(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明支持基板の表面上にハーフトーン膜を堆積させたのち、感光材層を塗布し、次いで、前記透明支持基板の表面及び裏面に遮光パターンを形成することなく前記透明支持基板の裏面側から光を照射することによって前記感光材層を感光させることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの形成方法。
【請求項２】
上記ハーフトーン膜が、ＣｒＯｘ  Ｎｙ  またはＭｏＳｉＯＮからなることを特徴とする請求項１記載のハーフトーン位相シフトマスクの形成方法。
【請求項３】
透明支持基板の表面上にハーフトーン膜を堆積させたのち、感光材層を塗布し、次いで、前記透明支持基板の裏面側から光を照射することによって前記感光材層を感光させることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの形成方法において、前記感光材層を透過した光の再入射を防止するための反射光再入射防止手段を前記感光材層側に設けたことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの形成方法。
【請求項４】
上記反射光再入射防止手段が、ダイクロイックミラーからなることを特徴とする請求項３記載のハーフトーン位相シフトマスクの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハーフトーン位相シフトマスクの形成方法に関するものであり、特に、高集積度の半導体集積回路装置のパターニング工程に用いるレチクルとしてのハーフトーン位相シフトマスクの形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程においては、絶縁膜のパターニング、或いは、導電膜のパターニングの際に、フォトマスクを用いてフォトレジストを露光したのち現像し、この現像されたフォトレジストパターンをマスクとして絶縁膜或いは導電膜のパターニングを行っていた。
【０００３】
このフォトマスクは、石英ガラス基板上に実パターンの１０×１０倍の寸法のＣｒ膜パターンを設けたレチクルを形成し、これをステッパで縮小露光することによってマスタマスクを形成したのち、このマスタマスクを基にして形成したワーキングマスクを意味し、このワーキングマスクを用いて半導体装置の製造工程における露光を行っている。
【０００４】
そして、近年における集積度のさらなる向上によって、レチクルに対しても高精度化が要請されており、そのために寸法精度に悪影響を与える感光材のコーティングムラ、露光量のムラ、現像のムラ、或いは、エッチングのムラをできる限りなくすように改善が試みられている。
【０００５】
このような改善の一つとして、Ｃｒ膜を用いたフォトマスクの代わりに、半透明なハーフトーン膜を用い、ハーフトーン膜による位相シフトを利用してパターンエッヂ部を強調して微細パターンを形成するようにしたハーフトーン位相シフトマスクが提案されている。
【０００６】
図４（ａ）及び（ｂ）参照
図４（ａ）は、従来提案されているハーフトーン位相シフトマスクの平面図であり、また、図４（ｂ）は、図４（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａ’における断面図であり、図に示すように石英ガラス基板１１上に開口部２０を有するＣｒＯｘ  Ｎｙ  からなる厚さ１２００Åの半透明のハーフトーン膜１８のパターンを設けたものであり、半導体ウェハの露光に用いる紫外線、例えば、波長が３６５ｎｍのｉ線に対して位相シフト膜として機能する。
【０００７】
この半透明のハーフトーン膜１８の光透過率は４〜２０％程度であり、このハーフトーン膜を透過する光の位相を反転（移相）させることによって、パターンエッヂ部２１において、石英ガラス基板１１を透過してきた光とハーフトーン膜１８を透過してきた光とを干渉させて打ち消し、パターンエッヂ部２１を強調しようとするものである。
【０００８】
この事情を図５を参照して説明する。
図５（ａ）参照
まず、この石英ガラス基板１１上に設けたハーフトーン膜１８の膜厚をｄ、屈折率をｎとし、露光に用いる光の波長をλとし、さらに、空気の屈折率をｎ０  とした場合に、ハーフトーン膜１８を透過してくる光のハーフトーン膜１８表面での位相φＡ  は、
φＡ  ＝２πｎｄ／λ
となり、また、石英ガラス基板１１を透過して来る光のハーフトーン膜１８表面に相当する位置における位相φＢ  は、
φＢ  ＝２πｎ０  ｄ／λ
となる。
【０００９】
したがって、石英ガラス基板１１を透過してきた光とハーフトーン膜１８を透過してきた光とのパターンエッヂ部２１における位相差φＡ  −φＢ  は、
0003582028.tif 000002
となり、空気の屈折率ｎ０  は１に近似できるので、上式は、
φＡ  −φＢ  ＝２πｄ（ｎ−１）／λ
となる。
【００１０】
