JPH10268504A

JPH10268504A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10268504A
Application number: JP19404297A
Authority: JP
Inventors: Koji Hashimoto; 耕治橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1998-10-09
Also published as: US5786114A

Abstract

(57)【要約】【課題】ハーフトーン境界領域を有するハーフトーン型
位相シフトマスクにおいて、露光される隣接した回路パ
ターン領域での漏れ光による露光過剰を回避し、マスク
のＴＡＴ及び製造コストを削減することを目的とする。【解決手段】光透過性基板１３上にハーフトーン層１１
を堆積形成し、回路パターン領域１７及びそこに隣接し
た境界領域（ダイシングライン２１、フレーム領域１
９）を設けるためにハーフトーン層１１をパターニング
する。そして、露光光波長に対して回路パターン領域１
７のハーフトーン層の透過率を最適化するために、回路
パターン領域１７上で選択的な安定化処理を行う。この
際、回路パターン領域１７の透過率を境界領域２１の透
過率に対して増加させるために、境界領域２１において
ハーフトーン層１１のパターニングに使用したレジスト
層１５等を使用してその元の状態に維持することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
（ＩＣ）の製造において使用されるマスク構造とその形
成方法に係り、特に、ステップ・アンド・リピート露光
法、あるいはスキャン露光法を用いてウェハ上に多数の
チップまたは回路を生成する際に用いるハーフトーン型
位相シフトマスク及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、ほとんどの半導体集積回路は、光
学的な写真製造技術を使用して形成される。これには、
通常、半導体ウェハ上に形成された感光性レジスト材料
の層上にマスク（すなわちレチクル）を介して紫外線
（ＵＶ）光を制御しながら投射することにより露光を行
う。上記マスクは典型的には、レジストで被覆されたウ
ェハに転写される回路パターンを規定するための遮光材
料層を有する光透過性基板によって構成される。ネガテ
ィブ・トーンのレジストが使用された場合、投射されマ
スクを通過した露光光によってレジスト層の露光された
領域が架橋反応し、不溶可層が形成される。続く現像工
程において、レジスト層の未露光部分が現像液で溶解
し、マスクパターンの反転、すなわちネガティブの画像
を構成しているレジスト材料のパターンが残る。これに
対し、ポジティブ・トーンのレジストが使用された場合
には、マスクを通過した露光光によってレジスト層の露
光された部分が現像液に対して可溶性になり、露光され
たレジスト層部分が現像工程で溶解するので、マスクパ
ターンに直接対応するパターン、すなわちレジスト材料
が残る。いずれの場合においても、残存されたレジスト
は、所望の半導体装置を形成するための連続した後処理
工程（例えば、エッチング工程や不純物注入工程等）を
受けるための露出された半導体材料のパターンを画定す
るために利用される。

【０００３】ところで、最近、各社、各研究機関におい
て位相シフトマスク技術が開発されている。位相シフト
マスク（ＰＳＭ）は、π（１８０°）だけ位相がシフト
された露光光の透過を許容する選択的に配置されたマス
クパターン材料を使用する点において、従来のフォトリ
ソグラフィー法を用いたマスクとは異なっている。この
技術は、１９８０年代初頭に最初に提唱され、従来のフ
ォトリソグラフィー法の限界を、回路パターンが０．２
５μｍ、あるいはそれ以下まで製造可能に拡張するもの
として期待されている。マスクパターンのエッジ部にお
いて生成された露光光の１８０°の位相差によって、そ
のエッジ部において透過光の干渉効果により画像のコン
トラストを著しく増強させる。この結果、例えばクロム
等の不透明なマスクパターン材料のみを使用する従来の
マスクと比較して解像性能が高くなり、焦点深度も大き
くなる。しかも、この技術は、従来の露光装置とレジス
ト技術を使用できるという利点がある。

【０００４】このようなわけで様々なＰＳＭ技術が開発
されている。これらのＰＳＭ技術としては、レベンソン
型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）、補助シフタ型（ｓｕｂ
ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、リム型（ｒｉｍ）、及びハー
フトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフト技術等
が知られている。一般的には、Ｃ．Ｈａｒｐｅｒ氏等に
よる文献“ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ
＆ＰｒｏｃｅｓｓｅｓＨａｎｄｂｏｏｋ”（２ｄ
ｅｄ．，１９９４，§１０．４，ｐｐ．１０．３−１
０．３９）を参照されたい。これらの技術の中で、ハー
フトーン型位相シフトマスク技術は任意のマスクパター
ンに適用でき、最も実パターンへの適用範囲が広い。ハ
ーフトーン型ＰＳＭにおいては、１８０°の位相シフト
を行う一層からなる（ハーフトーン）吸収体がわずかな
透過性を持ち、クロム等の従来のマスクパターン材料の
ような不透明な層の代りをする。本来、ハーフトーン材
料は、２つの層、すなわち、透過率制御層と位相差制御
層とで形成されていたが、最近では光の透過率と位相シ
フトの制御という二重の機能を実現するために開発され
た単一層の材料を用いても同様な効果が得られるように
なった。本明細書において全体的な参照文献とされてい
るＩｔｏ氏等の文献“Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ
ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒＳ
ｉｎｇｌｅ−ｌａｙｅｒＨａｌｆｔｏｎｅＭａｓｋ
ｓ”（ＳＰＩＥＶｏｌ．２１９７，ｐ．９９，Ｊａｎ
ｕａｒｙ１９９４）において報告されているように、
ＳｉＮｘから構成されている単一層材料において、ハー
フトーン材料の透過率と位相差の制御はＳｉとＮの組成
比を変化することによってなされ、これは形成時の窒素
ガスの流入量を変化させることによってなされる。

