(57)【要約】【課題】  比較的低コストで微細なラインパターンを形成することが可能な位相シフトマスク及びそれを用いた露光方法を提供する。【解決手段】  本発明のマスクパターン１０は、フォトリソグラフィ・プロセスの中でラインパターンを露光するために用いられる。マスクパターン１０は、その幅の片側を長手方向に伸びる第一領域１１と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域との、二つの領域に分割され、第二領域は更に、長手方向に互いに隣接して並ぶ正方形の複数の単位領域１２に分割される。第一領域１１には、その全体に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部２１が形成される。各単位領域１２の中央には、光の位相を反転させる第二の位相シフタ部２２が、各単位領域１２の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域１２の面積の５０％を占めるように、それぞれ形成される。【選択図】      図１
2006053386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁性基板上に回路パターンを形成する際にフォトリソグラフィ・プロセス中で使用される位相シフトマスクであって、
ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、マスクパターンの幅の片側を長手方向に伸びる第一領域と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域との、二つの領域に分割し、更に第二領域を、長手方向に互いに隣接して並ぶ正方形の複数の単位領域に分割し、
第一領域の全体に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部を形成し
各単位領域の中央に、光の位相を反転させる第二の位相シフタ部を、各単位領域の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域の面積の５０％±１０％を占めるように、それぞれ形成したことを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
前記帯状のマスクパターンの幅は０．５μｍ以上０．８μｍ以下であって、
前記第一領域の幅は、前記帯状のマスクパターンの幅の２０％以上５６％以下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】
前記第一の位相シフタ部及び第二の位相シフタ部は、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４】
前記帯状のマスクパターンの先端の部分に、前記第一領域と同じ幅で幅方向に伸びて前記第一領域につながる第三領域を設け、その第三領域の全体に、光の位相を反転させる第三の位相シフタ部を形成した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５】
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の等間隔ラインアンドスペース・パターンを露光する露光方法であって、
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０．７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６】
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１．６μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンを露光する露光方法であって、
露光光学系の開口数ＮＡを０．１８以上０．２以下とし、コヒーレンス・ファクタσを０．７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７】
透明絶縁性基板上に回路パターンを形成する際にフォトリソグラフィ・プロセス中で使用される位相シフトマスクであって、
ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、マスクパターンの幅の片側を長手方向に伸びる第一領域と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域との、二つの領域に分割し、
第一領域の全体に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部を形成し、
第二領域の全体に、遮光膜を被覆したことを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項８】
前記帯状のマスクパターンの幅は０．５μｍ以上０．８μｍ以下であって、
前記第一領域の幅は、前記帯状のマスクパターンの幅の２０％以上５６％以下であることを特徴とする請求項７に記載の位相シフトマスク。
【請求項９】
前記第一の位相シフタ部は、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７に記載の位相シフトマスク。
【請求項１０】
前記帯状のマスクパターンの先端の部分に、前記第一領域と同じ幅で幅方向に伸びて前記第一領域につながる第三領域を設け、その第三領域の全体に、光の位相を反転させる第三の位相シフタ部を形成したことを特徴とする請求項７に記載の位相シフトマスク。  
【請求項１１】
請求項７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の等間隔ラインアンドスペース・パターンを露光する露光方法であって、
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０．７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１２】
請求項７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１．６μｍの等間隔ラインアンドスペース・パターンを露光する露光方法であって、
