JP2658957B2

JP2658957B2 - 位相シフトマスク

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Publication number: JP2658957B2
Application number: JP7511795A
Authority: JP
Inventors: 直生安里; 伸二石田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH08272073A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置用フォトマ
スク、特に半導体装置の製造工程で微細パターンの形成
に用いられる位相シフトマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体素子の製造工程に於いて
は、半導体基板上にパターンを形成するために光リソグ
ラフィ技術が用いられている。光リソグラフィでは、縮
小投影露光装置によりフォトマスク（透明領域と不透明
領域からなるパターンが形成された透明基板であり、縮
小率が１：１でない場合に特にレチクルとも呼ばれるが
ここではいずれもマスクと呼ぶ）のパターンを感光性樹
脂の塗布された半導体基板上に転写し、現像により所定
のパターンを得ている。従来の光リソグラフィ技術にお
いては、露光装置の高ＮＡ（開口数）化により半導体素
子パターンの微細化への対応がなされてきた。

【０００３】しかし、露光装置の高ＮＡ化により解像力
は向上するものの、逆に焦点深度は減少する為、焦点深
度の点で更なる微細化が困難となっている。そこで、位
相シフトマスク技術による対応が検討されてきている。
位相シフトマスクは一般に、マスクを透過する光の位相
を制御し、結像面での光強度分布を改善する技術であ
る。

【０００４】位相シフトマスクとしては、渋谷−レベン
ソン（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）方式と呼ばれる、透明領域を
透過する光の位相を交互に１８０度位相を変える周期パ
ターンに適した方式が初めに提案された。しかし、この
方式は適用できるパターンの制限が厳しかったため、そ
の後、補助パターン、リム等の他の方式が提案されてき
た。また、特にコンタクトホールパターンは、従来から
焦点深度が狭いという問題があり位相シフトマスクによ
る改善の要求が強く、補助パターン方式、リム方式およ
びハーフトーン方式（例えば特開平４−１６２０３９号
公報）等が検討されてきた。なかでもハーフトーン方式
の位相シフトマスクは、マスク作成が他の方式と比べて
容易であるため、特に注目されている。

【０００５】次に、通常のフォトマスクと比較して、こ
れら位相シフトマスクを図面を用いて説明する。図８
（ａ）〜（ｃ）は通常の一般的マスクの平面図、Ｂ−Ｂ
線断面図及びマスク透過直後の透過光の振幅を示す図で
ある。マスクのパターンは以下の位相シフトマスクを含
め１つのコンタクトホールパターンを示す。通常のマス
クは図８（ａ），（ｂ）に示すように、石英等の透明基
板１上に７０〜１００ｎｍ厚のクロム（Ｃｒ）および酸
化クロム（ＣｒＯ）の遮光膜３が成膜され、選択的に遮
光膜３を除去することにより透明領域６と遮光領域８か
らなるパターンが形成されている。そして、マスクを透
過する光の振幅は透明領域で一定値，遮光領域で零とな
る。

【０００６】図９（ａ）〜（ｃ）は補助パターン方式の
位相シフトマスクの平面図，Ｃ−Ｃ線断面図及び透過光
の振幅である。図９（ａ），（ｂ）に示すように、半導
体素子上に転写されるべき第１の透明領域６Ａ（コンタ
クトホールパターン）の周辺の透明基板１上に、露光装
置の限界解像度以下の第２の透明領域６Ｂが遮光膜３で
囲まれて形成され、かつこの第２の透明領域６Ｂ上の透
明膜４を用いて第１の透明領域６Ａを透過する光と第２
の透明領域６Ｂを透過する光にお互いに１８０度の位相
差を与えるている。なお、この位相差を与える透明膜４
は位相シフターあるいは単にシフターと呼ばれることも
ある。光は伝達する物質中では波長が１／ｎ（ｎはその
物質の屈折率）となるので、空気と透明膜中の光路長の
違いにより透明膜４を透過する光と透明膜４を透過しな
い光に位相差を生じさせることができる。透明膜４によ
り生じる位相差θは、θ＝３６０ｔ（ｎ−１）／λ（こ
こでλは露光光の波長，ｎは透明膜材料の屈折率，ｔは
透明膜の膜厚）であたえられる。よって、１８０度の位
相差とするため透明膜４の膜厚ｔは、ｔ＝λ／２（ｎ−
１）と設定される。

