JPH05217865A

JPH05217865A - 移相マスクを用いた高解像度ｘ線リソグラフィー

Info

Publication number: JPH05217865A
Application number: JP22266992A
Authority: JP
Inventors: Victor E White; イーホワイトヴィクター
Original assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Current assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1993-08-27
Also published as: US5187726A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】Ｘ線リソグラフィー用の移相マスクを提供す
る。【構成】移相特性部が形成されたキャリアを備え、移
相特性部は、キャリアの表面に対して直立した少なくと
も１つの明確に定められた側壁を有している。移相マス
ク上の特性部の高さは、これを通過するＸ線の選択され
た帯域を、移相材料のないキャリアの部分を通過するＸ
線に対して実質的に半波長の移相を与えるように選択さ
れる。移相マスクは、基体上のホトレジストより成るタ
ーゲットの上に至近配置され、好ましくはサイクロトロ
ン放射により形成されたＸ線が透過される。マスクを通
してホトレジストに送られたコリメートされたＸ線は、
直立側壁から離れたホトレジストの領域を、現像剤によ
りそれらを除去するに充分なほど露光し、これに対し
て、直立側壁の下の領域は、回折作用によってＸ線が打
ち消され、現像後も基体上に残されたままとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、マイクロ電子
処理技術、特に、Ｘ線リソグラフィー及びＸ線リソグラ
フィーマスクに係る。

【０００２】

【従来の技術】ホトリソグラフィック技術を使用してマ
イクロ電子デバイスを形成する場合には、ターゲットの
ホトレジスト上に像を形成するのに用いる「光線」の波
長により、得られる像の鮮明度に基本的な限界が生じ
る。像の解像度、即ち像形成することのできる最小の線
巾は、光線を投射するマスクの形状部の縁における光線
の回折によって制限される。一般に使用されている指数
は、ｆ＝Ｗ²/Ｇλとして計算されるフレネル数ｆであ
る。但し、Ｇはマスクとターゲット表面との間のギャッ
プ距離であり、λは使用する光線の波長でありそしてＷ
は形状部のサイズである。フレネル数ｆは、得られる解
像度を評価するときの指数であり、ｆ＝０．５は解像度
限界と通常考えられるものに対応する。

【０００３】可視又は紫外線光学システムを用いて得ら
れるものよりも小さいマイクロ電子構造体を形成できる
ようにするために、Ｘ線源が使用されている。Ｘ線リソ
グラフィー用のＸ線源としてはサイクロトロンが特に適
している。というのは、サイクロトロンは、軟Ｘ線から
硬Ｘ線までの波長を混合した実質的にコリメートされた
Ｘ線光子の強力な安定ビームを発生できるからである。
Ｘ線の波長λは、光線もしくは紫外線の波長よりも短い
ので、Ｘ線リソグラフィーでは本来小さな形状部を形成
することができる。しかしながら、Ｘ線リソグラフィー
システムにもフレネル数基準が適用されるので、Ｘ線に
対する形状部のサイズも最終的には制限を受けることに
なる。フレネル数の式は、物理的な作用を含まないので
近似式であり、Ｘ線リソグラフィーシステムでは、その
システムについて計算したフレネル数から予想されるも
のよりも大きなギャップで１０００オングストローム未
満の解像度が実証されている。しかし、フレネル数は、
最終的な解像度を決定するための近似基準を与える。こ
の基準を用いると、例えば、１ナノメータ（ｎｍ）放射
で０．２５マイクロメータ（μｍ）の線を造影するに
は、最大ギャップが１２．５μｍしかないことが分かっ
た。従って、必要とされる線の解像度が小さくなるにつ
れて、マスクとターゲット表面との間に得られる作用距
離も小さなものとなる。マスクとターゲットとの間の距
離が１０μｍ未満の場合にはＸ線リソグラフィー露光を
行うことが一般に困難であると考えられる。Ｘ線リソグ
ラフィーにおいて解像度を決定するのに考えられる像の
形式は２つあり、即ちアエリアル像（ターゲット表面に
おけるＸ線輝度）と、ラテント像（ターゲットホトレジ
ストのレジスト材料に記録される像）である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】投影光学システムにお
いて像の鮮明さを高めるために移相マスクが使用されて
おり、これを使用して従来の可視及び紫外線光学リソグ
ラフィーシステムの解像度限界を拡張することが提案さ
れている。移相マスクは、幾つかの形状部を定める適当
な厚みの透明な層を含んでおり、この層は、これを透過
する光線のフィールドＥ₁を、この透明層をもたない領
域を透過する光線のフィールドＥ₂に対して半波長
（π）だけ移相させるものである。全フィールドＥ
_tは、２つのフィールドを加算することによって得ら
れ、即ちＥ_t＝Ｅ₁＋Ｅ₂であり、像平面に沿ったある
位置では、継続性の要求から全フィールドがゼロになら
なければならない。これは、輝度パターンに明確な変調
部を形成する。この移相のための上層膜を慎重に選択す
れば複雑なパターンの場合でも像を改善できるが、この
技術は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
（ＤＲＡＭ）の製造に使用されるもののような規則的で
且つ反復性のあるものにしか役立たない。

