JP4451990B2 - 位相反転マスク及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の露光工程で使用される位相反転マスク及びその製造方法に係るもので、特に、ウエハの上面に形成される透過光パターンの限界寸法が各方向に亘って同一になる位相反転マスク及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体素子の集積度の増加に伴い、半導体素子内のトランジスタ、キャパシタ及び配線などの各構成要素間の間隔が漸次狭くなる傾向であるため、半導体素子の製造時に必要な微細パターンを形成し得る技術の開発が要求されつつある。
【０００３】
例えば、感光膜パターンを形成するための露光工程で使用される露光マスクは、クロム膜またはアルミニウム膜から成る遮光膜を石英基板の上面に塗布した後、イオンビーム食刻を施して遮光膜パターンを形成することにより製造していた。しかし、このような遮光膜パターンを利用した露光マスクを使用すると、ステッパー光源の分解能限界よりも小さい微細パターンを形成することが困難になる。
【０００４】
そこで、微細パターンを形成するために、近年、位相反転マスクが用いられるようになってきた。位相反転マスクは、半透明の位相反転領域と、透明の透光領域とにより構成される。この透光領域及び位相反転領域は、光に対して相異なる屈折率及び透過率を有するため、位相反転領域を透過した光と透光領域を透過した光とがウエハに到達するとき、位相差が発生する。従って、従来の遮光膜パターンを利用した露光マスクが光度に対する情報のみを有するのに対し、位相反転マスクは光度及び位相に対する情報を同時に有する。
【０００５】
また、位相反転領域を透過した光と透光領域を透過した光とは位相差によって相互干渉現象が生じ、結果的に、位相反転マスクを利用して形成された感光膜パターンは遮光膜パターンを利用して形成された感光膜パターンよりも優れた分解能を有するため、微細パターンの形成に適している。
なお、位相反転マスクに形成された各透光領域のパターンが、横方向の配列ピッチ及び縦方向の配列ピッチが等しくなるように配列された場合に、各透光領域の大きさが露光波長よりも著しく大きいときは、透光領域のパターンと類似した透過光パターンがウエハの上面に形成されるが、各透光領域のパターンの大きさが露光波長と類似した値を有するときは、透光領域のパターンに拘わらず、露光波長に応じた透過光パターンが形成される。
【０００６】
従来の位相反転マスクは、図５に示したように、位相反転領域１及び複数の透光領域２により構成される。透光領域２は、第１方向（横方向）に“Ｘ”のピッチを有して配列され、第２方向（縦方向）には“Ｙ”のピッチを有して配列される。なお、第１方向の配列ピッチ“Ｘ”は第２方向の配列ピッチ“Ｙ”よりも大きい値を有している。これら透光領域２の間には、前記位相反転領域１が配置される。ここで、位相反転領域１は、全領域に亘って同一材料により形成され、同一厚さを有するため、同じ透過率を有する。
【０００７】
図６及び図７は、前記位相反転領域１を透過した光と透光領域２を透過した光とがウエハに到達するとき１８０°の位相差を有する場合の位相反転マスクを透過した光の振幅及び位相を示した図である。
図６（Ａ）は、図５に示された位相反転マスクのＡ−Ａ’線断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域２を透過した光５と、各位相反転領域１を透過した光６とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。この図６（Ａ）に示す各透光領域２を透過した光５は、図６（Ｂ）に示されたように相互重畳せず、前記透光領域２を透過した光５の振幅は前記位相反転領域１を透過した光６の振幅よりも大きい値を有する。また、透光領域２を透過した光５と位相反転領域１を透過した光６とは１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じる。その結果、図６（Ｃ）に示したような振幅及び位相を有する光７が合成される。この光７は、ウエハの上面に鮮明度の高い透過光パターンを形成する。
【０００８】
図７（Ａ）は、図５に示された位相反転マスクのＢ−Ｂ’線断面図である。透光領域２は、第２方向にピッチ“Ｙ”で配列され、該配列ピッチ“Ｙ”の値は第１方向の配列ピッチ“Ｘ”の値よりも小さい。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域２を透過した光１０と、各位相反転領域１を透過した光１１とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。図７（Ｂ）に示されたように、各透光領域２を透過した光１０は相互重畳を生じる。ここで、各透光領域２を透過した光１０の相互重畳は、各透光領域２の第２方向の配列ピッチ“Ｙ”の値が小さくなるほど大きくなり、各透光領域２を透過した光１０の振幅は、前記位相反転領域１を透過した光１１の振幅よりも大きい値を有する。
【０００９】
なお、従来の位相反転マスクの位相反転領域１は全て同じ透過率を有するため、図７（Ｂ）に示した位相反転領域１を透過した光１１の振幅は、図６（Ｂ）に示した位相反転領域１を透過した光６の振幅と同じ大きさを有する。また、透光領域２を透過した光１０と、位相反転領域１を透過した光１１とは、１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じる。
【００１０】
このように、各透光領域２を透過した光１０には、相互干渉及び相互重畳が同時に生じて、図７（Ｃ）に示したような振幅及び位相を有する光１２が合成される。この相互干渉及び相互重畳により合成された光１２は、ウエハの上面に、鮮明度の低い透過光パターンを形成する。
即ち、各透光領域２の第２方向の配列ピッチ“Ｙ”が小さくなるほど、それら透光領域２を透過した光１０の相互重畳が大きくなり、結果的に、ウエハの上面に形成される透過光パターンの鮮明度が低下する程度も大きくなる。
【００１１】
