JPH05265183A - マスクパタン設計方法及びマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来技術では、位相シフトマスクにおいて露光
光に導入される位相差が段階的に変化する領域に対する
部分のレジストパタンにくびれが生じてしまう場合があ
るが、このパタンくびれ発生を抑えることを目的とす
る。 【構成】マスクパタンを基板上に投影露光する際に用い
られる所定の透過パタンと透過光に位相差を与えるため
の位相シフタパタンを有する位相シフトマスクのマスク
パタン設計方法において、上記位相シフタパタンのパタ
ン端部を含む領域の透過パタンの幅方向の寸法を該領域
に隣接した透過パタンの幅方向の寸法より大きくし、該
領域内に連続したひとつの前記パタン端部を配置するよ
うにした。 【効果】レジストパタンくびれによるパタン断線等の不
良を防止することができる。

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、超伝導体
素子、磁性体素子、光集積回路素子、等の各種固体素子
における微細パタン形成に用いられる投影露光用マスク
及びマスクパタンの設計方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大規模集積回路等の固体素子にお
ける微細パタンの形成には、主に縮小投影露光法が用い
られてきた。上記方法を用いて、解像力を飛躍的に向上
することができる方法の一つに、マスク上のとなり合っ
た透過領域を通過した露光光の間に位相差を導入する方
法（以下、位相シフト法と呼ぶ）が提案されている。

【０００３】この方法は、例えば細長い透過領域と不透
明領域の繰返しパタンの場合、マスク上の互いにとなり
合った透過領域を通過した光の位相差がほぼ１８０度に
なるように、上記透過領域のひとつおきに位相差を導入
するための透明材料（以下、位相シフタと呼ぶ）をマス
ク上に設けるものである。位相シフト法で用いるマスク
は、従来用いられてきたようなクロムマスクの所定の透
過領域上に位相シフタを設けることにより作製すること
ができる。これについては、例えば、アイ・イ−・イ−
・イ−、トランザクション オン エレクトロン デバ
イスイズ、イ−ディ− ２９、ナンバ−１２（１９８２
年）第１８２８頁から第１８３６頁（ＩＥＥＥ Ｔｒａ
ｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ２９，
Ｎｏ．１２（１９８２）ｐｐ１８２８−１８３６）にお
いて論じられている。

【０００４】一方、上記方法では透過光の位相差を１８
０度とすることにより解像度を向上させる方法であるた
め、位相シフタを配置可能なパタンに制限が生じてしま
う。そこで、段階的に位相差を０度から１８０度へ変化
させることにより、位相シフト法を適用可能なパタンの
制限を緩和する方法が提案されている。これらについて
は、例えば第５１回応用物理学会学術講演会講演予稿集
第２分冊２７ｐ−ＺＧ−４（４９１ページ）において述
べられている。

【０００５】公知例（特許公報又は文献名） 「IEEE,Trans.Electron Devices,ED29,No.12(1982) pp1
828-1836」 「第５１回応用物理学会学術講演会講演予稿集第２分冊
２７ｐ−ＺＧ−４（４９１ページ）」

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では位相
差を段階的に変化させているため、位相が変化する境界
部分に対して光強度分布のくびれによるレジストパタン
くびれが生じてしまい、パタン断線等の不良の原因とな
る恐れがあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題は、マスクパタ
ンを基板上に投影露光する際に用いられる所定の透過パ
タンと透過光に位相差を与えるための位相シフタパタン
を有する位相シフトマスクのマスクパタン設計方法にお
いて、上記位相シフタパタンのパタン端部を含む領域の
透過パタンの幅方向の寸法を該領域に隣接した透過パタ
ンの幅方向の寸法より大きくし、該領域内に連続したひ
とつの前記パタン端部を配置することにより、又は、上
記マスクパタン設計方法を用いて製造した位相シフトマ
スクにより解決される。

