JP2006047571A - Phase shift mask and exposure method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板、プラスチック基板などの透明絶縁性基板上にTFTなどの回路パターンを形成する場合に、フォトリソグラフィ・プロセス中で微細なラインパターンを露光するための位相シフトマスク及びそれを用いた露光方法に係る。 The present invention relates to a phase shift mask for exposing a fine line pattern in a photolithography process when a circuit pattern such as a TFT is formed on a transparent insulating substrate such as a glass substrate or a plastic substrate, and to use the same. Related to the exposure method.
TFTの性能を上げるために、TFTを微細化することが検討されている。TFTを微細化し、製造するにはそこで使用される露光装置の解像度を上げる必要がある。TFT用露光装置の解像度は現在1.5μmや3μm程度である。解像度をそれより上げようとすると、焦点深度は浅くなってしまう。そして、例えば解像度が0.8μm程度を越えるようになると、その焦点深度はTFTを形成する基板であるガラスの板厚偏差(9μm程度/100mm□)より浅くなり、所望のレジストパターンを形成できなくなる。例えば、ラインの幅が太くなり、隣り合ったライン同士がくっついてしまう。 In order to improve the performance of the TFT, it has been studied to miniaturize the TFT. In order to make a TFT fine and manufacture, it is necessary to increase the resolution of an exposure apparatus used there. The resolution of the exposure apparatus for TFT is currently about 1.5 μm or 3 μm. Attempting to increase the resolution further reduces the depth of focus. For example, when the resolution exceeds about 0.8 μm, the depth of focus becomes shallower than the glass thickness deviation (about 9 μm / 100 mm □) of the glass on which the TFT is formed, and a desired resist pattern cannot be formed. . For example, the width of the line becomes thick, and adjacent lines stick to each other.
LSIの分野では半導体素子の微細化に伴い、露光工程における解像度や焦点深度の向上を目的として、位相シフトマスクを用いた露光方法(位相シフト法)が採用されるようになっている。しかし、位相シフト法には、例えば、「超微細加工技術」(オーム社発行、pp.29〜41)に記載されているように、次のような問題点が残されている。 In the field of LSI, with the miniaturization of semiconductor elements, an exposure method (phase shift method) using a phase shift mask has been adopted for the purpose of improving resolution and depth of focus in an exposure process. However, the phase shift method still has the following problems as described in, for example, “Ultra-fine processing technology” (Ohm Co., pp. 29-41).
即ち、位相シフト法を採用することによって、露光の際の解像度及び焦点深度を向上させることができる。その場合、無限長のラインアンドスペース・パターンでは何ら問題が生じないが、実際のマスクパターンでは問題が生ずる。即ち、実際のマスクパターンでは、パターンの長さが有限であるので、図11に示すように、遮光膜61と位相シフタ62が配置されたマスクパターンを用いて露光すると、図12に示すように、本来必要とされていないライン64が、現像後のレジストパターン63に発生する。
That is, by adopting the phase shift method, the resolution and depth of focus at the time of exposure can be improved. In that case, there is no problem with an infinitely long line and space pattern, but there is a problem with an actual mask pattern. That is, in the actual mask pattern, since the pattern length is finite, as shown in FIG. 12, when exposed using the mask pattern in which the
このような不要なラインの発生を防止する方法として、これまでに、次のような方法が提案されている。その一つは、図13に示すように、位相シフタ62の周縁部で位相を多段に変化させることによって、図14に示すように、不要なラインの発生を防止するものである。
As methods for preventing the generation of such unnecessary lines, the following methods have been proposed so far. One of them is to prevent the generation of unnecessary lines as shown in FIG. 14 by changing the phase in multiple stages at the periphery of the
もう一つの方法は、先に示したような位相シフトマスク(図11)を用いることより生じている現像前の不要なラインの潜像を、二重露光を行って取り除くものである。即ち、図15の中で破線で表わされているような、遮光膜61及び位相シフタ62が配置されたマスクパターンを用いて第一回目の露光を行った後、図15の中で実線で表わされているような、上記の潜像に露光光が当るように遮光膜に開口部65が設けられたマスクパターンを用いて第二回目の露光を行う。このように二重露光により潜像を取り除くことによって、現像後のレジストパターンにおける不要なラインの発生を防止することができる。
Another method is to remove the latent image of unnecessary lines before development, which is caused by using the phase shift mask (FIG. 11) as described above, by performing double exposure. That is, after performing the first exposure using the mask pattern in which the
これらのような解決策が知られているが、前者の方法では、位相シフトマスクを製造する際の工程数が増えるのでマスクの製作コストの増大を招き、後者の方法では、マスク数が増えるとともに露光工程のスループットが減少すると言う問題がある。 Although solutions like these are known, the former method increases the number of steps when manufacturing a phase shift mask, leading to an increase in the manufacturing cost of the mask, and the latter method increases the number of masks. There is a problem that the throughput of the exposure process is reduced.
