JP3268692B2

JP3268692B2 - 半導体集積回路パターンの形成方法およびそれに用いるマスクの製造方法

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Publication number: JP3268692B2
Application number: JP19464393A
Authority: JP
Inventors: 好彦岡本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 2002-03-25
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路などの
製造に用いる露光技術、特に、露光光に位相差を与えて
露光する位相シフトマスクに適用して効果のある技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高密度実装に伴って回路の
微細化が高度に進み、回路素子や配線の設計ルールもサ
ブミクロン域に入ってきている。このため、露光に用い
る光の波長も露光装置の性能限界であるｉ線（波長３６
５ｎｍ）に及んできている。このような波長域の光を用
い、フォトマスク上の集積回路パターンを半導体ウェハ
に転写するフォトリソ工程では、パターンの精度の低下
は深刻な問題になってくる。

【０００３】図１１は位相シフトを有しないマスクの構
造を示す断面図であり、図１２はそのマスクの光強度分
布を示す特性図である。また、図１３は位相シフトマス
クの構造を示す断面図であり、図１４は図１３のマスク
の光強度分布を示す特性図である。

【０００４】図１１に示すように、微細化を要しないマ
スク（またはレチクル）は、ガラス板１の片面にパター
ンにしたい部分以外を覆うようにクロム膜２（金属マス
ク）が形成されている。パターンを形成したい部分は、
光を透過できるように素通し（Ｐ₁,Ｐ₂が光透過領域）
にされ、これ以外の部分がクロム膜２で遮蔽された遮光
領域Ｎとなる。

【０００５】このような構造のマスクにあっては、遮光
領域Ｎを挟む一対の光透過領域Ｐ₁,P₂の位相は、それ
らの位相が同一であるため、半導体ウェハでは２つの光
がそれらの境界部で互いに干渉しあって強め合うように
作用する。このため、遮光領域Ｎの幅が露光波長よりも
狭い場合、半導体ウェハ上におけるパターンの投影像の
コントラストは図１２のように低下し、焦点深度が浅く
なる結果、微細なパターンであると、その転写精度は大
幅に低下し、パターン間を分離して露光できないことが
わかる。

【０００６】このような問題を解決する手段として、マ
スクを透過する光の位相を変えることにより、投影像の
コントラストの低下の防止を図った位相シフト技術が注
目されている。

【０００７】この方式の具体例には、例えば特公昭６２
−５０８１１号公報に示すものがあり、図１３に示すよ
うに、遮光領域Ｎを挟む一対の光透過領域Ｐ₁,Ｐ₂の一
方に位相シフタ３（例えば透明なガラス膜等）が設けら
れた構造を有しており、一対の光透過領域を透過した直
後の２つの光の位相が互いに反転するように膜厚を調整
する。

【０００８】これによって図１４に示すように、半導体
ウェハ上では２つの光がそれらの境界部で互いに干渉し
合って弱め合うので、パターンの投影像のコントラスト
が大幅に向上し、パターン相互を分離して露光すること
が可能になる。このように、位相シフトマスクは半導体
集積回路の微細化に適したマスクであることがわかる。

【０００９】また、特開昭６２−６７５１４号公報に
は、マスク上の第１の光透過領域の周囲に微小な光透過
領域を設けると共に、一対の光透過領域を透過した２つ
の光の位相を互いに反転させることにより、パターンの
転写精度を向上させる位相シフト技術が開示されてい
る。

【００１０】さらに、特開平２−１４０７４３号公報に
示すように、光透過領域内の一部に位相シフタを設け、
この位相シフタを設けた部分と設けない部分とを透過し
た２つの光の位相を互いに反転させ、例えば、遮光領域
の端に近接させることによってパターンの転写精度を向
上させる位相シフト露光技術も提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体ウェ
ハ上に転写される集積回路の回路パターンは、実際には
複雑に入り組んで設けられており、縦、横にパターンを
単純に引いた構成ではないため、上記したような位相シ
フトマスクを用いても、効果的な露光を行えないという
問題のあることが本発明者によって見出された。

【００１２】例えば、図１１に示した位相シフトマスク
においては、露光波長としてｉ線（波長３６５ｎｍ）、
コヒーレンシσ＝0.３、投影光学レンズの特性ＮＡ＝0.
５を用い、遮光領域の幅＝0.５μｍで著しく効果のあっ
たものが、遮光領域の幅を0.５μｍまで広げると、殆ど
効果が認められない状態になる。これは、特公昭６２−
５０８１１号公報に記載の位相シフトマスクの重要な問
題である。

