JP2734396B2 - 露光マスク - Google Patents

露光マスク

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、露光マスクに関し、特
にリソグラフィ用の露光マスクのうち位相シフトマスク
で、微細なパターンの転写に有効な位相シフトマスクに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の露光技術においては、設計ルール
の微細化にともない位相シフト技術による対応が検討さ
れてきている。例えば、特開平4−162039に示さ
れている露光マスクは、通常使用されているマスクでの
不透明膜を半透明膜にし、若干光を透過させて更に位相
を反転させるように加工し、パターンエッジでの透過光
のプロファイルを急峻にして、従来法よりも焦点深度や
解像度を向上させた露光マスクである。なおこの半透明
膜を用いた露光マスクは、ハーフトーン型位相シフトマ
スク、ハーフトーンマスク、あるいはアテェヌエイト
(減衰)マスクとも呼ばれる。以下、ここでは本発明マ
スクと区別して従来ハーフトーンマスクと呼ぶ。また、
不透明膜によって形成されているマスクを通常マスクと
呼ぶ。
【0003】従来ハーフトーンマスクを用いると、マス
ク全面が一定の透過率を有していたので露光装置で用い
られる際に各露光範囲の重なり部分に許容量以上の露光
量が照射されてしまうという問題があった。この課題に
ついて図4、図5を用いて説明する。一般的に露光マス
クは縮小投影露光装置(以下ステッパと呼ぶ)で用いら
れている。このステッパの装置構成を図4に示す。また
図5は、図4で示した装置にあるレチクルブラインドの
上面図で、各々矢印方向に可動である。
【0004】光源からの光(8)を一旦結像させ、この
結像部分近傍には2枚のL字型の金属板(以下レチクル
ブラインド(9)と呼ぶ)があり、光束を任意の矩形に
切り出すことができる。これを図5で説明する。L字型
の金属板はそれぞれ光束に垂直な平面上にあり、光束を
任意の矩形に設定することができる。2枚の金属板(1
6a,16b)は矢印で示したように各々X,Y方向に
移動可能で、前記露光マスク上任意の範囲を設定するこ
とができる。この矩形の光束はコンデンサーレンズ(1
0)を通り、露光マスク(11)上に再び結像する。よ
って、前記露光マスク(11)の任意の部分を露光した
いとき以上のような方法で設定することができる。
【0005】前記レチクルブラインド(9)は100μ
mオーダーの加工精度であり、また機械的に駆動される
のでその位置精度も数100μm程度の誤差を有してい
るため前記レチクルブラインド(9)の設定は露光領域
よりも片側200μmから800μmほど外側に設置す
るように装置上に設定されてある。ここで露光領域とは
半導体素子パターンが形成さてれいる領域を示す。通常
マスクにおいては露光領域の外周に不透明膜による遮光
領域が1.5mm幅で形成されており、上記レチクルブ
ラインド(9)のエッジ部分(以下ブラインドエッジと
呼ぶ)を隠すのに十分である。
【0006】上記と同様に、従来ハーフトーンマスクで
レチクルブラインドを設定すると以下の問題が発生す
る。これについて図6、図7を用いて説明する。図6
は、レチクルブラインドがハーフトーンマスク上に設定
されていることを示す上面図で、通常と同様にレチクル
ブラインドを露光領域外に設定していることを示す。露
光領域(2)から数百μm外側にレチクルブラインドエ
ッジ(6)がくるように設定されている。図7(a)は
ステッパによりウエハ上に露光した一例を示す上面図、
(b)は通常マスクと同様にハーフトーンマスクを露光
したときの多重露光部分を示す上面図、(c)は線Wに
おいてのウエハ各点での最終透過率を示すものである。
【0007】図7(a)に示すようにウエハ上に前記露
光領域が配列している。このうち4つの隣接した露光領
域に注目する。図7(b)は隣接した四つの露光領域を
示す。点線枠に囲まれているところは前記レチクルブラ
インドにより露光光が照射される部分であり、実線で囲
まれている部分は露光領域である。露光領域A,B,
C,Dにおいてブラインドエッジ(6)から内側は半透
明膜である。通常マスクにおいて露光領域(2)の外部
は遮光膜で形成しているため、前記ブラインドエッジ
(6)が隣接する露光領域上にかかっていても問題は起
こらない。
【0008】しかし、従来ハーフトーンマスクにおいて
通常と同様にレチクルブラインドを設定すると、以下の
問題が発生する。例えば図7(b)の露光領域Aにおい
て説明すると、露光領域Aにおけるブラインドエッジ
(22)は隣の露光領域B上にあり、このときすでに露
光領域Bの一部が露光されることになる。次に露光領域
Bを露光するとき、露光領域Bにおけるブラインドエッ
ジ(21)は露光領域A上にあり、すでに露光領域Aの
