JP2000221660A

JP2000221660A - マスク構造体の製造方法

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Publication number: JP2000221660A
Application number: JP2533299A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Tanaka; 一郎田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP3416554B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自己整合的にエッジを形成する。【解決手段】石英基板１１上にシフタ層として、所望
の位相角度分のフッ化クロム膜１２を成膜し、このフッ
化クロム膜１２上にスパッタリング法を用いて膜厚約１
０００オングストロームのクロム膜１３を成膜する。更
に、このクロム膜１３上に１回目のフォトレジストパタ
ーン１４を形成する。その後に、フォトレジストパター
ン１４を第１のマスクとして、フォトレジストパターン
１４に覆われていない部分のクロム膜１３をエッチング
により除去する。また、クロム膜１３のパターンとフォ
トレジストパターン１４の境界、又はクロム膜１３のパ
ターンと位相シフタ層であるフッ化クロム膜１２の境界
が、第１のエッチングマスクのパターンエッジの位置に
よって自己整合的に決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造等で使用するマスク構造体の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の自己整合による位相シフ
ト型マスクの製造方法は、TechnicalDigest of IEDM、1
990、P817 、K.Nakagawa et.al.の論文において開示さ
れており、シフタ層の下に遮光層としてクロム膜が形成
されており、このクロム膜のサイドエッチングによりシ
フタ層を形成するため、遮光層のエッジとシフタ層のエ
ッジが自己整合的に形成される。

【０００３】また、特開平９−２９２７０２号公報にお
いても、自己整合による位相シフト型マスクの製造方法
が開示されている。この方法においてはクロムパターン
を形成しレジストを塗布した後に、このレジスト表面を
現像液に対して難溶化し、レジスト上部をクロム遮光層
より外側になるようにし、この難溶化したレジスト層パ
ターンをマスクにシフト層を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た論文による方法においては、遮光部のエッジがクロム
膜のサイドエッチングにより形成されるため、エッチン
グの終点のばらつきにより遮光部が正確に形成できない
という問題点がある。

【０００５】また、特開平９−２９２７０２号公報によ
る方法においては、レジスト不溶化層の形成時に寸法の
ばらつきによる誤差が生じ、マスクを用いた際の焼き付
け像の寸法誤差が大きくなり、透過部分とシフタ部分の
境界が正確に形成できないという問題点がある。

【０００６】また、ハーフトーンマスクは完全に遮光し
ないため像のシャープさは向上するが、ハーフトーン部
の透過率分の背景光が像に乗ってしまう。

【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
エッジを正確に形成できるマスク構造体の製造方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るマスク構造体の製造方法は、遮光膜パタ
ーンと露光光の位相を変化させる位相シフタと基板材料
から成るマスク構造体の製造方法において、前記遮光膜
パターンと非遮光膜パターンの境界、又は前記遮光膜パ
ターンと前記位相シフタの境界、又は前記非遮光膜パタ
ーンと前記位相シフタの境界を第１のマスクのパターン
エッジの位置によって自己整合的に決定することを特徴
とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００１０】図１は第１の実施例における位相シフト型
マスクの製作模式図を示しており、先ず図１(a)に示す
ように石英基板１上にスパッタリング法により遮光層と
して膜厚約１０００オングストロームのクロム膜２を成
膜する。また、本実施例においては成膜しないが、パタ
ーニングの解像力の向上のために、クロム膜２上に膜厚
約２００〜３００オングストロームの酸化クロム等の反
射防止膜を成膜してもよい。続いて、クロム膜２上にフ
ォトレジストを塗布し、第１のマスクとして１回目のフ
ォトレジストパターン３をＥＢ描画装置、イオン描画装
置等を用い形成する。また、同一マスクを大量に作製す
る際には、用途によっては半導体露光装置を用いること
もできる。

