JP4582574B2 - 位相シフトマスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位相シフトマスクとその製造方法にかかり、特に位相シフトマスク適用による不要なレジストパターンの除去工程を不要とする位相シフトマスクとその製造方法に関する。

最近の半導体技術においては、半導体集積回路パターンの微細化が進み、回路素子や配線のデザインルールが１００ナノメータ以下のレベルになってきている。この場合に採用されるフォトリソグラフィにおいては、例えばＦ_２レーザ光（波長：１５７ナノメータ）などの短波長光を使用して、フォトマスク上の集積回路パターンを半導体ウェーハ上に転写する。しかしながら、露光光の波長以下のパターンサイズを加工することは非常に困難であり、この限界を超えるひとつの手段として、位相シフト技術がある。位相シフト技術においては、所定の領域をもう一方の領域とは異なる光路長とすることで、ウェーハ上での光の位相を双方のパターン間で１８０度シフトさせる。これによって、ウェーハ上での光のコントラストを向上させ、従来のフォト露光装置を用いたレジスト解像度を大幅に改善するものである。

以下に、通常のフォト露光と位相シフトマスクを用いた露光について比較説明する。
図７は、通常のフォトマスクを用いた露光光の様子を表す模式図である。図７において、（ａ）はフォトマスクの断面形状、（ｂ）はウェーハ上での光の光強度振幅、（ｃ）はその光強度分布をそれぞれ表している。

図７（ａ）に表すように、通常のフォトマスクは、透明基板７０１上に光の透過を妨げる遮光領域７０２と透過領域７０３とが設けられている。
図７（ａ）のフォトマスクを透過した光は、図７（ｂ）に表すような光強度振幅をなす。これら透過光の位相は同相であるため、ウェーハ上の遮光領域において光強度振幅が重なり合い、強め合ってしまう。このため、図７（ｃ）に表すように、ウェーハ上の光強度分布は増幅されてしまう。これは隣接する透過領域からの回析光によるもので、この影響により、光コントラストが悪くなり、解像度が劣化する原因となる。

同様にして、位相シフトマスクを用いた露光について説明する。
図８は、位相シフトマスクを用いた露光光の様子を表す模式図である。図８において、（ａ）は位相シフトマスクの断面形状、（ｂ）はウェーハ上での光の光強度振幅、（ｃ）はその光強度分布をそれぞれ表している。

図８（ａ）に表すように、位相シフトマスクは、透明基板８０１上に光の透過を妨げる遮光領域８０２と透過領域とが設けられ、隣り合った透過領域の一方は透明基板が掘り込まれた位相シフタ８０３と呼ばれる領域になっている。位相シフタ８０３透過した光と隣り合う透明領域８０４を透過する光の位相差が１８０度となるように、掘り込み量ｄは決定されている。透明基板の掘り込み量ｄは、露光光の波長λと透明基板の屈折率ｎとに依存し、

ｄ ＝ λ／２（ｎ−１）

で表される。
図８（ａ）の位相シフトマスクを透過した光は、図８（ｂ）に表すような光強度振幅をなす。位相シフタ８０３が設置されるため、隣り合う透過光の位相が反転し、ウェーハ上の光強度振幅は相殺される。したがって、図８（ｃ）に表すように、ウェーハ上の光強度分布はゼロとなる。このように、位相シフタを設けることにより、この部分の露光光の位相が１８０度シフトし、遮光領域において回折光による影響が打ち消されるので、光コントラストが向上して解像度も向上する。

図９は、図８（ａ）の位相シフトマスクを改良した位相シフトマスクの断面形状を表す模式図である。
ドライエッチングとウエットエッチングの両工程を用いて、透明基板９０１上に形成する位相シフタ９０２の掘り込み溝をサイドにも形成した構造となっている。このような構造を用いることにより、露光の際に位相シフタの溝の側面で発生する散乱光の透過を防ぐことができる。このため、位相シフタを透過した１８０度の位相を有する露光光に依存する加工寸法と、透明領域を透過した０度の位相を有する露光光に依存する加工寸法との相違を調整することが可能となる。

