JPH0342660A - 光学マスク及びそれを使用した露光方法 - 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】 〔概　要〕 半導体装置などを製造するりソゲラフイエ程における投
影露光の、露光装置の公称解像度を越えて装置性能を限
界まで引き出す露光方法、特に、その露光に用いる光学
マスクに関し、 露光光の位相を逆にする光透過部を付加した位相シフト
マスクにおいて、ホトレシス、ト膜の不要な膜減りを低
減させるために、該光透過部の透過光の露光面における
光強度ピークが高くならないようにすることを目的とし
、 その位相シフトマスクは、幅がλ／（ＮＡ×Ｍ）未満（
但し、λは露光光の波長、ＮＡは投影レンズの開口数、
Ｍは投影倍率〕である第１光透過部と、第１光透過部の
両側に光遮光部を介して沿い、幅が第１光透過部の幅未
満であり露光の透過光が第１光透過部と逆位相になる第
２光透過部と、第２光透光部の外側に光遮光部を介して
沿い、幅が第２光透光部の幅以下であり露光の透過光が
第１光透過部と同位相である第３光透過部とを有し、第
１光透過部と第３光透過部の中心間隔が　１．３４×λ
／（ＮＡ×Ｍ）以下であるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置などを製造するりソゲラフイエ程
における投影露光の、露光装置の公称解像度を越えて装
置性能を限界まで引き出す露光方法、特に、その露光に
用いる光学マスクに関する。

近年の超ＬＳＩでは、高速化、高集積化のために、サブ
旦り〔２ン〜ハーフ貴クロンのパターン形成が要求され
ている。このような微細化のため、パターン形成の基本
となるリソグラフィ工程では、縮小投影露光装置（ステ
ッパ）の採用が必須のものとなっている。

しかしながら、この微細化かステッパの進歩よりも速く
進んだために、ステッパの公称解像度を越えるパターン
サイズの形成が要求され、レジスト材料やレジストプロ
セスなどの改良と共に、ステッパの性能を限界まで引き
出す露光用マスクが求められている。

〔従来の技術〕

ステッパの性能を限界まで引き出す露光用光学マスク（
レチクルと呼称する）として、露光光の位相を逆にする
光透過部を付方［１した位相シフ１へマスクがある。

この位相シフトマスクは、ステッパの公称解像度を越え
た微細な孤立スペースパターンを形成する際に用いられ
るもので、従来のものは、そのマスクパターンが第７図
の平面図に示されるように、幅がλ／（ＮＡ×Ｍ）未満
〔担し、λは茄光光の波長、ＮＡは投影レンズの開口数
、Ｍは投影倍率〕である主スペースパターン（第１光透
過部）１の両側に、それよりも幅が狭＜１］つ露光の透
過光が第１光透過部１と逆位相になる付加スペースパタ
ーン（第２光透過部）２を、光遮光部を介して沿うよう
に設けたものである。

この従来の位相シフトマスクを用いた場合の露光原理は
、第８図（ａ）〜（Ｃ）の光学マスク断面図と電界強度
分布図と光強度分布図、によって説明される。

即ち、（ａ）に示す光学マスク（位相シフトマスク）の
第１光透過部１を通過した透過光、及び第２光透過部２
を通過（位相シフタ４により位相反転）した透過光は、
露光面（ウェーハ上のホトレジスト膜面）上で、（ｂ）
に示すように、それぞれ第１電界強度分布１ａ及びそれ
にオーバラップした逆位相の第２電界強度分布２ａを形
成する。

ここで、第１電界強度分布１ａは、フラウンホーファ回
折像と同様であり、第９図の詳細図に示すように、主な
る分布１ａｏの両側に順次位相が反転して強度が弱くな
る分布１ａ＋＋　１ａｚ＋　１ａ：＋＋　　・・・を有
して無限に拡がるが、第８図（ｂＪ及び後述の第１図（
ｂ）においては、主なる分布１ａｏのみを示している。

このことは、第２電界強度分布２ａ及び後述の第３電界
強度分布３ａに関しても同様である。

そして第８図において、露光面上の光強度分布は、上記
電界強度のヘクトル和の絶対値の２乗に比例して（Ｃ）
のようになる。この分布は、第１電界強度分布１ａに対
応した第１光強度分布１ｂと、その両側に分布して第２
電界強度分布２ａに対応した第２光強度分布２ｂとから
なり、電界強度分布のｌａ。

