JP2003338461A - X線露光装置及び該露光装置を用いたデバイス作製方法 - Google Patents
X線露光装置及び該露光装置を用いたデバイス作製方法Info
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract
し、該反射型マスクのパターンを被露光基板に縮小投影
する露光装置において、前記被露光基板の露光領域を制
限するためのアパーチャーを有し、ステップ・アンド・
スキャン露光を行うことを特徴とする露光装置。
Description
(LSI)やマイクロマシン、マイクロオプティクス等
の微細パターンをX線露光によりウェハ等の基板上に焼
き付けるX線露光装置及び該露光装置を用いたデバイス
作製方法に関する。
高速化に伴い、集積回路のパターン線幅は、約3年間で
70%縮小され、さらに縮小される傾向にある。これら
の大容量メモリ素子は、近紫外光、紫外光、遠紫外光等
の光を用いて、マスクから半導体基板へと転写される
が、これらの光の波長領域では、加工することができる
半導体デバイスの加工線幅も限界に近づきつつある。
X線を使用したリソグラフイー技術は上記の解像度の問
題点を解決する手段として期待が大きい。特に、波長4
0〜130Å程度の軟X線を用いたX線露光では、X線
反射光学系と反射型X線マスクを用いたX線投影露光が
可能である。このようなX線投影露光に用いられるパタ
ーン転写用の反射型X線マスクは、一般に原子番号の小
さい軽元素と原子番号の大きい重元素を基板上に交互に
積層したX線反射多層膜、そのX線反射多層膜上にあっ
てX線を遮光するX線遮光膜パターン、ならびにそのX
線反射多層膜を支持する基板材料とからなる。
材料が使用される。まず、X線反射多層膜に使用する軽
元素材料としては、炭素(C)、ホウ素(B)、ベリリ
ウム(Be)等が、一方、重元素材料としては、モリブ
デン(Mo)、タングステン(W)、ロジウム(R
h)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等が、ま
た、そのX線反射多層膜上のX線遮光膜パターン材料に
は、タングステン(W)、金(Au)、タンタル(T
a)、白金(Pt)等が使用される。また、上記のX線
反射多層膜の支持体には石英SiO2や炭化ケイ素Si
C等のセラミック材料が使用される。
反射型X線マスク構造体を用いて、従来と同様、半導体
露光装置(ステッパー)で、ステップ・アンド・リピー
ト法やステップ・アンド・スキャン法によってシリコン
ウェハ等の基板上にデバイスパターンを転写しようとす
ると、図5に示すように、被露光基板上の隣合う露光領
域の境界部分付近では最大4回の露光にさらされるた
め、反射型X線マスクのパターン転写領域以外の部分か
ら反射されたX線によってX線露光の多重露光領域が発
生する。なお、図5(a)は1つのパターン転写領域と
それの照射領域を示す模式的平面図であり、図5(b)
は、X線露光時の多重露光領域を示す模式的平面図であ
る。図中、11はパターン転写領域、12はパターン転
写領域外の照射領域、13は2回露光の多重露光領域、
14は4回露光の多重露光領域である。
ーンの線幅や形状の劣化を招き、デバイスの加工精度を
著しく低下させる。一方、このような多重露光領域が発
生しないように被露光基板上の隣合う露光領域の距離を
大きくすると、基板上に形成できるデバイスの数量が著
しく減少し、デバイスの量産性の低下とコストの増加と
いうきわめて重大な問題を発生する。
ステップ・アンド・リピート露光やステップ・アンド・
スキャン露光を行ってもウェハ上の隣り合う露光領域の
境界部分で多重露光領域を発生することのない反射型X
線マスク構造体;その反射型X線マスク構造体を用い
た、高密度でのパターン転写を良好に行うことのできる
X線露光装置および露光方法;さらにはその反射型X線
マスク構造体を用いて作製される従来より高集積度のデ
バイスを提供することにある。
め、本発明は、光源からのX線で反射型マスクを照明
し、該反射型マスクのパターンを被露光基板に縮小投影
する露光装置において、前記被露光基板の露光領域を制
限するためのアパーチャーを有し、ステップ・アンド・
スキャン露光を行うことを特徴とする露光装置に関す
る。また、本発明は、前記露光装置を用いるデバイス作
製方法に関する。
おいては、パターンが転写されるべき被転写体にポジ型
レジストが形成されている場合に、前記パターン転写領
域の反射X線強度に対する該パターン転写領域外の反射
X線強度の割合rpが、下記式(1)を満足することが
好ましく、パターンが転写されるべき被転写体にネガ型
