JPH11143048A - Phase shift mask - Google Patents

Phase shift mask

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JPH11143048A
JPH11143048A JP30317797A JP30317797A JPH11143048A JP H11143048 A JPH11143048 A JP H11143048A JP 30317797 A JP30317797 A JP 30317797A JP 30317797 A JP30317797 A JP 30317797A JP H11143048 A JPH11143048 A JP H11143048A
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transparent
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Tadao Yasusato
直生 安里
Shinji Ishida
伸二 石田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase shift mask capable of equalizing the sizes of the patterns formed by respective transparent regions when a light shielding film formed as a thin film is used. SOLUTION: The mask patterns by the light shielding film 2 are formed on a transparent substrate 1 consisting of synthetic quartz. The mask patterns are L/S patterns. The transparent regions 4 and 5 having the equal width are alternately formed across the light shielding regions formed with the light shielding film 2 having the width equal to their width. Further, the thickness of the transparent substrate 1 in the transparent regions 5 is thinner by 241 nm than the thickness in the transparent regions 4. The phase of the transmitted light transmitted through the transparent regions 4 and 5 varies by 175 deg.. The light shielding film 2 comprises a chromium film having a film thickness of 30 μm and a chromium oxide film of 30 μm in the film thickness formed on this chromium film. The transmission intensity of the KrF excimer laser beam transmitted through the light shielding film 2 is 0.2%.

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】本発明は半導体素子の製造工
程中の光リソグラフィ技術で使用される位相シフトマス
クに関し、特に、焦点位置がずれた場合にも隣り合って
形成されるパターンの寸法が等しい位相シフトマスクに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase shift mask used in an optical lithography technique during a manufacturing process of a semiconductor device, and in particular, the dimensions of adjacent patterns are equal even when the focal position is shifted. The present invention relates to a phase shift mask.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体素子の製造工程において、
半導体基板上にパターンを形成するために主に光リソグ
ラフィ技術が使用されている。光リソグラフィ技術によ
れば、縮小投影露光装置によりフォトマスク上に形成さ
れた半導体素子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て現像することにより、感光性樹脂
の所定のパターンを得ることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device,
Optical lithography is mainly used to form a pattern on a semiconductor substrate. According to the optical lithography technology, a predetermined pattern of a photosensitive resin is transferred by transferring a pattern of a semiconductor element formed on a photomask onto a semiconductor substrate coated with a photosensitive resin by a reduction projection exposure apparatus and developing the pattern. Can be obtained.

【0003】フォトマスクは透明基板上に遮光材料によ
り透明領域及び遮光領域のパターンが形成された露光用
原盤である。なお、この露光用原盤は、露光装置により
フォトマスク上のパターンが半導体基板上に転写される
場合には、レチクルとよばれる。また、透明基板の材料
には、露光光に対する透過率が高いこと、温度膨張率が
小さく露光光照射による温度上昇によりパターン位置が
ずれないこと及び自重による変形が少ないこと等の特性
が必要とされている。このような特性が必要とされる透
明基板には、合成石英が最も適しており、最先端の半導
体素子製造用の高精度品には全て合成石英が使用されて
いる。また、マスクパターンの位置精度にあまり高い精
度が必要とされず、パターン寸法が微細ではない場合に
は、半導体素子の製造にソーダガラス等のより安価な材
料が使用されている。
A photomask is an exposure master in which a pattern of a transparent region and a light-shielding region is formed on a transparent substrate with a light-shielding material. This exposure master is called a reticle when a pattern on a photomask is transferred onto a semiconductor substrate by an exposure apparatus. In addition, the material of the transparent substrate is required to have characteristics such as a high transmittance to exposure light, a low coefficient of thermal expansion, a pattern position that is not shifted by a temperature rise due to exposure light irradiation, and a small deformation due to its own weight. ing. Synthetic quartz is most suitable for a transparent substrate requiring such characteristics, and synthetic quartz is used for all high-precision products for the most advanced semiconductor device manufacturing. In addition, when the positional accuracy of the mask pattern is not required to be very high and the pattern size is not fine, a less expensive material such as soda glass is used for manufacturing a semiconductor element.

【0004】また、フォトマスクの遮光領域の遮光膜に
は、ウェットエッチング液(硝酸第2セリウムアンモニ
ウム水溶液)により容易にエッチングされるクロム遮光
膜が使用されている。これは、マスクパターンは電子線
描画装置により描画されており、この電子線描画用の感
光性樹脂(レジスト)は対ドライエッチング性が低くウ
ェットエッチングが適用されるためである。クロム遮光
膜は、一般に、膜厚が70nmのクロム膜とこのクロム
膜上に形成された膜厚が30nmの酸化クロム膜との2
層構造を有しており、上層の酸化クロム膜は反射防止膜
として作用する。この反射防止膜は、半導体基板への露
光の際に、半導体基板で反射された反射光が投影レンズ
系を通してフォトマスクに戻り、この反射光がフォトマ
スク表面で反射して再び半導体基板に照射されることを
防止するものである。
Further, a chrome light-shielding film which is easily etched by a wet etching solution (aqueous cerium ammonium nitrate solution) is used as a light-shielding film in a light-shielding region of a photomask. This is because the mask pattern is drawn by an electron beam lithography apparatus, and the photosensitive resin (resist) for electron beam lithography has low dry etching property and wet etching is applied. The chrome light-shielding film is generally composed of a chromium film having a thickness of 70 nm and a chromium oxide film having a thickness of 30 nm formed on the chromium film.
It has a layer structure, and the upper chromium oxide film functions as an antireflection film. This anti-reflection film reflects the light reflected by the semiconductor substrate back to the photomask through the projection lens system when the semiconductor substrate is exposed to light, and the reflected light is reflected on the photomask surface and irradiated again on the semiconductor substrate. It is to prevent that.

【0005】半導体素子の微細化が更に進み、フォトマ
スクのパターン寸法が1μm以下となるにつれ、マスク
パターンの寸法精度の向上が必要となってきた。従来の
光リソグラフィ技術においては、主に露光装置の開発に
より、特に投影レンズ系の開口数(NA)を高くするこ
とにより半導体素子パターンの微細化に対応してきた。
開口数(NA)とは、レンズが広がった光をどれだけ集
められるかに対応する値であり、この値が大きいほどよ
り広がった光を集めることが可能でレンズの性能が高い
ことを示す。また、分離することができる限界の微細パ
ターンの寸法である限界解像度RとNAとの間には、下
記数式1で示される公知のレーレー(Rayleigh)の式の
関係がある。
As the miniaturization of semiconductor elements further progresses and the pattern size of the photomask becomes 1 μm or less, it is necessary to improve the dimensional accuracy of the mask pattern. In the conventional optical lithography technology, the development of an exposure apparatus has been adapted to miniaturization of a semiconductor element pattern, particularly by increasing the numerical aperture (NA) of a projection lens system.
The numerical aperture (NA) is a value corresponding to how much the lens can collect the spread light, and the larger the value, the more the spread light can be collected and the higher the performance of the lens. In addition, there is a relation between the critical resolution R and the NA, which are the dimensions of the critical fine pattern that can be separated, by the well-known Rayleigh equation represented by the following equation (1).

【0006】[0006]

【数1】R=K1×λ/NA ここで、K1はレジストの性能等のプロセスに依存する
定数であり、λは光の波長である。上記数式1に示され
るように、NAを大きくするほど限界解像度Rはより微
細になる。
R = K 1 × λ / NA Here, K 1 is a constant depending on a process such as resist performance, and λ is a wavelength of light. As shown in Equation 1, the larger the NA, the finer the limit resolution R.

【0007】しかし、NAを大きくするほど、焦点位置
のずれを許容できる範囲を示す焦点深度が減少し、この
焦点深度の現象によりパターンの微細化が困難となると
いう欠点がある。焦点深度DOFとNAとの間には、下
記数式2で示されるレーレーの式の関係がある。
However, as the NA is increased, the depth of focus, which indicates a range in which the deviation of the focal position can be tolerated, decreases, and this phenomenon of the depth of focus makes it difficult to miniaturize the pattern. The depth of focus DOF and NA have the relationship of the Rayleigh equation shown in the following Expression 2.

