JPH08272071A

JPH08272071A - 位相シフトマスクとその製造方法、ならびにマスクブランク

Info

Publication number: JPH08272071A
Application number: JP7288495A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukushima; 祐一福島; Kazuo Suzuki; 和夫鈴木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来以上の位相シフト効果が得られ、しかも位
相シフト露光の条件に係る多大な制約を解消できる位相
シフトマスクと、高生産性でしかも容易に製造可能とす
る製造方法と、そして製造に便利なマスクブランクとを
提供する。【構成】透明基板１上に半透明性パターン２′と遮光性
パターン３′、あるいは透明基板１上に遮光性パターン
３′と半透明性パターン２′とがこれらの順に設けてあ
り、しかも遮光性パターン３′が少なくとも該半透明性
パターン２′のエッジ部を遮蔽しない大きさである位相
シフトマスク、また遮光性パターン３′の材料は半透明
性パターン２′材料と同一のエッチング種によりエッチ
ング可能であり且つエッチング速度が半透明性パターン
２′の場合よりも早い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
代表される微細パターンを形成する際のフォトリソグラ
フィ工程における露光転写用のフォトマスク（レチク
ル）とその製造方法ならびにマスクブランクに関し、特
にはハーフトーン位相シフト層を用いた位相シフト技術
に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】位相シフトマスク技術は光リソグラフィ
技術におけるいわゆる超解像技術の一種であって、近年
は開発が盛んに行われている。これは従来の通常のフォ
トマスクのように光透過部と遮光部だけでなく、透過光
の位相を反転させる位相シフト部を具備したフォトマス
クであり、従来の通常のフォトマスクに比べて、飛躍的
に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度
向上効果を持つ。さらに、この位相シフト技術の中でも
方式がいくつかに分かれており、その内の一つとしてハ
ーフトーン位相シフトマスクがある。ハーフトーン位相
シフトマスクは、半透明性層にパターンエッジでの透過
光の位相反転作用およびパターン内部での遮光の役割を
持たせることによって、透過光強度のエッジ形状を急峻
にして解像性や焦点深度特性を向上させると共に、マス
クパターンを忠実にウェハー上に転写する効果を持つも
のである。尚、フォトマスクの一種であり、ステッパー
に装填して使用され、露光転写により形成するパターン
寸法を所定倍率に拡大して転写用パターンを形成してあ
るフォトマスクのことを従前よりレチクルと称している
が、本発明に係る位相シフトマスクの分野においても、
これをレチクル（又は位相シフトレチクル）と称し、広
義の位相シフトマスクに含めることにする。

【０００３】従来のハーフトーン位相シフトマスクおよ
びマスクブランクの構造を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。
図２（ａ）は単層ハーフトーン位相シフトマスクと称す
るマスクの構造を示す断面図であり、図２（ｂ）はそれ
に用いるマスクブランクの構造を示す断面図である。そ
の構造は、透明基板１１上に半透明性層１２が設けられ
ている。一般に半透明性層１２は位相シフト層であっ
て、これを垂直に透過する光に対して透過前後で１８０
°に相当する位相反転を生じるように膜厚および屈折率
を設定してある。また該半透明性層の光学透過率は通常
５〜２０％の範囲内であってわずかに光が透過するが、
該マスクを用いてウェハー上にパターン露光転写した際
にパターン内部が解像しない程度の透過率である。また
図２（ｃ）は２層ハーフトーン位相シフトマスクの構造
を示す断面図であり、図２（ｄ）はそれに用いるマスク
ブランクの構造を示す断面図である。その構造は、透明
基板１１上に透明位相シフト層１３と透過率調整層１４
とがこの順に設けられている。該透明位相シフト層１３
は透明であって、垂直透過光が１８０°位相反転するよ
うな膜厚および屈折率に設定してある。また、該透過率
調整層１４の透過率は通常５〜２０％の範囲内であっ
て、前記と同様に露光転写時に解像しない程度の遮光性
を有している。

【０００４】ハーフトーン位相シフトマスクの条件とし
ては、以下の条件が存在する。まず第一の条件は、パタ
ーン膜の透過光の位相反転量が一般的には１８０°（露
光時に実用上充分な位相シフト量を得る為の位相反転量
の許容範囲値は１８０±１０°）になっていることが挙
げられる。第二の条件として、パターン膜の透過率が少
なくとも被露光物のレジストプロセス（例えば、半導体
集積回路製造工程におけるウェハーのレジストプロセ
ス。）の露光条件の範囲内である必要から、一般には５
〜２０％以内になっていることが挙げられる。なお、位
相反転量が１８０°であるための条件は、光学薄膜理論
から明らかなように、次の（式１）で求められる。

