JPH10207036A

JPH10207036A - 位相差測定用パターンおよび位相シフトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH10207036A
Application number: JP894797A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ishida; 伸二石田; Tadao Yasusato; 直生安里
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3161348B2

Abstract

(57)【要約】【課題】透明基板をエッチングして位相差を生じさせ
る位相シフトマスクにおいて、マスク製造中に位相差を
正確に測定し、メインパターンと同寸法の補助パターン
を用いる。【解決手段】マスクの周辺に位相差測定用パターン１
を配置しておく。透明基板１０１のエッチング時には、
位相差測定用パターン１の一部は遮光膜１０２に保護さ
れており、開口パターン１１の部分の透明基板がエッチ
ングされる。そして、位相差測定時には、位相差測定用
パターン１の遮光膜１０２を部分的に除去する。このよ
うに位相差測定用パターン１において、エッチングされ
た部分とエッチングされていない部分を露出させること
により、マスク製造途中で位相差を透過光を用いて測定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置で用
いられる位相シフトマスクに関し、特にその位相差を測
定する専用のパターンと位相シフトマスクの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体素子の製造工程において
は、半導体基板上にパターンを形成するために、主に光
リソグラフィ技術を用いている。光リソグラフィでは、
縮小投影露光装置によりフォトマスク（透明領域と遮光
領域からなるパターンが形成された露光用原板であり、
縮小率が１：１でない場合は、特にレチクルとも呼ばれ
るが、ここでは、いずれもフォトマスクという）のパタ
ーンを感光性樹脂の塗布された半導体基板上に転写し、
現像により感光性樹脂の所定のパターンを得ることがで
きる。これまでの光リソグラフィ技術においては、おも
に露光装置の開発、とりわけ投影レンズ系の高ＮＡ化に
より半導体素子パターンの微細化へ対応してきた。ここ
で、ＮＡ（開口数）とはレンズがどれだけ広がった光を
集められるかに対応し、この値が大きいほどより広がっ
た光が集められ、レンズの性能は良いことになる。

【０００３】また、一般にレーレー（Ｒａｙｌｅｉｇ
ｈ）の式としてよく知られているように、限界解像度Ｒ
（解像できる限界の微細パターンの寸法）とＮＡとの間
には、Ｒ＝Ｋ１×λ／ＮＡ（ここで、Ｋ１は感光性樹脂
の性能等のプロセスに依存する定数）の関係があり、Ｎ
Ａを大きくするほど限界解像度は、より微細になってき
ていた。

【０００４】しかし、露光装置の高ＮＡ化により解像力
は向上するものの、逆に焦点深度（焦点位置のずれが許
容できる範囲）は減少し、焦点深度の点で更なる微細化
が困難となってきた。ここでも実際の物理的説明は省く
が、先と同様レーレーの式として、焦点深度ＤＯＦとＮ
Ａには、ＤＯＦ＝Ｋ２×λ／ＮＡ２（ここで、Ｋ２はプ
ロセスに依存する定数）の関係が成り立つことが知られ
ている。すなわち、ＮＡを大きくするほど焦点深度は狭
くなり、わずかな焦点位置のずれも許容できなくなる。

【０００５】そこで、フォトマスクの透過光の位相を制
御する位相シフトマスクが焦点深度および解像度の向上
手段として注目されている。

【０００６】位相シフトマスクには各種の方式がある
が、その中でも渋谷−レベンソン（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）
方式（特開昭６２−５０８１１号公報）が最も効果が高
い。ここで、渋谷−レベンソン方式の位相シフトマスク
について図面を用いて説明する。図１４に渋谷−レベン
ソン方式の位相シフトマスクを示す。図１４（ａ）は平
面図、図１４（ｂ）は縦断面図である。透明基板１０１
上には遮光膜１０２が成膜され、その遮光膜１０２を選
択的に除去することにより、周期的に開口パターン２１
が形成される。そして、これらの開口パターン２１には
１つおきに透明膜１０４が配置される。光の波長λは、
伝場する物質中ではλ／ｎ（ｎは物質の屈折率）となる
ため、空気中（ｎ＝１）と透明膜１０４を透過する光に
は位相差が生じる。

【０００７】そして、透明膜１０４の膜厚ｔをｔ＝λ／
２（ｎ１−１）（ここに、λは露光光の波長，ｎ１は透
明膜の屈折率）とすることにより、その位相差を１８０
度としている。よって、渋谷−レベンソン方式マスクの
透過光の振幅分布は、図１４（ｃ）に示すように、交互
に位相が反転した分布となり、この振幅分布の周期は本
来の２倍になる。

【０００８】よって、このマスクの回折光の回折角は通
常の１／２となり、従来の限界解像度以下のパターンも
その回折光を投影レンズで集めることができる。そし
て、この位相が反転した光同士の干渉により、隣接開口
部の間では光強度が低下し、微細パターンを分離するこ
とが可能となる。この透明膜は、位相シフターと呼ば
れ、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）が通常用いられる。

