JPH08328235A

JPH08328235A - フォトマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08328235A
Application number: JP13383595A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kobayashi; 慎司小林; Masafumi Inoue; 雅史井上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-13
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3177404B2; US5700606A

Abstract

(57)【要約】【構成】透明基板１上に、ハーフトーン膜２によって
パターンが形成されており、透過光のサイドローブが発
生する位置に対応する箇所の少なくとも一部に遮光膜３
が形成されている。【効果】不要パターンの転写を防止し、且つ、ハーフ
トーンマスク本来の光コントラストを維持することを可
能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトマスク、特にハ
ーフトーンマスクの構造及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、縮小投影露光において、ウエハ上
のレジストパターンの解像度、焦点深度を向上させる手
法として、フォトマスク上の隣接する開口部の一方に透
過光の位相を１８０°反転させる透明膜（以下、「シフ
タ」とする。）を配置すれば良いことが知られている。
この技術において、問題点の一つであるシフタデータの
作成を不要とする技術として、従来パターンを形成する
ための遮光部に半透明膜（以下、「ハーフトーン膜」と
する。）を用い、開口部の光に対して、ハーフトーン膜
からの若干の漏れ光（一般的に６〜１０％）を１８０°
位相反転することにより、位相シフト効果を得るフォト
マスク（以下、「ハーフトーンマスク」）が特開平４−
１３６８５４号公報に開示されている。

【０００３】このハーフトーンマスクは、当初クロム／
ＳｉＯ₂（ＳＯＧ等）の二層構造であり、クロムの膜厚
を薄くすることにより透過率を、また、ＳｉＯ₂の膜厚
及び屈折率を調整すること（膜厚ｄ＝λ／（２ｎ−
２）、ｎ：屈折率、λ：露光光の波長）により、位相差
を制御していた。

【０００４】しかし、ＳｉＯ₂が非金属材料でレーザー
に熱吸収がないため、従来のクロムパターンの欠陥修正
と同様のレーザーザッピングがＳｉＯ₂パターンの欠陥
修正に適用できないという位相シフト法本来の問題点が
残っていた。この問題を解決する手段として、シフタの
代替材料が検討され、例えば、特開平４−３３５５２３
号公報に示されている、ＭｏＳｉ等を酸窒化した膜を採
用することにより、従来のレーザーザッピングが欠陥修
正工程に適用可能となった。また、ＭｏＳｉ等を酸窒化
した膜は反応性スパッタ条件によって酸素や窒素の含有
率の制御ができるため、単層膜で透過率及び位相差を同
時に満足することを可能とした。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハーフ
トーンマスクは遮光部が若干の透過率を有する半透明膜
で、このハーフトーンマスクを用いて、例えばウエハ上
にパターンを転写する場合、ウエハ上で１次回折光と半
透明膜からの漏れ光が同位相で振幅合成される位置にお
いてサイドローブが発生する。このサイドローブ強度
は、図９に示すように、ハーフトーン膜の透過率（図中
においてＴで示す。）に依存し、透過率が大きくなると
サイドローブ強度も大きくなるという相関関係にある。
尚、図９では、波長が３６５ｎｍの光を用い、ＮＡ＝
０．４２、コヒーレンスδ＝０．３の条件下で、透過率
Ｔを０％、４％、８％、１６％、３６％と上げて行く場
合を示している。サイドローブ強度がレジスト感度に到
達すると、不要なパターンが転写される。例えば、図６
に示す孤立コンタクトホールパターンの場合、コンタク
トホール１３の周囲に同心円状のリングパターン１４が
転写される。ハーフトーン膜の透過率設定は光コントラ
ストの観点では、レジスト感度を考慮して遮光部のレジ
スト膜厚を確保することを絶対条件として、高いほど望
ましい。

