JPH05142745A

JPH05142745A - 位相シフトマスク及びマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH05142745A
Application number: JP17191A
Authority: JP
Inventors: Akira Imai; 彰今井; Norio Hasegawa; 昇雄長谷川; Shinji Okazaki; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-01-07
Filing date: 1991-01-07
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】マスクまたは位相シフトマスクの微細なパタン
を高精度で形成すること。このような位相シフトマスク
を提供すること。【構成】基板上に、遮光膜、位相シフタ及び合わせマー
クを有し、合わせマークは解像限界以下の寸法か又は遮
光膜上に設けられている位相シフトマスク。位相シフト
マスクの位相シフタのパタンを、合わせマークにより位
置決めして描画して、形成する際に、合わせマークを素
子パタンを形成するのに障害にならない位置に設けて行
なうかまたは描画後に合わせマークを削除する。合わせ
マークにより所望の時間毎に位置決めを繰返しながら電
子線線を照射してパタンを描画し、遮光膜や位相シフタ
のパタンを形成するマスクの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、超伝導体
素子、磁性体素子、光集積素子等の各種固体素子の微細
パタン形成に用いられる投影露光法用位相シフトマス
ク、その製造方法、そのような位相シフトマスクを用い
た固体素子の製造方法及び位相シフタを持たないマスク
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等の固体素子の微細パ
タンの形成は、主に縮小投影露光法により行なわれてき
た。上記方法を用いて、解像力を飛躍的に向上すること
ができる方法の一つに、マスク上の隣合った透光部を通
過した光の間に位相差を導入する方法（以下位相シフト
法と呼ぶ）がある。この方法は、例えば細長い透過領域
と不透明領域の繰返しパタンの場合、マスク上の互いに
隣合った透過領域を通過した光の位相差がほぼ１８０度
になるように、上記透過領域のひとつおきに位相差を導
入するための透明材料（以下位相シフタと呼ぶ）を設け
るものである。

【０００３】位相シフト法で用いるマスクは、従来用い
られてきたクロムマスクの所定の透過領域上に位相シフ
タを設けることにより作製することができる。これにつ
いては、例えば、アイ・イ−・イ−・イ−、トランザク
ションオンエレクトロンデバイスイズ、イ− ディ
− ２９、ナンバ−１２（１９８２年）第１８２８頁か
ら第１８３６頁（ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＤｅｖｉｃｅｓ、ＥＤ２９、Ｎｏ．１２（１９８
２）ｐｐ１８２８−１８３６）において論じられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、位相
シフトマスクを製造する場合、マスク基板上に形成され
た遮光膜を選択的にエッチングして遮光パタンを形成し
た後、所定の透過部に位相シフタパタンを形成するとい
う方法を用いている。この位相シフタパタンの形成は、
位相シフタの膜を形成し、電子線描画装置を用いて位置
決めし、所定のパタンを電子線描画して行なっている。
この工程では位置決めするための位置決めマークパタン
を予めマスク基板に設け、これを用いている。

【０００５】ところが、高精度に位置決めするために、
この位置決めマークパタンを描画する所定のパタンの近
傍に設けていたため、この方法を用いて製造した位相シ
フトマスクを用いてパタンを転写した場合、固体素子等
の製造工程において用いる所定のパタン以外に、上記位
置決めマークパタンも同時に転写され、微細な素子パタ
ンの形成の障害になるという問題があった。また、マス
クパタンを電子線描画している間に、電子線のドリフト
現象等のために描画パタンの位置が所望の位置からずれ
るという問題があった。

【０００６】また、従来の位相シフタを持たない遮光パ
タンのみのマスクの製造の際に、電子線を用いて微細パ
タンを形成しようとすると、上記の後者の問題が同様に
生じた。

【０００７】本発明の目的は、高精度で形成された微細
なパタンを有する位相シフトマスクを提供することにあ
る。本発明の第２の目的は、そのような位相シフトマス
クの製造方法を提供することにある。本発明の第３の目
的は、そのような位相シフトマスクを用いた固体素子の
製造方法を提供することにある。本発明の第４の目的
は、高精度で形成された微細なパタンを有するマスクの
製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、（１）基板
上に、所望のパタンの遮光膜、該基板の透過光に位相差
を与えるための所望のパタンの位相シフタ及び該基板上
のパタンが転写される第２の基板上の寸法に換算して解
像限界以下の寸法の位置決めマークを有することを特徴
とする位相シフトマスク、（２）上記１記載の位相シフ
トマスクにおいて、上記位置決めマークは、上記転写さ
れる領域内に設けられたことを特徴とする位相シフトマ
スク、（３）基板上に、所望のパタンの遮光膜、該基板
の透過光に位相差を与えるための所望のパタンの位相シ
フタ及び該遮光膜上に設けられた位置決めマークを有す
ることを特徴とする位相シフトマスク、（４）上記３記
載の位相シフトマスクにおいて、上記位置決めマーク
は、上記位相シフタパタンを構成する材質と同じ材質で
あることを特徴とする位相シフトマスク、（５）基板上
に、所望のパタンの遮光膜、該基板の透過光に位相差を
与えるための所望のパタンの位相シフタ及び位置決めマ
ークを有し、該位置決めマークは、該基板の透過光に対
して透明又は半透明でかつ透過光に位相差を与えない条
件を満たす厚みであることを特徴とする位相シフトマス
ク、（６）上記５記載の位相シフトマスクにおいて、上
記厚みは、上記膜の材質の屈折率をｎ、透過光の波長を
λ、自然数をｍとするとき、ｍ・λ／（ｎ−１）で表される厚みであることを特徴とする位相シフトマス
クにより達成される。

