JPH06308715A

JPH06308715A - 位相シフト露光マスクの形成方法、位相シフト露光マスク、及び位相シフト露光方法

Info

Publication number: JPH06308715A
Application number: JP12331793A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shimizu; 秀夫清水
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ホールパターン等の光透過部間の透過光の干
渉によると考えられる光強度の強くなる部分（サブピー
ク）を取り除いて、光強度分布を改善した位相シフト露
光マスクの形成方法、位相シフト露光マスク、及び位相
シフト露光方法を提供する。【構成】露光光に対して透明な光透過部１ａ，１ｂ
と、透過率が該光透過部に対して低く、かつ光透過部と
は位相を異ならしめて露光光を透過する半透明部２とを
備えた位相シフト露光マスクに、光の干渉により生じる
サブピークを低減させるパターン３ａ，３ｂ（微小開口
パターン、位相の異なる半透明パターン、遮光パターン
等）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相シフト露光マスク
の形成方法、位相シフト露光マスク、及び位相シフト露
光方法に関する。本発明は、例えば、各種電子材料（半
導体装置等）形成のためのパターン形成技術において利
用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、露光光に対して透明な光透過
部と、透過率が該光透過部に対して低く、かつ光透過部
とは位相を異ならしめて露光光を透過する半透明部（い
わゆるハーフトーン部）とを備えた位相シフト露光マス
クを用いた技術が知られている（例えば、特開平４−１
３６８５４号参照）。

【０００３】従来のこのようなハーフトーン型の位相シ
フトマスクの一例を、図８に示す。このハーフトーン型
の位相シフトマスクは、従来のマスクの遮光体（一般に
はクロム）の膜厚を薄くして、わずかに光を透過させる
とともに、その部分にシフターを形成して位相を異なら
しめる（好ましくは反転させる）ようにしたものであ
る。図示の例は、基板１の掘り込みにより、位相を光透
過部１ａと半透明部２（半透明膜２０より成る）とで、
異ならしめるようにしてある。

【０００４】この半透明部２（ハーフトーン部）を透過
した光は、レジストを感光させるには不充分であるが、
マスクの光透過部１ａ（開口部）を通過する光と干渉し
て強度分布を改善し、焦点深度を上げる働きをする。

【０００５】この方式のマスクは、マスク作成の際ＥＢ
（電子線）の重ね合わせ描画が不要であるなど、他の位
相シフト技術に比較してメリットも多い。そして能力的
には他の方式と同等である。

【０００６】更に、いわゆるアウトリガー構造の位相シ
フトマスク等に比べて、光透過部間（ホール間）の距離
を短くできるという、レイアウト上の自由度も高いと言
われていた。

【０００７】しかし、本発明者が検討したところ、２つ
光透過部の間の距離（ホール間距離）がある程度以下に
なって近接すると、双方の回折光の干渉により、強度が
特に高い部分ができることが判明した。

【０００８】この、光透過部（ホールパターン等）の近
接効果の問題について、図９を用いて説明する。図９に
示す光強度等高線に示す通り、孤立ホールの時には、
０．２４程度であった最大強度が、２つの光透過部（ホ
ール）を０．６μｍまで近づけた時には、０．３１まで
上昇する。（シミュレーション条件は、λ＝２４８ｎ
ｍ、ＮＡ＝０．４５、σ＝０．３、ホール径は０．３μ
ｍとした）。

【０００９】これはアウトリガーの補助シフターでの検
討結果からみて、十分解像してしまう強度であり、実用
的に問題となる。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、上記した光透過部間（例えば
ホールパターン間）の透過光の干渉によると考えられる
光強度の強くなる部分（本明細書中、これを「サブピー
ク」と称する）を取り除いて、光強度分布を改善した位
相シフト露光マスクの形成方法、位相シフト露光マス
ク、及び位相シフト露光方法を提供しようとするもので
ある。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】本出願の請求項１の発
明は、露光光に対して透明な光透過部と、透過率が該光
透過部に対して低く、かつ光透過部とは位相を異ならし
めて露光光を透過する半透明部とを備えた位相シフト露
光マスクの形成方法であって、光透過部間の透過光の干
渉により生じるサブピークを低減させるパターンを形成
することを特徴とする位相シフト露光マスクの形成方法
であって、これにより上記目的を達成するものである。

