JPH0862826A - 露光用マスクとその製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相差と透過率の許容範囲を明確に定め、こ
の許容範囲内で作成したハーフトーン型位相シフトマス
クを提供すること。 【構成】 透光性基板上に半透明で且つ透光性基板を透
過する光に対して位相差を持つ膜で形成される基準透過
率Ｔの半透明パターンを備えたハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて、半透明膜パターンの透過率と透光性
基板に対する位相差をＸ，Ｙ軸に定めた平面上に、３６
５ｎｍの露光波長で相対焦点深度９０％以上を得ること
ができる位相差と透過率の範囲を表わし、平面上に表し
た位相差と透過率の範囲に内接する四角形をその頂点の
座標により規定し、半透明膜パターンの位相差と透過率
を、頂点の座標によって四角形内の値となるように設定
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造にお
けるリソグラフィー工程で用いられる露光用マスクとそ
の製造方法、及び露光用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】近年、半導体集積回路は、高集積化，微
細化の一途を辿っている。この要求に対し、露光光源の
短波長化によって対応する検討がなされている一方、露
光光源を変えずに露光用のマスクを工夫する位相シフト
法が脚光を浴びている。

【０００３】位相シフト法は、位相シフタと呼ばれる位
相を反転する部分を設け、隣接するパターン間で生じる
光の正の干渉の影響を取り除いてパターン精度の向上を
図るものである。これまで様々な位相シフト法が提案さ
れてきたが、なかでもレベンソン法は、解像性能と焦点
深度を飛躍的に向上させる手法として特に注目されてい
る。

【０００４】レベンソン法は、隣接する光透過部を透過
する光の位相差を１８０度にし、負の干渉を生じさせて
パターン分離を図るもので、ライン＆スペースパターン
など周期的パターンに対し解像力と焦点深度の向上効果
が大きい。しかし、３つ以上のパターンが互いに隣接す
る場合、隣接するパターン間で同位相となる部分が生
じ、この部分で解像力の向上効果が得られなくなる。こ
のため、実デバイスパターンへの汎用を考えた場合には
設計の見直しが必要であった。

【０００５】デバイス設計の変更を必要としない位相シ
フト法の一つにハーフトーン法がある。この手法は、遮
光膜の代わりに半透明膜を用い、かつ半透明膜を透過す
る光と透明部を透過する光との位相差を１８０度に設定
することで、パターン解像の低下の原因となる光の正の
干渉を軽減するものである。ハーフトーン法で位相シフ
ト効果を最大限に引き出すには、半透明膜の透過率と透
明部との光の位相差を最適化する必要がある。

【０００６】ハーフトーン法では、特開平４−１３６８
５４号公報に示されるような多層膜を使い、位相と透過
率を独立に調整する手法が考えられている。しかし、多
層膜を用いた場合は転写工程が２度にわたり、また下層
に欠陥が生じた場合に修正が困難であるという問題点が
あった。一方、特開平６−７５３６１号公報ではこれら
の欠点を克服するために、単層膜で位相差と透過率を同
時に調整する手法が記されている。

【０００７】しかしながら、この種の方法においても、
半透明膜の位相差と透過率を明確に定める基準がないの
が現状である。透過率の許容範囲について基準透過率に
対して上限と下限の透過率幅を等しくし、基準透過率を
中心値として定めた場合、強度透過率の許容範囲が本来
の値よりも狭くなってしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、半透
明位相シフトマスクの露光特性を決める要因として、位
相差と透過率がある。従来、透過率の許容範囲について
基準透過率に対して上限と下限の透過率幅を等しくする
など、設定手法に曖昧性が見られていた。このため、強
度透過率の許容範囲が狭くなる等の問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半透明膜の位相差と透
過率の許容範囲を明確に定めることができ、基準透過率
を中心値として定めた場合よりも強度透過率の許容範囲
を広く設定することを可能とした露光用マスクを提供す
ることにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、上記の露光用
マスクの製造方法と、上記の露光用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】上記課題を解決するため
に本発明では、任意の透過率と位相差の異なる組み合わ
せを持つ露光用マスクについて特定の評価手法に基づき
特定の焦点深度以上を得ることができる位相差と透過率
の組み合わせを求め、この組み合わせで構成される（位
相差，透過率）範囲から、位相差と透過率許容範囲を定
める手法及び本手法に基づき作成された露光用マスク、
及び本露光用マスクを用いて半導体装置を製造する方法
を提供している。

【００１２】即ち、本発明（請求項１）は、透光性基板
上に半透明で且つ透光性基板を透過する光に対して位相
差を持つ膜で形成される基準透過率Ｔの半透明パターン
を備えた露光用マスクにおいて、前記半透明膜パターン
の透過率と透光性基板に対する位相差を各軸に定めた平
面上に、露光波長で所定の焦点深度以上を得ることがで
きる位相差と透過率の範囲を表わし、前記平面上に表し
た位相差と透過率の範囲に内接する多角形をその頂点の
座標又は頂点間の関係式により規定し、前記半透明膜パ
ターンの位相差と透過率を、前記頂点の座標又は頂点間
の関係式によって前記多角形内の値となるように設定し
たことを特徴としている。