【０００９】上記第２の目的は、（７）基板上に、所望
のパタンの遮光膜と、該基板上のパタンが第２の基板上
に転写される領域外に位置決めマークとを形成する第１
の工程及び該基板の透過光に位相差を与えるための位相
シフタのパタンを、該位置決めマークにより位置決めし
て形成する第２の工程を有することを特徴とする位相シ
フトマスクの製造方法、（８）基板上に、所望のパタン
の遮光膜と、該基板上のパタンが第２の基板上に転写さ
れる領域内で、かつ上記遮光膜のパタンにより構成され
る素子パタン外に位置決めマークとを形成する第１の工
程及び該基板の透過光に位相差を与えるための位相シフ
タのパタンを、該位置決めマークにより位置決めして形
成する第２の工程を有することを特徴とする位相シフト
マスクの製造方法、（９）上記８記載の位相シフトマス
クの製造方法において、上記位置決めマークは、上記基
板上のパタンが転写される第２の基板上の寸法に換算し
て、解像限界以下の寸法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、（１０）上記７、８又は９
記載の位相シフトマスクの製造方法において、上記第２
の工程は、上記位置決めマークにより所望の時間毎に位
置決めを繰返しながらエネルギー線を照射して所望のパ
タンを描画することにより上記位相シフタのパタンを形
成して行なうことを特徴とする位相シフトマスクの製造
方法、（１１）基板上に、所望のパタンの遮光膜と位置
決めマークとを形成する第１の工程、該基板の透過光に
位相差を与えるための位相シフタのパタンを、該位置決
めマークにより位置決めして形成する第２の工程及び該
基板上のパタンが転写される第２の基板に該位置決めマ
ークが転写されないように、該位置決めマークを修正す
る第３の工程を有することを特徴とする位相シフトマス
クの製造方法、（１２）上記１１記載の位相シフトマス
クの製造方法において、上記修正は、上記位置決めマー
クの除去であることを特徴とする位相シフトマスクの製
造方法、（１３）上記１１記載の位相シフトマスクの製
造方法において、上記修正は、上記位置決めマーク上へ
の透過光に対して不透明な材料の付着であることを特徴
とする位相シフトマスクの製造方法、（１４）基板上
に、遮光膜を形成する第１の工程、該遮光膜上に位置決
めマークを形成する第２の工程、該位置決めマークによ
り位置決めして該遮光膜を所望のパタンとする第３の工
程及び該基板の透過光に位相差を与えるための位相シフ
タのパタンを該位置決めマークにより位置決めして形成
する第４の工程を有することを特徴とする位相シフトマ
スクの製造方法、（１５）基板上に、所望のパタンの遮
光膜を形成する第１の工程、該基板の透過光に対して透
明又は半透明でかつ透過光に位相差を与えない厚みの膜
からなる位置決めマークを形成する第２の工程及び該基
板の透過光に位相差を与えるための位相シフタのパタン
を該位置決めマークにより位置決めして形成する第３の
工程を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造
方法により達成される。

【００１０】上記第３の目的は、（１６）第１の基板上
に、所望のパタンの遮光膜及び該第１の基板上のパタン
が第２の基板上に転写される領域内に第１の位置決めマ
ークと第２の位置決めマークを形成する第１の工程、該
第１の基板の透過光に位相差を与えるための位相シフタ
のパタンを、該第１の位置決めマークにより位置決めし
て形成する第２の工程、該第１の基板上のパタンを該第
２の基板上に転写する第３の工程及び該第２の基板上に
形成された第２の位置決めマークにより位置決めして第
３の基板上のパタンを該第２の基板上に転写する第４の
工程を有することを特徴とする固体素子の製造方法、
（１７）上記１６記載の固体素子の製造方法において、
上記第１の位置決めマークは、上記第２の位置決めマー
ク内又はその近傍に形成することを特徴とする固体素子
の製造方法、（１８）第１の基板上に、所望のパタンの
遮光膜及び該第１の基板上のパタンが第２の基板上に転
写される領域内に位置決めマークを形成する第１の工
程、該第１の基板の透過光に位相差を与えるための位相
シフタのパタンを、該位置決めマークにより位置決めし
て形成する第２の工程、該第１の基板上のパタンを該第
２の基板上に転写する第３の工程及び該第２の基板上に
形成された位置決めマークにより位置決めして第３の基
板上のパタンを該第２の基板上に転写する第４の工程を
有することを特徴とする固体素子の製造方法により達成
される。

【００１１】上記第４の目的は、（１９）基板上に、遮
光膜と位置決めマークを形成する工程、該遮光膜上にレ
ジスト膜を形成する工程、該位置決めマークにより所望
の時間毎に位置決めを繰返しながらエネルギー線を照射
して所望のパタンを描画し、該レジスト膜を現像して所
望のパタンとする工程及び該レジスト膜のパタンをマス
クとして該遮光膜をエッチングする工程を有することを
特徴とするマスクの製造方法により達成される。

【００１２】

【作用】一般に投影露光法において用いられるマスク
は、投影光学系によって転写される領域（以下、マスク
パタン領域という）よりも大きな面積を持つマスク基板
を用い、電子線等を用いた直接描画法により所定の素子
パタンを描画することにより製造されている。上記マス
クパタン領域内に固体素子等の製造に用いる素子パタン
が形成されている。位相シフトマスクの製造方法のひと
つとして、マスク基板上に形成された遮光膜を選択的に
エッチングして透過パタンを形成した後、所定の透過パ
タン領域に位相シフタパタンを形成するという方法を用
いる場合、この位相シフタパタンを形成する工程におい
て、電子線描画装置を用いて位置決めをして所定のパタ
ンを描画する。そのため、この工程では位置決めをする
ための位置決めマーク（以下合わせマークという）を必
要とする。

【００１３】図１は合わせマークの配置を示したマスク
の一例の平面の模式図である。ここで、マスクパタン領
域１１の外に合わせマーク１２を設けることにより、投
影露光の際に合わせマーク１２が転写されることのない
マスクを製造することができる。なお、図において、１
２′は投影露光の際に用いる露光用合わせマークであ
る。

【００１４】また、現在のマスク基板は、５インチ角の
大きさのものが広く用いられているため、図１のように
合わせマーク１２をマスクパタン領域１１外に設けた場
合、合わせマーク１２とこれを用いて位置決めして形成
する位相シフタパタンとの距離が大きくなる場合があ
る。この距離に比例して位置決めの誤差が大きくなるた
め、電子線描画装置の精度上の問題から、正確に位置ぎ
めをして位相シフタパタンを形成することが困難なとき
がある。位置合わせの精度を高めるためには、例えば図
２に示したように位相シフタパタン１３の周辺、すなわ
ちマスクパタン領域１１内に合わせマーク１２を設ける
ことが好ましい。この場合、次のような方法をとること
が必要である。

