JP5193715B2 - Multi-tone photomask - Google Patents
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Description
本発明は、半透光膜を利用した多階調フォトマスクに関し、特に、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト(光の強弱比)が低下することを防止することに関する。 The present invention relates to a multi-tone photomask using a semi-transparent film, and more particularly to preventing a decrease in contrast (light intensity ratio) at a boundary portion between a light-shielding portion and a semi-transparent portion.
多階調フォトマスクは膜厚の異なるレジストパターンを1回の露光で形成できることから、マスク工程数を削減など種々の利点があるため、注目されている(特許文献1〜3等参照)。
Since multi-tone photomasks can form resist patterns with different film thicknesses by one exposure, they are attracting attention because of various advantages such as a reduction in the number of mask processes (see
従来の多階調フォトマスクでは、露光装置を用いて投影露光した場合に、露光装置の投影光学系の解像限界を超えるため、コントラストが出ないという問題があった。この現象は、主に遮光部と半透光部との境界部に発生している。このため、露光装置の解像度を向上させる方法として、露光波長の短波長化や投影光学系の開口数の変更など、種々の方法が提案されているが、多階調フォトマスクの場合、いずれの方法においても解像度向上が難しい。また、遮光膜のパターン上に半透過膜が形成された構造を備えるいわゆるトップハーフ型多階調フォトマスクの場合においては、遮光膜のエッジ部にかかる半透過膜の段差によって、露光光を散乱させるという問題も解ってきている。 The conventional multi-tone photomask has a problem in that, when projection exposure is performed using an exposure apparatus, the resolution limit of the projection optical system of the exposure apparatus is exceeded, so that contrast does not occur. This phenomenon occurs mainly at the boundary between the light shielding portion and the semi-transparent portion. For this reason, as a method for improving the resolution of the exposure apparatus, various methods such as shortening the exposure wavelength and changing the numerical aperture of the projection optical system have been proposed. Even with this method, it is difficult to improve resolution. In the case of a so-called top half type multi-tone photomask having a structure in which a semi-transmissive film is formed on the pattern of the light-shielding film, the exposure light is scattered by the step of the semi-transmissive film on the edge of the light-shielding film. The problem of making it happen is also being solved.
例えば、図3(a)及び(b)は、従来のいわゆるトップハーフ型の多階調フォトマスク101を示している。これらの図に示すように従来の多階調フォトマスクは、遮光部Aと半透光部Bと透光部Cとを備え、遮光部を構成する遮光膜111のパターンが半透光膜112によって覆われた構造を備えるが、図3(b)に示す断面図から明らかなように、遮光膜111のパターンの遮光部と半透光膜112のパターンの境界部(エッジ部)には、半透光膜112が遮光膜111のパターンを被覆する際に形成された半透光膜112の段差Sが形成されている。
For example, FIGS. 3A and 3B show a conventional so-called top half type
図3(c)は、図3(b)に示す多階調フォトマスク101に露光装置(不図示)からの露光光Iを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。露光対象基板300に膜厚が露光部位に応じて変化したレジストパターン305が形成されているが、半透光部におけるレジスト膜厚は両端部で厚くなっていて不均一であり、しかも遮光部と半透光部との境界部ではレジスト膜厚がなだらかに変化していることが分かる。これは、図中に破線で示した理想的なレジストパターン形状Rとは大きくかけ離れた形状であることが分かる。
FIG. 3C shows a cross section of a resist pattern completed by irradiating the
図4は、段差Sにおいて露光光Iが散乱される様子を示している。この図に示すように、段差Sでは、隣接する半透光膜112の膜厚よりも局所的に膜厚が大きいとともに、表面の形状はなだらかな曲面状の断面となっている。そのため、段差Sを通過する露光光は直進することができず、種々の方向に散乱される。
FIG. 4 shows how the exposure light I is scattered at the step S. As shown in this figure, at the step S, the film thickness is locally larger than the film thickness of the adjacent
その結果、投影露光された半透光部に対応するレジストパターンの形状は、段差Sに対応する部分でなだらかになってしまい、コントラスト(光の強弱比)が低下するために階調の変化が判別しにくくなり、工程のプロセスマージンが不足する。 As a result, the shape of the resist pattern corresponding to the projection-exposed semi-transparent portion becomes gentle at the portion corresponding to the step S, and the contrast (light intensity ratio) is lowered, so that the change in gradation is caused. It becomes difficult to discriminate and the process margin of the process is insufficient.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部における階調の変化を急峻にして工程のプロセスマージンを大きくすることを技術的課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The film thickness of the semi-transparent film in the semi-transparent part is made constant, and the gradation change at the boundary between the semi-transparent film and the light-shielding film is made. The technical problem is to increase the process margin of the process by making it steep.
