JP2901201B2 - フォトマスク - Google Patents

フォトマスク

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JP2901201B2
JP2901201B2 JP2309491A JP2309491A JP2901201B2 JP 2901201 B2 JP2901201 B2 JP 2901201B2 JP 2309491 A JP2309491 A JP 2309491A JP 2309491 A JP2309491 A JP 2309491A JP 2901201 B2 JP2901201 B2 JP 2901201B2
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和也 加門
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/50Mask blanks not covered by G03F1/20 - G03F1/34; Preparation thereof

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェハ等の被
加工物をリソグラフィ技術を用いて加工する際に使用さ
れるフォトマスクに関する。
【0002】
【従来の技術】図6はフォトリソグラフィ工程において
従来より用いられているフォトマスクを含む露光装置の
概略構成図を示し、図7はその要部拡大図を示す。
【0003】両図に示すように、光源1から出射された
光Lは、レンズ系2で集束されてフォトマスク3上に
照射される。フォトマスク3には、透明基板4の一方主
面上に遮光パターン5が形成されており、フォトマスク
3に入射された光Lのうち遮光パターン5に対応する
領域に入射された光は遮断され、残りの領域に入射され
た光は透過する。フォトマスク3を選択的に透過した光
は、例えばテレセントリックに仕上げられた倍率m
の投影レンズ系6を介し、被加工物の基板7上に形成さ
れたレジスト膜8内で集光されて結像される。こうし
て、レジスト膜8が部分的に感光され、マスクパターン
がレジスト膜8に転写される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のフォトマスク3
は以上のようにマスク表面が平滑的に仕上げられている
ため、フォトマスク3を選択的に透過したそれぞれの光
は、レンズ系6を介して一平面(焦平面)9上に結
像される。これに対し、被加工物である基板7の表面
は、その基板7に形成される各種集積回路パターンに応
じて凹凸に仕上げられており、これに合わせてレジスト
膜8も凹凸に形成されている。例えば図7に示すような
凸状領域7aが基板7の表面に形成されていると、レジ
スト膜8の領域8aと領域8bとの間で段差が生じるこ
とになる。このとき、レンズ系6の焦点を領域8aに合
わせると領域8bで焦点が合わなくなり、逆にその焦点
を領域8bに合わせると領域8aで焦点が合わなくなっ
て、レジスト膜8に感光不良の領域が不可避的に発生す
るという問題を有していた。
【0005】さらに詳しく説明すると、レンズ系6に
は、その開口数をNAとした場合、波長λの光に対して
数1により表わされる所定の焦点深度DOFが認められ
る。
【0006】
【数1】
【0007】レジスト膜8は、実質上、焦平面9を中心
にレジスト膜8の厚み方向に沿って上記焦点深度DOF
の範囲内で感光されるため、焦点深度DOFの値がレジ
スト膜8の凹凸に対して充分に大きいと上記問題は発生
しない。
【0008】しかしながら、近年LSIの微細化に伴い
レンズ系6の集光能を考慮してその開口数NAが増大す
る傾向にあり、その結果焦点深度DOFは逆に減少する
傾向にある。例えば現在のLSIの製造工程では、波長
λが436nmの紫外線に対し開口数NAが約0.54
のレンズ系6が使用される場合があり、この場合の焦点
深度DOFは約1.5μmとなる。これに対し、レジス
ト膜8の膜厚も約1.5μmで、焦点深度DOFとほぼ
等しい。したがって、このような場合には、レジスト膜
8に段差が形成されると、感光不良の領域が必然的に発
生することになる。
【0009】したがって、この発明は、上記問題を解決
するためになされたもので、レジスト膜の段差に応じて
精度良く感光できるフォトマスクを提供することであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明にかかるフォト
マスクは、リソグラフィ技術を用いて被加工物上のレジ
スト膜に所定のパターンを転写する際に使用するフォト
マスクであって、透明基板と、前記透明基板の一方主面
側に形成された遮光パターンと、前記透明基板の他方主
面側に形成され、前記レジスト膜の段差に応じて焦点距
離が変化するように、前記遮光パターン間を通過する光
の光学距離を調整する光学距離調整膜とを備える。望ま
しくは、前記光学距離調整膜の屈折率は前記透明基板の
