JPH09298146A - 透過率調整膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘリウム隔壁等において、反射防止膜を形成
すること無くレーザ光の透過率を向上させることができ
る透過率調整膜を提供する。 【解決手段】 第１の面に接する第１の気体の屈折率を
ｎ₀、第２の面に接する第２の気体の屈折率をｎ₂、屈折
率をｎ₁、膜厚をｈ、レーザ光１０の波長をλとすると
き、 ｃｏｓε ＝ −（ｒ₀ ²＋ｒ₁ ²）／（２ｒ₀ｒ₁）、 ここで、ε＝４πｎ₁ｈ／λ、ｒ₀＝（ｎ₀−ｎ₁）／（ｎ
₀＋ｎ₁）、ｒ₁＝（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₁＋ｎ₂） を満たすようにヘリウム隔壁８の膜厚ｈを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線リソグラフィ
においてＸ線マスク、ヘリウム隔壁等の製造に使用され
るＳｉＮ、ＳｉＣ等によって形成された透過率調整膜に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線リソグラフィにおいては、急
峻な微細パタン転写が可能であるＳＯＲ露光が利用され
ている。このＳＯＲ露光とはシンクロトロン放射光を利
用した露光方法である。

【０００３】ここで、従来のＳＯＲ露光装置について図
を用いて詳細に説明する。図８は露光装置内に設けられ
ているＸ線取り出し窓周辺の構成を示す説明図である。
ＳＯＲ光（Ｘ線束）１はビームライン２を介してＸ線マ
スク３に照射されてからウエハ４まで導かれる。このビ
ームライン２は超高真空部５とＸ線の減衰を抑えるため
に設けられたヘリウム雰囲気６との２つの領域に分けら
れている。これら２つの領域はベリリウム等で製造され
たＸ線取り出し窓７によって仕切られている。ヘリウム
雰囲気６と大気との間にはヘリウム隔壁８が設けられて
いる。

【０００４】また、空気層におけるＸ線１の減衰を最小
限に抑えるため、ヘリウム隔壁８とＸ線マスク３との距
離は数ｍｍと非常に小さな値が設定されている。そのた
め、アライメント光学系９は、図８に示すようにヘリウ
ム雰囲気６内に設置しなければならない。このアライメ
ント光学系９は、Ｘ線マスク３とウエハ４とのアライメ
ント（位置合わせ）の際に、レーザ光１０をＸ線マスク
３およびウエハ４にそれぞれ照射するものである。

【０００５】以上の構成による露光装置の詳細な動作に
ついて説明する。まず、アライメント光学系９から波長
７８５ｎｍのレーザ光１０をＸ線マスク３およびウエハ
４に照射し、このレーザ光１０によって生じたヘテロダ
イン干渉を利用してアライメントを行う。すなわち、レ
ーザ光１０によって発生した干渉光を図示しないセンサ
によって検出し、Ｘ線マスク３とウエハ４とのアライメ
ントを実施する。

【０００６】アライメントが完了すると、次に露光を行
うためビームライン２を介してＸ線１をＸ線マスク３上
に照射する。このＸ線１はＸ線マスク３の吸収体以外の
部分を透過し、Ｘ線マスク３上に形成されている集積回
路パタンをウエハ４上に露光する。なお、従来のＳＯＲ
露光においては、露光装置、Ｘ線マスク、レジスト感度
等に応じて波長０．７〜１．４ｎｍのＸ線が使用されて
いる。

【０００７】さて、上記のようにヘリウム隔壁８とＸ線
マスク３との距離が数ｍｍと非常に狭いため、アライメ
ント光学系９をヘリウム隔壁８とＸ線マスク３との間に
設けることはできない。したがって、アライメント光学
系９はヘリウム雰囲気６内に設置しなければならない。
そのため、アライメント時にレーザ光１０は必ずヘリウ
ム隔壁８を透過しなければならない。また、ウエハ４に
レーザ光１０を照射するとき、このレーザ光１０はＸ線
マスク３を透過しなければならない。

【０００８】したがって、アライメントの精度は、ヘリ
ウム隔壁８またはＸ線マスク３におけるレーザ光１０の
透過率に大きく影響されることがわかる。ところで、従
来のヘリウム隔壁は、減圧ＣＶＤ法等を用いて製造さ
れ、膜厚が１０００〜２０００ｎｍのＳｉＮ膜によって
形成されている。しかし、この減圧ＣＶＤ法はヘリウム
隔壁の膜厚を数Åのオーダで制御することはできない。
そのため、ヘリウム隔壁の膜厚には数Åオーダのばらつ
きが生じ、入射したレーザ光によってヘリウム隔壁内に
多重干渉反射光が発生することがある。その結果、レー
ザ光１０の透過率が減少してアライメントが困難になる
という問題点があった。

