JP2001296647A - Photomask and exposure method using the same - Google Patents

Photomask and exposure method using the same

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JP2001296647A
JP2001296647A JP2000352110A JP2000352110A JP2001296647A JP 2001296647 A JP2001296647 A JP 2001296647A JP 2000352110 A JP2000352110 A JP 2000352110A JP 2000352110 A JP2000352110 A JP 2000352110A JP 2001296647 A JP2001296647 A JP 2001296647A
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JP
Japan
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photomask
light
mask
film
opening
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Application number
JP2000352110A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Matsuura
誠司 松浦
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photomask superior in the depth of a focus and MEF (mask error factor) and effective in suppressing the occurrence of a side lobe and shortening exposure time. SOLUTION: The photomask consists of a transparent substrate 1, made of quartz, a halftone film 3 having about 180 deg. for phase shift amount and 3-10% transmittance and a light-shielding film 2 comprising Cr. The halftone film 3 and the light-shielding film 2 have a common opening 4 on the substrate 1. The light-shielding film 2 is formed on the halftone film in a width (Cr width) equidistant from the four sides of the opening in directions perpendicular to the sides. The Cr width is set smaller than the width of the halftone film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程中のリソグラフィ工程において用いられる投影露光
装置用のフォトマスクとこれを用いた露光方法に関し、
特に半透明膜を用いた位相シフトマスクとこれを用いた
露光方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photomask for a projection exposure apparatus used in a lithography process in a semiconductor device manufacturing process and an exposure method using the same.
In particular, the present invention relates to a phase shift mask using a translucent film and an exposure method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、光や放
射線に感光する材料(=レジスト)、例えば感光性樹脂
を用いて、回路設計に基づくレジストパターンを形成す
るリソグラフィ技術が用いられる。このリソグラフィ技
術に要求されるものは、設計に合ったレジスト寸法制
御、広い焦点深度〔DOF(Depth of Focus)〕、高い
位置合わせ精度のほかにスループット等が挙げられる。
リソグラフィには、レジストへの直接描画による露光法
とフォトマスク(縮小投影装置用マスクは一般にレチク
ルと呼ばれるが、本明細書においてはレチクルを含めて
マスクないしフォトマスクと呼ぶ)を用いる等倍または
縮小露光法がある。製品のコスト・スループットの点か
ら有利なのは縮小投影露光によるリソグラフィであり、
現在半導体装置製造プロセスでは主流となっている。近
年、半導体装置の微細化に伴いデザインルールと呼ばれ
る最小線幅は微小化の一途をたどっており、その結果、
必要な最小線幅が露光装置の解像限界に近づきあるいは
これを超える事態を招いている。これに対処するものと
して、マスク上に透過光の位相をコントロールする位相
シフト膜を形成することにより光リソグラフィ技術の解
像度を向上させる位相シフトマスク技術が有用な手段と
して採用されているが、この位相シフトマスクのうち、
露光光に対して幾分かの透過率を持つハーフトーン膜
(半透明膜)を用いて透過光の位相をコントロールし、
所望パターンを形成するハーフトーンマスクが、マスク
設計およびマスク製作の容易性から量産適応可能な技術
として実用化されている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, a lithography technique for forming a resist pattern based on a circuit design using a material (= resist) sensitive to light or radiation, for example, a photosensitive resin is used. What is required for this lithography technique is resist size control suitable for design, a wide depth of focus (DOF (Depth of Focus)), high alignment accuracy, as well as throughput.
In lithography, an exposure method by direct writing on a resist and a photomask (a mask for a reduction projection device is generally called a reticle, but in the present specification, a mask or a photomask including a reticle) are used. There is an exposure method. Advantageous in terms of product cost throughput is lithography with reduced projection exposure,
Currently, it is the mainstream in the semiconductor device manufacturing process. In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the minimum line width called a design rule has been steadily miniaturized, and as a result,
The required minimum line width approaches or exceeds the resolution limit of the exposure apparatus. To cope with this, a phase shift mask technique for improving the resolution of the photolithography technique by forming a phase shift film for controlling the phase of transmitted light on a mask has been adopted as a useful means. Of the shift mask,
The phase of transmitted light is controlled using a halftone film (semi-transparent film) that has some transmittance for exposure light,
A halftone mask for forming a desired pattern has been put into practical use as a technology applicable to mass production due to ease of mask design and mask fabrication.

【0003】図12に、従来用いられてきたフォトマス
クの透過部以外を完全遮光としている通常のフォトマス
クを示す。図12(a)は該フォトマスクの断面図を、
図12(b)は遮光膜を有する面から見た平面図をそれ
ぞれ示す。図12に示すように、フォトマスクは石英
(Qz)からなる透明基板1とクロム(Cr)からなる
遮光膜2にて構成されている。そして、遮光膜は開口4
を有している〔以下、この構造のフォトマスクをバイナ
リマスク(binary mask)と呼ぶ〕。また、
図13に透明基板上に位相シフト量が約180度で光透
過率が3〜10%程度のハーフトーン膜を有する位相シ
フト型ハーフトーンマスク(HTPSM:Half Tone Ph
ase Shift Mask)を示す。図13(a)は、該フォトマ
スクの断面図を、図13(b)は、ハーフトーン膜を有
する面から見た平面図をそれぞれ示す。図13に示すよ
うに、石英からなる透明基板1上にハーフトーン膜3が
形成されている。そして、ハーフトーン膜3には開口4
が形成されている。開口を透過する光に対して、ハーフ
トーン膜からの漏れ光は180度位相が反転しているこ
とにより、解像度を向上させることができる。
FIG. 12 shows an ordinary photomask in which a portion other than a transmission portion of a conventionally used photomask is completely shielded from light. FIG. 12A is a cross-sectional view of the photomask.
FIG. 12B is a plan view as viewed from the surface having the light shielding film. As shown in FIG. 12, the photomask includes a transparent substrate 1 made of quartz (Qz) and a light shielding film 2 made of chromium (Cr). The light-shielding film has an opening 4
[Hereinafter, a photomask having this structure is referred to as a binary mask.] Also,
FIG. 13 shows a phase shift halftone mask (HTPSM: Half Tone Ph) having a halftone film having a phase shift amount of about 180 degrees and a light transmittance of about 3 to 10% on a transparent substrate.
ase Shift Mask). FIG. 13A is a cross-sectional view of the photomask, and FIG. 13B is a plan view of the photomask viewed from a surface having a halftone film. As shown in FIG. 13, a halftone film 3 is formed on a transparent substrate 1 made of quartz. The halftone film 3 has an opening 4
Are formed. The resolution of the leaked light from the halftone film can be improved because the phase of the leaked light from the halftone film is inverted by 180 degrees with respect to the light transmitted through the opening.

【0004】図13に示す位相シフト型ハーフトーンマ
スクについては図12に示す通常のマスクと較べて、特
にコンタクトホールパターンのDOFが拡大することが
知られている。しかしホールのパターニングにはDOF
の拡大だけが望まれているのではなく、(レジストパタ
ーン寸法誤差)/(マスク寸法誤差)で定義されるME
F(Mask Error Factor)が小さいことが望まれる。而
して、DOF、MEFの両方に優れたマスクを得ること
は難しい。また、位相シフト型ハーフトーンマスクの特
有の問題としてハーフトーン膜を透過する光の影響によ
りマスク上に透過パターンが存在しない位置で発生する
サイドローブがレジストを感光させてしまうことがあ
る。
It is known that the phase shift type halftone mask shown in FIG. 13 particularly has a larger DOF of the contact hole pattern than the normal mask shown in FIG. However, DOF is used for hole patterning.
Is not only desired, but the ME defined by (resist pattern dimensional error) / (mask dimensional error)
It is desired that F (Mask Error Factor) is small. Therefore, it is difficult to obtain a mask excellent in both DOF and MEF. Further, as a specific problem of the phase shift type halftone mask, a side lobe generated at a position where no transmission pattern exists on the mask due to the influence of light transmitted through the halftone film may expose the resist.