【０００７】一般に、この透明膜４の材料としては、Ｓ
ｉＯ₂（スパッタ法およびＣＶＤ法による成膜、あるい
はＳＯＧのスピンコート法による成膜）が用いられ、こ
の場合の屈折率ｎはその成膜条件により多少異なるが、
ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）に対して、１．４５程度であ
る。よって、その膜厚ｔは４００ｎｍ程度となる。これ
は遮光膜３の厚さが１００ｎｍ程度であるに対して非常
に厚く、この透明膜側壁が露光光の光路に位置した場
合、解像特性に影響を及ぼすことが心配される。そのた
め、通常は透明膜４の側壁は第１の透明領域６Ａと第２
の透明領域６Ｂの間の遮光領域８の中央に位置するよう
に設計されている。ただし、マスク作製方法によっては
透明膜側壁が透明領域に接する場合もあり、このような
場合、後で説明するように本発明が適用される。なお、
透明領域を覆う透明膜においては、遮光膜段差部で遮光
膜と同じ厚さの側壁を有することになるが、この厚さは
露光光に対しても十分薄く、この影響は無視できる。通
常は、露光光に対して１８０度の位相差を生じさせる程
度の厚さの段差部を透明膜の側壁と呼んでいる。

【０００８】また、位相差を生じさせるために、透明膜
４を用いずに透明基板１をエッチングし溝を形成しても
よく、例えば図９（ａ），（ｂ）では第２の透明領域６
Ｂの部分を４００ｎｍエッチングすれば１８０度の位相
差を生じさせることができる（透明基板の材質の石英も
ＳｉＯ₂であり、屈折率は４．４５）。ただし、通常の
ドライエッチング（ＣＨＦ₃またはＣＦ₄ガスを用いた
ＲＩＥエッチング）で加工すると、透明基板の溝の側壁
は露光光の光路上に接し、解像特性に影響を及ぼす。そ
のため、この影響を避けるためウエットエッチング（フ
ッ酸）を追加し、溝の側壁を後退させ遮光膜の下に位置
させている。

【０００９】この補助パターン方式の位相シフトマスク
を透過する光の振幅の分布は、図９（ｃ）に示すよう
に、第１の透明領域６Ａと第２の透明領域６Ｂとで正負
反転した分布となる。

【００１０】図１０（ａ）〜（ｃ）はリム方式の位相シ
フトマスクの平面図、Ｄ−Ｄ線断面図及び透過光の振幅
である。この方式の位相シフトマスクは、図９に示した
補助パターン方式の第１の透明領域６Ａと第２の透明領
域６Ｂとが接した方式と見ることもできる。このリム方
式の位相シフトマスクを透過する光の振幅の分布も同様
に透明膜４により第１の透明領域６Ａと第２の透明領域
６Ｂとで正負反転した分布となる。尚、第２の透明領域
６Ｂに透明膜４を形成する代りに、第１の透明領域６Ａ
における透明基板１をエッチングし溝５Ｅを形成する場
合もある。

【００１１】図１１（ａ）〜（ｃ）はハーフトーン方式
の位相シフトマスクの平面図，Ｅ−Ｅ線断面図及び透過
光の振幅である。この方式のマスクは透明基板１上に酸
化クロム等の所定の膜厚の半透明膜２により、透明領域
６と半透明領域７からなるパターンを有している。そし
て、透明領域６と半透明領域７を透過する光の位相を１
８０度反転するようにしている。

【００１２】上述したこれらの位相シフトマスクでは位
相の反転した光をわずかにもらすことにより、結像面上
においてメインパターンの境界部分で位相の反転した光
同士の打ち消しあいにより暗部を形成し、メインパター
ンの光強度分布を急峻にしている。このため、図８に示
した従来のマスクよりも焦点深度および解像度を向上さ
せることが可能となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の各方式の位相シフトマスクでは位相差を１８０度
を目標として設定していたが、この位相差は半透明膜あ
るいは透明膜の屈折率およびその膜厚ｔのみを考慮して
設定されていた。しかし、図１２に示すように、マスク
の立体構造（半透明膜２あるいは透明膜の側壁）の影響
により位相は０度から１８０度にデジタル的に変化して
おらず、実効的な位相差はこの側壁の影響により目的の
１８０度より小さくなってしまっていた。そして、この
半透明膜２の側壁の影響による位相差エラーは、より小
さなパターンほど大きくなっていた。そのため、もとも
と焦点深度が狭く、かつ位相エラーの影響の大きい微細
パターンにおいて、位相シフトマスクの効果が十分得ら
れないという問題が生じていた。

