JP3387224B2 - ホトマスク及びパタン形成方法 - Google Patents

ホトマスク及びパタン形成方法

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JP3387224B2 JP17508894A JP17508894A JP3387224B2 JP 3387224 B2 JP3387224 B2 JP 3387224B2 JP 17508894 A JP17508894 A JP 17508894A JP 17508894 A JP17508894 A JP 17508894A JP 3387224 B2 JP3387224 B2 JP 3387224B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置などの製造に
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。
【0002】
【従来の技術】マスクパターンを転写する露光装置の解
像力を向上させる従来技術の一つとして、特開平4−136
854 号公報では、単一透明パタンの解像度向上手段とし
て、単一透明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、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。
【0003】半透明膜を通過した光は、主パタンである
透明パタンを通過し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、境界部での光強度が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持つ半
透明膜に変更するだけで実現でき、マスク作製が簡単で
ある事が特徴である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
得られる投影像では、主パタン以外の部分に不要な第2
の光強度ピークが表れる。たとえば、大きい透明パタン
の250°以上のコーナ部に挟まれた半透明部には不要
な光強度ピークができてしまう。このピークは主パタン
のピーク強度を1とし、半透明部を通過した光強度を
0.1 とすると、約0.3 の光強度であり、実際に基板
上のレジストに転写されてしまう不良が発生している。
【0005】また、近接して配列されている穴パタンの
場合は、二つの穴パタンから一定距離の位置に不要な光
強度ピークが発生し、前例と同様に基板上のレジストに
転写されてしまう不良が発生している。この場合の不要
な光強度ピークの位置は二つの穴パタンの中心からの距
離をSとすると、S=sλ/NAの関係を満たす(ただ
し、投影光学系の開口数をNA,露光波長をλ,0.8
≦s≦1.1とする)位置である。
【0006】本発明の目的は、不要な光強度ピークの発
生を抑制し、不要なパタンの転写を防止し、良好な形状
のパタン形成歩留まりを向上することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では不要な光強度ピークが発生する位置に対
応するマスク上の位置に透過光の位相差が主パタンと同
じで、かつ透明な補助パタンを配置する。
【0008】透明補助パタンの配置位置は主パタンの形
状,配置により異なる。例えば、透明パタンの二辺が
250°の角度でL字の様に折れ曲がった形状の場合
は、この二辺からの距離DがD=dλ/NAの関係を満
たす位置(ただし、投影光学系の開口数をNA,露光波
長をλ,0.4≦d≦0.7とする)に補助パタンを配置
する。
【0009】また、方形透明パタンが対角方向に接する
あるいは隣接して配置してある場合は、それぞれのパタ
ンの辺に挟まれた半透明部の中に、それぞれの辺からの
距離DがD=dλ/NAの関係を満たす位置(ただし、
投影光学系の開口数をNA,露光波長をλ,0.4≦d
≦0.7とする)に補助パタンを配置する。
【0010】また、複数個の透明方形パタンが並んで配
置されている場合、2個の透明主パタンの中心からの距
離がS=sλ/NAの関係を満たす位置(ただし、投影
光学系の開口数をNA,露光波長をλ,0.8≦s≦1.
1とする)に補助パタンを配置する。
【0011】これらの補助パタンの形状には制限はない
が、方形あるいは円形が望ましい。正方形の場合の大き
さは、辺の長さをIとするとI=iλ/NAの関係(た
だし、投影光学系の開口数をNA,露光波長をλ,0.
