JP2002107910A - ３元フォトマスクおよびその形成方法 - Google Patents

３元フォトマスクおよびその形成方法

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JP2002107910A
JP2002107910A JP2001223902A JP2001223902A JP2002107910A JP 2002107910 A JP2002107910 A JP 2002107910A JP 2001223902 A JP2001223902 A JP 2001223902A JP 2001223902 A JP2001223902 A JP 2001223902A JP 2002107910 A JP2002107910 A JP 2002107910A
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Olivier Richard
オリビエ・リシャール
Denis Rigaill
ドゥニ・リガイユ
Philippe Coronel
フィリップ・コロネル
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    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトレジストを塗布した半導体ウェハをフ
ォトリソグラフィ・プロセス中に異なる３段階の強度の
光で同時に露光することができる３元リソグラフィａｔ
ｔ−ＰＳＭ（ハーフ・トーン）フォトマスクを提供する
こと。 【解決手段】 この改良型のフォトマスクは、自体の上
に形成された、第１のコンフィギュレーションに基づい
てパターニングされた位相シフト材料（ＰＳＭ）の層
と、パターニングされたＰＳＭ層の上に形成された、第
２のコンフィギュレーションに基づいてパターニングさ
れたクロム層とを有する透明なプレートを備える。前記
第１および第２のコンフィギュレーションはそれぞれ異
なるマスキング・レベルに対応する。したがって、この
フォトマスクを使用して、フォトリソグラフィ・プロセ
ス中に、半導体ウェハの１回の露光で、波形表面を有す
るフォトレジスト層を生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路（Ｉ
Ｃ）の製造に関し、より詳細には、フォトレジストを塗
布した半導体ウェハをフォトリソグラフィ・プロセス中
に異なる３段階の強度の光で同時に露光することができ
る３元（ternary）リソグラフィ・フォトマスクに関す
る。このフォトマスクは基本的に減衰位相シフト型（at
tenuated phase shift type）だが、従来の位相シフト
材料パターンに加えてさらに、適当なクロム・パターン
を含む。両方のパターンを組み合わせて１枚のフォトマ
スクとすることによって、フォトリソグラフィ・プロセ
ス中に、通常どおり２枚のフォトマスクと２回の露光段
階を使用する代わりに、半導体ウェハを１回露光するだ
けでフォトレジスト層に波形の表面（corrugated surfa
ce）を生成することができる。本発明はさらに、このよ
うな多重光強度リソグラフィ・フォトマスクを製造する
方法を含む。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路製造におけるフォトリソ
グラフィ・プロセスは本質的にいくつかの基本段階、す
なわち、シリコン・ウェハ上にフォトレジスト層を堆積
させる段階、マスクを介してフォトレジスト層をＵＶ光
で露光する段階、およびフォトレジスト層を現像して、
所望の形状またはコンフィギュレーション（configurat
ion）を有するパターニングされたフォトレジスト層を
残す段階を含む。これらのプロセス段階をさらに詳しく
説明する。まず、シリコン・ウェハにフォトレジスト材
料を塗布する。通常はこの下に、反射防止コーティング
（ＢＡＲＣ）材料の層が提供される。必要に応じて、こ
れらの材料の堆積前および堆積後ベークが標準的に実施
される。フォトレジストを塗布したウェハを、リソグラ
フィ露光ツール中でフォトマスクを介して単色ＵＶ光源
で露光する。このフォトマスクはその有効ゾーンに、露
光段階時にウェハ上に複写される特定のコンフィギュレ
ーションを含む。このコンフィギュレーションは、ウェ
ハ製造における特定のマスキング・レベルのレイアウト
に対応する。フォトレジスト層には潜像が形成される。
露光後、フォトレジスト層を標準どおりにベークし、現
像する。ウェハの表面に、先に述べた所望のコンフィギ
ュレーションを縮小された形で有するパターニングされ
たフォトレジスト層が生成される。これでこのウェハ
を、プロセス操作（イオン注入、エッチング、等々）に
かけることができる。
【０００３】フォトレジストにはネガ型とポジ型があ
る。ポジ型フォトレジストを使用した場合には、露光段
階中に光にさらされたフォトレジスト層の領域が現像後
に除去される。ネガ型フォトレジストを使用した場合に
は反対に、露光段階中に光放射を受け取った領域が現像
