JP2005107082A - 位相シフトマスクおよびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】補助パターンとしての寸法的な制限を緩和しつつ、メインピークの強度低下やサイドピークの発生を抑制して、より高い精度でのパターン転写を可能とする位相シフトマスクおよび該位相シフトマスクを用いたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】透光性を有する基板１の上に、光を透過させる透過部ＴＲと、該透過部ＴＲを透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに上記基板１を透過する光の量を制限するハーフトーン部ＨＴと、上記基板１を透過する光を遮光する遮光部とを形成する。またこの際、ハーフトーン部ＨＴを、その一端側において基板１を透過する光を遮光する遮光部を介して透過部ＴＲに隣接する一方、その他端側においては遮光部に接する態様で形成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程に用いられる位相シフトマスクおよび該位相シフトマスクを用いたパターン形成方法に関する。

周知のように、近年の半導体装置の高集積化に伴い、その微細加工技術はますます重要になってきている。特にリソグラフィ工程では、パターンを転写するために用いられる光の波長を下回るパターン解像度が要求されている。そして、必要な焦点深度を確保した上でこうした解像度を向上させるために、パターン転写に用いる光自体の短波長化など、光学系のさらなる改善が望まれている。しかし、こうした光学系の改善は、上述した微細化の進展に対して必ずしも追いついていないのが現状である。そこで従来から、光学系によらず、パターン転写に用いるマスク自体の構造によって解像度を向上させる位相シフトマスク等が提案されている。

この位相シフトマスクとしては、例えば図１１に例示するような断面構造を有するものが知られている。以下、同図１１を参照して、このマスクの構造について説明する。
図１１に示されるように、このマスクは、透光性を有する基板１１の上に、開口部１２ｂを有して入射光に対する透過光の位相を略反転させるとともに、上記入射光のうちの例えば４〜８％程度の光を透過させるハーフトーン膜１２が積層されて形成されている。なお、上記開口部１２ｂは、転写所望とされるパターン形状をもって、すなわち主パターンとして形成されており、この開口部１２ｂを通じて上記基板１１を透過する光によって、この主パターンがレジスト等に転写されることとなる。

また従来、例えば非特許文献１〜３に記載のように、解像限界以下のサイズの補助パターンを設けて解像度の向上を図るようにしたマスクもある。図１２（ａ）〜（ｃ）に、これら非特許文献１〜３に記載された位相シフトマスクを示す。

まず、非特許文献１に記載されたマスクは、図１２（ａ）に示されるように、透光性を有する基板１１の上に、開口部１３ａおよび開口部１３ｂを有して、その他の部分では上記基板１１を透過する光を遮光する遮光膜１３が積層されて形成されている。なおここでは、上記開口部１３ｂが主パターンとして形成されており、上記開口部１３ａは、解像限界以下の幅をもつ補助パターンとして形成されている。また、開口部１３ａにはそれぞれ、透明な位相シフト手段１４がさらに設けられている。

一方、非特許文献２に記載されたマスクは、図１２（ｂ）に示されるように、透光性を有する基板１１の上に、開口部１２ａおよび開口部１２ｂを有して、その他の部分では上記基板１１を透過する光の量を制限するハーフトーン膜１２が積層されて形成されている。なおここでは、上記開口部１２ｂが主パターンとして形成されており、上記開口部１２ａは、解像限界以下の幅をもつ補助パターンとして形成されている。

また一方、非特許文献３に記載されたマスクは、図１２（ｃ）に示されるように、透光性を有する基板１１の上に、上記基板１１を透過する光の量を制限するハーフトーン膜１２と、上記基板１１を透過する光を遮光する遮光膜１３とが選択的に設けられて形成されている。なおここでは、上記ハーフトーン膜１２が主パターンとして形成されており、上記遮光膜１３は、解像限界以下の幅をもつ補助パターンとして形成されている。ちなみに、上記主パターンを形成するハーフトーン膜１２は、比較的高い透過率を有している。
Ｔｓｕｎｅｏ Ｔｅｒａｓａｗａ，ｅｔａｌ，"０．３−ｍｉｃｒｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｍａｓｋ"，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１０８８，Ｐ．２５−３３，１９８９ Ｎｏｒｉｏ Ｈａｓｅｇａｗａ，ｅｔａｌ，"Ａ Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｍａｓｋ ｆｏｒ ０．１５−μｍ Ｈｏｌｅ−ｐａｔｔｅｒｎ Ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ＫｒＦ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ"，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３３３４，Ｐ．５２２−５３１，１９９８ Ｃｈｅｎｇ−Ｍｉｎｇ ＬＩＮ，ｅｔａｌ，"ＡｌＳｉｘＯｙ ａｓ ａ Ｈｉｇｈ−Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ Ｔｅｒｎａｒｙ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｍａｓｋ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＡｌＳｉｘＯｙ ｉｎ １９３ｎｍ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３９，Ｐ．６８０１−６８０６，２０００

