JP2862183B2 - マスクの製造方法 - Google Patents

マスクの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 マスクの製造方法に関し、 従来の解像力を越えて幅の狭いパターンを結像するこ
とができ、微細なパターンを解像度を向上させて形成す
ることができると共に、パターンデータを簡略化可能と
するマスクを製造することを目的とし、 露光に用いる光に対して透明な透明基板層と、透明基
板層上に形成されたマスクパターン層とからなり、マス
クパターン層が光を透過させる位相シフト層から構成さ
れるマスクを製造する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はマスクの製造方法に係り、特に光の位相シフ
トを利用したマスクの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体装置の製造工程において素子、回路等のパター
ンを半導体ウエハ上に形成する際には、通常紫外光によ
るパターン転写露光の方法が用いられる。
半導体ウエハに、転写されるパターンは、光を透過す
るガラス基板に設けられた光を遮蔽する金属薄膜の有無
によって形成される。このガラス基板上に転写パターン
を形成したものの中で、ウエハ上に転写するチップパタ
ーンと同じ大きさ及び数のパターンを備えたものを原寸
マスクまたは単にマスクと呼び、例えば５〜10倍に拡大
してウエハ上に形成されるチップ数よりの少ない数のチ
ップパターンが配設されたものを拡大マスクまたはレチ
クルと呼ぶ。そして、マスクの場合は平行光線により、
またレチクルの場合は縮小レンズ系を使って縮小投影に
よりウエハ上にレジスト膜を介してパターンの転写露光
が行われる。この場合、特に、微細化され高集積化され
るパターンの転写に際して解像力を高めるためには、露
光領域縁部の光のコントラストを高めることが必要であ
る。従来の所定形状の不透明層と透明基板層とで構成さ
れたマスクを第70図に示し、ウエハ上にパターン形成す
る場合を第71図に示す。第70図は、従来のホトマスク45
0を示した構成図である。第70図中、451は金属クロム
（Cr）等の材料よりなる不透明層であり、透明基板層45
2上で周知のリソグラフィとエッチングで所定パターン
が形成される。又、第71図において、露光装置（図示せ
ず）より照射された光Ｃはホトマスク450の不透明層451
は透過せず、不透明層451が形成されていない透明基板
層452を透過する。透過した光は、結像レンズ系453を通
り、ウエハ454上に塗布されたOFPR（商品名、東京応化
工業株式会社）等のレジスト材料455を感光する。これ
により、ウエハ454上にはエッチングによりホトマスク4
50と同じパターンが形成される。
ところで、光学レンズ系を用いてパターンを形成する
場合、ウエハ454上では不透明層の有無によるコントラ
ストのみのデータに基づいて行なっている。従って、パ
ターン形成には光学レンズ系からの光の波長による物理
的な解像限界があり、使用する光の波長より細いパター
ンの形成は困難である。
ところで、従来のホトリソグラフィ工程は、ガラスや
石英等の透明基板上にクロミウム（Cr）膜等の不透明層
を形成し、パターン化したものをレチクルとして用いて
いる。第72図（Ａ），（Ｂ）にこのような従来の技術に
よるパターン形成方法の例を示す。
第72図（Ａ）において、光源461はｉ線用、ｇ線用の
フィルタを備えた水銀ランプやエキシマレーザ等で構成
され、光源461から発生する光463が照明系レンズ462を
介してレチクル464を照射している。照明系レンズ462
は、例えばパーシャルコヒーレンシーσ＝0.50のものを
用いる。レチクル464は、例えばガラス等の透明基板468
の上にCr膜等の不透明パターン469を形成したものであ
る。レチクル464上の不透明パターン469は、結像光学系
レンズ465によって半導体基板466上のホトレジスト層46
7に結像される。結像系レンズ465は、例えば開口数NA＝
0.50のものを用いる。上に述べたパターン形成方法の場
合、解像力は、 K1・λ/NA となる。ここで、K1はプロセス係数であり、通常0.6〜
0.8の数値をとる。λは光の波長、NAは結像系レンズの
開口数である。光源461から発する光463の波長λは、例
えば水銀ランプのｉ線の場合は約365nmであり、エキシ
マレーザの場合は例えば248nmや198nmである。開口数NA
は結像レンズ系によるが、例えば約0.5程度である。解
像力を向上させるにはK1かλを小さく、NAを大きくする
ことが必要であるが、K1,NAはその値を自由に選べな
い。波長λも光源や光学系等で制限される。露光に用い
る光の波長λ，開口数NA及びプロセス係数K1が決まると
解像力が定まり、解像力以下のパターンは結像できな
い。
光源461から発した光463はレチクル464の全表面を照
射し、不透明パターン469を照射した光部分は不透明パ
ターン469によって遮蔽される。このため、第72図
（Ａ）下段に示すように不透明パターンが無い部分に照
射した光のみがレチクル464を透過し、結像系レンズ465
によってホトレジスト層467に照射される。ホトレジス
ト層467上では照射した光の振幅の２乗に比例する光強
度分布のパターンが形成され、ホトレジスト層467を選
択的に露光する。
第72図（Ｂ）に不透明パターンを有する不透明マスク
を拡大して示す。ガラス、石英等の透明基板468の上にC
rパターンの不透明パターン469が形成されてマスクない
しレチクル464を構成している。露光できるパターンの
最小幅Ｗは結像系レンズ465で定まる解像力によって制
限される。
このような従来の技術によって、解像力を越えて細く
した線パターンを露光した場合の光強度分布がどのよう
になるかを第73図（Ａ）〜（Ｄ）を参照して以下に説明
する。なお、第73図（Ａ）〜（Ｄ）の例において、用い
た光の波長は365nm,開口数NAは0.50,パーシャルコヒー
レンシーσは約0.50である。
第73図（Ａ）は幅0.35μｍのパターンを結像させた時
の光強度分布を示す。光強度分布は中心位置（0.0）で
ほぼ“0"に近付き、両側で次第に持ち上がっている。光
強度が最大になる位置では線幅約1.0μｍ以上ある。光
強度約0.2程度を現像を閾値としてホトレジスト層を現
像すれば、設計通りの幅0.35μｍ程度のパターンを現像
することもできる。
第73図（Ｂ）は、幅0.30μｍのパターンを結像した場
合の光強度分布を示す。第73図（Ａ）の幅0.35μｍの場
合と比べて、明らかに変化のみられるのは、中心位置
（0.0）での光強度最小値の上昇である。光強度分布の
幅自体にはさほどの変化は見られない。
第73図（Ｃ），（Ｄ）は、夫々幅0.25μｍと幅0.20μ
ｍのパターンを結像した場合の光強度分布を示す。第73
図（Ｂ）の場合と同様、パターンの中心での光強度の最
小値が次第に上昇しているが、パターン幅自体はさほど
変化を示していない。即ち、解像力を越えてパターン幅
を減少させても、得られる光強度分布のパターン幅は減
少せず、かえってパターン中央部での光強度の最小値が
持ち上がってしまう。この場合、露光線幅を減少させる
ことができないばかりでなく、黒レベルを灰色に持ち上
げてしまう。このように解像力以下の像を結像すること
はできない。
そのために、先にIBM（株）から、 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.ED−2
9,NO.12,DECEMBER 1982に、『Improving Resolution in
Photolithography with a Phase−Shifting Mask（位
相シフトマスクによるフォトリソグラフィにおける解像
度の改良）』と題して、マスク上の所定パターン部を他
のパターンを有する残りの部分とは異なる光路長とする
ことで透過光のウエハ上での光の位相を両パターン部間
で180度シフトさせる方法が発表されている。この方法
では、パターン間の光の干渉をなくしてウエハ上での光
のコントラストを向上させ同一露光装置における解像力
の改良を図っている。
しかし、この発表による従来の方法で、微細パターン
を有するマスクやレチクルへの適用が今一つ困難であ
り、又、位相シフトパターン固有のパターンデータを作
成するという手間が増えるという問題がある。そこで、
微細パターンを有するマスクやレチクルへの適用が更に
容易で、かつ、パターンデータ作成等の行程数の増大を
生じない位相シフトパターンが要望されている。
上記従来の位相シフトマスクにおいて位相シフトパタ
ーンは、転写される透光パターン（白パターン）からな
る設計パターンの近傍にこの設計パターンより狭い幅を
有する補助の透光パターンを形成し、この補助パターン
上に位相シフタとして塗布・露光・現像の工程を経て形
成するレジスト等の有機物パターン或いは化学気相成長
・リソグラフィの工程を経て形成する無機物パターンを
載設することによって形成されている。例えば、ネガ型
のレジストパターンを位相シフタに用いる位相シフトマ
スクは、以下に第74図（ａ）〜（ｄ）を参照して説明す
る方法により形成される。
先ず、第74図（ａ）に示す如く、ガラス基板551上に
遮光膜552を設け、電子ビーム（EB）露光を用いるリソ
グラフィにより例えば1.5μｍ程度の幅の開孔パター
ン、即ち、透光領域よりなる設計パターン（転写パター
ン）553と、設計パターン553より例えば0.5μｍ程度離
れた近傍領域に設計パターンより狭い例えば0.5μｍ程
度の幅の開孔パターンよりなる微細パターン554A,554B
を補助パターンとして形成する。
次に、第74図（ｂ）に示す如く、開孔パターン553,55
4A,554Bの内面を含むガラス基板551の表面に、EB露光の
際のチャージアップ防止のための透明な薄い導電膜555
を形成する。
次に、第74図（ｃ）に示す如く、ガラス基板551上に
透過する光の位相が180度シフトする厚さのネガ型EBレ
ジスト膜656を塗布形成し、必要に応じてプリベークを
行った後で微細パターン554A,554B上に位相シフトパタ
ーンのEB露光を行なう。
ここで、上記レジスト膜656の膜厚Ｄは次の式（１）
によって求める。
Ｄ＝λ/2（ｎ−１） ……（１） λ：露光に用いる光の波長 n:シフタ材料の屈折率 そして露光に例えば波長365nmのｉ線を使用する場合
は、レジスト膜656の屈折率が約1.6であるからレジスト
膜656の厚さＤは約304μｍとなる。
次に、第74図（ｄ）に示す如く、現像を行い前記透光
領域よりなる微細パターン554A及び554B上に選択的に膜
厚Ｄのネガ型EBレジスト膜656よりなる位相シフタ、即
ち、位相シフトパターン556A,556Bを形成する。
第75図は、上記第74図（ｄ）に示される構成の位相シ
フトマスクを用いてｉ線により露光を行った際、マスク
を透過したｉ線のパターン位置に対応する位相のプロフ
ァイル図である。
他方、ポジ型レジストを用いる際には、上記ネガ型レ
ジストを用いる場合と同様な工程を経て、第76図に示す
ように、設計パターン535上に選択的にポジ型レジスト
による位相シフトパターン557が形成される。なお図中
の各符号は第74図と同一対象物を示す。
第77図は、第76図に示された位相シフトマスクに対応
する透過光（ｉ線）の位相プロファイル図である。
上記第74図（ｄ）及び第76図に示す位相シフトマスク
においては、第75図及び第77図の位相プロファイル図に
