(57)【要約】【課題】  解像性を上げるために、波長を短くすると基板からの２次電子が増加して、レジストのアンダーカットや裾引きが生じる。【解決手段】  レジストにＢｒ等のハロゲン化物を入れＸ線の吸収を大きくすると、基板からレジストに与えられるエネルギー量の差が、基板の吸収端の前後で逆転するため、露光波長の最も短い波長と最も長い波長の間に基板の吸収端がくるようにして、適当な波長領域のＸ線で露光し、見かけ上基板からの２次電子量が０となるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の吸収端が露光波長の最も短い波長λ１と最も長い波長λ２の間にあって、露光基板によってフィルターまたはＸ線ミラーの視斜角を変えて、露光波長を変えることを特徴とするプロキシミィテーＸ線露光方法。
【請求項２】
波長λのとき、Ｅｂ（λ）Δλは基板からレジストに２次電子によって与えられるエネルギー量、Ｅｒ（λ）Δλはレジスト基板に２次電子によって与えられるエネルギー量としたとき、
∫（Ｅｂ（λ）−Ｅｒ（λ））Ｉ（λ）ｄλ＝０となるように、
露光強度Ｉ（λ）を選択することを特徴とする請求項１に記載のプロキシミィテーＸ線露光方法。
【請求項３】
Ｒｂ（λ）とＲｒ（λ）はそれぞれ波長λのときの基板内とレジスト内の電子の飛程で、ｕｂ（λ）とｕｒ（λ）それぞれ波長λのときの基板とレジストの線吸収係数としたとき、
∫（Ｒｂ（λ）＊ｕｂ（λ）−Ｒｒ（λ）＊ｕｒ（λ）））Ｉ（λ）ｄλ＝０となるように、
露光強度Ｉ（λ）を選択することを特徴とする請求項１に記載のプロキシミィテーＸ線露光方法。
【請求項４】
Ｒｂ＊ｕｂ（λ１）＞Ｒｒ＊ｕｒ（λ１）、Ｒｂ＊ｕｂ（λ２）＜Ｒｒ＊ｕｒ（λ２）
または、
Ｒｂ＊ｕｂ（λ１）＜Ｒｒ＊ｕｒ（λ１）、Ｒｂ＊ｕｂ（λ２）＞Ｒｒ＊ｕｒ（λ２）
なるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のプロキシミィテーＸ線露光方法。
【請求項５】
プラズマＸ線源を用いたプロキシミィテーＸ線露光方法で、複数のターゲット材料によるＸ線で露光を行い、露光基板によって、露光波長の照射強度比を変えることを特徴とするプロキシミィテーＸ線露光方法。
【請求項６】
ハロゲン系元素を含有するレジストを用いることことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のプロキシミィテーＸ線露光方法。
【請求項７】
請求項１〜５いずれかに記載のプロキシミィテーＸ線露光方法を行うプロキシミィテーＸ線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロキシミィテーＸ線露光方法および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線プロキシミィテー露光は、１００ｎｍより微細なパターン形成方法として有望な技術である。ＳＲをＸ線プロキシミィテー用いた露光では、ＳｉＣやＰｔのミラーによって反射した波長０．８〜１．２ｎｍのＸ線を、マスクに照射して、微細なパターンを転写してきた。例えば、マスクとウエハの間隔であるプロキシミティーギャップ１０μｍで、厚さ０．２５〜０．３０μｍのＷの吸収材で、７０ｎｍのパターンを解像している。
【特許文献１】特開２０００−３３８２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さらに微細なパターンを良好に転写するには、コントラストを上げることが重要である。そのため、露光波長を短波長にして回折の影響を小さくする方法が有望である。しかし、露光波長を短波長化すると基板からの２次電子が増加し、基板付近の露光量が、レジストの中間層の深さの露光量より増加することが知られている。ここで、レジストの中間層の深さとは、基板からの２次電子の影響を受けず、表面からの離脱する２次電子の影響も受けない領域で、例えば基板から０．１μｍ以上離れ表面から０．１μｍ以上深い領域の層である。このため、基板付近のレジストの線幅が、中間層の線幅と異なってしまう。ネガレジストでは、露光量が多いレジストが残るため、基板付近のレジストの線幅が太ることになる。ポジレジストでは、露光量が多いレジストが除去されるため、基板付近のレジストの線幅が細ることになる。
