JP2002189282A - ハーフトーン位相シフトマスクおよびそれを用いた半導体装置の製造方法 - 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、
歩留まりを上げること。第２に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】 感光性組成物からなるハーフトーン膜の
上にレジスト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、超電
導装置、マイクロマシーン、配線基板等の、電子デバイ
スの製造に用いるホトマスクおよび電子デバイスの製造
方法に関し、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および微細回路パターンを持つ半導
体装置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
露光領域は図２に示すようにウエハ２１の大きさより小
さいため、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、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に対して半透明な膜
（ハーフトーン膜と呼ぶ）を透明基体（ブランクス）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％内に調整されている。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、１
８０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Ｃ
Ｒ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遮光膜のことをＣＲ遮光帯と呼ぶ。図３に
その構造を示す。（Ａ）が平面図で、（Ｂ）が断面図で
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）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膜３３が被着されている。３６はブランクスであ
る。このチップフィールド３２が転写され、図２のチッ
プ２２になる。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。露光装置にはマスキングブレードといっ
て露光領域の大きさを変える機構が具備されているもの
の、その位置決め精度が５０ΜＭ程度と低く、かつシャ
ープな遮光特性を有していないため、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ＣＲ
が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。

【０００５】図４に従来法によるハーフトーンマスクの
作製工程を示す。まず図４（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４２、及びレジ
スト４３を順次被着し、所望のパターンを露光（４４）
する。なおここではレジストにポジレジスを用いた場合
を示した。現像を行なって図４（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（Ｃ）に示す
ようにＣＲおよびハーフトーン膜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４
１’を形成する。図４（Ｄ）に示すようにレジストを除
去した後、図４（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（Ｆ）に示すようにレジストパターン４
５’を形成し、エッチングによってレジストでマスクさ
れていない場所のＣＲが除去されたＣＲパターン４２”
を形成する。（図４（Ｇ）） 最後にレジストを除去し
て図４（Ｈ）に示すようなハーフトーン位相シフトマス
クを形成する。

【０００６】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。
但しこの方法では露光装置の解像度より微細な密集パタ
ーンを多数形成する必要があることからマスク描画時間
が大幅に増加し、またマスク描画のパターンデータ量も
大幅に増加するという問題があった。このためマスクコ
ストが増し、ＴＡＴも大幅に低下する。

【０００７】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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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２層構造であるため、（１）図
４に示したように工程数が多く、コスト面で問題があっ
た。（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
があるため製造歩留まりが低いという問題があった。
（３）ハーフトーン膜加工が必要でかつＣＲ膜のキャッ
プを除去する際にハーフトーン膜が一部不均一にエッチ
ングされるのでパターン寸法精度が低下するという問題
があった。

【０００９】また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前述のようにマスク描画時間
が大幅に長くなり、またマスクパターンデータ量も大幅
に多くなるため、マスクコストが大幅に上昇し、ＴＡＴ
が大幅に低下するという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記従来の位相シフトマ
スクの課題を解決するために、図１（Ａ）および（Ｂ）
に示すように、ハーフトーン膜１０１を感光性組成物と
し、エッチング工程なく直接ハーフトーン膜パターンを
形成する。かつハーフトーン膜１上のチップフィールド
１０２外の領域にレジスト１０６からなる遮光帯が形成
された構造のハーフトーン位相シフトマスクとする。こ
こで図１中の１０１は感光性組成物ハーフトーン膜、１
０２はチップフィールド、１０３は転写すべきパター
ン、１０６はレジスト、１０７はレチクルアライメント
マーク、１０８は石英ガラスからなるブランクスを示
す。マスク製造時の工程を意識してパターン面が上にな
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できる。ＣＲ
膜被着、加工の問題がなくなるため、上記課題は解決さ
れる。ここでレジストとは、光や電子線に反応し、現像
を行なうと反応した部分あるいは逆に反応しなかった部
分が溶解しパターンが形成される感光性組成物のことを
意味し、ドライエッチングやウエットエッチングに対し
大きな耐性をもつ膜を必ずしも意味しない。