【００１３】望ましくは前記多角形の中心透過率Ｔ′
｛（透過率上限＋透過率下限）／２｝が、位相差許容範
囲に応じて変化することを特徴としている。

【００１４】望ましくは前記中心透過率Ｔ′に対して、
透過率の上限と下限を一定の透過率幅を設けて設定する
ことを特徴としている。

【００１５】望ましくは前記基準透過率Ｔに対して、透
過率の上限と下限を異なる透過率幅を設けて設定するこ
とを特徴としている。

【００１６】請求項１の発明として、更に次のことを兼
ね備えることが望ましい （１−１）望ましくは前記所定の焦点深度は、所望特性
に対する許容変動値で規定される。

【００１７】（１−２）望ましくは前記特性が、感光性
樹脂材料の解像線幅，被加工基板と成す角度，膜厚、被
加工基板の加工後線幅、被加工基板のエッチング角度、
所望回路に要求される抵抗値，電圧値，電流値の少なく
とも１つである。

【００１８】（１−３）望ましくは前記所定の焦点深度
以上が得られる位相差と透過率の組み合わせは、次のい
ずれかの手法により個々の透過率と位相差の組み合わせ
について求め、特定の焦点深度と比較することにより決
定されるのが好ましい。

【００１９】（ａ）感光性樹脂材料が塗布された被加工
基板上に露光用マスクパターン像を転写し、現像により
前記感光性樹脂材料を部分的に除去して感光性樹脂パタ
ーンを形成し、前記感光性樹脂パターンのパターン寸
法，被加工基板となす角度，又は膜厚の少なくとも１つ
について所望の許容範囲を定め、前記許容範囲を満たす
デフォーカス範囲を焦点深度として定める。

【００２０】（ｂ）被加工基板上の露光用マスクパター
ン光学像を計算により求め、前記光学像の所望の光強度
範囲において所望寸法を満たす範囲を焦点深度として定
めること。

【００２１】（ｃ）被加工基板上の露光用マスクパター
ン光学像を計算により求め、前記光学像の所望の光強度
範囲における光強度変化量を満たす範囲を焦点深度とし
て定める。

【００２２】（ｄ）被加工基板上の露光用マスクパター
ン光学像を計算により求め、前記光学像の任意の値以上
のコントラストを満たす範囲を焦点深度として定める。

【００２３】（ｅ）前記（ｂ，ｃ，ｄ）のうちの少なく
とも２つを組み合わせて定める。

【００２４】（１−４）また、前記露光用マスクの構
造、材料としては次のようなものが好ましい。

【００２５】（ａ）均一な組成から成る単層膜であるこ
と。

【００２６】(a-1) 前記の均一な組成がＳｉ，ＳｉＮ
ｘ，ＳｉＯｘ，ＳｉＯｘＮｙ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，Ｃ
ｒＯｘＮｙ，ＭｏＳｉＮｘ，ＭｏＳｉＯｘ，ＭｏＳｉＯ
ｘＮｙ，ＷＳｉＮｘ，ＷＳｉＯｘ，ＷＳｉＯｘＮｙ，Ｇ
ｅ，ＧｅＯｘ，ＧｅＮｘ，ＧｅＯｘＮｙ，ＮｉＳｉＯ
ｘ，ＮｉＳｉＮｘ，ＮｉＳｉＯｘＮｙ，ＡｌＯｘ，Ａｌ
Ｎｘ，ＡｌＯｘＮｙ，ＣａＦｘ，ＭｇＦｘの少なくとも
いずれかであることを特徴とする（ｘ，ｙ：任意の組成
比）。

【００２７】(a-2) 前記均一な組成が (a-1)の組成に更
に水素又は弗素が含まれることを特徴としている。

【００２８】（ｂ）均一な組成で、組成比が連続的に変
化した単層膜であること。

【００２９】(b-1) 前記の組成がＳｉ，ＳｉＮｘ，Ｓｉ
Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，ＣｒＯｘＮ
ｙ，ＭｏＳｉＮｘ，ＭｏＳｉＯｘ，ＭｏＳｉＯｘＮｙ，
ＷＳｉＮｘ，ＷＳｉＯｘ，ＷＳｉＯｘＮｙ，Ｇｅ，Ｇｅ
Ｏｘ，ＧｅＮｘ，ＧｅＯｘＮｙ，ＮｉＳｉＯｘ，ＮｉＳ
ｉＮｘ，ＮｉＳｉＯｘＮｙ，ＡｌＯｘ，ＡｌＮｘ，Ａｌ
ＯｘＮｙ，ＣａＦｘ，ＭｇＦｘの少なくともいずれかで
あることを特徴とする（ｘ，ｙ：任意の組成比）。

【００３０】(b-2) 前記の均一な組成が (a-1)の組成に
更に水素又は弗素が含まれることを特徴としている。

【００３１】（ｃ）均一な組成からなる少なくとも２層
以上の多層膜であること。

【００３２】(c-1) 前記の組成がＳｉ，ＳｉＮｘ，Ｓｉ
Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，ＣｒＯｘＮ
ｙ，ＭｏＳｉＮｘ，ＭｏＳｉＯｘ，ＭｏＳｉＯｘＮｙ，
ＷＳｉＮｘ，ＷＳｉＯｘ，ＷＳｉＯｘＮｙ，Ｇｅ，Ｇｅ
Ｏｘ，ＧｅＮｘ，ＧｅＯｘＮｙ，ＮｉＳｉＯｘ，ＮｉＳ
ｉＮｘ，ＮｉＳｉＯｘＮｙ，ＡｌＯｘ，ＡｌＮｘ，Ａｌ
ＯｘＮｙ，ＣａＦｘ，ＭｇＦｘの少なくともいずれかで
あることを特徴とする（ｘ，ｙ：任意の組成比）。

