JP2917911B2 - フォトマスク及びその作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトマスク及びそ
の作製方法に関し、特にハーフトーン型位相シフトマス
ク及びその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デバイスパターンの微細化が進むに連
れ、位相シフトマスクが使われるようになってきた。位
相シフトマスクは、１９８２年にＩＢＭのレベンソン氏
によって空間周波数変調型が発表されて以来、リムレス
型、エッジ強調型および補助パターン型などが発表され
ており、解像度や焦点深度の向上が確認されている。な
かでもハーフトーン型位相シフトマスクはデバイス回路
の微細開口パターンの焦点深度の向上に効果があり、か
つマスクの製作においても他の位相シフトマスクよりも
容易であるという利点があるため、最も実用化が進んで
いる。

【０００３】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの
断面構造を図３に示す。石英ガラス基板１上に形成され
たハーフトーン位相シフトマスクのシフター２の光透過
率は８〜１０％であり、その材料としてはクロム酸化窒
化膜などが用いられている。シフター２からはマスクの
開口部１１から透過する光と１８０°位相が反転した光
が透過する。ハーフトーン位相シフトマスクには開口部
１１から透過する光とシフター２から透過する位相が反
転した光とがお互いに干渉しあうことによって光強度の
コントラストが向上し、解像度やフォーカスマージンが
向上するという効果がある。

【０００４】半導体デバイスの製造に用いられているマ
スクには、前記位相シフトの効果が必要とされる素子領
域のデバイス回路パターンの他に、スクライブ線領域に
マスクアクセサリーパターンが配置されている。マスク
アクセサリーパターンとは、図４に示すように、スクラ
イブ線領域１２上にある重ね合せ露光に必要なウエハー
アライメントマーク１３や、重ね合せの位置ずれを測定
するのに必要なバーニアパターン１４やボックスパター
ン１５等のスクライブ線領域上に配列されたパターンの
ことであり、その多くは大面積の開口部を有している。

【０００５】このマスクアクセサリーパターンの開口部
の大きさは、ハーフトーン位相シフトマスクの効果が要
求されるデバイス回路上の開口パターンに比べかなり大
きく、これらの大面積パターンではハーフトーン位相シ
フトマスクを用いる必要はない。尚図４において、レジ
スト膜で覆われている部分（レジストパターン）１６は
斜線を施してある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ハーフトーン位相シフ
トマスクの光強度分布を調べると、マスク上の開口部と
は異なった位置に２次ピークの光強度分布が見られる。
この２次ピークの位置はデバイス回路上の開口パターン
やマスクアクセサリーの開口部の周辺に隣接した部分で
本来遮光されるべき場所である。一般にこの２次ピーク
はサイドロープと呼ばれている。サイドローブ光強度の
大きさは開口パターンの大きさによって異なる。図５は
開口寸法に対するサイドローブ光強度の関係を示すグラ
フである。サイドローブ光強度は開口寸法が大きくなる
と次第に大きくなり、ある一定の開口寸法で最大とな
る。そのサイドローブの光強度が最大となる開口寸法は
投影ＮＡによって異なるがおよそ１μｍ位である。開口
寸法が１μｍ以上になるとサイドローブ光強度は序々に
小さくなるがある程度の大きさでほぼ一定になる。

【０００７】ハーフトーン位相シフトマスクの効果が要
求される開口寸法は、ｉ線リソグラフィプロセスにおい
ては０．３５〜０．４０μｍである。それに比べウエハ
ーアライメントマーク１３、バーニアパターン１４およ
びボックスパターン１５などのマスクアクセサリーパタ
ーンには１μｍ以上の開口部が存在する。図４で示した
マスクアクセサリーのレジストパターン１６において
は、サイドローブによる光と８〜１０％の透過率を持つ
シフター部から透過する光とで２重に露光される所が生
じる。デバイス回路上の開口パターンが微細であるほ
ど、この開口パターンを寸法通り形成するのに必要な露
光量は大きくなるため、シフター部からの光の露光量も
大きくなる。そのためマスクアクセサリーパターン部分
においてはシフター部からの光と開口部からのサイドロ
ーブとの２重露光の程度が強くなり、レジストが感光し
てしまい、図４に示すようなレジストパターンの形状異
常１７が発生する。