【0005】図14は、位相シフト型ハーフトーンマス
クの露光時に発生するサイドローブについて説明する図
である。図14(a)は位相シフト型ハーフトーンマス
クの断面図、図14(b)はそのマスク透過光の光強度
の分布図である。図14(b)に示すように、開口4の
径の中心位置に光強度のピークが現れている。そして、
透過光パターンの周辺部に光強度の極大部であるサイド
ローブを生じる。このサイドローブが図14(b)中に
点線で示すレジストを感光させる閾値を超えると、サイ
ドローブがフォトレジストに転写されることになる。こ
のサイドローブのフォトレジスト上への転写が生じる
と、ポジ型レジストの場合には、現像後に不要な“レジ
スト掘れ"が生じ、また、ネガ型レジストの場合には不
要なレジスト残りが生じる不具合が起こる。サイドロー
ブによる不要パターンの発生を防止する手法としてマス
クバイアスがある。バイアスを大きくすると転写時の最
適露光量が小さくなるためサイドローブ強度は低下す
る。しかし、この手法によれば不要パターンの転写を確
実に防止できるが、同時に光コントラストも低下するの
で根本的な解決にはならない。
FIG. 14 is a diagram for explaining side lobes generated during exposure of a phase shift type halftone mask. FIG. 14A is a cross-sectional view of a phase shift halftone mask, and FIG. 14B is a distribution diagram of the light intensity of the light transmitted through the mask. As shown in FIG. 14B, a light intensity peak appears at the center position of the diameter of the opening 4. And
A side lobe, which is a local maximum of the light intensity, is generated around the transmitted light pattern. When the side lobe exceeds a threshold value for exposing the resist indicated by a dotted line in FIG. 14B, the side lobe is transferred to the photoresist. When this side lobe is transferred onto the photoresist, unnecessary "resist digging" occurs after development in the case of a positive resist, and unnecessary resist residue occurs in the case of a negative resist. Occur. There is a mask bias as a method for preventing the generation of unnecessary patterns due to side lobes. When the bias is increased, the optimum exposure amount at the time of transfer is reduced, so that the side lobe intensity is reduced. However, according to this method, transfer of the unnecessary pattern can be surely prevented, but at the same time, the optical contrast is lowered, so that it is not a fundamental solution.

【0006】また、従来のフォトマスクを用いる場合に
は、孤立ホールパターンと密集ホールパターンとが混在
するランダムなレイアウトパターンを形成する場合に
は、以下の問題が起こる。ランダムなレイアウトを持つ
微細ホールパターン群を形成する際には、コヒーレンス
ファクタσが小さいと隣接ホールパターンとの横
(X)、縦(Y)各方向のピッチの違いによってパター
ン歪みが生じる。パターン歪みの抑制に効果的なコヒー
レンスファクタσは0.6以上の大σ通常照明であるこ
とが分かっている。しかし、コヒーレンスファクタσが
0.6以上の大σ照明である場合、隣接ホールパターン
とのピッチ(パターンの密集度)によって寸法そのもの
の変動が避けられない。これは光近接効果の影響であ
り、一般には密集ホールの寸法が孤立ホールに比べて大
きくなる傾向がある。
Further, when a conventional photomask is used, the following problem occurs when a random layout pattern in which an isolated hole pattern and a dense hole pattern are mixed is formed. When forming a fine hole pattern group having a random layout, if the coherence factor σ is small, a pattern distortion occurs due to a difference in pitch in each of the horizontal (X) and vertical (Y) directions with respect to an adjacent hole pattern. It has been found that a coherence factor σ effective for suppressing pattern distortion is large σ ordinary illumination of 0.6 or more. However, in the case of a large σ illumination having a coherence factor σ of 0.6 or more, a change in the dimension itself is inevitable due to the pitch between adjacent hole patterns (density of the pattern). This is due to the effect of the optical proximity effect. Generally, the size of dense holes tends to be larger than that of isolated holes.

【0007】図15は、X、Y方向のピッチが等しい場
合の、バイナリマスクを用いて露光した際に生じる寸法
のピッチ依存性を示すグラフである。図15において、
横軸はパターンピッチであり、縦軸は形成されたレジス
トパターンの寸法を示す。このとき、マスク寸法は18
0nm(ウェハ上の寸法に換算した値。以下、この種の
寸法は全てウェハ上の寸法に換算した値で示す。レチク
ル上の寸法はウェハ上の寸法の4ないし5倍となる)で
ある。また、図16は、X方向のピッチを340nm固
定とした場合の、寸法(X方向寸法とY方向寸法の相乗
平均、ただし両者の差は20nm未満)のY方向ピッチ
依存性を示すグラフである。いずれの場合も(露光量を
孤立ホールに合わせると)密集ホールの寸法が規格を大
幅に外れてしまう。
FIG. 15 is a graph showing the pitch dependency of the dimension generated when exposure is performed using a binary mask when the pitches in the X and Y directions are equal. In FIG.
The horizontal axis indicates the pattern pitch, and the vertical axis indicates the size of the formed resist pattern. At this time, the mask size is 18
0 nm (value converted to the size on the wafer. Hereinafter, all such dimensions are shown as values converted to the size on the wafer. The size on the reticle is 4 to 5 times the size on the wafer). FIG. 16 is a graph showing the Y-direction pitch dependency of the dimension (the geometric mean of the X-direction dimension and the Y-dimension, but the difference between them is less than 20 nm) when the pitch in the X-direction is fixed at 340 nm. . In any case (when the exposure amount is set to the isolated hole), the size of the dense hole greatly deviates from the standard.

