JP2002072454A - ホトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リソグラフィ工程で用いられるホトマスクに
おいて、ホトマスクの遮光膜の側面から発生する反射光
により光学像のコントラストが劣化するのを防止する。 【解決手段】 ホトマスクの遮光膜の側面で、露光波長
に対する反射率が２５％以下になるようにする。また、
光透過性基板に遮光膜のパターンを形成し、この遮光膜
の少なくとも側面に露光波長に対する反射率が２５％以
下となるような反射防止膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、半導体製造など
のリソグラフィ工程で用いられるホトマスク及びその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では所定の設計パ
ターンをシリコン基板上に形成するためにリソグラフィ
工程が使用される。リソグラフィ工程では、シリコン基
板上にレジストと呼ばれる感光性樹脂を塗布し、縮小投
影型露光装置を用いてホトマスク（またはフォトマス
ク）に予め形成された所定のパターンを焼きつけ、現像
工程を経て、レジストパターンを形成する。

【０００３】ホトマスクは、透明なガラス基板上にＣ
ｒ、ＭｏＳｉなどの金属膜ないし金属珪化物を用いて所
定パターンが形成されている。図６は一般の縮小投影型
露光装置の原理図を示す。縮小投影型露光装置では、照
明光源６０から照射光６１が照射され、ホトマスク６２
（レチクル）を透過した透過光６３が投影レンズ６５を
通して透過光６６として被露光基板６８（半導体ウェー
ハ）上に結像される。しかしながら、ホトマスク６２を
透過した透過光６３は、投影レンズ６５の表面で反射さ
れて反射光６４を生じ、また、投影レンズ６５を透過し
た透過孔６６は被露光基板６８で反射されて反射光６７
を生じる。そして、これらの反射光が再度ホトマスク６
２を下面から照射する。

【０００４】図７は、図６のホトマスク６２の一例と反
射光の状況とを示す図である。図７において、ホトマス
ク６２は、ガラス基板７０の下面に遮光膜７２を形成し
ている。照射光６１がホトマスク６２を透過したあと、
反射光６４などが下面から反射されてくる。そのため、
遮光膜７２に金属膜を用いた場合、金属膜は一般に露光
波長にたいする反射率が５０％以上と高いために、投影
レンズ６５や被露光基板６８からの反射光がホトマスク
６２下面で再度反射する。この再度の反射光は迷光７４
となり、本来の結像に寄与せず、光学像のコントラスト
を低下させる問題点があった。

【０００５】図８は、従来のホトマスクの構造例を示す
図で、図８（Ａ）は単層型遮光膜を有するホトマスク、
図８（Ｂ）は２層型遮光膜を有するホトマスクの断面図
である。上述のような遮光膜の再反射を軽減するため
に、従来の図８（Ａ）の単層型ホトマスクに代わり、最
近では図８（Ｂ）の２層型ホトマスクが用いられてい
る。図８（Ｂ）に示す２層型ホトマスク６２は、ガラス
基板７０の下面に遮光膜７２と反射防止膜７６とを２層
に形成している。具体例としては、例えば金属ＣｒとＣ
ｒＯｘの２層構造が使用される。Ｃｒ表面にＣｒ酸化膜
を形成することにより露光光に対する反射率を２０％以
下まで低下させることができる。これによりウェーハ、
レンズからの反射光が迷光としてウェーハ面に到達し、
光学像のコントラストが低下するのを防いでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
縮小投影露光装置では、投影側ＮＡの増大、σの増大、
投影倍率の低下等により、照明側ＮＡが大きくなってい
る。例えば、４倍系で、投影側ＮＡ＝０.７、σ＝０.８
の場合、照明側ＮＡ＝0.56/4=0.14 となる。このた
め、ホトマスクに入射する光の斜め成分の影響が無視出
来なくなっている。図９は従来の２層膜構造のホトマス
クの断面を示す。図９において、ホトマスク６２は、ガ
ラス基板７０の下面に遮光膜７２（Ｃｒ遮光膜）、反射
防止膜７６を形成している。ホトマスク６２の遮光膜７
２が斜め光により照明されると、遮光膜７２の側面から
反射光が迷光７４として発生する。この反射光により光
学像のコントラストの劣化が発生するという問題があっ
た。また、図１０に示すように、投影レンズや被露光基
板からの反射光６４が遮光膜７２の側面で反射されて迷
光７４を生じるという問題点もあった。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、ホトマスクの遮
光膜の側面から発生する反射光により光学像のコントラ
ストの劣化が発生するという問題を解決するためのもの
であり、ホトマスクの遮光膜の側面に、露光光の波長に
対して適合した反射防止膜を設けるものである。これに
より遮光膜側面からの反射光を低減し、光学像の劣化を
防止することができる。