【０００６】しかし、現状では、上記不要パターンの転
写防止に制約され、不要パターンが発生しない透過率に
設定せざるを得ない状況にある。また、パターンレイア
ウトによっては、複数のサイドローブが重畳し（図６
（ａ）、７（ａ））、孤立パターンと比較し、サイドロ
ーブ強度が更に大きくなる（図６（ｃ）、図７
（ｃ））。このため、不要パターンの転写を防ぐために
は、上記孤立パターンの場合と比較して更にハーフトー
ン膜の透過率を低下させる必要がある。

【０００７】尚、図６（ａ）は、従来技術における、コ
ンタクトホールを１つ配置した場合の、マスクパターン
とサイドローブ位置との関係を示す図であり、同（ｂ）
は、同（ａ）のマスクパターンを用いた場合の転写パタ
ーンを示し、同（ｃ）は、同（ａ）のマスクパターンを
用いた場合のウエハー上の光強度分布を示す。また、図
７（ａ）は、従来技術における、コンタクトホールを２
つ配置した場合の、マスクパターンとサイドローブ位置
との関係を示す図であり、同（ｂ）は、同（ａ）のマス
クパターンを用いた場合の転写パターンを示し、同
（ｃ）は、同（ａ）のマスクパターンを用い、コンタク
トホールを５行１列で配置し、光強度を検出した場合の
ウエハー上の光強度分布を示す。更に、図８（ａ）は、
従来技術における、コンタクトホールを４つ配置した場
合の、マスクパターンとサイドローブ位置との関係を示
す図であり、同（ｂ）は、同（ａ）のマスクパターンを
用いた場合の転写パターンを示し、同（ｃ）は、同
（ａ）のマスクパターンを用い、コンタクトホールを５
行５列で配置し、光強度を検出した場合のウエハー上の
光強度分布を示す。図６乃至図８において、１１はマス
ク上のコンタクトホールパターン、１２はサイドローブ
位置、１３はウエハ上のコンタクトホールパターン、１
４はウエハ上に転写された不要なパターン、１５はコン
タクトホールパターンの光強度、１６はサイドローブの
光強度を示す。

【０００８】また、透過率の制御以外で不要パターンの
防止を図る手法として、マスクバイアスがある。これ
は、例えば、コンタクトホールパターンの場合、マスク
バイアスを大きくすると転写時の最適露光量が小さくな
るため、サイドローブ強度は低下する。この手法によれ
ば、不要パターンの転写を確実に防止できるが、同時に
光コントラストも低下する。

【０００９】以上のように、透過率制御や、マスクバイ
アス制御による不要パターンの転写防止は、ハーフトー
ンマスク本来の性能（高い光コントラスト）を犠牲にし
て成り立つものであり、根本的解決策にはなっていな
い。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑み、ハーフトー
ンマスクの特性であるウエハ上の焦点深度を向上させる
手段を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
フォトマスクは、透明基板上に、半透明膜によってパタ
ーンが形成されているフォトマスクにおいて、透過光の
１次回折光が転写される位置に対応する箇所の少なくと
も一部に遮光膜が形成されていることを特徴とするもの
である。

【００１２】また、請求項２記載の本発明のフォトマス
クの製造方法は、透明基板上に半透明膜、遮光膜及びレ
ジスト膜を順次形成する工程と、上記透明基板上に上記
半透明膜のみが存在する第１のエリア上の上記レジスト
膜を、上記遮光膜及び上記半透明膜が存在する第２のエ
リアよりも薄くする工程と、第１のエリア内に半透明膜
のパターンを形成するために上記レジスト膜をパターニ
ングし、該レジスト膜のパターンをマスクに遮光膜及び
半透明膜を除去する工程と、第１のレジスト膜の膜厚差
を利用し、第１のエリア上のレジスト膜のみを完全に除
去し、第２のエリア上のレジスト膜をマスクとして遮光
膜を除去する工程とを有することを特徴とする、請求項
１記載のフォトマスクの製造方法である。

【００１３】

【作用】上記遮光膜を用いることにより、サイドローブ
強度を低減することができ、その結果として、不要パタ
ーンの転写防止を図ることができる。また、遮光パター
ンの配置及びサイズを適正化し、サイドローブ強度を調
節することにより、光コントラストの劣化を最小限に押
えることができる。