以上、説明してきたように、位相シフトマスクは微細なパターンの露光時に解像度を向上させることができ、有効な手段である。しかしながら、図８（ａ）、図９（ａ）に表した位相シフトマスクの場合、遮光領域をはさんで隣接する透過領域をそれぞれ透明領域と１８０度の位相シフタとにする必要があるため、パターンの微細化に対しては限界があった。 これに対して、隣接する透明領域と位相シフタの間に遮光領域が設けられていない位相シフトマスクを用いた露光方法が提案されている。

図１０は、透明領域と位相シフタ間が隣接した位相シフトマスクとこれを用いた露光光の様子を表す模式図である。
図１０（ａ）は位相シフトマスクの上面図、（ｂ）は（ａ）上の破線Ｂ−Ｂ’から見た位相シフトマスクの断面形状、（ｃ）はウェーハ上での光強度分布をそれぞれ表す。

図１０（ａ）、（ｂ）より、位相シフトマスクは、透明領域１００１と位相シフタ１００２と遮光領域１００３とで構成されるが、透明領域１００１と位相シフタ１００２との間に遮光領域は存在しない。透明領域１００１を透過する光の位相を０度とすると、位相シフタ１００２を透過する光の位相は１８０度となるように溝の深さが調整されている。（以下、透明領域を０度透明領域、位相シフタを１８０度透明領域と呼ぶ。）
図１０（ｃ）より、０度透明領域１００１と１８０度透明領域１００２との段差部分で位相シフト効果によって光強度は小さくなり、暗い光の領域が発生する。ウェーハ上のレジスト解像に必要な光強度を図１０（ｃ）に示すライン１００４とすると、段差部分において微細なパターン幅の暗い光（以下、位相シフトによる遮光と呼ぶ）の領域を得ることができる。

図１１は、この位相シフトマスクを用いた露光処理の様子を表す模式図である。最終的に、図１１（ｅ）に表す微細なパターンを得るための露光処理の手順を、本図を用いて説明する。露光処理には、２枚のマスクを用いて、２回の露光を行う手法が一般的である。 図１１（ａ）（ｃ）は、露光処理に用いるマスク、（ｂ）（ｄ）はマスクを用いた場合の露光イメージ、（ｅ）は２枚のマスクを用いて得られた最終的な露光イメージをそれぞれ表す。

図１１（ａ）は、図１０（ａ）に表す位相シフトマスクである。この位相シフトマスクを用いて露光処理を行うと、図１１（ｂ）に表す露光イメージが得られる。先に図１０を用いて説明したように、０度透明領域１００１と１８０度透明領域１００２の境界部分で、暗い光の領域が得られる。このため、所望の遮光光１１０１に加えて、不要な遮光光１１０２も発生してしまう。

この不要な遮光光１１０２を取り除くために、図１１（ｃ）に表すバイナリーマスクを用いる。バイナリーマスクは遮光領域１１０３と透明領域１１０４より構成され、図１１（ｂ）の不要な遮光光１１０２に相当する領域が透明領域に当てられる。このバイナリーマスクを用いて露光処理を行うと、図１１（ｄ）に表す露光イメージが得られる。図１１（ｂ）の不要な遮光光１１０２に相当する領域に、透明領域１１０４を透過した透明光１１０５が得られる。

このように、（ａ）の位相シフトマスクを用いて１回目の露光処理を行い、引き続き（ｃ）のバイナリーマスクを用いて２回目の露光処理を行うことにより、１回目の露光処理によって発生した不要な遮光光領域は、透明領域に変更される。従って、１回目と２回目とのトータルの露光イメージは、（ｅ）となり、所望の露光イメージを得ることができる。
特開平２−１４０７４３号 特開平８−１９４３０３号 米国特許第5858580号明細書

