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JP2010191009A - Photomask and method for manufacturing the same - Google Patents

Photomask and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2010191009A JP2009033216A JP2009033216A JP2010191009A JP 2010191009 A JP2010191009 A JP 2010191009A JP 2009033216 A JP2009033216 A JP 2009033216A JP 2009033216 A JP2009033216 A JP 2009033216A JP 2010191009 A JP2010191009 A JP 2010191009A
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
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Abstract

【課題】ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちながら、補助パターンを解像させず、主パターンのコントラストの高い転写画像を形成できる補助パターンを有するハーフトーンマスクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】フォトマスクが、投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、主パターンの近傍に形成され転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクであって、主パターンと補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されており、主パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、かつ補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に70度〜115度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴とする。
【選択図】 図1
An ArF excimer laser is used as an exposure light source and is used for projection exposure by modified illumination, and a transfer image with high contrast of the main pattern is formed without resolving the auxiliary pattern while maintaining the effect of expanding the depth of focus as the auxiliary pattern. Provided are a halftone mask having an auxiliary pattern and a method of manufacturing the same.
A photomask is provided with a main pattern transferred onto a transfer target surface by projection exposure and an auxiliary pattern formed in the vicinity of the main pattern and not transferred. It is composed of a translucent film made of the same material, which causes a phase difference of 180 degrees between the light transmitted through the main pattern and the light transmitted through the transparent area of the transparent substrate, and the light transmitted through the auxiliary pattern and the transparent substrate. A predetermined phase difference in the range of 70 to 115 degrees is generated in the light transmitted through the transparent region.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるエキシマレーザ露光装置などの短波長の露光光源を用いたフォトリソグラフィ技術に使用するためのフォトマスクおよびその製造方法に関し、特に、主パターンの近傍に補助パターンを配置したハーフトーン型のフォトマスクおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a photomask for use in a photolithography technique using an exposure light source of a short wavelength, such as an excimer laser exposure apparatus used for pattern formation of a semiconductor element, and a manufacturing method thereof, and in particular, assists in the vicinity of a main pattern. The present invention relates to a halftone photomask having a pattern and a method for manufacturing the same.

ハーフピッチ65nmから45nm、さらに32nmへと進展する半導体素子の高集積化・超微細化を実現するために、フォトリソグラフィにおいては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数を高くした高NA化技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などが実用されている。   In order to achieve high integration and ultra-miniaturization of semiconductor elements that progress from half-pitch 65 nm to 45 nm and further 32 nm, in photolithography, as a high-resolution technique in an exposure apparatus, the numerical aperture of the projection lens is increased. A high NA technique, an immersion exposure technique in which exposure is performed with a high refractive index medium interposed between the projection lens and the exposure target, a modified illumination-mounted exposure technique, and the like have been put into practical use.

フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク(以下、マスクとも記す。)における解像度向上策としては、光を通過させる部分と遮光する部分で構成された従来のバイナリマスクの微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型(渋谷・レベンソン型とも称する。)位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク(以後、単にハーフトーンマスクと言う。)、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクが用いられている。   Resolution measures for photomasks used for photolithography (hereinafter also referred to as masks) include the miniaturization and high accuracy of conventional binary masks composed of light-transmitting parts and light-shielding parts, Levenson-type (also called Shibuya / Levenson-type) phase shift mask that improves resolution by phase shift effect using interference, a halftone phase shift mask composed of a light transmitting part and a semi-transmitting part A phase shift mask such as a chromeless type phase shift mask that is not provided with a light shielding layer such as chrome is used.

フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系のレンズの開口数(NA)に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高NA化が進んでいるが、短波長化及び高NA化だけでこの要求を満足するには限界となっている。   In photolithography technology, the minimum dimension (resolution) that can be transferred by a projection exposure apparatus is proportional to the wavelength of light used for exposure and inversely proportional to the numerical aperture (NA) of the lens of the projection optical system. With the demand for the reduction in wavelength, the exposure light has been shortened and the projection optical system has a higher NA. However, there is a limit to satisfying this requirement only by the shorter wavelength and the higher NA.

そこで解像度を上げるために、プロセス定数k1(k1=解像線幅×投影光学系の開口数/露光光の波長)の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明による方法(斜入射照明法とも称する。)と呼ばれる方法などがある。変形照明による投影露光には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明(Annularとも称する。)、二重極(ダイポール:Dipoleとも称する。)の瞳フィルタを用いた二重極照明および四重極(クロスクワド:Cquadとも称する。)の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。 Therefore, in order to increase the resolution, a super-resolution technique for miniaturization by reducing the value of process constant k 1 (k 1 = resolution line width × numerical aperture of projection optical system / exposure light wavelength) has recently been proposed. Has been. As such a super-resolution technique, a method of optimizing the mask pattern by giving an auxiliary pattern or a line width offset to the mask pattern according to the characteristics of the exposure optical system, or a method using modified illumination (also called a grazing incidence illumination method). ) And so on. For projection exposure using modified illumination, usually, annular illumination using a pupil filter (also referred to as Annular), dipole illumination using a dipole (also referred to as Dipole) pupil filter, and quadrupole. Quadrupole illumination using a pupil filter (also referred to as cross quad: Cquad) is used.

補助パターンを用いる方法は、ウェハ上に転写されるパターン(以後、主パターンと称する。)の近傍に、投影光学系の解像限界以下であってウェハ上には転写されないパターン(以後、補助パターンと称する。)を配置し、主パターンの解像度と焦点深度を向上させる効果を有するフォトマスクを用いるリソグラフィ方法である(例えば、特許文献1参照。)。補助パターンはSRAF(Sub Resolution Assist Feature)とも呼ばれている(以後、本発明では補助パターンをSRAFとも称する。)。   In the method using the auxiliary pattern, a pattern (hereinafter referred to as an auxiliary pattern) that is not transferred onto the wafer and is below the resolution limit of the projection optical system in the vicinity of a pattern transferred on the wafer (hereinafter referred to as a main pattern). And a lithography method using a photomask having an effect of improving the resolution and depth of focus of the main pattern (see, for example, Patent Document 1). The auxiliary pattern is also called SRAF (Sub Resolution Assist Feature) (hereinafter, the auxiliary pattern is also called SRAF in the present invention).

しかしながら、半導体素子パターンの微細化に伴って、補助パターンを有するフォトマスクはマスク製作上で困難な点が生じてきた。まず、補助パターンは上述のようにそれ自身結像しないことが必要であり、主パターンの寸法よりも微小な寸法でなければならない点が挙げられる。その結果、主パターン寸法の微細化に伴い、求められる補助パターンの線幅寸法は数100nmからさらに微小な寸法へと微小化しており、製作上の限界の域に近づきつつある。例えば、ウェハ上で65nm線幅の半導体素子を形成する場合、そのマスク(通常4倍体のパターンを有するレチクル)上の主パターンの線幅寸法は光近接効果補正(OPC)などが加わり、200nm〜400nm程度で形成されているのに対し、補助パターンの線幅寸法は120nm以下となり、マスク作製が極めて難しくなる。上記のように、ハーフピッチ65nm以下のパターンを転写する露光条件では、補助パターンの寸法がマスク製造上の大きな問題となっている。   However, with the miniaturization of the semiconductor element pattern, the photomask having the auxiliary pattern has been difficult in mask manufacturing. First, it is necessary that the auxiliary pattern does not form an image as described above, and the auxiliary pattern must have a size smaller than that of the main pattern. As a result, with the miniaturization of the main pattern dimension, the line width dimension of the required auxiliary pattern has been miniaturized from several hundred nm to a further minute dimension, and is approaching the limit of production. For example, when a 65 nm line width semiconductor device is formed on a wafer, the line width dimension of the main pattern on the mask (usually a reticle having a tetraploid pattern) is subjected to optical proximity correction (OPC) or the like, and 200 nm. Whereas the auxiliary pattern has a line width dimension of 120 nm or less, it is extremely difficult to manufacture a mask. As described above, under the exposure conditions for transferring a pattern having a half pitch of 65 nm or less, the dimension of the auxiliary pattern is a big problem in mask manufacturing.

さらに、ハーフピッチ65nm以下のパターンを転写するマスクの転写特性としては、後述するように、ハーフトーンマスクの方がバイナリマスクよりも良好な転写像が得られる場合が多いので、補助パターンを有するマスクをハーフトーンマスクの構造とする要望も強く、補助パターンを有するハーフトーンマスクも提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3、非特許文献1参照。)。しかし、ハーフトーンマスクは転写特性から、通常、マスクパターン寸法にマイナス側のバイアスが入るので、ハーフトーンマスクとして半透明膜で形成された補助パターンの寸法は、遮光膜のみで形成されたバイナリマスクの補助パターンの寸法よりも小さい値が求められる。半導体素子のハーフピッチ45nmから32nmの世代では、半導体のデザインや露光条件によってはマスク線幅で60nm以下の補助パターン寸法が要求されるまでになっている。   Furthermore, as a transfer characteristic of a mask for transferring a pattern with a half pitch of 65 nm or less, a halftone mask often provides a better transfer image than a binary mask, as will be described later. There is also a strong demand for a halftone mask structure, and halftone masks having auxiliary patterns have also been proposed (see, for example, Patent Document 2, Patent Document 3, and Non-Patent Document 1). However, because of the transfer characteristics of a halftone mask, a negative bias is normally applied to the mask pattern dimension, so the dimension of the auxiliary pattern formed with a semi-transparent film as a halftone mask is a binary mask formed only with a light-shielding film. A value smaller than the dimension of the auxiliary pattern is required. In the generation of semiconductor devices with a half pitch of 45 nm to 32 nm, an auxiliary pattern dimension of 60 nm or less in mask line width is required depending on the semiconductor design and exposure conditions.

また、補助パターンの微細化に伴い、洗浄などのマスク製造工程において、あるいは露光装置で使用中に汚れたマスクを再洗浄する場合において、従来の補助パターンを設けたハーフトーンマスクは、補助パターンのアスペクト比(パターン高さ/パターン幅)が1に近づき、補助パターンの一部が欠けたり、補助パターンが基板表面から剥がれたり、補助パターンがその線幅方向へ倒れたりする現象が発生するという問題も生じていた。   In addition, with the miniaturization of auxiliary patterns, halftone masks provided with conventional auxiliary patterns are used in mask manufacturing processes such as cleaning, or when re-cleaning a mask that has become dirty during use in an exposure apparatus. The aspect ratio (pattern height / pattern width) approaches 1 and a part of the auxiliary pattern is missing, the auxiliary pattern is peeled off from the substrate surface, or the auxiliary pattern falls in the line width direction. Also occurred.

特許文献2には、ハーフトーンマスクによる補助パターンの微細化への対応として、半透明パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、かつ半透明補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光には50度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にするフォトマスクが提案されている。図24は、特許文献2に示されたフォトマスクの平面図(同図(a))、縦断面図(同図(b))である。特許文献2によるフォトマスクは、主パターンであるラインパターンの近傍に設けた補助パターンを主パターンと同寸法で形成することも可能にしている。   In Patent Document 2, as a countermeasure for miniaturization of an auxiliary pattern by a halftone mask, a phase difference of 180 degrees is generated between light transmitted through a translucent pattern and light transmitted through a transparent region of a transparent substrate, and translucent. There has been proposed a photomask that causes a predetermined phase difference of less than 50 degrees between light transmitted through the auxiliary pattern and light transmitted through the transparent region of the transparent substrate to flatten the focus characteristics of the translucent pattern. FIG. 24 is a plan view (FIG. 24A) and a longitudinal sectional view (FIG. 24B) of the photomask disclosed in Patent Document 2. The photomask according to Patent Document 2 makes it possible to form an auxiliary pattern provided in the vicinity of a line pattern as a main pattern with the same dimensions as the main pattern.

特許文献2に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、図24に示すように、主パターン1である半透明パターンの線幅がウェハ上で0.3μmのラインパターン、半透明補助パターン2が主パターン1の左右に同じ線幅のラインパターンで設けられたマスクで、主パターン1は半透明膜302上にさらに透明膜304を成膜して重ねて2層構成とし、2層膜よりなる半透明主パターン1を透過する光と透明基板301の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、一方、半透明補助パターン2を透過する光と透明基板301の透明領域を透過する光に50度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にしたマスクである。   As shown in FIG. 24, the halftone mask having the auxiliary pattern described in Patent Document 2 is a line pattern in which the line width of the semitransparent pattern as the main pattern 1 is 0.3 μm on the wafer, and the semitransparent auxiliary pattern 2. Is a mask provided with a line pattern of the same line width on the left and right of the main pattern 1, and the main pattern 1 has a two-layer structure in which a transparent film 304 is further stacked on the semitransparent film 302 to form a two-layer structure. A phase difference of 180 degrees is generated between the light transmitted through the semi-transparent main pattern 1 and the light transmitted through the transparent area of the transparent substrate 301, while the light transmitted through the semi-transparent auxiliary pattern 2 and the transparent area of the transparent substrate 301 are This is a mask in which a predetermined phase difference in a range smaller than 50 degrees is generated in transmitted light, and the focus characteristics of a semitransparent pattern are flattened.

特開平7−140639号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-140639 特許第2953406号Patent No. 2953406 特開2003−302739号公報JP 2003-302739 A

N.V.Lafferty,et al.,Proc.of SPIE Vol.5377,381−392(2004)N. V. Laffety, et al. , Proc. of SPIE Vol. 5377, 381-392 (2004)

しかしながら、特許文献2に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、露光光源に水銀灯のi線(365nm)あるいはKrFエキシマレーザ(248nm)を用い、投影光学系の開口数NAが0.6と小さく、ウェハ上のパターン寸法が0.3〜0.35μmのサブミクロン単位の半導体素子を対象とした世代のマスクであり、現在実用化が進められているArFエキシマレーザを露光光源とし、NAを1以上、望ましくは1.3〜1.35前後の高NAの露光装置に用いられ、ウェハ上のパターン寸法がハーフピッチ65nm以下、さらには45nm、32nmの半導体素子用のマスクとして用いるには、次のような問題があった。   However, the halftone mask having the auxiliary pattern described in Patent Document 2 uses a mercury lamp i-line (365 nm) or a KrF excimer laser (248 nm) as an exposure light source, and the numerical aperture NA of the projection optical system is 0.6. It is a generation mask for small, sub-micron semiconductor devices with a pattern size on the wafer of 0.3 to 0.35 μm. The ArF excimer laser, which is currently in practical use, is used as an exposure light source, and NA In order to use it as a mask for a semiconductor element having a pattern size on a wafer of 65 nm or less, and further 45 nm and 32 nm, which is used in an exposure apparatus having a high NA of 1 or more, preferably around 1.3 to 1.35, There were the following problems.

すなわち、プロセス定数k1が小さくなるに従い、主パターンの解像性を向上させるために変形照明が用いられるが、それに伴い補助パターンも解像しやすくなってしまうという問題があった。さらに変形照明の斜め入射照射により、マスク基板面に垂直方向のマスクの厚みによる立体的な効果(マスクの3次元効果)で補助パターンが転写対象面に解像しやすくなるという問題が生じてきた。特許文献2に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、たとえ主パターンの位相差が所定の範囲内であっても、3次元効果により補助パターンが解像してしまい、しかもデフォーカスに対して寸法変動が非対称になり、転写画像の品質が低下して実用に適しないという問題が生じていた。 That is, as the process constant k 1 becomes smaller, modified illumination is used to improve the resolution of the main pattern, but there is a problem that the auxiliary pattern is also easily resolved. Furthermore, the oblique illumination of the modified illumination causes a problem that the auxiliary pattern can be easily resolved on the transfer target surface due to a three-dimensional effect (a three-dimensional effect of the mask) due to the thickness of the mask perpendicular to the mask substrate surface. . In the halftone mask having the auxiliary pattern described in Patent Document 2, the auxiliary pattern is resolved by the three-dimensional effect even if the phase difference of the main pattern is within a predetermined range, and further against defocusing. As a result, the dimensional variation becomes asymmetrical, and the quality of the transferred image is lowered, which is not suitable for practical use.

