JPH1152539A

JPH1152539A - フォトマスク

Info

Publication number: JPH1152539A
Application number: JP20583797A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Uno; 太賀宇野; Kiyomi Koyama; 清美小山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】位相矛盾箇所における解像度の劣化を抑制する
ことができ、全体としての解像度の向上をはかる。【解決手段】透明基板１０上にパターンに応じた開口
部１２を有する遮光膜１１を形成し、隣接する開口部１
２の一方に露光光に対して１８０度の位相差を与えるた
めの位相シフタ１３が形成されたフォトマスクにおい
て、隣接する開口部１２を透過する露光光の位相が同じ
となる位相矛盾箇所で、これらの開口部１２で挟まれた
遮光膜１１を、開口部１２よりも低い透過率を有し、露
光光に対して１８０度の位相差を与えるハーフトーン位
相シフタ１４に置き換えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造用フォ
トマスクに係わり、特に微細パターンを転写するに適し
た構造のフォトマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体記憶装置の製造において
は、回路を構成する素子や配線の高集積化、またパター
ンの微細化が進められている。パターンの微細化に伴
い、マスク上の回路パターンを半導体基板上に転写する
フォトリソグラフィ工程では、光の短波長化が進んでい
る。しかし、最小寸法（以下設計ルールと称する）が
０．２５μｍオーダになると、パターンサイズが光の波
長以下になり、パターン形成が困難になると予想され
る。

【０００３】そのため、位相シフト法と呼ばれる光の干
渉を利用したパターン形成方法が幾つか提案されてき
た。その位相シフト法の中の一つに、レベンソン型位相
シフト法（M.D.Levenson et. al. IEEE Trans. in Elec
tron Devicces, vol. ED-29, No12(1982)p1828）があ
る。これは、遮光領域を挟んで隣合った開口領域を透過
した光の位相を１８０度反転させ、各々の開口領域を透
過した光に負の干渉を起こさせて、２つの開口間の投影
像のコントラストを向上させる方法であり、位相シフト
法の中でも最も効果があると言われている。

【０００４】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。即ち、大抵のマスク設計では、
隣接する開口部の一方のみに位相を反転させる位相シフ
タを配置させることができない開口部ぺアが生じるのを
避けられない。図２１に示すように、比較的近い距離で
隣接している透明領域（開口部）の互いの透過する光の
位相が同じ場合（以下位相矛盾と称する）、これらに挟
まれた遮光領域となる部分において光の干渉により光強
度が強くなり、パターンを形成することが難しくなる。
なお、図中の１は透明基板、２は遮光膜、３は位相シフ
タである。

【０００５】また、コンタクトホールのような孤立した
パターンにはレベンソン型位相シフト法を適用すること
はできない。さらに、図２２に示すように、微小のコン
タクトホールの場合、光強度が極端に小さくなり、これ
を解像させることが困難になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のフ
ォトマスクにおいては、光の干渉が生じる距離内にある
全ての隣接パターンで位相を反転させることはできず、
位相矛盾が生じるのは避けられず、この位相矛盾箇所に
おいて解像度が劣化する問題があった。また、微小なコ
ンタクトホールでは、光強度が極端に小さくなり、これ
を解像させることができないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、位相矛盾箇所におけ
る解像度の劣化を抑制することができ、全体としての解
像度の向上に寄与し得るフォトマスクを提供することに
ある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、微小なコンタ
クトホールに対する解像度の劣化を抑制することがで
き、全体としての解像度の向上に寄与し得るフォトマス
クを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、フォトリソグラ
フィで使用される露光光が透過するか否かで決まる複数
の透明領域及び遮光領域を有し、透明領域の一部に露光
光に対して所定の位相差を与えるための位相シフタが選
択的に形成されたフォトマスクにおいて、所定の距離以
内に配置されている前記露光光の透過後の位相が互いに
同じである透明領域（位相矛盾箇所）で挟まれた遮光領
域を、前記透明領域よりも低い透過率を有し、前記露光
光に対して所定の位相差を与える半透明領域（ハーフト
ーン位相シフタ領域）に置き換えてなることを特徴とす
る。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) ハーフトーン位相シフタ領域から所定の距離以上離
れた透明領域の透過率を、該ハーフトーン位相シフタ領
域に隣接する透明領域のそれよりも低くしたこと。 (2) (1) において、照射時間を変化させて露光を行うこ
と。

