JP2005181721A - ハーフトーン位相シフトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】 ハーフトーン位相シフトマスクにおけるフォトレジストの膜減りを防止することを目的とする。
【解決手段】 透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜１を用いて形成された位相シフト部を備え、上記位相シフト部は、中央部に上記透過光の位相を反転させない膜２を有することを特徴とする。上記ハーフトーン位相シフト膜１は、光透過率が４〜２０％であり、上記膜２は、光透過率が０〜１００％の膜であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハーフトーン位相シフトマスクに関する。特に、光リソグラフィ装置に用いられるハーフトーン位相シフトマスクの構造、その製造方法、露光方法、露光装置に関する。

図１４は、従来のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。

従来のハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板３上に選択的にハーフトーン位相シフト膜１を形成した構造を有する（特許文献１参照）。

フォトリソグラフィにおいて、１５７ｎｍ以上の波長を有する光を適用し露光を行なう場合は、一般に透明基板材料として石英ガラスが適用され、大きさは６インチ角、厚さは０．２５インチである。また、ハーフトーン位相シフト膜１の材料としては、ドライエッチングレートが他の材料と比較して大きいモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）が適用され、透過率４〜２０％の光学特性を有し、位相差１８０°となる厚さに設定される。ハーフトーン位相シフト膜の厚さＤは、露光波長をλ、ハーフトーン位相シフト膜の屈折率をｎとすると、次式で表される。

Ｄ＝λ／２（ｎ−１）
従来のハーフトーン位相シフトマスクを適用し、露光装置を用いてフォトレジストへ転写すると、ハーフトーン位相シフト領域を通った光と、ハーフトーン位相シフト膜のない透過領域を通った光の回折光とが重なり合い、強いサイドローブ光となる。これにより、フォトレジストの膜減りを生じさせる。特にラインパターンや、ラインやホールパターンが密である場合には、ハーフトーン位相シフト領域を挟む複数の透過領域の回折光が重なり合うため、フォトレジストの膜減りが顕著となる。

図１５は、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果である。ハーフトーン位相シフト膜を透過した光と、ハーフトーン位相シフト膜で形成されたラインを挟む両側の透過領域からの回折光とが重なり合い、ライン中央に光強度の強め合いのピークが発生する。

図１６は、上記と同様に、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジストの断面形状をシミュレーションにて求めた結果である。図１５に示した光強度分布の、ライン中央の強め合いのピークが転写され、フォトレジストの膜減りが発生する。

図１７は、従来のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。

従来のハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板３上に選択的にハーフトーン位相シフト膜１を形成した構造を有する。

図１８は、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成されたピッチ２００ｎｍで径１００ｎｍのホールパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果である。図１８（ｂ）、（ｃ）は、図１８（ａ）に示すラインＡ−Ｂでカットした面の断面構造および光強度分布である。ハーフトーン位相シフト膜を透過した光と、ハーフトーン位相シフト膜で形成された透過領域からの回析光とが重なり合い、ホールパターンの脇に強め合いのピークが発生する。

図１９は、上記と同様に、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成されたピッチ２００ｎｍで径１００ｎｍのホールパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジスト形状をシミュレーションにて求めた結果である。図１９（ａ）は図１９（ｂ）に示すラインＡ−Ｂでカットした面の断面形状である。図１８に示した光強度分布の、ホールパターンの脇の強め合いのピークが転写され、フォトレジストの膜減りが発生する。
特開平４−１３６８５４号公報

上述した通り、従来のハーフトーン位相シフトマスクを適用し、露光装置を用いてフォトレジストへ転写すると、ハーフトーン位相シフト領域を通った光と、透過領域を通った光の回折光とが重なり合い、フォトレジストの膜減りを生じさせる。

本発明は、ハーフトーン位相シフトマスクにおけるフォトレジストの膜減りを防止することを目的とする。

この発明に係るハーフトーン位相シフトマスクは、透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜を用いて形成された位相シフト部を備え、
上記位相シフト部は、中央部に上記透過光の位相を反転させない位相無反転部を有することを特徴とする。