また、特許文献2、特許文献3および非特許文献1に記載されたフォトマスクは、いずれも主パターンのみが透明基板側の下層に半透明膜、上層に遮光膜あるいは下層と異なる材質の半透明膜または透明膜を重ねた2層構造としており、半透明膜の補助パターンを有するフォトマスクの製造においては、主パターンの成膜工程がいずれも2回必要となり、製造工程が複雑になるという問題があった。さらに、特許文献2に記載のフォトマスクの製造においては、パターン微細化とともに、透明基板上に形成された第1のパターンと次に形成する第2のパターンとの位置合わせが難しくなり、主パターンと補助パターンとの間のスペースをアライメントずれを考慮した値(通常、200nm程度)以上にとる必要があり、補助パターン幅を主パターン幅と同じにすることがパターンの微細化とともに困難になるという問題があった。   Further, the photomasks described in Patent Document 2, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 all have only a main pattern of a translucent film on the lower layer on the transparent substrate side, a light-shielding film on the upper layer, or a translucent material different from the lower layer. In the production of a photomask having an auxiliary pattern of a semi-transparent film, which has a two-layer structure in which films or transparent films are stacked, the main pattern film forming process is required twice, which complicates the manufacturing process. was there. Furthermore, in the manufacture of the photomask described in Patent Document 2, it is difficult to align the first pattern formed on the transparent substrate and the second pattern to be formed next, along with the pattern miniaturization. The space between the auxiliary pattern and the auxiliary pattern must be greater than the value considering the misalignment (usually about 200 nm), and it becomes difficult to make the auxiliary pattern width the same as the main pattern width as the pattern becomes finer. There was a problem.

上記のように、半導体素子パターンの微細化に伴って、補助パターンを設けたハーフトーンマスクが強く求められてはいるものの、従来の補助パターンを設けたフォトマスクは、ハーフピッチ65nm以下、さらには45nm、32nmの半導体素子用のマスクとしての微細化に対応しておらず、またその製造は困難となっているという問題があった。   As described above, with the miniaturization of semiconductor element patterns, a halftone mask provided with an auxiliary pattern is strongly demanded, but a photomask provided with a conventional auxiliary pattern has a half pitch of 65 nm or less, and further There is a problem that it is not compatible with miniaturization as a mask for semiconductor elements of 45 nm and 32 nm, and its manufacture is difficult.

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるマスクとして、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちながら、補助パターンを解像させず、補助パターンの欠けや倒れを抑制し、主パターンのコントラストの高い転写画像を形成できる補助パターンを有するハーフトーンマスクおよびその製造方法を提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to use an ArF excimer laser as an exposure light source, and as a mask used for projection exposure by modified illumination, while maintaining the effect of expanding the depth of focus as an auxiliary pattern, without resolving the auxiliary pattern, It is an object to provide a halftone mask having an auxiliary pattern capable of suppressing a chipping and falling and forming a transfer image having a high contrast of a main pattern, and a manufacturing method thereof.

上記の課題を解決するために、本発明の請求項1の発明に係るフォトマスクは、ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクであって、前記主パターンと前記補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されており、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、かつ前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に70度〜115度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, a photomask according to the first aspect of the present invention is a photomask used for projection exposure by modified illumination using an ArF excimer laser as an exposure light source, wherein the photomask is a transparent substrate. A photomask provided on one main surface with a main pattern transferred to the transfer target surface by the projection exposure and an auxiliary pattern formed in the vicinity of the main pattern and not transferred to the transfer target surface, The main pattern and the auxiliary pattern are composed of a translucent film made of the same material, and cause a phase difference of 180 degrees between the light transmitted through the main pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate, and A predetermined phase difference in the range of 70 to 115 degrees is generated between the light transmitted through the auxiliary pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate. It is.

請求項2の発明に係るフォトマスクは、請求項1に記載のフォトマスクにおいて、前記補助パターンの膜厚が前記主パターンの膜厚よりも薄く、膜厚差が24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差であることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a photomask according to the first aspect, wherein the auxiliary pattern has a thickness smaller than that of the main pattern and a film thickness difference of 24 nm to 40 nm. It is a film thickness difference.

請求項3の発明に係るフォトマスクは、請求項2に記載のフォトマスクにおいて、前記膜厚差がドライエッチングにより形成されたことを特徴とするものである。   A photomask according to a third aspect of the present invention is the photomask according to the second aspect, wherein the film thickness difference is formed by dry etching.

請求項4の発明に係るフォトマスクは、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、 前記補助パターンの露光光透過率が15%〜29%の範囲の所定の透過率であることを特徴とするものである。   A photomask according to a fourth aspect of the present invention is the photomask according to any one of the first to third aspects, wherein the exposure light transmittance of the auxiliary pattern is within a range of 15% to 29%. It is characterized by the transmittance.

請求項5の発明に係るフォトマスクは、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、前記同一材料よりなる半透明膜が単層の半透明膜または2層の半透明膜よりなることを特徴とするものである。   A photomask according to a fifth aspect of the present invention is the photomask according to any one of the first to fourth aspects, wherein the translucent film made of the same material is a single-layer translucent film or two layers. It consists of a semi-transparent film.

請求項6の発明に係るフォトマスクは、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクの外周部に遮光領域が形成されていることを特徴とするものである。   A photomask according to a sixth aspect of the present invention is the photomask according to any one of the first to fifth aspects, wherein a light shielding region is formed in an outer peripheral portion of the photomask. Is.

請求項7の発明に係るフォトマスクは、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、前記単層の半透明膜がモリブデンシリサイド系材料の半透明膜であり、前記2層の半透明膜が前記透明基板上にクロム系材料の半透明膜、モリブデンシリサイド系材料の半透明膜を順に設けたことを特徴とするものである。   The photomask according to the invention of claim 7 is the photomask according to any one of claims 1 to 6, wherein the single-layer translucent film is a translucent film of molybdenum silicide-based material, The two-layer semi-transparent film is characterized in that a chromium-based material semi-transparent film and a molybdenum silicide-based material semi-transparent film are sequentially provided on the transparent substrate.

請求項8の発明に係るフォトマスクは、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とするものである。   A photomask according to an invention of claim 8 is the photomask according to any one of claims 1 to 7, wherein the main pattern and the auxiliary pattern are both line patterns, and the main pattern is It is an isolated pattern or a periodic pattern.

請求項9の発明に係るフォトマスクの製造方法は、ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法であって、(a)前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ180度となる膜厚とする工程と、(b)前記遮光膜上に第1のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、(c)前記第1のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第2のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、(d)前記第2のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、(e)前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせる工程と、を含むことを特徴とするものである。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a photomask manufacturing method that uses an ArF excimer laser as an exposure light source, is used for projection exposure by modified illumination, and is transferred onto a surface of a transparent substrate by a projection exposure onto a transfer target surface. And a supplementary pattern that is formed in the vicinity of the main pattern and is not transferred to the transfer target surface, comprising: (a) a translucent film on one main surface of the transparent substrate Forming a light-shielding film in order, and setting the film thickness so that the phase difference between the light transmitted through the translucent film and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate is approximately 180 degrees; and (b) on the light-shielding film Forming a first resist pattern, dry-etching the light-shielding film and the translucent film in order to form a main pattern portion and an auxiliary pattern portion, and (c) peeling off the first resist pattern, Next Forming a second resist pattern on the light shielding film, etching and removing the light shielding film of the auxiliary pattern portion; and (d) removing the second resist pattern, and then forming one of the transparent substrates. The auxiliary pattern portion is dry-etched on the entire main surface, and the auxiliary pattern portion has a film thickness at which the light transmitted through the auxiliary pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate have a predetermined phase difference in the range of 70 to 115 degrees. A step of dry-etching the semi-transparent film to form an auxiliary pattern, and (e) etching and removing the light-shielding film of the main pattern portion to form a main pattern, and the light transmitted through the main pattern and the transparent And a step of producing a phase difference of 180 degrees in the light transmitted through the transparent region of the substrate.

請求項10の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項9に記載のフォトマスクの製造方法において、工程(b)の前記半透明膜のドライエッチングが前記半透明膜の膜厚の途中までのハーフエッチングであることを特徴とするものである。   The photomask manufacturing method according to the invention of claim 10 is the photomask manufacturing method according to claim 9, wherein the dry etching of the semitransparent film in the step (b) is halfway through the film thickness of the semitransparent film. It is the half etching of this.

請求項11の発明に係るフォトマスクの製造方法は、ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法であって、(a)前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜が2層の半透明膜よりなり、前記透明基板側の下層の半透明膜が上層の半透明膜のエッチング停止層を兼ね、前記2層の半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ180度となる膜厚とする工程と、(b)前記遮光膜上に第1のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記2層の半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、(c)前記第1のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第2のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、(d)前記第2のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、(e)前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせる工程と、を含むことを特徴とするものである。   The photomask manufacturing method according to the invention of claim 11 is used for projection exposure with ArF excimer laser as an exposure light source, and is transferred to a transfer target surface by projection projection on one main surface of a transparent substrate. And a supplementary pattern that is formed in the vicinity of the main pattern and is not transferred to the transfer target surface, comprising: (a) a translucent film on one main surface of the transparent substrate A light-shielding film is formed in order, the semi-transparent film is composed of two semi-transparent films, and the lower semi-transparent film on the transparent substrate side also serves as an etching stopper layer of the upper semi-transparent film, A step of setting the film thickness so that the phase difference between the light transmitted through the transparent film and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate is approximately 180 degrees, and (b) forming a first resist pattern on the light shielding film, The light shielding film and the two layers. A step of dry-etching the transparent film in order to form a main pattern portion and an auxiliary pattern portion; (c) peeling off the first resist pattern, and then forming a second resist pattern on the light shielding film; (D) removing the second resist pattern, and then dry-etching the entire main surface of the transparent substrate to transmit the auxiliary pattern. The semi-transparent film of the auxiliary pattern portion is dry-etched to form a auxiliary pattern until the film thickness is such that the light to be transmitted and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate have a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees. And (e) etching and removing the light shielding film of the main pattern portion to form a main pattern. The light is transmitted through the main pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate. A step of generating a phase difference of, is characterized in that comprises a.

請求項12の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記補助パターンと前記主パターンとの膜厚差が、24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差であることを特徴とするものである。   The photomask manufacturing method according to the invention of claim 12 is the photomask manufacturing method according to any one of claims 9 to 11, wherein a film thickness difference between the auxiliary pattern and the main pattern is different. , And a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm.

請求項13の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記補助パターンを形成する工程(d)の後に、遮光領域用レジストパターンを形成し、前記主パターン上の遮光膜をドライエッチングして除去し主パターンを形成するとともに、前記フォトマスクの外周部に遮光領域を形成する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。   The photomask manufacturing method according to the invention of claim 13 is the photomask manufacturing method according to any one of claims 9 to 12, after the step (d) of forming the auxiliary pattern, Forming a resist pattern for a light shielding region, removing the light shielding film on the main pattern by dry etching to form a main pattern, and further forming a light shielding region on the outer periphery of the photomask. It is what.

本発明のフォトマスクによれば、補助パターンを有するハーフトーンマスクにおいて、補助パターン部分のみを薄膜化することで補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成することができる。補助パターン寸法を56nmから104nmと大きくしても補助パターン部は解像せず、かつ繰り返し端の主パターンの焦点深度拡大効果に悪影響はなく、補助パターンの寸法を従来の寸法の約2倍程度にまで大きくすることができ、補助パターンのアスペクト比を下げることにより、補助パターンの欠けや倒れが抑制される効果を奏する。また、本発明のフォトマスクは、半透明膜が単層の場合には、従来から使用されているハーフトーンマスク用マスクブランクスをそのまま用いることができ、マスクブランクス材料を変更する必要がないため、補助パターンを用いないハーフトーンマスクに対し、マスクブランクスの互換性を確保することができ、マスクの品質維持とマスクコストの低減が可能となる。   According to the photomask of the present invention, in a halftone mask having an auxiliary pattern, it is possible to form a transfer image with high contrast while maintaining the effect of expanding the depth of focus as the auxiliary pattern by thinning only the auxiliary pattern portion. it can. Even if the auxiliary pattern size is increased from 56 nm to 104 nm, the auxiliary pattern portion is not resolved, and there is no adverse effect on the focal depth expansion effect of the main pattern at the repeated end, and the auxiliary pattern size is about twice that of the conventional size. By reducing the aspect ratio of the auxiliary pattern, it is possible to suppress the auxiliary pattern from being chipped or fallen. Further, in the case of the photomask of the present invention, when the translucent film is a single layer, the conventionally used halftone mask blanks can be used as they are, and it is not necessary to change the mask blanks material. Mask blank compatibility can be ensured for a halftone mask that does not use an auxiliary pattern, and mask quality can be maintained and mask cost can be reduced.

本発明のフォトマスクの製造方法によれば、主パターンおよび補助パターンが、同一材料からなる半透明膜で構成されるので半透明膜の成膜工程が容易であり、半透明膜が単層の場合には、従来から使用されているハーフトーンマスク用マスクブランクスをそのまま用いることができ、マスクブランクス材料を変更する必要がないため、マスク製造コストを低減できる。補助パターン幅を主パターンより小さくすることにより、主パターンと補助パターンとの間のスペースをより広くし、透明基板上に形成された第1のパターンと次に形成する第2のパターンとのアライメントずれの余裕度を上げた製造方法とすることができ、マスク製造の難度を上げずにパターンの転写特性を改善するフォトマスクを得ることができる。   According to the photomask manufacturing method of the present invention, since the main pattern and the auxiliary pattern are composed of a translucent film made of the same material, the process of forming the translucent film is easy, and the translucent film is a single layer. In this case, mask blanks for halftone masks that have been conventionally used can be used as they are, and it is not necessary to change the mask blank material, so that the mask manufacturing cost can be reduced. By making the auxiliary pattern width smaller than the main pattern, the space between the main pattern and the auxiliary pattern is made wider, and the alignment between the first pattern formed on the transparent substrate and the second pattern to be formed next is performed. It is possible to obtain a photomask that can improve the pattern transfer characteristics without increasing the difficulty of mask manufacture, and a manufacturing method that increases the margin of deviation.