【0008】[0008]

【数2】DOF=K2×λ/(NA)2 ここで、K2はプロセスに依存する定数である。上記数
式2に示されるように、NAを大きくするほど焦点深度
DOFは小さくなり、わずかな焦点位置のずれさえもが
許容されなくなってしまう。
DOF = K 2 × λ / (NA) 2 where K 2 is a process-dependent constant. As shown in the above formula 2, as the NA increases, the depth of focus DOF decreases, and even a slight shift of the focal position cannot be tolerated.

【0009】そこで、焦点深度を拡大するために種々の
超解像手法が検討されるようになってきた。超解像手法
とは、照明光学系、フォトマスク又は投影レンズ系瞳面
における透過率若しくは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。
Accordingly, various super-resolution techniques have been studied to increase the depth of focus. The super-resolution technique is a technique for improving the light intensity distribution on the imaging plane by controlling the transmittance or the phase on the pupil plane of the illumination optical system, the photomask, or the projection lens system.

【0010】フォトマスクの改善による超解像手法であ
る位相シフトマスクが提案されている(特開昭62−5
0811号公報)。この公報に記載された位相シフトマ
スクは渋谷−レベンソン(Levenson)方式位相シフトマ
スクとよばれ、周期的なパターンにおいて透明領域を透
過する光の位相を交互に180°変化させる方式のもの
である。図9(a)は第1の渋谷−レベンソン方式位相
シフトマスクを示す平面図であり、(b)は(a)のA
−A線における断面図であり、(c)は横軸に位相シフ
トマスクの位置をとり、縦軸に透過光の振幅をとって透
過光の振幅分布を示すグラフ図である。第1の渋谷−レ
ベンソン方式位相シフトマスクを製造する方法において
は、先ず、透明基板21上にエッチングストッパ22を
形成する。次に、エッチングストッパ22上に遮光膜2
3を成膜して、これを選択的に除去することにより、交
互に透明領域24及び25を形成する。そして、透明領
域25上に位相シフタ26を形成する。なお、位相シフ
タ26の膜厚は、露光光の波長をλ、位相シフタ26の
屈折率をn1としたとき、λ/(2×(n1−1))であ
る。また、位相シフタ26は、例えば酸化シリコン(S
iO2)からなる。
A phase shift mask which is a super-resolution technique by improving a photomask has been proposed (JP-A-62-5).
0811). The phase shift mask described in this publication is called a Shibuya-Levenson type phase shift mask, and is a type that alternately changes the phase of light transmitted through a transparent region by 180 ° in a periodic pattern. FIG. 9A is a plan view showing a first Shibuya-Levenson type phase shift mask, and FIG.
It is sectional drawing in the -A line, (c) is a graph which shows the position of a phase shift mask on a horizontal axis, and the amplitude of transmitted light on a vertical axis | shaft, and is a graph which shows the amplitude distribution of transmitted light. In the first method of manufacturing a Shibuya-Levenson type phase shift mask, first, an etching stopper 22 is formed on a transparent substrate 21. Next, the light shielding film 2 is formed on the etching stopper 22.
The transparent regions 24 and 25 are formed alternately by forming a film 3 and selectively removing the film. Then, a phase shifter 26 is formed on the transparent region 25. The thickness of the phase shifter 26 is λ / (2 × (n 1 −1)), where λ is the wavelength of the exposure light and n 1 is the refractive index of the phase shifter 26. Further, the phase shifter 26 is, for example, a silicon oxide (S
iO 2 ).

【0011】空気中での露光光の波長をλ1、この露光
光が透過する物質の屈折率をnとすると、この物質中で
の露光光の波長はλ/nとなるので、上述のように構成
された位相シフトマスクにおいては、透明領域24を透
過する露光光と透明領域25を透過する露光光とで、そ
の位相が180°ずれている。このため、図9(c)に
示すように、振幅分布の周期は本来のものの2倍とな
る。従って、この位相シフトマスクの回折光の回折角は
通常の1/2となり、それまでの限界解像度以下のパタ
ーンにおいても、その回折光を投影レンズで集めること
ができる。そして、位相が180°ずれた光同士の干渉
により、隣り合う開口部間では光強度が低下して微細パ
ターンを分離することが可能となる。
Assuming that the wavelength of the exposure light in air is λ 1 and the refractive index of a substance through which the exposure light passes is n, the wavelength of the exposure light in this substance is λ / n. In the phase shift mask configured as described above, the exposure light passing through the transparent region 24 and the exposure light passing through the transparent region 25 have a 180 ° phase shift. Therefore, as shown in FIG. 9C, the cycle of the amplitude distribution is twice as long as the original one. Therefore, the diffraction angle of the diffracted light of this phase shift mask is の of a normal angle, and even in a pattern having a resolution lower than the limit resolution up to that time, the diffracted light can be collected by the projection lens. Then, due to the interference between the light beams whose phases are shifted by 180 °, the light intensity is reduced between the adjacent openings, and the fine pattern can be separated.

【0012】また、透明基板21上にエッチングストッ
パ22が設けられているので、位相シフタ26を形成す
るためにエッチングを行う際に透明基板21がエッチン
グされることが防止される。透明基板21がエッチング
されると位相エラーが生じる。このため、エッチングス
トッパ22は位相シフトマスクの作用には影響しない
が、製造工程上必要なものとされている。
Further, since the etching stopper 22 is provided on the transparent substrate 21, it is possible to prevent the transparent substrate 21 from being etched when performing the etching for forming the phase shifter 26. When the transparent substrate 21 is etched, a phase error occurs. Therefore, the etching stopper 22 does not affect the operation of the phase shift mask, but is required in the manufacturing process.

【0013】渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクに
おいては、位相シフタがマスクとなる遮光膜上に設けさ
れた例だけではなく、透明領域の一方がエッチングされ
た例もある。図10(a)は第2の渋谷−レベンソン方
式位相シフトマスクを示す断面図であり、(b)は第3
の渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクを示す断面図
である。第2の渋谷−レベンソン方式位相シフトマスク
においては、図10(a)に示すように、透明基板31
a上に形成されたエッチングストッパ32とマスクとな
る遮光膜33aとの間に位相シフタ36が形成されてい
る。一方、第3の渋谷−レベンソン方式位相シフトマス
クにおいては、図10(b)に示すように、透明基板3
1bが位相シフタの表面にエッチングされて凹凸が形成
されており、位相シフタ及びエッチングストッパは形成
されていない。更に、これらの渋谷−レベンソン方式位
相シフトマスクにおいては、エッチングされた位相シフ
タ又は透明基板の側壁が遮光膜33a及び33bの下に
後退されている。
In the Shibuya-Levenson type phase shift mask, not only an example in which a phase shifter is provided on a light shielding film serving as a mask, but also an example in which one of transparent regions is etched. FIG. 10A is a sectional view showing a second Shibuya-Levenson type phase shift mask, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the Shibuya-Levenson type phase shift mask of FIG. In the second Shibuya-Levenson type phase shift mask, as shown in FIG.
A phase shifter 36 is formed between the etching stopper 32 formed on the substrate a and the light shielding film 33a serving as a mask. On the other hand, in the third Shibuya-Levenson type phase shift mask, as shown in FIG.
1b is etched on the surface of the phase shifter to form irregularities, and the phase shifter and the etching stopper are not formed. Furthermore, in these Shibuya-Levenson type phase shift masks, the etched phase shifters or the side walls of the transparent substrate are recessed below the light shielding films 33a and 33b.

【0014】このように構成された渋谷−レベンソン方
式位相シフトマスクにおいては、側壁による光の散乱が
抑制されるため、ドライエッチングにより位相シフトマ
スクを形成した場合にも、位相が乱れた光が透明基板3
1a又は31bを通過することが防止される。これによ
り、側壁による影響がない。
In the thus constructed Shibuya-Levenson type phase shift mask, the scattering of light by the side walls is suppressed, so that even if the phase shift mask is formed by dry etching, the light whose phase is disturbed is transparent. Substrate 3
Passing through 1a or 31b is prevented. Thereby, there is no influence by the side wall.