上記ハーフトーン位相シフト膜は、光透過率が４〜２０％であり、
上記位相無反転部は、光透過率が０〜１００％の膜であることを特徴とする。

上記位相シフト部は、所定のパターン幅に形成され、
上記位相無反転部は、上記所定のパターン幅に対し、１０〜５０％の幅を有することを特徴とする。

上記ハーフトーン位相シフトマスクは、さらに、上記位相シフト部に隣接する、所定のホール幅或いは所定のホール径のホールパターン部を有し、
上記位相無反転部は、上記ホールパターン部の端から所定のホール幅或いは所定のホール径の１０〜１００％の距離が離れた上記位相シフト部の中央部に配置されたことを特徴とする。

上記ハーフトーン位相シフト膜は、２５０ｎｍ以下の波長領域の光に対し耐光性を有する材料を用いることを特徴とする。

上記ハーフトーン位相シフト膜は、材料として、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とクロムフロライド（ＣｒＦ）とシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）とのうち少なくとも１つを含有することを特徴とする。

上記位相無反転部は、所定の膜により形成され、
上記所定の膜は、２５０ｎｍ以下の波長領域の光に対し耐光性を有する材料を用いることを特徴とする。

上記位相無反転部は、所定の膜により形成され、
上記所定の膜は、材料として、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とクロムフロライド（ＣｒＦ）とシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）とのうち少なくとも１つを含有することを特徴とする。

本発明によれば、位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜を透過した光と、中央部に配置された位相０°の膜を透過した光が相殺され、中央部の光強度を抑えることができる。よって、フォトレジストの膜減りを防止することができ、露光後のフォトレジストの形状を良好な形状に形成することができる。

また、フォトレジストの膜減りを考慮すること無しにハーフトーン位相シフト膜の透過率の最適化が可能となり、さらに、解像度を向上させることができる。

また、本発明によれば、特に、ラインパターン中央の光強度を抑えることができる。

また、本発明によれば、特に、ホールパターン間の残しパターン中央の光強度を抑えることができる。

実施の形態１．
以下に説明するように、実施の形態１では、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する際に発生するサイドローブを抑制し、サイドローブの光強度によるフォトレジストの膜減りを著しく低減し、かつ光強度のコントラストを向上させ、フォトレジストの解像度を著しく向上させる。

図１は、実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。

図１において、ハーフトーン位相シフトマスク１００は、透明基板３と、透明基板３上に透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜１を用いて形成された位相シフト部１０とを備えている。透明基板３には、膜が形成されていない部分が存在する。上記位相シフト部１０は、中央部に上記透過光の位相を反転させない位相無反転部としての膜２を有し、形成されている。言い換えれば、ハーフトーン位相シフトマスク１００は、透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜１で形成されたパターンの中央に、ハーフトーン位相シフト膜１に対して逆位相すなわち位相０°の膜２を挿入する形で配置した構造となる。

上記ハーフトーン位相シフト膜１は、２５０ｎｍ以下の波長領域の光に対し耐光性を有する材料を用いており、例えば、材料として、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とクロムフロライド（ＣｒＦ）とシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）とのうち少なくとも１つを含有する。

また、膜２も同様に、２５０ｎｍ以下の波長領域の光に対し耐光性を有する材料を用いており、例えば、材料として、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とクロムフロライド（ＣｒＦ）とシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）とのうち少なくとも１つを含有する。ここで、ハーフトーン位相シフト膜１と膜２とは、同じ材料の膜でも異なる材料の膜でも、膜厚を変えることにより位相を変化させることができる。各膜の屈折率によって所望の位相ずれがおこる膜厚を導き出すことができる。また、ハーフトーン位相シフト膜１と膜２とは、位相を変化させる材料と透過率を制御する材料との２層膜で構成してもよい。

