JPH08334885A

JPH08334885A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08334885A
Application number: JP16010095A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Yamada; 芳郎山田; Kazuaki Chiba; 和明千葉; Hidemasa Karikawa; 英聖狩川
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】ハーフトーン型位相シフトマスクの有効領域
の周囲部分を、従来のような複雑な遮光帯を用いること
なく簡単な方法によって、確実に遮光できるようにす
る。また、有効領域の周囲部分にフィデューシャルマー
ク等といった補助パターンを設ける場合に、そのパター
ンを鮮明に形成できるようにする。【構成】透明基板１上の有効領域８（寸法ａ×ｂ）内
に半透明位相シフト膜２ａによって希望のパターン像１
０を形成し、それを取り囲む外周部９を半透明位相シフ
ト膜２ａ及びその上に積層される遮光膜１１ａによって
形成する。有効領域８内のパターン１０上には、遮光層
１１ａは残さない。外周部９内にフィデューシャルマー
ク等の補助マークを設ける場合には、その補助マークの
上にも遮光層が残される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に投影露光装置にお
いて使用されるパターンを備えたフォトマスクであっ
て、特に、そのフォトマスクを通過する投影露光光に位
相差を与えて高解像度のパターン転写を可能にした位相
シフトマスク及びその製造方法に関する。また特に、透
明基板の上に希望パターンのハーフトーン材料膜を形成
して成るハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相シフトマスクとして、従来より、種
々の形式のものが提案されている。例えば、マスク上の
開口部の隣り合う一方に位相を反転させるような透明膜
を設けた構造のレベンソン型位相シフトマスクや、形成
すべきパターンの周辺部に解像限界以下の位相シフター
を形成した構造の補助パターン付き位相シフトマスク
や、基板上にクロムパターンを形成した後にオーバーエ
ッチングによって位相シフターのオーバーハングを形成
した構造の自己整合型位相シフトマスク等がある。

【０００３】以上の各構造の位相シフトマスクは、基板
上にクロムパターンとシフターパターンを設けたもので
あるが、この構造とは別に、シフターパターンのみによ
って形成された位相シフトマスクとして、透過型位相シ
フトマスクや、ハーフトーン型位相シフトマスク等も知
られている。透過型位相シフトマスクというのは、透明
部を透過した光と位相シフターを透過した光との境界部
において光強度がゼロとなることを利用してパターンを
分離するようにした位相シフトマスクであって、シフタ
ーエッジ利用型位相シフトマスクとも呼ばれる。

【０００４】また、ハーフトーン型位相シフトマスクと
いうのは、投影露光光に対して部分透過性を有する、い
わゆる半透明な位相シフターパターンを基板上に形成し
て、その位相シフターパターンの境界部に形成される光
強度がゼロの部分でパターン解像度を向上するようにし
た位相シフトマスクである。透過型位相シフトマスク
や、ハーフトーン型位相シフトマスクはその層構造が単
純であるため、製造工程が容易であり、しかもマスク上
の欠陥も少ないという長所を有している。

【０００５】ハーフトーン型位相シフトマスクは、例え
ば図５に示すように、透明基板１に半透明位相シフト膜
２ａを積層することによって形成される。図７に示すよ
うに、半透明位相シフト膜２ａによって囲まれる透明基
板１の上に有効領域３が形成される。そして、その有効
領域３の内部に所望のパターン、実施例では文字
「Ａ」、が形成される。

【０００６】今、このようなハーフトーン型位相シフト
マスクを用いて、シリコンウェハの表面に設けたレジス
トにステッパーによってパターンを転写する場合を考え
る。この場合には、図７に示すように、有効領域３の周
囲をアパーチャ４で囲み、さらに、図５に示すように、
有効領域３を通過した光Ｒをウェハ５上に照射する。通
常は、例えば１／５の縮小像をウェハ５上に形成する。
このとき、有効領域３を囲むアパーチャ４は、ウェハ５
の所定露光領域以外の領域に光が当たらないように作用
する。

