JPH05273739A - パターン転写方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光強度のコントラストが一定レベルに維持さ
れた露光パターンをウエハに対して転写することができ
るパターン転写方法を得る。 【構成】 位相シフタ１のエッジ角θ2 が９０°±２０
°の範囲にある位相シフトマスク１０ａをレチクルとし
て、縮小投影露光装置により、上記位相シフタ１のエッ
ジに対応した露光パターンをウエハ上のレジストへ転写
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ウエハ上のレジスト
膜に露光パターンを転写するパターン転写方法に関し、
特に、位相シフトマスクを用いたパターン転写方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】投影露光によるホトリソグラフィー技術
の分野において、半導体装置の高集積化に伴い、微細な
レジストパターンを精度良く形成できる技術の研究が精
力的に行われており、例えば、数十ＧＨｚレベルで動作
する半導体素子では、基板上に０．３μｍ以下レベルの
パターンが形成される微細加工技術が要求されている。

【０００３】しかしながら、エッチング用マスクとして
使用されているレジスト材料の制限により、２４８μｍ
以上の波長の光を使用せざるを得ず、この点から、一般
に光の波長と同レベルのパターン形成が限界になってい
る。

【０００４】また、図１０は、このようなパターン形成
に最も多く用いられている縮小投影露光装置であり、該
縮小投影露光装置は、ウエハステージ１４上にその表面
にレジストが所定の膜厚で塗布されたウエハ１５を載置
し、超高圧水銀灯１１を露光用光源として、所定のマス
クパターンが形成されたフォトマスク、即ち、レチクル
１２からの透過光を縮小投影レンズ１３を介して上記ウ
エハ１５のレジストに照射するものである。尚、図中θ
1 は投影レンズ１３の光軸と、該光軸とウエハの交点か
ら投影レンズ１３の出射瞳の半径を結んだ直線との角度
である。

【０００５】一般に、このような縮小投影露光装置の解
像限界（Ｒ）は投影レンズの開口数（ＮＡ）＝ｓｉｎθ
1 ，露光光の波長（λ）により、下記式（１）で表され
る（式中ｋ1 はレジスト性能を示す定数でレーリーの理
論より球面投影レンズでは０．６１２とされている）。

【０００６】 Ｒ＝ｋ1 λ／ＮＡ …（１） また、実際のレジストパターンの形成においては、基板
の反りや段差等に対応させるために、下記式（２）に示
す焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）
が必要となり、この焦点深度は一般に１．５μｍ以上と
されている（式中ｋ2 は定数である。）。

【０００７】 ＤＯＦ＝ｋ2 λ／（ＮＡ）² …（２） ところで、このような縮小投影露光装置を用いてより微
細な露光パターンをウエハ上に転写するためには、上記
式（１）よりλを小さくするか、または、ＮＡを大きく
すればよいと考えることができるが、λを小さくするに
はレンズ製作が非常に困難になるという問題点があり、
また、ＮＡを大きくすると焦点深度（ＤＯＦ）が小さく
なってしまうため、上述したレジスト材料とともに実用
されている露光装置の点からもレジストパターンの微細
化には限界があり、現実的に光の波長レベルと同等か或
いはそれより小さいレベルの微細パターンを形成するこ
とが一般に困難とされていた。

【０００８】このような点に鑑み、近年、レジスト材料
及び露光装置の制約を受けることなく、より微細化した
レジストパターンを形成できる露光パターンの転写方法
として、位相シフトマスクを用いたパターン転写方法が
提案されている。

【０００９】図８は、この位相シフトマスクの構成と、
この位相シフトマスクにより得られる露光パターン及び
該露光パターンに対応して得られるレジストパターンを
示す図であり、図８(a) は位相シフトマスクの構成を示
す断面模式図、図８(b) は図８(a) の位相シフトマスク
に局所的コヒーレンシ光を照明し、レンズで回折光の焦
点を結像させた場合のレンズ光軸に垂直な面での光強度
分布を示す図、図８(c) は図８(b) に示した光強度分布
からなる露光パターンを照射し、現像を行って得られた
レジストパターンを示す断面図である。これらの図にお
いて、１０は位相シフトマスクであり、該位相シフトマ
スク１０は石英基板２と該石英基板２上に配設された位
相シフタ１とから構成されている。また、８はウエハ、
９はネガ型レジスト、ｌ1 はネガ型レジスト９に形成さ
れた開口部の開口幅である。以下、上記位相シフトマス
クを用いて露光パターンを転写して、レジストパターン
を形成する工程について説明する。

【００１０】先ず、この位相シフトマスク１０をレチク
ルとして使用し、上記図１０に示した縮小投影露光装置
によって、レジストがその上面に塗布されたウエハ上に
光源からの光を照射すると、幅広のレジストからなる位
相シフタ１のエッジが、光源からの光を位相シフタ１の
下方に回折させ、位相シフタ１のエッジの直下に対応し
た部分にのみ光強度の低下する領域が形成され、図７
(b) に示す光強度分布を有する露光パターンが結像面に
レジストを塗布したウエハに対して照射される。

