JP2002099071A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１にハーフトーン位相シフトマスクの製造
工程数を短縮して製造にかかる時間とコストを削減し、
歩留まりを向上すること。第２に位相角制御性および寸
法制御性の高いハーフトーン位相シフトマスクを提供す
ること。 【解決手段】 微細パターンを形成するハーフトーン膜
上でかつ微細パターン領域の外側にレジスト膜からなる
遮光帯を形成したハーフトーン位相シフトマスク構造と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、半導
体集積回路装置、超電導装置、マイクロマシーン、電子
デバイス等の微細デバイスの製造に用いるホトマスク、
特に微細パターン形成に適したハーフトーン位相シフト
マスク、及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置の製造においては、
微細パターンを半導体ウエハ上に転写する方法としてリ
ソグラフィ技術が用いられる。リソグラフィ技術におい
ては主に投影露光装置が用いられ、投影露光装置に装着
したホトマスクのパターンを半導体ウエハ上に転写して
デバイスパターンを形成する。解像度の高い露光装置の
露光領域はウエハ２１の大きさより小さいため、ウエハ
上面図を図２に示すように複数のショットに分けステッ
プあるいはスキャン送りをして複数のチップ２２を露光
する。その露光の際、チップを切り出すためのスクライ
ブエリア２３がチップの周囲に用意される。

【０００３】近年、デバイスの高集積化、デバイス動作
速度の向上要求に答えるため形成すべきパターンの微細
化が進められている。このような背景の下、パターン形
成に用いられる露光装置の露光光の短波長化が図られて
いる。また、ハーフトーン位相シフト法という露光方法
が使用されている。ハーフトーン位相シフトマスクは露
光光を減光し、その位相をシフトさせる半透明な膜（ハ
ーフトーン膜と呼ぶ）を透光性基体上に形成したマスク
である。その膜の露光光に対する透過率は通常１％から
２５％の範囲内が望ましいとされている。またこの膜を
透過する露光光はこの膜がない場合に対して位相に差が
生じるように調整されている。最も高い解像性能を引き
だす位相差は１８０度及びその奇数倍であるが、１８０
度の前後９０度に収まっていれば解像向上効果がある。
ハーフトーンマスクを用いると一般に解像度が５％から
２０％程度向上することが知られている。

【０００４】チップ露光を行なう際、パターン形成部に
隣のショットの外枠領域の一部が重なって露光される。
遮光膜がＣｒ等の十分な遮光性を有するホトマスクでは
外枠領域を透過する光が十分小さいため問題にはならな
いが、ハーフトーンマスクでは外枠領域はハーフトーン
膜であって完全な遮光物となっていない。このため減光
されながらもこの部分を透過する光が形成すべきパター
ンに重畳され、重畳された部分では露光されるレジスト
の膜べりが生じたり解像度が低下するといった問題が生
じる。そこで従来はＣｒからなる遮光膜を外枠領域に形
成してこの問題に対処してきた。このＣｒからなる遮光
膜のことをＣｒ遮光帯と呼ぶ。

【０００５】図３にそのＣｒ遮光帯を有するマスクの構
造を示す。図３の（ａ）はマスクの平面図であり、図３
の（ｂ）はＡ−Ａ'線に沿ったマスクの断面図である。
転写すべき所望のパターン３１はハーフトーン膜からな
るチップフィールド（パターン形成領域であって半導体
装置製造の場合は回路形成領域に相当する）３２に配置
されている。チップフィールド３２の外側のフィールド
にはＣｒ遮光膜３３が全面に被着されている。３６は透
光性基体である。

【０００６】このチップフィールド３２内のパターンが
露光によってウエハに転写され、図２のチップ２２が形
成される。このときＣｒ膜３３が被着されていないとチ
ップフィールド内の外周部付近の領域３４で重なり露光
が起こる。これは、通常露光装置に露光領域の大きさを
変える機構としてマスキングブレードが備えられている
ものの、その位置決め精度が５０μｍ程度と低く、かつ
マスキングブレードがシャープな遮光特性を有しておら
ず、周辺に露光カブリが生じるためである。この多重露
光によってチップフィールド内の外周部付近に解像不良
が発生する。一方、図３のようにＣｒ膜３３が外周部全
面に被着されているとシャープに遮光されるためこのよ
うな問題は起こらない。

【０００７】また、Ｃｒ遮光帯に代わる方法として、露
光装置の解像度より微細な密集グレーティングパターン
やチェッカパターンをハーフトーン膜に刻み、回折現象
を利用してこの部分の露光光に対する透過率を十分下げ
るというハーフトーン遮光帯法が提案されている。この
方法は特開平６−１７５３４７号公報に記載されてい
る。