露光光学系の開口数ＮＡを０．１８以上０．２以下とし、コヒーレンス・ファクタσを０．７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、ガラス基板、プラスチック基板などの透明絶縁性基板上にＴＦＴなどの回路パターンを形成する場合に、フォトリソグラフィ・プロセス中で微細なラインパターンを露光するための位相シフトマスク及びそれを用いた露光方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＴ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や３μｍ程度である。解像度をそれより上げようとすると、焦点深度は浅くなってしまう。そして、例えば解像度が０．８μｍ程度を越えるようになると、その焦点深度は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】
ＬＳＩの分野では半導体素子の微細化に伴い、露光工程における解像度や焦点深度の向上を目的として、位相シフトマスクを用いた露光方法（位相シフト法）が採用されるようになっている。しかし、位相シフト法には、例えば、「超微細加工技術」（オーム社発行、ｐｐ．２９〜４１）に記載されているように、次のような問題点が残されている。
【０００４】
即ち、位相シフト法を採用することによって、露光の際の解像度及び焦点深度を向上させることができる。その場合、無限長のラインアンドスペース・パターンでは何ら問題が生じないが、実際のマスクパターンでは問題が生ずる。即ち、実際のマスクパターンでは、パターンの長さが有限であるので、図１１に示すように、遮光膜６１と位相シフタ６２が配置されたマスクパターンを用いて露光すると、図１２に示すように、本来必要とされていないライン６４が、現像後のレジストパターン６３に発生する。
【０００５】
このような不要なラインの発生を防止する方法として、これまでに、次のような方法が提案されている。その一つは、図１３に示すように、位相シフタ６２の周縁部で位相を多段に変化させることによって、図１４に示すように、不要なラインの発生を防止するものである。
【０００６】
もう一つの方法は、先に示したような位相シフトマスク（図１１）を用いることより生じている現像前の不要なラインの潜像を、二重露光を行って取り除くものである。即ち、図１５の中で破線で表わされているような、遮光膜６１及び位相シフタ６２が配置されたマスクパターンを用いて第一回目の露光を行った後、図１５の中で実線で表わされているような、上記の潜像に露光光が当るように遮光膜に開口部６５が設けられたマスクパターンを用いて第二回目の露光を行う。このように二重露光により潜像を取り除くことによって、現像後のレジストパターンにおける不要なラインの発生を防止することができる。
【０００７】
これらのような解決策が知られているが、前者の方法では、位相シフトマスクを製造する際の工程数が増えるのでマスクの製作コストの増大を招き、後者の方法では、マスク数が増えるとともに露光工程のスループットが減少すると言う問題がある。
【０００８】
更に、Optical Microlithography １６（Part Two），ｐｐ．９７９〜９８５には、上記のような不要なラインの発生を防止するために、次のような補助パターン（「ｒｉｍ」と呼ばれている）を設けることが提案されている。即ち、図１６に示すように、Ｃｒ薄膜で構成されるマスクパターン７１（幅Ｑ）の周囲に、光の位相を１８０°シフトさせる補助パターン７２（幅Ｗ）を設ける。しかし、この方法を採用した場合、マスクを製造する際に、Ｃｒ薄膜のエッチングと石英基板のエッチングとの、２回のエッチング工程が必要となることが問題になる。また、補助パターン７２の幅Ｗが、パターンの全体の幅Ｌと比べて非常に狭くなり（およそ、Ｗ＝Ｌ／５）、製造が非常に難しい。
【０００９】
なお、第５１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．２，ｐ．９２９，２８ａ−ＺＧ−３には、「デューティ変調素子」を用いて照射面に所望の光強度分布を作り出す技術が記載されている。ここで、デューティ変調素子とは、石英基板上に光の位相を１８０°シフトさせる微細な凹凸パターン（位相シフタ）を分布させた光位相変調素子である。上記の凹凸パターンの占める面積の比率（「デューティ比」と呼ばれている）を石英基板面内で規則的に変化させることによって、照射面に様々な光強度分布を作り出すことが可能になる。
【００１０】
しかし、この文献には、このようなデューティ変調素子をレジストの露光工程において使用すること、及びその場合の解像度や焦点深度については、特に記載されていない。
【非特許文献１】オーム社発行「超微細加工技術」，ｐｐ．２９〜４１
【非特許文献２】Optical Microlithography １６（Part Two），ｐｐ．９７９〜９８５
【非特許文献３】第５１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集Ｎｏ．２，ｐ．９２９，２８ａ−ＺＧ−３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような従来の位相シフトマスクを用いた露光方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、ガラス基板、プラスチック基板などの透明絶縁性基板上にＴＦＴなどの回路パターンを形成する場合に、比較的低コストで微細なラインパターンを露光することが可能な位相シフトマスク及びそれを用いた露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の位相シフトマスクは、
透明絶縁性基板上に回路パターンを形成する際にフォトリソグラフィ・プロセス中で使用される位相シフトマスクであって、
ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、マスクパターンの幅の片側を長手方向に伸びる第一領域と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域との、二つの領域に分割し、更に第二領域を、長手方向に互いに隣接して並ぶ正方形の複数の単位領域に分割し、
第一領域の全体に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部を形成し
