JP3472022B2

JP3472022B2 - フォトマスクの作成方法

Info

Publication number: JP3472022B2
Application number: JP06138196A
Authority: JP
Inventors: 郁男米田; 信一伊藤; 秀樹金井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09258427A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等をリ
ソグラフィー技術を用いて製造する際に使用されるフォ
トマスクの作成方法に係り、特に、露光の際に透過光に
対して所定の位相差を与える位相シフトマスクの作成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１にリソグラフィープロセスにおいて
露光に使用されるステッパの概要を示す。フォトマスク
１４はステッパにセットされ、光源１１から発射された
光は、フライアイレンズ１３及びコンデンサレンズ１４
を通って平行光線としてフォトマスク１４に入射し、更
に投影レンズ１５を通ってウェハ１６上に集光される。
これによって、フォトマスク１４上に形成されているパ
ターンがウェハ１６上に塗布されているレジストに縮小
転写される。最近の半導体素子の高集積化を目的とする
微細加工技術に対する要求の高度化に伴い、ステッパの
光学系及びフォトマスクについて、パターン解像力向
上、露光焦点深度増大などを目指して改良が行われてい
る。

【０００３】その中で、フォトマスクについては、マス
クパターン面上の一部に位相シフタを設けることによっ
て、光学像の一部の位相を反転させて非位相反転部と重
ね合わせ、それによって解像度を向上させ且つ焦点深度
を増加させる位相シフトマスクが開発されている。

【０００４】位相シフトマスクの１つにレベンソンマス
クがある。レベンソンマスクの構造として、例えば、特
開昭６２−１８９４６８号公報においては、図２に示さ
れる様な基板堀込み型レベンソンマスクが開示されてい
る。図２において、２１は石英基板、２２は遮光膜、２
４は位相シフタを表しており、石英基板２１を所定のパ
ターンに合わせて深さｄだけ堀込むことによって位相シ
フタ２４が形成されている。

【０００５】図３に基板堀込み型レベンソンマスクの製
造工程の概要を示す。先ず、遮光膜３２によりパターン
が形成された石英基板３１の光透過部３６の一つ置きに
レジスト３３のパターンを形成する。この石英基板を反
応性イオン３７などによってエッチングすることによ
り、位相シフタ３４が形成される。その後、レジスト３
３を除去してレベンソンマスクを得る。

【０００６】また、同様の位相シフタ構造・製造方法に
より、図４に示される様なシフタエッジ型マスクが作成
される。なお、図４において、４１は石英基板、４３は
レジスト、４７は反応性イオン、４４は位相シフタを表
している。

【０００７】位相シフトマスクを使用して、透過光の光
学像を位相反転させて重ね合わせ、解像力を向上させ且
つ焦点深度を増加させるためには、位相シフタにより与
えられる位相差を１８０度近傍の目標値に調整する必要
がある。

【０００８】図５は、透過光の強度分布に与えるフォー
カスの条件の影響を示したもので、縦軸は透過光の強
度、横軸はウエハ表面上の位置、５４は位相シフタ部、
５５は非シフタ部を表す。図５に示す様に、位相差が目
標値（１８０度）から外れた場合、露光の際のデフォー
カス時に、隣合う開口部を透過した光強度の間で差異が
生ずる。このために、露光装置においてフォーカスズレ
がある部分あるいは基板上において段差がある部分で
は、パターン寸法の制御性が悪くなり、デバイス特性を
劣化させる要因となる。位相シフタにより与えられる位
相差は、主として基板堀込み深さに比例する。従って、
フォトマスクの作成工程では、基板堀込深さを目標値に
近付けるべく高精度の加工が要求される。

【０００９】基板掘込み深さを高精度に調整するために
は、シフタエッチング途中にエッチング深さを測定し、
目標エッチング量との差を評価して、更に、シフタエッ
チングを付加するといった手法を取る必要がある。大き
なパターンを測定するとエッチング速度のパターン依存
性（マイクロローディング効果）によるエッチング量の
変化が考慮されないため、位相差の測定には無視し得な
い誤差が含まれる。そのため、デバイスパターンに類似
した微細パターン部分の位相差を測定する必要がある。
そのような位相差測定方法には、光学的測定方法、ＡＦ
Ｍ、接触式段差測定装置を用いる方法などがある。

