JP2001337441A

JP2001337441A - ホトマスク、ホトマスクブランク及び前記ホトマスクを用いた半導体ウェハの露光方法

Info

Publication number: JP2001337441A
Application number: JP2001086229A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kawamura; 大輔河村; Hiroshi Nomura; 博野村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】被転写パターンとその周辺に形成される周辺パ
ターンを有するホトマスクにおいて、周辺パターンの影
響を受けにくい露光を行えるホトマスクおよびホトマス
クブランクを提供する。【解決手段】この発明のホトマスクは、透明基板１１、
パターン１２、及びカルシウム弗化物からなる薄膜１３
を有する。透明基板１１は、第１の主面とこの第１の主
面と対向する第２の主面を持ち、露光光に対して透明で
ある。パターン１２は、透明基板１１の前記第１の主面
上に形成され、遮光膜、半透明膜、位相制御膜のうち、
少なくとも１つを有する。前記遮光膜は露光光を透過せ
ず、前記半透明膜は露光光の一部を透過し、また前記位
相制御膜は露光光の位相を制御する。カルシウム弗化物
からなる薄膜１３は、透明基板１１の前記第２の主面上
に形成され、透明基板１１の裏面での再反射光を抑制す
る反射防止膜として働く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造に使用されるホトマスクおよびホトマスクブランク、
さらに前記ホトマスクを用いた半導体ウェハの露光方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化や半導体素
子の微細化が進むにつれて、要求されるパターンサイズ
が露光装置の解像限界に近づきつつある。このため、斜
入射照明法や位相コントロールマスク等の所謂超解像技
術がパターン転写に積極的に用いられてきている。ま
た、レジストのパターニングプロセスにおいても、レジ
ストの薄膜化によって解像限界を伸ばし、フォーカス裕
度を広げる試みが行われている。

【０００３】理想的な光学系においては、光近接効果が
影響を及ぼす範囲におけるマスク上パターン配置が同一
であれば、被転写パターンの光学コントラスト、露光マ
ージン、レジストパターン形状は同一となる。

【０００４】しかし、現実には解像性能が向上するにつ
れて、デザインが全く同一のパターンにおいてもその周
辺のパターン（構造）の違いによって、レジスト断面形
状やフォーカス・露光量裕度に差が生じる問題が発生し
ている。

【０００５】例えば、全面に微細な周期パターンを配し
てなるホトマスクと、微細な周期パターンの周辺が遮光
膜で覆われてなるホトマスクとでは、同一のパターンデ
ザインであっても、レジストの断面形状に差が現れる。
具体的には、通常の光近接効果の影響は無視できる３０
０μｍ四方のライン／スペース（Ｌ／Ｓ）パターンにお
いて、その周囲全てが遮光膜である場合に比べて、遮光
膜による周囲の平均被覆率が３０％の場合、露光感度が
良くなって露光マージンが低下する。そのため、平均被
覆率が３０％の場合、ポジ型レジストを使用すると、レ
ジストパターンの頭部が丸くなる。

【０００６】これらの現象は、理想的な光学系では発生
しないバックグラウンド光（迷光（Flare））がレジス
ト上に照射されて、光学コントラストが低下することが
原因であると考えられている。

【０００７】露光装置における迷光評価については、文
献１［J.P.Kirk,“Scattered lightin photolithograph
ic lenses",Proc.SPIE(1994)］に示される方法が一般的
に行われている。

【０００８】透明基板上に数十μｍ四方の広い遮光パタ
ーンが存在するホトマスクを用いた場合、Ｓｉウェハ
（以下、単にウェハという）の遮光パターン直下の部分
には光が到達しないはずである。しかし、露光量を徐々
に増やしてゆくと、上記部分が迷光のために露光されて
しまう。文献１は、上記現象を利用して迷光の量を数値
化する方法を開示している。

【０００９】また、迷光によるデバイスパターンへの影
響に関しては、文献２［C.Progler,“Potential causes
of across field CD variation",Proc.SPIE(1997)］や
文献３［E.Luce,“Flare impact on the intrafield CD
control for sub-0.25μm patterning",Proc.SPIE(199
9)］で報告されている。

【００１０】これらの文献２，３により、迷光の量は露
光領域内でほぼ同心円状に分布することが分かってい
る。また、これに対応して、レジストパターンの寸法が
同心円状に変化をすることが実験的に実証されている。

【００１１】図２１は、従来のホトマスクを用いた場合
の露光の様子を示す概略図である。

【００１２】図において、一般的な迷光は、レンズ８１
（投影光学系）の表面、ホトマスク８２（８２１は溶融
石英透明基板、８２２は遮光膜としてのＣｒ膜／酸化Ｃ
ｒ膜の積層膜）の上面、ホトマスク８２の下面、及びウ
ェハ８３の表面の反射が関与している。ホトマスク８２
の上流側（照明光学系）で発生する迷光と、ホトマスク
８２の下流側（投影光学系）で発生する迷光との２つに
分けることができる。図中、８４１はレジストの未露光
部分、８４２はレジストの露光部分を示している。

【００１３】いずれの場合においても、迷光の量はホト
マスク８２の被覆率（遮光膜の面積／溶融石英透明基板
の面積）に比例すると考えられる。迷光の影響は、バッ
クグラウンドとしてウェハ８３上での光強度分布を嵩上
げし、パターンのコントラストを低下させるものと考え
られている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らの
鋭意研究によれば、ホトマスク８２の周辺パターンの違
いによってレジスト断面形状等が変化する理由は、後述
詳説するように、迷光による影響ではないという実験結
果が得られている。

【００１５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、被転写パターンとその
周辺に形成される周辺パターンを有するホトマスクにお
いて、周辺パターンの影響を受けにくい露光を行えるホ
トマスクおよびホトマスクブランクを提供することにあ
る。さらに、前記ホトマスクを用いることにより、半導
体ウェハの露光工程を改善することができる半導体ウェ
ハの露光方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らの鋭意研究に
よれば、上述したレジスト断面形状等の変化の問題は、
ホトマスクの裏面での再反射光が原因であることを見出
した。本発明の骨子は、このような再反射光を抑制する
ことにある。

【００１７】前記目的を達成するために、本発明を第１
の側面から見た第１のホトマスクは、第１の主面とこの
第１の主面と対向する第２の主面を持ち、露光光に対し
て透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の主面上
に形成され、前記露光光を透過しない遮光膜、前記露光
光の一部を透過する半透明膜、前記露光光の位相を制御
する位相制御膜のうち、少なくとも１つを有するパター
ンと、前記透明基板の前記第２の主面上に形成され、カ
ルシウム弗化物を有する薄膜とを具備することを特徴と
する。

【００１８】前記第１のホトマスクでは、反射防止膜と
してカルシウム弗化物からなる薄膜を透明基板の裏面に
形成している。理想的な単層の反射防止膜（減反射単層
膜）の屈折率は、透明基板である溶融石英基板の屈折率
をｎ_sとすると、ｎ_s ^1/2 である。

【００１９】ＫｒＦレーザーやＡｒＦレーザーに対する
屈折率が理想値（＝ｎ_s ^1/2 ）に近い材料としては、弗
化カルシウム（蛍石）とこれに添加物を加えた物質くら
いしか今のところ存在していない。

【００２０】したがって、露光光がＫｒＦレーザーやＡ
ｒＦレーザーの場合、第１のホトマスクを用いれば、そ
の裏面での再反射を防止でき、周辺パターンの影響を受
けにくい露光を行えるようになる。なお、カルシウム弗
化物からなる薄膜は、その熱膨張係数を下げるための添
加物を含んでいることが好ましい。

【００２１】また、前記目的を達成するために、本発明
を第２の側面から見た第２のホトマスクは、第１の主面
とこの第１の主面と対向する第２の主面を持ち、露光光
に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の
主面上に形成され、前記露光光を透過しない遮光膜、前
記露光光の一部を透過する半透明膜、前記露光光の位相
を制御する位相制御膜のうち、少なくとも１つを有する
パターンと、前記透明基板の前記第２の主面上に形成さ
れ、少なくとも第１の薄膜及び第２の薄膜が積層されて
なる積層膜とを具備し、前記第１の薄膜は前記第２の主
面と前記第２の薄膜との間に設けられており、前記第１
の薄膜の屈折率は前記第２の薄膜の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする。

【００２２】前記第２のホトマスクでは、透明基板の第
２の主面（裏面）上に、少なくとも第１の薄膜、第２の
薄膜が順次積層された積層膜が設けられている。前記第
１の薄膜は第２の薄膜よりも屈折率が大きい。

