JP3344098B2

JP3344098B2 - ハーフトーン方式位相シフトマスク及びレジスト露光方法

Info

Publication number: JP3344098B2
Application number: JP19485294A
Authority: JP
Inventors: 史且上澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH0844039A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造における各種パターン形成技術等に用いられるハーフ
トーン方式位相シフトマスク、及びかかるハーフトーン
方式位相シフトマスクを用いたレジスト露光方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造におけるパターン転写
工程、所謂リソグラフィ工程で使用されるフォトマスク
は、フォトマスク上のパターン形状を例えばウエハから
成る基体上に形成されたレジストに転写するために用い
られる。尚、以下、特に断りがない限り、ウエハ等から
成る基体上に形成されたレジストを単にレジストと表現
する。また、特に断りがない限り、レジストパターンと
は、フォトマスク上のパターン形状を例えばウエハから
成る基体上に形成されたレジストに転写したときレジス
トに形成されるパターンを意味する。

【０００３】半導体装置等におけるパターン加工の寸法
は年々微細化している。そして、遮光領域と光透過領域
とから構成された従来型のフォトマスクでは、リソグラ
フィ工程で使用する露光装置の露光光の波長程度の解像
度を得ることができず、半導体装置等の製造において要
求される解像度を得ることが困難になりつつある。そこ
で、近年、このような従来型のフォトマスクに替わっ
て、光の位相を異ならせる位相シフト領域を具備した、
所謂位相シフトマスクが用いられるようになってきてい
る。位相シフトマスクを用いることによって、従来型の
フォトマスクでは形成不可能な微細なレジストパターン
の形成が可能とされている。

【０００４】従来の位相シフトマスクは、光透過領域、
光を遮光する遮光領域、及び光透過領域を通過する光の
位相と異なる位相の光を透過させる光透過物質から成る
位相シフト領域から構成されている。典型的な従来のエ
ッジ強調型位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図
１５の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図中、参照番
号１０は基板、参照番号１１２は光透過領域、参照番号
１１６は遮光領域、参照番号１１８は位相シフト領域、
参照番号１２０は光透過物質層、参照番号１２２は遮光
層である。光透過物質層１２０を設けることによって、
光透過領域１１２を通過した光の位相と、位相シフト領
域１１８を通過した光の位相を、例えば１８０度相違さ
せることができる。

【０００５】従来の位相シフトマスクにおいては、位相
シフト領域の形状あるいは位置を精確に制御しないと微
細なレジストパターンの形成ができない。また、パター
ン形状によっては、位相シフト領域が、本来光の干渉を
受けてはならない他の光透過領域にまで光の干渉を生じ
させる場合がある。このような場合には、位相シフト領
域を形成することができない。

【０００６】このような従来の位相シフトマスクの問題
点を解決するための位相シフトマスクの一種に、半遮光
層と光透過領域とから構成され、半遮光層を通過した光
の位相と光透過領域を通過した光の位相とが例えば１８
０度異なる、ハーフトーン方式位相シフトマスクがあ
る。ハーフトーン方式位相シフトマスクは、上述の従来
の位相シフトマスクの問題点を解決でき、しかも解像度
が向上する。更には、位相シフトマスクにおいて要求さ
れる光透過物質層の形成及び遮光領域の形成といった２
回の形成工程の代わりに、光透過領域の形成という１回
の形成工程で済むために、ハーフトーン方式位相シフト
マスクの作製は容易であり、しかも、マスク作製時に欠
陥が生成される度合も低いという利点を有する。

【０００７】ハーフトーン方式位相シフトマスクの模式
的な一部切断図を図１２の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図
中、参照番号１０は基板、参照番号１２は光透過領域、
参照番号１４は半遮光層である。半遮光層１４の下若し
くは上には、位相シフト層２０が形成されている。位相
シフト層２０は、光透過領域１２を通過した光の位相と
半遮光層１４を通過した光の位相を異ならせるための光
透過物質、例えばＳＯＧ（Spin On Glass）から成る。
尚、この場合、位相シフト層２０の厚さを、半遮光層１
４による位相差及び各層界面における位相のずれを考慮
し、光透過領域１２を通過した光の位相と、半遮光層１
４を通過した光の位相の差が１８０度となるように決定
する。あるいは又、図１２の（Ｃ）に示したハーフトー
ン方式位相シフトマスクは、所謂基板掘り込み型であ
る。基板１０に凹部１６を形成することによって、光透
過領域１２を通過した光の位相と半遮光層１４を通過し
た光の位相を異ならせることができる。尚、この場合、
凹部１６の深さを、半遮光層１４による位相差及び各層
界面における位相のずれを考慮し、光透過領域１２を通
過した光の位相と、半遮光層１４を通過した光の位相の
差が１８０度となるように決定する。

【０００８】ハーフトーン方式位相シフトマスクにおい
ては、半遮光層１４の振幅透過率は、０より大きく且つ
レジストを解像させない程度、例えば２０〜４５％程度
である。尚、光強度透過率で表現すると、４〜２０％程
度である。そして、半遮光層１４の厚さを制御すること
で所望の振幅透過率若しくは光強度透過率を得ることが
できる。通常、半遮光層１４の光強度透過率は、マスク
全面において、一様な値に設定されている。そして、ハ
ーフトーン方式位相シフトマスクに設けられたパターン
形状をレジストに転写してレジストパターンを形成する
ために、所定の光強度透過率及び位相を有する半遮光層
１４を通過した光と、位相が１８０度半遮光層とは異な
る光透過領域１２を通過した光の干渉を利用する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクは作製が比較的容易であり、
また、ハーフトーン方式位相シフトマスクを用いた露光
方法は解像度の向上を達成することができるといった数
々の利点を有する。しかしながら、従来型のフォトマス
クと比較して、所謂近接効果による悪影響が大きく現れ
るといった問題がある。

