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JP2003114514A - マスクを用いたパターンの転写方法、ハーフトーンマスク、及びその製造方法、並びに回路基板の製造方法 - Google Patents

マスクを用いたパターンの転写方法、ハーフトーンマスク、及びその製造方法、並びに回路基板の製造方法

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Publication number
JP2003114514A
JP2003114514A JP2001306951A JP2001306951A JP2003114514A JP 2003114514 A JP2003114514 A JP 2003114514A JP 2001306951 A JP2001306951 A JP 2001306951A JP 2001306951 A JP2001306951 A JP 2001306951A JP 2003114514 A JP2003114514 A JP 2003114514A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resist
halftone
film
light
transparent substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001306951A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunio Watanabe
晋生 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2001306951A priority Critical patent/JP2003114514A/ja
Priority to TW091122655A priority patent/TW557407B/zh
Priority to KR10-2002-0059890A priority patent/KR100497830B1/ko
Priority to US10/260,532 priority patent/US6902852B2/en
Publication of JP2003114514A publication Critical patent/JP2003114514A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
    • H10P76/00—
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/29—Rim PSM or outrigger PSM; Preparation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0002—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits for manufacturing artworks for printed circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レイアウトパターンが微細になるに伴い光近
接効果が発生し、ウエハ上のレジストに、パターンの疎
密による寸法差が発生する。これを、光強度を低下させ
て露光時間を長くすることなく解決する。 【解決手段】 透明基板１上に、透過光の位相をシフト
させることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフト
ーン膜２が選択的に設けられたハーフトーンマスクにお
いて、光近接効果が発生する密集パターン領域における
ハーフトーン膜２の膜厚Ｄ１は、開口部６を透過した光
との間で、１８０度の位相差を持つような値に設定され
ている。一方、光近接効果が発生しない孤立パターン領
域におけるハーフトーン膜２の膜厚Ｄ２は、光近接効果
を起因としてパターンの疎密により生じるレジスト４上
での寸法差をなくし得る、開口部６を透過した光との間
で、１８０度＋αの位相差を持つ値に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ（Large Sc
ale Integrated Circuit) 等の回路基板の製造に好適
な、光リソグラフィに用いられるマスクを用いたパター
ンの転写方法、ハーフトーンマスク、及びその製造方
法、並びに回路基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細化はますま
す進み、その加工ルールは転写に用いる露光光の波長に
迫りつつある。それに伴いパターンが密集した密集パタ
ーン領域においては光近接効果が発生し、該光近接効果
にて、光近接効果が発生しない孤立パターン領域との間
でレジスト上の寸法に差が出る問題が生じている。この
ようなレジスト寸法差は、半導体デバイスの製造におい
て、半導体デバイスの性能を劣化させる要因となり、ま
た、解像パターンの微細化が困難ともなり、半導体パタ
ーンのさらなる高集積化を困難とする。なお、光近接効
果の詳細については後述する。
【０００３】また、最近では、クロム膜に換えて、ハー
フトーン膜を備えたハーフトーンマスクも登場してい
る。ハーフトーン膜とは、１〜２５％程度の透過率を有
し、透過光の位相を、光透過部の透過光の位相に対して
１８０度異ならせるシフタ機能を有したものである。ハ
ーフトーンマスクの場合、クロム膜を用いたクロムマス
クよりも解像度を上げることができる。ハーフトーン膜
については、例えば特開平８−３２８２３５号公報（公
開日：平成８年１２月１３日）や、特開平９−５０１１
６号公報（公開日：平成９年２月１８日）等に記載され
ている。
【０００４】ここで、ハーフトーンマスクを用いた露光
と、従来のクロムマスクを用いた露光との違いについて
説明する。
【０００５】図７（ａ）に示すように、透明基板５１の
上にクロム膜５５が設けられたクロムマスクの場合、ク
ロム膜５５部分で光は完全に遮蔽されるため、クロムマ
スクを透過する光は、透明基板５１が露出している開口
部５６を透過した光Ｘのみとなる。
【０００６】これに対し、図７（ｂ）に示すように、透
明基板５１の上にハーフトーン５２が設けられたハーフ
トーンマスクの場合は、前記したクロム膜５５とは異な
り、ハーフトーン膜５２部分では少量の光が、開口部５
７を透過した光の位相とは１８０度異なる位相に制御さ
れて透過するため、ハーフトーンマスクを透過する光
は、透明基板５１が露出している開口部５６を透過した
光Ｘと、ハーフトーン膜５２を透過した透過率数％の、
光Ｘとは位相が逆の光Ｙとなる。レジストに照射される
光Ｚは、光Ｘに位相が逆の光Ｙが合成された光であるの
で、結果的に光強度分布の傾きが急な露光光となり、同
図（ａ）に示したクロムマスクの場合よりも解像度を上
げることができる。
【０００７】なお、ハーフトーン膜５２においては、透
明基板５１を透過した光の位相に対して、その透過光の
位相を１８０度異ならせることが最も効果的であるが、
１８０度±１０度の範囲であれば、解像度を上げること
ができる。
【０００８】以下、半導体デバイスの製造に用いられる
従来のハーフトーンマスクについて、図８〜図１１を用
いて説明する。
【０００９】図８（ａ）に、従来のハーフトーンマスク
を示す。このハーフトーンマスクは、前述したように、
透明基板５１上に選択的にハーフトーン膜５２が形成さ
れた構造を有する。一般に、透明基板５１の材料として
は石英が適用される。石英基板のサイズとしては、６イ
ンチ角、厚さ０．２５インチである。ハーフトーン膜５
２の材料としては、モリブデンシリサイドが適用され、
透過率５〜６％の光学特性を有する厚さ９０〜１１０ｎ
ｍに設定される。ハーフトーンマスクを上面から見て、
透明基板５１の領域が光を透過させる光透過部として機
能し、ハーフトーン膜５２の領域が遮光部として機能す
る。
【００１０】このようなハーフトーンマスクを適用し、
露光装置を用いてレジスト（フォトレジスト）へパター
ンを転写すると、密集パターン領域において、光近接効
果が発生する。光近接効果とは、光の干渉や照射材料の
後方散乱が大きいために、図８（ｂ）に示すように、密
集パターン領域において、近接した透過光の光強度分布
が歪んでしまい、パターンの疎密による寸法差が起こる
現象や、パターン端部における丸まりや後退現象が生じ
ることをいう。この現象は、パターンが微細化するほ
ど、また、レジストの厚さが大きくなるほど顕著に現れ
る現象である。
【００１１】光近接効果が発生すると、パターンが疎で
