JP2790127B2 - Photomask and manufacturing method thereof - Google Patents
Photomask and manufacturing method thereofInfo
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
- G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置用のフ
ォトマスク、特に半導体装置の製造工程で微細パターン
形成のために用いられるフォトマスク及びその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photomask for a projection exposure apparatus, and more particularly to a photomask used for forming a fine pattern in a semiconductor device manufacturing process and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、半導体装置の製造工程において
は、半導体基板上にパターンを形成するために、光リソ
グラフィ技術を用いている。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(透明領域と遮光領域
からなるパターンが形成された露光用原板であり、縮小
率が1:1でない場合は特にレチクルと呼ばれるがここ
ではいずれもフォトマスクと呼ぶ)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、現像により感
光性樹脂の所定のパターンを得ることができる。従来の
光リソグラフィ技術においては、露光装置の開発、とり
わけ投影レンズの高NA化により半導体装置パターンの
微細化へ対応してきた。2. Description of the Related Art At present, in a manufacturing process of a semiconductor device, an optical lithography technique is used to form a pattern on a semiconductor substrate. In optical lithography, a photomask (an exposure original plate on which a pattern composed of a transparent area and a light-shielded area is formed by a reduction projection exposure apparatus. When the reduction ratio is not 1: 1, it is particularly called a reticle. Is transferred onto a semiconductor substrate coated with a photosensitive resin, and a predetermined pattern of the photosensitive resin can be obtained by development. The conventional optical lithography technology has responded to the development of an exposure apparatus, particularly to the miniaturization of a semiconductor device pattern by increasing the NA of a projection lens.
【0003】ここでNA(開口数)とはレンズがどれだ
け広がった光を集められるかに対応し、この値が大きい
ほどより拡がった光を集められ、レンズの性能は高いこ
とを表している。また、一般にレーリ(Rayleig
h)の式としてよく知られているように、限界解像度R
(解像できる限界の微細パターンの寸法)とNAには、
R=K1×λ/NA(ここで、K1は感光性樹脂の性能
等のプロセスに依存する定数)の関係があり、NAを大
きくするほど限界解像度はより微細になってきていた。[0003] Here, the NA (numerical aperture) corresponds to how much light the lens can collect, and the larger the value, the more light that is spread can be collected, indicating that the performance of the lens is high. . In general, Rayleigh (Rayleig)
h), as is well known as the equation of h),
(The size of the fine pattern that can be resolved) and NA
There is a relationship of R = K1 × λ / NA (where K1 is a constant depending on the process such as the performance of the photosensitive resin), and as the NA becomes larger, the limit resolution becomes finer.
【0004】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(焦点位置のずれが許
容はできる範囲)は減少し、焦点深度の点で更なる微細
化が困難となってきた。ここでも実際の物理的意味の説
明は省くが、先と同様レーリの式として、焦点深度DO
FとNAには、DOF=K2×λ/NA2 (ここで、K
2はプロセスに依存する定数)の関係が成り立つことが
知られている。すなわち、NAを大きくする程DOFは
小さくなり、わずかな焦点位置のずれも許容できなくな
る。[0004] However, although the resolution is improved by increasing the NA of the exposure apparatus, the depth of focus (the range in which the deviation of the focal position can be tolerated) decreases, and it becomes difficult to further miniaturize the focal depth. Have been. Although the explanation of the actual physical meaning is omitted here, the depth of focus DO
For F and NA, DOF = K2 × λ / NA 2 (where K
2 is a process-dependent constant). That is, as the NA increases, the DOF decreases, and a slight shift of the focal position cannot be tolerated.
【0005】そこで、様々な超解像手法が検討されるよ
うになってきた。一般に、超解像手法とは、照明光学
系,フォトマスク,および投影レンズ系の瞳面における
光の透過率および位相を制御することにより結像面での
光強度分布を改善する手法である。各種方法がある中で
も、照明系の最適化による解像特性の向上、いわゆる変
形照明法は実現性が高く近年特に注目を集めている。Accordingly, various super-resolution techniques have been studied. In general, the super-resolution technique is a technique for improving the light intensity distribution on an imaging plane by controlling the transmittance and phase of light on a pupil plane of an illumination optical system, a photomask, and a projection lens system. Among various methods, improvement in resolution characteristics by optimizing an illumination system, that is, a so-called modified illumination method is highly feasible and has attracted particular attention in recent years.
【0006】次に、変形照明法について述べる前に、露
光装置の照明光学系について説明する。Next, before describing the modified illumination method, the illumination optical system of the exposure apparatus will be described.
【0007】半導体装置の製造には、パターンの微細化
のみではなく、その寸法精度向上も必要とされる。そし
て、半導体基板の露光領域全面で、形成されるパターン
寸法を制御するためには、フォトマスク上の露光領域全
面が均一な強度で照明される必要がある。しかし、もし
一つの光源でフォトマスクを照明したとすると、その光
源からフォトマスク上の各位置までの距離が異なるた
め、どうしても照度に差が生じてしまう。そこで通常の
露光装置においては、数多くの光源でフォトマスクを照
明し、多数の照度分布を重ね合わせることにより、必要
な照度均一性を得ている。すなわち、おおもとの光源で
ある水銀ランプからでた光を、同型の単体レンズを複数
列に束ねた光学素子であるフライアイレンズに導き、フ
ライアイレンズの各単体レンズがそれぞれ焦点を結ばせ
100個程度の点光源を形成させる。この点光源群でフ
ォトマスクを照明することにより、露光領域全面で数%
の偏差で照度均一性が得られている。In the manufacture of a semiconductor device, not only miniaturization of a pattern but also improvement of its dimensional accuracy is required. In order to control the size of a pattern to be formed over the entire exposure region of the semiconductor substrate, it is necessary to illuminate the entire exposure region on the photomask with uniform intensity. However, if the photomask is illuminated by one light source, the distance from the light source to each position on the photomask is different, so that a difference in illuminance necessarily occurs. Therefore, in a normal exposure apparatus, a required illuminance uniformity is obtained by illuminating a photomask with a large number of light sources and superimposing a large number of illuminance distributions. In other words, the light emitted from the mercury lamp, which is the source of the light, is led to the fly-eye lens, which is an optical element in which single lenses of the same type are bundled in a plurality of rows, and each of the fly-eye lenses is focused. About 100 point light sources are formed. By illuminating the photomask with this point light source group, several percent
Illuminance uniformity is obtained by the deviation of.
【0008】このため、フォトマスク側から照明系を見
ると、フライアイレンズで形成された点光源群しか見え
ず、もともとの水銀ランプのアーク形状はフォトマスク
の照明状態には影響を及ぼしていない。すなわち、露光
装置の解像特性には元の水銀ランプの発光の形状および
光強度分布は一切関係なく、このフライアイレンズで形
成される点光源群の形状及びその光強度分布のみ影響す
ることになっている。そのため、この点光源群は有効光
源とも呼ばれる。一般に、露光装置においては、この点
光源群の大きさはコヒーレントファクターσで表される
(σ=照明系のNA/投影レンズ系のNA)。通常はσ
=0.5〜0.7となっているが、マスクパターンによ
りσ=0.3〜0.8の範囲で最適値を選択する場合も
ある。Therefore, when the illumination system is viewed from the photomask side, only the point light source group formed by the fly-eye lens can be seen, and the original arc shape of the mercury lamp does not affect the illumination state of the photomask. . In other words, the light emission shape and light intensity distribution of the original mercury lamp have no bearing on the resolution characteristics of the exposure apparatus, but only the shape of the point light source group formed by this fly-eye lens and its light intensity distribution. Has become. Therefore, this point light source group is also called an effective light source. Generally, in an exposure apparatus, the size of this point light source group is represented by a coherent factor σ (σ = NA of illumination system / NA of projection lens system). Usually σ
= 0.5-0.7, but the optimum value may be selected in the range of σ = 0.3-0.8 depending on the mask pattern.
【0009】さらに、この有効光源の形状を制御し、解
像特性を向上させる手法が提案され、有効光源の形状を
変えるといういみで一般に変形照明法と呼ばれている
(なお、これから説明するように、有効光源の形状を変
えることは、フォトマスクを照明する光の入射角度を変
えることになるため、斜入射照明法と呼ばれることもあ
る)。そして、光源の形状を変えるためには、通常、フ
ライアイレンズの直後に様々な形状の絞りあるいはフィ
ルタを配置している。たとえば、図8(c)に示すよう
に、絞りの中央部を遮光して、フライアイレンズの周辺
箇所のみを用いる照明法がある。なお、変形照明法はそ
の光源形状によりさらに分類され、同図(c)のように
リング型の光源を用いる場合は特に輪帯照明法と呼ばれ
ている。Furthermore, a technique for controlling the shape of the effective light source to improve the resolution characteristics has been proposed, and is generally called a modified illumination method in the sense that the shape of the effective light source is changed (as will be described below). In addition, changing the shape of the effective light source changes the incident angle of light illuminating the photomask, and is therefore sometimes called an oblique illumination method.) Then, in order to change the shape of the light source, usually, apertures or filters of various shapes are arranged immediately after the fly-eye lens. For example, as shown in FIG. 8C, there is an illumination method in which the central part of the stop is shielded from light and only the peripheral part of the fly-eye lens is used. Note that the modified illumination method is further classified according to the shape of the light source, and when a ring-type light source is used as shown in FIG.
【0010】次に、この変形照明法の効果について説明
する。通常の照明法においては、図8(a)に示すよう
に円形開口の絞り102Aが用いられている。このとき
同図(b)に示すようにフォトマスク100にほぼ垂直
に入射する光が存在する。フォトマスク100のパター
ンを解像する為には、最低でもその回折光のうち、0次
光と+1あるいは−1次光を集めることが必要である
が、パターンが微細になると回折角が大きくなり投影レ
ンズ系103に入らなくなる。その為、微細パターンに
おいては、垂直に入射する光は寄与しないノイズ成分と
なり、像面での光強度分布のコントラストを低下させて
しまう。しかし、同図(c)に示すようなリング形の開
口部を有する絞り102Bを用いると、フォトマスク1
00に斜めからのみ光が入射し、その分、+1あるいは
−1次回折光のいずれかが投影レンズ形103に入るよ
うになり、照明光の大部分がパターンを解像させるのに
役立つようになる。Next, the effect of the modified illumination method will be described. In a normal illumination method, a stop 102A having a circular aperture is used as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 2B, there is light that is incident on the photomask 100 almost perpendicularly. In order to resolve the pattern of the photomask 100, it is necessary to collect at least 0th-order light and +1 or -1st-order light out of the diffracted light. However, when the pattern becomes finer, the diffraction angle increases. It does not enter the projection lens system 103. Therefore, in a fine pattern, vertically incident light becomes a noise component that does not contribute, and lowers the contrast of the light intensity distribution on the image plane. However, if a stop 102B having a ring-shaped opening as shown in FIG.
Light is obliquely incident on 00, and accordingly, either the +1 or −1 order diffracted light enters the projection lens 103, and most of the illuminating light serves to resolve the pattern. .
【0011】このように、照明光のうち解像に寄与しな
い垂直入射成分を除去することにより解像度および焦点
深度を向上させることができる。ただし、ここで述べた
ように、この変形照明法は回折光が生じるような周期パ
ターンにのみ有効であり、孤立パターンには全く効果は
なかった。そこで、孤立パターンに対しては、特開平4
−268714号公報に示されているようにパターン周
辺に解像度限界以下の微細パターン(以下ここでは補助
パターンと呼ぶ)を配置し、照射法を工夫することによ
り、解像力を向上させる手法が提案されていた。As described above, the resolution and the depth of focus can be improved by removing the vertical incident component which does not contribute to the resolution in the illumination light. However, as described herein, this modified illumination method is effective only for a periodic pattern in which diffracted light is generated, and has no effect on an isolated pattern. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in JP-A-268714, a method has been proposed in which a fine pattern having a resolution lower than the resolution limit (hereinafter, referred to as an auxiliary pattern) is arranged around the pattern and the resolution is improved by devising an irradiation method. Was.
