JPH0720624A

JPH0720624A - ハーフトーン方式位相シフトマスク及びその作製方法並びに半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0720624A
Application number: JP19162293A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sugawara; 稔菅原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】光透過領域のパターンサイズの各々に対して最
大の焦点深度を得ることができるハーフトーン方式位相
シフトマスクを提供する。【構成】ハーフトーン方式位相シフトマスクは、所定の
パターンサイズを有する光透過領域１２における焦点深
度が最大となるように、光透過領域１２近傍の半遮光領
域１４の振幅透過率が設定されている。あるいは又、光
透過領域１２のパターンサイズが大きくなるに従い、光
透過領域１２近傍の半遮光領域１４の振幅透過率を大き
くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造における各種パターン形成技術等に用いられるハーフ
トーン方式位相シフトマスク及びその作製方法、並びに
かかるハーフトーン方式位相シフトマスクを用いた半導
体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造におけるパターン転写
工程、所謂リソグラフィ工程で使用されるフォトマスク
は、フォトマスク上のパターン形状をウエハ上に形成さ
れたレジスト材料に転写するために用いられる。半導体
装置等におけるパターン加工の寸法は年々微細化してい
る。そして、遮光領域と光透過領域とから構成された従
来型のフォトマスクでは、リソグラフィ工程で使用する
露光装置の露光光の波長程度の解像度を得ることができ
ず、半導体装置等の製造において要求される解像度を得
ることが困難になりつつある。そこで、近年、このよう
な従来型のフォトマスクに替わって、光の位相を異なら
せる位相シフト領域を具備した、所謂位相シフトマスク
が用いられるようになってきている。位相シフトマスク
を用いることによって、従来型のフォトマスクでは形成
不可能な微細パターンの形成が可能とされている。

【０００３】従来の位相シフトマスクは、光透過領域、
光を遮光する遮光領域、及び光透過領域を通過する光の
位相と異なる位相の光を透過させる光透過物質から成る
位相シフト領域から構成されている。典型的な従来のエ
ッジ強調型位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図
１４の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図中、２２０
は基板、２１２は光透過領域、２１６は遮光領域、２１
８は位相シフト領域、２２４は光透過物質層である。従
来の位相シフトマスクは、位相シフト領域の形状あるい
は位置を精確に制御しないと微細なパターンの形成がで
きない。また、パターン形状によっては、位相シフト領
域が、本来光の干渉を受けてはならない他の光透過領域
にまで光の干渉を生じさせる場合がある。このような場
合には、位相シフト領域を形成することができない。

【０００４】このような従来の位相シフトマスクの問題
点を解決するための位相シフトマスクの一種に、半遮光
領域と光透過領域とから構成され、半遮光領域を通過し
た光の位相と光透過領域を通過した光の位相とが異なる
ハーフトーン方式位相シフトマスクがある。ハーフトー
ン方式位相シフトマスクにおいては、光透過領域を除く
全面に半遮光領域が形成されている。ハーフトーン方式
位相シフトマスクは、従来の位相シフトマスクの問題点
を解決できるだけでなく、その作製が容易であり、しか
も、マスク作製時に欠陥が生成される度合も低いという
利点を有する。

【０００５】従来のハーフトーン方式位相シフトマスク
の模式的な一部切断図を図１５に示す。図１５中、１２
０は基板、１１２は光透過領域、１１４は半遮光領域で
ある。半遮光領域１１４は、半遮光層１２２及び光透過
物質層１２４から構成されている。光透過物質層１２４
は、光透過領域１１２を通過した光の位相と半遮光領域
１１４を通過した光の位相を異ならせるための光透過物
質から成る。

【０００６】ハーフトーン方式位相シフトマスクにおい
ては、半遮光領域１１４の振幅透過率は、０より大きく
且つレジスト材料を解像させない程度、例えば２０〜４
５％程度である。尚、光強度透過率で表現すると、４〜
２０％程度である。従来、半遮光領域１１４の振幅透過
率は、マスク全面において、一様な値に設定されてい
る。そして、ハーフトーン方式位相シフトマスクに設け
られたパターン形状をウエハ上に形成されたレジスト材
料に転写するために、所定の振幅透過率及び位相を有す
る半遮光領域１１４を通過した光と、例えば位相が１８
０°半遮光領域とは異なる光透過領域１１２を通過した
光の干渉を利用する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ステッパー等の露光装
置によってハーフトーン方式位相シフトマスク上のパタ
ーンをウエハ上に形成されたレジスト材料に転写する場
合、最大の焦点深度にて露光することが望ましい。ハー
フトーン方式位相シフトマスクにおいては、光透過領域
のパターンサイズが決まれば、露光時における最大焦点
深度を得るための半遮光領域の最適な振幅透過率が決定
される。即ち、一般には、焦点深度は、或る振幅透過率
の値において極大値を有する。光透過領域のパターンサ
イズが変われば、この極大値も変化する。

【０００８】ところが、従来のハーフトーン方式位相シ
フトマスクにおいては、半遮光領域は一様な振幅透過率
を有する。最大焦点深度が得られるように、光透過領域
の各パターンサイズに依存して最適な振幅透過率を有す
る半遮光領域を形成することはなされていない。従っ
て、充分な焦点深度をもって露光することが困難である
という著しい欠点がある。

