JP3636838B2 - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクを透過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上できるようにした位相シフトマスク及びその製造方法に関し、特に、ハーフトーン型の位相シフトマスク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フォトリソグラフィーに要求される二つの重要な特性である高解像度化と焦点深度の確保は相反する関係にあり、露光装置のレンズの高ＮＡ化、短波長化だけでは実用解像度を向上できないことが明らかにされた（月刊Semiconductor World 1990.12、応用物理第６０巻第１１月号（１９９１）等）。
【０００３】
このような状況下、次世代のフォトリソグラフィー技術として位相シフトリソグラフィーが注目を集めている。位相シフトリソグラフィーは、光学系には変更を加えず、マスクだけの変更で光リソグラフィーの解像度を向上させる方法であり、フォトマスクを透過する露光光間に位相差を与えることにより透過光相互の干渉を利用して解像度を飛躍的に向上できるようにしたものである。
【０００４】
位相シフトマスクは、光強度情報と位相情報とを併有するマスクであり、レベンソン（Levenson）型、補助パターン型、自己整合型などの各種タイプが知られている。これらの位相シフトマスクは、光強度情報しか有しない従来のフォトマスクに比べ、構成が複雑で製造にも高度の技術を要する。
【０００５】
この位相シフトマスクの一つとして、いわゆるハーフトーン型位相シフトマスクと称される位相シフトマスクが近年開発されている。
【０００６】
このハーフトーン型の位相シフトマスクは、半透光部（ハーフトーン膜パターン）が、露光光を実質的に遮断する遮光機能と、光の位相をシフト（通常は反転）させる位相シフト機能との二つの機能を兼ね備えることになるので、遮光膜パターンと位相シフト膜パターンを別々に形成する必要がなく、構成が単純で製造も容易であるという特徴を有している。
【０００７】
ハーフトーン型の位相シフトマスク１０は、図１２に示すように、透明基板１上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部（透明基板露出部）２と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部（遮光部兼位相シフタ部）３とで構成し（同図（ａ））、かつ、この半透光部を透過する光の位相をシフトさせて、半透光部を透過した光の位相が透光部を透過した光の位相に対して実質的に反転した関係になるようにすることによって、半透光部と透光部との境界部近傍を通過し回折現象によって互いに相手の領域に回り込んだ光が互いに打ち消しあうようにし、境界部における光強度をほぼゼロとし境界部のコントラストすなわち解像度を向上させるものである（同図（ｂ）〜（ｄ））。
【０００８】
上述のように、ハーフトーン型位相シフトマスクは、要するに、半透光部に位相シフト機能と遮光機能とを兼備させたものである。すなわち、この半透光部を、パターンの境界部においては位相シフト層として機能させ、それ以外の部分では遮光層として機能させている。したがって、本来は完全に露光光を遮断するのが理想的である部分にもわずかな漏れ光が到達している。通常は、この漏れ光があっても実質的な露光にまで至らぬように全体の露光量を調整する。
【０００９】
ところで、例えば、被転写体に形成された露光対象たるレジストの膜厚が場所によって大幅に異なっている場合のように、被転写体の場所によって必要な露光量が大幅に異なるような場合には、どうしても全体の露光量を被転写体の各場所で必要とする露光量のうちの最大の露光量をカバーできる値に設定しなければならない。そうしないと、全体の露光ができないからである。
【００１０】
ところが、そうすると、例えば、大きい露光量を必要とする膜厚の厚い部分では、半透光部からの漏れ光による影響は小さいが、膜厚の薄い部分では、漏れ光による露光によって現像後のレジストの膜減りが許容範囲を越えてしまう場合があることが判明した。図１３〜図１５はこの事情の説明図である。
【００１１】
図１３は露光対象たるレジストの膜厚が場所によって異なる被転写体の例を示す図、図１４は図１３の被転写体に露光を施す様子を示す図、図１５は図１４で示された露光をして現像した後の被転写体を示す図である。
【００１２】
図１３に示される被転写体は、基板１００上に、０．５μｍ程度の段差を有する導電膜１０１が設けられ、この上にパターン形成のためのポジ型レジスト膜１０２がスピンコート法で形成されたものである。この被転写体は、レジスト１０２にパターン露光して現像し、レジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクにしてエッチングを施すことにより導電膜１０１に配線用パターンを形成するものである。
【００１３】
図１４に示されるように、上記レジスト膜１０２の露光を、ハーフトーン型位相シフトマスク１０によって行う場合を考える。この場合、導電膜１０１の膜厚が薄い部分である領域Ｂにおけるレジスト１０２の膜厚の方が、導電膜１０１の膜厚が厚い部分である領域Ａにおけるレジスト１０の２膜厚よりも厚い。このため、露光量の値は、この領域Ｂを露光できる大きい値に設定される。
【００１４】
そうすると、図１５に示されるように、レジスト１０１を現像すると、半透光部３からの漏れ光に応じてレジストパターン１０２ａの膜減りが生ずる。この膜減り量は、レジスト膜１０２の膜厚がもともと十分に厚い領域Ｂの場所ではエッチング時に問題となるような量ではない。しかしながら、レジスト膜１０２の膜厚がもともと薄い領域Ａの場所では膜厚がさらに薄くなってしまい、エッチング時にマスクとしての機能を十分に果たし得なくなる場合がある。このため、露光量の設定が困難となり、場合によっては最適露光量が得られない場合も生じ得る。この事情は、半透光部の透過率が高い（例えば、１０〜１５％）場合には、露光光のエネルギーの漏れ量が大きくなるため、特に深刻な問題となる。
【００１５】
また、このハーフトーン型位相シフトマスクは、通常、半導体製造に用いられる露光装置である縮小投影露光装置（ステッパー）のマスク（レチクル）として用いられる。このステッパーは、レチクルを露光光で投影して得られる投影像を投影レンズで縮小し、被転写体である半導体ウエハ上に結像させて縮小投影露光を行うものである。この縮小投影露光は、通常、１枚の半導体ウエハ上の異なる位置に同一のパターンを繰り返し転写して露光し、１枚のウエハから多数の半導体チップを得るものである。このため、このステッパーを用いてパターン転写を行うときは、図１６に示されるように、ステッパーに備えられた被覆部材（アパーチャー）２００によって位相シフトマスク１０（レチクル）の転写領域Ｉのみを露出させるように周縁領域を被覆して露光を行う。
【００１６】
しかしながら、このアパーチャー２００は、精度よく（例えば１μｍ以下の精度）転写領域のみを露出させるように設置することは機械精度的に難しく、多くの場合、露出部が転写領域の外周周辺の被転写領域にはみ出てしまう。また、アパーチャーが仮に高精度であってはみ出し部がない場合であっても、アパーチャーと被転写体との間に距離があることから露光光が回折して被転写領域に達する。
【００１７】
このように、アパーチャー２００が本来の転写領域よりも広い範囲に露光光を通過させた場合、次の問題があることがわかった。すなわち、ハーフトーン型位相シフトマスク１０は、通常、被転写領域に実質的に露光に寄与しない強度の光を通過させる半透光膜３が形成されている。このため、上述のように、アパーチャー２００が本来の転写領域よりも広い範囲に露光光を通過させると、このはみ出した部分で実質的に露光に寄与しない強度の光による露光がなされる。もちろん、このはみ出し部分があっても１回の露光では何ら問題は生じない。しかし、このはみ出して露光された部分（はみ出し露光部）が転写領域に重なったり、あるいは次の露光の際に同様にはみ出して露光された部分と重なる場合が生じ、この重複露光によって、１回の露光では実質的に露光に寄与しない露光量であっても、それらが加算されて露光に寄与する量に達する場合がある。したがって、これにより、本来は露光されるべきでない領域に結果的に露光が施されたのと同様のことが起こり、欠陥が発生する。以下、この点を具体的に説明する。
【００１８】
図１７は、はみ出し露光部が重なる現象を示す説明図である。図１７は説明を簡単にするために露光対象たるレジストを塗布したウエハ上に隣接して４回の転写を行った場合を想定したものであって、実線で囲まれる領域Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4が転写領域であり、それぞれの転写領域の外側の点線で囲まれる部分がはみ出し部ΔＥ1、ΔＥ2、ΔＥ3、ΔＥ4である。上記各転写領域の寸法（縦及び横）はＩ、実際のアパーチャーの光通過孔の寸法（縦及び横）はＩ´、はみ出し部の寸法（幅）はΔＩである。なお、転写領域Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4の相互位置関係は、ステッパーのＸ−Ｙステージ等によって正確に隣り合わせなるように設定されている。また、図１７では説明をわかり易くするために、はみ出し部ΔＥ1、ΔＥ2、ΔＥ3、ΔＥ4を拡大して示してある。