【００１４】次に、位相エラーが生じるとどのような不
具合が発生するかを簡単に説明する。なおここでは以下
の実施例も含め、露光装置は、縮小率１／５，ＮＡ（開
口数）＝０．６，σ（コヒーレントファクター）＝０．
３，のｉ線（波長λ＝３５６ｎｍ）ステッパーを用いる
ものとして説明する。そして、焦点位置の正負の方向
は、被露光物（感光性樹脂の塗布された半導体基板）が
投影レンズに近ずく方向を”＋”，遠ざかる方向を”
−”としている。

【００１５】図１３に幅０．３５μｍのコンタクトホー
ルの光強度分布のシミュレーション結果を示す。なお、
使用した位相シフトマスクはハーフトーン方式のもので
あり、半透明膜２の透過率は１０％、位相差１８０度と
した。また、ハーフトーン方式の位相シフトマスクで
は、露光条件およびマスクの透過率により、マスクバイ
アスを設定するが、ここではコンタクホールの直径を
０．０５μｍ拡大するマスクバイアスを設定した。図１
３は焦点位置（Ｄｅｆ）による光強度分布の変化を示し
ており、横軸は半導体基板上（結像面）での位置、また
は縦軸は相対光強度（十分に広い透明領域の中心部での
光強度を１として規格化した値）である。同図に示すよ
うに、位相差が１８０度のときは、焦点位置＝０μｍで
光強度分布のピーク値が最も高くなる。そして、焦点位
置（Ｄｅｆ）をずらすとピーク値は低下し、”＋”と”
−”では対称に光強度は変化する。

【００１６】しかし、位相差が１８０度からずれると、
この対称性がくずれる。まず、図１４に位相差を１７０
度としたときの、焦点位置による光強度分布の変化を示
す。位相差が１８０度より小さい場合、焦点位置が”
＋”側では光強度分布の変化は少ないが、”−”側では
ピーク値の低下が激しい。また、図１５に示すように、
位相差が１９０度の場合は、位相差が１７０度のときと
反対に、焦点位置の”＋”側で光強度のピーク値の低下
が激しく、”−”側では変化が少ない。

【００１７】次に、光強度分布よりスレシュホルドモデ
ル（ある一定値の光強度のレベル以上で感光性樹脂が完
全に現像されると仮定して、光強度分布よりパターン寸
法を求める手法）を用いて、パターン寸法と焦点位置の
関係を求めた結果を図１６に示す。ここで、スレシュホ
ルドモデルに用いたスライスレベルは、各位相差でベス
トフォーカス（位相差１８０度では０μｍ，位相差１７
０度では＋０．２μｍ，位相差１９０度では−０．２μ
ｍ）において、目標寸法（０．３５μｍ）となるように
設定した。図１６に示すように、位相差１８０度の場合
は、ベストフォーカスを中心に対称の焦点位置依存性が
得られているのに対して、位相エラーがあると焦点位置
による寸法変化の関係が傾くことがわかる。この位相エ
ラーによるフォーカス特性の傾きは、パターン寸法がよ
り小さいほど大きくなり、またσ値が小さいほど大きく
なることが知られている。

【００１８】次に、本発明が解決しようとする課題につ
いて更に詳しく説明する。図１７にＣｒＯＮを半透明膜
として用い、位相差をほぼ１８０度に設定できたハーフ
トーン方式の位相シフトマスクを用いた場合の幅０．３
５μｍのコンタクトホールの転写結果を示す。なお、露
光条件は上記と同じである。図１７において、横軸は焦
点位置であり、縦軸は感光性樹脂に形成されたパターン
寸法である。位相差はマスクの外周付近に形成した十分
に大きな位相差測定用パターン部分で、触針式の段差計
での膜厚測定とエリプソメータで測定した屈折率ｎより
求めた結果、１８０度であった。しかし、０．３５μｍ
のコンタクトホールのフォーカス特性は傾き、焦点位置
が”＋”側でコンタクトホール寸法がより大きくなって
いる。このフォーカス特性の傾きは、”−”の位相エラ
ーの特性と同一である。

