JPH023217A

JPH023217A - 反射型マスク

Info

Publication number: JPH023217A
Application number: JP63150143A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kurihara; 健二栗原; Hiroo Kinoshita; 博雄木下; Tsutomu Mizota; 勉溝田; Nobuyuki Takeuchi; 竹内　信行
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1990-01-08
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JP2609538B2

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、半導体装置の製造工程で用いられるマスクに
関し、特に軟Ｘ線露光や真空紫外線露光におけるバタン
転写用の反射型マスクに関するものである。

〔従来の技術〕

Ｘ線１スクを用いたＸ線露光方式は、微細性、生産性の
点で電子ビーム露光等よシも優れている。

従来この方式では、Ｘ線に対して透明な膜の上に形成し
たＸ線を吸収するバタンを加工した。透過型のＸ線マス
クが用いられる。このＸ線マスクは、レジストを塗布し
たウェハに対して数１０μｍの微小な間隔をおいて設置
され、均一にＸ線が照射される。これによシ、Ｘ線マス
クを透過したＸ線によシレジストが感光し、レジストを
現像すれば、レジストバタンか得られる。ところで、こ
の従来方式では等倍転写であるためにＸ線マスクのバタ
ン描画に用いる電子ビーム露光装置のバタン精度以上の
転写精度は得られない。また、Ｘ線マスクのＸ線を吸収
するバタンを支持している透過膜はＸ線透過率を確保す
るために、　２μｍ程度ときわめて薄いものが用いられ
るために、大面積のＸ線マスクの製造は困難が多い。そ
こで、このような問題を解決するために、シンクロトロ
ン放射光を利用したＸ線縮小投影露光方式（木下ほか：
第４７回応用物理学会講演予稿集、ｐ３２２．２８ｐ　
−ＺＦ　−１５）が検討されている。この方式は、Ｘ線
マスクの像を反射光学系によりレジストを塗布したウエ
ハ上に縮小投影して露光を行うものである。Ｘ線マスク
としては透過型マスク、反射型マスクの２種類が考えら
れている。透過型のＸ線マスクは、等倍転写におけるも
のと同様に非常に薄いＸ線透過膜が必要になるので、大
口径化は困難である。−方、反射型Ｘ線マスクは、十分
厚い基板の上にパタンを形成できるので、製造上有利で
ある。そのため、Ｘ線縮小投影露光には、反射型マスク
を用いるのが望ましいと考えられる。ところで、Ｘ線縮
小投影露光で用いられる反射型マスクや反射光学系には
、反射率を高めるため特定の波長のｘＨを反射する多層
膜を表面にコーティングしたものが用いられる。多層膜
には、例えば、タングステン（Ｗ）／カーボン（Ｃ）や
モリブデン（Ｍｏ）　／シリコン（Ｓ＋）というように
、重原子と重原子を対としたものが用いられる。多層膜
の形成間隔は、Ｘ線波長と入射角から、ブラッグの回折
条件よシ決まる。

従来、ｘｌの反射型マスクとして第４図に示す断面図の
ような加工法（Ｋ、　Ｈｏｈ　ａｎｄ　Ｈ，Ｔａｎ１ｎ
。

：　　Ｂｕｌｌ＊ｔｌｏｎ　　ｏｆ　　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｔｅｃｈｎｉｅａｌ　　Ｌａｂｏｒｓｔｏｒｙ、　Ｖｏ
ｌ、　４９Ｎｎ１２（１９８５）　ｐ４７　５４）が提
案されている。図において、４１はレジスト、４２は多
層膜、４３はシリコン基板である。マスクの加工法は次
の手順で行なわれる。まず、シリコン基板４３に多層膜
４２（例えば、タングステン／カーボン）を堆私し、こ
の多層膜４２上にレジスト４１を塗布する。次に、レジ
スト４１を光用マスクもしくは電子ビームを用いて露光
し所定のパタンを形成する（同図（ａ））。そして、こ
のレジスト４１をマスクにして多層膜４２をドライエツ
チングによりエツチングして除去する（同図（ｂ））。

その後、レジスト４１を酸素プラズマを用いて剥離し、
従来の反射型マスクを形成する（同図（Ｃ））。

また、別の従来例として第５図に示す断面図のような加
工法が提案されている。図において、第４図と同一部分
には同一符号を付する。５２はＸ線を吸収する吸収体で
ある。マスクの加工法は第４図と同様にシリコン基板４
３上に多ＮＭ４２Ｃ例えばタングステン／カーボン）を
形成し、その上層ＫＸ線を吸収して反射率が低い吸収体
５２を形成する。その後、吸収体５２上にレジスト４１
を塗布し、光用マスクもしくは電子ビームを用いて露光
し所定のパターンを形成する（同図（ａ））。

