JPH10171094A - フォトマスク - Google Patents
フォトマスクInfo
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- JPH10171094A JPH10171094A JP33075096A JP33075096A JPH10171094A JP H10171094 A JPH10171094 A JP H10171094A JP 33075096 A JP33075096 A JP 33075096A JP 33075096 A JP33075096 A JP 33075096A JP H10171094 A JPH10171094 A JP H10171094A
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- Japan
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- photomask
- light
- pattern
- mask pattern
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シフタエッジ型の位相シフトマスクのように
不要なパタンを発生することなく、また、シフタエッジ
型の位相シフトマスクのようにフォトマスク上のマスク
パタンレイアウトに制限を与えることなく、より微細な
ラインパタンを形成できるようにすることを目的とす
る。 【解決手段】 マスク基板２１上に、ある程度光を透過
して透過する光の位相を１８０°反転させるハーフトー
ンマスクパタン２２を形成することで、回折光の強度を
強し、フォトマスクにおけるコントラストを向上させ
る。
不要なパタンを発生することなく、また、シフタエッジ
型の位相シフトマスクのようにフォトマスク上のマスク
パタンレイアウトに制限を与えることなく、より微細な
ラインパタンを形成できるようにすることを目的とす
る。 【解決手段】 マスク基板２１上に、ある程度光を透過
して透過する光の位相を１８０°反転させるハーフトー
ンマスクパタン２２を形成することで、回折光の強度を
強し、フォトマスクにおけるコントラストを向上させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、投影露光を用い
たフォトリソグラフィによりＬＳＩなどの微細なパタン
を形成するときに用いるフォトマスクに関する。
たフォトリソグラフィによりＬＳＩなどの微細なパタン
を形成するときに用いるフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】光リソグラフィにおいて、解像度は露光
波長λに比例し、投影レンズの開口数ＮＡに反比例す
る。このため、パタンの微細化は露光波長の短波長化お
よび投影レンズの高ＮＡ化によってなされてきた。図１
８に孤立ラインパタン寸法をパラメータとした時の光強
度分布を示す。図１８に示すように、形成するラインパ
タンが微細になるにつれて、ウエハ上の投影面における
ライン中央の光強度が大きくなる。この部分は、本来フ
ォトマスク上では遮光パタンがある位置であり、理想的
には光強度が０となる箇所である。すなわち、図１８に
は、形成するラインパタンが微細になるにつれて、コン
トラストが劣化していく様子が示されている。
波長λに比例し、投影レンズの開口数ＮＡに反比例す
る。このため、パタンの微細化は露光波長の短波長化お
よび投影レンズの高ＮＡ化によってなされてきた。図１
８に孤立ラインパタン寸法をパラメータとした時の光強
度分布を示す。図１８に示すように、形成するラインパ
タンが微細になるにつれて、ウエハ上の投影面における
ライン中央の光強度が大きくなる。この部分は、本来フ
ォトマスク上では遮光パタンがある位置であり、理想的
には光強度が０となる箇所である。すなわち、図１８に
は、形成するラインパタンが微細になるにつれて、コン
トラストが劣化していく様子が示されている。
【０００３】以上示したように、通常のフォトマスクを
用いた露光では、形成できるパタン寸法は、用いる露光
波長と投影レンズの開口数でほぼ決定されるが、それ以
上に微細なラインパタンを形成する技術として位相シフ
トマスクを用いた露光方法が提案されている。この位相
シフトマスクを用いる露光方法の中で、遮断空間周波数
倍増形（レベンソン形）位相シフトマスクを用いる露光
技術がある。これは、周期パタンの形成に適応するもの
であり、レベンソン（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）らによって、
提案されている（IEEE Trans.ED‐29(1982)）。このレ
ベンソン形シフトマスクでは、周期的なマスクパタンの
隣り合う光透過部にひとつおきに位相を１８０度反転さ
せるシフタを配置するものであり、この方法により、
０．２５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタン（周期
パタン）まで形成することが可能となる。
用いた露光では、形成できるパタン寸法は、用いる露光
波長と投影レンズの開口数でほぼ決定されるが、それ以
上に微細なラインパタンを形成する技術として位相シフ
トマスクを用いた露光方法が提案されている。この位相
シフトマスクを用いる露光方法の中で、遮断空間周波数
倍増形（レベンソン形）位相シフトマスクを用いる露光
技術がある。これは、周期パタンの形成に適応するもの
であり、レベンソン（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）らによって、
提案されている（IEEE Trans.ED‐29(1982)）。このレ
ベンソン形シフトマスクでは、周期的なマスクパタンの
隣り合う光透過部にひとつおきに位相を１８０度反転さ
せるシフタを配置するものであり、この方法により、
０．２５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタン（周期
パタン）まで形成することが可能となる。
【０００４】ところで、従来はダイナミックランダムア
クセスメモリ（ＤＲＡＭ）が優先的に開発されていた。
このため、最先端のパタンルールは、まず、ＤＲＡＭの
周期的なパタンに用いられており、そのような状況下で
は上述したレベンソン形位相シフトマスクは有用であっ
た。一方、ＤＲＡＭより遅れて開発が行われてきた特定
用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）では周期的なパタンは少
ない。このため、上述したレベンソン形位相シフトマス
クは対応しにくい。また、ＡＳＩＣに用いられる孤立パ
タンが、ＤＲＡＭパタンと同等のパタンルールになる時
期には、さらなる高いＮＡの露光装置が開発されてい
た。このためこれまでは、形成が困難な孤立ラインパタ
ンを有するＡＳＩＣに対しては解像度の高い露光装置を
用いて対応していた。
クセスメモリ（ＤＲＡＭ）が優先的に開発されていた。
このため、最先端のパタンルールは、まず、ＤＲＡＭの
周期的なパタンに用いられており、そのような状況下で
は上述したレベンソン形位相シフトマスクは有用であっ
た。一方、ＤＲＡＭより遅れて開発が行われてきた特定
用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）では周期的なパタンは少
ない。このため、上述したレベンソン形位相シフトマス
クは対応しにくい。また、ＡＳＩＣに用いられる孤立パ
タンが、ＤＲＡＭパタンと同等のパタンルールになる時
期には、さらなる高いＮＡの露光装置が開発されてい
た。このためこれまでは、形成が困難な孤立ラインパタ
ンを有するＡＳＩＣに対しては解像度の高い露光装置を
用いて対応していた。
【０００５】しかし近年、高付加価値の製品開発が急が
れた結果、ＡＳＩＣ開発が加速され、微細な孤立パタン
の形成方法の開発が急務になっていきている。このよう
な中で、孤立ラインパタンの形成に対して、シフタエッ
ジ型の位相シフトマスクを用いる露光方法が（Ｊｉｎｂ
ｏ）らによって提案されている（Tech.Digest of IEEE
lnt.Electron Device Meet.(1990)）。この位相シフト
マスクの一部断面図（ａ）および像面（投影面）に形成
される光強度分布（ｂ）を図１９に示す。図１９（ａ）
に示すように、このフォトマスクは、位相差１８０°を
持ち透過率がほぼ１００％のシフタ１９１がフォトマス
ク１９２上の所定位置に配置されたものである。すなわ
ち、シフタ１９のエッジ部分を１本の遮光線として用い
るものである。
れた結果、ＡＳＩＣ開発が加速され、微細な孤立パタン
の形成方法の開発が急務になっていきている。このよう
な中で、孤立ラインパタンの形成に対して、シフタエッ
ジ型の位相シフトマスクを用いる露光方法が（Ｊｉｎｂ
ｏ）らによって提案されている（Tech.Digest of IEEE
lnt.Electron Device Meet.(1990)）。この位相シフト