【０００８】このレジストパターンの形状異常１７は、
重ね合せの位置ずれの計測または確認に用いられている
バーニアパターン１４やボックスパターン１５では位置
ずれの確認に不具合を生じる。またウエハーアライメン
トマーク１３にレジストパターンの形状異常１７がある
と、重ね合せ露光の際ウエハー内のショットの配列間隔
が計測できなくなるという問題がある。またマスクアク
セサリーパターンなどで発生した形状異常１７の部分が
エッチング時に剥れてゴミの原因となるという問題があ
る。そのためサイドローブによるマスクアクセサリー部
分のレジストパターンの形状異常１７の発生を防ぐため
に、マスク上でデバイス回路上の開口パターンの寸法を
設計寸法よりも大きくする、いわゆるマスクバイアスを
かけることによって、デバイス回路パターンの開口部を
設計寸法に形成するのに必要な露光量を小さくし、かつ
シフターからの露光も小さくして２重露光の程度を小さ
くする必要があった。そのため回路設計におけるパター
ン寸法の変更が必要となった場合には、その都度必要な
マスクバイアスの量を計算しなければならないという不
具合もあった。

【０００９】本発明の目的は、サイドローブによるレジ
ストパターンの形状異常をなくすことのできるフォトマ
スク及びその作製方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明のフォトマス
クは、透明基板上の素子領域に形成されたデバイス回路
パターンとスクライブ線領域に形成された大面積パター
ンとを有するフォトマスクにおいて、前記デバイス回路
パターンは入射光に位相差を与えるシフターから形成さ
れ、前記大面積パターンは遮光性を有するマスクブラン
クスから形成され、かつ前記デバイス回路パターンと前
記大面積パターンは２枚の透明基板に挟まれて形成され
ていることを特徴とするものである。

【００１１】第２の発明のフォトマスクの作製方法は、
第１の石英ガラス基板上にシフターとなる半透明膜を形
成したのちパターニングし、素子領域及びスクライブ線
領域にシフターからなるパターンを有する第１のマスク
を形成する工程と、第２の石英ガラス基板上に遮光膜と
フォトレジスト膜とを順次形成する工程と、前記第１の
マスクを用い前記フォトレジスト膜を露光・現像しパタ
ーンを形成する工程と、パターンが形成された前記フォ
トレジスト膜をマスクとして前記遮光膜をエッチングし
素子領域及びスクライブ線領域にパターンが形成された
第２のマスクを形成する工程と、前記第１のマスクの前
記スクライブ線領域の前記シフターからなるパターンを
除去すると共に、前記第２のマスクの前記素子領域の前
記遮光膜からなるパターンを除去する工程と、パターン
が除去された前記第１のマスクと前記第２のマスクとを
貼り合わせ、前記第１及び第２の石英基板にはさまれ前
記素子領域に前記シフターからなるパターンをかつ前記
スクライブ線領域に前記遮光膜からなるパターンを形成
することを特徴とするものである。