と２ａｏの相殺ならびにＩａｏ　と２ａ、の相乗の効果
により、第１光強度分布１ｂの幅が第１電界強度分布ｌ
ａ（正確には分布１ａｏ　）の幅よりも狭くなと共に、
第１光強度分布１ｂの強度が大きくなる。そして、ホト
レジスト膜のスペースパターンは、この第１光強度分布
１ｂの露光によって形成される。

ここで、第２光透過部２が存在しない場合（通常の光学
マスクの場合）を考えると、第１光強度分布１ｂに相当
する光強度分布の幅は、第１電界強度分布１ａの幅と一
致したものとなる。

以上のことから、位相シフトマスクを用いることにより
、ステッパの公称解像度を越えたパターンサイズの露光
が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の位相シフトマスクにおい
ては、電界強度分布１ａと２８との相殺ならびに相乗の
効果を大きくするために第２光透過部２の幅を成る程度
大きくすると、第２光強度分布２ｂのピークが高くなっ
てそこもホトレジスト膜を感光させるようになる。

従ってその場合には、ホトレジスト膜を現像すると、第
１Ｏ図の断面図に示すように、ホトレジスト膜１１に形
成されたスペースパターン１２の両側に上記感光による
窪み１３が生し、然もその深さが０．３７１ｍ程度に達
することがある。そしてそのようになると、微細化パタ
ーンの形成の際にはレジスト膜１１を薄くすることから
、現像後のホトレジスト膜１１が後工程のマスクとして
実用になり得なくなる問題が生ずる。

そこで本発明は、半導体装置などを製造するりソゲラフ
イエ程における投影露光の、露光装置の公称解像度を越
えて装置性能を限界まで引き出す露光方法、特に、その
露光に用いる光学マスクに関し、露光光の位相を逆にす
る光透過部を付加した位相シフトマスクにおいて、ホト
レジスト膜の不要な膜減りを低減させるために、該光透
過部の透過光の露光面における光強度ピークが高くなら
ないようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の場合の露光原理を説明
する光学マスク断面図と電界強度分布図と光強度分布図
である。企図を通し同−将号６：１、同一対象物或いは
同一対象内容を示す。

上記目的は、上記投影露光を行う際に、第１図（ａ）に
示すように、幅がλ／（ＮＡ×Ｍ）未満である第１光透
過部１と、第１光透過部１の両側に光遮光部を介して沿
い、幅が第１光透過部ｌの幅未満であり露光の透過光が
第１光透過部１と逆位相になる第２光透過部２と、第２
光透光部２の外側に光遮光部を介して沿い、幅が第２光
透光部２の幅以下であり露光の透過光が第１光透過部１
と同位相である第３光透過部３とを有し、第１光透過部
１と第３光透過部３の中心間隔が１．３４×λ／　（Ｎ
Ａ　ｘＭ）以下である本発明の位相シフトマスク（光学
マスク）を用いることによって遠戚される。

〔作　用〕

上記の光学マスクは、上記第１光透過部１及び第２光透
過部を有する従来の位相シフトマスクに、上記第３光透
過部３を付加したものである。

そして、第３光透過部３の透過光が第２光透過部２の透
過光と逆位相であるために、第３電界強度分布３ａは第
２電界強度分布２ａの一部を相殺するように作用する。

このことから、第３光透過部３の幅を第２光透過部２の
幅以下の適宜な大きさにすることにより、第１図（Ｃ）
に示すように、従来の位相シフトマスクにおいて高くな
った第２光強度分布２ｂのピークを低くさせ、然も第３
電界強度分布３ａに対応した第３光強度分布３ｂのピー
クもそれ以下にすることが可能となる。

ここで、第３光透過部３の幅を第２光透過部２の幅より
も大きくすると、第３光強度分布３ｂのピークが高くな
るばかりではなく、第３電界強度分布３ａ　（正確には
分布３ａｏ　）の第１電界強度分布１ａ（正確には分布
１ａｏ　）に対するオーバラップが大きくなることによ
り、第２電界強度分布２ａの第１電界強度分布１ａに対
する相殺効果を低減させることになり望ましくない。

