(57)【要約】【課題】半導体装置のパターンの解像度を向上させることが可能なＸ線マスクの製造方法等を提供する。【解決手段】Ｘ線マスクの製造工程では、まず、Ｘ線透過体であるダイヤモンド１１の上に、エッチングストッパとしての酸化クロム１２が形成される。次に、酸化クロム１２の上に第１層目のＸ線吸収体としてのダイヤモンド１３が形成される。その後、ダイヤモンド１３の上に第２層目のＸ線吸収体としてのタングステン１４が形成される。その結果、ダイヤモンド１３およびタングステン１４により積層構造のＸ吸収体が形成される。このように、Ｘ線吸収体を異なる組成の物質を含む積層構造にすれば、Ｘ線吸収体全体の透過率および位相シフト量を容易に調整することができる。【選択図】        図１１
2004273794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線透過体を形成する工程と、
前記Ｘ線透過体の上方に形成された積層構造のＸ線吸収体を形成する工程とを備えたＸ線マスクの製造方法であって、
前記積層構造のＸ線吸収体として、組成が異なる２種類以上の層が用いられる、Ｘ線マスクの製造方法。
【請求項２】
前記積層構造のＸ線吸収体は、前記Ｘ線透過体の上方に形成された第１のＸ線吸収体と、前記第１のＸ線吸収体に接するように形成された第２のＸ線吸収体とを含み、
前記第１のＸ線吸収体および前記第２のＸ線吸収体のうち一方として、タングステンが用いられ、
前記第１のＸ線吸収体および前記第２のＸ線吸収体のうち他方として、ダイヤモンドが用いられた、請求項１に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項３】
前記積層構造のＸ線吸収体は、前記Ｘ線透過体の上方に形成された第１のＸ線吸収体と、前記第１のＸ線吸収体の上方に形成された第２のＸ線吸収体とを含み、
前記Ｘ線透過体の上に、前記第１のＸ線吸収体をエッチングするときにエッチングストッパとして機能する膜を形成する工程と、
前記エッチングストッパとして機能する膜の上に前記第２のＸ線吸収体を形成する工程とを備えた、請求項１に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項４】
前記積層構造のＸ線吸収体は、前記Ｘ線透過体の上方に形成された第１のＸ線吸収体と、前記第１のＸ線吸収体の上方に形成された第２のＸ線吸収体とを含み、
前記第１のＸ線吸収体の上に、エッチングストッパとしての機能およびハードマスクとしての機能のうちいずれか一方の機能を備えた層間膜を形成する工程と、
前記層間膜の上に前記第２のＸ線吸収体を形成する工程とを備えた、請求項１に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項５】
前記積層構造のＸ線吸収体は、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ボロン（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）、これらの元素の混合体、炭化珪素または炭化タングステンを含む炭化物、窒化珪素、窒化アルミまたは窒化クロムなどの窒化物、酸化珪素または酸化クロムを含む酸化物、フッ化物、および、ヨウ化物からなる群より選ばれた物質を含む層を有する、請求項１に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項６】
前記積層構造のＸ線吸収体は、炭素（ｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、および、テルル（Ｔｅ）からなる群より選ばれた物質を含む層を有する、請求項１に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項７】
Ｘ線透過体を形成する工程と、
前記Ｘ線透過体の上方にＸ線吸収体を形成する工程とを備えたＸ線マスクの製造方法であって、
前記Ｘ線吸収体として、組成が異なる２種類以上の物質が用いられる、Ｘ線マスクの製造方法。
【請求項８】
前記Ｘ線吸収体を構成する２種類以上の物質が同一の工程で前記Ｘ線透過体の上方に形成される、請求項７に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項９】
Ｘ線透過体に掘り込み部と前記掘り込み部以外の部分とを形成する工程と、
前記掘り込み部以外の部分の上方にＸ線吸収体を形成する工程とを備えた、Ｘ線マスクの製造方法。
【請求項１０】
前記掘り込み部を形成する前に前記Ｘ線透過体にイオン注入する工程をさらに備えた、請求項９に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項１１】
Ｘ線透過体を形成する工程と、
前記Ｘ線透過体の上方に第１のＸ線吸収体を形成する工程と、
前記第１のＸ線吸収体の上に、前記第１のＸ線吸収体とはパターン寸法が異なる第２のＸ線吸収体を形成する工程とを備えた、Ｘ線マスクの製造方法。
【請求項１２】
前記第１のＸ線吸収体のパターン寸法が前記第２のＸ線吸収体のパターン寸法よりも大きい、請求項１１に記載のＸ線マスクの製造方法。
【請求項１３】
Ｘ線の光学像が形成される位置のレジスト膜とＸ線マスクとの間において、Ｘ線マスクのＸ線透過部を透過するＸ線の位相とＸ線マスクのＸ線吸収体を透過するＸ線の位相との間に生じるＸ線の幾何学的位相差が、０．５πを含み、かつ０．５πの近傍の範囲内である条件において、
前記Ｘ線マスクを用いて露光工程を行う半導体装置の製造方法であって、
前記Ｘ線マスクは、Ｘ線透過体と、前記Ｘ線透過体の上に形成された２以上の層を有する積層構造からなるＸ線吸収体とを備え、
前記積層構造が互いに異なる組成の２以上の層を含み、
前記Ｘ線吸収体を透過するＸ線の位相シフト量が０．３π〜０．６πの範囲内にある条件、および、前記Ｘ線吸収体を透過するＸ線の透過率が３０％〜６０％の範囲内にある条件のうち少なくともいずれか一方が成立する、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記露光工程は、Ｘ線の平均の露光波長が０．３ｎｍよりも長くかつ０．７ｎｍよりも短い条件で行われる、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
Ｘ線の光学像が形成される位置のレジスト膜とＸ線マスクとの間において、Ｘ線マスクのＸ線透過部を透過するＸ線の位相とＸ線マスクのＸ線吸収体を透過するＸ線の位相との間に生じるＸ線の幾何学的位相差を計算するステップと、
Ｘ線吸収体を透過するＸ線の位相シフト量を計算するステップとを含み、
前記幾何学的位相差と前記位相シフト量との差の絶対値が、πを含み、かつπ近傍の範囲内の値である条件において、
前記Ｘ線マスクを用いて露光工程を行う半導体装置の製造方法であって、
前記Ｘ線マスクは、Ｘ線透過体と、Ｘ線透過体の上に形成された２以上の層を有する積層構造からなるＸ線吸収体とを備え、
前記積層構造が互いに異なる組成の２以上の層を含んでいる、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記露光工程は、Ｘ線の平均の露光波長が０．３ｎｍよりも長くかつ０．７ｎｍよりも短い条件で行われる、請求項１５に記載の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、Ｘ線マスクの製造方法、および、その製造方法により製造されたＸ線マスクを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線近接露光方法では、Ｘ線マスクとレジスト膜が形成されたウエハとが近接して配置され状態で、Ｘ線の照射が実行される。このとき、Ｘ線透過体の上にＸ線吸収体パターンが形成されたメンブレンマスクが用いられる。このメンブレンマスクを介してウエハにＸ線が照射される。それにより、メンブレンマスクのＸ線透過体部分を透過したＸ線によってレジスト膜上に光学像が形成される。