図８は、このような従来の位相反転マスクを利用した露光工程の際、ウエハの上面に形成された透過光パターンを示したものである。前述の図５には、第１方向には“Ｘ”の配列ピッチで、第２方向には“Ｙ”の配列ピッチで、それぞれ配列された正四角形の透光領域２が示されているが、図８に示されたウエハの上面には、楕円形状の透過光パターン１５が形成されている。
【００１２】
図５に示す透光領域２の第１方向の配列ピッチ“Ｘ”と第２方向の配列ピッチ“Ｙ”とが同じ大きさで、露光波長と類似した値を有する場合は、円状の相が形成されるべきであるが、図５に示す透光領域２の第１方向の配列ピッチ“Ｘ”と第２方向の配列ピッチ“Ｙ”とが異なる場合は、各透光領域２を透過した光の相互重畳の大きさが各方向によって異なるため、ウエハの上面に形成される透過光パターンの鮮明度が各方向によって異なり、各透光領域２の配列ピッチの狭い方向に拡大される現象が生じて、図８に示したように楕円状の透過光パターン１５が形成される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の位相反転マスクにおいては、位相反転マスクに形成される透光領域のパターンの各方向の配列ピッチが異なる場合に、ウエハの上面に形成される透過光パターン１５の形状の変形する程度が、透光領域２の配列ピッチが小さくなるほど増加するため、半導体素子の集積度が増加するほどその影響が大きくなるという問題点があった。
【００１４】
特に、上述したような透過光パターン１５の変形は、透光領域２のパターン間の配列ピッチが露光波長の２倍以下であるときに一層顕著になるため、光源の波長をさらに短くすることが考えられるが、実際に、このような光源を使用することは極めて困難であった。
また、上述したように、ウエハの上面に形成される透過光パターン１５に変形が生じると、半導体素子の不良発生率が増加して歩留まりが減少し、半導体素子の信頼性が低下するという問題点があった。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、位相反転マスクに形成される透光領域のパターンの各方向の配列ピッチが異なる場合に、従来の露光波長を使用して、ウエハに形成される透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにし、半導体素子の歩留まり及び信頼性を向上し得る位相反転マスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る位相反転マスクは、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列された複数の透光領域と、前記第１方向の各透光領域間に、前記透光領域とは異なる透過率を有する材料より第１の厚さに形成された複数の第１位相反転領域と、前記第２方向の各透光領域間に、前記第１位相反転領域の材料とは同じ透過率を有する材料より第２の厚さに形成された複数の第２位相反転領域と、を包含して構成され、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２の厚さは、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有するものである。
【００１７】
また、本発明に係る他の位相反転マスクは、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列された複数の透光領域と、前記第１方向の各透光領域間に形成され、前記透光領域とは異なる透過率を有する複数の第１位相反転領域と、前記第２方向の各透光領域間に形成され、前記透光領域及び前記第１位相反転領域とは異なる透過率を有する複数の第２位相反転領域と、を包含して構成され、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２位相反転領域の透過率は、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有するものである。
【００１８】
また、本発明に係る位相反転マスクの製造方法は、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列される複数の透光領域が形成される基板上に、前記基板の透過率とは異なる透過率を有する材料を塗布して第１の膜を形成する段階と、前記第１の膜をパターニングして、前記第１方向の各透光領域間の第１領域に複数の第１位相反転領域を形成する段階と、前記第１位相反転領域が形成された前記基板の上に、前記基板の透過率及び前記第１領域に塗布された材料の透過率とは異なる透過率を有する材料を塗布して第２の膜を形成する段階と、前記第２の膜をパターニングして、前記第２方向の各透光領域間の第２領域に複数の第２位相反転領域、及び、複数の前記透光領域を形成する段階と、を順次行い、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２位相反転領域の透過率は、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る位相反転マスクの他の製造方法は、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列される複数の透光領域が形成される基板上に、前記基板の透過率とは異なる透過率を有する材料を用いて、前記第１方向の各透光領域間の第１領域及び前記第２方向の各透光領域間の第２領域にそれぞれ第１及び第２の厚さを有する膜を形成する段階と、前記第１及び第２の厚さを有する膜をパターニングして、複数の前記透光領域、前記第１領域の複数の第１位相反転領域、及び前記第２領域の複数の第２位相反転領域を形成する段階と、を順次行い、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２の厚さは、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態に係る位相反転マスクは、図１（Ａ）に示したように、第１位相反転領域１０１と、第２位相反転領域１０２と、複数の透光領域１０３と、により構成されている。