屈折率に等しい。
【0011】
【作用】この発明のフォトマスクによれば、透明基板上
に光学距離調整膜を形成しているため、遮光パターンを
通過した光の焦点位置がレジスト膜の段差に応じレジス
ト膜の厚み方向に変化し、これにより基板表面の凹凸が
補償された状態でレジスト膜が感光される。特に光学距
離調整膜の屈折率は透明基板の屈折率に等しい場合に
は、両者の境界面での反射率が小さくなって、入射した
光は効率よく出射する
【0012】
【実施例】図1はこの発明の一実施例の前駆的思想の例
であるフォトマスクの斜視図、図2はそのフォトマスク
を含む露光装置の要部構成図である。この露光装置の全
体構成は、図6に示される露光装置と同一であるので、
同一又は相当部分に同一符号を用いて以下説明する。
【0013】図1に示されるように、フォトマスク3
は、透明基板4と、透明基板4の一方主面側に形成され
た遮光パターン5と、遮光パターン5を部分的に覆うよ
うに透明基板4の一方主面側に形成された光学距離調整
膜10とを備える。
【0014】透明基板4は、例えば石英により構成さ
れ、その屈折率nは1.47、厚みdは約5mmであ
る。
【0015】遮光パターン5は、CrやMoSi等によ
り構成され、その厚みdは通常0.1μm程度であ
る。
【0016】光学距離調整膜10は、たとえば石英(S
iO)により構成される。この光学距離調整膜10
は、その屈折率nが透明基板4の屈折率nと同一又
はほぼ等しい材料によって構成されるのが望ましい。屈
折率n,nの差が小さくなるほど、透明基板4と光
学距離調整膜10との境界面での反射率が小さくなっ
て、フォトマスク3に入射された光がレンズ系6側に効
率良く透過されるようになるためである。光学距離調整
膜10を、石英(SiO)により構成した場合には、
屈折率nが1.47となって透明基板4の屈折率n
と等しくなり、その境界面での反射率がほぼゼロとな
る。なお、光学距離調整膜10の形成位置および厚みd
は、レジスト膜8の段差に基づいて決定されるが、そ
の詳細は後述する。
【0017】投影レンズ系6は、複数枚の組み合せレン
ズにより構成され、入射と出射の両方向に対しテレセン
トリックに仕上げられている。このレンズ系6の倍率m
は、例えば1/5が設定される。もっとも、倍率mは上
記値に限定されず、例えば、m=1/10であってもよ
く、またm=1であってもよい。
【0018】被加工物であるウェハ基板7上に形成され
るレジスト膜8は、従来より周知のレジスト材料が使用
される。例えばMCPR2000H(三菱化成株式会社
製)を使用した場合には、屈折率nは1.68で、厚
みdは約1.5μmである。このレジスト膜8は、例
えば図7に示すような凸状領域7aが基板7の表面に形
成されていると、領域8aと領域8bとの間で段差が生
じることになる。
【0019】このフォトマスク3を含む露光装置におい
て、光源1(図6参照)から例えば波長436nmの紫
外線の光Lが照射されると、レンズ系2で集束されて
光Lとしてフォトマスク3に入射される。
【0020】フォトマスク3に入射された光Lのうち
遮光パターン5に対応する領域に入射された光は遮断さ
れ、残りの光は遮光パターン5間を透過してレンズ系6
に向け出射される。この場合、光学距離調整膜10の設
けられていない領域では、透過光Lは、透明基板4か
ら直接レンズ系6に向けて出射されることになり、一
方、光学距離調整膜10の設けられている領域では、透
過光Lは光学距離調整膜10を通過した後レンズ系6
に向けて出射されることになる。
【0021】こうして、フォトマスク3を選択的に透過
した透過光LおよびLが、投影レンズ系6を介しS
i基板7上に形成されたレジスト膜8上に集光されて結
像される。
【0022】ところで、光学距離調整膜10の屈折率n
は空気の屈折率1よりも大きいため、透過光Lは透
過光Lに対して(n−1)dだけ光路長(光学距
離)が長くなる。このため、レンズ系6の透過光L
対する焦点位置Qは、透過光Lに対する焦点位置Pよ
りも、レンズ系6の光軸方向に沿って距離Dだけ近づく
ことになる。
【0023】いま、焦点位置P,Q間の光学距離n
は、透過光L,Lの光路差(n−1)dと、レ
ンズ系6の倍率mを用いて、nD= m×(n
1)dで表わされるため、距離Dは、
【0024】
【数2】
【0025】となる。
【0026】数2から明らかなように、距離Dは、倍率
mおよび屈折率n,nの値が固定されると、光学距
離調整膜10の厚みdに依存する。
【0027】そこで、距離Dが、レジスト膜8の領域8
a,8b間の段差の寸法Tに一致するように厚みd
定めると、言い換えれば厚みd
【0028】
【数3】
【0029】を満足するように設定すると、透過光L
の焦点位置Pを領域8a内に位置させながら、同時に透
過光Lの焦点位置Qを領域8b内に位置させることが
可能となる。例えば、n=1.47,n=1.6
8,m=1/5の場合、d=89.4Tとなる。
【0030】以上のように、このフォトマスク3によれ
