JP3449857B2 - ハーフトーン位相シフトマスクとその製造方法 - Google Patents
ハーフトーン位相シフトマスクとその製造方法Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＬＳＩや超ＬＳＩな
どの半導体集積回路装置の製造プロセスで用いるレチク
ルと呼ばれるフォトマスク、特にハーフトーン位相シフ
トマスクと称されるフォトマスクと、その製造方法に関
するものである。
どの半導体集積回路装置の製造プロセスで用いるレチク
ルと呼ばれるフォトマスク、特にハーフトーン位相シフ
トマスクと称されるフォトマスクと、その製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路装置の製造に用いられる
フォトマスクのうち、特に微細なパターンを作成するの
にハーフトーン位相シフトマスクが使用されている。ハ
ーフトーン位相シフトマスクは透明基板上に所定のパタ
ーンに従って位相シフト層を兼ねるハーフトーン遮光層
によりパターンを形成したものである。
フォトマスクのうち、特に微細なパターンを作成するの
にハーフトーン位相シフトマスクが使用されている。ハ
ーフトーン位相シフトマスクは透明基板上に所定のパタ
ーンに従って位相シフト層を兼ねるハーフトーン遮光層
によりパターンを形成したものである。
【０００３】半導体集積回路装置が微細化するに従い、
位相シフト層でない遮光層によりパターンを形成し、遮
光部分では光を完全に遮断する通常のマスクを用いた露
光方法では、解像度の確保と焦点深度の確保の点で限界
に来ている。そのため、位相シフトを利用したマスクを
用いる微細加工技術が開発されている。特に、微細なホ
ールを開口するために、位相シフト層を兼ねるハーフト
ーン遮光層を用いたハーフトーン位相シフトマスクが広
く用いられている（特開平５−１２７３６１号公報、特
開平６−５１４８９号公報、特開平７−４３８８８号公
報、特開平７−１０４４５７号公報参照）。
位相シフト層でない遮光層によりパターンを形成し、遮
光部分では光を完全に遮断する通常のマスクを用いた露
光方法では、解像度の確保と焦点深度の確保の点で限界
に来ている。そのため、位相シフトを利用したマスクを
用いる微細加工技術が開発されている。特に、微細なホ
ールを開口するために、位相シフト層を兼ねるハーフト
ーン遮光層を用いたハーフトーン位相シフトマスクが広
く用いられている（特開平５−１２７３６１号公報、特
開平６−５１４８９号公報、特開平７−４３８８８号公
報、特開平７−１０４４５７号公報参照）。
【０００４】その応用技術として、露光光の漏れを防止
するために、開口部のエッジ以外の部所に遮光層を設け
る方法（特開平７−１２８８４０号公報参照）や、焦点
深度を向上させるために開口の大きさに応じてエッジ部
のハーフトーン遮光層の膜厚を変化させる方法（特開平
７−２０６２４号公報参照）なども提案されている。こ
れらのハーフトーン遮光層は、層構造としては１層に限
らず複層のものもあるが、いずれもその位相シフト量は
１８０°である。
するために、開口部のエッジ以外の部所に遮光層を設け
る方法（特開平７−１２８８４０号公報参照）や、焦点
深度を向上させるために開口の大きさに応じてエッジ部
のハーフトーン遮光層の膜厚を変化させる方法（特開平
７−２０６２４号公報参照）なども提案されている。こ
れらのハーフトーン遮光層は、層構造としては１層に限
らず複層のものもあるが、いずれもその位相シフト量は
１８０°である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さらに微細化が進む
と、位相差を１種類に限った従来のハーフトーン位相シ
フトマスクでは限界が見えている。これを解決する１つ
の方法は、露光波長の短波長化などの装置面での改善で
あるが、装置の改善には莫大な開発費と設備投資が必要
となる。そこで、本発明はハーフトーン位相シフトマス
クの構造を改良することによってさらに解像力と焦点深
度を向上させることを目的とするものである。
と、位相差を１種類に限った従来のハーフトーン位相シ
フトマスクでは限界が見えている。これを解決する１つ
の方法は、露光波長の短波長化などの装置面での改善で
あるが、装置の改善には莫大な開発費と設備投資が必要
となる。そこで、本発明はハーフトーン位相シフトマス
クの構造を改良することによってさらに解像力と焦点深
度を向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のハーフトーン位