示されるように、夫々のマスクの設計パターン553部を
透過するｉ線（ｉa及びｉc）と補助パターン554A及び55
4Bを透過するｉ線（ｉb及びｉd）とはそれぞれ位相が18
0度ずれている。このため、露光されるレジスト膜の設
計パターンの直下領域から横方向に散乱してくるｉ線
（ｉa,ic）は隣接する補助パターンの直下部から横方向
に散乱してくる180度位相のずれたｉ線（ｉb,id）によ
って打ち消され、露光領域端面のコントラストは高まり
解像力が向上する。
なお、補助パターンの開孔幅は標準の露光においては
レジスト膜の底部まで感光させる光量が得られない程度
に狭い幅に形成されるので、このマスクを用いて露光を
行う際に補助パターンがウエハ上に転写されることはな
い。
第74図〜第77図と共に示した従来技術は、例えば特開
昭61−292643号公報、特開昭62−67514号公報及び特開
昭62−18946号公報などで提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の位相シフトマスクでは次の様な問題点
がある。
第１に、位相シフトを用いないマスクの場合、光学系
の物理的解像限界から光の波長より細いパターンの形成
は困難である。細い線幅を実現しようとすると、用いる
光波長を減少させるか開口数を増大させるなどの構造的
な変更を行う必要がある。従って、今後のIC等が必要と
する微細なパターンを光学的方法で形成することができ
ない。
第２に、位相シフトを用いるマスクの場合、いわゆる
ライン・アンド・スペースの如き規則性を有するパター
ンのみにしか適用できず、多様なパターンを含むIC等の
製造には適用できない。又、不透明層を常に必要とする
ことから、微細なパターンを形成することができない。
第３に、位相シフトを用いるマスクの場合、設計パタ
ーンよりも更に微細な補助パターンを露光技術を用いて
パターニングしなければならないので、補助パターンが
解像限界を越えないためには設計パターンの微細化が制
限される。
第４に、位相シフトを用いるマスクの場合、設計パタ
ーンのデータの他に固有の補助パターンデータを含んだ
パターンデータ、位相シフトのパターンデータ等も作成
しなければならないのでパターンデータ作成の工数が増
大する。
第５に、位相シフトを用いるマスクの場合、位相シフ
タにレジスト等の有機物質を用いる場合、屈折率に影響
を及ぼす膜質及び膜厚の制御が難しいので、位相シフト
量が正確で且つ均一な位相シフトパターンの形成が困難
である。
第６に、位相シフトを用いるマスクの場合、位相シフ
トがガラス基板と異種物質であるため、位相シフトとガ
ラス基板との境界で反射が生じて露光効率が低下する。
そこで、本発明は従来の解像力を越えて幅の狭いパタ
ーンを結像することができ、微細なパターンを解像度を
向上させて形成することができると共に、パターンデー
タを簡略化できるマスクの製造方法を提供することを目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第１図に本発明の原理説明図を示す。第１図のマスク
１は、本発明になるマスクの製造方法で製造され、露光
に用いる光に対して透明な透明基板層２と、透明基板層
２上に形成されたマスクパターン層５とからなる。マス
クパターン層５は、光源からの光波を透過させる透過薄
膜層3aから構成されるパターンを含んでいる。
〔作用〕
本発明になるマスクの製造方法で製造されたマスクに
おいては、第１図に示すように、マスク１は、マスクパ
ターン層５を位相シフト層3aで形成している。従って、
マスクパターン層５の存在している部分と存在していな
い部分を通過する光の波長を位相がシフトされる。この
位相がシフトされた光とシフトされない光の境界では干
渉により光強度が低下する。これにより、マスク１で結
像レンズ系を介してウエハ上にパターンを形成する場
合、前記位相がシフトされた光と変換されない光の境界
で干渉により光強度が低下する。即ち、ウエハ上には光
の波長より小さい干渉パターンが得られ、微細パターン
を形成することが可能となる。又、前述のマスクパター
ン層５の厚みを調整することでシフトする位相を変化さ
せて解像度を向上させることができるマスクを製造可能
となる。
〔実施例〕
本発明になるマスクの製造方法で製造されるマスクの
第１実施例を第１図に示す。マスク１は、露光に用いる
光Ｌに対して透明な透明基板層２と、透明基板層２上に
形成されたマスクパターン層５とからなる。マスクパタ
ーン層５は、光Ｌが透過し得る位相シフト層3aにより構
成される。
マスク１を透過した光のうち、位相シフト層3aを透過
した光と透明基板２のみを透過した光とでは光の位相が
ずれている。従って、透明基板２のみを透過した光と位
相シフト層3aを透過して位相シフトを生じた光との境界
では、干渉により光強度が低下する。これにより、露光
の際にはウエハ（図示せず）上に露光に用いる光Ｌの波
長より小さい干渉パターンを形成することができる。
又、マスクパターン層５の厚さを調整することにより、
光の位相シフト量を調整して露光パターンの解像力を向
上させることもできる。
第２図は、マスク１の位相シフト層3aの１つのエッジ
部分での光強度を説明するための図である。同図（ａ）
中、透明基板２及び位相シフト層3aを透過した光と透明
基板２のみを透過した光とでは、光の位相が例えば略18
0度シフトする。従って、マスク１を透過した光の光の
電気ベクトルＥ及び光強度Ｐは夫々同図（ｂ），（ｃ）
に示す如くとなる。同図（ｃ）から明らかな如く、位相
シフト層3aのエッジ部分での光強度の変化を利用して線
パターンを露光することができる。
第３図は、マスク１の位相シフト層3aの両エッジ部分
での光強度を説明するための図である。同図中、第２図
と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この場合、位相シフト層3aの幅Ｗが充分小さいと、マス
ク１を透過した光の光強度Ｐは第３図（ｃ）に示す如く
となる。これにより、幅Ｗを制御することにより線パタ
ーンの幅を制御することができる。
第４図は、マスク１を用いた露光に使われる光学系の
概略を示す。光源６は例えば水銀ランプからなり、水銀
ランプにはｉ線（波長365nm）のみを通過させるフィル
タ（図示せず）が設けられている。光源６からの光は、
照明用レンズ系８を介して光Ｌとしてレンズ系８の焦点
距離に位置するマスク１に達する。ここで、光Ｌの部分
コヒーレント（パーシャルコヒーレンシー）σは0.5で
あるが、σは0.3≦σ≦0.7の範囲内であれば良い。
マスク１を透過した光は結像レンズ系９を介して、ホ
トレジスト層10が塗布されたウエハ11上に結像する。こ
こで、結像レンズ系９は1/5縮小レンズからなり、開口
数NAは0.5である。ウエハ11は、フラットに保つために
平坦なチャック（図示せず）で真空吸着されている。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造したマス
クを用いたパターン形成方法の第１実施例を第４図にお
ける露光状態を示す第５図と共に説明する。第４図にお
ける照明用レンズ系８を経た光は、マスク１のマスクパ
ターン層５を透過した光7aとマスクパターン層５のない
部分を透過した光7bとなり、その位相差は180度であ
る。
これらの光7a,7bは、結像レンズ系９を介してウエハ1
1上のホトレジスト層10に結像されるが、位相シフト層3
aのエッジ部分に対応する部分では干渉により急激な光
の強度変化が起る。従って、ウエハ11上には、光の波長
より小さいパターンを形成することができる。
次に、上記マスク１を製造する、本発明になるマスク
の製造方法の第１及び第２実施例を夫々第６図及び第７
図と共に説明する。第６図及び第７図中、第１図と実質
的に同じ部分には同一符号を付す。
第６図（Ａ）において、透明基板層２は石英、ガラス
等ｉ線を透過する材料で形成されている。この透明基板
層２上に第６図（Ｂ）に示す如くレジスト材料３が塗布
される。レジスト材料３は、 EB（電子ビーム）レジスト、ホトレジスト、イオンレ
ジスト等の材料が用いられる。レジスト材料３にEBレジ
ストを用いた場合、電子ビームにより描画を行い現像す
ることによりレジストパターン４が第６図（Ｃ）に示す
如く形成される。そして、第６図（Ｄ）に示す如く、レ
ジストパターン４の表面に位相シフト層3aを構成する酸
化シリコンを0.388μｍの厚さでスパッタする。その
後、レジスト剥離剤でEBレジストを剥離することによ
り、透明基板層２上に位相シフト層（酸化シリコン層）
3aのマスクパターン層５を第６図（Ｅ）に示す如く形成
される。
又、第７図に示す実施例では、第７図（Ａ）に示す、
第６図と同様の透明基板層２上に酸化アルミニウムの薄
膜層12を第７図（Ｂ）に示す如く形成する。この酸化ア
ルミニウム薄膜層12上に、第７図（Ｃ）に示す位相シフ
ト層3aとなる酸化シリコンをスパッタにより厚さ0.388
μｍ形成する。更に、位相シフト層3a上にレジスト材料
３を第７図（Ｄ）に示す如く塗布する。そして、電子ビ
ームにより描画を行い現像することにより第７図（Ｅ）
に示すレジストパターン４が形成される。その後、４フ
ッ化炭素（CF4）ガスを用いて位相シフト層3aのプラズ
マエッチング或いはリアクティブイオンエッチングを行
う。レジスト材料３は、酸素プラズマによる灰化（アッ
シング）により剥離して、第７図（Ｆ）に示す位相シフ
ト層（酸化シリコン層）3aのマスクパターン層５を形成
する。ここで、酸化アルミニウム薄膜層12は、４フッ化
炭素でエッチングされないので、エッチングストッパー
となり、正確に0.388μｍの位相シフト層（酸化シリコ
ン層）3aのマスクパターン層５を得ることができる。
なお、位相シフト層3aの厚さ0.388μｍは、ｉ線の波
長365nmを180度（逆位相）にシフトする厚さである。こ
の位相シフト量と位相シフト層3aの厚みは次の一般式
（２）で表わされる。
（ｎ・t/λ）−（t/λ）＝Ｓ ……（２） 式（２）中、ｎは位相シフトさせる位相シフト層3aの
屈曲率、λは使用光Ｌの波長、Ｓは位相シフト量/2π
（逆位相の場合は1/2）、ｔは位相シフト層3aの厚さで
ある。
第６図及び第７図に示す実施例における位相シフト層
（酸化シリコン層）3aの屈曲率はｎ＝1.47,使用光Ｌの
波長はλ＝0.365nmであり、位相シフト量はＳ＝1/2であ
るので式（２）は次式（３）となる。
（1.47t/0.365）−（t/0.365）＝1/2 ……（３） これにより、位相シフト層3aの厚さｔは0.388μｍと
なる。ここで、位相シフト量を1/2（180度）としたの
は、干渉によるパターン形成に最適位相シフト量だから
である。
以上のようにマスク１に形成されたマスクパターン層
５の平面図を第８図に示す。0.35μｍのライン・アンド
・スペースパターンを1/5縮小レンズ系で形成する場
合、幅ｂを0.15μｍ（レチクル寸法0.75μｍ）とし、位
相シフト層3aのない領域13の幅ａを0.55μｍ（レチクル
寸法2.75μｍ）とすると、第９図（Ｂ）に示す如き、ウ
エハ11上の光強度が得られる。
第９図（Ｂ）を第９図（Ａ）に示す従来の場合と比較
する。説明の便宜上、従来の方法では、不透明層451
（第71図）が厚さ50〜80nmで幅0.35μｍ（レチクル寸法
1.75μｍ）のクロムとし、不透明膜パターンの間隔の幅
を0.35μｍ（レチクル寸法1.75μｍ）とする。第９図
