(57)【要約】【課題】露光装置からの露光量を増大させることなく高コントラストの露光パターンが得られる位相シフトマスクとその製造方法を提供する。【解決手段】  フォトマスク基板上に透光部１１と遮光部１２と透過光の位相を反転させる位相シフト膜１３とが設けられており、前記位相シフト膜１３は前記遮光部１２からなるパターン境界部中に設けられていることを特徴とする。本発明に係る位相シフトマスクによれば、パターン部の露光量を減少させることなくパターン境界部の露光量のみを減少させることができ、全体の露光量を増大させることなく高コントラストのパターニングが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスク基板上に透光部と遮光部と透過光の位相を反転させる位相シフト膜とが設けられており、前記位相シフト膜は前記遮光部からなるパターン境界部よりも内側の遮光部中に設けられていることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
前記マスクパターンは、ライン・アンド・スペースのパターンであることを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
【請求項３】
前記マスクパターンは、ライン・アンド・スペースのパターンであると共に、前記位相
シフト膜が前記ライン部のパターンの中央に設けられていることを特徴とする請求項１記
載の位相シフトマスク。
【請求項４】
前記位相シフト膜は、前記遮光部パターンの境界部から１．５μｍ以下離間していると共に前記位相シフト膜の幅が３．０μｍ以下である請求項３記載の位相シフトマスク。
【請求項５】
前記マスクパターンは、コンタクトホールのパターンであることを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
【請求項６】
透明基板上に遮光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光部のパターンを含む透明基板の表面全面を覆うように位相シフト膜を形成する工程と、
前記位相シフト膜上にフォトレジスト膜を形成した後、後に透光部となる箇所にフォトレジスト膜のパターンを形成する工程と、
前記フォトレジスト膜のパターンをマスクとして前記位相シフト膜及び前記遮光部を一括してエッチングすることにより、遮光部のパターンと位相シフト膜のパターンとを同時に形成する工程と、前記レジスト膜のパターンを除去する工程とを含む請求項１〜５のいずれか１項記載の位相シフトマスクの製造方法。
【請求項７】
透明基板上に位相シフト膜のパターンを形成する工程と、前記位相シフト膜のパターンを含む透明基板の表面全面を覆うように遮光部を形成する工程と、前記遮光部上にフォトレジスト膜を形成した後、公知のアライメント技術等を用いて位置合わせを行って、フォトレジスト膜のパターンを形成する工程と、前記フォトレジスト膜のパターンをマスクとして遮光部をエッチングすることにより、透光部のパターンと遮光部のパターンとを同時に形成する工程と、前記フォトレジスト膜のパターンを除去する工程とを含む請求項１〜５のいずれか１項記載の位相シフトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフトマスクとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー工程によりパターンを露光しようとする場合、パターンが微細化するほど露光強度の差が小さくなり、コントラスト（強度差）が低下して設計値どおりのパターンが得られなくなってくる。そこで、露光光の位相を１８０°反転させる「位相シフト膜」（位相シフター）をパターン中に設けることで局所的なコントラストの低下を抑えた「位相シフトマスク（ＰＳＭ）」が古くから知られている。
【０００３】
図６（Ａ）は従来の位相シフトマスク１００のパターンの一例を示している。この図のように、透明基板が露出した透光部１０１と遮光部１０２のマスクパターン境界部（以下単に「パターン境界部」という。）に位相シフト膜１０３が設けられている。このパターンを露光すると、位相シフト膜１０３は解像せず、位相シフト膜１０３により透光部１０１と遮光部１０２の露光強度の差が大きなり、コントラストが高くなるため急峻なテーパを持つパターンが得られる。
【０００４】