【００１０】即ち、隣接する光透過領域を通過した回折
光が相互に干渉し合うほど近接して２次元的に配列さ
れ、大きさが等しい複数の光透過領域から構成された光
透過領域群を有するハーフトーン方式位相シフトマスク
においては、光透過領域群の最外周に位置する光透過領
域によって形成されたレジストパターンの大きさと、光
透過領域群の他の領域に位置する光透過領域によって形
成されたレジストパターンの大きさが相違するという問
題がある。

【００１１】光透過領域群が５×５のマトリックス状に
２次元的に配列された光透過領域から成り、各光透過領
域の大きさが０．３８μｍであるハーフトーン方式位相
シフトマスクを想定する。各光透過領域の中心間の距離
を０．６０μｍとする。このハーフトーン方式位相シフ
トマスクはコンタクトホール形成用である。このハーフ
トーン方式位相シフトマスクの模式的な平面図を図１３
に示す。尚、このようなハーフトーン方式位相シフトマ
スクを、以下、従来のハーフトーン方式位相シフトマス
クあるいは従来例と呼ぶ。また、便宜上、光透過領域群
の最外周の内、コーナー部に位置する光透過領域を光透
過領域Ｂと呼び、光透過領域群の最外周の内、コーナー
部以外の位置にある光透過領域を光透過領域Ｃと呼び、
その他の領域に位置する光透過領域を光透過領域Ａと呼
ぶ。また、その他の領域に位置する光透過領域を光透過
領域群の中央に位置する光透過領域と呼ぶ場合もある。

【００１２】本明細書における大きさや距離の表示は、
レジストに形成されるパターンの大きさや距離を基準に
する。即ち、光透過領域の大きさが０．３８μｍである
という場合、露光装置の縮小光学系の縮小倍率を１／５
倍とすれば、ハーフトーン方式位相シフトマスクに形成
すべき光透過領域の大きさは、０．３８×５＝１．９０
μｍである。また、各光透過領域の中心間の距離が０．
６０μｍであるという場合、ハーフトーン方式位相シフ
トマスクに形成すべき各光透過領域の中心間の距離は、
０．６０×５＝３．００μｍである。

【００１３】以下の仕様を有するコンタクトホール形成
用の以下のハーフトーン方式位相シフトマスクを用い
て、以下の露光条件で光強度シミュレーションを行っ
た。光透過領域の大きさ：０．３８μｍ光透過領域の数：５×５各光透過領域の中心間距離：０．６μｍ半遮光層の光強度透過率：１０％露光光の波長：２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザ
光）露光装置の開口数（ＮＡ）：０．４２コヒーレンス度（σ）：０．３フォーカスオフセット値：０．６μｍ尚、コヒーレンス度（σ）は敢えて干渉の影響が強くな
るように、０．３とした。光強度シミュレーションの結
果を図１４に示す。この結果から、レジストに形成され
るレジストパターンの径（コンタクトホール径）を求め
たところ、光透過領域Ａに対応するレジストパターンの
径は０．３０４μｍ、光透過領域Ｂに対応するレジスト
パターンの径は０．３４８μｍとなった。即ち、光透過
領域群の最外周の内、コーナー部に位置する光透過領域
に対応するレジストパターンの径は０．０４μｍ以上も
拡大している。

【００１４】ここで、フォーカスオフセット値を、以下
のように定義する。即ち、位相シフトマスクやハーフト
ーン方式位相シフトマスクではない、光透過領域と遮光
領域から構成された通常のマスクを用いて、縮小投影光
学系においてかかるマスクに形成されたパターンをレジ
ストに転写したとき、最もシャープなレジストパターン
が形成されるときの焦点距離をフォーカスオフセット値
＝０μｍとする。また、この位置からレジストが形成さ
れた例えばウエハをハーフトーン方式位相シフトマスク
に近づける方向に移動させる場合、フォーカスオフセッ
ト値は「＋」の値であるとする。逆に、ウエハをハーフ
トーン方式位相シフトマスクから離れる方向に移動させ
る場合、フォーカスオフセット値は「−」の値であると
する。

【００１５】コンタクトホール形成用の以下のハーフト
ーン方式位相シフトマスク及び露光条件で実際にウエハ
上に形成された化学増幅型ポジレジストを露光した。光透過領域の大きさ：０．３７μｍ光透過領域の数：９×９各光透過領域の中心間距離：０．６μｍ半遮光層の光強度透過率：１０％露光光の波長：２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザ
光）露光装置の開口数（ＮＡ）：０．４２コヒーレンス度（σ）：０．５フォーカスオフセット値：０．６μｍ

【００１６】レジストを現像した後、レジストに形成さ
れた開口部の形状をＳＥＭにて観察したところ、光透過
領域群の最外周（光透過領域Ｂ，Ｃ）に対応するレジス
トの部分には開口部が形成されたが、光透過領域群の中
央に位置する光透過領域（光透過領域Ａ）に対応するレ
ジストの部分には所望形状の開口部が形成されなかっ
た。光透過領域の大きさを０．３８μｍとして同様の試
験を行ったところ、特に、光透過領域群の最外周のコー
ナー部（光透過領域Ｂ）に対応するレジストの部分に
は、光透過領域Ａと比較して、大きな開口部が形成され
た。

【００１７】光透過領域群の中央に位置する光透過領域
Ａを通過する０次の回折光は、四方に位置する光透過領
域Ｃを通過する１次以上の回折光と干渉し合う。一方、
光透過領域群の最外周の内、コーナー部に位置する光透
過領域Ｂを通過する０次の回折光は、二方に位置する光
透過領域Ｃを通過する１次以上の回折光、及び二方に位
置する半遮光層を通過する光と干渉し合う。更に、光透
過領域Ｃを通過する０次の回折光は、二方に位置する光
透過領域Ｂ及び一方に位置する光透過領域Ａを通過する
１次以上の回折光と干渉し合い、更には、一方に位置す
る半遮光層１４を通過する光と干渉し合う。