【０００５】π移相を与えるのに適した吸収厚みを有す
るＸ線マスクは像の鮮明さを改善できることが示唆され
ている。１９８８年発行のＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｂの第１５０ページ以降に記載されたＨ．
Ｉ．スミス著の「π移相マスク(Pi Phase Shift Mask
s)」を参照されたい。ここに記載されたマスクは、吸収
マスクであり、像を画成するのではなく、より洗練した
ものとするために移相作用を使用するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも１つの移相特性部、すなわち形状部を有するＸ線リ
ソグラフィー用の移相マスクが提供される。上記特性部
は、これを支持するキャリアの表面に対して直立した少
なくとも１つの明確に定められた側壁を有している。上
記移相特性部の材料は、これを透過するＸ線光子を、こ
の移相材料をもたないマスクの領域を通過する光子に対
して半波長だけシフトさせる。移相材料の領域は、これ
を透過するＸ線の減衰量を比較的低くし、即ちＸ線に対
して実質的に「透明」であるのが好ましく、そしてそれ
自体がＸ線に対して実質的に透明であるキャリア基体の
上に取り付けられる。移相マスクは、ホトレジスト材料
の層を含むターゲット構造体の至近に（例えば、５ない
し１０マイクロメータ以内であるのが好ましい）配置さ
れる。好ましくはコリメートされたＸ線であるビームが
マスクを透過して、マスクの下のレジストを露光する。
ポジのホトレジストが使用される場合には、Ｘ線光子と
ホトレジストとの相互作用によりホトレジストは現像液
に溶解するようにされる。次いで、露光したホトレジス
トを有するターゲットを現像剤で処理して、露光したホ
トレジストを全て除去し、このホトレジスト領域を除去
できるに充分なほどＸ線光子に曝されなかったホトレジ
ストの構造体がキャリア上に残される。このような構造
体は、移相マスクの移相特性部の直立した側壁の下の交
差点の下に形成される。というのは、マスクを透過する
空間的にコヒレントなＸ線の破壊的な干渉が生じるから
である。１／２波長だけ移相された光子と、このように
移相されない光子との相互作用により、好ましくは明確
に定めたレジスト露光スレッシュホールドより低いレベ
ルにあるほとんど有効でないＸ線エネルギーが蓄積され
るだけのゾーンが２つの領域間に残されることになり、
このエリアではレジストが除去されずに残る。

【０００７】本発明の移相マスクは、ターゲット基体上
のホトレジストに、数百オングストロームの範囲の非常
に薄い壁構造体を形成できるようにする。ポリメチルメ
タクリレート（ＰＭＭＡ）のような典型的なＸ線ホトレ
ジストを用いて、このような構造体を設けることができ
る。電界が急速に変化するために、露光されない領域は
非常に明確に定められることが分かった。領域の巾、即
ち解像度は、マスクとホトレジスト層との間のギャップ
によって左右されるが、変調はそのようにならない。

【０００８】本発明によれば、移相材料の境界定めされ
た領域を明確に定められた直立側壁と共にマスクキャリ
ア上に備えた特性部、即ち形状部を設けることにより、
閉じた指状の構造体を容易に形成することができる。し
かしながら、本発明の構造体は、閉じた指状以外のもの
でも形成することができる。例えば、移相マスク領域と
純粋な吸収領域（実質的にＸ線を阻止する）とを組み合
わせることにより、ターゲットレジストの露光を次のよ
うに行うことができる。即ち、ターゲットレジストの吸
収材で覆われた領域を、現像後に、移相特性マスクで形
成されたラインに接続する。又、実質的に直立した幾つ
かの側壁と、移相マスクの材料が内方又は外方に傾斜し
た傾斜側壁とを有する移相マスクを用いて、接続しない
ラインも形成する。Ｘ線ビームがこのような移相マスク
を透過するときには、移相作用により、直立側壁の下の
領域にはＸ線ビームの破壊的な干渉が生じるが、傾斜側
壁の下の領域ではＸ線ビームが実質的に打ち消されず、
これら領域の下のホトレジストは実質的に完全に露光さ
れることになる。その結果、マスクの移相特性部の直立
側壁に対応してターゲットレジストに分離した薄い壁が
形成される。移相マスクの傾斜側壁は、例えば、吸収材
を有するＸ線マスクをある角度で透過するＸ線ビームで
ＰＭＭＡホトレジスト材料を露光して、ホトレジストに
向かうＸ線の吸収がある角度で生じるようにすることに
より、形成することができる。ターゲットホトレジスト
上に露光せずに残されるラインの巾は、マスク構造体と
ターゲットホトレジストとの間のギャップを変更する
か、或いはマスクのキャリア上の移相材料の選択された
領域とその下のターゲットホトレジスト材料との間のギ
ャップを変更することにより、必要に応じて選択するこ
とができる。