各単位領域の中央に、光の位相を反転させる第二の位相シフタ部を、各単位領域の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域の面積の５０％±１０％を占めるように、それぞれ形成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の位相シフトマスクでは、ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、第一及び第二の位相シフタ部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。なお、上記の単位領域内で第二の位相シフタ部が占める面積の割合の目標値は、光の干渉によって最大の遮光効果が得られる５０％であるが、位相シフタ部の加工精度の限界及びその許容差を考慮すると、５０％±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。
【００１４】
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。
【００１５】
なお、等倍投影露光の場合で、且つ、前記帯状のマスクパターンの幅が０．５μｍ以上０．８μｍ以下程度の場合には、前記第一領域の幅の好ましい範囲は、前記帯状のマスクパターンの幅の２０％以上５６％以下である。前記第一領域の幅をこの範囲内に設定することによって、高い解像度及び深い焦点深度が確保される。
【００１６】
前記第一の位相シフタ部及び第二の位相シフタ部は、位相シフトマスクの基板の表面に、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、位相シフタ部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、位相シフタ部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。
【００１７】
好ましくは、前記帯状のマスクパターンの先端の部分には、前記第一領域と同じ幅で幅方向に伸びて前記第一領域につながる第三領域を設け、その第三領域の全体に、光の位相を反転させる第三の位相シフタ部を形成する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、０．５μｍ幅のラインからなる等間隔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０．７以上０．８５以下である。
【００２１】
同様に、０．８μｍ幅のラインからなる等間隔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０．２以下であり、コヒーレンス・ファクタσの好ましい範囲は０．７以上０．８５以下である。
【００２２】
また、本発明の位相シフトマスクの変形形態として、前記第二領域に上記のように第二の位相シフタ部を配置する代わりに、前記第二領域の全体を、例えばＣｒ膜のような遮光膜で覆ってもよい。
【００２３】
その場合、本発明の位相シフトマスクは、
透明絶縁性基板上に回路パターンを形成する際にフォトリソグラフィ・プロセス中で使用される位相シフトマスクであって、
ラインパターンを露光するための帯状のマスクパターンを、マスクパターンの幅の片側を長手方向に伸びる第一領域と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域との、二つの領域に分割し、
第一領域の全体に、光の位相を反転させる第一の位相シフタ部を形成し、
第二領域の全体に、遮光膜を被覆したことを特徴とする。
【００２４】
この変形形態においても、等倍投影露光の場合で、且つ、前記帯状のマスクパターンの幅が０．５μｍ以上０．８μｍ以下程度の場合には、前記第一領域の幅の好ましい範囲は、前記帯状のマスクパターンの幅の２０％以上５６％以下である。前記第一領域の幅をこの範囲内に設定することによって、高い解像度及び深い焦点深度が確保される。
【００２５】
好ましくは、前記帯状のマスクパターンの先端の部分には、前記第一領域と同じ幅で幅方向に伸びて前記第一領域につながる第三領域を設け、その第三領域の全体に、光の位相を反転させる第三の位相シフタ部を形成する。
【００２６】
なお、開口数ＮＡ及びコヒーレンス・ファクタσの値の適切な範囲は、先の場合と同様である。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【００２８】
また、本発明の請求項１に係る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。
【００２９】
また、本発明の請求項７に係る位相シフトマスクによれば、従来の補助パターンを用いるものと比べて（図１６；非特許文献２）、補助パターン（第一領域）の幅を広くとることができるので、マスクを製造するに当たって難易度を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に、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。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。
【００３１】
これは、フォトリソグラフィ・プロセスの中でラインパターンを露光するために用いられる帯状のマスクパターンである。マスクパターン１０は、透明のマスク基板９（例えば、ガラス基板、石英ガラス基板など）に形成される。
【００３２】
マスクパターン１０は、先ず、マスクパターンの幅の片側を長手方向に伸びる第一領域１１と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域との、二つの領域に分割される。第二領域は、更に、長手方向に互いに隣接して並ぶ正方形の複数の単位領域１２に分割される。第一領域１１には、その全体に、光の位相を１８０°シフトさせる第一の位相シフタ部２１が形成される。各単位領域１２の中央には、光の位相を１８０°シフトさせる第二の位相シフタ部２２が、各単位領域１２の中心点に対して軸対称に、且つ各単位領域１２の面積の５０％を占めるように、それぞれ形成される。この例では、第二の位相シフタ部２２の平面形状も正方形である。
【００３３】
更に、マスクパターン１０の先端の部分には、第三領域１３が設けられる。第三領域１３は、第一領域１１と同じ幅Ｗで、幅方向に伸びて第一領域１１とつながっている。この第三領域１３の全体に、光の位相を１８０°シフトさせる第三の位相シフタ部２３が形成される。
