JPH10232482A - 露光用フォトマスク - Google Patents
露光用フォトマスクInfo
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- JPH10232482A JPH10232482A JP3614397A JP3614397A JPH10232482A JP H10232482 A JPH10232482 A JP H10232482A JP 3614397 A JP3614397 A JP 3614397A JP 3614397 A JP3614397 A JP 3614397A JP H10232482 A JPH10232482 A JP H10232482A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
- G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】段差を有する被露光材についても、すべての領
域で所望のパターンを形成することのできる露光用フォ
トマスクを提供する。 【解決手段】この露光用フォトマスクＭ１は、段差を有
する半導体基板Ｓ上に所定のパターンを転写するもので
あり、遮光膜５からなる領域２と、半透明膜４からなる
領域１を有し、半導体基板Ｓの段差及び所望のパターン
サイズに基づいて、半透明膜４を通過する露光光と完全
透過部を通過する露光光との最適位相差及び最適マスク
パターンサイズを求め、その最適位相差及び最適マスク
パターンサイズにより形成される。半透明膜４の膜厚
は、半透明膜４を通過する露光光と完全透過部を通過す
る露光光との位相差が半導体基板Ｓの段差に略等しい焦
点位置ずれを与えるように設定される。
域で所望のパターンを形成することのできる露光用フォ
トマスクを提供する。 【解決手段】この露光用フォトマスクＭ１は、段差を有
する半導体基板Ｓ上に所定のパターンを転写するもので
あり、遮光膜５からなる領域２と、半透明膜４からなる
領域１を有し、半導体基板Ｓの段差及び所望のパターン
サイズに基づいて、半透明膜４を通過する露光光と完全
透過部を通過する露光光との最適位相差及び最適マスク
パターンサイズを求め、その最適位相差及び最適マスク
パターンサイズにより形成される。半透明膜４の膜厚
は、半透明膜４を通過する露光光と完全透過部を通過す
る露光光との位相差が半導体基板Ｓの段差に略等しい焦
点位置ずれを与えるように設定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置に使
用される露光用フォトマスクに関し、特に、段差を有す
る半導体基板等の被露光材を露光するのに適合した露光
用フォトマスクに関する。
用される露光用フォトマスクに関し、特に、段差を有す
る半導体基板等の被露光材を露光するのに適合した露光
用フォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Acces
s Memory）に代表される半導体集積回路の高集積化、微
細化により、半導体基板上に形成される回路パターンの
線幅は非常に小さいものとなってきている。これに伴
い、半導体基板上に回路パターンを形成するリソグラフ
ィ工程ではさらに微細なパターンの転写が要求されてい
る。
s Memory）に代表される半導体集積回路の高集積化、微
細化により、半導体基板上に形成される回路パターンの
線幅は非常に小さいものとなってきている。これに伴
い、半導体基板上に回路パターンを形成するリソグラフ
ィ工程ではさらに微細なパターンの転写が要求されてい
る。
【０００３】現状のフォトリソグラフィ工程では、縮小
投影露光装置（ステッパ等）により紫外光で露光用フォ
トマスク上の回路パターンを半導体基板上に塗布された
フォトレジストに焼き付けてパターンを形成している。
パターン形成するためには基板表面を投影レンズの結像
面にー致させるのが理想であるが、素子形成のために生
じる段差や基板が平坦でないことなどの理由により、両
者の間にずれが生じる。理想的結像面から多少ずれた場
合でもパターン形成するためには、ある程度の焦点深度
（パターン形成可能な光軸方向の範囲）が必要となり、
必要焦点深度を確保することが高解像度と共に重要とな
る。
投影露光装置（ステッパ等）により紫外光で露光用フォ
トマスク上の回路パターンを半導体基板上に塗布された
フォトレジストに焼き付けてパターンを形成している。
パターン形成するためには基板表面を投影レンズの結像
面にー致させるのが理想であるが、素子形成のために生
じる段差や基板が平坦でないことなどの理由により、両
者の間にずれが生じる。理想的結像面から多少ずれた場
合でもパターン形成するためには、ある程度の焦点深度
（パターン形成可能な光軸方向の範囲）が必要となり、
必要焦点深度を確保することが高解像度と共に重要とな
る。
【０００４】一般に、縮小露光方法を用いたフォトリソ
グラフィ工程における解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦはレー
リーの式と呼ばれる次式で与えられる。 Ｒ＝Ｋ1・λ／ＮＡ−−−（１） ＤＯＦ＝Ｋ2・λ／（ＮＡ）2 −−（２） ここでλは使用する光の露光波長（ｎｍ）、ＮＡはレン
ズ開口数、Ｋ１、Ｋ２はレジストプロセスに依存するプ
ロセス係数である。
グラフィ工程における解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦはレー
リーの式と呼ばれる次式で与えられる。 Ｒ＝Ｋ1・λ／ＮＡ−−−（１） ＤＯＦ＝Ｋ2・λ／（ＮＡ）2 −−（２） ここでλは使用する光の露光波長（ｎｍ）、ＮＡはレン
ズ開口数、Ｋ１、Ｋ２はレジストプロセスに依存するプ
ロセス係数である。
【０００５】式（１）からわかるように、解像限界はλ
の値を小さくし、ＮＡの値を大きくすれば向上する。し
かし、式（２）より短波長化及び高ＮＡ化はＤＯＦを減
少させてしまう。現状では、解像度の向上に伴って焦点
深度が急激に減少しており、必要な焦点深度を確保する
ことが難しくなってきている。