【０００９】本発明の目的、特徴及び効果は、添付図面
を参照した以下の詳細な説明より明らかとなるであろ
う。

【００１０】

【実施例】本発明は、高度にコリメートされた広帯域ス
ペクトルのＸ線束を発生するシンクロトロンＸ線源を使
用するのに特に適している。このようなＸ線束を使用し
てターゲットホトレジストを選択的に露光し、吸収Ｘ線
マスクにより通常形成できるものよりも小さい構造体を
形成することが図１に示されている。図１に線２０で示
された光子束は、好ましくは、サイクロトロンソースか
ら発生され、比較的広いスペクトルの空間的にコヒレン
トで一時的にインコヒレントなＸ線より成るものであ
る。このＸ線ビーム２０は移相マスク２２を透過し、該
マスクは、平らな上面及び下面２８及び２９を有してい
てＸ線を実質的に透過するキャリア２３と、好ましくは
Ｘ線を透過するか又は入射するＸ線を最小限に吸収する
だけである移相特性部２４とを備えている。移相材料２
４の厚みは、これを通る光子が、この移相材料のないマ
スクの領域２５を通る光子に対して光子の波長の約１／
２だけ移相される（πシフト）ように選択される。サイ
クロトロンのような広帯域のＸ線源を使用する場合に
は、ホトレジストと最も相互作用するＸ線の領域に対し
て実質的に０．５波長の移相を与えるように移相材料の
厚みを選択するのが好ましい。移相されたＸ線が図１に
線２６で示されており、移相されないＸ線が図１に線２
７で示されている。移相特性部２４を形成する領域は、
明確で良好に定められた交点３０において領域２５に交
差するのが好ましい。ここでは、移相材料２４が図１に
示すように実質的に直立した側壁３１を有している。こ
の側壁３１は、実質的にコリメートされた入力光子２０
の伝播方向に対して実質的に平行であって且つキャリア
２３の表面２８及び２９に対して垂直であるという意味
で直立している。

【００１１】マスク２２を通過したＸ線２６及び２７
は、基体３４に支持されたターゲットホトレジスト３３
の層に入射する。これらの光子はホトレジスト３３によ
って選択的に吸収され、説明の目的で、図１の線３６
は、マスクの移相領域２４と非移相領域２５との間の交
点３０にある直立側壁に対応する線３７の各側において
Ｘ線２６及び２７からホトレジストによって吸収される
相対的なＸ線エネルギーを示している。空間的にコヒレ
ントなＸ線２６及び２７の破壊的な干渉により境界線３
７の付近でそれらのフィールドが打ち消し合い、ターゲ
ットホトレジストによって吸収されるＸ線エネルギーの
強度が中心線３７上の点３８において最小に達する。点
３８で表されたエネルギーの吸収は、レジスト３３の露
光スレッシュホールドエネルギーレベル３９より低いの
が好ましい。即ち、図１に示す線３９のレベルより低い
光子エネルギーを受け取ったレジストの領域は、ポジレ
ジストの場合に、現像剤によって溶解しない。しかしな
がら、現像剤は、スレッシュホールド３９が露光レベル
曲線３６に交差する点４１の左と、スレッシュホールド
３９が曲線３６に交差する点４２の右ではターゲットホ
トレジストの領域を溶解する。もちろん、実際のホトレ
ジストでは、露光スレッシュホールド３９が図１に示す
ような細い線ではなく、一定の移行ゾーンにわたって変
化する。従って、露光後に現像溶剤によってレジストが
除去されたときには、基体３４上に残るレジストによっ
て定められる構造体は、点４１及び４２に純粋な垂直側
壁をもたずに、若干傾斜した側壁をもつことになる。し
かしながら、側壁構造体をできるだけ垂直に且つ明確に
定めるようにするためにレジストスレッシュホールド３
９をできるだけ明確にするのが好ましい。

【００１２】移相マスク２２は、Ｘ線リソグラフィー処
理に適した種々の材料で形成することができる。例え
ば、キャリア２３は、入ってくるＸ線束を著しく吸収し
ないように充分に薄い窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）の微
細な膜である（例えば、１μｍ以下の範囲）。移相特性
部２４に適した材料は、２．５ないし３μｍ厚みのフィ
ルムの形態で形成された場合に適当な帯域のＸ線光子に
対し所望の半波長移相を与えるポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）である。又、適当なターゲットレジスト
３３もＸ線リソグラフィー処理に適したＰＭＭＡであ
り、比較的鮮明なスレッシュホールドレベル３９を有す
るものである。３．０μｍのＰＭＭＡ層は、移相部２４
としては、ターゲットレジストにエネルギーの大部分が
蓄積されるスペクトル領域（１０００ないし１３００ｅ
Ｖ）にわたって約半波長の移相（πシフト）を導入す
る。二酸化シリコンや、多結晶シリコンや、ベリリウム
のような他の材料、及び種々様々な他の材料を移相材料
２４として用いて、ＰＭＭＡよりも固く且つ安定した移
相マスクを形成することができる。

【００１３】一般に、干渉打ち消しの強さは、マスク上
の移相材料２４のスペクトル特性によって決まるのであ
って、マスク２２とターゲットレジスト３３の上面との
間のギャップ距離によって決まるのではない。マスク２
２とターゲットレジスト３３との間のギャップは、露光
されたターゲットレジストに充分な線巾を得るためには
１５μｍ以下の範囲の小さなものであるのが好ましい。