【０００５】例えばステップ・アンド・リピート法によ
る露光やスキャン法等の周知の露光工程において、露光
マスクには、ウェハ全体を覆うのに十分な１個もしくは
複数の回路パターンが形成されており、その各回路パタ
ーンは、最終的に別個のチップとなるウェハ上の個々の
ダイに対応する。マスクとウェハは、例えばダイシング
ライン等の回路パターンに隣接した境界領域及び／また
はそれぞれの回路パターンを取り囲んでいるフレーム領
域中に配置された位置合わせマークと、マスク上に設け
られた位置合わせマークを使用することによって互いに
正確に位置合わせされる。ＤＲＡＭの場合、上記位置合
わせマークは、通常、ダイシングラインならびにテスト
回路領域とメモリセル及び周辺回路を構成している主要
領域との間の境界領域に設けられている。ステッパある
いはスキャナのアライメント光源（位置合わせ用の光
源）は、上記マークを検出するために設けられる。ウェ
ハ上にステップ露光する際、マスクとウェハは、ウェハ
全体がチップ毎に露光されるように露光光源に関して移
動、すなわちステップ運動されるステージ上に固定され
る。例示的なよく知られたステップ・アンド・リピート
露光装置は、ニコン社のステップ・アンド・リピートス
テッパである。スキャン露光において、露光光源は、各
回路領域を露光するために、位置合わせされたマスクと
ウェハを横切って走査される。よく知られているスキャ
ン型露光装置は、ＳＶＧＬマイクラスキャン・スキャナ
（Ｍｉｃｒａｓｃａｎｓｃａｎｎｅｒ）である。

【０００６】露光工程中の隣接したチップ領域に多重の
露光、あるいは露光過剰を阻止するために、通常、マス
クの個々の回路パターンのそれぞれの周囲に不透明な光
阻止材料のフレームが形成される。このフレームは、隣
接したチップ領域に光が漏れることなく一つのチップ領
域だけを露光するように露光光を遮光するのに利用され
る。不透明な材料はまた、例えばフレーム領域及び／ま
たはダイシングライン上にコントラストの高いマーク
（レチクルの位置合わせマーク、ウェハの位置合わせマ
ーク、ウェハの位置合わせずれ検査マーク）を形成する
ために利用されることもある。

【０００７】従来のクロムマスクの製造において、不透
明なフレーム部は、個々のチップパターンを有する複合
回路パターンの一部分として一緒に形成することができ
る。上記マーク類も、同じ工程内で形成することができ
る。しかしながら、ハーフトーン型ＰＳＭの場合、回路
パターンは露光光の最適な透過率（通常２〜１０％）に
調整されたハーフトーン材料で形成されるので、不透明
なフレーム及び／または不透明なマーク類を形成するた
めには、そのための付加的な製造工程が必要となり、製
造工程が増加する。この製造工程の増加を避けるため、
フレームとマーク類を、不透明材料ではなくハーフトー
ン材料から形成した場合、（１）ハーフトーンのフレー
ム部を通過した光の漏洩が回路パターンの解像に影響を
与える。及び（２）ハーフトーンのマーク類（レチクル
の位置合わせマーク、ウェハの位置合わせマーク、ウェ
ハの位置合わせずれ検査マーク）ではアライメント光に
対して透明となる可能性があり、アライメント信号検出
の問題が生じることがある。本明細書において全体的に
参照文献とされているＳａｔｏ氏による米国特許第５，
４７７，０５８号明細書に説明されているように、ＵＶ
露光光に対して最適化されたハーフトーン材料から形成
されたマーク類は、マークを検出するために使用される
可視光に対しては透き通って見えるため、正確で信頼で
きるマスクとウェハとの位置合わせを行うのが難しくな
る。