【０００８】なお、ハーフトーン位相シフトに関する記
載としては、例えば特開平５−１８１２５７号公報など
がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４に本発明者等の試
作実験によるＣｒ遮光帯を用いたハーフトーン位相シフ
トマスクの作製工程を示す。まず図４の（ａ）に示すよ
うに石英ガラス４０上にハーフトーン膜４１、Ｃｒ膜４
２、及びレジスト膜４３を順次被着し、所望のパターン
を露光（４４）する。なお、このＣｒ膜４２はスパッタ
技術によって形成した。次に、現像を行なって図４の
（ｂ）に示すようにレジストパターン４３'を形成す
る。次に、図４の（ｃ）に示すように露出したＣｒ膜４
２およびハーフトーン膜４１を順次エッチングし、Ｃｒ
パターン４２'およびハーフトーン膜パターン４１'を形
成する。図４の（ｄ）に示すようにレジスト４３'を除
去した後、図４の（ｅ）に示すように再度レジスト４５
を塗布し、チップフィールドを露光（４６）する。現像
を行なって図４の（ｆ）に示すようにレジストパターン
４５'を形成し、レジストでマスクされていない場所の
Ｃｒをエッチングによって除去し図４の（ｇ）に示すよ
うにＣｒパターン４２”を形成する。最後に、レジスト
４５'を除去して図４の（ｈ）に示すようなハーフトー
ン位相シフトマスク（これは図３の（ｂ）に相当する）
を形成する。

【００１０】上記の試作実験から本発明者等は以下の課
題を見いだした。即ち、従来のＣｒ遮光帯を用いたハー
フトーン位相シフトマスクはハーフトーン膜に加えＣｒ
膜が被着された構造であるため、（１）マスクの製造工
程数が多く、コスト面で課題がある。（２）工程数が多
いことに加え、Ｃｒ膜のスパッタ成膜やエッチングとい
った異物欠陥を発生しやすい工程があるためマスク製造
歩留まりが低いという課題がある。（３）図４の（ｆ）
から（ｇ）の工程で微細パターンのハーフトーン位相シ
フト膜を被覆しているＣｒ膜を除去する際にハーフトー
ン膜が一部不均一にエッチングされるので位相制御性が
低下する、更にはパターン寸法精度が低下するという課
題がある。（４）ハーフトーン材料として、一方ではＣ
ｒとエッチング選択比の取れる材料を選ばなければなら
ず、他方ではＣｒとハーフトーン膜を重ねて寸法精度高
くエッチングしなければならず、その材料選択の幅が狭
められて精度向上に限界があるという課題がある。露光
光のエネルギーが上がり、露光光照射耐性が問題となる
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）やＦ２エキシ
マレーザ（波長１５７ｎｍ）用のマスクでこのハーフト
ーン膜の材料選択範囲の制限は特に大きな問題となる。

【００１１】また、このように課題の多いＣｒ遮光帯で
はなくハーフトーン遮光帯を用いたハーフトーン位相シ
フトマスクではマスクの製造工数は少ないが、多数の微
細パターンを含むためマスク描画時間が大幅に増加し、
またマスクの欠陥検査に時間を要するという課題があ
る。

【００１２】本発明の目的は、改良された微細パターン
マスクを提供することである。

【００１３】本発明の更に具体的な目的は、ハーフトー
ン位相シフトマスクを用いてステップアンドリピートの
ように微細パターンの外枠部に対して複数の重ね露光を
行っても極めて正確に転写が行える改良された微細パタ
ーンマスクを提供することである。

【００１４】更に、本発明の他の目的はそのような改良
された微細パターンマスクを再現性よく安価に製造する
ためのマスクの製造方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば以
下の通りである。

【００１６】即ち、本発明の位相シフトマスクは透光性
基体上に設けられ露光光を減光し該露光光の位相をシフ
トさせるハーフトーン膜からなる位相シフト膜パターン
と、この位相シフト膜パターンが形成されたチップフィ
ールドの外側に設けられ透光性基体の上部表面を部分的
に覆うレジスト膜とを有しており、このチップフィール
ドの外側のレジスト膜が十分な遮光帯として働き、マス
クパターンの転写時に多重露光される部分のウエハ上の
レジスト膜べりや解像不良を有効に防止することがで
き、またＣｒ膜の被着や加工の問題がなくなるため、前
記した課題が解決されるのである。

【００１７】また、そのレジスト膜として露光された部
分が残るネガ型のレジスト膜を用いた位相シフトマスク
とすることによって、更にそのマスクの製造工程が簡略
化される。

【００１８】また、露光装置のステージ及び搬送系に接
触する場所にはレジスト膜を存在させないために、マス
クを構成する透光基板の周縁部表面にはレジスト膜を形
成せずに、チップフィールドに近接した外周部に部分的
に設けることによって、露光装置への実装時の問題を解
決している。

【００１９】また、そのために更に異物保護用のペリク
ルがペリクル枠を使ってマスク基板に貼り付けられてお
り、マスク基板と接着するこのペリクル枠の終端部及び
ペリクルの外側にはレジスト膜が存在しないようにされ
ている。

