JP2986098B2

JP2986098B2 - サブ波長構造を使用する多位相フォト・マスク

Info

Publication number: JP2986098B2
Application number: JP22878698A
Authority: JP
Inventors: ソング・ペン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-13
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2018-08-13
Also published as: KR100297081B1; KR19990023707A; US5840447A; JPH11119412A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路の形成の
ためのフォトリソグラフィにおいて使用される位相シフ
ト・マスクに関し、特に、位相シフト・マスクに起因す
る強度ゼロ点を排除するために、隣接する位相シフト・
マスク領域間に異なる位相の転移領域を形成する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の製造において、マスク上に引
かれるパターンのイメージを再生するためにフォトリソ
グラフィが使用される。このイメージはフォトレジスト
の薄層上に形成され、フォトレジスト自身は、特にエッ
チングされる製作物、例えば二酸化ケイ素のウエハの層
上に付着される。露光後、ポジティブ・レジストの場
合、レジストの照射領域が好適な現像液により溶解され
る。逆に、ネガティブ・レジストの場合には、非照射領
域が溶解される。

【０００３】半導体素子は高度に集積化されるので、高
精度で微細なレジスト・パターンを形成するフォトリソ
グラフィ技術が精力的に研究されてきた。図１はこうし
たパターン形成において一般に使用される、縮小投影露
光装置を示す図である。

【０００４】露光装置では、所定の厚さを有するレジス
トが付着されるウエハ１５が、ウエハ・ステージ１４上
に置かれる。フォトマスク上には所定のマスク・パター
ン、すなわちレチクル１２が形成され、光源１１からの
光がフォトマスクを通過する。光が次に縮小投影レンズ
１３を通じてウエハ１５上のレジスト上に投影される。
更に、θ₁は光軸とウエハの交点を、投影レンズの射出
ひとみの半径に結合することにより形成される角度を指
定する。

【０００５】一般に、縮小投影露光装置の分解能（Ｒ）
の限界は、投影レンズの開口数（ＮＡ＝sinθ₁）、及び
光の波長（γ）により、次式（１）のように表される。
ここでｋ₁はレジスト性能を示す定数である。

【数３】Ｒ＝ｋ₁γ／ＮＡ（１）

【０００６】更に、レジスト・パターンが実際に形成さ
れるとき、次式（２）で示される焦点深度（ＤＯＦ）
が、基板の曲がりまたは段差にとって必要である。ＤＯ
Ｆは一般に、１．５μｍ以上に設定される。式（２）に
おいて、ｋ₂は定数である。

【数４】ＤＯＦ＝ｋ₂γ／（ＮＡ）² （２）

【０００７】一方、縮小投影露光装置により微細な露光
パターンを形成するためには、式（１）に従い、γが低
減されるか、ＮＡが増加され得る。しかしながら、γが
低減されると、レンズの製作が困難になり、他方ＮＡが
増加されると、ＤＯＦが低減される。従って、露光装置
によるレジスト材料内の微細なレジスト・パターンの形
成には限界が存在し、実際に少なくとも波長と同一の分
解能のパターンを形成することは困難である。

【０００８】位相シフト・マスクを用いてレジスト・パ
ターンを形成する方法は、レジスト材料及び露光装置に
より制限されない微細なレジスト・パターンを形成する
方法として開発された。

【０００９】光リソグラフィにおける位相シフト・マス
ク技術は公知である。コヒーレントなまたは部分的にコ
ヒーレントな光源からの光が、マスクにより２つ以上の
重畳ビームに分割される場合、重畳領域の強度は、ビー
ムの強度の合計を越える最大と、０であり得る最小との
間で逐次変化する。この現象は干渉と呼ばれる。位相シ
フトは、パターン設計の調整及び光ビームの故意的な位
相変化により、干渉の最大及び最小の位置及び強度に影
響し得る。その結果、より高い空間周波数オブジェク
ト、エッジ・コントラストの改善、より大きな露出寛容
度、及び焦点深度の改善がイメージングにおいて達成さ
れる。

【００１０】位相シフトは通常、マスク上に透過材料の
余分なパターン化層を導入することにより達成される
か、マスク基板を様々な厚さにエッチングし、少なくと
も１つの余分な層を効果的に提供することにより達成さ
れる。光は基板及び余分な層を通じて伝播するので、光
の波長は大気中の波長から、基板及び余分な層の屈折率
により、それぞれ低減される。

【００１１】余分材料を通過するビームと、それが無い
場合のビームとの光路差（ＯＰＤ）は、次式（３）によ
り提供され、ｎは余分な層の屈折率であり、ａは余分な
層の厚さである。