【００１２】本出願の請求項２の発明は、サブピークを
低減させるパターンが、微小開口パターンであることを
特徴とする請求項１に記載の位相シフト露光マスクの形
成方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００１３】本出願の請求項３の発明は、サブピークを
低減させるパターンが、露光光の透過率は半透明部と同
様で、透過光の位相が半透明部と異なるものである微小
パターンであることを特徴とする請求項１に記載の位相
シフト露光マスクの形成方法であって、これにより上記
目的を達成するものである。

【００１４】本出願の請求項４の発明は、サブピークを
低減させるパターンが、露光光の透過率がゼロもしくは
半透明部に比して著しく低いパターンであることを特徴
とする請求項１に記載の位相シフト露光マスクの形成方
法であって、これにより上記目的を達成するものであ
る。

【００１５】本出願の請求項５の発明は、サブピークを
低減させるパターンを、計算によりサブピークを低減さ
せる最適位置に形成することを特徴とする請求項１ない
し４のいずれかに記載の位相シフト露光マスクの形成方
法であって、これにより上記目的を達成するものであ
る。

【００１６】本出願の請求項６の発明は、サブピークを
低減させるパターンを、サブピークが発生する位置の少
なくともいずれかの位置に形成することを特徴とする請
求項１ないし４のいずれかに記載の位相シフト露光マス
クの形成方法であって、これにより上記目的を達成する
ものである。

【００１７】本出願の請求項７の発明は、露光光に対し
て透明な光透過部と、透過率が該光透過部に対して低
く、かつ光透過部とは位相を異ならしめて露光光を透過
する半透過部とを備えた位相シフト露光マスクであっ
て、光透過部間の透過光の干渉により生じるサブピーク
を低減させるパターンをマスク上に設けたことを特徴と
する位相シフト露光マスクであり、これにより上記目的
を達成するものである。

【００１８】本出願の請求項８の発明は、サブピークを
低減させるパターンが、微小開口パターンであることを
特徴とする請求項７に記載の位相シフト露光マスクであ
って、これにより上記目的を達成するものである。

【００１９】本出願の請求項９の発明は、サブピークを
低減させるパターンが、露光光の透過率は半透明部と同
様で、透過光の位相が半透明部と異なるものである微小
パターンであることを特徴とする請求項７に記載の位相
シフト露光マスクであって、これにより上記目的を達成
するものである。

【００２０】本出願の請求項１０の発明は、サブピーク
を低減させるパターンが、露光光の透過率がゼロもしく
は半透明部に比して著しく低いパターンであることを特
徴とする請求項７に記載の位相シフト露光マスクであっ
て、これにより上記目的を達成するものである。

【００２１】本出願の請求項１１の発明は、サブピーク
を低減させるパターンを、計算によりサブピークを低減
させる最適位置に形成したことを特徴とする請求項７な
いし１０のいずれかに記載の位相シフト露光マスクであ
って、これにより上記目的を達成するものである。

【００２２】本出願の請求項１２の発明は、サブピーク
を低減させるパターンを、サブピークが発生する位置の
少なくともいずれかの位置に形成することを特徴とする
請求項７ないし１０のいずれかに記載の位相シフト露光
マスクであって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００２３】本出願の請求項１３の発明は、請求項７な
いし１３に記載の位相シフト露光マスクを用いて、被露
光材を露光することを特徴とする位相シフト露光方法で
あって、これにより上記目的を達成するものである。

