JPH08254813A - 位相シフトマスク及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

位相シフトマスク及びそれを用いた半導体装置の製造方法

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JPH08254813A
JPH08254813A JP5734495A JP5734495A JPH08254813A JP H08254813 A JPH08254813 A JP H08254813A JP 5734495 A JP5734495 A JP 5734495A JP 5734495 A JP5734495 A JP 5734495A JP H08254813 A JPH08254813 A JP H08254813A
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JP
Japan
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phase shift
shift mask
pattern
transparent
exposure
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JP5734495A
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English (en)
Inventor
Tatsuo Chijimatsu
達夫 千々松
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハーフトーン位相シフトマスクを使用した露
光において、大型の非露光領域の周辺部が露光光のサブ
ピークで露光されることを防止する。 【構成】 透明基板上に被着した半透明膜を選択的に除
去して半透明部と透明部とを形成する位相シフトマスク
において、投影面で寸法が2λ/((1+σ)・NA)
以上の非露光領域を形成するためのマスクパターンを、
半透明部内に正方形の透明部をマトリックス状に配置し
た周期パターンで構成し、その繰り返しのピッチがλ/
((1+σ)・NA・R)以下、半透明部と透明部の面
積比が1/√T:1となるようにする。但し、λは露光
波長、σは露光装置投影レンズのコヒーレンシー、NA
は投影レンズの開口数、Rは投影レンズの縮小率、Tは
半透明膜の透過率。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光投影露光装置に装着し
て使用する位相シフトマスク及びそのマスクを用いた半
導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近年、半
導体装置は高集積・高密度化の要求に対応してパターン
の微細化が続けられており、光投影露光法での解像度を
向上させるために変形照明や位相シフトマスク等の新技
術の開発が進められている。このうち位相シフトマスク
はマスクを透過する光線に位相差を与えることにより生
じる光線相互の干渉を利用するものであり、種々の方式
が提案されている。
【0003】これらの中でハーフトーン方式は、露光光
線を5〜15%程度透過する半透明膜と透明の位相シフ
タ、或いは位相シフタを兼ねた半透明膜でマスクパター
ンを形成し、その透明部を透過する光線と半透明部を透
過する微弱な光線との位相差を利用するものであり、マ
スク製造が容易である、解像度向上の効果が大である
(特にホール等の孤立パターンにおいて)、焦点深度が
比較的深い、等の特徴があり、ほぼ実用化の段階に達し
ている。
【0004】ところが、このハーフトーン位相シフトマ
スクで投影露光する場合、被露光体(半導体ウェーハ
等)上での露光すべき領域(以下、露光領域と記す)の
周縁部にマスクを透過する光の強度のメインピークが現
れると共にその外側近傍の露光すべきでない領域(即ち
暗部となるべき領域、以下、非露光領域と記す)にサブ
ピークが現れ、特にコーナー部分で高レベルとなる。即
ち、例えば図5(A),(B)のようなマスクパターン
の場合、半透明部7,8に対応する非露光領域において
同図のSに相当するコーナー部分に高レベルのサブピー
クが現れる。
【0005】このサブピークのレベルが高くなると現像
後のレジストパターンの品質に悪影響が出てくる。即
ち、ポジレジストではその部分でレジストが膜減りし、
ネガレジストではレジスト残渣を生じる。パターン寸法
がサブミクロンであればマスクバイアスの最適化によっ
てこの影響を抑えることが出来るが、パターン寸法が大
きくなるとこの影響を抑えることが出来ない。
【0006】図6は図5(A)に相当するマスクを透過
した光の平面強度分布を示し、図7は図6におけるA・
A線方向及びB・B線方向の強度分布を示している。こ
れらは投影面における非露光領域が6μm角、露光装置
及び半透明膜の条件が後述の実施例1と同じ場合のシミ
ュレーションによる計算結果である。両図から明らかな
ように、大型非露光領域の周辺部にサブピークが現れて
おり、特にコーナー部でのレベルが高い。
【0007】ところで、露光用マスクには一般的にデバ
イスパターン領域(チップ領域)の外側に比較的大型の
パターンからなる重ね合わせ用マークや重ね合わせ評価
用マーク等を設けるが、これらのマークに膜減り等があ
ると、重ね合わせ精度や測定精度が低下することにな
る。
