JPH04288542A - 位相シフトマスクおよびその修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，半導体素子の製造に
おける光リソグラフィー工程で用いられる位相シフトマ
スクおよびその修正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】縮小光学式の光ステッパーを用いたリソ
グラフィ技術の解像限界Ｒ（μｍ）は 、　　　　　　　　Ｒ＝ｋ１　λ／ＮＡ、　　　　ｋ１
　＝０．５で表される。ここで、λは波長（μｍ）、Ｎ
Ａはレンズの開口数である。光リソグラフィーは上式に
従って、露光波長の短波長化、高ＮＡ化、さらにレジス
トのプロセスに依存する定数ｋ１　を小さくすることに
より、解像限界を小さくしている。現在、ｉ線（λ＝０
．３６５μｍ）、ＮＡ＝０．５のステッパーが実現し、
ｋ１　＝０．５も可能であるので、０．４μｍ程度の解
像が可能になってきている。これ以上の解像限界を得る
ためには、露光波長の短波長化や高ＮＡ化を進めれば良
いのであるが、適当な光源やレンズを得るのが技術的に
難しく、さらに、焦点深度δ＝／２ＮＡ２　が小さくな
るという問題点がある。

【０００３】これを解決するものとして、特開昭５７−
６２０５２号公報や特開昭５８−１７３７４４号公報に
記載されているような位相シフト露光法が提案されてい
る。

【０００４】以下、従来のフォトマスク法の原理と位相
シフト露光法の原理とを説明する。図７ないし図９は従
来のフォトマスク法の原理を説明するための図、図１０
ないし図１２は位相シフト露光法の原理を説明するため
の図である。図７および図１０各々の方法におけるマス
クの断面側面図、図８および図１１は各々の方法におけ
るマスク上の電場強度、図９および図１２は各々の方法
におけるウエハ上の光強度を表している。光リソグラフ
ィの解像以下のパターン転写を考えた場合、フォトマス
ク法のマスクでは、マスク基板（ＳｉＯ２　等）１上に
形成されたマスクパターン（主パターン）２を透過した
光の電場は図８に示すように空間的に分離した波形とな
る。しかし、光学系を透過した光のウエハ（図示せず）
上の光強度は図９に示すようにお互いに重なり合い、パ
ターンの解像はできない。

【０００５】これに対し位相シフト露光法は、図１０に
示すように、マスクパターン２のパターンスペース部２
ａに１つおきに光の位相を１８０度反転させるＳｉＯ２
　などの位相シフトパターン（シフター）３を設けたマ
スクを用いて転写する方法である。位相シフト露光法の
マスクを透過した光の電場は、図１１に示すように交互
に位相が反転する。そのため、これを従来のフォトマス
ク法と同じ光学系で投影したとき、隣合ったパターン像
が重なり合う部分では光が互いに打ち消すように働く。 その結果、図１２に示すようにウエハ上の光強度は分離
したものとなる。このため、位相シフト露光法はフォト
マスク法より解像力が高くなる。実験では前者のほうが
後者より最小解像パターン幅が約半分になることが示さ
れている。

【０００６】次に、位相シフト露光法における位相シフ
トマスクの欠陥の修正方法を説明する。図１３ないし図
１５は位相シフトマスクの黒欠陥の修正方法を説明する
ための断面工程図、図１６ないし図１８は位相シフトパ
ターンの白欠陥の修正方法を説明するための断面工程図
である。これらの図において、マスク基板１上にはＣｒ
やＭｏＳｉからなるマスクパターン２が形成されている
。マスクパターン２間の所定位置にはＳｉＯＸ　やフッ
素樹脂から成る位相シフトパターン３が形成されている
。

