JPS63237523A - Ｘ線マスクおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の製造工程の中で、ウェハ上
に微細な回路パターンを形成するりソゲラフイエ程用の
Ｘ線投影露光に使用するＸ線マスクに関するものである
。

〔従来の技術〕

半導体集積回路のパターン寸法が年々小さくなるに伴っ
て、回路パターンをウェハ上に転写する装置には益々高
い解像力が求められている。波長４００　ｎｍ前後の紫
外線を用いてマスク上のパターンを光学的に縮小してウ
ェハ上に転写する縮小投影露光法が広く用いられ、光源
をより短波長化すること、および投影レンズのＮ、Ａ、
　（開口数）を大きくすることにより、更に解像力を向
上する改良が進められている。しかし、波長３００ｎｍ
以下になると適当なレンズ材料がなくなること、Ｎ。

八、を大きくすると焦点深度が急激に浅くなってしまう
という問題がある。

そこで、波長が０．４〜４ｎｍと大幅に短い軟Ｘ線を用
いる転写法が提案され、その高い解像力が期待されてい
る。この提案は例えば（スミス：ソリッド・ステート・
テクノロジー、１５９２１号、　１９７２　（Ｈ，１，
Ｓｍ１ｔｈ：５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
、、１５，２１．１９７２））に記載されている。この
Ｘ線露光法は、第５図に示すような１：１のプロキシミ
ティ露光である。すなわち、シリコンウェハを基板ｌと
し軟Ｘ線を透過する薄いメンブレン２上に軟ＸｖＡを吸
収する重元素の吸収体パターン３を形成したＸ線マスク
をウェハ４に近接して置き、上方より軟Ｘ線６を照射し
て、ウェハ４上に塗布したレジスト５を露光することに
より、パターンの転写を行なう。

このマスクはメンブレンマスクであるため、こわれやす
く取扱いが難しい上に、メンブレンマスクそのものの製
作が難しく、かつパターンの縮小ができないため、ウェ
ハパターンと同寸法の微細なマスクパターンの精度確保
が難しいという問題がある。もし、Ｘ線露光においても
紫外線露光と同様に縮小投影が可能となり、反射形のレ
チクルマスクを用いることができれば、上記のようなＸ
ｖＡマスク製作の困難さを克服できる。

あらゆる物質の垂直入射に対する光の反射率は入射光の
波長が短くなるにつれて急速に低下し、波長３０ｎｍ以
下の軟Ｘ線に対しては実用上はとんどゼロとなる。しか
し、境界面で互いに拡散せず、しかも吸収係数の大きく
異なる２種類の物質の薄膜を交互に形成した多層膜を用
いると、このような波長領域でも反射鏡を作ることがで
きる。

これは例えば（スビラー：アプライド・フィジックス・
レター２０巻、３６５頁、１９７２　（Ｅ、５ｐｉｌｌ
ｅｒ：八ｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、２０，３６５．１９７２　）　）
に記載されている。

実際、近年の半導体産業における薄膜形成技術の進展を
背景に多層薄膜形成技術が進歩し、反射率数％〜十数％
の多層膜反射鏡も製作が可能となっている。このような
背景のもとで、Ｘ＆１縮小投影光学系の設計も可能とな
り（例えば、松材：固体素子・材料会議の別刷、１７頁
、　１９８６．東京（Ｈ，Ｍａｔｓｕｍｕｒａ：Ｅｘｔ
ｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ｏｆ　ＳＳＤＭ、１７
．Ｔｏｋｙｏ１９８６）に記！り、さらに、多層膜球面
鏡を組み合わせたＸ線縮小光学系と波長ＩＱｎｍ前後の
放射光を用いて縮小パターンの転写が行なわれている（
例えば、木下ら：第４７回応物学会別刷、　１９８６年
秋季大会、　２８ｐ−ＺＦ−１５に記載）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記Ｘ線マスクは、マスクとしては透過形を用
いているため、さきに述べたメンブレンマスク製作の困
難さを解決するには至っていない。

