JPH11143047A - Photomask and its production - Google Patents

Photomask and its production

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JPH11143047A
JPH11143047A JP30290497A JP30290497A JPH11143047A JP H11143047 A JPH11143047 A JP H11143047A JP 30290497 A JP30290497 A JP 30290497A JP 30290497 A JP30290497 A JP 30290497A JP H11143047 A JPH11143047 A JP H11143047A
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pattern
phase shift
film
translucent
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伸二 石田
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photomask capable of improving the focusing characteristic of a translucent auxiliary pattern mask by a halftone phase shift photomask and a process for producing the same. SOLUTION: The halftone phase shift mask arranged with the translucent auxiliary patterns 103 on the peripheries of a main pattern 101 is produced. The halftone phase shift photomask is so set that a prescribed phase error (a deviation from 180 deg. of a phase difference) occurs in the transmitted light of this photomask, by which the inclination of the focusing characteristic of the main pattern 101 by the translucent auxiliary patterns 103 is corrected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトマスク及び
その製造方法に関するものであり、特に半導体集積回路
等の製造工程において微細パターン形成のために用いる
投影露光装置用のフォトマスク及びその製造方法に関す
るものである。The present invention relates to a photomask and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a photomask for a projection exposure apparatus used for forming a fine pattern in a process of manufacturing a semiconductor integrated circuit and the like, and a method of manufacturing the same. Things.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、半導体素子の製造工程における半
導体基板上にパターンを形成する工程では、主に光リソ
グラフィ（転写）による技術が用いられている。光リソ
グラフィ技術では、縮小投影露光装置によりフォトマス
クのパターンを感光性樹脂が塗布された半導体基板上に
転写し、現像により感光性樹脂の所定のパターンを得
る。ここで、フォトマスク（単にマスクとも言う）とは
透明領域と遮光領域からなるパターンが形成された露光
用原板であり、縮小率が１：１以外では特にレチクルと
も呼ばれる場合もある。パターン転写後の感光性樹脂を
エッチングマスクとして、半導体基板上に成膜された材
料をエッチングすることにより、半導体素子の回路を作
成することができる。なお、この感光性樹脂はエッチン
グに耐えるという意味でレジストとも呼ばれている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a process of forming a pattern on a semiconductor substrate in a manufacturing process of a semiconductor element, a technique mainly using photolithography (transfer) is used. In the photolithography technique, a pattern of a photomask is transferred onto a semiconductor substrate coated with a photosensitive resin by a reduction projection exposure apparatus, and a predetermined pattern of the photosensitive resin is obtained by development. Here, the photomask (also simply referred to as a mask) is an exposure original plate on which a pattern composed of a transparent region and a light-shielding region is formed, and may be particularly called a reticle if the reduction ratio is other than 1: 1. By etching the material formed on the semiconductor substrate using the photosensitive resin after pattern transfer as an etching mask, a circuit of a semiconductor element can be formed. This photosensitive resin is also called a resist in the sense that it resists etching.

【０００３】近年、半導体集積回路が高集積化している
ため、半導体素子形成のためのパターンの微細化も進展
している。これまで光リソグラフィ技術においては、主
に露光装置の開発、とりわけ投影レンズ系の高ＮＡ化等
によって、半導体素子パターンの微細化に対応してき
た。ここで、ＮＡとは即ち開口数を表し、投影レンズの
結像面側での最大入射角θにより、ＮＡ＝ｓｉｎθと定
義される値であり、レンズがフォトマスクで回折された
光をどれだけ収束できるかに対応している。この場合、
フォトマスクで回析した光のうち投影レンズで集められ
る最大の角度θ’とＮＡには投影レンズの倍率をＭとす
ると、ｓｉｎθ’＝Ｍ×ＮＡの関係となっている。この
ＮＡ値が高ＮＡ化されて大きくなるほど、より広がった
光を集めることができ、レンズの性能は良いとされる。In recent years, as semiconductor integrated circuits have become more highly integrated, finer patterns for forming semiconductor elements have been developed. Up to now, the optical lithography technology has responded to the miniaturization of semiconductor element patterns mainly by developing an exposure apparatus, particularly by increasing the NA of a projection lens system. Here, NA is a numerical aperture, and is a value defined as NA = sin θ by the maximum incident angle θ on the imaging plane side of the projection lens, and how much the lens diffracts the light by the photomask. It corresponds to whether it can be converged. in this case,
The maximum angle θ ′ and NA collected by the projection lens among the light diffracted by the photomask have a relationship of sin θ ′ = M × NA, where M is the magnification of the projection lens. The higher the NA value is, the higher the NA value is, the more light that can be collected can be collected, and the performance of the lens is considered to be good.

【０００４】フォトマスクで回析した光の回折角度は、
フォトマスクのパターンが微細になるほど大きくなる。
フォトマスクのパターンが周期パターンである場合に
は、ｎ次回折光の回折角度θｎは、以下の式（１）の関
係が成り立つことが知られている。 ｓｉｎθｎ＝ｎλ／Ｐ （１） ここで、λは光の波長でありＰはパターンのピッチであ
る。また、パターンの像を得るには少なくとも０次回析
光と±１次回折光が必要なので、微細パターンを結像す
るにはＮＡを大きくし±１次回折光を集める必要があ
る。一般にレーレー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）の式としてよ
く知られているように、解像度Ｒ（解像できる限界の微
細パターンの寸法）とＮＡとは、以下の式（２）の関係
が成り立つことが知られている。 Ｒ＝Ｋ1×λ／ＮＡ （２） ここで、Ｋ1は感光性樹脂の性能等のプロセスに依存す
る定数である。式（２）より、ＮＡを大きくするほど解
像度はより微細になる。[0004] The diffraction angle of the light diffracted by the photomask is
It becomes larger as the pattern of the photomask becomes finer.
It is known that when the pattern of the photomask is a periodic pattern, the diffraction angle θn of the nth-order diffracted light satisfies the relationship of the following equation (1). sin θn = nλ / P (1) where λ is the wavelength of light and P is the pitch of the pattern. Further, since at least the 0th-order diffracted light and the ± 1st-order diffracted light are required to obtain a pattern image, it is necessary to increase the NA and collect the ± 1st-order diffracted light to form a fine pattern. As is generally well known as the Rayleigh equation, it is known that the relationship between the resolution R (the size of the fine pattern at the limit of resolution) and NA is expressed by the following equation (2). . R = K 1 × λ / NA (2) Here, K 1 is a constant that depends on processes such as the performance of the photosensitive resin. From equation (2), the higher the NA, the finer the resolution.

【０００５】しかし、露光装置を高ＮＡ化すると解像カ
は向上するものの、逆に焦点深度、即ち焦点位置のずれ
が許容はできる範囲は減少し、この点で更なる微細化が
困難となってきた。低ＮＡレンズでは結像面での光の入
射角度が小さいので焦点位置をずらしての像のぼけは少
ない。一方、高ＮＡレンズによる結像では、結像面での
入射角度が大きく、焦点をずらしたときぼけかたがより
激しくなる。すなわち、ＮＡを大きくするほど焦点深度
は狭くなり、わずかな焦点位置のずれも許容できなくな
る。先と同様レーレーの式として、焦点深度ＤＯＦとＮ
Ａとは以下の式（３）の関係が成り立つことが知られて
いる。、 ＤＯＦ＝Ｋ2×λ／ＮＡ2 （３） ここで、Ｋ2はプロセスに依存する定数である。式
（３）より、ＮＡを大きくする程、焦点深度は狭くなり
わずかな焦点位置のずれも許容できなくなることがわか
る。現在、高ＮＡ化は既に技術的限界が近づいていると
言われており、さらなる高ＮＡ化によるパターン微細化
への対応は困難である。However, when the NA of the exposure apparatus is increased, the resolution is improved, but on the contrary, the depth of focus, that is, the range in which the deviation of the focal position can be tolerated is reduced, and in this regard, further miniaturization becomes difficult. Have been. With a low NA lens, the angle of incidence of light on the image plane is small, so that blurring of the image by shifting the focal position is small. On the other hand, in the image formation by the high NA lens, the angle of incidence on the image formation plane is large, and when the focus is shifted, the blur becomes more intense. That is, as the NA is increased, the depth of focus becomes narrower, and a slight shift of the focal position cannot be tolerated. As with the Rayleigh equation, DOF and N
It is known that the relation of A with the following equation (3) holds. DOF = K 2 × λ / NA 2 (3) where K 2 is a process-dependent constant. From the equation (3), it can be seen that as the NA is increased, the depth of focus becomes narrower, and a slight shift of the focal position becomes unacceptable. At present, it is said that the technical limit of high NA is already approaching, and it is difficult to cope with pattern miniaturization by further increasing NA.