【００１１】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。レジストに含
有されているベンゼン環が２００ＮＭ以下の波長の光を
強く吸収する性質を利用したホトマスク技術である。こ
のマスクは露光光透過部と十分な遮光体からなるいわゆ
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る。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９−２１１８
３７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
フトーン化されたいわゆる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。この方法とは目的と効果が
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、本発明では描画領域の観点からネガ型
レジストが有利であるという差もある。

【００１２】

【発明の実施の形態】本願発明を詳細に説明する前に、
本願における用語の意味を説明すると次の通りである。 １．「遮光領域」、「遮光膜」、「遮光パターン」と言
うときは、その領域に照射される露光光のうち、４０％
未満を透過させる光学特性を有することを示す。一般に
数％から２５％未満のものが使われる。一方、「透
明」、「透明膜」と言うときは、その領域に照射される
露光光のうち、６０％以上を透過させる光学特性を有す
ることを示す。一般に９０％以上のものが使用される。 ２．「ホトレジストパターン」は、感光性の有機膜をホ
トリソグラフィの手法により、パターニングした膜パタ
ーンを言う。なお、このパターンには当該部分に関して
全く開口のない単なるレジスト膜を含む。

【００１３】（実施の形態１）まず本発明の第１の実施
の形態のハーフトーン位相シフトマスクの構造を示した
図１（Ａ）および（Ｂ）を用いて全体の構成を説明す
る。図１（Ａ）は本発明のマスクを上面から見たもので
あり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡとＡ’を結ぶ線上の
断面を示したものである。「課題を解決するための手
段」のところの繰り返しになるが、１０１は感光性組成
物からなるハーフトーン膜、１０２はチップフィール
ド、１０３は転写すべきパターン、１０６はレジスト、
１０７はレチクルアライメントマーク、１０８は石英ガ
ラスからなるブランクスである。レジスト１０６は口の
字状の帯とし、露光装置のステージ等、接触する部分に
は感光性組成物膜１０１およびレジスト１０６を残さな
かった。但し遮光帯の形状は口の字状に限るものではな
い。レジスト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接触する部分には感
光性組成物膜１０１およびレジスト１０６を残してはな
らない。なおここでのチップフィールドの中にはマスク
間の位置合わせを行うためのウエハマークも配置してお
いた。次にこのマスクの製造工程を説明する。図５
（Ａ）から（Ｄ）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示したものであ
る。まず図５（Ａ）に示すように石英ガラス基体（ブラ
ンクス）１０８上にハーフトーン膜となる感光性組成物
１０１を形成し、所望のパターンを電子線描画（５３）
し、その後露光後ベークを行った。ここでは感光性組成
物１０１として下記のレジストを用いた。

【００１４】まず材料の合成について述べる。水性アル
カリ可溶性樹脂マトリックスとして多核フェノール化合
物ＴＰＰＡ１１００−３Ｃ（本州化学工業株式会社
製）：１００重量部、架橋剤としてヘキサメトキシメチ
ルメラミン（ＨＭＭＭ）：１０重量部、酸発生剤として
カンファスルホン酸ナフチルイミド：１０重量部、光吸
収化合物として９−アントラセンメタノールをプロピレ
ングリコールモノメチルエーテルに溶解させ、これを、
孔径０．２ΜＭのテフロン（登録商標）メンブレムフィ
ルタで濾過しネガ型感光性樹脂組成物の溶液を調合し
た。９−アントラセンメタノールの量はハーフトーン膜
の目標透過率により調整した。この材料を石英基板上に
塗布し、ベークを行ってハーフトーン膜となる感光性組
成物膜１０１を形成した。ハーフトーン効果を出すため
にハーフトーン膜の膜厚Ｄは、露光光の波長をλ，ハー
フトーン膜１０１の露光波長に対する屈折率をＮとした
ときにλ／２（Ｎ−１） あるいは３λ／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。

【００１５】次に図５（Ｂ）に示すようにテトラメチル
アンモニウムヒドロキサイド（ＴＭＡＨ）２．３８％水
溶液で現像を行ってパターン１０３を形成した。本感光
性組成物からなるパターンは架橋系ネガ材料であるため
次の工程で塗布されるレジストの溶剤に溶けにくくなっ
ているが、さらに溶けにくくするため熱処理あるいは／
および遠紫外線照射を行った。次に図５（Ｃ）に示すよ
うにネガ型レジスト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。ここではレジスト膜厚は３ΜＭとし
たが、これは一例にすぎない。レジスト膜の塗布ムラを
低減するために、レジスト膜の膜厚はハーフトーン膜１
０１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、ハーフトーン膜を含めて露光光に対す
る透過率が０．３％以下になる膜厚であれば十分であっ
た。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
下になる膜厚であればよい。