【００１９】
図１７から明らかなように、はみ出し部ΔＥ1、ΔＥ2、ΔＥ3、ΔＥ4は、相互に隣接するもの同士で重なり部分が生ずる。これらの重なり部分をそれぞれδＥ12、δＥ24、δＥ34、δＥ13、δＥ234、δＥ134、δＥ123、δＥ124とすると、重なり部分δＥ12、δＥ24、δＥ34、δＥ13の重なり回数は共に２回であるが、重なり部分δＥ234、δＥ134、δＥ123、δＥ124では３回となり、さらに、点Ｏにおいては実質的に４回の重なりとなる。今、半透光膜３の光透過率を１５％とすると、２回重なり部分には光透過率３０％の膜を通過した場合と同じ量の露光が、３回重なり部分には光透過率４５％の膜を通過した場合と同じ量の露光が、４回重なり部分には光透過率６０％の膜を通過した場合と同じ量の露光がそれぞれ行われることになる。このため、これらの重なり部分では、実質的に露光に寄与する強度に達する露光が行われる場合が生ずる。その結果、この露光を行った後、レジストを現像し、所定のエチング等をしてパターンを形成したウエハには、本来形成すべきでない部分に不要なパターンが形成されることになり、パターン欠陥が発生してしまうことになる。
【００２０】
本願出願人は、上述した半透光部の漏れ光の問題を解決するために、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上面又は下面部分に遮光層を設けることにより、半透光部における露光光の漏れを防ぎ、漏れ光による露光によって現像後のレジストの膜減りの問題を解決する技術を開発し出願を行っている。また、はみ出し露光の問題を解決するために、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける転写領域以外の非転写領域に遮光層を設けることにより、アパーチャーの光通過領域とマスクの転写領域との間にずれがあることに起因するはみ出し露光の問題を解決する技術を開発し同時に出願を行っている（特開平７−１２８８４０号公報）。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のハーフトーン型位相シフトマスクには、次に示すような改良の余地がある。
【００２２】
すなわち、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部では、四隅のコーナー部分による不要な光強度が現れ、レジストの膜減りが生じるという問題がある。
【００２３】
また、透光部パターン同士が近接した場合、パターン近接に起因する不要な光強度が現れるという問題がある。
【００２４】
さらに、ステッパーにおけるレチクルアライメントは、透過光によって行われるのが主流であるが、ハーフトーン型位相シフトマスクの場合は、通常のマスクに比べＳ／Ｎ比が落ちるという問題がある。
【００２５】
また、ウエハ露光における重ね合わせ精度のチェック用モニターパターン等の大パターン周辺では、本パターン部で問題がなくともレジストの膜減りが生じる場合があるという問題がある。
【００２６】
本発明は上述した問題点にかんがみてなされたものであり、位相シフト効果が必要な部分のみをハーフトーン領域（半透光部）とすることで上記諸問題を解決した位相シフトマスクの提供を目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上又は下に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分に、遮光層を設けた構成としてある。
【００２８】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、上記本発明の位相シフトマスクにおいて、λを露光波長、ＮＡをステッパーの開口数としたときに、半透光部の幅が、０．３〜０．８×（λ／ＮＡ）である構成としてある。
【００２９】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記透光部パターンが近接した場合に、透光部間の距離及び配置に応じて、不必要な光強度を除去するための遮光帯を設けた構成としてある。
【００３０】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、位相シフト効果に寄与しない領域に遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、少なくともアライメントマークの周辺の領域にＳ／Ｎ比を考慮して遮光層を設けた構成としてある。
【００３１】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、位相シフト効果に寄与しない領域に遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、少なくともウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターンの周辺の領域に遮光層を設けた構成としてある。
【００３２】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、上記本発明のハーフトーン型位相シフトマスクにおける非転写領域の一部又は全部に遮光層を設けた構成としてある。
【００３３】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、上記本発明のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ハーフトーンのマスクサイズをＳｈ、ウエハ上の寸法をＳｗ、Ｓｈ−Ｓｗをマスクバイアス量Ｍｂとしたときに、
−０．１μｍ＜Ｍｂ＜０．０５μｍである構成としてある。
【００３４】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、透明基板の上に半透光部を構成する半透光膜を有し、この半透光膜の上に遮光層を構成する遮光膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用い、位相シフト効果を必要としない領域に遮光膜が残るように、遮光膜のパターンニングを行う構成としてある。
【００３５】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、上記本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、遮光層の膜厚を、半透光膜と遮光膜を積層したときに、露光波長でのＯＤが２以上になるように設定した構成としてある。
【００３６】
【作用】
本発明の位相シフトマスクは、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分を遮光することで、四隅のコーナー部分に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００３７】
また、透光部パターン同士が近接した場合、リム状のハーフトーン領域（半透光部）の重なり具合に応じて、遮光帯を設けることで、パターン近接に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００３８】
さらに、アライメントマークの周辺では、ハーフトーン領域を露出させないため、ステッパーにおけるレチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００３９】
同様に、ウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターン等の大パターン周辺では、ハーフトーン領域を露出させないため、これらの領域でレジストの膜減りが生じることもない。
【００４０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００４１】
第一発明は、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける位相シフト効果（光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させる効果）に寄与しない領域を詳細に分析し、これらの領域に遮光膜を設けたことを特徴とする。
【００４２】
具体的には、例えば、図１（ａ）に示すように、透光部２の周縁にリム状に形成された半透光部３における四隅のコーナー部分に、遮光層４を設けてある。
【００４３】
これにより、図１（ｂ）に示すような半透光部３の四隅のコーナー部分に遮光層を設けない場合に比べ、不要な光強度が抑えられる。このことは、図１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する光強度の分布図の比較から明らかである（図２（ａ）及び（ｂ））。
