JP2009193021A - フォトマスク、パターンの形成方法および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを、簡易なフォトマスクの構成でかつ高フォーカス裕度で形成できるフォトマスク、パターンの形成方法および電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】フォトマスクＰＭは、透明基板ＴＳと、複数の開口部ＯＰを有するハーフトーン位相シフト膜ＨＴと、複数の遮光部ＳＰを形成する遮光膜ＬＳとを有している。フォトマスクＰＭの表面における仮想の格子の特定の格子点ＬＰがハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとされ、その特定の格子点ＬＰに対して単位格子ＵＬの対角線ＤＬ方向に隣り合う４つの格子点ＬＰの各々には開口部ＯＰが形成され、その特定の格子点ＬＰに対して縦線ＶＬ方向または横線ＨＬ方向に隣り合う４つの格子点ＬＰの各々には遮光部ＳＰが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスク、パターンの形成方法および電子デバイスの製造方法に関するものである。

光リソグラフィにおける、ホールパターン形成ではラインパターンと異なり、２次元的に電磁場を局在させる必要があるので、微細化が原理的に困難である。さらに、ホールパターンをポジ型フォトレジストにより形成する場合には、像の実効コントラストが本質的に小さくなる。

なかでも、微小孤立ホールの形成には、有効な超解像技術がないので、その高プロセス余裕下での形成は難しい。このため、微小孤立ホールの形成はデバイスの微細化を抑制する要因の一つとなっている。

一方、規則的に配置されたホールパターンにおいては、上記した原理的制約により、形成される光学像の像質は一次元パターンである密集ラインパターンと比べて劣る。しかし、変形照明法に代表される超解像技術が存する。このため、優れた分離性能をもつ高解像フォトレジストの適用により、高プロセス裕度での高密集微細ホールの形成が可能である。

他方、暗点像の形成においては、本件の発明者が開示しているように（特許文献１および非特許文献１参照）、最適変形照明下での位相シフトマスクによる位相打消し像を適用することで、ランダムな配置のパターンにおいて優れた像質が得られる。

また最適像を生成するマスクパターンを（自動）生成するもので、ランダムパターンに対応する技術としては非特許文献２および３に記載のものがある。
特開２００４−２５１９６９号公報 S. Nakao et al., "Zero MEF Hole Formation with Atten-PSMand Modified Illumination", Proc. of SPIE Vol. 5040 (2003), pp. 1258-1269 R. Socha et al., "Contact Hole Reticle Optimization by Using Interference Mapping Lithography (ＩＭＬTM)", Proc. of SPIE Vol. 5377 (2004), pp.222-240 D. S. Abrams et al., "Fast Inverse Lithography Technology", Proc. of SPIE Vol. 6154 (2006), pp.61541J-1-J-9

従来の位相シフトマスクによる位相反転像を適用したランダム配置のホールパターン形成では、特許文献１および非特許文献１に記したようにネガ型フォトレジストが必要となる。しかしながら、現状の最先端技術であるＡｒＦエキシマレーザー露光においては、優れた特性のネガ型フォトレジストは存在しない。このため、従来の方法においては、ＡｒＦエキシマレーザー波長においては実用に十分な特性を得ることが難しいという問題点があった。

また非特許文献２および３に示される方法では、ともに複雑なマスクパターンが発生するので、フォトマスクの製造が困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを、簡易なフォトマスクの構成でかつ高フォーカス裕度で形成することができるフォトマスク、パターンの形成方法および電子デバイスの製造方法を提供することである。

本実施の形態におけるフォトマスクは、透明基板と、ハーフトーン位相シフト膜と、遮光膜とを備えている。ハーフトーン位相シフト膜は、透明基板上に形成され、かつ複数の開口部を有している。遮光膜は、透明基板上に形成され、かつ複数の遮光部を形成している。平面視において複数の縦線と複数の横線とが交差してなる格子を仮想したときに、格子の複数の格子点のうち特定の格子点が、遮光膜から露出したハーフトーン位相シフト膜を開口せずにハーフトーン位相シフト膜を残すことによりハーフトーン位相シフト部とされている。ハーフトーン位相シフト部とされた特定の格子点に対して単位格子の対角線方向に隣り合う４つの格子点の各々には開口部が形成されている。ハーフトーン位相シフト部とされた特定の格子点に対して縦線方向に隣り合う２つの格子点と横線方向に隣り合う２つの格子点との各々には遮光部が形成されている。

