JPH04162039A

JPH04162039A - フォトマスク

Info

Publication number: JPH04162039A
Application number: JP2287289A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石; Nobutaka Umagome; 伸貴馬込; Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1992-06-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は、半導体回路パターン転写用投影型露光装置に
使用するフォトマスクに関するものである。

［従来の技術］従来のフォトマスクは、石英等のような露光波長の照明
光に対する透過率が高い材質からなるガラス基板に、ク
ロム等の金属Ｆｉｉ膜（遮光部材）で所定のパターン層
を形成したものであった。この金属薄膜は、該基板の表
面にスパッタリングまたは蒸着等によって、入射光をほ
ぼ完全に遮光するような厚さに被膜形成される。さらに
レジスト層が横１された後、マスターマスクの密着もし
くは近接露光、または直接描画により、所望の回路パタ
ーンが転写され、エツチング等によって不要部分が除去
され、完成品となる。

すなわち、従来のフォトマスクにおける回路パターンは
、透過率が９０％以上の透明部（透過パターン）と、透
過率がほぼ０％の不透明＄（遮光パターン）とにより構
成されていた。

［発明が解決しようとする課題］上述したような従来のフォトマスクにおいては、微細パ
ターンをレンズ系により投影する場合には、光の干渉、
回折現象のために投影像のコントラストが低下してしま
うという問題があった。

この問題がほぼ解決されたフォトマスクとして、例えば
特公昭６２−５０８１１号公報に開示されているように
、透過パターンの一部に誘電体膜（以後、位相部材と称
するンを付けることにより、隣接する透過パターンを透
過した光にほぼπの位相差を与えるようにした、いわゆ
る位相シフトマスクがある。この位相シフトマスクでは
、透過光の位相を位相部材により制御することによって
、隣接するパターンからの透過光の位相を反転させて、
コントラストを向上させている。

しかしながら、位相シフトマスクについては上記の問題
点を解決で詮るものの、通苓のフォトマスク作成後に透
過パターンの一部へ位相部材を選択的に形成しなければ
ならないため、製造の工程が複雑になり、従って欠陥が
生しやすくコストも高くなるという問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、製造が
容易で、かつ微細パターンにおいても充分なコントラス
トが得られるフォトマスクを提供することにある。

ｃａｍを解決するための手段］本発明では、所定波長の光ビームもしくはｔ　６Ｈ波に
対してほぼ透明な基板に形成された幾何学的なパターン
を感応基板へ転写するために使われるフォトマスクにお
いて、光ビームもしくは電磁波に対する透過部から成る
第１の部分と、光ビームもしくは電磁波に対して所定の
透過率を有する半透過部から成る第２の部分とによって
パターンを形成するとともに、隣接する第１の部分と第
２の部分との光ビームもしくは電磁波に対する光路長を
異ならせて２ｎπもしくは（２ｎ−ｚ）π（但し、ｎは
整数）の位相差を与えることとした。さらに本発明では
、第１の部分の光ビームもしくは電磁波に対する透過率
を９０％以上とし、特に第２の部分の光ビームもしくは
電磁波に対する透過率を１〜１５％に定めた。また、本
発明では少なくとも２種類の薄膜（ｆＮえは金属薄膜と
パ電体薄服）を積層して第２の部分を形成し、上記薄膜
の膜厚の各々を調整する、もしくは吸光性の該電体薄膜
で第２の部分を形成し、上記薄膜の種類と膜厚とを調整
することによって、光ビームもしくは電磁波に対する透
過率と、第１の部分と第２の部分との位相差とを制御す
ることとした。

［作用コ本発明においては、微細パターンを投影した像のコント
ラストを同上させるに当って、マスクパターンを構成す
る遮光部を露光エネルギーに対して所定の透過率を有す
る半透明部とし、透明部からの透過光と半透明部からの
透過光との間の干渉作用を利用している。

すなわち透明部と半透明部のそれぞれを透過する光を互
いに逆位相となるようにしたため、透明部と半透明部と
の境界部における光強度か非常に小さくなるか、または
ほぼゼロにすることができるので、微細パターンでの投
影像のコントラストを向上させることがてきる。

