JP3122107B2 - 位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents

位相シフトマスクの製造方法

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JP3122107B2 JP560690A JP560690A JP3122107B2 JP 3122107 B2 JP3122107 B2 JP 3122107B2 JP 560690 A JP560690 A JP 560690A JP 560690 A JP560690 A JP 560690A JP 3122107 B2 JP3122107 B2 JP 3122107B2
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野 発明の概要 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作 用 実施例 実施例−1 実施例−2 実施例−3 実施例−4 実施例−5 実施例−6 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位相シフトマスクの製造方法に関する。本
発明は、各種パターン形成技術等に用いる位相シフトマ
スクの製造方法として適用でき、例えば半導体装置製造
プロセスにおいて、レジストパターンを形成する場合の
マスクなどとして用いる位相シフトマスクの製造に利用
することができる。
〔従来の技術〕
半導体装置等は、その加工寸法が年々微細化される傾
向にある。このため、微細化した半導体装置を得るフォ
トリソグラフィーの技術において、その解像度を更に向
上させるため、マスクを透過する光に位相差を与え、こ
れにより光強度プロファイルを改善するいわゆる位相シ
フト技術が脚光を浴びている。
位相シフト法については、特開昭58−173744号公報
や、MARC D.LEVENSON他“Improving Resolution in Pho
tolithography with a Phase−Shifting Mask"IEEE TRA
NSACTIONS ON ELECTRON DEVICES.VOL.ED−29 No.12,DEC
EMBER 1982,P1828〜1836、またMARC D.LEVENSON他“The
Phase−Shifting Mask II:Imaging Simulations and S
ubmicrometer Resist Exposures"同誌Vol.ED−31,No.6,
JUNE 1984,P753〜763に記載がある。
従来より知られている位相シフト法について、第7図
を利用して説明すると、次のとおりである。例えばライ
ン・アンド・スペースのパターン形成を行う場合、通常
の従来のマスクは、第7図(a)に示すように、石英基
板等の透明基板1上に、Cr(クロム)などの遮光性の材
料を用いて遮光部10を形成し、これによりライン・アン
ド・スペースの繰り返しパターンを形成して、露光用マ
スクとしている。この露光用マスクを透過した光の強度
分布は、第7図(a)に符号A1で示すように、理想的に
は遮光的10のところではゼロで、他の部分(透過部12a,
12b)では透過する。1つの透過部12aについて考える
と、被露光材に与えられる透過光は、光の回折などによ
り、第7図(a)にA2で示す如く、両側の裾に小山状の
極大をもつ光強度分布になる。透過部12bの方の透過光
は、一点鎖線で示した。各透過部12a,12bからの光を合
わせると、A3に示すように光強度分布はシャープさを失
い、光の回折による像のぼけが生じ、結局、シャープな
露光は達成できなくなる。これに対し、上記繰り返しパ
ターンの光の透過部12a,12bの上に、1つおきに第7図
(b)に示すように位相シフト部11aを設けると、光の
回折による像のぼけが位相の反転によって打ち消され、
シャープな像が転写され、解像力や焦点裕度が改善され
る。即ち、第7図(b)に示す如く、一方の透過部12a
に位相シフト部11aが形成されると、それが例えば180゜
の位相シフトを与えるものであれば、該位相シフト部11
aを通った光は符号B1で示すように反転する。それに隣
合う透過部12bからの光は位相シフト部11aを通らないの
で、かかる反転は生じない。被露光材に与えられる光
は、互いに反転した光が、その光強度分布の裾において
図にB2で示す位置で互いに打ち消し合い、結局被露光材