【０００８】

【作用】位相シフト法では、露光光に位相差を導入する
ためにマスク上に位相シフタと呼ぶ透明薄膜を所定の領
域に設ける。例えば、細長い透過パタンが繰り返し配置
されたラインアンドスペースパタンの場合、マスク上の
互いにとなり合った透過領域を通過した光の位相差がほ
ぼ１８０度になるように上記透過領域のひとつおきに位
相シフタを設けることにより、解像度及び焦点深度を拡
大することができる。

【０００９】ここで、位相差を１８０度導入するための
位相シフタの最適膜厚値は、一般に次式により与えられ
る。

【００１０】

【数１】 ｄ＝λ／２（ｎ−１） （数１） ここで、ｄは位相シフタ膜厚、λは露光波長、ｎは露光
波長λにおける位相シフタ膜の屈折率である。

【００１１】ところで、位相差を１８０度導入するため
の位相シフタを透過パタン上に配置していくと、パタン
によっては透過領域中に位相シフタエッジが配置される
場合が生じる。位相シフタエッジでは透過光の位相差が
１８０度変化するため、この部分で露光光が干渉するこ
とにより遮光パタンが形成される。このため、不要なレ
ジストパタンが形成されてしまうことがある。

【００１２】位相シフタエッジにより不要なレジストパ
タンが形成されることを回避する方法として、位相差を
段階的に変化させて露光光の干渉を抑える方法がある。
この方法は、例えば位相差が０度と１８０度の中間の９
０度の位相差を導入する位相シフタを位相差０度と１８
０度の領域の間に配置するものである。

【００１３】ところで、上記マスクのように位相差を段
階的に変化させたマスクを用いて転写したレジストパタ
ンでは、位相差が変化する境界部分に対応した領域でレ
ジストパタンくびれ等が生じてしまう。これにより加工
寸法の局所的な変動が生じ、配線パタンの断線等の不良
の原因となる恐れがある。

【００１４】例えば、図３は細長い透過パタン２’に位
相差を６０度導入する位相シフタパタン７を配置した例
のマスクを示した模式図である。このマスクパタンを通
過した露光光はパタンを転写する基板上で図１０に示し
たような光強度分布を与える。ここで、図１０は露光波
長λ＝３６５ｎｍ、投影光学系の開口数ＮＡ＝０．５
２、コヒーレンシσ＝０．５の条件で、幅寸法ａ＝０．
４μｍの細長い透過パタン２’を転写する場合に対する
光強度分布の理論計算結果を示したものである。図１０
では、マスクの広い透過領域に対する基板上の光強度を
１とし、光強度が等しい部分を光強度０．２ごとに曲線
で結んでいる。図に示されるように、位相差が変化する
部分に対応した領域で光強度分布がくびれたようになっ
ている。

【００１５】ところで、転写したレジストパタンの寸法
は透過パタン寸法の増大と共に増大する。そこで、図１
に示したように位相差が変化する境界近傍の透過パタン
寸法を部分的に大きくする。図２は図１のマスクパタン
から位相シフタパタン７を除いて透過パタン２を示した
模式図である。このマスクパタンを通過した露光光はパ
タンを転写する基板上で図９に示したような光強度分布
を与える。光強度分布の表し方は図１０と同様とした。
なお、図９は図１０を計算した場合と同様の光学条件を
用いた。また、マスクパタンの寸法は、一例として、幅
寸法ａ＝０．４μｍ、部分的に大きくした部分の幅寸法
ｂ＝０．６μｍ、部分的に大きくした部分の長さ寸法ｃ
＝０．４μｍとした。図９と図１０と比較すると明らか
なように、図１のように透過パタン寸法を部分的に拡大
することにより光強度分布のくびれを小さく抑えること
ができることがわかる。

【００１６】しかし、部分的に拡大する部分の透過パタ
ンの寸法を大きくしすぎると、今度はこの部分での光強
度分布が広がりすぎてしまう。従って、拡大する部分の
透過パタン寸法には最適値が存在する。ただし、この寸
法は透過パタンの形状、透明薄膜により導入される露光
光の位相差、露光装置の光学条件等により変化するもの
であり、各条件に対して最適な寸法とすることが好まし
い。