相シフトマスクは、透明基板上に、その透明基板の表面
で所定のパターンに従って形成された位相シフト層を兼
ねる第１のハーフトーン遮光層が形成され、第１のハー
フトーン遮光層のパターンの側面に、第１のハーフトー
ン遮光層とも透明基板とも位相が異なるとともに、第１
のハーフトーン遮光層の位相に対して９０度以上で１８
０度未満の位相差をもち、第１のハーフトーン遮光層と
は異なる材料で位相シフト層を兼ねる第２のハーフトー
ン遮光層が形成されていることを特徴とするものであ
る。第２のハーフトーン遮光層は、その幅が０μｍより
大きく０．２μｍ以下であることが好ましい。
相シフトマスクは、透明基板上に、その透明基板の表面
で所定のパターンに従って形成された位相シフト層を兼
ねる第１のハーフトーン遮光層が形成され、第１のハー
フトーン遮光層のパターンの側面に、第１のハーフトー
ン遮光層とも透明基板とも位相が異なるとともに、第１
のハーフトーン遮光層の位相に対して９０度以上で１８
０度未満の位相差をもち、第１のハーフトーン遮光層と
は異なる材料で位相シフト層を兼ねる第２のハーフトー
ン遮光層が形成されていることを特徴とするものであ
る。第２のハーフトーン遮光層は、その幅が０μｍより
大きく０．２μｍ以下であることが好ましい。
【０００７】このハーフトーン位相シフトマスクを製造
するには、透明基板上に位相シフト層を兼ねる第１のハ
ーフトーン遮光層を形成し、それにパターン化を施すこ
とにより第１のハーフトーン遮光層パターンを形成した
後、全面に第１のハーフトーン遮光層とも透明基板とも
位相の異なる位相シフト層を兼ねる第２のハーフトーン
遮光層を成膜し、その後ドライエッチングで第２のハー
フトーン遮光層の全面をエッチバックすることにより第
１のハーフトーン遮光層パターンの開口部の側面に第２
のハーフトーン遮光層を形成する。
するには、透明基板上に位相シフト層を兼ねる第１のハ
ーフトーン遮光層を形成し、それにパターン化を施すこ
とにより第１のハーフトーン遮光層パターンを形成した
後、全面に第１のハーフトーン遮光層とも透明基板とも
位相の異なる位相シフト層を兼ねる第２のハーフトーン
遮光層を成膜し、その後ドライエッチングで第２のハー
フトーン遮光層の全面をエッチバックすることにより第
１のハーフトーン遮光層パターンの開口部の側面に第２
のハーフトーン遮光層を形成する。
【０００８】
【実施の形態】本発明のハーフトーン位相シフトマスク
の断面図を図１に示す。１はマスクのベースとなる透明
ガラス基板で、通常は石英ガラスを使用する。２は位相
シフト層を兼ねる第１のハーフトーン遮光層で、通常は
ガラス基板１に対して透過光の位相を１８０°反転さ
せ、その透過率が５〜３０％になるような薄膜を用い
る。ハーフトーン遮光層２の材料としては、Ｃｒの酸化
膜、Ｃｒの窒化膜、Ｃｒの酸窒化膜、ＳＯＧ（スピン・
オン・グラス）膜、ＭｏＳｉ膜などを用いることができ
る。ハーフトーン遮光層２のパターンの開口部の側面に
ハーフトーン遮光層２とは基板１に対する位相シフト量
の異なる第２のハーフトーン遮光層３が設けられてい
る。ハーフトーン遮光層３を設ける点が従来のハーフト
ーン位相シフトマスクと異なる点である。ハーフトーン
遮光層３はその組成比や膜厚を変えることにより位相差
を制御することができる。
の断面図を図１に示す。１はマスクのベースとなる透明
ガラス基板で、通常は石英ガラスを使用する。２は位相
シフト層を兼ねる第１のハーフトーン遮光層で、通常は
ガラス基板１に対して透過光の位相を１８０°反転さ
せ、その透過率が５〜３０％になるような薄膜を用い
る。ハーフトーン遮光層２の材料としては、Ｃｒの酸化
膜、Ｃｒの窒化膜、Ｃｒの酸窒化膜、ＳＯＧ（スピン・
オン・グラス）膜、ＭｏＳｉ膜などを用いることができ
る。ハーフトーン遮光層２のパターンの開口部の側面に
ハーフトーン遮光層２とは基板１に対する位相シフト量
の異なる第２のハーフトーン遮光層３が設けられてい
る。ハーフトーン遮光層３を設ける点が従来のハーフト
ーン位相シフトマスクと異なる点である。ハーフトーン
遮光層３はその組成比や膜厚を変えることにより位相差
を制御することができる。
【０００９】ハーフトーン遮光層３を設けたことによる
効果を確かめるために、以下の条件で光の強度分布のシ
ュミレーションを実施した。シュミレーションソフトは
Ｆ−ＴＲＥＰＴＯＮ（冨士総研）を使用した。以下の記
述ではパターンサイズは全て縮小露光後のウエハ上での
サイズで統一する。 露光波長： ３６５ｎｍ レンズの開口数ＮＡ： ０.５７ パーシャルコヒーレンシー： ０.３ 露光透過領域のサイズ： ０.４μｍ ハーフトーン遮光層２，３の透過率： ８％