【0008】なお、パターンの粗密に起因する寸法変化
を補正する手段としてマスク寸法補正(Bias OPC)を行う
ことが知られているが、この手法を用いる場合にも、上
記寸法変動を抑制することは困難である。その理由を以
下に示す。マスク寸法補正は、一定の寸法刻み(グリッ
ドサイズ)で行われるところ、露光波長未満の微細ホー
ルにおいては、マスク寸法刻みに対するレジストパター
ン寸法結果の比(すなわち、MEF)が3以上と大き
い。このため現在一般的な10nm程度のグリッドサイ
ズでは精度よく寸法補正を行うことができない。精度を
上げるにはマスク作成に用いる電子線描画装置のグリッ
ドサイズを小さくする必要があるが、グリッドの微細化
は描画データ、描画時間の飛躍的な増加をもたらし、マ
スク作成に要する負担が著しく増大する。以上のパター
ン粗密に起因する寸法変化の説明はバイナリマスクに関
するものであったが、通常の位相シフト型ハーフトーン
マスクについても全く同様である。
It is known that mask dimension correction (Bias OPC) is performed as a means for correcting a dimensional change caused by pattern density. Even when this method is used, it is necessary to suppress the dimensional variation. It is difficult. The reason is shown below. The mask dimension correction is performed at a fixed step size (grid size). In a fine hole smaller than the exposure wavelength, the ratio of the resist pattern size result to the mask step size (ie, MEF) is as large as 3 or more. For this reason, the dimensional correction cannot be performed accurately with a grid size of about 10 nm which is generally used at present. To increase the accuracy, it is necessary to reduce the grid size of the electron beam lithography system used to make the mask. However, the finer grid results in a dramatic increase in the drawing data and drawing time, and the burden required for mask making increases significantly. I do. Although the above description of the dimensional change caused by the pattern density is related to the binary mask, the same applies to the ordinary phase shift type halftone mask.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、位相
シフト型ハーフトーンマスクは通常のフォトマスクと比
較してDOFの向上が図られているが、サイドローブに
よる不要パターンが発生する不具合が生じる。近年、露
光波長よりも微細な寸法のホールの形成が要求されてい
るが、この際のリソグラフィでは、バイナリマスク、H
TPSMのいずれを用いても、DOFとMEFの双方を
満足できるレベルに確保することは困難である。また、
リソグラフィ技術については、コスト削減、スループッ
トの点から露光時間の短縮が求められている。さらに、
孤立パターンと密集パターンとが混在するランダムパタ
ーンをパターニングする場合には、バイナリマスクを用
いても通常のハーフトーンマスクを用いても、パターン
に依存して生じる寸法変化を防止することが困難であっ
た。本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので
あって、 サイドローブの転写の防止、 DOFの向上、 MEFの低減、 露光時間の短縮、 パターン粗密に起因する寸法変化の抑制、を図ること
のできるフォトマスクおよび露光方法を提供することを
目的としている。
As described above, the phase shift type halftone mask is improved in DOF as compared with a normal photomask, but there is a problem that an unnecessary pattern is generated due to a side lobe. . In recent years, it has been required to form a hole having a size smaller than the exposure wavelength.
It is difficult to secure both DOF and MEF to a satisfactory level using any of the TPSMs. Also,
With regard to lithography technology, reduction in exposure time is required from the viewpoint of cost reduction and throughput. further,
When patterning a random pattern in which an isolated pattern and a dense pattern are mixed, it is difficult to prevent a dimensional change depending on the pattern using a binary mask or a normal halftone mask. Was. The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to prevent side lobe transfer, improve DOF, reduce MEF, shorten exposure time, and suppress dimensional change caused by pattern density. It is an object of the present invention to provide a photomask and an exposure method that can perform the method.

【0010】[0010]

【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、露光光を透過させる透明基板上
に、透過する露光光の位相をシフトさせる半透明膜が形
成され、前記半透明膜を透過する光と前記透明基板のみ
を透過する光との間に180度の位相差が生じるように
構成されたフォトマスクにおいて、前記半透明膜の開口
の周辺には全周囲にわたって遮光膜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。また、上
記の目的を達成するため、本発明によれば、露光光を透
過させる透明基板上に、透過する露光光の位相をシフト
させる半透明膜が形成され、前記半透明膜を透過する光
と前記透明基板のみを透過する光との間に180度の位
相差が生じるように構成されたフォトマスクにおいて、
前記半透明膜の開口の周辺部の半透明膜は開口の全周囲
に渡って遮光膜に置き換えられていることを特徴とする
フォトマスク、が提供される。そして、好ましくは、前
記遮光膜の幅は、50nm以上150nm以下の寸法に
形成される。また、一層好ましくは、透明な基板が石
英、CaF2 、MgF2の何れかで形成され、半透明膜
がCrON、CrO、MoSiON、MoSiO、a−
C:H、SiNの何れかで形成され、遮光膜がCrまた
はCrOで形成される。また、上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、上記のフォトマスクを用いた露光
方法であって、通常照明光を用いることを特徴とする露
光方法、が提供される。そして、ピッチがランダムなパ
ターンを含むフォトマスクを用いる場合、好ましくは、
露光は、コヒーレンスファクタσが0.6以上の通常照
明光を用いて行われる。
According to the present invention, a semi-transparent film for shifting the phase of exposure light transmitted therethrough is formed on a transparent substrate transmitting the exposure light. In a photomask configured such that a phase difference of 180 degrees is generated between light transmitted through the translucent film and light transmitted only through the transparent substrate, light is completely shielded around the opening of the translucent film. A photomask characterized by having a film formed thereon is provided. In order to achieve the above object, according to the present invention, a translucent film that shifts the phase of the transmitted exposure light is formed on a transparent substrate that transmits the exposure light, and the light transmitted through the translucent film is formed. And a photomask configured such that a phase difference of 180 degrees occurs between light transmitted only through the transparent substrate and
A photomask is provided, wherein the translucent film around the opening of the translucent film is replaced with a light-shielding film over the entire periphery of the opening. Preferably, the width of the light-shielding film is formed to a size of 50 nm or more and 150 nm or less. More preferably, the transparent substrate is formed of any of quartz, CaF 2 , and MgF 2 , and the translucent film is formed of CrON, CrO, MoSiON, MoSiO, a-
C: formed of one of H and SiN, and the light-shielding film is formed of Cr or CrO. According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure method using the photomask, wherein the exposure method uses normal illumination light. When using a photomask including a pattern with a random pitch, preferably,
The exposure is performed using normal illumination light having a coherence factor σ of 0.6 or more.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1(a)、(b)
は、本発明の一実施の形態によるフォトマスクの断面図
および平面図を示す。図に示すように、本実施の形態に
よるフォトマスクは、石英からなる透明基板1、露光光
の位相を約180度シフトさせる、光透過率が3〜10
%のハーフトーン膜3およびCrからなる遮光膜2にて
構成される。そして、透明基板1上に、ハーフトーン膜
3と遮光膜2は共通の開口4を有している。ここで、遮
光膜2はハーフトーン膜上に開口端から開口の辺のそれ
ぞれの垂直方向に等距離の幅(Cr width)を持
って形成されている。このCr widthの寸法は、
図1(a)のハーフトーン膜の幅未満とする。ハーフト
ーン膜を形成する材料としては、例えばクロム系(Cr
ON、CrO)、モリブデン系(MoSiON、MoS
iO)、アモルファスカーボン(a−C:H)、窒化シ
リコン(SiN)の何れかが用いられる。また、透明基
板の材料としては石英以外にフッ化カルシウム(CaF
2 )またはフッ化マグネシウム(MgF2 )を用いるこ
とができる。遮光膜の材料としてはCr以外にCrOを
用いてもよい。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 (a), (b)
1 shows a cross-sectional view and a plan view of a photomask according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the photomask according to the present embodiment has a transparent substrate 1 made of quartz, shifts the phase of exposure light by about 180 degrees, and has a light transmittance of 3 to 10.
% Halftone film 3 and light-shielding film 2 made of Cr. The halftone film 3 and the light shielding film 2 have a common opening 4 on the transparent substrate 1. Here, the light shielding film 2 is formed on the halftone film with an equal distance (Cr width) in the vertical direction from the opening end to each side of the opening. The dimensions of this Cr width are
The width is less than the width of the halftone film in FIG. As a material for forming the halftone film, for example, a chromium-based (Cr
ON, CrO), molybdenum (MoSiON, MoS)
One of iO), amorphous carbon (aC: H), and silicon nitride (SiN) is used. As a material of the transparent substrate, besides quartz, calcium fluoride (CaF
2 ) or magnesium fluoride (MgF 2 ) can be used. As a material of the light shielding film, CrO may be used in addition to Cr.

