JP2002196472A - 露光用マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、転写装置の解像限界を向上せしめる
と共に、一定の光量で忠実なパターン転写を行うことの
できる露光マスクを提供する。 【解決手段】露光光で解像されない微細領域に分割され
た振幅透過率の異なる複数の領域を有する半透明膜を用
いて、露光光に対する光路長が基板と異なるマスクパタ
ーンを形成する。また、露光光に対する光路長が基板と
異なる半透明膜からなるマスクパターンと、遮光性膜か
らなるマスクパターンとを形成すると共に、半透明膜か
らなるマスクパターンの規格化寸法が０.４２から０.５
１の間にあるとき、透過率が１６％から６％の間の半透
明膜を用い、規格化寸法が０.５１から０.５９の間にあ
るときは、透過率が６％から３％の半透明膜を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光マスクに係り、特
にリソグラフィのマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路は、高集積化、微細化の
一途を辿っている。その半導体集積回路の製造に際し、
リソグラフィ技術は加工の要として特に重要である。

【０００３】現在のリソグラフィ技術では、マスクパタ
ーンを縮小光学系を介してＬＳＩ基板上に投影露光する
方法が主に用いられているが、高圧水銀ランプを光源と
するなら最小線幅０.５μｍ程度が限界である。０.５μ
ｍ以下のパターン寸法にはＫｒＦエキシマレーザあるい
は電子線を用いた直接描画技術や、Ｘ線等倍露光技術の
開発が進められているが、量産性、プロセスの多用性等
の理由から、光リソグラフィに対する期待は非常に大き
くなっている。

【０００４】このような状況の中で光源に対しては、Ｇ
線、ｉ線、エキシマレーザ、Ｘ線等種々の光源の採用が
検討されており、また、レジストに対しても新レジスト
の開発やＲＥＬのような新レジスト処理が検討され、さ
らには、ＳＲＥＰ.ＣＥＬイメージリバース法等も研究
が進められている。

【０００５】これに対し、マスク製作技術に対しては、
充分な検討がなされていなかったが、１９８２年ＩＢＭ
社のレベンソンらにより、位相シフト法が提案され、注
目されている。

【０００６】この位相シフト法は、マスクを透過する光
の位相を操作することにより投影像の分解能およびコン
トラストを向上させる技術である。

【０００７】この原理について図１５を参照しつつ説明
する。この方法では、図１５(a)に示すように、石英基
板１１上にスパッタ法等により形成したクロム（Ｃｒ）
あるいは酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）からなるマスクパタ
ーン１２の隣り合う一対の透明部の一方に透明膜１３を
形成したマスクを用い、図１５(b)に示すようにこの部
分の位相を反転させ光の振幅が２つの透過部の境界部で
打ち消し合うようにしたものである（図１５(c)）。こ
の結果、２つの透過部の境界部の光強度は０となり、図
１５(d)に示すように、２つの透過部よりウエハ上に形
成されるパターンを分離することができる。

【０００８】このようにして、ＮＡ＝０.２８のｇ線ス
テッパで、０.７μｍのパターンを解像し、解像度が約
４０％向上した。このとき、位相を反転させるには位相
シフタの膜厚ｄはシフタ材料の屈折率をｎ、露光波長を
λとするとｄ＝λ／２（ｎ−１）の関係が必要となる。

【０００９】さらに日立の寺沢らは、レベンソンらの技
術をさらに発展させて、図１６にその原理を示すように
孤立パターンへの適用を行った。この方法では、孤立パ
ターンａの他に単独では解像しないダミーとしての補助
パターンｂを設け、この部分に位相を反転させるシフタ
１３を配設している。この方法では、ＮＡ＝０.４２の
ｉ線ステッパで、０.３μｍの孤立スペースおよび０.４
μｍ径のコンタクトホールが解像し、従来法に比べ解像
度が約３０％向上した。しかしながらコンタクトホール
についてはパターン寸法が小さくなればなるほど補助パ
ターンとの光強度差が小さくなるので透過部を透過する
光強度が全体的に弱められ解像しないという限界があ
る。

【００１０】さらにまた、以上に説明した方法では、ラ
イン・アンド・スペースに対しては透過部１つおきにシ
フタを設置し、孤立パターンに対しては補助パターン用
にマスク層を加工しシフタを配置するため、マスクパタ
ーンに対するシフタの位置合わせや選択加工技術が必要
となり工程数が大幅に増大するのをはじめ、マスクの製
造工程が複雑となるという問題がある。