【００２４】

【作用】本発明によれば、微小開口パターン、または露
光光の透過率は半透明部と同様で、透過光の位相が半透
明部と異なるものである微小パターン、または露光光の
透過率がゼロもしくは半透明部に比して著しく低いパタ
ーン等であるサブピーク低減パターンを、サブピークが
発生する位置、またはサブピーク低減のための最適位置
に形成したので、光強度分布を改善したハーフトーン型
の位相シフト露光技術を提供することができる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は図示
の実施例により限定されるものではない。

【００２６】実施例１本実施例は、光透過部をなす開口部とは別に、微小な開
口部を設けて、光強度分布改善用のパターンとするもの
である。本実施例のマスクの構造を、図１に示す。本実
施例の位相シフト露光マスクは、図１に示すように、露
光光に対して透明な光透過１ａ，１ｂ部と、透過率が該
光透過１ａ，１ｂ部に対して低く、かつ光透過部１ａ，
１ｂとは位相を異ならしめて露光光を透過する半透明部
２とを備え、かつ光透過部間１ａ，１ｂの透過光の干渉
により生じるサブピークを低減させる微小開口パターン
３ａ，３ｂをマスク上に設けたものである。

【００２７】本実施例によれば、後に示すようにコンタ
クトホール形成用等の光透過部（開口パターン）を接近
させて配置できるようになるため、パターン設計の自由
度が広がり、より微細なチップが形成できるようにな
る。

【００２８】本実施例におけるマスクの製造方法は、図
３に示すとおりである。即ち石英等の透明基板１上に、
半透明膜２０（ハーフトーンクロム）としてクロム薄膜
を形成し、この上にＥＢレジスト４を形成する（図３
（ａ））。

【００２９】次に、光透過部１ａ，１ｂ及び微小開口パ
ターン３ａ，３ｂを形成すべき位置に、ＥＢ描画５を行
う（図３（ｂ））。微小開口パターン形成用に露光され
た部分を符号４１で示す。

【００３０】次に、レジスト現像、及び半透明膜２０の
パターニングをエッチングにより行って、図３（ｃ）の
ように半透明部２を形成する。

【００３１】更に、エッチングにより半透明部２以外の
部分の基板を、位相反転する分だけ掘り込んで、図３
（ｂ）のように、光透過部１ａ（１ｂ）と微小開口パタ
ーン３ａ（３ｂ）とを有する。掘り込み型のハーフトー
ン位相シフトマスクとする。

【００３２】この実施例では、シフターが半透明部２
（ハーフトーン膜）の下に配置される形になるが、無論
シフターを上に配置する構造でもかまわない。

【００３３】本実施例では、光強度分布改善用微小開口
パターン３ａの形成位置は、シミュレーションで決定し
たサブピーク低減最適位置（光強度分布改善最適位置）
とした。

【００３４】本実施例では、図２（ｂ）に示すように、
微小開口パターン３ａは、ウェーハ上で０．１μｍ×
０．２μｍ（マスク上０．５μｍ×１．０μｍ）の微細
パターンとして形成した。一般に、ハーフトーンマスク
は、希望するパターンサイズより大き目に作る必要があ
るが、この実施例では、０．３μｍホール形成を前提と
し、マスクパターンは０．３７μｍ（マスク上１．８５
μｍ）である。半透明部２（ハーフトーン部）の透過率
は、全て１６％で設計した（但し、これらの値は必ずし
も常に最適化されたものでない）。

【００３５】本実施例で、マスク作成のためのＥＢレジ
ストはポジ型を用いており、ＥＢＲ−９等を用いるのが
一般的である。半透明部を形成するためのハーフトーン
膜は通常のクロム膜（１００ｎｍ程度）に比べて薄い
（２０ｎｍ程度）のみで、製法（スパッタが一般的）
や、膜質は特に変わらない。

【００３６】図２（ａ）にシミュレーション結果を示
す。図９で見られた強度０．３１に至るピークが緩和さ
れ、０．１７まで下がっている。化学増幅ポジ型レジス
ト（試作品）での実験結果では、この程度まで光強度が
下がれば解像しないことが実証されており、本実施例に
よれば、実用的な露光が実現できる。

