JPH10148926A - ハーフトーン位相シフトマスク及びハーフトーン位相シフトマスクを用いた収差測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハーフトーン位相シフトマスクを用いて、微
細なパタンをチップ全体で広い焦点深度をもって形成す
る。また、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて投影
レンズの球面収差を測定する。 【解決手段】 透明部材あるいは半透明部材でハーフト
ーン位相シフトマスク１１を形成する。これら両部材の
うち少なくともいずれか一方の部材の厚みをマスク上の
位置によって異ならせ、透明領域を透過する光と半透明
領域を透過する光との位相差をマスク面上の位置によっ
て異ならす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩなどの微細
パタンを投影レンズを用いて基板上に形成する場合に用
いるハーフトーン位相シフトマスクおよびハーフトーン
位相シフトマスクを用いた収差測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩなどの微細パタンを投影レ
ンズを用いて基板上に形成する場合、マスク上にＣｒな
どで形成された遮光部によって光を遮光することによっ
て、像面に光のコントラストを作り出している。しか
し、露光波長λ、投影レンズの開口数ＮＡの光学系にお
いて、マスク上の光透過部の大きさを０．６λ／ＮＡ程
度以下にすると像面上の光強度分布の半値幅は変化せ
ず、光学像のピーク強度が小さくなるだけである。この
ため、パタンの微細化は０．６λ／ＮＡ程度が限界であ
ると言われていた。

【０００３】図１３に０．６λ／ＮＡのホールパタンを
露光した場合の光強度分布を焦点位置（デフォーカス）
をパラメータとして示す。像面の位置がベストフォーカ
ス（合焦点位置）からずれるにしたがい、光強度及び形
状が劣化している様子がわかる。すなわち、限界寸法付
近の寸法のパタンを形成においては、光学的な焦点深度
が小さく、実用的な焦点深度が得られないといった問題
があった。

【０００４】これに対して、単に光を遮光するだけでな
く、位相を１８０度反転した光を重ね合わせることによ
って光強度分布のパタンエッジ部を急峻にし、微細なパ
タンを形成する方法が柳下等によって提案された（ SPI
E Vol．1463，OpticalLaser Microlithgraphy IV (199
1) ）。このマスクを図１４に示す。１はマスク基板、
２は遮光膜、３は位相シフタである。このマスクは、目
的とする主パタンａの周辺にシフタパタンｂを設け、こ
のシフタパタンｂを透過する光と主パタンａを透過する
光の位相を１８０度反転するように位相シフタ３を設け
たものである。

【０００５】このような位相シフタ３を用いて０．６λ
／ＮＡのホールパタンを露光した場合の光強度分布を焦
点位置をパラメータとして図１５に示す。前述した遮光
マスクと比較して光強度分布の半値幅を狭く、また、デ
フォーカスによる光強度の低下も小さいことがわかる。
しかし、この方法ではマスク基板上に遮光パタンとシフ
タパタンを別々に作り込む必要があり、マスク作成の工
程数が増える上に、遮光パタンとシフタパタンの位置合
わせに高い精度が必要であるといった問題があった。

【０００６】これに対し、遮光パタンとシフタパタンの
位置合わせを必要としない位相シフトマスクとして、図
１６に示すようにマスク上の遮光部にある程度の透過率
をもたせた遮光体を用い、さらにこの遮光部を透過する
光の位相を１８０度反転させる半透明のシフタ（ハーフ
トーン位相シフト層）４を用いるハーフトーン位相シフ
トマスクが B．Lin によって提案された（Solid State
Tecynology vol.34(1992)）。ハーフトーン部分の位相
差はパタン部からの透過光と干渉し、完全に打ち消し合
う必要があることから１８０度である。

【０００７】このようなハーフトーン位相シフトマスク
を用いた場合に、０．６λ／ＮＡのホールパタンを露光
した場合の光強度分布を焦点位置をパラメータとして図
１７に示す。このようなマスクにおいても光強度の低下
が小さいため上記位相シフトマスクと同様に、微細なパ
タンを広い焦点深度をもって形成できる。このハーフト
ーン位相シフトマスクでは、上記のような遮光パタンと
シフタパタンの位置合わせは必要としない。このため、
マスク作成は上記の位相シフトマスクよりも容易であ
り、ＬＳＩパタンを形成に有望である。

【０００８】しかし、本発明者らは上記のハーフトーン
位相シフトマスクを用いた場合に、チップ内のパタンの
位置と合焦点位置が異なるという問題を見出した。図１
８にＫｒＦ露光実験機にハーフトーン位相シフトマスク
を用いて形成したホールパタン寸法の焦点位置依存性を
示す。チップ中央付近（光軸近く）に配置されたパタン
と、チップ隅（光軸から離れた場所）に配置されたパタ
ンで合焦点位置に違いがある。このため、各位置につい
ては焦点深度は１．５μｍ有するものの、チップ全体で
はパタン形成を行うことができる合焦点範囲は１．０μ
ｍであり、殆ど拡大しない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した通り、従来の
ハーフトーン位相シフトマスクを用いてパタンを形成す
る場合には、チップ内の位置に依存して合焦点位置が異
なるためにチップ全体では焦点深度の拡大効果が小さい
という問題があった。