そして、この石英ガラス基板１１を透過してきた光とハーフトーン膜１８を透過してきた光とがパターンエッヂ部２１において打ち消し合う条件は、位相差φＡ  −φＢ  がπに等しくなることであるので、
φＡ  −φＢ  ＝２πｄ（ｎ−１）／λ＝π
したがって、
２ｄ（ｎ−１）／λ＝１
となり、式を整理することによって、
ｄ＝λ／〔２（ｎ−１）〕
となる。
【００１１】
即ち、ハーフトーン膜１８の屈折率ｎ及び膜厚ｄが、露光に用いる光の波長λに対してｄ＝λ／〔２（ｎ−１）〕の条件を満たせば、パターンエッヂ部２１において、石英ガラス基板１１を透過してきた光とハーフトーン膜１８を透過してきた光とが干渉により互いに打ち消し合い、パターンエッヂ部２１近傍における光強度は略０になり、従来の不透明パターンを用いたマスクよりもパターンエッヂ部２１が強調されることになる。
【００１２】
図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は、ハーフトーン位相シフトマスクを透過した光の光振幅分布を示すものであり、破線で示す曲線▲１▼は石英ガラス基板１１を透過してきた光の光振幅分布を示し、一点鎖線で示す曲線▲２▼はハーフトーン膜１８を透過してきた光振幅分布を示し、また、実線で示す曲線▲３▼は▲１▼と▲２▼とを合成したもので、ハーフ
トーン位相シフトマスクを透過した光の実際の光振幅分布を示すことになる。
【００１３】
▲１▼の石英ガラス基板１１を透過してきた光の光振幅分布は、従来の不透明パターンを用いたフォトマスクの光振幅分布と同様に、光の回折によって開口部２０の大きさより広がった単峰性のピークを有する分布を示し、一方、▲２▼のハーフトーン膜１８を透過してきた光振幅分布は位相の反転した双峰性のピークを有する分布を示すことになり、この様な互いに位相が反転した光が打ち消し合うことにより、▲３▼に見られるパターンエッヂ部２１近傍における光振幅が略０の分布が得られる。
【００１４】
図５（ｃ）参照
図５（ｃ）は、ハーフトーン位相シフトマスクを透過した光の光強度分布を示すものであり、図５（ｂ）の▲３▼に示す光振幅分布を二乗したものに相当し、図から明らかなように、パターンエッヂ部２１近傍における光強度は略０になるので、曲線▲１▼を二乗したものに相当する従来の不透明パターンを用いたフォトマスクと比べてパターンエッヂ部２１が強調され、微細パターンを精度良く露光・転写することができる。
【００１５】
例えば、ハーフトーン膜１８として用いるＣｒＯｘ  Ｎｙ  の屈折率ｎは約２．５であるので、３６５ｎｍのｉ線を用いた場合に位相反転に必要な厚さｄは、
ｄ≒３６５／〔２（２．５−１）〕＝３６５／３≒１２１．７ｎｍ
となり、約１２０ｎｍ、即ち、１２００Åの厚さのＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜を設ければ良いことになる。
【００１６】
また、ハーフトーン膜１８として、屈折率ｎが約２．１のＭｏＳｉＯＮを用いた場合に位相反転に必要な厚さｄは、
ｄ≒３６５／〔２（２．１−１）〕＝３６５／２．２≒１６５．９ｎｍ
となり、約１６５ｎｍ、即ち、１６５０Åの厚さのＭｏＳｉＯＮ膜を設ければ良い。
【００１７】
なお、上記の位相シフトに関する説明においては、説明を簡単にするために吸収係数ｋを無視しているが、実際にはハーフトーン膜１８の吸収係数ｋが関係してもっと複雑な式となる。
【００１８】
次に、従来におけるハーフトーン位相シフトマスクの形成方法を図６を参照して説明する。
図６参照
まず、石英ガラス基板１１上にＣｒＯｘ  Ｎｙ  からなる厚さ約１２００Åのハーフトーン膜１８を堆積させたのち、その上に３０００〜５０００Åのフォトレジスト層１３を塗布する。
【００１９】
次いで、フォトレジスト層１３の塗布面側から可変アパーチャを有するパターンジェネレータ（図示せず）を用いて露光用光１４を照射することによって、フォトレジスト層１３に所定の設計パターンを描画し、現像することによってフォトレジストパターンを形成したのち、フォトレジストパターンをマスクとしてハーフトーン膜１８をパターニングすることによってハーフトーン位相シフトマスクからなるレチクルを形成するものである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このハーフトーン位相シフトマスクにおいても、雰囲気や手法の改善によって寸法精度の影響を与える各種の要因を改善してきたが、感光材の膜厚ムラだけは十分な改善が見られなかった。
【００２１】
図６参照
例えば、ハーフトーン膜１８上に３０００〜５０００Åのフォトレジスト膜１３をスピンコータでコートしても約０．０１〜０．２μｍの膜厚ムラがしばしば発生する。
これはフォトマスクの透明支持基板として用いている石英ガラス基板１１が略円形の半導体ウェハとは異なり方形であるため、４隅の膜厚が他の部分に比べて厚くなるからである。
【００２２】
そして、このような膜厚にムラのあるフォトレジスト層１３を露光した場合に、フォトレジスト層１３中に進入した露光用光１４、即ち、１次光１５が散乱しながらフォトレジスト層１３を感光させることになるが、膜厚の差によりハーフトーン膜１８とフォトレジスト層１３との界面における反射による２次光１９の光エネルギーに差ができ、この２次光１９による露光によって０．００１〜０．０２μｍの寸法変動が発生する。
