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JP2002093684A - Ｘ線露光装置、ｘ線露光方法、半導体製造装置および微細構造体 - Google Patents

Ｘ線露光装置、ｘ線露光方法、半導体製造装置および微細構造体

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Publication number
JP2002093684A
JP2002093684A JP2000281862A JP2000281862A JP2002093684A JP 2002093684 A JP2002093684 A JP 2002093684A JP 2000281862 A JP2000281862 A JP 2000281862A JP 2000281862 A JP2000281862 A JP 2000281862A JP 2002093684 A JP2002093684 A JP 2002093684A
Authority
JP
Japan
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ray
mirror
wavelength
rays
exposure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000281862A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Itoga
賢二 糸賀
Toyoki Kitayama
豊樹 北山
Yutaka Watanabe
豊 渡辺
Shunichi Uzawa
俊一 鵜澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Canon Inc
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc, Mitsubishi Electric Corp filed Critical Canon Inc
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Priority to US09/951,456 priority patent/US6947519B2/en
Priority to KR10-2001-0057337A priority patent/KR100493860B1/ko
Priority to EP01307880A priority patent/EP1189242A3/en
Priority to TW090123420A priority patent/TW517294B/zh
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０．４５ｎｍ〜０．７ｎｍの範囲内のＸ線を
用いて高解像度のパターンが得られるＸ線露光装置やＸ
線露光方法を得ること 【解決手段】 ０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．
７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方におい
て吸収端を有する材料を含む、Ｘ線ミラーを利用してＸ
線で基板を露光するＸ線露光装置において、前記Ｘ線ミ
ラーは、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロ
ム、これらの合金、窒化物、炭化物および硼化物からな
る群から選択される1種以上の材料を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、短波長領域のＸ線
を露光光として用いたＸ線露光装置、Ｘ線露光方法、半
導体製造装置および微細構造体に関する。
【０００２】特にＸ線を露光光として用いたX線近接露
光技術により、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス
やＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイ
スや磁気ヘッド等の各種の高精細のデバイスを製造する
際に好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】近年、各種のデバイスの高集積化、微細
化に対する要求はますます強くなってきている。
【０００４】このため、従来よりも微細な半導体集積回
路のパターンを形成する必要性が高まっている。そこ
で、写真製版加工工程において、従来用いられていた露
光光よりも短波長であるＸ線を露光光として用いるＸ線
近接露光技術が注目されている。
【０００５】従来よりシンクロトロン放射装置である電
子蓄積リング（以下ＳＲ）から出る波長７〜１０Å
（０．７ｎｍ〜１ｎｍ）のＸ線を光源として、マスクの
パターンを近接して配置されたウエハーへ等倍で露光転
写するリソグラフィ(Proximity X-ray Lithography
：）が知られている。
【０００６】図９は例えば刊行物（株）ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ
Ｖｏｌ．４３ Ｎｏ．６ Ｐ５０１（１９９４）に開
示されている。
【０００７】Ｘ線露光装置の構成図である。図９のＸ線
露光装置はシンクロトロン放射源１０１とＸ線ミラー１
０３と熱除去フィルタ１０４とベリリウム窓１０５と窒
化珪素膜からなる窓１２２とＸ線マスク１０６と半導体
ウエハ１０９を設置する縦型ＸＹステージ１２３とから
構成されている。シンクロトロン放射源１０１において
発生した放射光１０２は、Ｘ線ミラー１０３、熱除去フ
ィルタ１０４、ベリリウム窓１０５、窒化珪素膜からな
る窓１２２を通り、Ｘ線マスク１０６に到達する。そし
て、Ｘ線マスク１０６においては、Ｘ線吸収体により半
導体ウエハ１０９に転写すべき回路パターンが形成され
ている。そして、放射光１０２がＸ線マスク１０６を通
過することにより、この回路パターンが半導体ウエハ１
