JP3345447B2 - 露光用マスクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置の製造工
程のリソグラフィー工程に用いられる露光用マスクの製
造方法に係わり、特にリソグラフィーのマスクにおいて
半透明膜からなる位相シフタを形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術の進歩と共に半導体装置ひい
ては半導体素子は高集積化、微細化の一途を辿ってい
る。この半導体素子の製造に際し、リソグラフィー技術
は加工の要として特に重要である。

【０００３】現在のリソグラフィー技術ではマスクパタ
ーンを縮小光学系を介してＬＳＩ基板上に投影露光する
方法が主に用いられている。このリソグラフィー技術に
おける微細化は露光波長の制約を大きく受け、波長以下
のパターンを形成するのは非常に困難であった。これは
波長とほぼ同寸法のパターンでは隣接するパターンで干
渉が生じ、本来暗部として形成したい領域で光強度を有
し、暗部と明部の光量差がほとんど生じないことが原因
となっている。このため、任意の波長を用いてＬＳＩ基
板上にパターン形成を行う場合、最小線幅を波長に対し
１．４倍程度の寸法に止めざるを得なかった。

【０００４】しかし近年のＬＳＩに要求される最小線幅
は６４ＭＤＲＡＭで０．３５μｍ、更に２５６ＭＤＲＡ
Ｍでは０．２５μｍとされている。これらの寸法を従来
のリソグラフィー技術で実現するためには最小線幅０．
３５μｍについては露光光源をＫｒＦレーザ、最小線幅
０．２５μｍについてはＡｒＦレーザで対処する必要が
出てくる。しかし、これらの光源を用いた場合には対応
するレジストの開発が必要となるが、これらのレジスト
は依然研究過程にあり実用化にはなおかなりの時期を必
要とする。露光光源をＥＢに置き換えることも不可能で
はないが、光を用いた露光と比較しスループットが大幅
に低下し実用性にそぐわない。

【０００５】これらの理由から、従来の露光光源の短波
長化に代わり、露光波長を変えることなく微細化を促進
させる手法について考えられるようになった。

【０００６】露光波長を変えず微細化を促進する手法は
レジスト面の改良と、光学面の改良の２つに大きくわけ
ることができる。レジスト面の改良としては材料自体の
改良或いはレジストの利用面での改良、すなわちＣＥＬ
プロセス、多層レジストプロセス等が考えられている
が、いずれの手法に於いても露光波長より大きい寸法の
パターンで効果があるものの露光波長以下のパターンに
ついては効果は期待できない。なぜならこれらの技術は
光学系を介して得られる像コントラストに依存してしま
うためである。従って、本質的に微細化を行うためには
像コントラストの改善、即ち光学面の改良が必要とされ
る。

【０００７】光学面の改良としては結像角の改善効果を
目的としたものと、パターン間干渉の低減を目的とした
ものが有るが、従来の手法により微細化が大幅に促進さ
れることが見込まれる、特公昭６２−５０８１１によれ
ば露光マスク上の隣接する開口部の少なくとも一方に位
相部材を設け、双方の開口部を透過する光の干渉を低減
する手法が述べられている。この手法を用いることで空
間周波数が１／２となり解像性能が大幅に向上し、従来
より得られていた解像寸法の約１／２の寸法のパターン
まで解像させることが可能である。

【０００８】しかしこの手法に於いては３つ以上のパタ
ーンが隣接する場合効果を発揮することは難しい。即ち
２つのパターンの光位相差を１８０°とした場合、もう
一つのパターンは先の２つのパターンのうち一方と同位
相となり、その結果、位相差１８０°のパターン同志は
解像するが、位相差０°のパターンでは非解像となると
いう問題点がある。この問題を解決するためには、デバ
イス設計を根本から見直す必要があり、直ちに実用化す
るのにかなりの困難を要する。

【０００９】この技術に対し位相シフト法を用い、且つ
デバイス設計変更を必要としない手法としてハーフトー
ン型位相シフトマスクがある。この位相シフト法の効果
を最大限に生かすには透明部分と半透明膜を透過した光
の位相差と両者の振幅透過率比を最適化することが重要
である。各々の位相差と両者の振幅透過率比はこれらの
膜の光学定数（複素屈折率ｎ−ｉｋ：ここでｉは虚数単
位）と膜厚により一意的に決まる。つまり所望の位相差
と振幅透過率を得るためには光学定数と膜厚とが、ある
関係を満足する必要がある。しかしながら光学定数は物
質に固有の値であるため所望の条件を単層膜で満足させ
ることは難しい。

【００１０】図２６は特願平３−２９４５４０号で述べ
た理想的な従来の半透明位相膜の構造を示したものであ
る。この手法で形成されたマスクは、透光性基板１１０
１上の光透過部１１０１ａと、光半透過膜１１０１ｂと
から成り、光半透過膜１１０１ｂを光透過部１１０１ａ
に対する振幅透過率比を１０〜３０％で形成し、かつこ
こを通過する光の位相を、光透過部に対し１８０°変化
させるものである。これらの目的を満足させるため振幅
透過率を調整するための第一の層１１０２と第一の層１
１０２によって生じた位相差を合わせて１８０°となる
ように調整する第二の層１１０３との２層構造によって
半透過膜１１０１ｂを構成している。

【００１１】また特願平３−２９４５４０号では露光光
に対し透明な樹脂材料で位相シフタを作成し開口部に対
する位相差を１８０°とし、また樹脂中に色素を導入す
ることで開口部に対する振幅透過率比を調整する手法に
ついても述べられている。この場合、振幅透過率比を色
素により調整し、この色素と透明な樹脂材料で位相差を
１８０°となるように透明な樹脂材料を位相調整層とし
て用いている。

【００１２】この様に従来の半透明型位相シフトマスク
では、単層膜、多層膜にかかわらず複数の物質を用い、
振幅透過率を調整する物質、位相を調整する物質として
相異なる物質を積層膜或いは混合した単層膜として用い
ることで所望の振幅透過率と位相を得ようとしていた。

【００１３】ところで露光工程ではマスク上のパターン
領域以外に存在アライメント用乃至は検査用マークから
露光光が漏れるのを防ぐためブラインドが投影露光装置
に設けられ、パターン領域外の光をカットしている。な
おブラインドの像はウエハ上で１００μｍ程度の像の惚
けを生じるため、ウエハ上でパターン領域を区切る役割
は無い。このためパターン領域を区切ることを従来マス
ク上でパターン領域外周辺に存在する遮光パターンで行
ってきた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の半透
明型位相シフトマスクの一つでは、半透明部を二層構造
とし、第１の層１１０２で振幅透過率を調整し、第２の
層１１０３で第１の層１１０２によって生じた位相差と
併せて１８０°となるように調整しているが、２層構造
とした場合、パターン転写が必要で、かつ第１の層と第
２の層が同一寸法で加工されることが要求されるため、
加工が極めて困難であるという問題がある。

【００１５】また、第１の層と第２の層のうち、例えば
図２７に示すように下層１１０２に欠陥１１０５が生じ
た場合、修正が非常に難しいという問題がある。

【００１６】また半透明型位相シフトマスクのもう一つ
の手法は、透明な樹脂材料中に振幅透過率を調整するこ
とを目的とした色素を導入するものである。この方法は
相異なる二つの物質を混合し単層の半透明膜を得ようと
するもので、位相を調整する材料として透明膜を用いる
ため製法は容易である。しかし露光波長に対し透明性を
有する膜はその波長に於ける屈折率が１．２乃至２．０
と小さく位相シフタの膜厚は厚くなる。通常の露光装置
では図１２に示すように、投影露光用基板１００１上
に、基板の埀線に対し約３°の角度で露光光１００３が
入射する。そして基板上のマスクパターンエッジ１００
５近傍では照明光１００４の一部が半透明パターンにか
かり、像質劣化を引き起こす原因となっていた。

【００１７】

【００１８】本発明では前記実情に鑑みて成されてもの
で、単層膜で振幅透過率と位相差の条件を満足し、且つ
位相シフトパターンのエッジ部分に於ける像質劣化を現
状の遮光マスク以上に抑えることで、位相シフト効果を
最大限に発揮する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。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで第１の発明では、
露光用マスクに、マスクパターンとして露光光に対する
光路長が透明部分とは所定量だけ異なるように構成され
たシリコン、ゲルマニウムまたはガリウム砒素のうち少
なくとも一種類からなる半透明膜パターンを含むように
している。

【００２０】望ましくは水銀ランプのｇ線を露光光源と
した投影露光用に用いるようにしている。

【００２１】第２の発明ではシリコン、ゲルマニウムま
たはガリウム砒素をターゲットとし、スパッタリング法
により振幅透過率と位相を同時に調整しつつ成膜するこ
とにより振幅透過率と位相を同時に調整しつつ成膜して
半透明位相シフトパターンを得るようにしている。

【００２２】第３の発明ではマスクパターンとして露光
光に対する光路長が透明部分とは所定量だけ異なるよう
に構成されたシリコン乃至はゲルマニウム乃至はガリウ
ム砒素乃至はＣｒ、Ｔｉ、Ａｌ等金属の、酸化物、窒化
物またはハロゲン化物のうち少なくとも一種類からなる
半透明膜パターンを含むようにしている。

【００２３】第４の発明では透明基板上にシリコン乃至
はゲルマニウム乃至はガリウム砒素乃至は金属の、酸化
物乃至は窒化物乃至はハロゲン化物のうち少なくとも一
種類を含み、化合物の元素組成比を制御して半透明膜パ
ターンを形成するようにしている。

【００２４】望ましくはスパッタリング環境においてタ
ーゲットまたは反応ガス中の酸素、窒素またはハロゲン
量を調整し半透明膜の元素組成比を制御することで振幅
透過率と位相差を同時に制御しつつ酸化膜、窒化膜また
はハロゲン化膜を得るようにしている。

【００２５】また、ターゲットの部分的あるいは全面に
燐、ボロンまたは砒素をイオン注入して、半透明膜の振
幅透過率を調整しても良い。

【００２６】さらに、この半透明膜として原料ガス中の
酸素または窒素の組成比を調整しつつＣＶＤ法を用いて
酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成しても良
い。酸化シリコン膜を形成する際には原料ガスとしてシ
ラン類とＣＯ₂ 、Ｏ₂ またはＮ₂ Ｏを用いる。また、窒
化シリコン膜を形成する際には原料ガスとしてシラン類
とＮＨ₃ 、Ｎ₂ を用いる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】ところで第１乃至第４の発明で用いられる
半透明膜は望ましくは透光性基板上の開口部に対する半
透明膜パターンの振幅透過率比として１０％乃至は３０
％を満たし且つ開口部に対する位相差を１８０°±１０
°となるようにしている。

