JP2004085612A - Halftone phase shift mask, its manufacturing method and method for forming pattern using same - Google Patents

Halftone phase shift mask, its manufacturing method and method for forming pattern using same Download PDF

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JP2004085612A
JP2004085612A JP2002242497A JP2002242497A JP2004085612A JP 2004085612 A JP2004085612 A JP 2004085612A JP 2002242497 A JP2002242497 A JP 2002242497A JP 2002242497 A JP2002242497 A JP 2002242497A JP 2004085612 A JP2004085612 A JP 2004085612A
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Akiko Katsuyama
勝山 亜希子
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a halftone phase shift mask which can form a pattern with favorable exposure latitude and no pattern abnormality. <P>SOLUTION: The halftone phase shift mask has a mask pattern formed on a translucent substrate 13. The mask pattern comprises a translucent pattern region 11 and a light shielding pattern region 12. The translucent pattern region 11 has one minimum in the distribution of the transmission intensity of light in the shorter side direction. The light shielding pattern 12 has two minima in the distribution of the transmission intensity of light in the shorter side direction when it is assumed that the pattern 12 has the translucency equal to that of the above translucent pattern region 11. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトリソグラフィー法に用いられるハーフトーン位相シフトマスクおよびその製造方法、並びにそれを用いたパターン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子または半導体集積回路の微細化に伴い、フォトリソグラフィーの解像力を向上させる方法として、ハーフトーン位相シフト法が開発されている。ハーフトーン位相シフト法では、ハーフトーン位相シフトマスクと呼ばれるマスクを介して露光することにより、半導体基板上のレジスト膜に所望のパターンが転写される。このハーフトーン位相シフトマスクは、マスクパターンに透光性を持たせ、且つ、その透過光の位相をマスク開口部の透過光の位相に対して変調するものであり、そのマスクパターンを形成する材料としては、一般に、透過率が10%以下の半透過膜が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ハーフトーン位相シフト法を用いて微細ラインパターンを形成する場合、露光余裕度向上の面からは、マスクパターンが高い透過率を有することが望ましい。しかしながら、様々な大きさのパターンが混在する場合、マスクパターンの透過率が高いと、大面積パターンでパターン異常が発生するという問題があった。また、大面積パターンでは、微細ラインパターンとは逆に、マスクパターンの透過率が高いと露光余裕度が低下するという問題があった。
【0004】
本発明は、微細ラインパターン形成の露光余裕度を向上させながら、大面積パターンのパターン異常の発生および露光余裕度低下を抑制することのできるハーフトーン位相シフトマスクおよびその製造方法、並びにそれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のハーフトーン位相シフトマスクは、透光性基板にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクであって、前記マスクパターンは半透過パターン部および遮光パターン部で構成され、前記半透過パターン部は、その短辺方向における光の透過強度分布に極小部が1個存在するパターンであり、前記遮光パターン部は、前記半透過パターン部と同等の透光性を有すると仮定した場合に、その短辺方向における光の透過強度分布に極小部が2個以上存在するパターンであることを特徴とする。
【0006】
また、本発明のハーフトーン位相シフトマスクの製造方法は、透光性基板上にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクを製造する方法であって、前記透光性基板上に半透過膜および遮光膜を形成する工程と、半透過パターンデータおよび遮光パターンデータを得る工程と、前記半透過膜および前記遮光膜を、前記半透過パターンデータおよび前記遮光パターンデータに基づいてパターニングし、前記マスクパターンを形成する工程とを含み、前記遮光パターンデータを得る工程が、半透過パターンを前記マスクパターン状に形成する工程と、前記半透過パターンにおいて光の透過強度が極小となる部分を抽出する工程と、前記半透過パターンにおいて前記極小となる部分に囲まれた領域を抽出する工程と、前記極小となる部分に囲まれた領域のパターンを拡大し、この拡大されたパターンを遮光パターンとする工程とを含むことを特徴とする。
