JPH0572717A - フオトマスクおよびそれを用いた露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二度露光プロセスのスループット向上および
マスク合わせ精度の向上を図る。 【構成】 離間して配置された一群の遮光パターン３ａ
の間の光透過領域の一部に位相シフタ４を設けた第一の
パターンＡと、前記第一のパターンＡの光透過領域と位
相シフタ４の端部とが重なる領域を光透過領域とする遮
光パターン３ｂからなる第二のパターンＢとを同一ガラ
ス基板２に形成した位相シフト用フォトマスク１であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程（ウエ
ハプロセス）などにおいて使用されるフォトマスクに関
し、特に、露光光の位相を反転させるための位相シフタ
を備えたフォトマスクに適用して有効な技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの高集積化、高密度化は、0.８μ
ｍから0.５μｍ、さらには0.３μｍ以下の微細なパター
ンの加工技術を要求している。しかしながら、パターン
の寸法がこの程度まで微細になってくると、従来のフォ
トリソグラフィ技術では、パターンの加工寸法が露光光
の波長と同等ないしはそれ以下になってしまうため、光
の回折現象により高精度なパターン形成が困難となる。

【０００３】近年、このような問題を改善する手段とし
て、フォトマスクを透過する光の位相を反転させて投影
像のコントラストを向上させる位相シフト技術が注目さ
れている。

【０００４】例えば特公昭６２−５９２９６号公報に
は、フォトマスクの遮光領域を挟む一対の光透過領域の
一方に位相シフタを設け、上記一対の光透過領域を透過
した二つの光の位相を互いに反転させることによってウ
エハ上の二つの光の境界部における光の強度を弱める位
相シフト技術が開示されている。

【０００５】特開昭６２−６７５１４号公報には、フォ
トマスクの第一の光透過領域の周囲に第二の微小な光透
過領域を設けると共に、上記いずれか一方の光透過領域
に位相シフタを設け、上記一対の光透過領域を透過した
二つの光の位相を互いに反転させることによってパター
ンの転写精度を向上させる位相シフト技術が開示されて
いる。

【０００６】特開平２−１４０７４３号公報には、フォ
トマスクの光透過領域の一部に位相シフタを設け、この
位相シフタが有る箇所と無い箇所とを透過した二つの光
の位相を互いに反転させることによってパターンの転写
精度を向上させる位相シフト技術が開示されている。

【０００７】従来、位相シフト用のフォトマスクは、下
記のような方法で製造されている。

【０００８】まず、全面にＣｒの薄膜を蒸着したガラス
基板（マスクブランクス）に電子線レジストをスピン塗
布し、電子線描画装置を用いて上記電子線レジストに所
望の集積回路パターンの潜像を形成した後、この電子線
レジストの露光部分を現像液により除去し、露出したＣ
ｒ膜をエッチングして遮光パターンを形成する。

【０００９】次に、上記フォトマスクの全面にスピンオ
ングラス(Spin On Glass) のような透明な薄膜をスピン
塗布し、リソグラフィ技術を用いてこの薄膜をエッチン
グすることによってフォトマスクの所定の光透過領域に
位相シフタを形成する。

【００１０】位相シフタの有る光透過領域を透過した光
と、位相シフタの無い光透過領域を透過した光の位相を
互いに反転させるには、光の波長をλ、位相シフタの屈
折率をｎとして、位相シフタの膜厚（ｄ）を ｄ＝λ／２（ｎ−１） またはその整数倍の関係を満たすように設定する。例え
ば光の波長が３６５ｎｍ（ｉ線）、位相シフタを構成す
るスピンオングラスの屈折率が1.５の場合、位相シフタ
の膜厚は、３６５ｎｍまたはその整数倍とする。

【００１１】ところで、上記のように構成された位相シ
フト用フォトマスクを用いてウエハ上に塗布されたポジ
形フォトレジストを露光した後、このフォトレジストを
現像すると、位相シフタの端部に不要なレジストパター
ンが形成されてしまうという問題がある。これを図９お
よび図１０を用いて説明する。

【００１２】現像によって露光領域が溶解するポジ形レ
ジストを使用する場合は、図９に示すように、例えばラ
インアンドスペースが一定の間隔で繰り返される一群の
配線パターンを形成するための位相シフト用フォトマス
ク２０のガラス基板２１には、この配線パターンと同じ
ラインアンドスペースを有する一群の遮光パターン２２
が設けられ、これらの遮光パターン２２の間の光透過領
域には、一つ置きに位相シフタ２３が配置される。