【００３３】(c-2) 前記の均一な組成が (a-1)の組成に
更に水素又は弗素が含まれることを特徴としている。

【００３４】（ｄ）不均一な組成からなる少なくとも２
層以上の多層膜であること。

【００３５】(d-1) 前記の組成がＳｉ，ＳｉＮｘ，Ｓｉ
Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，ＣｒＯｘＮ
ｙ，ＭｏＳｉＮｘ，ＭｏＳｉＯｘ，ＭｏＳｉＯｘＮｙ，
ＷＳｉＮｘ，ＷＳｉＯｘ，ＷＳｉＯｘＮｙ，Ｇｅ，Ｇｅ
Ｏｘ，ＧｅＮｘ，ＧｅＯｘＮｙ，ＮｉＳｉＯｘ，ＮｉＳ
ｉＮｘ，ＮｉＳｉＯｘＮｙ，ＡｌＯｘ，ＡｌＮｘ，Ａｌ
ＯｘＮｙ，ＣａＦｘ，ＭｇＦｘの少なくともいずれかで
あることを特徴とする（ｘ，ｙ：任意の組成比）。

【００３６】(d-2) 前記の均一な組成が (a-1)の組成に
更に水素又は弗素が含まれることを特徴としている。

【００３７】また、本発明（請求項３）は、透光性基板
上に半透明で且つ透光性基板を透過する光に対して位相
差を持つ膜で形成される基準透過率Ｔの半透明パターン
を備えた露光用マスクの製造方法において、予め前記半
透明膜パターンの透過率と透光性基板に対する位相差を
各軸に定めた平面上に、露光波長で所定の焦点深度以上
を得ることができる位相差と透過率の範囲を表わし、前
記平面上に表した位相差と透過率の範囲に内接する多角
形をその頂点の座標又は頂点間の関係式により規定して
おき、前記半透明膜パターンの材料として、その位相差
と透過率が前記頂点の座標又は頂点間の関係式により前
記多角形内の値となるものを選択し、該選択された半透
明膜パターンを前記透光性基板上に形成することを特徴
としている。

【００３８】望ましくは前記多角形が、（位相差上限，
透過率下限）、（位相差下限，透過率下限）、（位相差
下限，透過率上限）、（位相差上限、透過率上限）の４
点を頂点とする四角形であることを特徴としている。

【００３９】望ましくは前記多角形の中心透過率Ｔ′
｛（透過率上限＋透過率下限）／２｝が、位相差許容範
囲に応じて変化することを特徴としている。

【００４０】望ましくは前記中心透過率Ｔ′に対して、
透過率の上限と下限を一定の透過率幅を設けて設定する
ことを特徴としている。

【００４１】望ましくは前記基準透過率Ｔに対して、透
過率の上限と下限を異なる透過率幅を設けて設定するこ
とを特徴としている。

【００４２】請求項３の発明は、更に次のことを兼ね備
えることが望ましい （２−１）望ましくは前記所定の焦点深度は、所望特性
に対する許容変動値で規定される。

【００４３】（２−２）望ましくは前記特性が、感光性
樹脂材料の解像線幅，被加工基板と成す角度，膜厚、被
加工基板の加工後線幅、被加工基板のエッチング角度、
所望回路に要求される抵抗値，電圧値，電流値の少なく
とも１つである。

【００４４】（１−３）望ましくは前記特定の焦点深度
以上が得られる位相差と透過率の組み合わせの決定は、
次のいずれかの手法により個々の透過率と位相差の組み
合わせについて求め、特定の焦点深度と比較することに
より決定される。

【００４５】（ａ）感光性樹脂材料が塗布された被加工
基板上に露光用マスクパターン像を転写し、現像により
前記感光性樹脂材料を部分的に除去して感光性樹脂パタ
ーンを形成し、前記感光性樹脂パターンのパターン寸
法，被加工基板となす角度，又は膜厚の少なくとも１つ
について所望の許容範囲を定め、前記許容範囲を満たす
デフォーカス範囲を焦点深度として定める。

【００４６】（ｂ）被加工基板上の露光用マスクパター
ン光学像を計算により求め、前記光学像の所望の光強度
範囲において所望寸法を満たす範囲を焦点深度として定
めること。

【００４７】（ｃ）被加工基板上の露光用マスクパター
ン光学像を計算により求め、前記光学像の所望の光強度
範囲における光強度変化量を満たす範囲を焦点深度とし
て定める。

【００４８】（ｄ）被加工基板上の露光用マスクパター
ン光学像を計算により求め、前記光学像の任意の値以上
のコントラストを満たす範囲を焦点深度として定める。

【００４９】（ｅ）前記（ｂ，ｃ，ｄ）のうち少なくと
も２つを組み合わせて定める。

【００５０】また、本発明（請求項４）は、半導体装置
の製造方法において、被加工基板上に形成された感光性
材料に対し、請求項１記載の露光用マスクを用いてマス
クパターン像を転写する工程と、前記転写により生じた
露光領域と非露光領域の一方を除去する工程と、前記除
去する工程により露出した被加工性基板を加工する工程
とを含むことを特徴とする。

