JP2837816B2 - リソグラフィ露光マスクの製造方法 - Google Patents

リソグラフィ露光マスクの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ホトリソグラフィに用
いる高性能露光マスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回路要素の導体および他の部分の微細パ
ターンの形成は、集積回路および他の電子デバイスの製
造に欠くことのできない製造工程である。多層モジュラ
回路は、このような集積回路および他のデバイスを多数
有し、これらは薄膜上の導電パターンによって接続され
ている。ホトリソグラフィ技術は周知であり、このよう
なパターンを製造するために高度に開発されてきた。一
般に、ホトリソグラフィは、薄膜、基板または部分的に
形成された集積回路の表面に感光レジスト材料を設ける
工程と、所望のパターンに感光レジスト材料の一部を露
光する工程とを含んでいる。次に、レジストの露光部分
または未露光部分のいずれかを選択除去する（レジスト
材料がポジレジストまたはネガレジストかによって）こ
とにより、パターンを現像し、レジスト材料の残留パタ
ーンに従って材料を選択除去すなわち現像可能にする。
【０００３】ホトレジスト材料の露光は、多くの場合、
マスクを経て光または他の放射（たとえば紫外線および
短波長波）によって行われる。マスクは、パターンを直
接描画する場合に比べて、高精度，反復性，利便性に優
れているからである。したがって、マスクの品質は、レ
ジスト材料の現像パターンの品質を決定し制限する。高
品質のマスク・パターンが開発されているが、いくつか
の光学的な影響が、レジスト露光品質をさらに制限して
いる。
【０００４】特に、ホトリソグラフィ・プロセスに適し
た光および他の放射の波としての性質のために、回折お
よび干渉の影響が、マスクの不透明領域のエッジにおい
て発生し、露光パターンに寸法的な変化を生じさせる
（すなわち、ゴースト・パターンを生成する）。その理
由は、露光の際に、マスクの不透明領域を、ホトレジス
トに直接に接触して配置することができないからであ
る。実際には、かなりの長さの光学系を用いて画像を投
影し、マスクの寸法に対して、レジスト表面でのパター
ン寸法を減少させることが一般に行なわれている。前記
の回折および干渉の影響は、ホトレジストからのマスク
の不透明領域の離間（たとえば、パターン画像が投影さ
れる距離）に基づいて、露光画像の拡がりを生じさせ、
あるいは、マスクの開口からマスク面への角度でのエネ
ルギー放射のローブに相当するホトレジストの追加領域
への露光の拡がりをも生じさせる。
【０００５】この影響は、一般に寸法的には小さいが、
集積回路の集積密度の最近の増大は、パターンの最小構
造寸法を、影響が重大になり、高製造歩留りにとって重
要となる状況に至らしめている。したがって、露光パタ
ーンを改善するために、いわゆるリム位相シフトマスク
が開発され、閉形状、すなわち孤立状、の構造の露光に
おける画像の拡がりを制限している。レベンソン（Ｌｅ
ｖｅｎｓｏｎ）・タイプのシフタとして知られる類似の
位相シフトマスクの形成は、平行導体のアレイのような
周期的繰り返しパターンの露光に用いられている。
【０００６】このようなリム位相シフトマスクは、基本
的に、マスクに形成された不透明パターンのエッジすな
わちリムにおいて、マスクを経る変更光路長を与える。
レベンソン・タイプの位相シフト構造は、不透明領域間
の異なる光路長に同様の影響を与え、これは平行ライン
のような繰り返しパターンのコントラストを増大させ
る。光路長の違いは、露光が行われる波長での放射の１
８０°位相シフトを与える。この位相シフトは、干渉効
果を生じさせる。この干渉効果は、マスクに形成された
開口の寸法に対して、ホトレジスト表面での露光パター
ンをわずかに狭くし、開口のエッジを越える放射の強度
（たとえば、サイドローブのエネルギー）を減少させ
て、マスク開口の寸法を越えて生じる露光が、レジスト
の現像には不十分であるようにする。
【０００７】リム位相シフトマスクは、既に製造され効
果的に利用されているが、不透明領域のエッジにおいて
異なる光路長を有する極端に小さい多数の領域を形成す
る必要があるため、マスクの製造は困難であり、高価で