【０００９】図９（ａ）はヘリウム隔壁８に照射された
レーザ光１０の様子を示す説明図である。面８ａから入
射したレーザ光１０は、透過率が１００％であればヘリ
ウム隔壁８を透過し、全て面８ｂから出射するはずであ
る。しかし、実際のヘリウム隔壁８の透過率は１００％
にはならず、その結果レーザ光１０は面８ｂに反射して
反射光１０ｂを生じる。そして、この反射光１０ｂは面
８ａにおいてさらに反射して反射光を生じる。そのた
め、これら反射光同士が多重干渉を引き起こし、この多
重干渉が強め合う条件下においては反射光１０ｂの方が
透過光１０ｃより強くなる。その結果、透過光１０ｃは
減少して検出され難くなりアライメントが困難となる。

【００１０】そこで、従来はヘリウム隔壁８に反射防止
膜を形成することにより、ヘリウム隔壁８内における多
重干渉反射光の発生を抑制していた。図９（ｂ）は屈折
率ｎ₀のヘリウム隔壁８（ＳｉＮ膜）上に屈折率ｎ₁の反
射防止膜１１（ＳｉＯ₂膜）をコートした状態を示す説
明図である。

【００１１】ヘリウム隔壁８の屈折率をｎ₀ 、反射防止
膜１１の屈折率をｎ₁ 、空気の屈折率をｎ₂ 、レーザ光
１０の波長をλ、反射防止膜１１の膜厚をｈとすると、
多重干渉反射光の強度Ｉｒは次式で表されることが知ら
れている。 Ｉｒ＝（ｒ₀ ²＋ｒ₁ ²＋２ｒ₀ｒ₁ｃｏｓε）／（１＋（ｒ₀ｒ₁）²＋２ｒ₀ ｒ₁ｃｏｓε） ・・・・（１）

【００１２】ここで、 ε ＝４πｎ₁ｈ／λ ｒ₀＝（ｎ₀−ｎ₁）／（ｎ₀＋ｎ₁） ｒ₁＝（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₁＋ｎ₂） である。例えば、ｎ₀＝２．２、ｎ₁＝１．３８、ｎ₂＝
１、λ＝７８５ｎｍとすると、ε＝０．０２２０９１１
９９ｈ、ｒ₀＝０．２２９０５０２７９、ｒ₁＝０．１５
９５２９７８９となる。

【００１３】図１０は図９（ａ）におけるヘリウム隔壁
８にコートされた反射防止膜１１（ＳｉＯ₂）に関し、
反射防止膜１１の膜厚と多重干渉反射光の強度との関係
を示すグラフである。同図は式（１）から導かれたもの
であり、反射防止膜１１の膜厚ｈが約１５０ｎｍのと
き、多重干渉反射光の強度は最も小さくなっていること
がわかる。すなわち、反射防止膜１１の膜厚ｈを１５０
ｎｍとすることにより、多重干渉反射光の強度を最小限
に抑えることができる。なお、上記の多重干渉反射光は
Ｘ線マスク３内にも生じるため、Ｘ線マスク３において
も同様の反射防止膜を形成する必要がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のように
反射防止膜を形成することは、ヘリウム隔壁等の製造工
程を複雑なものにする。そして、ヘリウム隔壁等の製造
コストを増加させるという問題点がある。また、製造工
程が複雑になることによってヘリウム隔壁の欠陥を増加
させるという問題点がある。本発明はこのような課題を
解決するためのものである。すなわち、ヘリウム隔壁等
において、反射防止膜を形成すること無くレーザ光の透
過率を向上させることができる透過率調整膜を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題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、本発明による透過率調整膜は、第１の面が屈
折率ｎ₀の第１の気体に接し、第２の面が屈折率ｎ₂の第
２の気体に接し、屈折率をｎ₁とし、膜厚をｈとする透
過率調整膜において、波長λの光が入射すると、
ｃｏｓε ＝ −（ｒ₀ ²＋ｒ₁ ²）／（２ｒ₀
ｒ₁）、ここで、ε＝４πｎ₁ｈ／λ、ｒ₀＝（ｎ₀−
ｎ₁）／（ｎ₀＋ｎ₁）、ｒ₁＝（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₁＋
ｎ₂）を満たす透過膜である。このように構成すること
により、本発明は、ヘリウム隔壁の膜厚を調整すること
によりレーザ光の透過率を向上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の詳細について図面
を参照して説明する。図１は本発明に係るヘリウム隔壁
の一つの実施の形態を示した説明図である。同図におい
て透過率調整膜であるヘリウム隔壁８は、ＳｉＮによっ
て形成された膜厚がｈの薄膜である。このヘリウム隔壁
８は、一方の面を第１の気体（ヘリウム）と接し、他方
の面を第２の気体（空気）と接している。なお、第１の
気体の屈折率をｎ₀ 、第２の気体の屈折率をｎ₂ 、ヘリ
ウム隔壁８の屈折率をｎ₁ とする。そして、アライメン
ト時に波長λのレーザ光１０が、第１の気体側の面から
照射される。もし、膜厚ｈが最適な値に設定されていな
いと、反射光１０ａ、１０ｂが発生し、これら反射光に
よって透過光１０ｃの強度は著しく減衰する。