図６（Ｂ）は露光装置から入射した光の強度分布を横軸に座標、縦軸に入射強度（任意単位）として表すと共に、パターン境界部において透過光Ｉ０と回折光Ｉ１が干渉する様子を模式的に示している。この図から明らかなように、位相シフト膜１０３の役割は透光部１０１のパターン境界部から遮光部側に回り込んだ光の強度を下げることによって透光部１０１と遮光部１０２のパターン境界部の露光強度の差を大きくしてコントラストを高めることである。すなわち、位相シフト膜１０３を通過した露光光の位相は１８０°シフトすることによってパターン境界部で透光部１０１を通過した光と干渉することによってパターン境界部におけるコントラストが高められる。
【０００５】
以上のように従来の位相シフトマスクにおける「位相シフト膜」は、パターン境界部、より詳しくは透光部のパターンの両端部に遮光部に隣接して設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−２６１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、位相シフト膜を透過する光の回折光がパターン部の全体に及ぶと総露光量が減少するという問題がある。そのため、従来の位相シフトマスクでは、露光時に通常のフォトマスクよりも露光量を増大させなければならず、露光時間が増大する主因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、露光装置からの露光量を増大させることなく高コントラストの露光パターンが得られる位相シフトマスクとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る位相シフトマスクは、フォトマスク基板上に透光部と遮光部と透過光の位相を反転させる位相シフト膜とが設けられており、前記位相シフト膜は前記遮光部からなるパターン境界部よりも内側の遮光部中に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、パターン境界部に位相シフト膜を設けた従来の位相シフトマスクで問題となっていた位相シフト膜を透過した逆位相の回折光がパターンの中央部に及ばなくなり、隣接する遮光部側に回折光が及ぶことを回避できる。すなわち、露光パターンの回折光と位相シフト膜を透過した光とが干渉することを回避でき、露光量を増大させることなく高コントラストの露光パターンが得られる。なお、本明細書において単に「回折光」という場合は、特に指定しない場合は、「位相シフト膜を透過する光の回折光」を意味する。
【００１１】
この場合、位相シフト膜パターンの形成位置をマスクパターン境界部からどの程度内側に設けるべきかという点については後述の実施形態において詳述するが、一例として、露光パターンが３μｍのライン・アンド・スペースである場合、１μｍの位相シフト膜を遮光部パターンの中央部に設けることができる。位相シフト膜の透過率が１０％と試算するとこのようなパターンでは回折光は５９％程度を占めることになる。そこで、パターン境界部から１．５μｍ程度以下の間隔をあけて幅３．０μｍ程度以下の位相シフト膜を配置することで全体の露光量を減少させることなく、パターン境界部の露光量を減少させて高コントラストの露光パターンを得ることができる。隣接する遮光部の幅に対して透光部の幅が大きいほど「急峻なテーパを保ったまま露光量を減少させない」効果が得られにくいが、逆に、透光部が狭く遮光部が広いパターンには効果が大きい。 例えば、２μｍや３μｍ程度の線幅のホールパターンなどに本発明を適用した場合には、非常に大きな効果を奏する。
【００１２】
なお、ライン・アンド・スペースのようなパターンについては透光部の両側の遮光部中に隣接して遮光膜が設けられることになる。このようなパターンでは、透光部の中心に対して対称的な位置に位相シフト膜が設けられるように、位相シフト膜を配置するとよい。
【００１３】
本発明に係る位相シフトマスクの第１の製造方法は、遮光部のパターンを形成した後、位相シフト膜を成膜し、アライメント描画によって遮光部のパターン上に形成した位相シフト膜のパターン形成を行う際に、
前記位相シフト膜パターンの形成位置を、前記遮光部からなるパターン境界部よりも内側に隣接して設けられるようにパターニングすることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る位相シフトマスクの第２の製造方法は、先ず位相シフト膜を形成し、パターニングした後、遮光部を形成しパターニングする際に、