【００１６】なお、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レジストパタ
ーンを形成しておいてもよい。その後図５（Ｄ）に示す
ように現像を行ってレジストパターン１０６をハーフト
ーン膜１０１上に形成した。ここではＴＭＡＨ２．１％
水溶液で現像を行って感光性組成膜１０１の現像より現
像液濃度を薄めておくとパターン１０３の寸法や、ハー
フトーン膜として機能する感光性組成膜１０１の膜厚が
変化しなくて好ましい。ハーフトーン膜上の遮光体とし
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
マスク周辺部のレジストを除去できた。マスク周辺部に
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特長があった。ここで、ネガ
型レジストとは、現像後、光があっ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。その後熱処理を行
って溶剤を飛ばし、また露光光照射耐性を高めた。な
お、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。

【００１７】本発明により工程数は従来の８から４に減
少し、製造時間は約１／２になり、異物欠陥も減少し、
マスク面内分布等の改善により寸法精度も８％向上し
た。また本マスクはハーフトーン膜や遮光帯が有機膜か
らなるため、ガラス基板を痛めずにアッシングでこれら
の膜を除去することが可能であり、ブランクスを再利用
できるという特長がある。

【００１８】（実施の形態２）本実施の形態２において
は、実施の形態１で述べた感光性組成物１０１をＳＩ含
有のポジ型レジストに代え、またレジスト５５に代えて
水溶性レジストを用い、その他の工程は実施の形態１に
準拠してハーフトーン位相シフトマスクを作製した。用
いたＳＩ含有レジストのＫＲＦエキシマレーザ光に対す
る屈折率の実部は１．５５、虚部は０．２９であった。
またＡＲＦエキシマレーザ光用には屈折率の実部１．６
２、虚部は０．３０のＳＩ含有レジストを用いた。

【００１９】水溶性レジストとしては下記の材料を調製
して用いた。アクリルアミド６．２６Ｇ，ジアセトンア
クリルアミド６．３４Ｇをイオン交換水に溶解して１８
０Ｇとし、それを２００ＭＬのセパラブルフラスコに仕
込み、ウオターバスで５７℃まで加熱した。これにラジ
カル重合開始剤として２，２’−アゾビス（２−（イミ
ダゾリン−２−イル）プロパン）ジハイドロクロライド
の０．０２Ｇ の水溶液を注入し、このままの状態で５
時間重合反応させた。得られた７％の共重合体９．４０
Ｇ取り、これに４−アジドシンナムアルデヒド−２−ス
ルホン酸ナトリウム０．０６６Ｇ、イオン交換水１．９
０Ｇ、１％の水酸化ナトリウム水溶液３．６Ｇを加え２
日間反応した後、氷酢酸で中和し、イオン交換水で固形
分が１．５％ になるように希釈した。これに固形分に
対して、エチレングリコール１００％、シランカップリ
ング剤０．０１％ 加えレジスト溶液とした。

【００２０】水溶性レジストを用いることにより感光性
組成物に膜べり、寸法変化、および形状変形等のダメー
ジを与えることなく、極めて高い精度のハーフトーン位
相シフトマスクが得られた。

【００２１】（実施の形態３）本実施の形態３において
は、実施の形態１で述べた感光性組成物１０１をブラッ
クカーボン含有感光性組成物に代え、レジスト遮光帯と
しては実施の形態２と同様の水溶性レジストを用いた。
その他の工程は実施の形態１と同じである。感光性組成
物１０１の調製は以下のようにした。ポリヒドロキシス
チレン（重量平均分子量約２０，０００）１０Ｇ、２，
６−ビス（４−アジドベンザル）アセトン‐２，２’−
ジスルホン酸‐Ｎ，Ｎ−ジエチレンオキシエチルアミド
４Ｇ、溶剤をプロピレングリコールメチルエーテルアセ
テート（ＰＧＭＥＡ）としたカーボンブラック分散液
（カーボンブラック粒径約２０ＮＭ、含率２０重量％）
７５Ｇ、ヘキサメトキシメチルメラミン１．５Ｇに、さ
らに溶剤としてＰＧＭＥＡを加えて、カーボンを分散さ
せた。カーボンの比率は目標とする透過率に合わせて変
えた。

