JP3388986B2 - 露光用マスク及びその製造方法 - Google Patents

露光用マスク及びその製造方法

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    • G03F1/30—Alternating PSM, e.g. Levenson-Shibuya PSM; Preparation thereof

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
におけるリソグラフィー工程で用いられる露光用マスク
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路は、高集積化，微細化の
一途を辿っている。この要求に対し、露光光源の短波長
化によって対応することが検討されている。一方で、露
光光源を変えずに露光用のマスクを工夫する位相シフト
法が近年脚光を浴びている。位相シフト法は、位相シフ
タと呼ばれる位相を反転する部分を設け、隣接するパタ
ーンにおける光の正の干渉の影響を取り除いてパターン
精度の向上をはかるものである。
【０００３】これまで様々な位相シフト法が提案されて
きたが、なかでもレベンソン法（M.D.Levenson et.al I
EEE Trans. in Electron Devices, Vol. ED-29,No.12
(1982) p1828 ）は、解像性能と焦点深度（ＤＯＦ）を
飛躍的に向上させる手法として特に知られている。レベ
ンソン法は、隣接する光透過部を透過する光の位相差を
１８０度にし、負の干渉を生じさせるもので、ラインア
ンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターンなど周期的パターンに
対し解像力の向上効果が大きい。
【０００４】レベンソン法を適用したマスク（レベンソ
ンマスク）では、位相シフタと呼ばれる位相反転層を基
板の上に設けるタイプ（シフタ上乗せ型）と、透明基板
をエッチングすることで位相差を設けるタイプ（掘込み
型）がある。
【０００５】シフタ上乗せ型では遮光パターン形成後に
位相シフタを形成するため、遮光部との境界領域でのシ
フタが厚膜になり、開口エリア内で均一膜厚にすること
が困難である。また、位相シフタの複素屈折率が透明基
板と異なるため、シフタ部を透過する光の強度が非シフ
タ部を透過する光の強度より小さくなり、転写されるレ
ジストパターンに寸法差が生じるという問題点がある。
【０００６】一方、掘込み型ではシフタ上乗せ型に比べ
マスク作製工程が簡易であるという利点を持つものの、
異方性エッチングにより掘込み部を形成した場合、掘込
み部の側壁の影響で透過する光量が非掘込み部に対して
低下し、掘込み部と非掘込み部に対応するレジストパタ
ーンに寸法差が生じることが問題となっていた。
【０００７】これに対し、例えば文献１（Pattern-Depe
ndent Correction of Mask Topography Effects for Al
ternating Phase-Shifting Masks (R.A.Ferguson et.a
l. Proc. SPIE, Vol. 2440,1995）に見られるように、
シフタ部のみを掘込むレベンソンマスクにおいて、シフ
タ部に相当する開口寸法を非シフタ部の開口寸法より大
きくすることで、開口部の透過率を調整する手法が報告
されてきた。
【０００８】また、例えば文献２（Exposure character
istics of alternate aperture phase-shifting masks
fabricated using subtractive process（R.L.Kostelak
et.al. J.Vac.Sci.Technol.B 10(6),Nov/Dec 1992）に
見られるように、非シフタ部／シフタ部をそれぞれ１８
０度／３６０度掘込み、互いの位相差を１８０度にする
ことで側壁の影響を軽減させ、レジストパターンの寸法
差を減少させる手法が報告されてきた。
【０００９】しかしながら、この種の手法にあっては次
のような問題があった。即ち文献１の手法では、設計時
或いは設計データをマスク描画データに変換する際に、
設定位相差に応じた変換差を各設定位相差に相当する開
口部について設ける必要があり、多大な労力と時間を要
する。また文献２の手法では、掘込み量を最適条件とし
ても、図９に示す如く依然として理想的な焦点深度を得
ることはできない。ここで、図中の規格化ＤＯＦとは、
マスクトポグラフィの影響がない理想的なマスクで得ら
れるＤＯＦに対して、非シフタ部／シフタ部をそれぞれ
１８０度／３６０度垂直に掘込み形成したマスクで得ら
れるＤＯＦを相対値として表した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、掘込
み型のレベンソンマスクにおいて、シフタ上乗せ型に比
べマスク作製工程が簡易であるという利点を持つもの
の、掘込み部と非掘込み部に対応するレジストパターン
に寸法差が生じる。これを解決するために文献１のよう
に、シフタ部に相当する開口寸法を非シフタ部の開口寸
法より大きくすることで開口部の透過率を調整する手法
では、多大な労力と時間を要するという問題があった。
また、文献２のように、非シフタ部／シフタ部をそれぞ
れ１８０度／３６０度掘込み、互いの位相差を１８０度
にすることで側壁の影響を軽減させる手法では、掘込み
量を最適条件としても理想的な焦点深度を得ることがで
きないという問題があった。
【００１１】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、マスクの立体構造に
起因するレジストパターンの寸法差の発生を防止するこ
