JP3283624B2 - ホトマスク - Google Patents
ホトマスクInfo
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- JP3283624B2 JP3283624B2 JP8429393A JP8429393A JP3283624B2 JP 3283624 B2 JP3283624 B2 JP 3283624B2 JP 8429393 A JP8429393 A JP 8429393A JP 8429393 A JP8429393 A JP 8429393A JP 3283624 B2 JP3283624 B2 JP 3283624B2
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Description
用いるホトマスク、特に照明光の位相を変える処理を施
したホトマスクの構造に関する。
像力を向上させる従来技術のひとつとして、特開平04
−136854では、単一透明パタンの解像度向上手段
として、上記単一パタン周囲を半透明にして、すなわ
ち、従来型マスクの遮光部を半透明にし、上記半透明部
を通過するわずかな光と、透明パタンを通過する光の位
相を反転させるようにしている。すなわち、パタンを転
写するレジストの感度以下の光を半透明膜から通過さ
せ、この光と透明パタンを通過してきた光の位相が反転
するようにした。半透明膜を通過した光は、主パタンを
通過してきた光に対して位相が反転しているため、その
境界部で位相が反転し、境界部の光強度が0に近づく。
これにより、相対的に透明パタンを通過した光の強度
と、パタン境界部の光強度の比は大きくなり、従来法に
比べコントラストの高い光強度分布が得られる。このマ
スク構造は、従来の遮光膜を位相反転機能をもつ半透明
膜に変更するだけで実現でき、マスク製作が簡単である
ことが特徴である。
得られる投影像では、透明領域からなる主パタンの周り
にリング状に第2のピークが現われる。主パタンのピー
ク強度に対して上記第2の光強度ピークが十分小さくな
いと、本来転写したくない第2のピークまで転写されて
しまい、パタン異常となってしまう。通常、主パタンの
光強度に対する第2ピークの光強度は、約1/4程度以
下であり、通常のパタン転写ではほとんど問題にならな
い。しかし、レジスト膜厚が厚い場合や、レジスト膜厚
のことなる部分に同時にパタンを転写する場合などで
は、主パタンの周りにリング状の膜べりを生じる不良が
発生する場合があった。また、第2ピークの転写を避け
なければならないために、露光量の設定可能幅が小さい
ことも実用上の問題となっていた。
する場合、ある一定以上の寸法において、半透明領域か
らなる主パタン内側に、1つ以上の不要な光強度ピーク
が現れる。主パタンの遮光強度に対して、上記の不要な
光強度ピークが十分小さくないと、本来転写したくない
不要なピークまでレジストに転写されてしまう場合があ
り、良好なパタン形成の障害となることが問題となって
いた。
さくし、パタンの異常転写を防止することにある。
パタンに、透過光の位相が透明領域と同じで、かつ透明
な補助パタンを配置する。詳しくは、露光光に対して半
透明な領域と第1、第2及び第3の透明な領域とを有
し、前記半透明な領域を透過した光と前記第1、第2及
び第3の透明な領域を透過した光の位相が互いに反転す
るホトマスクであって、前記第1の透明な領域は第1の
辺と前記第1の辺と交わる第2の辺とを有し、前記第2
の透明な領域は、前記第1の辺に近接して配置され、前
記第3の透明な領域は、前記第2の辺に近接して配置さ
れており、前記第2及び前記第3の透明な領域は、用い
る投影光学系の解像限界以下の寸法であり、前記第1の
透明な領域と前記第2の透明な領域の中心間距離R及
び、前記第1の透明な領域と前記第3の透明な領域の中
心間距離RはR=b・λ/NA(但し、投影露光光学系
の開口数をNA、露光波長をλ、1.00≦b≦1.3
5とする)を満たすことを特徴とするホトマスクとす
る、また、 露光光に対して透明な領域と、前記透明な
領域内に設けられた半透明位相シフトパタンと、前記半