【0007】
また、本発明のパターン形成方法は、前記本発明のハーフトーン位相シフトマスクを介してフォトレジスト膜を露光した後、前記フォトレジスト膜を現像することにより、前記フォトレジスト膜にパターンを転写することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のハーフトーン位相シフトマスクにおいては、比較的線幅が小さいパターンを半透過パターン部としているため、ハーフトーン位相シフト法による解像力の向上という効果を得ることができる。一方、比較的線幅が大きいパターンは遮光パターン部とするため、半透過膜では十分な遮光が困難であった大面積パターンにおいても十分な遮光を実現でき、その結果、このような大面積パターンにおけるパターン異常の発生を抑制することができる。
【0009】
更に、大面積パターンは遮光パターン部であり、半透過パターン部の透過率の影響を受けないため、この半透過パターン部として高い透過率を有する半透過膜を使用することができる。その結果、微細パターンの露光余裕度を向上させることができる。また、大面積パターンでは、ハーフトーン位相シフト法を用いることにより露光余裕度が劣化する場合があったが、これを遮光パターン部としているため、良好な露光余裕度を得ることができる。すなわち、微細パターンおよび大面積パターンの両方において、良好な露光余裕度を得ることができる。
【0010】
次に、本発明に係るハーフトーン位相シフトマスクの一例について、図面を参照しながら説明する。
【0011】
図1は、本発明の第1の実施形態に係るハーフトーン位相シフトマスクを示す模式図である。本図に示すように、このハーフトーン位相シフトマスクにおいては、透光性基板13にマスクパターンが形成されており、このマスクパターンは、半透過パターン部11と遮光パターン部12とで構成されている。半透過パターン部11は、マスクパターンのなかで線幅が比較的小さいパターン部分に配置されており、遮光パターン部12は、マスクパターンのなかで線幅が比較的大きいパターン部分に配置されている。なお、この半透過パターン部11および前記遮光パターン部12の配置については後述する。
【0012】
半透過パターン部11は、透光性を有する位相シフト膜により形成される。半透過パターン部11の透過率は、特に限定するものではないが、例えば10〜80%、好ましくは20〜50%である。この半透過パターン部11を形成する材料としては、例えばモリブデンシリサイドなどを使用することができる。また、遮光パターン部12を形成する材料としては、例えばクロムなどを使用することができる。透光性基板13としては、例えば、ガラス基板、石英基板などを使用することができる。
【0013】
次に、前記半透過パターン部および前記遮光パターン部の配置について詳細に説明する。
【0014】
図2Aは、ハーフトーン位相シフトマスクのマスクパターンの一例を示す模式図である。このマスクパターンには、異なる線幅を有する複数のパターン14、15および16が存在している。各パターンの線幅は、特に限定するものではないが、例えば0.1〜2μmの範囲とすることができる。
【0015】
図2BおよびCは、上記マスクパターンがすべて半透過パターン部と同等の透過率を有するとした場合に、このマスクパターンを透過する光の強度分布の一例を示す模式図である。これは、パターンの短辺方向(線幅方向)における透過光の強度分布を示すものである。図2Bに示すように、比較的小さい線幅を有するパターン14では、その短辺方向(線幅方向)における透過光の強度分布曲線に極小点が1個存在している。すなわち、このパターンにおいては、十分な遮光が達成されている。一方、図2Cに示すように、比較的大きい線幅を有するパターン15および16では、その短辺方向(線幅方向)における透過光の強度分布曲線に極小部が2個存在している。そして、この極小部同士間の部分においては、透過光の強度が大きくなっている、すなわち十分な遮光が達成されていない。このような状態でレジスト膜に転写を行うと、パターン中央部のレジストが溶解するなど、パターン異常が発生することが予測される。
【0016】
図3は、パターンの線幅と透過光強度の傾きとの関係を示すものである。本図において、22は、マスクパターンが半透過膜で形成されている場合を示し、21は、マスクパターンが遮光膜で形成されているの場合を示す。なお、本図では、一例として、半透過膜の透過率を50%とし、2/3輪帯照明のArFエキシマレーザー光を用いた場合を示している。ここで、透過光強度の傾きとは、X軸をウェハ上の線幅方向の位置とした光強度曲線における、目標とするレジスト残部とレジスト溶解部との境界の位置での接線の傾きであり、これが大きいほど露光余裕度が向上する。本図に示すように、線幅が比較的小さいパターンでは半透過膜のほうが有利であり、線幅が比較的大きいパターンでは、逆に遮光膜のほうが有利である。
【0017】
本実施形態に係るハーフトーン位相シフトマスクにおいては、図2Bに示すような、短辺方向における透過光の強度分布曲線に極小点が1個存在するパターン(比較的線幅の小さいパターン)を半透過パターン部とし、図2Cに示すような、短辺方向における透過光の強度分布曲線に極小点が2個存在するパターン(比較的線幅の大きいパターン)を遮光パターン部として、それぞれ配置される。
【0018】
すなわち、このハーフトーン位相シフトマスクにおいては、半透過膜で十分に遮光できるような線幅の小さいパターンは半透過パターン部とされ、半透過膜では十分に遮光できないような線幅の大きいパターンは遮光パターン部とされる。そのため、線幅の小さいパターンでは、ハーフトーン位相シフト法による解像力の向上という効果を実現することができる。一方、線幅の大きいパターンでは、遮光パターン部とすることによって、ハーフトーン位相シフト法に伴なうパターン異常の発生を抑制することができる。
【0019】
更に、前述したように、露光余裕度に関しては、線幅の小さいパターンでは半透過膜が有利であり、線幅の大きいパターンでは遮光膜が有利である。よって、上記ハーフトーン位相シフトマスクのように、線幅の小さいパターンを半透過パターン部とし、線幅の大きいパターンを遮光パターン部とすることによって、微細パターンおよび大面積パターンの両方において良好な露光余裕度を達成することができる。
【0020】