本発明の補助パターンを有するハーフトンマスクの一実施形態を示す部分断面模式図である。It is a partial section schematic diagram showing one embodiment of a halftone mask which has an auxiliary pattern of the present invention. 本発明の補助パターンを有するハーフトンマスクの他の実施形態を示す部分断面模式図である。It is a fragmentary sectional schematic diagram which shows other embodiment of the halftone mask which has an auxiliary pattern of this invention. 本発明のハーフトーンマスクの評価に用いたCquad瞳フィルタで、同図(a)はCquadの平面模式図、同図(b)はCquadを用いてマスクに露光光を照射したときの斜視模式図である。The Cquad pupil filter used for the evaluation of the halftone mask of the present invention, (a) is a schematic plan view of Cquad, and (b) is a schematic perspective view when exposure light is irradiated to the mask using Cquad. It is. 本発明のハーフトーンマスクにおいて用いた評価パターンと、評価パターンの位置と光強度との関係を示す空間像の図である。It is a figure of the aerial image which shows the relationship between the evaluation pattern used in the halftone mask of this invention, and the position and light intensity of an evaluation pattern. SRAFのCDを変えたとき、SRAF膜厚差とSRAFの光強度/スライスレベルとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between SRAF film thickness difference and SRAF light intensity / slice level when the SRAF CD is changed. SRAFのCDを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインCDとデフォーカスとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the line CD of the main pattern edge on a wafer, and defocusing, when CD of SRAF is changed. 本発明のフォトマスクの製造方法の第1の実施形態を示す工程断面模式図である。It is process cross-sectional schematic diagram which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the photomask of this invention. 本発明のフォトマスクの製造方法の第2の実施形態を示す工程断面模式図である。It is process cross-sectional schematic diagram which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the photomask of this invention. 本発明のフォトマスクの製造方法の第3の実施形態を示す工程断面模式図である。It is process cross-sectional schematic diagram which shows 3rd Embodiment of the manufacturing method of the photomask of this invention. 本発明のフォトマスクの製造方法の第4の実施形態を示す工程断面模式図である。It is process cross-sectional schematic diagram which shows 4th Embodiment of the manufacturing method of the photomask of this invention. 従来のフォトマスクの製造方法の一実施形態を示す工程断面模式図である。It is process cross-sectional schematic diagram which shows one Embodiment of the manufacturing method of the conventional photomask. 図3に示す実施形態において、SRAFのエッチング量(マスク上)とSRAF CD(ウェハ上の寸法)との関係を示す図である。In the embodiment shown in FIG. 3, it is a figure which shows the relationship between the etching amount (on a mask) of SRAF, and SRAF CD (dimension on a wafer). 図3に示す実施形態において、SRAFエッチング量誤差が主パターンCDへ与える影響について示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the influence of an SRAF etching amount error on a main pattern CD in the embodiment shown in FIG. 3. 図3に示す実施形態において、SRAFエッチング量を変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンCDとデフォーカス(Defocus)との関係を示す図である。In the embodiment shown in FIG. 3, it is a figure which shows the relationship between main pattern CD of the repetition edge on a wafer, and a defocus (Defocus) when SRAF etching amount is changed. 図3に示す実施形態において、SRAFエッチング量を変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンの光強度分布を示す図である。In the embodiment shown in FIG. 3, it is a figure which shows the light intensity distribution of the main pattern of the repetition edge on a wafer when SRAF etching amount is changed. シミュレーションに用いたQuasar瞳フィルタの平面模式図(a)と、Quasarを用いてマスクに露光光を照射したときの斜視模式図(b)と、マスクパターン194の平面模式図(c)である。FIG. 6 is a schematic plan view (a) of a QUASAR pupil filter used in the simulation, a schematic perspective view (b) when the mask is irradiated with exposure light using QUASAR, and a schematic plan view (c) of the mask pattern 194. 図16に示す実施形態において、SRAFのエッチング量(マスク上)とSRAF CD(ウェハ上の寸法)との関係を示す図である。In the embodiment shown in FIG. 16, it is a figure which shows the relationship between the etching amount (on a mask) of SRAF, and SRAF CD (dimension on a wafer). 図16に示す実施形態において、マスク上のSRAFのエッチング量誤差がウェハ上の主パターンCD誤差へ与える影響について示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an influence of an SRAF etching amount error on a mask on a main pattern CD error on a wafer in the embodiment illustrated in FIG. 16. 図16に示す実施形態において、SRAFエッチング量を変えたときの主パターンCDとデフォーカスとの関係を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a main pattern CD and defocus when the SRAF etching amount is changed in the embodiment shown in FIG. 16. 従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、マスクCDとNILSとの関係を示す。In the conventional halftone mask and binary mask, the relationship between mask CD and NILS is shown. 従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、マスクCDとMEEFとの関係を示す。In the conventional halftone mask and binary mask, the relationship between mask CD and MEEF is shown. 従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、マスクCDと露光余裕度を示す図である。It is a figure which shows mask CD and exposure margin in the conventional halftone mask and binary mask. 従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、ウェハ上でのSRAFのCDに対して、光強度閾値のスライスレベルに対するSRAF部光強度の比を示す図である。It is a figure which shows ratio of SRAF part light intensity with respect to the slice level of a light intensity threshold value with respect to CD of SRAF on a wafer in the conventional halftone mask and binary mask. 特許文献2に記載の従来の半透明補助パターンを有するフォトマスクの平面図および縦断面図である。It is the top view and longitudinal cross-sectional view of the photomask which has the conventional semi-transparent auxiliary pattern of patent document 2. FIG.

本発明のフォトマスクは、ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるマスクであり、好ましくはウェハ上のハーフピッチが65nm以下、さらには45nm、32nmの微細な半導体素子形成に用いられることを対象とするマスクである。   The photomask of the present invention is a mask used for projection exposure with ArF excimer laser as an exposure light source, preferably for forming fine semiconductor elements with a half pitch on the wafer of 65 nm or less, and further 45 nm and 32 nm. It is a mask intended to be used.

(従来のハーフトーンマスクの転写特性)
本発明について述べる前に、まず本発明の対象としている補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性について説明する。本発明者は、ウェハ上にハーフピッチ45nm以下の細密パターンを形成するための補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性を、従来のハーフトーンマスクを用いてバイナリマスクと比較しながらシミュレーションにより調べた。
(Transfer characteristics of conventional halftone mask)
Before describing the present invention, first, the transfer characteristics of a halftone mask having an auxiliary pattern which is the subject of the present invention will be described. The inventor investigated the transfer characteristics of a halftone mask having an auxiliary pattern for forming a fine pattern with a half pitch of 45 nm or less on a wafer by simulation while comparing with a binary mask using a conventional halftone mask. .

従来、マスクパターンの転写特性の評価は、マスクパターンの平面的な特性を主にして、透過率や位相差で表現する方法により予測されていた。近年は、フォトマスクの転写特性の評価に、コントラストあるいはNILS(Normalized Image Log-Slope:正規化画像対数勾配)、およびMEEF(Mask Error Enhancement Factor:マスク誤差増大因子)などの指標が用いられている。まず、NILSとMEEFを用いてマスクの転写特性を評価した。   Conventionally, the evaluation of the transfer characteristics of a mask pattern has been predicted by a method of expressing the planar characteristics of the mask pattern mainly by transmittance and phase difference. In recent years, indices such as contrast or NILS (Normalized Image Log-Slope) and MEEF (Mask Error Enhancement Factor) are used for evaluation of transfer characteristics of a photomask. . First, the transfer characteristics of the mask were evaluated using NILS and MEEF.

NILSは、下記の数式(1)で表される。NILSの値が大きいと、光学像は急峻となりレジストパターンの寸法制御性は向上する。一般的に、NILSは2以上が好ましいが、半導体素子の微細化に伴い、1.5程度以上でも解像するようなレジストプロセスが求められてきている。ここで、Wは所望のパターン寸法、IthはWを与える光強度の閾値、(dI/dx)は空間像の勾配である。
NILS=(dI/dx)/(W×Ith) …(1)
NILS is expressed by the following mathematical formula (1). When the value of NILS is large, the optical image becomes steep and the dimensional controllability of the resist pattern is improved. In general, NILS is preferably 2 or more, but with the miniaturization of semiconductor elements, there is a demand for a resist process that can resolve even about 1.5 or more. Here, W is a desired pattern dimension, I th is a threshold value of light intensity giving W, and (dI / dx) is a gradient of the aerial image.
NILS = (dI / dx) / (W × I th ) (1)

MEEFは、下記の数式(2)で表されており、マスク寸法変化量(ΔマスクCD)に対するウェハ上のパターン寸法変化量(ΔウェハCD)の比で示される。CDはマスクやウェハの重要な寸法(Critical Dimension)を示す。数式(2)の数値4はマスクの縮小比であり、一般的な4倍マスクを用いた場合を例示している。数式(2)が示すように、MEEFの値は小さい方(1付近)が、マスクパターンがウェハパターンにより忠実に転写されることになり、MEEFの値が小さくなればウェハ製造歩留りが向上し、その結果、ウェハ製造に用いるマスク製造歩留りも向上することになる。
MEEF=ΔウェハCD/ΔマスクCD/4 …(2)
MEEF is expressed by the following mathematical formula (2), and is represented by the ratio of the pattern dimension change amount (Δwafer CD) on the wafer to the mask dimension change amount (Δmask CD). CD indicates the critical dimension of the mask or wafer. The numerical value 4 in the formula (2) is a reduction ratio of the mask, and illustrates a case where a general quadruple mask is used. As shown in Equation (2), the smaller the MEEF value (near 1), the mask pattern is faithfully transferred to the wafer pattern. If the MEEF value decreases, the wafer manufacturing yield improves. As a result, the mask manufacturing yield used for wafer manufacturing is also improved.
MEEF = Δwafer CD / Δmask CD / 4 (2)

本発明においては、マスクパターンの転写特性を見積もるためのシミュレーション・ソフトウェアとして、EM−Suite(商品名:Panoramic Technology社製)を用いた。主なシミュレーション条件は、ArFエキシマレーザ(193nm)を照明光源とし、NAは1.35、変形照明として、図3に示すCquad瞳フィルタ31を用いた。同図(a)はCquad31の平面模式図、同図(b)はCquad31を用いてマスク33に露光光を照射したときの斜視模式図である。Cquad31は、扇状光透過部の開口角35度、外径0.9、内径0.7(瞳フィルタの半径を1とする)とした。マスク33としては、従来の一般的なモリブデンシリサイド系の露光波長193nmにおける透過率6%のハーフトーンマスク(6%ハーフトーンと記す)と、比較のためのモリブデンシリサイド系のバイナリマスクを用いた。ウェハ上のターゲットライン寸法は45nm、パターンはピッチ90nm(ハーフピッチ45nm)のライン/スペース繰り返しパターンとした。   In the present invention, EM-Suite (trade name: manufactured by Panoramic Technology) was used as simulation software for estimating the transfer characteristics of the mask pattern. As main simulation conditions, an ArF excimer laser (193 nm) was used as an illumination light source, NA was 1.35, and modified illumination was used with a Cquad pupil filter 31 shown in FIG. FIG. 4A is a schematic plan view of the Cquad 31, and FIG. 4B is a schematic perspective view when the mask 33 is irradiated with exposure light using the Cquad 31. FIG. Cquad 31 had an opening angle of the fan-shaped light transmission part of 35 degrees, an outer diameter of 0.9, and an inner diameter of 0.7 (the radius of the pupil filter is 1). As the mask 33, a conventional half-tone mask of 6% transmittance (denoted as 6% half-tone) at an exposure wavelength of 193 nm of a general molybdenum silicide type and a molybdenum silicide type binary mask for comparison are used. The target line dimension on the wafer was 45 nm, and the pattern was a line / space repetitive pattern with a pitch of 90 nm (half pitch 45 nm).

図20、図21は、従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、上記のシミュレーションにより得られたウェハ上の転写ターゲット寸法45nmにおけるマスクバイアスと転写特性との関係を示す図であり、図20はNILS、図21はMEEFについてマスクCDとの関係を示す。   20 and 21 are diagrams showing the relationship between the mask bias and transfer characteristics at a transfer target size of 45 nm on the wafer obtained by the above simulation in the conventional halftone mask and binary mask, and FIG. FIG. 21 shows the relationship between MEEF and mask CD.

図20が示すNILSにおいては、ハーフトーンマスクでは、マスクバイアスをマイナス側にしてラインパターン寸法を細らせたマスクCD32nm〜44nm(ウェハ上)において、NILSは最大値を示す。一方、バイナリマスクでは、マスクバイアスをプラス側にしてラインパターン寸法を太らせるほどNILSが上がる傾向を示す。   In the NILS shown in FIG. 20, in the halftone mask, the NILS shows the maximum value in the masks CD 32 nm to 44 nm (on the wafer) with the mask bias set to the negative side and the line pattern dimension reduced. On the other hand, in the binary mask, the NILS tends to increase as the mask pattern is increased on the positive side and the line pattern size is increased.

図21に示すMEEFにおいては、ハーフトーンマスク、バイナリマスクのいずれもマスクバイアスをマイナスにしてラインパターン寸法を細らせるほど、MEEFが小さくなるが、ハーフトーンマスクの方がバイナリマスクよりもより小さい値を示し、より好ましい。   In the MEEF shown in FIG. 21, both the halftone mask and the binary mask have a smaller MEEF as the line pattern size is reduced by reducing the mask bias, but the halftone mask is smaller than the binary mask. Value, more preferred.

図20、図21より、ハーフトーンマスクでは、最大NILSと最小MEEFのマスクCDがほぼ一致している。一方、バイナリマスクでは、NILSとMEEFが相反する関係にあり、一方の特性を良くしようとすると他方の特性が悪くなることが判る。このことは、ハーフピッチ45nm以下のパターン形成には、バイナリマスクよりもハーフトーンマスクの方が適していることを示している。したがって、本発明において説明するように、ハーフピッチ45nm以下のパターン形成用のフォトマスクとしてハーフトーンマスクを使用するのは好ましい選択の一つである。   20 and 21, in the halftone mask, the maximum NILS and the minimum MEEF mask CD substantially coincide. On the other hand, in the binary mask, NILS and MEEF are in a contradictory relationship, and it is understood that if one characteristic is improved, the other characteristic is deteriorated. This indicates that a halftone mask is more suitable than a binary mask for pattern formation with a half pitch of 45 nm or less. Therefore, as described in the present invention, it is one of the preferred choices to use a halftone mask as a photomask for pattern formation with a half pitch of 45 nm or less.

図22は、従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクのマスクCDと露光余裕度(Exposure Latitude、露光寛容度ともいう。)を示す図である。露光余裕度は良好なレジスト寸法・形状を得るための露光マージンを示す値である。ここで、露光余裕度は焦点面が±50nmの範囲でずれ、主パターンマスクCDが±2.5nmの範囲でずれた場合に、ウェハ転写CDの誤差が±3.8nm以下となる条件で評価した。ここでマスクCDはウェハ上に換算されているので、転写される主パターンのマスクCDを示す。図22において、ハーフトーンマスク(図中の点線)はマスクCDが32nmのときに露光余裕度が最良の値8.3%を示し、マスクCDが40nmのときにはバイナリマスク(実線)と同じ露光余裕度となる。一方、バイナリマスクは、マスクCDが46nmのときに露光余裕度が最良の値7%を示すが、ハーフトーンマスクに比べると露光余裕度は小さい。   FIG. 22 is a diagram showing a conventional halftone mask and binary mask mask CD and exposure latitude (also referred to as exposure latitude). The exposure margin is a value indicating an exposure margin for obtaining a good resist size / shape. Here, the exposure margin is evaluated under the condition that the error of the wafer transfer CD is ± 3.8 nm or less when the focal plane is shifted within a range of ± 50 nm and the main pattern mask CD is shifted within a range of ± 2.5 nm. did. Here, since the mask CD is converted on the wafer, the mask CD of the main pattern to be transferred is shown. In FIG. 22, the halftone mask (dotted line in the figure) shows the best exposure margin of 8.3% when the mask CD is 32 nm, and the same exposure margin as the binary mask (solid line) when the mask CD is 40 nm. Degree. On the other hand, the binary mask shows the best exposure margin of 7% when the mask CD is 46 nm, but the exposure margin is smaller than that of the halftone mask.

図4は、本発明において用いた評価パターン(同図(a))と、評価パターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図(同図(b))である。評価パターンは、主パターンとしてハーフピッチ45nmのライン/スペースが9本、端の主パターンの解像性を向上するために、主パターンの両端にSRAFが2本(SRAFのハーフピッチは主パターンと同じ)入れて一組とし、400nmのスペースを挟んだ繰り返しパターンである。主パターン、SRAFともに上記の6%ハーフトーンである。   FIG. 4 is an evaluation pattern (FIG. 4 (a)) used in the present invention and an aerial image diagram (FIG. 4 (b)) showing the light intensity corresponding to the position of the evaluation pattern. The evaluation pattern has nine lines / spaces with a half pitch of 45 nm as the main pattern, and two SRAFs at both ends of the main pattern in order to improve the resolution of the main pattern at the end (the half pitch of SRAF is the same as the main pattern). The same pattern is repeated, with a 400 nm space in between. Both the main pattern and SRAF are the above 6% halftone.