【００４４】
なお、このときの条件は、透光部２の大きさ：０．４μｍ×０．４μｍ、コーナー部分の大きさ：０．２μｍ×０．２μｍ、半透光部３の幅：０．６５×（λ／ＮＡ）とし（以上のサイズはウエハ上の値）、露光条件は、ＮＡ：０．５７、σ：０．３のｉ線ステッパーとした。
【００４５】
本発明では、主パターンの光強度特性維持と、サイドピークを抑えるという観点から、半透光部の幅を、０．３〜０．８×（λ／ＮＡ）とすることが好ましく、０．５〜０．７５×（λ／ＮＡ）とすることがさらに好ましい。ここで、λは露光波長、ＮＡはステッパーの開口数である。
【００４６】
また、半透光部の幅は、上下左右ともに厳密に同じでないと特性が得られないものではなく、半透光部の幅の差が０．１×（λ／ＮＡ）程度までなら光学特性上問題はなく、許容できる範囲である。したがって、半透光部を露出させるために行う露光は、遮光膜及び半透光膜をパターンニングする際の露光に比べ精度が要求されないため、後者の描画グリッドより大きなグリッドを選定できることからスループット上も大きな問題はない。
【００４７】
なお、図３に示すように、四隅のコーナー部分に多段状に遮光層を設けることで、より効果が上がるのは当然である。
【００４８】
第一発明では、少なくともアライメントマークの周辺の領域に遮光層を設ける態様が含まれる。
例えば、図４に示すように、アライメントマーク１１の周辺の領域１２にＳ／Ｎ比を考慮して遮光層を設ける。これにより、レチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００４９】
第一発明では、少なくともウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターン（ウエハ重ね合わせ用アライメントマーク及び／又は数字、文字パターンを含む）の周辺の領域に遮光層を設ける態様が含まれる。
例えば、図５に示すように、ウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターン１３の周辺の領域１４に遮光層を設ける。
【００５０】
これは、これらのモニターパターンはウエハ上で数ミクロンあり、位相シフトが不要であるとともに、モニターパターン周囲に膜減りが生じると正確なモニターができなくなるので、これを防ぐためモニターパターンの周辺の領域に遮光層を設ける。
【００５１】
第二発明は、透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上又は下に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、透光部パターンが近接した場合に、透光部間の距離及び配置に応じて、不必要な光強度を除去するための遮光帯を設けたことを特徴とする。
【００５２】
ここで、遮光帯を設ける位置及び遮光帯の大きさ形状等は、近接した透光部間の距離及び配置によって異なり、透光部パターンの近接によって生じる不必要な光強度を除去すべく適宜決定させる。
【００５３】
図６に示すような、透光部パターン２同士が隣り合わせで近接する最も単純な場合にあっては、次のようなルールで遮光帯２０を挿入できる。
【００５４】
すなわち、透光部パターン間距離をｄとした場合、０．７×（λ／ＮＡ）＜ｄ＜１．６×（λ／ＮＡ）である場合において、パターン間のセンタ部に、０．０５×（λ／ＮＡ）〜０．６×（λ／ＮＡ）の幅の遮光帯を挿入することで、不要な光強度を低減できる。
【００５５】
図７に遮光帯を設けない従来例を示し、図９にその光強度分布を示す。また、図８に遮光帯を設けた場合の光強度分布を示す。図８及び９から、遮光帯を設けた場合は不要な光強度が低減されていることがわかる。
【００５６】
なお、図１０に、横軸に透光部パターン間距離ｄ／（λ／ＮＡ）をとり、縦軸にパターン間での光強度をとったグラフを示す。このときの条件は、透光部パターンサイズ：０．４μｍ□、露光条件は、ＮＡ：０．５７、σ：０．３のｉ線ステッパーとし、半透光部の透過率：９％、位相差１８０°とした。
【００５７】
図１０から、０．７×（λ／ＮＡ）以下の領域では不要な光強度は低く、０．７×（λ／ＮＡ）を越えた辺りから徐々に増加していくことがわかる。したがって、０．７×（λ／ＮＡ）以下の領域では遮光帯は必要でなく、遮光帯が必要となる上述した場合が導き出せる。
【００５８】
本発明では、上述した第一及び第二発明のハーフトーン型位相シフトマスクにおける非転写領域の一部又は全部に遮光層を設けた態様が含まれる。
【００５９】
上述した本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板の上に半透光部を構成する半透光膜を有し、この半透光膜の上又は下に遮光層を構成する遮光膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用い、位相シフト効果を必要としない領域に遮光膜が残るように、遮光膜のパターンニングを行うことで製造できる。
【００６０】
本発明では、半透光部を構成する物質は特に制限されないが、酸化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯ系材料と略す）、酸化窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯＮ系材料と略す）、窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料と略す）、酸化窒化されたシリコン（ＳｉＯＮ系材料と略す）などが好ましい。
これは、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する上でプロセスが簡略化される上、精度の向上も図れるためである。
【００６１】
また、遮光膜の膜厚は、半透光膜と遮光膜を積層したときに、露光波長でのＯＤが２以上に、好ましくは３以上になるように設定することが好ましい。これは、遮光効果を十分に持たせ、通常マスクでもパターンニングと同等に扱えることを目的としているためである。
【００６２】
なお、上述した構造を有する本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、サイドピークが出にくいため、通常のマスクのように露光量を上げて露光できる。一般的には、ハーフトーンのマスクサイズ（パターンサイズ）Ｓｈとウエハ上の寸法Ｓｗは下記（１）のような関係にある。
Ｓｈ＞Ｓｗ、Ｓｈ−Ｓｗ＝０．０５μｍ程度 （１）
露光裕度は、ＳｈがＳｗに近づく程あるいはＳｈ＜Ｓｗである方が、大きくなる。
【００６３】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクでは、Ｓｈ−Ｓｗをマスクバイアスとすると、マスクバイアス量Ｍｂを下記（２）の範囲とすることが可能である。
−０．１μｍ＜Ｍｂ＜０．０５μｍ （２）
【００６４】
このため、図１８に示すように、通常のハーフトーンマスクではＸの露光量ではパターンを形成できるが、Ｙの状態ではサイドピークが解像してしまう。ところが、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの場合、Ｙの露光量でもパターン形成が可能になる。したがって、同一マスク寸法でも露光量を上げて、よりマスク寸法に近いあるいは大きなパターンをウエハ上に形成できるため、より大きな露光裕度を採ることが可能となる。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例にもとづき本発明をさらに詳細に説明する。
【００６６】
実施例１
図１１は本発明の一実施例に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程を示す図である。
【００６７】
本実施例においては、半透光層は、膜厚１２０ｎｍの窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料）の薄膜であり、露光光（波長３６５ｎｍ）に対する透過率が９％であり、また、露光光の位相を１８０°シフトさせる。
【００６８】
また、遮光層は、Ｃｒからなる膜厚７０ｎｍの膜であり、位相シフト効果に寄与しない領域に形成されている。
【００６９】
この構成のハーフトーン型位相シフトマスクは以下のようにして製造することができる。
【００７０】
ブランクの製造
モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ：ケイ素）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝２０：８０ｍｏｌ％）を用い、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：１０％、Ｎ2：９０％、圧力：１．５×１０-3Ｔｏｒｒ）で、反応性スパッタリング法により、透明基板１上に窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料）からなる半透光膜３を形成した。次いで、半透光膜３上に、スパッタリング法により、Ｃｒを膜厚８０ｎｍに成膜して遮光膜４を形成してｉ線（波長３６５ｎｍ）用の位相シフトマスクブランクを得た（図１１（ａ））。