【００１１】このような問題に鑑み、さらに、東芝の仁
田山らは透過部あるいは遮光部の周囲に位相シフタを設
けた位相シフトマスク構造を提唱している。

【００１２】図１７にこの原理を示す。このマスクは、
図１７(a)に示すように、石英基板１１上に形成したク
ロム（Ｃｒ）と酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）との積層膜か
らなるマスクパターン１２の周囲に張り出すように形成
した位相シフタ１３としての透明膜を形成したマスクを
用い、図１７(b)に示すようにこの部分の位相を反転さ
せ光の振幅が透過部両端で位相０°と位相１８０°の光
が打ち消し合い、光強度が小さくなりコントラストが向
上するようにしたものである（図１７(c)）。この結
果、透過部両端の光強度はほぼ０となり、図１７(d)に
示すように、２つの透過部よりウエハ上に形成されるパ
ターンを分離することができる。

【００１３】このマスクは次のようにして形成される。

【００１４】まず、図１８(a)に示すように石英基板１
１上にスパッタ法等によりクロム（Ｃｒ）と酸化クロム
（Ｃｒ_２Ｏ_３）との積層膜１２を１００ｎｍ程度堆積
し、この上にレジストを塗布し電子線描画を行い現像し
レジストパターンＲをパターニングする。

【００１５】次いで、図１８(b)に示すように、このレ
ジストパターンをマスクとしてウエットエッチング法ま
たは反応性イオンエッチング法により、このマスク層１
２をパターニングし、レジストパターンＲを剥離除去す
る。

【００１６】この後、図１８(c)に示すように、ＰＭＭ
Ａ膜１３を塗布し、バック露光を行い潜像１３Ｓを形成
する。

【００１７】そして、現像を行い、図１８(d)に示すよ
うに、ＰＭＭＡ膜パターンからなる位相シフタ１３を形
成する。

【００１８】最後に、図１８(e)に示すように、このＰ
ＭＭＡ膜パターンからなる位相シフタ１３をマスクとし
てマスク層１２のサイドエッチングを行い、マスク層１
２から位相シフタ１３が張り出すように形成されたマス
クが完成する。

【００１９】このマスクではＰＭＭＡが位相シフタとな
るわけであるが、ＰＭＭＡは透過率が高く、レジストプ
ロファイルがシャープであるため、良好な位相シフタと
なる。

【００２０】また、この方法では自己整合的に位相シフ
タのパターンを形成することができるため、マスク合わ
せや、選択加工工程が不要となり、簡単に形成すること
ができる。

【００２１】このようなマスクを用いて露光を行うと、
各開口部を通った光は、破線で示すように互いの位相が
反転しているため、マスク層の下の部分での光強度が大
幅に低下し、全体としての光は実線で示すように、強度
分布からみて、従来のマスクを用いた場合に比べ半分近
い寸法までの解像が可能となる。

【００２２】このような構造のマスクにおいて位相シフ
タの透過率を１００％と仮定し、シフタ幅の最適化を行
ったところ、パターン寸法に応じて、コントラスト向上
効果の最も大きい最適シフタ幅が異なることがわかっ
た。例えば、図１９に示すようにＮＡ＝０.４２のエキ
シマ・ステッパを用いる場合、０.３μｍのライン・ア
ンド・スペースの最適シフタ幅は０.０４μｍ（ウェハ
上）、０.２５μｍのライン・アンド・スペースの最適
シフタ幅は０.０６μｍ（ウェハ上）である。

【００２３】このようにパターン寸法に応じて、コント
ラスト向上効果の最も大きい最適シフタ幅を設定するこ
とにより、最大のコントラスト向上効果を得ることがで
き従来では解像し得なかった微細パターンの解像も可能
となる。

【００２４】しかしながら、この方法では、微細パター
ンの上にさらに微細なシフタパターンを設けるため、シ
フタ幅の制御が難しく、加工が極めて困難であるという
問題があった。

【００２５】またこのようなシフタパターンは透過性の
膜かあるいは反透過性の膜かのいずれかを使用しなけれ
ばならない。ところが、超ＬＳＩの製造工程で用いるマ
スクはゴミの付着が全くない状態でなければならないた
め頻繁に洗浄が必要になる。このため位相シフトマスク
も繰り返し洗浄に耐え得るだけの強度を有するものであ
る必要があるが、シフタをレジストで形成しようとする
と強度の点では全く実用に供し得るものではなかった。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の位
相シフト法を用いたフォトリソグラフィのマスクにおい
ては、微細パターンの上にさらに微細なシフタパターン
を設けるため、シフタ幅の制御やアライメントが難し
く、加工が困難であるという問題があった。