後に残る。
【０００４】フォトリソグラフィ・プロセスでこのよう
なパターニングされたフォトレジスト層を生成する目的
に現在使用されている従来型のフォトマスクを製造する
方法にはさまざまなものがある。このうちのいくつかを
以下に簡単に説明する。
【０００５】従来のフォトマスクは大きく分けて、クロ
ム・オン・ガラス・マスク、減衰位相シフト・マスク
（またはハーフトーン・マスク）、および交番位相シフ
ト・マスク（またはレベンソン・マスク）の３つに分類
される。いずれの場合も、一般に石英（または超高純度
ガラス）の板から作られた透明な基板と、その上の所望
の位置に形成されたＵＶ光に対して実質的に不透明な
（または不完全に不透明な）パターンが２元フォトマス
クを構成する。本明細書において「実質的に不透明」と
いう表現は、光放射を０．１％未満しか通過させない材
料を意味する。クロムは、半導体マスク製造業界で広く
使用されているため特に好ましい。
【０００６】クロム・オン・ガラス（ＣＯＧ）マスクの
製作ではまず、石英板の表面にクロム・ベースの材料
（この材料の実際の組成はマスク・サプライヤの製造プ
ロセスに大きく依存する）の最下位の層を（例えばスパ
ッタリングまたは蒸着技法を使用して）付着させる。次
いで、この石英板にフォトレジスト材料の最上位の膜を
塗布する。これによって得られる部品、すなわちクロム
／フォトレジスト２重層で被覆された石英板は「ブラン
ク」と呼ばれる。次いでこのブランクを、後にシリコン
・ウェハを覆うフォトレジスト層上に所望のパターンを
生成するのに適当なコンフィギュレーションに基づいて
露光する。この露光は、レーザ・ビームまたは電子ビー
ム機器を使用して実施される。露光後、パターニングさ
れたフォトレジスト層を原位置（in-situ）マスクとし
て使用したウェットまたはドライ・エッチング・プロセ
スによってブランクをエッチングして、クロム層に所望
のパターンを複写する。次に、残ったフォトレジスト材
料を標準のアッシングまたはウェット・エッチングによ
って除去する。最後に、この構造の上に保護用のペリク
ルを張り、ＣＯＧマスクを完成させる。簡単にするため
詳細には説明しないが、以上に説明したマスク製造プロ
セスにはさらに、ＣＯＧマスクの表面に欠陥が生じるこ
とを防ぐためのいくつかの洗浄および検査段階が含まれ
ることに留意されたい。
【０００７】ａｔｔ−ＰＳＭマスクとも称する減衰位相
シフト・マスクは、ＣＯＧマスクの解像度の向上を目指
したものだが、その製造にはＣＯＧマスクよりも複雑な
プロセスが必要である。そのため、ブランク上でクロム
以外の材料も使用された。現在のａｔｔ−ＰＳＭマスク
の場合、基板は依然として石英板である。まず、位相シ
フト材料の層を石英板上に付着させる。次いで、この構
造の上にクロム・ベースの材料の層を付着させ、続いて
フォトレジスト層を付着させる。これにより得られる部
品もやはり「ブランク」と呼ばれる。これらの製造段階
は全て、東京のホーヤ社、やはり東京の凸版印刷社など
のブランク・サプライヤのマスク・ハウスで実施され
る。半導体メーカは一般にａｔｔ−ＰＳＭブランクを購
入し、特定の設計要求を満たすようにこれらを個別化す
る。次に、ＣＯＧマスクと同じく、ａｔｔ−ＰＳＭブラ
ンクを先に述べた適当なコンフィギュレーションに基づ
いて露光し、次いで現像する。現像後、所望の位置のク
ロムを除去し、後に原位置ハード・マスクとして使用す
るパターニングされたクロム層を残す第１のエッチング
を実施する。次いでこの構造を洗浄し、次に、クロム・
ハード・マスクを通して露出した位相シフト材料をエッ
チングする。このエッチング段階では、位相シフト材料
に先のコンフィギュレーションが転写される。次に、こ
の構造の上に第２のフォトレジスト層を付着させ、次い
で標準どおりに露光、現像して、パターニングされたフ
ォトレジスト層を生成する。エッチング、例えば適当な
ケミストリを使用したウェット・エッチングによってク
ロムを、縁部分を除き完全に除去し、パターニングされ
たＰＳＭ層の周囲全体にクロムのフレームを残す。製造
プロセスのこの段階で、標準のアッシングまたは湿式洗
浄によって残りのフォトレジストを除去する。クロム・
フレームは、後のこのフォトリソグラフィ露光系に必要
となる全ての副パターン（バーコード、位置合せマー
ク、等々）を含む。ａｔｔ−ＰＳＭマスクの周縁部に形
成されたクロム・フレームは、フォトレジストを塗布し
たシリコン・ウェハに複写または印刷するパターンを画
定する。最後に、ＣＯＧマスクと同様に、保護ペリクル
をマスクの上にぴったりと張る。簡単にするためこの説
明には含めなかったが、ａｔｔ−ＰＳＭマスク製造プロ
セスには洗浄および検査段階が含まれる。
【０００８】図１（ａ）に、このような製造プロセスで
得られるａｔｔ−ＰＳＭマスクの構造を概略的に示す。
ａｔｔ−ＰＳＭマスク１０は、石英板１１とその上に形
成されたパターニングされたＰＳＭ層１２から成る（図
面は必ずしも一定の尺度で描かれてはいないことを指摘
しておく）。マスク１０の周縁部に形成されたクロム・
フレーム１３は、パターニングされたＰＳＭ層１２、す