レジストが形成されている場合に、前記パターン転写領
域の反射X線強度に対する該パターン転写領域外の反射
X線強度の割合rnが、下記式(2)を満足することが
好ましい。
成するための適正露光量、Ep0は該レジストの現像中に
膜減りを生じる最小の露光量である。) rn<Eni/4Enop ・・・(2) (ただし式中、Enopはネガ型レジストのパターンを形
成するための適正露光量、Eniは該レジストの現像後に
残膜を生じる最小の露光量である。) なお、rpおよびrnは0.1以下であることが好まし
い。
射多層膜がパターン転写領域のみに形成されているもの
とすることができ;パターン転写領域が、該パターン転
写領域以外の部分と異なった平面に形成されているもの
とすることができ;パターン転写領域以外の部分のX線
吸収体の膜厚が、該パターン転写領域のX線吸収体の膜
厚より大きいものとすることができ;パターン転写領域
以外の部分のX線反射率が、パターン転写領域のX線反
射率より低いものとすることができる。その最後の場合
には、パターン転写領域以外の部分の支持基板の表面が
周期構造を持たない面とすることができ、その面の形成
を粗面状の支持基板上に多層膜を形成する方法またはX
線反射多層膜形成後の荷電ビーム照射によって行うこと
ができる。
X線マスクのパターン転写領域以外のX線反射率を十分
に低下させる必要がある。ここで、上記で述ベた4回の
多重露光でさえも多重露光が問題にならないようなX線
強度は、レジスト線幅変化の露光量依存性や、現像時の
レジスト膜厚の減少量(いわゆる膜減り量)を考慮して
決定する必要があるが、パターン転写領域の数パーセン
ト以下であることが必要である。
感度曲線を示した。今、使用するレジストのパターンを
形成するための適正露光量をEpop、該レジストの現像
中に膜減りを生じる最小の露光量をEp0、そのパターン
転写領域の反射X線強度に対する、そのパターン転写領
域外の反射X線強度の割合をrpとする。先に述ベたよ
うに、考慮されなければならない多重露光回数を4回と
仮定すると、そのパターン転写領域外の反射X線強度の
割合rpは、次式(1)で表わされる条件を満たすこと
が必要である。
ストの感度曲線を示した。今、使用するレジストのパタ
ーンを形成するための適正露光量をEnop、そのレジス
トの現像後に基板上に残膜を生じる最小の露光量を
Eni、そのパターン転写領域の反射X線強度に対する、
そのパターン転写領域外の反射X線強度の割合をrnと
する。先に述ベたように、考慮されなければならない多
重露光回数を4回と仮定すると、そのパターン転写領域
外の反射X線強度の割合rnは、次式(2)で表わされ
る条件を満たすことが必要である。
下させる方法としては、まず第1にパターン転写領域と
パターン転写領域以外の部分の境界が、X線反射多層膜
の存在部分の境界と一致しているマスク構造を使用する
ことが挙げられる。すなわち、パターン転写領域のみに
X線反射多層膜を有し、それ以外の部分ではX線反射多
層膜が存在しない構造である。このX線マスク構造体の
一例を図1に示す。この図において、31はマスク支持
基板、32はX線反射多層膜、33はX線吸収体パター
ンである。
域以外の部分が、同一平面上に存在しないマスク構造を
使用することが挙げられる。このX線マスク構造体の一
例を図2に示す。図中、41はマスク支持基板、42は
X線反射多層膜、43はX線吸収体パターンである。
造などが考えられる。 (a)画角領域がマスク基板上で凸状の構造 (b)画角領域がマスク基板上で凹状の構造 (c)画角領域の周囲が傾斜した構造(図2)。
法では、画角領域で反射されたX線は投影光学系を通過
することができるが、画角領域の周辺部分では反射され
たX線は投影光学系を通過することができない。従っ
て、画角領域とその周辺の境界で反射X線の強度を大き
く変えることができる。
画角領域外では入射X線の入射角が異なるため、X線の
反射率が画角領域とその周辺部で大きく異なり、結果的
に画角の境界でX線強度を大きく変えることができる。
線吸収体層の膜厚が、パターン転写領域のX線吸収体層
の膜厚に比較して厚いマスク構造を使用することが挙げ
られる。このX線マスク構造体の一例を図3に示す。図
中、51はマスク支持基板、52はX線反射多層膜、5
3はX線吸収体パターン、54は多重露光防止層として
のX線吸収体である。
収体の膜厚は、先に述べたように最大4回の多重露光に
対してもウェハ上のレジストの膜減り、または線幅の変
化が起こらないようなものとすることが必要である。反
射型X線マスクを使用した縮小投影露光の場合には、X