前記位相シフト膜パターンの形成位置を、前記遮光部からなるパターン境界部よりも内側に隣接して設けられるようにパターニングすることを特徴とする。
【００１５】
以上のいずれかの方法により、本発明に係る位相シフトマスクを製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る位相シフトマスクによれば、パターン部の露光量を減少させることなくパターン境界部の露光量のみを減少させることができ、全体の露光量を増大させることなく高コントラストのパターニングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）第１の実施形態の位相シフトマスク１０のパターン  （Ｂ）スリット状の透光部を通過した入射光の強度分布Ｉ０、位相シフト膜を通過した回折光の強度Ｉ１、及び、これらを合成して得られる光の強度分布Ｉ２及び位相シフトマスク１０の断面図
【図２】各条件による光強度のシミュレーション結果
【図３】第２の実施形態の位相シフトマスクの製造方法を示す工程断面図
【図４】第３の実施形態の位相シフトマスクの製造方法を示す工程断面図
【図５】孤立したトホールのパターンに本実施形態を適用した例
【図６】（Ａ）従来の位相シフトマスク１００の一例を示している。（Ｂ）露光装置から入射した光の強度分布を横軸に座標、縦軸に入射強度（任意単位）として表すと共に、パターン境界部における透過光と回折光が干渉する様子を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本実施形態について図面を参照して詳述する。なお、同一部材には異なる使用態様であっても同一の符号を用いている。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）は本実施形態の位相シフトマスク１０のパターンを示している。この位相シフトマスク１０は、透明基板が露出した透光部１１からなるスリット状のパターンと、遮光部１２及び位相シフト膜１３とで構成された直線状のパターンとが交互に配設された「ライン・アンド・スペース」のパターンである。
【００２０】
図１（Ｂ）は、透光部１１からなるスリット状のパターンを通過した入射光の強度分布Ｉ０、位相シフト膜１３を通過した回折光の強度Ｉ１、及び、これらを合成して得られる光の強度分布Ｉ１を位相シフトマスク１０の断面図と共に示している。なお、回折光Ｉ１の位相は入射光Ｉ０に対して１８０°シフトしているため、両者を合成した入射強度Ｉ２は減少する。
【００２１】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）より、位相シフト膜１３が透光部１１とこれに隣接する遮光部１２とのパターン境界部ではなく、それよりも内側の遮光部中に、かつ隣接する透光部のパターン中心の両側の遮光部中に対称に設けられていることが分かる。
【００２２】
なお、図１のような多数のラインパターンが連続する「ライン・アンド・スペース」のパターンの場合、「隣接する透光部のパターン中心の両側の遮光部中に対称に設けられること」は露光量を減少させること無く各エッジ部（ラインパターンとスペースパターンとの境界部近傍）で高いコントラストによる急峻なテーパーが得られるという点において効果があるが、パターンによっては、片側にのみ設けられていてもよい。たとえば、図５に示すような、孤立したコンタクトホールのパターンなどにも適用できることはいうまでもない。
【００２３】
以上のように、位相シフト膜がパターン境界部よりも内側に設けられることで位相シフト膜１３を透過した逆位相の回折光がパターンの中央部に及ばなくなり、露光パターン（すなわち開口部）全体に回折光が及ぶことを回避できる。その結果、総露光量が減少せず、かつパターン境界部のコントラストも高められる。
【００２４】
図２は上記の位相シフトマスクについて以下の条件で光強度をシミュレーションにより求めた結果を示している。遮光部はクロム膜を、位相シフト膜は透過率１０％で位相シフト１８０°の膜とした。グラフの横軸はスリット状の透光部の中心部を原点とした座標を表し、縦軸は任意単位で規格化した光強度を表す。
ライン・アンド・スペースの幅（Ｄ１／Ｄ２）及びラインパターン中の遮光部と半透光膜の幅（ａ／ｂ／ｃ）を、
Ｄ１＝３［μｍ］、
Ｄ２＝３［μｍ］、
ａ＝１［μｍ］
ｂ＝１［μｍ］
ｃ＝１［μｍ］