【0012】本実施の形態の構造を有するフォトマスク
を用いれば、位相シフト型ハーフトーンマスクと較べて
露光時間の短縮、およびMEFの低減の効果が得られ
る。露光時間が短縮できる理由としては、図13に示す
従来の位相シフト型ハーフトーンマスクでは、開口4を
透過する光とハーフトーン膜3を透過する光の位相は1
80度ずれているので、両者打ち消し合ってマスク下の
フォトレジストを露光する光強度のピーク値(Ima
x)を減少させる。しかし、図1に示す本発明の実施の
形態によるフォトマスクでは、開口周辺のハーフトーン
膜上に設けた遮光膜により、ハーフトーン膜による打ち
消しの効果を弱めることになるので、Imaxの減少を
抑えることができる。すなわち、露光時間の短縮を図る
ことが可能になる。
The use of the photomask having the structure of the present embodiment can achieve the effects of shortening the exposure time and reducing the MEF as compared with the phase shift type halftone mask. The reason that the exposure time can be shortened is that in the conventional phase shift type halftone mask shown in FIG. 13, the phase of the light passing through the opening 4 and the phase of the light passing through the halftone film 3 are 1 unit.
Since it is shifted by 80 degrees, the peak value of the light intensity (Ima
x) is reduced. However, in the photomask according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the light-shielding film provided on the halftone film around the opening weakens the effect of the cancellation by the halftone film, so that the reduction of Imax is suppressed. be able to. That is, it is possible to shorten the exposure time.

【0013】近年、リソグラフィの精度の指標としてM
EFが重要視されている。上述したように、MEFは
(レジストパターン寸法誤差)/(マスク寸法誤差)で
定義される。マスクに寸法誤差を生じたとき、投影光学
系を介してフォトレジスト上にその誤差を有するパター
ンが転写される。転写される誤差は小さいほど好ましい
のでMEFの理想値は1で、MEFが大きいほど転写さ
れるパターンの寸法精度が悪いことを意味する。しか
し、現状のフォトグラフィ技術では、特に位相シフト型
ハーフトーンマスクにおいてはMEFの理想値を得るこ
とは困難である。
In recent years, M is used as an index of lithography accuracy.
EF is considered important. As described above, the MEF is defined by (resist pattern dimension error) / (mask dimension error). When a dimensional error occurs in a mask, a pattern having the error is transferred onto a photoresist through a projection optical system. The smaller the error to be transferred, the better, so the ideal value of the MEF is 1. The larger the MEF, the worse the dimensional accuracy of the transferred pattern. However, with the current photography technology, it is difficult to obtain an ideal value of the MEF especially in a phase shift type halftone mask.

【0014】図2は、本発明によるフォトマスクがME
Fを抑制する効果があることを説明するための断面図で
ある。図2(a)は、マスクが寸法誤差0で形成された
場合を示し、図2(b)、(c)は、それぞれマスク寸
法誤差が正の場合と負の場合とを示している。開口幅に
誤差があっても遮光膜2の外形はそれほど大きく変化す
ることはないから、開口幅が大きく形成された場合に
は、図2(b)に示されるように、Cr widthは
狭く形成され、逆に開口幅が狭く形成された場合には、
図2(c)に示されるように、Cr widthは広く
形成される。図2(b)に示すマスク誤差が正のフォト
マスクを用いて露光を行った場合には、マスク開口幅が
広くなったことにより、Imaxが増加しマスク開口に
対応するレジストパターンは広く形成される(すなわ
ち、レジストパターン寸法誤差が正)。しかし、遮光膜
幅が狭く形成され、Imaxを打ち消すハーフトーン膜
透過光が開口透過光の近くに存在することにより、Im
axは抑制され解像されるレジストパターンの増大は抑
制される。また、図2(c)に示すマスク誤差が負のフ
ォトマスクを用いて露光を行った場合には、マスク開口
幅が狭くなったことにより、Imaxが低下しマスク開
口に対応するレジストパターンは狭く形成される。しか
し、遮光膜幅が広く形成され、Imaxを打ち消すハー
フトーン膜透過光が開口透過光から離れて透過すること
により、ハーフトーン膜透過光による透過光打ち消し効
果が低減されることによりImaxの低下は抑制され解
像されるレジストパターンの縮小は抑制される。すなわ
ち、何れの場合にもレジストパターン寸法誤差の増加は
抑制され、MEFは低減される。
FIG. 2 shows that the photomask according to the present invention is ME.
It is sectional drawing for demonstrating the effect which suppresses F. FIG. 2A shows a case where the mask is formed with a dimensional error of 0, and FIGS. 2B and 2C show a case where the mask dimensional error is positive and a case where the mask is negative, respectively. Even if there is an error in the opening width, the outer shape of the light shielding film 2 does not change so much. Therefore, when the opening width is formed large, as shown in FIG. 2B, the Cr width is formed narrow. And conversely, if the opening width is formed narrow,
As shown in FIG. 2C, the Cr width is formed widely. In the case where exposure is performed using a photomask having a positive mask error shown in FIG. 2B, the width of the mask opening increases, so that Imax increases and the resist pattern corresponding to the mask opening is formed wider. (That is, the dimensional error of the resist pattern is positive). However, since the light-shielding film width is formed to be narrow and the halftone film transmitted light that cancels Imax exists near the aperture transmitted light,
ax is suppressed, and an increase in the resist pattern to be resolved is suppressed. In the case where exposure is performed using a photomask having a negative mask error shown in FIG. 2C, the mask opening width becomes narrower, so that Imax decreases and the resist pattern corresponding to the mask opening becomes narrower. It is formed. However, since the width of the light-shielding film is widened and the halftone film transmitted light that cancels Imax is transmitted away from the aperture transmitted light, the effect of canceling the transmitted light by the halftone film transmitted light is reduced. Reduction of the resist pattern to be suppressed and resolved is suppressed. That is, in any case, the increase in the dimensional error of the resist pattern is suppressed, and the MEF is reduced.