【０００５】

【数１】

【０００６】また、透過率は膜厚と膜の屈折率と減衰係
数とから決まる。従ってハーフトーン位相シフトマスク
の製造工程では、特に膜の製造工程がハーフトーン位相
シフトマスクの性能を決める重要な要素となる。

【０００７】該透明基板１１の材料としては一般に合成
石英基板が用いられる。該半透明性層１２および透過率
調整層１４の材料としては、通常は酸化クロム（ＣｒＯ
_X）、酸化窒化モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉＯＮ）
のような金属酸化物あるいは金属窒化物が用いられるこ
とが多い。また透明位相シフト層１３の材料としては、
透明性の高い二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂Ｏ₃）あるいはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ
₂）のようなガラス・セラミック材料や、有機ＳＯＧ
（スピンオングラス）のような有機系材料も用いられ
る。

【０００８】前記の構造は単純なものであるが、実際に
はその製造方法や露光転写時において問題を有してお
り、その問題とは以下の通りになる。

【０００９】第１に、ウェハー露光条件に大きな制限が
課せられるという問題があり、その理由を次に示す。図
２（ａ）の単層位相シフトマスクは最も構造が単純な型
であるが、該半透明性層１２の透過率については、膜が
均一であることによって半導体ウェハー露光転写条件で
の大きな制限が加わる。すなわち、ウェハーに露光する
際の露光量設定において、通常のフォトマスクを用いた
場合はパターンが完全な遮光性を有しているから、ウェ
ハーでの露光条件にはマスクによる制限は全くなく、１
ショットあたりの露光量を大きくしてコントラストを上
げ、スループットを向上することが自由に可能であっ
た。しかし、該単層ハーフトーン位相シフトマスクの場
合は膜が半透明性層のみであるためパターンに完全な遮
光性がない。そのため露光量を大きくすると、パターン
内部の本来遮光すべき部分から光が透過して、ウェハー
上のレジストパターンが露光され解像してしまうことが
あり、これを防ぐためには、露光量の上限を大幅に狭め
る等の露光条件への大きな制限を課さなければならず、
レジスト寸法が変化したり、露光量不足による解像不良
が生じたり、スループットが低下する等の問題があっ
た。

【００１０】第２に、マスクブランク製造上の問題とし
て、ハーフトーン位相シフト層の光学特性の制御が著し
く困難であることが挙げられる。単層ハーフトーン位相
シフトマスクに求められる条件として、該半透明性層の
みで１８０°の位相差と所定の透過率とを同時に満足し
ていなければならない。前記（式１）で示したように、
位相差は膜厚と膜の光学定数とが関係する量であり、一
方透過率も膜厚と光学定数にも関係するから、位相差と
透過率という二つの要求特性を同時に満足するのは容易
ではない。このためには膜の光学定数すなわち屈折率お
よび減衰係数を両方独立に制御する必要があるが、実際
には膜の光学定数は成膜段階での材料の組成により決ま
るので、成膜時の反応ガス条件や圧力・温度などの制御
によっても殆どの場合屈折率と減衰係数とが連動して変
化してしまうことになり、これらを自由に制御して製造
することは非常に困難であった。さらに、膜厚も位相差
と透過率とを同時に満足するためにはかなり狭い範囲で
の制御を要求されていた。すなわち、膜厚が位相差だけ
で決まるならば、制御範囲は位相差１８０°に対して±
１０°の範囲内にあればよいが、透過率が例えば±１％
の範囲内を要求された場合は位相差の要求範囲と重なる
膜厚範囲しか許されず、より大きく限定され、場合によ
っては位相差と透過率との両方を満足する膜厚範囲が得
られないこともあった。。

【００１１】図２（ｃ）の２層ハーフトーン位相シフト
マスクの場合も前記とまったく同様に、パターンの遮光
性が不完全であるために露光条件が大きく制限されてし
まうという問題があった。また、この構造の場合も該透
明位相シフト層と該透過率調整層との２層構造におい
て、１８０°の位相差と所定の透過率とを同時に満足し
なければならないが、前記単層型の場合と同様の理由で
そのような制御は非常に困難であり、しかもそれぞれの
層を個別に制御しなければならないため単層の場合より
も複雑な成膜工程の制御が要求されていた。