【００１０】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、パタン
を形成する場合、チップ内の位置に依存して合焦点位置
が異なるためにチップ全体では焦点深度の拡大効果が小
さいという問題を解決し、微細なパタンをチップ全体に
わたって広い焦点深度で形成することができるようにし
たハーフトーン位相シフトマスクを提供することにあ
る。また、本発明は、ハーフトーン位相シフトマスクを
用いて投影レンズの球面収差を測定するようにした収差
測定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】本発明は、透明部材と半
透明部材で構成され、露光光が透明部材のみを透過する
透明領域及び露光光が透明部材と半透明部材を透過する
半透明領域を形成しているハーフトーン位相シフトマス
クにおいて、透明部材あるいは半透明部材の少なくとも
いずれか一方の部材の厚みがマスク上の位置によって異
なり、透明領域を透過する光と半透明領域を透過する光
との位相差がマスク面上の位置で異なることを特徴とす
る。また、本発明に係るハーフトーン位相シフトマスク
は、マスクを投影露光するために用いる投影レンズの球
面収差の大きさに応じて透明部材または半透明部材の少
なくともいずれか一方の部材の厚みがマスク上の位置に
よって異なり、透明領域を透過する光と半透明領域を透
過する光との位相差がマスク面上の位置で異なることを
特徴とする。また、本発明に係るハーフトーン位相シフ
トマスクは、透明部材がマスク基板であって、透明領域
でマスク基板が彫り込まれ、この彫り込み深さがマスク
上の位置によって異なることを特徴とする また、本発明に係るハーフトーン位相シフトマスクは、
透明部材が半透明部材を挾む第１、第２の透明部材で構
成され、これら透明部材の少なくともいずれか一方の部
材の厚みがマスク上の位置によって異なり、透明領域を
透過する光と半透明領域を透過する光との位相差がマス
ク面上の位置で異なることを特徴とする。また、本発明
に係るハーフトーン位相シフトマスクは、マスクを構成
する部材の厚みが異なる領域が複数設けられていること
を特徴とする。また、本発明に係るハーフトーン位相シ
フトマスクは、マスクを構成する部材の厚みがマスク上
で連続的に異なることを特徴とする。さらに、本発明に
係る収差測定方法は、透明な領域を透過する光と半透明
な領域を透過する光との位相差が異なる複数のパタンを
ハーフトーン位相シフトマスク上の複数の場所に配置
し、このマスクを投影レンズで投影して前記パタンを基
板上に形成し、この基板上に形成したパタンの中から合
焦点パタンを求め、この合焦点パタンに対応する前記マ
スク上の位相差を求めることにより、前記投影レンズの
球面収差を測定することを特徴とする。

【００１２】チップ内で合焦点位置が異なる原因につい
て説明する。理想的な場合とは異なり、現実の投影レン
ズは収差をもっている。投影レンズに収差が存在した場
合には、理想的な無収差の場合に比べて光学像は劣化す
る。収差はザイデルの５つの基本収差、すなわち球面収
差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、ディストーション
で表すことができる。

【００１３】先ず、像面湾曲はフォーカス位置の単純な
シフト、すなわちｚ→ｚ＋ａの変換で表すことができ
る。このため、像面湾曲の影響はマスクに依存しない。
すなわち、通常の遮光マスクにおいても、ハーフトーン
位相シフトマスクにおいても同じ量の焦点位置ずれが起
こり、位相シフトマスク特有のチップ内の合焦点位置の
ずれは説明できない。

【００１４】次に、ディストーションは像面内の単純な
シフト、すなわちｘ→ｘ＋ａの変換で表すことができ
る。このため、ディストーションの影響は合焦点位置に
は関係しない。

【００１５】非点収差は像面内の像形状の変化、例えば
円形の像が楕円形状になるといった影響を与える収差で
ある。この非点収差にはｘ→ｙ、ｚ→−ｚで不変という
ようなｘｙとｚに対して対称性がある。このため、ｘ＝
ｙ＝０の点の光強度については、非点収差が乗っても合
焦点位置は変化しない。

【００１６】コマ収差は非点収差と同様に像面内の像形
状の変化、例えば、円形の像が楕円形状になるといった
影響を与える収差である。コマ収差にはｘ→−ｘ、ｚ→
−ｚで不変というようなｘ，ｚに対して対称性がある。
このため、非点収差の場合と同様に、ｘ＝ｙ＝０の点の
光強度については、非点収差が乗っても合焦点位置は変
化しない。

【００１７】最後に、球面収差は瞳面内で回折光の波数
の絶対値に依存した値をもつ収差であり、ｚ方向まで含
めた対称性はもたない。このため、ザイデルの５つの基
本収差の中の球面収差がハーフトーン位相シフトマスク
の合焦点位置のずれに関係することが考えられる。