【００１４】ターゲットレジストに閉じた曲線を形成す
るマスクを有する本発明による移相マスク２２の構造体
が図２及び３に示されている。マスクを形成する例示的
な技術においては、シンクロトロンビームからのＸ線２
０を用いてマスターマスク４４を経て露光が行われ、こ
のマスクは、キャリア４５（例えば、１μｍ以下の窒化
シリコン）と、このキャリアの表面上に形成された金属
の吸収部４６及び４７（例えば、金）とで形成される。
この吸収部４６は明確に定められた直立した側壁を有
し、ビーム２０の実質的にコリメートされたＸ線がこれ
を通過するときには、金属吸収部のパターン４６及び４
７に対応するパターンでホトレジストの層（例えば、Ｐ
ＭＭＡ）を露光し、これら吸収部４６及び４７によって
遮蔽された領域５０はレジストが露光されず、一方、ビ
ーム２０のＸ線が金属吸収部によって妨げられない領域
５１はレジストが充分に露光される。次いで、この露光
されたＰＭＭＡは、適当なＰＭＭＡ現像液バス、例え
ば、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノールや、テト
ラヒドロ−１−４オクサジン（モルホリン）や、２−ア
ミノエタノール（エタノラミン）や、脱イオン化蒸留水
のような混合物を用いて除去される。現像後に、キャリ
ア２３上に残るレジスト領域２４は、明確に定められた
垂直の直立側壁３１を有し、これは、Ｘ線ビームがマス
ク２２を通過するときに最大の移相干渉を得るのに望ま
れるものである。マスク２２を形成するときにはＸ線リ
ソグラフィーが特に効果的である。というのは、比較的
厚いレジスト層４９をキャリア２３上にメッキすること
ができ、そして非常に良好に定められた滑らかな直立側
壁３１を残すように露光できるからである。もちろん、
レジストの露光を用いて型を形成し、次いで、構造体２
４のまわりでキャリア２３上に移相材料をメッキし、付
着した材料が側壁３１の形状をとるようにすることによ
り、Ｘ線マスクを形成することができる。次いで、型を
形成するＰＭＭＡ材料は、Ｘ線で露光して現像液バスで
現像しＰＭＭＡ全体を除去することによって取り去るこ
とができる。

【００１５】図３に示すＸ線移相マスク２２は、移相特
性部２４の島が移相特性部をもたないキャリアの領域２
５によって取り巻かれている。従って、図３のマスク２
２を用いてレジストのターゲット層を露光したときに
は、レジストの現像後に、マスク上の移相特性部２４の
周囲に対応する閉じた曲線より成る構造体が残される。
しかしながら、本発明は、閉じた曲線の薄い壁状構造体
を形成することに限定されるものではない。

【００１６】図４及び５は、閉じた薄壁以外の構造体を
形成することのできるマスク５４を示している。これら
の図に示されたマスク５４において、キャリア２３は、
終端壁５６を有する金属の吸収層５５（例えば、典型的
に０．８μｍ厚みの金）を備えている。次いで、移相部
５７が、上記したように吸収部５５を部分的に覆ってキ
ャリア２３上に付着される。移相部５７は下部区分５８
を含んでおり、その厚みは、移相部もしくは吸収部が形
成されていないキャリアの領域に対してこれを通過する
光子に半波長の移相を導入するように選択される。又、
移相部５７は、吸収部５５上にメッキされた高レベル部
５９も有している。移行部６０は、明確に定められた垂
直の直立壁ではなくて横方向に傾斜したパターンで領域
５８及び５９の上面を接続する。この傾斜部６０は、一
般に、キャリア及びこのキャリア上の吸収部５５の上に
ＰＭＭＡレジスト層（例えば、２．５ないし３．０μｍ
のＰＭＭＡ）が付着されるときに、自然に形成される。

【００１７】マスク５４を用いてＸ線ビームでターゲッ
トホトレジストの層を露光したときには、図６に示す構
造体が基体３４上に形成される。良好に定められた特性
部６５が吸収部５５の下の現像されたターゲットホトレ
ジストに残され、移相部５７の境界側壁６１の下でこの
ような側壁がマスク５５上になかったところの現像され
たレジストに閉じた薄壁構造体６６が残される。マスク
５５上の領域５９内で移相部を通過するＸ線は吸収部５
５によって本質的に完全に吸収されるので、移相部の側
壁６２の下で基体３４上にはそれに対応する構造体が形
成されない。

【００１８】本発明による移相マスクを用いて完全に分
離した開いた薄壁構造体を形成することもできる。これ
は、移相作用が所望されるところに直立した側壁を有す
ると共に、移相作用が所望されないところに傾斜した側
壁を有するような移相部を形成することによって達成で
きる。傾斜側壁では大巾に位相の異なるＸ線が相互作用
しないためにフィールドが実質的に打ち消し合わず、従
って、比較的均一で高輝度のＸ線束がその界面にわたっ
て生じる。このようなＸ線マスク構造体は、図７に示す
ようにＸ線レジスト４９を最初に露光することにより形
成できる。金属の吸収部７１が所望のパターンで形成さ
れたキャリア７０より成るマスター（吸収）Ｘ線マスク
に対してＸ線光子がある角度で入射する。マスクを通過
したＸ線は、ある角度でレジスト層（例えば、２．７５
μｍのＰＭＭＡ）に交差し、傾斜面７５で合流する露光
領域７３と非露光領域７４が形成される。その結果、現
像の後に、図８及び９に示すように、実質的に直立した
垂直の側壁７８と傾斜した側壁７９とを有する位相部７
７が形成される。側壁７９の領域においてキャリア２３
へ直角に通過するＸ線に対して与えられる位相の程度
は、側壁の全長にわたって連続的に変化し、側壁７９の
下の位置における干渉作用を本質的に取り去るものであ
る。

【００１９】図９のマスクを用いてホトレジストのター
ゲット層を露光すると、現像後に、図１０に示す構造体
が形成される。この構造体では、ホトレジストの２つの
薄壁８０が位相部７７の側壁７８の下に対応する位置に
おいてキャリア３４に残される。

