JP3083551B2 - 露光用マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、露光用マスクおよびその製造方法に係り、
特にリソグラフィのマスクの形成に関する。

（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。

超LSIなどの半導体装置の製造分野においては、所望
のパターンを形成してなるマスクおよび結像光学系を介
して所望の基板上に光照射を行い縮小投影露光を行う技
術が広く用いられている。

この場合、投影露光装置の解像力は、結像素子の開口
数（NA）と使用する光の波長（λ）で決まり、結像可能
な最小線幅（Ｌ）は Ｌ∝λ/NA で現すことができる。すなわち、解像力を向上させよう
とすると開口数を大きくするかあるいは光源の波長を短
くする必要がある。

現在のリソグラフィ技術では、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。0.5μｍ
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。

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RE
L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。

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。

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。

この原理について第７図を参照しつつ説明する。この
方法では、第７図（ａ）に示すように、石英基板111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（Cr₂O₃）からなるマスクパターン112の隣り合
う一対の透明部の一方に透明膜113を形成したマスクを
用い、第７図（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（第７図（ｃ））。この結果、２つ
の透過部の境界部の光強度は０となり、第７図（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。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。

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、第８図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113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0.4μｍ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。

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。

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。

第９図にこの原理を示す。このマスクは、第９図
（ａ）に示すように、石英基板111上に形成したクロム
（Cr）あるいは酸化クロム（Cr₂O₃）からなるマスクパ
ターン112の周囲に張り出すように形成した位相シフタ1
13としての透明膜を形成したマスクを用い、第９図
（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（第９図（ｃ））。この結果、透過部両
端の光強度はほぼ０となり、第９図（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。

このマスクは次のようにして形成される。

まず、第10図（ａ）に示すように石英基板111上にス
パッタ法等によりクロム（Cr）あるいは酸化クロム（Cr
₂O₃）112を1000Å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。

次いで、第10図（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112をパタ
ーニングし、レジストパターンＲを剥離除去する。

この後、第10図（ｃ）に示すように、PMMA膜113を塗
布し、バック露光を行い潜像113Sを形成する。

そして、現像を行い、第10図（ｄ）に示すように、PM
MA膜パターンからなる位相シフタ113を形成する。

最後に、第10図（ｅ）に示すように、このPMMA膜パタ
ーンからなる位相シフタ113をマスクとしてマスク層112
のサイドエッチングを行い、マスク層112から位相シフ
タ113が張り出すように形成されたマスクが完成する。

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。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。

このようなマスクを用いて露光を行うと、各開口部を
取った光は、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。

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、加工が困難であるという問題があった。

また、位相シフタと遮光膜との組み合わせでマスクを
形成する場合には、両者のパターン形成を別に形成しな
ければならず、２つの部分の位置合わせ精度が極めて重
要となり、もしこの精度が悪い場合には位相シフトマス
クとしての機能を発揮し得なくなるという問題があっ
た。

また、このような微細なパターンをEB描画装置で露光
しようとするとパターンデータが膨大になり処理し切れ
ない量になる。これはEB描画装置のパターンデータ処理
の特徴が、繰り返しパターンである場合についてはデー
タ圧縮技術を使って少ないデータ量に圧縮することが可
能であるが、さまざまな領域の形状で存在する微細パタ
ーンに対しては十分にデータ圧縮ができず、データ量が
膨大になるためであり、これは製造上の大きな問題とな
っている。

（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
が難しく、加工が困難であるという問題があった。

また、パターン寸法の異なる領域を有する場合、パタ
ーン寸法の大小に応じて異なる物質膜を形成しようとす
ると各部分の位置合わせ精度が極めて重要となり、もし
この精度が悪い場合には位相シフトマスクとしての機能
を発揮し得なくなるという問題があった。

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用マスクを提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） そこで本発明の第１の露光用マスクでは、マスクパタ
ーンは、他の部分とは光路長が異なりかつ所定の透過率
を有する、所望パターンよりも小さなパターンを配列
し、所定の透過率を有する領域と透過性領域とが混在す
るようにし、必要とする透過率に応じてその混在比が該
パターンの一部において半透過性領域と透過性領域との
振幅透過率の比に逆比例するようにしている。

