JPH06337514A

JPH06337514A - マスクおよびパタン形成方法

Info

Publication number: JPH06337514A
Application number: JP14983593A
Authority: JP
Inventors: Emi Tamechika; 恵美為近; Katsuyuki Harada; 勝征原田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】半透過部を有するマスクを用いたパタン形成
において、その効果を損なわずに半透過部からのウエハ
面上での光強度を抑えることによりコントラストの高い
正確なパタンを得る。【構成】マスク基板２０１に目的のパタンに相当する
光透過パタン部２０５および透過率ｔ₁ を有するパタン
周辺の半透過位相シフト部２０６の他に透過率ｔ₁ より
小さい透過率をもつ半遮光または遮光部２０７を有して
いる。半遮光材または遮光材からなる遮光膜２０４の透
過率は１より小さいものであればよいが、遮光部２０７
では透過率ｔ₁ の半透過材からなる１８０度位相シフト
膜２０２を通過し、そのうえ遮光膜２０４を通過するの
で、結果として遮光部２０７の透過率をｔ₂ とすれば、
その透過率ｔ₂ は透過率ｔ₁ より小さくなる。透過率に
対する関係は次式で表せる。０≦ｔ₂ ＜ｔ₁ ＜１

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩなどの微細パタ
ンを投影光学系を用いて基板上に形成する際に適用され
る微細パタンの形成方法、いわゆる投影露光方法および
それに用いるマスク（レチクル）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩパタンのさらなる微細化に
対応するため、位相シフト法が提案され、解像度向上が
図られてきている。位相シフト法の１つである渋谷−レ
ベンソン型位相シフト法では、マスク上の遮光部に隣合
う光透過部におよそ１８０度の位相差を生じる補助パタ
ンを設けることにより、遮光部での光強度を０に近づけ
て解像度を向上させる。しかし、この渋谷−レベンソン
型位相シフト法は、Ｌ＆パタン（ライン・アンド・スペ
ースパタン）のように周期的なパタンに適用できるが、
孤立パタンやランダムパタンでは周期的に隣合うパタン
が存在しないため、適用が困難である。

【０００３】これに対して解像度向上の効果は少ない
が、孤立パタンにも適用できる位相シフト法としてパタ
ン外周部に位相反転領域（リムシフタと呼ばれる）を設
ける方法や本来遮光部であった部分全体にある程度（数
％〜２０％位）の透過率を与えるとともに位相を反転し
てパタン端での光強度プロファイルの傾きを大きくしよ
うとするハーフトーン型位相シフト法が提案され、検討
が続けられている。

【０００４】一方、特願平３−９９８２２号「微細パタ
ン投影露光装置」などで提案された斜入射照明法は、レ
チクルに入射する光を光軸から傾けて斜めに照射するこ
とにより位相シフト法と同等の解像性を実現した発明で
ある。この方法は、特願平３−１５７４０１号「微細パ
タン投影露光方法」で示されているように有効光源の形
状を円環や４点などにすることにより実現できる。

【０００５】このような斜入射照明では、マスクパタン
により回折する回折光の片側だけを像形成に利用するた
め、両側回折光を用いる従来法に比べ、０次光がおよそ
１．６倍となる。この余分の０次光はコントラストを低
下させる要因となるため、特願平３−１５７４０１号
「微細パタン投影露光方法」では、マスクがない場合、
開口絞り位置に結像する光源形状に対応する部分および
その周辺に０次光調整フィルタを配置する方法を、ま
た、特願平３−１７７８１６号「マスクとそれを用いた
投影露光方法」では、マスクの遮光部が半透明でかつ遮
光部の透過光に透明部の透過光とおよそ１８０度の位相
差を持たせた０次光調整マスクによりそれぞれお０次光
を調整し、コントラストの向上を図っている。また、加
門らは第３９回応用物理学関係連合講演会３０ａ−ＮＡ
−７で斜入射照明とシフタ遮光型位相シフトマスクと組
み合わせとして同様にコントラスト向上効果があること
を報告している。