上記の本実施の形態のフォトマスクを用いることにより、ＡｒＦエキシマレーザー露光においてポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを簡易なフォトマスクの構成でかつ高フォーカス裕度で形成することができることを本発明者は見出した。これにより、上記目的を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態におけるフォトマスクの構成を概略的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。主に図２を参照して、本実施の形態のフォトマスクＰＭは、透明基板ＴＳと、ハーフトーン位相シフト膜ＨＴと、遮光膜ＬＳとを有している。

透明基板ＴＳは、露光光を透過するように露光光に対して透明な材質よりなっている。ハーフトーン位相シフト膜ＨＴは、透明基板ＴＳ上に形成され、かつ透明基板ＴＳの一部表面を露出する開口部ＯＰを複数個有している。このハーフトーン位相シフト膜ＨＴは、そのハーフトーン位相シフト膜ＨＴを透過した露光光の位相が開口部ＯＰを透過した露光光の位相と異なる位相（たとえば１８０°異なる位相）となるように構成されている。ハーフトーン位相シフト膜ＨＴの透過率は１０％以上３０％以下であることが好ましい。

遮光膜ＬＳは、ハーフトーン位相シフト膜ＨＴ上に形成されている。この遮光膜ＬＳは、平面視において複数の遮光部ＳＰを形成している。遮光膜ＬＳは、露光光の透過を遮ることができるように構成されており、たとえばクロム（Ｃｒ）よりなっている。

主に図１を参照して、平面視においてフォトマスクＰＭの表面に、複数の縦線ＶＬと複数の横線ＨＬとが交差してなる仮想の格子が設定される。この格子はたとえば正方格子である。そして、その格子の複数の格子点ＬＰに開口部ＯＰと遮光部ＳＰとが交互に規則的に配置されている。この配置パターン（市松模様）が基本パターンとされる。この基本パターンにおいては、平面視において開口部ＯＰと遮光部ＳＰとの間にハーフトーン位相シフト膜ＨＴが挟まれている。

本実施の形態においては、その基本パターンにおいて、開口部ＯＰとなるべき複数の格子点ＬＰのうち少なくとも１つの格子点ＬＰが、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰ（図中破線部）とされている。このハーフトーン位相シフト部ＨＴＰでは、ハーフトーン位相シフト膜ＨＴの図中破線で示した箇所に開口部が形成されずに、ハーフトーン位相シフト膜ＨＴが残されている。

ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとされた格子点ＬＰに対して単位格子（たとえば図中太線で囲んだ領域）ＵＬの対角線ＤＬ方向に隣り合う４つの格子点ＬＰの各々には開口部ＯＰが形成されている。またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとされた格子点ＬＰに対して縦線ＶＬ方向に隣り合う２つの格子点ＬＰおよび横線ＨＬ方向に隣り合う２つの格子点ＬＰの各々には遮光部ＳＰが形成されている。

上記のパターンにおいて、開口部ＯＰの面積をＡ_0P、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの面積をＡ_HT、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの光透過率をＴとしたとき、開口部ＯＰの面積をＡ_0Pは、Ａ_0P≒Ａ_HT×Ｔ^1/2の関係を満たしている。

上記の仮想の格子ピッチをＰとし、フォトマスクに照射する露光光の波長をλとし、投影露光装置における露光系の開口数をＮＡとしたとき、格子ピッチＰが、０．６×λ／ＮＡ＜Ｐ＜０．７×λ／ＮＡの関係を満たしている。

本実施の形態のフォトマスクは、ホールパターンの孤立的配置、または密集的配置、または孤立的配置と密集的配置との双方を含むランダム配置のいずれにも適用され得る。以下、そのことを説明する。

図３は、本発明の一実施の形態におけるフォトマスクの構成であって、ホールパターンをランダム配置できる構成を概略的に示す平面図である。図３を参照して、本実施の形態のフォトマスクＰＭは、ランダム配置のホールパターンを形成できるようにハーフトーン位相シフト部ＨＴＰが孤立的に配置された部分と密集的に配置された部分とを有している。

ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの密集的配置とは、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰが縦線ＶＬ方向および横線ＨＬ方向の少なくともいずれかに遮光部ＳＰを挟んで２つ以上続けて並んでいる配置である。またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの孤立的配置とは、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの縦線ＶＬ方向および横線ＨＬ方向のいずれの隣にも遮光部ＳＰを挟んで開口部ＯＰが設けられた配置である。

ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの密集的配置および孤立的配置のいずれにおいても、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとされた格子点ＬＰに対して単位格子ＵＬの対角線ＤＬ方向に隣り合う４つの格子点ＬＰの各々には開口部ＯＰが形成されている。またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとされた格子点ＬＰに対して縦線ＶＬ方向に隣り合う２つの格子点ＬＰおよび横線ＨＬ方向に隣り合う２つの格子点ＬＰの各々には遮光部ＳＰが形成されている。

またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの密集的配置においては、複数のハーフトーン位相シフト部ＨＴＰのうち互いに最も近くに配置される２つのハーフトーン位相シフト部ＨＴＰ間の距離が格子ピッチの２倍以上である。

このように本実施の形態のフォトマスクＰＭでは、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰを密集的配置と孤立的配置とを含むランダム配置にすることにより、後述するようにランダム配置の微小ホールパターン（開口径８０ｎｍ以下のホールパターン）をフォトレジストに解像することができる。

次に、本実施の形態のフォトマスクにおける光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）を用いたパターン設計方法について図３のマスクパターンにＯＰＣを実施する場合を例に挙げて説明する。

図３に示した、開口部ＯＰとなるべき部分のハーフトーン位相シフト膜を残して単純にハーフトーン位相シフト部ＨＴＰ（明点部）としただけのマスクパターンで結像・露光を行ったときには、周囲の明点部の存在状況により、形成される像の寸法が異なるようになり、その結果、異なる寸法のホールが形成されることになる。通常の先端デバイスでは微細ホールの寸法は１種類に限定されることが主流で、寸法を同一にすることが必要である。そのためＯＰＣが必要となるが、本実施の形態では、２段階のＯＰＣにより、簡便で高精度の補正が可能となる。

まず、１段階目のＯＰＣとして、予め求めておいた補正ルール（ＯＰＣルール）に基づき設計パターンの補正を行なうルール・ベースＯＰＣが実施される。すなわち、最初に配置ルール（状況）だけに基づき、粗（coarse）な補正が実施される。

図４は、粗な補正が実施された後のマスクパターンの構成を示す概略平面図である。図４を参照して、ルール・ベースＯＰＣにおいては、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰ（明点部）の隣りに位置する遮光部ＳＰの平面形状が補正される。

この補正においては、２つのハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの間に挟まれる遮光部ＳＰは、もとのままの遮光パターン（つまり基本パターンにおける遮光部ＳＰのパターン形状）とされる。またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰおよび開口部ＯＰの間に挟まれる遮光部ＳＰは、基本パターンにおける遮光部ＳＰのパターン形状からハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに近い側の半分のパターン部分のみを残されて、開口部ＯＰに近い側の半分のパターン部分を除去される。

このような簡単なルール・ベースＯＰＣを実施することにより、その補正が行なわれたマスクパターンから得られるホール形成のための明点像の寸法は粗くは同一となる。

図５は、上記の粗な補正（ルール・ベースＯＰＣ）を行った本実施の形態のフォトマスクにおけるマスクパターンの一例を示す概略平面図である。図５を参照して、このマスクパターンは、図の中心付近から放射線上にホールを形成するためのマスクパターンであり、図の中心付近では密集的配置となり、外側では孤立的配置となっている。

次に、２段階目のＯＰＣとして、リソグラフィープロセスにおける現象をモデル化したシミュレータにより設計パターンの補正を行なうモデル・ベースＯＰＣが実施される。すなわち、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰ（明点部）の隣に位置する遮光部ＳＰのパターンをさらに変形することで、プロセスモデルによる予測寸法と所望の寸法との差があるレベル以下に小さくなるように、精（fine）な補正が実施される。

図６は、精な補正が実施された後のマスクパターンの構成を示す概略平面図である。図６を参照して、モデル・ベースＯＰＣにおいては、明点像の像寸法が大きいときには、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰの平面寸法が大きくされ、また明点像の像寸法が小さいときには、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰの平面寸法が小さくされる。

またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰの位置が、必要に応じて、注目するハーフトーン位相シフト部ＨＴＰ側に移動される。またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰでは、疎な補正後の長方形の長辺方向の寸法もしくは位置が必要に応じて変更される。