【０００９】図１５に、その製造方法を示す。同図
（ａ）に示すように、透明基板１０１と遮光膜１０２の
間にエッチングストッパー層１０３を成膜した、特殊な
マスクブランクが用いられた。一般的には、透明基板１
０１の材料は合成石英（ＳｉＯ₂）であり、遮光膜１０
２の材料はクロムが用いられる。また、マスクを遮光し
た光が半導体基板表面で反射し、再びマスク表面で反射
することを防止するために遮光膜１０２の表面には反射
防止膜が成膜されるが、これは通常酸化クロムが用いら
れる。また、エッチングストッパー層１０３は、透明基
板１０１（合成石英：ＳｉＯ₂）とシフター材料（ＳＯ
Ｇ等）が選択的にエッチングすることができないため必
要になっている。

【００１０】そして、同図（ｂ）に示すように、通常マ
スクと同じように遮光膜１０２をエッチングする。この
遮光膜１０２のエッチングは、ウェットあるいはドライ
エッチングの２種類の方法がある。ウェットエッチング
には、硝酸セシュウム第３アンモン水溶液が用いられ
る。また、ドライエッチングには、Ｃｌ₂等の塩素を含
むガスが用いられる。

【００１１】そして、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＧ
を回転塗布し透明膜１０４を成膜した後、再び感光性樹
脂１０６を塗布してシフターパターンの描画を行う。そ
して、現像により感光性樹脂１０６のパターンを形成
し、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃等のフッ素を含むガスを用いたドラ
イエッチングにより、透明膜１０４のエッチングを行
う。そして最後に感光性樹脂１０６を剥離すると、同図
（ｅ）に示すように位相シフトマスクが完成する。

【００１２】このように、シフターをマスク上に形成す
る構造では、位相シフターと透明基板の間には、エッチ
ングストッパーが必要であった。露光光の波長が水銀ラ
ンプのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３５６ｎｍ）の場合
には、透過率が１００％に近く、かつ耐光性のあるエッ
チングストッパー材料が存在したが（たとえば酸化錫
等）、ＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）に対し
ては、適当なエッチングストッパー材料がなかった。

【００１３】そのため、通常のマスクの上に位相シフタ
ーを配置するのではなく、透明基板自体をエッチングす
ることにより、位相差を生じさせる構造が検討されてき
た。

【００１４】図１６は、基板をエッチングするタイプの
位相シフトマスクを示す縦断面図である。図１６におい
て、１０１は透明基板，１０２は遮光膜，２１は開口パ
ターンであり、この構造は、エッチングストッパーを用
いないため、ＫｒＦ露光や、さらに短波長の露光光（Ａ
ｒＦエキシマレーザー）に対しても適用できる。また、
エッチングストッパーおよび位相シフターの成膜工程が
ないため、欠陥の発生が低減できる等の利点がある。

【００１５】しかし、実際に図１６の構造の渋谷−レベ
ンソン方式位相シフトマスクを用いてパターンを転写す
ると、大きな問題が生じた。これは、隣接する開口パタ
ーン２１の一方をエッチングすると、結像面上では基板
をエッチングした部分の光強度が低下し、隣接パターン
間で寸法差が生じるという現象であった。

【００１６】この現象が確認されてから、実験およびシ
ミュレーションで検討が進み、これは、透明基板の位相
は、エッチング部の側壁を境として０度〜１８０度に完
全に分かれるのではなく、側壁近傍では、その中間の位
相となる領域が存在する。また、実際にはマスクに斜め
に入射する光もあるため、段差部側壁では反射等も起こ
り、一層複雑な位相変化が生じている。そして、この位
相が複雑に変化した部分が結像面上で開口部の光強度を
低下させる。

【００１７】そこで、この問題を解決するために、透明
基板のエッチング側壁を遮光膜の下に隠す手法が提案さ
れた。このマスク構造を図１７に示す。図１７におい
て、１０１は透明基板，１０２は遮光膜，２１は開口パ
ターンであり、図１７に示すように、開口部のエッジか
ら基板段差部の側壁を０．１μｍ程度離すことにより、
位相の乱れた部分の光は、すべて遮光膜１０２で止めら
れ、位相が１８０度変化した光のみが開口部を通過する
ようにできる。

【００１８】次に、図１７に示す構造の位相シフトマス
クの製造方法について図面を用いて説明する。図１８に
その製造工程を示す。マスクブランク（パターンの形成
されていないフォトマスク用基板）としては、合成石英
の透明基板１０１上に遮光膜１０２としてクロム（膜厚
７０ｎｍ）と酸化クロム（膜厚３０ｎｍ）を順次成膜し
た通常のマスクブランク（パターンの形成される前の基
板）を用いる。まず、同図（ａ）に示すように、このマ
スクブランク上に感光性樹脂１０６を塗布し、遮光パタ
ーンの描画を行う。

【００１９】次に、同図（ｂ）に示すように、現像行程
で感光性樹脂１０６のパターンを形成した後、硝酸セシ
ュウム第３アンモン水溶液を用いてウェットエッチング
により、遮光膜１０２のパターニングを行う。ここまで
は、通常フォトマスクの製造方法と同一である。ただ
し、フォトマスク上には半導体素子パターンの他に、２
回目に重ねあわせ描画のためのアライメントマークや位
相差測定用のパターンも形成される点が異なる。

【００２０】次に同図（ｃ）に示すように、いったん電
子線感光性樹脂を剥離した後、再び塗布し、２回目の電
子線描画を行う。ここでは、先に形成したアライメント
マークを用いた重ね合わせを行い、シフターパターンの
描画を行う。

