(57)【要約】【課題】マスクに形成した開口部の０次回折像を、感光剤を塗布した基板に対して相対移動させることにより描画する近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法であって、コントラストの高い連続描画を可能にする。【解決手段】Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板（８）上に形成されたＸ線吸収体層（５２）にリング状開口部（５４）を形成したマスク（５０）を用い、開口部（５４）による回折効果とＸ線吸収体層（５２）による位相シフト効果とが開口部（５４）の中心線が通る基板（６）上の位置で光強度を増強させるようにした。【選択図】      図１
2004342872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成した開口部の０次回折像を、感光剤を塗布した基板に対して相対移動させることにより描画する近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法であって、
Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板上に形成されたＸ線吸収体層にリング状開口部を形成したマスクを用い、前記開口部による回折効果とＸ線吸収体層による位相シフト効果とが前記開口部の中心線が通る基板上の位置で光強度を増強させるようにしたことを特徴とする近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法。
【請求項２】
Ｘ線は軟Ｘ線を主成分とし幅広いスペクトル成分を有する請求項１の近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法。
【請求項３】
Ｘ線の平均波長をλｎｍ、リング状開口部の中心半径をＲｎｍ、マスクと基板との間隔をｇｎｍとして、次式；
Ｒ＝Ｋ（ｇλ）１／２
（ただしＫは０．９〜１．７の範囲の定数）
を満たすようにした請求項１または２の近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法。
【請求項４】
請求項１において、マスクにはリング状開口部の内側に円形開口部が前記リング状開口部と同心に形成されている近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法。
【請求項５】
Ｘ線の平均波長をλｎｍ、リング状開口部の中心半径をＲｎｍ、マスクと基板との間隔をｇｎｍとして、次式；
Ｒ＝Ｋ（ｇλ）１／２
（ただしＫは１．０〜１．８の範囲の定数）
を満たすようにした請求項４の近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法。
【請求項６】
請求項１の方法に用いる近接Ｘ線リソグラフィ用マスクであって、
Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板と、このマスク基板上に形成されたＸ線吸収体層と、このＸ線吸収体層に形成されたリング状開口部とを備えることを特徴とする近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【請求項７】
請求項５の方法に用いる近接Ｘ線リソグラフィ用マスクであって、
Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板と、このマスク基板上に形成されたＸ線吸収体層と、このＸ線吸収体層に形成されたリング状開口部およびその内側かつ同心に形成された円形開口部とを備えることを特徴とする近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【請求項８】
請求項６のマスクであって、リング状開口部の幅がリング状開口部の中心半径の２０〜４０％の範囲内である近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【請求項９】
請求項７のマスクであって、リング状開口部の幅がリング状開口部の中心半径の１７〜３３％の範囲内である近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【請求項１０】
請求項６または７のマスクであって、リング状開口部は相互に干渉しない間隔をもって複数形成されている近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【請求項１１】