【００３３】また、望ましくは前記半透明膜は単層で形
成するようにしている。また、単層膜として使用雰囲気
による表面の僅かに酸化された領域も含むようにしてい
る。

【００３４】また、第１乃至第４の発明で用いられる半
透明膜の屈折率は２．０３以上となることが望ましい。

【００３５】さらに、半透明膜を露光波長２４８ｎｍ以
上で用いる場合、前記半透明膜は露光波長を２４０ｎｍ
で除した後に１を加えて得られる値以上の屈折率を有す
るようにしている。

【００３６】

【作用】特願平３−２９４５４０号によればシミュレー
ションにより、シフタ透過率を変化させてウエハ上に投
影される光像強度分布を調べた結果、遮光膜パターンの
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述べら
れている。

【００３７】本発明はこの点に鑑みてなされたもので、
上記構成を採ることにより、微細パターンの解像が容易
となる。また、半透明膜のパターニングを遮光膜と同様
に１回で形成できるためパターン制御が容易である。

【００３８】以下本発明の第１から第４に関し、透光性
基板の開口部に対し所望の振幅透過率比と位相差を得る
ことのできる単層半透明膜を得る条件及び具体的手法に
ついて述べる。

【００３９】半透明膜を単層で用いようとした場合、半
透明膜を透過する光の位相を透明な部分を透過する光の
位相に対し１８０°±１０°で制御することが必要で、
かつ半透明膜の透過率を所望の値にすることが必要であ
る。この１０°という値はシミュレーションにより位相
差１８０°に於ける焦点深度をまず求め、位相差を１８
０°からずらしていき、その場合の焦点深度の劣化が位
相差１８０°に於ける焦点深度と比較し１０％以内にお
さまる範囲として定めたものである。

【００４０】半透明膜の位相シフトマスクで最大の解像
度を得るためには、半透明膜の光学定数は次の条件を満
たす必要がある。

【００４１】入射光の複素電界ベクトルをＥ０、透明領
域を透過した光の複素電界ベクトルをＥ１とし、半透明
膜を透過した光の複素電界ベクトルをＥ２とするとそれ
らの関係は

【００４２】

【数１】 となる。

【００４３】また、位相シフトマスクで最大の効果を得
るためには、透過光の振幅透過率比および位相差の間の
関係式は式３および式４で表され、

【００４４】

【数２】 ０．１≦| Ｅ１| ／| Ｅ２| ≦０．３ （式３） １７０≦| δ１−δ２| ≦１９０ （式４） ここでＥ１＝| Ｅ１| ｅｘｐ（δ１） Ｅ２＝| Ｅ２| ｅｘｐ（δ２） となる。式１および式２における半透明膜領域および透
過領域の光の振幅透過率ｔ１，ｔ２はこれらの領域を構
成する物質と他の媒体との界面における反射率、透過率
及び膜の吸光度を考慮した該物質の膜厚Ｔにおける多重
反射を考えることで容易に求めることができる。物質の
反射率、透過率は屈折率ｎ及び消衰係数ｋより求められ
る。また、膜の吸光度は消衰係数ｋより求めることがで
きる。

【００４５】ところで今問題とする半透明膜は位相シフ
タ層であるので開孔部に対し位相差１８０°を考慮する
と、膜厚Ｔ１は物質の屈折率ｎより

【００４６】

【数３】 となる。以上の変数から実測値として得られる透過率ｔ
は

【００４７】

【数４】 により得られる。ここでｎ０、ｋ０は媒体の屈折率、消
衰係数、膜厚を示しており特定の値である。またＴ１は
（式５）の関係を満足しているから（式６）をｎ１、ｋ
１の関係として開口部に対する任意の位相差が与えられ
た場合の振幅透過率ｔを一位的に求めることができる。

【００４８】前述の考え方に基づき、例えば波長４３６
ｎｍのｇ線露光を想定し、位相を１８０±１０°、振幅
透過率を１５±５％とし、屈折率ｎを変化させて、対応
するｋを求めると図中実線及び破線で示すカーブが描け
る（図８）。図８において、縦軸は消衰係数ｋ、横軸は
屈折率ｎを示し、破線（ａ）は振幅透過率１０％、位相
１７０°の時のｋとｎとの関係を示す曲線、破線（ｂ）
は振幅透過率２０％、位相１９０°の時のｋとｎとの関
係を示す曲線、実線（ｃ）は振幅透過率１５％、位相１
８０°の時のｋとｎとの関係を示す曲線である。破線
（ａ）及び（ｂ）の間の領域がこの時の許容範囲とな
り、ある物質の屈折率ｎ及び消衰係数ｋで定まる破線で
挟まれた範囲内であればその物質は単層膜で半透明膜の
機能を持つことになる。

【００４９】ｇ線の場合この条件を満たす膜として図８
中にポイントで示したアモルファスＳｉがある。また、
ゲルマニウム（図１５）、ガリウム砒素（図１６）にお
いても許容範囲内であることがわかる。この場合単一の
物質で単層の半透明膜を得ることができる。

【００５０】一方波長３６５ｎｍのｉ線露光を与えた場
合アモルファスＳｉ（Ｎ₂ガス０％のポイント）は許容
範囲外の値を取る（図９）。従ってｉ線露光ではアモル
ファスＳｉを用いた単層半透明膜の形成が不可能である
ことがわかる。また、Ｓｉを窒素化したＳｉ₃Ｎ₄（Ｎ₂
ガス８０％のポイント）について同様の検討を行うとや
はり許容範囲外となる（図９）。しかしアモルファスＳ
ｉとＳｉ₃Ｎ₄の２点を任意の曲線で結んだ場合必ず破線
間に挟まれた領域を得ることがわかる。即ちアモルファ
スＳｉとＳｉ₃Ｎ₄の中間的な物性を持つ物質があれば許
容範囲内に入ることになる。この膜の作成についてはＳ
ｉとＮ₂による反応性スパッタが有効である。このとき
Ｎ₂の反応比を変えることで任意の物性の膜を得ること
ができる。このときの物性値を黒丸で示す。また、黒丸
を通る曲線を描くと破線間の領域を通り、ここで得られ
る最適条件は、スパッタリング時の窒素ガスの流量が１
５％の時のｎ＝３．３０、ｋ＝１．１９であり、膜厚を
８３．５ｎｍにすることにより振幅透過率比が０．１４
２、位相差が１８０°となる。この様に元素組成比を変
えたＳｉ₃Ｎ₄（０< β< １．３３）を形成することで所
望の単層半透明膜を形成することができる。

【００５１】また、波長２４８ｎｍのエキシマレーザに
よる露光を考えた場合、ｉ線露光の場合と同様に、アモ
ルファスＳｉ及びＳｉＮ_β ^′（０＜β′＜１．３３）の
物性値は許容範囲外となるが、これらの中間的な物性を
持つ物質は、許容範囲内となることがわかった。（図１
０）。

【００５２】なお元素組成比β＝（Ｎ／Ｓｉ）はｉ線露
光用マスクの場合およそ０．３〜０．８とすることが好
ましい。また、ＫｒＦレーザ露光用の場合およそβ′＝
０．７〜１．２とすると良い。

【００５３】なお、ｇ線の場合において、成膜条件によ
っては所望の範囲に膜質が入らない場合もある。この場
合、成膜時の圧力，温度等をコントロールすることで、
屈折率，消衰係数を変化させ、所望の膜とすることがで
きる。

【００５４】なお、境界条件の設定は位相差１８０°に
固定し、振幅透過率に余裕を持たせて設定したり、振幅
透過率を固定し、位相に余裕を持たせ設定することも可
能である。また、許容とされる数値もレジストプロセス
等への影響及び効果を考え本説明で述べた値を変更して
も構わない。

【００５５】上記の条件を満たす材料として我々が鋭意
研究を行った結果、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム
砒素または金属の、酸化物、窒化物またはハロゲン化物
のうち、いずれか一種あるいは二種以上で形成される物
質について上述の２条件を満たすことがわかった。

【００５６】なお、半透明膜に対し、Ａｓ、Ｐ、Ｂ等の
イオンを注入することにより、形成された膜質の若干の
調整、例えば光学定数の調整をはかることができる。

【００５７】またＳｉに対しては５００℃以上に加熱す
ることにより、アモルファス状態を多結晶へ、また多結
晶から単結晶へと連続的あるいは断続的に変化させるこ
とができ、所望の物性状態が得られる。

【００５８】そこで第４の発明では組成比を制御するこ
とにより所望の値を得ることができる。ここで、光学定
数は物質固有の値であるため、任意の値を設定すること
は不可能である。そこで例えば化合物の組成比を変化さ
せる等の方法で光学定数の最適化を図ることができる。

【００５９】前述した条件を満たすことにより、単層の
半透明膜で所望の位相差および透過率を得ることが可能
である。

【００６０】

【００６１】

【００６２】

【００６３】

【００６４】ところで、ハーフトーン型位相シフトマス
クにおいては、通常のマスクに於けるＣｒなどからなる
遮光膜の代わりに半透明パターンを設けている。この半
透明膜を位相シフタとすることで、エッジ部分での光の
干渉作用を利用し遮光効果を高めることができる。

【００６５】しかし、ハーフトーン型位相シフトマスク
では、この半透明パターンの寸法と、このマスクを用い
て実際にウエハ上に露光されるパターンとの間に従来の
マスクに比べて比較的大きい寸法変換差が生じることが
判っており、特に位相シフトマスクを用いて微細パター
ンを形成する際には無視できない値となる。この変換差
量はパターンの寸法、形状などにより異なるが、シミュ
レーションまたは実験により予めマスクのパターン寸法
をどの様に補正すれば良いかを知ることができる。

【００６６】そこで、この寸法変換差を考慮して半透明
膜パターンを形成するようにする。また、ハーフトーン
型位相シフトマスクでは、半透明膜の側壁部が丸みを帯
びていると、エッジ部分での光の干渉により位相シフト
効果が低減することがシミュレーションにより確かめら
れている。

【００６７】そこで、半透明膜パターン形成プロセスに
おいて、等方性エッチングにより生じた側壁部の丸みを
サイドエッチングを行うことで垂直にし、この時のサイ
ドエッチング量を調整することで、寸法変換差を考慮し
た寸法の半透明膜を形成するようにしている。この場
合、等方性エッチングを行った際の半透明膜パターンの
寸法は大きめに形成することが必要である。

【００６８】また、半透明膜パターン形成プロセスにお
いて、異方性エッチングを行うため、半透明膜パターン
側壁部は比較的垂直に形成される。この場合、異方性エ
ッチングを行った際の半透明膜パターンの寸法は寸法変
換差を考慮した寸法に形成しておくことが必要である。