本発明に係る多階調フォトマスクは、露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するためのトップハーフ型の多階調フォトマスクであって、透明基板上に薄膜からなる前記露光光を遮断する遮光部と薄膜からなる前記露光光の一部を透過する半透光部と前記露光光を透過する透光部とを含み、前記透明基板が露出した前記露光装置の解像限界以下に設定された透過部を前記遮光部と半透光部との境界部に有すると共に前記透過部を有することによる露光量の増大分を差し引いて前記半透光部の透過率が小さくなるように調整されたことを特徴とする。 The multi-tone photomask according to the present invention is a top half-type multi-tone photomask for forming a resist pattern on an exposure target substrate on which a resist film is formed by irradiating exposure light from an exposure apparatus. Te, and a light transmitting portion for transmitting the exposing light and semi-light-transmitting portion which transmits a part of the exposure light comprising light shielding portions and the thin film for blocking the exposure light of a thin film on a transparent substrate, said transparent Subtracting an increase in exposure amount due to having the transmission part and having a transmission part set below the resolution limit of the exposure apparatus where the substrate is exposed at the boundary between the light shielding part and the semi- transmission part. The translucency of the semi-translucent portion is adjusted to be small .
以上のような構成を持つ多階調フォトマスクを用いてレジストパターン形成を行うと、遮光部と半透光部とのコントラスト(光の強弱比)が向上するために階調の変化が判別しやすくなり、工程のプロセスマージンを大きくすることができる。 When a resist pattern is formed using a multi-tone photomask having the above structure, the contrast between the light-shielding part and the semi-translucent part (light intensity ratio) is improved, so that the gradation change is discriminated. It becomes easy and the process margin of a process can be enlarged.
特に、前記透過部は、前記遮光部と半透光部との境界部に設けられ、また、前記透過部の間隔は、前記露光装置の解像限界以下に設定されていることが好ましい。 In particular, it is preferable that the transmissive portion is provided at a boundary portion between the light shielding portion and the semi-transmissive portion, and the interval between the transmissive portions is set to be equal to or less than a resolution limit of the exposure apparatus.
透過部の間隔は露光装置の解像限界以下であれば特に限定されるものではないが、解像度が2μm程度の場合、0.5μm以上1.5μm以下の範囲に設定されることが好ましい。 The interval between the transmission parts is not particularly limited as long as it is less than the resolution limit of the exposure apparatus, but when the resolution is about 2 μm, it is preferably set in the range of 0.5 μm to 1.5 μm.
本発明に係る第1の多階調フォトマスクの製造方法は、透明基板上に遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上に第1のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより遮光膜のパターンを形成する第1のパターン形成工程と、前記遮光膜のパターンを覆うように半透光膜を形成する工程と、前記半透光膜の上に第2のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより半透光膜のパターンを形成する第2のパターン形成工程とを含み、
前記第2のパターン形成工程において、前記遮光膜と前記半透光膜の境界部に形成される前記半透光膜の段差部に透過部を形成することを特徴とする。
The first multi-tone photomask manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a light-shielding film on a transparent substrate, and a first photoresist film on the light-shielding film to form exposure light from an exposure apparatus. A first pattern forming step of forming a light-shielding film pattern by irradiating and developing, a step of forming a semi-transparent film so as to cover the pattern of the light-shielding film, and a first step on the semi-transparent film. A second pattern forming step of forming a pattern of a semi-translucent film by forming a photoresist film of 2 and irradiating and developing exposure light from an exposure apparatus;
In the second pattern forming step, a transmission part is formed in a step portion of the semi-transparent film formed at a boundary part between the light shielding film and the semi-transparent film.
これは本発明に係る多階調フォトマスクを最初から製造する場合の基本的な製造手順を示している。このように、半透光膜のパターン形成時に透過部を作り込むことで、従来の製造工程から見て、特に工程を増加させることなく、透過部を含む多階調フォトマスクを製造することができる。 This shows a basic manufacturing procedure when a multi-tone photomask according to the present invention is manufactured from the beginning. In this way, by forming the transmission part when forming the pattern of the semi-transparent film, it is possible to manufacture a multi-tone photomask including the transmission part without increasing the number of processes in view of the conventional manufacturing process. it can.