とができ、より高精度なパターン転写を可能とする露光
用マスク及びその製造方法を提供することにある。より
具体的には掘込み部の側壁に起因するレジストパターン
の寸法差が非常に少なく、かつ作製が容易である露光用
マスク及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】 （構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち、本発明（請求項１）は、
露光光に対して透明な基板上に遮光パターンと透明開口
部を有し、透明基板が掘込まれかつ掘込み量が隣接した
同一寸法を有する開口部で交互に異なるように調整され
た領域を有する露光用マスクにおいて、前記開口パター
ン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸法との差、及び
前記開口パターンの掘込み量が、前記開口パターン寸法
とこれに隣接する遮光パターン寸法との和に応じて同時
に設定されたことを特徴とする。
【００１３】また本発明は、前記開口パターンの掘込み
量が、前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パタ
ーン寸法との差、及び前記開口パターン寸法とこれに隣
接する遮光パターン寸法との和に応じて設定されたこと
を特徴とする。さらに本発明は、前記開口パターン寸法
とこれに隣接する遮光パターン寸法との差が、前記開口
パターンの掘込み量、及び前記開口パターン寸法とこれ
に隣接する遮光パターン寸法との和に応じて設定された
ことを特徴とする。
【００１４】ここで、図１に本マスクの構成を示し、本
発明の望ましい実施態様を次に挙げる。 (1-1) Ｄ2 と｜Ｄ1 −Ｄ2 ｜の少なくとも１つが、マス
ク開口寸法Ｗ１に応じて設定されていること。 (1-2) Ｄ2 と｜Ｄ1 −Ｄ2 ｜の少なくとも１つが、開口
パターン寸法Ｗ１とこれに隣接する遮光パターン寸法Ｗ
2 の和に対する開口パターン寸法の比に応じて設定され
ていること。 (1-3) 上記(1-1) 〜(1-2) において、Ｄ1 ，Ｄ2 はさら
に次のような関係を満たすこと。
【００１５】 ｜Ｄ1 −Ｄ2 ｜＝ｍ1 λ／（２ｎ−１）−δ1 ９λ／１６（ｎ−１）＋ｍ2 λ／（ｎ−１）≦Ｄ1 Ｄ1 ≦λ／（ｎ−１）＋ｍ2 λ／（ｎ−１） ｜δ1 ｜＜λ／１６（ｎ−１） （ｎは透明基板の屈折率、λは露光波長、ｍ1 ，ｍ12は
１以上の整数） (1-4) 遮光パターンのエッジが加工された透明基板のエ
ッジとほぼ一致していること。 (1-5) 開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン
寸法の和と共に、露光時のコヒーレンスファクタ、露光
波長における基板の複素屈折率、露光波長における遮光
膜の複素屈折率等を用いて、前記差や掘込み量の設定を
行うこと。
【００１６】ここで、コヒーレンスファクタσや基板，
遮光膜の複素屈折率も、開口パターン寸法と遮光パター
ン寸法の和と同様に、開口パターン寸法と遮光パターン
寸法との差、及び開口パターンの掘込み量を決定付ける
パラメータの一つであり、これらを考慮することによ
り、寸法及び堀込み量の設定をより正確に行うことがで
きる。
【００１７】なお、本発明を別の表現で示すと次のよう
になる。即ち本発明は、露光光に対して透明な基板上に
遮光パターンと透明開口部を有し、透明基板が掘込まれ
かつ掘込み量が隣接した同一寸法を有する開口部で交互
に異なるように調整された領域を有する露光用マスクに
おいて、前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パ
ターン寸法との和に対する開口パターンの比、及び前記
開口パターンの掘込み量が、前記開口パターン寸法とこ
れに隣接する遮光パターン寸法との和に応じて同時に設
定されたことを特徴とする。
【００１８】また本発明は、前記開口パターンの掘込み
量が、前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パタ
ーン寸法との和に対する開口パターン寸法の比、及び前
記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸法
との和に応じて設定されたことを特徴とする。さらに本
発明は、前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パ
ターン寸法との和に対する開口パターン寸法の比が、前
記開口パターンの掘込み量、及び前記開口パターン寸法
とこれに隣接する遮光パターン寸法との和に応じて設定
されたことを特徴とする。
【００１９】また、本発明（請求項２）は、露光用マス
クの製造方法において、露光光に対して透明な基板上に
遮光パターンと透明開口部を規定する開口パターンを形
成する工程と、前記開口パターンと遮光パターンの寸法
の少なくとも１つを測定する工程と、前記測定から得ら
れた結果に応じて前記開口部における各掘込み部の深さ
を決定する工程と、前記透明基板の各開口部を前記定め
られた深さでエッチングして掘込み部を形成する工程と
を含むことを特徴とする。
【００２０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (2-1) 開口パターンと遮光パターンとの寸法差の測定
が、光学的な手法又は電子線を用いた手段により行われ
ていること。 (2-2) 寸法に応じた掘込み量が、マスクトポグラフィを
考慮したシミュレーションにより、各開口部に対応する
像の焦点位置がほぼ一致する値として算出されたこと。 (2-3) 寸法に応じた掘込み量が、マスクトポグラフィを
考慮したシミュレーションにより、各開口部に対応する
像の強度が各焦点位置においてほぼ一致する値として算
