JP3110245B2 - 反射型露光用マスクとパターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体産業等で用いら
れているリソグラフィー技術に係わり、特に高分解能を
実現することのできる反射型露光用マスクとこれを用い
たパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業ではＩＣの高集積化に伴い、
微細なパターンを作製していくことが要求されている。
これを実現するには、リソグラフィーにおける分解能の
向上が必要であり、そのための手段として位相シフト法
が提唱されている。位相シフト法には、レベンソン型
（MARC D.LEVENSON : IEEE TRANSACTIONS ONELECTRON D
EVICE VOL ED-29 NO.12 DECEMBER(1982)1828）をはじめ
とした様々な方法が知られている。これらに用いるマス
クとしては、透過型のものが一般的である。

【０００３】将来、ＬＳＩの高集積化が進むにつれ、よ
り細かいパターン形成技術を達成していくため、光源の
波長をより短かくしていかねばならない。とりわけ、１
ＧビットＤＲＡＭに対しては０．２μｍ、４ＧビットＤ
ＲＡＭに対しては０．１μｍのパターンが要求されてお
り、これらのパターンを実現するにはＡｒＦ（１９３ｎ
ｍ）或いはそれ以下の露光波長を用いる必要がある。

【０００４】しかし、短波長の光に対しては、現在用い
られているクオーツ等の透過型基板も吸収を持つように
なり、光吸収の影響による透過率変動や熱膨脹による耐
久性の低下という問題が起こってくる。このため、透過
型位相シフトマスクではこの問題を光吸収のない材料の
探索や、或いは光学特性を変化させるなどして解決して
いこうとしている。

【０００５】リソグラフィーの分解能は開口数に反比例
し、波長に比例している。開口数の増加には制限がある
ため、分解能を上げるには波長をより短波長のものにし
ていく必要がある。しかし、露光用光源の短波長化によ
り従来の透過型マスクでは透過率の減少による解像性低
下などの問題が起こりうる。そのため、透過型位相シフ
トマスクでは短波長でも高い透過率が得られるような物
質を開発して対応していかねばならない。しかし、マス
ク基板等に用いられている材料で、短波長光に対して高
い透過率が得られる材料の探索や作製が困難である。

【０００６】そこで最近、透過型位相シフトマスクの持
つ光照射による劣化という問題をなくした反射型位相シ
フトマスクが提案されている。図５にその一例を示す。
基板５１の表面に凹部５２（位相シフト部）が形成さ
れ、この凹部５２と基板表面とで１８０度の位相差を実
現している。

【０００７】しかしながら、この種のマスクにあっては
次のような問題があった。即ち、凹部はエッチングによ
り形成するが、このエッチング深さを厳密に制御するこ
とは極めて困難である。特に、パターンの粗密によりエ
ッチング深さが異なってくる現象は避けられない。光の
反射を利用する場合、エッチング深さのずれはその２倍
が光路長のずれとなるので、基板表面と位相シフト部で
の反射光の位相差１８０度を実現するのは実質的に困難
であった。

【０００８】一方、集積回路製造工程の複雑化に伴い、
デバイス作製に必要とされるレジストパターン転写工程
は現在数十にも及んでいる。これに対し、現在では１つ
の転写工程毎に露光用マスクを製作してきた。つまり、
集積回路を作製するには、転写工程数と同じ数の露光用
マスクが必要となり、その結果、露光用マスク作製に要
する時間，設備，資金は膨大なものとなっている。

【０００９】この問題に対し、マスク上に予めパターン
を形成するのではなく、外部からの信号に応じて所望の
パターンを得る露光用マスクが提案されている（特開平
４−９０５４５号公報）。その一例として、ディスプレ
イ，オプトエレクトロニクス素子等として広く実用化さ
れている液晶の電界印加時の光学変化を利用したものが
あげられる。これは、液晶をセル状に配置し、これにウ
ェハ上に転写する所望パターンに応じた電気信号を外部
から加えることにより、セルの一部で露光波長に対する
光学定数を変化させ、所望のパターンを得るというもの
である。

【００１０】しかしながら、このようなマスクを縮小投
影光学系と併用した場合、外部からの信号をマスクに伝
えるための配線や電極がマスク内部に存在するため、こ
の領域を透過する光の減衰及び位相の変化が生じ、光学
像に歪みが生じてしまうという欠点が生じていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、反射
型位相シフトマスクにおいては、基板表面と位相シフト
部における反射光の位相差を１８０度に設定することが
極めて困難であった。また、液晶等を利用した透過型露
光用マスクにおいては、外部からの信号を伝えるための
配線や電極に起因する光学像の歪みが発生するという問
題があった。

【００１２】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、透過型マスクの持つ光
照射による劣化という問題点を克服し、かつ基板表面と
位相シフト部における反射光の位相差１８０度を実現し
得る反射型露光用マスクと、これを用いたパターン形成
方法を提供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、位相差の制御
に際して表面反射光のみを利用することで、深さ方向の
エッチング量に対する位相量の誤差が露光光に影響しな
いように工夫した反射型露光用マスクと、これを用いた
パターン形成方法を提供することにある。

【００１４】ます、本発明の他の目的は、転写すべきパ
ターンを外部からの信号により形成することができ、か
つ外部からの信号を伝えるための配線や電極に起因する
光学像の歪みをなくすことができる露光用マスクと、こ
れを用いたパターン形成方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明（請求項１）は、光の反射により位相差のある反射
光を形成してパターンの露光に供される反射型露光用マ
スクにおいて、露光光を反射する基板と、この基板上の
一部に形成された位相シフト膜とを具備してなり、基板
で反射された光と位相シフト膜で反射された光との位相
差が略１８０度となるよう設定し、かつ位相シフト膜で
反射され光の位相と位相シフト膜を透過し基板で反射さ
れて位相シフト膜から出る光の位相とが略等しくなるよ
う設定したことを特徴とする。

【００１６】また、本発明（請求項３）は、光の反射に
より位相差のある反射光を形成してパターンの露光に供
される反射型露光用マスクにおいて、露光光を反射する
基板と、この基板上の一部に形成された位相シフト膜
と、基板上及び位相シフト膜上に形成された光伝達媒体
と、この光伝達媒体上に形成された反射防止膜とを具備
し、基板で反射された光と位相シフト膜で反射された光
との位相差が略１８０度となるよう設定し、かつ位相シ
フト膜で反射された光の位相と位相シフト膜を透過し基
板で反射されて位相シフト膜から出る光の位相とが略等
しくなるよう設定したことを特徴とする。

【００１７】ここで本発明においては、基板と位相シフ
タ（位相シフト膜）での反射光の位相差を多重反射を考
慮して１８０度とするために、次のようにしている。即
ち、光伝達媒体の屈折率ｎ₀ 、位相シフタの屈折率ｎ
₁ 、基板の屈折率ｎ₂ としたときに、屈折率の大小関係
と位相シフタ膜厚ｄと光伝達媒体の屈折率ｎ₀ を以下の
ようにしている。但し、Ｈ，Ｌは整数でＨ＜Ｌである。 （ａ）ｎ₁ ＜ｎ₀ ＜ｎ₂ のとき、前記屈折率ｎ₁ 及び屈
折率ｎ₁ なる物質の膜厚ｄが、 {(H+0.06L)/1.06L} ｎ₀ ＜ｎ₁ ＜｛(H-0.06L)/0.94L}ｎ
₀ ｄ＝(L/2ｎ₀ ±0.06/4ｎ₁ ）λ （ｂ）ｎ₂ ＜ｎ₀ ＜ｎ₁ のとき、前記屈折率ｎ₁ 及び屈
折率ｎ₁ なる物質の膜厚ｄが、 {(H-0.06L)/0.94L} ｎ₀ ＜ｎ₁ ＜｛(H+0.06L)/1.06L}ｎ
₀ ｄ＝｛(2L+1)/4ｎ₀ ±0.06/4ｎ₁ ｝λ を満たすように屈折率ｎ₁ 及び位相シフタ膜厚ｄをそれ
ぞれ定める。また、このとき（ａ），（ｂ）の場合と
も、Ｈ，Ｌは整数であり、屈折率が各々の場合での不等
式の条件を満たすように決めればよい。