【００２３】このような積層膜は、第１および第２の薄
膜の材料が、通常の反射防止膜に用いられる物質であっ
ても、大きな反射率防止効果を期待できる。したがっ
て、第２のホトマスクを用いれば、ホトマスクの裏面で
の再反射を防止でき、周辺パターンの影響を受けにくい
露光を行えるようになる。

【００２４】また、前記目的を達成するために、本発明
を第３の側面から見た第３のホトマスクは、前記第２の
ホトマスクにおいて、露光光の波長に対する透明基板の
屈折率をｎ_s、前記第１の薄膜の屈折率をｎ_f1、前記第
２の薄膜の屈折率をｎ_f2とした場合、ｎ_f1≧ｎ_f2×ｎ_s
^1/2の関係を満たすこと特徴とする。

【００２５】ｎ_f1≧ｎ_f2×ｎ_s ^1/2の関係を満たす場
合、透明基板の裏面での反射率を概ね零にすることがで
きる。したがって、透明基板、第１の薄膜および第２の
薄膜の材料として、上記関係を満たすものを使用するこ
とにより、周辺パターンの影響を受けにくい露光を行え
るようになる。具体的には、例えば、透明基板の材料は
石英、第１の薄膜の材料は酸化マグネシウム、第２の薄
膜の材料は弗化マグネシウムである。

【００２６】ここで、将来のＡｒＦレーザーやＦ₂レー
ザー等を光源とした光リソグラフィにおいては、ｎ_f1≧
ｎ_f2×ｎ_s ^1/2の関係を満たす材料を使用できないか、
あるいは存在しない可能性がある。

【００２７】このような場合、上記第１および第２の薄
膜を含む３層以上の積層膜を用いることにより、高い反
射防止効果を期待できる。しかし、これらの薄膜の材料
がどのような組み合わせであっても、重ね合せる薄膜の
数が増えると反射率の入射角依存性が狭くなる傾向があ
る。したがって、実用的な層数は多くとも１０層程度で
ある。

【００２８】なお、反射防止膜は従来から知られている
が、従来の反射防止膜は、透明基板とその表面に形成さ
れた遮光膜からなるパターンとの界面での反射による迷
光および該パターンの表面での反射による迷光の発生を
防止することを目的としている。なぜなら、ホトマスク
全体での反射のほとんどが上記反射によるものであるか
らである。しかし、本発明が抑制しようとしている迷光
は、上記従来の反射による迷光ではなく、透明基板の裏
面での反射による迷光である。したがって、本発明と従
来とでは、抑制の対象としている迷光は全く異なるもの
である。

【００２９】図２２に、本発明のホトマスクを用いた場
合の露光の様子を示す。図２１の従来のホトマスク８２
とは異なり、溶融石英透明基板８２１の裏面には反射防
止膜８５が形成されている。

【００３０】本発明のホトマスクの特徴は、反射防止膜
８５が、溶融石英透明基板８２１と露光雰囲気（大気）
との界面に入射する露光光の反射光の反射率を低下させ
る材料（光学定数）、及び厚さで形成されていることに
ある。反射防止膜８５の材料は、露光波長に対して吸収
（消衰性）がないか、もしくは非常に小さいことが望ま
しい。また、吸収を持つ場合には、再結晶化、あるいは
点欠陥発生等による光学特性変化がないことが望まし
い。

【００３１】本発明のホトマスクを用いた場合、ウェハ
８３の上面における反射光が、ほぼ完全な反射防止が施
されているレンズ８１（投影光学系）を通り、ホトマス
ク８２の表面に到達する。ウェハ８３の表面における反
射光の大半は、ウェハ８３の上位置に対応するホトマス
ク８２上の位置に戻る。

【００３２】このとき、反射防止膜８５により、ホトマ
スク８２の裏面と露光雰囲気（大気）との界面における
反射光（再反射光）を低減できるので、該界面での反射
による迷光の発生を効果的に防止できる。これにより、
高開口率のホトマスク使用時における露光マージン低下
を十分に抑制できる。

【００３３】その結果、高開口率のポジ型レジストを使
用した場合でも、図２３（ａ）に示すような、頭部形状
が丸いレジストパターン８６ではなく、低開口率のポジ
型レジストを使用した場合と同様に、図２３（ｂ）に示
すような、頭部形状が良好な形状（矩形形状）のレジス
トパターン８７が得られる。

【００３４】また、前記目的を達成するために、本発明
を第４の側面から見たホトマスクブランクは、第１の主
面とこの第１の主面と対向する第２の主面を持ち、露光
光に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１
の主面上に形成され、前記露光光を透過しない遮光膜、
前記露光光の一部を透過する半透明膜、前記露光光の位
相を制御する位相制御膜のうち、少なくとも１つを有す
る薄膜と、前記透明基板の前記第２の主面上に形成さ
れ、少なくとも第１の薄膜及び第２の薄膜が積層されて
なる積層膜とを具備し、前記第１の薄膜は前記第２の主
面と前記第２の薄膜との間に設けられており、前記第１
の薄膜の屈折率は前記第２の薄膜の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする。

【００３５】また、前記目的を達成するために、本発明
を第５の側面から見た半導体ウェハの露光方法は、デバ
イス機能を元にした設計データを作成する第１工程と、
前記設計データを元に、光近接効果補正（以下ＯＰＣ）
ルール取得用のホトマスクを作成する第２工程と、前記
ＯＰＣルール取得用のホトマスクを用いて、ウェハ上の
薄膜をパターニングするための露光を行う第３工程と、
前記露光により形成されたウェハ上のパターンの寸法を
測定する第４工程と、測定により得た前記パターンの寸
法を元に、ＯＰＣルールを取得する第５工程と、取得し
た前記ＯＰＣルールを使用して、前記第１工程の設計デ
ータを満足するパターンがウェハ上に得られるように、
ホトマスク上に形成する被転写用パターンの寸法を補正
する第６工程と、前記被転写用パターンを第１の主面上
に有し、この第１の主面と対向する第２の主面上に反射
防止膜を有するホトマスクを作成する第７工程と、前記
第７工程で作成した前記ホトマスクを用いて、ウェハ上
の薄膜をパターニングするための露光を行う第８工程と
を具備することを特徴とする。

【００３６】前記構成を有する半導体ウェハの露光方法
では、光近接効果補正（ＯＰＣ）ルール取得用のホトマ
スクに、前記第１のホトマスクを用いること、及び半導
体ウェハの露光工程に前記第１のホトマスクを用いるこ
とにより、半導体ウェハの露光工程における、ＯＰＣル
ール取得時間の短縮や、露光工程によって形成されるパ
ターンの寸法精度の向上などの改善を行うことができ
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態（以下、実施
形態という）を説明する前に、本発明の創作の基礎とな
った検討結果、研究結果などについて説明する。

【００３８】ウェハ上面からの反射光は、下層反射防止
膜の使用が一般的である現在では、レジストと露光雰囲
気との界面での反射により決まる。例えば、ＫｒＦレジ
ストを使用した場合、入射光を１とした時の反射率は６
〜７％、一般的な上層反射防止膜を使用した場合でも約
３％である。

【００３９】レジストの材料は、解像性、さらにはドラ
イエッチング耐性の面からも限定されている。このた
め、レジストの材料を工夫することにより、レジストと
露光雰囲気との界面での反射率を低下させることは困難
である。

【００４０】上記ウェハ上面からの反射光は、レンズお
よびホトマスクで再反射されて迷光としてレジスト上に
照射されると考えられる。しかし、レンズ表面にはほぼ
完全な反射防止膜が形成されていることから、ホトマス
クが再反射面であると考えられる。

【００４１】ホトマスク下面（ホトマスク表面）の遮光
部であるＣｒ膜には、酸化Ｃｒ膜による反射防止が施さ
れている。この場合でも、ホトマスク下面でのＫｒＦ光
の反射率は約１７％である。開口率が高いほど、すなわ
ちＣｒ膜／酸化Ｃｒ膜の面積比が小さいほど、迷光の影
響は強い。

【００４２】反射光がホトマスク上にほぼ均一に戻って
いるのならば、迷光は被覆率に対して最小値をもつ偶関
数的分布を持つ可能性が高く、ウェハ表面からの反射光
の大部分は、ウェハ上に相当するホトマスク上の位置、
すなわち開口部（遮光部が形成されいない部分）に戻っ
ていると考えられる。