【００１３】また、特開昭６２−６７５１４号公報及び
特開平２−１４０７４３号公報に記載の位相シフトマス
ク及び露光方式では、位相シフトパターンの配置の問題
は解消され、また、転写露光面の焦点深度も改善される
が、パターンの解像度を改善する効果が少ないという問
題のあることが本発明者により見出された。

【００１４】そこで、本発明の目的は、パターン設計を
容易にしながら確実な露光が可能な技術を提供すること
にある。

【００１５】本発明の前記ならびに他の目的と新規な特
徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００１７】すなわち、本発明の集積回路パターンの形
成方法は、半導体ウェハ上で、所定の領域に含まれ、露
光光照射により形成される集積回路パターンに対応した
図形データを図形の位置座標によりＸ方向またはＹ方向
に並び替え、所定ピッチで前記図形データが示す図形を
分割し、分割図形に対して順に０度、１８０度の位相差
情報を付加した図形データを基に作成した描画データに
より、位相シフトマスクを作成する工程と、前記０度、
１８０度の位相差境界部を覆う領域が透過図形となる図
形データを基に作成した描画データにより、遮光マスク
を作成する工程と、前記位相シフトマスクを用い、所定
の露光光にて半導体ウェハ上のレジスト膜上に露光する
工程と、前記遮光マスクを用い、前記レジスト膜上にお
いて、前記図形分割部の位相差露光干渉影の痕跡が無く
なるよう露光し、現像する工程とを有するものである。
また、本発明の半導体集積回路パターンの形成方法に用
いるマスクの製造方法は、縮小投影露光を用いて半導体
ウェハ上に回路パターンを形成するためのマスクの製造
方法であって、半導体ウェハ上で、所定の領域に含ま
れ、露光光照射により形成される集積回路パターンに対
応した図形データを図形の位置座標によりＸ方向または
Ｙ方向に並び替え、所定ピッチで前記図形データが示す
図形を分割し、分割図形に対して順に０度、１８０度の
位相差情報を付加した図形データを基に作成した描画デ
ータにより、位相シフトマスクを製作すること、およ
び、前記０度、１８０度の位相差境界部を覆う領域が透
過領域となる遮光マスク描画データにより遮光マスクを
製作するものである。

【００１８】

【作用】上記した手段によれば、投影露光によって露光
波長より短い間隔で少なくとも３以上の回路パターンを
半導体ウェハ上に露光する際、複数のパターンの内の少
なくとも１つのパターンをｘ方向、またはｙ方向に所定
間隔毎に分割して、その他のパターンを含めてグループ
分けする。このグループ分けに対応させて、マスク上
で、透過する光の位相を所定間隔毎に順次反転させる第
１のマスク（位相シフトマスク）を形成する。

【００１９】さらに、分割の境界領域を覆う領域のパタ
ーンデータを作成し、前記パターンデータにより、第２
のマスク（遮光マスク）を形成し、この第２のマスクと
第１のマスクとを用い、両者の相対位置を変えずに各々
のマスクのパターンの投影像を露光装置の投影光学系を
介して、試料上に結像させる。

【００２０】これにより、半導体ウェハ上の光感光レジ
スト膜上に結像させる解像度と焦点深度を大幅に向上さ
せることができる。そして、位相シフタを設ける際の制
約を無くすことができるため、位相シフトマスクのパタ
ーン設計が容易になる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００２２】図１は本発明による露光方法を示すフロー
チャートである。

【００２３】実施例の説明の前に、図１３に示したよう
な位相シフト技術を用いて図２のようなパターンのマス
クＭを作成した場合について説明する。この場合、公知
技術に従えば、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の３本のパターンに相
当する透過領域Ｔ（図の白抜き部分、なお、斜線部分は
遮光領域Ｓである）の内、Ｘ１とＸ３に位相シフタを設
けることになる。ところが、パターンの幅及び間隔が狭
いと、Ｘ１とＸ２が近接している垂直部分が同相になる
ため、この間の遮光部分が形成されず、パターンショー
トを生じさせる。