なわちフォトレジストを塗布したシリコン・ウェハ上に
複写するコンフィギュレーションの作業面を画定する。
保護ペリクル１４をマスク１０の上にぴったりと張り、
アルミニウム・リング１５に固定する。
【０００９】図１（ｂ）に、図１（ａ）のａｔｔ−ＰＳ
Ｍマスク１０を介して照明したときにフォトレジストを
塗布したシリコン・ウェハ上で得られる光の強度の一般
的な透過関数を示す。ＰＳＭ材料としては標準どおり、
ＭｏＳｉの酸化物または酸窒化物を使用するものとする
（波長２４８ｎｍのＤＵＶ放射に対するこれらの化合物
の透過率は約６％である）。透過関数は２つの典型値、
すなわち６％と１００％だけ（０％の谷部を除く）をと
るので、図１（ｂ）に示した曲線はａｔｔ−ＰＳＭマス
ク１０の準２元構造を示す。光透過関数は、マスクに入
射した光の強度に対する、マスクを通過してフォトレジ
ストを塗布したシリコン・ウェハを照明した光の強度、
すなわち、マスクを通過した透過光の強度と入射光の強
度の比を指す。
【００１０】先に述べたとおり、フォトリソグラフィ・
プロセスの露光段階中に使用される作業波長に対する位
相シフト材料の透過率は通常約６％である（この透過関
数はある程度変動する）。これは、光が石英板だけを通
過する場合に比べ位相を１８０°シフトさせる。しか
し、この１０年間に、より高い透過関数（一般に１５％
超）を有する位相シフト材料が使用された。この場合、
２つのパターン間の残りの光の強度が、ウェハ上のフォ
トレジストの感度を上回る可能性がある。その結果、露
光および現像後に、シリコン・ウェハを覆うパターニン
グされたフォトレジスト層中にウェハ製造歩留りの重大
な損失を引き起こす寄生パターン（技術文献では「サイ
ドローブ」と呼ばれる）が現れる可能性が高い。この欠
陥が現れたときにこれを補正するため、ａｔｔ−ＰＳＭ
マスク製造中に、パターニングされたＰＳＭ層の開口間
にある量のクロム材料が残された。しかしこの技法は、
非常に正確なマスク位置合せおよびタイトに制御された
エッチング・プロセスを必要とし、このことによってマ
スク製造歩留りの大幅な低下など製造上の大問題が生じ
たため、めったに使用されることはなかった。最終的
に、この技法は早々に捨てられ、今日ではもはや使用さ
れていない。
【００１１】最後に、ａｌｔ−ＰＳＭマスクとも称する
交番位相シフト・マスクでは、ａｔｔ−ＰＳＭマスクで
得られるよりもいっそう高い解像度を得ることができ
る。その原理は、クロム・パターンのラインの周囲の選
択的にエッチングされた領域を使用して、ラインの両側
の光の位相を調整することができるというものである。
位相差が１８０度の場合に可能な最も高い解像度が得ら
れる。
【００１２】エッチング後にフォトマスクの石英板を覆
うマスキング材料が有るか否かによらず、いずれの場合
も、２元パターンを有するフォトマスクが生成される。
これらのフォトマスクを以後、２元フォトマスクと称す
る。マスキング材料の段の高さがフォトマスクの表面全
体にわたって同じであることに留意されたい。
【００１３】フォトレジスト層を塗布したウェハの場合
を考える（フォトレジスト層の下にＢＡＲＣフィルムが
あってもよい）。得られる構造は、フォトレジスト・ス
タック、または単にスタックと呼ばれる。露光段階でこ
のスタックは特に、（１）ドーズ・ツー・プリント（do
se to print：ＤＴＰ）と（２）ドーズ・ツー・クリア
（dose to clear；ＤＴＣ）の２つの値によって特徴づ
けられる。ドーズ・ツー・プリントは、スタック中の潜
像の印刷を開始させるのに必要な最小エネルギー量（ｍ
Ｊ／ｃｍ2）である。ドーズ・ツー・クリアは、スタッ
クの全厚にわたって前記潜像を現像するのに必要な最小
エネルギー量（ｍＪ／ｃｍ2）である。したがって、所
与のスタックならびに所与のＤＴＣおよびＤＴＰ値に対
して、ＤＴＰ値とＤＴＣ値の間のエネルギーを有する露
光は、フォトレジスト材料を部分的に現像する。このス
タックの露光は、任意の２元フォトマスク（すなわちＣ
ＯＧ、ａｔｔ−ＰＳＭまたはａｌｔ−ＰＳＭマスク）を
用いて実施することができる。
【００１４】半導体ウェハの処理では、シリコン・ウェ
ハを覆い、波形表面を有するパターニングされたフォト
レジスト・スタックを生成することが望ましいことがあ
る。このことはこれまで、２回のスタック露光段階と２
枚の異なるマスクを使用しないと達成できなかった。
【００１５】次に、波形にパターニングされたフォトレ
ジスト・スタックを生成する従来の方法を図２〜４を参
照して説明する。図２を参照すると、シリコン基板１７
とその上に形成されたフォトレジスト・スタック１８と
から成る半導体構造１６が概略的に示されている。第１
のコンフィギュレーションを有するａｔｔ−ＰＳＭマス
ク１０'を介してスタック１８をＵＶ光で露光する。こ
の第１の露光は、スタックを照明するそのエネルギー量
が、フォトレジスト材料のドーズ・ツー・プリントとド
ーズ・ツー・クリアの間にあって、そのためフォトレジ
スト材料を部分的に露光するエネルギー量であるという
ものである。図２は露光後のスタックを示す。露光した
