JPH04221954A - フォトマスク - Google Patents

フォトマスク

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JPH04221954A
JPH04221954A JP2405600A JP40560090A JPH04221954A JP H04221954 A JPH04221954 A JP H04221954A JP 2405600 A JP2405600 A JP 2405600A JP 40560090 A JP40560090 A JP 40560090A JP H04221954 A JPH04221954 A JP H04221954A
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JP2405600A
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Yasuyoshi Tanabe
容由 田邊
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/30—Alternating PSM, e.g. Levenson-Shibuya PSM; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/28—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof with three or more diverse phases on the same PSM; Preparation thereof

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置で使用する
フォトマスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特公昭６２−５０８１１号公報（以降文
献１とする）には投影露光装置によりウエファ上にマス
クパターンを転写する場合に解像を向上させる一手法と
して、フォトマスク上の隣接する開口部の少なくとも一
方に位相部材を設け、両側を透過する照明光に位相差を
与える方法が述べられている。透明基板２１に不透明膜
２２で一次元パターンを形成したフォトマスクにコヒー
レント光を照射した場合、図２（ａ）の様にマスク上で
隣接した開口部２３、２４の片方２４に１８０゜位相シ
フトを与える位相部材２５を配置すると、図２（ｂ）に
示されるようにウエファ上の開口パターンの中間位置で
光強度は０となり解像が高まる。このような現象の生じ
る理由を図２（ｃ）で説明する。ウエファ上の開口パタ
ーンの中間位置では二つのマスクの開口部を通過してき
たコヒーレント光の振幅の絶対値は等しくなる。コヒー
レント光の位相は時間および位置と共に変化するが、あ
る決められた時間における位相の基準として、位相シフ
ト量０゜の開口部を通過してきたコヒーレント光の位相
が、ウエファ上の開口パターンの中間位置で０゜となる
ものとする。この定義に従うと、位相シフト量１８０゜
の開口部を通過してきたコヒーレント光の位相は、ウエ
ファ上の開口パターンの中間位置で１８０゜となる（図
２（ｃ）２６、２７）。図２（ｃ）には上記の二つのコ
ヒーレント光の振幅と、それらの合成光の振幅をガウス
平面上で表した。ガウス平面上で合成光の振幅は、二つ
のコヒーレント光の振幅のベクトル和となるため、合成
光の振幅２８の絶対値は０となる。
【０００３】上記のアイデアを用い特開昭６２−６７５
１４号公報（以降文献２とする）では第１の開口部の周
囲に微細な第２の補助開口部を設け、第１の開口部また
は第２の補助開口部いずれか一方に位相シフトを与え、
第１の開口部の解像度を向上させる方法が述べられてい
る。この方法では第１と第２の両方の開口部に位相シフ
トを与えたフォトマスクは考慮されていない。
【０００４】マスクの遮光部は通常不透明膜によって形
成されるが、第５１回秋季応用物理学会学術講演会講演
予稿集（１９９０）ｐｐ．４９０、”透過型位相シフト