マスクの一部断面図（ａ）および像面（投影面）に形成
される光強度分布（ｂ）を図１９に示す。図１９（ａ）
に示すように、このフォトマスクは、位相差１８０°を
持ち透過率がほぼ１００％のシフタ１９１がフォトマス
ク１９２上の所定位置に配置されたものである。すなわ
ち、シフタ１９のエッジ部分を１本の遮光線として用い
るものである。
【０００６】このシフタ１９１を用いることで、その境
界部を透過して投影される光の投影面における光強度
は、図１９（ｂ）に示されるように、シフタ１９１のエ
ッジ部に相当する部分で０となる。これは、シフタ１９
１を透過する光とシフタ１９１のない領域を透過する光
が、干渉して打ち消し合うためである。このようにする
ことで、図１９（ｂ）から明らかなように、通常の遮光
マスクを用いる場合に比べて、微細なラインパタン像が
高いコントラストで形成されていることがわかる。ただ
しこの位相シフトマスクを用いた場合、シフタの両エッ
ジにラインパタンが形成されるため、必ず２本ひと組の
ラインパタンが形成される。
界部を透過して投影される光の投影面における光強度
は、図１９（ｂ）に示されるように、シフタ１９１のエ
ッジ部に相当する部分で０となる。これは、シフタ１９
１を透過する光とシフタ１９１のない領域を透過する光
が、干渉して打ち消し合うためである。このようにする
ことで、図１９（ｂ）から明らかなように、通常の遮光
マスクを用いる場合に比べて、微細なラインパタン像が
高いコントラストで形成されていることがわかる。ただ
しこの位相シフトマスクを用いた場合、シフタの両エッ
ジにラインパタンが形成されるため、必ず２本ひと組の
ラインパタンが形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、より微細な孤
立パタンを形成しようとした場合、上述したような位相
シフトマスクを用いても、以下に示すような問題点があ
った。すなわち、シフタエッジ形の位相シフトマスクを
用い場合は、シフタの両エッジにラインパタンが形成さ
れるため、必ず２本ひと組のラインパタンが形成される
ため不要部分の消去が必要となる。またこの方法では、
図２０に示すように、異なる方向にラインが分岐したパ
タンは、１回の露光工程では形成することができないと
いう問題がある。このためパタン設計に制約が生じると
いった問題がある。
立パタンを形成しようとした場合、上述したような位相
シフトマスクを用いても、以下に示すような問題点があ
った。すなわち、シフタエッジ形の位相シフトマスクを
用い場合は、シフタの両エッジにラインパタンが形成さ
れるため、必ず２本ひと組のラインパタンが形成される
ため不要部分の消去が必要となる。またこの方法では、
図２０に示すように、異なる方向にラインが分岐したパ
タンは、１回の露光工程では形成することができないと
いう問題がある。このためパタン設計に制約が生じると
いった問題がある。
【０００８】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、シフタエッジ型の位相シ
フトマスクのように不要なパタンを発生することなく、
また、シフタエッジ型の位相シフトマスクのようにフォ
トマスク上のマスクパタンレイアウトに制限を与えるこ
となく、より微細なラインパタンを形成できるようにす
ることを目的とする。
るためになされたものであり、シフタエッジ型の位相シ
フトマスクのように不要なパタンを発生することなく、
また、シフタエッジ型の位相シフトマスクのようにフォ
トマスク上のマスクパタンレイアウトに制限を与えるこ
となく、より微細なラインパタンを形成できるようにす
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明のフォトマスク
は、投影露光に用いるフォトマスク上に透過光の位相を
１８０°反転させるハーフトーンマスクパタンを形成
し、フォトマスクのハーフトーンマスクパタンが形成さ
れていない領域に対するハーフトーンマスクパタン部の
振幅透過率ｔを以下に示すとおりとした。すなわち、フ
ォトマスクへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度
をθとし、露光照明のフォトマスク面への入射方向とハ
ーフトーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、
投影露光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み
角度をψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を入射角度θ，
角度φにおける前露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重
み付けした重心をｋg とし、投影レンズの開口数をＮＡ
とし、前記露光照明の波長をλとし、ハーフトーンマス
クパタンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとし、１以下の所
定の定数αを用いたとき、０．９／［２αＬ（１−
ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg 2）
1/2 ］−１で表される振幅透過率ｔとした。以上のよう
に振幅透過率を有するハーフトーンマスクパタンを用い
ることにより、これが投影される像面では、パタンが形
成される位置の光強度分布がほぼ０となる。
は、投影露光に用いるフォトマスク上に透過光の位相を
１８０°反転させるハーフトーンマスクパタンを形成
し、フォトマスクのハーフトーンマスクパタンが形成さ
れていない領域に対するハーフトーンマスクパタン部の
振幅透過率ｔを以下に示すとおりとした。すなわち、フ
ォトマスクへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度
をθとし、露光照明のフォトマスク面への入射方向とハ
ーフトーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、
投影露光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み
角度をψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を入射角度θ，
角度φにおける前露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重
み付けした重心をｋg とし、投影レンズの開口数をＮＡ
とし、前記露光照明の波長をλとし、ハーフトーンマス
クパタンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとし、１以下の所
定の定数αを用いたとき、０．９／［２αＬ（１−
ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg 2）
1/2 ］−１で表される振幅透過率ｔとした。以上のよう
に振幅透過率を有するハーフトーンマスクパタンを用い
ることにより、これが投影される像面では、パタンが形
成される位置の光強度分布がほぼ０となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。まず、この発明の概要について説明
する。フォトマスクを用いたフォトリソグラフィにおい
て、より微細なラインパタンを形成しようとする場合、
以下の２つが重要である。すなわち、まず１つは、フォ
トマスクを透過する０次の光と、ライン状のマスクパタ
ンから回折されるより高次の回折光とが干渉するように
することで、微細なマスクパタン情報を像面に伝搬させ
ることである。またもう１つは、マスクパタンからの回
折光の強度を強くすることで光学像のコントラストを向
上させることである。
参照して説明する。まず、この発明の概要について説明
する。フォトマスクを用いたフォトリソグラフィにおい
て、より微細なラインパタンを形成しようとする場合、
以下の２つが重要である。すなわち、まず１つは、フォ
トマスクを透過する０次の光と、ライン状のマスクパタ
ンから回折されるより高次の回折光とが干渉するように
することで、微細なマスクパタン情報を像面に伝搬させ
ることである。またもう１つは、マスクパタンからの回
折光の強度を強くすることで光学像のコントラストを向
上させることである。
【００１１】まず、従来から用いられている遮光マスク
について説明すると、概念を示す図１（ａ）に示すよう
に、マスク基板１１上に形成されている遮光パタン１２
のエッジ部では、入射した照明光の回折光を発生する。
マスク基板１１の透過部を透過する光とその回折光と
は、投影露光装置の投影レンズを通り、その結像面に到
達するが、そのときに透過した光と回折光とが干渉する
ことで、微細な遮光パタン１２の像が結像面に投影され
る。しかし、この回折光が弱いと、透過光との干渉もあ
まり起こらず、結像面における遮光パタン１２の像はコ
ントラストの低いものとなる。なお、この遮光マスクの
