JPH0764274A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造裕度が広くとれる位相シフトマスクを提
供する。 【構成】 主パターンと補助パターンとを含む位相シフ
トマスクにおいて、補助パターンのシフタ材料が、制御
された光透過率を有する材料として形成される。大きな
幅の補助パターンにより、充分な主パターン内の光ピー
ク強度と、規定値以下の２次光ピーク強度とが得られ、
パターン形成領域の解像度が向上する。大きな幅の補助
パターンを採用することにより、マスクの製造裕度が大
きくとれる。ハーフトーン位相シフトマスクに応用する
と、半遮光膜の製造工程が省かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相シフトマスク及び
その製造方法に関し、特に、微細化された孤立パターン
の形成に適した位相シフトマスク及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、露光装置を採用する半導体集積回
路のパターン形成において、位相シフトマスクが脚光を
浴びている。位相シフトマスクは、従来型のマスクが光
の振幅分布を主として利用していたのに対し、解像度及
び焦点深度の向上のために、光の振幅分布と位相情報と
を利用するものである。現在、多くの方式の位相シフト
マスクが発表されているが、コンタクトホール等の孤立
化した矩形状パターンに適した方式としては、補助パタ
ーン型の位相シフトマスクが挙げられる。

【０００３】図４及び図５を参照して、従来のアウトリ
ガー方式の補助パターン型位相シフトマスクについて説
明する。図４及び図５において、図（ａ）はこの方式の
位相シフトマスクのパターンを示す平面図であり、図
（ｂ）はこのマスクの断面を、図（ｃ）はマスクの透過
光の光振幅分布を、図（ｄ）は、このマスクを利用して
露光を行なう際のウエハ上等における光強度分布を夫々
示している。この例では、位相シフトマスクは、遮光領
域３を含む全体領域内に正方矩形状の主パターン１が設
けられ、その近傍に、主パターン１の解像度を向上させ
るために補助パターン２が設けられる。

【０００４】図４（ｂ）に示したように、位相シフトマ
スクの製造にあたっては、透明基板４上にスパッタリン
グ及びパターニングにより例えばＣｒ等の遮光膜５を形
成し、光透過領域を成す主パターン領域１及び補助パタ
ーン領域２と、遮光領域３とを設ける。補助パターン２
には、遮光材料５の上から更にシフタ材料６が所定厚み
に形成される。これにより、補助パターン２を透過する
光の位相が主パターン１を透過する光の位相と１８０度
異なる、同図（ｃ）に示す光振幅分布が得られる。

【０００５】上記位相シフトマスクを利用して、縮小投
影露光装置、いわゆるステッパによりウエハ等の露光を
行なうと、図４（ｄ）に示す如き光強度分布がウエハ上
で得られる。補助パターン２からの透過光により、パタ
ーン内領域における光ピーク強度Ｐ１が増大して、パタ
ーン形成領域の解像度が向上するので、良好なパターン
が形成される。

【０００６】上記位相シフトマスクでは、図４（ｄ）に
見るごとく、補助パターン（シフタ）からの透過光によ
り、パターン内領域における光ピーク強度Ｐ１が増大す
ると共に、パターン外領域にも望ましくない２次光ピー
ク強度Ｐ２が現れる。この場合、２次光ピーク強度Ｐ２
を規定値以下に抑える必要がある。ここで、図５（ａ）
に示すように補助パターン２の幅ｗを大きくとると、同
図（ｄ）に示すように、形成されるパターン内領域での
光ピーク強度Ｐ１が増大するが、同時に２次光ピーク強
度Ｐ２も増大する。２次光ピーク強度Ｐ２が同図に示し
たように規定値を越えると、その越えた不要部分がパタ
ーニングされてしまい、良好なパターン形成が不可能と
なる。従って、２次光ピーク強度Ｐ２が規定値を越えな
いように、補助パターン２の幅を所定以下に抑える必要
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の補
助パターン型の位相シフトマスクでは、補助パターン２
を構成するシフタの幅は、２次光ピーク強度が規定値を
越えない範囲で選択しなければならなかった。しかし、
高集積化された半導体装置における、特に微細化された
コンタクトホール等の矩形状パターンについて、かかる
小さな幅のシフタを作製することは極めて困難であり、
例えば電子ビームを使用するマスク描画装置の精度限界
をも越える。