また、露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光の一部を透過する半透光部と前記露光光を透過する透光部とを含む多階調マスクに対し、
前記遮光部と前記半透光部との境界部に前記露光装置の解像限界以下の間隔を持つ透過部を形成するように構成しても良い。
In addition, by irradiating exposure light from an exposure apparatus, it is used to form a resist pattern on an exposure target substrate on which a resist film is formed,
For a multi-tone mask including a light-shielding part that blocks the exposure light on a transparent substrate, a semi-transparent part that transmits part of the exposure light, and a translucent part that transmits the exposure light,
You may comprise so that the transmission part with the space | interval below the resolution limit of the said exposure apparatus may be formed in the boundary part of the said light-shielding part and the said semi-transparent part.
このように、従来の製造方法によりすでに完成した透過部が設けられていない多階調フォトマスクに対して事後的に透過部を設けることもできる。この方法は、従来の製造方法で得られた多階調フォトマスクではプロセスマージンが不足する場合に有効である。 In this manner, a transmission part can be provided afterwards for a multi-tone photomask that is not provided with a transmission part that has already been completed by a conventional manufacturing method. This method is effective when the process margin is insufficient with the multi-tone photomask obtained by the conventional manufacturing method.
本発明に係る多階調フォトマスクでは遮光部と半透光部との間に透過部が設けられているため、このフォトマスクを用いてレジストパターン形成を行うと、遮光部と半透光部とのコントラスト(光の強弱比)が向上するために階調の変化が判別しやすくなり、工程のプロセスマージンを大きくすることができる。 In the multi-tone photomask according to the present invention, since the transmission part is provided between the light shielding part and the semi-transparent part, when the resist pattern is formed using this photomask, the light shielding part and the semi-transparent part are provided. Since the contrast (light intensity ratio) with respect to is improved, a change in gradation can be easily discriminated, and the process margin of the process can be increased.
(第1の実施形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。また、図1(b)は、図1(a)に示すX2−X2線の断面図である。これらの図に示すように、多階調フォトマスク1は、透明基板10の表面に遮光膜のパターン11が形成され、その上部に半透光膜のパターン12が形成されている。
(First embodiment)
FIG. 1A is a plan view showing a part of the pattern of the multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line X2-X2 shown in FIG. As shown in these drawings, the
この多階調フォトマスク1は、透明基板10上に遮光部Aと半透光部Bと透光部Cとが設けられ、1回の露光で露光光の強度に変化を加えることで中間の階調を現すことができるものである。
This
遮光部Aは、遮光膜11のパターンが形成されている部分で構成され、これには遮光膜の上に半透光膜12が積層している部分も含まれる。半透光部Bは、半透光膜の12のパターンが形成されている部分で構成され、これには半透光膜の端部に設けられた透過領域も含まれる。透光部Cは、露光パターン形成領域のうち、遮光部及び半透光部以外の部分であって、透明基板10の上に透過率を大きく変化させる膜が形成されていない部分をいう。
The light shielding portion A is configured by a portion where the pattern of the
透過部20は、半透光部Bと遮光部Aとの間に設けられ、所定の間隔を有する透過領域であり、透過部20では透明基板が露出しているが、透過部20の間隔dは露光装置の解像限界以下に設定されている。このため、露光光を照射しても透過部のパターンがフォトレジスト上に転写されることはない。
The
半透光部Bに透過部20を設けると半透光部を通過する露光光の光量が増大するため、半透光膜の透過率が小さくなるように設定することが好ましい。具体的には、半透光膜の膜厚を透過部を設けない場合よりも大きく設定するか、または半透光膜の組成を調整し、半透光膜を構成する金属原子(例えばクロム等)の組成比率が大きくなるようにする。このようにすれば、透過部20による光量の増大分を差し引いて、露光した際に全体としての光量が変わらないように調整することができる。
When the
なお、上述のように透過部20の間隔dは、半透光部の寸法、特に、相対する遮光部の間隔と露光装置の解像度の両方を考慮して選択する必要がある。一例を挙げると、半透光部の間隔(相対する遮光部間の距離)が4μm、露光装置の解像度が約2μmとした場合、種々の実験の結果によると、透過部の間隔は約0.5〜1.5μmの範囲が好ましいことが分かっている。
As described above, the distance d between the
図1(c)は、図1(b)に示す多階調フォトマスク1に露光装置(不図示)からの露光光Iを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。露光対象基板30に膜厚が露光部位に応じて変化したレジストパターン35が形成されているが、半透光部におけるレジスト膜厚が均一であり、しかも遮光部と半透光部との境界部ではレジスト膜厚が急峻に変化していることが分かる。
FIG. 1C is a cross-sectional view of a resist pattern completed by irradiating the
すなわち、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクによると、図中に破線で示した理想的なレジストパターン形状Rに近づき、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト(光の強弱比)を大きくしてプロセスマージンを増大させることができた。 That is, according to the multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention, it approaches the ideal resist pattern shape R indicated by the broken line in the figure, and the contrast at the boundary between the light shielding portion and the semi-transparent portion. The process margin can be increased by increasing the light intensity ratio.
