JPH04269749A - フォトマスクおよびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
製造工程（ウエハプロセス）などにおいて使用されるフ
ォトマスクおよびその製造技術に関し、特に位相シフト
用フォトマスクに適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の微細化が進み、回路素
子や配線の設計ルールがサブミクロン・オーダになると
、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの光を使用してフォトマ
スク上の集積回路パターンを半導体ウエハに転写するフ
ォトリソグラフィ工程では、パターンの精度の低下が深
刻な問題となってくる。

【０００３】例えば、図６に示すようなフォトマスクＭ
２　に形成された光透過領域Ｐ１，Ｐ２　　および遮光
領域Ｎ１　　からなるパターンをウエハ上に転写する場
合、上記遮光領域Ｎ１　を挟む一対の光透過領域Ｐ１，
Ｐ２　のそれぞれを透過した直後の二つの光は、図７に
示すように、それらの位相が同一であるため、ウエハ上
では、図８に示すように、二つの光がそれらの境界部で
互いに干渉し合って強め合う。そのため、図９に示すよ
うに、ウエハ上における上記パターンの投影像のコント
ラストが低下し、焦点深度が浅くなる結果、微細なパタ
ーンの場合は、その転写精度が大幅に低下してしまうこ
とになる。

【０００４】このような問題を改善する手段として、フ
ォトマスクを透過する光の位相を変えることによって投
影像のコントラストの低下を防止する位相シフト技術が
注目されている。

【０００５】例えば特公昭６２−５９２９６号公報には
、フォトマスク上の遮光領域を挟む一対の光透過領域の
一方に透明膜（位相シフタ）を設け、上記一対の光透過
領域を透過した二つの光の位相を互いに反転させること
によって、ウエハ上の二つの光の境界部における光の強
度を弱める位相シフト用フォトマスクが開示されている
。

【０００６】上記位相シフト用フォトマスクは、図１０
に示すようなフォトマスクＭ１　上の光透過領域Ｐ１，
Ｐ２　および遮光領域Ｎ１　からなるパターンをウエハ
上に転写する際、上記一対の光透過領域Ｐ１，Ｐ２　の
いずれか一方に所定の屈折率を有する透明膜からなる位
相シフタ２を設け、これらの光透過領域Ｐ１，Ｐ２　を
透過した直後の二つの光の位相が互いに反転する（図１
１参照）ように位相シフタ２の膜厚を調整したものであ
る。これにより、ウエハ上では、図１２に示すように、
二つの光がそれらの境界部で互いに干渉し合って弱め合
うので、図１３に示すように、上記パターンの投影像の
コントラストが向上する。

【０００７】また、特開昭６２−６７５１４号公報には
、フォトマスク上の第一の光透過領域の周囲に第二の微
小な光透過領域を設けるとともに、上記いずれか一方の
光透過領域に位相シフタを設け、上記一対の光透過領域
を透過した二つの光の位相を互いに反転させることによ
ってパターンの転写精度を向上させる位相シフト用フォ
トマスクが開示されている。

【０００８】また、特開平２−１４０７４３号公報には
、光透過領域内の一部に位相シフタを設け、この位相シ
フタが有る箇所と無い箇所とを透過した二つの光の位相
を互いに反転させることによってパターンの転写精度を
向上させる位相シフト用フォトマスクが開示されている
。

【０００９】従来、これらの位相シフト用フォトマスク
は、下記のような方法で製造されている。まず、全面に
Ｃｒの薄膜を堆積したガラス基板（マスクブランクス）
上に電子線レジストをスピン塗布し、電子線描画装置を
用いて上記電子線レジスト上に集積回路パターンの潜像
を形成した後、この電子線レジストの露光部分を現像液
により除去し、露出したＣｒ膜をエッチングすることに
よってフォトマスクを作成する。

【００１０】次に、上記フォトマスクの全面に位相シフ
タ材料であるスピンオングラス（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌ
ａｓｓ）　などの透明な薄膜を堆積した後、リソグラフ
ィ技術を用いてこの薄膜をエッチングすることによって
フォトマスクの所定の光透過領域にこの薄膜を残す。

【００１１】位相シフタを設けた光透過領域を透過した
光と、位相シフタを設けていない光透過領域を透過した
光の位相を互いに反転させるには、光の波長をλ、位相
シフタの屈折率をｎとして、位相シフタの膜厚（ｄ）を
、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の整数倍の関係を満たすように
設定する。例えば光の波長が３６５ｎｍ（ｉ線）、位相
シフタ材料であるスピンオングラスの屈折率が１．５で
ある場合は、位相シフタの膜厚を３６５ｎｍまたはその
整数倍にする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の検討によれば、前記従来の位相シフト用フォトマス
クおよびその製造方法には、下記のような問題点がある
。

