JPH03177841A - ネガ型レジスト用ホトマスク - 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、投影露光法によるホトリソグラフィ技術で用
いられるネガ型レジスト用ホトマスクに関する。

（従来技術） 近年、投影露光によるホトリソグラフィ技術の分野にお
いて、半導体装置の高集積化に応じた微細なレジストパ
ターンを形成できる技術の確立を０指した研究が、精力
的に行われている。注目されている技術として位相シフ
ト法があり、文献として、１アイ−イーイーイー（ＴＥ
ＥＥ　ＴＲＡＮＳ　０ＮＥＬＥＣ丁ＲＯＮ　ＤＥＶＩＣ
ＥＳ　ＥＤ−２９（１２）１９８２．Ｐ１８２８）・が
ある。

この位相シフト法とは、ホトマスクの一部に位相シフト
層を設け、ホトマスクを透過した光の一部の位相を、こ
の位相シフト層によってずらして投影露光法における解
像力を向上させようとするものである。

以下、この原理につき簡単に説明する。第９図（＾）〜
（Ｄ）は光透過部１１ａを具える通常のホトマスク１１
を用いた周知の投影露光の様子を示した図、第１Ｏ図（
Ａ）〜（Ｄ）はホトマスクｌｌの光透過部のうちの所定
の光透過部上に位相を１８０度ずらす位相シフト層１１
ｂを具えたホトマスク１１を用いた位相シフト法による
投影露光の様子を示した図である。なお１両図（おいて
ｌｌｃはクロム膜等から成る遮光部である。

位相シフト層が無い第９図（Ａ）に示すようなホトマス
クを用いた場合、ホトマスクのどの光透過部を透過した
光も電場の向きは同じになる（第９図（Ｂ）　）　、従
って、光の回折の影響を受けるような解像限界に近いレ
ジストパターンを形成しようとした場合は隣接する光透
過部をそれぞれ通過した６光の電場はウニ八面上で重な
り合うため（第９図（Ｃ））ウニへ面の光遮光部と光透
過部とに対応する部分各々での光強度のコントラストが
小さくなってしまう（第９図（Ｄ）　）　。

一方、位相シフト層１１ｂを有する第１Ｏ図（Ａ）に示
すようなホトマスクを用いた場合１位相シフト層を設け
た光透過部を透過した光の電場の向きは１位相シフト層
がない場合に比し１８０度変えられる（第１０図０））
、従って、隣接する光透過部の一方に位相シフト層を設
けるようにしておけばこれら光透過部が解像限界近くま
で隣接していても、これら光透過部を各々通過した光の
電場が重なり両光透過部間の中間付近の電場が０となる
（第１Ｏ図（Ｃ））、この結果、上記コントラストが大
きく出来るので（第１Ｏ図ＣＤ）　）　、この位相シフ
ト法によれば投影露光法における解像力の向上が図れる
。上記文献によれば、位相シフト法はライン・アンドス
ペース（Ｌ＆Ｓ）パターンのような周期的なパターンを
形成する際に有効であると云う。

これに対し、位相シフト法をスペースパターンやホール
パターン等のような、周囲からは孤立しているパターン
（以下、孤立のパターンと称する。）の形成に適用しよ
うとする試みが１例えば文献（第４９回応用物理学会学
術講演会予稿集第２冊分ｐ、４９７＠演番号４ａ−に−
７）に開示されている。

この文献では、ポジ型レジストを用いての孤立のパター
ンの形成が試みられている。第１１図（＾）及び（Ｂ）
は、これに用いたホトマスクの一部分を概略的に示した
平面図である。

この文献に開示されている技術によれば、スペースパタ
ーンを作製する場合には、第１１図（Ａ）に示すような
、スペースに対応する開口部２１と、このスペース用開
口部２１の両側にこれと離間させて設けられ単独ではレ
ジストを解像しないような面積の光透過部２３ａ、２３
ｂと、この光透過部２３ａ、２３ｂ上に各々設けられ露
光の光の位相を１８０度シフトさせる薄膜（図示せず）
とを具えるホトマスク２５が用いられていた。また、ホ
ールパターンを作製する場合には、第１１図（Ｂ）に示
すような、ホールに対応する開口部３１と、このホール
用開口部３１の四辺の近傍に各々設けられ単独ではレジ
ストを解像しないような面積の光透過部３３ａ、３３ｂ
、３３ｃ。