【０００６】そこで、パターンの微細化に対応するた
め、様々な超解像手法が検討されている。一般に、超解
像手法とは照明光学系、フォトマスク及び投影レンズ系
瞳面における透過率及び位相を制御することにより、結
像面での光強度分布を改善する手法である。これらの各
種の超解像手法のうち、所謂変形照明法と呼ばれる照明
光学系の最適化により解像特性を向上させる手法が、近
年その実現性の高さから特に注目を集めている。[0006] To cope with the miniaturization of patterns, various super-resolution techniques have been studied. In general, the super-resolution technique is a technique for improving the light intensity distribution on the imaging plane by controlling the transmittance and the phase on the pupil plane of the illumination optical system, the photomask, and the projection lens system. Among these various super-resolution methods, a method of improving resolution characteristics by optimizing an illumination optical system, which is called a so-called modified illumination method, has recently attracted particular attention because of its high feasibility.

【０００７】変形照明法とは、フォトマスクを照明する
有効光源の形状を変形させることから付いた名称であ
り、フォトマスクを特定の入射角の光で照明することに
より焦点深度を拡大する方法であり、斜入射照明法とも
呼ぱれている。この有効光源の形状を変化させる手段と
して、通常、露光装置のフライアイレンズの直後に様々
な形状の絞りあるいはフィルターが配置することにより
行う。なお、この手法は有効光源の形状（絞りの形状）
により区別される。例えば、絞りの中央部を遮光してリ
ング型の照明光源を用いる照明法は輪帯照明法と呼ば
れ、また、四隅に用いる場合は４点照明法あるいは四重
極照明法と呼ばれている。[0007] The deformed illumination method is a name given for deforming the shape of an effective light source that illuminates a photomask, and is a method of expanding the depth of focus by illuminating the photomask with light having a specific incident angle. Yes, it is also called the oblique illumination method. As a means for changing the shape of the effective light source, usually, a diaphragm or a filter having various shapes is arranged immediately after the fly-eye lens of the exposure apparatus. This method uses the shape of the effective light source (the shape of the stop)
Are distinguished by For example, an illumination method that uses a ring-shaped illumination light source while blocking the center of the stop is called an annular illumination method, and an illumination method using four corners is called a four-point illumination method or a quadrupole illumination method. .

【０００８】この変形照明法の効果について簡単に説明
する。図８及び９には、露光装置の主要光学系の概略図
を示す。図８（ａ）及び図９（ａ）は絞りの平面図であ
り、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は露光装置の主要光学系
の断面図である。通常の照明方法では、図８（ａ）に示
すような円形開口の絞り２０１ａが用いられる。このと
き、図８（ｂ）に示すように、フライアイレンズ２０２
を透過して、フォトマスク２０３に対してほぼ垂直に入
射する入射光が存在する（図中直線矢印で記載）。フォ
トマスク２０３上の微細パターン２０４では、入射光が
回折される。そのうち、２次以上の高次の回折光は回折
角度が大きいため投影レンズ２０５に入射しない。しか
し、０次と±１次回折光は半導体基板２０６表面で集光
されて像が形成され、３光束干渉による結像が行われ
る。The effect of the modified illumination method will be briefly described. 8 and 9 are schematic views of a main optical system of the exposure apparatus. FIGS. 8A and 9A are plan views of the stop, and FIGS. 8B and 9B are cross-sectional views of a main optical system of the exposure apparatus. In a normal illumination method, a diaphragm 201a having a circular aperture as shown in FIG. 8A is used. At this time, as shown in FIG.
There is incident light that passes through the photomask 203 and enters the photomask 203 almost perpendicularly (indicated by a straight arrow in the figure). In the fine pattern 204 on the photomask 203, incident light is diffracted. Among them, the diffracted light of the second or higher order does not enter the projection lens 205 because the diffraction angle is large. However, the 0th-order and ± 1st-order diffracted lights are condensed on the surface of the semiconductor substrate 206 to form an image, and an image is formed by three-beam interference.

【０００９】一方、図９（ａ）に示すようなリング状の
開口を有するリング状開口絞り２０１ｂを用いる輪帯照
明においては、フォトマスク２０３はすべて斜め入射光
により照明される。このとき、図９（ｂ）に示すよう
に、±１次回折光のうち一方はより角度が大きくなるた
め、投影レンズ２０５で集めることができなくなり、０
次回折光と±１次回折光のどちらか一方との、２つ回折
光の干渉により像を形成する、いわゆる２光束干渉によ
る結像が行われる。この２光束干渉による結像は、ベス
トフォーカス状態においても３光束干渉による結像より
コントラストが低下する。しかし、２光束干渉による結
像では、結像面に入射する光の角度が３光束干渉の場合
の１／２となっているため、変形照明による２光束干渉
の結像は通常の３光束干渉の結像より、焦点変化による
コントラスト低下が少なく、より広い焦点深度が得られ
るようになる。しかしながら、これらの変形照明法は回
折光が生じるような周期パターンに対して有効であり、
孤立パターンには全く効果はない。On the other hand, in annular illumination using a ring-shaped aperture stop 201b having a ring-shaped aperture as shown in FIG. 9A, the photomask 203 is entirely illuminated by oblique incident light. At this time, as shown in FIG. 9B, one of the ± 1st-order diffracted lights has a larger angle, and therefore cannot be collected by the projection lens 205.
An image is formed by so-called two-beam interference in which an image is formed by interference between two diffracted lights of either the first-order diffracted light or the ± first-order diffracted light. The image formed by the two-beam interference has lower contrast than the image formed by the three-beam interference even in the best focus state. However, in imaging by two-beam interference, the angle of light incident on the imaging surface is 面 of that in the case of three-beam interference. In this case, a decrease in contrast due to a change in focus is small, and a wider depth of focus can be obtained. However, these modified illumination methods are effective for periodic patterns where diffracted light occurs,
It has no effect on isolated patterns.

【００１０】そこで、孤立ラインパターンの結像に対し
ては、例えば特開平４−２６８７１４号公報に記載の技
術である、パターン周辺に解像及び転写しない微細な補
助パターンを配置して、フォトマスクを透過した露光光
に周期性を持たせる手法が提案されている。以下に、こ
のような孤立パターンの周辺に補助パターンを設ける場
合の一例について説明する。なおここでは、縮小率＝１
／５（フォトマスク上のパターン寸法：結像面上のパタ
ーン寸法＝５：１）、開口数ＮＡ＝０．５５、コヒーレ
ンスファクターσ＝０．８のＫｒＦエキシマレーザー露
光装置を用いるものとし、また結像面である半導体基板
上に形成するパターンは０．２μｍの孤立ラインとす
る。In order to form an isolated line pattern, a fine auxiliary pattern which is not resolved and transferred is arranged around the pattern, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-268714, for example. A method has been proposed in which exposure light having passed through has a periodicity. Hereinafter, an example in which an auxiliary pattern is provided around such an isolated pattern will be described. Here, the reduction ratio = 1
/ 5 (pattern dimension on photomask: pattern dimension on image plane = 5: 1), numerical aperture NA = 0.55, coherence factor σ = 0.8, and a KrF excimer laser exposure apparatus is used. The pattern formed on the semiconductor substrate as the image forming plane is an isolated line of 0.2 μm.