【０００８】この発明のホトマスクは、リソグラフィ工
程で用いられる ホトマスクであって、光透過性基板に
遮光膜のパターンを形成しこの遮光膜の側面の露光波長
に対する反射率を２５％以下にしたものである。

【０００９】また、この発明のホトマスクは、リソグラ
フィ工程で用いられる ホトマスクであって、光透過性
基板に遮光膜のパターンを形成しこの遮光膜の少なくと
も側面に露光波長に対する反射率が２５％以下となるよ
うな反射防止膜を形成したものである。

【００１０】また、この発明のホトマスクは、前記反射
防止膜が金属酸化膜、金属窒化膜、金属珪化膜、または
これらの複合膜からなるものである。

【００１１】また、この発明のホトマスクの製造方法
は、リソグラフィ工程で用いられるホトマスクの製造方
法であって、光透過性基板に遮光膜のパターンを形成す
る工程と、前記遮光膜を含む前記光透過性基板の表面に
反射防止膜を形成し異方性エッチングにより前記反射防
止膜を選択的にエッチング除去し前記遮光膜の側面に反
射防止膜を残す工程とを含むものである。

【００１２】また、この発明のホトマスクの製造方法
は、リソグラフィ工程で用いられるホトマスクの製造方
法であって、光透過性基板に遮光膜のパターンを形成す
る工程と、前記遮光膜を酸化、窒化または珪化すること
によりその表面に反射防止膜を形成するものである。

【００１３】また、この発明のホトマスクの製造方法
は、窒素プラズマまたは酸素プラズマを含むプラズマに
より前記遮光膜の表面を窒化または酸化するものであ
る。

【００１４】また、この発明のホトマスクの製造方法
は、酸化性液体により前記遮光膜の表面を酸化するもの
である。

【００１５】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記のいずれかに記載のホトマスクを用いて被露光
基板にマスクパターンを転写する工程を含むものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１におけるホ
トマスクの断面構造を示す図である。この実施の形態の
ホトマスク１００は、ガラス基板７０（光透過性基板）
の下面に遮光膜８２、８４を形成し、さらに遮光膜８
２、８４の側面に、この実施の形態による反射防止膜８
０を形成している。遮光膜８２は例えばＣｒ、Ｍｏ、Ｗ
等の金属膜からなり、遮光膜８４は例えばＣｒＯ、Ｍｏ
Ｓｉ等の金属酸化物、珪化物の単層膜もしくは積層膜か
らなる。

【００１７】これらの側面に形成する反射防止膜８０に
は、露光波長例えば高圧水銀灯のｇ線、i線、レーザ光
源のＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２等に対して、反射率が２５％
以下の膜、例えばＣｒＯ、ＣｒＯＦ，ＭｏＳｉ、ＭｏＳ
ｉＯＮ、ＷＳｉ、ＷＳｉＯＮ等の金属酸化物、珪化物、
酸窒化物、あるいは酸窒化フッ化物などを用いる。

【００１８】本実施の形態によれば、図２に示すよう
に、ホトマスク１００の遮光膜８２，８４の側面に露光
波長の反射を防止する反射防止膜８０を設けることによ
り、上方からの照射光６１による遮光膜８２，８４側面
からの反射を低減することができ、また、下方からの反
射光６４による遮光膜８２，８４側面からの反射光や迷
光７４の反射を低減することができ、その結果として、
光学像の劣化を防止することができる。なお、遮光膜８
４は遮光膜８２の下面の反射防止膜ととらえてもよい。
また、遮光膜８４がなく遮光膜８２のみの場合であって
もよい。

【００１９】なお、この実施の形態は次のように要約で
きる。この実施の形態における、リソグラフィ工程で用
いられる ホトマスク１００は、光透過性基板７０に遮
光膜８２，８４のパターンを形成しこの遮光膜の側面の
露光波長に対する反射率を２５％以下にする。また、こ
の実施の形態におけるホトマスク１００は、光透過性基
板７０に遮光膜８２，８４のパターンを形成し、この遮
光膜の少なくとも側面に、露光波長に対する反射率が２
５％以下となるような反射防止膜８０を形成する。ま
た、好ましくは、反射防止膜８０は、金属酸化膜、金属
窒化膜、金属珪化膜、またはこれらの複合膜からなる。

