JPH04165352A - フォトマスク - Google Patents

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、投影露光装置によって半導体回路パターンを
基板上に転写する際に、回路パターンの原版となるフォ
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、Ｃｒ等の金属薄膜により構成さ
れた露光光を反射吸収する遮光パターンと、露光光を透
過させるマスク裸面パターンとにより形成されていた。

しかし、このような遮光パターンとマスク裸面パターン
とからなるフォトマスクでは、回路パターンが微細化す
ると、光の回折、干渉現象の為に、転写すべき回路パタ
ーンの像の十分なコントラストが得られなくなるという
問題が生じ、実用的な解像限界は露光光の波長をλ、投
影光学系のウェハ側開口数をＮ、＾Ｗとすると、例えば
ラインアントスペースパターンにおいては０．６×λ／
Ｎ、Ａ＊ピッチ程度となっていた。

そこで、近年の半導体素子の高集積化に伴う一層の回路
パターンの微細化を実現するために、マスク裸面パター
ンの特定の部分に、透過光の位相を変化させる誘電体膜
を付加したいわゆる位相シフトマスクの開発が盛んに行
なわれている。この位相シフトマスクには、犬きく分け
て次の２種類がある。一つは空間周波数変調型と呼ばれ
るもので、遮光パターンを介して隣合うマスク裸面パタ
ーンの一方に誘電体膜を設けたものである。もう一方は
、エツジ強調型と呼ばれるもので、マスク裸面パターン
のエツジ部に誘電体膜を設けて位相をずらし、エツジ部
の透過光強度を下げるものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のような従来のフォトマスクにおいて、位
相を変化させる誘電体膜を付加することによってパター
ンの解像限界をより微細化することは可能となるが、遮
光パターンと誘電体膜を２回に分けてパターン形成する
必要がある上、２層の眉間の位置合わせ精度が厳しく製
造が困難であり、従って製造コストもきわめて高価にな
るという問題点があった。

また、従来のフォトマスクでは、上述したように、金属
薄膜での露光光の反射吸収によって露光光を遮光してい
るので、露光光の吸収によってフォトマスクが熱膨張し
てしまうため、回路パターンが原寸よりやや大きめに、
ウェハに転写されてしまうという問題も起こる。

更に、従来においては、第１０図に示されるようにガラ
ス基板１０７上に遮光パターン１０９が形成され、その
上に８電体膜パターン１０９が形成されるので、段差に
よって誘電体膜の膜厚が不均一となり、正確な位相制御
ができないという不都合もある。

本発明は、この様な従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、製造が容易で安価であり、露光光吸収による熱膨張
が少ないフォトマスク、さらにはパターンの微細化が可
能な位相シフトマスクを提供することを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、所定波長の光ビーム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投影光学系を介し
て感応基板への転写するために使われるフォトマスクに
おいて、前記光ビームに対する透過部から成る第１の部
分と、前記光ビームの位相を変化させる位相部材と前記
光ビームに対する透過部とから成る第２の部分とによっ
て前記パターンを形成することとし、前記第２の部分を
成す前記位相部材と透過部との各々を透過する光ビーム
の位相差をほぼ（２ｎ＋１）π（但しｎは整数）に定め
るとともに、前記第２の部分を透過した光ビームが前記
投影光学系の入射瞳の外側へ解析するようなピッチで前
記位相部材と透過部とを交互に配列したことによって、
上記の課題をしている。

本発明におけるパターンの第２の部分は、具体的には、
位相部材と透過部とがデユーティ−比ｌ・１で交互に配
列されたラインアンドスペースパターンまたは位相部材
と透過部とが市松格子状に配列されたパターンからなり
、光ビームの波長をλ、投影光学系の入射側の開口数を
Ｎ、Ａ、、投影光学系に対する照明光学系の開口比を０
とした時、前記ラインアンドスペースパターンのピッチ
をλ／Ｎ、ＡＭ（１＋　６　）以下、前記市松格子の一
辺をλ／２Ｎ、ＡＭ　（１＋σ）以下として構成される
。