更に、Optical Microlithography 16(Part Two),pp.979〜985には、上記のような不要なラインの発生を防止するために、次のような補助パターン(「rim」と呼ばれている)を設けることが提案されている。即ち、図16に示すように、Cr薄膜で構成されるマスクパターン71(幅Q)の周囲に、光の位相を180°シフトさせる補助パターン72(幅W)を設ける。しかし、この方法を採用した場合、マスクを製造する際に、Cr薄膜のエッチングと石英基板のエッチングとの、2回のエッチング工程が必要となることが問題になる。 Further, Optical Microlithography 16 (Part Two), pp. In order to prevent the generation of unnecessary lines as described above, the following auxiliary pattern (referred to as “rim”) is proposed in 979-985. That is, as shown in FIG. 16, an auxiliary pattern 72 (width W) for shifting the phase of light by 180 ° is provided around a mask pattern 71 (width Q) made of a Cr thin film. However, when this method is employed, there is a problem that two etching steps of etching of the Cr thin film and etching of the quartz substrate are required when manufacturing the mask.
なお、第51回応用物理学関係連合講演会講演予稿集No.2,p.929,28a−ZG−3には、「デューティ変調素子」を用いて照射面に所望の光強度分布を作り出す技術が記載されている。ここで、デューティ変調素子とは、石英基板上に光の位相を180°シフトさせる微細な凹凸パターン(位相シフタ)を分布させた光位相変調素子である。上記の凹凸パターンの占める面積の比率(「デューティ比」と呼ばれている)を石英基板面内で規則的に変化させることによって、照射面に様々な光強度分布を作り出すことが可能になる。 The 51st Applied Physics-related Joint Lecture Proceedings No. 2, p. 929, 28a-ZG-3 describes a technique for creating a desired light intensity distribution on the irradiated surface using a “duty modulation element”. Here, the duty modulation element is an optical phase modulation element in which fine uneven patterns (phase shifters) for shifting the phase of light by 180 ° are distributed on a quartz substrate. By changing the ratio of the area occupied by the concavo-convex pattern (referred to as “duty ratio”) regularly within the quartz substrate surface, various light intensity distributions can be created on the irradiated surface.
しかし、この文献には、このようなデューティ変調素子をレジストの露光工程において使用すること、及びその場合の解像度や焦点深度については、特に記載されていない。
本発明は、以上のような従来の位相シフトマスクを用いた露光方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、ガラス基板、プラスチック基板などの透明絶縁性基板上にTFTなどの回路パターンを形成する場合に、比較的低コストで微細なラインパターンを露光することが可能な位相シフトマスク及びそれを用いた露光方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the exposure method using the conventional phase shift mask. The object of the present invention is to provide a TFT on a transparent insulating substrate such as a glass substrate or a plastic substrate. It is an object of the present invention to provide a phase shift mask capable of exposing a fine line pattern at a relatively low cost and an exposure method using the same.
本発明の位相シフトマスクは、
透明絶縁性基板上に回路パターンを形成する際にフォトリソグラフィ・プロセス中で使用される位相シフトマスクであって、
ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、その中心線上に伸びる中央領域と、中央領域の周囲を一定の幅で取り囲む周辺領域との、二つの領域に分割し、更に中央領域を、前記中心線上に互いに隣接して並ぶ正方形状の複数の単位領域に分割し、
各単位領域の中央に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部を、各単位領域の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域の面積の50%±10%を占めるように、それぞれ形成し、
周辺領域の全体に、光の位相を反転させる第二の位相シフタ部を形成したことを特徴とする。
The phase shift mask of the present invention is
A phase shift mask used in a photolithography process in forming a circuit pattern on a transparent insulating substrate,
The band-shaped mask pattern for exposing the line pattern is divided into two regions, a central region extending on the center line and a peripheral region surrounding the central region with a certain width, and the central region is further Divided into a plurality of square unit areas arranged adjacent to each other on the center line,
In the center of each unit region, a first phase shifter that inverts the phase of light is axisymmetric with respect to the center point of each unit region and occupies 50% ± 10% of the area of each unit region Each formed,
A second phase shifter portion for inverting the phase of light is formed in the entire peripheral region.