【０００６】図７は、半透過型位相シフトマスクの構成
を説明する図である。これは、また斜入射照明法と組み
合わせて像コントラストを向上させる０次光調整マスク
として用いることができる。０次光調整マスクは、図７
（ａ）に示すように透明性のマスク基板７０１に形成さ
れる遮光部分を半透過膜により形成して半透過部７０６
としてその透過率をコントラストを向上させるように調
整し（典型的な振幅透過率はｔ＝０．３５（強度透過
率、約１２％）近傍であるが、最も効果的な光源形状や
パタン形状などによって異なる）、かつ半透過部７０６
を通過してきた光と光透過部７０５を通過してきた光と
の位相差が１８０度に近くなるように調整したものであ
る。なお、７０２は半透過位相シフト部である。また、
図７（ｂ）はこのマスクの振幅分布を示している。斜入
射照明とこの０次光調整マスクとを組み合わせて使用す
ることにより像コントラストが向上し、結果として解像
度や焦点深度がさらに向上する。

【０００７】ここでは、その使用目的のためにこのマス
クを０次光調整マスクと呼んでいるが、一般にシフタ遮
光型またはハーフトーン型と呼ばれる位相シフトマスク
でも遮光部が半透明であり、位相差があれば、同様の効
果をもたらすことができる。したがってこれから説明す
る欠点も同様に現れ、本発明の効果も同様に得られるの
で、これら斜入射照明法と組み合わせて同様の効果をも
たらすマスクを総称して０次光調整マスクと呼び、従来
照明と組み合わせた場合はハーフトーン型位相シフトマ
スクと呼ぶことにする。また、どちらの場合も本来の遮
光部が半透明になっているので、この部分を一般の光透
過部や遮光部と区別して半透過部と呼ぶことにする。

【０００８】以上、説明したハーフトーン型位相シフト
マスクや０次光調整マスクによる露光では、いずれも半
透過部に光が通過する。したがって透過率や露光強度な
どによっては、本来露光するすべきでない領域が露光さ
れていまい、現像の強さによっては、この露光による不
要なパタンがレジスト（感光材）上に転写されてしまう
という問題があった。また、この問題点を言い換えれ
ば、この不要パタンを転写しないためには現像条件に対
する余裕度が極めて小さくなるということにもなる。

【０００９】以下、斜入射照明法と組み合わせた０次光
調整マスクを用いた露光方法について上記に指摘した半
透過部過剰光通過の問題について問題点の所在を従来マ
スクを用いた場合と比較しながら説明する。図８
（ａ），（ｂ）は、光透過部が孤立線の同一パタンにつ
いてＸ軸上の光強度分布をシミュレーションしたもので
ある。同図において、３本の線は実線で示す曲線がフォ
ーカス時で破線で示す２本の曲線が順次デフォーカス量
を増やした場合である。光源は輪帯の斜入射照明で図８
（ａ）は従来のＣｒマスク、図８（ｂ）は強度透過率１
２％の０次光調整マスクを用いた場合である。

【００１０】通常の行程でこのような露光強度分布で露
光されたレジストを現像する場合、光強度がおよそ０．
３を閾値としてそれ以上露光された部分が溶解（ポジレ
ジストの場合）する。その際、レジストの性質や厚さ、
現像条件（現像液の強さや現像時間）によって必ずしも
この値が０．３に固定されるわけでなく、その前後に幅
をもっている。現像閾値における強度分布の傾きが大き
いほど、また、露光部と未露光部との光強度の差が大き
いほど、現像後のパタン形状断面は長方形に近く、望ま
しい形状となる。

【００１１】図８（ａ）に示すように従来のマスクで露
光した場合は、孤立線以外の部分が遮光部であるために
周囲の光強度はほぼ０に等しい。このため、周辺部分は
感光することなく、レジスト現像後には（ポジ型レジス
トの場合）パタン部のみに溝ができ、周辺部はレジスト
がそのまま残ることにより、パタン形成される。

【００１２】一方、図８（ｂ）の０次光調整マスクを用
いた場合は、パタンの周辺部に１２％の透過率が与えら
れているため、露光強度分布にもその影響が現れ、周辺
部での光強度が０．１を超えている。このため、場合に
よっては、この部分が感光してしまい、現像後にはパタ
ン部の溝以外に周辺部のレジストが掘れてしまうか、あ
るいは膜減りしてしまう。

【００１３】また、通常、レジストでのパタン形成にお
いては、露光部と未露光部との光強度のコントラストを
最大強度Ｉmaxと最小強度Ｉminとを用いてＭＴＦ＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）で表し、コントラストが高いほど現像条件に余裕度があ
り、パタン形成に有利であることを示す。図８の場合、
図８（ａ）ではＩmin≒０なので、１００％近いコント
ラストとなるが、図８（ｂ）でＩminを周辺部の最も高
いところにとればコントラストはおよそ５０％程度しか
ない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハーフ
トーン型位相シフトマスクや斜入射照明法における０次
光調整マスクでは、半透過部に光が透過するため、レジ
ストパタン形成の際の現像裕度が小さく、非パタン部の
膜減りが生じやすいという問題があった。