【０００３】
このとき、レジスト膜を構成する原子がＸ線を吸収する。それにより、レジスト膜から二次電子が発生する。それによって、レジスト膜を構成する分子が化学変化を引き起こす。この化学変化により、レジスト膜にメンブレンマスクのＸ線透過体部分のパターンに対応するパターンの潜像が形成される。
【０００４】
その後、レジスト膜を現像することにより、潜像部分および潜像部分以外の部分のいずれかが除去される。それにより、メンブレンマスクのＸ吸収体部分のパターンがレジスト膜に転写される。
【０００５】
また、光学像で決まるレジスト膜に形成されたパターンの解像度Ｒは、
Ｒ＝ｋ√（λ×Ｇ）
で表わされる。
【０００６】
ここで、ｋはレジストプロセスなどに依存する定数であり、λは露光波長であり、ＧはＸ線マスクの表面とウエハ上のレジスト膜の表面との間の距離である。なお、以後、Ｇをマスク−レジスト間隔という。
【０００７】
現在、マスク−レジスト間隔Ｇが１０μｍのメンブレンマスクを用いる場合、露光波長が０．７ｎｍ〜１．２ｎｍの範囲の光の露光が行われている。この場合、レジスト膜へ転写されるメンブレンマスク上のパターンが６０ｎｍ程度のパターンであれば、その転写されたパターンの解像度は所定の基準を満たすものとなっている。さらに、解像度を向上させる手法としては、露光波長λを小さくするか、または、マスク−レジスト間隔Ｇを小さくする手法が考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−４３８２９号公報
【０００９】
【非特許文献１】
Ｋ．  Ｆｕｊｉｉ，  Ｋ．  Ｓｕｚｕｋｉ  ａｎｄ  Ｙ．  Ｍａｔｓｕｉ，  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．３８  （７０７６）  １９９９．
【００１０】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マスク−レジスト間隔Ｇを小さくすると、Ｘ線マスクとレジスト膜とが接触してしまう。そのため、Ｘ線マスクが破損する危険性の増大する。また、マスク−レジスト間隔Ｇには設定誤差が含まれるため、マスク−レジスト間隔Ｇを極端に小さくできないという問題がある。
【００１１】
一方、露光波長λを小さくすると、Ｘ線の照射によりレジスト膜内で発生する二次電子のエネルギーが高くなり解像度が低下するという問題がある。
【００１２】
まず、従来のＸ線マスクを用いて、露光波長λおよびマスク−レジスト間隔Ｇが所定の条件である場合に、パターンの解像度を向上させる方法を説明する。
【００１３】
そのため、露光波長λおよびマスク−レジスト間隔Ｇを変更することなく、解像度Ｒを向上させるＸ線位相シフトマスクを用いて光学像を形成する原理を、図１を用いて説明する。なお、この原理は、文献  Ｋ．  Ｆｕｊｉｉ，  Ｋ．  Ｓｕｚｕｋｉ  ａｎｄ  Ｙ．  Ｍａｔｓｕｉ，  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．３８  （７０７６）  １９９９．に記載されている。
【００１４】
図１は、Ｘ線吸収体が設けられていない開口部とＸ線吸収体が設けられた遮光部が交互に配置されたライン・アンド・スペースパターン（以下、「Ｌ＆Ｓパターン」という。）が形成されたＸ線位相シフトマスク１の効果を説明するための図である。
【００１５】
図１に示すように、Ｘ線位相シフトマスク１は、Ｘ線透過体３の下側にＸ線吸収体２が設けられている。一般に、Ｘ線は、Ｘ吸収体２にほぼ吸収されるが、Ｘ透過体３をほぼ透過する。そこで、Ｘ線吸収体２同士の間の開口部の直下のレジスト膜上の点Ｐ、および、Ｘ線吸収体２からなる遮光部の直下のレジスト膜上の点ＱそれぞれにおけるＸ線強度を考察する。
【００１６】
図１では、開口部を透過したＸ線による光学像が実線で描かれ、遮光部を透過したＸ線による光学像が点線で描かれている。図１から分かるように、開口部を透過したＸ線は、開口部の直下のみならず遮光部の直下にも光学像を形成する。そのため、Ｘ線位相シフトマスクの解像度が低下する。
【００１７】
しかしながら、実際には、光学像は、開口部を透過したＸ線と遮光部を透過したＸ線とが重ね合わせられたものである。したがって、光学像のコントラストを高くするには、点Ｐで開口部を透過したＸ線と遮光部を透過したＸ線とが光学像を強め合い、点Ｑで開口部を透過したＸ線と遮光部を透過したＸ線とが光学像を弱め合うようなＸ線位相シフトマスクにすることが必要である。
【００１８】
次に、光学像のコントラストを高くするための条件について説明する。Ｘ線吸収体２を透過した際に発生するＸ線の位相シフト量をφａｂｓとし、光路Ｄ→Ｐと光路Ｃ→Ｐとの差によるＸ線の幾何学的位相差をφｇｅｏとする。この場合、点Ｐにおいて、開口部を透過したＸ線（Ｂ→Ｄ→Ｐ）と遮光部を透過したＸ線（Ａ→Ｃ→Ｐ）とが強め合う条件は、（１）φｇｅｏ＋φａｂｓ＝０である。
【００１９】
また、点Ｑにおいて、開口部を透過したＸ線（Ｂ→Ｄ→Ｑ）と遮光部を透過したＸ線（Ａ→Ｃ→Ｑ）とが弱め合う条件は、（２）φｇｅｏ−φａｂｓ＝πとなる。
【００２０】
したがって、式（１）および式（２）の双方の条件に対応した最適位相条件は、φｇｅｏ＝−φａｂｓ＝０．５πである。
【００２１】
次に、光学像コントラストを（Ｉｐ−Ｉｑ）／（Ｉｐ＋Ｉｑ）で定義する。ここで、Ｉｐは、開口部の直下のレジスト膜上のＸ線の強度であり、Ｉｑは、遮光部の直下のレジスト膜上のＸ線の強度である。
【００２２】
開口部を透過したＸ線に起因した点ＰにおけるＸ線強度を１、開口部を透過したＸ線に起因した点ＱにおけるＸ線強度をａとする。また、遮光部を透過したＸ線に起因した点ＰにおけるＸ線強度は、開口部を透過したＸ線に起因した点ＰにおけるＸ線強度の１／ＭＣ倍である。
【００２３】
したがって、遮光部を透過したＸ線に起因した点ＱにおけるＸ線強度はａ／ＭＣである。ここで、ＭＣはマスクコントラストであり、Ｘ線吸収体２の透過率の逆数に相当する。
【００２４】
前述のような条件では、最適位相条件における光学像コントラストは、
（（１＋２ａ／ＭＣ）−｜１／ＭＣ−２ａ｜）／（（１＋２ａ／ＭＣ）＋｜１／ＭＣ−２ａ｜））となる。
【００２５】
さらに、２ａ＝１／ＭＣの時に光学像コントラストは最大値１となり、これが理想的な光学像が得られる条件である。
【００２６】
また、先行文献であるＫ．  Ｆｕｊｉｉ，  Ｋ．  Ｓｕｚｕｋｉ  ａｎｄ  Ｙ．  Ｍａｔｓｕｉ，  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．３８  （７０７６）  １９９９．によると、次のようなことが記載されている。
【００２７】
たとえば、露光波長λ＝０．７８ｎｍ、マスク−レジスト間隔Ｇ＝１２μｍ、およびマスクコントラストＭＣ＝２．５の場合を考える。この場合、７０ｎｍピッチのＬ＆Ｓパターンにおいて、厚さが２９０ｎｍのタンタル（Ｔａ）がＸ線吸収体２として用いられたＸ線マスクでは、φａｂｓ＝０．５４πとなる。
【００２８】
また、露光波長λ＝０．７８ｎｍ、マスク−レジスト間隔Ｇ＝７μｍ、およびマスクコントラストＭＣ＝２の場合を考える。この場合、５０ｎｍピッチのＬ＆Ｓパターンにおいて、厚さが３７０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）がＸ線吸収体２として用いられたＸ線マスクでは、φａｂｓ＝０．５πとなる。
【００２９】
前述の最適位相条件を実現するＸ線マスクに関する課題を説明する。先行文献では、露光波長が０．７８ｎｍのＸ線を用いた場合に、最適位相条件を満たすマスクコントラストＭＣ＝２およびマスクコントラストＭＣ＝２．５のいずれかのＸ線吸収体２が用いられたＸ線位相シフトマスク１について述べられている。また、この先行文献では、露光波長λを変えずに異なるマスク−レジスト間隔Ｇに対して解像度を向上させることができることが述べられている。
【００３０】