部分がグレーで示されている。次に、図３に示すように
得られた半導体構造１６を、第２のコンフィギュレーシ
ョンを有するａｔｔ−ＰＳＭマスク１０"などの第２の
２元マスクを使用した第２の露光にかける。マスク１
０'および１０"は、ａｔｔ−ＰＳＭマスク１０と同じ構
造を有するより大きなａｔｔ−ＰＳＭマスクの一部分を
表す。第２の露光では、スタック１８の全厚がＵＶ光で
完全に露光されるようにドーズ・ツー・クリアよりも高
いドーズ量を使用することができる。図３の段階で、ス
タック１８の完全に露光された部分は黒く示されてい
る。次いでスタック１８を標準法で現像する。図４から
明らかなように、現像後の半導体構造１６は、波形表面
を有するパターニングされたスタック１８を含む。この
２つの露光段階の順序は重要ではないことに留意された
い。
【００１６】以上のプロセスは、２つのマスキング・レ
ベル（レイアウト）を転写するのに、２枚の異なるマス
クおよび２回の露光段階の実施が必要であることを示し
ている。このことはさらにプロセス変動を誘導する。す
なわち２回の露光間のオーバーレーは一定にはならず変
動し、したがってウェハの製造歩留りに影響を及ぼす。
これはさらに、フォトリソグラフィ・プロセス全体のタ
ーンアラウンドタイム（ＴＡＴ）に劇的な影響を与え
る。
【００１７】波形のパターニングされたフォトレジスト
・スタックを生成する他の方法は、異なる感度、すなわ
ち異なるＤＴＰおよびＤＴＣ値を有する２層の感光性材
料層を重ね合わせることから成る。始めに付着させるフ
ォトレジストのＤＴＣは、次に堆積させるフォトレジス
トのそれよりも高くなければならない。ＢＡＲＣ材料は
通常通り使用しても、または使用しなくてもよい。この
技法も、図２〜４に関連して先に説明した方法と同様に
２回の露光段階および２枚のマスクを必要とし、さら
に、フォトレジスト材料を１種類ではなく２種類使用す
る。欠点は実質的に同じである。
【００１８】したがってこれまでのところ、単純で手頃
なコストのフォトリソグラフィ・プロセスでシリコン・
ウェハを覆うフォトレジスト・スタックに波形パターン
を生成することはできない。以上に説明した現状技術の
方法は、２回の露光段階と２枚のマスクを必要とする。
したがって、１枚のマスクと１回の露光段階だけでパタ
ーニングされた波形のフォトレジスト・スタックを生成
することができる新しいフォトリソグラフィ・プロセス
を明示することが特に望まれる。プロセスの統合は大幅
に進み、これによって処理段階数が大幅に減少し、時間
およびコストが節約される。さらに、シリコン・ウェハ
製造における現状技術のフォトリソグラフィ・プロセス
をあまり変更せずにパターニングされた波形のフォトレ
ジスト・スタックを生成できれば大きな進歩である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の主
な目的は、３段階の強度を有する光を透過させるように
適合された３元リソグラフィ・フォトマスクを提供する
ことによってフォトリソグラフィ・プロセスを改良する
ことにある。
【００２０】本発明の他の目的は、３段階の強度を有す
る光を透過させるように適合された３元リソグラフィ・
フォトマスクを製造する方法であって、従来のａｔｔ−
ＰＳＭフォトマスクを製造するプロセスをあまり変更す
る必要のない方法を提供することにある。
【００２１】本発明の他の目的は、３段階の強度を有す
る光を透過させ、フォトリソグラフィ・プロセス中にフ
ォトレジストを塗布したシリコン・ウェハのパターニン
グされたフォトレジスト・スタック上に波形の表面を形
成するように適合された３元リソグラフィ・フォトマス
クを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの望まし
い結果およびその他の目的は、本発明の３元リソグラフ
ィ・フォトマスクによって実現される。この３元リソグ
ラフィ・フォトマスクは、自体の上に形成された、第１
のマスキング・レベルのコンフィギュレーションに基づ
いてパターニングされた位相シフト材料（ＰＳＭ）の層
と、前記パターニングされたＰＳＭ層の上に形成され
た、第２のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
ンに基づいてパターニングされたクロムなどの不透明材
料の層とを有する透明なプレートを備え、その結果、こ
のフォトマスクに、これによって高光透過領域、中光透
過領域および低光透過領域が画定される。
【００２３】本発明はさらに、このような３元リソグラ
フィ・フォトマスクを製造する方法を含む。この方法
は、 ａ）高い光透過率を有するプレート、中間の光透過率を
有する最下位の位相シフト材料（ＰＳＭ）層、低い光透
過率を有するクロムなどの不透明材料の層、および最上
位のフォトレジスト層を含むａｔｔ−ＰＳＭブランクを
用意する段階と、 ｂ）第１のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
ンに基づいて前記最上位フォトレジスト層をパターニン
