JPH05142751A

JPH05142751A - フオトマスクおよび投影露光方法

Info

Publication number: JPH05142751A
Application number: JP32958191A
Authority: JP
Inventors: Tadao Yasusato; 直生安里; Masanori Soenosawa; 正宣添ノ澤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】製造が容易な補助パターン方式の位相シフト
露光用フォトマスクを提供する。【構成】ホールパターン３およびその周辺の補助パタ
ーン４は同程度の寸法となっている。透明層５はホール
パターン３と補助パターン４を通る光に２３０°の位相
差を生じさせている。このフォトマスクを用いて、フォ
トレジストの塗布された半導体基板上に縮小投影露光を
行う。ホールパターン３と補助パターン４の寸法は同程
度なので、通常焦点位置では補助パターン４までフォト
レジストに転写されるが、焦点位置を半導体基板をフォ
トマスクから遠ざける方向にずらすことによりホールパ
ターン３のみをより強調して解像させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子製造のリソ
グラフィ工程で用いられるフォトマスクおよび投影露光
方法に関し、特に位相シフト法のフォトマスクおよび投
影露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積・高密度化は、
リソグラフィでの最小寸法の縮小化により続けられてき
た。そして、光リソグラフィにおける最小寸法の縮小
は、これまで主に露光装置における短波長化，投影レン
ズの高ＮＡ化により達成されてきた。現在、０．５μｍ
ルールのデバイスの製造も可能となっている。

【０００３】しかし、露光装置の短波長化・高ＮＡ化に
より、解像力は向上するものの、反対に焦点深度は減少
するため、焦点深度の確保がより重大な問題となってき
ている。そのため、これまでのような単純な短波長化・
高ＮＡ化による解像力の向上は限界にきている。

【０００４】光リソグラフィの限界を延ばし、次世代の
デバイスを製造するための有力な方法として、位相シフ
ト法がある。ＩＢＭあるいはＮＩＫＯＮによる位相シフ
ト法（ＩＥＥＥＥＤ−２９，Ｎｏ．１２，Ｐ１８２
８，１９８２，特願昭５５−１３６４８２号）では、隣
接した透明領域を透過する光に互いに１８０°の位相差
を与えることにより、露光装置の解像限界以下のパター
ンまで解像させるというものであった。そのため、これ
は繰り返しのない孤立パターンには適用できなかった。

【０００５】これに対し、１９８４年に孤立パターンに
も対応できる位相を制御し解像力を向上させる位相シフ
ト法が提案された。ここでは、補助パターンを用いる方
式（例えばＭａｒｋＤ．Ｐｒｏｕｔｙ，Ａｎｄｒｅｗ
Ｒ．Ｎｅｕｒｅｕｔｈｅｒ，ＳＰＩＥＶｏｌ．４７
０，ｐ２２８，１９８４）について以下に図を用いて説
明する。

【０００６】図４は、従来の補助パターン方式の位相シ
フトマスクの断面図である。石英基板１１上には、クロ
ム及び酸化クロム等の１０００Å程度の膜により遮光領
域１２および第１の透明領域１３が形成されている。ま
た第１の透明領域１３に隣接して露光装置の解像限界以
下の寸法（一般の５倍マスク上で０．５μｍ幅）の第２
の透明領域１４ａ，１４ｂが補助パターンとして形成さ
れており、第２の透明領域１４ａ，１４ｂ上には、位相
差を１８０°生じさせるＳｉＯ₂などの透明層１５ａ，
１５ｂが形成されている。

【０００７】このフォトマスクを部分的コヒーレント光
により透過照明し、レンズ系を通し、フォトレジストの
塗布された半導体基板上に投影露光を行う。このとき、
第２の透明領域１４ａ，１４ｂは、寸法が小さいため解
像されないが、第１の透明領域１３からの光の広がりを
抑え、より微細な孤立パターンが形成されるようにな
る。

