JPH0961990A

JPH0961990A - 位相シフト・マスクおよびその製造方法ならびにこれを用いた露光方法

Info

Publication number: JPH0961990A
Application number: JP22057795A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shimizu; 秀夫清水
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ハーフトーン位相シフト・マスクの遠紫外領
域における解像特性の向上と、可視光領域における被検
査特性あるいは取扱い性の向上とを両立させる。【解決手段】ガラス基板１上にＭｏＳｉｘ膜からなる
ハーフトーン位相シフタ２ａを形成し、その開口５の内
部に露出したガラス基板１の表層部にＧａ⁺ のイオン注
入を行って低透過率領域６を形成する。ＫｒＦエキシマ
・レーザ波長（２４８ｎｍ）におけるハーフトーン位相
シフタ２ａの絶対光透過率を従来と同じく６％として
も、低透過率領域６の絶対光透過率を７５％として基板
透過光を減衰させることで、基板透過光に対するハーフ
トーン部の相対光透過率は（６／７５）×１００＝８％
に上昇する。よって、可視光領域での欠陥検査は従来ど
おり容易に行え、かつ実際の露光波長域では２次ピーク
を抑えて良好な解像を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトリソグラフィ
用の露光マスクとして使用される位相シフト・マスクに
関し、特にハーフトーン位相シフト・マスクの遠紫外領
域における光学性能を維持しながら、可視光領域におけ
る被検査特性や取扱い性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造分野では６４ＭＤ
ＲＡＭの量産が開始され、デザイン・ルール０．３５μ
ｍレベルの安定した微細加工技術が要求されている。か
かる微細加工の要となってきた技術はフォトリソグラフ
ィであり、その進歩は露光波長の短波長化、およびステ
ッパ（縮小投影露光装置）の縮小投影レンズの高開口数
（ＮＡ）化に支えられてきた。

【０００３】ただし、高開口数化に関しては価格および
製造技術上の理由から、０．６程度が限界であるとみら
れている。また、短波長化に関しては、高圧水銀ランプ
のｉ線（３６５ｎｍ）を用いるｉ線リソグラフィが量産
において実用化され、一方でＫｒＦエキシマ・レーザ光
源（２４８ｎｍ）を搭載したステッパの製品化が開始さ
れているが、これら既存のリソグラフィを次世代以降の
デバイスの生産まで延命させる方策もまた不可欠であ
る。

【０００４】そこで、露光光の高調波成分を利用して解
像度を上昇させる、いわゆる超解像技術が種々検討され
ている。この超解像技術として脚光を浴びるもののひと
つに、位相シフト法がある。これは、ｇ線（４３６ｎ
ｍ）以前のフォトリソグラフィが主として光の振幅分布
情報を利用していたのに対し、振幅分布情報に加えて位
相情報を利用するものである。すなわち、ガラスや石英
等の透明材料からなる基板上に、これとは屈折率の異な
る材料からなる位相シフタを通常１８０°の位相差を与
える厚さに形成するか、あるいは基板を堀り込むことに
よりフォトマスクの透過光に局部的な位相差を発生さ
せ、透過光相互の干渉を利用して解像度の向上を図るも
のである。

【０００５】位相シフト法による解像度向上の原理は、
空間周波数変調とエッジ強調とに大別され、これらの原
理とマスク構造の組み合わせにより様々な種類の位相シ
フト・マスクが提案されている。このうち、後者のエッ
ジ強調は、一般にコンタクトホールのような孤立パター
ンに対して解像度の改善効果が大きい。中でも、このエ
ッジ強調型の一種であって、マスク透過光量を低減させ
るハーフトーン膜を備えたハーフトーン位相シフト・マ
スクは、製造が比較的容易でパターン形状依存性も少な
い。このため、メモリ系デバイスのみならずロジック系
デバイスにも適用でき、実用化が最も有力視されている
ものである。