透明位相シフトパタン内にある補助透明パタンとを有
し、前記透明な領域及び前記補助透明パタンを透過した
光と半透明位相シフトパタンを透過した光の位相が互い
に反転しており、前記補助透明パタンは、前記半透明位
相シフトパタンのエッジからの距離mがm=e・λ/N
A(但し、投影光学露光系の開口数をNA、露光波長を
λ、e≦0.54とする)であるように配置されおり、
前記補助透明パタンの寸法は、用いる投影光学系の解像
限界以下であることを特徴とするホトマスクとする、ま
た、 露光光に対して半透明な領域と、前記半透明な領
域の中に設けられ、転写される透明な主パタンとを有
し、前記半透明な領域を通過した光と前記主パタンを通
過した光とは互いに位相が反転するマスクであって、転
写されない寸法の補助パタンが前記主パタンの近傍で、
前記主パタンの周りに生じる光強度を弱める位置に配置
され、前記主パタンを通過した光と前記補助パタンを通
過した光とは互いに同位相であり、前記主パタンの周り
に生じる光強度ピークによる像の転写を防止することを
特徴とするホトマスクとする、また、 露光光に対して
半透明な領域と、前記半透明な領域の中に設けられ、転
写される矩形状の透明な主パタンと前記主パタンに近接
して設けられ、転写されない矩形状の補助パタンとを有
し、前記半透明な領域を通過した光と前記主パタンを通
過した光とは互いに位相が反転するマスクであって、前
記主パタンを通過した光と前記補助パタンを通過した光
とは互いに同位相であり、前記主パタンと前記補助パタ
ンの中心間距離RはR=b・λ/NA(但し、投影露光
光学系の開口数をNA、露光波長をλ、1.00≦b≦
1.35とする)を満たすことを特徴とするホトマスク
とする。
の光強度ピークは、主パタンに対して位相が反転してい
る。また、半透明領域からなる主パタン内側の不要な光
強度ピークは半透明主パタンと同位相である。この事か
ら、不要なピーク部分に透明領域と同位相、すなわち、
実質的には不要な光強度ピークと逆位相の補助パタンを
配置することにより、不要な光強度のピークが打ち消さ
れる。
従来法の実施例を図1で説明する。図1(a)は従来法
のマスクの断面図、1はガラス基板、2は半透明位相シ
フト膜である。半透明位相シフト膜2は2層膜からなっ
ており、半透明膜にはCr膜を用い、位相シフタには塗
布ガラスを用いた。また、半透明位相シフト膜2の露光
光に対する透過率は9%とした。図1(b)に示すよう
に、このマスクを透過した光の振幅分布は、光透過部3
を通過した光が正の符号であるのに対し、半透明位相シ
フト膜2を通過した光の位相は反転し、負の符号とな
る。この光をレンズを通しウエハ上に投影すると、図1
(c)に示すように光透過部3と半透明位相シフト膜2
の境界で位相反転しているため、その直下で光強度はほ
ぼ0となる。そのため光強度の広がりがおさえられ、コ
ントラストの高い微細なパタンが形成できる。しかし、
第2の光強度ピーク4が発生することも判る。通常この
マスクを用いる場合、この第2ピーク4が転写されない
ようにレジストの露光量を設定する。しかし、主パタン
のピークと第2ピークの光強度差が小さいと、露光量の
設定幅が小さくなり、解像不良発生の原因ともなる。従
って、第2ピークを小さくすることが、プロセス裕度向
上に有効である。本発明の実施例を図2で説明する。図
2(a)は本発明のマスクの断面図。マスクの材料構成
は従来法と同様である。従来法のマスクとの相違点は、
補助パタン5を付加したことである。図2(b)に示す
ように、この補助パタン5を透過した光の位相と光透過
部3を通過した光の位相は同じにした。その結果、図2
(c)に示すような光強度分布が得られた。従来法での
第2ピークは主パタンに対し位相が反転しており負の符
号である。この第2ピークに対応する位置に第2ピーク
とは逆位相の光を導入することにより、互いに打ち消し
あい、第2ピークの光強度を減少させることができた。
実際のマスクでのパタン配置例を図3に示す。6が半透
明位相シフト部、7が主透明パタン、8が補助透明パタ
ンである。主パタン7の寸法は設計値0.5μm角(投
影露光光学系の倍率が1/5なので、マスク上では2.