【００２１】そして、同図（ｄ）に示すように現像後、
フッ素を含むガス（ＣＨＦ₃，ＳＦ₆等）を用いたドライ
エッチング（平行平板型のＲＩＥエッチング装置）で所
定深さのシフター部１０７をエッチングする。このとき
のエッチング量は、１８０度の位相差を生じさせる深さ
より、１００ｎｍ程度少なく設定される。

【００２２】次に同図（ｅ）に示すようにフッ酸（バッ
ファードフッ酸：１３０ＢＨＦの希釈水溶液）で更に１
００ｎｍウェットエッチングし、１８０度の位相差を生
じる深さにシフター部１０７を仕上げる。そして、最後
に感光性樹脂１０６を剥離し、マスク洗浄（硝酸および
過酸化水素水の混合液等）を行った後に位相差測定を行
う。この位相差測定方法において、位相シフトマスクが
提案された初期は、触針式段差測定器でエッチング深さ
ｄを測り、これに透明基板の露光光（波長λ）に対する
屈折率ｎを用いて、位相差＝３６０ｘ（ｎ−１）ｘｄ／
λより求めていた。

【００２３】しかし、触針式の段差測定器の精度では、
必要とされる位相差測定精度が得られなかったため、現
在は光学式の測定方法が主流となっている。特に、溝尻
光学のＰＳＭ−１００およびレーザーテック社のＭＰＭ
−１００が市販されるようになり、位相シフトマスクの
位相差測定の標準機となりつつある。

【００２４】また、マスク製造後の位相差の確認におい
て、微細でかつ形状の複雑な半導体素子パターンの部分
で測定することが困難な場合が多いため、特に位相差を
測定するためのパターンをマスクの周辺部に配置してい
た。その一例を図１９に示す。図１９において、１０１
は透明基板，１０２は遮光膜，２１は開口パターンであ
る。図１９に示す位相差測定用パターンは、１０μｍの
ラインアンドスペースパターンであり、レベンソン方式
の位相シフトマスクのように隣接開口部の一方をエッチ
ングしている。いつもマスク上に同じ位相差測定用パタ
ーンを配慮しておくことにより、正確に位相差の測定が
行われていた。

【００２５】なお、この渋谷−レベンソン方式位相シフ
トマスクには、このほかいくつかの構造が提案されてい
る。次に、その中の１つのマスク構造および製造方法を
図２０に示す。

【００２６】図２０（ａ）に示すように、遮光パターン
を形成するところまでは通常マスクと同じである。ただ
し、同図（ｂ）に示す透明基板のエッチングにおいて、
位相差１８０度の深さにドライエッチングを行う。そし
て、同図（ｃ）に示すように感光性樹脂１０６を剥離
し、Ｐｈａｓｅ−１あるいはＰＭＰ−１００等の干渉式
位相差測定装置により、位相差の測定を行う。そして、
位相差が所定の範囲に入っていれば、同図（ｄ）に示す
ように、マスク全面をウェットエッチングし、先のドラ
イエッチングで形成された透明基板の側壁０．１μｍ程
度後退させる。

【００２７】なお、位相シフトマスクには、この渋谷−
レベンソン方式の他にも、リム型，クロムレス等の方式
がある。図２１に、リム方式の位相シフトマスクを示
す。図２１において、１０１は透明基板，１０２は遮光
膜，２１は開口パターンである。図２１に示す位相シフ
トマスクは、遮光パターンのエッジ近傍の位相を１８０
度変えることにより、エッジ位置の光強度分布を急峻に
する位相シフトマスクである。また、図２２に示すクロ
ムレス方式の位相シフトマスクは、遮光パターンではな
く、位相シフターの遮光効果でパターンを形成する構造
のものである。このような渋谷−レベンソン方式以外の
方式では、ドライエッチングのみで位相差１８０度の深
さにエッチングされる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の位相シフトマスクにおいては、位相差測定が感光
性樹脂の剥離後に位相差を測定していたため、位相差が
所定の範囲からずれていた場合は、再び感光性樹脂のパ
ターンを形成して、追加のエッチングをしなければなら
なかった。感光性樹脂を剥離しない状態では、ＭＰＭ−
１００等の標準機で測定できないため、たとえば触針式
段差計により測定したとしても、十分な精度は得られな
かった。

【００２９】本発明の目的は、透明基板のエッチングの
途中で光学干渉式測定装置（ＭＰＭ−１００等）で位相
差を精度よく測定することを可能とし、エッチングの完
了前に一旦現在のエッチング量を確認し、その後、更に
追加エッチングして目標の深さに仕上げることによりエ
ッチング深さの精度を向上させるようにした位相差測定
用パターンおよび位相シフトマスクの製造方法を提供す
ることにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る位相差測定用パターンは、透明基板を
エッチングすることにより隣接する透明部の透過光に位
相差を生じさせる位相シフトマスクの位相差測定用パタ
ーンであって、遮光膜で覆われていない部分の透明基板
のみがエッチングされ、位相差測定時には前記遮光膜を
除去してエッチングされていない部分の透明基板を露出
させる構造のものである。

【００３１】また本発明に係る位相シフトマスクの製造
方法は、透明基板上に遮光膜のパターンを形成する第１
の工程と、透明基板の一部をエッチングすることにより
位相シフトパターンを形成する第２の工程を有する位相
シフトマスクの製造方法であって、前記透明基板のエッ
チング工程の途中で感光性樹脂を全面剥離せずに前記位
相シフトマスクの周辺部に配置された位相差測定用パタ
ーンにおいて位相差を測定し、追加エッチング量を決定
する。