ある孤立パターン領域とパターンが密である密集パター
ン領域とでは、たとえマスク上で同一のパターン寸法で
あっても、ウエハ上では異なった寸法となる。例えば、
図８（ｂ）では、光透過部、つまり透明基板５１が露出
している開口部５６の大きさが同じであるのに（図８
（ａ）参照）、密集パターンのホールサイズＣは孤立パ
ターンのホールサイズＡより大きくなっている。なお、
参照符号５７は、レジストに形成されたホールである。
【００１２】図９に、従来のハーフトーンマスクを適用
し、ＡｒＦ光（波長：１９３ｎｍ）の露光装置を用いて
レジストへ転写した場合について、密集パターン領域に
おけるホールサイズのピッチ依存性を示す。この図は、
従来構成のハーフトーンマスクにおける開口部５６が、
１９０ｎｍ×１９０ｎｍの矩形に形成されている場合の
ものである。また、図１０に、ホールサイズの測定に用
いた従来構成のハーフトーンマスクにおけるマスクパタ
ーンを、さらに、図１１に、各ピッチにおける露光光の
光強度分布を示す。図１０において、Ｗにて示す寸法
が、開口部５６のピッチである。
【００１３】図９より、開口部５６のピッチが５００ｎ
ｍ以下に狭くなると徐々にホールサイズが大きくなる現
象が生じることがわかる。これは、該ピッチが小さくな
るにつれて、ハーフトーン膜５２領域が狭くなり、それ
に伴ってハーフトーン膜５２による位相シフト効果も小
さくなり、解像度が悪くなるためであると考えられる。
そしてこの現象は、ピッチが３８０ｎｍにおいてピーク
値を示し、これ以降は、反対にピッチが狭くなると徐々
にホールサイズが小さくなる現象に転じる。これは、図
１１よりわかるように、３８０ｎｍを超えてさらに該ピ
ッチが小さくなると、位相シフト効果が小さくなる現象
は飽和し、今度は露光光の光強度の最大値が小さくなる
現象が生じるためである。
【００１４】前述したように、半導体デバイスの製造に
おいて、このような光近接効果によりパターンの疎密が
生じると、半導体デバイスにおいてデバイスの性能を劣
化させる要因となり、また、解像パターンの微細化が困
難となり、半導体パターンのさらなる高集積化が困難と
なる。
【００１５】このような光近接効果による疎密寸法差を
補正するために、特開平９−２４６１４９号公報には、
密集パターン領域の露光光の透過率を抑制することが記
載されている。
【００１６】該公報に記載されたマスク装置は、透過石
英基板の上面に回路パターンがクロムパターンに転写さ
れた構成において、石英基板の表或いは裏面に、クロム
パターンのうち露光光の波長が配線ピッチの４倍以上と
なる相対的に密なパターン群部に露光光の透過量を抑制
する光量抑制膜が設けられたものである。上記光量抑制
膜は、露光光の振幅透過率に対して８５パーセント以上
かつ９７パーセント未満で、露光光の光強度透過率に対
して７２パーセント以上かつ９４パーセント未満である
透過率を有している。
【００１７】このような光量抑制膜を備えることで、レ
イアウトパターンの密な領域の光強度が抑制され、光近
接効果による加工寸法のばらつきを抑えることができる
と記載されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該公報
に記載されたマスク装置のように、透過率が７２〜９４
％である光量抑制膜を密集パターン領域の全面に形成す
る方法では、その領域の光強度が全体的に低下するた
め、露光時間が長くなることは避けられず、製造コスト
を必然的に上昇させるといった問題がある。
【００１９】本発明は、上記課題に鑑みなされたもの
で、その目的は、パターンの密集領域において発生する
光近接効果を起因としたパターンの疎密によるレジスト
寸法差をなくすることのできる、マスクを用いたパター
ンの転写方法、ハーフトーンマスク、及びその製造方
法、並びに回路基板の製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明のマスクを用いた
パターンの転写方法は、上記課題を解決するために、レ
ジストに疎密のあるパターンを転写するにあたり、透過
光の位相をシフトさせることで露光光の光強度分布を急
峻にする機能を備えたハーフトーンマスクを使用し、該
ハーフトーンマスクによる上記光強度分布の急峻性を、
光近接効果が発生しない孤立パターン領域において光近
接効果が発生する密集パターン領域より弱めることで、
光近接効果を起因としてパターンの疎密により生じるレ
ジスト寸法差をなくすることを特徴としている。
【００２１】従来、ハーフトーンマスクでは、解像度を
上げるべく、光強度分布の急峻性が最も強くなるよう
に、透過光の位相がシフトされる。しかしながら、密集
パターン領域において光近接効果が生じると、露光光
（マスク透過光）の光強度分布が歪んでしまいを、マス
クにおける開口部サイズは同じであるのに、レジスト上
に形成されるパターンは、光近接効果の発生しない孤立
パターン領域に比べて大きくなってしまう。ハーフトー
ンマスクを用いて、露光光の光強度分布を急峻にして、
クロムマスクよりも解像度を上げたものの、パターンの
疎密に応じてレジスト寸法に差が生じると、やはり、デ
バイスの性能を劣化させる要因となり、また、解像パタ
ーンの微細化が困難となり、半導体パターンのさらなる
高集積化が困難となる。
【００２２】そこで、本発明では、上記したように、ハ
ーフトーンマスクの位相をシフトさせる機能を利用し、
ハーフトーンマスクにおける光強度分布の急峻性を、光
近接効果が生じない孤立パターン領域において光近接効
果が発生する密集パターン領域よりも弱め、これにて、
光近接効果を起因として孤立パターン領域と密集パター
ン領域との間で生じるレジスト寸法差をなくするように
している。
【００２３】これにより、光近接効果にて転写したパタ
ーンが広がってしまう現象自体は回避できないものの、
光強度を落として露光時間を長くすることなく、光近接
効果の影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生
じる不具合を解消することができる。
【００２４】また、光近接効果の発生自体を弱める技術
と本発明のこの技術を組み合わせることで、光近接効果
による転写したパターンの広がりを抑えると共に、か
つ、パターンの疎密によるレジスト寸法差も抑えること
ができるので、光近接効果を起因とした種々の問題を効
果的に解決することが可能となる。
【００２５】ハーフトーンマスクにおける光強度分布の
急峻性を、光近接効果が生じない孤立パターン領域にお
いて光近接効果が発生する密集パターン領域よりも弱め
るには、ハーフトーン膜形成部の透過光と透明基板が露
出した開口部の透過光との位相の差を、密集パターン領
域の該位相差よりも小さくすればよい。位相差を変化さ
せる手法としては、密集パターン領域及び孤立パターン
領域において透明基板の厚みは一定とし、ハーフトーン
膜の厚みを変化させる方法、或いは、これとは反対に、
両領域においてハーフトーン膜の膜厚は一定とし、開口
部の透明基板の厚みを変化させる方法がある。
【００２６】本発明の第１のハーフトーンマスクは、上
記課題を解決するために、透明基板上に、透過光の位相
をシフトさせることで露光光の光強度分布を急峻にする
ハーフトーン膜が選択的に設けられたハーフトーンマス
クにおいて、上記ハーフトーン膜形成部の透過光と透明
基板が露出した開口部の透過光との位相の差が、レジス
トに転写するパターンの状態に応じて異なることを特徴
としている。
【００２７】これによれば、ハーフトーン膜形成部の透
過光と透明基板が露出した開口部の透過光との位相の差
（位相差）は、マスク内で均一ではなく、レジストに転
写するパターンの状態に応じて異なる構成である。
【００２８】したがって、例えば、上記ハーフトーン膜
形成部の透過光と透明基板が露出した開口部の透過光と
の位相の差が、光近接効果が発生しない孤立パターン領
域では、光近接効果を起因としてパターンの疎密により
生じるレジスト寸法差をなくし得るように、光近接効果
が発生する密集パターン領域とは異なる値に設定された
構成（本発明の第２のハーフトーンマスク）とすること
で、既に説明したように、光強度を落として露光時間を
長くすることなく、光近接効果の影響でパターンの疎密
によりレジスト寸法差が生じる不具合を解消することが
できる。
【００２９】本発明の第３のハーフトーンマスクは、上
記課題を解決するために、透明基板上に、透過光の位相
をシフトさせることで露光光の光強度分布を急峻にする
ハーフトーン膜が選択的に設けられたハーフトーンマス
クにおいて、光近接効果が発生しない孤立パターン領域
における上記ハーフトーン膜の膜厚が、光近接効果を起
因としてパターンの疎密により生じるレジスト寸法差を
なくし得るように、光近接効果が発生する密集パターン