の値を小さくし、ＮＡの値を大きくすれば向上する。し
かし、式（２）より短波長化及び高ＮＡ化はＤＯＦを減
少させてしまう。現状では、解像度の向上に伴って焦点
深度が急激に減少しており、必要な焦点深度を確保する
ことが難しくなってきている。
【０００６】一方、式（２）からわかるように、焦点深
度の減少は短波長化の方が高ＮＡ化よりも緩やかであ
る。このため、短波長化が進められてきており、露光光
源として水銀灯のｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ
＝３６５ｎｍ）、さらにはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝
２４８ｎｍ）が使用されるようになってきている。
度の減少は短波長化の方が高ＮＡ化よりも緩やかであ
る。このため、短波長化が進められてきており、露光光
源として水銀灯のｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ
＝３６５ｎｍ）、さらにはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝
２４８ｎｍ）が使用されるようになってきている。
【０００７】さらに光学系自体に工夫を加えることによ
り先述した回路パターンの微細化に対応することも可能
であり、その方法は総称して超解像技術と呼ばれてい
る。超解像技術の代表的なものは、工夫を加える箇所に
よって次の３つの方法に大別できる。即ち、投影光学系
の光源形状を変更するもの（変形照明法）、投影レンズ
の瞳面を変更するもの（瞳フィルター法）、露光用フォ
トマスクを変更するもの（位相シフト法、ハーフトーン
位相シフト法等）である。これらの超解像技術の効果
は、露光用フォトマスク上のパターンの種類に依存して
異なる。
り先述した回路パターンの微細化に対応することも可能
であり、その方法は総称して超解像技術と呼ばれてい
る。超解像技術の代表的なものは、工夫を加える箇所に
よって次の３つの方法に大別できる。即ち、投影光学系
の光源形状を変更するもの（変形照明法）、投影レンズ
の瞳面を変更するもの（瞳フィルター法）、露光用フォ
トマスクを変更するもの（位相シフト法、ハーフトーン
位相シフト法等）である。これらの超解像技術の効果
は、露光用フォトマスク上のパターンの種類に依存して
異なる。
【０００８】ハーフトーン位相シフト法（以下、ハーフ
トーン法）は、マスク上の遮光部に完全遮光膜ではな
く、入射光の位相を１８０度反転させて部分的に透過さ
せるような半透明膜を構成するものであり、例えば、特
開平８ー３１７１１号公報等に開示されている。図１１
はハーフトーン法に用いられる従来の露光用フォトマス
クを示す。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来
の露光用フォトマスクは、マスク基板となるガラス基板
１０１と、そのガラス基板１０１に付着した半透明膜１
０２の２層により構成されている。このハーフトーン法
によれば、マスクにおける高次の回折光成分が強調さ
れ、広い焦点範囲にわたってウェハ上の光強度のコント
ラストが向上する。
トーン法）は、マスク上の遮光部に完全遮光膜ではな
く、入射光の位相を１８０度反転させて部分的に透過さ
せるような半透明膜を構成するものであり、例えば、特
開平８ー３１７１１号公報等に開示されている。図１１
はハーフトーン法に用いられる従来の露光用フォトマス
クを示す。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来
の露光用フォトマスクは、マスク基板となるガラス基板
１０１と、そのガラス基板１０１に付着した半透明膜１
０２の２層により構成されている。このハーフトーン法
によれば、マスクにおける高次の回折光成分が強調さ
れ、広い焦点範囲にわたってウェハ上の光強度のコント
ラストが向上する。
【０００９】また、ハーフトーン法は特に孤立透過パタ
ーン（ポジ型の場合ホールパターン）の焦点深度向上に
有効である。例えば、「Y.Iwabuchi.et.al..Jpn.J.App
l.Phys.32（1993）5900」において、ＫｒＦエキシマリ
ソグラフィによって０.２６μｍの孤立ホールパターン
を形成する場合について説明されている。ＮＡ＝０.４
２、σ＝０.５（σ：コヒーレンシファクタ）において
通常のマスクを用いた場合、０.２６μｍのホールパタ
ーンの焦点深度はおよそ０.６μｍである。これに対し
て、透過率約４％のハーフトーンマスクを用いて露光を
行うと、焦点深度はおよそ１.２μｍに広がる。
ーン（ポジ型の場合ホールパターン）の焦点深度向上に
有効である。例えば、「Y.Iwabuchi.et.al..Jpn.J.App
l.Phys.32（1993）5900」において、ＫｒＦエキシマリ
ソグラフィによって０.２６μｍの孤立ホールパターン
を形成する場合について説明されている。ＮＡ＝０.４
２、σ＝０.５（σ：コヒーレンシファクタ）において
通常のマスクを用いた場合、０.２６μｍのホールパタ
ーンの焦点深度はおよそ０.６μｍである。これに対し
て、透過率約４％のハーフトーンマスクを用いて露光を
行うと、焦点深度はおよそ１.２μｍに広がる。
【００１０】なお、ハーフトーン法はマスク作成が比較
的容易であることから、現在ｉ線リソグラフィを中心に
量産に適用されている。また、焦点深度向上効果を最大
にするためには、位相差が１８０±５度、透過率が５〜
１０％程度であることが望ましいことが報告されてい
る。
的容易であることから、現在ｉ線リソグラフィを中心に
量産に適用されている。また、焦点深度向上効果を最大
にするためには、位相差が１８０±５度、透過率が５〜
１０％程度であることが望ましいことが報告されてい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
半導体装置は、デバイスの高集積化にともない非常に複
雑な断面構造を有する。そのため半導体基板上に形成さ
れる段差は、上述のハーフトーン法等によっても補えな
いほど大きくなりつつある。上述の露光波長・光学条件