【００１８】このように、光透過領域Ｂ及び光透過領域
Ｃを通過する０次の回折光は、隣接する半遮光層１４を
通過する光と干渉し合う。その結果、光透過領域Ａから
得られたパターン像に対して、光透過領域Ｂ及び光透過
領域Ｃから得られたパターン像の方が高いコントラスト
を有する。即ち、シャープなレジストパターンを形成す
ることができる。一方、光透過領域Ａを通過する０次の
回折光は四方に位置する光透過領域Ｃを通過する１次以
上の回折光と干渉する。従って、光透過領域Ｂ，Ｃに基
づきシャープなレジストパターンを形成し得る露光条件
において、光透過領域Ａに基づくパターン像のコントラ
ストが低くなり、光透過領域Ａに対応するレジストの部
分には所望形状の開口部が形成されなくなる。

【００１９】尚、光透過領域の大きさや各光透過領域の
中心間の距離、あるいは露光条件によっては、光透過領
域群の中央に位置する光透過領域Ａに基づき得られるレ
ジストパターンの大きさが、光透過領域群の最外周に位
置する光透過領域Ｂ，Ｃに基づき得られるレジストパタ
ーンの大きさよりも大きくなる場合もある。

【００２０】このように、光透過領域群における光透過
領域が形成された位置に依存して、レジストに形成され
たレジストパターンの大きさが相違すると、所望の大き
さを有する微細なパターンを安定してレジストに形成す
ることが困難となる。特に、フォーカスオフセット値を
或る値として露光を行って一層微細なパターンをレジス
トに形成することが、一層困難になる。

【００２１】従って、本発明の第１の目的は、隣接する
光透過領域を通過した回折光が相互に影響を及ぼすほ
ど、即ち、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互
に干渉し合うほど、近接して配列された光透過領域から
構成された光透過領域群が形成されたハーフトーン方式
位相シフトマスクであって、各光透過領域が形成された
位置に拘らず、レジストに形成されるレジストパターン
の大きさを出来る限り一定とし得るハーフトーン方式位
相シフトマスク、及びかかるハーフトーン方式位相シフ
トマスクを用いたレジスト露光方法を提供することにあ
る。

【００２２】更に、本発明の第２の目的は、隣接する光
透過領域を通過した回折光が相互に影響を及ぼすほど、
即ち、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干
渉し合うほど、近接して配列された光透過領域から構成
された光透過領域群が形成され、且つ、孤立した光透過
領域を通過した回折光と光透過領域群の最外周に位置す
る光透過領域を通過した回折光とが干渉しない位置に、
孤立した光透過領域が配置されたハーフトーン方式位相
シフトマスクであって、各光透過領域が形成された位置
に拘らず、レジストに形成されるレジストパターンの大
きさを出来る限り一定とし得るハーフトーン方式位相シ
フトマスク、及びかかるハーフトーン方式位相シフトマ
スクを用いたレジスト露光方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するための本発明の第１の態様に係るハーフトーン方式
位相シフトマスクは、透明な基板上に形成された、半遮
光層、及び複数の光透過領域から構成された光透過領域
群から成り、半遮光層を通過した光の位相と光透過領域
を通過した光の位相が異なるハーフトーン方式位相シフ
トマスクであって、隣接する光透過領域を通過した回折
光が相互に干渉し合うほど、光透過領域群の各光透過領
域は近接して配列されており、光透過領域群の最外周に
位置する光透過領域のそれぞれの近傍に、補助光透過領
域が設けられていることを特徴とする。

【００２４】ここで、光透過領域群の最外周に位置する
光透過領域の近傍とは、光透過領域群が形成されていな
いハーフトーン方式位相シフトマスクの領域を意味す
る。より具体的には、光透過領域群の外側の領域を意味
する。従って、補助光透過領域を挟んで光透過領域が対
向するような位置に、補助光透過領域は設けられていな
い。

【００２５】本発明の第１の態様に係るハーフトーン方
式位相シフトマスクにおいては、補助光透過領域の代わ
りに補助遮光領域を設けてもよい。

【００２６】上記の第２の目的を達成するための本発明
の第２の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスク
は、透明な基板上に形成された、半遮光層、複数の光透
過領域から構成された光透過領域群、及び孤立した光透
過領域から成り、半遮光層を通過した光の位相と光透過
領域を通過した光の位相が異なるハーフトーン方式位相
シフトマスクであって、隣接する光透過領域を通過した
回折光が相互に干渉し合うほど、光透過領域群の各光透
過領域は近接して配列されており、孤立した光透過領域
を通過した回折光と光透過領域群の最外周に位置する光
透過領域を通過した回折光とが干渉しない位置に、孤立
した光透過領域は配置されており、孤立した光透過領域
の近傍に、補助光透過領域が設けられていることを特徴
とする。

【００２７】本発明の第２の態様に係るハーフトーン方
式位相シフトマスクにおいては、光透過領域群の最外周
に位置する光透過領域のそれぞれの近傍に、補助光透過
領域を設けてもよい。また、補助光透過領域の代わりに
補助遮光領域を設けてもよい。

