JP3306052B2 - 位相シフトマスクの製造方法 - 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、位相シフトマスク
の製造技術に関し、特に、光学マスクを用いて所定の集
積回路パターンを転写する露光技術に適用して有効な技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路においては、回路
を構成する素子や配線の微細化、並びに素子間隔や配線
間隔の狭小化が進められている。

【０００３】しかし、このような素子や配線の微細化、
並びに素子間隔や配線間隔の狭小化につれ、少なくとも
部分的にコヒーレントな光の照射によって、半導体ウエ
ハ（以下、ウエハという）上に集積回路パターンを転写
するマスクのパターン転写精度の低下が問題となりつつ
ある。

【０００４】これを図１８（ａ）〜（ｄ）により説明す
ると以下のとおりである。

【０００５】すなわち、図１８（ａ）に示すマスク５０
上の所定の集積回路パターンを投影露光法などによりウ
エハ（図示せず）上に転写する際、遮光領域Ｎを挟む一
対の透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 の各々を透過した光の位相は、
図１８（ｂ）に示すように同相であるため、これらの干
渉光が図１８（ｃ）に示すように、上記した一対の透過
領域Ｐ1 ，Ｐ2 に挟まれた遮光領域Ｎにおいて強め合っ
てしまう。

【０００６】このため、図１８（ｄ）に示すように、ウ
エハ上における光強度分布のモジュレーション（modula
tion）が低下してしまい、マスクのパターン転写精度が
大幅に低下してしまう。

【０００７】このような問題を改善する手段として、例
えば、一対の透過領域の各々を透過した光の間に位相差
を生じさせる位相推移マスクが提案されている。

【０００８】位相推移マスクについては、例えば、特公
昭６２−５９２９６号公報に記載があり、上記公報に
は、遮光領域と透過領域とを備えたマスクにおいて、遮
光領域を挟む一対の透過領域の少なくとも一方に透明材
料を設け、露光の際に各々の透過領域を透過した光の間
に位相差を生じさせ、これらの光がウエハ上の本来遮光
領域となる領域において干渉して強め合わないようにし
たマスク構造について説明されている。

【０００９】このようなマスクにおける透過光の作用を
図１９（ａ）〜（ｄ）により説明すると以下のとおりで
ある。

【００１０】すなわち、図１９（ａ）に示すマスク５１
上の所定の集積回路パターンを投影露光法などによりウ
エハ（図示せず）上に転写する際、遮光領域Ｎを挟む一
対の透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 のうち、透明材料５２の設けら
れた透過領域Ｐ2 を透過した光の位相と、通常の透過領
域Ｐ1 を透過した光の位相との間には、図１９（ｂ），
（ｃ）に示すように１８０度の位相差が生じている。

【００１１】したがって、一対の透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 を
透過した光が、これら透過領域Ｐ1，Ｐ2 に挟まれた遮
光領域Ｎにおいて干渉して打ち消し合うため、図１９
（ｄ）に示すように、ウエハ上における光強度分布のモ
ジュレーションが改善され、マスク５１のパターン転写
精度が良好となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように半導体集
積回路においては、回路を構成する素子や配線の微細
化、並びに素子間隔や配線間隔の狭小化が益々進められ
ていることから、如何にしてパターン転写精度の高い位
相シフトマスクを製造するかが課題となる。

【００１３】本発明の目的は、位相シフタパターンと遮
光膜との位置合わせを良好に行えるマスクの製造方法を
提供することにある。

【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１５】

【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、
次のとおりである。

【００１６】すなわち、本発明は、位相シフトパターン
の形成に際して、マスク基板の遮光膜に設けられた位置
合わせマークパターンを用いて位相シフタパターンの位
置合わせを行う工程を有するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する（なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものは同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する）。

【００１８】（実施の形態１）図１は本発明の一実施の
形態であるマスクの要部断面図、図２（ａ）〜（ｃ）は
このマスクの製造工程を示すマスクの要部断面図、図３
（ａ）は図１に示すマスクの露光状態を示す断面図、図
３（ｂ）〜（ｄ）はこのマスクの透過領域を透過した光
の振幅、及び強度を示す説明図である。

【００１９】図１に示す本実施の形態１のマスク１ａ
は、例えば、半導体装置の所定の製造工程において、図
示しないウエハ上に所定の集積回路パターンを転写す
る、実寸の集積回路パターンの５倍の集積回路パターン
の原画が形成されたレチクル（以下、５倍レチクルとい
う）である。

【００２０】マスク１ａを構成する透明なマスク基板
（以下、単に基板という）２は、例えば、屈折率1.４７
の合成石英ガラスからなり、その主面上には、例えば、
厚さ５００〜３０００Å（＝５０〜３００ｎｍ）の金属
層３が所定の形状にパターン形成されている。

【００２１】金属層３は、例えば、Ｃｒ層から、あるい
はＣｒ層の上に酸化Ｃｒ層が積層され構成されており、
露光の際には、遮光領域Ａとなる。また、金属層３が除
去されている部分は、露光の際、透過領域Ｂとなる。そ
して、これら遮光領域Ａと透過領域Ｂとによって集積回
路パターンの原画が構成されている。

【００２２】本実施の形態１においては、上記した金属
層３のパターン幅よりも僅かに幅広となるようにパター
ン形成された透明膜４ａが配置されている。すなわち、
マスク１ａには、各々の金属層３の輪郭部から透過領域
Ｂに一部はみ出した透明膜４ａがパターン形成されてい
る。言い換えると、一つの透過領域Ｂは、透明膜４ａに
被覆された部分と透明膜４ａの形成されていない部分と
により構成されている。