【0008】ハーフトーン位相シフトマスクには以上の
ような問題点がある。本発明はこのような問題を解決し
て、大型非露光領域の周辺部に生じる露光光のサブピー
クを低レベルに抑えることが可能な位相シフトマスク
と、微細パターンを精度良く重ね合わせることが可能な
半導体装置製造方法とを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、〔1〕透明基板上に被着した半透明膜を選択的に除
去して半透明部と透明部からなるマスクパターンを形成
してなる位相シフトマスクにおいて、使用する露光装置
における露光波長がλ、投影レンズのコヒーレンシーが
σ、該投影レンズの開口数がNA、該投影レンズの縮小
率がRであり、前記半透明膜の透過率がTである場合、
繰り返しのピッチがλ/((1+σ)・NA・R)以下
である周期パターンを少なくとも二周期分含む領域を有
しており、該周期パターンにおける前記半透明部と前記
透明部の面積比が1/√T:1であることを特徴とする
位相シフトマスクとすることで、〔2〕前記の位相シフ
トマスクを使用して被露光体を露光する工程を有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法とすることで、達
成される。
【0010】
【作用】ハーフトーン位相シフトマスクの場合、投影面
での繰返しのピッチが解像限界となるλ/((1+σ)
・NA)以下であり、半透明部と透明部の面積比が1/
√T:1であるような周期パターンを並べることによ
り、その部分の露光光の透過率をほぼゼロにできること
が知られている。従って、寸法が2λ/((1+σ)・
NA)以上の大型非露光領域を形成するためのマスクパ
ターンにおいて、露光光のサブピークを生じる非露光領
域周辺部に対応する部分にピッチがλ/((1+σ)・
NA・R)以下であり(但し、Rは投影レンズの縮小
率)、半透明部と透明部の面積比が1/√T:1である
ような周期パターンを配設することにより、投影面の非
露光領域でのサブピークは殆ど消滅する。
【0011】その結果、本発明のハーフトーン位相シフ
トマスクを用いて露光した場合には、重ね合わせ用マー
クや重ね合わせ評価用マークが現像後に膜減りを生じる
ことはなく、従って半導体装置製造工程においてパター
ンの重ね合わせ精度を損なうことがない。
【0012】
【実施例】本発明の実施例を図1乃至4を参照しながら
説明する。尚、以下に説明する二つの実施例において、
位相シフトマスクは何れも透明基板上に半透明膜を被着
したマスク基板を使用するハーフトーン位相シフトマス
クであり、半透明膜は光の透過率の制御と位相差の制御
とを兼ねた単層からなるものでも、透過率を制御する層
と位相差を制御する層からなるものでも、透過率を制御
する層だけからなるもの(位相差を制御するのは透明基
板の段差)でもよい。
【0013】図1は本発明の第一の実施例のマスクパタ
ーンの平面図である。同図において、1,3は半透明膜
が被着された半透明部、2,4は半透明膜を除去してな
る透明部である。半透明部3内に孤立パターン(島状パ
ターン)の透明部4がマトリックス状に配置された周期
パターンを形成しており、その繰り返しのピッチPはλ
/((1+σ)・NA・R)以下、半透明部3と透明部
4との面積比は1/√T:1である。孤立パターンの形
状が正方形である場合には、一辺の長さはP/√(1+
(1/√T))となる。
【0014】但し、λは露光波長、σは使用する投影露
光装置の光学系のコヒーレンシー(コヒーレント・ファ
クタ)、NAは光学系の開口数、Tは位相シフトマスク
の半透明膜の上記λに対する透過率である。λ=0.365
μm, σ=0.3 , NA=0.57,R=1/5、T=0.08の
場合、ピッチPが2.45μm以下、半透明部5の面積:透
明部6の面積が3.54:1となる。ピッチPが2.45μmの
場合、孤立パターンが正方形の透明部4であれば、その
一辺が1.15μmとなる。
【0015】図2は図1のマスクを透過した光の強度分
布の例を示す図であり、投影面において6μm角の非露
光領域を得るために、半透明部3内に上記条件の正方形
の透明部4を設けた場合の、前述の図6におけるA・A
線方向の強度分布に相当するものをシミュレーションに
より計算した結果を示している(比較のために従来例の
強度分布(図7におけるA・A)を併記した)。この図
から明らかなように、コーナー部においてもサブピーク
は極めて微弱となっており、従って充分な露光コントラ
ストが得られる。
【0016】図3は本発明の第二の実施例におけるマス
クパターンの平面図である。同図において、図1と同じ
ものには同一の符号を付与した。1,5は半透明膜が被
着された半透明部、2,6は半透明膜を除去してなる透
明部である。半透明部5と透明部6とがラインアンドス
ペースを構成しており、その繰り返しのピッチPは第一
の実施例と同様、λ/((1+σ)・NA・R)以下、
半透明部5と透明部6との面積比も第一の実施例と同
様、1/√T:1である。
【0017】ラインアンドスペースであるから、その幅
の比は上記の面積比に等しい。露光装置及び半透明膜の
条件が実施例1と同じならば、Pが2.45μm以下、半透
明部5の幅:透明部6幅が3.54:1となる。Pが2.45μ
mの場合で半透明部5の幅が1.91μm、透明部6の幅が
0.54μmとなる。
【0018】図4は図2のマスクを透過した光の強度分
布の例を示す図であり、図2と同様、前述の図6におけ