膜２の厚さＤは、露光波長をλ、ハーフトーン位相シフト膜の屈折率をｎ、整数をＮとすると、次式で表される。

Ｄ＝２Ｎ・λ／２（ｎ−１）
図２は、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜１で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンの中央に、幅３０ｎｍで、１５％の透過率を有する位相０°の膜２を挿入する形で配置した実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果を示す図である。

図２に示すように、位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜１を透過した光と、位相０°の膜２を透過した光が相殺され、ライン中央の光強度が抑えられる。

図３は、実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジストの断面形状をシミュレーションにて求めた結果を示す図である。

図３に示すように、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜１で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンの中央に、幅３０ｎｍの透過率１５％の透過率を有する位相０°の膜２を配置した、本実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスク１００を使用することにより、フォトレジストの膜減りは発生せず、良好な形状となる。また、配置される膜２は、上記幅に限らず、ハーフトーン位相シフト膜１で形成されたパターン幅に対し、１０〜５０％程度の幅を有する膜であれば良好な形状となる。

図４は、実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用した際の、従来技術との対比によるフォーカスマージン向上効果とサイドローブ抑制効果を示した図である。

図４に示すように、従来のハーフトーン位相シフトマスクに比べ、フォーカスマージンは約２０％向上し、ラインパターン中央部の光強度は約１０％まで抑制できる。また、位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜１で形成されたラインパターンの中央に挿入される位相０°の膜２の透過率は、０〜１００％の範囲で、どの透過率でも同様に効果が得られる。ここで、ハーフトーン位相シフト膜１の光透過率は４〜２０％であれば構わない。

以上のように、新規ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光することで、サイドローブを抑制し、サイドローブの影響によるフォトレジストの膜減りを低減し、かつ光強度のコントラストを向上させ、フォトレジストの解像度を向上させることができる。

実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを用いて、半導体装置の基となる試料、例えばウエハに露光装置により露光することで、サイドローブの影響によるフォトレジストの膜減りを低減し、かつ光強度のコントラストを向上させ、フォトレジストの解像度を向上させることができる。

図５は、実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を示す図である。

図５において、工程（ａ）は、透明基板３上にハーフトーン位相シフト膜１を堆積させる堆積工程、工程（ｂ）は、エッチストップ膜６を堆積させる堆積工程、工程（ｃ）は、電子線レジスト５を塗布後、電子ビーム４による露光工程、工程（ｄ）は、現像工程、工程（ｅ）は、電子線レジスト５をマスクとしたエッチストップ膜６とハーフトーン位相シフト膜１のエッチング工程、工程（ｆ）は、電子線レジスト５を除去する除去工程、工程（ｇ）は、膜２の堆積工程、工程（ｈ）は、電子線レジスト５を塗布後、電子ビーム４による露光工程、工程（ｉ）は、現像工程、工程（ｊ）は、電子線レジスト５をマスクとした膜２のエッチング工程、工程（ｋ）は、電子線レジスト５の除去工程、工程（ｌ）は、膜２のエッチバック工程、工程（ｍ）は、エッチストップ膜６エッチバック工程を示す。

透明基板（３）上に、スパッタ、真空蒸着等により、ハーフトーン位相シフト膜１を形成し（工程（ａ））、その上にエッチストップ膜６を成膜する（工程（ｂ））。このエッチストップ膜６は、ハーフトーン位相シフト膜１、膜２とのエッチング選択比が大きい膜が必要で、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ等が有効である。

さらに、その上に電子線レジスト５を塗布する（工程（ｃ））。

透明基板３の材料としては、適用す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。例えば、露光光の波長１５７ｎｍ以上において、８５％以上の透過率を有する石英ガラスは有効である。ハーフトーン位相シフト膜１の材料としては、上述したようにタンタルシリサイド（ＴａＳｉ）、ジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、クロムフロライド（ＣｒＦ）、シリコンオキサイド（ＳｉＯ２）が有効である。ハーフトーン位相シフト膜１の成膜の際、膜厚は位相１８０°が得られ、光透過率が４〜２０％となる膜厚で成膜する。