【０００７】まず、黒欠陥の修正方法について説明する
。黒欠陥とは、マスク基板１上に形成されたマスクパタ
ーン２の間の位相シフトパターン３が形成されるべきで
ない領域に形成されている位相シフトパターンのことを
いう。図１３において、４が黒欠陥領域である。この黒
欠陥は以下のようにして修正する。すなわち、図１４に
示すように、集束したイオンビーム（ＦＩＢ（ｆｏｒｃ
ｕｓｅｄｉｏｎ　ｂｅａｍ　））５を黒欠陥領域４に照
射、走査し、黒欠陥物質をエッチング（ミリング）して
削り取る。例えば、１μｍ２　の黒欠陥であれば３０Ｋ
ｅＶのＧａ＋　（ビーム電流３００ｐＡ）のイオンビー
ムを用いれば、この黒欠陥は数分で除去することができ
る。この場合、位相シフトパターン３にＳｉＯｘ　のよ
うなマスク基板（通常石英（ＳｉＯ２　）より成る）１
に類似した材料を用いるとエッチングの終点の検出が困
難になるので、類似しない材料、例えばフッ素樹脂を用
いた方がよい。この理由は、エッチングの終点検出には
エッチングによりスパッタされたイオン（２次イオン）
が用いられており、ＳｉＯｘ　のようなマスク基板（通
常石英（ＳｉＯ２　）より成る）１に類似した材料を用
いた場合、終点において２次イオンの収率が変化しにく
く、マスク基板１と位相シフトパターン３の境界が不明
確になるからである。黒欠陥領域４の除去後、図１５に
示すようにマスクパターン２の上部に黒欠陥残部４ａが
あるが、マスクパターン２は光を透過しないので問題は
ない。

【０００８】次に、白欠陥の修正方法について説明する
。白欠陥とは、マスク基板１上に形成されたマスクパタ
ーン２の間の位相シフトパターン３が形成されるべき領
域に位相シフトパターンが形成されていない領域のこと
をいう。図１６において、６が白欠陥領域である。この
欠陥は以下に示すいわゆるイオンビームアシスト法を用
いた膜堆積（デポジション）法により修正する。図１７
に示すように、反応ガス雰囲気（ＳｉＨ４　＋Ｏ２　等
）中においてイオンビーム（黒欠陥の修正時と同等のビ
ーム）５を修正したい白欠陥領域６に複数回走査する。 この間、反応ガス９をノズル８から白欠陥領域６に噴出
する。このとき、マスク基板１との間隔が数百μｍ程度
になるまでノズル８をマスク基板１に近付け、反応ガス
９が白欠陥領域６に当たるようにする。反応ガス９にイ
オンビーム５を照射することにより反応ガス９を分解、
反応させ、白欠陥領域６にシフト材料（ＳｉＯ２　もし
くはＳｉＯＸ　）７を図１７に示すように堆積させる。 そして、図１８に示すように完全に堆積させたときのシ
フト材料（ＳｉＯ２　もしくはＳｉＯＸ　）７の厚さは
１００ｎｍ（位相シフトパターン３の厚さと同じ）程度
である。 堆積させるシフト材料７の厚さは、シフト材料７の組成
，構造に依存する。シフト材料７の組成，構造は、イオ
ンビーム５の照射条件，反応ガス９の雰囲気等により異
なる。そのため、イオンビーム５の照射条件，反応ガス
９の雰囲気等を調整して堆積させるシフト材料７の厚さ
を調整する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】位相シフト露光法に用
いるマスクの従来の修正方法は以上のような工程で行わ
れているので以下のような問題点があった。

【００１０】黒欠陥の修正においては、イオンビーム５
を照射することにより黒欠陥領域４にエッチングを施し
ているので、イオン（Ｇａ＋　）がマスク基板１中に多
量に侵入し、この侵入したイオンが色中心（本来透明の
マスク基板が所定波長の光を吸収して着色して見えるこ
と）となり転写時の光の透過量を低下させるという問題
点があった。

【００１１】また、白欠陥の修正においては、ＳｉＨ４
　のような毒性，自燃性のガスを用いるので、安全確保
のため、装置に複雑なガス供給装置を設けなければなら
ず、また、装置の制御も慎重に行わなければならないと
いう問題点があった。

【００１２】さらに、イオンアシスト法を用いた膜堆積
法は、以下に示すようにエッチングを用いた場合に比べ
て精度が悪くなるめ、黒欠陥の修正に比べて白欠陥の修
正の方が精度が悪いという問題点もあった。すなわち、
図１８に示すようにシフト材料７を堆積した場合、側面
はマスクパターン２に囲まれているため、シフト材料７
がサイド方向のマスク基板上にまで侵入することはない
が、例えば、奥行き方向にマスクパターン２が設けられ
ていない場合、シフト材料７堆積時にいわゆる裾引きが
生じて、所望の寸法どおりにシフト材料７を形成するこ
とができない。また、四方をマスクパターン２に囲まれ
ている場合でも、シフト材料７をマスクパターン２の内
壁に完全に密着させ形成するのが困難である。しかし、
エッチングを用いて黒欠陥領域４を削除する場合はこの
ような不都合はない。

【００１３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、転写時の光の透過量を低下させ
ず、マスク修正装置を簡略化できるとともに、白欠陥を
安全に精度良く修正することができる位相シフトマスク
およびその修正方法を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る位相シフ
トマスクは、位相シフトパターンの一部がマスク基板を
掘り下げることにより形成した凹部であることを特徴と
する。