【００２３】透明膜４ａは、酸化インジウム（Ｉｎ
Ｏ_X）などからなり、例えば、透過領域Ｂのパターン幅
を２μｍとすると、はみ出した透明膜４ａの幅は、0.５
μｍ程である。

【００２４】そして、今仮に、はみ出した透明膜４ａの
基板２の主面からの厚さをＸ1 、基板２の屈折率をｎ、
露光の際に照射される光の波長をλとすると、透明膜４
ａは、その厚さＸ1 が、Ｘ1 ＝λ／〔２（ｎ−１）〕の
関係を満たすように形成されている。これは露光の際、
マスク１ａに照射され、一つの透過領域Ｂを透過した光
のうち、透明膜４ａを透過した光の位相と、通常の透過
領域Ｂを透過した光の位相との間に１８０度の位相差を
生じさせるためである。例えば、露光の際に照射される
光の波長λを、０.３６５μｍ（ｉ線）、透明膜４ａの
屈折率を１.５とすると、透明膜４ａの基板２の主面か
らの厚さＸ1 を、約０.３７μｍとすればよい。

【００２５】なお、図示はしないが、マスク１ａには、
例えば、透明膜４ａを形成する際、金属層３との位置合
わせをするための位置合わせマークが形成されている。

【００２６】次に、本実施の形態１のマスク１ａの製造
方法を図２（ａ）〜（ｃ）により説明する。

【００２７】まず、図２（ａ）に示すように、研磨、洗
浄した透明な基板２の主面上に、例えば、厚さ５００〜
３０００ÅのＣｒなどからなる金属層３をスパッタリン
グ法などにより形成し、次いで、この金属層３の上面
に、例えば、０.４〜０.８μｍのフォトレジスト５ａを
塗布する。

【００２８】そして、フォトレジスト５ａをプリベーク
した後、予め、図示しない磁気テープなどにコード化さ
れ記録された半導体装置の集積回路パターンの位置座
標、形状などが収められたパターンデータに基づいて、
電子線露光方式などにより、フォトレジスト５ａの所定
部分に電子線Ｅを照射する。

【００２９】その後、図２（ｂ）に示すように、フォト
レジスト５ａの露光部分を所定の現像液により除去し、
露出した金属層３をドライエッチング法などによりエッ
チングして所定の形状にパターン形成する。

【００３０】そして、レジスト剥離液によりフォトレジ
スト５ａを除去し、基板２を洗浄、検査した後、図２
（ｃ）に示すように基板２の主面に、基板２の主面から
の厚さが約０.３７μｍの酸化インジウム（ＩｎＯｘ）
等からなる透明膜４ａを金属層３を被覆するようにスパ
ッタリング法などにより形成する。

【００３１】次いで、透明膜４ａの上面に、例えば、
０．４〜０．８μｍのフォトレジスト５ｂを塗布し、さ
らにその上面に、例えば、厚さ０.０５μｍのアルミニ
ウム（Ａｌ）からなる帯電防止層６をスパッタリング法
などにより形成する。

【００３２】その後、上記した集積回路パターンのパタ
ーンデータにおいて、遮光領域Ａ、または透過領域Ｂの
パターンの幅を拡大または縮小して得られた透明膜４ａ
のパターンデータに基づいて、電子線露光方式などによ
り、例えば、透明膜４ａを残す部分のフォトレジスト５
ｂに電子線Ｅを照射し、露光する。

【００３３】本実施の形態１においては、上記した透明
膜４ａのパターンデータは、例えば、遮光領域Ａのパタ
ーン幅を太らせることにより、自動的に作成されるよう
になっている。すなわち、透明膜４ａのパターンデータ
は、集積回路パターンのパターンデータを作成する時と
同じように特別に作成するのではなく、集積回路パター
ンにおけるパターンデータに基づいて作成される。

【００３４】そして、フォトレジスト５ｂを露光後、現
像、透明膜４ａの所定部分のエッチング、フォトレジス
ト５ｂの除去、さらに洗浄、検査などの工程を経て、図
１に示したマスク１ａが製造される。

【００３５】このようにして製造されたマスク１ａを用
いて、フォトレジストが塗布されたウエハ上にマスク１
ａ上の集積回路パターンを転写するには、例えば、次の
ようにする。

【００３６】すなわち、図示しない縮小投影露光装置に
マスク１ａ、及びウエハを配置して、マスク１ａ上の集
積回路パターンの原画を光学的に１／５に縮小してウエ
ハ上に投影するとともに、ウエハを順次ステップ状に移
動させるたびに繰り返し投影露光することによって、ウ
エハ全面に集積回路パターンの転写を行う。

【００３７】次に、本実施の形態１の作用を図３（ａ）
〜（ｄ）により説明する。

【００３８】図３（ａ）に示す本実施の形態１のマスク
１ａにおいては、マスク１ａ上の所定の集積回路パター
ンの原画を縮小露光法などによりウエハ上に転写する
際、マスク１ａの各々の透過領域Ｂにおいて、透明膜４
ａを透過した光と、通常の透過領域Ｂを透過した光との
間には１８０度の位相差が生じる（図３（ｂ），
（ｃ））。

【００３９】そして、透明膜４ａは、各金属層３の端部
に配置されているため、一つの透過領域Ｂを透過した光
のうち、透明膜４ａを透過した光と通常の透過領域Ｂを
透過した光とが、透過領域Ｂと隣接する遮光領域Ａ，Ａ
との境界部分において弱め合う。