請求項６または７のマスクであって、リング状開口部の外側のＸ線吸収体層をリング状開口部の内側のＸ線吸収体層より厚くした近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【請求項１２】
請求項１０のマスクにおいて、各リング状開口部の中心対称位置であってかつ隣接するリング状開口部とは非対称となる位置にリング状開口部を塞ぐ不連続部が形成されている近接Ｘ線リソグラフィ用マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路や液晶表示板、プリント基板などの平面基板上に所定のパターンを形成する近接Ｘ線リソグラフィに用いるパターン描画方法と、この方法の実施に直接用いるマスクとに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８〜図１２を用いて従来の方法を説明する。図８は従来の近接Ｘ線リソグラフィに用いられる光学系の一例を示す概念図である。この図８において、Ａはシンクロトロンであり、このシンクロトロンＡ内では電子ビーム１が周回している。この電子ビーム１は、エネルギー約１ＧｅＶであり、その周回半径は約１ｍである。
【０００３】
周回電子からは電子軌道の接線方向にＸ線（放射光）２が放散される。放射光２は電子軌道面上では３６０°の方向に放散されるが、軌道面と垂直方向には１ｍｒａｄ程度の極めて狭い範囲で放散される。この放射光２は波長０．５〜１ｎｍの軟Ｘ線を主成分とする幅広いスペクトルからなる。
【０００４】
放射光の一部はＢで示されるビームラインと呼ばれる筒状の真空容器に入射される。ビームラインＢ内には反射ミラー３が設けられ、このミラー３を矢印方向（上下方向）に揺動させることにより反射光を縦方向に拡散させると共に、スペクトルの短波長成分を除去する。このミラー３は、Ｘ線が反射できるように、その反射角は８８〜８９°に設定されている。
【０００５】
ミラー３の反射面は、重金属（Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ等）で形成される。ミラーの寸法は通常幅約１００ｍｍ、長さ５００ｍｍ前後である。水平方向、垂直方向に収束作用を持たせるためミラー形状は円筒またはトロイダル（円筒軸をさらに湾曲）、または非球面に加工されている。
【０００６】
４は取り出し窓（ｅｘｉｔ  ｗｉｎｄｏｗ）であり、放射光２をビームラインＢから外部に取り出す目的で、ビームラインＢの真空領域と外部の大気領域を仕切るものである。取り出し窓４は、Ｘ線２を透過しやすいベリリウムの薄膜で作られている。ベリリウム膜は放射光２の長波長成分を吸収除去するフィルターの役目を兼ねる。
【０００７】
ベリリウム膜の厚さは、通常１０〜１００μｍの範囲である。Ｃはステッパと呼ばれる露光装置である。ステッパＣ内にはＸ線マスク５と、その１０〜３０μｍ後方に置かれたウェハ６とが保持され、ウェハ６にマスク５を透過した光（放射光２）を投影する。このウェハ６はパターンを描画する対象である基板となる。
【０００８】
図９はＸ線マスク５とウェハ６の部分の拡大図である。２Ａは取り出し窓４から射出された放射光である。マスク５は、支持枠（図示せず）に取り付けたマスク基板８と、その一側面に設けた吸収体９からなる。マスク基板８は、ＳｉＮ、ＳｉＣまたはダイヤモンドの薄膜で作られ、その厚さは２μｍ程度である。吸収体９はＴａ、Ｗ等で描かれたパターンであって、その厚さは２００〜５００ｎｍである。
【０００９】
この吸収体９には、ウェハ６の露光面となる表面に塗布された感光剤（レジスト）１１が対向している。マスク５の吸収体９のない部分を通過した光は、レジスト１１の一部１１Ａを感光させるので、露光後現像することにより感光部１１Ａ（または未感光部）を溶解除去することができ、その結果マスク５上の吸収体９のパターンをウェハ６上に再現させることができる。
【００１０】
図１０は図８、９で用いる従来のマスクパターンと、それにより形成される描画パターンすなわちレジストパターンの概念図である。同図で、１２はマスク吸収体９のパターンの一例であり、黒い部分が吸収体９のある部分である。１３はネガ型レジストの現像後のレジストパターン、１４はポジ型レジストの現像後のレジストパターンである。この図８で、黒い部分が、残されたレジスト１１である。どちらの場合もマスクパターンとレジストパターンは１対１の対応を示す。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来用いられている１対１対応マスク（等倍マスク）では、最小線幅５０〜７０ｎｍ以下のパターン形成は困難とされていた。図１１は、線幅５０ｎｍのＴ字形パターン・マスクを用いて近接ギャップｇ、すなわちマスク５とウェハ６の間隙寸法（ギャップ）ｇ、を変化させた場合のレジスト表面での光強度分布の変化の様子を示す。
