JP3178516B2 - 位相シフトマスク - Google Patents

位相シフトマスク

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JP3178516B2
JP3178516B2 JP30317797A JP30317797A JP3178516B2 JP 3178516 B2 JP3178516 B2 JP 3178516B2 JP 30317797 A JP30317797 A JP 30317797A JP 30317797 A JP30317797 A JP 30317797A JP 3178516 B2 JP3178516 B2 JP 3178516B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
焦点深度の減少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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
前記第1の透明領域を透過する透過光の強度を1とした
ときの透過光強度が10-3以上である遮光領域とを有
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180゜未満の位相
差を有し、焦点位置における前記第1の透明領域からの
透過光の強度と前記第2の透明領域からの透過光の強度
とが互いに等しいことを特徴とする。
【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゜より小さくして焦点位置にお
ける第1の透明領域からの透過光の強度と第2の透明領
域からの透過光の強度とを互いに等しくしているので、
遮光領域の透過光強度が10 -3 以上となる場合で焦点位
置がずれたとき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。
【0020】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の位相差は180
°未満であり、前記遮光領域と前記第1の透明領域との
面積比をα、前記第1の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1の透明領域を透過した透過光と前記遮
光領域を透過する透過光の位相差をθとしたとき、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の位相差が、(180−sin
-1(α×√(T)×sinθ))°であることを特徴と
する。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(180−sin
-1(α×√(T)×sinθ))°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。
【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の透領域を透過する透過光の位相は0°であ
り、前記第2の透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が9
0°以下である場合に前記第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設定され、前記遮光領域を
透過する透過光の位相が90°を超えている場合に前記
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
く設定され、焦点位置における前記第1の透明領域から
の透過光の強度と前記第2の透明領域からの透過光の強
度とが等しいことを特徴とする。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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線を効率よ
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1には形成さ
れているが、反射領域1には形成されていない。ま
た、反射領域1に隣接する吸収層12の下方にはサイ
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Si
C又はダイヤモンド等が使用される。
【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、反射領域を反射するX線の強度
を100%としたとき、吸収層を反射する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16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。
【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。
【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。
【0043】なお、本実施例においても、第1の実施例
と同様に、吸収領域を反射する反射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。
【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反射光が
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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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
    られ前記第1の透明領域を透過する透過光の強度を1と
    したときの透過光強度が10-3以上である遮光領域とを
    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180゜未満の位
    相差を有し、焦点位置における前記第1の透明領域から
    の透過光の強度と前記第2の透明領域からの透過光の強
    度とが互いに等しいことを特徴とする位相シフトマス
    ク。
  2. 【請求項2】 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
    の位相差は180°未満であり、前記遮光領域と前記第
    1の透明領域との面積比をα、前記第1の透明領域を透
    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1の透明領域を透過し
    た透過光と前記遮光領域を透過する透過光の位相差をθ
    としたとき、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の位相差が、
    (180−sin-1(α×√(T)×sinθ))°で
    あることを特徴とする位相シフトマスク。
  3. 【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の透領域を透過する透過光の
    位相は0°であり、前記第2の透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
    過光の位相が90°以下である場合に前記第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設定され、
    前記遮光領域を透過する透過光の位相が90°を超えて
    いる場合に前記第1の透明領域の幅は前記第2の透明領
    域の幅より大きく設定され、焦点位置における前記第1
    の透明領域からの透過光の強度と前記第2の透明領域か
    らの透過光の強度とが互いに等しいことを特徴とする位
    相シフトマスク。
  4. 【請求項4】 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°未満であり、焦点
    位置における前記第1の反射領域からの反射光の強度と
    前記第2の反射領域からの反射光の強度とが互いに等し
    ことを特徴とする位相シフトマスク。
  5. 【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
    の位相差は180゜未満であり、前記吸収領域と前記第
    1の反射領域との面積比をα、前記第1の反射領域を
    する反射光の強度を1としたときの前記吸収領域を
    する反射光の強度をT、前記第1の反射領域を反射
    反射光と前記吸収領域を反射する反射光の位相差をθ
    としたとき、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の位相差が、
    (180−sin-1(α×√(T)×sinθ))°で
    あることを特徴とする位相シフトマスク。
  6. 【請求項6】 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
    射光の位相が90°以下である場合に前記第1の反射領
    域の幅は前記第2の反射領域の幅より小さく設定され、
    前記吸収領域を反射する反射光の位相が90°を超えて
    いる場合に前記第1の反射領域の幅は前記第2の反射領
    域の幅より大きく設定され、焦点位置における前記第1
    の反射領域からの反射光の強度と前記第2の反射領域か
    らの反射光の強度とが等しいことを特徴とする位相シフ
    トマスク。
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