(57)【要約】【課題】ＥＵＶＬは原理的には可能であるが、１００Ｗ級の軟Ｘ線が必要となる量産機として構成するのは困難であった。【解決手段】ＥＵＶＬと同等の縮小投影光学系１２を用いて、マスターマスク１１のパターンをマスク基板１３上に縮小投影し、マスク基板１３から作成される等倍マスク１３’を用いて、電子ビームあるいは硬Ｘ線による等倍露光を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟Ｘ線を露光光源及び縮小投影光学系を用いて、第１のマスクのパターンを第１の基板上にパターン転写して、第２のマスクを作成し、第２のマスクを第２の基板上に近接させた上で、前記第２のマスクに硬Ｘ線、或いは、電子ビームを照射することで、第２の基板上にパターンを形成することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
軟Ｘ線を露光光源及び縮小投影光学系を用いて、第１のマスクのパターンを第１の基板上にパターン転写する縮小Ｘ線露光によって半導体デバイス製造用のマスクを作成することを特徴とするマスク作成方法。
【請求項３】
軟Ｘ線源、及び、反射鏡によって構成された縮小投影光学系を含み、第１のマスクに照射させた前記Ｘ線源からのＸ線を、前記縮小投影光学系によって、前記第１のマスクのパターンを第２のマスクのマスク基板上に縮小投影させることを特徴とするマスク作成装置。
【請求項４】
予め定められた波長を有する軟Ｘ線を用いて作成されたマスク。
【請求項５】
所定の線幅のパターンを含むマスターマスクを用意し、軟Ｘ線及び縮小投影光学系を用いて、当該マスターマスクのパターンを転写することによって、前記所定の線幅よりも狭い線幅を有するパターンのマスクを作成することを特徴とするマスク作成方法。
【請求項６】
所定の線幅のパターンを含むマスターマスクを用意し、軟Ｘ線及び縮小投影光学系を用いて、当該マスターマスクのパターンを転写することによって、前記所定の線幅よりも狭い線幅を有するパターンのマスクを作成し、当該マスクを露光することによって半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記マスクの転写は、電子ビームにより行なわれ、前記マスターマスクのパターンの転写の際に使用される軟Ｘ線とは異なっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造時の露光工程（すなわちリソグラフィ工程）で用いられるマスクの作成方法、露光方法、及びマスクの作成装置に関する。尚、マスクの対象としては、硬Ｘ線を露光光源とする等倍Ｘ線露光で用いられる等倍Ｘ線マスク、あるいは一般にＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅ−ＢｅａｍＰｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる等倍電子ビーム露光で用いられる電子ビーム用等倍マスクなどの等倍マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リソグラフィ工程では、現在、紫外域である波長２４８ｎｍのレーザ光を発振するＫｒＦエキシマレーザを光源としたＫｒＦリソグラフィが広く利用されている。また、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源とするＡｒＦリソグラフィも量産に利用され始められている。
【０００３】
これらのリソグラフィにおいて使用される露光装置（一般にステッパと呼ばれる。）では、レチクル（光リソグラフィではレチクルと広く呼ばれるが、Ｘ線リソグラフィや電子ビームリソグラフィでは一般にマスクと呼ばれる。ここでは、以下、マスクと呼ぶ。）に刻まれた回路パターンを、多数のレンズで構成される高精度な縮小投影光学系によって、ウエハ上にパターン転写（パターン露光とも呼ばれる。）するものである。
【０００４】