【数５】ＯＰＤ＝（ｎ−１）ａ（３）

【００１２】位相差は、光路差を透過光の（真空中で
の）波長で割った結果に比例する。通常、１８０゜の位
相シフト（すなわち波長の半分）が望ましい。追加の層
は通常、移相器と見なされる。

【００１３】従って、位相シフトは、フォトリソグラフ
ィ・マスク内の２つの隣接するアパーチャを通じて透過
される波が、互いに１８０゜位相を異にするように実現
され、それにより有害な干渉が２つのアパーチャにより
形成されるイメージ間の強度を最小化する。光学系はこ
うした位相シフト透過オブジェクトのイメージを、位相
シフトの無い対応する透過オブジェクトよりも、より優
れた分解能及びより高いコントラストで投影する。分解
能及びコントラストのこの改善は、微細線光リソグラフ
ィにおいて大いに有利であり、それは特に集積回路の形
成に当てはまる。

【００１４】図２及び図３は、位相シフト・マスクの構
造及び原理を示す図であり、図２は位相マスク１０の構
造を示す断面図である。図３は、レンズの光軸に垂直な
表面上の光強度分布を示すグラフであり、コヒーレント
光が図２に示される位相シフト・マスクに部分的に当て
られ、回折光がレンズによりフォーカスされる状況を示
す。これらの図を参照すると、参照番号１０は、石英基
板２及び移相器１を含む位相シフト・マスクを指定す
る。更に、図３では、ポイント４として示される光強度
がほぼ０のポイントが、移相器１のエッジ３に相当す
る。

【００１５】位相シフト・マスク１０はレチクルとして
使用される。図１に示される縮小投影露光装置によりレ
ジストが付着されるウエハ１５に、光源１１からの光が
当てられるとき、光源１１からの光が移相器１のエッジ
３により回折される。従って、光強度が低下する領域が
移相器１のエッジ３の真下に形成される。この時、図３
に示される光強度分布を有する透過光が、レジストを有
するウエハ１５に当てられる。次に、ウエハ１５上のレ
ジストがパターン露光され、通常に現像処理される。

【００１６】結果として、光の波長の半分の精度を有す
る微細なレジスト・パターンが形成され得る。更に、ウ
エハ１５上のレジストとして、ネガティブ・タイプのレ
ジストが使用される場合、開口パターンが位相シフト・
マスク１０のエッジ３の真下に形成される。代わりに、
ポジティブ・タイプのレジストが使用される場合、位相
シフト・マスク１０のエッジ３の真下のレジストが、ウ
エハ１５上に残され、線状のレジスト・パターンがウエ
ハ１５上に形成される。

【００１７】位相シフト・マスクの使用において遭遇す
る１つの問題は、互いに隣接するマスクの２つの隣接領
域が異なる位相の時に発生する。例えば、図４の上面図
に示されるように、マスクは位相０゜の領域Ａ及び位相
１８０゜の領域Ｂを含み、領域Ａ及びＢはウエハ上に、
例えば半導体領域などの１つの形状を定義する２つの隣
接する構造を印刷するように意図される。領域Ａ及びＢ
のいずれの側の領域１６、１８もマスクの非露出の不透
明部分であり、クロムなどの材料で覆われる。

【００１８】（光学から理解されるように）図４に示さ
れるマスクは、図５に示されるように、ウエハ上に形成
されるイメージ内の領域Ａ及びＢ間の接合部に、強度ゼ
ロ点を形成する。この好ましくない強度ゼロ点２０が、
図５において、反転面積像強度（点線）により示され
る。領域Ａ及びＢにより定義される形状線が、まっすぐ
な明瞭に定義された線である代わりに、転移領域にブリ
ッジ、すなわち非露出部分（点線）２０が存在する。通
常のアプリケーションでは、これは領域Ａ及びＢにより
定義される半導体領域が、非常に好ましくない不連続性
を含み得ることを意味する。

【００１９】この問題に対する単純な解決策は、トリム
・マスク、及び非露出部分を露出するための第２の露光
を使用することである。この解決策は、レジストに加え
られる総添加量を均等化しようとする。しかしながら、
この余分なプロシージャは、マスキング・プロセスのコ
スト及び複雑度を大幅に増加させる。

【００２０】多数の他の方法がこの問題を解決するため
に提案された。１つの解決策は、０゜と１８０゜の位相
シフトの間の中間領域を使用する。位相シフト・マスク
の状況では、通常、０゜位相は、その領域上に移相器層
が存在しないことを意味する。１８０゜位相は、マスク
のその領域上に、透明材料（移相器層）の完全な厚さが
存在することを示す。