【００１３】まず、位相シフタ材料であるスピンオング
ラスをフォトマスク上にスピン塗布する際、フォトマス
クの表面の段差によってスピンオングラスの膜厚が不均
一となる箇所が局所的に生じるため、そのような箇所で
は所期の位相シフト効果が得られないという問題がある
。

【００１４】また、位相シフタ材料であるスピンオング
ラスは、フォトマスク材料である石英ガラスと同じ酸化
珪素（ＳｉＯ２）で構成されているため、フォトマスク
上にスピン塗布したスピンオングラスをエッチングする
際、充分なエッチング選択比が得られないという問題が
ある。そのため、実際の製造工程では、スピンオングラ
スの下層にエッチングストッパ用の薄膜を設ける工程が
不可欠となる。

【００１５】また、位相シフト用フォトマスクおよび通
常のフォトマスクに共通の問題点として、露光時にフォ
トマスクを透過した光がウエハの表面や、フォトマスク
とウエハとを結ぶ光路上の対物レンズの表面で反射し、
さらにフォトマスクの表面で再反射する、いわゆる多重
反射（迷光）が生じるため、ウエハ上の本来は非露光領
域である箇所までもが幾分か露光されてしまい、ウエハ
上に転写されるパターンの精度が低下するという問題が
ある。

【００１６】本発明は、上記した問題点に着目してなさ
れたものであり、その目的は、位相シフタの膜厚のばら
つきに起因するパターン転写精度の低下を抑制する技術
を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、位相シフト用フォト
マスクの製造工程を短縮する技術を提供することにある
。

【００１８】本発明の他の目的は、フォトマスクを透過
した光の多重反射（迷光）に起因するパターン転写精度
の低下を抑制する技術を提供することにある。

【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の位相シフト用フ
ォトマスクは、位相シフタをフッ素系樹脂などの低屈折
率材料からなる透明な薄膜により構成したものである。

【００２１】

【作用】屈折率がｎの媒質中に入射した光の波長は、下
記の式 λ＝λ０／ｎ（λ：媒質中の波長、λ０：入射光の波長
）により、ｎが小さい程長くなる。すなわち、位相シフ
タを低屈折率材料で構成することにより、位相シフタを
透過した光の波長が長くなり、その分、光路長は短くな
る。これにより、位相シフタを設けた光透過領域を透過
した光と、位相シフタを設けていない光透過領域を透過
した光の光路長の差が短くなり、位相シフタの膜厚にば
らつきがある場合においても、上記二つの光の位相差の
ばらつきが小さくなる。

【００２２】また、位相シフタを低屈折率材料で構成す
ることにより、フォトマスクを透過した光の多重反射（
迷光）が低減されるので、これに起因するパターン転写
精度の低下を抑制することができる。

【００２３】

【実施例】図１は、本実施例の位相シフト用フォトマス
クＭ１　の要部断面図、図２は、同じく平面図である。 この位相シフト用フォトマスクＭ１は、ウエハに所定の
集積回路パターンを転写するための、例えば実寸の５倍
の寸法の集積回路パターンの原画が形成されたレチクル
である。

【００２４】例えば屈折率が１．４７程度の透明な合成
石英ガラスからなる上記位相シフト用フォトマスクＭ１
　の主面には、周囲を遮光領域Ｎ１　によって囲まれた
一対の光透過領域Ｐ１，Ｐ２　が形成されている。上記
遮光領域Ｎ１　は、例えばＣｒなどの遮光膜１によって
構成されている。

【００２５】上記光透過領域Ｐ１，Ｐ２　および遮光領
域Ｎ１　を形成するには、例えばスパッタ法を用いて全
面にＣｒなどの遮光膜１を堆積したガラス基板（マスク
ブランクス）を用意し、その主面に電子線レジストをス
ピン塗布した後、電子線描画装置を用いてこのガラス基
板に電子線を照射し、電子線レジストの露光部分を現像
液により除去した後、露出した遮光膜１をエッチングす
る。