【００１５】一つの方法は、製造した位相シフトマスク
を用いた投影露光の際に転写された合わせマークがそれ
以後の投影露光の際やそれにより製造された固体撮像素
子の特性に障害とならないような位置に設ける方法であ
る。電子線描画を行なう際の合わせマークの検出精度を
考慮した場合、寸法をあまり小さくすることは好ましく
ない。例えば合わせマークとしては、図３（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示したようなパタンが一般的
に用いられている。図に示すような合わせマークをマス
クパタン領域の内に設けた場合、例えば縮小率１／５、
開口数ＮＡ＝０．４２のＫｒＦエキシマレーザ（露光波
長２４８ｎｍ）縮小投影露光装置を用いてパタン転写を
行なった場合、上記合わせマークが転写されてしまう。
この場合、上記合わせマークを固体素子等の製造工程に
おいて障害とならないような領域に設ければよい。

【００１６】この場合、つぎのように露光用合わせマー
ク近傍に合わせマークを配置する方法を用いてもよい。
位相シフトマスクを用いた固体素子等の製造工程におい
ても露光用のために、合わせマークを用いている。例え
ば縮小投影露光法においてはマスクパタンは縮小されて
基板上に転写される。従って、マスク上の合わせマーク
の寸法は縮小率の逆数をかけた寸法となる。縮小率が１
／１０の場合には合わせマークの寸法は１０倍になる。
従って例えば図４に示したように露光用合わせマーク３
０近傍に合わせマーク１２を配置することが可能とな
る。ここで、露光用合わせマークの近傍とは、露光用合
わせマーク内も含むものである。

【００１７】また、等倍あるいは縮小率１／４の場合の
ようにマスク上のパタン寸法と投影された基板上での寸
法の差があまり大きくないような場合には、合わせマー
クと上記位相シフトマスクを用いた固体素子等の製造工
程において用いられる位置決めマークパタンを共通にし
て用いることもできる。この場合、位相シフタパタン形
成工程で用いる合わせマークを特別に設けなくてもよい
ことがある。

【００１８】他の方法は、合わせマークが投影光学系に
より転写されないように、合わせマークの寸法を基板上
のパタンが転写される第２の基板上の寸法に換算して解
像限界以下の寸法とする方法である。解像限界は、投影
露光装置の開口数をＮＡ、基板の透過光、すなわち露光
波長をλ、パタンを転写する際に用いるレジストやプロ
セス等の条件により決まる定数ｋとするとき、次式によ
り求まる。

【数１】ｋ×λ／ＮＡ（１）従って、投影露光装置の縮小率を１／ｎとすれば、マス
ク上ではこれのｎ倍の値となる。

【００１９】さらに他の方法は、合わせマークを使用し
た後に、合わせマークが転写されないように修正する工
程を行なう方法である。例えば、合わせマークが、その
平面図及びＡＢ線断面図を図５（ａ）、（ｂ）に示した
ように、遮光膜１５内に設けられた透過パタンである場
合、この領域上に露光光に対して不透明な材料を付着す
る工程を行なえばよい。

【００２０】また、これとは逆に、合わせマークが、そ
の平面図及びＣＤ線断面図を図６（ａ）、（ｂ）に示し
たように、光透過部１６内に設けた遮光膜１５のパタン
である場合、遮光膜を除去すればよい。なお、通常合わ
せマークは予備を含めて複数個配置するため、必要に応
じて予備の合わせマークを修正することがある。

【００２１】さらに他の方法は、合わせマークが、その
平面図及びＥＦ線断面図を図７（ａ）、（ｂ）に示した
ように、光透過部１６内に、露光光に対して透明又は半
透明な材料からなる合わせマーク２１を形成してもよ
い。この場合、合わせマーク２１の膜厚ｄを、投影光学
系により転写されないような値に調整する必要がある。
半透明な材料を用いて合わせマーク２１を形成し、その
膜厚ｄが適当に小さい場合（例えば透過光が６０％以上
であるとき）、また、透明な材料を用いて合わせマーク
２１を形成した場合は、合わせマーク２１を通過した光
と、合わせマーク２１が配置されている光透過部１６を
通過した光の位相差がほぼ反転するような場合には、図
８に示すようにパタン境界部で光強度が減少するため、
合わせマーク２１が解像してしまう。そのため、パタン
の境界で光強度が減少しないような膜厚ｄとすることが
必要である。その最適値は、露光波長λにおける上記透
明な材料の屈折率ｎに対して、

【数２】ｄ＝ｍ・λ／（ｎ−１）（２）（但し、ｍは自然数）により与えられる。すなわち、上
記二つの光の間に位相差がないことに相当する。上式に
より与えられる膜厚ｄに合わせマークの膜厚をほぼ設定
すれば、この合わせマークはパタン転写工程において転
写されなくなる。

【００２２】さらに、位相シフトマスクの種類によって
は、図９に示すように遮光膜１５上に合わせマーク１２
を設けることもできる。この場合は、投影光学系により
合わせマークが転写されることはなく、また、位相シフ
タパタンを形成する際に合わせマークを同時に形成する
ことも可能である。

【００２３】さらに、位相シフタパタン、遮光膜パタン
を電子線を用いて描画する際、電子線描画装置を長時間
描画動作を連続して行なうと電子線のドリフト現象によ
り位置精度が劣化し、位置ずれが生じる場合がある。そ
のため所定時間毎に位置決めしなおし、描画することに
より、位置ずれ量を小さくすることができる。

