(57)【要約】【課題】高い転写パタン寸法を実現できる位相シフトマスクが製造でき、さらに高い転写精度を実現することで高性能な大規模集積回路の製造が可能となる位相シフトマスク、該位相シフトマスクを用いたパタン形成法、該パタン形成法による固体素子を提供する。【解決手段】位相シフトマスクにおいて、マスク基板を掘り込むことで位相シフタを形成して、遮光膜を非掘り込み部から前記掘り込みまで延在させ、該掘り込み側部に設けられた遮光膜の厚さを変化させることによって、位相シフトマスクにおける掘り込み非掘り込み部の結像強度をなくすように構成する。【選択図】　　　　　　図１
2004029081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクパタンをウエハ上に転写する際に用いられる所定の透光パタンと透過光に位相差を与えるためマスク基板を掘り込むことで形成した位相シフタを有する透過光パタンが周期的に続いており、かつ両透光部の幅が等しい位相シフトマスクにおいて、マスク基板非掘り込み部に設けた遮光膜を掘り込み部及び掘り込み部側壁にも延在させてあり、掘り込み部側壁に設けた遮光膜厚がマスク基板非掘り込み部及び掘り込み部に設けた遮光膜の１．５倍以上であることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】
請求項１記載の位相シフトマスクを用いてウエハ上にパタンを転写することを特徴とするパタン形成法。
【請求項３】
請求項２記載のパタン形成法を用いて製造したことを特徴とする固体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相シフトマスク、該位相シフトマスクを用いたパタン形成法、該パタン形成法による固体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大規模半導体集積回路等の固体素子における微細パタンの形成には、主に縮小投影露光法が用いられてきた。図７は投影露光装置の概要を模式的に表した図である。図７において、１１は原版としてのマスクで所定の遮光部と透過部からなり、このマスクを照明系１４で照射する。透光部を抜けた光はマスクによって回折されるが、回折光を投影光学系１２で集光し、マスク上の所定のパタンを光学像として基板上に露光することができる。
【０００３】
上記法を用いて、解像力を飛躍的に向上することができる方法の一つに、マスク上の隣り合った透光領域を通過した露光光の間に位相差を導入する方法（以下、位相シフト法と呼ぶ）がある。この方法は、例えば細長い透光領域と遮光領域の繰り返しパタンの場合、マスク上の互いに隣り合った透光領域を通過した光の位相差がほぼ１８０度もしくはその奇数倍になるように、上記透光領域の一つおきに位相差を導入するための透明材料（位相シフタ）をマスク上に設けるものである。通常の実用においてはマスク上の互いに隣り合った透光領域を通過した光の位相差がほぼ１８０度にするのが一般的であるので、以下、マスク上の互いに隣り合った透光領域を通過した光の位相差がほぼ１８０度の場合を論ずる。
【０００４】
位相シフト法で用いられるマスク（以下、位相シフトマスク）は、例えば従来用いられてきたようなバイナリマスクの所定の透光領域上に上記位相シフタを設けることにより作成することができる。これについては、例えばアイ・イー・イー・イー，トランザクション　オン　エレクトロン　デバイスイズ，イー　ディー２９，ナンバ１２（１９８２年）第１８２８頁から第１８３６頁（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ，　ＥＤ２９，　Ｎｏ１２（１９８２）　ｐｐ１８２８−１８３６）において論じられている。
【０００５】
マスク基板自体をエッチング加工して位相シフタ部を設けたタイプの位相シフトマスクにおいて、図１（ａ）に模式的に示したように位相シフトパタンを配置しない透光領域寸法ａと位相シフトパタンを配置した透光領域寸法ｂが等しくなるようにマスク基板をエッチング加工した場合、投影光学像は図３（ａ）に示したように位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１が位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２よりも低下するという現象が生じる。このような光学像でウエハ上にパタンを転写すると、位相シフトパタンを配置しないマスクパタンに対応したウエハ上の寸法ｄ２よりも位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の寸法ｄ１の方が小さくなってしまう。
