JPH0815851A

JPH0815851A - ハーフトーン方式位相シフトマスク及びレジスト露光方法

Info

Publication number: JPH0815851A
Application number: JP16607894A
Authority: JP
Inventors: Fumikatsu Uesawa; 史且上澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】サブピークの発生を抑制することができ、しか
も高い位相シフト効果を有するハーフトーン方式位相シ
フトマスクを提供することにある。また、本発明の目的
は、かかるハーフトーン方式位相シフトマスクを用いた
レジスト露光方法を提供する。【構成】ハーフトーン方式位相シフトマスクは、光透過
領域と半遮光領域から成り、光透過領域を通過する光と
半遮光領域を通過する光の位相差が１８０度ではないこ
とを特徴とする。光の位相差は１００度乃至１３０度で
あることが望ましい。レジスト露光方法は、光透過領域
と半遮光領域から成り、光透過領域を通過する光と半遮
光領域を通過する光の位相差が１８０度ではないハーフ
トーン方式位相シフトマスクを用いて、基板上に形成さ
れたレジスト材料を露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造における各種パターン形成技術等に用いられるハーフ
トーン方式位相シフトマスク、及びかかるハーフトーン
方式位相シフトマスクを用いたレジスト露光方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造におけるパターン転写
工程、所謂リソグラフィ工程で使用されるフォトマスク
は、フォトマスク上のパターン形状をウエハ上に形成さ
れたレジスト材料に転写するために用いられる。半導体
装置等におけるパターン加工の寸法は年々微細化してい
る。そして、遮光領域と光透過領域とから構成された従
来型のフォトマスクでは、リソグラフィ工程で使用する
露光装置の露光光の波長程度の解像度を得ることができ
ず、半導体装置等の製造において要求される解像度を得
ることが困難になりつつある。そこで、近年、このよう
な従来型のフォトマスクに替わって、光の位相を異なら
せる位相シフト領域を具備した、所謂位相シフトマスク
が用いられるようになってきている。位相シフトマスク
を用いることによって、従来型のフォトマスクでは形成
不可能な微細パターンの形成が可能とされている。

【０００３】従来の位相シフトマスクは、光透過領域、
光を遮光する遮光領域、及び光透過領域を通過する光の
位相と異なる位相の光を透過させる光透過物質から成る
位相シフト領域から構成されている。典型的な従来のエ
ッジ強調型位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図
１０の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図中、１０は
基板、１１２は光透過領域、１１６は遮光領域、１１８
は位相シフト領域、１２２は光透過物質層、１２４は遮
光層である。光透過物質層１２２を設けることによっ
て、光透過領域１１２を通過した光の位相と、位相シフ
ト領域１１８を通過した光の位相を、例えば１８０度相
違させることができる。

【０００４】従来の位相シフトマスクにおいては、位相
シフト領域の形状あるいは位置を精確に制御しないと微
細なパターンの形成ができない。また、パターン形状に
よっては、位相シフト領域が、本来光の干渉を受けては
ならない他の光透過領域にまで光の干渉を生じさせる場
合がある。このような場合には、位相シフト領域を形成
することができない。

【０００５】このような従来の位相シフトマスクの問題
点を解決するための位相シフトマスクの一種に、半遮光
領域と光透過領域とから構成され、半遮光領域を通過し
た光の位相と光透過領域を通過した光の位相とが異なる
ハーフトーン方式位相シフトマスクがある。ハーフトー
ン方式位相シフトマスクにおいては、光透過領域を除く
全面に半遮光領域が形成されている。ハーフトーン方式
位相シフトマスクは、上述の従来の位相シフトマスクの
問題点を解決できる。しかも、位相シフトマスクにおい
て要求される光透過物質層の形成及び遮光領域の形成と
いった２回の形成工程の代わりに、半遮光領域の形成と
いう１回の形成工程で済むために、ハーフトーン方式位
相シフトマスクの作製は容易であり、しかも、マスク作
製時に欠陥が生成される度合も低いという利点を有す
る。

【０００６】ハーフトーン方式位相シフトマスクの模式
的な一部切断図を図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示
す。図中、参照番号１０は基板、１２は光透過領域、１
４は半遮光領域である。半遮光領域１４は、半遮光層２
０及び光透過物質層である位相シフト層２２から構成さ
れている。位相シフト層２２は、光透過領域１２を通過
した光の位相と半遮光領域１４を通過した光の位相を異
ならせるための光透過物質から成る。あるい又、図２の
（Ｃ）に示したハーフトーン方式位相シフトマスクは、
所謂基板掘り込み型である。基板１０に凹部を形成する
ことによって、光透過領域１２を通過した光の位相と半
遮光領域１４を通過した光の位相を異ならせることがで
きる。

【０００７】ハーフトーン方式位相シフトマスクにおい
ては、半遮光領域１４の振幅透過率は、０より大きく且
つレジスト材料を解像させない程度、例えば２０〜４５
％程度である。尚、光強度透過率で表現すると、４〜２
０％程度である。従来、半遮光領域１４の光強度透過率
は、マスク全面において、一様な値に設定されている。
そして、ハーフトーン方式位相シフトマスクに設けられ
たパターン形状をウエハ上に形成されたレジスト材料に
転写するために、所定の光強度透過率及び位相を有する
半遮光領域１４を通過した光と、位相が１８０度半遮光
領域とは異なる光透過領域１２を通過した光の干渉を利
用する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ハーフトーン方式位相
シフトマスクの設計においては、半遮光領域１４の光強
度透過率が最も重要なパラメータの１つである。通常、
光強度透過率は半遮光層２０の厚さで制御する。半遮光
領域１４の光強度透過率を高くすれば、一層高い位相シ
フト効果を得ることができる。しかしながら、光強度透
過率を高くし過ぎれば、半遮光領域１４の本来的な機能
の１つである光の部分的な遮断という機能を果たさなく
なり、レジストが全面的に露光してしまう。一方、レジ
ストが全面的に露光せずしかも出来る限り高い光強度透
過率を設定した場合、図１１の（Ａ）に示すように、ハ
ーフトーン方式位相シフトマスクを通過しそしてレジス
トに到達した露光光の光強度分布には、主ピークの他に
所謂サブピークが発生し、本来露光されるべきでないレ
ジストの部分まで露光されてしまう。一般に、コヒーレ
ンス度（σ）が高くなるほど、サブピークは大きくな
る。

