JP2000267255A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

位相シフトマスク及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より高い解像度を有する位相シフトマスクを
提供する。 【解決手段】 透明基板上に、半透明膜からなる所定パ
ターンを有し、このパターンの両側壁側に沿う2つの基
板領域をそれぞれ透過する露光光の位相が相互に180
°反転するように、一方の基板領域に凹部を有し、かつ
前記パターンが、その一方の基板領域側と一方の基板領
域自体、及びその他方の基板領域側と他方の基板領域自
体をそれぞれ透過する露光光の位相が180°反転する
ように、2つの基板領域側で厚さを異にすることを特徴
とする位相シフトマスク。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、位相シフトマス
ク及びその製造方法に関し、特に半導体装置の製造に際
してウエハ上に高解像度でパターンを結像させることが
できる位相シフトマスクの構造及びその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】以下、位相シフトマスクの従来の技術に
ついて詳細に説明する。図3は従来のレベンソン型位相
シフトマスク(露光すべき光の位相をシフトさせる部分
を有するマスク、以下、「レベンソンマスク」と称す
る)の製造工程を示す工程図である。図3において、レ
ベンソンマスクの製造に使用されるブランクマスク(パ
タ−ンのない、クロムのみのマスク)2は、透明基板1
上に遮光膜3を形成した2層構造である。ブランクマス
ク2に使用される透明基板1の材料は主に石英が用いら
れており、遮光膜3の材料は主にクロムが用いられてい
る。ブランクマスク2に適用されるクロム膜厚は通常約
110nmであり、真空蒸着法やスパッタリング法によ
り形成されている。
【0003】ブランクマスク2からレベンソンマスクへ
の加工に必要な保護膜材料には主にEB(Electron-Bea
m)レジストを適用する。レジスト4の膜厚は通常約5
00nmであり、スピンオン法によりブランクマスク2
に塗布される(図3(a))。レジスト4はEB描画と
現像によりパターニングされる。このレジストマスクに
基づき、遮光膜3はドライエッチングによりパターニン
グされる(図3(b))。遮光膜3をエッチングした
後、レジスト4を剥離する(図3(c))。レジスト4
を剥離した後、マスクを洗浄し、レジスト4dを約50
0nmの膜厚で再塗布し、導電膜5を約20nmの膜厚
で塗布(図3(d))し、アライメントEB描画を行う
(図3(e))。導電膜5の水洗除去と現像により、透
明基板1の掘込み領域のレジスト4dを選択的に除去す
る(図3(f))。隣り合う透明パターンを透過する露
光光の位相に対して180度反転する位相に制御できる
深さとなるようにエッチングし、透明基板1の堀込み部
分(凹部)6を形成する(図3(g))。残存したレジ
スト4dを剥離する(図3(h))。以上の工程を経
て、遮光パターン7に隣接する一対の透明パターン(透
明基板)のうち、一方に堀込み部分(凹部)6を形成し
た位相シフトマスク、つまりレベンソンマスクは完成す
る。
【0004】次に、レベンソンマスクの原理について述
べる。図4はレベンソンマスクの原理を説明する説明図
である。レベンソンマスクは、図4に示すように、一方
の露光光透過領域にシフタ(露光光の位相を180°変
化させる部分)を設ける。図4の場合、シフタは透明基
板1の掘込み部分(凹部)6である。シフタのない領域
cを通った光と、シフタのある領域dを通った光とは、
光強度は同じであるが、光の位相が180°ずれてい
る。各透過領域からの光の波は互いに重なりあった裾の
部分で振幅が逆方向となり、打ち消し合うことになる。
この結果、パタ−ン間に光強度の零となる部分ができ、
解像度を向上させることが可能になる。以上の構成の透
明基板掘り込み型レベンソン位相シフトマスクは特開平
2−211450号公報に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】フォトリソグラフィ
(写真平板)の微細加工限界は露光光波長に依存する。
しかし、露光光波長が小さいステッパ(露光装置)ほど
非常に高価であり、準備が困難であるため、露光光波長
はそのままにして、安価な手法としての微細加工限界を
超える手段としてレベンソンマスクが適用されている。
しかし露光光波長をそのままで更なる微細加工を行うた
めには、ここで述べたレベンソンマスクでは不十分であ
り、更に解像度向上が可能な新規フォトマスクの適用が
必要となってきた。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、透明基板上