・ハーフトーンマスク適用のもとで０.２６μｍホール
パターンを、０.６μｍの段差を有する基板上に形成す
る場合を考える。焦点深度が１.２μｍであるので、上
下双方最大で０.６μｍのフォーカスマージンが得られ
ることになる。しかし、０.６μｍの段差上下の中点に
焦点位置を与えて露光を行ったとして、段差上部では上
方にマージンは０.３μｍ、段差下方にマージンは０.３
μｍとなる。すなわち段差を考慮した実質的な焦点深度
は０.６μｍに制限されてしまう。
半導体装置は、デバイスの高集積化にともない非常に複
雑な断面構造を有する。そのため半導体基板上に形成さ
れる段差は、上述のハーフトーン法等によっても補えな
いほど大きくなりつつある。上述の露光波長・光学条件
・ハーフトーンマスク適用のもとで０.２６μｍホール
パターンを、０.６μｍの段差を有する基板上に形成す
る場合を考える。焦点深度が１.２μｍであるので、上
下双方最大で０.６μｍのフォーカスマージンが得られ
ることになる。しかし、０.６μｍの段差上下の中点に
焦点位置を与えて露光を行ったとして、段差上部では上
方にマージンは０.３μｍ、段差下方にマージンは０.３
μｍとなる。すなわち段差を考慮した実質的な焦点深度
は０.６μｍに制限されてしまう。
【００１２】以上説明したように、段差を有する半導体
基板についても実質的に広い焦点深度を得ることが、デ
バイス製造上の課題となっている。
基板についても実質的に広い焦点深度を得ることが、デ
バイス製造上の課題となっている。
【００１３】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、段差を有する被露光材についても、すべての
領域で所望のパターンを形成することのできる露光用フ
ォトマスクを提供することを目的とする。
のであり、段差を有する被露光材についても、すべての
領域で所望のパターンを形成することのできる露光用フ
ォトマスクを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、段差を有する
被露光材上に所定のパターンを転写する露光用フォトマ
スクにおいて、遮光膜からなる領域と、半透明膜からな
る領域を有し、被露光材の段差及び所望のパターンサイ
ズに基づいて、半透明膜を通過する露光光と完全透過部
を通過する露光光との最適位相差及び最適マスクパター
ンサイズを求め、その最適位相差及び最適マスクパター
ンサイズにより形成されることを特徴とするものであ
る。
被露光材上に所定のパターンを転写する露光用フォトマ
スクにおいて、遮光膜からなる領域と、半透明膜からな
る領域を有し、被露光材の段差及び所望のパターンサイ
ズに基づいて、半透明膜を通過する露光光と完全透過部
を通過する露光光との最適位相差及び最適マスクパター
ンサイズを求め、その最適位相差及び最適マスクパター
ンサイズにより形成されることを特徴とするものであ
る。
【００１５】半透明膜の膜厚は、半透明膜を通過する露
光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が被露光
材の段差に略等しい焦点位置ずれを与えるように設定さ
れる。
光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が被露光
材の段差に略等しい焦点位置ずれを与えるように設定さ
れる。
【００１６】本発明の他の形態の露光用フォトマスク
は、半透明膜からなる領域と、その半透明膜と透過膜の
２層構造からなる領域を有し、被露光材の段差及び所望
のパターンサイズに基づいて、完全光透過部、半透明膜
からなる領域、及び半透明膜と透過膜の２層構造よりな
る領域をそれぞれ通過する露光光の最適位相差及び最適
マスクパターンサイズを求め、その最適位相差及び最適
マスクパターンサイズにより形成されることを特徴とす
るものである。
は、半透明膜からなる領域と、その半透明膜と透過膜の
２層構造からなる領域を有し、被露光材の段差及び所望
のパターンサイズに基づいて、完全光透過部、半透明膜
からなる領域、及び半透明膜と透過膜の２層構造よりな
る領域をそれぞれ通過する露光光の最適位相差及び最適
マスクパターンサイズを求め、その最適位相差及び最適
マスクパターンサイズにより形成されることを特徴とす
るものである。
【００１７】半透明膜の膜厚は、半透明膜を通過する露
光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が被露光
材の段差に略等しい焦点位置ずれを与えるように設定さ
れ、透過膜の膜厚は、半透明膜及び透過膜を通過する露
光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が１８０
度になるように設定される。
光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が被露光
材の段差に略等しい焦点位置ずれを与えるように設定さ
れ、透過膜の膜厚は、半透明膜及び透過膜を通過する露
光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が１８０
度になるように設定される。
【００１８】上記被露光材は例えば半導体基板である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ここで、本発明の露光用フォトマ
スクが１：１等倍露光装置で使用されるものとして説明
するが、縮小投影露光装置で使用されてもマスクパター
ンサイズの値を除いて同様である。また、フォトレジス
トがポジ型の場合で説明する。
に基づいて説明する。ここで、本発明の露光用フォトマ
スクが１：１等倍露光装置で使用されるものとして説明
するが、縮小投影露光装置で使用されてもマスクパター
ンサイズの値を除いて同様である。また、フォトレジス
トがポジ型の場合で説明する。
【００２０】図１は本発明の第１の実施の形態の露光用
フォトマスクを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