【００１１】このようにして、ウエハ上のレジストに露
光パターンが照射される。この後、通常の現像処理を施
すことにより、光の波長の半分のレベルの微細なレジス
トパターンを形成することができる。尚、ここで、この
ウエハ上のレジストとしてネガ型レジストを用いると図
７(c) に示すように、位相シフタ１のエッジの直下に対
応する部分に開口パターンが形成され、ポジ型レジスト
を用いると、位相シフトマスクのエッジの直下に対応す
る部分のレジストがウエハ上に残り、線状のレジストパ
ターンがウエハ上に形成される。

【００１２】このように、従来のレジストパターンの形
成工程では、位相シフトマスクをレチクルとしてウエハ
上のレジストに微細な露光パターンを転写し、このレジ
ストを現像することで光の波長レベルと同等かあるいは
それ以下のレベルの微細なレジストパターンの形成を可
能としている。

【００１３】図９は上記位相シフトマスクの製造工程の
一例を示す工程別断面図であり、図において、図８と同
一符号は同一または相当する部分を示し、１ａはクロル
メチルスチレン等のネガ型電子ビーム用レジスト（以
下、ネガ型ＥＢ用レジストと称す。）である。即ち、図
９ (a)に示すように、石英基板２上にネガ型ＥＢ用レジ
スト１ａを塗布し、通常のＥＢ露光，現像処理を施すこ
とにより図９(b) に示すように露光された領域のネガ型
ＥＢ用レジスト１ａが石英基板２上に残り、図８に示し
た位相シフトマスク１０が得られる。

【００１４】一方、図１１は化合物半導体の電界効果型
トランジスタと該電界効果型トランジスタのゲート電極
をリフトオフ法により形成する際に用いるレジストパタ
ーンを示す図であり、図１１(a) は化合物半導体の電界
効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）の構造を示
す断面図、図１１(b) は図１１(a) に示したＦＥＴのゲ
ート電極形成時に用いるレジストパターンの構成を示す
上面図である。図において、図８と同一符号は同一また
は相当する部分を示し、８ａは活性層、１６ａ，１６ｂ
はソース，ドレイン電極、１７はゲート電極、１７ａは
レジストパターンの開口部、ｌ2 はゲート電極１７のゲ
ート長、ｌ2 ′はゲート幅ｌ2 に対応するレジストパタ
ーンの開口部１７ａのゲート長ｌ2 に対応する開口幅で
ある。

【００１５】ＦＥＴの高速動作にはゲート電極のゲート
長を短縮することが最も重要な手段であるが、図１１
(a) に示したＦＥＴの製造時にゲート電極１７をリフト
オフ法で形成する際、図１１(b) に示すレジストパター
ンの開口部１７ａの開口幅ｌ2′をより小さくする必要
がある。

【００１６】図１２は図１１(b) に示すレジトパターン
を形成する際の位相シフタを用いたパターン転写方法を
説明するための図で、図１２(a) は位相シフタと遮光膜
パターンを組み合わせた位相シフトマスクを示す上面
図、図１２(b) は図１２(a) のXIIb−XIIb線における断
面図、図１２(c) は遮光膜を用いた不要パターン消去用
マスクの構成を示す上面図、図１２(d) は位相シストマ
スクと不要パターン消去用マスクのマスクパターンの位
置関係を明らかにするためにこれらを重ね合わせた図で
ある。図において、図８と同一符号は同一または相当す
る部分を示し、３ａ〜３ｅはＣｒからなる遮光膜パター
ン、１９は開口部である。

【００１７】以下、パターン転写方法を説明する。先
ず、図１２(a) (b) に示す位相シフタ１と遮光膜３ａ〜
３ｄとを組み合わせてなる位相シフトマスクをレチクル
として、上記図１０に示した縮小露光投影装置により、
レジストがその上面に塗布されたウエハ上にパターン転
写を行う。図１３はこの際のウエハマップ図であり、そ
のショット拡大図に示すように、この工程により、図１
１(b) に示したゲート電極に対応するレジストパターン
の開口部（開口パターン）１７ａが２つ隣接し、その上
部と下部が繋がった形状のパターンからなる光強度の低
下部分（露光パターン）１８ａがウエハ上に形成される
（図中１８ｂは積極的に光照射を受けた光強度の高い部
分である。）。次に、図１２(c) に示す遮光膜パターン
を用いた不要パターン消去用マスクをレチクルとして、
上記と同様にしてパターン転写を行うと、このマスクの
開口部１９を通して光がウエハに照射され、位相シフト
マスクと不要パターン消去用マスクが図１２(d) に示す
位置関係にあることから、上記光強度の低下部分（露光
パターン）１８ａの上部と下部に光が照射され、この部
分が消去される。そして、この後、現像を行うと図１０
(b) に示すゲート電極に対応する開口部１７ａが２つ並
んで形成されたレジストパターンが得られる。上記図８
では、単に位相シフタのみが形成された位相シフトマス
クを用いた露光パターンの転写方法（レジストパターン
の形成方法）を説明したが、この方法によれば、ＦＥＴ
のゲート電極用のレジストパターンのような異なる開口
幅（または、レジスト幅）を有するレジストパターンを
形成できる。