【０００９】このようなサブピークが発生すると、図１
１の（Ｂ）に示すように、例えばポジ型のレジストにお
いて、露光・現像後のレジストにサブピークに起因した
凹部が形成される。尚、図１１の（Ｂ）の模式的な断面
図においては、半導体基板５０上に形成された絶縁層５
１の上に塗布されたレジスト５２を露光・現像した状態
を示す。このようなレジストを用いて絶縁層５１をエッ
チングして絶縁層５１に開口部を形成する場合、エッチ
ング工程中にレジストの側壁が崩れ、その結果、ハーフ
トーン方式位相シフトマスクに形成されたパターンを正
確に絶縁層５１に転写できない。即ち、例えば開口部の
径が、ハーフトーン方式位相シフトマスクに形成された
パターンに基づいた径よりも大きくなる。

【００１０】半遮光領域１４の光強度透過率を低下させ
れば、サブピークの発生を抑制することができる。しか
しながら、これでは、光透過領域と遮光領域から構成さ
れた通常のマスクと等価になってしまい、微細パターン
の形成に適さなくなる。

【００１１】従って、本発明の目的は、サブピークの発
生を抑制することができ、しかも高い位相シフト効果を
有するハーフトーン方式位相シフトマスクを提供するこ
とにある。また、本発明の目的は、かかるハーフトーン
方式位相シフトマスクを用いたレジスト露光方法を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のハーフトーン方式位相シフトマスクは、光
透過領域と半遮光領域から成り、光透過領域を通過する
光と半遮光領域を通過する光の位相差が１８０度ではな
いことを特徴とする。

【００１３】本発明のハーフトーン方式位相シフトマス
クにおいては、光透過領域を通過する光と半遮光領域を
通過する光の位相差が１００度乃至１３０度であること
が望ましい。

【００１４】上記の目的を達成するための本発明のレジ
スト露光方法は、光透過領域と半遮光領域から成り、光
透過領域を通過する光と半遮光領域を通過する光の位相
差が１８０度ではないハーフトーン方式位相シフトマス
クを用いて、基板上に形成されたレジスト材料を露光す
ることを特徴とする。

【００１５】本発明のレジスト露光方法においては、光
透過領域を通過する光と半遮光領域を通過する光の位相
差が１００度乃至１３０度であるハーフトーン方式位相
シフトマスクを用いて、基板上に形成されたレジスト材
料を露光することが好ましい。

【００１６】

【作用】ハーフトーン方式位相シフトマスクにおける光
透過領域を通過する光と半遮光領域を通過する光の位相
差を変化させたときのレジスト上での光強度分布のシミ
ュレーションを以下の条件にて行った。露光光：２４８ｎｍ（ＫｒＦエ
キシマレーザ）開口数（ＮＡ）：０．４２コヒーレンス度（σ）：０．５フォーカスオフセット値：０〜２．２５μｍ位相差：１００〜１８０度半遮光領域の光強度透過率：１０％パターンサイズ（ホール径）：０．３２μｍ

【００１７】ここで、フォーカスオフセット値を、以下
のように定義する。即ち、位相シフトマスクやハーフト
ーン方式位相シフトマスクではない、光透過領域と遮光
領域から構成された通常のマスクを用いて、縮小投影光
学系においてかかるマスクに形成されたパターンをレジ
ストに転写したとき、レジストに最もシャープな像が得
られるときの焦点距離をフォーカスオフセット値＝０μ
ｍとする。また、この位置からレジストが形成された例
えばウエハをハーフトーン方式位相シフトマスクに近づ
ける方向に移動させる場合、フォーカスオフセット値は
「＋」の値であるとする。逆に、ウエハをハーフトーン
方式位相シフトマスクから離れる方向に移動させる場
合、フォーカスオフセット値は「−」の値であるとす
る。シミュレーションにおける位相差は、半遮光領域を
通過する光の位相を０度とし、光透過領域を通過する光
の位相を１００〜１８０度変化させた。パターンサイズ
は露光時のサイズ（即ち、ウエハ上での値）であり、１
／５倍の縮小投影系光学系を用いる場合には、ハーフト
ーン方式位相シフトマスク上でのパターンサイズは１．
６μｍとなる。

【００１８】従来、ハーフトーン方式位相シフトマスク
においては光透過領域を通過する光と半遮光領域を通過
する光の位相差は１８０度が最適であると信じられてい
た。また、フォーカスオフセット値が０μｍの場合、最
もコントラストが高くシャープな像が得られると信じら
れていた。ところが、図１に示すように、シミュレーシ
ョン結果を見ると必ずしもそうでないことが明らかであ
る。位相差が１１０度、フォーカスオフセット値が＋
０．８μｍの場合、光強度分布における主ピークの光強
度が最も高く、しかもサブピークは完全に消滅してい
る。尚、位相差が−１１０度、フォーカスオフセット値
が−０．８μｍの場合も同様である。