【０００６】ハーフトーン位相シフト・マスクには、大
別して単層型と基板堀込み型の２つのタイプがある。単
層型とは、光学的に透明な基板上に形成される単一の材
料膜に、露光光の透過光量の低減、および基板透過光に
対する位相差の発生、という両方の機能を持たせたタイ
プである。かかる材料膜としては、モリブデン・シリサ
イド（ＭｏＳｉｘ）膜や酸化クロム（ＣｒＯ）膜が有力
な候補である。一方の基板堀込み型とは、ハーフトーン
膜には主として透過光量の制御を担当させ、基板透過光
に対する位相差の発生は主として基板を所定の深さ分だ
けエッチングして形成した溝状部に受け持たせるタイプ
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、単層型ハー
フトーン位相シフト・マスクのハーフトーン膜の光透過
率は、実用上十分な位相シフト効果を得ることと、可視
光領域における光透過率を適正化することの２点を勘案
して設定されている。

【０００８】遠紫外領域で使用される近年の位相シフト
・マスクについて、可視光領域での光透過率も考慮する
必要があるのは、その欠陥検査が通常、可視光を用いて
行われるからである。たとえば、ハーフトーン膜として
用いられるＭｏＳｉｘ膜の光透過率はリソグラフィの行
われる遠紫外領域におけるよりも可視光領域において高
いため、可視光透過率の比較的低いＣｒ膜を遮光膜とす
る従来型マスクと比べて欠陥検査が著しく困難となる。
したがって、被検査特性を向上させるためにハーフトー
ン膜の可視光透過率を下げようとするならば、遠紫外領
域における光透過率は必然的に低く抑えなければならな
い。

【０００９】以上のような理由から、露光波長域におけ
るハーフトーン膜の光透過率は、ｉ線リソグラフィ用マ
スクに関しては現状の標準値が８％（ただし、基板透過
率を１００％とした場合の相対値。以下同様。）に設定
されている。なお、この値は規格として承認されている
値ではない。さらに、ＫｒＦエキシマ・レーザ・リソグ
ラフィ用マスクに関しては、上記の露光光透過率では可
視光透過率が数十％にも達してしまうため、さらに低い
６％前後の値が目安とされている。しかし、このような
低い値では、高透過率のマスクに比べて必要露光量が増
加し、スループットの低下につながる。したがって、基
板透過率に対するエキシマ・レーザ光の光透過率を実質
的に高め、かつ可視光透過率も許容範囲内に抑える技術
が切望されている。

【００１０】一方、基板堀込み型ハーフトーン位相シフ
ト・マスクでは、主として位相差を発生させるものは基
板に堀り込まれた溝状部であるから、露光波長域におけ
る光透過率を高めるためには、単にハーフトーン膜の膜
厚を薄くすれば良い。しかしながら、膜厚が薄くなるほ
ど透過率や屈折率の制御性が低下する。したがって、ハ
ーフトーン膜の膜厚をある程度大きく確保したままで、
基板透過率に対するハーフトーン膜の実質的な光透過率
を高める技術が、ここでも必要とされる。

【００１１】そこで本発明は、単層型および基板堀込み
型のいずれのタイプのハーフトーン位相シフト・マスク
についても、露光波長域におけるハーフトーン膜の実質
的な光透過率の上昇と可視光領域における光透過率の実
質的な低下を実現することにより、解像特性と被検査特
性あるいは取扱い性とを両立させることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明な基板
中、ハーフトーン膜の開口内に表出する領域の絶対光透
過率を意図的に低下させることにより、ハーフトーン膜
の絶対光透過率を維持したまま、基板透過率に対する該
ハーフトーン膜の相対光透過率を上昇させて、上記の目
的を達するものである。

【００１３】本発明の位相シフト・マスクは、露光光に
対して透明な基板と、前記基板上に所定のパターンをも
って形成されるハーフトーン膜と、前記ハーフトーン膜
の開口内に表出する前記基板の深さ方向の少なくとも一
部を占め、前記露光光に対する光透過率が該基板よりも
低くハーフトーン膜よりは大きい低透過率領域とを有す
る。ここで、前記ハーフトーン膜が位相シフタを兼ねて
いれば、この位相シフト・マスクのタイプは単層型であ
る。また、前記パターンの開口内に表出する前記基板の
深さ方向の一部が溝状に除去されて位相シフタとなさ
れ、前記低透過率領域がこの位相シフタの少なくとも底
部に配されていれば、この位相シフト・マスクのタイプ
は基板堀込み型である。