【００２１】
透光領域１０３は、第１方向（横方向）には“Ｘ”のピッチで配列され、第２方向（縦方向）には“Ｙ”のピッチで配列され、平面形状で正四角形に形成されている。なお、配列ピッチ“Ｘ”は配列ピッチ“Ｙ”よりも大きく形成される。このように配列された透光領域１０３間には、第１方向に第１位相反転領域１０１が配置され、第２方向に第２位相反転領域１０２が配置されている。
【００２２】
前記透光領域１０３は、第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２よりも高い透過率を有し、第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２とは相異なる透過率を有するように、異なる材料を用いて形成するか、または、異なる厚さを有するように形成される。
また、前記透光領域１０３は、ガラスまたは石英のような透明材料により形成される。第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２は、透光領域１０３の材料とは異なる屈折率及び透過率を有するＭｏＳｉＯ及びＭｏＳｉＯＮ等により形成される。なお、第１位相反転領域１０１と第２位相反転領域１０２とは同じ屈折率を有するように形成される。
【００２３】
このような位相反転マスクの製造方法について、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）を用いて説明する。
まず、図１（Ｂ）に示すように、石英またはガラスの透明材料により形成された基板１００の上面に、ＭｏＳｉＯ及びＭｏＳｉＯＮ等の基板とは異なる屈折率及び透過率を有する材料を蒸着により塗布して、膜を形成する。そして、塗布された膜をイオンビーム食刻法などによりパターニングして、第１位相反転領域１０１が形成されるべき第１領域に第１位相反転領域１０１を形成する。
【００２４】
次に、図１（Ｃ）に示すように、基板１００の上面に、ＭｏＳｉＯ及びＭｏＳｉＯＮ等の基板とは異なる屈折率及び透過率を有する材料を蒸着により塗布して膜を形成する。このとき、第１位相反転領域１０１を形成する材料と、第２位相反転領域１０２を形成する材料とは、相異なる透過率を有するものとする。
また、前記第１領域を形成する第１位相反転領域１０１の膜の材料と、前記第２領域を形成する第２位相反転領域１０２の膜の材料とが同一で、同じ透過率を有するときには、第１、第２位相反転領域１０１、１０２の各膜の厚さがそれぞれ異なるように塗布する。
【００２５】
この後、図１（Ｄ）に示すように、該塗布した膜をイオンビーム食刻法などによりパターニングして、第２位相反転領域１０２が形成されるべき第２領域に第２位相反転領域１０２を形成する。このとき、第１位相反転領域１０１が形成される第１領域と第２位相反転領域１０２が形成される第２領域とを区分させる。このようにして、図１（Ａ）に示すような複数の透光領域１０３、第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領１０２がそれぞれ形成されて、位相反転マスクの製造が終了する。
【００２６】
以下、本実施形態に係る位相反転マスクの特徴について説明する。
図２及び図３は、位相反転マスクの第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２を透過した光と、透光領域１０３を透過した光とがウエハに到達するとき１８０°の位相差を有する場合の透過した光の振幅及び位相を示したグラフである。
【００２７】
図２（Ａ）は、図１に示した位相反転マスクのＣ−Ｃ’線断面図である。各透光領域１０３は、第１方向に“Ｘ”のピッチで配列され、各透光領域１０３の間には第１位相反転領域１０１が配置される。
また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域１０３を透過した光１０５と、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。図示されたように、各透光領域１０３を透過した光１０５は相互重畳せず、透光領域１０３を透過した光１０５の振幅は、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６の振幅よりも大きい値を有する。さらに、前記透光領域１０３を透過した光１０５と、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６とは、１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じる。その結果、図２（Ｃ）に示されたような振幅及び位相を有する光１０７が合成される。なお、相互干渉により合成された光１０７は、ウエハの上面に鮮明度の高い透過光パターンを形成する。
【００２８】
そして、図３（Ａ）は、図１に示された位相反転マスクのＤ−Ｄ’線断面図である。透光領域１０３は第２方向に“Ｙ”のピッチで配列され、この配列ピッチ“Ｙ”の値は第１方向の配列ピッチ“Ｘ”の値よりも小さく、各透光領域１０３の間には第２位相反転領域１０２が配置される。
また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域１０３を透過した光１１０と、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。図示されたように、各透光領域１０３を透過した光１１０は相互重畳を起こすと共に、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１と１８０°の位相差を有する。ここで、各透光領域１０３を透過した光１１０の相互重畳は、各透光領域１０３間の第２方向の配列ピッチ“Ｙ”の値が小さくなるほど大きくなる。また、各透光領域１０３を透過した光１１０の振幅は、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１の振幅よりも大きい値を有する。さらに、第２位相反転領域１０２は第１位相反転領域１０１よりも大きい透過率を有するため、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１の振幅は、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６の振幅よりも大きい値を有する。
