JPH055978A

JPH055978A - 露光マスク

Info

Publication number: JPH055978A
Application number: JP15916991A
Authority: JP
Inventors: Koji Hashimoto; 耕治橋本; Katsuhiko Hieda; 克彦稗田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、形成が容易で、高解像度の位相シフ
トマスクを提供することを目的とする。【構成】本発明では、透光性基板を透過するリソグラフ
ィ光に対して位相をシフトするように位相シフタ層を形
成し、この位相シフタ層のエッジの部分が透光性基板に
対して所定のテーパ角をなすように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光マスク、露光マス
クの製造方法およびこれを用いた露光方法に係り、特に
リソグラフィのマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路は、高集積化、微細化の
一途を辿っている。その半導体集積回路の製造に際し、
リソグラフィ技術は加工の要として特に重要である。

【０００３】このようなリソグラフィ技術で用いられる
マスクの製作技術に対しては、１９８２年ＩＢＭ社のレ
ベンソンらにより、位相シフト法が提案され、各社それ
以降様々な位相シフト法を提案している。

【０００４】この位相シフト法は、マスクを透過する光
の位相を操作することにより投影像の分解能およびコン
トラストを向上させる技術である。

【０００５】この原理について図１２を参照しつつ説明
する。この方法では、図１５(a) に示すように、石英基
板１１上にスパッタ法等により形成したクロム（Ｃｒ）
あるいは酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）からなるマスクパタ
ーン１２の隣り合う一対の透明部の一方に透明膜１３を
形成したマスクを用い、図１５(b) に示すようにこの部
分の位相を反転させ光の振幅が２つの透過部の境界部で
打ち消し合うようにしたものである（図１５(c) ）。こ
の結果、２つの透過部の境界部の光強度は０となり、図
１５(d) に示すように、２つの透過部よりウエハ上に形
成されるパターンを分離することができる。このように
して、ＮＡ＝０．２８のｇ線ステッパで、０．７μm の
パターンを解像し、解像度が約４０％向上した。このと
き、位相を反転させるには位相シフタの膜厚ｄはシフタ
材料の屈折率をｎ、露光波長をλとするとｄ＝λ／２
（ｎ−１）の関係が必要となる。

【０００６】この方法では、ライン・アンド・スペース
に対しては透過部１つおきにシフタを設置し、孤立パタ
ーンに対しては補助パターン用にマスク層を加工しシフ
タを配置するため、マスクパターンに対するシフタの位
置合わせや選択加工技術が必要となり工数が大幅に増大
するのをはじめ、マスクの製造工程が複雑となるという
問題がある。

【０００７】このような問題に鑑み、さらに、東芝の仁
田山らは透過部あるいは遮光部の周囲に位相シフタを設
けた位相シフトマスク構造を提唱している。

【０００８】図１３にこの原理を示す。このマスクは、
図１３(a) に示すように、石英基板１１上に形成したク
ロム（Ｃｒ）あるいは酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）からな
るマスクパターン１２の周囲に張り出すように形成した
位相シフタ１３としての透明膜を形成したマスクを用
い、図１３(b) に示すようにこの部分の位相を反転させ
光の振幅が透過部両端で位相０°と位相１８０°の光が
打ち消し合い、光強度が小さくなりコントラストが向上
するようにしたものである（図１３(c) ）。この結果、
透過部両端の光強度はほぼ０となり、図１３(d) に示す
ように、２つの透過部よりウエハ上に形成されるパター
ンを分離することができる。

【０００９】このマスクはバック露光によりマスクパタ
ーン１２をマスクとしてＰＭＭＡ等のレジストを露光し
自己整合的に位相シフタ１３を形成することができる。

【００１０】このマスクではＰＭＭＡが位相シフタとな
るわけであるが、ＰＭＭＡは透過率が高く、レジストプ
ロファイルがシャープであるため、良好な位相シフタと
なる。また、この方法では自己整合的に位相シフタのパ
ターンを形成することができるため、マスク合わせや、
選択加工工程が不要となり、簡単に形成することができ
る。