【００１９】最適な位相差とフォーカスオフセット値の
関係は、露光条件や半遮光領域の光強度透過率、パター
ンサイズ、使用するレジスト材料、レジスト厚さ等に依
存して変化する。従って、各種条件でのシミュレーショ
ンを行い、最適な位相差とフォーカスオフセット値の関
係を求めればよい。シミュレーションの結果、位相差が
大きくなるほど、フォーカスオフセット値の値は大きく
なるが、概ね０．８μｍ±０．２μｍ程度の範囲に収ま
ることが判った。

【００２０】光透過領域を通過する光と半遮光領域を通
過する光の位相差は、ハーフトーン方式位相シフトマス
クの作製の際、位相シフト層の厚さを調整し、あるいは
又、基板に形成する凹部の深さを調整することによっ
て、容易に制御することができる。また、フォーカスオ
フセット値を考慮してレジストを露光することも、露光
装置への入力パラメータを１つ替えるだけで可能であ
る。従って、本発明のハーフトーン方式位相シフトマス
クは、従来のハーフトーン方式位相シフトマスクの作製
工程をそのまま用いて作製することができる。一方、レ
ジスト露光方法も従来の方法を特に変更する必要はな
い。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。尚、ウエハ上に形成されたレジスト材料
に対して露光光により転写パターン形状等を形成すると
き、縮小投影に使用されるものをレティクル、一対一投
影に使用されるものをマスクと称したり、あるいは原盤
に相当するものをレティクル、それを複製したものをマ
スクと称したりすることがあるが、本明細書において
は、このような種々の意味におけるレティクルやマスク
を総称してマスクと呼ぶ。

【００２２】（実施例１）実施例１のハーフトーン方式
位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図２の（Ａ）
に示す。実施例１においては、光透過領域１２を通過し
た光と、半遮光領域１４を通過した光とは、位相が１１
０度ずれている。半遮光領域１４は、半遮光層２０及び
位相シフト層２２から構成されている。位相シフト層２
２は、例えばＳＯＧ（スピンオングラス）から成り、そ
の厚さｄをｄ＝（θ／３６０）（λ／（ｎ−１））とす
れば、光透過領域１２を通過した光と、半遮光領域１４
を通過した光の位相はθ度相違する。尚、λは露光光の
波長、ｎはＳＯＧの屈折率である。

【００２３】以下、実施例１のハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製方法を図３を参照して説明する。尚、
以下の場合において、レジストとしてポジ型レジストを
用いた。

【００２４】先ず、例えば石英製の基板１０上に、ｄ＝
（θ／３６０）（λ／（ｎ−１））を満足する厚さの位
相シフト層２２を例えば塗布法にて形成する（図３の
（Ａ）参照）。次に、光強度透過率が１０％となるよう
に、一定厚さの半遮光層２０を形成する。即ち、例えば
位相シフト層２２の上に、例えばクロムから成る半遮光
層２０を例えばスパッタリング法によって形成する。次
いで、半遮光層２０上にレジスト３０を塗布する（図３
の（Ｂ）参照）。

【００２５】次に、電子線描画により光透過領域形成予
定領域上のレジスト３０に電子線を照射し、レジストを
現像する（図３の（Ｃ）参照）。次に、塩素及び酸素の
混合ガスによるプラズマ中でのクロムから成る半遮光層
２０のエッチング、四フッ化炭素及び酸素の混合ガスに
よるプラズマ中での位相シフト層２２のエッチングを行
い、レジスト３０を剥離する。こうして、図２の（Ａ）
に示したハーフトーン方式位相シフトマスクを作製する
ことができる。

【００２６】位相シフト層２２と半遮光層２０の形成順
序を逆にすれば、図２の（Ｂ）に示したハーフトーン方
式位相シフトマスクを作製することができるので、詳細
な説明は省略する。

【００２７】こうして得られた所望のパターンを有する
ハーフトーン方式位相シフトマスクを露光装置にセット
し、波長λの露光光にてハーフトーン方式位相シフトマ
スクを照射し、ハーフトーン方式位相シフトマスクを通
過した光を、例えばウエハ上に形成された絶縁層上のレ
ジスト上に結像させる。このとき、各種条件でのシミュ
レーション結果によって得られた最適なフォーカスオフ
セット値（例えば＋０．８μｍ）に基づきフォーカスを
決定する。こうして、露光されたレジストを現像し、レ
ジストをマスクとして例えば絶縁層をエッチングする。
その結果、絶縁層にコンタクトホールパターンや孤立ス
ペースパターンを形成することができる。尚、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクの作製時、ポジ型レジスト３
０を使用したが、ネガ型レジストを使用すれば、ドット
パターンやラインパターンを形成することができる。

【００２８】（実施例２）実施例２のハーフトーン方式
位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図２の（Ｃ）
に示す。実施例２においては、光透過領域１２を通過し
た光と、半遮光領域１４を通過した光とは、位相が１１
０度ずれている。半遮光領域１４は、半遮光層２０から
構成されている。光透過領域１２の基板１０には凹部１
２Ａが形成されている。凹部１２Ａの深さｄ’をｄ’＝
（θ／３６０）（λ／（ｎ’−１））とすれば、光透過
領域１２を通過した光と、半遮光領域１４を通過した光
の位相はθ度相違する。尚、λは露光光の波長、ｎ’は
基板の屈折率である。

【００２９】以下、実施例２のハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製方法を図４を参照して説明する。