【００１０】ところが、位相シフタエッチングの途中の
マスクでは、レジストなどのエッチングマスクが残って
おり、光学的位相差測定方法では、レジストを含めた位
相差を測定していることとなり、位相差測定値の誤差が
大きくなっていた。

【００１１】また、ＡＦＭ、接触式段差測定装置によっ
てＣｒ遮光膜などのエッチングマスクを含めて段差測定
して、その後、予め測定しておいたＣｒ遮光膜の厚さを
差し引いて位相差を求めた場合でも、Ｃｒ遮光膜のエッ
チング量が未知であるため位相差測定値に誤差を生じて
いた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の様な問
題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、露光光
学像の解像力及び焦点深度を向上させるべく、フォトマ
スクに位相シフタを加工する際、主としてエッチング深
さによって決定される位相差を高精度に調整することを
可能にしたフォトマスクの作成方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のフォトマスクの
作成方法は、透光性基板の表面の掘込み深さを制御する
ことによって、露光の際に透過光に対して所定の位相差
を生じさせるフォトマスクの製造方法において、透光性
基板上の露光領域内に、素子の回路として使用されるパ
ターンを配置した領域に加えて、素子の回路としては使
用されないパターンを配置した位相差評価用領域を形成
し、透光性基板の表面をエッチングする工程の途中で、
前記位相差評価用領域のエッチングマスクの一部を選択
的に除去して、透過光に対する位相差を測定することに
より、位相差の目標値に対する誤差を評価する工程を少
なくとも１回有することを特徴とする。

【００１４】なお、前記エッチングマスクが有機被膜の
場合、光アシストエッチング法、レーザーアブレーショ
ン法、又は収束イオンビームを用いて、前記エッチング
マスクの一部を選択的に除去することをが望ましい。

【００１５】また、前記エッチングマスクは遮光性また
は半透過性の被膜の場合、光アシストエッチング法、レ
ーザーアブレーション法、又は収束イオンビームを用い
て、前記透光性基板を削ることなく、前記エッチングマ
スクの一部を選択的に除去することが望ましい。

【００１６】また、前記位相差評価用領域に配置される
パターンのデザインルールとしては、素子の回路として
使用される領域のパターンと同一のデザインルールを用
いることが望ましい。

【００１７】本発明のフォトマスクの作成方法によれ
ば、透光性基板上の露光領域内にエッチング量を評価す
るため位相差評価用領域を設け、この領域に位相差評価
用のパターンを配置する。基板に位相シフタをエッチン
グする工程の途中で、上記の位相差評価用領域の一部に
おいてエッチングマスクを選択的に除去して、透過光に
対する位相差を測定する。この様にして得られた測定結
果に基いて、追加すべきエッチング量、具体的にはエッ
チングの時間を決定する。以上の様に、(1) 基板のエッ
チング、(2) 位相差評価用領域の一部におけるエッチン
グマスクの選択除去、(3) 形成された位相差の測定、の
各工程を繰返し行うことによって、エッチレートのパタ
ーン依存性、あるいはエッチング装置及びエッチングプ
ロセスの持つ不安定要因に起因するエッチレートの変動
などの影響を取除いて、位相差精度の高いフォトマスク
（位相シフトマスク）の作成が可能になる。

【００１８】また、位相シフタ部により生ずる位相差の
測定の際、光学的な方法を用いて実際に使用される透過
光の波長に対する位相差を直接、測定することによっ
て、微細パターンにおけるエッチングデポ物、エッチン
グ面荒れ、導波路効果などの影響を包含した位相差を、
レジスト等のエッチングマスクの影響を受けずに、直
接、測定することが可能となり、位相シフタ部により生
ずる位相差精度を向上させることができる。

【００１９】なお、予め、位相差と接触式の段差計によ
る段差測定値との間で相関を求めておいて、位相差を段
差測定値から換算することも可能である。なお、最適な
エッチング量の値の一例としては、特願平６−２２２１
９０に記載されている様に、遮光膜の側壁と位相シフタ
の側壁とがおおむね一致し、隣接する開口部で交互に基
板堀込み量を変化させた位相シフトマスクでは、露光波
長２４８ｎｍ、石英基板の屈折率を１．５０としたと
き、位相シフタ部でほぼ４８８ｎｍ、非シフタ部で２４
８ｎｍとすることが望ましい。この位相差に合わせて位
相シフトマスクを作成すれば、露光光学像の焦点深度を
大きくすることができる。また、位相シフタの側壁が遮
光膜の側壁の内側に隠される形状を持つ位相シフトマス
クでは、上述と同様の条件で、位相シフタ部のエッチン
グ量をほぼ２４８ｎｍとすることが望ましい。このタイ
プの位相シフトマスクでも、目標値通りの位相差に合わ
せて作成すれば、露光光学像の焦点深度を大きくするこ
とができる。前者（両掘り込み型）では、導波路効果に
より位相が進むので後者より所望のエッチング深さは小
さくなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。（例１）図６に本発明の実施の形態の一例を示す。図６
は、レベンソンマスクの作成工程の説明図であり、この
例では、波長２４８ｎｍの光を露光光源として使用して
いる。