０９上に塗布されたレジストに転写される。
【０００８】ここで放射光１０２は、Ｘ線領域から赤外
線領域までの広い波長範囲にわたる波長を有する連続ス
ペクトル光である。一方、半導体ウエハ１０９に転写パ
ターンを転写するＸ線露光工程において必要とされるＸ
線は、ある適当な波長領域のＸ線のみが必要とされる。
このため、従来のＸ線露光装置においては、まず、Ｘ線
ミラー１０３の反射特性を利用して、波長が約０．７ｎ
ｍ以下のＸ線成分を吸収カットする。次に、放射光１０
２がベリリウムからなる熱除去フィルタ１０４を透過す
る際に、ベリリウム材の特性から１．５ｎｍより長いＸ
線成分は、ほとんどすべて熱除去フィルタ４により吸収
カットされる。
【０００９】このようにして、放射光１０２は、その波
長が０．７〜１．５ｎｍ程度の範囲となるように調整さ
れる。そして、放射光１０２は。ベリリウム窓１０５お
よび窒化珪素膜からなる窓１２２を順次透過していく。
この際、ベリリウム窓１０５や窒化珪素膜からなる窓１
２２での発熱はほとんどない。
【００１０】そして、ベリリウム窓１０５と窒化珪素膜
からなる窓１２２との間は大気圧のヘリウムにより満た
されている。このため、ベリリウム窓１０５はベリリウ
ム窓１０５よりも上流側の真空領域と下流側の大気圧領
域との隔壁として作用している。そして、熱除去フィル
タ１０４において不要なＸ線成分をカットしていること
により、ベリリウム窓１０５の発熱を抑制している。こ
の結果、ベリリウム窓１０５の機会的強度を保つことが
可能となる。
【００１１】また窒化珪素膜からなる窓１２２はヘリウ
ム層と大気の隔壁の役割を果たしている。なお、縦型Ｘ
Ｙステージ１２３をヘリウム雰囲気中に設置するような
装置構成にした場合には、窒化珪素膜からなる窓１２２
は不要である。
【００１２】そして、X線マスク１０６には上述のよう
に半導体ウエハに転写するための回路パターンが形成さ
れている。そして、半導体ウエハ１０９に塗布されたレ
ジストの所定領域に放射光１０２をX線マスク１０６を
介して照射することにより、この回路パターンを転写す
る。
【００１３】従来、斜入射ミラー用の材料として、金や
白金などの重金属表面が用いられてきた。これは、放射
光１０２の斜入射角を２度程度と大きくしても、露光波
長の０．７ｎｍの波長に於て６０%程度の反射率が得ら
れるためである。そして、このような金や白金などの材
料を用いて集光角の大きなＸ線ミラーを作製することに
より、より多くのＸ線を集光することが検討されてい
る。
【００１４】このようにより多くのＸ線を集光すること
で、露光に用いるＸ線の強度を大きくすることができ
る。この結果、露光工程において高いスループットを得
ることが可能となる。
【００１５】また、Ｘ線ミラー１０３の材料として、炭
化珪素や溶融石英などを用いることも提案されている。
この炭化珪素は、斜入射角1度と比較的浅く設定するこ
とにより、波長０．７ｎｍ以上のＸ線の反射率を９０%
程度という大変高い値にすることができる。
【００１６】また、長波長（波長１．５ｎｍ以上）のＸ
線を吸収カットする熱除去フィルタ１０４の材料として
は、ベリリウム薄膜が提案されているが、この他にも、
窒化珪素やダイヤモンド薄膜を補助的に用いるという提
案もなされている。これは、熱吸収の効率を上げる目
的、およびベリリウム薄膜の酸化防止を図るといった目
的のためである。
【００１７】また、Ｘ線マスク１０６は、通常、炭化珪
素などからなるメンブレンと、このメンブレン上に形成
されたＸ線吸収体とを備える。ここで、炭化珪素が用い
られているのは、露光に用いるＸ線である、波長が０．
７ｎｍから１．５ｎｍ程度のＸ線の吸収率が比較的小さ
いからである。
【００１８】このように、Ｘ線ミラーにおけるＸ線を反
射する面の材料としては金、白金、炭化珪素、溶融石英
などが提案されている。また、窓材としては、ベリリウ
ム、窒化珪素、ダイヤモンドなどが提案されている。こ
こで、これらのいずれにおいても、従来から最も適して
いると言われているピーク波長が０．７５ｎｍ程度のＸ
線を露光光として用いることを前提としている。ここ
で、最適な露光光としてピーク波長が０．７５ｎｍ程度
のＸ線が適しているといわれていた理由は以下のような
ものである。
【００１９】つまり、原理的には、波長の短いＸ線を用
いるほど得られる光学象の解像度は向上し、微細なパタ
ーンを形成することが可能である。しかし、Ｘ線の波長
が短くなるにつれて、Ｘ線エネルギーは大きくなる。そ
の結果、露光工程において半導体ウエハ１０９上に塗布
されたレジストにＸ線が照射された場合、このレジスト
中において光電子が発生する。この光電子の運動エネル
ギーは、レジストに入射するエネルギーが大きいほど大
きくなる。
【００２０】そして、この光電子によりレジストは感光
される。その結果、短波長のＸ線を用いるほど、レジス
ト内で発生した光電子により感光されるレジストの領域
が大きくなってしまうことになる。この結果、この光電
子の影響により、レジストに形成されるパターンがぼけ
てしまうことになる。つまり、この光電子の飛程がその
まま解像限界を決定するとされていた。
【００２１】このため、この光電子の飛程を考慮して、
従来露光に用いるＸ線の最適ピーク波長は、０．７５ｎ
ｍ程度であると言われていた。
【００２２】このように、光電子の飛程が解像限界を決
定すると考えられていたため、従来は、上記のような
０．７５ｎｍ程度のピーク波長を有するＸ線を用いた露
光工程によっては、１００ｎｍ（０．１μｍ）以下の線
幅または線間間隔を有するパターンは形成できないと言
われていた。
【００２３】このような状況で、Ｘ線を用いた露光工程
における解像度を向上させるため、従来、低コントラス
トマスクや、吸収体パターンに縦方向のテーパをつける
などの位相シフトマスク、光近接効果補正を施したマス
クなどを用いることにより、高解像度化を図るという提
案がなされている。しかし、いずれも、解像度を大幅に
向上させることは困難であった。
【００２４】そして、上記のような光電子の飛程の問題
が存在するため、露光に用いるＸ線の波長をより短波長