線反射多層膜上に形成されたX線吸収体材料を含めた位
相、干渉条件とを考慮して膜厚を決定する必要がある。
への入射角を5.8゜とした場合、X線反射多層膜上で
の反射率は72.3%となる。吸収体材料にタングステ
ンを使用し、パターン転写領域外の部分の反射X線強度
をそのパターン転写領域内のX線反射多層膜からの反射
X線強度の1/100以下にしようとすると、必要なタ
ングステンの膜厚は約60nmとなる。
領域以外の部分のX線反射多層膜が、パターン転写領域
に比較して、パターン転写領域以外の部分X線の反射率
が低くなるように周期構造が破壊されたマスク構造体を
使用することが挙げられる。このX線マスク構造体の一
例を図4に示す。図中、61はマスク支持基板、62は
X線反射多層膜、63はX線吸収体パターン、64は多
層構造が破壊されたX線反射多層膜である。
外の部分のX線反射多層膜の周期構造がブラッグ反射条
件を満たしていない、または最適周期からずれているこ
とが必要である。
造方法を第1の構造体から順に説明する。
は、そのX線反射多層膜の成膜時に画角領域外をマスク
で被い、X線反射多層膜が画角領域のみに堆積するよう
にする。または、マスク基板全面にX線反射多層膜を成
膜した後に画角領域外の部分をエッチングで除去しても
構わない。
線反射多層膜を成膜する基板に、画角領域が凸状の基板
や凹状の基板または画角周辺部の領域が傾斜した基板等
を準備し、これらの基板の少なくとも画角領域にX線反
射多層膜を成膜することによって得られる。
いては、まずX線反射多層膜上に画角領域外の膜厚に相
当する吸収体を成膜し、そのまま画角領域内にパターン
をエッチングによって形成する方法、あるいは、X線反
射多層膜上に画角領域外の膜厚に相当する吸収体を成膜
し、その後、画角相当の領域全面を、転写パターンの膜
厚までエッチバックした上で、画角領域内のパターニン
グを行う方法によって得られる。
いては、X線反射多層膜を成膜した基板上の画角領域外
の部分を、例えばイオンビーム照射によって多層膜の周
期構造を変化または破壊させ、ブラッグ反射条件を満た
さない構造にする。その後X線吸収体材料を少なくとも
画角領域上に成膜し、この吸収体膜をエッチングによっ
てパターニングする方法、または粗面状の支持基板上に
多層膜を成膜し、ブラッグ反射条件を満たす周期構造を
有さないようにする方法によって得られる。
的に説明する。
ような反射型X線マスク構造体を作製した。
mm角の石英基板を用意した。この基板上にRFマグネ
トロンスパッタ法によりモリブデンとシリコンをそれぞ
れ3.1nm、3.6nmの膜厚で交互に積層し、80
層対のX線反射用の多層膜を得た。この時、この多層膜
の成膜領域はX線露光時の転写領域として、上記基板の
内側の200mm角の領域になるように、外側の部分を
マスクでカバーし、パターン形成領域のみにX線反射多
層膜が形成されるようにした。次に、多層膜上にフォト
リソプロセスにより、膜厚150nmのタングステンの
X線吸収体パターンおよびアライメントマークを形成し
た。このようにして作製された反射型X線マスクは、パ
ターン形成領域(いわゆる画角)のみにX線反射多層膜
を有するので、半導体露光装置でステップ・アンド・リ
ピート露光やステップ・アンド・スキャン露光を行った
場合でもウェハ上の隣り合う露光領域の境界部分で多重
露光領域が発生しない。
して、250mm角の石英基板を用意した。この基板上
にRFマグネトロンスパッタ法によりタングステンと炭
素をそれぞれ2.3nm、2.7nmの膜厚で交互に積
層し、250層対のX線反射用多層膜を石英基板上の全
面に得た。一方、半導体露光装置で実際にウェハの露光
を行う場合に使用するレジストに、ポジ型レジストのポ
リメチルメタクリレート(PMMA)を選択した。本レ
ジストは、波長4.5nmのX線露光では、現像時の膜
減り開始露光量(Ep0)が50mJ/cm2、適正露光
量(Epop)が250mJ/cm2であることがわかって
いるので、そのパターン転写領域の反射X線強度に対す
るパターン転写領域外の反射X線強度の比rpは0.0
5となることがわかる。
英基板上の全面にX線反射多層膜を形成した。一方、半
導体露光装置で実際にウェハの露光を行う場合に使用す
るレジストにネガ型レジストのSAL−601ER4
(シップレー社製)を選択した。本レジストは、波長
4.5nmのX線露光では、現像時の膜減り開始露光量
(Eni)が5mJ/cm2、適正露光量(Enop)が25
mJ/cm2であることがわかっているので、パターン
転写領域の反射X線強度に対するパターン転写領域外の
反射X線強度の比rnは0.05となることがわかる。