とし、ピーク位置Ｐにおける露光量と、ボトム位置Ｂにおける露光量を調べた。比較のため、位相シフト膜の無いバイナリマスクと、従来の位相シフトマスク（図６（Ａ））を重ねて示した。
【００２５】
グラフはいずれもガウス分布となる。ピーク位置Ｐ及びボトム位置Ｐにおける強度を求めた結果は表１のようになる。
（表１）
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【００２６】
ボトム位置における露光量は従来の位相シフトマスクと変わらず、ピーク位置における露光量は従来よりも大幅に増加し、バイナリマスクの場合とほぼ同じ露光量であった。これは、位相シフト膜を通過した回折光の干渉の影響が無くなったことを示している。定量的にみると、従来のバイナリと同程度の露光量で、従来のハーフトーンマスクよりも１割程度スペースパターン部の中心部分における露光量を増大させる一方、パターン境界部においては従来の位相シフトマスクと同程度に露光量を減少させることができ、結果として従来の位相シフトマスクよりもさらに高いコントラストを得ることができることが明らかとなった。
【００２７】
但し、パターン境界部の位置Ｅはボトム位置Ｂよりも原点側にくるため、実際の露光時の強度差はこれよりも若干は小さくなると考えられる。参考までにパターン境界部の位置Ｅをグラフ上に図示した。もっとも、この点は設計によって適宜最適化することができるであろう。種々の実験によると、「ライン・アンド・スペース」における「ライン部」又は「スペース部」の幅がそれぞれ、いずれも２μｍ〜６μｍ程度の場合に本実施形態の効果が得られやすいことが判明している。
【００２８】
一例として、上述の１μｍの位相シフト膜をラインパターンの中央部に設けた場合、回折光は計算上５９％を占めることになる。このとき、パターン境界部から１．５μｍ程度以下の間隔をあけて幅３．０μｍ程度以下の位相シフト膜を配置することで露光量を減少させることなく、パターン境界部の露光量を減少させることができ、高コントラストのパターンを得ることができる。このような条件を満たす最も簡単な例が、上述の実験例すなわち３μｍのラインパターン幅に対して1μｍ−１μｍ−1μｍずつとする例となる。但し、パターン境界部からどの程度の間隔をあけて位相シフト膜を設けるかという点についてはこのように回折光がスペースパターンの中央部（もっとも開口部の中心軸線上）に及ぶか否かという観点で決定されるべきであり、ラインパターン中に遮光部と位相シフト膜を等間隔ずつ設けることは必須ではない。例えば、１．１μｍ−０．９μｍ−１．１μｍであってもよいし、さらにいえば、位相シフト膜の配置位置も遮光膜の中央に対称に設けられる必要もない。もっとも、スペースパターンの両側の遮光部中に設けられる位相シフト膜の位置は、光の強度分布がスペースパターンの中心に対して対称となるように設けられることが好ましい。
【００２９】
以上のように、本実施形態の位相シフトマスクによれば、露光装置の露光量を増大させることなく高コントラストの解像パターンを得ることができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、第１の実施形態の位相シフトマスクの製造方法を示す工程断面図を示している。先ず、石英ガラス等の透明基板３１上に公知のフォトリソグラフィー工程等により遮光部のパターン３２を形成する（図３（Ａ））。この工程で、後に形成されることになる位相シフト膜の形成予定位置に開口部のパターンを形成する。次に、遮光部のパターン３２を含む透明基板３１の表面全面を覆うように位相シフト膜３３を形成する（図３（Ｂ））。
【００３１】
次に、位相シフト膜３３上にフォトレジスト膜を形成した後、描画・現像を行って、後に透光部となる箇所にフォトレジスト膜のパターン３４を形成する（図３（Ｃ））。このとき、位相シフト膜パターンの形成位置を、遮光部からなるパターン境界部よりも内側に、かつ隣接する透光部のパターン中心の両側の遮光部中に対称に設けられるようにパターニングする。
【００３２】
次に、フォトレジスト膜のパターン３４をマスクとして位相シフト膜３３及び遮光部３２を一括してエッチングすることにより、遮光部のパターン３２ａと位相シフト膜のパターン３３ａとを同時に形成する（図３（Ｄ））。なお、一括エッチングを可能にするために、遮光部と位相シフト膜とが同一の金属を含むことが好ましい。例えば、遮光部がＣｒ膜やＣｒを含むシリサイド膜である場合には、位相シフト膜として例えば酸化クロム（ＣｒＯ２）などの組み合わせが考えられる。但し、一括エッチングが可能であれば異種金属でもよい。