【０００８】図１（ａ）ないし図１（ｅ）には、従来の
ハーフトーン型ＰＳＭにおける製造工程の連続した段階
が示されている。最初に、図１（ａ）に示されているよ
うに、クロム層１が石英基板（Ｑｚ）３上に堆積され、
これによってクロム遮光膜４が形成される。ハーフトー
ン膜の付着性、例えば、Ｃｒ層に対するＳｉＮｘの付着
性等を増加させるための酸化膜除去処理に続いて、不透
明なＣｒ層は、チップ間のフレーム５及びダイシングラ
イン７上に残存するようにパターニングされる（図１
（ｂ）参照）。このパターニングには、クロム層１上に
レジスト層を被覆し、このレジスト層を例えばレーザあ
るいは電子ビームによって露光した後、レジストを現像
し、露光された領域をエッチングした後レジストを取り
除くことが要求される。この第１のパターニング工程に
続いて、マスクを検査し、欠陥を修正する処理が行われ
る。

【０００９】次に、上記パターニングされたクロム層１
及び露出されている基板３上に、例えばＳｉＮｘ等のハ
ーフトーン層９が堆積形成され、安定化処理が行われる
（図１（ｃ）参照）。安定化処理は、ハーフトーン材料
を制御しながら酸化し、それによって透過率を最適なレ
ベル（通常は２ないし１０％の間）に増加（及び安定）
させるものである。その後、ハーフトーン層９は、個々
の回路パターン及び位置合わせマーク１２をを形成する
ようにパターニングされる（図１（ｄ）参照）。この通
常の処理には、上述したフレームのパターニングのよう
に、レジスト層を被覆し、このレジスト層を例えば電子
ビームあるいはレーザによって露光した後、レジストを
現像し、露光された領域をエッチングした後レジストを
取り除く。この段階において、マスクを再び検査し、任
意の欠陥を修正する。

【００１０】その後、上記クロム層１は、マーク領域１
２をマスクのダイシングライン及び／またはフレーム領
域中において完成させるための第２のパターニング処理
を受ける（図１（ｅ）参照）。これに続いて第３の検査
及び修正処理が行われる。

【００１１】上述したような処理により、不透明なフレ
ーム及びマーク類を形成すると、マスクのターン・アラ
ウンド・タイム（ＴＡＴ）及び製造コストがクロムマス
クに比べて明らかに著しく増加する。そこで、上記不透
明な材料（この場合クロム）を用いて不透明なフレーム
及び位置合わせマークを形成する問題と、回路パターン
の形成に使用されたハーフトーン層により形成されたフ
レームに関連した光の漏洩の問題を避けるために、露光
光をハーフトーン層からなる補助シフタ“遮光”パター
ンで回路を取り囲み個々の回路パターンに分離すること
が提唱されている。これについては、Ｍ．Ｎａｋａｊｉ
ｍａ氏等による文献“Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄｐｈａｓ
ｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇｍａｓｋｗｉｔｈａｓｉ
ｎｇｌｅ−ｌａｙｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｖｅｓｈｉ
ｆｔｅｒｏｆＣｒＯ，ＣｒＯＮ，ＭｏＳｉＯ，Ｍｏ
ＳｉＯＮｆｉｌｍ”（ＳＰＩＥＶｏｌ．２１９７／
１１１−１２１（０−８１９４−１４９２−１／９
４））及び（Ｈａｉｎｓｅｙ氏等による）米国特許第
５，４４６，５２１号明細書、（Ｈａｓｅｇａｗａ氏等
による）第５，４２９，８９６号明細書、及び（Ｙｏｓ
ｈｉｏｋａ氏等による）第５，４２９，８９７号明細書
を参照されたい。

【００１２】上記のような補助シフタパターニング技術
を使用すると、パターンを通過する露光光ビームは、互
いに干渉し合う原因となり、実効的な透過率は著しく減
少する（Ｎａｋａｊｉｍａ氏等によって報告されている
ように、実効的透過率を十分落とすには透明な領域対パ
ターン内のシフタ（ハーフトーン）領域の面積比率は、
透過率（Ｔ）の平方根に対応するように設定する）。し
かしながら、パターン領域の寸法はステッパの分解能よ
り小さくなければならないので、ハーフトーン材料で遮
光パターンを生成するためのデータ量は非常に膨大にな
る。設計データを検査データあるいは書込みデータ（例
えば電子ビームパターニングデータ等）に変換するため
には、多量の計算に関わる電力及び時間が要求され、同
様に大きなデータ記憶容量も要求される。さらに、Ｓｉ
Ｎｘハーフトーン層を補助シフタパターニングすること
によって、比較的短い波長（例えば２４８ｎｍのＤＵＶ
領域）の露光光での透過率は減少するが、この方法でマ
ーク類を容易に検出できるようにするのに十分なアライ
メント光（波長の範囲は４００ないし７００ｎｍ）の透
過率が減少することはない。このため、正確で信頼でき
るマスクとウェハの位置合わせを達成するのが困難とな
り、容易に検出できるマーク類を別々に形成するための
余分な工程が必要となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、露光光の分離境界を直接的で且つ比較的簡単な工程
により形成でき、それによって、隣接した回路パターン
領域での漏れ光による露光過剰を回避し、マスクのＴＡ
Ｔ及び製造コストを削減できるハーフトーン型位相シフ
トマスクの製造方法を提供することである。