【００１８】尚、図１２に示した位相シフトマスクは以
下に示す形成工程により得られる。

【００１９】図１４は位相シフタと遮光膜パターンを組
み合わせた位相シフトマスクの形成工程を示す工程別断
面図であり、図において、図８，９及び図１２と同一符
号は同一または相当する部分を示し、４はエッチングス
トッパ層、５ａ，５ｂはレジスト、６はレジスト欠陥、
７はシフタ欠陥である。

【００２０】先ず、図１４(a) に示すように、ガラス基
板２上に例えば酸化アルミニウムからなるエッチングス
トッパ層４，位相シフタ用のＳｉＯ2 膜１ｂ，Ｃｒから
なる遮光膜３を順次成膜し、該Ｃｒからなる遮光膜３の
パターンとして残したい部分をレジスト５ａで保護す
る。そして、この状態でエッチングを施して遮光膜３の
不要部分を除去し、遮光膜パターン３′（３ａ〜３ｄ）
を形成し、次いで、レジスト５ａを除去する。次に、図
１４(b) に示すように、ＳｉＯ2 膜１ｂの位相シフタと
して残したい部分をレジスト５ｂで保護した後、図１４
(c) に示すように、レジスト５ｂ及び上記工程で残され
た遮光膜３をマスクとして位相シフタ用のＳｉＯ2 膜１
ｂの不要部分をエッチングストッパ層４まで除去し、こ
の後、レジスト５ｂを除去すると位相シフタ１と遮光膜
パターン３′（３ａ〜３ｄ）を有する位相シフトマスク
が完成する。

【００２１】尚、上記工程において、図１４(b) に示す
レジスト５ｂを形成する際の写真製版工程で、レジスト
欠陥６が発生すると、図１４(c) に示すように、位相シ
フタ１とは異なる領域にシフタ欠陥７が形成されること
になる。そして、このシフタ欠陥７の厚みｄ′と位相シ
フタ１の厚みｄの関係がｄ′／ｄ≧０．６にある時は、
位相シフトマスク、即ち、第１のマスクにより得られる
露光パターンには、このシフタ欠陥７による不要なパタ
ーンが含まれてしまうことになる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の位相シフトマスクを用いて露光パターンを転写し、
レジストパターンを形成する方法では、光の波長レベル
と同等か或いはそれ以下のレベルの微細なレジストパタ
ーンを形成することはできるものの、図８に示すよう
に、写真製版により位相シフタを形成する位相シフトマ
スクの製造工程において、位相シフタ１のエッジ角度θ
2 のばらつきを避けることはできず、位相シフトマスク
１０から得られる露光パターンの光強度分布の形態、即
ち、光強度のコントラストが一定にならないため、所定
の寸法幅を備えた微細なレジストパターンを得るために
は、露光パターンの転写後のレジストの現像工程におい
て、現像時間等の現像条件をその都度変更してレジスト
の現像量を制御することにより寸法調整を行わなければ
ならなかった。しかしながら、その作業は非常に面倒
で、またその作業精度も低いため、得られるパターンの
寸法は依然としてバラツキ、高歩留りに所定の寸法幅を
備えたレジストパターンを、容易且つ再現性よく得るこ
とができないという問題点があった。特に、上記露光パ
ターンにおける光強度のコントラストが低下すると、レ
ジストの現像反応性が低下するため、現像時間を多くし
てレジストの現像量を多くすると、レジストの上層部と
下層部での現像量の差が次第に増加し、例えば、ネガ型
レジストに対して開口パターンを形成する時などは、開
口部がオーバーハング形状になってパターンの寸法精度
が低下してしまい、このようなレジストパターンをその
後のウエハプロセスに適用すると、装置の加工寸法にば
らつきが生じ、得られる装置の特性を劣化させてしま
う。

【００２３】また、上述したように、位相シフトマスク
の製造工程においてシフタ欠陥が発生した場合、パター
ン転写時にシフタ欠陥による不要なパターンもウエハ上
に転写されてしまうため、これを防止する必要がある。
このため、従来より一般に位相シフタの形成後におい
て、シフタ欠陥を光学的検査方法により検査し、検出し
たシフタ欠陥に集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと称
す。）を照射して、シフタ欠陥を蒸発させる修正作業を
行っているが、ウエハの全面に対してこのような検査，
修正作業を行うことは非常に面倒であり、位相シフトマ
スクの製造効率を低下させるため、位相シフトマスクの
製造コストが高くなるという問題点があった。

【００２４】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたものであり、光強度のコントラストを一定
レベルに維持できる露光パターンをウエハに転写するこ
とができる、位相シフトマスクを用いたパターン転写方
法を得ることを目的とする。

【００２５】また、この発明の他の目的は、位相シフト
マスクの形成工程で発生したシフタ欠陥の検査，修正作
業を行う面積を可能な限り縮小できる、位相シフトマス
クを用いたパターン転写方法を提供することを目的とす
る。