（Ａ）に示す如く、従来の方法では光強度が約50％と少
なく、コントラストが低いことが明らかである。この状
態ではウエハ454上にホトレジスト層455（第72図）にパ
ターンを形成することは不可能である。これに対し、上
記本実施例においては第９図（Ｂ）に示されるように、
光強度はウエハ11上で約80％である。従って、光強度が
大幅に向上することが明らかであると共に、暗部に変化
がないことからコントラスト（解像力）も大幅に向上し
ている。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造したマス
クを用いたパターン形成方法の第２実施例について第10
図と共に説明する。第10図（Ａ），（Ｂ）は夫々ウエハ
上に大きなパターンと微細なパターンが混在するパター
ンを形成するためのマスク１の平面図及び断面図であ
る。斜線領域14は、例えば50〜80nm厚のクロムからなる
不透明層である。又、白地は透明基板層２が露出してい
る部分であって、大パターン領域15と微細パターン領域
16に分かれている。位相シフト層3aは微細なパターン領
域16に形成されている。大パターン領域15は従来の方法
によりパターニングを行い、微細パターン領域16には位
相シフト層3aを用いる。IC等のパターンは、大パターン
と微細パターンとが混在しているので、本実施例はICの
パターニングに適している。このように、マスク１によ
り、ウエハ11上に結像されたパターンを第10図（Ｃ）に
示す。本実施例によれば、微細なパターンを含むパター
ンであっても少ない工程で形成し得、解像力の向上も十
分に図ることができる。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第２実施例を第11図と共に説明する。第11図に示
すマスク1Aは、透明基板層２上に形成した不透明膜層14
のエッジ部分に位相シフト層3aが形成されている。不透
明膜層14は、例えば厚さ50nm〜80nmのクロムからなる。
なお、便宜上透明基板層２上の図中左側部分には微細パ
ターンが孤立して存在し、図中右側部分には微細パター
ンが隣接して存在するものとする。又、3bは、微細パタ
ーンを形成するための位相シフト層3aのみからなり、位
相シフトによる光の干渉の効果で後述する如くウエハ11
上にパターンが形成される。なお、図中のa,b,cについ
ては後述する。
第12図は、マスク1Aの位相シフト層3aのエッジ部分で
の光強度を説明するための図である。同図（Ａ）中、透
明基板２及び位相シフト層3aを透過した光と透明基板２
のみを透過した光とでは、光の位相が例えば略180度シ
フトする。従って、マスク１を透過した光の光強度Ｐは
同図（Ｂ）に示す如くとなる。同図（Ｂ）から明らかな
如く、位相シフト層3aのエッジ部分での光強度の変化を
利用して線パターンを露光することができる。
第13図は、マスク1Aの位相シフト層3aの両エッジ部分
での光強度を説明するための図である。同図中、第12図
と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この場合、マスク1Aを透過した光の光強度Ｐは第13図
（Ｂ）に示す如くとなる。これにより、幅Ｗを制御する
ことにより線パターンの幅を制御することができる。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第３実施例を、マスク
1Aを用いた露光に使われる光学系の概略を示す第14図と
共に説明する。同図中、第５図と実質的に同じ部分には
同一符号を付し、その説明は省略する。
第14図において、光源６から照明用レンズ系８を介し
てマスク1Aに入来する光Ｌは、不透明層14を透過しな
い。位相シフト層3aを透過した光7aの位相はシフトさ
れ、透明基板層２のみを透過した光7bに対して位相が反
転している。光7a,7bは、結像レンズ系９を介してウエ
ハ11上のホトレジスト層10に結像される。この場合、透
明基板層２のみを透過した光7bと位相シフト層3aを透過
して位相が変換された光7aとは干渉し、急激な光強度変
化が生じる。従って、不透明層14が設けられている部分
と不透明層14が設けられていない部分との間のコントラ
ストが向上する。ここで、第14図における光学系の条件
は第５図と同様である。従って、前記（３）式によって
位相シフト層3aの厚さを0.388μｍとし、位相シフト量
を180度（反転角度）に設定している。
ここで、上記不透明層14のエッジに位相シフト層3aを
形成することにより得られる効果について第15図〜第18
図と共に説明する。第15図（Ａ）は不透明層14のエッジ
に位相シフト層3aを設けない場合を示し、第15図（Ｂ）
は位相シフト層3aを幅ｂ＝0.15μｍで設けた場合を示
す。この場合の光強度分布を第16図に夫々対応させて示
す。第16図（Ｂ）の場合には、位相シフト層3aの部分
（Ｘ軸0.0μｍ付近）で光強度分布の変化が急激である
ことがわかる。即ち、第16図（Ｂ）の場合、微細パター
ンを形成する能力が大きいことを示している。この場
合、位相シフト層3aと透明基板層２の露出部との境界は
Ｘ座標で、0.0μｍであり、不透明層14と位相シフト層3
aとの境界をＸ座標で、−0.15μｍであるとすると、成
形パターンの白地と黒字との境界は＋0.1μｍとなるこ
とが第６図の光強度分布から求められる。
従って、ｉ線（波長365nm）、開口数NA＝0.5のレンズ
の場合は、透明基板層２の露出部を最終的に得られるべ
きパターンの設計寸法より0.2μｍ（片側0.1μｍ）大き
くし（５倍レチクル寸法では1.0μｍ（片側0.5μ
ｍ））、その周囲に位相シフト層3aを幅0.15μｍ（レチ
クル寸法0.75μｍ）で形成すると、設計寸法でレジスト
パターンを形成することができる。以下に述べる説明で
も、便宜上この規則（ルール）に従ってレチクルが作ら
れるものとする。
なお、この規則は光の波長やレンズの開口数が変化す
ると、透明基板層２の露出部における寸法の変換量や、
不透明層14のエッジの周囲に形成する位相シフト層3aの
幅を変化させる必要がある。例えば、KrF（フッ化クリ
プトン）レーザー（波長248nm）及び開口数NA＝0.48の
レンズを使用した場合、透明基板層２の露出部を設計寸
法より0.13μｍ（片側0.065μｍ）大きくし（５倍レチ
クル寸法では0.65μｍ（片側0.325μｍ）、不透明基板
層14のエッジの周囲の位相シフト層3aの幅を0.06μｍと
すると最適な結果が得られる。この場合、白パターン同
志が接近すると白パターン間の不透明層14の領域がなく
なり、マスク上では位相シフト層3aのみで白パターンが
分離されることになる。
位相シフト法によると解像力が20％向上することが経
験的に知られているので、これを前提として透明基板層
２の露出部における寸法の変換量及び位相シフト層3aの
幅を経験的に求められる。即ち、ｉ線でレンズの開口数
NA＝0.5の場合、位相シフトを行わないときの解像限界
は、 0.6×（λ/NA） で表わされる。従って、位相シフトを行うときの解像限
界は、 0.6×（λ/NA）×0.8 となり、数値を代入すると位相シフト層3aの幅は0.35μ
ｍとなる。
第17図は本実施例をいわゆるライン・アンド・スペー
スパターンに適用する場合を示す。同図中、不透明層14
のエッジに位相シフト層3aを形成すると共に、透明基板
層２が露出している４つのスペース間にも位相シフト層
3aを形成する。位相シフトを行った場合の解像限界0.35
μｍのライン・アンド・スペースパターンで、透明基板
層２の露出部における寸法変換量ａと位相シフト層3aの
幅ｂを変化させた場合の光強度分布を第18図に示す。第
18図（Ａ）はａ＝0.45μm,b＝0.25μｍの場合の光強度
分布を示し、第18図（Ｂ）はａ＝0.50μm,b＝0.20μｍ
の場合の光強度分布を示し、第18図（Ｃ）はａ＝0.55μ
m,b＝0.15μｍの場合の光強度分布を示し、第18図
（Ｄ）はａ＝0.60μm,b＝0.10μｍの光強度分布を示し
ている。なお、ライン・アンド・スペースパターンにす
るためにはａ＋ｂ＝0.70μｍとする必要がある。第18図
（Ａ）〜（Ｄ）に示す如く、位相シフト層3aの幅ｂが大
きい場合は光強度のピークが低下する。又、位相シフト
層3aの幅ｂが小さいと、スペース部の光強度が強くな
り、コントラストが低下する。コントラストは、ｂ＝0.
15μｍのときに最適となり、このときａ＝0.55μｍであ
る。位相シフト層3aと透明基板層２の露出部の境界は片
側0.10μｍ設計寸法よりも透明基板層２の露出部を大き
くするようにずらすので、前述の大パターンのエッジの
例に対応する。ここて、位相シフト層3aの幅ｂは、位相
シフトを行う場合には解像限界の30〜60（％）、即ち、
0.144〜0.228μｍである必要がある。
特に、ｂを解像限界の40〜50％にすることにより高い
コントラストが得られる。
一方、従来における透明基板層452の露出部分の幅を
0.35μｍ（レチクル寸法1.75μｍ）とし、不透明層451
の幅を0.35μｍ（レチクル寸法1.75μｍ）とした場合の
光強度分布を第19図に示す。第19図中、本実施例の光強
度が第18図（Ｃ）で約80％であるのに対して、従来の光
強度は約55％であり、本実施例におけるコントラストが
向上していることがわかる。
位相シフト層3aの幅ｂが解像限界の30〜60％であるこ
とは、シフターパターンは設計パターンより解像限界の
20〜35％（片側）小さくすればよいことになる。ｉ線で
NA＝0.5のレンズの場合は、0.070〜0.123μ（片側）設
計パターンより縮小となる。さらに、不透明層と、透明
基板の露出した部分の間に位相シフト層のパターンを配
置する場合の位相シフト層パターン幅は上記20〜35％
（片側）の縮小幅の1.0〜1.5倍がよいことが経験的にわ
かっている。この幅は、ｉ線でNA＝0.5のレンズの場合
は0.070〜0.185μとなる。
例えば、KrFエキシマレーザー（波長248nm）及び開口
数NA＝0.48のレンズを用いた場合、位相シフトを行った
場合の解像限界は0.25μｍとなる。この場合、透明基板
層２の露出部における寸法変換量ａと位相シフト層3aの
幅ｂを変化させたときの光強度分布を第20図（Ｂ）〜
（Ｆ）に示す。なお、第20図（Ａ）は位相シフトを行わ
ない場合を示す。第20図（Ｂ）はａ＝0.35μm,b＝0.15
μｍの場合の光強度分布を示し、第20図（Ｃ）はａ＝0.
36μm,b＝0.14μｍの場合の光強度分布を示し、第20図
（Ｄ）はａ＝0.38μm,b＝0.12μｍの場合の光強度分布
を示し、第20図（Ｅ）はａ＝0.40μm,b＝0.10μｍの場
合の光強度分布を示し、第20図（Ｆ）はａ＝0.42μm,b
＝0.08μｍの場合の光強度分布を示している。第20図
（Ｄ）に示す如く、位相シフト層3aの幅ｂが0.12μｍで
最適なコントラストが得られる。又、第20図より位相シ
フト層3aの幅ｂは、位相シフトを行った場合の解像限界
の30〜60％の範囲内であれば良いこともわかる。
第21図（Ａ）は第11図の一部分を示したもので、不透
明層14の両エッジ部分に位相シフト層3aが形成され、位
相シフト層3a間で透明基板層２が露出している。なお、
第21図（Ｂ）は従来のホトマスク450を示したもので、
透明基板層452上に不透明層451のみよりなるマスクパタ
ーンが形成されたものである。
両者を比較するに、まず第21図（Ａ）における透明基
板層２が露出している幅ａを0.55μｍ（レチクル寸法2.
