JPH08114909A - Phase shift mask and measuring method of phase difference - Google Patents
Phase shift mask and measuring method of phase differenceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は位相シフトマスク及び位
相差測定方法に係り、特に半導体装置の製造工程におい
て、半導体基板上にパターンを形成するために用いる位
相シフトマスク及びその位相シフトマスクの位相差測定
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase shift mask and a phase difference measuring method, and more particularly to a phase shift mask used for forming a pattern on a semiconductor substrate in the manufacturing process of a semiconductor device and the position of the phase shift mask. The present invention relates to a phase difference measuring method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体装置の製造工程におい
ては、半導体基板上に所望のパターンを形成するため
に、光リソグラフィ技術を用いている。光リソグラフィ
では、縮小投影露光装置によりフォトマスク（透明領域
と不透明領域からなるパターンが形成された透明基板で
あり、縮小率が１：１でない場合は特にレチクルとも呼
ばれるが、ここではいずれもマスクと呼ぶものとする）
のパターンを感光性樹脂の塗布された半導体基板上に転
写した後現像することにより、感光性樹脂の所望のパタ
ーンを得ることができる。2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device, an optical lithography technique has been used to form a desired pattern on a semiconductor substrate. In optical lithography, a photomask (a transparent substrate on which a pattern composed of transparent regions and opaque regions is formed by a reduction projection exposure apparatus, and when the reduction ratio is not 1: 1 is also called a reticle, both of which are masks. I shall call it)
The desired pattern of the photosensitive resin can be obtained by transferring the pattern on the semiconductor substrate coated with the photosensitive resin and then developing.
【０００３】従来の光リソグラフィ技術においては、露
光装置の高開口数（ＮＡ）化により半導体素子パターン
の微細化へ対応してきた。しかし、露光装置の高ＮＡ化
により解像力は向上するものの、レンズ口径が大きくな
るためにレンズの周辺部から入射した光と中心部から入
射した光とが焦点で集光するときに、高さが少し変化し
てもぼけが大きくなるため、焦点深度が浅くなり、表面
の凹凸の影響を受け易くなり、その結果、更なる微細化
が困難となってきた。In the conventional photolithography technique, the miniaturization of the semiconductor element pattern has been coped with by increasing the numerical aperture (NA) of the exposure apparatus. However, although the resolution is improved by increasing the NA of the exposure apparatus, the height of the lens is increased when the light incident from the peripheral portion of the lens and the light incident from the central portion are condensed at the focal point because the lens aperture is increased. Even if it changes a little, the blur becomes large, the depth of focus becomes shallow, and it becomes easy to be influenced by the unevenness of the surface. As a result, further miniaturization becomes difficult.
【０００４】そこで、位相シフトマスク技術による対応
が検討されてきている。位相シフトマスクは一般にマス
クを透過する光の位相を制御し、結像面での光強度分布
を改善するためのマスクである。また、この位相シフト
マスクにおいても、特にコンタクトホールパターンのよ
うな孤立パターンに対して、補助パターン方式、リム方
式、ハーフトーン方式（例えば、特開平４−１６２０３
９号公報）等など種々の種類が提案されている。なかで
も、ハーフトーン方式の位相シフトマスクは、マスク作
成が他の方式の位相シフトマスクに比べて容易であるた
め、特に注目されている。Therefore, measures using a phase shift mask technique have been studied. The phase shift mask is generally a mask for controlling the phase of light passing through the mask and improving the light intensity distribution on the image plane. Also in this phase shift mask, especially for an isolated pattern such as a contact hole pattern, an auxiliary pattern method, a rim method, and a halftone method (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-16203).
Various types have been proposed such as Japanese Patent No. 9). Among them, the halftone type phase shift mask has attracted particular attention because it is easier to make a mask than other types of phase shift masks.
【０００５】次に、これらの位相シフトマスクについて
通常のマスクと比較して説明する。図１７（Ａ１）、
（Ｂ１）及び（Ｃ１）は従来の通常のマスクの平面図、
縦断面図及び光の振幅分布の模式図を示す。通常のマス
クは、図１７（Ａ１）及び（Ｂ１）に示すように、石英
等の透明基板１上にクロム（Ｃｒ）及び酸化クロム（Ｃ
ｒＯ）からなる遮光膜５により、透明領域と遮光領域か
らなるパターンを有している。そして、マスクを透過す
る光の振幅は透明領域で一定値、遮光領域で零である。Next, these phase shift masks will be described in comparison with ordinary masks. FIG. 17 (A1),
(B1) and (C1) are plan views of a conventional ordinary mask,
A longitudinal section and a schematic diagram of light amplitude distribution are shown. As shown in FIGS. 17A1 and 17B1, an ordinary mask has a chromium (Cr) and a chromium oxide (C) on a transparent substrate 1 such as quartz.
The light-shielding film 5 made of rO) has a pattern of transparent regions and light-shielding regions. The amplitude of light passing through the mask is a constant value in the transparent area and zero in the light shielding area.
【０００６】一方、図１７（Ａ２）、（Ｂ２）及び（Ｃ
２）は補助パターン方式の位相シフトマスクの平面図、
縦断面図及び光の振幅分布の模式図を示す。この補助パ
ターン方式の位相シフトマスクは、図１７（Ａ２）及び
（Ｂ２）に示すように、透明基板１上に遮光膜５を形成
し、半導体素子上に転写されるべきメインのパターンの
周辺に、露光装置の限界解像度以下の補助パターンを形
成し、かつ、透明膜７を用いてメインパターンを透過す
る光と補助パターンを透過する光にお互いに１８０°の
位相差を与える構成である。On the other hand, FIGS. 17 (A2), (B2) and (C)
2) is a plan view of an auxiliary pattern type phase shift mask,
A longitudinal section and a schematic diagram of light amplitude distribution are shown. In this auxiliary pattern type phase shift mask, as shown in FIGS. 17A2 and 17B2, a light shielding film 5 is formed on a transparent substrate 1 and the periphery of a main pattern to be transferred onto a semiconductor element is formed. An auxiliary pattern having a resolution not more than the limit resolution of the exposure device is formed, and a phase difference of 180 ° is provided between the light passing through the main pattern and the light passing through the auxiliary pattern by using the transparent film 7.
【０００７】なお、ここでは、位相差を与える透明膜を
以下、単にシフタと呼ぶことにする。シフタは光路長の
違いにより透過する光と透過しない光に位相差を生じさ
せる。シフタにより生じる位相差θは露光光の波長を
λ、シフタ材料の屈折率をｎとすると、次式で与えられ
る。Here, the transparent film that gives a phase difference will be simply referred to as a shifter hereinafter. The shifter causes a phase difference between light that is transmitted and light that is not transmitted due to the difference in optical path length. The phase difference θ generated by the shifter is given by the following equation, where λ is the wavelength of the exposure light and n is the refractive index of the shifter material.
【０００８】 θ＝３６０°×λ／（ｎ−１） （１） また、１８０°の位相差を与えるためのシフタ膜厚ｔは
次式で表される。Θ = 360 ° × λ / (n−1) (1) Further, the shifter film thickness t for giving a phase difference of 180 ° is expressed by the following equation.
【０００９】 ｔ＝λ／２（ｎ−１） （２） よって、この補助パターン方式の位相シフトマスクを透
過する光の振幅分布は、メインパターン部分と補助パタ
ーン部分が正負反転した、図１７（Ｃ２）に示す如き分
布となる。T = λ / 2 (n−1) (2) Therefore, the amplitude distribution of the light transmitted through the phase shift mask of this auxiliary pattern system is shown in FIG. The distribution is as shown in C2).
【００１０】図１８（Ａ１）、（Ｂ１）及び（Ｃ１）は
リム方式の位相シフトマスクの平面図、縦断面図及び光
の振幅分布の模式図を示す。このリム方式の位相シフト
マスクは、図１８（Ａ１）及び（Ｂ１）に示すように、
透明基板１上に遮光膜５を形成し、更に中央矩形部を除
いて遮光膜５上及びその周辺の透明基板１上に透明膜７
が形成された構成である。FIGS. 18A1, 18B1 and 18C1 are a plan view, a longitudinal sectional view and a schematic view of the amplitude distribution of light of a rim type phase shift mask. As shown in FIGS. 18A1 and 18B1, this rim type phase shift mask is
A light-shielding film 5 is formed on the transparent substrate 1, and a transparent film 7 is formed on the light-shielding film 5 and the transparent substrate 1 around the light-shielding film 5 except for the central rectangular portion.
Is formed.
【００１１】このリム方式の位相シフトマスクは、補助
パターン方式の位相シフトマスクと同様に転写するパタ
ーン周辺部の光を透過させ、かつ、この部分の光の位相
を反転させる位相シフトマスクである。そして、このリ
ム方式の位相シフトマスクを透過する光の振幅分布は、
図１８（Ｃ１）に示すように、メインパターンの周辺に
正負反転した微細部分が形成された分布を示す。This rim type phase shift mask is a phase shift mask which transmits the light in the peripheral portion of the pattern to be transferred and inverts the phase of the light in this portion, like the auxiliary pattern type phase shift mask. And the amplitude distribution of the light transmitted through this rim type phase shift mask is
As shown in FIG. 18 (C1), a distribution is shown in which positive and negative inverted fine portions are formed around the main pattern.
【００１２】また、図１８（Ａ２）、（Ｂ２）及び（Ｃ
２）はハーフトーン方式の位相シフトマスクの平面図、
縦断面図及び光の振幅分布の模式図を示す。このハーフ
トーン方式の位相シフトマスクは、図１８（Ａ２）及び
（Ｂ２）に示すように、透明基板１上に酸化クロム等の
所定の膜厚の半透明膜８を形成することにより、透明領
域と半透明領域とからなるパターンを形成している。こ
のハーフトーン方式の位相シフトマスクでは、透明基板
１のみからなる透明領域を透過した光と、透明基板１と
半透明膜８の両方からなる半透明領域を透過した光との
振幅分布は、図１８（Ｃ２）に示すようになり、両者の
光の位相が１８０°反転するようにしている。18 (A2), (B2) and (C)
2) is a plan view of a halftone phase shift mask,
A longitudinal section and a schematic diagram of light amplitude distribution are shown. In this halftone phase shift mask, as shown in FIGS. 18A2 and 18B2, a semitransparent film 8 having a predetermined thickness such as chromium oxide is formed on the transparent substrate 1 to form a transparent region. And a translucent region are formed. In this halftone phase shift mask, the amplitude distribution of the light transmitted through the transparent region composed of only the transparent substrate 1 and the light transmitted through the semitransparent region composed of both the transparent substrate 1 and the semitransparent film 8 is 18 (C2), the phases of both lights are inverted by 180 °.
【００１３】これらの位相シフトマスクでは位相の反転
した光を僅かに漏らすことにより、結像面上においてメ
インパターンの境界部分で位相の反転した光同士の打ち
消し合いにより暗部を形成し、メインパターンの光強度
分布を急峻にする。これにより、位相シフトマスクは従
来の通常のマスクよりも焦点深度及び解像度を向上させ
ることができる。In these phase shift masks, the light whose phase is inverted is slightly leaked to form a dark portion on the image plane by the cancellation of the light whose phase is inverted at the boundary portion of the main pattern. Make the light intensity distribution steep. As a result, the phase shift mask can improve the depth of focus and the resolution as compared with the conventional normal mask.