このように、上記ハーフトーン位相シフトマスクにおいては、マスクパターンのうち、半透過パターン部となるパターンと、遮光パターン部となるパターンとが、その線幅により決定される。そして、この線幅は、前述したように、マスクパターンがすべて半透過パターン部と同じ透過率を有するとした場合における、パターンの線幅(短辺)方向における透過光の強度分布に応じて設定される。
【0021】
従って、半透過パターン部および遮光パターン部の線幅の好ましい範囲は、半透過パターン部の透過率によっても異なる。通常、この透過率が高いほど、半透過パターン部の線幅は小さく、遮光パターン部の線幅は大きくなる。例えば、透過率が50%である場合、半透過パターン部の線幅は0.2μm未満、更には0.15μm未満であることが好ましい。なお、半透過パターン部の線幅の下限は、0を超える値である。また、遮光パターン部の線幅は0.2μm以上、更には0.15μm以上であることが好ましい。なお、遮光パターン部の線幅の上限は、設計パターンデータで制御されるものであるので、特に限定するものではないが、例えば1000μm以下である。
【0022】
また、透過光の強度分布は、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する際に使用される光について評価されることが好ましい。換言すれば、透過光の強度分布曲線に極小点が2個存在するパターン(すなわち、半透過パターン部となるパターン)の線幅、および、透過光の強度分布曲線に極小点が1個存在するパターン(すなわち、遮光パターン部となるパターン)の線幅は、露光に使用される光の種類に応じて設定されることが好ましい。例えば、露光に使用される光がArFエキシマレーザーである場合、半透過パターン部の線幅は0.2μm未満、更には0.15μm未満であることが好ましい。なお、半透過パターン部の線幅の下限は、0を超える値である。また、遮光パターン部の線幅は0.2μm以上、更には0.15μm以上であることが好ましい。なお、遮光パターン部の線幅の上限は、設計パターンデータで制御されるものであるので、特に限定するものではないが、例えば1000μm以下である。
【0023】
次に、上記ハーフトーン位相シフトマスクの製造方法の一例について説明する。このハーフトーン位相シフトマスクは、透光性基板上に半透過膜および遮光膜を形成し、この半透過膜および遮光膜を、予め作成しておいた半透過パターンデータおよび遮光パターンデータに基づいてパターニングすることにより製造することができる。
【0024】
なお、半透過膜および遮光膜の成膜方法については、特に限定するものではなく、例えば、半透過膜はモリブデンシリサイドのスパッタリングなどにより成膜することができ、遮光膜はクロムの真空蒸着またはスパッタリングなどにより成膜することができる。また、パターニング方法についても特に限定するものではなく、フォトまたは電子線リソグラフィーおよびエッチングにより実施することができる。
【0025】
前記半透過パターンデータおよび前記遮光パターンデータの作成は、例えば、次のようにして作成することができる。
【0026】
まず、ガラス基板などの透明基板上に半透過膜を成膜し、これをパターニングすることによって、半透過パターン31を所望のマスクパターン状に形成する(図4A)。続いて、前記半透過パターン31に光を照射し、その光の透過強度を測定することによって、前記半透過パターン31における光の透過強度分布を得る。このとき、光の照射条件については、特に限定するものではないが、作製されるハーフトーン位相シフトマスクが使用される際の露光条件と同等であることが好ましい。
【0027】
得られた透過強度分布から、前記半透過パターン31において光の透過強度が極小となる部分(以下、「光強度極小部」という。)32を抽出し(図4B)、次に半透過パターン31において前記光強度極小部32に囲まれた領域33を抽出する(図4C)。そして、この領域33のパターンを拡大し、これを遮光パターン34とする(図4D)。このとき、パターン全体を拡大し、拡大されたパターンの縁端部が拡大前のパターンの縁端部より0.01〜0.2μm、更には0.05〜0.15μm外側となるように、拡大することが好ましい。また、この拡大量は、半透過パターンの透過率および光の種類に応じて設定されることが好ましい。例えば、半透過パターンの透過率を20%とし、四重極照明のArFエキシマレーザーを用いた場合、前記拡大量は0.1μmとすることが好ましい。
【0028】
なお、上記データ作成方法において、上記のように実際にマスクを作製する代わりに、コンピュータシミュレーションによって光強度分布を求めることが好ましい。また、パターンの抽出および拡大などの操作は、好ましくはコンピュータを用いて実施される。
【0029】
次に、上記ハーフトーン位相シフトマスクを用いたパターン形成方法の一例について説明する。まず、半導体基板上にフォトレジストを塗布し、これを上記ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する。露光に用いられる光としては、例えば、波長450nm以下の紫外線、特に、G線(波長436nm)、i線(波長365nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、Fレーザー(波長156nm)などが挙げられる。露光後、フォトレジストを現像することにより、前記フォトレジストにパターンを転写する。
【0030】
なお、得られたパターンは、例えば、半導体基板上に形成された被加工膜(例えば、半導体膜、絶縁膜、金属膜など)をエッチングする際のエッチングマスク、半導体基板に不純物イオンを注入する際のイオン注入マスクなどとして使用することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハーフトーン位相シフトマスクによれば、微細ラインパターン形成の露光余裕度を向上させながら、大面積パターンのパターン異常の発生および露光余裕度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るハーフトーン位相シフトマスクの一例を示す平面図である。
【図2】前記ハーフトーン位相シフトマスクのマスクパターン(図2A)と、このマスクパターンを全て半透過膜で形成した場合の各パターン部分における透過光強度分布(図2BおよびC)を示す図である。
【図3】パターンの線幅と透過光強度の傾きとの関係を示す図である。