に与えられる光の分布は第7図(b)にB3で示すよう
に、シャープな理想的な形状になる。
上記の場合、この効果を最も確実ならしめるには位相
を180゜反転させることが最も有利であるが、このため
には、 (nは位相シフト部の屈折率、λは露光波長)なる膜厚
で膜形成した位相シフト部11aを設ける。
なお露光によりパターン形成する場合、縮小投影する
ものをレティクル、1対1投影するものをマスクと称し
たり、あるいは原盤に相当するものをレティクル、それ
を複製したものをマスクと称したりすることがあるが、
本発明においては、このような種々の意味におけるマス
クやレティクルを総称して、マスクと称するものであ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし上記位相シフトマスク利用の技術は、第7図で
説明したようなライン・アンド・スペースパターンの如
き繰り返しのパターンには極めて有効であるが、繰り返
しでない孤立のパターン形成の場合には使いにくいとい
う問題がある。
即ち、位相シフト技術は、隣接するパターンを露光す
る光に位相差を与えることにより双方の光強度が互いに
打ち消される効果を利用するものであるが、孤立ライン
やコンタクトホールの形成の場合には近接光が存在しな
いので、そのままでは位相シフト技術を実現できない。
このため、第8図に示すように、露光光を位相シフト
させることなく透過させる光透過部12(位相シフト量0
゜)を、形成すべきパターンに対応して設けるととも
に、露光光を位相シフトさせる位相シフト部11(例えば
位相シフト量180゜)を該光透過部12に近接して形成す
る必要があった(寺澤らによる報告。昭和63年秋季、第
49回応用物理学会学術講演会予稿集2第497頁の4a−K
−7参照)。
このように従来技術にあっては、遮光部10内に、パタ
ーン形成用の光透過部12を構成するメインスペースを要
するとともに、位相シフト部11を構成するためのサブス
ペースを擁する。かかる位相シフト部11は、第8図
(a)の孤立ラインパターン形成用マスクについてはメ
インスペースであるため長の光透過部12に近接して、こ
の両側に沿って形成され、第8図(b)に示すホールパ
ターン形成用マスクについては四角形の光透過部12の4
辺に近接して、これらに沿って形成される。
かかる従来技術にあっては、光透過部12と位相シフト
部11との距離は、近すぎると強度打ち消しの効果が大き
すぎて転写パターンが小さくなってしまうため、或る程
度離す必要がある。よってこのため、1つのパターン形
成に必要な面積が大きくなってしまうという問題があ
る。
更に位相シフト部11の大きさも、小さくすれば効果も
小さくなってしまうので或る程度大きくする必要があ
り、この結果位相シフト部11自身のパターンが転写され
てしまうという問題がある。例えば、第9図は第8図
(a)のマスクを用いて孤立スペース7を形成した例で
あるが、同図にやや極端に図示するように、どうしても
位相シフト部3を反映したパターン71が形成されてしま
う。
上記のような事情であるから、パターン形成に必要な
面積を小さくできてスペース的に有利であるとともに、
そればかりでなく、孤立ラインやスペース、ホール形状
のパターン形成にあっても、位相シフト膜の不要なパタ
ーン転写が生じないようにした位相シフトマスクが望ま
れているが、このような位相シフトマスクを効率よく容
易に製造できる技術を開発することは、必ずしも容易で
はない。本発明は、かかる事情に鑑みて、上記のような
位相シフトマスクを効率よく容易に製造できる新規の製
造方法を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、次のような構成の位相シフトマスクを製造
する製造方法である。即ち、本発明で得られる位相シフ
トマスクは、露光光に対する透明部分と、露光光を遮光
する遮光部とを備え、上記透明部分は露光光を透過する
光透過部と、該光透過部を透過した光とは位相を異なら
せて露光光を透過させる位相シフト部とを有し、遮光部
は位相シフト部か光透過部の少なくともいずれかと隣接
し、かつ該位相シフト部と光透過部とは隣接して形成さ
れているものである。
上記位相シフトマスクを製造するため、本発明は、次
の構成を採る。
第1の発明においては、透明基板上に他の膜を介する
ことなく直接遮光材を被覆して遮光膜を形成し、該遮光
膜の一部をレジストパターンをマスクにしてパターニン
グして遮光部と透明部分とを有する構造とし、次いで該
