JPH05333524A - Phase shift mask and its production - Google Patents

Phase shift mask and its production

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JPH05333524A
JPH05333524A JP14388292A JP14388292A JPH05333524A JP H05333524 A JPH05333524 A JP H05333524A JP 14388292 A JP14388292 A JP 14388292A JP 14388292 A JP14388292 A JP 14388292A JP H05333524 A JPH05333524 A JP H05333524A
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JP
Japan
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opening
light
phase shift
film
shift mask
Prior art date
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JP14388292A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadao Yasusato
直生 安里
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily form an auxiliary pattern as for the phase shift mask of an auxiliary pattern system. CONSTITUTION:A first aperture 5 is formed on a light shielding film 2 on a transparent substrate 1, and a transparent film 3 is formed on the aperture 5. Then the transparent film 3 and the light shielding film 2 are etched and second apertures 6A and 6B are formed at the peripheral part of the first aperture 5. The second apertures 6A and 6B are stably formed since the dimension of the second apertures 6A and 6B are set to the same extent as the first aperture 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子製造のリソク
ラフィ工程に用いられる、縮小投影露光用の位相シフト
マスクおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase shift mask for reduction projection exposure used in a lithographic process for manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子製造のリソグラフィ技術とし
ては、一般にフォトリソグラフィが用いられてきた。半
導体素子の高密度・高集積化の為フォトリソグラフィの
分野においては、これまで主に露光装置の高NA化,短
波長化が進められ、より微細パターンの形成が可能とな
ってきた。そして現在、最小寸法が0.5μm程度の半
導体素子の製造もフォトリソグラフィにより可能となっ
ている。
2. Description of the Related Art Photolithography has been generally used as a lithography technique for manufacturing semiconductor devices. In the field of photolithography for high-density and high-integration of semiconductor elements, the exposure apparatus has been mainly improved in NA and wavelength, and it has become possible to form finer patterns. At present, it is possible to manufacture a semiconductor element having a minimum dimension of about 0.5 μm by photolithography.

【0003】しかし、露光装置の高NA化,短波長化に
より解像力は向上するものの、反対に焦点深度は減少し
てしまう。そのため、焦点深度の確保がより重要な問題
となってきた。焦点深度の点から、これまでのような単
純な高NA化,短波長化による解像力の向上は困難とな
ってきた。
However, although the resolution is improved by increasing the NA and the wavelength of the exposure apparatus, the depth of focus is decreased. Therefore, securing the depth of focus has become a more important issue. From the viewpoint of the depth of focus, it has been difficult to improve the resolution by simply increasing the NA and shortening the wavelength as in the past.

【0004】そこで近年、解像力及び焦点深度を向上さ
せフォトリソグラフィの限界を延ばす方法として位相シ
フト法が注目されている。位相シフト法はニコンによる
特願昭55−136483号公報及びIBMによるアイ
・イー・イー・イー・トランズクションズ・オン・エレ
クトロン・デバイセス(IEEE Transacti
ons Electron Devices)vol.
ED−29,p1828−p1836,1982によ
り、ほぼ同時期に提案された。
Therefore, in recent years, the phase shift method has been attracting attention as a method for improving the resolution and the depth of focus and extending the limit of photolithography. The phase shift method is disclosed in Japanese Patent Application No. 55-136483 by Nikon and by I.E.E. Transactions on Electron Devices (IEEE Transacti) by IBM.
ons Electron Devices) vol.
ED-29, p1828-p1836, 1982, proposed at about the same time.

【0005】この方法はフォトマスク上の隣接する開口
の一方の上に透明膜を形成し、透過する光の位相を互い
に180度異ならせるものである。位相シフトマスクを
用いない場合、隣接する開口の間隔が狭くなると、回折
により開口間の本来遮光部となる領域に光が漏れ、隣接
する開口が分離されなくなる。一方、位相シフトマスク
では、隣接する開口を透過する光の位相が互いに180
度異なっているため、隣接する開口間で漏れた光が打ち
消し合い遮光領域を形成する。そのためより微細な寸法
まで分離して解像出来る。
According to this method, a transparent film is formed on one of adjacent openings on a photomask, and the phases of transmitted light are different from each other by 180 degrees. In the case where the phase shift mask is not used, when the distance between the adjacent openings becomes narrow, light leaks due to diffraction to a region that originally serves as a light shielding portion between the openings, and the adjacent openings cannot be separated. On the other hand, in the phase shift mask, the phases of light transmitted through the adjacent openings are 180 degrees relative to each other.
Since they are different from each other, light leaking between adjacent openings cancels each other out to form a light-shielding region. Therefore, it is possible to separate and resolve even finer dimensions.

