JP2004085612A

JP2004085612A - ハーフトーン位相シフトマスク、その製造方法およびそれを用いたパターン形成方法

Info

Publication number: JP2004085612A
Application number: JP2002242497A
Authority: JP
Inventors: Akiko Katsuyama; 勝山　亜希子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【目的】パターン異常なく、且つ、露光余裕度良くパターン形成することが可能なハーフトーン位相シフトマスクを得る。
【解決手段】透光性基板１３にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクにおいて、前記マスクパターンは、半透過パターン部１１および遮光パターン部１２で構成する。前記半透過パターン部１１は、その短辺方向における光の透過強度分布に極小となる部分が１個存在するパターンとし、前記遮光パターン部１２は、前記半透過パターン部１１と同等の透光性を有すると仮定した場合に、その短辺方向における光の透過強度分布に極小となる部分が２個存在するパターンとする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトリソグラフィー法に用いられるハーフトーン位相シフトマスクおよびその製造方法、並びにそれを用いたパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子または半導体集積回路の微細化に伴い、フォトリソグラフィーの解像力を向上させる方法として、ハーフトーン位相シフト法が開発されている。ハーフトーン位相シフト法では、ハーフトーン位相シフトマスクと呼ばれるマスクを介して露光することにより、半導体基板上のレジスト膜に所望のパターンが転写される。このハーフトーン位相シフトマスクは、マスクパターンに透光性を持たせ、且つ、その透過光の位相をマスク開口部の透過光の位相に対して変調するものであり、そのマスクパターンを形成する材料としては、一般に、透過率が１０％以下の半透過膜が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ハーフトーン位相シフト法を用いて微細ラインパターンを形成する場合、露光余裕度向上の面からは、マスクパターンが高い透過率を有することが望ましい。しかしながら、様々な大きさのパターンが混在する場合、マスクパターンの透過率が高いと、大面積パターンでパターン異常が発生するという問題があった。また、大面積パターンでは、微細ラインパターンとは逆に、マスクパターンの透過率が高いと露光余裕度が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明は、微細ラインパターン形成の露光余裕度を向上させながら、大面積パターンのパターン異常の発生および露光余裕度低下を抑制することのできるハーフトーン位相シフトマスクおよびその製造方法、並びにそれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のハーフトーン位相シフトマスクは、透光性基板にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクであって、前記マスクパターンは半透過パターン部および遮光パターン部で構成され、前記半透過パターン部は、その短辺方向における光の透過強度分布に極小部が１個存在するパターンであり、前記遮光パターン部は、前記半透過パターン部と同等の透光性を有すると仮定した場合に、その短辺方向における光の透過強度分布に極小部が２個以上存在するパターンであることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のハーフトーン位相シフトマスクの製造方法は、透光性基板上にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクを製造する方法であって、前記透光性基板上に半透過膜および遮光膜を形成する工程と、半透過パターンデータおよび遮光パターンデータを得る工程と、前記半透過膜および前記遮光膜を、前記半透過パターンデータおよび前記遮光パターンデータに基づいてパターニングし、前記マスクパターンを形成する工程とを含み、前記遮光パターンデータを得る工程が、半透過パターンを前記マスクパターン状に形成する工程と、前記半透過パターンにおいて光の透過強度が極小となる部分を抽出する工程と、前記半透過パターンにおいて前記極小となる部分に囲まれた領域を抽出する工程と、前記極小となる部分に囲まれた領域のパターンを拡大し、この拡大されたパターンを遮光パターンとする工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のパターン形成方法は、前記本発明のハーフトーン位相シフトマスクを介してフォトレジスト膜を露光した後、前記フォトレジスト膜を現像することにより、前記フォトレジスト膜にパターンを転写することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のハーフトーン位相シフトマスクにおいては、比較的線幅が小さいパターンを半透過パターン部としているため、ハーフトーン位相シフト法による解像力の向上という効果を得ることができる。一方、比較的線幅が大きいパターンは遮光パターン部とするため、半透過膜では十分な遮光が困難であった大面積パターンにおいても十分な遮光を実現でき、その結果、このような大面積パターンにおけるパターン異常の発生を抑制することができる。