【００２１】先ず、石英基板上に遮光膜パターンを以下
の様に形成する。石英基板６１上に、露光波長に対して
十分不透明な物質をスパッタなどの方法によって成膜
し、その上に、レジストなどのエッチングマスク材をス
ピンコータなどにより塗布し、電子線描画装置あるいは
レーザー描画装置などを用いてパターニングを行った
後、エッチングを行って、図６（ａ）に示す様な遮光膜
パターン６２を形成する。

【００２２】この遮光膜パターンには、デバイスとして
機能するパターンに加えて、少なくとも一箇所の位相差
評価用領域を含める。図７に、位相差評価用領域の一例
を示す。この例では、作成するマスクをＤＲＡＭ（ダイ
ナミックＲＡＭ）のビット線形成用の露光マスクとし、
位相差評価用領域７７にはラインアンドスペース（Ｌ＆
Ｓ）を基本とするパターン７６を形成した。この例で作
成した位相差評価用のパターンサイズでは、マスク上の
最小パターンピッチを１．４４μｍ（ウェハ上では０．
３６μｍ）とした。この例では、この位相差評価用のパ
ターンをマスク基板のほぼ中央部及び周辺部の、デバイ
スパターン７８が無い部分にそれぞれ５個ずつ配置し
た。

【００２３】次に、マスク基板全面にレジスト等のエッ
チングマスク材を全面塗布する。この例では、スピンコ
ータを用いてｉ線レジストを膜厚１μｍで塗布した。次
に、レベンソンマスクの位相シフタ加工用のパターンを
形成する。これは、図６（ｂ）に示す様に、遮光膜パタ
ーン６２の光透過部の１つ置きに開口域が配置されたパ
ターン６７であり、レベンソンマスクの位相シフタ部６
４のレジスト６３を電子線描画あるいはレーザー描画等
の描画手法により除去して、石英基板を露出させる。こ
の例ではレーザー描画装置を用いて描画を行った。

【００２４】次に、このマスク基板をエッチングして位
相シフタ６４を形成する。石英基板６１のエッチングに
は、ウェットエッチング、ＣＤＥ（ケミカルドライエッ
チング）、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の方法
を適用することができる。この例ではＣＦ４ガスを用い
た平行平板型ＲＩＥを用いた。この例で用いた平行平板
型ＲＩＥの概略図を図８に示す。本装置は、チャンバー
８５、対向電極８６、８７、高周波電源８８、反応ガス
供給口８３、及び真空ポンプ８２などからなる。対向電
極の間に露光マスク８９をセットして、反応ガスを流し
ながら対向電極間に高周波電圧を与え、プラズマ８４を
発生させて、石英基板の表面をエッチングする。エッチ
ングの条件は、ＣＦ４の流量を１０ｓｃｃｍ、ガス圧力
を２Ｐａ、電極に印加するＲＦパワーを０．２８Ｗ／ｃ
ｍ² とした。この条件で、石英基板のエッチング速度は
２５ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。作成されたフォトマス
クは、図６（ｃ）に示す様に、遮光膜側壁と位相シフタ
側壁とが概略、一致し、開口部において交互に基板堀込
み量を変化させたフォトマスクである。所望の位相差を
得るためのエッチング深さは、露光波長２４８ｎｍ及び
石英の屈折率を考慮すると、ほぼ２４０ｎｍとなること
から、エッチング時間は９分間とした。