一方、波長１３．４ｎｍ前後の軟Ｘ線を露光光源として、縮小投影によってパターン露光をするＥＵＶＬ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる次世代の露光技術がある。この場合、軟Ｘ線を透過させるガラスが無いことから、縮小投影光学系は、凹面鏡や凸面鏡などの反射鏡のみで構成されることが知られている。尚、軟Ｘ線を発生させる手法の一つとしては、近赤外域で動作する固体レーザを用いたレーザプラズマ生成法が用いるものである。ただし、現在、開発されている装置は試作機であり、平均出力１７００Ｗの固体レーザを用いて得られる軟Ｘ線の出力は約１０Ｗであり、量産機には１００Ｗ級が必要と言われている。
【０００５】
尚、ＥＵＶＬに関しては、例えば、ＭＩＣＲＯＤＥＳＩＧＮ  ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ  ＪＵＮＥ１９，２０００において説明されている。
【０００６】
【非特許文献１】
ＭＩＣＲＯＤＥＳＩＧＮ  ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ  ＪＵＮＥ１９，２０００
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＵＶＬにおける課題としては、前記のように、軟Ｘ線の出力が実用化に必要な出力の１／１０程度と小さいことから、ＥＵＶＬを実用化させるには、固体レーザとして、平均出力２０ｋＷ程度の大型装置が必要になるが、その結果、下記に示す深刻な問題が発生する。
【０００８】
先ず、固体レーザの電気効率（入力電力に対するレーザ光の出力の割合）は通常１〜１０％であるから、固体レーザ装置が大型化し、固体レーザだけの消費電力でも２００〜２０００ｋＷにも増大してしまう。
【０００９】
また、固体レーザから取り出される大出力レーザ光によりプラズマを発生させる際に、ターゲットから発生するデブリと呼ばれる飛散物が増大し、これが軟Ｘ線を集めるミラー（コンデンサーミラー）にぶつかって劣化していくため、コンデンサーミラーを頻繁に交換する必要が生じる。
【００１０】
また、マスク自体には、軟Ｘ線が狭く集光されるように照射されるため、ダメージが生じて劣化していく。特に、軟Ｘ線はフォトンエネルギーが高いため、マスクやミラーが極めてダメージを受けやすい。
【００１１】
更に、軟Ｘ線がマスクや縮小光学系を構成する反射鏡に照射される結果、軟Ｘ線の熱によって膨張や歪みが生じるため、パターン転写される像が歪むことが問題であった。特に、軟Ｘ線に対するマスクや反射鏡の反射率は、高くても７０％しかないため、マスクや反射鏡での吸収が大きく、これが熱膨張や熱歪みが生じる原因になっていた。
【００１２】
また、前記コンデンサーミラー、マスク、及びミラーの劣化に関しては、実用的なＥＵＶＬが必要とされる出力１００Ｗ級の軟Ｘ線を発生させると、さらに劣化が激しくなることが懸念される。
【００１３】
以上に説明したように、ＥＵＶＬは原理的には可能であるが、１００Ｗ級の軟Ｘ線が必要となる実用的な量産機を実現することが困難であった。
【００１４】
他方、前記等倍Ｘ線露光やＬＥＥＰＬにおける課題としては、マスクが等倍であるため、微細なパターンを有する半導体デバイスを製造するには、マスクにも同等の微細なパターンが必要である。ところが従来これらのマスクは電子ビーム描画装置によって作成されていたが、電子ビーム描画装置では、レジストが塗布されたマスク基板に照射される電子ビームの露光部は、近接効果によって広がることから、細いパターンを形成することが困難であった。
【００１５】
本発明の目的は、ＥＵＶＬと同程度に微細なパターンが露光でき、しかも十分な量産性を有する露光方法及装置を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、ＥＵＶＬ技術を有効に利用した露光方法及び装置を提供することである。
【００１７】
本発明の更に他の目的は、ＥＵＶＬ技術と同程度の微細なパターンを備えたマスクを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、ＥＵＶＬ技術によって、マスクを作成し、これを用いた等倍Ｘ線露光、あるいは等倍電子ビーム露光による露光方法によって、半導体デバイスのパターン露光を行うものである。本発明によれば、ＥＵＶＬをマスクの露光に用いるため、半導体デバイスを露光する場合のように１チップを１秒程度で露光する必要は無く、露光時間が数分程度掛かっても問題はない。したがって、軟Ｘ線に必要な出力を、従来のＥＵＶＬの場合の１／１０〜１／１００である１Ｗ程度まで低減できる。これによって、前述したＥＵＶＬにおける問題が生じることがない。しかも、ＥＵＶＬ技術によって作成されたマスクを用いた等倍露光により半導体デバイスを製造するため、ＥＵＶＬ技術と同等の微細なパターンが形成できる。