【００２９】
従って、透光領域１０３を透過した光１１０と第２位相反転領域１０２を透過したは光１１１とは１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じ、同時に、各透光領域１０３を透過した光１１０には相互重畳が生じる。このとき、第２位相反転領域１０２の透過率を適切に調節することにより、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１の振幅を調節することができる。その結果、各透光領域１０３を透過した光１１０の相互重畳の影響を相殺させて、図３（Ｃ）に示したような振幅及び位相を有する光１１２が合成される。図３（Ｃ）に示された光１１２の振幅と、前述の図２（Ｃ）に示された光１０７の振幅とは同一形状となるため、光１１２によりウエハの上面に形成される透過光パターンと、光１０７によりウエハの上面に形成される透過光パターンとは同じ鮮明度を有するようになる。
【００３０】
図４は、このような特徴を有する本実施形態に係る位相反転マスクを利用した露光工程の際、ウエハの上面に形成された透過光パターン１１５を示したものである。図示されたように、透光領域１０３の第１方向の配列ピッチ“Ｘ”と第２方向の配列ピッチ“Ｙ”とが異なる場合にも、実際にウエハの上面に形成される透過光パターン１１５の限界寸法は各方向に亘って同じになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る位相反転マスクにおいては、位相反転マスクに形成される各位相反転領域の透過率を適切に変化させることにより、位相反転マスクに形成された透光領域の各方向の配列ピッチが異なるように配列された場合も、従来の露光波長を使用して、ウエハの上面に形成される透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにすることができるため、半導体素子の不良発生率を低減して歩留まり及び信頼性を向上し得るという効果がある。
【００３２】
また、本発明に係る位相反転マスクの製造方法においては、透光領域の各方向の配列ピッチが異なるように配列された透光領域間に、透過率を適切に変化させた各位相反転領域を形成して位相反転マスクを製造することができるので、この位相反転マスクを用いれば、従来の露光波長を使用して、ウエハの上面に形成される透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにすることができ、半導体素子の不良発生率を低減して歩留まり及び信頼性を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位相反転マスクの一実施形態を示した平面図及び本発明に係る位相反転マスクの製造方法の各工程を示した断面図である。
【図２】図１の位相反転マスクのＣ−Ｃ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図３】図１の位相反転マスクのＤ−Ｄ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図４】図１の位相反転マスクを利用してウエハの上面に形成された透過光パターンを示した平面図である。
【図５】従来の位相反転マスクを示した平面図である。
【図６】従来の位相反転マスクのＡ−Ａ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図７】従来の位相反転マスクのＢ−Ｂ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図８】従来の位相反転マスクを利用してウエハの上面に形成された透過光パターンを示した平面図である。
【符号の説明】
１０１：第１位相反転領域
１０２：第２位相反転領域
１０３：透光領域
１１５：透過光パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の露光工程で使用される位相反転マスク及びその製造方法に係るもので、特に、ウエハの上面に形成される透過光パターンの限界寸法が各方向に亘って同一になる位相反転マスク及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体素子の集積度の増加に伴い、半導体素子内のトランジスタ、キャパシタ及び配線などの各構成要素間の間隔が漸次狭くなる傾向であるため、半導体素子の製造時に必要な微細パターンを形成し得る技術の開発が要求されつつある。
【０００３】
例えば、感光膜パターンを形成するための露光工程で使用される露光マスクは、クロム膜またはアルミニウム膜から成る遮光膜を石英基板の上面に塗布した後、イオンビーム食刻を施して遮光膜パターンを形成することにより製造していた。しかし、このような遮光膜パターンを利用した露光マスクを使用すると、ステッパー光源の分解能限界よりも小さい微細パターンを形成することが困難になる。
【０００４】
そこで、微細パターンを形成するために、近年、位相反転マスクが用いられるようになってきた。位相反転マスクは、半透明の位相反転領域と、透明の透光領域とにより構成される。この透光領域及び位相反転領域は、光に対して相異なる屈折率及び透過率を有するため、位相反転領域を透過した光と透光領域を透過した光とがウエハに到達するとき、位相差が発生する。従って、従来の遮光膜パターンを利用した露光マスクが光度に対する情報のみを有するのに対し、位相反転マスクは光度及び位相に対する情報を同時に有する。
【０００５】
また、位相反転領域を透過した光と透光領域を透過した光とは位相差によって相互干渉現象が生じ、結果的に、位相反転マスクを利用して形成された感光膜パターンは遮光膜パターンを利用して形成された感光膜パターンよりも優れた分解能を有するため、微細パターンの形成に適している。