また、本発明の第２の露光用マスクでは、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0.5
9以下であるマスクパターンに対しては、マスクパター
ンは、所定の透過率を有しかつ他の部分とは光路長の異
なるパターンを用い、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0.59以上であるマスクパ
ターンに対しては、半透明膜パターンからなる小パター
ンと透過性領域とが混在して配列され、この混在比は小
パターンと透過性領域との振幅透過率の比に逆比例する
ように構成されている。

さらに本発明の第３の露光用マスクでは、所定の透過
率を有しかつ他の部分とは光路長の異なる膜からなる小
パターンと透過性領域とが混在して配列され、この混在
比を前記マスクパターンのパターン寸法を露光条件のλ
/NAで除した値すなわち規格化寸法に応じて変化させる
ようにしている。

以上の露光用マスクにおいて、望ましくはこれらの小
パターンと透過性領域との混在する周期のピッチは、Ｓ
＝λ/NAで表すとき、Ｓよりも小さくなるように構成す
る。

本発明の第４では、透光性基板上に、所定の透過率を
有しかつ他の部分とは光路長の異なる膜を堆積したの
ち、少なくとも一部の領域に対し、パターン転写法によ
り膜を所定の周期および所定の混在比で小パターンに分
割して小パターンを形成し、この後この小パターンに分
割された領域の外郭を含む領域をEB露光法によりパター
ニングして露光用マスクを形成するようにしている。

（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、ある
範囲の寸法をもつマスクパターンでは、遮光線パターン
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判明
した。

従って、ある範囲の寸法をもつマスクパターンでは、
遮光線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、微細パターンの解像が容易とな
る。しかしながら、パターン寸法に応じて最適の透過率
を有するパターンを形成するのが望ましいが、パターン
寸法毎に透過率を変化させるのは極めて困難であった。

また、透過率が100％の位相シフタを等間隔で配列し
た場合、ほとんど光を透過しなくなるということも発見
されている（1990秋季応用物理学会学術講演会予稿集27
P−ZG−1:松下電子，渡辺，戸所，井上） しかしながら、この位相シフタの透過率が100％より
悪くなると、次第に遮光部としての役目を果たさなくな
り、光がもれてくるようになる。ちなみに位相シフタの
露光光に対する振幅透過率が25％の場合、規格化周波数
が0.4Sにおける透過率は20％近くになり厳密なパターン
精度が必要な部分ではもはや遮光部として機能しなくな
る。

ところが位相シフタは、シフタ材料自体がもつ光の吸
収や、シフタ内での光の多重反射あるいは散乱によって
も透過率は減少しており、完全に透過率を100％にする
ことは難しい。

また、位相シフタと遮光膜との組み合わせでマスクを
形成する場合には、半透明膜の位相シフタを用いた場合
には、遮光部を透明な位相シフタまたは遮光膜を用いて
別に形成しなければならず、２つの部分の位置合わせ精
度が極めて重要となり、もしこの精度が悪い場合には位
相シフトマスクとしての機能を発揮し得なくなるという
問題があった。

そこで本発明者らは種々の実験の結果、半透明膜の位
相シフタのみで遮光領域を形成することができることを
発見した。

すなわち、本発明の第１の露光用マスクによればある
範囲の寸法をもつマスクパターンでは、遮光膜パターン
の代わりに、パターンの一部において位相シフタ領域と
透過性領域との振幅透過率の比に逆比例するように構成
することにより、遮光領域を形成することができ、半透
過性膜の配置のみで大面積の遮光部を作り出すことが可
能となり、位相シフタパターンと遮光パターンとを別工
程でパターニングする必要がなく、位置合わせも不要と
なり形成が極めて容易となる。

ここで、シミュレーション結果から、半透過性領域と
透過性領域とを混在させるときの両者の周期のピッチ
は、被転写パターン上での規格化パターン寸法をＳ＝λ
/NAで表すとき、遮光部として扱うには0.6Sよりも小さ
いことが望ましいが、1Sよりも小さい値とすれば遮光部
とすることができる場合もある。