領域における該膜厚とは異なる値に設定されていること
を特徴としている。
【００３０】これは、ハーフトーン膜形成部の透過光と
透明基板が露出した開口部の透過光との位相の差を、光
近接効果が発生しない孤立パターン領域において、光近
接効果を起因としてパターンの疎密により生じるレジス
ト寸法差をなくし得るように、光近接効果が発生する密
集パターン領域とは異なる値に設定するための具体的構
成を提案するものである。
【００３１】ハーフトーン膜形成部の透過光と透明基板
が露出した開口部の透過光の位相の差は、ハーフトーン
膜形成部の透過光の位相を変化させても、また、開口部
の透過光の位相を変化させても変えることができ、これ
によれば、光近接効果が発生しない孤立パターン領域に
おける上記ハーフトーン膜の膜厚が、光近接効果を起因
としてパターンの疎密により生じるレジスト寸法差をな
くし得るように、光近接効果が発生する密集パターン領
域における該膜厚とは異なる値に設定されている。
【００３２】したがって、既に説明したように、光強度
を落として露光時間を長くすることなく、光近接効果の
影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生じる不
具合を解消することができるハーフトーンマスクを容易
に実現することができる。
【００３３】また、この第３のハーフトーンマスクにお
いては、上記ハーフトーン膜上であって、該ハーフトー
ン膜の位相をシフトさせる機能を阻害しない領域に、遮
光膜が設けられた構成とするこがより好ましい。
【００３４】これは、ハーフトーン膜の膜厚を孤立パタ
ーン領域と密集パターン領域とで変えると、孤立パター
ン領域と密集パターン領域との境界に段差が生じ、レジ
ストに膜厚変化の影響を及ぼす恐れがあるためである。
このようにハーフトーン膜の上に遮光膜が設けられてい
るので、該影響が及ぶことを回避することができる。
【００３５】本発明の第４のハーフトーンマスクは、上
記課題を解決するために、透明基板上に、透過光の位相
をシフトさせることで露光光の光強度分布を急峻にする
ハーフトーン膜が選択的に設けられたハーフトーンマス
クにおいて、光近接効果が発生しない孤立パターン領域
における透明基板が露出した部分の厚みが、光近接効果
を起因としてパターンの疎密により生じるレジスト寸法
差をなくし得るように、光近接効果が発生する密集パタ
ーン領域の該露出部分の厚みとは異なる値に設定されて
いることを特徴としている。
【００３６】これは、ハーフトーン膜形成部の透過光と
透明基板が露出した開口部の透過光との位相の差を、光
近接効果が発生しない孤立パターン領域において、光近
接効果を起因としてパターンの疎密により生じるレジス
ト寸法差をなくし得るように、光近接効果が発生する密
集パターン領域とは異なる値に設定するための具体的構
成を提案するものである。
【００３７】ハーフトーン膜形成部の透過光と透明基板
が露出した開口部の透過光の位相の差は、ハーフトーン
膜形成部の透過光の位相を変化させても、また、開口部
の透過光の位相を変化させても変えることができ、これ
によれば、光近接効果が発生しない孤立パターン領域に
おける透明基板が露出した部分の厚みが、光近接効果を
起因としてパターンの疎密により生じるレジスト寸法差
をなくし得るように、光近接効果が発生する密集パター
ン領域の該露出部分の厚みとは異なる値に設定されてい
る。
【００３８】これにより、既に説明したように、光強度
を落として露光時間を長くすることなく、光近接効果の
影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生じる不
具合を解消することができるハーフトーンマスクを容易
に実現することができる。
【００３９】また、上記した本発明の第１〜第４のハー
フトーンマスクにおいては、上記ハーフトーン膜がモリ
ブデンシリサイド、又はジルコンシリサイド、又はタン
タルシリサイドである構成とすることが好ましい。
【００４０】モリブデンシリサイドやジルコンシリサイ
ド、タンタルシリサイドは、現在適用される露光光の波
長において、レジストへパターンを転写するときに、サ
イドローブが発生せず、また、位相シフト効果が最大で
ある透過率を有しており、ハーフトーン膜の材質として
好ましい。
【００４１】本発明の回路基板の製造方法は、上記課題
を解決するために、上記した本発明の第１〜第４のハー
フトーンマスクを用いて、回路基板のレイアウトをレジ
ストに転写する工程を含むことを特徴としている。
【００４２】既に説明したように、上記した本発明の第
１〜第４のハーフトーンマスクを使用することで、光強
度を落として露光時間を長くすることなく、光近接効果
の影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生じる
不具合を解消することができるので、このようなハーフ
トーンマスクを用いて回路基板を製造することで、性能
の優れたデバイスを得ることができ、また、解像パター
ンの微細化を図り、半導体パターンのさらなる高集積化
を図ることができる。
【００４３】本発明のハーフトーンマスクの製造方法
は、上記課題を解決するために、透明基板上に、第１の
膜厚を有するハーフトーン膜と遮光膜とが順に成膜され
たブランクマスクにレジストを塗布する第１工程と、上
記第１工程で塗布されレジストを露光と現像とにより、
遮光膜を露出させる領域は厚膜に、ハーフトーン膜を露
出させる領域は薄膜に、透明基板を露出させる領域は無
レジストにそれぞれわけてパターニングする第２工程
と、上記第２工程で露出した遮光膜、及びその下のハー
フトーン膜をエッチングして全て除去する第３工程と、
上記第３工程後、上記第２工程でパターニングされた薄
膜領域のレジストをアッシング除去し、該薄膜領域下に
位置していた遮光膜をエッチングして全て除去する第４
工程と、上記第４工程後、残存するレジストを一旦全て
剥離し、再びレジストを塗布する第５工程と、上記第５
工程にて塗布されたレジストを露光と現像とにより、光
近接効果の発生する密集パターン領域は無レジストにな
るようにパターニングする第６工程と、上記第６工程に
て露出したハーフトーン膜を、第２の膜厚となるように
エッチングする第７工程と、上記第７行工程後、残存す
るレジストを剥離する第８工程とを有し、上記第１の膜
厚は、該膜厚のハーフトーン膜形成部を透過した光が、
透明基板が露出した開口部を透過した光に対し、密集パ
ターン領域とのレジスト寸法差をなくし得る位相差を持
つ膜厚であり、上記第２の膜厚は、該膜厚のハーフトー
ン膜形成部を透過した光が、透明基板が露出した開口部
を透過した光に対し、約１８０度の位相差を持つ膜厚で
あることを特徴としている。
【００４４】この手順に従ってハーフトーンマスクを作
製することで、上記した本発明の第３のハーフトーンマ
スクを容易に得ることができる。
【００４５】本発明のハーフトーンマスクの製造方法
は、上記課題を解決するために、第１の厚みを有する透
明基板上に所定の膜厚を有するハーフトーン膜を成膜し
たブランクマスクにレジストを塗布するＡ工程と、上記
Ａ工程で塗布されたレジストを露光と現像とにより、透
明基板を露出させる領域は無レジストになるようにパタ
ーニングするＢ工程と、上記Ｂ工程にて露出したハーフ
トーン膜をエッチングして全て除去するＣ工程と、上記
Ｃ工程後、残存するレジストを一旦全て剥離し、再びレ
ジストを塗布するＤ工程と、上記Ｄ工程にて塗布された
レジストを露光と現像とにより、光近接効果の発生しな
い孤立パターン領域が無レジストになるようにパターニ
ングするＥ工程と、上記Ｅ工程にて露出した透明基板
を、第２の厚みとなるように堀り込むＦ工程と、上記Ｆ
工程後、残存するレジストを剥離するＧ工程とを有し、
上記第１の厚みが、該厚みの透明基板が露出した開口部
を透過した光が、ハーフトーン膜形成部を透過した光に
対し、約１８０度の位相差を持つ厚みであり、上記第２
の厚みが、該厚みの透明基板が露出した開口部を透過し
た光が、ハーフトーン膜形成部を透過した光に対し、密
集パターン領域とのレジスト寸法差をなくし得る位相差
を持つ厚みであることを特徴としている。
【００４６】この手順に従ってハーフトーンマスクを作
製することで、上記した本発明の第４のハーフトーンマ
スクを容易に得ることができる。
【００４７】また、本発明のハーフトーンマスクは、遮
光膜、ハーフトーン膜、透明基板からなるマスクにおい
て、光近接効果が発生する密集パターン領域と光近接効
果が発生しない孤立パターン領域とでは、ハーフトーン
膜の膜厚が違っていることを特徴とすることもでき、ま
た、これにおいて、ハーフトーン膜がモリブデンシリサ
イドやジルコンシリサイド、又はタンタルシリサイドで
あることを特徴とすることもでき、さらには、これらに