上記の２段階のＯＰＣによれば、１段階目の粗な補正で、およその補正ができているので、２段回目のモデル・ベースＯＰＣの収束性が確保され、少ない回数の逐次調整（iteration）で所望の精度の補正ができるため、補正処理時間の短縮と精度の向上とを図ることができる。

このように２段階のＯＰＣにより、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの隣りに位置する遮光部ＳＰの平面形状が補正されるため、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰと隣り合わない遮光部ＳＰとは、平面視において互いに異なる形状を有する場合がある。

また１段階目の補正を実施した結果、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰのうち、２つのハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰと１つのハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰとは、平面視において互いに異なる形状を有している場合がある。

次に、本実施の形態のフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）について説明する。

図７〜１１は、本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）を工程順に示す概略断面図である。図７を参照して、半導体基板などの下地基板ＳＢの表面上に被加工膜ＰＦが形成される。この被加工膜ＰＦ上に、ポジ型のフォトレジストＰＲが塗布される。

図８を参照して、図１および図２に示したフォトマスクＰＭを用いた露光プロセスが行なわれる。この露光においては、たとえば露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。この露光により、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに対応する位置に明点像が形成され、この明点像の部分のフォトレジストＰＲが解像する。

図９を参照して、上記の露光がされたフォトレジストＰＲが現像されることにより、明点像が露光された部分が除去される。これにより、フォトレジストＰＲにホールパターンＨＰ１が形成され、そのホールパターンＨＰ１から被加工膜ＰＦの一部表面が露出する。

図１０を参照して、パターニングされたフォトレジストＰＲをマスクとして、ホールパターンＨＰ１から露出した被加工膜ＰＦの表面にたとえば異方性のエッチングが施される。このエッチングにより被加工膜ＰＦにホールパターンＨＰ２が形成され、そのホールパターンＨＰ２から下地基板ＳＢの一部表面が露出する。この後、フォトレジストＰＲが、たとえばアッシングなどにより除去される。

図１１を参照して、上記のフォトレジストＰＲの除去により、被加工膜ＰＦの表面が露出する。

なお上記においては、下地基板ＳＢ上の被加工膜ＰＦにホールパターンＨＰ２が形成される場合について説明したが、被加工膜ＰＦがなく、下地基板ＳＢの表面にホールパターンＨＰ２が形成されてもよい。

次に、上記のパターン形成方法における図８の露光プロセスに用いられる投影露光装置について説明する。

図１２は、本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを投影露光装置に取り付けた様子を示す概略図である。図１２を参照して、投影露光装置は、フォトマスクＰＭ上のマスクパターンを基板（たとえばウエハ）ＷＡ上のフォトレジストに投影するものである。また投影露光装置は、光源（図示せず）からフォトマスクＰＭのパターンまでの照明光学系と、フォトマスクＰＭのパターンから基板ＷＡまでの投影光学系とを有している。

照明光学系は、光源（図示せず）と、フライアイレンズＦＲと、照明絞りＩＡと、集光レンズＣＲとを主に有している。また投影光学系は、投影レンズＰＲ１、ＰＲ２と、瞳面絞りＰＡとを主に有している。

その露光動作においては、まず光源から発せられた光（たとえばＡｒＦエキシマレーザ光）がフライアイレンズＦＲの各フライアイ構成レンズに入射し、その後に照明絞りＩＡを通過する。照明絞りＩＡを通過した光は、集光レンズＣＲを透過した後、フォトマスクＰＭの全面を均一に照射する。この後、フォトマスクＰＭのパターンで回折した光は、投影レンズＰＲ１、ＰＲ２により所定の倍率に縮小され、基板ＷＡ上のフォトレジストを露光する。

本実施の形態においては、図８の露光プロセスにおいてフォトマスクＰＭの照明は通常照明ではなく、変形照明により行なわれることが好ましい。また変形照明としては、４重極照明が用いられることが好ましい。つまり、図１３に示すように４つの透過部ＩＡａを有し、かつクロスポール照明を４５°回転した形状を有する４重極照明絞りＩＡが図１２の照明絞りＩＡとして用いられることが好ましい。

またこの４重極照明としては、図１４に示すように、センターσ（＝ｒ₁／ｒ₀）が０．８〜０．９で、ラディアスσ（＝ｒ₂／ｒ₀）が０．２以下であることが適当である。ここで、ｒ₀は照明絞りＩＡの半径であり、ｒ₁は照明絞りＩＡの中心と透過部ＩＡａの中心との距離であり、ｒ₂は透過部ＩＡａの半径である。