３３ｄと、これらの光透過部上に各々設けられた露光光
の位相を１８０度シフトさせる薄ＩＩ（図示せず）とを
具えるホトマスク３５が用いられていた。

上述のホトマスク２５或いはホトマスク３５によれば、
いずれの場合もパターンエツジ部の光強度分布が急峻に
なるので、解像力が向上すると云う。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来のポジ型レジスト用ホトマ
スクは解像限界に近い微細なスペースパターンやホール
パターンを形成しようとすると、光強度が落ちると共に
、光強度がなまり、設計通りの寸法にパターンを仕上げ
ることが難かしくなる。また上記理由により、パターン
の側面がウニ八表面に対し、垂直にならない。

これに対して、ネガ型レジスト用ホトマスクは、露光す
る部分がパターンの外側となり、光強度の減少という問
題が生じない。

従って１本発明の目的は、位相シフト法が適用できかつ
、解像力及びフォーカスマージンの向上を図かることの
できるネガ型レジスト用のホトマスクな提供することに
ある。

（！！題を解決するための手段） この目的の達成を図るため。

本発明のネガ型レジスト用ホトマスクは。

■ホトマスクの光透過部の所定部に位相を１８０度ずら
す位相シフト層を設ける。

また、■ホトマスクの遮光部に形成される遮光パターン
と、その遮光パターンの周囲に位相を１８０度ずらす位
相シフト層を設ける。ということを特徴とする。

（作用〉 本発明のネガ型レジスト用ホトマスクは、■ホトマスク
の光透過部の所定部に位相を１８０ｒＫずらす位相シフ
ト層を設けるようにしたため、この位相シフト層を通っ
た光は、その光の振幅を位相をずらすことによって反転
させ、光透過部を通った光の振幅と干渉し合い、位相シ
フト層下部の光強度は下がる。また、■ホトマスクの遮
光部に形成される遮光パターンと、その遮光パターンの
周囲に位相を１８０度ずらす位相シフト層を設けるよう
にしたため、遮光パターンの周囲に配置した位相シフト
層を通った光の振幅を位相をずらすことによって反転さ
せ、遮光パターン下の光の振幅を干渉し合い、位相シフ
ト層下部の光強度は下がる。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例にっいて説明
する。尚、以下の実施例で参照する図面は、この発明の
理解が容易となる程度に概略的に示しであるに過ぎず、
この発明は、これらの図示例にのみ限定されるものでは
ないことを理解されたい。

〈第１の実施例〉 本発明の第１の実施例は、投影露光法によるホトリソグ
ラフィ技術で用いられるネガ型レジスト用のホトマスク
において、一般的なＣ「パターンの代わりに光の位相を
ずらす薄膜（以下、シックと略す、）例えば、ＳｉＯ□
Ｓｉ３Ｎ４等で形成することを特徴とする。なお、ここ
でいうホトマスクとは、レチクルを含むものとする。

以下、第１〜第５図を用いて本発明の第１の実施例につ
いて説明する。

第２図は、一般的なＣ「パターン２３で、特に解像限界
に近い遮光パターン２３における。ウェハ上の電場特性
と光強度特性を示したものである。

第２図（Ｃ）に示すように、光の回折によりＣ「パター
ン２３下の光強度が上がっている。なお、第２図では、
Ａが遮光部、Ｂが光透過部となる。

また、第３図は、Ｊ＠２図の遮光部Ａと光透過部Ｂの位
置が逆になっているパターンにおける。ウェハ上の電場
特性と光強度特性を示している。ここでは、光の回折に
より、透過部ＢＦの光強度が上がっていることがわかる
。