【図4】前記ハーフトーン位相シフトマスクの製造における半透過パターンデータおよび遮光パターンデータの作成方法の一例を説明するための平面図である。
【符号の説明】
11 半透過パターン部
12 遮光パターン部
13 透光性基板
14 小線幅パターンのパターンデータ
15 中線幅パターンのパターンデータ
16 大線幅パターンのパターンデータ
31 マスクパターン状に形成された半透過パターン
32 光強度極小部
33 光強度極小部で囲まれた部分
34 遮光パターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a halftone phase shift mask used for a photolithography method, a manufacturing method thereof, and a pattern forming method using the same.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization of semiconductor elements or semiconductor integrated circuits, a halftone phase shift method has been developed as a method for improving the resolution of photolithography. In the halftone phase shift method, a desired pattern is transferred to a resist film on a semiconductor substrate by exposing through a mask called a halftone phase shift mask. This halftone phase shift mask is to impart transparency to the mask pattern and modulate the phase of the transmitted light with respect to the phase of the transmitted light at the mask opening. Generally, a semi-permeable membrane having a transmittance of 10% or less is used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a fine line pattern is formed by using the halftone phase shift method, it is desirable that the mask pattern has a high transmittance from the viewpoint of improving the exposure margin. However, when patterns of various sizes are mixed, if the transmittance of the mask pattern is high, there is a problem that a pattern abnormality occurs in a large area pattern. Also, in the case of a large-area pattern, there is a problem that, as opposed to the fine line pattern, if the transmittance of the mask pattern is high, the exposure margin decreases.
[0004]
The present invention provides a halftone phase shift mask capable of suppressing the occurrence of pattern abnormality of a large area pattern and a decrease in exposure margin while improving the exposure margin for forming a fine line pattern, a method of manufacturing the same, and a method of using the same. It is an object of the present invention to provide a method for forming a pattern.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a halftone phase shift mask of the present invention is a halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed on a translucent substrate, wherein the mask pattern is a semi-transmissive pattern part and a light-shielding pattern part. The semi-transmissive pattern portion is a pattern in which one minimal portion exists in the light transmission intensity distribution in the short side direction, and the light-shielding pattern portion has the same translucency as the semi-transmissive pattern portion. When it is assumed that the pattern has two or more minimum parts in the transmission intensity distribution of light in the short side direction.