【００２１】中間領域は完全な厚さの特定の割合を有
し、例えば９０゜位相シフト層は、１８０゜移相器層の
厚さの半分である。この技術は強度ゼロ点により分解能
を改善するが、しばしば幾つかの位相シフト転移層が十
分な結果を得るために必要とされる。しかしながら、図
６に示されるように、幾つかの位相シフト層を用いて
も、結果の強度分布は図７に示されるように最適とは言
えない。図６は、位相を０゜、６０゜、１２０゜及び１
８０゜異にする、それぞれ位相シフト層２２、２４、２
６及び２８を示す。図７に示されるように、位相シフト
層２２、２４、２６及び２８間の転移に関連付けられる
強度ゼロ点３０、３２及び３４は、完全には排除されて
いない。

【００２２】その上、この技術は実質的にマスク形成の
コスト及び複雑度を増加させる。なぜなら、様々な厚さ
の位相シフト層を形成するために、複数のエッチング・
プロセスが必要となるからである。

【００２３】この問題を解決しようとする別の技術は、
０°位相の厚さ（通常これは０）から１８０°位相の厚
さ（通常完全な厚さ）に傾斜する傾斜領域を使用する。
この技術もまた、最適とは言えない結果を有する。なぜ
なら、傾斜領域の形成が非常に困難であり、傾斜の角度
が重要であるため、マスク形成のコスト及び複雑度が多
大に増加する。

【００２４】Murayによる米国特許第５２４６８００号
で開示される更に別の技術では、０°と１８０°の位相
シフト層間の転移に対して個別の歯状のプロファイルを
使用する。この技術はそれなりの利点を有するが、サブ
波長領域では動作しないサブ分解能構造にもとづく。

【００２５】位相シフト層間の転移構造は、サブ分解能
サイズであり、そこでは歯間のピッチ（Ω）が次式
（４）から計算され、ここでλは光の波長、ＮＡは開口
数を表す。

【数６】Ω＝２λ／５ＮＡ（４）

【００２６】その上、少なくとも３つの物理的な厚さの
位相シフト層が必要とされ、２レベル構造は機能しな
い。従って、前述の技術同様、複数のエッチング・プロ
セスが必要となる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、位相シフト・マスク上の位相シフト層に起因する強
度ゼロ点を排除する位相シフト転移を提供することであ
る。

【００２８】本発明の別の目的は、フォト・マスク上
に、位相シフト・マスク上の位相シフト層に起因する強
度ゼロ点を排除するサブ波長構造を提供することであ
る。

【００２９】更に本発明の別の目的は、複数のエッチン
グ・プロセスの必要性を排除して、位相シフト・マスク
上の位相シフト層に起因する強度ゼロ点を排除する技術
を提供することである。

【００３０】更に本発明の別の目的は、複数の露光プロ
セスの必要性を排除して、位相シフト・マスク上の位相
シフト層に起因する強度ゼロ点を排除する技術を提供す
ることである。

【００３１】更に本発明の別の目的は、位相シフト・マ
スク上の位相シフト層に起因する強度ゼロ点を排除す
る、安価で複雑でない技術を提供することである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】従って、本発明によれ
ば、サブ波長構造を用いるリソグラフィ用の位相シフト
・マスクが開示され、そこでは強度ゼロ点問題の解決策
がサブ波長周期構造の有効媒体理論にもとづく。第１の
位相及び第１の屈折率を有する第１の領域を含む、第１
の透過材料の層が提供される。第２の透過材料の層も提
供され、これは第２の位相及び第２の屈折率を有する。

【００３３】第１及び第２の領域間の転移内に、第１の
透過材料の複数の周期構造が配置される。構造間のピッ
チは、リソグラフィ・プロセスにおいて使用される光の
波長以下である。構造は第１及び第２の側部を有し、第
１の側部は第１の領域に接近し、第２の側部は第２の領
域に接近する。

【００３４】構造は、第１の側部に沿う有効屈折率が第
１の透過材料の屈折率に近似し、第２の側部に沿う有効
屈折率が第２の透過材料のそれに近似するように、形作
られる。この構成は、第１の側部に沿う第１の透過材料
から第２の側部に沿う第２の透過材料にかけて有効屈折
率の緩やかな変化を生じる。有効屈折率のこの緩やかな
変化は更に、第１の側部における第１の位相から第２の
側部における第２の位相にかけて緩やかな位相変化を生
み、それにより位相変化転移に関連付けられる強度ゼロ
点を実質的に排除する。

