JP3914280B2 - 投影露光方法及びこれに使われるマスク - Google Patents
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光方法及びこれに使われるマスクに係り、特にマスクの隣接したパターン間に位相差を取ることにより解像度を高める投影露光方法及びこれに使われるマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に半導体装置の各種パターンはフォトリソグラフィ技術により形成されると言うことは広く知られている。前記フォトリソグラフィ技術によると、半導体ウェーハ上の絶縁膜や導電膜など、パターンを形成すべき膜の上にＸ線や紫外線などのような光線の照射により溶解度が変化する感光膜を形成し、この感光膜の所定部位を露光させた後、現像液について溶解度の大きい部分を除去し感光膜パターンを形成し、前記パターンを形成すべき膜の露出された部分をエッチングにより除去し配線や電極など各種パターンを形成する。
【０００３】
したがって、前述した露光に使われる露光装置は前記パターン形成に重要な装置として、露光方式により密着露光方式、近似露光方式、投影露光方式などがある。前記露光装置のうち投影露光方式は米国のＧＣＡ社、日本のＮＩＫＯＮ社及びＣＡＮＯＮ社から発売されているステッパーが主種を成し遂げていて、最近一番高い解像度のパターン形成が可能となり広く使われている。
【０００４】
一方、半導体集積回路の高集積化が重なるにしたがって要求される最少加工サイズは微細化されていて、この実現のため露光装備の光源はｉライン波長（０．３６５μｍ）からディープＵＶ（０．２４８μｍ）に短波長化されている。一例で２５６ＭＤＲＡＭの場合要求される最少加工サイズは約０．２５μｍであり、これはＫｒＦエキシマレーザを光源として使うステッパー装備の露光波長とほぼ同じ水準である。この場合マスクによる入射光の回折および干渉現象によりウェーハ上のフォトレジストパターンは激しく変形され特に露光光源の波長とほぼ同一なサイズの微細パターンはさらに激しい変形を起こす。
【０００５】
このような問題点を解決するためにマスクのパターンを用いて解像度を高める位相反転方法（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍｅｔｈｏｄ）が提案された。前記位相反転方法は位相シフターを含むマスク（以下、“位相反転マスク”と言う）を用いてパターンを露光させる方法である。前記位相反転マスクは光の干渉または部分干渉を用いて希望するサイズのパターンを露光することにより解像度および焦点深度を増加させる。
【０００６】
即ち、光がマスク基板を通過する時またはシフター膜を通過する時、その波長は真空中の波長を屈折率に分けた値であり短くなる。したがって、同じ位相の光がシフターの有無により、光経路の差異が生じることとなり、この時光経路の差異をθと言うと、θ＝２πｔ（ｎ−１）／λ（式で、ｎはシフターの屈折率であり、ｔはシフターの厚さであり、λは使われる波長である。θ＝πの場合、シフターを通過した光線は逆位相を持つこととなる。したがって、光通過部を通過した光とシフターを通過した光はお互いに逆位相なので、シフターをマスクパターンの縁に位置させたら、パターンの境界部分では光の強度がゼロとなりコントラストが増加する。
【０００７】
図１（ａ）乃至図１（ｃ）は従来の通過マスクと位相反転マスクを用いる時パターン形成が可能な最少ピッチを説明するために図示した図面である。具体的に、図１（Ａ）は従来の通過マスクを用いる時振幅および空間周波数分布を示した図面であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）はそれぞれ従来のレベンソン型（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ ｔｙｐｅ）位相反転マスクとグレイトーン型（Ｇｒａｙ ｔｏｎｅ）位相反転マスクを用いてパターンを形成する時振幅および空間周波数分布を示した図面である。
【０００８】
一般的に、ラインスペース型パターンの場合、パターン形成が可能な最少のピッチは次のように与えられる。
【０００９】
ピッチ＞１／νｃ、νｃ＝ＮＡ／λ…式１