領域にシフトして、回路パターンの転写を行い、高解像
度化を図ることは、半導体製造装置の技術分野において
は従来から検討されていなかった。また、短波長領域の
Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線のエネルギーが従来より大
きいため、Ｘ線がＸ線マスクの吸収体を容易に透過して
しまう。
【００２５】そのため、必要なコントラストを得るため
には、Ｘ線吸収体の膜厚を厚くする必要があると考えら
れていた。そして、このような場合には、Ｘ線が厚い膜
厚を有するＸ線吸収体により形成された転写用パターン
を通過する際に、導波管効果によりＸ線の透過特性が劣
化するので、転写される回路パターンの解像度が低下す
るという問題があった。このため、Ｘ線の波長を短くし
て転写パターンの微細化を図ることは困難であるとされ
ていた。
【００２６】なお短波長のＸ線による露光技術は、マイ
クロマシン技術の分野において、露光波長を０．３ｎｍ
程度にした例がある。ただし、このように短波長のＸ線
を用いたのは、レジスト中へのＸ線の透過能を高くする
ことにより、数ミクロンのパターンを数百ミクロン程度
の高さで形成するという、高アスペクトパターン加工を
行うという目的のためである。また、このマイクロマシ
ン技術の分野において要求されているパターン寸法は、
上記の半導体装置の分野で求められている要求パターン
寸法は、上記の半導体製造装置の分野で求められている
要求パターン寸法に対して１桁から２桁以上大きい。
【００２７】また、Ｘ線マスクのＸ線吸収体の厚さも半
導体製造装置の分野で用いられているものより厚い。ま
た、Ｘ線マスクの基板もチタンなどの金属を用いてい
る。つまり、上記技術は本発明の技術分野とは全く異な
る技術分野に属するものである。さらに、パラジウムタ
ーゲットを用いた電子励起型の点光源を用いた露光装置
では０．４１５ｎｍから０．４４ｎｍという波長領域の
Ｘ線を用いて露光を行うために、窒化硼素からなる基盤
上に金めっきにより吸収体を形成したマスクを用いた実
験例が報告されている。しかし、この技術もシンクロト
ロン放射源を用いる本発明とは、基本的に異なる技術分
野に属するものである。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】従来よりＸ線近接露光
技術を用いてパターンを形成するＸ線露光装置やＸ線露
光方法等においては、パターンの適用限界をより微細領
域に広げ、高解像度の微細なパターンを高速に基板上に
転写することが要望されている。このときＸ線近接露光
技術に於ける短波長露光の問題点として、露光光による
レジスト中や基板での光電子やオージェ電子等により、
レジストにカブリが生じ、この結果、パターン解像力が
低下するとされ、パターンの微細化が妨げられていた。
【００２９】即ち、露光光によりレジスト中で発生する
光電子の飛程によって解像限界が決まり、これを基に最
適化した構成のシステムが採用されてきた。
【００３０】一方、近年、溶解速度比が大きなレジスト
が開発されるようになってきたこと、及び０．０５ミク
ロンに迫る領域の微細パターンの必要性が明確になって
きている。
【００３１】発明者らは、実験的に非化学増幅型のレジ
ストを用いて、５０ｎｍのラインパターンを形成できる
ことを発見した。この場合、光電子は光学像を鈍らせる
作用を有するが、解像限界を決定する決定的な要因とは
なっていなかった。
【００３２】つまり、光電子により影響を受けたレジス
ト部分と、Ｘ線を直接照射されたレジスト部分との溶解
速度比の大きなレジストを用いれば、光電子の飛程は、解
像限界を決定する支配要因とならないことを発見者らは
発見した。この結果、本発明によるＸ線露光装置のよう
に、従来よりも短波長領域のＸ線を露光光として用いる
ことができることを発見者らは見出した。
【００３３】本発明はこれらに対応して露光光として従
来より短波長領域のＸ線を適切なる部材を使用すること
により、パターンの高解像化が可能なＸ線露光装置、Ｘ
線露光方法及びそれらを利用したデバイスの製造方法の
提供を目的とする。
【００３４】この他本発明は、パターンのより高解像化
を図るため従来より使用された波長より短波長のＸ線を
使用可能とし、照射強度を大きくし、高スループット化
賀容易なＸ線露光システムの提供を目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明のＸ線露
光装置は０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．７ｎｍ
超えの波長領域の少なくともいずれか一方において吸収
端を有する材料を含む、Ｘ線ミラーを利用してＸ線で基
板を露光するＸ線露光装置において、前記Ｘ線ミラー
は、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、クロム、
これらの合金、窒化物、炭化物および硼化物からなる群
から選択される1種以上の材料を含むことを特徴として
いる。
【００３６】請求項２の発明は請求項１の発明において
前記Ｘ線はシンクロトロン放射源から出射した放射光よ
り、得ていることを特徴としている。
【００３７】請求項３の発明は請求項１または２の発明
において前記Ｘ線ミラーは、０．３ｎｍ未満の波長領域
のＸ線を９０％以上吸収する、短波長カット用Ｘ線ミラ
ーを含むことを特徴としている。
【００３８】請求項４の発明は請求項１から３のいずれ
か１項の発明において前記基板はＸ線マスクを介して露
光しており、前記Ｘ線マスクは、メンブレンと、そのメ
ンブレン上に形成されたＸ線吸収体とを含み、前記メン
ブレンは、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボ
ン、窒化硼素、ベリリウムからなる群から選択される１
種以上の材料を含むことを特徴としている。
【００３９】請求項５の発明は請求項１から３のいずれ
か１項の発明において前記基板はＸ線マスクを介して露
光しており前記Ｘ線マスクは、メンブレンと、そのメン
ブレン上に形成されたＸ線吸収体とを含み、前記メンブ