本発明は、第３図に示す光の位相を反転させて、第２図
で示す光に干渉させるものである。第１図（ａ）が本発
明のネガ型レジスト用のホトマスクである。このホトマ
スクを用いると、シフタ２２を通った光は、その光の振
幅と位相をずらすことによって反転させ、それ以外の部
分Ｂの光の振幅に干渉し合い、シック２２下部の光強度
を下げる。従って、シック２２下部のウェハ上のレジス
ト（図示せず）は、感光されないため、パターン形成か
可能となる。この結果、！’１１図（Ｃ）に示すような
良好な光強度分布が得られ微細パターンか解像する。

本発明の実施に当たり、シフタの膜厚は、以下の式（１
）を満足するように設定する。

ｄ＝　　　　　　　　　　　　　・・・（１）２（ｎ−
１） 式（１）で、ｄは、シフタの膜厚、入は露光波長、そし
て、ｎは、シックの霧光波長での屈折率を示す。

さらに、シフタの巾か広い場合は、その以外の部分Ｂか
らの光は、シック２２下で零となり、シフタ２２を透過
した光は干渉していないそれ自身の光強度を持つため、
シック２３下部で光強度が大きくなるので本発明の第１
の実施例の効果はなくなる。

従って、本発明の実施に当たり、シフタ２３の寸法Ｗを
決める際、式（２）中のｋにおいて、スペースパターン
の場合、ｋ＝０．ｓ以下、ホールパターンの場合、に＝
０．６以下とすることが適当である。

入 Ｗ　＝　ｋ　−＋＋・（２） ＮＡ 但し、Ｗは、シフタ２３の寸法、入は、露光波長、モし
てＮＡは開口数を示す。

次に、スペースパターン、ホールパターンを形成する際
の、ネガ型用ホトマスクを図で各々を示す。

第４図は、本発明の第１の実施例のスペースパターン用
のネガ型レジスト用ホトマスクである。

第４図（ａ）が断面図で、第４図（ｂ）が表面から見た
平面図である。

第５図は、本発明の第１の実施例のホールパターン用の
ネガ型レジスト用ホトマスクである。第５図（ａ）が断
面図で、第５図（ｂ）が表面から見た平面図である。

ａ、ホトマスク（レクチル）の試作工程先ず、レクチル
アライメントマークを備えた５インチ角（１２７ｍｍ口
厚さ２．３ｍｍ　）石英基板上にシフタとなる電子線用
レジスト０Ｅ８Ｒ−１００（東京応化）を３．００Ｏｒ
ｐｍでスピンコーティングし、それを電子線露光装置に
より描画露光した。

次に、これを専用現像液で現像し、ボストベークを行っ
た。このときのレジストの残膜は３，０００人であった
。

ｂ、バターニング実験 上述の工程により作成されたレクチルを、ＮＡ３．４２
１／１Ｇ縮小のｉ線ステッパを用いてバターニングの実
験を行った。

先ず、３インチのＳｉ基板上に高解像度ネガ型レジＸ　
）−ＬＭＲ−ＵＶ　（富士薬品）を１．ＯＩＬｍ厚ニス
ピンコーティングで形成し、それからホットプレート上
で、７０℃×１分でベータ処理を行った。

次に、レクチル及びＳｉ基板をステッパにセットし、ｊ
ｌ光量とフォーカスをそれぞれ独立に変えて露光し、そ
れから、ウェハをホットプレート上で１１０℃×１分の
ベーク処理を行い−ＬＭＲ−ＵＶ専用現像液により現像
した。

その＠、　５Ｅｉｌ　（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔ
ｒｏｒ　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｐｅ）を使かって１寸法測定
、観察を行った。

■スペースパターン 露光量が２００　ｍＪ／ｃｓ”の場合は、レクチル上の
２ＩＬｍ幅のシックパターンがＳｉ基板上で０．２　Ｉ
Ｌｍ幅のスペースに仕上がっていた。そして、このパタ
ーンは、フォーカスレンジ１．５１Ｌｍに渡って、解像
した。また同じ露光量でレクチル上の２．５＃Ｌｍ幅の
パターンは、Ｓｉ基板上で０．２５ｕｍに仕上がり、こ
のパターンは、フォーカスレンジ１．８１ｍに渡って解
像した。