【0006】この最初の位相シフトマスク(以後レベン
ソン型と呼ぶ)は、繰り返しパターンのような密集した
パターンにしか適用できなかったが、その後孤立したパ
ターンに適用する方法が、例えばプロシーデイングスオ
ブ エス ピー アイ イー:オプティカル レーザー
マイクロリソグラフィ(Proceedingsof
SPIE:Opticfl/Laser Micro
lithography)2vol.1088,p25
〜33(1989)が提案されている。以下この一般に
補助パターン方式と呼ばれる位相シフトマスクについて
説明する。
This first phase shift mask (hereinafter referred to as Levenson type) can be applied only to a dense pattern such as a repetitive pattern. PIE: Optical Laser Microlithography (Proceedingsof)
SPIE: Optifl / Laser Micro
Lithography) 2 vol. 1088, p25
~ 33 (1989) have been proposed. The phase shift mask generally called the auxiliary pattern method will be described below.

【0007】図4(a),(b)は従来の位相シフトマ
ススの平面図及びC−C線断面図である。石英等の透明
基板1上にはITO等の導電膜4が形成されている。導
電膜4は電子ビーム露光の際のチャージアップ防止と後
工程の透明膜4のエッチングの際のエッチングストッパ
ーとしての為のものである。導電膜4は本質的に必要な
ものではない。導電膜4の上にはクロム及び酸化クロム
からなる遮光膜2が形成されており、遮光膜2には第1
の開口5および第1の開口5の周辺部に補助パターンと
して第2の開口6a,6bが形成されている。そして第
2の開口6a,6bの上には透明膜3a,3bが形成さ
れており、その膜厚tはt=λ/2(n−1)となるよ
うに設定されている。ここに、λは露光光の波長、nは
透明膜3a,3bの屈折率である。また、第2の開口6
a,6bの寸法はその位相シフトマスクを使用する露光
装置により最適値が異なる。
FIGS. 4A and 4B are a plan view and a sectional view taken along the line CC of the conventional phase shift mass. A conductive film 4 such as ITO is formed on a transparent substrate 1 such as quartz. The conductive film 4 serves to prevent charge-up during electron beam exposure and as an etching stopper during etching of the transparent film 4 in a later step. The conductive film 4 is not essentially necessary. A light-shielding film 2 made of chromium and chromium oxide is formed on the conductive film 4.
Second openings 6a and 6b are formed as auxiliary patterns around the openings 5 and the first openings 5. The transparent films 3a and 3b are formed on the second openings 6a and 6b, and the film thickness t is set to be t = λ / 2 (n-1). Here, λ is the wavelength of the exposure light, and n is the refractive index of the transparent films 3a and 3b. In addition, the second opening 6
The optimum values of a and 6b differ depending on the exposure apparatus using the phase shift mask.

【0008】すなわち、第2の開口6a,6bの寸法が
大きすぎると第2の開口6a,6b自体が解像され、ま
た逆に小さすきると第1の開口5の解像を助ける効果が
無くなる。NA=0.5前後のi−線ステッパーを用い
る場合、5倍マスク上で第2の開口6a,6bの幅Sは
0.5μm程度である。
That is, if the dimensions of the second apertures 6a, 6b are too large, the second apertures 6a, 6b themselves are resolved, and conversely, if the dimensions are small, the effect of assisting the resolution of the first apertures 5 is lost. .. When an i-line stepper with NA = 0.5 is used, the width S of the second openings 6a and 6b is about 0.5 μm on the 5 × mask.

【0009】またこのように、それ自体は解像しない補
助パターンである第2の開口は、第1の開口のような孤
立パターンの周辺だけでなく、密集したパターンの外周
にも設けられる。たとえば、レベンソン型位相シフトマ
スクのラインアンドスペースパターンでは、露光時のフ
ォーカスを変化させていくと、まずマスクの最外周の2
本の開口が解像しなくなる。そのためこの2本の開口の
解像を助けるため、補助パターンがその外側に設けられ
る。
As described above, the second opening, which is an auxiliary pattern which itself does not resolve, is provided not only around the isolated pattern such as the first opening, but also around the dense pattern. For example, in the line-and-space pattern of a Levenson-type phase shift mask, when the focus during exposure is changed, first the outermost 2
The aperture of the book is not resolved. Therefore, in order to assist the resolution of these two openings, an auxiliary pattern is provided on the outside thereof.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】この従来の補助パター
ンを用いる位相シフトマスクにおいては、補助パターン
の幅が他のパターンに比較して極端に小さいため、補助
パターンの形成が困難であった。通常の5倍マスク上
で、デバイスパターンは1.5μm以上の線幅であるの
に対し、補助パターンの開口の幅は0.5μm程度とす
る必要がある。
In the conventional phase shift mask using the auxiliary pattern, it is difficult to form the auxiliary pattern because the width of the auxiliary pattern is extremely smaller than that of the other patterns. On the usual 5 times mask, the device pattern has a line width of 1.5 μm or more, while the width of the opening of the auxiliary pattern needs to be about 0.5 μm.