【0012】また、上記変形照明法のほかにも、フォト
マスク側の改善による超解像手法である、位相シフトマ
スクの検討も盛んに行なわれている。[0012] In addition to the modified illumination method, a phase shift mask, which is a super-resolution method by improving the photomask side, has been actively studied.
【0013】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度変える周期パターン
に適した方式が初めに提案されていた。しかし、これは
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形成には従来から大きな焦点
深度が要求されているがその実現は困難であるという問
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4−136854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、
マスク作製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。As a phase shift mask, a method called a Shibuya-Levenson method, which is suitable for a periodic pattern in which the phase of light passing through a transparent region is alternately changed by 180 degrees, was first proposed. However, this was severely limited by the patterns that could be applied,
Other schemes, such as auxiliary patterns, rims, have been proposed. In particular, a large depth of focus has conventionally been required for the formation of a contact hole, but it is difficult to achieve this. Therefore, there is a strong demand for improvement using a phase shift mask, and an auxiliary pattern method, a rim method, and a halftone method ( For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-136854) has been studied. Above all, the halftone type phase shift mask is
Attention has been paid to masks because they are easier to fabricate than other methods.
【0014】次に、通常のフォトマスクと比較して、こ
のハーフトーン方式位相シフトマスクを図面を用いて説
明する。なお、以下、この説明に使用する図9,10に
おいては、(a)に平面図、(b)に(a)の平面図中
のA−A線断面図、(c)にはマスク直後の透過光の振
幅、(d)には結像面での光強度分布を示している。ま
た、これらのマスク上のパターンはいずれも1つの孤立
ラインパターンとした。Next, the halftone type phase shift mask will be described with reference to the drawings as compared with a normal photomask. 9 and 10 used in this description, (a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in (a), and (c) is a view immediately after the mask. (D) shows the light intensity distribution on the imaging plane. Each of the patterns on the mask was a single isolated line pattern.
【0015】まず初めに、図9に一般的な通常のマスク
を示す。通常のマスクでは同図(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(C
r)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と
遮光領域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部で一定値,遮光部で
零となる。一般に、光学系を通した結像はフーリエ変換
で説明されるが、透過照明により照明されフーリエ変換
されたマスクパターンは、投影レンズ系でフーリエ逆変
換され結像面上に再び元のマスクパターンが形成され
る。しかしこのとき、投影レンズ系はローパスフィルタ
として働くので、フーリエ変換の高次の成分は無くな
る。よって、マスク透過直後は矩形性を有する光の振幅
も、結像面ではその矩形性を失ない、振幅の2乗で与え
られる光強度の分布も同図(d)に示すようになだらか
な分布となる。First, FIG. 9 shows a general ordinary mask. In a normal mask, as shown in FIG. 1B, a chrome (C) having a thickness of 70 to 100 nm is formed on a transparent substrate 1 such as quartz.
r) and a light-shielding film 3 of chromium oxide (CrO) are formed, and by selectively removing the light-shielding film 3, a pattern including a transparent region and a light-shielding region is formed. And
The amplitude of the light passing through the mask is constant at the transparent part and zero at the light shielding part. Generally, an image formed through an optical system is described by Fourier transform.However, a mask pattern illuminated by transmitted illumination and subjected to Fourier transform is subjected to Fourier inverse transform by a projection lens system, and the original mask pattern is again formed on the image plane. It is formed. However, at this time, since the projection lens system operates as a low-pass filter, higher-order components of the Fourier transform are eliminated. Therefore, the amplitude of the light having a rectangular shape immediately after transmission through the mask and the distribution of the light intensity given by the square of the amplitude, which does not lose the rectangularity on the image forming surface, are as shown in FIG. Becomes
【0016】一方、図10にハーフトーン方式の位相シ
フトマスクを示す。この方式のマスクは、透明基板1上
に酸窒化クロム等の所定の膜厚の半透明膜2により、透
明領域と半透明領域からかるパターンを有している。こ
の半透明膜の透過率は一般に3〜15%程度とし、ま
た、透明領域と半透明領域を透過する光の位相を180
度反転するようにしている。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
と半透明膜中の光路長の違いにより半透明膜2を透過す
る光と透過しない光に位相差を生じさせることができ
る。半透明膜2により生じる位相差θはθ=360×t
×(n−1)/λ、ここでλは露光光の波長,nは半透
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半透明膜膜厚tは
t=λ/2(n−1)と設定される。そしてこのように
位相を制御することにより、半透明膜2のエッジ部で位
相の異なった光同士が打ち消し合い、メインパターンの
光強度分布を改善することができる。ただし、このハー
フトーン方式のマスクには、マスク全面で光が漏れてい
るため、このフォトマスクを用いて半導体基板上に露光
を行った場合、隣接する露光領域の境界部では複数回こ
の漏れた光が重なるため、パターンの異常(感光性樹脂
の膜べり)生じる問題が指摘されている。そこで、特開
平6−282063号公報に示されているように、露光
領域周辺部の半透明領域上に遮光膜により遮光領域の枠
(以下これを遮光帯と呼ぶ)を形成する手法が提案され
ており、これにより隣接露光領域境界部の膜べりを防止
している。FIG. 10 shows a halftone type phase shift mask. This type of mask has a transparent region 1 and a translucent region formed by a translucent film 2 of a predetermined thickness such as chromium oxynitride on a transparent substrate 1. The transmittance of this translucent film is generally about 3 to 15%, and the phase of light transmitted through the transparent region and the phase of light transmitted through the translucent region is 180%.
The degree is reversed. Since light has a wavelength of 1 / n (n is the refractive index of the substance) in a substance to be transmitted, the light is transmitted through the translucent film 2 and is not transmitted due to a difference in the optical path length in the translucent film. A phase difference can be created. The phase difference θ caused by the translucent film 2 is θ = 360 × t
× (n−1) / λ, where λ is the wavelength of the exposure light, n is the refractive index of the translucent film material, and t is the thickness of the transparent film.
Therefore, in order to obtain a phase difference of 180 degrees, the thickness t of the translucent film is set to t = λ / 2 (n−1). By controlling the phase in this manner, lights having different phases cancel each other at the edge portion of the translucent film 2, and the light intensity distribution of the main pattern can be improved. However, since light leaks over the entire surface of the mask of the halftone system, when light is exposed on a semiconductor substrate using this photomask, the light leaks a plurality of times at the boundary between adjacent exposure regions. It has been pointed out that a problem of pattern abnormality (film loss of photosensitive resin) due to overlapping light is caused. Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-28063, there has been proposed a method of forming a light-shielding region frame (hereinafter, referred to as a light-shielding band) with a light-shielding film on a semi-transparent region around an exposure region. This prevents film loss at the boundary between adjacent exposure regions.
【0017】さらに、前述の変形照明法とこのハーフト
ーンマスクの組み合わせも検討されている。これは。従
来照明法では0次光および±1次光によりパターンを解
像していたのに対して、変形照明では0次光と+1ある
いは−1次光のいずれか一つでパターンを解像している
ため、従来に比べパターンのコントラストが低下してし
まう為である(ただし、焦点位置を変化させたときのコ
ントラスト低下は変形照明の方が少なく焦点深度は広が
る)。そこで、ハーフトーンマスクを用いて、0次光を
低下させる(0次光は平均の強度なので逆位相の光を漏
らすと低下する)。このようにして、0次と1次回折光
の強度を適当に合わせると像のコントラストを改善する
ことができ(ハーフトーン位相シフト方式の周期パター
ンのフォトマスク)、より広い焦点深度がえられる。Further, a combination of the above-described modified illumination method and this halftone mask has been studied. this is. In the conventional illumination method, the pattern is resolved by the 0th order light and ± 1st order light, whereas in the modified illumination, the pattern is resolved by the 0th order light and one of the +1 or −1 order light. This is because the contrast of the pattern is reduced as compared with the related art (however, the contrast reduction when the focal position is changed is smaller in the deformed illumination and the focal depth is wider). Therefore, using a halftone mask, the 0th-order light is reduced (the 0th-order light has an average intensity, so it decreases when light of the opposite phase is leaked). In this way, by appropriately adjusting the intensities of the 0th-order and 1st-order diffracted light, the contrast of the image can be improved (a photomask having a periodic pattern of a halftone phase shift method), and a wider focal depth can be obtained.
【0018】また、ハーフトーンマスクとは無関係であ
るが、特開昭62−291660号公報に記載された手
法がある。これは、パターン寸法が露光装置の解像限界
に近づくにつれて、マスクの透過部と遮光部に対応した
半導体基板上の光強度の比が小さくなるので、パターン
寸法が小さくなるにつれて最適露光量が大きくなる。半
導体基板上には種々のパターンが混在しているのでパタ
ーン毎に最適露光量が異なることになり、全てのパター
ンについて寸法や形状を精度よく制御することができな
くなる。この問題を解決するため、複数のラインアンド
スペースパターンが存在する場合、大きなラインアンド
スペースパターンの光透過部の透過率を低くするため半
透明な透過率制御膜を設ける。Although not related to the halftone mask, there is a method described in JP-A-62-291660. This is because, as the pattern size approaches the resolution limit of the exposure apparatus, the ratio of the light intensity on the semiconductor substrate corresponding to the transmitting portion and the light shielding portion of the mask decreases, so that the optimal exposure amount increases as the pattern size decreases. Become. Since various patterns are mixed on the semiconductor substrate, the optimum exposure amount differs for each pattern, and it becomes impossible to precisely control the dimensions and shapes of all the patterns. In order to solve this problem, when there are a plurality of line and space patterns, a translucent transmittance control film is provided to reduce the transmittance of the light transmitting portion of the large line and space pattern.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の補助パターンを有するフォトマスク(特開平4−
268714号公報)においては、解像度限界以下の微
細パターンが必要なため、マスク作成が困難であるとい
う問題点があった。例えば、KrFエキシマレーザース
テッパ(NA=0.5、コヒーレントファクターσ=
0.7、倍率=1/5倍)においては、限界解像度は
0.2μm程度なので、補助パターンとしてはその半分
の0.1μm程度のパターンが必要となる。これはフォ
トマスク上0.5μmパターンとなり、現状のマスク描
画装置で安定してパターン形成できる限界以下となって
しまう。通常マスクパターン描画には電子線描画装置が
用いれ、その限界解像度は0.3μm程度であるが、こ
の電子線描画装置に於いてはパターン寸法により適正露
光量が大きく異なる。そのため、メインのパターンに露
光量を合わせると、補助パターンでは露光量が足りず寸
法が大幅に細くなってしまう。補助パターンの寸法が細
くなると、十分な焦点深度拡大効果が得られなくなる。
また、補助パターンに露光量を合わせると、メインパタ
ーン部でオーバー露光となり、マスク寸法精度が悪化し
てしまっていた。さらに、マスクパターンを何とかパタ
ーニングできたとしても、次の検査工程で問題が生じて
いた。すなわち、マスク検査装置において、この補助パ
ターンがすべて疑似欠陥として検出されてしまってい
た。そのため、実際には検査装置の検出感度を下げ、補
助パターン部分が検出されないようにして検査するしか
なく、マスクの信頼性が極端に低下してしまっていた。
現在の標準的マスク検査装置KLA331は、検査でき
る微細パターンは1μm弱で、0.5は将来的にも光学
式の検査装置では検査が難しいと考えられる。As described above,
Photomask having conventional auxiliary pattern
268714) has a problem that it is difficult to prepare a mask because a fine pattern having a resolution lower than the resolution limit is required. For example, a KrF excimer laser stepper (NA = 0.5, coherent factor σ =
(0.7, magnification = 1/5), the limit resolution is about 0.2 μm, so a pattern of about 0.1 μm, which is half of the auxiliary pattern, is required. This results in a 0.5 μm pattern on the photomask, which is below the limit at which a pattern can be stably formed with the current mask drawing apparatus. Normally, an electron beam lithography apparatus is used for mask pattern drawing, and its limit resolution is about 0.3 μm. However, in this electron beam lithography apparatus, an appropriate exposure dose differs greatly depending on the pattern size. For this reason, if the exposure amount is adjusted to the main pattern, the auxiliary pattern is insufficient in exposure amount, and the dimensions are greatly reduced. When the size of the auxiliary pattern is reduced, a sufficient depth of focus effect cannot be obtained.