【０００４】
本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであって、短波長でもレジストのアンダーカットや裾引きが生じず、レジストの側壁が垂直になるプロキシミィテーＸ線露光方法および露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基板の吸収端が露光波長の最も短い波長λ１と最も長い波長λ２の間にあって、露光基板によってフィルターまたはＸ線ミラーの視斜角を変えて、露光波長を変えることを特徴とする。
【０００６】
それで、これらの線幅が変化する対策として、波長を長波長化するか、基板付近に２次電子を防止する層をひくことが、古くから提案されている。また、短波調化に関しては、特許文献１に、Ｘ線ミラーの材質及び視斜角に関して述べられているが、基板からの２次電子の影響を考慮したものではない。
【０００７】
基板からの２次電子がレジストに与えるエネルギー量を考える。波長０．６ｎｍのＸ線が入射したときの深さ方向のレジストのエネルギー吸収率を図５に示す。横軸にレジストの深さを縦軸にエネルギー吸収率を示す。実線は、厚さ２００ｎｍのＳｉ基板上に、厚さ３００ｎｍのレジストを塗布したときのエネルギー吸収率を示す。レジストは、組成をＣ６Ｈ６Ｏ密度２（ｇ／ｃｍ３）とした。実際にウエハ等で使用されるＳｉ基板の厚さは数１００μｍであるが、Ｓｉ内で発生した２次電子が移動できる距離は１００ｎｍ以下であり、それより深いところで発生した２次電子がレジストに与える影響は無視できるので、計算時間の観点からＳｉ基板の厚さを２００ｎｍとした。実線は、Ｓｉ基板上にレジストを塗布したときのエネルギー吸収率を、破線はＳｉ基板が無くレジストが５００ｎｍの場合のエネルギー吸収率を示す。
【０００８】
レジストの深さは、表面を０とした。従って、実線では３００ｎｍ以下はレジストの吸収率を、それ以上は基板の吸収率を示している。レジスト表面近くでエネルギー吸収率が小さくなっているのは、レジスト表面から２次電子が離脱し、レジストが吸収するエネルギー少なくなったからである。中間の深さ（１００〜２００ｎｍ）のレジストでは、上方と下方でＸ線を吸収し、発生した２次電子がレジストにエネルギーを与える。しかし、表面では上方（マスク側）からの２次電子の寄与が無い為に、レジスト表面のエネルギー吸収率は、レジストの中間層のエネルギー吸収率の半分となる。
【０００９】
次に、基板付近のレジストのエネルギー吸収率が増加しているのは、基板で発生した２次電子がレジスト内で吸収されているためである。ここで注意すべきは、基板で発生した２次電子が一方的にレジストにエネルギーを与えているのではなく、レジストで発生した２次電子も基板側に入射し基板にエネルギーを与えていることである。この場合、基板からレジストにくるエネルギーの方が大きいために、その差分としてレジスト側のエネルギー吸収量が大きくなっている。即ち、基板からレジストに入射してくる２次電子のエネルギーをＥｂ，レジストから基板に入射してくる２次電子のエネルギーをＥｒとすると、Ｅｒ＜＜Ｅｂであり、Ｅｂ−Ｅｒが基板付近のレジストのエネルギー吸収の増加量となる。
【００１０】
図６と図７に、レジスト（組成式Ｃ８Ｈ８Ｏ）の水素Ｈ１個を臭素Ｂｒに置き換えたレジスト（組成式Ｃ６Ｈ７ＯＢｒ）の深さ方向のレジストのエネルギー吸収率を示す。図６と図７は、それぞれ波長０．６ｎｍと０．７ｎｍのＸ線が入射したときのエネルギー吸収率である。実線は、レジスト及び基板のエネルギー吸収率で、深さ０から３００ｎｍがレジストで、３００〜５００ｎｍが基板のＳｉである。破線は、基板が無くレジスト厚さ５００ｎｍのレジストのエネルギー吸収率である。波長０．６ｎｍでは、基板付近のレジストの吸収量が、中間層のレジストより多くなっている。しかし、波長０．７ｎｍでは、基板付近のレジストの吸収量が、中間層のレジストより少なくなっている。