マスク（１）”（以降文献３とする）には、不透明膜の
代わりに位相部材を光学系の分解能以下の微細な繰り返
しパターンと成るように並べることにより、遮光部を形
成する方法が述べられている。
【０００５】文献１中にはさらに実施例として、マスク
が二次元的パターンを持ち、特に互いに隣接する三つの
開口部を有する場合に、図３に転載するように第１の開
口部３１には位相シフトを与えず、第２の開口部３２に
９０°、第３の開口部３３に１８０°の位相シフトをそ
れぞれ与えることによりパターン全体の解像を向上させ
る方法が述べられている。この場合、位相シフト量とし
て０゜、９０゜、１８０゜の３種類を用いていることに
なる。
【０００６】文献１以外に３種類の位相シフト量を用い
ている例として、第５１回秋季応用物理学会学術講演会
講演予稿集（１９９０）ｐｐ．４９１、”多段階位相シ
フターによるパターン形成（１）〜シミュレーション”
（以降文献４とする）および同予稿集ｐｐ．４９２、”
ポジプロセス用位相シフトマスク構造の検討”（以降文
献５とする）がある。これらの発明の目的は隣接するパ
ターンの解像を弱めることにより、ウエファ上の隣接す
る像を結合させることにある。
【０００７】文献１を除き、上記の全ての引用文献中で
は、マスクパターンとして互いに隣接する三つの開口部
を有する場合は考慮されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した図３に示す従
来の位相部材配置法では第１と第２の開口部の隣接する
部分および第２と第３の開口部の隣接する部分の位相差
は両者とも９０°となり、第１と第３の開口部の隣接す
る部分の位相差は１８０°となる。文献１中にも述べら
れているように、コヒーレント照明を用いると位相差が
１８０゜の場合解像がインコヒーレント照明より向上す
るが、位相差が９０゜の場合はインコヒーレント照明の
解像と同等になる。この理由を図４で説明する。図４（
ｃ）に示されるように、開口部を通過してきたコヒーレ
ント光４６、４７の位相差が９０゜の場合、ウエファ上
の開口パターンの中間位置での合成光の振幅４８の絶対
値は、開口部をそれぞれ独立に通過するコヒーレント光
の振幅の絶対値の２の平方根倍になる。光強度は光振幅
の絶対値の二乗に比例するため合成光の強度は開口部を
独立に通過した光の強度の２倍となる。これはインコヒ
ーレント照明の場合の合成光の強度と等しい。図３のパ
ターンを解像するためには、部分的なパターンを全て解
像する必要があるので、図３の位相部材配置法では実際
上はコヒーレント照明を用いてもインコヒーレント照明
を用いた場合以上にはパターンの解像を向上できない。
【０００９】本発明の目的は、互いに隣接する三つの開
口部をパターンの一部として有するフォトマスクをコヒ
ーレント光または部分的コヒーレント光で照明する場合
、互いに隣接する三つの開口部を転写パターンの一部と
して含むウェファの部分領域または全領域で、転写パタ
ーンの解像を向上させるのに最適なフォトマスクを提供
することにある。文献４と文献５の発明の目的は隣接す
るパターンの解像を弱めることにより、ウエファ上の隣
接する像を結合させることにあり本発明の目的とは異な
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のフォトマスクは
、マスクパターンの一部に互いに隣接する三つの開口部
を有し、上記の三つの開口部の少なくとも二つに位相部
材を設け、位相シフト量Φ１、Φ２、Φ３を、三つの整
数ｎ、ｍ、ｋを適当に選ぶことにより、｜Φ１−Φ２＋
ｎ×３６０°｜〜１２０°｜Φ２−Φ３＋ｍ×３６０°
｜〜１２０゜｜Φ３−Φ１＋ｋ×３６０°｜〜１２０゜
の三つの関係式を同時に満たすように設定されることを
特徴とする。
【００１１】さらにマスクパターンの他の一部に隣接す
る二つの開口部を有する場合、上記の隣接する二つの開
口部の各々には、Φ１、Φ２、Φ３、０゜のうち相異な
るいずれか２つの位相シフト量の各々を与えることも可
能である。
【００１２】
【作用】上述の三つの関係式を同時に満たす三つの位相
シフト量の例として、具体的にはΦ１＝０゜、Φ２＝１