【０００８】また図５には、もう一つの従来例を示す。
本実施例では、補助パターンである第２の透明領域１４
ａ，１４ｂの寸法は、解像限界以上になっている。しか
し、そのかわりに補助パターンの第２の透明領域１４
ａ，１４ｂ上の透明層１５ａ，１５ｂに露光光に対する
吸収を持たせ、補助パターンは解像しないようにしてい
る。本従来例も、孤立パターンの周辺部に解像しない補
助パターンを設けることにより、より微細な孤立パター
ンが形成できるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この従来のフォトマス
クにおいては、微細な孤立パターンを解像させるため
に、その周辺に解像しない補助パターンを形成する必要
があり、そのためマスク製造が困難であったという問題
があった。

【００１０】例えば、１／５に縮小投影露光用の５倍マ
スク上では、解像限界以下の寸法の補助パターンとして
一般に０．５μｍ幅のパターンを形成する。これが同一
マスク上のほかの１．５μｍ以上のパターンと寸法が違
いすぎるため、クロム等の遮光材料のエッチング工程に
おいて問題があった。すなわち、他の比較的大きなパタ
ーンに合せたエッチング条件では、微細な補助パターン
が目的の寸法に形成できない。

【００１１】また、一方、一定の光の吸収を持った透明
層を用いる場合には、一定の光の吸収を持つだけでな
く、光の位相差を１８０°としなければならない。ま
た、レチクルに用いるためには膜安定性や、耐洗浄性な
ど考えると、適当な材料が少ない、かつ膜の形成が困難
であるという問題があった。例えば、通常用いられるＳ
ｉＯ₂系の膜ではほとんど吸収がなく、他の材料を検討
する必要がある。

【００１２】本発明の目的は、解像すべき開口パターン
のみを強調し、より微細なパターンまで解像できるフォ
トマスクおよび投影露光方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るフォトマスクにおいては、透明基板上
に、遮光領域と透明領域とからなるパターンを形成した
フォトマスクであって、第１の透明領域周辺に、露光装
置の解像限界以上の寸法をもつ第２の透明領域を形成
し、前記第１の透明領域及び第２の透明領域のどちらか
一方に透明膜を形成し、前記第１の透明部と第２の透明
部を透過する露光光に１２０°から１７０°あるいは１
９０°から２７０°の位相差をもたせたものである。

【００１４】また、本発明に係る投影露光方法において
は、透明基板上に遮光領域と透明領域によるパターンが
形成されたフォトマスクを部分的コヒーレント光により
透過照明し、レンズ系を通してフォトマスク上のパター
ンを結像させる投影露光方法であって、上記フォトマス
クを用いて、フォトマスクパターンの結像焦点位置を制
御し、上記第１の透明領域に対応するパターンのみを解
像させるものである。

【００１５】

【作用】本発明は、遮光膜中に形成された透明部孤立パ
ターンと、孤立パターンの周辺部分に形成された解像限
界以上の寸法をもつ透明部補助パターンと、孤立パター
ンおよび補助パターンを透過する光に１２０°から１７
０°あるいは１９０°から２７０°の位相差を生じさせ
る透明層とを備えたフォトマスクを構成し、前記フォト
マスクを部分コヒーレント光により照明し、レンズ系を
通し、フォトレジストの塗布された半導体基板上にフォ
トマスクパターンを投影露光し、この時焦点位置を特定
範囲に制御することにより必要とするパターンのみ形成
する。

【００１６】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
係るフォトマスクを示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【００１８】図において、石英基板１上のクロム層２に
孤立パターンとしてホールパターン３を形成し、さら
に、その周辺に４つの補助パターン４を形成してある。

【００１９】補助パターン４には、ＳｉＯ₂などの透明
層５の膜を設け、位相差は２３０°となるように、その
膜厚を設定する。

【００２０】上記フォトマスクを用いて、フォトレジス
トの塗布された半導体基板上に部分的コヒーレント光に
より縮小投影露光を行った場合のフォーカス特性を図２
に示す。ここでは、半導体基板を投影レンズより遠ざけ
る方向を焦点位置のプラス方向にとっている。

【００２１】同図に示すように、焦点位置がマイナス方
向にある場合は、補助パターンのみが解像され、逆にプ
ラス方向にある場合は、ホールパターンのみが解像され
る。よって、焦点位置を同図中のｃの領域内に制御する
ことにより、ホールパターンのみを解像させることがで
きる。