【００１１】図１０には、従来の孤立パターンの周辺に
補助パターンを有するフォトマスクの概略図を示す。図
１０（ａ）にはフォトマスクの平面図を示し、図１０
（ｂ）には図１０（ａ）のフォトマスクの断面図を示
す。石英からなる透明基板１上には、クロム（膜厚７０
ｎｍ）及び酸化クロム（膜厚３０ｎｍ）からなる遮光膜
５により、幅Ｗ1＝１．００μｍのメインパターン１０
１（孤立ラインパターン）が形成されている。また、そ
の左右には間隔１．２５μｍだけ離れて、前記遮光膜４
による幅Ｗ2＝０．５μｍの補助パターン１０３が形成
されている。なお、ここで各パターンの間隔はメインパ
ターン１０１寸法程度が適当であり、また補助パターン
１０３の幅は補助パターン１０３が解像しない幅に設定
されている。FIG. 10 is a schematic view of a conventional photomask having an auxiliary pattern around an isolated pattern. FIG. 10A is a plan view of a photomask, and FIG.
FIG. 10B is a cross-sectional view of the photomask of FIG. On a transparent substrate 1 made of quartz, chromium (film thickness 70
nm) and chromium oxide (thickness: 30 nm) to form a main pattern 10 having a width W 1 = 1.00 μm.
1 (isolated line pattern) is formed. The light-shielding film 4 is separated to the left and right by a distance of 1.25 μm.
, An auxiliary pattern 103 having a width W 2 = 0.5 μm is formed. Here, the spacing between the patterns is appropriately about the size of the main pattern 101, and the width of the auxiliary pattern 103 is set to a width at which the auxiliary pattern 103 is not resolved.

【００１２】この補助パターン１０３の幅Ｗ2は、より
大きい方が結像面での光強度分布改善の効果が高いこと
は明らかである。しかし、補助パターン自体が半導体基
板上に転写されると、作成される半導体素子の機能に悪
影響を及ぼす。よって、フォトマスク作製の誤差による
補助パターン１０３の幅Ｗ2の変動や、このフォトマス
クを使用した露光の際の露光量変動等の様々な要因を考
慮して、補助パターンが解像しないように設定する必要
がある。また、特に変形照明法と組み合わせることによ
りさらに焦点深度が拡大できる。It is clear that the larger the width W 2 of the auxiliary pattern 103 is, the higher the effect of improving the light intensity distribution on the image plane is. However, when the auxiliary pattern itself is transferred onto the semiconductor substrate, the function of the semiconductor element to be manufactured is adversely affected. Therefore, variations and the width W 2 of the auxiliary pattern 103 due to the error in the photomask prepared, taking into account various factors, such as exposure amount fluctuation during exposure using the photomask, so that the auxiliary pattern is not resolved Must be set. In particular, the depth of focus can be further increased by combining with the modified illumination method.

【００１３】また、例えば特開平９−７３１６６号公報
に記載の技術のように、半透明の補助パターンを用いる
手法も提案されている。これは、半透明の補助パターン
の透過率を４０〜８０％程度に設定することにより、補
助パターンをメインパターンと同寸法としても、半導体
基板上には転写されなくなる技術である。A technique using a translucent auxiliary pattern has also been proposed, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-73166. This is a technique in which the transmissivity of the semi-transparent auxiliary pattern is set to about 40 to 80%, so that even if the auxiliary pattern has the same size as the main pattern, it is not transferred onto the semiconductor substrate.

【００１４】なお、ここで半透明とは２％以上９９％以
下の透過率を指す。透明とは透明基板のみの部分であ
り、この透明基板の透過率を１００％とする。また、半
透明基板に塗布したレジストへの露光を行う際に、透過
率が１％以下の場合はレジストの膜厚を減少させない。
よって、ここでは透過率１％以下を遮光と呼び、透明と
遮光の間の透過率を有する範囲である、透過率が２％以
上９９％以下の範囲を半透明とする。Here, translucent means a transmittance of 2% or more and 99% or less. Transparent is a portion of only the transparent substrate, and the transmittance of this transparent substrate is set to 100%. When the transmittance of the resist applied to the translucent substrate is 1% or less, the thickness of the resist is not reduced.
Therefore, here, a transmittance of 1% or less is referred to as light shielding, and a range of transmittance between 2% and 99%, which is a range having a transmittance between transparent and light shielding, is translucent.

【００１５】補助パターンを半透明とした場合、最適透
過率は通常２０〜８０％の範囲となる。この半透明の補
助パターンの最適透過率は、パターン寸法・形状、露光
条件、レジスト特性に依存する。即ち、メインパターン
の焦点深度がより拡大し、且つ補助パターン自体はレジ
スト上に転写されないという条件で決定する必要があ
る。メインとなるホールパターンに設ける補助パターン
の場合には、補助パターンの透過率が高いほど、ホール
パターンの焦点深度は拡大する。しかし、補助パターン
の透過率が高すぎると、補助パターンまでもがレジスト
上に転写される。When the auxiliary pattern is translucent, the optimum transmittance is usually in the range of 20 to 80%. The optimum transmittance of the translucent auxiliary pattern depends on the pattern size / shape, exposure conditions, and resist characteristics. That is, it is necessary to determine on the condition that the depth of focus of the main pattern is further enlarged and the auxiliary pattern itself is not transferred onto the resist. In the case of the auxiliary pattern provided in the main hole pattern, the higher the transmittance of the auxiliary pattern, the greater the depth of focus of the hole pattern. However, if the transmittance of the auxiliary pattern is too high, even the auxiliary pattern is transferred onto the resist.

【００１６】また、ホールパターンではなく、残存させ
る部分とするドットパターンに半透明補助パターンを配
置する場合、半透明補助パターンの透過率が低いほどド
ットパターンの焦点深度は拡大する。そのため、補助パ
ターンの透過率が低いほど補助パターンが転写され易く
なり、補助パターンが転写されない程度の低い透過率の
半透明補助パターンを用いることとなる。経験的には、
半透明補助パターンの最適透過率は２０〜８０％程度で
ある。In the case where the translucent auxiliary pattern is arranged not in the hole pattern but in the dot pattern to be left, the focal depth of the dot pattern increases as the transmissivity of the translucent auxiliary pattern decreases. Therefore, the lower the transmittance of the auxiliary pattern, the more easily the auxiliary pattern is transferred, and a translucent auxiliary pattern having a transmittance low enough to prevent the auxiliary pattern from being transferred is used. Empirically,
The optimal transmittance of the translucent auxiliary pattern is about 20 to 80%.

【００１７】従来の微細パターンを用いる方法では、孤
立パターンと補助パターンとの寸法が異なると、電子線
描画装置等のマスク描画装置における近接効果の影響
で、寸法精度が低下するという問題が生じていた。一般
に、孤立パターンに露光条件を最適化した場合、微細な
補助パターンは寸法が細くなっていた。前述のように、
補助パターン法は寸法が細くなると、孤立パターンの焦
点深度が拡大する効果が無くなる。そこで、孤立パター
ンと補助パターンとを同じ寸法にすることにより、マス
ク描画時の近接効果の影響を無くし、補助パターンの寸
法精度を向上させるため、半透明の補助パターンを用い
るフォトマスクが提案されている。In the conventional method using a fine pattern, if the dimensions of the isolated pattern and the auxiliary pattern are different, there is a problem that the dimensional accuracy is reduced due to the proximity effect in a mask drawing apparatus such as an electron beam drawing apparatus. Was. In general, when the exposure condition is optimized for an isolated pattern, the size of the fine auxiliary pattern is small. As aforementioned,
When the size of the auxiliary pattern method is reduced, the effect of increasing the depth of focus of the isolated pattern is lost. Therefore, a photomask using a translucent auxiliary pattern has been proposed in order to eliminate the influence of the proximity effect at the time of drawing a mask and improve the dimensional accuracy of the auxiliary pattern by making the isolated pattern and the auxiliary pattern the same size. I have.

【００１８】図１１には、従来の半透明補助パターンを
有するフォトマスクの概略図を示す。図１１（ａ）には
フォトマスクの平面図を示し、図１１（ｂ）には図８
（ａ）のフォトマスクの断面図を示す。このフォトマス
クの製造は、まず、透明基板１上のメインパターン１０
１及び補助パターン１０３となる部分に、半透明膜７を
形成する。次に同じ場所に遮光膜５を成膜した後に、補
助パターン１０３上の遮光膜５を除去する。これにより
メインパターン１０１は不透明、補助パターン１０２は
半透明となる。FIG. 11 is a schematic view of a conventional photomask having a translucent auxiliary pattern. FIG. 11A is a plan view of a photomask, and FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view of the photomask. This photomask is manufactured by first forming the main pattern 10 on the transparent substrate 1.
The semi-transparent film 7 is formed in a portion to be the first and auxiliary patterns 103. Next, after the light-shielding film 5 is formed in the same place, the light-shielding film 5 on the auxiliary pattern 103 is removed. As a result, the main pattern 101 becomes opaque, and the auxiliary pattern 102 becomes translucent.