出されたこと。 (2-4) 掘込み部が、異方性エッチングによって形成され
たこと。 (2-5) 異方性エッチングが反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）法であること。
【００２１】また本発明は、露光光に対して透明な基板
上に遮光パターンと透明開口部を有し、透明基板が掘込
まれかつ掘込み量が隣接した同一寸法を有する開口部で
交互に異なるように調整された領域を有する露光用マス
クのパターンデータ作成方法において、前記掘込み量を
所望値に設定し、前記設定された掘込み量に応じて、開
口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターンの寸法の
和に対する開口パターン寸法の比を設定する工程とを含
むことを特徴とする。
【００２２】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (3-1) 開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン
の寸法の和に対する開口パターン寸法の比が、マスクト
ポグラフィを考慮したシミュレーションにより各開口部
に対応する像の焦点位置がほぼ一致するように算出され
たこと。 (3-2) 開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン
の寸法の和に対する開口パターン寸法の比が、マスクト
ポグラフィを考慮したシミュレーションにより各開口部
に対応する像の強度が各焦点位置においてほぼ一致する
ように算出されたこと。 (3-3) 算出された開口パターン寸法とこれに隣接する遮
光パターンの寸法の和に対する開口パターン寸法の比
が、マスクパターン設計時或いは設計データをマスク描
画データに変換する際に設定されたこと。 (3-4) 掘込み部が矩形で形成されたものを設定している
こと。 （作用）図２は、２４８ｎｍ露光（縮小率１／４）にお
ける０．１５μｍＬ＆ＳパターンのＥＤ（Exposure Def
ocus）図の従来例との比較を示したものである。ここで
第１の従来例として、前記文献１のシフタ部に相当する
開口寸法を非シフタ部の開口寸法より大きくする方法を
用いた。
【００２３】なお、シフタ部と非シフタ部の開口寸法差
は転写されるパターン寸法差が最も少ない条件に定め
た。また、第２の従来例として開口パターン寸法を調整
することなく、従来の非シフタ部に相当する開口部をも
掘込み、シフタ部との位相差を１８０度近傍にする手法
を用いた。各種パラメータと得られるＤＯＦを、下記の
（表１）に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】なお、図中の横軸はｌｏｇ（露光量）、縦
軸はデフォーカス位置であり、実線で囲まれた領域は、
深掘り部のパターン線幅が所望線幅の±１０％以内の変
動となる露光量、フォーカス位置を示している。破線で
囲まれた領域は、浅掘り部のパターン線幅が所望線幅の
±１０％以内の変動となる露光量、フォーカス位置を示
している。
【００２６】ＥＤ図中に矩形のウインドウの縦軸幅で表
される露光量裕度を１０％としたときの許容フォーカス
変動量をＤＯＦとすると、第１の従来法では０．９９μ
ｍ、第２の従来法では０．８８μｍであるのに対し、本
発明の適用例では１．１５μｍと従来法より多くのＤＯ
Ｆを得ることができた。
【００２７】前記３条件の実効的な位相差をＬ＆Ｓパタ
ーンに平行な成分ＴＥと直交する成分ＴＭに分離して求
めた結果を、図３に示す。ここで、実効的な位相差と
は、前記文献１で報告されているパラメータの１つで、
マスクの電場分布をフーリエ変換して得られる０次光、
±１次光の振幅、位相を基にマスクトポグラフィの影響
の無いマスクにおける位相差（実効的な位相差）として
換算したものである。
【００２８】図３に示すように、本発明の適用例の方が
従来例に比べ、ＴＥ，ＴＭ成分共に１８０度により近
く、レベンソンマスクとして理想的な状態であると言え
る。このように本発明で理想的な状態が得られたのは、
浅掘り部と深掘り部の掘込み量と開口寸法の最適条件を
見出し、ＴＥ，ＴＭ各々の位相をより１８０度に近づけ
たことによる。
【００２９】第１の従来法では、掘込み量を調整せず片
方の開口部寸法のみの調整しか行っていなかったため、
最適な掘込み量が得られなかった。また、第２の従来法
では、掘込み量のみの調整しか行っていなかったので、
最適な変換差を得ることができなかった。これに対し本
発明では、掘込み量と開口部の寸法変換差を同時に設定
することで、レベンソンマスクの持つ露光特性を最大限
発揮させることができるのである。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１はレベンソンマスクの掘込み量
ならびに開口寸法を示した図である。開口パターン寸法
をＷ1 、遮光パターン寸法をＷ2 、浅堀込み部をＤ1 、
深堀込み部をＤ2 とした。開口パターン寸法と遮光パタ
ーン寸法との和に対する開口パターン寸法の比はＷ１／
（Ｗ１＋Ｗ２）で表される。実施形態では、寸法変換差
ΔＷを用いた。ここで、ΔＷは（Ｗ１−Ｗ２）／２と規
定し、ウェハ上に換算した値で示した。 （実施形態１）本実施形態では、２４８ｎｍ露光に用い
られるレベンソン型位相シフトマスクに関し、とりわけ
パターン寸法０．１８μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）に
ついてΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 全てを動的パラメータとして最
適解を求め、算出された最適解を実際の露光用マスクに