【００１８】通常は収差の測定は、例えば He-Neレーザ
光を用いて行い、波長の１００分の１程度が検出限界で
ある。すなわち、０．００７μｍ程度が検出感度の限界
である。この投影レンズを He-Neレーザよりも波長の短
い KrFエキシマレーザ露光に用いる場合には、露光波長
の１００分の２．５程度の収差が検出限界になる。KrF
露光においては波長の露光波長の１００分の３．５程度
の収差が検出限界になる。図１に通常のマスクを用いて
寸法が０．６λ／ＮＡのホールパタンを露光した場合の
光ピーク強度の焦点位置依存性を示す。ここでは球面収
差をパラメータとしている。球面収差が０．０８λの場
合には収差がない理想的な場合に比べて光強度の差は５
％以内であり、許容値である。すなわち、通常の遮光マ
スクを用いた場合には、上記に述べた収差の測定感度で
問題がないことがわかる。また、収差は一般に像高、す
なわちチップ中心からパタンまでの距離の関数であるこ
とが知られており、像高の高い部分、すなわちチップ周
辺部ほど収差は大きい。このため通常の遮光マスクを用
いて０．６λ／ＮＡのホールパタンを露光する場合に
は、チップ周辺での球面収差が０．０８λ以下であれば
チップ内のパタン位置によって焦点深度および合焦点位
置の差がなくパタン形成が行える。

【００１９】これに対し、図２に位相差１８０度、透過
率９％のハーフトーン位相シフトマスクを用いて０．６
λ／ＮＡのホールパタンを露光した場合の光ピーク強度
の焦点位置依存性を示す。０．０８λの球面収差が存在
することにより合焦点位置がシフトしていることがわか
る。ただし、ここでは光ピーク強度が最大の焦点位置を
合焦点位置とした。この場合にはチップ面内のパタンの
位置に依存して合焦点位置が異なるため、チップ全体で
パタン形成が可能な焦点領域は、個々のパタン位置にお
けるパタン形成が可能な焦点領域の重なり合った部分に
なり、チップ全体での焦点深度は通常の遮光マスクを用
いた場合と殆ど変わらないことになる。すなわち、従来
まで用いていた遮光マスクでは問題とならなかった０．
０８λの球面収差が、ハーフトーン位相シフトマスクに
おいては問題となる。

【００２０】次に、この問題の解決方法を説明する。こ
の問題を解決する方法として、球面収差を現在よりも精
度良く測定することで、残存球面収差を０．０８λ以下
にすること、あるいは、マスク上の工夫により投影レン
ズの収差を打ち消すことが考えられる。

【００２１】収差の測定方法としては、上記の通りハー
フトーン位相シフトマスクを用いた合焦点位置の測定が
利用できる。すなわち、ハーフトーン位相シフトマスク
を用いて露光したときの合焦点位置のずれから球面収差
を算出することにより、従来よりも感度のよい球面収差
の測定を行うことができる。

【００２２】次に、マスク上の工夫によって投影レンズ
の球面収差を打ち消す方法を説明する。ハーフトーン位
相シフトマスクにおいて、位相が１８０度からずれた場
合には合焦点位置のずれが生じる。図３に位相差が１６
５度のハーフトーン位相シフトマスクを用いて０．６λ
／ＮＡのホールパタンを露光した場合の光ピーク強度の
焦点位置依存性を示す。先程と同様に球面収差をパラメ
ータとしている。球面収差がない場合には合焦点位置が
略０．０になっている。すなわち、球面収差が０．０８
λの場合には、合焦点の位置ずれを、マスクの位相差を
１８０度からずらすことによってなくすことが可能であ
る。また、このときピーク強度は低下するが、焦点深度
の大幅な低下はない。このため、球面収差の大きさに応
じて適当な位相差を選べば、合焦点位置をチップ内で同
じにすることができ、チップ全体での焦点深度は拡大す
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。先ず、投影レンズの球面収差を測定す
るためのマスクについて述べる。上記したように、ハー
フトーン位相シフトマスクの位相差は、用いる投影露光
装置の投影レンズの球面収差で異なる。このため、投影
レンズの球面収差量を見積もる必要がある。この方法に
ついて説明する。

【００２４】上記したように、ハーフトーン位相シフト
マスクを用いた場合には球面収差の量に応じて合焦点位
置が異なる。このため、チップ内の各位置に対して合焦
点位置を知ればよい。ここでは、寸法が０．６λ／ＮＡ
のホールパタンをチップ内の各位置に配置したハーフト
ーン位相シフトマスクを用いた。位相差は、チップ全域
で１８０度であるものを用いた。ホールパタンの寸法
は、解像限界付近の寸法ということで選択したもので、
さらに微細なホールパタンやこれより大きいホールパタ
ンを用いたとしても同様の手順を用いることが可能であ
る。またここでは、透過率９％のハーフトーン位相シフ
トマスクを例に説明を行うが、他の透過率のマスクを用
いた場合においても、同様な手順を用いることが可能で
ある。チップ面内のパタンの配置箇所が多ければ多いほ
ど、球面収差のチップ内分布が詳細に測定できる。例え
ばチップの各辺を２から１０等分程度に等分割し、得ら
れた格子点上にパタンを配置する方法が考えられる。あ
るいは、測定点数を少なくするために、像高が０の位
置、すなわちチップ中心と像高が最大の位置、すなわち
チップ４隅を結ぶ線（チップの対角線）を等分割してパ
タンを配置する。あるいは、チップ中心と４隅部にパタ
ンを配置するなど、上記のパタン配置から配置点数を減
らすことも可能である。