【００４０】したがって、ウエハ上の光強度分布のモジ
ュレーション（modulation）が大幅に改善される（図３
（ｄ））。特に、ウエハ上に投影される各々の遮光領域
Ａの端部のぼけが大幅に低減され、パターン転写精度を
大幅に向上させることができる。なお、光強度は、光の
振幅の２乗となるため、ウエハ上における光振幅の負側
の波形は、図３（ｄ）に示すように、正側に反転され
る。

【００４１】ところで、従来の技術は、一対の透過領域
を透過した光の間に位相差を生じさせる技術、言い換え
ると二つの透過領域で一つの作用を生じさせる技術であ
った。

【００４２】そして、前記発明が解決しようとする課題
で説明したように、実際の集積回路パターンのようにパ
ターンが複雑で、かつ、二次元的に配置されている場
合、部分的にパターン転写精度が低下してしまう部分が
生じ、透明材料の配置に制約があった。

【００４３】すなわち、マスク上のパターンの全てのパ
ターン転写精度を向上させるような透明材料の配置が非
常に困難であった。

【００４４】したがって、透明材料のパターンデータを
自動的に作成することができず、これを作成する場合に
は、パターン転写精度が部分的に低下しないようにその
配置を考慮しながら、透明材料用の特別なパターンを設
計、図面化し、このパターンをコンピュータ処理するこ
とによって作成しなければならない。

【００４５】これに対して、本実施の形態１のマスク１
ａにおいては、一つの透過領域を透過した光のなかで位
相差を生じさせ、パターン転写精度を向上させる技術で
あるため、マスク１ａに形成されたパターンが複雑であ
っても、それに対応して透明膜４ａを配置できる。

【００４６】そして、このため、透明膜４ａの配置が容
易であり、透明膜４ａのパターンデータを集積回路パタ
ーンを構成する遮光領域Ａ、または透過領域Ｂのパター
ンデータに基づいて自動的に作成することが可能とな
る。

【００４７】このように本実施の形態によれば以下の効
果を得ることができる。 (1).マスク１ａの各々の透過領域Ｂにおいて、透明膜４
ａを透過した光と、通常の透過領域Ｂを透過した光との
間に１８０度の位相差が生じ、これらの光が遮光領域Ａ
と透過領域Ｂとの境界部分において弱め合うため、ウエ
ハ上の光強度分布のモジュレーションが大幅に改善され
る。特に、ウエハ上に投影される遮光領域Ａのパターン
像の端部のぼけが大幅に低減され、パターン転写精度を
大幅に向上させることができる。 (2).上記(1) により、マスク上に形成されたパターン
が、微細、かつ複雑な集積回路パターンであっても、部
分的にパターン転写精度が低下することがなく、パター
ン全ての転写精度を向上させることができる。 (3).位相をシフトさせる透明膜４ａは、一つの透過領域
Ｂを透過した光の位相差のみを考慮する技術であるた
め、複雑な集積回路パターンであっても、その配置が容
易となる。 (4).上記(3) により、透明膜４ａのパターンデータを、
集積回路パターンを構成する遮光領域Ａ、または透過領
域Ｂのパターンデータに基づいて自動的に作成させるこ
とができる。 (5).上記(3) ，(4) により、透明膜４ａのパターンデー
タを短時間で作成することができるため、位相をシフト
させる透明膜４ａの形成されたマスク１ａの製造時間を
大幅に短縮させることができる。

【００４８】（実施の形態２）図４は本発明の他の実施
の形態であるマスクの要部断面図、図５（ａ），（ｂ）
はこのマスクの製造工程を示すマスクの要部断面図、図
６はこのマスクを製造する際に用いられる集束イオンビ
ーム装置の構成図、図７（ａ）は図４に示すマスクの露
光状態を示す断面図、図７（ｂ）〜（ｄ）はこのマスク
の透過領域を透過した光の振幅、及び強度を示す説明図
である。

【００４９】図４に示す本実施の形態２のマスク１ｂに
おいては、露光の際に透過領域Ｂを透過した光に位相差
を生じさせる手段として、実施の形態１の透明膜４ａに
代えて、露光の際、透過領域Ｂとなる基板２に位相シフ
ト溝７ａが形成されている。

【００５０】位相シフト溝７ａは、露光の際、遮光領域
Ａとなる金属層３の端部に沿って、すなわち、金属層３
の輪郭部に沿って形成されている。位相シフト溝７ａの
幅は、例えば、透過領域Ｂのパターン幅を２μｍとする
と、０.５μｍ程である。

【００５１】そして、仮に、位相シフト溝７ａの深さを
ｄ、基板２の屈折率をｎ、露光の際に照射される光の波
長をλとすると、位相シフト溝７ａは、その深さｄが、
ｄ＝λ／〔２（ｎ−１）〕の関係を満たすように形成さ
れている。これは露光の際、マスク１ｂに照射された光
の内、各々の透過領域Ｂにおいて、位相シフト溝７ａを
透過した光の位相と、通常の透過領域Ｂを透過した光の
位相との間に１８０度の位相差を生じさせるためであ
る。例えば、露光の際に照射される光の波長λを、０.
３６５μｍ（ｉ線）とすると、位相シフト溝７ａの深さ
ｄを、約０.３９μｍとすればよい。