【００１８】また、本発明の望ましい実施態様としては
次のものが上げられる。(1) 光伝達媒体を、空気，窒素
雰囲気或いは真空とすること。(2) 光伝達媒体を、高透
過率な固体物質で構成すること。(3) 光伝達媒体上に、
多重反射効果により作成した反射率１％以下の反射防止
膜（多重反射膜）を形成すること。(4) 製造方法とし
て、基板上に反応性スパッタリング法やＣＶＤ法などを
用いて位相シフト膜を形成し、次いで不要な位相シフト
膜を選択エッチングにより除去すること。(5) 位相シフ
タ膜厚ｄについては、位相差が１８０度±１０度までの
ずれを許容し、位相シフタ膜厚の裕度δをδ＝０．０６
λ／（４ｎ₁ ）程度持つようにすること。

【００１９】また、本発明（請求項６）は、光の反射に
より位相差のある反射光を形成してパターンの露光に供
される反射型位相シフトマスクにおいて、基板上に２種
類の異なる反射用材料からなるパターンを形成し、その
上に光伝達媒体を形成する。そして、各露光波長におけ
るそれぞれの光学定数を以下のように、 反射用材料の複素屈折率を ＜Ｎ_x ＞＝ｎ_x −ｉｋ_x
（ｘ＝１，２） 光伝達媒体の複素屈折率を ＜Ｎ_a ＞＝ｎ_a −ｉｋ_a としたときに（光伝達媒体の消衰係数ｋ_x は露光光の減
衰をなくすことが望ましいためｋ_x ＝０とした）、２種
の反射用材料間の位相差Δが１８０度±１０度になるよ
うに材料を選択したものである。この条件を満足するた
めには、 ｎ₁ ² ＋ｋ₁ ² ＜ｎ_a ² ＋ｋ_a ² ＜ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ² となるような材料を選択すればよい。

【００２０】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。(1) ｎ_x ² ＋ｋ_x ² がｎ_a
² ＋ｋ_a ² に限りなく等しいこと。(2) 光伝達媒体の屈
折率ｎ_a は、反射用材料の屈折率ｎ_x （ｘ＝１，２）と
したときに、光学定数の二乗の差Ｄ＝｜（ｎ₁ ² ＋ｋ₁
² ）−（ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ² ）｜ができるだけ小さくなるよ
うに物質を選択する。また、このとき光伝達媒体の屈折
率ｎ_a が大きい場合には、この表面での反射を抑えるた
めに反射防止膜を設けること。(3) 複素屈折率＜Ｎ₁ ＞
又は＜ｎ₂ ＞を有する領域のうち、反射率の大きい反射
領域に対して小さい方の反射率が１〜２０％である反射
領域を有すること（ハーフトーン型）。(4) 複素屈折率
＜Ｎ₁ ＞又は＜ｎ₂ ＞を有する領域のうち、反射率の大
きい反射領域に対して小さい方の反射率が９０〜１００
％である反射領域を有し、かつ０〜２０％の遮光性領域
を含むこと（レベンソン型）。(5) 光伝達媒体の複素屈
折率＜Ｎ_a ＞＝ｎ_a −ｉｋ_a はこの光伝達媒体での露光
光強度の減衰を除くため、消衰係数ｋ_a は限りなく０に
近いこと。(6) ２種の反射性材料からなるパターンの反
射面が同一平面上に位置する高さを持つこと。(7) 望ま
しい反射材料の組み合わせの決定方法について、図８〜
図１０を用いて説明する。このときの光伝達媒体として
はＳｉＯ₂ を用いた。それぞれの図は露光に用いられる
波長毎に分けて記述している。それぞれの物質が位相反
転するか否かはそのときの光伝達媒体の屈折率に依存す
る。このため材料の選択には、まず位相の大きい物質に
注目し（図では両端にあるもの同士）、その後、それぞ
れの強度反射率を比較して透過率，位相差共に満足する
ような物質を選択すればよい。このとき、それぞれの反
射率の関係によりハーフトーン型，レベンソン型として
使用することができる。下記の（表１）に、本発明に適
用可能な材料の各波長における光学定数を示しておく。

【００２１】

【表１】

【００２２】また、本発明（請求項８）は外部からの信
号によりパターンを可変することが可能な反射型露光用
マスクにおいて、外部から与えられる電気信号又は磁場
により露光波長に対する反射率又は位相が変化する物質
と、この物質に対し微小セル単位で電気信号又は磁場を
印加する手段とを設け、物質の表面における露光波長に
対する反射率又は位相が電気信号又は磁場の差により変
化された少なくとも２つの反射領域を形成することを特
徴とする。

【００２３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。(1) 外部から与えられる信
号により露光波長に対する反射率又は位相が変化する物
質が液晶であること。(2) 反射領域上に光伝達媒体と、
その光伝達媒体上に反射防止膜が形成され、少なくとも
２つの反射領域の位相差が略１８０度となるように設定
していること。(3) 光伝達媒体を、空気，窒素雰囲気或
いは真空とすること。(4) 光伝達媒体を、高透過率な固
体物質で構成すること。(5) 光伝達媒体上に、多重反射
効果により作成した反射率１％以下の反射防止膜（多重
反射膜）を形成すること。(6) 少なくとも２つの反射領
域（複素屈折率＜Ｎ_x ＞＝ｎ_x −ｉｋ_x ）（ｘ＝１，
２）上に複素屈折率＜Ｎ_a ＞＝ｎ_a −ｉｋ_a ）を有する
光伝達媒体が配置され、かつ反射領域の光学定数が、 ｎ₁ ² ＋ｋ₁ ² ＜ｎ_a ² ＋ｋ_a ² ＜ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ²の関
係を満たすこと。 (7) ｎ_x ² ＋ｋ_x ² がｎ_a ² ＋ｋ_a ² に限りなく等しい
こと。(8) 光伝達媒体の屈折率ｎ_a は、反射用材料の屈
折率ｎ_x （ｘ＝１，２）としたときに、光学定数の二乗
の差Ｄ＝｜（ｎ₁ ² ＋ｋ₁ ² ）−（ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ² ）｜
ができるだけ小さくなるように物質を選択する。また、
このとき光伝達媒体の屈折率ｎ_a が大きい場合には、こ
の表面での反射を抑えるために反射防止膜を設けるこ
と。(9) 反射率の大きい反射領域に対する小さい反射領
域の反射率比が０〜２０％である組み合わせが含まれる
こと。ここで、反射率比が０％とは遮光部を表わし、反
射率比が２０％以下はハーフトーン部を表わす。(10)
複素屈折率＜Ｎ₁ ＞又は＜ｎ₂ ＞を有する領域のうち、
反射率の大きい反射領域に対して小さい方の反射率が１
〜２０％である反射領域を有すること（ハーフトーン
型）。(11)複素屈折率＜Ｎ₁ ＞又は＜ｎ₂ ＞を有する領
域のうち、反射率の大きい反射領域に対して小さい方の
反射率が９０〜１００％である反射領域を有し、かつ０
〜２０％の遮光性領域を含むこと（レベンソン型）。(1
2)光伝達媒体の複素屈折率＜Ｎ_a ＞＝ｎ_a −ｉｋ_a はこ
の光伝達媒体での露光光強度の減衰を除くため、消衰係
数ｋ_a は限りなく０に近いこと。