(第2の実施形態)
図2(a)〜図2(c)は、透過部の形状のバリエーションを示している。図2(a)は、L字状に構成された2つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜11aと半透光部を構成する半透光膜12aとの境界部に透過部20aが設けられている。図2(b)は、I字状に構成された2つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜11bと半透光部を構成する半透光膜12bとの境界部に透過部20bが設けられている。図2(c)は、正多面体(円形を含む)等のホール形状に構成された遮光膜の内部の領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜11cと半透光部を構成する半透光膜12cとの境界部に透過部20cが設けられている。
(Second Embodiment)
Fig.2 (a)-FIG.2 (c) have shown the variation of the shape of a permeation | transmission part. FIG. 2A shows a case where a region sandwiched between two light-shielding films configured in an L shape is a semi-transparent part, and constitutes a semi-transparent part with the light-shielding
いずれの場合にも、透過部20a〜20cを設けたことによって、フォトレジストパターン形成後の遮光部と半透光部との境界部におけるレジスト膜厚の変化が急峻となり、工程のプロセスマージンが増大した。
In any case, by providing the
(その他の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、遮光膜のパターンを形成した後、半透光膜を形成する、いわゆる「トップハーフ型」とよばれる構造の多階調フォトマスクを用いた実施態様を説明したが、本発明は、半透光膜が遮光膜の下層に設けられる「ボトムハーフ型」と呼ばれる構造の多階調マスクにも適用できる。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, an embodiment using a multi-tone photomask having a so-called “top half type” structure in which a light-shielding film pattern is formed and then a semi-transparent film is formed will be described. However, the present invention can also be applied to a multi-tone mask having a structure called “bottom half type” in which a semi-transparent film is provided below a light-shielding film.
周知の通り、ボトムハーフ型多階調フォトマスクは、透明基板上に半透光膜と遮光膜とがこの順に積層されたマスクブランクスに対して上層の遮光膜と下層の半透光膜のそれぞれを順次パターニングして得られるが、半透光膜のパターン形成工程の際に、透過部のパターンを形成することで、容易に製造することができる。このように、ボトムハーフ型の多階調フォトマスクについては、図3のような段差Sが生じにくいが、その場合でも、透過部を設けることにより、半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部における階調の変化を急峻にして工程のプロセスマージンを大きくすることができる。 As is well known, the bottom half-type multi-tone photomask is composed of an upper light shielding film and a lower semitransparent film with respect to a mask blank in which a semitransparent film and a light shielding film are laminated in this order on a transparent substrate. Can be obtained by sequentially patterning, but can be easily manufactured by forming the pattern of the transmission part during the pattern forming process of the semi-translucent film. As described above, in the bottom half type multi-tone photomask, the step S as shown in FIG. 3 is unlikely to occur, but even in such a case, by providing the transmission part, the film of the semi-transmission film in the semi-transmission part is provided. It is possible to increase the process margin of the process by making the thickness constant and making the change of gradation at the boundary between the semi-transparent film and the light shielding film steep.
また、従来の製造方法により、すでに完成した多階調フォトマスクに対しても、プロセスマージンが不足する場合には、半透光部と遮光部との境界部等、必要な部位にレーザーザッピングを行って、事後的に透過部を設けてもよい。 Also, if the process margin is insufficient even with a multi-tone photomask that has already been completed by the conventional manufacturing method, laser zapping is applied to necessary parts such as the boundary between the semi-translucent part and the light-shielding part. And a transmission part may be provided later.
本発明に係る多階調フォトマスクはレジストパターン形成工程におけるプロセスマージンを増大させるものとして産業上の利用可能性はきわめて大きい。 The multi-tone photomask according to the present invention has a great industrial applicability as it increases the process margin in the resist pattern forming process.
1 多階調フォトマスク
10 透明基板
11、111 遮光膜
12,112 半透光膜
20 透過部
30、300 露光対象基板
35、305 レジストパターン
A 遮光部
B 透光部
C 半透光部
R 理想的なレジストパターン形状
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