【００２３】
したがって、本発明は、ハーフトーン位相シフトマスクを形成する際に、感光材の膜厚にムラがある場合にも寸法変動なく高精度にマスクパターンを形成することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、ハーフトーン位相シフトマスクの形成方法において、透明支持基板１の表面上にハーフトーン膜２を堆積させたのち、感光材層３を塗布し、次いで、透明支持基板１の表面及び裏面に遮光パターンを形成することなく透明支持基板１の裏面側から光４を照射することによって感光材層３を感光させることを特徴とする。
【００２５】
この様に、透明支持基板１側から光４を照射することにより、光４はハーフトーン膜２に８０〜９０％が吸収されて、透過した残りの１０〜２０％が１次光５として感光材層３を感光させることになるが、感光材層３に入射した以降は反射性部材が存在しないので、反射による２次光、即ち、反射光６が発生しなくなり、寸法変動が抑制される。
【００２６】
（２）また、本発明は、上記（１）において、ハーフトーン膜２が、ＣｒＯｘ  Ｎｙ  またはＭｏＳｉＯＮからなることを特徴とする。
【００２７】
この様に、ハーフトーン膜２としてＣｒＯｘ  Ｎｙ  またはＭｏＳｉＯＮを用いることによって、石英ガラス基板１１との良好な密着性を保ちつつ、半導体ウェハの露光に用いる紫外線を効率よく位相シフトすることができる。
【００２８】
（３）また、本発明は、透明支持基板１の表面上にハーフトーン膜２を堆積させたのち、感光材層３を塗布し、次いで、透明支持基板１の裏面側から光を照射することによって感光材層３を感光させることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの形成方法において、感光材層３を透過した１次光５の再入射を防止するための反射光再入射防止手段７を感光材層３側に設けたことを特徴とする。
【００２９】
この様に、感光材層３を透過した１次光５の再入射を防止すために反射光再入射防止手段７を感光材層３側に設けることにより、露光装置内部の反射性部材による２次光の影響を完全になくすことができる。
【００３０】
（４）また、本発明は、上記（３）において、反射光再入射防止手段７がダイクロイックミラーからなることを特徴とする。
【００３１】
この様に、反射光再入射防止手段７としてダイクロイックミラーを用いることによって、装置を大型化することなく、不所望な反射光をカットすることができ、また、吸収性の反射光再入射防止手段７に比べて光吸収に伴う熱による劣化も抑制することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図２を参照して説明する。
図２参照
まず、方形の石英ガラス基板１１上に窒素と酸素を含む酸化性雰囲気中でＣｒをスパッタリングすることによって、厚さ約１２００ÅのＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜１２を堆積させる。
【００３３】
次いで、ＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜１２の表面にスピンコータを用いてフォトレジスト層１３を塗布する。
なお、フォトレジスト層１３の厚さは、０．３〜０．５μｍ、好適には０．５μｍ塗布するものであるが、石英ガラス基板１１が方形であるために石英ガラス基板１１の端面部、特に４隅の角部において膜厚が厚くなり、０．０１〜０．２μｍの膜厚のムラが生じる。
【００３４】
次いで、石英ガラス基板１１の裏面から可変アパーチャを有するパターンジェネレータ（図示せず）を用いて露光用光１４を照射することによって、フォトレジスト層１３に所定の設計パターンを描画する。
【００３５】
この場合、フォトレジスト層１３に入射した露光用光１４は１次光１５としてフォトレジスト層１３を感光させることになるが、フォトレジスト層１３で反応しなかった１次光１５はそのまま透過する。
【００３６】
また、石英ガラス基板１１とＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜１２の界面で発生する反射光１６及びＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜１２とフォトレジスト層１３との界面で発生した反射光１６はフォトレジスト層１３と反対側に進行するので、フォトレジスト層１３を不所望に感光させる２次光は発生しないことになる。
【００３７】
次いで、フォトレジスト層１３を現像して所定パターンからなるフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、このフォトレジストパターンをマスクとしてＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜１２をパターニングすることによってハーフトーン位相シフトマスクが完成する。