構造上に他の膜を介することなく直接レジストを全面に
形成し、このレジストに開口を形成してレジストパター
ンとし、このレジストパターンをマスクにして、上記透
明部分における透明基板を部分的にエッチングすること
により透明部分の中央部において透明基板が厚さの小さ
い部分となる構造にして、透明部分における該厚さの小
さい基板部分とその余の透明部分における基板部分との
厚さ互いに異ならしめることにより、同一材質の透明基
板に厚さの異なる部分を形成したことによって互いにそ
の透過光の位相が異なるようにして、位相シフトマスク
を得る。
第2の発明においては、透明基板上に遮光材を被覆し
て遮光膜を形成し、該遮光膜の一部をレジストパターン
をマスクにしてパターニングして遮光部と透明部分とを
有する構造とし、次いで位相シフト膜材料膜を形成し、
更にその上に他の膜を介することなく直接レジスト膜を
形成し、このレジスト膜には他の膜を形成することなく
開口を形成してレジストパターンとし、このレジストパ
ターンをマスクにして、位相シフト膜材料膜をパターニ
ングすることにより、透明部分上における両側に位相シ
フト膜材料膜を形成することによって、該位相シフト膜
材料膜を有する部分とその余の透明部分とが、互いにそ
の透過光の位相が異なるようにして、位相シフトマスク
を得る。
本発明において、「透明」とは用いる露光光に対して
透明であることを意味し、「遮光部」も露光光について
これを遮るという意味で用いる。
本発明で得られる位相シフトマスクの構成について、
後記詳述する具体的実施例を示す第1図の例示を参照し
て説明すると、次のとおりである。なお第1図(a)は
孤立ライン(スペース)パターンの形成用、第1図
(b)はホールパターンの形成用のマスクとして、本発
明で得られる位相シフトマスクを各々具体化したもので
ある。
本発明で得られる位相シフトマスクは、第1図(a)
(b)に例示の如く、露光光に対する透明部分20と、露
光を遮光する遮光部10とを備え、上記透明部分20は露光
光を透過する光透過部12と、この光透過部12を透過した
光とは位相を異ならせて露光光を透過させる位相シフト
部11,11a,11bとを有し、遮光部10は位相シフト部11,11
a,11bか光透過部12の少なくともいずれかと隣接し、か
つ該位相シフト部11,11a,11bと光透過部12とは隣接して
形成されている。光透過部には、露光光の位相をシフト
させることなくこれを透過するように構成してよい。
第1図の例では、遮光部10は位相シフト部11,11a,11b
と接する構成になっている。
また第1図(b)の例は、ホールパターンに対応する
光透過部12の四辺の外側を囲うようにしてこれと接した
位相シフト部11を形成し、この位相シフト部11が周囲の
遮光部10と接するようにしたものである。
本発明を具体化するには一般に、マスク上の透明部分
20を2つの隣接する部分に分けて、両者を透過する露光
光に位相差ができるようにして構成すればよい。このと
きの効果は、位相差が180゜の時最大となる。
本発明で得られる位相シフトマスクは、透明部分20の
内の中央の部分(第1図の例示では光透過部12)の周辺
部を通過する光の強度は、その外側の位相差の異なる部
分(第1図の例示では位相シフト部11,11a,11b)を通過
する光によって打ち消されるため、中央の部分(光透過
部12)が単独で存在する場合に透過する光強度に比べて
弱くなる。従って、単独で中央の部分(光透過部12)が
存在する場合にこれにより露光し転写されたパターンに
比べて、一般にかなり小さくなってしまう。このため中
央の部分(光透過部12)は、これを形成すべきパターン
の大きさより大きめにして設けておくことにより、希望
の大きさのパターンを転写することが可能となる。ま
た、これにより得られるパターンは、位相シフト法の効
果により、解像度も向上する。
このような、本発明で得られる位相シフトマスクの作
用について述べると、次のとおりである。第1図(b)
に示した位相シフトマスクの例示構造を用いてコンタク
トホールのパターンを転写する場合を例にとり、その作
用を説明する。ここではKrFエキシマレーザー光(波長2
48nm)を用いて、一辺0.35μmのコンタクトホールを形
成する場合の例を示す。
0.35μm角の透明部から成るパターンのみを使用し
た、位相シフト技術を用いない従来の露光マスクによる
と、ウエハ等の被露光面上の光強度分布は第2図(a)
のようになる。これに対し、位相シフト技術を利用した