【０００９】即ち、各種のパターンサイズを有する光透
過領域が混在している場合、半遮光領域の振幅透過率が
一様であるために、光透過領域の各パターンサイズの中
で最小の焦点深度を有するパターンサイズに、ハーフト
ーン方式位相シフトマスク全体の焦点深度が支配される
という欠点がある。例えば２５６メガビットＤＲＡＭあ
るいは６４メガビットＳＲＡＭといった半導体装置に代
表されるように、光の解像限界に近いパターンサイズを
用いる場合、かかる欠点は一層顕著となり、充分なる制
御性をもってハーフトーン方式位相シフトマスクに設け
られたパターンをウエハ上に形成されたレジスト材料に
転写することは著しく困難となる。

【００１０】従って、本発明の目的は、光透過領域のパ
ターンサイズの各々をウエハ上に形成されたレジスト材
料に一定の露光条件において高い精度にてシャープに転
写することができるハーフトーン方式位相シフトマスク
及びその作製方法、並びにかかるハーフトーン方式位相
シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のハーフトーン方
式位相シフトマスクは、半遮光領域及び光透過領域を備
えており、半遮光領域を通過した光の位相と光透過領域
を通過した光の位相とが異なる。

【００１２】そして、上記の目的を達成するために、本
発明のハーフトーン方式位相シフトマスクにおいては、
所定のパターンサイズを有する光透過領域における焦点
深度が最大となるように、この光透過領域近傍の半遮光
領域の振幅透過率が設定されていることを特徴とする。
あるいは又、本発明のハーフトーン方式位相シフトマス
クにおいては、光透過領域のパターンサイズが大きくな
るに従い、光透過領域近傍の半遮光領域の振幅透過率を
大きくすることを特徴とする。これらの本発明のハーフ
トーン方式位相シフトマスクにおいては、半遮光領域の
一部に遮光領域を備えることができる。

【００１３】更に、上記の目的は、基板上に半遮光領域
及び光透過領域を備え、半遮光領域を通過した光の位相
と光透過領域を通過した光の位相とが異なるハーフトー
ン方式位相シフトマスクを作製する方法であって、
（イ）基板上に一定厚さの半遮光層を形成する工程と、
（ロ）光透過領域形成予定領域近傍の半遮光領域の所定
部分における半遮光層の厚さを、この光透過領域形成予
定領域に形成される光透過領域のパターンサイズに依存
して変化させ、以ってこの光透過領域形成予定領域に形
成される光透過領域のパターンサイズに依存した振幅透
過率を有する半遮光領域を形成する工程と、（ハ）光透
過領域形成予定領域に、所定のパターンサイズを有する
光透過領域を形成する工程、を含むことを特徴とする本
発明の第１の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマ
スク作製方法によって達成することができる。

【００１４】この場合、一定厚さの半遮光層の厚さは、
最小パターンサイズを有する光透過領域における焦点深
度が最大となるような厚さであることが好ましい。

【００１５】上記の目的は、更に、基板上に遮光領域、
半遮光領域及び光透過領域を備え、半遮光領域を通過し
た光の位相と光透過領域を通過した光の位相とが異なる
ハーフトーン方式位相シフトマスクを作製する方法であ
って、（イ）基板上に一定厚さの遮光層を形成する工程
と、（ロ）光透過領域形成予定領域近傍の遮光領域の所
定部分における遮光層の厚さを、この光透過領域形成予
定領域に形成される光透過領域のパターンサイズに依存
して変化させ、以ってこの光透過領域形成予定領域に形
成される光透過領域のパターンサイズに依存した振幅透
過率を有する半遮光領域を形成する工程と、（ハ）光透
過領域形成予定領域に、所定のパターンサイズを有する
光透過領域を形成する工程、を含むことを特徴とする本
発明の第２の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマ
スク作製方法によって達成することができる。

【００１６】本発明の第１あるいは第２の態様に係るハ
ーフトーン方式位相シフトマスク作製方法においては、
前記（ロ）の工程において得られた光透過領域形成予定
領域近傍の半遮光領域の所定部分の半遮光層の厚さは、
この光透過領域形成予定領域に形成される所定のパター
ンサイズを有する光透過領域における焦点深度が最大と
なるような厚さであることが好ましい。

【００１７】本発明の半導体装置の製造方法は、前述し
た本発明のハーフトーン方式位相シフトマスクを用い
て、ウエハ上に形成されたレジスト材料を露光して、ハ
ーフトーン方式位相シフトマスクに形成されたパターン
形状をレジスト材料に転写することを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明のハーフトーン方式位相シフトマスクに
おいては、所定のパターンサイズを有する光透過領域に
おける焦点深度が最大となるように、この光透過領域近
傍の半遮光領域の振幅透過率を設定する。あるいは又、
光透過領域のパターンサイズが大きくなるに従い、光透
過領域近傍の半遮光領域の振幅透過率を大きくする。こ
れによって、ハーフトーン方式位相シフトマスクに設け
られたパターンを、ウエハ上に形成されたレジスト材料
に一定の露光条件において高い精度でシャープに転写す
ることができる。

【００１９】このように、遮光領域を設け、半遮光領域
の幅を適切に制限、選択することによって、従来のハー
フトーン方式位相シフトマスクの光透過領域と半遮光領
域の境界で生じる光の干渉効果に加えて、従来の所謂エ
ッジ強調型位相シフトマスクと同様に、光透過領域と半
遮光領域を通過した光との干渉効果が重畳し、従来のハ
ーフトーン方式位相シフトマスクよりも、ウエハ上に形
成されたレジスト材料へのパターン転写がシャープにな
る。

【００２０】本発明のハーフトーン方式位相シフトマス
ク作製方法においては、光透過領域形成予定領域近傍の
半遮光領域の所定部分における半遮光層の厚さを、この
光透過領域形成予定領域に形成される光透過領域のパタ
ーンサイズに依存して変化させる。これによって、光透
過領域の各パターンサイズに対して最大焦点深度を得る
ような振幅透過率を有する半遮光領域をそれぞれ形成す
ることができる。