レンは、０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．７ｎｍ
超えの波長領域の少なくともいずれか一方において吸収
端を有する材料を含み、前記Ｘ線吸収体は、０．６ｎｍ
以上０．８５ｎｍ未満の波長領域において吸収端を有す
る材料を含むことを特徴としている。
【００４０】請求項６の発明のＸ線露光方法は０．４５
ｎｍ未満の波長領域および０．７ｎｍ超えの波長領域の
少なくともいずれか一方において吸収端を有する材料を
含むＸ線ミラーにＸ線を入射させるＸ線入射工程と、前
記Ｘ線ミラーから出射するＸ線を用いて基板の露光を行
う露光工程とを備える、Ｘ線露光方法において、前記Ｘ
線ミラーは、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、
クロム、およびこれらの合金、窒化物、炭化物、硼化物
からなる群から選択される1種以上の材料を含むことを
特徴としている。
【００４１】請求項７の発明は請求項６の発明において
前記Ｘ線をシンクロトロン放射源から出射した放射光よ
り、得るＸ線出射工程を備えることを特徴としている。
【００４２】請求項８の発明は請求項６または７の発明
において前記Ｘ線ミラーは、０．３ｎｍ未満の波長領域
のＸ線を９０％以上吸収する、短波長カット用Ｘ線ミラ
ーを含むことを特徴としている。
【００４３】請求項９の発明は請求項６から８のいずれ
か１項の発明において前記露光工程では前記基板をＸ線
マスクを介して露光しており、前記Ｘ線マスクは、メン
ブレンと、そのメンブレン上に形成されたＸ線吸収体と
を含み、前記メンブレンは、ダイヤモンド、ダイヤモン
ドライクカーボン、窒化硼素、ベリリウムからなる群か
ら選択される１種以上の材料を含むことを特徴としてい
る。
【００４４】請求項１０の発明は請求項６から８のいず
れか１項の発明において前記露光工程では前記基板をＸ
線マスクを介して露光しており、前記Ｘ線マスクは、メ
ンブレンと、そのメンブレン上に形成されたＸ線吸収体
とを含み、前記メンブレンは、０．４５ｎｍ未満の波長
領域および０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいず
れか一方においてのみ吸収端を有する材料を含み、前記
Ｘ線吸収体は、０．６ｎｍ以上０．８５ｎｍ未満の波長
領域において吸収端を有する材料を含むことを特徴とし
ている。
【００４５】請求項１１の発明の半導体製造装置は請求
項６から１０のいずれか１項のＸ線露光方法を利用し
て、半導体デバイスを製造していることを特徴としてい
る。
【００４６】請求項１２の発明の微細構造体は請求項６
から１０のいずれか１項のＸ線露光方法を利用して製造
されたことを特徴としている。
【００４７】請求項１３の発明のデバイス製造方法は請
求項１から５のいずれか１項のＸ線露光方法を用いてデ
バイスを製造することを特徴としている。
【００４８】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明は、基本
的にはシンクロトロン放射源から露光光としてに最適な
従来より短波長領域のＸ線を取り出して、Ｘ線マスクを
照射し、基板にパターンを形成するＸ線露光装置および
Ｘ線露光方法と、取り出されたＸ線を露光光として照射
するためのＸ線マスクとを含んでいる。図１は、本発明
のＸ線露光装置の実施の形態１を示す模式図である。図
１のＸ線露光装置は、Ｘ線を放射するシンクロトロン放
射源１、Ｘ線を反射させるＸ線ミラー３、熱除去フィル
タ４、ベリリウム窓５、パターンを形成したＸ線マスク
６等を備えている。ここで、熱除去フィルタ４の材質は
ベリリウムからなり、長波長領域（波長１．５）ｎｍ以
上のＸ線をカットする機能を有する。また、ベリリウム
窓５は、真空領域と大気との隔壁として作用する。
【００４９】Ｘ線マスク６には、半導体ウエハ９に転写
されるべき回路パターンがＸ線吸収体により形成されて
いる。
【００５０】図８はＸ線マスクの要部断面図である。図
８において６はＸ線マスク、２１は基板であるＳｉウエ
ハーである。２２はメンブレンであり、０．４５ｎｍ未
満の波長領域および０．７ｎｍ超えの波長領域の少なく
ともいずれか一方において吸収端を有する材料を有して
いる。
【００５１】具体的にはメンブレン２２はダイヤモン
ド、ダイヤモンドライクカーボン、窒化硼素、ベリリウ
ム等のうちの１種以上の材料を含んでいる。
【００５２】２３はＩＴＯ膜又はＳｉＯ2膜、等のＸ線
透過膜である。
【００５３】２４はＸ線吸収体であり、前記Ｘ線吸収体
は、０．６ｎｍ以上０．８５ｎｍ未満の波長領域におい
て吸収端を有する材料を有している。例えばタングステ
ンやタンタル系材料より成っている。
【００５４】２５は開口部、２６はマスクフレーム（フ
レーム）である。
【００５５】Ｘ線ミラー３は０．４５ｎｍ未満の波長領
域および０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれ
か一方において吸収端を有する材料を含んでいる。
【００５６】具体的にはＸ線ミラー３は鉄、コバルト、
ニッケル、銅、マンガン、クロム、これらの合金、窒化
物、炭化物および硼化物からなる群から選択される1種
以上の材料を含んでいる。
【００５７】ここで吸収端とは物質の吸収係数が急激に
変化する波長を言い、その吸収端より短波長側では吸収
係数が大きく、長波長側では吸収係数は小さくなる。吸
収端は物質により異なる。
【００５８】又、本実施形態においては前記Ｘ線ミラー
は、０．３ｎｍ未満の波長領域のＸ線を９０％以上吸収
する、短波長カット用Ｘ線ミラーを含んでいる。
【００５９】シンクロトロン放射源１から出射した放射
光２は、Ｘ線ミラー３にまず入射する。このときの放射
光２の光軸（中心となる軸、中心軸）とＸ線ミラー３の
Ｘ線を反射する面とのなす角を斜入射角７としている。
また、Ｘ線ミラー３において放射光２を集光する角度を
集光角８として示している。そして、Ｘ線ミラー３にお
いて反射された放射光２は、熱除去フィルタ４、ベリリ
ウム窓５、Ｘ線マスク６を介して、半導体ウエハ９に到