【００１２】
この時の平均波長は０．５４ｎｍである。この図からマスクパターンを再現するには近接ギャップを１μｍ以下にする必要があることがわかる。一方、ステッパの近接ギャップを維持する技術的限界は８〜１０μｍと見られるので、このままでは線幅５０ｎｍの二次元マスクパターンを転写することは不可能である。
【００１３】
図１２は本願の発明者等が提案する露光イメージの縮小効果を利用してスポットイメージを形成するマスクの例である（特願２００１−３１８５６２参照）。マスクの開口寸法が約１００ｎｍより小さくなると露光イメージは縮小される。これはマスクの開口部エッジの回折効果および吸収体を通過した光の位相差シフト効果によるものである。
【００１４】
図１２（Ａ）のように横ピッチ１００ｎｍ、縦ピッチ２００ｎｍの単位区画の中に幅６０ｎｍ、長さ６０ｎｍの開口部を設け、露光条件を適当にとる。例えば、近接ギャップを８μｍ、吸収体としてのタンタルの厚さを２５０ｎｍとする。この場合には、図１２（Ｂ）に示すように、約２５ｎｍ×３５ｎｍ角のスポットイメージが形成され、明らかに開口寸法に対して縮小されたイメージが得られている。
【００１５】
図１３はこのようなスポットイメージによる連続描画の例を示す。すなわち、スポットイメージを露光面上に形成し、マスクとウェハを相対的に移動しながら露光することにより二次元のレジストパターンを形成するものである（連続描画法）。同図（Ａ）は露光面上でのスポットイメージの軌跡、同図（Ｂ）は露光強度の分布、同図（Ｃ）は現像後のレジスト形状をシミュレーションにより示したものである。
【００１６】
連続描画法の利点は二次元パターンの繰り返しピッチが同じであれば１種類のマスクを用いて異なるパターンが形成できることである。Ｘ線リソグラフィ全体のコストの中でマスク製作費の比重は高いので、連続描画法はコスト低減面でも効果が大きい。連続描画用マスクに要求される性能は集光性が高く、バックグラウンドのレベルが低いことである。
【００１７】
図１４はスポットイメージを移動させながら露光を繰り返す場合のコントラストの低下を説明する図である。この図１４は、スポットイメージの強度分布を高さＩ１の縦長の矩形で表し、バックグラウンドを一様な高さＩ２として簡略化して示したものである。この図１４から、描画を（Ａ）→（Ｄ）と進めるにつれて、バックグラウンドのレベルが上昇しコントラストが低下することが解る。従って当初のスポットイメージの光強度Ｉ１とバックグラウンドの光強度Ｉ２のコントラストが高いことが望まれる。コントラストＣは次式で表される。
【００１８】
【数１】
2004342872.tif 000003
【００１９】
図１４では描画が（Ａ）→（Ｄ）へ進行するにつれてコントラストが低下する様子を示している。
【００２０】
【発明の目的】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、コントラストの高い連続描画を可能にする近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法を提供することを第１の目的とする。またこの発明は、この方法の実施に直接使用するマスクを提供することを第２の目的とする。
【００２１】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、マスクに形成した開口部の０次回折像を、感光剤を塗布した基板に対して相対移動させることにより描画する近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法であって、Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板上に形成されたＸ線吸収体層にリング状開口部を形成したマスクを用い、前記開口部による回折効果とＸ線吸収体層による位相シフト効果とが前記開口部の中心線が通る基板上の位置で光強度を増強させるようにしたことを特徴とする近接Ｘ線リソグラフィのパターン描画方法、により達成される。
【００２２】