【００２７】また、超ＬＳＩの製造工程で用いるマスク
として、強度的に十分使用できるものはなかった。

【００２８】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、転写装置の解像限界を向上せしめると共に、一定の
光量で忠実なパターン転写を行うことのできる露光マス
クを提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の露光マス
クでは、マスクパターンは、露光光に対する光路長が該
マスクパターンの無い前記基板部分と異なる半透明膜で
形成された半透明膜パターンであり、半透明膜パターン
は、露光光で解像されない微細領域に分割された振幅透
過率の異なる複数の領域を有する。

【００３０】また本発明の露光マスクは、マスクパター
ンは、露光光に対する光路長が該マスクパターンの無い
前記基板部分と異なる半透明膜からなる第１のマスクパ
ターンと、遮光性膜からなる第２のマスクパターンとを
具備し、第１のマスクパターンは、該第１のマスクパタ
ーンパターン寸法を露光条件のλ／ＮＡで除した値が
０.４２から０.５１の間にあるときは前記半透過膜の透
過率は１６％から６％の間であり、第１のマスクパター
ンのパターン寸法を露光条件のλ／ＮＡで除した値が
０.５１から０.５９の間にあるときは、透過率は６％か
ら３％の間である。

【００３１】また望ましくは、振幅透過率の異なる領域
は、イオン注入を用いて形成する。

【００３２】

【作用】シミュレーションにより、シフタ透過率を変化
させてウェハ上に投影される光像強度分布を調べた結
果、遮光膜パターンの代わりに、所定の透過率を有する
半透明膜パターンを用いることにより、コントラストが
向上することが分かった。

【００３３】本発明はこの点に鑑みてなされたもので、
上記構成をとることにより、微細パターンの解像が容易
となる。また、位相シフタのパターニングを遮光膜パタ
ーンとは別に行うことなく１回で形成できるため、パタ
ーン制御が容易である。

【００３４】望ましくは、マスクパターンのサイズに応
じて半透明膜パターンの振幅透過率を調整することによ
り、解像度を向上させることができる。

【００３５】また、一定の透過率を有し、露光光学系の
解像度以下の微細な半透明膜パターンを用いて占有面積
透過率が異なるように構成することにより実際にパター
ンサイズに応じた振幅透過率のパターンを容易に形成す
ることができる。

【００３６】ところで、光学像はＮＡ（光学系の開口
数），λ（波長）に依存する。

【００３７】しかしながら、パターン寸法ｗを次式のよ
うに規格化した場合、γ＝ｗ／（λ／ＮＡ）同じ規格化
寸法γをもつ光学像は相似比λ／ＮＡで完全に相似とな
る。ＮＡ／λは空間周波数領域でのカットオフ周波数を
現しており、その逆数λ／ＮＡはカットオフ周波数を１
としてそれをＮＡ／λ分割した１目盛り分の周波数とな
る。このように各パターン寸法をこのλ／ＮＡで除すこ
とにより、その寸法が空間周波数領域上で占める位置を
規格化することができる。

【００３８】この規格化寸法を用いて種々の実験を重ね
た結果、規格化寸法（露光条件のλ／ＮＡで除した値）
が０.６１以下であるマスクパターンに対して特に有効
であることがわかった。そこで、露光条件のλ／ＮＡで
除した値が０.６１以下であるマスクパターンに対して
のみ、透過率０〜５０％を有し位相が１８０°シフトす
るような半透明膜を用いてマスクパターンを形成するこ
とにより、容易に、位相シフト効果を得ることができ、
従来のマスクでは解像できないようなパターンの解像が
可能となる。なお、この半透明膜の透過率はパターン寸
法に応じてコントラストが最適となる値を選択するよう
にすればよい。

【００３９】また、本発明者らは、等間隔のライン・ア
ンド・スペ−スにおける最適な振幅透過率とシフタ幅の
関係を求めるため、光像強度分布を求めるプログラムを
用いてシミュレーションを行った。この結果からコント
ラストが極大となるシフタの振幅透過率はシフタ幅によ
って異なり、振幅透過率を小さくすればするほどシフタ
幅は大きくすることができることがわかった。そしてこ
の結果、この現象は、マスクパターンのパターン寸法を
露光条件のλ／ＮＡで除した値が０.３４から０.６８の
時に共通である事が分かった。そこでこの範囲内の各パ
ターン寸法においてシフタの透過率を任意に調整するこ
とによりシフタ加工に十分な精度を得られる範囲のシフ
タ幅で、大きなコントラスト向上効果を得ることができ
る。