【００２８】補助遮光領域は、例えばカーボンから構成
することができる。

【００２９】光透過領域群の配列パターンとしては、１
×Ｎ（但し、Ｎは３以上の整数）、２×Ｎ、Ｍ×Ｎ’
（但し、Ｍ及びＮ’は３以上の整数）の１次元的若しく
は２次元的配列パターンを例示することができる。この
場合、１×Ｎの配列パターンにおいては、１番目及びＮ
番目の光透過領域を、光透過領域群の最外周に位置する
光透過領域とする。一方、Ｋ番目（１＜Ｋ＜Ｎ）の光透
過領域を、光透過領域群の他の領域に位置する光透過領
域とする。２×Ｎの配列パターンにおいては、（１，
１）番目、（１，２）番目、（Ｎ，１）番目及び（Ｎ，
２）番目の光透過領域を、光透過領域群の最外周に位置
する光透過領域とする。一方、その他の光透過領域を、
光透過領域群の他の領域に位置する光透過領域とする。
Ｍ×Ｎ’の配列パターンにおいては、１行目、１列目、
Ｍ行目及びＮ’列目に位置する光透過領域を、光透過領
域群の最外周に位置する光透過領域とする。一方、その
他の光透過領域を、光透過領域群の他の領域に位置する
光透過領域とする。

【００３０】上記の目的を達成するための本発明のレジ
スト露光方法は、上述した本発明のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いて、基体上に形成されたレジスト
を露光することを特徴とする。

【００３１】

【作用】本発明の第１の態様に係るハーフトーン方式位
相シフトマスクにおいては、光透過領域群の最外周に位
置する光透過領域のそれぞれの近傍に、補助光透過領域
を設ける。これによって、光透過領域群の最外周に位置
する光透過領域を通過する０次の回折光は、補助光透過
領域及び周囲の光透過領域を通過する１次以上の回折光
と干渉し合う。一方、最外周以外の位置に位置する光透
過領域を通過する０次の回折光は、周囲の光透過領域を
通過する１次以上の回折光と干渉し合う。本発明の第２
の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスクにおい
ては、孤立した光透過領域の近傍に、補助光透過領域を
設ける。これによって、孤立した光透過領域を通過する
０次の回折光は、補助光透過領域を通過する１次以上の
回折光と干渉し合う。

【００３２】従って、各光透過領域に基づき得られるパ
ターン像のコントラストを略一定にすることが可能にな
る。その結果、各光透過領域の周囲における光透過領域
若しくは半遮光層の配置状態に依存することなく、ほぼ
均一な大きさの光透過領域に基づくレジストパターンを
ウエハ等から成る基体上のレジストに形成することがで
きる。

【００３３】補助光透過領域を補助遮光領域に置き換え
た場合、補助遮光領域とその近傍の光透過領域との間に
は位相シフト作用が働かなくなり、かかる光透過領域に
基づき得られるパターン像のコントラスト、及び位相シ
フト効果が及んでいる光透過領域に基づき得られるパタ
ーン像のコントラストを概ね等しくすることができる。
その結果、各光透過領域の周囲における光透過領域若し
くは半遮光層の配置状態に依存することなく、ほぼ均一
な大きさの光透過領域に基づくレジストパターンをウエ
ハ等から成る基体上のレジストに形成することができ
る。

【００３４】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００３５】（実施例１）実施例１のハーフトーン方式
位相シフトマスクは、コンタクトホール形成用であり、
５×５の光透過領域から成る光透過領域群が形成されて
いる。その他の諸元は以下のとおりである。光透過領域の大きさ：０．３８μｍ光透過領域の数：５×５各光透過領域の中心間距離：０．６μｍ半遮光層の光強度透過率：１０％

【００３６】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマ
スクは、図１に模式的な一部平面図を、また、図２に模
式的な一部切断図を示すように、透明な基板１０上に形
成された、半遮光層１４、及び複数の光透過領域１２
Ａ，１２Ｂ，１２Ｃから構成された光透過領域群から成
り、半遮光層１４を通過した光の位相と光透過領域を通
過した光の位相が異なる。

【００３７】隣接する光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２
Ｃを通過した回折光が相互に干渉し合うほど、光透過領
域群の各光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは近接して
配列されている。実施例１においては、５×５の光透過
領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが２次元的にマトリックス
状に配列されている。尚、光透過領域１２Ａは光透過領
域群の中央に位置する光透過領域であり、光透過領域１
２Ｂは、光透過領域群の最外周の内、コーナー部に位置
する光透過領域であり、光透過領域１２Ｃは、光透過領
域群の最外周の内、コーナー部以外の位置にある光透過
領域である。

【００３８】実施例１においては、各光透過領域の中心
間の距離を０．６μｍとした。このような距離にあって
は、光透過領域群の各光透過領域１２Ａ，１２Ｂ，１２
Ｃにおいては、隣接する光透過領域を通過した回折光が
相互に干渉し合う。ここで、回折光が相互に干渉し合う
とは、或る光透過領域を通過した０次の回折光と、この
光透過領域に隣接した光透過領域を通過した１次以上の
回折光が干渉することを意味する。

【００３９】実施例１においては、補助光透過領域４０
は、光透過領域群の最外周の内、コーナー部に位置する
光透過領域１２Ｂの外側にそれぞれ２つずつ、合計８箇
所に設けられている。各補助光透過領域４０の大きさ
は、長さ０．３８μｍ、幅０．１０μｍである。補助光
透過領域４０の中心から光透過領域１２Ｂの中心までの
距離を０．６０μｍとした。