【００２６】尚、以下の説明において微細なレジストパ
ターンとは光の波長レベルと同等か或いはそれ以下のレ
ベルの開口寸法或いはレジスト寸法を備えたレジストパ
ターンを意味する。

【００２７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるパター
ン転写方法は、位相シフタのエッジ角度が９０°±２０
°の範囲にある位相シフトマスクを用いるものである。

【００２８】更に、この発明にかかるパターン転写方法
は、位相シフタのエッジの側壁に、それ自体は単独では
露光パターンとして解像されない幅を有する遮光膜を設
けた位相シフトマスクを用いるものである。

【００２９】更に、この発明にかかるパターン転写方法
は、位相シフトマスクを用いて１回目のパターン転写を
行い、このパターン転写により得られる露光パターンの
シフタ欠陥により発生した不要なパターン部分を、二重
露光によって可能な限り消去するようにしたものであ
る。

【００３０】

【作用】この発明においては、位相シフタのエッジ角度
が９０°±２０°の範囲にあるため、投影レンズで結像
される露光パターンの光強度分布のばらつきが無くなっ
て、光強度のコントラストを一定レベルに維持すること
ができる。

【００３１】更に、この発明においては、位相シフタの
エッジの側壁に、それ自体は単独では露光パターンとし
て解像されない幅を有する遮光膜を設けたから、投影レ
ンズで結像される露光パターンの暗部分の幅、即ち、光
強度分布において一定レベル以下まで光強度が低下する
領域の幅を、この遮光膜の幅でもって制御することがで
きる。

【００３２】更に、この発明においては、位相シフトマ
スクを用いた１回目のパターン転写により得られた露光
パターンのシフタ欠陥により形成された不要なパターン
部分を二重露光によって可能な限り消去するようにした
から、上記位相シフトマスクのシフタ欠陥の検査とその
修正作業を、上記二重露光において、上記露光パターン
の必要なパターン部分に対応して遮光した遮光部分のみ
に行うだけでよい。

【００３３】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明の第１の実施例によるパタ
ーン転写方法用いる位相シフトマスクの断面模式図であ
り、図において、１は位相シフタ、２は石英基板、１０
ａは位相シフトマスク、θ2 は位相シフタ１のエッジ角
度を示している。ここで、θ2 は７０°〜９０°の範囲
にあり、このような位相シフトマスク１０ａは、位相シ
フタ１の形成後、位相シフタのエッジ角度を測定し、該
角度が７０°〜９０°にあるものを選別することにより
得られる。

【００３４】一方、図２は位相シフトマスクをレチクル
として縮小投影露光装置（光源波長３６５ｎｍ）により
得られた露光パターン（光強度分布）における光強度の
コントラスト（Ｃ）と位相シフトマスクの位相シフタの
エッジ角度との関係を示したものである。尚、図中、Ｎ
Ａは開口数、σはコヒーレンシ値を示している。また、
上記光強度のコントラスト（Ｃ）は下記式（３）により
得られた値であり、下記式（３）においてＩmax ，Ｉmi
n はそれぞれ光強度分布における光強度の最大及び最小
値を示している。

【００３５】 Ｃ＝（Ｉmax −Ｉmin ）／（Ｉmax ＋Ｉmin ） …（３） 図２からわかるように、本実施例の位相シフトマスク１
０ａは位相シフタ１のエッジ角度θ2 が７０°〜９０°
の範囲にあり、このような位相シフトマスク１０ａで
は、露光装置の開口数（ＮＡ），コヒーレンシ値（σ）
が変化しても得られる露光パターンの光強度分布がばら
つかず、光強度のコントラスト（Ｃ）が一定になること
がわかる。尚、図２は光学波長３６５ｎｍの場合である
が、光学波長が２４８ｎｍ，１９０ｎｍ近辺の波長の光
であっても同様の結果が得られる。

【００３６】一方、図４はこのような位相シフタのエッ
ジ角度が７０°〜９０°の範囲にある位相シフトマスク
１０ａを用いて、ウエハ上にレジストパターンを形成す
る工程を示した工程別断面図であり、図において、４は
ＧａＡｓ基板、５はレジスト、５ａは架橋領域、５ｂは
非架橋領域を示す。ここで、上記レジスト５はネガ型レ
ジストで、露光された部分が一旦架橋し、加熱すること
によってネガ化するレジストである。

