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発明の名称 フォトマスクおよびその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−215687(P2001−215687A)
公開日 平成13年8月10日(2001.8.10)
出願番号 特願2000−25845(P2000−25845)
出願日 平成12年2月3日(2000.2.3)
代理人 【識別番号】100096253
【弁理士】
【氏名又は名称】尾身 祐助
【テーマコード(参考)】
2H095
【Fターム(参考)】
2H095 BB02 BB03 BC08 BC28 
発明者 松浦 誠司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 露光光に対して透過性を有する透明基板と、前記透明基板上に形成された露光光に対して遮光性を有する遮光膜とを備えた、投影光学系を介して所定のパターンを被露光基板上に露光するために用いられるフォトマスクにおいて、前記透明基板には、前記遮光膜とは逆パターンの、側面が垂直で均一な深さを有する凹部が形成されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項2】 前記凹部の深さが露光光の波長以上であることを特徴とする請求項1記載のフォトマスク。
【請求項3】 前記被露光基板上に形成される、露光パターンの非露光パターンに対する寸法比は、前記遮光膜の開口パターンの前記遮光膜に対する寸法比より小さいことを特徴とする請求項1または2記載のフォトマスク。
【請求項4】 (1)露光光に対して透過性を有する透明基板上に露光光に対して遮光性を有する遮光膜を形成する工程と、(2)前記遮光膜上に所定のパターンのレジスト膜を形成する工程と、(3)前記レジスト膜をマスクとして前記遮光膜をパターニングする工程と、(4)パターニングされた前記遮光膜、または、前記レジスト膜およびパターニングされた前記遮光膜をマスクとして前記透明基板をエッチングして、該透明基板に深さが一様でかつ垂直な側壁を有する凹部を形成する工程と、を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトマスクおよびその製造方法に関し、特に半導体装置の製造工程で微細パターンの形成に用いられる投影露光装置用フォトマスクおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体素子の製造工程に於いては、半導体基板上にパターンを形成するために光リソグラフィ技術が用いられている。光リソグラフィ技術では、縮小投影露光装置によりフォトマスクのパターンを感光性樹脂の塗布された半導体基板上に転写し、現像により所定のパターンを得ている。
【0003】図5は、通常のフォトマスクの断面図である。図に示すようにこのマスクは露光光を透過させる透明基板1と、露光光を遮光する遮光膜2とで構成され、遮光膜側壁に囲まれた開口部5を有している。露光光(図示しない)がフォトマスクに入射すると、透明基板1を通過し半導体基板(図示しない)上を露光する。このマスクを用いたとき、開口部5を通過した光は半導体基板上でマスクパターンより拡がっている。そして開口部からの光は同位相であり隣接する開口部を透過した光は遮光膜の中心部において強め合う。このため、このフォトマスクでは、開口部の間隔が短いほど、隣接するパターンを分離することが困難になり、解像度が低いという問題があった。
【0004】この問題を解決したフォトマスクとその製造方法が、特開平7−306524号公報に開示されている。この公報に示されるマスクは、レベンソンタイプと呼ばれる位相シフトマスクの一種であり、その断面図を図6に示す。図に示すように、透明基板1上に、露光光(図示しない)を遮光する遮光膜2によって遮光部と透光部とが形成されたパターンを有している。そして、遮光膜の開口部の透明基板形状が全て凹状で、この凹部の側壁が遮光膜のエッジと一致する垂直形状であり、かつ隣り合う透光部の掘り込み部の深さが異なる構造を有している。この隣り合う掘り込み部の溝の深さの差は、露光波長をλとしたとき、λ/2(n−1)で表される。ここで、nは透明基板の屈折率である。このような構造を有するマスクに入射する露光光は透明基板1を通過し、隣り合う掘り込み部の深さの差により位相が180度異なって射出される。深い掘り込み部を射出する光と、浅い掘り込み部を射出する光との間では180度の位相差が与えられるので、これによってパターン端部の振幅変化(光強度変化)を大きくすることができ解像度が向上する。また、このような構造に形成されたフォトマスクでは、導波路効果を双方の掘り込み部通過に同等に生じせしめることができ、隣り合う掘り込み部に対応する光強度を等しくすることが可能となる。