グするリソグラフィ段階と、 ｃ）前記第１のコンフィギュレーションを前記クロム層
に転写するエッチング段階と、 ｄ）パターニングされた前記クロム層を原位置ハード・
マスクとして使用して、前記第１のコンフィギュレーシ
ョンを前記ＰＳＭ層に転写するエッチング段階と、 ｅ）残りのフォトレジスト材料を除去する段階と、 ｆ）得られた構造の上にフォトレジスト材料の層を堆積
させる段階と、 ｇ）第２のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
ンに基づいて前記フォトレジスト材料層をパターニング
するリソグラフィ段階と、 ｈ）前記第２のコンフィギュレーションをその下の前記
クロム層に転写するエッチング段階と、 ｉ）残りのフォトレジスト材料を除去する段階を含み、 材料によって一切覆われていない前記プレートの部分が
前記高光透過領域を形成し、前記位相シフト材料だけに
よって覆われた前記プレートの部分が中光透過領域を形
成し、前記クロム材料によって覆われた前記プレートの
部分が低光透過領域を形成し、これによって３元フォト
マスクが得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明に基づき、先に「従来の技
術」の項で説明した「２元」フォトマスクの２段階の強
度ではなく、異なる３段階の強度を有する光を透過させ
るように適合された３元フォトマスクを説明する。この
３元フォトマスクは、光を透過させない領域、光を最大
限に透過させる領域、および光を中程度に透過させる領
域を含む。本明細書の用語法によれば、高透過率材料は
入射光を５０％以上透過させる材料であり、低透過率材
料は入射光を３５％以下しか透過させない材料である。
透過率は作業波長に強く依存する。
【００２５】３元フォトマスクの製造 ３元マスクは、以下の方法を使用して製造する。出発材
料として、東京のホーヤ社が供給する６×６インチのＤ
ＵＶ ａｔｔ−ＰＳＭブランク、参照番号ＥＨＱ６０２
５２ＳＫ５２Ａ−ＡＲ３を使用することができる。図５
のａｔｔ−ＰＳＭブランク１９は、製造プロセスの初期
段階のフォトマスクを表す。図５を参照する。このブラ
ンクは、（波長２４８ｎｍの光放射に適合した）厚さ８
０ｎｍの底部ＭｏＳｉ層２１、厚さ１００ｎｍのクロム
層２２、および最上位の厚さ３００ｎｍのＺＥＰ７００
０フォトレジスト層２３（日本ゼオン社（東京）供給）
が塗布された厚さ２５０ミルの石英板２０から成る。
【００２６】ＭＥＢＥＳ４５００Ｄ電子ビーム・ライテ
ィング・ツール（米カリフォルニア州ヘイワード（Hayw
ard）のＥＴＥＣシステムズ（ETEC Systems）社）を利
用して最上位のフォトレジスト層２３に第１のコンフィ
ギュレーションを印刷する。このコンフィギュレーショ
ンは、ライティング・ツールのメモリに記憶された特定
のマスク・デザイン・データ・セットによって表され、
第１のマスキング・レベルに対応する。露光後のブラン
クを図６に示す。次いで、ＡＳＥ５００ウェット・エッ
チング・ツール（独SternenfelsのＳＴＥＡＧハマテッ
ク（STEAG Hamatech）社）内でフォトレジスト層２３を
現像して、図７に示すようなマスキング層を生成する。
次に、パターニングされたフォトレジスト層２３を通し
て露出したクロム層２２を、標準法、例えば米カリフォ
ルニア州フリーモント（Fremont）のフェアチャイルド
・コンバック（FAIRCHILD CONVAC）社が供給するＡＰＴ
３１１０ツールを使用してエッチングする。マスク製造
プロセスのこの段階のブランクを図８に示す。層２３の
残りのフォトレジスト材料を、ＡＳＣ５００ツール（独
SternenfelsのＳＴＥＡＧハマテック社）内で９０℃の
ピラニア（Piranha）溶液を使用して標準どおりにウェ
ット・エッチングすることによって除去する。
【００２７】クロム・エッチングの完了後、残ったクロ
ム層２２を原位置ハード・マスクとして使用し、仏グル
ノーブル（Grenoble）のネクストラル（NEXTRAL）社の
ＮＥＸＴＲＡＬ３３０ ＲＩＥリアクタ内でＣＦ4／Ｏ2
ケミストリを使用して標準どおりにドライ・エッチング
することによって、位相シフト材料をエッチングする。
この段階のブランク１９を図９に示す。
【００２８】次に、ＲＣ８ツール・スピン・コータ（独
ミュンヘン（Munich）のカールＳＵＳＳ（Karl SUSS）
社）を使用して、新しいフォトレジスト層２４、例えば
ＩＰ３６００フォトレジスト（東京応化工業社、神奈
川）をフォトマスク上に付着させ、標準法で露光する
（図１０）。この第２の露光パスの本質は、別のマスキ
ング・レベルに対応する第２のコンフィギュレーション
を書き込むことにある。この第２の書込み操作は、ＡＬ
ＴＡ３７００露光ツール（ＥＴＥＣシステムズ社）を用
いて実施する。層２４のフォトレジスト材料を先のＡＰ
Ｔ３１１０ツールを使用して現像し、パターニングされ
たフォトレジスト層を残す（図１１）。
【００２９】最後に、パターニングされたフォトレジス
ト層２４をマスキング層として使用し、ＡＰＴ３１１０