【００１２】第３に、２層型ハーフトーンの場合には製
造工程上の工程数の多さが挙げられる。すなわちパター
ニング工程において、該透過率調整層１４のエッチング
と該透明位相シフト層１３のエッチングとはエッチング
条件が全く異なるため、エッチングを少なくとも２回以
上に分けて行う必要があった。

【００１３】このように従来のハーフトーン位相シフト
マスクは、単純な構成であってもその製造条件が極めて
困難であって、しかもウェハー工程での露光条件を制限
してしまうという問題点があった。しかし、前記のよう
な問題点に対する一つの解決策として、例えば特開平６
−２３０５５６号公報に示される提案がなされている。
これは通常の遮光膜に開口パターンが形成され、その開
口パターンの周囲部分の遮光膜について半透過する程度
の厚さにハーフエッチングを行い、その上に透明位相シ
フト層を設けることにより、該開口パターン部において
位相シフト効果が得られ、かつそれ以外の部分は完全に
遮光されるようにしたものである。

【００１４】しかしながら我々の検討によれば、この提
案にも次のような問題点が考えられる。その問題点と
は、・第１に、遮光層のハーフエッチングを行い、続いて位
相シフト層のエッチング、さらに遮光層のエッチング、
という少なくとも３回以上のエッチング工程が必要であ
り工程数が増え、しかも複雑化すること、・第２に、透明位相シフト層のパターニング工程は、下
層のパターンに位置合わせをした電子線重ね合わせ描画
を行う必要があるが、これは従来の（位相シフト技術を
用いない）通常のフォトマスクあるいはハーフトーン位
相シフトマスクの製造では行わない特殊な工程であり、
高度な技術と専用の描画装置を必要とする工程であるこ
と、・第３に、遮光膜を半透明膜にするためのハーフエッチ
ング工程は、わずかなオーバーエッチングも許されない
非常に精密なエッチング制御が必要であり、生産ライン
上で高生産性のもとに安定して行うことは、技術的に非
常に困難であること、・第４に、半透明膜の透過率に関して、位相シフト技術
による露光時に、被露光物（例えばシリコンウェハー）
上のレジストを解像させない程度に小さくなければな
らず、従来のハーフトーン位相シフトマスクと同様な制
限があったこと、である。これらの問題点により、簡単
な工程でありしかも前記ハーフトーン位相シフトマスク
の問題点を解決する、ということは至極困難といえる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の技
術の問題点に着目してなされたものであり、その目的と
するのは、従来の技術による以上の位相シフト効果が得
られ、しかも位相シフトマスクを用いた露光を行う際の
露光条件に係る多大な制約を解消できる位相シフトマス
クと、位相シフトマスクの製造に際して高生産性でしか
も容易に製造可能なマスクブランクと、そしてこの位相
シフトマスクを高生産性でしかも容易に製造可能とする
製造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が提供する手段とは、すなわち請求項１に示す
ように、（イ）透明基板上に半透明性パターンと遮光性
パターン、あるいは透明基板上に遮光性パターンと半透
明性パターンとがこれらの順に設けてあること、（ロ）
該遮光性パターンが少なくとも該半透明性パターンのエ
ッジ部を遮蔽しない大きさであること、以上、（イ）及
び（ロ）を具備することを特徴とする位相シフトマスク
である。

【００１７】あるいは請求項２に示すように、（ハ）透
明基板上に半透明性層と遮光層、あるいは透明基板上に
遮光層と半透明性層とがこれらの順に設けてあること、
（ニ）該遮光層は、該半透明性層と同一のエッチング種
の適用が可能であり且つ該エッチング種に対して該半透
明性層よりもエッチング速度が大きいこと、以上、
（ハ）及び（ニ）を具備することを特徴とするマスクブ
ランクである。

【００１８】そして好ましくは請求項３に示すように、
（ホ）前記半透明性層は、該半透明性層領域を透過する
第一の透過光が入射前後の位相変化量が１８０±１０°
の範囲内にある層であること、（ヘ）該半透明性層の光
透過率が５％以上であること、以上、（ホ）及び（ヘ）
を具備することを特徴とする請求項２に記載のマスクブ
ランクである。