【００２４】

【実施例】

〈実施例１〉以下、本発明の一実施例について説明す
る。ＮＡ＝０．４２の投影光学系を有する縮小率１／５
のＫｒＦエキシマレ−ザ（波長２４８ｎｍ）縮小投影露
光装置用の６４メガビットＤＲＡＭの配線パタン製造工
程で用いる位相シフトマスクを製造した。図１にその平
面の模式図を示す。マスク基板１０は、投影露光装置に
より転写されるマスクパタン領域１１外に第１の合わせ
マーク１２と露光用合わせマーク１２′を有する。

【００２５】以下、マスク製造工程を図１０を用いて説
明する。マスク基板として、合成石英基板１上に順に、
窒化シリコン膜２、クロム膜３を積層したものを用意し
た（図１０（ａ））。ここでクロム膜３は遮光膜とし
て、窒化シリコン膜２は位相シフタ膜をエッチングする
際のストッパ膜として用いるものである。ストッパ膜は
窒化シリコン膜に限らず、酸化シリコン、フッ化マグネ
シウム、透明導電膜等を用いてもかまわない。また、遮
光膜としてモリブデンシリサイド等を用いてもかまわな
い。

【００２６】次に、クロム膜３上にポジ型レジストＯＥ
ＢＲ−２０００（東京応化工業（株）、製品名）を塗布
し、電子線描画装置を用いて所定の透過部の領域を描画
した。本実施例ではＯＥＢＲ−２０００（東京応化工業
（株）、製品名）を用いたが、他のレジストを用いても
よい。このことは以下の工程においても、また、他の実
施例においても同様である。

【００２７】本実施例では、位相シフタパタンを形成す
る際に用いる合わせマークパタンを３種類設けた。すな
わち、図１に示したマスクパタン領域１１外に６個の第
１の合わせマーク１２を、また、マスクパタン領域１１
内の素子パタン領域外、すなわち上記配線パタン製造工
程上影響を与えないような領域に第２の合わせマーク
（図示せず）を、マスクパタン領域１１内の上記配線パ
タンに近接した位置に第３の合わせマーク（図示せず）
を配置した。ここで、合わせマークパタンの位置や形状
は上記に限らないことは言うまでもない。なお、本実施
例において、第１の合わせマークは大まかな位置決めを
行なうためのいわゆるウエハマークとして用い、第２、
第３の合わせマークは正確に位置決めするためのいわゆ
るチップマークとして用いる。

【００２８】再び図１０に戻って説明する。描画後、所
定の現像処理を行ないレジストパタンを形成した後、こ
れをマスクとして所定のエッチング液を用いてクロム膜
を湿式エッチングした。しかる後、上記レジストを除去
して、所定の遮光パタンと第１の合わせマーク（図示せ
ず）と第２の合わせマーク（図示せず）と第３の合わせ
マーク６を形成した（図１０（ｂ））。

【００２９】次に、上記マスクの全面に塗布性ケイ素化
合物（スピンオングラス：以下、ＳＯＧと略す）として
ＯＣＤタイプ７（東京応化工業（株）、製品名）をスピ
ンコ−ト法により塗布し、２００℃で２０分間熱処理し
て位相シフタ膜４を形成した（図１０（ｃ））。本実施
例において、位相シフタ膜としてＯＣＤタイプ７（東京
応化工業（株）、製品名）を用いたが、位相シフタ膜の
材料はこれに限るものではない。

【００３０】位相シフタ膜の最適膜厚ｄは、一般に、露
光波長λでの位相シフタの屈折率ｎに対して、

【数３】ｄ＝λ／２（ｎ−１）（３）で与えられる。本実施例において、λ＝２４８ｎｍにお
けるＳＯＧの屈折率ｎ＝１．５より、最適膜厚ｄは２４
８ｎｍとなる。そこで、位相シフタ膜４の膜厚を２４８
ｎｍとした。

【００３１】次に、上記基板上にネガ型レジストＲＤ２
０００Ｎ（日立化成工業（株）、製品名）を塗布し、電
子線描画装置及び上記第１、第２、第３の合わせマーク
を用いて所定の位相シフタパタン領域を描画した。すな
わち、まず第１の合わせマーク上に電子線を走査して反
射電子を検出し、この信号を用いて第２の合わせマーク
を検出する。さらにこれより得られる信号を検出し、こ
の信号を用いて第３の合わせマークを検出する。そして
これにより得られる信号により位置決めして所定のパタ
ンを描画する。なお、第１、第２、第３の合わせマーク
は、それぞれ全部使用する必要なく、それぞれその１部
を用いればよい。

【００３２】ここで、所定の位相シフタパタン領域を描
画するに必要な時間は、合計１時間程度である。本実施
例で用いた電子線描画装置は、５分以上描画動作を連続
して行なうと電子線のドリフト現象により位置精度が劣
化し、０．１μｍ以上の位置ずれが生じる。そのため約
２分毎に第３の合わせマークを検出して、位置決めしな
おし、位相シフタパタン領域を描画した。この結果、位
置ずれを０．１μｍ以下に抑え、パタンを高精度で形成
することができた。描画後、所定の現像処理を行ないレ
ジストパタンを形成した。

【００３３】上記のように、パタン領域を描画する場
合、電子線を合わせマーク上にも照射することになる。
従って、ネガ型レジストを用いているため、電子線描画
したパタン領域と上述のマーク検出をした領域に現像後
にレジスト材料が残ることになる。

【００３４】このようにして形成したレジストパタンを
マスクとして、所定のエッチング液を用いて位相シフタ
膜の湿式エッチングを行なった。しかる後、上記レジス
トパタンを除去して位相シフタ５のパタンを形成した。
この際合わせマーク上及びその近傍においても位相シフ
タ５が形成された（図１０（ｄ））。

【００３５】次に、第３の合わせマーク６上に、マスク
欠陥修正装置を用いて、クロムからなる不透明膜７を蒸
着し、第３の位置決めマークパタンが転写されないよう
にした。以上のようにして所望の位相シフトマスクを得
た（図１０（ｅ））。なお、第２の合わせマークは固体
素子製造工程で転写されるが、固体素子の特性に障害と
ならない位置に設けてあるので、クロム膜を蒸着する必
要はない。