【００１４】

【実施例】以下、一実施例に基づいて本発明について詳
細に説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施例のフォトマスクの
製造工程を示す図であり、図２（ａ）は図８における点
Ａ及び点Ｂを遮光するフォトマスクのレイアウトパター
ン、同（ｂ）は同（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図であり、
同（ｃ）は同（ａ）のフォトマスクを用いた場合のフォ
トマスクを通過した光の振幅分布を示す図であり、図３
（ａ）は図８における点Ａを遮光するフォトマスクのレ
イアウトパターン、同（ｂ）は同（ａ）におけるＹ−Ｙ
断面図であり、同（ｃ）は同（ａ）のフォトマスクを用
いた場合のフォトマスクを通過した光の振幅分布を示す
図であり、図４（ａ）は従来のハーフトーンマスクの断
面図であり、同（ｂ）は同（ａ）のマスクを用いた場合
の転写パターン、同（ｃ）は同（ａ）のマスクを用いた
場合のウエハ上の光強度分布図であり、図５（ａ）は本
発明のハーフトーンマスクの断面図であり、同（ｂ）は
同（ａ）のマスクを用いた場合の転写パターン、同
（ｃ）は同（ａ）のマスクを用いた場合のウエハ上の光
強度分布図である。図１乃至図５において、１は透明基
板、２はハーフトーン膜、３は遮光膜、４、５はレジス
ト、６は層間絶縁膜、７はゲート電極、８はソース／ド
レイン領域、９は半導体基板、１１はマスク上のコンタ
クトホールパターン、１２はサイドローブ位置、１３は
ウエハ上のコンタクトホールパターン、１４はウエハ上
に転写された不要なパターン、１５はコンタクトホール
パターンの光強度、１６はサイドローブの光強度を示
す。

【００１６】まず、以下に、不要パターンの発生位置に
ついて説明する。

【００１７】不要パターンの発生はサイドローブ強度に
依存している。つまり、サイドローブが同位相で振幅合
成する位置関係（パターンピッチ）にあり、且つ、重畳
する数が多いほど干渉後のサイドローブ強度は大きくな
り、不要パターンが発生する。

【００１８】サイドローブの発生位置は、パターンサイ
ズとパターン間のピッチ、露光条件（露光光の波長、コ
ヒーレンスファクタδ、ＮＡ（開口率）、マスクの開口
サイズ等）から算出することができ、更に、半透明膜の
透過率も加え、ウエハ上のサイドローブの光強度の大き
さを求め、この光強度とレジスト感度とから、遮光パタ
ーンの配置場所を決定すればよい。

【００１９】また、ハーフトーン膜の透過率を孤立コン
タクトホールではサイドローブによる不要パターンが発
生しない値に設定した場合、図８に示す、マスクパター
ンレイアウトではパターンピッチを大きくしていくと、
不要パターンの発生位置がＡ点からＢ点へ移り、サイド
ローブ同士が干渉し得ない距離となった時点で不要パタ
ーンが消滅する。Ａ点に不要パターンが発生している
際、周囲４個のコンタクトホールパターンのサイドロー
ブが重畳していることは明らかであり、サイドローブ強
度は最大値にある。Ａ点のサイドローブ強度最大値は、
重畳個数の差により、Ｂ点のサイドローブ強度最大値を
上回るが、Ｂ点が最大値を取るとき、Ａ点のサイドロー
ブ間の距離が大きいため、その強度はＢ点の最大値を下
回る。このため、上述のように、不要パターンの転写位
置がパターンピッチに依存し、移動することとなる。

