JPH06282063A

JPH06282063A - ハーフトーン型位相シフトマスク

Info

Publication number: JPH06282063A
Application number: JP6855093A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Okubo; 靖大久保
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1994-10-07
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: JP3411613B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ステッパーのレティクルとして用いた場合
に、ステッパーのアパーチャーの光通過領域と、レティ
クルたる位相シフトマスクの転写領域との間に多少のず
れがあっても、このずれに基づく露光の欠陥が生ずるこ
とを防止することができるハーフトーン型位相シフトマ
スクを提供する。【構成】透明基板２の全面に実質的に露光に寄与しな
い強度の露光光を透過させると同時に通過する光の位相
をシフトさせる半透光膜５を形成し、透明基板２の中央
部においてこの半透光膜５の一部を除去して透光部６と
半透光部７とで構成するマスクパターンを形成し、半透
光部７を通過した光の位相と透光部６を通過した光の位
相とを異ならしめて透光部と半透光部との境界部近傍を
通過した光が互いに打ち消しあうようにして境界部のコ
ントラストを良好に保持できるようにしたハーフトーン
型位相シフトマスク１において、透明基板２上の外周周
辺に残された半透光膜５の上であって、マスクパターン
転写領域Ｉと非転写領域との境界に隣接する非転写領域
に、所定以上の幅を有する遮光部８を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスクを通過する露光
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であって、
遮光部を実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させ
ると同時に透過光の位相をずらす半透光膜で構成し、こ
の遮光部と透光部との境界部近傍を通過した光が互いに
打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良好に
保持できるようにしたいわゆるハーフトーン型位相シフ
トマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＬＳＩ製造などにおいては、微細
パターン転写のマスクたるフォトマスクの１つとして位
相シフトマスクが用いられる。この位相シフトマスク
は、マスクを通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も
のである。この位相シフトマスクの１つに、特に、単一
のホール、ドットまたはライン、スペース等の孤立した
パターン転写に適したものとして、特開平４−１３６８
５４号公報に記載の位相シフトマスクが知られている。

【０００３】図９は特開平４−１３６８５４号公報に記
載の位相シフトマスクの断面図、図１０は図９における
Ａ矢視図である。これらの図に示されるように、この公
報記載の位相シフトマスク３０は、透明基板３１上に実
質的に露光に寄与しない強度の光を透過させると同時に
通過する光の位相をシフトさせる半透光膜３２を形成
し、次いで、該透明基板３１の中央部の転写領域Ｉに、
前記半透光膜３２の一部を選択的に除去することによ
り、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光
部３３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３４とで構成するマスクパターンを形成した
ものである。そして、この位相シフトマスク３０は、半
透光部３４を通過する光の位相をシフトさせて該半透光
部３４を通過した光の位相が上記透光部３３を通過した
光の位相に対して実質的に反転する関係になるようにす
ることにより、前記透光部３３と半透光部３４との境界
近傍を通過して回折により回り込んだ光が互いに打ち消
しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持で
きるようにしたものである。このタイプの位相シフトマ
スクは、いわゆるハーフトーン型位相シフトマスクと俗
称されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この位相シ
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（レテ
ィクル）として用いられる。このステッパーは、レティ
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レティ
クル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９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）３６によって位相シフトマスク
３０（レティクル）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。

【０００５】しかしながら、このアパーチャー３６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非転写領域に
はみ出てしまう。また、アパーチャーが仮に高精度であ
ってはみだ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
非転写領域に達する。

【０００６】このように、アパーチャー３６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
問題の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３０は、通常、非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３２が
形成されている。このため、上述のように、アパーチャ
ー３６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、このはみだ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。勿論、このはみだ
し部分があっても１回の露光では何等問題は生じない。
しかし、このはみだして露光された部分（はみだし露光
部）が転写領域に重なったり、あるいは、次の露光の際
に同様にはみだして露光された部分と重なる場合が生
じ、この重ね露光によって、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。

【０００７】図１１ははみだし露光部が重なる現象を示
す説明図である。図１１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個の
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ＥI1、ＥI2、ＥI3、ＥI4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だ
し部ΔＥI1、ΔＥI2、ΔＥI3、ΔＥI4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´、はみだし部の寸法
（幅）はΔＩである。なお、転写領域ＥI1、ＥI2、ＥI
3、ＥI4の相互位置関係は、ステッパーのＸーＹステー
ジ等によって正確に隣合わせになるようにに設定され
る。また、図１１では説明をわかり易くするために、は
みだし部ΔＥI1、ΔＥI2、ΔＥI3、ΔＥI4を拡大して示
してある。