以上、説明してきたように、位相シフトマスクを使用して微細なパターンの露光転写を行う場合は、位相シフトマスクの他にバイナリーマスクも必要となる。位相シフトマスクのみを使用して露光転写を行うと、所望の露光イメージに加えて不要な露光イメージも発生してしまい、これを除去するためのマスクが必要になるからである。そして、これら２枚のマスクを用いて合計２回の露光処理を行うことになる。

露光処理においては、１回目と２回目の露光との重ね合わせを非常に高い座標精度で行う必要がある。例えば、線幅６５ナノメータの集積回路パターンで許容される重ね合わせの精度は２３ナノメータ以下の高い精度が要求される。
また、マスク作製においても、位相シフトマスクとバイナリーマスクの重ね合わせに高い精度が要求される。
さらに露光装置のシステムにおいても、２回露光処理に対応した装置仕様の変更が必要になるなど、種々問題点がある。

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、２回露光を必要としない位相シフトマスク、およびその製造方法を提供することにある。

本発明の位相シフトマスクにおいては、位相シフト効果によって発生する不要な露光イメージとなる暗部の光強度を意図的に大きくする機能を位相シフトマスクに持たせる。より詳しくは、不要な位相シフト効果が発生するマスク上のパターンの高さを３６０度位相で変更させ、ウェーハ上で焦点ズレを発生させ、本来暗くなる領域で光強度が大きくすることで実現する。
すなわち、本発明の一態様によれば、透明材料よりなるマスク基板と、
前記マスク基板の主面の第１の領域に形成される、第１の位相シフト領域と、
前記第１の位相シフト領域に隣接して形成される、第２の位相シフト領域と、
前記第２の位相シフト領域に隣接して形成される、第３の位相シフト領域と、を備え、
前記マスク基板を透過する光と前記第１の位相シフト領域を透過する光との間で生じる位相差は、それぞれの領域を透過する光の干渉光がその境界部分で弱め合うよう設定され、
前記第２の位相シフト領域の前記第１の位相シフト領域に対する位相差、および前記第３の位相シフト領域の前記マスク基板に対する位相差が３６０度であり、
前記第２の位相シフト領域と前記第３の位相シフト領域を透過する光と、前記第１の位相シフト領域と前記マスク基板を透過する光との間で生じる位相差は、前記第２および第３の位相シフト領域の段差が設けられた境界部分と、前記第３の位相シフト領域と前記マスク基板の段差が設けられた境界部分とにおいて焦点ズレを発生させるよう設定される位相シフトマスクを提供する。
また、 前記第１〜３の位相シフト領域は、前記マスク基板の主面に形成されその深さによって位相差を決定する溝部であり、それぞれの溝部の深さをｄ_１〜ｄ_３とすると、

ｄ_１ ＜ ｄ_３ ＜ ｄ_２

となる位相シフトマスクを提供する。
また、前記第１〜３の位相シフト領域は、前記マスク基板の主面に形成されその高さによって位相差を決定する突起部であり、それぞれの透明領域の高さをｈ_１〜ｈ_３とすると、