【００１３】上記位相シフト用フォトマスク２０を用い
てウエハ上のポジ形フォトレジストを露光すると、位相
シフタ２３の端部では光の強度が弱められるため、この
部分が実質的に遮光領域として機能する。

【００１４】そのため、このフォトレジストを現像する
と、図１０に示すように、光透過領域と位相シフタ２３
の端部とが重なる領域に不要パターン２４が形成された
レジストパターン２５が得られてしまう。従って、この
レジストパターン２５をマスクにしてウエハ上の配線用
導電膜をエッチングすると、得られた配線間が短絡して
しまう。

【００１５】他方、ネガ形フォトレジストを用いた場合
は、このような問題は生じないが、周知のように、ネガ
形フォトレジストは、ポジ形フォトレジストに比べて微
細なレジストパターンを形成し難いという欠点がある。

【００１６】そこで、微細なパターンを形成し易いポジ
形フォトレジストを使用した場合においても不要パター
ンの発生を回避することができる二度露光プロセスが提
案されている。この二度露光プロセスを図１１〜図１３
を用いて説明する。

【００１７】まず、図１１に示すような一群の遮光パタ
ーン２２の間の光透過領域の一部に位相シフタ２３を配
置した位相シフト用フォトマスク２０を用いてウエハ上
のポジ形レジストを露光する。

【００１８】次に、図１２に示すように、上記位相シフ
ト用フォトマスク２０の光透過領域と位相シフタ２３の
端部とが重なる領域、すなわち不要パターン発生領域を
光透過領域とする第二のフォトマスク２６を用いて上記
ポジ形レジストを再度露光する。

【００１９】これにより、最初の位相シフト用フォトマ
スク２０では露光されなかったフォトレジスト上の不要
パターン発生領域が第二のフォトマスク２６で露光され
るため、このフォトレジストを現像すると、図１２に示
すように、不要パターンの無いレジストパターン２５が
得られる。

【００２０】このように、上記二度露光プロセスを用い
ることにより、現状の露光装置やフォトレジスト材料を
何ら変更しなくとも、位相シフト用フォトマスクを使っ
て微細なパターンを高精度に加工することが可能とな
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記二
度露光プロセスを実施する場合は、二枚のフォトマスク
の交換作業およびこれに付随する各種の調整作業が必要
となる。これらの調整作業には、フォトマスク毎のフォ
ーカス調整やアライメント調整などが含まれるため、多
大な時間を必要とする。また、上記調整に伴い、必然的
にフォトマスクの合わせ精度も劣化する。

【００２２】このように、従来の二度露光プロセスは、
スループットの低下とマスク合わせ精度の低下とが避け
られないという欠点がある。

【００２３】本発明の目的は、二度露光プロセスのスル
ープットを向上させることのできる技術を提供すること
にある。

【００２４】本発明の他の目的は、二度露光プロセスの
マスク合わせ精度を向上させることのできる技術を提供
することにある。

【００２５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００２７】本発明の位相シフト用フォトマスクは、離
間して配置された一群の遮光パターンの間の光透過領域
の一部に位相シフタを設けた第一のパターンと、前記第
一のパターンの光透過領域と前記位相シフタの端部とが
重なる領域を光透過領域とする第二のパターンとを同一
ガラス基板に形成したものである。

【００２８】

【作用】上記した手段によれば、従来、別々のフォトマ
スクに形成されていた第一のパターンと第二のパターン
とを同一のフォトマスクに形成したことにより、二度露
光プロセスを実施する際にフォトマスクを交換する作業
が不要となるため、マスク交換に付随する各種の調整作
業も不要となる。

【００２９】これにより、二度露光プロセスを実施する
際のスループットが向上し、かつ第一のパターンと第二
のパターンとの合わせ精度も向上する。

【００３０】

【実施例１】図１は、本発明の一実施例である位相シフ
ト用フォトマスク１の要部断面図であり、図２は、図１
のII−II線における断面図である。

【００３１】この位相シフト用フォトマスク１は、半導
体ウエハに所定の集積回路パターンを転写するための、
例えば実寸の５倍の寸法の集積回路パターンの原画が形
成されたレチクルであり、屈折率が1.４７程度の合成石
英からなる透明なガラス基板２上の有効露光領域内に
は、第一のパターンＡと第二のパターンＢとが所定の間
隔（ｐ）で配置されている。

【００３２】上記第一のパターンＡは、ラインアンドス
ペースが一定の間隔で繰り返された一群の遮光パターン
３ａの間の光透過領域に一つ置きに位相シフタ４を配置
した構成になっている。