６作　用］ 本発明においては、従来のフォトマスクで使用されてい
たＣ「等の金属からなる遮光パターンを廃止し、その遮
光パターンの代わりとしては、露光装置の投影光学系の
解像限界より微細なピッチで位相部材（例えば読電体膜
等）とマスク基板（ガラス基板）の裸面部が交互に配列
されるとともに、位相部材と裸面部との各々を透過する
光ビームの位相差をほぼ（２ｎ＋１）π（但しｎは整数
）に定めたパターン群を使用することとした。

以下に、本発明のマスクパターンを成す第２の部分（従
来の遮光パターンに相当する部分であって、以下非露光
部パターンと呼ぶ）について説明する。

フォトマスクが使用される露光装置の露光光の波長をλ
、露光装置の投影光学系の入射側の開口数をＮ、Ａ、　
　、露光装置の投影光学系に対する照明光学系の開口比
をσ、誘電体腹部とマスク裸面部のピッチをＰとしたと
き、非露光部パターンを透過した露光光が（Ｎ、ＡＭ＋
　ＯＮ、ＡＭ）より大きな角度で回折すわば、露光光は
投影光学系の入射瞳の外側に進むこととなり、ウェハ面
上への到達は阻止される。また、非露光部パターンを透
過した零次光は、誕電体腹部とマスク裸面部の位相差が
ほぼπであることから相殺され、零次光のフォトレジス
トへの影響も実質的に問題とならない。

誘電体腹部とマスク裸面部の配列は、上述したピッチの
条件を満たしていれば、ラインアンドスペースパターン
であっても市松格子状であっても良いが、市松格子状と
すれば露光光の入射角によらず非露光部パターンを透過
した露光光のウェハ上への到達をほぼ完全に阻止するこ
とが可能である。

このように本発明では、金属膜によって遮光するのでは
なく、非露光部パターンを透通した光のうち、７次光は
マスク裸面部からの透過光で相殺するとともに、零次光
以外の回折光は投影光学系の入射瞳の外側へ発散させる
ことによって、露光光がウェハ上の不要部分へ到達する
ことを阻止しているのである。

また、本発明では非露光部パターンを挟む両側の透過部
（マスク裸面部）の少なくとも一方に、透過光の位相を
変化させる位相部材を設けることとした。従って、解像
度の向上という点では、本発明におけるフォトマクスは
、従来の位相シフトマスクと同一の原理により像のコン
トラストを高めることかできる。

ここで本発明によるフォトマスクでは非露光部パターン
と位相部材とを同一の工程でマスク基板に形成すること
ができ、複雑な製造工程を必要とせず、しかも精度良く
マスクパターンを作成することが可能となっている。

更に、第９図に示されるように、本発明のフォトマスク
はガラス基板７上に結電体膜パターン８だけが形成され
ているので、露光光の吸収による熱膨張や第１０図で説
明したような段差によるお電体膜の不均一等の問題も解
消され、微細パターンを精度良く転写する上で有利であ
る。

［実施例］ 第１図は本発明実施例によるフォトマスクの模式的な平
面図である。図において、マスク基板Ｍは所定波長の光
ビーム（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ、Ｘ線等の電磁波
等）に対してほぼ透明な基板、例えば透過率が９０％以
上の石英等のガラス基板である。このマスク基板Ｍには
、ラインアンドスペースのパターン群１、孤立スペース
のパターン群２′、孤立ライン３、孤立アイランド４、
及びホールパターン群５が形成されている０図中の無地
の部分はマスク裸面パターン部を表わし、斜線部分は結
電体膜パターン部を表わしている。。