【００７１】
次に、上記遮光膜４上にポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ−８１０Ｓ：日本ゼオン社製）を膜厚５００ｎｍとなるように塗布し、ベーク処理して電子線レジスト膜５を形成してレジスト付きのｉ線（波長３６５ｎｍ）用位相シフトマスクブランクを得た（図１１（ａ））。
【００７２】
マスク加工
次に、電子線レジスト膜５に所望のパターン（要説明）の電子線露光を施し、現像した後ベーク処理してレジストパターン５ａを形成した（図１１（ｂ））。
【００７３】
次いで、上記レジストパターン５ａをマスクにして、遮光膜４を所定のエッチング液でエチングして遮光膜パターン４ａを形成した（図１１（ｃ））。その際、近接パターンも一部に形成した（図示せず）。
【００７４】
次に、半透光膜３をエッチングした後（図１１（ｄ））、レジストパターン５ａを除去した（図１１（ｅ））。なお、半透光膜３のエッチングは、反応性イオンエッチング方式の平行平板型ドライエッチング装置を用いて、以下の条件で行った。
【００７５】
エッチングガス：ＣＦ4とＯ2との混合ガス
ガス圧：０．２Ｔｏｒｒ
高周波出力：１００Ｗ
【００７６】
次に、基板全面にポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ−８１０Ｓ：日本ゼオン社製）を膜厚５００ｎｍとなるように塗布し、ベーク処理して電子線レジスト膜６を形成し、その後、電子線レジスト膜６に遮光パターンを形成するための電子線露光を施す（図１１（ｆ））。その際、位相シフト効果に寄与しない細部の領域にまで遮光層が形成され、かつ、近接パターンの間に所定の遮光帯が形成されるように描画を施した。
【００７７】
次いで、電子線レジスト膜６を現像し、位相シフト効果に寄与しない領域のレジストパターン６ａを形成する（図１１（ｇ））。
【００７８】
その後、レジストパターン６ａをマスクにして、遮光膜パターンの露出部分に所定のエッチングを施し、必要なハーフトーン領域を露出させる（図１１（ｈ））。
【００７９】
最後に、残存するレジストパターン を除去して、ハーフトーン型位相シフトマスク１０を得る（図１１（ｉ））。
【００８０】
評価
上記ハーフトーン型位相シフトマスクでは、従来同様、半透光部の漏れ光の問題、及びはみ出し露光の問題を解決している。
【００８１】
本実施例では、さらに、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分を遮光することで、四隅のコーナー部分に起因する不要な光強度を抑えることで、半透光部の漏れ光をさらに低減している。
【００８２】
また、アライメントマークの周辺にＳ／Ｎ比を考慮して遮光層を設けることで、レチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図っている。
【００８３】
さらに、ウエハ露光における重ね合わせ精度のチェック用モニターパターン等の大パターン周辺に遮光層を設けることで、パターン周辺のレジストの膜減りを防止している。
【００８４】
また、近接パターン間に遮光帯を設けることで、パターン近接に起因する不要な光強度を抑えている。
【００８５】
以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるものではない。
【００８６】
例えば、半透光部を単層とせずに、低透過率膜と高透過率膜からなる多層構成とすることもできる。
【００８７】
また、遮光層としては、ハーフトーン膜（半透光性膜）とエッチング選択性がとれる膜であればよく、ハーフトーン膜（半透光性膜）の材料によって、Ｃｒの他に、例えば、酸化クロム、窒化クロム、炭化クロム、クロムにシリコンを含む材料、モリブデン、タンタル又はタングステンの酸化、窒化又は炭化物、モリブデン、タンタル又はタングステンにシリコンを含む材料、モリブデン、タンタル、タングステン、チタン、アルミニウムなどの金属を用いることもできる。
【００８８】
さらに、背面露光プロセスを利用して製造することも可能である。
【００８９】
また、半透光層の光透過率は、通常、１〜５０％の範囲であればよく、実用的には３〜１５％のものが多く使用される。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のハーフトーン型位相シフトマスクによれば、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分を遮光することで、四隅のコーナー部分に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００９１】
また、透光部パターン同士が近接した場合、リム状のハーフトーン領域の重なり具合に応じて、遮光帯を設けることで、パターン近接に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００９２】
さらに、アライメントマークの周辺では、Ｓ／Ｎ比を考慮して、ハーフトーン領域を露出させないため、ステッパーにおけるレチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００９３】
同様に、ウエハ露光における重ね合わせ精度のチェック用モニターパターン等の大パターン周辺では、ハーフトーン領域を露出させないため、これらの領域でレジストの膜減りが生じることもない。
【００９４】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法によれば、高歩留まりで容易かつ安価に本発明のマスクを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一態様を説明するための平面図であり、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図２】図１のマスクの光強度分布を示す平面図であり、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図３】図１のマスクの変形例を示す平面図である。
【図４】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の態様を説明するための平面図でる。
【図５】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の態様を説明するための平面図でる。
【図６】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の態様を説明するための平面図でる。
【図７】従来例を説明するための平面図でる。
【図８】図６のマスクの光強度分布を示す平面図である。
【図９】図７のマスクの光強度分布を示す平面図である。
【図１０】パターン間距離と光強度との関係を示す図である。
【図１１】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を説明するための断面図でる。
【図１２】ハーフトーン型位相シフトマスクの転写原理を説明するための図である。
【図１３】漏れ光の問題を説明するための断面図である。
【図１４】漏れ光の問題を説明するための断面図である。
【図１５】漏れ光の問題を説明するための断面図である。
【図１６】はみ出し露光の問題を説明するための断面図である。
【図１７】はみ出し露光の問題を説明するための平面図である。
【図１８】マスクバイアスを説明するための図である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ 透光部
３ 半透光部
３ａ 光半透光パターン
４ 遮光部
４ａ 遮光膜パターン
５ レジスト
５ａ レジストパターン
６ レジスト
６ａ レジストパターン
１０ ハーフトーン型位相シフトマスク
１１ アライメントマーク
１２ 周辺の領域
１３ モニターパターン
１４ 周辺の領域
２０ 遮光帯
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクを透過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上できるようにした位相シフトマスク及びその製造方法に関し、特に、ハーフトーン型の位相シフトマスク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フォトリソグラフィーに要求される二つの重要な特性である高解像度化と焦点深度の確保は相反する関係にあり、露光装置のレンズの高ＮＡ化、短波長化だけでは実用解像度を向上できないことが明らかにされた（月刊Semiconductor World 1990.12、応用物理第６０巻第１１月号（１９９１）等）。
【０００３】