【００４０】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマ
スクの模式的な一部切断図を図２に示す。図２の（Ａ）
及び（Ｂ）における参照番号１０は基板、参照番号１２
は光透過領域、参照番号１４は半遮光層、参照番号４０
は補助光透過領域である。半遮光層１４の下若しくは上
には、位相シフト層２０が形成されている。位相シフト
層２０は、光透過領域１２及び補助光透過領域４０を通
過した光の位相と半遮光層１４を通過した光の位相を異
ならせるための光透過物質、例えばＳＯＧから成る。
尚、この場合、位相シフト層２０の厚さを、半遮光層１
４による位相差及び各層界面における位相のずれを考慮
し、光透過領域１２及び補助光透過領域４０を通過した
光の位相と、半遮光層１４を通過した光の位相の差が１
８０度となるように決定する。あるいは又、図２の
（Ｃ）に示したハーフトーン方式位相シフトマスクは、
所謂基板掘り込み型である。基板１０に凹部１６を形成
することによって、光透過領域１２及び補助光透過領域
４０を通過した光の位相と半遮光層１４を通過した光の
位相を異ならせることができる。尚、この場合、凹部１
６の深さを、半遮光層１４による位相差及び各層界面に
おける位相のずれを考慮し、光透過領域１２及び補助光
透過領域４０を通過した光の位相と、半遮光層１４を通
過した光の位相の差が１８０度となるように決定する。

【００４１】このような実施例１のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いた光強度シミュレーションの結果
を図３の（Ａ）に示す。尚、露光条件を以下のとおりと
した。露光光の波長：２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザ
光）露光装置の開口数（ＮＡ）：０．４２コヒーレンス度（σ）：０．３フォーカスオフセット値：０．６μｍ

【００４２】このシミュレーション結果から、レジスト
パターンの径（コンタクトホール径）を求めたところ、
光透過領域Ａに対応するレジストパターンの径（Ｄ_A）
は０．３０４μｍ、光透過領域Ｂに対応するレジストパ
ターンの径（Ｄ_B）は０．３２８μｍとなった。尚、補
助光透過領域を設けない従来例の場合の光透過領域Ｂに
対応するレジストパターンの径は０．３４８μｍであっ
た。この結果から、Ｄ_B／Ｄ_Aの値は、実施例１：１．０７９従来例：１．１４５となり、光透過領域Ａに対応するレジストパターンの径
に対する光透過領域Ｂに対応するレジストパターンの径
の拡大は、従来例と比較して約１／２に低減できること
が判った。

【００４３】従来例においては、光透過領域Ｂが他の光
透過領域から受ける干渉の度合と、光透過領域Ａが他の
光透過領域から受ける干渉の度合の相違が大きい。その
ため、光透過領域Ａに対応するレジストパターンの径に
対する光透過領域Ｂに対応するレジストパターンの径の
拡大が大きい。一方、本発明のハーフトーン方式位相シ
フトマスクにおいては、補助光透過領域４０が存在する
ために、光透過領域Ｂが他の光透過領域から受ける干渉
の度合と、光透過領域Ａが他の光透過領域から受ける干
渉の度合の相違が小さくなる。その結果、光透過領域Ａ
に対応するレジストパターンの径に対する光透過領域Ｂ
に対応するレジストパターンの径の拡大を減少させるこ
とができる。

【００４４】シリコン半導体基板に形成された絶縁層か
ら成る基体上にレジストを形成し、実施例１にて説明し
たコンタクトホール形成用のハーフトーン方式位相シフ
トマスクを用いてかかるレジストを露光した。その後、
レジストを現像し、レジストに形成された開口部を評価
したところ、各光透過領域の周囲における光透過領域の
配置状態に依存することなく、ほぼ同一径の開口部を形
成することができた。

【００４５】（実施例２）実施例１においては、光透過
領域Ａに対応するレジストパターンの径に対する光透過
領域Ｂに対応するレジストパターンの径の拡大は従来例
と比較して約１／２に低減できるが、未だ十分満足すべ
きものではない。また、幅が僅か０．１μｍの補助光透
過領域を形成することは、ハーフトーン方式位相シフト
マスクの作製プロセス上、大きな負担である。

【００４６】実施例２においては、補助光透過領域４０
の大きさを、幅０．２μｍ、長さ０．３８μｍとし、光
透過領域１２Ｂと補助光透過領域４０の中心間距離を
０．６μｍとした。この点を除き、実施例２のハーフト
ーン方式位相シフトマスクは、実施例１と同様である。
かかる実施例２のハーフトーン方式位相シフトマスクを
用いた光強度シミュレーションの結果を図３の（Ｂ）に
示す。尚、露光条件は実施例１と同様である。

【００４７】このシミュレーション結果から、レジスト
パターンの径（コンタクトホール径）を求めたところ、
光透過領域Ａに対応するレジストパターンの径（Ｄ_A）
は０．３０４μｍ、光透過領域Ｂに対応するレジストパ
ターンの径（Ｄ_B）は０．３１７μｍとなった。即ち、
Ｄ_B／Ｄ_Aの値は１．０４３であり、実施例１での値
（１．０７９）と比較して、レジストパターンの径の拡
大を一層低減できることが判った。

【００４８】（実施例３）実施例１及び実施例２においては、光透過領域と同様の
構造を有する補助光透過領域４０を、光透過領域群の最
外周に位置する光透過領域のそれぞれの近傍に設けた。
これに対して、実施例３においては、補助光透過領域４
０の代わりに、補助遮光領域４２を、光透過領域群の最
外周に位置する光透過領域のそれぞれの近傍に設けた。
補助遮光領域４２は炭素が堆積した層から成り、光強度
透過率はほぼ０％である。実施例３においては、補助遮
光領域４２は、光透過領域群の最外周の内、コーナー部
に位置する光透過領域１２Ｂの外側にそれぞれ２つず
つ、合計８箇所に設けられている。

【００４９】実施例３における補助遮光領域４２の大き
さを、幅０．４０μｍ、長さ０．５０μｍとし、光透過
領域１２Ｂと補助遮光領域４２の中心間距離を０．６０
μｍとした。この点を除き、実施例３のハーフトーン方
式位相シフトマスクは、実施例１と同様である。実施例
３のハーフトーン方式位相シフトマスクの模式的な平面
図を図５に、また、一部切断図を図６に示す。かかる実
施例３のハーフトーン方式位相シフトマスクを用いた光
強度シミュレーションの結果を図４に示す。尚、露光条
件は実施例１と同様である。