【００２０】以上のように、不要パターンが発生するサ
イドローブ位置はマスクパターンレイアウトにより限定
されるため、クロム等で遮光することにより、このサイ
ドローブ位置をレチクル上の特定部分のみ透過率をゼロ
にすれば（図５に示す）、ハーフトーン膜透過によりサ
イドローブ強度に寄与する部分が削除されるため、サイ
ドローブ強度は減少し、不要パターンは発生しない。サ
イドローブ位置をクロム等で遮光すること自体は光コン
トラストを低下する傾向にあるが、サイドローブ強度は
レジスト感度以下になれば良いので、遮光クロムパター
ンの配置、サイズ等の条件を最適化することにより、ハ
ーフトーンマスク本来の性能を維持し、且つ、不要パタ
ーンの発生防止を図ることができる。

【００２１】また、図２において、クロムパターンの線
幅Ｗ₁が制御パラメータとなり、線幅Ｗ₁が大きくなると
位相シフト効果が減少し、小さくなると増大する。この
際、サイドローブ強度は極小値にする必要はなく、レジ
スト感度以下であれは、位相シフト効果が大きく残るよ
うに設定することが望ましい。図３に、サイドローブ強
度が最も大きくなる位置のみを遮光した例を示す。図８
のＢ点に相当する位置は遮光パターンを配置していない
が、Ｂ点のサイドローブ強度最大値がＡ点のそれの約１
／２以下であるためＡ点の遮光パターンサイズＷ₂を最
適化することにより、Ａ点よりサイドローブ強度低下率
は下回るものの、同時にＢ点の強度低下をも図ることが
できる。

【００２２】また、Ａ点はクロムパターンにより遮光
し、Ｂ点のみマスクバイアスを用いて対応するという方
法も考えられる。マスクバイアス法は、光コントラスト
の劣化を招くが、サイドローブ強度低減対象をＡ点の約
１／２であるＢ点のみに絞った場合、光コントラスト劣
化は最小限に抑えることができる。

【００２３】次に、図１を用いて、本発明の一実施例の
フォトマスクの製造工程を説明する。

【００２４】まず、透明基板１上に半透明膜（ハーフト
ーン膜）２を形成した上にクロム等の薄膜で遮光性（ク
ロムの場合、１００ｎｍで光学濃度が約３．０である。
したがって、クロムの厚さは約１００ｎｍ必要とな
る。）及び、導電性（数十Ω）を有する材料を用いてス
パッタ等により遮光膜３を成膜し、続いて、レジスト４
を約５０００Å程度塗布する（図１（ａ））。

【００２５】尚、ハーフトーン膜２としては、ＭｏＳｉ
ＯＮ、ＣｒＯＮ等の酸窒膜のほか、所定の透過率を有す
る膜であれば使用可能であり、また、膜厚は位相シフト
効果を得る厚さとする。例えば、ＭｏＳｉＯＮでは、ｉ
線ステッパ使用で、１６５ｎｍの厚さが必要となる。ま
た、必要な透過率は例えば、ｉ線で６〜８％程度であれ
ばよい。更に、遮光膜３としては、薄膜で光学濃度が約
３．０程度のものであれば使用可能である。但し、ハー
フトーン膜にＣｒＯＮ膜を用いた場合、エッチングの際
の選択比を十分に得られないため、遮光膜としてＣｒ膜
は用いられない等、ハーフトーン膜と遮光膜との組み合
わせは適宜選択する必要はある。

【００２６】また、フォトマスクの露光エリア（ステッ
パのブラインドなしの部分）は、パターニング後に遮光
膜３（／ハーフトーン膜２／透明基板１）が残る完全遮
光エリア（図１（ａ）におけるＡ領域）、所望のパター
ンがハーフトーン膜２のみで形成されているパターン形
成エリア（図１（ａ）におけるＢ領域）、遮光膜３及び
ハーフトーン膜２が除去された透光エリア（図１（ａ）
におけるＣ領域）から成る。