【００２６】上記位相シフト用フォトマスクＭ１　の一
対の光透過領域Ｐ１，Ｐ２　の一方（Ｐ１）には、透明
な薄膜からなる位相シフタ２が設けられている。従来、
この位相シフタ２は、スピンオングラスなどの酸化珪素
系材料によって構成されていたが、本実施例の位相シフ
タ２は、スピンオングラスよりも屈折率の低いフッ素系
樹脂によって構成されている。

【００２７】位相シフタ２に用いて好適なフッ素系樹脂
の一例として、「サイトップ」（商品名、旭硝子株式会
社製フッ素系樹脂）を挙げることができる。このフッ素
系樹脂は、屈折率が１．３４とスピンオングラス（屈折
率≒１．５）に比べてはるかに低い。また、ｉ線（波長
３６５ｎｍ）の透過率は約９５％、ＫｒＦエキシマレー
ザ（波長２４８ｎｍ）の透過率は約８０％と優れた透過
率を有し、しかも膜厚１μｍ以下のスピン塗布も可能で
ある。

【００２８】従って、上記フッ素系樹脂を用いて光透過
領域Ｐ１　に位相シフタ２を形成するには、光透過領域
Ｐ１，Ｐ２　および遮光領域Ｎ１　を形成したフォトマ
スクの全面にこのフッ素系樹脂をスピン塗布し、これを
ベークして硬化させた後、エッチングを行う。上記フッ
素系樹脂は、酸素系ガスに対する活性が高いため、上記
エッチングは、酸素系ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングが良い。この酸素系ガスを用いた反応性イオンエッ
チングによれば、フォトマスク材料である石英ガラスに
対して高い選択比でフッ素系樹脂をエッチングすること
ができるので、スピンオングラスなどの酸化珪素系材料
をエッチングして位相シフタを作成する従来技術と異な
り、エッチングストッパ用の薄膜が不要となる。

【００２９】位相シフタ２を設けた光透過領域Ｐ１　　
を透過した光と、位相シフタ２の無い光透過領域Ｐ２　
を透過した光の位相を互いに反転させるには、光の波長
をλ、位相シフタ２の屈折率をｎとして、位相シフタ２
の膜厚（ｄ）を、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の整数倍の関係
を満たすように設定すればよい。例えば光の波長を３６
５ｎｍ（ｉ線）、位相シフタ２を構成するフッ素系樹脂
の屈折率を１．３４とすると、位相シフタ２の膜厚を５
３７ｎｍまたはその整数倍とすればよい。

【００３０】ところで、位相シフタ２の材料となる上記
フッ素系樹脂をフォトマスク上にスピン塗布した際、光
透過領域Ｐ１　と遮光領域Ｎ１　との段差によって位相
シフタ２の膜厚（ｄ）が前記の値（５３７ｎｍ）からず
れ、その結果、上記一対の光透過領域Ｐ１，Ｐ２　を透
過した二つの光の位相差が１８０度からずれてしまうこ
とがある。

【００３１】しかし、上記フッ素系樹脂はその屈折率が
スピンオングラスなどの酸化珪素系材料に比べてはるか
に低いため、このフッ素系樹脂からなる位相シフタ２を
透過した光の波長は、酸化珪素系材料からなる位相シフ
タ２を透過した光の波長よりも長くなり、その分、光路
長は短くなる。

【００３２】そのため、本実施例の位相シフト用フォト
マスクＭ１　は、位相シフタ２を設けた光透過領域Ｐ１
　を透過した光と、位相シフタ２の無い光透過領域Ｐ２
　を透過した光の光路長の差が従来よりも短くなり、位
相シフタ２の膜厚にばらつきがある場合においても、一
対の光透過領域Ｐ１，Ｐ２　を透過した二つの光の位相
差の１８０度からのずれを少なくすることができる。

【００３３】すなわち、本実施例の位相シフト用フォト
マスクＭ１　によれば、スピンオングラスなどの酸化珪
素系材料で位相シフタを構成した従来の位相シフト用フ
ォトマスクに比べてパターン転写精度が向上する。

【００３４】図３は、本実施例の位相シフト用フォトマ
スクＭ１　を装着した縮小投影露光装置３の光学系であ
る。

【００３５】光源４と半導体ウエハ５とを結ぶ光路上に
は、コリメータレンズ６、位相シフト用フォトマスクＭ
１　および対物レンズ７が配置されている。コリメータ
レンズ６は、光源４から放射された光を平行光に変換し
て位相シフト用フォトマスクＭ１　に入射する。位相シ
フト用フォトマスクＭ１　の一対の光透過領域Ｐ１，Ｐ
２　を透過することによって互いの位相が反転した二つ
の光Ｌ１，Ｌ２　は、対物レンズ７によって一つに合成
され、スポット状の光ビームとなって半導体ウエハ５の
表面に入射する。