なお、位相反転マスクに形成された各透光領域のパターンが、横方向の配列ピッチ及び縦方向の配列ピッチが等しくなるように配列された場合に、各透光領域の大きさが露光波長よりも著しく大きいときは、透光領域のパターンと類似した透過光パターンがウエハの上面に形成されるが、各透光領域のパターンの大きさが露光波長と類似した値を有するときは、透光領域のパターンに拘わらず、露光波長に応じた透過光パターンが形成される。
【０００６】
従来の位相反転マスクは、図５に示したように、位相反転領域１及び複数の透光領域２により構成される。透光領域２は、第１方向（横方向）に“Ｘ”のピッチを有して配列され、第２方向（縦方向）には“Ｙ”のピッチを有して配列される。なお、第１方向の配列ピッチ“Ｘ”は第２方向の配列ピッチ“Ｙ”よりも大きい値を有している。これら透光領域２の間には、前記位相反転領域１が配置される。ここで、位相反転領域１は、全領域に亘って同一材料により形成され、同一厚さを有するため、同じ透過率を有する。
【０００７】
図６及び図７は、前記位相反転領域１を透過した光と透光領域２を透過した光とがウエハに到達するとき１８０°の位相差を有する場合の位相反転マスクを透過した光の振幅及び位相を示した図である。
図６（Ａ）は、図５に示された位相反転マスクのＡ−Ａ’線断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域２を透過した光５と、各位相反転領域１を透過した光６とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。この図６（Ａ）に示す各透光領域２を透過した光５は、図６（Ｂ）に示されたように相互重畳せず、前記透光領域２を透過した光５の振幅は前記位相反転領域１を透過した光６の振幅よりも大きい値を有する。また、透光領域２を透過した光５と位相反転領域１を透過した光６とは１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じる。その結果、図６（Ｃ）に示したような振幅及び位相を有する光７が合成される。この光７は、ウエハの上面に鮮明度の高い透過光パターンを形成する。
【０００８】
図７（Ａ）は、図５に示された位相反転マスクのＢ−Ｂ’線断面図である。透光領域２は、第２方向にピッチ“Ｙ”で配列され、該配列ピッチ“Ｙ”の値は第１方向の配列ピッチ“Ｘ”の値よりも小さい。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域２を透過した光１０と、各位相反転領域１を透過した光１１とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。図７（Ｂ）に示されたように、各透光領域２を透過した光１０は相互重畳を生じる。ここで、各透光領域２を透過した光１０の相互重畳は、各透光領域２の第２方向の配列ピッチ“Ｙ”の値が小さくなるほど大きくなり、各透光領域２を透過した光１０の振幅は、前記位相反転領域１を透過した光１１の振幅よりも大きい値を有する。
【０００９】
なお、従来の位相反転マスクの位相反転領域１は全て同じ透過率を有するため、図７（Ｂ）に示した位相反転領域１を透過した光１１の振幅は、図６（Ｂ）に示した位相反転領域１を透過した光６の振幅と同じ大きさを有する。また、透光領域２を透過した光１０と、位相反転領域１を透過した光１１とは、１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じる。
【００１０】
このように、各透光領域２を透過した光１０には、相互干渉及び相互重畳が同時に生じて、図７（Ｃ）に示したような振幅及び位相を有する光１２が合成される。この相互干渉及び相互重畳により合成された光１２は、ウエハの上面に、鮮明度の低い透過光パターンを形成する。
即ち、各透光領域２の第２方向の配列ピッチ“Ｙ”が小さくなるほど、それら透光領域２を透過した光１０の相互重畳が大きくなり、結果的に、ウエハの上面に形成される透過光パターンの鮮明度が低下する程度も大きくなる。
【００１１】
図８は、このような従来の位相反転マスクを利用した露光工程の際、ウエハの上面に形成された透過光パターンを示したものである。前述の図５には、第１方向には“Ｘ”の配列ピッチで、第２方向には“Ｙ”の配列ピッチで、それぞれ配列された正四角形の透光領域２が示されているが、図８に示されたウエハの上面には、楕円形状の透過光パターン１５が形成されている。
【００１２】
図５に示す透光領域２の第１方向の配列ピッチ“Ｘ”と第２方向の配列ピッチ“Ｙ”とが同じ大きさで、露光波長と類似した値を有する場合は、円状の相が形成されるべきであるが、図５に示す透光領域２の第１方向の配列ピッチ“Ｘ”と第２方向の配列ピッチ“Ｙ”とが異なる場合は、各透光領域２を透過した光の相互重畳の大きさが各方向によって異なるため、ウエハの上面に形成される透過光パターンの鮮明度が各方向によって異なり、各透光領域２の配列ピッチの狭い方向に拡大される現象が生じて、図８に示したように楕円状の透過光パターン１５が形成される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の位相反転マスクにおいては、位相反転マスクに形成される透光領域のパターンの各方向の配列ピッチが異なる場合に、ウエハの上面に形成される透過光パターン１５の形状の変形する程度が、透光領域２の配列ピッチが小さくなるほど増加するため、半導体素子の集積度が増加するほどその影響が大きくなるという問題点があった。
【００１４】
特に、上述したような透過光パターン１５の変形は、透光領域２のパターン間の配列ピッチが露光波長の２倍以下であるときに一層顕著になるため、光源の波長をさらに短くすることが考えられるが、実際に、このような光源を使用することは極めて困難であった。