【００２４】この不具合を解決するため、本発明では、
図３に示すようにマスクを２枚に分けて露光を行ってい
る。すなわち、図３の（ａ）に示すような第１のマスク
と、図３の（ｂ）に示すような第２のマスクとを用いて
露光を行うようにしている。図３の（ｂ）の１つの透過
領域内で透過光の位相が逆相となる部分に影が生じる
が、この影の生じる部分に図３の（ｂ）を重ね露光して
パターン寸断を防止している。

【００２５】しかし、実際の回路パターンは複雑である
ため、このような組み合わせによるマスク使用はコンピ
ュータによる自動設計に頼らざるを得ない。その処理の
具体例を示したのが図１のフローチャートである。以
下、図１及びその他の図面を用いて本発明の露光方法を
説明する。なお、以下の実施例では、少なくとも３つの
連続したパターンを、投影露光によって互いに露光波長
より短い間隔で近接させて形成する場合について例示し
ている。

【００２６】図１の処理の概略に付いて説明すると、ま
ず、レジストパターンを半導体ウェハ上に形成する際、
前記３つのパターンの内の少なくとも１つのパターンを
ｘ方向、またはｙ方向に所定間隔毎に分割して、その他
のパターンを含めてグループ分けし、このグループ分け
に対応させて、マスク上で透過する光の位相を所定間隔
毎に順次反転させる位相シフトマスクを形成する。

【００２７】次に、分割した境界領域を覆う領域のパタ
ーンデータを作成し、前記パターンデータにより遮光マ
スクを形成する。この遮光マスクと位相シフトマスクを
用い、露光装置の投影光学系を通してマスクパターンの
投影像を、それらの相対位置関係を変えずに半導体ウェ
ハ上の感光レジスト膜上に結像させるものである。

【００２８】次に、パターンの形成方法について図１の
フローチャートを参照しながら説明する。

【００２９】半導体集積回路などのパターンは、例えば
矩形の図形の組合せとし、パターン幅Ｗ、長さＨ、その
中心座標（Ｘ，Ｙ）などの情報を記載したデータの組合
せで表現することができる（ステップ１０１）。それら
のデータによって、組合される半導体集積回路などのパ
ターンデータが図形の重ね合わせ（別の表現をすれば、
図形と図形のオーバーラップ）による場合、重ね除去処
理（転写領域の切り出し）が行われる（ステップ１０
２）。重ね除去処理は、例えば、パターンデータによっ
て形成される図形をメモリマップ上に展開し、論理和
（ＯＲ）処理する。また、近接するパターンが含まれる
領域にウィンドウを設けて、計算機の処理時間の短縮を
図っている。

【００３０】ついで、図形をＸ，Ｙの各方向へ並び変え
るソート処理を行う（ステップ１０３）。このソート
は、パターンデータを近接するパターンの面積比率が大
きい方向（例えば、Ｘ軸方向またはＹ軸方向）に、所定
の間隔（例えば、半導体集積回路パターンの配線ピッ
チ）でグループ分けして並び替えるものである。

【００３１】そして、図形が重なった点で、再度Ｘ軸方
向またはＹ軸方向に分割する処理（パターン分割）を行
う（ステップ１０４）。即ち、ｎ個の図形Ｐ_i（ｉ＝１
〜ｎ、但しｎは整数）に分割する（但し、Ｘ_i≦Ｘ＜Ｘ
_i+1またはＹｉ≦Ｙ＜Ｙ_i+1。ついで、ｉをｉ＝１に初
期設定し（ステップ１０５）、１つの図形Ｐ_iの読み込
みを行う（ステップ１０６）。

【００３２】次に、並び替え処理した１つのグループに
含まれる図形について位相シフタの形成処理が行われる
が、その図形グループが奇数番目か偶数番目か（ｉ＝２
ｍ、但しｍは整数）によって以降の処理が異なる（ステ
ップ１０７）。偶数番目の場合、上記のグループ内の図
形について、パターンの相対位置座標は変えないで、こ
れによって決まる図形領域を透過するマスクパターンの
透過光位相をφ＝０にする（ステップ１０８）。

【００３３】ここで、上記のグループ内の図形が、これ
に隣接するグループの図形と境を接する場合は、以下の
処理を行う。境を接するか否かの判定は、例えば、次の
グループの各図形のｘ座標が前グループの図形のｘ座標
に配線ピッチを加えた値となるか否かによって行うこと
ができる。

