JP2005156768A - 位相シフトマスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の位相シフト効果による超解像技術を用いつつ、従来よりも更なる微細化や高精度化に対応したパターン形成を行うことを可能にする。
【解決手段】 隣接する光透過部４の間で各光透過部４を透過するそれぞれの光が位相差を有するように形成されたレベンソン型位相シフト部６と、光透過部４を透過する光と所定の光透過率を持つ半透過部５を透過する光とが位相差を有するように形成されたハーフトーン型位相シフト部７と、を備えてなる位相シフトマスク１において、前記レベンソン型位相シフト部６と前記ハーフトーン型位相シフト部７とを、同一時に露光される一つのパターン領域内に混在させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置製造工程にて広く用いられる位相シフトマスクおよびその製造方法に関する。

半導体微細化技術の発展に伴い、露光用のフォトマスク上に形成されるパターンのサイズは縮小化の一途を辿っている。近年はマスクパターンのデザインルールの微細化がさらに加速し、各種半導体装置の開発スピードも加速している。その一方で、露光装置の短波長化については技術的な困難さから開発が追いついていない。そこで露光装置の延命策として超解像技術が広く用いられている。

超解像技術は、露光波長を短波長化することなく解像力の向上を可能にするためのもので、露光装置の照明形状を変更する手法と、フォトマスクの透過光に対して選択的に位相差を付ける手法とが、一般的に知られている。このうち、フォトマスクの透過光に位相差を付ける超解像技術としては、レベンソン型位相シフトマスクを用いたものと、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いたものとがある。

レベンソン型位相シフトマスクとは、マスクを透過した光の位相差を利用して高解像度を得るために、隣接する光透過部の間で各光透過部を透過するそれぞれの光が位相差を有するように各光透過部のマスク厚が形成されたものである。具体的には、マスクを構成するガラス基板が掘り込まれた掘り込み領域と、当該掘り込み領域以外の非掘り込み領域とを設け、それぞれの領域を透過する光の位相差を１８０°反転させることにより、位相シフト効果を発生させ、これにより高いコントラストを得るようになっている。

一方、ハーフトーン型位相シフトマスクとは、レベンソン型位相シフトマスクと同様に光の位相差を利用して高解像度を得るためのものであるが、隣接する光透過部同士の間で位相シフト効果を発生させるのではなく、光透過部を透過する光と、所定の光透過率を持つ半透過部を透過する光とが、位相差を有するように形成されたものである。具体的には、遮光膜からなる半透過部が露光波長に対して４〜２５％程度の光透過率を持つように、その半透過部を光透過部に隣接して設けるとともに、光透過部と半透過部とで光の位相差を１８０°反転させることにより、位相シフト効果を発生させるようになっている。

また、透過光の位相シフト効果を利用した位相シフトマスクの中には、レベンソン型位相シフトマスクとして機能する領域部分（以下「レベンソン型位相シフト部」という）と、ハーフトーン型位相シフトマスクとして機能する領域部分（以下「ハーフトーン型位相シフト部」という）との両方を備えたものもある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１２３６９８号公報

ところで、レベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部との両方を備えた位相シフトマスクであっても、これらの各位相シフト部は、形成すべきパターン別に使い分けられることが一般的である。これは、レベンソン型位相シフト部は解像度の向上効果が非常に高いが適用できるパターンに制約があるのに対して、ハーフトーン型位相シフト部はレベンソン型位相シフト部に比べると位相シフト効果は小さいが通常のマスクと同様のプロセスで容易に製造できパターンの制約もないという、それぞれの特徴のためである。したがって、レベンソン型位相シフト部は、例えばライン・アンド・スペース等の周期的な配置のパターン形成に多く用いられ、ハーフトーン型位相シフト部は、例えば開口ホールのようなランダムな配置のパターン形成に多く用いられる。

しかしながら、形成すべきパターン別にレベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部とを使い分けていたのでは、以下に述べるような難点が生じるおそれがある。例えば、近年では、露光波長以下のサイズのホールパターン形成時において、そのパターン形成に適したハーフトーン型位相シフト部を用いつつ、より多くの透過光量を得るために、マスク上のホールサイズにプラスのバイアスを加えることがある。その場合に、密接配置されたホールパターンでは、図４（ａ）に示すように、ホールサイズの拡大によってホール間のスペース幅Ａが狭くなってしまうことになる。これは、パターン微細化によりホールの配置ピッチが小さくなった場合も同様である。このように、ホール間のスペース幅Ａが狭くなってしまうと、ウエハ上では、図４（ｂ）に示すように、各ホール部分における透過光量のサブピークが干渉してしまい（図中Ｂ部参照）、隣接するホール同士の分離が困難となる可能性がある。つまり、ホールパターンだからといってハーフトーン型位相シフト部のみを用いていたのでは、そのパターン形成を高精度に行うことが困難になる場合もあり得る。