【００２４】また、本発明（請求項２，４，７又は９）
は請求項１，３，６又は８の反射型露光用マスクを用い
たパターン形成方法において、光軸に対し平行又は角度
を持たせた照明手段によって露光用マスクを照射し、該
マスクで反射して得られるマスクパターン像を、透過光
学系又は反射光学系を介して感光性樹脂層が形成された
被露光用基板上に投影露光し、被露光用基板上の感光量
の差を利用して所望領域以外の感光性樹脂層を除去する
ことを特徴とする。

【００２５】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。(1) マスクパターンに少な
くとも半透明膜形成部／半透明膜非形成部（Ｌ／Ｓ）が
０．３以下或いは３以上の部分があるときに、照明のコ
ヒーレントファクターが０．５以下であること。ここ
で、Ｌ／Ｓが０．３以下とは孤立ラインを意味し、Ｌ／
Ｓが０．３〜３とは周期パターンを意味し、Ｌ／Ｓが３
以上とは孤立スペースを意味している。(2) マスクパタ
ーンに少なくとも半透明膜形成部／半透明膜非形成部
（Ｌ／Ｓ）が０．３〜３の部分があるときに、照明手段
として輪帯照明を用いること。(2a)照明の少なくとも一
部が他の部分を透過する光に対し位相又は透過率が異な
るように調整されていること。(3) マスクパターンに少
なくとも半透明膜形成部／半透明膜非形成部（Ｌ／Ｓ）
が０．３〜３の部分があるときに、光軸に対しｎ回対称
位置（ｎ＝２，４，８）に開口部が設けられた絞りによ
る照射であるようにしていること。(3a) 照明の少なく
とも一部が他の部分を透過する光に対し位相又は透過率
が異なるように調整されていること。(4) マスクパター
ンに少なくとも半透明膜形成部／半透明膜非形成部（Ｌ
／Ｓ）が０．３〜３の部分があるときに、光軸に対し複
数組のｎ回対称位置（ｎ＝２，４，８）に開口部が設け
られた絞りによる照射であるようにしていること。(4a)
照明の少なくとも一部が他の部分を透過する光に対し
位相又は透過率が異なるように調整されていること。

【００２６】

【作用】本発明（請求項１〜５）における反射型露光用
マスク（反射型位相シフトマスク）は、反射光を得るた
めの基板と、反射光に位相差を与えるための位相シフタ
から構成される。この構造を図１に示す。これらの構造
は、光伝達媒体の屈折率ｎ₀ に対して、位相シフタの屈
折率ｎ₁ 、基板の屈折率ｎ₂ としたときの大小関係から
次の２つが考えられる。

【００２７】（ａ） ｎ₁ ＜ｎ₀ ＜ｎ₂
… (1)（ｂ） ｎ₂ ＜ｎ₀ ＜ｎ₁
… (2)これらの屈折率の組み合わせにより、
反射型位相シフトマスクを作製する。また、光は一般的
に、屈折率が小さい媒質から大きな媒質に移るときにそ
の位相が反転する。この位相が反転する点と位相差１８
０度とする膜厚との関係について、図２に示す。

【００２８】図２で破線は位相の反転する光であること
を示している。例えば（ａ）のときには光の位相は基板
での反射と位相シフタ下面での反射の場合のみ反転し、
位相シフタ上面では反転しない。このため、基板での反
射光に対し、位相シフタでの反射光は全て反転してい
る。これらの反射光の位相の重ね合わせにより振幅反射
率が決定される。

【００２９】次に、薄膜での多重反射の原理について簡
単に説明する。位相シフト膜の上面Ａで反射した光と下
面Ｂで反射した光を重ね合わせて干渉効果を考えること
にする。このとき、入射光は Φ₀ ｅｘｐ（−ｉωｔ） … （３） で定義され、位相シフト膜上面の反射光は Φ（０） ＝ρ₂₁Φ₀ ｅｘｐ（−ｉωｔ） … (4) と定義される。ここで、Φ₀ は振幅、ρ₂₁は屈折率ｎ₂
からｎ₁ で反射する光の反射率である。このとき、位相
シフト膜のＡからＢを通ってまたＡに戻る光の光学的距
離は２ｎ₁ ｄであるから、位相差γは γ＝（２π／λ）・２ｎ₁ ｄ＝４πｎ₁ ｄ／λ … (5) だけ遅れている。

【００３０】ここで、位相差が１８０度±１０度までの
ずれを許容するとした場合に膜厚ｄについての裕度δは δ＝０．０６λ／（４ｎ₁ ） … (6) となる。実際に、波長λをλ＝０．２４８μｍ、位相シ
フタの屈折率ｎ₁ をｎ₁＝１．３としたときに裕度δは
約２．７ｎｍとなる。また、１８０度±１０度のずれを
許容する場合に位相シフタの屈折率ｎ₁ の裕度は、光伝
達媒体の屈折率ｎ₀ とし、ｎ₀ ＜ｎ₁ の場合で {(H-0.06L)/0.94L} ｎ₀ ＜ｎ₁ ＜｛(H+0.06L)/1.06L}ｎ₀ … (7) となる。ｎ₀ ＞ｎ₁ の場合は不等号の向きが逆になる。

【００３１】次に、反射光の１回反射は表面反射光に比
べて位相がγだけ遅れていることを考慮すると、反射光
の０，１，２回目の振幅は ０回目 ρ₀₁Φ₀ １回目 ｔ₀₁ρ₁₂ｔ₁₀Φ₀ ２回目 ｔ₀₁ρ₁₂ρ₁₀ρ₁₂ｔ₁₀Φ₀ となっていく。このとき、ｔ₀₁は屈折率ｎ₀ からｎ₁ に
透過する光の透過率である。よって、この重ね合わせた
ものをΦ′とすると Φ′＝[{ｔ₀₁ｔ₁₀ρ₁₂ exp(iγ)}／{1+(ρ₀₁ρ₁₂） exp(iγ)}］Φ⁰ … (8) となる。

【００３２】これに表面での反射光の振幅を加えると、
全体の反射光Φ″は Φ″＝［ρ₀₁＋ ｛ｔ₀₁ｔ₁₀ρ₁₂ exp(iγ)}／{1+(ρ₀₁ρ₁₂） exp(iγ)}］Φ⁰ … (9) よって、この構造の薄膜全体での振幅透過率は上式をΦ
₀ で割って、フレネルの法則を用いると次式を得る。