【００１５】この発明に係る位相シフトマスクの修正方
法の第１の態様は、位相シフトマスクの位相シフトパタ
ーンの欠陥を修正する位相シフトマスクの修正方法にお
いて、マスク基板上に形成されたマスクパターン間の位
相シフトパターンが形成されるべきでない領域に位相シ
フトパターンが形成されている黒欠陥領域に位相シフト
パターン材質に応じた反応ガスを供給しつつイオンビー
ムを照射することにより、前記黒欠陥領域に形成されて
いる前記位相シフトパターンをエッチング除去すること
を特徴とする。

【００１６】この発明に係る位相シフトパターンに第２
の態様は、位相シフトマスクの位相シフトパターンの欠
陥を修正する位相マスクの修正方法において、マスク基
板上に形成されたマスクパターン間の位相シフトパター
ンが形成されるべき領域に位相シフトパターンが形成さ
れていない白欠陥領域にマスク基板材質に応じた反応ガ
スを供給しつつイオンビームを照射することにより、前
記白欠陥領域下のマスク基板をエッチング除去し、本来
から前記位相シフトパターンが形成されていない領域を
透過する光の位相と前記エッチングされた白欠陥領域を
透過する光の位相が逆相になるようにしたことを特徴と
する。

【００１７】

【作用】この発明に係る位相シフトマスクにおいては、
位相シフトパターンの一部がマスク基板を掘り下げた凹
部で形成されているので、白欠陥の修正をマスク基板の
エッチングにより行うことが可能になる。

【００１８】この発明に係る位相シフトパターンの修正
方法の第１の態様は、マスク基板上に形成されたマスク
パターン間の位相シフトパターンが形成されるべきでな
い領域に位相シフトパターンが形成されている黒欠陥領
域に位相シフトパターン材質に応じた反応ガスを供給し
つつイオンビームを照射することにより、黒欠陥領域に
形成されている位相シフトパターンをエッチング除去す
るので、マスク基板に侵入するイオンが少なくなる。

【００１９】この発明に係る位相シフトパターンの第２
の態様は、マスク基板上に形成されたマスクパターン間
の位相シフトパターンが形成されるべき領域に位相シフ
トパターンが形成されていない白欠陥領域にマスク基板
材質に応じた反応ガスを供給しつつイオンビームを照射
することにより、白欠陥領域下のマスク基板をエッチン
グ除去し、本来から位相シフトパターンが形成されてい
ない領域を透過する光の位相とエッチングされた白欠陥
領域を透過する光の位相が逆相になるようにしたので、
デポジションにより白欠陥領域を修正する必要がなくな
る。

【００２０】

【実施例】図１ないし図３は、この発明に係る位相シフ
トマスクの修正方法の一実施例を示す断面工程図であり
、黒欠陥の修正方法を示している。マスクパターン２の
エッチング時に用いるレジストを塗布する時に混入する
異物、マスクパターン２のエッチング時にマスク基板１
上に乗る異物あるいはレジスト露光，現像異常によるレ
ジスト残りなどが原因で生じる黒欠陥領域４が従来と同
様、図１に示すように形成されている。黒欠陥領域４の
厚さは、位相シフトパターン３の厚さと同じである。

【００２１】黒欠陥領域４にノズル８から反応ガス９を
噴射しつつ、イオンビーム５を照射する。すると、図２
に示すように黒欠陥領域４は物理的および化学的に徐々
にエッチングされる。反応ガス９は、黒欠陥領域４がＳ
ｉＯ２　により構成されている場合はＣＨＦ３　等のフ
ッ化水素系ガスまたはフッ化水素系ガスと希ガスの混合
ガス、黒欠陥領域４がフッ素樹脂の場合は酸素ガスまた
は酸素ガスと希ガスの混合ガスを用いる。