【００１１】(3) ハーフトーン位相シフタ領域に置き換
える部分を、コの字型パターンとなる透明領域で囲われ
る遮光領域としたこと。 (4) ハーフトーン位相シフタ領域に置き換える部分を、
ループ型パターンとなる透明領域で囲われる遮光領域と
したこと。

【００１２】(5) 位相シフタ及びハーフトーン位相シフ
タ領域は、共に１８０度の位相差を与えるものであるこ
と。また本発明は、フォトリソグラフィで使用される露光光
が透過するか否かで決まる複数の透明領域及び遮光領域
が形成されたフォトマスクにおいて、コンタクトホール
の開口パターンに相当する透明領域のうち、透過光の光
強度が開口パターンを解像するのに十分でない透明領域
では、透明領域のサイズを大きくし、かつその光透過率
を他の透明領域よりも小さくしてなることを特徴とす
る。

【００１３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) サイズを大きくした透明領域の中心部の透過率を高
くすること。 (2) サイズを大きくした透明領域の周辺に、該領域の透
過光に対して位相差を与え、かつ透過率を変化させる領
域を配置すること。

【００１４】(3) サイズを大きくした透明領域に密接し
て、該透明領域の透過光に対して位相差を与え、かつ透
過率を変化させる領域を配置すること。 (4) サイズを大きくした透明領域の周辺へ、部分的に該
透明領域の透過光に対して位相差を与え、かつ透過率を
変化させる領域を配置すること。

【００１５】（作用）前述したようにレベンソン型位相
シフト法を利用した従来のフォトマスクにおいては、図
１に示すように、透明基板１０上に遮光膜（遮光領域）
１１が形成され、隣接する開口部（透明領域）１２の一
方に露光光に対して１８０度の位相差を与える位相シフ
タ１３が形成されているが、隣接する開口部１２で位相
が同位相となる位相矛盾箇所が生じるのを避けられな
い。

【００１６】そこで本発明（請求項１）では、位相矛盾
箇所における遮光膜１１の代わりに、透明領域よりも低
い透過率を有し、露光光に対して１８０度の位相差を与
える半透明膜（ハーフトーン位相シフタ）１４を形成し
ている。このようにすれば、位相矛盾の光の干渉で足し
合わされた部分がハーフトーン位相シフタ１４により逆
に引き下げられ、これにより光強度のコントラストが出
る。従って、位相矛盾箇所における解像性が向上する。

【００１７】また、図１の場合、位相矛盾箇所で光強度
が低くなってしまう。そこで、図２に示すように、位相
矛盾箇所以外に半透明膜１５を設け、位相矛盾箇所以外
の開口部の透過率を低くすることで、全体的な光強度を
均等化させることができる。この場合、半透明膜１５に
も位相シフト機能を持たせているため、位相シフタ１３
を設けた部分は位相矛盾箇所における透明領域と同位相
となる。従って、位相シフタ１３の配置箇所を図１とは
ずらしている。半透明膜１５が位相差を生じさせないも
のであれば、図１と同じ位置に位相シフタ１３を配置す
ればよい。

【００１８】また、図２のようにして全体的に光強度が
下がってしまう場合、照射時間を調節することで照射量
を増やすことができる。また、本発明（請求項５）によ
れば、図３に示すように、透明基板３０上に形成した遮
光膜３１の開口部３２の寸法を大きくし、その部分に半
透明膜３３を形成して開口部３２における透過率を調節
することにより、所望の寸法のレジストパターンが得ら
れるほどの光強度が得られる。

【００１９】また、図４に示すように、サイズを大きく
した開口部３２の周辺に、該領域の透過光に対して位相
差を与え、かつ透過率を変化させるハーフトーン位相シ
フタ３４を配置することにより、エッジ部の光強度が引
き算され、光強度の幅を細くすることができる。