【００１４】次にかかる位相シフト・マスクの製法であ
るが、単層型の場合には、露光光に対して透明な基板上
に、該露光光の基板透過光に対して位相差を与え得る厚
さにハーフトーン膜を形成し、これをマスク・プロセス
を経てパターニングして所定のパターンを有するハーフ
トーン位相シフタを形成し、このハーフトーン位相シフ
タの開口内に表出する前記基板の深さ方向の少なくとも
一部に、前記露光光に対する光透過率が該基板に比べて
小さく、かつハーフトーン位相シフタよりは大きい低透
過率領域を形成した後、前記マスクを除去する。

【００１５】一方、基板堀込み型の場合には、露光光に
対して透明な基板上にハーフトーン膜を形成し、これを
マスク・プロセスを経てパターニングしてハーフトーン
膜パターンとし、このハーフトーン膜パターンの開口内
に表出する前記基板を、前記露光光の基板透過光に対し
て位相差を与え得る深さに除去して溝状の位相シフタを
形成し、この溝状の位相シフタの少なくとも底部に、前
記露光光に対する光透過率が前記基板に比べて小さく、
かつハーフトーン膜パターンよりは大きい低透過率領域
を形成した後、前記マスクを除去する。

【００１６】いずれのタイプの位相シフト・マスクであ
っても、低透過率領域はイオン注入により形成すること
ができる。特に、前記基板が酸化シリコン系材料よりな
る場合には、ガリウムのイオン注入を行うことにより、
基板の絶対光透過率を低下させることができる。

【００１７】さらに、本発明の露光方法は、露光光に対
して透明な基板上に所定のパターンをもってハーフトー
ン膜が形成されてなる位相シフト・マスクを該露光光を
用いて照明し、その透過光を投影光学系の瞳に入射させ
ることにより該ハーフトーン膜のパターンの像を基板上
に投影する際に、前記照明を、前記ハーフトーン膜の絶
対光透過率を維持したまま該ハーフトーン膜の前記基板
に対する相対光透過率を上昇させた状態で行うものであ
る。ここで、かかるハーフトーン膜の相対光透過率の上
昇は、前記基板の絶対光透過率の低下を通じてもたらす
ことができる。かかる露光方法は、まさに上述の本発明
の位相シフト・マスクを用いることで実現可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明では、ハーフトーン膜の絶
対光透過率は従来と不変なので、可視光領域における絶
対光透過率は適正レベルに抑制され、検査や取扱いは従
来どおり支障無く行うことができる。

【００１９】なお、本発明の位相シフト・マスクのよう
にハーフトーン部分の光透過率を上昇させた場合は、目
標とする解像寸法よりも若干大きめの寸法をもってマス
ク・パターンを設計する、いわゆるマスク・バイアスの
設定を行って、焦点深度を最適化することが必要とな
る。したがって、低透過率領域を設けることによる必要
露光量の増加分を、マスク・バイアスの設定による必要
露光量の低減である程度相殺することができ、実用的な
スループットを十分に維持することができる。

【００２０】以下、本発明の好適な実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２１】第１の実施の形態ここでは、本発明を適用した単層型ハーフトーン位相シ
フト・マスクについて、図４を参照しながら説明する。