次にルジスト４１をマスクにして吸収体５２をドライエ
ツチングによシ除去する。その後、レジスト４１を酸素
プラズマを用いて剥離し、従来の反射型マスクを形成す
る。（同図（ｂ））。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の反射型マスクは、上記のように構成
されているため、次のような欠点があった。まず、第４
図の反射型マスクは、レジスト４１をマスクにして多層
膜４２をエツチングした後、酸素プラズマを用いてレジ
スト４１を剥離している。このため、例えば多層膜４２
の上層がカーボンである場合、この酸素プラズマによっ
てカーボンがレジスト４１と同じくエツチングされてし
まい反射のコントラストが低下してしまう欠点があった
。ここで、酸素プラズマを用いず有機系溶液によるレジ
スト４１の剥離が提案されているが、多層膜４２のエツ
チング工程においてレジスト４１の表面がドライエツチ
ングによ）変質しているため、完全にレジスト４１を剥
離することができ々かった。また、多層膜４２表面がタ
ングステンまたはモリブデンである場合、酸素プラズマ
によシ表面に酸化膜が形成され、Ｘ線反射率が低下して
しまう原因となった。さらに１多層膜４２がタングステ
ン／カーボンの場合、前述したようにカーボンが酸素プ
ラズマによシエッチングされるので、レジスト４１の剥
離中に多層膜４２のパタン側壁からカーボン層にアンダ
ーカットが進行し、パタン精度が劣化する結果となった
。

次に、第５図に示す反射型マスクでは、吸収体５２のパ
タンを得るためにドライエツチングを用いている。その
ため、吸収体５２のエツチングが終了すると多層膜４２
がプラズマにさらされるととＫなる。一般に、ドライエ
ツチングではあまシ高いエツチング選択比を得るのは難
しく、オーバーエツチングによシ多層膜４２もエツチン
グされてしまう。多層膜４２は数１ＯＡのきわめて薄い
膜からなるので、オーバーエツチングによる多層膜４２
の破壊の影響はきわめて大きい。また、プラズマイオン
の衝撃によシ、数オンゲストローム以下の面粗さが要求
される多層ｉ表面が荒れてしまい、Ｘ線反射率の低下の
原因となる。さらに、反応生成物等のエツチング残シが
反射面に付着する場合もある。これらの影響をさけるた
めに吸収体５２をウェットエツチングによシ加工するこ
とも考えられるが、等方性エツチングとなってしまうの
で、高精度なバタンを得ることはできない。

また、露光時の欠点として、シンクロトロン放射光のよ
うに波長が連続である光源をマスクの露光に用いる場合
、第４図の反射型マスクでは、多層膜４２のバタン以外
であるシリコン基板４３表面でも紫外線を反射し、ウェ
ハ上のレジストを露光してしまうことがある。この場合
、バタンのコントラストが低下することになるので、特
に微細バタン形成の点で大きな欠点となる。

また、重ね合せ露光を行なう場合、マスクにマークを設
けてウェハのマークと合わせている。しかし、従来の反
射型マスクでは、可視光において多層膜と下地面とのコ
ントラストを大きくとることができないため、マーク検
出信号のＳ／Ｎ比が低下し、バタン位置精度に影響を及
はすという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る反射型マスクは、基板表面に形成した底部
に凹凸を有する溝部と、この溝部を有する基板上に形成
した反射膜とｔ−備えている。

また、基板上の高融点金属膜表面に形成した底部に凹凸
を有する溝部と、この溝部を有する高融点金属膜上に形
成した反射膜とを備えている。

〔作用〕

基板表面に形成した底部に凹凸を有する溝部は、反射率
を低くする。

また、高融点金属膜表面に形成した底部に凹凸を有する
溝部は、反射率を低くする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に従って説明する。

第１図は本発明に係る第１の実施例を示した反射型マス
クにおける加工法の断面図である。図において、１）は
レジスト、１２はシリコン基板、１３は溝部、１３ａは
溝底部、１４は反射膜にあたる多層膜である。マスクの
加工法は次の手順で行なわれる。まず、シリコン基板１
２上にレジスト１）を塗布し、光用マスクもしくは電子
ビームを用いて露光して所定のバタンを形成する（同図
（ａ））。

次に、このレジスト１）をマスクにして下地のシリコン
基板１２をドライエツチングにより溝部１３を形成する
。このとき、ドライエツチングは塩素（Ｃ２ｚ）ガスを
雰囲気として反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）を用い
る。エツチングの条件としては、例えばカソードカップ
ル方式のエツチング装置の場合、塩素（Ｃ１０）ガス圧
７Ｐａ、ＲＦパワー１００Ｗとする。また、エツチング
深さは数μｍ程度にする。

