(57)【要約】【課題】  導波路効果を低減可能なフォトマスクを提供する。【解決手段】  照射光が照射されるマスク基板10、マスク基板10上に照射光の波長の8倍以下の第1ピッチP1で配置され、照射光の透過率が5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第1位相シフタ20、及びマスク基板10上に波長の8倍より大きい第2ピッチP2で配置され、透過率が5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第2位相シフタ120を備える。【選択図】    図5
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光が照射されるマスク基板と、
前記マスク基板上に前記照射光の波長の８倍以下の第１ピッチで配置され、前記照射光の透過率が５％以下で、前記照射光を１８０度位相シフトさせる第１位相シフタと、
前記マスク基板上に前記波長の８倍より大きい第２ピッチで配置され、前記透過率が５％以下で、前記照射光を１８０度位相シフトさせる第２位相シフタ
とを備えることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記第１位相シフタ及び前記第２位相シフタのそれぞれは、ケイ化モリブデンからなることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記第１位相シフタ及び前記第２位相シフタのそれぞれの消衰係数は、０．６５以上０．８５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
ウェハにレジスト膜を塗布するステップと、
マスク基板、前記マスク基板に照射光の波長の８倍以下の第１ピッチで配置され、前記照射光の透過率が５％以下で、前記照射光を１８０度位相シフトさせる第１位相シフタ、及び前記マスク基板に前記波長の８倍より大きい第２ピッチで配置され、前記透過率が５％以下で、前記照射光を１８０度位相シフトさせる第２位相シフタを有するフォトマスクに前記照射光を照射し、前記レジスト膜に前記第１位相シフタ及び前記第２位相シフタからなるマスクパターンの像を転写するステップと、
前記レジスト膜を現像するステップ
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記照明光は、多重極照明から照射されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光技術に係り、特に、フォトマスク及び半導体装置の製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化が進み、フォトマスクに設けられるマスクパターンのピッチも微細化が進んでいる。ここで、フォトマスク上におけるマスクパターンのピッチが照射光の波長の4倍程度以下になると、照射光の偏光方向によって回折効率に違いが現れるようになる。マスクパターンのピッチ及び偏光方向に依存して回折効率に違いが生じる現象は、導波路効果と呼ばれている（例えば、特許文献１参照。）。導波路効果が生じると、マスクパターンのピッチに応じてフォトマスクの透過光の強度にムラが生じる。そのため、マスクパターンの投影像の線幅等に誤差が生じるという問題があった。
【特許文献１】特許第3750312号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、導波路効果を低減可能なフォトマスク及び半導体装置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】
【０００４】
本発明の態様によれば、照射光が照射されるマスク基板と、マスク基板上に照射光の波長の8倍以下の第1ピッチで配置され、照射光の透過率が5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第1位相シフタと、マスク基板上に波長の8倍より大きい第2ピッチで配置され、透過率が5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第2位相シフタとを備えるフォトマスクが提供される。
【０００５】
本発明の他の態様によれば、ウェハにレジスト膜を塗布するステップと、マスク基板、マスク基板に照射光の波長の8倍以下の第1ピッチで配置され、照射光の透過率が5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第1位相シフタ、及びマスク基板に波長の8倍より大きい第2ピッチで配置され、透過率が5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第2位相シフタを有するフォトマスクに照射光を照射し、レジスト膜に第1位相シフタ及び第2位相シフタからなるマスクパターンの像を転写するステップと、レジスト膜を現像するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、導波路効果を低減可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【０００８】