【００１４】また、この発明の他の目的は、露光光の分
離領域の形成時に、確実に検出可能なマーク類を同時に
形成することができるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造方法を提供することである。

【００１５】また、この発明の更に他の目的は、回路パ
ターン領域に隣接した境界領域の解像性能を高めること
ができるハーフトーン型位相シフトマスクを提供するこ
とである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述した目的は、この発
明の第１の見地にしたがったハーフトーン型位相シフト
マスクの製造方法によって達成される。ハーフトーン層
は、光透過性基板上に形成される。上記ハーフトーン層
は、回路パターン領域とこの回路パターン領域に隣接し
た境界領域（例えば、マスクの回路パターン領域及び／
またはダイシングラインをそれぞれ取り囲んでいるフレ
ーム領域等）を有するようにパターニングされる。露光
光の波長に対してハーフトーン層の透過率を最適にする
ために、回路パターン領域の選択的な安定化処理が行わ
れる。同時に、境界領域においてハーフトーン層はその
元の状態が維持されており、これによって回路パターン
領域の透過率が境界領域の透過率に対して増加される。

【００１７】上記のような製造方法によれば、露光光の
分離境界を直接的で且つ比較的簡単な工程により形成で
きるので、隣接した回路パターン領域での漏れ光による
露光過剰を回避し、マスクのＴＡＴ及び製造コストを削
減できる。また、露光光の分離領域の形成時に、確実に
検出可能なレチクルの位置合わせマークを同時に形成す
ることができる。

【００１８】この発明の望ましい実施態様としては、次
の（１）から（９）があげられる。（１）境界領域においてハーフトーン層を元の状態のま
ま維持するために、回路パターン領域に供給された安定
化剤から境界領域を遮蔽する。

【００１９】（２）安定化剤は酸化剤を含み、境界領域
はパターニングされたレジスト層によって酸化剤から遮
蔽される。（３）安定化剤は電磁放射を含み、境界領域はレチクル
ブラインドによって電磁放射から遮蔽される。

【００２０】（４）電磁放射は、ＵＶ光を含む。（５）電磁放射は、光透過性基板を介してハーフトーン
層の背面に投射される。

【００２１】（６）境界領域は、回路パターン領域をそ
れぞれ取り囲むフレーム領域を有する。（７）フレーム領域の少なくとも１つは、レチクルの位
置合わせマーク、ウェハの位置合わせマーク、合わせず
れ検査マークを構成する。

【００２２】（８）境界領域は、ダイシングラインを含
む。（９）ダイシングラインは、レチクルの位置合わせマー
ク、ウェハの位置合わせマーク、合わせずれ検査マーク
を構成する。

【００２３】第２の見地において、この発明はハーフト
ーン型位相シフトマスクによって実現される。光透過性
基板は、その上にハーフトーン材料のパターニングされ
た層を有している。ハーフトーン材料のパターニングさ
れた層は、光透過率がＴ１の複数の回路パターン領域
と、この回路パターン領域に隣接して設けられ、Ｔ１よ
り低い光透過率Ｔ２の複数の境界領域とを有している。
境界領域は、補助シフタパターニング処理を行わない。

【００２４】上記のような構成によれば、回路パターン
領域に隣接した境界領域の光透過率が低く、且つ補助シ
フタパターニング処理を行わないので、漏れ光による露
光過剰の問題もなく、データ量が膨大になる可能性もな
い。

【００２５】また、この発明の望ましい実施態様として
は、次の（１）から（４）があげられる。（１）境界領域は、ダイシングラインを含む。

【００２６】（２）ダイシングラインは、レチクルの位
置合わせマーク、ウェハの位置合わせマーク、合わせず
れ検査マークを構成する。（３）境界領域は、回路パターン領域をそれぞれ取り囲
むフレーム領域を有する。

【００２７】（４）フレーム領域の少なくとも１つは、
レチクルの位置合わせマーク、ウェハの位置合わせマー
ク、合わせずれ検査マークを構成する。この発明の上述及びその他の特徴及び利点は、添付図面
に関連してなされた好ましい実施の形態の以下の詳細な
説明から容易に明確にされ、完全に理解される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図２（ａ）ないし図２
（ｃ）はそれぞれ、この発明の第１の実施の形態に係る
ハーフトーン型ＰＳＭを製造するための第１の製造工程
を示している。第１に、例えば石英等の適切な光透過性
基板（Ｑｚ）１３上にハーフトーン層１１が堆積形成さ
れる（図２（ａ）参照）。好ましいハーフトーン膜は、
位相のシフトと光の減衰の両方の機能を有するもので、
例えばＳｉＮｘ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＣｒＯ、
ＣｒＮ、ＣｒＯＮ、ＡｌＯ、ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＭｏＳ
ｉＯ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＮＯ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、Ｔ
ｉＯＮ等の組成物、あるいはこれらの混合物で構成され
ている。安定化に先立ち、ハーフトーン層１１によって
透過率が３％になり、ＵＶ露光光の位相が１６０°シフ
トする。本明細書において使用されている“ハーフトー
ン層”という用語は、光の減衰の機能のみではなく、光
の減衰と位相のシフトという二重の機能を実現する意味
で用いており、例えばＳｉＮｘ等の層がこれに相当す
る。