次に、補助パターンを有するハーフトーンマスクにおいて、ライン/スペースパターンの端の補助パターン(SRAF)の転写性について説明する。図4では、横軸に主パターンとSRAFの一組のパターンの位置、縦軸にパターンがない透過部の光強度を1としたときの規格化した光強度を示しており、図中の横実線で示すスライスレベルは、規格化された光強度閾値である。主マスクパターンの寸法によってスライスレベルは変わる。図中に矢印で示すSRAF部の最小光強度がスライスレベルよりも下がると、SRAFがウェハ上に解像してしまうことを意味する。   Next, the transferability of the auxiliary pattern (SRAF) at the end of the line / space pattern in the halftone mask having the auxiliary pattern will be described. In FIG. 4, the horizontal axis shows the position of a pair of patterns of the main pattern and SRAF, and the vertical axis shows the normalized light intensity when the light intensity of the transmission part having no pattern is 1. A slice level indicated by a solid line is a standardized light intensity threshold. The slice level varies depending on the dimensions of the main mask pattern. If the minimum light intensity of the SRAF portion indicated by the arrow in the figure falls below the slice level, it means that the SRAF is resolved on the wafer.

図23は、従来技術に基づいて膜厚を一定とした場合のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおける、ウェハ上でのSRAFのCD(横軸)に対して、規格化された光強度閾値のスライスレベルに対するSRAF部の光強度の比(縦軸)を示す図である。ハーフトーンマスク(図中の三角点)は主パターンのCDが3通り(ウェハ上で32nm;36nm;40nm)の場合を示す。上記の比が1以下であるとSRAFは転写されてしまうので、SRAFが転写されないようにするには上記の比を1以上にしなければならない。図中に点線で示すハーフトーンマスクの主パターンCDが32nm(マスク上では128nm)のときには、前記露光余裕度は最良の値を示すが、SRAFのCDを14nm(マスク上では56nm)以下にしないとSRAFが解像してしまうことになり、マスク製造が困難であることがわかる。   FIG. 23 shows the slice level of the standardized light intensity threshold for the SRAF CD (horizontal axis) on the wafer in the halftone mask and binary mask when the film thickness is constant based on the prior art. It is a figure which shows ratio (vertical axis) of the light intensity of the SRAF part with respect to. Halftone masks (triangular points in the figure) show the case where there are three main pattern CDs (32 nm; 36 nm; 40 nm on the wafer). If the above ratio is 1 or less, the SRAF is transferred. Therefore, in order to prevent the SRAF from being transferred, the above ratio must be 1 or more. When the main pattern CD of the halftone mask indicated by the dotted line in the figure is 32 nm (128 nm on the mask), the exposure margin shows the best value, but the SRAF CD is not less than 14 nm (56 nm on the mask). SRAF will be resolved, and it will be understood that the mask manufacturing is difficult.

上記は、SRAFを有する従来の6%ハーフトーンマスクを用いた場合のシミュレーション結果であり、シミュレーション上はマスク特性に優れていることが判るものの、SRAF寸法が極めて小さくなり、実際のマスク製造が困難である。   The above is a simulation result when a conventional 6% halftone mask having SRAF is used. Although it is understood that the mask characteristic is excellent in the simulation, the SRAF dimension becomes extremely small and actual mask manufacture is difficult. It is.

(本発明のフォトマスク)
次に、上記の結果を参考にしながら、本発明のフォトマスクおよびフォトマスクの製造方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。本発明においては、後述の主パターン間にSRAFがある場合を除いて、以下のマスクパターンの転写特性の説明では、上記の図3に示すCquad瞳フィルタ31を用い、シミュレーション・ソフトウェアとして、EM−Suite(商品名:Panoramic Technology社製)を用いた。主なシミュレーション条件は、ArFエキシマレーザ(193nm)を照明光源とし、NAは1.35である。評価パターンは、上記の図4(a)に示すパターンを用いている。
(Photomask of the present invention)
Next, referring to the above results, embodiments of the photomask and the photomask manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, except for the case where SRAF is present between main patterns described later, in the following description of the mask pattern transfer characteristics, the Cquad pupil filter 31 shown in FIG. Suite (trade name: manufactured by Panoramic Technology) was used. The main simulation conditions are ArF excimer laser (193 nm) as an illumination light source, and NA is 1.35. As the evaluation pattern, the pattern shown in FIG. 4A is used.

〔第1の実施形態〕
図1は、本発明のフォトマスクである補助パターンを有するハーフトーンマスクの第1の実施形態を示す部分断面模式図であり、ライン/スペースパターンを設けた場合を例示しており、合成石英基板などの透明基板11上に、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える単層の半透明膜で主パターン12が設けられ、主パターン12の近傍に主パターン12と同一材料よりなる単層の半透明膜で構成された補助パターン(SRAF)13が形成されたハーフトーンマスク10である。図1では、主パターン12、補助パターン13ともに2本、マスクパターンの一部しか例示していないが、もとよりこれに限定されるわけではない。主パターンは孤立パターンまたは周期パターンであってもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic view showing a first embodiment of a halftone mask having an auxiliary pattern which is a photomask of the present invention, illustrating a case where a line / space pattern is provided, and a synthetic quartz substrate A main pattern 12 is provided on a transparent substrate 11 such as a single-layer semi-transparent film that transmits exposure light at a predetermined transmittance and changes phase, and a single layer made of the same material as the main pattern 12 is provided in the vicinity of the main pattern 12. This is a halftone mask 10 on which an auxiliary pattern (SRAF) 13 composed of a semi-transparent film is formed. In FIG. 1, only two main patterns 12 and auxiliary patterns 13 and only a part of the mask pattern are illustrated, but the present invention is not limited to this. The main pattern may be an isolated pattern or a periodic pattern.

本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク10は、主パターン12を透過する光と透明基板11のパターンのない透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、かつ補助パターン13を透過する光と透明基板11の透明領域を透過する光に70度〜115度の範囲の所定の位相差を生じさせるように設定されている。主パターン12と補助パターン13の位相差を上記のように設定することにより、ハーフトーンマスク10は、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちながら、補助パターン13を解像させず、主パターン12のコントラストの高い転写画像を形成することができる。   The halftone mask 10 having the auxiliary pattern according to the present invention causes a phase difference of 180 degrees between the light transmitted through the main pattern 12 and the light transmitted through the transparent area without the pattern on the transparent substrate 11 and transmitted through the auxiliary pattern 13. And a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees is set between the transmitted light and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 11. By setting the phase difference between the main pattern 12 and the auxiliary pattern 13 as described above, the halftone mask 10 does not resolve the auxiliary pattern 13 while maintaining the focal depth expansion effect as the auxiliary pattern, and the main pattern 12. Transfer images with high contrast can be formed.

上記の位相差を生じさせるために、本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク10は、補助パターン13の膜厚が主パターン12の膜厚よりも薄く、膜厚差(以後、SRAF膜厚差という。)が24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差としている。上記の所定の膜厚差は、SRAF部を選択的にドライエッチングすることにより形成することができる。   In order to generate the above-described phase difference, the halftone mask 10 having the auxiliary pattern of the present invention has a film thickness of the auxiliary pattern 13 smaller than that of the main pattern 12, and a film thickness difference (hereinafter referred to as SRAF film thickness difference). Is a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm. The predetermined film thickness difference can be formed by selectively dry etching the SRAF part.

補助パターンを有するハーフトーンマスク10として、例えば、180度の位相差を生じさせる主パターンのArF露光光透過率を6%とすると、上記の70度〜115度の範囲の所定の位相差を生じさせる補助パターンのArF露光光透過率は15%〜29%の範囲の所定の透過率となる。   As the halftone mask 10 having the auxiliary pattern, for example, if the ArF exposure light transmittance of the main pattern causing a phase difference of 180 degrees is 6%, a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees is generated. The ArF exposure light transmittance of the auxiliary pattern to be made becomes a predetermined transmittance in the range of 15% to 29%.

図1に示す本発明のハーフトーンマスク10の主パターン12および補助パターン13を構成する半透明膜としては、材料として特に限定されるわけではないが、例えば、モリブデンシリサイド系材料であるモリブデンシリサイド酸化膜(MoSiO)、モリブデンシリサイド窒化膜(MoSiN)、モリブデンシリサイド酸化窒化膜(MoSiON)などの半透明膜が挙げられる。モリブデンシリサイド系半透明膜は、ハーフトーンマスク材料として実用されており、より好ましい材料である。   The translucent film constituting the main pattern 12 and the auxiliary pattern 13 of the halftone mask 10 of the present invention shown in FIG. 1 is not particularly limited as a material. For example, molybdenum silicide oxidation which is a molybdenum silicide material is used. Examples thereof include semitransparent films such as a film (MoSiO), a molybdenum silicide nitride film (MoSiN), and a molybdenum silicide oxynitride film (MoSiON). The molybdenum silicide-based translucent film is practically used as a halftone mask material and is a more preferable material.

半透明膜12の形成は、従来公知の方法が適用でき、例えばモリブデンシリサイド酸化膜(MoSiO)の場合は、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット(Mo:Si=1:2mol%)を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができ、数10nmの厚さに成膜される。   For forming the translucent film 12, a conventionally known method can be applied. For example, in the case of a molybdenum silicide oxide film (MoSiO), a mixed target of molybdenum and silicon (Mo: Si = 1: 2 mol%) is used. It can be formed by a reactive sputtering method in a mixed gas atmosphere with oxygen, and is formed to a thickness of several tens of nm.

主パターン12および補助パターン13を構成する半透明膜が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、CF4 、CHF3 、C2 6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエッチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。 When the translucent film constituting the main pattern 12 and the auxiliary pattern 13 is, for example, a translucent film of molybdenum silicide material, fluorine gas such as CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , or a mixed gas thereof Alternatively, dry etching can be performed by using a gas in which oxygen is mixed with these gases as an etching gas to form a pattern.

ここで、半透明膜がモリブデンシリサイド系材料の単層である場合、半透明膜をドライエッチングしてマスクパターンを形成する際に、通常、透明基板表面も僅かにエッチングされて掘り込まれる(図1には不図示)。本発明において、マスクパターンのない部分の透明基板表面の掘り込み深さは、0〜10nmの範囲の深さに制御するのが好ましい。掘り込み深さが10nmを超えるとマスク特性に良くない影響を生じてくる。そこで、本発明のハーフトーンマスクでは、透明基板表面のエッチング深さを0〜10nmの範囲の所定の深さに制御し、あらかじめこの深さを含めて位相差を設定するものである。以下の実施形態では、いずれのハーフトーンマスクもエッチングされる掘り込み深さを4nmとしているが、もとより0〜10nmの範囲であれば、他のエッチング深さを用いてもよい。   Here, when the translucent film is a single layer of molybdenum silicide-based material, when the translucent film is dry-etched to form a mask pattern, the surface of the transparent substrate is usually slightly etched and dug (see FIG. 1 (not shown). In the present invention, the digging depth of the surface of the transparent substrate where there is no mask pattern is preferably controlled to a depth in the range of 0 to 10 nm. If the digging depth exceeds 10 nm, the mask characteristics will be adversely affected. Therefore, in the halftone mask of the present invention, the etching depth of the transparent substrate surface is controlled to a predetermined depth in the range of 0 to 10 nm, and the phase difference including this depth is set in advance. In the following embodiments, the digging depth at which any halftone mask is etched is 4 nm, but other etching depths may be used as long as they are in the range of 0 to 10 nm.

本実施形態のハーフトーンマスクとしては、例えば、膜厚68nmのモリブデンシリサイドを半透明膜とした場合、主パターン(膜厚68nm)がArFエキシマレーザ光の透過率6%、透明基板の透明領域との位相差180度であり、補助パターンが主パターンと膜厚差24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差で、透明基板の透明領域との位相差70度〜115度の範囲の所定の位相差であるハーフトーンマスクを示すことができる。   As the halftone mask of this embodiment, for example, when molybdenum silicide having a film thickness of 68 nm is used as a semitransparent film, the main pattern (film thickness 68 nm) has an ArF excimer laser transmittance of 6%, a transparent region of the transparent substrate, and the like. The auxiliary pattern has a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm with respect to the main pattern, and the auxiliary pattern has a predetermined level in the range of 70 degrees to 115 degrees with the transparent region of the transparent substrate. A halftone mask that is a phase difference can be shown.

〔第2の実施形態〕
上記の透明基板表面の掘り込みを低減するために、本発明のフォトマスクの他の実施形態として、図2に示す2層の半透明膜よりなるハーフトーンマスクを示す。主パターンと補助パターンとは同一材料よりなる2層の半透明膜で構成されており、透明基板側の下層の半透明膜24は、上層の半透明膜25のドライエッチング時のエッチング停止層の機能を有するものであり、かつ半透明膜としての機能も有するものである。上層の半透明膜25としては、上記のモリブデンシリサイド系材料が例示できる。この場合、下層の半透明膜24としては、クロム系材料である酸化クロム膜(CrO)、窒化クロム膜(CrN)、酸化窒化クロム膜(CrON)が好ましい。上記のクロム系材料の薄膜は露光光に対して半透明であり、モリブデンシリサイド系材料のドライエッチングに用いるフッ素系ガスに対して耐性があるからである。クロム系材料は、従来公知の反応性スパッタリング法により形成し、不要部のクロム系材料薄膜は塩素系ガスによりドライエッチングすることができ、透明基板には損傷を与えない。上層の半透明膜25は数10nm、下層の半透明膜24は数nm〜数10nmの厚さに成膜される。
[Second Embodiment]
In order to reduce the digging of the surface of the transparent substrate, another embodiment of the photomask of the present invention is a halftone mask made up of two layers of translucent films shown in FIG. The main pattern and the auxiliary pattern are composed of two semi-transparent films made of the same material, and the lower semi-transparent film 24 on the transparent substrate side is an etching stop layer at the time of dry etching of the upper semi-transparent film 25. It has a function and also has a function as a translucent film. As the upper semi-transparent film 25, the above molybdenum silicide-based material can be exemplified. In this case, the lower semitransparent film 24 is preferably a chromium oxide film (CrO), a chromium nitride film (CrN), or a chromium oxynitride film (CrON), which is a chromium-based material. This is because the thin film of the chromium-based material is translucent to the exposure light and is resistant to the fluorine-based gas used for dry etching of the molybdenum silicide-based material. The chromium-based material is formed by a conventionally known reactive sputtering method, and the unnecessary portion of the chromium-based material thin film can be dry-etched with a chlorine-based gas without damaging the transparent substrate. The upper semitransparent film 25 is formed to a thickness of several tens of nm, and the lower semitransparent film 24 is formed to a thickness of several nm to several tens of nm.

本発明のハーフトーンマスクは、上記の第1および第2の実施形態において、マスクの外周部に遮光領域が形成されていてもよい。通常、半導体ウェハへの投影露光においては、マスク外周部が多重露光されるので、マスク外周部に遮光領域を設けたフォトマスクが使用される。したがって、本発明においても、外周部などの所望する領域の半透明膜上に、遮光膜を設けて遮光領域とすることができる。遮光膜は、遮光性のあるクロムなどの金属膜を数10nm〜200nm程度の厚さに成膜し、パターンニングして遮光領域として形成される。   In the halftone mask of the present invention, in the first and second embodiments described above, a light shielding region may be formed on the outer periphery of the mask. Usually, in the projection exposure onto the semiconductor wafer, the mask outer peripheral portion is subjected to multiple exposure, so a photomask having a light shielding region provided on the mask outer peripheral portion is used. Therefore, also in the present invention, a light-shielding film can be provided on a semi-transparent film in a desired region such as the outer peripheral portion to form a light-shielding region. The light-shielding film is formed as a light-shielding region by forming a light-shielding metal film of chromium or the like to a thickness of about several tens to 200 nm and patterning.

