JP2000066373A

JP2000066373A - 露光マスク

Info

Publication number: JP2000066373A
Application number: JP24775798A
Authority: JP
Inventors: Tadao Yasusato; 直生安里
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】微細パターンを精度よく形成することができ
るようにする。【解決手段】遮光膜１１で形成されたスタックパター
ン（ラインパターン）１の周囲の透明基板１２を選択的
にエッチングし、そのエッチング部２の側壁がラインパ
ターン１のコーナ付近に位置するようにする。透明基板
１２のエッチング部２の側壁は、露光光を散乱させ、ス
タックパターン１のコーナ部の光強度を低下させるよう
に作用し、微細な補助パターンとして働き、ラインパタ
ーン１の露光特性が改善される。また、エッチング部２
の厚さは、エッチング部２の透過光とその周辺の光の位
相差が３６０度となるようにされ、異なる位相の光によ
る干渉が生じないようになされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光マスクに関
し、特に、透明基板のエッチング部の段差が微細パター
ンとして働き、ラインパターンの露光特性を改善する露
光マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ラインアンドスペースパターン
（ラインとスペースの一定ピッチの繰り返しパターン）
では、変形照明法の実用化により、十分な焦点深度が得
られるようになっている。即ち、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍ
ｉｃｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）の
ゲート、配線パターン等の周期性のあるパターンは、か
なり微細な寸法でも安定して形成できる。

【０００３】変形照明法とは、フライアイレンズで形成
される有効光源の形を変え（例えば、リング状に変
え）、マスクに入射する光をすべて斜めにする方法であ
る。通常の結像状態は、マスクの０次回折光と±１次回
折光の３光束をレンズで集めている（３光束干渉の結
像）。これに対して、変形照明法では、マスクに斜めに
入射した光の±１次回折光の一方は投影レンズに入ら
ず、０次光と±１次回折光の片方の２光束で像を形成し
ている（２光束干渉の結像）。

【０００４】これら２つの結像状態をベストフォーカス
で比較すると、±１次回折光の一方を捨てている変形照
明法の方がコントラストが低下する。しかし、結像面
（半導体基板）上での入射角度を考えると、２光束干渉
の結像は３光束干渉の１／２になっている。よって、焦
点をずらした時の像のぼけが少なくなり、焦点深度を拡
大することができる。

【０００５】しかし、明確な回折光の生じない孤立パタ
ーンには変形照明法の効果は無く、孤立パターンの焦点
深度拡大が重要な問題となっていた。

【０００６】そこで、孤立パターンの焦点深度拡大のた
め、補助パターン法が提案された。補助パターン法と
は、半導体基板上に転写するパターン（以下メインパタ
ーンと呼ぶ）の周辺に、露光装置の解像限界以下のパタ
ーンを配置する方法である。この補助パターンにより、
完全では無いが、パターンは周期性を持ち、回折光が生
じる。よって、補助パターンマスクを変形照明条件下で
用いることにより、孤立パターンの焦点深度を拡大する
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た補助パターン法においては、補助パターンの配置位
置、及び寸法が、メインパターンの焦点深度に影響す
る。補助パターンとメインパターンの間隔は、メインパ
ターン寸法と同程度かそれより若干広いところで最適値
がある。また、補助パターン寸法は、より大きいほど、
メインパターンの焦点深度を拡大させるが、補助パター
ン寸法が大きすぎると、補助パターン自体が半導体基板
上に転写されてしまう。よって、補助パターンを安定し
て形成する技術が必要となる。

【０００８】また、斜入射照明には、ライン寸法とピッ
チの比が１：２程度のパターンにおいて、転写寸法が異
常に細るという問題が知られている。しかし、このライ
ン寸法とピッチの比が１：２程度のパターンに補助パタ
ーンを配置するためには、非常に微細な補助パターンを
形成する必要があり、これまで以上に微細な補助パター
ンの形成が必要となる。

【０００９】また、補助パターン法の場合と同様に、微
細パターンを必要とする手法として、光近接効果補正
（オプティカルプロキシミティコレクション：以下ＯＰ
Ｃと呼ぶ）も徐々に実用化されるようになってきた。こ
れは、例えば、ライン先端の縮みを防止するために、マ
スク上のパターンにおいて、ライン先端にセリフと呼ば
れる微細な突起を付加する手法である。このＯＰＣパタ
ーンは、微細（露光装置の限界解像度以下）であるた
め、ウエハ上には転写されないが、ラインパターン先端
部の光強度を低下させ、ラインパターンの縮みを防止す
ることができる。