実施の形態に係る液浸露光装置は、図1に示すように、波長193nmのフッ化アルゴン(ArF)レーザ等の紫外域(1nm〜400nm）の照射光を照射する照明光源41、照明光源41の出射側に配置される開口絞りホルダ58、照明光源41より照射された照射光を偏光にする偏光子59、照射光を集光する集光光学系43、集光光学系43の出射側に配置されるスリットホルダ54、スリットホルダ54の下方に配置されるレチクルステージ15、レチクルステージ15の下方に配置される投影光学系42、及び投影光学系42の下方に配置されるウェハステージ32を備える。
【０００９】
偏光子59は、例えば図2に示すように、遮光板44A、及び遮光板44Aに設けられた2つの円形の偏光窓46a, 46bを有する。偏光窓46a, 46bのそれぞれを透過した照射光は、偏光方向が矢印で示したように光軸を挟んで平行方向に揃えられる。あるいは図1に示す偏光子59は、例えば図3に示すように、遮光板44B、及び遮光板44Bに設けられた4つの円形の偏光窓47a, 47b, 47c, 47dを有する。偏光窓47a, 47b, 47c, 47dのそれぞれを透過した照射光は、偏光方向が矢印で示したように光軸に対して円周方向に揃えられる。このように、偏光子59の形状により、二重極(Dipole)照明及び四重極(Quadrupole)照明等の多重極照明が設定される。
【００１０】
図1に示すレチクルステージ15には実施の形態に係るフォトマスクが配置される。フォトマスクは、図4の上面図、及びA-A方向から見た断面図である図5に示すように、照射光が照射されるマスク基板10、マスク基板10上に照射光の波長の8倍以下の第1ピッチP1で配置され、照射光の透過率が0.016%以上5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第1位相シフタ20、及びマスク基板10上に波長の8倍より大きい第2ピッチP2で配置され、透過率が0.016%以上5％以下で、照射光を180度位相シフトさせる第2位相シフタ120を備える。第1位相シフタ20は、半導体装置のトランジスタ等の回路パターンに対応するマスクパターンの遮光部を構成する。第1ピッチP1は波長の4倍以下でもよい。あるいは第1ピッチP1は波長の2倍以下でもよい。照射光の波長が193nmである場合、第1ピッチP1は1,544nm以下である。第1ピッチP1は772nm以下でもよい。あるいは第1ピッチP1は386nm以下でもよい。なお第1ピッチP1の下限は、第1位相シフタ20で1次回折光が生じる範囲で定められる。第2位相シフタ120は、半導体装置の入出力ポート等のトランジスタよりも大きい回路パターンに対応するマスクパターンの遮光部を構成する。照射光の波長が193nmである場合、第2ピッチP2は1,544nmよりも大きい。なお、第1ピッチP1及び第2ピッチP2のそれぞれは、原子間力顕微鏡(AFM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)等で計測可能である。
【００１１】
透明なマスク基板10の材料には、石英(SiO2)等が使用可能である。第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120のそれぞれの膜厚は、例えば70nmである。第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120のそれぞれの材料には、消衰係数kが0.65以上0.95以下のケイ化モリブデン(MoSi)等が使用可能である。ここで、物質の複素屈折率n*は、屈折率をn、虚数をiとして下記（1）式で与えられる。
【００１２】
n* = n - i k  …(1)
第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120の材料であるモリブデン(Mo)とケイ素(Si)の組成比を変化させても、第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120の屈折率nはほぼ一定である。しかし、MoとSiの組成比を変化させると、第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120の消衰係数kは変化する。したがって、MoとSiの組成比を調整することにより、第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120の消衰係数kを、0.65乃至0.95に設定することが可能である。なおフォトマスクは、第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120が配置された側を下にして、図1に示すレチクルステージ15に配置される。