ところで、先の図１１に示したマスクによっても、前述した微細化の進展に伴い、メインピークの強度を維持しつつ、サイドピークの発生を抑制することは困難になってきている。具体的には、パターンの微細化が進むと、主パターンとしての開口部１２ｂを透過する光の光強度分布はよりなだらかなものになり、前述したパターン解像度が悪化するようになる。このような光強度分布をより急峻なものにするためには、上記位相シフト部に相当するハーフトーン膜１２の透過率をさらに高める必要が生じ、結局は、上記位相シフト部を通じて位相の反転した光によるメインピークの強度低下やサイドピークの発生等が避けられなくなる。このように、図１１に例示したマスクによっても、パターン転写特性についてはいまだ改良の余地を残すものとなっている。

他方、上記非特許文献１〜３に記載したマスクはいずれも、主パターンを転写する際に補助パターン自体が解像されることのないよう、補助パターンについてはこれを解像限界以下のサイズにする必要がある。そのため、このような補助パターンを有するマスクは、その製造に際してマスクパターンの描画等が困難になり、ひいては高い寸法精度をもって形成することも難しくなる。また、マスクの検査等も困難になり、マスクの製造期間の長期化やコスト上昇等を招くことにもなりかねない。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、補助パターンとしての寸法的な制限を緩和しつつ、メインピークの強度低下やサイドピークの発生を抑制して、より高い精度でのパターン転写を可能とする位相シフトマスクおよび該位相シフトマスク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。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
まず、請求項１に記載の発明は、透光性を有する基板上に、光を透過させる透過部と、前記透過部を透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに前記基板を透過する光の量を制限するハーフトーン部と、前記基板を透過する光を遮光する遮光部とを備える位相シフトマスクにおいて、前記ハーフトーン部は、その一端側において前記遮光部を介して前記透過部に隣接する一方、その他端側においては前記遮光部に接する態様で形成されてなることをその要旨とする。

上記構造においては、転写所望とされるパターン（主パターン）として形成された上記透過部と、補助パターンとして形成されたハーフトーン部とを、上記遮光部を通じて所定の距離を置くかたちで配設するようにしている。このため、上記ハーフトーン部を透過して位相の略反転した光がメインピークの強度を低下させる悪影響は好適に抑制されることになる。また、上記ハーフトーン部の他端側に遮光部を接する態様で配設することで、ハーフトーン部を透過する光の強度分布を上記ハーフトーン部の一端および他端付近に裾部分をもつ分布とすることができるようになる。そのため、サイドピークの発生する部分に対して上記ハーフトーン部を選択的に設けることでサイドピークの発生についてもこれを好適に抑制することができるようになる。

また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の位相シフトマスクにおいて、前記ハーフトーン部の前記遮光部を介して前記透過部に隣接する一端から前記遮光部に接する他端にかけての幅が、前記透過部の前記遮光部を介して前記ハーフトーン部にそれぞれ隣接する一端から他端にかけての幅の「２倍」以下に設定されてなることをその要旨とする。

上記透過部の幅（主パターン幅）に対する上記ハーフトーン部の幅（補助パターン幅）の比率（補助パターン幅／主パターン幅）と、サイドピークの強度との関係の測定結果から、上記比率を「２」よりも大きくすると、サイドピークの強度は略一定になるという傾向にあることが発明者らによって確認されている。他方、上記比率が「２」よりも小さく設定されたマスクでは、より小さな比率に設定されたマスクほど、サイドピークの抑制効果がより大きくなるという傾向にある。このため、上記構造によれば、サイドピークの抑制効果が期待できるようになる。

また、請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の位相シフトマスクにおいて、前記ハーフトーン部の前記遮光部を介して前記透過部に隣接する一端から前記透過部の前記遮光部を介して前記ハーフトーン部に隣接する一端にかけての距離が、前記透過部の前記遮光部を介して前記ハーフトーン部にそれぞれ隣接する一端から他端にかけての幅の「１／２倍〜２倍」に設定されてなることをその要旨とする。

上記透過部の幅（主パターン幅）に対する上記ハーフトーン部と透過部との距離（遮光部幅）の比率（遮光部幅／主パターン幅）と、メインピークの相対強度との関係の測定結果から、上記比率を「１／２〜２」に設定した範囲でメインピークの相対強度が「１」以上、あるいは「１」からそれ程大きくは低下しない範囲となることが同じく発明者らによって確認されている。なお、上記メインピークの相対強度は、一般に広く用いられている基板上にクロム膜を積層させて該クロム膜に主パターンとして開口部を形成するマスク（Ｃｒマスク）のメインピークを「１」としている。このため、上記構造によれば、メインピークを維持あるいは向上させることができるようになる。