【００１０】ＯＰＣ手法においても、補助パターン手法
の場合と同様に、微細パターンを精度よく形成すること
が難しく、新たな微細パターン形成方法が必要とされる
課題があった。

【００１１】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、透明基盤のエッチング部側壁に、微細な遮
光パターンと同様の働きをさせることにより、微細なパ
ターンを精度良く形成することができるようにするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の露光マ
スクは、少なくとも、透明基板と、所定のパターン上に
形成された遮光膜とからなる露光マスクであって、パタ
ーンの周辺の透明基板の所定の部分を所定の深さにエッ
チングしたエッチング部を形成し、透明基板のエッチン
グ部の段差側壁を補助パターン、またはＯＰＣパターン
として用いることを特徴とする。また、エッチング部の
深さは、エッチング部を透過した露光光と他の部分を透
過した露光光に対して、３６０度の位相差を生じさせる
深さとされるようにすることができる。請求項３に記載
の露光マスクは、少なくとも、透明基板と、所定のパタ
ーン上に形成された遮光膜とからなる露光マスクであっ
て、遮光膜上の所定の位置に透明膜を形成し、透明膜の
段差側壁を補助パターン、またはＯＰＣパターンとして
用いることを特徴とする。また、透明膜の厚さは、透明
膜を透過した露光光と他の部分を透過した露光光に対し
て、３６０度の位相差を生じさせる厚さとされるように
することができる。請求項５に記載の露光マスクは、少
なくとも、シリコン基板と、Ｘ線吸収材料により形成さ
れた所定のパターンとからなる露光マスクであって、シ
リコン基板上にＸ線を反射する多層コーティングミラー
を形成し、多層コーティングミラー上にパターンを形成
し、パターン上の所定の位置に透明膜を形成し、透明膜
の段差側壁を補助パターン、またはＯＰＣパターンとし
て用いることを特徴とする。また、透明膜の厚さは、透
明膜を透過したＸ線と、他のＸ線に対して、３６０度の
位相差を生じさせる厚さとされるようにすることができ
る。本発明に係る露光マスクにおいては、パターンの周
辺の透明基板の所定の部分を所定の深さにエッチングし
たエッチング部を形成し、透明基板のエッチング部の段
差側壁を補助パターン、またはＯＰＣパターンとして用
いる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の露光マスクを応
用した、半導体基盤上に所定のパターンを形成するため
のフォトマスク（以下、適宜マスクという）の一実施の
形態の構成例を示している。

【００１４】以下では、使用する露光装置は、縮小率が
１／５、ＮＡが０．５、コヒーレントσが０．８８、５
０％輪帯照明（有効光源の中央５０％を遮光）のＫｒＦ
エキシマレーザ露光装置とする。そして、半導体基板上
に形成するパターンは、０．２マイクロメートル（μ
ｍ）ルールＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃｒａｎｄｏｍａ
ｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）のスタックパターンである
ものとして説明する。

【００１５】図１（ａ）はフォトマスクの平面図を表
し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図を表し
ている。また、以下では、エッチング深さを除くすべて
のパターン寸法をウエハ（結像面）上の寸法で示すこと
にする。よって、実際のマスク上では、パターン寸法は
その５倍になっている。

【００１６】ラインパターン（スタックパターン）１
は、幅Ｗ＝０．２８μｍ、長さＬ＝０．７６μｍの長方
形パターンであり、各パターン間のスペースＳの長さ
は、いずれも０．２μｍである。そして、図１（ａ）に
示すように、各ラインパターン１のコーナー部をエッチ
ングしている。

【００１７】また、図１（ｂ）に示すように、エッチン
グの深さｄは、エッチング部２の透過光とその周辺の光
に３６０度の位相差が生じる深さに設定している。この
例の場合、ＫｒＦエキシマレーザ光の波長λは２４８ナ
ノメートル（ｎｍ）であり、この波長に対する透明基板
１２の屈折率ｎは１．５である。従って、エッチングの
深さｄは、下記の式で表される。

【００１８】ｄ＝λ／（ｎ−１）＝２４８／（１．５−
１）＝４９６ｎｍ

【００１９】そして、例えば、０．１μｍ離れた位置か
ら、０．１μｍ幅で、透明基板１２に対して深さ４９６
ｎｍのエッチングを行っている。

【００２０】次に、その動作について説明する。図１
（ａ）、図１（ｂ）に示すような長方形のスタックパタ
ーン１では、光近接効果により、長辺方向寸法の縮み、
及びコーナ部の丸まりが生じる。