ある。
【０００８】図１および図２は、先行技術によるリム位
相シフトマスクの製造方法の主要工程を示す。図１
（ｅ）および図２（ｅ）には、それぞれ、完成マスクの
構想が示されている。
【０００９】たとえば、図１（ａ）−図１（ｅ）に図示
している第１の先行技術は、マスクパターンのエッチン
グに加えて、マスク基板の選択エッチングを含んでい
る。これは、２つの別々の露光処理および現像処理を必
要とし、これら処理は自己整合で行うことが不可能であ
り、したがってコストを増大させ、欠陥マスクを製造す
る可能性を増大させる。さらに、他のパターン内にパタ
ーンを形成する方法は、このようなマスクによって露光
できる最小構造寸法を制限する。たとえば、４×マスク
（たとえば、このマスクは、各座標方向において所望画
像の寸法の４倍で形成される）を用いて、０．４μｍ露
光スポットを形成するためには、１．６μｍの透明開口
に加えて、約０．５μｍの位相シフト領域を設けるのが
好適である。したがって、マスクによって定められる露
光パターンの寸法を光学的に減少させても、匹敵し得る
レベルのホトリソグラフィ技術は、マスクの形成には依
然として必要である。同じ理由で、マスク内の不透明領
域の開口寸法は増大し、完成品の集積密度に関して現在
利用できるホトリソグラフィ技術の全能力を活用するた
めには、露光領域間の間隔を小さくすることはできな
い。
【００１０】詳述すると、図１（ａ）は、第１の先行技
術の製造方法によるリム位相シフトマスク構造の製造方
法の初期の工程を示す。図１（ａ）に示す製造工程で
は、クロムのような不透明材料のブランケット層１２
を、石英またはガラスのマスク基板１０上に堆積し、続
いてレジスト層１４を堆積する。レジスト層１４には、
開口１６をパターニングし、図１（ｂ）に示すように、
不透明材料層をエッチングして、石英基板に凹部１８を
形成する。凹部１８の深さは、（たとえば、既知の屈折
率を有する材料の相対厚さを減少させて、基板材料にお
ける意図される露光放射波長の１／２波長の奇数倍だ
け、光路長を短くすることにより）所望の位相シフトを
達成する深さである。この深さは、約１．５の屈折率を
有し、露光放射波長が遠紫外線領域にあると仮定される
基板に関して、好適には約２３０ｎｍである。
【００１１】この先行技術によるマスク開口構造の１つ
の主な欠点は、エッチング深さを制御できないことであ
る。さらに、現在の技術レベルでのエッチング・プロセ
スの均一性は、エッチング深さ（達成される位相シフト
量を決定する）の約±５％である。したがって、エッチ
ング深さの潜在的な変動のこれら２つの原因は、製造歩
留りのかなりの潜在的減少を生じ、この構造のマスクを
製造する或る一定の製造プロセス・シーケンスにおい
て、許容し得るマスクを製造できるという信頼性がかな
り減少する。
【００１２】次に、図１（ｃ）に示すように、ブランケ
ット・レジスト層１１を設け、パターニングする。これ
により、マスク開口内に残っている不透明材料パターン
部の選択エッチングを可能にし、図１（ｄ）に示すよう
な構造が形成される。（不透明材料は、以後、好適な例
としてクロム材料が用いられるが、クロムの合成物ある
いは窒化物層上に設けられた他の金属のような他の材料
を用いることもでき、これら材料はある条件の下では望
ましいものである。たとえば、比較的厚いクロム層は、
マスク内に増大したストレスを生じさせるが、このスト
レスは別の材料を選ぶことにより避けることができ
る。）このパターニング処理の最小構造寸法は、図１
（ａ）の構造を作製するのに必要なパターニングにおけ
ると同じように小さくないが、位置決め精度および構造
寸法公差はかなり小さく、自己整合プロセスで実施でき
ないことに留意すべきである。さらに、レジストは、エ
ッチング工程によって形成された凹部（図１（ｂ）の構
造）に入り込まなければならないが、これを信頼性良く
行うことができない。
【００１３】最後に、レジスト１１を除去して、完成し
たリム位相シフトマスク構造１５を作製する。図２
（ａ）〜図２（ｅ）において後述する第２の先行技術の
リム位相シフトマスク構造とは対称的に、マスク１５は
比較的高性能のマスクである。というのは、マスクの開
口内のどの位置での透明度も、基板の透明度と同じかま
たはそれより良好であり（位相シフト領域１８′で）、