本実施の形態のフォトマスクＰＭでは、図１に示すように特定の格子点ＬＰにハーフトーン位相シフト部ＨＴＰが配置され、その特定の格子点ＬＰに対して対角線ＤＬ方向に隣り合う４つの格子点ＬＰに開口部ＯＰが配置され、その特定の格子点ＬＰに対して縦線ＶＬ方向と横線ＨＬ方向に隣り合う４つの格子点ＬＰに遮光部ＳＰが配置されている。これにより、このフォトマスクＰＭをＡｒＦエキシマレーザー光で照射してポジ型のフォトレジストＰＲを露光することにより、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに対応する箇所に微小な明点像を形成でき、かつその明点像にてポジ型のフォトレジストＰＲを解像することができる。これにより、フォトレジストＰＲに微小な開口径（８０ｎｍ以下の開口径）のホールパターンＨＰ１を高フォーカス裕度で形成することができる。

また格子点に規則的に配置された複数の開口部ＯＰと複数の遮光部ＳＰとからなるマスクパターンをベースとして、その開口部ＯＰの一部をハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに変更するという簡易なフォトマスクの構成で上記の微小な明点像を生成することができる。

また上記のようなハーフトーン位相シフト部ＨＴＰと開口部ＯＰと遮光部ＳＰとの配置構成を図３に示すように適宜組み合わせることにより、密集的配置と孤立的配置とを含むランダムな配置のホールパターンを形成することができる。

以上より、ＡｒＦエキシマレーザー露光においてポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを簡易なフォトマスクの構成でかつ高フォーカス裕度で形成することができる。

また本実施の形態では、格子点ＬＰ上に開口部ＯＰと遮光部ＳＰとのレイアウトが制限されておりパターン配置環境の種類が限られているので、ＯＰＣを簡単に行なうことができる。

なお本実施の形態においては、複数の縦線ＶＬおよび複数の横線ＨＬよりなる格子の単位格子ＵＬの形状が正方形（つまり正方格子）の場合について説明したが、単位格子ＵＬの形状は長方形であってもよい。

また本実施の形態においては、開口部ＯＰおよび遮光部ＳＰの各々の平面形状が矩形（たとえば正方形）の場合について説明したが、開口部ＯＰおよび遮光部ＳＰの各々の平面形状は矩形以外の多角形または円形であってもよく、また矩形の角部がラウンドした形状であってもよい。

また図２に示す本実施の形態のフォトマスクＰＭの構成においては、ハーフトーン位相シフト膜ＨＴの上に遮光膜ＬＳが形成された構成について説明したが、遮光膜ＬＳ上にハーフトーン位相シフト膜ＨＴが形成されていてもよい。

また複数の開口部ＯＰの各々の平面形状は同じであることが作りやすさの点からは好ましい。また遮光部ＳＰの平面形状は、上記のＯＰＣにより適宜設定されてもよい。この場合、遮光部ＳＰが格子点ＬＰ上からずれて格子点ＬＰ上に位置しない場合もあるが、この格子点ＬＰ上からずれた遮光部ＳＰも含めて本明細書においては格子点ＬＰに形成された遮光部ＳＰと称する。

本実施の形態のフォトマスクを用いて製造される電子デバイスは、半導体装置に限定されず、液晶表示装置、薄膜磁気ヘッドなどであってもよい。

本発明者は、鋭意検討した結果、上記のフォトマスクＰＭを用いることにより、ＡｒＦエキシマレーザー露光においてポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを簡易なフォトマスクの構成でかつ高フォーカス裕度で形成できることを見出した。その検討内容および結果を以下に記す。

まず本発明者は、図１５に示すマスクパターンを結像した場合の光学像を計算により求めた。この図１５に示すマスクパターンにおいては、平面視においてハーフトーン位相シフト膜ＨＴに開口部ＯＰと遮光部ＳＰとを市松模様をなすように配置し、図１および図２に示すフォトマスクＰＭのようなハーフトーン位相シフト部ＨＴＰを形成しなかった。なお、このマスクパターンのこれ以外の構成は図１および図２に示したフォトマスクの構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

結像の際の光学条件としては、露光光をＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、露光系の開口数ＮＡを１．０７、照明絞りを４重極照明（センターσ０．８４／ラディアスσ０．１０）とした。また上記のパターンは、開口部ＯＰの面積Ａ_0Pが、Ａ_0P≒Ａ_HT×Ｔ^1/2の関係を満たすものとした。