【００２７】次に、露光工程において、完全遮光エリア
は未露光部、パターン形成エリアは露光現像後の残膜厚
が完全遮光エリアにおける残膜厚の約１／２となるよう
に露光量を調整する（図１（ａ））。通常、完全にレジ
ストを除去し得る必要露光量の１／３程度である。一般
に、ＥＢレジストはフォトレジストと比較し、γ値（露
光量に対する、レジスト残膜の変化率）が小さいため、
この制御は技術的に十分可能である。また、透光エリア
はパターン形成エリアの露光の際、同条件で連続的に露
光し、更にレジストパターンニングに不足する露光量を
追加露光する。例えば、最初の露光で１．０μＣ／ｃｍ
²の露光量で露光し、１．８μＣ／ｃｍ²の露光量で追加
露光した。以上の露光及び現像工程により、レジスト４
は、図１（ｂ）に示す断面形状となる。この際、レジス
トの厚い所で約４２００Å程度、薄い所で約２１００Å
程度である。

【００２８】次に、遮光膜３のウエットエッチングを行
う。遮光膜３にクロムを用い、エッチャントには、硝酸
第二セリウムアンモニウムを使用した場合、下地との選
択性は十分であり、下地（ハーフトーン膜）の劣化は全
く生じない。ハーフトーン膜２の膜減りが生じた場合、
次のハーフトーン膜２のエッチングの際のエッチングの
均一性が得られず、透明基板１へのダメージが入り、好
ましくない。

【００２９】次に、ハーフトーン膜２のドライエッチン
グを行う（図１（ｃ））。この際、レジスト４と同時に
下層の遮光膜３がマスクとなるため、ドライエッチング
ガスにＣＦ₄とＯ₂とを用いた場合、ハーフトーン膜２と
マスキング材料との選択比が、マスクにレジスト４のみ
を用いた場合に比べて飛躍的に向上する。

【００３０】その後、全面にＯ₂プラズマアッシングを
行い、レジスト膜４の薄い領域のみを、完全にレジスト
除去する（図１（ｄ））。次に、再度遮光膜３のウエッ
トエッチングを行う（図１（ｅ））。尚、遮光膜３を除
去する際、下地ハーフトーン膜に膜減りが生じると位相
シフト効果が得られないので、遮光膜３のエッチングは
高い選択性が必要なので、ウエットエッチングを用い
た。

【００３１】以上の工程により、ウエハ上のレジストパ
ターンの焦点深度（ＤＯＦ）向上効果を得るために必要
なハーフトーンパターン本来の機能を維持し、且つ、デ
バイス製造上フォトマスクに必要となる遮光エリアを任
意の位置に、高い位置精度で設定できる図５に示すハー
フトーンマスクを安定して製造することができる。

【００３２】また、図１（ａ）乃至（ｅ）において形成
された、フォトマスクを用いて、図１（ｆ）に示すよう
に、コンタクトホールを形成するためのレジストパター
ンを形成することができる。尚、図１（ｆ）には、本発
明に係るフォトマスクを用いてコンタクトホールを形成
する工程の断面図を示めす。

【００３３】また、本発明の製造工程において、遮光パ
ターンとハーフトーン膜のパターンとを別々のレジスト
パターンを用いて形成することも考えられるが、この場
合、２回のレジストパターン形成工程が必要で、工程数
が増えるだけでなく、２回のレジストパターン形成時の
位置合わせが困難であり、位置合わせを行うためには、
１回目のレジストパターン形成時にアライメントマーク
も形成しておき、このアライメントマークに基づいて、
２回目のレジストパターンを形成することとなる。

【００３４】しかし、この際の位置合わせ精度よりも本
発明のようなＥＢの２回連続露光時の位置合わせ精度
（±０．００５μｍ）の方が高い。本発明は、ＥＢ露光
の特徴を利用し、簡単で制御性のよりフォトマスクの製
造方法を提供するものである。また、１つのフォトマス
クに複数のチップパターンが存在しても同様に複数のチ
ップの外側の周辺に遮光膜を存在させれば良い。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、サイドローブ強度低減に効果のある
遮光パターンをレチクル上の任意の位置に精度よく配置
することができる。この遮光パターンを最適化したハー
フトーンマスクは不要パターンの転写を防止し、且つ、
ハーフトーンマスク本来の光コントラストを維持するこ
とが可能である。パターンレイアウトに依存し、転写さ
れる不要パターンを防止することによりパターン配置が
複雑なデバイスパターンに対応することが可能となり、
ハーフトーンマスクを利用するリソグラフィ工程の量産
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフォトマスクの製造工程図
である。