【００４３】一方、ウェハの表面および裏面には反射防
止膜が形成されていないが、反射率は約９％と比較的大
きい。ウェハの表面および裏面での再反射、ならびにウ
ェハの内部での多重反射の存在によって、迷光光が発生
し、開口率が高いホトマスクを使用した場合には光学コ
ントラストが低下する。

【００４４】そこで、本発明者らは、露光装置の迷光を
擬似的に増やす目的でホトマスク無しの露光を行った直
後に、被覆率の高いホトマスク（すなわちパターン周辺
が遮光膜で覆われたホトマスク）でパターン転写を行っ
た。そして、フォーカス・露光量裕度、レジストの断面
形状の変化を調べてみた。

【００４５】その結果、擬似的な迷光の増加に従って、
フォーカス・露光量裕度は狭くなる傾向にあったが、期
待されるほどのレジスト断面形状等の変化は見られなか
った。すなわち、レジスト断面形状等の変化は、従来か
ら言われていた露光装置の迷光が原因であるとは考えに
くい結果が得られた。

【００４６】レジストプロセスは、フォーカス・露光量
裕度が最大になるように条件を詰めて行くが、レジスト
の薄膜化に伴い、レジスト断面形状も重要なファクター
になってきている。すなわち、半導体プロセスでは、レ
ジストパターンをマスクとして絶縁膜や金属膜等の下地
をエッチングする工程を繰り返すが、レジストの薄膜化
に伴い、エッチング後の下地の断面形状に与える、レジ
スト断面形状の影響が大きくなってきている。

【００４７】したがって、ホトマスクの被覆率や、ホト
マスクの中心部と周辺部との間のパターンの違いによっ
て、レジストの断面形状に差が生じてしまうと、統一的
なレジストプロセスの構築が困難となる。このため、ホ
トマスク毎にレジストプロセスを変更しなければならな
いという問題が発生している。

【００４８】また、今日一般的に行われている光近接効
果補正（ＯＰＣ）に対する影響も多大なものがある。す
なわち、ホトマスク毎に異なるＯＰＣのルールデータが
必要となり、現実的なルールデータの取得はもはや困難
である。

【００４９】以上述べてきた内容は、以下の３点にまと
められる。

【００５０】（１）ホトマスクにおいて、パターンの周
辺部の違いによりレジスト断面形状に差が生じている。

【００５１】（２）この現象を引き起こす原因は、従来
から言われていた露光装置の迷光ではない。

【００５２】（３）この現象が与えるリソグラフィプロ
セスや光近接効果補正技術への影響は多大である。

【００５３】図１に、露光装置を模式的に示す。

【００５４】図中の１は、２θ₁の広がりを持つ照明光
（露光光）を示している。この照明光１は、ホトマスク
２を照明し、投影レンズ３（投影光学系）により縮小投
影されて、ホトマスク２上のパターンをウェハ上のレジ
スト４に転写する。

【００５５】上記パターンの縮小率は、投影レンズ３の
上流側ＮＡと投影レンズ３の下流側のＮＡの比（ｓｉｎ
θ_p´／ｓｉｎθ_p）で表わされる。ｓｉｎθ_p´は上流
側ＮＡに相当する角度、ｓｉｎθ_pは下流側のＮＡに相
当する角度である。例えば、縮小率１／４の露光装置に
おいては、ｓｉｎθ_p´／ｓｉｎθ_p ＝１／４となる。
通常、露光装置のＮＡ（開口数）と呼ぶ場合、それは下
流側のＮＡ（＝ｓｉｎθ_p）を指す。

【００５６】また、照明コヒーレンシーσは、照明ＮＡ
と投影レンズの上流側のＮＡとの比（ｓｉｎθ₁／ｓｉ
ｎθ_p´）で表わされる。照明コヒーレンシーσが、１
未満である照明を明視野照明と呼び、照明コヒーレンシ
ーσが、１以上の照明を暗視野照明と呼ぶ。通常の露光
装置では、最大でも、照明コヒーレンシーσは０．８程
度の明視野照明である。

【００５７】図２に、ホトマスク２上の周期パターンが
レジスト４上に転写される様子を模式的に示す。

【００５８】照明光１は、ホトマスク２のパターン面に
配置された周期パターン５によって回折され、瞳６上で
は零次光７と一次光８に回折する。瞳６の内側を通過す
る回折光のみがレジスト４上に到達し、縮小された周期
パターンがレジスト４上に結像される。照明光１の形状
と各回折光７，８の形状は相似形をなす。瞳６の半径と
零次光７の半径の比が、照明コヒーレンシーσである。

【００５９】図３に、周期パターン５を結像させた時の
ホトマスク２内部での反射や回折の様子を示す。

【００６０】照明光１は、ホトマスク２のパターン面を
透過回折するだけでなく、反射回折光も同時に発生させ
ている。この反射回折光は、ホトマスク２の裏面（周期
パターン５とは反対の面での分布は、瞳６上での回折光
分布と相似形をなしている。ただし、各回折光間の強度
比は、必ずしも透過回折光と同じではない。これらの反
射回折光はホトマスク２の裏面で再び反射し、再反射光
となって近傍のパターンを再照明する。

【００６１】点Ａと点Ｂで反射した反射回折光が再照明
する時の入射角度はθ₁よりも小さいため、結像特性に
与える影響は無い。点Ｃで反射した反射回折光が再照明
する時の入射角度はθ₁よりも大きいため、照明コヒー
レンシーσよりもσ値の大きな照明であるが、θ_p´よ
りは小さいので明視野照明であることには変りない。し
たがって、結像特性に与える影響は小さい。しかし、点
Ｄと点Ｅで反射した反射回折光が再照明する時の入射角
度はθ_p´よりも大きく、暗視野照明となる。

【００６２】なお、現象を模式的に図示する際、理解し
易くする目的で、ここでは光の屈折現象は無視してい
る。本来、屈曲率ｎの媒体中を通過する光線は、スネル
の公式に従って進む角度が真空中（或いは大気中）とは
異なるが、図中では、媒体中の光線の角度は大気中と同
じであるとして図示している。したがって、媒体中を進
む光線の実際の角度は、スネルの公式に従って変換しな
ければならない。図中で示す媒質中での入射角は、露光
雰囲気（大気中）への出射角である。

【００６３】次に、迷光による光強度分布の変化と暗視
野照明による光強度分布の変化との違いについて説明す
る。

【００６４】図４に、迷光によるウェハ上のレジストの
光強度分布の変化を示し、図５に、暗視野照明効果によ
るウェハ上のレジストの光強度分布の変化を示す。図４
から、迷光が存在しても分布全体がシフトするだけで、
光強度分布の形状は変わらいことが分かる。これは、迷
光の存在は、光強度を一律に嵩上げするだけであるから
だと考えられる。また、図５から、暗視野照明による結
像の周期が、暗視野照明の周期の１／２であることか
ら、暗視野照明の存在は、レジスト上での光強度分布の
形状を太らせると考えられる。

【００６５】図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に、
このような光強度分布の変化に伴うレジストの断面形状
の差を確認するために、本発明者らが行なった実験結果
を示す。

【００６６】図６（ａ）は、パターンの周辺部が遮光膜
で覆われた被覆率の大きなホトマスクを用いて露光した
場合のレジストパターン１０の断面形状を示している。
レジストプロセスのチューニングは、ホトマスクを用い
て行われているため、レジストパターン１０の断面形状
は基本的には角張った矩形となるが、実際にはむしろや
や逆テーパーなくらいであった。

【００６７】図６（ｂ）は、５％程度の露光量でホトマ
スクを使用せずに露光を行なうことで擬似的に迷光の量
を嵩上げした後、ホトマスクを使用して露光した時のレ
ジストパターン１０の断面形状を示している。上記ホト
マスクは図６（ａ）で使用したホトマスクと同じもので
ある。図６（ａ）に対し、図６（ｂ）はフォーカス・露
光量裕度の低下は見られたが、レジスト断面形状の差は
見られなかった。

【００６８】図６（ｃ）は、全面に周期パターンを配置
した被覆率の小さなホトマスクを使用して露光した場合
のレジストパターン１０の断面形状である。図６（ａ）
に対し、図６（ｃ）はフォーカス・露光量裕度の低下が
見られ、さらにレジスト断面形状が丸まる現象が見られ
た。以上、説明して来たように、図６（ｃ）におけるレ
ジスト断面形状の変化は、これまでの説明から、暗視野
照明効果に原因があることは明らかである。