【００１１】更に、図１(b)に示すように、フォトレジ
ストパターン３をマスクとしてクロム膜２を、例えば平
行平板型のＲＩＥ装置（リアクティブイオンエッチング
装置）において、塩素ガス或いは塩素ガスと酸素の混合
ガスを用い、フォトレジストパターン３の覆われていな
い部分のクロム膜２をエッチングする。また、エッチン
グにはスパッタエッチングや、特にフッ化物系材料の場
合に最適なイオンミリング法、ＩＣＰ法やＵＨＦプラズ
マ法等の低圧高密度プラズマを用いたエッチング方法を
用いてもよい。

【００１２】次に図１(c)に示すように、フォトレジス
トパターン３を酸素アッシング法或いは剥離液を用いて
剥離する。これにより残されたクロム膜２のクロムパタ
ーンを用い、以下に示す工程を経ることにより、全ての
段の位置及び遮光膜の位置を決定することができる。更
に、フォトレジストパターン３を剥離した石英基板１及
びクロム膜２上にネガレジスト４を塗布し、背面から露
光する。

【００１３】そして、図１(d)に示すように、ネガレジ
スト４を現像することにより、クロム膜２に覆われてい
ない部分にのみに、第２のマスクとしてネガレジストパ
ターン５を残すことができる。この際に、クロム膜２自
体がネガレジスト４の露光のためのコンタクトマスクと
なるため、完全に正確なアライメントになる。

【００１４】次に、図１(e)に示すように、２回目のフ
ォトレジストパターン６を形成する。更に図１(f)に示
すように、ネガレジストパターン５、フォトレジストパ
ターン６に覆われていない部分のクロム膜２を硝酸セリ
ウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用い、エッ
チングすることにより除去する。

【００１５】続いて、図１(g)に示すように、ネガネガ
レジストパターン５及びフォトレジストパターン６をマ
スクとし、基板１における所望の位相角度分をＲＩＥ装
置等を用い、流量２０ｓｃｃｍのＣＦ₄ と流量３ｓｃｃ
ｍの水素の混合ガスを圧力４Ｐａ、ＲＦパワー６０Ｗに
おいてエッチングすることにより除去する。

【００１６】その後に、図１(ｈ)に示すように、ネガレ
ジストパターン５、フォトレジストパターン６をアッシ
ング法により除去する。

【００１７】また、図２は図１(ｈ)において得られた位
相シフト型マスクの平面図を示しており、Ｂ＝０．３μ
ｍ×５＝１．５μｍのコンタクトホールパターンの場合
に、例えばＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）、ＮＡ＝０．４
２、照明光σ＝０．５の条件においては、シフタ部の寸
法Ａは０．５μｍ±０．０５μｍ程度が好適である。

【００１８】本実施例によるマスクは、リング照明等の
変形照明と組み合わせることでも効果を発揮する。ま
た、照明光σは０．３〜０．５程度で用いることも効果
的である。

【００１９】このようにして作製した位相シフト型マス
クは、ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦを用いた半導体露光装置用
のマスクとして使用することができ、高精度のパターニ
ングが可能となる。更に、この位相シフト型マスクを使
用することにより、作製したデバイスの歩留りも向上
し、デバイスの低コスト化が可能となる。

【００２０】また、図１(e)に示す状態において、ネガ
レジストパターン５とフォトレジストパターン６がミキ
シングすることにより、フォトレジストパターン６が正
常に形成されない場合には、図１(d)に示す状態におい
て、例えば２００℃におけるハードベークすることによ
り、この問題を回避することができる。

【００２１】また別の手段として、図１(c)の状態にお
いて背面露光した後に、所望のマスクで、通常のステッ
パにより露光を行うことにより、フォトレジストパター
ン６の使用を省略することも可能である。

【００２２】また、本実施例においては、基板材料とし
て石英を使用したが、フッ化カルシウム、フッ化マグネ
シウム、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム等のフッ
化物を用いてもよい。特にフッ化物はＡｒＦレーザー
光、フッ素レーザー光等の短波長を用いる露光装置に用
いるマスクに有効であり、また石英はＡｒＦエキシマレ
ーザー光、ＫｒＦエキシマレーザー光、超高圧水銀ラン
プを使用するｉ線等を用いる露光装置に用いるマスクに
好適である。