側断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すよう
に、本発明のフォトマスクＭ１はマスク基板となるガラ
ス基板３を有する。ガラス基板３の第１の領域１では半
透明膜４のー層によりパターンが構成されている。ガラ
ス基板３の第２の領域２では半透明膜４とその上に付着
されクロムで形成された遮光膜５のニ層によりパターン
が構成されている。両領域１、２においてピッチがおよ
そ１：３（＝ホール：スペース）のホールパターン６が
形成されている。
フォトマスクを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
側断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すよう
に、本発明のフォトマスクＭ１はマスク基板となるガラ
ス基板３を有する。ガラス基板３の第１の領域１では半
透明膜４のー層によりパターンが構成されている。ガラ
ス基板３の第２の領域２では半透明膜４とその上に付着
されクロムで形成された遮光膜５のニ層によりパターン
が構成されている。両領域１、２においてピッチがおよ
そ１：３（＝ホール：スペース）のホールパターン６が
形成されている。
【００２１】図２は本発明の露光用フォトマスクと段差
を有する半導体基板との位置関係を示す側断面図であ
る。図２では、簡単化のため投影光学系は省略されてお
り、フォーカスの向きは投影レンズに近づく方向を正と
している。図２に示すように、第１のマスク領域１が半
導体基板Ｓの段差の上部７に、第２のマスク領域２が半
導体基板Ｓの段差の下部８に対応している。なお、露光
用フォトマスクＭ１と半導体基板Ｓとの位置関係はこの
逆であってもよい。
を有する半導体基板との位置関係を示す側断面図であ
る。図２では、簡単化のため投影光学系は省略されてお
り、フォーカスの向きは投影レンズに近づく方向を正と
している。図２に示すように、第１のマスク領域１が半
導体基板Ｓの段差の上部７に、第２のマスク領域２が半
導体基板Ｓの段差の下部８に対応している。なお、露光
用フォトマスクＭ１と半導体基板Ｓとの位置関係はこの
逆であってもよい。
【００２２】半透明膜４の膜厚は、その通過光と完全透
過部の通過光の位相差が半導体基板Ｓの段差上部７及び
下部８で段差に等しい焦点位置ずれを与えるように設定
される。また、第１のマスク領域１及び第２のマスク領
域２におけるパターンサイズは、半導体基板Ｓの段差上
部７及び下部８に設計通りの寸法のパターン９、１０を
与えるように設計されている。第２のマスク領域２にお
けるパターンサイズを設計寸法通りとすると、第１のマ
スク領域１におけるパターンサイズを修正する必要が生
じる。
過部の通過光の位相差が半導体基板Ｓの段差上部７及び
下部８で段差に等しい焦点位置ずれを与えるように設定
される。また、第１のマスク領域１及び第２のマスク領
域２におけるパターンサイズは、半導体基板Ｓの段差上
部７及び下部８に設計通りの寸法のパターン９、１０を
与えるように設計されている。第２のマスク領域２にお
けるパターンサイズを設計寸法通りとすると、第１のマ
スク領域１におけるパターンサイズを修正する必要が生
じる。
【００２３】最適位相差及び第１のマスク領域１におけ
る最適マスクパターンサイズを求める方法を説明する。
ここでは、ＫｒＦエキシマリソグラフィを用いて、ＮＡ
＝０.５、σ＝０.５の条件の下で、ピッチ１：３の０.
２５μｍのホールパターンを半導体基板Ｓの段差上部及
び下部に形成するものとする。また、半透明膜の透過率
は５％とする。
る最適マスクパターンサイズを求める方法を説明する。
ここでは、ＫｒＦエキシマリソグラフィを用いて、ＮＡ
＝０.５、σ＝０.５の条件の下で、ピッチ１：３の０.
２５μｍのホールパターンを半導体基板Ｓの段差上部及
び下部に形成するものとする。また、半透明膜の透過率
は５％とする。
【００２４】図３はシミュレーションにより求めた、焦
点位置ずれ量、位相差及びマスクパターンサイズの関係
を示すグラフである。図３では、位相差１２０〜１８０
度の領域を示し、焦点位置の定義は、半導体基板上のパ
ターンサイズが最大となる点とする。位相差１８０度の
時に焦点位置ずれ量は０であるが、これは従来のハーフ
トーン法に相当する。位相差が０〜１８０度の領域で
は、位相差が０度ないし１８０度より離れるにしたが
い、焦点位置ずれ量は十方向（投影レンズに近づく方
向）に大きくなる。なお、位相差が１８０〜３６０度の
領域では、位相差が１８０度ないし３６０度より離れる
にしたがい、焦点位置ずれ量は−方向（投影レンズより
遠ざかる方向）に大きくなる。
点位置ずれ量、位相差及びマスクパターンサイズの関係
を示すグラフである。図３では、位相差１２０〜１８０
度の領域を示し、焦点位置の定義は、半導体基板上のパ
ターンサイズが最大となる点とする。位相差１８０度の
時に焦点位置ずれ量は０であるが、これは従来のハーフ
トーン法に相当する。位相差が０〜１８０度の領域で
は、位相差が０度ないし１８０度より離れるにしたが
い、焦点位置ずれ量は十方向（投影レンズに近づく方
向）に大きくなる。なお、位相差が１８０〜３６０度の
領域では、位相差が１８０度ないし３６０度より離れる
にしたがい、焦点位置ずれ量は−方向（投影レンズより
遠ざかる方向）に大きくなる。
【００２５】図４はシミュレーションにより求めた、実
際に半導体基板Ｓ上に転写されるパターンサイズと位相
差及びマスクパターンサイズの関係を示すグラフであ
る。図４では位相差１２０〜１８０度の領域を示す。図
４からわかるように、位相差が１８０度に近づくにした
がい、同じマスクパターンサイズに対して、半導体基板
Ｓ上に転写されるパターンサイズは小さくなる。
際に半導体基板Ｓ上に転写されるパターンサイズと位相
差及びマスクパターンサイズの関係を示すグラフであ
る。図４では位相差１２０〜１８０度の領域を示す。図
４からわかるように、位相差が１８０度に近づくにした
がい、同じマスクパターンサイズに対して、半導体基板
Ｓ上に転写されるパターンサイズは小さくなる。
【００２６】図３及び図４のグラフから最適位相差及び
最適マスクパターンサイズが求められる。例えば、０.