【００１１】このようなマスクを用いて露光を行うと、
各開口部を通った光は、破線で示すように互いの位相が
反転しているため、マスク層の下の部分での光強度が大
幅に低下し、全体としての光は実線で示すように、強度
分布からみて、従来のマスクを用いた場合に比べ半分近
い寸法までの解像が可能となる。

【００１２】またエッジ利用型（１９９０，ＩＤＥＭ，
Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ｐ．８２５）の位相シフトマスクは
図１４に示すように透光性基板上に位相シフタを配置し
たもので、そのマスク形成プロセスは簡単であるがその
原理からみて一筆書きのようなパターンにしか適用でき
ないという問題があった。

【００１３】図１５に各位相シフト法のシミュレーショ
ンによる解像力向上効果の比較、図１６にフォーカスマ
ージンの比較を示す。これらの図によると、レベンソン
型とシフタエッジ利用型は自己整合型と比較して解像力
向上効果が大きく、フォーカスマージンが大きいという
ことができる。

【００１４】また、レベンソン型位相シフトマスクは補
助パターンを用いることで孤立のパターンにも適用でき
るが、そのマスク形成プロセスには透光性基板上に遮光
材のパターン形成後、シフタ部を形成しなければならな
いなど複雑な要素を含んでいる。

【００１５】このように、マスク形成プロセスはシフタ
エッジ利用型のように簡単で、デバイスへの適用はレベ
ンソン型のように孤立のパターンにも適用できるものが
望まれる。そして、このような構造のマスクにおいて位
相シフタの透過率は１００％と仮定している。

【００１６】また、現在位相シフトマスクのシフタ材料
は二酸化ケイ素をＣＶＤ法で形成したものが多く（１９
９０年春応用物理学会２９ｚ−Ｌ−９）、シフタ膜厚の
制御性が問題となっている。

【００１７】位相シフト法の原理から、シフタ膜厚のば
らつきは、反転する透過光の位相のばらつきにつなが
り、解像力向上効果の不安定さを引き起こす。このた
め、シフタ膜厚の制御性を高めるシフタ材料とその形成
プロセスが必要となる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このように、マスク形
成プロセスはシフタエッジ利用型のように簡単で、デバ
イスへの適用はレベンソン型のように孤立のパターンに
も適用できるものが望まれている。

【００１９】特に、現在ＣＶＤ法で形成した二酸化ケイ
素の位相シフトマスクは、シフタ膜厚を十分に制御する
ことができず、反転する透過光の位相のばらつきにつな
がり、解像力の向上効果が不安定となるという問題があ
った。

【００２０】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、形成が容易で膜厚の制御性が高く解像限界の高い露
光マスクを提供することを目的とする。

【００２１】また、種々のパターンサイズに対して制御
性よく高精度の露光を行うことのできる露光マスクを提
供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１で
は、透光性基板を透過するリソグラフィ光に対して位相
をシフトするように位相シフタ層を形成し、この位相シ
フタ層のエッジの部分が透光性基板に対して所定のテー
パ角をなすように構成している。

【００２３】また本発明の第２では、ある範囲の寸法を
もつマスクパターンでは、遮光膜パターンの代わりに、
透光性基板を透過するリソグラフィ光に対して位相をシ
フトするように位相シフタ層を形成し、この位相シフタ
層のエッジの部分が透光性基板に対して所定のテーパ角
をなすように構成している。

【００２４】本発明の第３では、この位相シフタ層のエ
ッジの部分が透光性基板に対してなすテーパ角が、パタ
ーン寸法に応じて異なるように構成している。

【００２５】本発明の第４では、ある範囲の寸法をもつ
マスクパターンでは、遮光膜パターンの代わりに、透光
性基板を透過するリソグラフィ光に対して位相をシフト
するように位相シフタ層を形成し、この位相シフタ層の
エッジの部分が透光性基板に対してなすテーパ角が、パ
ターン寸法およびパターンに応じて異なるように構成し
ている。