【０００７】しかしながら、有効領域３の外周エッジと
アパーチャ４の内周エッジとの間には１〜２ｍｍの間隔
が形成されるので、有効領域３の外周縁に位置する半透
明位相シフト膜２ａに当たった光は、その位相シフト膜
２ａに固有の光透過性に対応した光量の光を通過させ
る。このため図５において、例えば矢印Ａのように露光
光の照射位置をずらせてウェハ５上に順次多数の転写像
を形成するとき、図６に示すように、相隣り合う２個の
有効領域３の間の直線部分Ｐが２重に露光されたり、あ
るいは４個の有効領域３に囲まれた点状部分Ｑが４重に
露光されてしまう。

【０００８】有効領域３の外周部分は、本来、レジスト
が感光してはならない部分であって、そのためにその部
分に半透明位相シフト膜２ａが設けられるわけである
が、その部分が２重に露光されたり、あるいは４重に露
光されると、レジストが感光してしまうという問題があ
った。

【０００９】このような問題を解消するため、図８に示
すように、有効領域３の外周部分に位置する半透明位相
シフト膜２ａに枠状の遮光帯６を形成した位相シフトマ
スクが知られている。この遮光帯６は、図９示すよう
に、半透明位相シフト膜２ａの中に、例えば、約１μｍ
のピッチで縦横に正方形状の開口部分７を設けることに
よって形成される。これらの開口部分７は、透明基板が
直接に露出している部分である。この遮光帯６は、開口
部分７を通過した光と半透明位相シフト膜を通過して位
相が反転した光との干渉により、光の通過を遮断しよう
とするものである。

【００１０】しかしながらこの方法では、開口部分７を
正確に正方形状に形成するのが非常に難しく、希望する
十分な遮光性が得られない場合が多かった。遮光性を向
上させるために、不正確な形状の開口部分７を修正する
ことも考えられるが、その修正作業は非常に難しく、ま
た、不正確な形状の開口部分を探し出すことは、さらに
難しかった。

【００１１】また、位相シフトマスクの製造工程では、
複数のマスクを重ね合わせて使用する際に位置合わせの
ために用いるアライメント用のフィデューシャルマーク
２ｂを形成する。ところがハーフトーン型位相シフトマ
スクでは、このフィデューシャルマーク２ｂも半透明位
相シフト膜によって形成されるので、そのマークを投影
露光装置等で読みとる場合にそのマークがぼやけてしま
い、読みとりエラーを発生する場合があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消するためになされたものであって、ハーフトー
ン型位相シフトマスクの有効領域の周囲部分を、従来の
ような複雑な遮光帯を用いることなく簡単な方法によっ
て、確実に遮光できるようにすることを目的とする。ま
た、有効領域の周囲部分にフィデューシャルマーク等と
いった補助パターンを設ける場合に、そのパターンを鮮
明に形成できるようにすることを他の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、透
明基板の上に半透明位相シフト膜を積層して成るハーフ
トーン型位相シフトマスクにおいて、有効領域内の所定
パターンの形状に半透明位相シフト膜を有し、有効領域
外の外周部に形成された半透明位相シフト膜の上に遮光
膜を設けたことを特徴とする。

【００１４】半透明位相シフト膜としては、例えばＭｏ
・Ｓｉ系の材料、より具体的には、例えば化学記号Ｍｏ
ＳｉＯ_XＮ_Y（Ｘ，Ｙは整数）で表される材料を用いるこ
とができる。また、ハーフトーン材料膜がＭｏ・Ｓｉ系
材料で形成されるとすれば、遮光膜としては、例えば、
Ｃｒ（クロム）、ＣｒＯ（酸化クロム）、ＣｒＮ（窒化
クロム）、ＣｒＯＮ（窒化酸化クロム）、ＣｒＯＣＮ又
はこれらを積層した複合膜を採用できる。複合膜を採用
する場合は、例えば、図１０及び図１１に示すような２
層構造又は図１２に示すような３層構造とすることがで
きる。

【００１５】また、本発明に係るハーフトーン型位相シ
フトマスクの製造方法は、（１）透明基板の上に半透明
位相シフト層、遮光層、第１レジスト層を順次積層する
工程と、（２）第１レジスト層を所定の形状にパターニ
ングして第１レジスト膜を形成する工程と、（３）パタ
ーニングされた第１レジスト膜をマスクとして遮光層を
エッチングによりパターニングして遮光膜を形成する工
程と、（４）パターニングされた第１レジスト膜及び遮
光膜をマスクとして半透明位相シフト層をエッチングに
よりパターニングして半透明位相シフト膜を形成する工
程と、（５）第１レジスト膜を剥離する工程と、（６）
第２レジスト層を積層する工程と（７）第２レジスト層
をパターンニングして有効領域外の外周部に第２レジス
ト膜を残存させる工程と、（８）パターンニングされた
第２レジスト膜をマスクとして遮光層をエッチングによ
りパターンニングして有効領域外の外周部にのみ遮光膜
を形成する工程と、（９）第２レジスト膜を剥離する工
程と、を有することを特徴する。