【００２９】次に、レジスト層１５が、フレーム領域１
９及びダイシングライン２１を覆うように形成され、回
路パターン領域１７は露出される。次に、上記ハーフト
ーン層１１の露出された回路パターン領域に安定化処理
を施す。従来の技術で説明したように、安定化処理はハ
ーフトーン層１１を部分的に酸化することによって、ス
テッパあるいはスキャナの露光光の波長及び強度にとっ
て理想的に増加したレベルで膜の透過率を安定させるも
のである。この処理はまた、位相のシフト量を約１８０
°に調整し、安定させる。レジスト層１５は、上記フレ
ーム領域１９とダイシングライン２１を上記酸化処理か
ら保護し、それによってこれらの領域におけるハーフト
ーン層１１の元の透過率を維持する。この結果、フレー
ム領域１９は、（１）ウェハの各チップあるいは回路パ
ターン領域への露光光の分離、及び（２）そこに形成さ
れたレチクルの位置合わせマーク、ウェハの位置合わせ
マーク、合わせずれ検査マークが確実で且つ信頼性高く
検出できるように十分な程度に不透明となる。また、ダ
イシングライン２１は、そこに形成されたレチクルの位
置合わせマーク、ウェハの位置合わせマーク、合わせず
れ検査マークの検出を信頼できるものにするために必要
なアライメント信号のコントラストが得られるようにな
る。次に、この安定化処理に用いたレジストを剥離した
後、ハーフトーン層１１がレジスト層を用いてパターニ
ングされ、それによって、回路パターン領域１７、回路
パターン領域１７を取り囲んでいるフレーム領域１９
（一方の側しか見えない）を有する境界領域、及びダイ
シングライン２１（一方の側しか見えない）がハーフト
ーン層１１をエッチングすることで形成され、最後にレ
ジストを剥離することで本発明のハーフトーン型ＰＳＭ
が完成する。

【００３０】上記安定化処理の一例として、ＳｉＮｘか
らなるハーフトーン層は、その光透過率を元のレベルＴ
１＝３％からＫｒＦエキシマレーザステッパによって与
えられる２４８ｎｍの露光光に適切なＴ２＝６％のレベ
ルに増加するように部分的な酸化の処理が挙げられる。

【００３１】適切な安定化処理については、例えば日本
国特開平７−１０４４５７（Ａ）号公報に記載されてい
る。その開示によると、半透明（ハーフトーン）層の安
定化は、露光あるいは時間の経過によってハーフトーン
層の位相差及び透過率が変化しないように予め半透明層
上で光放射、加熱処理及び酸化処理の少なくともいずれ
か１つを施すことによって達成される。露光あるいは時
間の経過による半透明層の物理的特性の変化を防ぐため
に、透明基板と半透明層との間の境界あるいは少なくと
も半透明層の表面上において安定した層あるいは特性の
改善された領域が形成される。

【００３２】具体的に、上記半透明層の成膜時において
生ずるダングリングボンドの数を酸化反応及び架橋反応
によって減少させることを特徴としている。ここで、シ
リコン化合物、クロム化合物、アルミニウム化合物、チ
タン化合物、モリブデン−シリコン化合物、あるいはこ
れらの化合物の混合物が半透明層において使用される。
特にシリコン化合物においては、約１．０×１０¹³／ｃ
ｍ³ 以下の密度のシリコンダングリングボンドが特に望
ましい。別の元素化合物から形成された半透明層であっ
ても同様にダングリングボンドの数をおさえることが必
要である。

【００３３】また、安定化された層あるいは特性の改善
された領域は、（１）半透明層の露光波長における吸収
帯の少なくとも一部分の波長の光（例えば少なくとも一
部分に半透明層の赤外線領域の吸収領域内にある赤外線
光等）を照射し、（２）加熱し、（３）酸化し、（４）
酸化処理と同時に光照射処理及び／または加熱処理を行
い、特性を改善する反応を使用して処理を促進し、
（５）光照射処理と加熱処理を同時に行い、特性を改善
する反応を使用して処理を促進させるか、あるいは、
（６）特に少なくとも一部分の半透明層の物理的特性の
吸収帯の一部にある光を透明基板を介して半透明層の方
向に照射することによって形成される。

【００３４】改質領域は、波長がλであり、ｋｌ＞ｋ
（λ）である光を放射することによって形成されたもの
である。ここで、ｋは半透明層の消衰係数、ｋｌは露光
波長における半透明層の消衰係数、λは波長である。半
透膜は、改質時の複素屈折率の変化を考慮し、成膜時の
半透明層の複素屈折率を所望される透過率及び位相差を
満たす複素屈折率とは異なるように設定されるべきであ
る。その後、光の照射、加熱処理、あるいは酸化処理の
少なくとも１つを行うことによって、複素屈折率は所望
される透過率及び位相差を満たす値に調節される。この
時の位相差透過率のずれ量は、光の照射、熱処理、ある
いは酸化処理の少なくとも１つを行うことによって複素
屈折率シフトを見込んで行える。