本発明の位相シフトマスクでは、ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、第一及び第二の位相シフタ部を上記のような条件で配置することによって構成する。本発明の位相シフトマスクによれば、Cr薄膜などの遮光膜を使用せずに、位相シフタ部の配置パターンのみを用いて、位相の異なる光を露光面で互いに干渉させることによって、ラインパターンを露光することができる。なお、上記の単位領域内で第一の位相シフタ部が占める面積の割合の目標値は、光の干渉によって最大の遮光効果が得られる50%であるが、位相シフタ部の加工精度の限界及びその許容差を考慮すると、50%±10%程度であれば、十分な遮光効果を実現することができる。 In the phase shift mask of the present invention, a strip-shaped mask pattern for exposing a line pattern is configured by arranging the first and second phase shifter portions under the above conditions. According to the phase shift mask of the present invention, by using only the arrangement pattern of the phase shifter portion without using a light shielding film such as a Cr thin film, the line patterns are made to interfere with each other on the exposure surface. Can be exposed. Note that the target value of the ratio of the area occupied by the first phase shifter portion in the unit region is 50% at which the maximum light shielding effect is obtained by light interference, but the processing accuracy limit of the phase shifter portion and Considering the tolerance, a sufficient light-shielding effect can be realized if it is about 50% ± 10%.
本発明の位相シフトマスクによれば、位相シフト法の原理に基づき光の干渉を利用しているので、露光の際の解像度及び焦点深度に優れている。また、ラインパターンを露光するためのマスクパターンを、遮光膜を使用せずに、位相シフタ部を加工することのみで作ることができるので、露光用のマスクの製造工程を簡素化することができる。 According to the phase shift mask of the present invention, since the interference of light is used based on the principle of the phase shift method, the resolution and the depth of focus at the time of exposure are excellent. In addition, since the mask pattern for exposing the line pattern can be made only by processing the phase shifter portion without using the light shielding film, the manufacturing process of the mask for exposure can be simplified. .
好ましくは、前記周辺領域の幅を前記マスクパターンの幅の20%±7.6%、即ち、12.4%以上27.6%以下とする。前記周辺領域の幅をこの範囲内に設定することによって、高い解像度が確保される。 Preferably, the width of the peripheral region is 20% ± 7.6% of the width of the mask pattern, that is, 12.4% or more and 27.6% or less. By setting the width of the peripheral area within this range, a high resolution is ensured.
前記第一の位相シフタ部及び第二の位相シフタ部は、位相シフトマスクの基板の表面に、凹部または凸部を加工することによって形成される。このとき、位相シフタ部の位相差の目標値は、光の干渉によって最大の遮光効果が得られる180度であるが、位相シフタ部の加工精度の限界及びその許容差を考慮すると、180度±10%程度であれば、十分な遮光効果を実現することができる。 The first phase shifter portion and the second phase shifter portion are formed by processing a concave portion or a convex portion on the surface of the substrate of the phase shift mask. At this time, the target value of the phase difference of the phase shifter portion is 180 degrees at which the maximum light shielding effect can be obtained by light interference. However, in consideration of the limit of processing accuracy of the phase shifter portion and its tolerance, 180 degrees ± If it is about 10%, a sufficient light shielding effect can be realized.
ここで、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う場合、従来の位相シフトマスクを使用する場合と同様に、開口数NA及びコヒーレンス・ファクタσの値を適切に設定することによって、高い解像度及び焦点深度を実現することができる。なお、コヒーレンス・ファクタσは、NAi/NAで定義される(但し、NAiは照明系の開口数、NAは投影レンズ系の開口数である)。また、上記の値(NA、σ)の最適値は、シミュレーション計算を行って光強度分布を求めることにより、探し出すことができる。 Here, when exposure is performed using the phase shift mask according to the present invention, as in the case of using the conventional phase shift mask, the numerical aperture NA and the coherence factor σ are appropriately set to be high. Resolution and depth of focus can be achieved. The coherence factor σ is defined by NA i / NA (where NA i is the numerical aperture of the illumination system and NA is the numerical aperture of the projection lens system). Further, the optimum value of the above values (NA, σ) can be found by calculating a light intensity distribution by performing simulation calculation.
