JPH0315845A - マスク及びマスク作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，半導体素子，超電導素子，ＯＥＩＣ表面弾性
波素子等の固体素子の微細バタン形戒に用いられる投影
露光法におけるマスクに関するものである． 〔従来の技術〕 従来、ＶＬＳＩ等の固体素子における微細パタンの形成
は、主に縮小投影露光法により行なわれてきた．上記方
法は投影光学系を用いて，レジストを塗布した基板上に
，マスクバタンを結像させることにより上記マスクパタ
ンの転写を行なうものである． 縮小投影露光法における限界解像度は、露光波長λに比
例し、投影光学系の開口数ＮＡに反比例する．従って露
光光の短波長化と投影レンズの高ＮＡ化により，解像度
の向上が推進されてきた，しかし上記方法による高解像
度化は，投影光学系の設計，製造技術及び光源の制約等
により限界に近づいている．一方，この限界を超える方
法として、前記マスク上の隣接する透光部を通過した光
の間に位相差を導入することにより解像力の向上をはか
る方法（以下，位相シフト法と呼ぶ）がある．これにつ
いては、例えば特開昭５８−１７３７４４にこの方法は
、例えば細長い透光部と遮光部の繰り返しバタンの場合
、互いに隣接した透光部を透過した光の位相差がほぼ１
８０度になるように、上記透光部分のひとつおきに位相
差を導入するための透明材料（以下、位相シフタと呼ぶ
）を設けるものである．上記パタンの場合、位相シフタ
を設けない場合と比較して、解像度は４０％程度向上す
ることが報告されている． 以上の事実は、例えば、アイ・イー・イー・イー・トラ
ンザクション　オン　エレクトロン　デバイスイズ，イ
ー　デイ−２９　ナンバーｌ２（１　９　８　２年）第
１８２８頁から第１８３６頁（ＩＥ！ＥＥ，　Ｔｒａｎ
ｓ．　Ｅ！ｌｅｃｔｒｏｎ　ＤｅｖｉｃｅＳ，　ｈ：　
Ｄ　２　９　，　Ｎａ１２　（１９８２）ｐｐｌ８２８
−１８３６）において論じられている。

