JPH0371133A

JPH0371133A - 半導体装置用マスク

Info

Publication number: JPH0371133A
Application number: JP1206838A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakagawa; 健二中川; Seiichiro Yamaguchi; 清一郎山口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1991-03-26

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〕本発明は半導体装置用マスクに係り、特に（ｉ’７相変
換によりリソグラフを行う′ｆ−導体導体用防用７スク
する。

近年、ＩＣパターンが微細化となり、既に０．８μｍル
ールの４メガビツトダイナミツク・ランダム・アクセス
・メモリーが工業化されている。今後、微細化が進み０
．５μｍ〜０．２μｍルールのＩＣパターンが望まれて
おり、ＩＣの歩留りを向上させるためにパターンの欠陥
の少ないことが要求されている。そのため、光リソグラ
フの解像限界を拡大させる必要がある。

〔従来の技術〕

従来、光学レンズ系を用いたパターンを形成するための
半導体装置用マスク（ホトマスク）は、所定形状の不透
明膜層と透明基板層とで構成されている。このホトマス
クを第１５図に示し、ウェハ上にパターン形成する場合
を第１６図に示す１、第１５図は、従来のホトマスク５
０を示した構成図である。第１５図中、５１は不透明膜
層てあり酸化クロム（ＣｒＯ２）等の材料よりなり、透
明基板層５２上で通常の方法によるリソグラフィとエツ
チングで所定パターンが形成されたものである。また、
第１６図において、露光装置（図示せず）より照射され
た光Ｃはホト７スク５０の不透明膜層５１では透過でき
ず、不透明膜層５１が形成されていない透明基板層５２
を透過する。透過した光は、結像レンズ系５３を通り、
ウェハ５４上に塗布された０ＦＰＲ（商品名、東京応化
工業株式会社）等のレジスト材Ｆ１．５５を感光する。

そして、ウェハ５３上にはエツチングによりホトマスク
５０と同様のパターンが形成される。

ところで、光学レンズ系を用いてパターンを形成する場
合、ウェハ５４土では不透明膜層５１の有無によるコン
トラストのみのデータで行っている。従って、パターン
形成には光学系の光の波長から物理的な解像限界があり
、使用する光の波長より、細いパターンの形成は困難で
あった。そこで、位相変換によるパターン形成方法が考
えられている。この位相変換Ｃよ、例えば文献（１９８
９，応用物理学会集積回路シンポジウム予稿集等）に記
載されているように、不透明膜層５１の両端で、隣接す
る透過部の一方に位相を反転させるための透過膜層を形
成するものである。これによれば、透過膜層を透過した
光が他の透過光と位相が反転して、干渉によりパターン
境界部で光強度が低下する性質を用いて、パターンを分
離して解像度を向上させようとするものである。但し、
この透過膜層の条件は、膜厚をｄ、屈折率をｎ、露光波
長をλとするとｄ−λ／（２（ｎ−１＞）の関係が必要
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の如く、位相変換を用いない場合は光学系
の有する物理的な解像限界から光の波長より細いパター
ンの形成は困難である。従って、今後のＩＣ等が必要と
する微細なパターンを光学的方法で形成することができ
ない。

また、位相変換による場合は、いわゆるライン・アンド
・スペースのような規則性を有するパターンのみにしか
適用できず、多様なパターンを含むｔＣ等の製造には適
用できないという問題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、位相
変換により種々のパターンのＷ怪力を向上させて位相変
換の適用を広げる半導体装置用マスクを提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に本発明の原理説明図を示す、１第１図の半導体
装置用マスク１において、２は透明基板層である。透明
基板層２上には、不透明膜層３により主パターン４が形
成され、その両端の不透明膜層３のそれぞれに補助パタ
ーン５が形成される。。

この補助パターン５は主パターン４の端部より、隣接す
る主パターン４間の最小距′＃１ｄの１／２の距離ｄ／
２を中心として配置される。そして、補助パターン５上
には所定光波を透過させる位相変換層６が設けられる。

〔作用〕

第１図に示すように、本発明の半導体装置用マスク１は
、補助パターン５の中心を主パターン４の端部よりｄ／
２の距離で配置している。１また、補助パターン５上に
位相変換層６を形成している。