【００３３】 ｒ＝｛ρ₀₁＋ρ₁₂ exp(iγ)}／{1+(ρ₀₁ρ₁₂） exp(iγ)} … (10) となる。よって、この膜のエネルギー反射率Ｒは Ｒ＝ｒ² ＝｛ρ₀₁ ² ＋ρ₁₂ ² ＋２（ρ₀₁ρ₁₂） cosγ｝ ／｛１+(ρ₀₁ρ₁₂）² ＋２（ρ₀₁ρ₁₂） cosγ｝ … (11) となる。このときの振幅反射率ρ₀₁，ρ₁₂はそれぞれ ρ₀₁＝−ρ₁₀＝±（ｎ₁ −ｎ₀ ）／（ｎ₁ ＋ｎ₀ ）≧０ … (12) ρ₁₂＝−ρ₂₁＝±（ｎ₂ −ｎ₁ ）／（ｎ₂ ＋ｎ₁ ）≧０ … (13) となる。

【００３４】ここで、位相シフト膜の内部での多重反射
による位相の遅れγを０又はπとした場合、上述の振幅
透過率の式は （ア） γ＝０のとき ｅｘｐ（ｉγ）＝１より ｒ＝（ρ₀₁＋ρ₁₂）／｛１＋（ρ₀₁ρ₁₂）｝ （イ） γ＝πのとき ｅｘｐ（ｉγ）＝−１より ｒ＝（ρ₀₁−ρ₁₂）／｛１−（ρ₀₁ρ₁₂）｝ の２種類となり、これらの場合、光学的距離の差による
位相の遅れからでる虚数 項がなくなり、実数のみとなり簡単になる。

【００３５】ここで、この多重反射の式と位相シフタの
膜厚、屈折率の関係についてそれぞれの場合で考えてみ
る。（ア）の場合は、位相シフタ表面と裏面での反射光
がお互いに強めあう。このとき、位相シフタでの反射光
が最大になる。このとき、屈折率ｎ₁ の位相シフタ膜厚
ｄ_p は、距離２ｎ₁ ｄ_p で位相差が２ｈπ（但し、ｈは
整数）であればよいので （２π／λ）×２ｎ₁ ｄ_p ＝２ｈπより ｄ_p ＝λｈ／（２ｎ₁ ） とすればよい。

【００３６】この最適位相シフタ膜厚ｄ_p と、位相シフ
タと基板での反射光とによる位相差とがπという条件を
同時に満足させるためには、屈折率ｎ₀ の光伝達媒体中
を光が距離２ｄ_p だけ進んだときの位相差が（２Ｓ＋
１）π（但し、Ｓは整数）となればよい。このとき、光
伝達媒体と基板との屈折率の大小により以下の（ａ）
（ｂ）の２つに分けられる。

【００３７】（ａ）のとき、基板で反射光の位相がπだ
け反転するため （２π／λ）×２ｎ₀ ｄ＝２Ｓπ より ｄ_p ＝λＳ／（２ｎ₀ ） とならなければならない。

【００３８】よって、光伝達媒体の屈折率ｎ₀ は ｎ₀ ＝λＳ／（２ｄ_P ） となる。 （ｂ）のとき、基板での反射光の位相が反転がないため （２π／λ）×２ｎ₀ ｄ_p ＝（２Ｓ＋１）π より ｄ_p ＝λ（２Ｓ＋１）／（４ｎ₀ ） とならなければな
らない。

【００３９】よって、光伝達媒体の屈折率ｎ₀ は ｎ₀ ＝λ（２Ｓ＋１）／（４ｄ_p ） となる。 （イ）の場合は、位相シフタ表面と裏面での反射光がお
互いに弱めあう。このとき、位相シフタでの反射光が最
小になる。このとき、屈折率ｎ₁ の位相シフタ膜厚ｄ_q
は、距離２ｎ₁ ｄ_q で位相差が（２ｈ＋１）πであれば
よいので （２π／λ）×２ｎ₁ ｄ_q ＝（２ｈ＋１）πより ｄ_q ＝λ（２ｈ＋１）／（４ｎ₁ ）とすればよい。

【００４０】この最適位相シフタ膜厚ｄ_q と、位相シフ
タと基板での反射光とによる位相差とがπという条件を
同時に満足させるためには、（ア）の場合と同様に、Ｓ
を整数として（ａ）のとき、基板で反射光の位相が反転
するため （２π／λ）×２ｎ₀ ｄ_q ＝２Ｓπ より ｄ_q ＝λＳ／（２ｎ₀ ） とならなければならない。

【００４１】よって、光伝達媒体の屈折率ｎ₀ は ｎ₀ ＝λＳ／（２ｄ_q ） となる。（ｂ）のとき、基板
での反射光の位相が反転がないため （２π／λ）×２ｎ₀ ｄ_q ＝（２Ｓ＋１）π より ｄ_q ＝λ（２Ｓ＋１）／（４ｎ₀ ） とならなければな
らない。

【００４２】よって、光伝達媒体の屈折率ｎ₀ は ｎ₀ ＝λ（２Ｓ＋１）／（４ｄ_q ） となる。（ア）
（イ）の場合とも整数ｈ，Ｓは屈折率の大小関係がそれ
ぞれ使用する不等式（ａ）又は（ｂ）の条件を満たすよ
うに決定する。実際、これらの反射率の計算を行う場合
にはその波長での屈折率を上式に代入して計算すればよ
い。

【００４３】次に、本発明（請求項６〜９）における反
射型露光用マスク（反射型位相シフトマスク）について
説明する。まず、簡単に薄膜での表面反射について説明
する。反射用材料と位相シフト膜の上面とで反射した光
の位相差は光路差が等しいため、それぞれの材料の持つ
光学定数により定められる。ここでは次のように定義す
る。

【００４４】反射用材料の光学定数 ＜Ｎ_x ＞＝ｎ_x −
ｉｋ_x （ｘ＝１，２） 光伝達媒体の光学定数 ＜Ｎ_a ＞＝ｎ_a −ｉｋ_a 反射用材料と位相シフト膜の上面とで反射した光の干渉
効果を考えることにする。ρ_x （ｘ＝１，２）を各反射
用材料の表面での反射率とすると、ρ_x は以下のように
表される。

【００４５】ρ_x ＝（＜Ｎ_x ＞−＜Ｎ_a ＞）／（＜Ｎ_x
＞＋＜Ｎ_a ＞） ＝{(ｎ_x −ｎ_a )-i(ｋ_x −ｋ_a )}／{(ｎ_x ＋ｎ_a )-i(ｋ
_x ＋ｋ_a )} このときの各反射用材料の反射時に生じる位相θ_x （ｘ
＝１，２）は以下のように表される。

【００４６】θ_x ＝ｔａｎ^-1（ｂ_x ／ａ_x ）ここで ａ
_x ＝ｎ_x ² −ｎ_a ² ＋ｋ_x ² −ｋ_a ² ｂ_x ＝２（ｎ_x ｋ_a −ｎ_a ｋ_x ） となる。

【００４７】よって、反射用材料と位相シフト膜での位
相差Δは Δ＝θ₁ −θ₂ ＝ｔａｎ^-1（ｂ₁ ／ａ₁ ）−ｔａｎ
^-1（ｂ₂ ／ａ₂ ） （但し、−９０°＜θ_x ＜９０°）と表される。

【００４８】光伝達媒質の消衰係数ｋ_a がｋ_a ＝０の場
合、上式のａ_x ，ｂ_x は ａ_x ＝ｎ_x ² ＋ｋ_x ² −ｎ_a ² ｂ_x ＝−２ｎ_a ｋ_xとなる。