【００１７】なお、位相差変化が１８０度程度の場合、
露光光の干渉効果が大きいため、透過パタン寸法を部分
的に拡大してもパタンくびれを小さくすることが困難で
ある。位相差は１８０度に近くない方が、１２０度程度
以下であることが好ましい。次に、図２３に示したマス
クの模式図を用いて、位相シフタパタン３によりほぼ１
８０度の位相差が導入される場合の例を説明する。ここ
では露光光の干渉を抑えるために位相差を段階的に変化
させている。すなわち、位相差を９０度導入する第２の
位相シフタパタン４を位相シフタパタン３に近接して配
置した。さらに、透過パタン２内に配置された、位相差
変化が生じる第２の位相シフタパタン４の２つのパタン
エッジ部分近傍の透過パタン２の寸法を部分的に大きく
した。これにより、位相差が変化する第２の位相シフタ
パタン４のパタンエッジ近傍でのパタン寸法変動を抑え
ることができる。

【００１８】位相シフタパタン３のパタンエッジ近傍で
位相差を連続的に変化させたマスクの例の一部分を示し
た模式図を図４に示す。図５は図４に示した線分Ａ−
Ａ’部分のマスク断面を示した模式図、図６は図４に示
したマスクから第２の位相シフタパタン４’を除いたも
のの模式図である。

【００１９】図４に示したようなマスクは、まず位相シ
フタパタン３を形成した後、放射線感応材料例えばネガ
型電子線レジストを塗布し、電子線描画、現像すること
により第２の位相シフタパタン４’を形成することによ
り製造できる。塗布膜から第２の位相シフタパタン４’
を形成するため、第２の位相シフタパタン４’の膜厚、
即ち露光光に与える位相差を位相シフタパタン３のエッ
ジ近傍で連続的に変化させることができる。

【００２０】この場合にも、位相シフタパタン３のパタ
ンエッジ部分での露光光の位相変化が比較的大きくなる
ため、例えば図７に示したようなマスクでは位相シフタ
パタン３のパタンエッジ付近に対応する部分にレジスト
パタンくびれが生じる。なお、図８は図７に示したマス
クから第２の位相シフタパタン４’を除いたマスクを示
した模式図である。そこで、図４に示したように位相シ
フタパタン３のパタンエッジ近傍の透過パタン寸法を拡
大することによりレジストパタンくびれを小さくするこ
とができる。

【００２１】以上では細長い透過パタンからなる孤立ラ
インパタンを転写する場合を例に説明したが、一般的な
パタンはこのラインパタンを拡張したものとして取り扱
うことができる。

【００２２】例えば上記方法を拡張して櫛形透過パタン
６に適用した例を図１６に示す。櫛形透過パタン６の櫛
の部分一つおきに位相差１８０度の位相シフタパタン３
を配置すると、櫛形透過パタン６の胴の部分に位相差が
１８０度変化する領域が生じる。そこで、０度と１８０
度の領域の間に位相差９０度の第２の位相シフタパタン
４を配置している。しかし、単に第２の位相シフタパタ
ン４を配置しただけでは位相差が変化する境界領域近傍
で光強度分布くびれが生じてしまう。そこで、位相が変
化する境界部分近傍の透過パタン寸法を部分的に大きく
している。図１７は、図１６のマスクパタンから位相シ
フタパタン３及び第２の位相シフタパタン４を除いた櫛
形透過パタンを示したものである。以上により、レジス
トパタンくびれの小さい所望の櫛形パタンを転写するこ
とができる。

【００２３】なお、位相差が０度、６０度、１２０度、
１８０度となる領域を配置した例が第５１回応用物理学
会学術講演会講演予稿集第２分冊２７ｐ−ＺＧ−４（４
９１ページ）において報告されている。しかしながら、
この方法では位相差が変化する櫛形パタンの胴の部分の
透過パタン寸法全体を櫛形パタンの櫛の部分の寸法と比
較して２倍以上に大きくしている。従って、この方法は
パタン密度を減少させるため素子を高密度に集積するた
めには好ましくない。