【００１９】それから請求項４に示すように、（ト）請
求項２又は３のいずれかに記載のマスクブランクを用い
て、該マスクブランク上に電子線レジストを塗布し、電
子線描画を行った後に現像を行うレジストパターン形成
工程、（チ）次いで、前記遮光層と半透明性層とのパタ
ーニングを請求項２に記載のエッチング種を用いて行う
エッチング工程、（リ）しかる後に、電子線レジストを
剥離する工程、以上、（ト）（チ）及び（リ）を具備す
ることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法であ
る。

【００２０】あるいは請求項５に示すように、（ヌ）透
明基板上に半透明性層と遮光層、あるいは透明基板上に
遮光層と半透明性層とがこれらの順に設ける成膜工程、
（ル）該半透明性層か遮光層のうちの表面側にある層上
に電子線レジストを塗布し、電子線描画を行った後に現
像を行うレジストパターン形成工程、（ヲ）次いで、該
半透明性層と遮光層のパターニングを行うが、遮光層の
パターニングに用いるエッチンク種には、遮光層に対す
るエッチング速度が半透明性層に対する場合と比較して
大きいエッチング種を使用するエッチング工程、以上、
（ヌ）（ル）及び（ヲ）を具備することを特徴とする位
相シフトマスクの製造方法である。

【００２１】または請求項６に示すように、（ワ）透明
基板上に半透明性層と遮光層、あるいは透明基板上に遮
光層と半透明性層とをこれらの順に設け、このとき該遮
光層の材料には、該半透明性層と同一のエッチング種が
適用可能であり且つ該エッチング種に対して該半透明性
層よりもエッチング速度が大きい材料を用いる成膜工
程、（カ）該半透明性層か遮光層のうちの表面側にある
層上に電子線レジストを塗布し、電子線描画を行った後
に現像を行うレジストパターン形成工程、（ヨ）次い
で、遮光層と半透明性層とのパターニングを該エッチン
グ種を用いて行うエッチング工程、以上、（ワ）（カ）
及び（ヨ）を具備することを特徴とする位相シフトマス
クの製造方法である。

【００２２】なお前記のように、遮光層の材料として、
該半透明性層と同一のエッチング種の適用が可能であり
且つ該エッチング種に対して該半透明性層よりもエッチ
ング速度が大きい材料を使用し、しかも遮光層のパター
ニングと半透明性層のパターニングに際して、これらを
一度に当該エッチング種を用いてエッチングすることに
より、それらのエッチング速度が違うことから、半透明
性層がエッチングマスクの開口部に相当する部分から僅
かずつエッチングされる間に、遮光層の方は進行方向が
主として基板面に垂直方向のみならず横方向（あるいは
斜め方向にも）次々にエッチングが進行してしまう。そ
の結果、半透明性層はエッチングマスクの開口部に相当
する部分のみがエッチングされた状態で、一方の遮光層
の方はエッチングマスクの開口部に相当する部分から横
方向に広がった領域がエッチングされることになる。こ
のため、遮光層と半透明性層とを同じエッチング種を使
用して一度にパターニングすることが出来る。

【００２３】以下、添付図面を参照して本発明をさらに
詳述する。図１（ａ）、図１（ａ’）は本発明によるハ
ーフトーン位相シフトマスクに用いるマスクブランクの
構成を示した図である。その構成は、図１（ａ）におい
ては透明基板１上の全面に半透明性層２と遮光層３とが
この順に設けてある。図１（ａ’）においては透明基板
１上の全面に遮光層３と半透明性層２とがこの順に設け
てある。なお、該半透明性層２の膜厚は所定の位相差範
囲内（一般に１８０±１０°）となるように決定され
る。位相差が１８０°のときの膜厚は前記（１式）を用
いて計算でき、膜厚範囲は次の（式２）で計算される。

【００２４】

【数２】

【００２５】透過率の場合は、前記従来の場合のように
厳密に制御されなくともよく、５％以上の半透明性を持
てばよい。すなわち、位相差と膜の屈折率とから求めら
れた膜厚にすればよい。

【００２６】一方、該遮光層３の膜厚は半透明性層と併
せた２層の透過率が充分な遮光性を持つように、例えば
１％未満の透過率となるような膜厚に設定すればよい。
実際には遮光層の材料自体が純金属あるいは金属の組成
比が大きい金属化合物であれば、かなり薄くとも単独で
充分な遮光性を持つので、遮光層の膜厚に関する制限は
ほとんどないと言える。