一方，コンタクトホール等の遮光部中の孤立露光バタン
の場合は，転写されるべき該孤立露光バタン（以下、主
バタンと呼ぶ）に近接して前記位相シフタを設けた補助
バタンを配置すればよい．例−Ｙ、孤立ホールパタンの
場合、例えば第２図（ａ）に示した様に、主バタン王の
各辺に平行して矩形状の補助バタン２を４個配置すれば
よい．また、遮光部中の細長い透光バタンの場合は、例
えば第２図（ｂ）に示した様に、主バタン１に平行して
補助バタン２を設ければよい．以上の事実は、例えば第
４９回応用物理学会学ｖｆＩｔｌｌＩ演会請演予稿集第
２分冊第４９７頁４　ａ　−　ｋ　−　７において論じ
られている． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、上記主パタンの周辺に袖助パタンを配
置する場合、その配置方法により主パタンの解像力向上
効果が著しく変化するという問題があった．又、上記解
倣力向上効果は、主バタンの寸法及び使用光学系の条件
（波長λ及び開口数ＮＡ）により変化するという問題が
あった．本発明の目的は、転写バタンである主透光部の
寸法φ，露光波長λ，投影光学系の開口数ＮＡに応じ、
最もすぐれた光学像を実現する補助透光部の配置及び補
助透光部の寸法の最適条件を得て、最も良好なパタンの
形成を可能とする位相シフト法用マスクを提供すること
にある． 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達或するために、前記主透光部と
補助透光部の距離Ｘを，前記主透光部の幅φ，露光波長
λ，投影光学系の開口数ＮＡに応じて，第１＠中の斜線
部分で示す範囲内、より好ましくは同図中実線で示す値
に設定するようにしたものである．又、前記補助透光部
の幅ｄをλ，ＮＡに応じて， ０．０　２　５≦ｄ／（λ／ＮＡ）＜０．２より好まし
くは， ｄ／（λ／ＮＡ）＝０．１ 程度とするようにしたものである． 〔作用〕 第３図は，第２図（ａ）に示した様に，ホールパタンの
主透光部の４辺に平行して，矩形の補助透光部を配置し
た場合において、基板上におけるバタン中心部の光強度
が，前記主透光部のマスクエッジと各補助透光部のマス
クエッジの距離Ｘによ牙仮どのように変化するかを示し
たものである．本図から、あるＸの値において中心の光
強度が最大値をとることがわかる．また，ほぼこの条件
において最も良好な光強度分布が実現された。従って主
透光部の中心の光強度が最大となる条件下において、パ
タンの形戒を行なうことが好ましい．しかし、同図から
わかる様に、上記中心の光強度が最大となるＸの値は主
透光部の寸法φによって異なる．また，同図には示さな
いが，上記中心光強度が最大となるＸの値は露光波長λ
，投影光学系の開口数ＮＡによっても異なる． 本発明者の検討によると，主透光部の中心光強度が最大
となる前記距Ｍｘをλ／ＮＡで規格化した値Ｘと、前記
主透光部の寸法φをλ／ＮＡで規格化した値Φの間には
，λ／ＮＡの値に依らず，第１図中の実線に示すような
関係があることがわかった． 従って，第１図中に示した条件にもとづいて補助パタン
を配置すれば、いかなる投影光学系を用いても常に最適
条件でのバタン形戒が可能となる．第４図に、図中の主
透光部１と補助透光部２のマスクエッジに垂直な方向（
Ａ−Ａ’　）に対する光強度分布を示す．第４図の３つ
の光強度のピークのうち、中心のものは主透光部１に、
左右の２つは補助透光部２に各々対応する．補助透光部
２は、主透光部１に相当する像のコントラストを向上さ
せるためのものであり、本来転写されるべきものではな
い．従って、補助透光部の光強度は主透光部の光強度と
比べて十分に小さく保つことが望ましい． 第５図に上記補助透光部に対応する光強度の最大値と、
上記主透光部の光強度の最大値の比γと，該補助透光部
の幅ｄ（第２図（ａ）に示す寸法）の関係を示す．ここ
で、同図において，横軸にはｄをλ／ＮＡで規格化した
ものを用いた．第５図の関係はλ，ＮＡに依らない．と
ころで．補助透光部２が転写されないためには、少なく
とも補助透光部２に対応する最大光強度が、主透光部１
のマスクエッジの光強度より小さくなければならない．
また、主透光部のマスクエッジの光強』覧と該主透光部
の中心光強度の比は０．３〜０．６？度である． 従って、γく０．３　であることが好ましい。第５図よ
り，上記の条件を満足するためには、ｄ／（λ／ＮＡ）
≦−０．２ であることが必要であることがわかる．一方、ｄ／（λ
／ＮＡ）＜０．０　２　５ の揚合、補助透光部を設けたことによるＭ像度向上の効
果は事実上なくなる．従って，補助透光部の幅ｄ■は、 ０．０　２　５玉ｄ／（λ／ＮＡ）＜０．２の範囲内に
設定することが好ましい。

〔実施例〕

（実施例１） 以下、本発明の一実施例について述べる．開口数ＮＡ＝
０．４２　　の投影光学系を有するｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）縮小投影露光装置を用いて、一辺の寸法が０．４μ
ｍのホールパタンの転写を行なった．まず、上記露光条
件に対して，最適な前記主透光部と補助透光部の距ｔａ
Ｘを以下のようにして求めた．まず、第工図の横軸に相
当する規格化されたバタン寸法は、 φ／（λ／ＮＡ）＝０．４／（０．３６５／０．４２）
＝０．４６ となる．従って第１図の実線より規格化された主透光部
と補助透光部間の距＃Ｘは、０．４　９　９　　となる
．これより、実際の最適距ｆｉｘは，ｘ＝（λ／ＮＡ）
−Ｘ＝（０．３　６　５／０．４　２）−０．４　９　
９＝０．４３μｍ となる．次に，補助透光部の幅ｄは、 ｄ（λ／ＮＡ）＝０．１ として、 ｄ＝λ／ＮＡ　−　０．１ ＝ｏ．ａ６５／０．４２・０．↓ ＝０．０８７μｍ を得る．上記結果より．＠ｄ＝０．０９μｍ，長さ０．
６μｍの矩形状補助透光部を，主透光部（ホールバタン
）の各辺に平行に、庫＃ｉｘ＝０．４３窒化シリコン膜
，酸化シリコン膜，クロム膜を積層したものを用意した
．ここでクロム膜，＃化シリコン膜、及び窒化シリコン
膜は，各々遮光膜，位相シフタ，及び位相シフタのエッ
チングにおけるストツパ膜として用いるものである．こ
こで，遮光膜としてクロム膜を用いたが，モリブデンシ
リサイド膜を用いてもかまわない。また位相シフタとし
て酸化シリコン膜を用いたが、窒化シリコン，レジスト
，フッ化マグネシウム，フン化リチウム、ＳＯＧを用い
てもかまわない．一般に、位相シフタとして用いる酸化
シリコンの膜厚は次式のように決定される。