【００３０】例えば石英から成る基板１０上に、光強度
透過率が１０％となるように、例えばクロムから成る半
遮光層２０をスパッタリング法によって形成する（図４
の（Ａ）参照）。次いで、半遮光層２０上にレジスト３
０を塗布する（図４の（Ｂ）参照）。次に、描画装置か
らの電子線による描画工程及びレジスト３０の現像工程
を行う。次に、塩素及び酸素の混合ガスによるプラズマ
中での半遮光層２０のエッチング（図４の（Ｃ）参
照）、四フッ化炭素及び酸素の混合ガスによるプラズマ
中での石英から成る基板１０のエッチング工程、レジス
ト３０の剥離工程を経て、最終的に図２の（Ｃ）に示し
た構造のハーフトーン方式位相シフトマスクを得ること
ができる。

【００３１】（実施例３）実施例３においては、図２の
（Ｄ）に示すように、ハーフトーン方式位相シフトマス
クは、例えば石英から成る基板１０と、基板上に形成さ
れ且つ半遮光膜が所望のパターン形状に形成された単層
のシフター層兼半遮光層４０から成る。半遮光膜は、例
えばＣｒＯＮあるいはＭｏＳｉＯから成る。このような
材料を用いた場合、シフター層兼半遮光層４０の厚さｄ
を決定すれば、シフター層兼半遮光層４０を通過する光
と光透過領域１２を通過する光の位相差及び光強度透過
率が一義的に決定される。従って、光の位相差と光強度
透過率とを独立して制御することはできないが、要求さ
れる光の位相差と光強度透過率とを満足し得るハーフト
ーン方式位相シフトマスクを作製できる場合がある。実
施例３のハーフトーン方式位相シフトマスクの作製方法
は、実質的には実施例１にて説明したハーフトーン方式
位相シフトマスクの作製方法と同様の方法で作製するこ
とができるので、詳細な説明は省略する。

【００３２】（実施例４）実施例４においては、図２の
（Ｄ）に示すように、ハーフトーン方式位相シフトマス
クは、例えば石英から成る基板１０と、基板１０上に形
成され且つ半遮光膜が所望のパターン形状に形成された
単層のシフター層兼半遮光層４０から成り、半遮光膜
は、ＣＶＤ法の成膜条件によって複素屈折率の実数部分
（ｎ）と虚数部分（ｋ）の値を変え得る材料から成る。
シフター層兼半遮光層４０は、半遮光膜を所望のパター
ン形状に形成することによって得ることができる。シフ
ター層兼半遮光層４０が形成されている半遮光領域１４
を透過する光の位相と、シフター層兼半遮光層４０が形
成されていない光透過領域１２を透過した光の位相は、
θ度（例えば１１０度）異なる。このような半遮光膜を
用いることによって、シフター層兼半遮光層４０を通過
する光と光透過領域１２を通過する光の位相差と光強度
透過率とを独立して制御することができ、光の位相差と
光強度透過率のそれぞれを最適化することが可能にな
る。

【００３３】半遮光膜を構成する材料としては、シフタ
ー層兼半遮光層４０に要求される光強度透過率をＴとし
たとき、下記の式（３）を満足する材料を選択すればよ
い。実施例４においては、この材料として、具体的に
は、ＳｉＯ_XＮ_Yを選択した。尚、半遮光膜の成膜条件に
よっては、ＳｉＯ_XＮ_Y中に水素が取り込まれ、ＳｉＯ_X
Ｎ_YＨ_Zの形態となる場合があるが、このような形態も本
明細書においてはＳｉＯ_XＮ_Yに包含される。

【００３４】シフター層兼半遮光層を構成する材料の複
素屈折率の実数部分の値をｎ、虚数部分の値をｋとした
場合、光強度Ｉ₀、波長λの光を膜厚ｄのシフター層兼
半遮光層４０に入射させたとき、シフター層兼半遮光層
４０を透過した後の光の光強度Ｉは、Ｉ＝Ｉ₀・ｅｘｐ｛（−４πｋｄ）／λ｝で表わされる。従って、光強度透過率Ｔは、Ｔ＝Ｉ／Ｉ₀＝ｅｘｐ｛（−４πｋｄ）／λ｝式（１）となる。一方、シフター層兼半遮光層４０が形成された
半遮光領域１４を透過した光の位相と、シフター層兼半
遮光層４０が形成されていない光透過領域１２を透過し
た光の位相をθ度相違させる場合には、シフター層兼半
遮光層４０の膜厚ｄは、ｄ＝（θ／３６０）（λ／（ｎ−１））式（２）の関係を満足する必要がある。故に、式（１）及び式
（２）から、ｌｎＴ＝（−４πｋｄ）／λ ＝−４πｋ（θ／３６０）（１／（ｎ−１））式（３）が導かれる。尚、位相差をθ_rad（ラジアン）で表現し
た場合には、ｌｎＴ＝−２ｋθ_rad／（ｎ−１）となる。

【００３５】従って、実施例４のハーフトーン方式位相
シフトマスクにおいては、シフター層兼半遮光層４０に
要求される光強度透過率をＴ、シフター層兼半遮光層４
０を構成する材料の複素屈折率の実数部分をｎ、虚数部
分をｋとしたとき、ｌｎＴ＝−４πｋ（θ／３６０）（１／（ｎ−１））を満足する材料から、半遮光膜を構成する。