【0011】そのため、電子ビーム露光およびクロムな
どの遮光膜のエッチングにおいて、1.5μm以上のパ
ターンに合せた条件での、0.5μm幅の補助パターン
の形成は寸法制御が困難であった。補助パターンの寸法
が小さくなると隣接パターンの解像を助ける効果が低下
し、逆にその寸法が大きくなると補助パターン自体が解
像されてしまうという問題があった。
Therefore, in the electron beam exposure and the etching of the light-shielding film such as chromium, it is difficult to control the size of the auxiliary pattern having a width of 0.5 μm under the condition matched with the pattern of 1.5 μm or more. When the size of the auxiliary pattern is small, the effect of assisting the resolution of the adjacent pattern is reduced, and conversely, when the size is large, the auxiliary pattern itself is resolved.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】第1の発明の位相シフト
マスクは、透明基板上の遮光膜に形成された第1の開口
と、この第1の開口を含む全面に形成された透明膜と、
前記第1の開口の周辺部の前記透明膜と前記遮光膜とに
形成された補助パターンとしての第2の開口とを含むも
のである。
A phase shift mask of a first invention comprises a first opening formed in a light-shielding film on a transparent substrate and a transparent film formed on the entire surface including the first opening. ,
It includes a second opening as an auxiliary pattern formed in the transparent film and the light-shielding film in the peripheral portion of the first opening.

【0013】第2の発明の位相シフトマスクの製造方法
は、透明基板上に遮光膜を形成したのちパターニングし
第1の開口を形成する工程と、この第1の開口を含む全
面に透明膜を形成したのち前記第1の開口の周辺部の前
記透明膜及び前記遮光膜をパターニングし補助パターン
としての第2の開口を形成する工程とを含むものであ
る。
In the method of manufacturing a phase shift mask of the second invention, a step of forming a first opening by patterning a light-shielding film on a transparent substrate, and a transparent film on the entire surface including the first opening. And forming the second opening as an auxiliary pattern by patterning the transparent film and the light shielding film around the first opening.

【0014】[0014]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)〜(e)は本発明の第1の実施例の位相
シフトマスクの製造方法を説明するための断面図であ
る。
The present invention will be described below with reference to the drawings. 1A to 1E are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a phase shift mask according to a first embodiment of the present invention.

【0015】まず図1(a)に示すように、石英などの
透明基板1上にITOなどからなる導電膜4を形成し、
さらにその上にクロムおよび酸化クロムによる遮光膜2
を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a conductive film 4 made of ITO or the like is formed on a transparent substrate 1 such as quartz.
On top of that, a light-shielding film 2 made of chromium and chromium oxide.
To form.

【0016】次に図1(b)に示すように、遮光膜2上
に電子線レジスト7を塗布し、リソグラフィ技術を用い
パターンニングを行なった後、ウェットまたはCl2
スを用いるドライエッチングを行ない、第1の開口5を
形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, an electron beam resist 7 is applied on the light-shielding film 2, patterning is performed by using a lithography technique, and then wet etching or dry etching using Cl 2 gas is performed. , The first opening 5 is formed.

【0017】次に、図1(c)に示すように、SOGを
塗布し、400℃,1時間のベーキングを行ない透明膜
3を形成する。透明膜3の膜厚tは、第1の開口5上
で、t=λ/2(n−1)となるように設定する。ここ
に、λは露光光の波長であり、nは透明膜3の屈折率で
ある。次に図1(d)に示すように、再び電子線レジス
ト7Aを塗布した後、重ね合せ描画を行ない現像し、第
1の開口5に隣接して第2の開口のレジストパターンを
形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, SOG is applied and baked at 400 ° C. for 1 hour to form a transparent film 3. The film thickness t of the transparent film 3 is set so that t = λ / 2 (n−1) on the first opening 5. Here, λ is the wavelength of the exposure light, and n is the refractive index of the transparent film 3. Next, as shown in FIG. 1D, after the electron beam resist 7A is applied again, overlay drawing is performed and development is performed to form a resist pattern of the second opening adjacent to the first opening 5.