一方、解像度を向上させるには露光波長λを小さくすることも有効であることは先に述べたとおりである。しかしながら、先行文献では、マスクの破損などのリスクを避けるためマスク−レジスト間隔Ｇを変えずに露光波長λを小さくして解像度Ｒを向上させる方法については、述べられていない。
【００３１】
実際に、従来からＸ線吸収体２として用いられているタングステンおよびタンタルそれぞれは、Ｘ線を吸収することが可能な波長の境界である吸収端が０．６９ｎｍおよび０．７３ｎｍである。そのため、Ｘ線の吸収端の波長よりもわずかに短い波長であっても、φａｂｓ＝−０．５πを満たそうとすると、マスクコントラストＭＣが増加する。その結果、Ｘ線がＸ線吸収体２を透過しなくなる。それに起因して、位相シフト効果の寄与の度合いが低下する。そのため、光学像コントラストが低下する。
【００３２】
一方、従来と同様に、マスクコントラストＭＣが２〜３程度である場合には、Ｘ線吸収体２の位相シフト量φａｂｓが−０．５πからゼロに近づいていくことになる。その場合、最適位相条件を実現することができない。また、φｇｅｏが最適位相条件を満たさない、より広いマスク−レジスト間隔Ｇでパターンの転写を行う場合には、パターンの解像度が劣化する。
【００３３】
また、従来のＸ線マスクでは、２ａ＝１／ＭＣの場合に、光学像コントラストは、最大値１となる。しかしながら、ａの値は、Ｘ線マスクに形成されたパターンの寸法、Ｘ線の露光波長、およびマスク−レジスト間隔Ｇによって決定される。
【００３４】
実際には、Ｘ線マスクに形成されたパターンの寸法、Ｘ線の露光波長、マスク−レジスト間隔Ｇが決定された後に、２ａ＝１／ＭＣを満たすマスクコントラストでなければ、光学像コントラスト１の理想状態を実現することはできない。
【００３５】
従来のように、１種類の物質から構成されているＸ線吸収体２を用いる場合には、位相シフト量およびマスクコントラストＭＣは一意的に決定される。そのため、必ずしも、２ａ＝１／ＭＣを満たすマスクコントラストＭＣが得られるわけではない。
【００３６】
前述のような問題を解決するために、種々のＸ線マスクが開発されているが、Ｘ線マスクを用いて形成される半導体装置のパターンの解像度をさらに向上させることが可能なＸ線マスクは開発されていない。
【００３７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置のパターンの解像度を向上させることが可能なＸ線マスクの製造方法、およびそれを用いて製造されたＸ線マスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面のＸ線マスクの製造方法は、Ｘ線透過体を形成する工程と、Ｘ線透過体の上方に形成された積層構造のＸ線吸収体を形成する工程とを備えている。また、この製造方法では、積層構造のＸ線吸収体として、組成が異なる２種類以上の層が用いられる。
【００３９】
上記の製法によれば、組成が異なる２種類以上の層の透過率および位相シフト量のうち少なくともいずれか一方を調整することにより、１種類の組成の層からなるＸ線吸収体では実現できなかった所定の機能を有するＸ線マスクを製造することができる。
【００４０】
本発明の第２の局面のＸ線マスクの製造方法は、Ｘ線透過体を形成する工程と、Ｘ線透過体の上方にＸ線吸収体を形成する工程とを備えている。また、その製造方法では、Ｘ線吸収体として、組成が異なる２種類以上の物質が用いられる。
【００４１】
上記の製法によれば、２種類以上の物質の透過率および位相シフト量のうち少なくともいずれかを調整することにより、１種類のＸ線吸収体では実現できなかった所定の機能を有するＸ線マスクを製造することができる。
【００４２】
本発明の第３の局面のＸ線マスクの製造方法は、Ｘ線透過体に掘り込み部と掘り込み部以外の部分とを形成する工程と、掘り込み部以外の部分の上方にＸ線吸収体を形成する工程とを備えている。
【００４３】
上記の製法によれば、掘り込み部以外の部分およびＸ線吸収体それぞれの透過率および位相シフト量のうち少なくともいずれかを調整することにより、１種類のＸ線吸収体を形成しただけでは実現できなかった所定の機能を有するＸ線マスクを製造することができる。
【００４４】
本発明の第４の局面のＸ線マスクの製造方法は、Ｘ線透過体を形成する工程と、Ｘ線透過体の上方に第１のＸ線吸収体を形成する工程と、第１のＸ線吸収体の上に、第１のＸ線吸収体とはパターン寸法が異なる第２のＸ線吸収体を形成する工程とを備えている。
【００４５】
上記の製法によれば、２種類のＸ線吸収体のパターン寸法のうち少なくともいずれかを調整することにより、１種類のＸ線吸収体では実現できなかった所定の機能を有するＸ線マスクを製造することができる。
【００４６】
本発明の第１の局面の半導体装置の製造方法は、Ｘ線の光学像が形成される位置のレジスト膜とＸ線マスクとの間においてＸ線マスクのＸ線透過部を透過するＸ線の位相とＸ線マスクのＸ線吸収体を透過するＸ線の位相との間に生じるＸ線の幾何学的位相差が、０．５πを含み、かつ０．５πの近傍の範囲内である条件において、Ｘ線マスクを用いて露光工程を行うものである。また、Ｘ線マスクは、Ｘ線透過体と、Ｘ線透過体の上に形成された２以上の層を有する積層構造からなるＸ線吸収体とを備えている。また、積層構造が互いに異なる組成の２以上の層を含んでいる。また、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の位相シフト量が０．３π〜０．６πの範囲内にある条件、および、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の透過率が３０％〜６０％の範囲内にある条件のうち少なくともいずれか一方の条件が成立する。
【００４７】
上記の構成によれば、高い光学像コントラストでＸ線マスクからレジスト膜へパターン転写することが可能となるため、半導体装置に形成されるパターンの精度を向上させることができる。
【００４８】
本発明の第２の局面の半導体装置の製造方法は、次のようなものである。まず、Ｘ線の光学像が形成される位置のレジスト膜とＸ線マスクとの間において、Ｘ線マスクのＸ線透過部を透過するＸ線の位相とＸ線マスクのＸ線吸収体を透過するＸ線の位相との間に生じるＸ線の幾何学的位相差を計算する。次に、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の位相シフト量を計算する。
【００４９】
本発明の製造方法では、幾何学的位相差と位相シフト量との差の絶対値が、πを含み、かつπ近傍の範囲内の値である条件において、Ｘ線マスクを用いて露光工程を行う。また、Ｘ線マスクは、Ｘ線透過体と、Ｘ線透過体の上に形成された２以上の層を有する積層構造からなるＸ線吸収体とを備えている。また、積層構造は、互いに異なる組成の２以上の層を含んでいる。
【００５０】
上記の構成によれば、幾何学的位相差をいかなる値にしても、積層構造を構成する層のＸ線の位相シフト量およびＸ線の透過率を調整することにより、レジスト膜に形成されるパターンの精度を向上させることができる。したがって、微細なパターンを有する半導体装置を製造することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、本発明のＸ線マスクの製造方法を用いた結果得られるＸ線マスクおよびそれを用いた半導体装置の製造方法の一例を説明する。本実施の形態のＸ線マスク一例は、Ｘ線透過体の上に形成されるＸ線吸収体が２以上の層を有しており、各層の元素構成比が互いに異なっている。また、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の位相シフト量が０．３π〜０．６πの範囲内にあり、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の透過率が３０％〜６０％の範囲内にある。
【００５２】