ｈ_１ ＜ ｈ_３ ＜ ｈ_２

となる位相シフトマスクを提供する。
また、前記第１〜３の位相シフト領域のうち少なくとも１つの位相シフト領域が、位相シフト効果を有する半透明膜で形成される位相シフトマスクを提供する。
また、前記マスク基板の位相差を０度としたとき、前記第１の位相シフト領域の位相差は１８０度、前記第２の位相シフト領域の位相差は５４０度、前記第３の位相シフト領域の位相差は３６０度である位相シフトマスクを提供する。
また、前記マスク基板上の任意の部分に、光を透過させない遮光領域を備える位相シフトマスクを提供する。
さらに、本発明の別の態様によれば、透明基板上に第１の遮光膜を成膜する工程と、
前記第１の遮光膜上に電子線レジストを塗布する工程と、
電子ビーム描画と現像により、前記電子線レジストに第１および第２の位相シフト領域となる部分をパターニングする工程と、
前記パターニングされた電子線レジストをマスクとして、前記第１の遮光膜および透明基板をエッチングする第１のエッチング工程と、
前記電子線レジストと前記第１の遮光膜を剥離する工程と、
前記第１および第２の位相シフト領域となる部分がエッチングされた透明基板上に第２の遮光膜を成膜する工程と、
前記第２の遮光膜上に電子線レジストを塗布する工程と、
電子ビーム描画と現像により、前記電子線レジストに第２および第３の位相シフト領域となる部分をパターニングする工程と、
前記パターニングされた電子線レジストをマスクとして、前記第２の遮光膜および透明基板をエッチングする第２のエッチング工程と、
前記電子線レジストと前記第２の遮光膜とを剥離する工程と、を備え、
前記第２の位相シフト領域と前記第３の位相シフト領域との境界に段差を設けるとともに、前記第３の位相シフト領域と前記マスク基板との境界に段差を設け、前記第２の位相シフト領域の前記第１の位相シフト領域に対する位相差、および前記第３の位相シフト領域の前記透明基板に対する位相差が３６０度になるように形成する位相シフトマスクの製造方法を提供する。
また、前記第１のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さがｄ_４、前記第２のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さがｄ_５であり、
前記第１の位相シフト領域の深さがｄ_４、
前記第２の位相シフト領域の深さがｄ_４＋ｄ_５、
前記第３の位相シフト領域の深さがｄ_５、となる位相シフトマスクの製造方法を提供する。
ここで、前記第１のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さがｄ_４と、前記第２のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さが２ｄ_４であり、
前記第１の位相シフト領域の深さがｄ_４、
前記第２の位相シフト領域の深さが３ｄ_４、
前記第３の位相シフト領域の深さが２ｄ_４、とすることができる。
また、露光光の波長をλ、前記透明基板の屈折率をｎとすると、

ｄ_４ ＝ λ／２（ｎ−１）

となる位相シフトマスクの製造方法を提供する。

本発明によれば、１回の露光処理で所望の露光イメージを得ることが可能となり、パターン精度が向上する。また、マスク作製上の負荷の低減、および工程の簡略化なども可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクの構造を表す上面図、（ｂ）は（ａ）上の破線Ａ−Ａ’から見た位相シフトマスクの断面形状、（ｃ）はウェーハ上での光強度分布をそれぞれ表す。

図１（ａ）（ｂ）より、位相シフトマスクは、透明領域１０１と位相シフタ１０２〜１０４と遮光領域１０５とで構成される。透明領域１０１を透過する光の位相を０度とすると、位相シフタ１０２を透過する光の位相は１８０度、位相シフタ１０３を透過する光の位相は５４０度、位相シフタ１０４を透過する光の位相は３６０度となるように溝の深さが調整されている。（以下、透明領域を０度透明領域、位相シフタ１〜３をそれぞれ１８０度透明領域、５４０度透明領域、３６０度透明領域と呼ぶ。）
１８０度透明領域１０２と５４０度透明領域１０３は、図１０（ａ）に表した位相シフタ１００２に相当し、これに隣接して３６０度透明領域１０４が設けられている。ちょうど、図１１（ｂ）に表した不要な遮光光１１０２が発生する領域をはさむような形で、５４０度透明領域と３６０度透明領域が配置される。

図１（ｃ）より、０度透明領域１０１と１８０度透明領域１０２との段差部分では、図１０（ｃ）同様、位相シフト効果により光強度が小さくなり暗い光の領域が発生する。５４０度透明領域１０３と３６０度透明領域１０４との段差部分では、位相シフト効果が発生するものの、５４０度透明領域１０３は１８０度透明領域１０２に対して、３６０度透明領域は０度透明領域１０１に対して、それぞれ３６０度の位相シフトがなされることにより、焦点ズレが発生する。この焦点ズレの効果により、５４０度透明領域１０３と３６０度透明領域１０４との段差部分においては、ウェーハ上のレジスト解像に必要な光強度１０６を下回る暗い光の領域は存在しなくなる。