【０００６】
また、マスク基板にエッチング加工を施して位相シフトパタンを配置したとき、マスク基板エッチング部側壁から露光光が漏れてくる。前記側壁から漏れてくる光は位相シフトパタンを配置していない隣り合った透光領域を通過した露光光との位相差を１８０度に保っているわけではない。この現象は位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１が位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２よりも低下する要因の一つになっている。
【０００７】
そこで、図１（ｃ）のようにマスク基板エッチング部及び側壁部分にも遮光膜を延在させることによりマスク基板エッチング部側壁からの露光光の漏れを防ぎ、位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１が位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２よりも低下する現象をある程度軽減できる。従来上記側壁部の遮光膜はこのように、露光光の漏れを防ぐために設けられたので、その遮光膜厚は考察の対象になっていなかった。
【０００８】
特開平１１−１１９４１１号公報では基板エッチング側壁部に遮光膜を設けているが、掘り込み部における透光部の寸法とマスク基板エッチング量についての指定はない。特に、図２（ｆ）に模式的に示したように、掘り込み部における透光部の寸法と基板エッチング幅から側壁部に設けた遮光膜厚を差し引いた寸法がほぼ等しいとき、後に紹介する結果図５からわかるとおり位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１が位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２よりも低下する現象を軽減できない。むしろ掘り込み部側壁に遮光膜がない場合よりも位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１が位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２よりもさらに低下してしまう場合があり得る。
【０００９】
そこで、図１（ｃ）に模式的に示したように掘り込み部における透光部の幅と基板エッチング幅から側壁部に設けた遮光膜厚を差し引いた寸法が同程度にならないよう設計されたマスクパタンによる投影光学像を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）の投影光学像からわかるとおり位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１と位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２の差を完全になくすわけではないので、このような光学像でウエハ上にパタンを転写すると、やはり位相シフトパタンを配置しないマスクパタンに対応したウエハ上の寸法ｄ２’よりも位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の寸法ｄ１’の方が小さくなってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
マスク基板をエッチング加工し位相シフタを設けたタイプの位相シフトマスクでは、遮光膜よりマスク基板側をエッチング加工して形成したマスクパタン面の凹凸形状に起因して、マスクパタンを転写するウエハ上での光強度分布が変化してしまう。このため、マスクパタン寸法が同一であっても位相シフタを設けたパタンと位相シフタを設けていないパタンとでウエハ上に転写したパタンの寸法が異なってしまうという問題があった。
【００１１】
従来、この問題を解決する方法として、図１（ｂ）に模式的に示したように位相シフトパタンを加工したパタンの遮光膜をオーバーハング形状に形成する方法があった。しかし、この方法では遮光膜がオーバーハング形状になった部分の機械的な強度の問題からマスク製造工程上マスクパタン欠陥が生じ易いという問題があり、異物が位相シフトパタンを加工した凹形状部分に入り込んでしまった場合、異物除去が困難であるという問題があるため根本的な解決とは言えない。
【００１２】