■ホールパターン 露光量が、１４０　ｍＪ／ｃｍ”の場合は、レクチル上
の３．Ｏｇｍ口のパターンは、　、　Ｓｉ基板上に。

０．３　ｇｍφのホールパターンとなって解像し、この
パターンは、フォーカスレンジ１．２ｐｍに渡って解像
した。

■従来のＣ「パターン 次に、比較のため、一般的なＣｒパターンをもつレクチ
ルを使用して同様の実験を行った。

レクチル上の２．５μｍ輻のＣ「によるスペースパター
ンは、Ｓｉ基板上に０．２５ｐｍに形成できる露光量及
びフォーカスレンジは見つからなかった。ベストフォー
カスレンジと考えられる点でも露光量１６０ｍＪ／ｃ−
では、パターンが全く解像せず、１５０ｓＪ／ｃｍ”で
は０．３μｍに仕上がっていた。レクチル上の３７４１
１１幅のＣ「パターンは、　　１８０　ｓＪ／ｃｍ”の
時に０．３　ＪＬｍに仕上がっていたが、このパターン
が解像するフォーカスレンジは０．６μｍであった。ま
た、レクチル上のホールパターン用の３μｍ口のＣ「パ
ターンは、全く解像しなかった。

上述の結果から、本発明のネガ型レジスト用のホトマス
クは、Ｓｉ基板上に微細なスペース及びホールパターン
を形成できると共にフォーカスマージンも改善できる。

く第２の実施例〉 本発明の第２の実施例は、第１の実施例の応用例として
、ネガ型レジスト用のホトマスクにおいて、解像限界以
下の遮光パターンをホトマスク上でＣ「パターンとその
周囲に設けるシックから形成されることを特徴とする。

以下、第６〜第８図を用いて本発明の第２の実施例につ
いて説明する。

第６図は１本発明の第２の実施例のスペースパターン用
のホトマスクの説明図である０通常のホトマスクでは、
Ｗ２の全幅にＣ「導光を透過しないパターンが形成され
ている。Ｗ２の幅のＣｒのラインはステッパの縮小率を
ｍ　（１１５，１／１０等）として、ウェハ上に幅ｍＷ
えで転写される０本実施例のパターンでは、輻Ｗｔのラ
インパターンが、輻ＷｌのＣ「パターンとその両側のシ
ックパターンで形成される。

第７図は１本発明の第２の実施例のホールパターン用の
ホトマスクの説明図である０通常のホトマスクでは、Ｗ
４０全域にＣ「等のパターンが形成されていて、ウェハ
上にｍ　Ｗ、φのホールパターンを転写する０本実施例
のパターンでは、このＷ２ＯのホールパターンがＷ２Ｃ
のＣ「パターンと、その周囲のシックパターンで形成さ
れる。

なお、シックの材料は、第１の実施例と同様に５ｉｎｓ
膜、　ＳｆＪ４Ｍ１等が挙げられる。

ａ、ホトマスク（レクチル）の試作工程試作に当たり、
第６図、第７図に概略的に不したスペースパターン、ホ
ールパターンを寸法（Ｗ、、Ｗ、、Ｗ、及びＷ４）を変
えて、レクチルを試作した０表−１，２にその寸法を示
す。

表− 表−２ 本試作では、ジッタをネガ型の電子線用レジスト０ＥＢ
Ｒ−１００（東京応化）で膜厚３０００Åで形成した。

この膜厚は後述するバターニング実験に用いたｉ線の露
光で露光波長の位相をｔｓｏ”ずらす条件を満たしてい
る。また１本試作では、第６図（ｂ）、第７図（ｂ）に
示すようにＣｒパターンをシックで全て覆うようなパタ
ーンとしたが、第６図（Ｃ）、第７図（Ｃ）のように形
成しても問題はない。