【００１９】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術には以下の問題が存在する。従来の微細パター
ンを用いる補助パターンマスクにおいては、解像限界以
下の微細パターンが必要なため、マスク作製が困難であ
るという問題点があった。また、補助パターンの作製が
容易である半透明補助パターンマスクにおいては、補助
パターン部を半透明にするために半透明膜を用いてい
た。この半透明膜により、補助パターンとメインパター
ンの透過光に位相差が発生し、フォーカス特性を傾斜さ
せるという新たな問題が生じていた。However, the above-mentioned conventional technology has the following problems. A conventional auxiliary pattern mask using a fine pattern has a problem that it is difficult to manufacture a mask because a fine pattern smaller than the resolution limit is required. In a translucent auxiliary pattern mask in which the auxiliary pattern can be easily manufactured, a translucent film is used to make the auxiliary pattern portion translucent. This translucent film causes a phase difference between the transmitted light of the auxiliary pattern and the transmitted light of the main pattern, causing a new problem of inclining focus characteristics.

【００２０】半透明補助パターンはメインパターンと同
じ寸法であるため、補助パターンを精度良く作製するこ
とできる。補助パターン部を半透明にするために用いら
れる半透明膜により位相差が生じ、メインパターンのフ
ォーカス特性が傾くという現象を防止できれば、半導体
基板上に安定してパターン形成ができるようになる。Since the translucent auxiliary pattern has the same dimensions as the main pattern, the auxiliary pattern can be manufactured with high accuracy. If a phenomenon in which a phase difference is caused by the translucent film used to make the auxiliary pattern portion translucent and the focus characteristic of the main pattern can be prevented can be prevented, a pattern can be stably formed on the semiconductor substrate.

【００２１】そこで、近時、フォトマスクを改善するこ
とによる超解像手法の一つである、位相シフトフォトマ
スクを使用することが行われている。ここでは、ハーフ
トーン方式を採用した位相シフトフォトマスク（以下、
ハーフトーン位相シフトフォトマスクとする）について
説明する。ハーフトーン方式とは、通常のフォトマスク
の遮光膜の代わりに半透明膜を用い、半透明膜を透過す
る光とその周辺の透明領域を透過する光に１８０度の位
相差が生じるように設定した位相シフトフォトマスクで
ある。半透明膜の材科としては、酸化窒化クロム、酸化
窒化モリブデンシリサイドあるいはフッ化クロム等が用
いられ、その透過率は４％〜１０％の範囲が一般的であ
る。Therefore, recently, a phase shift photomask, which is one of the super-resolution techniques by improving the photomask, has been used. Here, a phase shift photomask employing a halftone method (hereinafter, referred to as a phase shift photomask)
Half-tone phase shift photomask) will be described. The halftone method uses a semi-transparent film instead of the light-shielding film of a normal photomask, and is set so that a phase difference of 180 degrees occurs between the light transmitted through the translucent film and the light transmitted through the transparent region around it. FIG. As a material of the translucent film, chromium oxynitride, molybdenum oxynitride silicide, chromium fluoride, or the like is used, and its transmittance is generally in the range of 4% to 10%.

【００２２】図１２には、従来のハーフトーン位相シフ
トフォトマスクの概略図を示す。図１２（ａ）にはハー
フトーン位相シフトフォトマスクの平面図を示し、図１
２（ｂ）には図１２（ａ）のハーフトーン位相シフトフ
ォトマスクの断面図を示す。合成石英からなる透明基板
１上には、酸化窒化モリブデンシリサイド（１４００
Å）からなる半透明のハーフトーン位相シフト膜４が成
膜されている。半透明のハーフトーン位相シフト膜４
は、露光光（例えばｉ線：波長λ＝３６５ｎｍ）をわず
かに透過させ（透過率８％）、且つ透過光は隣接する透
明領域の光に対して１８０度の位相差が生じるようにな
っている。また、ハーフトーン位相シフト膜４上には遮
光膜５が部分的に配置されている。FIG. 12 is a schematic view of a conventional halftone phase shift photomask. FIG. 12A is a plan view of a halftone phase shift photomask, and FIG.
FIG. 2B is a cross-sectional view of the halftone phase shift photomask of FIG. On a transparent substrate 1 made of synthetic quartz, molybdenum oxynitride silicide (1400
The semi-transparent halftone phase shift film 4 made of Å) is formed. Translucent halftone phase shift film 4
Transmits light (for example, i-line: wavelength λ = 365 nm) slightly (with a transmittance of 8%), and the transmitted light has a 180 ° phase difference with respect to light in an adjacent transparent region. I have. On the halftone phase shift film 4, a light shielding film 5 is partially arranged.

【００２３】ハーフトーン位相シフトフォトマスクで
は、フォトマスク全面がハーフトーン位相シフト領域１
０２であると様々な問題が生じる。例えば、半導体基板
に複数回露光を行うと、隣接する露光領域の境界におい
て光が漏れる現象が複数回起こる。これにより、わずか
な量の光でも複数回重なることによりレジスト膜が減少
する、いわゆるレジストの膜べり現象が生じる。そのた
め、特にハーフトーン位相シフト法の効果が必要なパタ
ーン部分のみをハーフトーン位相シフト領域１０２と
し、他のパターンは半透明のハーフトーン位相シフト膜
４上に遮光膜５を重ねて遮光領域１０４にするという手
法がとられていた。In the halftone phase shift photomask, the entire surface of the photomask is a halftone phase shift region 1.
02 causes various problems. For example, when a semiconductor substrate is exposed a plurality of times, a phenomenon in which light leaks at a boundary between adjacent exposure regions occurs a plurality of times. As a result, a so-called resist film thinning phenomenon occurs in which the resist film is reduced by overlapping even a small amount of light a plurality of times. Therefore, in particular, only the pattern portion requiring the effect of the halftone phase shift method is the halftone phase shift region 102, and the other patterns are formed on the translucent halftone phase shift film 4 by overlaying the light shielding film 5 on the light shielding region 104. The technique of doing was taken.

【００２４】しかしながら、ハーフトーン位相シフトフ
ォトマスクを用いる場合には、フォーカス特性をさらに
向上しなければならない等の改善点が存在する。本発明
が解決しようとする課題は、このようなハーフトーン位
相シフトフォトマスクにより、半透明補助パターンマス
クのフォーカス特性の改善を図ることができるフォトマ
スク及びその製造方法を提供することである。However, when a halftone phase shift photomask is used, there are improvements such as a need to further improve focus characteristics. The problem to be solved by the present invention is to provide a photomask capable of improving the focus characteristics of a translucent auxiliary pattern mask using such a halftone phase shift photomask, and a method of manufacturing the same.

【００２５】[0025]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のフォトマスクは、メインパターン部と前記
メインパターン周辺に配置された補助パターン部とを有
し、前記補助パターン部が半透明のハーフトーン位相シ
フト膜からなる領域であることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a photomask having a main pattern portion and an auxiliary pattern portion disposed around the main pattern, wherein the auxiliary pattern portion is translucent. Characterized by a region comprising a halftone phase shift film.

【００２６】また、本発明のフォトマスクは、前記補助
パターン部の透過光に生じる位相差に比例して、前記ハ
ーフトーン位相シフト膜の透過光に位相エラーを生じさ
せることを特徴とする。The photomask according to the present invention is characterized in that a phase error occurs in the light transmitted through the halftone phase shift film in proportion to the phase difference generated in the light transmitted through the auxiliary pattern portion.

【００２７】本発明のフォトマスクの製造方法は、透明
基板上に下層が第１の半透明膜であり上層が第２の半透
明膜であるハーフトーン位相シフト膜を形成する工程
と、メインパターン部となる領域の前記ハーフトーン位
相シフト膜を除去する工程と、補助パターン部となる領
域の前記ハーフトーン位相シフト膜の第２の半透明膜の
みを除去する工程と、遮光膜を形成する工程とを有する
ことを特徴とする。The method of manufacturing a photomask according to the present invention comprises the steps of forming a halftone phase shift film having a lower layer as a first translucent film and an upper layer as a second translucent film on a transparent substrate; Removing the halftone phase shift film in a region to be a portion, removing only the second semitransparent film of the halftone phase shift film in a region to be an auxiliary pattern portion, and forming a light shielding film And characterized in that:

【００２８】また、本発明のフォトマスクの製造方法
は、透明基板上にハーフトーン位相シフト膜を形成する
工程と、メインパターン部及び補助パターン部となる領
域の前記ハーフトーン位相シフト膜を除去し透明基板を
露出させる工程と、前記露出した透明基板の露出部及び
ハーフトーン位相シフト膜の表面に半透明膜を形成する
工程と、前記補助パターン部及び遮光領域の前記半透明
膜が残存するように前記半透明膜を除去する工程とを有
することを特徴とする。In the method of manufacturing a photomask according to the present invention, a step of forming a halftone phase shift film on a transparent substrate, and removing the halftone phase shift film in a region to be a main pattern portion and an auxiliary pattern portion are performed. Exposing a transparent substrate, forming a translucent film on the exposed portion of the exposed transparent substrate and the surface of the halftone phase shift film, and leaving the translucent film in the auxiliary pattern portion and the light shielding region. And removing the translucent film.