遮光パタン１２における振幅透過率分布は、図１（ｂ）
に示すように、マスクパタンエッジで透過率が１から０
に変化するコントラストがある。
について説明すると、概念を示す図１（ａ）に示すよう
に、マスク基板１１上に形成されている遮光パタン１２
のエッジ部では、入射した照明光の回折光を発生する。
マスク基板１１の透過部を透過する光とその回折光と
は、投影露光装置の投影レンズを通り、その結像面に到
達するが、そのときに透過した光と回折光とが干渉する
ことで、微細な遮光パタン１２の像が結像面に投影され
る。しかし、この回折光が弱いと、透過光との干渉もあ
まり起こらず、結像面における遮光パタン１２の像はコ
ントラストの低いものとなる。なお、この遮光マスクの
遮光パタン１２における振幅透過率分布は、図１（ｂ）
に示すように、マスクパタンエッジで透過率が１から０
に変化するコントラストがある。
【００１２】ここで、このコントラストを高くすれば、
フォトマスク上のマスクパタンからの回折光を強くで
き、結果として結像面における像のコントラストを向上
させることができる。そこで、図２（ａ）に示すよう
に、マスク基板２１上に、ある程度光を透過して透過す
る光の位相を１８０°反転させるハーフトーンマスクパ
タン２２を形成すれば、回折光の強度を強くすることが
でき、フォトマスクにおけるコントラストを向上させる
ことができる。従来、このようなハーフトーン位相シフ
トマスクは、周期マスクパタンに対して０次光の強度を
弱めることに着目されていた（Tamechika,J.Vac.Sci.Te
chno-.B10(1992)）。
フォトマスク上のマスクパタンからの回折光を強くで
き、結果として結像面における像のコントラストを向上
させることができる。そこで、図２（ａ）に示すよう
に、マスク基板２１上に、ある程度光を透過して透過す
る光の位相を１８０°反転させるハーフトーンマスクパ
タン２２を形成すれば、回折光の強度を強くすることが
でき、フォトマスクにおけるコントラストを向上させる
ことができる。従来、このようなハーフトーン位相シフ
トマスクは、周期マスクパタンに対して０次光の強度を
弱めることに着目されていた（Tamechika,J.Vac.Sci.Te
chno-.B10(1992)）。
【００１３】しかし、発明者らは、これが回折光強度を
強める効果があることをみいだし、孤立ラインパタンに
適用したものである。このためには、マスクパタン部で
位相を反転させて光を透過させることにより、図２
（ｂ）に示すように、マスクパタンエッジにおける
「０」以下の値から、フォトマスク透過部における
「１」に変化する振幅透過率のコントラストを持たせる
ことで達成できる。すなわち、フォトマスク上のマスク
パタン部にある程度の透過率をもたせ、その透過する光
の位相を１８０度反転させることで、上述のことが達成
される。
強める効果があることをみいだし、孤立ラインパタンに
適用したものである。このためには、マスクパタン部で
位相を反転させて光を透過させることにより、図２
（ｂ）に示すように、マスクパタンエッジにおける
「０」以下の値から、フォトマスク透過部における
「１」に変化する振幅透過率のコントラストを持たせる
ことで達成できる。すなわち、フォトマスク上のマスク
パタン部にある程度の透過率をもたせ、その透過する光
の位相を１８０度反転させることで、上述のことが達成
される。
【００１４】ところで、マスクパタン（ハーフトーンマ
スクパタン）部分の透過率が高ければマスクパタンエッ
ジでのコントラストが高くなり、回折光の強度が大きく
なる。しかし、マスクパタン部分の透過率が高ければ高
いほど良いわけではなく、最適な値が存在する。例え
ば、マスクパタン部分の透過率が１００％であれば、前
述のシフタエッジ型の位相シフトマスクになってしまう
ため、目的とするパタン形成ができない。すなわち、回
折光と０次光の強度のパランス取りを行うことが必要と
なる。
スクパタン）部分の透過率が高ければマスクパタンエッ
ジでのコントラストが高くなり、回折光の強度が大きく
なる。しかし、マスクパタン部分の透過率が高ければ高
いほど良いわけではなく、最適な値が存在する。例え
ば、マスクパタン部分の透過率が１００％であれば、前
述のシフタエッジ型の位相シフトマスクになってしまう
ため、目的とするパタン形成ができない。すなわち、回
折光と０次光の強度のパランス取りを行うことが必要と
なる。
【００１５】また、図１（ａ）に示した従来の方法で
は、照明光がフォトマスクにほぼ垂直に入射するため、
強度の強い０次光（フォトマスクを透過する光）と回折
光のなす角度は投影レンズの見込み角で制限されてい
た。それに対し、図２（ａ）に示した本発明の方法で
は、照明光をフォトマスクに斜めに入射するようにし、
その０次光を中心からずらすようにした。このことによ
り、０次光と回折光の角度を投影レンズの見込み角より
大きくし、０次光と高次の回折光とが干渉するようにし
ている。
は、照明光がフォトマスクにほぼ垂直に入射するため、
強度の強い０次光（フォトマスクを透過する光）と回折
光のなす角度は投影レンズの見込み角で制限されてい
た。それに対し、図２（ａ）に示した本発明の方法で
は、照明光をフォトマスクに斜めに入射するようにし、
その０次光を中心からずらすようにした。このことによ
り、０次光と回折光の角度を投影レンズの見込み角より
大きくし、０次光と高次の回折光とが干渉するようにし
ている。
【００１６】ここで、ｙ軸方向にのびたラインマスクパ
タンを有するフォトマスクを用いて投影露光する場合を
考える。このとき、露光波長をλ、投影レンズの開口数
をＮＡとし、照明光の入射方向を（ｋox，ｋoy）、ライ
ンマスクパタンのｘ方向の幅をＬλ／ＮＡ、パタンのな
い部分に対するラインマスクパタン部分の振幅透過率で
ｔとする。照明光の入射方向（ｋox，ｋoy）は、投影レ
ンズの瞳面で規格化した波数表示である。具体的に表す
と、図３に示すように、照明光と光軸のなす角度θおよ
びフォトマスク３１上のラインマスクパタン３２の長手
方向と照明光のなす角度θ、照明側から見た投影レンズ
の見込み角ψとして、ｋ0X＝［（Ｓｉｎ2φ −ＣＯＳ2
θ ）］1/2 ／ｓｉｎψ、ｋoy＝ｃｏｓφ／ｓｉｎψと
記述することができる。
タンを有するフォトマスクを用いて投影露光する場合を
考える。このとき、露光波長をλ、投影レンズの開口数
をＮＡとし、照明光の入射方向を（ｋox，ｋoy）、ライ
ンマスクパタンのｘ方向の幅をＬλ／ＮＡ、パタンのな
い部分に対するラインマスクパタン部分の振幅透過率で
ｔとする。照明光の入射方向（ｋox，ｋoy）は、投影レ
ンズの瞳面で規格化した波数表示である。具体的に表す
と、図３に示すように、照明光と光軸のなす角度θおよ
びフォトマスク３１上のラインマスクパタン３２の長手
方向と照明光のなす角度θ、照明側から見た投影レンズ
の見込み角ψとして、ｋ0X＝［（Ｓｉｎ2φ −ＣＯＳ2
θ ）］1/2 ／ｓｉｎψ、ｋoy＝ｃｏｓφ／ｓｉｎψと
記述することができる。
【００１７】このときの、照明光の入射方向とフォトマ
スクパタン寸法およびその振幅透過率の関係を以下に説
明する。まず、照明光の入射方向は（ｋox，ｋoy）なの
で（図３）、図４に示すように、入射光４１の投影レン
ズの瞳面４２上の位置は、瞳面４２に中央を座標（０，
０）とすると、（ｋox，ｋoy）となる。一方、その入射
光４１より横に回折光４３が広がる。このため、回折光
４３の分布は、ｘ方向に±（１−ｋoy 2）1/2 の範囲に
制限される。このときの回折光の振幅に関する分布を図
５に示す。この分布は、０次光５１を表すデルタ関数と
マスクパタンからの回折光５２を表す広がりをもった分
布ｆ（ｋ）に分かれる。
スクパタン寸法およびその振幅透過率の関係を以下に説
明する。まず、照明光の入射方向は（ｋox，ｋoy）なの
で（図３）、図４に示すように、入射光４１の投影レン
ズの瞳面４２上の位置は、瞳面４２に中央を座標（０，
０）とすると、（ｋox，ｋoy）となる。一方、その入射
光４１より横に回折光４３が広がる。このため、回折光
４３の分布は、ｘ方向に±（１−ｋoy 2）1/2 の範囲に
制限される。このときの回折光の振幅に関する分布を図
５に示す。この分布は、０次光５１を表すデルタ関数と
マスクパタンからの回折光５２を表す広がりをもった分
布ｆ（ｋ）に分かれる。
【００１８】分布ｆ（ｋ）は、０次光５１の位置より離
れているほどその値は０に近くなっているが、微細なラ
インパタン形成を行う場合、すなわち線幅をＬλ／ＮＡ
としたときに、Ｌ≦０．５のラインパタンを形成する場
合には、分布ｆ（ｋ）の広がり部分の変化はないとして
それを定数で近似することができる。その近似する値
は、ライン幅Ｌとラインマスクパタン部分の振幅透過率
をｔとした場合のマスクパタンエッジにおけるフォトマ
スク上でのコントラスト（１＋ｔ）にほぼ比例するた
め、αＬ（１＋ｔ）とすることができる。
れているほどその値は０に近くなっているが、微細なラ
インパタン形成を行う場合、すなわち線幅をＬλ／ＮＡ
としたときに、Ｌ≦０．５のラインパタンを形成する場
