(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上の転写領域に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と実質的に露光に寄与しない強度の露光光を透過させる半透光部とで構成し、かつこの半透光部を通過する光の位相をシフトさせて該半透光部を通過した光の位相と前記透光部を通過した光の位相とを異ならしめることにより、前記透光部と半透光部との境界部近傍を通過した光が互いに打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持できるようにしたハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記マスクパターン転写領域と非転写領域との境界に隣接する非転写領域を実質的に露光に寄与しない強度の露光光を透過させる半透光部とし、かつ、この非転写領域の半透光部の上に、所定の幅を有する遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、
前記透明基板上に、半透光膜、遮光膜、レジストを順次形成された基板を準備する工程と、
前記レジスト膜に、マスクパターンを形成するための電子線露光を施し、現像する工程と、
その後、レジストを形成し、該レジスト上に、非転写領域の半透光部の上に所定の幅を有する遮光膜を形成するための露光を施した後、エッチングを行なって非転写領域の半透光部の上に所定の幅を有する遮光膜を形成する工程とを有し、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの前記半透光部は、マスクパターンの転写領域と非転写領域との境界にまたがって形成されており、前記マスクパターンは、ホール又はスペースからなるパターンであ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】
前記マスクパターンを形成するためのレジストが、ポジ型電子線レジストであ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】
前記非転写領域の半透光部の上に所定の幅を有する遮光膜を形成するためのレジストが、ネガ型電子線レジストであ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４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マスクを通過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上できるようにした位相シフトマスクであって、遮光部を実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させると同時に透過光の位相をずらす半透光膜で構成し、この遮光部と透光部との境界部近傍を通過した光が互いに打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持できるようにしたいわゆるハーフトーン型位相シフトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ＬＳＩ製造などにおいては、微細パターン転写のマスクたるフォトマスクの１つとして位相シフトマスクが用いられる。この位相シフトマスクは、マスクを通過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上できるようにしたものである。この位相シフトマスクの１つに、特に、単一のホール、ドットまたはライン、スペース等の孤立したパターン転写に適したものとして、特開平４−１３６８５４号公報に記載の位相シフトマスクが知られている。
【０００３】
図９は特開平４−１３６８５４号公報に記載の位相シフトマスクの断面図、図１０は図９におけるＡ矢視図である。これらの図に示されるように、この公報記載の位相シフトマスク３０は、透明基板３１上に実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させると同時に通過する光の位相をシフトさせる半透光膜３２を形成し、次いで、該透明基板３１の中央部の転写領域Ｉに、前記半透光膜３２の一部を選択的に除去することにより、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部３３と実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる半透光部３４とで構成するマスクパターンを形成したものである。そして、この位相シフトマスク３０は、半透光部３４を通過する光の位相をシフトさせて該半透光部３４を通過した光の位相が上記透光部３３を通過した光の位相に対して実質的に反転する関係になるようにすることにより、前記透光部３３と半透光部３４との境界近傍を通過して回折により回り込んだ光が互いに打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持できるようにしたものである。