【００２１】また、（ロ）の工程において得られた光透
過領域形成予定領域近傍の所定の半遮光領域の部分の半
遮光層の厚さを、この光透過領域形成予定領域に形成さ
れる光透過領域のパターンサイズにおいて光露光におけ
る焦点深度が最大となるような厚さとすれば、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクに設けられたパターンをウエ
ハ上に形成されたレジスト材料に一定の露光条件におい
てより一層高い精度にて転写することができる。

【００２２】尚、半遮光領域における最適な振幅透過率
を設定するための光透過領域のパターンを、光学的に解
像限界に近い比較的小さなパターンサイズを有するパタ
ーンに限定すれば、ハーフトーン方式位相シフトマスク
作製における生産性低下及びコスト増大は極めて軽微で
ある。その一方、焦点深度の増加によって、ウエハ工程
における生産性の増大及びコストの低減が可能となる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。尚、実施例−１〜実施例−３において、
構造の異なる本発明のハーフトーン方式位相シフトマス
クについて説明する。また、実施例−４〜実施例−６に
おいて、実施例−１〜実施例−３のハーフトーン方式位
相シフトマスクの変形（具体的には遮光領域を設ける）
について説明する。実施例−１〜実施例−３は、本発明
の第１の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスク
の作製方法によって作製することができる。また、実施
例−４〜実施例−６は、本発明の第２の態様に係るハー
フトーン方式位相シフトマスクの作製方法によって作製
することができる。尚、図面において、同一参照番号は
同一要素を意味する。

【００２４】ウエハ上に形成されたレジスト材料に対し
て露光光により転写パターン形状等を形成するとき、縮
小投影に使用されるものをレティクル、一対一投影に使
用されるものをマスクと称したり、あるいは原盤に相当
するものをレティクル、それを複製したものをマスクと
称したりすることがあるが、本明細書においては、この
ような種々の意味におけるレティクルやマスクを総称し
てマスクと呼ぶ。

【００２５】（実施例−１）実施例−１のハーフトーン
方式位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図１に示
す。実施例−１においては、光透過領域１２を通過した
光と、半遮光領域１４を通過した光とは、位相が例えば
１８０度ずれている。半遮光領域１４は、半遮光層２２
及び位相シフト層２４から構成されている。位相シフト
層２４は、例えばＳＯＧ（スピンオングラス）から成
り、その厚さｄをｄ＝λ／（２（ｎ−１））とすれば、
光透過領域１２を通過した光と、半遮光領域１４を通過
した光の位相は１８０度変化する。尚、λは露光光の波
長、ｎはＳＯＧの屈折率である。

【００２６】半遮光領域１４の振幅透過率、具体的には
半遮光層２２の厚さは、光透過領域１２のパターンサイ
ズによって変化させる。光透過領域１２のパターンサイ
ズの中で比較的小さなパターンサイズに対しては、比較
的小さな振幅透過率にて大きな焦点深度が得られ、一
方、比較的大きなパターンサイズに対しては、比較的大
きな振幅透過率にて大きな焦点深度が得られるからであ
る。尚、図１において、大きなパターンサイズを有する
光透過領域４０Ａの近傍における半遮光層２２Ａの厚さ
は薄い（即ち、振幅透過率が大きい）。また、中程度の
パターンサイズを有する光透過領域４０Ｂの近傍におけ
る半遮光層２２Ａの厚さは中程度である（即ち、振幅透
過率も中程度である）。更に、最小のパターンサイズを
有する光透過領域４０Ｃの近傍における半遮光層２２Ｃ
の厚さは最も厚い（即ち、振幅透過率は最も低い）。

【００２７】露光条件、並びに光透過領域１２のパター
ンサイズ及び、かかるパターンサイズにおいて最大の焦
点深度を得るための半遮光領域１４の最適振幅透過率の
関係を、以下に例示する。尚、パターンサイズは全て５
倍レティクル上における寸法である。露光条件波長：２４８ｎｍレンズ開口数（ＮＡ）：０．４５パーシャルコヒーレンシー：０．３光透過領域１２のパターンサイズ０．２７μｍの場合半遮光領域１４の最適振幅透過率１２．３％光透過領域１２のパターンサイズ０．３μｍの場合半遮光領域１４の最適振幅透過率１４．１％光透過領域１２のパターンサイズ０．３２μｍ以上の
場合半遮光領域１４の最適振幅透過率１６．０％

【００２８】半遮光領域１４の振幅透過率は、０よりも
大きく且つウエハ上に形成されたレジスト材料を感光さ
せない程度に小さく制御されるので、半遮光領域１４を
通過した光は、ウエハ上に形成されたレジスト材料を感
光させることはない。

【００２９】半遮光領域１４の幅は具体的には、上記の
露光条件においては、１．０μｍ程度であればよく、幅
の制限的な上限はない。

【００３０】従って、光透過領域１２の位置が所望の位
置から多少ずれたとしても、転写されるパターンに劣化
が生じることがないために、ハーフトーン方式位相シフ
トマスクを電子線等の描画によって作製する場合のレジ
ストレーション裕度を大きく取ることができ、市販の描
画装置で容易に所望のハーフトーン方式位相シフトマス
クを歩留まり良く作製することができる。

【００３１】更に、予め半遮光領域の振幅透過率を、光
透過領域の最小パターンサイズにおいて最大焦点深度が
得られるように設定してあるので、半遮光層２２の厚さ
を比較的厚く設定することができる。それによって、従
来のハーフトーン方式位相シフトマスクに顕著な半遮光
層が光を透過するという欠陥を減少させることができ、
ハーフトーン方式位相シフトマスク製造における歩留ま
りを向上させることができる。