達する。このような放射光２を利用して、Ｘ線マスク６
のパターンを半導体ウエハ９に形成している。そして露
光した半導体ウエハ９を公知の現像処理工程を介して半
導体デバイスを製造している。
【００６０】本発明のＸ線露光方法としては０．４５ｎ
ｍ未満の波長領域および０．７ｎｍ超えの波長領域の少
なくともいずれか一方において吸収端を有する材料を含
むＸ線ミラーにＸ線を入射させるＸ線入射工程と、前記
Ｘ線ミラーから出射するＸ線を用いて基板の露光を行う
露光工程の工程を用いている。
【００６１】又、前記Ｘ線をシンクロトロン放射源から
出射した放射光より、得るＸ線出射工程を備えている。
【００６２】なお、Ｘ線ミラー３は、放射光２を集光す
る集光ミラーとしての機能や、Ｘ線ミラー３から出射す
る放射光２がＸ線マスク６を一度に照射できる領域の面
積（照射面積）を拡大する拡大ミラーとしての機能を兼
ね備えるようにしてもよい。また、本発明によるＸ線露
光装置は、Ｘ線ミラー３とは別に、光路中に集光ミラー
や拡大ミラーを備えていてもよい。
【００６３】本実施形態によるＸ線露光装置で用いてい
るＸ線ミラー３は、コバルトを機械的な切削加工と研磨
加工により、表面粗度が０．４ｎｍ（ｒｍｓ）程度とし
ている。そして、このような構造を有するＸ線ミラー３
に対して、斜入射角１度程度で放射光２を入射し、Ｘ線
ミラー３のＸ線反射特性（短波長領域のＸ線をカットす
る特性）を評価した。その結果を図２、図３に示す。図
２、図３は、後述するＸ線ミラー用の材料についての、
Ｘ線の波長とＸ線の反射率ＸＲとの関係を示すグラフで
ある。
【００６４】図２、図３に示すように本発明に係る材料
を用いると０．４ｎｍ以上の波長域において良好なる反
射率が得られる。
【００６５】本発明者らは、Ｘ線ミラーに用いる材料を
適切に選択することにより従来よりも短波長領域のＸ線
をＸ線露光工程において用いることができることを確認
した。そして、このような短波長領域のＸ線を用いたＸ
線露光装置を実現するために、さまざまな検討を行っ
た。そして、この検討の１つとして、短波長領域の露光
に最適なＸ線をシンクロトロン放射源から取り出すため
のビームラインに用いる短波長カット用のＸ線ミラー材
料について検討を行った。
【００６６】発明者らは、まず、各種材料表面でのＸ線
の反射特性を検討した。この結果、従来からＸ線ミラー
として検討されている白金などの重元素を用いたミラー
においても、斜入射角を小さくすることにより、カット
されるＸ線の波長領域を従来よりも短波長領域へと移動
させることがある程度できることがわかった。しかし、
従来の白金などを用いた場合には、斜入射角１゜として
も波長０．３〜０．５５ｎｍでの反射率が５０％程度と
低い。
【００６７】そこで、発明者らは、周期律表の第４周期
の材料であるコバルト、ニッケル、鉄、銅、クロム、マ
ンガンおよびそれらの合金について、斜入射角１゜とし
て検討した。この結果０．４ｎｍ程度までの短波長領域
まで、X線を高い反射率で反射することがわかった。ま
た、これらの合金についても同等の反射率が得られる例
として、銅とニッケルの合金であるコンスタンタン、コ
バルト、ニッケル、鉄の合金であるコバール、ニッケル
とクロムの合金であるニクロムの３種類がある。これら
について反射率を図２に示す。
【００６８】以下、本発明に係るミラー材を用いると、
従来のＸ線露光装置に比べて、露光光が短波長化でき、
且つ大出力化できることを説明する。
【００６９】従来のＸ線露光装置の系として、臨界波長
が１．８ｎｍというシンクロトロンの放射源と、２枚の
白金でできたＸ線ミラーと、熱除去フィルタとベリリウ
ム窓と窒化珪素膜からなる窓とを備える系を考える。
【００７０】白金でできた２枚のＸ線ミラーへの斜入射
角は各々１．７５゜と１．４５゜である。また熱除去フ
ィルタとして厚さ１μmの炭化珪素を用い、ベリリウム
窓の厚さは１５μm、窒化珪素膜の厚さは１．５μmであ
る。このようなＸ線ミラーを用いて構成されたＸ線露光
装置に対し、厚さ２μmの炭化珪素からなるＸ線マスク
メンブレンを透過するＸ線スペクトル、即ちＸ線照射ス
ペクトル（相対強度）を図４に従来例として示す。
【００７１】次に、発明者らが検討したＸ線ミラーの実
施形態について説明する。図２、図３で示したミラー材
料を用い、従来例と同様の集光角を持つＸ線ミラーを備
え、厚さ１μm厚のダイヤモンドからなる熱除去フィル
タと厚さ２０μmのベリリウム窓とを備えるＸ線露光装
置を考える。
【００７２】このように構成されたＸ線露光装置に対
し、厚さ４μmのダイヤモンドからなるＸ線マスクメン
ブレンを透過するＸ線スペクトル、即ちＸ線照射スペク
トルを図４、図５に示す。
【００７３】図４、図５に示すように本発明によれば従
来例に比べて４．６〜４．９倍の照射強度が得られる。
【００７４】尚、Ｘ線マスクメンブレンが従来の材料で
ある炭化珪素からダイヤモンドへ変えた理由は次の通り
である。珪素の吸収端が０．６５ｎｍ近辺にあり、この
付近の波長のＸ線透過強度を大きく減衰させてしまう。
そのため、露光波長域外である４．４ｎｍに吸収端を持
つダイヤモンドをＸ線マスクメンブレンとして用い、露
光強度の極端な減衰を防いでいる。
【００７５】またダイヤモンドからなるＸ線マスクメン
ブレンの厚さを４μmとしているのは、微細パターンの
位置精度を保つために、メンブレンの厚さを厚くする必
要があることを考慮してのことである。
【００７６】図４、図５に示すように本発明のＸ線露光
装置では、全く同じシンクロトロン放射源に対し、従来
のＸ線露光装置で得られていた強度の４．６〜４．９倍
の照射強度を得ることができる。 （実施の形態２）実施形態１のＸ線露光装置では１枚の
ミラーを用いているが２枚のミラーで照射光の形状を形
成するようなミラー構成も適用可能である。本発明のＸ
線露光装置において、２枚のＸ線ミラーに置き換えた場
合と従来のミラーを用いた場合の照射Ｘ線スペクトルを
図６、図７に示す。ここで２枚のＸ線ミラーは斜入射角
１゜で保持されている。この場合も、本発明のＸ線露光
装置は、従来のミラーを用いた場合に比べて３．１〜
３．６倍の照射強度を得ることができる。