【００１５】したがって本発明は、上述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、半
透過部を有するマスクを用いたパタン形成において、そ
の効果を損なわずに半透過部からのウエハ面上での光強
度を抑えることにより、コントラストの高い正確なパタ
ンが得られるマスクおよびパタン形成方法を提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明によるマスクは、半透過部の一部に遮光
帯または半遮光帯を設けたものである。また、本発明に
よるパタン形成方法は、上記マスクを用い、このマスク
を照明する光線に対して光軸からずれた位置にマスクを
配置し、光線をマスクに対して斜め方向から照射してパ
タン形成を行うようにしたものである。

【００１７】

【作用】本発明における遮光帯または半遮光帯の光抑制
は、半透過部のうち、パタンの近傍を除いた透過光強度
の過剰な部分を遮光帯または半透過部より透過率の低い
半遮光帯を用いて遮光または半遮光し、この領域の光強
度を低減する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は、本発明に係わるマスクの遮光
帯または半遮光帯の配置例を示す図である。同図におい
て、１０１は光透過部からなる目的パタン、１０２はパ
タン近傍の半透過部、１０３は遮光部または半遮光部を
示し、以後簡単のため特に区別するとき以外は、両者を
総称して遮光帯と呼ぶことにする。遮光帯１０３は基本
的にはパタンのない領域全般に配置するが、目的パタン
１０１と接するような配置にすると、通常のＣｒマスク
と同じとなり、半透過部１０２による解像度向上効果や
コントラスト向上効果は失われてしまう。

【００１９】半透過部１０２の存在による解像度および
コントラスト向上効果を損なわずに露光強度の低減を図
るため、光透過パタン１０１のエッジから遮光帯１０３
までのスペースＳａ（半透過部）を確保する必要があ
る。本発明では、このスペースＳａを効果的に確保しつ
つ遮光部を配置したのが特徴であり、スペースＳａの最
適値はパタン幅などにもよるが、光源の波長とレンズの
開口数との関係でほぼ決まり、およそ０．３〜０．６λ
／ＮＡ程度である。例えば波長３６５ｎｍ、ＮＡが０．
６の場合は、０．２４μｍ〜０．３μｍ程度のスペース
を空けるのが効果的である。

【００２０】図２は、本発明によるマスクの一実施例と
して基本的な構造およびその透過光の振幅分布を示す図
である。従来の半透過型マスクは、図７に示すようにパ
タン開口部としての光透過部７０５とパタン以外の部分
である半透過部７０６との２種類の領域から構成されて
いた。これに対して本発明によるマスクは、図２（ａ）
に示すように目的のパタンに相当する光透過パタン部２
０５および透過率ｔ₁を有するパタン周辺の半透過位相
シフト部２０６の他に透過率ｔ₁ より小さい透過率をも
つ半遮光または遮光部２０７を有している。半遮光材ま
たは遮光材からなる遮光膜２０４の透過率は１より小さ
いものであればよいが、遮光部２０７では透過率ｔ₁ の
半透過材からなる１８０度位相シフト膜２０２を通過
し、そのうえ遮光膜２０４を通過するので、結果として
遮光部２０７の透過率をｔ₂ とすれば、その透過率ｔ₂
は透過率ｔ₁ より小さくなる。透過率に対する関係は次
式で表せる。０≦ｔ₂ ＜ｔ₁ ＜１

【００２１】すなわち遮光部２０７の透過率ｔ₂ は０に
等しくなる（完全遮光部となる）ことも有り得る。パタ
ンの近傍では、従来の透過率を保っているので、半透過
型位相シフトマスクとしての機能を保ったまま、地の部
分における透過率を低減する構造となっている。

【００２２】次にこのマスク構造を基本として実際のマ
スク構造として他の実施例を図３に示す。上述した図２
では半透過位相シフト部２０６を一層で形成したが、従
来の位相シフトマスクでは、透過率を下げる半透過膜と
位相を反転させる位相シフタとは別々の材質を用いて別
々の層で形成される場合が多い。これは一つの材料また
は同一の層で光源波長の光の位相がちょうど反転し、か
つ目的の透過率を実現するような厚さを調整することが
困難（材料によっては不可能）であり、この条件を同時
に満たすような材料であれば、半透過位相シフト層は一
層で形成してもよい。ここでは、従来どうり別々の層で
構成する場合の例として図３（ａ）は位相シフタを基板
側に形成した例を、図３（ｂ）は逆に半透過膜を基板側
に形成した例をそれぞれ示したものである。