【００２３】また、本実施例においては遮光層としクロ
ム膜２を用いたが、タングステン、アルミニウム、モリ
ブデン等の金属材料等の遮光性のある材料を用いてもよ
い。

【００２４】図３は第２の実施例における位相シフト型
マスクの製作模式図を示しており、先ず図３(a)に示す
ように石英基板１１上にシフタ層として、例えば所望の
位相角度分のフッ化クロム膜１２を成膜する。また、こ
のシフタ層には通常では、透過率が１０％程度のＣｒＯ
Ｎ、ＣｒＯ、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＯ、Ｓ
ｉＮ、又はＣｒＦの何れか、或いはこの組み合わせた半
透明材料を用いる。続いて、フッ化クロム膜１２上にス
パッタリング法を用いて、膜厚約１０００オングストロ
ームのクロム膜１３を成膜する。更に、このクロム膜１
３上に１回目のフォトレジストパターン１４を形成す
る。

【００２５】その後に、図３(b)に示すようにフォトレ
ジストパターン１４を第１のマスクとして、フォトレジ
ストパターン１４に覆われていない部分のクロム膜１３
を第１の実施例と同様にエッチングにより除去する。

【００２６】本実施例においては、クロム膜１３のパタ
ーンとフォトレジストパターン１４の境界、又はクロム
膜１３のパターンと位相シフタ層であるフッ化クロム膜
１２の境界が、第１のエッチングマスクのパターンエッ
ジの位置によって自己整合的に決定される。次に、図３
(c)に示すように、第１の実施例と同様にフォトレジス
トパターン１４を剥離し、ネガレジスト１５を塗布し背
面から露光する。また、露光する場合に、マスク上に適
当な間隔を空け、ペリクルと呼ばれる極薄シートでマス
クを覆う場合もある。このようにすることで、マスク面
上に付着する塵埃の影響を低減することができ、マスク
を用いて作製したデバイスの歩留り向上が期待できる。

【００２７】そして、図３(d)に示すように、現像する
ことによりクロム膜１３の覆われていない部分にのみ
に、第２のマスクとしてネガレジストパターン１６を残
すことができる。この際に、クロム膜１３自体がネガレ
ジストの露光のためのコンタクトマスクとなるため、完
全に正確なアライメントとなる。

【００２８】本実施例においては、フッ化クロム膜１２
とクロム膜１３或いはフッ化クロム膜１２と非遮光部の
境界が、一部は遮光層として使用する第１のマスク又は
第１のマスクより転写されたマスクパターンをマスクと
して、エッチングにより形成することによりアライメン
トエラーが実際上発生せず、従来の課題を解決すること
ができる。

【００２９】次に、図３(e)に示すように、第３のマス
クとして２回目のフォトレジストパターン１７を形成す
る。続いて、図３(f)に示すように、ネガレジストパタ
ーン１６、フォトレジストパターン１７に覆われない部
分のクロム膜１３を第１の実施例と同様にエッチングに
より除去する。更に、図３(g)に示すように、ネガレジ
ストパターン１６及びレジスト１２をマスクにし、シフ
タ層であるフッ化クロム膜１２をエッチングする。次
に、図３(h)に示すように、第１の実施例と同様にネガ
レジストパターン１６、フォトレジストパターン１７を
アッシング法により除去することにより完成する。図４
は図３(h)において得られた位相シフト型マスクの平面
図を示している。

【００３０】このようにして作製した位相シフト型マス
クを用いることにより、高精度なパターン形成が可能と
なり、更にこれを用いることにより、作製したデバイス
の歩留りも向上し、低価格化可能となる。本実施例によ
り作製された位相シフト型マスクは不要な部分が遮光さ
れており、背景光が像に乗ってしまう問題を回避でき、
しかもパターン部の光強度が低下しないというハーフト
ーンの利点を享受できる。