【００５０】このシミュレーション結果から、レジスト
パターンの径（コンタクトホール径）を求めたところ、
光透過領域Ａに対応するレジストパターンの径（Ｄ_A）
は０．３０４μｍ、光透過領域Ｂに対応するレジストパ
ターンの径（Ｄ_B）は０．３２４μｍとなった。即ち、
Ｄ_B／Ｄ_Aの値は１．０６６であり、実施例１及び実施例
２での値と同様に、レジストパターンの径の拡大を低減
できることが判った。

【００５１】補助遮光領域４２を設けることによって、
光透過領域Ｂは部分的に位相シフト作用を受けなくな
る。その結果、光透過領域Ｂに基づき形成されるパター
ン像のコントラストが低下する。かかるコントラストの
低下を、光透過領域Ａが他の光透過領域から受ける干渉
の結果として生じるパターン像のコントラストの低下と
略等しくすれば、光透過領域Ａに対応するレジストパタ
ーンの径に対する光透過領域Ｂに対応するレジストパタ
ーンの径の拡大を減少させることができる。尚、補助光
透過領域４０を形成する場合と比較して、ハーフトーン
方式位相シフトマスクの作製工程は増加するが、補助光
透過領域４０による現像後のレジスト膜減りという問題
は、補助遮光領域４２を形成する場合には生じない。

【００５２】補助遮光領域４２は、例えば、圧力１．３
×１０^-4Ｐａ以下に制御されたピレンガス雰囲気中で加
速電圧２０ＫＶ、イオン電流１２０ｐＡのＧａ⁺集束イ
オンビームを２分間走査することにより、厚さ３００ｎ
ｍの炭素から成る層を堆積させることによって形成する
ことができる。尚、収束イオンビームとしてＧａ⁺イオ
ンビーム以外にも、補助遮光領域を形成できるイオンビ
ームであれば如何なるイオンビームをも用いることがで
きる。また、補助遮光領域を形成するために、炭素含有
ガスとしてピレンガスを用いたが、ピレンガスに限定さ
れるものでなく、炭素を含有するガスならば如何なるガ
スをも用いることができる。更には、レーザービームあ
るいは電子ビーム等を使用してもよい。

【００５３】（実施例４）実施例４は、本発明の第２の
態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスクに関す
る。図７に模式的な一部平面図に示すように、実施例４
のハーフトーン方式位相シフトマスクは、透明な基板１
０上に形成された、半遮光層１４、複数の光透過領域１
２Ｂから構成された光透過領域群、及び孤立した光透過
領域３０から成り、半遮光層１４を通過した光の位相と
光透過領域１２Ｂ，３０を通過した光の位相が、例えば
１８０度異なる。

【００５４】隣接する光透過領域１２Ｂを通過した回折
光が相互に干渉し合うほど近接して、光透過領域群の各
光透過領域１２Ｂは配列されている。実施例４において
は、２×２の光透過領域１２Ｂが２次元的にマトリック
ス状に配列されている。尚、これらの光透過領域１２Ｂ
の全ては、光透過領域群の最外周であって且つコーナー
部に位置する光透過領域である。実施例４においては、
各光透過領域の大きさを０．３８μｍ×０．３８μｍと
し、各光透過領域の中心間の距離を０．６０μｍとし
た。このような距離にあっては、光透過領域群の各光透
過領域１２Ｂを通過した回折光は相互に干渉し合う。即
ち、実施例４においては、光透過領域群を構成する光透
過領域１２Ｂは２×２のマトリックス状に配列されてい
るので、各光透過領域が他の光透過領域から受ける影響
は等しい。従って、光透過領域１２Ｂの近傍には補助光
透過領域を設けていない。

【００５５】一方、孤立した光透過領域３０を通過した
回折光と光透過領域群の最外周に位置する光透過領域１
２Ｂを通過した回折光とが干渉しない位置に、孤立した
光透過領域３０が配置されている。具体的には、最も近
接した光透過領域群中の光透過領域１２Ｂ’と孤立した
光透過領域３０の中心間の距離は１．５μｍ以上離れて
いる。ここで、孤立した光透過領域を通過した回折光と
光透過領域群の最外周に位置する光透過領域を通過した
回折光とが干渉しないとは、孤立した光透過領域３０を
通過した０次の回折光と、この孤立した光透過領域３０
に隣接した光透過領域１２Ｂ’を通過した１次以上の回
折光が干渉し合わず、しかも、孤立した光透過領域３０
を通過した１次以上の回折光と、この孤立した光透過領
域３０に隣接した光透過領域１２Ｂ’を通過した０次の
回折光が干渉し合わないことを意味する。

【００５６】そして、孤立した光透過領域３０の近傍
に、補助光透過領域４０が設けられている。実施例４に
おいては、孤立した光透過領域３０の大きさを０．３８
μｍ×０．３８μｍとした。一方、補助光透過領域４０
を大きさを、幅０．２μｍ、長さ０．３８μｍとし、孤
立した光透過領域３０と補助光透過領域４０の中心間距
離を０．６μｍとした。補助光透過領域４０は、孤立し
た光透過領域３０の三方向に設けられている。実施例４
においては、光透過領域１２Ｂに面した方向には補助光
透過領域を設けていない。

【００５７】孤立した光透過領域３０及び補助光透過領
域４０の断面構造は、実質的には図２に示した断面構造
と同様とすることができる。

【００５８】このような実施例４のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いてレジストにパターンを形成した
とき、実施例１で説明したと同様に、孤立した光透過領
域３０の配置状態に拘らず、光透過領域群における光透
過領域１２Ｂに基づくレジストパターンとほぼ同じ大き
さのレジストパターンを得ることができた。