【００６９】また、予め寸法変換差を考慮した半透明膜
パターンと等しい寸法の感光性樹脂パターンを透光性基
板上に形成しており、この感光性樹脂パターンの側壁部
を除く領域に半透明膜をスパッタなどにより形成する。
この時、感光性樹脂パターンを逆テーパ状に形成してお
くと、突出したパターンコーナー部のために感光性樹脂
パターンの側壁部の半透明膜形成を防ぐことができる。

【００７０】ところで図１１に規格化寸法０．７４μｍ
パターンの寸法変換差に対する焦点深度を示す。ここで
の焦点深度とは、所望寸法に対し±１０％以内におさま
るディフォーカス量を示している。図１１より寸法変換
差をウエハ上で０．０７４μｍ半透明パターンを細らせ
る、即ち露光装置の露光倍率をａとするとマスク上で半
透明パターンを０．０７４ａ細らせた場合最大の焦点深
度が得られることがわかる。また、規格寸法０．４５μ
ｍパターンについては寸法変換差に対する焦点深度を求
めたところ寸法変換差をウエハ上で０．０４０μｍ半透
明パターンを細らせる、即ち露光装置の露光倍率をａと
するとマスク上で半透明パターンを０．０４０ａ細らせ
た場合最大の焦点深度が得られることがわかった。この
様に最大の焦点深度を得るためには所望寸法ｂに対しウ
エハ上で０．１ｂ即ちマスク上で０．１ｂ／ａだけ半透
明パターンを細らせればよいことがわかる。

【００７１】この様に所望寸法ｂに対し、寸法変換差を
露光装置の露光倍率をａとしたとき回路設計寸法に対し
０乃至０．１ｂ／ａだけ半透明からなるパターンを細ら
せることが好ましい。

【００７２】さらに第１から第４の発明における半透明
膜に屈折率２．０３以上の物質を用いることで焦点深度
に裕度を持ったパターンを形成することができる。

【００７３】また、望ましくは露光波長が２４８ｎｍ以
上の場合に用いる半透明膜に対しては露光波長を２４０
ｎｍで除した後１を加えて得られる値以上の屈折率を有
する半透明膜を用いることで、像質劣化を現在用いてい
る遮光マスクと同程度以上に抑えることができる。

【００７４】照明光の劣化を説明するため、図１２にマ
スクパターンのエッジ部に於ける照射光の反射について
示す。投影露光用基板１００１上に半透明マスクパター
ン１００２が配置されている。エッジ近傍に結像する照
明光１００３は基板の垂線に対し角度θで結像する。こ
の場合照明光は、反射等の影響を受けること無くマスク
パターン面で結像する。しかしこの照明光１００３より
更にエッジ側で結像する光１００４では、照明光の一部
が半透明パターンにかかり像質劣化を生じることが予想
される。

【００７５】像質劣化を生じる領域ｘは次の手順により
求めることができる。以下順を追ってｘを求めることに
する。露光装置の開口数ＮＡ、コヒーレントファクター
σ、露光倍率ａを用い、投影露光基板上での照明光の結
像角度θのｓｉｎを求めると

【００７６】

【数５】 と現すことができる。領域ｘは半透明膜の膜厚Ｔ及び結
像角θを用い

【００７７】

【数６】 更にこの半透明膜は単層でしかも位相差１８０°を満足
していることから（式５）を（式８）に代入して

【００７８】

【数７】 を得る。ここでｎは半透明膜の屈折率である。次にこの
ｘを、波長とＮＡに依存しない値とするためλ／ＮＡで
除して規格化し、更にウエハ上の寸法Ｘに直すと

【００７９】

【数８】 を得る。

【００８０】ところで半透明膜シフタを用いる場合、所
望されるパターンとそれを達成するための露光波長、及
び露光装置のＮＡと、λ／ＮＡにより規格化した寸法を
表１に示す。この様に半透明マスクで所望とされる解像
寸法は規格化寸法で約０．４５μｍであると言える。

【００８１】この規格化寸法に対する像質劣化を生じる
領域Ｘの占める割合εを求める。ここで領域Ｘはパター
ンの両エッジ部分に存在するから、

【００８２】

【表１】

【００８３】

【数９】 を得る。

【００８４】ところで露光実験により許容とされるεを
求めたのが図１３である。この結果は振幅透過率１５％
のマスクを用い、ｉ線を露光光源に用いＮＡ＝０．５の
露光装置により、０．３２５μｍパターンを転写した特
性を示したもので、横軸に像質劣化領域ε、縦軸に焦点
深度を最大焦点深度で規格化して示している。このパタ
ーンに対し焦点深度の低下を１０％まで許容とすると、
εを０．０１３以下にすることが必要で、この値を図１
４に当てはめると、半透明膜の屈折率ｎに要求される値
は

【００８５】

【数１０】 となる。

【００８６】以上述べたように焦点深度の裕度を考慮し
た場合、波長に依存せず、半透明膜の屈折率が２．０３
以上であることが望ましい。

【００８７】ところで、この像質劣化はマスクパターン
が膜厚を持つ限り必ず生じ、当然のことながら現状の遮
光マスクでも生じている。半透明膜でパターンを形成す
る際には、少なくとも像質劣化を従来の遮光膜以下にす
ることが必要である。従来のマスクでは例えば両面反射
防止膜を施したマスク基板の膜厚は１２０ｎｍ程度であ
る。像質劣化をこのマスク以下に抑えようとした場合、
この膜厚と（式５）より

【００８８】

【数１１】 の関係が得られる。この時（式１３）に見られる様に、
半透明膜の屈折率の許容値は露光波長λ（ｎｍ）に依存
し、各露光波長の許容度は表２のようになる。

【００８９】

【表２】 表２で示されるように各露光波長を光源として用いる場
合、半透明膜の屈折率をｇ線（４３６ｎｍ）の場合２．
８１以上に、ｉ線（３６５ｎｍ）の場合２．５２以上に
することで像質劣化を少なくとも現状の遮光マスクと同
程度に抑えることができる。また、表２と（式１２）の
結果から、露光波長２４８ｎｍ以下の場合には焦点深度
の裕度を考慮して屈折率を定めることが好ましく、その
場合、半透明膜の屈折率を屈折率２．０３以上とするこ
とが好ましい。

【００９０】ところで物質中の透過率ｔ′は消衰係数
ｋ、波長λ、膜厚Ｔにより

【００９１】

【数１２】 と現すことができる。両辺の対数を取り、また、（式
５）を（式１４）に代入し、ｋについて求めると

【００９２】

【数１３】 と現すことができる。半透明膜の強度透過率ｔ′／ｔ_O
の範囲としては０．０１＜ｔ′／ｔ_O ＜０．０９となる
がいま強度透過率０．０９以下を満足させるためには

【００９３】

【数１４】 であることが必要である。（式１６）と（式１２）より
所望とするｋは

【００９４】

【数１５】 となる。なお上の考察は多重反射を考慮していないが、
多重反射を考慮した場合にはｋは（式１７）より大きな
値をとる。

【００９５】前記単層半透明膜及び屈折率の条件を満足
する物質の物性について表３に示す。表３で示した適性
は、屈折率、振幅透過率により判断したもので、開口部
に対し振幅透過率比１０％乃至３０％の範囲を満たし、
且つ焦点深度の裕度を考慮して算出される屈折率の条件
を満たすものを○で、さらに現状の遮光マスク以上に像
質劣化を抑えることができるものを◎で、屈折率の条件
を満足しているが振幅透過率の条件を満足していないも
のについては△で記した。

【００９６】とりわけシリコンについてはｇ線領域、Ｓ
ｉＮ_βについてはｉ線、ＫｒＦ領域において非常に有効
な半透明膜であるといえる。また、ＳｉＯ_αについて
は、表には示していないがｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦ領域で
有効な半透明膜であることがわかっている。

【００９７】本発明は光を殆ど透過させない半透明膜に
関するものであるが、この半透明膜は別の使用法があ
る。従来のマスクではマスクパターンの密度によりウエ
ハ上に到達する光強度に差が生じていた。この場合現像
時にパターン寸法差が生じてしまうという問題があった
が、光強度に差が生じないよう、比較的大きい開口パタ
ーンで透過する光強度を押さえるため膜に吸収を持たす
という手法が成されている。位相シフトマスクにおいて
もマスクパターン密度の差を押さえるため比較的大きい
開口パターンで振幅透過率を９０％程度として、露光量
のバランスを取る手法が成されている。この手法は主に
透光性基板と異なる屈折率の物質を位相シフタとして用
い、この位相シフタと透光性基板界面の反射を利用し、
位相シフタの透過光を実質低下させることで行ってき
た。例えばｇ線領域で膜自体に全く吸収がないＴｉＯ₂
膜を用いた場合、膜の吸収は消衰係数が０．０１以下で
あることからほぼ１００％透過するが、膜の屈折率が
２．８であるため、透光性基板から入射した光はＴｉＯ
₂ 膜との界面で１０％程度が反射するため、実質この部
分の透過率が低下し９０％の光が透過させることが可能
となる。また、Ｓｉ₃ Ｎ₄膜はｉ線領域で消衰係数が
０．０１以下であることからほぼ１００％透過するが、
膜の屈折率が２．０であるため、透光性基板から入射し
た光はＳｉ₃ Ｎ₄ 膜との界面で３％程度が反射するた
め、実質この部分の透過率が低下し９７％の光が透過さ
せることが可能となる。

【００９８】この様に、高透過率を有する位相シフタは
消衰係数０．０１以下の物質を用い、所望の反射率が得
られるような屈折率を有する膜をもちいることで対処す
ることが可能であった。この様に露光量差をコントロー
ルする半透明膜においても、本手法は有効でｇ線領域に
おけるＴｉＯ₂ 膜、或いはｉ線領域に於けるＳｉ₃ Ｎ₄
膜を用いた場合においても、スパッタ時の酸素乃至は窒
素の組成比を制御することにより反射率を考慮した所望
の透過率を有する半透明膜を得ることができる。

【００９９】

【表３】

【０１００】

【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）本実施例は第１の発明の露光用マスクおよ
び第２の発明の露光用マスクの製造方法に関する。図１
は本実施例の露光用マスクの製造工程を示す図である。

【０１０１】この露光用マスクは半透明パターンとして
スパッタリング法で形成したシリコンパターンを用いた
ことを特徴とし、ｇ線用投影露光用マスクとして用いら
れるものである。

【０１０２】まず酸化シリコン基板１０１上にスパッタ
リング法によりアモルファスＳｉ膜１０２を形成する
（図１（ａ））。このシリコン膜１０２の水銀ランプの
ｇ線に対する屈折率はｎ＝４．９３であり、位相差１８
０°となる膜厚は５９ｎｍであった。この時の振幅透過
率は、透明部である酸化シリコン基板１０１の振幅透過
率に対し１７．４％であった。