【００３５】

【発明の実施の形態】図８は、本発明の第１の実施例に
従う位相シフト・マスク５０の一部分の側面図である。
位相シフト・マスク５０は通常、第１及び第２の領域５
２、５４を含む。第１及び第２の領域５２、５４は、第
１及び第２の透過材料５６、５８を含み、それらは好適
にはそれぞれ石英及び空気である。第１及び第２の透過
材料は５６、５８は、それぞれ第１及び第２の屈折率を
有する。

【００３６】第１の透過材料５６は更に、第１の表面５
６ａ及び第２の表面５６ｂを有し、第１の表面５６ａは
第１の領域５２内にあり、第２の表面５６ｂは第２の領
域５４内にある。ステップ状部分５６ｃが、第１の表面
５６ａと第２の表面５６ｂとの間の転移領域６０内に提
供され、それにより第１の表面５６ａが第２の表面５６
ｂよりも隆起され、第１の表面５６ａにおける第１の透
過材料５６は、第１の位相を生成し、第２の表面５６ｂ
における第１の透過材料５６は第２の位相を生成する。
図１０のポイント７６及び７８で示されるように、第１
の位相は好適には１８０゜であり、第２の位相は好適に
は０゜である。

【００３７】或いは、第２の透過材料５８は硝子、ポリ
マ、または光を透過する任意の材料であってよく、第２
の領域５４に配置される。この構成では、第２の透過材
料５８の層が０゜以外の第２の位相変化を生成する。

【００３８】図９は、図８に示される位相シフト・マス
ク５０の一部分の上面図を示し、転移領域６０内に配置
される複数の周期構造６２を有する。周期構造６２を構
成する個々の構造は、第１の透過材料５６から成る突起
６４を含む。各突起６４は、第１の透過材料５６と一体
の第１の幅７２の第１の側部６８を有し、そこからテー
パ状の側部が、第１の幅７２よりも小さい第２の幅７４
の第２の側部７０に向けて延びる。好適には、第２の幅
７４は第１の幅７２の約半分である。

【００３９】第１の側部６８は第１の領域５２に接近
し、第２の側部は第２の領域５４に接近する。突起部６
２の配列は図１２に示されるように、第１の側部（ライ
ンＡ−Ａで示される）に沿って、第１及び第２の透過材
料５６、５８の交互領域を形成する。同様に、第１及び
第２の透過材料５６、５８の交互領域が、図１３に示さ
れるように、第２の側部（ラインＢ−Ｂで示される）に
沿って存在する。

【００４０】本発明では、従来の転移構造とは異なり、
構造がサブ波長領域においてサイズ決めされ、突起６４
間のピッチ（Ω）６６が次式（５）から計算される。こ
こでｎは第１の透過材料（好適には石英）の屈折率であ
る。

【数７】Ω＝λ／２ｎ（５）

【００４１】図１２及び図１３に示されるように、ライ
ンＡ−Ａ及びラインＢ−Ｂ間の領域は、第１及び第２の
透過材料５６、５８（好適にはそれぞれ石英及び空気）
の周期構造を含む。これらの周期構造の各々は、次式
（６）により与えられる有効屈折率（ｎ_eff）を有す
る。ここでｎ_airは空気の屈折率であり、これは１に等
しく、ｆは周期構造のデューティ・サイクルである。

【数８】ｎ_eff＝（ｎ²ｆ＋ｎ_air ²（１−ｆ））^1/2（６）

【００４２】デューティ・サイクル（ｆ）は単に、有効
屈折率が計算されるポイント（この場合Ａ−Ａ）におけ
る第１の透過材料５６の幅７２の、ピッチ６６に対する
比率である。

【００４３】ラインＡ−Ａに沿う有効屈折率は、空気の
それに近い。なぜなら、ラインＡ−Ａに沿うデューティ
・サイクルは小さいからである。他方、ラインＢ−Ｂに
沿う屈折率は、ラインＢ−Ｂに沿う高いデューティ・サ
イクルのために石英の屈折率に近い。従って、Ａ−Ａか
らＢ−Ｂに向け、有効屈折率は空気の屈折率から石英の
屈折率に次第に変化する。結果的に、図１０に示される
ように、位相変化もポイント７６の１８０゜からポイン
ト７８の０゜に次第に変化する。ウエハ上の結果の強度
分布が図１１に示され、図３との比較から、通常位相シ
フト層に関連付けられる強度ゼロ点が排除されたことが
わかる。