【００２６】

【作用】このようにシフタエッジ利用型の位相シフトマ
スクのエッジ部分においてシフタ部と透光性基板とのな
す角を選択することにより光の全反射を利用して、実効
的なマスクパターン幅を微細に制御することができ、等
価的にレベンソン型位相シフトマスクの効果をもたせる
ようにしたものである。

【００２７】このようなテーパ角の制御は、レジストパ
ターンのテーパ角を調整して液相成長法を用いることに
より容易に行うことができる。

【００２８】また、液相制御法を用いるようにすれば容
易に膜厚の制御を行うことができる。さらに本発明に
よれば、さらに同一マスク内でパターン寸法に応じてシ
フタ部と透光性基板とのなす角を選択することにより、
パターンサイズを変更することなく実効的なマスクパタ
ーン幅を微細に制御することができ、容易に高精度の微
細パターンを形成することが可能となる。

【００２９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００３０】実施例１図１は本発明の第１の実施例の露光用マスクの断面を示
す図である。

【００３１】この露光用マスクは、透光性の石英基板１
の表面に、膜厚４μm（λ／２（ｎ−１））の酸化シリ
コン膜からなる０．３μm 幅のライン・アンド・スペー
スパターンからなるマスクパターン２をエッジ部分での
石英基板１とのなす角がθ度となるように配設してなる
ものである。ここでλは露光光の波長、ｎはシフタ材料
の屈折率である。この酸化シリコン膜は液相成長法（Ｌ
ＰＤ法）で形成されたものである。

【００３２】この位相シフタを透過した光の位相は隣接
するこのマスクの開口部を透過した光の位相と１８０度
異なる。

【００３３】そしてこの位相シフタのエッジ部分のテー
パ部での光の透過状態は、図２(a)に説明図を示すよう
に、テーパ角をθ、シフタと空気の屈折率をそれぞれｎ
₁，ｎ₂、光の入射角および屈折角をそれぞれψ₁，ψ
₂とすると屈折の式より、ｎ₁・ｓｉｎψ₁＝ｎ₂・ｓｉｎψ₂ ここでψ₂は９０度を越えることはないので、ψ₁は最
大でも ψ_c＝ψ₁＝・ｓｉｎ^-1（ｎ₁／ｎ₂）となる。入射角がこのψ_cを越えるとテーパ部分での入
射角は全て反射され（全反射）光は透過しないようにな
る。

【００３４】ψ₁はテーパ角θと等しいのでθをψ_c以
上にするとテーパ部に遮光膜が存在していることと同じ
になり、図３(a) および(b) に示すように、レベンソン
型位相のシフトマスクと等価になる。

【００３５】このようにしてテーパ角θに応じたパター
ン幅の遮光膜が存在しているのと等価の露光マスクを得
ることができる。なお図２(b) に示すように逆テーパを
なすようにしてもよい。

【００３６】すなわち、図１(a) に示したこの露光マス
クを透過した光の振幅分布は図１(b) のようになり、位
相シフタを透過しない光は位相シフタを透過した光と合
成され、光強度がシャープになるようになっている。

【００３７】図１(c) にウェハ上での光の振幅分布、図
１(d) にウェハ上の光の強度分布を示す。

【００３８】次のこの露光マスクの製造方法について説
明する。

【００３９】まず、図４(a) に示すように、透光性基板
１の表面に、ＰＭＭＡなどのレジストを回転塗布し、膜
厚４μm となるようにしたのち、露光現像を行い、テー
パをもつ１μm 幅のライン・アンド・スペースパターン
とする。このテーパの形状はエッチング条件によって制
御することができる。