また、請求項４に記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記透過部および前記ハーフトーン部は略平行なラインパターンからなる平面構造をもって形成されてなり、前記透過部が、２本の前記ハーフトーン部の間に挟まれる態様で配設されてなることをその要旨とする。

一般にラインパターンは、ホールパターンと比較して位相シフト効果が小さいため、解像度を向上させることが困難である。この点、上記構造によれば、こうしたラインパターンの解像度についてもこれを向上させることができるようになる。

また、請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記透過部は略矩形の平面構造をもって形成されてなり、前記ハーフトーン部が、前記透過部の４辺を囲繞する態様で配設されてなることをその要旨とする。

上記構造によれば、略矩形の平面構造をもつパターンの解像度についてもこれを向上させることができるようになる。また、こうした構造は規則性をもたない孤立パターンに適用して特に有効である。

また、請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記ハーフトーン部が、前記透過部を透過する光に対して位相を略反転させる位相シフト手段を備えることをその要旨とする。

このようにハーフトーン部に位相シフト手段を設けることで、上記透過部を透過する光に影響を与えることなく、上記透過部を透過する光に対して上記ハーフトーン部を透過する光の位相を略反転させることができるようになる。

また、請求項７に記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記透過部が、前記ハーフトーン部を透過する光に対して位相を略反転させる位相シフト手段を備えることをその要旨とする。

このような構造によっても、上記透過部を透過する光に対して上記ハーフトーン部を透過する光の位相を略反転させることができる。
また、請求項８に記載の発明は、上記請求項６または７に記載の位相シフトマスクにおいて、前記位相シフト手段は、前記基板を透過する光の光路長を変化させる態様で形成されてなることをその要旨とする。

前記基板を透過する光の光路長を変化させることで、該光に位相差を生じさせることができる。このため、上記構造によれば、上記位相シフト手段の形成をより容易に行ったり、マスク自体の構造を簡素にしたりすることができるようになる。

また、請求項９に記載の発明は、上記請求項１〜８のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記透光性を有する基板の上に、前記透過部を透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに前記基板を透過する光の量を制限するハーフトーン膜と、前記基板を透過する光を遮光する遮光膜とを有してなるとともに、前記遮光膜の前記透過部および前記ハーフトーン部に相当する部位には開口部が形成され、前記遮光膜の前記ハーフトーン部に相当する部位に形成された開口部には前記ハーフトーン膜が設けられてなることをその要旨とする。

上記のような構造を採用することで、マスク自体の構造を極めて簡素に保つことができるようになる。
また、請求項１０に記載の発明は、上記請求項１〜８のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記透光性を有する基板の上には、前記透過部を透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに前記基板を透過する光の量を制限するハーフトーン膜と、前記基板を透過する光を遮光する遮光膜とが順次積層されてなり、前記遮光膜および前記ハーフトーン膜の前記透過部に相当する部位には、これら各膜を貫通して前記基板に達するような開口部が形成されてなるとともに、前記遮光膜の前記ハーフトーン部に相当する部位には、当該遮光膜を貫通して前記ハーフトーン膜に達するような開口部が形成されてなることをその要旨とする。

上記構造によれば、マスク自体の構造が簡素に保たれるとともに、その製造に際しても、周知のフォトリソグラフィ技術等を用いてより容易に製造することができるようになる。

また、請求項１１に記載の発明は、パターン形成方法として、基板上にレジストを成膜する工程と、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにより前記レジストにパターンを転写する工程と、前記パターンが転写されたレジストを現像することにより前記基板上にパターンを形成する工程とを備えることをその要旨とする。

上記パターン形成方法によれば、上述した位相シフトマスクを用いて、より精度の高いパターン形成をより容易に行うことができるようになる。

以下、本発明にかかる位相シフトマスクおよびパターン形成方法についてその一実施の形態を示す。
この実施の形態にかかるマスクも、先の図１１および図１２に示したマスクと同様、例えば半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程に用いて好適なものである。ただしこのマスクでは、図１に示すような構造とすることで、前述したサイドピークの発生等についてもその好適な抑制を図るようにしている。

以下、図１（ａ）および（ｂ）を参照して、この実施の形態にかかる位相シフトマスクの構造について説明する。なお、図１（ａ）はこのマスクの平面構造を模式的に示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

同図１（ａ）および（ｂ）に示すように、このマスクは、例えば略１００％の透過率を有する基板１の上に、入射光に対する透過光の位相を略反転させるとともに透過光の量を制限するハーフトーン膜２と、上記基板１を透過する光を遮光する遮光膜３とが順次積層されて形成されている。