そこで、本発明は、新規かつ有用な位相シフトマスク、該位相シフトマスクを用いたパタン形成法、該パタン形成法による固体素子を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、つぎの（１）〜（３）のように構成した位相シフトマスク、該位相シフトマスクを用いたパタン形成法、該パタン形成法による固体素子を提供するものである。
（１）マスクパタンをウエハ上に転写する際に用いられる所定の透光パタンと透過光に位相差を与えるためマスク基板を掘り込むことで形成した位相シフタを有する透過光パタンが周期的に続いており、かつ両透光部の幅が等しい位相シフトマスクにおいて、マスク基板非掘り込み部に設けた遮光膜を掘り込み部及び掘り込み部側壁にも延在させてあり、掘り込み部側壁に設けた遮光膜厚がマスク基板非掘り込み部及び掘り込み部に設けた遮光膜の１．５倍以上であることを特徴とする位相シフトマスク。
（２）上記（１）記載の位相シフトマスクを用いてウエハ上にパタンを転写することを特徴とするパタン形成法。
（３）上記（２）記載のパタン形成法を用いて製造したことを特徴とする固体素子。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用することにより、新規かつ有用なマスク、該マスクを用いたパタン形成方法及び該形成方法を用いて製造されたデバイスを提供することが可能となる。
より特定的には、マスクパタンをウエハ上に転写する際に用いられる所定の透光パタンと透過光に位相差を与えるためマスク基板を掘り込むことで形成した位相シタを有する透過光パタンの幅が等しい位相シフトマスクにおいて、マスク基板非掘り込み部に設けた遮光膜を掘り込み部及び掘り込み部側壁にも延在させてあり、掘り込み部側壁に設けた遮光膜厚がマスク基板非掘り込み部及び掘り込み部に設けた遮光膜の１．５倍以上とすることで、位相シフトマスクにおける掘り込み非掘り込み部の結像強度をなくすようにすることが可能となる。
【００１５】
つぎに、本実施形態による開口数ＮＡ＝０．６、縮小比４：１のＫｒＦエキシマレーザ（露光波長２４８ｎｍ）縮小投影露光装置用位相シフトマスクにおける投影光学像について説明をする。
従来の技術で述べたように、位相シフト法はマスク上の互いに隣り合った透光領域を通過した露光光の位相差をほぼ１８０度とすることにより解像度の向上をはかる方法である。図１（ａ）はマスク基板をエッチングして位相シフタを形成したタイプの位相シフトマスクの断面構造を模式的に示したものである。
【００１６】
位相差を最適値である１８０度導入するためのエッチング深さは、次式で決定される。
［数１］ｔ＝λ／２（ｎ１−ｎ０）
ここでｔはエッチング深さ、λは露光波長、ｎ１は露光波長λにおける位相シフタの屈折率である。マスク基板をエッチングして位相シフタを形成する場合マスク基板の一部分が位相シフタとなるので、ｎ１はマスク基板の屈折率である。また、ｎ０は露光波長λにおける露光雰囲気（通常は、空気）の屈折率であり、実用上は１としてよい。
【００１７】
本実施の形態ではマスク基板として合成石英の場合を想定する。前記合成石英の露光波長２４８ｎｍにおける屈折率ｎ１は１．５１である。マスク基板である
合成石英マスク基板をエッチングして位相シフタ部を形成した。
【数１】に基づくとマスク基板のエッチング深さｔの最適値は２４４ｎｍであった。
また、本実施の形態では遮光膜として用いた物質はクロムを仮定している。クロムの複素屈折率ｎｃは１．３２＋２．１１ｉとする。ただし、ｉは２乗すると−１になる虚数単位である。
【００１８】
光がある管状の物質中を進行するとき、管状の物質の形状、管を形成する物質、進行する光の偏光により光の進行の様子が異なる。本実施の形態のように、合成石英の掘り込み部の側壁部に遮光膜を設けた場合、露光光はある管の中を進行するかのように振舞う。この現象を考慮に入れることにより、前述の光強度の低下を補うことができる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００２０】
図４（ａ）にマスク上のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パタンの比率が１：１のときの本実施例におけるマスクパタンの断面図を示す。位相シフトパタンを配置しないマスクパタンの透光領域寸法ａを５００ｎｍとし、位相シフトパタンを配置したマスクパタンの透光領域寸法ｂも５００ｎｍ、遮光部のマスクパタン寸法ｃも５００ｎｍとする。
【００２１】
マスク形状は、基板エッチング幅ｅが１２５０ｎｍで［数１］で定義された所定の深さｔまで掘り込んであり、基板エッチング部両側に幅３７５ｎｍ、厚さ１００ｎｍの遮光膜が設けられている。基板にエッチングを施さない部分の幅は７５０ｎｍで、その両側に幅１２５ｎｍ、厚さ１００ｎｍの遮光膜を設けている。このとき本実施形態の光学系の倍率を考慮すればウエハ上で１２５ｎｍのＬ／Ｓパタンを転写することを目的としている。このマスクパタンが周期的に続いているとする。