【００３２】以下、実施例−１のハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製方法を図２及び図３を参照して説明
する。このハーフトーン方式位相シフトマスクの作製方
法は、本発明の第１の態様に係るハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製方法である。尚、以下の場合におい
て、レジストとしてポジ型レジストを用いた。

【００３３】［工程−１００］先ず、基板２０上に一定
厚さの半遮光層２２を形成する。即ち、例えば石英から
成る基板２０上に、例えばクロムから成る半遮光層２２
をスパッタリング法によって形成する。この場合、半遮
光層２２の厚さは、光透過領域の最小パターンサイズに
おいて最大焦点深度が得られるように設定する。次い
で、半遮光層２２上にレジスト３０を塗布する（図２の
（Ａ）参照）。

【００３４】［工程−１１０］次に、光透過領域形成予
定領域近傍４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの半遮光領域の所定
部分（図１の２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ参照）における半
遮光層２２の厚さを、この光透過領域形成予定領域に形
成される光透過領域のパターンサイズに依存して変化さ
せ、以ってこの光透過領域形成予定領域に形成される光
透過領域のパターンサイズに依存した振幅透過率を有す
る半遮光領域１４を形成する。

【００３５】所望の振幅透過率を有する半遮光領域１４
を形成するためには、即ち、所望の振幅透過率をクロム
から成る半遮光層２２に付与するためには、所望の厚さ
に半遮光層２２の厚さを制御しなければならないが、こ
れは、次のようにして行なうことができる。

【００３６】反応性イオンエッチング法を用いて塩素及
び酸素の混合ガスで半遮光層２２をエッチングする場合
のエッチング速度は、典型的には３０ｎｍ／分である。
また、反応性イオンエッチング法を用いて塩素及び酸素
の混合ガスでレジスト３０をエッチングする場合のエッ
チング速度は、典型的には３５ｎｍ／分である。

【００３７】従って、異なる厚さを有する所望の半遮光
層を複数種同時に得るためには、半遮光層２２のエッチ
ング前のレジスト３０の厚さを精密に制御すればよい。
所望のレジスト３０の厚さＤrは、所望の半遮光層２２
の厚さをＤc、半遮光層２２のエッチング速度をＲc、レ
ジスト３０のエッチング速度をＲrとした場合、Ｄr＝（Ｒr／Ｒc）Ｄc で与えられる。

【００３８】レジスト３０の厚さは、電子線描画におけ
る電子線の照射量を精密に制御することにより得られ
る。即ち、レジスト３０の厚さをより厚くしたければ、
ポジ型レジストを用いる場合、電子線の照射量をより少
なくすればよい。電子線の照射量は、容易且つ任意に変
えることができるので、レジスト３０の現像後の膜厚を
任意に且つ正確に設定できる。

【００３９】例えば、コンタクトホールパターンにおい
て光透過領域１２の最小パターンサイズを０．２７μｍ
とすれば、半遮光領域１４の振幅透過率を１２．３％に
設定する。この場合のクロムから成る半遮光層２２の厚
さは２３．２ｎｍである。

【００４０】そこで、描画装置からの電子線による第１
の描画工程及びレジスト３０の現像工程を経ることによ
って、図２の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。即
ち、得ようとする半遮光層の厚さに対応した厚さを有す
るレジスト３０が形成される。尚、この工程において
は、容易に且つ１回の描画工程で、図２の（Ｂ）の切断
図に示される構造を得ることができる。尚、図２におい
て、４２Ａは、比較的パターンサイズの大きな光透過領
域を形成すべき光透過領域形成予定領域であり、４２Ｂ
は、中程度のパターンサイズの光透過領域を形成すべき
光透過領域形成予定領域であり、４２Ｃは、最小パター
ンサイズを有する光透過領域を形成すべき光透過領域形
成予定領域である。光透過領域形成予定領域の大きさが
大きい程、半遮光層２２の厚さを薄くする（即ち、半遮
光領域の振幅透過率を大きくする）。

【００４１】［工程−１２０］次に、半遮光層２２をエ
ッチングすることによって、光透過領域１２のパターン
サイズに応じて所望の振幅透過率（即ち、所望の厚さ）
を有する半遮光層２２を形成することができる（図２の
（Ｃ）参照）。

【００４２】［工程−１３０］その後、ＳＯＧから成る
位相シフト層２４を半遮光層２２の上に塗布法にて形成
する。位相シフト層２４の厚さｄを、１８０度の位相差
を実現できるように、ｄ＝λ／（２（ｎ−１））とし
た。こうして、図３の（Ａ）に示す構造を得ることがで
きる。

【００４３】［工程−１４０］次いで、光透過領域形成
予定領域４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに、所定のパターンサ
イズを有する光透過領域１２（４０Ａ，４０Ｂ，４０
Ｃ）を形成する。即ち、レジスト３２を全面に塗布した
後、描画装置からの電子線による第２の描画工程（図３
の（Ｂ）参照）、レジスト現像工程、四フッ化炭素及び
酸素の混合ガスによるプラズマ中での位相シフト層２４
のエッチング工程、塩素及び酸素の混合ガスによるプラ
ズマ中でのクロムから成る半遮光層２２のエッチング工
程（図３の（Ｃ）参照）、レジスト３２の剥離工程を経
て、最終的に図１に示した構造のハーフトーン方式位相
シフトマスクを得ることができる。