このような状況下、次世代のフォトリソグラフィー技術として位相シフトリソグラフィーが注目を集めている。位相シフトリソグラフィーは、光学系には変更を加えず、マスクだけの変更で光リソグラフィーの解像度を向上させる方法であり、フォトマスクを透過する露光光間に位相差を与えることにより透過光相互の干渉を利用して解像度を飛躍的に向上できるようにしたものである。
【０００４】
位相シフトマスクは、光強度情報と位相情報とを併有するマスクであり、レベンソン（Levenson）型、補助パターン型、自己整合型などの各種タイプが知られている。これらの位相シフトマスクは、光強度情報しか有しない従来のフォトマスクに比べ、構成が複雑で製造にも高度の技術を要する。
【０００５】
この位相シフトマスクの一つとして、いわゆるハーフトーン型位相シフトマスクと称される位相シフトマスクが近年開発されている。
【０００６】
このハーフトーン型の位相シフトマスクは、半透光部（ハーフトーン膜パターン）が、露光光を実質的に遮断する遮光機能と、光の位相をシフト（通常は反転）させる位相シフト機能との二つの機能を兼ね備えることになるので、遮光膜パターンと位相シフト膜パターンを別々に形成する必要がなく、構成が単純で製造も容易であるという特徴を有している。
【０００７】
ハーフトーン型の位相シフトマスク１０は、図１２に示すように、透明基板１上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部（透明基板露出部）２と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部（遮光部兼位相シフタ部）３とで構成し（同図（ａ））、かつ、この半透光部を透過する光の位相をシフトさせて、半透光部を透過した光の位相が透光部を透過した光の位相に対して実質的に反転した関係になるようにすることによって、半透光部と透光部との境界部近傍を通過し回折現象によって互いに相手の領域に回り込んだ光が互いに打ち消しあうようにし、境界部における光強度をほぼゼロとし境界部のコントラストすなわち解像度を向上させるものである（同図（ｂ）〜（ｄ））。
【０００８】
上述のように、ハーフトーン型位相シフトマスクは、要するに、半透光部に位相シフト機能と遮光機能とを兼備させたものである。すなわち、この半透光部を、パターンの境界部においては位相シフト層として機能させ、それ以外の部分では遮光層として機能させている。したがって、本来は完全に露光光を遮断するのが理想的である部分にもわずかな漏れ光が到達している。通常は、この漏れ光があっても実質的な露光にまで至らぬように全体の露光量を調整する。
【０００９】
ところで、例えば、被転写体に形成された露光対象たるレジストの膜厚が場所によって大幅に異なっている場合のように、被転写体の場所によって必要な露光量が大幅に異なるような場合には、どうしても全体の露光量を被転写体の各場所で必要とする露光量のうちの最大の露光量をカバーできる値に設定しなければならない。そうしないと、全体の露光ができないからである。
【００１０】
ところが、そうすると、例えば、大きい露光量を必要とする膜厚の厚い部分では、半透光部からの漏れ光による影響は小さいが、膜厚の薄い部分では、漏れ光による露光によって現像後のレジストの膜減りが許容範囲を越えてしまう場合があることが判明した。図１３〜図１５はこの事情の説明図である。
【００１１】
図１３は露光対象たるレジストの膜厚が場所によって異なる被転写体の例を示す図、図１４は図１３の被転写体に露光を施す様子を示す図、図１５は図１４で示された露光をして現像した後の被転写体を示す図である。
【００１２】
図１３に示される被転写体は、基板１００上に、０．５μｍ程度の段差を有する導電膜１０１が設けられ、この上にパターン形成のためのポジ型レジスト膜１０２がスピンコート法で形成されたものである。この被転写体は、レジスト１０２にパターン露光して現像し、レジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクにしてエッチングを施すことにより導電膜１０１に配線用パターンを形成するものである。
【００１３】
図１４に示されるように、上記レジスト膜１０２の露光を、ハーフトーン型位相シフトマスク１０によって行う場合を考える。この場合、導電膜１０１の膜厚が薄い部分である領域Ｂにおけるレジスト１０２の膜厚の方が、導電膜１０１の膜厚が厚い部分である領域Ａにおけるレジスト１０の２膜厚よりも厚い。このため、露光量の値は、この領域Ｂを露光できる大きい値に設定される。
【００１４】
そうすると、図１５に示されるように、レジスト１０１を現像すると、半透光部３からの漏れ光に応じてレジストパターン１０２ａの膜減りが生ずる。この膜減り量は、レジスト膜１０２の膜厚がもともと十分に厚い領域Ｂの場所ではエッチング時に問題となるような量ではない。しかしながら、レジスト膜１０２の膜厚がもともと薄い領域Ａの場所では膜厚がさらに薄くなってしまい、エッチング時にマスクとしての機能を十分に果たし得なくなる場合がある。このため、露光量の設定が困難となり、場合によっては最適露光量が得られない場合も生じ得る。この事情は、半透光部の透過率が高い（例えば、１０〜１５％）場合には、露光光のエネルギーの漏れ量が大きくなるため、特に深刻な問題となる。
【００１５】
また、このハーフトーン型位相シフトマスクは、通常、半導体製造に用いられる露光装置である縮小投影露光装置（ステッパー）のマスク（レチクル）として用いられる。このステッパーは、レチクルを露光光で投影して得られる投影像を投影レンズで縮小し、被転写体である半導体ウエハ上に結像させて縮小投影露光を行うものである。この縮小投影露光は、通常、１枚の半導体ウエハ上の異なる位置に同一のパターンを繰り返し転写して露光し、１枚のウエハから多数の半導体チップを得るものである。このため、このステッパーを用いてパターン転写を行うときは、図１６に示されるように、ステッパーに備えられた被覆部材（アパーチャー）２００によって位相シフトマスク１０（レチクル）の転写領域Ｉのみを露出させるように周縁領域を被覆して露光を行う。
【００１６】
しかしながら、このアパーチャー２００は、精度よく（例えば１μｍ以下の精度）転写領域のみを露出させるように設置することは機械精度的に難しく、多くの場合、露出部が転写領域の外周周辺の被転写領域にはみ出てしまう。また、アパーチャーが仮に高精度であってはみ出し部がない場合であっても、アパーチャーと被転写体との間に距離があることから露光光が回折して被転写領域に達する。
【００１７】
このように、アパーチャー２００が本来の転写領域よりも広い範囲に露光光を通過させた場合、次の問題があることがわかった。すなわち、ハーフトーン型位相シフトマスク１０は、通常、被転写領域に実質的に露光に寄与しない強度の光を通過させる半透光膜３が形成されている。このため、上述のように、アパーチャー２００が本来の転写領域よりも広い範囲に露光光を通過させると、このはみ出した部分で実質的に露光に寄与しない強度の光による露光がなされる。もちろん、このはみ出し部分があっても１回の露光では何ら問題は生じない。しかし、このはみ出して露光された部分（はみ出し露光部）が転写領域に重なったり、あるいは次の露光の際に同様にはみ出して露光された部分と重なる場合が生じ、この重複露光によって、１回の露光では実質的に露光に寄与しない露光量であっても、それらが加算されて露光に寄与する量に達する場合がある。したがって、これにより、本来は露光されるべきでない領域に結果的に露光が施されたのと同様のことが起こり、欠陥が発生する。以下、この点を具体的に説明する。
【００１８】
図１７は、はみ出し露光部が重なる現象を示す説明図である。図１７は説明を簡単にするために露光対象たるレジストを塗布したウエハ上に隣接して４回の転写を行った場合を想定したものであって、実線で囲まれる領域Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4が転写領域であり、それぞれの転写領域の外側の点線で囲まれる部分がはみ出し部ΔＥ1、ΔＥ2、ΔＥ3、ΔＥ4である。上記各転写領域の寸法（縦及び横）はＩ、実際のアパーチャーの光通過孔の寸法（縦及び横）はＩ´、はみ出し部の寸法（幅）はΔＩである。なお、転写領域Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4の相互位置関係は、ステッパーのＸ−Ｙステージ等によって正確に隣り合わせなるように設定されている。また、図１７では説明をわかり易くするために、はみ出し部ΔＥ1、ΔＥ2、ΔＥ3、ΔＥ4を拡大して示してある。
【００１９】
図１７から明らかなように、はみ出し部ΔＥ1、ΔＥ2、ΔＥ3、ΔＥ4は、相互に隣接するもの同士で重なり部分が生ずる。これらの重なり部分をそれぞれδＥ12、δＥ24、δＥ34、δＥ13、δＥ234、δＥ134、δＥ123、δＥ124とすると、重なり部分δＥ12、δＥ24、δＥ34、δＥ13の重なり回数は共に２回であるが、重なり部分δＥ234、δＥ134、δＥ123、δＥ124では３回となり、さらに、点Ｏにおいては実質的に４回の重なりとなる。今、半透光膜３の光透過率を１５％とすると、２回重なり部分には光透過率３０％の膜を通過した場合と同じ量の露光が、３回重なり部分には光透過率４５％の膜を通過した場合と同じ量の露光が、４回重なり部分には光透過率６０％の膜を通過した場合と同じ量の露光がそれぞれ行われることになる。このため、これらの重なり部分では、実質的に露光に寄与する強度に達する露光が行われる場合が生ずる。その結果、この露光を行った後、レジストを現像し、所定のエチング等をしてパターンを形成したウエハには、本来形成すべきでない部分に不要なパターンが形成されることになり、パターン欠陥が発生してしまうことになる。