このうち、上記ハーフトーン膜２および遮光膜３には、これら各膜を貫通して基板１に達するような開口部２ｂおよび３ｂがそれぞれ形成されている。また、上記遮光膜３にはさらに、当該遮光膜３を貫通して上記ハーフトーン膜２に達するような開口部３ａが形成されている。そして上記基板１の上には、これら開口部２ｂおよび３ｂと開口部３ａとにより、光を透過させる透過部ＴＲと、透過部ＴＲを透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに基板１を透過する光の量を制限するハーフトーン部ＨＴとがそれぞれ形成され、その他の部分は基板１を透過する光を遮光する遮光部になっている。また、上記透過部ＴＲおよびハーフトーン部ＨＴは略平行なラインパターンからなる平面構造をもって形成され、該透過部ＴＲは２本のハーフトーン部ＨＴの間に挟まれる態様で配設されている。

また、上記透過部ＴＲは、転写所望とされるパターン形状をもって、すなわち主パターンとして形成されている。そして、この透過部ＴＲを通じて上記基板１を透過する光によって、主パターンがレジスト等に転写されることとなる。一方、上記ハーフトーン部ＨＴは、メインパターンによる光強度分布をより急峻なものにするためのパターン、いわば補助パターンとして形成されている。そして、このハーフトーン部ＨＴを透過する光、すなわち上記透過部ＴＲの透過光に対して略反転した位相をもつ光によって前述した透過部ＴＲの外側に生じるサイドピークについてもこれを従来に比べて低減することができるようになる。

またここでは、主パターンとして形成された透過部ＴＲと、補助パターンとして形成されたハーフトーン部ＨＴとを、上記遮光部を通じて所定の距離を置くかたちで配設するようにしている。このため、上記ハーフトーン部ＨＴを透過して位相の略反転した光が上記透過部ＴＲを透過する光の強度ピーク（メインピーク）の強度を低下させる悪影響は好適に抑制されることになる。また、図１（ａ）に示されるように、上記遮光部は、透過部ＴＲおよびハーフトーン部ＨＴを囲繞する態様で配設されている。つまり、上記ハーフトーン部ＨＴの遮光部を介して透過部ＴＲに隣接する側の反対側についても、該ハーフトーン部ＨＴに接する態様で遮光部が配設されている。このため、上記ハーフトーン部ＨＴを透過する光の強度分布を、上記ハーフトーン部の遮光部に接する両端付近に裾部分をもつ分布とすることができるようになる。これにより、このハーフトーン部ＨＴをサイドピークが発生する部分に対して選択的に設けることで、メインピークの強度低下を抑制しつつ、サイドピークの発生についてもこれを抑制することができるようになる。すなわち、前述したパターン解像度についてもこれを向上させることができるようになる。

また、補助パターンとして形成されたハーフトーン部ＨＴの幅Ｄ１は、主パターンとして形成された透過部ＴＲの幅Ｄ２の「２倍」以下に設定されている。これにより、サイドピーク抑制効果のさらなる向上を図るようにしている。一方、上記ハーフトーン部ＨＴと透過部ＴＲとの間に介在する遮光部の幅Ｄ３は、透過部ＴＲの幅Ｄ２の「１／２倍〜２倍」に設定されている。またこれにより、メインピークの強度低下についてもこれを抑制するようにしている。

なお、このマスクは、基板１の上に、ハーフトーン膜２と、遮光膜３とを順次積層させた後、例えば周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、開口部３ａおよび３ｂと開口部２ｂとを形成することによって製造される。また、上記基板１あるいは上記各膜の材料として、上記基板１に例えば石英ガラス等、上記ハーフトーン膜２に例えばジルコニウムシリサイド系やＭｏ−Ｓｉ系のハーフトーン材料等、上記遮光膜３に例えばクロム等が用いられる。

以下、図２〜図５を参照して、この実施の形態にかかる位相シフトマスクのパターン転写特性について説明する。
図２に、この実施の形態にかかる位相シフトマスクの光振幅強度分布を示す。なお、図中Ｌ１で示される曲線は透過部ＴＲの透過光の光振幅強度分布を、図中Ｌ２で示される曲線はハーフトーン部ＨＴの透過光の光振幅強度分布を、図中Ｌ３で示される曲線はこれら曲線Ｌ１およびＬ２を合成した光振幅強度分布、すなわちこの実施の形態にかかる位相シフトマスクの光振幅強度分布をそれぞれ示している。

同図２に示されるように、上記透過部ＴＲの透過光の光振幅強度分布としての曲線Ｌ１はなだらかな曲線となっており、その裾部分においてもまだ光強度（光振幅強度）が高いものとなっている。一方、上記ハーフトーン部ＨＴの透過光の光振幅強度分布としての曲線Ｌ２は、上記裾部分の光強度を抑制すべく、該裾部分に逆位相の光強度をもっている。またこの際、該ハーフトーン部ＨＴの透過光の量は制限されているため、上記逆位相の光強度は低くなっている。そのため、上記逆位相の光強度に起因する不必要なサイドピークの発生は抑制され、上記曲線Ｌ１およびＬ２を合成した曲線Ｌ３は、上記透過部ＴＲに対応するかたちで高いピークをもつ急峻な曲線となっている。このように、このマスクによれば、メインピーク（主パターンのピーク）の強度を維持しながら、サイドピークの発生についてもこれを抑制することができるようになる。