おいて、ハーフトーン膜と透明基板との位相差が密集パ
ターン領域では１８０±１０度であり、孤立パターン領
域での位相差は密集パターン領域の位相差に対して±９
０度であることを特徴とすることもできる。
【００４８】また、本発明のハーフトーンマスクは、ハ
ーフトーン膜、透明基板からなるマスクにおいて、光近
接効果が発生する密集パターン領域と光近接効果が発生
しない孤立パターン領域とでは、透明基板の膜厚が違っ
ていることを特徴とすることもでき、また、これにおい
て、ハーフトーン膜がモリブデンシリサイド、ジルコン
シリサイド、又はタンタルシリサイドであることを特徴
とすることもでき、さらには、これらにおいて、ハーフ
トーン膜と透明基板との位相差が密集パターン領域では
１８０±１０度であり、孤立パターン領域での位相差は
密集パターン領域の位相差に対して±９０度であること
を特徴とすることもできる。
【００４９】また、本発明のハーフトーンマスクの製造
方法としては、透明基板上にハーフトーン膜、遮光膜の
順で成膜したブランクマスクにＥＢ（電子ビーム）描画
用レジストを塗布する工程と、ＥＢ描画と現像によりレ
ジスト厚膜領域とレジスト薄膜領域と無レジスト領域の
３領域にわけてレジストをパターニングする工程と、無
レジスト領域の遮光膜をエッチングし、露出したハーフ
トーン膜をエッチングする工程と、上記レジスト薄膜領
域のレジストをアッシング除去し、レジスト薄膜領域下
に位置していた又は露出した遮光膜をエッチングし、レ
ジストを剥離する工程と、ＥＢ描画用レジストを塗布す
る工程と、ＥＢ描画と現像によりレジストをパターニン
グする工程と、露出したハーフトーン膜を位相差１８０
度となるようにエッチングし、レジスト剥離する工程と
を有することを特徴としてもよい。
【００５０】さらに、本発明のハーフトーンマスクの製
造方法としては、透明基板上にハーフトーン膜を成膜し
たブランクマスクにＥＢ描画用レジストを塗布する工程
と、ＥＢ描画と現像によりレジストをパターニングする
工程と、露出したハーフトーン膜をエッチングする工程
と、ＥＢ描画用レジストを剥離する工程と、さらに、Ｅ
Ｂ描画用レジストを塗布する工程と、ＥＢ描画と現像に
よりレジストをパターニングする工程と、位相シフタに
隣接する孤立パターン領域の透明基板を掘り込む工程
と、ＥＢ描画用レジストを剥離する工程とを有すること
を特徴としてもよい。
【００５１】
【発明の実施の形態】本発明は、レジストに疎密のある
パターンを転写するにあたり、透過光の位相をシフトさ
せることで露光光の光強度分布を急峻にする機能を備え
たハーフトーンマスクを使用し、該ハーフトーンマスク
による上記光強度分布の急峻性を、光近接効果が発生し
ない孤立パターン領域において光近接効果が発生する密
集パターン領域より弱めることで、光近接効果を起因と
してパターンの疎密により生じるレジスト寸法差をなく
するものである。
【００５２】具体的には、ハーフトーン膜形成部を透過
した光と透明基板が露出した開口部を透過した光との位
相の差（位相差）を、光近接効果が発生しない孤立パタ
ーン領域において、光近接効果が発生する密集パターン
領域とは異なる、光近接効果を起因としてパターンの疎
密により生じるレジスト寸法差をなくし得る値に設定し
たハーフトーンマスクを使用して露光する。
【００５３】上記位相差を変える手法としては、例え
ば、ハーフトーン膜の膜厚を変える方法、透明基板の露
出部分の基板厚を変える方法等がある。以下、これらの
場合を実施の形態１，２に分けて説明する。
【００５４】（実施の形態１）図１（ａ）は、本発明に
係る実施の一形態のハーフトーンマスクの断面及び上面
を示すものであって、同図（ｂ）は、このハーフトーン
マスクを用いてレジストの露光を行った場合の、露光光
の光強度分布の状態、及びレジストに形成されるコンタ
クトホールのサイズを示している。
【００５５】図１（ａ）に示すように、本実施の形態の
ハーフトーンマスクは、透明基板１上に選択的にハーフ
トーン膜２が設けられると共に、該ハーフトーン膜２の
上に遮光膜３が形成された３層構造を有する。
【００５６】上記ハーフトーン膜２は、パターンが相対
的に密である密集パターン領域と、相対的に疎である孤
立パターン領域とで、その厚みが変化されており、密集
パターン領域におけるハーフトーン膜２は膜厚Ｄ１に、
孤立パターン領域におけるハーフトーン膜２は膜厚Ｄ２
に形成されている。
【００５７】上記膜厚Ｄ１は、該膜厚を有するハーフト
ーン膜２の形成部を透過した光と透明基板１が露出して
開口部６を透過した光とが、従来どおりの１８０度の位
相差を持つ値に設定されている。
【００５８】図７（ｂ）において説明したように、ハー
フトーン膜２を透過した光が、開口部６を透過した光に
対して１８０度の位相差を有するとき、ハーフトーンマ
スクを透過した光である露光光の光強度分布が最も急峻
になり、レジストパターンの解像度を上げることができ
る。なお、最も効果的であるのは、位相が正反対となる
位相差１８０度のときであるが、１８０±１０度の範囲
であればよい。
【００５９】上記膜厚Ｄ２は、該膜厚を有するハーフト
ーン膜２を透過した光と開口部６を透過した光の位相差
が、光近接効果が発生する密集パターン領域と孤立パタ
ーン領域とのレジスト寸法差をなくし得る位相差を持つ
値に設定されている。
【００６０】上記のレジスト寸法差をなくし得る位相差
とは、数値的に表せば、（１８０＋α）度（α＝−９０
〜＋９０，α≠０）となる。この膜厚Ｄ１の部分を透過
した光の位相差１８０度からの変化量α度が、ハーフト
ーン膜２の膜厚の違いで生じるものである。
【００６１】図３に、上記αと、レジスト上に形成され
るパターンのホールサイズとの関係を示す。なお、この
図３は、後述する実施例のハーフトーンマスクにおける
αとホールサイズとの関係である。これより分かるよう
に、ホールサイズはα（絶対値）に比例し、αが大きく
なる程、ホールサイズが大きくなる。つまり、αが大き
くなる程、光強度分布が広がる。
【００６２】本発明では、これを利用し、該αを、光近
接効果が発生したことで、密集パターン領域の転写パタ
ーンが孤立パターン領域の転写パターンよりも大きくな
った寸法変化に見合う値に設定して、孤立パターン領域
の露光パターンの寸法も、光近接効果による寸法変化に
合わせて意図的に変化させようというものである。
【００６３】ここで、露光光の波長をλ、ハーフトーン
膜２の材料の屈折率をｎとすると、上記したハーフトー
ン膜２の膜厚Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ、 Ｄ１＝λ／２（ｎ−１） Ｄ２＝λ（１＋α／１８０）／２（ｎ−１） となる。
【００６４】この式からもわかるように、ハーフトーン
膜２における孤立パターン領域の膜厚Ｄ２は、上記の位
相差１８０度からの変化量αに依存することから、該変
化量αとして、密集パターン領域と孤立パターン領域と
の間に生じるレジスト寸法差を補正し得る値を実験す
る、或いはシミュレートする等して求め、この選択した
α＋１８０度の位相差を持つ値に設定されている。
【００６５】ところで、ハーフトーン膜２の膜厚を孤立
パターン領域と密集パターン領域とで変えると、孤立パ
ターン領域と密集パターン領域との境界に段差が生じ、
レジストに膜厚変化の影響を及ぼす恐れがある。本実施
の形態のハーフトーンマスクにおいては、上記のように
ハーフトーン膜２の上に遮光膜３が設けられているの
で、該影響が及ぶことを回避することができる。該遮光
膜３は、ハーフトーン膜２の位相をシフトさせる機能を
阻害しない領域に形成されている。
【００６６】透明基板１の材料としては、適用する露光
光の波長において、透過率の高いものでなければならな
い。例えば、露光光の波長２００ｎｍ以上において、９
０％以上の透過率を有する合成石英ガラスは有効であ
る。
【００６７】ハーフトーン膜２の材料としては、適用す
る露光光の波長において、フォトレジスト転写時にサイ
ドローブパターンが発生せず、かつ、位相シフト効果が
最大である透過率、例えば、ＡｒＦ光においては５〜６
％を有するものでなければならない。ハーフトーン膜２
の材料としては、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）や
ジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）、タンタルシリサイド
（ＴａＳｉ）が有効である。
【００６８】遮光膜３の材料としては、適用する露光光
の波長において、透過率の小さいものでなければならな
い。例えば、ＡｒＦ光においては、透過率が０．５％以
下であるクロム（Ｃｒ）が有効である。
【００６９】このような構成を有するハーフトーンマス
