。 【解決手段】マスク基板より面積が小さい多層膜反射鏡
を作製し、複数個の多層膜反射鏡をマスク基板に固着し
た後、非反射部のパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路等の
製造工程におけるリソグラフィ技術に係り、特に反射型
マスクを用いたX線投影露光に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の量産リソグラフィ技術
として、紫外線または遠紫外線による縮小投影露光が用
いられている。この方法は、マスクに描かれた回路パタ
ーンを、レンズから成る結像光学系を用いてウェハ上の
レジストに転写するものであり、解像度と焦点深度は基
本的には結像光学系の開口数(NA)と露光波長で定ま
る。例えば、波長248nmの遠紫外線とNA0.6 の
結像光学系を用いて、解像度0.25μm ,焦点深度1
μmが実現されている。
【0003】集積回路の高集積化,高性能化に向けて解
像度をさらに向上させるには、結像光学系のNAを大き
くするか、露光波長を短くする必要がある。しかし、高
NA化は焦点深度の低下を伴うので、その適用には限界
がある。一方、露光波長をおよそ3−20nmまで短波
長化すると、焦点深度1μmを確保しながら0.1μm以
下の解像度を達成することが可能となる。なお、波長3
−20nmの光は軟X線または極端紫外線であるが、以
下の説明ではX線と称する。物質の屈折率はX線に対し
ては1に極めて近いので、レンズの使用は不可能であ
り、結像光学系を反射鏡で構成する必要がある。近年、
屈折率の異なる2種類の物質の薄膜を交互に多数積層し
た多層膜反射鏡が実用化され、高反射率のX線反射が可
能となってきた。そこで、多層膜反射鏡を用いるX線縮
小投影露光の開発が活発に行われている。
【0004】上記の波長領域では物質の吸収係数が大き
いので、透過型マスクの実用化は困難であり、多層膜反
射鏡を用いた反射型マスクが必要である。
【0005】従来の反射型マスクの構成は、特開昭63−
201656号公報に記載されている。図5は、従来の反射型
マスクの構成を示す。超平滑平面の基板41の上に、重
元素を主とする物質と軽元素を主とする物質を交互に数
十層ないし数百層積層し、多層膜42を形成する。ここ
で、基板と多層膜とを合わせて多層膜反射鏡と称する。
多層膜の周期長(2種類の物質の膜厚の和)をd,X線
の波長をλ,入射角をθとすると、2dcosθ=λ のと
き各界面における反射波の位相が合致するので、高反射
率が得られる。この多層膜反射鏡の上にX線の吸収層4
3を積層し、非反射部のパターンを形成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】反射型マスクの面積
は、実用的には200mm角程度が要求される。多層膜の
反射率は周期長に依存するので、全面にわたって均一な
反射率を得るためには、周期長を均一に制御して成膜す
る必要がある。しかし、周期長の面内分布は大面積にな
るほど増大するので、200mm角程度の反射型マスクの
場合、面内で均一な反射率を得ることは困難である。こ
の結果、ウェハ上でのX線強度に面内分布を生じ、転写
したレジストパターンの寸法が変動するという問題があ
る。
【0007】一方、多層膜反射鏡で高反射率を得るため
には、界面が超平滑で屈折率が急峻に変化する必要があ
る。もし基板の一部に凹凸があったり、多層膜の成膜時
にパーティクルが混入すると、その部分では界面が乱
れ、反射率が著しく低下してしまう。このような局部的
な欠陥の個数は、多層膜反射鏡の面積が大きくなるほど
増大する。この結果、従来の反射型マスクでは、マスク
製造における歩留まりが低く、リソグラフィのコストが
増大するという問題がある。
【0008】本発明の目的は、反射率の面内均一性が高
く、しかも無欠陥の反射型マスクを用いる投影露光方法
を提供することにある。また、本発明の目的は、反射率
の面内均一性が高く、しかも無欠陥の反射型マスクを提
供することにある。さらに、本発明の目的は、前記投影
露光方法または前記反射型マスクを用いて製造した半導
体集積回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の投影露光方法では、光源から発するX線ま
たは真空紫外線を反射型マスクに照射する工程と、上記
反射型マスクに形成されているパターンを結像光学系を
介して試料に転写する工程とを含み、上記反射型マスク
が複数個の多層膜反射鏡を有し、上記多層膜反射鏡の上
に非反射部のパターンを形成したものである。また、本
発明の反射型マスクは、マスク基板の上に複数の多層膜