【００２０】なお、通常のホトマスクの製造工程の簡略
化および高精度化を目的として、例えば特開平５−２８
９３０７号公報においては、マスクパターン自体をレジ
スト膜で形成する方法が開示されている。このマスクは
露光光透過部と十分な遮光体からなるバイナリーマスク
であり、外枠の重なり露光の問題が元々ないマスクであ
り、本発明とは根本的に異なるものである。

【００２１】また、ハーフトーン位相マスクへのレジス
ト遮光体の適用としては特開平９−２１１８３７号公報
があるが、これはチップフィールド内でのサブピーク転
写を防止し、パターンエッジ部近傍のみハーフトーン化
されたリムタイプのハーフトーンマスクを形成するもの
である。本発明はこの方法とは目的及び効果が異なると
ともに、レジストが形成されている場所も異なる。また
該公報ではリム部の幅の設定に制限が生じる。リム部以
外の場所もハーフトーン化された本発明とは異なる。ま
た該公報ではその製造工程上の制約から必然的にポジ型
レジストを用いてハーフトーン膜上の遮光物を形成して
いるが、本発明ではネガ型レジストが有利であるという
点でも全く異なるものである。

【００２２】更にまた、この特開平９−２１１８３７号
公報の場合には、レジストを微細パターンが入った回路
パターンの部分に形成するため、マスク上のレジストの
膜厚に制限が生じる。膜厚が厚いとレジストが壁とな
り、転写特性に悪影響が出る。具体的には転写パターン
寸法精度のマスク寸法忠実度が下がり、限界解像度が下
がる。この現象は特に斜入射照明や、ＮＡの高いレンズ
を用いたときに顕著に現れる。

【００２３】それに対し、前述したように本発明ではレ
ジストパターンを微細パターン部に形成するのではな
く、ショット周辺の非パターン部即ち、チップフィール
ドの外側に形成するものなのでこのようなレジスト膜厚
の制限はない。

【００２４】さらに、本発明ではレジストの膜厚をハー
フトーン膜の膜厚より厚くすることによりレジスト遮光
帯の吸光度（消衰係数）を適度に抑えることを特徴とし
ている。このようにする事により半導体集積回路装置等
の回路パターンのように極めて微細なパターンの部分に
レジストが僅かに残ったとしてもその残りが露光光量に
変化を与えないため解像不良が発生することがない。ま
た、例え解像に影響を与えるレベルまでレジスト残りが
発生したとしても、後述するように通常の欠陥検査より
も簡便で検査速度の速い蛍光検査で容易に残り欠陥を検
出する事が可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）まず、本発明の
第１の実施の形態であるハーフトーン位相シフトマスク
の望ましい構造を示した図１を用いて全体の構成を説明
する。図１の（ａ）は本発明のハーフトーン位相シフト
マスクを上面から見た平面図であり、図１の（ｂ）は図
１の（ａ）におけるＡ−Ａ'線でのマスクの断面を示し
たものである。

【００２６】１はハーフトーン膜、２は転写されるべき
集積回路パターンが配置される領域であるチップフィー
ルド、３は転写すべきパターン、６はレジスト膜からな
る遮光帯、７はレチクルアライメントマーク、８は石英
ガラスからなる透光性基体である。透光性基体は露光光
に対する透過性を有する基体であればよい。

【００２７】レジスト膜からなる遮光帯６の形状はチッ
プフィールド２を完全に取り囲むように四角い帯状（即
ち、ロの字状）に設けた方がウエハの周辺部のチップに
対する遮光特性を確保するためにも好ましいが、これに
限るものではなく、ステップアンドリピート時のマスク
の重なりを考慮することによって、Ｌ字状又はＣ字状な
どにしてもよい。

【００２８】また、レジスト膜６が露光装置のステージ
や搬送系に接触すると剥がれて異物欠陥の基となるた
め、それらと接触する部分にはレジスト膜を残さないこ
とが望ましい。従って、レジスト膜６はチップフィール
ド２の外側に位置する透光性基体８やハーフトーン膜の
上部の全面ではなく内側の一部に形成されており、複数
のレチクルアライメントマーク７がそれらの残りの上部
に形成されている。なお本例でのチップフィールド２の
中にはマスク間の位置合わせを行うためのウエハマーク
も配置されている。

【００２９】なお、図１ではマスク製造時の工程を意識
してパターン形成面が上になっているが、露光装置にマ
スクを挿入するときには向きが上下反転し、パターン面
が下になる。レジスト膜６が十分な遮光膜として働き、
転写時多重露光される部分のウエハ上のレジスト膜べり
や解像不良を防止することができる。Ｃｒ膜被着や加工
の問題がなくなるため、前記した種々の課題は解決され
る。

【００３０】次に、このマスクの製造工程を説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態のハーフトーン位相
シフトマスクの製造方法を説明するための製造工程毎の
断面図である。