【００３３】上記遮光パターン３ａは、クロムまたは酸
化クロムからなり、例えば0.３μｍのラインアンドスペ
ースを有している。また、上記位相シフタ４は、例えば
屈折率が1.５程度のスピンオングラスからなり、その膜
厚は、露光光源に水銀灯（波長３６５nmのｉ線）を使用
する場合、３６５nm程度である。

【００３４】一方、第二のパターンＢは、上記第一のパ
ターンＡの光透過領域と位相シフタ４の端部とが重なる
領域を光透過領域とする遮光パターン３ｂによって構成
されている。

【００３５】上記第一のパターンＡおよび第二のパター
ンＢの占有面積は、各々５０mm×５０mm程度であり、両
者の間隔（ｐ）は、５５mm程度である。

【００３６】図３は、上記位相シフト用フォトマスク１
を用いて露光される半導体ウエハ５であり、その主面に
は、露光領域６がマトリクス状に配列されている。図示
はしないが、この半導体ウエハ５の主面上には、１μｍ
程度の膜厚を有するｉ線用のポジ形フォトレジストがス
ピン塗布されている。

【００３７】位相シフト用フォトマスク１に形成された
パターンを半導体ウエハ５上のフォトレジストに転写す
るには、まず、図３（ａ）に示すように、露光開始点と
なる右隅最上部の露光領域６ａに第一のパターンＡのみ
が転写されるように位相シフト用フォトマスク１を位置
決めして露光を行う。このとき、第二のパターンＢは、
露光領域６以外の捨て領域に露光される。

【００３８】次に、図３（ｂ）に示すように、半導体ウ
エハ５をパターンＡ，Ｂの間隔（ｐ）と等しい距離だけ
横方向に平行移動し、露光領域６ａに隣接した露光領域
６ｂに第一のパターンＡを転写する。このとき、露光領
域６ａには、第二のパターン群が転写される。

【００３９】以下、上記の操作を繰り返すことにより、
全ての露光領域６上のフォトレジストにパターンＡの潜
像とパターンＢの潜像とを形成し、その後、上記フォト
レジストを現像する。

【００４０】このように、本実施例によれば、第一のパ
ターンＡを転写した際には露光されなかったパターンＡ
の光透過領域と位相シフタ４の端部とが重なる領域が、
第二のパターンＢの転写によって露光されるため、この
領域に不要パターンが発生するのを回避することができ
る。

【００４１】また、本実施例によれば、従来、別々のフ
ォトマスク上に形成していた第一のパターンＡと第二の
パターンＢとを同一の位相シフト用フォトマスク１に形
成したことにより、半導体ウエハ５の露光領域６を第一
のパターンＡおよび第二のパターンＢで二度露光する
際、フォトマスクを交換する作業が不要となるため、マ
スク交換に付随する各種の調整作業も不要となる。

【００４２】これにより、二度露光プロセスを実施する
際のスループットを向上させることができる。また、第
一のパターンＡと第二のパターンＢとの合わせ精度も向
上するため、第一のパターンＡの微細な遮光パターン３
ａを半導体ウエハ５上に高精度に転写することができ
る。

【００４３】なお、前記位相シフト用フォトマスク１
は、スピンオングラスで位相シフタ４を構成したが、例
えば図４に示すように、ガラス基板２に開孔した溝７で
位相シフタ４を構成してもよい。

【００４４】この場合、溝７の深さ（ｄ）は、露光光源
の波長をλ、ガラス基板２の屈折率をｎとして、 ｄ＝λ／２（ｎ−１） またはその整数倍の関係を満たすように設定する。

【００４５】

【実施例２】図５は、位相シフト用フォトマスク１の他
の実施例である。この位相シフト用フォトマスク１は、
第一のパターンＡと第二のパターンＢとを上下方向に配
列した以外は、前記実施例１とほぼ同様の構成となって
いる。

【００４６】この位相シフト用フォトマスク１に形成さ
れたパターンを半導体ウエハ５上のフォトレジストに転
写するには、まず、図６（ａ）に示すように、露光開始
点となる右隅最上部の露光領域６ａに第二のパターンＢ
のみが転写されるように位相シフト用フォトマスク１を
位置決めして露光を行う。このとき、第一のパターンＡ
は、露光領域６以外の捨て領域に露光される。

【００４７】次に、図６（ｂ）に示すように、半導体ウ
エハ５をパターンＡ，Ｂの間隔（ｐ）と等しい距離だけ
縦方向に平行移動し、露光領域６ａに隣接した露光領域
６ｃに第二のパターンＢを転写する。このとき、露光領
域６ａには、第一のパターンＢが転写される。