(補助パターンの転写性)
次に、図1に示した本発明のハーフトーンマスクの補助パターン(SRAF)の薄膜化の効果について説明する。図5は、ウェハ上での主パターンのCDが32nmのハーフトーンマスクにおいて、SRAFのCDを変えたとき、SRAF膜厚差(横軸)とSRAFの光強度/規格化された光強度閾値のスライスレベル(縦軸)との関係を示す図である。SRAFの光強度/スライスレベルを1以上にしないと、SRAFがウェハ上に解像してしまうことを示す。
(Transferability of auxiliary pattern)
Next, the effect of thinning the auxiliary pattern (SRAF) of the halftone mask of the present invention shown in FIG. 1 will be described. FIG. 5 shows a difference between SRAF film thickness difference (horizontal axis) and SRAF light intensity / standardized light intensity threshold when the SRAF CD is changed in a halftone mask having a main pattern CD of 32 nm on the wafer. It is a figure which shows the relationship with a slice level (vertical axis). If the SRAF light intensity / slice level is not 1 or more, the SRAF is resolved on the wafer.

図5が示すように、SRAFのCDが14nm(マスク上では56nm)と微細なときには、SRAF膜厚差が0、すなわち主パターンの膜厚(68nm)と同じであっても、SRAFは転写されない。SRAFのCDが22nm(マスク上では88nm)のときには、SRAFの膜厚差が24nm以上であれば、SRAFは解像せず転写されない。同様に、SRAFのCDが26nm(マスク上で104nm)のとき、SRAFの膜厚差30nm以上、SRAFのCDが30nm(マスク上で88nm)のとき、SRAFの膜厚差が34nm以上であれば、SRAFは転写されない。   As shown in FIG. 5, when the SRAF CD is as fine as 14 nm (56 nm on the mask), the SRAF is not transferred even if the SRAF film thickness difference is 0, that is, the same as the main pattern film thickness (68 nm). . When the SRAF CD is 22 nm (88 nm on the mask) and the SRAF film thickness difference is 24 nm or more, the SRAF is not resolved and transferred. Similarly, when the SRAF CD is 26 nm (104 nm on the mask), the SRAF film thickness difference is 30 nm or more, and when the SRAF CD is 30 nm (88 nm on the mask), the SRAF film thickness difference is 34 nm or more. SRAF is not transferred.

上記の図23で説明したように、従来の主パターンと補助パターン(SRAF)が同一材料、同一膜厚で構成されたハーフトーンマスクでは、主パターンのCDを32nmとするとSRAFのCDが14nm以下でしかSRAFが用いられなかったが、上記のように、本発明の薄膜化したSRAFを用いることにより、SRAFのCDを26nm〜30nmと従来の寸法の2倍程度に大きくしても、SRAFが解像せず転写されないで使用することが可能となる。SRAFの薄膜化は、SRAF部を選択的にドライエッチングすることにより容易に可能である。SRAF寸法を従来の2倍程度に大きくすることが可能となるため、従来微細化が難しく使用することが困難であった同一材料よりなるSRAFを有するハーフトーンマスクの使用が可能となる。   As described with reference to FIG. 23 above, in a halftone mask in which the conventional main pattern and auxiliary pattern (SRAF) are made of the same material and the same film thickness, if the main pattern CD is 32 nm, the SRAF CD is 14 nm or less. However, as described above, by using the thin SRAF of the present invention, even if the SRAF CD is increased to 26 nm to 30 nm, which is twice as large as the conventional size, It can be used without being resolved and transferred. SRAF thin film can be easily formed by selectively dry etching the SRAF portion. Since the SRAF dimension can be increased to about twice that of the prior art, it is possible to use a halftone mask having an SRAF made of the same material, which has been difficult to miniaturize and difficult to use.

図6は、SRAFのCDを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインのCDとデフォーカス(Defocus:焦点位置変動)との関係を示す図である。それぞれのSRAFのCDに対して、SRAFが解像しないようにエッチングして主パターンの膜厚と所定の膜厚差(24nm、32nm、40nm)を有している。図6に示されるように、SRAFのCDを22nm〜30nmと大きくし、SRAFの膜厚を薄くすることにより、フォーカスを振ったとき各SRAF寸法間におけるCD変動はなく、ほぼ同じ傾向を示す。すなわち、SRAF薄膜化でデフォーカスに対して悪影響はなく、同様の寸法精度が得られる。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the CD at the end of the main pattern on the wafer and the defocus (Defocus) when the SRAF CD is changed. Each SRAF CD is etched so that the SRAF is not resolved, and has a film thickness of the main pattern and a predetermined film thickness difference (24 nm, 32 nm, 40 nm). As shown in FIG. 6, by increasing the SRAF CD to 22 nm to 30 nm and reducing the SRAF film thickness, there is no CD variation between the SRAF dimensions when the focus is shaken, and shows almost the same tendency. That is, the SRAF thin film does not adversely affect the defocus, and the same dimensional accuracy can be obtained.

上記のように、本発明のフォトマスクは、補助パターン部分のみを薄膜化することで補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成することができる。さらに、補助パターンの寸法を従来の寸法の約2倍程度にまで大きくすることができ、補助パターンのアスペクト比を小さくすることにより、補助パターンの欠けや倒れを低減する効果が得られる。また、本発明のフォトマスクとしてモリブデンシリサイド系の単層膜とした場合には、従来からの使用実績のあるハーフトーンマスク用マスクブランクスをそのまま用いることができ、マスク品質が維持され、高精度な微細パターンを有するマスクの使用が可能となる。   As described above, the photomask of the present invention can form a transfer image with high contrast while maintaining the effect of expanding the depth of focus as the auxiliary pattern by thinning only the auxiliary pattern portion. Furthermore, the dimension of the auxiliary pattern can be increased to about twice the conventional dimension, and by reducing the aspect ratio of the auxiliary pattern, an effect of reducing the chipping and falling of the auxiliary pattern can be obtained. Further, when a molybdenum silicide-based single layer film is used as the photomask of the present invention, halftone mask mask blanks that have been used in the past can be used as they are, mask quality is maintained, and high accuracy is achieved. A mask having a fine pattern can be used.

次に、本発明のフォトマスクの製造方法について説明する。上記のように、本発明のフォトマスクは、補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に70度〜115度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴としており、補助パターンに上記の位相差を生じさせるために、補助パターンの膜厚は主パターンよりも薄く、24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差としている。所定の膜厚差とする方法としては、半透明膜の成膜時にパターンに応じて成膜膜厚を変える方法と、半透明膜成膜後にパターンに応じて半透明膜をエッチングして膜厚を変える方法とがある。本発明のフォトマスクの製造方法は、製造が容易で高精度マスクが得られる後者のエッチング方法によるものである。   Next, the manufacturing method of the photomask of this invention is demonstrated. As described above, the photomask of the present invention is characterized in that a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees is generated between the light transmitted through the auxiliary pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate. In order to cause the above-described phase difference in the auxiliary pattern, the film thickness of the auxiliary pattern is thinner than that of the main pattern, and is set to a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm. The predetermined film thickness difference includes a method of changing the film thickness according to the pattern when forming the semitransparent film, and a method of etching the semitransparent film according to the pattern after forming the semitransparent film. There is a way to change. The photomask manufacturing method of the present invention is based on the latter etching method that is easy to manufacture and provides a high-accuracy mask.

(従来のフォトマスクの製造方法)
本発明のフォトマスクの製造方法について説明する前に、公知の一般的な製造方法を用いて本発明のフォトマスクを製造した場合の問題点について述べ、次いで本発明のフォトマスクの製造方法について説明する。
(Conventional photomask manufacturing method)
Before describing the method of manufacturing the photomask of the present invention, problems in the case of manufacturing the photomask of the present invention using a known general manufacturing method will be described, and then the method of manufacturing the photomask of the present invention will be described. To do.

図11は、本発明のフォトマスクを公知の従来の製造方法を用いて製造した場合の工程断面模式図である。図11に示すように、透明基板111上に半透明膜112を形成し、半透明膜を透過する光と透明基板の透明領域を透過する光の位相差が180度となる膜厚とし、続いて、半透明膜上に遮光膜113を形成する(図11(a))。次に、遮光膜113上に第1のレジストパターン114を形成し、遮光膜113および半透明膜112を順にドライエッチングし、主パターン部115と補助パターン部116を形成する(図11(b))。次に、第1のレジストパターン154を剥離し、露出したパターン部の遮光膜をエッチングして除去する(図11(c))。次いで主パターン部115を第2のレジストパターン117で覆い、補助パターン部を透過する光と透明基板の透明領域を透過する光が所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターン118を形成し(図11(d))、第2のレジストパターン117を剥離してハーフトーンマスク110を得る(図11(e))。   FIG. 11 is a process cross-sectional schematic diagram when the photomask of the present invention is manufactured using a known conventional manufacturing method. As shown in FIG. 11, a semi-transparent film 112 is formed on the transparent substrate 111, and the film thickness is such that the phase difference between the light transmitted through the semi-transparent film and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate is 180 degrees. Then, the light shielding film 113 is formed on the translucent film (FIG. 11A). Next, a first resist pattern 114 is formed on the light shielding film 113, and the light shielding film 113 and the translucent film 112 are sequentially dry etched to form a main pattern portion 115 and an auxiliary pattern portion 116 (FIG. 11B). ). Next, the first resist pattern 154 is peeled off, and the light shielding film in the exposed pattern portion is removed by etching (FIG. 11C). Next, the main pattern portion 115 is covered with the second resist pattern 117, and the translucent film of the auxiliary pattern portion is made up to a film thickness at which the light transmitted through the auxiliary pattern portion and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate have a predetermined phase difference. Then, an auxiliary pattern 118 is formed by dry etching (FIG. 11D), and the second resist pattern 117 is peeled to obtain a halftone mask 110 (FIG. 11E).

しかしながら、上記の製造方法では、第2のレジストパターン117で覆われていない透明基板111表面は、補助パターン部116の半透明膜のドライエッチング時に同時にエッチングされてしまい、図11(e)に示すように、レジストパターン117の境界面で透明基板111表面に段差121を生じてしまい、マスク品質を低下させて実用できなくなるという問題が生じる。したがって、上記に示した従来のマスク製造方法は、本発明のフォトマスクの製造には適用できない。   However, in the above manufacturing method, the surface of the transparent substrate 111 that is not covered with the second resist pattern 117 is simultaneously etched during the dry etching of the semitransparent film of the auxiliary pattern portion 116, as shown in FIG. As described above, the level difference 121 is generated on the surface of the transparent substrate 111 at the boundary surface of the resist pattern 117, which causes a problem that the mask quality is deteriorated and cannot be used practically. Therefore, the conventional mask manufacturing method described above cannot be applied to the manufacturing of the photomask of the present invention.

(本発明のフォトマスクの製造方法)
〔第1の実施形態〕
そこで、本発明のフォトマスクの製造方法は、上記の問題点を解決した製造方法であり、ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板上に、投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、主パターンの近傍に形成され転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法である。
(Method for producing photomask of the present invention)
[First Embodiment]
Therefore, the photomask manufacturing method of the present invention is a manufacturing method that solves the above-described problems, and uses ArF excimer laser as an exposure light source, is used for projection exposure by modified illumination, and is transferred onto a transparent substrate by projection exposure. This is a method of manufacturing a photomask provided with a main pattern transferred to a target surface and an auxiliary pattern formed in the vicinity of the main pattern and not transferred to the transfer target surface.

図7は、図1に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の第1の実施形態を示す工程断面模式図である。図7(a)に示すように、合成石英基板などの透明基板71上に半透明膜72を形成し、半透明膜72を透過する光と透明基板71の透明領域を透過する光の位相差がほぼ180度となる膜厚とし、続いて上記の半透明膜72上に遮光膜73を形成したフォトマスクブランクスを準備する。   FIG. 7 is a process cross-sectional schematic diagram showing the first embodiment of the method of manufacturing the photomask of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 7A, a translucent film 72 is formed on a transparent substrate 71 such as a synthetic quartz substrate, and the phase difference between the light transmitted through the translucent film 72 and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 71. Then, a photomask blank in which a light shielding film 73 is formed on the translucent film 72 is prepared.

半透明膜72、遮光膜73の形成は、従来公知の方法が適用でき、例えば、半透明膜72がモリブデンシリサイド酸化膜(MoSiO)の場合は、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット(Mo:Si=1:2mol%)を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。遮光膜73が、例えばクロムなどの金属膜である場合にも、スパッタリング法などで所定の膜厚を成膜して形成できる。   A conventionally known method can be applied to form the semitransparent film 72 and the light shielding film 73. For example, when the semitransparent film 72 is a molybdenum silicide oxide film (MoSiO), a mixed target of molybdenum and silicon (Mo: Si = 1: 2 mol%) and a reactive sputtering method in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen. Even when the light shielding film 73 is a metal film such as chromium, it can be formed by forming a predetermined film thickness by sputtering or the like.

上記の半透明膜72の膜厚を光の位相差がほぼ180度となる膜厚とするのは、以下の理由による。半透明膜72をドライエッチングしてマスクパターンを形成する際には、通常、透明基板71表面も僅かにエッチングされる。エッチングの深さは、好ましくは4nmであり、本発明では上限を10nmとしている。10nmを超えるとマスク特性に良くない影響を生じてくる。そこで、本発明のハーフトーンマスクでは、半透明膜72をドライエッチング時の透明基板71表面のエッチング深さを0〜10nmの範囲の所定の深さに制御し、あらかじめこの深さを含めて位相差を設定するものである。したがって、成膜時の半透明膜の厚さは、透明基板のエッチングによる変動をあらかじめ考慮して、位相差がほぼ180度となる膜厚とし、最終的に主パターン形成後に180度の位相差を得るものである。以下の実施形態では、上記の所定のエッチング深さを、一例として4nmとして説明する。本発明においては、膜厚の測定には原子間力顕微鏡(AFM)を用い、位相差の測定は位相シフト量測定装置(レーザテック社製:MPM193)で行った。   The film thickness of the translucent film 72 is set to a film thickness at which the phase difference of light is approximately 180 degrees for the following reason. When the semitransparent film 72 is dry-etched to form a mask pattern, the surface of the transparent substrate 71 is usually slightly etched. The etching depth is preferably 4 nm, and the upper limit is set to 10 nm in the present invention. If it exceeds 10 nm, the mask characteristics will be adversely affected. Therefore, in the halftone mask of the present invention, the etching depth of the surface of the transparent substrate 71 during the dry etching of the semitransparent film 72 is controlled to a predetermined depth in the range of 0 to 10 nm, and this depth is included in advance. The phase difference is set. Therefore, the thickness of the semi-transparent film at the time of film formation is set to a film thickness in which the phase difference is approximately 180 degrees in consideration of the variation due to the etching of the transparent substrate in advance, and finally the phase difference of 180 degrees after the main pattern is formed. Is what you get. In the following embodiments, the predetermined etching depth is described as 4 nm as an example. In the present invention, an atomic force microscope (AFM) was used for measuring the film thickness, and a phase difference was measured using a phase shift amount measuring device (Lasertec Corporation: MPM193).

次に、上記の遮光膜73上に第1のレジストパターン74を形成し、遮光膜73および半透明膜72を順にパターン状にドライエッチングし、主パターン部75と補助パターン部76を形成する(図7(b))。   Next, a first resist pattern 74 is formed on the light shielding film 73, and the light shielding film 73 and the semi-transparent film 72 are sequentially dry-etched into a pattern to form a main pattern portion 75 and an auxiliary pattern portion 76 (see FIG. FIG. 7B).

次に、上記の第1のレジストパターン74を剥離し、遮光膜上に第2のレジストパターン77を形成し、補助パターン部76の遮光膜73をエッチングして除去する(図7(c))。   Next, the first resist pattern 74 is removed, a second resist pattern 77 is formed on the light shielding film, and the light shielding film 73 of the auxiliary pattern portion 76 is removed by etching (FIG. 7C). .