この際、特に半透明部の透過率を１〜１５％程度に定め
れば、半透明部からの透過光がレジスト層に照射されて
も、ポジ型レジストにあっては現像処理にてレジストパ
ターン（凸部）が膜ベリすることを防止でき、ネガ型レ
ジストにありでは現像処理にて半透明部に対応した部分
のレジスト層が残ることなく除去されるといった利点が
ある。

尚、上記透過率はマスク上での露光光強度、投影光学系
の光学特性（諸収差）、レジストの種類等に基づき、常
にポジ型レジストでは膜べりが生じないように、ネガ型
しジス（−ではレジスト層が残らないように定められる
ものである。従って、半透明部の透過率は１〜１５％に
限られるものではなく、膜へり等が生しなければ、特定
の露光条件のもとて透過率が１５％を越えることもある
。

また、半透明部を少なくとも２種類の薄膜、例えば金属
薄膜と誘電体膜とを積層して多層膜とすれば、金属薄膜
及び誘電体膜の各々の条件（膜厚）を最適化することで
、任意のエネルギー透過率を得ることがで、きる。また
、同様にして半透明部からの透過光と、透明部からの透
過光に対して任意の位相差（２ｎπもしくは（２ｎ＋１
）π）を与えることが可能である。ここでは半透明部を
多層膜としているため、各膜厚を最適化するたけて簡単
に透過率と位相差とを刺部することが可能となっている
。

上記の金属薄膜及び誘電体膜は、マスクブランク上に積
層して形成し、同時にバターニングすればよいのでバタ
ーニングは一度て良く、製造工程は従来のような透明部
と遮光部のみからなるフォトマスクとほぼ同しものであ
り、位相シフトマスクのように複雑化することはない。

さらに、半透明部を吸光性の誘電体膜とすれば誘電体の
吸光度（すなわち種類）と膜厚とを最適化することで、
多層膜を用いずども任意のエネルギー透過率と位相差と
を同時に与えることができ、しかも製造工程におけるバ
ターニングは一度て良く、上記多層膜と同様に従来のフ
ォトマスクとほぼ同工程で済むといフた利点がある。尚
、吸光性の誘電体膜は上記の如く一層で用いても、また
上記透過率と位相差とによっては多層て用いても良く、
さらには先に述へた金属薄膜の代わりに用いても構わな
い。

［実施例］（第１実施例）第１図は、本発明の第１の実施例によるフォトマスクの
構成を示す模式図である。

図において、フォトマスク基板１は所定波長の光ビーム
（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーレー）もしくは電磁波（Ｘ
線等）に対してほぼ透明な基板、例えば透ｉＭ率が９０
％以上のカラス基板である。ここで、基板１は気泡や脈
理が少なく、かつ熱膨張係数が小さい材質のものか良く
、例えば石英等が好ましく用いられる。

この基板１の下面には、金属ｆｆＭ２及び５ｉ０２等の
畝電体薄膜３の２層からなる半透明部（半ＡＡパターン
）４と、フォトマスク基板１の露出した透明部（透過パ
ターン）５とにより所定のパターンＲＰが形成されてい
る。金属薄＠２は、−Ｍにエツチングによって回路形成
されるのてエツチング性に優れ、薄い膜厚でも強度の高
いものが良く、例えばクロム等が好ましい。

第１図中に示したパターンＲＰのうち、領域Ａはいわゆ
るラインアンドスペースパターンを表しており、領域Ｂ
は孤立ラインパターン、領＊Ｃは孤立スペースパターン
をそれぞれ表している。

このうち、特にラインアントスペースパターンを例とし
て、本実施例において微細パターンのコントラストが向
上する原理について説明する。

さて、金属薄膜２においては、エネルギー透過率が１〜
１５％程度となる膜厚としである。このとき、金属薄膜
２を透過した露光光は、光量の減衰のみでなく、金属薄
膜２と空気との屈折率の差により透過パターン５を透過
した露光光に対して位相変化も受けることとなる。この
位相変化量は金属薄膜２の膜厚に比例する量であり、膜
厚を調節することで所定の位相変化量を得ることができ
る。