【００２９】さらに、本発明のフォトマスクの製造方法
は、前記ハーフトーン位相シフト膜と半透明膜との透過
率の合計が０％を超え１％以下であることを特徴とす
る。Further, in the method of manufacturing a photomask according to the present invention, the total transmittance of the halftone phase shift film and the translucent film is more than 0% and 1% or less.

【００３０】[0030]

【発明の実施の形態】本発明のフォトマスク及びその製
造方法は、メインパターンの周辺に半透明の補助パター
ンを配置したハーフトーン位相シフトマスクとする。こ
の場合半透明とは、前記の通り、透過率が２％以上９９
％以下の領域を指す。この、ハーフトーン位相シフトマ
スクフォトマスクの透過光に所定の位相エラー（位相差
の１８０度からのずれ）が生じるように設定することに
より、半透明補助パターンによるメインパターンのフォ
ーカス特性の傾きを補正することができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A photomask and a method of manufacturing the same according to the present invention are a halftone phase shift mask having a translucent auxiliary pattern arranged around a main pattern. In this case, translucent means that the transmittance is 2% or more and 99 as described above.
% Area. By setting the transmission light of the halftone phase shift mask photomask so that a predetermined phase error (a deviation of the phase difference from 180 degrees) occurs, the inclination of the focus characteristic of the main pattern due to the translucent auxiliary pattern is corrected. can do.

【００３１】一般にハーフトーンマスクにおいては、位
相エラーによりフォーカス特性が傾くことが知られてい
る。このフォーカス特性の傾きは、位相エラーの大きさ
にほぼ比例する。俗に、焦点位置が＋側にシフトしてい
る場合は「右上がり」、−側にシフトしている場合は
「右下がり」といった表現により表される傾きの特性
は、位相エラーの正負、即ち位相差が１８０度より大き
いか小さいかにより変化する。よって、ハーフトーンマ
スクに半透明補助パターンを配置した場合、半透明補助
パターンによるフォーカス特性の傾きを、意図的に位相
エラーを付加することで打ち消すことができる。In general, it is known that a focus characteristic of a halftone mask is inclined due to a phase error. The inclination of the focus characteristic is almost proportional to the magnitude of the phase error. Generally, when the focal position is shifted to the + side, the characteristic of the inclination represented by the expression such as “upward to the right” and when the focal position is shifted to the − side is “downward to the right”, the sign of the phase error is positive or negative. It changes depending on whether the phase difference is larger or smaller than 180 degrees. Therefore, when the translucent auxiliary pattern is arranged on the halftone mask, the inclination of the focus characteristic due to the translucent auxiliary pattern can be canceled by intentionally adding a phase error.

【００３２】[0032]

【実施例】（実施例１）以下に本発明のフォトマスク及
びその製造方法の一実施例について、図面を用いて説明
する。なお、露光条件として、縮小率５倍（マスクパタ
ーン寸法：結像面上パターン寸法＝５：１）、開口数Ｎ
Ａ＝０．５５、５０％輪帯照明（最大σ＝０．８のうち
中心部分をσ＝０．４相当遮光）のＫｒＦエキシマレー
ザー露光装置を用いるのものとして説明する。また、結
像面上で０．２μｍのホールパターンを形成するマスク
を用いることとする。(Embodiment 1) An embodiment of a photomask of the present invention and a method of manufacturing the same will be described below with reference to the drawings. Note that the exposure conditions include a reduction ratio of 5 times (mask pattern size: pattern size on the imaging surface = 5: 1), numerical aperture N
A description will be given assuming that a KrF excimer laser exposure apparatus with A = 0.55, 50% annular illumination (the central part of the maximum σ = 0.8 is equivalent to σ = 0.4 light shielding) is used. In addition, a mask that forms a 0.2 μm hole pattern on the imaging surface is used.

【００３３】図１には本発明のフォトマスクの平面図及
び断面図を示す。図１（ａ）は本発明のフォトマスクの
平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断
面図である。この実施例では、図１（ａ）に示すよう
に、メインパターン１０１はマスク上で一辺が１．０μ
ｍのホールパターンとする。メインパターン１０１の周
辺はハーフトーン位相シフト領域１０２となっており、
透過率Ｔ＝６％、位相差１７０度となっている。また、
メインパターン１０１周辺には、メインパターン１０１
より１μｍ離れて、１μｍ角の半透明の補助パターン１
０３が等間隔のピッチで８個配置されている。各半透明
の補助パターン１０３部の透過率はそれぞれ４０％であ
り、その透過光には５０度の位相差が生じる。ハーフト
ーン位相シフト領域１０２の周囲は、遮光領域１０４が
形成されている。FIG. 1 shows a plan view and a sectional view of a photomask of the present invention. FIG. 1A is a plan view of a photomask of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1A. In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the main pattern 101 has a side of 1.0 μm on the mask.
m hole pattern. The periphery of the main pattern 101 is a halftone phase shift area 102,
The transmittance T is 6% and the phase difference is 170 degrees. Also,
Around main pattern 101, main pattern 101
1 μm apart, 1 μm square translucent auxiliary pattern 1
Eight 03 are arranged at equal pitches. The transmissivity of each translucent auxiliary pattern 103 is 40%, and the transmitted light has a phase difference of 50 degrees. A light shielding region 104 is formed around the halftone phase shift region 102.

【００３４】フォトマスクの構造は、図１（ｂ）に示す
ように、合成石英からなる透明基板１上に酸化クロム
（厚さ４０ｎｍ）からなる第１の半透明膜２と、酸化窒
化モリブデンシリサイド（厚さ９０ｎｍ）からなる第２
の半透明膜３との積層構造によるハーフトーン位相シフ
ト膜４が形成されている。この第１及び第２の半透明膜
を積層させたハーフトーン位相シフト膜４の透過率が３
％であり、かつ位相差が１６５度に設定されている。メ
インパターン１０１はハーフトーン位相シフト膜４（第
１の半透明膜２と第２の半透明膜３との積層構造）がす
べて除去されている。また、補助パターン１０３の部分
は、第２の半透明膜３のみが除去されている。さらに、
その上層にはクロム（厚さ２０ｎｍ）と酸化クロム（厚
さ２０ｎｍ）との積層構造から成る、遮光領域１０４で
ある遮光膜５が成膜されている。遮光膜５は、パターン
を転写したくない部分や、透過光が到達しないようにし
なければならない部分等を被うようにに設けられてい
る。この遮光膜５の透過率は１５％であるが、ハーフト
ーン位相シフト膜４を透過する３％の光を遮光するには
十分な遮光性である。ハーフトーン位相シフト膜４と遮
光膜５との透過率は、 ０．１５×０．０３＝０．００４５ ＝０．４５％ であり、１％以下となるため寸法の大きなパターンにお
いてもサイドローブの転写は生じず、隣接露光領域間で
のレジスト膜の減少（膜べり）も生じない。なお、サイ
ドローブとはハーフトーン位相シフトフォトマスクにお
いて、透明領域の周辺に生じる光強度分布のサブピーク
のことである。ハーフトーン位相シフトフォトマスクの
転写像振幅分布では、透明部の正からハーフトーンの負
に振幅が急激に変化する。その振幅分布のハーフトーン
部でのオーバーシュートにより、透明領域よりある間隔
だけ離れた位置に光強度のサブピークが生じる。この透
明部周辺に生じるサブピークがサイドローブと呼ばれ、
不要な膜厚の減少を引き起こすことが知られている（例
えば、Optical/Laser Microlithoography VIII, procee
dings of SPIE vol.2440, pp.804-812, 1995）。As shown in FIG. 1B, the structure of the photomask is as follows: a first translucent film 2 made of chromium oxide (40 nm thick) on a transparent substrate 1 made of synthetic quartz; (Thickness 90 nm)
A halftone phase shift film 4 having a laminated structure with the translucent film 3 is formed. The transmittance of the halftone phase shift film 4 in which the first and second translucent films are laminated is 3
% And the phase difference is set to 165 degrees. In the main pattern 101, the halftone phase shift film 4 (the laminated structure of the first translucent film 2 and the second translucent film 3) is all removed. Further, in the portion of the auxiliary pattern 103, only the second translucent film 3 is removed. further,
On the upper layer, a light-shielding film 5 serving as a light-shielding region 104 having a laminated structure of chromium (20 nm in thickness) and chromium oxide (20 nm in thickness) is formed. The light-shielding film 5 is provided so as to cover a portion where the pattern is not desired to be transferred or a portion where the transmitted light must not reach. Although the transmittance of the light-shielding film 5 is 15%, the light-shielding film 5 has a sufficient light-shielding property to shield 3% of the light transmitted through the halftone phase shift film 4. The transmittance between the halftone phase shift film 4 and the light shielding film 5 is 0.15 × 0.03 = 0.0045 = 0.45%, and is 1% or less. No transfer occurs, and no reduction (film loss) of the resist film between adjacent exposure regions occurs. The side lobe is a sub-peak of a light intensity distribution generated around a transparent region in a halftone phase shift photomask. In the transfer image amplitude distribution of the halftone phase shift photomask, the amplitude sharply changes from positive in the transparent portion to negative in the halftone. Due to overshoot in the halftone portion of the amplitude distribution, a subpeak of light intensity is generated at a position separated by a certain distance from the transparent region. The sub-peak generated around this transparent part is called side lobe,
It is known to cause unnecessary film thickness reduction (for example, Optical / Laser Microlithoography VIII, procee
dings of SPIE vol.2440, pp.804-812, 1995).