【００２０】
本願出願人は、上述した半透光部の漏れ光の問題を解決するために、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上面又は下面部分に遮光層を設けることにより、半透光部における露光光の漏れを防ぎ、漏れ光による露光によって現像後のレジストの膜減りの問題を解決する技術を開発し出願を行っている。また、はみ出し露光の問題を解決するために、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける転写領域以外の非転写領域に遮光層を設けることにより、アパーチャーの光通過領域とマスクの転写領域との間にずれがあることに起因するはみ出し露光の問題を解決する技術を開発し同時に出願を行っている（特開平７−１２８８４０号公報）。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のハーフトーン型位相シフトマスクには、次に示すような改良の余地がある。
【００２２】
すなわち、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部では、四隅のコーナー部分による不要な光強度が現れ、レジストの膜減りが生じるという問題がある。
【００２３】
また、透光部パターン同士が近接した場合、パターン近接に起因する不要な光強度が現れるという問題がある。
【００２４】
さらに、ステッパーにおけるレチクルアライメントは、透過光によって行われるのが主流であるが、ハーフトーン型位相シフトマスクの場合は、通常のマスクに比べＳ／Ｎ比が落ちるという問題がある。
【００２５】
また、ウエハ露光における重ね合わせ精度のチェック用モニターパターン等の大パターン周辺では、本パターン部で問題がなくともレジストの膜減りが生じる場合があるという問題がある。
【００２６】
本発明は上述した問題点にかんがみてなされたものであり、位相シフト効果が必要な部分のみをハーフトーン領域（半透光部）とすることで上記諸問題を解決した位相シフトマスクの提供を目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上又は下に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分に、遮光層を設けた構成としてある。
【００２８】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、上記本発明の位相シフトマスクにおいて、λを露光波長、ＮＡをステッパーの開口数としたときに、半透光部の幅が、０．３〜０．８×（λ／ＮＡ）である構成としてある。
【００２９】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記透光部パターンが近接した場合に、透光部間の距離及び配置に応じて、不必要な光強度を除去するための遮光帯を設けた構成としてある。
【００３０】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、位相シフト効果に寄与しない領域に遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、少なくともアライメントマークの周辺の領域にＳ／Ｎ比を考慮して遮光層を設けた構成としてある。
【００３１】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、位相シフト効果に寄与しない領域に遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、少なくともウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターンの周辺の領域に遮光層を設けた構成としてある。
【００３２】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、上記本発明のハーフトーン型位相シフトマスクにおける非転写領域の一部又は全部に遮光層を設けた構成としてある。
【００３３】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、上記本発明のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ハーフトーンのマスクサイズをＳｈ、ウエハ上の寸法をＳｗ、Ｓｈ−Ｓｗをマスクバイアス量Ｍｂとしたときに、
−０．１μｍ＜Ｍｂ＜０．０５μｍである構成としてある。
【００３４】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、透明基板の上に半透光部を構成する半透光膜を有し、この半透光膜の上に遮光層を構成する遮光膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用い、位相シフト効果を必要としない領域に遮光膜が残るように、遮光膜のパターンニングを行う構成としてある。
【００３５】
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、上記本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、遮光層の膜厚を、半透光膜と遮光膜を積層したときに、露光波長でのＯＤが２以上になるように設定した構成としてある。
【００３６】
【作用】
本発明の位相シフトマスクは、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分を遮光することで、四隅のコーナー部分に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００３７】
また、透光部パターン同士が近接した場合、リム状のハーフトーン領域（半透光部）の重なり具合に応じて、遮光帯を設けることで、パターン近接に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００３８】
さらに、アライメントマークの周辺では、ハーフトーン領域を露出させないため、ステッパーにおけるレチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００３９】
同様に、ウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターン等の大パターン周辺では、ハーフトーン領域を露出させないため、これらの領域でレジストの膜減りが生じることもない。
【００４０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００４１】
第一発明は、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける位相シフト効果（光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させる効果）に寄与しない領域を詳細に分析し、これらの領域に遮光膜を設けたことを特徴とする。
【００４２】
具体的には、例えば、図１（ａ）に示すように、透光部２の周縁にリム状に形成された半透光部３における四隅のコーナー部分に、遮光層４を設けてある。
【００４３】
これにより、図１（ｂ）に示すような半透光部３の四隅のコーナー部分に遮光層を設けない場合に比べ、不要な光強度が抑えられる。このことは、図１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する光強度の分布図の比較から明らかである（図２（ａ）及び（ｂ））。
【００４４】
なお、このときの条件は、透光部２の大きさ：０．４μｍ×０．４μｍ、コーナー部分の大きさ：０．２μｍ×０．２μｍ、半透光部３の幅：０．６５×（λ／ＮＡ）とし（以上のサイズはウエハ上の値）、露光条件は、ＮＡ：０．５７、σ：０．３のｉ線ステッパーとした。
【００４５】
本発明では、主パターンの光強度特性維持と、サイドピークを抑えるという観点から、半透光部の幅を、０．３〜０．８×（λ／ＮＡ）とすることが好ましく、０．５〜０．７５×（λ／ＮＡ）とすることがさらに好ましい。ここで、λは露光波長、ＮＡはステッパーの開口数である。
【００４６】
また、半透光部の幅は、上下左右ともに厳密に同じでないと特性が得られないものではなく、半透光部の幅の差が０．１×（λ／ＮＡ）程度までなら光学特性上問題はなく、許容できる範囲である。したがって、半透光部を露出させるために行う露光は、遮光膜及び半透光膜をパターンニングする際の露光に比べ精度が要求されないため、後者の描画グリッドより大きなグリッドを選定できることからスループット上も大きな問題はない。