ツールを使用して層２２のクロムを先の説明と同様にエ
ッチングする。最後に、層２４の残りのフォトレジスト
をＡＳＣ５００ツール内で先の説明のとおりに除去す
る。製造プロセスの最終段階の本発明の３元ａｔｔ−Ｐ
ＳＭフォトマスク２５を図１２に示す（保護ペリクルは
表示されていない）。簡略にするため、本明細書では洗
浄および検査段階が説明されていないことに留意された
い。
【００３０】本発明の注目すべき態様は、以上に説明し
た全ての処理段階（フォトレジストの付着および現像、
クロムのエッチング、等々）が標準的な処理であり、こ
れまでに引用した全てのツールが市販品であるという点
である。本発明の３元ａｔｔ−ＰＳＭフォトマスクが従
来のａｔｔ−ＰＳＭマスクから区別されるのは、クロム
層に（クロム・フレームの他に）所望のパターンがある
ことだけである。（第１のマスキング・レベルに対応す
る）第１のコンフィギュレーションはパターニングされ
たＰＳＭ層２１によって複写され、（第２のマスキング
・レベルに対応する）第２のコンフィギュレーションは
パターニングされたクロム層２２によって複写される。
本発明によれば、２つのマスク・デザイン・データ・セ
ットが連結され、２枚の異なるフォトマスク中に別々に
印刷されるのではなしに、１枚のフォトマスク中に印刷
される。
【００３１】図１３（ａ）に、図１２の３元ａｔｔ−Ｐ
ＳＭフォトマスク２５を介して照明したときにフォトレ
ジストを塗布したシリコン・ウェハ上で得られる光強度
の一般的な透過関数を示す。図１３（ａ）に示した曲線
はその３元構造をはっきりと示している。なぜなら、フ
ォトマスク２５を波長２４８ｎｍの放射とともに使用し
た場合に透過関数が３つの値（０、６および１００％）
をとるからである。しかし、これらの３つの値の差が、
露光段階中に十分なコントラストに達するのに不十分で
ある可能性がある。その場合には、上記３つの値がそれ
ぞれ、この点に関してはるかに有利な０、１５および１
００％となるよう、シリコンを塗布したウェハを波長３
６５ｎｍの光放射で露光することが推奨される。
【００３２】フォトレジストを塗布したシリコン・ウェ
ハの露光 次に、図１２、または図１３（ｂ）の３元フォトマスク
２５の使用およびそれに付随する利点を図１３（ｃ）を
参照して説明する。この実験では、直径２００ｍｍの標
準シリコン・ウェハを使用する。まず、ＴＥＬ ＡＣＴ
８フォトレジスト・コータ（東京エレクトロン社、東
京）を使用してこのウェハに、ＴＯＫ３２５０フォトレ
ジスト（東京応化工業社、神奈川）の層を塗布する。図
１３（ｃ）に、フォトレジスト・スタック２８が塗布さ
れた基板２７を含む構造２６を概略的に示す（その下の
ＢＡＲＣ材料層の使用は通常通り任意である）。適当な
熱処理を使用して標準法でフォトレジスト・スタック２
８をベークし、次いで、フォトマスク２５を使用してこ
れを露光する。露光は、より良好な結果を得るため先に
言及した波長３６５ｎｍに調整したニコンＮＳＲ２２０
５ｉ−１２−Ｄステップ・アンド・リピート・システム
（ニコン社、東京）中で実施する。
【００３３】露光したウェハは、ＴＥＬ ＡＣＴ８ツー
ル（東京エレクトロン社、東京）を使用し標準操作条件
でベークし、現像する。図１３（ｃ）から明らかなよう
に、スタック２８は波形の表面を有し、異なる２つの高
さＨ１およびＨ２を有する段を示す。この点でスタック
２８は、図４のスタック１８と非常によく似ているが、
この結果が、１枚のフォトマスクと１段階の露光だけか
ら得られたものであることに留意されたい。
【００３４】以上に説明した実験のまとめとして、米ニ
ューヨーク州プレーンビュー（Plainview）のＶＥＥＣ
Ｏインスツルメンツ社（VEECO Instruments Inc.）が販
売するＤｅｋｔａｋ原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて
ウェハの特性評価を実施した。この測定では、本発明の
３元フォトマスク２５を用いて実施した１回の露光によ
って実際に、図１３（ｃ）に概略的に示したパターニン
グされたフォトレジスト・スタック中に所望の波形表面
が生成されることが示された。
【００３５】より一般的に、ポジ型フォトレジストが、
このような３元ａｔｔ−ＰＳＭフォトマスク２５を介し
て露光するシリコン・ウェハを覆っている場合を考え
る。この場合、フォトマスク２５の光透過性の高い領域
は、現像段階後にフォトレジストが完全に除去されるよ
うに設計され、光透過性の低い領域は、フォトレジスト
ができるだけ除去されないように設計され、光透過性が
中間的な領域は、全てではない所与の量のフォトレジス
トが除去されるように設計される。これは、作業波長に
対して１５％〜２５％という中間的な光透過率を有する
ＰＳＭ層を使用して達成することができる。層２１を通
過した光は、フォトレジスト・スタック上で潜像の印刷
を開始するのに十分なエネルギーを有するが、スタック
の全厚を貫通してこの潜像を印刷するには至らない。
【００３６】プロセス・パラメータ（フォトレジストの
性質および厚さ、ＢＡＲＣの有無、ベーク段階の熱処