【００２０】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２におけるホトマスクの製造方法のフローを示す。製造
工程について説明すると、先ず図３（Ａ）に示すよう
に、合成石英などの透明な基板７０に金属クロムによる
遮光膜８２、酸化クロムによる遮光膜８４の２層構造の
遮光膜を形成する。この基板７０上に電子ビーム用レジ
ストをスピンコートする。この基板７０に所定の半導体
回路パターンを電子ビーム描画装置を用いて描画し、現
像により所定のレジストパターンを形成する。次に、こ
のレジストパターンをマスクにエッチングを行なった
後、レジストを除去し、図３（Ｂ）に示すように、遮光
膜８２，８４に所定のパターンを形成する。

【００２１】次に図３（Ｃ）に示すように、使用される
露光装置の露光波長例えば２４８ｎｍや１９３ｎｍに対
して反射率の低い、例えば反射率２０％以下の膜を反射
防止膜８０として形成する。膜は例えば遮光膜８２，８
４と異なる材料としてＭｏＳｉＯ等の金属酸化膜や金属
酸窒化膜が使用される。成膜方法は真空蒸着、スパッタ
法、ＣＶＤ法などが用いられる。

【００２２】次に図３（Ｄ）に示すように、この反射防
止膜８０全面にＲＩＥなどの異方性ドライエッチングを
用いて全面エッチバックを行なう。これにより、遮光膜
８２，８４の所定のパターンの側面に反射防止膜８０を
形成することができる。なお、遮光膜８４は遮光膜８２
の下面の反射防止膜ととらえてもよい。また、遮光膜８
４がなく遮光膜８２のみの場合であってもよい。

【００２３】なお、この実施の形態は次のように要約で
きる。この実施の形態における、リソグラフィ工程で用
いられるホトマスク１００の製造方法では、光透過性基
板７０に遮光膜８２，８４のパターンを形成する。そし
て、遮光膜８２，８４を含む光透過性基板７０の表面に
反射防止膜８０を形成し、異方性エッチングにより反射
防止膜８０を選択的にエッチング除去し、遮光膜８２，
８４の側面に反射防止膜８０を残す。

【００２４】実施の形態３．図４は本発明の実施の形態
３におけるホトマスクの製造方法のフローを示す。この
実施の形態では、合成石英などの透明な基板７０に金属
クロムの遮光膜８２を形成する。この場合の遮光膜８２
は、金属膜による高反射膜でも金属酸化物等による多層
構造の低反射膜でも適用可能である。

【００２５】この基板７０上に電子ビーム用レジストを
スピンコートする。この基板７０に所定の半導体回路パ
ターンを電子ビーム描画装置を用いて描画し、現像によ
り所定のレジストパターンを形成する。次に、このレジ
ストパターンをマスクにエッチングを行なった後、レジ
ストを除去し、図４（Ｂ）に示すように、遮光膜８２に
所定のパターンを形成する。次に、Ｏ２プラズマを用い
て遮光膜８２としてのＣｒ膜表面の酸化処理を行なう。
真空チャンバー内の電極ステージ上にホトマスク基板７
０を導入し、所定の圧力まで減圧した後、酸素ガスを導
入し、ホトマスク上方の対電極に電界をかけ酸素プラズ
マを発生させる。

【００２６】これにより、図４（Ｃ）に示すように、金
属Ｃｒ表面を酸化させ露光波長に対して低反射率となる
所定の膜厚例えば１０〜５０ｎｍ程度の酸化Ｃｒ層を反
射防止膜８６として形成する。この酸化層はＣｒ膜側面
にも形成されるため側面の反射率も低減される。ここで
遮光膜８２として単層Ｃｒ膜を用いたが、表面に酸化Ｃ
ｒ層が形成されている２層構造の遮光膜でもよい。ま
た、ここでは酸素プラズマを用いて酸化膜層を形成した
が、フッ化膜、窒化膜を形成しても同様の効果を得るこ
とが出来る。また、プラズマ処理ではなく過酸化水素水
等の溶液を用いて液体処理によっても酸化膜層を形成す
ることが出来る。

【００２７】なお、この実施の形態は次のように要約で
きる。この実施の形態における、リソグラフィ工程で用
いられるホトマスク１００の製造方法では、光透過性基
板７０に遮光膜８２のパターンを形成する。そして、遮
光膜８２を酸化、窒化または珪化することによりその表
面に反射防止膜８６を形成する。また、好ましくは、遮
光膜８２の表面を窒素プラズマまたは酸素プラズマを含
むプラズマにより窒化または酸化する。また、好ましく
は、遮光膜８２の表面を酸化性液体により酸化する。