【００３４】
第一、第二及び第三の位相シフタ部２１、２２、２３の深さｄは、露光光源の波長をλ、位相シフタ部が形成されるマスク基板９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、第一、第二及び第三の位相シフタ部２１、２２、２３の深さｄは、露光光源がｉ線（波長３６５ｎｍ）、マスク基板９が石英ガラス（ｎ＝１．４６）の場合、約４００ｎｍである。
【００３５】
等倍投影露光の場合において、例えば、ラインターンの幅がＬで、ラインパターンとラインパターンとの間隔がＬ程度のラインアンドスペース・パターンを露光する場合には、マスクパターン１０の幅もＬで、第一領域１１の幅Ｗは約２Ｌ／５であり（第三領域１３の幅も同じ）、従って、第二領域の幅Ｓ（即ち、単位領域１２の一辺の長さ）は約３Ｌ／５である。このような寸法の場合に焦点深度が極大を示す。
【００３６】
例えば、ラインパターンの幅Ｌが０．５μｍの場合、第一領域の幅Ｗは０．２μｍとなり、第二領域の幅Ｓは０．３μｍとなる。また、ラインパターンの幅Ｌが０．８μｍの場合、第一領域の幅Ｗは０．３２μｍとなり、第二領域の幅Ｗは０．４８μｍとなる。なお、第一領域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説明する。
【００３７】
なお、図１（ｂ）に示した例では、第一及び第二の位相シフタ部２１、２２を、溝（凹部）を加工することによって形成しているが、図２に示すように、第一及び第二の位相シフタ部２１、２２以外の領域に溝を加工し、第一及び第二の位相シフタ部２１、２２を凸部とすることもできる（第三の位相シフタ部２３も同様）。
【００３８】
図３に、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他の例を示す。ここで、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００３９】
この例では、図３（ａ）に示されているように、第二の位相シフタ部２２の平面形状が円形である。それ以外の形状及び寸法、即ち、マスクパターン１０の幅Ｌ、第一領域１１及び第三領域の幅Ｗ及び各単位領域１２の一辺の長さＳについては、図１（ａ）に示された例と同一である。
【００４０】
なお、図３（ｂ）に示した例では、第一及び第二の位相シフタ部２１、２２を、溝（凹部）を加工することによって形成しているが、この場合にも、図４に示すように、第一及び第二の位相シフタ部２１、２２以外の領域に溝を加工し、第一及び第二の位相シフタ部２１、２２部を凸部とすることもできる（第三の位相シフタ部２３も同様）。
【００４１】
等倍投影露光の場合、図１（ａ）あるいは図３（ａ）に示すマスクパターンを用いて、ＴＦＴのゲート電極、ゲート配線、ソースドレイン配線等の回路パターンを形成すれば、それらの線幅が１μｍより細い場合、例えば０．５〜０．８μｍであっても、深い焦点深度が得られる。
【００４２】
上記実施形態では、第一、第二及び第三の位相シフタ部２１、２２、２３を、ガラス基板をエッチング加工することにより段差を形成したが、パターン間に位相差たとえば１８０度付ければよいため、ガラス基板９の表面に透明な薄膜を被着し、この薄膜をエッチングして図１乃至図４に示すようなパターンを形成してもよい。この被着手段は、例えばガラス膜を塗布して位相シフタ部を形成する方法、ＳｉＯ２膜をスパッタして位相シフタ部を形成する方法、ＳｉＯ２膜をＣＶＤ法により成膜して位相シフタ部を形成する方法などがある。
【００４３】
図５に、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他の例を示す。ここで、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００４４】
マスクパターン１０は、マスクパターンの幅の片側を長手方向に伸びる第一領域１１と、もう一方の片側を長手方向に伸びる第二領域１４との、二つの領域に分割される。第一領域１１には、その全体に、光の位相を１８０°シフトさせる第一の位相シフタ部２１が形成される。第二領域１４には、その全体に、例えばＣｒ薄膜などの遮光膜２４が被覆される。更に、マスクパターン１０の先端の部分には、第三領域１３が設けられる。第三領域１３は、第一領域１１と同じ幅Ｗで、幅方向に伸びて第一領域１１とつながっている。この第三領域１３の全体に、光の位相を１８０°シフトさせる第三の位相シフタ部２３が形成される。
【００４５】
このように、第二領域１４内に第二の位相シフタ（２２；図１〜図４）を配置する代わりに、第二領域１４の全体を遮光膜２４で覆うことによっても、先に図１〜図４に示した位相シフトマスクと同等の機能を生じさせることができる。
【００４６】
なお、図５（ｂ）に示した例では、第一の位相シフタ部２１を、溝（凹部）を加工することによって形成しているが、この場合にも、図６に示すように、第一の位相シフタ部２１以外の領域に溝を加工し、第一の位相シフタ部２１を凸部とすることもできる（第三の位相シフタ部２３も同様）。
【００４７】
次に、本発明に基づく位相シフトマスクを用いて露光を行う方法について説明する。
【００４８】
図７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、５１は位相シフトマスク、５２はフォトレジストが表面に塗布されたガラス基板、５３は照明系、５４は投影レンズ系、５５はＮＡ絞り、５６は瞳面、５７は露光光源、５８はインテグレータ、５９はコンデンサレンズを表わす。露光光源５７は、例えば波長が３６５ｎｍの水銀ランプである。照明光学系５３は、例えばインテグレータ５８と、コンデンサレンズ５９などからなる。インテグレータ５８は、光源５７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５９は、均一化された光により位相シフトマスク５１を照明する光学系である。露光光は、その焦点が、照明系５３によって位相シフトマスク５１上に合わされる。位相シフトマスク５１を通った露光光は、投影レンズ系５４及びその途中に配置されたＮＡ絞り５５を通って、被露光ガラス基板５２の表面で再び焦点を結ぶ。
【００４９】