クを用いて、露光装置でフォトレジストへマスクパター
ンを露光すると、光近接効果を起因とする密集パターン
領域と孤立パターン領域との間で生じる転写パターンの
寸法差をなくすることができる。
【００７０】例えば、前述の図８（ａ)(ｂ）に示したよ
うに、従来構成のハーフトーンマスクを用いて露光する
と、ホールサイズがＣ＞Ａとなってしまうが、本実施の
形態のハーフトーンマスクを用いて露光すると、図１
（ａ)(ｂ）に示すように、孤立パターン領域における光
強度分布が密集パターン領域における光強度分布と揃う
ように補正され、ホールサイズがＣ＝Ｂとなり、パター
ンの疎密による転写パターンの寸法差をなくすることが
できる。なお、参照符号５は、レジスト４に形成された
ホールである。
【００７１】続いて、図２を用いて、上記したハーフト
ーンマスクの一製造方法を説明する。
【００７２】まず、透明基板１上にスパッタ、真空蒸着
等によりハーフトーン膜２を上記の膜厚Ｄ２にて成膜
し、さらに、その上に遮光膜３を成膜し、ブランクマス
クを作製する。続いて、該ブランクマスクの上にレジス
ト（ＥＢ（Electron Beam)レジスト）４を塗布する（第
１工程）。レジスト４としては、ハーフトーン膜２及び
遮光膜３をエッチングする際に、エッチング耐性の優れ
たものでなければならない。
【００７３】次に、電子ビームを照射してＥＢ描画を施
した後、現像して、レジスト４を、レジスト厚膜領域と
レジスト薄膜領域と無レジスト領域の３領域に分けてパ
ターニングする（同図（ａ)(ｂ）参照：第２工程）。
【００７４】上記ＥＢ描画工程において、遮光膜３を露
出させる領域は未描画である。また、ハーフトーン膜２
を露出させる領域は１回描画である。この１回描画時の
電子ビームの電荷量は、１回描画で残るレジスト薄膜領
域の膜厚が、遮光膜３及びハーフトーン膜２のエッチン
グ時（同図（ｃ）参照）にレジストピンホールが発生し
ない膜厚以上であり、かつ、レジスト厚膜領域とレジス
ト薄膜領域との間に必要とされるだけの段差が形成され
るように設定される。ここで言う必要とされる段差と
は、後述するアッシング工程（同図（ｄ）参照）で、レ
ジスト薄膜領域を除去した後にレジスト厚膜領域に残る
膜厚が、後述する遮光膜３のエッチング時（同図（ｅ）
参照）にピンポールが発生しない膜厚以上を有すること
のできる段差である。但し、ここでレジスト薄膜領域の
厚さを必要以上に厚くすると、アッシング工程（同図
（ｄ）参照）が長くなるので好ましくない。透明基板１
を露出させる領域（開口部６となる領域）は、２回描画
であり、上記した１回描画に加えて、レジストを完全に
除去できる必要電荷量を設定し、再度電子ビームを照射
する。
【００７５】上記現像工程においては、レジスト４とし
てポジレジストを適用した場合、電子ビームが２回照射
された領域のレジストは、現像液に溶解して無レジスト
領域となり、遮光膜３が露出する。電子ビームが照射さ
れなかった未照射領域のレジストは、現像液に溶解しな
いので、レジストパターンがそのままの厚みで残存し、
レジスト厚膜領域となる。電子ビームの照射が１回だけ
の領域は、レジストの膜厚が薄くなり、レジスト薄膜領
域となる。
【００７６】次に、無レジスト領域の、露出している遮
光膜３、及び該遮光膜３の下のハーフトーン膜２をエッ
チングして全て除去する（同図（ｃ）参照：第３工
程）。
【００７７】この工程では、まず、遮光膜３をドライエ
ッチングしてハーフトーン膜２を露出させる。遮光膜３
のエッチング工程において、ドライエッチングは、平行
平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を適用す
る。遮光膜３がクロム膜の場合、エッチングガスは、Ｃ
Ｃｌ4 （テトラクロロメタン）とＯ2 （酸素）、あるい
は、ＣＨ2 Ｃｌ2 （ジクロロメタン）とＯ2 （酸素）
を、流量比１：３に制御して適用する。エッチングの
際、ハーフトーン膜２の材料であるモリブデンシリサイ
ド（ＭｏＳｉ）やジルコンシリサイド（ＺｒＳｉ）、タ
ンタルシリサイド（ＴａＳｉ）とのエッチング選択比は
十分でなければならない。上記２種類のエッチングガス
のうち、ＣＨ2 Ｃｌ2 （ジクロロメタン）とＯ2 （酸
素）の方が選択比は大きい。また、ここでレジスト４
は、エッチングに対する保護膜として働き、レジストに
覆われていない領域の遮光膜３のみが除去され、ハーフ
トーン膜２が部分的に露出する。クロム膜のドライエッ
チングに塩素系ガスを適用した場合、レジスト４のドラ
イエッチング耐性は十分である。
【００７８】次に、露出したハーフトーン膜２をドライ
エッチングする。ハーフトーン膜２のエッチング工程に
おいて、ドライエッチングは、平行平板型反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）法を適用する。ハーフトーン膜２
がモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）の場合、エッチン
グガスは、ＣＦ4 （テトラフルオロメタン）とＯ2 （酸
素）を流量比２０：１に制御して適用する。エッチング
の際、透明基板１の材料である合成石英ガラスとの選択
比は十分でなければならない。また、ここでもレジスト
４は、エッチングに対する保護膜として働き、レジスト
に覆われていない領域のハーフトーン膜２のみが除去さ
れ、透明基板１が部分的に露出する。モリブデンシリサ
イド（ＭｏＳｉ）膜のドライエッチングにテトラフルオ
ロメタンガスを適用した場合、ＥＢレジスト４のドライ
エッチング耐性は十分である。
【００７９】遮光膜３と該遮光膜３の下のハーフトーン
膜２とのエッチングが終了すると、次に、残存するレジ
スト薄膜領域のレジスト４をアッシング除去し、下地の
遮光膜３を露出させ、露出した遮光膜３をドライエッチ
ングして全て除去する（同図（ｄ)(ｅ）参照：第４工
程）。
【００８０】このアッシング工程において、アッシング
ガスＯ2 （酸素）は、流量１００ｓｃｃｍに制御して適
用する。また、遮光膜３のドライエッチングについて
は、遮光膜３がクロム膜の場合、エッチングガスは、Ｃ
Ｃｌ4 （テトラクロロメタン）とＯ2 （酸素）、あるい
は、ＣＨ2 Ｃｌ2 （ジクロロメタン）とＯ2 （酸素）を
流量比１：３に制御して適用する。エッチングの際、レ
ジスト４とのエッチング選択比は十分でなければならな
い。
【００８１】次に、残存したレジスト４を一旦全て剥離
し、その後、レジスト４を再度全面に塗布する（同図
（ｆ)(ｇ）参照：第５工程）。ここで塗布されるレジス
ト４としては、ハーフトーン膜２をエッチングする際
に、エッチング耐性の優れたものでなければならない。
【００８２】次に、ＥＢ描画と現像により、孤立パター
ン領域のみにレジストが残り、密集パターン領域は無レ
ジスト領域となるようにパターニングする（同図（ｇ)
(ｈ）参照：第６工程）。
【００８３】このＥＢ描画工程において、孤立パターン
領域は未描画である。一方、密集パターン領域は、レジ
ストを完全に除去できる必要電荷量を設定し、電子ビー
ムを照射する。
【００８４】現像工程においては、レジスト４としてポ
ジレジストを適用した場合、電子ビームが照射された密
集パターン領域は、現像液に溶解し、ハーフトーン膜２
が露出する。電子ビームが照射されない領域、つまり孤
立パターン領域は、現像液に溶解しないのでレジストが
残存する。
【００８５】次に、露出したハーフトーン膜２を上記膜
厚Ｄ１となるように、ドライエッチングする（同図
（ｉ）参照：第７工程）。なお、ここでハーフトーン膜
２をエッチングする際の条件等は、上述した遮光膜・ハ
ーフトーン膜エッチング工程（同図（ｃ）参照）で述べ
たハーフトーン膜２のエッチングと同じである。
【００８６】最期に、残存したレジスト４を全て剥離す
る（同図（ｊ）参照：第８工程）。これにて、図１
（ａ）に示した、本実施の形態のハーフトーンマスクを
得ることができる。
【００８７】前述した図３は、このように作製される新
規のハーフトーンマスクにおける、孤立パターン領域
の、位相差１８０度からの変化量αとホールサイズとの
関係を示したものである。
【００８８】また、図４に、新規のハーフトーンマスク
において、孤立パターン領域におけるハーフトーン膜２
の透過光と開口部６の透過光の位相差φ＝（１８０＋
α）ｄｅｇを、１８７（つまりα＝７）度に設定した場
合の、ホールサイズのピッチサイズ依存性を示す。
【００８９】これより分かるように、新規のハーフトー
ンマスクを用いた場合、従来構成のハーフトーンマスク
では、ホールサイズのばらつきが１２ｎｍ（図９参照）
であったのに対して、ホールサイズのばらつきが６ｎｍ
になり、ほぼ１／２に小さくすることができた。
【００９０】（実施の形態２）図５（ａ）は、本発明に