【００１１】
基板から０．０５μｍまでの、基板がある場合のレジストに吸収されるエネルギーと基板がない場合のレジストに吸収されるエネルギーの比を露光量比として、波長０．６と波長０．７ｎｍで計算すると、それぞれ１．１４、０．８６となる。この露光量比を各波長で計算したものを図８に示す。ＳｉのＫ吸収端（０．６７ｎｍ）の前後で、露光量比が１より小さくなっていることが分かる。
【００１２】
基板の吸収端の前後で露光量比が大きく変化するのは次の理由による。図７の入射波長０．７ｎｍの深さ３００ｎｍ以上のグラフのから分かるように、深さ当たりのエネルギー密度は、レジストより基板の方が小さくなっている。深さ当たりのエネルギー密度は、Ｘ線の線吸収係数と一致し、Ｘ線の線吸収係数は構成元素の種類や組成比と密度に依存する。さらに、吸収端の無い波長領域では、元素のＸ線の吸収係数は波長λ＾３に比例する。従って、レジストと基板のＸ線の線吸収係数を逆転させ、エネルギー吸収率を逆転させるには、その間に基板の吸収端が必要である。即ち、露光波長の最短波長と最長波長をλｓ，λｌ、基板の吸収端をλｅ−ｂとすると、
λｓ＜λｅ−ｂ＜λｌ    （１）
である。
【００１３】
露光量比が１以上の波長領域と１以下の波長領域のＸ線の照射強度比を適当に取れば、基板からの２次電子の影響を小さくできる。
【００１４】
露光波長をどのようにとると２次電子の影響を小さくできるかを説明する。先に延べたように、基板付近でレジストのエネルギー吸収量が増加するのは、レジスト側から基板側に移動する２次電子量のエネルギー量Ｅｒと、基板側からレジスト側に移動する２次電子量のエネルギー量Ｅｂに差があることが原因である。従って、このエネルギー量の差をＸ線の照射強度で積分した値Ｅ０が
Ｅ０＝∫（Ｅｂ（λ）−Ｅｒ（λ））Ｉ（λ）ｄλ＝０    （２）
となるように、露光波長領域を選べば、基板付近でレジストのエネルギー吸収量が増加せず、垂直なレジストパターンが得られる。ここで、Ｉ（λ）はレジストに照射される分光強度である。
【００１５】
もう少し詳細に、露光波長領域の選び方を検討する。このレジストから基板へ供給されるエネルギーＥｒは、レジストの表面から真空へ離脱する２次電子のエネルギー量と等しい。即ち、図６や図７の表面付近のレジストのエネルギー吸収率が減少している値を求めればよいことになる。ここで、レジストの表面付近のエネルギー吸収率を図９に模式的に示す。図９の斜線の面積が、現在求めようとしている２次電子のエネルギー量である。
【００１６】
先に述べたように、深さ０であるレジスト表面のエネルギー吸収率は、レジストの中間層のエネルギー吸収率の半分となる。次に、表面から電子が離脱したことによるエネルギーが減少する最大距離である飛程Ｒを求める。波長λ（ｎｍ）のＸ線が入射したとき、原子から放出される２次電子の最大エネルギーＥｅ−ｍａｘ（λ）は、
Ｅｅ−ｍａｘ（λ）＝１．２４／λ（ＫｅＶ）    （３）
である。論文Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  １０３（１９７２）  ８５  のグラフを近似すると、１〜５ＫｅＶのエネルギーＥλの電子が、密度ρ（ｇ／ｃｍ３）の膜に入射したときの最大の飛程Ｒ（ｃｍ）は、次式で近似できる。
【００１７】
Ｒ＝１０Ｅ−５＊Ｅｅ（λ）＊＊１．４／ρ    （４）
レジストの中間層のエネルギー吸収率は、レジストのＸ線の線吸収係数ｕｒであるので、深さＸに対するエネルギー吸収率ｙの曲線を、２次曲線で近似して、
Ｘ＝Ｒｒ−４Ｒｒ（Ｙ／ｕｒ）＋４Ｒｒ（Ｙ／ｕｒ）＾２    （５）
を得る。ここで、Ｒｒは式４のρにレジストの密度を入れたレジストにおける飛程である。
【００１８】
これからＥｒは、
Ｅｒ＝∫［０．５ｕｒ，ｕｒ］Ｘｄｙ
＝０．１７Ｒｒ．ｕｒ    （６）