６μｍの焦点位置ずれ、０.２５μｍのパターンサイズ
を得るためには、位相差１３０度程度、マスクパターン
サイズ０.２５μｍ程度が適切であると判断される。
最適マスクパターンサイズが求められる。例えば、０.
６μｍの焦点位置ずれ、０.２５μｍのパターンサイズ
を得るためには、位相差１３０度程度、マスクパターン
サイズ０.２５μｍ程度が適切であると判断される。
【００２７】上記の場合のデフォーカスによる寸法変動
を図５に示す。焦点深度の定義は、寸法変動が±１０％
以内の範囲であることとし、図５の点線は狙い寸法ー１
０％の値を示す。図５からわかるように、半導体基板Ｓ
の段差上部及び下部ともに０.８μｍ程度の焦点深度が
同時に得られると予想される。すなわち段差を考慮した
実質的な焦点深度は０.８μｍとなる。
を図５に示す。焦点深度の定義は、寸法変動が±１０％
以内の範囲であることとし、図５の点線は狙い寸法ー１
０％の値を示す。図５からわかるように、半導体基板Ｓ
の段差上部及び下部ともに０.８μｍ程度の焦点深度が
同時に得られると予想される。すなわち段差を考慮した
実質的な焦点深度は０.８μｍとなる。
【００２８】図６は本発明の第２の実施の形態の露光用
フォトマスクを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
側断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すよう
に、この露光用フォトマスクＭ２はマスク基板となるガ
ラス基板１３を有する。ガラス基板１３の第１の領域１
１では半透明膜１４のー層によりパターンが構成されて
いる。ガラス基板１３の第２の領域１２では半透明膜１
４とその上に付着した透過膜１５のニ層によりパターン
が構成されている。透過膜１５は半透明膜１４のみから
なる第１の領域１１に対して、透過率を変えずに位相の
みを変える役割を有する。
フォトマスクを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
側断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すよう
に、この露光用フォトマスクＭ２はマスク基板となるガ
ラス基板１３を有する。ガラス基板１３の第１の領域１
１では半透明膜１４のー層によりパターンが構成されて
いる。ガラス基板１３の第２の領域１２では半透明膜１
４とその上に付着した透過膜１５のニ層によりパターン
が構成されている。透過膜１５は半透明膜１４のみから
なる第１の領域１１に対して、透過率を変えずに位相の
みを変える役割を有する。
【００２９】図７は露光用フォトマスクと段差を有する
半導体基板との位置関係を示す側断面図である。図７で
は、第１のマスク領域１１が半導体基板Ｓの段差上部１
７に、第２のマスク領域１２が半導体基板Ｓの段差下部
１８に対応している。なお、露光用フォトマスクＭ２と
半導体基板Ｓの位置関係はこの逆であってもよい。
半導体基板との位置関係を示す側断面図である。図７で
は、第１のマスク領域１１が半導体基板Ｓの段差上部１
７に、第２のマスク領域１２が半導体基板Ｓの段差下部
１８に対応している。なお、露光用フォトマスクＭ２と
半導体基板Ｓの位置関係はこの逆であってもよい。
【００３０】半透明膜１４の膜厚は、その通過光と完全
透過部の通過光との位相差が半導体基板Ｓの段差上部１
７及び下部１８で段差に等しい焦点位置ずれを与えるよ
うに設定されている。透過膜１５の膜厚は、第２のマス
ク領域１２の半透明膜１４及び透過膜１５を透過する通
過光と完全透過部の通過光との位相差が１８０度となる
ように設定されている。また、第１のマスク領域１１及
び第２のマスク領域１２におけるパターンサイズは、半
導体基板Ｓの段差上部７及び下部８に設計通りの寸法の
パターン１９、２０を与えるように設計されている。
透過部の通過光との位相差が半導体基板Ｓの段差上部１
７及び下部１８で段差に等しい焦点位置ずれを与えるよ
うに設定されている。透過膜１５の膜厚は、第２のマス
ク領域１２の半透明膜１４及び透過膜１５を透過する通
過光と完全透過部の通過光との位相差が１８０度となる
ように設定されている。また、第１のマスク領域１１及
び第２のマスク領域１２におけるパターンサイズは、半
導体基板Ｓの段差上部７及び下部８に設計通りの寸法の
パターン１９、２０を与えるように設計されている。
【００３１】第２のマスク領域１２におけるパターンサ
イズを設計寸法通りとすると、第１の実施の形態と同
様、第１のマスク領域１１におけるパターンサイズを修
正する必要が生じる。
イズを設計寸法通りとすると、第１の実施の形態と同
様、第１のマスク領域１１におけるパターンサイズを修
正する必要が生じる。
【００３２】この方法では、第２のマスク領域１２につ
いて通常のハーフトーン法を適用しているため、半導体
基板Ｓの段差下部１８については、第１の実施の形態よ
り広い焦点深度を得ることができる。
いて通常のハーフトーン法を適用しているため、半導体
基板Ｓの段差下部１８については、第１の実施の形態よ
り広い焦点深度を得ることができる。
【００３３】最適位相差及び第１のマスク領域１１にお
けるマスクパターンサイズを求める方法は第１の実施の
形態と同様である。ここでは第１の実施の形態と同様の
露光波長・光学条件・半透明膜透過率の下で、半導体基
板Ｓの段差上部・下部にピッチ１：３の０.２５μｍの
ホールパターンを形成するものとする。この場合に０.