【図２】（ａ）は図８における点Ａ及び点Ｂを遮光する
フォトマスクのレイアウトパターン、同（ｂ）は同
（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図であり、同（ｃ）は同
（ａ）のフォトマスクを用いた場合のフォトマスクを通
過した光の振幅分布を示す図である。

【図３】（ａ）は図８における点Ａを遮光するフォトマ
スクのレイアウトパターンを示す図、同（ｂ）は同
（ａ）におけるＹ−Ｙ断面図であり、同（ｃ）は同
（ａ）のフォトマスクを用いた場合のフォトマスクを通
過した光の振幅分布を示す図である。

【図４】（ａ）は従来のハーフトーンマスクの断面図で
あり、同（ｂ）は同（ａ）のマスクを用いた場合の転写
パターンを示す図、同（ｃ）は同（ａ）のマスクを用い
た場合のウエハ上の光強度分布図である。

【図５】（ａ）は本発明のハーフトーンマスクの断面図
であり、同（ｂ）は同（ａ）のマスクを用いた場合の転
写パターンを示す図、同（ｃ）は同（ａ）のマスクを用
いた場合のウエハ上の光強度分布図である。

【図６】（ａ）は、従来技術における、コンタクトホー
ルを１つ配置した場合の、マスクパターンとサイドロー
ブ位置との関係を示す図であり、同（ｂ）は、同（ａ）
のマスクパターンを用いた場合の転写パターンを示す図
であり、同（ｃ）は、同（ａ）のマスクパターンを用い
た場合のウエハー上の光強度分布図である。

【図７】（ａ）は、従来技術における、コンタクトホー
ルを２つ配置した場合の、マスクパターンとサイドロー
ブ位置との関係を示す図であり、同（ｂ）は、同（ａ）
のマスクパターンを用いた場合の転写パターンを示す図
であり、同（ｃ）は、同（ａ）のマスクパターンを用い
た場合のウエハー上の光強度分布図である。

【図８】（ａ）は、従来技術における、コンタクトホー
ルを４つ配置した場合の、マスクパターンとサイドロー
ブ位置との関係を示す図であり、同（ｂ）は、同（ａ）
のマスクパターンを用いた場合の転写パターンを示す図
であり、同（ｃ）は、同（ａ）のマスクパターンを用い
た場合のウエハー上の光強度分布図である。

【図９】光の透過率と光強度分布との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１透明基板２ハーフトーン膜３遮光膜４、５レジスト６層間絶縁膜７ゲート電極８ソース／ドレイン領域９半導体基板１１マスク上のコンタクトホールパターン１２サイドローブ位置１３ウエハ上のコンタクトホールパターン１４ウエハ上に転写された不要なパターン１５コンタクトホールパターンの光強度１６サイドローブの光強度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、半透明膜によってパター
ンが形成されているフォトマスクにおいて、透過光の１次回折光が転写される位置に対応する箇所の
少なくとも一部に遮光膜が形成されていることを特徴と
するフォトマスク。
【請求項２】透明基板上に半透明膜、遮光膜及びレジ
スト膜を順次形成する工程と、上記透明基板上に上記半透明膜のみが存在する第１のエ
リア上の上記レジスト膜を、上記遮光膜及び上記半透明
膜が存在する第２のエリアよりも薄くする工程と、第１のエリア内に半透明膜のパターンを形成するために
上記レジスト膜をパターニングし、該レジスト膜のパタ
ーンをマスクに遮光膜及び半透明膜を除去する工程と、第１のレジスト膜の膜厚差を利用し、第１のエリア上の
レジスト膜のみを完全に除去し、第２のエリア上のレジ
スト膜をマスクとして遮光膜を除去する工程とを有する
ことを特徴とする、請求項１記載のフォトマスクの製造
方法。