【００２２】一般にこのような位相をシフトさせない部
分とシフトさせた部分のフォーカス特性の違いは、パタ
ーン寸法が小さく、露光光の干渉性が高いほど大きくな
る。

【００２３】また、位相シフト量にも影響され、透明層
５により与える位相差が１８０°よりずれているほど領
域ｂは小さくなり、ホールパターン３のみが解像する同
図中の領域ｃが広くとれる。

【００２４】しかし、位相差が１８０°からずれすぎる
と、焦点位置によるパターンの寸法変化が大きくなり実
用的でなくなる。したがって、位相差は１２０°から１
７０°あるいは１９０°から２７０°が安定してホール
パターン３のみを形成できる。

【００２５】（実施例２）次に本発明に係るフォトマス
クの実施例２について図を用いて説明する。図３（ａ）
は、本発明のフォトマスクの平面図、同図（ｂ）は縦断
面図である。

【００２６】本実施例においては、ホールパターン３，
補助パターン４の間隔は無くなり、いわゆるエッジ強調
型の位相シフトマスクとなっている。

【００２７】例えば、ＮＡ＝０．４５，コヒーレンスフ
ァクターσ＝０．３縮小率５のｉ−線ステッパーを用い
た場合、同図中のｃを１．０μｍ，ｄを３．０μｍと
し、透明層５の厚さを位相差が２２０°となるように設
定する。このフォトマスクを用いて、焦点位置０．５〜
１．５μｍを与えることによりウェハー上に約０．３μ
ｍのホールを解像することができる。

【００２８】本実施例では、従来の補助パターン方式に
対してクロム層をパターニングする際のデータが少ない
という利点がある。また従来のエッジ強調方式の位相シ
フトマスクに対しては、クロムパターンと透明層パター
ンの重なりが広くなっているため、クロム層と透明層の
重ね合せ精度が悪くても良いという利点がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、解像すべ
き開口パターンの周辺部に、それと同等程度の寸法をも
つ補助的な開口パターンを形成し、かつ透明層を用い
て、上記解像すべき開口パターンと上記補助的な開口パ
ターンを透過する光を互いに１８０°以外、好ましくは
１２０°〜１７０°あるいは１９０°〜２７０°の位相
差が生じるようにしてある。このとき解像すべき開口パ
ターンと補助的な開口パターンの焦点位置による解像特
性は反対になり、焦点位置を制御することにより、補助
的な開口パターンは解像させずに、解像すべき開口パタ
ーンのみを強調して解像することができ、より微細なパ
ターンまで解像できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るフォトマスクを示す図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図２】本発明の投影露光方法によるフォトレジストに
形成されるパターン寸法と焦点位置との関係の一例を示
す図である。

【図３】本発明に係るフォトマスクの実施例２を示す図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図４】従来の補助パターン方式位相シフト露光用フォ
トマスクの縦断面図である。

【図５】従来の補助パターン方式位相シフト露光用フォ
トマスクの縦断面図である。

【符号の説明】

１石英基板２クロム３ホールパターン４補助パターン５透明層１１石英基板１２遮光領域１３第１の透明領域１４第２の透明領域１５透明層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、遮光領域と透明領域とか
らなるパターンを形成したフォトマスクであって、第１の透明領域周辺に、露光装置の解像限界以上の寸法
をもつ第２の透明領域を形成し、前記第１の透明領域及び第２の透明領域のどちらか一方
に透明膜を形成し、前記第１の透明部と第２の透明部を透過する露光光に１
２０°から１７０°あるいは１９０°から２７０°の位
相差をもたせたものであることを特徴とするフォトマス
ク。
【請求項２】透明基板上に遮光領域と透明領域による
パターンが形成されたフォトマスクを部分的コヒーレン
ト光により透過照明し、レンズ系を通してフォトマスク
上のパターンを結像させる投影露光方法であって、上記第１項のフォトマスクを用いて、フォトマスクパタ
ーンの結像焦点位置を制御し、上記第１の透明領域に対
応するパターンのみを解像させることを特徴とする投影
露光方法。