【００１４】次に、位相シフトマスクにおける位相差の
影響について簡単に説明する。近年、位相エラー（位相
差の１８０°からのずれ）が、結像面のフォーカス特性
に影響を及ぼすことが報告されている。ここで、フォー
カス特性とは、焦点位置と感光性樹脂に形成されるパタ
ーン寸法の関係のことである。そのため、位相差を精度
良く制御することが必要とされ、現状では１枚のマスク
面内で±２°、複数のマスク間で±２°程度のばらつき
以内に制御されている。Next, the influence of the phase difference in the phase shift mask will be briefly described. In recent years, it has been reported that a phase error (deviation of the phase difference from 180 °) affects the focus characteristic of the image plane. Here, the focus characteristic is the relationship between the focus position and the dimension of the pattern formed on the photosensitive resin. Therefore, it is necessary to control the phase difference with high precision, and at present, the phase difference is controlled within ± 2 ° within one mask surface and within ± 2 ° between a plurality of masks.
【００１５】また、そのために位相差測定方法の検討も
従来より進められている。各種方法が提案されている
が、例えば特開平４−１７７１１１号公報に示されてい
るような代表的な従来の位相差測定方法について説明す
る。まず、光源からの測定光をビームスプリッタにより
２つに分割する。ここで、この測定光には、通常は露光
光が用いられる。これは、前述したように、位相差はシ
フタの膜厚及び屈折率に依存して生じるが、一般に屈折
率は波長により変化するため、露光光と測定光の波長が
異なると、実際の位相差が測定できないからである。For this reason, studies on the phase difference measuring method have been made conventionally. Although various methods have been proposed, a typical conventional phase difference measuring method as disclosed in, for example, JP-A-4-177111 will be described. First, the measurement light from the light source is split into two by the beam splitter. Here, exposure light is usually used as the measurement light. This is because the phase difference depends on the film thickness and the refractive index of the shifter as described above, but since the refractive index generally changes depending on the wavelength, if the wavelengths of the exposure light and the measurement light are different, the actual phase difference is Is not measurable.
【００１６】もし、露光光と測定光との波長が異なると
きには露光光と測定光の波長での屈折率により位相差を
校正して求めることが必要となる。しかし、ハーフトー
ン方式の位相シフトマスクの場合は、ＣｒＯＮをスパッ
タしたシフタ膜内で、膜の厚さ方向で屈折率が変化する
ため、このような波長による屈折率の差を補正すること
は困難であった。よって、従来は光源には水銀ランプを
用い、フィルタにより露光光と同じ波長の光を取り出
し、測定光とする方法が用いられている。If the wavelengths of the exposure light and the measurement light are different, it is necessary to calibrate and obtain the phase difference by the refractive index at the wavelengths of the exposure light and the measurement light. However, in the case of a halftone phase shift mask, the refractive index changes in the thickness direction of the film in the CrON sputtered shifter film, so it is difficult to correct such a difference in the refractive index due to the wavelength. Met. Therefore, conventionally, a method has been used in which a mercury lamp is used as a light source, and light having the same wavelength as the exposure light is extracted by a filter and used as measurement light.
【００１７】そして、図１９に示すように、２つに分割
した測定光の一方をマスク上のシフタが形成されている
領域、他の一方をシフタが形成されていない領域を透過
させてこれら２つの光を再び一つにし、干渉させた光強
度を用いてシフタで生じた位相差を求めている。Then, as shown in FIG. 19, one of the two measurement beams divided is transmitted through a region on the mask where the shifter is formed, and the other one is transmitted through a region where the shifter is not formed. The two lights are made to be one again, and the phase difference caused by the shifter is obtained using the light intensity of the interference.
【００１８】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の位相
シフトマスクでは位相差を１８０°を目標として設定し
ているが、位相差が１８０°より大きい場合（これを位
相エラーが”＋”ともいう）と、位相差が１８０°より
小さい場合（これを位相エラーが”−”ともいう）で
は、フォーカス特性の変化の挙動が反対であるため、安
定した性能が得られないという問題点があった。However, in the conventional phase shift mask, the phase difference is set to 180 ° as a target, but when the phase difference is larger than 180 ° (this is also called a "+" phase error). ) And the phase difference is smaller than 180 ° (this is also referred to as a phase error “−”), the behavior of the change of the focus characteristic is opposite, so that there is a problem that stable performance cannot be obtained. .
【００１９】更に、露光される感光性樹脂が有限の膜厚
を有するため（通常は１〜２μｍ）、位相差が１８０°
であっても、良好な解像特性が得られなかった。すなわ
ち、単純に光強度のみを考えると、位相差が１８０°の
時に、焦点位置の±で対称のフォーカス特性が得られ
る。しかし、感光性樹脂の膜厚を考慮し、かつ、感光性
樹脂の現像をも考えると位相差が１８０°のとき、特性
が最適とはならなかった。Further, since the exposed photosensitive resin has a finite film thickness (usually 1 to 2 μm), the phase difference is 180 °.
However, good resolution characteristics could not be obtained. That is, simply considering only the light intensity, when the phase difference is 180 °, a focus characteristic symmetrical with ± of the focus position can be obtained. However, considering the film thickness of the photosensitive resin and also considering the development of the photosensitive resin, the characteristics were not optimum when the phase difference was 180 °.
【００２０】また、従来の位相差測定方法においては、
マスク上のシフタの形成された部分と、シフタの形成さ
れていない部分に測定光を透過させて測定していたた
め、微細パターンでの測定が不可能であった。すなわ
ち、測定光を高ＮＡの光学系を用いて絞っても、１μｍ
以上のスポットサイズとなる。そのため、測定位置と測
定光のアライメント等の要因を考えると、測定パターン
は２μｍ以上でなければならなかった。Further, in the conventional phase difference measuring method,
Since the measurement light was transmitted through the portion where the shifter was formed on the mask and the portion where the shifter was not formed, the measurement with a fine pattern was impossible. That is, even if the measurement light is focused using an optical system with a high NA, it is 1 μm.
The spot size is above. Therefore, considering the factors such as the alignment between the measurement position and the measurement light, the measurement pattern must be 2 μm or more.
【００２１】しかし、実際に位相シフトマスクを必要と
するパターンは微細パターンであり、マスク上２μｍ以
下である。そのため、コンタクトホールのマスクでは、
実際のコンタクトホールパターン部分では測定できず、
マスク周辺のパターン（例えば、露光装置用のアライメ
ントマークあるいは製品名の部分）で測定していた。し
かし、ハーフトーン方式の位相シフトマスクのようにシ
フタをスパッタで形成するマスクにおいては、膜厚及び
膜質（屈折率）が中心部分と周辺で異なる可能性があ
り、実際の微細パターンでの測定が必要となっていた。However, the pattern that actually requires the phase shift mask is a fine pattern, which is 2 μm or less on the mask. Therefore, in the contact hole mask,
It can not be measured in the actual contact hole pattern part,
The pattern was measured around the mask (for example, the alignment mark for the exposure apparatus or the part of the product name). However, in a mask in which a shifter is formed by sputtering, such as a halftone phase shift mask, the film thickness and film quality (refractive index) may differ between the central portion and the periphery, and actual measurement with a fine pattern is not possible. Was needed.
【００２２】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
感光性樹脂をより垂直なパターン形状として安定したパ
ターンが形成されたあるいは焦点深度が広い位相シフト
マスク及びハーフトーン方式の位相シフトマスクでも実
際の微細パターンでの位相差を測定し得る位相差測定方
法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points,
Phase difference measuring method capable of measuring a phase difference in an actual fine pattern even with a phase shift mask having a stable pattern formed with a photosensitive resin as a more vertical pattern shape or a wide depth of focus and a halftone type phase shift mask The purpose is to provide.
【００２３】[0023]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の位相シフトマスクでは、透明基板上に半透
明膜又は遮光膜及び透明膜を部分的に形成して、透明基
板のみを光が透過する第１の透明領域と、透明基板及び
半透明膜、又は透明基板及び透明膜をそれぞれ光が透過
する半透明領域又は投影露光装置の解像度限界以下の第
２の透明領域とを有するパターンの位相シフトマスクに
おいて、第１の透明領域を透過する光と半透明領域又は
第２の透明領域を透過する光との位相差を１８１°〜２
１０°の範囲内の値、あるいは１５０°〜１７９°の範
囲内の値としたものである。In order to achieve the above object, in the phase shift mask of the present invention, a semitransparent film or a light shielding film and a transparent film are partially formed on a transparent substrate, and only the transparent substrate is formed. It has a first transparent region through which light passes, and a transparent substrate and a semitransparent film, or a semitransparent region through which light passes through the transparent substrate and the transparent film, or a second transparent region below the resolution limit of the projection exposure apparatus. In the phase shift mask of the pattern, the phase difference between the light transmitted through the first transparent region and the light transmitted through the semi-transparent region or the second transparent region is 181 ° to 2
It is a value within the range of 10 ° or a value within the range of 150 ° to 179 °.
【００２４】また、本発明の位相差測定方法では、投影
露光装置の光源からの光を位相シフトマスクを介して基
板上の感光性樹脂に焦点位置を段階的に変化させつつ照
射露光して、位相シフトマスクのパターンを感光性樹脂
に形成する位相シフトマスクの位相差測定方法であっ
て、シミュレーションにより又は実験により予め異なる
位相差の複数の位相シフトマスク毎にフォーカス特性を
表す第１のパラメータ又はサイドローブの第１の転写性
特性を求めた後、測定しようとする位相シフトマスクを
介して実際に前記基板上の感光性樹脂を焦点位置を段階
的に変化させつつ露光し、感光性樹脂を現像後に得られ
るフォーカス特性を表す第２のパラメータ又はサイドロ
ーブの第２の転写性特性を求め、この第２のパラメータ
又は第２の転写性特性と第１のパラメータ又は第１の転
写性特性とを比較して位相差を測定するようにしたもの
である。Further, in the phase difference measuring method of the present invention, the light from the light source of the projection exposure apparatus is irradiated and exposed to the photosensitive resin on the substrate through the phase shift mask while changing the focus position stepwise. A phase shift mask phase difference measuring method for forming a pattern of a phase shift mask on a photosensitive resin, the first parameter representing a focus characteristic for each of a plurality of phase shift masks having different phase differences in advance by simulation or experiment. After obtaining the first transferability characteristic of the side lobe, the photosensitive resin on the substrate is actually exposed through the phase shift mask to be measured while changing the focus position stepwise to expose the photosensitive resin. The second parameter representing the focus characteristic obtained after development or the second transferability characteristic of the side lobe is obtained, and the second parameter or the second transferability characteristic is obtained. When you compare the first parameter or the first transfer characteristic is obtained so as to measure the phase difference.