【００３１】図５は第３の実施例における位相シフト型
マスクの製作模式図を示しており、先ず図５(a)に示す
ように石英基板２１上にスパッタリング法を用いて、膜
厚約１０００オングストロームのクロム膜２２を成膜す
る。また、本実施例においては成膜しないが、パターニ
ングの解像力の向上のために、クロム膜２２上に膜厚約
２００〜３００オングストロームの酸化クロム等の反射
防止膜を成膜してもよい。続いて、クロム膜２２にフォ
トレジストを塗布し、フォトレジストパターン２３を形
成する。

【００３２】更に図５(b)に示すように、このフォトレ
ジストパターン２３をマスクとしてクロム膜２２を第１
の実施例と同様に例えば、ＲＩＥ装置において塩素ガス
或いは塩素ガスと酸素の混合ガスを用い、フォトレジス
トパターン２３の覆われていない部分のクロム膜２２を
エッチングする。

【００３３】図５(c)に示すように、フォトレジストパ
ターン２３をマスクとし、石英基板２１を所望の位相角
度分だけ、例えば平行平板型のＲＩＥ装置を用いて流量
２０ｓｃｃｍのＣＨ₄と流量３ｓｃｃｍの水素の混合ガ
スを圧力４Ｐａ、ＲＦパワー６０Ｗにおいてエッチング
する。続いて、図５(d)に示すように、フォトレジスト
パターン２３を酸素アッシング法或いは剥離液を用いて
により剥離する。これにより、残されたクロム膜２２の
クロムパターンを用い、以下の工程を経ることにより、
全ての段の位置及び遮光膜の位置を決定することができ
る。

【００３４】次に、図５(e)に示すように、フォトレジ
ストを塗布て２回目のフォトレジストパターン２４を成
形する。更に図５(f)に示すように、フォトレジストパ
ターン２４に覆われない部分のクロム膜２２を、例えば
硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用
いてエッチングすることにより除去する。その後に、図
５(g)に示すようにフォトレジストパターン２４をアッ
シング法により除去する。

【００３５】また、図６は図５(g)において得られた位
相シフト型マスクの平面図を示している。

【００３６】図７は第１〜３実施例により作製した位相
シフト型マスクを用い、ｉ線或いはＫｒＦ、ＡｒＦ等の
紫外線を用いた半導体用露光装置の概略図を示してい
る。この半導体露光装置において、波長２４８ｎｍを有
する照明系３１により出射した光束は、位相シフト型マ
スク３３を照射し、この位相シフト型マスク３３に描か
れたパターンを結像光学系３４により、ステー３５に保
持されたステージ３６上の基板３７に５分の１の縮小倍
率で、描画する。更に、照明系３１には図示しない円形
光源、４重極照明光源、輪帯照明光源等の変形照明モー
ドヘの切換機構が備えられている。本装置を用いること
により、微細で良好なプロファイルを有するレジストパ
ターンを安定した線幅で形成することができる。

【００３７】図８はＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液
晶パネル或いはＣＣＤ等の半導体デバイスの製造工程の
フローチャート図を示している。先ず、ステップＳ１に
おいて半導体デバイスの回路設計を行い、続いてステッ
プＳ２においてステップＳ１で設計した回路パターンを
ＥＢ描画装置等を用いマスクを作成する。

【００３８】一方、ステップＳ３においてシリコン等の
材料を用いてウェハを製造する。その後に、前工程と呼
ばれるステップＳ４において、ステップＳ２、Ｓ３にお
いて用意したマスク及びウェハを用い、リソグラフィ技
術によってウェハ上に回路を形成する。その後に、第
１、第２の実施例において得られた位相シフト型マスク
を露光装置内にローディングする。マスクを搬送しマス
クチャックにチャッキングする。