【0015】しかし、渋谷−レベンソン方式位相シフト
マスクによっても、近時の半導体素子の微細化には十分
に対応することができない。そこで、マスク寸法の向上
のために、遮光膜の薄膜化が検討されている(Proceedi
ngs of SPIE Vol. 2793, Photomask and X-ray Mask Te
chnology III "Resolution Enhancement with Thin Cr
for Chrome Mask Making", pp.53-61, 1996)。上記文献
には、遮光膜の膜厚をそれまでの1000Åから550
Åとすることにより、寸法精度が向上することが記載さ
れている。つまり、ウェットエッチングによる加工の場
合、薄膜化することによりサイドエッチングの量が少な
くなるため、寸法制御が容易になる。また、対ドライエ
ッチング性が低い電子線用のレジストでもドライエッチ
ングを容易に行うことができるようになり、ドライエッ
チングを適用することにより、更なる寸法精度の向上が
期待される。
However, even the use of the Shibuya-Levenson type phase shift mask cannot sufficiently cope with recent miniaturization of semiconductor devices. Therefore, thinning of the light-shielding film is being studied to improve the mask dimensions (Proceedi
ngs of SPIE Vol. 2793, Photomask and X-ray Mask Te
chnology III "Resolution Enhancement with Thin Cr
for Chrome Mask Making ", pp.53-61, 1996).
It is described that Å improves the dimensional accuracy. In other words, in the case of processing by wet etching, the amount of side etching is reduced by thinning, so that dimensional control is facilitated. In addition, dry etching can be easily performed even with a resist for electron beams having low dry etching resistance, and further improvement in dimensional accuracy is expected by applying dry etching.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、膜厚が
1000Å程度のクロム遮光膜における露光光の透過強
度は、透明領域の透過強度の10-4以下(以下、透過強
度は透明領域を透過する露光光の透過強度を1として換
算した値である)であったため、遮光膜から漏れる光に
より露光結果に影響が及ぼされることはなかったが、遮
光膜の薄膜化により遮光膜における透過強度は10-3
超えるようになり、転写特性に影響が出るという問題点
がでてきた。特に、位相シフトマスクにおいては、焦点
位置がずれることによりパターン寸法が著しく変化する
ので、その影響が大きい。
However, the transmission intensity of the exposure light in the chrome light-shielding film having a thickness of about 1000 ° is not more than 10 −4 of the transmission intensity of the transparent region (hereinafter, the transmission intensity is the exposure light transmitted through the transparent region). This is a value obtained by converting the light transmission intensity to 1), so that the light leaked from the light-shielding film did not affect the exposure result, but the transmission intensity in the light-shielding film was 10 due to the thinning of the light-shielding film. As a result, the transfer characteristic has been affected. In particular, in the case of a phase shift mask, the pattern size is significantly changed due to a shift in the focal position, so that the influence is large.

【0017】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、薄膜化された遮光膜を使用する場合にも各
透明領域により形成されるパターンの寸法を等しくする
ことができる位相シフトマスクを提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of such a problem, and a phase shift mask capable of equalizing the size of a pattern formed by each transparent region even when a thinned light shielding film is used. The purpose is to provide.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明に係る位相シフト
マスクは、第1の透明領域と、第2の透明領域と、前記
第1の透明領域と前記第2の透明領域との間に設けられ
た遮光領域とを有するマスクパターンを有し、前記第1
の透明領域を透過する透過光と前記第2の透明領域を透
過する透過光との間に位相差を有する位相シフトマスク
において、前記位相差は180°未満であることを特徴
とする。
A phase shift mask according to the present invention is provided between a first transparent area, a second transparent area, and the first transparent area and the second transparent area. And a mask pattern having a light-shielded region,
In a phase shift mask having a phase difference between transmitted light transmitted through the transparent region and transmitted light transmitted through the second transparent region, the phase difference is less than 180 °.

【0019】本発明においては、第1の透明領域を透過
する透過光と第2の透明領域を透過する透過光との間の
位相差を意図的に180°より小さくしているので、焦
点位置がずれた場合にも各透明領域を透過する透過光の
強度を等しくすることができる。これにより、各透明領
域により形成されるパターンの寸法を等しくすることが
できる。
In the present invention, since the phase difference between the transmitted light transmitted through the first transparent region and the transmitted light transmitted through the second transparent region is intentionally made smaller than 180 °, the focal position is changed. Even if there is a deviation, the intensity of the transmitted light passing through each transparent region can be made equal. Thereby, the dimensions of the pattern formed by each transparent region can be made equal.

【0020】本発明においては、前記遮光領域と前記第
1の透明領域との面積比をα、前記透明領域を透過する
透過光の強度を1としたときの前記遮光領域を透過する
透過光の強度をT、前記第2の位相と前記遮光領域を透
過する透過光の第3の位相との差をθとしたとき、前記
位相差は(180−sin-1(α×√(T)×sin
θ))°であることが望ましい。第2の位相と第3の位
相との位相差を(180−sin-1(α×√(T)×s
inθ)°とすることにより、確実に各透明領域を透過
する透過光の強度を等しくすることができる。
In the present invention, when the area ratio between the light-shielding region and the first transparent region is α, and the intensity of the light transmitted through the transparent region is 1, the intensity of the light transmitted through the light-shielding region is equal to 1. When the intensity is T and the difference between the second phase and the third phase of the transmitted light transmitted through the light-shielding region is θ, the phase difference is (180−sin −1 (α × √ (T) × sin
θ)) °. The phase difference between the second phase and the third phase is (180−sin −1 (α × √ (T) × s
In θ) °, the intensity of the transmitted light that passes through each transparent region can be reliably equalized.

【0021】本発明に係る他の位相シフトマスクは、第
1の透明領域と、第2の透明領域と、前記第1の透明領
域と前記第2の透明領域との間に設けられた遮光領域と
を有するマスクパターンを有し、前記第1の透明領域を
透過する透過光と前記第2の透明領域を透過する透過光
との間に位相差を有する位相シフトマスクにおいて、前
記第1の透過領域を透過する透過光の位相は0°であ
り、前記第2の透過領域を透過する透過光の位相は18
0°であり、前記遮光領域を透過する透過光の位相は9
0°を超えており、前記第1の透明領域の幅は前記第2
の透明領域の幅より大きいことを特徴とする。また、前
記遮光領域を透過する透過光の位相は90°未満であ
り、前記第1の透明領域の幅は前記第2の透明領域の幅
より小さくてもよい。
Another phase shift mask according to the present invention comprises a first transparent region, a second transparent region, and a light-shielding region provided between the first transparent region and the second transparent region. A phase shift mask having a phase difference between transmitted light transmitted through the first transparent region and transmitted light transmitted through the second transparent region. The phase of the transmitted light passing through the region is 0 °, and the phase of the transmitted light passing through the second transmission region is 18 °.
0 °, and the phase of the transmitted light transmitted through the light-shielding region is 9 °.
0 °, and the width of the first transparent region is the second transparent region.
Is larger than the width of the transparent region. Further, the phase of the transmitted light passing through the light-shielding region may be less than 90 °, and the width of the first transparent region may be smaller than the width of the second transparent region.

【0022】本発明においては、遮光領域を透過する透
過光の位相により、第1の透明領域又は第2の透明領域
の幅を適切なものとしているので、第1の透明領域及び
第2の透明領域により形成されるパターンの寸法を相互
に等しいものとすることができる。
In the present invention, the width of the first transparent region or the second transparent region is made appropriate by the phase of the transmitted light transmitted through the light shielding region. The dimensions of the patterns formed by the regions can be made equal to each other.

【0023】なお、前記透明領域を反射領域とし、前記
遮光領域を吸収領域とし、前記透過光を反射光としても
よい。この位相シフトマスクは、特にX線露光装置等に
好適である。
The transparent region may be a reflection region, the light shielding region may be an absorption region, and the transmitted light may be reflected light. This phase shift mask is particularly suitable for an X-ray exposure apparatus or the like.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
るため、鋭意実験研究を重ねた結果、遮光膜を透過する
透過光の位相差を約90°とすることにより、焦点位置
がずれない場合に0°の位相差を生じる透明領域を透過
する透過光と180°の透明領域を透過する透過光との
強度を等しくすることができ、隣り合う透明領域間の位
相差を180°から適当な値だけ補正して意図的に位相
エラーを生じさせることにより、隣り合う透明領域を透
過する透過光のフォーカス特性を一致させることができ
ることを見出した。なお、位相差とは、空気中を透過す
る透過光の位相からの位相の差をいい、フォーカス特性
とは、焦点位置の変化によるラインパターンの寸法の変
化をいう。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The inventors of the present invention have conducted intensive experiments and researches to solve the above-mentioned problems. As a result, the phase shift of the transmitted light passing through the light-shielding film was set to about 90 °, so that the focal position was shifted. When there is no transmission light, the intensity of the transmitted light passing through the transparent region that causes a phase difference of 0 ° and the intensity of the transmitted light passing through the 180 ° transparent region can be equalized, and the phase difference between adjacent transparent regions can be reduced from 180 °. It has been found that the focus characteristic of transmitted light passing through adjacent transparent regions can be matched by intentionally causing a phase error by correcting an appropriate value. Note that the phase difference refers to a phase difference from the phase of transmitted light transmitted through the air, and the focus characteristic refers to a change in dimension of a line pattern due to a change in a focal position.