第8図(b)の従来の位相シフトマスクを使用した場合
は、第2図(b)のように、光強度は強くなるが、位相
シフト部11をなすサブペース(第8図(b)参照)も或
る程度の光強度を有し、これがパターン転写されるおそ
れがある。上記に対して、第1図(b)のマスクを使用
した本発明の場合は、第2図(c)に示すように、ホー
ルの部分のみ、光強度を高めることができる。
なお、第2図各図において、光強度はいずれも計算結
果であって、被露光面上での等光強度曲線で示したもの
である。また、各図の横軸、縦軸はともに長さを表し、
単位はμmである。
第2図各図の対比から明らかなように、第2図(c)
の場合、透明部分20の中央部(この例では光透過部12。
第1図(b)参照)を0.46μm角に、まわりの開口部を
0.70μm角にすることで、第2図(b)とほぼ同じ光強
度分布を得ることができる。
よって本発明で得られる位相シフトマスクによればス
ペースを小さくできて、しかも不要なパターン転写など
を発生させることなく、解像度の良好な位相シフト技術
を実施できるのである。
また、第3図各図には、0.25μm幅の孤立ラインパタ
ーンの転写の場合の、KrFエキシマレーザー光のウエハ
等の被露光材上の光強度分布を示す。第3図各図の横軸
は長さで、単位はμmである。縦軸は光強度の相対値
で、照射光を1として被露光材上の光強度を示すもので
ある。
第3図(a)は、位相シフト技術を用いない従来のマ
スクについての結果であり、被露光材上の光強度分布I
aは、マスクの光透過部からの照射光II aに対応した曲
線状になっており、該被露光材上の光強度分布I aの最
大光強度は0.5299であった。
第3図(b)は、第8図(a)に示した従来の位相シ
フトマスクによるもので、第8図(a)の光透過部12か
らの照射光II b1に対応するパターン露光光の強度分布I
b1は、その最大光強度は0.6640と大きくなっている
が、位相シフト部11からの照射光II b2からの光の強度
分布I b2についてサブピークが生じ、その最大光強度は
0.2902で、かなり大きい。これによって不要なパターン
転写がされてしまうおそれが大きいことがわかる。
これに対して、第1図(a)の例についての結果は第
3図(c)に示すとおりであり、第1図(a)の光透過
部12の照射光II c1に対応する被露光材上の光強度分布I
c1は、その最大光強度が0.6786で、上記いずれの場合
よりも大きい。しかも、第1図(a)の位相シフト部11
a,11bの照射光II c2に対応する部分には、ほとんどピー
クは発生せず、不要なパターン転写も起こらないことが
わかる。
〔作用〕
本発明によれば、上記のような利点を有する位相シフ
トマスクを効率よく、容易に得られる新規の製造方法が
提供される。
〔実施例〕
以下本発明の実施例について説明する。但し当然では
あるが、本発明は以下述べる実施例により限定されるも
のではない。
実施例−1 この実施例は、第1の発明を半導体リソグラフィに用
いる露光用マスクの製造方法として利用したものであ
る。
特に、第1図(a)のマスク構造として、光透過部12
に対応する幅の孤立ラインパターンを形成するようにし
た。なお、前述した理由から、形成すべきパターンより
もやや大きい幅で光透過部12を形成した。
本実施例では遮光部10は、透明基板である石英基板上
に、クロムパターンを蒸着等により形成し、EB描画法等
でパターニングすることによって設けた。なお本実施例
の位相シフトマスクにおいて、基板については石英以外
に通常のガラスや、その他適宜各種成分を含有させたガ
ラス等を用いることができる。また透光部10もクロム以
外に、酸化クロム、もしくは高融点金属(W、Mo、Be
等)全般、またはその酸化物などを用いることができ
る。
本実施例において、位相シフト部11a,11bは、基板の
厚さを変えることにより、その他の部分との位相を変え
るようにして形成した。
即ち、本実施例の位相シフトマスクは、次のようにし
て形成した。
第4図各図を参照する。
第4図(a)に示すように、石英等の透明基板1上
に、クロム等の遮光材を蒸着的により被覆して遮光膜1
0′を形成し、更にその上にレジスト膜2′を形成す
る。次いで、通常のフォトリソグラフィ技術により、形
成すべき透明部分20(第4図(c)以下参照)に対応す
る大きさの開口21を形成して、レジストパターン2を得
る(第4図(b))。
このレジストパターン2をマスクにして遮光膜10′の
一部をエッチング等で除去し、更に残ったレジストパタ