【００５１】望ましくは転写する工程が、光軸を含む照
明光により成されることを特徴としている。

【００５２】望ましくは転写する工程が、光軸に対して
傾けた照明光により成されることを特徴としている。

【００５３】望ましくは除去する工程の前に、露光領域
と非露光領域の一方に選択的にＳｉ又は金属元素を含む
物質を含ませることを特徴としている。

【００５４】望ましくは除去する工程が、アルカリ性の
水溶液を用いて成されることを特徴としている。

【００５５】望ましくは除去する工程が、有機基を有す
る物質を含む液体を用いて成されることを特徴としてい
る。

【００５６】望ましくは除去する工程が、イオン化され
た気体、電気的に中性の解離した基体を用いて成される
ことを特徴としている。

【００５７】

【作用】本発明によれば、半透明膜パターンの位相差と
透過率を各軸に定めた平面上に、露光波長で所定の焦点
深度以上を得ることができる位相差と透過率の範囲を表
わし、平面上に表した位相差と透過率の範囲に内接する
多角形をその頂点の座標又は頂点間の関係式により規定
しておき、半透明膜パターンの位相差と透過率を、頂点
の座標又は頂点間の関係式によって多角形内の値となる
ように設定することにより、半透明膜の位相差と透過率
の許容範囲を簡易にかつ明確に定めることができる。そ
してこの場合、基準透過率を中心値として定めた場合よ
りも強度透過率の許容範囲を広く設定することが可能と
なる。

【００５８】また、本発明で定めた範囲を満たすような
透過率，位相差の組み合わせを有する半透明パターンを
有する露光用マスクを作成し、この露光用マスクを用い
て被加工基板上に形成された感光性材料層にマスクパタ
ーン像を転写し、露光領域或いは非露光領域の感光性材
料を除去し、除去したことで露出した被加工基板にエッ
チング等の加工を施すことで、最終的に得られる記憶素
子，マイクロプロセッサ等の性能及び生産性を飛躍的に
向上させることが可能となる。

【００５９】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。

【００６０】（実施例１）本実施例は、露光波長に水銀
のｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた露光に適用する半透
明位相シフト膜の位相差と透過率の許容範囲の設定方法
に関する。本実施例の位相差と透過率の許容範囲は０．
３５μｍパターンに関して行い、焦点深度の許容量を特
定の露光量で得られる最大焦点深度に対して９０％以上
を得られる範囲として定めた。

【００６１】初めに、任意の位相差と透過率の組み合わ
せで得られる焦点深度の算出法について説明する。

【００６２】図１に、基準位相差１８０度と基準（強
度）透過率５％の場合に得られるＬ０＝０．３５μｍの
ライン＆スペースパターンのウエハ上像強度プロファイ
ルを示す。図１の焦点位置の像強度プロファイル１１か
らライン：スペース比が１：１となるような像強度を求
め、この像強度１２をＥthと定めた。像強度裕度はＥth
に対して±０．１Ｅthとした。これに基づき設定された
像強度の上限と下限をそれぞれ１３と１４で表した。

【００６３】各デフォーカス位置における像寸法Ｌは各
々像強度プロファイルが１３又は１４と交差し得られる
線分Ｌ13，Ｌ14のうち所望寸法に対し誤差の大きい方で
規定した。

【００６４】 Ｌ＝Ｌ13 （｜Ｌ0 −Ｌ13｜＞｜Ｌ0 −Ｌ14｜の場合） Ｌ＝Ｌ14 （｜Ｌ0 −Ｌ13｜＞｜Ｌ0 −Ｌ14｜の場合） このように各々のデフォーカスに対して定めたＬから、
次のような選定基準により焦点深度を定めた。

【００６５】（１）像寸法Ｌの閾値を、加工上要求され
る閾値に一致させる。即ち、感光性材料（レジスト）パ
ターン寸法で所望寸法に対して±１０％を許容とするな
ら、像寸法Ｌの変動に対する閾値も±１０％とする。

【００６６】（２）基準位相差，透過率の露光用マスク
を用いて露光して得られた感光性材料（レジスト）パタ
ーンにおいて、許容線幅を満たすデフォーカス位置を求
め、このデフォーカス位置での像寸法変動量を求め、こ
れを像寸法Ｌの変動の閾値とする。

【００６７】本実施例は（２）の基準を用いた場合につ
いて紹介する。具体的な像寸法の変動の閾値を求める手
順を以下に示す。

【００６８】被加工基板上に、ｉ線用ポジ型レジスト
（日本合成ゴム社製ＰＦＲ−ＩＸ５００）を膜厚１μｍ
で形成した。このレジスト膜に位相差１８０度，強度透
過率５％の露光用マスクを用い、ＮＡ＝０．５，σ＝
０．６の輪帯照明（σ＜０．４の領域を遮閉）の投影光
学系を介して露光用マスクのパターン像をレジストに転
写した。次に、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウ
ム・ハイドロオキサイド）を主成分とする現像液を用
い、露光領域のレジストを除去し、レジストパターンを
形成した。このレジストパターンについて、寸法変動量
＝所望寸法±１０％を満たすデフォーカス範囲を焦点深
度として求めたところ２．２２μｍであった。さらに、
デフォーカス２．２２μｍにおける像寸法Ｌの変化量を
シミュレーションにより求めて±１３％を得た。この値
を像寸法変動の閾値とした。

【００６９】次いで、前記像強度裕度Ｅth±０．１Ｅth
の範囲で前記像寸法閾値±１３％を満たす焦点深度範囲
を任意の位相差と透過率の組み合わせについて求め、そ
れぞれの焦点深度を、先に求めた基準条件の焦点深度
２．２２μｍに対する相対量で表した結果を図２に示
す。図２では、焦点深度の相対量が等しくなる位相差と
強度透過率の組み合わせを曲線で結び等焦点深度線２１
として示した。本実施例では、相対焦点深度９０％の等
焦点深度線で囲まれた領域内であれば、どのような位相
差と透過率の組み合わせでもよい。