Further, when the exposure amount is adjusted to the auxiliary pattern, overexposure occurs in the main pattern portion, and the mask dimensional accuracy is deteriorated. Furthermore, even if the mask pattern could be patterned somehow, a problem occurred in the next inspection step. That is, in the mask inspection apparatus, all of the auxiliary patterns have been detected as pseudo defects. Therefore, in practice, the detection sensitivity of the inspection apparatus must be lowered to perform inspection without detecting the auxiliary pattern portion, and the reliability of the mask has been extremely reduced.
With the current standard mask inspection apparatus KLA331, the fine pattern that can be inspected is less than 1 μm, and 0.5 is considered to be difficult to inspect with an optical inspection apparatus in the future.
【0020】このような問題点は、ハーフトーン位相シ
フト方式のフォトマスクにより一応の解決を得ている。Such a problem has been tentatively solved by using a halftone phase shift type photomask.
【0021】しかしながら、ハーフトーン位相シフト方
式のフォトマスクにおいては、孤立パターンに対して焦
点深度の改善が十分得られないという問題点があった。
ハーフトーン位相シフト方式のフォトマスクは、特にコ
ンタクトホールパターンの開口用に開発されてきた。す
なわち、露光装置の照明系を低σ化して用いることによ
り、通常マスクに比較して2倍以上の焦点深度が得られ
る。すなわち、孤立パターンのうちコンタクトホールパ
ターンの形成時には、同一マスク上に他の種類のパター
ンは存在しないので、コンタクトホールパターンだけに
対して照明系を最適化することができる(照明系のσ値
を絞ることができる)。しかし、孤立パターンだけでな
く、周期パターン等の他のパターンが同一マスク上に存
在する一般的な場合には、照明系を変更することができ
ず、この場合には全く効果が得られなかった。そこで、
周期パターン用に、輪帯照明等の変形照明法を用いる場
合でも、同一フォトマスク上の孤立パターンの焦点深度
を拡大する手法が必要とされていた。However, the halftone phase shift type photomask has a problem that the depth of focus cannot be sufficiently improved for an isolated pattern.
Halftone phase shift type photomasks have been developed especially for opening contact hole patterns. That is, by using the illumination system of the exposure apparatus with a low σ, it is possible to obtain a depth of focus twice or more as compared with a normal mask. That is, when forming a contact hole pattern among the isolated patterns, since there is no other type of pattern on the same mask, the illumination system can be optimized only for the contact hole pattern (the σ value of the illumination system can be reduced). Can be squeezed). However, in a general case where other patterns such as a periodic pattern as well as an isolated pattern exist on the same mask, the illumination system cannot be changed, and in this case, no effect was obtained. . Therefore,
Even when a modified illumination method such as annular illumination is used for a periodic pattern, a method of increasing the depth of focus of an isolated pattern on the same photomask has been required.
【0022】また、ハーフトーン方式ではない通常のフ
ォトマスクにおいて、孤立パターンと周期パターンが混
在するフォトマスクでは、孤立パターンの転写寸法が太
く、周期パターンの転写寸法が細くなるという問題点が
あった。それは、近接効果により、フォトレジスト膜に
おける遮光領域端(透光領域に接する部分)の相対光強
度が周期パターンの方が大きくなり、周期パターンに合
せて露光量を決めると孤立パターンの露光量が不足とな
るという現象による。Further, in a normal photomask which is not a halftone method, in a photomask in which an isolated pattern and a periodic pattern are mixed, there is a problem that the transfer dimension of the isolated pattern is large and the transfer dimension of the periodic pattern is small. . The reason is that the relative light intensity at the light-shielding region end (the portion in contact with the light-transmitting region) in the photoresist film becomes larger in the periodic pattern due to the proximity effect. It is due to the phenomenon of shortage.
【0023】更にまた、これらのフォトマスクの構造上
の問題の外に製造方法としての問題がある。それは、特
開平6−282063号公報及び特開昭62−2916
60号公報にそれぞれ記載されフォトマスクは、いずれ
も遮光膜と半透明膜とを有しているが、それらを互いに
選択的に除去できないことに由来する問題点である。Furthermore, in addition to these structural problems of the photomask, there is a problem as a manufacturing method. It is disclosed in JP-A-6-282063 and JP-A-62-2916.
Each of the photomasks described in Japanese Patent Application Publication No. 60-260 has a light-shielding film and a translucent film, but has a problem derived from the fact that they cannot be selectively removed from each other.
【0024】まず、特開平6−282063号公報に記
載のものについて説明すると、これは、前述したよう
に、半透明膜上に遮光膜を設けたハーフトーン方式のフ
ォトマスクであるが、半透明膜上に成膜された遮光膜を
選択的に除去して、露光領域外周部に遮光帯を形成する
ので、半透明膜に影響を与えず遮光膜を除去するのが困
難であるという製造上の問題点もあった。すなわち、酸
窒化クロムを半透明膜として用いた場合、その上に遮光
膜を選択的に残すことは、これまでの材料ではドライエ
ッチングおよびウェットエッチングのいずれの方法でも
不可能であった。そのため、半透明膜として、酸窒化モ
リブデンシリサイドを用いて、遮光膜としてクロムを用
いる方法も提案された。これは、石英の透明基板上に酸
窒化モリブデンシリサイドの半透明膜およびクロムの遮
光膜を順次成膜したマスク基板を用い、1回目のリソグ
ラフィ工程で所定の感光性樹脂パターンを形成した後、
遮光膜を塩素ガスを用いたドライエッチング、半透明膜
をフッ素ガスを用いたドライエッチングで加工し、いっ
たん感光性樹脂を剥離し、再びリソグラフィ工程を用い
て遮光帯として遮光膜を残す部分にのみ感光性樹脂パタ
ーンを形成し、ウェットエッチングにより遮光領域のみ
を加工していた。しかし、この酸窒化モリブデンシリサ
イドはアルカリに対する耐性が悪いため通常のマスク洗
浄(クロム系材料用)が使用できないという問題があっ
た。また、従来のクロム系材料を用いたマスク作成で
は、マスク作成で不具合が生じた際にいったん遮光膜を
剥離し透明基板を再利用することが可能であったが、こ
のモリブデンシリサイド系の材料は透明基板(石英)と
選択的にエッチングする手段が無く、透明基板の再利用
が不可能であった。First, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-282063, this is a halftone type photomask in which a light shielding film is provided on a semitransparent film as described above. Since the light-shielding film formed on the film is selectively removed to form a light-shielding band around the exposed area, it is difficult to remove the light-shielding film without affecting the translucent film. There was also a problem. That is, when chromium oxynitride is used as a translucent film, it is impossible to selectively leave a light-shielding film on the semi-transparent film by any of dry etching and wet etching with conventional materials. Therefore, a method has been proposed in which molybdenum oxynitride is used as the translucent film and chromium is used as the light-shielding film. This is a method in which a predetermined photosensitive resin pattern is formed in a first lithography process using a mask substrate in which a translucent film of molybdenum oxynitride and a light shielding film of chromium are sequentially formed on a quartz transparent substrate.
The light-shielding film is processed by dry etching using chlorine gas, and the translucent film is processed by dry etching using fluorine gas. Once the photosensitive resin is peeled off, the lithography process is used again to leave only the light-shielding film as a light-shielding band. A photosensitive resin pattern was formed, and only the light shielding area was processed by wet etching. However, this molybdenum oxynitride silicide has a problem in that ordinary mask cleaning (for chromium-based materials) cannot be used because of its poor resistance to alkali. In addition, in the conventional mask making using a chromium-based material, when a problem occurred in the mask making, it was possible to peel off the light-shielding film and reuse the transparent substrate, but this molybdenum silicide-based material is There was no means for selectively etching the transparent substrate (quartz), and it was impossible to reuse the transparent substrate.
【0025】次に、特開昭62−291660号公報に
記載のものは、遮光膜の外に半透明膜でなる透過率制御
膜を部分的に成膜しているが、遮光膜を加工して、遮光
パターンを形成した後に、透過率制御膜を成膜し、これ
を加工していたので、透過率制御膜の欠陥検査および透
過率測定が困難であったという問題点があった。すなわ
ち、何もパターンのない透明基板上では、半透明の透過
率制御膜のピンホールおよび異物検査もある程度検査可
能であるが、遮光膜の微細パターンが在るため、特に半
透明膜の成膜時に発生する欠陥の検査ができなくなって
いた。Next, in the device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-291660, a transmittance control film made of a translucent film is partially formed outside the light-shielding film. Since the transmittance control film is formed and processed after forming the light-shielding pattern, there is a problem that it is difficult to inspect the transmittance control film for defects and to measure the transmittance. In other words, on a transparent substrate without any pattern, it is possible to inspect the pinholes and foreign substances of the translucent transmittance control film to some extent. Inspection of defects that occur sometimes cannot be performed.
【0026】さらに、マスク作製においても問題点があ
った。すなわち、通常マスクでは、遮光膜にクロム・酸
化クロムが用いられているが、このマスク上にクロムの
透過率制御膜を部分的にスパッタあるいはCVD法で形
成することは、位置および透過率の精度面で不可能であ
った。そこで実際のマスク製造を考慮すると、遮光膜と
透過率制御膜の材料を異ならせ、お互いにエッチングの
選択比がとれる材料にする必要がある。例えば、遮光膜
にモリブデンシリサイド、透過率制御膜にクロムを用い
れば、特開昭62−291660号公報に示されている
ような透過率を部分的に変化させたウォトマスクが作製
できる。しかし、これらの材料を用いた際にも、先に述
べた、マスク洗浄および透明基板のダメージの問題点が
生じる。特に、透明基板のエッチングダメージは、表面
荒れによる透過率低下を引き起こすのでこの透過率制御
膜を有するフォトマスクでは重大な問題となる。Further, there is a problem in manufacturing a mask. That is, in a normal mask, chromium and chromium oxide are used for the light-shielding film. However, forming a chromium transmittance control film partially on the mask by sputtering or CVD requires accurate position and transmittance accuracy. Was impossible in terms of face. Therefore, in consideration of actual mask production, it is necessary to use different materials for the light-shielding film and the transmittance control film so that they can have a selective etching ratio. For example, if molybdenum silicide is used for the light-shielding film and chromium is used for the transmittance control film, a wat mask in which the transmittance is partially changed as shown in JP-A-62-291660 can be manufactured. However, even when these materials are used, the above-described problems of mask cleaning and damage to the transparent substrate occur. In particular, etching damage to the transparent substrate causes a decrease in transmittance due to surface roughness, and thus poses a serious problem in a photomask having this transmittance control film.