【００５２】なお、図示はしないが、マスク１ｂには、
位相シフト溝７ａを形成する際、金属層３との位置合わ
せをする等のための位置合わせマークが形成されてい
る。

【００５３】次に、このマスク１ｂの製造に用いられる
集束イオンビーム装置８を図６により説明する。

【００５４】装置本体の上部に設けられたイオン源９の
内部には、図示はしないが、例えば、ガリウム（Ｇａ）
等の溶融液体金属などが収容されている。イオン源９の
下方には、引き出し電極１０が設置されており、その下
方には、静電レンズにより構成された第１レンズ電極１
１ａ、及び第１アパーチャ電極１２ａが設置されてい
る。アパーチャ電極１２ａの下方には、第２レンズ電極
１１ｂ、第２アパーチャ電極１２ｂ、ビーム照射のＯ
Ｎ、ＯＦＦを制御するブランキング電極１３、さらに第
３アパーチャ電極１２ｃ、及び偏向電極１４が設置され
ている。

【００５５】このような各電極の構成によって、イオン
源９から放出されたイオンビームは、上記ブランキング
電極１３、及び偏向電極１４によって制御され、保持器
１５に保持されるパターン形成前のマスク１ｂに照射さ
れるようになっている。

【００５６】なお、イオンビームは、その走査の際に、
例えば、０.０２×０.０２μｍのピクセル単位毎に、ビ
ーム照射時間を設定し、走査回数を予め設定すること
で、金属層３、または基板２をエッチング加工できる。

【００５７】保持器１５は、Ｘ，Ｙ方向に移動可能な試
料台１６上に設置されており、試料台１６は、傍部に設
けられたレーザーミラー１７を介してレーザー干渉測長
器１８によってその位置認識が行われ、試料台駆動モー
タ１９によってその位置合わせが行われるようになって
いる。

【００５８】なお、保持器１５の上方には、二次イオン
・二次電子検出器２０が設置されており、被加工物から
の二次イオン、及び二次電子の発生を検出できるように
なっている。また、上記した二次イオン・二次電子検出
器２０の上方には、電子シャワー放射部２１が設置され
ており、被加工物の帯電を防止できるようになってい
る。

【００５９】以上に説明した処理系内部は、図中、上記
した試料台１６の下方に示された真空ポンプ２２によっ
て真空状態が維持される構造となっている。

【００６０】また、上記した各処理系は、装置本体の外
部に設けられた各制御部２３〜２７によってその作動が
制御されており、各制御部２３〜２７は、さらに各イン
ターフェイス部２８〜３２を介して制御コンピュータ３
３によって制御される構造となっている。制御コンピュ
ータ３３は、ターミナル３４、データを記録する磁気デ
ィスク装置３５、及びＭＴデッキ３６を備えている。

【００６１】次に、マスク１ｂの製造方法を図５
（ａ），（ｂ）、及び図６により説明する。

【００６２】まず、図５（ａ）に示すように、研磨、洗
浄した基板２の主面に、例えば、５００〜３０００Åの
金属層３をスパッタリング法などにより形成した後、マ
スク１ｂを集束イオンビーム装置８の保持器１５に保持
させる。

【００６３】次いで、イオン源９からイオンビームを放
出し、このイオンビームを上記各電極により、例えば、
０.５μｍのビーム径に集束すれば、1.５μＡ程度のイ
オンビーム電流が得られ、予めＭＴデッキ３６の磁気テ
ープに記録された集積回路パターンのパターンデータに
基づいて金属層３の所定部分に集束されたイオンビーム
を照射し金属層３をエッチングする。この際、ピクセル
当たりの照射時間は、例えば、３×１０^-6秒、ビームの
走査回数は、３０回程度である。このようにして、図５
（ｂ）に示すように、金属層３がパターン形成される。
なお、金属層３のパターン形成は、実施の形態１のよう
に電子線露光法などによっても良い。

【００６４】その後、マスク１ｂに形成された図示しな
い位置合わせマークに所定量のイオンビームを照射し、
発生した二次電子を二次イオン・二次電子検出器２０に
より検出して、その検出データにより位置合わせマーク
の位置座標を算出する。

【００６５】そして、算出された位置合わせマークの位
置座標をもとに、イオンビーム照射の際にイオンビーム
が位相シフト溝７ａを形成する位置に照射されるよう
に、試料台１６を移動させる。

【００６６】次いで、位相シフト溝７ａのパターンデー
タに基づいて、金属層３の端部に沿って金属層３のパタ
ーン形成により露出した基板２にイオンビームを照射
し、位相シフト溝７ａ（図４）を形成する。この際、集
束イオンビームによれば、位相シフト溝７ａの深さ、幅
などの制御を容易に行える。

【００６７】本実施の形態２においては、上記した位相
シフト溝７ａのパターンデータは、例えば、集積回路パ
ターンのパターンデータをポジネガ反転させ得られた透
過領域Ｂのパターンデータと、遮光領域Ａのパターン幅
を太らせて得られたパターンデータとの論理積（ＡＮ
Ｄ）をとることによって自動的に作成されるようになっ
ている。

【００６８】すなわち、位相シフト溝７ａのパターンデ
ータは、特別に作成するのではなく、集積回路パターン
のパターンデータに基づいて自動的に作成される。

【００６９】このようにして製造されたマスク１ｂを用
いて、フォトレジストが塗布されたウエハ上にマスク１
ｂ上の集積回路パターンを転写するには、例えば、次の
ようにする。

【００７０】すなわち、図示しない縮小投影露光装置に
マスク１ｂ、及びウエハを配置して、マスク１ｂ上の集
積回路パターンを光学的に１／５に縮小してウエハ上に
投影するとともに、ウエハを順次ステップ状に移動させ
るたびに繰り返し投影露光することによって、ウエハ全
面に集積回路パターンの転写を行う。