【００７０】ところで、従来の許容範囲は図２の斜線領
域２２で示されるように、基準透過率，位相差に対して
同量の透過率幅（強度或いは振幅）を持たせるように上
限値と下限値を設定していた。この実施例で基準透過率
は、許容範囲を算出するために用いた５％（最大の焦点
深度が得られる透過率）に相当する。また、透過率幅は
基準透過率−下限透過率として定められるため、上限値
は焦点深度の低下に対して余裕があるにも拘らずこの透
過率幅により限定されていた。

【００７１】一方本発明は、基準透過率で透過率範囲を
定めるのではなく等焦点深度線により定めることにあ
る。即ち、図２で相対焦点深度９０％を得られる透過率
領域は基準透過率に対して対称ではない。このことは、
位相差許容量により焦点深度９０％以上得ることのでき
る最大透過率と最小透過率の平均値が異なることを意味
している。この場合、位相許容量に応じて最大透過率と
最小透過率の平均値を中心透過率と定め、この中心透過
率に対し等量の透過率幅を用いて上限値と下限値を定め
ることで、正確でかつ無駄のない焦点深度を得ることが
できる。

【００７２】図３に、図２から求めた位相差許容量に対
応した中心透過率及び、この中心透過率に対して対称的
に透過率の許容範囲を設けたときの透過率許容幅を示
す。ここで、位相差許容量に対応した中心透過率は、位
相差許容量の上限或いは下限において許容範囲内の最大
透過率と最小透過率の平均値として求めている。また、
許容透過率幅は、中心透過率と最大透過率及び最小透過
率の差の絶対値として定めている。本手法により位相差
許容量に応じた透過率許容量を容易に求めることがで
き、従来法で用いた基準透過率と異なる中心透過率を用
いることで、従来法と比べ幅広い透過率の許容範囲を設
定することを可能にした。

【００７３】本実施例では、露光波長に水銀のｉ線（波
長３６５ｎｍ）を用いたが、これに限るものではなく、
ｇ線，ＫｒＦ線，ＡｒＦ線，低圧水銀ランプの発振線
（２５３ｎｍ又は１８５ｎｍ）を含む光、その他の放射
線，Ｘ線，荷電粒子線等を用いた場合においても適用可
能である。

【００７４】照明系についても本実施例に限るものでは
ない。また、照明の形を光軸を含む照明や、光軸に対し
て０度より大きい角度を持たせた照明で、光軸に対して
２〜４回軸対照位置から透光性基板を照射するように設
定された照明を用いた場合においても適用可能である。

【００７５】また、照明光の一部を減衰させた場合、又
は少なくとも一部の位相を変化させた照明系を用いた場
合、又は偏光材若しくはスリット等により光ベクトルの
特定方向の成分のみを抽出するように設定した場合にお
いても適用可能である。

【００７６】ＮＡ絞りについてもこれに限るものではな
く、瞳を透過する一部の光を遮閉又は減衰させた場合、
又は一部の位相を変化させた場合、又は偏光材若しくは
スリット等により光ベクトルの特定方向成分のみを抽出
するように設定した場合においても適用可能である。

【００７７】また、偏光材又はスリット等により光ベク
トルの特定方向成分のみを抽出するように設定した露光
用マスクを用いた場合においても適用可能である。

【００７８】また、本実施例は０．３５μｍのＬ＆Ｓパ
ターンを基準に考えたが、如何なる寸法、またパターン
形式（孤立穴系，孤立残しライン系，孤立残し溝系な
ど）についても適用可能である。

【００７９】また、本実施例では被加工基板上に形成す
る感光性材料としてｉ線用ポジ型レジスト（日本合成ゴ
ム社製ＰＦＲ−ＩＸ５００）を膜厚１μｍで用いたが、
レジスト材料，膜厚、さらに被加工基板共にこれらに限
るものではない。

【００８０】（実施例２）本実施例は、±９度を位相差
変動量として許容したものである。この位相許容条件
で、図３より基準透過率５％（図４の●：４１）に対し
て中心透過率５．３％（図４の□：４２）を得、透過率
幅０．５％に設定した（図４の斜線領域：４３）。この
（位相差，透過率）範囲を満たすようシリコンをターゲ
ットとしてアルゴンをキャリアガス、窒素と酸素を反応
ガスとしたスパッタを行い、ＳｉＮｘの組成を調整する
ことで作成した。得られた半透明膜の位相差と透過率の
分布（パターンエリア内１０点）を、図４に黒菱形
（◆）で示す。得られた露光用マスクの光学特性は位相
差１８０±５度、透過率５．３±０．３５％として得る
ことができた。

【００８１】具体的には、半透明膜パターンの強度透過
率Ｔ（％）と透光性基板に対する位相差（この場合は１
８０度に対する位相差変動量）Ｐｅ（度）をＸ，Ｙ軸に
定めた平面上に、３６５ｎｍの露光波長で相対焦点深度
９０％以上を得ることができる位相差と透過率の範囲を
表わし、平面上に表した位相差と透過率の範囲に内接す
る四角形をその頂点の座標｛（４．７５％，−９度），
（４．７５％，＋９度），（５．７５％，−９度），
（５．７５％，＋９度）｝により規定した。そして、半
透明膜パターンの位相差と透過率を、上記４つの頂点の
座標によって四角形内の値となるように設定した。