図３に、この実施の形態にかかる位相シフトマスクと従来の位相シフトマスクとの光強度分布を対比して示す。なお、同図３において、図中Ｌ１１で示される曲線はこの実施の形態にかかる位相シフトマスクの光強度分布を示している。一方、図中Ｌ１２で示される曲線は、透明基板の主パターン以外の部分がクロム（Ｃｒ）からなる遮光膜によって覆われたマスク、いわゆるＣｒマスクの光強度分布を示している。一方、図中Ｌ１３で示される曲線は先の図１１に示したマスクの光強度分布を示している。また、これら光強度分布は、転写に用いる光の波長を「２４８ｎｍ」、開口数（ＮＡ）を「０．６８」、コヒーレンスファクタσを「０．４４」、ハーフトーン膜の透過率を「６％」、主パターンのサイズを「０．１３μｍ」、補助パターンのサイズを「０．１μｍ」、透過部ＴＲとハーフトーン部ＨＴとの間に介在する遮光部の幅を「０．１５μｍ」とした場合のシミュレーション結果である。また、本実施の形態にかかるマスクについて、補助パターンのサイズは図１（ｂ）中の幅Ｄ１、主パターンのサイズは同図１（ｂ）中の幅Ｄ２、透過部ＴＲとハーフトーン部ＨＴとの間に介在する遮光部の幅は同図１（ｂ）中の幅Ｄ３にそれぞれ相当する。

この図３に示されるように、曲線Ｌ１３で示される光強度分布は、その他の曲線Ｌ１１およびＬ１２と比較してメインピークの強度が大きく低下しており、サイドピークについてもより大きなものとなっている。一方、曲線Ｌ１２で示される先の図１１に示したマスクの光強度分布は、サイドピークについては十分に抑制されているが、メインピークについてはその強度に低下が生じている。他方、曲線Ｌ１１で示されるこの実施の形態にかかるマスクの光強度分布は、メインピークの強度が維持されて且つ、サイドピークの発生についても十分抑制されている。このように、ハーフトーン位相シフトマスクとして上述した構造を採用することで、メインピークの強度低下を抑制しつつ、サイドピークの発生についてもこれを抑制することができるようになる。

図４に、この実施の形態にかかる位相シフトマスクと先の図１２（ａ）に示した従来の位相シフトマスクとについて、メインピークに対するサイドピークの比（サイドピーク／メインピーク）と主パターン−補助パターン間のピッチとの関係をそれぞれグラフとして示す。なお、同図４において、データａはこの実施の形態にかかるマスク、データｂ〜ｄは先の図１２（ａ）に示した従来のマスクに関するデータである。ここでは、主パターンのサイズを、データａ〜ｄの全てのマスクで「０．１３μｍ」としている。一方、補助パターンのサイズは、データａのマスクでは「０．１３μｍ」、データｂのマスクでは「０．１０μｍ」、データｃのマスクでは「０．０７μｍ」、データｄのマスクでは「０．０５μｍ」としている。また、このグラフも発明者らによるシミュレーション結果であり、光学条件は先の図３のシミュレーションと同様にした。

このグラフによれば、従来のマスクは、その補助パターンのサイズが小さくなるほどサイドピークも共に小さくなっている。これに対し、本実施の形態にかかるマスク（データａ）は、補助パターンのサイズが「０．０５μｍ」に設定された従来のマスク（データｄ）と比較しても、サイドピークの発生がより抑制されたものとなっている。

また一方、図５に、この実施の形態にかかる位相シフトマスクと先の図１２（ａ）に示した従来の位相シフトマスクとについて、ＦｏｃｕｓとＮＩＬＳ（規格化像強度対数勾配）との関係をそれぞれグラフとして示す。なお、同図５中のデータａ〜ｄは、先の図４に示したデータａ〜ｄにそれぞれ対応したものである。また、主パターン−補助パターン間のピッチは、図４のグラフから、サイドピーク強度が低くなるピッチ「０．２６μｍ」に設定している。また、このグラフも発明者らによるシミュレーション結果であり、光学条件は先の図３のシミュレーションと同様にしている。ちなみに、ＮＩＬＳとは「ｗ（∂ｌｎＩ／∂ｘ）（ｗ：パターンサイズ、Ｉ：光強度、ｘ：位置）」で表される値で、主パターンのエッジ位置での光強度（対数）の傾きを主パターンサイズで規格化したものである。これはレジストパターンの露光裕度に比例する値であり、光学像の品質を判定する論理的な指標となっている。一方、Ｆｏｃｕｓは焦点合わせの度合いを示すもので、グラフ中の目盛り「０」は、あえて焦点合わせを行わずとも焦点が合っている状態を示している。