なお、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う場合、開口数NAの適正値は、従来のCr薄膜のみのマスクを用いた場合のNAの約6/7であり、コヒーレンス・ファクタσの適正値は、従来のCr薄膜のみのマスクを用いた場合と同程度である。 When exposure is performed using the phase shift mask according to the present invention, the appropriate value of the numerical aperture NA is about 6/7 of NA when a conventional mask of only a Cr thin film is used, and the coherence factor σ The appropriate value of is about the same as the case where a conventional mask of only a Cr thin film is used.
例えば、本発明に基づく位相シフトマスクを使用し、等倍投影露光で、露光光源としてi線(波長:365nm)を、レジストには化学増幅型レジストを用いて、0.5μm幅のラインからなる等間隔ラインアンドスペース・パターンを露光する場合には、開口数NAの好ましい範囲は0.3±0.01であり、コヒーレンス・ファクタσの好ましい範囲は0.75以上0.85以下である。 For example, using a phase shift mask according to the present invention, i-line (wavelength: 365 nm) is used as an exposure light source in a 1 × projection exposure, and a chemically amplified resist is used as a resist, and the line is 0.5 μm wide. When exposing equally spaced line and space patterns, the preferred range of numerical aperture NA is 0.3 ± 0.01, and the preferred range of coherence factor σ is 0.75 or more and 0.85 or less.
同様に、0.8μm幅のラインからなる等間隔ラインアンドスペース・パターンを露光する場合には、開口数NAの好ましい範囲は0.185±0.015であり、コヒーレンス・ファクタσの好ましい範囲は0.75以上0.85以下である。 Similarly, when exposing an equally spaced line and space pattern consisting of 0.8 μm wide lines, the preferred numerical aperture NA is 0.185 ± 0.015 and the preferred coherence factor σ is It is 0.75 or more and 0.85 or less.
本発明の位相シフトマスクを用いることによって、従来のCr薄膜などの遮光膜のみのマスクを用いる場合と比べて深い焦点深度が得られる。特に、薄膜トランジスタの製造プロセスでは、比較的大きな板厚偏差を有するガラス基板の表面で露光が行われるため、深い焦点深度が要求される。従って、本発明に基づく位相シフトマスクは、薄膜トランジスタの微細化を実現する手段として、特に有用である。 By using the phase shift mask of the present invention, a deep depth of focus can be obtained as compared with the case of using a mask of only a light shielding film such as a conventional Cr thin film. In particular, in a thin film transistor manufacturing process, exposure is performed on the surface of a glass substrate having a relatively large plate thickness deviation, so that a deep depth of focus is required. Therefore, the phase shift mask according to the present invention is particularly useful as a means for realizing miniaturization of a thin film transistor.
また、本発明の位相シフトマスクによれば、ラインパターンを露光するためのマスクパターンを、遮光膜を使用せずに、位相シフタ部を加工することのみで作ることができるので、露光用のマスクの製造コストを低減することができる。 In addition, according to the phase shift mask of the present invention, a mask pattern for exposing a line pattern can be formed only by processing the phase shifter portion without using a light shielding film. The manufacturing cost can be reduced.
また、本発明の位相シフトマスクによれば、従来の遮光膜のみのマスクを用いる場合と比べて、小さな開口数の投影レンズ系を用いて、より深い焦点深度が得られる。従って、投影レンズ系の設計や製造が容易になる。 In addition, according to the phase shift mask of the present invention, a deeper depth of focus can be obtained by using a projection lens system having a smaller numerical aperture than in the case of using a conventional mask of only a light shielding film. This facilitates the design and manufacture of the projection lens system.
図1に、本発明に基づく位相シフトマスクにおけるマスクパターンの一例を示す。ここで、図1(a)は平面図、図1(b)は(a)図の中心線cに沿った断面図である。 FIG. 1 shows an example of a mask pattern in a phase shift mask according to the present invention. Here, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the center line c in FIG.