また、本発明の第２の露光用マスクでは、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0.5
9以下であるマスクパターンに対しては、遮光膜パター
ンの代わりに、所定の透過率を有しかつ他の部分とは光
路長の異なる半透明膜パターンを用い、0.59以上である
マスクパターンに対しては、遮光膜パターンの代わり
に、半透明膜パターンからなる小パターンと透過性領域
とが混在して配列され、この混在比は小パターンと透過
性領域との振幅透過率の比に逆比例するように構成して
いるため、位相シフタパターンと遮光パターンとを別工
程でパターニングする必要がなく、位置合わせも不要と
なり形成が極めて容易となる上、極めて高精度のパター
ン形成が可能となる。

また、本発明の第３の露光用マスクによれば、遮光膜
パターンの代わりに、小パターンと透過性領域との混在
比を、マスクパターンのパターン寸法（規格化寸法）に
応じて変化させるようにしているため、全ての領域を、
パターン寸法を変化させるのみで同一工程で形成するこ
とができ、極めて製造が容易となる。

以上の露光用マスクにおいて、望ましくはこれらの小
パターンと透過性領域との混在する周期のピッチは、Ｓ
＝λ/NAで表すとき、Ｓよりも小さくなるように構成す
る。

この範囲で、ピッチを調整することでパターン領域の
透過率を遮光領域として機能する範囲で調整することが
可能になりパターン寸法の制御が可能になる。

さらに本発明の第４では、透光性基板上に、所定の透
過率を有しかつ他の部分とは光路長の異なる膜を形成し
この少なくとも一部の領域に対し、パターン転写法によ
り膜を所定の周期および所定の混在比で小パターンに分
割して小パターンを形成した後この小パターンに分割さ
れた領域の外郭を含む領域をEB露光法によりパターニン
グして露光用マスクを形成するようにしているため、パ
ターンデータが膨大になり処理し切れない量になったり
することなく、容易に高精度の露光用マスクの形成が可
能となる。

ところで、光学像はNA（光学系の開口数），λ（波
長）に依存する。

しかしながら、パターン寸法のピッチｗを次式のよう
に規格化した場合、 γ＝w/（λ/NA） 同じ規格化寸法のピッチ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。

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）のピッチが0.5
9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
0.50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。

そして、このパターンの大きさに応じた最適透過率を
選ぶ事が望ましいが、上記方法によれば、最適透過率と
なるような小パターンの配列密度を選択することによ
り、同一材料でパターンのみを変化させることにより、
極めて高精度のパターン形成が可能となる。

（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。

実施例１ 第１図（ａ）および第１図（ｂ）、第２図（ａ）およ
び第２図（ｂ）は、本発明の第１の実施例の露光用マス
クの一部のパターン領域およびその細部、該パターン領
域の拡大断面および平面を示す図である。

この露光用マスクは、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（λ＝248nm）に装着して用
いるもので、透光性の石英基板１の表面に、透過率25％
の半透明膜からなる0.23μｍ幅のライン2lと0.08μｍ幅
のスペース2Sとのライン・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
こで位相シフタ部と位相シフタを形成しない部分とのピ
ッチは規格化パターン寸法で約0.32S実寸方で0.4μｍで
ある。

この半透明膜は、屈折率をｎとすると、λ／（２（ｎ
−１））を満たし、位相を180゜シフトするように構成
されている。

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SAL601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＝248n
m、コヒーレンシσ＝0.5）を行い、専用現像液で現像し
た。

これにより、この領域は非露光部としてレジストは全
て除去されている。

このようにして半透明パターンを用いて遮光領域を形
成するとができ、パターンを変えるのみで、一工程でマ
スクパターンを形成することができるため、極めて容易
に製造可能である。

なお、パターン配置については一次元格子を形成した
が、これに限定されることなく、第３図に示すように２
次元格子を用いるなど適宜変更可能である。

この露光用マスクの製造に際しては、転写法を用いて
一度に露光形成する。

ちなみに、このパターンを同一透過率の位相シフタを
用いて0.2μｍづつの等間隔のライン・アンド・スペー
スパターンからなるマスクパターンとすると、透過する
光量が増加し遮光領域として機能しなくなる。