この条件下でエツチングするととくより、溝底部起（凹
凸）を形成することができる（同図（ｂ））。

この針状の突起は、可視光で観察すると真っ黒く見え、
反射率が極めて低下していることがわかる。

次にルジスト１）を８素プラズマで剥離する（同図（Ｃ
））。また、レジスト１）の剥離に硫酸（Ｈ２ＳＯ４）
十過酸化水素水（Ｈ２（ｈ）溶液を用いてもよい。その
後、シリコン基板全面に多層膜１４を堆積させて反射型
マスクを形成する（同図（ｄ））。ここで、多層膜は例
えばＸ線の波長を１００Ａとしてタングステン（Ｗ）／
カーボン（Ｃ）の組合せを用いる。直入射の場合、タン
グステンの膜厚を２ＯＡ。

カーボンの膜厚を３ＯＡとし、これを数１０重ね合せて
Ｘ線の反射率を高める。このようＫして形成した多層膜
１４の膜厚は数１０００　Ａ程度でおり、前述の溝底部
１３ａＫ堆積させても針状の突起は平坦化されるには至
らず、その部分の多層膜１４０表面は凹凸の状態となる
。一方、シリコン基板１２０表面は鏡面研磨されている
ので、溝部１３以外のエツチングされないシリコン基板
１２表面に堆積した多層膜１４は、下地と同様に鏡面と
々る。

次に、この反射型マスクの反射特性を説明する。

多層膜１４の反射率Ｒは、表面粗さによシ低下し理想値
Ｒｏよシも小さくなる。そして、この反射率Ｒは、Ｒ＝ＲＯ＠ＸＰＣ−２（２πσｃｏｓθ／λ）！〕で与
えられる。但し、面粗さのｒｍａ値をσ、Ｘ線の波長を
λ、入射角をθとする。また、第２図はＸ線の入射角θ
＝０における反射率と表面粗さとの関係を示す特性図で
ある。図において、特性Ａ。

であるときの特性曲線を示す。例えば、波長１００叉で
は、多層膜の表面粗さを５Ａ（ｒｍｓ）とすると理想値
の９２％の反射率が得られる。表面粗さが１０Ｊ（ｒｍ
ｓ）では理想値の４５％となるので、高い反射率を得よ
うとすると、下地シリコン基板の方も面粗さ５Ａ（ｒｍ
ｓ）以下のものを用いることが望ましい。つぎに、反射
型マスクとして機能するためには、第１図に示したＵｒ
面図において溝部１３０部分がＸ線を反射しないことが
必要となる。例えば波長Ｚｏｏ　Ａを考えると表面粗さ
が２ＯＡ（ｒｍｓ　）を越えると理想値の５％以下の反
射率となり、理想反射面に対するコントラストが大きく
なってくる。

表面粗さが１００１００Ａ（ｒもあれば、無限大のコン
トラストが得られる。前述の加工法で説明したように、
溝底部１３ｍの凹凸は数１００ＯＡもあるのでＸ線の反
射率はゼロと考えてよい。また、波長１０００Ａや２０
００Ａの光でも５００Ａ（ｒｍａ）も表面粗さがあれば
反射は無視できるので、これらの光もＸ線と同様のカッ
トすることができる。また、溝底部１３ｍの表面が黒く
みえることからも、可視光までもカットされることがわ
かる。したがって、本発明の反射型マスクでは、溝以外
の平坦なシリコン面に形成された多層膜面からの反射の
みを考えればよいことになり、はぼ無限大のコントラス
トの理想的な反射型マスクとなることがわかる。

このように本実施例における反射型マスクは、平坦なシ
リコン基板１２表面に凹凸の突起を底面に設けた溝部１
３を形成し、その上からｘ線反射用の多層膜１４を形成
しているので、溝部１３以外の平坦部と溝底部１３＆の
凹凸面に形成した多層膜１４との反射率のコントラスト
をほぼ無限大とすることができる。また、多層膜１４形
成後はプラズマエツチング等の処理を全く行なう必要が
ないため、良好な反射面を維持することができる。

なお、上記の実施例においてレジスト１）をマスクとし
たが絶縁膜（Ｓｉ０２）をマスクにしてもよい。この場
合、エツチング面の荒れが多くなる傾向がある。この原
因はシリコン面に絶縁膜（ＳｉＯｚ）が形成され、それ
がエツチングマスク作用を持つためと考えられる。

また、上記の実施例においてドライエツチングの雰囲気
として塩素（Ｃｔｚ）ガスを用いたが、フロン系のガス
やＳＦ６＋０２のような酸素を添加したガス系でもよい
。

また、上記の実施例においてシリコ／基板１２に溝部１
３を加工したが、シリコン基板１２上に絶縁膜（Ｓ　Ｉ
　Ｏｚ）を形成し、レジストマスクを用いて溝部１３を
シリコン面が露出するまで絶縁膜（Ｓｉ０２）を加工し
てシリコンをエツチングしてもよい。その後、レジスト
を剥離して多層膜１４を形成すれば、絶縁！（Ｓｉ０２
）が下地となった多層膜部分が反射面となる反射型マス
クが得られる。