２０゜、Φ３＝２４０゜がある。この場合、Φ１−Φ２
＝−１２０゜、 Φ２−Φ３＝−１２０゜、 Φ３−Φ１＝２４０゜＝−１２０゜＋３６０゜となり、
ｎ＝ｍ＝０、ｋ＝−１と選ぶことにより上述の三つの関
係式を満たすことが確かめられる。図５に示されるよう
に、コヒーレント照明の場合、位相シフト量Φ１、Φ２
、Φ３を持つ開口部を通過する光のうち、どの二つの組
合せを選んでも、それら二つの光のウエファ上の開口パ
ターンの中間部における合成光の振幅５９、５１０、５
１４の絶対値は、開口部を独立に通過する光の振幅の絶
対値と等しくなる。それゆえ、合成光の強度は開口部を
独立に通過した光の強度と等しい。位相差が９０゜であ
った文献１の従来例と比べると開口パターンの中間位置
での合成光の強度は半分となり、解像がずっと向上する
。
【００１３】以上の議論で本質的なところは、コヒーレ
ント照明で開口部を通過する三つの光の振幅をガウス平
面上でベクトルとして表した場合、どの二つのベクトル
も１２０゜の角度を成していることである。上記とは別
の例として、本発明の三つの位相シフト量の選び方とし
て、６０゜、１８０゜、３００゜のようなものでもよい
。これらが最適な三つの位相シフタ量の選び方の例であ
るが、位相部材のプロセス上の精度を考慮し、−２０゜
から＋２０゜の誤差を許容するものとする。確認してお
くが、文献１に現れる三つの位相シフト量、０゜、９０
゜、１８０゜が上記の三つの関係式を同時に満たしてい
ないことは明かである。また、本発明では任意の二つの
位相シフト量の差はプロセス上の精度を考慮しても１０
０゜〜１４０°程度であるため、文献１の従来の位相部
材配置に比べ常に解像が向上するようになっている。
【００１４】これまでコヒーレント光の場合を論じてき
たが、部分コヒーレント光の場合、本発明と従来例とを
比較することにより、本発明による解像の改善効果をシ
ミュレーションの結果として図６に示す。像のコントラ
ストは図２（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）中に示した
光強度の最大値Ｉｍａｘ　および最小値Ｉｍｉｎ　を用
いて、コントラスト＝（Ｉｍａｘ　−Ｉｍｉｎ　）／（
Ｉｍａｘ　＋Ｉｍｉｎ　）で定義される。マスクパター
ンは一次元的なものを考え開口部の幅および遮光部の幅
は両者とも０．３μｍであるものとした。露光条件とし
ては縮小光学系を考え、波長λ＝３６５ｎｍ、縮小レン
ズの開口数ＮＡ＝０．５、コヒーレンスファクタσ＝０
．３を仮定した。図６から判るように、隣接する開口部
の位相差を１２０゜とするとコントラストは従来の位相
差が９０゜の場合よりずっとよくなる。実用的には、通
常コントラストが６０％程度あれば解像可能なので、位
相差が１２０゜であればデフォーカスを０．９μｍ許容
できる。この値は、半導体集積回路を投影露光で加工す
る際、最低限必要とされる焦点裕度±０．６μｍ以上と
いう条件を満足している。
【００１５】さらに、上記条件を満足した三つの開口部
の他に、隣接する二つの開口部を有している場合、各開
口部の位相シフト量を０°、Φ１、Φ２、Φ３のいずれ
か異なる２つに設定すれば、前記三つの開口部に位相部
材を設けるのと同時に二つの開口部にも位相部材を設け
ることができるため、製造工程を簡略化できる。
【００１６】
【実施例】次に図１、および図７から図１１を参照して
本発明の実施例について説明する。以下に説明する図は
全て上面図である。
【００１７】図１は本発明の第１の実施例を示す。開口
部１１には位相部材を設けず、開口部１２にλ／３板、
開口部１３に２λ／３板を設けている（但し照明光の波
長をλとする）。遮光部材としては不透明膜１４を用い
ている。開口部１１と開口部１２の臨接する領域および
、開口部１２と開口部１３が隣接する領域では位相差が
１２０゜となる。開口部１３と開口部１１の隣接する領
域では位相差は２４０゜となるがこの効果は実質的に位
相差１２０゜の場合と同じになる。このためパターン全
体にわたり解像が向上する。
【００１８】図７は本発明の第２の実施例を示す。開口
部７１にλ／６板、開口部７２にλ／２板、開口部７３