適用した例を示す。ここで、投影光学系の開口数（Ｎ
Ａ）＝０．６、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．３、
露光装置の縮小率＝１／４とした。ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 の
最適解は、シミュレーションから求まるＤＯＦで判断し
た。
【００３１】ここで、ＤＯＦは以下に示す手法で求め
た。 （１）深掘り部と浅掘り部のそれぞれに対し、得られる
光強度分布から線幅が所望線幅の±１０％以内の変動と
なる露光量、デフォーカス領域を求める。 （２）深掘り部と浅掘り部の共通エリアで、露光量裕度
を１０％まで許容とした時の許容フォーカス変動量をＤ
ＯＦとして求める。
【００３２】この結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（０．
０２μｍ，２４８ｎｍ，４８８．３ｎｍ）で最適解を得
ることができた。このシミュレーション結果を基にま
ず、転写パターン寸法が０．１８μｍに相当する開口部
に対し、０．０２μｍ（ウエハ上換算値）の変換差を加
えたパターンデータを作成した。次いで、作成したパタ
ーンデータを描画データに変換し、電子線による描画、
エッチングを経て遮光パターンを形成した。光学顕微鏡
で遮光パターン寸法を測定したところ、ΔＷ＝０．０２
１μｍであった。
【００３３】次いで、深掘り部に相当する開口部が覆わ
れるようにレジストパターンを新たに形成し、深掘り部
だけを目標値Ｄ2 −Ｄ1 より若干多い２４５ｎｍだけエ
ッチングした。さらにレジストを剥離して、Ｄ1 ＝２４
８ｎｍとなるように深掘り部、浅掘り部共にエッチング
した。この結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（０．０２１
μｍ，２４７．７ｎｍ，４８７．８ｎｍ）と前記シミュ
レーションで得られた条件とほぼ同じパラメータを有す
る露光用マスクが得られた。
【００３４】なお、はじめのエッチングで目標値より多
くしたのは２回目のエッチングで深掘り部のエッチング
速度が浅掘り部より低下し、Ｄ1 ＝２４７．７ｎｍ掘込
んでも深掘り部ではそれより少い掘込み量しか得られる
ためである。このように、溝の深さによるエッチング速
度差を考慮してエッチング目標値を補正すると、より効
果的である。
【００３５】この露光用マスクの露光特性を調べるた
め、先のシミュレーションと同じ露光条件における光学
像をモニタし、その光学像からＤＯＦを求めたところ、
マスクトポグラフィの影響がない理想的なマスクとほぼ
同等のＤＯＦを得ることができた。
【００３６】本実施形態ではλ＝２４８ｎｍの条件につ
いて行ったが、この条件に限定したものではなく、他の
露光波長例えば１９３ｎｍ，３６５ｎｍ，４３６ｎｍ等
の光に対しても有効である。また、ＮＡ，σも他の条件
もパターンが結像する範囲で変形することが可能であ
る。他の露光波長条件に関しては、ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 を
λで規格化した寸法から算出すればよい。
【００３７】また、本実施形態ではパターン寸法０．１
８μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）について示したが、他
のパターン寸法または寸法比、或いは露光装置の縮小率
でも同様の効果が得られる。 （実施形態２）本実施形態では、１９３ｎｍ露光に用い
られるレベンソン型位相シフトマスクに関し、とりわけ
パターン寸法０．１５μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）に
ついて予め設定されたＤ1 ，Ｄ2 に対する最適なΔＷを
求め、これらのパラメータを実際の露光用マスクに適用
した例を示す。ここで、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝
０．５、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．３、露光装
置の縮小率＝１／４とした。Ｄ1 ＝１８１．０ｎｍ，Ｄ
2 ＝３６７．９ｎｍとしたときに得られるΔＷとＤＯＦ
の関係を、図４に示す。ここで、ＤＯＦは実施形態１の
手法で求めた。
【００３８】図４の結果から、２つの掘込み量Ｄ1 ，Ｄ
2 を上記の条件に固定した場合、ΔＷ＝−０．０１１５
μｍ（ウエハ上）で最適解を得ることができた。これ
は、堀込み量Ｄ1 ，Ｄ2 、及び開口パターン寸法と遮光
パターン寸法との和（Ｗ1 ＋Ｗ2 ：この場合０．３μ
ｍ）から、開口パターン寸法と遮光パターン寸法との差
（Ｗ1 −Ｗ2 ）の最適値を設定できることを意味する。
【００３９】このシミュレーション結果を基にまず、転
写パターン寸法が０．１５μｍに相当する開口部に対
し、−０．０１１５μｍ（ウエハ上換算値）の変換差を
加えたパターンデータを作成した。次いで、作成したパ
ターンデータを描画データに変換し、電子線による描
画、エッチングを経て遮光パターンを形成した。光学顕
微鏡で遮光パターン寸法を測定したところ、ΔＷ＝−
０．０１１６μｍであった。
【００４０】次いで、深掘り部に相当する開口部が覆わ
れるようにレジストパターンを新たに形成し、深掘り部
だけを目標値Ｄ2 −Ｄ1 より若干多い１９０ｎｍにエッ
チングした。さらに、レジストを剥離して、Ｄ1 ＝１８
１ｎｍとなるように深掘り部、浅掘り部共にエッチング
した。この結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（−０．０１
１６μｍ，１８１．２ｎｍ，３６８ｎｍ）と前記シミュ
レーションで得られた条件とほぼ同じパラメータを有す
る露光用マスクが得られた。