【００２５】このようにして形成したマスクを用いて露
光し、各位置における合焦点位置を決定する。露光は、
各チップでデフォーカス量を変化させて露光を行い、各
パタンの配置位置においてホールパタンの寸法が最大と
なるデフォーカス位置を合焦点位置とする。このように
して、チップ内の各位置に対して合焦点位置を決定す
る。

【００２６】次に、チップ内の各位置に対して合焦点位
置から球面収差量を決定し、合焦点位置を０にするよう
な位相差を見積もる。

【００２７】図４に０．６λ／ＮＡのホールパタンを用
いた場合の位相差と合焦点位置の関係を球面収差をパラ
メータとして示す。この図からチップ内の各位置に対し
て最適な位相差を見積もることができる。例えば、合焦
点位置が＋０．３５λ／ＮＡ² の場合にはこの部分での
球面収差量は０．０８λであり、このときの最適な位相
差は１９５度である。このようにしてこの図４を用いて
チップ内の各位置の最適位相差を決定する。

【００２８】また、球面収差量をさらに正確に求めるた
めのマスクとして、マスク上の各位置に対して位相を水
準とした領域を設けた図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のよ
うなマスクを作成した。同図において、１１はマスク、
１２はチップ領域、１３は評価パタン領域、１４は位相
を水準とした評価パタン領域で、この領域の内部は均一
な位相差を有する。１５は評価パタン領域、１６は領域
内部で位相差が均一な領域である。図５（ａ）、（ｃ）
において、マスク１１上の各位置には位相を水準とした
複数の領域１４が形成されている。各領域１４の面積は
十分小さく、例えば、一辺がチップ１２の一辺の１０分
の１以下とすれば、領域１４内での球面収差の差は無視
できる。位相水準としては、１８０度を中心として５度
刻み程度で、１６０度程度から２００度程度の範囲が適
当である。位相水準を増加させると、その分だけマスク
製作が複雑化するため、５度刻み、１０度刻みあるいは
１５度刻みの３水準とするマスクでも、球面収差の見積
には効果がある。

【００２９】これに対して図５（ｂ）はマスク１１を大
きな領域１６に分割し、位相水準をとったマスクであ
り、図５（ａ）で示したマスク１１に比べて位相水準領
域１６が広いためマスク製作時の位相差検出等が容易で
あるという利点がある。このマスク１１は、マスクを光
軸を回転軸として１８０度あるいは９０度、−９０度回
転して用いることにより、各位置に対して４種類の位相
水準のデータを得ることができる。

【００３０】図５（ａ）、（ｂ）に示すマスク１１を用
いて露光を行い、各位相について合焦点位置を測定する
ことにより、図４の曲線に対するフィッテングの精度を
向上させ、その位置における最適な位相差を決定するこ
とが可能となる。

【００３１】このように、マスク１１上を領域分けして
位相差の水準を設けたマスク１１を用いることにより、
投影レンズの球面収差を露光波長の１００分の１程度ま
での高い精度をもって求めることが可能であった。この
結果、ハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の合
焦点位置のずれを打ち消す最適な位相分布を有するマス
クを精度よく設計することが可能となった。すなわち、
このようなマスクを用いることにより、ハーフトーン位
相シフトマスクを用いた場合に合焦点位置のずれを引き
起こす球面収差と同じ感度で球面収差を求めることが可
能である。

【００３２】最適位相差の面内分布は投影レンズの球面
収差量によって異なるため、露光装置が異なれば異なっ
た分布が得られる。

【００３３】このようにして位相差の面内分布を設定し
たハーフトーン位相シフトマスクを用いることにより、
チップ面内の合焦点位置に差がなく、広い焦点深度を有
してパタン形成が可能であった。

【００３４】図６に本発明の他の実施の形態を示す平面
図である。図６は位相差を段階的に変えることで位相差
の面内分布を形成したハーフトーン位相シフトマスクを
示す。このマスクは１１は、チップ領域１２内を位相差
の異なる複数の領域１６に分割して最適な位相差分布を
近似的に実現したものである。このマスク１１において
は、位相差の異なる領域１６の境界で合焦点位置が変化
する。領域の境界において、位相差の変化は２度程度以
下にするように設定すれば、領域の境界における合焦点
位置のずれを０．０４λ／ＮＡ² 以下に抑えることが可
能であり、通常のハーフトーン位相シフトマスクを用い
た場合に生じるチップ内の合焦点位置のずれ（球面収差
０．０８λに対して０．３５λ／ＮＡ² ）に比べて十分
小さくすることが可能である。