【００３１】まず、図５の（ａ）に示すように石英ガラ
スからなる透光性基体８上にハーフトーン膜５１を、さ
らにその上にレジスト膜５２を形成し、所望のパターン
を露光（５３）した。

【００３２】ここではハーフトーン膜５１としてＣｒＯ
ｘＦｙ膜を用いたが、これは一例に過ぎずこの他に例え
ばＺｒＳｉｘＯｙ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＣｒＦｘ
膜、ＭｏＳｉｘ等も用いることができる。また、ハーフ
トーン膜５１は位相シフト効果をだす上で単一層のみな
らず複数の層で形成されていてもよい。ハーフトーン位
相シフト効果を出すためにハーフトーン膜５１の膜厚ｄ
は、露光光の波長をλ、 ハーフトーン膜５１の露光波
長に対する屈折率をｎとしたときにλ／｛２（ｎ−
１）｝ となるように設定した。この条件が最も転写パ
ターンの解像度および露光裕度を引きだせる条件である
が、この条件に限定されるものではない。露光光に対す
る透過率は６％に設定した。但し、これも一実施条件に
過ぎず、この条件に限定されるものではない。

【００３３】次に、図５の（ｂ）に示すように現像を行
ってレジストパターン５４を形成し、図５の（ｃ）に示
すようにこのレジストパターン５４をマスクにハーフト
ーン膜５１の選択的エッチングを行った。

【００３４】次に、図５の（ｄ）に示すようにレジスト
５４を剥離除去して所望のパターン３が形成されたハー
フトーン膜５１'を形成した。

【００３５】その後、図５の（ｅ）に示すように透光性
基体８の上部にネガ型レジスト膜５５を塗布してチップ
フィールド外の領域を露光（５６）した。ただし、この
露光の際露光装置のステージや搬送系に接触するレジス
ト膜の部分は露光を行わなかった。基本的にはチップフ
ィールドの外周部境界から露光装置のマスキングブレー
ドで十分にカバーされる幅を持ったレジスト帯６が形成
されるような露光を行えば十分である。この露光には電
子線を用いたが、レーザ光等の光を用いてもよい。

【００３６】ここではレジスト膜５５、６の厚さは３μ
ｍとしたが、これは一例にすぎない。レジスト膜５５の
塗布ムラを低減するために、レジスト膜５５の膜厚はハ
ーフトーン膜５１の膜厚より厚くすることが有効であっ
た。また膜厚の上限としては、ハーフトーン膜５１を含
めて露光光に対する透過率が０．３％以下になる膜厚が
望ましい。同じ場所に多重露光される回数が４回までで
あればハーフトーン膜を含めて露光光に対する透過率が
１％以下になる膜厚が望ましい。

【００３７】更に又、レジスト膜５５、６の露光光に対
する光吸収としては消衰係数で表現して０．１以下であ
ると効果的であった。光吸収が非常に大きいとマスク上
にわずかに残ったレジストが遮光物となり異物欠陥とな
るからである。残さ（スカム）程度の残りでは転写欠陥
に結びつかず、また転写欠陥に結びつくほどの膜厚では
容易に異物検査できるレベルを種々調べた結果、消衰係
数０．１以下にした方がよいという結論を得た。

【００３８】その後、図５の（ｆ）に示すように現像を
行ってレジストパターン６をハーフトーン膜５１'上に
形成した。ハーフトーン膜５１'上の遮光体としてネガ
レジストを用いたため特別な処理を施す必要なくパター
ン露光領域の外のレジスト５５を除去できた。パターン
露光領域の外にレジストが残っているとマスクを露光装
置に装着するときにレジストが剥離して異物となり、転
写欠陥が発生する。またネガ型レジストを用いると描画
面積が小さくスループットも優れるという効果がある。
ここで、ネガ型レジストとは、現像後、光が照射された
部分のレジストが残るタイプのレジストのことをいう。

【００３９】その後、熱処理を行ってレジストパターン
６の遮光率を高め、また露光光照射耐性を高めた。架橋
反応を起こすネガ型レジストを用いたため高温の熱処理
でも形状変形することがないという効果があった。ここ
では２２０℃の熱処理を行ったが、さらに温度を上げて
２６０℃の熱処理とすることもできた。このような高温
の熱処理を行っても遮光帯として必要な形状は保たれ、
熱ダレするようなことはなかった。また、遠紫外光を照
射しながら高温の熱処理を加えるとさらに照射や熱耐性
を向上させることが可能となる。熱処理や遠紫外線照射
処理を行なうとマスク露光を行なったときにこのレジス
トから出てくるガスや有機物の放出が減り、露光装置の
レンズやマスクに貼り付けたペリクルに曇りが生じると
いう問題がなくなるという効果がある。

【００４０】なお、本実施の形態で用いられるマスクに
おいて、サブピーク転写を防止する目的で、チップフィ
ールド内のハーフトーン膜上にも部分的にレジストパタ
ーンを形成しておいてもよい（簡略化のため図示省
略）。