【００３２】また前記遮光膜の一部を選択的に除去し、
前記遮光膜に覆われエッチングされていない透明基板の
表面を露出させ、前記エッチングされていない透明基板
部とその周辺のエッチングされた部分とで位相差を測定
する。

【００３３】また本発明に係る位相差測定用パターン
は、透明基板をエッチングすることにより隣接する透明
部の透過光に位相差を生じさせる位相シフトマスクの位
相差測定用パターンであって、エッチングストッパー層
の成膜された部分とエッチングストッパー層のない部分
からなり、基板のエッチング時にはエッチングストッパ
ー層のない部分の透明基板のみがエッチングされる構造
のものである。

【００３４】また本発明に係る位相シフトマスクの製造
方法は、透明基板上にエッチングストッパー層および遮
光膜を成膜し、前記遮光膜を選択的にエッチングして所
定の透明部を形成し、前記エッチングストッパー層およ
び透明基板をエッチングする位相シフトマスクの製造方
法であって、前記遮光膜の除去された透明部のうち前記
エッチングストッパー層が残り前記透明基板がエッチン
グされていない部分と前記エッチングストッパー層がな
く透明基板がエッチングされている部分の透過光の位相
差を測定する。

【００３５】また透明基板上に遮光膜を成膜し、前記遮
光膜を選択的にエッチングし所定の透明部を形成した
後、前記透明基板および遮光膜上にエッチングストッパ
ー層を成膜し、前記エッチングストッパー層および透明
基板をエッチングする位相シフトマスクの製造方法であ
って、前記遮光膜の除去された透明部のうち前記エッチ
ングストッパー層が残り前記透明基板がエッチングされ
ていない部分と前記エッチングストッパー層がなく透明
基板がエッチングされている部分の透過光の位相差を測
定する。

【００３６】

【作用】現在、位相シフトマスクの位相差測定方法とし
て、ＭＰＭ−１００等の光学式測定法は、その測定精度
の点から標準的方法となっている。しかし、この方法に
よれば、位相差を測定しようとする２つの部分に感光性
樹脂が存在していたのでは、測定できない。これは、感
光性樹脂の屈折率および膜厚はプロセス条件により変化
するためである。

【００３７】したがって、本発明の位相差測定用パター
ンでは、感光性樹脂に覆われていない部分に、エッチン
グ部と非エッチング部を形成することでエッチング途中
に正確な位相差測定を可能としている。まず、第１の位
相差測定用パターンでは遮光膜を除去することで、エッ
チング部と非エッチング部の透明基板を露出させ、この
部分で正確に位相差が測定される。そして、第２の位相
差測定用パターンにおいては、透明基板のエッチングで
はエッチングされない透明膜を用い、この透明膜がなく
エッチングされた透明基板部分との位相差を測定してい
る。ここで、この透明膜の膜厚は５ｎｍ以下と極薄く成
膜されるので、この透明膜による位相差は５度以下であ
り、また、この透明膜はエッチングにより変化しないの
で、この透明膜分の位相差をあらかじめ測定しておくこ
とにより、正確にエッチング分の位相差が測定できる。

【００３８】また、本発明の位相シフトマスクの製造方
法においては、上記位相差測定用パターンを用い、エッ
チング途中で位相差を確認し、その測定位相差に基づき
追加エッチングを行うことにより、最終位相差を正確に
設定することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。

【００４０】（実施形態１）本発明の実施形態１に係る
位相差測定用パターンおよび位相シフトマスクの製造方
法について図１を用いて説明する。図１に示すように本
発明の実施形態１に係る位相差測定用パターン１は、２
５μｍ角の大きさであり、透明基板１０１の表面に遮光
膜１０２が形成され、基板１０１の半分が開口パターン
１１（１２．５μｍｘ２５μｍ）であって、透明基板１
０１の表面が露出しており、残りの部分は遮光膜１０２
により覆われている。

【００４１】位相差測定用パターン１は、透明基板１０
１のエッチング時に図２に示すように感光性樹脂１０６
により２０μｍ角の開口パターン１１が形成される。

【００４２】図３に透明基板１０１のエッチング時の位
相差測定用パターン１を示す。図３に示すように、位相
差測定用パターン１は、開口パターン１のうち感光性樹
脂１０６により覆われていない透明基板１０１の表面が
エッチングされていない部分１１ａが形成されるが、遮
光膜１０２で覆われた透明基板１０１の表面はエッチン
グされない。そして、エッチング途中において位相差を
確認するためには、図４に示すように位相差測定用パタ
ーン１の透明基板１０１のうち感光性樹脂１０６に覆わ
れていない部分にウェットエッチング液を滴下し、感光
性樹脂１０６に覆われていない部分の遮光膜１０２を剥
離する。

【００４３】このようにして、遮光膜１０２の下のエッ
チングされていない部分（図中白丸）とエッチングされ
た部分（図中の黒丸）の位相差をＭＰＭ−１００を用い
て測定することができる。また、このように位相差測定
用パターン１のうち、遮光膜１０２の一部（上下部分）
を残しているのは、ＭＰＭ−１００等での位相差測定の
際にどの部分が遮光膜に覆われていたかをわかりやすく
するためである。