【００２７】そして、該半透明性層の材料としては、露
光波長領域において半透明性を有する金属化合物、例え
ば酸化クロム（ＣｒＯ_X）や酸化窒化モリブデンシリサ
イド（ＭｏＳｉＯＮ）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、
酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）、酸化タングステン（ＷＯ₂）、
酸化チタン（Ｔｉ₂Ｏ₃）等を用いることができる。

【００２８】また、遮光層の材料としては、露光波長領
域において充分な遮光性を有する金属あるいは金属化合
物、例えばクロムやモリブデンシリサイド、タンタル、
タングステン、モリブデン等を用いることができる。但
し、該半透明性層と該遮光層の材料の組み合わせは、同
じエッチング液またはエッチングガスで両方の膜ともエ
ッチングが可能で、かつ遮光層のエッチング速度が半透
明性層のそれよりも大きいような材料の組み合わせとす
る。

【００２９】このような組み合わせは、基本的には同種
金属の純金属と金属酸化物の組み合わせ、あるいは金属
化合物の組成比を変化させたものの組み合わせが適する
場合が多い。例えば、従来のマスクブランクは純クロム
と酸化クロムの２層構造であり、この２層のエッチング
速度は同じになるようにしてあるが、成膜時に窒素添加
したり、酸化度を変えたり、圧力を制御することによっ
てエッチング速度が変化することがわかっており、これ
を利用して逆にエッチング速度を異ならせることができ
る。また、異種金属化合物（例えば、酸化クロムとタン
グステン、あるいは酸化チタンとモリブデン、等。）の
ような組み合わせでも同一のエッチング液を用いてエッ
チングすることができ、これらの場合には一般にエッチ
ング速度が異なる。また、エッチング速度は、エッチン
グ液またはエッチングガスの組成・材料等によっても変
化し、また該半透明性層や該遮光層の膜厚比によっても
変化するため、ある程度調整することが可能である。但
し、上記の材料はこれらに限定されるものではなく、半
透明性あるいは遮光性について充分な性能を持つもので
あって、かつエッチング特性において上記の条件に適合
するものであればよい。

【００３０】次に、図１（ｂ）、図１（ｂ’）に本発明
によるハーフトーン位相シフトマスクの構成を示した。
その構成は、図１（ｂ）は透明基板１上に半透明性層パ
ターン２’と遮光層パターン３’とがこの順に設けら
れ、開口部４を設けてある。遮光層パターン３’はその
下の半透明性層パターン２’よりもパターンエッジが後
退して開口部が広がっている。また遮光層パターンのエ
ッジ部と半透明性層パターンのエッジ部との距離Ｌ１は
パターンのどの部分でも同じである。図１（ｂ’）は透
明基板１上に遮光層パターン３’と半透明性層パターン
２’とがこの順に設けられ、開口部４を設けてある。

【００３１】図１（ｃ）は図１（ｂ）あるいは図１
（ｂ’）のパターンを上から見た図であり、遮光層パタ
ーン３”の開口部に沿って内側に半透明性層パターン
２”があり、その内側に開口部４が形成されていること
を示す。

【００３２】図１（ｃ）のような構成のマスクを用いて
ウェハー上にパターンを露光転写した場合、該半透明性
層パターン２”が１８０°の位相反転作用を持つため、
露光時の透過光はパターンエッジ部を境界として位相が
急峻に１８０°反転する。これにより、半透明性層パタ
ーン部分でハーフトーン位相シフト効果による光強度コ
ントラストの向上効果および焦点深度の向上効果が生じ
る。一方、遮光層パターン３”は充分な遮光性を持つた
め露光による光もれはなく、マスクパターンに忠実なパ
ターンが得られる。

【００３３】図３（ａ）に図１（ｂ）の構成のマスクパ
ターンの製造工程を示した。まず該マスクブランク上に
電子線レジスト層５を設け、所定の電子線リソグラフィ
を行ってレジストパターンを得たことを示す。次にエッ
チングを行うが、このとき遮光層３のエッチングに続
き、半透明性層２のエッチングと遮光層３のサイドエッ
チングとが同時に起きる。これは遮光層のエッチング速
度を半透明性層のそれに比べ著しく大きくしているため
に起きる現象である。実際にこのような現象は同種の金
属および金属化合物の２層構造である多くのマスクブラ
ンクにおいて見られる現象であり、通常は好ましくない
ためエッチング速度が同一になるように膜の組成比やエ
ッチング条件を調整する。しかし本発明の場合はこれを
逆にエッチング速度が大きくなるように調整する。そし
て、最後にレジストを剥離して所望のマスクを得る。