【００３９】次に、ウェハをローディングしてアライメ
ントのずれを検出して、ウェハステージを駆動して位置
合わせを行い、アライメントが合致すると露光を行う。
露光の終了後に、ウェハは次のショットへステップ移動
し、アライメント以下の動作を行う。

【００４０】更に、後工程と呼ばれるステップＳ５にお
いて、ステップＳ４によって製造されたウェハを用いて
ダイシング、ボンディング等のアッセンブリ工程、チッ
プ封入等のパッケージング工程を経て半導体チップ化す
る。チップ化された半導体デバイスは、ステップＳ６に
おいて動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こ
のような一連の工程を経て半導体デバイスは完成し、ス
テップＳ７に進み出荷される。

【００４１】図９は図８におけるステップＳ３におい
て、ウェハ製造の詳細な製造工程のフローチャート図を
示している。先ず、ステップＳ１１においてウェハ表面
を酸化させる。続いて、ステップＳ１２においてウェハ
表面をＣＶＤ法により絶縁膜を形成し、ステップＳ１３
において電極を蒸着法により形成する。更にステップＳ
１４に進み、ウェハにイオンを打込む。続いて、ステッ
プＳ１５においてウェハ上に感光剤を塗布する。ステッ
プＳ１６で図７において説明した半導体露光装置により
マスクの回路パターンをウェハ上の感光剤上に焼付け
る。

【００４２】ステップＳ１７において、ステップＳ１６
において露光したウェハ上の感光剤を現像する。更に、
ステップＳ１８でステップＳ１７において現像したレジ
スト像以外の部分をエッチングする。その後に、ステッ
プＳ１９においてエッチングが済んで不要となったレジ
ストを剥離する。更に、これらの一連の工程を繰り返し
行うことにより、ウェハ上に多重の回路パターンを形成
することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るマスク
構造体の製造方法は、高精度のマスクにより、露光パタ
ーンの精度が向上し、高精度のマスク作製の工程が自己
整合的にエッジを形成し、工程管理が簡略化でされ、マ
スク作製のコストを削減でき、高精度なパターンが形成
可能となり、またこれを用い作製したデバイスの歩留り
が向上し低価格化可能となる。

【００４４】また、マスク構造体を用いた本露光方法で
は、解像度及び焦点深度が改善され、微細で良好なプロ
ファイルをもつレジストパターンが、安定した線幅で形
成可能であり、更に従来は製造が難しかった高集積度の
半導体デバイスを容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の製作模式図である。