【００２２】（ａ）図はこのマスクの模式的断面図であ
る。ここで、ガラス基板１上には、厚さ約１００ｎｍの
ＭｏＳｉｘ膜が所定のパターンをもって形成されてハー
フトーン位相シフタ２ａとなされ、ガラス基板１のうち
上記ハーフトーン位相シフタ２ａの開口５の内部に表出
する領域には低透過率領域６が形成されている。上記ハ
ーフトーン位相シフタ２ａは、ＭｏＳｉｘ膜の屈折率ｎ
と露光波長λにもとづき、ハーフトーン部の透過光の位
相を基板透過光に対して１８０゜反転させることが可能
な膜厚に形成されており、ガラス基板１の光透過率を１
００％とした場合の絶対光透過率はたとえば６％であ
る。この値は、ＫｒＦエキシマ・レーザ・リソグラフィ
を想定した従来のハーフトーン位相シフト・マスクにお
けるハーフトーン膜の絶対光透過率と同じである。一
方、本発明の最大の特色である低透過率領域６は、ガラ
ス基板１の光透過率を本来の値よりも低減させた領域で
あり、その絶対光透過率はたとえば７５％である。

【００２３】この位相シフト・マスクをガラス基板１側
から露光光ｈνで照明すると、ハーフトーン位相シフタ
２ａの形成領域からは位相が１８０゜反転され、かつ入
射光の６％の光強度を有する透過光が得られ、低透過率
領域６からは位相はそのままで、入射光の７５％の光強
度を有する透過光が得られる。このマスクにおいて、ハ
ーフトーン位相シフタ２ａの相対光透過率は、（６／７
５）×１００＝８（％）となる。つまり、ハーフトーン
位相シフタ２ａの絶対光透過率を従来どおり６％で設計
しても、上述のように基板透過率を２５％低下させるこ
とにより、ハーフトーン位相シフタ２ａの光透過率を見
掛け上８％に増大させて、良好な解像性能を得ることが
できる。しかも、可視光領域における光透過率は従来ど
おり実用範囲内に抑えられたままであるから、被検査特
性あるいは取扱い性に何ら支障は生じない。

【００２４】上記位相シフト・マスクの透過光がウェハ
上に作り出す光強度分布を、（ｂ）図に示す。ただし、
通常用いられる縮小投影露光装置（ステッパ）では縮小
比がたとえば１／５であるため、（ｂ）図の縮尺は
（ａ）図とは異なる。この図には、比較のために、低透
過率領域６を持たない従来の単層型ハーフトーン位相シ
フト・マスクで得られる光強度分布も破線で示した。実
際にウェハ上のフォトレジスト膜が解像する領域は、図
中、光強度が一点鎖線で表される露光しきい値を超える
領域である。本発明では、基板透過光を反映する１次ピ
ークの強度を抑えたことにより、位相シフタのエッジ部
における回折に起因して発生する不要な２次ピークの強
度も同時に低下させることができた。

【００２５】第２の実施の形態ここでは、上述の単層型ハーフトーン位相シフト・マス
クの製造方法について、図１ないし図３を参照しながら
説明する。

【００２６】まず、図１に示されるように、ガラス基板
（ＳｉＯ₂ ）１上にスパッタリング法により厚さ１００
ｎｍのＭｏＳｉｘ膜を全面堆積させ、ハーフトーン膜２
を形成した。続いて、この上で電子ビーム・レジスト膜
をパターニングし、マスク（ＥＢＲ）３を形成した。

【００２７】次に、図２に示されるように、上記マスク
３を介してハーフトーン膜２を選択的にドライエッチン
グし、ハーフトーン位相シフタ２ａを形成した。このと
き、ハーフトーン膜２が除去された領域は、ガラス基板
１が表出する開口５となる。この状態で、基体の全面に
ガリウム・イオンＧａ⁺ のイオン注入を行い、図３に示
されるように、開口５の内部においてガラス基板１の表
層部に低透過率領域６を形成した。この後、マスク３を
酸素プラズマ・アッシング等の公知の手段で除去し、図
４に示されるような単層型ハーフトーン位相シフト・マ
スクを完成させた。