６μｍの焦点位置ずれを得るためには、シミュレーショ
ンにより位相差は１６０度程度、マスクパターンサイズ
０.２４μｍ程度が適切であると判断される。
けるマスクパターンサイズを求める方法は第１の実施の
形態と同様である。ここでは第１の実施の形態と同様の
露光波長・光学条件・半透明膜透過率の下で、半導体基
板Ｓの段差上部・下部にピッチ１：３の０.２５μｍの
ホールパターンを形成するものとする。この場合に０.
６μｍの焦点位置ずれを得るためには、シミュレーショ
ンにより位相差は１６０度程度、マスクパターンサイズ
０.２４μｍ程度が適切であると判断される。
【００３４】上記の場合のデフォーカスによる寸法変動
を図８に示す。図８からわかるように、半導体基板Ｓの
段差上部についておよそ１.１μｍ、段差下部について
およそ１.４μｍの焦点深度が同時に得られると予想さ
れる。すなわち段差を考慮した実質的な焦点深度は１.
１μｍとなる。
を図８に示す。図８からわかるように、半導体基板Ｓの
段差上部についておよそ１.１μｍ、段差下部について
およそ１.４μｍの焦点深度が同時に得られると予想さ
れる。すなわち段差を考慮した実質的な焦点深度は１.
１μｍとなる。
【００３５】次に、本発明の第３の実施の形態の露光用
フォトマスクについて説明する。この露光用フォトマス
クのマスクの構成、基板Ｓとの位置関係は図６及び図７
に示した第２の実施の形態と同様である。ただし、第１
のマスク領域１１の半透明膜１４を通過する透過光と完
全透過部の通過光との位相差は０度（あるいは１８０
度）から十方向（投影レンズに近づく方向）に、第２の
マスク領域の半透明膜１４及び透過膜１５を通過する透
過光と完全透過部の通過光との位相差は０度（あるいは
１８０度）から−方向（投影レンズより遠ざかる方向）
にずれているものとする。第１の実施の形態で説明した
ように、０度ないし１８０度を挟んで、焦点位置ずれの
方向は上下方向に逆になる。よって、第１及び第２の実
施の形態よりさらに大きな焦点位置ずれを得ることがで
きる。
フォトマスクについて説明する。この露光用フォトマス
クのマスクの構成、基板Ｓとの位置関係は図６及び図７
に示した第２の実施の形態と同様である。ただし、第１
のマスク領域１１の半透明膜１４を通過する透過光と完
全透過部の通過光との位相差は０度（あるいは１８０
度）から十方向（投影レンズに近づく方向）に、第２の
マスク領域の半透明膜１４及び透過膜１５を通過する透
過光と完全透過部の通過光との位相差は０度（あるいは
１８０度）から−方向（投影レンズより遠ざかる方向）
にずれているものとする。第１の実施の形態で説明した
ように、０度ないし１８０度を挟んで、焦点位置ずれの
方向は上下方向に逆になる。よって、第１及び第２の実
施の形態よりさらに大きな焦点位置ずれを得ることがで
きる。
【００３６】最適位相差・マスクパターンサイズを求め
る方法は第１及び第２の実施の形態と同様である。ただ
し、第１のマスク領域１１において生ずる位相差と第２
のマスク領域１２において生ずる位相差が等しいなら
は、半導体基板Ｓ上におけるパターンサイズは段差上下
で等しくなるため、位相差だけを考慮すればよい。ここ
では第１及び第２の実施の形態と同様の露光波長・光学
条件・半透明膜透過率の下で、半導体基板Ｓの段差上部
・下部にピッチ１：３の０.２５μｍのホールパターン
を形成するものとする。この場合に１.２μｍの焦点位
置ずれを得るためには、位相差は、第１のマスク領域１
では１３０度程度、第２のマスク領域ではー１３０度
（＝２３０度）程度が適切であると判断される。
る方法は第１及び第２の実施の形態と同様である。ただ
し、第１のマスク領域１１において生ずる位相差と第２
のマスク領域１２において生ずる位相差が等しいなら
は、半導体基板Ｓ上におけるパターンサイズは段差上下
で等しくなるため、位相差だけを考慮すればよい。ここ
では第１及び第２の実施の形態と同様の露光波長・光学
条件・半透明膜透過率の下で、半導体基板Ｓの段差上部
・下部にピッチ１：３の０.２５μｍのホールパターン
を形成するものとする。この場合に１.２μｍの焦点位
置ずれを得るためには、位相差は、第１のマスク領域１
では１３０度程度、第２のマスク領域ではー１３０度
（＝２３０度）程度が適切であると判断される。
【００３７】上記の場合のデフォーカスによる寸法変動
を図９に示す。図９からわかるように、半導体基板Ｓの
段差上部・下部ともにおよそ０.８μｍの焦点深度が同
時に得られると予想される。すなわち段差を考慮した実
質的な焦点深度は０.８μｍとなる。
を図９に示す。図９からわかるように、半導体基板Ｓの
段差上部・下部ともにおよそ０.８μｍの焦点深度が同
時に得られると予想される。すなわち段差を考慮した実
質的な焦点深度は０.８μｍとなる。
【００３８】図１０は、図１に示す本発明の露光用フォ
トマスクの製造方法を示す説明図である。まず、図１０
（ａ）に示すように、ガラス基板２１上にＭｏＳｉ系の
半透明膜２２、ＳｉＯ2膜２３、クロム膜２４、レジス
ト２５を順次堆積したものを準備する。ここでＭｏＳｉ
系の半透明膜２２は適当な透過率を持つ膜厚に調整して
おく。また、クロム膜２４は完全に遮光する膜厚にす
る。またＳｉＯ2膜２３はマスクを使用する際の露光光
に対して透明なものである。
トマスクの製造方法を示す説明図である。まず、図１０
（ａ）に示すように、ガラス基板２１上にＭｏＳｉ系の
半透明膜２２、ＳｉＯ2膜２３、クロム膜２４、レジス
ト２５を順次堆積したものを準備する。ここでＭｏＳｉ
系の半透明膜２２は適当な透過率を持つ膜厚に調整して
おく。また、クロム膜２４は完全に遮光する膜厚にす
る。またＳｉＯ2膜２３はマスクを使用する際の露光光
に対して透明なものである。
【００３９】次いで、図１０（ｂ）に示すように、レジ
ストパターンを形成し、それをマスクとして、ＭｏＳｉ
系の半透明膜２２までエッチングした後、レジスト２５
を剥離すると図１０（ｃ）に示すようになる。
ストパターンを形成し、それをマスクとして、ＭｏＳｉ
系の半透明膜２２までエッチングした後、レジスト２５