【００３７】なお、この微細パターン３ａ，３ｂは光強
度の低減を目的としているため、描画精度もそれほど重
要なファクターとはならない。また、基板をエッチング
する際、微細パターン部のエッチングが十分に進まない
ことがあっても、ここでは解像が目的ではなく、光強度
の低減が目的であるため、多少の位相差があっても問題
にならない。

【００３８】実施例２本実施例におけるサブピークを低減させるパターン３
ａ，３ｂは、図４（ｄ）に示すように、露光光の透過率
は半透明部と同様で、透過光の位相が半透明部と異なる
ものである微小パターンである。

【００３９】図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施例
におけるマスクの形成方法を説明する。この例は、クロ
ム上にＳＯＧなどのシフターを形成するものである。

【００４０】図４（ａ）に示すように、透明基板１上に
半透明膜２０（ハーフトーンクロム）を形成した上に、
位相シフト材料膜６０としてＳＯＧ等を形成し、更にそ
の上にＥＢレジスト４を形成する（図４（ａ））。

【００４１】次に、ＥＢ描画により、レジストをパター
ニングし、それをマスクに位相シフト材料膜６０である
ＳＯＧ等をドライエッチングする。この際、図４（ｂ）
に示すように、微細パターン用のＥＢ描画IIは、通常パ
ターン用のＥＢ描画Ｉに比べて、ドーズ量を抑えるよう
にしておく。ＥＢ描画Ｉで露光されたレジスト部分を符
号４２で示し、ＥＢ描画IIで露光されたレジスト部分を
符号４３で示す。

【００４２】上記のようにしたことにより、レジスト現
像によっても、ドーズ量の小さいＥＢ描画で露光された
レジスト部分４２は、レジストがわずかに残るか、小さ
目の穴があく程度になる（図４（ｂ）参照）。

【００４３】これをマスクに、位相シフト材料膜６０で
あるＳＯＧ等をエッチングすると、微小部３″において
は下部を完全にエッチング除去しきれずに、ＳＯＧ等が
残ることになる（図４（ｃ）の符号３″参照）。

【００４４】その後、半透明膜２０であるハーフトーン
クロムをエッチングすると、光透過部１ａをなす開口部
は抜けるが、微細パターン部３ａ，３ｂは位相シフト部
６のＳＯＧ等がマスクとなり、ハーフトーンクロムが抜
けずに残る（図１（ｄ）参照）。

【００４５】こうして形成したマスクで露光した場合の
シミュレーション結果を図５に示す。サブピークは緩和
され０．２３となる。これも解像しないレベルである
（ＳＯＧは位相が９０°ずれる厚さに設定した）。

【００４６】実施例３本実施例におけるサブピークを低減させるパターン３′
は、露光光の透過率がゼロもしくは半透明部に比して著
しく低いパターンとしたものである。

【００４７】即ち本実施例は、微細開口パターン形成の
代わりに、その部分を遮光する手法をとったものであ
る。

【００４８】図７（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施例
におけるマスク形成について説明する。通常の上シフタ
ー型ハーフトーンマスクを作成後、ＥＢレジスト４を塗
布する（図６（ａ））。

【００４９】次に、遮光する部分をＥＢ描画Ｉにて露光
し（図６（ｂ））、この部分のレジストを除去する。

【００５０】その後、通常のマスク形成と同様にクロム
をスパッタIII し、図６（ｃ）の構造とする。

【００５１】その後、リフトオフ法で、レジスト４上の
クロム７１を除去し、位相シフト材料膜（シフター）６
上のクロム７により、遮光部であるパターン３′を形成
する。