【００２５】ここで、フォーカス特性を表す第１及び第
２のパラメータは、焦点位置と感光性樹脂に形成される
位相シフトマスクのパターン寸法との関係を表すフォー
カス特性の傾きであることが、位相エラーに最も影響さ
れるフォーカス特性の傾きから位相差を求めることがで
きるため、位相エラーの測定精度が得られる点で望まし
い。Here, the first and second parameters representing the focus characteristic are the inclination of the focus characteristic representing the relationship between the focus position and the pattern size of the phase shift mask formed on the photosensitive resin. Since the phase difference can be obtained from the inclination of the focus characteristic most affected by the error, it is desirable in that the measurement accuracy of the phase error can be obtained.
【００２６】[0026]
【作用】本発明になる位相シフトマスクでは、位相差が
フォーカス特性及びパターン形状に大きく影響を及ぼす
ことに着目し、位相差１８１°〜２１０°の範囲内の値
とすることにより、感光性樹脂の膜厚中央位置でピーク
光強度が最大となっても、光強度分布が感光性樹脂の半
導体基板側の位置で拡がり、感光性樹脂の表面側の位置
では光強度分布が狭くなるようにすることができる。In the phase shift mask according to the present invention, attention is paid to the fact that the phase difference greatly affects the focus characteristics and the pattern shape, and the phase difference is set within the range of 181 ° to 210 °. Even if the peak light intensity reaches the maximum at the center position of the film thickness, the light intensity distribution spreads at the position of the photosensitive resin on the semiconductor substrate side, and becomes narrower at the position on the surface side of the photosensitive resin. be able to.
【００２７】一方、本発明になる位相シフトマスクで
は、位相差を１５０°〜１７９°の範囲内の値とするこ
とにより、感光性樹脂の膜厚中央位置でピーク光強度が
最大となっても、光強度分布は感光性樹脂の表面側の位
置で拡がり、光強度から見たパターン寸法は大きくな
り、かつ、感光性樹脂の半導体基板側の位置では光強度
的にパターン寸法がより小さくなるようにすることがで
きる。On the other hand, in the phase shift mask of the present invention, by setting the phase difference to a value within the range of 150 ° to 179 °, even if the peak light intensity is maximized at the center position of the photosensitive resin film thickness. , The light intensity distribution spreads at the position on the surface side of the photosensitive resin, the pattern size seen from the light intensity becomes large, and the pattern size becomes smaller at the position of the photosensitive resin on the semiconductor substrate side in terms of the light intensity. Can be
【００２８】また、本発明になる位相差測定方法では、
位相差がフォーカス特性及びパターン形状に大きく影響
することを逆に利用し、フォーカス特性及びパターン形
状より、あるいは感光性樹脂の表面に形成されるサイド
ローブの転写性特性に注目することにより、位相差を測
定することができる。Further, in the phase difference measuring method according to the present invention,
By conversely utilizing the fact that the phase difference greatly affects the focus characteristics and the pattern shape, and focusing on the transfer characteristics of the side lobes formed on the surface of the photosensitive resin, rather than the focus characteristics and the pattern shape, the phase difference Can be measured.
【００２９】[0029]
【実施例】次に、本発明の各実施例について説明する。
図１（Ａ）及び（Ｂ）は本発明になる位相シフトマスク
の第１実施例の平面図及び縦断面図を示す。同図（Ａ）
及び（Ｂ）に示すように、石英製の透明基板１上に半透
明膜２が中央の所定の大きさの矩形部分を除いて形成さ
れ、半透明膜２が存在しない透明基板１のみの透明領域
３と、透明基板１上に半透明膜２が形成されている半透
明領域４とよりなるパターンが形成されている。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described.
1A and 1B are a plan view and a vertical sectional view of a first embodiment of a phase shift mask according to the present invention. Same figure (A)
And (B), a transparent substrate 1 made of quartz is formed with a semi-transparent film 2 excluding a rectangular portion having a predetermined size in the center, and only the transparent substrate 1 having no semi-transparent film 2 is transparent. A pattern including a region 3 and a semitransparent region 4 in which the semitransparent film 2 is formed on the transparent substrate 1 is formed.
【００３０】半透明膜２はこの位相シフトマスクの透過
率を所定の一定値（３％〜２０％の範囲が望ましい）に
すると共に、１８１°以上（１８１°〜２１０°の範囲
が望ましい）の位相差を与える。ここでは、一例として
露光装置の露光光はｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）とし、
半透明膜２は１２３５Åの膜厚のＣｒＯＮよりなり、半
透明領域４の透過率Ｔを７．５％（透明領域３の透過率
Ｔは１００％）とし、かつ、半透明膜２を透過する光と
透過しない光に１８５°の位相差を生じさせているもの
とする。The semitransparent film 2 makes the transmittance of this phase shift mask a predetermined constant value (preferably in the range of 3% to 20%) and at least 181 ° (preferably in the range of 181 ° to 210 °). Give a phase difference. Here, as an example, the exposure light of the exposure apparatus is i-line (wavelength λ = 365 nm),
The semitransparent film 2 is made of CrON having a film thickness of 1235Å, the transmissivity T of the semitransparent region 4 is 7.5% (the transmissivity T of the transparent region 3 is 100%), and the translucent film 2 is transmitted. It is assumed that a phase difference of 185 ° is generated between the light and the light that does not pass through.
【００３１】次に、本実施例の効果の原理について簡単
に説明する。なお、ここでは露光装置として開口数（Ｎ
Ａ）が０．６、コヒーレントファクターσが０．３のｉ
線ステッパー（波長λ＝３６５ｎｍ）とする。また、焦
点位置の正負の方向は、被露光物（感光性樹脂の塗布さ
れた半導体基板）が投影レンズに近付く方向を”＋”、
遠ざかる方向を”−”とする。Next, the principle of the effect of this embodiment will be briefly described. Here, the numerical aperture (N
I) with A) of 0.6 and coherent factor σ of 0.3
A line stepper (wavelength λ = 365 nm) is used. In addition, the positive and negative directions of the focus position are “+” when the exposed object (semiconductor substrate coated with photosensitive resin) approaches the projection lens,
The direction away from is "-".
【００３２】この場合の０．３５μｍコンタクトホール
の光強度分布のシミュレーション結果を図２〜図４にそ
れぞれ示す。ハーフトーン方式の位相シフトマスクで
は、露光条件及びマスクの透過率により、マスクバイア
スを設定するが、ここではコンタクトホールの直径を
０．０５μｍ拡大するマスクバイアスを設定している。
図２は位相差が１７０°のときの焦点位置による光強度
分布の変化を示している。位相差が１８０°より小さい
場合、焦点位置が”＋”側で光強度の分布は大きくな
り、”−”側で小さくなることがわかる。Simulation results of the light intensity distribution of the 0.35 μm contact hole in this case are shown in FIGS. 2 to 4, respectively. In the halftone phase shift mask, the mask bias is set depending on the exposure conditions and the transmittance of the mask. Here, the mask bias is set so that the diameter of the contact hole is increased by 0.05 μm.
FIG. 2 shows changes in the light intensity distribution depending on the focal position when the phase difference is 170 °. It can be seen that when the phase difference is smaller than 180 °, the distribution of the light intensity becomes large on the “+” side of the focal position and becomes small on the “−” side.
【００３３】図３は位相差が１８０°のときの焦点位置
による光強度分布の変化を示している。位相差が１８０
°のときには、焦点位置（＝０μｍ）のときに光強度分
布のピーク値が最も高く、かつ、その分布の拡がりも大
きい。そして、焦点位置の”＋”側”と−”側では対称
に光強度は変化する。FIG. 3 shows a change in the light intensity distribution depending on the focal position when the phase difference is 180 °. Phase difference is 180
When the angle is °, the peak value of the light intensity distribution is highest at the focus position (= 0 μm), and the spread of the distribution is large. Then, the light intensity changes symmetrically on the "+" side and-"side of the focus position.
【００３４】図４は位相差が１９０°のときの焦点位置
による光強度分布の変化を示している。このときは図２
に示した位相差が１７０°の時の光強度分布とは反対
に、焦点位置が”＋”側で光強度の分布は小さくな
り、”−”側で大きくなることがわかる。FIG. 4 shows a change in the light intensity distribution depending on the focal position when the phase difference is 190 °. At this time,
Contrary to the light intensity distribution when the phase difference is 170 °, the light intensity distribution becomes smaller when the focus position is “+” side and becomes larger when the focus position is “−” side.
【００３５】図５は各位相差でのコンタクトホール中央
のピーク光強度と焦点位置の関係を示す。同図中、点線
Ｉは位相差１７０°のときのコンタクトホール中央のピ
ーク光強度と焦点位置の関係、実線IIは位相差１８０°
のときのコンタクトホール中央のピーク光強度と焦点位
置の関係、破線IIIは位相差１９０°のときのコンタク
トホール中央のピーク光強度と焦点位置の関係をそれぞ
れ示す。同図からわかるように、ピーク光強度が最大と
なる焦点位置をベストフォーカスとすると、１０°の位
相エラーで０．２μｍのベストフォーカスのシフトが生
じる。FIG. 5 shows the relationship between the peak light intensity at the center of the contact hole and the focal position at each phase difference. In the figure, the dotted line I shows the relationship between the peak light intensity at the center of the contact hole and the focus position when the phase difference is 170 °, and the solid line II shows the phase difference 180 °.
The relationship between the peak light intensity at the center of the contact hole and the focus position in the case of, and the broken line III shows the relationship between the peak light intensity at the center of the contact hole and the focus position when the phase difference is 190 °. As can be seen from the figure, when the focus position where the peak light intensity is maximum is the best focus, the best focus shift of 0.2 μm occurs with a phase error of 10 °.
【００３６】次に、光強度分布のスレシュホルドモデル
（ある一定値の光強度レベルをパターン寸法とする）を
用いて、パターン寸法と焦点位置の関係を求めた結果に
ついて図６と共に説明する。ここで、スレシュホルドモ
デルに用いたスライスレベルは、各位相差でベストフォ
ーカス（位相差１８０°では０μｍ、位相差１７０°で
は＋０．２μｍ、位相差１９０°では−０．２μｍ）に
おいて、目標寸法の０．３５μｍとなるように設定し
た。Next, the result of obtaining the relationship between the pattern size and the focus position using the threshold model of the light intensity distribution (the light intensity level having a certain fixed value is used as the pattern size) will be described with reference to FIG. Here, the slice level used for the threshold model is the target size at the best focus (0 μm when the phase difference is 180 °, +0.2 μm when the phase difference is 170 °, −0.2 μm when the phase difference is 190 °) at each phase difference. It was set to be 0.35 μm.