しかしながら、本実施例では、膜厚を制御することによ
って、ある一定のエネルギー透過率を得るようにしてい
るので、実際には金属薄膜２の膜厚を調整するだけでは
、所望のエネルキー透過率と位相差とを同時に満足させ
ることは難しい。

そこで本発明では、金属薄＠２とｙＪ、電体薄膜３とを
積層して半透過パターン４を形成し、金属薄ＷＡ２の膜
厚を調節して半透過パターン４の透過率を制御するとと
もに、誘電体薄膜３の膜厚を制御することで、透過パタ
ーン５からの透過光に対して半透過パターン４からの透
過光に所望の位相差を与えることを可能としている。こ
の際、金属薄膜２及び誘電体薄膜３の各膜厚は互いの膜
厚を考慮して所望の透過率と位相差とか得られるように
調節される。

第２図は第１図中のＩＪｉ域Ａの投影光学系による投影
像で、ここでは解像限界程度に微細なラインアンドスペ
ースパターンの投影像の振幅分布を表している。

第２図（ａ）は、ラインアンドスペース中のスペース部
すなわち、透過パターン５のみの投影像（振幅分布）Ｓ
＋である。

第２図（ｂｌ　はラインアントスペース中のライン部、
すなわち半透過パターン４のみの投影像（振幅分’Ｆ５
）Ｓ２であるか、ここでは半透過パターン４を透過する
光か透過パターン５を透過する光に対してほぼ（２ｎ＋
１）πの位相差（ｎは整数）を受けるように、金属薄膜
２及び誘電体薄膜３の膜厚が決定されているものとする
。したかって、透過パターン５０投彪像（第２図（ａ）
）か透過ハターン中心（破線で表示）を極大とするプラ
スの振幅分布Ｓ１をもつ場合、半透過パターン４の投影
像（第２図（ｂ））は、半透過パターンの中心（破線と
破線の中間）を負の極大とするマイナスの振幅分布Ｓ２
を持つことになる。

実際には、この２つの振幅分布Ｓ１．Ｓ２は振幅加算さ
れて観測されるのて、投影像の振幅分布ＰＳ、は第２図
（Ｃ）のようになる６つまり、透過パターン５の振幅分
布Ｓ１中の極小部はちょうど半透過パターン４の振幅分
布Ｓ２中の負の極大と一致するため、加算されると極小
値はさらに減少する。一方、透過パターン５の振幅分布
Ｓ、中の極大部は半透過パターン４の振幅分布Ｓ２中の
負の極小と一致するため、加算されても極大値はあまり
減少しない。

したがって、従来のフォトマスクの投影像に相当する振
幅分布、すなわち第２図（ａ）中の５１に比べ、本発明
によるフォトマスクの投影像第２図（Ｃ）中のＰ　Ｓ　
Ｉでは、極大値はさほど減少することなく、極小値を大
幅に減少させることが可能であり、投影光学系の解像限
界程度の微細パターンであってもその投影像のコントラ
ストを向上させることができる。

なお、本発明を適用した場合、微細パターンにおいての
みではなく、粗いパターンであった場合にもコントラス
トを向上させるという効果を得ることが出来るので、そ
の点について説明する。第３図は、第２図と同根にライ
ンアンドスペースパターンの投影像の振幅分布を示す、
ただしパターンの微細度は、投影光学系による解像限界
に比べ、充分に粗いパターンであるとする。

第３図（ａ）は透過パターン部のみからの投影像の振幅
分布Ｓ、であり、一般に知られているように透過パター
ン部が極大となり、その中間では極小となり、極小値は
負となっている。従来の透過パターンと遮光パターンと
からなるフォトマスクでは、エネルギー分布はこの第３
図（ａ）の振幅値の２乗をとったものになる。このとぎ
、極小値が負の価であるため、エネルギー分布において
、主極大（振幅の極大に対応）の中間に副極大（振幅の
極小に対応）か生じてしまうことになる。