このタイプの位相シフトマスクは、いわゆるハーフトーン型位相シフトマスクと俗称されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この位相シフトマスクは、通常、半導体製造に用いられる露光装置である縮小投影露光装置（ステッパー）のマスク（レティクル）として用いられる。このステッパーは、レティクルを露光光で投影して得られる投影像を投影レンズで縮小し、被転写体である半導体ウエハ上に結像させて縮小投影露光を行うものである。この縮小投影露光は、通常、１枚の半導体ウエハ上の異なる位置に同一のレティクルのパターンを繰り返し転写して露光し、１枚のウエハから多数の半導体チップを得るものである。このため、このステッパーを用いてパターン転写を行うときは、図９に示されるように、ステッパーに備えられた被覆部材（アパーチャー）３６によって位相シフトマスク３０（レティクル）の転写領域Ｉのみを露出させるように周縁領域を被覆して露光を行う。
【０００５】
しかしながら、このアパーチャー３６は、精度よく（例えば１μｍ以下の精度）転写領域のみを露出させるように設置することは機械精度的に難しく、多くの場合、露出部が転写領域の外周周辺の非転写領域にはみ出てしまう。また、アパーチャーが仮に高精度であってはみだし部がない場合であっても、アパーチャーと被転写体との間に距離があることから露光光が回折して非転写領域に達する。
【０００６】
このように、アパーチャー３６が本来の転写領域よりも広い範囲に露光光を通過させた場合、次の問題のあることがわかった。すなわち、ハーフトーン型位相シフトマスク３０は、通常、非転写領域に実質的に露光に寄与しない強度の光を通過させる半透光膜３２が形成されている。このため、上述のように、アパーチャー３６が本来の転写領域よりも広い範囲に露光光を通過させると、このはみだした部分で実質的に露光に寄与しない強度の光による露光がなされる。勿論、このはみだし部分があっても１回の露光では何等問題は生じない。しかし、このはみだして露光された部分（はみだし露光部）が転写領域に重なったり、あるいは、次の露光の際に同様にはみだして露光された部分と重なる場合が生じ、この重ね露光によって、１回の露光では実質的に露光に寄与しない露光量であっても、それらが加算されて露光に寄与する量に達する場合がある。したがって、これにより、本来は露光されるべきでない領域に結果的に露光が施された同様のことが起こり、欠陥が発生する。以下、この点を具体的に説明する。
【０００７】
図１１ははみだし露光部が重なる現象を示す説明図である。図１１は説明を簡単にするために露光対象たるレジストを塗布したウエハ上に隣接して４個の転写を行った場合を想定したものであって、実線で囲まれる領域ＥI1、ＥI2、ＥI3、ＥI4が転写領域であり、それぞれの転写領域の外側の点線で囲まれる部分がはみだし部ΔＥI1、ΔＥI2、ΔＥI3、ΔＥI4である。上記各転写領域の寸法（縦及び横）はＩ、実際のアパーチャーの光通過孔の寸法（縦及び横）はＩ´、はみだし部の寸法（幅）はΔＩである。なお、転写領域ＥI1、ＥI2、ＥI3、ＥI4の相互位置関係は、ステッパーのＸーＹステージ等によって正確に隣合わせになるようにに設定される。また、図１１では説明をわかり易くするために、はみだし部ΔＥI1、ΔＥI2、ΔＥI3、ΔＥI4を拡大して示してある。
【０００８】
図１１から明らかなように、はみだし部ΔＥI1、ΔＥI2、ΔＥI3、ΔＥI4は、相互に隣接するものどうしで重なり部分が生ずる。これら重なり部分をそれぞれδＥI12 、δＥI24 、δＥI34 、δＥI13 、δＥI234、δＥI134、δＥI123、δＥI124とすると、重なり部分δＥI12 、δＥI24 、δＥI34 、δＥI13 の重なり回数は共に２回であるが、重なり部分δＥI234、δＥI134、δＥI123、δＥI124は４回となる。いま、半透光膜３２の光透過率を１５％とすると、２回重なり部分には光透過率３０％の膜を通過した場合と同じ量の露光が、３回重なり部分には光透過率４５％の膜を通過した場合と同じ量の露光が、さらに、４回重なり部分には光透過率６０％の膜を通過した場合と同じ量の露光がそれぞれ行われることになる。このため、これら重なり部分では、実質的に露光に寄与する強度に達する露光が行われる場合が生ずる。その結果、この露光を行った後、レジストを現像し、所定のエッチング等をしてパターンを形成したウエハには、本来は形成すべきでない部分に不要なパターンが形成されることになり、パターン欠陥が発生してしまうことになる。
【０００９】
本発明は上述の背景のもとでなされたものであり、ステッパーのレティクルとして用いた場合に、ステッパーのアパーチャーの光通過領域と、レティクルたる位相シフトマスクの転写領域との間に多少のずれがあっても、このずれに基づく露光の欠陥が生ずることを防止す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を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として第１の手段は、