5μm角)、補助パタンの幅10、Wは解像限界以下に
する必要があり、W=a・λ/NAで表される。ただ
し、投影露光光学系の開口数をNA、露光波長をλ、
0.05≦a≦0.20である。ここでは、0.05μ
mとした。補助パタンの長さ9は、主パタンの幅より長
いことが望ましく、上下の補助パタンと左右の補助パタ
ンがつながっても良い。主パタンと補助パタンの距離1
1、Rの設定は重要であり、この設定を間違うと逆効果
になってしまう。図4に主パタンと補助パタンの距離1
1、Rを変えたときの主パタンと第2ピークの光強度の
変化を示す。この時の光学条件はNA=0.52、λ=
0.365μmである。Rの値が0.40〜0.65で
は第2ピークの光強度は補助パタンのない従来マスクの
レベルに比べ低減できているが、主パタンの光強度も低
下しており効果が無い。Rの値が0.7付近〜0.95
の場合、第2ピークが低下し更に主パタンの光強度も従
来マスクに比べ大きくなっており効果が大であることが
わかる。従ってパタン間距離RはR=b・λ/NAで表
される。ただし、投影露光光学系の開口数をNA、露光
波長をλ、1.00≦b≦1.35である。
合の従来法の実施例を図5で説明する。図5(a)、
(d)は従来法のマスクの断面図、1はガラス基板、1
2は半透明位相シフトパタンである。半透明位相シフト
パタン12は2層膜からなっており、半透明膜にはCr
膜を用い、位相シフタには塗布ガラスを用いた。また、
半透明位相シフトパタン12の露光光に対する透過率は
16%とした。図5(b)に示すようにこのマスクを透
過した光の振幅分布は、透明領域13を通過した光が正
の符号であるのに対し、主パタンである半透明位相シフ
トパタン12を通過した光の位相は反転し、負の符号と
なる。この光をレンズを通しウエハ上に投影すると、図
5(c)に示すように透明領域13と半透明位相シフト
パタン12の境界で位相反転しているため、その直下で
光強度はほぼ0となる。そのため光強度分布の広がりが
おさえられ、コントラストの高いマスクに忠実なパタン
が形成できる。しかし、干渉によって不要な光強度ピー
ク14が発生することもわかる。これらの現象は図5
(d)のような半透明位相シフトパタンの幅が広い場合
においても同じように不要な光強度ピーク14’が発生
する。通常この様なマスクを用いる場合、この不要な光
強度ピーク14及び14’が転写されないように、露光
量又は半透明領域の透過率を設定する。しかし、他の微
細パタンの最適光強度と主パタンの内側に発生した不要
な光強度ピークの光強度差が小さいと、露光量の設定幅
が小さくなり、解像不良発生の原因となる。従って、不
要な光強度ピークを小さくすることが、プロセスの裕度
向上に有効である。
る。図6(a)、図7(a)は本発明のマスクの断面図
であり、マスクの材料構成は従来法と同様である。従来
法のマスクとの相違点は、主パタンである半透明位相シ
フトパタン12の内側に透明な補助パタン15及び18
を付加したことである。図6(d)のように主パタン寸
法19、DがD=c・λ/NA(ただし、投影光学系の
開口数をNA、露光波長をλ、0.55≦c≦1.3
0)にあてはまる場合、補助パタン15を付加した。図
6(b)に示すように、補助パタン15を透過した光の
位相と透明領域14を透過した光の位相は同じにした。
その結果、図6(c)に示すような光強度分布が得ら
れ、図5(c)の従来法に示したような不要な光強度ピ
ーク14を消去できた。平面的なパタン配置例を図6
(d)に示す。12が半透明位相シフトパタン、13が
透明領域、15が補助透明パタンである。主パタンであ
る半透明位相シフトパタン12の寸法19、Dは設計値
一辺0.6μm(投影光学系の倍率が1/5なのでマス
ク上では3.0μm)とした。補助パタンの寸法16、
Sは解像限界以下にする必要があり、S=d・λ/NA
で表わされる。ただし、投影光学系の開口数をNA、露
光波長をλ、係数dである。ここで係数dは、おおよそ
0.04≦d≦0.35であり、ここでは16、Sを
0.15μmとした。補助パタンは、主パタンである半
透明位相シフトパタン12のエッジから距離17、mの
位置に配置することが望ましく、m=e・λ/NAで表
される。ここで係数eは、おおよそ0.54以下が適当
であり、ここでは距離17、mを0.15μmとした。
半透明位相シフトパタンである主パタンのエッジと補助
パタンの距離17、m及び補助パタン寸法16、Sの設
定は重要であり、この設定を間違うと逆効果になってし
まう。図8(a)に補助パタンの寸法16、Sを変えた
ときの不要な光強度ピーク14の変化を示す。この時の
光学条件はNA=0.52、λ=0.365μmであ
る。補助パタン寸法16、Sの値が0.025〜0.2
40では不要な光強度ピーク14は半透明領域を透過す
る光強度以下であり、効果が大であることがわかる。つ
ぎに図8(b)に補助パタンと主パタンのエッジとの距
離17、mを変えたときの不要な光強度ピーク14の変