75μｍ）、位相シフト層3aの幅ｂを0.15μｍ（レチクル
寸法0.75μｍ）とする。又、第21図（Ｂ）の透明基板層
452が露出している幅ｄを0.35μｍ（レチクル上1.75μ
ｍ）とする。これらの場合の光強度分布を夫々第22図に
示す。第22図（Ａ）に示す如く、本実施例における光強
度は約100％であるのに対し、従来における光強度は第1
8図（Ｂ）に示す如く約65％であり、本実施例ではコン
トラストが向上していることがわかる。従って、上述の
ように透明基板層２が露出している部分を得られるべき
パターンより大きめに形成してその外側の位相シフト層
3aを周辺部に配置することによって、良好な結果が得ら
れる。
ここで、第23図に、白地に黒パターンを形成する場合
の一例を示す。第23図（Ａ）は位相シフトを用いて0.35
μｍの黒パターンを形成するときのマスクを示してい
る。前述の規則に従うと、例えば幅ｃは0.15μｍ（レチ
クル寸法0.75μｍ）の位相シフト層3aのみからなるマス
クパターンとなる。この場合にウエハ上に結像される光
の光強度を第24図（Ａ）に示す。一方、第23図（Ｂ）は
位相シフトを行わない場合のマスクを示している。第23
図（Ｂ）に示すマスクは、0.35μｍ（レチクル寸法1.75
μｍ）幅の不透明層14からなり、結像される光強度を第
24図（Ｂ）に示す。第24図に示す如く、位相シフトを行
なう場合の方が光強度の立下りが急激になっており、黒
パターンの解像力も向上していることがわかる。
また、第25図に、本実施例をICパターンに適用させた
場合を示す。第25図（Ａ）はマスク1Aの一部分の形状を
示す平面図である。第25図（Ｂ）はウエハ11上に結像さ
れるパターンを示す平面図である。同図（Ａ）中、不透
明層14のエッジ部分及び透明基板層２が露出した部分で
パターンが隣接する微細パターン部に位相シフト層3aが
形成されている。即ち、図中15が孤立パターン領域を示
し、16がパターン隣接領域を示す。
次に、マスク1Aを用いてウエハ11に形成されるパター
ンを第26図（Ａ）に示し、マスク1Aによる光の干渉状態
を検証する。第26図（Ａ）中、パターン幅ｇを0.35μｍ
に固定して、ｈを0.35μm,0.4μm,0.5μm,0.6μm,0.7μ
m,0.8μm,1.0μｍに変化させるものとする。この場合、
前述の規則によりパターン幅ｈが0.35μm,0.4μm,0.5μ
ｍのパターンが近接する場合のマスクパターンは第26図
（Ｂ）に示す如く位相シフト層3aのみで白パターンが隔
てられている。又、パターン幅ｈが0.6μm,0.7μm,0.8
μm,1.0μｍのパターンがある程度離隔する場合のマス
クパターンは第26図（Ｃ）に示す如く白パターンの間に
不透明層14の領域が存在する。
ここで、ウエハ上のパターン幅ｈが0.35μｍとする。
先ず、第26図（Ｂ）のマスク寸法ａを0.55μｍ（レチク
ル寸法2.75μｍ）,bは0.15μｍ（レチクル寸法0.75μ
ｍ）,cを0.15μｍ（レチクル寸法0.75μｍ）とした場合
の光強度分布を第27図（Ａ）に示す。一方、従来の第17
図（Ｂ）におけるマスク寸法ｅを0.35μｍ（レチクル寸
法1.75μｍ）,fを0.35μｍ（レチクル寸法1.75μｍ）し
た場合の光強度分布を第27図（Ｂ）に示す。両者を比較
するに、本実施例で得られる光強度は約85％であるのに
対し、従来における光強度は約55％であり、本実施例で
はコントラストが向上されていることがわかる。
以下、パターン幅ｈが0.4μｍのときの光強度分布を
第28図に、ｈが0.5μｍのときの光強度分布を第29図
に、ｈが0.6μｍのときの光強度分布を第30図に、ｈが
0.7μｍのときの光強度分布を第31図に、ｈが0.8μｍの
ときの光強度分布を第32図に、ｈが1.0μｍのときの光
強度分布を第33図にそれぞれ示す。第28図〜第33図から
も明らかなように、本実施例によれば従来例に比べて光
強度が大きくなり、コントラストも向上する。
上記パターン幅ｈに対する第25図（Ａ）に示す孤立パ
ターン15のパターン寸法を表に示す。
表からも明らかな如く、光の干渉の影響による孤立パ
ターン15のパターン寸法変化は±0.01μｍ以内である。
従って、パターン寸法の制御をすることは可能である
が、より正確にパターン寸法を制御するには、第26図
（Ｂ），（Ｃ）におけるパターン幅a,b,c,iの値を変化
させれば良い。
次に、本実施例をコンタクト・ホールパターンに適用
する場合の一例を説明する。第34図（Ａ）は0.35μｍの
コンタクト・ホールを形成する場合のマスク1Aを示して
いる。前述の規則に従うと、透明基板層２の露出部の幅
ａは0.55μｍであり、位相シフト層3aの幅ｂは0.15μｍ
である。この場合の光強度を第35図（Ａ）に示す。一
方、位相シフトを行わない場合のマスクを第34図（Ｂ）
に示す。透明基板層２の露出部の大きさｌは0.35μｍで
ある。この場合の光強度を第35図（Ｂ）に示す。第35図
に示す如く、本実施例を適用することによりコンタクト
・ホールのコントラストを大幅に向上することができ
る。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第３及び第４
実施例を夫々第36図及び第37図と共に説明する。第36図
及び第37図中、第６図及び第７図と実質的に同じ部分に
は同一部号を付し、その説明は省略する。
第36図（Ａ）に示す透明基板層２は、例えば石英から
なる。この透明基板層２上に、例えば厚さ50〜80nmクロ
ムからなる不透明層14を第36図（Ｂ）に示す如く形成す
る。そして、不透明層14上に、例えばEBレジストからな
るレジスト材料３を塗布し、EB描画、現像、エッチン
グ、レジスト剥離からなる通常のマスク製造工程（図示
せず）を行う。その後、不透明層14のパターン20を第36
図（Ｃ）に示す如く形成する。このパターン20上に再び
EBレジストからなるレジスト材料３を塗布し、EB描画、
現像の工程により第36図（Ｄ）に示すレジストパターン
４を形成する。更に、このレジストパターン４上に、例
えば厚さ0.388μｍの酸化シリコンからなる位相シフト
層3aを第36図（Ｅ）に示す如く形成する。次に、レジス
ト材料３を剥離剤で剥離することにより、不透明層14と
位相シフト層3aのマスクパターン層５が第36図（Ｆ）に
示す如く形成される。
第37図の実施例では、第36図（Ａ）〜（Ｃ）と同様の
工程により透明基板層２上に厚さ50〜80nmのクロムから
なる不透明層14のパターン20が第37図（Ａ）に示す如く
形成される。そして、パターン20上に後述する酸化膜の
プラズマ・エッチングを行う際のストッパーとなるスト
ッパー層21を第37図（Ｂ）に示す如く形成する。
ストッパー層21は、例えば４フッ化炭素（CF4）によ
るプラズマ・エッチングに耐性のある酸化アルミニウム
の薄膜をスパッタ等でパターン20上に形成することによ
り得られる。このストッパー層21上に、例えば酸化シリ
コンからなる位相シフト層3aを第37図（Ｃ）に示す如く
所望の厚さでスパッタ等により形成する。この所望の厚
さは、180度の位相シフトを行わせるために0.388μｍ
（（３）式）に設定される。この位相シフト層3a上に、
例えばEBレジストからなるレジスト材料３を塗布し、EB
描画、現像の工程により第37図（Ｄ）に示すレジストパ
ターン４を形成する。そして、CF4プラズマにより露出
している位相シフト層3aをエッチングし、レジスト剥離
により位相シフト層3aによる位相シフト用のマスクパタ
ーン層５が第37図（Ｅ）に示す如く形成される。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第５実施例を
第38図と共に説明する。本実施例では、第38図（Ｅ）に
示す本発明になるマスクの第３実施例を製造する。マス
クの第３実施例は、ガラス基板の位相シフトパターンに
対応する領域が転写される設計パターンより深く堀り込
まれて光の位相をシフトする構成の例えば１μｍ幅の設
計（転写）パターンを有する。
第38図（Ａ）中、通常通り合成石英からなり厚さ２〜
3mm程度のガラス基板31上に不透明層としてスパッタリ
ング等により厚さ500〜1000Å程度のクロム（Cr）層32
を形成する。又、通常のEB露光を用いるリソグラフィに
よりこのCr層32に例えば0.35μｍ幅の設計パターンの場
合は0.85μｍ幅の開孔パターン33を形成する。
次に、第38図（Ｂ）中、上記基板31上にEB露光の際の
チャージアップを防止するための導電層34を形成する。
導電層34は、例えばモリブデンシリサイド（MoSi2）を
スパッタリング等により200〜300Å程度の厚さまで形成
して得られる。その後、基板31上にネガ型のEBレジスト
層35を塗布し、プリベークを行った後、前記Cr32の開孔
パターン33のほぼ中央部上に幅0.55μｍのパターンをEB
露光する。35Aは露光されたレジスト層を示す。
次に、通常の現像を行って設計パターン形成領域上に
露光されたレジスト層35Aを第38図（Ｃ）に示す如く選
択的に残留させ、次いでレジスト層35Aをマスクにして
表出する導電層（MoSi2層）34を４塩化炭素（CCl4）と
酸素（O2）の混合ガスによるドライエツチング処理によ
り選択的に除去する。
第38図（Ｄ）においては、レジスト層35AとCr層32と
をマスクにして位相シフトパターンに対応して表出する
ガラス基板31の上面を４フッ化炭素（CF4）とO2の混合
ガスを用いたリアクティブイオンエッチング（RIE）処
理によりエッチングする。ガラス基板31の上面と同一面
を有する0.55μｍ幅のパターン36の両側にそれより低い
上面を有する0.15μｍ幅の位相シフトパターン37A及び3
8Bを形成する。なお位相シフトパターン37A,37Bの透過
光の位相を設計パターン36を透過する光に対して180度
シフトさせるためのエッチング深さＤは、このマスクが
波長λ＝365nmを有するｉ線による露光で用いられ、ガ
ラスの屈折率ｎ＝1.54であることから前記（１）式によ
って約0.36μｍとなる。
次に、第38図（Ｅ）において、通常のアッシング処理
によりレジスト層35Aを除去し、その下部のMoSi2層34を
CCl4とO2との混合ガスによるドライエッチング処理によ
り除去して本発明の第３実施例であるマスク1Cが完成す
る。
第39図は、第38図（Ｅ）に示すマスク1Cに対応させて
マスク1Cを透過する光の位相プロファイルを示す。同図
中、ｉaは中央部パターン36の透過光、ｉbは位相シフト
パターン37A,37Bの透過光を示す。
マスク1Cは、位相シフトパターンをパターニングする
際にネガ型のレジストを用いたことによって、位相シフ
トパターンが深く堀り込まれた構造になっている。しか
し、ポジ型のレジストを用いた場合には、本実施例とは
逆に中央部が位相シフトパターンより深く堀り込まれた
本発明になるマスクの第４実施例が第38図とほぼ同じ工
程により形成される。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第６実施例を
第40図と共に説明する。本実施例では、第40図（Ｃ）に
示すマスク1Dを製造する。第40図中、第38図と同一部分
には同一符号を付し、その説明は省略する。
第40図（Ａ）中、ガラス基板31上に形成したCr層32に
0.85μｍ幅の開孔パターン33を形成する。この基板31上
にチャージアップ防止用のMoSi2層34を形成した後、こ
の基板31上にポジ型EBレジスト層38を形成する。次い
で、このレジスト層38の前記Cr層32の開孔パターン33の
中央部上に設計パターンのEB露光を行う。38Aは、露光
領域を示す。
次に、第40図（Ｂ）中、現像によりレジスト層38の露
光領域38Aを除去し、このレジスト層38の開孔39を介し
てCCl4とO2との混合ガスによるドライエッチングにより
表出するMoSi2層34を除去する。又、CF4とO2との混合ガ
スによるRIE処理により開孔39内に表出するガラス基板3
1の上面を第38図の場合と同様に約0.36μｍの深さＤま
でエッチングする。
第40図（Ｃ）において、レジスト層38をアッシング処
理で除去し、次いでレジスト層38の下部にあったMoSi2
層34をCCl4とO2との混合ガスによるドライエッチング処
理により除去する。これにより、マスク1Dが完成する。
第41図は、第40図（Ｃ）に示すマスク1Dに対応指せて
マスク1Dを透過する光の位相プロファイルを示す。同図
中、Icは中央部パターン40の透過光、ｉdは位相シフト
パターン41A,41Bの透過光を示す。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第７実施例を
第42図と共に説明する。同図（Ａ）は、例えばガラス又
は溶融石英からなる透明基板51を示す。同図（Ｂ）に示
す如く、例えばシリコン酸化膜である位相シフト層52を
透明基板51上に形成する。位相シフト層52は、気相成長
（CVD）法、スパッタやスピン・オン・グラス（SOG）法
により形成される。本実施例では、位相シフト層52は光