部分反射する付加的な光境界面が形成されないからであ
る。したがって、このマスク構造は、正しく作製される
ならば、以下に詳細に説明する本発明に匹敵する性能標
準とみなすことができる。
【００１４】次に、図２（ａ）ー２図（ｅ）に図示され
ている第２の先行技術のリム位相シフトマスク構造を説
明する。この技術は、ホトレジストでもある位相シフト
材料（たとえば、マスク開口構造の屈折率に近い屈折率
を有する材料の厚さ、および通過する放射の所望の位相
シフトを与える厚さ）の、マスクの裏面からの露光を含
み、この露光により位相シフト材料の所望のパターンを
形成する。この露光は、自己整合であるとみなせるが、
この場合、マスクの不透明材料を、正確に制御すること
のできないエッチング・プロセスによってアンダーカッ
トしなければならない。すなわち、不透明材料（たとえ
ばクロム）の最終パターンは、所望の最終パターンに直
接に形成されず、凹部の深さおよび不透明材料の側壁プ
ロファイルの制御困難性は、意図した最終パターンとは
異なる不所望な変形を生じさせ、あるいは欠陥マスクの
形成につながる。
【００１５】図２（ａ）〜図２（ｅ）では、可能な限
り、図１（ａ）〜図１（ｅ）と共通の参照番号を用いる
ものとする。さらに、明瞭にするために、図１（ａ）〜
図１（ｅ）のすべては、共通の寸法および形状で描いて
ある。たとえば、開口の中央部および位相シフト領域
は、水平方向に同じように配置しており、同じような寸
法としている。しかし、これら図面のいずれも、マスク
構造に関連したスケールに描かれていない。というの
は、マスク構造の水平方向および垂直方向の寸法は、露
光放射波長のような多数の要件によって、任意に変更で
きるからである。このことは、本明細書の記述の点から
当業者には明らかであろう。）図２（ａ）は、図１
（ａ）に示すマスクの製造工程に対応している。すなわ
ち、クロムまたは他の不透明材料のブランケット層１２
は、基板１２上に堆積され、パターニングされたレジス
ト層１４で被覆されている。しかし、この例では、レジ
ストは、位相シフト領域を除いた、構造の中央領域に対
応するようにパターニングされている（２０で示すよう
に）。次に、図２（ｂ）に示すように、領域２０′のク
ロム層をエッチングする。
【００１６】クロム層のエッチングに続いて、レジスト
層１４を除去して、図２（ｃ）に示すように、レジスト
の他のブランケット層２２を設ける。この例では、レジ
スト材料は、ＰＭＭＡ（ポリ・メチル・メタクリレー
ト）であり、これはこの例にとっては重要である。ＰＭ
ＭＡは、紫外線波長では基板の透明度に匹敵するほど透
明であり、基板とほぼ同じ屈折率を有している。この例
では、レジスト層２２の一部は、完成したデバイス内に
残り、その光学要素を構成する。したがって、レジスト
の厚さはこの例にとっては重要であり、厚さの精度は達
成するのがやや困難である。
【００１７】位相シフト領域の内部境界面を形成するた
めには、図２（ｃ）に矢印２４で示すように、マスクの
裏面から、レジストを放射により露光する。露光後の現
像によって、図２（ｄ）の２６でのレジストを除去す
る。次に、位相シフト領域１８′の残留部分を、２８で
のクロム層のラテラル・エッチングによって形成し、レ
ジストのオーバハング領域を残す。上述したように、レ
ジスト層２２の露光は自己整合プロセスであるが、クロ
ム層１２のラテラル・エッチングは、マスク開口の中央
部の初期パターン以外のパターンに基づいて行われな
い。したがって、位相シフト領域の幅は、検査による以
外は正確に寸法設定することができず、マスク構造の外
部境界面は、一般にやや不整となる。位相シフト領域の
幅は、構造毎に、および同一の構造内で変わり得る。
【００１８】さらに、図１（ｅ）のマスク開口構造１５
に対して、図２（ｅ）のマスク開口構造２５の位相シフ
ト領域１８′の透明度は、形成された追加の２つの境界
面の故に、減少する。クロム層が薄く、リソグラフィ露
光に用いられる放射の波長の何分の一かである場合に
は、透明度は干渉効果によってさらに影響を受ける。得
られた位相シフトは、レジストの厚さを容易に調整でき
ないので、最適に調整されたものよりも小さい。たとえ
ば、レジストを、溶媒を含み収縮を受けるペーストの形
態とすることができる。さらに、位相シフト材料の片持