理、露光、現像およびエッチング操作の条件、等々）を
調整することによって、段の高さの比（Ｈ１／Ｈ２）お
よび段の傾斜を制御することができる。
【００３７】同様に、マスク・パラメータを調整するこ
ともできる（部分透過層を形成する材料、マスク処理段
階、等々）。
【００３８】３元フォトマスクは、光デフェージング
（dephasing）および光減衰が可能な位相シフト材料、
すなわちフォトマスクを透過する光の強度に影響を及ぼ
す位相シフト材料の使用に基づく以上に説明した方法の
変形を使用して製造することができる。これらの方法
を、４段階以上の強度の光を透過させることができる多
重光強度マスクの製造に一般化することもできる。この
ような多重光強度フォトマスクは、異なる光透過関数を
有する少なくとも２種類の位相シフト材料を使用して対
応する数の中間値を実装することに基づく。
【００３９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００４０】（１）高光透過領域、中光透過領域および
低光透過領域を有する３元リソグラフィａｔｔ−ＰＳＭ
フォトマスクを形成する方法であって、 ａ）高い光透過率を有するプレート、中間の光透過率を
有する最下位の位相シフト材料（ＰＳＭ）層、低い光透
過率を有する不透明材料の層、および最上位のフォトレ
ジスト層を含むａｔｔ−ＰＳＭブランクを用意する段階
と、 ｂ）第１のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
ンに基づいて前記最上位フォトレジスト層をパターニン
グするリソグラフィ段階と、 ｃ）前記第１のコンフィギュレーションを前記不透明材
料の層に転写するエッチング段階と、 ｄ）パターニングされた前記不透明材料の層を原位置ハ
ード・マスクとして使用して、前記第１のコンフィギュ
レーションを前記ＰＳＭ層に転写するエッチング段階
と、 ｅ）残りのフォトレジスト材料を除去する段階と、 ｆ）得られた構造の上にフォトレジスト材料の層を付着
させる段階と、 ｇ）第２のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
ンに基づいて前記フォトレジスト材料の層をパターニン
グするリソグラフィ段階と、 ｈ）前記第２のコンフィギュレーションをその下の前記
不透明材料の層に転写するエッチング段階と、 ｉ）残りのフォトレジスト材料を除去する段階と を含み、材料によって一切覆われていない前記プレート
の部分が前記高光透過領域を形成し、前記位相シフト材
料だけによって覆われた前記プレートの部分が中光透過
領域を形成し、前記不透明材料によって覆われた前記プ
レートの部分が低光透過領域を形成し、これによって３
元マスクが得られる方法。 （２）透明なプレートであって、該プレートの上に形成
された、第１のマスキング・レベルのコンフィギュレー
ションに基づいてパターニングされた位相シフト材料
（ＰＳＭ）の層と、前記パターニングされたＰＳＭ層の
上に形成された、第２のマスキング・レベルのコンフィ
ギュレーションに基づいてパターニングされた不透明材
料の層とを有するプレートを備え、これによって前記フ
ォトマスクにおいて高光透過領域、中光透過領域および
低光透過領域が画定された３元リソグラフィａｔｔ−Ｐ
ＳＭフォトマスク。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）従来のａｔｔ−ＰＳＭフォトマスクの概
略断面図、および、（ｂ）フォトレジストを塗布したシ
リコン・ウェハにＵＶ光放射が入射したときの（ａ）の
フォトマスクの透過関数を示す図である。
【図２】２回の露光段階および２枚のマスクを必要とす
る従来技術の技法に基づいて、波形表面を有するパター
ニングされたフォトレジスト・スタックをシリコン・ウ
ェハ上に生成する方法の一段階を示す図である。
【図３】２回の露光段階および２枚のマスクを必要とす
る従来技術の技法に基づいて、波形表面を有するパター
ニングされたフォトレジスト・スタックをシリコン・ウ
ェハ上に生成する方法の図２に続く段階を示す図であ
る。
【図４】２回の露光段階および２枚のマスクを必要とす
る従来技術の技法に基づいて、波形表面を有するパター
ニングされたフォトレジスト・スタックをシリコン・ウ
ェハ上に生成する方法の図３に続く段階を示す図であ
る。
【図５】３段階の強度を有する光を透過させるように適
合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の一段
階を示す図である。
【図６】３段階の強度を有する光を透過させるように適
合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図５
に続く段階を示す図である。
【図７】３段階の強度を有する光を透過させるように適
合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図６
に続く段階を示す図である。
【図８】３段階の強度を有する光を透過させるように適