【００２５】次に、図６（ｄ）に示す様に、位相差評価
用領域の中のエッチングマスク６３の内の一部を選択的
に除去して、位相差を測定する。この例では、光アシス
トエッチング法を用いて位相差評価用パターン上のレジ
ストを除去した。図９に、この例で用いた光アシストエ
ッチング装置の概略図を示す。本装置は、石英窓９４を
備えたチャンバー９５、光源９１、集光レンズ９６、Ｏ
₂ ガス供給口９３、及び真空ポンプ９２からなる。チャ
ンバー９５内にマスク基板９９をセットして、Ｏ₂ ガス
を流しながらレジスト上の所定の範囲に光を集光照射す
ることによって、光が集光照射された範囲のレジストが
除去される。この例では、Ｏ₂ ガス圧力を１００ｔｏｒ
ｒとし、光源としてＨｇ−Ｘｅランプ（２００Ｗ、波長
２００ｎｍ〜４５０ｎｍ）を用い、これを直径２００μ
ｍ程度に集光した。この時のレジストのエッチレート
は、ほぼ２０ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。レジストコー
ト時のレジストの厚さは１μｍであったが、位相シフタ
エッチングの際、レジストも一部、削られているため、
レジストの厚さは６００ｎｍ程度であった。そのため、
レジストを完全に除去するために必要なエッチング時間
（レーザー光照射時間）は３０分であった。

【００２６】次に、エッチングマスクが除去された部分
の位相差評価用パターンを用いて、位相シフタ６４の位
相差を測定する。この例では、位相差測定には光学的位
相差測定器を用いた。図１０に、この例で用いた光学的
位相差測定装置の概略図を示す。本装置では、エキシマ
レーザ光源１０１を用いて発生させた光を、プリズム１
０２で２つの光束に分離し、それらをフォトマスク１０
３の位相シフタ部１０４及び非シフタ部１０５に入射さ
せる。位相変調プリズム１０６を機械的に走査させなが
ら、フォトマスク１０３を透過した２つの光束を干渉さ
せると、２つの光束の位相変化に対応して光増幅装置１
０７で観測される干渉強度が変化する。この干渉強度の
変化と位相変調プリズム１０６の位相変調度の相関か
ら、フォトマスク１０３の位相シフタ部１０４と非シフ
タ部１０５との間の位相差が求められる。この例では使
用するエキシマレーザー光源の波長を２４８ｎｍとし
た。

【００２７】本装置で図６（ｄ）のフォトマスクの位相
差を求めたところ、所望位相差との誤差が５°であっ
た。これを石英基板の段差に換算すると、段差の目標値
からの誤差は７ｎｍとなる。そこで、このフォトマスク
に対して、更に、追加の位相シフタ加工を施した。石英
基板のエッチングに使用した装置は、前回と同様、図８
に示した平行平板型ＲＩＥであり、エッチング条件も前
回と同様に、ＣＦ４の流量を１０ｓｃｃｍ、ガス圧力を
２Ｐａ、電極に印加するＲＦパワーを０．２８Ｗ／ｃｍ
² とした。前回のエッチレートは２５ｎｍ／ｍｉｎであ
ったので、今回のエッチング時間は１５秒とした。

【００２８】次に、このフォトマスクの位相差を再び測
定する。先ず、フォトマスク上の位相差評価用領域の
内、未だレジストが除去されていないパターン部分の一
部のレジストを選択除去する。この例では、図６（ｅ）
に示す様に、前回の位相差測定に用いたパターンの隣の
部分のレジストを除去した。レジストの除去には前回と
同様に、図９に示した光アシストエッチング装置を用い
た。レーザー光照射時間は前回と同じく３０分とし、位
相差測定には前回と同様に、図１０に示した位相差測定
装置を使用した。その結果、所望位相差との誤差１°を
得た。位相差の目標値に対する誤差が許容範囲内に収ま
ったため、位相シフタエッチングの工程を終了した。

【００２９】次に、エッチングマスクを除去する。この
例では、ＳＨ処理によって硫酸と過酸化水素の混合溶液
によりレジストを酸化して除去した。さらに、この例で
は、フォトマスクの全開口領域をほぼ露光波長１波長分
だけエッチングした。この時の目標エッチング量は、２
４８ｎｍであった。このエッチングには、位相シフタエ
ッチングと同様に、図８に示された平行平板型ＲＩＥを
使用した。エッチングガスとしてＣＦ４を用い、反応室
ガス圧力を２Ｐａ、電極に印加するＲＦパワーを０．２
８Ｗ／ｃｍ² 、エッチング時間を９分３０秒とした。こ
れにより、図１４に示される様な、隣接する開口部で堀
込量を交互に変化させた両堀込型レベンソンマスクが完
成した。なお、図１４において、１４１は石英基板、１
４４は位相シフタ部（位相差π部）、１４５は非シフタ
部（位相差０部）を表す。