【００４１】なお、はじめのエッチングで目標値より多
くしたのは２回目のエッチングで深掘り部のエッチング
速度が浅掘り部より低下し、Ｄ1 ＝１８１．２ｎｍ掘込
んでも深掘り部ではそれより少い掘込み量しか得られる
ためである。このように、溝の深さによるエッチング速
度差を考慮してエッチング目標値を補正すると、より効
果的である。
【００４２】本マスクを用い、先のシミュレーションと
同様の条件で、露光を行った。その結果、被加工基板上
に作成したネガレジストパターンで良好なＤＯＦを得る
ことができた。また、これらＤＯＦの値は変換差を最適
化しない場合（ΔＷ＝０）より２３％向上した。
【００４３】本実施形態ではλ＝１９３ｎｍの条件につ
いて行ったが、この条件に限定したものではなく、他の
露光波長例えば２４８ｎｍ，３６５ｎｍ，４３６ｎｍ等
の光に対しても有効である。また、ＮＡ，σも他の条件
もパターンが結像する範囲で変形することが可能であ
る。他の露光波長条件に関しては、ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 を
λで規格化した寸法から算出すればよい。
【００４４】また、本実施形態ではパターン寸法０．１
５μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）について示したが、他
のパターン寸法または寸法比、或いは露光装置の縮小率
でも同様の効果が得られる。 （実施形態３）本実施形態は、２４８ｎｍ露光に用いら
れるレベンソン型位相シフトマスクに関し、とりわけパ
ターン寸法０．１８μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）につ
いてＤ1 ，Ｄ2 に対する最適なΔＷを求め、これらのパ
ラメータを実際の露光用マスクに適用した例を示す。こ
こで、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝０．５７、コヒー
レンスファクタ（σ）＝０．４、露光装置の縮小率＝１
／４とした。Ｄ1 ＝２４８ｎｍ，Ｄ2 ＝４８８．３ｎｍ
としたときに得られるΔＷとＤＯＦの関係を図５に示
す。ここで、ＤＯＦは先の実施形態１の手法で求めた。
【００４５】図５の結果から、２つの掘込み量Ｄ1 ，Ｄ
2 を上記の条件に固定した場合、ΔＷ＝０．０２μｍ
（ウエハ上）で最適解を得ることができた。これは、堀
込み量Ｄ1 ，Ｄ2 、及び開口パターン寸法と遮光パター
ン寸法との和（Ｗ1 ＋Ｗ2 ：この場合０．３６μｍ）か
ら、開口パターン寸法と遮光パターン寸法との差（Ｗ1
−Ｗ2 ）の最適値を設定できることを意味する。
【００４６】このシミュレーション結果を基にまず、転
写パターン寸法が０．１８μｍに相当する開口部に対
し、０．０２μｍ（ウエハ上換算値）の変換差を加えた
パターンデータを作成した。次いで、作成したパターン
データを描画データに変換し、電子線による描画、エッ
チングを経て遮光パターンを形成した。光学顕微鏡で遮
光パターン寸法を測定したところ、ΔＷ＝０．０２２μ
ｍとなった。
【００４７】次いで、深掘り部に相当する開口部が覆わ
れるようにレジストパターンを新たに形成し、深掘り部
だけを目標値Ｄ2 −Ｄ1 より若干多い２４５ｎｍエッチ
ングした。次いで、レジストを剥離して、Ｄ1 ＝２４８
ｎｍとなるように深掘り部、浅掘り部共にエッチングし
た。この結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（０．０２２μ
ｍ，２４８．１ｎｍ，４８８．５ｎｍ）と前記シミュレ
ーションで得られた条件とほぼ同じパラメータを有する
露光用マスクが得られた。
【００４８】なお、はじめのエッチングで目標値より多
くしたのは２回目のエッチングで深掘り部のエッチング
速度が浅掘り部より低下し、Ｄ1 ＝２４８．１ｎｍ掘込
んでも深掘り部ではそれより少い掘込み量しか得られる
ためである。このように、溝の深さによるエッチング速
度差を考慮してエッチング目標値を補正すると、より効
果的である。
【００４９】本マスクを用い、先のシミュレーションと
同様の条件で、露光を行った。その結果、被加工基板上
に作成したネガレジストパターンで良好なＤＯＦを得る
ことができた。また、これらＤＯＦの値は変換差を最適
化しない場合（ΔＷ＝０）より３５％向上した。
【００５０】本実施形態ではλ＝２４８ｎｍの条件につ
いて行ったが、この条件に限定したものではなく、他の
露光波長例えば１９３ｎｍ，３６５ｎｍ，４３６ｎｍ等
の光に対しても有効である。また、ＮＡ，σも他の条件
もパターンが結像する範囲で変形することが可能であ
る。他の露光波長条件に関しては、ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 を
λで規格化した寸法から算出すればよい。
【００５１】また、本実施形態ではパターン寸法０．１
８μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）について示したが、他
のパターン寸法または寸法比、或いは露光装置の縮小率
でも同様の効果が得られる。 （実施形態４）本実施形態は、２４８ｎｍ露光に用いら
れるレベンソン型位相シフトマスクに関し、とりわけパ
ターン寸法０．１５μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）につ
いてＤ2 −Ｄ1 とΔＷを一定としたときの最適なＤ1 を
求め、これらのパラメータを実際の露光用マスクに適用
した例を示す。ここで、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝
０．６、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．３、露光装