【００６９】［第１の実施形態］次に裏面に反射防止処
理を施していない従来のホトマスクについて説明した後
に、本発明の第１の実施形態に係るホトマスクを説明す
る。露光に用いた露光装置は、縮小率が１／４、ＮＡが
０．６８のＫｒＦエキシマレーザー光を光源としたスキ
ャナーである。

【００７０】図７に、リソグラフィ工程で使用される従
来のホトマスクの断面図を示す。このホトマスクは、溶
融石英透明基板（以下、単に透明基板という）１１と、
周期的なパターン１２とから構成されている。透明基板
１１は、露光光に対して透明である。パターン１２は、
透明基板１１の表面（第１の主面）上に形成され、遮光
膜からなる。

【００７１】透明基板１１のＫｒＦエキシマレーザー光
に対する屈折率ｎ_sは１．５１である。透明基板１１と
露光雰囲気（大気）との界面でのＫｒＦエキシマレーザ
ー光の反射率は、図８に示すように、入射角０°から２
０°の範囲内で概ね４％である。

【００７２】なお、露光雰囲気（大気）から透明基板１
１へ入射角θで入射した光線の反射率Ｒ、および透明基
板１１の内部から露光雰囲気（大気）へ出射角θで出射
した光線の反射率Ｒ′（図７参照）は、反射防止膜が形
成された場合であっても、反射防止膜の消衰係数が零で
あれば厳密に等しい。このため、図８では、露光雰囲気
から透明基板１１へ入射角θで入射した光線の反射率で
表現した。また、図中ＲｓおよびＲｐはそれぞれＫｒＦ
エキシマレーザー光の入射面に対する垂直成分および平
行成分を示している。

【００７３】図９に、本発明の第１の実施形態に係るホ
トマスクの断面図を示す。このホトマスクが図７の従来
のそれと異なる点は、透明基板１１の裏面（第２の主
面）上に単層の反射防止膜として、弗化カルシウム（蛍
石）薄膜１３が形成されていることにある。弗化カルシ
ウム薄膜１３は、例えば蒸着により形成する。

【００７４】この弗化カルシウム薄膜１３のＫｒＦエキ
シマレーザー光（λ＝０．２４８μｍ）に対する屈折率
は別途実験より測定し、ｎ＝１．２４であった。また、
本露光装置の上流側ＮＡに相当する角度は約１０度であ
る。また、予想される反射１次回折光の最大出射角１５
度であることから、入射角１０度から１５度の範囲内で
最も反射率が小さくなるように、弗化カルシウム薄膜１
３の膜厚を選び、０．０５２μｍとした。

【００７５】図１０に、透明基板１１の裏面に形成した
弗化カルシウム薄膜１３の膜厚と、ＫｒＦエキシマレー
ザー光の反射率との関係を示す。

【００７６】透明基板１１の裏面が弗化カルシウム薄膜
１３で被覆された本発明のホトマスクを用いた場合のエ
キシマレーザー光の反射率は、約０．４％である。さら
に、反射率は、弗化カルシウム薄膜の膜厚に対して周期
的に変化していることが分かる。しかし、直入射（θ＝
０°）と斜入射（θ＝２０°）での最適膜厚の差は、周
期が多くなるに従い、大きくなっている。

【００７７】これに対し、図８に示したように、透明基
板１１の裏面が弗化カルシウム薄膜１３で被覆されてい
ない、従来のホトマスク（弗化マグネシウム薄膜１３が
ないホトマスク）を用いた場合のＫｒＦエキシマレーザ
ー光の反射率は、約４％である。

【００７８】図７および図９のホトマスクを用いた露光
実験の結果は、以下のようになった。図７の従来のホト
マスク（弗化カルシウム薄膜無し）を使用した露光で
は、レジストの断面形状はかまぼこ形状であった。図９
の本発明のホトマスク（弗化カルシウム薄膜有り）を使
用した露光では、レジストの断面形状はほぼ矩形形状に
なることが確認できた。

【００７９】しかし、弗化カルシウムは、非常に高価な
材料であり、基板材料である溶融石英に比べて、約３０
倍の熱膨張係数を持ち、さらに大気中の湿気を吸収して
解けてしまう性質（潮解性：deliguescence）つ。この
ため、ホトマスクの反射防止膜に用いる材料としては、
容易に使用できるものとは言い難い。実際の使用には、
弗化カルシウムに添加物などを加え、熱膨張係数を下げ
ることが好ましい。

【００８０】反射防止膜の材料として、最も一般的に用
いられているものとして、弗化マグネシウムがあげられ
る。図１１に、透明基板１１の裏面に形成した単層の弗
化マグネシウム薄膜の膜厚とＫｒＦエキシマレーザー光
の反射率との関係を示す。図から、ＫｒＦエキシマレー
ザー光の反射率を４％から２％までしか減らすことがで
きず、充分な反射防止効果は期待できないことが分か
る。

【００８１】なお、弗化マグネシウム等の容易に使用可
能な材料を用いて、充分な反射防止効果を期待できるホ
トマスクについては、次の第２の実施形態（多層構造の
反射防止膜を使用したホトマスク）で説明する。

【００８２】理想的な単層の反射防止膜の屈折率は（ｎ
_s）^1/2 ＝１．２２である。弗化カルシウムの屈折率は
１．２４であり、この理想値に近い。一方、弗化マグネ
シウムの屈折率は１．４１である。この屈折率の差が、
反射率の差に現われていると考えられる。

【００８３】以上述べたように本実施形態によれば、透
明基板の裏面を弗化カルシウム薄膜で被覆し、ホトマス
クの裏面に極めて高い反射防止効果をもたせることで、
ホトマスクの裏面で露光光が再反射することによる暗視
野照明効果を防止できる。これにより、ホトマスクのパ
ターン周辺部の違いによるレジスト断面形状の差などの
問題を解決でき、もって統一的なレジストプロセスの構
築が可能になる。

【００８４】［第２の実施形態］図１２は、本発明の第
２の実施形態に係るホトマスクの断面図である。なお、
以下の各実施形態の説明で用いる図において、前出の図
と対応する部分には前出の図と同一符号を付してあり、
詳細な説明は省略する。

【００８５】本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、透明基板１１の裏面が、反射防止膜としての積層薄
膜（酸化マグネシウム薄膜１４、弗化マグネシウム薄膜
１５）により被覆されていることにある。酸化マグネシ
ウム薄膜１４は、大きな屈折率ｎ_f1を有する。弗化マグ
ネシウム薄膜１５は、小さな屈折率ｎ_f2を有する。これ
らの薄膜１４，１５の材料である酸化マグネシウムおよ
び弗化マグネシウムは、弗化カルシウムに比べて、使用
が容易な材料である。

【００８６】別途実験により測定したＫｒＦエキシマレ
ーザー光に対する酸化マグネシウム薄膜と弗化マグネシ
ウム薄膜の屈折率は、それぞれ１．７５と１．４１であ
った。これらの薄膜１４，１５は、蒸着により形成す
る。酸化マグネシウム薄膜と弗化マグネシウム薄膜の膜
厚は、それぞれ３０ｎｍと４５ｎｍである。

【００８７】図１３に、以上の値を用いて計算により求
めた、反射率と入射角との関係を示す。

【００８８】図から、入射角１０度から１５度の範囲内
での反射率は、０．０１％以下である。よって、上記範
囲内では高い反射防止効果を期待できる。特に、本実施
形態で挙げた薄膜材料の組合わせは、溶融石英基板の屈
折率をｎ_sとした場合、ｎ_f1≧ｎ_f2×（ｎ_s）^1/2 （式１）を満たしている。すなわち、１．７５＞１．４１×（１．５１）^1/2 ＝１．７２である。この条件を満たす材料の組み合わせは、膜厚を
選ぶことで反射率をほぼ零にすることが可能である。

【００８９】図１２の本実施形態のホトマスクを用いた
露光実験の結果、図９の第１の実施形態のホトマスクを
使用した露光の場合と同様に、レジストの断面形状はほ
ぼ矩形形状になることが確認できた。

【００９０】なお、本実施形態では、酸化マグネシウム
薄膜と弗化マグネシウム薄膜の組合わせを用いたが、本
発明はこの組合わせに限定されるものではない。透明基
板上に、屈折率の大きな材料を主成分とする薄膜、屈折
率の小さな材料を主成分とする薄膜が順次形成されたも
のであれば、吸収が少ない如何なる薄膜の組み合わせで
も良い。