【００３５】次に、このような最適な位相差を有するハ
ーフトーン位相シフトマスクの作成方法について説明す
る。ハーフトーン位相シフトマスクには、基板彫り込み
のもの、多層膜を利用したもの、単層膜を利用したもの
がある。それぞれについて、位相差の異なる領域を作成
する方法を述べる。

【００３６】

【実施例１】先ず、基板彫り込みのハーフトーン位相シ
フトマスクの場合について述べる。このマスクは、透過
率を調整するためのハーフトーン膜にパタン形成を行
い、その後クオーツ基板を所定の深さだけエッチングす
ることによって作成する。位相差は基板のエッチング深
さによって調節できる。

【００３７】本発明のマスクの作成方法を図７（ａ）〜
（ｇ）に示す。先ず、（ａ）図に示すように、マスク基
板１上に通常と同様にハーフトーンＣｒ膜４を形成す
る。次に、（ｂ）図に示すように電子線リソグラフィあ
るいはレーザライタあるいは光リソグラフィなどのリソ
グラフィを用いて、ハーフトーンＣｒ膜４上に塗布した
レジスト５に所望のパタンを形成する。次に、レジスト
パタンをエッチングマスクとして、ハーフトーンＣｒ膜
４をウエットエッチングあるいはドライエッチングでエ
ッチングし、しかる後レジスト５を剥離する。（ｃ）図
はこの状態を示す。次に、（ｄ）図に示すように再度レ
ジスト５を塗布して電子線リソグラフィあるいはレザー
ライタあるいは光リソグラフィなどのリソグラフィを用
いて、位相差が同じ領域のレジスト５を除去する。次
に、（ｅ）図に示すように、レジスト５をエッチングマ
スクとしてマスク基板１をウエットエッチングあるいは
ドライエッチングで所定の位相差を与える深さエッチン
グする。次に、（ｆ）図に示すように再度電子線リソグ
ラフィあるいはレザーライタあるいは光リソグラフィな
どのリソグラフィを用いて、位相差が他の値の領域のレ
ジスト５を除去する。次に、（ｇ）図に示すように、レ
ジスト５をエッチングマスクとしてマスク基板１をウエ
ットエッチングあるいはドライエッチングで所定の位相
差を与える深さエッチングする。このように各領域につ
いて、レジストパタンをエッチングマスクとして用いて
エッチングを順番に行なうことにより所定の領域で所定
の位相差を有するハーフトーン位相シフトマスクを形成
することができた。

【００３８】このような作成方法では、各領域について
別々にエッチングをしているために、エッチング時間が
かかる。そこで、次のように段階的にエッチングする方
法もある。すなわち、位相差の一番大きい領域を先ず、
位相差が二番目に大きい領域との位相差分だけエッチン
グする。次に、位相差の１番目に大きい領域と２番目に
大きい領域を開口して位相差が３番目に大きい領域との
位相差分だけエッチングする。さらに、これを繰り返し
て位相差が１，２，３番目に大きい領域、１，２，３，
４番目に大きい領域・・・をエッチングする。最後に、
全体を位相差が１番小さい領域が所定の位相差をもつよ
うにエッチングする。このような段階的なエッチングに
より、マスクが多数の領域で分かれている場合でもエッ
チング時間を延ばさずにエッチングすることが可能であ
る。また、上記方法は、エッチングマスクとしてレジス
トパタンを用いたが、これに限るものではなく、図８に
示すようにマスク基板１の異方性ドライエッチング時に
ブラインド６を設けてエッチングする方法も可能であ
る。

【００３９】このようにして形成した本発明のマスクを
用いることにより、チップ全体で広い焦点深度をもって
パタン形成を行なうことが可能であった。

【００４０】

【実施例２】次に、透過率調整層と位相調整層の２層構
造を持つ多層膜を用いたハーフトーン位相シフトマスク
の場合について本発明のマスクの作成方法を示す。本発
明では、位相をマスク面内で変化させる必要があること
から、透過率調整層を基板上に形成し、次に位相調整層
をその上側に形成する構造としている。この場合は位相
調整層の膜厚で位相を調整することになる。異なる位相
差を有する領域の形成は位相調整膜形成時に行なう場合
と、位相調整膜形成後に行なう場合が考えられる。

【００４１】位相調整膜形成時に異なる位相差を有する
領域の形成を行なう場合には、透過率調整層をマスク面
内に均一に形成し、その後図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に示すように透過率調整層７上に位相調整層８を形成す
るときに所望の位相差を与えるように領域を分けて膜形
成を行なう。すなわち、位相調整層８を形成するときマ
スク基板１上にブラインド９をかけて領域毎に順次スパ
ッタ膜を形成することで膜厚の異なる複数の領域を形成
する。この後に、上記したと同様に電子線リソグラフィ
あるいはレーザライタあるいは光リソグラフィなどのリ
ソグラフィを用いて、マスク基板１上に塗布したレジス
ト上に所望のパタンを形成し、位相調整層８および透過
率調整層７をエッチングする。