に、半透明膜からなる所定パターンを有し、このパター
ンの両側壁側に沿う2つの基板領域をそれぞれ透過する
露光光の位相が相互に180°反転するように、一方の
基板領域に凹部を有し、かつ前記パターンが、その一方
の基板領域側と一方の基板領域自体、及びその他方の基
板領域側と他方の基板領域自体をそれぞれ透過する露光
光の位相が180°反転するように、2つの基板領域側
で厚さを異にすることを特徴とする位相シフトマスクを
提供する。
【0007】すなわち、透明基板上に半透明膜からなる
所定パターンを有し、このパターンの両側壁側に沿う2
つの基板領域をそれぞれ透過する露光光の位相が相互に
180°反転するように、一方の基板領域に凹部を有
し、かつ前記パターンが、その2つの基板領域側とこれ
らに対応する各基板領域自体とをそれぞれ透過する露光
光の位相が対応関係同士で相互に180°反転するよう
に、2つの基板領域側で厚さを異にしているので、厚さ
が異なる両側の半透明膜を透過する露光光は、光の位相
が隣接する基板領域のそれに対し180°ずれ、従って
互いに重なりあった裾の部分の振幅が逆方向となって打
ち消し合い、更に解像度を向上させることができるわけ
である。
【0008】さて、本発明に係る位相シフトマスクは、
透明基板上に半透明膜の所定パターンを形成し、その半
透明膜のパターンの(パターンの長手方向に直交する断
面の)両側壁側に沿う2つの基板領域(透明基板)を透
明パターンとしている。そして2つの基板領域のうち、
一方にはその基板領域を堀込んで露光光の位相を180
°反転させる凹部を、いわゆる“シフタ”として形成す
る。ここで凹部の深さCは、露光光の位相を180°反
転させるために、 C=λ/2 (n1−1) 但し、λ:露光光波長、n1:半透明膜の屈折率 とされる。
【0009】一方、半透明膜のパターンは、上述のごと
く凹部を形成した一方の基板領域側を、その一方の基板
領域側と一方の基板領域自体を透過する露光光の位相が
相互に180°反転する膜厚に、他方の透明基板側を、
その他方の基板領域側と他方の基板領域自体を透過する
露光光の位相を相互に180°反転する膜厚にそれぞれ
構成される。すなわち、他方の基板領域側の膜厚a(図
3参照、以下同様)は、他方の基板領域を透過する露光
光との位相差が180°にするために、 a=λ/2 (n1−1) 但し、λ:露光光波長、n1:半透明膜の屈折率 に設定され、一方、凹部を形成した一方の基板領域側の
膜厚bは、他方の基板領域を透過する露光光との位相差
を180°にするために、 b=2a に設定されるのが好ましい。また、半透明膜の線幅d、
eは、 f:g=h:i になるように設定されるのが好ましい。
【0010】本発明において、半透明膜は、露光光との
透過率を10%以下とするのが好ましく、具体的にはシ
リサイドやクロムなどの金属に窒素や酸素を適量含有さ
せて透過率を上げ、吸収係数(K)を下げて使用するの
がより好ましい。シリサイドとしてはモリブデンシリサ
イドのほかに、タングステンシリサイド(WSiON、
N又はOで調整)、ジルコン(ZnSiON、N又はO
で調整)、クロムフロライド(CrFO、Oのみで調
整)などが使用できる。
【0011】本発明において透明基板は、石英、ソーダ
ライムガラス、低膨張ガラス、などで構成され、好まし
くは露光波長300nm以下の領域で透過率が90%以
上得られる石英で構成される。
【0012】本発明は、別の観点からすれば、透明基板
上に半透明膜及び遮光膜をこの順に成膜し、次いで厚膜
部分と薄膜部分とからなるレジスト膜のパターンを形成
する工程と、前記レジスト膜のパターンの両側壁側に沿
う2つの遮光膜領域をエッチングするとともに、露出し
た半透明膜をそれぞれエッチングして2つの基板領域を
形成する工程と、前記レジスト膜の薄膜部分を除去して
下地の遮光膜をエッチングし、露出した半透明膜を浅く
エッチングして、エッチングされた半透明膜とこの半透
明膜の側壁側に沿う一方の基板領域とを透過する露光光
の位相が相互に180°反転するような厚さにする工程
と、得られた透明基板上にレジスト膜のパターンを形成
し、所定パターンを有する半透明膜の両側壁側に沿う他
方の基板領域を露出させる工程と、この他方の基板領域
と、一方の基板領域及び半透明膜のパターンのエッチン
グしていない部分とを透過する露光光の位相が相互に1
80°反転するように露出した他方の基板領域をエッチ
ングして凹部を形成し、請求項1に記載の位相シフトマ
スクを得る工程とからなる位相シフトマスクの製造方法
を提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】(1)まず、本発明に係る位相シ
フトマスクの作動原理を図1を用いて説明する。本発明
に係る位相シフトマスクは、フォトマスク内の露光光透
過領域に配置されている、遮光パターンを介して隣り合