これは、フォトリソグラフィ・プロセスの中でラインパターンを露光するために用いられる帯状のマスクパターンである。マスクパターン10は、透明のマスク基板9(例えば、ガラス基板、石英ガラス基板など)に形成される。マスクパターン10は、先ず、その中心線上に伸びる中央領域と、この中央領域の周囲を一定の幅Wで取り囲む周辺領域12との、二つの領域に分割される。中央領域は、更に、中心線上に互いに隣接して並ぶ正方形の複数の単位領域11に分割される。各単位領域11の中央には、光の位相を180°シフトさせる第一の位相シフタ部21が、各単位領域11の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域11の面積の50%を占めるように、それぞれ形成される。この例では、第一の位相シフタ部21の平面形状も正方形状である。周辺領域12にも、その全体に、光の位相を180°シフトさせる第二の位相シフタ部22が形成される。
This is a belt-like mask pattern used for exposing a line pattern in a photolithography process. The
マスクパターン10は、等倍投影露光の場合、例えば、幅が0.5μmから0.8μm程度のラインからなる等間隔ラインアンドスペース・パターンである。
The
第一及び第二の位相シフタ部21、22の深さdは、露光光源の波長をλ、位相シフタ部が形成されるマスク基板9の屈折率をnとするとき、次式により与えられる:
d=λ/2(n-1)
即ち、第一及び第二の位相シフタ部21、22の深さdは、露光光源がi線(波長365nm)、マスク基板9が石英ガラス(n=1.46)の場合、約400nmである。
The depth d of the first and second
d = λ / 2 (n−1)
That is, the depth d of the first and
例えば、幅0.5μmのラインパターンを等倍投影で露光する場合には、マスクパターン10の幅Lも0.5μmである。このとき、周辺領域12の幅Wは、L/5程度、即ち、0.1μm程度が適正である。従って、各単位領域11の一辺の長さSは、3L/5程度となる。
For example, when a line pattern having a width of 0.5 μm is exposed by equal magnification projection, the width L of the
なお、周辺領域12の幅Wの好ましい範囲については、後にシミュレーション計算の結果を用いて説明する。
Note that a preferable range of the width W of the
なお、図1(b)に示した例では、第一及び第二の位相シフタ部21、22を、溝(凹部)を加工することによって形成しているが、図2に示すように、第一及び第二の位相シフタ部21、22以外の領域に溝を加工し、第一及び第二の位相シフタ部21、22部を凸部とすることもできる。
In the example shown in FIG. 1B, the first and second
図3に、本発明に基づく位相シフトマスクにおけるマスクパターンの他の例を示す。ここで、図3(a)は平面図、図3(b)は(a)図の中心線cに沿った断面図である。 FIG. 3 shows another example of the mask pattern in the phase shift mask according to the present invention. Here, FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the center line c in FIG.
この例では、図3(a)に示されているように、第一の位相シフタ部21の平面形状が円形である。それ以外の形状及び寸法、即ち、マスクパターン10の幅L、周辺領域12の幅W及び各単位領域11の一辺の長さSについては、図1(a)に示された例と同一である。
In this example, as shown in FIG. 3A, the planar shape of the first
なお、図3(b)に示した例では、第一及び第二の位相シフタ部21、22を、溝(凹部)を加工することによって形成しているが、この場合にも、図4に示すように、第一及び第二の位相シフタ部21、22以外の領域に溝を加工し、第一及び第二の位相シフタ部21、22部を凸部とすることもできる。
In the example shown in FIG. 3B, the first and second
等倍投影露光の場合、図1(a)あるいは図3(a)に示すマスクパターンを用いて、TFTのゲート電極、ゲート配線、ソースドレイン配線等の回路パターンを形成すれば、それらの線幅が1μmより細い場合、例えば0.5〜0.8μmであっても、深い焦点深度が得られる。 In the case of 1 × projection exposure, if circuit patterns such as TFT gate electrodes, gate wirings, and source / drain wirings are formed using the mask pattern shown in FIG. 1A or FIG. Is thinner than 1 μm, for example, a deep depth of focus can be obtained even when the thickness is 0.5 to 0.8 μm.
上記実施形態では、第一及び第二の位相シフタ部21、22を、ガラス基板をエッチング加工することにより段差を形成したが、パターン間に位相差たとえば180度付ければよいため、ガラス基板9の表面に透明な薄膜を被着し、この薄膜をエッチングして図1乃至図4に示すようなパターンを形成してもよい。この被着手段は、例えばガラス膜を塗布して第一及び第二の位相シフタ部21、22を形成する方法、SiO2膜をスパッタして第一及び第二の位相シフタ部21、22を形成する方法、SiO2膜をCVD法により成膜して第一及び第二の位相シフタ部21、22を形成する方法などがある。
In the above embodiment, the first and
次に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う方法について説明する。 Next, a method for performing exposure using the phase shift mask according to the present invention will be described.
図5に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う際の光学系の概要を示す。 FIG. 5 shows an outline of an optical system when performing exposure using the phase shift mask based on the present invention.