【0027】従って、本発明の第1の目的は、孤立パタ
ーンと周期パターンとが混在するフォトマスクにおい
て、いずれをも精度よく転写可能なフォトマスクを提供
することにある。詳しくいうと、孤立パターンの焦点深
度を大きくしたハーフトーン位相シフト方式のフォトマ
スク(第1のフォトマスク)を提供すること、孤立パタ
ーンと周期パターンを寸法差なく転写できる通常のフォ
トマスク(第2のフォトマスク)を提供することにあ
る。Accordingly, a first object of the present invention is to provide a photomask in which an isolated pattern and a periodic pattern are mixed and which can be transferred with high accuracy. More specifically, the present invention provides a halftone phase shift type photomask (first photomask) in which the depth of focus of an isolated pattern is increased, and a normal photomask (second photomask) capable of transferring an isolated pattern and a periodic pattern without dimensional difference. Photomask).
【0028】本発明の第2の目的は、遮光膜と半透明膜
とを有するフォトマスク就中、第1,第2のフォトマス
クを再生よく形成できる製造方法を提供することにあ
る。A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photomask having a light-shielding film and a translucent film, in particular, the first and second photomasks can be formed with good reproduction.
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段】本発明第1のフォトマス
クは、透明基板を被覆する半透明膜に設けられた第1の
開口を含む孤立パターン部と、前記第1の開口から少な
くとも一定寸法離れた領域の前記半透明膜に所定のピッ
チで周期的に配列された複数の第2の開口を含む周期パ
ターン部とを有する微細パターン転写用のフォトマスク
であって、前記半透明膜の膜厚を、その屈折率をn、転
写時の露光光の波長をλとして、λ/2(n−1)に設
定するとともに、前記周期パターン部での回折光の相互
干渉を利用して転写するハーフトーン位相シフト方式の
フォトマスクにおいて、前記第1の開口から所定寸法L
離れた幅Wの遮光膜でなる補助パターンが設けられ、前
記L及びWが0.2λ/NA超過、1.3λ/NA未満
(NAはそれぞれ露光装置の開口数)であるというもの
である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a photomask, comprising: an isolated pattern portion including a first opening provided in a semi-transparent film covering a transparent substrate; A photomask for transferring a fine pattern, the photomask having a periodic pattern portion including a plurality of second openings periodically arranged at a predetermined pitch in the translucent film in a distant region; The thickness is set to λ / 2 (n−1), where n is the refractive index, and λ is the wavelength of the exposure light at the time of transfer, and the transfer is performed by utilizing the mutual interference of the diffracted light at the periodic pattern portion. In a halftone phase shift type photomask, a predetermined dimension L
An auxiliary pattern made of a light-shielding film having a separated width W is provided, and the L and W are more than 0.2λ / NA and less than 1.3λ / NA (NA is the numerical aperture of the exposure apparatus, respectively).
【0030】更に、L及びWを前記第1の開口の幅に等
しくしてもよい。Further, L and W may be equal to the width of the first opening.
【0031】本発明の第1のフォトマスクの製造方法
は、透明基板上に、クロム系(又はルテニウム系)の半
透明膜とルテニウム系の遮光膜を順次に被着する工程
と、酸素(又は塩素)を主成分とするガスを用いた反応
性イオンエッチングにより前記遮光膜を選択的に除去し
て第1の開口及び前記第1の開口から少なくとも一定寸
法離れた領域に所定のピッチで周期的に配列された複数
の第2の開口を設ける第1のリソグラフィ工程と、前記
遮光膜をマスクとして塩素(又は酸素)を主成分とする
ガスを用いた反応性イオンエッチングにより前記半透明
膜を除去する工程と、再び酸素(又は塩素)を主成分と
するガスを用いた反応性イオンエッチングにより前記遮
光膜を選択的に除去して前記第1の開口からLだけ離れ
て幅Wの前記遮光膜を残す第2のリソグラフィ工程とを
有するというものである。The first method of manufacturing a photomask according to the present invention comprises the steps of sequentially applying a chromium (or ruthenium) translucent film and a ruthenium-based light-shielding film on a transparent substrate, The light-shielding film is selectively removed by reactive ion etching using a gas containing (chlorine) as a main component, and the first light-shielding film is periodically formed at a predetermined pitch in a first opening and an area at least a fixed distance from the first opening. A first lithography step of providing a plurality of second openings arranged in a matrix, and removing the translucent film by reactive ion etching using a gas containing chlorine (or oxygen) as a main component using the light shielding film as a mask And selectively removing the light-shielding film again by reactive ion etching using a gas containing oxygen (or chlorine) as a main component and separating the light-shielding film having a width W from the first opening by L. To Is that having a to the second lithography process.
【0032】本発明第2のフォトマスクは、透明基板上
に選択的に設けられた第1の遮光体と、前記第1の遮光
体から少なくとも一定寸法離れた領域に所定のピッチで
周期的に配列された複数の第2の遮光体と、隣接する2
つの前記遮光体間の前記透明基板表面を被覆する半透明
の透過率制御膜とを有し、前記透過率制御膜の膜厚が、
その屈折率をn、露光光の波長λとして、λ/4(n−
1)未満であるというものである。The second photomask of the present invention comprises a first light shielding member selectively provided on a transparent substrate and a region periodically separated from the first light shielding member by at least a predetermined dimension at a predetermined pitch. A plurality of second light shields arranged and two adjacent light shields
A translucent transmittance control film that covers the transparent substrate surface between the two light-shielding bodies, and a thickness of the transmittance control film,
Assuming that the refractive index is n and the wavelength of the exposure light is λ, λ / 4 (n−
1) It is less than.
【0033】本発明第2のフォトマスクの第1の製造方
法は、透明基板上にルテニウム系(又はクロム系)の半
透明膜及びクロム系(又はルテニウム系)の遮光膜を順
次に被着する工程と、酸素(又は塩素)を主成分とする
ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いて前記遮光
膜を選択的に除去して第1の遮光体及びこれから少なく
とも一定寸法離れた領域に所定のピッチで周期的に配列
された複数の第2の遮光体とを形成する第1のリソグラ
フィ工程と、前記第2の遮光体が設けられている領域外
で前記第1の遮光体で被覆されていない領域の前記半透
明膜を塩素(又は酸素)を主成分とするガスを用いた反
応性イオンエッチングにより選択的に除去する第2のリ
ソグラフィ工程とを有し、前記半透明膜を膜厚が、その
屈折率をn、露光光の波長をλとして、λ/4(n−
1)未満であるというものである。According to the first method of manufacturing a second photomask of the present invention, a translucent ruthenium (or chromium) film and a chromium (or ruthenium) light-shielding film are sequentially deposited on a transparent substrate. And selectively removing the light-shielding film by reactive ion etching using a gas containing oxygen (or chlorine) as a main component to form a first light-shielding body and a region at least a certain distance away from the first light-shielding body. A first lithography step of forming a plurality of second light shields periodically arranged at a pitch; and covering the first light shield outside an area where the second light shield is provided. A second lithography step of selectively removing the translucent film in a region where there is no gas by reactive ion etching using a gas containing chlorine (or oxygen) as a main component. , Its refractive index n, exposure As the wavelength of λ, λ / 4 (n-
1) It is less than.
【0034】本発明第2のフォトマスクの第2の製造方
法は、透明基板上にクロム系(又はルテニウム系)の遮
光膜を被着する工程と、酸素(又は塩素)を主成分とす
るガスを用いた反応性イオンエッチングにより前記遮光
膜を選択的に除去して第1の遮光体及びこれから少なく
とも一定寸法離れた領域に所定のピッチで周期的に配列
された複数の第2の遮光体とを形成する第1のリソグラ
フィ工程と、全面にルテニウム系(又はクロム系)の半
透明膜を形成する工程と、前記第2の遮光体が設けられ
ている領域外の前記半透明膜を塩素(又は酸素)を主成
分とするガスを用いた反応性イオンエッチングにより除
去する第2のリソグラフィ工程とを有し、前記半透明膜
の膜厚が、その屈折率をn、露光光の波長をλとして、
λ/4(n−1)未満であるというものである。According to a second method of manufacturing a photomask of the present invention, a chromium-based (or ruthenium-based) light-shielding film is deposited on a transparent substrate, and a gas containing oxygen (or chlorine) as a main component. A first light-shielding body by selectively removing the light-shielding film by reactive ion etching using a plurality of second light-shielding bodies periodically arranged at a predetermined pitch in a region at least a predetermined distance from the first light-shielding body; A first lithography step, a step of forming a ruthenium-based (or chromium-based) translucent film on the entire surface, and a step of forming the translucent film outside the region where the second light-shielding member is provided with chlorine ( Or a second lithography step of removing the semi-transparent film by a reactive ion etching using a gas containing as a main component a gas having a refractive index of n and a wavelength of exposure light of λ. As
less than λ / 4 (n-1).
【0035】上述の各製造方法において、クロム及びル
テニウムをそれぞれ酸素及び又は窒素を含むガス雰囲気
中でスパッタさせて半透明膜及び遮光膜を形成すること
ができる。In each of the above manufacturing methods, the translucent film and the light-shielding film can be formed by sputtering chromium and ruthenium in a gas atmosphere containing oxygen and / or nitrogen, respectively.
【0036】第1のフォトマスクは第1の開口の近くに
補助パターンを設けてあるので第2の開口を有する周期
パターン部に準じた回折光の相互干渉を利用した焦点深
度の向上を企ることができる。Since the first photomask has the auxiliary pattern provided near the first opening, the depth of focus is improved by utilizing the mutual interference of diffracted light in accordance with the periodic pattern having the second opening. be able to.
【0037】第2のフォトマスクは、通常マスクを使用
したときの結像面における光強度分布が孤立パターンと
周期パターンとで異なりポジ型フォトレジスト膜の転写
パターンの線幅が孤立パターン分で相対的に太くなる近
接効果を透過率制御膜で補正する。In the second photomask, the light intensity distribution on the image plane when the normal mask is used is different between the isolated pattern and the periodic pattern, and the line width of the transfer pattern of the positive photoresist film is relatively equal to that of the isolated pattern. The thickening proximity effect is corrected by the transmittance control film.
【0038】第1のフォトマスク及び第2のフォトマス
クを製造する場合に、遮光膜と半透明膜のいずれか一方
をルテニウム系材料で形成し、他方をクロム系の材料で
形成し、前者を酸素を主成分とするガス、後者を塩素を
主成分とするガスを用いた反応性イオンエッチングでそ
れぞれ大きな選択比で除去できる。When manufacturing the first photomask and the second photomask, one of the light-shielding film and the translucent film is formed of a ruthenium-based material, and the other is formed of a chromium-based material. Reactive ion etching using a gas containing oxygen as a main component and the latter using a gas containing chlorine as a main component can be removed with a large selectivity.
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.
【0040】図1(a)は本発明の第1の実施の形態の
フォトマスクの平面図、図1(b)は図1(a)のA−
A線断面図、図1(c)はフォトマスクの透過光の振幅
分布を示すグラフ、図1(d)は結像面における光強度
分布を示すグラフである。FIG. 1A is a plan view of a photomask according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 1C is a graph showing the amplitude distribution of the transmitted light of the photomask, and FIG. 1D is a graph showing the light intensity distribution on the imaging plane.
【0041】ここでば露光装置として、縮小率5(倍率
1/5)(マスクパターン寸法:結像面上パターン寸法
=5:1),NA=0.6,σ=0.6のi線縮小投影
露光装置を用いることとし、0.35μm幅(結像面
上)の孤立パターン及びラインアンドスペースパターン
(幅=スペース=0.35μm)をネガ型フォトレジス
ト膜に転写するフォトマスクパターンを示すものとす
る。又、照明法は50%輪帯照明法とする。In this case, an i-line with a reduction ratio of 5 (magnification: 1/5) (mask pattern size: pattern size on the image plane = 5: 1), NA = 0.6 and σ = 0.6 is used as the exposure apparatus. A photomask pattern for transferring an isolated pattern having a width of 0.35 μm (on the image plane) and a line and space pattern (width = space = 0.35 μm) to a negative photoresist film, using a reduction projection exposure apparatus is shown. Shall be. The illumination method is a 50% annular illumination method.
