JPH10186630A - 位相シフト露光マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半遮光膜の光透過率を任意に設定可能なもの
とすると共に、ステッパによるステップ＆リピート露光
時における隣接チップの影響を防止した位相シフト露光
マスクおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の位相シフト露光マスクは透明基
板１と遮光膜２とを有し、この透明基板１は所定の深さ
を有する凹部でもって、光透過領域１ａを形成する。さ
らに、この凹部周縁の遮光膜２には所定の膜厚を有する
半遮光領域２ａを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造工
程に用いるフォトマスクに係わり、特に位相シフト露光
マスクおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路は高密度化が進み、半導
体ウェハの最小加工寸法はますます微細化している。こ
の微細化に対応して、位相シフト技術が開発された。こ
れは、ＩＣの製造工程で用いる露光マスクの製造に、屈
折率の異なる材料を用いて、露光光に通常１８０゜の位
相差を発生させ、この透過光の相互干渉により解像度を
向上させるものである。この位相シフトマスクとして
は、アウトリガー型やオルタネイト型等種々のタイプが
考案されているが、マスク製造工程が複雑であったり、
パターンデータの作成が困難であったりして、全てが実
用化されているわけではない。その中で、特開平４−１
３６８５４号公報に示されているようなハーフトーン型
位相シフトマスクは、従来のマスク製造工程がそのまま
利用でき、特別なマスクデータの作成が不要なことか
ら、もっとも実用化に近い方式として注目されている。

【０００３】しかしながら、半遮光膜を用いて位相差を
形成するハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、
市販のマスク基板は半遮光膜の光透過率が段階的に決ま
っており、半導体装置で構成する各層に応じて半遮光膜
の光透過率を最適化するには、種々の透過率のマスク基
板を用意する必要がある。また、半導体装置の製造工程
において、ステッパ（ステップ式投影露光装置）を用
い、ウェハ上にマスクパターンを転写する場合、ウェハ
上にはできるだけ多くのチップを形成するように、予め
チップ間隔を設定して露光する。しかし、ステッパの位
置決め精度が不十分なために、ハーフトーン型位相シフ
トマスクを使用した場合、隣接するチップ露光時に半遮
光膜を通過する光により、チップコーナ部が露光される
という問題が生じる。この問題に対しては、特開平４−
２０４６５３号公報に示されるように、半遮光膜にマス
ク上０．９μｍ□程度の大きさの開口部を密集して形成
することにより遮光部として機能させる方法が提案され
ているが、現状のマスク欠陥検査装置では、このような
微小なパターンを欠陥として認識してしまうので、欠陥
検査が実施できず、もし欠陥が生じている場合には、遮
光部として機能しなくなる。また、位相シフトマスクに
はリム型位相シフトマスクがあるが、リム型の場合、リ
ム幅が大きくなるとリム部を通過する光によりレジスト
が感光するため、リム幅の寸法を精密に制御する必要が
あり、製造工程が複雑になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
問題を解決するためになされたもので、各レイヤーに応
じて、半遮光膜の光透過率を任意に設定可能なものとす
ると共に、ステッパによるステップ＆リピート露光時に
おける隣接チップの影響を防止した位相シフト露光マス
クおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の位相シフト露光マスクは、透明基板と、
この透明基板に接する遮光膜とを有し、透明基板は光透
過領域を形成する凹部を有すると共に、遮光膜はこの透
明基板の凹部周縁に、所定の膜厚の半遮光領域を有する
ものである。