この図において、開口数ＮＡ（一般的に、投影レンズ系５４の開口数を意味する）は、“ｓｉｎθ”で定義され、照明系５３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。
【００５０】
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。さらに上記の値（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がレジストを使用した場合について説明する。
【００５１】
図８〜１０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、レジストには化学増幅型レジストを用いた場合のものである。
【００５２】
図８に、開口数ＮＡと焦点深度の関係を示す。但し、ここでは、マスクパターン１０の幅Ｌを０．８μｍ、第一領域１１の幅Ｗを０．３２μｍとし、開口数ＮＡを０．１６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。
【００５３】
図８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＝０．１８〜０．２０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。
【００５４】
図９に、第一領域１１の幅Ｗと焦点深度の関係を示す。但し、ここでは、マスクパターン１０の幅Ｌを０．８μｍ、開口数ＮＡを０．１８とし、第一領域１１の幅Ｗを０μｍ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。
【００５５】
図９から分かるように、焦点深度の極大値は、Ｗ＝０．３２のときに現れ、その値は±７．１μｍであった。なお、図中で、符号Ｄ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。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第一領域１１の幅Ｗの範囲は、Ｌの２０％〜５６％程度である。
【００５６】
図１０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、マスクパターン１０の幅Ｌを０．８μｍ、開口数ＮＡを０．１８、第一領域１１の幅Ｗを０．３２μｍ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。
【００５７】
図１０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】
【００５８】
【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に沿った断面図である。
【図２】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他の例を示す断面図。
【図３】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他の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図４】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他の例を示す断面図。
【図５】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他の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６】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他の例を示す断面図。
【図７】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８】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて０．８μｍの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９】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて０．８μｍの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第一領域の幅Ｗと焦点深度の関係を示す図。
【図１０】本発明に基づく位相シフトマスクを用いて０．８μｍの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コヒーレンス・ファクタσと焦点深度の関係を示す図。
【図１１】従来の一段型の位相シフトマスクの一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１２】図１１に示した位相シフトマスクを用いて露光した場合に形成されるレジストパターンについて説明する図。
【図１３】従来の多段型の位相シフトマスクの一例を示す平面図。
【図１４】図１３に示した位相シフトマスクを用いて露光した場合に形成されるレジストパターンについて説明する図。
【図１５】不要なラインの潜像を取り除くために二重露光を行う際に使用されるマスクパターンの一例を示す図、
【図１６】Ｃｒ薄膜で構成されるマスクパターンの周囲に、位相シフタからなる補助パターンが設けられた位相シフトマスクの一例を示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１０・・・マスクパターン、１１・・・第一の領域、１２・・・単位領域、１３・・・第三の領域、１４・・・第二の領域、２１・・・第一の位相シフタ部、２２・・・第二の位相シフタ部、２３・・・第三の位相シフタ部、２４・・・遮光膜、５１・・・位相シフトマスク、５２・・・ガラス基板、５３・・・照明系、５４・・・投影レンズ系、５５・・・ＮＡ絞り、５６・・・瞳面、５７・・・露光光源、５８・・・インテグレータ、５９・・・コンデンサレンズ、６１・・・遮光膜、６２・・・位相シフタ、６３・・・レジストパターン、６４・・・不要なライン、６５・・・開口部、７１・・・マスクパターン、７２・・・補助パターン。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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