合には、分布ｆ（ｋ）の広がり部分の変化はないとして
それを定数で近似することができる。その近似する値
は、ライン幅Ｌとラインマスクパタン部分の振幅透過率
をｔとした場合のマスクパタンエッジにおけるフォトマ
スク上でのコントラスト（１＋ｔ）にほぼ比例するた
め、αＬ（１＋ｔ）とすることができる。
【００１９】幅Ｌが無限小の場合にはα＝１．０とな
り、幅Ｌが大きくなるほどαは小さくなる。ここでは、
対象としているラインパタン寸法すなわち幅Ｌが０．２
から０．５程度であり、このときはα＝０．８となる。
そして、像面上ある位置ｘにおける光学像の振幅ｕ
（ｘ）は、その瞳面において分布している振幅の総和に
なるので、以上の近似を用いれば、以下の式で表され
る。ただし、積分範囲は±（１−ｋoy 2）1/2 である。 ｕ（ｘ）＝∫（ｆ（ｋ）−δ（ｋ＋ｋ0X））ｅikxｄｋ ＝α（ｎ＋ｔ）Ｌ∫ｅikxｄｋ−ｅｘｐ（−ｉｋoxｘ） ＝２α（１＋ｔ）Ｌsin［（１−ｋoy 2）1/2 ・ｘ］／ｘ−exp（−ｉｋoxｘ）
り、幅Ｌが大きくなるほどαは小さくなる。ここでは、
対象としているラインパタン寸法すなわち幅Ｌが０．２
から０．５程度であり、このときはα＝０．８となる。
そして、像面上ある位置ｘにおける光学像の振幅ｕ
（ｘ）は、その瞳面において分布している振幅の総和に
なるので、以上の近似を用いれば、以下の式で表され
る。ただし、積分範囲は±（１−ｋoy 2）1/2 である。 ｕ（ｘ）＝∫（ｆ（ｋ）−δ（ｋ＋ｋ0X））ｅikxｄｋ ＝α（ｎ＋ｔ）Ｌ∫ｅikxｄｋ−ｅｘｐ（−ｉｋoxｘ） ＝２α（１＋ｔ）Ｌsin［（１−ｋoy 2）1/2 ・ｘ］／ｘ−exp（−ｉｋoxｘ）
【００２０】このため、像面においてパタンが形成され
るｘ＝０の位置における振幅は、以下の式（１）で示さ
れるものとなる。 ｕ（０）＝２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy 2）1/2 ＝１・・（１） したがって、像面において投影される微細ラインパタン
が最大のコントラストとなる条件、すなわち、ライン中
央の遮光部での光強度が０となる条件は、以下の式
（２）で示される。 ２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy 2）1/2 ＝１・・・・（２）
るｘ＝０の位置における振幅は、以下の式（１）で示さ
れるものとなる。 ｕ（０）＝２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy 2）1/2 ＝１・・（１） したがって、像面において投影される微細ラインパタン
が最大のコントラストとなる条件、すなわち、ライン中
央の遮光部での光強度が０となる条件は、以下の式
（２）で示される。 ２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy 2）1/2 ＝１・・・・（２）
【００２１】たとえば、斜入射照明の入射方向が
（ｋox，ｋoy）＝（０．７，０．０）でラインパタン幅
Ｌ＝０．４の場合には、ハーフトーンマスクパタンの最
適な振幅透過率はｔ＝０．５６となる。この値は、強度
透過率で約３１％となる。このような透過率を有するマ
スクパタンを用いることにより、コントラストの高いラ
インパタン像を形成することが可能である。そして、斜
入射照明光の入射角度は、角度があればあるほど高次の
回折光を取り込むことができ、そのため、より微細なラ
インパタンの形成が可能となる。すなわち、透過率を有
して位相を反転するマスクパタンが形成されたフォトマ
スクを用いることにより、微細なラインパタンの形成が
可能となる。
（ｋox，ｋoy）＝（０．７，０．０）でラインパタン幅
Ｌ＝０．４の場合には、ハーフトーンマスクパタンの最
適な振幅透過率はｔ＝０．５６となる。この値は、強度
透過率で約３１％となる。このような透過率を有するマ
スクパタンを用いることにより、コントラストの高いラ
インパタン像を形成することが可能である。そして、斜
入射照明光の入射角度は、角度があればあるほど高次の
回折光を取り込むことができ、そのため、より微細なラ
インパタンの形成が可能となる。すなわち、透過率を有
して位相を反転するマスクパタンが形成されたフォトマ
スクを用いることにより、微細なラインパタンの形成が
可能となる。
【００２２】実施の形態１ まず、本発明をライン幅０．４λ／ＮＡ、照明光の入射
方向（ｋox，ｋoy）＝（±１．０，０）の条件で用いた
場合の、像面における光強度分布を図６に示す。なお、
フォトマスク上にはライン形状のマスクパタンを形成し
た。この実施の形態１においては、前述した式（２）か
ら導かれるそのハーフトーンのマスクパタン部分の強度
透過率が、３１％となる。そして、図６に示される光強
度分布は、従来の技術で述べたシフタエッジ型位相シフ
トマスクを用いた場合とほぼ同じ状態である。したがっ
て、この実施の形態１によって、シフタエッジ形位相シ
フトマスクを用いた場合と、同程度の寸法の微細なライ
ンパタン像の形成が可能となる。
方向（ｋox，ｋoy）＝（±１．０，０）の条件で用いた
場合の、像面における光強度分布を図６に示す。なお、
フォトマスク上にはライン形状のマスクパタンを形成し
た。この実施の形態１においては、前述した式（２）か
ら導かれるそのハーフトーンのマスクパタン部分の強度
透過率が、３１％となる。そして、図６に示される光強
度分布は、従来の技術で述べたシフタエッジ型位相シフ
トマスクを用いた場合とほぼ同じ状態である。したがっ
て、この実施の形態１によって、シフタエッジ形位相シ
フトマスクを用いた場合と、同程度の寸法の微細なライ
ンパタン像の形成が可能となる。
【００２３】以上に説明したハーフトーンのマスクパタ
ンを有するフォトマスクを用い、露光光源としてＫｒＦ
レーザ光を用いて微細なラインパタンを形成した結果を
図７に示す。この露光で用いた投影露光装置の投影レン
ズのＮＡは０．５、露光波長は０．２４８μｍである。
図７に示されるように、０．１μｍのラインパタンすな
わち、０．２λ／ＮＡのラインパタンが形成できた。こ
のように、この実施の形態１によれば、通常フォトマス
クを用いた投影露光と比べて高い解像性能を有すると共
に、フォトマスク上に形成するマスクパタン形状がライ
ンパタンそのものであるため、シフタエッジ型の位相シ
フトマスクのようなシフタパタン配置の複雑さ、パタン
レイアウトの制限などがない。
ンを有するフォトマスクを用い、露光光源としてＫｒＦ
レーザ光を用いて微細なラインパタンを形成した結果を
図７に示す。この露光で用いた投影露光装置の投影レン
ズのＮＡは０．５、露光波長は０．２４８μｍである。
図７に示されるように、０．１μｍのラインパタンすな
わち、０．２λ／ＮＡのラインパタンが形成できた。こ
のように、この実施の形態１によれば、通常フォトマス
クを用いた投影露光と比べて高い解像性能を有すると共
に、フォトマスク上に形成するマスクパタン形状がライ
ンパタンそのものであるため、シフタエッジ型の位相シ
フトマスクのようなシフタパタン配置の複雑さ、パタン
レイアウトの制限などがない。
【００２４】実施の形態２ 上述した実施の形態１では、式（２）によって算出され
るフォトマスクにおけるハーフトーンマスクパタンの透
過率を用いた場合について説明を行った。しかし、高い
コントラストを与える条件は、必ずしも式（２）を正確
に満たしている必要はなく、フォトマスクの透過率には
許容範囲が存在する。以下に、この許容範囲に関して説
明する。この許容範図は、ライン中央部における光強度
の許容範囲から決定される。図１８に示したように、通
常露光において、マスクパタンサイズが小さくなるとラ
イン中央部において光強度が大きくなるため、ラインパ
タンが解像しなくなる。この場合には、限界解像度は
０．５λ／ＮＡであり、このとき、ライン中央部におけ
る光強度は０．０１である。そして、通常露光における
限界解像度における形成ラインパタン中央部と同程度の
光強度が得られれば、そのパタンは解像することにな
り、したがって、ライン中央部における光強度は０．０
１以下であれば問題はないといえる。
るフォトマスクにおけるハーフトーンマスクパタンの透
過率を用いた場合について説明を行った。しかし、高い
コントラストを与える条件は、必ずしも式（２）を正確
に満たしている必要はなく、フォトマスクの透過率には
許容範囲が存在する。以下に、この許容範囲に関して説
明する。この許容範図は、ライン中央部における光強度
の許容範囲から決定される。図１８に示したように、通
常露光において、マスクパタンサイズが小さくなるとラ
イン中央部において光強度が大きくなるため、ラインパ
タンが解像しなくなる。この場合には、限界解像度は
０．５λ／ＮＡであり、このとき、ライン中央部におけ
る光強度は０．０１である。そして、通常露光における
限界解像度における形成ラインパタン中央部と同程度の
光強度が得られれば、そのパタンは解像することにな
り、したがって、ライン中央部における光強度は０．０
１以下であれば問題はないといえる。
【００２５】すなわち、高いコントラストを与える条件