【００２１】本実施の形態では、透明基板１２を選択的
にエッチングし、そのエッチング部２の側壁がラインパ
ターン（スタックパターン）１のコーナ付近に位置する
ようにしている。透明基板１２のエッチング部２の側壁
は、露光光を散乱させ、スタックパターン１のコーナ部
の光強度を低下させるように作用する。よって、スタッ
クパターン１のコーナ部の丸まり、及び縮みが低減され
る。

【００２２】なお、エッチング部２の透過光とその周辺
の光の位相差を３６０度としたのは、位相差が３６０度
の倍数以外であると、異なる位相の光による干渉が生じ
るためである。特に、位相差が１８０度のときは、エッ
ジ方式位相シフトマスクとなり、上記マスクパターンの
立体構造の効果以上に、光強度が低下する。

【００２３】エッジ方式位相シフトマスクでは、エッチ
ング部２の側壁がウエハ上に０．１乃至０．３μｍ程度
の微細ラインとして転写される。また、９０度以上の位
相差であれば、ウエハ上に転写される可能性がある。さ
らに、位相差が１８０度の整数倍以外であると、フォー
カス位置のずれによるウエハ上のパターン寸法の変化が
大きくなるため、位相差は±３０度以下にすることが好
ましい。そこで、上記実施の形態では、位相差を３６０
度（０度）としている。位相差を３６０度とした場合、
エッチング部２の側壁がウエハ上に転写されることがな
く、また、フォーカス変化時の寸法変化も小さく抑える
ことができる。

【００２４】このように、マスクに入射した露光光は、
透明基板１２のエッチング部２の側壁で散乱されるた
め、マスク透過直後の強度分布において、エッチング部
２の側壁直下の強度が低下する。即ち、エッチング部２
の側壁は、微細な遮光パターンと同じ働きをする。

【００２５】本露光条件において、深さ４９６ｎｍのエ
ッチング部２の側壁は、０．０２μｍ幅の遮光パターン
と同じ遮光効果を有する。よって、上記マスクは、図２
に示すように、微細パターン３を配置したマスクと同等
の効果を有することになる。

【００２６】図３、図４に、本発明のマスクと、透明基
板１２をエッチングしていない従来のマスクの光強度分
布を示す。図３、図４において、スタックパターン１の
長辺方向をＸ、短辺方向をＹとし、スタックパターン１
の中央をＸＹ軸の原点（０，０）としている。

【００２７】図３は、Ｙ軸上の光強度分布を示し、図４
は、Ｘ軸上の光強度分布を示している。また、図３の横
軸はＹ軸上での位置を表し、図４の横軸はＸ軸上での位
置を表している。そして、図３、図４の縦軸は、それぞ
れ相対光強度を表している。相対光強度とは、十分に広
い透明領域の光強度を１として規格化したときの値であ
る。

【００２８】また、図３、図４では、図１に示した実施
の形態のマスクの光強度を実線で示し、従来のマスクの
光強度を破線で示している。ここで、この光強度分布よ
り、エキスポージャー・スレッシュホルドモデルという
簡便なレジスト現像モデルを用いて得られるレジストパ
ターン形状を予測する。このモデルは、光強分布におい
て、ある強度（Ｉｔｈ）以上の部分が現像により除去さ
れ、それ以下の部分は現像しても溶けないと仮定するも
のである。

【００２９】透明基板１２をエッチングしない通常のマ
スクでは、短辺（縦寸法）を設計の０．２８μｍに合わ
せた場合、図３の波線のグラフより、相対光強度Ｉｔｈ
＝０．３１６が得られ、図４の波線のグラフより、Ｉｔ
ｈ＝０．３１６以下の部分が、レジストパターンとして
残り、長辺寸法が０．０４μｍだけ縮んでしまう（片側
の端部でそれぞれ０．０２μｍずつの縮みが生じる）こ
とが判る。

【００３０】一方、本マスクを用いると、図３の実線の
グラフより、短辺寸法が０．２８μｍとなる光強度Ｉｔ
ｈは０．３０９となる。そして、図４の実線のグラフよ
り、Ｉｔｈ＝０．３０９として寸法を求めると、長辺寸
法は設計値と同じ０．７６μｍとなることが判る。