ここで、ＮＡはレンズの開口数であり、λは光源の波長であり、νｃは臨界周波数である。前記式１は通常の前記図１（ａ）に示した透過マスクの場合に該当するものであり、位相反転マスクの場合、隣接したパターン間の位相差を１８０°程置くことにより０次光と１次光の間の空間周波数の差異（δｖ）を縮めてパターン形成が可能なピッチを減らすことができる。
【００１０】
これは図１（ａ）および図１（ｂ）に示したようにピッチｄのマスクを用いて光を投影させる時通常の透過マスクは振幅の周期（ｄ′）がｄである反面に、位相反転マスクは２ｄに現れるからである。繰り返して言うと、空間周波数上で０次光と１次光の間の周波数の差異（δｖ）は１／ｄ′（ｄ′は振幅の周期）に与えられるので、透過マスクのｄ′はｄとなり、位相反転マスクのｄ′は２ｄとなる。したがって、−νｃ〜νｃの限度内で具現できる最少ピッチは位相反転マスクの場合は透過マスクの場合と比較して１／２まで減らすことができる。
【００１１】
さらに、図１（ｃ）に示したように隣接したパターン間の位相差を９０°にすると振幅の周期（ｄ′）は４ｄとなり、周波数差（δｖ）はさらに小さくなり透過マスクの１／４となる。このようになると、パターン実現の可能な最少ピッチもやはり通過マスクの１／４となる。
【００１２】
しかし、前記グレイトーン型位相反転マスクは製造が大変難しく複雑なので微細調節が不可能で実際に使用できない問題点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、解像度を高めるために、隣接したマスクパターン間に位相差を取って解像度を改善したマスクを用いた投影露光方法を提供することにその目的がある。
【００１４】
また、本発明は前記投影露光方法に用いられる解像度の改善されたマスクを提供することにほかの目的がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、マスクを用いた露光対象物の投影露光方法において、光源から照射され前記マスクを通過する光の経路上に垂直方向と所定の角度に傾斜した透明なマスク基板と前記マスク基板の下面に規則的に形成されている遮光膜パターンを用いて、別途の位相シフタを設けることなく、隣接したマスクパターン間に（ｎ−１）ｄｔａｎθ（ｎはマスク基板の屈折率、ｄはマスクのピッチ、θはマスク基板の傾斜角度）である位相差を持たせ前記露光対象物を露光する段階を含むことを特徴とする投影露光方法を提供する。
【００１７】
前記の本発明の他の目的を達成するために本発明は、上面が光経路上に垂直方向と所定の角度で傾斜した透明なマスク基板、及び前記マスク基板の下面に規則的に形成されている遮光膜パターンを具備し、前記傾斜したマスク基板により、別途の位相シフタを設けることなく、隣接したマスクパターン間に（ｎ−１）ｄｔａｎθ（ｎはマスク基板の屈折率、ｄはマスクのピッチ、θはマスク基板の傾斜角度）である位相差を持たせることを特徴とするマスクを提供する。
【００２０】
本発明によると、与えられた光源の波長および開口数でマスクのピッチ（ｄ）についての周波数差（δｖ）を小さくし光源の単波長化またはレンズの開口数を大きくしないでパターン形成の可能な最少ピッチを縮めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）は本発明により傾斜したマスク基板を持つ解像度改善マスクを用いた投影露光方法を説明するために示した図面である。具体的に、図２（ａ）は本発明の解像度改善マスクを示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は本発明の解像度改善マスクを用いてパターンを形成する時振幅および空間周波数分布を示した図面である。
【００２３】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）を参照すれば、マスク基板１０の上面が所定の角度に傾けていて、前記マスク基板１０の下面には光を遮断する遮光性マスクパターン１２が形成されている。
【００２４】
さらに具体的に説明すると、本発明のマスクはラインスペース方向と９０°の方向にマスク基板１０の上面をθ程傾斜するようにすると隣接した２パターン間の位相差は（ｎ−１）ｄｔａｎθになる。ここで、ｎはガラスの屈折率であり、ｄはラインスペースのピッチを示す。このように２パターン間に位相差が発生すると、図２（ｂ）に示したように振幅の周期ｄ′＝Ｌｄ、Ｌ＝λ／ｎｄｔａｎθになる。したがって、空間周波数上で０次光と１次光の間の周波数差（δｖ）は１／Ｌｄに与えられる。