【００４７】
なお、図３に示すように、四隅のコーナー部分に多段状に遮光層を設けることで、より効果が上がるのは当然である。
【００４８】
第一発明では、少なくともアライメントマークの周辺の領域に遮光層を設ける態様が含まれる。
例えば、図４に示すように、アライメントマーク１１の周辺の領域１２にＳ／Ｎ比を考慮して遮光層を設ける。これにより、レチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００４９】
第一発明では、少なくともウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターン（ウエハ重ね合わせ用アライメントマーク及び／又は数字、文字パターンを含む）の周辺の領域に遮光層を設ける態様が含まれる。
例えば、図５に示すように、ウエハ露光におけるウエハ打ち込み精度チェック用モニターパターン１３の周辺の領域１４に遮光層を設ける。
【００５０】
これは、これらのモニターパターンはウエハ上で数ミクロンあり、位相シフトが不要であるとともに、モニターパターン周囲に膜減りが生じると正確なモニターができなくなるので、これを防ぐためモニターパターンの周辺の領域に遮光層を設ける。
【００５１】
第二発明は、透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上又は下に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、透光部パターンが近接した場合に、透光部間の距離及び配置に応じて、不必要な光強度を除去するための遮光帯を設けたことを特徴とする。
【００５２】
ここで、遮光帯を設ける位置及び遮光帯の大きさ形状等は、近接した透光部間の距離及び配置によって異なり、透光部パターンの近接によって生じる不必要な光強度を除去すべく適宜決定させる。
【００５３】
図６に示すような、透光部パターン２同士が隣り合わせで近接する最も単純な場合にあっては、次のようなルールで遮光帯２０を挿入できる。
【００５４】
すなわち、透光部パターン間距離をｄとした場合、０．７×（λ／ＮＡ）＜ｄ＜１．６×（λ／ＮＡ）である場合において、パターン間のセンタ部に、０．０５×（λ／ＮＡ）〜０．６×（λ／ＮＡ）の幅の遮光帯を挿入することで、不要な光強度を低減できる。
【００５５】
図７に遮光帯を設けない従来例を示し、図９にその光強度分布を示す。また、図８に遮光帯を設けた場合の光強度分布を示す。図８及び９から、遮光帯を設けた場合は不要な光強度が低減されていることがわかる。
【００５６】
なお、図１０に、横軸に透光部パターン間距離ｄ／（λ／ＮＡ）をとり、縦軸にパターン間での光強度をとったグラフを示す。このときの条件は、透光部パターンサイズ：０．４μｍ□、露光条件は、ＮＡ：０．５７、σ：０．３のｉ線ステッパーとし、半透光部の透過率：９％、位相差１８０°とした。
【００５７】
図１０から、０．７×（λ／ＮＡ）以下の領域では不要な光強度は低く、０．７×（λ／ＮＡ）を越えた辺りから徐々に増加していくことがわかる。したがって、０．７×（λ／ＮＡ）以下の領域では遮光帯は必要でなく、遮光帯が必要となる上述した場合が導き出せる。
【００５８】
本発明では、上述した第一及び第二発明のハーフトーン型位相シフトマスクにおける非転写領域の一部又は全部に遮光層を設けた態様が含まれる。
【００５９】
上述した本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板の上に半透光部を構成する半透光膜を有し、この半透光膜の上又は下に遮光層を構成する遮光膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用い、位相シフト効果を必要としない領域に遮光膜が残るように、遮光膜のパターンニングを行うことで製造できる。
【００６０】
本発明では、半透光部を構成する物質は特に制限されないが、酸化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯ系材料と略す）、酸化窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯＮ系材料と略す）、窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料と略す）、酸化窒化されたシリコン（ＳｉＯＮ系材料と略す）などが好ましい。
これは、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する上でプロセスが簡略化される上、精度の向上も図れるためである。
【００６１】
また、遮光膜の膜厚は、半透光膜と遮光膜を積層したときに、露光波長でのＯＤが２以上に、好ましくは３以上になるように設定することが好ましい。これは、遮光効果を十分に持たせ、通常マスクでもパターンニングと同等に扱えることを目的としているためである。
【００６２】
なお、上述した構造を有する本発明のハーフトーン型位相シフトマスクは、サイドピークが出にくいため、通常のマスクのように露光量を上げて露光できる。一般的には、ハーフトーンのマスクサイズ（パターンサイズ）Ｓｈとウエハ上の寸法Ｓｗは下記（１）のような関係にある。
Ｓｈ＞Ｓｗ、Ｓｈ−Ｓｗ＝０．０５μｍ程度 （１）
露光裕度は、ＳｈがＳｗに近づく程あるいはＳｈ＜Ｓｗである方が、大きくなる。
【００６３】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクでは、Ｓｈ−Ｓｗをマスクバイアスとすると、マスクバイアス量Ｍｂを下記（２）の範囲とすることが可能である。
−０．１μｍ＜Ｍｂ＜０．０５μｍ （２）
【００６４】
このため、図１８に示すように、通常のハーフトーンマスクではＸの露光量ではパターンを形成できるが、Ｙの状態ではサイドピークが解像してしまう。ところが、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの場合、Ｙの露光量でもパターン形成が可能になる。したがって、同一マスク寸法でも露光量を上げて、よりマスク寸法に近いあるいは大きなパターンをウエハ上に形成できるため、より大きな露光裕度を採ることが可能となる。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例にもとづき本発明をさらに詳細に説明する。
【００６６】
実施例１
図１１は本発明の一実施例に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程を示す図である。
【００６７】
本実施例においては、半透光層は、膜厚１２０ｎｍの窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料）の薄膜であり、露光光（波長３６５ｎｍ）に対する透過率が９％であり、また、露光光の位相を１８０°シフトさせる。
【００６８】
また、遮光層は、Ｃｒからなる膜厚７０ｎｍの膜であり、位相シフト効果に寄与しない領域に形成されている。
【００６９】
この構成のハーフトーン型位相シフトマスクは以下のようにして製造することができる。
【００７０】
ブランクの製造
モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ：ケイ素）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝２０：８０ｍｏｌ％）を用い、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ2）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：１０％、Ｎ2：９０％、圧力：１．５×１０-3Ｔｏｒｒ）で、反応性スパッタリング法により、透明基板１上に窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＮ系材料）からなる半透光膜３を形成した。次いで、半透光膜３上に、スパッタリング法により、Ｃｒを膜厚８０ｎｍに成膜して遮光膜４を形成してｉ線（波長３６５ｎｍ）用の位相シフトマスクブランクを得た（図１１（ａ））。
【００７１】
次に、上記遮光膜４上にポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ−８１０Ｓ：日本ゼオン社製）を膜厚５００ｎｍとなるように塗布し、ベーク処理して電子線レジスト膜５を形成してレジスト付きのｉ線（波長３６５ｎｍ）用位相シフトマスクブランクを得た（図１１（ａ））。
【００７２】
マスク加工
次に、電子線レジスト膜５に所望のパターン（要説明）の電子線露光を施し、現像した後ベーク処理してレジストパターン５ａを形成した（図１１（ｂ））。
【００７３】
次いで、上記レジストパターン５ａをマスクにして、遮光膜４を所定のエッチング液でエチングして遮光膜パターン４ａを形成した（図１１（ｃ））。その際、近接パターンも一部に形成した（図示せず）。
【００７４】