【0018】次に図1(e)に示すように、CF4 を用
いたドライエッチングにより透明膜3をパターニング
し、続いてCl2 を用いたドランイエッチングあるいは
ウエットエッチングにより、遮光膜2をパターニング
し、第2の開口6A,6Bを形成する。最後に、電子線
レジスト7Aを剥離することにより、図2(a),
(b)の平面図及びA−A線断面図に示す位相シフトマ
スクが完成する。
Next, as shown in FIG. 1E, the transparent film 3 is patterned by dry etching using CF 4 , and then the light-shielding film 2 is patterned by dry etching or wet etching using Cl 2. Then, the second openings 6A and 6B are formed. Finally, by removing the electron beam resist 7A, as shown in FIG.
The phase shift mask shown in the plan view of (b) and the sectional view taken along the line AA is completed.

【0019】このように本実施例により形成された位相
シフトマスクの第2の開口6A,6Bは、遮光膜2と透
明膜3に同一寸法で形成されており、そのエッジは一致
している。本位相シフトマスクを部分的コヒーレント光
により透過照明し、レンズ系を通して結像させると、第
1の開口5と第2の開口6A,6Bを通る光の0次光は
打ち消し合い、そのため第1の開口5の像はコントラス
トが向上する。また、第2の開口6A,6Bでは回折さ
れる光の一部が透明膜3での側壁で遮光され、また透明
膜を透過する光も部分的に位相差が与えられるため、第
2の開口6A,6Bは解像されない。
The second openings 6A and 6B of the phase shift mask thus formed according to this embodiment are formed in the light-shielding film 2 and the transparent film 3 with the same size, and their edges are aligned. When the present phase shift mask is transilluminated with partially coherent light and is imaged through the lens system, the 0th-order light of the light passing through the first aperture 5 and the second apertures 6A and 6B cancels each other, so that the first The image of the opening 5 has improved contrast. Further, in the second openings 6A and 6B, a part of the diffracted light is shielded by the side wall of the transparent film 3, and the light transmitted through the transparent film also has a partial phase difference. 6A and 6B are not resolved.

【0020】一例として、開口数NA=0.45,コヒ
ーレンスファクターσ=0.3,縮小率1/5のi−線
(λ=0.365nm)ステッパーを用いる場合、0.
3μmの孤立スペースを形成するためのマスク上のパタ
ーンを図2(a),(b)を用いて説明する。ここでマ
スク上の第1の開口5の寸法S1 を1.5μm,第2の
開口6A,6Bの寸法S2 を1.5μm,そして第1の
開口5と第2の開口6A,6Bの間隔lを1.5μmと
する。本マスクを用い、ポジ型レジストの塗布された半
導体基板上に縮少投影露光を行なうことにより、半導体
基板上に第1の開口5による幅0.3μmの孤立スペー
スを精度良く形成することができる。
As an example, when an i-line (λ = 0.365 nm) stepper with a numerical aperture NA = 0.45, a coherence factor σ = 0.3 and a reduction ratio ⅕ is used,
A pattern on a mask for forming an isolated space of 3 μm will be described with reference to FIGS. Here 1.5 [mu] m dimension S 1 of the first opening 5 on the mask, a second opening 6A, 6B 1.5 [mu] m dimension S 2 and the first opening 5 and the second opening 6A,, 6B of The interval 1 is 1.5 μm. By performing reduced projection exposure on a semiconductor substrate coated with a positive resist using this mask, an isolated space having a width of 0.3 μm can be accurately formed on the semiconductor substrate by the first opening 5. ..

【0021】また、図1(e)で説明したように、遮光
膜2をウエットエッチングによりパターニングした場
合、サイドエッチングが生じ、第2の開口6A,6Bの
エッジと透明膜3のエッジは正確に一致しなくなるが、
このズレは、0.1μm程度までは許容される。また、
第1の開口5と第2の開口6A,6Bを同時に形成し、
その後透明膜3を成膜し、重ね合せ露光を行ない透明膜
をパターニングしても良い。
Further, as described with reference to FIG. 1E, when the light shielding film 2 is patterned by wet etching, side etching occurs and the edges of the second openings 6A and 6B and the edge of the transparent film 3 are accurately formed. No match,
This deviation is allowed up to about 0.1 μm. Also,
The first opening 5 and the second openings 6A and 6B are formed at the same time,
After that, the transparent film 3 may be formed, and overlay exposure may be performed to pattern the transparent film.