【００３６】ＣＶＤ法等の成膜条件によって複素屈折率
の実数部分と虚数部分の値を変え得る材料から半遮光膜
を構成することによってｎ及びｋの値を所望の値とする
ことで、光透過領域１２を通過した光の位相と、シフタ
ー層兼半遮光層４０から成る半遮光領域１４を通過した
光の位相の位相差を制御しつつ、シフター層兼半遮光層
４０を通過する光の光強度透過率Ｔを所望の値に制御す
ることができる。半遮光膜を構成する材料をＳｉＯ
_XＮ_Y、ＳｉＯ、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X又はＳｉＣ等から選択
すれば、実施例３の場合と異なり、半遮光膜の膜厚ｄ、
位相変化量θ及び光強度透過率Ｔの各々の値を適切な値
に制御することができる。

【００３７】ＳｉＯ_XＮ_YはＣＶＤ法にて成膜することが
できる。この場合、原料ガスとして、例えばＳｉＨ₄と
Ｎ₂Ｏを使用する。ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏのガス供給割合を変
えると、成膜されたＳｉＯ_XＮ_Yの複素屈折率の実数部分
（ｎ）と虚数部分（ｋ）の値を変えることができること
は公知である。例えば、文献 "Practical resolution e
nhancement effect by new complete anti-reflective
layer in KrF laser lithography", T. Ogawa, et. a
l., SPIE vol. 1927, Optical/Laser Microlithograph
y, Vl (1993), pp.263-274 を参照のこと。

【００３８】この文献によれば、ＫｒＦエキシマレーザ
光（λ＝２４８ｎｍ）を用いる場合においては、図５の
（Ａ）に示すように、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏのガス供給割合に
拘らず、ｎの値はほぼ一定（ｎは約２．１）である。一
方、図５の（Ｂ）に示すように、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏのガス
供給割合が増加するに従い、ｋの値は増加する。尚、λ
＝２４８ｎｍにおけるｎとｋの関係を求めた実験値のグ
ラフを図６に示す。従って、光強度透過率Ｔを予め決定
しておけば、式（３）を変形した下記の式からｋとｎの
関係を求めることができる。ｋ＝（−ｌｎＴ／４π）（３６０／θ）（ｎ−１）式（４）尚、位相差をθ_rad（ラジアン）で表現した場合には、ｋ＝（−ｌｎＴ／２θ_rad）（ｎ−１）となる。

【００３９】従って、Ｔをパラメータとして、求められ
たｎを変数とするｋの一次関数と、図６に示したｎとｋ
の関係を求めた実験値のグラフの交点（ｎ，ｋ）を求め
れば、所望の位相変化量（θ度）と光強度透過率（Ｔ）
を得ることができる。即ち、このようなｎ及びｋの値が
得られるようなＣＶＤ法の成膜条件を予め試験を行うこ
とにより求めておく。そして、式（２）から求めた厚さ
ｄの半遮光膜をかかるＣＶＤ成膜条件にて成膜すれば、
所定の光強度透過率Ｔを有し、しかも、半遮光領域１４
を透過した光の位相と光透過領域１２を透過した光の位
相をθ度（例えば１１０度）変えることができる。

【００４０】以下、実施例４のハーフトーン方式位相シ
フトマスクの作製方法を説明する。シフター層兼半遮光
層４０の光強度透過率Ｔを例えば１０％とし、シフター
層兼半遮光層４０を透過する光の波長λをＫｒＦエキシ
マレーザ光の波長である２４８ｎｍとした。このような
条件においては、図６から、式（４）にＴ＝０．１を代
入した一次関数と、λ＝２４８ｎｍにおけるｎとｋの関
係を求めた実験値のグラフ（図６参照）との交点の
（ｎ，ｋ）の値は、概ね（２．０９，０．６８）とな
る。

【００４１】ＰＥＣＶＤ装置等に依存するが、このよう
な（ｎ，ｋ）の値を求めるために、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏのガ
ス供給割合を変化させてＳｉＯ_XＮ_Yを成膜する試験を行
った。使用ガス：ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ＝５０／２５〜１００sc
cm 成膜温度：３６０゜ＣＲＦパワー：１９０Ｗ圧力：３．３×１０²Ｐａ（２．５Torr）成膜時間：５秒ＳｉＨ₄ガス供給量を５０sccm一定量とし、Ｎ₂Ｏガス供
給量を２５〜１００sccmまで変化させて得られた半遮光
膜のｎ及びｋの値を図７に示す。図７から、（ｎ，ｋ）
＝（２．０９，０．６８）とする場合には、概ねＳｉＨ
₄／Ｎ₂Ｏ＝５０／３８sccm程度の条件にてＳｉＯ_XＮ_Yか
ら成る半遮光膜を成膜すればよいことが判る。

【００４２】尚、使用ガスとしては、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏの
他にも、ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ｎ₂ ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／ＡｒＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ｎ₂／ＡｒＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂／ＡｒＳｉＨ₄／ＮＨ₃／Ｏ₂ を例示することができる。このような各種のガスを使用
して、図６及び図７と同様のグラフを作成すれば、所望
の（ｎ，ｋ）の組み合わせを得るためのＣＶＤ条件を求
めることができる。