ここで用いるＸ線は軟Ｘ線を主成分として幅広いスペクトル成分を有するものが適し、例えばシンクロトロン放射光が適する。また好ましいマスクパターンの寸法は、マスクと露光面となる基板表面の感光剤との間隔（ギャップ）ｇ（ｎｍ）やＸ線の平均波長λ（ｎｍ）により変化するが、次の式：Ｒ＝Ｋ（ｇλ）１／２（Ｒはマスクのリング状開口部の中心半径（ｎｍ）、Ｋは０．９〜１．７の範囲の定数である。）を満たすようにするのがよい。
【００２３】
マスクのリング状開口部の内側に円形開口部を同心に形成すれば、コントラストはさらに大きくすることができる。この場合にはマスクのパターンは、次式：Ｒ＝Ｋ（ｇλ）１／２における定数Ｋを１．０〜１．８の範囲内で設定するのがよい。
【００２４】
本発明によれば第２の目的は、請求項１の方法に用いる近接Ｘ線リソグラフィ用マスクであって、Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板と、このマスク基板上に形成されたＸ線吸収体層と、このＸ線吸収体層に形成されたリング状開口部とを備えることを特徴とする近接Ｘ線リソグラフィ用マスク、により達成される。
【００２５】
同一の目的はまた、請求項５の方法に用いる近接Ｘ線リソグラフィ用マスクであって、Ｘ線に対してほぼ透明なマスク基板と、このマスク基板上に形成されたＸ線吸収体層と、このＸ線吸収体層に形成されたリング状開口部およびその内側かつ同心に形成された円形開口部とを備えることを特徴とする近接Ｘ線リソグラフィ用マスク、によっても達成可能である。
【００２６】
これらのマスクに用いるマスク基板は、Ｘ線に対してほぼ透明な材料例えばＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ダイヤモンドなどの薄膜で約２μｍの厚さとすることができる。またＸ線吸収体層は、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）の薄膜でその厚さを２００〜５００ｎｍとすることができる。なおＸ線吸収体は、Ａｕ（金）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）およびこれらの合金など、多くの重金属で形成することが可能である。
【００２７】
リング状開口部の中央に円形開口部を持たないパターンでは、リング状開口部の幅はこのリング状開口部の中心半径（幅の中央までの半径）の２０〜４０％にするのがよい。中央に円形開口部を有するパターンではリング状開口部の幅を少し狭くし、例えばリング状開口部の中心半径の１７〜３３％とするのがよい。またリング状開口部の外側のＸ線吸収体層を内側よりも厚くすれば、外側の吸収体層によるバックグラウンドの光量増加が防止され、コントラストを一層向上させることができる。
【００２８】
リング状のパターンは相互に干渉しない間隔をもって複数形成しておいてもよい。この場合には複数のスポットイメージを平行移動させることにより複数のパターンを同時に並行して描画することができ、処理能力が格段に向上する。この場合、複数のリング状パターンを規則性をもって配列すると、リング状パターン同志の干渉による不用なスポットイメージが生じることがあり得る。この場合には、各リング状開口部の中心対称位置であってかつ隣接するリング状開口部とは非対称となる位置にリング状開口部を塞ぐ不連続部を形成しておくのがよい。
【００２９】
【実施態様】
図１は本発明の実施に用いるマスクパターン（Ａ）とその露光強度分布（Ｂ）の一例を示すものである。マスクパターン（Ａ）を有するマスク５０はＸ線リソグラフィ用のマスクであり、シリコン基板の枠にＸ線に対して透明なＳｉＣやＳｉＮなどの薄膜（メンブレンという）を張り渡し、その上にＷ、Ｔａ、Ａｕなどの重金属のＸ線吸収体５２でパターンを形成したものである。吸収体５２には二次元に所定ピッチで配列されたリング状の開口部５４が形成され、これらの開口部５４はＸ線を透過させる露光ビーム透過領域となる。
【００３０】
このマスク５０におけるパターン配列は横ピッチ３００ｎｍ、縦ピッチ４００ｎｍで、リングの中心半径は１００ｎｍ、リングの幅は３０ｎｍ、であり、吸収体は厚さ３００ｎｍのタングステンである。このマスク５０は、近接ギャップを１０μｍ、放射光の平均波長を０．８ｎｍとして使用するものである。露光強度分布（Ｂ）に示すように、光はウェハ６（図９参照）の表面上で直径約４０ｎｍのスポットイメージを形成し、極めて高い集光性を有している。
【００３１】