【００４２】また、位相調整膜形成後に異なる位相差を
有する領域の形成を行なう場合には、透過率調整層をマ
スク面内に均一に形成し、その後、位相調整層をマスク
面内に均一に形成する。このときの位相は、設計上の最
大位相差となるようにする。次に、図１０（ａ）に示す
ような電子線リソグラフィあるいはレーザライタあるい
は光リソグラフィなどのリソグラフィを用いて、位相差
が同じ領域を露光させたレジスト５をマスクとして用い
るか、または図１０（ｂ）に示すようなエッチング時の
ブラインド６を設定し、位相差が同じ領域だけ所定の位
相差を与える膜厚になるまでエッチングする。この操作
を、位相差の異なる領域毎に行なう。最後に、電子線リ
ソグラフィあるいはレーザライタあるいは光リソグラフ
ィなどのリソグラフィを用いて、位相調整層８上に塗布
したレジスト上に所望のパタンを形成し、位相調整層８
および透過率調整層７をエッチングする。

【００４３】上記作成方法では、位相差の異なる領域の
形成をパタン形成の先に行なったが、この順番はどちら
が先でもよい。すなわち、まず所望のパタンを電子線リ
ソグラフィあるいはレーザライタあるいは光リソグラフ
ィなどのリソグラフィを用いて、マスク基板上に塗布し
たレジスト上に所望のパタンを形成し、位相調整層８お
よび透過率調整層７をエッチングした後に、位相の異な
る領域毎にブラインドもしくはレジストマスクを用いて
エッチングを行い、所定の位相差を与えるように各領域
の膜厚を設定する方法でもよい。

【００４４】

【実施例３】次に、単層膜を利用した場合の本発明の実
施の形態について説明する。単層膜の場合についても多
層膜の場合と同様に、膜の形成時あるいは膜形成後に異
なる位相差を有する領域の形成を行なう場合が考えられ
る。

【００４５】膜形成時に異なる位相差を有する領域の形
成を行なう場合には、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
示すように膜を形成するときに所望の位相差を与えるよ
うに領域に分けて膜形成を行なう。すなわち、ハーフト
ーン位相シフト層１０を形成するときに、マスク基板１
上にブラインド９をかけて領域毎に順次スパッタ膜を形
成することで膜厚の異なる複数の領域を形成する。この
後に、電子線リソグラフィあるいはレーザライタあるい
は光リソグラフィなどのリソグラフィを用いて、シフト
層１０上に塗布したレジスト上に所望のパタンを形成
し、シフト層１０をエッチングする。

【００４６】また、膜形成後に異なる位相差を有する領
域の形成を行なう場合には、シフト層１０をマスク面内
に均一に形成する。このときの位相は、設計上の最大位
相差となるようにする。次に、図１２（ａ）に示すよう
な電子線リソグラフィあるいはレーザライタあるいは光
リソグラフィなどのリソグラフィを用いて、位相差が同
じ領域を露出させたレジストマスク５、または図１２
（ｂ）に示すようなエッチング時のブラインド６を設定
し、位相差が同じ領域だけ所定の位相差を与える膜厚に
なるまでエッチングする。この操作を、位相差の異なる
領域毎に行なう。最後に、電子線リソグラフィあるいは
レーザライタあるいは光リソグラフィなどのリソグラフ
ィを用いて、シフト層１０上に塗布したレジスト上に所
望のパタンを形成し、シフト層１０をエッチングする。

【００４７】単層膜を用いたハーフトーン位相シフトマ
スクの場合には、一種類の膜で位相と透過率を合わせ込
んでいるために、マスク面内で位相の異なる領域を形成
すると、各領域において透過率も異なることになる。た
だし、一般的にハーフトーン位相シフトマスク材料の複
素屈折率がｎ＝１．８、ｋ＝２ｅ−３／オングストロー
ム程度であるとすると、位相を１５度ずらした場合の透
過率の変化は目標透過率の７％以下程度になるため、通
常のホールパタン形成を考えた場合には許容範囲内であ
る。また、このように各領域毎に異なる位相差をもたせ
ることによる透過率の変化を少なくするためには、１８
０度の位相差を与える膜厚をｄとしたときに（２ｍ＋
１）ｄ（ｍ＝１，２，３・・・）の膜厚のハーフトーン
位相シフト層を用いることによって、位相をずらした場
合の膜厚の変化割合を低減し、透過率の変化率を低減す
る方法が効果がある。

【００４８】上記したような多層膜と単層膜を利用した
マスクの作成方法においては、位相差の異なる領域の境
界において、透過率、位相差の制御が困難である。つま
り、領域の境界においては目標とする条件にならない可
能性があり、この場合にはこの部分でのパタン形成のマ
ージンが狭くなってしまう。このため、例えば位相差の
異なる領域の境界をマスクパタンのサブチップ境界スク
ライブライン上などのパタンが配置されていない領域に
することで、位相差が異なる領域の境界の影響を取り除
くことができる。