このグラフによれば、一般に使用されるＦｏｃｕｓ範囲である「０．２μｍ」以下の範囲において、従来のマスク（データｂ〜ｄ）よりも本実施の形態にかかるマスク（データａ）のほうが高いＮＩＬＳ値を示している。すなわち、本実施の形態にかかるマスクによれば、高い露光裕度を得ることができるようになる。

これら図４および図５に示すグラフからもわかるように、この実施の形態にかかるマスクによれば、補助パターンとしての寸法的な制限を緩和しつつ、メインピークの強度低下やサイドピークの発生を抑制して、より高い精度でのパターン転写を行うことができるようになる。

次に、図６および図７を参照して、この実施の形態にかかる位相シフトマスクの各部寸法と、サブピーク強度およびメインピーク強度との関係についてそれぞれ説明する。
まず、図６に、透過部ＴＲの幅Ｄ２（主パターン幅）に対する上記ハーフトーン部ＨＴの幅Ｄ１（補助パターン幅）の比率（補助パターン幅／主パターン幅）とサブピーク（サイドピーク）相対強度との関係をグラフとして示す。なお、上記サブピーク相対強度は、補助パターン幅が十分広い場合を「１」としている。また、データｅでは転写に用いる光の波長を「２４８ｎｍ」、主パターン幅を「１３０ｎｍ」とし、データｆでは転写に用いる光の波長を「１９３ｎｍ」、主パターン幅を「９０ｎｍ」としている。

このグラフによれば、上記比率（補助パターン幅／主パターン幅）が「２」よりも大きくなると、サブピーク相対強度は略「１」に達し、ここで略一定するようになっている。他方、上記比率が「２」以下となる範囲では、より小さな比率になるほど、サブピーク相対強度も小さくなっている。すなわち、こうした範囲において、特にサイドピーク（サブピーク）が抑制されるようになる。

図７に、透過部ＴＲの幅Ｄ２（主パターン幅）に対する上記ハーフトーン部ＨＴと透過部ＴＲとの間に介在する遮光部の幅Ｄ３（遮光部幅）の比率（遮光部幅／主パターン幅）とメインピーク相対強度との関係をグラフとして示す。なお、上記メインピーク相対強度は、基板上にクロム膜を積層させて該クロム膜に主パターンとして開口部を形成するマスク、いわゆるＣｒマスクを用いた場合のメインピークを「１」としている。またここでも、データｅでは転写に用いる光の波長を「２４８ｎｍ」、主パターン幅を「１３０ｎｍ」とし、データｆでは転写に用いる光の波長を「１９３ｎｍ」、主パターン幅を「９０ｎｍ」としている。

このグラフによれば、上記比率（遮光部幅／主パターン幅）が「１／２〜２」となる範囲で、メインピーク相対強度が「１」以上、あるいは「１」からそれ程大きくは低下しない範囲となることがわかる。すなわち、こうした範囲において、特にメインピークの強度低下が抑制されるようになる。

これらグラフからもわかるように、この実施の形態にかかる位相シフトマスクにおける上記各部の幅Ｄ１〜Ｄ３が上述したような幅に設定されていることで、サイドピークの抑制効果やメインピーク強度低下の抑制効果が期待できるようになる。

また、例えば半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程に、上述した位相シフトマスクを用いることとすれば、より精度の高いパターン形成をより容易に行うことができるようになる。具体的には、まず、例えばシリコンからなる基板上にレジストを塗布する。次に、上述した位相シフトマスクによりこの基板上のレジストにパターンを転写する。そしてこのパターンが転写されたレジストを現像することによって、上記基板上により精度の高いパターンを形成することができる。

以上説明したように、この実施の形態にかかる位相シフトマスクおよびパターン形成方法によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）上記透過部ＴＲを透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに上記基板１を透過する光の量を制限するハーフトーン部ＨＴを、その一端側において遮光部を介して透過部ＴＲに隣接する一方、その他端側においては遮光部に接する態様で形成した。このような構造によれば、メインピークの強度低下を抑制しつつ、サイドピークの発生についてもこれを好適に抑制することができるようになる。そのため、前述したパターン解像度についてもこれを向上させることができるようになる。

（２）また、上記構造を有するマスクによれば、補助パターンとしての寸法的な制限を緩和しつつ、メインピークの強度低下やサイドピークの発生を抑制して、より高い精度でのパターン転写を行うことができるようになる。そのため、補助パターンの形成もより容易になり、ひいては歩留りを向上させることができるようにもなる。また、マスクの検査等もより容易に行うことができるようになり、マスクの製造期間の長期化やコスト上昇等についてもこれを緩和することができるようになる。

（３）補助パターンとして形成されたハーフトーン部ＨＴの幅Ｄ１を、主パターンとして形成された透過部ＴＲの幅Ｄ２の「２倍」以下に設定した。これにより、前述したサイドピークについてもこれを好適に抑制することができるようになる。