【0025】以下、本発明の実施例に係る位相シフトマ
スクについて、添付の図面を参照して具体的に説明す
る。図1は本発明の第1の実施例に係る位相シフトマス
クを示す断面図である。本実施例においては、合成石英
からなる透明基板1上に遮光膜2によるマスクパターン
が形成されている。なお、本実施例におけるマスクパタ
ーンはラインアンドスペースパターン(以下、L/Sパ
ターンという)であり、相互に同寸法のラインとスペー
スとの繰り返しパターンが形成されている。つまり、等
しい幅を有する透明領域4及び5が、それらと等しい幅
を有する遮光膜2が形成された遮光領域を挟んで交互に
形成されている。更に、透明領域5における透明基板1
の厚さは透明領域4における厚さよりも241nm薄
く、透明領域5に隣接する遮光膜2の下方においても1
50nmの幅で同様の厚さとなっている。一方、遮光膜
2は膜厚が30μmのクロム膜と、このクロム膜上に形
成された膜厚が30μmの酸化クロム膜とから構成され
ている。
Hereinafter, a phase shift mask according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a phase shift mask according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a mask pattern is formed by a light shielding film 2 on a transparent substrate 1 made of synthetic quartz. Note that the mask pattern in the present embodiment is a line and space pattern (hereinafter, referred to as an L / S pattern), and a repeated pattern of lines and spaces having the same dimensions is formed. That is, the transparent regions 4 and 5 having the same width are alternately formed with the light-shielding region in which the light-shielding film 2 having the same width is formed. Further, the transparent substrate 1 in the transparent area 5
Is 241 nm thinner than the thickness of the transparent region 4, and is 1 nm below the light shielding film 2 adjacent to the transparent region 5.
It has the same thickness with a width of 50 nm. On the other hand, the light shielding film 2 is composed of a chromium film having a thickness of 30 μm and a chromium oxide film having a thickness of 30 μm formed on the chromium film.

【0026】次に、このように構成された位相シフトマ
スクの作用について説明する。ここでは、NAが0.5
5、コヒーレンスファクタσが0.3、縮小率が5倍、
つまり、マスクパターン寸法と結像面上パターンとの比
が5:1であるKrFエキシマレーザ装置を使用し、膜
厚が0.7μmのネガ型レジストが塗布されたシリコン
基板上に露光を行ってL/Sパターンを形成する。本実
施例においては、遮光膜2のKrFエキシマレーザ光の
透過強度は2×10-3であり、波長が248nmである
KrFエキシマレーザ光に対するクロム膜の屈折率は
2.1であり、酸化クロム膜の屈折率は2.0である。
従って、遮光膜2を透過する透過光には91.4°の位
相差が生じる。更に、透明領域5と透明領域4とにおけ
る透明基板の厚さが241nm相違しているので、透明
領域4を透過する透過光と透明領域5を透過する透過光
との間には175°の位相差が生じる。
Next, the operation of the thus constructed phase shift mask will be described. Here, NA is 0.5
5, coherence factor σ is 0.3, reduction ratio is 5 times,
That is, using a KrF excimer laser device in which the ratio of the mask pattern dimension to the pattern on the image plane is 5: 1, exposure is performed on a 0.7 μm-thick silicon substrate coated with a negative resist. An L / S pattern is formed. In this embodiment, the transmission intensity of the KrF excimer laser light of the light shielding film 2 is 2 × 10 −3 , the refractive index of the chromium film with respect to the KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm is 2.1, and chromium oxide is used. The refractive index of the film is 2.0.
Therefore, a phase difference of 91.4 ° occurs in the transmitted light transmitted through the light shielding film 2. Further, since the thicknesses of the transparent substrates in the transparent region 5 and the transparent region 4 are different by 241 nm, the light transmitted through the transparent region 4 and the light transmitted through the transparent region 5 have an angle of about 175 °. A phase difference occurs.

【0027】本実施例においては、遮光膜2を透過する
透過光の位相差を約90°としているので、焦点位置が
ずれない場合に透明領域4を透過する透過光と透明領域
5を透過する透過光との強度をほぼ等しいものとするこ
とができる。このため、夫々の透明領域に対応するシリ
コン基板上の領域に相互にほぼ同寸法のラインパターン
を形成することができる。更に、透明領域4の位相差を
180°から適当な値だけ補正して175°としている
ので、焦点位置がずれた場合にも、透明領域4を透過す
る透過光と透明領域5を透過する透過光との強度を一致
させることができる。つまり、透明領域4及び5を透過
する透過光のフォーカス特性を一致させることが可能と
なる。
In this embodiment, since the phase difference of the transmitted light passing through the light shielding film 2 is set to about 90 °, the transmitted light passing through the transparent region 4 and the transmitting light passing through the transparent region 5 when the focal position is not shifted. The intensity with transmitted light can be made substantially equal. For this reason, it is possible to form line patterns of substantially the same size in regions on the silicon substrate corresponding to the respective transparent regions. Furthermore, since the phase difference of the transparent region 4 is corrected to an appropriate value from 180 ° to be 175 °, even when the focal position is shifted, the transmitted light passing through the transparent region 4 and the transmitted light passing through the transparent region 5 are transmitted. The intensity with light can be matched. That is, it is possible to make the focus characteristics of the transmitted light transmitted through the transparent regions 4 and 5 coincide.

【0028】次に、このように構成された位相シフトマ
スクを製造する方法について説明する。先ず、透明基板
1上にクロム膜及び酸化クロム膜を夫々30nmの膜厚
で順次成膜する。次に、遮光膜2と透明領域の幅が等し
くなるようにして、クロム膜及び酸化クロム膜を選択的
に除去する。その後、透明領域を1つおきに241nm
エッチングする。このとき、CHF3ガスを使用したR
IE法によるドライエッチング及び希釈フッ酸を使用し
たウェットエッチングにより遮光膜2の下方も150n
mの幅でサイドエッチングする。こうして、エッチング
されていない透明領域4とエッチングされた透明領域5
との位相差が175°である位相シフトマスクが製造さ
れる。
Next, a method of manufacturing the phase shift mask thus configured will be described. First, a chromium film and a chromium oxide film are sequentially formed on the transparent substrate 1 to a thickness of 30 nm. Next, the chromium film and the chromium oxide film are selectively removed so that the width of the light-shielding film 2 is equal to the width of the transparent region. After that, every other transparent region is 241 nm.
Etch. At this time, R using CHF 3 gas
The dry etching by the IE method and the wet etching using the diluted hydrofluoric acid are also performed under the light shielding film 2 by 150 n.
Side-etch with a width of m. Thus, the unetched transparent region 4 and the etched transparent region 5
Is manufactured with a phase difference of 175 °.