【0015】図3に130nm孤立ホールパターンにつ
いてのMEF、ImaxおよびDOFをバイナリマス
ク、HTPSM、本発明のフォトマスクの3種類につい
てシミュレーションを行った結果を示す。露光条件は、
露光光源:ArFエキシマレーザ(波長193nm)、
開口率:NA=0.6、コヒーレンスファクタ:σ=
0.30である。マスクバイアスは+20nm、+60
nm(すなわち、開口径が150nmと190nm)の
2通りについて評価し、図3中、マスクバイアスが+2
0nmのときを黒線で、+60nmのときを白抜き線で
示した。そして、本発明のフォトマスクについては、C
r widthを15nmから20nmずつ155nm
まで増加させたそれぞれのケースについて求めた。図3
(a)、(b)、(c)において、左端がHTPSM、
右端がバイナリマスクに関するデータであり、それ以外
が本発明に係るデータである。図3(a)は、各マスク
のMEFを示したものであって、図に示すように、本発
明の実施の形態のフォトマスクのCr widthに対
応した全てのMEFの値が、HTPSMのMEF以下で
ある。また、バイナリマスクと較べるとCrwidth
が155nmでマスクバイアス+60nmのときのみM
EFがほぼ等しい値であるがそれ以外では何れも低い値
を示している。そして、このシミュレーションの条件に
おいて本発明の実施の形態のフォトマスクはCr wi
dthの最適化を図ることにより、MEFをバイアス+
20nmのとき約2.5、バイアス+60nmのとき約
2.0の良好な値まで低減できることが分る。
FIG. 3 shows the results of simulating the MEF, Imax and DOF for a 130-nm isolated hole pattern with a binary mask, HTPSM and the photomask of the present invention. Exposure conditions are
Exposure light source: ArF excimer laser (wavelength 193 nm),
Aperture ratio: NA = 0.6, Coherence factor: σ =
0.30. Mask bias is +20 nm, +60
2 (that is, the opening diameter is 150 nm and 190 nm). In FIG. 3, the mask bias was +2 in FIG.
The case of 0 nm is indicated by a black line, and the case of +60 nm is indicated by a white line. Then, for the photomask of the present invention, C
r width is set to 155 nm in increments of 20 nm from 15 nm.
Were determined for each case. FIG.
In (a), (b) and (c), the left end is HTPSM,
The right end is the data related to the binary mask, and the rest is the data according to the present invention. FIG. 3A shows the MEF of each mask. As shown in FIG. 3A, the values of all the MEFs corresponding to the Cr width of the photomask of the embodiment of the present invention are the same as those of the HTPSM. It is as follows. In addition, when compared to binary masks, Crwidth
Is 155 nm and the mask bias is +60 nm.
The values of EF are almost equal, but all other values are low. Then, under the conditions of this simulation, the photomask of the embodiment of the present invention is Cr wi
By optimizing dth, the MEF is biased +
It can be seen that it can be reduced to a good value of about 2.5 at 20 nm and about 2.0 at bias + 60 nm.

【0016】図3(b)は、各マスクのImaxを示し
たものであって、図に示すように、本発明のフォトマス
クのCr widthの全ての値に対応したImax
が、HTPSMのそれを越えている。また、バイナリマ
スクと比較するとCr widthが15nmのときは
Imaxが若干低いがそれ以外のときは何れもImax
は高い値を示している。すなわち、本発明の実施の形態
のフォトマスクを用いれば、Cr widthを調整す
ることによって従来のマスクよりも高いImaxを得る
ことができる。よって、本発明により露光時間の短縮を
実現することができる。
FIG. 3B shows Imax of each mask. As shown in FIG. 3B, Imax corresponding to all values of Cr width of the photomask of the present invention is shown.
Exceeds that of HTPSM. Also, when the Cr width is 15 nm, Imax is slightly lower than that of the binary mask.
Indicates a high value. That is, if the photomask of the embodiment of the present invention is used, Imax higher than that of the conventional mask can be obtained by adjusting the Cr width. Therefore, according to the present invention, the exposure time can be reduced.

【0017】図3(c)は、各マスクのDOFを示した
ものであって、HTPSMと、Crwidthが15n
mでマスクバイアスが+20nmの本発明のマスクでサ
イドローブ転写が生じた。しかし、マスクバイアス+2
0nmで、Cr widthが35nm〜155nmの
範囲では本発明のフォトマスクはバイナリマスクのバイ
アス+20nmでの値約0.33μmより高い良好な値
を示している。そして、マスクバイアス+60nmでは
HTPSMとバイナリマスクの中間の値を示した。すな
わち、本発明の実施の形態のフォトマスクを用いれば、
Cr widthを調整することによってバイナリマス
クより優れたDOFを有し、且つ、サイドローブを転写
することのないフォトマスクを得ることができる。
FIG. 3C shows the DOF of each mask, where the HTPSM and the Crwidth are 15n.
m, sidelobe transfer occurred with the mask of the present invention having a mask bias of +20 nm. However, the mask bias +2
At 0 nm, when the Cr width is in the range of 35 nm to 155 nm, the photomask of the present invention exhibits a good value higher than the value of about 0.33 μm at the bias of the binary mask + 20 nm. At a mask bias of +60 nm, a value intermediate between the HTPSM and the binary mask was shown. That is, if the photomask of the embodiment of the present invention is used,
By adjusting the Cr width, it is possible to obtain a photomask having a DOF superior to that of the binary mask and having no side lobe transferred.

【0018】次に、一辺が130nmの孤立ホールパタ
ーンが形成されたバイナリマスク、HTPSM、本発明
の実施の形態のフォトマスクの3種類のマスクのそれぞ
れに、マスクバイアスを+20nm、+40nm、+6
0nmかけて開口幅を変化させたときのMEFとDOF
をシミュレーションにより求めた結果を図4に示す。露
光波長、開口率、コヒーレンスファクタは前述の条件と
同様とし、Cr widthは75nmとした。図中に
示す記号×印はバイナリマスク、〇印はHTPSM、●
印は本発明のフォトマスクの出力結果をプロットしたも
のである。なお、図4中には本発明のフォトマスクにつ
いてはマスクバイアス0nmすなわち130nm弧立ホ
ールパターンについての結果(図中●I)も記載した。
そして、図中のB、C、Dはバイナリマスクにそれぞれ
マスクバイアスを+20nm、+40nm、+60nm
かけた時の出力結果である。DOFは常に一定で、約
0.33μm、またMEFはバイアス量が増加するにつ
れて減少している。また、図中のF、G、HはHTPS
Mにそれぞれマスクバイアスを+20nm、+40n
m、+60nmかけた時の出力結果である。バイアスが
+20nmのときサイドローブの転写が生じた。また、
図中のI、J、K、Lは本発明のフォトマスクのマスク
バイアスがそれぞれ0nm、+20nm、+40nm、
+60nmの時の出力結果である。バイアス量を大きく
するにつれて、MEF、DOFの何れの数値も低下して
いる。
Next, a mask bias of +20 nm, +40 nm, and +6 is applied to each of three types of masks, that is, a binary mask, an HTPSM, and a photomask according to the embodiment of the present invention.
MEF and DOF when opening width is changed over 0 nm
FIG. 4 shows the results obtained by simulation. The exposure wavelength, the aperture ratio, and the coherence factor were the same as those described above, and the Cr width was 75 nm. The symbol x in the figure is a binary mask, the symbol H is HTPSM, ●
Marks plot the output results of the photomask of the present invention. FIG. 4 also shows the results (I in the figure) for a mask bias of 0 nm, that is, a 130 nm arc-shaped hole pattern for the photomask of the present invention.
B, C, and D in the figure denote mask biases of +20 nm, +40 nm, and +60 nm for a binary mask, respectively.
This is the output result when multiplied. The DOF is always constant, about 0.33 μm, and the MEF decreases as the bias amount increases. Also, F, G, and H in the figure are HTTPS
M has a mask bias of +20 nm and +40 n, respectively.
m, output result when +60 nm is applied. When the bias was +20 nm, side lobe transfer occurred. Also,
In the figure, I, J, K, and L indicate that the mask bias of the photomask of the present invention is 0 nm, +20 nm, +40 nm, respectively.
This is an output result at +60 nm. As the amount of bias increases, the numerical values of both MEF and DOF decrease.