シカシながら、本実施例の透過パターンと半透過パター
ンとからなるフォトマスクでは、以下に説明するように
このような副極大をなくすることが可能である。

第３図（ｂ）は半透過パターン部のみからの投影像の振
幅分布Ｓ４である。この場合には、微細パターンでの場
合と異なり、半透過パターンからの透過光と透過パター
ンからの透過光との間の位相差を２ｎπとしである（ｎ
は整数）、、このため、振幅分布Ｓ４は半透過パターン
の中心位置を極大とし、透過パターンの中心位置を極小
（極／ｈ値は負ンとする分布となる。

このフォトマスクを実際に観察した場合の振幅分布ＰＳ
２は、第３図（Ｃ）で示したように振幅分布Ｓ３と振幅
分布Ｓ４との和となる。振幅分布Ｓ３で負の極小値をと
る点は、振幅分布Ｓ４では正の極大値となる点である。

したがってこれらの和である振幅分布ＰＳ２中では両者
が相殺されるため、振幅値をほぼ０とすることができる
。このように、透過パターンと遮光パターンのみからな
る従来のフォトマスクで発生していたような副極大をな
くすことがてきる。

ところで、本実施例においては、金属Ｗ！膜の膜厚のみ
によってエネルギー透過率を決定していた。しかしなが
ら、ｕＮ電体薄膜して、入射光に対する反射率の高い誘
電体多層膜を使用して、金属薄膜と併せて半透過パター
ンでのエネルギー透過率を所望の値に調整する構成にし
てもよい。このようにした場合では、金属薄膜に吸収さ
れる光が減少するので、非常に高いピークパワーの光を
用いても金属薄膜が損傷することがない。なお、ここて
言う誘電体多層膜とは、高屈折率と低屈折率の誘電体Ｆ
ｉＩ膜を交互に層状に数層から十数層重ねたものであり
、層構成を適宜選択することにより入射光の反射率を自
由に設定することができるものである。

また、上記実施例では第１図に示した如く半透過パター
ン４を金属薄膜２と誘電体薄＠３との多層膜として形成
していたが、特に金属薄膜２を用いずとも、誘電体薄膜
３を吸光性の誘電体薄膜とし、誘電体の吸光度（すなわ
ち種類）と膜厚とを最適化することによって、単層膜で
あっても任意のエネルギー透過率と位相差とを同時に与
えることが可能となる。ここて、吸光性のお電体薄膜と
しては、例えは色素を混入した５ｉ０２、ＰＭＭＡ等の
有機材料を用いれば良い。

尚、上記実施例ではフォトマスク基板１に金属薄膜２を
形成した後、さらに誘電体薄膜３を積層して形成してい
たか、逆に基板１に説電体Ｎ膜３を形成し、その上に金
属薄膜２を積層するようにしても構わない。

（第２実施例）第４図は本発明の第２の実施例によるフォトマスクの構
成を示す模式図である。この実施例のフォトマスクでは
、フォトマスク基板１の片面に先ず訪電体薄＠３　ａが
形成され、次に金属薄膜２が形成されて、さらに該電体
＠１ｉ３ｂか形成されており、半透過パターンが３層膜
から構成されている。ここで誘電体薄膜３ｂは反射防止
膜であり、基板１の下方、すなわち被露光体や投影光学
系等からの反射光がフォトマスクの金属ｗｌｌ膜面面乱
反射され、本来露光されるべきてない部分（半透過パタ
ーンに対応）のレジスト層まで露光されることによって
、ゴースト等が発生するのを防ぐものである。誘電体薄
膜３ｂの膜厚は露光光波長と金属ｆｆ膜２の屈折率と誘
電体薄膜３ｂ自身の屈折率により一義的に決定される。

