(57)【要約】【課題】  透明絶縁性基板上に微細なラインアンドスペース・パターンを露光する際に、深い焦点深度を実現することが可能な位相シフトマスクを提供する。【解決手段】  本発明の位相シフトマスクは、光の位相を反転させる位相シフタ１１を配置したマスクパターンを用いて、遮光膜を併用せずに、等倍投影露光でラインアンドスペース・パターンを露光するための位相シフトマスクであって、前記ラインアンドスペース・パターンのライン幅Ｌが０．５μｍ以上０．８μｍ以下で、ピッチが２Ｌであるとき、前記マスクパターンは、ライン状の位相シフタ１１を互いに平行に並べたものであって、その幅Ｗが０．５Ｌ以上０．７５Ｌ以下、ピッチＰが２Ｌであることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の位相を反転させる位相シフタを配置したマスクパターンを用いて、遮光膜を併用せずに、等倍投影露光でラインアンドスペース・パターンを露光するための位相シフトマスクであって、
前記ラインアンドスペース・パターンのライン幅Ｌが０．５μｍ以上０．８μｍ以下であって、ピッチが２Ｌであるとき、前記マスクパターンは、ライン状の位相シフタを互いに平行に並べたものであって、その幅が０．５Ｌ以上０．７５Ｌ以下、ピッチが２Ｌであることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
前記位相シフタは、位相差が１８０度±１０％の凹部または凸部のいずれか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。
【請求項３】
請求項１に記載された位相シフトマスクを使用し、露光光源としてｉ線を用いて、等倍投影露光で、ライン幅０．５μｍ、ピッチ１μｍのラインアンドスペース・パターンを露光するための露光方法であって、
露光光学系の開口数ＮＡを０．３以上０．３３以下とし、コヒーレンス・ファクタσを０．７５以上０．８５以下とすることを特徴とする位相シフトマスクを用いた露光方法。
【請求項４】
請求項１に記載された位相シフトマスクを使用し、露光光源としてｉ線を用いて、等倍投影露光で、ライン幅０．８μｍ、ピッチ１．７μｍのラインアンドスペース・パターンを露光するための露光方法であって、
露光光学系の開口数ＮＡを０．１８以上０．２１以下とし、コヒーレンス・ファクタσを０．７５以上０．８５以下とすることを特徴とする位相シフトマスクを用いた露光方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフトマスク及びそれを用いた露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の性能を上げるために、ＴＦＴを微細化することが検討されている。ＴＦＴを微細化し、製造するには、そこで使用される露光装置の解像度を上げる必要がある。ＴＦＴ用露光装置の解像度は、現在１．５μｍから３μｍ程度である。解像度をそれ以上に上げようとすると、焦点深度が浅くなってしまう。例えば、解像度が０．８μｍ程度を越えるようになると、その焦点深度がＴＦＴを形成する基板であるガラスの板厚偏差（９μｍ程度／１００ｍｍ□）より浅くなり、所望のレジストパターンを形成できなくなる。例えば、ラインの幅が太くなり、隣り合ったライン同士がくっついてしまう。
【０００３】
「超微細加工技術」（オーム社発行，ｐｐ．２９−４１）には、位相シフト法を用いて解像度及び焦点深度を向上させるための様々な方法が記載されている。その中で、「遮光効果強調型」と呼ばれている位相シフトマスクの中の一つ例（上記文献中の図２．２３）を図６に示す。この例では、細い線幅の位相シフタを用いて、位相シフタを通過する光とそれに隣接する領域を通過する光を干渉させることにより、単一の狭い遮光パターンを形成している。このように、細い線幅の位相シフタを用いることによって、Ｃｒ膜のような遮光膜を使用せずに、位相シフタのみで、単一の狭いライン状の遮光部分を形成することができる。
【０００４】
但し、上記文献中に示されている条件は、ＬＳＩを製造する場合、即ち、Ｓｉ基板上に回路パターンを形成する場合の条件の一例であり、記載されている具体的な数値は、開口数ＮＡが０．５、コヒーレンス・ファクタσが０．２である。しかし、上記文献中には、ガラス基板上にＴＦＴを形成する場合の適切な位相シフタの幅、露光光学系の開口数ＮＡ及びコヒーレンス・ファクタσなどの具体的な値については示されていない。
【０００５】
ＴＦＴを形成する場合、解像度も重要であるが、それ以上に焦点深度が重要になる。その理由は、先に述べたように、ガラス基板の板厚偏差が、ＬＳＩ用のＳｉウエーハと比べて遥かに大きいからである。