【００３５】以下に、本発明のフォトマスクの製造方法
について説明する。図２及び図３には、図１に示した本
発明のフォトマスクの製造方法の実施例１の主要工程の
断面図を示す。まず、図２（ａ）に示すように、透明基
板１上に第１の半透明膜２及び第２の半透明膜３並びに
遮光膜５を順次成膜し、積層させたマスク基板を作成す
る。Hereinafter, a method for manufacturing a photomask of the present invention will be described. FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the main steps of Example 1 of the method for manufacturing the photomask of the present invention shown in FIG. First, as shown in FIG. 2A, a first translucent film 2, a second translucent film 3, and a light-shielding film 5 are sequentially formed on a transparent substrate 1 to form a mask substrate that is laminated. .

【００３６】次に、図２（ｂ）に示すように、このマス
ク基板の遮光膜５の上層にレジスト６を塗布する。続い
て、メインパターン及び補助パターンの描画を行う。な
お、マスク基板周辺部には、後述する２回目のパターン
描画のためのアライメントマーク（図示せず）が描画さ
れている。Next, as shown in FIG. 2B, a resist 6 is applied on the light-shielding film 5 of the mask substrate. Subsequently, the main pattern and the auxiliary pattern are drawn. Note that an alignment mark (not shown) for the second pattern drawing described later is drawn on the periphery of the mask substrate.

【００３７】次に、図２（ｃ）に示すように、メインパ
ターン及び補助パターンの形状を現像して、レジスト６
にレジストパターンを形成する。その後、このレジスト
をマスクとしてマスクとして、塩素系ガス（Ｃｌ2＋Ｈ
Ｃｌ3）を用いてドライエッチングを行い、遮光膜５を
加工する。さらに続いて、エッチングチャンバーを交換
し、フッ素系ガス（ＣＨＦ3＋Ｏ2）を用いて第２の半透
明膜３を加工する。これによりメインパターン１０１部
と補助パターン１０３部となる領域を形成する。Next, as shown in FIG. 2C, the shapes of the main pattern and the auxiliary pattern are developed and the resist 6
Then, a resist pattern is formed. Thereafter, using this resist as a mask, a chlorine-based gas (Cl 2 + H
The light-shielding film 5 is processed by performing dry etching using Cl 3 ). Subsequently, the etching chamber is replaced, and the second translucent film 3 is processed using a fluorine-based gas (CHF 3 + O 2 ). As a result, areas to be the main pattern 101 and the auxiliary pattern 103 are formed.

【００３８】次に、図３（ａ）に示すように、一旦レジ
スト６を剥離した後、図３（ｂ）に示すように、再び別
のレジスト６の塗布を行い、前記形成したアライメント
マーク（図示せず）を用いて重ねて２回目のパターン描
画を行う。この２回目のパターン描画では、（１）遮光
膜を所定の部分を除去しハーフトーン位相シフトマスク
とするためのパターンと、（２）補助パターン部を被う
レジストパターンとを形成する。この時、遮光膜５と第
１の半透明膜２とに同じクロム系材科を用いているた
め、遮光膜５のエッチング時には補助パターン部をカバ
ーしておき、補助パターンまでもが透明領域となるのを
防止する。Next, as shown in FIG. 3A, after the resist 6 is once removed, another resist 6 is applied again as shown in FIG. 3B, and the formed alignment mark ( (Not shown), and a second pattern drawing is performed. In the second pattern drawing, (1) a pattern for removing a predetermined portion of the light-shielding film to form a halftone phase shift mask, and (2) a resist pattern covering the auxiliary pattern portion are formed. At this time, since the same chromium-based material is used for the light-shielding film 5 and the first translucent film 2, the auxiliary pattern portion is covered at the time of etching the light-shielding film 5, and even the auxiliary pattern has a transparent area. Prevent from becoming.

【００３９】最後に、図３（ｃ）に示すように、硝酸第
２セリウムアンモニウム水溶液を用いてウエットエッチ
ングを行い、露出している遮光膜５及びメインパターン
１０１部の第１の半透明膜２を選択的に除去する。遮光
膜５と第１の半透明膜２は同じクロム系材科であり、ま
た膜厚もほぼ同じであるので同時にエッチングすること
が可能である。レジストを剥離し洗浄を行うことで、図
１（ｂ）に示すハーフトーン位相シフトフォトマスクが
完成する。Finally, as shown in FIG. 3C, wet etching is performed using an aqueous solution of ceric ammonium nitrate to expose the light shielding film 5 and the first translucent film 2 of the main pattern 101. Is selectively removed. Since the light-shielding film 5 and the first translucent film 2 are made of the same chromium-based material and have almost the same thickness, they can be etched simultaneously. The halftone phase shift photomask shown in FIG. 1B is completed by removing the resist and performing cleaning.

【００４０】次に、図１のフォトマスクの効果（フォー
カス特性）について説明する。図４には、本発明のフォ
トマスクにおいて、メインパターンが０．２μｍホール
パターンである場合のフォーカス特性を示す。図中に
は、本実施例のフォトマスクのフォーカス特性の結果
（●）以外に、比較のために、補助パターンが無い通常
のハーフトーンマスク（位相差１８０度）のフォーカス
特性の結果（□）、及びこのハーフトーンマスク（位相
差１８０度）に半透明補助パターンを配置した場合のフ
ォーカス特性の結果（○）も示している。図４のハーフ
トーンフォトマスクに半透明補助パターンのみを配置し
た結果（○）が表しているように、ハーフトーンマスク
に半透明補助パターンを配置するだけで焦点深度は拡大
する。ただし、この場合にはフォーカス特性は右上がり
（焦点位置の＋側で寸法が大きくなる傾き）となってい
る。このフォーカス特性の傾きは半透明補助パターンの
位相差が原因である。Next, the effect (focus characteristic) of the photomask of FIG. 1 will be described. FIG. 4 shows focus characteristics when the main pattern is a 0.2 μm hole pattern in the photomask of the present invention. In the drawing, in addition to the focus characteristic result (●) of the photomask of the present embodiment, for comparison, the focus characteristic result (□) of a normal halftone mask (180 ° phase difference) without an auxiliary pattern is shown for comparison. , And the result (○) of the focus characteristic when the translucent auxiliary pattern is arranged on this halftone mask (180 ° phase difference). As shown by the result (○) in which only the translucent auxiliary pattern is arranged on the halftone photomask in FIG. 4, the depth of focus is increased only by disposing the translucent auxiliary pattern on the halftone mask. However, in this case, the focus characteristic is rising to the right (inclination where the dimension increases on the + side of the focal position). The inclination of the focus characteristic is caused by the phase difference of the translucent auxiliary pattern.