また、Ｘ線マスクを用いた一例の半導体装置の製造方法では、次の２つのステップが行われる。１つ目のステップは、Ｘ線の光学像が形成される位置のレジスト膜とＸ線マスクとの間において、Ｘ線マスクのＸ線透過部を透過するＸ線の位相とＸ線マスクのＸ線吸収体を透過するＸ線の位相との間に生じるＸ線の幾何学的位相差を計算するステップである。２つ目のステップは、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の位相シフト量を計算するステップである。
【００５３】
なお、本実施の形態の一例のＸ線マスクは、レジスト膜が吸収するＸ線の平均の露光波長が０．３ｎｍよりも長くかつ０．７ｎｍよりも短い場合には、Ｘ線の幾何学的位相差が、０．５πを含み、０．５πの近傍の範囲内である条件で用いられることが好ましい。
【００５４】
また、本実施の形態の一例のＸ線マスクは、レジスト膜が吸収するＸ線の平均の露光波長が０．３ｎｍより長くかつ０．７ｎｍよりも短い場合に、幾何学的位相差と、Ｘ線吸収体のＸ線の位相シフト量と、の差の絶対値が、πを含むπ近傍の範囲内の値で用いられてもよい。
【００５５】
前述のような本実施の形態のＸ線マスクの製造方法では、Ｘ線吸収体は元素構成比が異なる２以上の層の積層構造を用いて構成されているため、Ｘ線吸収体を透過するＸ線の透過率およびＸ線の位相シフト量の双方を適切に調節することができる。
【００５６】
それにより、本発明のＸ線マスクの製造方法によれば、従来から用いられている１種類の組成のＸ線吸収体を用いたＸ線マスクの製造方法では実現できなかったＸ線マスクを製造することができる。つまり、マスク−レジスト間隔Ｇおよび露光波長λがどのような値であっても、高い光学像コントラストＭＣが得られるＸ線マスクを製造することができる。
【００５７】
次に、本実施の形態のＸ線マスクの製造を思いつくにあたって利用した物理学的原理について述べる。
【００５８】
物質１の複素屈折率ｎを１−δ１＋ｉβ１と定義する。ここで、１−δ１は複素数の実部を表わし、β１は複素数の虚部を表わしている。物質１は、１種類の組成からなる物質である。
【００５９】
従来のＸ線マスクに用いられている１種類の物質から構成されているＸ線吸収体のＸ線の透過率Ｔ１および位相シフト量φａｂｓ１は、それぞれ次のように表される。
【００６０】
Ｔ１＝ｅｘｐ（−４πβ１ｔ／λ）
φａｂｓ１＝−２πδ１ｔ／λ
また、ｌｎ（Ｔ１）＝２β１／（δ１×φａｂｓ１）の関係より、物質１の透過率Ｔ１と位相シフト量φａｂｓ１との間には、所定の関係式が成立する。そのため、１種類の組成からなる物質１を用いて透過率Ｔ１および位相シフト量φａｂｓ１それぞれを独立に制御することは不可能である。
【００６１】
ここで、ｔは物質１の膜厚であり、λは露光波長である。つまり、位相シフト量が増加すれば透過率が低下し、逆に、位相シフト量が低下すれば透過率が高くなる。
【００６２】
次に、本実施の形態において用いられる、前述のＸ線吸収体と同一のＸ線吸収体材料およびそのＸ線吸収体材料とは別のＸ線吸収体材料の２層により構成されているＸ線マスクについて考察する。
【００６３】
２層から構成されている物質１ａの透過率および位相シフト量をそれぞれＴ１ａおよびφａｂｓ１ａ、物質２の複素屈折率、透過率および位相シフト量をそれぞれ１−δ２＋ｉβ２、Ｔ２、およびφａｂｓ２とする。２層合わせた透過率Ｔｔｏｔａｌと位相φｔｏｔａｌは以下のようになる。
【００６４】
Ｔｔｏｔａｌ＝Ｔ１ａ×Ｔ２
φｔｏｔａｌ＝φａｂｓ１ａ＋φａｂｓ２
１層の透過率Ｔ１と２層の透過率Ｔｔｏｔａｌとを同じ値にする。つまり、Ｔ１＝Ｔｔｏｔａｌの関係が成り立つようにする。このとき、位相シフト量のみを変更すると次のような（３）および（４）の関係が成立する。
2004273794.tif 000003
【００６５】
したがって、β１／δ１＞０、φａｂｓ２＜０より、
位相シフト量をマイナス側にシフトさせたい場合、つまりφｔｏｔａｌ＜φａｂｓ２の場合には、β１／δ１＞β２／δ２を必要条件として、物質２の材料を選択すればよい。
【００６６】
また、逆に、位相シフト量をプラス側にシフトさせたい場合、つまりφｔｏｔａｌ＞φａｂｓ２にしたい場合には、β１／δ１＜β２／δ２を必要条件として物質２の材料を選択すればよい。
【００６７】
このように、本発明のＸ線マスクの製造方法によれば、異なる組成からなる複数種類の物質から構成される積層構造のＸ線吸収体を用いることで、Ｘ線吸収体の透過率を変えずに位相シフト量を調整できるといった従来の１種類のＸ線吸収体が用いられたＸ線マスクにはない効果を得ることができる。
【００６８】
次に、Ｘ線吸収体が１層からなるＸ線マスクの位相シフト量φａｂｓ１とＸ線吸収体が２層合わせられたＸ線マスクの位相シフト量φｔｏｔａｌとを同じ値にして、透過率だけを変えることを考える。
【００６９】
２層合わせた透過率は、次の式で表される。
2004273794.tif 000004
したがって、φａｂｓ２＜０より、
透過率を上げたい場合、つまりＩｎ（Ｔｔｏｔａｌ）＞Ｉｎ（Ｔ１）としたい場合には、β１／δ１＞β２／δ２を必要条件として、物質２の材料を選択してＸ線吸収体を構成すればよい。
【００７０】
また、当然ながら、透過率は０％〜１００％の範囲内の値であるため、Ｉｎ（Ｔ１ａ）＜０であり、この条件を満たす必要があることから、Ｘ線吸収体に使われる物質２の位相シフト量はφａｂｓ１＜φａｂｓ２を満たす必要がある。
【００７１】
また、逆に透過率を下げたい場合には、物質２の材料としてβ１／δ１＜β２／δ２を満たす材料でＸ線吸収体を構成すればよい。
【００７２】
このように、従来のＸ線吸収体のように１種類の組成の物質からなるＸ線吸収体では実現不可能な透過率と位相シフト量との組み合わせを、異なる元素または組成比からなる積層構造または混合体のＸ線吸収体を用いて構成することによって実現することができる。それにより、露光波長に対してより適切な位相条件または透過率を有するＸ線吸収体が構成可能となるという従来にない顕著な効果が得られる。
【００７３】
また、前述の原理を第１、第２および第３の物質同士の間の関係に適用することにより、第１、第２および第３の物質を含む３種類の組成の物質からなる積層構造または混合体のＸ線吸収体を用いて、前述の効果と同様な効果を有するＸ線吸収体を構成することが可能である。さらに、４種類以上の組成の物質からなる積層構造または混合体で構成されるＸ線吸収体についても、前述と同様の原理を適用してＸ線吸収体を製造すれば、前述の効果と同様な効果を得ることができる。なお、複数種類の組成を含む混合体のＸ線吸収体を用いる場合、Ｘ線マスクの断面構造は、図１に示す構造と同様の構造になる。
【００７４】
次に、先行例で触れていない別の位相シフト効果について説明する。先行例では、開口部の直下のレジスト膜の表面でＸ線が互いにその強度を強め合い、また、遮光部の直下のレジスト膜の表面でＸ線が互いにその強度を弱め合う条件を仮定した場合に得られた結果が示されている。
【００７５】
しかしながら、２ａ＝１／ＭＣの場合には遮光部の直下でＸ線を重ね合わせた後の光学像強度がゼロとなり、開口部の直下の光学像強度がプラスであれば、光学像コントラストは１と理想状態が得られる。
【００７６】
つまり、２ａ＝１／ＭＣかつφｇｅｏ−φａｂｓ＝πであればよく、先行例で述べているφｇｅｏ＝−φａｂｓ＝０．５πとは異なる位相条件においても理想状態が得られる。すなわち、φｇｅｏ＝０．５πを満たすマスク−レジスト間隔Ｇとは異なるマスク−レジスト間隔Ｇにおいても、Ｘ線吸収体の位相シフト量およびマスクコントラストＭＣが、２ａ＝１／ＭＣかつφｇｅｏ−φａｂｓ＝πの条件を具備するようにすることにより、光学像コントラスト１の理想状態が得られる。このことも本発明に用いられている原理の一つである。
【００７７】
このように、各々の構成物質が異なる積層構造または混合体のＸ線吸収体を用いることにより、各波長に対して１種類の物質からなるＸ線吸収体では実現不可能な透過率と位相シフト量との組み合わせを実現することができる。
【００７８】
その結果、マスクとウエハとの間隔および露光波長の範囲のうち少なくともいずれか一方が従来とは異なる値である場合においても、従来より高い光学像コントラストを得ることができる。その結果、従来よりも微細なパターンの半導体装置を形成することが可能となる。