【００３７】以下、この図に基づいてレジストパターン
の形成工程を説明する。先ず、図４(a) に示すように、
その上面にレジスト５が所定の厚さに塗布されたＧａＡ
ｓ基板４に対して、図示しない上記位相シフタ１のエッ
ジ角度が７０°〜９０°の範囲にある位相シフトマスク
１０ａをレチクルとして配置した縮小投影露光装置によ
り、露光パターンを照射し、次いで、加熱処理を行う
と、図４(b) に示すように、レジスト５には露光領域に
対応した架橋領域５ａと非露光領域に対応した非架橋領
域５ｂが形成される。次いで、図４(c) に示すように、
フラッド露光を行い、次いで、所定のアルカリ現像液で
現像を行うと、図４(d) に示すようにレジスト５に所定
の寸法幅ｌを有する開口が形成される。これらの工程に
おいて、図４(a) の露光工程における露光パターンの明
部と暗部の光強度分布は一定レベル以上の光強度のコン
トラストを有しているため、レジスト５の材料と膜厚等
に基づいて露光条件、現像条件を決定することにより、
例えば、上記開口部の寸法幅ｌが０．２５μｍ，開口部
のオーバーハング量Ｗ1 が０．１５μｍ以下の寸法精度
の高い微細な開口パターンを形成することができる。ま
た、位相シフタのエッジ角度が７０°〜９０°の範囲に
ある他の選別された位相シフトマスクを用いて、同様の
開口パターンを上記工程と同様にして形成したが、同様
の開口パターンを形成することができた。

【００３８】一方、位相シフタのエッジ角度が６０°よ
り小さく、それぞれが異なったエッジ角度を有する位相
シフタからなる複数の位相シフトマスクを用い、上記と
同様の工程で開口パターンを形成したところ、得られた
レジストパターンは開口部の寸法幅ｌが０．２５μｍに
達しないものや、開口部のレジストが下部まで抜けず、
基板４上に残るものが形成された。このため、それぞれ
のレジストに対して現像時間を増して現像反応を更に進
行させ、開口部の幅ｌが０．２５μｍまでの開口パター
ンを得たところ、何れもオーバーハング量Ｗ1 が０．２
μｍより大きくなり、開口部の上部と下部で開口幅が大
きく異なる寸法精度の低下したパターンしか得ることが
できなかった。

【００３９】このような本実施例のパターン転写方法で
は、位相シフタのエッジ角度が７０°〜９０°の範囲に
ある位相シフトマスクを用い、これをレチクルとしてＧ
ａＡｓ基板４上のネガ型レジスト５に露光パターンを転
写するため、この露光パターン（光強度分布）の光強度
のコントラストは、その露光条件における最大レベルに
一定に維持され、その結果、該露光パターンを照射し現
像して得られるレジストの開口パターンは、その現像条
件に見合った一定の開口幅を有する開口パターンとな
り、従来のように露光後の現像工程においてその都度現
像時間の調整等を行って、目標とする寸法幅になるよう
に現像反応を進行させるというような現像条件の変更を
行うことなく、所定の寸法幅の開口を有する開口パター
ンを容易且つ再現性よく得ることができる。

【００４０】また、このようにして得られる開口パター
ンの寸法は、一定の現状条件における露光パターンの光
強度分布における光強度のコントラストによって決定さ
れるため、該開口パターンは開口部の上部と下部での寸
法差が少ない、即ち、上述したオーバーハング量Ｗ1 が
小さい、寸法精度に優れたパターンとなる。例えば、図
５はこのようにして得られた開口パターンを電界効果型
トランジスタ（ＦＥＴ）のリセス型ゲート電極の形成工
程に適用した場合を示しており、図５(c) 〜(d) に示す
ように、上記の開口幅ｌが０．２５μｍで、オーバーハ
ング量Ｗ1 が０．１５より小さい開口パターンを用いる
ことで、能動層を高抵抗化することなく幅の狭いリセス
６を形成でき、しかも、このリセス６に対して、ゲート
長が０．２５μｍより小さいゲート電極７ａを形成する
ことができる。

【００４１】尚、上述した位相シフタのエッジ角度が７
０°より小さい位相シフトマスクを用い、上述したよう
に露光後の現像工程における現像時間の制御によって開
口幅を０．２５μｍとした開口パターンを上記ＦＥＴの
リセス型ゲート電極の形成工程に適用した場合は、開口
部のオーバーハング量Ｗ1 が０．２μｍより大きいた
め、リセス幅がおのずと大きくなり、能動層が高抵抗化
し、素子の高周波特性を著しく劣化させる結果となっ
た。

【００４２】また、上記実施例では位相シフトマスクと
して位相シフタのエッジ角が７０°〜９０°の範囲にあ
るものを使用したが、位相シフタのエッジ角が９０°〜
１１０°の範囲にあるものを使用しても上記実施例と同
様に、露光パターン（光強度分布）の光強度のコントラ
ストが最大レベルに一定に維持されるため、上記実施例
と同様の効果を得ることができる。

【００４３】実施例２．図３はこの発明の第２の実施例
によるパターン転写方法を用いる位相シフトマスクと、
該位相シフトマスクによって得られる露光パターンを示
す図であり、図３(a) は位相シフトマスクの構成を示す
断面模式図、図３(b) は図３(a) の位相シフトマスクに
局所的コヒーレンシ光を照明し、レンズで回折光の焦点
を結像させた場合のレンズ光軸に垂直な面での光強度分
布を示す図である。図において、図１と同一符号は同一
または相当する部分を示し、３はクロムからなる遮光
膜、Ｗは遮光膜の幅、１０ｂは位相シフトマスク、Ｗ′
は図中点線で示す一定の光強度（スレッショルド値）に
おける転写パターンの幅を示している。ここで、クロム
からなる遮光膜３は、それ自体は単独ではパターンとし
て解像しない幅を有している。また、これら図３(a) と
図３(b) は、この位相シフタ１の側壁に設けられた遮光
膜３の幅Ｗに対応して、該位相シフタ１によって得られ
る露光パターン（光強度分布）の暗部分の幅が決定し、
この幅が、ある一定の現像条件にてレジストを現像した
時にレジスト上に転写されるパターン幅Ｗ′に相当する
ことを意味している。