この図１５に示すマスクパターンの結像した場合の光学像計算により求めた光学像を図１６に示す。図１６を参照して、この光学像においては、像の光強度（relative intensity）が図１５の遮光部ＳＰに対応する箇所で低く、かつ開口部ＯＰに対応する箇所で高くなっており、像の光強度の明暗がそれなりに際立っている。しかし、像の光強度は０．０２〜０．０４の範囲内であり、最も光強度の高い箇所でも光強度が０．０４以下であり、後で示す明点像に比べて十分に暗くなっている。このため、この像の光強度ではポジ型のフォトレジストが解像されることはなく、ポジ型のフォトレジストは完全に残り、パターニングされ得ない。

次に本発明者は、図１７に示すマスクパターンを結像した場合の光学像を計算により求めた。この図１７に示すマスクパターンにおいては、図１５に示したマスクパターンの開口部ＯＰの１つを開口せずにハーフトーン位相シフト膜ＨＴを残してハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとした。さらに、そのハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰに上記のＯＰＣを実施した。これにより、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに隣り合う遮光部ＳＰについては、基本パターンにおける遮光部ＳＰのパターン形状からハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに近い側の半分のパターン部分のみを残して、開口部ＯＰに近い側の半分のパターン部分を除去した。

結像の際の光学条件としては、上記と同様、露光光をＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、露光系の開口数ＮＡを１．０７、照明絞りを４重極照明（センターσ０．８４／ラディアスσ０．１０）とした。また上記のパターンは、開口部ＯＰの面積Ａ_0Pが、Ａ_0P≒Ａ_HT×Ｔ^1/2の関係を満たすものとした。

この図１７に示すマスクパターンを結像した場合の光学像計算により求めた光学像を図１８（ａ）〜（ｃ）に示す。また図１９は、得られた光学像の明点像を通る位置（Horizontal Position）における光強度（Relative Intensity）の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。また図２０は、得られた光学像の明点像の寸法、すなわちImage ＣＤ（Critical Dimension）をフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベル（露光量に反比例する量）をパラメータとして示した図である。

図１８（ａ）〜（ｃ）を参照して、この光学像においては、像の光強度が図１７のハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに対応する箇所で最も高くなっており、その箇所に孤立明点像が形成された。この孤立明点像の光強度は０．２程度であり、周囲の強度に比べて大きく、ポジ型のフォトレジストを十分に解像できる程度に高い強度であった。

また図１８（ａ）〜（ｃ）および図１９を参照して、フォーカスをベストフォーカスから０．００μｍ〜０．１０μｍの範囲で変動させても、０．２程度の光強度を有する孤立明点像が得られた。このことから、フォーカス特性に優れた、微細孤立明点像が形成されていることがわかる。

なお図１９では、フォーカスをベストフォーカスからそれぞれ０μｍ、０．０２μｍ、０．０４μｍ、０．０６μｍ、０．０８μｍ、０．１０μｍだけずらして測定したが、それぞれのずれ量における光強度分布は似通った分布を示した。このため、各ずれ量における光強度分布を図１９中にまとめて１つの曲線で示している。

また図２０を参照して、スライスレベル法で求めた像寸法（Image ＣＤ）からは、〜６０ｎｍ径のホールがＣＤ−ＤＯＦ（Depth Of Focus）〜０．２０μｍでできることがわかる。

以上の結果より、図１７に示すマスクパターンを結像して得られる孤立微細ホールの結像性能は、現時点で世界最高レベルと考えられる。

さらに本発明者は、図２１に示すマスクパターンを結像した場合の光学像を計算により求めた。この図２１に示すマスクパターンにおいては、図３に示したマスクパターンの密集的配置と同じ構造とした。

また結像の際の光学条件としては、図１７に示すマスクパターンの結像と同様、露光光をＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、露光系の開口数ＮＡを１．０７、照明絞りを４重極照明（センターσ０．８４／ラディアスσ０．１０）とした。また上記のパターンは、開口部ＯＰの面積Ａ_0Pが、Ａ_0P≒Ａ_HT×Ｔ^1/2の関係を満たすものとした。