[0006]
Further, a method of manufacturing a halftone phase shift mask of the present invention is a method of manufacturing a halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed on a translucent substrate, wherein a semi-transmissive film is formed on the translucent substrate. Forming the semi-transmissive pattern data and the light-shielding pattern data; and patterning the semi-transmissive film and the light-shielding film based on the semi-transmissive pattern data and the light-shielding pattern data. Forming a pattern, wherein the step of obtaining the light-shielding pattern data includes: forming a semi-transmissive pattern in the mask pattern form; and extracting a portion of the semi-transmissive pattern where light transmission intensity is minimal. Extracting a region surrounded by the minimum portion in the semi-transmissive pattern; and Expanding pattern surrounded by partial region, characterized in that it comprises a step of this enlarged patterned light-shielding pattern.
[0007]
Further, the pattern forming method according to the present invention includes exposing a photoresist film through the halftone phase shift mask according to the present invention, and then developing the photoresist film to transfer a pattern to the photoresist film. It is characterized by.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the halftone phase shift mask of the present invention, since a pattern having a relatively small line width is used as the semi-transmissive pattern portion, the effect of improving the resolving power by the halftone phase shift method can be obtained. On the other hand, since a pattern having a relatively large line width is a light-shielding pattern portion, sufficient light-shielding can be realized even in a large-area pattern in which it is difficult to sufficiently shield light with a semi-transmissive film. Can be suppressed from occurring.
[0009]
Further, since the large area pattern is a light shielding pattern portion and is not affected by the transmittance of the semi-transmissive pattern portion, a semi-transmissive film having a high transmittance can be used as the semi-transmissive pattern portion. As a result, the exposure margin of the fine pattern can be improved. In the case of a large-area pattern, the exposure margin may be deteriorated by using the halftone phase shift method. However, since this is used as a light-shielding pattern portion, a good exposure margin can be obtained. That is, good exposure latitude can be obtained in both the fine pattern and the large area pattern.
[0010]
Next, an example of a halftone phase shift mask according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a halftone phase shift mask according to the first embodiment of the present invention. As shown in this figure, in this halftone phase shift mask, a mask pattern is formed on a translucent substrate 13, and this mask pattern is composed of a semi-transmissive pattern section 11 and a light-shielding pattern section 12. I have. The semi-transmissive pattern portion 11 is disposed in a pattern portion having a relatively small line width in the mask pattern, and the light-shielding pattern portion 12 is disposed in a pattern portion having a relatively large line width in the mask pattern. . The arrangement of the translucent pattern portion 11 and the light-shielding pattern portion 12 will be described later.
[0012]
The semi-transmissive pattern section 11 is formed of a light-transmitting phase shift film. The transmittance of the semi-transmissive pattern portion 11 is not particularly limited, but is, for example, 10 to 80%, and preferably 20 to 50%. As a material for forming the semi-transmissive pattern portion 11, for example, molybdenum silicide or the like can be used. Further, as a material for forming the light-shielding pattern portion 12, for example, chrome or the like can be used. As the translucent substrate 13, for example, a glass substrate, a quartz substrate, or the like can be used.
[0013]
Next, the arrangement of the translucent pattern portion and the light shielding pattern portion will be described in detail.
[0014]
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating an example of a mask pattern of a halftone phase shift mask. The mask pattern includes a plurality of patterns 14, 15, and 16 having different line widths. The line width of each pattern is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 0.1 to 2 μm.
[0015]
FIGS. 2B and 2C are schematic diagrams each showing an example of the intensity distribution of light transmitted through the mask pattern when all the mask patterns have the same transmittance as the semi-transmissive pattern portion. This shows the intensity distribution of transmitted light in the short side direction (line width direction) of the pattern. As shown in FIG. 2B, in the pattern 14 having a relatively small line width, one minimum point exists in the intensity distribution curve of the transmitted light in the short side direction (line width direction). That is, in this pattern, sufficient light shielding is achieved. On the other hand, as shown in FIG. 2C, in the patterns 15 and 16 having a relatively large line width, two minimum portions exist in the intensity distribution curve of the transmitted light in the short side direction (line width direction). The intensity of the transmitted light is high in the portion between the minimum portions, that is, sufficient light shielding is not achieved. When the pattern is transferred to the resist film in such a state, it is expected that a pattern abnormality will occur, such as the dissolution of the resist at the center of the pattern.