【００３６】このとき、上記光Ｌ１，Ｌ２　の一部が半
導体ウエハ５の表面や対物レンズ７の表面で反射し、位
相シフト用フォトマスクＭ１　の下面に入射する。しか
し、この下面には低屈折率の位相シフタ２が設けられて
いるため、位相シフト用フォトマスクＭ１　の下面での
光の再反射率は、酸化珪素系材料からなる位相シフタを
設けた従来の位相シフト用フォトマスクのそれに比べて
低い。

【００３７】すなわち、本実施例の位相シフト用フォト
マスクＭ１　によれば、多重反射（迷光）の影響を低減
することができるため、従来の位相シフト用フォトマス
クに比べてパターン転写精度が向上する。

【００３８】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３９】前記実施例の位相シフト用フォトマスクは
、Ｃｒなどの遮光膜の上に位相シフタを形成したもので
あるが、例えば図４に示すように、位相シフタ２の材料
となる低屈折率の透明膜の上に遮光膜１を形成してもよ
い。この場合には、透明膜上に遮光膜１を設けていない
領域が位相シフタ２となる。

【００４０】また、Ｃｒなどの遮光膜によって遮光領域
を形成する手段に代えて、図５に示すように、位相シフ
タ２を構成する低屈折率の透明膜を光の解像度以下の微
小な間隔で繰り返し配置したパターンとすることによっ
て遮光領域Ｎ１　を形成することもできる。この場合は
、石英ガラスの表面に低屈折率の透明膜を堆積し、電子
線リソグラフィ技術を用いてこの透明膜をエッチングす
ることにより、光透過領域Ｐ１　、遮光領域Ｎ１　およ
び位相シフタ２を同一工程で同時に作成することができ
る。

【００４１】位相シフトを構成する低屈折率の透明膜と
しては、前記フッ素系樹脂に限定さされるものではない
。

【００４２】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００４３】位相シフタを低屈折率材料により構成した
本発明の位相シフト用フォトマスクによれば、位相シフ
タの膜厚のばらつきや、フォトマスクを透過した光の多
重反射（迷光）に起因するパターン転写精度の低下を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である位相シフト用フォトマ
スクの要部断面図である。

【図２】この位相シフト用フォトマスクの要部平面図で
ある。

【図３】この位相シフト用フォトマスクを装着した縮小
投影露光装置の光学系を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例である位相シフト用フォト
マスクの要部断面図である。

【図５】本発明の他の実施例である位相シフト用フォト
マスクの要部断面図である。

【図６】位相シフタを有しないフォトマスクの要部断面
図である。

【図７】このフォトマスクを透過した直後の光の振幅を
示す図である。

【図８】ウエハ上における光の振幅を示す図である。

【図９】ウエハ上における光の強度を示す図である。

【図１０】従来の位相シフト用フォトマスクの要部断面
図である。

【図１１】この位相シフト用フォトマスクを透過した直
後の光の振幅を示す図である。

【図１２】ウエハ上における光の振幅を示す図である。

【図１３】ウエハ上における光の強度を示す図である。

【符号の説明】

１　　遮光膜 ２　　位相シフタ ３　　縮小投影露光装置 ４　　光源 ５　　半導体ウエハ ６　　コリメータレンズ ７　　対物レンズ Ｌ１　光 Ｌ２　光 Ｍ１　位相シフト用フォトマスク Ｍ２　フォトマスク Ｎ１　遮光領域 Ｐ１　光透過領域 Ｐ２　光透過領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の光透過領域の一方に透明な薄膜
   からなる位相シフタを設け、前記一対の光透過領域を透
   過した二つの光の位相を互いに反転させる位相シフト用
   フォトマスクであって、前記位相シフタを低屈折率材料
   により構成したことを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】　　前記位相シフタをフッ素系樹脂により
   構成したことを特徴とする請求項１記載のフォトマスク
   。
3. 【請求項３】　　フォトマスクの表面にフッ素系樹脂を
   スピン塗布した後、前記フッ素系樹脂をエッチングする
   ことによって位相シフタを形成することを特徴とする請
   求項２記載のフォトマスクの製造方法。
4. 【請求項４】　　酸素系ガスを用いた反応性イオンエッ
   チングによって前記フッ素系樹脂をエッチングすること
   を特徴とする請求項３記載のフォトマスクの製造方法。