ｄ＝λ／２（ｎ−１） ここで，λは露光波長３６５ｎｍ，ｎはシリコン酸化膜
の屈折率１．４３　である．上式に従って位相シフタで
あるシリコン酸化膜厚は約４２４ｎｍとした，上記基板
上にボジ型レジスト画した．本実施例ではレジストとし
てＯＥＢＩｉｌｌ００を用いたが、別のレジストを用い
てもよい。

描画後、レジストの現像を行ない、しかる後に上記レジ
スト膜をマスクとしてＣｒ膜のウエットエッチングを行
なった．次に上記基板上に再度上記レジストを塗布し，
今度は主透光部のみを電子線描画し，現像を行なった後
に、上記レジスト膜をマスクとして、前記シリコン酸化
膜のウエットエッチングを行なった．ここで、補助透光
部のみを電子嫉描画し，ｆ！Ａ像、ウエットエッチング
を行なってもよい．この際，上記シリコン窒化膜は，上
記エッチングにおけるストツパとして作用する．ここで
，合成石英基板上に前記遮光膜を積層したものを用いて
，上記手段を用いて前記主透光部及び補助透光部を形成
した後、上記基板上に前記位相シフタ膜を積層し、前記
主透光部又は補助透光部のみに位相シフタ膜が残るよう
に上記手段を用いてエッチングを行ない、位相シフトマ
スクを作製してもよい． また、合成石英基板上に前記遮光膜をＭＭＬ，たものを
用いて，上記手段を用いて前記主透光部及び補助透光部
を形成した後、上記基板上にレジストを塗布し、前記主
透光部又は補助透光部のみを電子線描画し、現像を行な
った後に、上記レジスト膜をマスクとして合成石英基板
を前記位相シフタの膜厚分だけエッチングを行なっても
よい．なお、位相シフトマスクの作製方法は上に述べた
ものに限らず、公知の様々な方法によってもかまわない
． この様にして作製した位相シフトマスクを、ｉ線縮小投
影露光装！　（ＮＡ＝０．４２）を用いて、シリコン基
板上にポジ型レジスト１″ＳＭＨ８９００　（東京応化
製商品名）を塗布した基板上に転写した．コヒーレンス
ファクタは０．３　　としたが、これ以外の値を用いて
もかまわない．但し、焦点深度及び解像度はコヒーレン
スファクタを小さくする程向上した．本実施例ではレジ
ストとしてＴＳＭＲ８９００を用いたが、別のボジ型レ
ジストを用いてもよい．露光後，所定の現像処理を行な
い，上記基板上にレジストパタンを形成した．比較のた
め、補助透光部を周囲に配置しない従来法のマスクを用
いて，レジストパタンを形成した。しかる後に、上記レ
ジストパタンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりｗ４
察した． １ｌＩＩｔ祭を行なった結果、従来法によるマスクを用
いた場合には、０．４μｍホールパタンは解像できなか
った．これに対し、前記本発明の位相シフトマスクを用
いた場合には、良好な断面形状で０．４μｍホールパタ
ンを形成することができた。

また、合焦点位置を中心として±１μｍ程度の焦点深度
を確保することができた． 本実施例では，補助透光部の形状を矩形とし、ホールバ
タンの各辺に平行に４個配置したマスクパタンを用いた
．しかし，ホールパタンのマスク上の配置によって、近
接して他のバタンか配置されている等、補助透光部の配
置が制限される場合がある。

上述のような場合、補助透光部の配置位置は、ｘ　／　
（λ／ＮＡ）＝ａ・φ／（λ／ＮＡ）＋ｂ０．０　２　
５≦ｄ／（λ／ＮＡ）≦０．２を満たすように，但し，
ａ，ｂは −０．６≦ａ≦−０．４ ０．５≦ｂ≦０．８ で規定される範囲内にあればよく、又，矩形に限らない
。