【００４１】以上の本発明により、マスク製造工程数は
図４の８工程から６工程に減少し、製造時間は約２／３
になり、異物欠陥も減少したことからマスク製造歩留り
が向上した。また位相制御性が４％から３％に向上し、
寸法精度も５％向上した。

【００４２】次に、本実施の形態での位相シフトマスク
を用いて半導体ウエハの主表面にそのマスクパターンを
転写するための縮小投影露光装置の一例を図７に示す。
縮小投影露光装置の光源１５０１から発する露光光はフ
ライアイレンズ１５０２、照明形状調整アパーチャ１５
０３、コンデンサレンズ１５０４,１５０５およびミラ
ー１５０６を介してマスク１５０７を照射する。マスク
１５０７の上にはマスキングブレード１５２２が置かれ
ていて露光エリアの大きさに応じてその開口の大きさを
調整できるようにしてある。このマスク１５０７は、遮
光パターンが形成された主面（第１の主面）を下方（半
導体ウエハ１５０９側）に向けた状態で載置されてい
る。したがって、上記露光光は、マスク１５０７の裏面
（第２の主面）側から照射される。これにより、マスク
１５０７上に描かれたマスクパターンは、投影レンズ１
５０８を介して試料基板である半導体ウエハ１５０９上
に投影される。マスク１５０７の第１の主面には、異物
付着によるパターン転写不良を防止するためのペリクル
１５１０が必要に応じて設けられている。なお、マスク
１５０７はマスク位置制御手段１５１１で制御されたマ
スクステージ１５１２上に真空吸着され、位置検出手段
１５１３により位置合わせされ、その中心と投影レンズ
の光軸との位置合わせが正確になされている。半導体ウ
エハ１５０９は，試料台１５１４上に真空吸着されてい
る。試料台１５１４は、投影レンズ１５０８の光軸方
向、すなわちＺ軸方向に移動可能なＺステージ１５１５
上に載置され、さらにＸＹステージ１５１６上に搭載さ
れている。Ｚステージ１５１５およびＸＹステージ１５
１６は、主制御系１５１７からの制御命令に応じてそれ
ぞれの駆動手段１５１８、１５１９によって駆動される
ので，所望の露光位置に移動可能である。その位置はＺ
ステージ１５１５に固定されたミラー１５２０の位置と
して、レーザ測長器１５２１で正確にモニタされてい
る。位置検出手段１５１３には、例えばハロゲンランプ
が用いられている。

【００４３】露光装置のステージや搬送系統に接触する
部分にはレジスト膜が残らないようにマスク上のレジス
トを露光して除去しておき搬送によって生じる異物の発
生を防止した。この処理がない場合には異物が発生し、
転写欠陥を引き起こした。

【００４４】本発明のマスクを本露光装置に装着し、波
長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマでステップアンドスキャ
ン露光を行ってウエハ上にそのマスクパターンを転写し
た。その結果、転写欠陥は発生せず、寸法精度は従来法
に比べ約２％向上した。

【００４５】なお、ここではＡｒＦエキシマレーザを用
いたが、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を用
いても同様の効果を得ることができた。波長が２００ｎ
ｍよりも長いとレジスト膜の吸光度は低下し、遮光率が
下がるが、（１）元々透過率の高くないハーフトーン膜
上に形成されていること（２）レジスト熱処理により吸
光度を高めたこと（３）寸法的に高い精度を求める必要
がないレジスト遮光帯なので必要に応じて膜厚を厚くで
きること、により全く問題なく遠紫外線露光に対しても
上記と同様の効果があった。また、さらにレジストパタ
ーン６の膜厚を厚くして例えば１０μｍとすれば紫外線
露光に対しても上記効果があった。

【００４６】また、レジスト遮光帯６はハーフトーン膜
１上に形成され、露光光はハーフトーン膜１を介してレ
ジスト遮光帯６に到達する。したがってレジスト膜６は
ハーフトーン膜１で減光されて露光されるためレジスト
遮光帯６の耐光性は問題がなかった。

【００４７】なお、本実施の形態１ではノボラック樹脂
をベースポリマとしたネガ型レジストを用いたが、これ
に限らずフェノール樹脂をベースポリマとしたレジスト
も用いることができる。更にカーボンを含んだブラック
マトリックスも用いることができる。このブラックマト
リックスは強い耐光性を持つという特長がある。

【００４８】（実施の形態２）本実施の形態２において
は、マスクのパターン形成面（第１の主面）に異物が付
着しないように作用する透明薄膜ペリクルをマスクの主
面上に配置した例を説明する。これ以外は、前記実施の
形態１と同じである。

【００４９】本実施の形態２のマスクの具体例を図６に
示す。なお、図６の（ａ）はマスクの平面図、図６の
（ｂ）はマスクを所定の装置に装着した時の様子を示し
たＡ−Ａ'線でのマスクの断面図を示している。