【００２２】本実施の形態によるハーフトーン位相シフ
トマスクは光の透過率を減ずる作用を担うブラックカー
ボンが極めて高い露光光照射耐性を有するため、耐久寿
命が長いという特長があった。

【００２３】（実施の形態４）第４の実施の形態はツイ
ン・ウエル方式のＣＭＩＳ（ＣＯＭＰＬＥＭＥＮＴＡＲ
Ｙ ＭＩＳ）回路を有する半導体集積回路装置の製造に
関するもので図６を用いて説明する。

【００２４】図６は、その製造工程中における半導体ウ
エハの要部断面図である。半導体ウエハを構成する半導
体基板３Ｓは、例えばＮ−型の平面が円形状のＳＩ単結
晶からなる。その上部には、例えばＮウエル６Ｎおよび
Ｐウエル６Ｐが形成されている。Ｎウエル６Ｎには、例
えばＮ型不純物のリンまたはＡＳが導入されている。ま
た、Ｐウエル６Ｐには、例えばＰ型不純物のホウ素が導
入されている。ＮウエルおよびＰウエルは以下のように
して形成する。まず半導体基板３Ｓ上にマスク合わせ用
のウエハアライメントマークを形成する（図示せず）。
このウエハアライメントマークは選択酸化工程を付加し
てウエル形成時に作成することもできる。その後図６
（Ａ） に示すように半導体基板３Ｓ上に酸化膜１７を
形成し、引き続きインプラマスク用のレジストパターン
１８を酸化膜１７上に形成する。その後リンをインプラ
した。このインプラマスク用レジストパターン１８の形
成にはＣＲを遮光体とした通常のホトマスクを用い波長
３６５ＮＭのＩ線ステッパにより露光を行った。ここで
は、最小パターン幅がこの工程の場合２ΜＭと大きいた
めＩ線リソグラフィを用いた。

【００２５】その後アッシングを行ってレジスト１８を
除去し、酸化膜１７を除去した後、図６（Ｂ）に示すよ
うに半導体基板３Ｓ上に酸化膜１９を形成し、引き続き
インプラマスク用のレジストパターン２０を酸化膜１９
上に形成する。その後リンをインプラした。このインプ
ラマスク用レジストパターン２０の形成にも上記同様Ｃ
Ｒを遮光体とした通常のホトマスクを用いＩ線ステッパ
により露光を行った。

【００２６】その後、レジスト２０と酸化膜１９を除去
し、半導体基板３Ｓの主面（第１の主面）に、例えば酸
化シリコン膜からなる分離用のフィールド絶縁膜７を溝
型アイソレーションの形で形成した。（図６（Ｃ））な
お、アイソレーション方法としてはＬＯＣＯＳ（ＬＯＣ
ＡＬ ＯＸＩＤＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＩＬＩＣＯ
Ｎ）法を用いてもよい。但し、ＬＯＣＯＳ法ではバーズ
ビークが伸びるなどの理由によってレイアウト寸法が大
きくなるという問題がある。このアイソレーション作製
時のリソグラフィには、実施の形態３に記載のハーフト
ーン位相シフトマスクを用いてリソグラフィを行いＫＲ
Ｆエキシマレーザ露光を行った。

【００２７】このフィールド絶縁膜７によって囲まれた
活性領域には、ＮＭＩＳ ＱＮおよびＰＭＩＳ ＱＰが
形成されている。ＮＭＩＳ ＱＮおよびＰＭＩＳ ＱＰ
のゲート絶縁膜８は、例えば酸化シリコン膜からなり、
熱酸化法等によって形成されている。また、ＮＭＩＳ
ＱＮおよびＰＭＩＳ ＱＰのゲート電極９は、例えば低
抵抗ポリシリコンからなるゲート形成膜をＣＶＤ法等に
よって堆積した後、その膜を、ＡＲＦエキシマレーザ縮
小投影露光装置および実施の形態２に記載のハーフトー
ン位相シフトマスクを用いてリソグラフィを行い、その
後エッチングを行って形成されている。実施の形態２の
ハーフトーン位相シフトマスクは寸法精度が高いため、
特に寸法精度の要求されるゲート工程には有効であっ
た。