【００４４】図１４は、本発明の第２の実施例に従う位
相シフト・マスク８０の一部分の側面図である。位相シ
フト・マスク８０は通常、第１及び第２の領域８２、８
４を含む。第１及び第２の領域８２、８４は、第１及び
第２の透過材料８６、８８を含み、それらは好適にはそ
れぞれ石英及び空気である。第１及び第２の透過材料は
８６、８８は、それぞれ第１及び第２の屈折率を有す
る。

【００４５】第１の透過材料８６は更に、第１の表面８
６ａ及び第２の表面８６ｂを有し、第１の表面８６ａは
第１の領域８２内にあり、第２の表面８６ｂは第２の領
域８４内にある。ステップ状部分８６ｃが、第１の表面
８６ａと第２の表面８６ｂとの間の転移９０内に提供さ
れ、それにより第１の表面８６ａが第２の表面８６ｂよ
りも隆起され、第１の表面８６ａにおける第１の透過材
料８６は第１の位相を生成し、第２の表面８６ｂにおけ
る第１の透過材料８６は第２の位相を生成する。図１６
のポイント１０８及び１１４で示されるように、第１の
位相は好適には１８０゜であり、第２の位相は好適には
０゜である。

【００４６】或いは、第２の透過材料８８は硝子、ポリ
マ、または光を透過する任意の材料であってよく、第２
の領域８４に配置される。この構成では、第２の透過材
料８８の層が０゜以外の第２の位相変化を生成する。

【００４７】図１５は、図１４に示される位相シフト・
マスク５０の一部分の上面図を示し、転移領域９０内に
配置される複数の周期構造９２を有する。周期構造９２
を構成する個々の構造は、第１の透過材料８６から成る
第１及び第２の矩形の突起９４、９６を含む。第１の矩
形の突起９４は、第１の透過材料８６と一体の第１の幅
１０４の第１の側部１００を有する。第２の矩形の突起
９６は、第１の幅１０４よりも小さい第２の幅１０６の
第２の側部１０２を有する。好適には、第２の幅１０６
は第１の幅１０４の約半分である。第２の矩形の突起９
６は、第１の矩形の突起９４と一体である。第１の側部
１００は第１の領域８２に接近し、第２の側部は第２の
領域８４に接近する。突起部９２の配列は、図１８に示
されるように、第１の側部（ラインＣ−Ｃで示される）
に沿って、第１及び第２の透過材料８６、８８の交互領
域を形成する。同様に、第１及び第２の透過材料８６、
８８の交互領域が、図１９に示されるように、第２の側
部（ラインＤ−Ｄで示される）に沿って存在する。

【００４８】図１８及び図１９に示されるように、ライ
ンＣ−Ｃ及びラインＤ−Ｄ間の領域は、第１及び第２の
透過材料８６、８８（好適にはそれぞれ石英及び空気）
の周期構造を含む。これらの周期構造の各々は、式
（６）により与えられる有効屈折率（ｎ_eff）を有す
る。上述の第１の実施例同様、ラインＣ−Ｃに沿う有効
屈折率は、第２の透過材料８８のそれに近い。なぜな
ら、ラインＣ−Ｃに沿う第１の透過材料８６のデューテ
ィ・サイクルは小さいからである。他方、ラインＤ−Ｄ
に沿う屈折率は、ラインＤ−Ｄに沿う高いデューティ・
サイクルのために、第１の透過材料の屈折率に近い。従
って、Ｃ−ＣからＤ−Ｄに向け、有効屈折率は第２の透
過材料８８の屈折率から第１の透過材料の屈折率に次第
に変化する。結果的に、図１６に示されるように、位相
変化もポイント１０８の第１の位相（好適には１８０
゜）から、ポイント１１０及び１１２の中間位相を介し
て最終的にポイント１１４の第２の位相（好適には０
゜）に次第に変化する。ウエハ上の結果の強度分布が図
１７に示され、そこから位相シフト層に通常関連付けら
れる強度ゼロ点が、実質的に排除されたことがわかる。
位相変化１１０、１１２及び１１４にそれぞれ対応する
ポイント１１６、１１８及び１２０に、僅かな強度ゼロ
点が存在する。しかしながら、これらの強度ゼロ点は単
一の高さの位相シフト層を有する従来技術により達成さ
れるよりも多大な改善を示す。

【００４９】前述の説明から、当業者であれば、本発明
の新規の位相シフト・マスクが、現在使用されている位
相シフト・マスクよりも、改善された効率を提供するこ
とが容易に理解されよう。本発明の構造に従い、サブ波
長周期構造を使用する位相シフト・マスクにより提供さ
れる利点は、次のようである。ａ）位相シフト・マスク上の位相シフト層間の転移に起
因する好ましくない強度ゼロ点が排除される。ｂ）３つ以上の物理的厚さ（層）を排除することによ
り、２回以上のエッチング・プロセスの必要性を排除す
る。ｃ）複数の露光プロセスを排除し、位相シフト層間の転
移に関連付けられる強度ゼロ点を排除する。ｄ）多層及び従来の複数露光方法の排除により、位相シ
フト・マスクを形成するコスト及び複雑度を低減する。