【００１９】また、実際のパターン部分での位相差を溝
尻光学（株）の位相差測定装置：ＰＨＡＳＥ−１を用い
て位相差の実測を行うと、半導体基板上１．０μｍパタ
ーンで１７８．２度、０．７５μｍパターンで１７７．
２度、０．５μｍパターンで１７４．６度、０．３μｍ
パターンで１７２．０度とパターンにより測定値が異な
り、寸法の小さなパターン部分の位相差が小さくなって
いることが解った。

【００２０】この原因としては先にも述べたように、半
透明膜側壁の影響が考えられる。理想的には半透明膜の
側壁を境に、位相が０度から１８０度へと変化すること
が望ましいが、実際には半透明膜の側壁近傍では位相が
このようにきれいに変化していない。この半透明膜側壁
による影響が、負の位相エラーと同様の効果を生じさせ
ていると考えられる。そして、寸法の大きなパターンで
は、この側壁の位相の乱れた部分の透過領域全体への比
率が小さいため影響は少ないが、寸法の小さなパターン
ではその比率が大きくなるため位相エラーも大きくなる
ものと思われる。このような現象は透明膜を用いる他の
方式の位相シフトマスクでも生じている。

【００２１】このように、透明膜や半透明膜の屈折率と
膜厚より位相差を設定すると、大きなパターンでは位相
差を１８０度と設定できるが微細パターンでは位相差が
小さくなり、その位相エラーにより位相シフトマスク本
来の性能が得られないという問題が生じていた。

【００２２】本発明の目的は、上記欠点を除去し、全て
のパターンの実効的な位相差を１８０度にでき、良好な
フォーカス特性と焦点深度の得られる位相シフトマスク
を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明の位相シフト
マスクは、透明基板上の半透明膜により形成された半透
明領域と、この半透明領域により区画された透明領域か
らなる複数のパターンを有し、この透明領域と前記半透
明領域を透過する光の位相差が実効的に１８０度となる
ように構成されたハーフトーン方式の位相シフトマスク
において、前記パターンのうち大きい面積を有するパタ
ーンよりも小さい面積を有するパターンの方が位相差が
大きく形成されていることを特徴とするものである。

【００２４】第２の発明の位相シフトマスクは、透明基
板上の遮光膜により形成された遮光領域と、この遮光領
域により区画された第１の透明領域からなる複数のパタ
ーンと、前記パターンの周辺部に遮光膜で囲まれた限界
解像度以下の第２の透明領域とを有し、この第２の透明
領域と前記第１の透明領域を透過する光の位相差が実効
的に１８０度となるように構成された補助パターン方式
の位相シフトマスクにおいて、前記パターンのうち大き
い面積を有するパターンよりも小さい面積を有するパタ
ーンの方が位相差が大きく形成されていることを特徴と
するものである。

【００２５】第３の発明の位相シフトマスクは、透明基
板上の透明膜又は溝により形成された第１の透明領域か
らなる複数のパターンと、この第１の透明領域の周囲を
限界解像度以下の幅で囲む前記透明基板からなる第２の
透明領域と、この第２の透明領域の周囲に形成され、第
２の透明領域を区画する遮光膜とを有し、この第２の透
明領域と前記第１の透明領域を透過する光の位相差が実
効的に１８０度となるように構成されたリム方式の位相
シフトマスクにおいて、前記パターンのうち大きい面積
を有するパターンよりも小さい面積を有するパターンの
方が位相差が大きく形成されていることを特徴とするも
のである。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の位相シフトマスクについて図
面を用いて説明する。以下の実施例で用いる露光装置は
前記と同じ露光装置（縮小率１／５、ＮＡ＝０．６，σ
＝０．３のｉ線ステッパー）を用いるものとする。図１
（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例のハーフトーン
方式の位相シフトマスクの平面およびＡ−Ａ線断面図で
ある。