【００７７】次に本発明の前述した実施形態以外の特徴
について説明する。
【００７８】本発明では、基本的には、放射光装置から
短波長露光に最適なＸ線を取り出し、パターンを露光す
るＸ線露光装置とＸ線を用いたＸ線露光方法に関する発
明と、放射光装置から取り出された短波長の光を露光光
として使用するためのマスク材料に関する発明を含んで
いる。
【００７９】短波長露光に最適なＸ線を取り出す方法
は、放射光装置から露光装置へ光を取り出すためのビー
ムラインに用いる短波長カット用の斜入射ミラーの材料
を適切に設定して行っている。
【００８０】即ち、各種材料表面でのＸ線の斜入射反射
特性の検討からすると、従来から検討されている金や白
金などの重元素を用いたミラーに於いても、短波長側を
カットする領域を短波長側へ移動させることは、斜入射
角を小さくする事で実現可能であったが、この場合には
短波長側を完全にカットすることは出来ず、０．３〜
０．５ｎｍ領域のＸ線もかなりの割合で混入し、光電子
の発生などによりパタン形成に悪影響を及ぼす。
【００８１】そこで本発明では、この問題を解決するた
めに、ダイヤモンドや窒化硼素などの高密度で軽元素の
材料の表面を斜入射ミラー面とした。ダイヤモンドや窒
化硼素の表面は斜入射角１゜と大きくしても０．６ｎｍ
程度の短波長まで高反射の特性が得られ、それ以下の短
波長領域では急激に反射率が低下するため、短波長領域
の光の混入を小さく押さえることができる。両材料とも
ほぼ同程度の高い反射率が得られ、斜入射角を１゜以下
と小さい角度にすることで、カットする波長をさらに短
波長側へ移動することができる。
【００８２】これらの軽元素材料には、０．５ｎｍ以下
の短波長領域には吸収端がなく、光の反射特性が平坦で
あることによるものであり、短波長側を効果的に除去す
ることが可能である。これらの材料の研磨した平滑な表
面を用いることにより９０％近くと、ベリリウム以外の
斜入射ミラー材料としては最高の反射特性を得ている。
【００８３】ベリリウムは短波長領域には吸収端はな
く、この材料表面を用いることで、効果的に短波長側を
除去することが可能であり、又反射率が高いことと合わ
せて良いミラー材料である。しかし、ダイヤモンドや窒
化硼素と同様のカット波長を実現するためにはさらに小
さな斜入射角とする必要がある。このため高スループッ
ト化するためにはミラー枚数を増加するなどの方法が良
い。
【００８４】露光用の斜入射ミラーは従来、平面ミラー
の他、球面ミラー、シリンドリカル面やトロイダル面な
どの曲面ミラー、エリプソイダル、パラボロイドなどの
非球面ミラー面等が、集光効率を高める目的などで用い
られている一方、ミラー表面の加工技術や評価技術さら
には設計技術の進歩により、最近では数式では容易に表
記できない非球面ミラー面も検討されるに及んでいる。
また硝子のみでなく硬度の高い高脆材料の加工技術にも
進展が見られ、自由曲面をミラー面として使用すること
もなされている。
【００８５】このため、本発明者等は従来から検討され
てきた酸化硅素系の溶融石英の他、炭化硅素、グラファ
イト、窒化硼素などの材料でもミラー加工を試みた。炭
化硅素、グラファイト、窒化硼素を用いたミラーでも、
斜入射角を調節することで、０．６ｎｍ領域をカット波
長とすることに成功した。しかし、炭化硅素やグラファ
イトでは斜入射角が小さいため、ダイヤモンド面を検討
した。グラファイト、炭化硅素、窒化硼素などの材料で
もミラー加工を試みた。
【００８６】炭化硅素、ダイヤモンド材料の形成技術
は、ここ1〜2年でＣＶＤ法による開発が急進展し、急速
に大型表面の材料が得られるようになっている。反射ミ
ラーの材料としてダイヤモンドミラーをバルク材料で得
られれば熱伝導性など最高の性能が得られる。しかしな
がらまだバルク状の大型ミラーを形成出来るまでには至
っていない。このため、小型の平面ミラーを用いてミラ
ー特性を検討し優れた特性を確認した。
【００８７】ここでは形成が容易なＣＶＤによる薄膜表
面を用いて検討した。即ち、既に加工したミラー表面に
ＣＶＤでダイヤモンドを形成し後加工して完成させる手
法である。基板となるミラー材料として加工が容易なグ
ラファィトなどの炭素系材料、硅素酸化物を主体とした
結晶や硝子系の材料、加工は困難になるが熱伝導性や照
射損傷がすぐれている為にその観点から選択した炭化硅
素系の材料、及び窒化硼素などの硬度が高く耐熱生に優
れた高脆材料などの表面へ、ダイヤモンド薄膜を形成す
る検討を行った。
【００８８】グラファィト、硅素酸化物、炭化硅素、窒
化硼素などミラー材料を７００℃程度以上に加熱し、Ｃ
ＶＤ法でダイヤモンド薄膜を形成した。グラファィト、
硅素酸化物、炭化硅素、窒化硼素のいずれの材料上でも
ダイヤモンド薄膜は形成可能であった。ダイヤモンド薄
膜の形成条件は、表面平滑性を最重点にＣＶＤ条件や、
ダイヤモンド生成の発生核密度を増加させるなどの、ミ
ラー基板処理法など各種の形成条件を検討したが、その
まま斜入射ミラーとして使用可能な薄膜の形成は容易で
はなかった。
【００８９】このため、ダイヤモンド薄膜を形成した
後、研磨などの後加工を施す方法を試みた。機械加工で
の研磨を重点としたが、加工時間の短縮などを目的に、
化学研磨の要素も加味した条件を探索した。ただ、いず
れの方法を用いてもダイヤモンド面の加工は困難であ
り、グラファイトでは斜入射角が非常に小さくなるた
め、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）とも呼ばれ
ている材料の検討の行い、ダイヤモンドに近い反射特性
を得ることが出来た。この材料は、ダイヤモンドと類似
の形成条件で製造が可能であり、より広い製造条件で形
成が可能であった。
【００９０】短波長光を用いた微細パターンの形成に於
いては、短波長光を得ることと同時に、マスク基板材料
の透過性能の波長依存性が課題となる。即ち、従来から
検討されてきている、窒化硅素や炭化硅素などの硅素を
含む材料は、欠陥レベルを含めた実用に向けた完成度は
高く好ましい材料ではあるが、硅素の吸収端が0.7nm近
辺にあり、この領域で急激な透過能の変化を来たすた