集光性の原理を図２に基づき、図１２のマスクと比較して説明する。図２（ａ）は図１２（Ａ）のＸ断面における露光強度分布を示す。目盛は吸収体がない場合の光強度を１としている。開口部中心（開口部中心線が通るウェハ上の位置）では光強度が２倍強に増幅されている。Ａはマスク開口部を通過した光の強度分布、Ｂは吸収体を透過した光の強度分布、ＣはＡ，Ｂを合成した光強度である。
【００３２】
開口部の直下０では、Ｂの光はＡの光に対しほぼ３６０度の位相差になるようにパターンなどの露光パラメータを設定してあるので、合成された光強度はＡより大きくなる。また吸収体の直下では、吸収体による位相シフトにより位相差は１８０度に近くなるので、合成された光強度はＡより小さくなる。なお光強度の計算はスペクトル光の各振幅（強度の平方根）をベクトル合成した後二乗して算出した強度を全スペクトルに対して積分するので単純な加減算にはならない。結局、図１２のマスクでは回折した光を吸収体の位相シフト効果を利用して光の強弱を増幅しスポットイメージを形成しているものである。
【００３３】
図２（ｂ）はマスク上に図１のリング状開口部５４を１個設けた場合の光強度分布である。光Ａ，Ｂ，Ｃの表示は図１２（ａ）の場合と同じである。リング状開口部５４のウェハ上の中心０では、光強度が約８倍に増幅されている。ここではリング中心半径１００ｎｍ、リング幅３５ｎｍ、タングステン（Ｗ）の吸収体厚さ２５０ｎｍ、ギャップ１０μｍ、平均波長０．８ｎｍとしている。
【００３４】
中心部０の光強度が増加する理由は次のように説明される。開口部５４の一点を通過した光は開口部直下を最大強度として回折効果により円形に拡散する。リング中心ではリング開口部５４から拡散した光の裾の部分が重なり合う。対称性の原理によりリング開口部５４から中心部０に到達した光の位相は一致する。リング上の２ヶ所からの光を想定すると、中心部に到達した光の振幅が２倍になり、光強度は二乗の４倍になる。したがってリング全周からの光が中心部で増幅されることは容易に理解される。この原理はスペクトルを構成するすべての波長に対して成立する。
【００３５】
中心部０以外の点では、そこに到達する光の位相が一致する度合いは低いので強度は殺減される。吸収体５２を透過した光Ｂについては、リング状開口部５４の光の欠落により同心円上の強度の変動が生じる。この変動分に対しても対称性の原理が適用されるので、中心部０の強度は増加するが開口部５４からの光Ａよりも強度が減衰しているので集光効果は低い。中心部０でＡ，Ｂの位相がマッチすれば（より正確には、マッチする光の成分が多いと）中心部０の光強度はＣのように増幅される。
【００３６】
図２（ｂ）は露光パラメータ（ギャップ、リング中心半径、リング幅、吸収体厚さ）が光源に対し最適化された場合で、図２（ａ）の位相シフト効果を利用する場合と比較するとはるかに高強度が得られている。図２（ｃ）は逆にパラメータの設定が適切でない場合を示す。ここではマスク５０Ａの開口部５４Ａのリング中心半径７０ｎｍ、リング幅４０ｎｍ、吸収体（Ｗ）の厚さ１５０ｎｍ、ギャップ１０μｍの場合である。
【００３７】
開口部５４Ａの光強度Ａと吸収体５２Ａからの光強度Ｂは、中心部０では図２（ｂ）の場合とさほど変わらないが、位相差が逆に作用し全体の光強度ＣはＡよりも低くなる。しかし、この場合でも図２（ａ）と同等の集光性が得られることは注目に値する。即ち図２（ａ）の集光は位相シフト効果によるものであり、位相シフト効果はスペクトルのすべてに対して有効に働かないが、図２（ｃ）ではリング状開口部５４Ａを持つマスク５０Ａの集光性は対称性の原理に基づくもので、スペクトルのすべての成分に対して有効に作用することが図２（ａ）の場合との大きい違いである。
【００３８】
式（１）で表されるコントラストが最大になる露光条件をシミュレーションにより計算すると、図３のような結果が得られる。ギャップ１０μｍの場合が図２（ｂ）に相当する。
【００３９】
リング中心半径Ｒ、ギャップｇ、平均波長μｍの間には次式（２）が成立することが計算により確認されている。
【００４０】
【数２】
2004342872.tif 000004
【００４１】
コントラストが最大になるＫの値はほぼ１．３であるが±３０％の値でも十分実用的である。リング幅はリング中心半径の１／３が最適値であるが±３０％の値でも十分実用的である。スポットイメージの直径Ｄは最大強度の１／２の位置で、次式（３）で表される。
【００４２】
【数３】
2004342872.tif 000005
【００４３】
ギャップ１０μｍ、平均波長０．８ｎｍでは、スポットイメージ直径Ｄは最大強度の１／２の位置で約４０ｎｍになる。スポットイメージの分布は円錐状なのでレジストの線幅は現像の閾値によって加減できる。なお、吸収体の厚さはギャップに関係なく一定値を示す（この場合タングステン厚さ３００ｎｍとしている）。