を剥離すると図１０（ｃ）に示すようになる。
【００４０】次いで、クロム膜２４の上にレジスト２６
を塗布し、図１０（ｄ）に示すように、第１の領域のみ
にレジスト２６が残るようにレジストパターンを形成す
る。レジスト２６をマスクとしてクロム膜２４のみをエ
ッチングすると、図１０（ｅ）に示すように、本発明の
露光用フォトマスクが完成する。ここで、ＳｉＯ2膜２
３はエッチングのストッパーとして機能する。この製造
方法では、遮光膜をクロム、半透明膜をＭｏＳｉ系の遮
光膜で構成しているが、これに限らず適当な遮光性と透
過率を持つ膜であればクロムの代わりに使用できる。な
お、位相差は半透明膜の厚さによって生じるのでＭｏＳ
ｉ系の半透明膜の厚さと透過率を調整することによって
対処する。
を塗布し、図１０（ｄ）に示すように、第１の領域のみ
にレジスト２６が残るようにレジストパターンを形成す
る。レジスト２６をマスクとしてクロム膜２４のみをエ
ッチングすると、図１０（ｅ）に示すように、本発明の
露光用フォトマスクが完成する。ここで、ＳｉＯ2膜２
３はエッチングのストッパーとして機能する。この製造
方法では、遮光膜をクロム、半透明膜をＭｏＳｉ系の遮
光膜で構成しているが、これに限らず適当な遮光性と透
過率を持つ膜であればクロムの代わりに使用できる。な
お、位相差は半透明膜の厚さによって生じるのでＭｏＳ
ｉ系の半透明膜の厚さと透過率を調整することによって
対処する。
【００４１】本発明は、上記実施の形態に限定されるこ
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。例えば、本発
明の実施の形態では、露光波長を２４８ｎｍ、パターン
形状を０.２５μｍホールパターン、ピッチ１：３、半
透明膜の透過率を５％としているが、露光波長、パター
ン形状、パターン寸法、透過率はこれに限ることはな
く、必要に応じて適宜変更することができる。変更した
場合でもシミュレーションや実験による各パラメータの
最適化によって、上述した実施の形態と同様な効果を得
ることができる。
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。例えば、本発
明の実施の形態では、露光波長を２４８ｎｍ、パターン
形状を０.２５μｍホールパターン、ピッチ１：３、半
透明膜の透過率を５％としているが、露光波長、パター
ン形状、パターン寸法、透過率はこれに限ることはな
く、必要に応じて適宜変更することができる。変更した
場合でもシミュレーションや実験による各パラメータの
最適化によって、上述した実施の形態と同様な効果を得
ることができる。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、遮光膜からなる領域
と、半透明膜からなる領域を有し、被露光材の段差及び
所望のパターンサイズに基づいて、半透明膜を通過する
露光光と完全透過部を通過する露光光との最適位相差及
び最適マスクパターンサイズを求め、その最適位相差及
び最適マスクパターンサイズにより形成されるので、半
導体基板の段差上部及び下部に対応して、段差に等しい
距離だけ焦点位置を移動させることができる。従って、
段差上部及び下部それぞれにおいて最適な焦点位置にお
いて所望のパターンを形成することができる。また、段
差の存在によって実質的に制約されていた焦点深度を、
向上させることができる。
と、半透明膜からなる領域を有し、被露光材の段差及び
所望のパターンサイズに基づいて、半透明膜を通過する
露光光と完全透過部を通過する露光光との最適位相差及
び最適マスクパターンサイズを求め、その最適位相差及
び最適マスクパターンサイズにより形成されるので、半
導体基板の段差上部及び下部に対応して、段差に等しい
距離だけ焦点位置を移動させることができる。従って、
段差上部及び下部それぞれにおいて最適な焦点位置にお
いて所望のパターンを形成することができる。また、段
差の存在によって実質的に制約されていた焦点深度を、
向上させることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の露光用フォトマス
クを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図で
ある。
クを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図で
ある。
【図２】本発明の第１の実施の形態の露光用フォトマス
クと段差を有する半導体基板との位置関係を示す側断面
図である。
クと段差を有する半導体基板との位置関係を示す側断面
図である。
【図３】シミュレーションにより求めた、焦点位置ずれ
量、位相差及びマスクパターンサイズの関係を示すグラ
フである。
量、位相差及びマスクパターンサイズの関係を示すグラ
フである。
【図４】シミュレーションにより求めた、実際に半導体
基板上に転写されるパターンサイズ、位相差及びマスク
パターンサイズの関係を示すグラフである
基板上に転写されるパターンサイズ、位相差及びマスク
パターンサイズの関係を示すグラフである
【図５】半導体基板の段差上部及び下部におけるCD-Foc
us曲線を示すグラフである。
us曲線を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態の露光用フォトマス
クを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図で
ある。
クを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図で
ある。
【図７】本発明の第２の実施の形態の露光用フォトマス
クと段差を有する半導体基板との位置関係を示す側断面
図である。
クと段差を有する半導体基板との位置関係を示す側断面
図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の露光用フォトマス
クにおける、半導体基板の段差上部及び下部におけるCD
-Focus曲線を示すグラフである。