【００９１】［第３の実施形態］図１４は、本発明の第
３の実施形態に係るホトマスクの断面図である。

【００９２】積層構造の反射防止膜は、層数が多いほ
ど、高い反射防止効果を期待できる材料選択の幅が広く
なる。そのため、積層構造の反射防止膜は、今後、益々
短波長化したリソグラフィに対しても、有効な反射防止
膜となりえる。しかし、層数が多くなるほど、反射防止
効果の入射角依存性が狭くなる傾向があるため、１０層
以上の積層構造の反射防止膜は現実的ではない。

【００９３】図１４に示した本実施形態のホトマスク
は、透明基板１１の裏面が３層構造の反射防止膜１６
（第１の薄膜１６１、第２の薄膜１６２、第３の薄膜１
６３）により被覆されていることを特徴としている。こ
のホトマスクでは、第１〜第３の薄膜１６１〜１６３
で、反射率を０．１％以下に抑えるような設計が可能で
ある。

【００９４】第１の薄膜１６１の材料と第３の薄膜１６
３の材料とが同じであっても良いし、あるいは異なって
いても良い。しかし、反射率を効果的に抑えるために
は、第２の薄膜１６２の屈折率が、第１および第３の薄
膜１６１，１６３の屈折率よりも大きくなるように、第
１〜第３の薄膜１６１〜１６３の材料を選ぶことが望ま
しい。

【００９５】なお、従来の露光技術の一つとして、図１
５に示すように、露光光９１の光路上に入射角度に依存
する多重干渉膜９２を設けることによって、輪帯状の斜
入射照明を実質的に実現することが提案されている（特
開平７−２１１６１７）。図中の９３は照明光学系、９
４はマスクを示している。

【００９６】多重干渉膜９２は、一見、図１４の本発明
の多層構造の反射防止膜１６と似ているが、多重干渉膜
９２による入射角依存性を、本実施形態の反射防止膜１
６により実現するためには、最低でも数十層の薄膜が必
要である。言い換えれば、本発明で提案している１０層
未満の積層構造の反射防止膜は、充分な反射防止効果は
期待できるが、多重干渉膜９２の効果である入射角依存
性は実現できない。

【００９７】また、上記公開公報（特開平７−２１１６
１７）には、図１６に示すように、ＮＡが０．５、σが
０．７のｉ線露光装置を用いた場合の多層薄膜９２の入
射角特性が開示されている。図から、多層薄膜９２は、
約４．０度で透過率が最大となり、約６．０度では充分
に透過率が減少することが分かる。この時のθ₁は約
４．０度、θ_p´は約５．７度である。これに対して、
本発明で実現する反射防止特性は、特に入射角度がθ_p
´（＞θ₁）以上の領域において反射率を抑えることが
できるものであり、両者は全く異なる発明であるといえ
る。

【００９８】［第４の実施形態］図１７（ａ）〜図１７
（ｇ）は、本発明の第４の実施形態に係るホトマスクブ
ランクを示す断面図である。

【００９９】図において、１７は遮光膜、１８および１
９は反射防止膜、２０および２１は半透明膜、２２およ
び２３は位相シフト膜を示している。図１７（ａ）〜図
１７（ｇ）の各断面図は、図１８の平面図における２０
−２０線に沿った断面に相当するものである。

【０１００】透明基板の反射防止膜よりも外側の部分
は、ホルダでホトマスクブランクを保持する際の保持箇
所となる。ホトマスクブランクを構成する各膜の寸法
は、以下の通りである。すなわち、酸化マグネシウム薄
膜１４は３０ｎｍ、弗化マグネシウム薄膜１５は５０ｎ
ｍである。また、遮光膜１７、反射防止膜１８，１９、
半透明膜２０，２１、位相シフト膜２２，２３は、それ
らの材料の違いやブランクスの種類によって、それぞれ
最適な寸法が選択される。

【０１０１】図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、バイナリ
ーマスクに対応したホトマスクブランクを示している。
遮光膜１７にはＣｒまたはＭｏＳｉ等が用いられる。図
１７（ｂ）の反射防止膜１８は、遮光膜１７と露光雰囲
気（大気）との界面での反射を抑制するためのものであ
る。図１７（ｃ）の反射防止膜１８，１９は、上記界
面、および遮光膜１７と透明基板１１との界面での反射
を抑制するためのものである。反射防止膜１８，１９の
材料には、ＣｒＯｘ等が用いられる。また、反射防止膜
１８，１９は、同じ材料でも良く、異なる材料でも良
い。

【０１０２】図１７（ｄ）〜図１７（ｆ）は、Ａｔｔｅ
ｎｕａｔｅｄタイプの位相シフトマスクに対応したホト
マスクブランクを示している。半透明膜２０は透過率が
数％あり、位相がコントロールされている。半透明膜２
０の材料は、例えばＭｏＳｉ、ＭｏＳｉ_xＯ_yＮ₂、Ｓ
ｉＮ_x、またはＣｒＦ_xなどである。特に、図１７
（ｅ）に示したマスクブランクは、半透明膜２０の半透
明機能（主機能）および位相コントロール機能（副機
能）を、それぞれ別の膜２１，２２に持たせたタイプの
ものである。半透明膜２１が半透明機能、位相シフト膜
２２が位相コントロール機能を担っている。

【０１０３】図１７（ｇ）は、Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ
タイプの位相シフトマスクに対応したホトマスクブラン
クを示している。位相シフト膜２３の材料には、例えば
ＳｉＯ₂が用いられる。

【０１０４】図１７（ａ）〜図１７（ｇ）に示したホト
マスクブランクの製造方法は、２層構造の反射防止膜の
形成工程を除いて基本的には従来のそれと同じである。
例えば、図１７（ａ）に示したホトマスクブランクの製
造方法は、まず、透明基板１１の表面に遮光膜１７とな
る第１の薄膜をスパッタ法、好ましくは蒸着法により形
成する。第１の薄膜をエッチングして、所定形状の遮光
膜１７を形成する。次に、透明基板１１の裏面に酸化マ
グネシウム薄膜１４、弗化マグネシウム薄膜１５を順
次、スパッタ法により形成する。最後に、これらの薄膜
１４，１５をエッチングして、所定形状の積層構造の反
射防止膜を形成する。図１７（ｂ）〜図１７（ｇ）に示
した他のホトマスクブランクも、上記製造方法に準じて
同様に製造することができる。

【０１０５】図１７（ａ）のホトマスクブランクからホ
トマスクを製造するには、リソグラフィとエッチングを
用いて遮光膜１７を加工してパターンを形成すれば良
い。他の図１７（ｂ）〜図１７（ｇ）のホトマスクブラ
ンクからホトマスクを製造する場合も同様である。

【０１０６】なお、図１７（ａ）〜図１７（ｇ）では、
２層構造の反射防止膜（酸化マグネシウム薄膜１４／弗
化マグネシウム薄膜１５）を用いたマスクブランクにつ
いて説明したが、３層以上の積層構造の反射防止膜を用
いても良く、さらにカルシウム弗化物からなる単層の反
射防止膜を用いても良い。

【０１０７】図１７（ａ）〜図１７（ｇ）に示したホト
マスクブランクの変形例としては、遮光膜側にレジスト
を設けたものがあげられる。例えば、図１７（ａ）のホ
トマスクブランクであれば、遮光膜１７の表面にレジス
トを設ける。図１７（ｂ）および図１７（ｃ）のホトマ
スクブランクであれば、反射防止膜１８の表面にレジス
トを設ける。以上が、第４の実施形態である。

【０１０８】［第５の実施形態］次に、本発明の第５の
実施形態として、本発明のホトマスクを用いた半導体ウ
ェハの露光方法について説明する。

【０１０９】図１９は、本発明の第５の実施形態に係る
ホトマスクを用いた半導体ウェハの露光方法を示すフロ
ーチャートである。

【０１１０】まず、ステップＳ０では、デバイス機能を
元にした設計データを作成する。続いて、ステップＳ１
では、ステップＳ０にて作成した設計データを元に、光
近接効果補正（ＯＰＣ）ルール取得用のホトマスクを作
成する。作成するホトマスクは、本発明のホトマスクで
あり、遮光膜等が形成される第１の主面（表面）と対向
する第二の主面（裏面）に、反射防止膜を有するホトマ
スクである。

【０１１１】ステップＳ２では、前記ＯＰＣルール取得
用のホトマスクを用いて、ウェハ上の薄膜をパターニン
グするための露光を行う。続いて、ステップＳ３では、
ステップＳ２での露光により形成されたウェハ上のパタ
ーンの寸法を測定する。ステップＳ４では、ステップＳ
３にて測定により得たデータを元にＯＰＣルールを取得
する。