【００８２】従来法による規定では同一の位相差変動量
を許した場合に５±０．２５％となり、本実施例で作成
した露光用マスクの光学特性は許容範囲外となる。しか
し、図４に示すように、実際には基準透過率より高い透
過率でより広く許容範囲を得ることが可能であり、本実
施例では基準透過率と異なる中心透過率という概念を用
いることで、転写特性（パターニングで具体的に得られ
る焦点深度）を考慮し、且つ位相差と透過率の許容範囲
を限界まで広げることを可能とした。

【００８３】なお、本実施例では中心透過率に対して透
過率幅を等しく取ることで許容透過率の上限と下限を設
定したが、このことは基準透過率に対して異なる透過率
幅を設けて上限と下限を設定したことと等価であること
は言うまでもない（下限５−０．２５％：上限５＋０．
７５％）。本手法により無駄なく許容範囲を設定できた
ため、生産効率も大幅に向上した。

【００８４】被加工基板上に、ｉ線用ポジ型レジスト
（日本合成ゴム社製ＰＦＲ−ＩＸ５００）を膜厚１μｍ
で形成した。このレジスト膜に前述の露光用マスクを用
い、この露光用マスクのパターン像をレジストに転写し
た。次いで、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム
・ハイドロオキサイド）を主成分とする現像液を用い、
露光領域のレジストを除去し、０．３５μｍレジストパ
ターンを形成した。このレジストパターンについて寸法
変動量＝所望寸法±１０％を満たすデフォーカス範囲を
求めたところ２．０６μｍを得ることができ、許容焦点
深度２μｍ以上を得ることを露光実験からも実証でき
た。なお、同一条件で作成した０．３６μｍパターンの
焦点深度は２．２μｍであった。

【００８５】このように、許容範囲を求める際に用いた
パターン寸法より大きい寸法のパターンに対しても、前
述の許容範囲を露光用マスクに適用することが可能であ
る。また、被加工基板上に前述の（ＰＦＲ−ＩＸ５０
０）より解像性能に優れるｉ線用ポジ型レジスト（日本
合成ゴム社製ＰＦＲ−ＩＸ７００）を膜厚１μｍで形成
した。このレジスト膜に前述の露光用マスクを用い、こ
の露光用マスクのパターン像をレジストに転写した。次
いで、ＴＭＡＨを主成分とする現像液を用い、この液に
露光したレジスト膜を浸すことで、露光領域のレジスト
を除去し、０．３５μｍレジストパターンを形成した。
このレジストパターンについて寸法変動量＝所望寸法±
１０％を満たすでフォーカス範囲を求めたところ２．３
μｍを得た。

【００８６】このように、許容範囲を求める際に用いた
レジストより高い解像性能を有するレジストを用いて
も、前述の許容範囲を露光用マスクに適用することが可
能である。

【００８７】ここで、高い解像性能とは、高いγ特性を
有するレジストという意味である。（ＰＦＲ−ＩＸ７０
０）で（ＰＦＲ−ＩＸ５００）より広い焦点深度を得る
ことができたのは、γ特性がそれぞれ約７と５で、（Ｐ
ＦＲ−ＩＸ７００）でより大きいγ特性を有していたた
めである。なお、γ特性は次のように定義される。Ｅ
１，Ｅ２は特定の湿式或いは乾式現像（プラズマ中での
エッチングを含む）時間に対して、レジストを表面より
それぞれＴ１，Ｔ２までエッチングするのに必要な照射
量である。

【００８８】なお、特性を求めるのに用いるパターン
は、広面積パターン，微小面積（線幅＜１μｍ）パター
ンのいずれでもよい。なお、比較はほぼ同一線幅のパタ
ーンで行わなくてはならない。

【００８９】 γ＝−（Ｔ１−Ｔ２）／（１ｏｇＥ１−１ｏｇＥ２） なお、本実施例ではＳｉＯｘＮｙ膜を半透明膜に用い露
光用マスクを用いたがこれに限るものではなく、Ｓｉ，
ＳｉＮｘ，ＳｉＯｘ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，ＣｒＯｘＮ
ｙ，ＭｏＳｉＮｘ，ＭｏＳｉＯｘ，ＭｏＳｉＯｘＮｙ，
ＷＳｉＮｘ，ＷＳｉＯｘ，ＷＳｉＯｘＮｙ，Ｇｅ，Ｇｅ
Ｏｘ，ＧｅＮｘ，ＧｅＯｘＮｙ，ＮｉＳｉＯｘ，ＮｉＳ
ｉＮｘ，ＮｉＳｉＯｘＮｙ，Ａ１Ｏｘ，Ａ１Ｎｘ，Ａ１
ＯｘＮｙ，ＣａＦｘ，ＭｇＦｘなどを用いることが可能
である。

【００９０】ＳｉＮｘ以外の膜としては、Ｓｉ，Ｃｒ，
ＭｏＳｉ，ＷＳｉ，Ｇｅ，ＮｉＳｉ，Ａ１，ＣａＦ₂ ，
ＭｇＦ₂ をターゲットとしキャリアガスにアルゴンを用
い、キャリアガスに対する反応ガス（酸化物の場合は酸
素、窒化物の場合は窒素、酸窒化物の場合は酸素と窒
素、弗化物の場合は弗素）の濃度をスパッタ室内におい
て混合しするか、或いは予め調整された状態でスパッタ
室に導入し、膜の組成比を維持しながら或いは連続的又
は断続的に変化させて反応性スパッタを行うとよい。な
お、電源としては直流でも良いが交流であってもよい。
また、ターゲットに最終生成物の組成を持つ化合物を用
いても構わない。