【００４４】また、マイクロローディング効果が生じる
場合には、この位相差測定用パターン１は、半導体素子
パターンに近いパターンを用いる必要がある。マイクロ
ローディング効果とは、パターン寸法および粗密により
エッチング速度が変化する現象である。

【００４５】半導体製造工程で用いられる酸化膜のドラ
イエッチングにおいては、パターン寸法が０．３μｍ以
下になると、エッチング速度が低下する。よって、５倍
マスクの場合では、ほとんどパターン寸法によるエッチ
ング速度の違いは無視できるが、実際に使用するパター
ンとあわせる方が望ましい。たとえば、図５に示すよう
に９本の等間隔に並んだ開口パターン２１を使用する。
ここで、開口寸法Ｗと間隔Ｄは同一寸法となっており、
ここではマスク上１．５μｍとしている。また、開口パ
ターン２１の長さは２５μｍである。このパターン２１
においてもエッチング時は図６に示すように感光性樹脂
１０６のパターンが形成される。

【００４６】本発明の実施形態１に係る位相差測定用パ
ターン１は、例えば図７に示すように位相シフトマスク
上に配置される。位相シフトマスクの周辺を除くほとん
どの部分は半導体基板上に転写されるパターン（露光装
置の重ね合わせ用マーク等も含むが、ここでは半導体素
子パターン２０１という）が占め、周辺の特定位置には
露光装置が使用する露光装置用パターン２０２（レチク
ルアライメントマーク，フォーカスキャリブレーショ
ン，ベースラインチェック用パターン）が配置されるた
め、位相差測定用パターン１は、半導体素子パターン２
０１と露光装置用パターン２０２との間に複数箇所配置
する。また、後で説明するが、位相差測定用パターン１
は位相差測定の直前に遮光膜をエッチングするため、一
回使用してしまえば、次のエッチング後は使用できなく
なる。そのため、同じ位置（例えば、図中の右上）にも
複数配置しておくことが望ましい。

【００４７】次に、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン１を用いた位相シフトマスクの製造方法に
ついて説明する。図８にその製造工程を示す。まず、図
８（ａ）に示すように、透明基板１０１上に遮光膜１０
２が成膜された通常のマスクブランクを用い、その上に
感光性樹脂１０６を塗布し、遮光パターンの描画を行
う。このとき図に示すように、半導体素子パターン等の
半導体基板上に転写されるパターンと一緒に、本位相差
測定用パターン１もフォトマスク周辺部に描画される。

【００４８】次に、図８（ｂ）に示すように、現像工程
を経て感光性樹脂１０６のパターンを形成した後、塩素
ガス（Ｃｌ₂）と酸素（Ｏ₂）を用いたドライエッチング
により、遮光膜１０２をエッチングする。次に、感光性
樹脂１０６を剥離し、再び図８（ｃ）に示すように、感
光性樹脂１０６を塗布した後、シフターパターンの描画
を行う。このとき、位相差測定用パターンには図２に示
すような透明基板部と遮光部にかかる開口パターンが描
画される。

【００４９】次に図８（ｅ）に示すように、現像を行っ
た後、今度はＣＨＦ₃＋Ｏ₂ガスを用いたドライエッチン
グにより透明基板１０１のエッチングを行う。ここで
は、ｉ線に対して位相差１８０度の位相シフトマスクを
製造するものとして説明する。合成石英（透明基板１０
１）のｉ線に対する屈折率ｎを１．４６とすると、位相
差を１８０度とするためには、以下の式で与えられる深
さｄをエッチングする必要がある。ｄ＝λ／２（ｎ−１）＝３６５／２（１．４６−１）＝３６５／０．９２＝３９７ｎｍそして、エッチング段差部側壁の影響を避けるため、最
後の１００ｎｍはウェットエッチングを行うものとする
と、ドライエッチングでは２９７ｎｍをエッチングする
必要がある。そこで、ここでは時間指定で２９７ｎｍの
エッチングを行う。

【００５０】次に、位相差測定用パターン１を用いて現
在のエッチングの深さの確認を行う。まず、図８（ｆ）
に示すように、位相差測定用パターン１上にウェットエ
ッチング液１０５を滴下し、感光性樹脂１０６で覆われ
ていない遮光膜１０２を完全に除去する。そして、次に
基板を回転させウェットエッチング液を水洗し、さらに
そのまま回転させて乾燥を行う。なお、ここではマスク
ブランクを現像装置のチャックに固定して特定の位相差
測定用パターン１の部分に遮光膜のウェットエッチング
液１０５を滴下する方法を示したが、位相差測定用パタ
ーン１がマスク最外周に配置されている場合は、その部
分のみをウェットエッチング液１０５の水槽に漬けても
良い。そして、遮光膜を除去した位相差測定用パターン
部においてＭＰＭ−１００等を用いて位相差測定を行
う。

【００５１】位相差測定後の工程を図９に示す。ここで
は先に用いた（遮光膜を除去した）位相差測定用パター
ンとは別の位置の位相差測定用パターン１を示してい
る。今度は、先の位相差の測定値θより次式で求められ
る深さｄ１だけ透明基板１０１をウェットエッチングす
る。ｄ１＝（１８０−θ）λ／３６０（ｎ−１）たとえば、ドライエッチング後の測定位相差が１３５度
であれば、ｄ１＝（（１８０−１３５）ｘ３６５）／（３６０ｘ（１．４６−１））＝９９ｎｍをウェットエッチングすることになる。