【００４４】（実施例−２）実施例−２は実施例−１の
変形である。図４に模式的な一部切断図を示すように、
実施例−２においては、ＳＯＧから成る位相シフト層２
４がクロムから成る半遮光層２２と基板２０との間に形
成されている点が、実施例−１と相違する。その他の点
に関しては実施例−１と同様であり、実施例−１と実施
例−２の構成では、ハーフトーン方式位相シフトマスク
として性能に何等相違はない。

【００４５】以下、実施例−２のハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製方法を図５を参照して説明する。

【００４６】［工程−２００］例えば石英から成る基板
２０上に、ＳＯＧから成る位相シフト層２４を塗布す
る。位相シフト層２４の厚さｄは、半遮光領域１４を通
過する光の位相と、光透過領域１２を通過する光の位相
との差が、１８０度となるような厚さとした。

【００４７】［工程−２１０］次に、例えばクロムから
なる半遮光層２２をスパッタリング法によって形成し、
更に、半遮光層２２上にレジスト３０を塗布し、図５の
（Ａ）に示すような構造を得る。この場合、半遮光層２
２の厚さは、光透過領域の最小パターンサイズにおいて
最大焦点深度が得られるような厚さに設定する。

【００４８】［工程−２２０］次に、描画装置からの電
子線による第１の描画工程、レジスト３０の現像工程に
より図５の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。この
工程において、レジスト３０の厚さを精密に制御する点
は、実施例−１と同じである。また、光透過領域のパタ
ーンサイズに依存してレジスト３０の厚さを規定する点
も、実施例−１と同様である。

【００４９】［工程−２３０］光透過領域のパターンサ
イズに応じて所望の振幅透過率を半遮光層２２に付与す
るように、実施例−１と同様に、半遮光層２２をエッチ
ングして、図５の（Ｃ）に示す構造を得ることができ
る。

【００５０】［工程−２４０］次に、実施例−１の［工
程−１４０］と同様の工程を実施することによって、図
４に示したハーフトーン方式位相シフトマスクを作製す
ることができる。

【００５１】（実施例−３）実施例−３も実施例−１の
変形である。図６に模式的な一部切断図を示す実施例−
３においては、基板２０をエッチングすることによって
基板２０に凹部から成る光透過領域１２を形成し、しか
も、光透過領域１２を通過する光と半遮光領域１４を通
過する光の位相を異ならせる。基板２０をエッチングす
ることによって形成された光透過領域１２の深さｄ’
を、ｄ’＝λ／（２（ｎ’−１））とすれば、光透過領
域１２を通過した光と、半遮光領域１４を通過した光の
位相は１８０度変化する。尚、λは露光光の波長、ｎ’
は基板２０の屈折率である。実施例−１と実施例−３の
構成では、ハーフトーン方式位相シフトマスクとして性
能に何等相違はない。

【００５２】以下、実施例−３のハーフトーン方式位相
シフトマスクの作製方法を図２及び図７を参照して説明
する。

【００５３】［工程−３００］例えば石英から成る基板
２０上に、例えばクロムから成る半遮光層２２をスパッ
タリング法によって形成する。次いで、半遮光層２２上
にレジスト３０を塗布する（図２の（Ａ）参照）。この
場合、半遮光層２２の厚さは、光透過領域の最小パター
ンサイズにおいて最大焦点深度が得られるように設定す
る。

【００５４】［工程−３１０］次に、描画装置からの電
子線による第１の描画工程、レジスト３０の現像工程を
行う（図２の（Ｂ）参照）。この工程において、レジス
ト３０の厚さを精密に制御する点は、実施例−１と同じ
である。また、光透過領域のパターンサイズに依存し
て、レジストの厚さを規定する点も、実施例−１と同様
である。

【００５５】［工程−３２０］光透過領域のパターンサ
イズに応じて所望の振幅透過率を半遮光層２２に付与す
るように、実施例−１と同様に、半遮光層２２をエッチ
ングして、図２の（Ｃ）に示す構造と同様の構造を得る
ことができる。

【００５６】［工程−３３０］次に、レジスト３２を塗
布した後、描画装置からの電子線による第２の描画工
程、レジスト現像工程（図７の（Ａ）参照）、塩素及び
酸素の混合ガスによるプラズマ中での半遮光層２２のエ
ッチング工程（図７の（Ｂ）参照）、四フッ化炭素及び
酸素の混合ガスによるプラズマ中での石英から成る基板
２０のエッチング工程（図７の（Ｃ）参照）、レジスト
３２の剥離工程を経て、最終的に図６に示した構造のハ
ーフトーン方式位相シフトマスクを得ることができる。

【００５７】（実施例−４）実施例−４においては、実
施例−１のハーフトーン方式位相シフトマスクの半遮光
領域の一部に遮光領域１６が設けられている。実施例−
４のハーフトーン方式位相シフトマスクの模式的な一部
切断図を図８に示す。実施例−４においては、遮光領域
１６の振幅透過率は、充分に露光光を遮光できるよう
に、ほぼ０に設定されている。

【００５８】尚、半遮光領域１４も遮光領域１６もクロ
ムから成る層で構成されている。半遮光領域１４を構成
するクロムから成る半遮光層２２と、遮光層を構成する
クロムから成る遮光層２６とでは、クロムの層厚が異な
る。図においては、半遮光層２２と遮光層２６との区別
を明確にするために、斜線の種類を異ならせた。

【００５９】このように、遮光領域１６を設け、半遮光
領域１４の幅を適切に制限、選択することによって、従
来のハーフトーン方式位相シフトマスクの光透過領域１
２と半遮光領域１４の境界で生じる光の干渉効果に加え
て、従来の所謂エッジ強調型位相シフトマスクと同様
に、光透過領域１２と半遮光領域１４を通過した光との
干渉効果が重畳し、従来のハーフトーン方式位相シフト
マスクよりも、ウエハ上に形成されたレジスト材料への
パターン転写がシャープになるという著しい効果が得ら
れる。

