(57)【要約】【課題】ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度が低下しないようにする。【解決手段】透明基板１１と、この透明基板１１上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜１２とを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、ハーフトーン膜１２の側壁を覆う遮光膜１４を設ける。そして、ハーフトーン膜１２の側壁を覆う遮光膜１４により、ハーフトーン膜２で散乱した散乱光を制限し、隣接するハーフトーン膜２で散乱した散乱光と重複しないようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜と、このハーフトーン膜の側壁を覆う遮光膜とを有することを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
【請求項２】
前記ハーフトーン膜は少なくともＴａＳｉを含有す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。
【請求項３】
請求項１記載のハーフトーン位相シフトマスクを用いて、基体上に形成されたレジストを露光することを特徴とするレジスト露光方法。
【請求項４】
請求項１記載のハーフトーン位相シフトマスクを有することを特徴とするレジスト露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜を有するハーフトーン位相シフトマスク及びそれを用いたレジスト露光方法並びにレジスト露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レジスト露光装置で用いられる一般的なマスクは、光を透過する透明基板に、光を遮断する遮光層が選択的に形成され、遮光層が形成されていない部分を光が一定位相で通過し、遮光層が形成されている部分では光が透過しない。しかし、このようなマスクは、遮光層のエッジ部分で光の破壊、干渉現象が起こり、実質的には遮光領域が減って、要望するパターンを正確に再現することができなかった。
【０００３】
このような一般的なマスクの短所を解決するものとしてハーフトーン位相シフトマスクがある。このハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜を有する。このハーフトーン膜は、位相を１８０°シフトさせ、入射される光を４〜３０％のみ透過するものである。ここで、基板が露出した領域が露光光をそのまま透過する透過領域であり、ハーフトーン膜が形成されている領域が露光光の位相をシフトする位相シフト領域である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に、ハーフトーン膜の透過率とコントラストとの関係を示す。これは、１００ｎｍの１：１ライン＆スペースパターンについて波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合について行ったシミュレーション結果であり、コントラストとは透明領域と位相シフト領域との境界における光強度のコントラストのことである。この条件において、光強度のコントラストが最大となるハーフトーン膜の透過率は、１０〜１５％である。ところが、ハーフトーン膜の透過率が１５％以上であると、透過領域と位相シフト領域との境界において、コントラストが低下してしまう。
【０００５】
また、図５に、ハーフトーン膜の透過率とレジスト解像度の関係を示す。これは、１００ｎｍの１：１ライン＆スペースパターンについて波長１５７ｎｍの露光光を用いてレジスト転写した結果である。この条件において、レジスト解像度が最小となるハーフトーン位相シフト膜の透過率は、１７．３％である。ところが、ハーフトーン膜の透過率が２１．９％以上であると、レジスト解像度が低下してしまう。
【０００６】
このような問題が起こる原因を説明するために、以下に、低透過率のハーフトーン膜を用いた場合と高透過率のハーフトーン膜を用いた場合の光の振幅と光強度を比較する。
【０００７】
まず、図６に、低透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す。ハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板１と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜２を有する。そして、ハーフトーン膜２で覆われていない透過領域を透過した光４に対して、ハーフトーン膜２を透過した光及びその散乱光は逆位相となる。ここで、ハーフトーン膜２は低透過率であるため、逆位相光の光振幅５及び逆位相散乱光の光強度振幅５ａは小さい。よって、これらを重ね合わせた光の光強度プロファイル６は大きくなる。
【０００８】
一方、図７に、高透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す。ここで、ハーフトーン膜２は高透過率であるため、逆位相光の光振幅５及び逆位相散乱光の光強度振幅５ａは大きい。さらに、ハーフトーン膜２を透過した光の散乱光は、隣接するハーフトーン膜２で透過した光の散乱光と重複し、逆位相の光強度を増幅させる。よって、この増幅した逆位相散乱光の光強度振幅５ａが光強度プロファイル６の低下の原因となっている。そして、これが原因となって、ハーフトーン膜の透過率が高いと、コントラスト及びレジスト解像度が低下する。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度が低下しないようなハーフトーン位相シフトマスク及びそれを用いたレジスト露光方法を得るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜と、このハーフトーン膜の側壁を覆う遮光膜とを有する。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を示す断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、透明基板１１の上にハーフトーン膜１２をスパッタにより形成する。透明基板１１の材料は、露光で用いる露光光の波長において、透過率８０％以上の高いものでなければならない。そこで、波長１５７ｎｍ以上の波長を有する露光光に対して透過率８５％の改良型石英ガラスが用いられる。なお、透明基板１１の大きさは６インチ角、厚さは０．２５インチである。一方、ハーフトーン膜１２は、適用する露光光の波長において、フォトレジスト転写時にサイドローブパターンが発生することなく、かつ、透過する光の位相を１８０°シフトしなければならない。この条件を満たすように、ハーフトーン膜１２の膜厚及び材料が選択される。このハーフトーン膜１２の材料として、ＴａＳｉ（タンタルシリサイド）、ＺｒＳｉ（ジルコンシリサイド）、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）、ＣｒＦ（クロムフロライド）、ＳｉＯ２（シリコンオキサイド）などが用いられる。特に、ハーフトーン膜１２としてＴａＳｉを含有するものを用いた場合、Ｆ２（波長１５７ｎｍ）レーザ光の照射に対し、ハーフトーン膜１２の膜べりが少ないという利点がある。そして、ハーフトーン膜１２上に、電子レジスト１３を形成し、電子ビームを選択的に照射して描画を行う。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、電子線レジスト１３の現像を行う。ここでは、電子線レジスト１３としてポジレジストを適用しているため、電子ビームが照射された領域の電子線レジスト１３が現像液に溶解し、ハーフトーン膜１２が露出する。