に５λ／６板を設けている。この場合も位相差は、１２
０゜または２４０゜となっている。図７の様に三つの開
口部の隣接する部分がそれぞれ離れて配置されているパ
ターンに適用しても効果がある。
【００１９】図８は本発明の第３の実施例として、マス
クパターンに互いに隣接する三つの開口部と、隣接する
二つの開口部を有する例を示す。開口部８１と開口部８
４には位相部材を設けず、開口部８２と開口部８５には
λ／３板、開口部８３には２λ／３板を設けている。こ
の例では、隣接する二つの開口部の位相シフト量として
は、互いに隣接した三つの開口部で用いた三つの位相シ
フト量のうち、二つを選んで用いている。このようにす
ると、一つのマスクで互いに隣接する三つの開口パター
ンと、並列した線状のパターンを同時にウエファ上に転
写することができる。このようにして、半導体集積回路
製造に必要な、投影露光用フォトマスクの実質的に全て
のマスクパターンに対して解像度を向上させられる。
【００２０】図９は図８に示した本発明の第３の実施例
の変形を示す。開口部９１にはλ／６板、開口部９２と
開口部９５にはλ／２板、開口部９３には５λ／６板を
設けている。開口部９４には位相部材を設けていない。 この例では、隣接する二つの開口部の位相シフト量とし
て０゜と、互いに隣接した三つの開口部で用いた三つの
位相シフト量のうちの一つとを選んで用いている。この
ようにすると、隣接する二つの開口部の位相差が１８０
゜となり、この部分では図８の位相部材配置に比べ、解
像がより高まる。
【００２１】図１０は本発明の第４の実施例を示す。こ
の例では隣接する二つの開口部に関しては、文献２の様
に第１の開口部の周辺に隣接する微細な第２の補助開口
部を設けている。しかし、この例では文献２と異なり、
第１と第２の両方の開口部に位相部材を設けている。開
口部１０１には位相部材を設けていない。開口部１０２
と開口部１０４にはλ／３板、開口部１０３と、開口部
１０５から１０８には２λ／３板を設けている。このよ
うにすると、一つのマスクで互いに隣接する三つの開口
パターンと、小さな穴上のパターンを同時にウエファ上
に転写することができる。
【００２２】図１１は図１に示した本発明の第１の実施
例の変形を示す。この例では、遮光部として不透明膜の
代わりとして、文献３のように位相部材１５を光学系の
分解能以下の微細な繰り返しパターンとして用いた例を
示す。このように不透明膜を用いなくてもフォトマスク
を形成することができる。これにより不透明膜を形成す
る過程を省略することが可能となる。
【００２３】以上の説明では、互いに隣接する三つの開
口部に与える位相シフト量として理想的な場合を示した
。すなわち、任意の二つの開口部の位相差が、ｎを整数
として±１２０゜＋ｎ×３６０゜となっている。しかし
、プロセス上の誤差により、位相シフト量は実際には多
少ずれる。例えば、三つの開口部の位相シフト量が、そ
れぞれ０゜、１００゜、２４０゜となったとすると、位
相差は１００゜、１４０゜、２４０゜となる。このうち
２４０゜の位相差は解像向上に与える効果としては、実
質的に１２０゜の位相差と同等である。図６に示されて
いるように、コントラスト６０％として位相差１００゜
ならば焦点裕度　　±０．６μｍ、位相差１２０゜また
は１４０゜ならば両者とも上記の焦点裕度より大きな焦
点裕度を確保できる。それゆえ、位相シフト量が多少ず
れていても、±２０°の範囲であれば半導体製造上最低
限必要な焦点深度は確保できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によればフォトマスクに互いに隣
接する三つの開口部を含む場合、ウエファ上に転写され
る上記の開口部パターンを含むウエファの部分領域また
は全領域で解像を向上させる効果がある。半導体集積回
路を投影露光装置で製造する場合、フォトマスクに上記
の様な開口部パターンは頻繁に現れるので、本発明を用
いることにより、実用的で解像の向上した半導体集積回
路製造用のフォトマスクが製造可能となる。本発明のフ
ォトマスクを用いると、解像を向上させると同時に、半
導体集積回路製造上に必要となる焦点裕度を確保できる