【0029】次に、遮光膜を透過する透過光の位相差を
90°とすることによる効果について説明する。先ず、
パターン寸法が0.2μmのL/Sパターンを形成し
た。このとき、遮光膜から漏れる透過光の透過強度を2
×10-3と一定とし、その位相差を90°、0°及び1
80°に変化させ、各位相差において焦点位置を0μ
m、0.5μm及び−0.5μmに変化させて相対光強
度を測定した。なお、焦点位置が0.5μmの場合は表
面から裏面方向へ0.5μm離れた位置に結像面があ
り、−0.5μmの場合は表面からマスクの方向へ0.
5μm離れた位置に結像面がある。これらの結果を図3
乃至5に示す。図3は横軸に半導体基板上の位置をと
り、縦軸に相対光強度をとって、遮光膜から漏れる透過
光の位相差が90°のときの相対光強度分布を示すグラ
フ図であり、図4は同じく位相差が0°のときの相対光
強度分布を示すグラフ図であり、図5は同じく位相差が
180°のときの相対光強度分布を示すグラフ図であ
る。図中、半導体基板上の位置が0μmの位置に0.2
μmラインパターンの中心が対応し、−300乃至−1
00μmの領域に位相差が180°の透明領域が対応
し、100乃至300μmの領域に位相差が0°の透明
領域が対応している。
Next, the effect of setting the phase difference of the transmitted light passing through the light shielding film to 90 ° will be described. First,
An L / S pattern having a pattern size of 0.2 μm was formed. At this time, the transmission intensity of the transmitted light leaking from the light shielding film is set to 2
× 10 -3 and the phase difference is 90 °, 0 ° and 1
80 °, and set the focus position to 0μ at each phase difference.
The relative light intensity was measured while changing to m, 0.5 μm, and −0.5 μm. When the focal position is 0.5 μm, the image plane is located at a position 0.5 μm away from the front surface toward the back surface.
There is an imaging plane at a position 5 μm away. These results are shown in FIG.
To 5 are shown. FIG. 3 is a graph showing the relative light intensity distribution when the horizontal axis indicates the position on the semiconductor substrate and the vertical axis indicates the relative light intensity, and the phase difference of the transmitted light leaking from the light shielding film is 90 °. FIG. 4 is a graph showing the relative light intensity distribution when the phase difference is 0 °, and FIG. 5 is a graph showing the relative light intensity distribution when the phase difference is 180 °. In the figure, the position on the semiconductor substrate is 0.2 μm at the position of 0 μm.
The center of the μm line pattern corresponds to -300 to -1
A transparent region having a phase difference of 180 ° corresponds to a region of 00 μm, and a transparent region having a phase difference of 0 ° corresponds to a region of 100 to 300 μm.

【0030】図3に示すように、焦点位置が0μmで遮
光膜から漏れる透過光の位相差が90°の場合、位相差
0°の透明領域と位相差180°の透明領域との夫々に
対応する領域における相対光強度の分布が等しくなって
いる。従って、夫々の領域に形成されるパターンの幅を
等しくすることができる。
As shown in FIG. 3, when the focal position is 0 μm and the phase difference of the transmitted light leaking from the light shielding film is 90 °, it corresponds to a transparent region having a phase difference of 0 ° and a transparent region having a phase difference of 180 °. The distribution of the relative light intensity in the region where the light intensity changes is equal. Therefore, the width of the pattern formed in each region can be made equal.

【0031】一方、図4に示すように、焦点位置が0μ
mで遮光膜から漏れる透過光の位相差が0°の場合、位
相差0°の透明領域に対応する領域における相対光強度
が位相差180°のそれよりも強くなっている。このた
め、このマスクをネガ型レジストに転写すると、位相差
0°の透明領域に対応する領域においてラインパターン
の線幅が太くなってしまう。また、焦点位置が0μmで
遮光膜から漏れる透過光の位相差が180°の場合に
は、図5に示すように、位相差が0°の場合と逆の相対
光強度分布になる。このため、このマスクをネガ型レジ
ストに転写すると、位相差0°の透明領域に対応する領
域においてラインパターンの線幅が狭くなってしまう。
On the other hand, as shown in FIG.
When the phase difference of the transmitted light leaking from the light-shielding film at m is 0 °, the relative light intensity in a region corresponding to the transparent region having a phase difference of 0 ° is stronger than that at a phase difference of 180 °. Therefore, when this mask is transferred to a negative resist, the line width of the line pattern becomes large in a region corresponding to a transparent region having a phase difference of 0 °. When the focus position is 0 μm and the phase difference of the transmitted light leaking from the light shielding film is 180 °, the relative light intensity distribution is opposite to the case where the phase difference is 0 °, as shown in FIG. For this reason, when this mask is transferred to a negative resist, the line width of the line pattern is reduced in a region corresponding to the transparent region having a phase difference of 0 °.

【0032】なお、上述の方法以外に隣り合うパターン
の寸法差を低減する方法として、マスク寸法を補正する
方法を適用してもよい。つまり、形成されるラインパタ
ーンの寸法が細くなる方の透明領域のマスク寸法を大き
くするか、又は太くなる方の透明領域のマスク寸法を小
さくする。更に詳しくは、遮光領域を透過する透過光の
位相が90°以下の場合に、位相差0°の透明領域の寸
法を位相差180°の透明領域の寸法より小さくし、遮
光領域を透過する透過光の位相が90°を超える場合
に、位相差0°の透明領域の寸法を位相差180°の透
明領域の寸法より大きくする。但し、このようにマスク
パターンの寸法により補正を行う場合には、マスク描画
装置のグリッドサイズという制限がある。マスク描画に
は主に電子線描画装置が使用されている。この電子線描
画装置においては、電子ビームを一定の大きさに絞り、
そのビーム径により決定されるグリッド上の点を露光す
るか、又は露光しないかを区別することにより、所定の
マスクパターンを形成している。このため、露光装置の
最小ビーム径以下のグリッドでマスクパターンの寸法を
変化させることはできない。通常、最小グリッドサイズ
は0.01μmであるため、0.2μmL/Sパターン
においては、最小の補正で、ラインパターン部に片側
0.01μmの補正を行い、この幅を0.18μm又は
0.22μmとすることになる。従って、マスクの寸法
差が0.02μmであれば問題無いが、グリッドサイズ
以下の寸法差の場合には、正確に補正することはできな
い。このため、隣り合うパターン間の寸法差を無くすた
めには、前述のように遮光膜からの透過光の位相差を9
0°とする方法が望ましい。
As a method of reducing the dimensional difference between adjacent patterns other than the above-described method, a method of correcting a mask dimension may be applied. That is, the mask size of the transparent region where the size of the formed line pattern becomes thinner is increased, or the mask size of the transparent region where the size of the line pattern becomes thicker is reduced. More specifically, when the phase of the transmitted light transmitted through the light-shielding region is 90 ° or less, the size of the transparent region having a phase difference of 0 ° is made smaller than the size of the transparent region having a phase difference of 180 °, so that the light transmitted through the light-shielding region is reduced. When the phase of light exceeds 90 °, the size of the transparent region having a phase difference of 0 ° is made larger than the size of the transparent region having a phase difference of 180 °. However, when the correction is performed based on the dimensions of the mask pattern, there is a limitation on the grid size of the mask drawing apparatus. An electron beam drawing apparatus is mainly used for mask drawing. In this electron beam lithography system, the electron beam is focused to a certain size,
A predetermined mask pattern is formed by discriminating whether a point on the grid determined by the beam diameter is exposed or not exposed. For this reason, the dimensions of the mask pattern cannot be changed with a grid smaller than the minimum beam diameter of the exposure apparatus. Usually, since the minimum grid size is 0.01 μm, in the 0.2 μmL / S pattern, the line pattern portion is corrected to 0.01 μm on one side with the minimum correction, and the width is set to 0.18 μm or 0.22 μm. It will be. Therefore, there is no problem if the dimensional difference of the mask is 0.02 μm, but if the dimensional difference is smaller than the grid size, accurate correction cannot be performed. Therefore, in order to eliminate the dimensional difference between adjacent patterns, the phase difference of the transmitted light from
It is desirable to set the angle to 0 °.

【0033】しかし、前述のように透過光の位相差を9
0°とするのみでは、焦点位置がずれたときに、図3に
示すように、位相差0°の透明領域と位相差180°の
透明領域との夫々に対応する領域における相対光強度の
分布が相違するようになる。つまり、位相差0°の透明
領域と位相差180°の透明領域とでフォーカス特性が
相違するようになる。このため、夫々の領域に形成され
るパターンの幅が相違するようになる。また、図4及び
図5に示す遮光膜からの透過光の位相差が0°又は18
0°の場合では、焦点位置がずれても、位相差0°の透
明領域と位相差180°の透明領域との夫々に対応する
領域における相対光強度のピークの差はあまり変化しな
いが、位相差が0°の場合には、焦点位置がずれるに連
れて、その差が大きくなっている。
However, as described above, the phase difference of the transmitted light is 9
When the focal position is shifted only by setting it to 0 °, as shown in FIG. 3, the distribution of the relative light intensity in the areas corresponding to the transparent area having a phase difference of 0 ° and the transparent area having a phase difference of 180 °, respectively. Will be different. That is, the focus characteristics are different between the transparent region having a phase difference of 0 ° and the transparent region having a phase difference of 180 °. For this reason, the width of the pattern formed in each area differs. Further, the phase difference of the transmitted light from the light-shielding film shown in FIGS.
In the case of 0 °, even if the focal position is shifted, the difference between the peaks of the relative light intensity in the transparent region having a phase difference of 0 ° and the region corresponding to the transparent region having a phase difference of 180 ° does not change much. When the phase difference is 0 °, the difference increases as the focal position shifts.