【0042】図1(a),(b)に示すように、透明基
板1上の半透明膜にS=1.75μm幅の開口61aが
形成され、かつ半透明膜2上にはこの開口61aからL
=1.5μmの間隔でW=1.75μm幅の遮光膜13
aでなる補助パターンが形成されている。このような孤
立パターン部から寸法L2 だけ離れてS=1.75μm
幅の開口62aが間隔L1 =1.75μmで複数個平行
に設けられて、ラインアンドスペースパターンを構成し
ている。寸法L2 は少なくとも2S,好ましくは3S以
上の寸法とする。孤立パターンというのは、隣接する他
のパターンとの間の距離がある程度以上であって、フォ
トリソグラフィ的に見て相互影響が無視できる孤立した
パターンの意味で通常用いられているが、経験則として
孤立パターン寸法の少なくとも2倍、好ましくは3倍以
上離れていればよいとされている。As shown in FIGS. 1A and 1B, an opening 61a having a width of S = 1.75 μm is formed in the translucent film on the transparent substrate 1, and the opening 61a is formed on the translucent film 2. To L
= Light-shielding film 13 having a width of W = 1.75 μm at intervals of 1.5 μm
An auxiliary pattern a is formed. S = 1.75 μm at a distance L 2 from such an isolated pattern portion
A plurality of openings 62a having a width are provided in parallel at an interval L 1 = 1.75 μm to form a line and space pattern. Dimension L 2 is at least 2S, preferably with more dimensions 3S. An isolated pattern is usually used to mean an isolated pattern where the distance between adjacent patterns is more than a certain level and the mutual influence can be ignored from the viewpoint of photolithography. It is said that the distance should be at least twice, preferably three times or more the size of the isolated pattern.
【0043】なお、図示しないが、この遮光膜13aと
同時に形成された遮光膜がフォトマスク上の露光領域外
周部にある寸法以上の幅で遮光帯として形成されてお
り、本フォトマスクを用いて露光を行う際に、露光領域
外周部での光の漏れを防止するのは特開平6−2820
63号公報に記載の従来例と同様である。そして、本フ
ォトマスクを透過する光の振幅分布は、遮光膜13a部
分で“0”となるため、半透明基板(結像面)上の光強
度分布もライン・アンド・スペースパターンに近づき、
その結果焦点深度を拡大することができる。すなわち、
ハーフトーン位相シフトマスク本来のエッジ強調効果だ
けでなく、遮光膜13a(補助パターン)を配置して周
期性をもたせることによって、回折光の相互干渉を利用
するので周期パターンにおける焦点深度の拡大効果をも
たせることができる。Although not shown, a light-shielding film formed simultaneously with the light-shielding film 13a is formed as a light-shielding band having a width equal to or larger than the dimension at the outer peripheral portion of the exposure area on the photomask. It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-2820 to prevent light leakage at the outer peripheral portion of the exposure area during exposure.
This is the same as the conventional example described in JP-A-63-63. Since the amplitude distribution of the light transmitted through the photomask is “0” at the light shielding film 13a, the light intensity distribution on the translucent substrate (imaging plane) also approaches the line-and-space pattern,
As a result, the depth of focus can be increased. That is,
In addition to the original edge enhancement effect of the halftone phase shift mask, by providing the light shielding film 13a (auxiliary pattern) to provide periodicity, the mutual interference of diffracted light is used. Can be given.
【0044】このように本フォトマスクにおいては、孤
立スペースパターンに周期性をもたせることにより、そ
の露光特性を改善しているので、この遮光膜13aをパ
ターンの配置には適正値がある。通常ここで示したよう
に、遮光パターンの寸法W及び開口部と遮光パターン距
離Lは開口部の寸法と同一とすることが最適である。す
なわち、開口部と遮光パターンの間隔Lが狭いと、レン
ズで解像しなくなってハーフトーン方式位相シフト法の
エッジ強調効果がなくなり、また遮光パターンの幅Wが
狭すぎると周期性が失なわれてしまう。ここでは、これ
らの寸法は、結像面上で0.1μm以上が適切であっ
た。また、反対にこれらの寸法L,Wが大きすぎると孤
立開口パターンに周期性を与えて焦点深度の拡大をする
効果は小さくなり、0.8μm以下が適当であった。一
般に、これら寸法L,Wはλ/NAで規格化すると露光
条件に依存しない形で表すことができる。よって、孤立
開口の露光特性を改善するためには、これら寸法L,W
の適正範囲は、0.2×λ/NA<L,W<1.3×λ
/Nとなる。As described above, in the present photomask, the isolated space pattern is provided with periodicity to improve its exposure characteristics. Therefore, the arrangement of the pattern of the light shielding film 13a has an appropriate value. Usually, as shown here, it is optimal that the size W of the light shielding pattern and the distance L between the opening and the light shielding pattern are the same as the size of the opening. In other words, if the distance L between the opening and the light-shielding pattern is small, the lens cannot be resolved and the edge enhancement effect of the halftone phase shift method is lost, and if the width W of the light-shielding pattern is too narrow, periodicity is lost. Would. Here, it is appropriate that these dimensions are 0.1 μm or more on the imaging surface. On the other hand, if these dimensions L and W are too large, the effect of imparting periodicity to the isolated aperture pattern and expanding the depth of focus is reduced, and 0.8 μm or less is appropriate. Generally, when these dimensions L and W are normalized by λ / NA, they can be expressed in a manner independent of exposure conditions. Therefore, in order to improve the exposure characteristics of the isolated aperture, these dimensions L, W
Is 0.2 × λ / NA <L, W <1.3 × λ.
/ N.
【0045】図2に、本フォトマスクと従来のハーフト
ーン位相シフト方式のフォトマスクとを比較して、0.
35μm孤立パターンのシミュレーション結果を示す。
同図において、横軸は焦点位置であり、縦軸はパターン
のエッジ部でのログ・スローブ:δlnI(x)/δx
(ここに、lnは自然対数、I(x)は相対光強度、x
は半導体基板(結像面)上の位置である)を示してい
る。このログ・スローブ(image log−slo
pe)は露光後の感光性樹脂中の感光剤の濃度分布に関
係するため、このログ・スローブがあるしきい値以上で
パターンが解像すると考え、焦点深度を見積もることが
できる。通常のi線レジストでは、7以上のログスロー
ブでパターンが解像するので、図2より、従来0.7μ
m(これは焦点位置+/−の片側の値なのでレンジで
1.4μm)の焦点深度が、本フォトマスクにおいては
0.8μm(レンジで1.6μm)に拡大することが分
かる。FIG. 2 shows a comparison between the present photomask and a conventional halftone phase shift type photomask.
The simulation result of a 35-micrometer isolated pattern is shown.
In the figure, the horizontal axis is the focus position, and the vertical axis is the log slope at the edge of the pattern: δlnI (x) / δx.
(Where ln is the natural logarithm, I (x) is the relative light intensity, x
Denotes a position on the semiconductor substrate (imaging plane). This log slope (image log-slo)
Since pe) is related to the concentration distribution of the photosensitizing agent in the photosensitive resin after exposure, it is possible to estimate the depth of focus by assuming that the pattern is resolved at a certain log threshold or above a certain threshold value. In a normal i-line resist, the pattern is resolved with a log lobe of 7 or more.
It can be seen that the depth of focus of m (this is a value on one side of the focal position +/- and thus 1.4 μm in the range) expands to 0.8 μm (1.6 μm in the range) in the present photomask.
【0046】次に、本発明のフォトマスクの製造方法に
ついて図面を用いて説明する。図3に本フォトマスクの
主な製造工程を示す。これは、フォトマスク上の図1に
示した部分である。Next, a method of manufacturing a photomask according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows main manufacturing steps of the photomask. This is the portion shown on FIG. 1 on the photomask.
【0047】まず、図3(a)に示すように、透明基板
1上に酸窒化クロムの半透明膜2を成膜する。ここで、
酸窒化クロムの光学定数は成膜条件により異なるがハー
フトーン移相シフトマスク用としては、n=2.6,k
=0.7程度に設定される。そして、半透明膜2の厚さ
tは、t=λ/2(n−1)の式より、114nmと
し、位相差=180度,透過率=5%とする。この酸窒
化クロム膜は、アルゴンガス、酸素ガス及び窒素ガスと
を2:1:2の比で混合した圧力10Paの雰囲気中で
クロムをスパッタすることにより得られる。そして、こ
の半透明膜2のピンホール等の欠陥を検査した後、圧力
Paのアルゴンガスと酸素ガスとを1:1に混合した雰
囲気中でルテニウムをスパッタさせることによって、こ
の上に酸化ルテニウム膜を厚さ50nm、遮光膜13と
して成膜する。First, as shown in FIG. 3A, a translucent film 2 of chromium oxynitride is formed on a transparent substrate 1. here,
Although the optical constant of chromium oxynitride varies depending on the film forming conditions, for a halftone phase shift mask, n = 2.6 k
= 0.7 is set. The thickness t of the translucent film 2 is set to 114 nm, the phase difference is set to 180 degrees, and the transmittance is set to 5% from the equation of t = λ / 2 (n−1). This chromium oxynitride film is obtained by sputtering chromium in an atmosphere of a pressure of 10 Pa in which an argon gas, an oxygen gas and a nitrogen gas are mixed at a ratio of 2: 1: 2. After inspecting the translucent film 2 for defects such as pinholes, ruthenium is sputtered in an atmosphere in which an argon gas and an oxygen gas at a pressure of Pa are mixed at a ratio of 1: 1 to form a ruthenium oxide film thereon. Is formed as a light shielding film 13 with a thickness of 50 nm.
【0048】次に、電子ビーム露光用の感光性樹脂膜5
を塗布法により形成し、マスクパターンの描画(電子ビ
ーム露光)を行う。次に、現像して図3(b)に示すよ
うに、感光性樹脂膜5に開口61,62を形成した後、
酸素ガスを用いたドライエッチングにより、遮光膜13
を加工する。そして、図3(c)に示すように、この加
工された遮光膜13をエッチングマスクにし、半透明膜
2を塩素ガスを用いたドライエッチング(反応性イオン
エッチング)により加工する。そして、図3(d)に示
すように、いったん感光性樹脂膜5を剥離し、電子ビー
ム露光用の感光性樹脂膜7を形成した後、遮光膜のパタ
ーンを描画する。ここで、露光領域内には補助パターン
が描画され、特に図示しないが露光領域外周部には遮光
帯のパターンが描画される。次に、現像して、図3
(e)に示すように、感光性樹脂膜7aをマスクとして
再び酸素ガスを用いたドライエッチング(反応性イオン
エッチング)により、遮光膜13の加工を行い遮光膜1
3aによる補助パターンおよび露光領域周辺の遮光帯を
形成する。最後に、感光性樹脂膜7aを剥離し、図1
(a),(b)に示すようなフォトマスクを得る。な
お、室温で安定な酸化ルテニウムは、反応性イオンエッ
チングで一層酸化されて揮発性のRnO4 などになって
エッチングされると考えられる。Next, a photosensitive resin film 5 for electron beam exposure
Is formed by a coating method, and a mask pattern is drawn (electron beam exposure). Next, after developing to form openings 61 and 62 in the photosensitive resin film 5 as shown in FIG.