【００９１】なお、本実施例では位相差の許容範囲を１
８０±９度、透過率の許容範囲を基準透過率５％に対し
て５．３±０．５％としたがこれに限るものではなく、
例えば図５、図６のように設定しても構わない。図５で
は５角形を想定し、その内側の範囲を（位相差，透過
率）の５つの頂点と各辺の関係式を用いて許容範囲とし
ている。また、図６では透過率に応じて位相差を定めた
もので、３つの四角形を組み合わせて作成している。即
ち、透過率５．２５〜５．７５％の範囲で位相差を１８
０±１５度を許容に、透過率４．８〜５．２５％で位相
差１８０±１０度を許容に、透過率４．５〜４．８％で
位相差１８０±５度を許容にしている。

【００９２】図６に示されるように、透光性基板上に半
透明で且つ透光性基板を透過する光に対して位相差を有
する膜で形成される基準透過率Ｔの半透明パターンの位
相差と透過率の許容範囲を、前記露光用マスクを特定の
露光量で照射して得られる焦点深度に対し、特定の焦点
深度以上を得ることができる位相差と透過率の組み合わ
せにより構成される（位相差，透過率）範囲の少なくと
も一部に含まれ、且つ前記位相と透過率を各軸に定めた
平面上に前記（位相差，透過率）範囲を表したとき、前
記平面上に表した（位相差，透過率）範囲に内接する多
角形の頂点の座標により前記位相差と透過率範囲が定め
られたことを特徴とし、かつ前記多角形は少なくとも２
頂点で前記（位相差，透過率）範囲に接し、且つ少なく
とも１辺の一部を共有する多角形を組み合わせて構成す
ることで、露光用マスクの位相差，透過率許容範囲を設
定してもよい。

【００９３】また、本実施例では基準透過率と中心透過
率が異なるように設定されているが、中心透過率に一致
するような基準透過率を選択することで、良好な（位相
差，透過率）範囲を得ることもできる。

【００９４】（実施例３）本実施例は、実施例２と同様
のマスクを用い、シリル化を行ったパターン形成法に関
する。

【００９５】被加工基板上にノボラック樹脂を主成分と
するレジストを膜厚１μｍで形成した。このレジスト膜
に前述の露光用マスクを用い、この露光用マスクのパタ
ーン像をレジストに転写した。次いで、この基板を窒素
雰囲気中で加熱した後、ＴＭＤＳ（テトラ・メチル・ジ
シラザン）雰囲気中に晒し、露光された領域にＳｉを含
む分子を拡散，反応させた。次いで、酸素ガスを用いた
エッチングにより、Ｓｉを含む分子を拡散しなかった部
分のレジストを除去し、０．３５μｍレジストパターン
を形成した。このレジストパターンについて寸法変動量
＝所望寸法±１０％を満たすであるデフォーカス範囲を
求めたところ２．８μｍを得ることができた。

【００９６】実施例２と比べ飛躍的に焦点深度が延びた
のは、本実施例で用いたシリル化反応で得られるγ特性
が１５と非常に高いためである。本実施例で示したよう
にプロセスにより高いγ特性を得られる場合でも、それ
より低γ特性で規定した位相差と透過率を有するマスク
を用いることで、所望以上の焦点深度を得ることが可能
である。

【００９７】なお、本実施例ではシリル化材としてＴＭ
ＤＳを用いたが、これ以外のシリル化材、とりわけＳｉ
元素を含むアミン分子を用いても構わない。また、本実
施例ではシリル化材の雰囲気で反応を行ったが、シリル
化材の液層中に浸しても構わない。

【００９８】なお、本実施例ではＳｉＯｘＮｙ膜を半透
明膜に用い露光用マスクを用いたがこれに限るものでは
なく、Ｓｉ，ＳｉＮｘ，ＳｉＯｘ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮ
ｘ，ＣｒＯｘＮｙ，ＭｏＳｉＮｘ，ＭｏＳｉＯｘ，Ｍｏ
ＳｉＯｘＮｙ，ＷＳｉＮｘ，ＷＳｉＯｘ，ＷＳｉＯｘＮ
ｙ，Ｇｅ，ＧｅＯｘ，ＧｅＮｘ，ＧｅＯｘＮｙ，ＮｉＳ
ｉＯｘ，ＮｉＳｉＮｘ，ＮｉＳｉＯｘＮｙ，Ａ１Ｏｘ，
Ａ１Ｎｘ，Ａ１ＯｘＮｙ，ＣａＦｘ，ＭｇＦｘなどを用
いることが可能である。

【００９９】ＳｉＮｘ以外の膜は、Ｓｉ，Ｃｒ，ＭｏＳ
ｉ，ＷＳｉ，Ｇｅ，ＮｉＳｉ，Ａ１，ＣａＦ₂ ，ＭｇＦ
₂ をターゲットとしキャリアガスにアルゴンを用い、キ
ャリアガスに対する反応ガス（酸化物の場合は酸素、窒
化物の場合は窒素、酸窒化物の場合は酸素と窒素、弗化
物の場合は弗素）の濃度をスパッタ室内において混合し
するか、或いは予め調整された状態でスパッタ室に導入
し、膜の組成比を維持しながら或いは連続的又は断続的
に変化させて反応性スパッタを行うとよい。