合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図７
に続く段階を示す図である。
【図９】３段階の強度を有する光を透過させるように適
合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図８
に続く段階を示す図である。
【図１０】３段階の強度を有する光を透過させるように
適合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図
９に続く段階を示す図である。
【図１１】３段階の強度を有する光を透過させるように
適合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図
１０に続く段階を示す図である。
【図１２】３段階の強度を有する光を透過させるように
適合された本発明に基づく３元フォトマスクの製造の図
１１に続く段階である、最終段階を示す図である。
【図１３】（ａ）フォトレジストを塗布したシリコン・
ウェハにＵＶ光放射が入射したときの図１２（（ｂ）に
再掲）のフォトマスクの透過関数を示す図、および、
（ｃ）（ｂ）の３元フォトマスクを使用したときに１回
だけの露光段階で生成される、シリコン・ウェハ上の波
形表面を有するパターニングされたフォトレジスト・ス
タックを示す図である。
【符号の説明】
１０ ａｔｔ−ＰＳＭ（減衰位相シフト材料）マスク １０' ａｔｔ−ＰＳＭマスク １０" ａｔｔ−ＰＳＭマスク １１ 石英板 １２ ＰＳＭ層 １３ クロム・フレーム １４ 保護ペリクル １５ アルミニウム・リング １６ 半導体構造 １７ シリコン基板 １８ フォトレジスト・スタック １９ ａｔｔ−ＰＳＭブランク ２０ 石英板 ２１ ＰＳＭ層 ２２ クロム層 ２３ フォトレジスト層 ２４ フォトレジスト層 ２５ ３元ａｔｔ−ＰＳＭフォトマスク ２６ 構造 ２７ 基板 ２８ フォトレジスト・スタック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドゥニ・リガイユ フランス 91100 コーベイユ・エソンヌ ルート・ド・サンジェルマン １ (72)発明者 フィリップ・コロネル フランス 91300 マッシー リュ・ノル マンディー・ニエマン 23 Ｆターム(参考） 2H095 BB03 BB31 BC04 BC24

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高光透過領域、中光透過領域および低光透
    過領域を有する３元リソグラフィａｔｔ−ＰＳＭフォト
    マスクを形成する方法であって、 ａ）高い光透過率を有するプレート、中間の光透過率を
    有する最下位の位相シフト材料（ＰＳＭ）層、低い光透
    過率を有する不透明材料の層、および最上位のフォトレ
    ジスト層を含むａｔｔ−ＰＳＭブランクを用意する段階
    と、 ｂ）第１のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
    ンに基づいて前記最上位フォトレジスト層をパターニン
    グするリソグラフィ段階と、 ｃ）前記第１のコンフィギュレーションを前記不透明材
    料の層に転写するエッチング段階と、 ｄ）パターニングされた前記不透明材料の層を原位置ハ
    ード・マスクとして使用して、前記第１のコンフィギュ
    レーションを前記ＰＳＭ層に転写するエッチング段階
    と、 ｅ）残りのフォトレジスト材料を除去する段階と、 ｆ）得られた構造の上にフォトレジスト材料の層を付着
    させる段階と、 ｇ）第２のマスキング・レベルのコンフィギュレーショ
    ンに基づいて前記フォトレジスト材料の層をパターニン
    グするリソグラフィ段階と、 ｈ）前記第２のコンフィギュレーションをその下の前記
    不透明材料の層に転写するエッチング段階と、 ｉ）残りのフォトレジスト材料を除去する段階とを含
    み、 材料によって一切覆われていない前記プレートの部分が
    前記高光透過領域を形成し、前記位相シフト材料だけに
    よって覆われた前記プレートの部分が中光透過領域を形
    成し、前記不透明材料によって覆われた前記プレートの
    部分が低光透過領域を形成し、これによって３元マスク
    が得られる方法。
  2. 【請求項２】透明なプレートであって、該プレートの上
    に形成された、第１のマスキング・レベルのコンフィギ
    ュレーションに基づいてパターニングされた位相シフト
    材料（ＰＳＭ）の層と、前記パターニングされたＰＳＭ
    層の上に形成された、第２のマスキング・レベルのコン
    フィギュレーションに基づいてパターニングされた不透
    明材料の層とを有するプレートを備え、これによって前
    記フォトマスクにおいて高光透過領域、中光透過領域お
    よび低光透過領域が画定された３元リソグラフィａｔｔ
    −ＰＳＭフォトマスク。
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