ば、レジスト膜8の段差に応じた厚みdを有する光学
距離調整膜10が透明基板4上に形成されているため、
遮光パターン5間を通過した光の焦点位置がレジスト膜
8の段差に応じて変化し、基板7表面の凹凸が補償され
た状態でレジスト膜8が感光される。
【0031】また、光学距離調整膜10を透明基板4と
同様に石英(SiO)により構成しているため、その
屈折率nが透明基板4の屈折率nとほぼ等しくな
る。その結果、透明基板4と光学距離調整膜10の境界
面における反射率がほぼゼロとなり、フォトマスク3に
入射された光Lは、その境界面で反射されることなく
効率良くレジスト膜8上に投射される。
【0032】なお、上記例では、レジスト膜8の段差
が1段の場合について説明したが、段差は複数段あって
もよく、また連続的に変化していてもよい。この場合、
光学距離調整膜10は、レジスト膜8の段差に応じて、
その厚みdが複数段あるいは連続的に変化するように
設定される。
【0033】図3ないし図5は、上記のフォトマスク3
の変形例をそれぞれ示す。即ち、図3ないし図5におい
て示された構成は図2におけるフォトマスクと置換され
得る。
【0034】図3のフォトマスク3は、光学距離調整膜
10の形成されている領域(光学距離調整膜10の端部
領域を除く)では、遮光パターン5が、透明基板4上で
はなく、光学距離調整膜10上に形成されている。その
他の構成は、図2のフォトマスク3と同様であり、同様
の効果を奏する。
【0035】また、図4は本発明の実施例となるフォト
マスク3を例示し、光学距離調整膜10が、透明基板4
の一方主面側ではなく、他方主面側に形成されている。
その他の構成は図2のフォトマスク3と同様であり、同
様の効果を奏する。もっとも、光学距離調整膜10は、
透明基板4の一方主面と他方主面の両方に形成してもよ
く、その場合には両主面に形成される光学距離調整膜1
0の合計厚みが、数3で示される厚みdになるように
設定すればよい。
【0036】また、図5は参考例たるフォトマスク3
例示し、透明基板4の他方主面上に、反射防止膜11を
さらに備えている。反射防止膜11は、例えばMgF
により構成され、その屈折率nは1.378である。
空気層,反射防止膜11,透明基板4の屈折率n,n
,nの間には、n<n<nの関係が成立して
いるため、反射防止膜11の厚みdを例えば、
【0037】
【数4】
【0038】に設定することにより、良好な反射防止効
果が得られる。
【0039】この反射防止膜11が設けられていない場
合には、光源1からフォトマスク3に入射された光の一
部が透明基板4の上面で反射されて迷光となり、あるい
は透明基板4の下面で反射された入射光の一部が透明基
板4の上面で再度反射されて迷光となって、レンズ系6
側に出射される。反射防止膜11は、このような迷光の
発生を防止して、露光精度の向上を図る。
【0040】
【発明の効果】この発明のフォトマスクによれば、遮光
パターンの間を通過する透過光の光学距離を調整するこ
とができるので、透過光の焦点位置を被投影面上の段差
に応じて変化させることができ、被投影面上の凹凸を補
償してレジスト膜を精度良く感光させることができる。
特に光学距離調整膜の屈折率は透明基板の屈折率に等し
い場合には、透過光をフォトマスク内で効率よく透過さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の前駆的思想であるフォトマスクの斜
視図である。
【図2】図1のフォトマスクを含む露光装置の要部構成
図である。
【図3】この発明の前駆的思想に係るフォトマスクの変
形例を示す図である。
【図4】この発明の一実施例に係るフォトマスクを示す
図である。
【図5】この発明の参考例を示す図である。
【図6】フォトリソグラフィ工程において、従来より用
いられているフォトマスクを含む露光装置の概略構成図
である。
【図7】図6の要部拡大図である。
【符号の説明】
3 フォトマスク 4 透明基板 5 遮光パターン 7 基板 8 レジスト膜 10 光学距離調整膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 1/08 G03F 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リソグラフィ技術を用いて被加工物上の
    レジスト膜に所定のパターンを転写する際に使用するフ
    ォトマスクであって、透明基板と、前記透明基板の一方
    主面側に形成された遮光パターンと、前記透明基板の他
    方主面側に形成され、前記レジスト膜の段差に応じて焦
    点距離が変化するように、前記遮光パターン間を通過す
    る光の光学距離を調整する光学距離調整膜とを備えたフ
    ォトマスク。
  2. 【請求項2】 前記光学距離調整膜の屈折率は前記透明
    基板の屈折率に等しい、請求項1記載のフォトマスク。
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