2≦i≦0.5とする)を満たす大きさが望ましい。
【0012】
【作用】不要な光強度ピークは、主パタンからの回折光
と半透明部を通過した光の位相が一致した部分で、光が
互いに強めあう為に発生する。特に、二つのパタンから
の回折光が同位相で重なった部分では大きな光強度ピー
クとなる。したがって、不要な光強度ピークが発生する
位置に対応するマスク上の位置に透過光の位相差が主パ
タンと同じでかつ透明な補助パタンを配置することによ
り、回折光を打ち消すことができる。すなわち、不要な
光強度ピークと逆位相の光を、補助パタンから入射する
ことにより、光を打ち消す。従って、補助パタンの大き
さは、光を打ち消すに充分な光強度が得られる大きさに
する必要があるが、それ以上の大きさにした場合は逆効
果となり、不適切である。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図1及び図2で説明する。
図1(a)は従来法のマスクの平面図、(b)は本発明
のマスクの平面図である。1が半透明位相シフト部、2
が透明主パタン部である。図2は図1のマスクを用いて
基板にパタンを投影したときの基板上で得られる光強度
分布をシミュレーションにより求め、マスク上の位置
(A−B)について示したものである。マスクを投影する
光学系はレンズのNA=0.52,露光波長は365n
m,光源のコヒーレンシーはσ=0.3とした。今回用
いた光学系は実験の一つの条件例であり、これに限らな
い。
【0014】曲線aが従来マスク,曲線bが本発明のマ
スクで得られた光強度分布である。図1(a)に示す従
来法のマスクで得られる光強度分布では、点P1の部分
で約0.3 の相対光強度ピークが発生していることがわ
かる。
【0015】図1(b)の本発明のマスクでは点P1の
部分に透明な補助パタン3を配置した。補助パタン3の
位置は辺4および辺5からの距離Dは0.38μm とし
たがこれに限らない。D=dλ/NAの関係を満たす位
置(ただし、投影光学系の開口数をNA,露光波長を
λ,0.4≦d≦0.7とする)であれば同様の効果が得
られる。
【0016】補助パタン3は正方形とし、辺の長さIは
0.3μm としたが、これに限らない。I=iλ/NA
の関係(ただし、投影光学系の開口数をNA,露光波長
をλ,0.3≦i≦0.6とする)を満たす大きさであれ
ば同様の効果が得られる。また、形状も正方形に限らな
い。長方形や円形等でもよい。面積がほぼ同等であれば
同様の効果が得られる。
【0017】本マスクを用いて基板上に塗布した通常の
ポジ型レジストにパタンを転写した。設計通りの寸法に
レジストパタンを形成できる露光量は240mj/cm2
であった。この露光量の場合は従来法のマスクを用いて
も、主パタン2以外の部分に不要なパタンは形成されな
かった。しかし、露光量を280mj/cm2 にしたとこ
ろ、マスク上のP1に対応する位置にレジストの膜べり
が生じた。さらに、300mj/cm2 にしたところ、P
1に対応する位置に不要な穴パタンが形成された。これ
に対し本発明を適用したマスクでは300mj/cm2
露光量でもP1に対応する位置、あるいはその他の位置
にも不要なパタンは形成されなかった。
【0018】本発明の参考例について図3及び図4を用
いて説明する。図3(a)に従来型マスクを、図3
(b)に本発明のマスクの平面図を示す。それぞれ半透
明位相シフトマスク内に透明正方形パタン6が2個並列
して並んでいる。透明正方形パタン6は一辺の長さが
0.5μm,パタン中心間の距離は1.1μmとした。こ
のパタン寸法及び配置は1例でありこれに限らない。
【0019】図4は図3のマスクを用いて基板にパタン
を投影したときの基板上で得られる光強度分布をシミュ
レーションで求め、マスク上の位置(C−D)について
示したものである。マスクを投影する光学系はレンズの
NA=0.52 ,露光波長は365nm,光源のコヒー
レンシーはσ=0.3 とした。今回用いた光学系は実験
の一例であり、これに限らない。
【0020】図4の曲線aが従来マスク,曲線bが本発
明のマスクで得られた光強度分布である。図3(a)に
示す従来法のマスクで得られる光強度分布では、点P
2,P3の部分で約0.25 の相対光強度ピークが発生
していることがわかる。図3(b)の本発明のマスクで
は点P2,P3の部分に透明な補助パタン7を配置し
た。補助パタン7の位置は2個の正方形パタン6の中心
から等しい距離8の位置に配置した。距離8は0.65
μm としたがこれに限らない。距離8をSとするとS
=sλ/NAの関係(ただし、投影光学系の開口数をN
A,露光波長をλ,0.8≦s≦1.1とする)を満たす
位置であれば同様の効果が得られる。
【0021】補助パタン7は正方形とし、辺の長さIは
0.2μm としたが、これに限らない。I=iλ/NA
の関係(ただし、投影光学系の開口数をNA,露光波長
をλ,0.2≦i≦0.5とする)を満たす大きさであれ