また、先に述べた第１電界強度分布１ａの分布ｌａｏに
対する第２電界強度分布２ａの分布２ａ＋の相乗効果は
、分布１ａｏと分布２ａ、のピーク位置が一致するよう
に第２光透過部２を配置した場合が最大となる。この時
、分布１ａｏに対して第３電界強度分布３ａの分布３ａ
ｚが相乗効果を持ちつつ、第２電界強度分布２ａの分布
２ａｏに対して第３電界強度分布３ａの分布３ａｏが相
殺効果を持つことが重要であり、これは、分布１ａｏと
分布３ａ２のピーク位置が一致するように第３光透過部
３を配置することにより可能となる。更に、分布２ａｏ
に対に対する分布３ａｏの相殺効果を高めるために、第
３光透過部３を第１及び第２光透過部１及び２に接近さ
せることも可能である。従って、第１光透過部１と第３
光透過部３の中心間隔は、フラウンホーファ回折像を仮
定すると、１．３４ｘλ／（ＮＡ×Ｍ）以下となる。

以上のことから、ホトレジスト膜のスペースパターン幅
を規制する第１光強度分布１ｂの幅を狭く０ したままで、第２及び第３光透過部２及び３の透過光の
露光面における光強度ピークが高（ならないようにする
ことができて、ホトレジスト膜の不要な膜減りを低減さ
せることが可能になる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について第２図〜第６図を用いて説
明する。第２図（ａ）（ｂ）ば第１実施例の光学マスク
の要部を示す平面図と断面図、第３図は第１実施例の光
強度分布図、第４図は第１実施例に対応する従来例の光
強度分布図、第５図は第１実施例により形成されたホト
レジストパターンの断面図、第６図は第２実施例の光学
マスクパターンを示す平面図、である。

第１実施例は、露光光の波長λが４３６ｎｍ、投影レン
ズの開口数ＮＡが０．４５、投影倍率Ｍが１１５のステ
ッパを用いて、ホトレジスト膜にステッパの公称解像度
（約０．８μｍ）を越えた微小幅帯状の孤立スペースパ
ターンを形成する場合である。

その露光に用いる光学マスク（レチクル）は、第２図に
示すように、例えば厚さ２．３ｍｍの透明な石英ガラス
からなる基板５上の例えば厚さ７０ｎｍのＣｒからなる
光道光膜６に、帯状をなして平行配置された、第１光透
過部１と、その両側の第２光透過部２と、その外側の第
３光透過部３とを有し、第２光透過部２に位相シフタ４
が配設された位相シフトマスクである。

第１光透過部１の幅は３．０μｍ、第２光透過部２の幅
は１．０μｍ、第３光透光部３の幅は０．５μｍであり
、第１光透過部１ど第２光透過部２との間隙は１．０μ
ｍ、第２光透過部２と第３光透光部３との間隙は０．７
５μｍである。また位相シフタ４は、ＣＶＤ法などで堆
積した５ｉ０２をパターニングしたものであり、厚さが
４１４ｎｍである。この厚さは、λ−４３６ｎｍの露光
光の付和を反転させるもので、λ／２（ｎ−１）（ｎは
位相シフタ４の伺料のλにおける屈折率］に合わせであ
る。

そして、この光学マスクを用いた場合の露光面上の光強
度分布は第３図に示される。図中の１ｂ、２ｂ、３ｈは
それぞれ先に説明した第１、第２、第３光強度分布であ
る。一方、第４図に示す光強度分布は、この光学マスク
から第３光透過部３を除去して従来の位相シフトマスク
の形態にした場合のものである。

第３図と第４図とを比較すると、第３図で示される実施
例の光学マスクの方は、第１光強度分布１ｂの幅がほぼ
同しでありながら、第２光強度分布２ｂのピークが明ら
かに抑えられている。然も、第３光強度分布３ｂのピー
クが第２光強度分布２ｂのピークよりも低くなっている
。

木実施例では、ホトレジスト膜の材料にＡＺ系レジスト
であるＴＳＭＲ８９００（東京応化製）を用いて次の条
件でパターニングした。

ブリヘーク：１００°Ｃ１９Ｑｓｅｃ 膜厚　　　：０．６５ｐｍ 露光　　　：　　１４０ｍＪ／ｃ而 現像　　　面　　ＴＭＡＨ２，３８％、６５ｓｅｃそし
てその結果は、第５図に示すように、ホトレジス＋−＋
１焚１　］に形威された幅０．４〜０．５　μｍ程度の
１１）状スペースパター□ン゛１２の両側に、従来の場
合３ の第１０図で述べた窪み１３のような膜減りが認められ
ない状態となった。