【００２８】第３の実施の形態ここでは、本発明を適用した基板堀込み型ハーフトーン
位相シフト・マスクについて説明する。

【００２９】図８の（ａ）図はこのマスクの模式的断面
図である。ここで、ガラス基板１１上には、厚さ約３０
ｎｍのＣｒ膜が所定のパターニングを経てハーフトーン
膜パターン１２ａとなされ、その開口５の内部において
溝状の位相シフタ１５が形成され、さらにその底面に低
透過率領域１６が形成されている。Ｃｒ膜は、通常のフ
ォトマスクの遮光膜として用いられる場合には１００ｎ
ｍ程度の厚さに成膜されるが、本発明では主として光透
過率の制御を目的とするハーフトーン膜パターン１２ａ
として設けられるために、その厚さは上述のように薄く
なされている。図９に、ＫｒＦ波長（２４８ｎｍ）にお
けるＣｒ薄膜の膜厚と光透過率の関係を示した。上記ハ
ーフトーン膜パターン１２ａの絶対光透過率は、６％で
ある。

【００３０】一方、上記位相シフタ１５は、ガラス基板
１１の屈折率ｎと露光波長λにもとづき、ハーフトーン
部の透過光の位相に対して基板透過光の位相を１８０゜
反転させることが可能な深さを有する溝状部として形成
されている。また、ガラス基板１１の光透過率を１００
％とした場合の上記低透過率領域１６の絶対光透過率
は、たとえば５０％である。

【００３１】この位相シフト・マスクをガラス基板１１
側から露光光ｈνで照明すると、ハーフトーン膜パター
ン１２ａの形成領域からは位相はそのままで、入射光の
６％の光強度を有する透過光が得られ、低透過率領域１
６からは位相が１８０゜反転し、入射光の５０％の光強
度を有する透過光が得られる。このマスクにおいて、ハ
ーフトーン膜パターン１２ａの相対光透過率は、（６／
５０）×１００＝１２（％）となる。つまり、ハーフト
ーン膜パターン１２ａの膜厚を絶対光透過率が６％とな
るように設定しても、上述のように基板透過率を５０％
低下させることにより、ハーフトーン膜パターン１２ａ
の光透過率を見掛け上１２％に増大させて、良好な解像
性能を得ることができる。しかも、可視光領域における
光透過率は従来どおり実用範囲内に抑えられたままであ
るから、被検査特性あるいは取扱い性に何ら支障は生じ
ない。

【００３２】従来は、ハーフトーン部の相対光透過率が
１２％のマスクを作成しようとすると、図９からも明ら
かなように、ハーフトーン膜パターン１２ａを構成する
Ｃｒ膜の膜厚を２０ｎｍまで薄膜化しなければならなか
った。しかし、本発明によれば、３０ｎｍの膜厚を保っ
たまま見掛け上１２％の光透過率を達成することができ
るため、透過率や屈折率の制御性が向上する。

【００３３】上記位相シフト・マスクの透過光がウェハ
上に作り出す光強度分布を、（ｂ）図に示す。比較のた
めに、低透過率領域１６を持たない従来の基板堀込み型
ハーフトーン位相シフト・マスクで得られる光強度分布
も破線で示した。実際にウェハ上のフォトレジスト膜が
解像する領域は、図中、光強度が一点鎖線で表される露
光しきい値を超える領域である。本発明では、基板透過
光を反映する１次ピークの強度を抑えたことにより、位
相シフタのエッジ部における回折に起因して発生する不
要な２次ピークの強度も同時に低下させることができ
た。

【００３４】第４の実施の形態ここでは、上述の基板堀込み型ハーフトーン位相シフト
・マスクの製造方法について、図５ないし図７を参照し
ながら説明する。

【００３５】まず、図５に示されるように、ガラス基板
（ＳｉＯ₂ ）１１上にスパッタリング法により厚さ３０
ｎｍのＣｒ膜を全面堆積させ、ハーフトーン膜１２を形
成した。続いて、この上で電子ビーム・レジスト膜をパ
ターニングし、マスク（ＥＢＲ）１３を形成した。ここ
で、上記ガラス基板１１の２４８ｎｍにおける屈折率ｎ
は、１．５１である。

【００３６】次に、図６に示されるように、上記マスク
１３を介してハーフトーン膜１２を選択的にドライエッ
チングしてハーフトーン膜パターン１２ａを形成し、さ
らに引き続いてガラス基板１２ａをドライエッチングす
ることにより、深さ２４０ｎｍの溝状の位相シフタ１５
を形成した。