【００２７】図１（ａ），（ｂ）に示すように、石英か
らなる透明基板１上には酸窒化クロム（ＣｒＯＮ）の半
透明膜２が成膜されている。ここで、露光光であるｉ線
（波長λ＝３６５ｎｍ）にたいして、酸化クロムの屈折
率ｎは２．５なのでｔ₁＝λ／〔２（ｎ₁−１）〕の式
より、１８０度の位相差を与える半透明膜２の膜厚ｔ₁
は１２１．６ｎｍとしている。そして、この位相シフト
マスクに大きさの異なる第１及び第２の２つのコンタク
トホールパターン１６Ａおよび１６Ｂが存在する。第１
のコンタクトホールパターン１６Ａの寸法は結像面上
０．５μｍ（マスク上２．５μｍ）、第２のコンタクト
ホールパターン１６Ｂの寸法は結像面上０．３５μｍ
（マスク上１．７５μｍ）である。ここで、小さな第２
のコンタクトホールパターン１６Ｂの部分は透明基板１
を深さ１５．４ｎｍエッチングして溝５を設け、７度の
位相差が付加されるようにしている（透明基板の材料で
ある石英（ＳｉＯ₂）の屈折率は１．４６である）。こ
のようにパターン面積の小さい第２のコンタクトホール
１６Ｂに７度の位相差を付加している為、実効的な位相
差は１８０度となり良好なフォーカス特性が得られる。

【００２８】次に、上記パターンの寸法による位相差の
補正方法について説明する。最も正確には、実際の露光
結果（フォーカス特性の傾き）より各パターン毎に位相
差のずれを求めることが望ましい。また、先に述べたよ
うに位相差測定装置と露光結果は一致しているので目的
のパターンでの位相差を測定し、そのパターンでの位相
差のずれを求めてもよい。

【００２９】しかし、より簡単に位相差の補正値を求め
ることもできる。そのためには以下のような仮定を用い
る。半透明膜側壁の影響により、位相が１８０度変化し
ていない範囲をΔとすると、側壁の影響による位相エラ
ーは、この範囲Δと半透明膜側壁の長さＬ（パターンの
周辺）に比例する。ここで、範囲Δは半透明膜の膜厚お
よび露光条件（ＮＡ，σ）等に依存すると考えられる。
またあるパターン寸法の範囲では、この半透明膜側壁に
よる位相エラーｄθは、この位相の乱れた領域のパター
ン全体の面積Ａに占める割合に比例して生じると考える
と、ｄθはΔ・Ｌ／Ａ＝αＬ／Ａとなる。ここで、パタ
ーンを正方形のコンタクトホールパターンとすると、ｄ
θ＝α／Ｗ（ここで、Ｗは正方形のコンタクトホールパ
ターンの一辺）と表される。

【００３０】例えば、発明が解決しようとする課題の項
で示した位相差測定装置：ＰＨＡＳＥ−１による各寸法
のパターンでの位相差測定結果より、α＝２．３とな
る。この場合、パターン寸法Ｗが０．３〜１μｍの範囲
でｄθ＝２．３／Ｗの式で良い一致が得られた。よっ
て、このように最も単純な仮定を用いれば、代表的な寸
法Ｗ＝０．３〜１．０μｍのパターンによる位相差より
補正式を求めることができ、この範囲の任意の寸法のパ
ターンに対して実効的な位相差を１８０度と補正するこ
とができる。

【００３１】図２は本発明の第２の実施例のハーフトー
ン方式の位相シフトマスクの断面図である。同図に示す
ように、透明基板１上には第１の実施例と同様に、０．
５μｍと０．３５μｍの大きさの異なる２種類のコンタ
クトホール１６Ａ，１６Ｂが形成されている。ここで
は、寸法の小さな第２のコンタクトホールパターン１６
Ｂにおいて半透明膜側壁の影響により、実効的な位相差
が小さくなることを考慮し、半透明膜２Ａの厚さを１２
５ｎｍとしている。よって寸法の大きな第１のコンタク
トホールパターン１６Ａでは１８５度の位相差を生じる
が、大きなパターンでは、位相エラーの影響は小さく、
もともとの焦点深度も広いので問題ない。勿論第２のコ
ンタクトホールパターン１６Ｂの周辺部のみの半透明膜
の厚さのみを１２５ｎｍとしてもよいが、この場合工程
が複雑になる。なお、パターンの寸法が一種類であると
きは、勿論その寸法に対してのみ位相差の補正を加えれ
ばよく、上述したようにあらかじめ半透明膜を厚くする
位相差の補正が最も容易である。