【００６０】更に、露光光が通過するハーフトーン方式
位相シフトマスクの部分は光透過領域１２と半遮光領域
１４に限定されているため、ステッパー等の露光装置を
用いた露光において、容易に遮光帯をハーフトーン方式
位相シフトマスクに形成することができる。尚、遮光帯
の形成されたハーフトーン方式位相シフトマスクの模式
的な平面図を図９に示す。遮光帯の断面構造は、遮光領
域１６の断面構造と同様とすることができる。

【００６１】しかも、遮光領域１６の厚さを従来の位相
シフトマスクの遮光領域と同様の厚さに設定することが
できるために、従来のハーフトーン方式位相シフトマス
クに顕著な半遮光領域が光を透過するという欠陥を著し
く減少させることができ、ハーフトーン方式位相シフト
マスク作製における歩留まりを著しく向上させることが
できる。実施例−４のハーフトーン方式位相シフトマス
クの作製方法を図１０を参照して説明する。このハーフ
トーン方式位相シフトマスクの作製方法は、本発明の第
２の態様に係るハーフトーン方式位相シフトマスクの作
製方法である。

【００６２】［工程−４００］先ず、基板２０上に一定
厚さの遮光層２６を形成する。即ち、例えば石英から成
る基板２０上に、例えばクロムからなる遮光層２６をス
パッタリング法によって形成し、遮光層２６上にレジス
ト３０を塗布する（図１０の（Ａ）参照）。この場合、
遮光層２６の厚さを、充分に露光光を遮光できる厚さ、
典型的には１００ｎｍ程度とする。

【００６３】［工程−４１０］次に、光透過領域形成予
定領域４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ近傍の遮光領域の所定部
分における遮光層の厚さを、この光透過領域形成予定領
域に形成される光透過領域のパターンサイズに依存して
変化させ、以ってこの光透過領域形成予定領域に形成さ
れる光透過領域１２（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）のパタ
ーンサイズに依存した振幅透過率を有する半遮光領域１
４（図８の２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃも参照）を形成す
る。

【００６４】そのために、先ず、描画装置からの電子線
による第１の描画工程及びレジスト３０の現像工程によ
り、図１０の（Ｂ）に示す構造を得る。即ち、得ようと
する半遮光層の厚さに対応した厚さを有するレジスト３
０が形成される。尚、図１０において、４２Ａは、比較
的パターンサイズの大きな光透過領域を形成すべき光透
過領域形成予定領域であり、４２Ｂは、中程度のパター
ンサイズの光透過領域を形成すべき光透過領域形成予定
領域であり、４２Ｃは、最小のパターンサイズを有する
光透過領域を形成すべき光透過領域形成予定領域であ
る。

【００６５】所望の振幅透過率を半遮光層に付与するた
めには、遮光層２６を所望の厚さにエッチングして半遮
光層を形成しなければならないが、これは実施例−１と
同様の方法で行うことができる。所望の厚さの半遮光層
を遮光層２６のエッチングによって複数種同時に得るた
めには、レジスト３０の厚さを精密に制御すればよい。
所望のレジスト３０の厚さＤrは、所望のクロムの厚さ
をＤc、クロムのエッチング速度をＲc、レジストのエッ
チング速度をＲrとすると、Ｄr＝（Ｒr／Ｒc）Ｄc で与
えられる。レジスト３０の厚さは、電子線描画における
電子線の照射量を精密に制御することによって得られ
る。電子線の照射量は精密に制御できるために、レジス
ト３０の厚さも精密に制御することができる。

【００６６】［工程−４２０］遮光層２６のエッチング
を行うことによって、光透過領域１２のパターンサイズ
に応じた所望の振幅透過率を有する半遮光層２２が形成
される（図１０の（Ｃ）参照）。半遮光層２２は各種の
所定の厚さを有する。

【００６７】［工程−４３０］次に、ＳＯＧから成る位
相シフト層２４を半遮光層２２の上に塗布法にて形成す
る。その後、光透過領域形成予定領域４２Ａ，４２Ｂ，
４２Ｃに、所定のパターンサイズを有する光透過領域１
２を形成する。そのために、更に、レジスト３２を全面
に塗布した後、第２の描画工程、レジスト現像工程、位
相シフト層２４のエッチング工程、半遮光層２２のエッ
チング工程、レジスト３２の剥離工程を経て、最終的に
図８に示した構造のハーフトーン方式位相シフトマスク
を得ることができる。これらの工程は、実施例−１の
［工程−１３０］及び［工程−１４０］と同様とするこ
とができる。

【００６８】（実施例−５）実施例−５は、実施例−２
を実施例−４と同様に変形した例である。実施例−５に
おいては、図１１に模式的な一部切断図を示すように、
遮光領域１６が形成されている点が、実施例−２と異な
る。尚、実施例−５と実施例−４の構成では、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクとして性能に何等相違はな
い。以下、実施例−５のハーフトーン方式位相シフトマ
スクの作製方法を図１２を参照して説明する。

【００６９】［工程−５００］例えば石英から成る基板
２０上に、実施例−２の［工程−２００］と同様にＳＯ
Ｇから成る位相シフト層２４を形成する。

【００７０】［工程−５１０］次に、例えばクロムから
なる遮光層２６をスパッタリング法によって形成する。
この場合、遮光層２６の厚さを充分に露光光を遮光でき
る厚さとする点は、実施例−４と同じである。次いで、
遮光層２６上にレジスト３０を塗布し、図１２の（Ａ）
に示すような構造を得る。