【００３１】なお、透明基板１２のエッチング部２の配
置は、図１に示したものに限らず、透明基板１２を、例
えば、図５に示すようにエッチングする方法も有効であ
る。透明部分（遮光膜のない部分）に位置するエッチン
グ部２の側壁は、０．０２μｍの遮光パターンと同じ遮
光効果を有するが、遮光パターン（遮光膜）１１に接す
るエッチング部２の側壁は、０．０１μｍの遮光パター
ンを伸ばしたことと同じ効果を有する。

【００３２】よって、図５に示すマスクは、図６に示す
微細パターン３を配置したマスクと同等の効果を有して
いる。即ち、図５においても、図６の微細パターン３に
対応する部分は、０．０２μｍ幅であり、ラインパター
ン先端の伸びΔも、０．０１μｍである。従って、図５
に示すマスクを用いても、パターンの縮みをほぼ０に改
善することができる。

【００３３】このように、マスク上においてラインパタ
ーンの周辺の透明基板１２を所定の深さだけエッチング
し、透明基板１２のエッチング部２を透過した露光光と
その周辺の露光光の位相差が３６０度となるようにする
ことにより、透明基板１２のエッチング部２の側壁では
露光光の散乱が生じ、透過光の光強度が低下する。これ
により、透明基板１２のエッチング部２の段差が微細な
補助パターンとして働き、ラインパターン１の露光特性
を改善することができる。

【００３４】次に、本発明の露光マスクの他の実施の形
態の構成例について、図７を参照して説明する。図７
（ａ）は、本発明の露光マスクの第２の実施の形態の構
成例を示す平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の
断面図である。ここでは、ラインパターン４の焦点深度
を拡大するために、透明膜１３の側壁を補助パターンと
して利用している。

【００３５】ラインパターン４の幅は、０．１５μｍで
あり、そのピッチは０．４５μｍである。そして、図７
（ｂ）に示すように、ラインパターン４の上には１つお
きに透明膜１３が形成され、透明膜１３の側壁がライン
パターン４と隣接するラインパターン４の中央に位置す
るようになされている。透明膜１３の材料は、ＳＯＧ
（スピン・オン・グラス）であり、ＳＯＧのＫｒＦエキ
シマレーザ光に対する屈折率ｎは１．４８である。従っ
て、透明膜１３の膜厚を０．５１７μｍ（＝２４８ｎｍ
／（１．４８−１）＝５１７ｎｍ）として、透過光（レ
ーザ光）に３６０度の位相差を生じさせている。

【００３６】図７に示した実施の形態においては、透明
膜１３の側壁が、０．０２μｍ幅の補助パターンとして
働き、ラインパターン４の寸法の細りの防止、及び焦点
深度拡大の効果が得られる。

【００３７】次に、本発明のさらに他の実施の形態の構
成例について、図８を参照して説明する。図８は、縮小
投影Ｘ線露光用の反射マスクの構成例を示している。縮
小投影Ｘ線露光用の反射マスクは、シリコン基板１４上
に屈折率の異なる２つの材料を交互に積層して形成され
た多層コーティングミラー１５上に、タングステン、或
いは金等の重金属のＸ線吸収材料１６が配置されて構成
され、反射領域と吸収領域のパターンが形成されてい
る。

【００３８】多層コーティングミラー１５は、４０層程
度の屈折率の異なる材料の界面において反射するわずか
な光の位相を合わせて、強め合うようにしたもので、Ｘ
線に対して、６０％以上の反射率を有している。また、
その材料には、ＭｏとＳｉＣの組み合わせ等が用いられ
る。

【００３９】そして、Ｘ線に対して十分に透明性のある
材料（例えば、ＳｉＣ及びダイヤモンド等）で構成さ
れ、多層コーティングミラー１５において反射するＸ線
に対して３６０度の位相差を生じさせる膜厚の透明膜１
７を、ラインパターン４の上に、ラインパターン４と隣
接するラインパターン４の中央に透明膜１７の側壁が位
置するように形成されている。

【００４０】図８に示した実施の形態においても、透明
膜１７の側壁が先の実施の形態での透明基板１２のエッ
チング部２の側壁の場合と同様に、Ｘ線を散乱させ、微
細な遮光領域を形成する。そして、透明膜１７の側壁で
形成される微細遮光領域が、ラインパターン４の補助パ
ターンとして働き、ラインパターン１４の焦点深度を改
善することができる。