【0022】次に本発明の第2の実施例について図3を
用いて説明する。図3(a),(b)は第2の実施例を
説明するための平面図及びB−B線断面図であり、本発
明をホールパターンを形成するためのフォトマスクに適
用した場合を示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 (a) and 3 (b) are a plan view and a sectional view taken along line BB for explaining the second embodiment, showing a case where the present invention is applied to a photomask for forming a hole pattern. ..

【0023】図3(a),(b)に示すように、孤立パ
ターンである第1の開口5Aの解像を助けるために、そ
の周辺部分にそれ自体は解像しないパターンである第2
の開口6を設ける方式の位相露光用フォトマスクにおい
ては、ホールパターンに適用した際電子ビーム露光のデ
ータ数が極端に増加するという問題があった。しかし本
実施例においては、透明膜3と遮光膜2への4個の第2
の開口6の形成を同時に行なうため、とくにホールパタ
ーンでは従来よりデータ数を少なくできるという利点が
ある。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), in order to assist the resolution of the first opening 5A which is an isolated pattern, the second pattern which is a pattern which does not itself resolve in its peripheral portion is formed.
In the phase exposure photomask in which the opening 6 is provided, there is a problem that the number of electron beam exposure data is extremely increased when applied to a hole pattern. However, in the present embodiment, the four second films for the transparent film 3 and the light shielding film 2 are provided.
Since the openings 6 are formed at the same time, there is an advantage that the number of data can be reduced as compared with the conventional case especially in the hole pattern.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、補
助パターンである第2の開口の寸法を隣接する第1の開
口の寸法と同程度にできるので、電子線露光およびエッ
チングによる第2の開口の形成が容易になり、微細なデ
バイスパターンを精度良く形成できるという効果を有す
る。
As described above, according to the present invention, the size of the second opening, which is the auxiliary pattern, can be made approximately the same as the size of the adjacent first opening. This has the effect of facilitating the formation of the openings and allowing the fine device pattern to be formed with high precision.

【0025】また、透明膜と遮光膜とを同時にパターニ
ングして第2の開口を形成することにより、透明膜のパ
ターニング用のデータ作成が不要となるという効果もあ
る。
Further, by patterning the transparent film and the light-shielding film at the same time to form the second opening, there is an effect that it is not necessary to create data for patterning the transparent film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を説明するためのマスク
断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a mask for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を説明するためのマスク
の平面図及び断面図。
2A and 2B are a plan view and a sectional view of a mask for explaining the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例を説明するためのマスク
の平面図及び断面図。
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of a mask for explaining a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の位相シフトマスクを説明するための平面
図及び断面図。
4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view for explaining a conventional phase shift mask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明基板 2 遮光膜 3,3a,3b 透明膜 4 導電膜 5,5A 第1の開口 6,6A,6a,6B,6b 第2の開口 7,7A 電子線レジスト 1 transparent substrate 2 light-shielding film 3, 3a, 3b transparent film 4 conductive film 5, 5A first opening 6, 6A, 6a, 6B, 6b second opening 7, 7A electron beam resist

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明基板上の遮光膜に形成された第1の
開口と、この第1の開口を含む全面に形成された透明膜
と、前記第1の開口の周辺部の前記透明膜と前記遮光膜
とに形成された補助パターンとしての第2の開口とを含
むことを特徴とする位相シフトマスク。
1. A first opening formed in a light-shielding film on a transparent substrate, a transparent film formed over the entire surface including the first opening, and the transparent film around the first opening. A phase shift mask comprising: a second opening as an auxiliary pattern formed in the light shielding film.
【請求項2】 透明基板上に遮光膜を形成したのちパタ
ーニングし第1の開口を形成する工程と、この第1の開
口を含む全面に透明膜を形成したのち前記第1の開口の
周辺部の前記透明膜及び前記遮光膜をパターニングし補
助パターンとしての第2の開口を形成する工程とを含む
ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
2. A step of forming a first opening by patterning a light-shielding film on a transparent substrate, and forming a transparent film on the entire surface including the first opening, and then surrounding the first opening. And the step of patterning the transparent film and the light-shielding film to form a second opening as an auxiliary pattern.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6004699A (en) * 1997-02-28 1999-12-21 Nec Corporation Photomask used for projection exposure with phase shifted auxiliary pattern
US7001711B2 (en) 1999-11-08 2006-02-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Patterning method using a photomask
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