【００２３】図３（ａ）では、半透過膜３０３，遮光膜
３０４に同一の材料を用いて厚さの調整で半透過部，遮
光部を形成するような場合、両者の接着面での反射屈折
などを考えると、同一透過率であることが多重反射によ
る精度劣化を防ぎ、都合が良い。また、熱処理などによ
り接着面の境界をなくすこともできる。また、半透過部
３０６から遮光部３０７に移行する境界での透過率の変
化は、必ずしも１点で急激に変化する必要はなく、した
がって遮光膜３０４を形成する際にその端部が穏やかな
傾斜を持っていても良い。

【００２４】しかし、多くの場合、マスクは電子ビーム
（ＥＢ）描画によりパタン形成を行う。図３（ａ）に示
すようにマスク基板３０１は、例えば石英を用い、この
マスク基板３０１上に直接ＳｉＯ₂ などの１８０度位相
シフト膜３０２を形成し、その上からＥＢ用レジストを
塗布してＥＢ描画を行うと、レジストや下地に導電性が
ないため、電子ビームによるチャージアップ（帯電）現
象が起こり、正確に描画ができない。このため、マスク
上のシフタ描画に際しては、まず、マスクの上に導電膜
を形成し、その後、シフタを形成してＥＢ描画するとい
う方法がとられることが多い。この場合、マスク基板３
０１と位相シフト膜３０２との間に導電膜が入ることに
なり、位相の変化や多重反射の問題などを引き起こすた
め、透過率や位相の調節が重要となる半透過型位相シフ
トマスクにおいては、複雑さを増す要因となる。

【００２５】これに対して図３（ｂ）では、半透過材３
０３，遮光膜３０４の同一性にかかわらず、屈折率の異
なる材質間の接触面が増えることになるが、石英マスク
基板３０１上に直接Ｃｒ層を形成するため、導電膜の必
要がないという利点もある。図３（ｃ）は、遮光部３０
８をほぼ完全な遮光膜（通常のＣｒマスクにおけるのと
同程度の遮光）３０９とする場合の例であり、この遮光
部３０８を完全な遮光膜３０９とすると、透過光は０と
なり、その部分の位相の変化にも意味がなくなるので、
遮光部３０８に位相シフト膜３０２を設ける必要がなく
なる。

【００２６】勿論、この遮光部３０８に位相シフト膜３
０２があっても構わないが、図３（ｃ）に示すようにな
くても良い。また、図示されないが、位相シフト膜３０
２をマスク基板３０１上に形成したＳｉＯ₂ などの層に
パタン形成するのではなく、マスク基板３０１そのもの
をエッチングすることにより、位相シフタとするマスク
もあるが、このような場合も図３（ａ）と同様の構造に
すれば良い。

【００２７】次に上述したような遮光帯領域を設けた場
合の効果をシミュレーション結果の図により説明する。
図４は、斜入射照明法に０次光調整マスクを用いた場合
の０．５λ／ＮＡの太さの孤立線パタン（ポジレジスト
では孤立スペースに相当）に対する露光強度分布を示し
たものである。同図において、横軸はλ／ＮＡで規格化
した距離ｄ、縦軸は露光強度であり、図中の３本の曲線
はフォーカス位置を変えた場合に相当する。実線で示す
曲線イはフォーカス時（ｚ＝０）、短い破線で示す曲線
ロはおよそｚ＝０．７５、長い破線で示す曲線ハはｚ＝
１．５を表す（波長３６５ｎｍ、ＮＡ＝０．５２のとき
デフォーカス量０、０．５、１．０μｍに相当する）。

【００２８】図４（ａ）は０次光調整マスクをそのまま
用いた場合、図４（ｂ）はパタン近傍を残して周辺部を
遮光帯で覆った場合の露光強度分布である。図４（ａ）
では０次光調整マスクの半透過部で最大０．１５程度の
光強度があり、転写の可能性がある。これに対して図４
（ｂ）では遮光部分の強度が０になるだけでなく、遮光
帯の存在により、周辺の半透過部の半透過部の露光強度
も０．１以下に抑えられ、ピーク強度が増し、パタンの
コントラストの向上している。これらにより、半透過部
が転写されることなく、精度のよいパタンが比較的高い
現像裕度で形成できる。