【００１６】

【作用】本発明によれば、有効領域の外側の外周部に形
成した遮光膜によって光の通過が確実に遮断される。よ
って、この位相シフトマスクを使ってウェハ等といった
露光対象物に転写像を連続して形成するとき、転写像の
まわりを誤って感光させることがない。また、遮光膜は
それ自体が遮光性を有するＣｒ等の材料によって一様な
単層状に形成されるので、半透明位相シフト膜と連続パ
ターン状の開口部分との組み合わせによって複雑なパタ
ーンの遮光帯を形成する場合に比べて、極めて簡単な方
法によって高い遮光性を有する遮光領域を形成できる。
また、半透明位相シフト膜に形成したフィディーシャル
マークの上にも遮光膜を設けるので、露光対象物上に鮮
明なパターンの転写像が得られ、マークの読み取りが正
確にできる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明に係るハーフトーン型位相シフ
トマスクの一実施例、特に、いわゆるレチクルマスクを
示している。また、図２は図１におけるマスクの断面構
造を示している。この位相シフトマスクは、図２に示す
ように、石英からなる透明基板１の上にＭｏＳｉＯｘＮ
ｙの半透明位相シフト膜２ａを積層し、さらに半透明位
相シフト膜２ａの上にＣｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＯＣ
Ｎ、またはこれらを積層した遮光膜１１ｂを積層するこ
とによって形成される。また、本発明の位相シフトマス
クは、図１に示すように、（ａ×ｂ）の寸法の有効領域
８と、その有効領域８の外側に形成された斜線で示す外
周部９とを有している。露光すべき像パターンは有効領
域８の中に形成されるが、図示の例では、像パターン１
０として文字「Ａ」が形成されている。図１の符号１２
は複数種類のレチクルマスクを重ね合わせて使用する場
合の位置合わせのために用いられるアライメント用のフ
ィデューシャルマークであって、その中央部には、例え
ば「＋」の記号１２ａが形成されている。

【００１８】本実施例では、図２に示すように、有効領
域８内の像パターン１０が半透明位相シフト膜２ａによ
って形成され、一方、外周部９を形成する半透明位相シ
フト膜２ａの上に遮光膜１１ａが積層される。

【００１９】次にハーフトーン型位相シフトマスクの製
造工程を図３に示す。まず、図３（ａ）に示すように、
石英によって形成された透明基板１の上に、周知の成膜
方法を用いて、Ｍｏ・Ｓｉ系の半透明位相シフト層２、
Ｃｒ，ＣｒＯ，ＣｒＮ，ＣｒＯＮ，ＣｒＯＣＮ又はこれ
らを積層した合成物によって形成された遮光層１１、そ
してポジレジストによって第１レジスト層１４を形成し
た。各層の厚さは、半透明位相シフト層２を１２００〜
２０００Å、遮光層１１を３００〜１５００Å、そして
レジスト層１４を３０００〜６０００Åとした。

【００２０】次いで、電子線又は露光光Ｅによる露光及
びそれに引き続く現像により所望パターンの第１レジス
ト膜１４ａを形成した（ｂ）。さらに、その第１レジス
ト膜１４ａをマスクとして、硝酸第２セリウムアンモニ
ウムに過塩素酸を加えて製造したエッチング液を用いた
常法のウエットエッチングにより、又は塩素系ガスを用
いたドライエッチングにより、遮光層１１を所望のパタ
ーンの遮光膜１１ａへとパターニングした（ｃ）。この
とき、半透明位相シフト層２は上記の各エッチング剤に
よってはエッチングされない。

