JPH04212154A - フォトマスク - Google Patents

フォトマスク

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JPH04212154A
JPH04212154A JP3023094A JP2309491A JPH04212154A JP H04212154 A JPH04212154 A JP H04212154A JP 3023094 A JP3023094 A JP 3023094A JP 2309491 A JP2309491 A JP 2309491A JP H04212154 A JPH04212154 A JP H04212154A
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JP
Japan
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light
photomask
resist film
transparent substrate
film
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JP3023094A
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JP2901201B2 (ja
Inventor
Kazuya Kamon
和也 加門
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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)

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】
【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L1 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L2 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L3 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
L3 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、上記
目的を達成するために、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
一方主面および/または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位置が変化するように、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。
【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、遮光パターン間
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。
【0012】
【実施例】図1はこの発明の一実施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n1 は1.47、厚みd1 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d3 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
iO2 )により構成される。この光学距離調整膜10
は、その屈折率n2 が透明基板4の屈折率n1 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n1 ,n2 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(SiO2 )により構成した場
合には、屈折率n2 が1.47となって透明基板4の
屈折率n1 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d2 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n4 は1.68で
、厚みd4 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L1 が照射されると、レンズ系2で集束され
て光L2 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L2 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L3 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L4 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L3 およびL4 が、投影レンズ系6を介
しSi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
2 は空気の屈折率1よりも大きいため、透過光L4 
は透過光L3 に対して(n2 −1)d2 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L4 に対する焦点位置Qは、透過光L3 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n4 
Dは、透過光L3 ,L4 の光路差(n2 −1)d
2 と、レンズ系6の倍率mを用いて、n4 D=  
m2 ×(n2 −1)d2 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n2,n4 の値が固定されると、光学
距離調整膜10の厚みd2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d2 
を定めると、言い換えれば厚みd2が
【0028】
【数3】
【0029】を満足するように設定すると、透過光L3
 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L4 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、n2 =1.47,n4 =
1.68,m=1/5 の場合、d2 =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d2 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(SiO2 )により構成しているため、そ
の屈折率n2 が透明基板4の屈折率n1 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L2 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、上記実施例では、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d2 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、上記実施例のフォトマ
スク3の変形例をそれぞれ示す。
【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のフォトマスク3は、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10の合計厚みが、数3で示さ
れる厚みd2 になるように設定すればよい。
【0036】また、図5のフォトマスク3は、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MgF2 により構成され
、その屈折率n5 は 1.378である。空気層,反
射防止膜11,透明基板4の屈折率n0 ,n5 ,n
1 の間には、n0 <n5 <n1 の関係が成立し
ているため、反射防止膜11の厚みd5 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、透明
基板上に形成された光学距離調整膜により、透過光の焦
点位置をレジスト膜の段差に応じて変化させ、被投影面
上の凹凸を補償するように構成しているので、被投影面
の凹凸に影響されずにレジスト膜を精度良く感光できる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例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】この発明の一実施例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の他の
変形例を示す図である。
【図5】この発明の一実施例に係るフォトマスクのさら
に他の変形例を示す図である。
【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

Claims (1)

    【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
    一方主面および/または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位置が変化するように、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。
JP2309491A 1990-08-18 1991-02-18 フォトマスク Expired - Fee Related JP2901201B2 (ja)

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