【００３４】上記の隣接するグループの図形によって決
まる図形領域を透過するマスクパターンの位相がφ＝π
（１８０°）となり、前グループの図形との位相差によ
って、回折投影像が生じる。このため、この回折投影像
の影響を無くする必要がある。そこで、上記の図形の境
界部を覆う図形のパターンデータを作成し、このパター
ンデータにより、この図形を転写する遮光マスク（第２
のマスク）を作成する。このマスクを用い、上記の回折
投影像が生じた部分に重ね露光を行う。

【００３５】ステップ１０７で偶数番目であることが判
定された場合、上記のグループ内の図形について、パタ
ーンの相対位置座標を変えることなく、これによって決
まる図形領域を透過するマスクパターンの位相をφ＝０
にする（ステップ１０９）。このステップ１０９及びス
テップ１０８の処理の具体例が図３の（ｂ）のマスクＭ
であり、位相シフタの形成例を示したのが図３の（ｃ）
である（なお、図中、Ｔは透過領域、Ｓは遮光領域、Ｆ
は位相シフタである）。

【００３６】また、上記のグループ内の図形が、これに
隣接するグループの図形と境を接する場合には、図形の
境界部を覆う図形のパターンデータを作成し、このパタ
ーンデータにより、この図形を転写する遮光マスクを作
成して、上記の回折投影像が生じた部分に重ね露光す
る。

【００３７】ｎ個の図形に対する処理の終了が判定され
ると（ステップ１１０）、マスクパターン形成を実行し
（ステップ１１２）、半導体ウェハに対する露光を行う
（ステップ１１３）。一方、（ｉ＝ｉ＋１）でない場合
には、次のグループのデータを読み込み（ステップ１１
１）、Ｘ座標に対する位置、Ｐ_i+1（Ｘ）−Ｐ_i（Ｘ）≦ｐＷを判定し（ステップ１１４）、ＹＥＳであれば図３の
（ａ）に示すような遮光用図形Ｑ_i+1（ΔＷ，Ｈ＋Δ
Ｈ，Ｘ＋ｐＷ／２，Ｙ）を作成する（ステップ１１
５）。また、判定がＮｏであれば、図形の発生は無いも
のと見なし、次のステップへ移行する。（ただし、Ｐ_i
は図形Ｐ_iの位相φ＝０、Ｐ_i+1は図形Ｐ_i+1の位相φ
＝π、Ｐ_i（Ｘ）は図形Ｐ_iのＸ座標、Ｐ_i+1（Ｘ）は
図形Ｐ_i+1のＸ座標、ｐＷはＸ方向パターンピッチであ
る）。

【００３８】さらに、ステップ１１４，１１５の処理の
後、Ｙ座標に対する位置、Ｐ_i+1（Ｙ）−Ｐ_i（Ｙ）≦ｐＨを判定し（ステップ１１６）、図３の（ａ）に示すよう
な遮光用図形Ｑ_i+1（Ｗ＋ΔＷ，ΔＨ，Ｘ，Ｙ＋ｐＨ／
２）を作成し（ステップ１１７）、処理をステップ１０
６へ戻し、以降の処理を繰り返し実行する。

【００３９】なお、ステップ１０４によるパターン分割
（Ｘ方向領域分割）、遮光用図形の作成処理の流れを図
化したのが図４である。すなわち、Ｘ方向とＹ方向が連
結された部分で垂直部と水平部との境界部分で分割し、
ついで、水平部分の中間で領域分割し、パターン分割を
行っている。さらに、Ｑ_i+1の光透過領域を有する遮光
用図形の作成要領が示されている。

【００４０】ここで、図３の（ｂ）に示したマスクの構
造について説明する。このマスクは、例えば屈折率が1.
４７程度の透明な合成石英ガラスがベース材に用いられ
ている。マスクの主面には、露光光に対して実質的に透
明である光透過領域（図示の白抜領域）が不透明な遮光
領域（図示の斜線域）を挾んで形成され、図３の（ｃ）
に示すように、透過領域の一方に透過光の位相を反転さ
せる位相シフト手段を備えている。

【００４１】そして、透過領域には、第１の透過領域
と、これに近接すると共に第１透過領域に対して、その
透過光の位相が反転している少なくとも第２の透過領域
とが設けられている。

【００４２】上記のマスクは、例えばシリコン単結晶か
らなる半導体ウェハに所定の集積回路パターンを転写す
るマスク、例えば、実寸の５倍の寸法の集積回路パター
ンの原画が形成されたレチクルである。この集積回路パ
ターンは、縮小投影光学系を通して半導体ウェハに転写
される。