図２は、本発明の実施の形態の位相シフトマスクを用いた投影露光装置の模式図である。 荷電粒子線露光装置２００は、露光光２０１を発生する光源２０２、マスクＭ、マスクＭを透過した露光光の結像等の調整を行う露光投影系レンズ２０３、レジストが塗布されたウェーハＷが設置されるステージ２０４より構成される。

マスクＭは図１で説明した位相シフトマスクを用いる。マスクＭを透過した荷電粒子線は、０度透明領域を透過した露光光と、これに対して１８０度、３６０度、５４０度の位相差を有する露光光とに分かれてウェーハＷ上に到達する。露光投影系レンズ２０３は、０度透明領域を透過する露光光がウェーハＷ上に結像するよう調整を行う。このため、３６０度透明領域を透過する露光光に対しては、結像位置がウェーハより露光投影系レンズ２０３側にずれることになる。すなわち、１波長分の光路差による焦点ズレの現象が局所的に発生する。同様にして、１８０度透明領域を透過する露光光と５４０度透明領域を透過する露光光においても、焦点ズレが発生する。

図３は、図１に表す位相シフトマスクにおける各位相シフタを透過する光の光強度を表した図表である。
位相シフタの溝部の深さｄは、露光光の波長をλ、透明基板の屈折率をｎとすると、以下の式で表される。

ｄ ＝ λ／２（ｎ−１）

ここで、

λ ＝ １５７．６
ｎ ＝ １．６８

とすると、

ｄ ＝ ０．１１（μｍ）

となる。
従って、位相シフタ１０２を基準面（０マイクロメータ）とすると、位相シフタ１０３の深さは０．２２マイクロメータ、位相シフタ１０４の深さは０．１１マイクロメータとなる。図３において、曲線３０１〜３０３は位相シフタの高さを、０マイクロメータ、０．１１マイクロメータ、０．２２マイクロメータとしたときの、光強度分布を表す曲線である。この図表より明らかなように、位相シフタの高さが高くなるほど光コントラストは小さくなり、暗部での光強度が強くなる。各位相シフタを透過する光強度分布を合成すると、図１（ｃ）に表した光強度分布となる。

図４は、本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクを用いた露光処理の様子を表す模式図である。図４（ａ）は本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスク、（ｂ）はこの位相シフトマスクを用いた露光イメージをそれぞれ表す。
図４（ａ）は、図１（ａ）に表す位相相シフトマスクである。この位相シフトマスクを用いて露光処理を行うと、図１で説明したように、不要な遮光光が発生しない。従って、所望の遮光光４０１のみをダイレクトに得ることが可能となり、従来用いていたバイナリーマスクは不要となる。

次に、本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクの製造方法について説明する。
図５は、図１（ａ）に表す位相シフトマスクの製造工程を表す模式図である。

まず、図５（ａ）に表すように、透明基板５０１上にスパッタ、真空蒸着等により、遮光膜５０２を形成し、その上に、電子線レジスト５０３を塗布する。次いで、電子ビーム描画を行う。１８０度透明領域と５４０度透明領域に相当する領域の遮光膜と透明基板がエッチングされるよう、この部分の電子線レジストに電子線レジストが解像されるのに必要な電荷量を設定し、電子ビーム５０４を照射する。
透明基板５０１の材料としては、適用する露光光の波長１５７ミリメートル以上において、８５パーセント以上の透過率を有する石英ガラスが有効である。遮光膜５０２の材料としては、例えば１５７ナノメータ以上の波長の光においては、透過率が０．５パーセント以下であるクロム（Ｃｒ）が有効である。