そこで、本発明は、光の位相シフト効果による超解像技術を用いつつ、従来よりも更なる微細化や高精度化に対応したパターン形成を行うことが可能な位相シフトマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出された位相シフトマスクである。すなわち、隣接する光透過部の間で各光透過部を透過するそれぞれの光が位相差を有するように形成されたレベンソン型位相シフト部と、光透過部を透過する光と所定の光透過率を持つ半透過部を透過する光とが位相差を有するように形成されたハーフトーン型位相シフト部と、を備えてなる位相シフトマスクにおいて、前記レベンソン型位相シフト部と前記ハーフトーン型位相シフト部とが、同一時に露光される一つのパターン領域内に混在していることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記目的を達成するために案出された位相シフトマスクの製造方法である。すなわち、隣接する光透過部の間で各光透過部を透過するそれぞれの光が位相差を有するように形成されたレベンソン型位相シフト部と、光透過部を透過する光と所定の光透過率を持つ半透過部を透過する光とが位相差を有するように形成されたハーフトーン型位相シフト部と、を備えてなる位相シフトマスクの製造方法において、同一時に露光される一つのパターン領域内に混在するように前記レベンソン型位相シフト部と前記ハーフトーン型位相シフト部とを配設することを特徴とする。

上記構成の位相シフトマスクおよび上記手順の位相シフトマスクの製造方法によれば、ライン・アンド・スペース・パターン領域またはホールパターン領域等といった一つのパターン領域内であっても、レベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部とが混在することになる。つまり、例えばホールパターン領域だからといってハーフトーン型位相シフト部のみを用いるのではなく、当該パターン領域の部分別にレベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部とを使い分けて形成することが可能となる。したがって、原則的にハーフトーン型位相シフト部を用いつつ、例えば密接配置されたパターン部分についてはレベンソン型位相シフト部を用いるようにする、といったことも実現可能となる。

本発明によれば、同一時に露光される一つのパターン領域内にレベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部とが混在しているので、形成すべきパターン別ではなく、そのパターン部分毎に、レベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部とを使い分けることが可能となる。したがって、光の位相シフト効果による超解像技術を用いつつ、従来よりも更なる微細化や高精度化に対応したパターン形成を行えるようになる。

以下、図面に基づき本発明に係る位相シフトマスクおよびその製造方法について説明する。図１は、本発明に係る位相シフトマスクの要部の概略構成例を示す模式図である。

図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、ここで説明する位相シフトマスク１は、ガラス基板２と、そのガラス基板２上に成膜された遮光膜３とを備えている。そして、図１（ａ）に示すように、遮光膜３が成膜されていない部分、すなわちガラス基板２のみの部分が露光光を透過させる光透過部４を構成しており、遮光膜３が成膜されている部分が例えば露光波長に対して４〜２５％程度といった所定の光透過率を持つ半透過部５を構成している。

光透過部４には、ガラス基板２が掘り込まれた掘り込み領域４ａと、その掘り込み領域４ａ以外の非掘り込み領域４ｂとが設けられており、隣接する掘り込み領域４ａと非掘り込み領域４ｂとの間でそれぞれの領域を透過する光の位相差が１８０°反転するように、掘り込み領域４ａの掘り込み深さおよび非掘り込み領域４ｂの厚さ（ガラス基板２の厚さ）が設定されている。つまり、隣接する掘り込み領域４ａと非掘り込み領域４ｂとによって、位相シフト効果を発生させるためのレベンソン型位相シフト部６が構成されている。

また、半透過部５と光透過部４との間、さらに詳しくは半透過部５と、これに隣接する光透過部４の非掘り込み領域４ｂとの間では、半透過部５を透過する光と非掘り込み領域４ｂを透過する光とで光の位相差が１８０°反転がするように、半透過部５における光透過率または非掘り込み領域４ｂの厚さ（ガラス基板２の厚さ委）が設定されている。つまり、隣接する半透過部５と非掘り込み領域４ｂとによって、位相シフト効果を発生させるためのハーフトーン型位相シフト部７が構成されている。