【０００８】本発明は、上記従来の位相シフトマスクの
問題に鑑み、例えば半導体集積回路における微細な矩形
状パターンの形成にあたって、パターン外での２次光ピ
ーク強度が規定値を越えることなく、充分なパターン内
の光ピーク強度を与え、パターン形成領域における解像
度の向上により良好なパターン形成を可能にする位相シ
フトマスク、及び、その製造方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の位相シフトマスクは、第一の光透過領域
と、該第一の光透過領域に近接して配置され、該第一の
光透過領域を透過した光と異なる位相を有する透過光を
与える第二の光透過領域とを含む位相シフトマスクにお
いて、前記第二の光透過領域を形成するシフタ材料が、
制御された光透過率を有する材料から形成されることを
特徴とする。

【００１０】また、本発明の位相シフトマスクの製造方
法は、第一の光透過領域と、該第一の光透過領域に近接
して配置され、該第一の光透過領域を透過した光と異な
る位相を有する透過光を与える第二の光透過領域とを備
えた位相シフトマスクの製造方法において、前記第二の
光透過領域を形成するシフタ材料に、制御された量の遮
光材料を予め混入することを特徴とする。

【００１１】シフタ材料の光透過率は、形成される第二
の光透過領域の幅に従って制御することが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明の位相シフトマスク及び本発明の方法に
より製造される位相シフトマスクでは、第二の光透過領
域を形成する、制御された透過率を有すシフタ材料によ
って、第二の光透過領域からの透過光量を任意に制御で
きるので、マスク描画装置の精度限界内で描かれる大き
な幅の第二の光透過領域によっても、必要にして充分な
パターン内の光ピーク強度及び規定値以下のパターン外
の２次光ピーク強度から成る良好な光強度分布を得るこ
とができる。

【００１３】上記光透過率の制御を、形成される第二の
光透過領域の幅に従って制御すると、第二の光透過領域
の幅の大小に拘らず、常に適切な光強度分布を得ること
が出来る。

【００１４】

【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図１（ａ）〜（ｄ）は夫々、本発明の一実施例の位
相シフトマスクの構成及びその光振幅分布及び光強度分
布を、図４（ａ）〜（ｄ）と同様に示す。図１（ａ）に
おいて、この実施例の位相シフトマスクは、例えばコン
タクトホールを形成するために設けられる正方矩形状の
主パターン領域１、主パターン領域１の周囲にこれに近
接して設けられる４つの長方矩形状の補助パターン領域
２、及び、それ以外の遮光領域３から構成される。

【００１５】上記実施例の位相シフトマスクは、図１
（ｂ）に示すように、透明基板４と、その上にスパッタ
リング及びパターニングにより形成された遮光膜５と、
遮光膜５の上から補助パターン領域２に形成されたシフ
タ材料７とから形成される。露光光の波長をλ、シフタ
材料の屈折率をｎとすると、シフタ材料の厚みｄは、ｄ
＝λ／（２（ｎー１））である。この構成により、同図
（ｃ）に示す光振幅分布が得られ、第一の光透過領域を
構成する主パターン１からの透過光と、第二の光透過領
域を構成する補助パターン２からの透過光とが１８０度
の位相差を有する位相シフトマスクが得られる。