この図２１に示すマスクパターンを結像した場合の光学像計算により求めた光学像を図２２（ａ）〜（ｃ）に示す。また図２３は、得られた光学像の複数の明点像を通る位置における光強度の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。また図２４は、得られた光学像の明点像の寸法、すなわちImage ＣＤをフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベルをパラメータとして示した図である。

図２２（ａ）〜（ｃ）を参照して、この光学像においても、像の光強度が図２１のハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに対応する箇所で最も高くなっており、その箇所に明点像が形成された。また密集的に配置された複数のハーフトーン位相シフト部ＨＴＰの各々に対応して明点部が形成され、複数の明点部が密集した配置が得られた。この複数の明点像の各々の光強度は０．２程度であり、周囲に比べて大きく、ポジ型のフォトレジストを解像できる程度に高い強度であった。

また図２２（ａ）〜（ｃ）および図２３を参照して、フォーカスをベストフォーカスから０．００μｍ〜０．１０μｍの範囲で変動させても、０．２程度の光強度を有する孤立明点像が得られた。このことから、フォーカス特性に優れた、微細密集明点像が形成されていることがわかる。

なお図２３では、フォーカスをベストフォーカスからそれぞれ０μｍ、０．０２μｍ、０．０４μｍ、０．０６μｍ、０．０８μｍ、０．１０μｍだけずらして測定したが、それぞれのずれ量における光強度分布は似通った分布を示した。このため、各ずれ量における光強度分布を図２３中にまとめて１つの曲線で示している。

また図２４を参照して、スライスレベル法で求めた像寸法（Image ＣＤ）からは、〜６０ｎｍ径のホールがＣＤ−ＤＯＦ（Depth Of Focus）〜０．２０μｍでできることがわかる。

以上の結果より、図２１に示すマスクパターンを結像して得られる密集微細ホールの結像性能は、現時点で世界最高レベルと考えられる。

このように本発明者は、鋭意検討した結果、市松模様をなす基本パターンの複数の開口部の少なくとも１つをハーフトーン位相シフト部ＨＴＰとすることにより、ポジ型のフォトレジストを解像できる程度の光強度を有するランダム配置の微細明点像を簡易なフォトマスクの構成でかつ高フォーカス裕度で形成できることを見出した。

なお、上記の効果が得られる理由を、本発明者は明瞭には説明できていないが、回折次数の異なる光束がデフォーカス時に像の明暗に関して逆の効果を及ぼすからではないかと推定している。

また、図１７および図２１のいずれのマスクパターンにおいても、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに対して単位格子の対角線方向に隣り合う４つの開口部ＯＰのうちの１つでもハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに変更すると、結像特性が大きく劣化した。

またハーフトーン位相シフト部ＨＴＰに対して格子の縦線方向および横線方向の各々に隣り合う４つの遮光部ＳＰのうちの１つでも遮光膜ＬＳを削除すると、結像特性が大きく劣化した。

以上より、ハーフトーン位相シフト部ＨＴＰは、少なくとも格子ピッチＰの２倍以上離して配置する必要があることがわかる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、疎なパターンが大部分であるロジックデバイスのパターン形成が主な対象になると考えられるが、広くランダム配置のパターン形成のためのフォトマスク、パターンの形成方法および電子デバイスの製造方法に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態におけるフォトマスクの構成を概略的に示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクの構成であって、ホールパターンをランダム配置できる構成を概略的に示す平面図である。 粗な補正が実施された後のマスクパターンの構成を示す概略平面図である。 粗な補正（ルール・ベースＯＰＣ）を行った本実施の形態のフォトマスクにおけるマスクパターンの一例を示す概略平面図である。 精な補正が実施された後のマスクパターンの構成を示す概略平面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）の第１工程を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）の第２工程を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）の第３工程を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）の第４工程を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを用いたパターンの形成方法（電子デバイスの製造方法）の第５工程を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるフォトマスクを投影露光装置に取り付けた様子を示す概略図である。 ４重極照明に用いられる照明絞りの一例を示す平面図である。 センターσおよびラディアスσを説明するための、４重極照明に用いられる照明絞りの図である。 平面視においてハーフトーン位相シフト膜に開口部と遮光部とを市松模様をなすように配置し、ハーフトーン位相シフト部を形成しないマスクパターンを示す平面図である。 図１５に示すマスクパターンを結像した場合の光学像計算により求めた光学像を示す図である。 孤立的配置のハーフトーン位相シフト部を有するマスクパターンの構成を示す平面図である。 図１７に示すマスクパターンを結像した場合の光学像計算により求めた光学像を示す図である。 図１７に示すマスクパターンから得られた光学像の明点像を通る位置（Horizontal Position）における光強度（Relative Intensity）の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。 図１７に示すマスクパターンから得られた光学像の明点像の寸法、すなわちImage ＣＤ（Critical Dimension）をフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベル（露光量に反比例する量）をパラメータとして示した図である。 密集的配置のハーフトーン位相シフト部を有するマスクパターンの構成を示す平面図である。 図２１に示すマスクパターンを結像した場合の光学像計算により求めた光学像を示す図である。 図２１に示すマスクパターンから得られた光学像の複数の明点像を通る位置における光強度の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。 図２１に示すマスクパターンから得られた光学像の明点像の寸法、すなわちImage ＣＤをフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベルをパラメータとして示した図である。