【００２０】また、図５に示すように、透明基板３０上
に形成した遮光膜３１の開口部３２の寸法を大きくし、
開口中心部３５を除く領域に半透明膜３３を形成して開
口部３２における透過率を調節することにより、図３の
場合以上に高い光強度が得られる。

【００２１】また、図６に示すように、図４と図５を組
み合わせることにより、光強度の幅を細くして、かつ高
い光強度が得られる。このように本発明によれば、レベ
ンソン型位相シフト法を利用した場合の位相矛盾箇所や
微細なコンタクトホールにおける解像度の向上をはかる
ことができ、微細パターンの形成に極めて有効となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。（第１の実施形態）図７に示すようなフォトマスクにお
いて、２次元露光空間像シミュレーションソフトを用い
てシミュレーションを行い、ラインＤでのレジスト上の
断面光強度を調べた。図中の１１は透明基板上に形成さ
れたクロム膜等からなる遮光膜（遮光領域）、１２は開
口部（透明領域）、１３は位相シフタを示し、図中の数
値の単位はμｍである。このマスクに対し、前記図１に
示す手法を適用して、図８に示すようなマスクを作成し
た。即ち、位相矛盾箇所における遮光膜１１をハーフト
ーン位相シフタ１４にした。

【００２３】なお、図に示す寸法値はウェハ上の所望寸
法である。従って、４倍体マスクであれば、マスク上の
寸法はこの寸法値の４倍の値となる。このことは、説明
に使用するマスク図全てに共通である。

【００２４】露光条件は、ＫｒＦレーザ光、ＮＡ＝０．
５、σ＝０．３で、デフォーカスを０．０，０．２，
０．４と変えて行ってみた。また、ハーフトーン位相シ
フタ１４の透過率も１０％から１００％の間を１０％ず
つ変化させてみた。その結果を、図９に示す。normalは
通常マスクを示す。透過率の値によって差はあるが、通
常マスクと比べて光強度の凹凸がはっきりし、位相矛盾
箇所における解像性が良くなっている。

【００２５】このように本実施形態によれば、位相矛盾
箇所における遮光膜１１をハーフトーン位相シフタ１４
に置き換えることにより、レベンソン型位相シフト法を
利用した場合に問題となる、位相矛盾箇所における解像
度の劣化を抑制することができる。このため、全体とし
ての解像度の向上をはかることができ、微細パターンの
形成のためのフォトリソグラフィにおいて極めて有用で
ある。

【００２６】（第２の実施形態）本実施形態では、前記
図７のフォトマスクに前記図２に示す手法を適用した。
その適用したフォトマスクを図１０に示す。図８の構成
に加え、位相矛盾箇所以外に半透明膜１５が設けられて
いる。即ち、石英等の透明基板１０上で位相矛盾箇所以
外において、遮光膜１１の下に半透明膜１５が形成され
ている。ここで、半透明膜１５はハーフトーン位相シフ
タ１４と同様に１８０度の位相差を与えるものであるこ
とから、位相シフタ１３の位置を図７、８とは変えてい
る。

【００２７】露光条件は、第１の実施形態と同じで行
う。また、ハーフトーン位相シフタ１４の透過率は第１
の実施形態で最も効果の見られた透過率４０％について
行い、半透明膜１５の透過率を１０％から１００％に１
０％ずつ変えて行った。その結果を図１１に示す。

【００２８】第１の実施形態の結果では位相矛盾箇所の
みの光強度が低くなっていたが、本実施形態では、図１
１に示す透過率４０％〜６０％辺りのシミュレーション
結果のように光強度が均等化される。このとき、全体の
光強度は若干小さくなるが、露光時間を長くして露光量
を増やすことにより、同じ現像条件でパターン形成が可
能となる。また、露光時間はそのままで、現像条件を変
えてもよいのは勿論である。