の位相を反転するために3900Åの膜厚を有する。
第42図（Ｃ）では、不透明層53を位相シフト層52上に
形成する。不透明層53は例えばクロム（Cr）からなり、
Crを用いた場合Crの膜厚は例えば700〜1000Åである。
次に、EBレジストの塗布、EB描画、現像及び不透明層
53のエッチング処理を行い、第42図（Ｄ）に示す不透明
層のパターン53aを形成する。
不透明層のパターン53aはマスクとして用いられ、第4
2図（Ｅ）に示す如く位相シフト層52をエッチングによ
り除去する。本実施例では位相シフト層52が酸化膜であ
るため、エッチングとしてはCF4とCHF3との混合ガスを
用いたRIEを用いる。
次に、第42図（Ｆ）に示す如くEBレジスト層54の塗
布、EB描画処理及び現像処理を行って不透明層53の不要
な部分53bを露出させる。
最後に、EBレジスト層54は除去され、不透明層53の不
要な部分53bをエッチングにより除去することにより第4
2図（Ｇ）に示す本発明になるマスクの第５実施例であ
る、マスク1Eが完成する。第42図（Ｈ）は、第42図
（Ｇ）に対応するマスク1Eの平面図である。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第８実施例第
43図と共に説明する。同図中、第42図と実質的に同じ部
分には同一符号を付し、その説明は省略する。第43図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のステップは夫々第42図
（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）のステップに対応しているが、
本実施例では位相シフト層52が省略されている。
第43図（Ｄ）において、不透明層のパターン53aはマ
スクとして用いられ、透明基板51がエッチングにより除
去される。エッチングとしては例えばCF4とCHF3との混
合ガスを用いたRIEを用い、透明基板51が所定の深さま
でエッチングされる。光の位相を反転する場合、本実施
例では所定の深さは3900Åである。
第43図（Ｅ）では、EBレジスト層54の塗布、EB描画及
び現像処理を行って不透明層53の不要な部分53bを露出
させる。
最後に、EBレジスト層54は除去され、不透明層53の不
要な部分53bをエッチングにより除去することにより第4
3図（Ｆ）に示すマスク1Cが完成する。第43図（Ｇ）
は、第43図（Ｆ）に対応するマスク1Cの平面図である。
本発明になるマスクの製造方法の第７及び第８実施例
によれば、不透明層を位相シフト層又は透明基板をエッ
チングする際のマスクとして利用するため、セルフアラ
インにより不透明層のパターンと位相シフトパターンと
の間の位置ずれを防ぐことができる。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第９実施例を
第44図と共に説明する。同図中、第43図と実質的に同じ
部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
第44図（Ａ）において、透明基板51上に不透明層53を
形成し、EBレジスト層（図示せず）を不透明層53上に塗
布した後、EB描画によりパターンを形成する。このパタ
ーンを現像して、エッチングにより不透明層53をパター
ニングする。不透明層53は例えばCrからなり、スパッタ
により透明基板51上に形成される。パターニング後はEB
レジストを除去する。
第44図（Ｂ）においては、不透明層53のパターン53c
をマスクとして用いることにより透明基板51を所定の深
さまでエッチングする。
エッチング条件は、平行平板電極型の高周波励起（1
3.56MHz）のRIE装置により露出している透明基板51をエ
ッチングする。エッチングは、例えば約0.1W/cm2のパワ
ー及び0.1〜0.05Torrの圧力でCF4又はCHF3とO2との混合
ガスをエッチャントガスとして使用して行われる。エッ
チング深さが、λ/2（ｎ−１）となるようにエンド・ポ
イント・ディテクタで検出しながら制御する。λ＝0.36
5μｍの場合、λ/2（ｎ−１）＝0.39μｍとなる。
第44図（Ｃ）では、透明基板51のエッチング後に透明
基板51及びパターン53c上にポジ型レジスト層55（例え
ばOFPR−800）を約1.0μｍの膜厚で塗布し、100℃でプ
リベークする。
第44図（Ｄ）では、透明基板51の裏面からレジスト感
光領域の光、例えば波長436nmで40〜60mJ/cm2の単色光
を全面照射して透明基板51上のレジスト層55のみを感光
させる。その後、透明基板51をTMAH2.38％の水溶液に40
秒浸漬して現像処理を行うことにより、パターン53c上
にのみレジスト層55が残る。更に、リンス処理及び乾燥
処理が行われる。
レジストパターン形成の後に、不透明層53のパターン
53cをサイドエッチングにより第44図（Ｅ）に示す如く
一部除去する。サイドエッチングの量は、片側で約0.4
〜0.8μｍの不透明層53が除去されるようにエッチング
時間により制御する。
最後に、第44図（Ｆ）ではO2アッシングにより不透明
層53上に残ったレジスト層55を灰化除去して、第40図
（Ｃ）に示すマスク1Dと実質的に同じマスクが完成す
る。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第10実施例を
第45図と共に説明する。同図中、第44図と実質的に同じ
部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
第45図（Ａ）〜（Ｃ）に示すステップは、第44図
（Ａ）〜（Ｃ）に示すステップと同じで良い。ただし、
第45図（Ｂ）では透明基板51をλ/2（ｎ−１）の深さま
でエッチングする。λ＝0.365μｍの場合は、λ/2（ｎ
−１）＝0.39μｍとなる。
第45図（Ｄ）においては、第45図（Ｄ）と共に説明し
た如く、透明基板51の裏面からレジスト感光領域の光を
全面照射して透明基板51上のレジスト層55のみを感光し
て現像処理により除去する。本実施例では、オーバー露
出する。現像をオーバーに行う、あるいは現像乾燥後に
短時間のアッシングを行なうことにより不透明層53を一
部露出させる。
次に、第45図（Ｅ）に示す如く、レジスト層55をエッ
チング用マスクとして露出している不透明層53をエッチ
ングにより除去する。
第45図（Ｆ）では、O2アッシングにより不透明層53上
に残ったレジスト層55を灰化除去して、マスク1Dと実質
的に同じマスクが完成する。
次に、本発明になるマスクの製造方法の第11実施例を
第46図と共に説明する。同図中、第44図と実質的に同じ
部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
第46図（Ａ）に示すステップは第44図（Ａ）に示すス
テップと同じで良いが、本実施例では透明基板51のエッ
チングを行うことなく第46図（Ｂ）に示す如くレジスト
層55を透明基板51上に形成する。
第46図（Ｃ）においては、第44図（Ｄ）のステップと
同様にして透明基板51上のレジスト層55のみを除去す
る。その後、本実施例ではレジスト層55をマスクとして
透明基板51をλ/2（ｎ−１）の深さまでエッチングす
る。λ＝0.365μｍの場合、λ/2（ｎ−１）＝0.39μｍ
である。
第46図（Ｄ）では、サイドエッチングにより不透明層
53のパターン53cの一部を除去する。第46図（Ｅ）のス
テップは第44図（Ｆ）のステップと同じで良い。
第44図〜第46図の実施例によれば、不透明層のパター
ンと位相シフト層パターンとの位置合わせの必要がない
ので、パターンの位置ずれのない精度の高いマスクが製
造できる。又、位相シフト層の材質によっては基板との
密着性や洗浄等に問題が生じることも考えられるが、こ
れらの実施例では透明基板の一部が位相シフト層として
機能するので位相シフト層の材質は問題とならない。従
って、位相シフト層の材質の安定性や耐性を考慮する必
要は全くなくなり、容易に露光装置の解像限界を越えて
微細なパターンを形成することができる。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法についてより詳細に説明
する。第47図は、マスクの位相シフト層のエッジを利用
したパターン形成方法を説明するための図であり、第２
図に対応している。第47図中、第４図と実質的に同じ部
分には同一符号を付し、その説明は省略する。
透明基板２上に屈折率n,厚さｔの位相シフト層3aが形
成され、マスク１を構成している。マスク１のパターン
は、結像レンズ系９によって半導体基板（ウェハ）11上
のホトレジスト層10に結像される。この際、位相シフト
層3aのエッジによって所望のパターンを結像させる。
位相シフト層3aは入射光を透過させるが、空気ないし
は真空とは異なった屈折率ｎを有することにより、透過
光に位相シフトを与える。位相シフト量Ｓは Ｓ＝（ｎ−１）t/λ （ラジアン表示の場合は２π（ｎ−１）t/λ）とな
る。以下位相シフト量Ｓがπ（逆位相）であるとして説
明する。
マスク１を透過した光は、第47図中中段に示すよう
に、光の電気ベクトルＥが位相シフト層3aのパターンに
対応して逆相に位相を変化させている。このような光の
電気ベクトルＥの分布を有する光がホトレジスト層10に
入射して吸収されると、その時の光強度分布はE2に比例
するので、図中下段に示すように位相変化の場所で細い
幅の黒パターンPBを形成する。即ち、光の電気ベクトル
Ｅが、図中中段に示すように、符号を反転させている場
合、電気ベクトルＥが０になる点がある。得られる光強
度Ｐの分布は電気ベクトルＥの二乗に比例するので、Ｅ
＝０の点でＰの最小値は０になる。従って、明確な黒パ
ターンが得られる。
一般的に位相シフト層3aが透過光に対して位相変化を
与えると、その位相変化が空間的に分布したパターンが
得られる。位相変化が逆相の時は、位相変化する位置で
の光強度Ｐは常に０であり、時間積分しても０である。
そこで位相シフト層3aのエッジ部分では、光強度が０に
なる。位相変化が逆相以外の時は、時間によって電気ベ
クトルＥが同符号になったり逆符号になったりし、時間
積分した光強度は０にならない。
このような位相シフト層のエッジ部分を使った結像の
例を第48図（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。
第48図（Ａ）は、位相シフト層がπ（逆相）の位相シ
フトを与える場合の光強度分布を示す。図中、位相シフ
トπの領域が、横軸0.0より左の領域に相当し、右側の
位相シフト０の開口部分に0.0の位置で接している。第4
8図（Ａ）は、このような位相シフト層の１つの縁の部
分の光強度分布を示す。位相シフト層の端に対応するパ
ターン中央部では光強度がほぼ０まで減少している。こ
のような結像原理による場合、従来の解像力を越えた線
パターンを得ることが可能である。又、位相シフト層の
エッジ部分の位相差が180゜±30゜であれば同様の効果
が得られる。
第48図（Ｂ）は、位相シフト層がπ/2の位相シフトを
与える場合の光強度分布を示す。位相シフトがπ/2の場
合は、位相シフト層を透過した部分と開口部分を透過し
た部分の光の位相が逆相になる時と同相になる時とがあ
り、時間的に積分をした時に光強度の最小値が０にはな
らない。図示の場合、光強度の最小値は約0.5以上の値
を取り、均一部分での光強度約1.0の半分程度となって
いる。現像レベルをこの光強度の最小値以下にとれば、
図中のパターンは無視された現像が行える。位相シフト
層のエッジ部分の位相差が90゜±15゜であれば、通常の
現像条件（現像レベル35％）ではパターンは無視され形
成されない。また、現像レベルを光強度の最小値と均一
値の間にとれば、中央部分でパターンが現像される。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第４実施例を第49図と
共に説明する。第49図（Ａ），（Ｂ）は、本実施例によ
るループ形状のパターン形成を説明するための図であ
る。第49図（Ａ）はマスクパターンを示す。透明基板か
ら形成される開口部60の上にマスク61が形成されてい
る。マスク61は、入射光の半波長の光路差に相当する位
相シフト量を有し、透過光に対してπの位相シフトを与
える。このようなマスクパターンを結像した結果は、第
49図（Ｂ）に示すようになる。開口部60又は位相シフト
層61のみを結像した部分は一定の光強度を有し、画面上
白になる。開口部60と位相シフト層61の境界の部分に黒
パターン62が形成される。即ち、開口部60を透過した光
と位相シフト層61を透過した光とが干渉によって混合す
ると、逆位相が互いにキャンセルしあうことにより光強
度が０になり黒パターンが形成される。
位相シフト層61を酸化シリコン膜で形成して水銀ラン
プのｉ線を光として用いる場合は、位相シフト層61の屈
折率は約1.47であり、屈折率約1.00の空気に対して約0.