【０１０３】次いで電子線用レジスト１０３を膜厚０．
５μｍで堆積した後さらに導電性膜１０４を０．２μｍ
程度に形成する（図１（ｂ））。

【０１０４】そしてこの導電性膜１０４上から電子線に
より３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行ってレジス
トパターン１０３を形成する（図１（ｃ））。ここで導
電性膜１０４を形成するのは酸化シリコン基板およびア
モルファスＳｉ膜が絶縁性であり、電子線露光時のチャ
ージアップを防ぐためである。

【０１０５】このレジストパターン１０３をマスクとし
てＣＦ₄ とＯ₂ との混合ガスによるケミカルイオンエッ
チング（ＣＤＥ）により、レジストパターンから露出し
ているアモルファスＳｉ膜１０２をエッチング除去する
（図１（ｄ））。

【０１０６】そして最後にレジストパターン１０３を除
去しアモルファスＳｉパターン１０２を得ることができ
る（図１（ｅ））。

【０１０７】なお、この例では位相シフタとしてアモル
ファスＳｉ膜の形成をスパッタリングにより行ったが、
ＣＶＤ法を用いても良い。またアモルファスＳｉ膜の膜
厚を本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適当な厚さ
にしても良い。

【０１０８】更にシリコン膜の加工を異方性エッチング
で行うようにしてもよい。

【０１０９】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等を用いても構わない。

【０１１０】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整するこが可能である。

【０１１１】またＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板上
に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電膜
は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光で
行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１１２】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＰＦＲ７７５０（日本合成ゴム社製）と称される
レジストを１．５μｍ塗布した基板に、ｇ線で１／５縮
小露光（ＮＡ＝０．５４、σ＝０．５）を行なってライ
ン＆スペースパターンを形成した。この時要した露光量
は３００ｍＪ／ｃｍ² であった。従来露光で、０．４５
μｍパターンでフォーカスマージン０μｍで解像してい
たものを本発明のマスクによりフォーカスマージン０．
７μｍで解像することができた。

【０１１３】コンタクトホールパターンに関しても、従
来の露光で解像されなかった０．５０μｍパターンが本
発明のマスクによりフォーカスマージン１．５μｍで解
像することが確認された。

【０１１４】また、このマスクを用いて転写し、形成さ
れたレジストパターンをマスクとし基板の加工を行なう
ことにより、より良好な加工形状を得ることが可能とな
る。

【０１１５】尚、半透明膜の表面が自然酸化されていた
としても、本願の効果は失われることはない。 （実施例２）本実施例は第１の発明の露光用マスクおよ
び第２の発明の露光用マスクの製造方法に関する。

【０１１６】この露光用マスクは半透明パターンとして
スパッタリング法で形成したＧｅパターンを用いたこと
を特徴とし、ｇ線用投影露光用マスクとして用いられる
ものである。

【０１１７】まず酸化シリコン基板上にスパッタリング
法によりＧｅ膜を形成する。このＧｅ膜の水銀ランプの
ｇ線に対する屈折率はｎ＝４．１０であり、位相差１８
０°となる膜厚は７０．３ｎｍであった。この時の振幅
透過率は、透明部である酸化シリコン基板の振幅透過率
に対し１０．８％であった。

【０１１８】そして実施例１と同様に電子線用レジスト
を膜厚０．５μｍで堆積した後さらに導電性膜を０．２
μｍ程度に形成する。そしてこの導電性膜上から電子線
により３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行ってレジ
ストパターンを形成する。このパターンをマスクとして
Ｃｌ₂ ガスによるケミカルイオンエッチング（ＣＤＥ）
により、レジストパターンから露出しているＧｅ膜をエ
ッチング除去する。そして最後にレジストパターンを除
去しＧｅパターンを得ることができる。

【０１１９】この様にして単層で所望の半透明膜からな
る位相シフタを得ることができる。

【０１２０】なお、この例では位相シフタとしてＧｅ膜
の形成をスパッタリングにより行ったが、蒸着法を用い
ても良い。また、Ｇｅ膜の膜厚を本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲において適当な厚さにしても良い。

【０１２１】更にＧｅ膜の加工を異方性エッチングで行
うようにしても良く、弗素系ガス例えばＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ
₆ などを用いることも可能である。

【０１２２】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等を用いても構わない。

【０１２３】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整することが可能である。

【０１２４】また、ＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板
上に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電
膜は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光
で行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１２５】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＰＦＲ７７５０（日本合成ゴム社製）と称される
レジストを１．５μｍ塗布した基板に、ｇ線で１／５縮
小露光（ＮＡ＝０．５４、σ＝０．５）を行なってライ
ン＆スペースパターンを形成した。この時要した露光量
は３００ｍＪ／ｃｍ² であった。従来露光で、０．４５
μｍパターンでフォーカスマージン０μｍで解像してい
たものを本発明のマスクによりフォーカスマージン０．
７μｍで解像することができた。

【０１２６】コンタクトホールパターンに関しても、従
来の露光で解像されなかった０．５０μｍパターンが本
発明のマスクによりフォーカスマージン１．５μｍで解
像することが確認された。

【０１２７】尚、半透明膜の表面が、わずかに自然酸化
されたとしても、本願の効果が失われることはない。 （実施例３）本実施例は第３の発明の露光用マスクおよ
び第４の発明の露光用マスクの製造方法、とりわけｉ線
を露光光源に用いた場合の露光マスクおよびその製造方
法に関する。

【０１２８】本露光用マスクは半透明パターンとしてス
パッタリング法で反応ガス中の窒素の組成比を制御しな
がら形成した窒化シリコンパターンを用いたことを特徴
とした投影露光用マスクに関するものである。

【０１２９】まず酸化シリコン基板上２０１にスパッタ
リング法によりシリコンをターゲットとし窒素とアルゴ
ンとの混合ガス（窒素含有量１５％）を所定量添加しつ
つ窒化シリコン膜２０２を形成する（図２（ａ））。こ
の窒化シリコン膜のＫｒＦに対する屈折率はｎ＝３．４
０であり、位相差１８０°となる膜厚は８０ｎｍであっ
た。また透明部に対する振幅透過率比は１５．１％であ
った。

【０１３０】そして実施例１乃至２と同様に電子線用レ
ジスト２０３を膜厚０．５μｍで堆積した後さらに導電
性膜２０４を０．２μｍ程度に形成する（図２
（ｂ））。そしてこの導電性膜上から電子線により３μ
Ｃ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行ってレジストパター
ン２０３を形成する（図２（ｃ））。このレジストパタ
ーンをマスクとしてＣＦ₄ とＯ₂ との混合ガスによるケ
ミカルイオンエッチング（ＣＤＥ）により、レジストパ
ターンから露出している窒化シリコン膜２０２をエッチ
ング除去する（図２（ｄ））。そして最後に硫酸と過酸
化水素水の混合溶液中に浸漬しレジストパターン２０３
を除去し窒化シリコンパターン２０２を得ることができ
る（図２（ｅ））。

【０１３１】なお、この例では位相シフタとして窒化シ
リコン膜の形成をシリコンをターゲットとしたスパッタ
リングにより行ったが、予め面積比が調整されたシリコ
ンと窒化シリコンのモザイクターゲットを用いたスパッ
タリングあるいはアンモニアとシラン系ガスを用いたＣ
ＶＤ法を用いても良い。また窒化シリコン膜の膜厚を本
発明の趣旨を逸脱しない範囲において適当な厚さにして
も良い。

【０１３２】更にシリコン膜の加工を異方性エッチング
で行うようにしてもよい。

【０１３３】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等を用いても構わない。

【０１３４】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整することが可能である。

【０１３５】また、ＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板
上に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電
膜は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光
で行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１３６】また本実施例ではマスク作成の際の描画に
電子線を用いて行ったが、電子線の代わりに光を用いて
もかまわない。また、光を用いた場合感光性樹脂材料及
び透光性基板上に設けた導電膜は不要となる。

【０１３７】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＰＥＲＩＸ５００（日本合成ゴム社製）と称され
るｉ線様レジストを１．５μｍ塗布した基板に、ｉ線で
１／５縮小露光（ＮＡ＝０．５、σ＝０．６）を行なっ
てライン＆スペースパターンを形成した。この時要した
露光量は３００ｍＪ／ｃｍ² であった。従来露光で、
０．３５μｍパターンでフォーカスマージン０μｍで解
像していたものを本発明のマスクによりフォーカスマー
ジン０．８μｍで解像することができた。

【０１３８】コンタクトホールパターンに関しても、従
来の露光で解像されなかった０．４０μｍパターンが本
発明のマスクによりフォーカスマージン１．３μｍで解
像することが確認された。

【０１３９】尚、半透明膜の表面がわずかに自然酸化さ
れたとしても本発明の効果が失われることはない。 （実施例４）本実施例は第３の発明の露光用マスクおよ
び第４の発明の露光用マスクの製造方法、とりわけＫｒ
Ｆレーザを露光光源に用いた場合の露光用マスクおよび
その製造方法に関する。

【０１４０】この露光用マスクは半透明パターンとして
スパッタリング法で形成した窒化シリコンパターンを用
いたことを特徴としたＫｒＦ（２４８ｎｍ）用投影露光
用マスクに関するものである。

【０１４１】まず酸化シリコン基板上にスパッタリング
法によりシリコンをターゲットとしアルゴンと窒素の混
合ガスを所定量添加しつつ窒化シリコン膜を形成する。
この窒化シリコン膜のＫｒＦに対する屈折率はｎ＝２．
６８であり、位相差１８０°となる膜厚は７６ｎｍであ
った。この時の振幅透過率は、透明部である酸化シリコ
ン基板の振幅透過率に対し１５％であった。

【０１４２】そして実施例１乃至２と同様に電子線用レ
ジストを膜厚０．５μｍで堆積した後さらに導電性膜を
０．２μｍ程度に形成する。そしてこの導電性膜上から
電子線により３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行っ
てレジストパターンを形成する。このレジストパターン
をマスクとしてＣＦ₄ とＯ₂ との混合ガスによるケミカ
ルイオンエッチング（ＣＤＥ）により、レジストパター
ンから露出している窒化シリコン膜をエッチング除去す
る。そして最後にレジストパターンを除去し窒化シリコ
ンパターンを得ることができる。

【０１４３】なお、この例では位相シフタとして窒化シ
リコン膜の形成をスパッタリングにより行ったが、アン
モニアとシラン系ガスを用いたＣＶＤ法を用いても良
い。また窒化シリコン膜の膜厚を本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲において適当な厚さにしても良い。

【０１４４】更にシリコン膜の加工を異方性エッチング
で行うようにしてもよい。

【０１４５】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等を用いても構わない。

【０１４６】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整することが可能である。

【０１４７】また、ＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板
上に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電
膜は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光
で行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１４８】また本実施例ではマスクの作成の際の描画
に電子線を用いて行ったが、電子線の代わりに光を用い
てもかまわない。また、光を用いた場合感光性樹脂材料
及び透光性基板上に設けた導電膜は不要となる。