化を示す。光学条件は前記条件と同じである。mの値が
0.375以下では、不要な光強度ピーク14は半透明
領域を透過する光強度以下であり、効果が大であること
がわかる。半透明位相シフトパタンの幅が広い場合の補
助パタンの配置例を図7(a)〜(d)で説明する。半
透明位相シフトパタンである主パタン寸法20、Dが、
D=c・λ/NA(ただし、投影光学系の開口数をN
A、露光波長をλ、c>1.30)にあてはまる場合、
パタンエッジから補助パタンまでの距離17、mの位置
に補助パタン18を周期的に配置し、補助パタン領域2
3を形成した。これにより図5(f)のような主パタン
内側の不要な光強度ピーク14’を図7(c)のように
小さくすることができた。図7(d)の12が半透明位
相シフトパタン、13が透明領域、23が補助透明パタ
ン領域である。主パタンである半透明位相シフトパタン
13の寸法20、Dは設計値で一辺1.6μm(投影光
学系の倍率が1/5なのでマスク上では8.0μm)と
した。この主パタン内の、各パタンエッジからの距離1
7、mに囲まれた部分に補助パタンを周期的に配置す
る。距離17、mはm=e・λ/NA(ただし、投影光
学系の開口数をNA、露光波長をλ、係数をeとす
る。)で求められる。ここで係数eは、0.54以下に
することが望ましく0.10μmとし、半透明位相シフ
トパタン12内に透明補助パタン18を形成した。透明
パタンの配列ピッチ21、Pは、P=f・λ/NA(た
だし、投影光学系の開口数をNA、露光波長をλ、係数
をfとする。)で求められ、係数fは実験より0.8以
下にすることが望ましくここでは0.40μmとした。
また設定したピッチにおいて、透明補助パタンの面積を
Aとすると、A=P2/(g・√T+1)(ただし、半
透明部の透過率をTとする。)で求められ、許容できる
光強度にもよるが、投影される光強度の許容を0.05
以下とすると、係数gはおおよそ0.5≦g≦2.0が
望ましくここでは透明補助パタン寸法22を一辺0.2
0μmの正方形とした。これにより得られる光強度分布
を示す。図5(f)に従来法を、図7(c)に本発明を
適用したものを示す。この時の光学条件はNA=0.5
2、λ=0.365μmである。不要な光強度は補助パ
タン領域を持たない従来マスクの強度に比べ低減できて
おり、本方法による改善効果が大であることがわかる。
ここでは繰り返し配置する透明補助パタンをホールパタ
ンに限定したが、これに限らず透明なパタンを繰り返し
配置することにより、同様の効果が得られる。すなわ
ち、擬似的に暗部を形成するために配置する透明補助パ
タンは、形状によらず、三角形又は五角形などの多角
形、あるいは楕円などでも良く、ある範囲内の面積の、
ある範囲内のピッチで、繰り返し配列した領域があれば
適用することができる。
ように限定したが、主パタン及び補助パタンの大きさや
形状、半透明領域の透過率などによって最適値は異な
る。例えば透過率が変わることによって、半透明領域の
透過光強度が変化する。透過率を4%に変更する場合、
半透明領域を透過する光強度は小さくなる。これによっ
て、主パタン寸法及び補助パタン配置位置等変更する事
により、適用することができる。従って、半透明領域の
透過率及び主パタンに合わせて補助パタン形状及び位置
の最適化が必要である。主パタン及び補助パタンの形状
は長方形及びホールパタンに限らず特に制限は無い。ま
た、半透明領域の透過率も本実施例に限らず、透過率に
適した係数を使用することによって適用できる。マスク
の構造及び材料を本実施例では半透明膜にCr膜を、位
相シフタに塗布ガラス、透明領域にガラス基板を用いた
が、これに限らない。すなわち、本発明では使用するマ
スク構造が透明領域と半透明領域を含み、かつ透明領域
と半透明領域の位相差が180°であるマスクにおい
て、投影する半透明領域である主パタンの内側に、透過
光の位相差が透明領域と同じで、かつ透明な補助パタン
を最適な位置に適した寸法で配置すれば目的が達成でき
る。本マスクを超LSIの配線層大面積パタン及び電極
取り出し用穴パタンに適用した結果、不要なピークが転
写される不良は無くなり良好にパタンを形成することが
できた。
トマスクで問題となっていたパタンに無関係の不要な光
強度ピークが無くなり、不要なパタンの転写を避け、主
パタンのみ転写できる露光量の設定幅が大きくなった。
言い替えれば、不要パタンが転写される不良の発生を防
止できた。また、本発明のマスクを用いて半導体素子を
作成した結果、半透明位相シフトマスクの解像度向上効
果を有効に使うことができ従来型のマスクに比べパタン
の微細化及び、各種寸法パタンの安定した形成が実現で
き、素子面積の縮小化が実現できた。
領域、4…第2の光強度ピーク、5,8…補助パタン、
6…半透明位相シフト部、12…半透明位相シフトパタ
ン、13…光透過領域、14,14’…パタン内側の不
要な光強度ピーク、15,18…透明補助パタン、16