次に、電子ビーム４による描画と現像工程により、電子線レジストは、レジスト領域と無レジスト領域に区別されてパターニングが行なわれる。

電子線レジスト現像工程においては、ポジ型の電子線レジスト５を適用した場合、電子ビーム４が照射された領域は電子線レジスト５が現像液に溶解し、ハーフトーン位相シフト膜１が露出する。電子ビームが照射されない領域は、電子線レジスト５が現像液に溶解しないので、電子線レジストのパターンが残存する（工程（ｄ））。

次いで、電子線レジスト５をマスクとして、エッチストップ膜６をエッチングし、その後、エッチストップ膜６をハードマスクとしてハーフトーン位相シフト膜１をエッチングする（工程（ｅ））。この際、ハーフトーン位相シフト膜１と透明基板３のエッチング選択比は十分でなければならない。

その後、電子線レジスト５を剥離除去する（工程（ｆ））。

ここまでの説明は、従来のハーフトーン位相シフトマスクの製造工程と同様である。しかし、本実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスク１００の場合、工程（ｃ）〜（ｆ）に示す電子線レジスト露光工程〜ハーフトーン位相シフト膜１のエッチング工程において、所望の幅のラインパターンの中央に、以下に説明する膜２を埋め込むためのスペースパターンを形成しておく。スペースの幅８は、所望のラインの幅７の１０〜５０％の幅がよい。以下、本実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスク１００については、さらに膜（２）の成膜以降の工程が続く。

工程（ｇ）に示すように、スパッタ、真空蒸着等により、膜２を形成する。膜２の材料としては、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）、ジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、クロムフロライド（ＣｒＦ）、シリコンオキサイド（ＳｉＯ２）が有効である。成膜の際、膜厚は少なくとも幅８のスペースを完全に埋め込み、かつ位相０°が得られる膜厚よりも厚めに成膜しておく。

次いで、電子線レジスト５を塗布し、電子ビームで露光する（工程（ｈ））。この露光で形成するパターンは、幅７のラインに精度良く重ね、幅７のラインよりも細い幅９のラインとする。この際、ラインパターンの幅９は以下の式で表される幅にするのが良い。

（幅９）＝（（幅７）＋（幅８））／２
次いで、現像し（工程（ｉ））、電子線レジスト５をマスクとして、膜２をエッチングする。この際、エッチストップ膜６がハードマスクとして働き、ハーフトーン位相シフト膜１はエッチングされずに残る（工程（ｊ））。

その後、電子線レジスト５を剥離除去する（工程（ｋ））。

次いで、エッチストップ膜６を利用し、全面エッチバックして、エッチストップ膜６より上部に出ている膜２を取り去る（工程（ｌ））。この際、膜２と透明基板３のエッチング選択比は十分でなければならない。膜２の膜厚は、ハーフトーン位相シフト膜１の膜厚とエッチストップ膜６の膜厚の和となるため、その膜厚が位相０°が得られる膜厚になるように、予めエッチストップ膜６の成膜の際、膜厚を所望の膜厚に設定しておく。

その後、エッチストップ膜６を全面エッチバックにより取り去り（工程（ｍ））、本実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスク１００が完成する。エッチバックの際、エッチストップ膜６と、ハーフトーン位相シフト膜１、膜２、透明基板３とのエッチング選択比は十分でなければならない。

図６は、実施の形態１における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（ラインセンター透過率０％）を示す図である。

図７は、実施の形態１における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（ラインセンター透過率８０％以上）を示す図である。

図７では、所望のパターン（ここでは、ラインパターン）の中央に解像しない程度の太さの抜きパターンを配置している。

ここで、ライン中央に配置する膜２の光透過率は０〜１００％で良いので、光透過率０％に設定する場合は、図６（ａ）に示すように、膜２をハーフトーン位相シフト膜１で形成されたラインの中央に挿入しても、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、上層または下層に配置しても良い。光強度０％に設定する場合の膜の材料としては、Ｃｒ等が有効である。