また、前記実施例では、光源としてはKrFエキシマレ
ーザを用いたがこれに限定されることなく、例えば水銀
ランプのｉ線やｇ線を利用することも可能である。また
位相シフタの振幅透過率も25％に限定されるものではな
い。

例えば、光源として水銀ランプｉ線であるλ＝365nm
とし、投影光学系にNA＝0.45を用い、位相シウタの振幅
透過率20％のものを用い、位相シフタ部の屈折率をｎと
してλ/2（ｎ−１））を満たし、位相を180゜シフトす
るように構成した、0.42μｍ幅のラインと0.08μｍ幅の
スペースとのライン・アンド・スペースパターンからな
るマスクパターンを配設するようにしてもよい。ここで
位相シフタ部と位相シフタを形成しない部分とのピッチ
は規格化パターン寸法で約0.28S実寸法で0.5μｍであ
る。

この場合も、半透明パターンを用いて遮光領域を形成
することができ、パターンを変えるのみで、一工程でマ
スクパターンを形成することができるため、極めて容易
に製造可能である。

また、露光用マスク上の遮光領域を形成する場合には
この半透明パターンで形成する必要はなく部分的にCr等
の遮光膜を組み合わせるようにしても良い。

さらに、位相シフタ部と位相シフタを形成しない部分
とのピッチを規格化パターンで現し、この値を変化させ
て、これと透過率との関係を測定した結果を第４図に示
す。この図から、位相シフタ部と位相シフタを形成しな
い部分とのピッチは規格化パターンで0.6Sより小さい場
合にはほぼ完全な遮光部として用いる事が可能である。

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。

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。

第５図（ａ）乃至第５図（ｄ）は本発明の第２の実施
例の露光用マスクの製造工程を示す図である。

この露光用マスクは、第５図（ａ）に示すように、透
光性の石英基板11の表面に膜厚約500Åの窒化シリコン
膜12とこの上層に膜厚約4000Åの酸化シリコン膜13とを
積層した基板を出発材料とし、大小寸法の異なるパター
ンを形成したもので、そのうち、ウェハ上での規格化さ
れたパターン寸法が0.28S、実寸法で0.5以上μｍ、マス
ク上の寸法で2.0μｍのパターンを形成する場合を考え
る。

なお、ここで酸化シリコン膜の膜厚は、 ｄ＝λ／（２（ｎ−１））を満たし、位相を180゜シ
フトするように構成されている。

次に第５図（ｂ）に示すように、この上層にレジスト
パターンを塗布し、1.0μｍ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が全面に形成された
マスクを用意し位相シフトマスクとなるマスクに密着露
光することによってレジストパターン14を得る。

さらに第５図（ｃ）に示すように、これをパターニン
グし、これをマスクとしてCF₄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酸化シリ
コン膜13をパターニングする。

さらに、第５図（ｄ）に示すように、O₂プラズマアッ
シャを用いてレジストパターンを灰化し、位相シフトマ
スクを完成する。

このようにして形成された位相シフトマスクは、ｉ線
の露光装置では全く光を通さないものとなり、Cr等によ
るマスクブランクスと光学的には同一の機能を有する。

この後、ポジ型EBレジストパターンを塗布しパターン
として光を通したい部分に描画を行い現像処理によって
必要なレジストパターンを得、次にCF₄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
酸化シリコン膜13をパターニングし、第１図に示したよ
うなパターンを得る。

なお、前記実施例では酸化シリコン膜の光透過率が10
0％の場合について説明したが、酸化シリコン膜の振幅
透過率が50％のとき、マスク上での位相シフタの幅を1.
33μｍ、位相シフタを付けない部分の幅を0.66μｍとす
るようにしてもよい。

なお、前記実施例では窒化シリコン膜上に酸化シリコ
ン膜を形成した場合について説明したが、両者の間にCr
薄膜を付けるなどして位相シフタ部のみを半透過性にし
た場合にも適用可能である。