【００５２】あるいは別法として、Ｇａイオンの注入を
行って透過率を下げてもよい。

【００５３】前記各例と同様にシミュレーションした結
果を図７に示すが、実施例２とほとんど同効果があるこ
とがわかる。

【００５４】実施例４〜５上記実施例１〜３では、サブピーク低減用パターンは、
サブピーク低減効果の最も大きい位置を計算して、その
位置に形成したが、実施例１〜３において、サブピーク
低減用パターンを、サブピークが発生する位置に形成し
たのが、この実施例４〜５である。この実施例は設計の
ためのシミュレーションを簡略化でき、かつサブピーク
低減効果は充分なものであった。

【００５５】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、光透
過部間の透過光の干渉によると考えられる光強度の強く
なる部分（サブピーク）を取り除いて、光強度分布を改
善した位相シフト露光マスクの形成方法、位相シフト露
光マスク、及び位相シフト露光方法を提供することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のマスク構造を示す平面図である。

【図２】実施例１の構成及び作用を示す図である。

【図３】実施例１のマスクの製造工程を示す図である。

【図４】実施例２のマスクの製造工程を示す図である。

【図５】実施例２のマスクの作用を示す図である。

【図６】実施例３のマスクの作用を示す図である。

【図７】実施例３のマスクの製造工程を示す図である。

【図８】ハーフトーン位相シフトマスクの構成図であ
る。

【図９】問題点を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ光透過部（開口部）２半透明部（ハーフトーン
部）３ａ，３ｂ，３′，３″ 微小パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光に対して透明な光透過部と、透過率
が該光透過部に対して低く、かつ光透過部とは位相を異
ならしめて露光光を透過する半透明部とを備えた位相シ
フト露光マスクの形成方法であって、光透過部間の透過光の干渉により生じるサブピークを低
減させるパターンを形成することを特徴とする位相シフ
ト露光マスクの形成方法。
【請求項２】サブピークを低減させるパターンが、微小
開口パターンであることを特徴とする請求項１に記載の
位相シフト露光マスクの形成方法。
【請求項３】サブピークを低減させるパターンが、露光
光の透過率は半透明部と同様で、透過光の位相が半透明
部と異なるものである微小パターンであることを特徴と
する請求項１に記載の位相シフト露光マスクの形成方
法。
【請求項４】サブピークを低減させるパターンが、露光
光の透過率がゼロもしくは半透明部に比して著しく低い
パターンであることを特徴とする請求項１に記載の位相
シフト露光マスクの形成方法。
【請求項５】サブピークを低減させるパターンを、計算
によりサブピークを低減させる最適位置に形成すること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位相
シフト露光マスクの形成方法。
【請求項６】サブピークを低減させるパターンを、サブ
ピークが発生する位置の少なくともいずれかの位置に形
成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載の位相シフト露光マスクの形成方法。
【請求項７】露光光に対して透明な光透過部と、透過率
が該光透過部に対して低く、かつ光透過部とは位相を異
ならしめて露光光を透過する半透過部とを備えた位相シ
フト露光マスクであって、光透過部間の透過光の干渉により生じるサブピークを低
減させるパターンをマスク上に設けたことを特徴とする
位相シフト露光マスク。
【請求項８】サブピークを低減させるパターンが、微小
開口パターンであることを特徴とする請求項７に記載の
位相シフト露光マスク。
【請求項９】サブピークを低減させるパターンが、露光
光の透過率は半透明部と同様で、透過光の位相が半透明
部と異なるものである微小パターンであることを特徴と
する請求項７に記載の位相シフト露光マスク。
【請求項１０】サブピークを低減させるパターンが、露
光光の透過率がゼロもしくは半透明部に比して著しく低
いパターンであることを特徴とする請求項７に記載の位
相シフト露光マスク。
【請求項１１】サブピークを低減させるパターンを、計
算によりサブピークを低減させる最適位置に形成したこ
とを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の
位相シフト露光マスク。
【請求項１２】サブピークを低減させるパターンを、サ
ブピークが発生する位置の少なくともいずれかの位置に
形成することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれ
かに記載の位相シフト露光マスク。
【請求項１３】請求項７ないし１３に記載の位相シフト
露光マスクを用いて、被露光材を露光することを特徴と
する位相シフト露光方法。