効果を確かめるために、以下の条件で光の強度分布のシ
ュミレーションを実施した。シュミレーションソフトは
Ｆ−ＴＲＥＰＴＯＮ（冨士総研）を使用した。以下の記
述ではパターンサイズは全て縮小露光後のウエハ上での
サイズで統一する。 露光波長： ３６５ｎｍ レンズの開口数ＮＡ： ０.５７ パーシャルコヒーレンシー： ０.３ 露光透過領域のサイズ： ０.４μｍ ハーフトーン遮光層２，３の透過率： ８％
【００１０】基板１に対するハーフトーン遮光層２の透
過光の位相差を１８０°とし、ハーフトーン遮光層３の
幅Ｗを０.０５μｍに固定し、ハーフトーン遮光層２に
対するハーフトーン遮光層３の透過光の位相差をパラメ
ータにして光強度分布を計算した結果を示したのが図２
である。図２（ａ）はベストフォーカス時で、図２
（ｂ）は１μｍのデフォーカス時の光強度分布を表わし
ている。位相差が１８０度のものはハーフトーン遮光層
３の位相が基板１と同じになり、ハーフトーン遮光層３
を付加しない場合と同じになる。図２の結果から、ある
一定の位相差のハーフトーン遮光層３を設けることによ
り、ハーフトーン遮光層３を設けない従来の場合と比較
して開口部中央の光のピークが高くなり、コントラスト
が上昇しているのが分かる。
過光の位相差を１８０°とし、ハーフトーン遮光層３の
幅Ｗを０.０５μｍに固定し、ハーフトーン遮光層２に
対するハーフトーン遮光層３の透過光の位相差をパラメ
ータにして光強度分布を計算した結果を示したのが図２
である。図２（ａ）はベストフォーカス時で、図２
（ｂ）は１μｍのデフォーカス時の光強度分布を表わし
ている。位相差が１８０度のものはハーフトーン遮光層
３の位相が基板１と同じになり、ハーフトーン遮光層３
を付加しない場合と同じになる。図２の結果から、ある
一定の位相差のハーフトーン遮光層３を設けることによ
り、ハーフトーン遮光層３を設けない従来の場合と比較
して開口部中央の光のピークが高くなり、コントラスト
が上昇しているのが分かる。
【００１１】図３にハーフトーン遮光層２に対するハー
フトーン遮光層３の位相差と、開口部中央での光強度と
の関係を示す。ハーフトーン遮光層３の位相差が９０度
以上で１８０度未満において、開口部中央の光強度が従
来よりも強くなっている。
フトーン遮光層３の位相差と、開口部中央での光強度と
の関係を示す。ハーフトーン遮光層３の位相差が９０度
以上で１８０度未満において、開口部中央の光強度が従
来よりも強くなっている。
【００１２】次に、ハーフトーン遮光層２に対するハー
フトーン遮光層３の位相差を１３５°に固定して、ハー
フトーン遮光層３の幅Ｗをパラメータにしたときの光強
度分布を図４に示す。図４（ａ）はベストフォーカス
時、図４（ｂ）は１μｍデフォーカス時の光強度分布で
ある。幅が０のときがハーフトーン遮光層３を設けない
場合に相当する。図４の結果に基づき、ハーフトーン遮
光層３の幅Ｗと開口部中央での光強度の関係を図５に示
す。ハーフトーン遮光層３の幅が０μｍより大きく、
０.２μｍ以下のとき、開口部の光強度が従来より強く
なっているのが分かる。
フトーン遮光層３の位相差を１３５°に固定して、ハー
フトーン遮光層３の幅Ｗをパラメータにしたときの光強
度分布を図４に示す。図４（ａ）はベストフォーカス
時、図４（ｂ）は１μｍデフォーカス時の光強度分布で
ある。幅が０のときがハーフトーン遮光層３を設けない
場合に相当する。図４の結果に基づき、ハーフトーン遮
光層３の幅Ｗと開口部中央での光強度の関係を図５に示
す。ハーフトーン遮光層３の幅が０μｍより大きく、
０.２μｍ以下のとき、開口部の光強度が従来より強く
なっているのが分かる。
【００１３】
【実施例】本発明のハーフトーン位相シフトマスクの作
成方法の一例を図６に示す。 （ａ）ハーフトーン遮光層２のパターンニングまでは従
来通りである。すなわち、透明石英基板１上にスパッタ
法やＣＶＤ法にて位相シフト層を兼ねるハーフトーン遮
光層２を成膜し、その上にレジスト層４を塗布した後、
電子ビーム露光装置などを用いてレジスト層４のパター
ニングを行なう。そのレジストパターンをマスクにして
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチ
技術や、ウエットエッチ技術を用い、ハーフトーン遮光
層２をエッチングし、その後レジスト層４を除去する。
成方法の一例を図６に示す。 （ａ）ハーフトーン遮光層２のパターンニングまでは従
来通りである。すなわち、透明石英基板１上にスパッタ
法やＣＶＤ法にて位相シフト層を兼ねるハーフトーン遮