【００３２】図３は、本発明の第３の実施例のハーフト
ーン方式の位相シフトマスクの断面図である。この第３
の実施例ではｔ＝λ／２（ｎ−１）の式より半透明膜２
の膜厚を設定し位相差を１８０度としておておき、寸法
の小さな第２のコンタクトホールパターン１６Ｂに最適
になるように、透明基板１をエッチングして溝５Ａ，５
Ｂを形成し位相差の補正を行うものであり、実質的には
図２に示した第２の実施例と同様に寸法の大きな第１の
コンタクトホールパターン１６Ａの位相差は１８０度よ
り大きくなる。このエッチングの拠る位相差の補正方法
は、露光結果を評価しつつ、徐々にエッチング深さを深
くすることで位相差の最適な補正が最も高精度に行える
と言う利点がある。

【００３３】図４は本発明の第４の実施例のリム方式の
位相シフトマスクの断面図であり、０．３μｍのコンタ
クトホールパターンを形成するためのマスクである。図
４に示すように、石英の透明基板１上には１００ｎｍ膜
厚のクロムからなる遮光膜３が形成されており、マスク
上２．５μｍの遮光膜の除去された正方形の開口部の中
央に正方形のＳＯＧ膜からなる透明膜４が形成されてい
る。ここで、この開口部の寸法Ｗ₁はマスク上２．５μ
ｍとし、透明膜の寸法Ｗ₂は１．７５μｍとしている。
そして、透明膜４Ａの膜厚を適当に設定することによ
り、この透明膜４Ａの側壁で分離された透明領域６Ａお
よび６Ｂの光の位相をお互いに１８０度反転させること
により、結像面での光強度分布をより急峻にすることが
できる。

【００３４】従来はこの透明膜の膜厚ｔ₂をｔ₂＝λ／
〔２（ｎ₂−１）〕（ここで、ｎ₂は透明膜の屈折率）
より設定していたが、本実施例においては透明膜４の側
壁により位相が乱れ１８０度の位相変化が得られず実効
的な位相差が小さくなることを考慮して補正を加える。
この位相差の補正式ｄθ＝α／Ｗ（ここで、Ｗはコンタ
クトホールパターンの直径）の係数αは代表的寸法のパ
ターンで実験を行いあらかじめ求めておく。本露光条件
で透明膜の材料にＳＯＧ膜を用いた場合、αの値は３．
３であった（目標寸法が１μｍ〜０．３μｍの場合）。
よって、ＳＯＧ膜のｉ線波長（λ＝３６５ｎｍ）での屈
折率は１．４８なので、ｔ₂＝λ／〔２（ｎ₂−１）〕
の式よりｔ₂＝３８０ｎｍとなる。さらに小さいパター
ンの場合は、ｄθ＝３．３／Ｗより位相差は１１度補正
するように２３ｎｍ膜厚を厚くし、透明膜４の膜厚を３
８０＋２３＝４０３ｎｍとする。このように小さいパタ
ーンの透明膜４Ａの厚さをｔ₂より厚くすることにより
透明膜４Ａによる実効的な位相差を１８０度とし結像面
での光強度分布を急峻にすることができる。

【００３５】なお、第４の本実施例のように透明膜を用
いる場合以外にも、たとえば図５に示す第５の実施例の
ように、透明基板１をエッチングし溝を形成して位相差
を生じさせる構造の位相シフトマスクにおいても、溝５
Ｃの深さｄを同様に深くすることで適用できる。

【００３６】図６は本発明の第６の実施例の補助パター
ン方式の位相シフトマスクの断面図であり０．３μｍの
コンタクトホールパターンを形成するためのマスクであ
る。図６に示すように、石英の透明基板１上には１００
ｎｍ膜厚のクロムによる遮光膜３が成膜されており、マ
スク上のコンタクトホールパターンである第１の透明領
域６Ａおよびその周辺に補助パターンである溝５Ｄから
なる第２の透明領域６Ｂが形成されている。ここで、こ
の第１の透明領域６Ａの寸法Ｗ₃はマスク上１．５μ
ｍ、第２の透明領域６Ｂの寸法は１．００μｍ、また第
１の透明領域６Ａと第２の透明領域６Ｂの距離は１．２
５μｍとしている。そして、溝５Ｄの深さｄを適当に設
定することにより、この溝５Ｄの側壁で分離された透明
領域６Ａおよび６Ｂの光の位相をお互いに１８０度反転
させ、結像面での光強度分布をより急峻にする。