（４）一方、上記ハーフトーン部ＨＴと透過部ＴＲとの間に介在する遮光部の幅Ｄ３を、透過部ＴＲの幅Ｄ２の「１／２倍〜２倍」に設定した。これにより、メインピークの強度低下についてもこれを好適に抑制することができるようになる。

（５）また、上記各部の幅Ｄ１〜Ｄ３を無意味に広げることは近隣パターンの配置を制限することにもなるので、上記各部の幅Ｄ１〜Ｄ３を上述した幅に設定することは、近隣パターンのスペース確保の面からもより好ましいものとなっている。

（６）ハーフトーン膜２自体を、透過部ＴＲを透過する光に対して位相を略反転させる位相シフト手段として形成した。このようにハーフトーン部ＨＴに位相シフト手段を設けることで、主パターンとしての透過部ＴＲを透過する光に影響を与えることなく、上記透過部ＴＲを透過する光に対して上記ハーフトーン部ＨＴを透過する光の位相を略反転させることができるようになる。

（７）また、パターン形成方法として、基板上にレジストを成膜して、上述した位相シフトマスクにより上記レジストにパターンを転写した後、このパターンが転写されたレジストを現像するようにすれば、上記基板上により精度の高いパターン形成をより容易に行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下の形態をもって実施することもできる。
・上記実施の形態では、図１（ａ）に示されるように、上記透過部ＴＲおよびハーフトーン部ＨＴが略平行なラインパターンからなる平面構造をもって形成され、上記透過部ＴＲが２本のハーフトーン部ＨＴの間に挟まれる態様で配設された構造とした。しかし、例えば図８に示すように、上記ハーフトーン部ＨＴを、略矩形の平面構造をもつ透過部ＴＲの４辺を囲繞する態様で配設した構造も適宜採用できる。

・上記実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、主パターンとして上記遮光膜３に形成された開口部３ｂと、同じく主パターンとしてハーフトーン膜２に形成された開口部２ｂとを同様の幅をもつ端面の揃った開口部とし、これらによって透過部ＴＲを形成するようにした。しかし、例えば図９（ａ）に示すように、透過部ＴＲよりも大きな幅をもつ開口部２ｂを有するハーフトーン膜２に対して選択的に遮光膜３を設けることで、透過部ＴＲおよびハーフトーン部ＨＴを形成するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、基板１の上に、ハーフトーン膜２と、遮光膜３とを順次積層させた構造とした。しかし、遮光膜３の上にハーフトーン膜２が形成された構造なども適宜採用することができる。例えば図９（ｂ）に示すように、基板１の上に、主パターンとしての開口部３ｂと、補助パターンとしての開口部３ａとを有する遮光膜３を形成し、上記開口部３ａに対してハーフトーン膜２を設けることで上記ハーフトーン部ＨＴが形成されるような構造とすることもできる。

・上記実施の形態では、ハーフトーン膜２自体を、透過部ＴＲを透過する光に対して位相を略反転させる位相シフト手段として形成した。しかし、この位相シフト手段を、上記基板１およびハーフトーン膜２および遮光膜３以外の膜としてさらに設けるようにした構造も適宜採用することができる。例えば図１０（ａ）に示されるように、図１（ｂ）に示した構造を有するマスクについて、ハーフトーン部ＨＴに例えばＳｉＯ_２からなる位相シフト膜（シフタ）４がさらに設けられた構造も適宜採用することができる。またこうした構造によれば、ハーフトーン膜２自体が上記位相シフト手段として機能する必要はなくなり、このハーフトーン膜２として用いる材料の選択幅も広がることとなる。また、例えば図１０（ｂ）に示すように、上記位相シフト手段を開口部１ａとして形成し、上記基板１を透過する光の光路長を変化させるようにしてもよい。このように、光路長を変化させることによっても、該光に位相差を生じさせることができる。そしてこうした構造によれば、上記位相シフト手段の形成をより容易に行ったり、マスク自体の構造を簡素にしたりすることができるようになる。

・また、上記実施の形態では、上記位相シフト手段をハーフトーン部ＨＴに設けるようにしたが、例えば図１０（ｃ）に示すように、上記位相シフト手段を、開口部１ｂとして透過部ＴＲに設けるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、上記基板１とハーフトーン膜２と遮光膜３とを順次積層させた３層構造としたが、同図１０（ｃ）に示すように、上記ハーフトーン膜２および遮光膜３を同層上に形成した２層構造のものも適宜採用可能である。

・上記実施の形態では、ハーフトーン部ＨＴの幅Ｄ１を、透過部ＴＲの幅Ｄ２の「２倍」以下に設定し、ハーフトーン部ＨＴと透過部ＴＲとの間に介在する遮光部の幅Ｄ３を、透過部ＴＲの幅Ｄ２の「１／２倍〜２倍」に設定した。しかし、これら各部の幅Ｄ１〜Ｄ３の寸法は任意であり、例えば解像限界以下に設定してもよい。