ば同様の効果が得られる。また、形状も正方形に限らな
い。長方形や円形等でもよい。面積がほぼ同等であれば
同様の効果が得られる。
【0022】図4の曲線bに示すように、本参考例のマ
スクで得られる光強度分布では、P2及びP3の部分で
の光強度は小さくなっており、従来法でのピークを消失
できたことがわかる。
【0023】本マスクを用いて基板上に塗布した通常の
ポジ型レジストにパタンを転写した。設計通りの寸法に
レジストパタンを形成できる露光量は270mj/cm2
であった。この露光量の場合は従来法のマスクを用いて
も、主パタン2以外の部分に不要なパタンは形成されな
かった。しかし、露光量を280mj/cm2 にしたとこ
ろ、マスク上のP2,3に対応する位置にレジストの膜
べりが生じた。さらに、300mj/cm2 にしたとこ
ろ、P2,3に対応する位置に不要な穴パタンが形成さ
れた。これに対し本発明を適用したマスクでは300m
j/cm2 の露光量でもP2、3に対応する位置、あるい
はその他の位置にも不要なパタンは形成されなかった。
【0024】ここで用いた半透明位相シフトマスクは、
ガラス基板上に薄膜CrとSOG(Spin on Glass )を
積層した、通常の2層構造方式であるがこれに限らな
い。MoSiO,MoSiN,WSiO,WSiN,C
rO,CrN系の材料等による単層構造でも本発明の効
果は変わらない。
【0025】すなわち、本発明は半透明位相シフトマス
クのパタン配置に関するものであり、複数の透明パタン
部から回折した光が、半透明部を通過した光と同位相で
重なったときに発生する光強度ピークを打ち消す補助パ
タンを配置したことに特徴があり、マスク構造には依ら
ない。
【0026】また、本発明の補助パタンの配置はマスク
設計時は特に考慮せずに、設計者は所望のパタンのみを
設計した。その後、本発明で示した補助パタン配置のル
ールを導入した補助パタン自動配置システムを用い、マ
スクパタンデータを作成し、このデータを用い通常の方
法でマスク作成を行った。ここで用いた補助パタン自動
配置システムでは通常のパタン平面形状の情報と、使用
するパタン転写光学系のNA,λ,σの情報を入力する
ことにより、本発明の補助パタン配置の計算式から導か
れた補助パタンを自動的に発生することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、従来型半透明位相シフ
トマスクで問題となっていた主パタンのパタン配置に依
存した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が実現でき素子面積の縮小化が
実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のマスクの平面形状を示す説明図。
【図2】実施例1の光強度分布を示す特性図。
【図3】参考例のマスクの平面形状を示す説明図。
【図4】参考例の光強度分布を示す特性図。
【符号の説明】
1・・・半透明位相シフト部、2,6・・・透明パタン部、
3,7・・・補助パタン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半透明領域と、前記半透明領域内に配置さ
    、250°以上のコーナ部を有する主開口パタンと、
    前記コーナ部に挟まれた前記半透明領域に生じる光強度
    ピークの発生を抑制するための補助パタンとを有し
    記半透明領域を透過した露光光と前記主開口パタンを透
    過した露光光とは位相が互いに反転し、前記主開口パタ
    ンを透過した露光光と前記補助パタンを透過した露光光
    とは位相が同じであるホトマスクを用いて、前記補助パ
    タンが配置された位置に対応するレジスト膜にはパタン
    を転写せず、前記主開口パタンが配置された位置に対応
    する前記レジスト膜にはパタンを転写することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記主開口パタンはL字状であることを特
    徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記コーナ部の角度は270°であること
    を特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記補助パタンは、前記コーナ部を形成す
    二辺からの距離Dが、D=dλ/NAの関係を満たす
    (ただし、投影光学系の開口数をNA、露光波長をλ、
    0.4≦d≦0.7とする。)位置に配置されているこ
    とを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載の半導
    体装置の製造方法。
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