【0034】次に、隣り合う透明領域間の位相差を18
0°から適当な値だけ補正して意図的に位相エラーを生
じさせることによる効果について説明する。一般に、位
相エラーが生じる隣り合うパターン間のフォーカス特性
には相互に逆向きの傾きが生じ、その傾き方は位相エラ
ーの正負により逆になり、また、その傾きの程度は位相
エラーの大きさに比例することが知られている。従っ
て、この性質を利用して位相エラーを意図的に生じさせ
ることにより、隣り合うパターン間のフォーカス特性を
補正することができる。
Next, the phase difference between adjacent transparent regions is set to 18
The effect of intentionally causing a phase error by correcting an appropriate value from 0 ° will be described. In general, the focus characteristics between adjacent patterns that cause a phase error have mutually opposite inclinations, and the inclination is reversed depending on whether the phase error is positive or negative, and the degree of the inclination depends on the magnitude of the phase error. It is known to be proportional. Therefore, by intentionally causing a phase error using this property, it is possible to correct the focus characteristic between adjacent patterns.

【0035】次に、この補正方法について説明する。図
6(a)は位相差を補正する前の透過光の振幅を示す模
式図であり、(b)は補正後の振幅を示す模式図であ
る。図6(a)及び(b)において、θは位相差が0°
の透過光と遮光膜からの透過光との位相差を示し、Tは
遮光膜からの透過光の相対強度を示している。図6
(a)に示すように、位相差180°の透明領域からの
透過光の位相差を補正する前には、遮光膜からの透過光
の図中横向きの振幅を打ち消すものが存在しない。この
ため、焦点位置がずれたときにラインパターンの寸法に
相違が生じてしまう。一方、位相差180°の透明領域
からの透過光の位相を適当な値θ1だけ補正した後に
は、前記振幅が打ち消されるため、この振幅による影響
がなくなる。このとき、位相差θ1は下記数式3で示さ
れる。
Next, this correction method will be described. FIG. 6A is a schematic diagram showing the amplitude of the transmitted light before the phase difference is corrected, and FIG. 6B is a schematic diagram showing the amplitude after the correction. 6A and 6B, θ indicates that the phase difference is 0 °.
, And the phase difference between the transmitted light from the light shielding film and T represents the relative intensity of the transmitted light from the light shielding film. FIG.
As shown in (a), before correcting the phase difference of the transmitted light from the transparent region having a phase difference of 180 °, there is nothing that cancels out the horizontal amplitude of the transmitted light from the light shielding film in the figure. For this reason, when the focal position shifts, a difference occurs in the dimension of the line pattern. On the other hand, after the phase of the transmitted light from the transparent region having a phase difference of 180 ° is corrected by an appropriate value θ1, the amplitude is canceled, so that the influence of this amplitude is eliminated. At this time, the phase difference θ1 is expressed by the following equation (3).

【0036】[0036]

【数3】θ1=sin-1(α×√(T)×sinθ) ここで、αは位相差を補正する透明領域に対する遮光膜
の面積比である。このように、位相シフトマスクの遮光
膜にはわずかな透過性があるため、その透過光の位相差
が180°の整数倍でない場合には、フォーカス特性の
傾きを補正するために、意図的に位相エラーを生じさせ
る必要がある。なお、透過光の位相差が180°の整数
倍のときには、上記数式3によりθ1は0°となる。
Equation 1 θ1 = sin −1 (α × √ (T) × sin θ) where α is the area ratio of the light-shielding film to the transparent region for correcting the phase difference. As described above, since the light-shielding film of the phase shift mask has a slight transmittance, if the phase difference of the transmitted light is not an integral multiple of 180 °, the inclination of the focus characteristic is intentionally corrected to correct the inclination. It is necessary to cause a phase error. When the phase difference of the transmitted light is an integral multiple of 180 °, θ1 is 0 ° according to the above equation (3).

【0037】第1の実施例においては、αが2、Tが2
×10-3、θが91.4°であった。これらを上記数式
3に代入すると、θ1は5°となる。透明領域4を透過
する透過光の位相差は175°であったが、これは、位
相差180°から、この5°補正したものである。この
ときのフォーカス特性を図7に、位相差が180°のま
まのときのフォーカス特性を図8に示す。図7は横軸に
焦点位置をとり、縦軸にラインパターン寸法をとって位
相差が175°の場合のフォーカス特性を示すグラフ図
であり、図8は同じく位相差が180°の場合のフォー
カス特性を示すグラフ図である。図7に示すように、位
相差を5°補正した場合の位相差が0°の透明領域と位
相差が180°の透明領域とのフォーカス特性は一致し
ている。一方、位相差をずらさない場合には、図8に示
すように、両者のフォーカス特性は一致していない。
In the first embodiment, α is 2 and T is 2
× 10 -3 and θ were 91.4 °. When these are substituted into Equation 3, θ1 becomes 5 °. The phase difference of the transmitted light passing through the transparent region 4 was 175 °, which was corrected by 5 ° from the phase difference of 180 °. FIG. 7 shows the focus characteristic at this time, and FIG. 8 shows the focus characteristic when the phase difference remains at 180 °. FIG. 7 is a graph showing the focus characteristic when the phase difference is 175 ° with the focus position taken on the horizontal axis and the line pattern dimension on the vertical axis, and FIG. 8 is also the focus when the phase difference is 180 °. It is a graph which shows a characteristic. As shown in FIG. 7, when the phase difference is corrected by 5 °, the focus characteristics of the transparent region having the phase difference of 0 ° and the focus characteristic of the transparent region having the phase difference of 180 ° are the same. On the other hand, when the phase difference is not shifted, as shown in FIG. 8, the focus characteristics of the two do not match.

【0038】なお、第1の実施例は水銀ランプのg/i
線及びエキシマレーザ光等の紫外光用の位相シフトマス
クであったが、より短波長の縮小X線露光の透過型マス
クに本発明を適用することもできる。
In the first embodiment, the g / i of the mercury lamp is used.
Although the phase shift mask is used for ultraviolet light such as line and excimer laser light, the present invention can be applied to a transmission type mask for reduced X-ray exposure with a shorter wavelength.

【0039】次に、本発明の第2の実施例に係る位相シ
フトマスクについて説明する。図2は本発明の第2の実
施例に係る位相シフトマスクを示す断面図である。本実
施例に係る位相シフトマスクはX線露光用の反射型マス
クである。本実施例においては、シリコン基板11上に
多層コーティングミラー13が形成されている。多層コ
ーティングミラー13は低屈折率の材料からなる低屈折
率層13aと高屈折率の材料からなる高屈折率層13b
とが所定の膜厚で交互に積み重ねられた構造を有してお
り、各層の境界での反射光の位相を制御し、反射光同士
が相互に強め合うようにすることにより、X線を効率良
く反射することができるものである。多層コーティング
ミラー13の材料はX線の波長に応じて選択され、例え
ば、シリコン層とモリブデン層との組合わせ及びルテニ
ウム層と酸化シリコン層との組合わせ等が使用される。
多層コーティングミラー13上には所定の幅を有する吸
収層12がその幅と同じ間隔を設けて形成されている。
これにより、吸収層12の間に反射領域14及び15が
交互に形成される。吸収層12の材料は、例えば金又は
タングステンである。更に、多層コーティングミラー1
3と吸収層12との間には位相シフタ16が成膜されて
いる。なお、位相シフタ16は反射領域14には形成さ
れているが、反射領域15には形成されていない。ま
た、反射領域15に隣接する吸収層12の下方のにはサ
イドエッチングにより位相シフタ16が形成されていな
い領域がある。位相シフタ16には、透過材料としてS
iC又はダイヤモンド等が使用される。
Next, a phase shift mask according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a sectional view showing a phase shift mask according to a second embodiment of the present invention. The phase shift mask according to the present embodiment is a reflective mask for X-ray exposure. In this embodiment, a multilayer coating mirror 13 is formed on a silicon substrate 11. The multilayer coating mirror 13 has a low refractive index layer 13a made of a low refractive index material and a high refractive index layer 13b made of a high refractive index material.
Have a structure in which the X-rays are stacked alternately with a predetermined film thickness. By controlling the phase of the reflected light at the boundary of each layer so that the reflected lights strengthen each other, X-rays are efficiently emitted. It can reflect well. The material of the multilayer coating mirror 13 is selected according to the wavelength of the X-ray. For example, a combination of a silicon layer and a molybdenum layer and a combination of a ruthenium layer and a silicon oxide layer are used.
Absorbing layers 12 having a predetermined width are formed on the multilayer coating mirror 13 at the same interval as the width.
Thereby, the reflection regions 14 and 15 are alternately formed between the absorption layers 12. The material of the absorption layer 12 is, for example, gold or tungsten. Furthermore, multi-layer coated mirror 1
A phase shifter 16 is formed between 3 and the absorption layer 12. Note that the phase shifter 16 is formed in the reflection region 14 but is not formed in the reflection region 15. Further, below the absorption layer 12 adjacent to the reflection region 15, there is a region where the phase shifter 16 is not formed by side etching. The phase shifter 16 has S as a transmission material.
iC or diamond is used.