【００３６】以上のようにして作製した位相シフトマス
クを前記縮小投影露光装置に用い、所定の加工が行なわ
れたシリコン基板上に塗布されたレジスト膜にマスクパ
タンを転写した。レジストはＳＡＬ６０１−ＥＲ７（Ｓ
ｈｉｐｌｅｙ社、製品名）を用いた。なお、本実施例で
はコヒ−レンスファクタの値を０．３としたが、これ以
外の値を用いてもよい。

【００３７】露光後、所定のベ−ク、現像処理を行な
い、上記基板上にレジストパタンを形成した。形成した
レジストパタンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観
察した結果、第３の合わせマークは転写されず、また、
パタン領域全体にわたり良好な線幅精度で所望のパタン
が形成されたことが分かった。

【００３８】なお、上記位相シフタ膜のパタン形成に用
いるレジストは、ポジ型レジストを用いても良い。パタ
ン領域を描画する電子線照射量と比較して、比較的多く
の電子線照射量が合わせマーク上に照射されるため、レ
ジスト材料が変質し、ポジ型レジストであっても合わせ
マーク上にレジスト材料が残る。一方、合わせマークの
輪郭部分と電子線描画されたパタン領域は、所定の現像
処理後に除去される。

【００３９】また、上述の変質したレジスト材料は、こ
の部分以外のレジストパタンよりも現像により除去され
にくい場合もある。この場合は、合わせマーク上にレジ
スト材料が残ることになる。この変質したレジスト材料
が投影光学系の露光光に対して透明とならないような性
質を持っており、かつ、合わせマークが遮光領域内に配
置された透過パタンであるならば、合わせマーク上に実
質的に遮光膜を付着したことと同様の効果が得られる。
これについてはネガ型レジストを用いたときも同様であ
る。

【００４０】さらにまた、本実施例においては、電子線
を用いて所定のパタンを描画する場合について説明した
が、これに限らず、イオンビーム、放射線等のエネルギ
ー線を用いても良い。以上述べたように、合わせマーク
上にレジスト材料が残ることを考慮し、マスクパタンや
合わせマークを設計、配置しなければならならないこと
は言うまでもない。これは以下の実施例においても同様
である。なお、本実施例では第１、第２、第３の３種の
合わせマークを用いたが、転写されるパタンの形状等に
より、合わせマークは一種でも、所望の２種でもよい。
さらにまた、第３の合わせマークの修正は、その上に不
透明膜を被着させて行なったが、合わせマーク自体を削
除してもよい。

【００４１】〈実施例２〉ＮＡ＝０．４５の投影光学系
を有する縮小率１／１０のｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）
縮小投影露光装置用の位相シフトマスクを製造した。以
下、マスク製造工程を第１１図を用いて説明する。マス
ク基板として、合成石英基板１上に透明導電膜８、クロ
ム膜３を積層したものを用意した（図１１（ａ））。

【００４２】次に、上記マスクの全面にＳＯＧ（ＯＣＤ
タイプ７；東京応化工業（株）、製品名）をスピンコ−
ト法により塗布し、２００℃で２０分間熱処理して位相
シフタ膜４を形成した（図１１（ｂ））。本実施例では
位相シフタ材料としてＯＣＤタイプ７（東京応化工業
（株）、製品名）を用いたがこれに限るものではない。
位相シフタ膜４の膜厚は、波長λ＝３６５ｎｍにおける
位相シフタ膜４の屈折率１．４７及び（１）式より、３
８８ｎｍとした。

【００４３】次に、位相シフタ膜４上に、ネガ型レジス
トＲＤ２０００Ｎ（日立化成工業（株）、製品名）を塗
布し、電子線描画装置を用いて所定のパタンを描画し
た。ここで、マスクパタンの遮光領域となるクロム膜上
に位相シフタ膜で合わせマークが形成されるように合わ
せマークパタンも描画した。次に、所定の現像及び熱処
理を行ないレジストパタンを形成し、これをマスクとし
て、所定のエッチング液を用いて位相シフタ膜４を湿式
エッチングした。しかる後、上記レジストパタンを除去
して位相シフタ９及び合わせマーク２１を得た（図１１
（ｃ））。

【００４４】次に、ポジ型レジストＲＥ５０００Ｐ（日
立化成工業（株）、製品名）を塗布し、電子線描画装置
を用い、上記合わせマーク２１により位置決めして、所
定の透過パタン領域を描画した。ついで現像処理を行な
いレジストパタンを形成した後、これをマスクとして所
定のエッチング液を用いてクロム膜３の湿式エッチング
を行なった。ここで、位相シフタパタン９の下地のクロ
ム膜が寸法０．５μｍの幅にサイドエッチングされ、オ
−バ−ハング形状になるようにした。しかる後に、さら
に、上記レジストを除去して、所定のクロムパタンを得
た（図１１（ｄ））。

【００４５】次に、ＳＯＧ（ＯＣＤタイプ７；東京応化
工業（株）、製品名）をスピン塗布して、温度８０℃で
１０分間熱処理した。ここで、塗布膜厚は２００℃で２
０分間熱処理した後に膜厚値が３８８ｎｍになるように
設定した。なお、ＳＯＧの熱処理の条件は上記に限るも
のではない。しかる後、電子線描画装置を用い、合わせ
マーク２１により位置決めして、所定の位相シフタパタ
ン領域を描画した。しかる後、メタノールで３０秒間現
像処理を行なった。さらに温度２００℃で２０分間熱処
理して、位相シフタ９′を得た（図１１（ｅ））。

【００４６】なお、クロム膜３の両側に微小幅の位相シ
フタ９を設けた場合も、光透過部と位相シフタとの境界
部で光の位相が互いに打ち消しあうことにより光強度が
弱められ、コントラストの高い良好な光学像が得られ
る。

【００４７】以上のようにして製造した位相シフトマス
クを前記縮小投影露光装置に用い、所定の加工が行なわ
れたシリコン基板上に塗布されたレジスト膜にマスクパ
タンを転写した。露光後、所定の現像処理を行ない、基
板上にレジストパタンを形成した。形成した上記レジス
トパタンをＳＥＭにより観察した結果、合わせマークパ
タンは転写されず、また、パタン領域全体にわたり良好
な線幅精度で所望のパタンが形成されたことが分かっ
た。レジストとしてＡＺ５２１４（Ｓｈｉｐｌｅｙ社、
製品名）を用いた。なお、本実施例ではコヒ−レンスフ
ァクタの値を０．５としたが、これ以外の値を用いても
よい。