半透明膜72が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、CF4 、CHF3 、C2 6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエッチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。また、遮光膜73が、例えばクロムの場合には、Cl2と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングし、半透明膜72および透明基板71に損傷を与えずにパターン形成することができる。上記の図7(c)の工程では、ドライエッチングではなく、遮光膜73を硝酸第二セリウムアンモニウム塩の水溶液などでウェットエッチングして除去することも可能である。 When the translucent film 72 is a translucent film made of, for example, molybdenum silicide, a fluorine-based gas such as CF 4 , CHF 3 , or C 2 F 6 , a mixed gas thereof, or a mixture of these gases with oxygen By using this gas as an etching gas, dry etching can be performed to form a pattern. Further, when the light shielding film 73 is, for example, chromium, dry etching is performed using a mixed gas of Cl 2 and oxygen as an etching gas to form a pattern without damaging the translucent film 72 and the transparent substrate 71. it can. In the process shown in FIG. 7C, the light shielding film 73 can be removed by wet etching with an aqueous solution of ceric ammonium nitrate instead of dry etching.

次いで、第2のレジストパターン77を剥離し、透明基板71の一主面上全面を半透明膜72のエッチング条件でドライエッチングし、補助パターンを透過する光と透明基板71の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターン78を形成する(図7(d))。上記の位相差を得るための補助パターン78のエッチング量は、主パターン部の半透明膜との膜厚差で24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差に相当する。主パターン部は遮光膜73で覆われているのでエッチングされず、半透明膜成膜時の膜厚が保持されている。図7(d)の工程では、ドライエッチングすることにより、マスク全面に均一で高精度なエッチングを行うことができ、補助パターン78の位相差を所定の値に高精度に制御することができる。   Next, the second resist pattern 77 is peeled off, and the entire upper surface of the transparent substrate 71 is dry-etched under the etching conditions of the semi-transparent film 72, so that the light transmitted through the auxiliary pattern and the transparent region of the transparent substrate 71 are transmitted. The auxiliary pattern 78 is formed by dry-etching the semi-transparent film of the auxiliary pattern portion until the film thickness reaches a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees (FIG. 7D). The etching amount of the auxiliary pattern 78 for obtaining the above phase difference corresponds to a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm in terms of the film thickness difference from the semitransparent film of the main pattern portion. Since the main pattern portion is covered with the light shielding film 73, it is not etched and the film thickness at the time of forming the semitransparent film is maintained. In the step of FIG. 7D, by performing dry etching, uniform and highly accurate etching can be performed on the entire mask surface, and the phase difference of the auxiliary pattern 78 can be controlled to a predetermined value with high accuracy.

次に、主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターン79を形成し、補助パターンを有し、主パターン79を透過する光と透明基板71の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせるハーフトーンマスク70を形成する(図7(e))。図7(e)の工程では、遮光膜73をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去することができる。   Next, the light shielding film of the main pattern portion is removed by etching to form the main pattern 79. The auxiliary pattern has 180 degrees to the light transmitted through the main pattern 79 and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 71. A halftone mask 70 that produces the phase difference is formed (FIG. 7E). In the step of FIG. 7E, the light shielding film 73 can be removed by either dry etching or wet etching.

上記の第1の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板71表面に図11で説明したような段差を生じることがなく、補助パターン78を有する高品質のハーフトーンマスク70を得ることができる。
例えば、膜厚68nmのモリブデンシリサイドを半透明膜とした場合、主パターン(膜厚68nm)がArFエキシマレーザ光の透過率6%、透明基板の透明領域との位相差180度であり、補助パターンが主パターンと膜厚差24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差で、透明基板の透明領域との位相差70度〜115度の範囲の所定の位相差である高品質のハーフトーンマスクを容易に製造することができる。
According to the photomask manufacturing method of the first embodiment, a high-quality halftone mask 70 having an auxiliary pattern 78 is obtained without causing a step as described in FIG. 11 on the surface of the transparent substrate 71. be able to.
For example, when molybdenum silicide having a film thickness of 68 nm is a semi-transparent film, the main pattern (film thickness 68 nm) has an ArF excimer laser light transmittance of 6% and a phase difference of 180 degrees from the transparent region of the transparent substrate. A high-quality halftone mask having a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm with the main pattern and a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees with the transparent area of the transparent substrate. It can be manufactured easily.

〔第2の実施形態〕
図8は、図1に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の第2の実施形態を示す工程断面模式図であり、図7(a)と同様に、透明基板81上に半透明膜82を形成し、半透明膜82を透過する光と透明基板81の透明領域を透過する光の位相差がほぼ180度となる膜厚とし、続いて上記の半透明膜82上に遮光膜83を形成したフォトマスクブランクスを準備する(図8(a))。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a process cross-sectional schematic diagram showing a second embodiment of the method of manufacturing the photomask of the present invention shown in FIG. 1, and the semitransparent film 82 is formed on the transparent substrate 81 as in FIG. The film thickness is such that the phase difference between the light transmitted through the translucent film 82 and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 81 is approximately 180 degrees, and then a light shielding film 83 is formed on the translucent film 82. The formed photomask blanks are prepared (FIG. 8A).

次に、遮光膜83上に第1のレジストパターン84を形成し、遮光膜83および半透明膜82を順にドライエッチングし、半透明膜82をハーフエッチングした途中段階でエッチングを止める。この段階で、透明基板81上には除去すべき半透明膜82の薄層がハーフエッチングされた状態で部分的に残っているが、主パターン部85と補助パターン部86はハーフエッチング部分を残した状態で形成されている(図8(b))。この段階におけるハーフエッチングされた半透明膜82のハーフエッチング部分の膜厚は、後工程で補助パターンのエッチング時に同時にエッチング除去される膜厚となるように、あらかじめ設定しておく。   Next, the first resist pattern 84 is formed on the light shielding film 83, the light shielding film 83 and the semitransparent film 82 are sequentially dry etched, and the etching is stopped in the middle of the half etching of the semitransparent film 82. At this stage, a thin layer of the semitransparent film 82 to be removed remains partially on the transparent substrate 81 in a half-etched state, but the main pattern portion 85 and the auxiliary pattern portion 86 leave a half-etched portion. (FIG. 8B). The film thickness of the half-etched portion of the semi-transparent film 82 that has been half-etched at this stage is set in advance so as to be a film thickness that is removed by etching simultaneously with the etching of the auxiliary pattern in a later step.

次に、上記の第1のレジストパターン84を剥離し、遮光膜上に第2のレジストパターン87を形成し、補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する(図8(c))。図8(c)の工程では、遮光膜83をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去することができる。   Next, the first resist pattern 84 is removed, a second resist pattern 87 is formed on the light shielding film, and the light shielding film in the auxiliary pattern portion is removed by etching (FIG. 8C). In the step of FIG. 8C, the light shielding film 83 can be removed by either dry etching or wet etching.

次いで、第2のレジストパターン87を剥離し、透明基板81の一主面上全面を半透明膜82のエッチング条件でドライエッチングし、補助パターンを透過する光と透明基板81の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングし、補助パターン88を形成する(図8(d))。上記の位相差を得るための補助パターン88のエッチング量は、主パターンとの膜厚差で24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差に相当する。このとき、ハーフエッチングされて残存する半透明膜82のハーフエッチング部分は、同時にエッチングされる。主パターン部は遮光膜83で覆われているのでエッチングされない。   Next, the second resist pattern 87 is peeled off, and the entire main surface of the transparent substrate 81 is dry-etched under the etching conditions of the semitransparent film 82, so that the light transmitted through the auxiliary pattern and the transparent region of the transparent substrate 81 are transmitted. The semi-transparent film of the auxiliary pattern portion is dry-etched until the film thickness reaches a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees to form the auxiliary pattern 88 (FIG. 8D). The etching amount of the auxiliary pattern 88 for obtaining the above phase difference corresponds to a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm in terms of the film thickness difference from the main pattern. At this time, the half-etched portion of the semi-transparent film 82 that remains after being half-etched is etched simultaneously. Since the main pattern portion is covered with the light shielding film 83, it is not etched.

次に、主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターン89を形成し、主パターン89を透過する光と透明基板81の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、補助パターン88を有するハーフトーンマスク80を形成する(図8(e))。図8(e)の工程では、遮光膜83をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去できる。   Next, the light shielding film in the main pattern portion is removed by etching to form the main pattern 89, and a phase difference of 180 degrees is generated between the light transmitted through the main pattern 89 and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 81. Then, the halftone mask 80 having the auxiliary pattern 88 is formed (FIG. 8E). In the step of FIG. 8E, the light shielding film 83 can be removed by either dry etching or wet etching.

上記の第2の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板81表面に図11で説明したような段差を生じることがなく、補助パターン88を有する高品質のハーフトーンマスク80を得ることができる。   According to the photomask manufacturing method of the second embodiment, the high-quality halftone mask 80 having the auxiliary pattern 88 is obtained without causing the step as described in FIG. 11 on the surface of the transparent substrate 81. be able to.

〔第3の実施形態〕
図9は、図2に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の実施形態を示す工程断面模式図である。図9(a)に示すように、合成石英基板などの透明基板91上に半透明膜92a、半透明膜92を順に成膜し、2層の半透明膜を形成する。下層の半透明膜92aは、上層の半透明膜92をドライエッチングする時のエッチング停止層の機能を有し、かつ半透明膜のマスク材としての機能も有するものである。2層の半透明膜を透過する光と透明基板91の透明領域を透過する光の位相差はほぼ180度となる膜厚とし、続いて上記の2層の半透明膜上に遮光膜93を形成したフォトマスクブランクスを準備する。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a process cross-sectional schematic diagram showing an embodiment of a method for producing the photomask of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 9A, a semitransparent film 92a and a semitransparent film 92 are sequentially formed on a transparent substrate 91 such as a synthetic quartz substrate to form two layers of semitransparent films. The lower semi-transparent film 92a functions as an etching stopper layer when the upper semi-transparent film 92 is dry-etched, and also functions as a mask material for the semi-transparent film. The phase difference between the light transmitted through the two-layer semi-transparent film and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 91 is set to a film thickness that is approximately 180 degrees. The formed photomask blanks are prepared.

半透明膜92a、半透明膜92および遮光膜93の形成は、従来公知の方法が適用できる。例えば、下層の半透明膜92aとして、クロム系材料である酸化クロム膜(CrO)、窒化クロム膜(CrN)、酸化窒化クロム膜(CrON)が用いられる。上記のクロム系材料の薄膜は露光光に対して半透明であり、モリブデンシリサイド系材料のドライエッチングに用いるフッ素系ガスに対して耐性があるからである。クロム系材料は、従来公知の反応性スパッタリング法により形成できる。上層の半透明膜92としては、上記のモリブデンシリサイド系材料が例示できる。半透明膜92がモリブデンシリサイド酸化膜(MoSiO)の場合は、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット(Mo:Si=1:2mol%)を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。遮光膜93はクロムが用いられ、スパッタリング法などで、所定の膜厚を成膜して形成できる   For forming the semi-transparent film 92a, the semi-transparent film 92, and the light shielding film 93, a conventionally known method can be applied. For example, as the lower semi-transparent film 92a, a chromium oxide film (CrO), a chromium nitride film (CrN), or a chromium oxynitride film (CrON), which is a chromium-based material, is used. This is because the thin film of the chromium-based material is translucent to the exposure light and is resistant to the fluorine-based gas used for dry etching of the molybdenum silicide-based material. The chromium-based material can be formed by a conventionally known reactive sputtering method. As the upper semi-transparent film 92, the above molybdenum silicide-based material can be exemplified. When the translucent film 92 is a molybdenum silicide oxide film (MoSiO), a reactive sputtering method is performed in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen using a mixed target of molybdenum and silicon (Mo: Si = 1: 2 mol%). Can be formed. The light shielding film 93 is made of chromium, and can be formed by forming a predetermined film thickness by sputtering or the like.

次に、上記の遮光膜93上に第1のレジストパターン94aを形成し、遮光膜93、半透明膜92および半透明膜92aを順にパターン状にドライエッチングし、主パターン部95と補助パターン部96を形成する(図9(b))。半透明膜92aのエッチング時には、透明基板91は損傷されない。   Next, a first resist pattern 94a is formed on the light shielding film 93, and the light shielding film 93, the semi-transparent film 92, and the semi-transparent film 92a are sequentially dry-etched into a pattern, thereby the main pattern portion 95 and the auxiliary pattern portion. 96 is formed (FIG. 9B). During the etching of the semitransparent film 92a, the transparent substrate 91 is not damaged.

図9(b)の工程において、遮光膜93が、例えばクロムの場合には、Cl2と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングし、半透明膜および透明基板に損傷を与えずにパターン形成することができる。半透明膜92が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、CF4 、CHF3 、C2 6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエツチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。 半透明膜92aが、例えば酸化窒化クロム膜などのクロム系材料の場合には、Cl2と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングすることができる。 In the process of FIG. 9B, when the light shielding film 93 is, for example, chromium, dry etching is performed using a mixed gas of Cl 2 and oxygen as an etching gas without damaging the translucent film and the transparent substrate. A pattern can be formed. When the translucent film 92 is, for example, a translucent film of molybdenum silicide-based material, fluorine-based gas such as CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , a mixed gas thereof, or a mixture of these gases with oxygen By using this gas as an etching gas, dry etching can be performed to form a pattern. When the translucent film 92a is a chromium-based material such as a chromium oxynitride film, for example, dry etching can be performed using a mixed gas of Cl 2 and oxygen as an etching gas.

次に、上記の第1のレジストパターン94aを剥離し、遮光膜上に第2のレジストパターン94bを形成し、補助パターン部96の遮光膜93をエッチングして除去する(図9(c))。遮光膜93のエッチングは、ドライエッチングでもよいし、硝酸第二セリウムアンモニウム塩の水溶液などでウェットエッチングして除去することも可能である。   Next, the first resist pattern 94a is peeled off, a second resist pattern 94b is formed on the light shielding film, and the light shielding film 93 of the auxiliary pattern portion 96 is removed by etching (FIG. 9C). . The light-shielding film 93 may be etched by dry etching or by wet etching with an aqueous solution of ceric ammonium nitrate.

次いで、第2のレジストパターン94bを剥離し、透明基板91の一主面上全面を半透明膜92のエッチング条件でドライエッチングし、補助パターンを透過する光と透明基板91の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターン98を形成する(図9(d))。上記の位相差を得るための補助パターン98のエッチング量は、主パターンとの膜厚差で24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差に相当する。主パターン部は遮光膜93で覆われているのでエッチングされない。   Next, the second resist pattern 94b is peeled off, and the entire main surface of the transparent substrate 91 is dry-etched under the etching conditions of the semi-transparent film 92, so that the light transmitted through the auxiliary pattern and the transparent region of the transparent substrate 91 are transmitted. The auxiliary pattern 98 is formed by dry etching the semi-transparent film of the auxiliary pattern portion until the light reaches a predetermined phase difference in the range of 70 to 115 degrees (FIG. 9D). The etching amount of the auxiliary pattern 98 for obtaining the above phase difference corresponds to a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm in terms of film thickness difference from the main pattern. Since the main pattern portion is covered with the light shielding film 93, it is not etched.

次に、主パターン部の遮光膜93をエッチングして除去して主パターン99を形成し、補助パターン98を有し、主パターン99を透過する光と透明基板91の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせるハーフトーンマスク90を形成する(図9(e))。図9(e)の工程では、遮光膜93をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去することができる。   Next, the light shielding film 93 of the main pattern portion is removed by etching to form the main pattern 99, and the auxiliary pattern 98 is provided. The light transmitted through the main pattern 99 and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate 91 are converted into light. A halftone mask 90 that generates a phase difference of 180 degrees is formed (FIG. 9E). In the step of FIG. 9E, the light shielding film 93 can be removed by either dry etching or wet etching.