係る他の実施の形態のハーフトーンマスクの断面及び上
面を示すものであって、同図（ｂ）は、このハーフトー
ンマスクを用いてレジストの露光を行った場合の、露光
光の光強度分布の状態、及びレジストに形成されるコン
タクトホールのサイズを示している。
【００９１】なお、説明の便宜上、実施の形態１の図面
に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素につい
ては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】図５（ａ）に示すように、本実施の形態の
ハーフトーンマスクは、透明基板１上に選択的に設けら
れたハーフトーン膜２の膜厚は、孤立パターン領域も密
集パターン領域も同じとし、孤立パターン領域における
開口部６の透明基板１を堀り込むことで、ハーフトーン
膜２を透過した光と開口部６を透過した光の位相差を、
密集パターン領域と孤立パターン領域とで異ならせたも
のである。
【００９３】透明基板１の基本的な厚みＤ４は、該厚み
の透明基板１を透過した光と、膜厚Ｄ１のハーフトーン
膜２を透過した光とが、約１８０度の位相差を持つ値で
ある。これに対し、透明基板１における堀り込まれた部
分の厚みは、該厚みの透明基板１を透過した光と、膜厚
Ｄ１のハーフトーン膜２を透過した光とが、（１８０＋
α）度の位相差を持つ値であ。この（１８０＋α）度の
位相差が、孤立パターン領域と密集パターン領域との間
でパターンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくし
得る値に設定されている。
【００９４】ここで、孤立パターン領域のレジスト寸法
を補正できる位相差１８０度からの変化量をα、露光光
の波長をλ、透明基板１の材料の屈折率をｎ’とする
と、透明基板１のエッチング深さＤ３は、 Ｄ３＝λ（α／１８０）／２（ｎ’一１） となる。
【００９５】このような構成を有するハーフトーンマス
クを用いて、露光装置でフォトレジストへマスクパター
ンを露光すると、光近接効果を起因とする密集パターン
領域と孤立パターン領域との間で生じる転写パターンの
寸法差をなくすることができる。
【００９６】例えば、前述の図８（ａ)(ｂ）に示したよ
うに、従来構成のハーフトーンマスクを用いて露光する
と、ホールサイズがＣ＞Ａとなってしまうが、本実施の
形態のハーフトーンマスクを用いて露光すると、図５
（ａ)(ｂ）に示すように、孤立パターン領域における光
強度分布が密集パターン領域における光強度分布と揃う
ように補正され、ホールサイズがＣ＝Ｂとなり、パター
ンの疎密による転写パターンの寸法差をなくすることが
できる。
【００９７】続いて、図６を用いて、上記したハーフト
ーンマスクの一製造方法を説明する。
【００９８】まず、透明基板１上にスパッタ、真空蒸着
等によりハーフトーン膜２を上記の膜厚Ｄ１にて成膜し
てブランクマスクを作製する。続いて、該ブランクマス
クの上にレジスト（ＥＢレジスト）４を塗布する（Ａ工
程）。レジスト４としては、ハーフトーン膜２及び遮光
膜３をエッチングする際に、エッチング耐性の優れたも
のでなければならない。
【００９９】次に、電子ビームを照射してＥＢ描画を施
した後、現像して、レジスト４をパターニングする（同
図（ａ)(ｂ）参照：Ｂ工程）。
【０１００】上記ＥＢ描画工程において、ハーフトーン
膜２を露出させる領域は未描画である。また、透明基板
１を露出させる領域（開口部６となる領域）は、レジス
トを完全に除去できる必要電荷量を設定し、電子ビーム
を照射する。
【０１０１】上記現像工程においては、レジスト４とし
てポジレジストを適用した場合、電子ビームが照射され
た領域のレジストは、現像液に溶解して無レジスト領域
となり、ハーフトーン膜２が露出する。電子ビームが照
射されなかった未照射領域のレジストは、現像液に溶解
しないので、レジストパターンがそのままの厚みで残存
する。
【０１０２】次に、無レジスト領域の、露出している遮
ハーフトーン膜２をエッチングして全て除去する（同図
（ｃ）参照：Ｃ工程）。
【０１０３】ドライエッチングは、平行平板型反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法を適用する。ハーフトーン
膜２がモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）の場合、エッ
チングガスは、ＣＦ4 （テトラフルオロメタン）とＯ2
（酸素）を流量比２０：１に制御して適用する。エッチ
ングの際、透明基板１の材料である合成石英ガラスとの
選択比は十分でなければならない。また、ここでレジス
ト４は、エッチングに対する保護膜として働き、レジス
トに覆われていない領域のハーフトーン膜２のみが除去
され、透明基板１が部分的に露出する。モリブデンシリ
サイド（ＭｏＳｉ）膜のドライエッチングにテトラフル
オロメタンガスを適用した場合、ＥＢレジスト４のドラ
イエッチング耐性は十分である。
【０１０４】ハーフトーン膜２とのエッチングが終了す
ると、次に、残存するレジスト薄膜領域のレジスト４を
一旦全て剥離し、その後、レジスト４を再度全面に塗布
する（同図（ｄ)(ｅ）参照：Ｄ工程）。ここで塗布され
るレジスト４としては、ハーフトーン膜２をエッチング
する際に、エッチング耐性の優れたものでなければなら
ない。
【０１０５】次に、ＥＢ描画と現像により、レジストを
パターニングする（同図（ｅ)(ｆ）参照：Ｅ工程）。
【０１０６】このＥＢ描画工程において、孤立パターン
領域で、かつ、透明基板１が露出する開口部６となる領
域は、レジストを完全に除去できる必要電荷量を設定
し、電子ビームを照射する。また、それ以外の領域につ
いては未描画である。
【０１０７】現像工程においては、レジスト４としてポ
ジレジストを適用した場合、電子ビームが照射された領
域は、現像液に溶解し、透明基板１が露出する。電子ビ
ームが照射されない領域は、現像液に溶解しないのでレ
ジストが残存する。
【０１０８】次に、露出した透明基板１を深さＤ３だけ
堀り込むよいうに、ドライエッチングする（同図（ｇ）
参照：Ｆ工程）。
【０１０９】ドライエッチングは、平行平板型反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法を適用する。透明基板１が
合成石英ガラスの場合、エッチングガスは、ＣＦ4 （テ
トラフルオロメタン）とＯ2 （酸素）を流量比２：１に
制御して適用する。そして、高エッチングレートを得る
ために、４０Ｗ以下の低ＲＦパワー、５．０Ｐａ以下の
高真空度を適用する。ここで、レジスト４は、エッチン
グに対する保護膜として働き、レジスト４に覆われてい
ない開口部６の領域の透明基板１が掘り込まれる。合成
石英ガラスのドライエッチングにＣＦ4 を適用した場
合、レジスト４のドライエッチング耐性は十分である。
【０１１０】最期に、残存したレジスト４を全て剥離す
る（同図（ｈ）参照：Ｇ工程）。これにて、図５（ａ）
に示した、本実施の形態のハーフトーンマスクを得るこ
とができる。
【０１１１】
【発明の効果】本発明のマスクを用いたパターンの転写
方法は、以上のように、レジストに疎密のあるパターン
を転写するにあたり、透過光の位相をシフトさせること
で露光光の光強度分布を急峻にする機能を備えたハーフ
トーンマスクを使用し、該ハーフトーンマスクによる上
記光強度分布の急峻性を、光近接効果が発生しない孤立
パターン領域において光近接効果が発生する密集パター
ン領域より弱めることで、光近接効果を起因としてパタ
ーンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくすること
を特徴としている。
【０１１２】これにより、光近接効果にて転写したパタ
ーンが広がってしまう現象自体は回避できないものの、
光強度を落として露光時間を長くすることなく、光近接
効果の影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生
じる不具合を解消することができるという効果を奏す
る。
【０１１３】また、光近接効果の発生自体を弱める技術
と本発明のこの技術を組み合わせることで、光近接効果
による転写したパターンの広がりを抑えると共に、か
つ、パターンの疎密によるレジスト寸法差も抑えること
ができるので、光近接効果を起因とした種々の問題を効
果的に解決することができるという効果も奏する。
【０１１４】本発明の第１のハーフトーンマスクは、以
上のように、透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、
上記ハーフトーン膜形成部の透過光と透明基板が露出し
た開口部の透過光との位相の差が、レジストに転写する