ーンを除いて、第4図(c)に示すような遮光部10と透
明部分20とを有する構造とする。
次にレジスト3′を全面に形成して第4図(d)のよ
うにする。
次にこのレジスト3′に光透過部12に対応する大きさ
の開口31を形成して、レジストパターン3を得、第4図
(e)の構造とする。
このレジストパターン3をマスクにして、基板1を部
分的にエッチングし、第1図(f)のように、透明部分
20の中央部が厚さの小さい部分となる構造にする。この
部分が光透過部12であり、その両側が位相シフト部11a,
11bになる。
即ち本例は、基板1の厚さを部分的に変えることによ
り、互いに透過光の位相が異なるようにして、光透過部
12と位相シフト部11a,11bを形成したものである。
本実施例の位相シフトマスクを用い、露光光として波
長248nmのKrFエキシマレーザー光を使用して、0.25μm
幅の孤立ラインパターン転写を行ったところ、良好なパ
ターンが形成できた。第3図(c)を用いて説明したと
おりの作用によると考えられる。
実施例−2 本実施例も、第1図(a)に示すような孤立ライン
(スペース)パターン転写用の位相シフトマスクの製造
方法として本発明を利用したが、本例では第2の発明を
適用して、マスクの製作方法は、次のようにして行っ
た。
第4図(c)の遮光部10と透明部分20との形成まで
は、第4図に示した実施例−1と同様である。
次に第5図(D)に示すように、位相シフト膜材料と
してSiO2膜4′を形成し、更にその上にレジスト膜5′
を形成する。レジスト膜5′にフォトリソグラフィー技
術により光透過部12(第5図(F)参照)に対応する開
口51を設け、レジストパターン5を得る(第5図
(E))。このレジストパターン5をマスクにしてSiO2
膜4′をエッチング等でパターニングする。レジストパ
ターン5を除去して、第5図(F)の構造を得る。第5
図(F)は、透明部分20上の両側に膜厚dのSiO2膜4を
形成することによって、このSiO2膜4を位相シフトマス
クとするものであって、透明部分20上におけるこのSiO2
膜4が存在する部分が位相シフト部11a,11bとなり、透
明部分20のその他の部分が光透過部12となっているもの
である。
SiO2膜4の膜厚dは、所望の位相シフトが達成される
ように最適に選ぶ。例えば180゜位相シフトさせるべ
く、前記式により求めた膜厚dで形成する。
本実施例は上記のように位相シフト部11a,11bを位相
シフト膜で形成したのであるが、かかる位相シフト膜の
材料としてはSiO2のほか、ポリイミド樹脂やレジスト材
料等の有機材料や、シリコンナイトライドなどの無機材
料を用いることができる。SOG等、最終的に焼成してSiO
2になる材料を用いるのでもよい。
実施例−3 本実施例は、参考例である。ここでは第1図(a)に
示すような孤立ライン(スペース)パターン転写用の位
相シフトマスクを製造した。
本実施例では、第4図(a)から第4図(e)まで
は、実施例−1の製造工程と同様にして、第4図(e)
の如く遮光部10上にレジストパターン3を形成した構造
を得る。
次いで第6図<F>に示すように、CVD等でSiO2を堆
積し、これにより基板1の透明部分20の内、レジストパ
ターン3でおおわれてない部分にSiO2膜6を形成する。
同時に、レジストパターン3上にもSiO2膜61が形成され
る。
次いでレジストパターン3を除去する。これにより第
6図<G>に示すように、透明部分20の中央にSiO2膜6
から成る位相シフト部11が形成され、その両側が光透過
部12a,12bとなった構造を得る。第6図<F>において
レジストパターン3上に堆積したSiO2膜61は、レジスト
パターン3とともに除去されている。
本実施例は、実施例−2が透明部分20の中央部を光透
過部12としたのに対し、逆にこの中央部を位相シフト部
11として、その両側を光透過部12a,12bとした例であ
る。
位相シフト膜となるSiO2膜6の膜厚d及び材質につい
ては、実施例−2におけると同様である。
実施例−4 実施例−1におけると同様の手法で、石英基板1の厚
さを変えることにより、第1図(b)に示した位相シフ
ト部11と光透過部12とを有するホールパターン形成用の
位相シフトマスクを形成した。これによりホールパター
ンを形成したところ、第2図(c)を用いて説明したと
おり、良好的ホールパターンが得られた。
本実施例では、位相シフトマスクの中央の光透過部12
は一辺が0.46μmの四角形、位相シフト部11は一辺が0.