【００３０】この例で得られた位相誤差１°のフォトマ
スクを用いて、ＮＡ＝０．５、σ＝０．３、波長２４８
ｎｍの露光装置で投影露光したところ、０．１８μｍＬ
＆Ｓパターンの焦点深度として１．５μｍが得られた。
なお、従来のエッチングレート及びエッチング時間に基
く位相差コントロールによってフォトマスクを作成する
場合には、位相制御の精度が低く、上記の様な焦点深度
の大きなフォトマスクを作成するのは困難であった。

【００３１】次に、本発明によるフォトマスクの作成方
法を実デバイスパターンに適用するため、１Ｇ−ＤＲＡ
Ｍのメモリセル部配線層マスクを作成した。位相差評価
用領域には最小線幅０．１５μｍのＬ＆Ｓを用いた。こ
のフォトマスクに、本発明の方法で位相シフタを形成し
たところ、位相誤差２°のフォトマスクが得られた。こ
のフォトマスクを上述の露光装置で投影露光した結果、
配線パターンを寸法精度良く解像することができ、デバ
イスの電気的特性を向上することができた。（例２）次に、本発明の実施の形態の第二の例について
説明する。

【００３２】先ず、石英基板上に遮光膜パターンを以下
の様に形成する。石英基板上に、露光波長に対して十分
不透明な物質をスパッタなどの方法によって成膜し、そ
の上に、レジストなどのエッチングマスク材をスピンコ
ータなどにより塗布し、電子線描画装置あるいはレーザ
ー描画装置などを用いてパターニングを行った後、エッ
チングを行う（図６（ａ））。

【００３３】この遮光膜パターンには、デバイスとして
機能するパターンに加えて、少なくとも一箇所の位相差
評価用領域を含める。この例では、作成するマスクをＤ
ＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）の素子分離領域形成用露
光マスクとし、位相差評価用領域にはライン＆スペース
（Ｌ＆Ｓ）を基本とするパターンを形成した。この例で
作成した位相差評価用領域のパターンサイズはマスク上
の最小パターンピッチ１．４４μｍ（ウエハ上では０．
３６μｍ）とした。この例では、この位相差評価用パタ
ーンをマスク基板ほぼ中央部及び周辺部の、デバイスパ
ターンが無い部分（光透過部）にそれぞれ５個ずつ配置
した（図７）。

【００３４】次に、マスク基板全面にレジスト等のエッ
チングマスク材を全面塗布する。この例では、スピンコ
ータを用いてｉ線レジストを膜厚１μｍで塗布した。次
に、このマスク基板にレベンソンマスクの位相シフタ加
工用の開口域を形成する。これは、遮光膜パターンの光
透過部の１つ置きに開口域が配置されたパターンであ
り、レベンソンマスクの位相シフタ部のレジストを、電
子線描画、レーザー描画等の描画手法により除去して、
石英基板を露出させる。この例では、レーザー描画装置
を用いて描画を行った（図６（ｂ））。

【００３５】次に、このマスク基板をエッチングして、
位相シフタを形成する。石英基板のエッチングには、ウ
ェットエッチング、ＣＤＥ（ケミカルドライエッチン
グ）、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の方法を適
用することができる。この例では、第一の例と同様に図
８に示したＣＦ４ガスを用いた平行平板型ＲＩＥを用い
た。エッチングの条件は、ＣＦ４の流量を１０ｓｃｃ
ｍ、ガス圧力を２Ｐａ、電極に印加するＲＦパワーを
０．２８Ｗ／ｃｍ２とした。この条件で石英基板のエッ
チレートは２５ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。作成された
フォトマスクは、位相シフタ側壁が遮光膜側壁の内側に
隠される形状を持つ位相シフトマスクで、目標位相差と
して１８０°を得るためのエッチング深さは、露光波長
２４８ｎｍ及び石英の屈折率を考慮すると２４８ｎｍと
なることから、エッチング時間は９分間とした。

【００３６】以上の工程までは、デバイスパターン、形
成された位相シフトマスクの形状、及び、目標位相差を
除いては、第一の例と同様である。次に、図１５に示す
部分的レジスト剥離兼位相差測定装置を使用して、位相
差評価用領域の内の１つのエッチングマスク（レジス
ト）を除去し、位相差を測定した。