【００３４】図３（ｂ）に図１（ｂ’）の構成のマスク
パターンの製造工程を示した。これは、まず該マスクブ
ランク上に電子線レジスト層５を設け、所定の電子線リ
ソグラフィを行ってレジストパターンを得たことを示し
たものである。次いでエッチングを行うが、このとき半
透明性層２のエッチングに続き、遮光層３のエッチング
およびサイドエッチングが起きる。これは前記の通り、
遮光層のエッチング速度を半透明性層のそれに比べ著し
く大きくしているために起きる現象である。そして、最
後にレジストを剥離して所望のマスクを得る。

【００３５】

【作用】前記従来技術の項で述べたように、従来の構造
のハーフトーン位相シフトマスクは、図２（ａ）および
（ｃ）のいずれの構造によっても、前記のウェハー露光
条件における露光量に大きな制限が加わるという問題点
があった。またマスクの製造工程において、位相シフト
部の位相差と透過率を同時に制御することが極めて困難
であった。さらに２層ハーフトーン位相シフトマスクの
場合は少なくとも２回以上のエッチング工程が必要であ
り工程が増加するという問題があった。これに対し本発
明のハーフトーン位相シフトマスクは、パターンエッジ
近傍が半透明性層となっておりハーフトーン位相シフト
効果が得られるので、露光転写時に従来と同等以上の解
像度や焦点深度に関する向上効果が得られる。しかもパ
ターン内部では充分な遮光性が得られるため、前記のよ
うな露光条件の制限がなく、大きな露光量でも許容され
る。さらに、マスクブランクの製造において、半透明性
層は位相差だけが正確に制御されてあればよく、透過率
はある程度の透過性があればよい。すなわち、従来のよ
うにウェハー上のレジストが感光しない程度の透過率に
制限する必要がない。従って製造条件における許容範囲
が従来より拡大する。遮光層は単に遮光性があればよ
く、位相差や光学定数を制御する必要がない。従って製
造は極めて簡単になる。パターン形成の際のエッチング
工程は、１回のエッチングで遮光層と半透明性層のエッ
チングを行うためこれも工程が簡単にできる。

【００３６】上記の位相シフト効果について、シミュレ
ーションを用いて確認した例を示す。図４（ａ１）は図
１（ｃ）に示したものと同じパターンであり、光強度分
布シミュレーションによってこのパターンによる露光転
写時の光強度分布を求めた結果を図４（ａ２）に示し
た。なお、図４（ａ２）は図４（ａ１）のｘ１−ｘ２間
を結ぶ部分の光強度分布図である。ここで、シミュレー
ション条件条件としては、開口パターン４は開口部寸法
が０．６μｍ角のコンタクトホールパターンであり、周
囲の半透明パターン２”の幅は０．３μｍとし、透過率
は２５％とした。また、遮光パターン３”の透過率は０
％、開口部は１００％である。尚、露光条件はまず波長
３６５ｎｍ（ｉ線）、開口数０．４２、コヒーレンス度
０．３、そして焦点誤差は０μｍ，１μｍ，２μｍの３
種類、としてある。その結果、図４（ａ２）に示すよう
に、３種類の焦点誤差による３本の光強度分布プロファ
イルは、光強度ピーク値が最大となるのが焦点誤差０μ
ｍ(i) の場合で、以下焦点誤差１μｍ(ii)，同２μｍ(i
ii) となるに従いピーク値は小さくなっている。

【００３７】さて、結果の比較のために、図４（ｂ１）
には従来の構造の単層ハーフトーン位相シフトパターン
（透過率９％）を示し、そして図４（ｂ２）にその光強
度分布断面図（ｘ３−ｘ４間を結ぶ部分）を示した。さ
らに図４（ｃ１）に通常のフォトマスクパターンの場合
のパターン（透過率０％）を示し、図４（ｃ２）にその
光強度分布断面図（ｘ５−ｘ６間を結ぶ部分）を示し
た。露光条件は上記と同一としてある。なお、これらの
光強度分布図は、比較のためそれぞれの光強度最大値
（焦点誤差０のときのピーク値に相当）を１にとって規
格化してある。