ラインアンドスペースパターン群ｌ中の非露光部パター
ン１ａはマスク裸面パターンと誘電体膜パターン（斜線
部）とがいわゆる市松格子状に配列されており、従来の
フォトマスクにおける遮光パターンに相当する部分であ
る。また、非露光部バ’ｌ−ンｌａの内部にはマスク裸
面パターン！ｂと誤電体膜パターンＩＣとから成るライ
ンアンドスペースパターンが形成されている。ウェハへ
の投影像に於いては、マスク裸面パターン１ｂ及び誘電
体膜パターンＩＣの各パターン部は共に明部となり、両
パターン１ｂ、１ｃの境界及び市松格子状（非露光部）
パターン１ａの部分が暗部となる。マスク裸面パターン
１ｂと誘電体膜パターン１ｃをそれぞれ透過したは露光
光は位相がほぼπずれるので、その境界では強度がτと
なり、投影像には微細なラインが暗部となって現われる
。このとき、マスク裸面パターン１ｂと８電体版パター
ンＩＣの位置関係が逆転していても全く問題はない。

ここで、投影露光に使用する露光装置の露光光波長（＝
λ）が０．３Ｂ５μｍ、投影光学系のウェハ側の開口数
（＝　Ｎ、Ａｗ）が０．５．縮小倍率か５倍であるとす
ると、投影光学系フォトマスク側の開口数は０，１とな
る。照明光学系の開口数と投影光学系の開口数の比、い
わゆるσ値が０．３であるとき、市松格子状パターン１
ａの市松格子の一辺をλ／（２・Ｎ、Ａ、（１・０））
より小さくすれば、市松格子のピッチＰはλ／（Ｎ、八
Ｍ（１＋σ）以下となる。従って、Ｐ〈λ／（Ｎ、ＡＭ
（１＋ｃｔ＞となり、回折光の回折角λ／　Ｐ　［ｒａ
ｄ］　は、Ｎ、ＡＭ（１４ｃｙ　）以上となり、市松格
子による回折光はすべて投影光学系の入射瞳より外側へ
発散することになる。本実施例中の市松格子はすべてこ
の条件を満たすものである。

また、零次透過光は、マスク裸面パターンと誘電体膜パ
ターンとの面積比（デユーティ−比）ｌコ１であり、透
過光の位相差が（２ｎ＋１）π（但しｎは整数）、ここ
ではほぼπとなるから、相殺されてウェハ上での強度が
ほぼ零となる。

なお、回路パターンによっては、ラインアンドスペース
パターン群１の周囲を囲む市松格子状パターンｌａを省
略しても良い、また、第２図に示す様にマスク裸面パタ
ーン１ｂと誘電体膜パターンＩＣとの境界部にも市松格
子状パターンＩｄを設けても良く、この場合は市松格子
状パターンＩｄを挟む両側のマスク裸面パターン１ｂの
少なくとも一方に誘電体膜パターンＩＣが形成されるこ
とになり、太い線幅のラインアンドスペースに対して第
１図の場合よりコントラストの良い像が投影される。

ここで、第１図、第２図中のラインアンドスペースパタ
ーン群１，１°においては、マスク裸面部に形成される
誘電体膜パターンＩＣを市松格子状パターンと同一の製
造工程で形成することができ、特に複雑な製造工程を必
要としないといった利点があり、しかもラインアンドス
ペースパターン群１°において上記の如く単層構造とし
ても、従来の位相シフトマスクと全く同様の効果を得る
ことができる。

次に、第１図の孤立スペースパターン群２中の２８は前
述の１８と同様の市松格子状パターンであり、露光光の
ウェハ上への到達を阻止する作用がある。２ｂは孤立ス
ペースを構成するマスク裸面パターンである。この孤立
スペース２ｂは誘電体膜パターンてあフても良く、露光
光は誘電体膜パターンを透過してウェハ上に到達する。