【００５９】（実施例５）実施例５は、実施例４の変形
であり、実施例１と実施例４の組み合わせに関する。実
施例５においては、図８に平面図を示すように、光透過
領域群が５×５の２次元的にマトリックス状に配列され
ている。更に、孤立した光透過領域３０が配置されてい
る。光透過領域群を構成する光透過領域１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃの配列及び大きさは、実施例１と同様とし
た。一方、実施例５においては、孤立した光透過領域３
０を通過した回折光と光透過領域群の最外周に位置する
光透過領域を通過した回折光とが干渉しない位置に、孤
立した光透過領域３０が配置されている。具体的には、
最も近接した光透過領域群中の光透過領域１２Ｃ’と孤
立した光透過領域３０の中心間の距離は１．５μｍ以上
離れている。孤立した光透過領域３０の大きさは、実施
例４と同様である。また、補助光透過領域４０の配置及
び大きさも実施例１及び実施例４と同様とした。

【００６０】このような実施例５のハーフトーン方式位
相シフトマスクを用いてレジストにパターンを形成した
とき、実施例１及び実施例４で説明したと同様に、光透
過領域の配置状態に拘らず、ほぼ同じ大きさのレジスト
パターンを得ることができた。

【００６１】実施例４及び実施例５においては、補助光
透過領域４０を設けたが、その代わりに、実施例３と同
様に補助遮光領域４２を設けてもよい。

【００６２】以下、ハーフトーン方式位相シフトマスク
の作製方法の概要を説明する。

【００６３】図２の（Ａ）に示したハーフトーン方式位
相シフトマスクを作製する工程を、図９を参照して、以
下、説明する。先ず、石英等の透明材料から成る基板１
０の表面上に、例えばＳＯＧから成る位相シフト層２０
を塗布法にて形成する。位相シフト層２０の厚さを、光
透過領域１２及び補助光透過領域４０を通過した光の位
相と、半遮光層１４を通過した光の位相の差が１８０度
となるように決定した。次に、位相シフト層２０上に、
厚さ２２ｎｍのクロムから成る半遮光層１４をスパッタ
法にて形成する（図９の（Ａ）参照）。尚、ＫｒＦエキ
シマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を露光光として用い
た場合、かかる厚さの半遮光層１４の光強度透過率は１
０％である。一般には、光強度透過率が例えば４〜２０
％となるように、半遮光層１４の厚さを選択する。次
に、半遮光層１４の上に、例えばポジ型レジスト５０を
塗布法で形成する。そして、例えば電子線描画法にて、
光透過領域及び補助光透過領域を形成すべき部分の上の
ポジ型レジスト５０に電子線を照射し、ポジ型レジスト
５０を現像する（図９の（Ｂ）参照）。尚、補助光透過
領域を形成すべき部分の図示は省略した。その後、塩素
及び酸素の混合ガスによるプラズマ中でクロムから成る
半遮光層１４をドライエッチングし（図９の（Ｃ）参
照）、更に、四フッ化炭素及び酸素の混合ガスによるプ
ラズマ中でＳＯＧから成る位相シフト層２０のエッチン
グを行い、最後にポジ型レジスト５０を除去する。こう
して、図２の（Ａ）に示すハーフトーン方式位相シフト
マスクを作製することができる。

【００６４】図２の（Ｂ）に示したハーフトーン方式位
相シフトマスクを作製する工程は、基本的には、上述の
図２の（Ａ）に示したハーフトーン方式位相シフトマス
クの作製方法と工程順序が異なる点を除き同様とするこ
とができる。即ち、図１０の（Ａ）に示すように、先
ず、石英等の透明材料から成る基板１０の表面上に、ク
ロムから成る半遮光層１４をスパッタ法にて形成し、次
いで、その上に、例えばＳＯＧから成る位相シフト層２
０を塗布法にて形成する。その後、位相シフト層２０の
上に、例えばポジ型レジスト５０を塗布法で形成する。
そして、例えば電子線描画法にて、光透過領域及び補助
光透過領域を形成すべき部分の上のポジ型レジスト５０
に電子線を照射し、ポジ型レジスト５０を現像する（図
１０の（Ｂ）参照）。尚、補助光透過領域を形成すべき
部分の図示は省略した。その後、四フッ化炭素及び酸素
の混合ガスによるプラズマ中でＳＯＧから成る位相シフ
ト層２０のエッチング（図１０の（Ｃ）参照）、塩素及
び酸素の混合ガスによるプラズマ中でクロムから成る半
遮光層１４をドライエッチングを行い、最後にポジ型レ
ジスト５０を除去する。こうして、図２の（Ｂ）に示す
ハーフトーン方式位相シフトマスクを作製することがで
きる。

【００６５】図２の（Ｃ）に示した基板掘り込み型のハ
ーフトーン方式位相シフトマスクを作製する工程を、図
１１を参照して、以下、説明する。先ず、石英等の透明
材料から成る基板１０の表面上に、例えば厚さ２２ｎｍ
のクロムから成る半遮光層１４をスパッタ法にて形成す
る。次に、半遮光層１４の上に、例えばポジ型レジスト
５０を塗布法で形成する（図１１の（Ａ）参照）。そし
て、例えば電子線描画法にて、光透過領域及び補助光透
過領域を形成すべき部分の上のポジ型レジスト５０に電
子線を照射し、ポジ型レジスト５０を現像する（図１１
の（Ｂ）参照）。尚、補助光透過領域を形成すべき部分
の図示は省略した。その後、塩素及び酸素の混合ガスに
よるプラズマ中でクロムから成る半遮光層１４をドライ
エッチングし（図１１の（Ｃ）参照）、更に、四フッ化
炭素及び酸素の混合ガスによるプラズマ中で基板１０の
エッチングを行い、最後にポジ型レジスト５０を除去す
る。こうして、図２の（Ｃ）に示すハーフトーン方式位
相シフトマスクを作製することができる。