【００４０】またシフタ幅を十分に大きくしておき、パ
ターン寸法に応じてコントラストが最大となるように位
相シフタの振幅透過率を選択するようにすれば、製造が
極めて容易となる。

【００４１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００４２】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例の露光用マスクの断面を示
す図である。

【００４３】この露光用マスクは、５倍体マスクであ
り、透光性の石英基板１の表面に、膜厚０.２５μｍ透
過率６％の半透明膜からなる１.５μｍ幅のライン・ア
ンド・スペースパターンからなるマスクパターン２を配
設してなるものである。このラインアンドスペースはウ
ェハ上に転写されて０.３μｍの幅のライン・アンド・
スペースパターンとなる。

【００４４】この半透明膜は、ｐ−ＴＥＲＰＨＥＮＹＬ
とＰＭＭＡとを、１：４で混合し、これをエチルセロソ
ルブアセテートに溶かしたものを回転塗布し、膜厚０.
２５μｍとなるようにしたのち、露光現像を行い、１.
５μｍ幅のライン・アンド・スペースパターンとしたも
のである。

【００４５】このようにして形成された露光用マスク
を、ＮＡ＝０.４２の投影レンズを有するＫｒＦエキシ
マレーザステッパに装着し、シリコン基板上にＳＡＬ６
０１と指称されているネガ型レジストを塗布したウェハ
に、パターン転写（λ＝２４８ｎｍ、コヒーレンシσ＝
０.５）を行い、専用現像液で現像した。

【００４６】これにより、従来の露光マスクでは解像し
得なかった高精度の０.３μｍ幅のライン・アンド・ス
ペースパターンからなるレジストパターンを得ることが
できる。

【００４７】次に、等間隔のライン・アンド・スペース
パターンにおける最適なシフタ透過率を求めるため、独
自に作成した光像強度分布を求めるプログラムを用いて
シミュレーションを行った。その結果を図２に示す。

【００４８】露光条件としてはＫｒＦエキシマレーザ
光、ＮＡ＝０.４２、λ＝２４８ｎｍ（λ／ＮＡ＝０.５
９）、コヒーレンシσ＝０.５に設定した。ここでは図
１に示したのと同様に透光性の石英基板１１上に透過率
Ｔ＝０％（クロム）、Ｔ＝６％、Ｔ＝２０％の３種類の
半透明膜からなる０.３μｍ幅のライン・アンド・スペ
ースパターンからなるマスクパターン２を配設したもの
を用い、各透過率に対する光像強度分布の変化を調べ
た。

【００４９】図２(a)乃至図２(c)はパターン寸法０.３
μｍのラインアンドスペースのパターンの透過率をＴ＝
０％（クロム）、Ｔ＝６％、Ｔ＝２０％と変化させてシ
ミュレーションを行った結果得られた光強度分布を示
す。この結果から、Ｔ＝６％としたとき光強度分布の谷
の部分ががほぼ０となっており、Ｔ＝０％のときよりコ
ントラストが向上していることがわかる。

【００５０】さらに、次式Ｃ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）
／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）……（式）Ｉｍａｘ…光強度
分布波形の山の光強度Ｉｍｉｎ…光強度分布波形の谷の
光強度Ｃ…コントラストを用いてコントラストを算出
し、図３にλ／ＮＡで規格化した寸法を用いて形成した
パターンの透過率の変化に対するコントラストの変化を
示す。それぞれ曲線ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは
０.６８（０.４０μｍ）、０.６３（０.３７μｍ）、
０.６１（０.３６μｍ）、０.５９（０.３５μｍ）、
０.５１（０.３μｍ）、０.４２（０.２５μｍ）、０.
３９（０.２３μｍ）、０.３４（０.２０μｍ）のとき
の、透過率の変化に対するコントラストの変化を示す。

【００５１】ラインアンドスペースの場合、０.３７μ
ｍ以上のパターンでは、シフタの透過率を上げていくと
コントラストは低下するが、パターン寸法０.２５μｍ
では、透過率１６％、０.３μｍでは透過率６％、０.３
５μｍでは透過率３％で、コントラストが最大となって
いる。