47の屈折率差を有する。半波長の光路差を形成する酸化
シリコン膜の厚みは約0.388μｍである。干渉による合
成光の振幅をキャンセルするには、逆位相が最も効果的
であるが、必ずしも逆位相でなくても、例えば±30％以
内の範囲で効果的な光強度の低下を得ることができる。
第49図に示すマスクパターンのように、位相シフトの
ない開口部上に位相シフトπを有する位相シフト層61を
形成すると、位相シフト層61の縁部に相当する部分に黒
パターンが形成される。この場合、黒パターンは閉じた
ループ形状となる。
第50図（Ａ），（Ｂ）は、開いた形状（線分）を形成
するためのマスクパターンとその結像パターンを示す。
第50図（Ａ）はマスクパターンの形状を示す。開口部
60の上に、その一辺が対象とする線分を形成する位相シ
フト層61が形成され、位相シフト層61の残りの（不要
な）端部に隣接させて位相シフトがπ/2である位相シフ
ト層64が形成されている。即ち、位相シフトがπの位相
シフト層61の４辺の内、１辺61aは位相シフトが０の領
域との境界を形成し、結像パターンにおいて第50図
（Ｂ）に示すような黒パターン65を発生させる。その他
の辺61b,61c,61dは、位相シフトがπ/2である位相シフ
ト層64と接しているので、そのエッジを横切る時の位相
変化はπ/2となり、エッジ部での光強度の低下が小さ
い。位相シフト層64の周囲の辺も位相シフトの量はπ/2
であり、同様に光強度の低下が小さい。現像レベルを調
整することによって、黒パターン65のみを残すことがで
きる。白と黒のレベルの中間に１つの灰レベルを形成す
る場合を説明したが、中間調を２レベル以上用いてもよ
い。
このように、位相シフトの量が異なる位相シフト層を
複数種類用いることによって、開いた形状の線分等のパ
ターンを形成することができる。
第51図（Ａ），（Ｂ）は、点のパターンを形成するた
めのマスクパターンと結像パターンを示す。
第51図（Ａ）において、開口部60の上に位相シフトが
πである位相シフト層61が形成され、その１つの頂点部
分を除いて、位相シフトがπ/2である位相シフト層64が
取り囲んでいる。即ち、位相シフト層61は、その１つの
頂点部分においてのみ開口部60と接している。このよう
なマスクパターンを結像すると、第51図（Ｂ）に示すよ
うに、位相シフト層61と開口部60とが接する部分にのみ
黒パターン66を形成することができる。位相シフト層61
と位相シフト層64との境界は、位相シフト量がπ/2であ
るので、黒パターン66の部分と比べると光強度の低下は
少ない。又、位相シフト層64の外周部分も位相シフト量
がπ/2であり、光強度の低下は同様に少ない。このた
め、黒パターン66のみをパターンとして現像し、他の中
間調のパターンは白パターンとして扱うことができる。
以上、１本の線状のパターンを形成する場合を説明し
たが、以下に交差部を有するパターンの形成について説
明する。
第52図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、交差する線のパタ
ーンを形成するマスクパターンと結像パターンを示す。
第52図（Ａ）は、第１のマスクパターンを示す。交差
する線によって分割される領域に対応させて、平面を４
つの象限に分割し、その第１の象限に位相シフトのない
開口部60を設け、開口部60に隣接する２つの象限に位相
シフトπの位相シフト層61を設け、残る１つの象限に
は、位相シフトが２πである他の位相シフト層67を設け
る。即ち、各象限間の境界は、位相シフトπを伴ってい
る。
第52図（Ｂ）は、第２のマスクパターンを示す。第52
図（Ａ）同様、平面が４つの象限に分割され、第１の象
限に位相シフトのない開口部60,それに隣接する２つの
象限に位相シフトがπである位相シフト層61が設けら
れ、残る１つの象限に位相シフトが０である他の開口部
68が設けられる。この場合も、隣接する象限間において
は、位相シフトπが生じている。
このようなマスクパターンを結像させると、第52図
（Ｃ）に示すような結像パターンが得られる。即ち、一
様な位相を有する部分は白パターンとして結像され、π
の位相シフトを伴う部分が黒パターン69として結像され
る。
なお、直線が交差する場合を図示して説明したが、交
差する線は直線に限らず如何なる曲線であってもよい。
第53図（Ａ），（Ｂ）は、１つの直線に対して他の直
線が突き当たりそこで終端するＴ字型パターンを形成す
る場合のマスクパターンと結像パターンを示す。
第53図（Ａ）において、位相シフトが０である開口部
60に隣接して、位相シフトがπである位相シフト層61a,
61bが形成される。又、位相シフト層61aの上に、位相シ
フトが０である開口部68を設けてその間の位相シフトが
πである境界を形成する。これらの境界は、πの位相シ
フトを伴うので、第53図（Ｂ）に示すように、結像した
場合には黒パターンを形成する。また、位相シフト層61
bと68とが直接隣接するとその境界がπの位相シフトを
伴い黒パターンとして結像されてしまうので、その中間
に位相シフトがπ/2である位相シフト層71を形成する。
即ち、位相シフト層71の境界ではπ/2の位相シフトのみ
が生じるので、光強度の低下は比較的小さい。現像閾値
を調整することにより、このような光強度の低下は白パ
ターンとして現像することができる。この結果、第53図
（Ｂ）に示すような、黒パターン72が結像される。
なお、第53図（Ａ）のマスクパターンにおいて、開口
部68と位相シフト層61bとの間にギャップがある場合を
示したが、このようなギャップはある程度以下のもので
あればよい。
半導体装置等においては、配線パターンの途中にコン
タクトをするための幅広の領域を設けること等が行われ
る。このような配線パターンを作るためのマスクパター
ン及び結像パターンを第54図（Ａ）〜（Ｄ）に示す。
第54図（Ａ）においては、位相シフト０の開口部60と
位相シフトπの位相シフト層61とが接して直線状の境界
を形成し、境界の中央部において開口部60内に位相シフ
トπの位相シフト層75,位相シフト層61中に位相シフト
０の開口部74が形成されている。開口部74と位相シフト
層75とは共に矩形の形状を有し、その境界は開口部60と
位相シフト層61との間の境界と共に１つの直線状に配列
されている。図中実線で示した全ての境界がπの位相変
化を伴う境界である。
第54図（Ｂ）においては、各領域を画定する境界は第
54図（Ａ）と同様に形成されている。但し、第54図
（Ａ）で開口部74であった部分が、位相シフトが２πで
ある位相シフト層76に置換されている。第54図（Ａ）同
様、水平方向の直線の上下領域間にはπの位相シフトが
形成されている。また、中央部には、矩形状の位相シフ
トπの境界が形成されている。
第54図（Ｃ）は、他のマスクパターンを示す。水平方
向の直線によって大きく２つの領域に分離され、その上
部においては、右側に位相シフトなしの開口部60が配置
され、左側には位相シフトπの位相シフト層61が形成さ
れ、両者が限られた長さにおいて互いに接している。ま
た、図中上部には、両領域間に中間の位相シフトπ/2を
有する位相シフト層77が形成されている。中央線の下部
には、上部と対称的な構造が形成されている。即ち、開
口部60の下には、位相シフトπの位相シフト層61が形成
され、位相シフト層61の下には位相シフトなしの開口部
68が形成され、限られた長さにおいて互いに接してい
る。中間の位相シフトπ/2を有する位相シフト層77はこ
れらの両領域61,68の中間に形成されている。全体とし
て、πの位相シフトを伴う境界が水平方向の直線に沿っ
て形成される他、中央部垂直の線分部分にも形成されて
いる。
第54図（Ｄ）は、第54図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示
すようなマスクパターンを結像させた場合の結像パター
ンを示す。即ち、中央部分で幅を太くされた領域を有す
る黒パターン78が結像される。
なお、第52図（Ａ），（Ｂ），第53図（Ａ），第54図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のマスクパターンにおいてライ
ンの長さを有限長にする場合は不要な部分にπ/2等の中
間レベルの位相シフトを持つ領域を形成すればよい。
以上、種々の結像パターンを形成するためのマスクパ
ターンについて説明したが、以下それらの内幾つかにつ
いて数値計算によってどのような光強度プロフィールが
得られるかについて説明する。
なお、計算においては、波長365nmの光を用い、開口
数NA＝0.50の結像系レンズとパーシャルコヒーレンシー
σ＝0.50の照明系レンズを用いた。
第55図（Ａ）〜（Ｃ）は、交差する線のパターンの例
を示す。
第55図（Ａ）は、交差する線のパターン及びそのサン
プリング領域を示す概略図である。第52図（Ｂ）に示す
マスクパターンを採用し、図中右側に示す方向にX,Y,Z
軸の座標を用いる。又、破線で示す領域をサンプリング
領域としてその領域内における光強度をモデルに従って
算出した。第55図（Ｂ）は、第55図（Ａ）に示すサンプ
リング領域内における光強度プロフィールを３次元モデ
ル的に示したグラフである。位相シフトπを伴う境界部
分に深い谷が形成されていることが図から明確に理解さ
れよう、第55図（Ａ）に示す下半分の部分については図
示していないが、対称的な構造となることは当業者に自
明であろう。このような光強度プロフィールを光強度に
対する等高線で表すと、第55図（Ｃ）に示すようにな
る。即ち、図中Ｘ方向に延びる下辺及び中央部分をＹ方
向に延びる部分に光強度最低の領域が形成され、これら
の領域に隣接して次第に光強度が増加する部分が形成さ
れる。
次に、第54図（Ａ）に示す配線パターンの例の光強度
を示す。第56図（Ａ）は、第54図（Ａ）の型のマスクパ
ターンを示し、そのサンプリング領域を破線で示す。ま
た、図中右部分に示すように、X,Y,Z軸の座標を用い
る。
第56図は（Ｂ）はサンプリング領域内の光強度プロフ
ィールを示す。Ｘ方向に沿って細い谷が形成され、Ｘ＝
０の領域付近において谷部が広がっている。このプロフ
ィールをXY平面に投影すると、第56図（Ｃ）に示すよう
になる。中央部で幅の広がった谷部が形成されているこ
とが図から明確に分かる。
第57図（Ａ）〜（Ｃ）は、第54図（Ｃ）に示す配線用
マスクパターンを用いた場合を示す図である。
第57図（Ａ）は、マスクパターンとそのサンプリング
領域を示す。図中中央の水平軸上には、位相シフト０の
開口部60と位相シフトπの位相シフト層61とがその一部
を接して形成され、その間に位相シフトがπ/2の位相シ
フト層77が形成されている。又、開口部60の上辺は、水
平方向と角度θ１をなしている。位相シフト層（中間領
域）77の２辺は、角度θ２をなしている。更に、位相シ
フト層61の上辺は、水平方向と角度θ３をなしている。
水平軸の下方には、対称的に開口部60に接して位相シフ
トπの位相シフト層61が形成され、位相シフト層61の下
に位相シフト０の開口部68が形成されている。又、位相
シフト層77と対称的な位置に他の位相シフト層77が形成
されている。中央部の開口部60,68と位相シフト層61と
が接する狭い領域の幅をW1とする。このサンプルにおい
ては、θ１＝θ２＝θ３＝60度とし、W1＝0.2μｍとし
た。このようなマスクパターンを用いて形成した結像パ
ターンを第57図（Ｂ），（Ｃ）に示す。破線で示す領域
がサンプリング領域である。
第57図（Ｂ）はサンプリング領域内の光強度プロフィ
ールを示す。図中、Ｘ方向に深い谷が形成され、その中
央部において、Ｙ方向に谷が延びており、さらに分岐す
る浅い谷が形成されていることが分かる。
第57図（Ｂ）の光強度プロフィールをXY平面上に投影
すると、第57図（Ｃ）に示すようになる。
第58図（Ａ）〜（Ｃ）は、第51図（Ａ）に示したマス
クパターンと類似の構成を有するマスクパターンの例を
示す。図中、右側に位相シフト０の開口部60が形成さ
れ、左側に先端が三角形状にされた、位相シフトπの位
相シフト層61が配置され、両者間に幅W2の接触が形成さ
れている。又、開口部60と位相シフト層61との間の中間
領域には、位相シフトπ/2の位相シフト層64が形成され
ている。図中破線で囲んだサンプリング領域について光
強度分布を計算した。なお、W2としては、0.08μｍのギ
ャップを設定し、位相シフト層61と64とが形成する２本
の境界線の作る角度は60度とした。
第58図（Ｂ）は、サンプリング領域内の光強度プロフ