露光されている部分が再び露光されることになる。よっ
て4回と2回、多重露光される部分(図7(b)の(1
9),(20))が生じ、不要に感光性樹脂(以下レジ
ストと呼ぶ)の膜減りが起こってしまう。
【0009】そこで、従来ハーフトーンマスクにおいて
も露光領域(2)の外周に遮光領域を設けることが提案
されている(第54回応用物理学会学術講演会講演予稿
集No.2 28 a−SHF−21 p.585)。
遮光する方法としては、不透明膜等を該当部分に形成す
る方法や、半透明膜上に光の回折現象を利用した、解像
限界以下のパターンをマトリックス状に配列させて透過
率を低下させる方法が考えられているが、後者の方がマ
スクプロセス上工程数が通常マスクと比べても増えない
ため、実用化されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来ハーフトーンマスクには遮光領域を回折パターンで
形成している。しかし完全に遮光するわけではなく、数
%の光が漏れており、以下の問題点があった。前述の図
7(b)を用いて説明する。遮光帯がなければ図7
(b)に示すように(19)のところは、4回の多重露
光になるから、マスクの半透明膜の透過率が10%のと
き、10%×4回=40%の光が透過する(以下、この
ように多重露光したところの透過率の合計を最終透過率
と呼ぶ)。ハーフトーンマスクを用いてi線で0.4μ
mのコンタクトホール(ホール径/スペース=1:2)
を形成するのに必要な露光量はレジストAにおいてSi
ウエハ上400mJ/cmであり、この多重露光部分
での露光量は400mJ/cm×40%=160mJ
/cmである。
【0011】このレジストAの露光量と残膜率との関係
を図8に示す。この露光量でのレジストの残膜率は0%
であり、エッチング耐性上問題が起こってくる。また、
2回多重露光の部分(20)の最終透過率は10%×2
回=20%の光が透過する。この多重露光部分での露光
量は、400mJ/cm×20%=80mJ/cm
である。このとき残膜率は70%であり、この範囲では
エッチング耐性は問題ないと思われるが、露光量が大き
くなってくると問題が発生してくる可能性がある。レジ
ストの必要残膜率は工程により異なるが、レジストとの
選択比があまりとれないところでは、現状でもレジスト
残膜率の許容量があまりないところもある。よって、レ
ジスト膜減りはできるだけ回避する必要がある。
【0012】次に、遮光帯を用いたとき、遮光帯の透過
率は3%であるから、前述の部分で4回多重露光の部分
の最終透過率は、10%×1回+3%×3回=19%で
ある。このとき、多重露光部分での露光量は400mJ
/cm×19%=76mJ/cmで、残膜率は74
%である。一方2回露光のところでは400mJ/cm
×13%=52mJ/cmで残膜率90%である。
また前述の露光条件は下地基板によっても変わる。低反
射基板であれば露光量が500mJ/cmになり、4
回多重露光部分での露光量は500mJ/cm×19
%=95mJ/cmでこのときの残膜率は60%と低
下する。更に、微細なホールを形成するためには露光量
が多く必要であり、現状の遮光帯の透過率では大きくな
ってしまい、遮光効果の面で小さくなってくる可能性が
考えられる。そこで本発明は露光領域の内部にも遮光帯
を設けて更に多重露光部分での遮光効果を上げることを
目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、透明領域と半
透明領域で構成されるパターンを有し、前記透明領域と
前記半透明領域を透過する光の位相が180゜異なる露
光マスクにおいて、転写されるパターンが形成された露
光領域の外周を囲む遮光帯を設け、且つ前記遮光帯はそ
の4角で露光領域側に幅広に形成していることを特徴と
する露光マスクである。
【0014】
【作用】本発明においては、露光領域の内部にも遮光帯
を設けて更に多重露光部分での遮光効果を上げることに
より、露光領域の周辺に余分な露光光が漏れるのを防止
でき、露光領域周辺で4回露光される領域でのレジスト
の不要な膜減りを回避することができるものである。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。 [実施例1]本発明の第1の実施例を図1(a)
(b)、図2(a)(b)で説明する。図1(a)は本
発明の露光マスクを示す上面図、(b)は該露光マスク
の断面図であり、図2(a)は本発明の露光マスクによ
り露光された4つの露光領域を示すウエハ上の1部の上
面図、(b)は(a)における線Yでのウエハ上各点で
の最終透過率を示すものである。
【0016】図1(a)において、露光マスクは半透明
膜(1)と遮光領域(3)によって構成され露光領域
(2)内の4角も遮光領域(3)が形成してある。半透
明膜(1)としては酸化クロム系を1200Å厚で用
い、i線に対する透過率を10%(透明基板の透過率を