【００２２】イオンビーム５は、例えば３０ＫｅＶのＧ
ａ＋　（ビーム電流は３００ｐＡ、ビーム径は０．１μ
ｍφ）を用いる。前記反応ガス９の雰囲気中において、
イオンビーム５で黒欠陥領域４を複数回走査することに
より、黒欠陥領域４を図３に示すように完全にエッチン
グ除去する。黒欠陥領域４の厚さは上述のように位相シ
フトパターン３の厚さと同じである。位相シフトパター
ン３の厚さは、位相シフトパターン３を設けていない領
域を透過する光と設けている領域を透過する光の光路差
を１／２波長の奇数倍になる厚さに設定されている。し
たがって、黒欠陥領域４を完全に除去すると黒欠陥領域
４が完全に除去されたエッチング領域１０を透過する光
と、位相シフトパターン３がもともと設けられていない
白パターン領域１１を透過する光との光路差が１／２波
長の偶数倍になり、上記の２つの透過光は同相となり、
位相シフトパターン３を透過する光と逆相になり、黒欠
陥が修正されたことになる。この場合、イオンビーム５
を反応ガス９の雰囲気中で照射しているので、従来のよ
うにイオンがマスク基板１中に多く侵入することはない
。そのため、転写時に光の透過量の低下が従来より少な
くなる。また、イオンの侵入の深さが数百オングストロ
ーム以下と浅いため、緩衝ＨＦを用いたライトエッチン
グ、マスク基板１へのプラズマ処理（マスクパターン２
がＣｒ　の場合、フッ素ラジカルイオンを用いる。）に
よりマスク基板１中のイオンには除去することができ、
色中心をなくすことができる。

【００２３】図４ないし図６は、この発明に係る位相シ
フトパターンの修正方法の他の実施例を示す断面工程図
であり、白欠陥の修正方法を示している。レジスト塗布
時に形成されるピンホール，レジスト露光異常によるレ
ジスト残りや剥がれなどが原因で生じる白欠陥領域６が
従来と同様、図４に示すように形成されている。

【００２４】白欠陥領域６にノズル８から反応ガス９を
噴射しつつ、イオンビーム５を照射する。すると、図５
に示すように白欠陥領域６のマスク基板１が物理的およ
び化学的に徐々にエッチングされる。マスク基板１は、
通常ＳｉＯ２より成り、そのため、反応ガスは、フッ化
水素系ガスまたはフッ化水素系ガスと希ガスの混合ガス
を用いる。イオンビーム５は上記に示した黒欠陥の修正
に用いたものと同様のものを用いる。マスク基板１のエ
ッチングの深さｄはエッチング領域２０を透過する光と
白パターン領域１１を透過する光との光路差が１／２波
長の奇数倍になるような深さに設定する。このようなエ
ッチングによって、白欠陥領域６を透過する光と、これ
に隣接する白パターン領域１１を透過する光とが干渉し
合って打ち消し合うので、白欠陥を修正したことになる
。

【００２５】深さｄは、ビーム電流が一定であればイオ
ンビーム５の照射時間を調整することにより調整できる
。光路差は（ｎ−１）・ｄ（ここで、ｎは石英ガラスの
お屈折率）で表されるから、透過光の波長をλ（ｎｍ）
とすれば、次の関係式が成り立つように深さｄを決めれ
ばよい。

【００２６】（ｎ−１）・ｄ＝（２ｍ−１）λ／２（た
だし、ｍ＝１，２，・・・・である。）ここで、露光光
源として水銀ランプのｉ線を例にとれば、ｉ線はλ＝３
６５ｎｍ、ｎ＝１．４７６（λ＝３６５ｎｍの時の屈折
率）となり、上式よりｄは約３８３ｎｍとなる。白欠陥
の修正においてもイオンビーム５を反応ガス９の雰囲気
中で照射してマスク基板１のエッチングを行っているの
で、上記と同様の理由により転写時の光の透過量の低下
を防止できる。また、エッチングにより白欠陥を修正し
ているので、精度も黒欠陥の修正と同じ程度であり、ま
た、ＳｉＨ４　を使用することがないので、マスク修正
装置を簡略化することができる。

【００２７】なお、上記実施例では、イオンビーム５と
して３０ＫｅＶのＧａ＋　を用いたが、例えばＩｎ＋　
等の他のイオンを用いても上記実施例と同様の効果が得
られる。また、イオンビーム５のエネルギー、電流は、
最もエッチング効率が良く、かつ加工精度の良い条件に
設定すればよく、上記実施例に限定されない。また、マ
スク基板１は石英ガラスに限定されず、ＣａＦ等のフッ
素化物でもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る位相シフ
トマスクによれば、位相シフトパターンの一部がマスク
基板を掘り下げた凹部で形成されているので、白欠陥の
修正をマスク基板のエッチングにより行うことが可能と
なる。その結果、白欠陥の修正精度が良くなる。