【００４３】実施例４のハーフトーン方式位相シフトマ
スクを作製するために、平行平板ＰＥ（Plasma-Enhance
d）ＣＶＤ装置を用いたＰＥＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ法あるいはバイアスプラズマＣＶＤ法にて、先
ず、石英から成る基板１０の表面に半遮光膜を成膜す
る。成膜条件は上述したとおりである。次いで、電子線
に感光するレジストを半遮光膜上に例えばスピンコート
法にて塗布し、次いで、描画装置からの電子線ビームに
よる描画及びレジストの現像を行った。その後、以下に
例示する方法によって半遮光膜のエッチングを行い、半
遮光膜を選択的に除去し、次いで、レジストを除去す
る。こうして、図２の（Ｄ）に示した、単層のシフター
層兼半遮光層４０を形成することができた。（Ａ）ＣＨＦ₃（５０〜１００sccm）とＯ₂（３〜２０sc
cm）の混合ガスを使用し、２Ｐａ程度の圧力下１００〜
１０００Ｗのパワーをかけてイオン性を高めたリアクテ
ィブイオンエッチング（ＲＩＥ）法によるエッチング。（Ｂ）Ｃ₄Ｆ₈（３０〜７０sccm）とＣＨＦ₃（１０〜３
０sccm）の混合ガスを使用し、２Ｐａ程度の圧力下１０
０〜１０００Ｗのパワーをかけてイオン性を高めたＲＩ
Ｅ法によるエッチング。あるいは又、（Ｃ）Ｓ₂Ｆ₂（５〜３０sccm）ガスを使用し、２Ｐａ程
度の圧力下１００〜１０００Ｗのパワーをかけてイオン
性を高めたＲＩＥ法によるエッチング。

【００４４】（実施例５）実施例５は実施例４の変形で
あり、半遮光膜を構成する材料としてＳｉＮ_Xを用い
た。ＳｉＮ_Xは、平行平板ＰＥＣＶＤ装置を用いたＰＥ
ＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法あるいはバイアスプ
ラズマＣＶＤ法によって成膜することができる。例えば
ＰＥＣＶＤ法において、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃ガスを使用し、
ＳｉＨ₄／ＮＨ₃のガス供給割合を変化させると、図６に
示したとほぼ同様のｎとｋの関係が求まる。即ち、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）を用いる場合に
おいては、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃のガス供給割合に拘らず、ｎ
の値はほぼ一定（ｎは１．９〜２．２程度）である。一
方、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃のガス供給割合が増加するに従い、
ｋの値は増加する。従って、実施例４と同様に、光強度
透過率Ｔを予め決定しておけば、式（４）からｋとｎの
関係を求めることができる。この関係から得られた所定
のＣＶＤ成膜条件にて、式（２）から求めた厚さｄのＳ
ｉＮ_Xから成る半遮光膜を成膜すれば、所定の光強度透
過率Ｔを有し、しかも、半遮光領域１４を透過した光の
位相と光透過領域１２を透過した光の位相をθ度（例え
ば１１０度）変えることができる。

【００４５】尚、使用ガスとしては、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃の
他にも、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃ ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃／ＡｒＳｉＨ₄／Ｎ₂／ＡｒＳｉ₂Ｈ₆／ＮＨ₃ ［（ＣＨ₃）₂Ｎ］₃ＳｉＮ₃ ［（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｎ］₃ＳｉＮ₃ （ＣＨ₃）₃ＳｉＮ₃ （Ｃ₂Ｈ₅）₃ＳｉＮ₃ （Ｃｐ₂Ｎ）₃ＳｉＮ₃ Ｃｐ₃ＳｉＮ₃ を例示することができる。尚、Ｃｐはシクロペンタンの
略である。このような各種のガスを使用して、図６及び
図７と同様のグラフを作成すれば、所望の（ｎ，ｋ）の
組み合わせを得るためのＣＶＤ条件を求めることができ
る。また、ＳｉＮ_Xから成る半遮光膜のエッチングは、
実施例４と同様の方法で行うことができる。

【００４６】（実施例６）実施例６は実施例４の変形で
あり、半遮光膜を構成する材料としてＳｉＯを用いた。
ＳｉＯから成る半遮光膜は、例えば、ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ｎ
₂ガスやＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂ガスを使用したＣＶＤ法に
て成膜することができる。成膜条件として、例えば、成
膜温度を常温〜５００゜Ｃ、圧力を０．０１〜１０Ｐａ
とすることができる。一方、成膜されたＳｉＯから成る
半遮光膜は、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、ＳＦ₆
あるいはＮＦ₃系のエッチングガスをエッチャントと
し、Ａｒを添加してイオン性を高めたＲＩＥ法にてエッ
チングすることができる。

【００４７】各種ＣＶＤ成膜条件にて成膜されたＳｉＯ
から成る半遮光膜の（ｎ，ｋ）の関係を求める。一方、
実施例４と同様に、光強度透過率Ｔを予め決定してお
く。これによって、式（４）からｋとｎの関係を求める
ことができ、この関係から得られた所定のＣＶＤ成膜条
件にて、式（２）から求めた厚さｄのＳｉＯから成る半
遮光膜を成膜すれば、所定の光強度透過率Ｔを有し、し
かも、半遮光領域１４を透過した光の位相と光透過領域
１２を透過した光の位相をθ度（例えば１１０度）変え
ることができる。

【００４８】（実施例７）実施例７は実施例４の変形で
あり、半遮光膜を構成する材料としてＳｉＯ_Xを用い
た。ＳｉＯ_Xから成る半遮光膜は、以下の方法で成膜す
ることができる。［平行平板型プラズマＣＶＤ装置を使用したプラズマＣ
ＶＤ法］使用ガスの組み合わせ：ＳｉＨ₄／Ｏ₂ ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ａｒ［バイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ法］使用ガスの組み合わせ：ＳｉＨ₄／Ｏ₂ ＳｉＨ₄／Ｏ₂／ＡｒＴＥＯＳ／Ｏ₂ ＳｉＨ₄／Ｎ₂ＯＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ａｒ

【００４９】一方、成膜されたＳｉＯ_Xから成る半遮光
膜は、実施例４のＳｉＯ_XＮ_Yから成る半遮光膜のエッチ
ング条件と同様の条件にてエッチングすることができ
る。