【００４１】また、ハーフトーン位相シフトフォトマス
クにおいて、ハーフトーン位相シフト膜の膜厚及び屈折
率が変化して生じる位相エラーは、フォーカス特性を傾
けることがすでに報告されている。例えば、Photomask
and X-Ray Technology, proceedings of SPIE vol.225
4, pp.286-293, 1994には、位相差が１８０度より大き
くなるか小さくなるかによりフォーカス特性は異なる向
きに傾くことが示されている。しかし、本発明において
は、補助パターンの位相差で生じるフォーカス特性の傾
きを、ハーフトーン位相シフト膜の位相エラーで打ち消
すことにより、図４中の●で示すように、平坦なフォー
カス特性が得られている。このように、本発明のフォト
マスクを用いれば、ベストフォーカス（焦点位置：０μ
ｍ）において、焦点位置が変化した差異のホール寸法変
化が最も小さくなっている。It has already been reported that in a halftone phase shift photomask, a phase error caused by a change in the thickness and refractive index of the halftone phase shift film tilts the focus characteristic. For example, Photomask
and X-Ray Technology, proceedings of SPIE vol.225
4, pp. 286-293, 1994, show that the focus characteristic tilts in different directions depending on whether the phase difference is larger or smaller than 180 degrees. However, in the present invention, a flat focus characteristic can be obtained as shown by ● in FIG. 4 by canceling out the inclination of the focus characteristic caused by the phase difference of the auxiliary pattern by the phase error of the halftone phase shift film. ing. As described above, when the photomask of the present invention is used, the best focus (focal position: 0 μm)
In m), the change in the hole size due to the difference in the focal position is the smallest.

【００４２】（実施例２）次に、本発明のフォトマスク
及びその製造方法の他の実施例について、図面を用いて
説明する。なおこの実施例においても、パターンは結像
面上で０．２μｍ（マスク上で１μｍ）の孤立ホールパ
ターンとして説明する。(Embodiment 2) Next, another embodiment of the photomask of the present invention and its manufacturing method will be described with reference to the drawings. Also in this embodiment, the pattern will be described as an isolated hole pattern of 0.2 μm on the image plane (1 μm on the mask).

【００４３】図５及び図６には、本発明のフォトマスク
の製造方法の実施例２の主要工程の断面図を示す。ま
ず、図５（ａ）に示すように、透明基板１上に半透明の
ハーフトーン位相シフト膜４を成膜する。ハーフトーン
位相シフトマスクの材料には酸化窒化モリブデンシリサ
イド（ＭｏＳｉＯＮ）を用い、膜厚１１０ｎｍにて透過
率＝３％／位相差＝１８０度としている。FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views showing main steps of a method for manufacturing a photomask according to the second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 5A, a translucent halftone phase shift film 4 is formed on a transparent substrate 1. Molybdenum oxynitride (MoSiON) is used as the material of the halftone phase shift mask, and the transmittance is 3% / the phase difference is 180 degrees at a film thickness of 110 nm.

【００４４】次に、図５（ｂ）に示すように、ハーフト
ーン位相シフト膜４の上層にレジスト６を塗布し、メイ
ンパターン１０１部及び補助パターン１０３部のパター
ン描画を行う。なお、この実施例においても、補助パタ
ーン１０３部はメインパターン１０１部と同一寸法のホ
ールパターンである。Next, as shown in FIG. 5B, a resist 6 is applied to the upper layer of the halftone phase shift film 4, and pattern drawing of the main pattern 101 and the auxiliary pattern 103 is performed. Also in this embodiment, the auxiliary pattern 103 is a hole pattern having the same dimensions as the main pattern 101.

【００４５】次に、図５（ｃ）に示すように、メインパ
ターン１０１及び補助パターン１０３の形状を現像して
レジスト６にレジストパターンを形成する。その後、こ
のレジスト６をマスクとして、ハーフトーン位相シフト
膜４をフッ素系ガスを用いたドライエッチングにて加工
する。Next, as shown in FIG. 5C, the shapes of the main pattern 101 and the auxiliary pattern 103 are developed to form a resist pattern on the resist 6. Thereafter, using this resist 6 as a mask, the halftone phase shift film 4 is processed by dry etching using a fluorine-based gas.

【００４６】次に、図６（ａ）に示すように、一旦レジ
スト６を剥離し検査及び修正を行った後、マスクとして
半透明膜７を成膜する。この半透明膜７には窒化クロム
を用い、２５ｎｍの膜厚で透過率を１５％、その透過光
に生じる位相差を３０度としている。Next, as shown in FIG. 6A, after the resist 6 is once peeled and inspected and repaired, a translucent film 7 is formed as a mask. The translucent film 7 is made of chromium nitride, has a transmittance of 15% at a thickness of 25 nm, and has a phase difference of 30 degrees in the transmitted light.

【００４７】次に、図６（ｂ）に示すように、上層に再
びレジスト６を塗布し、実施例１と同様に２回目のパタ
ーン描画を行う。即ち、次工程のウエットエッチングに
おいて、メインパターン１０１となる領域とハーフトー
ン領域とする部分のレジスト６を除去するようにパター
ン描画を行う。Next, as shown in FIG. 6B, a resist 6 is applied again to the upper layer, and a second pattern drawing is performed as in the first embodiment. That is, in the next step of wet etching, pattern drawing is performed so as to remove the resist 6 in a region to be the main pattern 101 and a portion to be a halftone region.

【００４８】最後に、図６（ｃ）に示すように、現像後
ウエットエッチングを行い、メインパターン１０１及び
ハーフトーン領域の半透明膜７を除去する。レジストを
剥離し洗浄を行うことで、ハーフトーン位相シフトフォ
トマスクが完成する。Finally, as shown in FIG. 6C, wet etching is performed after development to remove the main pattern 101 and the translucent film 7 in the halftone region. By removing the resist and performing cleaning, a halftone phase shift photomask is completed.

【００４９】このようにして、図５及び図６に示したフ
ォトマスクの製造方法により得られたハーフトーン位相
シフトフォトマスクの概略図を図７に示す。図７（ａ）
はハーフトーン位相シフトフォトマスクの平面図であ
り、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であ
る。補助パターン１０３の半透明膜７は透過率が１５％
であるため、本実施例においても補助パターン１０３が
半導体基板上に転写されることはない。また、メインパ
ターン１０１の周辺以外は半透明膜７を残存させること
により、実施例１と同様に透過率を０．４５％に低下さ
せた遮光領域１０４としているので、サイドローブの発
生及び隣接露光領域間でのレジスト膜厚の減少等の問題
の発生が防止されている。FIG. 7 is a schematic view of a halftone phase shift photomask obtained by the photomask manufacturing method shown in FIGS. 5 and 6 in this manner. FIG. 7 (a)
FIG. 7B is a plan view of a halftone phase shift photomask, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. The translucent film 7 of the auxiliary pattern 103 has a transmittance of 15%
Therefore, also in this embodiment, the auxiliary pattern 103 is not transferred onto the semiconductor substrate. Since the translucent film 7 is left except for the periphery of the main pattern 101 to form the light-shielding region 104 whose transmittance is reduced to 0.45% similarly to the first embodiment, generation of side lobes and adjacent exposure Problems such as a decrease in the resist film thickness between the regions are prevented.