【００４８】以下、上記の操作を繰り返すことにより、
全ての露光領域６上のフォトレジストにパターンＡの潜
像とパターンＢの潜像とを形成する。

【００４９】

【実施例３】図７は、位相シフト用フォトマスク１の他
の実施例である。この位相シフト用フォトマスク１は、
第一のパターンＡの遮光パターン３ａの形状が前記実施
例１のそれとは異なっているため、第二のパターンＢの
遮光パターン３ｂの形状もこれに応じて変えてある。

【００５０】この位相シフト用フォトマスク１に形成さ
れたパターンを半導体ウエハ５上のフォトレジストに転
写する方法は、前記実施例１と同じであるため、その説
明は省略する。

【００５１】

【実施例４】図８は、位相シフト用フォトマスク１の他
の実施例である。この位相シフト用フォトマスク１も、
第一のパターンＡの遮光パターン３ａの形状が前記実施
例１のそれとは異なっているため、第二のパターンＢの
遮光パターン３ｂの形状もこれに応じて変えてある。

【００５２】この位相シフト用フォトマスク１に形成さ
れたパターンを半導体ウエハ５上のフォトレジストに転
写する方法は、前記実施例１と同じであるため、その説
明は省略する。

【００５３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００５４】例えば位相シフト用フォトマスクに形成さ
れる第一のパターンおよびそれに対応する第二のパター
ンＢの形状は、前記実施例で例示した形状に限定され
ず、種々変更可能である。

【００５５】また、露光光源はｉ線に限定されず、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）など、さらに短波
長の光源を使用することができる。

【００５６】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００５７】本発明によれば、従来、二枚のフォトマス
クを用いて実施していた二度露光プロセスを一枚のフォ
トマスクで実施できるので、二度露光プロセスのスルー
プットの向上およびマスク合わせ精度の向上を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である位相シフト用フォトマ
スクの要部平面図である。

【図２】図１のII−II線における断面図である。

【図３】この位相シフト用フォトマスクを用いた露光方
法を示す半導体ウエハの平面図である。

【図４】本発明の他の実施例である位相シフト用フォト
マスクの要部断面図である。

【図５】本発明の他の実施例である位相シフト用フォト
マスクの要部平面図である。

【図６】この位相シフト用フォトマスクを用いた露光方
法を示す半導体ウエハの平面図である。

【図７】本発明の他の実施例である位相シフト用フォト
マスクの要部平面図である。

【図８】本発明の他の実施例である位相シフト用フォト
マスクの要部平面図である。

【図９】従来の位相シフト用フォトマスクの要部平面図
である。

【図１０】この位相シフト用フォトマスクを用いて得ら
れたレジストパターンの要部平面図である。

【図１１】従来の位相シフト用フォトマスクの要部平面
図である。

【図１２】従来の二度露光用フォトマスクの要部平面図
である。

【図１３】従来の二度露光方法によって得られたレジス
トパターンの要部平面図である。

【符号の説明】

１ 位相シフト用フォトマスク ２ ガラス基板 ３ａ 遮光パターン ３ｂ 遮光パターン ４ 位相シフタ ５ 半導体ウエハ ６ 露光領域 ６ａ 露光領域 ６ｂ 露光領域 ６ｃ 露光領域 ７ 溝 ２０ 位相シフト用フォトマスク ２１ ガラス基板 ２２ 遮光パターン ２３ 位相シフタ ２４ 不要パターン ２５ レジストパターン ２６ フォトマスク Ａ 第一のパターン Ｂ 第二のパターン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 離間して配置された一群の遮光パターン
   の間の光透過領域の一部に位相シフタを設けた第一のパ
   ターンと、前記第一のパターンの光透過領域と前記位相
   シフタの端部とが重なる領域を光透過領域とする遮光パ
   ターンからなる第二のパターンとを同一ガラス基板に設
   けたことを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】 前記位相シフタは、ガラス基板の上に堆
   積された透明膜、またはガラス基板に開孔された溝であ
   ることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のフォトマスクを
   用いて半導体ウエハ上に塗布されたフォトレジストを露
   光する際、前記半導体ウエハの同一露光領域に第一のパ
   ターンと第二のパターンとを順次転写することを特徴と
   する露光方法。
4. 【請求項４】 前記フォトレジストは、ポジ形のフォト
   レジストであることを特徴とする請求項３記載の露光方
   法。