ところで、本実施形態における位相シフトマスク１は、レベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７とが、同一時に露光される一つのパターン領域内に混在している点に大きな特徴がある。ここでいう「一つのパターン領域」には、例えばライン・アンド・スペース・パターン領域またはホールパターン領域といった同一時に露光されるパターン領域が該当する。

図２は、一つのパターン領域の一具体例を示す模式図である。図例のように、一つのパターン領域としては、複数の開口ホール８がランダムに配置されており、かつ、各開口ホール８の大きさが露光波長以下のサイズであるホールパターン領域が挙げられる。このホールパターン領域では、図中Ｘ方向に複数の開口ホール８がそのホールサイズと同等以上の間隔で並んで配置されており、図中Ｙ方向に複数の開口ホール８がそのホールサイズの１／２以下の間隔で並ぶように密集配置されている。

このようなホールパターン領域を形成するために、本実施形態における位相シフトマスク１では、ハーフトーン型位相シフト部７のみから構成されるのではなく、当該ホールパターン領域の部分別にレベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７とが混在するように配置されて構成されているのである。レベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７との混在は、以下に述べるように為される。

例えば、ホールパターン領域を構成する開口ホール８が密集配置されていないパターン部分（図２中Ｘ方向参照）では、ハーフトーン型位相シフト部７を対応させる。すなわち、図１（ｂ）に示すように、開口ホール８の配置に応じたパターン形状に遮光膜３が成膜され、開口ホール８同士の間に遮光膜３による半透過部５が配置される。これに対して、開口ホール８が密接配置されたパターン部分（図２中Ｙ方向参照）では、レベンソン型位相シフト部６を対応させる。すなわち、図１（ｃ）に示すように、光透過部４に掘り込み領域４ａと非掘り込み領域４ｂとが設けられ、開口ホール８同士の間であっても遮光膜３が存在しないことになる。つまり、本実施形態の位相シフトマスク１は、ホールパターン領域の形成にはハーフトーン型位相シフト部７が適していることから、原則的にハーフトーン型位相シフト部７によって構成するが、開口ホール８が密接配置されたパターン部分についてはレベンソン型位相シフト部６を混在させるのである。

さらに具体的には、レベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７は、以下に述べるようにして混在させることが考えられる。レベンソン型位相シフト部６は、隣接する開口ホール８間距離が該ホールサイズの１／２以下である部分に配する。一方、レベンソン型位相シフト部６は、レベンソン型位相シフト部６が配される部分以外の部分に配する。

このようにレベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７とを混在させれば、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように露光光を照射した場合に、ハーフトーン型位相シフト部７では、図１（ｄ）に示すような透過光強度が得られるが、レベンソン型位相シフト部６では、図１（ｅ）に示すような透過光強度が得られることになる。すなわち、ハーフトーン型位相シフト部７にて得られる透過光強度は、各開口ホール８部分の間における透過光量のサブピークが干渉するおそれがあるが、各開口ホール８がそのホールサイズと同等以上の間隔で並んでいるため、隣接する開口ホール８同士の分離が困難になることはない。その一方で、レベンソン型位相シフト部６による透過光強度は、掘り込み領域４ａと非掘り込み領域４ｂとの境界部分でコントラストが得られるため、各開口ホール８部分の間における透過光量のサブピークが干渉することがない。したがって、各開口ホール８がそのホールサイズの１／２以下の間隔で並んでいても、隣接する開口ホール８同士を適正に分離することができる。

つまり、本実施形態の位相シフトマスク１によれば、同一時に露光されるホールパターン領域内であっても、レベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７とを混在させているので、当該ホールパターン領域の部分別にレベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７とを使い分けることが可能となる。したがって、原則的にハーフトーン型位相シフト部７を用いつつ、密接配置されたパターン部分についてはレベンソン型位相シフト部６を用いるようにすることで、光の位相シフト効果による超解像技術を用いつつ、従来よりも更なる微細化や高精度化に対応したパターン形成を行えるようになる。つまり、開口ホール８がそのホールサイズの１／２以下の間隔で並ぶような密接配置されたホールパターン領域についても、そのパターン形成を高精度に行うことが可能となる。