【００７１】次に、本実施の形態２のマスク１ｂの作用
を図７（ａ）〜（ｄ）により説明する。

【００７２】図７（ａ）に示すマスク１ｂ上の所定の集
積回路パターンの原画を転写する露光工程の際、マスク
１ｂの各々の透過領域Ｂにおいて、位相シフト溝７ａを
透過した光と、通常の透過領域Ｂを透過した光との間に
は、１８０度の位相差が生じる（図７（ｂ），
（ｃ））。

【００７３】そして、位相シフト溝７ａは、各金属層３
の端部に配置されているため、一つの透過領域Ｂを透過
した光のうち、位相シフト溝７ａを透過した光と通常の
透過領域Ｂを透過した光とが、透過領域Ｂに隣接する遮
光領域Ａ，Ａとの境界部分において弱め合う。

【００７４】したがって、ウエハ上の光強度分布のモジ
ュレーションが大幅に改善される（図７（ｄ））。特
に、ウエハ上に投影される各々の遮光領域Ａの端部のぼ
けが大幅に低減され、ウエハ上に投影されるパターンの
転写精度が大幅に向上する。

【００７５】なお、光強度は、光の振幅の２乗となるた
め、ウエハ上における光振幅の負側の波形は、図７
（ｄ）に示すように、正側に反転される。

【００７６】また、本実施の形態２のマスク１ｂにおい
ても、実施の形態１と同じように、一つの透過領域Ｂを
透過した光における位相差のみを考慮する技術であるた
め、マスク１ｂ上に複雑な集積回路パターンが形成され
ていても、位相シフト溝７ａの配置が容易であり、位相
シフト溝７ａのパターンデータを集積回路パターンを構
成する遮光領域Ａ、または透過領域Ｂのパターンデータ
に基づいて自動的に作成することが可能となる。

【００７７】しかも、本実施の形態２のマスク１ｂにお
いては、その製造の際、実施の形態１で説明した位相を
シフトさせる透明膜４ａを形成する工程がない上、集束
イオンビームによって金属層３をパターンニングする
際、併せて位相シフト溝７ａも形成してしまうため、そ
の製造時間をさらに短縮させることができる。

【００７８】このように実施の形態２によれば以下の効
果を得ることができる。 (1).マスク１ｂの各々の透過領域Ｂにおいて、位相シフ
ト溝７ａを透過した光と、通常の透過領域Ｂを透過した
光との間に１８０度の位相差が生じ、これら光が遮光領
域Ａと透過領域Ｂとの境界部分において弱め合うため、
ウエハ上の光強度分布のモジュレーションが大幅に改善
される。特に、ウエハ上に投影される遮光領域Ａのパタ
ーン像の端部のぼけが大幅に低減され、パターン転写精
度を大幅に向上させることができる。 (2).上記(1) により、マスク上に形成されたパターン
が、微細、かつ複雑な集積回路パターンであっても、部
分的にパターン像の転写精度が低下することがなく、パ
ターン全ての転写精度を向上させることができる。 (3).位相シフト溝７ａは、一つの透過領域Ｂを透過した
光の位相差のみを考慮する技術であるため、複雑な集積
回路パターンであっても、その配置が容易である。 (4).上記(3) により、位相シフト溝７ａのパターンデー
タを集積回路パターンを構成する遮光領域Ａ、または透
過領域Ｂのパターンデータに基づいて自動的に作成する
ことができるため、その作成が容易であり、マスク１ｂ
を短時間で製造することができる。 (5).マスク１ｂにおいては、その製造の際、実施の形態
１で説明した位相をシフトさせる透明膜４ａを形成する
工程がない上、集束イオンビームよって金属層３をパタ
ーンニングする際、併せて位相シフト溝７ａも形成して
しまうため、その製造時間をさらに短縮させることがで
きる。 (6).マスク１ｂにおいては、透明膜４ａがパターン形成
後の洗浄工程などにより劣化しないため、その寿命を大
幅に向上させることができる。

【００７９】（実施の形態３）図８は本発明のさらに他
の実施の形態であるマスクの要部断面図、図９はこのマ
スクの要部平面図、図１０（ａ）は図８、及び図９のマ
スクの露光状態を示す断面図、図１０（ｂ）〜（ｄ）は
このマスクの透過領域を透過した光の振幅、及び強度を
示す説明図である。

【００８０】まず、図８、及び図９により本実施の形態
３のマスク１ｃを説明する。なお、本実施の形態３にお
いては、図９に示すように透過領域Ｂの形状を矩形状と
して説明する。

【００８１】本実施の形態３のマスク１ｃは、例えば、
半導体装置の所定の製造工程において図示しないウエハ
上に所定の集積回路パターンを転写する５倍レチクルで
あり、遮光領域Ａを構成する金属層３には、この金属層
３の上面から基板２の主面に達する複数の溝３７が設け
られている。

【００８２】そして、溝３７は、図９に示すように、矩
形状の透過領域Ｂ，Ｂを囲むように、透過領域Ｂの各辺
に沿って平行に配置されている。なお、例えば、溝３７
の幅は、０.５μｍ程である。

【００８３】さらに、溝３７の上部には、例えば、屈折
率が1.５の酸化インジウム（ＩｎＯｘ）からなる透明膜
４ｂが設けられており、露光の際に、この透明膜４ｂ、
及び溝３７を透過した光と、透過領域Ｂを透過した光と
の間に位相差が生じる構造となっている。