ィールを示し、第58図（Ｃ）はそのXY平面上への投影を
示す。（0.0）付近に長円状の光強度の最少領域が形成
されていることが理解されよう。
第59図（Ａ），（Ｂ）はライン・アンド・スペースパ
ターンを説明するための図である。
第59図（Ａ）はライン・アンド・スペースのマスクパ
ターンを示す。位相シフト０の開口領域80と位相シフト
πの位相シフト層81とが交互に形成されてライン・アン
ド・スペースパターンを形成している。例えば、開口領
域80と位相シフト層81とがそれぞれ幅0.5μｍであると
して結像パターンに形成される光強度プロフィールを計
算すると、第59図（Ｂ）に示すようになる。開口領域80
と位相シフト層81の境界線に相当する部分に光強度のミ
ニマムが形成されている。なお、光の波長は365μm,開
口数NA＝0.53,パーシャルコヒーレンシーσ＝0.50とし
た。
第60図（Ａ），（Ｂ）は各種サイズの混合したパター
ンを形成する場合を示す。第60図（Ａ）はマスクパター
ンを示す。上段には大きな黒パターンを形成するための
不透明層（Cr層）85と位相シフト層86との組み合わせパ
ターンが形成され、中間部には、位相シフト層自身の像
を形成するための位相シフト層87が形成され、下部には
辺（エッジ）部分で結像パターンを形成するための位相
シフト層88が形成されている。なお、位相シフト層88の
周囲には、不要の辺の結像を防止するための中間的位相
シフトを有する位相シフト層89が形成されている。位相
シフト層86,87,88は、位相シフトπを与え、位相シフト
層89は、例えば位相シフトπ/2を与える。ｉ線用の開口
数NA＝0.4〜0.6のレンズを用いる場合は、0.5μｍ以上
のパターンは上段に示すパターンのように不透明層85の
回りに位相シフトπの領域86を配置して形成する。0.3
〜0.5μｍの黒パターンを形成するには、中段に示すよ
うに、位相シフトπの位相シフト層87のみのパターンで
マスクを形成する。0.25μｍ以下のパターンは位相シフ
トπの位相シフト層88と位相シフト０の開口領域の境界
により形成する。この際、不要の位相シフト層88の辺
は、中間の位相シフトを示す位相シフト層89によって囲
んで現像レベルの調整により結像されないようにする。
第60図（Ｂ）は結像パターンの例を示す。上部には、
不透明層85と位相シフト領域86とで形成されるマスクに
対応した黒パターン91が形成され、中間部には、位相シ
フト層67に対応した黒パターン92が形成され、下部には
位相シフト層88と開口領域90との境界に対応した細い黒
パターン93が形成される。
フォトリソグラフィを用いてICを製造する場合、結像
レンズ系を用いてレチクルのパターンをウエハ上へ結像
させる。ICパターンの微細化に伴い、結像レンズ系の開
口数NAを大きくして解像力を向上することでICパターン
の微細化に対応している。しかし、解像力を向上させる
ために結像レンズ系の開口数NAを大きくすると、焦点深
度FDは下記の（４）式に従って小さくなってしまう。
ここで、K2はプロセス係数である。従って、凹凸を有
する表面に対して正確にパターンを形成することはでき
ない。
そこで、凹凸を有する表面に対しても良好にパターン
を形成することのできる実施例について説明する。第61
図は、本発明になるマスクの第６実施例を示す。同図
中、第１図と実質的に同じ部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。本実施例では、位相シフト層3aが厚
さD1を有するシフタ部分3a1と厚さD2（D2＞D1）を有す
るシフタ部分3a2とからなる。この様に厚さが異なるシ
フタ部分を設けることにより、露光の際に結像の焦点位
置を任意に制御することができる。
次に、本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第５実施例を説明す
る。本実施例では、必要に応じてマスクの位相シフト層
の厚さを部分的に異ならせる。説明の便宜上、第11図に
示すマスク1A及び第14図に示す光学系を用いてパターン
形成をするものとし、位相シフト層3aの厚さと焦点位置
のずれ（以下デフォーカスと言う）との関係を説明す
る。使用する光、位相シフト層3aの材質等は先に説明し
た実施例と同じである。（２）式を使って180,120,240
度の位相シフト量Ｓを得る場合の位相シフト層3aの厚さ
ｔを計算すると、夫々0.388,0.259,0.517μｍとなる。
先ず、ｔ＝0.388μｍでＳ＝180度の場合、デフォーカ
ス量が０であると光強度分布は第62図（Ｃ）に示す如く
となる。しかし、レンズ系９の光軸に沿ってウエハ11に
近づく方向をプラス（＋）方向としてデフォーカス量を
＋1.0,＋0.5μｍに設定すると、光強度分布は夫々第62
図（Ａ），（Ｂ）に示す如くとなる。他方、デフォーカ
ス量を−0.5,−1.0μｍに設定すると、光強度分布は夫
々第62図（Ｄ），（Ｅ）に示す如くとなる。第62図か
ら、焦点位置がプラス方向へずれてもマイナス（−）方
向へずれても光強度分布は同じように変化することがわ
かる。
次に、ｔ＝0.259μｍでＳ＝120度の場合にデフォーカ
ス量を＋1.0,＋0.5,0,−0.5μｍに設定して得られる光
強度分布を夫々第63図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）
に示す。第63図から、デフォーカス量が＋0.5μｍの時
に最大のコントラストが得られることがわかる。
ｔ＝0.517μｍでＳ＝240゜の場合にデフォーカス量を
＋0.5,0,−0.5,−1.0μｍに設定して得られる光強度分
布を夫々第64図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示
す。第64図から、デフォーカス量が−0.5μｍの時に最
大のコントラストが得られることがわかる。
従って、本実施例では位相シフト層の厚さｔを適当に
定めることにより焦点位置を、0.5μｍの範囲で制御す
ることができる。
ICの製造工程では、ICの一部の領域の表面が他の部分
より高くなる場合がある。例えば、ダイナミック・ラン
ダム・アクセス・メモリ（DRAM）においては、スタック
ドキャパシタを用いた場合にメモリセル部が他の周辺回
路部より0.5〜1.0μｍ高くなる。この様な場合、開口数
の大きいレンズを用いて解像限界までパターン形成しよ
うのすると、前述の如く焦点深度が浅くなってしまい、
凹凸のあるICの製造への適用は難しい。
しかし、本実施例によれば、第65図に示す如くスタッ
クドキャパシタを用いるDRAMへの適用も可能である。第
65図中、第14図及び第61図と実質的に同じ部分には同一
符号を付し、その説明は省略する。この場合、DRAMの周
辺部分のようにIC表面で低い部分は位相シフト層3aの薄
い方のシフタ部分3a1を用いてパターン形成する。従っ
て、D1は0.388μｍより薄くする。例えば、DRAMのセル
部と周辺回路部とで１μｍ程度の段差がある場合、D1＝
0.259μｍに設定する。他方、スタックドキャパシタを
用いたDRAMのセル部のようにIC表面で高い部分は位相シ
フト層3aの厚い方のシフタ部分3a2を用いてパターン形
成する。従って、D2は、0.388μｍより厚くする。例え
ば、セル部が周辺回路部より１μｍ程度高ければ、D2＝
0.517μｍに設定する。
この様にして、ICの表面の凹凸に合わせて位相シフト
層の厚さを制御することにより、IC表面の全ての部分に
焦点を合わせてパターン形成を行うことが可能となる。
上述の如く、本発明になるマスクの製造方法で製造さ
れたマスクでは位相シフト層利用してパターン形成を行
う。従って、位相シフト層を適当に配置させたマスクを
用いれば、任意の微細パターンの形成が可能である。第
66図〜第69図は、夫々マスクを各図（Ａ）及び対応する
パターンを各図（Ｂ）に示す。第66図〜第69図中、90は
不透明層、91は位相シフト層、92は窓である。
以上の実施例においては、パーシャルコヒーレンシー
σは0.5としたが、これに限定されるものではなく、0.3
≦σ≦0.7の範囲であれば良い。
又、マスクを用いて露光を行う際に用いる光はｉ線に
限定されるものではない。更に、光は透明基板の位相シ
フト層が設けられている側から照射しても反対側から照
射しても良い。透明基板及び位相シフト層の材質も実施
例のものに限定されるものではない。例えば、透明基板
は露光に用いる光に対して透明であれば良い。又、位相
シフト層は例えばSiO2,Al2O3,MgF2等からなる。
更に、各実施例におけるマスクとは、レチクルを含む
ものである。従って、本発明になるマスクの製造方法で
製造されたマスクを用いたパターン形成方法は半導体装
置のパターン形成に限られず、マスクやレチクルのパタ
ーン形成にも適用し得ることは言うまでもない。
以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発
明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこ
れらを排除するものではない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、位相シフト層を効果的に用いること
により従来の解像力を越えて幅の狭いパターンを結像す
ることができ、微細なパターンを解像度を向上させて形
成することができると共に、パターンデータを簡略化で
きるマスクを製造可能なので、実用的には極めて有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理説明図、 第２図は位相シフト層の１つのエッジ部分での光強度を
説明するための図、 第３図は位相シフト層の両エッジ部分での光強度を説明
するための図、 第４図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第１実施例を用いた露光に使われる光学系の概略
構成図、 第５図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第１実施例を説明する
ための図、 第６図はマスクの製造方法の第１実施例を説明する工程
図、 第７図はマスクの製造方法の第２実施例を説明する工程
図、 第８図はマスクパターン平面図、 第９図は第８図の光強度分布を説明する図、 第10図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第２実施例を説明する
ための図、 第11図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第２実施例を示す断面図、 第12図は位相シフト層の１つのエッジ部分での光強度を
説明するための図、 第13図は位相シフト層の両エッジ部分での光強度を説明
するための図、 第14図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第３実施例を説明する
ための図、 第15図は第11図におけるパターンを説明するための図、 第16図は第15図における光強度分布を説明する図、 第17図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第２実施例をライン・アンド・スペースパターン
に適用した場合の説明図、 第18図は寸法変換量ａと位相シフト層の幅ｂを変化させ
た場合の光強度分布を説明する図、 第19図は第17図に対応する従来の光強度分布を説明する
図、 第20図は第17図においてKrFエキシマレーザーを用いた
場合の光強度分布を説明する図、 第21図は第11図の一部を示す図、 第22図は第15図における光強度分布を説明する図、 第23図は白地に黒パターンを形成する場合の説明図、 第24図は第23図における光強度分布を説明する図、 第25図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第２実施例をICパターン形式に適用した場合の説
明図、 第26図は第11図におけるパターンの一部を示す図、 第27図〜第33図は夫々パターン幅ｈが0.3,0.4,0.5,0.6,
0.7,0.8,1.0μｍの場合の光強度分布を説明する図、 第34図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第２実施例をコンタクト・ホールパターン形成に
適用した場合の説明図、 第35図は第34図の光強度分布を説明する図、 第36図〜第38図は夫々マスクの製造方法の第３〜５実施