【００５０】本実施の形態２においては、マスクの主面
（第１の主面）側に、ペリクル６２がペリクル貼り付け
フレーム６１を介して接合されて固定されている。ペリ
クル６２は、マスクがペリクルに覆われている領域であ
るペリクルカバー領域に配置されている。すなわち、ペ
リクル６２は、マスクのチップフィールド２の全体及び
遮光帯レジスト膜６を含むようにして集積回路パターン
領域以外のペリクルカバー領域上のハーフトーン膜１に
重なるように配置されている。

【００５１】本実施の形態２においては、ペリクル張り
付けフレーム６１の基部が、マスクの周辺内部領域にお
けるハーフトーン膜１に直接接触した状態で接合固定さ
れている。ここで、周辺内部領域とはペリクルに覆われ
ていない外部領域のうち、光学的パターンが形成されて
いる内側の領域をいう。これにより、ペリクル張り付け
フレーム６１の剥離を防止できる。また、ペリクル張り
付けフレーム６１の取り付け位置にレジスト膜６が形成
されていると、ペリクル６１の取り付け取り外しの際
に、その部分のレジスト膜が剥離し異物発生の原因とな
る。本実施の形態２においては、ペリクル張り付けフレ
ーム６１をハーフトーン膜１に直接接触させた状態で接
合するので、そのような異物発生を防止できる。このよ
うな効果は、ペリクル張り付けフレーム６１をマスク基
板８に直接接触させた状態で接合固定しても得られる。
また、図６の（ｂ） に示すように、マスクと露光装置
の装着部６３とが接触する表面部分６４にはレジスト膜
６が形成されないようにした。これによりレジスト膜６
の剥離や削れ等による異物の発生を防止できる。

【００５２】このような実施の形態２によれば、前記実
施の形態１で得られた効果の他に以下の効果を得ること
が可能となる。 （１）マスクにペリクルを設けたことにより、マスクに
異物が付着するのを防止し、その異物付着に起因する転
写パターンの劣化を抑制または防止できる。 （２）ペリクル張り付けフレームを遮光パターンまたは
マスク基板に直接接触させた状態で接合したことによ
り、ペリクルの取り付け取り外しに際して、遮光パター
ン形成用のレジスト膜が剥離したり削れたりするのを防
止できる。このため、そのレジスト膜の剥離や削れ等に
起因する異物の発生を防止できる。

【００５３】（実施の形態３）実施の形態３では、形成
されたマスク表面上でのレジスト残り欠陥を簡便に検査
する方法を説明する。

【００５４】実施の形態１及び２で用いたホトマスクを
用い、集積回路パターンが配置されているチップフィー
ルドにＡｒレーザ光を照射した。そしてレジストの主構
成要素であるベンゼン環から発生する蛍光を観察した。
フォトマルチプライヤーの感度をその蛍光の波長に合わ
せると、チップフィールド内には本来レジストは存在し
ないはずなので、極めて高い感度でレジスト残りを検出
することができる。実際、ペリクル越しでも膜厚１５ｎ
ｍのレジスト残りも観察することができた。

【００５５】この膜厚では露光光をほとんど透過するた
め、転写欠陥にはならない。チップフィールド内をＡｒ
レーザ光の一括照射で欠陥検査することも可能で、極め
て短時間に、しかも十分な検出感度でレジスト残り欠陥
検査を行うことができた。通常の欠陥検査を装置を用い
ると約２時間かかったものが、わずか１０分で検査する
ことが可能となった。これにより検査結果に基づくホト
マスクの修正も可能となり製造歩留まりを高くすること
ができる。

【００５６】即ち、この実施の形態３によれば、レーザ
光を発生する機構と、レジスト膜が被着されたホトマス
クを検査台に載置する機構と、この載置されたホトマス
クにレーザ光を照射する機構と、この照射されたレーザ
光により残存するホトマスク材から発生する蛍光を検出
する機構とを有するホトマスクの検査装置を用いて極め
て簡単にホトマスクの検査を行うことができるので、極
めて微細なマスクパターンのマスクを安価で大量に製造
する実用的な方法を提供することができる。

【００５７】（実施の形態４）実施の形態４では、あら
かじめメタルからなる外枠が露光光に対して透光性を有
するガラス基板上に形成されたマスク基板を用いる。こ
こで、マスク遮光材料に関して「メタル」と言うとき
は、クロム、酸化クロム、その他の金属の同様な化合物
を指し、広くは金属元素を含む単体、化合物、複合体等
で遮光作用のあるものを含む。シリコンや窒素含有のメ
タルも含む。マスクアライメントマーク検出光が５５０
ｎｍより波長の短い光である場合はポリシリコンも含
む。

【００５８】一部の露光装置ではマスクアライメントマ
ーク検出の際、ハロゲン光、赤色ダイオード光、あるい
はＨｅＮｅレーザ光を用いている。このような波長の長
い光に対しては波長の短い露光光に調整されたハーフト
ーン膜は十分な遮光性を有せず、マスクアライメントマ
ークを検出できないという問題がある。この問題を解決
するためマスクアライメント用のメタルの外枠を形成し
ておく。