【０１４９】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＳＮＲ（シプレー社製）と称されるＫｒＦ用レジ
ストを１．０μｍ塗布した基板に、ＫｒＦ線で１／５縮
小露光（ＮＡ＝０．４、σ＝０．５）を行なってライン
＆スペースパターンを形成した。この時要した露光量は
４０ｍＪ／ｃｍ² であった。従来露光で、０．３０μｍ
パターンでフォーカスマージン０μｍで解像していたも
のを本発明のマスクによりフォーカスマージン０．７μ
ｍで解像することができた。

【０１５０】コンタクトホールパターンに関しても、従
来の露光で解像されなかった０．３０μｍパターンが本
発明のマスクによりフォーカスマージン１．２μｍで解
像することが確認された。

【０１５１】尚、半透明膜の表面がわずかに自然酸化さ
れたとしても、本発明の効果が失われることはない。 （実施例５）本実施例は第３の発明の露光用マスクおよ
び第４の発明の露光用マスクの製造方法、とりわけｉ線
を露光光源に用いた場合の露光用マスクおよびその製造
方法に関する。

【０１５２】この露光用マスクは半透明パターンとして
スパッタリング法で酸素の組成比を制御しながら形成し
た酸化クロムパターンを用いたことを特徴としたｉ線用
投影露光用マスクに関するものである。

【０１５３】まず酸化シリコン基板上にスパッタリング
法によりクロムをターゲットとし酸素とアルゴンとの混
合ガスを所定量添加しつつ酸化クロム膜を形成する。こ
の酸化クロム膜のｉ線に対する屈折率は図１７に示すよ
うにｎ＝２．４０であり、位相差１８０°となる膜厚は
１３０ｎｍであった。この時の振幅透過率は、透明部で
ある酸化シリコン基板の振幅透過率に対し２６．１％で
あった。

【０１５４】そして実施例３と同様に電子線用レジスト
を膜厚０．５μｍで堆積した後さらに導電性膜を０．２
μｍ程度に形成する。そしてこの導電性膜上から電子線
により３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行ってレジ
ストパターンを形成する。このレジストパターンをマス
クとしてＣｌ₂ によるケミカルイオンエッチング（ＣＤ
Ｅ）により、レジストパターンから露出している酸化ク
ロム膜をエッチング除去する。そして最後に硫酸と過酸
化水素水の混合溶液中に浸漬しレジストパターンを除去
し酸化クロムパターンを得ることができる。

【０１５５】なお、酸化クロム膜の厚さを、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲において適当な厚さにしても良い。
また、酸化クロムの加工をリアクティブイオンエッチン
グ（ＲＩＥ）で行うことも可能である。

【０１５６】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等を用いても構わない。

【０１５７】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整することが可能である。

【０１５８】また、ＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板
上に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電
膜は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光
で行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１５９】また本実施例ではマスク作成の際の描画に
電子線を用いて行ったが、電子線の代わりに光を用いて
もかまわない。また、光を用いた場合感光性樹脂材料及
び透光性基板上に設けた導電膜は不要となる。

【０１６０】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＰＦＲＩＸ５００（日本合成ゴム社製）と称され
るｉ線用レジストを１．２μｍ塗布した基板に、ｉ線で
１／５縮小露光（ＮＡ＝０．５、σ＝０．６）を行なっ
てコンタクトホールパターンに関しても、従来の露光で
解像されなかった０．４０μｍパターンが本発明のマス
クによりフォーカスマージン１．５μｍで解像すること
が確認された。なおこの露光用マスクは透過率が高いた
めライン＆スペースパターンの形成に対してはレジスト
の残膜率が低下する等不適であった。ライン＆スペース
パターン作成には振幅透過率を１０％乃至は２０％とす
ることが好ましく酸化クロムマスクの場合振幅透過率を
約２０％で作成することができた。この振幅透過率が２
０％の露光用マスクを用いライン＆スペースパターンを
形成した。この時要した露光量は３００ｍＪ／ｃｍ² で
あった。従来露光で、０．３５μｍパターンフォーカス
マージン０μｍで解像していたものを本発明のマスクに
よりフォーカスマージン０．６μｍで解像することがで
きた。

【０１６１】ところで酸化クロム膜をｉ線用半透明膜と
して用いた場合、従来マスクで用いている遮光膜と比較
し膜厚が若干厚く像質劣化が生じている。この様に酸化
クロム膜の半透明膜への適用は不可能ではないが、その
性能を最大限に発揮することは難しい。

【０１６２】また、酸化クロム膜は図１８に示すように
ｇ線の露光用マスクに於いても適用可能である。しかし
この場合も従来マスクで用いている遮光膜と比較し膜厚
が若干厚く像質劣化が生じていおり、酸化クロム膜の半
透明膜への適用は不可能ではないが、その性能を最大限
発揮することは難しい。

【０１６３】一方ＫｒＦレーザに対し用いる場合、Ｃ
ｒ、ＣｒＯ₂のいずれも消衰係数が許容範囲外となるた
め適用不可能である。しかし図１９では振幅透過率の下
限を１０％にしているが、所望とする焦点深度があまり
大きくない場合には振幅透過率を１０％以下にも設定す
ることができこの場合ＫｒＦレーザに対しても適用する
ことができる。 （実施例６） 本実施例は第３の発明の露光用マスクおよび第４の発明
の露光用マスクの製造方法、とりわけｉ線を露光光源に
用いた場合の露光用マスクおよびその製造方法に関す
る。

【０１６４】この露光用マスクは半透明パターンとして
スパッタリング法で酸素の組成比を制御しながら形成し
た酸化チタンパターンを用いたことを特徴としたｉ線用
投影露光用マスクに関するものである。

【０１６５】まず酸化シリコン基板上にスパッタリング
法によりチタンをターゲットとし酸素とアルゴンとの混
合ガスを所定量添加しつつ酸化チタン膜を形成する。こ
の酸化チタン膜のｉ線に対する屈折率は図２０に示す様
にｎ＝２．７０であり、位相差１８０°となる膜厚は１
０７ｎｍであった。この時の振幅透過率は、透明部であ
る酸化シリコン基板の振幅透過率に対し１５％であっ
た。

【０１６６】そして実施例３と同様に電子線用レジスト
を膜厚０．５μｍで堆積した後さらに導電性膜を０．２
μｍ程度に形成する。そしてこの導電性膜上から電子線
により３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行ってレジ
ストパターンを形成する。このレジストパターンをマス
クとしてＣＦ₄ ガスによるケミカルイオンエッチング
（ＣＤＥ）により、レジストパターンから露出している
酸化チタン膜をエッチング除去する。そして最後に硫酸
と過酸化水素水の混合溶液中に浸漬しレジストパターン
を除去し酸化チタンパターンを得ることができる。

【０１６７】なお、この例では、位相シフタとして酸化
チタン膜の形成をチタンをターゲットとしたスパッタリ
ングにより行ったが、予め面積比が調整されたチタンと
酸化チタンの混合ターゲットを用いたスパッタリングを
用いても良い。また酸化チタン膜の膜厚を本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な厚さにしても良い。

【０１６８】更に酸化チタン膜の加工を異方性エッチン
グで行うようにしてもよい。

【０１６９】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等を用いても構わない。

【０１７０】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整することが可能である。

【０１７１】また、ＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板
上に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電
膜は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光
で行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１７２】また本実施例ではマスク作成の際の描画に
電子線を用いて行ったが、電子線の代わりに光を用いて
もかまわない。また、光を用いた場合感光性樹脂材料及
び透光性基板上に設けた導電膜は不要となる。

【０１７３】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＰＦＲＩＸ５００（日本合成ゴム社製）と称され
るｉ線用レジストを１．５μｍ塗布した基板に、ｉ線で
１／５縮小露光（ＮＡ＝０．５、σ＝０．６）を行なっ
てライン＆スペースパターンを形成した。この時要した
露光量は３００ｍＪ／ｃｍ² であった。従来露光で、
０．３５μｍパターンフォーカスマージン０μｍで解像
していたものを本発明のマスクによりフォーカスマージ
ン０．８μｍで解像することができた。

【０１７４】コンタクトホールパターンに関しても、従
来の露光で解像されなかった０．４０μｍパターンが本
発明のマスクによりフォーカスマージン１．３μｍで解
像することが確認された。

【０１７５】なお酸化チタン膜は図２１に示す如くｇ線
マスクにも適用が可能である。元素組成比が制御された
酸化チタンのｇ線の屈折率は２．３０であり現状の遮光
膜と比較し像質は劣化する。しかし膜厚は限りなく０と
したときの焦点深度と比較した場合の劣化は１０％以内
に押さえられているため十分に適用可能である。

【０１７６】また、ＫｒＦレーザに対してはチタン、二
酸化チタンのいずれも消衰係数が大きくほとんど遮光し
てしまうため適用は不可能である（図２２）。 （実施例７） 本実施例は第３の発明の露光用マスクおよび第４の発明
の露光用マスクの製造方法、とりわけｇ線を露光光源に
用いた場合の露光用マスクおよびその製造方法に関す
る。

【０１７７】この露光用マスクは半透明パターンとして
スパッタリング法で酸素の組成比を制御しながら形成し
た酸化アルミニウムパターンを用いたことを特徴とした
ｇ線用投影露光用マスクに関するものである。

【０１７８】まず酸化シリコン基板上にスパッタリング
法によりアルミニウムをターゲットとし酸素とアルゴン
との混合ガスを所定量添加しつつ酸化アルミニウム膜を
形成する。この酸化アルミニウム膜のｇ線に対する屈折
率はｎ＝１．５６であり、位相差１８０°となる膜厚は
３９０ｎｍであった。この時の振幅透過率は、透明部で
ある酸化シリコン基板の振幅透過率に対し１５％であっ
た（図２３）。

【０１７９】そして実施例３と同様に電子線用レジスト
を膜厚０．５μｍで堆積した後さらに導電性膜を０．２
μｍ程度に形成する。そしてこの導電性膜上から電子線
により３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現像を行ってレジ
ストパターンを形成する。このレジストパターンをマス
クとしてＣｌ₂ ガスによるケミカルイオンエッチング
（ＣＤＥ）により、レジストパターンから露出している
酸化チタン膜をエッチング除去する。そして最後に硫酸
と過酸化水素水の混合溶液中に浸漬しレジストパターン
を除去し酸化アルミニウムパターンを得ることができ
る。

【０１８０】なお、この例では位相シフタとして酸化ア
ルミニウム膜の形成をアルミニウムをターゲットとした
スパッタリングにより行ったが、予め面積比が調整され
たアルミニウムと酸化アルミニウムの混合ターゲットを
用いたスパッタリングを用いても良い。また酸化アルミ
ニウム膜の膜厚を本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て適当な厚さにしても良い。