【００１７】さて、このヘリウム隔壁８内に生じる多重
干渉反射光の強度Ｉｒは、 Ｉｒ＝（ｒ₀ ²＋ｒ₁ ²＋２ｒ₀ｒ₁ｃｏｓε）／（１＋（ｒ₀ｒ₁）²＋２ｒ₀ ｒ₁ｃｏｓε） ・・・・（２） と表される。

【００１８】ここで、 ε＝４πｎ₁ｈ／λ ｒ₀＝（ｎ₀−ｎ₁）／（ｎ₀＋ｎ₁） ｒ₁＝（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₁＋ｎ₂） ｎ₀：第１の気体の屈折率、ｎ₂：第２の気体の屈折率、
ｎ₁：ヘリウム隔壁８の屈折率、ｈ：ヘリウム隔壁８の
膜厚、λ：レーザ光１０の波長 である。

【００１９】よって、式（２）から多重干渉反射光の強
度Ｉｒは右辺の分数の分子が０のときに最小となること
が分かる。そこで、分子＝０とすると、 ｃｏｓε ＝ −（ｒ₀ ²＋ｒ₁ ²）／（２ｒ₀ｒ₁） ・・・・（３） が成り立つ。したがって、式（３）を満たすようにヘリ
ウム隔壁８の膜厚を調整することにより、反射光１０ｂ
の強度は最小にすることができる。

【００２０】図２はヘリウム隔壁８の膜厚制御を示すフ
ローチャートである。ステップ１０１において、減圧Ｃ
ＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の方法を用いてＳｉＮ膜を
形成する。そして、膜厚がほぼ２０００ｎｍになるまで
前記形成したＳｉＮ膜の裏面をエッチングしてヘリウム
隔壁８を形成する。

【００２１】ステップ１０２において、膜厚計（エリプ
ソメータ）を用いてこのＳｉＮ膜の膜厚を正確に測定す
る。ステップ１０３において、ステップ１０２における
測定値が予め設定された所望値であれば、ＳｉＮ膜の透
過率を測定するためステップ１０５へ移行する。もし、
測定値が所望値でなければ、ステップ１０４においてＳ
ｉＮ膜にエッチングを施して膜厚が所望値になるように
調整する。

【００２２】ここで、図３はフッ酸によるＳｉＮ膜のエ
ッチングを示す説明図である。エッチングはＳｉＮ膜
（ヘリウム隔壁８）を、容器１２内に満たされているエ
ッチング液１３（５０％のフッ酸）に浸すことによって
行われる。その結果、エッチングはＳｉＮ膜の表、裏の
両面から行われる。なお、この方法によって膜厚にむら
を生じることはほとんどない。また、エッチング液１３
はフッ酸に限らず他のＳｉＮエッチング液を用いてもよ
く、エッチング方法もウェットエッチングに限らずプラ
ズマエッチング等を用いてもよい。

【００２３】図４はヘリウム隔壁８の膜厚と多重干渉反
射光の強度との関係を示すグラフである。例えば、膜厚
が２０３０ｎｍであれば、図４より、膜厚を１９６３ｎ
ｍ（多重干渉反射光の強度が最小）までエッチングす
る。すなわちエッチング量は２０３０−１９６３＝６７
（ｎｍ）となる。

【００２４】ただし、ステップ１０４におけるエッチン
グ時間は、予め実験によって測定されたＳｉＮ膜のエッ
チング時間とそのエッチング量とを基にして求める。図
５は実験によって測定されたＳｉＮ膜のエッチング時間
とそのエッチング量との関係を示すグラフである。ステ
ップ１０４におけるエッチング時間は、この図５を使っ
て求められる。ステップ１０５において、このように製
作されたヘリウム隔壁８は、アライメントに使用する波
長７８５ｎｍのレーザ光を用いて透過率が測定され、透
過率の最終確認が行われて膜厚制御は終了する。

【００２５】なお、膜厚によってはエリプソメータでは
膜厚を正確に測定することができないことがある。ま
た、ＳｉＮ膜におけるＳｉとＮとの割合によって、屈折
率が正確に測定されないことがある。これらの場合、ス
テップ１０２において求めたエッチング量に狂いが生
じ、図２に係る膜厚制御ではＳｉＮ膜の膜厚を正確に制
御することはできない。そこで、このような場合におい
てはＳｉＮ膜の膜厚とレーザ光の透過率との関係を実験
によって予め測定しておき、この測定値を利用してエッ
チング量を求めることにする。