【０１００】なお、電源としては直流でも良いが交流で
あっても良い。また、ターゲットに最終生成物の組成を
持つ化合物を用いても構わない。

【０１０１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半透
明位相シフト膜の位相差と強度透過率の許容範囲を透過
率，位相差平面上で等焦点深度線を作成することで、同
一の焦点深度を得ることのできる位相差と強度透過率の
組み合わせを抽出し、かつ等焦点深度線を基準として位
相差と強度透過率の許容範囲を中心透過率を基準に設定
することで、無駄なく正確に（位相差，透過率）の許容
範囲を規定することができ、従来法の様に基準透過率を
中心値と定めた場合と比べ強度透過率の許容範囲を広く
設定することを可能にした。また、本手法により作成し
たマスクで露光を行うことにより、ウエハプロセス上で
所望の焦点深度を得ることができ、記憶素子、マイクロ
プロセッサ、等の性能及び生産性を飛躍的に向上させる
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を説明するための、計算で求めた
ウエハ上像強度プロファイルを示す図。

【図２】本発明で求めた等焦点深度領域を示す図。

【図３】図２より求めた位相差許容量に対する中心透過
率と透過率許容幅を示す図。

【図４】第２の実施例で求めた等焦点深度領域と具体的
な（位相差，透過率）許容範囲を示す図。

【図５】第２の実施例で求めた等焦点深度領域と具体的
な（位相差，透過率）許容範囲を示す図。

【図６】第２の実施例で求めた等焦点深度領域と具体的
な（位相差，透過率）許容範囲を示す図。

【符号の説明】

１１…基準位相差，基準透過率の焦点位置における像強
度分布 １２…ライン＆スペース＝１：１に解像する像強度 １３…像強度上限（照射量下限に相当する像強度） １４…像強度下限（照射量上限に相当する像強度） ２０…（基準位相差，基準透過率）点 ２１…相対焦点深度９０％の等焦点深度線 ２２…従来法で求めた位相差と透過率の許容範囲 ４０…（基準位相差，基準透過率）点 ４１…相対焦点深度９０％の等焦点深度線 ４２…（基準位相差，基準透過率）点 ４３…本発明で求めた位相差と透過率の許容範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 壮一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性基板上に半透明で且つ透光性基板を
   透過する光に対して位相差を持つ膜で形成される基準透
   過率Ｔの半透明パターンを備えた露光用マスクにおい
   て、 前記半透明膜パターンの透過率と透光性基板に対する位
   相差を各軸に定めた平面上に、露光波長で所定の焦点深
   度以上を得ることができる位相差と透過率の範囲を表わ
   し、前記平面上に表した位相差と透過率の範囲に内接す
   る多角形をその頂点の座標又は頂点間の関係式により規
   定し、 前記半透明膜パターンの位相差と透過率を、前記頂点の
   座標又は頂点間の関係式によって前記多角形内の値とな
   るように設定したことを特徴とする露光用マスク。
2. 【請求項２】前記基準透過率Ｔに対して、透過率の上限
   と下限を異なる透過率幅を設けて設定したことを特徴と
   する請求項１記載の露光用マスク。
3. 【請求項３】透光性基板上に半透明で且つ透光性基板を
   透過する光に対して位相差を持つ膜で形成される基準透
   過率Ｔの半透明パターンを備えた露光用マスクの製造方
   法において、 予め前記半透明膜パターンの透過率と透光性基板に対す
   る位相差を各軸に定めた平面上に、露光波長で所定の焦
   点深度以上を得ることができる位相差と透過率の範囲を
   表わし、前記平面上に表した位相差と透過率の範囲に内
   接する多角形をその頂点の座標又は頂点間の関係式によ
   り規定しておき、 前記半透明膜パターンの材料として、その位相差と透過
   率が前記頂点の座標又は頂点間の関係式により前記多角
   形内の値となるものを選択し、該選択された半透明膜パ
   ターンを前記透光性基板上に形成することを特徴とする
   露光用マスクの製造方法。
4. 【請求項４】被加工基板上に形成された感光性材料に対
   し、請求項１記載の露光用マスクを用いてマスクパター
   ン像を転写する工程と、前記感光性材料を現像すること
   により、前記転写により生じた露光領域と非露光領域の
   一方を除去する工程と、前記除去する工程により露出し
   た被加工性基板を加工する工程とを含むことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】透光性基板上に半透明で且つ透光性基板を
   透過する光に対して位相差を有する膜で形成される基準
   透過率Ｔの半透明パターンを備えた露光用マスクにおい
   て、 前記半透明膜パターンの位相差と透過率の許容範囲を、
   前記露光用マスクを特定の露光量で照射して得られる焦
   点深度に対し、特定の焦点深度以上を得ることができる
   位相差と透過率の組み合わせにより構成される（位相
   差，透過率）範囲の少なくとも一部に含まれ、且つ前記
   位相と透過率を各軸に定めた平面上に前記（位相差，透
   過率）範囲を表したとき、前記平面上に表した（位相
   差，透過率）範囲に内接する多角形の頂点の座標により
   前記位相差と透過率範囲が定められたことを特徴とし、
   かつ前記多角形は少なくとも２頂点で前記（位相差，透
   過率）範囲に接し、且つ少なくとも１辺の一部を共有す
   る多角形を組み合わせて構成することで、露光用マスク
   の位相差，透過率許容範囲を設定したことを特徴とする
   露光用マスク。