ような反射型X線マスク構造体を作製した。
mm角の石英基板を用意した。この基板は、基板中心の
パターン転写領域に相当する200mm角の領域の平面
に対して周辺部分が5゜の角度で傾斜しており、この基
板上にRFマグネトロンスパッタ法によりモリブデンと
シリコンをそれぞれ3.1nm、3.6nmの膜厚で交
互に積層し、80層対のX線反射用の多層膜を得た。本
マスクは、波長13nmのX線を、基板中心のパターン
転写領域に対して入射角5.8°で入射させた場合、パ
ターン転写領域とパターン転写領域外で入射角が異なる
ためパターン転写領域外ではX線の反射強度がほとんど
ゼロとなり、結果的に、半導体露光装置でステップ・ア
ンド・スキャン露光を行った場合でもウェハ上の隣り合
う露光領域の境界部分で多重露光領域が発生しない。
対して、広帯域波長のX線を、基板中心のパターン転写
領域に対して入射角90゜で入射させた。パターン転写
領域とパターン転写領域外で入射角が異なるため、パタ
ーン転写領域では波長13nmのX線が選択的に反射さ
れ、また、パターン転写領域外では13.6nmのX線
が選択的に反射されるが、反射方向が異なるため縮小光
学系には侵入しない。結果的に、半導体露光装置でステ
ップ・アンド・スキャン露光を行った場合でもウェハ上
の隣り合う露光領域の境界部分で多重露光領域が発生し
ない。但し、縮小光学系によってはそのパターン転写領
域外で反射された光が迷光となってウェハ上に照射され
る恐れもあるので、この場合は、マスクの周辺部分の傾
斜角を十分大きくとるかまたは、X線光学系中の反射型
X線マスクの前後に露光領域を制限するためのアパーチ
ャーを設置しても構わない。
して、250mm角の石英基板を用意した。この基板上
にRFマグネトロンスパッタ法によりモリブデンとシリ
コンをそれぞれ3.1nm、3.6nmの膜厚で交互に
積層し、80層対のX線反射用の多層膜を得た。本マス
クは、波長13nmのX線を、基板中心のパターン転写
領域に対して入射角5.8゜で入射させた場合、X線反
射多層膜上での反射率は72.3%となる。
ーン転写領域内の吸収体の膜厚をX線反射多層膜からの
反射強度の1/10以下に、パターン転写領域外の部分
の反射X線強度をそのパターン転写領域内のX線反射多
層膜からの反射X線強度の1/100以下にしようとす
ると、必要なタングステンの膜厚は、それぞれ約30n
mと約60nmとなる。本マスクを用いて、半導体露光
装置で露光を行った場合でもウェハ上の隣り合う露光領
域の境界部分で多重露光領域は発生しない。
板上にX線反射多層膜を形成する。この後、パターン転
写領域外に相当する部分に対して、集光したアルゴンレ
ーザーを走査し、X線反射多層膜の多層構造を破壊し、
X線の反射面としての機能を喪失させる。この後に、多
層膜上にフォトリソプロセスにより、膜厚150nmの
タングステンのX線吸収体パターンおよびアライメント
マークを形成する。このようにして作製された反射型X
線マスクは、パターン形成領域(いわゆる画角)のみに
X線反射機能を有するので、半導体露光装置でステップ
・アンド・スキャン露光を行った場合でもウェハ上の隣
り合う露光領域の境界部分で多重露光領域が発生しな
い。
射型X線マスクを用いた縮小露光装置の例を示す。波長
13nmの軟X線を発生する放射源であるレーザープラ
ズマX線源71からのビームを2枚の反射鏡72および
73で集光して、上記説明した反射型マスク74を照射
する。反射型マスク74によって強度と位相が変化した
線は、2枚の反射鏡75および76よりなる結像光学系
によって縮小され、ウェハ77に塗布されたレジスト上
に投影されマスクパターンが露光転写される。ここで縮
小率は5分の1、開口数は0.02であり、シュワルツ
シルド光学系を構成している。この装置を使用して縮小
露光を行ったところ、ウェハ上の隣り合う露光領域の境
界部分で多重露光領域が発生しないため、パターン転写
領域の内側でのパターンの劣化は発生せず、またウェハ
上の隣り合うパターン転写領域の距離も小さくでき、結
果的にウェハ上に形成できるデバイスの数量が向上す
る。
した半導体デバイス(半導体素子)の製造方法の実施例
を説明する。
半導体チップ、あるいは液晶パネルやCCD等)の製造
のフローチャートである。本実施例において、ステップ
1(回路設計)では、半導体デバイスの回路設計を行
う。ステップ2(マスク製作)では設計した回路パター
ンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ3(ウ
ェハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウェハ製造す