【００４３】次に、図５は図２の回路パターンを得るた
めの他のマスク組み合わせを示しており、そのマスク構
造について説明する。単純繰り返し方式による位相シフ
タの形成では、図２で説明したようにパターン間隔が狭
いと水平部分に影が生じ、パターンが寸断される。

【００４４】この実施例は、図３の代替例に相当し、水
平部は（ａ）に示すように細い幅の位相シフタ４を額縁
状に設けたマスクと、（ｂ）に示すように３列の透過領
域を左から順にφ＝π、φ＝０、φ＝πとなるように位
相シフタ５を設けたマスクとを使用し、これを重ね合わ
せ露光することにより、影の生じないパターン露光が可
能になる。なお、（ｃ),（ｄ）は断面図であり、（ｅ),
（ｆ）は試料上における振幅波形、（ｇ),（ｈ）は半導
体ウェハ上における光強度特性を示している。

【００４５】図３の実施例と比較して、図５の（ａ）の
実効的な転写パターンの寸法を小さくし、焦点深度を大
きくすることができる。

【００４６】さらに、図６は第２の回路パターン例を示
すもので、このようなパターンのマスクが必要な場合、
従来方式による位相シフタの形成ではパターン間隔が狭
いと、水平方向または垂直方向の一方のパターン間の遮
光部が形成されずにショートしてしまう。

【００４７】そこで、このようなケースでは図７に示す
ように、（ａ）のようなサブ位相シフタ６を有するマス
クと（ｂ）のような位相シフタ７を有するマスクとを重
ね合わせ露光すると、図６の如き形状の希望するパター
ンが得られることになる。（ａ）では図６のＱの部分を
取り囲むようにして細い幅のサブ位相シフタ６を４つ設
け、これをφ＝πの領域にしている。この結果、図３の
実施例と比較して、図６の（ａ）の実効的な転写パター
ンの寸法を小さくし、焦点深度を大きくすることができ
る。

【００４８】また、（ｂ）では左側の上下２本と右側に
垂直に１本の計３本の透過領域Ｔ（白抜き部分）が存在
するが、この内、左側の上側をφ＝πとなるように位相
シフタ７を設けると共に、右側の透過領域の下半分を取
り囲むように位相シフタ８を設け、同様にφ＝πの領域
にしている。他は、位相シフタを設けないφ＝０の領域
である。なお、（ｃ),（ｄ）はマスクの断面図、（ｅ),
（ｆ）は半導体ウェハにおける振幅波形であり、（ｇ),
（ｈ）は半導体ウェハ上における光強度特性を示してい
る。

【００４９】図８は、投影光学系（光学露光装置）を介
して、半導体ウェハ面上に投影した光の振幅と強度の説
明図である。

【００５０】上記の構成によって、図８の（ａ）に示す
ように、マスクＭ上に形成された遮光領域Ｎを挟む透過
領域Ｐ_1,Ｐ₂の一方に形成された位相シフタＳにより通
過光を位相反転させ、それらの間の光の干渉を利用する
ことで、光学投影システムを通して、露光波長より近接
したパターンを半導体ウェハ上の感光レジスト膜上に結
像させることができる。

【００５１】マスクＭの第１透過領域Ｐ₁を透過した直
後の光Ｌ₁は、第２透過領域Ｐ₂を透過した直後の光Ｌ
₂の位相とが（ｂ）のように互いに反転する。マスクの
通過直後の振幅は矩形波形であるが、試料（半導体ウェ
ハ）上での振幅は（ｃ）のような波形になる。そして、
試料上（半導体ウェハ）では、２つの光がそれらの境界
部となる遮光領域で互いに干渉し合って弱め合い、
（ｄ）のような光強度波形になる。

【００５２】本実施例では、遮光領域を挟んで隣接する
一方の第１透過領域Ｐと他方の第２透過領域Ｐとを互い
に位相反転させている。このように、露光波長の１／２
程度離すことで、透過光の強度を互いに増加させること
ができる。そこで、前記分割の境界領域を覆う領域のパ
ターンデータを作成し、このパターンデータに基づいて
遮光マスクを形成し、位相シフト手段の投影によって生
じた影の部分に重ね露光させる。