【００２９】なお、第１及び第２の実施形態において、
位相矛盾箇所が生じても、隣接する透明領域が十分に離
れている場合は、光の干渉が殆ど問題とならない。従っ
てこの場合は、遮光膜１１をハーフトーン位相シフタ１
４に置き換える必要はない。つまり、遮光膜１１をハー
フトーン位相シフタ１４に置き換えるのは、位相矛盾箇
所における隣接する透明領域を透過する露光光の干渉が
問題となる距離以内の場合である。

【００３０】（第３の実施形態）図１２に示すコンタク
トホールパターンマスクについて、図３の手法を適用す
る。本実施形態では、遮光膜３１に形成されたコンタク
トホール３２の部分の縦横の寸法を３倍にする。そのマ
スクパターンを図１３に示す。図１２に比してコンタク
トホール３２の大きさが３倍（面積では９倍）になって
おり、その部分に半透明膜３３が形成されいる。

【００３１】露光条件は第１の実施形態と同じにした。
コンタクトホール３２の部分における半透明膜３３の透
過率を１０％〜１００％まで１０％おきに変えてシミュ
レーションを行った結果を、図１４に示す。normalは通
常のマスクである。このように本実施形態によれば、微
細なコンタクトホールであっても光強度が充分にとれる
ようになり、これを解像させることが可能となる。

【００３２】（第４の実施形態）図１２に示すコンタク
トホールパターンマスクについて、図４の手法を適用す
る。その適用したパターンマスクを図１５に示す。今回
は、内側のパターン（半透明膜）３３の透過率を５０
％、外側のパターン（ハーフトーン位相シフタ）３４の
透過率を５０％とし、さらにパターン同士の位相差を１
８０度とした。

【００３３】露光条件は第１の実施形態と同じにしてシ
ミュレーションを行った。その結果を、図１６に示す。
第３の実施形態の透過率５０％の結果と比べると、細長
い光強度分布が得られる。

【００３４】（第５の実施形態）図１２に示すコンタク
トホールパターンマスクについて、図５の手法を適用す
る。本実施形態では、コンタクトホール中心部３５の透
過率を１００％とし、その周りに透過率を変化させたパ
ターン（半透明膜）３３を付加する。その適用したパタ
ーンマスクを図１７に示す。

【００３５】露光条件は第１の実施形態と同様とした。
パターン３３の部分の透過率を１０％〜１００％まで１
０％おきに変化させてシミュレーションを行った結果
を、図１８に示す。このように本実施形態によれば、第
３の実施形態よりも中心位置の光強度が強くなり、細長
い光強度分布が得られる。

【００３６】（第６の実施形態）図１２に示すコンタク
トホールパターンマスクについて、図６の手法を適用す
る。その適用したパターンマスクを、図１９に示す。こ
れは、図１５と図１７を組み合わせたものである。

【００３７】露光条件は第１の実施形態と同様にした。
パターン３３及び３４の透過率は共に４０％にしてシミ
ュレーションを行った。その露光シミュレーション結果
を、図２０に示す。このように本実施形態によれば、第
４の実施形態と同様に光強度分布の幅を細くすることが
でき、かつ第５の実施形態と同様に中心位置の光強度を
より強めることができた。

【００３８】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。透明基板は石英に限るものではな
く、露光光に対して透明又は十分大きな透過率を有する
材料であればよい。遮光膜はクロムに限らず、露光光に
対する透過率が０又は十分小さい材料であればよい。ま
た、位相シフタは露光光に対して透明又は十分大きな透
過率を有し、所定の位相差を与えるものであればよい。
ハーフトーン位相シフタは露光光に対して所定の透過率
を有し、所定の位相差を与えるものであればよい。つま
り、透明基板，遮光膜，位相シフタ，ハーフトーン位相
シフタ等の各種材料は仕様に応じて適宜変更可能であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、位
相矛盾箇所における遮光領域の代わりに、ハーフトーン
位相シフタを形成しているので、位相矛盾箇所における
解像度の劣化を抑制することができ、全体としての解像
度の向上に寄与することが可能となる。