【００５０】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００５１】（１）光を透過させ、集積回路上にパター
ンを設けるためのリソグラフィ用の位相シフト・マスク
であって、それぞれ異なる２つの第１及び第２の位相の
第１及び第２の領域間の位相変化転移を定義するものに
おいて、前記第１の領域を含み、前記第１の位相であ
り、第１の屈折率を有する第１の透過材料層と、前記第
２の領域を含み、前記第２の位相であり、第２の屈折率
を有する第２の透過材料層と、前記第１及び第２の領域
間の前記転移内に配置される前記第１の透過材料の複数
の周期構造と、を含み、前記構造間のピッチがリソグラ
フィ・プロセスで使用される光の波長より小さく、前記
構造が前記第１の領域に接近する第１の側部、及び前記
第２の領域に接近する第２の側部を有し、前記第１の側
部に沿う有効屈折率が前記第１の透過材料の屈折率に近
似し、前記第２の側部に沿う有効屈折率が前記第２の透
過材料の屈折率に近似するように前記構造が形作られ、
前記転移が、前記第１の側部に沿う前記第１の透過材料
から、前記第２の側部に沿う前記第２の透過材料に向
け、有効屈折率の緩やかな変化を有し、そのことが前記
第１の側部における前記第１の位相から、前記第２の側
部における前記第２の位相に向け、緩やかな位相変化を
生成し、位相変化転移に関連付けられる強度ゼロ点を実
質的に排除する、位相シフト・マスク。（２）前記第１の透過材料が石英であり、前記第２の透
過材料が空気である、前記（１）記載の位相シフト・マ
スク。（３）前記第１の位相が１８０°であり、前記第２の位
相が０°である、前記（１）記載の位相シフト・マス
ク。（４）前記構造間のピッチが次式、

【数９】Ω＝λ／２ｎにより与えられ、ここでΩはピッチ、λは光の波長、ｎ
は前記第１の透過材料の屈折率である、前記（１）記載
の位相シフト・マスク。（５）前記構造が、前記第１の側部の第１の幅から、前
記第２の側部のより小さな第２の幅に次第に狭まる突起
を含む、前記（１）記載の位相シフト・マスク。（６）前記第２の幅が前記第１の幅の約半分である、前
記（５）記載の位相シフト・マスク。（７）前記構造が第１及び第２の矩形の突起を含み、前
記第１の矩形の突起が前記第１の側部において第１の幅
を有し、前記第２の矩形の突起が前記第１の矩形の突起
上に配置され、前記第２の側部において、前記第１の矩
形の突起の前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有す
る、前記（１）記載の位相シフト・マスク。（８）前記第２の幅が前記第１の幅の約半分である、前
記（７）記載の位相シフト・マスク。（９）光を透過させ、集積回路上に光のパターンを設け
るためのリソグラフィ用の位相シフト・マスクであっ
て、それぞれ異なる２つの第１及び第２の位相の第１及
び第２の領域間の位相変化転移を定義するものにおい
て、屈折率、第１の表面及び第２の表面、及び前記第１
及び第２の表面間の転移を提供するステップ状部分を有
する透過材料層であって、前記第１の表面が前記第２の
表面上に隆起され、前記第１の表面の領域が前記第１の
領域を含み、前記第１の位相であり、前記第２の表面の
領域が前記第２の領域を含み、前記第２の位相である、
透過材料層と、前記第１及び第２の領域間の前記転移内
に配置される前記透過材料の複数の周期構造であって、
前記構造間のピッチがリソグラフィ・プロセスで使用さ
れる光の波長より小さく、前記構造が前記ステップ状部
分において、前記第１の領域に接近する第１の側部、及
び前記第２の領域に接近する第２の側部を有し、前記第
１の側部に沿う有効屈折率が前記透過材料の屈折率に近
似し、前記第２の側部に沿う有効屈折率が空気の屈折率
に近似するように、前記構造が形作られ、前記転移が、
前記第１の側部に沿う前記透過材料から、前記第２の側
部に沿う空気に向け、有効屈折率の緩やかな変化を有
し、そのことが前記第１の側部における前記第１の位相
から、前記第２の側部における前記第２の位相に向け、
緩やかな位相変化を生成し、位相変化転移に関連付けら
れる強度ゼロ点を実質的に排除する、周期構造とを含
む、位相シフト・マスク。（１０）前記透過材料が石英である、前記（９）記載の
位相シフト・マスク。（１１）前記第１の位相が１８０°であり、前記第２の
位相が０°である、前記（９）記載の位相シフト・マス
ク。（１２）前記構造間のピッチが次式、