【非特許文献１】応用物理学会編、「超微細加工技術」、オーム社発行，ｐｐ．２９−４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような遮光効果強調型の位相シフトマスクについての問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、透明絶縁性基板上に微細なラインアンドスペース・パターンを露光する際に、深い焦点深度を実現することが可能な遮光効果強調型の位相シフトマスクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の位相シフトマスクは、
光の位相を反転させる位相シフタを配置したマスクパターンを用いて、遮光膜を併用せずに、等倍投影露光でラインアンドスペース・パターンを露光するための位相シフトマスクであって、
前記ラインアンドスペース・パターンのライン幅Ｌが０．５μｍ以上０．８μｍ以下であって、ピッチが２Ｌであるとき、前記マスクパターンは、ライン状の位相シフタを互いに平行に並べたものであって、その幅が０．５Ｌ以上０．７５Ｌ以下、ピッチが２Ｌであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の位相シフトマスクでは、ラインアンドスペース・パターンを露光するためのマスクパターンを、ライン状の位相シフタを上記のような条件で配置することによって構成する。本発明の位相シフトマスクによれば、Ｃｒ薄膜などの遮光膜を使用せずに、位相シフタ部の配置パターンのみを用いて、位相の異なる光を露光面で互いに干渉させることによって、ラインパターンを露光することができる。
【０００９】
本発明の位相シフトマスクによれば、位相シフト法の原理に基づき光の干渉を利用しているので、露光の際の解像度及び焦点深度に優れている。また、ラインパターンを露光するためのマスクパターンを、遮光膜を使用せずに、位相シフタ部を加工することのみで作ることができるので、露光用のマスクの製造工程を簡素化することができる。
【００１０】
なお、前記位相シフタは、位相シフトマスクの基盤の表面に凹部または凸部を加工することによって形成される。このとき、位相シフタの位相差の目標値は、光の干渉によって最大の遮光効果が得られる１８０度であるが、位相シフタの加工精度の限界及びその許容差を考慮すると、１８０度±１０％程度であれば十分な遮光効果を実現することができる。
【００１１】
ここで、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う場合、従来の位相シフトマスクを使用する場合と同様に、開口数ＮＡ及びコヒーレンス・ファクタσの値を適切に設定することによって、高い解像度及び焦点深度を実現することができる。なお、コヒーレンス・ファクタσは、ＮＡｉ／ＮＡで定義される（但し、ＮＡｉは照明系の開口数、ＮＡは投影レンズ系の開口数である）。また、上記の値（ＮＡ、σ）の最適値は、シミュレーション計算を行って光強度分布を求めることにより、探し出すことができる。
【００１２】
なお、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う場合、開口数ＮＡの適正値は、従来のＣｒ薄膜のみのマスクを用いた場合のＮＡの約６／７であり、コヒーレンス・ファクタσの適正値は、従来のＣｒ薄膜のみのマスクを用いた場合と同程度である。
【００１３】
例えば、本発明に基づく位相シフトマスクを使用し、等倍投影露光で、露光光源としてｉ線（波長：３６５ｎｍ）を、レジストには化学増幅型レジストを用いて、ライン幅０．５μｍ、ピッチ１μｍのラインアンドスペース・パターンを露光する場合には、開口数ＮＡの好ましい範囲は０．３以上０．３３以下であり、コヒーレンス・ファクタσの好ましい範囲は０．７５以上０．８５以下である。
【００１４】
同様に、ライン幅０．８μｍ、ピッチ１．７μｍのラインアンドスペース・パターンを露光する場合には、開口数ＮＡの好ましい範囲は０．１８以上０．２１以下であり、コヒーレンス・ファクタσの好ましい範囲は０．７５以上０．８５以下である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の位相シフトマスクを用いることによって、従来のＣｒ薄膜などの遮光膜のみのマスクを用いる場合と比べて深い焦点深度が得られる。特に、薄膜トランジスタの製造プロセスでは、比較的大きな板厚偏差を有するガラス基板の表面で露光が行われるため、深い焦点深度が要求される。従って、本発明に基づく位相シフトマスクは、薄膜トランジスタの微細化を実現する手段として、特に有用である。
【００１６】
また、本発明の位相シフトマスクによれば、ラインパターンを露光するためのマスクパターンを、遮光膜を使用せずに、位相シフタ部を加工することのみで作ることができるので、露光用のマスクの製造コストを低減することができる。
【００１７】