る。ステップ4(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、
前記用意したマスクとウェハを用いてリソグラフィー技
術によってウェハ上に実際の回路を形成する。
にローディングする。マスクを搬送しマスクチャックに
チャッキングすると、パターンは装置に対して一定の領
域にあるので、アライメントユニットはマスク上のパタ
ーンに対する模索動作を行わなくともマスク/アライメ
ントユニットの誤差を生じない。
スクと対向させ、アライメントユニットで両者のズレを
検出して、ウェハステージを駆動して両者の位置あわせ
を行う。両者が合致したならば露光を行う。露光終了
後、ウェハは次のショットへステップ移動し、アライメ
ント以下の動作を行う。
アライメントユニットの模索動作を行わないのでスルー
プットが向上する特徴がある。
れ、ステップ4によって製作されたウェハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を合む。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが
完成し、これが出荷(ステップ7)される。
詳細なフローチャートである。まず、ステップ11(酸
化)ではウェハの表面を酸化させる。ステップ12(C
VD)ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ
15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布す
る。
露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに焼付
け露光する。
ハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像
したレジスト以外の部分を削りとる。これらのステップ
を繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。
ば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイス
を容易に製造することができる。
体露光装置でステップ・アンド・スキャン露光を行って
もウェハ上の隣り合う露光領域の境界部分で多重露光領
域を発生することのない反射型X線マスク構造体;その
反射型X線マスク構造体を用いた、高密度でのパターン
転写を良好に行うことのできるX線露光装置および露光
方法;さらにはその反射型X線マスク構造体を用いて作
製される従来より高集積度のデバイスを得ることができ
る。
を示す模式的断面図である。
成を示す模式的断面図である。
例の構成を示す模式的断面図である。
例の構成を示す模式的断面図である。
平面図であり、(a)は1つのパターン転写領域とそれ
の照射領域を示す図、(b)はX線露光時の多重露光領
域を示す図である。
度曲線の例を示すグラフであり、(a)はポジ型レジス
トの感度曲線であり、(b)はネガ型レジストの感度曲
線である。
図である。
ローチャートである。
フローチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 光源からのX線で反射型マスクを照明
し、該反射型マスクのパターンを被露光基板に縮小投影
する露光装置において、 前記被露光基板の露光領域を制限するためのアパーチャ
ーを有し、 ステップ・アンド・スキャン露光を行うことを特徴とす
る露光装置。 - 【請求項2】 前記反射型マスクは、X線吸収体パター
ンが形成されたX線反射多層膜と、該X線反射多層膜を
支持する支持基板とを有し、 前記X線吸収体パターンの形成領域の周囲の領域のX線
反射率が、前記X線吸収体パターンの形成領域のX線反
射率よりも低く設定してあることを特徴とする請求項1
記載の露光装置。 - 【請求項3】 前記周囲の領域には、前記X線反射多層
膜が無いことを特徴とする請求項2記載の露光装置。 - 【請求項4】 前記周囲の領域の表面は、前記X線吸収
体パターンの形成領域の表面に対して傾斜していること
を特徴とする請求項2記載の露光装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか記載の露光装
置で被露光基板を露光する段階と、該露光した被露光基
板を現像する段階とを有することを特徴とするデバイス
製造方法。
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