【００３７】この状態で、基体の全面にガリウム・イオ
ンＧａ⁺ のイオン注入を行い、図７に示されるように、
位相シフタ１５の底面に低透過率領域１６を形成した。
この後、マスク１３を酸素プラズマ・アッシング等の公
知の手段で除去し、図８に示されるような基板堀込み型
ハーフトーン位相シフト・マスクを完成させた。

【００３８】

【実施例】以下、上述の位相シフト・マスクを用いて実
際に解像性能を評価した実施例について説明する。

【００３９】実施例１本実施例では、前出の図４に示した単層型位相シフト・
マスクを縮小比１／５のＫｒＦエキシマ・レーザ・ステ
ッパにセットして、実際に解像性能を評価した。この様
子を、図９および図１０を参照しながら説明する。

【００４０】まず、図９に示されるように、上記位相シ
フト・マスクの開口５は１辺１．８μｍの正方形とし
た。これは、ウェハ上で目標とするコンタクト・ホール
の解像直径を０．３μｍとし、これに２０％のマスク・
バイアスをかけて見掛け上のコンタクト・ホールの直径
を０．３６μｍと想定したからである。

【００４１】一方、サンプルとしたウェハは、予め２０
０℃，９０秒間の脱水ベーキングを経た５インチ径のＳ
ｉ基板２１上に、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）からなる層
間絶縁膜２２を成膜し、さらにこの上に化学増幅系ポジ
型フォトレジスト材料（社名東京応化工業社製：商品名
ＴＤＵＲ−ＤＰ００９）を膜厚０．８３μｍとなるよう
にスピンコートしてフォトレジスト（ＰＲ）膜２３を形
成し、９０℃，９０秒間のベーキングを行って溶媒を除
去して作成したものである。

【００４２】ここで、露光量５５ｍＪ／ｃｍ² にて露光
を行ったところ、フォトレジスト膜２３において、開口
５に対応する領域が露光領域２３ｅ₁ 、２次ピーク位置
に対応する領域が露光領域２３ｅ₂ となった。ただし、
図９は説明の便宜上ステッパの投影光学系を省略し、位
相シフト・マスクとウェハを同一縮尺にて示しているも
のであって、実際の露光領域の寸法はマスク上寸法の１
／５となる。

【００４３】上記の位相シフト・マスクでは、開口部５
の絶対光透過率が低透過率領域６の存在により２５％低
下しているため、マスク・バイアスをかけないと露光量
は２５％増加することになる。しかし、本実施例では２
０％のマスク・バイアスをかけることにより露光量を２
０％低減できるため、正味の露光量の増加分は単純計算
で５％程度に抑えられる。したがって、ハーフトーン部
の絶対光透過率が６％で低透過率領域６を持たない従来
の単層型ハーフトーン位相シフト・マスクを用いた場合
と比べても、ほぼ同等のスループットを達成することが
できた。

【００４４】この後、１１０℃，９０秒間のポスト・エ
クスポージャ・ベーキング（ＰＥＢ）を行い、アルカリ
現像液（東京応化工業社製；製品名ＮＭＤ−Ｗ）を用い
て６０秒間のパドル現像を行った。この結果、図１０に
示されるように、コンタクト・ホール・パターンとして
０．３０μｍ径の開口２４が良好に解像されたフォトレ
ジスト・パターン２３を形成することができた。

【００４５】実施例２本実施例では、前出の図８に示した基板堀込み型位相シ
フト・マスクを縮小比１／５のＫｒＦエキシマ・レーザ
・ステッパにセットして、実際に解像性能を評価した。
サンプルとしたウェハの構成と露光方法は、実施例１で
上述したとおりである。

【００４６】本実施例では、位相シフタ１５を１辺２．
１μｍの正方形とした。これは、ウェハ上で目標とする
コンタクト・ホールの解像直径を０．３μｍとし、これ
に４０％のマスク・バイアスをかけて見掛け上のコンタ
クト・ホールの直径を０．４２μｍと想定したからであ
る。