また、本発明の位相シフトマスクによれば、従来の遮光膜のみのマスクを用いる場合と比べて、小さな開口数ＮＡの投影レンズ系を用いて、より深い焦点深度が得られる。従って、投影レンズ系の設計や製造が容易になる。従来の遮光膜のみのマスクを用いる場合と同じＮＡ（ライン幅０．８μｍの場合の０．２１）であってもより深い焦点深度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１（ａ）及び（ｂ）に、本発明に基づく遮光効果強調型の位相シフトマスクの一例を示す。ここで、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１９】
この位相シフトマスクは、ガラス基板上にＴＦＴを形成する際に、ラインアンドスペース・パターンの露光工程で使用されるものである。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、透明基板１０上に、光の位相を１８０°回転させるライン状の位相シフタ１１が形成され、各位相シフタ１１は、幅がＷ、ピッチがＰで、互い平行に並べられて配置されている。
【００２０】
本発明の位相シフトマスクでは、等倍投影露光の場合、露光されるラインアンドスペース・パターンのライン幅をＬ、ピッチを２Ｌとするとき、ライン状の位相シフタ１１の幅Ｗを０．５Ｌ以上０．７５Ｌ以下、ピッチＰを２Ｌとする。なお、焦点深度が極大となるのは、Ｗ＝０．６Ｌの時である。
【００２１】
例えば、目標とするレジストパターンの幅Ｌが０．５μｍで、ピッチが１μｍの場合、等倍投影露光用の位相シフトマスクの位相シフタ１１の幅Ｗは０．２５〜０．３７５μｍとなり、最適値は０．３μｍとなる。また、目標とするレジストパターンの幅Ｌが０．８μｍで、ピッチが１．６μｍの場合、位相シフトマスクの位相シフタ１１の幅Ｗは０．４〜０．６μｍとなり、最適値は０．４８μｍとなる。なお、位相シフタ１１の幅Ｗの好ましい範囲については、後にシミュレーション計算の結果を用いて更に説明する。
【００２２】
位相シフタ１１の深さｄは、露光光源の波長をλ、位相シフタが形成される透明基板１０の屈折率をｎとするとき、次式により与えられる：
ｄ＝λ／２（ｎ-１）
即ち、位相シフタ１１の深さｄは、露光光源がｉ線（波長３６５ｎｍ）、透明基板１０が石英ガラス（ｎ＝１．４６）の場合、約４００ｎｍである。
【００２３】
なお、図１（ｂ）に示した例では、位相シフタ１１を、溝（凹部）を加工することによって形成しているが、図１（ｃ）に示すように、位相シフタ１２以外の領域に溝を加工し、位相シフタ１２を凸部とすることもできる
図２に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う際の光学系の概要を示す。図中、２１は位相シフトマスク、２２はフォトレジストが表面に塗布されたガラス基板、２３は照明系、２４は投影レンズ系、２５はＮＡ絞り、２６は瞳面、２７は露光光源、２８はインテグレータ、２９はコンデンサレンズを表わす。露光光源２７は、例えば波長が３６５ｎｍの水銀ランプである。照明光学系２３は、例えばインテグレータ２８と、コンデンサレンズ２９などからなる。インテグレータ２８は、光源２７からの光を集光し、均一化する光学系である。コンデンサレンズ２９は、均一化された光により位相シフトマスク２１を照明する光学系である。露光光は、その焦点が、照明系２３によって位相シフトマスク２１上に合わされる。位相シフトマスク２１を通った露光光は、投影レンズ系２４及びその途中に配置されたＮＡ絞り２５を通って、被露光ガラス基板２２の表面で再び焦点を結ぶ。
【００２４】
この図において、開口数ＮＡ（一般的に、投影レンズ系２４の開口数を意味する）は、“ｓｉｎθ”で定義され、照明系２３の開口数ＮＡｉは、“ｓｉｎφ”で定義される。更に、コヒーレンス・ファクタσは、“ＮＡｉ／ＮＡ”で定義される。
【００２５】
本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う場合、従来の位相シフトマスクを使用する場合と同様に、開口数ＮＡ及びコヒーレンス・ファクタσの値を適切に設定することによって、高い解像度及び深い焦点深度を実現することができる。また、上記の値（ＮＡ、σ）の最適値は、シミュレーション計算を行って露光面及びその近傍での光強度分布を求めることにより、探し出すことができる。なお、上記の値（ＮＡ、σ）の最適値は、レジストの種類によっても若干変わるが、以下においては化学増幅型レジストを使用した場合について説明する。
【００２６】
図３〜５に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行った場合の焦点深度を、シミュレーション計算によって求めた結果を示す。なお、これらの計算は、先に図１に示したマスクパターンを用いてラインアンドスペース・パターンを露光する場合を想定したもので、等倍投影露光で、露光光源としてｉ線を用いた場合のものである。
【００２７】