反射鏡を固着し、上記多層膜反射鏡の上に非反射部のパ
ターンを形成したものである。また、本発明の反射型マ
スクの製造方法は、複数の多層膜反射鏡をマスク基板の
上に固着する工程と、上記多層膜反射鏡の上に非反射部
のパターンを形成する工程とを含むようにしたものであ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、X線または真空紫外線
を反射型マスクに照射し、反射型マスクに形成されてい
るパターンを、結像光学系を介して試料に転写する投影
露光方法で、反射型マスクとして、マスク基板の上に複
数の多層膜反射鏡を固着し、多層膜反射鏡の上に非反射
部のパターンを形成したものであり、個々の多層膜反射
鏡の面積はマスク基板の面積より小さいことを特徴とす
る。
【0011】この多層膜反射鏡の成膜では、マスク基板
全面に多層膜を成膜する場合に比べ周期長の制御が容易
となり、マスク全面での反射率の面内均一性が向上す
る。また、個々の多層膜反射鏡の欠陥の個数は、マスク
基板全面に多層膜を成膜する場合に比べ減少する。した
がって、良品の多層膜反射鏡を選別してマスク基板に固
着することにより、マスク製造における歩留まりが向上
する。
【0012】図1は本発明の反射型マスクの構造に関す
る実施例を示す。マスク基板1の材料は溶融石英であ
り、面積は200mm×200mmである。このマスク基板
の上に多層膜反射鏡2が2枚固着されている。多層膜反
射鏡は、溶融石英の反射鏡基板3の上に多層膜4を成膜
したものであり、面積は200mm×100mmである。多
層膜は、厚さ2.5nmのMo薄膜と、厚さ4.2nmの
Si薄膜を、交互に各々40層積層したものである。こ
の多層膜反射鏡は、波長13nm,入射角5°のX線に
対して反射率70%を示す。多層膜反射鏡は部分的に吸
収体5で覆われており、非反射部のパターンが形成され
ている。吸収体の材料はW、厚さは100nmであり、
反射率は0.1% である。したがって、マスクコントラ
スト(反射部の反射率と非反射部の反射率との比)は7
00と十分に大きい。
【0013】図2は反射型マスクに関して、製造方法の
実施例を示す。表面粗さ0.2nmの超平滑平面の反射
鏡基板3の上に、マグネトロンスパッタ法により、Mo
/Si多層膜4を成膜した(図2(a))。ここで平滑な
界面を得るために、成膜時のAr圧力は0.3Pa と
し、反射鏡基板を20℃に制御した。また、周期長の面
内均一性を高めるために、反射鏡基板を自転しながら成
膜を行った。成膜後に反射率の面内分布(反射率の最大
偏差を平均値で除した値)を測定したところ、200mm
×100mmの領域にて1%であった。また、10枚の反
射鏡基板に多層膜を成膜し、寸法0.1μm 以上の欠陥
を検査したところ、4枚は無欠陥であった。
【0014】なお、比較のために同一方法でマスク基板
に多層膜を成膜したところ、反射率の面内分布は200
mm×200mmの領域にて3%に増大した。また、10枚
のマスク基板に多層膜を成膜し、寸法0.1μm 以上の
欠陥を検査したところ、無欠陥の多層膜は1枚しか得ら
れなかった。
【0015】次に、2枚の無欠陥の多層膜反射鏡2を、
マスク基板1に接着した(図2(b))。ここで多層膜反射
鏡どうしの段差は0.1μm 以下であった。その後、厚
さ10nmのSiO2 中間膜6と厚さ100nmのW吸
収体5をマグネトロンスパッタ法で成膜した(図2
(c))。さらに厚さ300nmのレジスト膜7をスピン
塗布し、電子線描画法を用いて、寸法0.5μm のレジ
ストパターンを形成した。その後、反応性イオンエッチ
ング法を用いて、吸収体をエッチングした(図2
(d))。ここで、反応ガスとして、圧力2.1Pa のS
6 を使用した。中間膜はエッチング耐性が高いので、
多層膜をエッチングから保護することができた。最後
に、レジスト膜とSiO2 膜をそれぞれ酸素プラズマア
ッシングと弗酸を用いたウェットエッチングで除去し、
所望の反射型マスクを得た(図2(e))。
【0016】図3に示すX線縮小投影露光装置に上記の
反射型マスクを装着して、パターン転写を行った。反射
型マスクの2枚の多層膜反射鏡には、それぞれ半導体集
積回路の1チップに対応する回路パターンが描かれてい
る。マスク上のパターン寸法は0.5μmである。
【0017】まず、X線縮小投影露光装置の構成を説明
する。反射型マスク12とウェハ19は、それぞれマス
クステージ13とウェハステージ20に装着されてい
る。反射型マスクとウェハとの相対位置をアライメント
装置21を用いて検出し、制御装置24により駆動装置
22,23を介して位置合わせする。X線源10から放