【００４４】
図４は他のマスクパターン（Ａ）とその露光強度分布（Ｂ）を示す。図１に示すようなリング５４の配列では、横方向と縦方向のピッチが等しくないので、相互のリング５４からの光の干渉は問題にならない。しかし図４のように隣接するリング５４Ｂによって囲まれるＰの位置に対称形状が形成されると、Ｑのようにバックグラウンドの局所的強度増加が発生する場合がある。
【００４５】
図５はこの改善法を示すものである。図５（ａ）はリング５４Ｃの外側の吸収体を完全吸収体（厚さ５００ｎｍ）とし、リング内側の吸収体だけを不完全な吸収体とした場合であり、この時はバックグラウンドのピークは消失している。吸収体厚さを５００ｎｍ以上にすればほぼ完全な吸収体とみなすことができ、実用上問題ない。図５（ｂ）はリング５４Ｃに切り欠きを設け、換言すればリングの一部に不連続部５４Ｃ′を設けることによってバックグラウンド部の対称性を解消するものである。対称性を完全に消すことはできないが対称点から等距離を保つ開口面積を少なくすることによりバックグラウンドのピークを減少させることができる。
【００４６】
図５（ａ）の場合は二種類の厚さの吸収体をマスク上に形成する必要があるが、光強度を有効に使用できる。図５（ｂ）では吸収体の厚さは一種類でよいのでマスクの製作は容易であるが図５（ａ）の場合に比べて光強度が若干減少する。
【００４７】
次に位相シフト効果と対称性原理をさらに効果的に組み合わせた例を図６に示す。この場合のマスク５０Ｄは、リング状開口部５４Ｄの内側にリングの中心に位置する円形の開口部５４Ｃ′をさらに設ける。ここではリング中心半径１００ｎｍ、リング幅２４ｎｍ、中心円半径４６ｎｍ、吸収体（Ｔａ）厚さ２５０ｎｍ、平均波長０．５４ｎｍとして計算している。計算ではリング外側の吸収体５２Ｄは完全吸収体とした。厚さ５００ｎｍ以上なら完全吸収体とみなすことができる。
【００４８】
中心の開口円５４Ｄ′から到達する光に対し、リング状開口部５４Ｄを通過する光は１波長遅れて中心に到達する（スペクトルの平均波長を基準に）。中間のリング状の吸収体５２Ｄ′を透過する光は光路長で半波長、位相シフトで半波長、合計１波長遅れてウェハ上の中心０に到達する。それぞれの光路は中心に対し対称であるのでスペクトルに関係なく増幅される。このように位相シフト効果と対称原理による効果が重畳することにより中心部での光強度は図６（Ｂ）のように基準強度（吸収体がない場合）の約１３倍に達する。開口円５４Ｄ′の中心とリング状開口部５４Ｄからの光路差が波長に等しくなる条件により、リング半径Ｒは理論的に次式（４）で求められる。
【００４９】
【数４】
2004342872.tif 000006
【００５０】
これは式（２）においてＫの値を１．４にした場合に相当する。実用的にはＫの値は±３０％の広い範囲で適用可能である。リング幅はリング中心半径の約２５％が最適値であり、実用的には±３０％の広い範囲で適用可能である。中心円５４Ｄ′の半径はリング中心半径の約６５％が最適値であるが、中心円５４Ｄ′がない場合でも図１（Ａ）、図４（Ａ）などに示す一重リングのものが実用可能であるので、最小値の制約は特になく、最大値は吸収体リングスペースを確保できる幾何学的制約で定まる。
【００５１】
リングを二次元に配列する場合の相互干渉と干渉の除去方法については前記の一重リングの場合と同様である。リングをさらに多重にする方法も考えられるが、これはフレネルゾーンプレートの考えにつながるものであり、放射光のように幅広いスペクトルを対象とする場合は図６の場合以上にリングを増やしても効果がないばかりか、バックグラウンド部に光を拡散させるのでコントラストの向上にはつながらない。
【００５２】
形成されるスポット径については式（３）の関係があてはまる。スポットイメージの強度分布の先端は非常にシャープなので低い光量で露光する、または現像の閾値を上げることにより１０ｎｍレベルのレジストパターンの形成が可能である。
【００５３】
上記マスクの開口部の形状は必ずしも真円である必要はなく、円に近い多角形も含まれる。しかし四角形では増幅率は４倍程度にしかならず、円形マスクとは性能面で明らかに異なるものとなり、この点で両者は明確に区別される。
【００５４】