【００７１】［工程−５２０］次に、描画装置からの電
子線による第１の描画工程、レジスト３０の現像工程に
より図１２の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。こ
の工程において、レジスト３０の厚さを精密に制御する
点は、実施例−１と同じである。また、光透過領域のパ
ターンサイズに依存して、レジスト３０の厚さを規定す
る点も、実施例−１と同様である。

【００７２】［工程−５３０］光透過領域のパターンサ
イズに応じて所望の振幅透過率を半遮光層２２に付与す
るように、実施例−４と同様に、遮光層２６をエッチン
グして半遮光層２２を形成する（図１２の（Ｃ）参
照）。

【００７３】［工程−５４０］次に、実施例−１の［工
程−１４０］と同様の工程を実施することによって、図
１１に示したハーフトーン方式位相シフトマスクを作製
することができる。

【００７４】（実施例−６）実施例−６は、実施例−３
を実施例−４と同様に変形した例である。実施例−６に
おいては、図１３に模式的な一部切断図を示すように、
遮光領域１６が形成されている点が、実施例−３と異な
る。尚、実施例−６と実施例−４の構成では、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクとして性能に何等相違はな
い。以下、実施例−６のハーフトーン方式位相シフトマ
スクの作製方法を図１０及び図７を参照して説明する。

【００７５】［工程−６００］例えば石英から成る基板
２０上に、例えばクロムから成る遮光層２６をスパッタ
リング法によって形成する。次いで、遮光層２６上にレ
ジスト３０を塗布する（図１０の（Ａ）参照）。この場
合、遮光層２６の厚さを露光光を充分遮光し得る厚さに
設定する点は、実施例−４と同様である。

【００７６】［工程−６１０］次に、描画装置からの電
子線による第１の描画工程、レジスト３０の現像工程を
行う（図１０の（Ｂ）参照）。この工程において、レジ
スト３０の厚さを精密に制御する点は、実施例−１と同
じである。また、光透過領域のパターンサイズに依存し
て、レジスト３０の厚さを規定する点も、実施例−１と
同様である。

【００７７】［工程−６２０］光透過領域のパターンサ
イズに応じて所望の振幅透過率を有する半遮光層２２を
形成するように、実施例−４と同様に、遮光層２６をエ
ッチングして、図１０の（Ｃ）に示す構造を得ることが
できる。

【００７８】［工程−６３０］次に、レジスト３２を塗
布した後、描画装置からの電子線による第２の描画工
程、レジスト現像工程（図７の（Ａ）を参考のこと）、
塩素及び酸素の混合ガスによるプラズマ中での半遮光層
２２のエッチング工程（図７の（Ｂ）を参考のこと）、
四フッ化炭素及び酸素の混合ガスによるプラズマ中での
石英から成る基板２０のエッチング工程（図７の（Ｃ）
を参考のこと）、レジスト３２の剥離工程を経て、最終
的に図１３に示した構造のハーフトーン方式位相シフト
マスクを得ることができる。

【００７９】以上の実施例−１〜実施例−６にて説明し
た本発明のハーフトーン方式位相シフトマスクを用い
て、ウエハ上に形成されたレジスト材料を露光して、ハ
ーフトーン方式位相シフトマスクに形成されたパターン
形状をレジスト材料に転写することによって半導体装置
を製造することができる。

【００８０】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した条件や数値は例示であり、
適宜変更することができる。例えば、各領域における光
の位相や振幅透過率は例示であり、適宜最適な値に変更
することができる。

【００８１】ハーフトーン方式位相シフトマスクの作製
工程で用いた各種材料も適宜変更することができる。半
遮光層２２あるいは遮光層２６を構成する材料はクロム
に限定されず、タングステン、タンタル、アルミニウム
やＭｏＳｉ₂等の光を適当量遮光することができる材料
を用いることができる。また、位相シフト層２４は、Ｓ
ＯＧから構成する代わりに、ポリメチルメタクリレー
ト、フッ化マグネシウム、二酸化チタン、ポリイミド樹
脂、二酸化珪素、酸化インジウム、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、
各種レジスト等、透明な材料であればよい。レジスト３
０，３２として、ポジ型レジストの代わりにネガ型レジ
ストを用いてもよい。この場合、電子線描画領域はポジ
型の場合と逆になる点が異なる。また、レジスト３０，
３２の描画工程では、電子線描画装置の代わりに、レー
ザ等の描画装置を用いてもよい。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、光透過領域の各種パタ
ーンサイズに適した振幅透過率を有する半遮光領域を形
成することにより、ステッパー等の露光装置による露光
時、シャープなパターン転写性を得ることができる。半
遮光領域の振幅透過率はウエハ上に形成されたレジスト
材料を感光させない程度に小さいので、ウエハ上に形成
されたレジスト材料を感光させることはない。

【００８３】しかも最適な振幅透過率を設定すべきパタ
ーンサイズを有する光透過領域は、光学的に解像限界に
近い比較的小さなパターンサイズの光透過領域に限定す
ることができるために、ハーフトーン方式位相シフトマ
スク作製における生産性低下及びコスト増大は極めて軽
微である。一方、焦点深度の増加により、ウエハ工程に
おける生産性の増大及びコストの低減ができる。

【００８４】光透過領域の位置が多少所望の位置からず
れたとしても、転写されるパターンに劣化が生じること
がなく、市販の描画装置で容易に所望のハーフトーン方
式位相シフトマスクを歩留まり良く作製することができ
る。