【0005】以下に、図7を参照して特開平7−306524号公報にて開示された位相シフトマスクの製造方法について説明する。まず、図7(a)に示すように、透明基板1の下面に遮光膜2のパターンを形成する。その後、図7(b)に示すように、遮光膜2をエッチングマスクとして異方性エッチング法、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法により透明基板1を、d1=(2m−1)λ/(2n―1)
だけ垂直にエッチングする。ここで、mは1以上の整数、nは透明基板1の屈折率、λは露光光の波長である。次いで、図7(c)に示すように、下面全体にレジスト膜6を塗布する。その後、図7(d)に示すように、凹部を1つおきに覆うレジストパターンが得られるように、荷電粒子(例えば、電子)または光を用いて露光し現像を行う。そして、レジスト膜6をエッチングマスクとしてRIE法によって、d2=λ/2(n−1)
だけ基板11を垂直にエッチングする。最後に、図7(e)に示すように、レジスト膜6を剥離する。このように、透明基板1の掘り込み部はd1とd1+d2の深さで交互に形成され隣接する透過光の位相差を180度にする位相シフトマスクが完成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に示した通常のフォトマスクでは、パターンの微細化に伴い十分な光強度コントラストが得られないことが問題となる。また、レベンソンタイプの位相シフトマスクでは、図7に示すように、リソグラフィ工程が2回必要となり、更に基板エッチングを2回に分けて精度よく行う必要があるため、工程が複雑となり、工程管理が難しくなるという問題が起こる。また、この位相シフトマスクでは、1:1L&S(ラインアンドスペース)のような周期パターンにしか適用できない、そして、コヒーレンスファクタσの小さい照明を用いなければならないなどの難点がある。本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、解像度が高いフォトマスクを簡易な工程により容易に形成しうるようにすることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明によれば、露光光に対して透過性を有する透明基板と、前記透明基板上に形成された露光光に対して遮光性を有する遮光膜とを備え、投影光学系を介して所定のパターンを被露光基板上に露光するために用いられるフォトマスクであって、前記透明基板には、前記遮光膜とは逆パターンの、側面が垂直で均一な深さを有する凹部が形成されていることを特徴とするフォトマスク、が提供される。
【0008】また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、(1)露光光に対して透過性を有する透明基板上に露光光に対して遮光性を有する遮光膜を形成する工程と、(2)前記遮光膜上に所定のパターンのレジスト膜を形成する工程と、(3)前記レジスト膜をマスクとして前記遮光膜をパターニングする工程と、(4)パターニングされた前記遮光膜、または、前記レジスト膜およびパターニングされた前記遮光膜をマスクとして前記透明基板をエッチングして、該透明基板に深さが一様でかつ垂直な側壁を有する凹部を形成する工程と、を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法、が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形態のフォトマスクを示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態のフォトマスクは、石英からなる透明基板1とクロム(以下、Crと記す)からなる遮光膜2で形成されている。そして、透明基板には、深さDの垂直な側面を有する凹部4が形成されている。