上記の第3の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板91表面に図11で説明したような段差を生じることがなく、マスク面内やパターン間の透明基板の掘り込み深さのばらつきが防止された高品質のハーフトーンマスク90を得ることができる。   According to the manufacturing method of the photomask according to the third embodiment, the transparent substrate 91 has no level difference as described with reference to FIG. Thus, it is possible to obtain a high-quality halftone mask 90 in which the variation of the above is prevented.

〔第4の実施形態〕
図10は、本発明のフォトマスクを製造する方法の第4の実施形態を示す工程断面模式図である。第4の実施形態は、上記の第1の実施形態〜第3の実施形態において、必要とする所定の箇所の遮光膜を残す場合のフォトマスクを製造する方法である。
通常、投影露光においては、マスク外周部が多重露光されるのでマスク外周部に遮光領域を設けたフォトマスクが使用される。第4の実施形態は、フォトマスクの外周部に遮光領域を設ける例であり、途中工程までは第1の実施形態〜第3の実施形態に示す工程と同じなので、以下、図7を参照しながら、図10により説明する。図10では図7と同じ箇所は同じ符号を用いている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a process cross-sectional schematic diagram showing a fourth embodiment of a method for producing a photomask of the present invention. The fourth embodiment is a method for manufacturing a photomask in the case where the light-shielding film at a predetermined position required in the first to third embodiments is left.
Usually, in the projection exposure, the outer periphery of the mask is subjected to multiple exposure, so a photomask having a light shielding region provided on the outer periphery of the mask is used. The fourth embodiment is an example in which a light-shielding region is provided on the outer periphery of the photomask. Since the intermediate steps are the same as the steps shown in the first to third embodiments, refer to FIG. 7 below. However, this will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the same parts as those in FIG.

図10(a)に示すように、図7(d)に示す工程まで製造工程を進め、補助パターン部108を形成する。このとき、フォトマスクとして必要とする所定の箇所の遮光膜はあらかじめ残しておく。図10では、フォトマスクの外周部に遮光領域としての遮光膜104を残す場合を例示している。   As shown in FIG. 10A, the manufacturing process proceeds to the process shown in FIG. 7D, and the auxiliary pattern portion 108 is formed. At this time, a light shielding film at a predetermined portion necessary as a photomask is left in advance. FIG. 10 illustrates the case where the light shielding film 104 is left as a light shielding region on the outer periphery of the photomask.

次に、図10(b)に示すように、必要とする所定の箇所の遮光膜104上に遮光領域用レジストパターン105を形成する。遮光領域用レジストパターン105は、遮光膜104上のみならず、補助パターン108を覆うようにしてもよい。次に、主パターン上の遮光膜103をエッチングして除去し(図10(c))、次いで遮光領域用レジストパターン105を剥離し、主パターン109を形成するとともに、補助パターン108を有し、フォトマスクの外周部に遮光領域としての遮光膜104を設けたハーフトーンマスク100を形成する(図10(d))。   Next, as shown in FIG. 10B, a light-shielding region resist pattern 105 is formed on the light-shielding film 104 at a required predetermined location. The light shielding region resist pattern 105 may cover not only the light shielding film 104 but also the auxiliary pattern 108. Next, the light-shielding film 103 on the main pattern is removed by etching (FIG. 10C), and then the light-shielding region resist pattern 105 is peeled off to form the main pattern 109 and the auxiliary pattern 108. A halftone mask 100 in which a light shielding film 104 as a light shielding region is provided on the outer periphery of the photomask is formed (FIG. 10D).

上記の第4の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板101表面に図11で説明したような段差を生じることがなく、マスク外周部に遮光領域を設けた、補助パターンを有する高品質のハーフトーンマスクを得ることができる。
本発明のフォトマスクの製造方法である第2の実施形態および第3の実施形態においても、同様にしてマスク外周部などの所望する領域に遮光領域を設けることができる。
According to the photomask manufacturing method of the fourth embodiment, the transparent substrate 101 has the auxiliary pattern in which the step as described with reference to FIG. 11 does not occur on the surface of the transparent substrate 101 and the light shielding region is provided on the outer periphery of the mask. A high quality halftone mask can be obtained.
In the second embodiment and the third embodiment, which are the photomask manufacturing methods of the present invention, a light shielding region can be provided in a desired region such as the outer periphery of the mask in the same manner.

(SRAFエッチング量とウェハ上SRAF寸法)
次に、本発明の製造方法について、ライン/スペースパターンでピッチを変えたときの実施形態について、さらに詳しく説明する。
SRAFをウェハ上に転写させないようにするためには、上記のように、SRAF光強度/スライスレベルが1以上であることが必要である。図12は、図3に示すCquad照明における実施形態において、10%の余裕をみてSRAF光強度/スライスレベル=1.1を満たすSRAFのエッチング量(マスク上)とSRAF CD(ウェハ上の寸法)との関係を示す図である。SRAFのエッチング量は、SRAF部の位相差に対応しており、SRAF部のエッチング量が大きくなるほどウェハ上に転写されたSRAF寸法は大きくなる。SRAFのエッチング量は、エッチング後のSRAF膜厚と主パターンの膜厚(半透明膜の初期膜厚:68nm)との膜厚差を示す。
(SRAF etching amount and SRAF dimensions on wafer)
Next, the manufacturing method of the present invention will be described in more detail with respect to an embodiment in which the pitch is changed by a line / space pattern.
In order not to transfer the SRAF onto the wafer, it is necessary that the SRAF light intensity / slice level is 1 or more as described above. FIG. 12 shows the SRAF etching amount (on the mask) and SRAF CD (dimension on the wafer) satisfying the SRAF light intensity / slice level = 1.1 with a margin of 10% in the embodiment in the Cquad illumination shown in FIG. It is a figure which shows the relationship. The etching amount of the SRAF corresponds to the phase difference of the SRAF portion, and the SRAF dimension transferred onto the wafer increases as the etching amount of the SRAF portion increases. The etching amount of SRAF indicates a film thickness difference between the SRAF film thickness after etching and the film thickness of the main pattern (the initial film thickness of the semitransparent film: 68 nm).

図12において、図中に点線矢印で示すSRAFエッチング量が48nm以上の領域は、SRAF部の位相差が50度以下の領域(上記の特許文献2の発明に記載の範囲)に相当する。この場合、ウェハ上のSRAF CDは50nm以上となる。しかし、ウェハ上のSRAF寸法が50nm(4倍マスク上では200nm)以上では、主パターンとSRAFのスペースがマスク上で200nm以下と狭くなり、マスク製造工程におけるアライメントずれがほとんど許されないという厳しい値となる。現在のマスク製造のレーザ露光装置では、通常、アライメントずれを考慮したパターン間のスペースとして200nm以上が求めらているので、SRAF寸法が大きすぎてもマスク製造が困難となる。一方、SRAFエッチング量が24nm(ウェハ上のSRAF CDは20nm)未満では、SRAF寸法を十分に大きくできない。したがって、図12では、実線両矢印で示される領域がマスク製造を考慮した好ましいSRAFエッチング量領域である。   In FIG. 12, the region where the SRAF etching amount indicated by the dotted arrow in the drawing is 48 nm or more corresponds to a region where the phase difference of the SRAF portion is 50 degrees or less (the range described in the above-mentioned Patent Document 2). In this case, the SRAF CD on the wafer is 50 nm or more. However, when the SRAF dimension on the wafer is 50 nm (200 nm on a quadruple mask) or more, the space between the main pattern and the SRAF is as narrow as 200 nm or less on the mask, and a severe value that alignment deviation in the mask manufacturing process is hardly allowed. Become. In the current laser exposure apparatus for mask manufacture, since 200 nm or more is required as a space between patterns in consideration of misalignment, mask manufacture becomes difficult even if the SRAF dimension is too large. On the other hand, if the SRAF etching amount is less than 24 nm (the SRAF CD on the wafer is 20 nm), the SRAF dimension cannot be sufficiently increased. Therefore, in FIG. 12, the region indicated by the solid line double arrow is a preferable SRAF etching amount region in consideration of mask manufacturing.

(SRAFエッチング量誤差の主パターンCDへの影響)
次に、SRAFのエッチング量に誤差を生じた場合、SRAFに隣接した主パターンCDへ与える影響について、図13により説明する。図13は、図3に示すCquad照明における実施形態において、SRAFエッチング量が28nm、38nm、48nmのときのエッチング量誤差に対するウェハ上の主パターンCD誤差を示し、SRAFエッチング量が大きいほど、ウェハ上の主パターンCD変動が大きいことがわかる。SRAFエッチング量が48nmのときには、僅かなエッチング誤差が繰り返し端の主パターンの寸法に大きく影響することが示されている。したがって、本発明においては、SRAFエッチング量48nm以上(特許文献2の位相差50度以下に相当)は製造工程上好ましくない範囲である。
(Effect of SRAF etching amount error on main pattern CD)
Next, the effect on the main pattern CD adjacent to the SRAF when an error occurs in the SRAF etching amount will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows the main pattern CD error on the wafer relative to the etching amount error when the SRAF etching amount is 28 nm, 38 nm, and 48 nm in the embodiment in the Cquad illumination shown in FIG. 3, and the larger the SRAF etching amount, It can be seen that the main pattern CD fluctuations in FIG. It is shown that when the SRAF etching amount is 48 nm, a slight etching error greatly affects the size of the main pattern at the repeated end. Therefore, in the present invention, the SRAF etching amount of 48 nm or more (corresponding to the phase difference of 50 degrees or less in Patent Document 2) is an undesirable range in the manufacturing process.

(SRAFエッチング量と繰り返し端主パターンへの影響)
SRAFエッチング量を変えたとき、繰り返し端主パターンCDとデフォーカスへの影響、および光強度分布について説明する。
図14は、図3に示すCquad照明における実施形態において、SRAFエッチング量を24nm〜48nmの範囲で4nmごとに変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンCDとデフォーカス(Defocus)との関係を示す図である。参考として、SRAF自体が無い場合、SRAFエッチングが無い場合も図示してある。SRAFエッチング量24nm〜40nmの範囲では、デフォーカスの変化に対して主パターンCDの変動は比較的緩やかでほぼ同じ挙動を示す。しかし、SRAFエッチング量44nm、48nmでは、デフォーカスの変化に対して主パターンCDは大きな変動を示す。
(Effect on SRAF etching amount and repeated edge main pattern)
A description will be given of the repeated edge main pattern CD, the influence on the defocus, and the light intensity distribution when the SRAF etching amount is changed.
FIG. 14 shows the relationship between the main pattern CD at the repetitive edge on the wafer and the defocus when the SRAF etching amount is changed every 4 nm in the range of 24 nm to 48 nm in the embodiment in the Cquad illumination shown in FIG. FIG. For reference, the case where there is no SRAF and the case where there is no SRAF etching is also shown. When the SRAF etching amount is in the range of 24 nm to 40 nm, the fluctuation of the main pattern CD is relatively gradual with respect to the change of the defocus and shows almost the same behavior. However, when the SRAF etching amounts are 44 nm and 48 nm, the main pattern CD shows a large variation with respect to the change of defocus.

図15は、図3に示すCquad照明における実施形態において、SRAFエッチング量を24nm〜48nmの範囲で4nmごとに変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンの光強度分布を示す。SRAFエッチング量24nm〜40nmの範囲では、光強度分布の傾きは比較的大きくほぼ同じ挙動を示す。しかし、SRAFエッチング量44nm、48nmでは、光強度分布の傾きが小さくなり、主パターンの解像性が低くなることが示される。   FIG. 15 shows the light intensity distribution of the main pattern at the repeated end on the wafer when the SRAF etching amount is changed every 4 nm in the range of 24 nm to 48 nm in the embodiment in the Cquad illumination shown in FIG. In the SRAF etching amount range of 24 nm to 40 nm, the slope of the light intensity distribution is relatively large and shows almost the same behavior. However, when the SRAF etching amounts are 44 nm and 48 nm, the slope of the light intensity distribution becomes small, indicating that the resolution of the main pattern is low.

したがって、図12〜図15に示す結果より、SRAFエッチング量44nm以上は不適切な範囲であり、焦点深度を向上させ、高解像のパターンを形成するためには、SRAFエッチング量は24nm〜40nmが好ましい範囲である。このエッチング量は、位相差115度〜70度に相当する。位相差の測定は、上記の位相シフト量測定装置(レーザテック社製:MPM193)で行った。   Therefore, from the results shown in FIGS. 12 to 15, the SRAF etching amount of 44 nm or more is an inappropriate range, and in order to improve the depth of focus and form a high resolution pattern, the SRAF etching amount is 24 nm to 40 nm. Is a preferred range. This etching amount corresponds to a phase difference of 115 to 70 degrees. The phase difference was measured with the above-mentioned phase shift amount measuring apparatus (Lasertec Corporation: MPM193).

(主パターン間SRAFでの検証)
次に、他の実施形態として主パターン間に補助パターン(SRAF)がある場合について、本発明を検証する。
シミュレーション・ソフトウェアとしては、上記と同じくEM−Suite(商品名:Panoramic Technology社製)を用いた。主なシミュレーション条件は、ArFエキシマレーザ(193nm)を照明光源とし、NAは1.35、図16に示すクエーサ(Quasar;登録商標)瞳フィルタ161を用いた。同図(a)はQuasar161の平面模式図、同図(b)はQuasar161を用いてマスク163に露光光を照射したとき(Quasar照明と記す)の斜視模式図、同図(c)はマスクパターン164の平面模式図である。である。Quasarは、扇状光透過部の開口角30度、外径0.85、内径0.65(瞳フィルタの半径を1とする)とした。マスクとしては、モリブデンシリサイド系の露光波長193nmにおける透過率6%の本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク(6%ハーフトーン)を用いた。ウェハ上のターゲットCDは60nm、主パターン165の間にSRAF166が1本ずつあり、パターンピッチは最小ピッチ120nmからのスルーピッチ・ライン/スペースで、SRAF166はピッチ250nmとした。
(Verification by SRAF between main patterns)
Next, as another embodiment, the present invention is verified for a case where there is an auxiliary pattern (SRAF) between main patterns.
As the simulation software, EM-Suite (trade name: manufactured by Panoramic Technology) was used as described above. As main simulation conditions, an ArF excimer laser (193 nm) was used as an illumination light source, NA was 1.35, and a quasar (registered trademark) pupil filter 161 shown in FIG. 16 was used. (A) is a schematic plan view of the QUASAR 161, (B) is a schematic perspective view when the mask 163 is irradiated with exposure light (referred to as QUASAR illumination), and (C) is a mask pattern. 164 is a schematic plan view of 164. FIG. It is. Quasar has an opening angle of the fan-shaped light transmission portion of 30 degrees, an outer diameter of 0.85, and an inner diameter of 0.65 (the radius of the pupil filter is 1). As a mask, a halftone mask (6% halftone) having an auxiliary pattern according to the present invention having a transmittance of 6% at an exposure wavelength of 193 nm of molybdenum silicide was used. The target CD on the wafer is 60 nm, one SRAF 166 is provided between the main patterns 165, the pattern pitch is a through pitch line / space from the minimum pitch of 120 nm, and the SRAF 166 is 250 nm in pitch.