次に、半透光膜３をエッチングした後（図１１（ｄ））、レジストパターン５ａを除去した（図１１（ｅ））。なお、半透光膜３のエッチングは、反応性イオンエッチング方式の平行平板型ドライエッチング装置を用いて、以下の条件で行った。
【００７５】
エッチングガス：ＣＦ4とＯ2との混合ガス
ガス圧：０．２Ｔｏｒｒ
高周波出力：１００Ｗ
【００７６】
次に、基板全面にポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ−８１０Ｓ：日本ゼオン社製）を膜厚５００ｎｍとなるように塗布し、ベーク処理して電子線レジスト膜６を形成し、その後、電子線レジスト膜６に遮光パターンを形成するための電子線露光を施す（図１１（ｆ））。その際、位相シフト効果に寄与しない細部の領域にまで遮光層が形成され、かつ、近接パターンの間に所定の遮光帯が形成されるように描画を施した。
【００７７】
次いで、電子線レジスト膜６を現像し、位相シフト効果に寄与しない領域のレジストパターン６ａを形成する（図１１（ｇ））。
【００７８】
その後、レジストパターン６ａをマスクにして、遮光膜パターンの露出部分に所定のエッチングを施し、必要なハーフトーン領域を露出させる（図１１（ｈ））。
【００７９】
最後に、残存するレジストパターン を除去して、ハーフトーン型位相シフトマスク１０を得る（図１１（ｉ））。
【００８０】
評価
上記ハーフトーン型位相シフトマスクでは、従来同様、半透光部の漏れ光の問題、及びはみ出し露光の問題を解決している。
【００８１】
本実施例では、さらに、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分を遮光することで、四隅のコーナー部分に起因する不要な光強度を抑えることで、半透光部の漏れ光をさらに低減している。
【００８２】
また、アライメントマークの周辺にＳ／Ｎ比を考慮して遮光層を設けることで、レチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図っている。
【００８３】
さらに、ウエハ露光における重ね合わせ精度のチェック用モニターパターン等の大パターン周辺に遮光層を設けることで、パターン周辺のレジストの膜減りを防止している。
【００８４】
また、近接パターン間に遮光帯を設けることで、パターン近接に起因する不要な光強度を抑えている。
【００８５】
以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるものではない。
【００８６】
例えば、半透光部を単層とせずに、低透過率膜と高透過率膜からなる多層構成とすることもできる。
【００８７】
また、遮光層としては、ハーフトーン膜（半透光性膜）とエッチング選択性がとれる膜であればよく、ハーフトーン膜（半透光性膜）の材料によって、Ｃｒの他に、例えば、酸化クロム、窒化クロム、炭化クロム、クロムにシリコンを含む材料、モリブデン、タンタル又はタングステンの酸化、窒化又は炭化物、モリブデン、タンタル又はタングステンにシリコンを含む材料、モリブデン、タンタル、タングステン、チタン、アルミニウムなどの金属を用いることもできる。
【００８８】
さらに、背面露光プロセスを利用して製造することも可能である。
【００８９】
また、半透光層の光透過率は、通常、１〜５０％の範囲であればよく、実用的には３〜１５％のものが多く使用される。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のハーフトーン型位相シフトマスクによれば、透光部の周縁にリム状に形成された半透光部における四隅のコーナー部分を遮光することで、四隅のコーナー部分に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００９１】
また、透光部パターン同士が近接した場合、リム状のハーフトーン領域の重なり具合に応じて、遮光帯を設けることで、パターン近接に起因する不要な光強度を抑えることができる。
【００９２】
さらに、アライメントマークの周辺では、Ｓ／Ｎ比を考慮して、ハーフトーン領域を露出させないため、ステッパーにおけるレチクルアライメントの際のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００９３】
同様に、ウエハ露光における重ね合わせ精度のチェック用モニターパターン等の大パターン周辺では、ハーフトーン領域を露出させないため、これらの領域でレジストの膜減りが生じることもない。
【００９４】
また、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法によれば、高歩留まりで容易かつ安価に本発明のマスクを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一態様を説明するための平面図であり、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図２】図１のマスクの光強度分布を示す平面図であり、（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例をそれぞれ示す。
【図３】図１のマスクの変形例を示す平面図である。
【図４】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の態様を説明するための平面図でる。
【図５】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の態様を説明するための平面図でる。
【図６】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の態様を説明するための平面図でる。
【図７】従来例を説明するための平面図でる。
【図８】図６のマスクの光強度分布を示す平面図である。
【図９】図７のマスクの光強度分布を示す平面図である。
【図１０】パターン間距離と光強度との関係を示す図である。
【図１１】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を説明するための断面図でる。
【図１２】ハーフトーン型位相シフトマスクの転写原理を説明するための図である。
【図１３】漏れ光の問題を説明するための断面図である。
【図１４】漏れ光の問題を説明するための断面図である。
【図１５】漏れ光の問題を説明するための断面図である。
【図１６】はみ出し露光の問題を説明するための断面図である。
【図１７】はみ出し露光の問題を説明するための平面図である。
【図１８】マスクバイアスを説明するための図である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ 透光部
３ 半透光部
３ａ 光半透光パターン
４ 遮光部
４ａ 遮光膜パターン
５ レジスト
５ａ レジストパターン
６ レジスト
６ａ レジストパターン
１０ ハーフトーン型位相シフトマスク
１１ アライメントマーク
１２ 周辺の領域
１３ モニターパターン
１４ 周辺の領域
２０ 遮光帯
Claims (4)
- 微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部とで構成し、かつ、この半透光部を透過した光の位相をシフトさせて、該半透光部を透過した光の位相と前記透光部を透過した光の位相とを異ならしめることにより、前記半透光部と透光部との境界部近傍を通過した光の相殺作用を利用して境界部のコントラストを向上させるハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記透光部と半透光部との境界近傍における光の相殺作用に実質的に寄与する部分を除く半透光部の上又は下に遮光層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、
前記遮光層として、
四角形の透光部の周縁にリム状に前記半透光部が露出するように形成された遮光層と、
該半透光部における四隅のコーナー部分に設けられた遮光層と
を有することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。 - λを露光波長、ＮＡをステッパーの開口数としたときに、露出した前記半透光部の幅が、０．３〜０．８×（λ／ＮＡ）であることを特徴とする請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
- 請求項１又は２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおける非転写領域の一部又は全部に遮光層を設けたことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
- 前記遮光層の膜厚は、半透光膜と遮光膜を積層したときに、露光波長でのＯＤが２以上になるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
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