【００３３】
その他、遮光部として利用できる材料は、クロムを含む金属化合物、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）又はタンタルを含むシリサイドなどである。一方、位相シフト膜として利用できる材料は、例えば、モリブデンシリサイドＭｏＳｉなどの珪化物を主とする酸化膜又は窒化膜（ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＳｉＯＮ）、タンタル、炭化タンタル（ＴａＣ）、ハフニウムタンタル（ＴａＨｆ）などが考えられる。
【００３４】
最後に、フォトレジスト膜のパターン３４を除去して位相シフトマスク３０が完成する（図３（Ｅ））。
【００３５】
なお、パターンによっては「隣接する透光部のパターン中心の両側の遮光部中に対称に設けられること」は必須ではなく、片側にのみ本実施形態の構成の位相シフト膜を適用してもよい。この場合、位相シフト膜を設けた側のコントラストが改善される。
【００３６】
（第３の実施形態）
図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、第１の実施形態の位相シフトマスクの製造方法を示す他の方法を示す工程断面図を示している。先ず、透明基板４１上に公知のフォトリソグラフィー工程等により例えばＭｏＳｉを主とした酸化膜等により位相シフト膜のパターン４３ａを形成する（図４（Ａ））。具体的には、例えば、位相シフタ膜が成膜されたブランクスを用意し、レジスト塗布、描画、現像を経て、ドライエッチングでパターニングする。エッチングガスは、既知のフッ素系又は塩素系ガスと酸素の混合ガスを使用する。このとき、位相シフト膜パターンの形成位置を、後に形成されることになる遮光部からなるパターン境界部よりも内側に、かつ隣接する透光部のパターン中心の両側の遮光部中に対称に設けられるようにパターニングする。
【００３７】
次に、位相シフト膜のパターン４３ａを含む透明基板４１の表面全面を覆うように遮光部４２を形成する（図４（Ｂ））。遮光部４２はクロムなどの、位相シフト膜とは異なるエッチング耐性をもつ金属化合物等の遮光部がよい。これは、遮光部をエッチングした際に位相シフト膜がエッチングされないようにするためである。
【００３８】
次に、遮光部４２上にフォトレジスト膜を形成した後、公知のアライメント技術等を用いて位置合わせを行って、フォトレジスト膜のパターン４４を形成する（図４（Ｃ））。この工程で位相シフト膜のパターン４３ａと、遮光部及び透光部のパターンの位置関係が決められる。
【００３９】
次に、フォトレジスト膜のパターン４４をマスクとして遮光部４２をエッチングすることにより、透光部のパターン４１ａと遮光部のパターン４２ａとを同時に形成する（図４（Ｄ））。この工程で、遮光部と透光部のパターンを形成する。パターニングに際しては、既知のフォトリソ技術を用い、選択比の高いウェットエッチングにより形成するとよい。このとき、描画のアライメントずれを考慮して遮光部パターンと位相シフト膜パターンとの間で、位相シフト膜パターンを遮光部パターン側へオーバーラップするように設計する。オーバーラップの寸法としては、０．３〜０．６μｍ以内の範囲とすることが好ましい。ウェットエッチングには硝酸系のエッチャントを使用することができる。
【００４０】
最後に、フォトレジスト膜のパターン４４を除去して位相シフトマスク４０が完成する（図４（Ｅ））。
【００４１】
なお、「隣接する透光部のパターン中心の両側の遮光部中に対称に設けられること」は必須ではなく、パターンによっては片側にのみ本実施形態の構成の位相シフト膜を適用してもよい。この場合、位相シフト膜を設けた側のコントラストが改善されることになる。
【符号の説明】
【００４２】
１０、３０、４０  位相シフトマスク
１１、３１、４１  透明基板（透光部）
１２、３２、４２  遮光部
３２ａ、４２ａ  遮光部のパターン
１３、３３、４３  位相シフト膜
３３ａ、４３ａ  位相シフト膜のパターン
３４、４４        フォトレジスト膜
１００  従来の位相シフトマスク
１０１  透明基板（透光部）
１０２  遮光部
１０３  位相シフト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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