100%とする)とした。遮光領域(3)はマスク上
1.0μmのホールパターンのアレイでありこのときの
透過率は3%である。図1(b)に本発明マスクの断面
図が示されている。
【0017】図2(a)は4つの露光領域の重なりを示
し、4角は遮光帯により露光されない。また、図2
(b)では線Yでの断面部分での最終透過率を示す。4
回多重露光されているところは、遮光帯が4回露光され
るので、3%×4回=12%であり、2回多重露光のと
ころは1回は露光領域内であるので露光され、2回目は
遮光帯によって露光されるので10%+3%=13%で
ある。このとき前記のレジストAにおいて露光量は、そ
れぞれ48mJ/cm、52mJ/cmであり、残
膜率はどちらもほぼ90%である。
【0018】よってレジスト膜減りをかなり低減させる
ことができる。遮光領域(3)には解像限界以下のパタ
ーンのアレイが配置され、その大きさは露光領域(2)
の周辺に幅1.5mm、4角は3mm角で4分の1がチ
ップ内に入るものである。該露光マスクは一般にコンタ
クトホールパターンの露光工程で使用されるが遮光領域
(3)のパターンが4角に形成されても本来の露光パタ
ーン(コンタクトホール)の存在しない領域であるので
問題は起こらない。
【0019】[実施例2]次に、本発明の第2の実施例
について図3(a)〜(d)を用いて説明する。図3は
本発明の別の実施例の露光マスクの断面図を示ものであ
る。図3(a)はこの第2の実施例の露光マスクを示す
上面図で、図1(a)と同じである。図3(b)は第2
の実施例として遮光帯を半透明膜上に形成したタイプを
示すもので、遮光領域(3)として半透明膜(1)上に
遮光膜(7a)を形成している。上記遮光膜(7a)は
半透明膜(1)の透過率を低下させるためのものであ
り、50〜100Å程度の最低限の厚さで良い。
【0020】図3(c)は遮光帯を半透明膜下に形成し
たタイプである。これは図3(b)とは逆に遮光膜(7
a)を下に形成した露光マスクである。図3(d)は単
一に遮光帯を形成したタイプである。このように、単一
に遮光膜(7b)を形成しても良い。この図(d)のよ
うに単一に遮光を形成するときも300〜500Åの半
透明膜で十分である。他に遮光帯材としては、現在デバ
イスプロセスで使用されているMoSi,Si,SiN
等の金属および金属窒化物も実用的に可能である。本発
明はシフタ層がガラス基板を彫り込んで形成されている
基板彫り込みタイプのシフタ下置き型ハーフトーンマス
クや逆にシフタ層が半透明層の上部に形成されているシ
フタ上置き型においても適応できる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ハ
ーフトーンマスクの露光領域周辺およびその4角の内側
に遮光帯を形成することにより投影露光装置で露光した
ときに露光領域周辺で4回露光される領域でのレジスト
の不要な膜減りを回避することができるという効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の露光マスクを示す図。
【図2】本発明の第1の実施例の露光マスクの露光領域
を示す図。
【図3】本発明の第2の実施例の露光マスクを示す図。
【図4】ステッパの構成を示す。
【図5】図4で示した装置にあるレチクルブラインドの
上面図。
【図6】レチクルブラインドがハーフトーンマスク上に
設定されていることを示す上面図。
【図7】ステッパによりウエハ上に露光した一例を示す
上面図
【図8】レジストAにおける露光量と残膜率の関係を示
す。
【符号の説明】
1 半透明領域もしくは半透明膜 2 露光領域 3 回折パターンによる遮光領域 4 透明基板 5 遮光帯によって遮光される領域 6 ブラインドエッジ 7a,b 遮光帯を形成するための半透明膜 8 光源 9 レチクルブラインド 10 コンデンサレンズ 11 露光マスク 12 投影レンズ 13 ウエハ 14 ミラー 15 レンズ 16a,b 金属板 18 オリフラ 19 露光領域A内において4回多重露光される部分 20 露光領域A内において2回多重露光される部分 21 露光領域Bにおけるブラインドエッジ 22 露光領域Aにおけるブラインドエッジ 23 ブラインドにより切り出された光束の一部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明領域と半透明領域で構成されるパタ
    ーンを有し、前記透明領域と前記半透明領域を透過する
    光の位相が180゜異なる露光マスクにおいて、転写さ
    れるパターンが形成された露光領域の外周を囲む遮光帯
    を設け、且つ前記遮光帯はその4角で露光領域側に幅広
    に形成していることを特徴とする露光マスク。
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