【０００８】図１１から明らかなように、はみだし部Δ
ＥI1、ΔＥI2、ΔＥI3、ΔＥI4は、相互に隣接するもの
どうしで重なり部分が生ずる。これら重なり部分をそれ
ぞれδＥI12 、δＥI24 、δＥI34 、δＥI13 、δＥI2
34、δＥI134、δＥI123、δＥI124とすると、重なり部
分δＥI12 、δＥI24 、δＥI34 、δＥI13 の重なり回
数は共に２回であるが、重なり部分δＥI234、δＥI13
4、δＥI123、δＥI124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。いま、半透光膜
３２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、さらに、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、所定のエッチング等をしてパターンを形
成したウエハには、本来は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。

【０００９】本発明は上述の背景のもとでなされたもの
であり、ステッパーのレティクルとして用いた場合に、
ステッパーのアパーチャーの光通過領域と、レティクル
たる位相シフトマスクの転写領域との間に多少のずれが
あっても、このずれに基づく露光の欠陥が生ずることを
防止することができるハーフトーン型位相シフトマスク
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかる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
の転写領域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露光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通過する光の位相をシフトさ
せて該半透光部を通過した光の位相と前記透光部を通過
した光の位相とを異ならしめることにより、前記透光部
と半透光部との境界部近傍を通過した光が互いに打ち消
しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持で
きるようにしたハーフトーン型位相シフトマスクにおい
て、前記マスクパターン転写領域と非転写領域との境界
に隣接する非転写領域を実質的に露光に寄与しない強度
の露光光を透過させる半透光部とし、かつ、この非転写
領域の半透光部に所定以上の幅を有する遮光部を設けた
ことを特徴とする構成としたものである。

【００１１】

【作用】上述の構成によれば、マスクパターン転写領域
と非転写領域との境界に隣接する非転写領域の半透光部
に所定以上の幅を有する遮光部を設けたことにより、こ
のハーフトーン型位相シフトマスクをステッパーのレテ
ィクルとして用いた場合に、ステッパーのアパーチャー
の光通過領域と、レティクルたる位相シフトマスクの転
写領域との間に多少のずれがあって、露光光が位相シフ
トマスクの非転写領域における半透光部にはみだして照
射されても、このはみだして照射された露光光は上記遮
光部によって遮断されて透過することができない。これ
により、被転写体上における非転写領域に不要な露光光
が達することを完全に防止でき、上記アパーチャーの光
通過領域とハーフトーン型位相シフトマスクの転写領域
との間に多少のずれがあった場合にも、このずれに基づ
く露光の欠陥が生ずることを防止することができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例にかかるハーフトー
ン型位相シフトマスクの断面図、図２は図１におけるＢ
矢視図、図３ないし図８は一実施例のハーフトーン型位
相シフトマスクの製造工程の説明図である。以下、これ
らの図を参照にしながら一実施例を説明する。

【００１３】図１及び図２において、符号１はハーフト
ーン型位相シフトマスク、符号２は透明基板、符号５は
半透光膜、符号６は透光部、符号７は半透光部、符号８
は遮光部である。

【００１４】ハーフトーン型位相シフトマスク１は、透
明基板２の全面に半透光膜５を形成し、透明基板２の中
央部においてこの半透光膜５の一部を除去して透光部６
と半透光部７とで構成する単一のホールあるいはスペー
ス等のマスクパターンを形成したものである。そして、
透明基板２上の外周周辺に残された半透光膜５の上であ
って、マスクパターン転写領域Ｉと非転写領域との境界
に隣接する非転写領域に、所定以上の幅を有する遮光部
８を形成したものである。なお、半透光膜５は実質的に
露光に寄与しない強度の光を透過する光透過特性と、こ
の透過光の位相を所定量ずらす位相シフト特性との双方
の特性を兼ね備えた膜であれば１層の膜で構成してもよ
いが、この実施例では、この半透光膜５を、主として光
透過特性を担う低透過率膜３と主として位相シフト特性
を担う高透過率膜４との２層の膜で構成した例を示し
た。

【００１５】透明基板２は、主表面を鏡面研磨した石英
ガラス基板（寸法；縦６インチ×横６インチ×厚さ０．
２５インチ）である。

【００１６】半透光膜５を構成する低透過率膜３は、膜
厚２１ｎｍのＣｒ膜であり、波長３６５ｎｍの露光光に
対する透過率が１５％である。また、高透過率膜４は、
膜厚３８０ｎｍのＳＯＧ（塗布ガラス；スピン・オン・
グラス）膜であり、波長３６５ｎｍの露光光の位相を１
８０°シフトさせる。

【００１７】また、遮光部８はＣｒからなる膜厚１００
ｎｍの膜であり、透明基板２上の中央部の転写領域Ｉ
（１０ｃｍ×１０ｃｍ）と非転写領域との境界に隣接し
て、幅５．０ｍｍに形成したものである。