【００４８】なお、電子線による位相シフトパタンの描
画は、実施例１と同様に所定の時間毎に位置決めしなお
して描画してもよい。

【００４９】また、上記合わせマークは、光透過部に設
けてもよい。この場合、合わせマークが設けられている
部分といない部分とにより、透過光の位相差に基づく像
が生じないように、合わせマークの厚みｄを、露光波長
をλ、その波長における合わせマークの材料の屈折率を
ｎとするとき、

【数４】ｄ＝ｍ・λ／（ｎ−１）（２）（但し、ｍは自然数）とする必要がある。また、最初に
形成された上記合わせマークの膜厚は位相シフタの膜厚
と同じになり転写されてしまうため、合わせマークは別
の工程で形成する必要がある。

【００５０】〈実施例３〉ＮＡ＝０．４２の投影光学系
を有する縮小率１／１０のｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）
縮小投影露光装置用の位相シフトマスクを製造した。以
下、マスク製造工程を説明する。マスク基板として、合
成石英基板上に透明導電膜、クロム膜を積層したものを
用意した。

【００５１】次に、ポジ型レジストＲＥ５０００Ｐ（日
立化成工業（株）、製品名）を塗布し、電子線描画装置
を用いて、透過パタン領域及び合わせマークを描画し
た。本実施例では、第１の合わせマークをマスクパタン
領域外の遮光領域に透過パタンとして、第２の合わせマ
ークをマスクパタン領域の光透過領域に遮光パタンとし
て、第３の合わせマークは上記投影光学系の解像限界以
下の寸法としてマスクパタン領域の遮光領域に透過パタ
ンとして設けた。

【００５２】解像限界は、ＮＡ＝０．４２、λ＝３６５
ｎｍ、マスクパタンを転写する際に用いるレジストやプ
ロセス等の条件により決まる定数ｋを０．６として、次
式により求まる。

【数５】ｋ×λ／ＮＡ≒０．５２μｍ（４）従って、マスク上では１０倍の５．２μｍとなる。そこ
で、本実施例では第３の合わせマークを図３（ｃ）に示
した形状、寸法（幅３μｍ）とした。

【００５３】しかる後、所定の現像処理を行ないレジス
トパタンを形成した後、これをマスクとして所定のエッ
チング液を用いてクロム膜の湿式エッチングを行なっ
た。さらに、上記レジストを除去して、所定のクロムパ
タンを得た。

【００５４】次に、ＳＯＧ（ＯＣＤタイプ７；東京応化
工業（株）、製品名）を実施例２で述べたように厚さ３
８８ｎｍになるように塗布し、位相シフタ膜とした。し
かる後、位相シフタ膜上にネガ型レジストＲＤ２０００
Ｎ（日立化成工業（株）、製品名）を塗布し、電子線描
画装置を用い、上記合わせマークで位置決めして、所定
の位相シフタパタン領域を描画した。ついでレジストの
現像処理を行ないレジストパタンを形成した後、これを
マスクとして所定のエッチング液を用いて位相シフタ膜
の湿式エッチングを行なった。しかる後、上記レジスト
パタンを除去した。次に、上記第２の合わせマークパタ
ンを、収束イオンビーム装置を用いて除去し、所望の位
相シフトマスクを得た。

【００５５】以上のようにして製造した位相シフトマス
クを前記縮小投影露光装置に用い、所定の加工が行なわ
れたシリコン基板上に塗布されたレジスト（ＡＺ５２１
４；Ｓｈｉｐｌｅｙ社、製品名）膜にパタンを転写し
た。露光後、所定の現像処理を行ない、上記基板上にレ
ジストパタンを形成した。形成した上記レジストパタン
をＳＥＭにより観察した結果、合わせマークパタンは転
写されず、また、パタン領域全体にわたり良好な線幅精
度で所望のパタンが形成されたことが分かった。

【００５６】〈実施例４〉ＮＡ＝０．４５の投影光学系
を有する縮小率１／１０のｉ線縮小投影露光装置用の位
相シフトマスクを製造した。本実施例では、図４に示す
ように、マスクパタン領域内の素子パタン外に、このマ
スクを用いた固体素子製造工程で用いるための露光用合
わせマーク３０及びこの露光用合わせマーク３０の中心
付近に位相シフタ形成工程で用いる合わせマーク１２を
設けた。合わせマーク１２は図３（ａ）に示した形状で
ある。合わせマークパタンの形状や配置は上記に限るも
のではない。上記以外は、実施例１と同様にして、合わ
せマーク１２を用いて位相シフトマスクを製造した。

【００５７】製造した位相シフトマスクを前記縮小投影
露光装置に用いて、所定の加工が行なわれたシリコン基
板上に塗布されたレジスト膜にマスクパタンを転写し
た。露光後、所定の現像処理を行ない、上記基板上にレ
ジストパタンを形成した。形成した上記レジストパタン
をＳＥＭにより観察した結果、パタン領域全体にわたり
良好な線幅精度で所望のパタンが形成されたことが分か
った。

【００５８】〈実施例５〉ＮＡ＝０．３７の投影光学系
を有する縮小率１／５のＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２
４８ｎｍ）縮小投影露光装置用の位相シフトマスクを製
造した。本実施例では、位相シフタ形成工程で用いる合
わせマークと、このマスクを用いた固体素子製造工程で
用いるための合わせマークを共有できるような寸法とし
て所定のマスクパタン領域で素子パタン領域外に設け
た。本実施例において、合わせマークは図３（ｄ）に示
した形状で、その寸法は、図３（ｄ）に示した値の５倍
とした。上記以外は第１実施例と同様にして、上記合わ
せマークを用いて位相シフトマスクを製造した。