【００３８】この結果を見ると、焦点誤差を大きくした
ときの光強度ピーク値の変化は、図４（ａ２）と図４
（ｂ２）ではほぼ同じ程度であり、また図４（ｃ２）で
はそれより低下の度合いが大きいことがわかる。すなわ
ち、図４（ａ１）に示す本発明の構造と図４（ｂ１）の
従来ハーフトーン位相シフトとは焦点深度特性が同等と
見られ、図４（ｃ１）の通常のフォトマスクはそれより
劣ることが明らかになった。また、解像度については、
パターンのコントラスト（メインピークとサブピークと
の比で表す）は図４（ａ２）のサブピークが、明らかに
図４（ｂ２）のそれよりも小さく、前者のコントラスト
が大きいことがわかる。これは、図４（ｂ２）ではメイ
ンピークに隣接した回折光によるサブピークが大きくな
っているのに対して、図４（ａ２）では片側に遮光層が
あるために回折光が小さく、サブピークが低く抑えられ
ているためで、図４（ａ２）の方が解像性に優れている
ことがわかる。それから残りの図４（ｃ２）では、焦点
誤差が大きくなるとパターンエッジが拡がり寸法制御性
が著しく劣化することがわかる。

【００３９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の製造工程
をさらに詳述する。図３（ａ）は、前記の通り図１
（ｂ）の構成のマスクパターンの形成工程を示した図で
あり、これを用いて説明する。まず合成石英ガラス基板
１上に膜厚１６６ｎｍの酸化クロム膜による半透明性層
２（屈折率２．１）をスパッタリング装置を用いて成膜
した。この層の光透過率は約１６％であった。この上に
膜厚８０ｎｍの純モリブデン膜による遮光層３を同様に
成膜した結果、該マスクブランクの光透過率はほぼ０％
であった。次に該ブランク上に電子線レジスト５（東レ
（株）製、商品名：ＥＢＲ−９００）を５００ｎｍの膜
厚に塗布し、プレベーク後電子線描画装置を用いて所定
のパターンを描画し、現像によりレジストパターンを得
た。尚、パターンは０．３５μｍ（これは５倍レチクル
上では０．３５μｍ×５＝１．７５μｍに相当）であり
コンタクトホールパターンを含んでいる。

【００４０】次にこのレジストパターンをマスクにし
て、遮光層のサイドエッチングおよび半透明性層の通常
エッチングを同時に行った。エッチング条件は、エッチ
ング液としてフェリシアン化カリウム：水酸化カリウ
ム：水＝６：１：２０の液を用いてディップエッチング
（浸漬式エッチング）を行った。これにより、遮光層の
サイドエッチ量として、半透明性層パターンエッジと遮
光層エッジとの幅が約０．５μｍが得られた。さらに、
前記電子線レジストを酸系剥離液に浸して剥離し、所望
の位相シフトレチクルが得られた。このレチクルを用い
て、ｉ線ステッパーで露光した結果、０．３５μｍのコ
ンタクトホールパターンが解像でき、焦点深度２μｍが
得られた。

【００４１】

【発明の効果】本発明により得られたハーフトーン位相
シフトマスクは、遮光パターン部においては充分な遮光
性を持ち、かつ開口パターン部についてはハーフトーン
位相シフト効果と開口パターン部周辺の遮光パターンの
遮光効果によって非常に優れた解像性と焦点深度特性を
持つ。しかも従来の通常のフォトマスクは勿論のこと、
従来のハーフトーン位相シフトマスクと比較しても優れ
た解像性を持たせることが出来た。さらには、従来の技
術に係るハーフトーンの欠点であった露光条件（代表例
としてはウェハーへの露光）に係る制約を解消すること
が出来、またマスクブランクの製造においても、光学特
性の制御条件を従来の技術に係る場合と比較して緩和す
ることができた。そして、位相シフトマスクの製造工程
においても、エッチング工程を簡略化することが出来、
重ね合わせ描画やハーフエッチングのような困難な技術
を用いる必要がなく、スループットの改善とコストの低
減とが可能となった。

【００４２】つまるところ、従来の技術による以上の位
相シフト効果が得られ、しかも位相シフトマスクを用い
た露光を行う際の露光条件に係る多大な制約を解消でき
る位相シフトマスクと、位相シフトマスクの製造に際し
て高生産性でしかも容易に製造可能なマスクブランク
と、そしてこの位相シフトマスクを高生産性でしかも容
易に製造可能とする製造方法をそれぞれ提供することが
出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる位相シフトマスクおよびマスク
ブランクの一実施例について、断面図（（ａ），
（ｂ），（a'），（b'））又は平面図（（ｃ））を用い
てそれらの構造を模式的に示した説明図である。
（ａ）〜（ｃ）