【0019】図4より、マスクバイアスが0nm、+2
0nm、+40nm、+60nmの本発明のフォトマス
クのMEFはそれぞれ約2.8、2.6、2.3、2.
1である。これは、マスクバイアスが同じ大きさのバイ
ナリマスク、HTPSMのいずれのMEFよりも小さい
ことが分かる。すなわち、このシミュレーションの条件
で本発明のフォトマスクを用いれば、従来の2種類のマ
スクに較べて高い寸法精度を有するリソグラフィが可能
である。また、DOFについては、マスクバイアスが0
nm、+20nm、+40nm、+60nmの本発明の
フォトマスクの値は約1.1、0.7、0.5、0.4
である。これは、バイナリマスクと較べると、対応した
何れの値よりも大きく優れた特性を有している。そし
て、HTPSMではマスクバイアスが+20nmのとき
サイドローブの転写が生じているが本発明のフォトマス
クにおいては同バイアス条件で良好なDOFが得られて
いる。これは、本発明のフォトマスクではハーフトーン
膜上に形成したCrがサイドローブの光強度を低下させ
る効果を有するからである。そして、バイアスが+40
nm、+60nmのときにおいては本発明のフォトマス
クのDOFはHTPSMのそれより低い値を示してい
る。図4において、特に注目される点は、従来例の示す
B〜Hの何れの点もが、本発明に係るI、J、K、Lの
点を結ぶ折れ線から右下(図中betterで示す白抜
き矢印方向)部分には到達していないことである。この
ことは、総合的にみて本願発明のフォトマスクが従来例
に対して優位性を有するものであることを示している。
FIG. 4 shows that the mask bias is 0 nm, +2
The MEFs of the photomasks of the present invention of 0 nm, +40 nm, and +60 nm are about 2.8, 2.6, 2.3, 2..
It is one. This indicates that the mask bias is smaller than the MEFs of the binary mask and the HTPSM having the same size. That is, if the photomask of the present invention is used under the conditions of this simulation, lithography having higher dimensional accuracy than the conventional two types of masks is possible. For DOF, the mask bias is 0.
The values of the photomask of the present invention of nm, +20 nm, +40 nm, +60 nm are about 1.1, 0.7, 0.5, 0.4.
It is. It has properties that are much greater than any of the corresponding values, as compared to binary masks. In the HTPSM, side lobe transfer occurs when the mask bias is +20 nm, but in the photomask of the present invention, a good DOF is obtained under the same bias condition. This is because, in the photomask of the present invention, Cr formed on the halftone film has an effect of reducing the light intensity of the side lobe. And the bias is +40
In the case of nm and +60 nm, the DOF of the photomask of the present invention shows a lower value than that of HTPSM. In FIG. 4, a point particularly noticed is that any of the points B to H shown in the conventional example is lower right (from the broken line connecting the points I, J, K, and L) according to the present invention (indicated by “better” in the figure). (The direction indicated by the white arrow). This indicates that the photomask of the present invention has an advantage over the conventional example in a comprehensive manner.

【0020】本発明のフォトマスクにおいては、マスク
バイアス量に関してDOFとMEFがトレードオフの関
係にあるため、この2つの条件を同時に満足させること
はできないが、設計に際してCr width、マスク
バイアス量を調整することにより、最適なMEF、DO
Fを求めればよい。すなわち、DOFを重視したいマス
クを設計する際には、マスクバイアスを小さくして図4
中の紙面右向きの矢印方向に、MEFを重視したいマス
クではマスクバイアスを大きくして紙面下向きの方向に
進むようにすればよい。また、上述したようにMEFと
DOFの調整はバイアス量だけでなくCr width
によっても調整できる。
In the photomask of the present invention, since the DOF and the MEF are in a trade-off relationship with respect to the mask bias amount, these two conditions cannot be satisfied at the same time. However, when designing, the Cr width and the mask bias amount are adjusted. By doing, the optimal MEF, DO
What is necessary is just to find F. In other words, when designing a mask in which DOF is to be emphasized, the mask bias should be reduced and FIG.
In a mask in which importance is placed on the MEF in the direction of the right arrow on the paper, the mask bias may be increased so as to proceed in the downward direction on the paper. In addition, as described above, the adjustment of the MEF and the DOF is not limited to the bias amount but also to the Cr width.
Can also be adjusted.

【0021】以上、本発明の一実施の形態のフォトマス
クについて孤立ホールパターンに適用したときのシミュ
レーション結果と効果について述べてきたが、密集ホー
ルについても孤立ホールパターンと同様にCr wid
thとマスクバイアス量の最適化によってMEF低減、
DOF拡大の効果を得ることができることをシミュレー
ションにより確認した。なお、このシミュレーションで
は、ピッチの目安は形成したいホールの寸法の3倍以下
で求めた。
The simulation results and effects when the photomask of one embodiment of the present invention is applied to the isolated hole pattern have been described above. For dense holes, the Cr width is the same as in the isolated hole pattern.
MEF reduction by optimizing th and mask bias amount,
It was confirmed by simulation that the effect of DOF expansion can be obtained. In this simulation, the standard pitch was determined to be three times or less the size of the hole to be formed.

【0022】図1に示した上記実施の形態のフォトマス
クは、平坦な透明基板上にハーフトーン膜を形成し、そ
の上に遮光膜を形成したものであったが、本発明のフォ
トマスクはこのような形態に限定されるものではない。
図5〜図7は、本発明の他の実施の形態のフォトマスク
の構造を示す断面図と平面図である。図5に示すフォト
マスクでは、透明基板1にハーフトーン膜3と逆パター
ンの掘り込み部5が形成されている。そして、このマス
クでは、掘り込み部5を透過した光とハーフトーン膜3
を透過した光との間に180度の位相差が生じるよう
に、掘り込み部5の深さとハーフトーン膜3の膜厚とが
選定されている。図6に示すフォトマスクでは、ハーフ
トーン膜3の開口4側が一定の幅だけ除去されており、
その除去された部分に遮光膜2が形成されている。ま
た、図7に示すフォトマスクでは、遮光膜2が形成され
る領域の透明基板1が遮光膜2の厚さ分だけ掘り込まれ
ており、その掘り込み部分に遮光膜2が埋め込まれてい
る。
The photomask of the above-described embodiment shown in FIG. 1 has a halftone film formed on a flat transparent substrate and a light-shielding film formed thereon. It is not limited to such a form.
5 to 7 are a cross-sectional view and a plan view showing the structure of a photomask according to another embodiment of the present invention. In the photomask shown in FIG. 5, a dug portion 5 having a pattern opposite to that of the halftone film 3 is formed on the transparent substrate 1. In this mask, the light transmitted through the dug portion 5 and the halftone film 3
The depth of the dug portion 5 and the thickness of the halftone film 3 are selected so that a phase difference of 180 degrees is generated between the transmitted light and the halftone film 3. In the photomask shown in FIG. 6, the opening 4 side of the halftone film 3 is removed by a fixed width.
The light shielding film 2 is formed in the removed portion. In the photomask shown in FIG. 7, the transparent substrate 1 in the region where the light shielding film 2 is formed is dug by the thickness of the light shielding film 2, and the light shielding film 2 is embedded in the dug portion. .

【0023】図8は、密集ホールと孤立ホールとが混在
する場合の本発明の実施の形態を示す平面図であり、図
9(a)、(b)は、それぞれ図8のA−A′線と、B
−B′線での断面図である。本実施の形態において、遮
光膜2の幅Cr widthを50〜150nmとす
る。そのため、孤立パターンでは遮光膜2も孤立パター
ンとなるが、密集ホールパターン部では遮光膜2は連続
パターンとなる。また、180度の位相差を生じるハー
フトーン膜3の光透過率を3〜10%とする。
FIG. 8 is a plan view showing an embodiment of the present invention in which dense holes and isolated holes coexist. FIGS. 9A and 9B are AA 'in FIG. Line and B
It is sectional drawing in the -B 'line. In the present embodiment, the width Cr width of the light shielding film 2 is set to 50 to 150 nm. Therefore, in the isolated pattern, the light shielding film 2 is also an isolated pattern, but in the dense hole pattern portion, the light shielding film 2 is a continuous pattern. Further, the light transmittance of the halftone film 3 that generates a phase difference of 180 degrees is set to 3 to 10%.