[0016]
FIG. 3 shows the relationship between the line width of the pattern and the slope of the transmitted light intensity. In the figure, reference numeral 22 denotes a case where the mask pattern is formed of a semi-transmissive film, and reference numeral 21 denotes a case where the mask pattern is formed of a light-shielding film. Note that, in this drawing, as an example, a case where the transmittance of the semi-transmissive film is 50% and ArF excimer laser light of 2/3 annular illumination is used is shown. Here, the inclination of the transmitted light intensity is the inclination of the tangent line at the boundary between the target remaining resist and the resist dissolution part in the light intensity curve in which the X axis is the position in the line width direction on the wafer. The larger this is, the better the exposure margin is. As shown in this figure, a semi-transmissive film is more advantageous for a pattern with a relatively small line width, and a light-shielding film is more advantageous for a pattern with a relatively large line width.
[0017]
In the halftone phase shift mask according to the present embodiment, as shown in FIG. 2B, a pattern (a pattern having a relatively small line width) in which one minimum point exists in the intensity distribution curve of the transmitted light in the short side direction is cut in half. As shown in FIG. 2C, a pattern having two minimum points in the intensity distribution curve of the transmitted light in the short side direction (a pattern having a relatively large line width) is arranged as a light-shielding pattern part. .
[0018]
That is, in this halftone phase shift mask, a pattern with a small line width that can sufficiently shield light with a semi-transmissive film is a semi-transmissive pattern portion, and a pattern with a large line width that cannot fully shield light with a semi-transmissive film is This is a light-shielding pattern portion. Therefore, in a pattern having a small line width, an effect of improving the resolving power by the halftone phase shift method can be realized. On the other hand, in the case of a pattern having a large line width, the occurrence of pattern abnormality accompanying the halftone phase shift method can be suppressed by using the light-shielding pattern portion.
[0019]
Further, as described above, with respect to the exposure margin, a semi-transmissive film is advantageous in a pattern with a small line width, and a light-shielding film is advantageous in a pattern with a large line width. Therefore, as in the above-described halftone phase shift mask, a pattern having a small line width is used as a semi-transmissive pattern portion, and a pattern having a large line width is used as a light-shielding pattern portion. A margin can be achieved.
[0020]
As described above, in the halftone phase shift mask, of the mask patterns, the pattern to be the semi-transmissive pattern portion and the pattern to be the light-shielding pattern portion are determined by the line width. As described above, this line width is set according to the intensity distribution of transmitted light in the line width (short side) direction of the pattern when all the mask patterns have the same transmittance as the semi-transmissive pattern portion. Is done.
[0021]
Therefore, the preferable range of the line width of the semi-transmissive pattern portion and the light-shielding pattern portion differs depending on the transmittance of the semi-transmissive pattern portion. Normally, the higher the transmittance, the smaller the line width of the semi-transmissive pattern portion and the larger the line width of the light-shielding pattern portion. For example, when the transmittance is 50%, the line width of the semi-transmissive pattern portion is preferably less than 0.2 μm, and more preferably less than 0.15 μm. Note that the lower limit of the line width of the semi-transmissive pattern portion is a value exceeding 0. The line width of the light-shielding pattern portion is preferably 0.2 μm or more, and more preferably 0.15 μm or more. The upper limit of the line width of the light-shielding pattern portion is controlled by design pattern data, and is not particularly limited, but is, for example, 1000 μm or less.
[0022]
Further, it is preferable that the intensity distribution of the transmitted light is evaluated for light used when performing exposure using a halftone phase shift mask. In other words, the line width of the pattern in which two minimum points exist in the intensity distribution curve of the transmitted light (that is, the pattern serving as the semi-transmission pattern portion), and one minimum point exists in the intensity distribution curve of the transmitted light. It is preferable that the line width of the pattern (that is, the pattern to be the light-shielding pattern portion) is set according to the type of light used for exposure. For example, when the light used for exposure is an ArF excimer laser, the line width of the semi-transmissive pattern portion is preferably less than 0.2 μm, and more preferably less than 0.15 μm. Note that the lower limit of the line width of the semi-transmissive pattern portion is a value exceeding 0. The line width of the light-shielding pattern portion is preferably 0.2 μm or more, and more preferably 0.15 μm or more. The upper limit of the line width of the light-shielding pattern portion is controlled by design pattern data, and is not particularly limited, but is, for example, 1000 μm or less.