【００１６】補助パターン２の幅ｗは、電子ビームを使
用するマスク描画装置によって描くことが出来る精度限
界に従って決定される。このように補助パターン２の幅
ｗを決定すると、一般には補助パターン２の幅が大きく
なりすぎる。このため、通常のシフタ材料を使用した場
合には、補助パターンによる２次光ピーク強度が規定値
を越える。しかし、この実施例の位相シフトマスクで
は、シフタ材料７は、光透過率が制御されたＳＯＧから
形成されているので、この位相シフトマスクを使用して
露光されるウエハ上において、規定値以下の２次光ピー
ク強度と、必要にして充分な主パターン内の光ピーク強
度とが得られ、パターン形成領域に充分な解像度が与え
られる。

【００１７】２次光ピーク強度の大きさは、補助パター
ン２のパターン幅ｗ及びシフタ材料７の光透過率により
定まる。補助パターン２のパターン幅ｗは、マスク描画
装置の精度限界でその下限が定まるので、光透過率を与
えるＣｒの混入量は、描画装置で精度よく描画できる補
助パターンの幅ｗに従って定める。例えば、補助パター
ン２を透過する光量が、採用される補助パターン２の幅
ｗに依存せず一定となるように、Ｃｒの混入量を制御す
る。かかる構成により、ウエハ上でパターン内の光ピー
ク強度Ｐ１が充分に高く、且つ、２次光ピーク強度Ｐ２
が規定値を越えない、図１（ｄ）に示す好適な光強度分
布が常に得られる。

【００１８】図２（ａ）〜（ｄ）は夫々、図１の実施例
の位相シフトマスクを製造する、本発明の一実施例の位
相シフトマスクの製造方法を、その製造工程順に示して
いる。石英からなる透明基板４の主面上に、クロムから
成る遮光膜５をスパッタリング法により形成し、同図
（ａ）に示す構造を得る。次いで、レジストを利用した
公知のエッチングプロセスを採用し、マスク描画装置か
らの電子ビームにより、クロム膜５をパターニングして
主パターン領域１、補助パターン領域２及び遮光領域３
を形成する（同図（ｂ））。

【００１９】次いで、予め所定量のクロムを混入させた
シフタ材料７を、スピンコーティング法によりクロム膜
５の上から塗布することで、図２（ｃ）に示す構造を得
る。。シフタ材料７は、基板４の主面からの厚みが所定
の値となるように塗布する。更に、レジストを利用した
公知のエッチングプロセスにより、シフタ材料７をパタ
ーニングして、第二の光透過領域２のみにシフタ材料７
を残す。これにより、最終的に同図（ｄ）に示す構造の
位相シフトマスクを得る。

【００２０】図３（ａ）及び（ｂ）は夫々、本発明の第
二の実施例の位相シフトマスクであるハーフトーン位相
シフトマスクを、その製造工程段階毎に示す断面図であ
る。この実施例の位相シフトマスクでは、Ｃｒを混入す
ることにより透過率を所定値に調整したＳＯＧから成る
半遮光性のシフタ材料７を採用し、これを例えば石英か
ら成る透明基板４上に所定厚みとなるように塗布形成す
ることで、同図（ａ）に示す構造を得る。次いで、この
シフタ材料７を、レジストを利用した公知のエッチング
プロセスによりパターニングすることで、同図（ｂ）に
示すように、ウエハ上に形成すべきパターンに対応した
矩形状パターンを形成する。このようにして、光透過領
域１と、光透過領域からの透過光と１８０度の位相差を
有する透過光を与える半遮光領域８とから成るハーフト
ーン位相シフトマスクが形成される。

【００２１】従来は、光透過領域及び半遮光領域から成
るハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板と、その
上にスパッタリング及びパターニングにより形成される
Ｃｒ等の半遮光膜と、その上にスピンコーティング等に
より塗布形成されてパターニングされるシフタ材料とか
ら形成されるため、その製造工程が煩雑であった。しか
し、上記第二の実施例の位相シフトマスクでは、かかる
半遮光領域８を有する位相シフトマスクが、単に、透明
基板４上に半遮光性のシフタ材料７を塗布形成し、これ
をパターニングすることにより形成できる。この構成に
より、本実施例では、従来の半遮光膜を形成する工程が
省かれ、従来に比して簡素な工程によりハーフトーン位
相シフトマスクを製造することを可能にした。