【００８５】更には、半遮光層の厚さを比較的厚く設定
することができ、あるいは厚い遮光層から半遮光層を形
成するので、従来のハーフトーン方式位相シフトマスク
に顕著な半遮光層の光を透過するといった欠陥を著しく
減少させることができ、ハーフトーン方式位相シフトマ
スク製造における歩留まりを著しく向上させることがで
きる。

【００８６】また、遮光領域を設けることによって、従
来のハーフトーン方式位相シフトマスクよりも、ウエハ
上に形成されたレジスト材料へのパターン転写がシャー
プになる著しい効果が得られる。更に、遮光帯をハーフ
トーン方式位相シフトマスクに容易に形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例−１におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの構成を示す模式的な一部切断図である。

【図２】実施例−１におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの作製方法を説明するための工程図である。

【図３】図２に引き続き、実施例−１におけるハーフト
ーン方式位相シフトマスクの作製方法を説明するための
工程図である。

【図４】実施例−２におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの構成を示す模式的な一部切断図である。

【図５】実施例−２におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの作製方法を説明するための工程図である。

【図６】実施例−３におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの構成を示す模式的な一部切断図である。

【図７】実施例−３におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの作製方法を説明するための工程図である。

【図８】実施例−４におけるハーフトーン方式位相シフ
トマスクの構成を示す模式的な一部切断図である。

【図９】遮光帯が形成されたハーフトーン方式位相シフ
トマスクの模式的な平面図である。

【図１０】実施例−４におけるハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製方法を説明するための工程図である。

【図１１】実施例−５におけるハーフトーン方式位相シ
フトマスクの構成を示す模式的な一部切断図である。

【図１２】実施例−５におけるハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製方法を説明するための工程図である。

【図１３】実施例−６におけるハーフトーン方式位相シ
フトマスクの構成を示す模式的な一部切断図である。

【図１４】典型的な従来のエッジ強調型位相シフトマス
クの模式的一部切断図を示す図である。

【図１５】従来のハーフトーン方式位相シフトマスクの
模式的な一部切断図である。

【符号の説明】

１２光透過領域１４半遮光領域１６遮光領域２０基板２２半遮光領域２４位相シフト領域２６遮光領域３０，３２レジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半遮光領域及び光透過領域を備え、該半遮
光領域を通過した光の位相と光透過領域を通過した光の
位相とが異なるハーフトーン方式位相シフトマスクであ
って、所定のパターンサイズを有する光透過領域における焦点
深度が最大となるように、該光透過領域近傍の半遮光領
域の振幅透過率が設定されていることを特徴とするハー
フトーン方式位相シフトマスク。
【請求項２】半遮光領域及び光透過領域を備え、該半遮
光領域を通過した光の位相と光透過領域を通過した光の
位相とが異なるハーフトーン方式位相シフトマスクであ
って、光透過領域のパターンサイズが大きくなるに従い、該光
透過領域近傍の半遮光領域の振幅透過率を大きくするこ
とを特徴とするハーフトーン方式位相シフトマスク。
【請求項３】半遮光領域の一部に遮光領域を備えている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハーフ
トーン方式位相シフトマスク。
【請求項４】基板上に半遮光領域及び光透過領域を備
え、該半遮光領域を通過した光の位相と光透過領域を通
過した光の位相とが異なるハーフトーン方式位相シフト
マスクを作製する方法であって、（イ）基板上に一定厚さの半遮光層を形成する工程と、（ロ）光透過領域形成予定領域近傍の半遮光領域の所定
部分における半遮光層の厚さを、該光透過領域形成予定
領域に形成される光透過領域のパターンサイズに依存し
て変化させ、以って該光透過領域形成予定領域に形成さ
れる光透過領域のパターンサイズに依存した振幅透過率
を有する半遮光領域を形成する工程と、（ハ）該光透過領域形成予定領域に、所定のパターンサ
イズを有する光透過領域を形成する工程、を含むことを
特徴とするハーフトーン方式位相シフトマスク作製方
法。
【請求項５】前記一定厚さの半遮光層の厚さは、最小パ
ターンサイズを有する光透過領域における焦点深度が最
大となるような厚さであることを特徴とする請求項４に
記載のハーフトーン方式位相シフトマスク作製方法。
【請求項６】基板上に遮光領域、半遮光領域及び光透過
領域を備え、該半遮光領域を通過した光の位相と光透過
領域を通過した光の位相とが異なるハーフトーン方式位
相シフトマスクを作製する方法であって、（イ）基板上に一定厚さの遮光層を形成する工程と、（ロ）光透過領域形成予定領域近傍の遮光領域の所定部
分における遮光層の厚さを、該光透過領域形成予定領域
に形成される光透過領域のパターンサイズに依存して変
化させ、以って該光透過領域形成予定領域に形成される
光透過領域のパターンサイズに依存した振幅透過率を有
する半遮光領域を形成する工程と、（ハ）該光透過領域形成予定領域に、所定のパターンサ
イズを有する光透過領域を形成する工程、を含むことを
特徴とするハーフトーン方式位相シフトマスク作製方
法。
【請求項７】前記（ロ）の工程において得られた光透過
領域形成予定領域近傍の半遮光領域の所定部分の半遮光
層の厚さは、該光透過領域形成予定領域に形成される所
定のパターンサイズを有する光透過領域における焦点深
度が最大となるような厚さであることを特徴とする請求
項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のハーフトーン
方式位相シフトマスク作製方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記
載のハーフトーン方式位相シフトマスクを用いて、ウエ
ハ上に形成されたレジスト材料を露光して、ハーフトー
ン方式位相シフトマスクに形成されたパターン形状をレ
ジスト材料に転写することを特徴とする半導体装置の製
造方法。