【図２】位相シフト型マスクの平面図である。

【図３】第２の実施例の製作模式図である。

【図４】位相シフト型マスクの平面図である。

【図５】第３の実施例の製作模式図である。

【図６】位相シフト型マスクの平面図である。

【図７】露光装置の構成図である。

【図８】半導体素子の製造方法のフローチャート図であ
る。

【図９】半導体素子の製造方法のフローチャート図であ
る。

【符号の説明】

１、１１、２１基板２、１３、２２クロム膜３、６、１４、１７、２３、２４フォトレジストパタ
ーン４、１５ネガレジスト５、１６ネガレジストパターン１２フッ化クロム膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遮光膜パターンと露光光の位相を変化さ
せる位相シフタと基板材料から成るマスク構造体の製造
方法において、前記遮光膜パターンと非遮光膜パターン
の境界、又は前記遮光膜パターンと前記位相シフタの境
界、又は前記非遮光膜パターンと前記位相シフタの境界
を第１のマスクのパターンエッジの位置によって自己整
合的に決定することを特徴とするマスク構造体の製造方
法。
【請求項２】一部は遮光層として使用する前記第１の
マスクを所望の形状に加工し、遮光層のない部分に第２
のマスクを形成した後に、前記第１のマスクの必要とさ
れる部分を第３のマスクで覆い、前記第２、第３のマス
クに覆われない部分の前記第１のマスクを除去し、続い
てマスク材料を所望の深さにエッチングし、前記第２、
第３のマスクを除去する工程を含み位相シフト型マスク
を製造する請求項１に記載のマスク構造体の製造方法。
【請求項３】基板上にシフタ層を形成し、引き続いて
一部分は遮光層に利用する前記第１のマスクを成膜した
後に、前記第１のマスクを所望の形状にパターニング
し、前記第１のマスクのない部分に第２のマスクを形成
した後に、前記第１のマスクの必要とされる部分を第３
のマスクで覆い、前記第２、第３のマスクに覆われない
部分の前記第１のマスクを除去し、前記第２、第３のマ
スクによりシフタ層をエッチング除去し、前記第２、第
３のマスクを除去する工程を含み位相シフト型マスクを
製造する請求項１に記載のマスク構造体の製造方法。
【請求項４】一部は遮光層として使用する前記第１の
マスクを所望の形状に加工し、前記第１のマスクのない
部分及び前記第１のマスクのない遮光層として必要とさ
れる部分に第２のマスクを形成した後に、前記第２のマ
スクに覆われない部分の前記第１のマスクを除去し、続
いてマスク材料を所望の深さにエッチングし、前記第２
のマスクを除去する工程を含み位相シフト型マスクを製
造する請求項１に記載のマスク構造体の製造方法。
【請求項５】基板上にシフタ層を形成し、続いて一部
分は遮光層に利用する前記第１のマスクを成膜した後
に、前記第１のマスクを所望の形状にパターニングし、
前記第１のマスクのない部分及び前記第１のマスクのう
ち遮光層として必要とされる部分に第２のマスクを形成
した後に、前記第２のマスクに覆われない部分の前記第
１のマスクを除去し、続いて前記シフタ層をエッチング
して除去し、前記第２のマスクを除去する工程を含み位
相シフト型マスクを製造する請求項１に記載のマスク構
造体の製造方法。
【請求項６】一部は遮光層として使用する前記第１の
マスクを所望の形状に加工し、前記第１のマスクにより
マスク材料を所定の深さにエッチングし、第２のマスク
により遮光層として使用する部分を覆い、前記第２のマ
スクに覆われない部分の前記第１のマスクを除去し、前
記第２のマスクを除去する工程を含み位相シフト型マス
クを製造する請求項１に記載のマスク構造体の製造方
法。
【請求項７】前記第１のマスクを金属又は反射防止層
付き金属とし、前記基板を石英又はフッ化物系材料又は
フッ化カルシウムとし、前記第２のマスクをネガレジス
トとした請求項２〜６の何れか１つの請求項に記載のマ
スク構造体の製造方法。
【請求項８】前記第１のマスクを金属又は反射防止付
き金属とし、前記基板を石英又はフッ化物系材料又はフ
ッ化カルシウム、前記第２のマスクをネガレジストとし
た請求項２〜６の何れか１つの請求項に記載のマスク構
造体の製造方法。
【請求項９】前記第１のマスクをクロム又は反射防止
層付きクロムとした請求項７又は８に記載のマスク構造
体の製造方法。
【請求項１０】前記第１のマスクを光の反射材料とし
た請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載のマスク構
造体の製造方法。
【請求項１１】前記第１のマスクを光の反射材料と反
射防止材料の２層であり、母材側が光の反射材料とする
請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載のマスク構造
体の製造方法。
【請求項１２】シフタ層をＣｒＯＮ、ＣｒＯ、ＭｏＳ
ｉ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＯ、ＳｉＮ、或いはＣｒＦ
の何れか又はこの組み合わせとした請求項３、５〜１１
の何れか１つの請求項に記載のマスク構造体の製造方
法。
【請求項１３】請求項１〜１２に記載の方法により作
製した位相シフト型マスク。
【請求項１４】請求項１３に記載の方法により作製し
た位相シフト型マスクにより作製したデバイス。
【請求項１５】請求項１３に記載の方法により作製し
た位相シフト型マスクを用いた露光方法。
【請求項１６】請求項１３に記載の方法により作製し
た位相シフト型マスクを用いた露光装置。