【００４９】

【実施例４】ここまでは、マスク面上を複数の領域に分
けて各領域毎に異なる位相差をもたせたハーフトーン位
相シフトマスクについて説明したが、ここからはマスク
面内で位相が連続的に変化するマスクについての実施の
形態について説明する。

【００５０】先ず、基板彫り込みのハーフトーン位相シ
フトマスクの場合について述べる。このマスクは、透過
率を調整するためのハーフトーン膜にパタン形成を行
い、その後マスク基板を所定の深さだけエッチングする
ことによって作成する。位相差はマスク基板のエッチン
グ深さによって調節できる。マスク上で位相差を変化さ
せるためには、エッチングの面内分布を利用する。すな
わち、マスク中央部とマスク周辺部でエッチング速度が
異なる条件でマスク基板をエッチングすることで、マス
ク中央部と周辺部で異なる位相差を形成する。この場合
には像高に依存した位相差を有するマスクが形成され
る。面内分布を有するエッチング条件は一般に知られて
いるように、ガス圧、ガス流量、パワー、マスク位置の
条件出しによって得ることが可能である。

【００５１】また、多層膜、単層膜を利用したハーフト
ーン位相シフトマスクの場合には、成膜装置の面内分布
を利用する。すなわち、マスク中央部と周辺部で成膜速
度が異なる条件でハーフトーン位相シフト層を形成する
ことによって、像高に依存した位相差を有するマスクを
形成することが可能である。面内分布を有する成膜条件
は一般に知られているように、パワー、マスク位置、タ
ーゲットの位置、大きさの条件出しによって得ることが
可能である。

【００５２】また、従来通り均一なハーフトーン位相シ
フト層を形成した後に、マスク全面をエッチングあるい
は研磨し、このときのエッチングあるいは研磨の面内分
布を利用する方法もある。すなわち、所定の位相差を与
える膜厚よりも厚い膜を形成し、マスク中央部と周辺部
でエッチング速度が異なる条件でハーフトーン位相シフ
ト層を全面エッチングすることで、像高の依存した位相
差を有するマスクを形成することが可能である。また、
所定の位相差を与える膜厚よりも厚く膜を形成し、マス
ク中央部と周辺部で研磨速度が異なる条件でハーフトー
ン位相シフト層を全面研磨することで、像高に依存した
位相差を有するマスクを形成することが可能である。面
内分布を有する研磨条件は、一般に知られているように
研磨パッドの硬さ、研磨パッドに加える力の条件出しに
よって得ることが可能である。

【００５３】この実施例４に示したマスク形成方法にお
いては、実施例１から３の場合のようにマスク面上の領
域分けを行なっていないために、実施例３で述べたよう
なパタンは位置に依存したマスク領域の設計は不要とな
る。

【００５４】このようにして形成したマスクにおいて
も、チップ全体で広い焦点深度をもってパタン形成を行
なうことができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るハーフ
トーン位相シフトマスクは、透明部材あるいは半透明部
材の少なくともいずれか一方の部材の厚みがマスク上の
位置によって異なり、透明領域を透過する光と半透明領
域を透過する光との位相差がマスク面上の位置で異なる
ようにしたので、チップ内のパタン位置に依存して合焦
点位置が異なることがなく、チップ全体で広い焦点深度
を有して微細なパタンを形成することができる。また、
本発明は、上記発明のハーフトーン位相シフトマスクに
おいて、マスクを投影露光するために用いる投影レンズ
の球面収差の大きさに応じて透明部材または半透明部材
の少なくともいずれか一方の部材の厚みがマスク上の位
置によって異なり、透明領域を透過する光と半透明領域
を透過する光との位相差がマスク面上の位置で異なるよ
うにしたので、チップの各位置に対して最適な位相差を
決定することができる。

【００５６】また、本発明に係る収差測定方法は、透明
な領域を透過する光と半透明な領域を透過する光との位
相差が異なる複数のパタンをハーフトーン位相シフトマ
スク上の複数の場所に配置し、このマスクを投影レンズ
で投影して前記パタンを基板上に形成し、この基板上に
形成したパタンの中から合焦点パタンを求め、この合焦
点パタンに対応する前記マスク上の位相差を求めること
により、前記投影レンズの球面収差を測定するようにし
たので、投影レンズの球面収差を高い精度で測定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 遮光マスクを用いた場合の０．６λ／ＮＡの
ホールパタンの光学像のピーク強度のフォーカス依存性
を球面収差量をパラメータとして示した図である。

【図２】 位相差１８０度のハーフトーン位相シフトマ
スクを用いた場合の０．６λ／ＮＡのホールパタンの光
学像のピーク強度のフォーカス依存性を球面収差量をパ
ラメータとして示した図である。