パターンの状態に応じて異なることを特徴としている。
【０１１５】これによれば、ハーフトーン膜形成部の透
過光と透明基板が露出した開口部の透過光の位相差は、
マスク内で均一ではなく、転写するパターンの状態に応
じて異なる構成である。
【０１１６】したがって、例えば、本発明の第２のハー
フトーンマスクのように、上記ハーフトーン膜形成部の
透過光と透明基板が露出した開口部の透過光との位相の
差が、光近接効果が発生しない孤立パターン領域では、
光近接効果を起因としてパターンの疎密により生じるレ
ジスト寸法差をなくし得るように、光近接効果が発生す
る密集パターン領域とは異なる値に設定された構成とす
ることで、既に説明したように、光強度を落として露光
時間を長くすることなく、光近接効果の影響でパターン
の疎密によりレジスト寸法差が生じる不具合を解消する
ことができるという効果を奏する。
【０１１７】本発明の第３のハーフトーンマスクは、以
上のように、透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、
光近接効果が発生しない孤立パターン領域における上記
ハーフトーン膜の膜厚が、光近接効果を起因としてパタ
ーンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくし得るよ
うに、光近接効果が発生する密集パターン領域における
該膜厚とは異なる値に設定されていることを特徴として
いる。
【０１１８】したがって、既に説明したように、光強度
を落として露光時間を長くすることなく、光近接効果の
影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生じる不
具合を解消することができるハーフトーンマスクを容易
に実現することができるという効果を奏する。
【０１１９】また、この第３のハーフトーンマスクにお
いては、上記ハーフトーン膜上であって、該ハーフトー
ン膜の位相をシフトさせる機能を阻害しない領域に、遮
光膜が設けられた構成とするこがより好ましい。
【０１２０】これにより、孤立パターン領域と密集パタ
ーン領域との境界に発生するハーフトーン膜の膜厚の段
差にて、レジストに膜厚変化の影響が及ぶことを回避す
ることができるという効果を奏する。
【０１２１】本発明の第４のハーフトーンマスクは、以
上のように、透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、
光近接効果が発生しない孤立パターン領域における透明
基板が露出した部分の厚みが、光近接効果を起因として
パターンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくし得
るように、光近接効果が発生する密集パターン領域の該
露出部分の厚みとは異なる値に設定されていることを特
徴としている。
【０１２２】これにより、既に説明したように、光強度
を落として露光時間を長くすることなく、光近接効果の
影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生じる不
具合を解消することができるハーフトーンマスクを容易
に実現することができるという効果を奏する。
【０１２３】また、上記した本発明の第１〜第４のハー
フトーンマスクにおいては、上記ハーフトーン膜がモリ
ブデンシリサイド、ジルコンシリサイド、又はタンタル
シリサイドである構成とすることが好ましい。
【０１２４】本発明の回路基板の製造方法は、以上のよ
うに、上記した本発明の第１〜第４のハーフトーンマス
クを用いて、回路基板のレイアウトをレジストに転写す
る工程を含むことを特徴としている。
【０１２５】既に説明したように、上記した本発明の第
１〜第４のハーフトーンマスクを使用することで、光強
度を落として露光時間を長くすることなく、光近接効果
の影響でパターンの疎密によりレジスト寸法差が生じる
不具合を解消することができるので、このようなハーフ
トーンマスクを用いて回路基板を製造することで、性能
の優れたデバイスを得ることができ、また、解像パター
ンの微細化を図り、半導体パターンのさらなる高集積化
を図ることができるという効果を奏する。
【０１２６】本発明のハーフトーンマスクの製造方法
は、以上のように、透明基板上に、第１の膜厚を有する
ハーフトーン膜と遮光膜とが順に成膜されたブランクマ
スクにレジストを塗布する第１工程と、上記第１工程で
塗布されレジストを露光と現像とにより、遮光膜を露出
させる領域は厚膜に、ハーフトーン膜を露出させる領域
は薄膜に、透明基板を露出させる領域は無レジストにそ
れぞれわけてパターニングする第２工程と、上記第２工
程で露出した遮光膜、及びその下のハーフトーン膜をエ
ッチングして全て除去する第３工程と、上記第３工程
後、上記第２工程でパターニングされた薄膜領域のレジ
ストをアッシング除去し、該薄膜領域下に位置していた
遮光膜をエッチングして全て除去する第４工程と、上記
第４工程後、残存するレジストを一旦全て剥離し、再び
レジストを塗布する第５工程と、上記第５工程にて塗布
されたレジストを露光と現像とにより、光近接効果の発
生する密集パターン領域は無レジストになるようにパタ
ーニングする第６工程と、上記第６工程にて露出したハ
ーフトーン膜を、第２の膜厚となるようにエッチングす
る第７工程と、上記第７行工程後、残存するレジストを
剥離する第８工程とを有し、上記第１の膜厚は、該膜厚
のハーフトーン膜形成部を透過した光が、透明基板が露
出した開口部を透過した光に対し、密集パターン領域と
のレジスト寸法差をなくし得る位相差を持つ膜厚であ
り、上記第２の膜厚は、該膜厚のハーフトーン膜形成部
を透過した光が、透明基板が露出した開口部を透過した
光に対し、約１８０度の位相差を持つ膜厚であることを
特徴としている。
【０１２７】この手順に従ってハーフトーンマスクを作
製することで、上記した本発明の第３のハーフトーンマ
スクを容易に得ることができるという効果を奏する。
【０１２８】本発明のハーフトーンマスクの製造方法
は、上記課題を解決するために、第１の厚みを有する透
明基板上に所定の膜厚を有するハーフトーン膜を成膜し
たブランクマスクにレジストを塗布するＡ工程と、上記
Ａ工程で塗布されたレジストを露光と現像とにより、透
明基板を露出させる領域は無レジストになるようにパタ
ーニングするＢ工程と、上記Ｂ工程にて露出したハーフ
トーン膜をエッチングして全て除去するＣ工程と、上記
Ｃ工程後、残存するレジストを一旦全て剥離し、再びレ
ジストを塗布するＤ工程と、上記Ｄ工程にて塗布された
レジストを露光と現像とにより、光近接効果の発生しな
い孤立パターン領域が無レジストになるようにパターニ
ングするＥ工程と、上記Ｅ工程にて露出した透明基板
を、第２の厚みとなるように堀り込むＦ工程と、上記Ｆ
工程後、残存するレジストを剥離するＧ工程とを有し、
上記第１の厚みが、該厚みの透明基板が露出した開口部
を透過した光が、ハーフトーン膜形成部を透過した光に
対し、約１８０度の位相差を持つ厚みであり、上記第２
の厚みが、該厚みの透明基板が露出した開口部を透過し
た光が、ハーフトーン膜形成部を透過した光に対し、密
集パターン領域とのレジスト寸法差をなくし得る位相差
を持つ厚みであることを特徴としている。
【０１２９】この手順に従ってハーフトーンマスクを作
製することで、上記した本発明の第４のハーフトーンマ
スクを容易に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハーフトーンマスクについて示す
説明図であって、（ａ）はマスク断面図とマスク上面図
を示すもので、（ｂ）は該ハーフトーンマスクを透過し
た露光光の光強度分布とレジストへの転写結果とを示す
ものである。
【図２】（ａ）〜（ｊ）共に、図１のハーフトーンマス
クを製造する一製造工程における各工程を示すマスク断
面図である。
【図３】図１のハーフトーンマスクの構成を有する一実
施例のハーフトーンマスクにおける、ホールパターンサ
イズと孤立パターン領域の位相差との関係を示すグラフ
である。
【図４】図１のハーフトーンマスクの構成を有する一実
施例のハーフトーンマスクにおける、孤立パターン領域
の位相差（１８０＋α）度を１８７度に設定した場合の
ホールパターンサイズのピッチサイズ依存性を示すグラ
フである。
【図５】本発明に係る他のハーフトーンマスクについて
示す説明図であって、（ａ）はマスク断面図とマスク上
面図を示すもので、（ｂ）は該ハーフトーンマスクを透
過した露光光の光強度分布とレジストへの転写結果とを
示すものである。
【図６】（ａ）〜（ｈ）共に、図５のハーフトーンマス
クを製造する一製造工程における各工程を示すマスク断
面図である。
【図７】ハーフトーン膜を備えたハーフトーンマスク