本発明に係るリング状開口部を有するマスクの特徴は、非常にシャープなスポットイメージが形成されることである。図１２に示した格子状のマスクと比較すると、本発明のマスクを用いた場合には、配列ピッチが大きいので稠密な二次元パターンを形成するにはマスクとウェハの相対位置をピッチの分割分だけ移動して露光を繰り返す必要がある。従って本発明のマスクを用いる時には繰り返し露光する回数が格子状マスクの場合よりも増える。しかし格子状マスクに比べて高いコントラストが得られるのでパターン形成に問題はない。
【００５５】
図７（ａ）は図１のリング状マスクを３００×３００ｎｍ２の等ピッチに配列した区画内に３本の線を描画した場合、図７（ｂ）は図６の二重リング状マスクを３２０×３２０ｎｍ２の当ピッチに配列した区画内に４本の線を描画した場合で、連続描画により自由なパターン形成が可能であることを示している。
【００５６】
現在１０ｎｍに近いレベルのパターン形成が可能な技術は電子線による直接描画法のみである。電子線直接描画装置は原理的に一筆描きの手法であるから生産性は極めて低いが、本発明はこの問題点を解消するものである。例えばメモリー素子の面積を２５×５０ｍｍ２とし、本考案によるマスクパターンのピッチを２５０×５００ｎｍ２とすると１０ギガ（１０９）本のビームで描画することに相当する。即ちギガビットレベルのメモリー素子の回路パターンを一挙に描くことができる。
【００５７】
なお、リング状Ｘ線マスクとしては、同心円状に配列したリング状開口によりスポットイメージを形成する方法がすでに報告されている（Ｈ．  Ｓｍｉｔｈ，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ  １４，  ４３１８  （１９９６））。しかしこの方法は、フレネルゾーンプレートを単色光に適用するもので、本願発明のように多色光を対称性の原理を用いて集光するものとは原理的に異なる。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１〜５の発明によれば、リング状開口部による回折効果と、Ｘ線吸収体層による位相シフト効果とが、基板上の中心（リング状開口部の中心線が通る位置）で光強度を増強させるようにしたものであるから、コントラストが高く非常にシャープなスポットイメージを基板上に形成することができる。このため連続描画により自由なパターン形成が可能になる。またマスクは汎用性があり、同じマスクを使ってその移動量と移動方向を制御することにより、希望する異なるパターンを描画できるので、マスクコストの低減が可能である。
【００５９】
請求項６〜１２の発明によれば、この方法の実施に直接使用するマスクが得られる。特に請求項７のマスクによればコントラストを一層高くすることができる。請求項１０〜１２のマスクによれば複数のスポットイメージを用いて複数のパターンを並行して描画でき、描画能率を一層高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマスクの一例（Ａ）とその露光強度分布（Ｂ）を示す図
【図２】従来の格子状マスクと本発明によるマスクとの露光強度分布を比較して示す図
【図３】コントラスト最大の露光条件のシミュレーション結果を示す図
【図４】マスクパターンの他の例（Ａ）とその露光強度分布（Ｂ）を示す図
【図５】マスクパターンの他の例（ｂ）とその露光強度分布（ａ）を示す図
【図６】マスクパターンの他の例（Ａ）とその露光強度分布（Ｂ）を示す図
【図７】本発明による描画ピッチを説明するための図
【図８】Ｘ線リソグラフィの光学系の一例を示す図
【図９】Ｘ線マスクとウェハの拡大図
【図１０】従来のマスクパターンとレジストパターンの概念図
【図１１】ギャップｇと光強度分布の関係を示す図
【図１２】既提案の格子状マスク（Ａ）とそのスポットイメージ（Ｂ）を説明する図
【図１３】既提案のスポットイメージによる連続描画の一例を示す図
【図１４】連続描画によるコントラスト低下を説明する図
【符号の説明】
１  電子ビーム
２  Ｘ線
５  Ｘ線マスク
６  ウェハ（基板）
９  吸収体
１１  レジスト
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ  ５０Ｄ  マスク
５２、５２Ａ、５２Ｄ、５２Ｄ′  Ｘ線吸収体層
５４、５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ  リング状開口部
５４Ｃ′  不連続部
５４Ｄ′  円形開口部
【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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