The light shielding film 13 is formed by dry etching using oxygen gas.
To process. Then, as shown in FIG. 3C, the translucent film 2 is processed by dry etching (reactive ion etching) using chlorine gas using the processed light shielding film 13 as an etching mask. Then, as shown in FIG. 3D, the photosensitive resin film 5 is once peeled off, a photosensitive resin film 7 for electron beam exposure is formed, and then a pattern of a light shielding film is drawn. Here, an auxiliary pattern is drawn in the exposure area, and a light-shielding band pattern is drawn on the outer periphery of the exposure area (not shown). Next, after developing, FIG.
As shown in (e), the light shielding film 13 is processed by dry etching (reactive ion etching) using oxygen gas again using the photosensitive resin film 7a as a mask.
An auxiliary pattern by 3a and a light-shielding band around the exposure area are formed. Finally, the photosensitive resin film 7a is peeled off, and FIG.
A photomask as shown in (a) and (b) is obtained. It is considered that ruthenium oxide that is stable at room temperature is further oxidized by reactive ion etching to become volatile RnO 4 or the like and is etched.
【0049】本フォトマスクの製造方法においては、遮
光膜13および半透明膜2ともドライエッチングで加工
されているので、従来のウェットエッチングを用いる方
法に比べ、寸法精度が向上するという利点がある。ま
た、酸化ルテニウムは酸・アルカリにたいする耐薬品性
が高く、従来のマスク洗浄方法でも問題は生じない。ま
た、クロムは従来からフォトマスク製造に使用されてい
るウェットエッチングで、また酸化ルテニウムは酸素を
主成分としたドライエッチングで除去可能なため石英な
どの透明基板にダメージを与えることなくいずれも剥離
できる。そのため、最終工程の検査で異常が発見されて
も、いったん遮光膜及び半透明膜を剥離し、透明基板を
再利用することが可能となっている。In the photomask manufacturing method, since both the light shielding film 13 and the translucent film 2 are processed by dry etching, there is an advantage that the dimensional accuracy is improved as compared with the conventional method using wet etching. Further, ruthenium oxide has high chemical resistance to acids and alkalis, and does not cause any problem even in a conventional mask cleaning method. In addition, chromium can be removed by wet etching conventionally used in photomask manufacturing, and ruthenium oxide can be removed by dry etching containing oxygen as a main component, so that any can be peeled off without damaging a transparent substrate such as quartz. . Therefore, even if an abnormality is found in the inspection in the final step, the light-shielding film and the translucent film are once peeled off, and the transparent substrate can be reused.
【0050】図4に本発明の第2の実施の形態のフォト
マスクの断面図を示す。FIG. 4 is a sectional view of a photomask according to the second embodiment of the present invention.
【0051】本実施の形態は、通常のフォトマスクにお
いて、孤立パターンと周期パターンが混在するフォトマ
スクを改良したものである。This embodiment is an improvement of a normal photomask in which an isolated pattern and a periodic pattern are mixed.
【0052】第1の実施の形態と同様に倍率1/5、N
A=0.6,σ=0.6のi線縮小投影露光装置を用い
て、結像面上で0.35μm幅の孤立パターン、幅及び
スペースが0.35μmのラインアンドスペースパター
ンをポジ型フォトレジスト膜に転写するフォトマスクで
ある。又、照明法は50%輪帯照明法とする。As in the first embodiment, the magnification is 1/5 and N
Using an i-line reduction projection exposure apparatus with A = 0.6 and σ = 0.6, a positive pattern of an isolated pattern having a width of 0.35 μm and a line and space pattern having a width and space of 0.35 μm on an image forming surface is obtained. This is a photomask to be transferred to a photoresist film. The illumination method is a 50% annular illumination method.
【0053】孤立パターン部に幅1.75μmの遮光膜
3a、ラインアンドスペース部に幅1.75μmの遮光
膜3bが間隔1.75μmで複数個設けられている。ラ
インアンドスペース部には全面に半透明膜でなる透過率
制御膜8aが設けられている。A light-shielding film 3a having a width of 1.75 μm is provided in the isolated pattern portion, and a plurality of light-shielding films 3b having a width of 1.75 μm are provided in the line and space portion at an interval of 1.75 μm. A transmittance control film 8a made of a translucent film is provided on the entire surface of the line and space portion.
【0054】フォトリソグラフィにおいては、パターン
の粗密により、同じマスクパターン寸法でも半導体基板
上に形成される感光性樹脂膜のパターン寸法が異なるこ
とが知られている(近接効果)。近接効果には、パター
ンの粗密による寸法変化、ライン先端の縮み、コーナー
部の丸まり、ラインとスペースの寸法差等の様々な種類
があるが、もっとも良く知られているものはパターン粗
密による寸法変化、特にラインアンドスペースパターン
と孤立ラインパターンの寸法差である。図5に第2の実
施の形態における結像面上での光強度分布(相対光強
度:十分に広い透明領域中央の光強度を1として規格化
した値)を示す。同図では半導体基板上の位置=0.1
75μmがマスクパターンのエッジとなっている(0〜
0.175μmが遮光部、0.175〜0.35μmが
透明部)。ラインアンドスペースパターンが寸法どおり
に形成される光強度レベルは0.297であり、一方孤
立パターンが寸法どおりとなる光強度レベルは0.19
6となっている。よって、同一露光量では、ラインアン
ドスペースパターンより孤立パターンの方が太くなり、
ラインアンドスペースパターンを0.35μmとする
と、孤立ラインは0.41μmと0.06μmも太くな
ることが分かる。そこでこの近接効果を補正するため
に、ラインアンドスペースパターン部に透過率67%の
半透明膜(8a)を成膜することにより、ラインアンド
スペースパターンと孤立パターンの寸法差をなくすこと
ができる(ラインアンドスペース部分の透過率を67%
とすると、パターンエッジでの相対光強度は0.297
×67%=0.196となり孤立パターンと同じにな
る)。In photolithography, it is known that the pattern size of a photosensitive resin film formed on a semiconductor substrate differs even with the same mask pattern size due to the density of the pattern (proximity effect). There are various types of proximity effects such as dimensional change due to pattern density, shrinkage of line tip, rounded corners, and dimensional difference between line and space.The most well-known is dimensional change due to pattern density. In particular, the dimensional difference between the line-and-space pattern and the isolated line pattern. FIG. 5 shows a light intensity distribution (relative light intensity: a value obtained by standardizing the light intensity at the center of a sufficiently wide transparent area as 1) on the image plane according to the second embodiment. In the figure, the position on the semiconductor substrate = 0.1
75 μm is the edge of the mask pattern (0 to 0
0.175 μm is a light-shielding portion, and 0.175 to 0.35 μm is a transparent portion). The light intensity level at which the line and space pattern is formed to size is 0.297, while the light intensity level at which the isolated pattern is formed to size is 0.19.
It is 6. Therefore, at the same exposure, the isolated pattern becomes thicker than the line and space pattern,
Assuming that the line and space pattern is 0.35 μm, the isolated line becomes 0.41 μm and 0.06 μm thicker. Therefore, in order to correct the proximity effect, a translucent film (8a) having a transmittance of 67% is formed on the line and space pattern portion, so that the dimensional difference between the line and space pattern and the isolated pattern can be eliminated ( 67% line and space transmittance
Then, the relative light intensity at the pattern edge is 0.297
× 67% = 0.196, which is the same as an isolated pattern).
【0055】ここで、この透過率制御膜により位相差が
生じると、半透明膜のエッジ近傍で、位相の異なる光同
士が干渉により暗部が形成されてしまう。よって、透過
率制御膜により生じる位相差(t×360×(n1−
1)/λ度、ここにtは透過率制御膜の膜厚,nは屈折
率)は少ないほど良く、透過率制御膜のエッジ近傍のパ
ターンに影響を及ぼさないためには、少なくとも位相差
は90度以下でなければならず、その為には、半透明膜
の膜厚tはt<λ/4(n−1)とすればよい。本実施
の形態ではn=2.0、t=12nm、位相差は11.
8とする。Here, if a phase difference occurs due to the transmittance control film, dark portions are formed near the edges of the translucent film due to interference between lights having different phases. Therefore, the phase difference (t × 360 × (n1-
1) / λ degrees, where t is the film thickness of the transmittance control film, and n is the refractive index), the smaller the better, the more the phase difference should be at least in order not to affect the pattern near the edge of the transmittance control film. It must be 90 degrees or less, and for that purpose, the thickness t of the translucent film may be set to t <λ / 4 (n−1). In this embodiment, n = 2.0, t = 12 nm, and the phase difference is 11.
8 is assumed.
【0056】次に、第2の実施の形態の製造方法につい
て説明する。まず、圧力10Paのアルゴンと酸素ガス
を2:1で混合した雰囲気中でルテニウムをスパッタす
ることにより、図6(a)に示すように、厚さ12nm
の酸化ルテニウム膜8を成膜する。この酸化ルテニウム
膜は前述した透過率制御膜(i線に対する透過率67
%)となるので、位相差は、なるべく生じない方が好ま
しいので、酸素圧力を低くしてk値を大きくし、n値は
2.0と小さくする。透過率および欠陥の検査後、その
上にクロム膜(厚さ70nm)と酸化クロム膜(厚さ3
0nm)の積層膜でなる遮光膜3を成膜する。Next, a manufacturing method according to the second embodiment will be described. First, ruthenium is sputtered in an atmosphere of a mixture of argon and oxygen gas at a pressure of 10 Pa at a ratio of 2: 1 to form a film having a thickness of 12 nm as shown in FIG.
Of the ruthenium oxide film 8 is formed. This ruthenium oxide film is made of the above-described transmittance control film (having a transmittance of 67 for i-line).
%), It is preferable that the phase difference does not occur as much as possible. Therefore, the oxygen pressure is reduced to increase the k value, and the n value is reduced to 2.0. After inspecting the transmittance and defects, a chromium film (thickness: 70 nm) and a chromium oxide film (thickness: 3 nm) are formed thereon.
The light-shielding film 3 made of a laminated film having a thickness of 0 nm is formed.
【0057】そして、図6(b)に示すように、電子ビ
ーム露光用の感光性樹脂膜63を塗布法で形成し、遮光
パターンの描画を行う。そして、図6(c)に示すよう
に、現像により感光性樹脂膜63aのパターンを形成
し、塩素ガスを用いたドライエッチングにより、遮光膜
パターンに加工する。そして、感光性樹脂膜63aをい
ったん剥離し、遮光パターンの検査・修正後、図6
(d)に示すように、再び感光性樹脂膜64を塗布法に
より形成し、半透明パターンの描画を行う。そして、現
像し感光性樹脂64aの所定のパターン(ラインアンド
スペースパターン部を被覆する)を形成した後、酸素ガ
スを用いたドライエッチングにより透過率制御膜8aを
形成する。最後に、感光性樹脂膜64aを再び剥離し、
図4に示すフォトマスクを得る。なお、透過率制御膜8
aで生じる位相差が180度に近くなると、透過率制御
膜のパターンエッジで異なる位相差の光同士の打ち消し
合いで遮光部が形成され不用なパターンが半導体基板上
に形成されてしまう。しかし、本実施の形態では透過率
制御膜8aでは位相差は11.8度しか生じていないの
で、このパターンエッジ分で悪影響が生じることはな
い。Then, as shown in FIG. 6B, a photosensitive resin film 63 for electron beam exposure is formed by a coating method, and a light-shielding pattern is drawn. Then, as shown in FIG. 6C, a pattern of the photosensitive resin film 63a is formed by development, and processed into a light-shielding film pattern by dry etching using chlorine gas. Then, the photosensitive resin film 63a is once peeled off, and the light-shielding pattern is inspected and corrected.