【００３７】図６に示すように、位相差１８０°のコン
タクトホール寸法と焦点位置との特性は実線Ｖで示すよ
うに、ベストフォーカスを中心に対称の焦点位置依存性
が得られるのに対し、位相差１７０°及び１９０°のそ
れぞれは点線ＩＶ及び破線ＶＩで示すように、ベストフ
ォーカスで目標寸法となるものの非対称の焦点位置依存
性が得られ、位相エラーがあると焦点位置による寸法変
化の関係が傾くことがわかる。As shown in FIG. 6, the characteristics of the contact hole size and the focal position with a phase difference of 180 ° show a symmetrical focal position dependency with respect to the best focus, as shown by the solid line V. As shown by the dotted line IV and the broken line VI, the phase differences of 170 ° and 190 ° respectively have the target size at the best focus, but asymmetrical focus position dependence is obtained, and if there is a phase error, the relationship of the dimensional change due to the focus position is obtained. You can see that
【００３８】次に、この光強度分布から求めたフォーカ
ス特性より、各位相差での感光性樹脂のパターン形状に
ついて説明する。図７は位相差１８０°の場合の、感光
性樹脂の露光状態及びパターン形状を示す。ここでは、
同図（Ａ）に示すように、半導体基板１０上に形成され
た感光性樹脂１１の膜厚の１／２の位置ｂに焦点があっ
ているものとする（ピーク光強度の最大となる焦点位置
が膜厚の１／２に位置する）。Next, the pattern shape of the photosensitive resin at each phase difference will be described based on the focus characteristics obtained from this light intensity distribution. FIG. 7 shows the exposure state and pattern shape of the photosensitive resin when the phase difference is 180 °. here,
As shown in FIG. 3A, it is assumed that the focus is on a position b that is half the film thickness of the photosensitive resin 11 formed on the semiconductor substrate 10 (the focus at which the peak light intensity is maximum). The position is located at ½ of the film thickness).
【００３９】このときの感光性樹脂１１内の焦点位置に
よる光強度分布の変化を図７（Ｂ）〜（Ｄ）に示す。す
なわち、図７（Ｂ）は同図（Ａ）に示す状態で位相差１
８０°の場合の感光性樹脂１１が露光されているときの
ａで示す感光性樹脂１１の表面から１／４程度の膜厚に
おける光強度分布を示し、同図（Ｃ）は同図（Ａ）にｂ
で示す感光性樹脂１１の膜厚中央における光強度分布を
示し、更に同図（Ｄ）は同図（Ａ）にｃで示す感光性樹
脂１１の表面から３／４程度の膜厚における光強度分布
を示す。7B to 7D show changes in the light intensity distribution depending on the focal position in the photosensitive resin 11 at this time. That is, FIG. 7B shows the phase difference 1 in the state shown in FIG.
When the photosensitive resin 11 is exposed at 80 °, the light intensity distribution is shown at a film thickness of about ¼ from the surface of the photosensitive resin 11 indicated by a, and FIG. ) To b
Shows the light intensity distribution in the center of the film thickness of the photosensitive resin 11, and FIG. 7D shows the light intensity at a film thickness of about 3/4 from the surface of the photosensitive resin 11 shown by c in FIG. The distribution is shown.
【００４０】位相差１８０°の場合、図７（Ｃ）に示す
感光性樹脂１１の膜厚中央位置ｂでピーク光強度が最大
となると同時に、光強度から見たパターン寸法も最大と
なる。そして、同図（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、感
光性樹脂１１内で焦点がずれるに従い、光強度から見た
パターン寸法は小さくなる。しかし、感光性樹脂１１を
露光後現像して得られる感光性樹脂１１のパターンは、
現像が感光性樹脂１１の表面から進む現象であるため、
光強度分布通りにはパターンは形成されず、図７（Ｅ）
に示すように、開口されるコンタクトホールは若干順テ
ーパ形状の断面形状となる。When the phase difference is 180 °, the peak light intensity is maximized at the film thickness center position b of the photosensitive resin 11 shown in FIG. 7C, and at the same time, the pattern size viewed from the light intensity is also maximized. Then, as shown in FIGS. 9B and 9D, as the focus shifts in the photosensitive resin 11, the pattern size seen from the light intensity becomes smaller. However, the pattern of the photosensitive resin 11 obtained by developing the photosensitive resin 11 after exposure is
Since the development is a phenomenon that progresses from the surface of the photosensitive resin 11,
The pattern is not formed according to the light intensity distribution.
As shown in FIG. 6, the opened contact hole has a slightly forward tapered cross-sectional shape.
【００４１】次に、図８は位相差１９０°の場合の、感
光性樹脂の露光状態及びパターン形状を示す。同図
（Ａ）に示すように、半導体基板１０上に形成された感
光性樹脂１１の膜厚の１／２の位置ｂに焦点があってい
るものとしたときの（ピーク光強度の最大となる焦点位
置が膜厚の１／２に位置する）、感光性樹脂１１内の焦
点位置による光強度分布の変化を図８（Ｂ）〜（Ｄ）に
示す。Next, FIG. 8 shows the exposure state and pattern shape of the photosensitive resin when the phase difference is 190 °. As shown in FIG. 7A, when the focus is on a position b which is ½ of the film thickness of the photosensitive resin 11 formed on the semiconductor substrate 10 (maximum peak light intensity is 8B to 8D show changes in the light intensity distribution depending on the focus position in the photosensitive resin 11).
【００４２】すなわち、図８（Ｂ）は同図（Ａ）に示す
状態で位相差１９０°の場合の感光性樹脂１１が露光さ
れているときのａで示す感光性樹脂１１の表面から１／
４程度の膜厚における光強度分布を示し、同図（Ｃ）は
同図（Ａ）にｂで示す感光性樹脂１１の膜厚中央におけ
る光強度分布を示し、更に同図（Ｄ）は同図（Ａ）にｃ
で示す感光性樹脂１１の表面から３／４程度の膜厚にお
ける光強度分布を示す。That is, FIG. 8 (B) shows 1 / from the surface of the photosensitive resin 11 indicated by a when the photosensitive resin 11 is exposed when the phase difference is 190 ° in the state shown in FIG. 8 (A).
4 shows a light intensity distribution at a film thickness of about 4, a light intensity distribution in the center of the film thickness of the photosensitive resin 11 shown by b in FIG. C in the figure (A)
3 shows a light intensity distribution in a film thickness of about 3/4 from the surface of the photosensitive resin 11 shown in FIG.
【００４３】位相差１９０°の場合、図８（Ｃ）に示す
感光性樹脂１１の膜厚中央位置ｂでピーク光強度が最大
となっても、同図（Ｄ）に示すように光強度分布は感光
性樹脂１１の下側の位置ｃで拡がり、光強度から見たパ
ターン寸法は大きくなる。その反対に、同図（Ｂ）に示
すように、感光性樹脂１１の上側の位置ａでは光強度的
にパターン寸法がより小さくなる。よって、このような
光強度分布で露光した感光性樹脂１１を現像すると、同
図（Ｅ）に示すように、感光性樹脂１１のパターンは、
垂直な断面形状のパターンが開口される。When the phase difference is 190 °, even if the peak light intensity becomes maximum at the film thickness center position b of the photosensitive resin 11 shown in FIG. 8C, the light intensity distribution as shown in FIG. 8D is obtained. Spreads at the position c on the lower side of the photosensitive resin 11, and the pattern size seen from the light intensity increases. On the contrary, as shown in FIG. 3B, the pattern size becomes smaller in the light intensity at the position a above the photosensitive resin 11. Therefore, when the photosensitive resin 11 exposed with such a light intensity distribution is developed, the pattern of the photosensitive resin 11 becomes as shown in FIG.
A vertical cross-section pattern is opened.
【００４４】また、図９は位相差１７０°の場合の、感
光性樹脂の露光状態及びパターン形状を示す。同図
（Ａ）に示すように、半導体基板１０上に形成された感
光性樹脂１１の膜厚の１／２の位置ｂに焦点があってい
るものとしたときの（ピーク光強度の最大となる焦点位
置が膜厚の１／２に位置する）、感光性樹脂１１内の焦
点位置による光強度分布の変化を図９（Ｂ）〜（Ｄ）に
示す。FIG. 9 shows the exposure state and pattern shape of the photosensitive resin when the phase difference is 170 °. As shown in FIG. 7A, when the focus is on a position b which is ½ of the film thickness of the photosensitive resin 11 formed on the semiconductor substrate 10 (maximum peak light intensity is 9B to 9D show changes in the light intensity distribution depending on the focal position in the photosensitive resin 11).
【００４５】すなわち、図９（Ｂ）は同図（Ａ）に示す
状態で位相差１７０°の場合の感光性樹脂１１が露光さ
れているときのａで示す感光性樹脂１１の表面から１／
４程度の膜厚における光強度分布を示し、同図（Ｃ）は
同図（Ａ）にｂで示す感光性樹脂１１の膜厚中央におけ
る光強度分布を示し、更に同図（Ｄ）は同図（Ａ）にｃ
で示す感光性樹脂１１の表面から３／４程度の膜厚にお
ける光強度分布を示す。That is, FIG. 9 (B) shows 1 / from the surface of the photosensitive resin 11 indicated by a when the photosensitive resin 11 is exposed in the state shown in FIG. 9 (A) when the phase difference is 170 °.
4 shows a light intensity distribution at a film thickness of about 4, a light intensity distribution in the center of the film thickness of the photosensitive resin 11 shown by b in FIG. C in the figure (A)
3 shows a light intensity distribution in a film thickness of about 3/4 from the surface of the photosensitive resin 11 shown in FIG.
【００４６】位相差１７０°の場合、図９（Ｃ）に示す
感光性樹脂１１の膜厚中央位置ｂでピーク光強度が最大
となっても、同図（Ｂ）に示すように光強度分布は感光
性樹脂１１の上側の位置ａで拡がり、光強度から見たパ
ターン寸法は大きくなる。その反対に、同図（Ｄ）に示
すように、感光性樹脂１１の下側の位置ｃでは光強度的
にパターン寸法がより小さくなる。When the phase difference is 170 °, even if the peak light intensity becomes maximum at the film thickness center position b of the photosensitive resin 11 shown in FIG. 9C, the light intensity distribution as shown in FIG. 9B is obtained. Spreads at a position a on the upper side of the photosensitive resin 11, and the pattern size seen from the light intensity becomes large. On the contrary, as shown in FIG. 3D, the pattern size becomes smaller in the light intensity at the position c below the photosensitive resin 11.
【００４７】よって、このような感光性樹脂１１の上部
ほど広く開口されるような光強度分布で露光された感光
性樹脂１１を現像すると、同図（Ｅ）に示すように、感
光性樹脂１１のパターンは、より上部が大きく開口さ
れ、大きくテーパのついた断面形状のパターンが得られ
る。Therefore, when the photosensitive resin 11 exposed with a light intensity distribution such that the upper portion of the photosensitive resin 11 is widened is developed, the photosensitive resin 11 is exposed as shown in FIG. With respect to the pattern (1), the upper portion has a large opening, and a pattern having a cross section with a large taper is obtained.
【００４８】従って、図７〜図９から分かるように、感
光性樹脂１１に形成されるコンタクトホールの断面形状
は、位相差が１８０°より大きい方がより垂直となり、
寸法精度も向上することが分かる。Therefore, as can be seen from FIGS. 7 to 9, the sectional shape of the contact hole formed in the photosensitive resin 11 becomes more vertical when the phase difference is larger than 180 °,
It can be seen that the dimensional accuracy is also improved.