【０００６】本発明の位相シフト露光マスクの製造方法
は、透明基板上に遮光膜および電子線レジストを順次積
層成膜する工程と、この電子線レジストに第１の露光に
より光透過領域用のパターニングを行い、第２の露光に
より半遮光領域用のパタ−ニングを行い、レジストパタ
ーンを形成する工程と、得られたレジストパターンをマ
スクとして遮光膜および透明基板をエッチングして、透
明基板に所定の深さの凹部を形成する工程と、遮光膜上
に残存する電子線レジストを全面均一に所定の厚みを除
去し、半遮光領域となる部分の遮光膜を露出する工程
と、この露出した遮光膜をエッチングし、遮光膜に半遮
光領域を形成する工程と、遮光膜上に残存する電子線レ
ジストを全て除去する工程とを有する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実
施の形態の位相シフト露光マスクの要部平面図および断
面図であり、本発明の位相シフト露光マスクは透明基板
１、たとえば合成石英ガラス基板と、この透明基板１上
に、たとえば、膜厚１００ｎｍのクロム膜で形成される
遮光膜２とから構成されている。また、図示のように、
透明基板１は所定の深さを有す凹部でもって、所定のマ
スクパターンを形成し、光透過領域１ａとなす。本実施
の形態例では、透明基板１の屈折率は１．５であり、ス
テッパの光源にはｉ線（（波長 ３６５ｎｍ）を使用し
たので、凹部の深さは３６５ｎｍとした。一方、この凹
部周縁の遮光膜２は所定の膜厚を有し、半遮光領域２ａ
を形成している。本実施の形態例では、半遮光領域２ａ
の遮光膜２の膜厚は光透過率を約１０％と設定し、３０
ｎｍとした。

【０００８】この位相シフト露光マスクをステッパに装
着して、ウェハ上の光強度分布を見ると、図２のように
なる。図は位相シフト露光マスクの要部平面図とこのパ
ターンを透過した光強度を示す分布図である。ステッパ
の光源を出射した露光光は位相シフト露光マスク上に
て、開口されている光透過領域１ａを透過し、ウェハ上
に所定のパターンを形成する。一方、この光透過領域１
ａの周縁に形成されている光透過率１０％の半遮光領域
（クロム膜）２ａを透過した光もウェハ上に投影され
る。この投影像は前記光透過領域１ａのかたどるパター
ンの周縁に形成されるが、両投影像の一部は光の回折現
象によりオーバラップする。この時、光透過領域１ａを
透過する光の透明基板１内の光路長は凹部の深さだけ、
半遮光領域２ａを透過する光のその光路長に比し、短
い。すなわち、両者の光が透明基板１を通過する時光路
差が生じる。本発明の位相シフト露光マスクはこの光路
差を利用して両者の光に１８０゜の位相差を与えるもの
である。したがって、凹部の深さは露光光の波長、露光
用マスクに使用する材料等により決定される。このよう
にして、ウェハ上の光透過領域１ａの投影像と半遮光領
域２ａの投影像の間には、光の位相差が１８０゜あるた
めに、光透過領域１ａの投影像の周縁は半遮光領域２ａ
の投影像によって鮮鋭化される。

【０００９】次に、位相シフト露光マスクの製造方法に
ついて、図３ないし図４を参照しながら説明する。

【００１０】まず、透明基板１上にクロムのスパッタ法
により膜厚を制御して遮光膜２を成膜し、さらにその上
に、電子線レジスト３（本実施例ではポジ型を使用した
が、ネガ型でもよい）を塗布、ベークして成膜する（図
３（ａ）参照）。

【００１１】この基板に対し、電子線描画装置を使用し
て、光透過領域１ａを形成するための第１の露光と、半
遮光領域２ａを形成するための第２の露光を行い（図３
（ｂ）参照）、レジスト現像工程を経て、図３（ｃ）に
示す基板が得られる。

【００１２】上述の電子線露光によりマスクブランク上
に原画パターンを描画する時、遮光領域となるパターン
に対しては、バイアスをかけないことにより、通常の電
子線描画による遮光領域と同様なものを形成することが
できる。一方、電子線レジスト３に所望の大きさのパタ
ーンを形成するのに必要な全ドース量Ｑに対して、第１
の露光および第２の露光に要するドーズ量は、それぞれ
４／５Ｑ、１／５Ｑとした。これらのドーズ量は、上述
の条件に限られるものではなく、第２の露光に要すドー
ズ量は遮光膜２上にレジストが残り、且つ電子線未照射
領域のレジスト膜厚との間に、５０ｎｍ程度以上の膜厚
差が生じるドーズ量であればよい。当然のことながら、
第１の露光に要すドーズ量は、［Ｑ−第２露光に要すド
ーズ量］となる。