【００１３】
レチクルステージ15は、レチクル用XYステージ81、レチクル用XYステージ81上方に配置されたレチクル用可動軸83a, 83b、及びレチクル用可動軸83a, 83bのそれぞれでレチクル用XYステージ81に接続されるレチクル用Z傾斜ステージ82を備える。レチクルステージ15にはレチクルステージ駆動部97が接続される。レチクルステージ駆動部97はレチクル用XYステージ81を水平方向に走査する。またレチクル用可動軸83a, 83bのそれぞれを垂直方向に駆動する。よって、レチクル用Z傾斜ステージ82はレチクル用XYステージ81によって水平方向に位置決めされ、かつレチクル用可動軸83a, 83bのそれぞれにより水平面に対して傾斜をつけて配置することができる。レチクル用Z傾斜ステージ82端部にはレチクル用移動鏡98が配置される。レチクル用Z傾斜ステージ82の配置位置はレチクル用移動鏡98に対向して配置されたレチクル用レーザ干渉計99で計測される。
【００１４】
投影光学系42の開口数（NA）は例えば1.2であり、投影倍率は1/4である。ウェハステージ32には、図4及び図5に示すフォトマスクに設けられたマスクパターンが投影されるレジスト膜が塗布されたウェハが配置される。ウェハステージ32は、ウェハ用XYステージ91、ウェハ用XYステージ91上方に配置されたウェハ用可動軸93a, 93b、ウェハ用可動軸93a, 93bのそれぞれでウェハ用XYステージ91に接続されるウェハ用Z傾斜ステージ92を備える。ウェハステージ32にはウェハステージ駆動部94が接続される。ウェハステージ駆動部94はウェハ用XYステージ91を水平方向に走査する。またウェハ用可動軸93a, 93bのそれぞれを垂直方向に駆動する。よって、ウェハ用Z傾斜ステージ92はウェハ用XYステージ91によって水平方向に位置決めされ、かつウェハ用可動軸93a, 93bのそれぞれにより水平面に対して傾斜をつけて配置することができる。ウェハ用Z傾斜ステージ92端部にはウェハ用移動鏡96が配置される。ウェハ用Z傾斜ステージ92の配置位置はウェハ用移動鏡96に対向して配置されたウェハ用レーザ干渉計95で計測される。
【００１５】
図6は、フォトマスクのマスクパターンのピッチと、下記(2)式で与えられる光強度比指数Eの絶対値との関係を示すグラフである。
【００１６】
E = (I1 / I0) - 1     …(2)
I0はマスクパターンに照射光を照射した時に生じる0次回折光の光強度、I1はマスクパターンに照射光を照射した時に生じる1次回折光の光強度を表す。1次回折光の光強度I1と0次回折光の光強度I0とが等しい場合、マスクパターンの像は図1に示す投影光学系42でウェハステージ32上に配置されたウェハ上に投影され、結像する。しかし、1次回折光の光強度I1と0次回折光の光強度I0とが異なる場合、マスクパターンの投影像のコントラストは低下する。光強度比指数Eが0の時、1次回折光の光強度I1と0次回折光の光強度I0とは等しく、コントラストの高いマスクパターンの投影像が形成される。これに対し、1次回折光の光強度I1と0次回折光の光強度I0の差が大きくなると、光強度比指数Eの絶対値は大きくなる。したがって光強度比指数Eの絶対値の大きさは、マスクパターンの投影像のコントラストに反比例する。なお、光強度比指数Eの絶対値が0.3以下であれば、半導体装置の製造に支障が生じない程度のコントラストの投影像が得られる。
【００１７】
図6の比較例1は、クロム(Cr)及び酸化クロム(CrO)からなる低反射クロム二層膜をマスクパターンの遮光部に使用した場合の光強度比指数Eを示している。低反射クロム二層膜をマスクパターンに用いた場合、マスクパターンのピッチが400nmから1,600nmの間で、光強度比指数Eの絶対値は0.4乃至0.6となる。光強度比指数Eの絶対値が0.5の場合、1次回折光の光強度I1に対して0次回折光の光強度I0は1.5倍ある。そのため、マスクパターンの投影像のコントラストは低い。
【００１８】
図6の比較例2は、透過率が6%で、波長が193nmの照射光を180度位相シフトさせる位相シフタをマスクパターンの遮光部に使用した場合の光強度比指数Eを示している。なお、位相シフタの材料はMoSiである。透過率が6%の位相シフタをマスクパターンに用いた場合、マスクパターンのピッチが1,600nmであれば光強度比指数Eは0.25であり、半導体装置の製造に支障が生じない程度のコントラストの投影像が得られる。しかし、ピッチが小さくなるほど導波路効果により光強度比指数Eは大きくなり、ピッチが1,360nm未満になると光強度比指数Eは0.3以上になる。さらにピッチが720nm未満になると、低反射クロム二層膜よりも光強度比指数Eは大きくなる。そのため、ピッチが照射光の波長の8倍より大きい1,600nmのパターンと、ピッチが照射光の波長の3.7倍よりも小さいパターンとが混在するマスクパターンを透過率が6%の位相シフタで構成すると、ピッチが照射光の波長の8倍より大きいパターンの投影像のコントラストに比較して、ピッチが照射光の波長の3.7倍よりも小さいパターンの投影像のコントラストは低くなる。そのため、製造される半導体装置に誤作動が生じうる。