【００２５】
結果的に、θを調節することによりＬを調整でき、与えられた光源の波長およびＮＡでピッチｄについての周波数差（δｖ）が小さくなるのでパターン形成の可能な最少ピッチが透過マスクで１／Ｌになるので光源の単波長化または高ＮＡ化なくパターンの微細化を成すことができる。
【００２６】
【発明の効果】
前述したように本発明は、解像度改善マスクにおいて、与えられた光源の波長および開口数でマスクのピッチ（ｄ）についての周波数差（δｖ）を小さくしてパターン形成の可能な最少ピッチを光源の短波長化または開口数を大きくせず縮められる。
【００２７】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくて、当業者の通常的な知識の範囲でその変更や改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の透過マスクと位相反転マスクを用いる時パターン形成の可能な最少ピッチを説明するために示した図面である。
【図２】 本発明により傾斜したマスク基板を持つ解像度改善マスクを用いた投影露光方法を説明するために示した図面である。
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光方法及びこれに使われるマスクに係り、特にマスクの隣接したパターン間に位相差を取ることにより解像度を高める投影露光方法及びこれに使われるマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に半導体装置の各種パターンはフォトリソグラフィ技術により形成されると言うことは広く知られている。前記フォトリソグラフィ技術によると、半導体ウェーハ上の絶縁膜や導電膜など、パターンを形成すべき膜の上にＸ線や紫外線などのような光線の照射により溶解度が変化する感光膜を形成し、この感光膜の所定部位を露光させた後、現像液について溶解度の大きい部分を除去し感光膜パターンを形成し、前記パターンを形成すべき膜の露出された部分をエッチングにより除去し配線や電極など各種パターンを形成する。
【０００３】
したがって、前述した露光に使われる露光装置は前記パターン形成に重要な装置として、露光方式により密着露光方式、近似露光方式、投影露光方式などがある。前記露光装置のうち投影露光方式は米国のＧＣＡ社、日本のＮＩＫＯＮ社及びＣＡＮＯＮ社から発売されているステッパーが主種を成し遂げていて、最近一番高い解像度のパターン形成が可能となり広く使われている。
【０００４】
一方、半導体集積回路の高集積化が重なるにしたがって要求される最少加工サイズは微細化されていて、この実現のため露光装備の光源はｉライン波長（０．３６５μｍ）からディープＵＶ（０．２４８μｍ）に短波長化されている。一例で２５６ＭＤＲＡＭの場合要求される最少加工サイズは約０．２５μｍであり、これはＫｒＦエキシマレーザを光源として使うステッパー装備の露光波長とほぼ同じ水準である。この場合マスクによる入射光の回折および干渉現象によりウェーハ上のフォトレジストパターンは激しく変形され特に露光光源の波長とほぼ同一なサイズの微細パターンはさらに激しい変形を起こす。
【０００５】
このような問題点を解決するためにマスクのパターンを用いて解像度を高める位相反転方法（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍｅｔｈｏｄ）が提案された。前記位相反転方法は位相シフターを含むマスク（以下、“位相反転マスク”と言う）を用いてパターンを露光させる方法である。前記位相反転マスクは光の干渉または部分干渉を用いて希望するサイズのパターンを露光することにより解像度および焦点深度を増加させる。
【０００６】
即ち、光がマスク基板を通過する時またはシフター膜を通過する時、その波長は真空中の波長を屈折率に分けた値であり短くなる。したがって、同じ位相の光がシフターの有無により、光経路の差異が生じることとなり、この時光経路の差異をθと言うと、θ＝２πｔ（ｎ−１）／λ（式で、ｎはシフターの屈折率であり、ｔはシフターの厚さであり、λは使われる波長である。θ＝πの場合、シフターを通過した光線は逆位相を持つこととなる。したがって、光通過部を通過した光とシフターを通過した光はお互いに逆位相なので、シフターをマスクパターンの縁に位置させたら、パターンの境界部分では光の強度がゼロとなりコントラストが増加する。