従って、主パターン４を通過する光波の波長と、補助パ
ターン５を通過する当該光波の波長とは位相が反転する
。すなわち、位相変換層６を通過する光波は、その波長
が１８０°移相される。そして、位相が変換されない光
波と変換された光波の干渉効果により、光強度の変化が
急激になりコン１〜ラストの向上がある３、これにより、当該半導体装置用マスク１により結像レン
ズ系を介してつＩハ上にパターンを形成する場合、佇相
が変換されない光波と変換された光波の干渉により光強
度の変化が急激となり、コン］へラストが向上したパタ
ーンが結像される。

従って、解像度が向上し、種々のパターンが混在する多
様なパターンであっても、位相変換によるパターンの形
成を行うことができる３゜〔実施例〕第２図に本発明の一実施例を示す。第２図は本発明の半
導体装置用マスク１を用いた露光のための光学系の構成
図である。第２図中、７は光源であり、本実施例では水
銀ランプを用いている。この水銀ランプには、図示しな
いがフィルタを設けて水銀の輝線のｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）を用いる（以下において同じ）。光１１ｉ７からの
光波８は照明用レンズ系９を介して、焦点距離に位置す
る本発明の半導体装置用マスク１を通過する。ここで、
照明用レンズ系９は部分」ヒーレントがσ−０，５のも
のを用いる（以下において同じ）。

該マスク１を通過した光波は、結像レンズ系１０を介し
て、ホト−ジス１〜１１が４布されたつＩハフ２上に結
像する１、ここで、結像レンズ系１０は１１５縮小レン
ズであり、開口数ＮＡ＝０．５である（以下において同
じ）。また、ウェハ１２は、図示しないが、フラットに
保つために平坦なチャックで真空吸着されている、。

ここで、半導体装置用マスク１の一実施例を第１図に戻
って説明する。透明駐板層２は、ｉ線に対して透明な物
質より構成され、例えば石英智が用いられる。不透明膜
層３は、ｉ線に対して不透明な物質で十分なコントラス
トがとれる厚みを有する。通常は５０〜８０ｎｌ！１の
クロム膜が用いられる。また、主パターン４の周囲には
、主パターン４の端部より臣離ｄ／２１は隣接する主バ
タン４間の最小距ｔｉｌｔ）を中心とする補助パターン
５が配置される。この補助パターン５上には位相変換Ｈ
６が設けられる。位相変換層６は、ｉｓｏ’　（逆位相
）の位相変換用の、例えば酸化シリコン膜が厚さ０．３
８８μｍで用いられる。この酸化シリコン膜の位相変換
層は次の一般式で表わされる。

（ｎ　−ｔ／λｉ（ｔ／λ）＝Ｓ　　　　　・・・（′
ｌ）ここで、ｎＧ、ｔ（ｆｆ相変換層６の屈折率、λは
使用光の波長、Ｓは位相変換量／２π〈逆位相の場合は
１／２）、ｔは位相変換層６の厚さである。従って、本
実施例における酸化シリコン膜で構成される位相変換層
６の屈折率はｎ＝　１．４７　、使用光の波長はλ−３
６５ｎｍ、であり、位相変換量を５＝１７２とする。次
式、（１，４７ｔｌｏ、３６５）　−（ｔ／　０．３６５＞
−１／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・■により、位相変換層６の厚さｔは０３８８
μｍとなる。ここで、位相変換量を１／２（１８０°）
としたのは干渉により光強度が低下する最適位相変換量
だからである。

第２図における露光状態を第３図により説明する。第２
図における照明用レンズ系９を経た光波８は、半導体装
置用マスク１の補助パターン５を２１過した光波８ａと
主パターン４を通過した光波８ｂと、その位相差が１８
０°に変換される（後述するように位相変換層６の厚さ
で調節されている）。これらの光波８ａ　、８ｂは、結
像レンズ系１０を介してウェハ１２上のホトレジスト１
１に結像されるが、エツジ部は干渉により光強度の変化
が急激におこる。従って、主パターン４の解像力が向上
する。ここで、光の干渉が解像力の向上に作用するか否
かは、主パターン４の端部から補助パターン５の中心ま
での距１ｌｌｌｌ（Ａ）と、補助パターン５の幅（Ｗ）
と、及び使用光の波長（λ〉とレンズの開口数（ＮＡ）
に依存する。すなわち、これらの最適化を図れば解像力
が向上する。なお、Ａ及びＷについては後述する。