【００８４】そして、透明膜４ｂの基板２の主面からの
厚さＸ2 は、実施の形態１と同じく、露光の際、マスク
１ｃに照射された光のうち、透明膜４ｂ、及び溝３７を
透過した光の位相と、透過領域Ｂを透過した光の位相と
の間に１８０度の位相差を生じさせるため、Ｘ2 ＝λ／
〔２（ｎ−１）〕の関係を満たすように形成されてい
る。例えば、露光の際に照射される光の波長λを、０.
３６５μｍ（ｉ線）とすると、透明膜４ｂの基板２の主
面からの厚さＸ2 を、約０.３７μｍとすればよい。

【００８５】なお、図示はしないが、マスク１ｃには、
例えば、溝３７や透明膜４ｂを形成する際、それらと金
属層３との位置合わせをするための位置合わせマークが
形成されている。

【００８６】このようなマスク１ｃを製造するには、例
えば、次のようにする。

【００８７】まず、研磨、洗浄した基板２の主面を覆う
ように、例えば、５００〜３０００Åの金属層３をスパ
ッタリング法などにより形成した後、これを実施の形態
２で説明した集束イオンビーム装置８の保持器１５に保
持させる。

【００８８】次いで、予めＭＴデッキ３６の磁気テープ
に記録されている集積回路パターンデータに基づいて、
基板２の主面を覆う金属層３をイオンビームによりパタ
ーン形成する。

【００８９】その後、同じくＭＴデッキ３６の磁気テー
プに予め記録されている溝３７のパターンデータに基づ
いて、基板２の主面上の金属層３にイオンビームを照射
し、金属層３に溝３７を形成する。この溝３７のパター
ンデータは、例えば、矩形状の透過領域Ｂに対する溝３
７の配置規則を設定しておくことで、自動的に作成され
るようになっている。

【００９０】そして、集積回路パターンのパターンデー
タと溝３７のパターンデータとに基づいて作成された透
明膜４ｂのパターンデータに基づいて、実施の形態１と
同様にして透明膜４ｂを形成する。

【００９１】次に本実施の形態３の作用を図１０（ａ）
〜（ｄ）により説明する。

【００９２】図１０（ａ）に示すマスク１ｃ上の所定の
集積回路パターンの原画を縮小露光法などによりウエハ
上に転写する際、マスク１ｃの各々の透過領域Ｂにおい
て、透明膜４ｂ、及び溝３７を透過した光と、透過領域
Ｂを透過した光との間には、１８０度の位相差が生じる
（図１０（ｂ），（ｃ））。

【００９３】そして、一つの透過領域Ｂを透過した光の
うち、透明膜４ｂ、及び溝３７を透過した光と、透過領
域Ｂを透過した光とが、透過領域Ｂに隣接する遮光領域
Ａ，Ａの端部において弱め合う。

【００９４】したがって、ウエハ上の光強度分布のモデ
ュレーションが大幅に改善される（図１０（ｄ））。特
に、ウエハ上に投影される各々の遮光領域Ａの端部のぼ
けが大幅に低減され、ウエハ上に投影されるパターンの
転写精度が大幅に向上する。

【００９５】なお、光強度は、光の振幅の２乗となるた
め、ウエハ上における光振幅の負側の波形は、図１０
（ｄ）に示すように、正側に反転される。

【００９６】また、本実施の形態３のマスク１ｃにおい
ても、一つの透過領域Ｂを透過した光における位相差の
みを考慮すれば良いため、溝３７、及び透明膜４ｂの配
置が容易であり、溝３７、及び透明膜４ｂのパターンデ
ータを、集積回路パターンを構成する矩形状の透過領域
Ｂのパターンデータに基づいて自動的に作成することが
できる。

【００９７】このように本実施の形態によれば以下の効
果を得ることができる。 (1).マスク１ｃの各々の透過領域Ｂにおいて、透明膜４
ｂ、及び溝３７を透過した光と、透過領域Ｂを透過した
光との間に１８０度の位相差が生じ、これら光が遮光領
域Ａの端部において弱め合うため、ウエハ上の光強度分
布のモジュレーションが大幅に改善される。特に、ウエ
ハ上に投影される遮光領域Ａのパターン像の端部のぼけ
が大幅に低減され、パターン転写精度を大幅に向上させ
ることができる。 (2).上記(1) により、マスク上に形成されたパターン
が、微細、かつ複雑な集積回路パターンであっても、部
分的にパターン転写精度が低下することがなく、そのパ
ターン全ての転写精度を向上させることができる。 (3).位相をシフトさせる透明膜４ｂ、及び溝３７は、一
つの透過領域Ｂを透過した光の位相差のみを考慮する技
術であるため、複雑な集積回路パターンであっても、そ
の配置が容易となる。 (4).上記(3) により、溝３７、及び透明膜４ｂのパター
ンデータを、集積回路パターンを構成する遮光領域Ａ、
または透過領域Ｂのパターンデータに基づいて自動的に
作成させることができる。 (5).上記(3) ，(4) により、透明膜４ｂのパターンデー
タを短時間で作成することができるため、位相をシフト
させる透明膜４ｂ、溝３７の形成されたマスク１ｃを短
時間で製造することができる。

【００９８】（実施の形態４）図１１は本発明のさらに
他の実施の形態を示すマスクの要部断面図、図１２はこ
のマスクの要部平面図、図１３（ａ）は図１１、及び図
１２のマスクの露光状態を示す断面図、図１３（ｂ）〜
（ｄ）は透過領域を透過した光の振幅、及び強度を示す
説明図である。

【００９９】まず、図１１、及び図１２により本実施の
形態４のマスク１ｄを説明する。

【０１００】本実施の形態４のマスク１ｄにおいては、
露光の際、溝３７を透過した光と透過領域Ｂを透過した
光との間に位相差を生じさせる手段として、実施の形態
３の透明膜４ｂに代えて、溝３７の下部の基板２に位相
シフト溝７ｂを形成している。