また、上述の範囲に補助透光部を配置できない場合は、
この補助透光部は配置しない．さらに、前記範囲内に配
置が可能であっても、近接した他の主バタンを透過する
光の位相を補助透光部を透過する光の位相と同程度にす
ることで同様の効果が得られる場合、特定の補助透光部
を配置しなくてもよい．従って，補助透光部の数は４個
に限らない． （実施例２） 実施例１に述べたものと同じ縮小投影露光装置において
、０．４μｍ　ラインパタンを転写した．第１図より、
実施例１と同様にして、補助透光部の最適位置はｘ＝０
．４３μｍ　となる．同様に補助透光部の幅ｄ＝ｏ，０
８７μｍ　を得る．第２図（ｂ）に示した如くラインパ
タンの両側に帯状の補助透光部をｘ＝ｏ．４３ｕｍ，ｄ
＝０．０９μｍとなる様に配置した。

上記マスクを用いて実施例１と同様にレジストパタンを
形成した．実施例１同様、ＳＥＭによりパタンの断面形
状を＃Ｍ祭した結果、従来法によるマスクを用いた場合
には、０．４μｍ　ラインバタンは解像しなかった．こ
れに対し位相シフトマスクを用いた場合には、良好な断
面形状で０．４μｍラインパタンを形成できた．ライン
バタンのマスク上の配置によって補助透光部の配置が制
限される場合、補助透光部の形状は帯状に限らず，例え
ば矩形を断続して配置してもよい， （実施例３） ＮＡ＝０．３５　　の投影光学系を有するＫ　ｒ　Ｆエ
キシマレーザステツパ（波長２４８ｎｍ）を用いて、０
．３μｍホールバタン及び０．３μｍラインパタンを転
写した．第１実施例と同様な方法により、ｘ＝ｏ−３６
ｕｍ＋　ｄ＝０．０７ｐｍに設定した．実施例１と同様
な方法によりバタン形成を行０．３μｍホールバタン及
び０．３μｍラインバタンを形成できた． 〔発明の効果〕 以上本発明によれば，主透光部に近接して補助透光部を
配置する位相シフトマスクにおいて，露光波長λ、投影
光学系の開口数ＮＡ、及び主透光部の寸法に応じて，上
記主透光部と上記補助透光部の距Ｍｘ，及び上記補助透
光部の幅を最適伯に設定し゛たマスクを用いることによ
り、光学像のコントラストを向上し優れた断面形状を有
するバタンを形成することができる。これにより，従来
法による解像限界を超えた微細パタンの形成が可能とな
った．