【００４０】そして、図４(b) に示すように、透光性基
板１の裏面にも同様に、ＰＭＭＡなどのレジストを回転
塗布する。

【００４１】次いで、図４(c) に示すように、このよう
にして形成されたレジストパターン３をマスクとして基
板１を室温程度に維持された溶液中に浸漬し、液相成長
法（ＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）を用いて石英基板１の露呈部にレジストパターン３
の反転パターンをなすように酸化シリコンからなる位相
シフタパターン２が形成される。このとき浸漬時間を制
御し、形成される酸化シリコン膜の膜厚がλ／２（ｎ−
１）となるように設定する。ＬＰＤ法による膜の形成は
膜厚の制御が容易であり、均一な膜厚を有する酸化シリ
コン膜を得ることが可能となる。

【００４２】この後図４(d) に示すように、ＳＨ処理等
を用いてこの剥離をおこなう。

【００４３】このようにして透光性基板表面に位相シフ
タを有するエッジ利用型位相シフトマスクを得ることが
できる。

【００４４】この様にして得られた露光用マスクを、Ｎ
Ａ＝０．４２の投影レンズを有するＫｒＦエキシマレー
ザステッパに装着し、シリコン基板上にＳＡＬ６０１と
指称されているネガ型レジストを塗布したウェハに、パ
ターン転写（λ＝２４８nm、コヒーレンシσ＝０．５）
を行い、専用現像液で現像した。

【００４５】これにより、従来の露光マスクでは解像し
得なかった微細なライン・アンド・スペースパターンか
らなるレジストパターンを得ることができる。

【００４６】なお、マスク上での実際の位相シフタの配
置例を図５および図６に示す。

【００４７】図５は孤立スペース、図６は孤立ホールに
適用した例である。図５および図６において(a) は断面
図、(b) は平面図、(c) は等価図である。

【００４８】実施例２次に、本発明の第２の実施例として、逆テーパを有する
位相シフタの製造工程について説明する。

【００４９】図７(a) 乃至図７(d) は、逆テーパ位相シ
フタの製造工程図である。

【００５０】この工程では、前記第１の実施例において
逆テーパを有するように形成したレジストパターンを順
テーパを有するように形成したレジストパターン１３と
している点が異なるほかは同様である。このレジストパ
ターン１３の形成に際してはエッチング条件を制御する
かまたはレジスト材料を選択することにより、このよう
な形状を得ることが可能となる。

【００５１】他は実施例１と同様であるため、説明を省
略する。

【００５２】実施例３次に本発明の第３の実施例として、同一マスク上に通常
のパターンと位相シフタとが混在するように構成した露
光マスクについて説明する。

【００５３】この露光マスクは、図８に示すように、エ
ッジ利用型の位相シフタを形成した微細パターン部Ｐ1
と、通常の遮光材料で形成した通常パターン部Ｐ2 とで
構成したものである。

【００５４】微細パターン部Ｐ1 については実施例１で
用いたものと同様であり、通常パターン部Ｐ2 はクロム
膜のパターンで構成されている。

【００５５】この露光マスクによればマスクパターン内
に位相シフタを形成するのが困難なパターンを含む場合
や、位相シフタを必要としない比較的大きなデザインル
ールのパターンを含む場合に適している。

【００５６】次にこの露光マスクの製造方法について説
明する。

【００５７】まず、図９(a) に示すように、透光性の石
英基板１を用意し、この基板表面の通常パターン部Ｐ2
に相当する領域にクロム膜の遮光性パターン４を形成す
る。次いで、図９(b) に示すように、この基板１の表面
全体に、ＰＭＭＡなどのレジストを回転塗布し、膜厚４
μm となるようにしたのち、露光現像を行い、通常パタ
ーン部全体を覆うと共に、微細パターン部は逆テーパを
もつ１μm 幅のライン・アンド・スペースパターンとす
る。このテーパの形状はエッチング条件によって制御す
ることができる。