【００５３】図１５は本実施例のマスク（レチクル）の
全体構成を示したものである。図１５に示すように、露
光に用いる転写領域Ａ_1,Ａ₂の周囲に不透明な遮光領域
Ｎが設けられている。この遮光領域Ｎにマスクのアライ
メントマークＢ_1,Ｂ₂、マスクと被露光試料であるウェ
ハとの位置合わせマークＢ_3,Ｂ₄を形成してあり、これ
によって前記マスクとウェハとを位置合わせして露光す
ることができる。なお、Ｂ_5,Ｂ₆は位相シフト層及び遮
光層アライメントマークである。

【００５４】上記の位相シフトマスクと遮光マスクとを
同一のガラス基板に構成しておくことで、露光の際、露
光装置のマスクブラインドにより、マスク面に照射する
露光光を遮蔽することで、効率よく露光することができ
る。この点は、二枚のガラスに構成すれば、同様に露光
することは可能であるが、その分、露光効率は低下す
る。

【００５５】単に遮光領域を挟む透過領域の一方に位相
差を与える従来方式では、微細な転写パターンの配置に
制約があったが、本方式により、露光の実行スループッ
トを低下させないで、前記の制約を無くすことができ
る。

【００５６】次に、マスクの作成方法、露光方法につい
て、以下に説明する。

【００５７】図９は本発明にかかるマスクの製造方法を
示す図である。

【００５８】まず、マスク素材９を作成する。マスク素
材９は、石英ガラスなどの透明基板１０の主面に、例え
ばスパッタ法を用いてＣｒ（クロム）などの金属薄膜１
１を堆積して作成される。このマスク素材９の主面に、
（ａ）のように電子線レジスト１２がスピン塗布され
る。

【００５９】次に電子線描画装置を用い、このマスク素
材９に（ｂ）のように電子線を照射する。電子線描画装
置は、集積回路パターンの図形情報や位置座標などのパ
ターンデータに基づいて、コンピュータ制御により電子
線を走査する。ここで用いるパターンデータは、例えば
図１のステップ１０９に示した透過光の位相を反転させ
る領域（φ＝π）に対応したものである。

【００６０】回路パターンの他、図１５に示すように、
透明基板の周辺部の対角に後述の遮光パターン加工のた
めの２つの位置合わせマークのパターンも露光される。
このパターンは、３００μｍ程度の大きさのクロスマー
クである。ついで、電子線レジストがポジ型であるかネ
ガ型であるかに応じて、その露光部分または未露光部分
を現像液により除去し、（ｃ）のように露出したＣｒ膜
をエッチングする。Ｃｒ膜のエッチングは、例えば、硝
酸セリウム第二アンモニウムなどの湿式エッチングを用
いて行うことができる。

【００６１】なお、次の工程である透明基板１０のエッ
チングでＣｒ膜上のレジストは通常除去されるが、この
場合、酸素プラズマエッチングなどによって除去し、マ
スク洗浄して、マスクの外観検査をすることが望まし
い。この外観検査で発見された微小なＣｒ膜の残り欠陥
は、例えばレーザ光の照射により除去される。また、Ｃ
ｒ膜の欠け欠陥は、例えばネガ型のフォトレジストを用
いて当該欠陥箇所にスポット露光し、現像してフォトレ
ジストを残しておく。このようにして、実質的に無欠陥
な位相シフト層形成のためのＣｒ膜パターンが形成でき
る。

【００６２】次に、Ｃｒ膜をマスクとして、ガラス基板
を所定の深さだけ、ＣＦ₄（フレオンガス）のプラズマ
エッチングなどを用いてエッチングする。ここで、透明
基板１０の深さｄは、露光光の波長をλ、透明基板１０
の屈折率をｎとすると、次式で表される。或いは、この
奇数倍の関係を満たすように設定する。

【００６３】ｄ＝λ／２（ｎ−１）例えば、光の波長を３６５ｎｍ（ｉ線）、透明基板１０
の屈折率を1.４７とすると、透明基板１０の深さｄは３
９０ｎｍ程度にすればよい。ＣＦ₄のプラズマエッチン
グでは、エッチング時間などで深さの制御ができる。な
お、このプラズマエッチングによって、特定の場所が所
定の深さとなっていない欠陥については、収束イオンビ
ーム法によって当該欠陥箇所に照射し、基板のエッチン
グを行う。また、透明基板１０の代りに、透明基板１０
上に所定の膜厚の透明膜と遮光膜を堆積しておくこと
で、深さの加工精度を向上させることができる。