【００１３】
そして、図１（ｃ）に示すように、電子線レジスト１３をマスクにしてハーフトーン膜１２をドライエッチングし、透明基板１を部分的に露出させる。この時、ハーフトーン膜１２と透明基板１１のエッチング選択比を十分高くしなければならない。そこで、ドライエッチングは、例えば透明基板１１が改良型石英ガラスでハーフトーン膜１２がＭｏＳｉの場合、エッチングガスとしてＣＦ４（テトラフルオロメタン）とＯ２（酸素）を流量比率２０：１に制御したものを用いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法により行う。
【００１４】
次に、図１（ｄ）に示すように、電子線レジスト１３を剥離除去する。この時に用いる剥離液に対して、露出している透明基板１１とハーフトーン膜１２は十分な耐性がなければならない。そこで、電子線レジスト１３の剥離液としては、硫酸と過酸化水素水を３：１の比率で混ぜ合わせた混合液が用いられる。
【００１５】
そして、図１（ｅ）に示すように、スパッタまたは真空蒸着等により、露出している透明基板１１とハーフトーン膜１２を覆うように、遮光膜１４を形成する。この遮光膜１４の材料は、適用する露光光の波長に対して透過率の小さいものでなければならない。例えば、１５７ｎｍ以上の波長に対して透過率が０．５％以下であるＣｒ（クロム）が用いられる。そして、遮光膜１４上に、電子線レジスト１５を形成し、電子ビームを選択的に照射して描画を行う。この時、電子ビームがハーフトーン膜１２の側壁のある部分以外の遮光膜１４上の電子線レジスト１５に照射されるようにする。
【００１６】
次に、図１（ｆ）に示すように、電子線レジスト１５の現像を行う。ここでは、電子線レジスト１５としてポジレジストを適用しているため、電子ビームが照射された領域の電子線レジスト１５は、現像液に溶解し、遮光膜１４が露出する。
【００１７】
そして、図１（ｇ）に示すように、電子線レジスト１５をマスクにして遮光膜１４をドライエッチングし、透明基板１１及びハーフトーン膜１２を部分的に露出させる。このドライエッチングに対して、透明基板１１及びハーフトーン膜１２は十分な耐性がなければならない。そこで、ドライエッチングは、遮光膜１４がＣｒの場合、エッチングガスとしてＣＣｌ４（テトラクロロメタン）とＯ２（酸素）、あるいは、ＣＨ２Ｃｌ２（ジクロロメタン）とＯ２（酸素）を流量比率１：３に制御したものを用いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法により行う。
【００１８】
次に、図１（ｈ）に示すように、電子線レジスト１５を剥離除去する。この時に用いる剥離液に対して、露出している透明基板１１とハーフトーン膜１２は十分な耐性がなければならない。そこで、電子線レジスト１５の剥離液としては、硫酸と過酸化水素水を３：１の比率で混ぜ合わせた混合液が用いられる。
【００１９】
以上のようにして形成された本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板１１と、この透明基板１１上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜１２と、このハーフトーン膜１２の側壁を覆う遮光膜１４とを有する。
【００２０】
図２に、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す。ハーフトーン膜１２で覆われていない透過領域を透過した光４に対して、ハーフトーン膜１２を透過した光及びその散乱光は逆位相となる。ここで、ハーフトーン膜１２の側壁を覆う遮光膜１４により、ハーフトーン膜１２を透過した光の散乱光は制限され、隣接するハーフトーン膜１２で散乱した光の散乱光とは重複しない。これにより、逆位相散乱光の光強度振幅５ａの増幅を防ぐことができ、光強度プロファイル６のうち、透明領域を透過した光の光強度プロファイルを大きくすることができる。よって、ハーフトーン膜１２の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度の低下を防ぐことができる。
【００２１】
図３に、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを有するレジスト露光装置を示す。このレジスト露光装置において、露光光源３０から発する露光光が、ハーフトーン位相シフトマスク３１を透過し、露光投影系レンズ３２に入射され、この露光投影系レンズ３２の内部で収束され、ウェハー等の基体３３上に形成されたレジスト３４に照射される。また、本実施の形態のレジスト露光方法は、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスク３１を用いて、基体３３上に形成されたレジスト３４を露光する。
【００２２】
このような本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを有するレジスト露光装置及びレジスト露光方法により、ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度の低下を防ぐことができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を示す断面図である。
【図２】本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す図である。
【図３】本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを有するレジスト露光装置の技術概念を示す図である。
【図４】ハーフトーン膜の透過率とコントラストとの関係を示す図である。
【図５】ハーフトーン膜の透過率とレジスト解像度の関係を示す図である。
【図６】低透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す図である。
【図７】高透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度を示す図である。
【符号の説明】
１  透明基板
２  ハーフトーン膜
４  光振幅
５  逆位相光の光振幅
５ａ  逆位相散乱光の光強度振幅
６  光強度プロファイル
１１  透明基板
１２  ハーフトーン膜
１３  電子線レジスト
１４  遮光膜
１５  電子線レジスト
３０  露光光源
３１  ハーフトーン位相シフトマスク
３２  露光投影系レンズ
３３  基体
３４  レジスト
【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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【図７】
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