【００４９】また、このとき反射率Ｒ_x （ｘ＝１，２）
は Ｒ_x ＝{(ｎ_x −ｎ_a ）² ＋ｋ_x ² ｝／{(ｎ_x ＋ｎ_a ）²
＋ｋ_x ² )}となる。ここでΔ＝１８０°とするには（θ
₁ ，θ₂ ）＝（〜９０，〜−９０）或いは（〜−９０，
〜９０）とすることが必要である。ここで記号（〜）は
限りなく右記の値に近いことを意味する。

【００５０】このとき、ｎ_x ² ＋ｋ_x ² 〜ｎ_a ² （ｘ＝
１，２）で、かつｎ₁ ² ＋ｋ₁ ² ＜ｎ_a ² ＜ｎ₂ ² ＋ｋ
₂ ² となる。ここで、反射率が｜Ｒ₁ −Ｒ₂ ｜＝０に近
い場合は透過型シフタエッジ型に近い特性を持ち、｜Ｒ
₁ −Ｒ₂ ｜>>０の場合は透過型ハーフトーン型に近い特
性を持たせることができる。この場合、強度反射率を大
きくするためには、できるだけ屈折率が小さく消衰係数
が大きい材料を用いることが望ましい。

【００５１】さらに、光学定数の二乗の差Ｄ＝（ｎ₁ ²
＋ｋ₁ ² ）−（ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ² ）がなるべく小さくなる
ように物質を選択する。また、光伝達媒体の消衰係数ｋ
_s は露光光の減衰をなくすためにｋ_s ＝０であることが
望ましい。また、光伝達媒体の屈折率ｎ_a が大きい場合
には、この表面での反射を抑えるために反射防止膜を設
けることが望ましい。

【００５２】また、光伝達媒体の屈折率ｎ_a が大きい場
合には、この表面での反射を抑えるために強度反射率１
％以下の反射防止膜を設けることが望ましい。ここで、
１％以下という値については光伝達媒体からの反射率を
変化させて露光し形成したレジストパターンに対して寸
法変動（±１０％以内）を満足するような焦点深度を求
めた結果に基づいている。具体的には、０．６μｍライ
ン＆スペースパターンに対して、フォトレジストＧＸ２
５０を膜厚１．３μｍでＳｉウェハ上に塗布したものに
露光した。露光条件は波長０．４３６μｍでＮＡ＝０．
５４、σ＝０．５とした。この結果を図１１に示す。こ
れにより、焦点深度が１．５μｍまでを許容すると光の
滲みは１％まで許容範囲であることが示された。なお、
光の滲み、即ち光伝達媒体の反射率は所望の焦点深度或
いは寸法変動量により決定してよい。

【００５３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１：請求項１〜５に関する実施例）本実
施例では、露光光が垂直入射であり、波長２４８ｎｍの
場合で考えてみることにする。このとき、基板にＳｉＮ
x （屈折率ｎ₂ ＝２．９）、位相シフタとしてＭｇＦ₂
（屈折率ｎ₁ ＝１．２５、膜厚ｄ）を用いて考えること
にする。また、光伝達媒体には屈折率ｎ₀ ＝２．５のＴ
ｉＯ₂ を用いる。

【００５４】マスク作製方法について説明する。まず、
図３（ａ）に示すように、基板１２上に位相シフト膜
（位相シフタ）１１を反応性スパッタ法やＣＶＤ法など
により膜厚ｄが約９９ｎｍとなるように堆積する。

【００５５】次いで、図３（ｂ）に示すように、電子線
レジスト１５を膜厚０．５μｍ塗布した後、さらに導電
性膜１６を０．２μｍ形成する。この導電性膜上から電
子線により３μＣ／ｃｍ² で描画し、さらに現像を行
い、図３（ｃ）に示すように、レジストにパターンを形
成する。

【００５６】次いで、レジストパターンをマスクとした
ドライエッチングにより、レジストパターンから露出し
ている位相シフタ１１を除去することにより、図３
（ｄ）に示すように、位相シフタ１１に段差を形成す
る。

【００５７】次いで、図４（ａ）に示すようにレジスト
１５を除去し、さらに図４（ｂ）に示すように表面全体
に光伝達媒体１０を形成し、平板により表面を研磨して
平坦化する。また、ここでは図４（ｃ）に示すように、
光伝達媒体１０上に表面反射を抑えるために反射防止膜
１３，１４を設けた。反射防止膜１３，１４は、露光光
をマスク内部に十分取り入れるため、又は干渉に不必要
なインコヒーレント光を除去するためにも重要である。

【００５８】このようにして、反射型位相シフトマスク
を得ることができる。ここで、反射防止膜１３，１４と
しては、界面を隔てた２つの物質の屈折率をｎ_A ，ｎ_B
としたときに、光学的膜厚がλ／４で屈折率が（ｎ_A ×
ｎ_B ）^1/2 となるものを用いることが望ましい。そのた
め、反射防止膜は膜厚を約４９．６ｎｍとして、表面の
屈折率を１．５８、裏面の屈折率を１．７０に近いもの
を用いるのが最適である。ここでは、表面と裏面の反射
防止膜としてＡｌ₂ Ｏ₃ （屈折率１．６２）を用いた。
また、この反射防止膜材料としてはＡｌ₂ Ｏ₃ に限らず
ＳｉＯ₂ 、ＣａＦ₂ 等を用いてもよい。また、反射防止
膜の構成は単層構造に限らずに多層構造のもので行って
もよい。

【００５９】この場合の屈折率の分類は、上の作用で示
したうちの（ａ）のときであり、このときの膜厚ｄは、
（ア）のときにはｄ_p ＝λｈ／（２ｈ₁ ）となるように
位相シフタ膜厚ｄ_p を決定する。ここではｎ₁ ＝１．２
５、ｈ＝１として、ｄ_p ＝λ／２．５とすればよい。こ
のときの振幅反射率は約３９％となる。

【００６０】また、この構造で位相シフタ膜厚ｄをｄ′
＝λ／６とすると（イ）の場合にあたる。このとき、位
相シフタでの多重反射は位相が打ち消しあうために、位
相シフタ全体での反射率が（ア）の場合より小さくな
る。このときの振幅反射率は約２６％となる。

【００６１】前記露光用マスクを用いて、シプレー社製
ＳＮＲレジストを膜厚１．０μｍで塗布形成したウェハ
に、ＫｒＦ線用反射型露光装置（ＮＡ＝０．５，σ＝
０．６）と輪帯照明法を併用して露光を行い、レジスト
パターンを形成した。すると、０．３μｍライン＆スペ
ースパターンにおいて、焦点深度の所望値１．０μｍに
対し１．６μｍが得られた。

【００６２】さらに、前記露光用マスクを用いて、シプ
レー社製ＳＮＲレジストを膜厚１．０μｍで塗布形成し
たウェハに、ＫｒＦ線用反射型露光装置（ＮＡ＝０．
５，σ＝０．６）と光軸に対して４回対称位置に開口部
が設けられた照明絞りによる照明方法を併用して露光を
行い、レジストパターンを形成した。すると、０．３μ
ｍライン＆スペースパターンにおいて、焦点深度の所望
値１．０μｍに対し１．７μｍが得られた。