As shown in (d), a photosensitive resin film 64 is formed again by a coating method, and a translucent pattern is drawn. Then, after developing and forming a predetermined pattern (covering the line and space pattern portion) of the photosensitive resin 64a, the transmittance control film 8a is formed by dry etching using oxygen gas. Finally, the photosensitive resin film 64a is peeled off again,
The photomask shown in FIG. 4 is obtained. The transmittance control film 8
When the phase difference generated in step (a) approaches 180 degrees, light shielding portions are formed by canceling out light beams having different phase differences at the pattern edge of the transmittance control film, and an unnecessary pattern is formed on the semiconductor substrate. However, in the present embodiment, since only a phase difference of 11.8 degrees occurs in the transmittance control film 8a, there is no adverse effect on the pattern edge.
【0058】本フォトマスクにおいては、透過率制御膜
の加工を特に酸素ガスを用いたドライエッチングで行っ
ているので、遮光膜3a(酸化クロム)は全くダメージ
を受けない。例えば、酸化クロムはフッ素ガスを用いた
ドライエッチングでエッチング速度は遅いものの、エッ
チングされ、その反応物がエッチング中の表面に付着し
表面の荒れを発生させることから知られている。しか
し、本実施の形態ではこのような酸化クロムのエッチン
グの問題はない。また、ウェットエッチングのように半
透明膜にサイドエッチングを生じさせることもない。サ
イドエッチングが生じると、半透明膜から遮光膜が突き
出た形状になり、異物の付着あるいは遮光膜の破損等の
問題を生じさせてしまう。In the present photomask, since the processing of the transmittance control film is performed by dry etching particularly using oxygen gas, the light shielding film 3a (chromium oxide) is not damaged at all. For example, chromium oxide is known to be etched by dry etching using a fluorine gas, although the etching rate is low, but the reactant adheres to the surface being etched and causes surface roughness. However, in this embodiment, there is no problem of such etching of chromium oxide. Further, side etching does not occur in the translucent film unlike wet etching. When the side etching occurs, the light shielding film protrudes from the translucent film, which causes problems such as attachment of foreign matter and damage of the light shielding film.
【0059】次に、本発明の第3の実施の形態について
その製造工程に沿って説明する。ここでは、第2の実施
の形態と同様に0.35μmパターンのラインアンドス
ペース部分と孤立パターン部分がフォトマスク上に形成
されるものとする。Next, a third embodiment of the present invention will be described along its manufacturing steps. Here, it is assumed that the line and space portion and the isolated pattern portion of the 0.35 μm pattern are formed on the photomask as in the second embodiment.
【0060】実際の半導体基板上でのパターン形成にお
いては、半導体基板の構造、段差および露光装置のレン
ズの収差或いはフォトマスク自体の寸法誤差の影響によ
り、シミュレーションとは異なる感光性樹脂のパターン
形状および寸法となってしまう。ここではラインアンド
スペースと孤立ラインの寸法差を考えているが、たとえ
ばラインアンドスペース部分が半導体基板の段差の上部
に位置し、孤立ラインが段差の下部に位置する場合、回
転塗布法により塗布される感光性樹脂の膜厚の差によ
り、先に示した寸法差以上に孤立ラインが太くなること
がある。In the actual pattern formation on the semiconductor substrate, the pattern shape of the photosensitive resin differs from that of the simulation due to the influence of the structure of the semiconductor substrate, the level difference, the aberration of the lens of the exposure apparatus or the dimensional error of the photomask itself. It becomes dimensions. Here, the dimensional difference between the line and space and the isolated line is considered. For example, when the line and space portion is located above the step of the semiconductor substrate and the isolated line is located below the step, coating is performed by a spin coating method. Depending on the difference in the thickness of the photosensitive resin, the isolated line may be thicker than the dimensional difference described above.
【0061】そこで、本実施の形態においては、まず、
図7(a)に示す、従来の石英製の透明基板1上にクロ
ム及び酸化クロムの遮光膜3bのパターンが形成された
フォトマスクを用いて、実際の半導体基板上で露光を行
い、半導体基板上に形成される感光性樹脂パターンの寸
法を測定する。そして、その寸法差を補正するための透
過率をシミュレーションにより求め、図7(b)に示す
ように、所定の膜厚の酸化ルテニウム8を透過率制御膜
用として成膜する。そして、図7(c)に示すように、
感光性樹脂膜65を塗布し、透過率制御膜のパターンの
描画を行う。そして、図7(d)に示すように、現像に
より感光性樹脂膜65aのパターンを形成し、酸素ガス
を用いたドライエッチングにより透過率制御膜8bを形
成する。最後に、感光性樹脂膜65aを剥離し、図7
(e)に示すフォトマスクを得る。Therefore, in this embodiment, first,
Exposure is performed on an actual semiconductor substrate using a photomask in which a pattern of a chromium and chromium oxide light-shielding film 3b is formed on a conventional quartz transparent substrate 1 shown in FIG. The dimensions of the photosensitive resin pattern formed thereon are measured. Then, a transmittance for correcting the dimensional difference is obtained by simulation, and as shown in FIG. 7B, a predetermined thickness of ruthenium oxide 8 is formed as a transmittance control film. Then, as shown in FIG.
A photosensitive resin film 65 is applied, and a pattern of a transmittance control film is drawn. Then, as shown in FIG. 7D, a pattern of the photosensitive resin film 65a is formed by development, and a transmittance control film 8b is formed by dry etching using oxygen gas. Finally, the photosensitive resin film 65a is peeled off, and FIG.
A photomask shown in FIG.
【0062】本フォトマスクにおいては、あらかじめ予
測不可能な、半導体基板の下地膜厚の誤差、フォトマス
ク上遮光パターンの寸法誤差等を考慮してフォトマスク
上の透過率を制御しているので、さらに寸法差を正確に
補正できるという利点がある。また、従来のクロム系材
料を用いたフォトマスクを、同様に本手法を用いて補正
することもできるので、これまで作成したフォトマスク
を有効に利用できるという利点もある。In the present photomask, the transmittance on the photomask is controlled in consideration of the unpredictable error in the thickness of the underlayer of the semiconductor substrate, the dimensional error of the light-shielding pattern on the photomask, and the like. Further, there is an advantage that the dimensional difference can be accurately corrected. In addition, since a photomask using a conventional chromium-based material can be similarly corrected by using the present method, there is an advantage that the photomask created so far can be effectively used.
【0063】以上、周期パターンの代表例としてライン
アンドスペースパターンを用いて説明したが、本発明は
任意の周期パターンを有するものに適用できる。Although a line-and-space pattern has been described as a typical example of the periodic pattern, the present invention can be applied to a pattern having an arbitrary periodic pattern.
【0064】又、ルテニウム膜や酸化ルテニウム膜を遮
光膜に用い、酸化クロム膜を半透明膜に用いることもで
きる。更に、フォトマスクの製造方法としては、以上説
明したものの外に遮光膜と半透明膜とを有する任意のフ
ォトマスクに適用できる。例えば、特開平6−2020
63号公報に記載された遮光帯を半透明膜上に有するも
のや、特開昭62−291660号公報に記載された大
きなラインアンドスペースパターン部に半透明の透過率
制御膜を設けたものの製造に適用できる。遮光膜をクロ
ム系(又はルテニウム系)で形成し、半透明膜をルテニ
ウム系(又はクロム系)で形成し、クロム系膜を塩素を
主成分とするガスを用いた反応性イオンエッチングでパ
ターニングし、ルテニウム系膜を酸素を主成分とするガ
スを用いた反応性イオンエッチングでパターニングすれ
ばよいのである。Further, a ruthenium film or a ruthenium oxide film can be used as a light shielding film, and a chromium oxide film can be used as a translucent film. Further, the method for manufacturing a photomask can be applied to any photomask having a light-shielding film and a translucent film in addition to those described above. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-2020
No. 63 having a light-shielding band on a semi-transparent film, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-291660 having a large line-and-space pattern provided with a translucent transmittance control film. Applicable to The light-shielding film is formed of chromium (or ruthenium), the translucent film is formed of ruthenium (or chromium), and the chromium-based film is patterned by reactive ion etching using a gas containing chlorine as a main component. The ruthenium-based film may be patterned by reactive ion etching using a gas containing oxygen as a main component.
【0065】[0065]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1のフ
ォトマスクは、孤立パターン部と周期パターン部の混在
したハーフトーン位相シフト方式のフォトマスクにおけ
る孤立パターン部の第1の開口の近くの半透明膜上に遮
光性の補助パターンを設けることにより、孤立パターン
部の焦点深度を拡大できる。従って、孤立パターンと周
期パターンの双方を精度よくフォトレジスト膜へ転写で
きるという効果がある。As described above, the first photomask of the present invention is located near the first opening of the isolated pattern portion in the halftone phase shift type photomask in which the isolated pattern portion and the periodic pattern portion are mixed. By providing the light-shielding auxiliary pattern on the semi-transparent film, the depth of focus of the isolated pattern portion can be increased. Therefore, there is an effect that both the isolated pattern and the periodic pattern can be accurately transferred to the photoresist film.
【0066】本発明第2のフォトマスクは、孤立パター
ン部と周期パターン部の混在した通常のフォトマスクに
おいて、周期パターン部に半透明の透過率制御膜を設け
ることにより、結像面における光強度分布が孤立パター
ンと周期パターンとで異なりポジ型フォトレジスト膜の
転写パターンの線幅が孤立パターン部で相対的に太くな
る近接効果を補正できる。従って、孤立パターンと周期
パターンの双方を精度よく転写できるという効果があ
る。In the second photomask of the present invention, the light intensity on the image forming surface is obtained by providing a translucent transmittance control film in the periodic pattern portion in a normal photomask in which the isolated pattern portion and the periodic pattern portion are mixed. The proximity effect in which the distribution differs between the isolated pattern and the periodic pattern and the line width of the transfer pattern of the positive photoresist film becomes relatively large in the isolated pattern portion can be corrected. Therefore, there is an effect that both the isolated pattern and the periodic pattern can be accurately transferred.
【0067】このような、遮光膜及び半透明膜を有する
フォトマスクを製造する場合に、遮光膜と半透明膜のい
ずれか一方をルテニウム系材料で形成し、他方をクロム
系の材料で形成し、前者を酸素を主成分とするガス、後
者を塩素を主成分とするガスを用いた反応性イオンエッ
チングでパターニングすることにより、それぞれ大きな
選択比で除去できる。In manufacturing such a photomask having a light-shielding film and a translucent film, one of the light-shielding film and the translucent film is formed of a ruthenium-based material, and the other is formed of a chromium-based material. By patterning the former by reactive ion etching using a gas containing oxygen as a main component and the latter by using a gas containing chlorine as a main component, it is possible to remove them with a large selectivity.
【0068】従って、相互に悪影響を与えることなく再
現性よくフォトマスクを形成できる効果がある。Therefore, there is an effect that a photomask can be formed with good reproducibility without adversely affecting each other.
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す平面図(図1
(a))、図1(a)のA−A線断面図(図1
(b))、透過光の振幅分布を示すグラフ(図1
(c))、結像面における光強度分布を示すグラフ(図
1(d))。FIG. 1 is a plan view (FIG. 1) showing a first embodiment of the present invention;
(A)), a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
(B)), a graph showing the amplitude distribution of transmitted light (FIG. 1)
(C)), a graph showing the light intensity distribution on the image plane (FIG. 1 (d)).
【図2】第1の実施の形態について説明するためのグラ
フ。FIG. 2 is a graph for explaining the first embodiment.