【０１８１】更に酸化アルミニウム膜の加工を異方性エ
ッチングで行うようにしてもよい。

【０１８２】本発明に於いて透光性基板としてＳｉＯ₂
を用いたがＳｉＯ₂ の代わりにＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 等を
用いても構わない。

【０１８３】本発明で半透明膜の透過率は本発明の趣旨
を逸脱しない範囲において適当な透過率にしても良い。
なお、半透明膜の光学特性は、砒素、燐、ボロン等のイ
オンを半透明膜に注入するか或いは熱を加えることで微
調整することが可能である。

【０１８４】また、ＳｉＯ₂ 基板の代わりに透光性基板
上に導電性膜が形成された基板を用いる場合塗布性導電
膜は不要となる。また、マスクパターンの描画を光露光
で行うと導電膜を無くすことが可能である。

【０１８５】また本実施例ではマスク作成の際の描画に
電子線を用いて行ったが、電子線の代わりに光を用いて
もかまわない。また、光を用いた場合感光性樹脂材料及
び透光性基板上に設けた導電膜は不要となる。

【０１８６】この様にして形成された露光用マスクを介
して、ＰＦＲ７７５０（日本合成ゴム社製）と称される
レジストを１．５μｍ塗布した基板に、ｇ線で１／５縮
小露光（ＮＡ＝０．５４、σ＝０．５）を行なってライ
ン＆スペースパターンを形成した。この時要した露光量
は３００ｍＪ／ｃｍ² であった。従来露光で、０．４５
μｍパターンでフォーカスマージン０μｍで解像してい
たものを本発明のマスクによりフォーカスマージン０．
４μｍで解像することができた。

【０１８７】コンタクトホールパターンに関しても、従
来の露光で解像されなかった０．５０μｍパターンが本
発明のマスクによりフォーカスマージン０．８μｍで解
像することが確認された。

【０１８８】これらの焦点深度をシリコン膜を半透明膜
として作成したマスクを露光した場合の焦点深度と比較
すると、ライン＆スペース、コンタクトホールのいずれ
のパターンでも焦点深度が小さくなっている。これはマ
スク上で半透明膜パターンが３９０ｎｍとシリコンの場
合の５９ｎｍと比較し大変厚く、像質の低下を生じてい
るためである。

【０１８９】酸化アルミニウムを半透明膜として用いた
場合ｇ線からＫｒＦレーザのいずれの波長に於てもその
屈折率は２以下であり、像質の低下をまぬがれない。こ
の場合酸化アルミニウムを半透明膜として適用すること
はできるが位相シフトマスクとしての効果を最大限得る
ことはできない（図２３）。 （実施例８）図３は本実施例を説明するための製造工程
図である。

【０１９０】まずクロム３１２と酸化クロム３１３から
成る膜厚１０００オングストロームの遮光膜が形成され
た膜厚２．５ｍｍの酸化シリコン基板３０１上に電子線
ネガレジストＳＡＬ６０１３０２を膜厚５０００オング
ストロームで塗布し、ベイキングを行う（図３
（ａ））。

【０１９１】さらに電子線により描画を行い現像するこ
とでレジストパターン３０２ａを形成した（図３
（ｂ））。このレジストパターンをマスクとして塩素ガ
スにより露出している遮光膜を除去した。更にレジスト
パターン３０２ａをレジスト剥離液及び酸素アッシング
により除去することで遮光域３１３ａ／３１２ａを形成
した。この時遮光膜は所望パターン領域外に配設される
ようにした（図３（ｃ））。

【０１９２】ついでこの基板上に半透明膜アモルファス
Ｓｉ膜３１４をＲＦ印加によるスパッタにより形成する
（図３（ｄ））。この時のアモルファスＳｉの膜厚は５
７ｎｍとする。この膜厚はウエハ露光プロセスで露光光
源にｇ線（４３６ｎｍ）を用いた場合半透明膜を透過す
る光の位相が透明部を透過する光の位相に対し１８０°
シフトするように調整したものである。この基板に電子
線ネガレジストＳＡＬ６０１３０４を膜厚５０００オン
グストロームで塗布し、更に塗布性導電膜３０５を形成
した（図３（ｅ））。さらに電子線により描画を行い現
像することでレジストパターン３０４ａを形成する（図
３（ｆ））。

【０１９３】次いでレジストパターン３０４ａをマスク
としてＣＦ₄ 瓦斯によるケミカルイオンエッチングを行
い露出しているアモルファスシリコン膜３１４を除去す
る（図３（ｇ））。

【０１９４】最後にレジストパターン３０４ａをレジス
ト剥離液に浸たすことにより除去することで所望の半透
明パターン３１４ａを形成することができる（図３
（ｈ））。尚、上記のＣＦ₄ を用いたケミカルイオンエ
ッチングの代わりにＮＨ₄ Ｆ水溶液を用いたウエットエ
ッチングを行っても良い。

【０１９５】本実施例では遮光膜としてクロム膜を用い
ているがこれに限るものではなくモリブデンシリサイド
膜等を用いても構わない。

【０１９６】本実施例では半透明膜加工の際設けた電子
線レジスト上に導電膜を設けたが、酸化シリコン基板上
に導電膜を設けても構わない。また、導電膜の材質も、
金属を含むものを初め有機導電膜を用いても構わない。

【０１９７】本実施例はｇ線露光用半透明膜マスクを作
成する手法であるがｉ線用、ＫｒＦ用マスクとして、ア
モルファスＳｉ膜スパッタ時に窒素乃至は酸素元素を含
むガスを導入し、反応させながら成膜（ＳｉＯα：０＜
α＜２、ＳｉＮ_β：０＜β＜１．３３）を形成し、レジ
スト塗布以下同様な手法で半透明マスクを作成すること
が可能である。

【０１９８】また本発明ではスパッタ法により成膜を行
ったが、ＣＶＤ法、蒸着法等で行なうことも可能であ
る。

【０１９９】尚、上述の工程においてはレジストパター
ンの形成を電子線描画により行ったがＵＶ露光により行
っても良い。この場合、電子線レジスト上に導電性樹脂
膜を形成する必要はない。

【０２００】尚、本発明ではパターン領域外で遮光膜と
半透明膜が積層となっているが、パターン領域境界で、
位置精度に余裕がある場合には、パターン領域外を遮光
膜のみで形成しても構わない。 （実施例９）図４は本実施例を説明するための製造工程
図である。

【０２０１】まず２００オングストロームの膜厚の導電
性樹脂層（ＳｎＯ₂ が主成分）が形成された膜厚２．５
ｍｍの酸化シリコン基板４０１上に半透明膜アモルファ
スＳｉ膜４０２をＲＦ印加によるスパッタにより形成す
る（図４（ａ））。この時のアモルファスＳｉの膜厚は
５７ｎｍで、この膜厚はウエハ露光プロセスで露光光源
にｇ線（４３６ｎｍ）を用いた場合半透明膜を透過する
光の位相が透明部を透過する光の位相に対し１８０°シ
フトするように調整したものである。この基板に電子線
ネガレジストＳＡＬ６０１４０３を膜厚５０００オング
ストロームで塗布し、ベイキングを行う（図４
（ｂ））。

【０２０２】さらに電子線により描画を行い現像するこ
とでレジストパターン４０３を形成する（図４
（ｃ））。この時の描画は設計寸法に対し５倍に拡大し
たものを用いる。

【０２０３】次いでレジストパターン４０３をマスクと
してＣＦ₄ 瓦斯によるケミカルイオンエッチングを行い
露出しているアモルファスシリコン膜４０２を除去す
る。

【０２０４】次にマスク形成時に秘帖とされる寸法変換
差０．３μｍ（ウエハ上０．０６μｍ）に相当するアモ
ルファスシリコン膜４０２を同様の処理によるサイドエ
ッチングで除去する（図４（ｄ））。尚、このマスクで
は０．６μｍパターンを基準として作成している。

【０２０５】最後にレジストパターン４０３を硫酸と過
酸化水素水の混合液を浸たすことにより除去することで
所望の半透明膜パターン４０２を形成することができる
（図４（ｅ））。尚、上記のＣＦ₄ を用いたケミカルイ
オンエッチングの代わりにＮＨ₄ Ｆ水溶液を用いたウエ
ットエッチングを行っても良い。

【０２０６】本実施例ではレジスト膜上に導電膜を設け
たが、シリコン基板と半透明膜の界面に導電膜を設けて
も良い。また、導電膜の材質も、金属を含むものを初め
有機導電膜を用いても構わない。

【０２０７】本実施例はｇ線露光用半透明膜マスクを作
成する手法であるがｉ線用、ＫｒＦ用マスクはアモルフ
ァスＳｉ膜スパッタ時に窒素乃至は酸素元素を含むガス
を導入し、反応させながら成膜（ＳｉＯα：０＜α＜
２、ＳｉＮ_β：０＜β＜１．３３）を形成し、レジスト
塗布以下同様な手法で半透明マスクを作成することが可
能である。

【０２０８】また本発明ではスパッタ法により成膜を行
ったが、ＣＶＤ法、蒸着法等で行なうことも可能であ
る。

【０２０９】尚、上述の工程においてはレジストパター
ンの形成を電子線描画により行ったがＵＶ露光により行
っても良い。この場合、透明基板上に導電性樹脂膜を形
成する必要はない。また、上記工程におていはネガ型レ
ジストを用いているが、ポジ型レジストを用いるために
は、マスク形成の際必要とされる寸法変換差よりもレジ
ストパターンが大きく形成される用データ処理等を行う
必要がある。

【０２１０】本実施例においてはレジストパターン４０
３をマスクとして、下層のアモルファスシリコン膜４０
２のエッチングをケミカルドライエッチングにより行っ
ている。この様に等方性エッチングを行う場合、被エッ
チングパターンがテーパ形状となる。上記のアモルファ
スシリコン膜は半透明型位相シフトマスクの半透明パタ
ーンに相当し、テーパ形状となると、位相及び振幅透過
率調整の精度が低下することがシミュレーション及び実
験により確認されている。

【０２１１】そこで実験例においては寸法変換差をサイ
ドエッチングで調整し、半透明膜パターンの転写パター
ンに対する精度及び形状の改善を同時に行うようにして
いる。実際に本マスクを使用して、ウエハへの転写実験
を行った結果、寸法精度良く、良好な形状のパターンが
得らえた。 （実施例１０）まず２００オングストロームの膜厚の導
電性樹脂層（ＳｎＯ₂ が主成分）が形成された膜厚２．
５ｍｍの酸化シリコン基板５０１上に半透明膜アモルフ
ァスＳｉ膜５０２をＲＦ印加によるスパッタにより形成
する（図５（ａ））。この時のアモルファスＳｉの膜厚
は５７ｎｍで、この膜厚はウエハ露光プロセスで露光光
源にｇ線（４３６ｎｍ）を用いた場合半透明膜を透過す
る光の位相が透明部を透過する光の位相に対し１８０°
シフトするように調整したものである。この基板に電子
線ネガレジストＳＡＬ６０１５０３を膜厚５０００オン
グストロームで塗布し、ベイキングを行う（図５
（ｂ））。