【００４４】また、この位相シフトマスクは、図８に示
した製造工程と同様にして石英基板２上に位相シフタ１
を形成した後、クロムを全面にスパッタ法により蒸着し
てクロム膜を形成した後、通常のエッチバック法により
位相シフタ１の側壁に所定幅のクロム膜を残留させるこ
とにより得られ、図６はこの工程におけるクロム膜の初
期膜厚とエッチバックにより得られる遮光膜３の幅Ｗと
の関係を示す図であり、クロム膜の初期膜厚により、遮
光膜３の幅Ｗが決定される。

【００４５】そして、このようして得られた位相シフト
マスク１０ｂを上記第１の実施例と同様に該位相シフト
マスク１０ｂをレチクルとして縮小投影露光装置によ
り、ネガ型レジストに対して露光パターンを照射する
と、光源からの光はこの位相シフタ１のエッジの側部の
遮光膜３で回折し、該遮光膜３の幅Ｗに対応して、レジ
ストには架橋領域に挟まれたその幅がＷ′に相当する非
架橋領域が形成される。

【００４６】尚、この位相シフトマスク１０ｂでは、光
が遮光膜３で回折されるため、光強度の低下した暗部が
確実に形成できるため、露光パターンの光強度分布にお
ける光強度のコントラストが低下するという不具合も解
消される。

【００４７】このように本実施例のパターン転写方法で
は、位相シフタ１の側壁にそれ自体は単独ではパターン
として解像しない幅のクロムからなる遮光膜３を設けた
ので、この遮光膜３の幅に対応して一定レベル以下に光
強度が低下した一定幅の領域を有する露光パターンを形
成でき、その結果、現像処理により得られるレジストパ
ターンの寸法幅がこの遮光膜３の幅によって制御され、
現像工程で現像時間等を変動させて現像量を調整すると
いうような面倒な操作を行うことなく、一定の現像条件
にて所定の寸法幅を備えた微細なレジストパターンを再
現性よく得ることができる。また、露光パターンの光強
度分布における光強度のコントラストが低下することも
防止できるため、得られるレジストパターンは寸法精度
の高いものとなる。

【００４８】尚、上記実施例では遮光膜３としてクロム
を用いたが、これは光を遮るものであればよく他の金属
膜であっても同様の効果を得ることができる。

【００４９】実施例３．図７は、この発明の第３の実施
例によるパターン転写方法を用いてＦＥＴのゲート電極
形成用のレジストパターンを形成する際に用いる位相シ
フトマスクと不要パターン消去用マスク、及び、これら
位相シフトマスクと不要パターン消去用マスクのマスク
部分の位置関係を示す図であり、図７(a) は位相シフト
マスクの構成を示した上面図、図７(b) は不要パターン
消去用マスクの構成を示した上面図、図７(c) は位相シ
フトマスクと不要パターン消去用マスクとを重ね合わせ
て示した上面図である。図において、図１２と同一符号
は同一または相当する部分を示し、３ｆ，３ｇはＣｒか
らなる遮光膜パターン、ｘ1 は遮光膜パターン３ｆ，３
ｇと遮光膜パターン３ａ〜３ｄの重ね合わせ余裕、ｘ2
は遮光膜パターン３ｆ，３ｇの位相シフタ１によって形
成された露光パターンを遮光する部分の幅である。

【００５０】以下、本実施例のパターン転写方法を用い
たゲート電極形成用のレジストパターンの形成工程を説
明する。

【００５１】先ず、例えば波長３６５ｎｍの露光用光源
を用い、投影レンズの開口数（ＮＡ）を０．５、縮小率
を１／５に調整した縮小投影露光装置により、図７(a)
に示す位相シフトマスクをレチクルとして、ネガ型の高
解像レジストがその上面に塗布されたウエハに１回目の
パターン転写を行う。これにより、従来と同様に図１３
のショット拡大図に示された露光パターンがウエハ上の
レジスト膜上に転写される。次に、上記と同様の露光条
件により、図７(b) に示す不要パターン消去用マスク
を、上記レジスト膜の上方に、その遮光膜パターン３
ｆ，３ｇが上記レジスト膜に転写された露光パターンの
遮光膜３ａ〜３ｄと位相シフタ１により形成されたパタ
ーン部分を完全に覆うように配置して、２回目のパター
ン転写を行う。この２回目のパターン転写により、上記
位相シフトマスクにより得られた露光パターンの不要な
パターン部分、即ち、図１３のショット拡大図に示すゲ
ート電極の形状に対応した２つのパターンを繋ぐ部分が
露光されることにより消去される。この際、位相シフト
マスクの形成時に位相シフタ１のエッジから離れた領域
に形成されたシフタ欠陥に対応して転写された不要なパ
ターン部分も同時に消去されることになる。そして、こ
の後、所定の現像条件により現像を行うと、レジスト上
の、２回のパターン転写おける光強度が低下したパター
ン部分の重なり部分が除去され、ゲート電極に対応した
開口パターンが形成される。