次に、図５（ｂ）に表すように、現像により電子線レジスト５０３を選択的にパターンニングし、下地の遮光膜５０２をエッチングした後、透明基板５０１をエッチングする。 電子線レジスト５０３としてポジレジストを適用した場合、電子ビームが照射された領域は電子線レジストが現像液に溶解し、遮光膜が露出する。電子ビームが照射されない領域は電子線レジストが現像液に溶解しないので、電子線レジストのパターンが残存する。

遮光膜５０２のドライエッチングを行う場合は、平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を適用する。例えば、遮光膜５０２がクロム（Ｃｒ）の場合、エッチングガスは、テトラクロロメタン（ＣＣｌ_４）と、酸素（Ｏ_２）あるいはジクロロメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）を流量比率１：３に制御して適用する。エッチングの際、透明基板５０１とのエッチング選択比は十分でなければならない。
透明基板５０１のドライエッチングを行う場合は、平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を適用する。例えば、透明基板が石英ガラスの場合、エッチングガスは、テトラフルオロメタン（ＣＦ_４）と酸素（Ｏ_２）を流量比率２０：１に制御して適用する。

次に、図５（ｃ）に表すように、電子線レジスト５０３と遮光膜５０２を剥離する。ここまでの工程を第１工程とすると、第１工程により、透明基板５０１上には１８０度透明領域と５４０度透明領域に相当する領域に溝部が形成される。この溝部のエッチング量を１８０度の位相差となるように形成する。

電子線レジストの剥離液としては、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）を３：１の比率で混ぜ合わせた混合液が適用される。この際、露出している透明基板５０１との剥離耐性は十分でなければならない。
遮光膜５０２の剥離液としては、過塩素酸（ＨＣｌＯ_４）と硝酸第二セリウムアンモニウム（Ｃｅ（Ｎｏ_３）_４・２ＮＨ_４ＮＯ_３）との混合液が適用される。この際、露出している透明基板５０１との剥離耐性は十分でなければならない。

次に、図５（ｄ）に表すように、溝部が形成された透明基板５０１上にスパッタ、真空蒸着等により、遮光膜５０５を形成し、その上に、電子線レジスト５０６を塗布する。次いで、電子ビーム描画を行う。３６０度透明領域と５４０度透明領域に相当する遮光膜と透明基板がエッチングされるよう、この部分の電子線レジストに電子線レジストが解像されるのに必要な電荷量を設定し、電子ビーム５０７を照射する。

次に、図５（ｅ）に表すように、現像により電子線レジスト５０６を選択的にパターンニングし、下地の遮光膜５０５をエッチングした後、透明基板５０１をエッチングする。
最後に、図５（ｆ）に表すように、電子線レジスト５０６と遮光膜５０５を剥離する。第１工程以降を第２工程とすると、第２工程により、第１工程により加工された透明基板５０１上の３６０度透明領域と５４０度透明領域に相当する領域に溝部が形成される。この溝部のエッチング量を３６０度の位相差となるように形成する。遮光膜５０５および電子線レジスト５０６の材料およびこれらの加工条件に関しては、第１工程と同様なので、説明を割愛する。

以上、第１、第２工程によって、０度透明領域の基板上に、１８０度、３６０度、５４０度の透明領域が形成され、本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクが得られる。

これまで、本発明の実施の形態として、図１（ａ）に表すような、透明基板上に位相シフタとしての溝部を有する凹型の位相シフトマスクを例に説明してきたが、別の構造のものでも同様の効果を得ることができる。
図６は、本発明の別の実施の形態にかかる位相シフトマスクの構造を表す模式図である。