【００７９】
図２は、３５ｎｍＬ＆Ｓマスクパターンが形成されたＸ線マスクを用いてＸ線をレジスト膜に照射したときの、レジスト膜上に形成されたＸ線の光学像コントラストとＸ線マスク上に形成されたＸ線吸収体の透過率との関係を示している。透過率はマスクコントラストＭＣの逆数に相当している。
【００８０】
ここでは、露光波長０．８ｎｍとし、この露光波長λに対してＸ線吸収体２の位相シフト量が−０．５πとなるようにＸ線吸収体２の膜厚とＸ線吸収体の材料（組成）とが選定されている。また、幾何学的位相差が０．５πとなるように、マスク−レジスト間隔Ｇは、３．０６μｍに設定されている。
【００８１】
図２から分かるように、光学像コントラストはＸ線吸収体２の透過率に依存する。また、透過率がほぼ５０％の場合に、光学像コントラストの最大値０．８２であり、透過率が３０％〜６０％の範囲内では、光学像コントラストは０．７以上であり、透過率が２５％〜９５％の範囲内では、光学像コントラストはほぼ０．５以上となる。
【００８２】
つまり、図２は、幾何学的シフト量を０．５πとなるマスク−レジスト間隔Ｇが設定され、Ｘ線吸収体２の位相シフト量が−０．５πであり、かつＸ線吸収体の透過率が３０％〜６０％の範囲内であれば、３５ｎｍＬ＆Ｓに関して０．７以上の比較的高い光学像コントラストが得られることを示している。
【００８３】
このように、光学像コントラストはＸ線マスクのＸ線吸収体の透過率に依存するため、幾何学的シフト量とＸ線吸収体２の位相シフト量とが最適値であっても、Ｘ線吸収体２の透過率によって光学像コントラストは変化する。そのため、Ｘ線吸収体２の透過率を適切に選択することにより、パターンの解像度を向上させることができることが分かる。
【００８４】
図３は、パターン形状およびパターン寸法、マスク−レジスト間隔Ｇおよび露光波長λが図２を用いて説明したＬ＆Ｓパターンと同様の場合と同様に設定され、かつＸ線吸収体２の透過率が５０％であるときの、Ｘ線吸収体の位相シフト量と光学像コントラストとの関係を示している。
【００８５】
図３から分かるように、光学像コントラストはＸ線吸収体の位相シフト量に依存する。そのため、位相シフト量が０．３π〜０．６πの範囲内においては光学像コントラスト０．７以上であり、０．２π〜０．６５πの範囲内では光学像コントラスト０．５５以上の値が得られる。
【００８６】
つまり、幾何学的シフト量を０．５πとなるマスク−レジスト間隔Ｇが設定され、Ｘ線吸収体２の透過率が５０％であり、かつＸ線吸収体２の位相シフト量が０．３π〜０．６πの範囲内であれば、３５ｎｍＬ＆Ｓパターンにおいて、０．７以上のという比較的高い光学像コントラストが得られる。
【００８７】
図４は、比較例のＸ線吸収体２としてタングステン（Ｗ）を用いて、Ｘ線吸収体２の位相シフト量を−０．５πになる場合に、Ｘ線吸収体２の透過率を各波長に対してプロットしたグラフである。比較例のＸ線露光波の範囲である０．７ｎｍ〜１．２ｎｍでは、透過率はおおよそ３０％〜４５％の範囲内である。
【００８８】
特に０．８ｎｍ近傍の波長領域では透過率が４５％であるため、透過率５０％とほぼ同じ高い光学像コントラストが得られる条件が存在していることが分かる。
【００８９】
一方、３５ｎｍＬ＆Ｓパターンに対して幾何学的位相差を０．５πとするためにはマスク−レジスト間隔Ｇを３μｍ近傍の値にする必要がある。比較例のような小さいマスク−レジスト間隔Ｇを安定して実現することは困難であり、３５ｎｍＬ＆Ｓパターンを形成することができない。
【００９０】
そこで、露光波長を０．７ｎｍよりも短かくすることによって、３μｍよりも広いマスク−レジスト間隔Ｇで３５ｎｍＬ＆Ｓパターンを形成する方法について考察する。タングステンは０．６９ｎｍがＸ線を吸収可能な波長の端部である吸収端である。
【００９１】
そのため、タングステンは、吸収端より少し短い波長においては、透過率が著しく減少する。そのため、位相シフト量が−０．５πとなる膜厚では、タングステンは透過率が１０％以下となる。さらに、露光波長λを小さくしていくと、徐々に透過率は高くなっていく。
【００９２】
そのため、露光波長λが０．４ｎｍ〜０．６８ｎｍの範囲内では、透過率は３０％以下である。また、露光波長λが０．３ｎｍまで小さくなったとき、ようやく透過率は最適値である５０％となる。
【００９３】
したがって、比較例のＸ線吸収体２においては、最適位相条件を満足しても、露光波長０．４〜０．６８ｎｍの範囲では透過率が比較的低い。そのため、Ｘ線吸収体２の露光波長λを小さくしても解像度を向上させ難いことが問題である。
【００９４】
また、比較例のＸ線マスクでは、露光波長が０．３ｎｍ〜１．２ｎｍの範囲内では、位相シフト量が−０．５πの場合の透過率が５０％未満となる。そのため、必ずしも最適な位相と透過率条件になっていないという問題がある。
【００９５】
本実施の形態のＸ線マスクでは、これらの問題が解決されている。Ｘ線吸収体２を構成する元素または組成の異なる２層の構造とすると、発明の原理の記載において既に説明したように、位相シフト量を同じにしたまま、透過率を高くすることが可能である。そのための必要条件はβ１／δ１＞β２／δ２である。もちろん、各層の透過率が１００％以下であるという条件を満す必要がある。
【００９６】
露光波長が０．４ｎｍである場合に、膜厚が約４０ｎｍであり、密度が１６．２ｇ／ｃｍ３のタングステンは、位相シフト量が−０．５πであり、透過率が約３１％である。
【００９７】
表１は、２層構造のＸ線吸収体２のうち、第１層目をタングステンとし、第２層目をタングステン以外の元素からなる材料であってタングステンのβ／δより小さい値を有する元素で構成した場合に、２層合わせたＸ線吸収体２の位相シフト量が−０．５πであり、透過率が５０％であるという条件における、タングステンおよび各材料ごとに膜厚および透過率をまとめたものである。
【００９８】
【表１】
2004273794.tif 000005
【００９９】
２層目の材料として、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ボロン（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、セシウム（Ｃｓ）、および、バリウム（Ｂａ）が挙げられる。
【０１００】
また、前述の２層目の材料として、前述の元素の混合体、炭化珪素および炭化タングステンなどの炭化物、窒化珪素、窒化アルミまたは窒化クロムなどの窒化物、酸化珪素、酸化クロムなどの酸化物やフッ化物、ならびに、ヨウ化物を含む材料を用いることが好ましい。実際には、これらの中から加工性の良いものを選択してＸ線吸収体として用いる。
【０１０１】
前述の材料を用いると、２層構造中のタングステン膜厚が、１層からなるＸ線吸収体に対して薄くなるため、難加工物質のタングステンの加工が容易になるというメリットがある。
【０１０２】
また、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびテルル（Ｔｅ）それぞれを第２層目として用いる場合、２層構造の膜厚を１０００ｎｍ以下にすることができる。
【０１０３】
そのため、２層構造のＸ線吸収体の膜厚を比較的小さくすることができるため、Ｘ線吸収体のアスペクト比を比較的小さくすることができる。ただし、加工性は材料の他に加工プロセスに依存するため、膜厚が薄い材料が加工し易いとは限らない。
【０１０４】
また、本実施の形態の２層構造のＸ線吸収体は、主にＸ線吸収体の加工性を考慮して、２層それぞれが別個に形成される。しかしながら、第１層目と第２層目とを同時に加工できる場合には第１層目および第２層目の元素を合わせた元素構成比からなる１層のＸ線吸収体が用いられても、前述の光学像コントラストの向上と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