【００１９】
さらに、本発明では、半導体デバイス自体の露光は、等倍Ｘ線露光技術やＬＥＥＰＬ技術に基づくため、従来と同様、高いスループットで露光処理が行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明に係る露光方法を実現する露光装置１００の概略構成を説明する。図１（ａ）は、本発明の露光方法に基づく等倍マスクを作成するまでを示してあり、基本構成はＥＵＶＬと同等である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）で作成された等倍マスクを用いて半導体デバイスを製造するためのパターン露光を示したものである。
【００２１】
図１（ａ）では、波長１３．４ｎｍの軟Ｘ線１０がミラー１４で反射され、本発明の一部を構成する第１のマスクであるマスターマスク１１に当たる。マスターマスク１１は反射型マスクであり、ここで反射したＸ線は、縮小投影光学系１２に入る。縮小投影光学系１２は凸面鏡１５ａ、凹面鏡１６ａ、凸面鏡１５ｂ、凹面鏡１６ｂを含んでおり、反射したＸ線は凸面鏡１５ａ、凹面鏡１６ａ、凸面鏡１５ｂ、凹面鏡１６ｂの順に当たる。これにより、マスターマスク１１のパターンが１／４に縮小されて、マスク基板１３に転写される。
【００２２】
マスターマスク１１とマスク基板１３は、図で矢印に示したように左右に往復移動できるようになっている。これにより、軟Ｘ線１０が大型マスターマスク１１のパターン面の全面に当たることで、マスク基板１３に全パターンが転写される。
【００２３】
本実施形態では、軟Ｘ線１０の出力は０．１Ｗしかなく、ミラー１４、マスターマスク１１、凸面鏡１５ａ、凹面鏡１６ａ、凸面鏡１５ｂ、及び凹面鏡１６ｂの反射率は約７０％であるため、マスク基板１３に照射される軟Ｘ線の出力は約０．０１Ｗと非常に小さい。その結果、マスク基板１３においてパターンを形成する面積が約１０ｃｍ２で、レジストの感度が１０ｍＪ／ｃｍ２の場合、パターン全体の露光に１０秒間掛かることになる。
【００２４】
もしも、上記した軟Ｘ線により半導体チップを露光したとすると、ウエハ１枚から６０個程度の半導体チップを取得するため、１０分程度も掛かり、スループットとして約６枚／ｈ非常に低く、実用にはならない。
【００２５】
一方、図１に示した本発明では、軟Ｘ線によりマスクを作成するため、マスク基板１３には１つのマスクパターンが露光されるだけであり、１０秒で次の工程に進める。
【００２６】
パターン露光されたマスク基板１３は、現像、ポストベーク、エッチング、レジスト剥離などの工程を経て、図１（ｂ）に示したように、パターン部が薄い膜状になった等倍マスク１３’が作成される。
【００２７】
本発明の露光方法では、この等倍マスク１３’をウエハ１５の直上に配置（即ち、近接配置）して、電子ビーム３４をその上から照射する。これにより、ウエハ１５に等倍マスク１３’のパターンが露光される。これが半導体デバイスの露光となる。これはＬＥＥＰＬ技術を利用した半導体デバイスの露光であり、ＬＥＥＰＬでは１つのパターン露光を１秒程度の短時間で行えることから、半導体デバイスの露光は従来のＬＥＥＰＬと同様に高速に行える。
【００２８】
以上のように、ウエハ１５には、パターンが等倍露光されることで、露光されるパターンの線幅は等倍マスク１３’と同等のものになる。一方、等倍マスク１３’は、図１（ａ）に示したように、１／４の縮小投影光学系１２によって、マスターマスク１１のパターンがパターン露光されたものである。したがって、マスターマスク１１のパターンの線幅は、等倍マスク１３’の線幅の４倍と太いため、マスターマスク１１を作成する際に、従来の電子ビーム描画装置等を用いても、高い精度でパターン露光が可能である。ただし、電子ビーム描画装置だけでなく、レーザ光によるレーザビーム描画装置等を用いてもよい。
【００２９】
また、本実施形態における電子ビーム３４の代わりに、波長０．１ｎｍ程度の硬Ｘ線を用いてもよく、その場合も、従来の等倍Ｘ線露光と同様、１秒程度の短時間に１つの半導体チップを露光できるため、高いスループットの露光処理が可能である。
【００３０】