【０００９】
更に、大面積パターンは遮光パターン部であり、半透過パターン部の透過率の影響を受けないため、この半透過パターン部として高い透過率を有する半透過膜を使用することができる。その結果、微細パターンの露光余裕度を向上させることができる。また、大面積パターンでは、ハーフトーン位相シフト法を用いることにより露光余裕度が劣化する場合があったが、これを遮光パターン部としているため、良好な露光余裕度を得ることができる。すなわち、微細パターンおよび大面積パターンの両方において、良好な露光余裕度を得ることができる。
【００１０】
次に、本発明に係るハーフトーン位相シフトマスクの一例について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るハーフトーン位相シフトマスクを示す模式図である。本図に示すように、このハーフトーン位相シフトマスクにおいては、透光性基板１３にマスクパターンが形成されており、このマスクパターンは、半透過パターン部１１と遮光パターン部１２とで構成されている。半透過パターン部１１は、マスクパターンのなかで線幅が比較的小さいパターン部分に配置されており、遮光パターン部１２は、マスクパターンのなかで線幅が比較的大きいパターン部分に配置されている。なお、この半透過パターン部１１および前記遮光パターン部１２の配置については後述する。
【００１２】
半透過パターン部１１は、透光性を有する位相シフト膜により形成される。半透過パターン部１１の透過率は、特に限定するものではないが、例えば１０〜８０％、好ましくは２０〜５０％である。この半透過パターン部１１を形成する材料としては、例えばモリブデンシリサイドなどを使用することができる。また、遮光パターン部１２を形成する材料としては、例えばクロムなどを使用することができる。透光性基板１３としては、例えば、ガラス基板、石英基板などを使用することができる。
【００１３】
次に、前記半透過パターン部および前記遮光パターン部の配置について詳細に説明する。
【００１４】
図２Ａは、ハーフトーン位相シフトマスクのマスクパターンの一例を示す模式図である。このマスクパターンには、異なる線幅を有する複数のパターン１４、１５および１６が存在している。各パターンの線幅は、特に限定するものではないが、例えば０．１〜２μｍの範囲とすることができる。
【００１５】
図２ＢおよびＣは、上記マスクパターンがすべて半透過パターン部と同等の透過率を有するとした場合に、このマスクパターンを透過する光の強度分布の一例を示す模式図である。これは、パターンの短辺方向（線幅方向）における透過光の強度分布を示すものである。図２Ｂに示すように、比較的小さい線幅を有するパターン１４では、その短辺方向（線幅方向）における透過光の強度分布曲線に極小点が１個存在している。すなわち、このパターンにおいては、十分な遮光が達成されている。一方、図２Ｃに示すように、比較的大きい線幅を有するパターン１５および１６では、その短辺方向（線幅方向）における透過光の強度分布曲線に極小部が２個存在している。そして、この極小部同士間の部分においては、透過光の強度が大きくなっている、すなわち十分な遮光が達成されていない。このような状態でレジスト膜に転写を行うと、パターン中央部のレジストが溶解するなど、パターン異常が発生することが予測される。
【００１６】
図３は、パターンの線幅と透過光強度の傾きとの関係を示すものである。本図において、２２は、マスクパターンが半透過膜で形成されている場合を示し、２１は、マスクパターンが遮光膜で形成されているの場合を示す。なお、本図では、一例として、半透過膜の透過率を５０％とし、２／３輪帯照明のＡｒＦエキシマレーザー光を用いた場合を示している。ここで、透過光強度の傾きとは、Ｘ軸をウェハ上の線幅方向の位置とした光強度曲線における、目標とするレジスト残部とレジスト溶解部との境界の位置での接線の傾きであり、これが大きいほど露光余裕度が向上する。本図に示すように、線幅が比較的小さいパターンでは半透過膜のほうが有利であり、線幅が比較的大きいパターンでは、逆に遮光膜のほうが有利である。
【００１７】
本実施形態に係るハーフトーン位相シフトマスクにおいては、図２Ｂに示すような、短辺方向における透過光の強度分布曲線に極小点が１個存在するパターン（比較的線幅の小さいパターン）を半透過パターン部とし、図２Ｃに示すような、短辺方向における透過光の強度分布曲線に極小点が２個存在するパターン（比較的線幅の大きいパターン）を遮光パターン部として、それぞれ配置される。
【００１８】