う透明基板(基板領域)を透過する露光光の位相が、一
方の透明基板を透過する露光光の位相に対して他方のそ
れでは180°反転するように、一方の透明基板を掘込
んで凹部を形成したレベンソンマスクの遮光パターンを
特定の半透明膜としたものである。すなわち、本発明の
位相シフトマスクは、図1に示すように、隣接する2つ
の透明基板(基板領域)の一方を掘込んだレベンソンマ
スクの遮光パターン(図3の7)を、厚膜部(領域)1
3と薄膜部(領域)11とからなる2段構造の半透明膜
とする。厚膜部13はシフタである透明基板15の掘込
み凹部12に対して光の位相が180°ずれている。各
部からの光の波は互いに重なりあった部分で振幅が逆方
向となり、打ち消し合うことになる。その結果、光強度
が零に近くなる部分ができ、解像度を更に向上させるこ
とが可能になる。また、薄膜部11は他方の透明基板1
4に対して光の位相が180°ずれている。各部からの
光の波は互いに重なりあった部分で振幅が逆方向とな
り、打ち消し合うことになる。その結果、光強度が零に
近くなる部分ができ、解像度を更に向上させることが可
能になる。
【0014】(2)以下、図に示す実施の形態に基づい
て、本発明について詳細に説明する。図2は、本発明の
1つの実施の形態である位相シフトマスクの製造工程を
示す工程図である。図2において、まず、透明基板1上
にスパッタや真空蒸着などにより半透明膜2を成膜し、
その上に遮光膜3を成膜し、更にレジスト4を塗布する
(図2(a))。なお、半透明膜2としては、露光光の
透過率が10%以下(フォトレジストのゴーストパター
ンを発生させない透過率値)で、かつ露光光の位相を1
80°反転させることが可能なモリブデンシリサイドな
どの材質を適用する。遮光膜3としては、露光光の透過
率が0.5%以下(露光光を完全に遮光できる)である
クロムなどの材質を適用する。レジスト4としては、半
透明膜2と遮光膜3のエッチングの際に、エッチング耐
性の優れた、例えばPMMA(ポリメタクリル酸メチ
ル)のような材料が通常使用される。
【0015】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領域に分けてレジス
トをパターニングする(図2(b))。描画工程におい
て、半透明膜2を透過する露光光の位相が0度となる領
域(レジスト厚膜領域)は未描画である。半透明膜2を
透過する露光光の位相が180°反転する領域(レジス
ト薄膜領域)は1回描画であり、レジスト膜厚は遮光膜
3と半透明膜2のドライエッチング時にレジストピンホ
ールが発生しない膜厚以上とし、厚膜領域と薄膜領域と
のレジスト段差以下とする。透過領域はレジストを完全
に除去できる必要電荷量に設定し、電子ビームを照射す
る。レジスト4はポジ型とネガ型とがあり、図2に示し
たものはポジ型レジストを適用した場合であり、電子ビ
ームの当たらなかった部分が現像工程でレジストパター
ンとして残り、電子ビームの当たった部分は現像液に溶
解し、遮光膜3が部分的に露出する。
【0016】現像した後、遮光膜3と半透明膜2とをエ
ッチングする(図2(c))。まず、露出した遮光膜3
をドライエッチングする。ドライエッチングは平行平板
式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CCl
4(テトラクロロメタン)とO2(酸素)、あるいは、C
2Cl2(ジクロロメタン)とO2(酸素)を流量比2
5sccm:75sccmに制御して使用する。RFパ
ワーは200W(500W以内)、圧力は0.25To
rr(33.25Pa)、放電周波数は13.56MH
zである。半透明膜がモリブデンシリサイド膜の場合、
クロム膜とモリブデンシリサイド膜とのエッチング選択
比は30以上であり、十分である。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
ない部分の遮光膜3のみが除去され、半透明膜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。
【0017】次に、露出した半透明膜2をドライエッチ
ングする。ドライエッチングは平行平板式反応性イオン
エッチング(RIE)法を適用する。半透明膜3がモリ
ブデンシリサイド膜の場合、エッチングガスはCF
4(テトラフルオロメタン)とO2(酸素)とN2を流量
比100sccm:5sccm:18sccmに制御し
て使用する。RFパワーは100W(500W以内)、
圧力は0.015Torr(2Pa)、放電周波数は1
3.56MHzである。透明基板1が石英の場合、モリ
ブデンシリサイド膜と石英基板とのエッチング選択比は
30以上であり、十分である。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
部分の半透明膜3のみが除去され、石英の透明基板1が