【図3】第1の実施の形態の製造方法について説明する
ための(a)〜(e)に分図して示す工程順断面図。3A to 3E are cross-sectional views in the order of steps, illustrating the manufacturing method according to the first embodiment;
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
【図5】第2の実施の形態について説明するためのグラ
フ。FIG. 5 is a graph for explaining a second embodiment.
【図6】第2の実施の形態の製造方法について説明する
ための(a)〜(e)に分図して示す工程順断面図。FIGS. 6A to 6E are cross-sectional views in the order of steps, illustrating the manufacturing method according to the second embodiment; FIGS.
【図7】本発明の第3の実施の形態について説明するた
めの(a)〜(e)に分図して示す工程順断面図。FIGS. 7A to 7E are cross-sectional views in the order of steps for explaining a third embodiment of the present invention.
【図8】通常の照明法における絞りの平面図(図8
(a))、光学系の模式図(図8(b))、輪帯照明法
の絞りの平面図(図8(c))、光学系の模式図(図8
(d))。8 is a plan view of an aperture in a normal illumination method (FIG. 8)
(A)), a schematic diagram of the optical system (FIG. 8 (b)), a plan view of the diaphragm in the annular illumination method (FIG. 8 (c)), and a schematic diagram of the optical system (FIG. 8).
(D)).
【図9】従来のハーフトーン位相シフト方式のフォトマ
スクの平面図(図9(a))、図9(a)のA−A線断
面図(図9(b))、透過光の振幅分布を示すグラフ
(図9(c))、結像面上の光強度分布を示すグラフ
(図9(d))。9 is a plan view of a conventional halftone phase shift type photomask (FIG. 9A), a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 9A (FIG. 9B), and an amplitude distribution of transmitted light. (FIG. 9C) and a graph showing the light intensity distribution on the image plane (FIG. 9D).
【図10】従来の通常のフォトマスクの平面図(図10
(a))、図10(a)のA−A線断面図(図10
(b))、透過光の振幅分布を示すグラフ(図10
(c))、結像面上の光強度分布を示すグラフ(図10
(d))。FIG. 10 is a plan view of a conventional ordinary photomask (FIG. 10);
(A)), a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
(B)), a graph showing the amplitude distribution of transmitted light (FIG. 10)
(C)), a graph showing the light intensity distribution on the image plane (FIG. 10)
(D)).
1 透明基板 2 半透明膜 3,3a,3b,13,13a 遮光膜 5 感光性樹脂膜 61 開口 62,62a 開口 7,7a 感光性樹脂膜 63,63a 感光性樹脂膜 64,64a 感光性樹脂膜 65,65a 感光性樹脂膜 8,8a,8b 半透明膜 100 フォトマスク 101 フライアレンズ 102A,102B 絞り 103 投影レンズ 104 半導体基板(フォトレジスト膜) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Translucent film 3, 3a, 3b, 13, 13a Light shielding film 5 Photosensitive resin film 61 Opening 62, 62a Opening 7, 7a Photosensitive resin film 63, 63a Photosensitive resin film 64, 64a Photosensitive resin film 65, 65a Photosensitive resin film 8, 8a, 8b Translucent film 100 Photomask 101 Flyer lens 102A, 102B Stop 103 Projection lens 104 Semiconductor substrate (photoresist film)
Claims (8)
た第1の開口を含む孤立パターン部と、前記第1の開口
から少なくとも一定寸法離された領域の前記半透明膜に
所定のピッチで周期的に配列された複数の第2の開口を
含む周期パターン部とを有する微細パターン転写用のフ
ォトマスクであって、前記半透明膜の膜厚を、その屈折
率をn、転写時の露光光の波長をλとして、λ/2(n
−1)に設定するとともに前記周期パターン部での回折
光の相互干渉を利用して転写するハーフトーン位相シフ
ト方式のフォトマスクにおいて、前記第1の開口から所
定寸法L離れて幅Wの遮光膜でなる補助パターンが設け
られ、前記L及びWが0.2λ/NA超過、1.3λ/
NA未満(NAはそれぞれ露光装置の開口数)であるこ
とを特徴とするフォトマスク。An isolated pattern portion including a first opening provided in a semi-transparent film covering a transparent substrate, and a predetermined pitch between the semi-transparent film in an area at least a predetermined distance from the first opening. A micropattern transfer photomask having a periodic pattern portion including a plurality of second openings periodically arranged in a semi-transparent film. Assuming that the wavelength of the exposure light is λ, λ / 2 (n
In a halftone phase shift type photomask which is set to -1) and is transferred by utilizing mutual interference of diffracted light in the periodic pattern portion, a light shielding film having a width W separated by a predetermined distance L from the first opening. Where L and W exceed 0.2λ / NA, 1.3λ /
A photomask characterized by being smaller than NA (NA is the numerical aperture of an exposure apparatus, respectively).
しい請求項1記載のフォトマスク。2. The photomask according to claim 1, wherein L and W are each equal to the width of the first opening.
ム系)の半透明膜とルテニウム系(又はクロム系)の遮
光膜を順次に被着する工程と、酸素(又は塩素)を主成
分とするガスを用いた反応性イオンエッチングにより前
記遮光膜を選択的に除去して第1の開口及び前記第1の
開口から少なくとも一定寸法離れた領域に所定のピッチ
で周期的に配列された複数の第2の開口を設ける第1の
リソグラフィ工程と、前記遮光膜をマスクとして塩素
(又は酸素)を主成分とするガスを用いた反応性イオン
エッチングにより前記半透明膜を除去する工程と、再び
酸素(又は塩素)を主成分とするガスを用いた反応性イ
オンエッチングにより前記遮光膜を選択的に除去して前
記第1の開口からLだけ離れた幅Wの前記遮光膜を残す
第2のリソグラフィ工程とを有することを特徴とする請
求項1又は2記載のフォトマスクの製造方法。3. A step of sequentially applying a chromium-based (or ruthenium-based) translucent film and a ruthenium-based (or chromium-based) light-shielding film on a transparent substrate; The light-shielding film is selectively removed by reactive ion etching using a gas to be removed, and the plurality of first openings and a plurality of the light-shielding films periodically arranged at a predetermined pitch in an area at least a fixed distance from the first openings. A first lithography step of providing a second opening, a step of removing the translucent film by reactive ion etching using a gas containing chlorine (or oxygen) as a main component using the light-shielding film as a mask, A second lithography in which the light-shielding film is selectively removed by reactive ion etching using a gas containing (or chlorine) as a main component to leave the light-shielding film having a width W separated from the first opening by L. Engineering 3. The method of manufacturing a photomask according to claim 1, further comprising the steps of:
遮光体と、前記第1の遮光体から少なくとも一定寸法離
れた領域に所定のピッチで周期的に配列された複数の第
2の遮光体と、隣接する2つの前記遮光体間の前記透明
基板表面を被覆する半透明の透過率制御膜とを有し、前
記透過率制御膜の膜厚が、その屈折率をn、露光光の波
長をλとして、λ/4(n−1)未満であることを特徴
とするフォトマスク。4. A first light shield selectively provided on a transparent substrate, and a plurality of second light shields periodically arranged at a predetermined pitch in an area at least a predetermined dimension away from the first light shield. And a translucent transmittance control film that covers the surface of the transparent substrate between the two adjacent light shields. The thickness of the transmittance control film is such that the refractive index is n and the exposure is n. A photomask, wherein λ is less than λ / 4 (n−1), where λ is the wavelength of light.
系)の半透明膜及びクロム系(又はルテニウム系)の遮
光膜を順次に被着する工程と、酸素(又は塩素)を主成
分とするガスを用いた反応性イオンエッチングを用いて
前記遮光膜を選択的に除去して第1の遮光体及びこれか
ら少なくとも一定寸法離れた領域に所定のピッチで周期
的に配列された複数の第2の遮光体とを形成する第1の
リソグラフィ工程と、前記第2の遮光体が設けられてい
る領域外で前記第1の遮光体で被覆されていない領域の
前記半透明膜を塩素(又は酸素)を主成分とするガスを
用いた反応性イオンエッチングにより選択的に除去する
第2のリソグラフィ工程とを有し、前記半透明膜の膜厚
が、その屈折率をn、露光光の波長をλとして、λ/4
(n−1)未満であることを特徴とするフォトマスクの
製造方法。5. A step of sequentially applying a ruthenium (or chromium) translucent film and a chromium (or ruthenium) light-shielding film on a transparent substrate, and comprising oxygen (or chlorine) as a main component. The light-shielding film is selectively removed using reactive ion etching using a gas to form a first light-shielding body and a plurality of second light-shielding bodies periodically arranged at a predetermined pitch in an area at least a predetermined distance from the first light-shielding body. A first lithography step of forming a light-shielding body, and applying a chlorine (or oxygen) to the translucent film in a region outside the region where the second light-shielding member is provided and not covered with the first light-shielding member. A second lithography step of selectively removing by reactive ion etching using a gas containing, as a main component, the thickness of the semi-transparent film, the refractive index thereof being n, and the wavelength of exposure light being λ. As λ / 4
(N-1).
系)の遮光膜を被着する工程と、酸素(又は塩素)を主
成分とするガスを用いた反応性イオンエッチングにより
前記遮光膜を選択的に除去して第1の遮光体及びこれか
ら少なくとも一定寸法離れた領域に所定のピッチで周期
的に配列された複数の第2の遮光体とを形成する第1の
リソグラフィ工程と、全面にルテニウム系(又はクロム
系)の半透明膜を形成する工程と、前記第2の遮光体が
設けられている領域外の前記半透明膜を塩素(又は酸
素)を主成分とするガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより除去する第2のリソグラフィ工程とを有し、前
記半透明膜の膜厚が、その屈折率をn、露光光の波長を
λとして、λ/4(n−1)未満であることを特徴とす
るフォトマスクの製法方法。6. A step of depositing a chromium-based (or ruthenium-based) light-shielding film on a transparent substrate and selecting the light-shielding film by reactive ion etching using a gas containing oxygen (or chlorine) as a main component. A first lithography step of forming a first light-shielding body and a plurality of second light-shielding bodies periodically arranged at a predetermined pitch in a region at least a certain distance away from the first light-shielding body; Forming a semi-transparent film based on chromium (or chromium) and reacting the semi-transparent film outside the region where the second light-shielding member is provided with a gas containing chlorine (or oxygen) as a main component. A second lithography step of removing by semi-conductive ion etching, wherein the thickness of the translucent film is less than λ / 4 (n−1), where n is the refractive index and λ is the wavelength of the exposure light. Photomask manufacturing method characterized by the following: Law.
系)の遮光膜を形成する工程と、塩素を主成分とするガ
ス(又は酸素を主成分とするガス)を用いる反応性イオ
ンエッチングにより前記遮光膜をパターニングする工程
と、ルテニウム系(又はクロム系)の半透明膜を形成す
る工程と、酸素を主成分とするガス(又は塩素を主成分
とするガス)を用いる反応性イオンエッチングにより前
記半透明膜をパターニングする工程とを有することを特
徴とするフォトマスクの製造方法。7. A step of forming a chromium (or ruthenium) light-shielding film on a transparent substrate and reactive ion etching using a gas containing chlorine as a main component (or a gas containing oxygen as a main component). Patterning a light-shielding film, forming a ruthenium-based (or chromium-based) translucent film, and performing reactive ion etching using a gas containing oxygen as a main component (or a gas containing chlorine as a main component). Patterning a translucent film.
び又は窒素を含むガス雰囲気中でスパッタさせて半透明
膜及び遮光膜を形成する請求項2,4,5,6又は7記
載のフォトマスクの製造方法。8. The method of manufacturing a photomask according to claim 2, wherein the translucent film and the light-shielding film are formed by sputtering chromium and ruthenium in a gas atmosphere containing oxygen and / or nitrogen, respectively. .
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