すなわち、このハーフトーン位相シフトマスクにおいては、半透過膜で十分に遮光できるような線幅の小さいパターンは半透過パターン部とされ、半透過膜では十分に遮光できないような線幅の大きいパターンは遮光パターン部とされる。そのため、線幅の小さいパターンでは、ハーフトーン位相シフト法による解像力の向上という効果を実現することができる。一方、線幅の大きいパターンでは、遮光パターン部とすることによって、ハーフトーン位相シフト法に伴なうパターン異常の発生を抑制することができる。
【００１９】
更に、前述したように、露光余裕度に関しては、線幅の小さいパターンでは半透過膜が有利であり、線幅の大きいパターンでは遮光膜が有利である。よって、上記ハーフトーン位相シフトマスクのように、線幅の小さいパターンを半透過パターン部とし、線幅の大きいパターンを遮光パターン部とすることによって、微細パターンおよび大面積パターンの両方において良好な露光余裕度を達成することができる。
【００２０】
このように、上記ハーフトーン位相シフトマスクにおいては、マスクパターンのうち、半透過パターン部となるパターンと、遮光パターン部となるパターンとが、その線幅により決定される。そして、この線幅は、前述したように、マスクパターンがすべて半透過パターン部と同じ透過率を有するとした場合における、パターンの線幅（短辺）方向における透過光の強度分布に応じて設定される。
【００２１】
従って、半透過パターン部および遮光パターン部の線幅の好ましい範囲は、半透過パターン部の透過率によっても異なる。通常、この透過率が高いほど、半透過パターン部の線幅は小さく、遮光パターン部の線幅は大きくなる。例えば、透過率が５０％である場合、半透過パターン部の線幅は０．２μｍ未満、更には０．１５μｍ未満であることが好ましい。なお、半透過パターン部の線幅の下限は、０を超える値である。また、遮光パターン部の線幅は０．２μｍ以上、更には０．１５μｍ以上であることが好ましい。なお、遮光パターン部の線幅の上限は、設計パターンデータで制御されるものであるので、特に限定するものではないが、例えば１０００μｍ以下である。
【００２２】
また、透過光の強度分布は、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する際に使用される光について評価されることが好ましい。換言すれば、透過光の強度分布曲線に極小点が２個存在するパターン（すなわち、半透過パターン部となるパターン）の線幅、および、透過光の強度分布曲線に極小点が１個存在するパターン（すなわち、遮光パターン部となるパターン）の線幅は、露光に使用される光の種類に応じて設定されることが好ましい。例えば、露光に使用される光がＡｒＦエキシマレーザーである場合、半透過パターン部の線幅は０．２μｍ未満、更には０．１５μｍ未満であることが好ましい。なお、半透過パターン部の線幅の下限は、０を超える値である。また、遮光パターン部の線幅は０．２μｍ以上、更には０．１５μｍ以上であることが好ましい。なお、遮光パターン部の線幅の上限は、設計パターンデータで制御されるものであるので、特に限定するものではないが、例えば１０００μｍ以下である。
【００２３】
次に、上記ハーフトーン位相シフトマスクの製造方法の一例について説明する。このハーフトーン位相シフトマスクは、透光性基板上に半透過膜および遮光膜を形成し、この半透過膜および遮光膜を、予め作成しておいた半透過パターンデータおよび遮光パターンデータに基づいてパターニングすることにより製造することができる。
【００２４】
なお、半透過膜および遮光膜の成膜方法については、特に限定するものではなく、例えば、半透過膜はモリブデンシリサイドのスパッタリングなどにより成膜することができ、遮光膜はクロムの真空蒸着またはスパッタリングなどにより成膜することができる。また、パターニング方法についても特に限定するものではなく、フォトまたは電子線リソグラフィーおよびエッチングにより実施することができる。
【００２５】
前記半透過パターンデータおよび前記遮光パターンデータの作成は、例えば、次のようにして作成することができる。
【００２６】
まず、ガラス基板などの透明基板上に半透過膜を成膜し、これをパターニングすることによって、半透過パターン３１を所望のマスクパターン状に形成する（図４Ａ）。続いて、前記半透過パターン３１に光を照射し、その光の透過強度を測定することによって、前記半透過パターン３１における光の透過強度分布を得る。このとき、光の照射条件については、特に限定するものではないが、作製されるハーフトーン位相シフトマスクが使用される際の露光条件と同等であることが好ましい。
【００２７】
得られた透過強度分布から、前記半透過パターン３１において光の透過強度が極小となる部分（以下、「光強度極小部」という。）３２を抽出し（図４Ｂ）、次に半透過パターン３１において前記光強度極小部３２に囲まれた領域３３を抽出する（図４Ｃ）。そして、この領域３３のパターンを拡大し、これを遮光パターン３４とする（図４Ｄ）。このとき、パターン全体を拡大し、拡大されたパターンの縁端部が拡大前のパターンの縁端部より０．０１〜０．２μｍ、更には０．０５〜０．１５μｍ外側となるように、拡大することが好ましい。また、この拡大量は、半透過パターンの透過率および光の種類に応じて設定されることが好ましい。例えば、半透過パターンの透過率を２０％とし、四重極照明のＡｒＦエキシマレーザーを用いた場合、前記拡大量は０．１μｍとすることが好ましい。