次に、第４図にライン・アンド・スペースのパターンに
ついて説明する。第４図は０．３μ猶のライン・アンド
・スペースの場合であり、主パターン４０幅しは０．３
μｍ（レチクル上１．５μｍ）である。主パターン４間
の最小距１１１ｄは０．３μｍ〈レチクル上１．５μｍ
〉である。よって、主パターン４の端部から補助パター
ン５の中心までの距離Ａは、Ａ＝ｄ／２＝　０．３／２＝　０．１５μ−となる（レ
チクル上０．１５μｌ）。また、補助パターン５の幅を
０．１．ｃｚｍ　　（レチクル上０．５μｍ　）とする
。なお、図中、３は不透明膜層である。

そして、第５図（Ａ）に上記第４図の０３μｍライン・
アンド・スペースのウェハ１２上の光強度分布を示し、
第５図（Ｂ）に補助パターン５を用いない場合の光強度
分布を示す。第５図に示すように、本発明の場合はく第
５図（Ａ））、全体の光強度は低下するが、谷部の低下
より」ントラストが増大していることが明らかである。

第５図（Ｂ）の場合は、レジストパターンの形成は困難
であるが、本発明では１分に可能なコントラストである
。

次に、本発明の他の実施例としてＩＣパターンに適用し
た場合を第６図により説明する。第６図中、主パターン
４の間隔の最小となる距離ｄとする。ここで、使用光波
の波長λ、開ロ数ＮＡ、部分コヒーレントσは前述と同
様とすると、主パターン４閤の最小距１ＩＩｌｄは０．
３μ旧まで形成可能である（従来の補助パターン５を使
用しない場合は０．４４μ刊までである）。第６図にお
いて、主パターン４の周囲の不透明膜層３部分に、主パ
ターン４の端部よりＡ＝ｄ／２＝　０．１５　μｍ　　
（レチクル上０．７５μｌ）の距離で補助パターン５を
配欝する。この補助パターン５の輻Ｗは０．１μｎ＋（
レチクル上０．５μｍ）である。この場合の光強度分布
を第７図（Ａ＞に示す。なお、第７図（Ｂ）は補助パタ
ーン５を設けない場合を示している。第１７図に示すように、第７図（Ｂ）の谷部の低下より第７
図（Ａ）の谷部の低下が大きく、コントラストが増大す
ることが明白である。なお、第６図の孤立パターン領域
１３では、コントラストの増大よりは、むしろ主パター
ン４の幅をＩＩＪＩＩＩする上で効果がある（後述する
）。

また、第６図における近接領域１４の場合、主パターン
４のｍ隔Ｓ　（Ｓａｄ）を、０．３５μ川（レチクル上
１．１５μｍ　）　、　　０．４１ｔｍ　　（レチクル
上２．０μｍ　）　、　　０．５μｍ　　＜レチクル上
２．５μｍ　）　。

０．６μＩ　（レチクル上３．０μ■〉に変化させた場
合の光強度分布を第８図へ・第１１図に示す。第８図〜
第１１図に示すように、３＞ｄであっても光強度の変化
はあるが、谷部の低下より悪影響はなく、コントラスト
の増大が得られる１、これら光強度と主パターン４の間
隔Ｓとの関係により、第１２図に示すように主パターン
４の開隔Ｓと主パターン４の幅Ｉ−との関係が求められ
る。この関係に従って、光強度が低い場合には、レチク
ル上で主パターン４の幅りを広げ、光強度が高い場合に
２はレチクル上で当該しを狭くすればよい。

従って、レチクル上での主パターン４の輻りの操作によ
り、均一なパターン寸法を得ることができる。この場合
を第１表に示す。

第１表１−・ここで、第１表における補正は、干渉によるパターン寸
法１．のばらつきを補正して、パターン寸法０．３μ階
を確保するためのものである。。

なお、主パターン４の開隔Ｓが光の波長の２倍以上のと
き客よ、孤立パターンと同様とべる１、□ｌ　ｉｃ、孤
立パターンで、かつ、パターン寸法りが光の波長の１．
５倍以上のときは、補助パターン５を用いなくても十分
なコントラストが得られる、。