クにおける、半導体基板の段差上部及び下部におけるCD
-Focus曲線を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施の形態の露光用フォトマス
クにおける、半導体基板の段差上部及び下部におけるCD
-Focus曲線を示すグラフである。
クにおける、半導体基板の段差上部及び下部におけるCD
-Focus曲線を示すグラフである。
【図１０】図１の露光用フォトマスクの製造方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図１１】ハーフトーン法に用いられる従来の露光用フ
ォトマスクを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図
である。
ォトマスクを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図
である。
Ｍ１、Ｍ２：露光用フォトマスク Ｓ：半導体基板 １、１１：第１のマスク領域 ２、１２：第２のマスク領域 ３、１３：ガラス基板 ４、１４：半透明膜 ５：遮光膜 １５：透過膜 ６、１６：マスク上のホールパターン ７、１７：段差上部 ８、１８：段差下部 ９、１０、１９、２９：基板上のホールパターン
Claims (5)
- 【請求項１】段差を有する被露光材上に所定のパターン
を転写する露光用フォトマスクにおいて、遮光膜からな
る領域と、半透明膜からなる領域を有し、前記被露光材
の段差及び所望のパターンサイズに基づいて、前記半透
明膜を通過する露光光と完全透過部を通過する露光光と
の最適位相差及び最適マスクパターンサイズを求め、そ
の最適位相差及び最適マスクパターンサイズにより形成
されることを特徴とする露光用フォトマスク。 - 【請求項２】前記半透明膜の膜厚は、半透明膜を通過す
る露光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が前
記被露光材の段差に略等しい焦点位置ずれを与えるよう
に設定されることを特徴とする請求項１に記載の露光用
フォトマスク。 - 【請求項３】段差を有する被露光材上に所定のパターン
を転写する露光用フォトマスクにおいて、半透明膜から
なる領域と、その半透明膜と透過膜の２層構造からなる
領域を有し、前記被露光材の段差及び所望のパターンサ
イズに基づいて、完全光透過部、前記半透明膜からなる
領域、及び前記半透明膜と透過膜の２層構造よりなる領
域をそれぞれ通過する露光光の最適位相差及び最適マス
クパターンサイズを求め、その最適位相差及び最適マス
クパターンサイズにより形成されることを特徴とする露
光用フォトマスク。 - 【請求項４】前記半透明膜の膜厚は、半透明膜を通過す
る露光光と完全透過部を通過する露光光との位相差が前
記被露光材の段差に略等しい焦点位置ずれを与えるよう
に設定され、前記透過膜の膜厚は、半透明膜及び透過膜
を通過する露光光と完全透過部を通過する露光光との位
相差が１８０度になるように設定されることを特徴とす
る請求項３に記載の露光用フォトマスク。 - 【請求項５】前記被露光材は半導体基板であることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載の露
光用フォトマスク。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3614397A JP3080023B2 (ja) | 1997-02-20 | 1997-02-20 | 露光用フォトマスク |
| KR1019980005348A KR100285006B1 (ko) | 1997-02-20 | 1998-02-20 | 노광에사용되는포토마스크및그생산방법 |
| CN98100557A CN1192543A (zh) | 1997-02-20 | 1998-02-20 | 曝光用光掩模及其制造方法 |
| US09/026,962 US6013395A (en) | 1997-02-20 | 1998-02-20 | Photomask for use in exposure and method for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3614397A JP3080023B2 (ja) | 1997-02-20 | 1997-02-20 | 露光用フォトマスク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10232482A true JPH10232482A (ja) | 1998-09-02 |
| JP3080023B2 JP3080023B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=12461579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3614397A Expired - Fee Related JP3080023B2 (ja) | 1997-02-20 | 1997-02-20 | 露光用フォトマスク |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6013395A (ja) |
| JP (1) | JP3080023B2 (ja) |
| KR (1) | KR100285006B1 (ja) |
| CN (1) | CN1192543A (ja) |
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| CN114740687B (zh) * | 2022-06-09 | 2022-11-01 | 上海传芯半导体有限公司 | 曝光光线频率增强装置、光掩模及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
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