そこで、第６図に示すような反射形マスクを用いるＸ線
縮小投影露光方式を実現すれば、上記メンブレンマスク
製作の困難さというＸ線マスクの問題が解決される。す
なわち、マスク基板ｌａ上にＸ線を反射するパターン３
ａを形成し、このパターン３ａ上に照射Ｘ線束７を照射
し、その反射光（反射Ｘ線束）８をＸ線縮小光学系９を
用いて、ウェハ４上に塗布したレジスト５上に結像して
レジストを露光することにより、マスクパターン３ａを
ウェハに縮小転写する。このようなＸ線縮小投影露光を
実現するには、光源、露光装置共に取扱いが容易で高精
度の反射形Ｘ線マスクが必要となる。

Ｘ線反射形マスクは、Ｘ線を反射する部分と反射しない
部分から構成され、Ｘ線を反射する部分は多層膜を用い
る。多層膜をバターニングした構成として、第７図、第
８図に示すものが考えられる。

第７図に示すマスクは、基板ｌａ上に形成された多層膜
ＩＯと、その上にＸ線を吸収する材料で形成したパター
ン１）とから構成される。多層膜１０剥出しの部分では
Ｘ線が反射され、Ｘ線吸収材料のパターン１）ではＸ線
が反射しない。このようなＸ線反射形マスクは、多層膜
１０を形成した基板１ａ上に通常のりソグラフィおよび
エツチングによりＸ線吸収パターン１）を形成すること
により作製できる。しかし、第７図にも示すようにＸ線
をマスクに対して斜めに入射させる場合には、パターン
１）の段差があるために、パターン１）の側壁でＸ線反
射光を遮ってしまうという欠点がある。実際、マスクの
Ｘ線反射率を高くとろうとすると、Ｘ線を浅い角度で入
射させることになり、この影の部分は大きくなってしま
う。

第８図に示すマスクは、基板ｌａ上に多層膜自体のパタ
ーン１０を形成した構成である。多層膜パターン１０の
ある部分はＸ線を反射し、多層膜パターン１０のない部
分はＸ線を反射しない。この多層膜パターン１０は、基
板ｌａ上に部分的に多層膜を堆積するか、全面に堆積し
た多層膜を通常のりソグラフィおよびエツチングにより
バタ、−ニングすることになる。この場合は、上述のよ
うにパターンの側壁で影を生じることはないが、多層膜
のパターニングが難しいという欠点がある。

例えば、ＬＳＩパターンのような複雑なパターンに沿っ
て部分的に多層膜を堆積することは非常に難しいし、ま
た、重元素と軽元素からなる材料が交互に堆積された多
層膜を精度良くエツチングすることは難しい。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、半導体集積回路の製造等におい
て微細なパターンを形成するために用いるＸ線領域の光
に対するＸ線マスクの構造とその製造方法を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明によるＸ線マス
クは、所定の厚さの重元素を主とする薄膜と所定の厚さ
の軽元素を主とする薄膜とを交互に重ねた多層膜反射鏡
をＸ線の反射部分とし、多層膜が変質せられてＸ線反射
率が低下した膜を吸収部分としたものである。

また、本発明によるＸ線マスクの製造方法は、基板上に
所定の厚さの重元素を主とする薄膜と所定の厚さの軽元
素を主とする薄膜とを交互に堆積して多層膜反射鏡を形
成する工程と、多層膜を変質させる工程とを含むように
したものである。

〔作用〕

本発明においては、製造・取扱の困難を大幅に改善でき
、マスクパターン精度の大幅な向上を図ることができる
。

〔実施例〕

本発明によるＸ線マスクは、多層膜部分と所定の図形パ
ターンにそって変質した膜部分とから構成されることを
特徴とする。そして、変質膜部分をイオン照射によるイ
オンミキシング効果により形成することを特徴とする。

本発明に係わるＸ′ＩＩＡマスクの一実施例を第１図に
示す、Ｘ線を反射する部分１４は所定の厚さの重元素薄
膜と所定の厚さの軽元素薄膜を交互に重ねた多層膜反射
鏡であり１、Ｘ線を反射しない部分１３は２種の多層膜
間の界面又は多層構造が不明瞭で干渉効果を失った変質
膜である。多層膜材料対としては、例えば、軽元素とし
てカーボン、シリコン、ベリリウム、重元素としてタン
グステン、モリブデン、金、タンタル等を用いる。それ
ぞれの膜厚は、使用する波長帯を基本にブラッグの反射
条件により設計される。このような膜を数十層堆積する
ことにより、膜の界面におけるＸ線の多重反射・干渉現
象により、数％〜十数％の反射率を得ることができる。