また、上述したように、ウエハの上面に形成される透過光パターン１５に変形が生じると、半導体素子の不良発生率が増加して歩留まりが減少し、半導体素子の信頼性が低下するという問題点があった。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、位相反転マスクに形成される透光領域のパターンの各方向の配列ピッチが異なる場合に、従来の露光波長を使用して、ウエハに形成される透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにし、半導体素子の歩留まり及び信頼性を向上し得る位相反転マスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る位相反転マスクは、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列された複数の透光領域と、前記第１方向の各透光領域間に、前記透光領域とは異なる透過率を有する材料より第１の厚さに形成された複数の第１位相反転領域と、前記第２方向の各透光領域間に、前記第１位相反転領域の材料とは同じ透過率を有する材料より第２の厚さに形成された複数の第２位相反転領域と、を包含して構成され、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２の厚さは、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有するものである。
【００１７】
また、本発明に係る他の位相反転マスクは、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列された複数の透光領域と、前記第１方向の各透光領域間に形成され、前記透光領域とは異なる透過率を有する複数の第１位相反転領域と、前記第２方向の各透光領域間に形成され、前記透光領域及び前記第１位相反転領域とは異なる透過率を有する複数の第２位相反転領域と、を包含して構成され、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２位相反転領域の透過率は、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有するものである。
【００１８】
また、本発明に係る位相反転マスクの製造方法は、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列される複数の透光領域が形成される基板上に、前記基板の透過率とは異なる透過率を有する材料を塗布して第１の膜を形成する段階と、前記第１の膜をパターニングして、前記第１方向の各透光領域間の第１領域に複数の第１位相反転領域を形成する段階と、前記第１位相反転領域が形成された前記基板の上に、前記基板の透過率及び前記第１領域に塗布された材料の透過率とは異なる透過率を有する材料を塗布して第２の膜を形成する段階と、前記第２の膜をパターニングして、前記第２方向の各透光領域間の第２領域に複数の第２位相反転領域、及び、複数の前記透光領域を形成する段階と、を順次行い、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２位相反転領域の透過率は、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る位相反転マスクの他の製造方法は、第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列される複数の透光領域が形成される基板上に、前記基板の透過率とは異なる透過率を有する材料を用いて、前記第１方向の各透光領域間の第１領域及び前記第２方向の各透光領域間の第２領域にそれぞれ第１及び第２の厚さを有する膜を形成する段階と、前記第１及び第２の厚さを有する膜をパターニングして、複数の前記透光領域、前記第１領域の複数の第１位相反転領域、及び前記第２領域の複数の第２位相反転領域を形成する段階と、を順次行い、前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、前記第１及び第２の厚さは、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態に係る位相反転マスクは、図１（Ａ）に示したように、第１位相反転領域１０１と、第２位相反転領域１０２と、複数の透光領域１０３と、により構成されている。
【００２１】
透光領域１０３は、第１方向（横方向）には“Ｘ”のピッチで配列され、第２方向（縦方向）には“Ｙ”のピッチで配列され、平面形状で正四角形に形成されている。なお、配列ピッチ“Ｘ”は配列ピッチ“Ｙ”よりも大きく形成される。このように配列された透光領域１０３間には、第１方向に第１位相反転領域１０１が配置され、第２方向に第２位相反転領域１０２が配置されている。
【００２２】
前記透光領域１０３は、第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２よりも高い透過率を有し、第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２とは相異なる透過率を有するように、異なる材料を用いて形成するか、または、異なる厚さを有するように形成される。
また、前記透光領域１０３は、ガラスまたは石英のような透明材料により形成される。第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２は、透光領域１０３の材料とは異なる屈折率及び透過率を有するＭｏＳｉＯ及びＭｏＳｉＯＮ等により形成される。なお、第１位相反転領域１０１と第２位相反転領域１０２とは同じ屈折率を有するように形成される。
【００２３】
このような位相反転マスクの製造方法について、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）を用いて説明する。
まず、図１（Ｂ）に示すように、石英またはガラスの透明材料により形成された基板１００の上面に、ＭｏＳｉＯ及びＭｏＳｉＯＮ等の基板とは異なる屈折率及び透過率を有する材料を蒸着により塗布して、膜を形成する。そして、塗布された膜をイオンビーム食刻法などによりパターニングして、第１位相反転領域１０１が形成されるべき第１領域に第１位相反転領域１０１を形成する。