【００５９】製造した位相シフトマスクを前記縮小投影
露光装置に用い、所定の加工を行なった第２の基板上に
塗布したレジスト膜にパタンを転写した。露光後、所定
の現像処理を行ない、レジストパタンを形成した。形成
したレジストパタンをＳＥＭにより観察した結果、パタ
ン領域全体にわたり良好な線幅精度で所望のパタンが形
成されたことが分かった。

【００６０】次に、このレジストパタンを用いて所定の
加工工程を行なった後、再度レジスト膜を形成した。こ
の第２の基板と別に製造した第２のマスクとを縮小投影
露光装置に据え付け、上記工程で形成された合わせマー
クを用いて第２の基板を位置合わせした。露光により第
２のマスクのパタンを第２の基板に転写した。露光後、
所定の現像処理を行ない、レジストパタンを形成した。
形成したレジストパタンをＳＥＭにより観察した結果、
パタン領域全体にわたりパタンの位置ずれ量は０．２μ
ｍ以下であることが分かった。

【００６１】〈実施例６〉ＮＡ＝０．４５の投影光学系
を有する縮小率１／５のＫｒＦエキシマレ−ザ（波長２
４８ｎｍ）縮小投影露光装置用の６４メガビットＤＲＡ
Ｍの配線パタン製造工程で用いるレチクルを製造した。
以下、レチクル作製工程を説明する。レチクル基板とし
ては、合成石英基板上に、クロム膜を形成したものを用
意した。ここでクロム膜は遮光膜として用いるものであ
る。遮光膜としてモリブデンシリサイド等を用いてもよ
い。

【００６２】上記クロム膜上にポジ型レジストＯＥＢＲ
−２０００（東京応化工業（株）、製品名）を塗布し、
電子線描画装置を用いて、所定の合わせマークパタンを
描画した。本実施例では、図１に示した例と同様に、電
子線描画の位置決めに用いる合わせマーク１２のパタン
を予備も含めて６個と露光用合わせマーク１２′のパタ
ンとをマスクパタン領域外に、すなわち、投影露光装置
により転写される領域の外に描画したが、いずれの合わ
せマークパタンもその位置や形状は上記に限らない。描
画後、所定の現像処理を行ないレジストパタンを形成し
た後、これをマスクとして所定のエッチング液を用いて
クロム膜を湿式エッチングした。しかる後、上記レジス
トを除去して合わせマークを形成した。

【００６３】本実施例では、合わせマークはマスクパタ
ン領域外の遮光領域に透過パタンとして設けたが、これ
に限らず、遮光膜上に合わせマークを形成してもよい。
例えば、遮光膜上にＳＯＧやアルミニウム等の材料から
なる合わせマークを設けてもよい。この場合、合わせマ
ークが転写されないという利点がある。

【００６４】次に、上記クロム膜上に再度ポジ型レジス
トＯＥＢＲ−２０００（東京応化工業（株）、製品名）
を塗布し、電子線描画装置を用い、上記合わせマークで
位置決めして透過部の領域を描画した。ここで、所定の
パタン領域を描画するに必要な時間は、合計９０分程度
である。本実施例で用いた電子線描画装置は、５分以上
描画動作を連続して行うと電子線のドリフト現象により
位置精度が劣化し、０．１μｍ以上の位置ずれが生じ
る。そのため約２分毎に上記合わせマーク１２を検出し
て、位置決めしなおし、所定のパタン領域を描画した。
この結果、位置ずれを０．１μｍ以下に抑え、パタンを
高精度で形成することができた。描画後、所定の現像処
理を行ないレジストパタンを形成した。これをマスクに
所定のエッチング液を用いて、クロム膜を湿式エッチン
グした。しかる後、上記レジストを除去してレチクルを
形成した。

【００６５】以上のようにして製造したレチクルを所定
のレチクル検査装置を用いて検査した。パタンの位置ず
れ量、パタン寸法誤差共に０．１μｍ以下であり、所望
のレチクルを高精度で製造することができた。

【００６６】以上のようにして製造したレチクルを前記
縮小投影露光装置に用いて、所定の加工が行なわれたシ
リコン基板上に塗布されたレジスト膜にレチクルパタン
を転写した。露光後、所定の現像処理を行ない、レジス
トパタンを形成した。形成したレジストパタンをＳＥＭ
により観察した。この結果、パタン領域全体に渡って良
好な位置精度、線幅速度で所望のパタンが形成されたこ
とが分かった。

【００６７】以上、本実施例では透過照明で用いる透過
型マスクの製造方法を例にとって説明したが、例えば、
反射光学系で用いる反射型マスク等他のマスクにおいて
も本実施例で述べたような製造方法がマスクパタンの精
度向上に有効であることは言うまでもない。

【００６８】

【発明の効果】以上本発明によれば、固体素子等を製造
する際に実質的に障害とならないような合わせマークを
用いて製造した、高精度の微細なパタンを有する位相シ
フトマスクを得ることができた。またそのような合わせ
マークを用いた位相シフトマスクの製造方法を提供する
ことができた。さらに、そのような合わせマークを用い
た高精度の微細なパタンを有するマスクの製造方法を提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の合わせマークの配置を示した模式図
である。