【００４９】次に、フォーカス特性について図１０と共
に説明する。感光性樹脂の膜厚内でのデフォーカス（焦
点ずれ）の影響により、フォーカス特性は図１０に示す
ように位相エラーの”＋”と”−”とで正反対とはなら
ない。すなわち、位相エラーが”＋”、すなわち位相差
が１８０°より大であるときにはパターンが解像する焦
点位置の範囲のシフトは小さく、フォーカス特性の曲線
も図１０に曲線VIIIで示すように、位相エラーが”０”
の時の特性VIIに比し、僅かにしか傾斜しない。Next, the focus characteristic will be described with reference to FIG. Due to the effect of defocus (defocus) within the film thickness of the photosensitive resin, the focus characteristics are not the opposite between "+" and "-" of the phase error as shown in FIG. That is, when the phase error is “+”, that is, when the phase difference is larger than 180 °, the shift of the focus position range in which the pattern is resolved is small, and the curve of the focus characteristic is as shown by the curve VIII in FIG. The error is "0"
In comparison with the characteristic VII at the time of, it inclines only slightly.
【００５０】一方、位相エラーが”−”、すなわち位相
差が１８０°より小であるときには、パターンが解像す
る焦点位置の範囲のシフトが大きく、”＋”方向にシフ
トし、フォーカス特性の曲線も図１０に曲線IXで示すよ
うに、位相エラーが”０”の時の特性VIIに比し、大き
く傾斜する。On the other hand, when the phase error is "-", that is, when the phase difference is smaller than 180 °, the shift of the focus position range where the pattern is resolved is large, and the shift is in the "+" direction, and the curve of the focus characteristic is shown. Also, as shown by the curve IX in FIG. 10, the slope is greatly inclined as compared with the characteristic VII when the phase error is "0".
【００５１】よって、本実施例のハーフトーン方式の位
相シフトマスクにおいては、図２〜図１０より位相差を
１８０°より僅かに大きめに設定し、マスク面内、マス
ク間の位相差のばらつきを考慮しても、”−”の位相エ
ラーが生じないように設定した、図１の構成とすること
により、安定した、かつ、精度の良いパターン形成が可
能となる。ただし、位相差が１８０°より大きくずれる
と、位相シフト法の効果自体がなくなるため、位相差は
１８５°±４°の範囲で制御することが望ましい。Therefore, in the halftone phase shift mask of this embodiment, the phase difference is set slightly larger than 180 ° from FIGS. Even in consideration, the configuration shown in FIG. 1 which is set so that the "-" phase error does not occur enables stable and accurate pattern formation. However, if the phase difference deviates more than 180 °, the effect of the phase shift method itself disappears, so it is desirable to control the phase difference within the range of 185 ° ± 4 °.
【００５２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図１１（Ａ）及び（Ｂ）は本発明になる位相シフト
マスクの第２実施例の平面図及び縦断面図を示す。同図
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、石英製の透明基板１上
に半透明膜１２が中央の所定の大きさの矩形部分を除い
て形成され、半透明膜１２が存在しない透明基板１のみ
の透明領域３と、透明基板１上に半透明膜１２が形成さ
れている半透明領域１４とよりなるパターンが形成され
ている。Next, a second embodiment of the present invention will be described. 11A and 11B are a plan view and a vertical sectional view of a second embodiment of the phase shift mask according to the present invention. As shown in FIGS. 3A and 3B, a semitransparent film 12 is formed on a transparent substrate 1 made of quartz except for a rectangular portion having a predetermined size in the center, and the semitransparent film 12 is not present. A pattern composed of a transparent region 3 of only the substrate 1 and a semitransparent region 14 in which a semitransparent film 12 is formed on the transparent substrate 1 is formed.
【００５３】半透明膜１２はこの位相シフトマスクの透
過率を所定の一定値（３％〜２０％の範囲が望ましい）
にすると共に、１７９°以下（１５０°〜１７９°の範
囲が望ましい）の位相差を与える。ここでは、一例とし
て露光装置の露光光はｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）と
し、半透明膜１２は１１６５Åの膜厚のＣｒＯＮよりな
り、半透明領域１４の透過率Ｔを８．６％（透明領域３
の透過率Ｔは１００％）とし、かつ、半透明膜１２を透
過する光と透過しない光に１７５°の位相差を生じさせ
ているものとする。The semi-transparent film 12 has a predetermined constant value (preferably in the range of 3% to 20%) for the transmittance of this phase shift mask.
And a phase difference of 179 ° or less (preferably in the range of 150 ° to 179 °). Here, as an example, the exposure light of the exposure apparatus is i-line (wavelength λ = 365 nm), the semitransparent film 12 is made of CrON having a film thickness of 1165Å, and the transmissivity T of the semitransparent region 14 is 8.6% (transparent). Area 3
The transmittance T is 100%), and a phase difference of 175 ° is generated between the light that passes through the semitransparent film 12 and the light that does not pass through.
【００５４】前述したように、位相エラーが”−”の際
には焦点位置変化によるパターン寸法変化が大きい。し
かし、半導体素子のコンタクトホールには、開口してさ
えいれば寸法精度は問題としない場合も多い。パターン
寸法精度を問題としなければ、単純にコンタクトホール
が開口する焦点範囲は位相エラーが”−”の場合の方が
より広くとれることは前述した通りである。そこで、本
実施例では、位相差を１７９°以下とすることにより、
開口範囲をより拡大した構成としたものである。As described above, when the phase error is "-", the pattern dimension change due to the focus position change is large. However, in many cases, the dimensional accuracy does not matter as long as the contact hole of the semiconductor element is opened. As described above, if the pattern dimension accuracy is not a problem, the focal range in which the contact hole is simply opened can be wider when the phase error is "-". Therefore, in this embodiment, by setting the phase difference to 179 ° or less,
The configuration is such that the opening range is further expanded.
【００５５】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。一般的に、コンタクトホールのリソグラフィ工程に
おいては、下地基板である半導体基板上には１μｍ以上
の厚い膜厚の二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の絶縁膜が
形成されている。よって、このような厚い透明膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）の影響等により、通常マスク及び位相差１８０°
の位相シフトのフォーカス特性は傾斜してしまう。そこ
で、本実施例では更に積極的に位相エラーを与えること
により、フォーカス特性を向上させるものである。Next, a third embodiment of the present invention will be described. Generally, in a contact hole lithography process, an insulating film such as silicon dioxide (SiO 2 ) having a thick film thickness of 1 μm or more is formed on a semiconductor substrate which is a base substrate. Therefore, such a thick transparent film (Si
Due to the influence of O 2 ) etc., a normal mask and a phase difference of 180 °
The focus characteristic of the phase shift of is tilted. Therefore, in the present embodiment, the focus characteristic is improved by more positively providing the phase error.
【００５６】このことについて更に説明するに、まず、
図１２に示すように、位相差が異なる複数の位相シフト
マスク（位相差１７０°、１７５°、１８０°、１８５
°、１９０°）のそれぞれについて、フォーカス特性
（コンタクトホール寸法対焦点位置特性）をシミュレー
ションにより求める。ここでは、一般性を持たせるた
め、実際の半導体基板ではなくシリコン基板上でフォー
カス特性を求めている。To explain this further, first,
As shown in FIG. 12, a plurality of phase shift masks having different phase differences (phase differences 170 °, 175 °, 180 °, 185).
The focus characteristic (contact hole size versus focus position characteristic) is obtained by simulation for each of 90 ° and 190 °. Here, in order to have generality, the focus characteristics are obtained on the silicon substrate instead of the actual semiconductor substrate.
【００５７】続いて、各位相差でのフォーカス特性の傾
きＳを Ｓ＝Ｆ+0.5−Ｆ-0.5 なる式に基づいて求める。ここで、Ｆ+0.5は焦点位置＋
０．５μｍでのコンタクトホール寸法、Ｆ-0.5は焦点位
置−０．５μｍでのコンタクトホール寸法である。Subsequently, the slope S of the focus characteristic at each phase difference is obtained based on the equation S = F + 0.5 -F- 0.5 . Here, F +0.5 is the focus position +
The contact hole size is 0.5 μm, and F −0.5 is the contact hole size at the focus position −0.5 μm.
【００５８】図１３は上記のようにして求めたフォーカ
ス特性を示す。同図中、縦軸は上式で与えられるフォー
カス特性の傾きＳ、横軸は位相シフトマスクの位相差を
示す。同図に示すように、位相シフトマスクの位相差が
１８０°のときにはフォーカス特性の傾きＳが”０”、
位相差が１８０°より小さいときにはフォーカス特性の
傾きＳが”＋”であり、位相差が１８０°より大きいと
きにはフォーカス特性の傾きＳは”−”となる。ここ
で、このフォーカス特性は、露光条件はもとより、コン
タクトホール寸法及びそのパターンレイアウトにも依存
する。FIG. 13 shows the focus characteristics obtained as described above. In the figure, the vertical axis represents the slope S of the focus characteristic given by the above equation, and the horizontal axis represents the phase difference of the phase shift mask. As shown in the figure, when the phase difference of the phase shift mask is 180 °, the slope S of the focus characteristic is “0”,
When the phase difference is smaller than 180 °, the slope S of the focus characteristic is “+”, and when the phase difference is larger than 180 °, the slope S of the focus characteristic is “−”. Here, this focus characteristic depends not only on the exposure conditions but also on the contact hole size and its pattern layout.
【００５９】続いて、実際に位相差１８０°のハーフト
ーン方式の位相シフトマスクを用いて、実際の半導体基
板上でのフォーカス特性を測定する。そして、その測定
フォーカス特性の傾きＳが図１４に示すように、傾斜し
ている場合は、この傾斜に相当する位相エラーを、正負
を反転して付加する。Then, an actual focus characteristic on the semiconductor substrate is measured by using a halftone type phase shift mask having a phase difference of 180 °. Then, when the slope S of the measured focus characteristic is tilted as shown in FIG. 14, the phase error corresponding to this tilt is added by inverting the positive and negative signs.
【００６０】例えば、フォーカス特性の傾きＳが”−６
°”の位相エラーの影響に相当するときには、反対に”
＋６°”の位相エラーを与え、位相差を１８６°とした
位相シフトマスクを作成する。この位相差１８６°の位
相シフトマスクにより、本来のフォーカス特性の傾きを
打ち消し、平坦なフォーカス特性が得られるようにな
り、寸法精度が向上する。なお、ここで位相差１８０°
の位相シフトマスクのフォーカス特性は、投影レンズの
収差等が測定可能であれば、シミュレーションにより求
めても良い。For example, the slope S of the focus characteristic is "-6".
On the contrary, when it is equivalent to the influence of the phase error of “°”
A phase shift mask having a phase difference of 186 ° is created by giving a phase error of + 6 ° ”. The phase shift mask having a phase difference of 186 ° cancels the original inclination of the focus characteristic to obtain a flat focus characteristic. The phase difference is 180 ° here.
The focus characteristic of the phase shift mask may be obtained by simulation as long as the aberration of the projection lens can be measured.
【００６１】次に、本発明になる位相差測定方法の第１
実施例について図１５の各種特性図と共に説明する。な
お、ここでも以上の実施例と同様に、露光装置はＮＡ＝
０．６、σ＝０．３のｉ線ステッパで、マスクはハーフ
トーン方式の位相シフトマスクで、パターンは０．３５
μｍコンタクトホール、マスクバイアス０．０５μｍ
（直径）とする。Next, the first method of measuring the phase difference according to the present invention will be described.