続いて、以上のように構成される位相シフトマスク１の製造方法について説明する。図３は、本発明に係る位相シフトマスクの製造手順の一例を示す説明図である。

位相シフトマスク１の製造にあたっては、先ず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板２上に、例えばＭｏＳｉ膜からなる光半透過膜（遮光膜）３を蒸着し、さらにその上に電子線露光用ポジレジスト膜９をコーティングする。そして、その電子線露光用ポジレジスト膜９に対して、電子線露光装置を用いて、形成すべき開口ホール８および掘り込み領域４ａの両方を含むパターン形状を描画および現像する。その後は、図３（ｂ）に示すように、当該パターン形状が描画現像された電子線露光用ポジレジスト膜９をマスクに、光半透過膜３に対するエッチングを行う。このエッチングの後は、図３（ｃ）に示すように再び、光半透過膜３上を電子線露光用ポジレジスト膜１０で覆うようにをコーティングし、その電子線露光用ポジレジスト膜１０に対して、電子線露光装置を用いて、今度は掘り込み領域４ａのパターン形状のみを描画および現像する。そして、図３（ｄ）に示すように、当該パターン形状が描画現像された電子線露光用ポジレジスト膜１０をマスクに、ガラス基板２に対するドライエッチングを行う。このとき、ガラス基板２に対するドライエッチングは、掘り込み領域４ａと当該ドライエッチングを行わない非掘り込み領域４ｂとの間において、露光波長で位相が１８０°ずれるようにエッチングする。具体的には、例えば露光波長λ＝１９３ｎｍ、ガラス基板２の屈折率＝１．５６の場合であれば、ガラス基板２に対するドライエッチング量が０．１９３／｛２×（１．５６−１）｝≒０．１７２μｍとなるように、ガラス基板２に対するドライエッチングを行う。なお、エッチング量の制御については、公知技術を利用して行えばよいため、ここではその説明を省略する。そして、ガラス基板２に対するドライエッチングの後に、図３（ｅ）に示すように、電子線露光用ポジレジスト膜１０を剥離すれば、上述した構成の位相シフトマスク１が製造されることになる。

ところで、上述した構成の位相シフトマスク１または従来構造のハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、ハーフトーン型位相シフト部７の配設箇所におけるパターン形状が所望パターン通りでないこともあり得る。このような所望通りでないパターンは、例えば製造された位相シフトマスク１に対する欠陥検査を行うことで、容易に確認することができる。なお、欠陥検査については、公知技術を利用して行えばよいため、ここではその説明を省略する。

一般に、ハーフトーン型位相シフト部７に対する欠陥修正は、集束イオンビーム（Focused Ion beam；ＦＩＢ）等でカーボンデポにより行うことが考えられる。ところが、この場合には、修正箇所における位相シフト効果が失われてしまうため、露光によって転写したパターン像が必ずしも所望のパターン形状とはならない。すなわち、ハーフトーン型位相シフト部７における欠陥に対しては、従来手法では必ずしも適切な修正が行えるとは限らない。

そこで、本実施形態で説明する位相シフトマスク１では、ハーフトーン型位相シフト部７の配設箇所におけるパターン形状が所望パターン通りでない場合に、当該ハーフトーン型位相シフト部７の配設箇所をレベンソン型位相シフト部６とする加工を行って、当該配設箇所におけるパターン形状を所望パターン通りとする。具体的には、パターン形状が所望パターン通りでない欠陥箇所に対して、電子線露光用ポジレジスト膜をコーティングする。そして、その電子線露光用ポジレジスト膜に対して、電子線露光装置を用いて、所望パターン形状を描画および現像する。このときの欠陥箇所は、開口ホール８間の間隔スペース部分であることが考えられる。したがって、その間隔スペース部分に既に光半透過膜（遮光膜）×が形成されている場合には、当該光半透過膜をドライエッチング等を用いてエッチングしておく。その後は、電子線露光用ポジレジスト膜をマスクに、ガラス基板２に対するドライエッチングを行って、掘り込み領域４ａを形成する。このときのドライエッチングは、掘り込み領域４ａと当該ドライエッチングを行わない非掘り込み領域４ｂとの間において、露光波長で位相が１８０°ずれるようにエッチングする。そして、ガラス基板２に対するドライエッチングの後に、電子線露光用ポジレジスト膜を剥離して、欠陥箇所の修正を終了する。