【0040】本実施例においては、吸収層12の厚さは
0.5μm以下であり、反射領域を透過するX線の強度
を100%としたとき、吸収層を透過するX線の強度
(反射率)は2%としてある。更に、その反射光の位相
差は90°である。また、位相シフタ13により生じる
反射領域14及び15間の位相差は164°と180°
から16°補正されている。
In this embodiment, when the thickness of the absorbing layer 12 is 0.5 μm or less and the intensity of the X-ray transmitted through the reflecting region is 100%, the intensity of the X-ray transmitted through the absorbing layer (reflecting Rate) is 2%. Further, the phase difference of the reflected light is 90 °. The phase difference between the reflection areas 14 and 15 caused by the phase shifter 13 is 164 ° and 180 °.
Is corrected by 16 °.

【0041】X線露光用マスクにおいては、金等の重金
属を吸収層の吸収材料として使用しても、吸収層で完全
にX線を吸収することができず、吸収層が形成された吸
収領域でもX線の反射が生じる。吸収層の膜厚を厚くす
ることにより、この反射を防止することもできるが、こ
の場合には吸収層の加工が極めて困難となるので、実用
的ではない。このため、通常は結像パターンのコントラ
ストへの影響を無視することができる程度の反射率にな
るように吸収層の膜厚は設定されている。
In an X-ray exposure mask, even if a heavy metal such as gold is used as the absorbing material of the absorbing layer, the absorbing layer cannot completely absorb X-rays, and the absorbing region on which the absorbing layer is formed is formed. However, X-ray reflection occurs. This reflection can be prevented by increasing the thickness of the absorbing layer, but in this case, the processing of the absorbing layer becomes extremely difficult, and is not practical. For this reason, the thickness of the absorption layer is usually set so that the reflectance of the image pattern can be ignored so that the influence on the contrast is negligible.

【0042】本実施例においては、吸収層12が形成さ
れた吸収領域の反射率が0.02、その反射光の位相差
が90°、反射領域14及び15間の位相差が164°
であるので、上記数式3が満たされる。このため、反射
領域14から反射された反射光と反射領域15から反射
された反射光とのフォーカス特性が一致し、X線の焦点
位置がずれていない場合も、ずれた場合にも線幅が均一
なパターンを形成することができる。また、吸収層の膜
厚は0.5μm以下であるため、その加工は困難ではな
い。
In this embodiment, the reflectivity of the absorption region where the absorption layer 12 is formed is 0.02, the phase difference of the reflected light is 90 °, and the phase difference between the reflection regions 14 and 15 is 164 °.
Therefore, Equation 3 is satisfied. For this reason, the focus characteristics of the reflected light reflected from the reflective region 14 and the reflected light reflected from the reflective region 15 match, and the line width does not change even if the focal position of the X-rays is not shifted or shifts. A uniform pattern can be formed. Further, since the thickness of the absorbing layer is 0.5 μm or less, the processing is not difficult.

【0043】なお、本実施例においても、第1の実施例
と同様に、吸収領域を透過する透過光の位相に応じてマ
スクパターンの寸法を調節することにより、各反射領域
により形成されるパターンの寸法を等しくすることがで
きる。
In this embodiment, similarly to the first embodiment, the size of the mask pattern is adjusted in accordance with the phase of the transmitted light passing through the absorption region, so that the pattern formed by each reflection region is adjusted. Can be made equal.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
透過型の位相シフトマスクにおいて、遮光領域にわずか
な透過光が生じる場合にも、その影響を打ち消すように
位相エラーを付加的に生じさせているので、隣り合うパ
ターン間の寸法差を無くすことができる。反射型の位相
シフトマスクにおいても、吸収領域にわずかな透過光が
生じる場合にも、線幅が均一なパターンを得ることがで
きる。
As described in detail above, according to the present invention,
In a transmission type phase shift mask, even when a small amount of transmitted light is generated in a light-shielded region, a phase error is additionally generated so as to cancel the effect, so that a dimensional difference between adjacent patterns can be eliminated. it can. Even in the reflection type phase shift mask, a pattern having a uniform line width can be obtained even when a slight transmitted light is generated in the absorption region.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る位相シフトマスク
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a phase shift mask according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係る位相シフトマスク
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a phase shift mask according to a second embodiment of the present invention.

【図3】横軸に半導体基板上の位置をとり、縦軸に相対
光強度をとって、遮光膜から漏れる透過光の位相差が9
0°のときの相対光強度分布を示すグラフ図である。
FIG. 3 shows the position on the semiconductor substrate on the horizontal axis and the relative light intensity on the vertical axis, and the phase difference of the transmitted light leaking from the light shielding film is 9
It is a graph which shows the relative light intensity distribution at the time of 0 degree.

【図4】同じく位相差が0°のときの相対光強度分布を
示すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a relative light intensity distribution when the phase difference is 0 °.

【図5】同じく位相差が180°のときの相対光強度分
布を示すグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing a relative light intensity distribution when the phase difference is 180 °.

【図6】(a)は位相差を補正する前の透過光の振幅を
示す模式図であり、(b)は補正後の振幅を示す模式図
である。
FIG. 6A is a schematic diagram showing the amplitude of transmitted light before correcting a phase difference, and FIG. 6B is a schematic diagram showing the amplitude after correction.

【図7】横軸に焦点位置をとり、縦軸にラインパターン
寸法をとって位相差が175°の場合のフォーカス特性
を示すグラフ図である。
FIG. 7 is a graph showing a focus characteristic in a case where a horizontal axis indicates a focal position and a vertical axis indicates a line pattern dimension and a phase difference is 175 °.

【図8】同じく位相差が180°の場合のフォーカス特
性を示すグラフ図である。
FIG. 8 is a graph showing focus characteristics when the phase difference is 180 °.

【図9】(a)は第1の渋谷−レベンソン方式位相シフ
トマスクを示す平面図であり、(b)は(a)のA−A
線における断面図であり、(c)は横軸に位相シフトマ
スクの位置をとり、縦軸に透過光の振幅をとって透過光
の振幅分布を示すグラフ図である。
9A is a plan view showing a first Shibuya-Levenson type phase shift mask, and FIG. 9B is a plan view of AA in FIG. 9A.
FIG. 4C is a cross-sectional view taken along a line, and FIG. 4C is a graph showing the amplitude distribution of transmitted light, with the horizontal axis representing the position of the phase shift mask and the vertical axis representing the amplitude of transmitted light.