図17は、図16に示すQuasar照明の実施形態において、SRAFのエッチング量(マスク上)とSRAF CD(ウェハ上の寸法)との関係を示す図である。図17において、図12と同様に、図中に点線矢印で示すSRAFエッチング量が48nm以上の領域は、SRAF部の位相差が50度以下の領域(上記の特許文献2の発明に記載の範囲)に相当する。本実施形態の場合には、図12に示したライン/スペース繰り返し端の主パターン、Cquadの条件に比べて、もともとのSRAF寸法がウェハ上で9nm(マスク上で36nm)と非常に小さいため、SRAFエッチング量が48nm以上の領域においても、ウェハ上のSRAF寸法が大きすぎるという問題は生じない。   FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the SRAF etching amount (on the mask) and the SRAF CD (dimensions on the wafer) in the embodiment of the QUASAR illumination shown in FIG. In FIG. 17, similarly to FIG. 12, the region where the SRAF etching amount indicated by the dotted arrow in the drawing is 48 nm or more is a region where the phase difference of the SRAF portion is 50 degrees or less (the range described in the invention of Patent Document 2 above). ). In the case of the present embodiment, since the original SRAF dimension is very small as 9 nm on the wafer (36 nm on the mask) compared to the condition of the main pattern of line / space repetition end and Cquad shown in FIG. Even in the region where the SRAF etching amount is 48 nm or more, the problem that the SRAF dimension on the wafer is too large does not occur.

図18は、図16に示すQuasar照明の実施形態において、マスク上のSRAFのエッチング量に誤差を生じた場合、ウェハ上の主パターンCDへ与える影響について示す図である。図13と同様に、SRAFエッチング量は28nm、38nm、48nmの場合を示す。図18が示すように、SRAFのエッチング量誤差に対してウェハ上の主パターンCD誤差は極めて小さい。   FIG. 18 is a diagram showing the influence on the main pattern CD on the wafer when an error occurs in the etching amount of the SRAF on the mask in the embodiment of the QUASAR illumination shown in FIG. Similar to FIG. 13, the SRAF etching amounts are 28 nm, 38 nm, and 48 nm. As shown in FIG. 18, the main pattern CD error on the wafer is extremely small with respect to the SRAF etching amount error.

図19は、図16に示すQuasar照明の実施形態において、図14と同様に、SRAFエッチング量を24nm〜48nmの範囲で4nmごとに変えたとき、主パターンCDとデフォーカス(Defocus)との関係を示す図である。参考として、SRAFが無い場合、SRAFエッチングが無い場合も図示してある。   FIG. 19 shows the relationship between the main pattern CD and the defocus when the SRAF etching amount is changed every 4 nm in the range of 24 nm to 48 nm in the embodiment of the QUASAR illumination shown in FIG. FIG. For reference, the case where there is no SRAF and the case where there is no SRAF etching are also shown.

図19に示されるように、SRAF無しに対して、図中の実線矢印に示すように、SRAFを設けることにより焦点深度は拡大する。しかし、SRAFエッチング無しの場合であっても、デフォーカスに対して非対称である。図中の点線矢印に示すように、SRAFのエッチング量を増やすほど、デフォーカスの非対称性は拡大していき、デフォーカスのマイナス側でウェハ上の主パターンCDは上がり、デフォーカスのプラス側でウェハ上の主パターンCDは下がり、ウェハ上の主パターンの寸法変動は非対称となる。例えば、エッチング量48nmとSRAFエッチング量を増すと、非対称性のため転写画像特性が悪くなる。図17〜図19に示す結果より、本発明においては、SRAFエッチング量の上限を40nmに設定した。したがって、主パターン間SRAF(Quasar照明)の場合も、主パターン繰り返し端SRAF(Cquad照明)と同様に、本発明のフォトマスクが示す効果が検証された。   As shown in FIG. 19, when there is no SRAF, the depth of focus is expanded by providing the SRAF as shown by the solid arrow in the figure. However, even without SRAF etching, it is asymmetric with respect to defocus. As the SRAF etching amount increases, the defocusing asymmetry increases as the SRAF etching amount increases, and the main pattern CD on the wafer rises on the defocusing minus side. The main pattern CD on the wafer is lowered, and the dimensional variation of the main pattern on the wafer is asymmetric. For example, when the etching amount is increased to 48 nm and the SRAF etching amount is increased, the transferred image characteristics are deteriorated due to asymmetry. From the results shown in FIGS. 17 to 19, in the present invention, the upper limit of the SRAF etching amount was set to 40 nm. Therefore, in the case of SRAF between main patterns (Quasar illumination), the effect of the photomask of the present invention was verified as in the case of the main pattern repetition end SRAF (Cquad illumination).

上記のように、本発明のフォトマスクの製造方法は、主パターンと補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されているので、半透明膜の成膜工程が容易である。また、補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光の位相差を70度〜115度の範囲の所定の位相差とし、補助パターンの半透明膜をドライエッチングし、主パターンと補助パターンの膜厚差を24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差として、すなわち補助パターンのエッチング量として求めることにより、所望の補助パターンの位相差を容易に得ることができる。さらに、主パターンと補助パターンとの間のスペースをより広くし、アライメントずれの余裕度を上げた製造方法とすることができ、マスク製造の難度を上げずにパターンの転写特性を改善するフォトマスクを得ることができる。   As described above, in the photomask manufacturing method of the present invention, the main pattern and the auxiliary pattern are composed of a translucent film made of the same material, and therefore, the process of forming the translucent film is easy. Further, the phase difference between the light transmitted through the auxiliary pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate is set to a predetermined phase difference in the range of 70 degrees to 115 degrees, and the semi-transparent film of the auxiliary pattern is dry-etched, By obtaining the film thickness difference of the auxiliary pattern as a predetermined film thickness difference in the range of 24 nm to 40 nm, that is, as the etching amount of the auxiliary pattern, a desired phase difference of the auxiliary pattern can be easily obtained. In addition, the photomask can improve the pattern transfer characteristics without increasing the difficulty of mask manufacturing, by making the space between the main pattern and the auxiliary pattern wider, making it possible to achieve a manufacturing method with increased margin of misalignment. Can be obtained.

10、20 ハーフトーンマスク
11、21 透明基板
12、22 主パターン
13、23 補助パターン
24 下層の半透明膜(エッチング停止層)
25 上層の半透明膜
31、161 瞳フィルタ
32、162 照明光
33、163 マスク
164 マスクパターン
165 主パターン
166 SRAF
70、80、90、100 ハーフトーンマスク
71、81、91、101 透明基板
72、82、102 半透明膜
73、83、93、103 遮光膜
74、84 第1のレジストパターン
75、85、95 主パターン部
76、86、96 補助パターン部
77、87 第2のレジストパターン
78、88、98 補助パターン
79、89、99 主パターン
92a 下層の半透明膜(エッチング停止層)
92 上層の半透明膜
94a 第1のレジストパターン
94b 第2のレジストパターン
94c 第3のレジストパターン
104 遮光膜
105 遮光領域用レジストパターン
110 従来製造法のハーフトーンマスク
111 透明基板
112 半透明膜
113 遮光膜
114 第1のレジストパターン
115 主パターン部
116 補助パターン部
117 第2のレジストパターン
118 補助パターン
119 主パターン
121 透明基板表面の段差
1 主パターン
2 半透明補助パターン
301 透明基板
302 半透明膜
304 透明膜
10, 20 Halftone mask 11, 21 Transparent substrate 12, 22 Main pattern 13, 23 Auxiliary pattern 24 Lower semi-transparent film (etching stop layer)
25 Upper-layer translucent films 31, 161 Pupil filters 32, 162 Illumination light 33, 163 Mask 164 Mask pattern 165 Main pattern 166 SRAF
70, 80, 90, 100 Halftone mask 71, 81, 91, 101 Transparent substrate 72, 82, 102 Translucent film 73, 83, 93, 103 Light shielding film 74, 84 First resist pattern 75, 85, 95 Main Pattern part 76, 86, 96 Auxiliary pattern part 77, 87 Second resist pattern 78, 88, 98 Auxiliary pattern 79, 89, 99 Main pattern 92a Semi-transparent film (etching stop layer) under layer
92 Upper-layer translucent film 94a First resist pattern 94b Second resist pattern 94c Third resist pattern 104 Light-shielding film 105 Light-shielding area resist pattern 110 Halftone mask 111 of conventional manufacturing method Transparent substrate 112 Translucent film 113 Light-shielding Film 114 First resist pattern 115 Main pattern part 116 Auxiliary pattern part 117 Second resist pattern 118 Auxiliary pattern 119 Main pattern 121 Step 1 on transparent substrate surface Main pattern 2 Translucent auxiliary pattern 301 Transparent substrate 302 Translucent film 304 Transparent film

Claims (13)

ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクであって、
前記主パターンと前記補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されており、
前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせ、かつ前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に70度〜115度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴とするフォトマスク。
In a photomask used for projection exposure by modified illumination using an ArF excimer laser as an exposure light source, the photomask is transferred onto one main surface of a transparent substrate onto the transfer target surface by the projection exposure, and A photomask provided with an auxiliary pattern formed in the vicinity of the main pattern and not transferred to the transfer target surface,
The main pattern and the auxiliary pattern are composed of a translucent film made of the same material,
A phase difference of 180 degrees is generated between the light transmitted through the main pattern and the light transmitted through the transparent area of the transparent substrate, and the light transmitted through the auxiliary pattern and light transmitted through the transparent area of the transparent substrate is 70 degrees. A photomask characterized by producing a predetermined phase difference in a range of ˜115 degrees.
前記補助パターンの膜厚が前記主パターンの膜厚よりも薄く、膜厚差が24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差であることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。   2. The photomask according to claim 1, wherein the auxiliary pattern is thinner than the main pattern, and the difference in thickness is a predetermined thickness difference in a range of 24 nm to 40 nm. 前記膜厚差がドライエッチングにより形成されたことを特徴とする請求項2に記載のフォトマスク。   The photomask according to claim 2, wherein the film thickness difference is formed by dry etching. 前記補助パターンの露光光透過率が15%〜29%の範囲の所定の透過率であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のフォトマスク。   The photomask according to any one of claims 1 to 3, wherein the exposure light transmittance of the auxiliary pattern is a predetermined transmittance in a range of 15% to 29%. 前記同一材料よりなる半透明膜が単層の半透明膜または2層の半透明膜よりなることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のフォトマスク。   The photomask according to any one of claims 1 to 4, wherein the translucent film made of the same material is a single-layer translucent film or a two-layer translucent film. 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクの外周部に遮光領域が形成されていることを特徴とするフォトマスク。   The photomask according to any one of claims 1 to 5, wherein a light-shielding region is formed on an outer peripheral portion of the photomask. 前記単層の半透明膜がモリブデンシリサイド系材料の半透明膜であり、前記2層の半透明膜が前記透明基板上にクロム系材料の半透明膜、モリブデンシリサイド系材料の半透明膜を順に設けたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のフォトマスク。   The single-layer semi-transparent film is a molybdenum-silicide-based material semi-transparent film, and the two-layer semi-transparent film is a chromium-based material semi-transparent film and a molybdenum-silicide-based material semi-transparent film sequentially on the transparent substrate. The photomask according to any one of claims 1 to 6, wherein the photomask is provided. 前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のフォトマスク。   The photomask according to any one of claims 1 to 7, wherein the main pattern and the auxiliary pattern are both line patterns, and the main pattern is an isolated pattern or a periodic pattern. ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法であって、
(a)前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ180度となる膜厚とする工程と、
(b)前記遮光膜上に第1のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、
(c)前記第1のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第2のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、
(d)前記第2のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、
(e)前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせる工程と、
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
An ArF excimer laser is used as an exposure light source, is used for projection exposure by modified illumination, and is formed on one main surface of a transparent substrate, and is formed in the vicinity of the main pattern on the transfer target surface by the projection exposure. A photomask manufacturing method provided with an auxiliary pattern that is not transferred to the transfer target surface,
(A) A semitransparent film and a light-shielding film are sequentially formed on one main surface of the transparent substrate, and a phase difference between light transmitted through the semitransparent film and light transmitted through a transparent region of the transparent substrate is approximately 180 degrees. A film thickness forming step;
(B) forming a first resist pattern on the light shielding film, sequentially dry-etching the light shielding film and the translucent film, and forming a main pattern portion and an auxiliary pattern portion;
(C) removing the first resist pattern, then forming a second resist pattern on the light shielding film, and etching and removing the light shielding film of the auxiliary pattern portion;
(D) The second resist pattern is peeled, and then the entire surface of one main surface of the transparent substrate is dry-etched, so that the light transmitted through the auxiliary pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate are 70 degrees. A step of dry-etching the semi-transparent film of the auxiliary pattern portion to a film thickness having a predetermined phase difference in a range of ˜115 degrees to form an auxiliary pattern;
(E) The light shielding film of the main pattern portion is removed by etching to form a main pattern, and a phase difference of 180 degrees is generated between light transmitted through the main pattern and light transmitted through the transparent region of the transparent substrate. Process,
A method for manufacturing a photomask, comprising:
請求項9に記載のフォトマスクの製造方法において、工程(b)の前記半透明膜のドライエッチングが前記半透明膜の膜厚の途中までのハーフエッチングであることを特徴とするフォトマスクの製造方法。   10. The photomask manufacturing method according to claim 9, wherein the dry etching of the semitransparent film in the step (b) is half etching halfway through the film thickness of the semitransparent film. Method. ArFエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法であって、
(a)前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜が2層の半透明膜よりなり、前記透明基板側の下層の半透明膜が上層の半透明膜のエッチング停止層を兼ね、前記2層の半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ180度となる膜厚とする工程と、
(b)前記遮光膜上に第1のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記2層の半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、
(c)前記第1のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第2のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、
(d)前記第2のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が70度〜115度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、
(e)前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に180度の位相差を生じさせる工程と、
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
An ArF excimer laser is used as an exposure light source, is used for projection exposure by modified illumination, and is formed on one main surface of a transparent substrate, and is formed in the vicinity of the main pattern on the transfer target surface by the projection exposure. A photomask manufacturing method provided with an auxiliary pattern that is not transferred to the transfer target surface,
(A) A semi-transparent film and a light-shielding film are sequentially formed on one main surface of the transparent substrate, the semi-transparent film is composed of two semi-transparent films, and the lower semi-transparent film on the transparent substrate side is an upper layer. A step of serving as an etching stop layer for the semitransparent film, and a film thickness in which the phase difference between the light transmitted through the two semitransparent films and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate is approximately 180 degrees;
(B) forming a first resist pattern on the light-shielding film, sequentially dry-etching the light-shielding film and the two semi-transparent films, and forming a main pattern portion and an auxiliary pattern portion;
(C) removing the first resist pattern, then forming a second resist pattern on the light shielding film, and etching and removing the light shielding film of the auxiliary pattern portion;
(D) The second resist pattern is peeled, and then the entire surface of one main surface of the transparent substrate is dry-etched, so that the light transmitted through the auxiliary pattern and the light transmitted through the transparent region of the transparent substrate are 70 degrees. A step of dry-etching the semi-transparent film of the auxiliary pattern portion to a film thickness having a predetermined phase difference in a range of ˜115 degrees to form an auxiliary pattern;
(E) The light shielding film of the main pattern portion is removed by etching to form a main pattern, and a phase difference of 180 degrees is generated between light transmitted through the main pattern and light transmitted through the transparent region of the transparent substrate. Process,
A method for manufacturing a photomask, comprising:
前記補助パターンと前記主パターンとの膜厚差が、24nm〜40nmの範囲の所定の膜厚差であることを特徴とする請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載のフォトマスクの製造方法。   The photomask according to any one of claims 9 to 11, wherein a film thickness difference between the auxiliary pattern and the main pattern is a predetermined film thickness difference in a range of 24 nm to 40 nm. Manufacturing method. 請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記補助パターンを形成する工程(d)の後に、遮光領域用レジストパターンを形成し、前記主パターン上の遮光膜をドライエッチングして除去し主パターンを形成するとともに、前記フォトマスクの外周部に遮光領域を形成する工程、
をさらに含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
The photomask manufacturing method according to any one of claims 9 to 12, wherein after the step (d) of forming the auxiliary pattern, a light-shielding region resist pattern is formed, and the main pattern is formed. Forming a main pattern by removing the light shielding film by dry etching, and forming a light shielding region on the outer periphery of the photomask;
A method for producing a photomask, further comprising:
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