次に、図５〜図１０を用いて、タングステン材料からなる１層のＸ線吸収体とタングステンを含む２層のＸ線吸収体との各層の膜厚を変化させた場合の、３５ｎｍＬ＆Ｓパターンにおける光学像コントラストの計算結果を示す。
【０１０６】
本実施の形態で用いるＸ線露光に用いられる光について説明する。Ｘ線露光に用いられる光は、偏向磁場強度が３．５Ｔあり、かつ加速エネルギーが０．５８５ＧｅＶの放射光発生装置からの放射光が利用される。
【０１０７】
この放射光は、斜入射角１度の白金ミラー２枚を用いたビームラインで集光される。集光された光は、真空隔壁である厚さ１８μｍのベリリウム窓を通過する。ベリリウム窓を通過した光がＸ線としてレジスト膜に照射される。
【０１０８】
Ｘ線マスク１は、Ｘ線透過体３の材料としてダイヤモンドが用いられ、Ｘ線吸収体２の材料としてタングステンおよびダイヤモンドの２層構造が用いられる。また、Ｘ線吸収体３が形成されている部分とＸ線吸収体が形成されていない部分とは、ピッチ７０ｎｍの周期のＬ＆Ｓパターンを構成している。
【０１０９】
このＸ線マスク１が用いられ、マスク−レジスト間隔Ｇが６μｍである状態で、レジスト膜へのパターンの転写が行われる。レジスト膜として、臭素含有率が４５重量％の臭化ポリヒドロキシスチレンをベース樹脂とした感光性樹脂が用いられる。レジスト膜への吸収エネルギー像から光学像コントラストが計算される。
【０１１０】
露光波長を０．７ｎｍより短くした場合に得られる効果を調べるため、Ｘ線透過体３を構成するダイヤモンドの膜厚を２μｍから１００μｍまで変えた場合の光学像コントラストについて計算している。また、レジスト膜が吸収するＸ線の露光波長の平均は、ダイヤモンドの膜厚が２μｍの場合に０．７４ｎｍであり、ダイヤモンドの膜厚が１００μｍの場合に０．３７ｎｍであり、ダイヤモンドの膜厚が６０μｍ〜８０μｍの範囲内の場合では、約０．４ｎｍとなる。
【０１１１】
このように、Ｘ線吸収体２を構成するダイヤモンドの膜厚を変えることは、レジスト膜が吸収するＸ線の露光波長λを短くするためである。ただし、露光波長λを短くすることができるのであれば、ダイヤモンドの膜厚を変えること以外の他の方法が用いられてもよい。
【０１１２】
図５は、比較例のＸ線吸収体としてタングステン１層からなるＸ線吸収体を用いた場合の光学像コントラストと、Ｘ線透過体を構成するダイヤモンド膜厚との関係を、Ｘ線吸収体を構成するタングステンの膜厚を変化させた場合に得られた計算結果を示すグラフである。
【０１１３】
図６は、本実施の形態のＸ線マスクを用いた場合の光学像コントラストとダイヤモンドの膜厚との関係について、タングステンの膜厚を変化させたときに得られた結果を示している。
【０１１４】
Ｘ線マスクは、２層構造のＸ線吸収体からなり、第１層目に膜厚が２３０ｎｍのタングステンが用いられ、第２層目にダイヤモンドが用いられている。また、図６には、Ｘ線吸収体２のダイヤモンド膜厚が０から１１５０ｎｍまで範囲内で変化した場合の光学像コントラストが示されている。
【０１１５】
図５に示す比較例のＸ線吸収体の場合、タングステンの膜厚およびＸ線透過体を構成するダイヤモンドの膜厚によって光学像コントラストは変化する。しかしながら、露光波長が比較的短い場合であって、Ｘ線透過体材料のダイヤモンドの膜厚が６０μｍ以上の場合には、タングステンの膜厚が３００ｎｍのＸ線吸収体を用いたときにもっとも高い光学像コントラストが得られていることが分かる。
【０１１６】
一方、図６に示す２層構造のＸ線吸収体を有する本実施の形態のＸ線マスクが用いられた場合には、第１層目のタングステンの膜厚が２３０ｎｍであり、かつ第２層目のダイヤモンドの膜厚が２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内である場合に、図５に示す比較例のＸ吸収体を有するＸ線マスクよりも高い光学像コントラストが得られることが分かる。
【０１１７】
つまり、本実施の形態のＸ線マスクによれば、Ｘ線透過体のダイヤモンドの膜厚として６０μｍ〜１００μｍが用いられ、かつ、レジスト膜に吸収されるＸ線の露光波長の平均値として０．４ｎｍ近傍の値が用いられる場合に、比較例のＸ線吸収体を用いたＸ線マスクよりも高い光学像コントラストが得られる。
【０１１８】
また、表１では、露光波長が０．４ｎｍである場合に、位相シフト量が−０．５πでありかつ透過率が５０％である２層構造として、膜厚が２２９ｎｍのタングステンおよび膜厚が５４７ｎｍの炭素の組み合わせが示されている。
【０１１９】
しかしながら、本実施の形態のＸ線マスクのように、ブロードな露光スペクトルで露光した場合に比較して、レジスト膜に吸収されるＸ線の露光波長の平均値が０．４ｎｍである場合には、２層目のダイヤモンドの膜厚は若干薄くなったほうが、むしろ光学像コントラストが高くなっている。
【０１２０】
このようにブロードな露光スペクトルを用いた場合には、レジスト膜に吸収される露光波長の平均値で想定される最適条件からずれる場合がある。この場合においても、本実施の形態のＸ線マスクのように２層のＸ線吸収体が用いられると、ブロードな露光スペクトルに対してもより高い光学像コントラストが得られる。
【０１２１】
次に、マスクパターンの寸法に起因した光学像コントラストの効果の相違を述べる。より具体的には、ピッチ７０ｎｍのＬ＆Ｓパターンにおいて、Ｘ線吸収体２の幅を１５ｎｍ〜５５ｎｍの範囲内で変化させたときの光学像コントラストを比較する。
【０１２２】
図７は、比較例のＸ線吸収体として膜厚が３００ｎｍであるタングステンを用いた場合の光学像コントラストを、Ｘ線透過体を構成するダイヤモンドの膜厚を変えながらプロットしたグラフである。
【０１２３】
また、図８は、本実施の形態の２層構造のＸ線吸収体として、膜厚が２３０ｎｍであるタングステンと膜厚が２５０ｎｍであるダイヤモンドと用いた場合の光学像コントラストを、Ｘ線透過体のダイヤモンド膜厚を変えながらプロットしたグラフである。
【０１２４】
図７から、比較例のＸ線吸収体であっても、マスクパターンの線幅を１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度広くすることで光学像コントラストが改善できることが分かる。図８に示すように、同様な効果は２層Ｘ線吸収体の場合にも見られる。つまり、マスクパターンの線幅を１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度広くすることにより、光学像コントラストをより改善することができる。
【０１２５】
図７および図８の対比から、特に、Ｘ線吸収体のダイヤモンドの膜厚が４０μｍ以上の場合には、１０ｎｍ程度吸収体パターンの幅を広くすることが光学像コントラストの向上に有効であることが分かる。
【０１２６】
図９は、マスク−レジスト間隔Ｇをさらに大きくして８μｍとした場合の光学像コントラストを示している。ピッチ７０ｎｍの周期のＬ＆ＳパターンのＸ線吸収体の線幅が５５ｎｍである場合に、Ｘ線吸収体の膜厚とＸ線透過体のダイヤモンド膜厚を変えながらプロットしたグラフである。
【０１２７】
図１０は、図９に示すＸ線マスクと同じマスク−レジスト間隔ＧのＸ線マスクにおいて、第１層目に膜厚が２３０ｎｍのタングステンが用いられ、第２層目にダイヤモンドが用いられる２層構造のＸ線吸収体を用いて、第２層目のダイヤモンドの膜厚を変えながら光学像コントラストを求めたグラフである。
【０１２８】
Ｘ線吸収体の線幅は前述の場合と同じであり、５５ｎｍである。３５ｎｍＬ＆Ｓパターンにおいて、マスク−レジスト間隔Ｇが８μｍであり、かつ、露光波長が０．４ｎｍである場合には、幾何学的位相差は、０．３８πラジアンとなる。すなわち、幾何学的位相差は、最適値である０．５πラジアンよりも小さくなる。
【０１２９】
図９は、このように幾何学的位相差が最適値からずれている場合には膜厚５００ｎｍのタングステンをＸ線吸収体として用いた場合の方が、マスク−レジスト間隔が６μｍである場合の最適値である膜厚３００ｎｍのタングステンをＸ線吸収体として用いた場合より光学像コントラストが高くなることを示している。
【０１３０】