【図10】(a)は第2の渋谷−レベンソン方式位相シ
フトマスクを示す断面図であり、(b)は第3の渋谷−
レベンソン方式位相シフトマスクを示す断面図である。
FIG. 10A is a cross-sectional view showing a second Shibuya-Levenson type phase shift mask, and FIG.
It is sectional drawing which shows a Levenson-type phase shift mask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21、31a、31b;透明基板 2、23、33a、33b;遮光膜 4、5、24、25;透明領域 11;シリコン基板 12;吸収層 13;多層コーティングミラー 13a;低屈折率層 13b;高屈折率層 14、15;反射領域 16、26、36;位相シフタ 22、32;エッチングストッパ 1, 21, 31a, 31b; transparent substrate 2, 23, 33a, 33b; light-shielding film 4, 5, 24, 25; transparent region 11; silicon substrate 12; absorption layer 13; multi-layer coating mirror 13a; High refractive index layers 14, 15; reflection regions 16, 26, 36; phase shifters 22, 32; etching stopper

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の透明領域と、第2の透明領域と、
前記第1の透明領域と前記第2の透明領域との間に設け
られた遮光領域とを有するマスクパターンを有し、前記
第1の透明領域を透過する透過光と前記第2の透明領域
を透過する透過光との間に位相差を有する位相シフトマ
スクにおいて、前記位相差は180°未満であることを
特徴とする位相シフトマスク。
A first transparent region, a second transparent region,
A mask pattern having a light-shielding region provided between the first transparent region and the second transparent region, wherein the transmitted light passing through the first transparent region and the second transparent region A phase shift mask having a phase difference between transmitted light and a transmitted light, wherein the phase difference is less than 180 °.
【請求項2】 前記遮光領域と前記第1の透明領域との
面積比をα、前記透明領域を透過する透過光の強度を1
としたときの前記遮光領域を透過する透過光の強度を
T、前記第2の位相と前記遮光領域を透過する透過光の
第3の位相との差をθとしたとき、前記位相差は(18
0−sin-1(α×√(T)×sinθ))°であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の位相シフトマスク。
2. An area ratio between the light-shielding region and the first transparent region is α, and an intensity of light transmitted through the transparent region is 1
Assuming that the intensity of the transmitted light transmitted through the light-shielding region when T is defined as T and the difference between the second phase and the third phase of the transmitted light transmitted through the light-shielded region is θ, the phase difference is ( 18
2. The phase shift mask according to claim 1, wherein 0-sin −1 (α × √ (T) × sin θ)) °.
【請求項3】 第1の透明領域と、第2の透明領域と、
前記第1の透明領域と前記第2の透明領域との間に設け
られた遮光領域とを有するマスクパターンを有し、前記
第1の透明領域を透過する透過光と前記第2の透明領域
を透過する透過光との間に位相差を有する位相シフトマ
スクにおいて、前記第1の透過領域を透過する透過光の
位相は0°であり、前記第2の透過領域を透過する透過
光の位相は180°であり、前記遮光領域を透過する透
過光の位相は90°以下であり、前記第1の透明領域の
幅は前記第2の透明領域の幅より小さいことを特徴とす
る位相シフトマスク。
3. A first transparent area, a second transparent area,
A mask pattern having a light-shielding region provided between the first transparent region and the second transparent region, wherein the transmitted light passing through the first transparent region and the second transparent region In a phase shift mask having a phase difference between transmitted light and transmitted light, the phase of transmitted light transmitted through the first transmission region is 0 °, and the phase of transmitted light transmitted through the second transmission region is 0 °. The phase shift mask is 180 °, the phase of the transmitted light passing through the light-shielding region is 90 ° or less, and the width of the first transparent region is smaller than the width of the second transparent region.
【請求項4】 第1の透明領域と、第2の透明領域と、
前記第1の透明領域と前記第2の透明領域との間に設け
られた遮光領域とを有するマスクパターンを有し、前記
第1の透明領域を透過する透過光と前記第2の透明領域
を透過する透過光との間に位相差を有する位相シフトマ
スクにおいて、前記第1の透過領域を透過する透過光の
位相は0°であり、前記第2の透過領域を透過する透過
光の位相は180°であり、前記遮光領域を透過する透
過光の位相は90°を超えており、前記第1の透明領域
の幅は前記第2の透明領域の幅より大きいことを特徴と
する位相シフトマスク。
4. A first transparent area, a second transparent area,
A mask pattern having a light-shielding region provided between the first transparent region and the second transparent region, wherein the transmitted light passing through the first transparent region and the second transparent region In a phase shift mask having a phase difference between transmitted light and transmitted light, the phase of transmitted light transmitted through the first transmission region is 0 °, and the phase of transmitted light transmitted through the second transmission region is 0 °. 180 °, wherein the phase of transmitted light transmitted through the light-shielding region exceeds 90 °, and the width of the first transparent region is larger than the width of the second transparent region. .
【請求項5】 第1の反射領域と、第2の反射領域と、
前記第1の反射領域と前記第2の反射領域との間に設け
られた吸収領域とを有するマスクパターンを有し、前記
第1の反射領域を反射する反射光と前記第2の反射領域
を反射する反射光との間に位相差を有する位相シフトマ
スクにおいて、前記位相差は180°未満であることを
特徴とする位相シフトマスク。
5. A first reflection area, a second reflection area,
A mask pattern having an absorption area provided between the first reflection area and the second reflection area, wherein the reflected light that reflects the first reflection area and the second reflection area A phase shift mask having a phase difference between reflected light and reflected light, wherein the phase difference is less than 180 °.
【請求項6】 前記吸収領域と前記第1の反射領域との
面積比をα、前記反射領域を反射する反射光の強度を1
としたときの前記吸収領域を反射する反射光の強度を
T、前記第2の位相と前記吸収領域を反射する反射光の
第3の位相との差をθとしたとき、前記位相差は(18
0−sin-1(α×√(T)×sinθ))°であるこ
とを特徴とする請求項5に記載の位相シフトマスク。
6. An area ratio between the absorption region and the first reflection region is α, and an intensity of light reflected by the reflection region is 1
Assuming that the intensity of the reflected light that reflects the absorption region when T is defined as T and the difference between the second phase and the third phase of the reflected light that reflects the absorption region is θ, the phase difference is ( 18
The phase shift mask according to claim 5, wherein 0-sin −1 (α × √ (T) × sin θ)) °.
【請求項7】 第1の反射領域と、第2の反射領域と、
前記第1の反射領域と前記第2の反射領域との間に設け
られた吸収領域とを有するマスクパターンを有し、前記
第1の反射領域を反射する反射光と前記第2の反射領域
を反射する反射光との間に位相差を有する位相シフトマ
スクにおいて、前記第1の反射領域を反射する反射光の
位相は0°であり、前記第2の反射領域を反射する反射
光の位相は180°であり、前記吸収領域を反射する反
射光の位相は90°以下であり、前記第1の反射領域の
幅は前記第2の反射領域の幅より小さいことを特徴とす
る位相シフトマスク。
7. A first reflection area, a second reflection area,
A mask pattern having an absorption area provided between the first reflection area and the second reflection area, wherein the reflected light that reflects the first reflection area and the second reflection area In the phase shift mask having a phase difference between the reflected light and the reflected light, the phase of the reflected light that reflects the first reflection area is 0 °, and the phase of the reflected light that reflects the second reflection area is A phase shift mask, wherein the phase of the reflected light is 180 ° or less, and the phase of the reflected light that reflects the absorption region is 90 ° or less, and the width of the first reflection region is smaller than the width of the second reflection region.
【請求項8】 第1の反射領域と、第2の反射領域と、
前記第1の反射領域と前記第2の反射領域との間に設け
られた吸収領域とを有するマスクパターンを有し、前記
第1の反射領域を反射する反射光と前記第2の反射領域
を反射する反射光との間に位相差を有する位相シフトマ
スクにおいて、前記第1の反射領域を反射する反射光の
位相は0°であり、前記第2の反射領域を反射する反射
光の位相は180°であり、前記吸収領域を反射する反
射光の位相は90°を超えており、前記第1の反射領域
の幅は前記第2の反射領域の幅より大きいことを特徴と
する位相シフトマスク。
8. A first reflection area, a second reflection area,
A mask pattern having an absorption area provided between the first reflection area and the second reflection area, wherein the reflected light that reflects the first reflection area and the second reflection area In the phase shift mask having a phase difference between the reflected light and the reflected light, the phase of the reflected light that reflects the first reflection area is 0 °, and the phase of the reflected light that reflects the second reflection area is 180 °, wherein the phase of the reflected light reflecting the absorption region exceeds 90 °, and the width of the first reflection region is larger than the width of the second reflection region. .
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