【００２４】

【実施例１】以下、本発明の一実施例について説明す
る。

【００２５】最小設計寸法０．３５μｍの６４メガビッ
トＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）級
半導体素子の配線パタン製造工程用位相シフトマスクを
公知の方法を用いて製造した。

【００２６】図１、図１６、及び図２３は本実施例にお
けるマスクの一部分を示した模式図である。また、図２
は図１に示したマスクの一部分に対する透過パタンのみ
を示した模式図、図１７は図１６に示したマスクの一部
分に対する透過パタンのみを示した模式図である。

【００２７】第１の位相シフタ３は露光光にほぼ１８０
度の位相差を導入するために、第２の位相シフタ４は露
光光にほぼ９０度の位相差を導入するために、位相シフ
タ７は露光光にほぼ６０度の位相差を導入するために、
それぞれ設けたものである。

【００２８】本実施例では位相シフタ７によりほぼ６０
度の位相差が導入されるとしたが、位相差はこれに限る
ものではない。ただし、位相差が１８０度に近いほど露
光光の干渉効果が大きくなるため、位相差は１８０度よ
り小さいほど好ましい。

【００２９】図１に示したマスクパタンの例では、図２
のように位相シフタ７のエッジ部分を含む領域の透過パ
タン２の寸法を設計ラインパタン寸法ｄ＝０．３５μｍ
よりも大きな寸法ｗ＝０．５５μｍとした。また、幅寸
法ｗ＝０．５５μｍの部分の長さを０．１５μｍとし
た。図１６、図２３に示したマスクパタンの例において
も、同様に、第２の位相シフタパタン４の２つのエッジ
部分を含む領域の透過パタン寸法を幅で０．２μｍ大き
くした。

【００３０】ここでは、透過パタンの寸法を上述のよう
に拡大したが、これに限るものではない。なお、部分的
に拡大する部分の透過パタンの幅寸法や長さ寸法を大き
くしすぎると、今度はこの部分での光強度分布が広がり
すぎてしまう。従って、拡大する部分の透過パタン寸法
を、透過パタンの寸法、形状、透明薄膜により導入され
る露光光の位相差、露光装置の光学条件等によって最適
な寸法とすることが好ましい。

【００３１】以上のようにして製造した位相シフトマス
ク及びＮＡ＝０．５２の投影光学系を有する縮小率５：
１のｉ線縮小投影露光装置（露光波長３６５ｎｍ）を用
いてパタン転写したところ、レジストパタンくびれがほ
とんど観察されず、良好な解像度でパタンを転写するこ
とができた。これにより、パタン断線等の不良を防止す
ることができる。

【００３２】

【実施例２】最小設計寸法０．３５μｍの６４メガビッ
トＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）級
半導体素子の配線パタン製造工程用位相シフトマスクを
公知の方法を用いて製造した。

【００３３】図４、図１８、及び図２１は本実施例にお
ける位相シフトマスクの一部分を示した模式図である。
また、図６は図４のマスクから第２の位相シフタパタン
４’を除いたマスクを示した模式図、図１９は図１８の
マスクパタンの一部分の透過パタン８を示した模式図、
図２０は図１８のマスクパタンから第２の位相シフタパ
タン４’を除いたマスクを示した模式図である。図２２
は図２１のマスクから第２の位相シフタパタン４’を除
いたマスクを示した模式図である。

【００３４】位相シフタパタン３は露光光にほぼ１８０
度の位相差を導入するために設けたものであり、第２の
位相シフタパタン４は露光光にほぼ８０度の位相差を導
入するような膜厚になるように塗布して形成したもので
ある。