また、金属薄膜２の膜厚は８π体薄膜３ａ。

３ｂの膜厚までも考慮して、所望のエネルギー透過率か
ら決定される。

誕電体原３ａの膜厚は誘電体薄膜３ａ、３ｂ、金属ｆｉ
ｚ２による位相差の合計が所望値、例えばπ、２πとな
るように決定される。

なお、第４図中の誘電体薄膜３ｂは反射防止のみを目的
としているので、反射防止の必要がなければ、これを省
略してもよい。

次に、第５図に従って本発明の第２実施例におけるフォ
トマスクの製造法について説明する。

第５図（ａ）は、スパッタリング、蒸着等によフてフォ
トマスク基板１の片面に誘電体薄膜３ａ、金属ｉ膜２、
誘電体薄膜３ｂかこの順序で積層され、所望の透過率及
び位相差に応した膜厚のもとて一様に成膜された様子を
示すものである。そしてその上にさらにフォトレジスト
６が一様にコートされている。この状態てフォトレジス
ト６に対してマスターマスクの密着または近接露光を行
う、もしくは電子ビームまたは光等で回路パターンを直
接描画し、現像を行った様子を第５図（ｂ）に示す。さ
らに、残存したフォトレジスト６をマスクとして誘電体
薄膜３ａ、３ｂ、金属薄ｌＮ！２をエツチングし、エツ
チング終了後にフ才トレジストロを除去すれは、第５図
（ｃ）　に示すように本実施例のフォトマスクが完成す
る。

したかって本実施例のフォトマスクを製造するにあたっ
てはフォトマスクへの回路パターンの描画は一度でよく
、従来の位相シフトマスクのように複数回の描画と、各
描画間の位置合せを必要としない。

第５図の製造法においては誘電体薄膜として３ａ、３ｂ
からなるフォトマスクについて説明したが、第１実施例
のように反射防止膜としての誘電体薄膜３ｂをもたない
ものでも、同種の方法で製造可能であることは言うまで
もない。

また、誘電体薄膜３ａとフォト・マスク基板１の材質が
同じ場合、例えば両者共５ｉ０２である場合には、エツ
チング工程てフォトマスク基板１は完全に残して、誘電
体薄膜３ａのみをきれいに除くことは非常に難しくなる
。このような場合には、誘電体薄膜３ａとフォトマスク
基板１の間にもう一層の８電体膜、例えばＳ　ｉ　Ｎｘ
を設け、これをエツチングストッパーとして、お電体薄
膜３ａの５ｉＯｚ　をエツチングした後に、ＳｉＮｘか
らなるｉ！誘電体薄膜みをエツチングすれば、フォトマ
スク基板工のＳｉＯ□を損傷することなく５結電体Ｗｉ
膜３ａを完全に除去することかできる。このとき５ｉＮ
ｘ）ＩＮの厚さの分、つまりＳＩＮ、膜の光路差の分、
誘電体薄膜３ａを薄くし、透過パターンの透過光に対す
る半透過パターンの透過光の位相差を２ｎπまたは（２
ｎ＋ｔ）π（ｎは整数）としておくことは言うまでもな
い。

また、ＳｉＮｘの膜厚まても前退して金属ｆｉｔ膜２の
膜厚を調節し、＃ニー透過パターンの透過率を制御して
おく。

また、第２実施例において、金属薄＠２の外側に設けら
れた反射防止１１ｉ３ｂの他に、基板１の露光光か入射
する側（上面側）に、透ＡＮの高い反射防止膜を形成し
てもよい。この場合には、露光光の射出側で反射された
光が基板１の人躬面でさらに反射され、不都合な迷光と
なるのを防ぐことかできる。

実施例中で述へた半透過パターンのエネルギー透過率は
１〜１５％程度である。この透過光はパターン及びパタ
ーン近傍においては前述の如く像のコントラストを向上
させる効果かある。しかしながら、大面積の半透過パタ
ーンにおいては、単なる迷光として非露光物へ到達して
しまう。たたしこの量は本来の透過パターンからの光量
の１〜１５％程度であるので、最近の高解像度レジスト
においては特に問題となる光量ではない。

