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位相シフトマスクは、フォトリソグラフィーにおける画像解像度を向上させるために位相差によって生成される干渉を利用するフォトマスクです。位相シフトマスクには、交互型[ 1 ]と減衰型[ 2 ]があります。 位相シフトマスクは、透明な媒体を通過する光がその光学的厚さに応じて位相変化を起こすという事実に基づいています。
従来のフォトマスクは、厚さが均一な透明な板であり、その一部が非透過性材料で覆われているため、光を照射すると半導体ウェハ上にパターンが形成される。
交互位相シフトマスクでは、特定の透過領域が薄くなったり厚くなったりします。これにより、マスクのこれらの領域を通過する光に位相シフトが生じます（図を参照）。厚さを適切に選択すると、位相シフトされた光とマスクの未加工領域からの光との干渉により、ウェーハの一部のコントラストが向上し、最終的にウェーハの解像度が向上する可能性があります。理想的なケースは位相シフトが180度の場合で、入射光がすべて散乱されます。しかし、位相シフトが小さい場合でも、散乱量は無視できません。位相エッジが入射光の10%以下を散乱するのは、位相シフトが37度以下の場合に限られることが示されています。
減衰型位相シフトマスクは、異なるアプローチを採用しています。マスクの特定の遮光部分を改変し、少量の光（通常は数パーセント程度）を透過させます。この光はウェハ上にパターンを形成するほど強くはありませんが、マスクの透明部分から来る光と干渉することで、ウェハ上のコントラストを向上させることを目的としています。
減衰位相シフトマスクは、その構造と動作が単純であることから、特にメモリパターン用に最適化された照明と組み合わせることで、すでに広く使用されています。一方、交互位相シフトマスクは製造がより困難であるため、その採用は遅れていますが、その使用はより広まっています。たとえば、インテルは、 65 nm以降のノードトランジスタのゲートを印刷するために交互位相シフトマスク技術を使用しています。[ 3 ] [ 4 ] 交互位相シフトマスクは、減衰位相シフトマスクよりも解像度を向上させる強力な形式ですが、その使用にはより複雑な結果が伴います。たとえば、180 度の位相エッジまたは境界が一般的に印刷されます。この印刷されたエッジは通常不要な特徴であり、通常は 2 回目の露光によって除去されます。
リソグラフィで位相シフトマスクを使用する利点は、マスク自体のフィーチャサイズの変動に対する感度が低減されることです。これは、交互位相シフトマスクで最も一般的に使用され、クロム幅が減少するにつれて、線幅がマスク上のクロム幅に対してますます感度が低くなります。実際、上記のように、クロムがなくても位相エッジを印刷できます。減衰位相シフトマスクのいくつかの場合でも同じ利点が実証されています（図を参照）。減衰位相シフトマスクは、ダークフィーチャを広げて非常に高い露光量を必要とせずに、画像のログスロープも改善します。[ 5 ]透過率が高いほど、その効果は高まります。[ 6 ]
位相シフトマスクは、より微細なパターンの印刷に用いられるようになるにつれ、Panoramic TechnologyやSigma-Cなどの高精度シミュレーションソフトウェアを用いて、マスクを正確にモデル化することがますます重要になってきています。特に、マスクの形状が光の散乱に重要な役割を果たし始め、光自体がより大きな角度で伝搬するようになると、その重要性はさらに高まります。位相シフトマスクの性能は、空中像顕微鏡を用いて事前に確認することもできます。位相シフトマスク技術においては、欠陥検査が依然として重要な側面です。なぜなら、印刷可能なマスク欠陥の種類は、従来の透過効果に加えて位相効果を伴うものも含むように拡大しているからです。
減衰位相シフトマスクは、90 nmノード以降、生産で使用されています。[ 7 ]
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