試作手順として、先ず通常の工程により石英基板上にＣ
「パターンを得る。このときシックパターン形成時のた
めアライメントマークを作っておく。

次に、Ｃ「パターン部にネガ型レジストを膜厚５５００
人となるように３０００ｒｐ−でスピンコーティングし
ＣＡＤにより作成したデータを基に電子線露光装置によ
り、レジストに対し描画を行う０次にこれを現像し、ボ
ストベーク処理を行う、このときレジストの残膜は３０
００Åであフた。

ｂ、バターニング実験 上述の工程により、作成されたレチクルを。

ＮＡ３．４２１／１０縮小のｉ線ステッパを用いてパタ
ーニング実験を行った。

先ず、３インチＳｉ基板上に高解像度ネガ型レジストＬ
ＭＲ−ＵＶ　（富士薬品）を１．０μｍ厚にスピンコー
ティングで形成し、ホットプレート上で７０℃×１分の
ベーク処理を行った。

次に、レチクル及びＳｉ基板をステッパにセットし、Ｎ
光量とフォーカスをそれぞれ独立に変えて露光し、それ
から、Ｓｉ基板をホットプレート上で１１０℃×１分の
ベーク処理を行い、　ＬＭＲ−ＵＶ専用現像液により現
像した。

その後、ＳＥＭを使かって寸法測定及び観察を行った。

■スペースパターン 露光量１８０■Ｊ／ｃｓ”の場合は、レチクル上のＷＩ
＝１．０４ｍ、Ｗ＊　＝２．５　ｐｍのパターンがＳｉ
基板上でＱ、２５ｇｍに仕上がっていた。そしてこのパ
ターンはフォーカスレンジ１．５μｍに渡って解像した
。また同じ露光量でＷ　ｓ　＝　１．５３Ｌ　ｍ、Ｗ、
＝３．０μｍのスペースパターンは、　Ｓｉ基板上で０
．３４ｍに仕上がり、このパターンはフォーカスレンジ
２．０＃Ｌｍに渡って解像した。　ｗ、　＝１．０ＪＬ
ｍ、Ｗ、＝３．０のパターンは、フォーカスレンジ２．
４１Ｌｍに渡って解像した。

■ホールパターン 露光量が１４０■Ｊ／ｃｍ”の場合は、レチクル上でＷ
２　＝　１．０　μｒｎ　、　Ｗ４　＝　３．０　ｇ　
ｍのパターンが０．３Ｂｍφに仕上がり、このパターン
はフォーカスレンジ１．２ｐｍに渡って解像した。

■従来のＣ「パターン 次に、比較のため、一般的なＣｒパターンのみをもつレ
チクルを使用して同様の実験を行った。

レチクル上の２．５４ｍ幅のＣ「によるスペースパター
ンは、Ｓｉ基板上に０．２５ｇｍにＮｊＩＩｔ、できる
露光量及びフォーカスレンジは見つからなかった。ベス
トフォーカスレンジと考えられる点でも露光量１６０■
Ｊ／ｃ−では、パターンが全く解像せず１５０　ｍＪ／
ｃｍ”では０．３　ｇｍに仕上がっていた。

レチクル上の３４ｍの幅のＣ「パターンは露光量１８０
　ｍＪ／ｃｍ”の時に０．３　ｇｍに仕上がっていたが
、このパターンが解像するフォーカスレンジは０．６１
Ｌｍであった。

また、レチクル上のホ。−ルパターン用のａ＝ｍ口のＣ
ｒパターンは全く解像しなかった。

上述の結果から本発明の第２の実施例のネガ形レジスト
用のホトマスクは、解像が、フォーカスマージンの向上
に効果があるといえる。

理由について以下に述べる。

従来のネガ型用ホトマスクを用いた場合、解像限界に近
い寸法のパターンになると、クエへ面での光強度が回折
などにより遮光されるべきＣｒパターン下部であっても
、パターン形成に支障を与える程度の光強度をもってし
まうようになる。（第２図参照）この回折によりもれた
光によって、レジストは露光され、現像液に不溶化し、
所望するパターンが得られなくなる。一方解像限界の１
７２〜１／４程度の透過パターンであっても第３図に示
す程度の光強度をもつ、このもれた光とは。