【００３７】図１５は、この例で使用した部分的レジス
ト剥離兼位相差測定装置の概念図である。試料チャンバ
には、Ｏ₂ ガスの供給口１６３及び真空ポンプ１６２が
接続され、試料チャンバの上面に配置された石英ガラス
製の窓の外側にはアシストエッチング用光源１６１が配
置され、試料チャンバの側面に配置された２枚の石英ガ
ラス製の窓の外側には、それぞれ、位相差測定用光源１
５８及び光増幅装置１５９が配置されている。また、位
相差測定用光源１５８の前面には位相変調プリズム１５
７が、光増幅装置１５９の前面には位相変調プリズム１
５６が、それぞれ配置されている。チャンバの内部に
は、フォトマスク１５３を保持するマスクステージ１５
２、位相差測定用光源１５８からの光を裏面側からフォ
トマスク１５３に照射する切替えミラー１５１ｂ、フォ
トマスク１５３を透過した光を光増幅装置１５９へ入射
させる切替えミラー１５１ａが配置されている。更に、
この装置は、切替えミラー１５１ａ及び１５１ｂを移動
することによって、アシストエッチング用光源１６１か
らの光を表面側からフォトマスク１５３に照射させる様
に切替えることが可能である。

【００３８】次に、この装置の使用法を説明する。先
ず、この部分的レジスト剥離兼位相差測定装置にフォト
マスク１５３をセットする。切替えミラー１５１ａ及び
１５１ｂをアシストエッチング用光源１６１の光軸の外
に移動した後、マスクステージ１５２を微動して、露光
マスク１５３の位相差評価用領域に、表面側からアシス
トエッチング用光源１６１が照射される様にアライメン
トする。次に、チャンバ内にエッチングガスであるＯ₂
ガスを流す。この例では、Ｏ₂ ガスの圧力を１００ｔｏ
ｒｒとした。この状態で、アシストエッチング用光源１
６１を露光マスク１５３上に集光照射する。この例で
は、光源にはＨｇ−Ｘｅランプ（２００Ｗ、波長２００
ｎｍ〜４５０ｎｍ）を用い、この光をマスク上で直径２
００μｍ程度に集光した。このときのレジストエッチレ
ートは２０ｎｍ／ｍｉｎであり、３０分の光照射時間で
パターン部のレジストが除去された。

【００３９】次に、ガス供給と集光照射光を停止して、
切替えミラー１５１ａ及び１５１ｂをアシストエッチン
グ用光源１６１の光軸を遮断する位置に移動して、切替
えミラー１５１ａ及び１５１ｂによって位相差測定系を
構成する。即ち、位相差測定用光源１５８からの光が、
位相変調プリズム１５７を介して、切替えミラー１５１
ｂに入射し、切替えミラー１５１ｂによって反射された
光が、フォトマスク１５３を通って、切替えミラー１５
１ａに入射し、切替えミラー１５１ａによって反射され
た光が、位相変調プリズム１５６を介して、光増幅装置
１５９に入射する様にする。

【００４０】次に、マスクステージ１５２を微動して、
位相差検査光学系にマスク上の位相シフタ部１５４と非
シフタ部１５５をアライメントする。本装置では、位相
差測定光源１５８より発射された光を位相変調プリズム
１５７で２つの光束に分離し、それをフォトマスク１５
３の位相シフタ部１５４、及び非シフタ部１５５に入射
させる。位相変調プリズム１５７を機械的に走査させな
がら、フォトマスク１５３を透過した２つの光束を干渉
させると、２つの２光束の位相変化に対して、光増幅装
置１５９で観測される干渉強度が変化する。この干渉強
度の変化と位相変調プリズム１５７の位相変調度の相関
からフォトマスク１５３の位相シフタ部１５４、非シフ
タ部１５５の位相差が求められる。この例では、位相差
測定光源１５８をエキシマレーザー光源とし、波長を２
４８ｎｍとした。

【００４１】測定の結果、位相シフタの位相差が１７９
°で、目標値（１８０°）との誤差が非常に小さい、高
精度なフォトマスクを得た。この例では１回のエッチン
グで位相差が誤差の許容値内に収まったので、位相シフ
タエッチングを終了した。