射された波長13nmのX線は、反射鏡11から構成さ
れる照明光学系を介して反射型マスクを照射する。反射
型マスクに描かれたパターンは、反射鏡14,15,1
6、および17から構成される結像光学系18を介して
ウェハ上のレジストに転写される。結像光学系の倍率は
1/5、NAは0.1である。
【0018】また、結像光学系は光軸のまわりに回転軸
対象な構成となっており、光軸から等距離の同心円近傍
で収差が十分小さい像が得られる。具体的には、ウェハ
上で長手方向(円周方向)40mm,幅方向(半径方向)
1mmの円弧領域で、解像度0.1μm が得られる。マス
クステージとウェハステージとを5:1の速度比で円弧
の半径方向に同期走査し、反射型マスク全面のパターン
をウェハ上に転写した。この結果、ウェハ上のレジスト
パターンは寸法0.1μm で面内分布5%と良好な値が
得られた。
【0019】次に、半導体集積回路を製造した例を説明
する。図4は、半導体集積回路の製造工程の一部を示す
素子の断面図である。N−基板30に、通常の方法でP
ウェル層31,P層32,フィールド酸化膜33,poly
−Si/SiO2 ゲート34,P高濃度拡散層35,N
高濃度拡散層36等を形成した(図4(a))。次に通常
の方法でBPSG等の絶縁膜37を形成した(図4
(b))。その上にレジスト40を塗布した後、本発明の
投影露光方法を用いて、コンタクトホールパターンを形
成した(図4(c))。そして、通常の方法により、W/
Ti電極配線38を形成した後、層間絶縁膜39を成膜
した(図4(d))。このようにして、寸法0.1μm の
コンタクトホールを高い寸法精度で形成することがで
き、半導体集積回路の製造歩留まりが向上した。
【0020】なお、本発明は前述の実施例に限定される
ものではなく、マスク基板に固着する多層膜反射鏡の個
数は3個以上でもよい。マスク基板と反射鏡基板の材料
としては、ガラス,SiC等の平滑加工しやすい材料も
考えられる。また、多層膜の構成材料は、Cr,Ni,
Mo,Ru,Rh,W,Reなどの重元素とBe,B,
C,Siなどの軽元素を組み合わせてもよい。さらに、
露光波長としては13nmに限定されず、X線領域から
真空紫外線領域の任意の波長に適用できる。
【0021】
【発明の効果】X線または真空紫外線を用いた投影露光
で、反射型マスクの反射率の面内均一性が向上するの
で、半導体集積回路製造における歩留まり向上の効果が
大きい。また、無欠陥の反射型マスクの製造が容易とな
るので、リソグラフィコスト低減の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の反射型マスクの断面図。
【図2】本発明の一実施例の反射型マスクの製造方法の
説明図。
【図3】X線投影露光装置の説明図。
【図4】本発明の投影露光方法を用いた半導体集積回路
製造工程の説明図。
【図5】従来の反射型マスクの断面図。
【符号の説明】
1…マスク基板、2…多層膜反射鏡、3…反射鏡基板、
4…多層膜、5…吸収体。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源から発するX線または真空紫外線を反
    射型マスクに照射する工程と、上記反射型マスクに形成
    されているパターンを結像光学系を介して試料に転写す
    る工程とを含む投影露光方法において、上記反射型マス
    クが複数個の多層膜反射鏡を有し、上記多層膜反射鏡の
    上に非反射部のパターンが形成されていることを特徴と
    する投影露光方法。
  2. 【請求項2】基板の上に複数個の多層膜反射鏡を有し、
    上記多層膜反射鏡の上に非反射部のパターンが形成され
    ていることを特徴とする反射型マスク。
  3. 【請求項3】複数の多層膜反射鏡を基板の上に固着する
    工程と、上記多層膜反射鏡の上に非反射部のパターンを
    形成する工程とを含むことを特徴とする反射型マスクの
    製造方法。
  4. 【請求項4】複数の多層膜反射鏡を製造する工程と、上
    記多層膜反射鏡の欠陥を検査する工程と、無欠陥の上記
    多層膜反射鏡を基板の上に固着する工程と、上記多層膜
    反射鏡の上に非反射部のパターンを形成する工程とを含
    むことを特徴とする反射型マスクの製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の投影露光方法、または請
    求項2に記載の反射型マスクにより製造された半導体集
    積回路。
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