光層２を成膜し、その上にレジスト層４を塗布した後、
電子ビーム露光装置などを用いてレジスト層４のパター
ニングを行なう。そのレジストパターンをマスクにして
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチ
技術や、ウエットエッチ技術を用い、ハーフトーン遮光
層２をエッチングし、その後レジスト層４を除去する。
【００１４】（ｂ）位相シフト層を兼ねるハーフトーン
遮光層３を成膜する。このときのハーフトーン遮光層３
の膜厚は、次のエッチバック後にハーフトーン遮光層２
のパターンの側壁に所望の幅Ｗを確保するのに必要な膜
厚に設定する。
遮光層３を成膜する。このときのハーフトーン遮光層３
の膜厚は、次のエッチバック後にハーフトーン遮光層２
のパターンの側壁に所望の幅Ｗを確保するのに必要な膜
厚に設定する。
【００１５】（ｃ）ハーフトーン遮光層３の全面をＲＩ
Ｅなどのドライエッチでエッチバックすることにより、
ハーフトーン遮光層２のパターンの側壁にハーフトーン
遮光層３を形成する。ハーフトーン遮光層３の幅Ｗは、
上の工程（ｂ）で成膜するハーフトーン遮光層３の膜厚
をＹとすれば、Ｗはほぼ０.８Ｙとなることが経験的に
分かっているので、Ｗはハーフトーン遮光層３の成膜時
の膜厚を制御することにより所望の値に設定することが
できる。
Ｅなどのドライエッチでエッチバックすることにより、
ハーフトーン遮光層２のパターンの側壁にハーフトーン
遮光層３を形成する。ハーフトーン遮光層３の幅Ｗは、
上の工程（ｂ）で成膜するハーフトーン遮光層３の膜厚
をＹとすれば、Ｗはほぼ０.８Ｙとなることが経験的に
分かっているので、Ｗはハーフトーン遮光層３の成膜時
の膜厚を制御することにより所望の値に設定することが
できる。
【００１６】
【発明の効果】本発明のハーフトーン位相シフトマスク
は、第１のハーフトーン遮光層のパターンの開口部の側
面に第１のハーフトーン遮光層とも透明基板とも位相の
異なる第２のハーフトーン遮光層を設けたので、新たな
露光装置の開発や設備投資を行なうことなく、簡便に、
解像力の向上と焦点深度の拡大を実現できる。本発明の
製造方法では、従来のＬＳＩウエハプロセスで用いてい
たエッチバック法を応用することにより、本発明のマス
クを簡便に作成することができる。
は、第１のハーフトーン遮光層のパターンの開口部の側
面に第１のハーフトーン遮光層とも透明基板とも位相の
異なる第２のハーフトーン遮光層を設けたので、新たな
露光装置の開発や設備投資を行なうことなく、簡便に、
解像力の向上と焦点深度の拡大を実現できる。本発明の
製造方法では、従来のＬＳＩウエハプロセスで用いてい
たエッチバック法を応用することにより、本発明のマス
クを簡便に作成することができる。
【図１】本発明のマスクを示す断面図である。
【図２】パターン開口部に追加した第２の第２のハーフ
トーン遮光層の幅を一定にして位相差を変えた場合の透
過光強度を示す図であり、（ａ）はベストフォーカス
時、（ｂ）は１μｍのデフォーカス時である。
トーン遮光層の幅を一定にして位相差を変えた場合の透
過光強度を示す図であり、（ａ）はベストフォーカス
時、（ｂ）は１μｍのデフォーカス時である。
【図３】図２の結果に基づく、位相差と開口部中央での
光強度の関係を示す図である。
光強度の関係を示す図である。
【図４】パターン開口部に追加した第２のハーフトーン
遮光層の位相差を固定し、その幅を変化させた場合の透
過光強度を示す図であり、（ａ）はベストフォーカス
時、（ｂ）は１μｍのデフォーカス時である。
遮光層の位相差を固定し、その幅を変化させた場合の透
過光強度を示す図であり、（ａ）はベストフォーカス
時、（ｂ）は１μｍのデフォーカス時である。
【図５】図４の結果に基づく、幅と開口部中央での光強
度の関係を示す図である。
度の関係を示す図である。
【図６】一実施例の製造方法を示す工程断面図である。
１ 基板
２ 第１のハーフトーン遮光層
３ 第２のハーフトーン遮光層
Claims (4)
- 【請求項１】 透明基板上に、 その透明基板の表面で所定のパターンに従って形成され
た位相シフト層を兼ねる第１のハーフトーン遮光層が形
成され、 第１のハーフトーン遮光層のパターンの側面に、第１の
ハーフトーン遮光層とも透明基板とも位相が異なるとと
もに、第１のハーフトーン遮光層の位相に対して９０度
以上で１８０度未満の位相差をもち、第１のハーフトー
ン遮光層とは異なる材料で位相シフト層を兼ねる第２の
ハーフトーン遮光層が形成されていることを特徴とする