図中、51は位相シフトマスク、52はフォトレジストが表面に塗布されたガラス基板、53は照明系、54は投影レンズ系、55はNA絞り、56は瞳面、57は露光光源、58はインテグレータ、59はコンデンサレンズを表わす。露光光源57は、例えば波長が365nmの水銀ランプである。照明光学系53は、例えばインテグレータ58と、コンデンサレンズ59などからなる。インテグレータ58は、光源57からの光を集光し、均一化する光学系である。コンデンサレンズ59は、均一化された光により位相シフトマスク51を照明する光学系である。露光光は、その焦点が、照明系53によって位相シフトマスク51上に合わされる。位相シフトマスク51を通った露光光は、投影レンズ系54及びその途中に配置されたNA絞り55を通って、被露光ガラス基板52の表面で再び焦点を結ぶ。
In the figure, 51 is a phase shift mask, 52 is a glass substrate coated with a photoresist, 53 is an illumination system, 54 is a projection lens system, 55 is an NA stop, 56 is a pupil plane, 57 is an exposure light source, and 58 is An
この図において、開口数NA(一般的に、投影レンズ系54の開口数を意味する)は、“sinθ”で定義され、照明系53の開口数NAiは、“sinφ”で定義される。更に、コヒーレンス・ファクタσは、“NAi/NA”で定義される。
In this figure, the numerical aperture NA (generally meaning the numerical aperture of the projection lens system 54) is defined as “sin θ”, and the numerical aperture NA i of the
本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う場合、従来の位相シフトマスクを使用する場合と同様に、開口数NA及びコヒーレンス・ファクタσの値を適切に設定することによって、高い解像度及び深い焦点深度を実現することができる。また、上記の値(NA、σ)の最適値は、シミュレーション計算を行って露光面及びその近傍での光強度分布を求めることにより、探し出すことができる。さらに上記の値(NA、σ)の最適値は、レジストの種類によっても若干変わるが、ここでは化学増幅型レジストを使用した場合である。 When exposure is performed using the phase shift mask according to the present invention, as in the case of using the conventional phase shift mask, by setting the numerical aperture NA and the coherence factor σ appropriately, high resolution and deep A depth of focus can be realized. In addition, the optimum values of the above values (NA, σ) can be found by performing a simulation calculation to obtain the light intensity distribution on the exposed surface and its vicinity. Furthermore, although the optimum values of the above values (NA, σ) vary slightly depending on the type of resist, here, a chemically amplified resist is used.
図6に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行った場合の焦点深度を、シミュレーション計算によって求めた結果を示す。但し、この計算は、先に図1に示したマスクパターンを用いて、0.5μmのラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行い、レジストには化学増幅型レジストを用いた場合のものである。マスクパターン10の幅Lを0.5μmとし、周辺領域12の幅Wを3水準で変化させて、0.05μm、0.1μm及び0.15μmとし、且つ、開口数NAを0.27から0.33の間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。なお、コヒーレンス・ファクタσの値は0.8で一定とした。
FIG. 6 shows a result obtained by simulation calculation of the depth of focus when exposure is performed using the phase shift mask according to the present invention. However, this calculation is based on the case where the mask pattern shown in FIG. 1 is used and a 0.5 μm line and space pattern is projected at the same magnification and a chemically amplified resist is used as the resist. is there. The width L of the
図6から分かるように、焦点深度の極大値は、幅W=0.1μm、NA=0.3のときに現れ、その値は±2.3μmであった。なお、図中で、符号Cで示されている点は、従来のCr薄膜のみのマスクの場合の、焦点深度の極大値である。従来のCr薄膜のみのマスクの場合の場合、極大値は、NA=0.35のときに現れ、その値は±1.6μm程度であった。また、NA=0.29〜0.31の間で、2μm前後の比較的大きな焦点深度が得られることが分かった。 As can be seen from FIG. 6, the maximum value of the depth of focus appears when the width W = 0.1 μm and NA = 0.3, and the value is ± 2.3 μm. In the figure, the point indicated by the symbol C is the maximum value of the depth of focus in the case of a conventional mask with only a Cr thin film. In the case of the conventional mask of only a Cr thin film, the maximum value appears when NA = 0.35, and the value is about ± 1.6 μm. It was also found that a relatively large depth of focus of about 2 μm can be obtained between NA = 0.29 and 0.31.