【００５８】そして、図９(c) に示すように、基板１の
裏面にも同様に、ＰＭＭＡなどのレジストを回転塗布す
る。

【００５９】次いで、図９(d) に示すように、このよう
にして形成されたレジストパターン３をマスクとして基
板１を室温程度に維持された溶液中に浸漬し、液相成長
法（ＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）を用いて石英基板１の露呈部にレジストパターン３
の反転パターンをなすように酸化シリコンからなる位相
シフタパターン２が形成される。このとき浸漬時間を制
御し、形成される酸化シリコン膜の膜厚がλ／２（ｎ−
１）となるように設定する。ＬＰＤ法による膜の形成は
膜厚の制御が容易であり、均一で所望の膜厚を有する酸
化シリコン膜を得る事が可能となる。

【００６０】この後図９(e) に示すように、ＳＨ処理等
を用いてこの剥離をおこなう。

【００６１】このようにして透光性基板表面にエッジ利
用型の位相シフタと通常パターンの混在するエッジ利用
型位相シフトマスクを得ることができる。

【００６２】実施例４次に、本発明の第４の実施例について詳細に説明する。

【００６３】図１０は本発明の第４の実施例の露光用マ
スクの断面を示す図である。

【００６４】この露光用マスクは、透光性の石英基板２
１の表面に、パターン寸法に応じてテーパ角の異なるパ
ターン２２を形成したものである。

【００６５】つまり、例えばパターン寸法の小さなとこ
ろでは、シフタのエッジプロファイルを急峻にし、寸法
の大きなところでは、エッジプロファイルにテーパを持
たせる。このことによって、寸法の小さな部分では両エ
ッジ利用型の位相シフトマスクとなり、マスクパターン
通りのレジスト形状を得ることができるようになる。ま
た、パターンの疎な部分に対してはシフタにテーパをつ
け、パターンの密な部分に対してはシフタのエッジプロ
ファイルを急峻にする。このことによってパターンの密
なところでは隣り合うパターン同志の光の干渉を抑え、
所望の形状を得ることができるようになる。さらにま
た、パターンの疎なところでは隣り合うパターンからの
光の回り込みの影響がないため、シフタエッジプロファ
イルはテーパをなしたままでよい。

【００６６】製造に際しては、液相成長に先立って形成
されるレジストパターンを、エッチング条件を変化した
りあるいはレジスト材料を部分的に変えたりするなどに
よりそれぞれ所望のプロファイルを持つように調整す
る。

【００６７】実施例５次に本発明の第５の実施例として、同一マスク上に通常
のパターンと位相シフタとが混在するように構成した露
光マスクについて説明する。

【００６８】この露光マスクは、図１１に示すように、
パターン寸法に応じてテーパ角の異なるパターンを形成
したエッジ利用型の位相シフタを形成した微細パターン
部Ｐ1 と、通常の遮光材料で形成した通常パターン部Ｐ
2 とで構成したものである。微細パターン部Ｐ1 につい
ては実施例４で用いたものと同様であり、通常パターン
部Ｐ2 はクロム膜のパターンで構成されている。

【００６９】以上本発明について実施例を用いて説明し
たが、実施例１乃至５のすべての場合、位相シフタとし
ての透明膜は、無機膜である酸化シリコン層について説
明したが、これに限定されるものではなく、露光光とし
て用いられる波長４３６ｎｍ以下の光に対して透過率の
高い材料であれば良い。例えば無機膜としては、フッ化
カルシウム（ＣａＦ）、フッ化マグネシウム（Ｍｇ
Ｆ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）等他の材料を用
いるようにしても良い。また、位相シフタとなるレジス
トとしては、ポリメチルメタクリレート、ポリトリフル
オロエチル−α−クロロアクリレート、クロロメチル化
ポリスチレン、ポリジメチルグルタルイミド、ポリメチ
ルイソプロペニルケトン等の材料が考えれれる。また、
パターンの厚さ等は、材料およびリソグラフィ光に応じ
て、適宜変更可能である。