【００５０】ＳｉＨ₄／Ｏ₂ガスを使用し、バイアスＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ法にてＳｉＯ_Xから成る半遮光膜を各
種成膜条件（ＳｉＨ₄／Ｏ₂のガス供給割合を変化）にて
成膜した。成膜されたＳｉＯ_Xから成る半遮光膜の
（ｎ，ｋ）の関係を図８に示す。実施例４と同様に、光
強度透過率Ｔを予め決定しておけば、式（４）からｋと
ｎの関係を求めることができる。そして、ｋとｎの関係
から得られた所定のＣＶＤ成膜条件にて、式（２）から
求めた厚さｄのＳｉＯ_Xから成る半遮光膜を成膜すれ
ば、所定の光強度透過率Ｔを有し、しかも、半遮光領域
１４を透過した光の位相と光透過領域１２を透過した光
の位相をθ度（例えば１１０度）変えることができる。

【００５１】尚、ＳｉＯ_Xを成膜するための原料ガス及
びＣＶＤ法として、その他、ＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ（Ｓ
ｉ₄Ｏ（ＣＨ₃）₈）、ＨＭＤＳ（Ｓｉ₂Ｏ（ＣＨ₃）₆）
等、あるいはこれらのガスとＳｉＨ₄の併用、あるいは
又、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を使用したプラズマ
ＣＶＤ法を例示することができる。

【００５２】（実施例８）実施例８は実施例４の変形で
あり、半遮光膜を構成する材料としてＳｉＣを用いた。
尚、ＳｉＣから成る半遮光膜は、ＣＶＤ法以外にもスパ
ッタ法にて成膜することが可能である。ＳｉＣから成る
半遮光膜は、以下の方法で成膜することができる。［熱ＣＶＤ法］使用ガスの組み合わせ：ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ ＳｉＨＣｌ₃／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ ＳｉＣｌ₄／ＣＨ₄／Ｈ₂ ＳｉＨ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂ ＣＶＤ法の条件：温度：１００゜Ｃ〜８００゜Ｃ圧力：１×１０^-2〜１×１０⁵Ｐａより好ましくは１×１０²〜１×１０⁵Ｐａ［プラズマＣＶＤ法による光化学反応を利用］使用ガスの組み合わせ：Ｓｉ₂Ｈ₆／Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃／Ｃ₂Ｈ₂ ［ＥＣＲプラズマＣＶＤ法］使用ガスの組み合わせ：ＳｉＨ₄／ＣＨ₄／Ｈ₂ ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄ ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂ ［スパッタ法］ターゲット：ＳｉＣ

【００５３】一方、成膜されたＳｉＣから成る半遮光膜
は、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、ＳＦ₆あるいは
ＮＦ₃系のエッチングガスをエッチャントとし、Ａｒを
添加してイオン性を高めたＲＩＥ法によってエッチング
することができる。

【００５４】ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂ガスを使用し、バイ
アスＥＣＲプラズマＣＶＤ法にてＳｉＣから成る半遮光
膜を、以下に示す各種成膜条件（ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄のガ
ス供給割合を変化）にて成膜した。使用ガス供給量：ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄＝５〜１０／２．５〜１０sccm ＲＦパワー：３００〜９００Ｗ圧力：０．４×１０^-2〜５．３×１０^-1Ｐａ

【００５５】成膜されたＳｉＣから成る半遮光膜の
（ｎ，ｋ）の関係を図９に示す。実施例４と同様に、光
強度透過率Ｔを予め決定しておけば、式（４）からｋと
ｎの関係を求めることができる。そして、ｋとｎの関係
から得られた所定のＣＶＤ成膜条件にて、式（２）から
求めた厚さｄのＳｉＣから成る半遮光膜を成膜すれば、
所定の光強度透過率Ｔを有し、しかも、半遮光領域１４
を透過した光の位相と光透過領域１２を透過した光の位
相をθ度変えることができる。

【００５６】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した条件や数値は例示であり、
適宜変更することができる。例えば、各領域における光
の位相差や振幅透過率は例示であり、適宜最適な値に変
更することができる。

【００５７】ハーフトーン方式位相シフトマスクの作製
工程で用いた各種材料も適宜変更することができる。半
遮光層２０を構成する材料はクロムに限定されず、タン
グステン、タンタル、アルミニウムやＭｏＳｉ₂等の光
を適当量遮光することができる材料を用いることができ
る。また、位相シフト層２２は、ＳＯＧから構成する代
わりに、ポリメチルメタクリレート、フッ化マグネシウ
ム、二酸化チタン、ポリイミド樹脂、二酸化珪素、酸化
インジウム、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、各種レジスト等、透明
な材料であればよい。レジスト３０として、ポジ型レジ
ストの代わりにネガ型レジストを用いてもよい。この場
合、電子線描画領域はポジ型の場合と逆になる点が異な
る。また、レジスト３０の描画工程では、電子線描画装
置の代わりに、レーザ等の描画装置を用いてもよい。最
適な位相差とフォーカスオフセット値の関係も例示であ
り、各種条件でのシミュレーションを行い、これらを決
定すればよい。

【００５８】先に述べたように、最適な位相差とフォー
カスオフセット値の関係は、露光条件や半遮光領域の光
強度透過率、パターンサイズ、使用するレジスト材料、
レジスト厚さ等に依存して変化する。従って、ハーフト
ーン方式位相シフトマスクの或る領域における位相差や
光強度透過率を他の領域における位相差や光強度透過率
と異ならせることが望ましい場合がある。この場合に
は、１つのハーフトーン方式位相シフトマスクの各領域
において、例えば、実施例１では半遮光層２０や位相シ
フト層２２の厚さを異ならせ、実施例２では基板１０に
形成すべき凹部１２Ａの深さを異ならせればよい。この
ような厚さ若しくは深さの制御は、レジスト３０の厚さ
を制御することによって達成することができる。