め、短波長露光用のマスク基板としては特性を十分発揮
させることが困難であった。
【００９１】このため、本発明では、硅素を含有しない
薄膜、即ちカーボンを主原料とする材料、窒化硼素、及
びベリリウムなどの軽元素で構成された薄膜を用いた。
両材料とも１．５ｎｍ以下の露光に使用する波長領域に
は吸収端はなく、平滑な透過特性を示し、特にダイヤモ
ンドはヤング率も炭化硅素の２倍以上の材料も得られる
など、微細領域の基板としての特性は極めて優れてい
た。一方、ベリリウム薄膜は、Ｘ線の透過性能は極めて
優れているが、アライメント用の光の透過性がなく、熱
膨張係数も大きいためＸ線近接露光技術用のマスク基板
としてはほとんど検討されてこなかった。
【００９２】しかし、熱膨張係数も大きい問題は、現在
開発中の、減圧ヘリウム雰囲気などの熱放散性の良い露
光環境で、フラッシュ露光の様な大面積一括露光の方式
に於いては、露光による温度上昇が極めて少なく、特
に、熱線吸収用のダイヤモンド窓やベリリウム窓を用い
た系に於いては無視しうる程度であった。
【００９３】また、アライメント方式として、グローバ
ルアライメントが主流となる短波長露光法では使用可能
な材料であることが明らかとなった。窒化硼素は硬度
や、熱膨張の観点からはベリリウム膜より優れていた
が、アライメント光に透明な膜を得ることが困難であっ
た。しかしながらグローバルアライメントとステージの
高精度化でアライメントが可能なため、再度検討した結
果、この材料は短波長露光には不可欠な０．５ｎｍ領域
の露光光に吸収端の無い優れた材料であることが明らか
となった。即ち、ダイヤモンドミラーなどの短波長選択
露光の系では、極めて有用な材料であることが確認でき
た。
【００９４】Ｘ線近接露光技術に於いては、マスク用の
Ｘ線の吸収体としては重金属やその化合物、合金などが
提案されている。本発明の、短波長領域の露光に於て
は、従来から用いられているタングステンやタンタル系
材料に対して、高い吸収能を持つ波長帯となっている。
さらに吸収体を多層膜とすることにより、Ｘ線の反射率
を高め、吸収体のアスペクト比を小さくすることができ
る。
【００９５】本発明は短波長カット用の斜入射ミラーと
して、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ま
たは窒化硼素の表面を用いている。これらの材料によ
り、従来より最適露光波長とされてきた０．７ｎｍより
短波長領域にピーク波長を有し、それより短波長の光の
含有量の少ない、短波長Ｘ線近接露光に使用可能な照射
光を取り出し、これによってＸ線リソグラフィーを行っ
ている。
【００９６】さらに、これらのミラー材料を基板上に形
成する方法を開発し、これによって大型ミラーを使用
し、集光効率の高い高スループットの露光システムを達
成した。この短波長Ｘ線近接露光システムの特徴を生か
すために、マスク基板材料にダイヤモンド、ダイヤモン
ドライクカーボン、窒化硼素およびベリリウム薄膜を用
いて、短波長Ｘ線近接露光用として良好なるＸ線マスク
を開発した。これにより、従来の穴あきのステンシルマ
スクなどを用いることなく、Ｘ線近接露光で０．６ｎｍ
以下の短波長を露光光として使用可能にしている。
【００９７】
【発明の効果】本発明によれば従来より短波長領域のＸ
線を適切なる部材を使用することにより、パターンの高
解像化が可能なＸ線露光装置、Ｘ線露光方法及びそれら
を利用したデバイスの製造方法を達成することができ
る。
【００９８】この他本発明によればパターンのより高解
像化を図るため従来より使用された波長より短波長のＸ
線を使用可能とし、照射強度を大きくし、高スループッ
ト化が容易なＸ線露光システムを達成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線露光装置の実施の形態１を示
す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＸ線ミラー材料
と従来のＸ線ミラー材料についてのＸ線の波長とＸ線の
反射率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１におけるＸ線ミラー材料
についてのＸ線の波長とＸ線の反射率との関係を示すグ
ラフである。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＸ線ミラー材料
と従来のＸ線ミラー材料についてのＸ線の波長とＸ線照
射強度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１におけるＸ線ミラー材料
についてのＸ線の波長とＸ線照射強度との関係を示すグ
ラフである。
【図６】本発明の実施の形態２におけるＸ線ミラー材料
と従来のＸ線ミラー材料についてのＸ線の波長とＸ線照
射強度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２におけるＸ線ミラー材料
についてのＸ線の波長とＸ線照射強度との関係を示すグ
ラフである。
【図８】本発明のＸ線マスクの要部断面図
【図９】従来のＸ線露光装置の要部概略図
【符号の説明】
１ シンクロトロン放射源 ２ 放射光 ３ Ｘ線ミラー ４ 熱除去フィルタ ５ ベリリウム窓 ６ Ｘ線マスク ７ 放射光のＸ線ミラーに対する斜入射角 ８ Ｘ線ミラーの集光角 ９ 半導体ウエハ １０１ シンクロトロン放射源 １０２ 放射光 １０３ Ｘ線ミラー １０４ 熱除去フィルタ １０５ ベリリウム窓 １０６ Ｘ線マスク １０９ 半導体ウエハ １２２ 窒化珪素膜からなる窓 １２３ 縦型ＸＹステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｈ０５Ｈ 13/04 Ｕ Ｈ０５Ｈ 13/04 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ (72)発明者 北山 豊樹 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 渡辺 豊 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鵜澤 俊一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2G085 AA13 DB02 EA01 EA08 2H095 BA10 BC05 2H097 AA03 BB02 CA15 GA45 LA10 5F046 GA02 GB01 GB07 GC04 GD03