また、上記の実施例において基板としてシリコン基板１
２を用いたが、溝底部１３凰に凹凸が形成できる材料で
あればよい。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を
用いてもよく、この場合、ドライエツチングの雰囲気は
シリコン基板１２と同様に塩素（ＣＩ−２）ガスを用い
ることができる。

第３図は本発明に係る第２の実施例を示した反射型マス
クにおける加工法の断面図である。図において、第１図
と同一部分または相当部分については同一符号を付する
。１５は高融点金属膜にあたるモリブデン膜、１６は絶
縁膜（Ｓｉ０２）である。

マスクの加工法は次の手順で行なわれる。まず、シリコ
ン基板１２上に電子ビーム蒸着法によジモリブデン膜１
５を膜厚１μｍ程度形成し、その上層に絶縁膜（Ｓｔｏ
ｗ）１６を膜厚数１０００Ａ程度形成する。さらに、こ
の絶縁膜１６上にレジスト１）を塗布し、光用マスクや
電子ビームを用いて露光して所定のパタンに形成する（
同図（ａ））。次に、レジスト１）のパタンをマスクに
して下地の絶縁Ｍ１６をモリブデン膜１５が露出するま
でＣＦ４＋Ｈ２ガスを用いて反応性イオンエツチング（
ＲＩＥ）によりドライエツチングする。その後、モリブ
デン膜１５をＣＦ４＋０２ガスを用いて同様にドライエ
ツチングして溝部１３を形成する。ところで、モリブデ
ン膜１５は柱状構造薄膜であシ、柱状の結晶粒界が存在
する。このため、モリブデン膜１５をドライエツチング
するとこの結晶粒界の部分から進み、エツチング途中で
は結晶粒を単位とした針状の突起（凹凸）が全面に形成
される。結晶粒の大きさは、成膜条件にもよるが数１０
０Ａ〜１０００るまでエツチングを進めると、エツチン
グ面が黒くなυ、前実施例と同様に可視光まで散乱する
ような凹凸のある溝部１３を形成することができる（同
図（ｂ））。次に、レジスト１）を剥離して同図（ｃ）
に示す構造を得る。このとき、絶縁膜１６の表面はエツ
チングされないので、平坦面を維持している。そして、
同図（ｄ）Ｋ示すように多層膜１４を全面に形成して反
射型マスクを形成する。

この構造のマスクが反射型マスクとして機能するのは、
前実施例と同一であるのでここでは省略する。

なお、上記実施例において高融点金属膜としてモリブデ
ン膜１５を用いたがタングステン膜等を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明は、次の効果を有している。

（、）平坦な基板または平坦な高融点金Ｉ！Ａ膜表面に
凹凸を底面に設けた溝部を形成し、その上層に反射膜を
形成しているので、この溝部と溝部以外の平坦部とＫお
ける反射率のコントラストをほぼ無限大にすることがで
きる。

（ｂ）本発明は、反射膜形成後の後処理を行なう必要が
ないため、良好な反射面を維持することができる。

（ｃ）凹凸面は、Ｘ線だけでなく真空紫外線や紫外線の
反射も防止できるので、マスクバタンに対応した平坦な
反射面以外からの露光バタン品質を劣化させる余分な反
射光を除去することができる。

（ｄ）本発明は、マスク合わせ用の反射型のマークを可
視光でコントラストよく検出でき、バタン位置精度を向
上させることができる。

（・）本発明は、Ｘ線露光のみならず光用の高コントラ
ストの反射型マスクとして用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の実施例を示した加工法の断
面図、第２図は反射率と表面粗さとの関係を示す特性図
、第３図は本発明に係る第２の実施例を示した加工法の
断面図、第４図及び第５図は従来の加工法の断面図であ
る。１）・・・・レジスト、１２・・・・シリコン基板、１
３・・・・溝部、１３＆・・・・溝底部、１４・・・命
多層膜、１５・・・・モリブデン膜、１６・・・・絶縁
膜（Ｓ１０２）。第１図特許出願人　日本電信電話株式会社代理人　山川政樹（ｔｌか１名）第図友會躇ざ（Ａ）第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板表面に底部に凹凸を有する溝部を形成し、こ
の溝部を含め基板上層に反射膜を形成したことを特徴と
する反射型マスク。
（２）基板上の高融点金属膜表面に底部に凹凸を有する
溝部を形成し、この溝部を含め高融点金属膜上層に反射
膜を形成したことを特徴とする反射型マスク。