【００４０】また本発明によれば、コンタクトホールに
相当する遮光膜の開口部の寸法を大きくし、その部分に
半透明膜を形成して開口部における透過率を調節するこ
とにより、微小なコンタクトホールに対する解像度の劣
化を抑制することができ、全体としての解像度の向上に
寄与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】位相矛盾箇所で遮光膜の代わりにハーフトーン
位相シフタを形成した構造、及びその場合の光強度の変
化を示す図。

【図２】位相矛盾箇所で遮光膜の代わりにハーフトーン
位相シフタを形成し、さらに半透明膜を形成した構造、
及びその場合の光強度の変化を示す図。

【図３】微小コンタクトホールに相当する開口のサイズ
を大きくし、かつ光透過率を小さくした構造、及びその
場合の光強度を示す図。

【図４】図３に加えて、開口周辺にハーフトーン位相シ
フタを配置した構造、及びその場合の光強度を示す図。

【図５】図３に加えて、開口中心部の光透過率を高くし
た構造、及びその場合の光強度を示す図。

【図６】図４及び図５を組み合わせた構造、及びその場
合の光強度を示す図。

【図７】通常のレベンソン型のフォトマスクの構造を示
す図。

【図８】第１の実施形態に係わるレベンソン型のフォト
マスクの構造を示す図。

【図９】図８のフォトマスクを用いた場合の露光シミュ
レーション結果を示す図。

【図１０】第２の実施形態に係わるレベンソン型のフォ
トマスクの構造を示す図。

【図１１】図１０のフォトマスクを用いた場合の露光シ
ミュレーション結果を示す図。

【図１２】通常のフォトマスクの構造を示す図。

【図１３】第３の実施形態に係わるフォトマスクの構造
を示す図。

【図１４】図１３のフォトマスクを用いた場合の露光シ
ミュレーション結果を示す図。

【図１５】第４の実施形態に係わるフォトマスクの構造
を示す図。

【図１６】図１５のフォトマスクを用いた場合の露光シ
ミュレーション結果を示す図。

【図１７】第５の実施形態に係わるフォトマスクの構造
を示す図。

【図１８】図１７のフォトマスクを用いた場合の露光シ
ミュレーション結果を示す図。

【図１９】第６の実施形態に係わるフォトマスクの構造
を示す図。

【図２０】図１９のフォトマスクを用いた場合の露光シ
ミュレーション結果を示す図。

【図２１】従来の問題点を説明するためのもので、位相
矛盾箇所における光の干渉を示す図。

【図２２】従来の問題点を説明するためのもので、微小
コンタクトホールにおける光強度を示す図。

【符号の説明】

１０…透明基板１１…遮光膜（遮光領域）１２…開口部（透明領域）１３…位相シフタ１４…ハーフトーン位相シフタ（半透明領域）１５…半透明膜３０…透明基板３１…遮光膜（遮光領域）３２…開口部（コンタクトホール）３３…半透明膜３４…ハーフトーン位相シフタ３５…開口中心部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトリソグラフィで使用される露光光が
透過するか否かで決まる複数の透明領域及び遮光領域を
有し、透明領域の一部に露光光に対して所定の位相差を
与えるための位相シフタが選択的に形成されたフォトマ
スクにおいて、所定の距離以内に配置されている前記露光光の透過後の
位相が互いに同じである透明領域で挟まれた遮光領域
を、前記透明領域よりも低い透過率を有し、前記露光光
に対して所定の位相差を与える半透明領域に置き換えて
なることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】前記半透明領域から所定の距離以上離れた
透明領域の透過率を、前記半透明領域に隣接する透明領
域のそれよりも低くしたことを特徴とする請求項１記載
のフォトマスク。
【請求項３】フォトリソグラフィで使用される露光光が
透過するか否かで決まる複数の透明領域及び遮光領域が
形成されたフォトマスクにおいて、コンタクトホールの開口パターンに相当する透明領域の
うち、透過光の光強度が開口パターンを解像するのに十
分でない透明領域では、透明領域のサイズを大きくし、
かつその光透過率を他の透明領域よりも小さくしてなる
ことを特徴とするフォトマスク。