【数１０】Ω＝λ／２ｎにより与えられ、ここでΩはピッチ、λは光の波長、ｎ
は前記透過材料の屈折率である、前記（９）記載の位相
シフト・マスク。（１３）前記構造が、前記第１の側部の第１の幅から、
前記第２の側部のより小さな第２の幅に次第に狭まる突
起を含む、前記（９）記載の位相シフト・マスク。（１４）前記第２の幅が前記第１の幅の約半分である、
前記（１３）記載の位相シフト・マスク。（１５）前記構造が第１及び第２の矩形の突起を含み、
前記第１の矩形の突起が前記第１の側部において第１の
幅を有し、前記第２の矩形の突起が前記第１の矩形の突
起上に配置され、前記第２の側部において、前記第１の
矩形の突起の前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有す
る、前記（９）記載の位相シフト・マスク。（１６）前記第２の幅が前記第１の幅の約半分である、
前記（１５）記載の位相シフト・マスク。

【図面の簡単な説明】

【図１】縮小投影露光装置の構造を示す図である。

【図２】位相シフト・マスクの構造を示す図である。

【図３】図２の位相シフト・マスクの結果の強度分布を
示す図である。

【図４】従来の位相シフト・マスクを示す図である。

【図５】図４の位相シフト・マスクの結果のウエハ・イ
メージを示す図である。

【図６】従来の多層位相シフト・マスクを示す図であ
る。

【図７】図６の多層位相シフト・マスクの結果の強度分
布を示す図である。

【図８】本発明の位相シフト・マスクの第１の実施例の
側面図である。

【図９】図８の位相シフト・マスクの上面図である。

【図１０】図８の位相シフト・マスクの位相プロファイ
ルを示す図である。

【図１１】図８の位相シフト・マスクの結果の強度分布
を示す図である。

【図１２】図８のラインＡ−Ａに沿う断面図である。

【図１３】図８のラインＢ−Ｂに沿う断面図である。

【図１４】本発明の位相シフト・マスクの第２の実施例
の側面図を示す図である。

【図１５】図１４の位相シフト・マスクの上面図であ
る。

【図１６】図１４の位相シフト・マスクの位相プロファ
イルを示す図である。

【図１７】図１４の位相シフト・マスクの結果の強度分
布を示す図である。

【図１８】図１４のラインＣ−Ｃに沿う断面図である。

【図１９】図１４のラインＤ−Ｄに沿う断面図である。

【符号の説明】

１移相器２石英基板３エッジ１０、５０、８０位相マスク１１光源１２レチクル１３縮小投影レンズ１４ウエハ・ステージ１５ウエハ１６、１８、５２、５４、８２、８４領域２０非露出部分２２、２４、２６、２８位相シフト層３０、３２、３４、１１６、１１８、１２０強度ゼロ
点５６、８６第１の透過材料（石英）５８、８８第２の透過材料（空気）６０、９０転移領域６２、９２周期構造６４、９４、９５突起６６、９８ピッチ６８、１００第１の側部７０、１０２第２の側部７２、１０４第１の幅７４、１０６第２の幅１１０、１１２、１１４位相変化