【００２９】図５は、斜入射照明で０次光調整マスクを
用いて一辺が０．５７λ／ＮＡの正方形のホールパタン
を形成する場合の例である。破線がそのまま０次光調整
マスクを用いた場合、実線がパタン近傍の半透過スペー
スＳａ＝０．４３λ／ＮＡだけ空けてその周辺部を遮光
帯で遮光した場合である。２次元的なホールパタンの場
合も周辺部光過剰の問題が同様に起こり、本発明からな
る遮光帯付き位相シフトマスクによってこの問題が回避
されるとともにコントラストも向上することがわかる。

【００３０】図６は、通常照明でハーフトーン型位相シ
フトマスクを用いて図５と同じ一辺が０．５７λ／ＮＡ
の正方形のホールパタンを形成した場合の例である。破
線がそのまま位相シフトマスクを用いた場合、実線が周
辺部を遮光した場合である。パタン周辺の半透過スペー
スＳａも図５と同様に０．４３λ／ＮＡだけとってあ
る。通常照明の場合は、遮光帯パタンの配置によりピー
ク強度は低下するが、やはり他の例と同様に周辺部光過
剰の問題が生じ、遮光帯パタンの配置によってこの問題
が回避されることがわかる。

【００３１】これまで、パタン部が光透過部で周辺部が
半透過部の場合について説明したが、逆に周辺部が光透
過部でパタン部が半透過部の場合には、周辺光透過部に
遮光帯パタンを配置する必要はないが、半透過パタン部
の面積が広い場合にはパタン部内にこれまで説明したよ
うな遮光帯パタンを配置して半透過部の露光強度を低減
させることも可能である。

【００３２】また、ここでは、通常照明および輪帯斜入
射照明を用いた場合を例に説明したが、本発明は４点照
明などの斜入射照明に対しても同様に適用できる。以
上、説明したように本発明は円環照明や４点照明などの
いわゆる変形光源を用いる斜入射照明法と０次光調整マ
スク方式とを組み合わせた露光法および通常照明とハー
フトーン型位相シフトマスクとを組み合わせた露光法に
おいて効果を発揮できる。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
コントラストの高い正確なパタンが得られるという極め
て優れた効果を有する。

【００３４】また、本発明によるパタン形成方法によれ
ば、現像裕度を大きくとりつつ、精度の高いパタンが形
成できるなどの極めて優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる遮光帯パタンの２次元的な配置
を示す図である。

【図２】本発明に係わるマスクの基本構造を説明する図
である。

【図３】本発明に係わるマスクの構成を説明する断面図
である。

【図４】斜入射照明と０次光調整マスクとを用いた孤立
線パタンに対する露光強度分布を示す図であり、（ａ）
は遮光部を配置しない場合、（ｂ）は遮光部を配置した
場合の図である。

【図５】斜入射照明で０次光調整マスクを用いたホール
パタンに対する露光強度分布を示す図である。

【図６】通常照明でハーフトーン型位相シフトマスクを
用いたホールパタンに対する露光強度分布を示す図であ
る。

【図７】従来の０次光調整マスクまたはハーフトーン型
位相シフトマスクの構成を説明する図である。

【図８】（ａ）は斜入射照明で通常マスクを用いた孤立
線パタンに対する露光強度分布を示す図、（ｂ）は斜入
射照明で０次光調整マスクを用いた孤立線パタンに対す
る露光強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１０１目的パタン１０２半透過部１０３遮光帯２０１マスク基板２０２位相シフト膜２０４遮光膜２０５光透過パタン部２０６半透過位相シフト部２０７遮光部３０１マスク基板３０２位相シフト膜３０３半透過膜３０４遮光膜３０５光透過部３０６半透過部３０７遮光部３０８遮光部３０９遮光膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０より大きく透過部より小さい透過率
と、前記透過部に対して０より大きい位相差とを有する
半透過部を少なくとも１個所に有する半透過型位相シフ
トマスクにおいて、前記半透過部が透過率の異なる少なくとも２つの領域か
らなることを特徴とするマスク。
【請求項２】請求項１において、前記半透過部の一部
に遮光部を設けたことを特徴とするマスク。
【請求項３】請求項１または請求項２記載のマスクを
用い、前記マスクを照明する光線に対して光軸からずれ
た位置に前記マスクを配置し、前記光線を前記マスクに
対して斜め方向から照射してパタン形成を行うことを特
徴とするパタン形成方法。