【００５９】図８にそのためのマスク構造を示す。図８
の（ａ）はかかる本発明のマスクを上面から見た平面図
であり、図８の（ｂ）は図８の（ａ）でのＡ−Ａ'線を
結ぶ線上のマスク断面を示したものである。図８中、１
０２がそのためのメタル層で、１０８がマスクアライメ
ントマーク、１１０が電子線描画合わせ用マークであ
る。１ａはメタル層形成領域、１ｂはメタル層を形成し
ていない領域を示す。メタル層形成領域１ａ の中には
マスクアライメントマーク１０８と電子線描画合わせマ
ーク１１０が配置されている。メタル層外の１ｂ領域の
中にはチップフィールド２が配置されている。レジスト
遮光帯６はメタル層形成外領域１ｂ内に作られるが、メ
タル層形成領域１ａにレジストパターンの一部がかかる
ように作られていてもよい。

【００６０】本実施の形態のマスクの製造工程は次の通
りである。まず、ガラス基板８上にメタル層からなる外
枠１０２を形成する。この外枠１０２にはマスクアライ
メント用のマーク１０８と電子線描画時のアライメント
マーク１１０を形成しておく。その後、転写用の所望の
パターンを持つハーフトーン膜１を実施の形態１と同様
の工程で形成する。この際、アライメントマーク１１０
の位置を参照しながら電子線描画を行なってパターンを
形成する。逐次位置をモニタし、位置ずれを防止しなが
ら描画するため位置精度の高いパターン形成が可能とな
る。またマスクアライメントマーク１１０上のハーフト
ーン膜は除去しておく。この際、メタル層パターンとの
位置ずれを考慮してマスクアライメントマーク上の開口
はメタル層に形成されたマークより大きくしておく。そ
の後、実施の形態１と同様の工程でレジストパターン６
をハーフトーン膜１，５上に形成する。

【００６１】この方法によれば、長波長の光に対しても
十分な遮光性を有するメタル層１０２でマスクアライメ
ントマーク１１０が形成されるため、上記長波長の光に
よるマスクアライメントも問題が無くなる。また、本方
法によりハーフトーン膜の加工精度や位相制御性は従来
法より良くなった。本方法ではメタル層の被着と加工が
必要になり、例えば実施の形態１に比べればマスク作製
のコストが高くなるが、ハーフトーン膜まで再生して繰
り返し使用するようにすればマスクセットのトータルの
コストを下げることが出来る。

【００６２】すなわち、チップフィールドの広い外枠を
形成し、個々の製品のチップフィールドの大きさに合わ
せた調整はレジスト遮光帯６の大きさで調整するように
して外枠を汎用に再利用する。本再利用法は省資源化、
資源再利用化の効果もある。

【００６３】また、以上の種々の説明からも理解される
ように、本発明は極めて微細なパターンを転写する際の
マスクに適用できるものであり、従って半導体装置や半
導体集積回路装置に限らず、超電導装置、マイクロマシ
ーン、電子デバイス等の微細デバイスの製造に用いるホ
トマスク、特に微細パターン形成に適したハーフトーン
位相シフトマスク、に適用してその効果を発揮するもの
である。

【００６４】

【発明の効果】本願によって得られる種々の効果を簡単
に説明すれば、以下の通りである。 （１） 本発明のマスクは、製造工程数が少なく、製造
に要する時間が短く、またコストも安い。 （２） 本発明のマスクは製造工程数が少ないことに加
え、異物欠陥を発生しやすいＣｒ膜のスパッタ成膜やエ
ッチングを省くことができるためマスクの製造歩留まり
が高い。 （３） 従来行われていたＣｒのようなハーフトーン膜
上の遮光物をエッチングでとる工程が必要でない。この
ためハーフトーン膜が不均一にエッチングされ、部分的
に膜厚が異なることがない。このためハーフトーン膜の
位相制御性が高く、パターン寸法精度も高い。 （４） ハーフトーン材料の選択の際にＣｒとのエッチ
ング選択比を考慮する必要がない。このためハーフトー
ン材料の材料選択の幅が大きい。 （５） 本発明のマスクでは、レジスト残り欠陥を蛍光
検査方法を用いて短時間かつ高感度で検出可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマスクの構造を示す構造図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図２】ウエハへのチップ露光の概要を示すウエハの平
面図である。

【図３】従来マスクの構造を示す構造図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図４】本発明者等の試作による従来マスクの作製方法
を示す工程別断面図である。

【図５】本発明のマスクの作製方法を示す工程別断面図
である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係わるマスクの構
造を示す構造図であり、（ａ）はその平面図であり、
（ｂ）はそのマスクを露光装置に装着したときの様子を
示す断面図である。