本発明の第２の実施例のホトマスクのパターンにおいて
、Ｃ「の外側に配置したシック部からの光に相当する。

（第６図（ｂ）、（Ｃ）参照）この光の振幅を位相をず
らすことによって反転させＣ「による光振帽に合成する
と第８図に示すように、パターン部の下部で光強度が小
さい良好な光強度分布が得られる。従って、本発明の第
２の実施例のホトマスクは、解像か、フォーカスマージ
ンの向上に効果があるといえる。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように本発明のネガ型レジ
スト用ホトマスクは。

■ホトマスクの光透過部の所定部に位相を１８０度ずら
す位相シフト層を設ける。

または、■ホトマスクの遮光部に形成される遮光パター
ンと、その遮光パターンの周囲に位相を１８０度ずらす
位相シフト層を設ける。というようにしたので１位相シ
フト層下の光強度を下げることができる。従って、ウニ
へ上で光コントラストが大きくなり１通常の解像限界を
超える微細なパターンを形成することができ、またそれ
に応じてフォーカスマージンも改善てきる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）から第３図（Ａ）〜（Ｃ）は本発
明の第１の実施例の説明図。 第４図（＾）及び（Ｂ）は、第１の実施例のスペースパ
ターン用のホトマスクの説明図。 第５図（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施例のホールパタ
ーン用のホトマスクの説明図。 第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施例のスペースパタ
ーン用のホトマスクの説明図。 第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施例のホールパター
ン用のホトマスクの説明図。 第８図（Ａ）〜（Ｃ）は１本発明の第２の実施例の説明
図。 第９図（Ａ）〜（Ｄ）第１Ｏ図（＾）〜（Ｄ）及び第１
１図（Ａ）、（Ｂ）は、従来技術の説明に供する図。 ２１・・・ホトマスク。 ２２・・・シック。 ２３・・・Ｃｒパターン。 ２１：水トＹスゲ ２２゛シ７グ り 水１）用の第１の＊斤伊ＩのＲ明酊 第１図 本発明／）第）の実セクｊの究研回 １、：’図 木登用の第１ ０丈沸別ｆＩ説用回 笛３図 第１０実ｉ伊］／ｌスＮ−ス１で７−ン市のホトマスク
ρ説明四！ｊ／１１の支流４ＰＪのホー）レバターン所
のホ）マスクの況朗口２ ｚ Ｍ２の′に淀例のスペーズパターン附のホ）マスクの説
明Ｎ第６図 ２ 第２の亥１例のホー）１ノぐダーン用Ｏホトでズクの箆
屑図第７図 末＃朗（′）茅２の突溌例θ誕則向 １１０ １０ Ｌ米技打Ｏ鋭用ｌ；枢する酊 １ｂ ○ 茫米扶折の謀刷；依する酊 第１０図 従来技償の對南１：倶する菌 第１１図 手続補正書（自発） １．事件の表示 平成１年　特 許　願第　３１５１４５号 ２、発明の名称 ネガ型レジスト用ホトマスク ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　特　許　出　願　人任　所
（〒１０５）　　東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号名
称（０２９）　　５中電第工業株式会社代表者　　　　
　　　取締役社長小杉信光４、代理人 住　所（〒１０８）　　東京都港区芝浦４丁目１０番３
号６、補正の内容 （１） 明細書第９頁第４行目から第６行目に「ここでは、 ・・・・・・ことがわかる。 」とあるのを削 除する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホトマスクの光透過部の所定部に位相を１８０度ず
   らす位相のシフト層を有することを特徴とするネガ型レ
   ジスト用ホトマスク。 ２、ホトマスクの遮光部に形成される遮光パターンと、 前記遮光パターンの周囲に形成される位相を１８０度ず
   らす位相シフト層とから成ることを特徴とするネガ型レ
   ジスト用ホトマスク。