置の縮小率＝１／４とした。Ｄ2 −Ｄ1 ＝２４０ｎｍ、
ΔＷ＝０μｍとしたときに得られるＤ1 とＤＯＦの関係
を、図６に示す。ここで、ＤＯＦは実施形態１の手法で
求めた。
【００５２】図６の結果から、Ｄ2 −Ｄ1 ，ΔＷを上記
の条件に固定した場合、Ｄ1 ＝３８５．８ｎｍで最適解
を得ることができた。これは、開口パターン寸法と遮光
パターン寸法との和（Ｗ1 ＋Ｗ2 ：この場合０．３μ
ｍ）、及び開口パターン寸法と遮光パターン寸法との差
（Ｗ1 −Ｗ2 ：この場合０）から、堀込み量Ｄ1 ，Ｄ2
の最適値を設定できることを意味する。
【００５３】このシミュレーション結果を基にまず、変
換差を与えずパターンデータを作成した。次いで、作成
したパターンデータを描画データに変換し、電子線によ
る描画、エッチングを経て遮光パターンを形成した。光
学顕微鏡で遮光パターン寸法を測定したところ、ΔＷ＝
０．００１μｍとなった。
【００５４】次いで、深掘り部に相当する開口部が覆わ
れるようにレジストパターンを新たに形成し、深掘り部
だけを目標値Ｄ2 −Ｄ1 より若干多い２４８ｎｍエッチ
ングした。次いで、レジストを剥離して、Ｄ1 ＝３８
５．８ｎｍとなるように深掘り部、浅掘り部共にエッチ
ングした。この結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（０．０
０１μｍ，３８６．０ｎｍ，６２６．０ｎｍ）と前記シ
ミュレーションで得られた条件とほぼ同じパラメータを
有する露光用マスクが得られた。
【００５５】なお、はじめのエッチングで目標値より多
くしたのは２回目のエッチングで深掘り部のエッチング
速度が浅掘り部より低下し、Ｄ1 ＝３８６．０ｎｍ掘込
んでも深掘り部ではそれより少い掘込み量しか得られる
ためである。このように、溝の深さによるエッチング速
度差を考慮してエッチング目標値を補正すると、より効
果的である。
【００５６】本マスクを用い、先のシミュレーションと
同様の条件で、露光を行った。その結果、被加工基板上
に作成したネガレジストパターンで良好なＤＯＦを得る
ことができた。
【００５７】本実施形態ではλ＝２４８ｎｍの条件につ
いて行ったが、この条件に限定したものではなく、他の
露光波長例えば１９３ｎｍ，３６５ｎｍ，４３６ｎｍ等
の光に対しても有効である。また、ＮＡ，σも他の条件
もパターンが結像する範囲で変形することが可能であ
る。他の露光波長条件に関しては、ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 を
λで規格化した寸法から算出すればよい。
【００５８】また、本実施形態ではパターン寸法０．１
５μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）について示したが、他
のパターン寸法または寸法比、或いは露光装置の縮小率
でも同様の効果が得られる。 （実施形態５）本実施形態は、２４８ｎｍ露光に用いら
れるレベンソン型位相シフトマスクに関し、とりわけパ
ターン寸法０．１８μｍ、のＬ＆Ｓ（寸法比１：１）に
ついてＤ2 −Ｄ1 とΔＷを一定としたときの最適なＤ1
を求め、これらのパラメータを実際の露光用マスクに適
用した例を示す。ここで、投影光学系の開口数（ＮＡ）
＝０．６、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．３、露光
装置の縮小率＝１／４とした。Ｄ2 −Ｄ1 ＝２４０ｎ
ｍ、ΔＷ＝０μｍとしたときに得られるＤ1 とＤＯＦの
関係を、図７に示す。ここで、ＤＯＦは実施形態１の手
法で求めた。
【００５９】図７の結果から、Ｄ2 −Ｄ1 ，ΔＷを上記
の条件に固定した場合、Ｄ1 ＝３０３．１ｎｍで最適解
を得ることができた。これは、開口パターン寸法と遮光
パターン寸法との和（Ｗ1 ＋Ｗ2 ：この場合０．３６μ
ｍ）、及び開口パターン寸法と遮光パターン寸法との差
（Ｗ1 −Ｗ2 ：この場合０）から、堀込み量Ｄ1 ，Ｄ2
の最適値を設定できることを意味する。
【００６０】このシミュレーション結果を基にまず、変
換差を与えずパターンデータを作成した。次いで、作成
したパターンデータを描画データに変換し、電子線によ
る描画、エッチングを経て遮光パターンを形成した。光
学顕微鏡で遮光パターン寸法を測定したところ、ΔＷ＝
−０．００１μｍとなった。
【００６１】次いで、深掘り部に相当する開口部が覆わ
れるようにレジストパターンを新たに形成し、深掘り部
だけ目標値Ｄ2 −Ｄ1 より若干多い２４７ｎｍエッチン
グした。次いで、レジストを剥離して、Ｄ1 ＝３０３．
１ｎｍとなるよう深掘り部、浅掘り部共にエッチングし
た。この結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（−０．００１
μｍ，３０３．０ｎｍ，５４３．０ｎｍ）と前記シミュ
レーションで得られた条件とほぼ同じパラメータを有す
る露光用マスクが得られた。
【００６２】なお、はじめのエッチングで目標値より多
くしたのは２回目のエッチングで深掘り部のエッチング
速度が浅掘り部より低下し、Ｄ1 ＝３０３．１ｎｍ掘込
んでも深掘り部ではそれより少い掘込み量しか得られる
ためである。このように、溝の深さによるエッチング速
度差を考慮してエッチング目標値を補正すると、より効
果的である。
【００６３】本マスクを用い、先のシミュレーションと
同様の条件で、露光を行った。その結果、被加工基板上
に作成したネガレジストパターンで良好なＤＯＦを得る
ことができた。
【００６４】本実施形態ではλ＝２４８ｎｍの条件につ
いて行ったが、この条件に限定したものではなく、他の
露光波長例えば１９３ｎｍ，３６５ｎｍ，４３６ｎｍ等
の光に対しても有効である。また、ＮＡ，σも他の条件