【００５２】図９（ａ）に示すように、位相差測定結果
に基づき計算された深さｄ１のウェットエッチングを行
う。なお、もしドライエッチング装置の異常等でエッチ
ング量が極端に少なく、ウェットエッチング量ｄ１が２
０ｎｍ以上となってしまう場合は再びドライエッチング
を行うことになる。これは、遮光膜のひさし部分が長く
なると破損し易くなるためである。

【００５３】次に図９（ｂ）に示すように、再び位相差
測定用パターンの遮光膜１０２を剥離して位相差の確認
を行う。なお、ここで位相差が許容範囲より小さけれ
ば、更にウェットエッチングを追加し、また別の位相差
測定用パターン１にて位相差を確認するという工程を繰
り返す。

【００５４】そして、位相差が許容範囲に入れば、図９
（ｃ）に示すように、感光性樹脂１０６を剥離して位相
シフトマスクを完成させる。このように深くエッチング
しすぎなければ、追加のエッチングを行い位相差を補正
することが可能である。よって、必ず浅くエッチングを
行い、その位相差を確認しながら、位相差を許容範囲
（例えば１８０＋／−５度）に入れるようにすることに
より、位相シフトマスク製造の歩留りを向上できる。

【００５５】

【実施形態２】次に、本発明の実施形態２に係る位相差
測定用パターン及びこれを用いた位相シフトマスクにつ
いて図面を用いて説明する。まず、本実施形態２に係る
位相差測定用パターン１のエッチング前の一例を図１０
に示す。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は縦断面
図である。ここでは、図１０（ａ）に示すように、マス
ク上１０μｍ幅の開口パターン１１ａ，１１ｂを形成し
ている。ここで、区別を容易にするため、その長さは一
方を２０μｍ，他方は２５μｍと変えている。そして、
図１０（ｂ）に示すように、開口パターン１１ａ，１１
ｂにはエッチングストッパー層１０３が成膜されてい
る。

【００５６】次に、エッチング後の位相差測定時の位相
差測定用パターンを図１１に示す。位相差測定には、一
方の開口パターン１１ａにはエッチングストッパー層が
残り、他方の開口パターン１１ｂでは、エッチングスト
ッパー層１０３は除去され、かつ透明基板１０１が所定
の深さにエッチングされている。この状態であらかじめ
エッチングストッパー層１０３で生じる位相差を求めて
おけば、ＭＰＭ−１００等の干渉式位相差測定器で正確
に透明基板のエッチング分の位相差を測定できる。

【００５７】次に、図１２に本実施形態２に係る位相差
測定用パターンを用いた位相シフトマスクの製造工程を
示す。図１２（ａ）に示すように、本位相シフトマスク
の製造方法においては、透明基板１０１上にエッチング
ストッパー層１０３および遮光膜１０２が成膜されたマ
スクブランクを用いる。ここで、透明基板１０１および
遮光膜１０２は、通常のフォトマスク用の材料を用いる
（透明基板は合成石英，遮光膜はクロム）。また後で説
明するが、エッチングストッパー層１０３の材料の条件
としては、透明基板および遮光膜と選択的にエッチング
できることと、ある程度の透過率を有することが必要が
ある。たとえば酸化スズ（ＳｎＯ₂），アルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃），シリコン（Ｓｉ），窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄），ル
テニュウム（Ｒｕ），酸化ルテニュウム（ＲｕＯ₂）等
が使用できる。また、このエッチングストッパー層は最
後に除去するため、ここでは最も除去が簡単な材料とし
て、酸化ルテニュウムを選択して以下説明する。

【００５８】次に、図１２（ｂ）に示すように、本マス
クブランク上に感光性樹脂１０６を塗布し、遮光パター
ンの描画を行う。ここで、フォトマスク上の周辺部に
は、先の実施形態１と同様に位相差測定用パターン１が
描画される。

【００５９】次に、図１２（ｃ）に示すように、遮光膜
１０２をＣｌ₂ガスを用いたドライエッチングによりエ
ッチングする。そして、一旦感光性樹脂１０６を剥離
し、再び塗布した後、シフターパターンの描画を行う。

【００６０】次に、図１２（ｄ）に示すように、現像を
行い感光性樹脂パターンを形成した後、Ｏ₂ガスを用い
たドライエッチングによりエッチングストッパー層１０
３をエッチングする。

【００６１】次に図１２（ｅ）に示すように、ＣＨＦ₃
とＯ₂を用いたドライエッチングにより透明基板１を所
定深さエッチングする。ここでも先の実施形態１と同
様、このドライエッチングで２９８ｎｍの深さにエッチ
ングする。

【００６２】そして、図１２（ｆ）に示すように、感光
性樹脂１０６を剥離し、位相差測定用パターン１により
位相差を確認する。ただし、本位相差測定用パターン１
には、エッチングストッパー層は一部残っているため、
このエッチングストッパー層分の位相変化分は補正する
必要がある。ここで、エッチングストッパー層１０３に
用いた酸化ルテニュウムの膜厚ｔを５ｎｍ、その屈折率
ｎ１を２．０とすると、エッチングストッパー層で生じ
る位相差θ１は、以下のように求められる。 θ１＝３６０ｘ（ｎ１−１）ｘｔ／λ＝３６０ｘ１ｘ５
／３６５＝４．９度よって、エッチング分の位相差はＭＰＭ−１００の測定
結果より、上記の４．９度を引いた値となる。たとえ
ば、ここでも測定位相差が１３５度であったとすると、
実際の位相差は１３５−４．９＝１３０．１度となる。