[0023]
Next, an example of a method for manufacturing the halftone phase shift mask will be described. In this halftone phase shift mask, a semi-transmissive film and a light-shielding film are formed on a light-transmitting substrate, and the semi-transmissive film and the light-shielding film are formed on the basis of previously prepared semi-transmissive pattern data and light-shielding pattern data. It can be manufactured by patterning.
[0024]
The method for forming the semi-transmissive film and the light-shielding film is not particularly limited. For example, the semi-transmissive film can be formed by molybdenum silicide sputtering or the like, and the light-shielding film can be formed by vacuum evaporation or sputtering of chromium. The film can be formed by the above method. Also, the patterning method is not particularly limited, and the patterning method can be implemented by photo or electron beam lithography and etching.
[0025]
The semi-transmissive pattern data and the light-shielding pattern data can be created, for example, as follows.
[0026]
First, a semi-transmissive film is formed on a transparent substrate such as a glass substrate, and is patterned to form a semi-transmissive pattern 31 in a desired mask pattern (FIG. 4A). Subsequently, by irradiating the semi-transmission pattern 31 with light and measuring the transmission intensity of the light, the transmission intensity distribution of light in the semi-transmission pattern 31 is obtained. At this time, the light irradiation conditions are not particularly limited, but are preferably the same as the exposure conditions when the manufactured halftone phase shift mask is used.
[0027]
From the obtained transmission intensity distribution, a portion (hereinafter, referred to as a “light intensity minimum portion”) 32 where the light transmission intensity is minimum in the semi-transmission pattern 31 is extracted (FIG. 4B), and then the semi-transmission pattern 31. Then, an area 33 surrounded by the light intensity minimum part 32 is extracted (FIG. 4C). Then, the pattern of the region 33 is enlarged to be a light shielding pattern 34 (FIG. 4D). At this time, the entire pattern is enlarged so that the edge of the enlarged pattern is 0.01 to 0.2 μm outside the edge of the pattern before enlargement, and further 0.05 to 0.15 μm outside. It is preferred to enlarge. It is preferable that the amount of enlargement is set according to the transmittance of the semi-transmissive pattern and the type of light. For example, when the transmissivity of the semi-transmissive pattern is 20% and an ArF excimer laser for quadrupole illumination is used, the amount of enlargement is preferably 0.1 μm.
[0028]
Note that, in the above data creation method, it is preferable to obtain the light intensity distribution by computer simulation instead of actually fabricating the mask as described above. Operations such as pattern extraction and enlargement are preferably performed using a computer.
[0029]
Next, an example of a pattern forming method using the halftone phase shift mask will be described. First, a photoresist is applied on a semiconductor substrate, and the photoresist is exposed using the halftone phase shift mask. As the light used for the exposure, for example, ultraviolet light having a wavelength of 450 nm or less, in particular, G-ray (wavelength 436 nm), i-ray (wavelength 365 nm), KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), F 2 Laser (wavelength: 156 nm) and the like can be mentioned. After the exposure, the pattern is transferred to the photoresist by developing the photoresist.
[0030]
Note that the obtained pattern is used as, for example, an etching mask for etching a film to be processed (for example, a semiconductor film, an insulating film, a metal film, or the like) formed on a semiconductor substrate, or for implanting impurity ions into a semiconductor substrate. Can be used as an ion implantation mask or the like.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the halftone phase shift mask of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of pattern abnormalities and the decrease in exposure margin of a large area pattern while improving the exposure margin for forming a fine line pattern. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an example of a halftone phase shift mask according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a mask pattern of the halftone phase shift mask (FIG. 2A) and a transmitted light intensity distribution (FIGS. 2B and C) in each pattern portion when the mask pattern is entirely formed of a semi-transmissive film. is there.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a line width of a pattern and a gradient of transmitted light intensity.