微細パターン転写用のマスクであって、透明基板上の転写領域に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透光部と実質的に露光に寄与しない強度の露光光を透過させる半透光部とで構成し、かつこの半透光部を通過する光の位相をシフトさせて該半透光部を通過した光の位相と前記透光部を通過した光の位相とを異ならしめることにより、前記透光部と半透光部との境界部近傍を通過した光が互いに打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持できるようにしたハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記マスクパターン転写領域と非転写領域との境界に隣接する転写領域及び非転写領域を実質的に露光に寄与しない強度の露光光を透過させる半透光部としたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、
前記マスクパターン転写領域と非転写領域との境界に隣接する転写領域及び非転写領域の半透光部のうちの非転写領域の半透光部の上に所定以上の幅を有する遮光膜を設けたことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクである。
第２の手段は、
前記半透光部が１層の膜で構成されていることを特徴とする第１の手段にかかるハーフトーン型位相シフトマスクである。
第３の手段は、
前記半透光部が低透過率膜と高透過率膜との２層の膜で構成されていることを特徴とする第１の手段にかかるハーフトーン型位相シフトマスクである。
第４の手段は、
前記遮光膜が、クロム膜、又は、クロムに酸化クロムもしくは窒化クロムもしくは炭化クロムが含まれるもの、あるいは、これらに窒素及び／又は酸素を含む膜で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクである。
第５の手段は、
第１〜第４のいずれかの手段にかかるハーフトーン型位相シフトマスクをステッパーのレティクルとして用いて被転写体に繰り返し転写を行なうこと特徴とするパターン転写方法である。
【００１１】
【作用】
上述の構成によれば、マスクパターン転写領域と非転写領域との境界に隣接する非転写領域の半透光部に所定以上の幅を有する遮光部を設けたことにより、このハーフトーン型位相シフトマスクをステッパーのレティクルとして用いた場合に、ステッパーのアパーチャーの光通過領域と、レティクルたる位相シフトマスクの転写領域との間に多少のずれがあって、露光光が位相シフトマスクの非転写領域における半透光部にはみだして照射されても、このはみだして照射された露光光は上記遮光部によって遮断されて透過することができない。これにより、被転写体上における非転写領域に不要な露光光が達することを完全に防止でき、上記アパーチャーの光通過領域とハーフトーン型位相シフトマスクの転写領域との間に多少のずれがあった場合にも、このずれに基づく露光の欠陥が生ずることを防止することができる。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明の一実施例にかかるハーフトーン型位相シフトマスクの断面図、図２は図１におけるＢ矢視図、図３ないし図８は一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の説明図である。以下、これらの図を参照にしながら一実施例を説明する。
【００１３】
図１及び図２において、符号１はハーフトーン型位相シフトマスク、符号２は透明基板、符号５は半透光膜、符号６は透光部、符号７は半透光部、符号８は遮光部である。
【００１４】
ハーフトーン型位相シフトマスク１は、透明基板２の全面に半透光膜５を形成し、透明基板２の中央部においてこの半透光膜５の一部を除去して透光部６と半透光部７とで構成する単一のホールあるいはスペース等のマスクパターンを形成したものである。そして、透明基板２上の外周周辺に残された半透光膜５の上であって、マスクパターン転写領域Ｉと非転写領域との境界に隣接する非転写領域に、所定以上の幅を有する遮光部８を形成したものである。なお、半透光膜５は実質的に露光に寄与しない強度の光を透過する光透過特性と、この透過光の位相を所定量ずらす位相シフト特性との双方の特性を兼ね備えた膜であれば１層の膜で構成してもよいが、この実施例では、この半透光膜５を、主として光透過特性を担う低透過率膜３と主として位相シフト特性を担う高透過率膜４との２層の膜で構成した例を示した。
【００１５】
透明基板２は、主表面を鏡面研磨した石英ガラス基板（寸法；縦６インチ×横６インチ×厚さ０．２５インチ）である。
【００１６】
半透光膜５を構成する低透過率膜３は、膜厚２１ｎｍのＣｒ膜であり、波長３６５ｎｍの露光光に対する透過率が１５％である。また、高透過率膜４は、膜厚３８０ｎｍのＳＯＧ（塗布ガラス；スピン・オン・グラス）膜であり、波長３６５ｎｍの露光光の位相を１８０°シフトさせる。