【００４７】このマスクを用いて露光量６０ｍＪ／ｃｍ
² にて露光を行った。上記の位相シフト・マスクでは、
ハーフトーン部以外の部分の絶対光透過率が低透過率領
域１６の存在により５０％低下しているため、マスク・
バイアスをかけないと露光量は５０％増加することにな
る。しかし、本実施例では４０％のマスク・バイアスを
かけることにより露光量を４０％低減できるため、正味
の露光量の増加分は単純計算で１０％程度に抑えられ
る。したがって、ハーフトーン部の絶対光透過率が６％
で低透過率領域１６を持たない従来の基板堀込み型ハー
フトーン位相シフト・マスクを用いた場合と比べても、
それほど大幅なスループットの低下を招くことはなかっ
た。

【００４８】この後、１１０℃，９０秒間のポスト・エ
クスポージャ・ベーキング（ＰＥＢ）を行い、アルカリ
現像液（東京応化工業社製；製品名ＮＭＤ−Ｗ）を用い
て６０秒間のパドル現像を行った。現像後のウェハＷを
走査型電子顕微鏡で観察したところ、０．３０μｍ径の
コンタクト・ホール・パターンが良好に解像していた。

【００４９】以上、本発明の実施の形態および具体的な
実施例について説明したが、本発明はこれらに何ら限定
されるものではなく、露光波長、ハーフトーン位相シフ
タやハーフトーン膜パターンの寸法・形状、サンプル・
ウェハの構成、ハーフトーン膜や低透過率領域の絶対光
透過率の設定値は、実用性能を損なわない範囲で適宜変
更することが可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、ハーフトーン膜の絶対光透過率を変更した
り、あるいはこれを過度に薄膜化することなく、該ハー
フトーン膜の相対光透過率を上昇させ、これにより、可
視光領域における被検査特性や取り扱い性を良好に維持
したまま、遠紫外領域における解像性能を向上させるこ
とができる。したがって、本発明はエキシマ・レーザ・
リソグラフィを適用した次世代以降の高集積化半導体デ
バイスの製造に、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した単層型ハーフトーン位相シフ
ト・マスクの製造プロセスにおいて、電子ビーム・レジ
スト膜のパターニングによるマスクの形成工程を示す模
式的断面図である。

【図２】図１のハーフトーン膜を選択的にエッチングし
てハーフトーン位相シフタを形成する工程を示す模式的
断面図である。

【図３】図２の基体の全面にＧａ⁺ イオン注入を行い、
ガラス基板内に低透過率領域を選択的に形成する工程を
示す模式的断面図である。

【図４】図３のマスクを除去して完成された単層型ハー
フトーン位相シフト・マスクを示す図であり、（ａ）図
はその光透過特性を説明するための模式的断面図、
（ｂ）図はウェハ上に作り出される光強度分布を示すグ
ラフである。

【図５】本発明を適用した基板堀込み型ハーフトーン位
相シフト・マスクの製造プロセスにおいて、電子ビーム
・レジスト膜のパターニングによるマスクの形成工程を
示す模式的断面図である。

【図６】図５のハーフトーン膜およびガラス基板をドラ
イエッチングして、ハーフトーン膜パターンおよび位相
シフタを形成する工程を示す模式的断面図である。

【図７】図６の基体の全面にＧａ⁺ イオン注入を行い、
位相シフタの底部に低透過率領域を形成する工程を示す
模式的断面図である。

【図８】図７のマスクを除去して完成された基板堀込み
型ハーフトーン位相シフト・マスクを示す図であり、
（ａ）図はその光透過特性を説明するための模式的断面
図、（ｂ）図はウェハ上に作り出される光強度分布を示
すグラフである。

【図９】ＫｒＦ波長（２４８ｎｍ）におけるＣｒ薄膜の
膜厚と光透過率の関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の単層型ハーフトーン位相シフト・マ
スクを用いた露光工程を示す模式的断面図である。