としてライン中央部の光強度が０．０１以下であるとし
て、ハーフトーンマスクパタンの振幅透過率における許
容範図を設定することができる。この条件を記述する
と、０．９＜２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy 2）1/2 ＜
１．１となる。すなわち、フォトマスクにおけるハーフ
トーンマスクパタンの振幅透過率は以下の式３で示され
ることになる。 ０．９／［２αＬ（１−ｋoy 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋoy 2 ）1/2 ］−１・・・式（３）
としてライン中央部の光強度が０．０１以下であるとし
て、ハーフトーンマスクパタンの振幅透過率における許
容範図を設定することができる。この条件を記述する
と、０．９＜２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy 2）1/2 ＜
１．１となる。すなわち、フォトマスクにおけるハーフ
トーンマスクパタンの振幅透過率は以下の式３で示され
ることになる。 ０．９／［２αＬ（１−ｋoy 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋoy 2 ）1/2 ］−１・・・式（３）
【００２６】たとえば、照明光の入射方向が（ｋ
oxｋoy）＝（０．７、０．０）とした条件で、形成する
パタン幅Ｌ＝０．４の場合を考える。このときに、ハー
フトーンマスクパタンの最適な振幅透過率は、０．４１
＜ｔ＜０．７２となる。すなわち、強度透過率で約１６
％から５２％となる。このような透過率を有するハーフ
トーンマスクパタンが形成されたフォトマスクを用いる
ことにより、コントラストの高いラインパタン像を形成
することが可能である。
oxｋoy）＝（０．７、０．０）とした条件で、形成する
パタン幅Ｌ＝０．４の場合を考える。このときに、ハー
フトーンマスクパタンの最適な振幅透過率は、０．４１
＜ｔ＜０．７２となる。すなわち、強度透過率で約１６
％から５２％となる。このような透過率を有するハーフ
トーンマスクパタンが形成されたフォトマスクを用いる
ことにより、コントラストの高いラインパタン像を形成
することが可能である。
【００２７】実施の形態３ 次に本発明の実施の形態３として、ＬＳＩパタンのよう
な複雑なパタンに適用する場合を示す。実際のＬＳＩパ
タンにおいては、ラインパタンの方向が必ずしもー方向
ではなく、９０度回転したパタン（すなわちＸ方向に長
くのびたラインパタン）、あるいはその他の角度方向に
長くのびたラインパタンが配置されることもある。この
場合、前述の実施の形態１で示したように、ｘ方向にだ
け入射方向を傾けた照明では、すべての方向のラインパ
タンにおいて高次の回折光を光学像形成に取り込むこと
ができない。このため、ｘ、ｙ方向の直交する方向だけ
にライン形状のパタンだけが配置されている場合には、
図８（ａ）に示すような照明形状を用いる。また、任意
の方向のラインパタンが配置されている場合には図８
（ｂ）に示すような照明形状を用いる。なお、図８にお
いて、斜線部が光を遮断する部分である。
な複雑なパタンに適用する場合を示す。実際のＬＳＩパ
タンにおいては、ラインパタンの方向が必ずしもー方向
ではなく、９０度回転したパタン（すなわちＸ方向に長
くのびたラインパタン）、あるいはその他の角度方向に
長くのびたラインパタンが配置されることもある。この
場合、前述の実施の形態１で示したように、ｘ方向にだ
け入射方向を傾けた照明では、すべての方向のラインパ
タンにおいて高次の回折光を光学像形成に取り込むこと
ができない。このため、ｘ、ｙ方向の直交する方向だけ
にライン形状のパタンだけが配置されている場合には、
図８（ａ）に示すような照明形状を用いる。また、任意
の方向のラインパタンが配置されている場合には図８
（ｂ）に示すような照明形状を用いる。なお、図８にお
いて、斜線部が光を遮断する部分である。
【００２８】以下、この場合のマスクパタンの透過率の
設定方法について説明する。まず、図９（ａ）（ｂ）
に、図８（ａ），（ｂ）に示したそれぞれの照明形状に
おけるｋoyの分布を示す。このような照明形状において
は、ｋoy（｜ｋoy｜）が分布を有している。ここで、前
述した式（２）または式（３）は、ラインパタンの長い
方向に対する入射方向、すなわちｋoyの絶対値｜ｋoy｜
にだけ依存している。そこで、図９に示すような照明光
状を用いることで｜ｋoy｜が分布を有する場合には、各
ｋoyに対して最適なマスクパタンの透過率が存在するこ
とになるが、この効果を平均的に取り込むためには、こ
の平均値を用いればよい。
設定方法について説明する。まず、図９（ａ）（ｂ）
に、図８（ａ），（ｂ）に示したそれぞれの照明形状に
おけるｋoyの分布を示す。このような照明形状において
は、ｋoy（｜ｋoy｜）が分布を有している。ここで、前
述した式（２）または式（３）は、ラインパタンの長い
方向に対する入射方向、すなわちｋoyの絶対値｜ｋoy｜
にだけ依存している。そこで、図９に示すような照明光
状を用いることで｜ｋoy｜が分布を有する場合には、各
ｋoyに対して最適なマスクパタンの透過率が存在するこ
とになるが、この効果を平均的に取り込むためには、こ
の平均値を用いればよい。
【００２９】ｋoyに対する照明強度の分布をＩ（ｋoy）
とすると、まず、ｋoyの平均的な効果を取り込むため
に、｜ｋoy｜のＩ（ｋoy）で重み付けをした重心ｋg を
求める。そして、式（３）のｋoyの部分にその求めたｋ
g を代入することによって、照明分布を平均的に取り込
んだ最適なマスクパタンの透過率が得られる。前述した
ように、照明光と光軸のなす角度θおよびマス上のライ
ンパタンの長手方向と照明光のなす角度φ、照明側から
見た投影レンズの見込み角ψとすると、ｋoy＝ｃｏｓφ
／ｓｉｎψと記述することができる。このため、各角度
の照明強度をＩ（θ，φ）とすると、上記の重心ｋg
は、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜をＩ（θ，φ）で重み付け
をした重心である。すなわち、最適なマスクパタンの振
幅透過率は、以下の式（４）で与えられる。 ０．９／［２αＬ（１−ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg 2） ］−１・・・・（４）
とすると、まず、ｋoyの平均的な効果を取り込むため
に、｜ｋoy｜のＩ（ｋoy）で重み付けをした重心ｋg を
求める。そして、式（３）のｋoyの部分にその求めたｋ
g を代入することによって、照明分布を平均的に取り込
んだ最適なマスクパタンの透過率が得られる。前述した
ように、照明光と光軸のなす角度θおよびマス上のライ
ンパタンの長手方向と照明光のなす角度φ、照明側から
見た投影レンズの見込み角ψとすると、ｋoy＝ｃｏｓφ
／ｓｉｎψと記述することができる。このため、各角度
の照明強度をＩ（θ，φ）とすると、上記の重心ｋg
は、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜をＩ（θ，φ）で重み付け
をした重心である。すなわち、最適なマスクパタンの振
幅透過率は、以下の式（４）で与えられる。 ０．９／［２αＬ（１−ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg 2） ］−１・・・・（４）
【００３０】このようにして、透過率を設定したマスク
パタンにより形成される光学像の光強度分布を図１０，
図１１に示す。図１０は４点照明の場合で、照明形状は
各照明開口のσを０．２とし、開口中心と光軸との距離
を０．９とした。このときｋg は、ｋoyに対する照明強
度の分布をＩ（ｋoy）として以下の式（５）で計算さ
れ、約０．６である。このときマスクパタンの強度透過
率は９０％である。 ｋg ＝∫Ｉ（ｋoy）｜ｋoy｜ｄ（ｋoy）／∫Ｉ（ｋoy）ｄ（ｋoy）・・・（５） また図１１は輪帯照明の場合を示しており、その輪帯照
明の照明形状は半径は０．９から１．０の範図とした。
このときｋg は約０．５であり、マスクパタンの強度透
過率は７０％である。以上に示した斜入射光源を用いる
ことにより、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンであっ
ても、０．３λ／ＮＡのラインパタン像がいずれの場合
にも形成できた。
パタンにより形成される光学像の光強度分布を図１０，
図１１に示す。図１０は４点照明の場合で、照明形状は
各照明開口のσを０．２とし、開口中心と光軸との距離
を０．９とした。このときｋg は、ｋoyに対する照明強
度の分布をＩ（ｋoy）として以下の式（５）で計算さ
れ、約０．６である。このときマスクパタンの強度透過
率は９０％である。 ｋg ＝∫Ｉ（ｋoy）｜ｋoy｜ｄ（ｋoy）／∫Ｉ（ｋoy）ｄ（ｋoy）・・・（５） また図１１は輪帯照明の場合を示しており、その輪帯照
明の照明形状は半径は０．９から１．０の範図とした。