【００７０】さらに、この露光マスクにはパターン上層
または下層にフッ化マグネシウムなどの反射防止膜をス
パッタ法等により形成することも可能である。

【００７１】また、透光性基板および遮光膜の材料につ
いても、実施例に限定されることなく適宜変更可能であ
る。

【００７２】加えて、位相シフタ層は必ずしも１８０度
の位相シフトを行うものである必要はなく、１８０度の
近傍でパターンエッジの光強度分布をシャープに低下さ
せる程度であれば１８０度をいくばくかはずれたもので
もよい。

【００７３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の露光
マスクによれば、シフタエッジ利用型の位相シフトマス
クのエッジ部分において、シフタ部と透光性基板とのな
す角を選択することにより光の全反射を利用して、実効
的なマスクパターン幅を微細に制御することができ、い
かなるパターン形状にも適用でき、信頼性の高いパター
ン形成を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の露光マスクを示す図。

【図２】本発明実施例の位相シフタのエッジ部における
入射光の屈折を示す図。

【図３】本発明実施例の位相シフタおよび等価レベンソ
ン型位相シフトマスクを示す図。

【図４】本発明の第１の実施例の露光マスクの製造工程
図。

【図５】本発明実施例の露光マスクのパターン例とその
等価レベンソン型位相シフトマスクを示す図。

【図６】本発明実施例の露光マスクのパターン例とその
等価レベンソン型位相シフトマスクを示す図。

【図７】本発明の第２の実施例のＸ線露光マスクを示す
図。

【図８】本発明の第３の実施例のＸ線露光マスクを示す
図。

【図９】本発明の第３の実施例のＸ線露光マスクの製造
工程図。

【図１０】本発明の第４の実施例のＸ線露光マスクを示
す図。

【図１１】本発明の第５の実施例のＸ線露光マスクを示
す図。

【図１２】レベンソン型位相シフトマスクを示す図。

【図１３】自己整合型位相シフトマスクを示す図。

【図１４】エッジ利用型位相シフトマスクを示す図。

【図１５】各位相シフト法のシミュレーションによる解
像力向上効果の比較を示す図。

【図１６】フォーカスマージンの比較を示す図。

【符号の説明】

１石英基板２酸化シリコン膜３レジストパターン２１石英基板２２酸化シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】透光性基板と、前記透光性基板を透過す
るリソグラフィ光に対して位相をシフトするように前記
透光性基板上に形成された位相シフタ層を具備し、前記
位相シフタ層のエッジの部分が前記透光性基板に対して
所定のテーパ角をなしていることを特徴とする露光用マ
スク。【請求項２】透光性基板と、前記透光性基板を透過す
るリソグラフィ光を遮るように前記透光性基板上に形成
された遮光材からなるマスクパターンと、前記透光性基
板を透過するリソグラフィ光に対して位相をシフトする
ように前記透光性基板上に形成された位相シフタ層とを
具備し、前記位相シフタ層のエッジの部分が前記透光性
基板に対して所定のテーパ角をなしていることを特徴と
する露光用マスク。【請求項３】透光性基板と、前記透光性基板上に前記
透光性基板を透過するリソグラフィ光に対して位相をシ
フトするように構成された位相シフタ層を具備し、前記
位相シフタ層のエッジの部分が前記透光性基板に対して
なすテーパ角が、パターンサイズおよびパターンに応じ
て異なるように形成されていることを特徴とする露光用
マスク。【請求項４】透光性基板と、前記透光性基板を透過す
るリソグラフィ光を遮るように前記透光性基板上に形成
された遮光材からなるマスクパターンと、前記透光性基
板上に前記透光性基板を透過するリソグラフィ光に対し
て位相をシフトするように構成された位相シフタ層を具
備し、前記位相シフタ層のエッジの部分が前記透光性基
板に対してなすテーパ角が、パターンサイズおよびパタ
ーンに応じて異なるように形成されていることを特徴と
する露光用マスク。