【００６３】さらに、前記露光用マスクを用いて、シプ
レー社製ＳＮＲレジストを膜厚１．０μｍで塗布形成し
たウェハに、ＫｒＦ線用反射型露光装置（ＮＡ＝０．
５，σ＝０．３）を用いて露光を行い、レジストパター
ンを形成した。すると、ホール径０．３μｍ孤立ホール
パターン（ホール径／隣接するホールまでの距離は１／
５）において、焦点深度の所望値１．０μｍに対し１．
６μｍが得られた。

【００６４】本実施例では、反射光学系を用いたが、波
長によっては照明系と結像系に屈折光学系を用いてもよ
い。このように本実施例によれば、基板１２上に位相シ
フト膜１１，光伝達媒体１０及び反射膜１３，１４を形
成して反射型の位相シフトマスクを構成しているので、
短波長の光源を露光に用いた場合に起こる透過光の減少
を軽減することができる。また、各膜１０，１１の屈折
率を適当に選択することにより、簡単にマスクの作製が
行える。また、干渉に不必要な光を取り除くための反射
防止膜１３，１４を設けられることで透過型にはないイ
ンコヒーレント成分の除去ができるというメリットがあ
る。これにより、バイアスの低下による解像度の向上が
期待できる。

【００６５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では基板や位相シフタ材料等に
ＳｉＮx ，ＭｇＦ₂ ，ＴｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ などの酸化
物，窒化物，弗化物を用いたが、このほかにもＧａＡｓ
Ｏ，ＣｒＯ₂ ，ＺｒＯ₂ ，ＺｎＳ，ＴｉＯ₂ ，ＣｅＦ
₃ ，ＬｉＦ等の材料を用いてもよい。 （実施例２：請求項６，７に関する実施例） 本実施例の露光用マスクの作製方法について、図６，７
を参照して説明する。まず、図６（ａ）に示すように、
基板６１上に反射用材料６２をスパッタリング法又は蒸
着法等により均一かつ平坦に作製する。

【００６６】次いで、図６（ｂ）に示すように、レジス
ト６３を塗布し、描画，現像することにより、基板上に
部分的にレジストパターンを形成する。その後、図６
（ｃ）に示すように、レジストパターンをマスクにエッ
チング等により反射用材料６２を選択的に除去する。そ
して、図６（ｄ）に示すように、レジスト６３を除去し
反射用材料からなるパターンを形成した。

【００６７】次いで、図７（ａ）に示すように、表面反
射用位相シフタ材料６４をこの基板全体に堆積する。次
いで、図７（ｂ）に示すように、表面を研磨等により平
坦になるように削る。これにより、表面に反射用材料６
２と表面反射用位相シフタ材料６４との両方を持つよう
な表面反射型位相シフトマスクが形成される。このとき
に、反射用材料６２と表面反射用位相シフタ材料６４に
何を用いるかについては、露光波長での各材料の光学定
数により決定される。

【００６８】また、用いる材料の光学定数によっては必
要に応じて、図７（ｃ）に示すように表面に光伝達媒体
６５を設けてもよい。さらに、図７（ｄ）に示すように
表面上に光伝達媒体６５と反射防止膜６６を設けてもよ
い。 （実施例２−１） 本実施例は、露光波長１５７ｎｍの弗素エキシマレーザ
ー光を適用したマスクに関する。

【００６９】反射用材料にＡｕ（屈折率１．４９，消衰
係数１．１１）、表面反射用位相シフタ材料にＡｌ（屈
折率０．０８，消衰係数１．６８）を用いる。このと
き、光伝達媒体としてはＳｉＯ₂ （屈折率１．６９，消
衰係数０．００）を用いた。このとき、反射用材料と表
面反射用位相シフタ材料でのそれぞれの反射率は１１．
４％，９０．９％となる。さらに、このときに位相差と
して約１７１．６度を得る。

【００７０】前記位相シフトマスクを用いて、弗素エキ
シマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．４５，σ＝
０．５）と輪帯照明法を併用して露光を行い、レジスト
パターンを形成した。すると、０．１５μｍライン＆ス
ペースパターンにおいて、焦点深度の所望値１．０μｍ
に対し１．２μｍが得られた。

【００７１】さらに、前記位相シフトマスクを用いて、
弗素エキシマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．４
５，σ＝０．５）と光軸に対して４回対称位置に開口部
が設けられた照明絞りによる照明方法を併用して露光を
行い、レジストパターンを形成した。すると、０．１５
μｍライン＆スペースパターンにおいて、焦点深度の所
望値１．０μｍに対し１．３μｍが得られた。

【００７２】さらに、前記位相シフトマスクを用いて、
弗素エキシマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．４
５，σ＝０．３）を用いて露光を行い、レジストパター
ンを形成した。すると、ホール径０．２μｍ孤立ホール
パターン（ホール径／隣接するホールまでの距離は１／
５）において、焦点深度の所望値１．０μｍに対し１．
４μｍが得られた。

【００７３】本実施例では、反射光学系を用いたが、波
長によっては照明系と結像系に屈折光学系を用いてもよ
い。また、本実施例では光伝達媒体としてＳｉＯ₂ を用
いたが、露光波長に対する消衰係数が限りなく０に近い
材料、例えばＬｉＦ，ＭｇＦ₂ などの弗化物などを用い
てもよい。また、この他にも材料として、Ａｕ，Ｓｉ，
Ｎｉ，Ｇｅ，ＰｂＳ，Ｓｂ，ＩｎＳｂ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ａ
ｇやこれらの化合物、混晶などを用いてもよい。 （実施例２−２） 本実施例は、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレー
ザー光を適用したマスクに関する。

【００７４】反射用材料にＡｌ（屈折率０．１０，消衰
係数１．８１）、表面反射用位相シフタ材料にＭｇ（屈
折率０．２１，消衰係数１．４０）を用いる。このと
き、光伝達媒体としてはＳｉＯ₂ （屈折率１．５６，消
衰係数０．００）を用いた。このとき、反射用材料と表
面反射用位相シフタ材料でのそれぞれの反射率は８９．
７％，８４．４％となる。さらに、このときに位相差と
して約１６５．８度を得る。

【００７５】このように形成された表面反射型位相シフ
トマスクを介して、レジストを塗布した基板に、ＡｒＦ
エキシマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．５４，σ
＝０．５）を用いて露光を行い、レジストパターンを形
成した。すると、フォーカスマージンを０．２μｍライ
ン＆スペースパターンにおいて、焦点深度の所望値１．
０μｍに対し１．４μｍが得られた。

【００７６】さらに、前記位相シフトマスクを用いて、
ＡｒＦエキシマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．４
５，σ＝０．５）と輪帯照明法を併用して露光を行い、
レジストパターンを形成した。すると、０．２μｍライ
ン＆スペースパターンにおいて、焦点深度の所望値１．
０μｍに対し１．５μｍが得られた。

【００７７】さらに、前記位相シフトマスクを用いて、
ＡｒＦエキシマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．４
５，σ＝０．５）と光軸に対して４回対称位置に開口部
が設けられた照明絞りによる照明方法を併用して露光を
行い、レジストパターンを形成した。すると、０．２μ
ｍライン＆スペースパターンにおいて、焦点深度の所望
値１．０μｍに対し１．６μｍが得られた。

【００７８】さらに、前記位相シフトマスクを用いて、
弗素エキシマレーザ用反射型露光装置（ＮＡ＝０．４
５，σ＝０．３）を用いて露光を行い、レジストパター
ンを形成した。すると、ホール径０．２μｍ孤立ホール
パターン（ホール径／隣接するホールまでの距離は１／
５）において、焦点深度の所望値１．０μｍに対し１．
４μｍが得られた。