このことから、Ｘ線吸収体の最適条件は、マスク−レジスト間隔Ｇによって異なっていることが分かる。露光波長が０．４ｎｍである場合において、膜厚が５００ｎｍのタングステンは、透過率が２３％であり、かつ位相シフト量は−０．６３πである。つまり、マスク−レジスト間隔ＧによってＸ線吸収体の透過率と位相シフト量の最適値とが異なることが分かる。
【０１３１】
幾何学的位相差とマスクの位相シフト量の差は、０．３８π−（−０．６３π）＝１．０１πと、本発明に用いる原理の記載において説明した位相条件を満足していることが分かる。
【０１３２】
図１０は、マスク−レジスト間隔Ｇが８μｍであり、タングステンおよびダイヤモンドからなる２層構造のＸ線吸収体が用いられ、かつ、Ｘ線吸収体の透過率が４９％〜５１％の範囲内である場合に、Ｘ線吸収体のマスクの位相シフト量を変化させて、その変化させた位相シフト量ごとに光学像コントラストを求めたときに得られたグラフである。２層構造のＸ線吸収体を用いたことにより、Ｘ線マスクの透過率をほとんど変えずにＸ線吸収体の位相シフト量を変更することができる。
【０１３３】
Ｘ線吸収体の線幅は、前述の場合と同様に５５ｎｍである。表１から、ダイヤモンド膜厚が５５０ｎｍである場合に、Ｘ線吸収体の位相シフト量は−０．５πであることが分かる。また、表１から、ダイヤモンドの膜厚が５５０ｎｍ以上である場合には、Ｘ線吸収体の位相シフト量がマイナス側に大きくなることが分かる。
【０１３４】
図１０から分かるように、２層構造のＸ線吸収体のダイヤモンドの膜厚が７００ｎｍである場合光学像コントラストと、１層構造のＸ線吸収体のタングステンの膜厚が５００ｎｍである場合の光学像コントラストとが、同程度となる。
【０１３５】
さらに、ダイヤモンドの膜厚が大きくなり、Ｘ線吸収体の位相シフト量がマイナス側に大きくなると、第１層のＸ線吸収体のタングステンの膜厚が５００ｎｍである場合よりも光学像コントラストが大きくなることが分かる。
【０１３６】
つまり、幾何学的位相差が０．５πから大きくずれている場合にも、２層構造のＸ線吸収体が用いられて、Ｘ線吸収体の位相シフト量とＸ線吸収体の透過率とが調整されれば、従来よりもコントラストの高い光学像が得られることが分かる。
【０１３７】
また、本実施の形態のＸ線マスクでは、特に顕著な効果を生ずるＬ＆Ｓパターンを用いて説明がなされている。しかしながら、ホールパターンおよびより複雑な２次元マスクパターンのＸ線吸収体を用いても、マスク−レジスト間隔Ｇおよび露光波長λのうち少なくともいずれか一方の値が適切に選択されれば、所望のレジストパターンが形成される。また、本実施の形態では、比較例の１層構造のＸ線吸収体でなされていた位相シフト量および透過率などの条件の調整を、２層構造のＸ線吸収体を用いて調整する。
【０１３８】
それにより、従来の露光波長より短い露光波長λおよび従来のマスク−レジスト間隔より広いマスク−レジスト間隔Ｇにおいても、より微細なパターンの半導体装置を形成することができる。したがって、ホールパターンまたはより複雑な２次元マスクパターンが形成できなくなるわけではない。
【０１３９】
つまり、比較例のＸ線吸収体で転写できていたのと同様に、ホールパターンおよびより複雑な２次元マスクパターンを形成することができる。また、適切な位相シフト量および透過率のうち少なくともいずれか一方を選択することにより、微細なパターンの半導体装置を形成することが可能である。
【０１４０】
また、レジスト膜として本実施の形態に用いている臭素のような露光波長帯に吸収端をもつ元素では、露光波長を短くしてもレジスト膜中で発生する２次電子の最大エネルギーが変化しない露光波長領域が存在する。そのため、解像度を劣化させる２次電子の影響が抑制されるという顕著な効果がある。
【０１４１】
このため、本実施の形態のＸ線吸収体を、露光波長領域に吸収端を有するレジスト膜とを組み合わせて用いると、露光波長が短くなった場合においても２次電子の影響が抑制される。その結果、高い光学像コントラストを有する光学像を提供することができる。そのため、比較例よりも高精度なパターンを有するレジスト膜を形成することが可能となる。
【０１４２】
実施の形態２．
次に、図１１および図１２を用いて、本発明の実施の形態２のＸ線マスクを説明する。
【０１４３】
２層構造のＸ線吸収体で構成されたＸ線マスクの構成を図１１に示す。本実施の形態のＸ線マスクには、Ｘ線透過体としては、膜厚５μｍのダイヤモンド１１が用いられ、また、エッチングストッパとしては、アモルファスの酸化クロム１２が用いられる。酸化クロム１２の上に第１層目のダイヤモンド１３が形成されている。
【０１４４】
また、ダイヤモンド１３の上に第２層目のタングステン１４が形成されている。ダイヤモンド１３およびタングステン１４により２層構造のＸ線吸収体が構成されている。２層構造のＸ線吸収体のパターンは、線幅に対するパターンの高さの比すなわちアスペクト比が高くなる。
【０１４５】
そのため、高精度の加工がし難いという問題がある。したがって、本実施の形態では、ダイヤモンド１１とダイヤモンド１３との間にエッチングストッパを挿入している。それにより、Ｘ線吸収体のパターンを高精度に加工することができる。
【０１４６】
また、第１層目のＸ線吸収体と第２層目のＸ線吸収体との間で透過率と位相シフト量とが大きく変わらなければ、第１層目のＸ線吸収体と第２層目のＸ線吸収体との間に、第２層目のＸ線吸収体に対するエッチングストッパまたは第１層目に対するハードマスク材料が挿入されてもよい。
【０１４７】
また、Ｘ線吸収体が２層に分離されているため、それぞれの層に対して最適なエッチングガスおよび条件を設定することが可能となる。たとえば、タングステンは、フッ素を主成分としたエッチングガスでエッチングされるが、酸素を主成分としたエッチングガスではほとんどエッチングされない。
【０１４８】
一方、ダイヤモンドは、酸素プラズマで容易にエッチングされるが、フッ素系プラズマではタングステンよりもエッチングされない。そのため、それぞれの層をエッチングする場合に、下地膜に対するエッチング選択比が高くなるように最適なエッチングガスを選択することにより、高精度のパターン加工を実現することが可能となっている。
【０１４９】
本実施の形態のＸ線吸収体では、Ｘ線吸収体の第１層目のダイヤモンド１３がタングステン１４の下に設けられている。そのため、第１層目のダイヤモンド１３がエッチングされるときに、タングステン１４が第１層目のダイヤモンド１３に対するハードマスクとして機能する。その結果、ダイヤモンド１３の側壁形状が制御された高精度なＸ線吸収体のパターンが形成される。
【０１５０】
また、第１層目のダイヤモンド１３は、酸素を主成分としたエッチングガスを用いてエッチングされる。そのため、エッチングストッパとしては、酸素プラズマにエッチングされ難い、酸化珪素、酸化タングステンまたは酸化タンタルなどの酸化物を含む酸化膜が用いられることが望ましい。
【０１５１】
また、エッチングストッパとしては、下地に対する選択比が所定以上の値であれば、窒化珪素、窒化クロム、または窒化タングステンなどの窒化物を含む窒化膜が用いられてもよい。
【０１５２】
また、本実施の形態のＸ線マスクでは、ダイヤモンド１３の上にタングステン１４が成膜されている。これは、エッチングの容易性を考慮したためである。しかしながら、図１２に示すように、タングステン１４の上にダイヤモンド１３が設けられたＸ線吸収体を用いても、図１１に示すダイヤモンド１３の上にタングステン１４が設けられたものと同様に、光学像コントラストが向上するという効果がある。
【０１５３】
実施の形態３．
次に、図１３を用いて、実施の形態３のＸ線マスクを説明する。
【０１５４】
図１３は、Ｘ線透過体としてのダイヤモンド１１に堀り込まれた溝以外の部分の上にＸ線吸収体が形成されたＸ線マスクを説明するための図である。図１３に示すＸ線マスクでは、Ｘ線透過体の一部である掘り込み部以外の部分、すなわち突出部をＸ線吸収体として用いる。そのため、第１層目のＸ線吸収体として、新たな膜を成膜する必要がない。その結果、成膜工程および加工工程を簡略化することが可能となる。