【００２０】本発明の位相マスクを用いると、最終的に
形成される薄壁構造体の巾を選択することができる。こ
れを達成するやり方の例が図１１及び１２に示されてい
る。図１１に示す位相マスク８４は、キャリア２３の表
面に直接形成された位相特性材料の領域８５と、スペー
サ８８の上面に形成された別の位相特性部８６とを備え
ており、スペーサは、位相特性部８５よりも位相特性部
８６をターゲット材料から更に遠く離間するものであ
る。スペーサ８８は、これを通過するＸ線を実質的に移
相しない（従って、スペーサ８８の側壁において干渉作
用が生じない）非常にロスの少ない材料で形成されても
よいし、或いはＸ線を移相する材料であるがそれが全波
長の倍数移相（２π移相又はその倍数）となるようにス
ペーサ厚みを選択することにより干渉作用を生じさせな
いもので形成してもよい。従って、Ｘ線２０がマスク８
４を通過するときには、移相特性部８５の側壁８９と移
相特性部８６の側壁９０とにおいてのみ干渉作用が生
じ、ターゲットレジストの現像後には、図１２に示すよ
うな薄壁構造体が形成される。移相特性部８５の側壁８
９の下には薄壁構造体９３が形成され、そして移相特性
部８６の側壁９０の下には巾の広い壁構造体９４が形成
される。一般に、移相部とターゲットレジスト材料との
ギャップが大きいほど、回折パターンが広くなり、干渉
領域のサイズが大きくなることにより、形成される壁構
造体の巾も大きくなる。もちろん、ターゲットホトレジ
ストに形成される全ての線の巾を変えるように、マスク
とターゲット構造体との間のギャップを全体的に変える
ことができる。

【００２１】本発明においては、移相マスクを通過した
Ｘ線束２０が充分に広帯域の波長を有しているのが好ま
しい。というのは、実質的にモノクロマティックのＸ線
源ではなくて広帯域のＸ線を用いた場合には、移相特性
部の側壁の下の干渉パターンにおけるＸ線エネルギー強
度のサイドローブが適度なものとなるからである。

【００２２】又、移相材料は、これを通過するＸ線をあ
る程度吸収するのが好ましい。その理由が図１３及び１
４に示されている。図１３は、キャリア３４を有し、そ
の上に２つの移相特性部２４が非移相領域２５によって
分離されて形成された移相マスクを示している。移相領
域２４が吸収のない完全移相材料で形成された場合、図
１３のマスクを通過したＸ線に対するターゲットホトレ
ジストのＸ線強度パターンが図１４にグラフ９８で示さ
れている。Ｘ線束の強度は、移相部２４の側壁３１の下
の点９９において最小に達する。曲線１０１で示された
移相部２４の下の領域における相対的な強度レベルは、
曲線１０２で示された非移相領域２５の下の領域におけ
る強度と実質的に同じレベルである。しかしながら、図
１４に示すように、最小点９９の付近の位置ではＸ線強
度に相当の振動がある。

【００２３】実際の移相マスク材料を用いた効果が図１
５にグラフ１０４で示されており、これは、実際の移相
材料の中央領域２４と、その周りの非移相領域２５とを
有するマスクを通過したＸ線束のパターンに対応するも
のである。最低強度点１０６は側壁３１の位置にある
が、この場合、領域２５の下で側壁以外のところにある
領域１０７におけるＸ線強度は、移相部２４の下の領域
におけるＸ線エネルギー１０９よりも高い。しかし、最
低点１０６は明確に定められると共に、移相部の下の若
干低いエネルギーレベル１０９とはエネルギーが相当に
異なり、Ｘ線強度の振動も著しく減衰されている。図１
５の曲線１０５は、０．８μｍの窒化シリコンのキャリ
ア上に２．５μｍのＰＭＭＡをもちそしてマスクとター
ゲットホトレジストとの間のギャップが１０μｍである
ような吸収マスクに対して計算されたものである。又、
この曲線１０５は、１２００ｅＶのモノクロマティック
Ｘ線ビームと１３μｍのベリリウムフィルタとを用いそ
して露光時間が１秒であるとして計算されたものであ
る。キャリアの強度は０．０３３であり、マスクコント
ラストは１．３２８であった。モノクロマティックから
の高周波数振動は、システムの光源をぼかすことによっ
て若干平滑化することができる。これは、空間的なイン
コヒレンス性を加え、像をスムースにする助けをする。

【００２４】かくて、本発明は、ターゲット上に巾が５
０ｎｍ以下の露光構造体を得ることのできる移相マスク
を提供する。従って、この技術によりホトレジストに薄
壁構造体を形成することができる。しかしながら、選択
された領域内でホトレジストを除去して他の材料層のド
ーピングや酸化や付着を行うといったマイクロ電子処理
に通常使用される他の目的でレジストを選択的に露光す
るようにこの技術を用いることもできる。本発明によれ
ば、近Ｘ線リソグラフィーをナノメータレンジまで拡張
できることにより、Ｘ線用の投影システムを用いてこの
ような小さい構造体を得ることを不要とすることができ
る。

【００２５】以上に本発明の実施例を説明したが、当業
者であれば、請求に範囲に規定する本発明の範囲から逸
脱せずに変更や修正がなされ得ることが明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による移相マスクを通してターゲットホ
トレジストをＸ線露光するところを示した概略図であ
る。