【００２１】その後、ＣＦ₄ 、Ｃ₂Ｆ₆等のフッ素系ガス
を用いたドライエッチングによって半透明位相シフト層
２を所望パターンの半透明位相シフト膜２ａへとパター
ニングした（ｄ）。これにより、位相シフトマスク上に
所望のメインパターン、例えば文字「Ａ」等の像が形成
される。このとき、マスクとして働く遮光膜１１ａはエ
ッチングされないので、半透明位相シフト膜２ａのパタ
ーンは極めて高精度な寸法精度で得られた。次いで、酸
素プラズマや硫酸を用いて第１レジスト膜１４ａを剥離
することにより、所望パターン及びそのパターンの外周
部に一様に半透明位相シフト膜２ａが形成され、さら
に、その両方の部分の半透明位相シフト膜２ａの上に遮
光膜１１ａが積層された状態の位相シフトマスクが得ら
れる（ｅ）。このとき、フィデューシャルマーク１２等
といった補助マークが有効領域の外周部に半透明位相シ
フト膜２ａによって形成される。

【００２２】次に、あらためてポジレジストをマスク全
体に塗布して第２レジスト層１５を形成し（ｆ）、更に
有効領域８内の第２レジスト層１５のみを描画する
（ｇ）。その後、有効領域８内の第２レジスト層１５の
みを現像して第２レジスト膜１５ａを形成した（ｈ）。
そして、その第２レジスト膜１５ａをマスクとして、常
法のウェットエッチング又は塩素ガスを用いたドライエ
ッチングにより遮光膜１１ａをパターニングした
（ｉ）。このときに、半透明位相シフト膜２ａはエッチ
ングされない。その後、酸素プラズマや硫酸を用いて第
２レジスト膜１５ａを剥離することにより、有効領域８
内は半透明位相シフト膜２ａが露出し、一方、外周部９
は遮光膜で覆われた状態のハーフトーン型位相シフトマ
スクが得られる（ｊ）。

【００２３】本実施例のハーフトーン型位相シフトマス
クによれば、有効領域の外側の外周部に形成した遮光膜
によって光の通過が確実に遮断される。よって、この位
相シフトマスクを使ってウェハ等といった露光対象物に
転写像を連続して形成するとき、転写像のまわりを誤っ
て感光させることがない。また、外周部のフィデューシ
ャルマークの記号「＋」も遮光膜に覆われるので周囲の
透光部との対比が明確になり、位置合わせのときに読み
とりエラーがなくなる。

【００２４】ところで、図８に示した遮光帯６を有する
従来のハーフトーン型位相シフトマスクを製造するに際
しては、まず、透明基板１の全面に一様に遮光層を形成
し、その後、エッチングによって遮光層を大面積にわた
って除去することによって枠状の遮光帯６を形成する。
この製造方法によれば、遮光層を大面積にわたって除去
するときに、基板１に内部応力が発生してその基板１が
撓み変形し、その結果、有効領域３内のパターンの位置
精度が悪くなるという問題があった。これに対し、図１
に示した本実施例のように、有効領域８の外周部全面に
遮光膜を残すようにしておけば、上記の従来方法のよう
に多量の遮光膜を除去したときに見られる内部応力の発
生が緩和され、よって、有効領域内のパターンの位置精
度を良好に維持できる。

【００２５】また、図１に示した実施例ではパターン１
個取りのレチクルマスクを考えたが、他の実施例として
図４に示すようなパターン２個取りのレチクルマスクが
考えられる。このレチクルマスクは図１におけるハーフ
トーン型位相シフトマスクの有効領域８を２個並べたも
のであるが、２個の有効領域８の境界線部Ｔはスクライ
ブラインと呼ばれ、このスクライブラインの上には当該
位相シフトマスクに関する様々な情報が書き込まれる。
本実施例では、このスクライブラインも遮光膜で覆われ
ることになるので、従来のように半透明位相シフト膜の
みによってそのスクライブラインを形成する場合に比べ
て、そのスクライブラインがより鮮明になり、よって、
情報の読み取りエラーを防止できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明のハーフトーン型位相シフトマス
ク及びその製造方法によれば、有効領域の外側の外周部
に形成した遮光膜によって光の通過が確実に遮断され
る。よって、この位相シフトマスクを使ってウェハ等と
いった露光対象物に転写像を連続して形成するとき、転
写像のまわりを誤って感光させることがない。また、遮
光膜はそれ自体が遮光性を有する材料によって一様な単
層状に形成されるので、半透明位相シフト膜と開口部分
との組み合わせによって複雑なパターンの遮光帯を形成
する場合に比べて、極めて簡単な方法によって高い遮光
性を有する遮光領域を形成できる。また、半透明位相シ
フト膜によって有効領域内に形成された所定パターンの
上にも遮光膜を設けるので、露光対象物上に鮮明なパタ
ーンの転写像が得られる。