【００３５】また、露光マスクを生成する方法は以下の
工程を含んでいる。まず、透明基板上に半透明層が形成
され、この半透明層上に感光性樹脂層が形成される。上
記感光性樹脂層が光あるいは荷電粒子ビームで露光さ
れ、感光性樹脂パターンが形成される。感光性樹脂層
は、マスクのパターンにしたがって露光された後、半透
明層の部分がエッチングにより取り除かれる。エッチン
グ後、感光性樹脂層の部分が剥離され、マスクパターン
が形成される。透明基板を通して半透明層を半透明層の
露光波長の吸収領域内の波長を有する光、及び半透明層
の赤外線領域の吸収領域内の赤外線光に晒すことによっ
て、マスクパターンが形成される前あるいは後にこの生
成方法で透明基板と半透明層との間の境界領域に安定し
た層が形成される。この生成方法は、マスクパターンが
形成される前あるいは後に露光、熱処理、及び酸化処理
の少なくとも１つを行うことによって透明基板と半透明
層との間、あるいは少なくとも半透明層の１部分との間
の境界領域も改善する。

【００３６】安定した層あるいは特性の改善された領域
の形成に光が使用されるときには、この光は半透明層の
露光波長の吸収領域の少なくとも１部分を含んでいなけ
ればならない。安定した層あるいは特性の改善された領
域の形成に赤外線光が使用されるときには、この赤外線
光は半透明層の赤外線範囲の吸収領域の少なくとも一部
分を含んでいなければならない。

【００３７】また、安定した層あるいは特性の改善され
た領域が熱を使用して形成される場合には、熱処理は加
熱板上あるいは高温室中で行われる。更に、安定した層
あるいは特性の改善された領域が酸化を利用して形成さ
れる場合には、この酸化は酸素分子の雰囲気中で行われ
る。あるいは、酸化溶液中に液浸することによって酸化
することもできる。酸化溶液としては、水と発煙硫酸あ
るいは発煙硝酸の混合物が使用される。

【００３８】理想的には、露光、加熱あるいは酸化処理
の少なくとも１つを制御するために、光の透過率、光の
反射率、屈折率、層の厚さの変化あるいは位相差の監視
が利用される。また、理想的には、露光、加熱あるいは
酸化処理の少なくとも１つを制御することによって、屈
折率及び層の厚さから透過率と位相差が検出され、これ
らの値に基づいて制御される。

【００３９】安定した層あるいは特性の改善された領域
の形成は、安定化すべき領域を選択するレジストパター
ン１５が半透明層上に形成された後に行われる。安定し
た層あるいは特性の改善された領域の形成は、酸素を含
んでいる雰囲気室中に透明基板を収容し、半透明層の表
面上に酸化層を形成しながら同時に露光によって安定し
た層を形成することによって行われる。

【００４０】単一層あるいは多重層の半透明層位相シフ
ト露光マスクを製造するとき、シリコン、クロム、ゲル
マニウム、チタン、タンタル、アルミニウム、スズ、モ
リブデンシリコン、タングステンシリコン、その他の金
属、前述の金属の炭化物、酸化物、水素化物、窒化物、
ハロゲン化物及びこれらの混合物を使用することができ
る。これらの層の構成は、上述のように層の透過率及び
位相差の両方を同時に制御する機能を有するために中間
段階のものである。この理由のために、層における分子
結合の状態は不安定である。これらの層における結合を
支配している電子は、露光の時に照射エネルギーによっ
て励起され、結合の状態は層が形成される時間に応じて
変化する。透過率の大きさは、層の光学定数、特に露光
波長に比べて大きく変化する。

【００４１】また、本安定化プロセスにおいては、酸化
処理あるいは照射中に反応を活性化するために加熱処理
が施されている。また、露光、加熱及び／または酸化処
理によって生成された化合物成分における屈折率の変化
があるとすると、化合物成分の屈折率及び半透明層の吸
光係数は、層が形成されるときに予め設定され、安定し
た領域が形成された後に位相シフトの可能な最大の効果
を生じることができるように制御可能である。この場合
において、理想的には方向の調節によって組成比が変化
したときに得られた屈折率／吸光係数曲線に沿った方向
に予め設定する。

【００４２】照射のための光源として水銀灯が使用され
るが、遮断フィルタを有するキセノンランプ等の別の光
源を使用することもできる。半透明層としてＳｉＮ層が
使用されるが、前述のように別の材料も使用することも
できる。特定の半透明層の構成に対してより適切である
ならば、Ｉ線の水銀灯、ｇ線の水銀灯、あるいはＡｒＦ
レーザ等の別の光源を使用しても良い。