【００３７】従来はこの透明基板の溝の深さｄを前記式
より設定していたが、本実施例においては透明基板の側
壁により位相が乱れるのを考慮して補正を加える。従来
は透明基板１の溝の側壁が遮光膜３の下に隠れるよう
に、ドライエッチングの後ウエットエッチングを追加し
ていた。そして、その溝の深さｄは、透明基板の材料で
ある石英のｉ線波長（λ＝３６５ｎｍ）での屈折率ｎ＝
１．４８を用いて、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の式よりｄ＝
３９６．８ｎｍとしていた。一方、本実施例では、ウエ
ットエッチングにより、溝５Ｄの側壁の影響を除去する
代わりに、位相差の補正を行っている。この位相差の補
正はｄθ＝α／Ｗ（ここで、Ｗはコンタクトホールパタ
ーンの直径）の係数αは、代表的寸法のパターンで実験
を行いあらかじめ求めておく。このように、透明基板の
溝の側壁が遮光領域と透明領域の境界に位置する場合、
先の実施例よりこの側壁による位相の誤差の影響は小さ
く、αの値は１．０程度であった。よって、従来のもの
よりｄθ＝１．０／Ｗより位相差を３．３度補正するよ
うに７．３ｎｍだけより深くドライエッチングし、溝５
Ｄの深さｄ₁を３９６．８＋７．３＝４０４．１ｎｍと
した。本実施例においては、従来方法に較べウエットエ
ッチングを用いていないのでエッチングによる溝５Ｄの
深さ（位相差）を正確に制御できるという利点がある。

【００３８】なお、本第６の実施例のように、エッチン
グによる溝５Ｄをその側壁面が遮光膜３の側面と同一面
上に位置する場合以外にも、たとえば図７に示す第７の
実施例の補助パターン方式の位相シフトマスクのよう
に、溝の代りに透明膜４Ｂをその側壁面が透明領域を構
成する遮光膜３の側面に接するように形成してもよい。
この場合、透明膜４Ｂの膜厚は図９に示した従来の場合
の透明膜４の膜厚より位相差が３．３度大きくなるよう
に厚く設定する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、面積の大
きいパターンより面積の小さいパターンの位相差が大き
くなるように、透明膜や半透明膜の厚さ又は溝の深さを
調整することにより、全てのパターンの実効的な位相差
を１８０度とすることができる為、良好なフォーカス特
性及び焦点深度を有する位相シフトマスクが得られると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の平面図および断面図。