【０２１２】さらに電子線により描画を行い現像するこ
とでレジストパターン５０３を形成する（図５
（ｃ））。この描画データとして設計寸法からマスク形
成の際必要とされる寸法変換差０．３０μｍ（ウエハ上
０．０６μｍ）を引いたデータを計算機上で作成し、更
にこのデータに対し５倍に拡大したものを用いた。この
マスクでは０．６μｍパターンを基準として考えてい
る。

【０２１３】次いでレジストパターン５０３をマスクと
してＣＦ₄ 瓦斯による磁場制御の異方性エッチングによ
り露出しているアモルファスＳｉ膜５０２を除去する
（図５（ｄ））。

【０２１４】最後にレジストパターン５０３を硫酸と過
酸化水素水の混合液を浸たすことにより除去し、所望の
半透明膜パターン５０２を形成することができる（図５
（ｅ））。

【０２１５】本実施例ではシリコン基板上に導電膜を設
けたが、レジスト膜表面或いはレジスト膜と半透明膜の
界面に導電膜を設けても良い。また、導電膜の材質も、
金属を含むものを初め有機導電膜を用いても構わない。

【０２１６】本実施例はｇ線露光用半透明膜マスクを作
成する手法であるがｉ線用、ＫｒＦ用マスクとしてアモ
ルファスＳｉ膜スパッタ時に窒素乃至は酸素元素を含む
ガスを導入し、反応させながら成膜（ＳｉＯα：０＜α
＜２、ＳｉＮ_β：０＜β＜１．３３）を形成し、レジス
ト塗布以下同様な手法で半透明マスクを作成することが
可能である。

【０２１７】また本発明ではスパッタ法により成膜を行
ったが、ＣＶＤ法、蒸着法等で行うことも可能である。

【０２１８】尚、上述の工程においてはレジストパター
ンの形成を電子線描画により行ったがＵＶ露光により行
っても良い。この場合、透明基板上に導電性樹脂膜を形
成する必要はない。また、上記工程におていはネガ型レ
ジストを用いているため、描画データは設計寸法からマ
スク形成の際必要とされる寸法変換差を引いて５倍した
ものを用いているが、ポジ型レジストを用いる場合に
は、逆にこの寸法変換差を加えて５倍したデータを用い
れば良い。

【０２１９】また上記工程においては膜厚２．５ｍｍの
透明基板を用いているが、例えば透明基板の膜厚が６．
２ｍｍの場合、ＣＦ₄ ガスによるケミカルドライエッチ
ングの際基板下部よりＲＦ制御を行ってもＳｉＯ₂ が絶
縁体であるため十分にＲＦが伝わらずプラズマも発生で
きない。そこでＣＦ₄ ガスを導入し、これに電子線を照
射することによりプラズマを形成し、露出している半透
明膜の除去を試みた。本手法ではイオンの制御を装置内
部に配置した磁石による磁場で制御した。

【０２２０】本実施例においては、レジストパターン５
０３をマスクとして、下層のアモルファスシリコン膜の
エッチングを磁場制御の異方性エッチングにより行って
いる。よって実施例９で等方性エッチングを行った場合
にはパターンがテーパ形状となったが、本実施例では垂
直なパターン形状が得られる。そこで予め寸法変換差を
組み込んだ描画データを用いて描画することにより、所
望の寸法のパターン転写が可能な、理想的な位相及び振
幅透過率の半透明パターンを得ることができる。

【０２２１】実際に本マスクを使用して、ウエハへの転
写実験を行った結果、寸法精度良く、良好な形状のパタ
ーンが得らえた。 （実施例１１）２００オングストロームの膜厚の導電性
樹脂層（ＳｎＯ₂ が主成分）が形成された膜厚２．５ｍ
ｍのクオーツ基板６０１上に電子線ネガレジストＳＡＬ
６０１６０３を膜厚５０００オングストロームの膜厚で
塗布し、ベイキングを行った（図６（ａ））。

【０２２２】次に電子線により描画を行い現像すること
でレジストパターン６０２を形成する（図６（ｂ））。
ここで露光量は適性露光量より少なめとし（所望露光量
の９０％程度）逆テーパ形状のレジストパターンを形成
する。ここでレジストパターンを逆テーパ形状としたの
は、後のアモルファスシリコンのスパッタ成膜の際のレ
ジスト側壁部への付着を防ぐためである。この時の描画
は設計寸法からマスク形成の際必要とされる寸法変換差
０．３０μｍ（ウエハ上０．０６μｍ）を引いたデータ
を計算機上で作成し、更にこのデータに対し５倍に拡大
したものを用いる。尚このマスクでは０．６μｍパター
ンを基準として作成している。

【０２２３】次いで半透明膜アモルファスＳｉ膜６０３
をＲＦ印加によるスパッタにより形成した（図６
（ｃ））。この時のアモルファスＳｉの膜厚は５７ｎｍ
であった。この膜厚はウエハ露光プロセスで露光光源に
ｇ線（４３６ｎｍ）を用いた場合半透明膜を透過する光
の位相が透明部を透過する光の位相に対し１８０°シフ
トするように調整したものである。

【０２２４】次にレジストをアセトン等の有機溶剤によ
り除去し更にレジストパターン６０２を硫酸と過酸化水
素水の混合液に浸たすことにより除去することで所望の
半透明膜パターン６０３を形成することができる（図６
（ｅ））。

【０２２５】本実施例では酸化シリコン基板上に導電膜
を設けたが、レジスト膜表面或いはレジスト膜と半透明
膜の界面に導電膜を設けても良い。また、導電膜の材質
も、金属を含むものを初め有機導電膜を用いても構わな
い。

【０２２６】本実施例はｇ線露光用半透明膜マスクを作
成する手法であるがｉ線用、ＫｒＦ用マスクはアモルフ
ァスＳｉ膜スパッタ時に窒素乃至は酸素元素を含むガス
を導入し、反応させながら成膜（ＳｉＯα：０＜α＜
２、ＳｉＮ_β：０＜β＜１．３３）を形成し、レジスト
塗布以下同様な手法で半透明マスクを作成することが可
能である。

【０２２７】また本発明ではスパッタ法により成膜を行
ったが、ＣＶＤ法、蒸着法等で行うことも可能である。

【０２２８】尚、上述の工程においてはレジストパター
ンの形成を電子線描画により行ったがＵＶ露光により行
っても良い。

【０２２９】本実施例においては逆テーパ形状のレジス
トパターンを形成してから、アモルファスシリコン膜を
レジストパターン側壁部以外の領域にスパッタにより形
成する。この時、レジストパターンの描画データは寸法
変換差を組み入れたものを用いる。アモルファスシリコ
ン層を除去することにより、所望の寸法のパターン転写
が可能な理想的な位相及び振幅透過率の半透明膜パター
ンを得ることができる。

【０２３０】実際に、本マスクを使用して、ウエハへの
転写実験を行った結果、寸法精度良く、良好な形状のパ
ターンが得られた。 （実施例１２）膜厚２．５ｍｍのクオーツ（透明）基板
上７０１にｉ線用ポジ型フォトレジストＡＺ−５２１４
７０２を５０００オングストロームの膜厚で塗布しベイ
キングを行う（図７（ａ））。

【０２３１】次に水銀ランプのｉ線により描画を行い露
光部７０２ｂ、非露光部７０２ａを得る（図７
（ｂ））。この時の描画は設計寸法からマスク形成の際
必要とされる寸法変換差０．３０μｍ（ウエハ上０．０
６μｍ）を引いたデータを計算機上で作成し、更にこの
データに対し５倍に拡大したものを用いた。尚このマス
クでは０．６μｍパターンを基準として作成している。

【０２３２】次いで１２０℃でベイキングを行い露光部
７０２ｂを不溶性の膜にした後、更に基板全面を露光す
ることにより、非露光部７０２ａを可溶性の膜にする。

【０２３３】次に現像を行い、露光部７０２ｂに相当す
る逆テーパ形状のレジストパターン７０２を形成する。
ここでレジストパターンを逆テーパ形状としたのは、後
のアモルファスシリコンのスパッタ成膜の際のレジスト
側壁部への付着を防ぐためである（図７（ｃ））。

【０２３４】次いで、半透明膜アモルファスＳｉ膜７０
３をＲＦ印加によるスパッタにより形成した（図７
（ｄ））。この時のアモルファスＳｉの膜厚は５７ｎｍ
であった。この膜厚はウエハ露光プロセスで露光光源に
ｇ線（４３６ｎｍ）を用いた場合半透明膜を透過する光
の位相が透明部を透過する光の位相に対し１８０°シフ
トするように調整したものである。

【０２３５】次にレジストをアセトン等の有機溶剤によ
り除去し更にレジストパターン７０２を硫酸と過酸化水
素水の混合液に浸たすことにより除去することで所望の
半透明膜パターン７０３を形成することができる（図７
（ｅ））。

【０２３６】本実施例では酸化シリコン基板上に導電膜
を設けたが、レジスト膜表面或いはレジスト膜の半透明
膜の界面に導電膜を設けても良い。また、導電膜の材質
も、金属を含むものを初め有機導電膜を用いても構わな
い。

【０２３７】本実施例はｇ線露光用半透明膜マスクを作
成する手法であるがｉ線用、ＫｒＦ用マスクはアモルフ
ァスＳｉ膜スパッタ時に窒素乃至は酸素元素を含むガス
を導入し、反応させながら成膜（ＳｉＯα：０＜α＜
２、ＳｉＮ_β：０＜β＜１．３３）を形成し、レジスト
塗布以下同様な手法で半透明マスクを作成することが可
能である。

【０２３８】また本発明ではスパッタ法により成膜を行
ったが、ＣＶＤ法、蒸着法等で行うことも可能である。

【０２３９】尚、上述の工程においてはレジストパター
ンの形成を電子線描画により行ったがＵＶ露光により行
っても良い。

【０２４０】本実施例においては逆テーパ形状のレジス
トパターンを形成してから、アモルファスシリコン膜を
レジストパターン側壁部以外の領域にスパッタにより形
成する。この時、レジストパターンの描画データは寸法
変換差を組み入れたものを用いる。アモルファスシリコ
ン層を除去することにより、所望の寸法のパターン転写
が可能な理想的な位相及び振幅透過率の半透明膜パター
ンを得ることができる。