…透明補助パタン寸法、17…透明補助パタン配置位
置、19,20…主パタン寸法、21…透明補助パタン
配列ピッチ、22…透明補助パタン寸法、23…透明補
助パタン領域。
Claims (7)
- 【請求項1】露光光に対して半透明な領域と第1、第2
及び第3の透明な領域とを有し、前記半透明な領域を透
過した光と前記第1、第2及び第3の透明な領域を透過
した光の位相が互いに反転するホトマスクであって、前
記第1の透明な領域は第1の辺と前記第1の辺と交わる
第2の辺とを有し、前記第2の透明な領域は、前記第1
の辺に近接して配置され、前記第3の透明な領域は、前
記第2の辺に近接して配置されており、前記第2及び前
記第3の透明な領域は、用いる投影光学系の解像限界以
下の寸法であり、前記第1の透明な領域と前記第2の透
明な領域の中心間距離R及び、前記第1の透明な領域と
前記第3の透明な領域の中心間距離RはR=b・λ/N
A(但し、投影露光光学系の開口数をNA、露光波長を
λ、1.00≦b≦1.35とする)を満たすことを特
徴とするホトマスク。 - 【請求項2】前記第2の透明な領域の一辺は、前記第1
の透明な領域の第1の辺よりも長く、前記第3の透明な
領域の一辺は、前記第1の透明な領域の第2の辺よりも
長いことを特徴とする請求項1記載のホトマスク。 - 【請求項3】前記第2の透明な領域と第3の透明な領域
とが接していることを特徴とする請求項1記載のホトマ
スク。 - 【請求項4】露光光に対して透明な領域と、前記透明な
領域内に設けられた半透明位相シフトパタンと、前記半
透明位相シフトパタン内にある補助透明パタンとを有
し、前記透明な領域及び前記補助透明パタンを透過した
光と半透明位相シフトパタンを透過した光の位相が互い
に反転しており、前記補助透明パタンは、前記半透明位
相シフトパタンのエッジからの距離mがm=e・λ/N
A(但し、投影光学露光系の開口数をNA、露光波長を
λ、e≦0.54とする)であるように配置されおり、
前記補助透明パタンの寸法は、用いる投影光学系の解像
限界以下であることを特徴とするホトマスク。 - 【請求項5】前記半透明位相シフトパタンの寸法DがD
=c・λ/NAの関係を満たす(但し、投影露光光学系
の開口数をNA、露光波長をλ、c>1.30とする)
場合に、前記半透明位相シフトパタン内にある透明補助
パタンを周期的に配列し、前記透明補助パタンを配列す
る繰り返しピッチPは、P=f・λ/NA(但し、投影
露光光学系の開口数をNA、露光波長をλ、f≦0.8
とする)の関係を満たし、前記透明補助パタンの面積A
がA=P/(g・√T+1)(但し、繰り返しピッチを
P、半透明位相シフトパタンの光透過率をT、0.5≦
g≦2.0とする)の関係を満たすように前記透明補助
パタンを配置することを特徴とする請求項4記載のホト
マスク。 - 【請求項6】露光光に対して半透明な領域と、前記半透
明な領域の中に設けられ、転写される透明な主パタンと
を有し、前記半透明な領域を透過した光と前記主パタン
を透過した光とは互いに位相が反転するマスクであっ
て、転写されない寸法の補助パタンが前記主パタンの近
傍で、前記主パタンの周りに生じる光強度を弱める位置
に配置され、前記主パタンを通過した光と前記補助パタ
ンを通過した光とは互いに同位相であり、前記主パタン
の周りに生じる光強度ピークによる像の転写を防止する
ことを特徴とするホトマスク。 - 【請求項7】露光光に対して半透明な領域と、前記半透
明な領域の中に設けられ、転写される矩形状の透明な主
パタンと前記主パタンに近接して設けられ、転写されな
い矩形状の補助パタンとを有し、前記半透明な領域を通
過した光と前記主パタンを通過した光とは互いに位相が
反転するマスクであって、前記主パタンを通過した光と
前記補助パタンを通過した光とは互いに同位相であり、
前記主パタンと前記補助パタンの中心間距離RはR=b
・λ/NA(但し、投影露光光学系の開口数をNA、露
光波長をλ、1.00≦b≦1.35とする)を満たす
ことを特徴とするホトマスク。
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JP8429393A JP3283624B2 (ja) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | ホトマスク |
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JP8429393A Expired - Lifetime JP3283624B2 (ja) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | ホトマスク |
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-
1993
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