【００４１】なお、図８に示した実施の形態において
は、本発明を反射型のＸ線マスクに応用する場合の例に
ついて説明したが、透過型のＸ線マスクにも本発明を適
用することができる。この場合、マスクの表面、或いは
裏面に、同様に透明膜を形成することが可能である。フ
ォトマスクではマスク基板の膜厚が厚い為（数ミリメー
トル（ｍｍ））、マスク裏面（パターンの無い面）に透
明膜を形成しても途中で回折か生じ、マスク表面の透過
光の位相を制御することはできない。また、マスク裏面
は光が焦点を結んでいないため、マスク裏面にパターン
を形成しても、マスク表面にはそのパターンは転写され
ず、単なる照度ムラとなってしまう。しかし、Ｘ線マス
クのメンブレンと呼ばれるマスク基板は数μｍと薄いた
め、マスク裏面に透明膜を形成してもマスク表面にその
情報は伝わり、マスク透過光の位相及び強度を制御する
ことができる。或いは、図１に示した実施の形態のよう
に、マスク基板を位相差３６０度相当の深さにエッチン
グしても良い。

【００４２】また、上記各実施の形態における具体的な
数値は、例であってこれに限定されるものではない。

【００４３】

【発明の効果】以上の如く、本発明に係る露光マスクに
よれば、パターンの周辺の透明基板の所定の部分を所定
の深さにエッチングしたエッチング部を形成し、透明基
板のエッチング部の段差側壁を補助パターン、またはＯ
ＰＣパターンとして用いるようにしたので、透明基盤の
エッチング部側壁に、微細な遮光パターンと同様の働き
をさせることができ、微細なパターンを精度良く形成す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光マスクの一実施の形態の構成例を
示す図である。

【図２】図１のマスクと同等の効果を有する微細パター
ンを配置したマスクを示す図である。

【図３】図１のスタックパターン１のＹ軸上の光強度分
布を示すグラフである。

【図４】図１のスタックパターン１のＸ軸上の光強度分
布を示すグラフである。

【図５】本発明の露光マスクの他の実施の形態の構成例
を示す図である。

【図６】図５のマスクと同等の効果を有する微細パター
ンを配置したマスクを示す図である。

【図７】本発明の露光マスクのさらに他の実施の形態の
構成例を示す図である。

【図８】本発明の露光マスクを応用した縮小投影Ｘ線露
光用の反射マスクの一実施の形態の構成例を示す図であ
る。

【【符号の説明】

１スタックパターン２エッチング部３微細パターン４ラインパターン１１遮光膜１２透明基板１３透明膜１４シリコン基板１５多層コーティングミラー１６Ｘ線吸収材料１７透明膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、透明基板と、所定のパター
ン上に形成された遮光膜とからなる露光マスクであっ
て、前記パターンの周辺の透明基板の所定の部分を所定の深
さにエッチングしたエッチング部を形成し、前記透明基板の前記エッチング部の段差側壁を補助パタ
ーン、またはＯＰＣパターンとして用いることを特徴と
する露光マスク。
【請求項２】前記エッチング部の深さは、前記エッチ
ング部を透過した露光光と他の部分を透過した露光光に
対して、３６０度の位相差を生じさせる深さとされるこ
とを特徴とする請求項１に記載の露光マスク。
【請求項３】少なくとも、透明基板と、所定のパター
ン上に形成された遮光膜とからなる露光マスクであっ
て、前記遮光膜上の所定の位置に透明膜を形成し、前記透明膜の段差側壁を補助パターン、またはＯＰＣパ
ターンとして用いることを特徴とする露光マスク。
【請求項４】前記透明膜の厚さは、前記透明膜を透過
した露光光と他の部分を透過した露光光に対して、３６
０度の位相差を生じさせる厚さとされることを特徴とす
る請求項３に記載の露光マスク。
【請求項５】少なくとも、Ｘ線反射基板と、Ｘ線吸収
材料により形成された所定のパターンとからなる露光マ
スクであって、前記Ｘ線反射基板は、Ｘ線を反射する多層コーティング
ミラーであり、前記多層コーティングミラー上に前記パターンを形成
し、前記パターン上の所定の位置に透明膜を形成し、前記透明膜の段差側壁を補助パターン、またはＯＰＣパ
ターンとして用いることを特徴とする露光マスク。
【請求項６】前記透明膜の厚さは、前記透明膜を透過
したＸ線と、他のＸ線に対して、３６０度の位相差を生
じさせる厚さとされることを特徴とする請求項５に記載
の露光マスク。