【００２４】
次に、図１（Ｃ）に示すように、基板１００の上面に、ＭｏＳｉＯ及びＭｏＳｉＯＮ等の基板とは異なる屈折率及び透過率を有する材料を蒸着により塗布して膜を形成する。このとき、第１位相反転領域１０１を形成する材料と、第２位相反転領域１０２を形成する材料とは、相異なる透過率を有するものとする。
また、前記第１領域を形成する第１位相反転領域１０１の膜の材料と、前記第２領域を形成する第２位相反転領域１０２の膜の材料とが同一で、同じ透過率を有するときには、第１、第２位相反転領域１０１、１０２の各膜の厚さがそれぞれ異なるように塗布する。
【００２５】
この後、図１（Ｄ）に示すように、該塗布した膜をイオンビーム食刻法などによりパターニングして、第２位相反転領域１０２が形成されるべき第２領域に第２位相反転領域１０２を形成する。このとき、第１位相反転領域１０１が形成される第１領域と第２位相反転領域１０２が形成される第２領域とを区分させる。このようにして、図１（Ａ）に示すような複数の透光領域１０３、第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領１０２がそれぞれ形成されて、位相反転マスクの製造が終了する。
【００２６】
以下、本実施形態に係る位相反転マスクの特徴について説明する。
図２及び図３は、位相反転マスクの第１位相反転領域１０１及び第２位相反転領域１０２を透過した光と、透光領域１０３を透過した光とがウエハに到達するとき１８０°の位相差を有する場合の透過した光の振幅及び位相を示したグラフである。
【００２７】
図２（Ａ）は、図１に示した位相反転マスクのＣ−Ｃ’線断面図である。各透光領域１０３は、第１方向に“Ｘ”のピッチで配列され、各透光領域１０３の間には第１位相反転領域１０１が配置される。
また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域１０３を透過した光１０５と、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。図示されたように、各透光領域１０３を透過した光１０５は相互重畳せず、透光領域１０３を透過した光１０５の振幅は、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６の振幅よりも大きい値を有する。さらに、前記透光領域１０３を透過した光１０５と、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６とは、１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じる。その結果、図２（Ｃ）に示されたような振幅及び位相を有する光１０７が合成される。なお、相互干渉により合成された光１０７は、ウエハの上面に鮮明度の高い透過光パターンを形成する。
【００２８】
そして、図３（Ａ）は、図１に示された位相反転マスクのＤ−Ｄ’線断面図である。透光領域１０３は第２方向に“Ｙ”のピッチで配列され、この配列ピッチ“Ｙ”の値は第１方向の配列ピッチ“Ｘ”の値よりも小さく、各透光領域１０３の間には第２位相反転領域１０２が配置される。
また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された位相反転マスクの各透光領域１０３を透過した光１１０と、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１とがウエハに到達するときの振幅及び位相を示した図である。図示されたように、各透光領域１０３を透過した光１１０は相互重畳を起こすと共に、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１と１８０°の位相差を有する。ここで、各透光領域１０３を透過した光１１０の相互重畳は、各透光領域１０３間の第２方向の配列ピッチ“Ｙ”の値が小さくなるほど大きくなる。また、各透光領域１０３を透過した光１１０の振幅は、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１の振幅よりも大きい値を有する。さらに、第２位相反転領域１０２は第１位相反転領域１０１よりも大きい透過率を有するため、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１の振幅は、第１位相反転領域１０１を透過した光１０６の振幅よりも大きい値を有する。
【００２９】
従って、透光領域１０３を透過した光１１０と第２位相反転領域１０２を透過したは光１１１とは１８０°の位相差を有するため、相互干渉が生じ、同時に、各透光領域１０３を透過した光１１０には相互重畳が生じる。このとき、第２位相反転領域１０２の透過率を適切に調節することにより、第２位相反転領域１０２を透過した光１１１の振幅を調節することができる。その結果、各透光領域１０３を透過した光１１０の相互重畳の影響を相殺させて、図３（Ｃ）に示したような振幅及び位相を有する光１１２が合成される。図３（Ｃ）に示された光１１２の振幅と、前述の図２（Ｃ）に示された光１０７の振幅とは同一形状となるため、光１１２によりウエハの上面に形成される透過光パターンと、光１０７によりウエハの上面に形成される透過光パターンとは同じ鮮明度を有するようになる。
【００３０】
図４は、このような特徴を有する本実施形態に係る位相反転マスクを利用した露光工程の際、ウエハの上面に形成された透過光パターン１１５を示したものである。図示されたように、透光領域１０３の第１方向の配列ピッチ“Ｘ”と第２方向の配列ピッチ“Ｙ”とが異なる場合にも、実際にウエハの上面に形成される透過光パターン１１５の限界寸法は各方向に亘って同じになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る位相反転マスクにおいては、位相反転マスクに形成される各位相反転領域の透過率を適切に変化させることにより、位相反転マスクに形成された透光領域の各方向の配列ピッチが異なるように配列された場合も、従来の露光波長を使用して、ウエハの上面に形成される透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにすることができるため、半導体素子の不良発生率を低減して歩留まり及び信頼性を向上し得るという効果がある。