なお、半透明膜としては酸化シリコンに限定されるも
のではなく、レジストなどの樹脂など他の材料でも良
い。

さらに、この露光用マスクにはパターン上層または下
層にフッ化マグネシウムなどの反射防止膜をスパッタ法
等により形成する事も可能である。

実施例３ 以下、本発明の第３の実施例について説明する。

この例では、マスク表面をパターン寸法（規格化寸
法）に応じて、４つにわけ、遮光膜パターンの代わり
に、すべて25％の透過率を有しかつ他の部分とは光路長
の異なる酸化シリコンからなる半透明膜パターンからな
る小パターンの配置密度を４段階にわけ、これらを割り
当てることにより、形成したことを特徴とするものであ
る。

すなわち、第６図に示すように、この露光用マスク
は、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（λ＝248nm）に装着して用いるもので、透光
性の石英基板21の表面を、規格化寸法0.59以上の大パタ
ーンからなる第１の領域P1と、0.59〜0.30のパターンか
らなる第２の領域P2と、0.30〜0.15のパターンからなる
第３の領域P3と、0.15以下の大パターンらなる第４の領
域P4とにわけ、第１乃至第３のいずれの領域も、透過率
25％の半透明膜からなる所定幅のラインと所定幅のスペ
ースとのライン・アンド・スペースパターンからなる小
パターンの集合体で構成され、第４の領域のみがそのま
まのパターンで構成されてマスクパターンM1〜M4をそれ
ぞれ構成してなるものである。

この半透明膜は、屈折率をｎとすると、λ／（２（ｎ
−１））を満たし、位相を180゜シフトするように構成
されている。

ここで第１の領域は、0.5μｍ幅のラインと0.125μｍ
幅のスペースとのライン・アンド・スペースパターンで
構成されており、位相シフタ部と位相シフタを形成しな
い部分とのピッチは規格化パターン寸法で約0.5S実寸法
で0.625μｍである。

ここで第２の領域は、0.075μｍ幅のラインと0.3μｍ
幅のスペースとのライン・アンド・スペースパターンで
構成されており、位相シフタ部と位相シフタを形成しな
い部分とのピッチは規格化パターン寸法で約0.3S実寸法
で0.375μｍである。

ここで第３の領域は、0.05μｍ幅のラインと0.2μｍ
幅のスペースとのライン・アンド・スペースパターンで
構成されており、位相シフタ部と位相シフタを形成しな
い部分とのピッチは規格化パターン寸法で約0.2S実寸法
で0.25μｍである。

ここで第４の領域は、0.1μｍ幅のラインと0.025μｍ
幅のスペースとのライン・アンド・スペースパターンで
構成されており、位相シフタと位相シフタを形成しない
部分とのピッチは規格化パターン寸法で約0.1S実寸法で
0.125μｍである。

このマスクは、製造に際しては、次のようにして行
う。

まず、実施例２と同様、透光性基板上に位相シフト層
を堆積した後、順次第１乃至第３の３つの領域に対し
て、実施例２と同様にして各密度のライン・アンド・ス
ペースパターンからなる小パターンを形成する。

ついで、ポジ型EBレジストパターンを塗布しパターン
として光を通したい部分に描画を行い現像処理によって
必要なレジストパターンを得、次にCF₄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
酸化シリコン膜をパターニングし、第６図に示したよう
なパターンを得る。

このようにして極めて容易に、パターン寸法に応じて
コントラストが最適になるような透過率を有するパター
ンで構成したのと等価とすることができ、高精度の露光
用マスクを得ることができる。

なお、この例では４つの領域に分け、小パターン密度
を段階的に変化させたが、かならずしも４つとする必要
はなく、２つ以上であればよく、また混在比を連続的に
変化させるようにしても良い。

以上本発明について実施例を用いて説明したが、位相
シフタとしては、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（Mg
F）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）等他の材料を用いるよ
うにしても良い。また、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。