次に、本発明の半導体装置用マスク１のパターン形成−
［押固を第１３図に示し、他のパターン形成工程図を第
１４図に示す。第１３図において、まず透明基板層２を
、例えばＥＪ英で形成する（第１３図（Ａ）〉。この透
明基板層２上に、例えば厚さ５０〜８０ｎｍのクロム膜
の不透明膜層３を形成する（第１３図（Ｂ））。この不
透明膜層３上に、図示しないが、ＥＢレジストを塗布し
、ＥＢ（電子ビーム）描画、現像、エツチング、レジス
ト剥離の工程でクロムパターン１５を形成する（第１３
図（Ｃ））。次に、クロムパターン１５上に、ＥＢレジ
スト１６を再び塗布し、ＥＢ描画、現像の工程によりレ
ジストパターン１７を形成する（第１３図（Ｄ）〉。こ
のレジストパターン１７上に、厚さ０．３８８μｍの酸
化シリコン膜の位相変換層６を形成する（第１３図（Ｅ
）〉。そして、ＥＢレジスト１６をレジスト剥離剤で剥
離することにより位相変換パターン１８が形成された半
導体装置用マスク１が得られる（第１３図（Ｆ））。

また、第１４図において、クロムパターン１５を形成す
るまでは第１３図（Ａ）〜（Ｃ）までと同様である（第
１４図（Ａ））。このクロムバタン１５上に、プラズマ
−エツチングによる酸化膜のプラズマ・エツチングの際
のエツチング・ストッパー層１９を形成する（第１４図
（Ｂ））。

例えば、４ノフ化炭素（ＣＦ４　）によるプラズマ・エ
ツチングに耐性のある層化アルミニウムの薄膜をスパッ
タ蒸着等でクロムパターン１５上に形成する。このプラ
ズマ・エツチング層１９上に、例えば酸化シリコン膜の
位相変換層６を所望の厚さでスパッタ蒸着等により形成
する（第１４図（Ｃ））。この場合の厚さは１８０°の
位相シフトを行わせるために０．３８８μ＋Ｉｌ（第０
式〉に設定される。この位相変Ｊ［６上に、ＥＢレジス
ト１６を塗布し、ＥＢ描画、現像の工程によりレジスト
パターン１７を形成する（第１４図（Ｄ〉）。そして、
ＣＦａプラズマにより露出している伶相変　５１！！ｉ層６をエツチングし、レジスト剥離により、位
相変換パターン１８が形成された半導体装置用マスク１
が得られる（第１４図（Ｅ））。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、補助パターンを主パター
ンの端部より一定距離を中心として配置し、該補助パタ
ーン上に位相変！！！！層を設けることにより、位相変
換の手段を用いて、解像力を向上させつつ、広範な多種
類のパターンに適用することができる。

　６の説明図、第７図は主パターン間隔０．３μｍのときの光強度分布
のグラフ、第８図・〜第１１図は主パターン間隔を変化させた場合
の光強度分布のグラフ、第１２図は主パターンの間隔と幅との関係を示したグラ
フ、第１３図は本発明のパターン形成［押固、第１４図は本
発明の他のパターン形成工程図、第１５図は従来のホト
マスクの説明図、第１６図は従来の光学系の構成図であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｇ、Ｌ本発明の原理説明図、第２図は本発明の光学系の構成図、第３図は第２図の光学系の説明図、第４図はライン・アンド・スペースパターンの説明図、第５図は第４図の光強度分布のグラフ、第６図は本発明
をＩＣパターンに適用した場合図において、１は半導体装置用マスク、２は透明基板層、３は不透明膜層、４は主パターン、５は補助パターン、６は位相変換層を示す。人１１ｓＮ３１ＮＩ人１１５Ｎ３五Ｎ１人１１５ＮヨｉＮＩ１

Claims

【特許請求の範囲】透明基板層（２）上に、不透明膜層（３）により主パタ
ーン（４）が形成され、該主パターン（４）を形成する
両端の該不透明膜層（３）のそれぞれに補助パターン（
５）が形成された半導体装置用マスクにおいて、前記補助パターン（５）は、前記主パターン（４）の端
部より、隣接する前記主パターン（４）間の最小距離（
ｄ）の１／２の距離（ｄ／２）を中心として配置され、該補助パターン（５）上に所定光波（８）を透過させる
位相変換層（６）を設けることを特徴とする半導体装置用マスク。