【００５２】ここで、上記露光条件において高解像レジ
ストを用いた場合、位相シフトマスクの位相シフタ１に
より得られる露光パターンの幅は０．１５〜０．３μｍ
程度まで縮小できる。つまり、遮光膜パターンの幅を
０．７５μｍ〜１．５μｍにしたことに匹敵する。ま
た、光学的検査方法による位相シフトマスクのシフタ欠
陥の検出限界は位相シフトマスク上で５〜１０μｍレベ
ルである。従って、上記不要パターン消去用マスクの遮
光膜パターン３ｆ，３ｇの位相シフタ１によって形成さ
れた露光パターンを遮光する部分の幅ｘ2 の５．７５〜
１１．５μｍ程度まで縮小できる。

【００５３】また、遮光膜パターン３ｆ，３ｇの遮光膜
パターン３ａ〜３ｄに対する重ね合わせ余裕ｘ1 は、露
光装置の重合わせ精度が０．５〜１．５μｍレベルであ
り、光学的検査方法による位相シフトマスクのシフタ欠
陥の検出限界が位相シフトマスク上で５〜１０μｍレベ
ルであることから、５〜１０μｍまで短縮することがで
きる。

【００５４】このような本実施例のパターン転写方法で
は、位相シフタと遮光膜パターンを組み合わせたゲート
電極の形状に対応したパターン部分を含む露光パターン
を形成できる位相シフトマスクを用いて１回目のパター
ン転写を行い、これによって生じた露光パターンの必要
部分、即ち、ゲート電極の形状に対応したパターン部分
を遮光する遮光膜パターン３ｆ，３ｇを備えた不要パタ
ーン消去用マスクを用いて２回目のパターン転写を行う
ようにしたので、２回目のパターン転写により、１回目
のパターン転写により得られた露光パターンの内の位相
シフタ１によって形成された不要なパターン部分と、位
相シフタ１の形成時に位相シフタ１のエッジから離れた
領域に生じた（図１４に示した）シフタ欠陥７によって
形成された不要なパターン部分を当時に消去することが
できる。従って、位相シフトマスクの形成後におけるシ
フタ欠陥の検査，修正作業を、位相シフタ１の必要なパ
ターンを形成するエッジ部分の近傍のみに対して行うだ
けでよくなり、位相シフトマスクの製造効率を向上で
き、位相シフトマスクの製造コストを低減することがで
きる。

【００５５】尚、上記実施例では位相シフトマクで１回
目のパターン転写を、遮光膜パターンからなる不要パタ
ーン消去用マスクで２回目のパターン転写を行ったが、
この順次を逆にしても同様の効果を得ることができる。

【００５６】また、上記実施例ではネガ型レジストを用
いたが、本発明においてはポジ型レジストを用いても同
様の効果を得ることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、位相シ
フタのエッジ角度を９０°±２０°の範囲にある位相シ
フトマスクをレチクルとしてパターン転写を行うように
したので、レジストに照射される露光パターンは常に一
定レベルに維持された光強度コントラストを有する光強
度分布で構成され、該露光パターンが照射されたレジス
トを一定の現像条件で現像することにより、所定の寸法
幅を備えた光の波長レベルか或いはそれ以下のレベルの
微細なレジストパターンを高い寸法精度で再現性よく形
成することができ、その結果、微細加工が施された高性
能の半導体装置を高歩留りに製造することができる効果
がある。

【００５８】更に、この発明によれば、位相シフトマス
クの位相シフタの側壁に、それ自体は単独では露光パタ
ーンとして解像されない幅を有する遮光膜を設けてパタ
ーン転写を行うようにしたので、投影レンズで結像され
る露光パターン内に一定レベルより光強度が低下した領
域をその遮光膜の幅に応じて形成することができ、該露
光パターンが照射されたレジストを一定の現像条件で現
像することにより、所定の寸法幅を備えた光の波長レベ
ル或いはそれ以下のレベルの微細なレジストパターンを
高い寸法精度で再現性よく形成することができ、その結
果、微細加工が施された高性能の半導体装置を高歩留り
に製造することができる効果がある。

【００５９】更に、この発明によれば、位相シフトマス
クを用いた１回目のパターン転写によって得られた露光
パターンのシフタ欠陥により形成された不要なパターン
部分を二重露光によって可能な限り消去するようにした
ので、上記位相シフトマスクを形成した後のシフタ欠陥
の検査とその修正作業を、従来のように位相シフトマス
クの位相シフタが形成されていない領域全面に対して行
う必要なく、必要な露光パターンを形成する位相シフタ
のエッジの近傍のみに対して行うだけでよくなり、その
結果、位相シフトマスクの製造コストの低減と製造時間
の短縮が可能になるとともに、パターン欠陥発生率の低
い半導体素子を得ることかできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例によるパターン転写方
法に用いる位相シフトマスクの断面模式図である。