【００７９】本実施例では、反射光学系を用いたが、波
長によっては照明系と結像系に屈折光学系を用いてもよ
い。また、本実施例の場合、光伝達媒体としてＳｉＯ₂
を用いたが、この代わりにＳｉ₃ Ｎ₄ ，ＬｉＦ，ＭｇＦ
₂ などの窒化物、弗化物などを用いてもよい。また、こ
の他に材料として、Ａｌ，Ｎｉ，ＰｂＳ，Ｒｈ，Ｓｂ，
ＰｂＴｅやこれらの化合物、混晶を用いてもよい。

【００８０】以上のような方法により表面反射型位相シ
フトマスクを得ることができた。ここでは上述の物質に
ついてとりあげたが、この他の材料でも組み合わせによ
って表面反射位相シフトマスクを得ることが可能であ
る。

【００８１】このように本実施例によれば、短波長の光
源を露光に用いた場合に起こる解像性能の低下を軽減す
ることができる。また、屈折率，消衰係数を適当に選択
することにより簡単にフォトマスクの作製が行える。さ
らに、位相差が基板の深さ方向に依存しないためマスク
全体でのエッチングに起因する位相差ばらつきが低減で
きる。 （実施例３：請求項８，９に関する実施例） この実施例は、外部から与えられる信号により露光波長
に対する光学特性が可変となる物質がセル状に配置され
たパターン形成部と、このパターン形成部から得られる
反射光学像を転写する光学系と、が具備されたことを特
徴とするパターン転写装置である。特に、外部から与え
られる信号により露光波長に対する光学特性が可変とな
る物質が液晶であることを特徴とする。

【００８２】外部からの信号により所望のパターンが形
成されるマスク断面の模式図を図１３に示す。外部から
の信号により光学特性が可変となる素子２０１がセル状
に配置され、その下に外部からの信号を素子２０１に伝
達する配線層２０２が形成されている。配線層２０２
は、パターンジェネレータ２０３からの信号を素子２０
１に伝達し、素子２０１の１つ１つの反射率が独立で可
変となるようになっている。

【００８３】より具体的には、画素電極に印加する電位
により液晶の配向方向を変化させて液晶の屈折率を変化
させ、これにより液晶層の界面における露光光に対する
反射率が変化するものとなっている。

【００８４】このマスクに光を照射し、その素子２０１
の反射光をウエハ上に転写させるため、外部からの信号
をマスクに伝えるための配線や電極がウエハ上に転写さ
れることなく、精度良く所望パターンを転写することが
可能となる。また、投影光学系では露光波長の短波長化
に伴い、光吸収による熱でレンズの歪みが生じ得るとい
う問題点があったが、反射光学系を用いることによりこ
の問題を克服することができる。

【００８５】図１２に、このマスクを用いたパターン転
写装置を示す。液晶がセル上に配置された反射型マスク
１０１は、液晶制御部１０５を介してパターンジェネレ
ータ１０６に接続されている。パターンジェネレータ１
０６は、ウエハ上に転写するパターンに応じた情報が入
力できるようになっている。パターンジェネレータ１０
６に任意のパターンを入力するだけでその情報が１０１
に伝送されるようになっている。照明光学系１０２より
照射された光は、反射型マスク１０１で反射され、ミラ
ー１０３によってステージ１０４上のウエハに転写され
る。

【００８６】この装置では、反射型マスク１０１にデー
タを入力するだけで、所望パターンの転写が可能とな
り、転写行程の度にマスクを作製する必要がなくなる。
また、パターンの情報をマスクに伝送するための配線が
転写されること無く、所望パターンを精度良く形成する
ことが可能である。

【００８７】本実施例の反射型露光用マスクを用いて、
レジスト１．０μｍを塗布した基板に、反射光学系（Ｎ
Ａ＝０．４５，σ＝０．５）のＡｒＦエキシマレーザ光
用露光装置を用いて露光を行い、レジストパターンを形
成した。すると、０．２μｍライン＆スペースパターン
において、焦点深度０．６μｍを達成することができ
た。

【００８８】なお、本実施例では反射光学系の露光装置
を用いたが、露光波長によっては照明光学系や結像光学
系に屈折光学系を用いてもよい。このように本実施例に
よれば、ウエハ上に転写される所望パターンに応じた信
号を外部から与えることで形成されるマスクを用いる場
合、反射光学系と組み合わせることによって精度良く所
望パターンを転写させることが可能となる。しかも、透
過光ではなく反射光を利用しているため、マスク内部に
存在する配線や電極の影響で光の減衰や位相の変化が生
じる等の不都合もない。 （実施例４） 図１４は、第４の実施例に係わる反射型露光用マスク
と、その反射光学像を転写する転写装置を示す図であ
る。強磁性体がセル状に配置された反射型露光用マスク
４０１は磁場制御部４０５を介し、パターンジェネレー
タ４０６に接続されている。パターンジェネレータ４０
６は、ウェハ上に転写するパターンに応じた情報が入力
できるようになっている。パターンジェネレータ４０６
に任意のパターンを入力するだけで強磁性体のセル１つ
１つに磁場を与えるか否かの情報を伝送するようになっ
ている。

【００８９】照明光学系４０２より照射された光は、直
線偏光フィルタ４０７を介して反射型露光用マスク４０
１で反射される。この光は、直線偏光フィルタ４０７と
直交する方向を持つ直線偏光フィルタ４０８を介し、ミ
ラー４０３によってステージ４０４上のウェハに転写さ
れる。セルに与えられる磁場は、入射される偏光に対し
９０度回転するように設定されている。

【００９０】この装置によれば、反射型露光用マスク４
０１にデータを入力するだけで、所望パターンのマスク
作成が可能となり、転写工程毎にマスクを作成する必要
がなくなる。また、透過型として液晶を用いた場合と異
なり、パターンの情報をマスクに伝送するための配線が
転写されることはなく、感光性樹脂層が形成された基板
上で所望パターンを精度良く形成することが可能とな
る。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように本発明（請求項１〜
５）によれば、基板上の一部に位相シフト膜を形成し、
基板及び位相シフト膜の屈折率及び膜厚等の条件を最適
に設定することにより、透過型マスクの持つ光照射によ
る劣化という問題点を克服し、かつ基板表面と位相シフ
ト部における反射光の位相差１８０度を実現し得る反射
型位相シフトマスクを実現することができる。そして、
このマスクを用いて精度良いパターン形成を行うことが
可能となる。

【００９２】また、本発明（請求項６，７）によれば、
基板面上に配置された２種の反射性材料とその上に形成
された光伝達媒体のそれぞれの光学定数を最適に選択す
ることにより、位相差の制御に際して表面反射光のみを
利用することで、深さ方向のエッチング量に対する位相
量の誤差が露光光に影響しないように工夫した反射型位
相シフトマスクを実現することができる。そして、この
マスクを用いて精度良いパターン形成を行うことが可能
となる。

【００９３】また、本発明（請求項８，９）によれば、
外部から与えられる信号により光学特性が変化する液晶
等の物質を用い、セル単位で露光光に対する反射率を変
えるようにしているので、転写すべきパターンを外部か
らの信号により形成することができ、かつ外部からの信
号を伝えるための配線や電極に起因する光学像の歪みを
なくすことができる反射型露光用マスクを実現すること
ができる。そして、このマスクを用いて精度良いパター
ン形成を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる反射型位相シフトマスクの構成
を示す図。