【０１０１】位相シフト溝７ｂの深さｄは、実施の形態
２と同じく、露光の際、マスク１ｂに照射された光のう
ち、溝３７、及び位相シフト溝７ｂを透過した光の位相
と、透過領域Ｂを透過した光の位相との間に１８０度の
位相差を生じさせるため、ｄ＝λ／〔２（ｎ−１）〕の
関係を満たすように形成されている。例えば、光の波長
λを、０.３６５μｍ（ｉ線）とすると、位相シフト溝
７ｂの深さｄを、約０.３９μｍとすればよい。

【０１０２】さらに、本実施の形態４においては、図１
２に示すように、矩形状の透過領域Ｂの四隅に、例え
ば、０.５×０.５μｍの矩形状の微小のサブ透過領域
（同位相補助透過領域）Ｃを設けている。これは、集積
回路パターンの微細化につれ、現像後にウエハ上に形成
されるパターンラインの四隅などが、マスク上の集積回
路パターンの原画と異なり直角にならず丸みを帯びてし
まうといった不具合を防止するためである。すなわち、
集積回路パターンにおいて、最も光強度が低下し易く、
歪みが大きくなってしまう角部に、サブ透過領域Ｃを設
け、角部付近の光強度を増加させ投影されるパターン像
を補正している。

【０１０３】なお、図示はしないが、マスク１ｄには、
例えば、溝３７やサブ透過領域Ｃを形成する際、それら
と金属層３との位置合わせをするための位置合わせマー
クが形成されている。

【０１０４】また、このようなマスク１ｄを製造するに
は、イオンビームにより金属層３をエッチングして溝３
７を形成する際、イオンビームの走査回数を増やし、基
板２を深さｄだけエッチングしてやれば良い。

【０１０５】次に、本実施の形態４の作用を図１３
（ａ）〜（ｄ）により説明する。

【０１０６】図１３（ａ）に示すマスク１ｄ上の所定の
集積回路パターン原画を縮小露光法などによりウエハ上
に転写する際、マスク１ｄの各々の透過領域Ｂにおい
て、溝３７、及び位相シフト溝７ｂを透過した光と、透
過領域Ｂを透過した光との間には、１８０度の位相差が
生じる（図１３（ｂ），（ｃ））。

【０１０７】そして、一つの透過領域Ｂを透過した光の
うち、溝３７、及び位相シフト溝７ｂを透過した光と、
透過領域Ｂを透過した光とが、透過領域Ｂに隣接する遮
光領域Ａ，Ａの端部において弱め合う。

【０１０８】したがって、ウエハ上の光強度分布のモジ
ュレーションが大幅に改善される（図１３（ｄ））。特
に、ウエハ上に投影される各々の遮光領域Ａの端部のぼ
けが大幅に低減される上、矩形状の透過領域Ｂの角部に
形成されたサブ透過領域Ｃにより角部付近の光強度が増
加されるため、ウエハ上に投影されるパターン像の転写
精度がさらに向上する。

【０１０９】なお、光強度は、光の振幅の２乗となるた
め、ウエハ上における光振幅の負側の波形は、図１３
（ｄ）に示すように、正側に反転される。

【０１１０】また、本実施の形態４のマスク１ｄにおい
ても、一つの透過領域Ｂを透過した光における位相差の
みを考慮すれば良いため、溝３７の配置が容易であり、
溝３７のパターンデータを、集積回路パターンを構成す
る矩形状の透過領域Ｂのパターンに対して、溝３７の配
置規則を設定しておくことにより、自動的に作成するこ
とが可能である。

【０１１１】本実施の形態４においては、実施の形態３
の(1) 〜(5) で示した効果の他に、マスク１ｄの製造の
際、実施の形態３で説明した位相をシフトさせる透明膜
４ｂを形成する工程がない上、集束イオンビームによっ
て金属層３をパターンニングする際、併せて位相シフト
溝７ｂも形成できるため、その製造時間をさらに短縮さ
せることができる。

【０１１２】そして、マスク１ｄにおいては、実施の形
態３におけるマスク１ｃの透明膜４ｂの形成後の洗浄工
程などによる劣化がないため、マスク１ｄの寿命を大幅
に向上させることができる。

【０１１３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態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いうまでもない。

【０１１４】例えば、実施の形態１のマスクにおいて
は、位相をシフトさせる透明膜を金属層の輪郭部から透
過領域に一部はみ出すように配置させた場合について説
明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図
１４に示すマスク１ｅのように、透過領域Ｂの中央付近
に透明膜４ｃを配置しても良い。

【０１１５】この場合においても、図１６（ａ）〜
（ｄ）で示すように、マスク１ｅ（図１６（ａ））の各
々の透過領域Ｂ，Ｂにおいて、透明膜４ｃを透過した光
と、通常の透過領域Ｂを透過した光との間には１８０度
の位相差が生じ（図１６（ｂ），（ｃ））、一つの透過
領域Ｂを透過した光のうち、透明膜４ｃを透過した光と
通常の透過領域Ｂを透過した光とが、透過領域Ｂと隣接
する遮光領域Ａ，Ａとの境界部分において弱め合うた
め、ウエハ上の光強度分布のモジュレーション（modula
tion）が大幅に改善される（図１６（ｄ））。

【０１１６】そして、この場合の透明膜４ｃのパターン
データは、例えば、集積回路パターンのパターンデータ
をポジネガ反転させて得られた遮光領域のパターンを細
らせることにより作成すれば良い。