【００４２】その後、レジストをＳＨ処理により酸化し
て除去し、フォトマスクを完成した。なお、ＳＨ処理の
代りにＯ₂ プラズマによる酸化を用いたＯ₂ アッシャー
によってレジストを除去しても良い。

【００４３】更に、この例では、マスク全体を希弗酸溶
液でウェットエッチングを施した。濃度１０％の溶液で
２分間処理を行った結果、Ｃｒ遮光膜をエッチングする
ことなく、石英基板のみがほぼ２０ｎｍエッチングされ
た。この結果、位相シフタ側壁が遮光膜側壁内側に隠れ
たタイプのレベンソンマスクが完成した。

【００４４】この例で得られた位相差１７９°のフォト
マスクを用いて、ＮＡ＝０．６、σ＝０．３、波長２４
８ｎｍの露光装置で投影露光したところ、０．１５μｍ
Ｌ＆Ｓパターンで焦点深度として０．９μｍを得た。な
お、従来のエッチレートとエッチング時間に基く位相差
コントロールにより作成されるフォトマスクでは、位相
制御の精度が低く、焦点深度の大きなフォトマスクを作
成するのは困難であった。

【００４５】次に、この例のフォトマスクの作成方法を
実デバイスパターンに適用するために１Ｇ−ＤＲＡＭの
メモリセル部配線層マスクを作成した。位相差評価用領
域には最小線幅０．１５μｍのＬ＆Ｓを用いた。この例
の方法でフォトマスクに対して位相シフタを形成したと
ころ、位相差１７９°のフォトマスクを得た。このフォ
トマスクを図１に示した露光装置で投影露光した結果、
配線パターンを寸法精度良く解像することができ、デバ
イスの電気的特性を向上することができた。（本発明の他の適用例について）本発明による効果は以
上に述べた例に限定されるものではない。例えば、位相
差評価用領域の形状及びフォトマスク上への配置方法な
どは、図７に示した例に限定されるものではない。ま
た、作成するマスクは、第一の例（図６、図１４）ある
いは第二の例に示した様なタイプのレベンソンマスクに
限定されない、例えば、図１３に示す様なシフタエッジ
マスク（ここで、１３１は石英基板、１３７はシフタパ
ターン、１３４は位相シフタを表す）など、基板自体を
エッチングして位相を変化させるフォトマスクの全てに
対して適用できる。

【００４６】位相シフタをエッチングするためのエッチ
ング装置に付いても、以上の例で用いた平行平板型ＲＩ
Ｅ装置（図８）に限定されるものではなく、マグネトロ
ンＲＩＥ装置、ＥＣＲ−ＲＩＥ装置など他のエッチング
装置も使用できる。

【００４７】位相差評価用パターン部のエッチングマス
ク選択除去に用いる装置に付いても、以上の例で用いた
光アシストエッチング装置（図９）に限定されるもので
はなく、図１１に示される高出力パルスレーザーを用い
たレーザーアブレーション法（ここで、１１５はチャン
バ、１１１は光源、１１６は集光レンズ、１１４は石英
窓、１１９は防着板、１１３はフォトマスクを表す）、
あるいは、図１２に示されるＩＢＡＥ法（イオンビーム
アシストエッチング、ここで、１２５はチャンバ、１２
９はＦＩＢ（収束イオンビーム）、１２４はプラズマ、
１２３はフォトマスクを表す）なども使用できる。

【００４８】位相シフタのエッチングと位相差の測定の
回数に付いては、以上の例では２回及び１回であった
が、位相シフタの位相差が目標の解像力及び焦点深度を
得るために必要な位相誤差許容範囲に収まれば、これよ
り多くても少なくても良い。

【００４９】位相シフタの位相差測定方法に付いても、
上記の例で示した２つの光束を干渉させて強度変化を観
察する方法（図１０、１５）の他に、図１６に示す様な
装置を用いてフォトマスクの像を焦点位置を変動させな
がら観察し、光強度差を観察する方法（ここで、２０１
はＣＣＤカメラ、２０２は対物レンズ、２０３はフォト
マスク、２０４はコンデンサレンズ、２０５は光増幅装
置を表す）などでも同様の目的が達成できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の位相シフト型のフォトマスクの
作成方法によれば、基板をエッチングする工程の途中に
おいて、形成された位相シフタの位相差を精密に測定し
て、エッチングの条件を微調整することができるので、
高い寸法精度の位相シフトマスクを容易に且つ再現性良
く作成することが可能となった。この結果、露光光学像
の焦点深度を大幅に向上させる効果が達成された。