【0024】孤立ホールにあっては、フォトマスクの個
々の開口部の外周を遮光した場合、レジストパターン寸
法が狙い通りとなる最適露光量は、従来型の完全遮光マ
スクの場合よりも小さくなる〔図3(b)参照〕。しか
しながら隣接ホールとのピッチが狭い場合は、外周を遮
光することは従来型の完全遮光とする場合に等しくな
り、最適露光量も従来型の完全遮光マスクのそれとほぼ
等しくなる。したがって、フォトマスクの個々の開口部
の外周を遮光することにより、(露光量を広ピッチに合
わせた場合の)狭ピッチ部の寸法は小さくなる。ところ
が、図15、図16を参照して説明したように、コヒー
レンスファクタσが0.6以上の大σ通常照明によって
露光する場合には、密集ホールの寸法が孤立ホールに比
べて大きくなる傾向にある。このため、0.6以上の大
σ通常照明を用いることにより、個々のホールパターン
のマスク寸法を補正することなしに、狭ピッチ部と広ピ
ッチ部の寸法偏差を少なくすることが可能となる。
In the case of the isolated hole, when the outer periphery of each opening of the photomask is shielded from light, the optimum exposure amount at which the resist pattern dimension is as intended is smaller than that of the conventional complete light-shielding mask [ FIG. 3 (b)]. However, when the pitch between adjacent holes is narrow, shielding the outer periphery is the same as in the case of conventional complete light shielding, and the optimal exposure amount is also substantially equal to that of the conventional complete light shielding mask. Therefore, by shielding the outer periphery of each opening of the photomask from light, the size of the narrow pitch portion (when the exposure amount is adjusted to a wide pitch) is reduced. However, as described with reference to FIGS. 15 and 16, when exposure is performed by a large σ normal illumination having a coherence factor σ of 0.6 or more, the size of the dense hole tends to be larger than that of the isolated hole. is there. Therefore, by using the large σ normal illumination of 0.6 or more, it is possible to reduce the dimensional deviation between the narrow pitch portion and the wide pitch portion without correcting the mask size of each hole pattern.

【0025】図10は、X、Y方向のピッチが等しい場
合の、Cr width=100nmの本発明のフォト
マスクを用いて露光した際に生じる寸法のピッチ依存性
を示すグラフである。図10において、横軸はパターン
ピッチであり、縦軸はマスク寸法180nmに対して実
際に形成されたレジストパターンの寸法を示す。また、
図11は、X方向のピッチを340nm固定とした場合
の、寸法(X方向寸法とY方向寸法の相乗平均、ただし
両者の差は20nm未満)のY方向ピッチ依存性を示す
グラフである(図10、図11には参考のために従来例
での寸法のピッチ依存性も同時に示されている)。露光
条件は、いずれも光源:KrFエキシマレーザ、NA:
0.68、σ:0.70通常照明、マスクバイアスなし
とした。いずれの場合も寸法のピッチ依存性が著しく軽
減されている。なお、特にXピッチ固定の場合でもX方
向寸法とY方向寸法の差は20nm未満であり、ホール
パターンの歪みは見られない。
FIG. 10 is a graph showing the pitch dependence of the dimension that occurs when exposure is performed using the photomask of the present invention with Cr width = 100 nm when the pitches in the X and Y directions are equal. In FIG. 10, the horizontal axis represents the pattern pitch, and the vertical axis represents the dimension of the resist pattern actually formed with respect to the mask dimension of 180 nm. Also,
FIG. 11 is a graph showing the Y-direction pitch dependence of the dimension (the geometric mean of the X-direction dimension and the Y-direction dimension, but the difference between them is less than 20 nm) when the pitch in the X-direction is fixed at 340 nm. 10 and FIG. 11 also show the pitch dependence of the dimensions in the conventional example for reference.) The exposure conditions were as follows: light source: KrF excimer laser, NA:
0.68, σ: 0.70 Normal illumination, no mask bias. In each case, the pitch dependence of the dimensions is significantly reduced. In particular, even when the X pitch is fixed, the difference between the dimension in the X direction and the dimension in the Y direction is less than 20 nm, and no distortion of the hole pattern is observed.

【0026】Cr widthは、50〜150nmが
好ましい範囲であるが、より好ましくは100〜150
nmである。本発明によれば、マスクバイアスを採用す
ることなくピッチ依存性を抑制することができるが、必
要に応じてマスクバイアスを加味した設計を行ってもよ
い。また、図8、図9に示したマスク構造に、図5〜図
7の手法を採用するようにしてもよい。
The preferred Cr width is 50 to 150 nm, more preferably 100 to 150 nm.
nm. According to the present invention, pitch dependency can be suppressed without employing a mask bias, but a design considering a mask bias may be performed as necessary. 8 and 9 may be applied to the mask structure shown in FIGS.

【0027】[0027]

【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、位相シフト型ハーフトーンマスクの開口端周囲
にハーフトーン膜の幅未満の遮光膜を形成したものであ
るので、マスク寸法誤差のレジスト上への影響の低減、
露光時間の短縮、および、サイドローブの転写の回避を
図ることができる。また、上記構造を有するフォトマス
クは、マスクバイアスを適切に設定することにより従来
例のフォトマスクと較べて広い焦点深度を得られるの
で、従来例のマスクを使用する場合に比較して焦点ズレ
を小さく抑えることができる。さらに、密集パターンと
孤立パターンが混在する場合に、遮光膜幅を50〜15
0nmとし、大σ通常照明露光を行うことにより、上記
の効果に加えてパターン寸法のピッチ依存性を抑制する
ことができる。
As described above, the photomask of the present invention is formed by forming a light-shielding film smaller than the width of the halftone film around the opening end of the phase shift type halftone mask. Reduction of effects on resist,
It is possible to shorten the exposure time and avoid the transfer of the side lobe. In addition, the photomask having the above structure can obtain a wider depth of focus as compared with the conventional photomask by appropriately setting the mask bias, so that the defocus can be reduced as compared with the case where the conventional mask is used. It can be kept small. Further, when the dense pattern and the isolated pattern are mixed, the light shielding film width is set to 50 to 15
By performing the large σ normal illumination exposure at 0 nm, it is possible to suppress the pitch dependence of the pattern dimension in addition to the above effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態によるフォトマスクの
構造を示す断面図と平面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view illustrating a structure of a photomask according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明のフォトマスクがMEFを低減する効
果を有することを説明するための断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining that the photomask of the present invention has an effect of reducing MEF.

【図3】 孤立ホールパターンについてのHTPSM、
本発明のフォトマスク、バイナリマスクの3種類のマス
クの、MEF、ImaxおよびDOFのシミュレーショ
ン結果を示す図。
FIG. 3 HTPSM for an isolated hole pattern,
FIG. 7 is a diagram showing simulation results of MEF, Imax, and DOF of three types of masks of the present invention, a photomask and a binary mask.