【００１２】サイドローブによるレジストパターンに形
状異常１７が起こるのは、マスクアクセサリーパターン
などを形成する為のマスクの遮光部分においても透過率
８から１０％のシフターを用いているため、サイドロー
ブによる光のシフター部分からの光との２重露光が起こ
っているからである。これを防ぐ方法としてマスクアク
セサリー部分の大面積パターンの遮光部分はクロム酸化
窒化膜等のシフターではなく遮光効率の良い材料にする
方法がある。そのためには位相シフトの効果が必要であ
るデバイス回路パターンの部分とマスクアクセサリーパ
ターンなどの大面積パターン部分とにパターンを分け、
デバイス回路パターンの部分はハーフトーン位相シフト
マスクのシフターで作ったマスクを、大面積パターン部
分は遮光効率の高いマスクブランクスで作ったマスクを
それぞれ用意し、これら２枚のマスクを貼りあわせて１
枚のマスクとして使用すればよい。そうすることによっ
て大面積パターン部分の遮光帯の透過率はほとんど０％
となるため２重露光を防ぐことができ、大面積のレジス
トパターンの変形を防ぐことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜
（ｅ）は本発明の第１の実施の形態を説明する為の断面
図である。

【００１４】まず図１（ａ）に示すように、第１の石英
ガラス基板１Ａ上にクロム酸化窒化膜からなるシフター
２を１００〜１５０ｎｍの厚さに、次でレジスト膜を形
成したのち、従来の作製方法と同じようにＥＢ（電子
線）露光機もしくは描画用レーザ露光機によりレジスト
パターンを形成する。次でこのレジストパターンをマス
クとし、ウエットエッチング又はドライエッチングによ
りシフター２をエッチングし、素子領域２１に回路パタ
ーンをそしてスクライブ線領域２２にアクセサリーパタ
ーンを有する第１のマスク１０を作製する。

【００１５】次に図１（ｂ）に示すように、第２の石英
ガラス基板１Ｂ上にマスクブランクスとしての厚さ約１
００ｎｍのクロム膜３とポジ型フォトレジスト膜４を１
〜１．５μｍの厚さに形成する。次でこのフォトレジス
ト膜４上に第１のマスク１０のシフター２のパターンが
形成された面を精度良く重ね合せたのちｉ線又はｇ線の
光５をあて、現像してポジ型フォトレジスト膜４に第１
のマスク１０のパターンを転写する。

【００１６】次に図１（ｃ）に示すように、パターニン
グされたフォトレジスト膜４をマスクとしてクロム膜３
をエッチングし、素子領域２１及びスクライブ線領域２
２にクロム膜３からなるパターンを有する第２のマスク
２０を作製する。

【００１７】次に図２（ａ），（ｂ）に示すように、第
１のマスク１０上にポジ型ＥＢレジスト膜６を約０．７
μｍの厚さに形成してシフター２を覆ったのち、スクラ
イブ線領域２２を電子ビーム８で露光し現像することに
より、スクライブ線領域２２のＥＢレジスト膜が除去さ
れる。次で残されたＥＢレジスト膜６をマスクとしてス
クライブ線領域２２のシフター２からなる大面積パター
ンを除去する。

【００１８】同様に図２（ｃ），（ｄ）に示すように、
第２のマスク２０上にネガ型ＥＢレジスト膜７を形成し
たのち、スクライブ線領域２２を電子ビーム８で露光し
現像することにより素子領域２１のＥＢレジスト膜７が
除去される。次でこのＥＢレジスト膜７をマスクとして
素子領域２１のクロム膜３からなるパターンを除去す
る。

【００１９】次に図２（ｅ）に示すように、素子領域２
１の回路パターンをハーフトーン位相シフトのシフター
２でパターン形成した第１のマスク１０と、スクライブ
線領域の大面積パターンを遮光効率の良いマスクブラン
クスであるクロム膜３で形成した第２のマスク２０のパ
ターン面同士を精度良く貼り合せてフォトマスク３０を
作製する。

【００２０】お互いのマスクを位置精度良く張り合わせ
るには、ステッパーなどの従来のアライメント方式で用
いられている光学の画像処理法を利用する。すなわち第
１のマスク１０と第２のマスク２０とをパターン面同士
重ね合せて、第１のマスク１０のパターンと第２のマス
ク２０のパターンとを同時に観察し、設計したマスクに
比べ相対的にどのくらいずれるかを測定することによっ
て、いずれかのマスクを動かす量を計算すればよい。貼
り合わせは第２のマスク２０のパターン面がわのクロム
膜３上に接着剤をつけて行う。