【００５９】例えば、Ｃｒから成る半遮光層を例にと
り、以下、説明する。反応性イオンエッチング法を用い
て塩素及び酸素の混合ガスで半遮光層２０をエッチング
する場合のエッチング速度は、典型的には３０ｎｍ／分
である。また、反応性イオンエッチング法を用いて塩素
及び酸素の混合ガスでレジスト３０をエッチングする場
合のエッチング速度は、典型的には３５ｎｍ／分であ
る。

【００６０】従って、異なる厚さを有する所望の半遮光
層を複数種同時に得るためには、半遮光層２０のエッチ
ング前のレジスト３０の厚さを精密に制御すればよい。
所望のレジスト３０の厚さＤrは、所望の半遮光層２０
の厚さをＤc、半遮光層２０のエッチング速度をＲc、レ
ジスト３０のエッチング速度をＲrとした場合、Ｄr＝（Ｒr／Ｒc）Ｄc で与えられる。

【００６１】レジスト３０の厚さは、電子線描画におけ
る電子線の照射量を精密に制御することにより得られ
る。即ち、レジスト３０の厚さをより厚くしたければ、
ポジ型レジストを用いる場合、電子線の照射量をより少
なくすればよい。電子線の照射量は、容易且つ任意に変
えることができるので、レジスト３０の現像後の膜厚を
任意に且つ正確に設定できる。

【００６２】

【発明の効果】本発明においては、ハーフトーン方式位
相シフトマスクを通過した光の光強度分布中からサブピ
ークを減少若しくは除去することができ、しかもハーフ
トーン方式位相シフトマスクは高い位相シフト効果を有
するので、ハーフトーン方式位相シフトマスクに形成さ
れたパターンを精確にレジストに転写することができ
る。本発明のハーフトーン方式位相シフトマスクは、従
来のハーフトーン方式位相シフトマスクの作製工程をそ
のまま用いて作製することができる。一方、レジスト露
光方法も従来の方法を特に変更する必要はない。

【００６３】実施例４〜実施例８にて説明したハーフト
ーン方式位相シフトマスクにおいては、作製工程を一層
削減することができ、欠陥発生をより少なくすることが
できる。また、半遮光膜を構成する材料をＳｉＯ_XＮ_Y、
ＳｉＯ、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X又はＳｉＣ等から選択すれ
ば、Ｃｒを用いる場合と異なり、半遮光膜の膜厚、位相
変化量及び光強度透過率の各々の値を適切な値に制御す
ることができる。更には、これらの材料からＣＶＤ法等
にて半遮光膜を形成することによって、シフター層兼半
遮光層と基板との間の密着力を高く保持することがで
き、所謂スクラブ洗浄を行うことが可能となる。更に
は、必要に応じて、半遮光膜を構成する材料を基板から
容易に除去することができる。例えば、半遮光膜をＳｉ
Ｏ_XＮ_Yから構成した場合、ＨＦを用いることによって、
半遮光膜を基板から容易に除去できる。従って、基板を
再使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】位相差及びフォーカスオフセット値と、露光光
の光強度分布の関係をシミュレーションした結果を示す
グラフである。

【図２】各種ハーフトーン方式位相シフトマスクの模式
的な一部断面図である。

【図３】実施例１のハーフトーン方式位相シフトマスク
の作製工程を説明するための基板等の模式的な一部断面
図である。

【図４】実施例２のハーフトーン方式位相シフトマスク
の作製工程を説明するための基板等の模式的な一部断面
図である。

【図５】ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏのガス供給割合に対する、入射
する光の波長とｎ及びｋの関係を示すグラフである。

【図６】ＳｉＯ_XＮ_Yの成膜条件を変化させたときのｎと
ｋの関係を示すグラフである。

【図７】ＳｉＯ_XＮ_Yの成膜条件を変化させたとき得られ
たｎとｋの値を示すグラフである。

【図８】ＳｉＯ_Xの成膜条件を変化させたときのｎとｋ
の関係を示すグラフである。

【図９】ＳｉＣの成膜条件を変化させたときのｎとｋの
関係を示すグラフである。

【図１０】典型的な従来のエッジ強調型位相シフトマス
クの模式的な一部切断図である。

【図１１】従来のハーフトーン方式位相シフトマスクに
おける問題点を説明するための、露光光の光強度分布及
び半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０基板１２光透過領域１４半遮光領域２０半遮光層２２位相シフト層３０レジスト４０シフター層兼半遮光層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過領域と半遮光領域から成り、光透過
領域を通過する光と半遮光領域を通過する光の位相差が
１８０度ではないことを特徴とするハーフトーン方式位
相シフトマスク。
【請求項２】光透過領域を通過する光と半遮光領域を通
過する光の位相差が１００度乃至１３０度であることを
特徴とする請求項１に記載のハーフトーン方式位相シフ
トマスク。
【請求項３】光透過領域と半遮光領域から成り、光透過
領域を通過する光と半遮光領域を通過する光の位相差が
１８０度ではないハーフトーン方式位相シフトマスクを
用いて、基板上に形成されたレジスト材料を露光するこ
とを特徴とするレジスト露光方法。
【請求項４】光透過領域を通過する光と半遮光領域を通
過する光の位相差が１００度乃至１３０度であるハーフ
トーン方式位相シフトマスクを用いて、基板上に形成さ
れたレジスト材料を露光することを特徴とする請求項３
に記載のレジスト露光方法。