部分的に露出する。モリブデンシリサイド膜のドライエ
ッチングにテトラフルオロメタンガスを適用した場合、
レジスト4のドライエッチング耐性は十分である。
【0018】残存するレジスト薄膜領域のレジスト4を
全面アッシングすることで、薄い方のレジスト層を除去
し、厚い方のレジスト層を膜減りした厚さのまま維持し
ておき、下地の遮光膜をドライエッチングし、露出した
半透明膜を、隣接する透明基板を透過する露光光の位相
に対して180°反転する位相に制御できる膜厚の薄膜
部11となるようにドライエッチングする(図2
(d))。残存するレジスト4を剥離し、同様のレジス
ト4eを新たに約500nmの膜厚で再塗布し、導電膜
5を約20nmの膜厚で塗布し、アライメントEB描画
を行う(図2(e))。導電膜5の水洗除去と現像によ
り透明基板の掘込み凹部12のレジスト4を選択的に除
去する(図2(f))。露出した透明基板を隣接する半
透明膜13を透過する露光光の位相に対して180°反
転する位相に制御できる深さの凹部12となるようにエ
ッチングする(図2(g))。残存したレジスト4を剥
離した後、更に残った遮光膜3を除去する(図2
(h))。このように透明基板1上に、薄膜部11と厚
膜部13からなる半透明膜を形成し、かつ厚膜部13側
の透明基板15に堀込み凹部12を形成した位相シフト
マスクによりレベンソンマスクの解像度を更に向上させ
ることができる。
【0019】
【発明の効果】この発明によれば、レベンソンマスクの
遮光パターンに代わって二段構造(厚膜部と薄膜部)の
半透明膜で構成されているので、従来のレベンソンマス
クに対して、半透明膜の位相シフト効果分だけ更に高解
像度のフォトレジスト形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る位相シフトマスクの原理を説明す
る説明図である。
【図2】本発明の1つの実施の形態である位相シフトマ
スクの製造工程を示す工程図である。
【図3】従来のレベンソンマスク型位相シフトマスクの
製造工程を示す工程図である。
【図4】従来のレベンソンマスクの原理を説明する説明
図である。
【符号の説明】
1 透明基板 2 半透明膜 3 遮光膜 4 レジスト 5 導電膜 11 薄膜部(半透明膜) 12 堀込み凹部 13 厚膜部(半透明膜)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板上に、半透明膜からなる所定パ
    ターンを有し、このパターンの両側壁側に沿う2つの基
    板領域をそれぞれ透過する露光光の位相が相互に180
    °反転するように、一方の基板領域に凹部を有し、 かつ前記パターンが、その一方の基板領域側と一方の基
    板領域自体、及びその他方の基板領域側と他方の基板領
    域自体をそれぞれ透過する露光光の位相が180°反転
    するように、2つの基板領域側で厚さを異にすることを
    特徴とする位相シフトマスク。
  2. 【請求項2】 凹部を有する一方の基板領域側のパター
    ンは、その膜厚が凹部を有しない他方の基板領域側のそ
    れの2倍である請求項1の位相シフトマスク。
  3. 【請求項3】 半透明膜は、その露光光の透過率が10
    %以下の膜で構成されてなる請求項1の位相シフトマス
    ク。
  4. 【請求項4】 半透明膜は、窒素又は酸素を含有させた
    シリサイド又はクロム膜である請求項1の位相シフトマ
    スク。
  5. 【請求項5】 透明基板上に半透明膜及び遮光膜をこの
    順に成膜し、次いで厚膜部分と薄膜部分とからなるレジ
    スト膜のパターンを形成する工程と、 前記レジスト膜のパターンの両側壁側に沿う2つの遮光
    膜領域をエッチングするとともに、露出した半透明膜を
    それぞれエッチングして2つの基板領域を形成する工程
    と、 前記レジスト膜の薄膜部分を除去して下地の遮光膜をエ
    ッチングし、露出した半透明膜を浅くエッチングして、
    エッチングされた半透明膜とこの半透明膜の側壁側に沿
    う一方の基板領域とを透過する露光光の位相が相互に1
    80°反転するような厚さにする工程と、 得られた透明基板上にレジスト膜のパターンを形成し、
    所定パターンを有する半透明膜の両側壁側に沿う他方の
    基板領域を露出させる工程と、 この他方の基板領域と、一方の基板領域及び半透明膜の
    パターンのエッチングしていない部分とを透過する露光
    光の位相が相互に180°反転するように露出した他方
    の基板領域をエッチングして凹部を形成し、請求項1に
    記載の位相シフトマスクを得る工程とからなる位相シフ
    トマスクの製造方法。
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