このときｋg は約０．５であり、マスクパタンの強度透
過率は７０％である。以上に示した斜入射光源を用いる
ことにより、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンであっ
ても、０．３λ／ＮＡのラインパタン像がいずれの場合
にも形成できた。
【００３１】実施の形態４ 以下、この発明の第４の実施の形態について説明する。
上記実施の形態３では、ＬＳＩパタンのような複雑なパ
タンとして、いろいろな方向を向いたものに関して説明
したが、この実施の形態では、同時に大小のパタンが存
在する場合に関して説明する。実際のＬＳＩパタンにお
いては、例えば、図１２（ａ）に示すように微細なライ
ンパタン１２１だけではなく面積の大きなパタン１２２
が同時に存在する。ここで、微細なラインパタン１２１
の幅Ｌλ／ＮＡに着目して、実施の形態１，２で述べた
ようにマスクパタンの振幅透過率ｔを決定したとする。
上記実施の形態３では、ＬＳＩパタンのような複雑なパ
タンとして、いろいろな方向を向いたものに関して説明
したが、この実施の形態では、同時に大小のパタンが存
在する場合に関して説明する。実際のＬＳＩパタンにお
いては、例えば、図１２（ａ）に示すように微細なライ
ンパタン１２１だけではなく面積の大きなパタン１２２
が同時に存在する。ここで、微細なラインパタン１２１
の幅Ｌλ／ＮＡに着目して、実施の形態１，２で述べた
ようにマスクパタンの振幅透過率ｔを決定したとする。
【００３２】このとき、幅Ａλ／ＮＡのパタン１２２の
中央部における光の振幅ｕ（０）は、Ａが１より大きけ
れば、ほとんどＡに依存せずにｔとなる。このため、パ
タン１２２においては、単純に透過率に応じた漏れ光に
よってパタンのコントラストが劣化し解像しなくなると
いった問題がある。すなわち、微細なラインパタン１２
１の部分は充分遮光されているが、大面積のパタン１２
２の部分は透過率に応じた透過光がかぶるために、結像
面のポジレジストが露光されてパタンがなくなってしま
う。そこで、図１２（ｂ）に示すように、微細なライン
パタン１２１を形成するためのマスクパタン１２３をハ
ーフトーン膜とし、大面積のパタン１２２を形成するた
めのマスクパタン１２４は遮光膜を被せるようにする。
このようにすることで、面積の大きなパタンも含めて図
１２（ａ）に示すようなパタン形成を行うことが可能と
なる。
中央部における光の振幅ｕ（０）は、Ａが１より大きけ
れば、ほとんどＡに依存せずにｔとなる。このため、パ
タン１２２においては、単純に透過率に応じた漏れ光に
よってパタンのコントラストが劣化し解像しなくなると
いった問題がある。すなわち、微細なラインパタン１２
１の部分は充分遮光されているが、大面積のパタン１２
２の部分は透過率に応じた透過光がかぶるために、結像
面のポジレジストが露光されてパタンがなくなってしま
う。そこで、図１２（ｂ）に示すように、微細なライン
パタン１２１を形成するためのマスクパタン１２３をハ
ーフトーン膜とし、大面積のパタン１２２を形成するた
めのマスクパタン１２４は遮光膜を被せるようにする。
このようにすることで、面積の大きなパタンも含めて図
１２（ａ）に示すようなパタン形成を行うことが可能と
なる。
【００３３】ここで、この実施の形態４におけるフォト
マスクの製造方法について説明する。まず、図１３
（ａ）に示すように、ガラスなどからなる基板１３１上
に所定の透過率とし、透過する光の位相を１８０°反転
させる位相シフト膜１３２を形成し、その上にＣｒなど
からなる遮光膜１３３を形成する。次に、図１３（ｂ）
に示すように、微細なラインパタン形状と大面積のパタ
ン形状とからなるレジストパタン１３４を、遮光膜１３
３上に形成する。このレジストパタン１３４の形成は電
子線やレーザライタなど用いたリソグラフィにより行え
ばよい。
マスクの製造方法について説明する。まず、図１３
（ａ）に示すように、ガラスなどからなる基板１３１上
に所定の透過率とし、透過する光の位相を１８０°反転
させる位相シフト膜１３２を形成し、その上にＣｒなど
からなる遮光膜１３３を形成する。次に、図１３（ｂ）
に示すように、微細なラインパタン形状と大面積のパタ
ン形状とからなるレジストパタン１３４を、遮光膜１３
３上に形成する。このレジストパタン１３４の形成は電
子線やレーザライタなど用いたリソグラフィにより行え
ばよい。
【００３４】次に、図１３（ｃ）に示すように、レジス
トパタン１３４をマスクとして、遮光膜１３３および位
相シフト膜１３２をエッチング除去する。なお、このエ
ッチング処理において、レジストパタン１３４をマスク
として遮光膜１３３をエッチングし、その結果得られた
遮光膜１３３によるパタンを用いて位相シフト膜１３２
をエッチングするようにしてもよい。次に、図１３
（ｄ）に示すように、大面積のパタン形状からなるレジ
ストパタン１３５を、遮光膜１３３上の所定位置に形成
する。そして、図１３（ｅ）に示すように、このレジス
トパタン１３５をマスクとして遮光膜１３３のみを選択
的にエッチングすれば、大面積のパタンを形成するため
のマスクパタン部には、遮光膜が覆われている状態とす
ることができる。
トパタン１３４をマスクとして、遮光膜１３３および位
相シフト膜１３２をエッチング除去する。なお、このエ
ッチング処理において、レジストパタン１３４をマスク
として遮光膜１３３をエッチングし、その結果得られた
遮光膜１３３によるパタンを用いて位相シフト膜１３２
をエッチングするようにしてもよい。次に、図１３
（ｄ）に示すように、大面積のパタン形状からなるレジ
ストパタン１３５を、遮光膜１３３上の所定位置に形成
する。そして、図１３（ｅ）に示すように、このレジス
トパタン１３５をマスクとして遮光膜１３３のみを選択
的にエッチングすれば、大面積のパタンを形成するため
のマスクパタン部には、遮光膜が覆われている状態とす
ることができる。
【００３５】実施の形態５ 以下、この発明の第５の実施の形態について説明する。
ここでは、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンに適用す
る場合を示す。実際のＬＳＩパタンにおいては、図１４
に示すように微細ラインパタン１４１だけではなく微細
なギャップパタン１４２が同時に存在する。微細なギャ
ップパタン１４２形成に対しては、光強度が高いほどコ
ントラストが高くなり、形成が容易となる。しかし、マ
スクパタンの透過率が高くなるほど、光強度が劣化し、
微細ラインパタン１４１とギャップパタン１４２とを同
時に形成することが難しくなる。そこで、図１５に示す
ように、微細ギヤツプパタンが形成されるマスクパタン
１５１の部分に、実施の形態３で示したのと同様な手法
を用いた。
ここでは、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンに適用す
る場合を示す。実際のＬＳＩパタンにおいては、図１４
に示すように微細ラインパタン１４１だけではなく微細
なギャップパタン１４２が同時に存在する。微細なギャ
ップパタン１４２形成に対しては、光強度が高いほどコ
ントラストが高くなり、形成が容易となる。しかし、マ
スクパタンの透過率が高くなるほど、光強度が劣化し、
微細ラインパタン１４１とギャップパタン１４２とを同
時に形成することが難しくなる。そこで、図１５に示す
ように、微細ギヤツプパタンが形成されるマスクパタン
１５１の部分に、実施の形態３で示したのと同様な手法
を用いた。
【００３６】すなわち、ギャップパタン形成部となるマ
スクパタン１５１をはさむ大きなマスクパタン１５２
ａ，ｂは遮光膜により形成し、微細パタンを形成するマ
スクパタン１５３は所定の透過率を有し、透過する光の
位相を１８０°反転させるハーフトーン膜により形成す
るようにした。このことにより、ギャップパタンの光強
度を劣化させずに、その形状を形成することができた。
図１６は、遮光膜を用いた場合と用いない場合それぞれ
における、形成するギャップパタンの像面における光強
度分布を示す。照明はσ＜０．７の領域内に配置した４
点照明とし、マスクパタンの強度透過率は３６％とし
た。図１６に示されるように、遮光膜を用いることによ
り、光強度を高くすることができ、また周辺のサイドビ
ークの影響をなくすことができ、微細ラインパタンと同
時にギャップパタンを形成することが可能であった。
スクパタン１５１をはさむ大きなマスクパタン１５２
ａ，ｂは遮光膜により形成し、微細パタンを形成するマ
スクパタン１５３は所定の透過率を有し、透過する光の
位相を１８０°反転させるハーフトーン膜により形成す
るようにした。このことにより、ギャップパタンの光強
度を劣化させずに、その形状を形成することができた。
図１６は、遮光膜を用いた場合と用いない場合それぞれ
における、形成するギャップパタンの像面における光強
度分布を示す。照明はσ＜０．７の領域内に配置した４
点照明とし、マスクパタンの強度透過率は３６％とし
た。図１６に示されるように、遮光膜を用いることによ
り、光強度を高くすることができ、また周辺のサイドビ