【００２１】このようにして作製されたフォトマスク３
０では、スクライブ線領域２２における大面積のマスク
アクセサリーパターンはクロム膜３で形成されている
為、遮光帯の光透過率はほとんど０となる。従って、従
来問題となった二重露光を防ぐことができる為大面積の
レジストパターンの変形を防止することができる。

【００２２】尚、上記第１の実施の形態においては、第
２のマスク２０を第１のマスク１０を用いて形成した
が、第１のマスク１０及び第２のマスク２０を従来の作
製方法と同様に、ＥＢ露光機等を用いて別々に作製して
もよい。

【００２３】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。第２の実施の形態では位相シフトマスクのシフ
ターにモリブデンシリコン化合物を用いるものであり、
その他は第１の実施の形態と同様である。モリブデンシ
リコン化合物はクロム酸化窒化膜に比べエッチングがし
やすく、加工が容易であるという利点を持っている。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、ハーフトーン位
相シフトマスクの効果を必要とするパターンのみをハー
フトーン位相シフターによって形成した第１のマスクと
サイドローブの影響が大きい大面積のアクセサリーパタ
ーンの遮光帯のみを遮光効率の良いマスクブランクスに
よって形成した第２のマスクとを作製し、これら２枚の
マスクを貼り合せて１枚のマスクとすることによって、
ハーフトーン位相シフトマスクにおけるサイドローブに
よるレジストパターンの形状異常を防ぐことができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する為の断面
図。

【図２】本発明の第１の実施の形態を説明する為の断面
図。

【図３】従来のハーフトーン位相シフトマスクの断面
図。

【図４】従来のハーフトーン位相シフトマスク異常を説
明する為の平面図。

【図５】開口寸法とサイドローブ光強度との関係を示す
図。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 石英ガラス基板 ２ シフター ３ クロム膜 ４ ポジ型フォトレジスト膜 ５ 光 ６ ポジ型ＥＢレジスト膜 ７ ネガ型ＥＢレジスト膜 ８ 電子ビーム １０ 第１のマスク ２０ 第２のマスク ２１ 素子領域 ２２ スクライブ線領域 ３０ フォトマスク

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上の素子領域に形成されたデバ
   イス回路パターンとスクライブ線領域に形成された大面
   積パターンとを有するフォトマスクにおいて、前記デバ
   イス回路パターンは入射光に位相差を与えるシフターか
   ら形成され、前記大面積パターンは遮光性を有するマス
   クブランクスから形成され、かつ前記デバイス回路パタ
   ーンと前記大面積パターンは２枚の透明基板に挟まれて
   形成されていることを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】 第１の石英ガラス基板上にシフターとな
   る半透明膜を形成したのちパターニングし、素子領域及
   びスクライブ線領域にシフターからなるパターンを有す
   る第１のマスクを形成する工程と、第２の石英ガラス基
   板上に遮光膜とフォトレジスト膜とを順次形成する工程
   と、前記第１のマスクを用い前記フォトレジスト膜を露
   光・現像しパターンを形成する工程と、パターンが形成
   された前記フォトレジスト膜をマスクとして前記遮光膜
   をエッチングし素子領域及びスクライブ線領域にパター
   ンが形成された第２のマスクを形成する工程と、前記第
   １のマスクの前記スクライブ線領域の前記シフターから
   なるパターンを除去すると共に、前記第２のマスクの前
   記素子領域の前記遮光膜からなるパターンを除去する工
   程と、パターンが除去された前記第１のマスクと前記第
   ２のマスクとを貼り合わせ、前記第１及び第２の石英基
   板にはさまれ前記素子領域に前記シフターからなるパタ
   ーンをかつ前記スクライブ線領域に前記遮光膜からなる
   パターンを形成することを特徴とするフォトマスクの作
   製方法。