【図２】本発明による移相マスクを形成する例示的なプ
ロセスを示す概略図である。

【図３】図２のプロセスによって形成された本発明移相
マスクの概略断面図である。

【図４】吸収領域と移相領域を組み合わせた移相マスク
の断面図である。

【図５】図４の移相マスクの上面図である。

【図６】図４及び５のマスク構造体でホトレジストを露
光し、その後に現像することにより得られたターゲット
ホトレジストのパターンを示す上面図である。

【図７】キャリア面の法線に対してある角度でマスクホ
トレジストに向けられるＸ線を用いてＸ線マスクを形成
する別の方法であって、露光したホトレジストが次の処
理のためのＸ線マスクとなるような方法を示す概略図で
ある。

【図８】図７に示すように形成された移相マスク構造体
の平面図である。

【図９】図８の移相マスクの断面図である。

【図１０】図８及び９のマスク構造体を用いてポジのタ
ーゲットレジストに形成した分離されたラインを示す平
面図である。

【図１１】キャリア膜に直接設けられた移相特性部と、
透過するＸ線に対して本質的に倍数波長の移相を与える
スペーサ材料上の別の移相特性部とを有するマスクの露
光を示した断面図である。

【図１２】図１１のマスクを用いて露光したことによる
ターゲットホトレジストへの作用を示す図である。

【図１３】例示的な移相マスクの断面図である。

【図１４】移相特性部がＸ線を完全に透過するような図
１３のマスクの下のＸ線強度を示すグラフである。

【図１５】図１４と同様のグラフであって、Ｘ線吸収部
をもつ移相部を使用した場合のＸ線強度を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