【０１１２】次に、ステップＳ５では、ステップＳ４に
て取得したＯＰＣルールを使用して、ステップＳ０の設
計データを満足するパターンがウェハ上で得られるよう
に、マスク寸法を補正する。続いて、ステップＳ６で
は、ステップＳ５にて補正したマスク寸法を持つホトマ
スクを作成する。作成するホトマスクは、本発明のホト
マスクであり、遮光膜等が形成される第１の主面と対向
する第二の主面に、反射防止膜を有するホトマスクであ
る。ステップＳ７では、ステップＳ６にて作成したホト
マスクを用いてウェハの露光を行い、半導体装置（製
品）を製造する。以上により、半導体装置の露光方法を
終了する。

【０１１３】前記ステップＳ３におけるパターンの寸法
測定は、測長ＳＥＭなどの寸法測定装置を用いて行う。
なお、ＲＩＥなどによりエッチング加工を行って評価用
パターンを作成し、この評価用パターンの電気特性（電
流値、電圧値）を測定することにより、パターンの寸法
を求めても良い。

【０１１４】また、ウェハ全面には、ステッパーにより
所定サイズの露光エリアが複数個形成されている。前記
露光エリアをショットという。例えば、１枚のウェハ上
には２０ショットが形成される。前記パターンの測定ポ
イント数（ＯＰＣデータ数）は、１ショット当たり２０
〜２５ポイント程度であるから、１枚のウェハ上の２０
ショットでは４００〜５００ポイント程度となる。必要
に応じて、ウェハを複数枚用意し、ショット数を２０〜
１００程度まで増やしても良い。

【０１１５】このような半導体ウェハの露光方法では、
ステップＳ１にて作成するホトマスクに、第二の主面
（裏面）に反射防止膜を有するホトマスク（発明のホト
マスク）を用いているので、ステップＳ１からステップ
Ｓ４におけるＯＰＣルールの取得のための作業が効率化
できる。

【０１１６】従来のホトマスクを用いてＯＰＣルールを
取得する場合、遮光膜等の被覆率に応じてＯＰＣルール
が異なるため、すなわちＯＰＣルールには被覆率依存性
があるため、図２０（ａ）〜図２０（ｆ）に示すよう
に、周辺パターンの被覆率が異なるＯＰＣルール取得用
パターンを３〜１０水準程度用意して、被覆率ごとにＯ
ＰＣルールを取得しなければならなかった。

【０１１７】前記図２０（ａ）〜図２０（ｆ）は、ＯＰ
Ｃルール取得用パターンを有するホトマスクの平面図で
ある。ホトマスクは、寸法測定対象のパターンが形成さ
れる領域３１と、この領域３１の周辺部に存在する、周
辺パターンが形成される領域３２Ａ、３２Ｂ、…、３２
Ｆとを持っている。領域３２Ａ、３２Ｂ、…、３２Ｆ領
域はそれぞれ周辺パターンの被覆率が異なり、図２０
（ａ）〜図２０（ｆ）に示すホトマスクは周辺パターン
の被覆率が異なる、ＯＰＣルール取得用パターンを有す
るホトマスクを示している。

【０１１８】本発明では、裏面に反射防止膜を有するホ
トマスクを用いることにより、ＯＰＣルールの被覆率依
存性を低減できるため、周辺パターンの被覆率が１種類
のＯＰＣ取得用パターンを用いてＯＰＣルールを取得す
ればよい。これは、半導体ウェハの露光工程を多数有す
る、半導体装置の製造方法において有利である。

【０１１９】また、ステップＳ７にて作成するホトマス
クに、第二の主面（裏面）に反射防止膜を有するホトマ
スク（発明のホトマスク）を用いているので、遮光膜等
の被覆率の違いによる影響を受けることなく、露光を行
うことができる。

【０１２０】以上、本発明の第１〜第５の実施形態につ
いて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、露光光が
ＫｒＦレーザーの場合について主として説明したが、本
発明は露光光がＡｒＦレーザーやＦ₂レーザーなどの場
合にも有効である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施できる。

【０１２１】また以下に、その他の実施形態とその効果
について記述しておく。

【０１２２】ＤＲＡＭ製造に用いるホトマスクのうち、
クリティカルレイヤーと呼称されるリソグラフィの露光
（プロセス）マージンが狭いレイヤーに、下記関係を満
たす第１及び第２の薄膜より形成される反射防止膜を第
二の主面（裏面）に有するホトマスクを使用する。

【０１２３】露光波長に対する透明基板の屈折率を
ｎ_s、透明基板上に設けられる第１の薄膜の屈折率をｎ
_f1、前記第１の薄膜上に設けられる第２の薄膜の屈折率
ｎ_f2とした場合、ｎ_f1≧ｎ_f2×ｎ_s ^1/2である。

【０１２４】具体的には、密なライン／スペース（Ｌ/
Ｓ）パターンおよび、疎なラインもしくはスペースパタ
ーンで形成されるゲートレイヤおよびビット線レイヤに
使用する。ポジ型レジストを使用した場合には、ホトマ
スクの平均的な被覆率はゲートレイヤで約３０％、ビッ
ト線レイヤで約７０％である。

【０１２５】従来の（裏面に反射防止膜を有しない）ホ
トマスクを使用した場合、光近接効果が及ぶ範囲で、か
つホトマスク上で同じパターン配置であっても、ゲート
レイヤとビット線レイヤではレジスト断面形状および露
光（プロセス）マージンが異なり、ゲートレイヤのレジ
スト断面形状は頭部が丸いものとなっていた。そこで、
ゲートレイヤでは現像条件を変更することによって、ビ
ット線レイヤと同等の露光マージンおよび矩形に近いレ
ジスト断面形状を得ていた。

【０１２６】一方、前記第１及び第２の薄膜からなる反
射防止膜を設けたホトマスクを使用した場合には、レジ
ストプロセスを変更しなくても、ゲートレイヤとビット
線レイヤで同等の露光マージンおよび矩形に近いレジス
ト断面形状を得ることができた。

【０１２７】また、光近接効果補正（ＯＰＣ）のための
ルールデータ取得に用いるホトマスク、および前記ルー
ルによって補正された半導体装置製造のためのホトマス
クとして、下記関係を満たす第１及び第２の薄膜より形
成される反射防止膜を第二の主面（裏面）に有するホト
マスクを使用する。

【０１２８】露光波長に対する透明基板の屈折率を
ｎ_s、透明基板上に設けられる第１の薄膜の屈折率をｎ
_f1、前記第１の薄膜上に設けられる第２の薄膜の屈折率
ｎ_f2とした場合、ｎ_f1≧ｎ_f2×ｎ_s ^1/2である。

【０１２９】ＯＰＣルールデータ取得用マスクとして、
従来の（裏面に反射防止膜を有しない）ホトマスクを使
用した場合、得られたＯＰＣルールデータはマスク内の
位置によるばらつきが非常に大きいものであった。また
同データを元に補正を行って半導体装置製造用のホトマ
スクを作成したが、十分な補正効果は得られなかった。
十分な補正効果を得るには、半導体装置製造用のホトマ
スクと非常に近い構成を有するＯＰＣルールデータ取得
用マスクを用いて、ホトマスク上の被覆率、位置毎に別
途のＯＰＣ補正ルールを使用する必要があった。このた
め、ルール取得における煩雑さが増し、半導体装置製造
用のホトマスクの作成時間およびコストが増大した。

【０１３０】一方、ＯＰＣルールデータ取得用マスクと
して、前記反射防止膜を設けたホトマスクを使用した場
合には、マスク内の位置によるルールデータのばらつき
は非常に小さくなる。また、ホトマスク上の被覆率およ
び位置によらず、統一的なＯＰＣ補正ルールが適用で
き、十分な補正効果が得られる。

【０１３１】また、半導体装置製造に使用するホトマス
クに、本発明に係る裏面に反射防止膜を有するホトマス
クを使用した場合には、下記の効果が得られる。

【０１３２】半導体装置製造に使用されるホトマスクの
被覆率はレイヤによって大きく異なる。光近接効果の及
ぶ範囲内におけるホトマスク上のパターン配置が同一で
あっても、露光マージンやレジスト断面形状が異なる現
象が生じている。このような場合、各レイヤ毎に最適な
露光マージン及びレジスト形状が得られるようにレジス
トプロセスの変更を行う。これはレジストプロセスの決
定に時間が掛かることを意味し、光近接効果補正（ＯＰ
Ｃ）ルールデータ取得作業等、それ以降の半導体装置製
造スケジュールの遅延を引き起こしかねない。また、半
導体装置製造ラインにおいて管理すべき項目が増える側
面からも、コストを増大させる要因でもある。