【００２９】以上にように、この発明に係る位相シフト
マスクの修正方法の第１の態様によれば、マスク基板上
に形成されたマスクパターン間の位相シフトパターンが
形成されるべきでない領域に位相シフトパターンが形成
されている黒欠陥領域に位相シフトパターン材質に応じ
た反応ガスを供給しつつイオンビームを照射することに
より、黒欠陥領域に形成されている位相シフトパターン
をエッチング除去するようにしたので、イオンビーム照
射時にマスク基板に侵入するイオンが少なくなる。その
結果、転写時の光の透過量が従来に比べて多くなるとい
う効果がある。

【００３０】この発明に係る位相シフトマスクの修正方
法の第２の態様によれば、マスク基板上に形成されたマ
スクパターン間の位相シフトパターンが形成されるべき
領域に位相シフトパターンが形成されていない白欠陥領
域にマスク基板材質に応じた反応ガスを供給しつつイオ
ンビームを照射することにより、白欠陥領域下のマスク
基板をエッチング除去し、本来から位相シフトパターン
が形成されていない領域を透過する光の位相とエッチン
グされた白欠陥領域を透過する光の位相が逆相になるよ
うにしたので、従来のようにＳｉＨ４　のような毒性，
自燃性のガスを用いる必要がなくなると共に、デポジシ
ョンにより白欠陥を修正する必要なくなる。その結果、
マスク修正装置を簡略化できると共に、白欠陥を安全に
精度良く修正することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る位相シフトマスクの修正方法の
うち黒欠陥の修正方法を示す断面工程図である。

【図２】この発明に係る位相シフトマスクの修正方法の
うち黒欠陥の修正方法を示す断面工程図である。

【図３】この発明に係る位相シフトマスクの修正方法の
うち黒欠陥の修正方法を示す断面工程図である。

【図４】この発明に係る位相シフトマスクの修正方法の
うち白欠陥の修正方法を示す断面工程図である。

【図５】この発明に係る位相シフトマスクの修正方法の
うち白欠陥の修正方法を示す断面工程図である。

【図６】この発明に係る位相シフトマスクの修正方法の
うち白欠陥の修正方法を示す断面工程図である。

【図７】従来のフォトマスク法の原理を説明するための
図である。

【図８】従来のフォトマスク法の原理を説明するための
図である。

【図９】従来のフォトマスク法の原理を説明するための
図である。

【図１０】位相シフト露光法を説明するための図である
。

【図１１】位相シフト露光法を説明するための図である
。

【図１２】位相シフト露光法を説明するための図である
。

【図１３】黒欠陥の従来の修正方法を示す断面工程図で
ある。

【図１４】黒欠陥の従来の修正方法を示す断面工程図で
ある。

【図１５】黒欠陥の従来の修正方法を示す断面工程図で
ある。

【図１６】白欠陥の従来の修正方法を示す断面工程図で
ある。

【図１７】白欠陥の従来の修正方法を示す断面工程図で
ある。

【図１８】白欠陥の従来の修正方法を示す断面工程図で
ある。

【符号の説明】

１　　マスク基板 ２　　マスクパターン ３　　位相シフトパターン ４　　黒欠陥領域 ５　　イオンビーム ６　　白欠陥領域 ９　　反応ガス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　位相シフトマスクの位相シフトパター
   ンの一部がマスク基板を掘り下げることにより形成した
   凹部であることを特徴とする位相シフトマスク。
2. 【請求項２】　　位相シフトマスクの位相シフトパター
   ンの欠陥を修正する位相シフトマスクの修正方法におい
   て、マスク基板上に形成されたマスクパターン間の位相
   シフトパターンが形成されるべきでない領域に位相シフ
   トパターンが形成されている黒欠陥領域に位相シフトパ
   ターン材質に応じた反応ガスを供給しつつイオンビーム
   を照射することにより、前記黒欠陥領域に形成されてい
   る前記位相シフトパターンをエッチング除去することを
   特徴とする位相シフトマスクの修正方法。
3. 【請求項３】　　位相シフトマスクの位相シフトパター
   ンの欠陥を修正する位相シフトマスクの修正方法におい
   て、マスク基板上に形成されたマスクパターン間の位相
   シフトパターンが形成されるべき領域に位相シフトパタ
   ーンが形成されていない白欠陥領域にマスク基板材質に
   応じた反応ガスを供給しつつイオンビームを照射するこ
   とにより、前記白欠陥領域下のマスク基板をエッチング
   除去し、本来から前記位相シフトパターンが形成されて
   いない領域を透過する光の位相と前記エッチングされた
   白欠陥領域を透過する光の位相が逆相になるようにした
   ことを特徴とする位相シフトマスクの修正方法。