次に、本発明の露光方法に基づく本発明のマスク作成方法を、本発明のマスク作成装置２００によって図２を用いて説明する。図２はマスク作成装置２００の構成図である。波長１３．４ｎｍの軟Ｘ線２０は、ミラー２４で反射して、マスターマスク２１に当たる。マスターマスクは反射型マスクであり、ここで反射した軟Ｘ線２０は、縮小投影光学系２２に入る。縮小投影光学系２２は凸面鏡２５ａ、凹面鏡２６ａ、凸面鏡２５ｂ、凹面鏡２６ｂを備え、反射した軟Ｘ線はこの順に当たる。これにより、マスターマスク２１のパターンが１／４に縮小されて、マスク基板２３に転写される。マスターマスク２１とマスク基板２３は、矢印のように図で左右に往復移動できるようになっている。これにより、軟Ｘ線２０がマスターマスク２１のパターン面の全面に当たることで、マスク基板２３に全パターンが転写される。
【００３１】
本実施形態では、マスターマスク２１には、開閉できるカバー２７で覆われており、これにはシャッタ２８ａ、２８ｂが付いているため、これらの間から、軟Ｘ線２０が入射し、反射していくことができる。さらに、カバー２７における上部から、ガス２９が注入できるようになっており、これによって、パーティクルが極めて入り難い構造になっている。尚、ガス２９としては、波長１３．４ｎｍの軟Ｘ線に対して透過率の高いヘリウムが好ましい。
【００３２】
本実施形態の特徴としては、マスターマスク２１にパーティクルが付きにくくなっているのが特徴であり、これに対して、図示していない実際のデバイス露光用の等倍マスクは、パーティクルが付くと露光に使用できなくなる場合がある。ところが、本実施形態のように、パーティクルに付きにくいマスターマスク２１を用いていることから、実際のデバイス露光用の等倍マスクを作り直すことが短時間で可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明では、本発明を構成するＥＵＶＬ技術で用いる軟Ｘ線の出力を、ＥＵＶＬ技術の現状の１／１０以下、あるいは実用化時の出力の１／１００以下と大幅に低減できるため、固体レーザの消費電力が１ｋＷ以下で済む。しかも、固体レーザによりプラズマを発生させる際に生じるデブリの量も１／１０から１／１００以下になるため、コンデンサーミラーや第１のマスクの寿命が大幅に延びた。さらに、軟Ｘ線が照射される第１のマスクの基板や、縮小光学系を構成する反射鏡における熱膨張や熱歪みも無視できる程度に抑制できる。
【００３４】
換言すると、従来、軟Ｘ線の出力向上自体が困難なため、さらには出力向上が達成されたとしても、それに伴う問題によって、本格的な量産装置としての実現が疑問視されてきたＥＵＶＬ技術を、本発明を適用することで、それらの課題全てが解決された量産に適した露光技術が実現できるようになった。
【００３５】
また、逆に言うと、本発明では、従来、マスク作りが困難とされていた等倍Ｘ線露光やＬＥＥＰＬにおける等倍マスクをＥＵＶＬ技術を用いて作成することから、微細なパターンを精度良く作成することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るマスク露光装置１００による一工程を説明するための概略構成図である。
（ｂ）は（ａ）に示した工程の後に行われる工程を説明するための図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るマスク作成装置２００を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１１、２１    マスターマスク
１２、２２    縮小投影光学系
１３、２３    マスク基板
１３’    等倍マスク
１４、２４    ミラー
１５    ウエハ
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ    凸面鏡
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ    凹面鏡
２７  カバー
２８ａ、２８ｂ    シャッタ
２９    ガス
３４    電子ビーム
【図１】
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【図２】
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