また、透光性基板の材料についても、実施例に限定さ
れることなく適宜変更可能である。

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度の近傍で遮光膜エ
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度はいくばくかはずれたものでもよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の露光用マスクによ
れば、ある範囲の寸法をもつマスクパターンでは、遮光
膜パターンの代わりに、所定の透過率を有する小パター
ンを所定の存在比で配設するようにしているため、この
存在比を変化させることにより透過率の異なる材料で形
成したのと同等のコントラストが向上効果を得ることが
でき、簡単な構成で解像度の向上をはかることができ
る。

また、本発明の方法によれば、パターン転写法により
膜を所定の周期および所定の混在比で小パターンに分割
して小パターンを形成した後この小パターンに分割され
た領域の外郭を含む領域をEB露光法によりパターニング
して露光用マスクを形成するようにしているため、パタ
ーンデータが膨大になり処理し切れない量になったりす
ることなく、容易に高精度の露光用マスクの形成が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例の露光用マ
スクを示す図、第３図は同露光用マスクの変形例を示す
図、第４図は位相シフタ部と位相シフタを形成しない部
分とのピッチと透過率との関係を測定した結果を示す
図、第５図（ａ）乃至第５図（ｄ）は本発明の第２の実
施例の露光用マスクの製造工程を示す図、第６図は本発
明の第３の実施例の露光用マスクを示す図、第７図乃至
第９図は従来例の位相シフト法の説明図、第10図（ａ）
乃至第10図（ｅ）は従来例の露光用マスクの製造工程図
である。 １……石英基板、２……マスクパターン 11……石英基板、12……マスクパターン、 13……透明膜、21……石英基板、 22……遮光膜、23……半透明膜、 31……石英基板、32……半透明膜、 33……酸化シリコン膜、 111……石英基板、 112……マスクパターン 211……石英基板、 212……マスクパターン、 213……透明膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀口 文男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平４−165352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304257（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性基板と、 前記透光性基板上に配設されたマスクパターンとを具備
   した露光マスクにおいて、 前記マスクパターンは、所定の透過率を有しかつ他の部
   分とは光路長の異なる小パターンと透過性領域とが混在
   して配列され、この混在比は前記小パターンと前記透過
   性領域との振幅透過率の比に逆比例するように構成され
   ていることを特徴とする露光用マスク。
2. 【請求項２】透光性基板と、 前記透光性基板上に配設されたマスクパターンとを具備
   した露光用マスクにおいて、 前記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0.59以下であるマスクパターンに対して
   は、マスクパターンは所定の透過率を有しかつ他の部分
   とは光路長の異なる膜で構成され、 前記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0.59以上であるマスクパターンに対して
   は、前記膜からなる小パターンと透過性領域とが混在し
   て配列され、この混在比は前記小パターンと前記透過性
   領域との振幅透過率の比に逆比例するように構成されて
   いることを特徴とする露光用マスク。
3. 【請求項３】透光性基板と、 前記透過性基板上に配設されたマスクパターンとを具備
   した露光用マスクにおいて、 前記マスクパターンは、所定の透過率を有しかつ他の部
   分とは光路長の異なる膜からなる小パターンと透過性領
   域とが混在して配列され、パターン領域におけるこの混
   在比は、前記マスクパターンの出来上がりパターン寸法
   を露光条件のλ/NAで除した値すなわち規格化寸法によ
   って少なくとも２つの領域に分け、その領域によって少
   なくとも２種類の混在比を持つことを特徴とする露光用
   マスク。
4. 【請求項４】前記小パターンと前記透過性領域との混在
   する周期のピッチは、Ｓ＝λ/NAで表すとき、Ｓよりも
   小さくなるように構成したことを特徴とする請求項１乃
   至３記載の露光用マスク。
5. 【請求項５】透光性基板上に、所定の透過率を有しかつ
   他の部分とは光路長の異なる膜を堆積する位相シフタ層
   堆積工程と、 少なくとも一部の領域に対し、パターン転写法により前
   記膜を所定の周期および混在比で小パターンに分割する
   小パターン形成工程と、 前記小パターンに分割された領域の外郭を含む領域をEB
   露光法によりパターニングするパターニング工程とを含
   むようにしたことを特徴とする露光用マスクの製造方
   法。