【０１３３】本発明に係る反射防止膜を設けたホトマス
クを使用することで、ホトマスク上の被覆率が異なって
も同一のレジストプロセス、あるいは変更内容が少ない
レジストプロセスが使用でき、時間・コストの面で有利
となる。

【０１３４】また、半導体装置製造に使用するホトマス
クの作成に用いるＯＰＣ補正のルールデータ取得用ホト
マスクに、前記反射防止膜を設けたホトマスクを使用す
ることで、下記の効果が発生する。

【０１３５】ＯＰＣルールデータ取得用マスクとして、
従来の（裏面に反射防止膜を有しない）ホトマスクを使
用した場合、ホトマスク上の被覆率や、中央部と周辺部
といった位置によって、得られるＯＰＣルールデータは
ばらつきを含むものとなる。このバラツキを含むデータ
を元に作成した補正ルールを、半導体装置製造用ホトマ
スクに適用した場合、十分な補正効果は得られない。そ
こで、現実にはホトマスク上の被覆率や位置に応じて、
別々に補正ルールを取得し、半導体装置製造用ホトマス
クに適用している。レイヤあるいはパターン種毎に、一
つのルール取得で十分な補正精度が得られていた従来の
半導体装置に比べて、現在の半導体装置（ＤＲＡＭ等）
では、数倍〜数十倍の補正ルールデータ取得が必要とな
っている。また、ルールデータ量の増大に伴って、補正
に必要な計算時間も増大している。

【０１３６】そこで、ＯＰＣルールデータ取得用マスク
として、前記反射防止膜を設けたマスクを使用すること
で、ホトマスクの被覆率や位置毎に補正ルールが異なる
ことの原因となる透明基板裏面での反射が（殆ど）なく
なる。これにより、取得ルール数および取得データを少
なくすることができる。さらに、同時に補正精度の向上
も期待できる。

【０１３７】以上詳説したように本発明によれば、周辺
パターンの違いによって生じるレジスト断面形状等の変
化の原因である、ホトマスクの裏面での再反射光の発生
を抑制することにより、周辺パターンの影響を受けにく
い露光を行えるホトマスクおよびホトマスクブランクを
実現できる。また、光近接効果補正（ＯＰＣ）ルール取
得用のホトマスクに、本発明のホトマスクを用いるこ
と、及び半導体ウェハの露光工程に本発明のホトマスク
を用いることにより、半導体ウェハの露光工程を改善す
ることができる。例えば、ＯＰＣルール取得時間（図１
９のステップＳ１〜Ｓ４）の短縮や、露光工程によって
形成されるパターンの寸法精度を高めることができる。

【０１３８】また、前述した各実施の形態はそれぞれ、
単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施
することも可能である。

【０１３９】さらに、前述した各実施の形態には種々の
段階の発明が含まれており、各実施の形態において開示
した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の
段階の発明を抽出することも可能である。

【０１４０】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、被
転写パターンとその周辺に形成される周辺パターンを有
するホトマスクにおいて、周辺パターンの影響を受けに
くい露光を行えるホトマスクおよびホトマスクブランク
を提供することができる。さらに、前記ホトマスクを用
いることにより、半導体ウェハの露光工程を改善するこ
とができる半導体ウェハの露光方法を提供することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光装置による露光の様子を示す模式図であ
る。

【図２】ホトマスク上の周期パターンがレジスト上に転
写される様子を示す模式図である。

【図３】前記周期パターンを結像させた時のホトマスク
の内部での反射や回折の様子を示す模式図である。

【図４】迷光によるレジスト上での光強度分布の変化を
示すグラフである。

【図５】暗視野照明効果による光強度分布の変化を示す
グラフである。

【図６】光強度分布の変化に伴うレジストの断面形状の
変化を示す断面図である。

【図７】リソグラフィ工程で使用される従来のホトマス
クの断面図である。

【図８】ＫｒＦエキシマレーザー光の溶融石英基板に対
する入射角と反射率との関係を示すグラフである。

【図９】この発明の第１の実施形態に係るホトマスクの
断面図である。

【図１０】前記第１の実施形態における透明基板の裏面
に形成した弗化カルシウム薄膜の膜厚とＫｒＦエキシマ
レーザー光の反射率との関係を示すグラフである。

【図１１】前記第１の実施形態における透明基板の裏面
に形成した弗化マグネシウム薄膜の膜厚とＫｒＦエキシ
マレーザー光の反射率との関係を示すグラフである。

【図１２】この発明の第２の実施形態に係るホトマスク
の断面図である。

【図１３】前記第２の実施形態における透明基板の裏面
が酸化マグネシウム薄膜／弗化マグネシウム薄膜の積層
膜で被覆されたホトレジストを用いた場合のＫｒＦエキ
シマレーザー光の入射角と反射率との関係を示すグラフ
である。

【図１４】この発明の第３の実施形態に係るホトマスク
の断面図である。

【図１５】従来の多層薄膜（薄膜干渉フィルター）を用
いた場合の露光の様子を示す模式図である。

【図１６】図１５の多層薄膜（薄膜干渉フィルター）の
入射角特性を示すグラフである。

【図１７】この発明の第４の実施形態に係るホトマスク
ブランクの断面図である。

【図１８】図１７に示したホトマスクブランクの平面図
である。

【図１９】この発明の第５の実施形態に係るホトマスク
を用いた半導体ウェハの露光方法を示すフローチャート
である。

【図２０】前記第５の実施形態におけるＯＰＣルール取
得用パターンを有するホトマスクの平面図である。

【図２１】従来のホトマスクを用いた場合の露光の様子
を示す概略図である。

【図２２】この発明のホトマスクを用いた場合の露光の
様子を示す概略図である。

【図２３】（ａ）は従来のホトマスクを用いたときの露
光の効果を示すパターン断面図であり、（ｂ）はこの発
明のホトマスクを用いたときの露光の効果を示すパター
ン断面図である。