【００５０】本実施例のフォトマスクの製造方法におい
ては、ハーフトーン位相シフトフォトマスクにおける従
来の遮光膜を補助パターンの転写防止に用いているた
め、従来のマスク基板及び製造方法が流用できる。そこ
で、ハーフトーン位相シフト膜の位相差を１８０度と
し、補助パターンに生じる位相差を３０度と低く押さえ
ることでなるべく平坦なフォーカス特性が得られるよう
にしている。さらに、補助パターン部の透過率を１５％
と低く設定した。補助パターンの透過率が低いと、焦点
深度拡大効果も低下するがフォーカス特性の傾きはなく
なる。よって、本実施例においては、焦点深度拡大効果
がある程度得られ、フォーカス特性の傾きが許容できる
補助パターンの透過率として１５％を選択している。In the photomask manufacturing method of this embodiment, the conventional light-shielding film in the halftone phase shift photomask is used to prevent the transfer of the auxiliary pattern, so that the conventional mask substrate and the conventional manufacturing method can be used. Therefore, the phase difference of the halftone phase shift film is set to 180 degrees, and the phase difference generated in the auxiliary pattern is suppressed to as low as 30 degrees so as to obtain as flat a focus characteristic as possible. Further, the transmittance of the auxiliary pattern portion is 15%.
And set low. If the transmittance of the auxiliary pattern is low, the effect of expanding the depth of focus is reduced, but the inclination of the focus characteristic is eliminated. Therefore, in the present embodiment, 15% is selected as the transmittance of the auxiliary pattern in which the effect of increasing the depth of focus can be obtained to some extent and the inclination of the focus characteristic can be tolerated.

【００５１】[0051]

【発明の効果】以上説明したように構成されているの
で、本発明は以下に記す優れた効果を奏する。本発明の
フォトマスクは、ハーフトーン位相シフトフォトマスク
においてメインパターンの周辺に、メインパターンと同
寸法の補助パターンを配置することにより、ハーフトー
ン位相シフト法と補助パターン法の効果により、孤立パ
ターンの焦点深度を従来より拡大することができる。ま
た、補助パターン部に生じる位相差の影響を、ハーフト
ーン位相シフト膜の位相エラーで打ち消すことにより、
フォーカス特性の傾きを調節できる。さらに、本発明の
フォトマスクの製造方法においては、従来のマスク基板
及び製造方法を流用し、安定して精度の良い補助パター
ンマスクが製造できる。As described above, the present invention has the following excellent effects. In the photomask of the present invention, an auxiliary pattern having the same dimensions as the main pattern is arranged around the main pattern in the halftone phase shift photomask. The depth of focus can be increased as compared with the related art. Also, by canceling out the effect of the phase difference occurring in the auxiliary pattern portion by the phase error of the halftone phase shift film,
The inclination of the focus characteristic can be adjusted. Further, in the method for manufacturing a photomask of the present invention, the conventional mask substrate and the manufacturing method can be diverted, and a stable and accurate auxiliary pattern mask can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明のフォトマスクの平面図及び断面図を
示す。FIG. 1 shows a plan view and a cross-sectional view of a photomask of the present invention.

【図２】 図１に示した本発明のフォトマスクの製造方
法の実施例１の主要工程の断面図を示す。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main step in Example 1 of the method for manufacturing the photomask of the present invention shown in FIG.

【図３】 図１に示した本発明のフォトマスクの製造方
法の実施例１の主要工程の断面図を示す。FIG. 3 is a sectional view of a main step in Example 1 of the method for manufacturing the photomask of the present invention shown in FIG.

【図４】 本発明のフォトマスクにおいて、メインパタ
ーンが０．２μｍホールパターンである場合のフォーカ
ス特性を示す。FIG. 4 shows a focus characteristic when the main pattern is a 0.2 μm hole pattern in the photomask of the present invention.

【図５】 本発明のフォトマスクの製造方法の実施例２
の主要工程の断面図を示す。FIG. 5 is a second embodiment of the method of manufacturing a photomask according to the present invention.
2 shows a cross-sectional view of the main process.

【図６】 本発明のフォトマスクの製造方法の実施例２
の主要工程の断面図を示す。FIG. 6 shows a second embodiment of the method for manufacturing a photomask according to the present invention.
2 shows a cross-sectional view of the main process.

【図７】 図５及び図６に示したフォトマスクの製造方
法により得られたハーフトーン位相シフトフォトマスク
の概略図を示す。FIG. 7 is a schematic view of a halftone phase shift photomask obtained by the photomask manufacturing method shown in FIGS. 5 and 6.

【図８】 露光装置の主要光学系の概略図を示す。FIG. 8 is a schematic view of a main optical system of the exposure apparatus.

【図９】 露光装置の主要光学系の概略図を示す。FIG. 9 is a schematic view of a main optical system of the exposure apparatus.

【図１０】 従来の孤立パターンの周辺に補助パターン
を有するフォトマスクの概略図を示す。FIG. 10 is a schematic view of a conventional photomask having an auxiliary pattern around an isolated pattern.

【図１１】 従来の半透明補助パターンを有するフォト
マスクの概略図を示す。FIG. 11 is a schematic view of a conventional photomask having a translucent auxiliary pattern.

【図１２】 従来のハーフトーン位相シフトフォトマス
クの概略図を示す。FIG. 12 is a schematic view of a conventional halftone phase shift photomask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 透明基板 ２ 第１の半透明膜 ３ 第２の半透明膜 ４ ハーフトーン位相シフト膜 ５ 遮光膜 ６ レジスト ７ 半透明膜 １０１ メインパターン １０２ 補助パターン １０３ ハーフトーン位相シフト領域 １０４ 遮光領域 ２０１ａ 円形開口絞り ２０１ｂ リング状加工絞り ２０２ フライアイレンズ ２０３ フォトマスク ２０４ 微細パターン ２０５ 投影レンズ ２０６ 半導体基板 Reference Signs List 1 transparent substrate 2 first translucent film 3 second translucent film 4 halftone phase shift film 5 light shielding film 6 resist 7 semitransparent film 101 main pattern 102 auxiliary pattern 103 halftone phase shift region 104 light shielding region 201a circular opening Aperture 201 b Ring-shaped aperture 202 Fly-eye lens 203 Photomask 204 Fine pattern 205 Projection lens 206 Semiconductor substrate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 メインパターン部と前記メインパターン
周辺に配置された補助パターン部とを有し、前記補助パ
ターン部が半透明のハーフトーン位相シフト膜からなる
領域であることを特徴とするフォトマスク。1. A photomask having a main pattern portion and an auxiliary pattern portion disposed around the main pattern, wherein the auxiliary pattern portion is a region made of a translucent halftone phase shift film. . 【請求項２】 前記補助パターン部の透過光に生じる位
相差に比例して、前記ハーフトーン位相シフト膜の透過
光に位相エラーを生じさせる請求項１に記載のフォトマ
スク。2. The photomask according to claim 1, wherein a phase error occurs in the light transmitted through the halftone phase shift film in proportion to a phase difference generated in the light transmitted through the auxiliary pattern portion. 【請求項３】 透明基板上に下層が第１の半透明膜であ
り上層が第２の半透明膜であるハーフトーン位相シフト
膜を形成する工程と、メインパターン部となる領域の前
記ハーフトーン位相シフト膜を除去する工程と、補助パ
ターン部となる領域の前記ハーフトーン位相シフト膜の
第２の半透明膜のみを除去する工程と、遮光膜を形成す
る工程とを有することを特徴とするフォトマスクの製造
方法。3. A step of forming a halftone phase shift film in which a lower layer is a first translucent film and an upper layer is a second translucent film on a transparent substrate; A step of removing the phase shift film, a step of removing only the second translucent film of the halftone phase shift film in a region to be an auxiliary pattern portion, and a step of forming a light shielding film. Photomask manufacturing method. 【請求項４】 透明基板上にハーフトーン位相シフト膜
を形成する工程と、メインパターン部及び補助パターン
部となる領域の前記ハーフトーン位相シフト膜を除去し
透明基板を露出させる工程と、前記露出した透明基板の
露出部及びハーフトーン位相シフト膜の表面に半透明膜
を形成する工程と、前記補助パターン部及び遮光領域の
前記半透明膜が残存するように前記半透明膜を除去する
工程とを有することを特徴とするフォトマスクの製造方
法。4. A step of forming a halftone phase shift film on a transparent substrate, a step of removing the halftone phase shift film in a region to be a main pattern portion and an auxiliary pattern portion and exposing the transparent substrate, Forming a translucent film on the exposed portion of the transparent substrate and the surface of the halftone phase shift film, and removing the translucent film so that the auxiliary pattern portion and the translucent film of the light shielding region remain. A method for manufacturing a photomask, comprising: 【請求項５】 前記ハーフトーン位相シフト膜と半透明
膜との透過率の合計が０％を超え１％以下である請求項
４に記載のフォトマスクの製造方法。5. The method according to claim 4, wherein the total transmittance of the halftone phase shift film and the translucent film is more than 0% and 1% or less.
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