【図３】 位相差１６５度のハーフトーン位相シフトマ
スクを用いた場合の０．６λ／ＮＡのホールパタンの光
学像のピーク強度のフォーカス依存性を球面収差量をパ
ラメータとして示した図である。

【図４】 合焦点位置とハーフトーン位相シフトマスク
の位相差の関係を球面収差量をパラメータとして示した
図である。

【図５】 （ａ）は本発明に係るマスクの要部の平面
図、（ｂ）はチップ領域を示す図、（ｃ）は評価パタン
領域を示す図である。

【図６】 最適なマスク面内の位相差分布を段階的に近
似して形成した本発明に係るマスクの平面図である。

【図７】 （ａ）〜（ｇ）は本発明に係るマスクの製造
工程を示す図である。

【図８】 本発明に係るマスクの製造工程を示す図であ
る。

【図９】 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るマスクの製造
工程を示す図である。

【図１０】 （ａ）、（ｂ）は本発明に係るマスクの製
造工程を示す図である。

【図１１】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るマ
スクの製造工程を示す図である。

【図１２】 （ａ）、（ｂ）は本発明に係るマスクの製
造工程を示す図である。

【図１３】 遮光マスク上に形成された０．６λ／ＮＡ
のホールパタンを露光した場合に像面に形成される光強
度分布を表した図である。

【図１４】 位相シフトマスクの断面図である。

【図１５】 位相シフトマスクを用いて０．６λ／ＮＡ
のホールパタンを露光した場合に像面に形成される光強
度分布を表した図である。

【図１６】 ハーフトーン位相シフトマスクの断面図で
ある。

【図１７】 ハーフトーン位相シフトマスクを用いて
０．６λ／ＮＡのホールパタンを露光した場合に像面に
形成される光強度分布を表した図である。

【図１８】 ハーフトーン位相シフトマスクを用いて形
成したホールパタン寸法の焦点位置依存性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…マスク基板、２…遮光膜、３…位相シフタ、４…ハ
ーフトーン位相シフトマスク、５…レジスト、６…エッ
チング時のブラインド、７…透過率調整層、８…位相調
整層、９…製造時のブラインド、１０…ハーフトーン位
相シフト層、１１…マスク、１２…チップ領域、１３…
評価パタン領域（１４の集合体）、１４…位相を水準と
した評価パタン領域、１５…評価パタン領域、１６…領
域内部で位相差が均一な領域。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明部材と半透明部材で構成され、露光
   光が透明部材のみを透過する透明領域及び露光光が透明
   部材と半透明部材を透過する半透明領域を形成している
   ハーフトーン位相シフトマスクにおいて、 透明部材あるいは半透明部材の少なくともいずれか一方
   の部材の厚みがマスク上の位置によって異なり、透明領
   域を透過する光と半透明領域を透過する光との位相差が
   マスク面上の位置で異なることを特徴とするハーフトー
   ン位相シフトマスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載のハーフトーン位相シフト
   マスクにおいて、 マスクを投影露光するために用いる投影レンズの球面収
   差の大きさに応じて透明部材または半透明部材の少なく
   ともいずれか一方の部材の厚みがマスク上の位置によっ
   て異なり、透明領域を透過する光と半透明領域を透過す
   る光との位相差がマスク面上の位置で異なることを特徴
   とするハーフトーン位相シフトマスク。
3. 【請求項３】 請求項１記載のハーフトーン位相シフト
   マスクにおいて、 透明部材がマスク基板であって、透明領域でマスク基板
   が彫り込まれ、この彫り込み深さがマスク上の位置によ
   って異なることを特徴とするハーフトーン位相シフトマ
   スク。
4. 【請求項４】 請求項１記載のハーフトーン位相シフト
   マスクにおいて、 透明部材が半透明部材を挾む第１、第２の透明部材で構
   成され、これら透明部材の少なくともいずれか一方の部
   材の厚みがマスク上の位置によって異なり、透明領域を
   透過する光と半透明領域を透過する光との位相差がマス
   ク面上の位置で異なることを特徴とするハーフトーン位
   相シフトマスク。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載のハーフ
   トーン位相シフトマスクにおいて、 マスクを構成する部材の厚みが異なる領域が複数設けら
   れていることを特徴とするハーフトーン位相シフトマス
   ク。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３または４記載のハーフ
   トーン位相シフトマスクにおいて、 マスクを構成する部材の厚みがマスク上で連続的に異な
   ることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
7. 【請求項７】 透明な領域を透過する光と半透明な領域
   を透過する光との位相差が異なる複数のパタンをハーフ
   トーン位相シフトマスク上の複数の場所に配置し、この
   マスクを投影レンズで投影して前記パタンを基板上に形
   成し、この基板上に形成したパタンの中から合焦点パタ
   ンを求め、この合焦点パタンに対応する前記マスク上の
   位相差を求めることにより、前記投影レンズの球面収差
   を測定することを特徴とするハーフトーン位相シフトマ
   スクを用いた収差測定方法。