【図面の簡単な説明】

【図１】投影露光装置の構造を示す図。

【図２】基板掘込み型レベンソンマスクの形状を説明す
る図。

【図３】従来のレベンソンマスクの作成工程を説明する
図。

【図４】シフタエッジマスクの作成工程を説明する図。

【図５】レベンソンマスクの位相差の誤差と光強度差と
の関係を説明する図。

【図６】本発明によるレベンソンマスクの作成工程を説
明する図、（ａ）〜（ｆ）は位相シフタの量を調整する
工程の順序を表す。

【図７】位相差評価用領域の一例を示す図。

【図８】平行平板型ＲＩＥの構造を示す図。

【図９】光アシストエッチング装置の構造を示す図。

【図１０】光学的位相差測定装置の一例を示す図。

【図１１】レーザーアブレーション装置の構造を示す
図。

【図１２】ＩＢＡＥの構造を示す図。

【図１３】本発明によるシフタエッジマスクの作成工程
を説明する図。

【図１４】本発明による両堀込型レベンソンマスクの作
成工程を説明する図。

【図１５】本発明による部分的レジスト剥離兼位相差測
定装置の概略図。

【図１６】光学的位相差測定装置の別の例の概略図。

【符号の説明】

１１、９１、１０１、１１１・・・光源、１２・・・フライアイレンズ、１３・・・コンデンサレンズ、１４、８９、９９、１０３、１１３、１２３・・・フォ
トマスク、１５・・・投影レンズ、１６・・・半導体ウェハ、２１、３１、４１、６１、７１、１３１、１４１・・・
石英基板、２２、３２、６２、７２・・・遮光膜、２４、３４、４４、６４、１３４・・・位相シフタ、３３、４３、６３、７３・・・レジスト（エッチングマ
スク）、３６・・・光透過部、３７、４７・・・反応性イオン、５４、１０４、１４４、１５４・・・位相シフタ部、５５、１０５、１４５、１５５・・・非シフタ部、６７、１３７・・・シフタパターン、７６・・・位相差評価用パターン、７７・・・位相差評価用領域、７８・・・デバイスパターン、８２、９２・・・真空ポンプ、８３・・・反応ガス供給口、８４、１２４・・・プラズマ、８５、９５、１１５、１２５・・・チャンバ、８６、８７・・・対向電極８８・・・高周波電源、９３、１６３・・・Ｏ₂ ガス供給口、９４、１１４・・・石英窓、９６、１１６・・・集光レンズ、１０２・・・プリズム、１０６・・・位相変調プリズム、１０７・・・光増幅装置、１１９・・・防着板、１２９・・・ＦＩＢ、１５１ａ、１５１ｂ・・・切替えミラー、１５２・・・マスクステージ、１５３、２０３・・・フォトマスク、１５６、１５７・・・位相変調プリズム、１５８・・・位相差測定用光源、１５９・・・光増幅装置、１６１・・・アシストエッチング光源、１６２・・・真空ポンプ、１６３・・・Ｏ₂ ガス供給口、２０１・・・ＣＣＤカメラ、２０２・・・対物レンズ、２０４・・・コンデンサレンズ、２０５・・・光源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−200149（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16 H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板の表面の掘込み深さを制御す
ることによって、露光の際に透過光に対して所定の位相
差を生じさせるフォトマスクの製造方法において、透光性基板上に、素子の回路としては使用されないパタ
ーンを配置した位相差評価用領域を設け、この位相差評
価用領域に配置されるパターンのデザインルールを、素
子の回路として使用される領域のパターンのデザインル
ールと同等にし、透光性基板の表面をエッチングする工程の途中で、前記
位相差評価用領域のエッチングマスクの一部を選択的に
除去して、透過光に対する位相差を測定することによ
り、位相差の目標値に対する誤差を評価する工程を少な
くとも１回有すること、を特徴するフォトマスクの作成方法。
【請求項２】基板上にレジストを塗布する工程と、請求項１記載の方法によって作成されたフォトマスクを
用いてレジストにパターンを露光して転写する工程と、露光されたレジストを現像して、ポジまたはネガのパタ
ーンを基板の表面に形成する工程と、前記パターンが表面に形成された基板をエッチングする
工程と、を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。