また、透明基板３は８０％以上の光透過率を有するものであるから、膜２の光透過率を８０％以上に設定する場合は、図７に示すように、ハーフトーン位相シフト膜１で形成されたラインの中央のスペースに如何なる膜も配置せず、開口しておくだけでも効果が得られる。

以上のように、従来のハーフトーン位相シフトマスクを適用し、露光装置を用いてフォトレジストへ転写すると、ハーフトーン位相シフト領域を通った光と、透過領域を通った光の回折光とが重なり合い、フォトレジストの膜減りを生じさせる。しかし、実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを適用し、露光装置を用いてフォトレジストへ転写すると、ラインパターンを形成する位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜を透過した光と、ラインの中央に配置された位相０°の膜を透過した光が相殺され、ライン中央の光強度が抑えられる。よって、フォトレジストの膜減りは発生せず、良好な形状となる。従来、フォトレジストの膜減りが起こるため、よりコントラストを向上できる高透過率のハーフトーン位相シフト膜が適用できなかったが、この新規ハーフトーン位相シフトマスクを適用することで、フォトレジストの膜減りを考慮すること無しにハーフトーン位相シフト膜の透過率の最適化が可能となり、さらなる解像度向上につながる。

実施の形態２．
実施の形態１では、ラインパターンの場合を説明したが、実施の形態２では、ホールパターンの場合を説明する。

図８は、実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。

図８において、実施の形態１と同様、ハーフトーン位相シフトマスク１００は、透明基板３と、透明基板３上に透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜１を用いて形成された位相シフト部１０を備えている。透明基板３には、膜が形成されていない部分である上記位相シフト部１０に隣接する、所定のホール幅或いは所定のホール径のホールパターン部が存在する。上記位相シフト部１０は、中央部に上記透過光の位相を反転させない位相無反転部としての膜２を有し、形成されている。言い換えれば、ハーフトーン位相マスク１００は、透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜１で形成されたホールパターンの脇に、ハーフトーン位相シフト膜１に対して逆位相すなわち位相０°の膜２を挿入する形で配置した構造となる。さらに、いいかえれば、ハーフトーン位相シフトマスク１００は、透明基板上に透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相膜１で形成されたホールパターン脇の残しパターン部に、ハーフトーン位相シフト膜１に対して逆位相すなわち位相０°の膜２を配置する。

図９は、１５％の透過率をハーフトーン位相シフト膜１で形成されたピッチ２００ｎｍで１辺が１００ｎｍ角のホールパターンにおいて、隣り合うホールパターン間の残１部の中央に、幅２０ｎｍで５０％の透過率を有する位相０°の膜２を挿入する形で配置した新規ハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果を示す図である。

図９（ａ）は、新規ハーフトーン位相シフトマスクの平面構造を示す図である。

図９（ｂ）は、新規ハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（Ａ−Ｂのカット面）を示す図である。

図９（ｃ）は、新規ハーフトーン位相シフトマスクの光強度分布を示す図である。

図９（ｂ）、（ｃ）は図９（ａ）に示すラインＡ−Ｂでカットした面の断面構造および光強度分布である。位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜を透過した光と、位相０°の膜を透過した光が相殺され、ホールパターン間の残し部中央の光強度が抑えられる。

また、図１０は、実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジストの断面形状をシミュレーションにて求めた結果を示す図である。

なお、図１０（ａ）は図１０（ｂ）に示すラインＡ−Ｂでカットした面の断面形状である。１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜１で形成されたピッチ２００ｎｍで径１００ｎｍのホールパターンにおいて、隣り合うホールパターン間の残し部の中央に、幅２０ｎｍの５０％の透過率を有する位相０°の膜２を配置した。実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスク１００を使用することにより、フォトレジストの膜減りは発生せず、良好な形状となる。