【図２】本発明に係わる反射型位相シフトマスクの原理
を説明するための図。

【図３】第１の実施例に係わる反射型位相シフトマスク
の製造工程の前半を示す図。

【図４】第１の実施例に係わる反射型位相シフトマスク
の製造工程の後半を示す図。

【図５】従来の反射型位相シフトマスクの構成を示す
図。

【図６】第２の実施例に係わる反射型位相シフトマスク
の製造工程の前半を示す図。

【図７】第２の実施例に係わる反射型位相シフトマスク
の製造工程の後半を示す図。

【図８】各露光波長に対しての位相と強度反射率との関
係を示す図。

【図９】各露光波長に対しての位相と強度反射率との関
係を示す図。

【図１０】各露光波長に対しての位相と強度反射率との
関係を示す図。

【図１１】光の滲みによる焦点深度の変化を示す図。

【図１２】第３の実施例に係わるパターン転写装置の概
略構成を示す図。

【図１３】第３の実施例のパターン転写装置に用いたマ
スクの基本構成を示す図。

【図１４】第４の実施例に係わるパターン転写装置の概
略構成を示す図。

【符号の説明】

１０…光伝達媒体 １１…位相シフト膜（位相シフタ） １２…基板 １３，１４…反射防止膜 １５…電子線レジスト １６…導電性膜 ６１…基板 ６２…反射用材料 ６３…レジスト ６４…表面反射用位相シフタ材料 ６５…光伝達媒体 ６６…反射防止膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 秀也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平５−88355（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−177016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の反射により位相差のある反射光を形成
   してパターンの露光に供される反射型露光用マスクにお
   いて、露光光を反射する基板と、この基板上の一部に形
   成された位相シフト膜とを具備し、前記基板で反射され
   た光と前記位相シフト膜で反射された光との位相差が略
   １８０度となるよう設定し、かつ前記位相シフト膜で反
   射された光の位相と前記位相シフト膜を透過し前記基板
   で反射されて前記位相シフト膜から出る光の位相とが等
   しくなるよう設定したことを特徴とする反射型露光用マ
   スク。
2. 【請求項２】露光光を反射する基板と、この基板上の一
   部に形成された位相シフト膜とを具備し、前記基板で反
   射された光と前記位相シフト膜で反射された光との位相
   差が略１８０度となるよう設定し、かつ前記位相シフト
   膜で反射された光の位相と前記位相シフト膜を透過し前
   記基板で反射されて前記位相シフト膜から出る光の位相
   とが等しくなるよう設定した反射型露光用マスクを用
   い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクで反射して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。
3. 【請求項３】光の反射により位相差のある反射光を形成
   してパターンの露光に供される反射型露光用マスクにお
   いて、 露光光を反射する基板と、この基板上の一部に形成され
   た位相シフト膜と、前記基板上及び位相シフト膜上に形
   成された光伝達媒体と、この光伝達媒体上に形成された
   反射防止膜とを具備し、前記基板で反射された光と前記
   位相シフト膜で反射された光との位相差が略１８０度と
   なるよう設定し、かつ前記位相シフト膜で反射された光
   の位相と前記位相シフト膜を透過し前記基板で反射され
   て前記位相シフト膜から出る光の位相とが等しくなるよ
   う設定したことを特徴とする反射型露光用マスク。
4. 【請求項４】露光光を反射する基板と、この基板上の一
   部に形成された位相シフト膜と、前記基板上及び位相シ
   フト膜上に形成された光伝達媒体と、この光伝達媒体上
   に形成された反射防止膜とを具備し、前記基板で反射さ
   れた光と前記位相シフト膜で反射された光との位相差が
   略１８０度となるよう設定し、かつ前記位相シフト膜で
   反射された光の位相と前記位相シフト膜を透過し前記基
   板で反射されて前記位相シフト膜から出る光の位相とが
   等しくなるよう設定した反射型露光用マスクを用い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクで反射して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。
5. 【請求項５】光伝達媒体の屈折率をｎ₀ 、位相シフト膜
   の屈折率をｎ₁ 、基板の屈折率をｎ₂ とし、Ｈ，Ｌは整
   数でＨ＜Ｌとするとき、 これらの屈折率の関係がｎ₁ ＜ｎ₀ ＜ｎ₂ の場合、屈折
   率ｎ₁ 及び位相シフト膜の膜厚ｄが、 {(H+0.06L)/1.06L} ｎ₀ ＜ｎ₁ ＜｛(H-0.06L)/0.94L}ｎ
   ₀ ｄ＝(L/2ｎ₀ ±0.06/4ｎ₁ ）λ を満たし、 かつｎ₂ ＜ｎ₀ ＜ｎ₁ の場合、屈折率ｎ₁ 及び位相シフ
   ト膜の膜厚ｄが、 {(H-0.06L)/0.94L} ｎ₀ ＜ｎ₁ ＜｛(H+0.06L)/1.06L}ｎ
   ₀ ｄ＝｛(2L+1)/4ｎ₀ ±0.06/4ｎ₁ ｝λ を満たすように、位相シフト膜の材質及び膜厚ｄを定め
   たことを特徴とする請求項３記載の反射型露光用マス
   ク。
6. 【請求項６】光の反射により位相差のある反射光を形成
   してパターンの露光に供される反射型露光用マスクにお
   いて、 複素屈折率＜Ｎ_x ＞＝ｎ_x −ｉｋ_x （ｘ＝１，２）を有
   する２種の反射性材料が基板面上に配置され、前記反射
   性材料が配置された面上に複素屈折率＜Ｎ_a ＞＝ｎ_a −
   ｉｋ_a を有する光伝達媒体が配置され、かつ前記反射性
   材料の光学定数は、 ｎ₁ ² ＋ｋ₁ ² ＜ｎ_a ² ＋ｋ_a ² ＜ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ² の関係を有するものであることを特徴とする反射型露光
   用マスク。
7. 【請求項７】複素屈折率＜Ｎ_x ＞＝ｎ_x −ｉｋ_x （ｘ＝
   １，２）を有する２種の反射性材料が基板面上に配置さ
   れ、該反射性材料が配置された面上に複素屈折率＜Ｎ_a
   ＞＝ｎ_a −ｉｋ_a を有する光伝達媒体が配置され、かつ
   前記反射性材料の光学定数がｎ₁ ² ＋ｋ₁ ² ＜ｎ_a ² ＋
   ｋ_a ² ＜ｎ₂ ² ＋ｋ₂ ² の関係を有する反射型露光用マ
   スクを用い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクで反射して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。
8. 【請求項８】外部から与えられる電気信号又は磁場によ
   り露光波長に対する反射率又は位相が変化する物質と、
   この物質に対して微小セル単位で電気信号又は磁場を印
   加する手段とを具備してなり、前記物質の表面における
   露光波長に対する反射率又は位相が前記電気信号又は磁
   場の差により変化された少なくとも２つの反射領域を形
   成することを特徴とする反射型露光用マスク。
9. 【請求項９】外部から与えられる電気信号により露光波
   長に対する反射率又は位相が変化する物質と、この物質
   に対して微小セル単位で電気信号を印加する手段とを備
   えた反射型露光用マスクを用い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクで反射して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。