【００１９】
比較例1及び比較例2に対し、波長が193nmの照射光を180度位相シフトさせる透過率が1.6%の位相シフタをマスクパターンの遮光部に使用した場合、光強度比指数Eはマスクパターンのピッチが1,600nmの場合に0.25である。なお照射光は、図2に示す二重極照明を形成する偏光子59でs偏光にされている。また透過率が1.6%の位相シフタの材料はMo及びSiである。ここで、ピッチが小さくなるほど図6に示すように光強度比指数Eは小さくなり、ピッチが320nm以上1,040nm未満では光強度比指数Eは0.2以下になる。そのため、ピッチが照射光の波長の8倍より大きい1,600nmのパターンと、ピッチが照射光の波長の4倍以下のパターンと、ピッチが照射光の波長の2倍以下かつ1.6倍以上のパターンとが混在するマスクパターンを透過率が1.6%の位相シフタで構成すれば、ピッチの大小に拘わらず高いコントラストでマスクパターンの投影像を形成することが可能となる。特に図2に示す二重極(Dipole)照明用の偏光子59を用いれば、0次回折光と1次回折光のみで投影像を結像させるため、マスクパターンの投影像のコントラスト向上の効果が大きくなる。
【００２０】
図7及び図8は、消衰係数kを変化させた場合の、マスクパターンのピッチと、光強度比指数Eとの関係を示すグラフである。図7に示すように、低反射クロム二層膜をマスクパターンの遮光部に使用した場合、ピッチが320nmから600nmの間で光強度比指数Eは0.5乃至0.6である。また、波長が193nmの照射光を180度位相シフトさせるMo及びSiからなる位相シフタの消衰係数kが仮に0.5よりも小さいと、光強度比指数Eは0.6よりも大きくなり、低反射クロム二層膜を用いた場合より投影像のコントラストが低下する。位相シフタの消衰係数kが0.55になると、光強度比指数Eは0.3乃至0.5となり、低反射クロム二層膜を用いた場合よりマスクパターンの投影像のコントラストが向上する。
【００２１】
図8に示すように、消衰係数kが0.6から上昇するにつれて、光強度比指数Eは減少する。消衰係数kが0.6になると、光強度比指数Eはほぼ0.3以下となり、消衰係数kが0.65になると、光強度比指数Eはほぼ0.2未満となる。さらに消衰係数kが0.7になると光強度比指数Eはほぼ0となる。そのため位相シフタの材料の消衰係数kを0.7とすれば、コントラストを損なうことなく、マスクパターンの投影像を結像することが可能となる。消衰係数kが0.75になると光強度比指数Eは-0.1乃至0となり、再び1次回折光の光強度I1と0次回折光の光強度I0に差が生じ始める。消衰係数kが0.85になると光強度比指数Eはほぼ-0.2となり、消衰係数kが0.95になると光強度比指数Eはほぼ-0.3となる。したがって、消衰係数kが0.65以上0.95以下であれば、ピッチが波長以下でさらに波長の半分以下であっても、光強度比指数Eが-0.3以上0.3以下となり、半導体装置を製造するのに支障のない程度のコントラストのマスクパターンの投影像を形成することが可能となる。消衰係数kが1以上になると光強度比指数Eが-0.3未満となり、マスクパターンの投影像のコントラストが再び低下する。なお消衰係数kが0.65以上0.95以下の場合、位相シフタの透過率は0.016%以上5%以下である。
【００２２】
したがって、透過率が0.016%以上5%以下の材料を図4及び図5に示す第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120に用いることにより、照射光の波長の8倍より大きい第2ピッチP2で配置された第2位相シフタ120で構成されるパターンの投影像と、照射光の波長の8倍以下の第1ピッチP1で配置された第1位相シフタ20で構成されるパターンの投影像の両方を高いコントラストで形成することが可能となる。さらには第1ピッチP1が波長以下、あるいは波長の半分以下であっても、高いコントラストでマスクパターンの投影像を形成可能である。そのため、実施の形態に係るフォトマスクを用いれば、異なるサイズの回路パターンを有する半導体装置を高い精度で製造することが可能となる。また第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120のそれぞれの材料を同じとすることが可能であるため、実施の形態に係るフォトマスクは低いコストで製造することが可能である。
【００２３】