【０００７】
図１（ａ）乃至図１（ｃ）は従来の通過マスクと位相反転マスクを用いる時パターン形成が可能な最少ピッチを説明するために図示した図面である。具体的に、図１（Ａ）は従来の通過マスクを用いる時振幅および空間周波数分布を示した図面であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）はそれぞれ従来のレベンソン型（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ ｔｙｐｅ）位相反転マスクとグレイトーン型（Ｇｒａｙ ｔｏｎｅ）位相反転マスクを用いてパターンを形成する時振幅および空間周波数分布を示した図面である。
【０００８】
一般的に、ラインスペース型パターンの場合、パターン形成が可能な最少のピッチは次のように与えられる。
【０００９】
ピッチ＞１／νｃ、νｃ＝ＮＡ／λ…式１
ここで、ＮＡはレンズの開口数であり、λは光源の波長であり、νｃは臨界周波数である。前記式１は通常の前記図１（ａ）に示した透過マスクの場合に該当するものであり、位相反転マスクの場合、隣接したパターン間の位相差を１８０°程置くことにより０次光と１次光の間の空間周波数の差異（δｖ）を縮めてパターン形成が可能なピッチを減らすことができる。
【００１０】
これは図１（ａ）および図１（ｂ）に示したようにピッチｄのマスクを用いて光を投影させる時通常の透過マスクは振幅の周期（ｄ′）がｄである反面に、位相反転マスクは２ｄに現れるからである。繰り返して言うと、空間周波数上で０次光と１次光の間の周波数の差異（δｖ）は１／ｄ′（ｄ′は振幅の周期）に与えられるので、透過マスクのｄ′はｄとなり、位相反転マスクのｄ′は２ｄとなる。したがって、−νｃ〜νｃの限度内で具現できる最少ピッチは位相反転マスクの場合は透過マスクの場合と比較して１／２まで減らすことができる。
【００１１】
さらに、図１（ｃ）に示したように隣接したパターン間の位相差を９０°にすると振幅の周期（ｄ′）は４ｄとなり、周波数差（δｖ）はさらに小さくなり透過マスクの１／４となる。このようになると、パターン実現の可能な最少ピッチもやはり通過マスクの１／４となる。
【００１２】
しかし、前記グレイトーン型位相反転マスクは製造が大変難しく複雑なので微細調節が不可能で実際に使用できない問題点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、解像度を高めるために、隣接したマスクパターン間に位相差を取って解像度を改善したマスクを用いた投影露光方法を提供することにその目的がある。
【００１４】
また、本発明は前記投影露光方法に用いられる解像度の改善されたマスクを提供することにほかの目的がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、マスクを用いた露光対象物の投影露光方法において、光源から照射され前記マスクを通過する光の経路上に垂直方向と所定の角度に傾斜した透明なマスク基板と前記マスク基板の下面に規則的に形成されている遮光膜パターンを用いて、別途の位相シフタを設けることなく、隣接したマスクパターン間に（ｎ−１）ｄｔａｎθ（ｎはマスク基板の屈折率、ｄはマスクのピッチ、θはマスク基板の傾斜角度）である位相差を持たせ前記露光対象物を露光する段階を含むことを特徴とする投影露光方法を提供する。
【００１７】
前記の本発明の他の目的を達成するために本発明は、上面が光経路上に垂直方向と所定の角度で傾斜した透明なマスク基板、及び前記マスク基板の下面に規則的に形成されている遮光膜パターンを具備し、前記傾斜したマスク基板により、別途の位相シフタを設けることなく、隣接したマスクパターン間に（ｎ−１）ｄｔａｎθ（ｎはマスク基板の屈折率、ｄはマスクのピッチ、θはマスク基板の傾斜角度）である位相差を持たせることを特徴とするマスクを提供する。
【００２０】
本発明によると、与えられた光源の波長および開口数でマスクのピッチ（ｄ）についての周波数差（δｖ）を小さくし光源の単波長化またはレンズの開口数を大きくしないでパターン形成の可能な最少ピッチを縮めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）は本発明により傾斜したマスク基板を持つ解像度改善マスクを用いた投影露光方法を説明するために示した図面である。具体的に、図２（ａ）は本発明の解像度改善マスクを示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は本発明の解像度改善マスクを用いてパターンを形成する時振幅および空間周波数分布を示した図面である。