るA・A線方向の強度分布に相当するものをシミュレー
ションにより計算した結果を示している。この図から明
らかなように、コーナー部においてもサブピークは極め
て微弱となっており、従って充分な露光コントラストが
得られる。
【0019】本発明は以上の実施例に限定されることな
く、更に種々変形して実施することが出来る。例えば、
周期パターンを大型非露光領域用マスクパターンの全面
に設けたものではなく、その周辺部のみ、或いはコーナ
ー部のみに二ピッチ分以上設けたものであっても、本発
明は有効である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大型非露光領域の周辺部に生じる露光光のサブピークを
低レベルに抑えることが可能な位相シフトマスクを提供
することが出来、更にこのマスクを使用することで微細
パターンを精度良く重ね合わせることが可能な半導体装
置製造方法を提供することが出来、半導体装置の高集積
・高密度化等に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例のマスクパターンの平
面図である。
【図2】 図1のマスクを透過した光の強度分布の例を
示す図である。
【図3】 本発明の第二の実施例のマスクパターンの平
面図である。
【図4】 図3のマスクを透過した光の強度分布の例を
示す図である。
【図5】 従来例のマスクパターンの平面図である。
【図6】 図5(A)のマスクを透過した光の平面強度
分布を示す図である。
【図7】 図6におけるA・A線方向及びB・B線方向
の強度分布を示す図である。
【符号の説明】
1,3,5,7,8 半透明部 2,4,6,9 透明部 P ピッチ S コーナー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板上に被着した半透明膜を選択的
    に除去して半透明部と透明部からなるマスクパターンを
    形成してなる位相シフトマスクにおいて、 使用する露光装置における露光波長がλ、投影レンズの
    コヒーレンシーがσ、該投影レンズの開口数がNA、該
    投影レンズの縮小率がRであり、前記半透明膜の透過率
    がTである場合、 繰り返しのピッチがλ/((1+σ)・NA・R)以下
    である周期パターンを少なくとも二周期分含む領域を有
    しており、且つ該周期パターンにおける前記半透明部と
    前記透明部の面積比が1/√T:1であることを特徴と
    する位相シフトマスク。
  2. 【請求項2】 前記周期パターンが孤立パターンをマト
    リックス状に配置したものであることを特徴とする請求
    項1記載の位相シフトマスク。
  3. 【請求項3】 前記周期パターンがラインアンドスペー
    スパターンであることを特徴とする請求項1記載の位相
    シフトマスク。
  4. 【請求項4】 前記半透明膜が光の透過率と位相差の制
    御を兼ねた層からなることを特徴とする請求項1乃至3
    記載の位相シフトマスク。
  5. 【請求項5】 前記半透明膜が光の透過率を制御する層
    と位相差を制御する層からなることを特徴とする請求項
    1乃至3記載の位相シフトマスク。
  6. 【請求項6】 前記半透明膜が光の透過率を制御し、前
    記透明基板に設けた段差が位相差を制御することを特徴
    とする請求項1乃至3記載の位相シフトマスク。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6の何れかに記載の位相シ
    フトマスクを使用して被露光体を露光する工程を有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP5734495A 1995-03-16 1995-03-16 位相シフトマスク及びそれを用いた半導体装置の製造方法 Pending JPH08254813A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000007249A1 (en) * 1998-07-27 2000-02-10 Citizen Watch Co., Ltd. Solar cell and method of producing the same, and mask for photolithography for producing solar cell
KR100382609B1 (ko) * 2000-08-28 2003-05-01 주식회사 하이닉스반도체 위상 반전 마스크의 제조 방법
JP2005266025A (ja) * 2004-03-17 2005-09-29 Sanyo Electric Co Ltd ハーフトーン型位相シフトマスク、露光方法及び露光装置
JP2008046623A (ja) * 2006-07-21 2008-02-28 Dainippon Printing Co Ltd 階調マスク
CN100393908C (zh) * 2003-03-07 2008-06-11 精工爱普生株式会社 掩膜及其制法、掩膜制造装置、发光材料的成膜方法
JP2013167884A (ja) * 2006-07-21 2013-08-29 Dainippon Printing Co Ltd 階調マスク

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030729