【００４３】表面酸化のために過酸化水素と硫酸の混合
された酸化溶液を使用したが、発煙硫酸等のより強力な
酸化剤も使用可能である。オゾンガス等の酸化雰囲気も
利用できる。酸化表面を形成するために、ＣＶＤ法を用
いることもできる。さらに、層の形成及び特性の改善し
た反応の基準は、安定した領域における酸素の含有量に
おいて勾配を生成するように調整可能である。さらにま
た、半透明層の厚さを変化させることができる。さら
に、半透明層の最上部に導電層を形成する代りに、前も
って基板上にチャージアップ阻止層を形成しても良い。

【００４４】安定化処理に続いて、パターニングされた
レジスト層１５が取り除かれ、ハーフトーン層において
（回路パターン領域１７における）回路パターン２３
と、フレーム及びダイシングラインの一方及び両方に形
成されるレチクルの位置合わせマーク、ウェハの位置合
わせマーク、及びウェハの位置合わせずれ検査マーク２
５とを生成するために通常の処理が実行される（図２
（ｃ）参照）。パターニング工程は、通常、ハーフトー
ン層全体を覆うようにレジスト層を被覆し、電子ビーム
あるいはレーザを照射することによってレジスト層をパ
ターニングした後、レジストを現像し、最後に露出され
たハーフトーン層領域をエッチングする。レジストが取
り除かれた後、マスクが検査され、必要に応じて修復さ
れる。

【００４５】上述した製造工程は、不透明な露光光の分
離フレームとレチクルの位置合わせマーク、ウェハの位
置合わせマーク、及びウェハの位置合わせずれ検査マー
クとを別々に形成する従来のプロセスに比してかなり簡
単化されており、処理工程数がかなり減少されている。
例えば、この製造工程によると、個々の不透明層の堆積
及びパターニングに関連した工程を完全に省略でき、
（３つの検査及び修正工程の代りに）ただ１つの検査及
び修正工程が必要とされるだけである。さらに、ハーフ
トーン層を補助シフタパターニングすることによって、
光学的暗部を形成する周知の技術とは異なり、この発明
では付加的なレベルのデータのパターニングは不要とな
る。

【００４６】この発明の第２の実施の形態は、図３に関
して説明されている。この実施の形態においては、ステ
ッピング装置あるいは走査装置のＤＵＶ光２７（例えば
２４８ｎｍ）がハーフトーン膜の安定化のために使用さ
れる。ウェハがステッパあるいはスキャナにおいて裏返
しにされ、ＵＶ光２７が基板２９を介して例えばＳｉＮ
ｘ層３１等のハーフトーン層の裏側に投射される。露光
光からのエネルギーによってＳｉが空気と結合し、それ
によってＳｉＯ₂ のレベルが増加し、安定した化合物が
形成される。マスクのフレーム３２及び切断領域３４
は、基板２９の裏側に堆積あるいは設けられた不透明の
レチクルブラインド３３によって陰を付けられる。基板
の裏側にブラインドを配置することによって、マスクパ
ターンへの損傷を回避できる。

【００４７】レチクルブラインドを使用するこの発明の
第２の実施の形態によって、第１の実施の形態において
行われたように、最初にレジストを被覆し、パターニン
グする工程が不要になる。これは、“ブラインドで覆わ
れた”領域が比較的大きく、形状が簡単なものである場
合に最も適切である。寸法が非常に小さかったり形状が
複雑である領域（例えば、複雑なレチクルの位置合わせ
マーク等）を覆う必要がある場合には、一般的に前述し
た第１の実施の形態が好ましい。

【００４８】図４には、ハーフトーン膜の光透過率の変
化が入射光の波長の関数として表されている。光透過率
に関する安定化処理の影響も明白となる。このグラフか
ら、透過率が光波長の関数として増加し（特定の関数は
使用されたハーフトーン材料に依存する）、安定化処理
が一般的に全ての波長に対して透過率を増加させる効果
を有していることが明らかである。２４８ｎｍの露光光
波長では、回路パターンの透過率が６％の最適なレベル
に増加される。ハーフトーン層はフレームとダイシング
ラインにおいて安定化処理を受けないので、これらの領
域の透過率は、アライメント光（４００ないし７００ｎ
ｍ）のように比較的波長が長い場合でも比較的低いまま
である。この結果、位置合わせマークの検出を高い信頼
性で且つ確実に行うことができ、チップあるいは回路間
の露光光の漏洩を防ぐことができる。

【００４９】以上の説明では、この発明をその好ましい
実施の形態に関して説明した。しかしながら、本開示を
再検討することによって、特許請求の範囲の請求項に記
載された意図及び技術的範囲内で別の実施の形態、変更
及び修正が当業者にとって可能であろう。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、露光光の分離境界を直接的で且つ比較的簡単な工程
により形成でき、それによって、隣接した回路パターン
領域での不注意な露光による欠陥を回避し、マスクのＴ
ＡＴ及び製造コストを削減できるハーフトーン型位相シ
フトマスクの製造方法が得られる。