ここで、上記膜２は、上記ホールパターン部の端から所定のホール幅或いは所定のホール径の１０〜１００％の距離が離れた上記位相シフト部１０の中央部に配置されるのが望ましい。図９では、一例として、上記ホールパターン部の端から所定のホール幅１００ｎｍの４０％の距離（ホールパターン部の１辺と直角方向に４０ｎｍ、ホールパターン部の直角につながる２辺の端を結ぶ対角方向に５６．６ｎｍ）が離れた上記位相シフト部１０の中央部に配置されている。

図１１は、実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用した際の、フォーカスマージン向上効果とサイドローブ抑制効果を示した図である。

従来のハーフトーン位相シフトマスクに比べ、フォーカスマージンは約５％向上し、ホールパターン間の残し部中央の光強度は約５５〜９０％まで抑制できる。また、位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜１で形成されたホールパターン間の残し部の中央に挿入される位相０°の膜２の透過率は、０〜９０％の範囲で効果が得られる。

以上のように、新規ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光することで、サイドローブを抑制し、サイドローブの影響によるフォトレジストの膜減りを低減し、かつ光強度のコントラストを向上させ、フォトレジストの解像度を向上させることができる。

実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクの製造工程は、図５と同様である。ハーフトーン位相シフト膜１の成膜の際、膜厚は位相１８０°が得られ、光透過率が４〜２０％となる膜厚で、成膜するのも同様である。ただし、本実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスク１００の場合、工程（ｃ）〜（ｆ）に示す電子線レジスト露光工程〜ハーフトーン位相シフト膜１のエッチング工程において、実施の形態１では所望の幅のラインパターンの中央に、以下に説明する膜２を埋め込むためのスペースパターンを形成しておくのに対し、実施の形態２では、ホールパターン間の残しパターンの中央に、図８の工程（ｇ）以下で説明する膜２を埋め込むためのスペースパターンを形成しておく。スペースの幅８は、所望のホールパターン間の残しパターンの幅７の１０〜５０％の幅がよい。また、ハーフトーン位相シフト膜１で形成されるホールパターンのエッジから、ホールパターン径、或いはホールパターン幅の１０〜１００％程度の距離をおいて膜２が配置されるようにするとよい。

図１２は、実施の形態２における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（膜２の光透過率０％）を示す図である。

図１３は、実施の形態１における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（膜２の光透過率８０％以上）を示す図である。

図１３では、所望のパターン（ここでは、ホールパターン間の残しパターン）の中央に解像しない程度の太さの抜きパターンを配置している。

ホールパターン間の残しパターン中央に配置する膜２の光透過率は０〜９０％で良いので、光透過率０％に設定する場合は、図１２に示すように、ハーフトーン位相シフト膜１で形成されたホールパターン間の残しパターンの中央に挿入しても（図１２（ａ））、上層または下層に配置しても良い（図１２（ｂ）、（ｃ））。光強度０％に設定する場合の膜の材料としては、Ｃｒ等が有効である。

また透明基板３は、８０％以上の光透過率を有するものであるから、膜２の光透過率を８０％以上に設定する場合は、図１３に示すように、ハーフトーン位相シフト膜１で形成されたホールパターン間の残しパターンの中央のスペースに如何なる膜を配置せず、開口しておくだけでも効果が得られる。

以上のように、従来のハーフトーン位相シフトマスクを適用し、露光装置を用いてフォトレジストへ転写すると、ハーフトーン位相シフト領域を通った光と、透過領域を通った光の回析光とが重なり合い、フォトレジストの膜減りを生じさせる。

しかし、実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクを適用し、露光装置を用いてフォトレジストへ転写すると、ホールパターンを形成する位相１８０°のハーフトーン位相シフト膜を透過した光と、ホールパターン間の残しパターンの中央に配置された位相０°の膜を透過した光が相殺され、ホールパターン間の残しパターン中央の光強度が抑えられる。よって、フォトレジストの膜減りは発生せず、良好な形状となる。従来、フォトレジストの膜減りが起こるため、よりコントラストを向上できる高透過率のハーフトーン位相シフト膜が適用できなかったが、実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクを適用することで、フォトレジストの膜減りを考慮すること無しにハーフトーン位相シフト膜の透過率の最適化が可能となり、さらなる解像度向上につながる。