【００５２】この結果から、０.３６μｍ（規格化され
た値で０.６１）以上のパターンには、クロム等の遮光
膜を用い、それより小さいパターンには透過率を０％か
ら２０％に調整した半透明のシフタを用いることによ
り、微細パターンの解像が可能となることがわかる。

【００５３】なお、図３の結果を、それぞれの露光条件
のλ／ＮＡに乗じるようにすれば、その露光条件でのパ
ターン寸法に応じてコントラストを最大とするような半
透明膜の透過率を得ることができる。

【００５４】また、図３から、規格化されたパターン寸
法が０.６１以上のパターンには、クロム等の遮光膜を
用い、それより小さいパターンには半透明膜を用いこの
半透明膜の透過率を０〜５０％の範囲に設定したとき、
コントラストの向上をはかることができることがわか
る。ここで規格化寸法０.３９で最適透過率は５０％と
なり、０.３９より小さい０.３４では透過率を調整して
も効果がなく、透過率が５０％より大きくしても効果が
ないことがわかる。

【００５５】なお、この半透明膜に色素を添加して透過
率を調整するようにしてもよい。

【００５６】実施例２ 次に、本発明の第２の実施例について詳細に説明する。

【００５７】図４(a)および(b)は本発明の第２の実施例
の露光用マスクの要部を示す図である。

【００５８】この露光用マスクは、露光光学系の解像度
限界以下のパターンを用い、マスクパターンのサイズに
応じてこの密度（面積占有率）を調整することにより振
幅透過率を制御し、パターンサイズ毎に最適な振幅透過
率となるようにし解像限界を向上するようにしたことを
特徴とするものである。

【００５９】この露光用マスクは露光光の波長が４３６
ｎｍの領域で用いるもので、この位相シフタとしての半
透膜パターンを透過してきた露光光は位相が１８０度反
転し、半透膜パターンを通過しない露光光と合成され、
パターン境界部で光強度がシャープになるようになって
いる。

【００６０】次に、この露光用マスクの製造工程につい
て説明する。

【００６１】まず、図５(a)に示すように、大きさ５イ
ンチ四方、厚さ２.４ｍｍの透光性の溶融石英基板１の
表面にスパッタリング法により、膜厚０.０３５μｍの
Ｃｒ膜３からなる半透明膜を堆積する。

【００６２】そして、図５(b)に示すように、レジスト
Ｒを塗布しＥＢ露光を用いたフォトリソグラフィ工程に
より、これをパターニングする。

【００６３】この後、図５(c)に示すように、このレジ
ストパターンＲをマスクとし，ＣＨ _２Ｃｌ_２とＯ_２ガス
を主成分とする反応性ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングによりＣｒ膜３をパターニングし、続いてＣＦ_４を
主成分とするガスを用いたドライエッチングにより基板
１を０.４２μｍ程度エッチングし溝Ｔを形成する。こ
こでこのエッチングにより彫り込まれなかった領域４が
位相調整領域となる。このときの基板１の彫り込み量は
次式に従う。

【００６４】（ｎ_１−１）×ｄ_１／λ＋（ｎ_２−１）×
ｄ_２／λ＝０.５ ｎ_１：Ｃｒの屈折率、ｄ_１：Ｃｒの膜厚、ｎ_２：石英基
板の屈折率、ｄ_２：石英基板の彫りこみ量、さらに、図
５(d)に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合溶液
中に浸漬することによりレジストパターンＲのみを選択
的に除去する。

【００６５】この後、図５(e)に示すように、Ｃｒ膜３
を微細パターンに加工するためのレジストパターンＲ２
を形成する。

【００６６】そして、図５(f)に示すように、このレジ
ストパターンＲ２をマスクとしてＣＨ_２Ｃｌ_２とＯ_２と
を主成分とするドライエッチングによりＣｒ膜３からな
る半透明膜をパターニングし、続いて液相成長法により
酸化シリコン膜５をレジストパターンで囲まれた領域に
選択的に形成する。ここで酸化シリコン膜５の膜厚はＣ
ｒ膜３を透過した露光光とこの酸化シリコン膜５を透過
した露光光の位相差が０となるようにする。