【００６３】次に図１２（ｇ）に示すように、ウェット
を行い、位相差を１８０度にあわせる。ここで、ウェッ
トエッチングする量ｄ２は、ｄ２＝（（１８０−１３０．１）ｘ３６５）／（３６０ｘ（１．４６−１））＝１１０ｎｍとなる。

【００６４】次に、図１２（ｈ）に示すように、再び位
相差測定用パターン１で位相差を確認する。ここで、位
相差が小さすぎた場合は再び追加のエッチングを行い、
その後、位相差の確認を行う。そして、位相差が許容範
囲に入れば、図１２（ｈ）に示すように、Ｏ₂ガスを用
いたエッチングによりエッチングストッパー層を除去す
る。

【００６５】なお、本位相シフトマスクの製造方法にお
いては、ドライエッチング後に、感光性樹脂を剥離して
いるため、位相差測定用パターン１を用いなくても半導
体素子パターン部分で測定することも可能である。ただ
し、パターン寸法がマスク上１μｍ以下になると、測定
が難しくなり、また測定精度が低下してしまう。本位相
差測定をマスク周辺に配置しておくことで、安定した位
相差の制御が可能となる。

【００６６】

【実施形態３】次に、本位相シフトマスクのもう一つ別
の実施形態について図面を用いて説明する。図１３に本
位相シフトマスクの製造方法の各工程を示す。なお、こ
こではリム方式の位相シフトマスクで説明する。まず、
図１３（ａ）に示すように、通常のフォトマスクブラン
ク上に感光性樹脂１０６を塗布し、遮光パターンの描画
を行う。

【００６７】次に、図１３（ｂ）に示すように、現像で
感光性樹脂１０６のパターンを形成した後、遮光膜１０
２のエッチングを行う。そして、感光性樹脂１０６を剥
離し、洗浄後にマスク検査を行う。ここで欠陥があれば
修正を行う。

【００６８】次に、図１３（ｃ）に示すように、エッチ
ングストッパー層１０３を成膜し、感光性樹脂１０６を
塗布してシフターパターンの描画を行う。

【００６９】次に、図１３（ｄ）に示すように、現像で
感光性樹脂１０６のパターンを形成した後、エッチング
ストッパー層１０３のエッチングを行う。ここで、位相
差測定用パターン１の部分では、ドライエッチングのガ
スを切り替え、図１３（ｅ）に示すように透明基板１０
１のエッチングを行う。ここで、所定の深さにエッチン
グする前に、一旦エッチングを中止する。

【００７０】そして、図１３（ｆ）に示すように、感光
性樹脂１０６を剥離し位相差を測定する。そして、この
測定位相差より残りのエッチング量を計算し、図１３
（ｇ）に示すように、エッチングストッパー層１０３を
除去する。

【００７１】本位相シフトマスクの製造方法において
は、遮光膜１０２の上がエッチングストッパー層１０３
で覆われているため、透明基板のエッチングの際に、遮
光膜のダメージを防止できるという利点がある。たとえ
ば、通常のフォトマスクでは反射防止膜としてクロムの
上に酸化クロムが成膜されているが、透明基板１０１の
ドライエッチングの際に、この酸化クロムがわずかであ
るがエッチングされてしまうことが知られている。しか
し、本製造方法では感光性樹脂１０６を剥離してもエッ
チングストッパー層１０３が存在するため、追加エッチ
ングをしても問題はない。

【００７２】なお、上記はリム方式の位相シフトマスク
について説明したが、この方式以外のマスクにも同様に
適用できる。例えば、クロムレス方式のマスクにもエッ
チングストッパー層をエッチングマスクを用いて、位相
差を確認しながら透明基板をエッチングすることができ
る。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、遮
光膜を除去することによりエッチングされていない透明
基板表面を露出させ、この部分とエッチングされた部分
間の透過光の位相差を実測することができる。現状、Ｍ
ＰＭ−１００等の測定（露光光による実測）しか位相シ
フトマスクの位相差管理に必要精度が得られない。本位
相差測定用パターンは位相シフトマスクの製造行程途中
で位相差の実測が行えるようになるという効果を有して
いる。

【００７４】また、本発明の位相シフトマスクの製造方
法は前記位相差測定用パターンを用い、位相差を確認し
ながら透明基板をエッチングするため、位相差の設定精
度を向上させることができる。

【００７５】また、本発明の位相差測定用パターンは透
明領域の一部にエッチングストッパー層を成膜しておく
ことにより、エッチングされない部分を残し、エッチン
グされた部分とエッチングされない部分の透過光の位相
差を実測することができる。

【００７６】また、本発明の位相シフトマスクの製造方
法は、前記位相差測定用パターンを用い、残りのエッチ
ング量を確認しつつ透明基板をエッチングするため、誤
って深く彫りすぎることはなく、位相差を確実に許容範
囲内に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン（感光性樹脂塗布前）を示す平面図、
（ｂ）は同縦断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン（感光性樹脂のパターン形成後）を示す平
面図、（ｂ）は同縦断面図である。