【００３２】
また、本発明に係る位相反転マスクの製造方法においては、透光領域の各方向の配列ピッチが異なるように配列された透光領域間に、透過率を適切に変化させた各位相反転領域を形成して位相反転マスクを製造することができるので、この位相反転マスクを用いれば、従来の露光波長を使用して、ウエハの上面に形成される透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにすることができ、半導体素子の不良発生率を低減して歩留まり及び信頼性を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位相反転マスクの一実施形態を示した平面図及び本発明に係る位相反転マスクの製造方法の各工程を示した断面図である。
【図２】図１の位相反転マスクのＣ−Ｃ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図３】図１の位相反転マスクのＤ−Ｄ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図４】図１の位相反転マスクを利用してウエハの上面に形成された透過光パターンを示した平面図である。
【図５】従来の位相反転マスクを示した平面図である。
【図６】従来の位相反転マスクのＡ−Ａ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図７】従来の位相反転マスクのＢ−Ｂ’線において透過した光の振幅及び位相を示した図である。
【図８】従来の位相反転マスクを利用してウエハの上面に形成された透過光パターンを示した平面図である。
【符号の説明】
１０１：第１位相反転領域
１０２：第２位相反転領域
１０３：透光領域
１１５：透過光パターン
Claims (4)
- 第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列された複数の透光領域と、
前記第１方向の各透光領域間に、前記透光領域とは異なる透過率を有する材料より第１の厚さに形成された複数の第１位相反転領域と、
前記第２方向の各透光領域間に、前記第１位相反転領域の材料とは同じ透過率を有する材料より第２の厚さに形成された複数の第２位相反転領域と、を包含して構成され、
前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、
前記第１及び第２の厚さは、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有する
ことを特徴とする位相反転マスク。 - 第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列された複数の透光領域と、
前記第１方向の各透光領域間に形成され、前記透光領域とは異なる透過率を有する複数の第１位相反転領域と、
前記第２方向の各透光領域間に形成され、前記透光領域及び前記第１位相反転領域とは異なる透過率を有する複数の第２位相反転領域と、を包含して構成され、
前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、
前記第１及び第２位相反転領域の透過率は、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有する
ことを特徴とする位相反転マスク。 - 第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列される複数の透光領域が形成される基板上に、前記基板の透過率とは異なる透過率を有する材料を塗布して第１の膜を形成する段階と、
前記第１の膜をパターニングして、前記第１方向の各透光領域間の第１領域に複数の第１位相反転領域を形成する段階と、
前記第１位相反転領域が形成された前記基板の上に、前記基板の透過率及び前記第１領域に塗布された材料の透過率とは異なる透過率を有する材料を塗布して第２の膜を形成する段階と、
前記第２の膜をパターニングして、前記第２方向の各透光領域間の第２領域に複数の第２位相反転領域、及び、複数の前記透光領域を形成する段階と、を順次行い、
前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、
前記第１及び第２位相反転領域の透過率は、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有する
ことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。 - 第１方向の配列ピッチと第２方向の配列ピッチとが異なるように配列される複数の透光領域が形成される基板上に、
前記基板の透過率とは異なる透過率を有する材料を用いて、前記第１方向の各透光領域間の第１領域及び前記第２方向の各透光領域間の第２領域にそれぞれ第１及び第２の厚さを有する膜を形成する段階と、
前記第１及び第２の厚さを有する膜をパターニングして、複数の前記透光領域、前記第１領域の複数の第１位相反転領域、及び前記第２領域の複数の第２位相反転領域を形成する段階と、を順次行い、
前記透光領域を透過した光と前記第１位相反転領域を透過した光とが合成された光と、前記透光領域を透過した光と前記第２位相反転領域を透過した光とが合成された光とが、同一の位相及び振幅の形状を有し、
前記第１及び第２の厚さは、相互に異なり、前記透光領域の透過光パターンの限界寸法を各方向に亘って同じにするような値を有する
ことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。
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