【図２】本発明の第２の実施例の断面図。

【図３】本発明の第３の実施例の断面図。

【図４】本発明の第４の実施例の断面図。

【図５】本発明の第５の実施例の断面図。

【図６】本発明の第６の実施例の断面図。

【図７】本発明の第７の実施例の断面図。

【図８】従来の通常のマスクの平面図，断面図及び透過
光の振幅を示す図。

【図９】従来の補助パターン方式の位相シフトマスクの
平面図，断面図及び透過光の振幅を示す図。

【図１０】従来のリム方式の位相シフトマスクの平面
図，断面図及び透過光の振幅を示す図。

【図１１】従来のハーフトーン方式の位相シフトマスク
の平面図，断面図及び透過光の振幅を示す図。

【図１２】半透明膜の側壁の影響を説明する為の模式
図。

【図１３】位相シフトマスクの光強度分布のシミュレー
ション結果を示す図。

【図１４】位相シフトマスクの光強度分布のシミュレー
ション結果を示す図。

【図１５】位相シフトマスクの光強度分布のシミュレー
ション結果を示す図。

【図１６】位相シフトマスクのフォーカス特性のシミュ
レーション結果を示す図。

【図１７】従来の位相シフトマスクのフォーカス特性を
示す図。

【符号の説明】

１透明基板２，２Ａ半透明膜３遮光膜４，４Ａ，４Ｂ透明膜５，５Ａ〜５Ｅ溝（エッチング部）６透明領域６Ａ第１の透明領域６Ｂ第２の透明領域７半透明領域８遮光領域１６コンタクトホールパターン１６Ａ第１のコンタクトホールパターン１６Ｂ第２のコンタクトホールパターン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上の半透明膜により形成された
半透明領域と、この半透明領域により区画された透明領
域からなる複数のパターンを有し、この透明領域と前記
半透明領域を透過する光の位相差が実効的に１８０度と
なるように構成されたハーフトーン方式の位相シフトマ
スクにおいて、前記パターンのうち大きい面積を有する
パターンよりも小さい面積を有するパターンの方が位相
差が大きく形成されていることを特徴とする位相シフト
マスク。
【請求項２】透明領域からなる小さな面積を有するパ
ターンの位相差は、１８０度＋補正値ｄθ（度）（ただ
しｄθ＝αＬ／Ａ、Ｌはパターンの周辺の長さ、Ａはパ
ターンの面積、αは露光条件に依存する常数）である請
求項１記載の位相シフトマスク。
【請求項３】透明領域からなる小さな面積を有するパ
ターン部の透明基板の表面はエッチングされ溝が形成さ
れている請求項１記載の位相シフトマスク。
【請求項４】半透明膜の厚さｔ₁はｔ₁＝λ／〔２
（ｎ₁−１）〕（ただしλは露光光の波長，ｎ₁は半透
明膜の屈折率）で表わされる請求項１記載の位相シフト
マスク。
【請求項５】透明領域からなる少くとも小さな面積を
有するパターン周辺部の半透明膜の厚さはｔ₁より厚く
形成されている請求項４記載の位相シフトマスク。
【請求項６】透明基板上の遮光膜により形成された遮
光領域と、この遮光領域により区画された第１の透明領
域からなる複数のパターンと、前記パターンの周辺部に
遮光膜で囲まれた限界解像度以下の第２の透明領域とを
有し、この第２の透明領域と前記第１の透明領域を透過
する光の位相差が実効的に１８０度となるように構成さ
れた補助パターン方式の位相シフトマスクにおいて、前
記パターンのうち大きい面積を有するパターンよりも小
さい面積を有するパターンの方が位相差が大きく形成さ
れていることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項７】第２の透明領域の透明基板上には透明膜
が形成されている請求項６記載の位相シフトマスク。
【請求項８】透明膜の側面は遮光膜の側面と接してい
る請求項７記載の位相シフトマスク。
【請求項９】小さい面積を有するパターン周辺部の第
２の透明領域に形成された透明膜は、大きい面積を有す
るパターン周辺部の第２の透明領域に形成された透明膜
より厚く形成されている請求項７又は請求項８記載の位
相シフトマスク。
【請求項１０】第２の透明領域の透明基板はエッチン
グされ溝が形成されている請求項６記載の位相シフトマ
スク。
【請求項１１】溝の側面は遮光膜の側面と同一面上に
位置する請求項１０記載の位相シフトマスク。
【請求項１２】小さい面積を有するパターン周辺部の
第２の透明領域に形成された溝は大きい面積を有するパ
ターン周辺部の第２の透明領域に形成された溝より深く
形成されている請求項１１又は請求項１２記載の位相シ
フトマスク。
【請求項１３】透明基板上の透明膜又は溝により形成
された第１の透明領域からなる複数のパターンと、この
第１の透明領域の周囲を限界解像度以下の幅で囲む前記
透明基板からなる第２の透明領域と、この第２の透明領
域の周囲に形成され、第２の透明領域を区画する遮光膜
とを有し、この第２の透明領域と前記第１の透明領域を
透過する光の位相差が実効的に１８０度となるように構
成されたリム方式の位相シフトマスクにおいて、前記パ
ターンのうち大きい面積を有するパターンよりも小さい
面積を有するパターンの方が位相差が大きく形成されて
いることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項１４】小さい面積のパターンを構成する透明
膜は大きい面積のパターンを構成する透明膜より厚く形
成されている請求項１３記載の位相シフトマスク。
【請求項１５】小さい面積のパターンを構成する溝は
大きい面積のパターンを構成する溝より深く形成されて
いる請求項１３記載の位相シフトマスク。