【図4】 マスクバイアスを変化させたときのHTPS
M、バイナリマスクおよび本発明のフォトマスクのME
FとDOFの変化を示すグラフ。
FIG. 4 shows the HTPS when the mask bias is changed.
M, ME of binary mask and photomask of the present invention
7 is a graph showing changes in F and DOF.

【図5】 本発明の他の実施の形態によるフォトマスク
の構造を示す断面図と平面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view and a plan view illustrating a structure of a photomask according to another embodiment of the present invention.

【図6】 本発明のさらに他の実施の形態によるフォト
マスクの構造を示す断面図と平面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view showing a structure of a photomask according to still another embodiment of the present invention.

【図7】 本発明のさらに他の実施の形態によるフォト
マスクの構造を示す断面図と平面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view and a plan view showing a structure of a photomask according to still another embodiment of the present invention.

【図8】 本発明のさらに他の実施の形態によるフォト
マスクの構造を示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing a structure of a photomask according to still another embodiment of the present invention.

【図9】 図8のA−A′線とB−B′線での断面図。FIG. 9 is a sectional view taken along lines AA ′ and BB ′ in FIG. 8;

【図10】 本発明の効果を説明するためのパターン寸
法のピッチ依存性を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing pitch dependency of a pattern dimension for explaining an effect of the present invention.

【図11】 本発明の効果を説明するためのパターン寸
法のピッチ依存性を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing pitch dependence of pattern dimensions for explaining the effect of the present invention.

【図12】 従来の透過部以外を完全遮光としている通
常のフォトマスク(バイナリマスク)の構造を示す断面
図と平面図。
FIGS. 12A and 12B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a structure of a normal photomask (binary mask) in which light is completely shielded except for a conventional transmission portion.

【図13】 従来の位相シフト型ハーフトーンマスク
(HTPSM)の構造を示す断面図と平面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view and a plan view showing the structure of a conventional phase shift halftone mask (HTPSM).

【図14】 従来の位相シフト型ハーフトーンマスクで
発生するサイドローブを説明する図。
FIG. 14 is a view for explaining side lobes generated in a conventional phase shift type halftone mask.

【図15】 従来例の問題点を説明するためのパターン
寸法のピッチ依存性を示すグラフ。
FIG. 15 is a graph showing pitch dependency of a pattern dimension for explaining a problem of the conventional example.

【図16】 従来例の問題点を説明するためのパターン
寸法のピッチ依存性を示すグラフ。
FIG. 16 is a graph showing pitch dependency of pattern dimensions for explaining a problem of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明基板 2 遮光膜 3 ハーフトーン膜 4 開口 5 掘り込み部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Light shielding film 3 Halftone film 4 Opening 5 Engraved part

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露光光を透過させる透明基板上に、透過
する露光光の位相をシフトさせる半透明膜が形成され、
前記半透明膜を透過する光と前記透明基板のみを透過す
る光との間に180度の位相差が生じるように構成され
たフォトマスクにおいて、前記半透明膜の開口の周辺に
は全周囲に渡って遮光膜が形成されていることを特徴と
するフォトマスク。
A semi-transparent film that shifts the phase of the transmitted exposure light is formed on a transparent substrate that transmits the exposure light;
In a photomask configured such that a phase difference of 180 degrees occurs between light transmitted through the translucent film and light transmitted only through the transparent substrate, the entire periphery of the opening of the translucent film is A photomask having a light-shielding film formed over the same.
【請求項2】 露光光を透過させる透明基板上に、透過
する露光光の位相をシフトさせる半透明膜が形成され、
前記半透明膜を透過する光と前記透明基板のみを透過す
る光との間に180度の位相差が生じるように構成され
たフォトマスクにおいて、前記半透明膜の開口の周辺部
の半透明膜は開口の全周囲に渡って遮光膜に置き換えら
れていることを特徴とするフォトマスク。
2. A translucent film that shifts the phase of the transmitted exposure light is formed on a transparent substrate that transmits the exposure light,
In a photomask configured to generate a phase difference of 180 degrees between light transmitted through the translucent film and light transmitted only through the transparent substrate, a semitransparent film around an opening of the translucent film Is a photomask which is replaced by a light shielding film over the entire periphery of the opening.
【請求項3】 前記遮光膜の幅は、50nm以上150
nm以下である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。
3. The light-shielding film has a width of 50 nm or more and 150 nm or more.
3. The photomask according to claim 1, wherein the photomask is not more than nm.
【請求項4】 前記半透明膜の光透過率が3〜10%で
あることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のフ
ォトマスク。
4. The photomask according to claim 1, wherein the translucent film has a light transmittance of 3 to 10%.
【請求項5】 前記遮光膜は前記開口の端部からの幅が
前記開口の全周囲に渡って一定であることを特徴とする
請求項1〜4の何れかに記載のフォトマスク。
5. The photomask according to claim 1, wherein the light-shielding film has a constant width from an end of the opening over the entire periphery of the opening.
【請求項6】 前記フォトマスクの少なくとも一部のパ
ターンには正にマスクバイアスがかけられて、前記開口
の幅または径は、フォトリソグラフィにより形成される
パターンより露光装置の縮小率の逆数倍以上に大きく形
成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れかに
記載のフォトマスク。
6. A mask bias is applied to at least a part of the pattern of the photomask, and a width or a diameter of the opening is a reciprocal multiple of a reduction ratio of an exposure apparatus than a pattern formed by photolithography. The photomask according to any one of claims 1 to 5, wherein the photomask is formed to be large as described above.
【請求項7】 前記透明基板の前記半透明膜の開口形成
領域には、凹部が形成されていることを特徴とする請求
項1〜6の何れかに記載のフォトマスク。
7. The photomask according to claim 1, wherein a concave portion is formed in an opening forming region of the translucent film of the transparent substrate.
【請求項8】 前記透明基板が石英、CaF2 、MgF
2 の何れかで形成されていることを特徴とする請求項1
〜7の何れかに記載のフォトマスク。
8. The transparent substrate is made of quartz, CaF 2 , MgF
2. The method according to claim 1, wherein the first member is formed of any one of the first and second members.
8. The photomask according to any one of items 1 to 7.
【請求項9】 前記半透明膜がCrON、CrO、Mo
SiON、MoSiO、a−C:H、SiNの何れかで
形成されていることを特徴とする請求項1〜8の何れか
に記載のフォトマスク。
9. The translucent film is made of CrON, CrO, Mo.
The photomask according to any one of claims 1 to 8, wherein the photomask is formed of one of SiON, MoSiO, aC: H, and SiN.
【請求項10】 前記遮光膜がCrまたはCrOで形成
されていることを特徴とする請求項1〜9の何れかに記
載のフォトマスク。
10. The photomask according to claim 1, wherein said light-shielding film is formed of Cr or CrO.
【請求項11】 請求項1〜10の何れかに記載のフォ
トマスクを用いた露光方法であって、通常照明光を用い
ることを特徴とする露光方法。
11. An exposure method using the photomask according to claim 1, wherein an ordinary illumination light is used.
【請求項12】 フォトマスクにはピッチがランダムな
パターンが含まれており、かつ、コヒーレンスファクタ
σが0.6以上の通常照明光を用いることを特徴とする
請求項11記載の露光方法。
12. The exposure method according to claim 11, wherein the photomask includes a pattern having a random pitch, and uses ordinary illumination light having a coherence factor σ of 0.6 or more.
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