図６（ａ）は透明基板６０１上に、位相シフタとして、１８０度透明領域６０２、５４０度透明領域６０３、３６０度透明領域６０４が凸型に形成されたものである。
図６（ｂ）は透明基板６０５上に、位相シフタとして例えばクロムフロライド（ＣｒＦ）等の半透明膜が形成されている。半透明膜は、１８０度半透明領域６０６、５４０度半透明領域６０７、３６０度半透明領域６０８となり、厚みに応じて露光光に位相差を与える。 図６（ｃ）は、位相シフタとして、溝部と例えばクロムフロライド（ＣｒＦ）等の半透明膜が形成されており、それぞれ１８０度位相シフト領域６１０、５４０度位相シフト領域６１１、３６０度位相シフト領域６１２となる。
図６（ｄ）は、位相シフタとして、突起部と例えばクロムフロライド（ＣｒＦ）等の半透明膜が形成されており、それぞれ１８０度位相シフト領域６１４、５４０度位相シフト領域６１５、３６０度位相シフト領域６１６となる。（ｃ）（ｄ）において、溝部もしくは突起部と半透明膜の組み合わせは一例であり、その組み合わせはパターン形状等を考慮して最適な形態を選べばよい。 また、本発明の位相シフトマスクの形態はこの限りではなく、露光光に任意の位相差を与えるもので、この位相差によってウェーハ上での光強度を本願発明に趣旨に沿って調整できるのものであれば、その範囲に含まれる。

以上、説明してきたように、本発明の位相シフトマスクを用いることにより、１回の露光処理で所望の露光イメージを得ることが可能となり、パターン精度が向上する。また、不要な露光イメージを取り除くためのバイナリーマスクが不要となるため、高い精度が要求されたマスク作製上の負荷も低減される。そして、このことは半導体集積回路の微細化に大きく貢献するものである。

本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクを表す模式図、および図表である。 本発明の実施の形態の位相シフトマスクを用いた投影露光装置の模式図である。 図１に表す位相シフトマスクにおける各位相シフタを透過する光の光強度を表した図表である。 本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクを用いた露光処理の様子を表す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる位相シフトマスクの製造工程を表す模式図である。 本発明の別の実施の形態にかかる位相シフトマスクの構造を表す模式図である。 通常のフォトマスクを用いた露光光の様子を表す模式図である。 位相シフトマスクを用いた露光光の様子を表す模式図である。 改良型位相シフトマスクを用いた露光光の様子を表す模式図である。 透明領域と位相シフタ間が隣接した位相シフトマスクとこれを用いた露光光の様子を表す模式図である。 図１０に表す位相シフトマスクを用いた露光処理の様子を表す模式図である。

符号の説明

１０１、１００１ ０度透明領域
１０２、６０２、６０６、６１０、６１４、１００２ １８０度透明領域
１０３、６０３、６０７、６１１、６１５ ５４０度透明領域
１０４、６０４、６０８、６１２、６１６ ３６０度透明領域
１０５、７０２ 遮光領域
２００ 荷電粒子線露光装置
２０１ 露光光
２０２ 光源
２０３ 露光投影系レンズ
２０４ ステージ
４０１、１１０１、１１０２ 遮光光
５０１、６０１、６０５、７０１、８０１、９０１ 透明基板
５０２、５０５ 遮光膜
５０３、５０７ 電子線レジスト
５０４ 電子ビーム
５０６ 電子線レジスト
７０３ 透過領域
８０２、１００３、１１０３ 遮光領域
８０３、９０２、８０３ 位相シフタ
８０４、１１０４ 透明領域
１１０５ 透明光
Ｍ マスク
Ｗ ウェーハ

Claims (10)

1. 透明材料よりなるマスク基板と、
   前記マスク基板の主面の第１の領域に形成される、第１の位相シフト領域と、
   前記第１の位相シフト領域に隣接して形成される、第２の位相シフト領域と、
   前記第２の位相シフト領域に隣接して形成される、第３の位相シフト領域と、を備え、
   前記マスク基板を透過する光と前記第１の位相シフト領域を透過する光との間で生じる位相差は、それぞれの領域を透過する光の干渉光がその境界部分で弱め合うよう設定され、
   前記第２の位相シフト領域の前記第１の位相シフト領域に対する位相差、および前記第３の位相シフト領域の前記マスク基板に対する位相差が３６０度であり、
   前記第２の位相シフト領域と前記第３の位相シフト領域を透過する光と、前記第１の位相シフト領域と前記マスク基板を透過する光との間で生じる位相差は、前記第２および第３の位相シフト領域の段差が設けられた境界部分と、前記第３の位相シフト領域と前記マスク基板の段差が設けられた境界部分とにおいて焦点ズレを発生するよう設定されることを特徴とする位相シフトマスク。
2. 前記第１〜３の位相シフト領域は、前記マスク基板の主面に形成されその深さによって位相差を決定する溝部であり、それぞれの溝部の深さをｄ_１〜ｄ_３とすると、
   