【００６７】最後にレジストＲ２を有機溶剤または酸に
よって剥離し露光マスクを完成する（図５(g)）。

【００６８】このようにして形成された露光マスクの位
相シフタは、パターンサイズに応じてＣｒ膜３の微細パ
ターンと酸化シリコン膜５との面積占有率を調整し，最
適化したパターンとなるようにしている。

【００６９】この露光用マスクの露光に用いる露光光は
波長４３６ｎｍであるものとして膜厚を決定した。

【００７０】このようにして形成された露光用マスク
を、ＮＡ＝０.４２の投影レンズを有するｇ線ステッパ
に装着し、被処理基板上に塗布された０.５μｍ厚さの
ノボラック系ポジレジストＰＲ−１０２４を露光したと
ころ、０.３μｍのパターンまで極めて高精度に再現性
よく得られた。

【００７１】また、ここでは半透明膜としてのＣｒ膜３
と酸化シリコン膜５との微細パターンの面積占有率を調
整することにより所望の振幅透過率を得るようにしてい
るため、パターンサイズに応じて振幅透過率を制御する
のが容易となる。

【００７２】なお、前記実施例ではＣｒ膜３と酸化シリ
コン膜５とに差があり、段差が形成されているが、酸化
クロム膜と酸化シリコン膜など屈折率の近い材料の組み
合わせを用いるようにすれば、段差をなくすことができ
光学的特性がさらに向上する。また、半透明膜としては
Ｃｒに限定されるものではなく他の金属材料や他の材料
でも良い。すなわち、膜厚等を薄く設定することなどに
よりどのような材料を用いても良い。また、透明膜とし
ても酸化シリコンに限定されるものではなく、フッ化カ
ルシウム（ＣａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、
酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等他の材料でも良い。

【００７３】実施例３ 次に、本発明の第３の実施例について詳細に説明する。

【００７４】この例ではイオン注入により透過率をわず
かづつ変化させることができる点に着目し、振幅透過率
の微調整を行うようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００７５】溶融石英からなる透明基板表面に３０Ｋｅ
Ｖの加速電圧でシリコンイオンをイオン注入し、波長４
３６ｎｍにおける透過率を測定した。その結果を図６
(a)に示す。ここで横軸は注入イオンドーズ量であり、
縦軸は透過率である。この図からわかるように、ドーズ
量の増加とともに透過率は単調に減少することがわか
る。この露光用マスクは露光光の波長が４３６ｎｍの領
域で用いるもので、この位相シフタとしての半透膜パタ
ーンを透過してきた露光光は位相が１８０度反転し、半
透膜パターンを通過しない露光光と合成され、パターン
境界部で光強度がシャープになるようになっている。

【００７６】次に、この露光用マスクの製造工程につい
て説明する。

【００７７】まず、図７(a)に示すように、大きさ５イ
ンチ四方、厚さ２.４ｍｍの透光性の溶融石英基板１の
表面全体に均一にドーズ量７.０×１０^１７／ｃｍ^２加
速電圧３０ＫｅＶでシリコンイオンをイオン注入し半透
明層６を形成する。これによりこの半透明層６の波長が
４３６ｎｍの露光光に対する透過率は６％となる。

【００７８】この後、図７(b)に示すように、レジスト
Ｒを塗布しＥＢ露光を用いたフォトリソグラフィ工程に
より、これをパターニングする。

【００７９】この後し、図７(c)に示すように、このレ
ジストパターンＲをマスクとし，ＣＦ_４ガスを主成分と
する反応性ガスを用いた反応性イオンエッチングにより
深さ０.４７μｍ程度エッチングし溝Ｔを形成する。こ
こでこのエッチングにより彫り込まれなかった領域４が
位相調整領域となる。

【００８０】このようにして形成された露光用マスク
を、ＮＡ＝０.４２の投影レンズを有するｇ線ステッパ
に装着し、被処理基板上に塗布された０.５μｍ厚さの
ノボラック系ポジレジストＰＲ−１０２４を露光したと
ころ、０.３μｍのパターンまで極めて高精度に再現性
よく得られた。

【００８１】このようにして形成される露光マスクの位
相シフタは、パターンサイズに応じてドーズ量あるいは
加速電圧を変化させたり、収束イオンビーム法（ＦＩ
Ｂ）により描画して微細なイオン注入領域を形成し，最
適化したパターンとなるようにしてもよい。