となる。同様に、基板からレジストに移動する２次電子量のエネルギー量Ｅｂは、
Ｅｂ＝０．１７Ｒｂ＊ｕｂ    （７）
である。Ｒｂは式４のρに基板の密度を入れた基板における飛程である。
【００１９】
従って、式６と７を式２に入れて、
Ｅ０＝∫０．１７＊（Ｒｂ＊ｕｂ−Ｒｒ＊ｕｒ））Ｉ（λ）ｄλ    （８）
となる。従って、
∫（Ｒｂ＊ｕｂ−Ｒｒ＊ｕｒ））Ｉ（λ）ｄλ＝０    （９）
となるように、レジスト面への照射強度Ｉ（λ）を選べば、Ｅ０＝０となる。また、式９から分かるように、式８を満たすには、露光波長範囲をλ１からλ２とすると
Ｒｂ＊ｕｂ（λ１）＞Ｒｒ＊ｕｒ（λ１）、Ｒｂ＊ｕｂ（λ２）＜Ｒｒ＊ｕｒ（λ２）    （１０‐１）
または、
Ｒｂ＊ｕｂ（λ１）＜Ｒｒ＊ｕｒ（λ１）、Ｒｂ＊ｕｂ（λ２）＞Ｒｒ＊ｕｒ（λ２）    （１０‐２）
が、必要条件となる。
【００２０】
ここで、ＲｂとＲｒは密度と入射波長の関数で、ｕｒとｕｂは密度及び構成元素と入射波長の関数である。従って、レジストや基板に対して、式２を満たすように露光波長領域を選択する必要がある。逆に、露光波長が決まっている場合、基板の変更に対して、式（２）を満たすような適切なレジストを選択すれば、垂直なレジストパターンが得られる。
【００２１】
以上、波長λ（ｎｍ）のＸ線が入射したとき、原子から放出される電子のエネルギーＥｅ（λ）を、最大エネルギーＥｅ−ｍａｘ（λ）として扱ってきたが、実際には原子から放出されるエネルギーは、複数ある。エネルギー準位がＥｉの光電子ではＥｅ（λ）＝Ｅｅ−ｍａｘ（λ）−Ｅｉとなり、オージェ電子ではＥｅ＝Ｅ１−２＊Ｅ２となる。Ｅ１は遷移先のエネルギー準位で、Ｅ２は遷移元のエネルギー準位である。従って、これらを考慮して、各エネルギーＥｉの電子の発生確率ｗｉと、その電子の飛程ＲｂｉとＲｒｉから
∫（ｕｂ＊Σ（Ｒｂｉ＊ｗｉ）−ｕｒ＊Σ（Ｒｒｉ＊ｗｉ））＊Ｉ（λ）ｄλ＝０    （１１）
となるように、レジスト面への照射強度Ｉ（λ）を選んでもよい。
【００２２】
さらに、レジストと基板の２次電子の飛程を同じとすれば（Ｒｂ＝Ｒｒ）、式１０−１と１０−２から、レジストの吸収量を基板より大きくしなけばならない。そのため、説明では、ＣＨＯから構成されるレジストにＢｒを入れたが、Ｂｒ以外、Ｉ、Ｃｌ等のいわゆるハロゲン系元素を混ぜてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、短波長でもレジストのアンダーカットや裾引きが生じず、レジストの側壁が垂直になるプロキシミィテーＸ線露光方法および露光装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００２５】
本実施例は、フィルターを用いて露光波長を変えるものである。図２は、ＳＲリングから放射されたＸ線を２枚のＰｔミラー（視斜角１８ｍａｄ）で反射させて、１８μｍ厚のＢｅ窓とダイアモンドマスク２μｍを通して、照射したときのＸ線の分光強度である。Ｂｅ窓の他に、２０〜８０μｍの厚さのＢｅフィルターを使用したときの分光強度も記載した。
【００２６】
吸収材Ｗ（厚さ０．２５μｍ）のマスクパターンを、Ｂｅフィルター無しでギャップ８μｍ、Ｓｉ基板上に０．３μｍの厚さのポジレジスト（組成式Ｃ８Ｈ７Ｂｒ１、密度２ｇ／ｃｍ＾３）を塗布したときの、レジスト内のエネルギー吸収量を図１−２に示す。Ｓｉ基板付の露光量が不足し、レジストパターンの裾引きが発生している。
【００２７】
しかし、同じパターンを６０μｍのＢｅフィルターを入れて露光すると、レジスト内のエネルギー吸収量の図１−１に示すように、垂直なレジストパターンが切れることがわかる。このように、フィルターを入れて露光波長を変えることで、裾引きしていたレジストパターンが、裾引きやアンダーカットの無い垂直な側壁をもったレジストパターンが得られる。
【実施例２】
【００２８】
１はＸ線、２はミラー