。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す上面図。
【図２】従来の二つの開口部の位相シフト量が０゜と１
８０゜の場合のフォトマスクの断面図、およびそれに対
応する光強度、および開口パターンの中間部での光の振
幅を示す図。
【図３】従来の文献１中の図４のフォトマスクを転載し
た図。
【図４】従来の二つの開口部の位相シフト量が０゜と９
０゜の場合のフォトマスクの断面図、およびそれに対応
する光強度、および開口パターンの中間部での光の振幅
を示す図。
【図５】本発明の三つの開口部の位相シフト量が０゜と
１２０゜と２４０゜の場合のフォトマスクの断面図、お
よびそれに対応する光強度、および開口パターンの中間
部での光の振幅を示す図。
【図６】本発明と従来例を対比し、位相差を変えること
によりコントラストがデフォーカスと共に変化する様子
を示す図。
【図７】本発明の第２の実施例を示す上面図。
【図８】本発明の第３の実施例を示す上面図。
【図９】本発明の第３の実施例の変形例を示す上面図。
【図１０】本発明の第４の実施例を示す上面図。
【図１１】本発明の第１の実施例の変形例を示す上面図
。
【符号の説明】
１１　　位相シフト量０゜の開口部 １２　　位相シフト量１２０゜の開口部１３　　位相シ
フト量２４０゜の開口部１４　　不透明膜 ２１　　透明基板 ２２　　不透明膜 ２３　　開口部 ２４　　開口部 ２５　　位相部材 ２６　　位相シフト量０゜の開口部を通過する光の振幅
２７　　位相シフト量１８０゜の開口部を通過する光の
振幅 ２８　　合成光の振幅 ３１　　位相シフト量０゜の開口部 ３２　　位相シフト量９０゜の開口部 ３３　　位相シフト量１８０゜の開口部３４　　不透明
膜 ４５　　位相部材 ４６　　位相シフト量０゜の開口部を通過する光の振幅
４７　　位相シフト量９０゜の開口部を通過する光の振
幅４８　　合成光の振幅 ５６　　位相シフト量０°の開口部を通過する光の振幅
５７　　位相シフト量１２０°の開口部を通過する光の
振幅 ５８　　位相シフト量２４０゜の開口部を通過する光の
振幅 ５９　　合成光の振幅 ５１０　　合成光の振幅 ５１４　　合成光の振幅 ７１　　位相シフト量６０゜の開口部 ７２　　位相シフト量１８０゜の開口部７３　　位相シ
フト量３００゜の開口部７４　　不透明膜 ８１、８４　　位相シフト量０゜の開口部８２、８５　
　位相シフト量１２０゜の開口部８３　　位相シフト量
２４０゜の開口部８６　　不透明膜 ９１　　位相シフト量６０゜の開口部 ９２、９５　　位相シフト量１８０゜の開口部９３　　
位相シフト量３００゜の開口部９４　　位相シフト量０
゜の開口部 ９６　　不透明膜 １０１　　位相シフト量０゜の開口部 １０２，１０４　　位相シフト量１２０゜の開口部１０
３、１０５、１０６、１０７、１０８　　位相シフト量
２４０゜の開口部 １０９　　不透明膜 １５　　位相部材の微細な繰り返しパターンにより形成
された遮光部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　フォトマスクの一部に互いに隣接する
    三つの開口部を有し、この開口部の少なくとも二つに位
    相部材を設けたフォトマスクにおいて、上記の互いに隣
    接する三つの開口部に対し、それぞれの位相シフト量Φ
    １、Φ２、Φ３が、三つの整数ｎ、ｍ、ｋを適当に選ぶ
    ことにより、 ｜Φ１−Φ２＋ｎ×３６０°｜〜１２０°｜Φ２−Φ３
    ＋ｍ×３６０°｜〜１２０゜｜Φ３−Φ１＋ｋ×３６０
    °｜〜１２０゜の三つの関係式を同時に満たすように設
    定されたことを特徴とするフォトマスク。
  2. 【請求項２】　　請求項１記載のフォトマスクに、さら
    にフォトマスクの他の一部に隣接する二つの開口部を有
    し、上記の隣接する二つの開口部の各々には、Φ１、Φ
    ２、Φ３、０゜のうち相異なるいずれか２つの位相シフ
    ト量を与えたことを特徴とするフォトマスク。
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