上記実施の形態におけるハーフトーン位相シフトマスクを光リソグラフィ装置、露光装置に用いることで、試料のフォトレジストの膜減りを考慮すること無しにハーフトーン位相シフト膜の透過率の最適化が可能となり、さらなる解像度向上につながる。

実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。 １５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜１で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンの中央に、幅３０ｎｍで、１５％の透過率を有する位相０°の膜２を挿入する形で配置した実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果を示す図である。 実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジストの断面形状をシミュレーションにて求めた結果を示す図である。 実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用した際の、従来技術との対比によるフォーカスマージン向上効果とサイドローブ抑制効果を示した図である。 実施の形態１におけるハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を示す図である。 実施の形態１における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（ラインセンター透過率０％）を示す図である。 実施の形態１における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（ラインセンター透過率８０％以上）を示す図である。 実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。 １５％の透過率をハーフトーン位相シフト膜１で形成されたピッチ２００ｎｍで１辺が１００ｎｍ角の透過率を有する位相０°の膜２を挿入する形で配置した新規ハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果を示す図である。 実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用し、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジストの断面形状をシミュレーションにて求めた結果を示す図である。 実施の形態２におけるハーフトーン位相シフトマスクを使用した際の、フォーカスマージン向上効果とサイドローブ抑制効果を示した図である。 実施の形態２における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（膜２の光透過率０％）を示す図である。 実施の形態１における別のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造（膜２の光透過率８０％以上）を示す図である。 従来のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。 １５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果である。 上記と同様に、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成された１００ｎｍ孤立ラインパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジストの断面形状をシミュレーションにて求めた結果である。 従来のハーフトーン位相シフトマスクの断面構造を示す図である。 図１８は、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成されたピッチ２００ｎｍで径１００ｎｍのホールパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合の光強度分布についてシミュレーションにて求めた結果である。 図１９は、上記と同様に、１５％の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜で形成されたピッチ２００ｎｍで径１００ｎｍのホールパターンについて、波長１５７ｎｍの露光光を用いた場合のフォトレジスト形状をシミュレーションにて求めた結果である。

符号の説明

１ ハーフトーン位相シフト膜、２ 膜、３ 透明基板、４ 電子ビーム、５ 電子線レジスト、６ エッチストップ膜、７ 幅、８ 幅、１０ 位相シフト部、１００ ハーフトーン位相シフトマスク。

Claims (8)

1. 透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーン位相シフト膜を用いて形成された位相シフト部を備え、
   上記位相シフト部は、中央部に上記透過光の位相を反転させない位相無反転部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。
2. 上記ハーフトーン位相シフト膜は、光透過率が４〜２０％であり、
   上記位相無反転部は、光透過率が０〜１００％の膜であ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。
3. 上記位相シフト部は、所定のパターン幅に形成され、
   上記位相無反転部は、上記所定のパターン幅に対し、１０〜５０％の幅を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。
4. 上記ハーフトーン位相シフトマスクは、さらに、上記位相シフト部に隣接する、所定のホール幅或いは所定のホール径のホールパターン部を有し、
   上記位相無反転部は、上記ホールパターン部の端から所定のホール幅或いは所定のホール径の１０〜１００％の距離が離れた上記位相シフト部の中央部に配置された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。
5. 上記ハーフトーン位相シフト膜は、２５０ｎｍ以下の波長領域の光に対し耐光性を有する材料を用い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。
6. 上記ハーフトーン位相シフト膜は、材料として、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とクロムフロライド（ＣｒＦ）とシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）とのうち少なくとも１つ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。
7. 上記位相無反転部は、所定の膜により形成され、
   上記所定の膜は、２５０ｎｍ以下の波長領域の光に対し耐光性を有する材料を用い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。
8. 上記位相無反転部は、所定の膜により形成され、
   上記所定の膜は、材料として、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とクロムフロライド（ＣｒＦ）とシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）とのうち少なくとも１つ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。

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