An example will be described with reference to various characteristic diagrams of FIG. Here, as in the above embodiment, the exposure apparatus is NA =
An i-line stepper of 0.6 and σ = 0.3, a mask is a halftone phase shift mask, and a pattern of 0.35.
μm contact hole, mask bias 0.05μm
(Diameter).
【００６２】まず、図１５（Ａ）に示すように、位相差
が異なる複数の位相シフトマスクのそれぞれについて、
フォーカス特性（コンタクトホール寸法対焦点位置特
性）をシミュレーションにより求める。ここでは、位相
差１８０°を中心に±５°ステップで±１０°の範囲で
（すなわち、位相差１７０°、１７５°、１８０°、１
８５°、１９０°）フォーカス特性を求めている。First, as shown in FIG. 15A, for each of a plurality of phase shift masks having different phase differences,
The focus characteristics (contact hole size vs. focus position characteristics) are obtained by simulation. Here, in a range of ± 10 ° in steps of ± 5 ° around the phase difference of 180 ° (that is, the phase difference of 170 °, 175 °, 180 °, 1
(85 °, 190 °) Focus characteristics are required.
【００６３】次に、各位相差でのフォーカス特性の傾き
Ｓを前記した式に基づいて求める。図１５（Ｂ）はこの
ようにして求めたフォーカス特性を示す。同図中、縦軸
はフォーカス特性の傾きＳ、横軸は位相シフトマスクの
位相差を示す。同図に示すように、位相シフトマスクの
位相差が１８０°のときにはフォーカス特性の傾きＳ
が”０”、位相差が１８０°より小さいときにはフォー
カス特性の傾きＳが”＋”であり、位相差が１８０°よ
り大きいときにはフォーカス特性の傾きＳは”−”とな
る。ここで、このフォーカス特性は、露光条件はもとよ
り、コンタクトホール寸法及びそのパターンレイアウト
にも依存する。Next, the slope S of the focus characteristic at each phase difference is calculated based on the above equation. FIG. 15B shows the focus characteristic thus obtained. In the figure, the vertical axis represents the focus characteristic gradient S, and the horizontal axis represents the phase difference of the phase shift mask. As shown in the figure, when the phase difference of the phase shift mask is 180 °, the slope S of the focus characteristic
Is “0” and the phase difference S is smaller than 180 °, the slope S of the focus characteristic is “+”, and when the phase difference is larger than 180 °, the slope S of the focus characteristic is “−”. Here, this focus characteristic depends not only on the exposure conditions but also on the contact hole size and its pattern layout.
【００６４】続いて、実際に位相差を測定しようとする
位相シフトマスクを用いて露光を行い、フォーカス特性
を測定する。図１５（Ｃ）はこの実際に測定したフォー
カス特性の一例を示す。そして、最後に、図１５（Ｄ）
に示すように、同図（Ｂ）に示したフォーカス特性に、
同図（Ｃ）に示したフォーカス特性の傾きＳを比較し、
そのときの位相差（同図（Ｄ）の横軸）の値を求める。Then, exposure is performed by using a phase shift mask for actually measuring the phase difference, and the focus characteristic is measured. FIG. 15C shows an example of this actually measured focus characteristic. And finally, FIG. 15 (D)
As shown in, the focus characteristics shown in FIG.
By comparing the slopes S of the focus characteristics shown in FIG.
The value of the phase difference (horizontal axis in FIG. 7D) at that time is obtained.
【００６５】なお、図１５ではフォーカス特性を表すパ
ラメータとして傾きＳを用いたが、これに代わる他のパ
ラメータとして、例えば解像する焦点位置範囲あるいは
その中心値等を用いることも考えられる。しかし、位相
エラーに最も影響されるのは、フォーカス特性の傾きＳ
であるため、上記実施例のようにフォーカス特性の傾き
Ｓを用いた方が、位相エラーの測定精度が得られる。Although the slope S is used as the parameter representing the focus characteristic in FIG. 15, it is also conceivable to use, for example, the focus position range to be resolved or its center value as another parameter in place of this. However, the phase error is most affected by the slope S of the focus characteristic.
Therefore, using the slope S of the focus characteristic as in the above-described embodiment provides the measurement accuracy of the phase error.
【００６６】本実施例によれば、従来困難であった実際
のパターンでの位相差測定ができる。また、従来の測定
装置では困難であった、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１
９３ｎｍ）あるいはＸ線のような短波長の光源に対する
位相シフトマスクの位相差も測定できるという利点があ
る。According to this embodiment, it is possible to measure the phase difference in the actual pattern, which was difficult in the past. In addition, ArF excimer laser (λ = 1
(93 nm) or a short-wavelength light source such as X-ray, the phase difference of the phase shift mask can be measured.
【００６７】なお、シミュレーションにより求めた、各
位相差でのフォーカス特性の曲線は、実験により求めて
も良い。すなわち、位相差を意図的に１８０°を中心に
±２°ステップで±１０°の範囲で変化させた複数のマ
スクを用い、実験的にフォーカス特性を求めておいても
同様の効果が得られる。The curve of the focus characteristic at each phase difference obtained by simulation may be obtained by experiment. In other words, the same effect can be obtained by experimentally obtaining the focus characteristics by using a plurality of masks in which the phase difference is intentionally changed in the range of ± 2 ° in steps of ± 2 ° around 180 °. .
【００６８】次に、本発明になる位相差測定方法の第２
実施例について図１６と共に説明する。まず、実際のマ
スクパターンを用い、シミュレーションにより各位相差
毎のサイドローブ（メインパターンの回りにできる２次
ピークによる膜べり）の転写性を求める。図１６（Ａ）
はこのサイドローブの転写性特性を示す図で、縦軸が焦
点位置、横軸が位相シフトマスクの位相差を示してお
り、ここでは位相差１８０°を中心に±５°ステップで
±１０°の範囲で（すなわち、位相差１７０°、１７５
°、１８０°、１８５°、１９０°）サイドローブの転
写性特性を求めている。Next, the second phase difference measuring method according to the present invention will be described.
An example will be described with reference to FIG. First, by using an actual mask pattern, the transferability of side lobes (film slip due to secondary peaks around the main pattern) for each phase difference is obtained by simulation. FIG. 16 (A)
Is a diagram showing the transferability characteristic of this side lobe, where the vertical axis represents the focal position and the horizontal axis represents the phase difference of the phase shift mask. Here, the phase difference is 180 °, and the phase difference is ± 10 ° in ± 5 ° steps. (That is, phase difference 170 °, 175
, 180 °, 185 °, 190 °) side lobe transfer characteristics.
【００６９】同図（Ａ）に示すように、サイドローブは
位相エラーが”＋”の場合、すなわち、位相差が１８０
°より大であるときには転写され易くなり、その転写さ
れる焦点範囲は拡がり、また、”＋”方向にシフトす
る。位相エラーが”０”のときには、サイドローブが転
写される焦点範囲は最も狭くなる。また、位相エラー
が”−”、すなわち位相差が１８０°より小であるとき
には、サイドローブ転写範囲が多少拡がると共に”−”
方向にシフトする。As shown in FIG. 9A, the side lobes have a phase error of "+", that is, a phase difference of 180.
When it is larger than °, the image is easily transferred, the range of the transferred focus is expanded, and the image is shifted in the "+" direction. When the phase error is "0", the focus range where the side lobes are transferred is the narrowest. Further, when the phase error is "-", that is, when the phase difference is smaller than 180 °, the side lobe transfer range is slightly expanded and "-".
Shift in the direction.
【００７０】次に、位相差を測定しようとする位相シフ
トマスクを用いて露光を実際に行い、サイドローブの転
写される焦点位置を光学顕微鏡により測定する。図１６
（Ｂ）の黒丸はこの実際に測定したサイドローブの転写
される焦点位置を、また実線は焦点範囲を示す。Next, exposure is actually performed using the phase shift mask for measuring the phase difference, and the focal position where the side lobes are transferred is measured by the optical microscope. FIG.
The black circles in (B) show the focal position where the side lobes actually measured are transferred, and the solid line shows the focal range.
【００７１】そして最後に、図１６（Ｃ）に示すよう
に、シミュレーションにより求めた同図（Ａ）に示した
サイドローブの転写性特性と同図（Ｂ）に示した実際の
サイドローブの転写性を比較し、そのときの横軸の値か
ら位相差を求める。Finally, as shown in FIG. 16C, the transferability characteristics of the side lobes shown in FIG. 16A and the actual sidelobe transfer shown in FIG. 16B obtained by simulation. The characteristics are compared, and the phase difference is obtained from the value on the horizontal axis at that time.
【００７２】本実施例によれば、解像特性のうち特に感
光性樹脂の表面に形成されるサイドローブの像に注目す
ることにより、光学顕微鏡による観察のみで位相差が測
定できるという利点を有する。According to this embodiment, by paying attention to the side lobe image formed on the surface of the photosensitive resin among the resolution characteristics, the phase difference can be measured only by observation with an optical microscope. .
【００７３】なお、シミュレーションにより求めた各位
相差でのフォーカス特性の曲線は、実験により求めても
良い、例えば、位相差を意図的に１８０°を中心に±２
°ステップで±１０°の範囲で変化させた複数のマスク
を用い、実験的にフォーカス特性を求めておいても同様
の効果が得られる。The curve of the focus characteristic at each phase difference obtained by simulation may be obtained by experiment, for example, the phase difference is intentionally ± 2 with 180 ° as the center.
The same effect can be obtained even if the focus characteristics are experimentally obtained by using a plurality of masks changed in the range of ± 10 ° in ° steps.
【００７４】なお、以上の実施例ではハーフトーン方式
の位相シフトマスク及びその位相差測定方法について説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、透
明基板上に遮光膜と透明膜とがそれぞれ部分的に形成さ
れた投影露光装置用のフォトマスクで、前記透明基板の
みを光が透過する第１の透明領域と、透明基板及び透明
膜をそれぞれ光が透過する投影露光装置の限界解像度以
下の第２の透明領域と、遮光領域とからなるパターンを
有する位相シフトマスク、例えば補助パターン方式ある
いはリム方式の他の方式の位相シフトマスク及びその位
相差測定方法にも適用できるものである。Although the halftone phase shift mask and the phase difference measuring method thereof have been described in the above embodiments, the present invention is not limited to this, and a light shielding film and a transparent film are formed on a transparent substrate. Are partially formed photomasks for a projection exposure apparatus, wherein a first transparent region in which light is transmitted only through the transparent substrate and a limit resolution of the projection exposure apparatus in which light is transmitted through the transparent substrate and the transparent film, respectively. The present invention can also be applied to the following phase shift mask having a pattern composed of a second transparent area and a light shielding area, for example, a phase shift mask of another method such as an auxiliary pattern method or a rim method, and a phase difference measuring method thereof.