また、第３図に示す様に、孤立スペースを構成するマス
ク裸面パターン２ｂの両側に補助パターン２Ｃを設けて
、マスク裸面パターン２ｂと市松格子状パターン２ａの
境界部を、市松格子状バタ”−ン２ａ−補助パターン２
ｃ（誘電体膜）−市松格子状パターン２ａ−マスク裸面
パターン２ｂという構成としても良い。このようにする
と、市松格子状パターン（非露光部）を介して隣合うマ
スク裸面パターン２ｂと補助パターン２ｃの透過光の位
相差（π）によって、非露光部である市松格子状パター
ン２ａに回り込んだ露光光が相殺され、より微細な孤立
スペースが解像される。なお、第３図中では孤立スペー
スをマスク裸面パターンとし、補助パターンを誘電体膜
パターンとしたが、逆に、孤立スペースを誘電体膜パタ
ーン、補助パターンをマスク裸面パターンとしても良い
。

続いて、第１図中の孤立ライン３について説明する。マ
スク裸面部３ｂ上に誘電体膜パターン３ａを設け、この
幅を投影光学系の解像限界λ／２・ＮＡｔ１程度以下と
すると、屈電体服パターン３ａ以外のマスク裸面部３ｂ
の投影像の振幅分布は第４図（ａ）の様になる。これは
従来のフォトマスクにおいて、遮光パターンが金属膜で
形成されている場合と同様であり、パターン部とそれ以
外のマスク裸面との明暗比は十分でなく、従って孤立ラ
イン３は解像されない。しかしながら本発明においては
、パターン３ａは誂電体膜より形成されているため、パ
ターン３８部に照射された露光光もウェハ上に到達し、
かつマスク裸面部３ｂとは位相がほぼπ異なるので、第
４図（ｂ）に示す様にマイナス側に振幅分布が形成され
る。実際には、投影像は（ａ）　　と（ｂ）　　とが振
幅加算されて第４図（ｃ）のように観測されるので、微
細な孤立ライン３は十分な明暗比を持ってウェハ上に投
影されることとなる。もし、必要な孤立ラインの線幅が
投影光学系の解像限界　λ／２・Ｎ、ＡＭ　　より太い
場合には、第５図に示す如く、孤立ラインを誘電体腰部
とマスク裸面部とで構成される市松格子状パターン３Ｃ
としても良い。

第１図中の孤立アイランド４は孤立ライン３が短くなっ
たものと同様である。この場合には、孤立ライン３と同
様に孤立アイランド４の一辺がλ／　２Ｎ、ＡＭより大
きい場合には第６図に示す様な市松格子状パターン４ａ
としても良い。

第１図中のホールパターン群５は、孤立スペースパター
ン群２が短くなったものと同様であり、マスク裸面パタ
ーン５ｂ（３電体膜パターンでも良い）からなるホール
部分の周囲が市松格子状パターン５ａで取り囲まれてい
る。この場合にも、第７図に示す様に、ホールとなるマ
スク裸面パターン５ｂの周辺に８電体膜からなる補助パ
ターン５Ｃを設ければ、非露光部分に回りこむ露光光が
位相差によってほぼ相殺され、よりホールパターンの像
のコントラストが高まる。

なお、上記の実施例では、非露光部分をすべて市松格子
状パターンで構成したが、第８図に示されるようにライ
ンアンドスペースパターンで構成し、結電体膜パターン
６ａ（マスク裸面パターン６ｂ）のピッチＰを前述した
え／（Ｎ、ＡＭ（１＋σ）以下としても良い。この場合
は、パターンの伸長方向から照射される露光光はウェハ
上に到達することになり、半透過が達成される。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明においては、誘電体腰部とマスク裸
面部が交互に配列されたパターンによって露光光を投影
光学系の入射瞳の外側に回折させ、これによりウェハの
非露光部分への露光光の到達を阻止しているので、従来
のように金属薄膜による遮光パターンを形成する必要が
ない。