図３に、開口数ＮＡと焦点深度との関係を示す。但し、ここでは、ライン幅Ｌが０．８μｍ、ピッチ（２Ｌ）が１．６μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンの露光を行う場合を想定し、位相シフタ１１の幅Ｗを０．４８μｍ、ピッチＰを１．６μｍとし、開口数ＮＡを０．１４から０．２１の間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。なお、コヒーレンス・ファクタσの値は０．８で一定とした。
【００２８】
図３から分かるように、焦点深度の極大値は、ＮＡ＝０．１８のときに現れ、その値は±７．１μｍであった。また、ＮＡ＝０．１８〜０．２１の間で、６μｍ以上の比較的大きな焦点深度が得られることが分かった。なお、図中で、符号Ｃで示されている点は、従来のＣｒ薄膜のみのマスクの場合の、焦点深度の極大値である。従来のＣｒ薄膜のみのマスクの場合の場合、極大値は、ＮＡ＝０．２１のときに現れ、その値は±５μｍ程度であった。
【００２９】
図４に、位相シフタ１１の幅Ｗと焦点深度の関係を示す。但し、ここでは、ライン幅０．８μｍ、ピッチ１．６μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンの露光を行う場合を想定し、位相シフタ１１のピッチＰを１．６μｍ、開口数ＮＡを０．１８とし、位相シフタ１１の幅Ｗを０．３５μｍから０．８μｍの間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。なお、コヒーレンス・ファクタσの値は０．８で一定とした。
【００３０】
図４から分かるように、焦点深度の極大値は、Ｗ＝０．４８のときに現れ、その値は±７．１μｍであった。本発明に基づく位相シフトマスクは、従来のＣｒ薄膜のみのマスクと比べて良好な特性を示している。この図に示したケースでは、従来のＣｒ薄膜のみのマスクと比べて、本発明に基づく位相シフトマスクの焦点深度が深くなる位相シフタ１１の幅Ｗの範囲は、ライン幅Ｌの５０％〜７５％程度である。
【００３１】
図５に、コヒーレンス・ファクタσと焦点深度の関係を示す。但し、ここでは、ライン幅０．８μｍ、ピッチ１．６μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンの露光を行う場合を想定し、位相シフタ１１の幅Ｗを０．４８μｍ、ピッチＰを１．６μｍ、開口数ＮＡを０．１８とし、コヒーレンス・ファクタσの値を０．７から０．９の間で変化させて、各場合についての焦点深度を求めた。
【００３２】
図５から分かるように、コヒーレンス・ファクタσが０．７５以上の場合に、６μｍ以上の比較的大きな焦点深度が得られる。なお、コヒーレンス・ファクタσが大きくなるに従い、露光装置の照明系の製作が難しくなるので、コヒーレンス・ファクタσの値の適切な範囲は、０．７５〜０．８５程度である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に基づく位相シフトマスクにおけるマスクパターンの一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断線Ａ−Ａに沿った断面図、（ｃ）は断面形状の他の例である。
【図２】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う際の光学系の概要を示す図。
【図３】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて、ライン幅０．８μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行った場合の開口数ＮＡと焦点深度の関係を示す図。
【図４】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて、ライン幅０．８μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行った場合の位相シフタの幅Ｗと焦点深度の関係を示す図。
【図５】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて、ライン幅０．８μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンの等倍投影露光を行った場合の露光装置のコヒーレンス・ファクタσと焦点深度の関係を示す図。
【図６】従来の遮光効果強調型の位相シフトマスクの一例について説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・透明基盤、１１・・・位相シフタ、１２・・・位相シフタ、２１・・・位相シフトマスク、２２・・・ガラス基板、２３・・・照明系、２４・・・投影レンズ系、２５・・・ＮＡ絞り、２６・・・瞳面、２７・・・露光光源、２８・・・インテグレータ、２９・・・コンデンサレンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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