【００５１】また、露光光の分離領域の形成時に、確実
に検出可能なマーク類を同時に形成することができるハ
ーフトーン型位相シフトマスクの製造方法が得られる。
更に、回路パターン領域に隣接した境界領域の解像性能
を高めることができるハーフトーン型位相シフトマスク
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術によるハーフトーン型位相シフトマス
クの製造方法について説明するための連続した工程を概
略的に示す断面図。

【図２】この発明の第１の実施の形態に係るハーフトー
ン型位相シフトマスクの製造方法について説明するため
の連続した工程を概略的に示す断面図。

【図３】この発明の第２の実施の形態に係るハーフトー
ン型位相シフトマスクの製造方法について説明するため
の概略的な断面図。

【図４】ハーフトーン材料の光透過率が安定化処理の前
後でどのように変化するかを入射光の波長の関数として
示したグラフ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性基板上にハーフトーン層を形成
する工程と、回路パターン領域及びこの領域に隣接した境界領域を設
けるために、上記ハーフトーン層をパターニングする工
程と、露光光の波長に対して上記回路パターン領域におけるハ
ーフトーン層の透過率を最適化するために、上記回路パ
ターン領域の選択的な安定化処理を行い、上記回路パタ
ーン領域の透過率を境界領域の透過率に対して増加させ
るために、上記境界領域においてハーフトーン層を元の
状態のまま維持する工程とを具備することを特徴とする
ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項２】前記境界領域においてハーフトーン層を
元の状態のまま維持するために、前記回路パターン領域
に供給された安定化剤から前記境界領域を遮蔽すること
を特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフ
トマスクの製造方法。
【請求項３】前記安定化剤は酸化剤を含み、前記境界
領域はパターニングされたレジスト層によって上記酸化
剤から遮蔽されることを特徴とする請求項２に記載のハ
ーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項４】前記安定化剤は電磁放射を含み、前記境
界領域はレチクルブラインドによって電磁放射から遮蔽
されることを特徴とする請求項２に記載のハーフトーン
型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項５】前記電磁放射は、ＵＶ光を含むことを特
徴とする請求項４に記載のハーフトーン型位相シフトマ
スクの製造方法。
【請求項６】前記電磁放射は、前記光透過性基板を介
して前記ハーフトーン層の背面に投射されることを特徴
とする請求項４または５に記載のハーフトーン型位相シ
フトマスクの製造方法。
【請求項７】前記境界領域は、前記回路パターン領域
をそれぞれ取り囲むフレーム領域を有することを特徴と
する請求項１ないし６いずれか１つの項に記載のハーフ
トーン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項８】前記フレーム領域の少なくとも１つは、
レチクルの位置合わせマーク、ウェハの位置合わせマー
ク、ウェハの位置合わせずれ検査マークを構成すること
を特徴とする請求項７に記載のハーフトーン型位相シフ
トマスクの製造方法。
【請求項９】前記境界領域は、半導体装置をウェルか
ら切断する領域を含むことを特徴とする請求項１ないし
６いずれか１つの項に記載のハーフトーン型位相シフト
マスクの製造方法。
【請求項１０】前記切断する領域は、レチクルの位置
合わせマーク、ウェハの位置合わせマーク、ウェハの位
置合わせずれ検査マークの少なくとも１つを構成するこ
とを特徴とする請求項９に記載のハーフトーン型位相シ
フトマスクの製造方法。
【請求項１１】光透過性基板と、この光透過性基板上に形成され、パターニングされたハ
ーフトーン材料の層とを具備し、上記パターニングされたハーフトーン材料の層は、光透
過率がＴ１である複数の回路パターン領域と、この回路
パターン領域に対応して設けられ、上記回路パターン領
域に隣接し、Ｔ１より低い光透過率Ｔ２の複数の境界領
域とを有し、上記境界領域は補助シフタパターニング処
理を受けないことを特徴とするハーフトーン型位相シフ
トマスク。
【請求項１２】前記境界領域は、半導体装置をウェハ
から切断する領域を含むことを特徴とする請求項１１に
記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
【請求項１３】前記切断する領域は、レチクルの位置
合わせマーク、ウェハの位置合わせマーク、ウェハの位
置合わせずれ検査マークの少なくとも１つを構成するこ
とを特徴とする請求項１２に記載のハーフトーン型位相
シフトマスク。
【請求項１４】前記境界領域は、前記回路パターン領
域をそれぞれ取り囲むフレーム領域を有することを特徴
とする請求項１１に記載のハーフトーン型位相シフトマ
スク。
【請求項１５】前記フレーム領域の少なくとも１つ
は、レチクルの位置合わせマーク、ウェハの位置合わせ
マーク、ウェハの位置合わせずれ検査マークの少なくと
も１つを構成することを特徴とする請求項１４に記載の
ハーフトーン型位相シフトマスク。