【図３】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン（エッチング時）を示す平面図、（ｂ）は
同縦断面図である。

【図４】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン（位相差測定時）を示す平面図、（ｂ）は
同縦断面図である。

【図５】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン（感光性樹脂塗布前）の適用例の１つを示
す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。

【図６】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る位相差測
定用パターン（感光性樹脂のパターン形成後）の適用例
の１つを示す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。

【図７】本発明の実施形態１に係る位相差測定用パター
ンのマスク上での配置例を示した平面図である。

【図８】本発明の実施形態１に係る位相シフトマスクの
製造方法（ウェットエッチング前）を示す縦断面図であ
る。

【図９】本発明の実施形態１に係る位相シフトマスクの
製造方法（ウェットエッチング以後）を示す縦断面図で
ある。

【図１０】本発明の実施形態２に係る位相差測定用パタ
ーン（透明基板のエッチング前）を示す平面図、（ｂ）
は同縦断面図である。

【図１１】（ａ）は、本発明の実施形態２に係る位相差
測定用パターン（位相差測定時）を示す平面図、（ｂ）
は同縦断面図である。

【図１２】本発明の実施形態２に係る位相シフトマスク
の製造方法を示す断面図である。

【図１３】本発明の実施形態３に係る位相シフトマスク
の製造方法を示す断面図である。

【図１４】（ａ）は、従来の位相シフトマスクの一例を
示す平面図、（ｂ）は同縦断面図、（ｃ）は透過光の振
幅分布を示した図である。

【図１５】従来のレベンソン方式位相シフトマスクの製
造方法を示す縦断面図である。

【図１６】（ａ）は、従来の別のレベンソン方式位相シ
フトマスクの構造を示す平面図、（ｂ）は同縦断面図で
ある。

【図１７】（ａ）は、従来のもう一つのレベンソン方式
位相シフトマスクの構造を示す平面図、（ｂ）は同縦断
面図である。

【図１８】従来のレベンソン方式位相シフトマスクの製
造方法のその他の例を示す縦断面図である。

【図１９】（ａ）は、従来の位相差測定用パターンを示
す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。

【図２０】従来のレベンソン方式位相シフトマスクの製
造方法のその他の例を示す縦断面図である。

【図２１】（ａ）は、従来のリム方式の位相シフトマス
クを示す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。

【図２２】（ａ）は、従来のクロムレス方式の位相シフ
トマスクを示す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。

【符号の説明】

１位相差測定用パターン１１，１１ａ，１１ｂ開口パターン２１開口パターン１０１透明基板１０２遮光膜１０３エッチングストッパー層１０４透明膜１０５ウェットエッチング液１０６感光性樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板をエッチングすることにより隣
接する透明部の透過光に位相差を生じさせる位相シフト
マスクの位相差測定用パターンであって、遮光膜で覆われていない部分の透明基板のみがエッチン
グされ、位相差測定時には前記遮光膜を除去してエッチングされ
ていない部分の透明基板を露出させる構造のものである
ことを特徴とする位相差測定用パターン。
【請求項２】透明基板上に遮光膜のパターンを形成す
る第１の工程と、透明基板の一部をエッチングすること
により位相シフトパターンを形成する第２の工程を有す
る位相シフトマスクの製造方法であって、前記透明基板のエッチング工程の途中で感光性樹脂を全
面剥離せずに前記位相シフトマスクの周辺部に配置され
た位相差測定用パターンにおいて位相差を測定し、追加
エッチング量を決定することを特徴とする位相シフトマ
スクの製造方法。
【請求項３】前記遮光膜の一部を選択的に除去し、前
記遮光膜に覆われエッチングされていない透明基板の表
面を露出させ、前記エッチングされていない透明基板部
とその周辺のエッチングされた部分とで位相差を測定す
ることを特徴とする請求項２に記載の位相シフトマスク
の製造方法。
【請求項４】透明基板をエッチングすることにより隣
接する透明部の透過光に位相差を生じさせる位相シフト
マスクの位相差測定用パターンであって、エッチングストッパー層の成膜された部分とエッチング
ストッパー層のない部分からなり、基板のエッチング時にはエッチングストッパー層のない
部分の透明基板のみがエッチングされる構造のものであ
ることを特徴とする位相差測定用パターン。
【請求項５】透明基板上にエッチングストッパー層お
よび遮光膜を成膜し、前記遮光膜を選択的にエッチング
して所定の透明部を形成し、前記エッチングストッパー
層および透明基板をエッチングする位相シフトマスクの
製造方法であって、前記遮光膜の除去された透明部のうち前記エッチングス
トッパー層が残り前記透明基板がエッチングされていな
い部分と前記エッチングストッパー層がなく透明基板が
エッチングされている部分の透過光の位相差を測定する
ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項６】透明基板上に遮光膜を成膜し、前記遮光
膜を選択的にエッチングし所定の透明部を形成した後、
前記透明基板および遮光膜上にエッチングストッパー層
を成膜し、前記エッチングストッパー層および透明基板
をエッチングする位相シフトマスクの製造方法であっ
て、前記遮光膜の除去された透明部のうち前記エッチングス
トッパー層が残り前記透明基板がエッチングされていな
い部分と前記エッチングストッパー層がなく透明基板が
エッチングされている部分の透過光の位相差を測定する
ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。