更に比較のため、図7に、先に図16に示した位相シフトマスク(Cr薄膜に補助パターンを付け加えたもの)を用いて露光を行った場合の焦点深度を、シミュレーション計算によって求めた結果を示す。なお、この計算も、0.5μmのラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行い、レジストには化学増幅型レジストを用いた場合のものであり、マスクパターン10の幅L、周辺領域12の幅W、開口数NA及びコヒーレンス・ファクタσの各値は、図6に示した場合と共通である。
For further comparison, FIG. 7 shows the result of the simulation calculation of the depth of focus when the exposure is performed using the phase shift mask (Cr thin film with an auxiliary pattern added) shown in FIG. Show. This calculation is also performed when a 0.5 μm line and space pattern is projected at the same magnification, and a chemically amplified resist is used as the resist. The width L of the
図7から分かるように、この場合にも、焦点深度の極大値は、幅W:0.1μm、NA=0.3のときに現れ、その値は、±2.3μmであった。即ち、本発明に基づく位相シフトマスクを用いることによって、Cr薄膜に補助パターンを付け加えた位相シフトマスクと同等の焦点深度を実現することができることが分かる。 As can be seen from FIG. 7, in this case as well, the maximum value of the depth of focus appears when the width W is 0.1 μm and NA = 0.3, and the value is ± 2.3 μm. That is, it can be seen that by using the phase shift mask according to the present invention, the same depth of focus as that of the phase shift mask in which the auxiliary pattern is added to the Cr thin film can be realized.
図8に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行った場合のコヒーレンス・ファクタσと焦点深度の関係を、シミュレーション計算によって求めた結果を示す。但し、この計算も、先に図1に示したマスクパターンを用いて、0.5μmのラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行い、レジストには化学増幅型レジストを用いた場合のものであり、マスクパターン10の幅Lは0.5μm、周辺領域12の幅Wは0.1μmである。この計算では、開口数NAを0.3として、コヒーレンス・ファクタσの値を0.6から0.9の間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。
FIG. 8 shows the result of the simulation calculation for the relationship between the coherence factor σ and the depth of focus when exposure is performed using the phase shift mask according to the present invention. However, this calculation is also performed when the mask pattern shown in FIG. 1 is used and a 0.5 μm line-and-space pattern is projected at the same magnification and a chemically amplified resist is used as the resist. The width L of the
図8から分かるように、コヒーレンス・ファクタσが0.75以上の場合に、焦点深度が2μm以上となり、良好な結果が得られる。なお、コヒーレンス・ファクタσの上限は、0.85程度である。その理由は、コヒーレンス・ファクタσが0.85を超えると、露光装置の照明系の設計や製造が難しくなるからである。 As can be seen from FIG. 8, when the coherence factor σ is 0.75 or more, the depth of focus is 2 μm or more, and good results are obtained. The upper limit of the coherence factor σ is about 0.85. The reason is that if the coherence factor σ exceeds 0.85, it becomes difficult to design and manufacture the illumination system of the exposure apparatus.
図9に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて0.8μmのラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行い、レジストには化学増幅型レジストを用いた場合の焦点深度を、シミュレーション計算によって求めた結果を示す。但し、この計算は、先に図1に示したものと同様なマスクパターンを用いて露光を行った場合のものであり、マスクパターン10の幅Lは0.8μmである。周辺領域12の幅Wを3水準で変化させて0.20μm、0.16μm及び0.1μmとし、且つ、開口数NAを0.17から0.2の間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。なお、コヒーレンス・ファクタσの値は、0.8で一定とした。
FIG. 9 shows a 0.8 μm line-and-space pattern isotope projection exposure using a phase shift mask according to the present invention, and the depth of focus when a chemically amplified resist is used as a resist by simulation calculation. The obtained result is shown. However, this calculation is performed when exposure is performed using a mask pattern similar to that shown in FIG. 1, and the width L of the
図9から分かるように、焦点深度の極大値は、幅W:0.16μm、NA=0.18のときに現れ、その値は±7.3μmであった。また、NA=0.17〜0.19の間で、6.5μm以上の大きな焦点深度が得られた。なお、図中で、符号Dで示されている点は、従来のCr薄膜のみのマスクの場合の焦点深度の極大値である。従来のCr薄膜のみのマスクの場合の場合、極大値は、NA=0.21のときに現れ、その値は±5μm程度であった。 As can be seen from FIG. 9, the maximum value of the depth of focus appears when the width W is 0.16 μm and NA = 0.18, and the value is ± 7.3 μm. Moreover, a large depth of focus of 6.5 μm or more was obtained between NA = 0.17 and 0.19. In the figure, the point indicated by the symbol D is the maximum value of the depth of focus in the case of a conventional mask made of only a Cr thin film. In the case of the conventional mask of only a Cr thin film, the maximum value appears when NA = 0.21, and the value is about ± 5 μm.