【００８２】なお、前記実施例では、シリコンイオンを
注入したが、シリコンイオンに限定されることなく適宜
変更可能である。ただし図６(a)に示したのと同様の注
入条件でＡｕを注入した場合図６(b)に示すようにドー
ズ量を増加しても透過率は８０％で飽和してしまい、そ
れ以上の調整が不可能である。したがって注入イオンの
ドーズ量と共に透過率が単調に変化する特性が得られる
ようなイオンおよび注入エネルギーを選択する必要があ
る。

【００８３】実施例４ 次に、本発明の第４の実施例について詳細に説明する。

【００８４】この例ではレジストパターンを介してイオ
ン注入を行うことにより選択的に半透明層を形成するよ
うにしている。

【００８５】次に、この露光用マスクの製造工程につい
て説明する。

【００８６】まず、図８(a)に示すように、大きさ５イ
ンチ四方、厚さ２.４ｍｍの透光性の溶融石英基板１に
レジストＲを塗布しＥＢ露光を用いたフォトリソグラフ
ィ工程により、これをパターニングし、このレジストパ
ターンＲを介して表面全体に均一にシリコンイオンをイ
オン注入し図８(b)に示すように、半透明層７を形成す
る。このとき転写パターンサイズ毎にパターン領域中に
おけるレジストパターンＲを調整しておくようにすれ
ば、領域毎に透過率を所望の値に制御することができ
る。

【００８７】次に、液相成長法により酸化シリコン膜８
をレジストパターンで囲まれた領域に選択的に形成す
る。ここで酸化シリコン膜８の膜厚は半透明層７と合わ
せて、透明基板を透過した露光光との位相差が，１８０
となるように選択する（図８(c)）。

【００８８】最後にレジストＲを有機溶剤または酸によ
って剥離し露光マスクを完成する（図８(d)）。

【００８９】このようにして形成された露光マスクの位
相シフタは、パターンサイズに応じて酸化シリコン膜８
と半透明層７との積層構造をなす微細パターンの面積占
有率を調整し，最適化したパターンとなるようにしてい
る。

【００９０】次に、図９に示すように等間隔のライン・
アンド・スペ−スにおける最適な振幅透過率とシフタ幅
δの関係を求めるため、光像強度分布を求めるプログラ
ムを用いてシミュレーションを行った。なお露光条件は
ＫｒＦエキシマレーザ光、ＮＡ＝０.４２，λ＝２４８
ｎｍ、コヒーレンシσ＝０.５に設定した。振幅透過率
とシフタ幅とを変化させた時の最もコントラストの高く
なった組み合わせを図１０(a)乃至(e)に示す。この結果
から振幅透過率を小さくすればするほどシフタ幅は大き
くすることができることがわかった。

【００９１】さらに０.３μｍのライン・アンド・スペ
−スにおいてシフタ幅を固定して振幅透過率を変化させ
た場合の光像強度分布のコントラストの変化を図１１に
示す。

【００９２】この図からコントラストが極大となるシフ
タの振幅透過率はシフタ幅によって異なる事が分かる。
またコントラストが極大となる場合のシフタの振幅透過
率とシフタ幅との関係を測定した結果を図１２に示す。
この図からシフタ振幅透過率を下げていくとシフタ幅を
大きくすることができることがわかる。

【００９３】また０.２５μｍのライン・アンド・スペ
−スにおいてシフタ幅を固定して振幅透過率を変化させ
た場合の光像強度分布のコントラストの変化を図１３に
示す。

【００９４】またコントラストが極大となる場合のシフ
タの振幅透過率とシフタ幅との関係を測定した結果を図
１４に示す。この場合も０.３μｍのライン・アンド・
スペ−スと同様であった。

【００９５】このような実験を繰り返した結果、この現
象は、マスクパターンのパターン寸法を露光条件のλ／
ＮＡで除した値が０.３４から０.６８の時に共通である
事が分かった。そこでこの範囲内の各パターン寸法にお
いてシフタの透過率を任意に調整することによりシフタ
加工に十分な精度を得られる範囲のシフタ幅で、大きな
コントラスト向上効果を得ることができる。

【００９６】以上本発明について実施例を用いて説明し
たが、実施例の場合、位相シフタとしての透明膜は、レ
ジストとしても用いられるポリメチルメタクリレートお
よび無機膜である酸化シリコン層について説明したが、
これらに限定されるものではなく、露光光として用いら
れる波長４３６ｎｍ以下の光に対して透過率の高い材料
であれば良い。例えば無機膜としては、フッ化カルシウ
ム（ＣａＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等他の材料を用いるようにし
ても良い。