２０Ｘ線光子束２２移相マスク２３キャリア２４移相特性部２８上面２９下面２５非移相領域２６、２７Ｘ線３３ターゲットホトレジスト３４基体３８最小点３９露光スレッシュホールドエネルギーレベル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）上面及び下面を有し、透過するＸ
線を実質的に減衰しない薄い材料のキャリアと、（ｂ）上記キャリアの表面上に形成された少なくとも１
つの移相特性部とを備え、この特性部は、透過するＸ線
の選択された帯域をそのＸ線の実質的に半波長だけ移相
するように選択した高さをもつＸ線移相材料の領域によ
って画成され、更に、この特性部は、上記キャリアの表
面に対して実質的に直立した少なくとも１つの明確に定
められた側壁を有し、マスク上に上記特性部を形成する
材料がＰＭＭＡであることを特徴とするＸ線リソグラフ
ィーマスク。
【請求項２】上記特性部は、キャリア上の高さが約
２．５ないし３．０ミクロンである請求項１に記載のＸ
線リソグラフィーマスク。
【請求項３】（ａ）上面及び下面を有し、透過するＸ
線を実質的に減衰しない薄い材料のキャリアと、（ｂ）上記キャリアの表面上に形成された少なくとも１
つの移相特性部とを備え、この特性部は、透過するＸ線
の選択された帯域をそのＸ線の実質的に半波長だけ移相
するように選択した高さをもつＸ線移相材料の領域によ
って画成され、更に、この特性部は、上記キャリアの表
面に対して実質的に直立した少なくとも１つの明確に定
められた側壁を有し、上記キャリア上に形成された特性
部は、上記直立した側壁に加えて、上記キャリアの表面
に対してある角度に傾斜した少なくとも１つの側壁を有
することを特徴とするＸ線リソグラフィーマスク。
【請求項４】上記キャリアの表面上にあるパターンで
形成されたＸ線吸収材料を更に備え、上記移相特性部を
形成する材料は、その一部分が上記Ｘ線吸収材料に重畳
している請求項１に記載のＸ線リソグラフィーマスク。
【請求項５】（ａ）上面及び下面を有し、透過するＸ
線を実質的に減衰しない薄い材料のキャリアと、（ｂ）上記キャリアの表面上に形成された少なくとも１
つの移相特性部とを備え、この特性部は、透過するＸ線
の選択された帯域をそのＸ線の実質的に半波長だけ移相
するように選択した高さをもつＸ線移相材料の領域によ
って画成され、更に、この特性部は、上記キャリアの表
面に対して実質的に直立した少なくとも１つの明確に定
められた側壁を有し、そして更に、（ｃ）上記キャリアの表面上に形成された少なくとも１
つのスペーサを備え、このスペーサは、透過するＸ線を
実質的に移相しない材料のグループから選択されるか、
或いは透過するＸ線の全波移相又はその倍数移相を導入
するように選択された高さをもつものであり、更に、上
記移相材料で形成された複数の移相特性部があって、こ
れら特性部の少なくとも１つはキャリアの表面上に直接
形成されそして少なくとも１つはスペーサ上に形成さ
れ、これにより、Ｘ線が透過するときに、スペーサ上の
移相特性部の下でターゲットホトレジストに形成された
パターンが、キャリアの表面上にある移相特性部の下で
ターゲットホトレジストに形成された構造体よりも広が
ることを特徴とするＸ線リソグラフィーマスク。
【請求項６】上記移相特性部を形成する材料は、透過
するＸ線を部分的に吸収する請求項５に記載のＸ線リソ
グラフィーマスク。
【請求項７】Ｘ線リソグラフィーによってマイクロ構
造体を形成する方法において、（ａ）上面及び下面を有し、透過するＸ線を実質的に減
衰しない薄い材料のキャリアと、このキャリアの表面上
に形成された少なくとも１つの移相特性部とを有するＸ
線リソグラフィーマスクを用意し、上記移相特性部は、
透過するＸ線の選択された帯域をそのＸ線の実質的に半
波長だけ移相するような高さをもつ移相材料の領域によ
って画成され、この移相材料はＸ線を実質的に透過し、
更に、この特性部は、上記キャリアの表面に対して実質
的に直立した少なくとも１つの明確に定められた側壁を
有し、（ｂ）Ｘ線感知ホトレジストのターゲット層を基体上に
設け、このターゲットは上記マスクの下に小さなギャッ
プでマスクから離間して配置させ、（ｃ）実質的にコリメートしたＸ線ビームを上記マスク
を通して上記ターゲットに向け、上記移相特性部の上記
側壁下の領域に隣接する領域であって上記移相特性部の
下の領域を含んでいる領域内にあるターゲットホトレジ
ストは実質的に完全に露光させる一方、上記移相特性部
の上記直立側壁下にある領域内のターゲットホトレジス
トは、干渉作用により、このような領域内のホトレジス
トがホトレジスト現像剤で現像されなくなるに充分なほ
ど低レベルに露光させ、そして（ｄ）上記ターゲットホトレジストを現像して、上記完
全に露光したレジストを除去すると共に、マスク上の移
相特性部の直立側壁の下にあった基体上に薄壁構造体を
残すようにしたことを特徴とする方法。
【請求項８】上記マスクとターゲットホトレジストと
の間の上記ギャップは１０ミクロン以下である請求項７
に記載の方法。
【請求項９】実質的にコリメートされたＸ線ビームを
通す上記段階は、サイクロトロンからＸ線を発生しそし
てこのサイクロトロンからのＸ線をマスクを経てターゲ
ットホトレジストに通すことにより行なう請求項７に記
載の方法。
【請求項１０】上記ホトレジストは、明確に定められ
たレジスト露光スレッシュホールドを有し、上記移相特
性部の垂直側壁の下にあるターゲットレジストの領域
は、上記レジスト露光スレッシュホールドより低い露光
を受け、一方、それに隣接する領域は、Ｘ線露光スレッ
シュホールドより強い露光を受け、これにより、露光し
たホトレジストを現像した後は、基体上に残留するホト
レジストにより明確に定められた薄壁構造体が形成され
る請求項１０に記載の方法。
【請求項１１】上記マスクは、少なくとも１つの直立
した側壁と、この直立した側壁に加えて、キャリアに対
して傾斜した少なくとも１つの側壁とを有する少なくと
も１つの移相特性部を備えていて、Ｘ線が透過するとき
に上記傾斜した側壁の下に著しい干渉作用が生じないよ
うになっており、更に、上記傾斜した側壁の下にあるタ
ーゲットホトレジストは現像剤によって全て除去される
請求項７に記載の方法。
【請求項１２】傾斜した側壁を有する上記特性部は、
直立側壁に交差してその両端を画成する２つの傾斜側壁
を有し、これにより、Ｘ線をマスクに透過してホトレジ
ストを現像した後に、現像されないホトレジストで形成
された分離した開放薄壁構造体が基体上に残されたまま
となる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】上記Ｘ線マスクは、更に、キャリアの
表面にあるパターンで形成されたＸ線吸収部を含み、上
記移相特性部の材料は、その一部分が上記吸収構造体と
重畳し、これにより、Ｘ線がＸ線マスクを透過するとき
には、上記吸収部の下にあり且つ上記移相特性部の直立
側壁の下にあるターゲットレジストの領域が低いＸ線露
光を受け、ターゲットレジストの現像後にこの領域が基
体上に残される請求項７に記載の方法。