一方、多層膜間の界面又は多層構造、とくに表層に近い
部分が破壊された変質膜部分では、上記多重反射・干渉
現象がないため、このような波長領域では反射は殆どゼ
ロとなる。Ｘ線非反射部１３内の点線の膜１３ａはイオ
ンビームが侵入した最深部の膜である。

本実施例は、第１図の多層膜１０で示すされるように、
多層膜によるＸ線反射部１４と、多層膜の界面が不明瞭
又は多層構造を失った変質膜からなるＸ線非反射部１３
とを有することに特徴がある。また、多層膜１０がこの
ような構造になっているので、例えば第１図に示す幅の
狭い多層膜パターン１０ａは安定に基板１ａ上に存在し
得る。

これは、第８図に示す幅の狭い多層膜パターンＩＱａの
基板１ａとの密着部が多層膜パターンｌＯａの下部のみ
であるのと比較すると容易に理解し得る。

このことは、Ｘ線マスクのパターン精度・安定性を向上
し得るという効果、あるいは取扱いを容易にし得るとい
う効果を生ずる。例えば、第１図の構造では、前述のよ
うにパターンの基板１ａに対する密着性が良いので、以
下のような効果がある。

■非常に幅の狭いあるいは小さい孤立したパターンを形
成する際に、第８図の場合には基板への密着面積が小さ
くなるために困難さが増すが、第１図の構成では全く問
題がない。

■Ｘ線マスクの一部あるいは全部に照射光のエネルギー
が吸収されるとＸ線マスクの温度が上昇する。また、こ
の照射が繰り返されると、Ｘ線マスク内部には熱サイク
ルが起こる。パターン１０ａと基板１ａの熱膨張率の差
により、その界面に応力特に繰返し応力が発生し、第８
図の構成ではパターン１０ａが基板１ａからはがれてし
まうという不安定性のおそれがあるが、第１図の構成で
は全面密着しているので安定である。

■Ｘ線マスクを使用して半導体集積回路等を製造する際
に、多数回使用するＸ線マスクを清浄に保つ必要があり
洗浄工程を余儀なくされるが、本実施例のＸ線マスクは
特にこの洗浄工程において密着性が良いため損傷を受け
ない。

■第８図の構造のＸ線マスクは１．場合によっては、基
板との密着力を確保したり、多層膜パターン１０ａの機
械的強度を増強するために、保護膜を必要とするが、第
１図の構造のＸ線マスクでは不要である。軟Ｘ線から真
空紫外領域の比ｉ的長波長領域での物質の光吸収係数は
大きいため、極く薄い膜による吸収も大きく無視できぬ
ものとなる。

第２図は、本発明に係わるＸ線マスクの製造方法の一実
施例を示すもので、変質膜部形成法の一実施例である。

多層膜ｌＯの上に集束イオンビーム１５で所望のパター
ンを描くことにより（第２図（ａ）参照）、イオンの照
射された部分の多層膜境界面では２種の材料が混合する
いわゆるイオンミキシング現象がおこり、２種の材料の
境界面が破壊され、多層膜間の界面又は多層構造が不明
瞭となる（第２図（ｂ）参照）。集束イオンビームとし
ては、液体金属イオン源からの金属イオン（例えば、Ａ
ｕ−Ｓｔ共品合金イオン源によるＡｕ”、Ｓｉ”、ある
いはＡｌイオン源を用いるＡｌ”など）を用いる。多層
膜の界面が不明瞭になればよいので、イオンの加速エネ
ルギーは４０〜１００ｋｅＶ、照射量はＩＱ１３〜ｉｏ
”個／　ｃｍ　２種度あればよい。

加速されたイオンが侵入することにより、膜内に欠陥が
発生するとともに、イオンミキシングが起こり、多層膜
の界面が破壊された結果、イオンの照射された領域では
Ｘ線を反射する機能が失われてしまう。