【０１５５】
この場合、Ｘ線透過体であるダイヤモンド１１の掘り込み領域だけに、低い膜応力が発生するように所定の調整を行う。それにより、Ｘ線透過体であるダイヤモンド１１のパターン加工時の応力変動が少なくなる。その結果、Ｘ線マスクの位置歪が発生するおそれが低くなる。
【０１５６】
また、Ｘ線透過体の掘り込み領域を加工する前にイオン注入する。それにより、Ｘ線透過体の膜応力が調整され、位置歪の度合いが小さい２層構造のＸ線吸収体が得られる。
【０１５７】
また、イオンが注入されたダイヤモンド１１とイオンが注入されていないダイヤモンド１１との間のエッチング速度の差を利用することにより、エッチングストッパを用いなくとも高精度パターンの加工が可能となっている。イオンとしては、ボロンが用いられたが、燐などが用いられてもよい。
【０１５８】
実施の形態４．
次に、図１４を用いて、本発明の実施の形態４のＸ線マスクを説明する。
【０１５９】
図１４は、２層構造のＸ線吸収体の各層のパターン寸法が異なるＸ線マスクの構成図である。本実施の形態のＸ線マスクは、図１４に示すように、Ｘ線透過体１００の上にエッチングストッパ１１０が形成されている。
【０１６０】
また、Ｘ線マスクは、エッチングストッパ１１０の上に第１層目のＸ線吸収体１２０が形成されている。また、Ｘ線マスクは、第１層目のＸ線吸収体１２０の上に第２層目のＸ線吸収体１３０が形成されている。
【０１６１】
図１４では、第１層目のＸ線吸収体１２０のパターン寸法より第２層目のＸ線吸収体１３０のパターン寸法の方が小さくなっている。同じパターンピッチをもつ周期パターンでもマスクパターン寸法を調整することにより、光学像コントラストを向上させることができることは実施の形態１で述べたとおりである。
【０１６２】
本実施の形態のＸ線マスクを用いると、マスクパターン寸法を調整することにより、たとえば各層のうち位相シフト量の絶対値が大きい層および透過率が低い層のマスクパターン寸法を調整することができる。その結果、従来の光学像コントラストよりも高い光学像コントラストを有するパターンを形成することが可能である。
【０１６３】
図１５に示すＸ線マスクにおいては、第１層目のＸ線吸収体１２０のマスクパターン寸法より第２層目のＸ線吸収体１３０のマスクパターン寸法の法が大きい場合にも、前述のことと同様に、光学像コントラストを向上させる効果が得られる。
【０１６４】
しかしながら、第１層目のＸ線吸収体１２０のマスクパターン寸法を計測することが困難となる。そのため、図１４に示すように、第２層目のＸ線吸収体１３０のマスクパターン寸法より第１層目のＸ線吸収体１２０のマスクパターン寸法を大きくすることが望ましい。
【０１６５】
実施の形態５．
次に、本発明のＸ線マスクを用いた半導体装置の製造方法を説明する。
【０１６６】
本実施の形態の半導体装置の製造方法においては、実施の形態１の露光方法と同様の露光方法を用いて半導体装置が製造される。Ｘ線透過体の材料としては、膜厚が５μｍであるダイヤモンドが用いられる。また、第１層目のＸ線吸収体としては、膜厚が２３０ｎｍであり、かつ密度１６．２ｇ／ｃｍ３のタングステンが用いられる。
【０１６７】
また、第２層目のＸ線吸収体の材料としては、膜厚が２５０ｎｍであり、かつ密度が３．５ｇ／ｃｍ３であるダイヤモンドが用いられる。第１層目のタングステンと第２層目のダイヤモンドとにより、２層構造のＸ線吸収体が構成されている。
【０１６８】
すなわち、図１１に示すＸ線マスクの構造と同様の構造のＸ線マスクが用いられる。また、本実施の形態の半導体装置の製造方法においては、Ｘ線マスク上のピッチが７０ｎｍの周期のマスクパターンが、３５ｎｍのＬ＆Ｓパターンとしてレジスト膜上へ転写される。
【０１６９】
露光光としては、偏向磁場強度が３．５Ｔであり、かつ加速エネルギーが０．５８５ＧｅＶである放射光発生装置からの放射光が利用される。また、その放射光は、斜入射角が１度の白金ミラー２枚が用いられてビームラインで集光される。
【０１７０】
また、集光された光は、真空隔壁である厚さが１８μｍのベリリウム窓と厚さが５５μｍのダイヤモンドフィルターとを通過する。また、マスク−レジスト間隔Ｇは６μｍである。また、臭素含有率が４５重量％であり、臭化ノボラックをベース樹脂とし、かつ、膜厚が０．２μｍであるレジスト膜が感光される。それにより、レジスト膜上に３５ｎｍのＬ＆Ｓのパターンが形成される。
【０１７１】
このレジスト膜上のパターンがエッチングされる。その後、下地膜が加工される。次に、下地膜の洗浄および成膜が行われる。再び別のＸ線マスクを用いてレジスト膜に対して露光が行われる。前述の工程を繰り返すことで半導体装置が製造される。２層構造のＸ線吸収体が用いられてＸ線マスクのパターンがレジスト膜に転写される。それにより、従来のパターンよりも微細なパターンが形成されるとともに、従来の半導体装置よりも高性能な半導体装置を製造することができる。
【０１７２】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１７３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置のパターンの解像度を向上させることが可能なＸ線マスクの製造方法、およびそれを用いて製造されたＸ線マスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線マスクを用いて光学像を形成する原理を説明するための模式図である。
【図２】幾何学的位相差がπ／２であり、位相シフト量が−π／２であるときの、Ｘ線マスクの透過率と光学像コントラストとの関係を示すグラフである。
【図３】位相シフト量と光学像コントラストとの関係を示すグラフである。
【図４】タングステンからなるＸ線吸収体の位相シフト量が−π／２であるときの、Ｘ線の露光波長とＸ線の透過率との関係を示すグラフである。
【図５】比較例のＸ線マスクにおいて、Ｘ透過体であるダイヤモンドの膜厚と光学像コントラストとの関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態１のＸ線マスクにおいて、Ｘ線吸収体であるダイヤモンドの膜厚と光学像コントラストとの関係を示すグラフである。
【図７】比較例のＸ線吸収体の３５ｎｍＬ＆Ｓパターンを有するＸ線マスクにおいて、マスクパターンの線幅を変えたときの光学像コントラストを示すグラフである。
【図８】実施の形態１の３５ｎｍＬ＆Ｓパターンを有するＸ線マスクにおいて、マスクパターンの線幅を変えたときの光学像コントラストを示すグラフである。
【図９】比較例のＸ線マスクにおいて、Ｘ線吸収体の膜厚およびＸ線透過体の膜厚それぞれを変化させたときの光学像コントラストの変化を示すグラフである。
【図１０】実施の形態１のＸ線マスクにおいて、第２層目のＸ線吸収体の膜厚およびＸ線透過体の膜厚それぞれを変化させたときの光学像コントラストの変化を示す図である。
【図１１】実施の形態２のＸ線マスクの模式図である。
【図１２】実施の形態２の他の例のＸ線マスクの模式図である。
【図１３】実施の形態３のＸ線マスクの模式図である。
【図１４】実施の形態４のＸ線マスクの模式図である。
【図１５】実施の形態４の他の例のＸ線マスクの模式図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線マスク、２  Ｘ線吸収体、３  Ｘ線透過体、１１  ダイヤモンド、１２  酸化クロム、１３  ダイヤモンド、１４  タングステン、１００  Ｘ線透過体、１１０  エッチングストッパ、１２０  第１層目のＸ線吸収体、１３０  第２層目のＸ線吸収体。
【図１】
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【図２】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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