【００２２】前記制御された光透過率を有するシフタ材
料及び上記半遮光性のシフタ材料は、いずれも、石英、
酸化珪素、或いは窒化珪素等に、制御された量のＣｒ或
いは酸化クロム等を混入することで、基板上に塗布する
前に、所定の光透過率を有するシフタ材料として調製す
る。

【００２３】上記の如く、本発明の実施例の補助パター
ン型位相シフトマスクでは、シフタ材料の光透過率を制
御することにより、第二の光透過領域からの透過光量が
任意に制御できるので、マスク描画装置の精度に従って
第二の光透過領域が配置できることとなり、マスク製造
時の製造裕度が向上すると共に、必要なパターン内の光
ピーク強度及び規定値以下の２次光ピーク強度から成る
良好な光強度分布が得られる。また、本発明の位相シフ
トマスクの製造方法を、特にハーフトーン位相シフトマ
スクの製造に応用すると、その製造工程が簡素化され
る。

【００２４】なお、上記実施例の記述は単に例示であ
り、本発明を上記実施例の構成にのみ限定することを意
図するものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位相シフ
トマスク及び本発明の方法により製造される位相シフト
マスクでは、シフタ材料の光透過率を制御したことによ
り、任意の幅の第二の光透過領域によって、充分なパタ
ーン内の光ピーク強度と規定値以下のパターン外の２次
光ピーク強度とを有する光強度分布をウエハ上で得るこ
とが出来るので、本発明は、露光装置を使用して行なわ
れるパターン形成において、パターン形成領域の解像度
を向上させ、微細な矩形状パターンの形成を容易にした
顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は夫々、本発明の一実施例の位
相シフトマスクの平面図、断面図、並びに、その透過光
の光振幅分布及び光強度分布図。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は夫々、図１の位相シフトマス
クの製造方法を示す、位相シフトマスクの製造工程段階
毎の断面図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は夫々、本発明の第二の実施
例の位相シフトマスクを、その製造工程段階毎に示す断
面図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は夫々、従来の位相シフトマス
クの平面図、断面図、並びに、その透過光の光振幅分布
及び光強度分布図。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は夫々、従来の位相シフトマス
クのシフタ幅を大きくしたときについて、図４（ａ）〜
（ｄ）と同様に示す平面図。

【符号の説明】

１ 主パターン ２ 補助パターン ３ 遮光領域 ４ 透明基板 ５ 遮光膜 ６ シフタ材料 ７ 光透過率を制御したシフタ材料 ８ 半遮光領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一の光透過領域と、該第一の光透過領
   域に近接して配置され、該第一の光透過領域を透過した
   光と異なる位相を有する透過光を与える第二の光透過領
   域とを含む位相シフトマスクにおいて、 前記第二の光透過領域を形成するシフタ材料が、制御さ
   れた光透過率を有する材料から形成されることを特徴と
   する位相シフトマスク。
2. 【請求項２】 前記シフタ材料の光透過率の制御が、前
   記第二の光透過領域の幅に依存して行なわれることを特
   徴とする請求項１に記載の位相シフトマスク。
3. 【請求項３】 第一の光透過領域と、該第一の光透過領
   域に近接して配置され、該第一の光透過領域を透過した
   光と異なる位相を有する透過光を与える第二の光透過領
   域とを含む位相シフトマスクの製造方法において、 前記第二の光透過領域を形成するためのシフタ材料に、
   制御された量の遮光材料を予め混入することを特徴とす
   る位相シフトマスクの製造方法。
4. 【請求項４】 前記混入する遮光材料の量を、形成され
   る前記第二の光透過領域の幅に従って制御することを特
   徴とする位相シフトマスクの製造方法。