【００６６】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した各種の数値、光透過領域の
大きさや配置・配列、位相差、補助光透過領域や補助遮
光領域の大きさや配置などは例示であり、各種のシミュ
レーションや試験を行うことによって、適宜、所望の値
あるいは適切な値に変更することができる。光透過領域
群における各光透過領域の配列はマトリックス状に限定
されず、例えば、等間隔に配列されたコンタクトホール
を形成するために、２次元的に千鳥状に交互に配列した
り、その他、適宜変更することができる。実施例１〜
３、実施例５においては、補助光透過領域４０あるいは
補助遮光領域４２を、光透過領域群の最外周であって且
つコーナー部に位置する光透過領域Ｂの近傍に設けた
が、必要に応じて、光透過領域群の最外周の内、コーナ
ー部以外の位置にある光透過領域Ｃの近傍に設けること
ができる。

【００６７】ハーフトーン方式位相シフトマスクの作製
工程で用いた各種材料を適宜変更することができる。基
板１０は、石英以外にも、通常のガラス、適宜各種成分
を添加したガラス等から構成することができる。半遮光
層１４を構成する材料はクロムに限定されず、酸化クロ
ム、クロム上に積層された酸化クロム、高融点金属
（Ｗ、Ｍｏ、Ｂｅ等）、タンタル、アルミニウムや、Ｍ
ｏＳｉ₂等の金属シリサイドなど、光を適当量遮光する
ことができる材料を用いることができる。また、位相シ
フト層２０は、ＳＯＧから構成する代わりに、ポリメチ
ルメタクリレート、フッ化マグネシウム、二酸化チタ
ン、ポリイミド樹脂、二酸化珪素、酸化インジウム、Ｓ
ｉＮ、各種レジスト等、透明な材料であればよい。ポジ
型レジストの代わりにネガ型レジストを用いてもよい。
この場合、電子線描画領域はポジ型レジストの場合と逆
になる点が異なる。

【００６８】

【発明の効果】本発明のハーフトーン方式位相シフトマ
スクにおいては、各光透過領域の周囲における光透過領
域若しくは半遮光層の配置状態に依存することなく、ほ
ぼ均一な大きさのパターンをウエハ等から成る基体上の
レジストに形成することができる。しかも、所定のフォ
ーカスオフセット量にてほぼ均一な大きさの微細パター
ンをウエハ等から成る基体上のレジストに形成すること
ができるので、ハーフトーン方式位相シフトマスク全体
としての焦点深度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図２】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な一部切断図である。

【図３】実施例１及び実施例２のハーフトーン方式位相
シフトマスクの光強度シミュレーションの結果を示す図
である。

【図４】実施例３のハーフトーン方式位相シフトマスク
の光強度シミュレーションの結果を示す図である。

【図５】実施例３のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図６】実施例３のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な一部切断図である。

【図７】実施例４のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図８】実施例５のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な平面図である。

【図９】図２の（Ａ）に示したハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図１０】図２の（Ｂ）に示したハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図１１】図２の（Ｃ）に示したハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図１２】従来のハーフトーン方式位相シフトマスクの
模式的な一部切断図である。

【図１３】従来のハーフトーン方式位相シフトマスクの
模式的な一部平面図である。

【図１４】従来のハーフトーン方式位相シフトマスクの
光強度シミュレーションの結果を示す図である。

【図１５】典型的な従来のエッジ強調型位相シフトマス
クの模式的な一部切断図である。

【符号の説明】

１０基板１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ光透過領域１４半遮光層２０位相シフト層３０孤立した光透過領域４０補助光透過領域４２補助遮光領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な基板上に形成された、半遮光層、及
び複数の光透過領域から構成された光透過領域群から成
り、半遮光層を通過した光の位相と光透過領域を通過し
た光の位相が異なるハーフトーン方式位相シフトマスク
であって、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干渉し合
うほど、光透過領域群の各光透過領域は近接して配列さ
れており、光透過領域群の最外周に位置する光透過領域のそれぞれ
の近傍に補助遮光領域が設けられており、以て、該光透
過領域と該補助遮光領域との間に位相シフト作用が働か
ないことを特徴とするハーフトーン方式位相シフトマス
ク。
【請求項２】透明な基板上に形成された、半遮光層、複
数の光透過領域から構成された光透過領域群、及び孤立
した光透過領域から成り、半遮光層を通過した光の位相
と光透過領域を通過した光の位相が異なるハーフトーン
方式位相シフトマスクであって、隣接する光透過領域を通過した回折光が相互に干渉し合
うほど、光透過領域群の各光透過領域は近接して配列さ
れており、孤立した光透過領域を通過した回折光と光透過領域群の
最外周に位置する光透過領域を通過した回折光とが干渉
しない位置に、孤立した光透過領域は配置されており、孤立した光透過領域の近傍に補助遮光領域が設けられて
おり、以て、該孤立した光透過領域と該補助遮光領域と
の間に位相シフト作用が働かないことを特徴とするハー
フトーン方式位相シフトマスク。
【請求項３】光透過領域群の最外周に位置する光透過領
域のそれぞれの近傍に、更に、補助遮光領域が設けられ
ており、以て、該光透過領域と該補助遮光領域との間に
位相シフト作用が働かないことを特徴とする請求項２に
記載のハーフトーン方式位相シフトマスク。
【請求項４】補助遮光領域はカーボンから成ることを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の
ハーフトーン方式位相シフトマスク。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記
載されたハーフトーン方式位相シフトマスクを用いて、
基体上に形成されたレジストを露光することを特徴とす
るレジスト露光方法。