符号の説明

ＣＲ 集光レンズ、ＤＬ 対角線、ＦＲ フライアイレンズ、ＨＬ 横線、ＨＰ１，ＨＰ２ ホールパターン、ＨＴ ハーフトーン位相シフト膜、ＨＴＰ ハーフトーン位相シフト部、ＩＡ 照明絞り、ＩＡａ 透過部、ＬＰ 格子点、ＬＳ 遮光膜、ＯＰ 開口部、ＰＦ 被加工膜、ＰＭ フォトマスク、ＰＲ フォトレジスト、ＰＲ１，ＰＲ２ 投影レンズ、ＳＢ 下地基板、ＳＰ 遮光部、ＴＳ 透明基板、ＵＬ 単位格子、ＶＬ 縦線、ＷＡ 基板。

Claims (9)

1. 透明基板と、
   前記透明基板上に形成され、かつ複数の開口部を有するハーフトーン位相シフト膜と、
   前記透明基板上に形成され、かつ複数の遮光部を形成する遮光膜とを備え、
   平面視において複数の縦線と複数の横線とが交差してなる格子を仮想したときに、前記格子の複数の格子点のうち特定の格子点を、前記遮光膜から露出した前記ハーフトーン位相シフト膜を開口せずに前記ハーフトーン位相シフト膜を残すことによりハーフトーン位相シフト部とし、
   前記ハーフトーン位相シフト部とされた前記特定の格子点に対して単位格子の対角線方向に隣り合う４つの格子点の各々には前記開口部が形成され、
   前記ハーフトーン位相シフト部とされた前記特定の格子点に対して前記縦線方向に隣り合う２つの格子点と前記横線方向に隣り合う２つの格子点との各々には前記遮光部が形成されている、フォトマスク。
2. 前記ハーフトーン位相シフト膜の透過率が１０％以上３０％以下である、請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記開口部となるべき複数の格子点がハーフトーン位相シフト部とされ、複数のハーフトーン位相シフト部のうち互いに最も近くに配置される２つのハーフトーン位相シフト部間の距離が格子ピッチの２倍以上である、請求項１または２に記載のフォトマスク。
4. 前記ハーフトーン位相シフト部に隣り合う前記遮光部と前記ハーフトーン位相シフト部に隣り合わない前記遮光部とは、平面視において互いに異なる形状を有している、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスク。
5. 前記ハーフトーン位相シフト部に隣り合う前記遮光部のうち、２つの前記ハーフトーン位相シフト部に隣り合う前記遮光部と１つの前記ハーフトーン位相シフト部に隣り合う前記遮光部とは、平面視において互いに異なる形状を有している、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスク。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の前記フォトマスクを照明した露光光により基板上のポジ型のフォトレジストを露光することで、前記ハーフトーン位相シフト部の位置に明点像を形成する工程と、
   露光された前記フォトレジストを現像することにより、前記フォトレジストの前記明点像を露光された部分にホールパターンを形成する工程とを備えた、パターンの形成方法。
7. 前記格子ピッチをＰ、前記露光光の波長をλ、露光系の開口数をＮＡとしたとき、前記格子ピッチＰが０．６×λ／ＮＡ＜Ｐ＜０．７×λ／ＮＡの関係を満たす、請求項６に記載のパターンの形成方法。
8. 前記露光に適用される照明が４重極照明である、請求項６または７に記載のパターンの形成方法。
9. 請求項６〜８のいずれかのパターン形成方法により電子デバイスを製造する、電子デバイスの製造方法。

Images