【図２】実施例２の合わせマークの配置を示した模式図
である。

【図３】合わせマークの一例を示した模式図である。

【図４】合わせマークの一例を示した模式図である。

【図５】合わせマークの一例を示した模式図である。

【図６】合わせマークの一例を示した模式図である。

【図７】合わせマークの一例を示した模式図である。

【図８】合わせマークの位置と光強度の関係を示した図
である。

【図９】合わせマークの一例を示した模式図である。

【図１０】実施例１のマスク製造工程を示した工程図で
ある。

【図１１】実施例２のマスク製造工程を示した工程図で
ある。

【符号の説明】

１合成石英基板２窒化シリコ
ン膜３クロム膜４位相シフタ
膜５位相シフタ６合わせマー
ク７不透明膜８透明導電膜９位相シフタ９′ 位相シフ
タ１０マスク基板１１マスクパ
タン領域１２、１２′、２１、３０合わせマーク１３位相シフタパタン１５遮光膜１６光透過部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、所望のパタンの遮光膜、該基板
の透過光に位相差を与えるための所望のパタンの位相シ
フタ及び該基板上のパタンが転写される第２の基板上の
寸法に換算して解像限界以下の寸法の位置決めマークを
有することを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】請求項１記載の位相シフトマスクにおい
て、上記位置決めマークは、上記転写される領域内に設
けられたことを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項３】基板上に、所望のパタンの遮光膜、該基板
の透過光に位相差を与えるための所望のパタンの位相シ
フタ及び該遮光膜上に設けられた位置決めマークを有す
ることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項４】請求項３記載の位相シフトマスクにおい
て、上記位置決めマークは、上記位相シフタパタンを構
成する材質と同じ材質であることを特徴とする位相シフ
トマスク。
【請求項５】基板上に、所望のパタンの遮光膜、該基板
の透過光に位相差を与えるための所望のパタンの位相シ
フタ及び位置決めマークを有し、該位置決めマークは、
該基板の透過光に対して透明又は半透明でかつ透過光に
位相差を与えない条件を満たす厚みであることを特徴と
する位相シフトマスク。
【請求項６】請求項５記載の位相シフトマスクにおい
て、上記厚みは、上記膜の材質の屈折率をｎ、透過光の
波長をλ、自然数をｍとするとき、ｍ・λ／（ｎ−１）で表される厚みであることを特徴とする位相シフトマス
ク。
【請求項７】基板上に、所望のパタンの遮光膜と、該基
板上のパタンが第２の基板上に転写される領域外に位置
決めマークとを形成する第１の工程及び該基板の透過光
に位相差を与えるための位相シフタのパタンを、該位置
決めマークにより位置決めして形成する第２の工程を有
することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項８】基板上に、所望のパタンの遮光膜と、該基
板上のパタンが第２の基板上に転写される領域内で、か
つ上記遮光膜のパタンにより構成される素子パタン外に
位置決めマークとを形成する第１の工程及び該基板の透
過光に位相差を与えるための位相シフタのパタンを、該
位置決めマークにより位置決めして形成する第２の工程
を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方
法。
【請求項９】請求項８記載の位相シフトマスクの製造方
法において、上記位置決めマークは、上記基板上のパタ
ンが転写される第２の基板上の寸法に換算して、解像限
界以下の寸法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。
【請求項１０】請求項７、８又は９記載の位相シフトマ
スクの製造方法において、上記第２の工程は、上記位置
決めマークにより所望の時間毎に位置決めを繰返しなが
らエネルギー線を照射して所望のパタンを描画すること
により上記位相シフタのパタンを形成して行なうことを
特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１１】基板上に、所望のパタンの遮光膜と位置
決めマークとを形成する第１の工程、該基板の透過光に
位相差を与えるための位相シフタのパタンを、該位置決
めマークにより位置決めして形成する第２の工程及び該
基板上のパタンが転写される第２の基板に該位置決めマ
ークが転写されないように、該位置決めマークを修正す
る第３の工程を有することを特徴とする位相シフトマス
クの製造方法。
【請求項１２】請求項１１記載の位相シフトマスクの製
造方法において、上記修正は、上記位置決めマークの除
去であることを特徴とする位相シフトマスクの製造方
法。
【請求項１３】請求項１１記載の位相シフトマスクの製
造方法において、上記修正は、上記位置決めマーク上へ
の透過光に対して不透明な材料の付着であることを特徴
とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１４】基板上に、遮光膜を形成する第１の工
程、該遮光膜上に位置決めマークを形成する第２の工
程、該位置決めマークにより位置決めして該遮光膜を所
望のパタンとする第３の工程及び該基板の透過光に位相
差を与えるための位相シフタのパタンを該位置決めマー
クにより位置決めして形成する第４の工程を有すること
を特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１５】基板上に、所望のパタンの遮光膜を形成
する第１の工程、該基板の透過光に対して透明又は半透
明でかつ透過光に位相差を与えない厚みの膜からなる位
置決めマークを形成する第２の工程及び該基板の透過光
に位相差を与えるための位相シフタのパタンを該位置決
めマークにより位置決めして形成する第３の工程を有す
ることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項１６】第１の基板上に、所望のパタンの遮光膜
及び該第１の基板上のパタンが第２の基板上に転写され
る領域内に第１の位置決めマークと第２の位置決めマー
クを形成する第１の工程、該第１の基板の透過光に位相
差を与えるための位相シフタのパタンを、該第１の位置
決めマークにより位置決めして形成する第２の工程、該
第１の基板上のパタンを該第２の基板上に転写する第３
の工程及び該第２の基板上に形成された第２の位置決め
マークにより位置決めして第３の基板上のパタンを該第
２の基板上に転写する第４の工程を有することを特徴と
する固体素子の製造方法。
【請求項１７】請求項１６記載の固体素子の製造方法に
おいて、上記第１の位置決めマークは、上記第２の位置
決めマーク内又はその近傍に形成することを特徴とする
固体素子の製造方法。
【請求項１８】第１の基板上に、所望のパタンの遮光膜
及び該第１の基板上のパタンが第２の基板上に転写され
る領域内に位置決めマークを形成する第１の工程、該第
１の基板の透過光に位相差を与えるための位相シフタの
パタンを、該位置決めマークにより位置決めして形成す
る第２の工程、該第１の基板上のパタンを該第２の基板
上に転写する第３の工程及び該第２の基板上に形成され
た位置決めマークにより位置決めして第３の基板上のパ
タンを該第２の基板上に転写する第４の工程を有するこ
とを特徴とする固体素子の製造方法。
【請求項１９】基板上に、遮光膜と位置決めマークを形
成する工程、該遮光膜上にレジスト膜を形成する工程、
該位置決めマークにより所望の時間毎に位置決めを繰返
しながらエネルギー線を照射して所望のパタンを描画
し、該レジスト膜を現像して所望のパタンとする工程及
び該レジスト膜のパタンをマスクとして該遮光膜をエッ
チングする工程を有することを特徴とするマスクの製造
方法。