【００９７】また、位相シフタとなるレジストとして
は、ポリメチルメタクリレート、ポリトリフルオロエチ
ル−α−クロロアクリレート、クロロメチル化ポリスチ
レン、ポリジメチルグルタルイミド、ポリメチルイソプ
ロペニルケトン等の材料が考えられる。また、パターン
の厚さ等は、材料およびリソグラフィ光に応じて、適宜
変更可能である。

【００９８】また、透光性基板および遮光膜の材料につ
いても、実施例に限定されることなく適宜変更可能であ
る。

【００９９】加えて、位相シフタ層は必ずしも１８０度
の位相シフトを行うものである必要はなく、１８０度の
近傍でパターンエッジの光強度分布をシャープに低下さ
せる程度であれば１８０度をいくばくかはずれたもので
もよい。

【０１００】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の露光
マスクによれば、遮光膜パターンの代わりに、半透明膜
パターンを用いることにより、コントラストが向上し、
解像度の向上をはかることができる。

【０１０１】また、本発明の露光マスクによれば、パタ
ーン密度に依存することなくパターンに忠実で高精度の
パターン形成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の露光用マスクを示す
図

【図２】 同露光用マスクの透過率を変化させてシミュ
レーションを行った結果得られた光強度分布を示す図

【図３】 λ／ＮＡで規格化した寸法を用いて形成した
透過率の変化に対するコントラストの変化を示す図

【図４】 本発明の第２の実施例の露光マスクを示す図

【図５】 同露光マスクの製造工程図

【図６】 注入条件と透過率との関係を示す図

【図７】 本発明の第３の実施例の露光用マスクの製造
工程を示す図

【図８】 本発明の第４の実施例の露光用マスクの製造
工程を示す図

【図９】 本発明の第５の実施例の露光用マスクを示す
図

【図１０】 シフタの振幅透過率とシフタ幅に対する光
強度分布のコントラストの関係を示す図

【図１１】 シフタの振幅透過率とシフタ幅に対する光
強度分布のコントラストの関係を示す図

【図１２】 シフタの振幅透過率とシフタ幅との関係を
示す図

【図１３】 シフタの振幅透過率とシフタ幅に対する光
強度分布のコントラストの関係を示す図

【図１４】 シフタの振幅透過率とシフタ幅との関係を
示す図

【図１５】 従来例の位相シフト法の説明図

【図１６】 従来例の位相シフト法の説明図

【図１７】 従来例の位相シフト法の説明図

【図１８】 従来例の位相シフト法の説明図

【図１９】 従来例の位相シフト法の説明図

【符号の説明】

１…石英基板 ２…マスクパターン ３…Ｃｒパターン ４…位相調整領域 ５…酸化シリコン膜 ６…イオン注入層 ７…半透明層 ８…酸化シリコン膜 １１…石英基板 １２…マスクパターン １３…透明膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 隆 神奈川県横浜市磯子区新杉田８番地 株式 会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 間 博顕 神奈川県横浜市磯子区新杉田８番地 株式 会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 駒野 治樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 2H095 BB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性基板上に配設されたマスクパター
   ンを具備する露光用マスクにおいて、 前記マスクパターンは、露光光に対する光路長が該マス
   クパターンの無い前記基板部分と異なる半透明膜で形成
   された半透明膜パターンであり、 前記半透明膜パターンは、露光光で解像されない微細領
   域に分割された振幅透過率の異なる複数の領域を有する
   ことを特徴とする露光用マスク。
2. 【請求項２】 透光性基板上に配設されたマスクパター
   ンを具備する露光用マスクにおいて、 前記マスクパターンは、露光光に対する光路長が該マス
   クパターンの無い前記基板部分と異なる半透明膜からな
   る第１のマスクパターンと、 遮光性膜からなる第２のマスクパターンとを具備し、 前記第１のマスクパターンは、該第１のマスクパターン
   パターン寸法を露光条件のλ／ＮＡで除した値が０.４
   ２から０.５１の間にあるときは前記半透過膜の透過率
   は１６％から６％の間であり、 前記第１のマスクパターンのパターン寸法を露光条件の
   λ／ＮＡで除した値が０.５１から０.５９の間にあると
   きは、前記透過率は６％から３％の間であることを特徴
   とする露光用マスク。
3. 【請求項３】 振幅透過率の異なる前記領域は、イオン
   注入を用いて形成することを特徴とする請求項１記載の
   露光用マスク。