【００６４】次に、湿式エッチングを用い、（ｄ）のよ
うに、Ｃｒ膜を除去する。さらに、透明基板１０の主面
上に、例えばスパッタ法を用いてＣｒなどの金属薄膜１
３を（ｅ）のように堆積させる。ついで、この主面の金
属薄膜１３上に電子線レジスト１４を（ｅ）のようにス
ピン塗布する。

【００６５】さらに、上記の位置合わせ用クロスマーク
を電子線描画装置を用いて、位置検出し、この透明基板
１０上に形成した段差パターンの座標系を合わせ、所望
のパターンを所定の位置に電子線照射する。ここで、電
子線照射するパターンは、例えば図１に示した透過領域
（φ＝πとφ＝０との合成領域）のポジネガ反転領域で
ある遮光領域となるパターンである。電子線描画装置の
描画精度に関しては、パターンの重ね合わせを0.１μｍ
以下にすることができるので、この方式は、例えば縮小
率１／５の露光装置のマスク（レチクル）に適用可能で
ある。

【００６６】また、回路パターンに加えて、透明基板１
０の転写領域の周辺部にウェハとの位置合わせマークの
ためのパターンを露光する。この位置合わせマークのパ
ターンは、縮小投影露光装置によって指定されるもので
ある。その後、電子線レジストがポジ型であるかネガ型
であるかに応じて、その露光部分または未露光部分を現
像液により除去し、（ｆ）のように、露出したＣｒ膜を
エッチングする。

【００６７】最後に上記の電子線レジストを除去する。
そして、Ｃｒ膜パターンの外観検査をする。Ｃｒ膜パタ
ーンは、微小なＣｒ膜の残り欠陥は、例えばレーザ光を
照射して除去し、Ｃｒ膜の欠け欠陥は、例えば収束イオ
ンビーム法により、有機ガスを添加して当該欠陥箇所に
照射して、カーボン膜の遮光膜を形成することで、欠陥
を修正することができる。

【００６８】上記の説明では、透過光の位相を反転させ
る方式として、透明基板１０をエッチングする方式を示
したが、透明ガラス基板１０上に透明膜を堆積しても良
い。この透明膜としては、例えばスピンオングラス(Spi
n On Glass) などの手段を用いることができる。

【００６９】図１０は本発明が適用される縮小投影方式
の露光装置の光学系を示す構成図である。

【００７０】露光装置１５は、光源１６と試料１７とを
結ぶ光路上には、ビームエクスパンダ１８、ミラー１
９、ハーフミラー２０（またはビームスプリッタ）、レ
ンズ２１、ミラー２２、及び対物レンズ２３が配設され
ている。また、ハーフミラー２０の反射光路上には、ミ
ラー２４、レンズ２５、ミラー２６、対物レンズ２７の
各々が順次配設されている。

【００７１】そして、マスクＭ₁,Ｍ₂の位置に、例えば
図７の（ａ）及び（ｂ）のように位相シフタを設けたマ
スクを配設する。光源１６は、例えばｉ線（波長３６５
ｎｍ）などの光Ｌを放射する高圧水銀ランプである。ま
た、試料１７（半導体ウェハ）は、Ｘ，Ｙステージ２８
上に露光に先行して正確に位置決めしてセットされる。
なお、試料１７の表面には、光に感光するフォトレジス
トがスピン塗布されている。

【００７２】光源１６からの光Ｌはビームエクスパンダ
１８によって拡大され、ミラー１９によって屈折された
後、ハーフミラー２０によって２つの光Ｌ₁,Ｌ₂に分割
される。その後、２つの光Ｌ₁,Ｌ₂の内の一方の光（Ｌ
₁)は、そのまま直進してマスクＭ₁に入射し、もう一方
の光（Ｌ₂)はミラー２４によって屈折された後、マスク
Ｍ₂に入射する。

【００７３】マスクＭ₁を透過した光は、レンズ２１で
集光されミラー２２で屈折された後、対物レンズ２３に
よって試料１７上に露光される。一方、ハーフミラー２
０の反射光路上の光Ｌ₂は、ミラー２４で屈折される。
さらに、ミラー２４の出射光はマスクＭ₂を透過し、レ
ンズ２５で集光され、さらにミラー２６で屈折された
後、対物レンズ２７により試料１７上に露光される。