【００３８】
このように、本発明においてはフォトレジスト層１３の膜厚ムラに起因する０．００１〜０．０２μｍの寸法変動を引き起こす２次光が発生しなくなるので、フォトレジスト層１３の膜厚にムラがあっても寸法変動が生ずることがなく、パターン精度が向上する。
【００３９】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
図３参照
この第２の実施の形態は、第１の実施の形態における１次光１５がフォトレジスト層１３を通過した位置に１次光が反射されて発生した反射光１６の再入射を防止するためにダイクロイックミラー１７からなる反射光再入射防止手段を設けたものである。
【００４０】
フォトレジスト層１３を透過した１次光１５は露光装置内部、即ち、パターンジェネレータ内部の反射性部材によって反射され反射光１６となり、この反射光１６はフォトレジスト層１３に再び入射して、２次光としてフォトレジスト層１３を不所望に露光することになるが、この第２の実施の形態においてはダイクロイックミラー１７によって反射光１６の再入射が防止されるので、寸法変動がより確実に抑制される。
【００４１】
なお、ダイクロイックミラー１７とは、屈折率の異なる薄膜を多層にして特定の波長の光のみを透過させ、それ以外の波長の光を反射するようにしたものであり、通常の１次光１５は略垂直にダイクロイックミラー１７に入射することになるので、このダイクロイックミラー１７の光透過特性を露光用光１４の波長に合わせておくことによって１次光１５を透過させる。
【００４２】
しかし、露光装置内部での反射光１６は一般には様々な方向に乱反射されるので、ダイクロイックミラー１７に再入射するときには、その入射方向はダイクロイックミラー１７に垂直ではなく、再入射しようとする反射光１６に対してダイクロイックミラー１７を構成する薄膜の実効的膜厚が変化することになるので反射光１６に対しては反射特性を示し、反射光１６がフォトレジスト層１３に再入射するのを防止することになる。
【００４３】
なお、このような反射光再入射防止手段はダイクロイックミラー１７に限られるものではなく、ガラス基板表面に黒色樹脂膜を設けた黒色板等からなる光吸収部材を用いても良い。
【００４４】
また、上記実施の形態においては、ハーフトーン膜１８としてはＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜を用いているが、ＭｏＳｉＯＮ膜等の他の半透明膜を用いても良いものであり、基板も石英ガラス基板に限られるのではなく、照射する露光用光１４の波長及び紫外線に対して吸収特性の低い透明基板を用いれば良い。
【００４５】
さらに、上記の実施の形態においては、ハーフトーン位相シフトマスクをレチクルとして説明しているが、レチクルに限られるものではなく、本発明はマスタマスク或いはワーキングマスクをも対象とするものである。
【００４６】
この様にマスタマスクをハーフトーン位相シフトマスクで構成する場合には、パターンジェネレータの代わりにレチクルを介して紫外線を照射することによって拡大パターンを縮小露光すれば良く、また、ワーキングマスクをハーフトーン位相シフトマスクで構成する場合には、パターンジェネレータの代わりにマスタマスクを介して紫外線を照射してマスタマスクのパターンを転写すれば良い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ハーフトーン位相シフトマスクを形成する際に、透明支持基板の裏面から光を照射して露光を行うので、フォトレジストの膜厚ムラに起因する寸法誤差の発生を防止することができ、それによって高精度のパターン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るので、半導体装置の高集積化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図４】ハーフトーン位相シフトマスクの説明図である。
【図５】ハーフトーン位相シフトマスク原理の説明図である。
【図６】従来のハーフトーン位相シフトマスクの形成方法の説明図である。
【符号の説明】
１  透明支持基板
２  ハーフトーン膜
３  感光材層
４  光
５  １次光
６  反射光
７  反射光再入射防止部材
１１  石英ガラス基板
１２  ＣｒＯｘ  Ｎｙ  膜
１３  フォトレジスト層
１４  露光用光
１５  １次光
１６  反射光
１７  ダイクロイックミラー
１８  ハーフトーン膜
１９  ２次光
２０  開口部
２１  パターンエッヂ部
【図１】
0003582028.tif 000003
【図２】
0003582028.tif 000004
【図３】
0003582028.tif 000005
【図４】
0003582028.tif 000006
【図５】
0003582028.tif 000007
【図６】
0003582028.tif 000008