【００２７】また、位相シフトマスクの外周部にフィデ
ューシャルマーク、スクライブライン、その他の補助マ
ークが形成される場合には、それらのマークに対応して
露光対象物上に鮮明な転写像を形成できる。さらに、有
効領域の外周部の全域に遮光層を残すので、位相シフト
マスク内に大きな内部応力が発生することがなく、それ
ゆえ、位相シフトマスクの全体の寸法精度を良好に維持
できる。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスク
の一実施例を示す平面図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に従ったハーフトー
ン型位相シフトマスクの断面図である。

【図３】本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスク
の製造方法の一実施例を工程順に模式的に示す図であ
る。

【図４】本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスク
の他の実施例を示す平面図である。

【図５】ハーフトーン型位相シフトマスクを用いた露光
系の一例を示す側面断面図である。

【図６】従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用い
て露光対象物上にメインパターンを転写した状態を示す
模式図である。

【図７】従来のハーフトーン型位相シフトマスク及びそ
れにアパーチャを被せる状態を示す平面図である。

【図８】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの一例
を示す平面図である。

【図９】図８に示す従来のハーフトーン型位相シフトマ
スクの遮光帯を拡大して示す図である。

【図１０】遮光膜の一実施例の部分断面構造を示す図で
ある。

【図１１】遮光膜の他の一実施例の部分断面構造を示す
図である。

【図１２】遮光膜のさらに他の一実施例の部分断面構造
を示す図である。

【符号の説明】

１透明基板２半透明位相シフト層２ａ半透明位相シフト膜８有効領域９外周部１０所望パターン１１遮光層１１ａ遮光膜１２フィデューシャルマーク１３位相シフトマスク１４第１レジスト層１４ａ第１レジスト膜１５第２レジスト層１５ａ第２レジスト膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板の上に半透明位相シフト膜を積
層して成るハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、
有効領域内の所定パターンの形状に半透明位相シフト膜
を有し、有効領域外の外周部に形成された半透明位相シ
フト膜の上に遮光膜を設けたことを特徴とするハーフト
ーン型位相シフトマスク。
【請求項２】請求項１記載のハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて、半透明位相シフト膜がＭｏとＳｉを
主成分とする化合物であることを特徴とするハーフトー
ン型位相シフトマスク。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載のハーフトー
ン型位相シフトマスクにおいて、遮光膜がＣｒ、Ｃｒ
Ｏ、ＣｒＮ、ＣｒＯＮ、ＣｒＯＣＮ又はこれらを積層し
た膜であることを特徴とするハーフトーン型位相シフト
マスク。
【請求項４】透明基板の上に半透明位相シフト膜及び
遮光膜を順次積層して成るハーフトーン型位相シフトマ
スクの製造方法において、（１）透明基板の上に半透明
位相シフト層、遮光層、第１レジスト層を順次積層する
工程と、（２）第１レジスト層を所定の形状にパターニ
ングして第１レジスト膜を形成する工程と、（３）パタ
ーニングされた第１レジスト膜をマスクとして遮光層を
エッチングによりパターニングして遮光膜を形成する工
程と、（４）パターニングされた第１レジスト膜及び遮
光膜をマスクとして半透明位相シフト層をエッチングに
よりパターニングして半透明位相シフト膜を形成する工
程と、（５）第１レジスト膜を剥離する工程と、（６）
第２レジスト層を積層する工程と（７）第２レジスト層
をパターンニングして有効領域外の外周部に第２レジス
ト膜を残存させる工程と、（８）パターンニングされた
第２レジスト膜をマスクとして遮光層をエッチングによ
りパターンニングして有効領域外の外周部にのみ遮光膜
を形成する工程と、（９）第２レジスト膜を剥離する工
程と、を有することを特徴するハーフトーン型位相シフ
トマスクの製造方法。
【請求項５】請求項４記載のハーフトーン型位相シフ
トマスクの製造方法において、レジスト層はポジレジス
トによって形成されることを特徴とするハーフトーン型
位相シフトマスクの製造方法。