このような手順で欠陥修正を行った場合にも、位相シフトマスク１は、同一時に露光されるホールパターン領域内であっても、レベンソン型位相シフト部６とハーフトーン型位相シフト部７とが混在することになる。つまり、原則的にハーフトーン型位相シフト部７を用いつつ、所望パターン通りでない部分についてはレベンソン型位相シフト部６を用いて欠陥修正することで、修正箇所における位相シフト効果が失われたりすることなく、微細化や高精度化に対応したパターン形成を行うことが可能となるのである。

なお、本実施形態では、好適な実施具体例を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明がこれらの実施具体例（特に、成膜材料やその膜厚等）に限定されないことは勿論である。また、本発明は、ホールパターン領域のみならず、他のパターン領域を形成する場合にも、全く同様に適用することが可能である。また、レベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部との混在は、開口ホールの配置間隔に応じたものであっても、所望パターン通りでない部分の欠陥修正に応じたものであっても、あるいはこれらの両方に応じたものであっても構わない。さらに、欠陥修正に応じる場合は、その欠陥修正の対象となる位相シフトマスクが、既にレベンソン型位相シフト部とハーフトーン型位相シフト部とが混在しているものであっても、あるいは従来構造のハーフトーン型位相シフトマスクであっても構わない。

本発明に係る位相シフトマスクの要部の概略構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図、（ｄ）および（ｅ）は透過光強度を示す図である。 一つのパターン領域の一具体例を示す模式図である。 本発明に係る位相シフトマスクの製造手順の一例を示す説明図である。 従来の位相シフトマスクの概要を示す説明図であり、（ａ）は密接配置されたホールパターンを示す図、（ｂ）はその透過光強度を示す図である。

符号の説明

１…位相シフトマスク、２…ガラス基板、３…光半透過膜（遮光膜）、４…光透過部、４ａ…掘り込み領域、４ｂ…非掘り込み領域、５…半透過部、６…レベンソン型位相シフト部、７…ハーフトーン型位相シフト部７、８…開口ホール

Claims (5)

1. 隣接する光透過部の間で各光透過部を透過するそれぞれの光が位相差を有するように形成されたレベンソン型位相シフト部と、光透過部を透過する光と所定の光透過率を持つ半透過部を透過する光とが位相差を有するように形成されたハーフトーン型位相シフト部と、を備えてなる位相シフトマスクにおいて、
   前記レベンソン型位相シフト部と前記ハーフトーン型位相シフト部とが、同一時に露光される一つのパターン領域内に混在している
   ことを特徴とする位相シフトマスク。
2. 前記レベンソン型位相シフト部は、前記一つのパターン領域内に存在するホールサイズが露光波長以下のホールパターンのうち、隣接するホール間距離が該ホールサイズの１／２以下である部分に配され、
   前記ハーフトーン型位相シフト部は、前記一つのパターン領域内に存在するホールサイズが露光波長以下のホールパターンのうち、前記レベンソン型位相シフト部が配される部分以外の部分に配されている
   ことを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスク。
3. 隣接する光透過部の間で各光透過部を透過するそれぞれの光が位相差を有するように形成されたレベンソン型位相シフト部と、光透過部を透過する光と所定の光透過率を持つ半透過部を透過する光とが位相差を有するように形成されたハーフトーン型位相シフト部と、を備えてなる位相シフトマスクの製造方法において、
   同一時に露光される一つのパターン領域内に混在するように前記レベンソン型位相シフト部と前記ハーフトーン型位相シフト部とを配設する
   ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
4. 前記レベンソン型位相シフト部は、前記一つのパターン領域内に存在するホールサイズが露光波長以下のホールパターンのうち、隣接するホール間距離が該ホールサイズの１／２以下である部分に配され、
   前記ハーフトーン型位相シフト部は、前記一つのパターン領域内に存在するホールサイズが露光波長以下のホールパターンのうち、前記レベンソン型位相シフト部が配される部分以外の部分に配される
   ことを特徴とする請求項３記載の位相シフトマスクの製造方法。
5. 前記ハーフトーン型位相シフト部の配設箇所におけるパターン形状が所望パターン通りでない場合に、当該ハーフトーン型位相シフト部の配設箇所を前記レベンソン型位相シフト部とする加工を行って、当該配設箇所におけるパターン形状を前記所望パターン通りとする
   ことを特徴とする請求項３記載の位相シフトマスクの製造方法。
   

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