と、クロム膜を備えたクロムマスクとの、マスク透過光
の光強度分布の違いを説明するものであって、（ａ）は
クロムマスク、（ｂ）はハーフトーンマスクである。
【図８】従来のハーフトーンマスクについて示す説明図
であって、（ａ）はマスク断面図とマスク上面図を示す
もので、（ｂ）は該ハーフトーンマスクを透過した露光
光の光強度分布とレジストへの転写結果とを示すもので
ある。
【図９】従来のハーフトーンマスクについて、ホールサ
イズのピッチサイズ依存性を示すグラフである。
【図１０】図９に示したホールサイズのピッチサイズ依
存性の測定に用いたハーフトーンマスク上面図である。
【図１１】従来のハーフトーンマスクについて、露光光
の光強度分布のピッチサイズ依存性を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
１ 透明基板 ２ ハーフトーン膜 ３ 遮光膜 ４ レジスト ５ ホール ６ 開口部

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レジストに疎密のあるパターンを転写する
    にあたり、透過光の位相をシフトさせることで露光光の
    光強度分布を急峻にする機能を備えたハーフトーンマス
    クを使用し、該ハーフトーンマスクによる上記光強度分
    布の急峻性を、光近接効果が発生しない孤立パターン領
    域において光近接効果が発生する密集パターン領域より
    弱めることで、光近接効果を起因としてパターンの疎密
    により生じるレジスト寸法差をなくすることを特徴とす
    るマスクを用いたパターンの転写方法。
  2. 【請求項２】透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
    ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
    膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、
    上記ハーフトーン膜形成部の透過光と透明基板が露出し
    た開口部の透過光との位相の差が、レジストに転写する
    パターンの状態に応じて異なることを特徴とするハーフ
    トーンマスク。
  3. 【請求項３】透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
    ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
    膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、 上記ハーフトーン膜形成部の透過光と透明基板が露出し
    た開口部の透過光との位相の差が、光近接効果が発生し
    ない孤立パターン領域では、光近接効果を起因としてパ
    ターンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくし得る
    ように、光近接効果が発生する密集パターン領域とは異
    なる値に設定されていることを特徴とするハーフトーン
    マスク。
  4. 【請求項４】透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
    ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
    膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、 光近接効果が発生しない孤立パターン領域における上記
    ハーフトーン膜の膜厚が、光近接効果を起因としてパタ
    ーンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくし得るよ
    うに、光近接効果が発生する密集パターン領域における
    該膜厚とは異なる値に設定されていることを特徴とする
    ハーフトーンマスク。
  5. 【請求項５】上記ハーフトーン膜上であって、該ハーフ
    トーン膜の位相をシフトさせる機能を阻害しない領域に
    は、遮光膜が設けられていることを特徴とする請求項４
    に記載のハーフトーンマスク。
  6. 【請求項６】透明基板上に、透過光の位相をシフトさせ
    ることで露光光の光強度分布を急峻にするハーフトーン
    膜が選択的に設けられたハーフトーンマスクにおいて、 光近接効果が発生しない孤立パターン領域における透明
    基板が露出した部分の厚みが、光近接効果を起因として
    パターンの疎密により生じるレジスト寸法差をなくし得
    るように、光近接効果が発生する密集パターン領域の該
    露出部分の厚みとは異なる値に設定されていることを特
    徴とするハーフトーンマスク。
  7. 【請求項７】上記ハーフトーン膜がモリブデンシリサイ
    ド、ジルコンシリサイド、又はタンタルシリサイドであ
    ることを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の
    ハーフトーンマスク。
  8. 【請求項８】請求項２〜７の何れか１項に記載のハーフ
    トーンマスクを用いて、回路基板のレイアウトをレジス
    トに転写する工程を含むことを特徴とする回路基板の製
    造方法。
  9. 【請求項９】透明基板上に、第１の膜厚を有するハーフ
    トーン膜と遮光膜とが順に成膜されたブランクマスクに
    レジストを塗布する第１工程と、 上記第１工程で塗布されレジストを露光と現像とによ
    り、遮光膜を露出させる領域は厚膜に、ハーフトーン膜
    を露出させる領域は薄膜に、透明基板を露出させる領域
    は無レジストにそれぞれわけてパターニングする第２工
    程と、 上記第２工程で露出した遮光膜、及びその下のハーフト
    ーン膜をエッチングして全て除去する第３工程と、 上記第３工程後、上記第２工程でパターニングされた薄
    膜領域のレジストをアッシング除去し、該薄膜領域下に
    位置していた遮光膜をエッチングして全て除去する第４
    工程と、 上記第４工程後、残存するレジストを一旦全て剥離し、
    再びレジストを塗布する第５工程と、 上記第５工程にて塗布されたレジストを露光と現像とに
    より、光近接効果の発生する密集パターン領域は無レジ
    ストになるようにパターニングする第６工程と、 上記第６工程にて露出したハーフトーン膜を第２の膜厚
    となるようにエッチングする第７工程と、 上記第７行工程後、残存するレジストを剥離する第８工
    程とを有し、 上記第１の膜厚は、該膜厚のハーフトーン膜形成部を透
    過した光が、透明基板が露出した開口部を透過した光に
    対し、密集パターン領域とのレジスト寸法差をなくし得
    る位相差を持つ膜厚であり、 上記第２の膜厚は、該膜厚のハーフトーン膜形成部を透
    過した光が、透明基板が露出した開口部を透過した光に
    対し、約１８０度の位相差を持つ膜厚であることを特徴
    とするハーフトーンマスクの製造方法。
  10. 【請求項１０】第１の厚みを有する透明基板上に所定の
    膜厚を有するハーフトーン膜を成膜したブランクマスク
    にレジストを塗布するＡ工程と、 上記Ａ工程で塗布されたレジストを露光と現像とによ
    り、透明基板を露出させる領域は無レジストになるよう
    にパターニングするＢ工程と、 上記Ｂ工程にて露出したハーフトーン膜をエッチングし
    て全て除去するＣ工程と、 上記Ｃ工程後、残存するレジストを一旦全て剥離し、再
    びレジストを塗布するＤ工程と、 上記Ｄ工程にて塗布されたレジストを露光と現像とによ
    り、光近接効果の発生しない孤立パターン領域が無レジ
    ストになるようにパターニングするＥ工程と、 上記Ｅ工程にて露出した透明基板を第２の厚みとなるよ
    うに堀り込むＦ工程と、 上記Ｆ工程後、残存するレジストを剥離するＧ工程とを
    有し、 上記第１の厚みが、該厚みの透明基板が露出した開口部
    を透過した光が、ハーフトーン膜形成部を透過した光に
    対し、約１８０度の位相差を持つ厚みであり、 上記第２の厚みが、該厚みの透明基板が露出した開口部
    を透過した光が、ハーフトーン膜形成部を透過した光に
    対し、密集パターン領域とのレジスト寸法差をなくし得
    る位相差を持つ厚みであることを特徴とするハーフトー
    ンマスクの製造方法。
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