【０２４１】実際に、本マスクを使用して、ウエハへの
転写実験を行った結果、寸法精度良く、良好な形状のパ
ターンが得られた。

【０２４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば露光
用マスクを最適な光学定数を有する単層膜で形成するこ
とができるため、振幅透過率及び位相差の制御が容易
で、取り分け単層膜の屈折率を所定の値以上とすること
で遮光マスクと同等の信頼性の高い露光用マスクを得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の露光用マスクの製造
工程図。

【図２】 本発明の第３の実施例の露光用マスクの製造
工程図。

【図３】 本発明の第８の実施例の露光用マスクの製造
工程図。

【図４】 本発明の第９の実施例の露光用マスクの製造
工程図。

【図５】 本発明の第１０の実施例の露光用マスクの製
造工程図。

【図６】 本発明の第１１の実施例の露光用マスクの製
造工程図。

【図７】 本発明の第１２の実施例の露光用マスクの製
造工程図。

【図８】 ｇ線用半透明膜パターンをＳｉ単層膜で形成
する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数の実測
値を示す図。

【図９】 ｉ線用半透明膜パターンをＳｉＮα単層膜で
形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数の
実測値を示す図。

【図１０】 ＫｒＦ用半透明膜パターンをＳｉＮα単層
膜で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定
数の実測値を示す図。

【図１１】 最適寸法変換差を説明する図。

【図１２】 マスク上で像質劣化が生じる部分を説明す
る図。

【図１３】 像質劣化領域と焦点深度の関係を説明する
図。

【図１４】 像質劣化領域と半透明膜を形成する屈折率
を説明する図。

【図１５】 ｇ線用半透明膜パターンをＧｅ単層膜で形
成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数の実
測値を示す図。

【図１６】 ｇ線用半透明膜パターンをＧａＡｓ単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図１７】 ｉ線用半透明膜パターンをＣｒＯε単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図１８】 ｇ線用半透明膜パターンをＣｒＯε単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図１９】 ＫｒＦ用半透明膜パターンをＣｒＯε単層
膜で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定
数の実測値を示す図。

【図２０】 ｉ線用半透明膜パターンをＴｉＯδ単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図２１】 ｇ線用半透明膜パターンをＴｉＯδ単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図２２】 ＫｒＦ用半透明膜パターンをＴｉＯδ単層
膜で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定
数の実測値を示す図。

【図２３】 ｇ線用半透明膜パターンをＡｌＯγ単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図２４】 ｉ線用半透明膜パターンをＡｌＯγ単層膜
で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定数
の実測値を示す図。

【図２５】 ＫｒＦ用半透明膜パターンをＡｌＯγ単層
膜で形成する際に満足すべき光学定数の範囲及び光学定
数の実測値を示す図。

【図２６】 従来の半透明型位相シフトマスクを示す
図。

【図２７】 従来の半透明型位相シフトマスクの問題点
を示す図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７
０１、１１０１…酸化シリコン基板 １０２、３１４、４０２、５０２、６０３、７０３…シ
リコン膜 １０３、２０３、３０２、３０４、４０３、５０３、６
０２、７０２…レジスト１０４、２０４、３０５…塗布
性導電膜 ２０２…窒化シリコン膜 ３０３…パターン領域外に形成される検査用マーク ３１２…クロム膜 ３１３…酸化クロム膜 １１０１ａ…光透過部（位相＝０） １１０１ｂ…半透明位相シフト部 １１０２…透過率調整膜 １１０３…位相調整膜 １１０５…透過率調整部に生じた欠陥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 秀樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平５−2259（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−127361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−11747（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−191146（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−170743（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−240653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性基板上に、露光光に対する光の位
   相が透明部分とは180度だけ異なるように構成された半
   透明膜を形成する工程と、半透明膜からなるマスクパタ
   ーンを形成する工程を含む露光用マスクの製造方法にお
   いて、 前記半透明膜の形成工程が、位相差１８０度と所望の透
   過率を満たす屈折率ｎと消衰係数ｋの関係を求める工程
   と、前記半透明膜の元素組成比を変化させた膜について
   前記半透明膜の元素組成比に対する屈折率と消衰係数の
   関係を求める工程と、位相差１８０度と所望の透過率を
   満たす元素組成比を、前記屈折率ｎと消衰係数ｋの関係
   と前記元素組成比に対する屈折率と消衰係数の関係の交
   点に対応した元素組成比として求める工程と、 シリコン、ゲルマニウムまたはガリウム砒素をターゲッ
   トとし、スパッタリング法を行うか或いはシリコン、ゲ
   ルマニウム元素を原料瓦斯の組成に含むＣＶＤ法により
   前記位相差１８０度と所望の透過率を満たす元素組成比
   で膜厚を制御して、振幅透過率と露光光に対する光の位
   相が透明部分とは１８０度だけ異なるように位相を同時
   に調整しつつ半透明膜を形成する工程であることを特徴
   とする露光用マスクの製造方法。
2. 【請求項２】 透光性基板上に、露光光に対する光の位
   相が透明部分とは１８０度だけ異なるように構成された
   半透明膜を形成する工程と、半透明膜からなるマスクパ
   ターンを形成する工程を含む露光用マスクの製造方法に
   おいて、 前記半透明膜の形成工程が、位相差１８０度と所望の透
   過率を満たす屈折率ｎと消衰係数ｋの関係を求める工程
   と、前記半透明膜の元素組成比を変化させた膜について
   前記半透明膜の元素組成比に対する屈折率と消衰係数の
   関係を求める工程と、位相差１８０度と所望の透過率を
   満たす元素組成比を、前記屈折率ｎと消衰係数ｋの関係
   と前記元素組成比に対する屈折率と消衰係数の関係の交
   点に対応した元素組成比として求める工程と、 シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素または金属の酸
   化物、窒化物またはハロゲン化物のうち、少なくとも一
   種を含み、且つ前記位相差１８０度と所望の透過率を満
   たす元素組成比になるように化合物の元素組成比を制御
   して、振幅透過率と位相を同時に調整しつつ半透明膜を
   形成する工程であることを特徴とする露光用マスクの製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記半透明膜の形成工程は、シリコン、
   ゲルマニウムまたはガリウム砒素をターゲットとし、成
   膜雰囲気中に所定量の窒素、酸素またはハロゲン元素を
   含む瓦斯を混入させ、半透明膜中の窒素、酸素またはハ
   ロゲンの元素組成比と膜厚を制御して、シリコン、ゲル
   マニウムまたはガリウム砒素の窒化膜、酸化膜またはハ
   ロゲン化物を露光光に対する光の位相が透明部分とは１
   ８０度だけ異なるように構成された半透明膜として成膜
   する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の露光用
   マスクの製造方法。
4. 【請求項４】 前記半透明膜の形成工程は、シリコン、
   ゲルマニウムまたはガリウム砒素中にこれらの酸化物、
   窒化物またはハロゲン化物を含む膜をターゲットとし、
   成膜することにより半透明膜中の窒素、酸素またはハロ
   ゲンの元素組成比と膜厚を制御して、シリコン、ゲルマ
   ニウムまたはガリウム砒素の窒化膜、酸化膜またはハロ
   ゲン化物を露光光に対する光の位相が透明部分とは１８
   ０度だけ異なるように構成された半透明膜として成膜す
   る工程を含むことを特徴とする請求項２記載の露光用マ
   スクの製造方法。
5. 【請求項５】 前記半透明膜の形成工程は、シリコン、
   ゲルマニウムまたはガリウム砒素中にこれらの酸化物、
   窒化物またはハロゲン化物を含む膜をターゲットとし、
   成膜雰囲気中に所定量の窒素、酸素またはハロゲン元素
   を含む瓦斯を混入させ、半透明膜中の窒素、酸素または
   ハロゲンの元素組成比と膜厚を制御してシリコン、ゲル
   マニウムまたはガリウム砒素の窒化膜、酸化膜またはハ
   ロゲン化物を露光光に対する光の位相が透明部分とは１
   ８０度だけ異なるように構成された半透明膜として成膜
   する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の露光用
   マスクの製造方法。
6. 【請求項６】 前記半透明膜の形成工程は、原料ガス中
   の酸素または窒素の元素組成比を調整しつつＣＶＤ法を
   用いて酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を堆積する
   ことにより、酸素または窒素の組成比を制御する工程を
   含むことを特徴とする請求項２記載の露光用マスクの製
   造方法。
7. 【請求項７】 前記露光光の波長が365nmであって、窒
   化シリコン膜ＳｉＮβの、シリコン原子に対する窒素原
   子の組成比βが0.51より大きく且つ0.70以下であること
   を特徴とする請求項２記載の露光用マスクの製造方法。
8. 【請求項８】 前記露光光の波長が248nmであって、窒
   化シリコン膜ＳｉＮβの、シリコン原子に対する窒素原
   子の組成比βが0.82より大きく且つ1.00以下であること
   を特徴とする請求項２記載の露光用マスクの製造方法。
9. 【請求項９】 前記半透明膜の形成工程は、Ｃｒ、Ｔｉ
   またはＡｌをターゲットとし、成膜雰囲気中に所定量の
   窒素、酸素またはハロゲン元素を含む瓦斯を混入させ、
   窒素、酸素またはハロゲンの元素組成比と膜厚を制御し
   てＣｒ、ＴｉまたはＡｌの窒化膜、酸化膜またはハロゲ
   ン化膜を露光光に対する光の位相が透明部分とは１８０
   度だけ異なるように構成された半透明膜として成膜する
   工程を含むことを特徴とする請求項２記載の露光用マス
   クの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記半透明膜の形成工程は、Ｃｒ、Ｔ
    ｉまたはＡｌ中に、Ｃｒ、ＴｉまたはＡｌの窒化物、酸
    化物またはハロゲン化物を含む膜をターゲットとし、成
    膜することにより半透明膜中の窒素、酸素またはハロゲ
    ンの元素組成比と膜厚を制御してＣｒ、ＴｉまたはＡｌ
    の窒化膜、酸化膜またはハロゲン化物を露光光に対する
    光の位相が透明部分とは１８０度だけ異なるように構成
    された半透明膜として成膜する工程を含むことを特徴と
    する請求項２記載の露光用マスクの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記半透明膜の形成工程は、Ｃｒ、Ａ
    ｌまたはＴｉ中に、Ｃｒ、ＡｌまたはＴｉの窒化物、酸
    化物またはハロゲン化物を含む膜をターゲットとし、成
    膜雰囲気中に所定量の窒素、酸素またはハロゲン元素を
    含む瓦斯を混入させ、窒素、酸素またはハロゲンの元素
    組成比と膜厚を制御してＣｒ、ＡｌまたはＴｉの窒化
    膜、酸化膜またはハロゲン化物を露光光に対する光の位
    相が透明部分とは１８０度だけ異なるように構成された
    半透明膜として成膜する工程を含むことを特徴とする請
    求項２記載の露光用マスクの製造方法。