【００７５】[0075]
【発明の効果】以上説明したように、本発明位相シフト
マスクによれば、位相差１８１°〜２１０°の範囲内の
値とすることにより、感光性樹脂の膜厚中央位置でピー
ク光強度が最大となっても、光強度分布が感光性樹脂の
半導体基板側の位置で拡がり、かつ、感光性樹脂の表面
側の位置では光強度分布が狭くなるようにすることによ
り、このような光強度分布で露光した感光性樹脂を現像
すると、感光性樹脂のパターンは、垂直な断面形状のパ
ターンを開口できる。すなわち、本発明によれば、位相
エラーの変動によるフォーカス特性の変動を低減し、安
定したパターン形成ができる。As described above, according to the phase shift mask of the present invention, when the phase difference is set to a value within the range of 181 ° to 210 °, the peak light intensity at the center position of the film thickness of the photosensitive resin is increased. Even at the maximum, the light intensity distribution is widened at the position of the photosensitive resin on the semiconductor substrate side, and the light intensity distribution is narrowed at the position on the surface side of the photosensitive resin. When the photosensitive resin exposed by the distribution is developed, the pattern of the photosensitive resin can be opened in a pattern having a vertical sectional shape. That is, according to the present invention, it is possible to reduce the fluctuation of the focus characteristic due to the fluctuation of the phase error and to form a stable pattern.
【００７６】また、本発明になる位相シフトマスクによ
れば、位相差を１５０°〜１７９°の範囲内の値とする
ことにより、感光性樹脂の膜厚中央位置でピーク光強度
が最大となっても、光強度分布は感光性樹脂の表面側の
位置で拡がり、光強度から見たパターン寸法は大きくな
り、かつ、感光性樹脂の半導体基板側の位置では光強度
的にパターン寸法がより小さくなるようにしたため、こ
のような光強度分布で露光した感光性樹脂を現像する
と、感光性樹脂の上部が大きく開口され、大きくテーパ
のついた断面形状のパターンを得ることができ、よっ
て、寸法精度は問題としないコンタクトホールの開口に
好適である。Further, according to the phase shift mask of the present invention, by setting the phase difference to a value within the range of 150 ° to 179 °, the peak light intensity becomes maximum at the central position of the film thickness of the photosensitive resin. However, the light intensity distribution spreads at the position on the surface side of the photosensitive resin, the pattern size seen from the light intensity becomes large, and the pattern size becomes smaller at the position of the photosensitive resin on the semiconductor substrate side in terms of light intensity. Therefore, when the photosensitive resin exposed with such a light intensity distribution is developed, the upper portion of the photosensitive resin is largely opened, and a pattern with a greatly tapered cross-sectional shape can be obtained. Is suitable for opening contact holes that do not pose a problem.
【００７７】また、本発明になる位相差測定方法では、
位相差がフォーカス特性及びパターン形状に大きく影響
することを逆に利用し、フォーカス特性及びパターン形
状より、あるいは感光性樹脂の表面に形成されるサイド
ローブの転写性特性に注目することにより、位相差を測
定するようにしたため、従来困難であった実際の微細パ
ターンでの位相差測定ができ、かつ、ＡｒＦエキシマレ
ーザやＸ線等の短波長の露光光にも対応できる。更に、
感光性樹脂の表面に形成されるサイドローブの転写性か
ら位相差を測定する方法では、光学顕微鏡による観察に
より容易に位相差を測定できる。In the phase difference measuring method according to the present invention,
By conversely utilizing the fact that the phase difference greatly affects the focus characteristics and the pattern shape, and focusing on the transfer characteristics of the side lobes formed on the surface of the photosensitive resin, rather than the focus characteristics and the pattern shape, the phase difference Therefore, it is possible to measure the phase difference in the actual fine pattern, which was difficult in the past, and it is possible to deal with exposure light of short wavelength such as ArF excimer laser or X-ray. Furthermore,
In the method of measuring the phase difference from the transferability of the side lobes formed on the surface of the photosensitive resin, the phase difference can be easily measured by observation with an optical microscope.
【図１】本発明の位相シフトマスクの第１実施例の平面
図及び縦断面図である。FIG. 1 is a plan view and a vertical sectional view of a first embodiment of a phase shift mask of the present invention.
【図２】位相差１７０°の位相シフトマスク使用時のコ
ンタクトホールの光強度分布を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a light intensity distribution of a contact hole when a phase shift mask having a phase difference of 170 ° is used.
【図３】位相差１８０°の位相シフトマスク使用時のコ
ンタクトホールの光強度分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a light intensity distribution of a contact hole when a phase shift mask having a phase difference of 180 ° is used.
【図４】位相差１９０°の位相シフトマスク使用時のコ
ンタクトホールの光強度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a light intensity distribution of a contact hole when a phase shift mask having a phase difference of 190 ° is used.
【図５】複数の位相シフトマスク使用時のコンタクトホ
ール中央のピーク光強度と焦点位置の関係を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a peak light intensity at a center of a contact hole and a focus position when a plurality of phase shift masks are used.
【図６】複数の位相シフトマスク使用時のパターン寸法
と焦点位置の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a pattern size and a focus position when a plurality of phase shift masks are used.
【図７】位相差１８０°の場合の感光性樹脂の露光状態
及びパターン形状説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of an exposure state and a pattern shape of the photosensitive resin when the phase difference is 180 °.
【図８】位相差１９０°の場合の感光性樹脂の露光状態
及びパターン形状説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an exposure state and a pattern shape of the photosensitive resin when the phase difference is 190 °.
【図９】位相差１７０°の場合の感光性樹脂の露光状態
及びパターン寸法形状説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of an exposure state and a pattern dimension and shape of the photosensitive resin when the phase difference is 170 °.
【図１０】位相エラーによるフォーカス特性の変化を示
す図である。FIG. 10 is a diagram showing a change in focus characteristic due to a phase error.
【図１１】本発明の位相シフトマスクの第２実施例の平
面図及び縦断面図である。FIG. 11 is a plan view and a vertical sectional view of a second embodiment of the phase shift mask of the present invention.
【図１２】位相エラーとフォーカス特性の関係を示す図
である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a phase error and a focus characteristic.
【図１３】位相エラーとフォーカス特性の傾きの関係を
示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a phase error and a tilt of a focus characteristic.
【図１４】本発明の位相シフトマスクの第３実施例の位
相差設定方法説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a phase difference setting method of the third embodiment of the phase shift mask of the present invention.
【図１５】本発明方法の第１実施例の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of the first embodiment of the method of the present invention.
【図１６】本発明方法の第２実施例の説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram of a second embodiment of the method of the present invention.
【図１７】従来のシフトマスクの各例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing each example of a conventional shift mask.
【図１８】従来のシフトマスクの他の各例を示す図であ
る。FIG. 18 is a diagram showing another example of a conventional shift mask.
【図１９】従来の位相差測定方法の一例を説明する図で
ある。FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a conventional phase difference measuring method.
１ 透明基板 ２、１２ 半透明膜 ３ 透明領域 ４、１４ 半透明領域 １０ 半導体基板 １１ 感光性樹脂 Ｓ フォーカス特性の傾き 1 Transparent Substrate 2, 12 Semi-Transparent Film 3 Transparent Area 4, 14 Semi-Transparent Area 10 Semiconductor Substrate 11 Photosensitive Resin S Gradient of Focus Characteristics
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年１０月２日[Submission date] October 2, 1995
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２６[Correction target item name] 0026
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２６】[0026]
【作用】本発明になる位相シフトマスクでは、位相差が
フォーカス特性及びパターン形状に大きく影響を及ぼす
ことに着目し、位相差１８１°〜２１０°の範囲内の値
とすることにより、感光性樹脂の膜厚中央位置でピーク
光強度が最大となっても、光強度分布が感光性樹脂の半
導体基板側の位置で拡がり、感光性樹脂の表面側の位置
では光強度分布が狭くなるようにすることができる。そ
のため、得られる感光性樹脂のパターン形状をより垂直
とできる。 In the phase shift mask according to the present invention, attention is paid to the fact that the phase difference greatly affects the focus characteristics and the pattern shape, and the phase difference is set within the range of 181 ° to 210 °. Even if the peak light intensity reaches the maximum at the center position of the film thickness, the light intensity distribution spreads at the position of the photosensitive resin on the semiconductor substrate side, and becomes narrower at the position on the surface side of the photosensitive resin. be able to. So
Therefore, the pattern shape of the resulting photosensitive resin is more vertical
Can be
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２７[Name of item to be corrected] 0027
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２７】 一方、本発明になる位相シフトマスクで
は、位相差を１５０°〜１７９°の範囲内の値とするこ
とにより、感光性樹脂の膜厚中央位置でピーク光強度が
最大となっても、光強度分布は感光性樹脂の表面側の位
置で拡がり、光強度から見たパターン寸法は大きくな
り、かつ、感光性樹脂の半導体基板側の位置では光強度
的にパターン寸法がより小さくなるようにすることがで
きる。このとき、位相差変化による感光性樹脂のパター
ン寸法の焦点位置変化を小さくできる。 On the other hand, in the phase shift mask according to the present invention, by setting the phase difference to a value within the range of 150 ° to 179 °, even if the peak light intensity is maximized at the center position of the film thickness of the photosensitive resin. , The light intensity distribution spreads at the position on the surface side of the photosensitive resin, the pattern size seen from the light intensity becomes large, and the pattern size becomes smaller at the position of the photosensitive resin on the semiconductor substrate side in terms of the light intensity. Can be At this time, the pattern of the photosensitive resin due to the phase difference change
It is possible to reduce the change in the focal position of the lens size.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４７[Correction target item name] 0047
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００４７】 よって、このような感光性樹脂１１の上
部ほど広く開口されるような光強度分布で露光された感
光性樹脂１１を現像すると、同図（Ｅ）に示すように、
感光性樹脂１１のパターンは、より上部が大きく開口さ
れ、ややテーパのついた断面形状のパターンが得られ
る。Therefore, when the photosensitive resin 11 exposed with a light intensity distribution such that the upper portion of the photosensitive resin 11 is widened is developed, as shown in FIG.
The pattern of the photosensitive resin 11 has a larger opening at the upper portion, and a slightly tapered cross-sectional pattern is obtained.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４８[Correction target item name] 0048
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００４８】 従って、図７〜図９から分かるように、
感光性樹脂１１に形成されるコンタクトホールの断面形
状は、位相差が１８０°より大きい方がより垂直となる
ことが分かる。Therefore, as can be seen from FIGS. 7 to 9,
Cross-sectional shape of the contact hole formed in the photosensitive resin 11, that Do more vertically towards the phase difference is greater than 180 °
And this can be seen.
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４９[Correction target item name] 0049
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００４９】 次に、フォーカス特性について図１０と
共に説明する。感光性樹脂の膜厚内でのデフォーカス
（焦点ずれ）の影響により、フォーカス特性は図１０に
示すように位相エラーの”＋”と”−”とで正反対とは
ならない。すなわち、位相エラーが”＋”、すなわち位
相差が１８０°より大であるときにはパターンが解像す
る焦点位置の範囲のシフトは大きく、フォーカス特性の
曲線も図１０に曲線VIIIで示すように、大きく傾斜して
しまう。Next, the focus characteristic will be described with reference to FIG. Due to the effect of defocus (defocus) within the film thickness of the photosensitive resin, the focus characteristics are not the opposite between "+" and "-" of the phase error as shown in FIG. That is, the phase error "+", i.e. large shift in the range of the focal position where the pattern is resolved when the phase difference is greater than 180 °, even curve of the focus characteristic as shown by curve VIII in FIG. 10, large Inclined
I will .