【００１８】この構成のハーフトーン型位相シフトマス
ク１は以下のようにして製造することができる。

【００１９】まず、透明基板２上に、スパッタリング法
によりＣｒからなる低透過率膜３を形成する。次に、低
透過率膜３上にＳｉＯ₂系被覆膜形成用塗布液（アライ
ドシグナル社製のアキュグラス＃３１１スピンオングラ
ス（商品名））を滴下し、スピンコート法により全面に
拡げ、その後、焼成してバインダーの有機化合物を揮発
させて、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）膜からなる高
透過率膜４を形成し、低透過率膜３と高透過率膜４とか
らなる半透光膜５を形成する。次いで、高透過率膜４上
に、Ｃｒをスパッタリング法により膜厚１００ｎｍに成
膜して遮光膜８ａを形成する（図３参照）。

【００２０】次に、ポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ−５
２０：日本ゼオン社製）を膜厚６００ｎｍ塗布し、ベー
クした後、透明基板２上の転写領域内におけるレジスト
に所望のパターンの電子線露光を施し、現像液で現像す
ることにより、レジストパターン１０を形成する（図４
参照）。

【００２１】次に、レジストパターン１０をマスクにし
て、遮光膜８ａを所定のエッチング液によりエッチング
し、引き続き高透過率膜４をドライエッチングする（図
５参照）。なお、この高透過率膜４のドライエッチング
は、反応性ドライエッチング方式（ＲＩＥ）の平行平板
型ドライエッチング装置を用いて、以下の条件で行う。

【００２２】エッチングガス…ＣＦ₄とＯ₂との混合ガスガス圧…０．１Ｔｏｒｒ高周波出力…２００Ｗ次に、レジストパターン１０を剥離した後（図６参
照）、透明基板２の表面にネガ型電子線レジスト１１ａ
（ＣＭＸ−ＥＸ（Ｓ）：東ソー社製）を膜厚６００ｎｍ
に塗布してベーク処理を施す。次いで、このレジスト１
１ａに遮光部８を形成するための電子線露光を施す（図
７参照）。次に、レジスト１１ａを現像し、転写領域と
非転写領域との境界に隣接する非転写領域に５．０ｍｍ
の幅のレジストパターン１１を形成する（図８参照）。

【００２３】しかる後、そのレジストパターン１１をマ
スクにして遮光膜８ａ及び低透過率膜３の露出部分を所
定のエッチング液を用いてエッチングしてこれらの膜の
露出部分を除去し、次いで残存するレジストパターン１
１を除去することにより、ハーフトーン型位相シフトマ
スク１を得る（図１参照）。

【００２４】上述の構成のハーフトーン型位相シフトマ
スク１によれば、半透光部７の透過率は１５％、すなわ
ち、半透光部７において実質的に露光に寄与しない強度
の光を通過させる。また、半透光部７は、通過する光の
位相を１８０°シフトさせる位相シフト機能を担ってい
る。したがって、この一実施例のハーフトーン型位相シ
フトマスク１を用いてパターン転写を行うと、透光部６
と半透光部７との境界部近傍を通過して回折によって回
り込んだ光が互いに打ち消しあい、境界部のコントラス
トを良好に保持できるから、高解像度の露光が可能とな
る。

【００２５】また、このハーフトーン型位相シフトマス
ク１をレティクルとしてステッパーに装着してパターン
転写を行う場合において、仮に、ステッパーのアパーチ
ャーの光通過領域Ｉ´がレティクルたるハーフトーン型
位相シフトマスク１の転写領域Ｉより大きいために、ア
パーチャーを通過した露光光が非転写領域にはみだして
照射されても、このはみだして照射された露光光は上記
遮光部８によって遮断されて透過することができない。
これにより、被転写体上における非転写領域に不要な露
光光が達することを完全に防止でき、上記アパーチャー
の光通過領域とハーフトーン型位相シフトマスクの転写
領域との間に多少のずれがあった場合にも、このずれに
基づく露光の欠陥が生ずることを効果的に防止すること
ができる。