図10に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて0.8μmのラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行い、レジストには化学増幅型レジストを用いた場合の、コヒーレンス・ファクタσと焦点深度の関係を、シミュレーション計算によって求めた結果を示す。但し、この計算も、先に図1に示したものと同様なマスクパターンを用いて露光を行った場合のものであり、マスクパターン10の幅Lを0.8μmとし、周辺領域12の幅Wを0.1μm、0.16μm及び0.20μmの3水準で変化させた。この計算では、開口数NAを0.18として、コヒーレンス・ファクタσを0.6から0.9の間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。
FIG. 10 shows a coherence factor σ and focus when a 0.8 μm line-and-space pattern is projected at the same magnification using a phase shift mask according to the present invention and a chemically amplified resist is used as the resist. The result of having obtained the relationship of depth by simulation calculation is shown. However, this calculation is also performed when exposure is performed using a mask pattern similar to that shown in FIG. 1, and the width L of the
図10から分かるように、コヒーレンス・ファクタσが0.75以上の場合に、焦点深度が6μm以上となり、良好な結果が得られる。なお、コヒーレンス・ファクタσの上限は、先に挙げた理由から0.85程度である。 As can be seen from FIG. 10, when the coherence factor σ is 0.75 or more, the depth of focus is 6 μm or more, and good results are obtained. Note that the upper limit of the coherence factor σ is about 0.85 for the reason mentioned above.
なお、図6、8、9及び10に示した結果から、周辺領域12の幅Wが、マスクパターンの幅Lの20%±7.6%の範囲内にあれば、大きな焦点深度が得られることが分かる。
From the results shown in FIGS. 6, 8, 9 and 10, if the width W of the
10・・・マスクパターン、11・・・単位領域、12・・・周辺領域、21・・・第一の位相シフタ部、22・・・第二の位相シフタ部、51・・・位相シフトマスク、52・・・ガラス基板、53・・・照明系、54・・・投影レンズ系、55・・・NA絞り、56・・・瞳面、57・・・露光光源、58・・・インテグレータ、59・・・コンデンサレンズ、61・・・遮光膜、62・・・位相シフタ、63・・・レジストパターン、64・・・不要なライン、65・・・開口部、71・・・マスクパターン、72・・・補助パターン。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、その中心線上に伸びる中央領域と、中央領域の周囲を一定の幅で取り囲む周辺領域との、二つの領域に分割し、更に中央領域を、前記中心線上に互いに隣接して並ぶ正方形状の複数の単位領域に分割し、
各単位領域の中央に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部を、各単位領域の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域の面積の50%±10%を占めるように、それぞれ形成し、
周辺領域の全体に、光の位相を反転させる第二の位相シフタ部を形成したことを特徴とする位相シフトマスク。 A phase shift mask used in a photolithography process in forming a circuit pattern on a transparent insulating substrate,
The band-shaped mask pattern for exposing the line pattern is divided into two regions, a central region extending on the center line and a peripheral region surrounding the central region with a certain width, and the central region is further Divided into a plurality of square unit areas arranged adjacent to each other on the center line,
In the center of each unit region, a first phase shifter that inverts the phase of light is axisymmetric with respect to the center point of each unit region and occupies 50% ± 10% of the area of each unit region Each formed,
A phase shift mask characterized in that a second phase shifter portion for inverting the phase of light is formed in the entire peripheral region.
開口数NAを0.3±0.01とし、コヒーレンス・ファクタσを0.75以上0.85以下とすることを特徴とする位相シフトマスクを用いた露光方法。 An exposure method using the phase shift mask according to claim 1 and exposing an equidistant line and space pattern composed of 0.5 μm wide lines by equal magnification projection exposure using i-line as an exposure light source. And
An exposure method using a phase shift mask, wherein the numerical aperture NA is 0.3 ± 0.01 and the coherence factor σ is 0.75 or more and 0.85 or less.
開口数NAを0.185±0.015とし、コヒーレンス・ファクタσを0.75以上0.85以下とすることを特徴とする位相シフトマスクを用いた露光方法。 An exposure method that uses the phase shift mask according to claim 1 and uses i-line as an exposure light source and exposes an equidistant line and space pattern composed of 0.8 μm wide lines by equal magnification projection exposure. And
An exposure method using a phase shift mask, wherein a numerical aperture NA is 0.185 ± 0.015, and a coherence factor σ is 0.75 or more and 0.85 or less.
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