【0010】図1に示す透明基板1の凹部4の側壁部においては、マスク直下の光強度は低下する。低下の割合は凹部の側壁付近で大きく、側壁から離れた透過パターン中央で最も小さくなる。この効果はホールパターンで最も大きい。図2に180nmL&Sのフォトマスクを用いて、波長λ=193nmのArF光で露光した場合の、掘り込み深さDに対するマスク直下の光強度をシミュレーションにより求めた結果を示す。このとき、透過パターン中央のマスク直下の光強度で規格化し、コヒーレンスファクタσは0とした。そして、透明基板の掘り込み深さDを0nm、1×λ、3×λ、6×λの4ケースについて求めた。図2において、横軸は、図1の紙面に平行な方向に位置を示し、縦軸は光強度を示す。横軸の中心の位置は凹部4の中心に当たり、この位置に光強度のピークが生じている。
【0011】図2に示すように、透明基板1の掘り込み深さDが波長(1×λ)以上でマスク直下の光強度を表すグラフの勾配が大きくなることが確認され、更に1×λ→3×λ→6×λと増えるに従いその傾向が顕著になり、高い解像度が得られることが解る。透明基板に一様の深さの凹部を形成したフォトマスクにより高い解像度を実現できる理由は、未だ明確には把握されていないが、凹部側面での光散乱により開口部の露光光の集光性が向上したためと推測される。そして、この効果はパターンの周期性に依存しないので、L&S以外の非周期性パターンにも適用することができる。また、凹部の側壁に囲まれることにより解像度向上の効果が得られることから、特にホールパターンにおいて高い解像度が得られる。
【0012】次に、本発明の第1の実施の形態のフォトマスクの製造方法の一例を示す。図3は本発明の実施例のフォトマスクの製造方法を説明するための工程順断面図である。まず、石英からなる透明基板1上にスパッタ法によりCrを80nmの膜厚に堆積して遮光膜2を形成する。次に、その上に電子線露光用のレジストをスピン塗付し、乾燥後プリベークを行った後、電子線露光により180nmのL&Sパターン(レティクル上ではこの4倍)を描画し、スプレー法にて、現像処理を行って、レジスト膜3を形成する〔図3(a)〕。
【0013】次に、レジスト膜3をマスクとしてCl2 /O2 混合ガスを用いたRIE法により遮光膜2を選択的に除去してレジスト膜パターンの転写された遮光膜パターンを形成する〔図3(b)〕。次いで、ウエット法により、遮光膜2上のレジスト膜3を剥離除去する〔図3(c)〕。その後、CF4 ガスを用いたRIE法により、透明基板1を386nm(ArFエキシマレーザの2λ)エッチングして側面が垂直で一様な深さの凹部4を形成する〔図3(d)〕。なお、レジスト膜3の剥離・除去は、透明基板1を所定の深さにエッチングした後であってもよい。
【0014】図4は、本発明の第2の実施の形態のフォトマスクを示す断面図である。半導体基板上に形成されるパターンは、図1に示した第1の実施の形態の場合と同じであるが、本実施の形態では、フォトマスク上の遮光膜の開口パターンが第1の実施の形態の場合より広げられている。本実施の形態のフォトマスクについて、波長λ=193nmのArFエキシマレーザ光で露光した場合の、掘り込み深さDに対するマスク直下の光強度をシミュレーションにより求めたところ、図2に示した第1の実施の形態の場合と同様の結果が得られた。本実施の形態によれば、遮光膜の開口幅、開口径が広げられたことによって、図1に示すフォトマスクの弊害であるマスク直下の光強度が低下するために生じる露光時間の増大を抑制することができる。
【0015】以上好ましい実施の形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので無く、特許請求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、第1の実施の形態においては遮光膜材料としてCrを用いたが、これに代えてCrOX やW−Si等の材料を用いることも可能である。また、透明基板として石英を用いたが、フッ化カルシウム(CaF2)やフッ化マグネシウム(MgF2)を用いることも可能である。また、透明基板や遮光膜の膜厚は適宜に選択することができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のフォトマスクは、透明基板に遮光膜と逆パターンの一様な深さの凹部を設けたものであるので、遮光膜端部での光強度変化を高めることができ、微細パターン、特にホールパターンの解像性能を向上させることができる。そして、その効果はパターンの周期性に依存しないので、L&Sなどの周期性を有しないフォトマスクにも適用することができる。そして、本発明のフォトマスクは、凹部の深さが一様であって、1回のリソグラフィ工程で製造が可能であり、かつ、掘り込み深さの精度が要求されないので、簡素な工程で容易に作製することができる。




 

 


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