【００３５】図４に示したマスクでは、位相シフタパタ
ン３のエッジ部分を含む領域の透過パタン寸法を、設計
ラインパタン寸法よりも大きくした。図１８及び図２１
に示したマスクパタンでも同様に位相シフタパタン３の
エッジを含む領域の透過パタン寸法を拡大した。

【００３６】ここで、拡大する部分の透過パタン寸法
を、透過パタンの寸法、形状、透明薄膜により導入され
る露光光の位相差、露光装置の光学条件等によって最適
な値とすることが好ましい。

【００３７】以上のようにして製造した位相シフトマス
ク及びＮＡ＝０．５２の投影光学系を有する縮小率５：
１のｉ線縮小投影露光装置（露光波長３６５ｎｍ）を用
いてパタン転写したところ、良好な解像度でパタンを転
写することができた。これにより、上記半導体素子の配
線パタン断線不良減少に対して効果が得られる。

【００３８】

【実施例３】最小設計寸法０．２μｍの２５６メガビッ
トＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）級
半導体素子の配線パタン製造工程用位相シフトマスクを
公知の方法を用いて製造した。

【００３９】図１１は本実施例におけるマスクの一部分
を示した模式図である。また、図１２は図１１のマスク
パタンの一部分の透過パタン２を示した模式図、図１３
は図１１に示したマスクから第２の位相シフタパタン
４’を除いたマスクを示した模式図である。

【００４０】位相シフタ３は露光光にほぼ１８０度の位
相差を導入するために設けたものであり、第２の位相シ
フタパタン４’は露光光にほぼ８０度の位相差を導入す
るような膜厚になるように塗布して形成したものであ
る。

【００４１】図１１に示したマスクでは、図１２に示し
たように位相シフタパタン３のエッジ部分を含む領域の
透過パタン寸法、及び、第２の位相シフタパタン４’の
エッジ部分を含む領域のうち位相シフタパタン３上に第
２の位相シフタパタン４’が形成されていない方の透過
パタン寸法を、設計ラインパタン寸法よりも大きくし
た。

【００４２】なお、本実施例では上述のように透過パタ
ン寸法を補正したが、さらに図１４に示したように、第
２の位相シフタパタン４’のエッジ部分を含む２つの領
域の透過パタン寸法を設計ラインパタン寸法よりも大き
くしてもよい。なお、図１５は図１４に示したマスクか
ら第２の位相シフタパタン４’を除いたマスクの模式図
を示したものである。

【００４３】なお、拡大する部分の透過パタン寸法の最
適値は、透過パタンの寸法、形状、透明薄膜により導入
される露光光の位相差、露光装置の光学条件等によって
変化するため、それぞれの条件に対して最適値になるよ
うな寸法に設定することが好ましい。

【００４４】以上のようにして製造した位相シフトマス
ク及びＮＡ＝０．４５の投影光学系を有する縮小率５：
１のＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置（露光波長
２４８ｎｍ）を用いてパタン転写したところ、レジスト
パタンくびれがほとんど観察されず、良好な解像度でパ
タンを転写することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマスクの一実施例を示した模式
図。