ハーフトーン位相シフトマスク。 - 【請求項２】 第２のハーフトーン遮光層は、その幅が
０μｍより大きく０．２μｍ以下である請求項１に記載
のハーフトーン位相シフトマスク。 - 【請求項３】 第２のハーフトーン遮光層は、その透過
率が第１のハーフトーン遮光層の透過率と同じである請
求項１又は２に記載のハーフトーン位相シフトマスク。 - 【請求項４】 透明基板上に位相シフト層を兼ねる第１
のハーフトーン遮光層を形成し、それにパターン化を施
すことにより第１のハーフトーン遮光層パターンを形成
した後、全面に第１のハーフトーン遮光層とも透明基板
とも位相の異なる位相シフト層を兼ねる第２のハーフト
ーン遮光層を成膜し、その後ドライエッチングで第２の
ハーフトーン遮光層の全面をエッチバックすることによ
り第１のハーフトーン遮光層パターンの開口部の側面に
第２のハーフトーン遮光層を形成することを特徴とする
ハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16380196A JP3449857B2 (ja) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | ハーフトーン位相シフトマスクとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16380196A JP3449857B2 (ja) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | ハーフトーン位相シフトマスクとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09325469A JPH09325469A (ja) | 1997-12-16 |
| JP3449857B2 true JP3449857B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=15780968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16380196A Expired - Fee Related JP3449857B2 (ja) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | ハーフトーン位相シフトマスクとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449857B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100546269B1 (ko) * | 1998-03-03 | 2006-04-21 | 삼성전자주식회사 | 하프톤 위상반전마스크 및 그 제조방법 |
| JP2003005344A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-08 | Nec Corp | ハーフトーン位相シフトマスク及びその製造方法 |
| JP4850616B2 (ja) * | 2005-08-12 | 2012-01-11 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| JP6035884B2 (ja) * | 2012-06-07 | 2016-11-30 | 大日本印刷株式会社 | フォトマスクの製造方法 |
| CN105717737B (zh) | 2016-04-26 | 2019-08-02 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种掩膜版及彩色滤光片基板的制备方法 |
| JP6315033B2 (ja) * | 2016-07-09 | 2018-04-25 | 大日本印刷株式会社 | フォトマスク |
| JP7383490B2 (ja) * | 2020-01-07 | 2023-11-20 | 株式会社エスケーエレクトロニクス | フォトマスク |
-
1996
- 1996-06-03 JP JP16380196A patent/JP3449857B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09325469A (ja) | 1997-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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