ークの影響をなくすことができ、微細ラインパタンと同
時にギャップパタンを形成することが可能であった。
【００３７】実施の形態６ ところで、上述では、位相を反転させてある程度露光光
が透過するマスクパタンを形成するようにした。言い換
えると、マスクパタン部は、フォトマスク上の他の領域
よりある程度透過率が低い状態となっている。すなわ
ち、マスクパタン部の特性が、露光光の位相を１８０°
反転させ、かつ、他の領域との透過率にある程度差がと
れている状態となっていればよい。したがって、上記実
施の形態のように、マスクパタン以外の領域がほぼ１０
０％の透過率となっている必要はない。例えば、マスク
パタン以外の領域の透過率を低下させるようにすれば、
上述よりも透過率の低いマスクパタンを用いることがで
きる。
が透過するマスクパタンを形成するようにした。言い換
えると、マスクパタン部は、フォトマスク上の他の領域
よりある程度透過率が低い状態となっている。すなわ
ち、マスクパタン部の特性が、露光光の位相を１８０°
反転させ、かつ、他の領域との透過率にある程度差がと
れている状態となっていればよい。したがって、上記実
施の形態のように、マスクパタン以外の領域がほぼ１０
０％の透過率となっている必要はない。例えば、マスク
パタン以外の領域の透過率を低下させるようにすれば、
上述よりも透過率の低いマスクパタンを用いることがで
きる。
【００３８】以下、この実施の形態６におけるフォトマ
スクについて説明する。このフォトマスクは、図１７に
示すように、基板１７１のラインマスクパタン１７２周
囲の露出した部分に、解像限界以下のドットパタン１７
３を配置した。このことにより、基板１７１部分からの
透過光を減少させるようにしている。ここで、ドットパ
タン１７３が解像しないために、ドットパタン１７３の
ξ方向の周期はλ／ＮＡ／［１−（ｋox 2＋ｋoy 2）
1/2 ］以下とし、η方向の周期をλ／ＮＡ／［１＋（ｋ
ox 2＋ｋoy 2）1/2 ］以下とする。ここで、ηはフォトマ
スクに入射する斜入射照明のマスク面上における方向を
示し、ξはこれに垂直な方向である。なお、ドットパタ
ン１７３は遮光体で形成しても、ラインマスクパタン１
７２部と同様な半透明の位相シフタで形成してもよい。
スクについて説明する。このフォトマスクは、図１７に
示すように、基板１７１のラインマスクパタン１７２周
囲の露出した部分に、解像限界以下のドットパタン１７
３を配置した。このことにより、基板１７１部分からの
透過光を減少させるようにしている。ここで、ドットパ
タン１７３が解像しないために、ドットパタン１７３の
ξ方向の周期はλ／ＮＡ／［１−（ｋox 2＋ｋoy 2）
1/2 ］以下とし、η方向の周期をλ／ＮＡ／［１＋（ｋ
ox 2＋ｋoy 2）1/2 ］以下とする。ここで、ηはフォトマ
スクに入射する斜入射照明のマスク面上における方向を
示し、ξはこれに垂直な方向である。なお、ドットパタ
ン１７３は遮光体で形成しても、ラインマスクパタン１
７２部と同様な半透明の位相シフタで形成してもよい。
【００３９】ここで、ラインマスクパタン１７２部分の
振幅透過率をｔとし、目標とするラインマスクパタン１
７２部分とそれ以外の部分の振幅透過率の比をｔ0とす
る。このとき、ドットパタン１７３の振幅透過率をＴと
したときの、ラインマスクパタン１７２の長手方向と垂
直な方向のピッチＰx ，ラインマスクパタン１７２の長
手方向と平行な方向のピッチＰy と、ドットパタン１７
３の寸法Ｄとの関係は、次の式（６）で示されるものと
なる。ただし、ドットパタン１７３を遮光体で形成した
場合にはＴ＝０とする。 ｔ：（１−Ｔ）（Ｄ／ＰxＰy）2＝ｔ0：１・・・（６） このような関係としたフォトマスクを用いることによ
り、最適な透過率を有した本発明のフォトマスクを形成
することが可能であり、微細なラインパタンを形成する
ことが可能であった。
振幅透過率をｔとし、目標とするラインマスクパタン１
７２部分とそれ以外の部分の振幅透過率の比をｔ0とす
る。このとき、ドットパタン１７３の振幅透過率をＴと
したときの、ラインマスクパタン１７２の長手方向と垂
直な方向のピッチＰx ，ラインマスクパタン１７２の長
手方向と平行な方向のピッチＰy と、ドットパタン１７
３の寸法Ｄとの関係は、次の式（６）で示されるものと
なる。ただし、ドットパタン１７３を遮光体で形成した
場合にはＴ＝０とする。 ｔ：（１−Ｔ）（Ｄ／ＰxＰy）2＝ｔ0：１・・・（６） このような関係としたフォトマスクを用いることによ
り、最適な透過率を有した本発明のフォトマスクを形成
することが可能であり、微細なラインパタンを形成する
ことが可能であった。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、投
影露光に用いるフォトマスク上に透過光の位相を１８０
°反転させるハーフトーンマスクパタンを形成し、フォ
トマスクのハーフトーンマスクパタンが形成されていな
い領域に対するハーフトーンマスクパタン部の振幅透過
率ｔを以下に示すとおりとした。すなわち、フォトマス
クへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度をθと
し、露光照明のフォトマスク面への入射方向とハーフト
ーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、投影露
光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み角度を
ψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を入射角度θ，角度φ
における前露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重み付け
した重心をｋg とし、投影レンズの開口数をＮＡとし、
前記露光照明の波長をλとし、ハーフトーンマスクパタ
ンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとしたとし、１以下の所
定の定数αを用いたとき、０．９／［２αＬ（１−
ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg 2）
1/2 ］−１で表される振幅透過率ｔとした。
影露光に用いるフォトマスク上に透過光の位相を１８０
°反転させるハーフトーンマスクパタンを形成し、フォ
トマスクのハーフトーンマスクパタンが形成されていな
い領域に対するハーフトーンマスクパタン部の振幅透過
率ｔを以下に示すとおりとした。すなわち、フォトマス
クへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度をθと
し、露光照明のフォトマスク面への入射方向とハーフト
ーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、投影露
光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み角度を
ψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を入射角度θ，角度φ
における前露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重み付け
した重心をｋg とし、投影レンズの開口数をＮＡとし、
前記露光照明の波長をλとし、ハーフトーンマスクパタ
ンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとしたとし、１以下の所
定の定数αを用いたとき、０．９／［２αＬ（１−
ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg 2）
1/2 ］−１で表される振幅透過率ｔとした。
【００４１】以上のように振幅透過率を有するハーフト
ーンマスクパタンを用いることにより、これが投影され
る像面では、パタンが形成される位置の光強度分布がほ
ぼ０となる。この結果、この発明によれば、不要なパタ
ンを発生することなく、また、フォトマスク上のマスク
パタンレイアウトに制限を与えることなく、微細なライ
ンパタンが形成できるという効果がある。
ーンマスクパタンを用いることにより、これが投影され
る像面では、パタンが形成される位置の光強度分布がほ
ぼ０となる。この結果、この発明によれば、不要なパタ
ンを発生することなく、また、フォトマスク上のマスク
パタンレイアウトに制限を与えることなく、微細なライ
ンパタンが形成できるという効果がある。
【図１】 通常の遮光マスクを用いた場合のマスク透過
率分布を説明する説明図である。
率分布を説明する説明図である。
【図２】 この発明のフォトマスクを用いた場合のマス
ク透過率分布を説明する説明図である。
ク透過率分布を説明する説明図である。
【図３】 照明光とフォトマスク上のマスクパタンおよ
び光軸の関係を示した説明図である。
び光軸の関係を示した説明図である。
【図４】 投影レンズの瞳面における、回折光の位置を