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．
    ７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方におい
    て吸収端を有する材料を含む、Ｘ線ミラーを利用してＸ
    線で基板を露光するＸ線露光装置において、 前記Ｘ線ミラーは、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マン
    ガン、クロム、これらの合金、窒化物、炭化物および硼
    化物からなる群から選択される1種以上の材料を含むこ
    とを特徴とするＸ線露光装置。
  2. 【請求項２】 前記Ｘ線はシンクロトロン放射源から出
    射した放射光より、得ていることを特徴とする請求項１
    に記載のＸ線露光装置。
  3. 【請求項３】 前記Ｘ線ミラーは、０．３ｎｍ未満の波
    長領域のＸ線を９０％以上吸収する、短波長カット用Ｘ
    線ミラーを含むことを特徴とする請求項１または２に記
    載のＸ線露光装置。
  4. 【請求項４】 前記基板はＸ線マスクを介して露光して
    おり、前記Ｘ線マスクは、メンブレンと、そのメンブレ
    ン上に形成されたＸ線吸収体とを含み、前記メンブレン
    は、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、窒化
    硼素、ベリリウムからなる群から選択される１種以上の
    材料を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
    項に記載のＸ線露光装置。
  5. 【請求項５】 前記基板はＸ線マスクを介して露光して
    おり前記Ｘ線マスクは、メンブレンと、そのメンブレン
    上に形成されたＸ線吸収体とを含み、 前記メンブレンは、０．４５ｎｍ未満の波長領域および
    ０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方に
    おいて吸収端を有する材料を含み、 前記Ｘ線吸収体は、０．６ｎｍ以上０．８５ｎｍ未満の
    波長領域において吸収端を有する材料を含むことを特徴
    とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＸ線露光装
    置。
  6. 【請求項６】 ０．４５ｎｍ未満の波長領域および０．
    ７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方におい
    て吸収端を有する材料を含むＸ線ミラーにＸ線を入射さ
    せるＸ線入射工程と、 前記Ｘ線ミラーから出射するＸ線を用いて基板の露光を
    行う露光工程とを備える、Ｘ線露光方法において、 前記Ｘ線ミラーは、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マン
    ガン、クロム、およびこれらの合金、窒化物、炭化物、
    硼化物からなる群から選択される1種以上の材料を含む
    ことを特徴とするＸ線露光方法。
  7. 【請求項７】 前記Ｘ線をシンクロトロン放射源から出
    射した放射光より、得るＸ線出射工程を備えることを特
    徴とする請求項６に記載のＸ線露光方法。
  8. 【請求項８】 前記Ｘ線ミラーは、０．３ｎｍ未満の波
    長領域のＸ線を９０％以上吸収する、短波長カット用Ｘ
    線ミラーを含むことを特徴とする請求項６または７に記
    載のＸ線露光方法。前記Ｘ線マスクは、
  9. 【請求項９】 前記露光工程では前記基板をＸ線マスク
    を介して露光しており、前記Ｘ線マスクは、メンブレン
    と、そのメンブレン上に形成されたＸ線吸収体とを含
    み、 前記メンブレンは、ダイヤモンド、ダイヤモンドライク
    カーボン、窒化硼素、ベリリウムからなる群から選択さ
    れる１種以上の材料を含むことを特徴とする請求項６〜
    ８のいずれか１項に記載のＸ線露光方法。
  10. 【請求項１０】 前記露光工程では前記基板をＸ線マス
    クを介して露光しており、前記Ｘ線マスクは、メンブレ
    ンと、そのメンブレン上に形成されたＸ線吸収体とを含
    み、 前記メンブレンは、０．４５ｎｍ未満の波長領域および
    ０．７ｎｍ超えの波長領域の少なくともいずれか一方に
    おいて吸収端を有する材料を含み、 前記Ｘ線吸収体は、０．６ｎｍ以上０．８５ｎｍ未満の
    波長領域において吸収端を有する材料を含むことを特徴
    とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のＸ線露光方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項６から１０のいずれか１項のＸ
    線露光方法を利用して、半導体デバイスを製造している
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  12. 【請求項１２】 請求項６から１０のいずれか１項のＸ
    線露光方法を利用して製造されたことを特徴とする微細
    構造体。
  13. 【請求項１３】 請求項１から５のいずれか１項のＸ線
    露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とする
    デバイスの製造方法。
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