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光を透過させ、集積回路上にパターンを設
けるためのリソグラフィ用の位相シフト・マスクであっ
て、それぞれ異なる２つの第１及び第２の位相の第１及
び第２の領域間の位相変化転移を定義するものにおい
て、前記第１の領域を含み、前記第１の位相であり、第１の
屈折率を有する第１の透過材料層と、前記第２の領域を含み、前記第２の位相であり、第２の
屈折率を有する第２の透過材料層と、前記第１及び第２の領域間の前記転移内に配置される前
記第１の透過材料の複数の周期構造と、を含み、前記構造間のピッチがリソグラフィ・プロセス
で使用される光の波長より小さく、前記構造が前記第１
の領域に接近する第１の側部、及び前記第２の領域に接
近する第２の側部を有し、前記第１の側部に沿う有効屈
折率が前記第１の透過材料の屈折率に近似し、前記第２
の側部に沿う有効屈折率が前記第２の透過材料の屈折率
に近似するように前記構造が形作られ、前記転移が、前
記第１の側部に沿う前記第１の透過材料から、前記第２
の側部に沿う前記第２の透過材料に向け、有効屈折率の
緩やかな変化を有し、そのことが前記第１の側部におけ
る前記第１の位相から、前記第２の側部における前記第
２の位相に向け、緩やかな位相変化を生成し、位相変化
転移に関連付けられる強度ゼロ点を実質的に排除する、
位相シフト・マスク。
【請求項２】前記第１の透過材料が石英であり、前記第
２の透過材料が空気である、請求項１記載の位相シフト
・マスク。
【請求項３】前記第１の位相が１８０°であり、前記第
２の位相が０°である、請求項１記載の位相シフト・マ
スク。
【請求項４】前記構造間のピッチが次式、【数１】Ω＝λ／２ｎにより与えられ、ここでΩはピッチ、λは光の波長、ｎ
は前記第１の透過材料の屈折率である、請求項１記載の
位相シフト・マスク。
【請求項５】前記構造が、前記第１の側部の第１の幅か
ら、前記第２の側部のより小さな第２の幅に次第に狭ま
る突起を含む、請求項１記載の位相シフト・マスク。
【請求項６】前記第２の幅が前記第１の幅の約半分であ
る、請求項５記載の位相シフト・マスク。
【請求項７】前記構造が第１及び第２の矩形の突起を含
み、前記第１の矩形の突起が前記第１の側部において第
１の幅を有し、前記第２の矩形の突起が前記第１の矩形
の突起上に配置され、前記第２の側部において、前記第
１の矩形の突起の前記第１の幅よりも小さい第２の幅を
有する、請求項１記載の位相シフト・マスク。
【請求項８】前記第２の幅が前記第１の幅の約半分であ
る、請求項７記載の位相シフト・マスク。
【請求項９】光を透過させ、集積回路上に光のパターン
を設けるためのリソグラフィ用の位相シフト・マスクで
あって、それぞれ異なる２つの第１及び第２の位相の第
１及び第２の領域間の位相変化転移を定義するものにお
いて、屈折率、第１の表面及び第２の表面、及び前記第１及び
第２の表面間の転移を提供するステップ状部分を有する
透過材料層であって、前記第１の表面が前記第２の表面
上に隆起され、前記第１の表面の領域が前記第１の領域
を含み、前記第１の位相であり、前記第２の表面の領域
が前記第２の領域を含み、前記第２の位相である、透過
材料層と、前記第１及び第２の領域間の前記転移内に配置される前
記透過材料の複数の周期構造であって、前記構造間のピ
ッチがリソグラフィ・プロセスで使用される光の波長よ
り小さく、前記構造が前記ステップ状部分において、前
記第１の領域に接近する第１の側部、及び前記第２の領
域に接近する第２の側部を有し、前記第１の側部に沿う
有効屈折率が前記透過材料の屈折率に近似し、前記第２
の側部に沿う有効屈折率が空気の屈折率に近似するよう
に、前記構造が形作られ、前記転移が、前記第１の側部
に沿う前記透過材料から、前記第２の側部に沿う空気に
向け、有効屈折率の緩やかな変化を有し、そのことが前
記第１の側部における前記第１の位相から、前記第２の
側部における前記第２の位相に向け、緩やかな位相変化
を生成し、位相変化転移に関連付けられる強度ゼロ点を
実質的に排除する、周期構造とを含む、位相シフト・マ
スク。
【請求項１０】前記透過材料が石英である、請求項９記
載の位相シフト・マスク。
【請求項１１】前記第１の位相が１８０°であり、前記
第２の位相が０°である、請求項９記載の位相シフト・
マスク。
【請求項１２】前記構造間のピッチが次式、【数２】Ω＝λ／２ｎにより与えられ、ここでΩはピッチ、λは光の波長、ｎ
は前記透過材料の屈折率である、請求項９記載の位相シ
フト・マスク。
【請求項１３】前記構造が、前記第１の側部の第１の幅
から、前記第２の側部のより小さな第２の幅に次第に狭
まる突起を含む、請求項９記載の位相シフト・マスク。
【請求項１４】前記第２の幅が前記第１の幅の約半分で
ある、請求項１３記載の位相シフト・マスク。
【請求項１５】前記構造が第１及び第２の矩形の突起を
含み、前記第１の矩形の突起が前記第１の側部において
第１の幅を有し、前記第２の矩形の突起が前記第１の矩
形の突起上に配置され、前記第２の側部において、前記
第１の矩形の突起の前記第１の幅よりも小さい第２の幅
を有する、請求項９記載の位相シフト・マスク。
【請求項１６】前記第２の幅が前記第１の幅の約半分で
ある、請求項１５記載の位相シフト・マスク。