もパターンが結像する範囲で変形することが可能であ
る。他の露光波長条件に関しては、ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 を
λで規格化した寸法から算出すればよい。
【００６５】また、本実施形態ではパターン寸法０．１
８μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）について示したが、他
のパターン寸法又は寸法比、或いは露光装置の縮小率で
も同様の効果が得られる。 （実施形態６）図８は、本実施形態に関わる露光用マス
クの製造工程を示した図である。
【００６６】まず、図８（ａ）に示すように、露光光に
対し透明な基板８０１上に遮光パターン８０２を形成す
る。次いで、光学顕微鏡から得られる光学像を基に開口
パターン寸法、遮光パターン寸法を算出する。このと
き、開口パターン寸法と遮光パターン寸法の和が１．２
μｍのエリアに着目すると、ΔＷ＝−０．０４６μｍと
なった。このパターン寸法を基に掘込み量Ｄ1 ，Ｄ2 を
露光条件等を基準にシミュレーションして定めた。露光
装置の縮小率１／４、ＮＡ０．６、σ０．３としたとき
最適な掘込み量Ｄ1 ，Ｄ2 はそれぞれ２３２．５ｎｍ，
４７２．８ｎｍとなった。
【００６７】次いで、図８（ｂ）に示すように、遮光パ
ターン上に所望のレジストパターン８０３を形成した。
続いて、図８（ｃ）に示すように、上記得られた掘込み
量の差Ｄ1 −Ｄ2 に相当する量である２４０．３ｎｍだ
けＲＩＥ法（Reactive Ion Etching）を用いて垂直にエ
ッチングした。次いで、図８（ｄ）に示すように、レジ
スト８０３を剥離した。このシミュレーション結果に基
づき、図８（ｅ）に示すように、上記得られた掘込み量
Ｄ1 だけ全面にＲＩＥ法を用いてエッチングした。
【００６８】本製造方法で得られた露光用マスクを用い
た露光では０．１５μｍのＬ＆ＳパターンのＤＯＦを
１．００μｍ得ることができた。なお、掘込み量は本実
施形態の値に限ったものではなく、転写パターン寸法、
開口パターン寸法等の条件に応じて設定することが可能
である。また、本実施形態では遮光パターンの測定に光
学（レーザ）顕微鏡を用いたが、これに限定するもので
はなく、電子顕微鏡などを用いた測定が可能である。 （実施形態７）本実施形態では、２４８ｎｍ露光に用い
られるレベンソン型位相シフトマスクに関し、とりわけ
パターン寸法０．１５μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）に
ついてΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 全てを動的パラメータとして最
適解を求め、算出された最適解を実際の露光用マスクに
適用した例を示す。ここで、投影光学系の開口数（Ｎ
Ａ）＝０．６、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．３、
露光装置の縮小率＝１／４とした。ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 の
最適解はシミュレーションから求まるＤＯＦ（Depth of
Focus）で判断した。ここで、ＤＯＦは実施形態１記載
の手法で求めた。その結果、（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝
（−０．０１２μｍ，２４８ｎｍ，４８８．３ｎｍ）に
最適解を見出すことができた。
【００６９】このミュレーション結果を基にまず、転写
パターン寸法が０．１５μｍに相当する開口部に対し、
−０．０１２μｍ（ウエハ上換算値）の変換差を加えた
パターンデータを作成した。次いで、作成したパターン
データを描画データに変換し、電子線による描画、エッ
チングを経て遮光パターンを形成した。光学顕微鏡で遮
光パターン寸法を測定したところ、ΔＷ＝０μｍとな
り、パターンデータ作成時に設定したΔＷから大きく外
れた。これを前述の条件で加工すると、ＤＯＦが後術の
理想条件の１．１５μｍと比べ、０．２μｍ低い０．９
μｍしか得られない。
【００７０】そこで、ΔＷ＝０μｍとしたときの（Ｄ
1 ，Ｄ2 ）の最適解をシミュレーションから求めた結
果、（Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（３７２ｎｍ，６１２．３ｎｍ）
の条件において前記（ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 ）＝（−０．０
１２μｍ，２４８ｎｍ，４８８．３ｎｍ）の条件で得ら
れるＤＯＦとほぼ同等のＤＯＦが得られた。次いで、深
掘り部に相当する開口部が覆われるようにレジストパタ
ーンを新たに形成し、深掘り部だけをエッチングした。
【００７１】次いで、レジストを剥離して、深掘り部、
浅掘り部共にエッチングした。この結果、（ΔＷ，Ｄ
1 ，Ｄ2 ）＝（０μｍ，３７１．８ｎｍ，６１２．２８
ｎｍ）と、前記２回目のシミュレーションで得られ組み
合わせの条件とほぼ同じパラメータを有する露光用マス
クが得られた。この露光用マスクの露光特性を調べるた
め、先のシミュレーションと同じ露光条件における光学
像をモニタし、その光学像からＤＯＦを求めたところ、
マスクトポグラフィの影響がない理想的なマスクとほぼ
同等のＤＯＦを得ることができた。
【００７２】このように、所望の所望のΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ
2 に対し、異なるΔＷとなったマスクに対し、ΔＷに対
応するＤ1 ，Ｄ2 を算出し、それに応じてエッチングす
るこごで良好な露光特性を有する露光用マスクを得るこ
とができた。