例を説明する工程図、 第39図は第38図（Ｅ）に示すマスクを透過する光の位相
プロファイルを示す図、 第40図はマスクの製造方法の第６実施例を説明する工程
図、 第41図は第40図（Ｃ）に示すマスクを透過する光の位相
プロファイルを示す図、 第42図〜第46図は夫々マスクの製造方法の第７〜第11実
施例を説明する工程図、 第47図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法を説明する図、 第48図は位相シフト層のエッジ部分を使った結像を説明
する光強度分布図、 第49図〜第60図は夫々本発明になるマスクの製造方法で
製造されたマスクを用いたパターン形成方法の第４実施
例を説明するための図であって、 第49図はループ形状パターンを説明する図、 第50図は開いた形状のパターンを説明する図、 第51図は点のパターンを説明する図、 第52図は交差する線のパターンを説明する図、 第53図はＴ字形パターンを説明する図、 第54図は配線パターンを説明する図、 第55図は交差するパターンを説明する図、 第56図及び第57図は夫々配線パターンを説明する図、 第58図は長円パターンを説明する図、 第59図はライン・アンド・スペースパターンを説明する
図、 第60図は各種サイズの混合パターンを説明する図、 第61図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクの第６実施例を示す断面図、 第62図〜第64図は夫々異なる厚さの位相シフト層を設け
た場合の光強度分布を説明する図、 第65図は本発明になるマスクの製造方法で製造されたマ
スクを用いたパターン形成方法の第５実施例を説明する
図、 第66図〜第69図は夫々本発明により形成し得るパターン
の例を示す図、 第70図は不透明層を設けた従来のマスクを示す断面図、 第71図は第70図のマスクを用いてパターン形成を行う光
学系の構成図、 第72図は従来のパターン形成方法を説明する図、 第73図は従来例における光強度分布を説明する図、 第74図は位相シフト層を有しネガ形レジストを用いる従
来のマスクの製造方法の工程図、 第75図は第74図（ｄ）に示すマスクを透過する光の位相
プロファイルを示す図、 第76図はポジ形レジストを用いて製造される位相シフト
層を有するマスクの断面図、 第77図は第76図に示すマスクを透過する光の位相プロフ
ァイルを示す図である。 第１図〜第69図において、 １はマスク、 2,51は透明基板、 3a,52は位相シフト、 ３はレジスト材料、 ４はレジストパターン、 ５はマスクパターン層、 ６は光源、 ８はレンズ系、 ９は結像レンズ系、 10はホトレジスト、 11はウエハ、 12はアルミニウム薄膜層、 13は領域、 14,53は不透明層、 15は大パターン領域、 16は微細パターン領域、 20はパターン、 21はストッパー層、 31はガラス基板、 32はCr層、 33は開孔パターン、 34はMOSI層、 35はネガ形EBレジスト層、 36,40は設計パターン、 37A,37B,41A,41Bは位相シフトパターン、 38はポジ形EBレジスト層、 39は開孔、 53aはパターン、 54はEBレジスト層、 55はレジスト、 60,68は開口層、 61はマスク、 62,65,66,69,72,78は黒パターン、 64,67,71,75,76,77は位相シフト、 80は開口領域、 81は位相シフト層、 85はクロムマスク、 86,87,88,89は位相シフト層、 90は開口部、 91,92,93は黒パターンを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 清一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 田口 眞男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 角 一彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 柳下 祐一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−10162（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140743（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−211451（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−45951（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−125150（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−141354（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−147458（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−203737（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03F 1/08 H01L 21/30 502

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上にレジストパターンを形成する工程と、 該レジストパターン及び該透明基板層の露出している部
    分の上に該光を透過させる位相シフト層を形成する工程
    と、 該レジストパターン及び該レジストパターン上の位相シ
    フト層を除去して位相シフト層のパターンを形成する工
    程とを含むマスクの製造方法。
  2. 【請求項２】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上に該光を透過させるストッパ層を形成する工程と、 該ストッパ層上に該光を透過させる位相シフト層を形成
    する工程と、 該位相シフト層上にレジスト材料からなるレジストパタ
    ーンを形成する工程と、 該ストッパ層をエッチングストッパとし、該レジストパ
    ターンをエッチング用マスクとして該位相シフト層をエ
    ッチングして位相シフト層のパターンを形成する工程と
    を含むマスクの製造方法。
  3. 【請求項３】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上に該光に対して不透明な不透明層のパターンを形成す
    る工程と、 該不透明層のパターン上にレジスト材料からなるレジス
    トパターンを形成する工程と、 該レジストパターンと該不透明層のパターンのエッジ部
    を含む該レジストパターンの露出している部分との上に
    該光を透過させる位相シフト層を形成する工程と、 該レジストパターン及び該レジストパターン上の位相シ
    フト層を除去して少なくともマスクの一部において該不
    透明層のパターンのエッジ部分にのみ該位相シフト層が
    残された位相シフト層のパターンを形成する工程とを含
    むマスクの製造方法。
  4. 【請求項４】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上に該光に対して不透明な不透明層のパターンを形成す
    る工程と、 該不透明層のパターン及び該透明基板層の露出している
    部分の上にストッパ層を形成する工程と、 該ストッパ層上に該光を透過させる位相シフト層を形成
    する工程と、 該位相シフト層上にレジスト材料からなるレジストパタ
    ーンを形成する工程と、 該ストッパ層をエッチングストッパとし、該レジストパ
    ターンをエッチング用マスクとして該位相シフト層をエ
    ッチングして少なくともマスクの一部において該不透明
    層のエッジ部分にのみ該位相シフト層が残された位相シ
    フト層のパターンを形成する工程とを含むマスクの製造
    方法。
  5. 【請求項５】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上に該光を透過させる位相シフト層を形成する工程と、 該位相シフト層上に不透明層のパターンを形成する工程
    と、 該不透明層のパターンをエッチング用マスクとして該位
    相シフト層をエッチングして除去し、該位相シフト層上
    に該不透明層が積層された積層パターンを形成する工程
    と、 該積層パターン中で該不透明層を必要とするパターンを
    覆うようにしてレジスト材料からなるレジストパターン
    を形成する工程と、 該レジストパターンをエッチング用マスクとして該不透
    明層のうち不必要な積層パターンをエッチングして該不
    透明層を除去する工程とを含むマスクの製造方法。
  6. 【請求項６】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上に不透明層のパターンを形成する工程と、 該不透明層のパターンをエッチング用マスクとして該透
    明基板層の露出している部分をエッチングして位相シフ
    ト領域を形成する工程と、 該不透明層のパターンのうち所定のパターン上にレジス
    トを形成する工程と、 該レジストをエッチング用マスクとして該レジストで覆
    われなかった該不透明層のパターンをエッチングして除
    去する工程とを含むマスクの製造方法。
  7. 【請求項７】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    上に該光に対して不透明な不透明層のパターンを形成す
    る工程と、 該不透明層のパターン及び該透明基板層の露出している
    部分の上にレジスト材料からなるレジスト層を形成する
    工程と、 該透明基板層の下面側から露光して該レジスト層を感光
    及び現像し、該不透明層のパターン上にレジストパター
    ンを形成する工程と、 該レジストパターンをエッチング用マスクとして該透明
    基板層をエッチングする工程と、 該透明基板層をエッチングする工程の後にサイドエッチ
    ングにより該不透明層の一部を除去する工程と、 該レジストパターンを除去して該不透明層のエッジ部分
    に隣接した領域に位相シフト領域を形成する工程とを含
    むマスクの製造方法。
  8. 【請求項８】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    の上に該光に対して不透明な不透明層のパターンを形成
    する工程と、 該不透明層のパターンをエッチング用マスクとして該透
    明基板層をエッチングする工程と、 該不透明層のパターン及び該透明基板層の露出している
    部分の上にレジスト材料からなるレジスト層を形成する
    工程と、 該透明基板層の下面側から露光して該レジスト層を感光
    及び現像し、該不透明層のパターン上にレジストパター
    ンを形成する工程と、 該レジストパターンを形成する工程の後にサイドエッチ
    ングにより該不透明層の一部を除去する工程と、 該レジストパターンを除去して該不透明層のエッジ部分
    に隣接した領域に位相シフト領域を形成する工程とを含
    むマスクの製造方法。
  9. 【請求項９】露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    の上に該光に対して不透明な不透明層のパターンを形成
    する工程と、 該不透明層のパターンをエッチング用マスクとして該透
    明基板をエッチングする工程と、 該不透明層のパターン及び該透明基板層の露出している
    部分の上にレジスト材料からなるレジスト層を形成する
    工程と、 該透明基板層の下面側から露光して該レジスト層を感光
    及び現像し、オーバー露光又はオーバー現像することで
    該不透明層のパターン上に該不透明層のパターンより小
    さいレジストパターンを形成する工程と、 該レジストパターンをマスクにして該不透明層の露出し
    た部分をエッチング除去する工程と、 該レジストパターンを除去して該不透明層のエッジ部分
    に隣接した領域に位相シフト領域を形成する工程とを含
    むマスクの製造方法。
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