図9は、波長が193nmの照射光を180度位相シフトさせ、透過率が6%である従来の位相シフタをマスクパターンの遮光部に用いた場合の、マスクパターンのフォトマスク上でのピッチと回折光の光強度との関係を示したグラフである。1次回折光のp成分の光強度と、1次回折光のs成分の光強度は、ピッチが照射光の波長の2倍の386nm以上の場合、ほぼ等しくなる。しかし、ピッチが386nm未満になると、導波路効果により光強度は乖離し始める。また、0次回折光のp成分の光強度と、0次回折光のs成分の光強度は、ピッチが386nm以上の場合でも乖離している。さらに、ピッチが386nm未満になると、導波路効果によりさらに光強度は乖離し始める。また、0次回折光の光強度と、1次回折光の光強度の差は、ピッチが波長の2倍乃至4倍程度の大きさでも大きく、投影像のコントラスト低下の原因となる。これに対し図4及び図5に示すフォトマスクを用いれば、0次回折光の光強度と、1次回折光の光強度の差が小さくなるため、導波路効果の問題が生じない。
【００２４】
次に実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図10に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
(a) ステップS101でシリコン(Si)ウェハを準備し、Siウェハ上にレジスト膜をスピン塗布する。ステップS102で図2に示す二重極照明用の偏光子59を図1に示す露光装置に配置し、s偏光にされた照射光が集光光学系43に向けて射出されるよう設定する。ステップS103で、図4及び図5に示すフォトマスクを図1に示すレチクルステージ15に配置する。ステップS104で、レジスト膜を塗布されたSiウェハをウェハステージ32に配置する。
【００２６】
(b) ステップS105で照明光源41より照射光を発する。照射光は偏光子59によりs偏光にされる。照射光は集光光学系43を経てレチクルステージ15に配置されたフォトマスクを照射する。図4及び図5に示す第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120が構成するマスクパターンの像は、投影光学系42によってSiウェハ上のレジスト膜表面に転写される。ステップS106でレジスト膜を現像し、マスクパターンに対応するマスクパターンをSiウェハ上に形成する。その後、イオン注入、絶縁膜の形成、及び配線の形成等を実施して半導体装置を完成させる。
【００２７】
以上示した実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、図4及び図5に示すフォトマスクが使用されるため、異なるサイズの回路パターンを有する半導体装置を高い精度で製造することが可能となる。
【００２８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば実施の形態においては、図4及び図5に示す第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120のそれぞれの材料として、MoSiをあげた。しかし、照射光を180度位相シフトさせ、透過率が5%以下である限り、第1位相シフタ20及び第2位相シフタ120のそれぞれにはあらゆる材料が使用可能である。以上示したように、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る偏光子の第１の上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る偏光子の第２の上面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るフォトマスクの上面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るフォトマスクの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るマスクパターンのピッチと光強度比指数との関係を示す第１のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係るマスクパターンのピッチと光強度比指数との関係を示す第２のグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係るマスクパターンのピッチと光強度比指数との関係を示す第３のグラフである。
【図９】本発明の実施の形態の比較例に係るマスクパターンのピッチと光強度との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
P1…第1ピッチ
P2…第2ピッチ
10…マスク基板
20…第1位相シフタ
41…照明光源
59…偏光子
120…第2位相シフタ
【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】
2008003520.tif 000008
【図７】
2008003520.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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