・また、上記基板１は略１００％の透過率を有する基板には限られない。要は、透光性を有する基板であればよい。

この発明にかかる位相シフトマスクの一実施の形態について、（ａ）はその平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクの光振幅強度分布を示すグラフ。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクと従来の位相シフトマスクとの光強度分布を対比して示すグラフ。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクと従来の位相シフトマスクとについて、サイドピークと主パターン−補助パターン間のピッチとの関係を対比して示すグラフ。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクと従来の位相シフトマスクとのＦｏｃｕｓ−ＮＩＬＳ特性を対比して示すグラフ。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクの主パターン幅に対する補助パターン幅の比率とサブピーク相対強度との関係を示すグラフ。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクの主パターン幅に対する遮光部幅の比率とメインピーク相対強度との関係を示すグラフ。 同実施の形態にかかる位相シフトマスクの変形例について、その平面構造を示す平面図。 （ａ）および（ｂ）は、同実施の形態にかかる位相シフトマスクの変形例について、その断面構造を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態にかかる位相シフトマスクの変形例について、その断面構造を示す断面図。 従来の位相シフトマスクの一例について、その断面構造を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の位相シフトマスクの一例について、その断面構造を示す断面図。

符号の説明

１…基板、２…ハーフトーン膜、３…遮光膜、１ａ、１ｂ、２ｂ、３ａ、３ｂ…開口部、４…位相シフト膜（シフタ）、ＴＲ…透過部、ＨＴ…ハーフトーン部。

Claims (11)

1. 透光性を有する基板上に、光を透過させる透過部と、前記透過部を透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに前記基板を透過する光の量を制限するハーフトーン部と、前記基板を透過する光を遮光する遮光部とを備える位相シフトマスクにおいて、
   前記ハーフトーン部は、その一端側において前記遮光部を介して前記透過部に隣接する一方、その他端側においては前記遮光部に接する態様で形成されてなる
   ことを特徴とする位相シフトマスク。
2. 前記ハーフトーン部の前記遮光部を介して前記透過部に隣接する一端から前記遮光部に接する他端にかけての幅が、前記透過部の前記遮光部を介して前記ハーフトーン部にそれぞれ隣接する一端から他端にかけての幅の「２倍」以下に設定されてなる
   請求項１に記載の位相シフトマスク。
3. 前記ハーフトーン部の前記遮光部を介して前記透過部に隣接する一端から前記透過部の前記遮光部を介して前記ハーフトーン部に隣接する一端にかけての距離が、前記透過部の前記遮光部を介して前記ハーフトーン部にそれぞれ隣接する一端から他端にかけての幅の「１／２倍〜２倍」に設定されてなる
   請求項１または２に記載の位相シフトマスク。
4. 前記透過部および前記ハーフトーン部は略平行なラインパターンからなる平面構造をもって形成されてなり、前記透過部が、２本の前記ハーフトーン部の間に挟まれる態様で配設されてなる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
5. 前記透過部は略矩形の平面構造をもって形成されてなり、前記ハーフトーン部が、前記透過部の４辺を囲繞する態様で配設されてなる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
6. 前記ハーフトーン部が、前記透過部を透過する光に対して位相を略反転させる位相シフト手段を備える
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
7. 前記透過部が、前記ハーフトーン部を透過する光に対して位相を略反転させる位相シフト手段を備える
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
8. 前記位相シフト手段は、前記基板を透過する光の光路長を変化させる態様で形成されてなる
   請求項６または７に記載の位相シフトマスク。
9. 前記透光性を有する基板の上に、前記透過部を透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに前記基板を透過する光の量を制限するハーフトーン膜と、前記基板を透過する光を遮光する遮光膜とを有してなるとともに、前記遮光膜の前記透過部および前記ハーフトーン部に相当する部位には開口部が形成され、前記遮光膜の前記ハーフトーン部に相当する部位に形成された開口部には前記ハーフトーン膜が設けられてなる
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
10. 前記透光性を有する基板の上には、前記透過部を透過する光に対して位相が略反転した光を透過させるとともに前記基板を透過する光の量を制限するハーフトーン膜と、前記基板を透過する光を遮光する遮光膜とが順次積層されてなり、前記遮光膜および前記ハーフトーン膜の前記透過部に相当する部位には、これら各膜を貫通して前記基板に達するような開口部が形成されてなるとともに、前記遮光膜の前記ハーフトーン部に相当する部位には、当該遮光膜を貫通して前記ハーフトーン膜に達するような開口部が形成されてなる
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
11. 基板上にレジストを成膜する工程と、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにより前記レジストにパターンを転写する工程と、
    前記パターンが転写されたレジストを現像することにより前記基板上にパターンを形成する工程と
    を備えるパターン形成方法。

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