【００１７】
また、遮光部８はＣｒからなる膜厚１００ｎｍの膜であり、透明基板２上の中央部の転写領域Ｉ（１０ｃｍ×１０ｃｍ）と非転写領域との境界に隣接して、幅５．０ｍｍに形成したものである。
【００１８】
この構成のハーフトーン型位相シフトマスク１は以下のようにして製造することができる。
【００１９】
まず、透明基板２上に、スパッタリング法によりＣｒからなる低透過率膜３を形成する。次に、低透過率膜３上にＳｉＯ2 系被覆膜形成用塗布液（アライドシグナル社製のアキュグラス＃３１１スピンオングラス（商品名））を滴下し、スピンコート法により全面に拡げ、その後、焼成してバインダーの有機化合物を揮発させて、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）膜からなる高透過率膜４を形成し、低透過率膜３と高透過率膜４とからなる半透光膜５を形成する。次いで、高透過率膜４上に、Ｃｒをスパッタリング法により膜厚１００ｎｍに成膜して遮光膜８ａを形成する（図３参照）。
【００２０】
次に、ポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ−５２０：日本ゼオン社製）を膜厚６００ｎｍ塗布し、ベークした後、透明基板２上の転写領域内におけるレジストに所望のパターンの電子線露光を施し、現像液で現像することにより、レジストパターン１０を形成する（図４参照）。
【００２１】
次に、レジストパターン１０をマスクにして、遮光膜８ａを所定のエッチング液によりエッチングし、引き続き高透過率膜４をドライエッチングする（図５参照）。なお、この高透過率膜４のドライエッチングは、反応性ドライエッチング方式（ＲＩＥ）の平行平板型ドライエッチング装置を用いて、以下の条件で行う。
【００２２】
エッチングガス…ＣＦ4 とＯ2 との混合ガスガス圧…０．１Ｔｏｒｒ高周波出力…２００Ｗ次に、レジストパターン１０を剥離した後（図６参照）、透明基板２の表面にネガ型電子線レジスト１１ａ（ＣＭＸ−ＥＸ（Ｓ）：東ソー社製）を膜厚６００ｎｍに塗布してベーク処理を施す。次いで、このレジスト１１ａに遮光部８を形成するための電子線露光を施す（図７参照）。次に、レジスト１１ａを現像し、転写領域と非転写領域との境界に隣接する非転写領域に５．０ｍｍの幅のレジストパターン１１を形成する（図８参照）。
【００２３】
しかる後、そのレジストパターン１１をマスクにして遮光膜８ａ及び低透過率膜３の露出部分を所定のエッチング液を用いてエッチングしてこれらの膜の露出部分を除去し、次いで残存するレジストパターン１１を除去することにより、ハーフトーン型位相シフトマスク１を得る（図１参照）。
【００２４】
上述の構成のハーフトーン型位相シフトマスク１によれば、半透光部７の透過率は１５％、すなわち、半透光部７において実質的に露光に寄与しない強度の光を通過させる。また、半透光部７は、通過する光の位相を１８０°シフトさせる位相シフト機能を担っている。したがって、この一実施例のハーフトーン型位相シフトマスク１を用いてパターン転写を行うと、透光部６と半透光部７との境界部近傍を通過して回折によって回り込んだ光が互いに打ち消しあい、境界部のコントラストを良好に保持できるから、高解像度の露光が可能となる。
【００２５】
また、このハーフトーン型位相シフトマスク１をレティクルとしてステッパーに装着してパターン転写を行う場合において、仮に、ステッパーのアパーチャーの光通過領域Ｉ´がレティクルたるハーフトーン型位相シフトマスク１の転写領域Ｉより大きいために、アパーチャーを通過した露光光が非転写領域にはみだして照射されても、このはみだして照射された露光光は上記遮光部８によって遮断されて透過することができない。これにより、被転写体上における非転写領域に不要な露光光が達することを完全に防止でき、上記アパーチャーの光通過領域とハーフトーン型位相シフトマスクの転写領域との間に多少のずれがあった場合にも、このずれに基づく露光の欠陥が生ずることを効果的に防止することができる。
【００２６】
なお、上述の一実施例では、遮光部として、厚さ１００ｎｍのＣｒ膜を用いたが、半透光膜５の上に形成した場合にこの半透光膜５と合わせた光透過率が実質的に露光光を遮断できる程度になるものであればよい。Ｃｒ膜を用いる場合には、２０ｎｍ以上であれば、一定の遮光効果が得られる。また、この遮光部としてはＣｒ膜以外にも、適当な厚さに形成することにより露光光を遮断できるＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、ＭｏＳｉ等の膜でもよく、また、クロムに酸化クロムもしくは窒化クロムもしくは炭化クロムが含まれるもの、あるいは、モリブデンシリサイド、タンタルシリサイド、タングステンシリサイドのうちの１又は２以上を含むもの、あるいは、これらに窒素及び／又は酸素を含ませたものであってもよい。また、必ずしも、このような光の透過を遮断する膜を形成する必要はなく、遮光部が形成されるべき非転写領域の半透光膜に所定幅以下の半透光部と透光部とが交互に並ぶパターンを形成することにより、半透光部と透光部との境界部近傍の位相反転と回折による相殺効果を一定の広い幅で得られるようにすれば、遮光膜と同様の遮光部を構成することができる。