【図２】従来の技術に係る（ハーフトーン）位相シフト
マスクおよびマスクブランクの一例について、断面図を
用いてそれらの構造を模式的に示した説明図である。
（ａ）〜（ｄ）

【図３】本発明に係わる位相シフトマスクの製造方法の
一実施例について、断面図を用いてその工程を模式的に
示した説明図である。（ａ）、（ｂ）

【図４】本発明に係わる位相シフトマスク(a )、並びに
従来の位相シフトマスク(b )と通常のフォトマスク(c )
の各一例について、それぞれの効果を光強度分布シミュ
レーションにより求めた結果を示した説明図である。（a1）、（b1）、（c1）開口パターン一帯の平面図（a2）、（b2）、（c2）各場所の光強度分布シミュレ
ーション結果

【符合の説明】

１・・・透明基板２・・・半透明性層 2',2" ・・・半透明性層パターン３・・・遮光層 3',3" ・・・遮光層パターン４・・・開口部５・・・電子線レジスト１１・・・透明基板１２・・・半透明性層パターン１2'・・・半透明性層１３・・・透明位相シフト層パターン１3'・・・透明位相シフト層１４・・・透過率調整層パターン１4'・・・透過率調整層 (i) ・・・焦点誤差０μｍ (ii)・・・焦点誤差１μｍ (iii) ・・・焦点誤差２μｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）透明基板上に半透明性パターンと遮
光性パターン、あるいは透明基板上に遮光性パターンと
半透明性パターンとがこれらの順に設けてあること、
（ロ）該遮光性パターンが少なくとも該半透明性パター
ンのエッジ部を遮光しない大きさであること、以上、
（イ）及び（ロ）を具備することを特徴とする位相シフ
トマスク。
【請求項２】（ハ）透明基板上に半透明性層と遮光層、
あるいは透明基板上に遮光層と半透明性層とがこれらの
順に設けてあること、（ニ）該遮光層は、該半透明性層
と同一のエッチング種の適用が可能であり且つ該エッチ
ング種に対して該半透明性層よりもエッチング速度が大
きいこと、以上、（ハ）及び（ニ）を具備することを特
徴とするマスクブランク。
【請求項３】（ホ）前記半透明性層は、該半透明性層領
域を透過する第一の透過光が入射前後の位相変化量が１
８０±１０°の範囲内にある層であること、（ヘ）該半
透明性層の光透過率が５％以上であること、以上、
（ホ）及び（ヘ）を具備することを特徴とする請求項２
に記載のマスクブランク。
【請求項４】（ト）請求項２に記載のマスクブランクに
対して、半透明性層か遮光層のいずれか表面側にある層
上に電子線レジストを塗布し、電子線描画を行った後に
現像を行うレジストパターン形成工程、（チ）次いで、
前記遮光層と半透明性層とのパターニングを請求項２に
記載のエッチング種を用いて行うエッチング工程、
（リ）しかる後に、電子線レジストを剥離する工程、以
上、（ト）（チ）及び（リ）を具備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５】（ヌ）透明基板上に半透明性層と遮光層、
あるいは透明基板上に遮光層と半透明性層とのいずれか
をこれらの順に設ける成膜工程、（ル）該半透明性層か
遮光層のうちの表面側にある層上に電子線レジストを塗
布し、電子線描画を行った後に現像を行うレジストパタ
ーン形成工程、（ヲ）次いで、該半透明性層と遮光層の
パターニングを行うが、遮光層のパターニングに用いる
エッチンク種には、遮光層に対するエッチング速度が半
透明性層に対する場合と比較して大きいエッチング種を
使用するエッチング工程、以上、（ヌ）（ル）及び
（ヲ）を具備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６】（ワ）透明基板上に半透明性層と遮光層、
あるいは透明基板上に遮光層と半透明性層とをこれらの
順に設け、このとき該遮光層の材料には、該半透明性層
と同一のエッチング種が適用可能であり且つ該エッチン
グ種に対して該半透明性層よりもエッチング速度が大き
い材料を用いる成膜工程、（カ）該半透明性層か遮光層
のうちの表面側にある層上に電子線レジストを塗布し、
電子線描画を行った後に現像を行うレジストパターン形
成工程、（ヨ）次いで、遮光層と半透明性層とのパター
ニングを該エッチング種を用いて行うエッチング工程、
以上、（ワ）（カ）及び（ヨ）を具備することを特徴と
する位相シフトマスクの製造方法。