【手続補正６】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５０[Correction target item name] 0050
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００５０】 一方、位相エラーが”−”、すなわち位
相差が１８０°より小であるときには、パターンが解像
する焦点位置の範囲のシフトが小さく、１６０°以下に
なると多少”＋”方向にシフトする程度である。また、
フォーカス特性の曲線も図１０に曲線IXで示すように、
位相エラーが”０”の時の特性VIIに比し、より平坦と
することも可能である。そして、位相変化によるフォー
カス特性変化は小さい。 On the other hand, when the phase error is “−”, that is, when the phase difference is smaller than 180 °, the shift of the focus position range where the pattern is resolved is small and is 160 ° or less.
In that case, it is only slightly shifted in the “+” direction. Also,
The curve of the focus characteristic is also as shown by the curve IX in FIG.
Compared to characteristic VII when the phase error is "0", it is flatter
It is also possible to do so. Then, the four due to the phase change
The change in dust characteristics is small.
【手続補正７】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５１[Correction target item name] 0051
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００５１】 よって、本実施例のハーフトーン方式の
位相シフトマスクにおいては、感光性樹脂のパターン形
状に重点をおき、垂直形状をするため”＋”の位相エラ
ーを生じさせる。ただし、”＋”の位相エラーが大きす
ぎると焦点深度が狭くなるので、位相差は１８５°±４
°の範囲で制御することが望ましい。Therefore, in the halftone phase shift mask of the present embodiment , the pattern shape of the photosensitive resin is
"+" Phase error due to the vertical shape
Cause However, the phase error of "+" is large.
As the depth of focus becomes narrower , the phase difference is 185 ° ± 4
It is desirable to control in the range of °.
【手続補正８】[Procedure Amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００５４[Correction target item name] 0054
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００５４】 前述したように、位相エラーが”−”の
際には、感光性樹脂のパターン形状の順テーパーが若干
大きくなる。しかし、半導体素子のコンタクトホール形
成工程において、この感光性樹脂のテーパーは問題とな
らない場合が多い。すなわち、次のエッチング工程で半
導体基板（絶縁膜）に開口されるコンタクトホールの寸
法は、感光性樹脂のボトム寸法で決定され、感光性樹脂
のテーパーは半導体素子の性能に影響を及ぼさない。よ
って、本実施例では、寸法精度に重点をおき、最も平坦
なフォーカス特性の得られる位相差１７５°を目標に位
相差設定を行っている。そして、位相差の面内バラツキ
を考慮すると、フォーカス特性の大きな傾きが生じる”
＋”の位相エラーは生じないようにする必要があり、ま
た、”−”の位相エラーも２０°以上ではフォーカス特
性の傾きが顕著になるので、位相差は１６１°〜１７９
°好ましくは１７５°±４°の範囲で制御することが望
ましい。 As described above, when the phase error is “−”, the forward taper of the pattern shape of the photosensitive resin is slightly increased.
growing. However, semiconductor device contact hole type
The taper of this photosensitive resin is not a problem during the formation process.
Often not. That is, in the next etching step
Dimension of contact hole opened in conductor board (insulating film)
The method is determined by the bottom dimension of the photosensitive resin.
The taper does not affect the performance of the semiconductor device. Yo
Therefore, in this embodiment, the dimensional accuracy is emphasized and the flattest
Aiming for a phase difference of 175 ° that provides excellent focus characteristics
The phase difference is set. And the in-plane variation of the phase difference
Considering that, a large tilt of the focus characteristic occurs ”
It is necessary to prevent the "+" phase error from occurring.
Also, if the phase error of "-" is more than 20 degrees,
Since the inclination of sex becomes remarkable, the phase difference is 161 ° to 179.
Desirable to control in the range of 175 ° ± 4 °
Good.
【手続補正９】[Procedure Amendment 9]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１０[Name of item to be corrected] Fig. 10
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１０】 [Figure 10]
【手続補正１０】[Procedure Amendment 10]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１２[Name of item to be corrected] Fig. 12
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１２】 [Fig. 12]
【手続補正１１】[Procedure Amendment 11]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１３[Name of item to be corrected] Fig. 13
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１３】 [Fig. 13]
【手続補正１２】[Procedure Amendment 12]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１５[Correction target item name] Figure 15
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１５】 FIG. 15
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２８ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/027 H01L 21/30 528
Claims (7)
て透明基板のみを光が透過する透明領域と、透明基板及
び半透明膜をそれぞれ光が透過する半透明領域とからな
るパターンを有する位相シフトマスクにおいて、 前記透明領域を透過する光と前記半透明領域を透過する
光との位相差を１８１°〜２１０°の範囲内の値とした
ことを特徴とする位相シフトマスク。1. A pattern comprising a transparent region in which a semitransparent film is partially formed on a transparent substrate to transmit light only through the transparent substrate, and a semitransparent region in which light is transmitted through the transparent substrate and the semitransparent film, respectively. In the phase shift mask having the above, the phase difference between the light passing through the transparent region and the light passing through the semi-transparent region is set to a value within the range of 181 ° to 210 °.
れ部分的に形成された投影露光装置用のフォトマスク
で、前記透明基板のみを光が透過する第１の透明領域
と、該透明基板及び透明膜をそれぞれ光が透過する該投
影露光装置の限界解像度以下の第２の透明領域と、遮光
領域とからなるパターンを有する位相シフトマスクにお
いて、 前記第１の透明領域を透過する光と前記第２の透明領域
を透過する光との位相差を１８１°〜２１０°の範囲内
の値としたことを特徴とする位相シフトマスク。2. A photomask for a projection exposure apparatus, wherein a light-shielding film and a transparent film are partially formed on a transparent substrate, the first transparent region allowing light to pass only through the transparent substrate, and the transparent region. In a phase shift mask having a pattern composed of a second transparent region having a resolution equal to or less than the limit resolution of the projection exposure apparatus which transmits light through a substrate and a transparent film, and a light transmitted through the first transparent region, A phase shift mask, wherein the phase difference with the light transmitted through the second transparent region is set to a value within the range of 181 ° to 210 °.
て透明基板のみを光が透過する透明領域と、透明基板及
び半透明膜をそれぞれ光が透過する半透明領域とからな
るパターンを有する位相シフトマスクにおいて、 前記透明領域を透過する光と前記半透明領域を透過する
光との位相差を１５０°〜１７９°の範囲内の値とした
ことを特徴とする位相シフトマスク。3. A pattern comprising a transparent region in which a semitransparent film is partially formed on a transparent substrate to allow light to pass through only the transparent substrate, and a semitransparent region in which light passes through the transparent substrate and the semitransparent film, respectively. In the phase shift mask having, the phase difference between the light passing through the transparent region and the light passing through the semitransparent region is set to a value within a range of 150 ° to 179 °.
れ部分的に形成された投影露光装置用のフォトマスク
で、前記透明基板のみを光が透過する第１の透明領域
と、該透明基板及び透明膜をそれぞれ光が透過する該投
影露光装置の限界解像度以下の第２の透明領域と、遮光
領域とからなるパターンを有する位相シフトマスクにお
いて、 前記第１の透明領域を透過する光と前記第２の透明領域
を透過する光との位相差を１５０°〜１７９°の範囲内
の値としたことを特徴とする位相シフトマスク。4. A photomask for a projection exposure apparatus, wherein a light-shielding film and a transparent film are partially formed on a transparent substrate, the first transparent region transmitting light only through the transparent substrate, and the transparent region. In a phase shift mask having a pattern composed of a second transparent region having a resolution equal to or less than the limit resolution of the projection exposure apparatus which transmits light through a substrate and a transparent film, and a light transmitted through the first transparent region, A phase shift mask, wherein the phase difference with the light transmitted through the second transparent region is set to a value within a range of 150 ° to 179 °.
トマスクを介して基板上の感光性樹脂に焦点位置を段階
的に変化させつつ照射露光して、該位相シフトマスクの
パターンを該感光性樹脂に形成する位相シフトマスクの
位相差測定方法であって、 シミュレーションにより又は実験により予め異なる位相
差の複数の位相シフトマスク毎にフォーカス特性を表す
第１のパラメータを求めた後、測定しようとする位相シ
フトマスクを介して実際に前記基板上の前記感光性樹脂
を焦点位置を段階的に変化させつつ露光し、該感光性樹
脂を現像後に得られるフォーカス特性を表す第２のパラ
メータを求めた後、該第２のパラメータと前記第１のパ
ラメータとを比較して位相差を測定することを特徴とす
る位相差測定方法。5. A light from a light source of a projection exposure apparatus is exposed to light through a phase shift mask onto a photosensitive resin on a substrate while changing a focal position stepwise, and the pattern of the phase shift mask is exposed to light. A method for measuring a phase difference of a phase shift mask formed on a crystalline resin, wherein a first parameter representing a focus characteristic is obtained for each of a plurality of phase shift masks having different phase differences by a simulation or an experiment, and then the measurement is performed. The photosensitive resin on the substrate was actually exposed through the phase shift mask while changing the focus position stepwise, and the second parameter representing the focus characteristic obtained after development of the photosensitive resin was obtained. After that, the phase difference is measured by comparing the second parameter with the first parameter.
のパラメータは、焦点位置と感光性樹脂に形成される位
相シフトマスクのパターン寸法との関係を表すフォーカ
ス特性の傾きであることを特徴とする請求項５記載の位
相差測定方法。6. A first and a second representing the focus characteristic
6. The phase difference measuring method according to claim 5, wherein the parameter is the inclination of the focus characteristic that represents the relationship between the focus position and the pattern size of the phase shift mask formed on the photosensitive resin.
トマスクを介して基板上の感光性樹脂に焦点位置を段階
的に変化させつつ照射露光して、該位相シフトマスクの
パターンを該感光性樹脂に形成する位相シフトマスクの
位相差測定方法であって、 シミュレーションにより又は実験により予め異なる位相
差の複数の位相シフトマスク毎にサイドローブの第１の
転写性特性を求めた後、測定しようとする位相シフトマ
スクを介して実際に前記基板上の前記感光性樹脂を焦点
位置を段階的に変化させつつ露光し、該感光性樹脂を現
像後に得られるサイドローブの第２の転写性特性を求め
た後、該第２の転写性特性と前記第１の転写特性とを比
較して位相差を測定することを特徴とする位相差測定方
法。7. A light from a light source of a projection exposure apparatus is exposed to light through a phase shift mask onto a photosensitive resin on a substrate while changing a focal position stepwise, and the pattern of the phase shift mask is exposed to light. Method for measuring the phase difference of a phase shift mask formed on a crystalline resin, by measuring the first transferability characteristic of the side lobe for each of a plurality of phase shift masks having different phase differences by simulation or experiment in advance. The photosensitive resin on the substrate is actually exposed through the phase shift mask while changing the focal position stepwise, and the second transfer characteristic of the side lobe obtained after development of the photosensitive resin is changed. After the determination, the phase difference measuring method is characterized in that the second transfer characteristic is compared with the first transfer characteristic to measure the phase difference.
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