【請求項１４】上記Ｘ線マスクは、更に、キャリアの
表面に形成された少なくとも１つのスペーサを含み、こ
のスペーサは、透過するＸ線を本質的に全く移相しない
か、或いは透過するＸ線の全波移相又はその倍数移相を
導入する選択された高さを有しており、更に、複数の移
相特性部があって、その少なくとも１つはスペーサの上
面に形成されそして１つはキャリアの表面に直接形成さ
れ、Ｘ線がマスクに透過した後に、スペーサ上の特性部
の直立側壁の下にあるターゲットレジストの部分が、キ
ャリア表面上に直接形成された特性部の直立側壁の下に
あるターゲットレジストの部分よりも広い壁構造体を基
体上に残すようにした請求項７に記載の方法。
【請求項１５】上記移相特性部の材料は、透過するＸ
線を部分的に吸収する請求項７に記載の方法。
【請求項１６】マスク上の上記移相特性部の材料は、
ＰＭＭＡで形成される請求項７に記載の方法。
【請求項１７】上記特性部は、キャリア表面上の高さ
が２．５ないし３ミクロンである請求項１６に記載の方
法。
【請求項１８】（ａ）移相マスクを具備し、このマス
クは、（１）上面及び下面を有し、透過するＸ線を実質的に減
衰しない薄い材料のキャリアと、（２）上記キャリアに形成された少なくとも１つの移相
特性部とを備え、この特性部は、透過するＸ線の選択さ
れた帯域をそのＸ線の実質的に半波長だけ移相するよう
な高さをもつＸ線移相材料の領域によって画成され、更
に、この特性部は、上記キャリアの表面に対して実質的
に直立した少なくとも１つの明確に定められた側壁を有
し、（ｂ）基体上のホトレジストの層より成るターゲットを
更に具備し、このターゲットホトレジストは、その上面
が上記移相マスクの下に至近離間されてそこからギャッ
プで分離されており、上記ホトレジストは、選択された
帯域のＸ線が移相特性部を透過するときに、上記直立側
壁の下の領域を除いて、移相特性部の下が実質的に完全
に露光されるように選択されることを特徴とするＸ線リ
ソグラフィーマスク及びターゲットのセット。
【請求項１９】（ａ）移相マスクを具備し、このマス
クは、（１）上面及び下面を有し、透過するＸ線を実質的に減
衰しない薄い材料のキャリアと、（２）上記キャリアに形成された少なくとも１つの移相
特性部とを備え、この特性部は、透過するＸ線の選択さ
れた帯域をそのＸ線の実質的に半波長だけ移相するよう
な高さをもつ移相材料の領域によって画成され、更に、
この移相特性部は、上記キャリアの表面に対して実質的
に直立した少なくとも１つの明確に定められた側壁を有
し、（ｂ）基体上のホトレジストの層より成るターゲットを
更に具備し、このターゲットホトレジストは、その上面
が上記移相マスクの下に至近離間されてそこから約１５
ミクロン以下のギャップで分離されており、マスク上に
上記特性部を形成する材料は、ＰＭＭＡであることを特
徴とするＸ線リソグラフィーマスク及びターゲットのセ
ット。
【請求項２０】上記特性部は、キャリア上の高さが約
２．５ないし３．０ミクロンである請求項２５に記載の
Ｘ線リソグラフィーマスク及びターゲットのセット。
【請求項２１】（ａ）移相マスクを具備し、このマス
クは、（１）上面及び下面を有し、透過するＸ線を実質的に減
衰しない薄い材料のキャリアと、（２）上記キャリアに形成された少なくとも１つの移相
特性部とを備え、この特性部は、透過するＸ線の選択さ
れた帯域をそのＸ線の実質的に半波長だけ移相するよう
な高さをもつ移相材料の領域によって画成され、更に、
この移相特性部は、上記キャリアの表面に対して実質的
に直立した少なくとも１つの明確に定められた側壁を有
し、（ｂ）基体上のホトレジストの層より成るターゲットを
更に具備し、このターゲットホトレジストは、その上面
が上記移相マスクの下に至近離間されてそこから約１５
ミクロン以下のギャップで分離されており、更に、キャ
リアの表面上に形成された少なくとも１つのスペーサを
含み、このスペーサは、透過するＸ線を実質的に移相し
ない材料のグループから選択されるか、或いは透過する
Ｘ線の全波移相又はその倍数移相を導入するように選択
された高さをもつものであり、更に、上記移相材料で形
成された複数の移相特性部があって、これら特性部の少
なくとも１つはキャリアの表面上に直接形成されそして
少なくとも１つはスペーサ上に形成され、これにより、
Ｘ線がマスクを透過するときに、スペーサ上の移相特性
部の下でターゲットホトレジストに形成されたパターン
が、キャリアの表面上にある移相特性部の下でホトレジ
ストに形成された構造体よりも広がることを特徴とする
Ｘ線リソグラフィーマスク及びターゲットのセット。
【請求項２２】Ｘ線リソグラフィーによりマイクロ構
造体を形成する方法において、（ａ）上面及び下面を有し、透過するＸ線を実質的に減
衰しない薄い材料のキャリアと、このキャリアの表面上
に形成された少なくとも１つの移相特性部とを有するＸ
線リソグラフィーマスクを用意し、上記移相特性部は、
透過するＸ線の選択された帯域をそのＸ線の実質的に半
波長だけ移相するような高さをもつ移相材料の領域によ
って画成され、この移相材料はＸ線を実質的に透過し、
更に、この特性部は、上記キャリアの表面に対して実質
的に直立した少なくとも１つの明確に定められた側壁を
有し、（ｂ）Ｘ線感知ホトレジストのターゲット層を基体上に
設け、このターゲットは上記マスクの下に小さなギャッ
プでマスクから離間して配置させ、（ｃ）Ｘ線ビームを上記マスクを通して上記ターゲット
に向け、上記移相特性部の上記側壁下の領域に隣接する
領域であって上記移相特性部の下の領域を含んでいる領
域内にあるターゲットホトレジストは実質的に完全に露
光させる一方、上記移相特性部の上記直立側壁下にある
領域内のターゲットホトレジストは干渉作用により低レ
ベルで露光させ、そして（ｄ）上記ターゲットホトレジストをそのホトレジスト
用の現像剤で現像することを特徴とする方法。
【請求項２３】上記マスクとターゲットホトレジスト
との間の上記ギャップは１０ミクロン以下である請求項
２２に記載の方法。
【請求項２４】上記マスクは、少なくとも１つの直立
した側壁と、この直立した側壁に加えて、キャリアに対
して傾斜した少なくとも１つの側壁とを有する少なくと
も１つの移相特性部を備えていて、Ｘ線が透過するとき
に上記傾斜した側壁の下に著しい干渉作用が生じないよ
うになっている請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】傾斜した側壁を有する上記特性部は、
直立側壁に交差してその両端を画成する２つの傾斜側壁
を有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】上記Ｘ線マスクは、更に、キャリアの
表面にあるパターンで形成されたＸ線吸収部を含み、上
記移相特性部の材料は、その一部分が上記吸収構造体と
重畳し、これにより、Ｘ線がＸ線マスクを透過するとき
には、上記吸収部の下にあり且つ上記移相特性部の直立
側壁の下にあるターゲットレジストの領域が低いＸ線露
光を受ける請求項２２に記載の方法。