   ｄ_１ ＜ ｄ_３ ＜ ｄ_２
   
   となることを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
3. 前記第１〜３の位相シフト領域は、前記マスク基板の主面に形成されその高さによって位相差を決定する突起部であり、それぞれの透明領域の高さをｈ_１〜ｈ_３とすると、
   
   ｈ_３ ＜ ｈ_１ ＜ ｈ_２
   
   となることを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
4. 前記第１〜３の位相シフト領域のうち少なくとも１つの位相シフト領域が、位相シフト効果を有する半透明膜で形成されることを特徴とする請求項１〜３記載の位相シフトマスク。
5. 前記マスク基板の位相差を０度としたとき、前記第１の位相シフト領域の位相差は１８０度、前記第２の位相シフト領域の位相差は５４０度、前記第３の位相シフト領域の位相差は３６０度であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１つに記載の位相シフトマスク。
6. 前記マスク基板上の任意の部分に、光を透過させない遮光領域を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか１つに記載の位相シフトマスク。
7. 透明基板上に第１の遮光膜を成膜する工程と、
   前記第１の遮光膜上に電子線レジストを塗布する工程と、
   電子ビーム描画と現像により、前記電子線レジストに第１および第２の位相シフト領域となる部分をパターニングする工程と、
   前記パターニングされた電子線レジストをマスクとして、前記第１の遮光膜および透明基板をエッチングする第１のエッチング工程と、
   前記電子線レジストと前記第１の遮光膜を剥離する工程と、
   前記第１および第２の位相シフト領域となる部分がエッチングされた透明基板上に第２の遮光膜を成膜する工程と、
   前記第２の遮光膜上に電子線レジストを塗布する工程と、
   電子ビーム描画と現像により、前記電子線レジストに第２および第３の位相シフト領域となる部分をパターニングする工程と、
   前記パターニングされた電子線レジストをマスクとして、前記第２の遮光膜および透明基板をエッチングする第２のエッチング工程と、
   前記電子線レジストと前記第２の遮光膜とを剥離する工程と、を備え、
   前記第２の位相シフト領域と前記第３の位相シフト領域との境界に段差を設けるとともに、前記第３の位相シフト領域と前記マスク基板との境界に段差を設け、前記第２の位相シフト領域の前記第１の位相シフト領域に対する位相差、および前記第３の位相シフト領域の前記透明基板に対する位相差が３６０度になるように形成することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
8. 前記第１のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さがｄ_４、前記第２のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さがｄ_５であり、
   前記第１の位相シフト領域の深さがｄ_４、
   前記第２の位相シフト領域の深さがｄ_４＋ｄ_５、
   前記第３の位相シフト領域の深さがｄ_５、となることを特徴とする請求項７記載の位相シフトマスクの製造方法。
9. 前記第１のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さがｄ_４と、前記第２のエッチング工程によりエッチングされる前記透明基板の深さが２ｄ_４であり、
   前記第１の位相シフト領域の深さがｄ_４、
   前記第２の位相シフト領域の深さが３ｄ_４、
   前記第３の位相シフト領域の深さが２ｄ_４、となることを特徴とする請求項７記載の位相シフトマスクの製造方法。
10. 露光光の波長をλ、前記透明基板の屈折率をｎとすると、
    
    ｄ_４ ＝ λ／２（ｎ−１）
    
    となることを特徴とする請求項８もしくは９記載の位相シフトマスクの製造方法。
    

Images