FIG. 4 is a plan view for explaining an example of a method of creating semi-transmissive pattern data and light-shielding pattern data in manufacturing the halftone phase shift mask.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semi-transmissive pattern part 12 Light-shielding pattern part 13 Translucent substrate 14 Pattern data of small line width pattern 15 Pattern data of medium line width pattern 16 Pattern data of large line width pattern 31 Semi-transmissive pattern 32 formed in a mask pattern shape Light intensity minimum part 33 Part surrounded by light intensity minimum part 34 Light shielding pattern

Claims (6)

透光性基板にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクであって、前記マスクパターンは、半透過パターン部および遮光パターン部で構成され、
前記半透過パターン部は、その短辺方向における光の透過強度分布に極小となる部分が1個存在するパターンであり、
前記遮光パターン部は、前記半透過パターン部と同等の透光性を有すると仮定した場合に、その短辺方向における光の透過強度分布に極小となる部分が2個以上存在するパターンであることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
A halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed on a light-transmitting substrate, wherein the mask pattern includes a semi-transmissive pattern portion and a light-shielding pattern portion,
The semi-transmissive pattern portion is a pattern in which there is one minimal portion in the light transmission intensity distribution in the short side direction,
Assuming that the light-shielding pattern portion has the same light-transmitting property as the semi-transmissive pattern portion, the light-shielding pattern portion is a pattern in which two or more portions are minimal in the light transmission intensity distribution in the short side direction. A halftone phase shift mask.
ArFエキシマレーザーを用いた露光に使用され、前記半透過パターン部の短辺方向の寸法が0.2μm未満であり、前記遮光パターン部の短辺方向の寸法が0.2μm以上である請求項1に記載のハーフトーン位相シフトマスク。2. A semi-transmissive pattern part used in exposure using an ArF excimer laser, wherein a dimension in a short side direction is less than 0.2 μm, and a dimension in a short side direction of the light shielding pattern part is 0.2 μm or more. 2. The halftone phase shift mask according to 1. 前記半透過パターン部における光の透過率が、10〜80%である請求項1または2に記載のハーフトーン位相シフトマスク。The halftone phase shift mask according to claim 1, wherein a light transmittance of the semi-transmissive pattern portion is 10 to 80%. 透光性基板上にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクの製造方法であって、
前記透光性基板上に半透過膜および遮光膜を形成する工程と、半透過パターンデータおよび遮光パターンデータを得る工程と、前記半透過膜および前記遮光膜を、前記半透過パターンデータおよび前記遮光パターンデータに基づいてパターニングし、前記マスクパターンを形成する工程とを含み、
前記遮光パターンデータを得る工程が、半透過パターンを前記マスクパターン状に形成する工程と、前記半透過パターンにおいて光の透過強度が極小となる部分を抽出する工程と、前記半透過パターンにおいて前記極小となる部分に囲まれた領域を抽出する工程と、前記極小となる部分に囲まれた領域のパターンを拡大し、この拡大されたパターンを遮光パターンとする工程とを含むことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
A method for manufacturing a halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed on a light-transmitting substrate,
Forming a semi-transmissive film and a light-shielding film on the light-transmitting substrate; obtaining semi-transmissive pattern data and light-shielding pattern data; Patterning based on pattern data, the step of forming the mask pattern,
The step of obtaining the light-shielding pattern data includes: forming a semi-transmissive pattern in the mask pattern shape; extracting a portion where the light transmission intensity is minimal in the semi-transmissive pattern; A step of extracting a region surrounded by a part to be formed, and a step of enlarging a pattern of the area surrounded by the minimum part, and using the expanded pattern as a light-shielding pattern. A method for manufacturing a tone phase shift mask.
前記極小となる部分に囲まれた領域のパターンを、拡大された前記パターンの縁端部が、拡大前の前記パターンの縁端部より0.01〜0.2μm外側となるように拡大する請求項4に記載のハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。The pattern in a region surrounded by the minimum portion is enlarged such that an edge of the enlarged pattern is 0.01 to 0.2 μm outside an edge of the pattern before enlargement. Item 5. A method for manufacturing a halftone phase shift mask according to Item 4. 請求項1〜3のいずれかに記載のハーフトーン位相シフトマスクを介してレジスト膜を露光した後、前記レジスト膜を現像することにより、前記レジスト膜にパターンを転写することを特徴とするパターン形成方法。4. A pattern forming method comprising: exposing a resist film through the halftone phase shift mask according to claim 1; and developing the resist film to transfer a pattern to the resist film. Method.
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