【００２７】
また、遮光部の形成範囲は、ハーフトーン型の位相シフトマスクの転写領域と非転写領域との境界に隣接した非転写領域であって、ステッパーのアパーチャーの光通過領域がハーフトーン型の位相シフトマスクの非転写領域にはみだす可能性のある範囲を十分にカバーできる範囲であればよい。なお、この遮光部を十分に広くした場合において、非転写領域にアライメントマークを形成する場合には、この遮光部に微小な透光部をリソグラフィー法で形成するようにすればよい。
【００２８】
また、上述の一実施例では、半透光膜を低透過率膜と高透過率膜との２層の膜で構成した例を示したが、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過する光透過特性と、この透過光の位相を所定量ずらす位相シフト特性との双方の特性を兼ね備えた膜であれば１層の膜で構成してもよい。この場合、半透光膜の光透過率は、レジスト等の被転写体の露光感度にもよるが、通常、１〜５０％の範囲であればよい。さらに、半透光膜を２層の膜で構成した場合において、低透過率膜としては、Ｃｒ膜以外にも、例えば、クロムに、酸化クロムもしくは窒化クロムもしくは炭化クロムが含まれるものでもよく、あるいは、モリブデンシリサイド、タンタルシリサイド、タングステンシリサイドのうちの１又は２以上を含むもの、あるいは、これらに窒素及び／又は酸素を含ませたものであってもよい。なお、低透過率膜をＣｒ膜で構成した場合には、その膜厚を１０〜２００ｎｍとすればよい。また、半透光膜を２層の膜で構成した場合において、２層の膜の形成順序は上記一実施例の場合と逆であってもよいが、その場合には、遮光部を構成する材料と低透過率膜を構成する材料との組み合わせを選定して、一方をエッチングする際に他方がエッチングされないようにする必要がある。
【００２９】
さらに、透明基板としては、石英ガラスの他にも、例えば、ソーダライムガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス等の他のガラス基板を用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、ハーフトーン型位相シフトマスクのマスクパターン転写領域と非転写領域との境界に隣接する非転写領域に所定以上の幅を有する遮光部を設けたもので、これにより、ハーフトーン型位相シフトマスクをステッパーのレティクルとして用いた場合に、ステッパーのアパーチャーの光通過領域とレティクルたる位相シフトマスクの転写領域との間に多少のずれがあっても、このずれに基づく露光の欠陥が生ずることを効果的に防止することを可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかるハーフトーン型位相シフトマスクの断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程説明図である。
【図４】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程説明図である。
【図５】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程説明図である。
【図６】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程説明図である。
【図７】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程説明図である。
【図８】一実施例のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程説明図である。
【図９】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの断面図である。
【図１０】図９のＢ矢視図である。
【図１１】はみだし露光部が重なる現象を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ハーフトーン型位相シフトマスク、２…透明基板、３…低透過率膜、４…高透過率膜、５…半透光膜、６…透光部、７…半透光部、８…遮光部。
【図１】
0003669631.tif 000002
【図２】
0003669631.tif 000003
【図３】
0003669631.tif 000004
【図４】
0003669631.tif 000005
【図５】
0003669631.tif 000006
【図６】
0003669631.tif 000007
【図７】
0003669631.tif 000008
【図８】
0003669631.tif 000009
【図９】
0003669631.tif 000010
【図１０】
0003669631.tif 000011
【図１１】
0003669631.tif 000012