【図面の簡単な説明】

第１図は主透光部と補助透光部の距ａＸの最適値範囲を
示すグラフ，第２図は本発明によるマスクパタンの一実
施例を示す平面図、第３図は第２図（　ａ　）に示すマ
スクパタンを用いた場合における主透光部と補助透光部
の距１１ｘに対する中心光強度の変化を示すグラフ、第
４図は第２図（ａ）に示すマスクパタンを用いた場合に
おける光強度の分布を示す図、第５図は補助透光部の幅
Ｄに対する比γの値の変化を示すグラフである。 １・・・主透光部，２・・・補助透光部、３・・・遮光
部、φ・・・主透光部の幅、ｄ・・・補助透光部の幅、
Ｘ・・・主透光部と補助透光部の耗＃！． 名 図 ０ θ．２　　　Ｏ４　　　（Ａｂ　　　Ｑａ　　　７．０
≦＃／（λ／ｔＪＡ　） −４９０− 輩 ２ 図 （α） （ｌ：Ｉ） 笛 ３ 図 χ （声悄） 第 ヰ １ｉ ２ ５ 己 ９＝ｄ−／（λ／〃Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、波長λの光と、間口数ＮＡを有する投影光学系を用
   いてマスクパタンを基板上に投影露光する際に用いられ
   るマスクにおいて、前記基板上へ転写される主透光部と
   、前記主透光部に近接して配置された補助透光部を有し
   、かつ、前記主透光部を透過した光の位相に対し前記補
   助透光部を通過した光の位相をほぼ反転させる透明材料
   を、前記主透光部又は前記補助透光部の少なくとも一方
   に設けた位相シフトマスクであつて、前記主透光部と前
   記補助透光部の最短距離方向に対する前記主透光部の幅
   φと前記補助透光部の幅ｄと前記主透光部と前記補助透
   光部の距離ｘを、 ｘ／（λ／ＮＡ）＝ａ・φ／（λ／ＮＡ）＋ｂ０．０２
   ５≦ｄ／（λ／ＮＡ）≦０．２ を満たすように、但し、ａ、ｂを少なくとも−０．６≦
   ａ≦−０．４ ０．５≦ｂ≦０．８ の範囲に設定したことを特徴とするマスク。 ２、請求項１に記載された主透光部及び補助透光部を少
   なくとも１対含むことを特徴とするマスク。 ３、請求項１に記載された透明材料が、酸化シリコン、
   窒化シリコン、レジスト、フッ化マグネシウム、フッ化
   リチウム、ＳＯＧの少なくとも１つを含むことを特徴と
   するマスク。 ４、上記マスクパタンにおいて、露光光を遮光する遮光
   膜の材料が、クロムまたはモリブデンシリサイドの少な
   くとも一方であることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載のマスク。 ５、請求項１乃至４のいずれかに記載のマスクを製造す
   る方法において、合成石英基板上に順に、前記透明材料
   、前記遮光膜、及び第１のレジスト層を積層し、次に前
   記第１のレジスト層を光又は粒子線により露光した後現
   像を行ない、形成したレジストパタンをマスクとして前
   記遮光膜をエッチングした後、上記第１のレジスト層を
   除去することにより、前記遮光膜に所定の開口部を形成
   し、しかる後に上記開口部の形成された舞光膜上に第２
   のレジスト層を塗布し、上記第２のレジスト層を光又は
   粒子線により露光した後現像を行ない、形成したレジス
   トパタンをマスクとして前記透明材料をエッチングした
   後、前記第２のレジストを除去して、上記開口部の１部
   に対して位相シフタを形成することを特徴とするマスク
   作製方法。 ６、請求項１乃至４のいずれかに記載のマスクを製造す
   る方法において、合成石英基板上に順に、前記遮光膜、
   第１のレジスト層を積層し、次に前記第１のレジスト層
   を光又は粒子線により露光した後現像を行ない、形成し
   た第１のレジストパタンをマスクとして前記遮光膜をエ
   ッチングした後、第１のレジスト層を除去し、前記遮光
   膜に所定の開口部を形成し、しかる後に上記開口部の形
   成された遮光膜上に前記透明材料層を積層し、該透明材
   料層上に第２のレジスト層を塗布し、前記第２のレジス
   ト層を光又は粒子線により露光した後現像を行ない、形
   成した第２のレジストパタンをマスクとして前記透明材
   料をエッチングした後、前記レジストを除去して、上記
   開口部の１部上に所定の位相シフタを形成することを特
   徴とするマスク作製方法。 ７、請求項１乃至４のいずれかに記載のマスクを製造す
   る方法において、合成石英基板上に順に、前記遮光膜、
   第１のレジスト層を積層し、次に前記第１のレジスト層
   を光又は粒子線により露光した後現像を行ない、形成し
   た第１のレジストパタンをマスクとして前記遮光膜をエ
   ッチングした後、第１のレジスト層を除去し、前記遮光
   膜に所定の開口部を形成し、しかる後に上記開口部の形
   成された遮光膜上に第２のレジスト層を塗布し、前記第
   ２のレジスト層を光又は粒子線により露光した後現像を
   行ない、形成した第２のレジストパタンをマスクとして
   前記合成石英基板の１部を所定の厚さエッチングをした
   後、前記第２のレジスト層を除去することを特徴とする
   マスク作製方法。 ８、請求項１乃至４のいずれかに記載のマスクを製造す
   る方法において、合成石英基板上に順に、前記遮光膜、
   第１のレジスト層を積層し、次に前記第１のレジスト層
   を光又は粒子線により露光した後現像を行ない、形成し
   た第１のレジストパタンをマスクとして前記遮光膜をエ
   ッチングした後、第１のレジスト層を除去し、前記遮光
   膜に所定の開口部を形成し、しかる後に上記開口部の形
   成された遮光膜上に第２のレジスト層を塗布し、前記第
   ２のレジスト層を光又は粒子線により露光した後現像を
   行ない、上記開口部の一部上に所定のレジストパタンを
   形成して、これを位相シフタとすることを特徴とするマ
   スク作製方法。