即ち、本発明のフォトマスクで゛は、位相シフトのため
のパターンと非露光部パターンが同じ誕電体膜の１回パ
ターンニングで形成することができ、製造工程が短縮・
簡略化されてコストの低減を図ることが可能となる。ま
た、遮光パターンと位相シフトパターンの厳密な位置合
わせも不要となるので、歩留も向上する。

また、従来の位相シフトマスクのように、金属薄膜近傍
で段差のために結電体膜の厚さが変化してしまうという
問題も解消され、位相の正確な制御によってより微細な
パターンの解像が可能となる。

更に、本発明のフォトマスクは、基本的に露光光を透過
させる材質だけで構成されているので、露光時に光エネ
ルギーの吸収がほとんど起こらず、フォトマスクの熱膨
張という問題も生じない。

このように、本発明のフォトマスクは、製造が容易な上
、゛非常に微細なパターンの高精度な転写を実現できる
いう優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例によるフォトマクスの模式的な平
面図、第２図、第３図、第５図５第６図、第７図はそれ
ぞれラインアンドスペース、孤立スペース、孤立ライン
、孤立アイランド、孤立ホールパターンの別の構成例を
示す平面図、第４図（ａ）　、　　（ｂ）　、　　（ｃ
）は孤立ラインパターンでの投影像の振幅分布を表わす
説明図、第８図は非露光部パターンの別の構成を示す平
面図、第９図は本発明によるフォトマクスの断面図、第
１０図は従来の位相シフトマスクの断面図である。 ［主要部分の符号の説明コ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定波長の光ビーム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投影光学系を介して感応
   基板への転写するために使われるフォトマスクにおいて
   、 前記光ビームに対する透過部から成る第１の部分と、前
   記光ビームの位相を変化させる位相部材と前記光ビーム
   に対する透過部とから成る第２の部分とによって前記パ
   ターンを形成することとし、 前記第２の部分を成す前記位相部材と透過部との各々を
   透過する光ビームの位相差をほぼ（２ｎ＋１）π（但し
   ｎは整数）に定めるとともに、 前記第２の部分を透過した光ビームが前記投影光学系の
   入射瞳の外側へ解析するようなピッチで前記位相部材と
   透過部とを交互に配列したことを特徴とするフォトマス
   ク。
2. （２）前記第１の部分は、前記第２の部分を挟む両側の
   前記透過部の少なくとも一方に前記光ビームの位相を変
   化させる位相部材を有することを特徴とする請求項第１
   項に記載のフォトマスク。
3. （３）前記１の部分もしくは第２の部分を成す前記位相
   部材と透過部との各々は、誘電体膜と前記透明基板の裸
   面部とであることを特徴とする請求項第２項に記載のフ
   ォトマスク。
4. （４）前記第２の部分は、前記位相部材と透過部とがデ
   ューティー比１：１で交互に配列されたラインアンドス
   ペースパターンであり、前記光ビームの波長をλ、前記
   投影光学系の入射側の開口数をＮ．Ａ＿Ｍ、前記投影光
   学系に対する前記パターンに前記光ビームを照射する照
   明光学系の開口比をσとした時、前記ラインアンドスペ
   ースパターンのピッチをλ／Ｎ．Ａ＿Ｍ（１＋σ）以下
   に定めたことを特徴とする請求項第１項乃至第３項に記
   載のフォトマスク。
5. （５）前記第２の部分は、前記位相部材と透過部とが市
   松格子状に配列され、前記光ビームの波長をλ、前記投
   影光学系の入射側の開口数をＮ．Ａ＿Ｍ、前記投影光学
   系に対する前記パターンに前記光ビームを照射する照明
   光学系の開口比をσとした時、前記市松格子の一辺をλ
   ／２Ｎ．Ａ＿Ｍ（１＋σ）以下に定めたことを特徴とす
   る請求項第１項乃至第３項に記載のフォトマスク。