【００２８】
なお、上記データ作成方法において、上記のように実際にマスクを作製する代わりに、コンピュータシミュレーションによって光強度分布を求めることが好ましい。また、パターンの抽出および拡大などの操作は、好ましくはコンピュータを用いて実施される。
【００２９】
次に、上記ハーフトーン位相シフトマスクを用いたパターン形成方法の一例について説明する。まず、半導体基板上にフォトレジストを塗布し、これを上記ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する。露光に用いられる光としては、例えば、波長４５０ｎｍ以下の紫外線、特に、Ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザー（波長１５６ｎｍ）などが挙げられる。露光後、フォトレジストを現像することにより、前記フォトレジストにパターンを転写する。
【００３０】
なお、得られたパターンは、例えば、半導体基板上に形成された被加工膜（例えば、半導体膜、絶縁膜、金属膜など）をエッチングする際のエッチングマスク、半導体基板に不純物イオンを注入する際のイオン注入マスクなどとして使用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハーフトーン位相シフトマスクによれば、微細ラインパターン形成の露光余裕度を向上させながら、大面積パターンのパターン異常の発生および露光余裕度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハーフトーン位相シフトマスクの一例を示す平面図である。
【図２】前記ハーフトーン位相シフトマスクのマスクパターン（図２Ａ）と、このマスクパターンを全て半透過膜で形成した場合の各パターン部分における透過光強度分布（図２ＢおよびＣ）を示す図である。
【図３】パターンの線幅と透過光強度の傾きとの関係を示す図である。
【図４】前記ハーフトーン位相シフトマスクの製造における半透過パターンデータおよび遮光パターンデータの作成方法の一例を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１１　半透過パターン部
１２　遮光パターン部
１３　透光性基板
１４　小線幅パターンのパターンデータ
１５　中線幅パターンのパターンデータ
１６　大線幅パターンのパターンデータ
３１　マスクパターン状に形成された半透過パターン
３２　光強度極小部
３３　光強度極小部で囲まれた部分
３４　遮光パターン

Claims

透光性基板にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクであって、前記マスクパターンは、半透過パターン部および遮光パターン部で構成され、
前記半透過パターン部は、その短辺方向における光の透過強度分布に極小となる部分が１個存在するパターンであり、
前記遮光パターン部は、前記半透過パターン部と同等の透光性を有すると仮定した場合に、その短辺方向における光の透過強度分布に極小となる部分が２個以上存在するパターンであることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
ＡｒＦエキシマレーザーを用いた露光に使用され、前記半透過パターン部の短辺方向の寸法が０．２μｍ未満であり、前記遮光パターン部の短辺方向の寸法が０．２μｍ以上である請求項１に記載のハーフトーン位相シフトマスク。
前記半透過パターン部における光の透過率が、１０〜８０％である請求項１または２に記載のハーフトーン位相シフトマスク。
透光性基板上にマスクパターンが形成されたハーフトーン位相シフトマスクの製造方法であって、
前記透光性基板上に半透過膜および遮光膜を形成する工程と、半透過パターンデータおよび遮光パターンデータを得る工程と、前記半透過膜および前記遮光膜を、前記半透過パターンデータおよび前記遮光パターンデータに基づいてパターニングし、前記マスクパターンを形成する工程とを含み、
前記遮光パターンデータを得る工程が、半透過パターンを前記マスクパターン状に形成する工程と、前記半透過パターンにおいて光の透過強度が極小となる部分を抽出する工程と、前記半透過パターンにおいて前記極小となる部分に囲まれた領域を抽出する工程と、前記極小となる部分に囲まれた領域のパターンを拡大し、この拡大されたパターンを遮光パターンとする工程とを含むことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
前記極小となる部分に囲まれた領域のパターンを、拡大された前記パターンの縁端部が、拡大前の前記パターンの縁端部より０．０１〜０．２μｍ外側となるように拡大する請求項４に記載のハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載のハーフトーン位相シフトマスクを介してレジスト膜を露光した後、前記レジスト膜を現像することにより、前記レジスト膜にパターンを転写することを特徴とするパターン形成方法。