【図２】本発明によるマスクの一実施例の透過パタンの
みを示した模式図。

【図３】従来のマスクの一例を示した模式図。

【図４】本発明によるマスクの別の実施例を示した模式
図。

【図５】本発明によるマスクの別の実施例の一部分の断
面を示した模式図。

【図６】本発明によるマスクの別の実施例において第２
の位相シフタパタン４’を除いたマスクを示した模式
図。

【図７】位相シフトマスクの一例を示した模式図。

【図８】位相シフトマスクの一例において第２の位相シ
フタパタンを除いたマスクを示した模式図。

【図９】本発明によるマスクの一実施例を用いた場合に
おけるマスクパタンを転写する基板上での光強度分布を
示した模式図。

【図１０】従来のマスクの一例を用いた場合におけるマ
スクパタンを転写する基板上での光強度分布を示した模
式図。

【図１１】本発明によるマスクの別の実施例を示した模
式図。

【図１２】本発明によるマスクの別の実施例の透過パタ
ンのみを示した模式図。

【図１３】本発明によるマスクの別の実施例において第
２の位相シフタパタン４’を除いたマスクを示した模式
図。

【図１４】本発明によるマスクの別の実施例を示した模
式図。

【図１５】本発明によるマスクの別の実施例において第
２の位相シフタパタン４’を除いたマスクを示した模式
図。

【図１６】本発明によるマスクの別の実施例を示した模
式図。

【図１７】本発明によるマスクの別の実施例の透過パタ
ンのみを示した模式図。

【図１８】本発明によるマスクの別の実施例を示した模
式図。

【図１９】本発明によるマスクの別の実施例の透過パタ
ンのみを示した模式図。

【図２０】本発明によるマスクの別の実施例において第
２の位相シフタパタン４’を除いたマスクを示した模式
図。

【図２１】本発明によるマスクの別の実施例を示した模
式図。

【図２２】本発明によるマスクの別の実施例において第
２の位相シフタパタン４’を除いたマスクを示した模式
図。

【図２３】本発明によるマスクの別の実施例を示した模
式図。

【符号の説明】

１…遮光膜、２…透過パタン、２’…細長い透過パタ
ン、３…位相シフタパタン、７…位相差を６０度導入す
る位相シフタパタン、４…第２の位相シフタパタン、
４’…第２の位相シフタパタン、５…マスク基板、６…
櫛形透過パタン、６’…櫛形透過パタン、７…位相差を
６０度導入する位相シフタパタン、８…透過パタン。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクパタンを基板上に投影露光する際に
   用いられる所定の透過パタンと透過光に位相差を与える
   ための位相シフタパタンを有する位相シフトマスクのマ
   スクパタン設計方法において、位相差が変化する境界領
   域近傍の透過パタンの幅寸法を部分的に大きくすること
   を特徴とする、マスクパタン設計方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のマスクパタン設計方法にお
   いて、位相差が１２０度以下変化する境界領域近傍の透
   過パタンの幅寸法を部分的に大きくすることを特徴とす
   る、マスクパタン設計方法。
3. 【請求項３】マスクパタンを基板上に投影露光する際に
   用いられる所定の透過パタンと透過光に位相差を与える
   ための位相シフタパタンを有する位相シフトマスクのマ
   スクパタン設計方法において、上記位相シフタパタンの
   パタン端部を含む領域近傍の透過パタンの幅寸法を部分
   的に大きくすることを特徴とする、マスクパタン設計方
   法。
4. 【請求項４】請求項３記載のマスクパタン設計方法にお
   いて、上記位相シフタパタンにより与えられる露光光の
   位相差が１２０度以下であることを特徴とする、マスク
   パタン設計方法。
5. 【請求項５】マスクパタンを基板上に投影露光する際に
   用いられる所定の透過パタンと透過光に位相差を与える
   ための位相シフタパタンを有する位相シフトマスクにお
   いて、位相差が変化する境界領域近傍の透過パタンの幅
   寸法を部分的に大きくしたことを特徴とする、位相シフ
   トマスク。
6. 【請求項６】請求項５記載のマスクにおいて、位相差が
   １２０度以下変化する境界領域近傍の透過パタンの幅寸
   法を部分的に大きくしたことを特徴とする、位相シフト
   マスク。
7. 【請求項７】マスクパタンを基板上に投影露光する際に
   用いられる所定の透過パタンと透過光に位相差を与える
   ための位相シフタパタンを有する位相シフトマスクにお
   いて、上記位相シフタパタンのパタン端部を含む領域近
   傍の透過パタンの幅寸法を部分的に大きくしたことを特
   徴とする、位相シフトマスク。
8. 【請求項８】請求項５記載の位相シフトマスクにおい
   て、上記位相シフタにより与えられる露光光の位相差が
   １２０度以下であることを特徴とする、位相シフトマス
   ク。