【００２８】ＮＭＩＳ ＱＮの半導体領域１０は、例え
ばリンまたはヒ素を、ゲート電極９をマスクとして半導
体基板３Ｓにイオン注入法等によって導入することによ
り、ゲート電極９に対して自己整合的に形成されてい
る。また、ＰＭＩＳ ＱＰの半導体領域１１は、例えば
ホウ素を、ゲート電極９をマスクとして半導体基板３Ｓ
にイオン注入法等によって導入することにより、ゲート
電極９に対して自己整合的に形成されている。ただし、
上記ゲート電極９は、例えば低抵抗ポリシリコンの単体
膜で形成されることに限定されるものではなく種々変更
可能であり、例えば低抵抗ポリシリコン膜上にタングス
テンシリサイドやコバルトシリサイド等のようなシリサ
イド層を設けてなる、いわゆるポリサイド構造としても
良いし、例えば低抵抗ポリシリコン膜上に、窒化チタン
や窒化タングステン等のようなバリア導体膜を介してタ
ングステン等のような金属腹を設けてなる、いわゆるポ
リメタル構造としても良い。

【００２９】まず、このような半導体基板３Ｓ上に、図
６（Ｄ）に示すように、例えば酸化シリコン膜からなる
層間絶縁膜１２をＣＶＤ法等によって堆積した後、その
上面にポリシリコン膜をＣＶＤ法等によって堆積する。
続いて、そのポリシリコン膜を、 ＫＲＦエキシマレー
ザ縮小投影露光装置および通常のＣＲマスクを用いてリ
ソグラフィをおこない、エッチングしてパターニングし
た後、そのパターニングされたポリシリコン膜の所定領
域に不純物を導入することにより、ポリシリコン膜から
なる配線１３Ｌおよび抵抗１３Ｒを形成する。

【００３０】その後、図６（Ｅ）に示すように、半導体
基板３Ｓ上に、例えば酸化シリコン膜１４をＣＶＤ法等
によって堆積した後、層間絶縁膜１２および酸化シリコ
ン膜１４に半導体領域１０，１１および配線１３Ｌの一
部が露出するような接続孔１５をＫＲＦエキシマレーザ
縮小投影露光装置および実施の形態２記載のハーフトー
ン型位相シフトマスクを用いてリソグラフィを行い、エ
ッチングして穿孔する。孔パターンはパターン密度が低
いため、マスク上の描画面積を少なくできるポジ型感光
性組成物をハーフトーン膜とした実施の形態２のハーフ
トーン位相シフトマスクが有用であった。また、ここで
は接続孔の孔径が０．１８ΜＭであったため、ＫＲＦエ
キシマレーザ露光を用いたが、０．１５ΜＭより小さな
孔径が必要な場合はＡＲＦエキシマレーザ露光を用いれ
ば良い。ＫＲＦエキシマレーザ露光では０．１５ΜＭよ
り小さな孔径を安定して解像することが困難なためであ
る。

【００３１】さらに、半導体基板３Ｓ上に、チタン（Ｔ
Ｉ）、窒化チタン（ＴＩＮ）およびタングステン（Ｗ）
からなる金属膜をスパッタリング法およびＣＶＤ法によ
り順次堆積した後、その金属膜をＫＲＦエキシマレーザ
縮小投影露光装置および上述の実施の形態１のハーフト
ーン位相シフトマスクを用いてリソグラフィを行い、エ
ッチングすることにより、図６（Ｆ）に示すように、第
１層配線１６Ｌ１ を形成する。ウエハ上のレジストに
は、ＫＲＦエキシマレーザ光に感度を持つフェノール樹
脂をベース樹脂とした化学増幅系レジストを用いた。ベ
ンゼン環を含むフェノール樹脂はエッチング耐性が高く
加工に適する。これ以降は、第１層配線１６Ｌ１と同様
に第２層配線以降を形成し、半導体集積回路装置を製造
する。ここでは配線ピッチが０．３６ΜＭであったた
め、ＫＲＦエキシマレーザ露光を用いたが、解像度の関
係から０．３ΜＭより配線ピッチパターンを形成する場
合はＡＲＦエキシマレーザ露光を用いる。