【０１１７】また、実施の形態２のマスクにおいては、
位相シフト溝を金属層の端部に沿って配置した場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、例え
ば、図１５に示すマスク１ｆのように、透過領域Ｂの中
央付近に位相シフト溝７ｃを形成、配置しても良い。こ
の場合も、図１６（ｂ）〜（ｄ）で示した作用と同じ作
用が得られる。

【０１１８】また、例えば、メモリセルのように集積回
路パターンが単純に配置されるような部分においては、
図１７に示すマスク１ｇのように遮光領域Ａを挟む一対
の透過領域Ｂ，Ｂの少なくとも一方に位相シフト溝７ｄ
を形成しても良い。

【０１１９】これは、光の位相をシフトさせる意味にお
いては、従来の一対の透過領域の一方に透明膜を設ける
技術と同じであるが、透明材料を設けないため、その製
造時間を大幅に短縮させることができる上、透明材料の
形成後の洗浄などによる劣化がないため、マスクの寿命
を大幅に向上させることができる効果がある。

【０１２０】また、実施の形態３、４においては、透過
領域を矩形状とした場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、複雑な形状であってもそれに対
応することができる。

【０１２１】また、実施の形態１、３において、透明膜
を酸化インジウムとした場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、フッ化マグネシウム、ポリ
メチルメタクリレートなどでも良い。

【０１２２】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である半導
体装置の製造工程に用いられるマスクに適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されず種々適用可能であ
り、フォトリソグラフィ技術により、所定の基板上に微
細、かつ複雑なパターンを転写させることを必要とする
技術分野に適用可能である。

【０１２３】

【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。

【０１２４】すなわち、本発明によれば、遮光膜に設け
られた位置合わせマークパターンを用いて位相シフタパ
ターンの位置合わせを行うことにより、位相シフタパタ
ーンと遮光膜との位置合わせを良好に行えるマスクの製
造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である光学マスクの要部
断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）はこの光学マスクの製造工程を
示す光学マスクの要部断面図である。

【図３】（ａ）は図１の光学マスクの露光状態を示す断
面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はこの光学マスクの透過領
域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施の形態である光学マスクの要
部断面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）はこの光学マスクの製造工程を
示す光学マスクの要部断面図である。

【図６】この光学マスクを製造する際に用いられる集束
イオンビーム装置の構成図である。

【図７】（ａ）は図４の光学マスクの露光状態を示す断
面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はこの光学マスクの透過領
域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態である光学マス
クの要部断面図である。

【図９】この光学マスクの要部平面図である。

【図１０】（ａ）は図８及び図９の光学マスクの露光状
態を示す断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はこの光学マス
クの透過領域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図
である。

【図１１】本発明のさらに他の実施の形態を示す光学マ
スクの要部断面図である。

【図１２】この光学マスクの要部平面図である。

【図１３】（ａ）は図１１及び図１２の光学マスクの断
面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はこの光学マスクの透過領
域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図である。

【図１４】本発明のさらに他の実施の形態である光学マ
スクの要部断面図である。

【図１５】本発明のさらに他の実施の形態である光学マ
スクの要部断面図である。

【図１６】（ａ）は図１４の光学マスクの露光状態を示
す断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は図１４で示した光学
マスクの透過領域を透過した光の振幅及び強度を示す説
明図である。

【図１７】本発明のさらに他の実施の形態である光学マ
スクの要部断面図である。

【図１８】（ａ）は従来の光学マスクの露光状態を示す
断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は従来の光学マスクの透
過領域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図であ
る。

【図１９】（ａ）は従来の光学マスクの露光状態を示す
断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は従来の光学マスクの透
過領域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図であ
る。

【図２０】従来の光学マスクを示す部分平面図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｇ マスク ２ マスク基板 ３ 金属層 ４ａ〜４ｃ 透明膜 ５ａ，５ｂ フォトレジスト ６ 帯電防止層 ７ａ〜７ｄ 位相シフト溝 ８ 集束イオンビーム装置 ９ イオン源 １０ 引き出し電極 １１ａ，１１ｂ 第１、第２レンズ電極 １２ａ〜１２ｃ 第１〜第３アパーチャ電極 １３ ブランキング電極 １４ 偏向電極 １５ 保持器 １６ 試料台 １７ レーザーミラー １８ レーザー干渉測長器 １９ 試料台駆動モータ ２０ 二次イオン・二次電子検出器 ２１ 電子シャワー放射部 ２２ 真空ポンプ ２３〜２７ 制御部 ２８〜３２ インターフェイス部 ３３ 制御コンピュータ ３４ ターミナル ３５ 磁気ディスク装置 ３６ ＭＴデッキ ３７ 溝 Ａ 遮光領域 Ｂ 透過領域 Ｃ サブ透過領域（同位相補助透過領域） Ｅ 電子線 ５０，５１ 従来のマスク ５２ 透明材料 ５３ 集積回路パターン Ｐ1 〜Ｐ3 従来のマスクにおける透過領域 Ｎ〜Ｎ3 従来のマスクにおける遮光領域

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク基板を準備する工程と、 前記マスク基板上に、集積回路パターンおよび位相シフ
   タパターンを形成する際の位置合わせに用いる位置合わ
   せマークを有する遮光膜を形成する工程と、 前記遮光膜を有する前記マスク基板上にレジスト膜を形
   成する工程と、 前記遮光膜に設けられた前記位置合わせマークを用いて
   位相シフタパターンの位置合わせを行う工程と、 前記レジスト膜をパターニングする工程と、 前記レジスト膜をマスクとして、前記マスク基板を掘り
   込んで位相シフタパターンを形成する工程とを有するこ
   とを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。