尚、半透過パターンのｉ！通過率フオトレジス）・の種
類、投影光学系の光学性能（諸収差）等に基づき、現像
処理においてポジ型レジストにあってはレジスト層の膜
ヘリが生しないように、ネガ型レジストにあっては半透
過パターンに対応した部分のレジスト層（凹部）が残存
しないように定めれば良い。従って、上記透過率は１〜
１５％に限られるものではなく、膜べり等が生じなけれ
ば、例えば投影像のコントラストを向上させるための特
定の露光条件のもとて透過率が１５％を越えても特に問
題はない。

また、上記第１、第２の実施例では半透過パターンを金
属薄膜と誘電体薄膜とから成る多層睡としていたか、半
透過パターンの透過乎及びその透過光の位相を制御でき
るものであれば、金属薄膜やお電体Ｎ服以外の材料を用
いても良く、さらに半透過パターンか単層であっても構
わない。またＸ線を光源とする露光装置て使用されるフ
ォトマスクに本発明を適用することもできる。この場合
にはフォトマスク基板Ｉを５１０２薄膜とし、例えは金
属薄膜２としてはＡ　ｕ、Ｔ　ａ、Ｗ、ＷＮ等を用い、
誘電体薄膜３としては５ｉ０２等を用いれは良い。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、従来の透明部及び遮光部
のみからなるフォトマスクを使用した場合の投影像より
もコン）・ラストの高い投影像を形成可能なフォトマス
クを得ることができる。また、このフォトマスクは、従
来の位相シフトマスクに比へ容易に製造することができ
る。

また、半透明部を構成する金属薄膜の外側に反射防止膜
を設けた場合には、フォトマスク上の金属薄膜パターン
の反射率を低下させ、ウェハ、フォトマスク間ての多重
反射を防止し、より高い像コントラストを実現すること
かてぎる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例によるフォトマスクの構成
を示す図、第２図ｆａ）〜（Ｃ）、第３図（ａ）〜（Ｃ
）は本発明の一実施例の原理を示す図、第４図は本発明
の第２実施例によるフォトマスクの構成を示す図、第５
図（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るフォトマスクの製造方
法の一例を表す区である。［主要部分の符号の説明］１・・・フォトマスク基板２・・・金属薄膜３・・・誘電体薄膜６・・・フォトレジスト代理人　弁理士　佐　藤　正　年５ｂ　　　第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定波長の光ビームもしくは電磁波に対してほぼ
透明な基板に形成された幾何学的なパターンを感応基板
へ転写するために使われるフォトマスクにおいて、前記光ビームもしくは電磁波に対する透明部から成る第
１の部分と、前記光ビームもしくは電磁波に対して所定
の透過率を有する半透明部から成る第２の部分とによっ
て前記パターンを形成するとともに、隣接する前記第１
の部分と第２の部分との前記光ビームもしくは電磁波に
対する光路長を異ならせて２ｎπもしくは（２ｎ＋１）
π（但しｎは整数）の位相差を与えたことを特徴とする
フォトマスク。
（２）前記第１の部分は前記光ビームもしくは電磁波に
対する透過率が９０％以上であり、前記第２の部分は前
記光ビームもしくは電磁波に対する透過率が１〜１５％
であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク
。
（３）前記第２の部分は、少なくとも２種類の薄膜を積
層して形成され、該薄膜の膜厚の各々を調整することに
より、前記光ビームもしくは電磁波に対する透過率と、
前記第１の部分と第２の部分との位相差とを制御するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク
。
（４）前記第２の部分は、前記薄膜として金属薄膜と誘
電体薄膜とを積層して形成されたことを特徴とする請求
項３に記載のフォトマスク。
（５）前記第２の部分は、吸光性の誘電体薄膜で形成さ
れ、該薄膜の種類と膜厚とを調整することにより、前記
光ビームもしくは電磁波に対する透過率と、前記第１の
部分と第２の部分との位相差とを制御することを特徴と
する請求項１に記載のフォトマスク。