【００２６】図６は実験によって求められたＳｉＮ膜の
膜厚とその透過率との関係を示す説明図である。例え
ば、ＳｉＮ膜の膜厚が約２．０１μｍであり、その透過
率は７０％であるとする。これら測定値と図６とを対照
させると、この測定された膜厚は２０１０ｎｍまたは２
０９３ｎｍの何れかであると予測される。そこで、Ｓｉ
Ｎ膜を微小量だけエッチングしてからその透過率を測定
する。もし、透過率が悪くなった場合は元のＳｉＮ膜の
膜厚は２０９３ｎｍと判定し、透過率が向上した場合は
元のＳｉＮ膜の膜厚は２０１０ｎｍと判定する。また、
図６より透過率が最大となる膜厚は１９６３ｎｍである
ことがわかるため、ステップ１０４において元の膜厚と
の差分である２０１０−１９６３＝４７（ｎｍ）だけエ
ッチングを行えばよい。

【００２７】ところで、上記のヘリウム隔壁の製造方法
はＸ線マスク３の製造に利用することもできる。しか
し、Ｘ線マスク３は吸収体に使用されているＴａ等が、
エッチング液によって変質または応力変化することがあ
るため、Ｘ線マスク全体をエッチング液に浸すことはで
きない。図７はＸ線マスク３の膜厚制御をするための装
置を示す説明図である。Ｘ線マスク３をエッチングホル
ダ１４、１４’およびＯリング１５によって固定する。
エッチングホルダ１４とエッチングホルダ１４’とは止
めネジ１６によって固定されている。Ｏリング１５はエ
ッチング液１３’の漏れを防止するために設けられ、エ
ッチングホルダ内はエッチング液１３’が満たされてい
る

【００２８】このように構成することにより、吸収体１
７をエッチング液１３’に浸すこと無く、Ｘ線マスク３
の片面のみをエッチングすることができる。なお、上記
のヘリウム隔壁８およびＸ線マスク３の材質に、ＳｉＣ
膜、ダイヤモンド膜等を利用した場合も、上記同様の膜
厚制御が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は透過率調
整膜の膜厚を調整して、多重干渉反射光の強度を最小と
なるように調整している。そのため、反射防止膜を設け
ること無く透過率調整膜におけるレーザ光の透過率を向
上させることができる。すなわち、透過率調整膜の製造
工程が簡単になり、製造時における欠陥の発生を抑制す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るヘリウム隔壁の一つの実施の形
態を示した説明図である。

【図２】 ヘリウム隔壁８の膜厚制御を示すフローチャ
ートである。

【図３】 フッ酸によるＳｉＮ膜のエッチングを示す説
明図である。

【図４】 ＳｉＮ膜の膜厚と多重干渉反射光の強度との
関係を示すグラフである。

【図５】 実験によって測定されたＳｉＮ膜のエッチン
グ時間とそのエッチング量との関係を示すグラフであ
る。

【図６】 実験によって測定されたＳｉＮ膜の膜厚とそ
の透過率との関係を示すグラフである。

【図７】 Ｘ線マスク３の膜厚制御をするための装置を
示す説明図である。

【図８】 露光装置内に設けられているＸ線取り出し窓
７周辺の構成を示す説明図である。

【図９】 （ａ）レーザ光１０によって多重干渉反射光
の生じたヘリウム隔壁８を示す説明図と、（ｂ）多重干
渉反射光の生じた反射防止膜１１を形成したヘリウム隔
壁８を示す説明図である。

【図１０】 反射防止膜１１を形成したヘリウム隔壁８
における反射防止膜１１の膜厚ｈと多重干渉反射光の強
度Ｉｒとの関係を示す説明図である。

【符号の説明】 ８…ヘリウム隔壁（ＳｉＮ膜）、１０…レーザ光、１０
ａ、１０ｂ…反射光、１０ｃ…透過光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 雅則 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の面が屈折率ｎ₀の第１の気体に接
   し、第２の面が屈折率ｎ₂の第２の気体に接し、屈折率
   をｎ₁とし、膜厚をｈとする透過率調整膜において、波
   長λの光が入射すると、 ｃｏｓε ＝ −（ｒ₀ ²＋ｒ₁ ²）／（２ｒ₀ｒ₁）、 ここで、ε＝４πｎ₁ｈ／λ、ｒ₀＝（ｎ₀−ｎ₁）／（ｎ
   ₀＋ｎ₁）、ｒ₁＝（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₁＋ｎ₂） を満たす透過膜であることを特徴とする透過率調整膜。