【００２２】
上記基本構成をもつマスクパタンにおいて合成石英の基板エッチング部側壁に遮光膜を設け、側壁部の遮光膜厚ｗを変化させたときの模式図を図４（ｂ）に示す。このとき位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度分布と位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度分布の様子から見積もったウエハ上でのパタン線幅の差を調べた結果を図５に示す。図５の横軸は基板エッチング部側壁に設けた遮光膜厚ｗ’である。縦軸は露光時の線幅誤差に相当するもので、以下定義を説明する。ウエハ上でのある光強度レベルＩｓにおいてマスクパタンの遮光部に対応してウエハ上に形成されたパタンがマスク上のＬ／Ｓパタンの４分の１（光学系の倍率が４分の１倍なので、ここでは１２５ｎｍ）になったとする。この光強度レベルＩｓにおいて位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応してウエハ上に形成されたパタンの線幅をＣＤ１とする。前記ＣＤ１からマスク上のＬ／Ｓパタンの４分の１を引いた値が図５の縦軸になる。
【００２３】
マスクパタンの周期性を考慮したとき、図５の縦軸が０になれば、位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ１と位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の最大値Ｉ２の差がなくなることを示している。図５から本実施例においては側壁部に設ける遮光膜厚を１８５ｎｍもしくは２５０ｎｍにすれば位相シフトパタンを配置したマスクパタンに対応したウエハ上の光強度と位相シフトパタンを配置していないマスクパタンに対応したウエハ上の光強度の差がほぼなくなる。また、図５から線幅誤差が５ｎｍ以内（これは１２５ｎｍの４％以内に対応し実用上問題ない）になるには、基板エッチング部側壁に設ける遮光膜厚が２５ｎｍから３００ｎｍの範囲にあれば良い。
Ｌ／Ｓパタンの比率や幅を変えても最適な基板エッチング部側壁に設ける遮光膜厚があることは調べてある。
【００２４】
基盤エッチング幅ｅについてであるが、大体ラインパタンとスペースパタンの和の１．２５倍以上となるように広くとったほうがよい。掘り込み部側壁部の遮光膜は、側壁部から光が漏れるのを防ぎ、結像性能を変化させる特徴がある。そのため、あらかじめ基盤エッチング幅を大きくしておき、側壁部に薄い遮光膜をつける。そのマスクで露光評価を行い、掘り込み部、非掘り込み部で結像強度が違っていたらマスクを洗浄し、掘り込み部側壁に設ける遮光膜を厚くしていく。この動作を繰り返すことにより、掘り込み部と非掘り込み部の結像強度が等しいマスクを完成させることができる。
以上で説明した位相シフトマスクを用いることによって従来の位相シフトマスクよりも高い転写パタン精度を実現できることになる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、高い転写パタン寸法を実現できる位相シフトマスクが製造でき、さらに高い転写精度を実現できるので高性能な大規模集積回路の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】位相シフトマスクの断面構造を示した模式図。
【図２】位相シフトマスクの断面構造を示した模式図。
【図３】ウエハ上の光強度分布を示した図。
【図４】本発明の実施例におけるマスクパタンを示した模式図。
【図５】本発明の実施例のマスクパタンの作用を説明する図。
【図６】本発明によるマスクパタンを示した模式図。
【図７】従来技術の縮小投影露光法を説明するための露光装置の概要を模式的に表した図。
【符号の説明】
１：マスク基板
２：遮光膜
３：位相シフタを配置しないマスク透光部
４：位相シフタを配置したマスク透光部
５：マスク遮光部
１１：フォトマスク
１２：投影光学系
１３：結像面
１４：照明光学系
【図１】
2004029081.tif 000003
【図２】
2004029081.tif 000004
【図３】
2004029081.tif 000005
【図４】
2004029081.tif 000006
【図５】
2004029081.tif 000007
【図６】
2004029081.tif 000008
【図７】
2004029081.tif 000009