【００２６】なお、上述の一実施例では、遮光部とし
て、厚さ１００ｎｍのＣｒ膜を用いたが、半透光膜５の
上に形成した場合にこの半透光膜５と合わせた光透過率
が実質的に露光光を遮断できる程度になるものであれば
よい。Ｃｒ膜を用いる場合には、２０ｎｍ以上であれ
ば、一定の遮光効果が得られる。また、この遮光部とし
てはＣｒ膜以外にも、適当な厚さに形成することにより
露光光を遮断できるＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、ＭｏＳｉ等の膜で
もよく、また、クロムに酸化クロムもしくは窒化クロム
もしくは炭化クロムが含まれるもの、あるいは、モリブ
デンシリサイド、タンタルシリサイド、タングステンシ
リサイドのうちの１又は２以上を含むもの、あるいは、
これらに窒素及び／又は酸素を含ませたものであっても
よい。また、必ずしも、このような光の透過を遮断する
膜を形成する必要はなく、遮光部が形成されるべき非転
写領域の半透光膜に所定幅以下の半透光部と透光部とが
交互に並ぶパターンを形成することにより、半透光部と
透光部との境界部近傍の位相反転と回折による相殺効果
を一定の広い幅で得られるようにすれば、遮光膜と同様
の遮光部を構成することができる。

【００２７】また、遮光部の形成範囲は、ハーフトーン
型の位相シフトマスクの転写領域と非転写領域との境界
に隣接した非転写領域であって、ステッパーのアパーチ
ャーの光通過領域がハーフトーン型の位相シフトマスク
の非転写領域にはみだす可能性のある範囲を十分にカバ
ーできる範囲であればよい。なお、この遮光部を十分に
広くした場合において、非転写領域にアライメントマー
クを形成する場合には、この遮光部に微小な透光部をリ
ソグラフィー法で形成するようにすればよい。

【００２８】また、上述の一実施例では、半透光膜を低
透過率膜と高透過率膜との２層の膜で構成した例を示し
たが、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過する光
透過特性と、この透過光の位相を所定量ずらす位相シフ
ト特性との双方の特性を兼ね備えた膜であれば１層の膜
で構成してもよい。この場合、半透光膜の光透過率は、
レジスト等の被転写体の露光感度にもよるが、通常、１
〜５０％の範囲であればよい。さらに、半透光膜を２層
の膜で構成した場合において、低透過率膜としては、Ｃ
ｒ膜以外にも、例えば、クロムに、酸化クロムもしくは
窒化クロムもしくは炭化クロムが含まれるものでもよ
く、あるいは、モリブデンシリサイド、タンタルシリサ
イド、タングステンシリサイドのうちの１又は２以上を
含むもの、あるいは、これらに窒素及び／又は酸素を含
ませたものであってもよい。なお、低透過率膜をＣｒ膜
で構成した場合には、その膜厚を１０〜２００ｎｍとす
ればよい。また、半透光膜を２層の膜で構成した場合に
おいて、２層の膜の形成順序は上記一実施例の場合と逆
であってもよいが、その場合には、遮光部を構成する材
料と低透過率膜を構成する材料との組み合わせを選定し
て、一方をエッチングする際に他方がエッチングされな
いようにする必要がある。

【００２９】さらに、透明基板としては、石英ガラスの
他にも、例えば、ソーダライムガラス、アルミノボロシ
リケートガラス、ボロシリケートガラス等の他のガラス
基板を用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ハーフ
トーン型位相シフトマスクのマスクパターン転写領域と
非転写領域との境界に隣接する非転写領域に所定以上の
幅を有する遮光部を設けたもので、これにより、ハーフ
トーン型位相シフトマスクをステッパーのレティクルと
して用いた場合に、ステッパーのアパーチャーの光通過
領域とレティクルたる位相シフトマスクの転写領域との
間に多少のずれがあっても、このずれに基づく露光の欠
陥が生ずることを効果的に防止することを可能にしたも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるハーフトーン型位相
シフトマスクの断面図である。

【図２】図１のＡ矢視図である。

【図３】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの
製造工程説明図である。

【図４】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの
製造工程説明図である。

【図５】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの
製造工程説明図である。

【図６】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの
製造工程説明図である。

【図７】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの
製造工程説明図である。

【図８】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの
製造工程説明図である。

【図９】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの断面
図である。

【図１０】図９のＢ矢視図である。

【図１１】はみだし露光部が重なる現象を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１…ハーフトーン型位相シフトマスク、２…透明基板、
３…低透過率膜、４…高透過率膜、５…半透光膜、６…
透光部、７…半透光部、８…遮光部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細パターン転写用のマスクであって、
透明基板上の転写領域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露光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通過する光の位相
をシフトさせて該半透光部を通過した光の位相と前記透
光部を通過した光の位相とを異ならしめることにより、
前記透光部と半透光部との境界部近傍を通過した光が互
いに打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良
好に保持できるようにしたハーフトーン型位相シフトマ
スクにおいて、前記マスクパターン転写領域と非転写領域との境界に隣
接する非転写領域を実質的に露光に寄与しない強度の露
光光を透過させる半透光部とし、かつ、この非転写領域
の半透光部に所定以上の幅を有する遮光部を設けたこと
を特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。