【図７】本発明で用いた露光装置の概要を示した装置概
念図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係わるマスクの構
造を示す構造図であり、（ａ）はその平面図であり、
（ｂ）はその断面図である。

【符号の説明】

１…ハーフトーン膜、１ａ…メタル層形成領域、１ｂ…
メタル層形成外領域、２…チップフィールド、３…パタ
ーン、６…レジスト膜、７…レチクルアライメントマー
ク、８…透光性基体（石英ガラス）、２１…ウエハ、２
２…チップ、２３…スクライブエリア、３１…パター
ン、３２…チップフィールド、３３…Ｃｒ膜、３５…レ
チクルアライメントマーク、３６…透光性基体、４０…
石英ガラス、４１…ハーフトーン膜、４２…Ｃｒ膜、４
３…レジスト膜、４４…パターン露光、４５…レジスト
膜、４６…露光、５１…ハーフトーン膜、５２…レジス
ト膜、５３…パターン露光、５４…レジストパターン、
５５…ネガ型レジスト、５６…パターン露光、６１…ペ
リクル張り付けフレーム、６２…ペリクル、６３…露光
装置装着部、６４……露光装置ステージ接触部、１０２
…メタル層、１０８…マスクアライメントマーク、１１
０…電子線描画合わせマーク、１５０１…光源、１５０
２…フライアイレンズ、１５０３…照明形状調整アパー
チャ、１５０４、１５０５…コンデンサレンズ、１５０
６…ミラー、１５０７…マスク、１５０８…投影レン
ズ、１５０９…半導体ウエハ、１５１０…ペリクル、１
５１１…マスク位置制御手段、１５１２…マスクステー
ジ、１５１３…位置検出手段、１５１４…試料台、１５
１５…Ｚステージ、１５１６…ＸＹステージ、１５１７
…主制御系、１５１８、１５１９…駆動手段、１５２０
…ミラー、１５２１…レーザ測長器、１５２２…マスキ
ングブレード。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性基体と、上記透光性基体上に設けら
   れ露光光を減光し該露光光の位相をシフトさせる位相シ
   フト膜パターンと、上記位相シフト膜パターンの外側周
   辺の上記透光性基体の上部表面を部分的に覆うレジスト
   膜とを有することを特徴とする位相シフトマスク。
2. 【請求項２】前記レジスト膜はネガ型のレジスト膜であ
   ることを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
3. 【請求項３】前記位相シフト膜は上記露光光を１８０°
   の奇数倍位相シフトすることを特徴とする請求項１記載
   の位相シフトマスク。
4. 【請求項４】前記レジスト膜は露光処理され現像された
   後熱処理されたものであることを特徴とする請求項１記
   載の位相シフトマスク。
5. 【請求項５】上記レジスト膜は上記透光性基体の周縁部
   表面を除く上記位相シフト膜上に設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
6. 【請求項６】上記位相シフト膜パターン及びその周辺の
   上記レジスト膜がペリクルによって覆われていることを
   特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
7. 【請求項７】上記レジスト膜の膜厚が上記位相シフト膜
   の膜厚より厚いことを特徴とする請求項１記載の位相シ
   フトマスク。
8. 【請求項８】上記レジスト膜の上記露光光に対する消衰
   係数が０．１以下であることを特徴とする請求項１記載
   の位相シフトマスク。
9. 【請求項９】透明基体と、上記透明基体上に設けられマ
   スクパターン領域を形成するハーフトーン位相シフト膜
   と、上記マスクパターン領域の外周を取り囲んで上記位
   相シフト膜上に設けられたレジスト膜とを有することを
   特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
10. 【請求項１０】露光光を減光し且つ該露光光の位相をシ
    フトさせる位相シフト膜を透光性基体の一主面上に有す
    るマスク基板を準備する工程と、マスクパターン領域を
    形成するために上記位相シフト膜をパターニングする工
    程と、上記パターニングされた上記位相シフト膜上にレ
    ジスト膜を被着する工程と、上記マスクパターン領域の
    外側周辺部に部分的に上記レジスト膜を残し上記マスク
    パターン領域内及び上記透光性基体の周縁部上に位置す
    る上記レジスト膜を除去する工程とからなることを特徴
    とする位相シフトマスクの製造方法。
11. 【請求項１１】上記レジスト膜はネガ型のレジストであ
    ることを特徴とする請求項１０記載の位相シフトマスク
    の製造方法。
12. 【請求項１２】その上表面にマスクパターン領域を構成
    する位相シフト膜が形成され上記マスクパターン領域の
    外側の上記位相シフト膜上にレジスト膜が被着されたホ
    トマスクを準備する工程と、上記マスクパターン領域に
    光を照射し残存するレジスト材から発する蛍光を観察す
    ることによって上記ホトマスクを検査する工程とを有す
    るホトマスクの製造方法。
13. 【請求項１３】上記光がＡｒレーザ光であることを特徴
    とした請求項１２記載のホトマスクの製造方法。