【００２８】実施の形態４．本発明の実施の形態４は、
以上の各実施の形態で例示された本発明のホトマスクあ
るいはその製造方法を利用した、半導体装置の製造方法
にかかるものである。ホトマスクのマスクパターンを縮
小露光装置によりウェーハに転写し、半導体装置を製造
するプロセスについては既に知られた方法を用いるので
詳細は省略する。

【００２９】図５は、本発明におけるホトマスクを用い
てパターン形成を行なった場合のコントラストのフォー
カス依存性をシミュレーションした結果を示す。すなわ
ち、デーフォーカス時のコントラスト低下のシミュレー
ションである。図５において、この発明のホトマスクを
用いた場合を曲線Ａで、従来のホトマスクを用いた場合
を曲線Ｂで示す。図５から明らかなように、本発明によ
るホトマスクを適用することによりパターン形成時の光
学像のコントラストを改善することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、リソ
グラフィ工程で用いられるホトマスクの遮光膜の側面
に、露光波長に適合した反射防止膜を設けるようにした
ので、遮光膜側面からの反射光を低減し、光学像の劣化
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１におけるホトマスクの
構造を示す断面図。

【図２】 本発明の実施の形態１におけるホトマスクの
効果を説明する断面図。

【図３】 本発明の実施の形態２におけるホトマスクの
製造方法を示すフロー図。

【図４】 本発明の実施の形態３におけるホトマスクの
製造方法を示すフロー図。

【図５】 本発明におけるホトマスクを使用してパター
ン形成を行なった場合のデーフォーカス時のコントラス
ト低下のシミュレーション結果を示す図。

【図６】 一般の縮小型投影露光装置の原理を示す図。

【図７】 従来型の単層ホトマスクの問題点を説明する
ための図。

【図８】 従来型の単層ホトマスクおよび二層ホトマス
ク構造を示す図。

【図９】 従来型の二層ホトマスクの問題点を説明する
ための図。

【図１０】 従来型の二層ホトマスクの問題点を説明す
るための他の図。

【符号の説明】

７０ ガラス基板、 ８０ 反射防止膜、 ８２ 遮光
膜、 ８４、８６ 反射防止膜、 １００ ホトマス
ク。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リソグラフィ工程で用いられる ホトマ
   スクであって、光透過性基板に遮光膜のパターンを形成
   しこの遮光膜の側面の露光波長に対する反射率を２５％
   以下にしたことを特徴とするホトマスク。
2. 【請求項２】 リソグラフィ工程で用いられる ホトマ
   スクであって、光透過性基板に遮光膜のパターンを形成
   しこの遮光膜の少なくとも側面に露光波長に対する反射
   率が２５％以下となるような反射防止膜を形成したこと
   を特徴とするホトマスク。
3. 【請求項３】 前記反射防止膜が金属酸化膜、金属窒化
   膜、金属珪化膜、またはこれらの複合膜からなることを
   特徴とする請求項１または２に記載のホトマスク。
4. 【請求項４】 リソグラフィ工程で用いられるホトマス
   クの製造方法であって、 光透過性基板に遮光膜のパターンを形成する工程と、 前記遮光膜を含む前記光透過性基板の表面に反射防止膜
   を形成し異方性エッチングにより前記反射防止膜を選択
   的にエッチング除去し前記遮光膜の側面に反射防止膜を
   残す工程とを含むことを特徴とするホトマスクの製造方
   法。
5. 【請求項５】 リソグラフィ工程で用いられる ホトマ
   スクの製造方法であって、 光透過性基板に遮光膜のパターンを形成する工程と、 前記遮光膜を酸化、窒化または珪化することによりその
   表面に反射防止膜を形成する工程とを含むことを特徴と
   するホトマスクの製造方法。
6. 【請求項６】 窒素プラズマまたは酸素プラズマを含む
   プラズマにより前記遮光膜の表面を窒化または酸化する
   ことを特徴とする請求項５に記載のホトマスクの製造方
   法。
7. 【請求項７】 酸化性液体により前記遮光膜の表面を酸
   化することを特徴とする請求項５に記載のホトマスクの
   製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜４のいずれかに記載のホトマ
   スクを用いて被露光基板にマスクパターンを転写する工
   程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。