第３図は本発明に係わるＸ線マスクの製造方法の第２の
実施例を示す断面図である。第３図（ａ）に示すように
、多層膜上に、イオンの侵入を阻止するためのイオン阻
止マスクパターン１６を通常のホトプロセスで形成する
。そして、上方より一様にイオン１７を照射する。イオ
ン阻止マスクパターン１６のない部分では、先の実施例
と同様に多層膜が変質するが、イオン阻止パターン１６
の部分ではイオンの多層膜への侵入が阻止されるため、
多層膜は保護される。その後、イオン阻止パターン１６
を除去すれば、表面に凹凸のない反射形Ｘ線マスクが得
られる（第３図（ｂ）参照）・。この場合、イオンとし
てＨ”、Ｈｅ＋などの軽イオンを加速エネルギー２〜２
ＱｋｅＶで用い、イオン阻止パターンの材料としてＳｉ
Ｏ□、ＳｉＮ、　　レジストなどの厚さ０．５〜１μｍ
の膜を用いれば、イオン照射量１０′３〜１０′１個／
ｃＩＩＩｚによりイオン直接照射部分のみ多層膜の改質
ができる。また、照射イオンとして、Ａｒ”、Ｋｒ”、
Ｘｅゝなどの重イオンを用いる場合には、侵入深さが浅
いので、加速エネルギー５０〜１００ｋｅＶで、上記の
イオン阻止パターン１６を用いて、同様の部分的多層膜
改質ができる。このような方法を用いれば、第１の実施
例の集束イオンビームを用いる場合に比べて高い生産性
が期待できる。

第４図は本発明に係わるＸ線マスクの製造方法の第３の
実施例を示す断面図である。第３図の第２の実施例の場
合のイオン阻止パターン１６の代わりに、段差を持った
パターン１８を用いる（第４図ｆａｌ参照）。パターン
１８はＳｉＯ２，ＳｉＮ等の材料を用い、膜厚の厚い部
分は１μｍ程度、薄い部分は０．２μｍ程度の厚さを持
たせる。これは、一様な膜厚の一部をエツチングで除去
しても良いし、あるいは、膜厚０．２μｍ程度のＳｔ膜
の上に膜Ｗ、０．８μｍ程度の５ｉ０２を付け、Ｓｔを
エツチングマスクにＳｉＯ□をエツチングしても良い。

これに、５〜１００ｋｅＶに加速された軽イオンＨ９あ
るいはＨｅ＋などを一様に照射する。

パターン１８の膜厚の薄い部分ではイオンがこれを突き
抜けて多層膜内部まで侵入して多層膜の界面を破壊する
が、膜厚の厚い部分ではイオンの多層膜への侵入が阻止
され、多層膜は保護される。

このようにイオンを照射した後に、段差パターン１８を
除去すれば、表面に凹凸のないＸ線マスクを得ることが
できる（第４図（ｂｌ参照）。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、反射形Ｘ線マスクを採用
したことにより、従来のメンブレンＸ線マスクにおける
ような取扱・製造の困難さを除去できると共に、縮小投
影が可能なことによりマスクパターン精度の大幅な向上
が期待できるという効果がある。

また、本発明による製造方法は、重元素を主とする薄膜
と軽元素を主とする薄膜とが交互に堆積された多層膜を
変質させる工程を含むことにより、表面に凹凸がないＸ
線マスクを製造でき、斜め入射でも影が生じないという
効果があり、また、多層膜をエツチングするという製造
上の困難さがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるＸｖＡマスクの−★施例を示す
断面図、第２図、第３図および第４図は本発明に係わる
Ｘ線マスクの製造方法の第１．第２および第３の実施例
を示す断面図、第５図〜第８図は従来のｘｌマスクを示
す断面図である。 ｌａ・・・基板、７・・・照射Ｘ線束、８・・・反射Ｘ
線束、１０・・・多層膜、１０ａ・・・多層膜パターン
、１３・・・Ｘ線非反射部、１４・・・Ｘ線反射部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の厚さの重元素を主とする薄膜と所定の厚さ
   の軽元素を主とする薄膜とを交互に重ねた多層膜反射鏡
   をＸ線の反射部分とし、前記多層膜が変質せられてＸ線
   反射率が低下した膜を吸収部分としたことを特徴とする
   Ｘ線マスク。
2. （２）基板上に所定の厚さの重元素を主とする薄膜と所
   定の厚さの軽元素を主とする薄膜とを交互に堆積して多
   層膜反射鏡を形成する工程と、前記多層膜を変質させる
   工程とを含むことを特徴とするＸ線マスクの製造方法。