【図２】図１に示す位相シフトマスクをレチクルとして
縮小投影露光装置（光源波長３６５ｎｍ）により得られ
た露光パターン（光強度分布）における光強度のコント
ラスト（Ｃ）と位相シフトマスクの位相シフタのエッジ
角度との関係を示す図である。

【図３】この発明の第２の実施例によるパターン転写方
法に用いる位相シフトマスクの構成と該位相シフトマス
クによって得られる露光パターンとを示す図である。

【図４】図１に示す位相シフトマスクを用いたパターン
転写方法によりレジストパターンを形成する工程を示す
工程別断面図である。

【図５】図４に示すレジストパターンの形成工程によっ
て形成されたレジストパターンを用いてＦＥＴのリセス
型ゲート電極を形成する工程を示す工程別断面図であ
る。

【図６】図３に示す位相シフトマスクの遮光膜を形成す
る際の遮光膜の幅Ｗとクロム膜の初期膜厚との関係を示
す図である。

【図７】この発明の第３の実施例によるパターン転写方
法に用いる位相シフトマスクと不要パターン消去用マス
ク、及び、これら２つのマスクの遮光膜パターンの位置
関係を示す図である。

【図８】位相シフトマスクの構成と機能を説明するため
の図である。

【図９】位相シフトマスクの製造工程の一例を示した図
である。

【図１０】縮小投影露光装置の構成を示す図である。

【図１１】ＦＥＴの構成とＦＥＴのゲート電極形成用の
レジストパターンを示す図である。

【図１２】従来のパターン転写方法に用いる位相シフト
マスクと不要パターン消去用マスク、及び、これら２つ
のマスクの遮光膜パターンの位置関係を示す図である。

【図１３】図１２に示す位相シフトマスクでパターン転
写を行った時のウエハマップ図である。

【図１４】図１２に示す位相シフトマスクの製造工程を
示す工程別断面図である。

【符号の説明】

１ シフタ １ａ ネガ型レジスト １ｂ ＳｉＯ2 膜 ２ 石英基板 ３ クロムからなる遮光膜 ３ａ〜３ｇ 遮光膜パターン ５ レジスト ５ａ 架橋領域 ５ｂ 非架橋領域 ６ リセス ７ ゲート金属 ７ａ ゲート電極 ８ ウエハ ８ａ 活性層 ９ ネガ型レジスト １０，１０ａ，１０ｂ 位相シフトマスク １１ 水銀ランプ １２ レチクル １３ 縮小投影レンズ １４ ウエハステージ １５ ウエハ １６ａ ソース電極 １６ｂ ドレイン電極 １７ ゲート電極 １７ａ 開口パターン １８ａ 光強度が低下した部分（露光パターン） １８ｂ 光強度が高い部分

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に位相シフタを配設した位相
   シフトマスクに露光用光源からの光を照射して、上記位
   相シフタのエッジに対応した露光パターンをウエハ上の
   レジストへ転写するパターン転写方法であって、 上記位相シフタのエッジ角度が９０°±２０°の範囲に
   あることを特徴とするパターン転写方法。
2. 【請求項２】 透明基板上に位相シフタを配設した位相
   シフトマスクに露光用光源からの光を照射して、上記位
   相シフタのエッジに対応した露光パターンをウエハ上の
   レジストへ転写するパターン転写方法であって、 上記位相シフタの側壁に、それ自体は単独では露光パタ
   ーンとして解像しない幅の遮光膜を設けたことを特徴と
   するパターン転写方法。
3. 【請求項３】 透明基板上に位相シフタを配設した位相
   シフトマスクに露光用光源からの光を照射して、上記位
   相シフタのエッジに対応した露光パターンをウエハ上の
   レジストへ転写するパターン転写方法であって、 上記露光パターンの転写後、転写された露光パターンの
   必要なパターン部分のみを遮光する遮光膜パターンをマ
   スクにして、該遮光膜パターンに対応した露光パターン
   を上記レジストへ転写することを特徴とするパターン転
   写方法。
4. 【請求項４】 透明基板上に位相シフタと遮光膜パター
   ンとを配設した位相シフトマスクに露光用光源からの光
   を照射して、上記位相シフタのエッジに対応した露光パ
   ターンと上記遮光膜パターンに対応した露光パターンと
   をウエハ上のレジストへ転写するパターン転写方法であ
   って、 上記露光パターンの転写後、上記位相シフタのエッジに
   対応した露光パターンの内の必要なパターン部分と、上
   記遮光膜パターンに対応した露光パターンのみを遮光す
   る遮光膜パターンをマスクにして、該遮光膜パターンに
   対応した露光パターンを上記レジストへ転写することを
   特徴とするパターン転写方法。