表わした説明図である。
表わした説明図である。
【図５】 投影レンズの瞳面上に形成される回折光分布
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図６】 像面における光強度分布を示す特性図であ
る。
る。
【図７】 この発明のフォトマスクを用いて基板上に形
成した微細なレジストパタンの走査型電子顕微鏡写真で
ある。
成した微細なレジストパタンの走査型電子顕微鏡写真で
ある。
【図８】 斜入射照明のために用いる照明形状を示し説
明図である。
明図である。
【図９】 図８に示した照明形状における光強度の分布
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図１０】 像面における光強度分布を示す特性図であ
る。
る。
【図１１】 像面における光強度分布を示す特性図であ
る。
る。
【図１２】 形成するパタンおよびそのためのマスクパ
タンの構成を示す平面図である。
タンの構成を示す平面図である。
【図１３】 この発明のフォトマスクの一部製造工程を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１４】 形成するパタンの平面形状を示す平面図で
ある。
ある。
【図１５】 図１４のパタンをのためのマスクパタンの
構成を示す平面図である。
構成を示す平面図である。
【図１６】 像面における光強度分布を示す特性図であ
る。
る。
【図１７】 実施の形態６におけるフォトマスクの構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１８】 像面上に形成された微細ラインパタンの光
学像の光強度分布を示す説明図である。
学像の光強度分布を示す説明図である。
【図１９】 シフタエッジ型位相シフトマスクの断面お
よびシフタエッジ型位相シフトマスクを用いた場合の光
強度分布を示す説明図である。
よびシフタエッジ型位相シフトマスクを用いた場合の光
強度分布を示す説明図である。
【図２０】 シフタエッジ型位相シフトマスクを用いた
場合に形成ができないパタンレイアウトを示す平面図で
ある。
場合に形成ができないパタンレイアウトを示す平面図で
ある。
１１，２１…マスク基板、１２…遮光パタン、２２…ハ
ーフトーンマスクパタン、３１…フォトマスク、３２…
ラインマスクパタン、４１…入射光、４２…瞳面、４３
…回折光。
ーフトーンマスクパタン、３１…フォトマスク、３２…
ラインマスクパタン、４１…入射光、４２…瞳面、４３
…回折光。
Claims (4)
- 【請求項１】 投影露光に用いられるフォトマスクであ
って、 前記フォトマスク上には、透過する光の位相を１８０°
反転させるハーフトーンマスクパタンが形成され、 前記フォトマスクの前記ハーフトーンマスクパタンが形
成されていない領域に対する前記ハーフトーンマスクパ
タン部の振幅透過率ｔが、 前記フォトマスクへ入射する露光照明の光軸に対する入
射角度をθとし、前記露光照明の前記フォトマスク面へ
の入射方向と前記ハーフトーンマスクパタンの長手方向
との角度をφとし、前記投影露光に用いられる投影レン
ズの照明側からの見込み角度をψとし、｜ｃｏｓφ／ｓ
ｉｎψ｜を前記入射角度θ，角度φにおける前記露光照
明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重み付けした重心をｋg と
し、前記投影レンズの開口数をＮＡとし、前記露光照明
の波長をλとし、前記ハーフトーンマスクパタンの短い
方の寸法をＬλ／ＮＡとし、１以下の所定の定数αを用
いたとき、 ０．９／［２αＬ（１−ｋg 2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１
／［２αＬ（１−ｋg 2）1/2 ］−１ で表されることを特徴とするフォトマスク。 - 【請求項２】 請求項１記載のフォトマスクにおいて、 前記フォトマスクの前記ハーフトーンマスクパタン周囲
の前記ハーフトーンマスクパタンが形成されていない領
域に、 前記露光照明のフォトマスクへの入射方向と垂直な方向
には、｜ｓｉｎθ／ｓｉｎψ｜をＩ（θ，φ）で重みづ
けした重心ｋとしたときに、λ／ＮＡ／（１−ｋ2 ）
1/2 以下の間隔で、前記露光照明のフォトマスクへの入
射方向と平行な方向にはλ／ＮＡ／（１＋ｋ）以下の間
隔で、周期的に配置された微細なパターンを備えたこと
を特徴とするフォトマスク。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のフォトマスクに
おいて、 前記フォトマスク上に前記ハーフトーンマスクパタンに
連続して、光を遮光する遮光マスクパタンが形成されて
いることを特徴とするフォトマスク。 - 【請求項４】 請求項３記載のフォトマスクにおいて、 前記遮光マスクパタンに近設する遮光マスクパタンを備
えたことを特徴とするフォトマスク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33075096A JP3732603B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | フォトマスク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33075096A JP3732603B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | フォトマスク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10171094A true JPH10171094A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3732603B2 JP3732603B2 (ja) | 2006-01-05 |
Family
ID=18236141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33075096A Expired - Lifetime JP3732603B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | フォトマスク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3732603B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1804119A1 (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-04 | Interuniversitair Microelektronica Centrum | Method for manufacturing attenuated phase- shift masks and devices obtained therefrom |
-
1996
- 1996-12-11 JP JP33075096A patent/JP3732603B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1804119A1 (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-04 | Interuniversitair Microelektronica Centrum | Method for manufacturing attenuated phase- shift masks and devices obtained therefrom |
| JP2007179056A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw | 減衰型の位相シフトマスクの製造方法およびこれにより得られるデバイス |
| US7709160B2 (en) | 2005-12-27 | 2010-05-04 | Imec | Method for manufacturing attenuated phase-shift masks and devices obtained therefrom |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3732603B2 (ja) | 2006-01-05 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040906 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050517 |
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| A521 | Written amendment |
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