本実施例は、ミラーの視斜角を変えて露光波長を変えるものである。図３に示すようにミラー１の角度と位置を変えることでＸ線の視斜角を変えて、照射すれば露光波長を自由にかえることができる。例えば、特開平２０００−３３８２９９号公報には、２枚のダイヤモンドミラーへのＸ線の視斜角を変えたときのスペクトルが示されているが、視斜角を大きくすると長波長側にスペクトルはシフトすることが示されている。この様にして、基板とレジストに対応した、スペクトルを選べば、裾引きやアンダーカットの無い垂直な側壁をもったレジストパターンが得られることは既に述べた。
【実施例３】
【００２９】
３はレーザー光源、４はレーザー光、５はミラー、６はターゲット、７はプラズマ、１はＸ線、８はＸ線マスク、９はウエハ、１０はレジストである。但し、ターゲット５はターゲット材Ｐｔ１１とＡｌ面１２からなり、ターゲット５を回転することで、レーザー３が照射される面を選べるようになっている。
【００３０】
本実施例を図４に示すが、これはプラズマＸ線源を用いた露光装置に本発明を適応するものである。プラズマＸ線源のうち、レーザープラズマＸ線源は、レーザー光源３から射出されたレーザー光４をミラー５で反射させて、ターゲット６に照射させて、プラズマ７を発生させる。プラズマ７から放射されたＸ線１が、Ｘ線マスク８に照射させる。Ｘ線マスク８のパターンが、Ｘ線マスク８と近接して置かれたウエハ９上のレジスト１０に転写される。
【００３１】
ここで、プラズマ７中で、励起された電子が元の準位に落ちるときに発生させるときにＸ線７が放射される。従って、ＳＲ光源の様に連続したＸ線ではなく、準位の差に対応するエネルギーのＸ線１が発生するため、ターゲット６の元素特有の波長をもつため、特性Ｘ線と呼ばれ、元素を変えることで別の波長のＸ線１を放射できる。しかし、特性Ｘ線１の波長巾は極めて短いため、１つの特性Ｘ線１のみで、レジスト１０の吸収端より短い波長と長い波長の両方のＸ線を含むことは困難である。
【００３２】
そこで、本実施例では、少なくとも複数の波長の特性Ｘ線１を照射して露光するものである。先に述べたように、レーザープラズマ線源はターゲット６を変えることで、発生するＸ線の波長を変えることができる。例えば、ＰｔターゲットではＭ線である０．６０ｎｍの波長のＸ線が、ＡｌターゲットではＫ線である０．８３ｎｍの波長のＸ線が、強く出ることが予想される。そこで、図４に示すように、露光中にターゲット５を回転することで、波長を変える。Ｓｉ基板を露光する場合、ＳｉのＫ吸収端が０．６７ｎｍであるので、式１の条件である。
【００３３】
λ１（Ｐｔ−Ｍ線）＜λ（Ｓｉ吸収端）＜λ（Ａｌ−Ｋ線）を満たす。露光中にＰｔターゲットで露光した後、Ａｌターゲット１２で露光すればよい。
【００３４】
一般に、レーザープラズマ線源は、１００Ｈｚから１ＫＨｅｚ程度のパルスレーザーをターゲットに照射してプラズマを作製する。そこで、パルス毎にターゲットを交換すれば良く、０．８３ｎｍと０．６ｎｍの波長を任意の割合でマスクに照射できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】レジスト内のエネルギー密度を示した図
【図２】フィルターによる分光波長を示した図
【図３】ミラーの視斜角を変える方法を示した図
【図４】本発明をプラズマＸ線源に応用した例を示した図
【図５】レジスト内のエネルギー吸収率を示した図
【図６】レジスト内のエネルギー吸収率を示した図
【図７】レジスト内のエネルギー吸収率を示した図
【図８】露光量比を示した図
【図９】レジスト内のエネルギー密度を示した模式図
【符号の説明】
【００３６】
１  Ｘ線
２  ミラー
３  レーザー光源
４  レーザー光
５  ミラー
６  ターゲット
７  プラズマ
８  Ｘ線マスク
９  ウエハ
１０  レジスト
１１  ターゲット材Ｐｔ
１２  ターゲット材Ａｌ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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