【００２３】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）を参照すれば、マスク基板１０の上面が所定の角度に傾けていて、前記マスク基板１０の下面には光を遮断する遮光性マスクパターン１２が形成されている。
【００２４】
さらに具体的に説明すると、本発明のマスクはラインスペース方向と９０°の方向にマスク基板１０の上面をθ程傾斜するようにすると隣接した２パターン間の位相差は（ｎ−１）ｄｔａｎθになる。ここで、ｎはガラスの屈折率であり、ｄはラインスペースのピッチを示す。このように２パターン間に位相差が発生すると、図２（ｂ）に示したように振幅の周期ｄ′＝Ｌｄ、Ｌ＝λ／ｎｄｔａｎθになる。したがって、空間周波数上で０次光と１次光の間の周波数差（δｖ）は１／Ｌｄに与えられる。
【００２５】
結果的に、θを調節することによりＬを調整でき、与えられた光源の波長およびＮＡでピッチｄについての周波数差（δｖ）が小さくなるのでパターン形成の可能な最少ピッチが透過マスクで１／Ｌになるので光源の単波長化または高ＮＡ化なくパターンの微細化を成すことができる。
【００２６】
【発明の効果】
前述したように本発明は、解像度改善マスクにおいて、与えられた光源の波長および開口数でマスクのピッチ（ｄ）についての周波数差（δｖ）を小さくしてパターン形成の可能な最少ピッチを光源の短波長化または開口数を大きくせず縮められる。
【００２７】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくて、当業者の通常的な知識の範囲でその変更や改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の透過マスクと位相反転マスクを用いる時パターン形成の可能な最少ピッチを説明するために示した図面である。
【図２】 本発明により傾斜したマスク基板を持つ解像度改善マスクを用いた投影露光方法を説明するために示した図面である。
Claims (2)
- マスクを用いた露光対象物の投影露光方法において、
光源から照射され前記マスクを通過する光の経路上に垂直方向と所定の角度に傾斜した透明なマスク基板と前記マスク基板の下面に規則的に形成されている遮光膜パターンを用いて、別途の位相シフタを設けることなく、隣接したマスクパターン間に（ｎ−１）ｄｔａｎθ（ｎはマスク基板の屈折率、ｄはマスクのピッチ、θはマスク基板の傾斜角度）である位相差を持たせ前記露光対象物を露光する段階を含むことを特徴とする投影露光方法。 - 上面が光経路上に垂直方向と所定の角度で傾斜した透明なマスク基板、及び前記マスク基板の下面に規則的に形成されている遮光膜パターンを具備し、前記傾斜したマスク基板により、別途の位相シフタを設けることなく、隣接したマスクパターン間に（ｎ−１）ｄｔａｎθ（ｎはマスク基板の屈折率、ｄはマスクのピッチ、θはマスク基板の傾斜角度）である位相差を持たせることを特徴とするマスク。
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| KR95P5142 | 1995-03-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP4773096A Expired - Fee Related JP3914280B2 (ja) | 1995-03-13 | 1996-03-05 | 投影露光方法及びこれに使われるマスク |
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| KR (1) | KR0183706B1 (ja) |
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1996
- 1996-02-29 US US08/609,124 patent/US5776638A/en not_active Expired - Fee Related
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