【００７３】また、今回のように遮光パターンが所望値
より大きい場合には、このマスクに対し、再度レジスト
パターンを形成し、遮光膜を所望寸法にエッチングして
もよい。
【００７４】望ましくはレジスト塗布後、裏面よりこの
レジストが感光する光を照射し、現像して遮光パターン
上に選択的にレジストを残し、これをエッチングマスク
にすると良い。
【００７５】本実施形態ではλ＝２４８ｎｍの条件につ
いて行ったが、この条件に限定したものではなく、他の
露光波長例えば１９３ｎｍ，３６５ｎｍ，４３６ｎｍ等
の光に対しても有効である。また、ＮＡ，σも他の条件
もパターンが結像する範囲で変形することが可能であ
る。他の露光波長条件に関しては、ΔＷ，Ｄ1 ，Ｄ2 を
λで規格化した寸法から算出すればよい。
【００７６】また、本実施形態ではパターン寸法０．１
５μｍのＬ＆Ｓ（寸法比１：１）について示したが、他
のパターン寸法又は寸法比、或いは露光装置の縮小率で
も同様の効果が得られる。
【００７７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、開
口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸法との
差、及び開口パターンの掘込み量を、開口パターン寸法
とこれに隣接する遮光パターン寸法との和に応じて同時
に設定することにより、マスクの立体構造に起因する寸
法差の発生を抑制でき、かつ作製が容易である露光用マ
スクを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる露光用マスクの断面構造を示す
図。
【図２】レベンソンマスクで得られるＥＤ−ｔｒｅｅを
本発明と従来例で比較して示す図。
【図３】レベンソンマスクで得られる実効的な位相差を
本発明と従来例で比較して示す図。
【図４】寸法変換差に対するＤＯＦの変化を示す図。
【図５】寸法変換差に対するＤＯＦの変化を示す図。
【図６】掘込み量Ｄ1 に対するＤＯＦの変化を示す図。
【図７】掘込み量Ｄ1 に対するＤＯＦの変化を示す図。
【図８】本発明の露光用マスクの製造工程を示す図。
【図９】従来のレベンソンマスクを用いた場合に得られ
るパターン寸法変化に対するＤＯＦの変化を示す図。
【符号の説明】
８０１…透明基板 ８０２…遮光パターン ８０３…レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 壮一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 金井 秀樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 米田 郁男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平７−306524（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−234499（ＪＰ，Ａ) (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】露光光に対して透明な基板上に遮光パター
    ンと透明開口部を有し、透明基板が掘込まれかつ掘込み
    量が隣接した同一寸法を有する開口部で交互に異なるよ
    うに調整された領域を有する露光用マスクにおいて、 前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸
    法との差、及び前記開口パターンの掘込み量が、 前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸
    法との和に応じて同時に設定されたことを特徴とする露
    光用マスク。
  2. 【請求項２】露光光に対して透明な基板上に遮光パター
    ンと透明開口部を有し、透明基板が掘込まれかつ掘込み
    量が隣接した同一寸法を有する開口部で交互に異なるよ
    うに調整された領域を有する露光用マスクにおいて、 前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸
    法との差が、 前記開口パターンの掘込み量、及び前記開口パターン寸
    法とこれに隣接する遮光パターン寸法との和に応じて設
    定されたことを特徴とする露光用マスク。
  3. 【請求項３】露光光に対して透明な基板上に遮光パター
    ンと透明開口部を有し、透明基板が掘込まれかつ掘込み
    量が隣接した同一寸法を有する開口部で交互に異なるよ
    うに調整された領域を有する露光用マスクにおいて、 前記開口パターンの掘込み量が、 前記開口パターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸
    法との差、及び前記開口パターン寸法とこれに隣接する
    遮光パターン寸法との和に応じて設定されたことを特徴
    とする露光用マスク。
  4. 【請求項４】露光光に対して透明な基板上に遮光パター
    ンと透明開口部を規定する開口パターンを形成する工程
    と、前記開口パターンと遮光パターンの寸法の少なくと
    も１つを測定する工程と、前記測定から得られた開口パ
    ターン寸法とこれに隣接する遮光パターン寸法との差に
    応じて前記開口部における各掘込み部の深さを決定する
    工程と、前記透明基板の各開口部を前記定められた深さ
    でエッチングして掘込み部を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする露光用マスクの製造方法。
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