70μmの四角形として形成し、これによって3.5μm角
のホールを良好な形状で得た。
実施例−5 実施例−2におけると同様の手法で位相シフト膜を形
成することにより位相シフト11を得、これにより第1図
(b)のホールパターン形成用位相シフトマスクを得
た。本実施例により、実施例−4と同じく良好なホール
パターンが得られた。
実施例−6 本実施例は、参考例である。先の参考例である実施例
−3におけると同様の手法で、第1図(b)の構造では
あるが、但し位相シフト部11が中央に位置し、その周囲
を光透過部12が囲う構造の位相シフトマスクを形成し
た。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は、各々本発明の位相シフトマスク
の構成例を示す平面図である。第2図(a)〜(c)及
び第3図(a)〜(c)は、本発明の作用を説明するた
めの光強度分布図である。第4図(a)〜(f)は、本
発明の実施例−1の位相シフトマスクの製作工程図であ
る。第5図(D)〜(F)は同じく実施例−2位相シフ
トマスクの製作工程図(第4図(a)〜(c)までは実
施例−1と共通)である。第6図<F><G>は同じく
実施例−3の位相シフトマスクの製作工程図(第4図
(a)〜(e)までは実施例−1と共通)である。第7
図は位相シフト露光マスクの原理説明図である。第8図
(a)(b)は従来の位相シフトマスクの構成例、第9
図は従来例の問題点を示すための一部断面斜視図であ
る。 1……基板、20……透明部分、11,11a,11b……位相シフ
ト部、12,12a,12b……光透過部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−125150(JP,A) 特開 平3−267940(JP,A) 特開 平3−119355(JP,A) 特開 平2−211451(JP,A) 特開 平3−172846(JP,A) 特開 平3−200149(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に他の膜を介することなく直接
    遮光材を被覆して遮光膜を形成し、該遮光膜の一部をレ
    ジストパターンをマスクにしてパターニングして遮光部
    と透明部分とを有する構造とし、次いで該構造上に他の
    膜を介することなく直接レジストを全面に形成し、この
    レジストに開口を形成してレジストパターンとし、この
    レジストパターンをマスクにして、上記透明部分におけ
    る透明基板を部分的にエッチングすることにより透明部
    分の中央部において透明基板が厚さの小さい部分となる
    構造にして、透明部分における該厚さの小さい基板部分
    とその余の透明部分における基板部分との厚さ互いに異
    ならしめることにより、同一材質の透明基板に厚さの異
    なる部分を形成したことによって互いにその透過光の位
    相が異なるようにした ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
  2. 【請求項2】透明基板上に遮光材を被覆して遮光膜を形
    成し、該遮光膜の一部をレジストパターンをマスクにし
    てパターニングして遮光部と透明部分とを有する構造と
    し、次いで位相シフト膜材料膜を形成し、更にその上に
    他の膜を介することなく直接レジスト膜を形成し、この
    レジスト膜には他の膜を形成することなく開口を形成し
    てレジストパターンとし、このレジストパターンをマス
    クにして、位相シフト膜材料膜をパターニングすること
    により、透明部分上における両側に位相シフト膜材料膜
    を形成することによって、該位相シフト膜材料膜を有す
    る部分とその余の透明部分とが、互いにその透過光の位
    相が異なるようにした ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
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