【図１１】図９のウェハを現像してフォトレジスト・パ
ターンを形成する工程を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１，１１ガラス基板２ハーフトーン膜（ＭｏＳｉｘ）２ａ（単層型ハーフトーン位相シフト・マスクの）ハ
ーフトーン位相シフタ５開口６，１６低透過率領域１２ハーフトーン膜（Ｃｒ）１２ａハーフトーン膜パターン１５（基板堀込み型ハーフトーン位相シフト・マスク
の）位相シフタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光に対して透明な基板と、前記基板上に所定のパターンをもって形成されるハーフ
トーン膜と、前記ハーフトーン膜の開口内に表出する前記基板の深さ
方向の少なくとも一部を占め、前記露光光に対する光透
過率が該基板よりも小さく前記ハーフトーン膜よりも大
きくなされた低透過率領域とを有する位相シフト・マス
ク。
【請求項２】前記ハーフトーン膜が位相シフタを兼ね
る請求項１記載の位相シフト・マスク。
【請求項３】前記パターンの開口内に表出する前記基
板の深さ方向の一部が溝状に除去されて位相シフタとな
され、前記低透過率領域がこの位相シフタの少なくとも
底部に配されてなる請求項１記載の位相シフト・マス
ク。
【請求項４】露光光に対して透明な基板上に、該露光
光の基板透過光に対して位相差を与え得る厚さにハーフ
トーン膜を形成する工程と、前記ハーフトーン膜上に選択的にマスクを形成する工程
と、前記マスクを介して前記ハーフトーン膜を選択的に除去
することにより所定のパターンを有するハーフトーン位
相シフタを形成する工程と、前記ハーフトーン位相シフタの開口内に表出する前記基
板の深さ方向の少なくとも一部に、前記露光光に対する
光透過率が該基板に比べて小さく前記ハーフトーン位相
シフタよりも大きくなされた低透過率領域を形成する工
程と、前記マスクを除去する工程とを有する位相シフト・マス
クの製造方法。
【請求項５】前記低透過率領域をイオン注入により形
成する請求項４記載の位相シフト・マスクの製造方法。
【請求項６】前記基板が酸化シリコン系材料よりな
り、前記イオン注入ではガリウム・イオンを注入する請
求項５記載の位相シフト・マスクの製造方法。
【請求項７】露光光に対して透明な基板上にハーフト
ーン膜を形成する工程と、前記ハーフトーン膜上に選択的にマスクを形成する工程
と、前記マスクを介して前記ハーフトーン膜を選択的に除去
することにより所定のハーフトーン膜パターンを形成す
る工程と、前記ハーフトーン膜パターンの開口内に表出する前記基
板を、前記露光光の基板透過光に対して位相差を与え得
る深さに除去することにより、溝状の位相シフタを形成
する工程と、前記溝状の位相シフタの少なくとも底部に、前記露光光
に対する光透過率が前記基板に比べて小さく前記ハーフ
トーン膜パターンよりも大きくなされた低透過率領域を
形成する工程と、前記マスクを除去する工程とを有する位相シフト・マス
クの製造方法。
【請求項８】前記低透過率領域をイオン注入により形
成する請求項７記載の位相シフト・マスクの製造方法。
【請求項９】前記基板が酸化シリコン系材料よりな
り、前記イオン注入ではガリウム・イオンを注入する請
求項８記載の位相シフト・マスクの製造方法。
【請求項１０】露光光に対して透明な基板上に所定の
パターンをもってハーフトーン膜が形成されてなる位相
シフト・マスクを該露光光を用いて照明し、その透過光
を投影光学系の瞳に入射させることにより該ハーフトー
ン膜のパターンの像を基板上に投影する露光方法であっ
て、前記照明を、前記ハーフトーン膜の絶対光透過率を維持
したまま該ハーフトーン膜の前記基板に対する相対光透
過率を上昇させた状態で行う露光方法。
【請求項１１】前記ハーフトーン膜の相対光透過率の
上昇は、前記基板の絶対光透過率の低下を通じてもたら
す請求項１０記載の露光方法。