【００１３】次に、前記レジスト現像工程で得られたレ
ジストパターンをマスクとして、ドライエッチング、ま
たはウエットエッチングにより、遮光膜２の露出した部
分を選択的に除去し（図３（ｄ）参照）、さらに続けて
透明基板１を所定量ドライエッチングして凹部を形成
し、図４（ｅ）に示す基板を得る。本実施の形態例では
透明基板１に使用する合成石英ガラス基板の屈折率を
１．５、ステッパの露光波長を３６５ｎｍとして、エッ
チング量を３６５ｎｍに設定したが、この凹部は位相シ
フト露光マスクにおいて、光透過領域１ａと半遮光領域
２ａをそれぞれ透過する光の間に位相差を生じさせるた
めのもので、凹部のエッチング量はこの値に限定される
ものではなく、透明基板１の屈折率、半遮光領域２ａの
屈折率と膜厚、およびステッパの露光波長により決定さ
れる。

【００１４】次に、電子線レジスト３をマスクプレート
全面均一に一定の厚みだけ除去し、半遮光領域２ａとな
る部分の遮光膜２を露出させ、図４（ｆ）に示す基板を
得る。この時の電子線レジスト除去量は、半遮光領域２
ａ上の電子線レジスト３を完全に除去し、且つ電子線未
照射領域には５０ｎｍ程度以上の電子線レジスト３が残
るように設定する。本実施の形態例では、半遮光領域２
ａ上、および電子線未照射部に残存する電子線レジスト
３の膜厚はそれぞれ１２０ｎｍ，４００ｎｍであったた
め、電子線未照射部の電子線レジスト膜厚が２００ｎｍ
になるように、ドライエッチング技術により電子線レジ
スト３を除去した。電子線レジスト除去方法は、マスク
基板上の電子線レジスト３を全面均一に除去できる方法
であれば、ドライエッチングに限るものではない。

【００１５】次に、ドライエッチング、またはウエット
エッチングにより露出している遮光膜２を一定量除去
し、図４（ｇ）に示す基板を得る。なお、予め図５に示
されるような、ステッパの露光波長に対する遮光膜膜厚
（図はクロム膜のグラフ）と光透過率との関係を求めて
おき、これと所望の光透過率とから、遮光膜２の除去量
を決定する。最後に、遮光膜２上に残存する電子線レジ
スト３を全て除去して、ハーフトーン型位相シフト露光
マスクが得られる（図４（ｈ）参照）。

【００１６】本実施の形態例では、マスク材料として、
合成石英ガラス基板、クロム膜を使用したが、ステッパ
の露光波長に対して透過性を有する材料であれば合成石
英ガラスに限るものではなく、また露光波長、遮光膜に
関しては、露光波長に対して、遮光性を有するものであ
ればよい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
相シフト露光マスクにおいて、半遮光膜の光透過率を任
意に設定可能なものとすると共に、ステッパによるステ
ップ＆リピート露光時、隣接チップの影響を防止でき
る。また、本発明の位相シフト露光マスクの製造方法に
よれば、簡便な製造工程で位相シフト露光マスクが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る位相シフト露光マス
クの要部平面図および断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る位相シフト露光マス
クの要部平面図および光強度分布図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る位相シフト露光マス
クの製造工程を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る位相シフト露光マス
クの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る位相シフト露光マス
クのクロム膜の膜厚と光透過率の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…透明基板、１ａ…光透過領域、２…遮光膜、２ａ…
半遮光領域、３…電子線レジスト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と、該透明基板に接する遮光膜
   とを有する位相シフト露光マスクにおいて、 前記透明基板は光透過領域を形成する凹部を有し、 前記遮光膜は前記透明基板の凹部周縁に、所定の膜厚の
   半遮光領域を有することを特徴とする位相シフト露光マ
   スク。
2. 【請求項２】 透明基板上に遮光膜および電子線レジス
   トを順次積層成膜する工程と、 前記電子線レジストに第１の露光により光透過領域用の
   パターニングを行い、第２の露光により半遮光領域用の
   パタ−ニングを行い、レジストパターンを形成する工程
   と、 得られたレジストパターンをマスクとして遮光膜および
   透明基板をエッチングして、透明基板に所定の深さの凹
   部を形成する工程と、 前記遮光膜上に残存する前記電子線レジストを全面均一
   に所定の厚みを除去し、前記半遮光領域となる部分の前
   記遮光膜を露出する工程と、 露出した前記遮光膜をエッチングし、前記遮光膜に半遮
   光領域を形成する工程と、 前記遮光膜上に残存する前記電子線レジストを全て除去
   する工程とを有する位相シフト露光マスクの製造方法。