次に、第２実施例は、第１実施例と同しステッパを用い
て、ホトレジスト膜にステッパの公称解像度を越えた微
小孔の孤立スペースパターンを形成する場合である。

その露光に用いる光学マスク（レチクル）は、そのマス
クパターンが第６図に示されるように、第■光透過部１
を方形にし、第１実施例で第１光透過部１の横方向に配
置した第２光透過部２及び第３光透過部３を、第１透過
部１の横方向と共Ｇこ縦方向にも同様に配置したもので
ある。

基板５及び光道光膜６は第１実施例と同して、第１光透
過部１の横幅及び縦幅は共に３．０μｍである。そして
、第２光透過部２及び第３光透過部３の配置関係は第１
実施例にて１（シている。即ち、第２光透過部２の幅ば
１．０７１ｍ、その長さは４．０μｍ、第３光透光部３
の幅ば０．５１ｔｍ、その長さは４．０μｍであり、第
１光透過部１と第２光透過部２との間隙４；ｊ：１．０
μｍ、第２光透過部２と第３４ 光透先部３との間隙は０．７５μｍである。第２及び第
３光透過部２及び３の長さを第１光透過部１よりも大き
くしであるのは、所望する電界強度分布の相殺及び相乗
効果を確実にさせるためである。

言うまでもなく、各第２光透過部２には第１実施例と同
様な位相シフタ４　（不図示）を配設しである。

この光学マスクを用いた場合に、ホトレジスト膜に形成
された微小孔のスペースパターンの周囲にホトレジスト
膜の膜減りか認められない状態となることは、第１実施
例の説明から容易に理解されよう。

なお、上述した実施例の諸元は一例であり、この諸元に
関して本発明か実施例に限定されないことは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、半導体装置
などを製造するりソゲラフイエ程における投影露光の、
露光装置の公称解像度を越えて装置５ 慢性能を限界まで引き出す露光方法、特に、その露光に
用いる光学マスクに関し、露光光の位相を逆にする光透
過部を付加した位相シフトマスクにおいて、該光透過部
の透過光の露光面における光強度ピークが高くならない
ようにすることができて、ホトレジスト膜の不要な膜減
りを低減させることを可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の場合の露光原理を説明
する光学マスク断面図と電界強度分布図と光強度分布図
、 第２図（ａ）　（ｂ）は第１実施例の光学マスクの要部
を示す平面図と断面図、 第３図は第１実施例の光強度分布図、 第４図は第１実施例に対応する従来例の光強度分布図、 第５図は第１実施例により形成されたホ１へレジストパ
ターンの断面図、 第６図は第２実施例の光学マスクパターンを示ず平面図
、 第７図は従来例の光学マスクパターンを示す平面図、 第８図（ａ）〜（Ｃ）は従来例の場合の露光原理を説明
する光学マスク断面図と電界強度分布図と光強度分布図
、 第９図は電界強度分布の詳細図、 第１０図は従来例により形成されろホトレジストパター
ンの断面図、 である。 図において、 １ば第１光透過部、 ２は第２光透過部、 ３は第３光透過部、 ４は位相シフタ ５は基板、 ６へ３１光遮光膜、 １ａは第１電界強度分布、 ｌａｏ〜］ａｌは第１電界強度分布内の分布、７ １ｂは第１光強度分布、 ２ａは第２電界強度分布、 ２ｂは第２光強度分布、 ３ａは第３電界強度分布、 ３ｂは第３光強度分布、 １１はホトレジスト膜、 １２はスペースパターン、 １３は窪み、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）投影露光に用いる光学マスクであって、幅がλ／（
   ＮＡ×Ｍ）未満〔但し、λは露光光の波長、ＮＡは投影
   レンズの開口数、Ｍは投影倍率〕である第１光透過部（
   １）と、第１光透過部（１）の両側に光遮光部を介して
   沿い、幅が第１光透過部（１）の幅未満であり露光の透
   過光が第１光透過部（１）と逆位相になる第２光透過部
   （２）と、第２光透光部（２）の外側に光遮光部を介し
   て沿い、幅が第２光透光部（２）の幅以下であり露光の
   透過光が第１光透過部（１）と同位相である第３光透過
   部（３）とを有し、第１光透過部（１）と第３光透過部
   （３）の中心間隔が１．３４×λ／（ＮＡ×Ｍ）以下で
   あることを特徴とする光学マスク。 ２）投影露光に請求項１記載の光学マスクを用いること
   を特徴とする露光方法。