【００３２】カスタムＬＳＩ製品では特に第１配線層を
中心にマスクデバッグが行われることが多い。第１配線
層へのマスク供給ＴＡＴの速さが製品開発力を決め、か
つ必要ホトマスク枚数も多くなるのでこの工程に本発明
を適用するのは効果が特に大きい。ハーフトーン位相シ
フトマスクは特にコストが高いのでコスト低減効果も大
きい。また第２層配線での最小パターン寸法は０．３５
ΜＭ（パターンピッチは０．８ΜＭ）と露光波長（０．
２４８ΜＭ）に比べて十分太いものであった。ＴＡＴの
速さを考え、そこにも本実施の形態のハーフトーン位相
シフトマスクを適用した。

【００３３】本発明のハーフトーン位相シフトマスクを
用いることにより、従来のハーフトーン位相シフトマス
クよりコストを低くし、またＴＡＴを短くすることがで
きた。

【００３４】

【発明の効果】本願によって得られる効果を簡単に説明
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ない。またハーフ
トーン膜の加工が不要なため、パターン寸法精度が高
い。 （４） ハーフトーン膜および遮光帯が有機物で形成さ
れているためアッシングにより除去可能で、ブランクス
を再利用できる。コスト低減と共に環境対策上の効果も
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る。
（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説明図であ
る。

【図３】従来のマスクの構造を示す構造図である。
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｈ）は従来のマスクの作製方法を示
す工程図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明のマスクの作製方法を
示す工程図である。

【図６】半導体集積回路装置の製造工程中における半導
体ウエハの要部断面図である。

【符号の説明】

３Ｓ…半導体基板、６Ｎ…Ｎウエル、６Ｐ…Ｐウエル、
７…フィールド絶縁膜、８， ９ …ゲート絶縁膜、１
０…ＮＭＩＳＱＮの半導体領域、１１…ＰＭＩＳＱＰの
半導体領域、１２ …層間絶縁膜、１３Ｌ…配線、１３
Ｒ…抵抗、１４…酸化シリコン膜、１５…接続孔、１６
Ｌ１… 第１層配線、２１…ウエハ、２２…チップ、２
３…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…ブランクス、４０…石英ガラス、４１
…ハーフトーン膜、４１’…ハーフトーン膜パターン、
４２…ＣＲ膜、４２ユ…ＣＲパターン、４２”…ＣＲパ
ターン、４３…レジスト、４３’…レジストパターン、
４４…パターン露光、４５…レジスト、４５’…レジス
トパターン、４６…露光、５３…電子線描画、５５…ネ
ガ型レジスト、５６…パターン露光、１０１…ハーフト
ーン膜（感光性組成物膜）、１０２…チップフィール
ド、１０３…パターン、１０６…レジスト、１０７…レ
チクルアライメントマーク、１０８…石英ガラス（ブラ
ンクス）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 孝司 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H095 BB03 BC06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク基体と、露光光を減光する膜であ
   って且つ該膜を透過する露光光の位相が該膜の被着され
   ていない開口部を通過する露光光の位相と反転するよう
   に調製されたハーフトーン膜を有するハーフトーン位相
   シフトマスクにおいて、該ハーフトーン膜は感光性組成
   物からなり、かつ露光すべきパターンが配置されている
   パターン露光領域の外側にレジスト膜が形成されている
   ことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載のハーフトーン位相シフト
   マスクにおいて、前記パターン露光領域の外側に形成さ
   れているレジスト膜は水溶性であることを特徴とするハ
   ーフトーン位相シフトマスク。
3. 【請求項３】 請求項１記載のハーフトーン位相シフト
   マスクにおいて、前記感光性組成物は現像後熱処理され
   ることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
4. 【請求項４】 請求項１及至３いずれかに記載のハーフ
   トーン位相シフトマスクを用いて半導体装置を製造した
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。