【符号の説明】

１…照明光（露光光）２…ホトマスク３…投影レンズ（投影光学系）４…レジスト５…周期パターン６…瞳７…零次光８…一次光１０…レジストパターン１１…溶融石英透明基板１２…周期的なパターン１３…弗化カルシウム（蛍石）薄膜１４…酸化マグネシウム薄膜１５…弗化マグネシウム薄膜１６…反射防止膜１６１…第１の薄膜１６２…第２の薄膜１６３…第３の薄膜１７…遮光膜１８、１９…反射防止膜２０、２１…半透明膜２２、２３…位相シフト膜３１…寸法測定対象のパターン形成領域３２Ａ〜３２Ｆ…周辺パターン形成領域８１…レンズ（投影光学系）８２…ホトマスク８２１…溶融石英透明基板８２２…遮光膜８３…ウェハ８４１…レジストの未露光部分８４２…レジストの露光部分８５…反射防止膜８６…丸いレジストパターン８７…良好な形状（矩形形状）のレジストパターン９１…露光光９２…多重干渉膜９３…照明光学系９４…マスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の主面とこの第１の主面と対向する
第２の主面を持ち、露光光に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の主面上に形成され、前記露光
光を透過しない遮光膜、前記露光光の一部を透過する半
透明膜、前記露光光の位相を制御する位相制御膜のう
ち、少なくとも１つを有するパターンと、前記透明基板の前記第２の主面上に形成され、カルシウ
ム弗化物を有する薄膜と、を具備することを特徴とするホトマスク。
【請求項２】前記ホトマスクは半導体装置の製造工程
に用いられることを特徴とする請求項１に記載のホトマ
スク。
【請求項３】第１の主面とこの第１の主面と対向する
第２の主面を持ち、露光光に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の主面上に形成され、前記露光
光を透過しない遮光膜、前記露光光の一部を透過する半
透明膜、前記露光光の位相を制御する位相制御膜のう
ち、少なくとも１つを有するパターンと、前記透明基板の前記第２の主面上に形成され、少なくと
も第１の薄膜及び第２の薄膜が積層されてなる積層膜と
を具備し、前記第１の薄膜は前記第２の主面と前記第２の薄膜との
間に設けられており、前記第１の薄膜の屈折率は前記第
２の薄膜の屈折率よりも大きいことを特徴とするホトマ
スク。
【請求項４】前記露光光の波長に対する前記透明基板
の屈折率をｎ_s、前記第１の薄膜の屈折率をｎ_f1、前記
第２の薄膜の屈折率をｎ_f2とした場合、ｎ_f1≧ｎ_s ^1/2×ｎ_f2の関係を満たすことを特徴とする
請求項３に記載のホトマスク。
【請求項５】前記透明基板の主材料は石英、前記第１
の薄膜の主材料は酸化マグネシウム、前記第２の薄膜の
主材料は弗化マグネシウムであることを特徴とする請求
項３に記載のホトマスク。
【請求項６】前記ホトマスクは半導体装置の製造工程
に用いられることを特徴とする請求項３に記載のホトマ
スク。
【請求項７】第１の主面とこの第１の主面と対向する
第２の主面を持ち、露光光に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の主面上に形成され、前記露光
光を透過しない遮光膜、前記露光光の一部を透過する半
透明膜、前記露光光の位相を制御する位相制御膜のう
ち、少なくとも１つを有する薄膜と、前記透明基板の前記第２の主面上に形成され、少なくと
も第１の薄膜及び第２の薄膜が積層されてなる積層膜と
を具備し、前記第１の薄膜は前記第２の主面と前記第２の薄膜との
間に設けられており、前記第１の薄膜の屈折率は前記第
２の薄膜の屈折率よりも大きいことを特徴とするホトマ
スクブランク。
【請求項８】前記露光光の波長に対する前記透明基板
の屈折率をｎ_s、前記第１の薄膜の屈折率をｎ_f1、前記
第２の薄膜の屈折率をｎ_f2とした場合、ｎ_f1≧ｎ_s ^1/2
×ｎ_f2の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載
のホトマスクブランク。
【請求項９】前記透明基板の主材料は石英、前記第１
の薄膜の主材料は酸化マグネシウム、前記第２の薄膜の
主材料は弗化マグネシウムであることを特徴とする請求
項７に記載のホトマスクブランク。
【請求項１０】デバイス機能を元にした設計データを
作成する第１工程と、前記設計データを元に、光近接効果補正（以下ＯＰＣ）
ルール取得用のホトマスクを作成する第２工程と、前記ＯＰＣルール取得用のホトマスクを用いて、ウェハ
上の薄膜をパターニングするための露光を行う第３工程
と、前記露光により形成されたウェハ上のパターンの寸法を
測定する第４工程と、測定により得た前記パターンの寸法を元に、ＯＰＣルー
ルを取得する第５工程と、取得した前記ＯＰＣルールを使用して、前記第１工程の
設計データを満足するパターンがウェハ上に得られるよ
うに、ホトマスク上に形成する被転写用パターンの寸法
を補正する第６工程と、前記被転写用パターンを第１の主面上に有し、この第１
の主面と対向する第２の主面上に反射防止膜を有するホ
トマスクを作成する第７工程と、前記第７工程で作成した前記ホトマスクを用いて、ウェ
ハ上の薄膜をパターニングするための露光を行う第８工
程と、を具備することを特徴とする半導体ウェハの露光方法。
【請求項１１】前記被転写用パターンは、前記露光光
を透過しない遮光膜、前記露光光の一部を透過する半透
明膜、前記露光光の位相を制御する位相制御膜のうち、
少なくとも１つを有するパターンであることを特徴とす
る請求項１０に記載の半導体ウェハの露光方法。
【請求項１２】前記ＯＰＣルール取得用のホトマスク
は、被転写用パターンが形成された第１の主面と対向す
る第二の主面上に、反射防止膜を有することを特徴とす
る請求項１０に記載の半導体ウェハの露光方法。
【請求項１３】デバイス機能を元にした設計データを
作成する第１工程と、前記設計データを元に、光近接効果補正（以下ＯＰＣ）
ルール取得用のホトマスクを作成する第２工程と、前記ＯＰＣルール取得用のホトマスクを用いて、ウェハ
上の薄膜をパターニングするための露光を行う第３工程
と、前記露光により形成されたウェハ上のパターンの寸法を
測定する第４工程と、測定により得た前記パターンの寸法を元に、ＯＰＣルー
ルを取得する第５工程と、取得した前記ＯＰＣルールを使用して、前記第１工程の
設計データを満足するパターンがウェハ上に得られるよ
うに、ホトマスク上に形成する被転写用パターンの寸法
を補正する第６工程と、前記被転写用パターンを第１の主面上に有し、この第１
の主面と対向する第２の主面上に反射防止膜を有するホ
トマスクを作成する第７工程と、前記第７工程で作成した前記ホトマスクを用いて、ウェ
ハ上の薄膜をパターニングするための露光を行う第８工
程とを具備し、前記第７工程で作成する前記ホトマスクは、第１の主面
とこの第１の主面と対向する第２の主面を持ち、露光光
に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の
主面上に形成され、前記露光光を透過しない遮光膜、前
記露光光の一部を透過する半透明膜、前記露光光の位相
を制御する位相制御膜のうち、少なくとも１つを有する
パターンと、前記透明基板の前記第２の主面上に形成さ
れ、カルシウム弗化物を有する薄膜とを持つことを特徴
とする半導体ウェハの露光方法。
【請求項１４】前記ＯＰＣルール取得用のホトマスク
は、第１の主面とこの第１の主面と対向する第２の主面
を持ち、露光光に対して透明な透明基板と、前記透明基
板の前記第１の主面上に形成され、前記露光光を透過し
ない遮光膜、前記露光光の一部を透過する半透明膜、前
記露光光の位相を制御する位相制御膜のうち、少なくと
も１つを有するパターンと、前記透明基板の前記第２の
主面上に形成され、カルシウム弗化物を有する薄膜とを
持つことを特徴とする請求項１３に記載の半導体ウェハ
の露光方法。
【請求項１５】デバイス機能を元にした設計データを
作成する第１工程と、前記設計データを元に、光近接効果補正（以下ＯＰＣ）
ルール取得用のホトマスクを作成する第２工程と、前記ＯＰＣルール取得用のホトマスクを用いて、ウェハ
上の薄膜をパターニングするための露光を行う第３工程
と、前記露光により形成されたウェハ上のパターンの寸法を
測定する第４工程と、測定により得た前記パターンの寸法を元に、ＯＰＣルー
ルを取得する第５工程と、取得した前記ＯＰＣルールを使用して、第１工程の設計
データを満足するパターンがウェハ上に得られるよう
に、ホトマスク上に形成する被転写用パターンの寸法を
補正する第６工程と、前記被転写用パターンを第１の主面上に有し、この第１
の主面と対向する第２の主面上に反射防止膜を有するホ
トマスクを作成する第７工程と、前記第７工程で作成した前記ホトマスクを用いて、ウェ
ハ上の薄膜をパターニングするための露光を行う第８工
程とを具備し、前記第７工程で作成する前記ホトマスクは、第１の主面
とこの第１の主面と対向する第２の主面を持ち、露光光
に対して透明な透明基板と、前記透明基板の前記第１の
主面上に形成され、前記露光光を透過しない遮光膜、前
記露光光の一部を透過する半透明膜、前記露光光の位相
を制御する位相制御膜のうち、少なくとも１つを有する
パターンと、前記透明基板の前記第２の主面上に形成さ
れた、少なくとも第１の薄膜及び第２の薄膜が積層され
てなる積層膜とを持ち、前記第１の薄膜は前記第２の主
面と前記第２の薄膜との間に設けられており、前記第１
の薄膜の屈折率は前記第２の薄膜の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする半導体ウェハの露光方法。
【請求項１６】前記ＯＰＣルール取得用のホトマスク
は、第１の主面とこの第１の主面と対向する第２の主面
を持ち、露光光に対して透明な透明基板と、前記透明基
板の前記第１の主面上に形成され、前記露光光を透過し
ない遮光膜、前記露光光の一部を透過する半透明膜、前
記露光光の位相を制御する位相制御膜のうち、少なくと
も１つを有するパターンと、前記透明基板の前記第２の
主面上に形成された、少なくとも第１の薄膜及び第２の
薄膜が積層されてなる積層膜とを持ち、前記第１の薄膜
は前記第２の主面と前記第２の薄膜との間に設けられて
おり、前記第１の薄膜の屈折率は前記第２の薄膜の屈折
率よりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の半
導体ウェハの露光方法。
【請求項１７】前記透明基板の主材料は石英、前記第
１の薄膜の主材料は酸化マグネシウム、前記第２の薄膜
の主材料は弗化マグネシウムであることを特徴とする請
求項１５に記載の半導体ウェハの露光方法。