【００７４】なお、図１０の露光装置１５においては、
２つの光Ｌ₁,Ｌ₂の干渉を防ぐため、光Ｌ₂の光軸上に
インコヒーレント変換器（不図示）を挿入してもよい。
また、２つの光Ｌ₁,Ｌ₂の光路差を可干渉距離以上にす
るような透明ガラスを挿入してもよい。さらには、ハー
フミラー２０及びミラー２４の後段にシャッターを設
け、マスクＭ₁とマスクＭ₂の一方を露光後に他方の露
光を行うようにしてもよい。

【００７５】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【００７６】例えば、上記実施例においては、マスクが
１枚の場合と、２枚の組み合わせから成る場合とを示し
たが、３枚以上の組み合わせであってもよい。

【００７７】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なもの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。

【００７８】すなわち、半導体ウェハ上の光感光レジス
ト膜上に結像させる解像度と焦点深度を大幅に向上させ
ることができると共に、位相シフタの配置上の制約を無
くし、位相差マスクのパターン設計を容易にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法を示すフローチャートで
ある。

【図２】本発明の実施例で実現しようとする回路パター
ンに相当するマスクの一例を示す平面図である。

【図３】図２の回路パターンを得るためのマスクの組み
合わせを示す説明図である。

【図４】図１におけるステップ１０４，１１４〜１１７
の処理内容を図化した説明図である。

【図５】図２の回路パターンに対応する他のマスク組み
合わせを示す説明図である。

【図６】第２の回路パターン例を示す平面図である。

【図７】図６の回路パターンを得るためのマスクの組み
合わせを示す説明図である。

【図８】投影光学系を介して、半導体ウェハ面上に投影
した光の振幅と強度の説明図である。

【図９】本発明にかかるマスクの製造方法を示す図であ
る。

【図１０】本発明が適用される縮小投影露光装置の光学
系を示す構成図である。

【図１１】位相シフトを有しないマスクの構造を示す断
面図である。

【図１２】図１１のマスクの光強度分布を示す特性図で
ある。

【図１３】位相シフトマスクの構造を示す断面図であ
る。

【図１４】図１３の光強度分布を示す特性図である。

【図１５】一般的なマスクの形状例を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ガラス板２クロム膜３位相シフタ４位相シフタ５位相シフタ６サブ位相シフタ７位相シフタ８位相シフタ９マスク素材１０透明基板１１金属薄膜１２電子線レジスト１３金属薄膜１４電子線レジスト１５露光装置１６光源１７試料１８ビームエクスパンダ１９ミラー２０ハーフミラー２１レンズ２２ミラー２３対物レンズ２４ミラー２５レンズ２６ミラー２７対物レンズ２８Ｘ，Ｙステージ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハ上で、所定の領域に含ま
れ、露光光照射により形成される集積回路パターンに対
応した図形データを図形の位置座標によりＸ方向または
Ｙ方向に並び替え、所定ピッチで前記図形データが示す
図形を分割し、分割図形に対して順に０度、１８０度の
位相差情報を付加した図形データを基に作成した描画デ
ータにより、位相シフトマスクを作成する工程と、前記０度、１８０度の位相差境界部を覆う領域が透過図
形となる図形データを基に作成した描画データにより、
遮光マスクを作成する工程と、前記位相シフトマスクを用い、所定の露光光にて半導体
ウェハ上のレジスト膜上に露光する工程と、前記遮光マスクを用い、前記レジスト膜上において、前
記図形分割部の位相差露光干渉影の痕跡が無くなるよう
露光し、現像する工程とを有することを特徴とする半導
体集積回路パターンの形成方法。
【請求項２】縮小投影露光を用いて半導体ウェハ上に
回路パターンを形成するためのマスクの製造方法であっ
て、半導体ウェハ上で、所定の領域に含まれ、露光光照
射により形成される集積回路パターンに対応した図形デ
ータを図形の位置座標によりＸ方向またはＹ方向に並び
替え、所定ピッチで前記図形データが示す図形を分割
し、分割図形に対して順に０度、１８０度の位相差情報
を付加した図形データを基に作成した描画データによ
り、位相シフトマスクを製作すること、および、前記０
度、１８０度の位相差境界部を覆う領域が透過領域とな
る遮光マスク描画データにより遮光マスクを製作するこ
とを特徴とするマスクの製造方法。