ちオーバハングと、かき傷および他の物理的損傷をより
受け易いＰＭＭＡの柔軟性の故に、構造は強固ではな
い。
【００１９】これら技術のいずれに関しても、集積回路
の製造に用いられる多くのパターンおよび大半の相互接
続パターンは、平行導体のような構造の繰り返しパター
ンおよびパッドのような閉構造を含んでいることに留意
すべきである。これまでは、レベンソン・タイプの位相
シフト構造に要求される処理工程は、別個の位置決め工
程，露光現像工程，エッチング工程が各々の開口構造に
要求されるリム位相シフト開口構造の形成に全く共用で
きなかった。したがって、追加の位置決め工程および追
加の処理工程が必要とされるが故に、コストが増大し、
製造歩留りが減少する。
【００２０】要約すると、リム位相シフト開口構造を有
するマスクを製造する先行技術は、欠陥マスクが作製さ
れるという危険性を内在するいくつかの処理を必要とし
ている。さらに、すべての既知の技術は、マスクを用い
て作製された完成品において達成できる分解能を、現在
のホトリソグラフィ技術、およびマスク製造に必要とさ
れる多数の高コストの工程で生成することのできる分解
能以下に制限している。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、位相シフト領域の形成に当たりパターニングマスク
の使用回数を少なくできるリム位相シフトマスクの製造
方法を提供することにある。
【００２２】本発明の他の目的は、露光コントラストを
増大できる能力を有する位相シフト領域を含むリム位相
シフトマスクの製造方法を提供することにある。本発明
の他の目的は、リム位相シフトマスク構造およびレベン
ソン・タイプの位相シフト開口構造を、少なくとも一部
は共用プロセスによって同一のマスク上に作製できる方
法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的を
達成するために、少なくとも１つの領域を露光するため
のリソグラフィ露光マスクであって、マスクの不透明領
域に隣接する少なくとも１つの位相シフト領域を含む少
なくとも１つの開口構造を含むリソグラフィ露光マスク
を製造する方法を提供する。本発明の１つの製造方法
は、基本的には、寸法が前記露光される領域および前記
位相シフト領域に対応する開口構造に合わせて、基板上
に堆積された不透明材料層をパターニングするステップ
と、前記不透明材料層および前記基板上に、位相シフト
材料を、下層パターンに対応する写像くぼみ領域を表面
に形成する（本明細書中、コンフォーマルと言う）よう
に、堆積するステップとを含んでいる。
【００２４】本発明は、１つの像区域を規定するための
１つの光学的開口パターンの中央部分において透明性基
板上に位相シフト領域が形成されている少なくとも１つ
の光学的開口パターンを有するリソグラフィ露光マスク
を製造する方法であって、透明性基板上の不透明材料堆
積層を開口パターンにしたがって前記基板が露出するま
で選択的にエッチングすることによりパターン化不透明
領域を形成するステップと、前記パターン化不透明領域
を含む前記基板上に、位相シフト材料を一様に堆積し
て、前記パターンに対応する写像くぼみ領域を表面に有
する位相シフト材料堆積層を形成するステップと、前記
位相シフト材料堆積層上に平坦化材料を一様に堆積する
ステップと、前記平坦化材料堆積層を下層の前記位相シ
フト材料堆積層が露出するまでエッチングして前記写像
くぼみ領域を覆うパターン化平坦堆積層領域を形成する
ステップと、前記パターン化平坦堆積層領域をマスクと
して前記基板が露出するまで前記位相シフト材料堆積層
を異方性エッチングするステップと、前記マスクを除去
することにより、位相シフト領域を前記開口内の中央部
分に形成するステップとより成る。
【００２５】本発明は、大きなコントラストを与える能
力を含む位相シフト領域が透明性基板上の１つの光学的
開口パターン内に形成されている複数の光学的開口パタ
ーンを有するリソグラフィ露光マスクを製造する方法で
あって、透明性基板上のパターン化不透明材料層により
規定され、位相シフト領域を形成すべきまたは既に位相
シフト領域が形成されている光学的開口パターンを有す
るマスク基板を用意するステップと、前記パターン化不
透明材料層を含む前記基板表面上に所定の雰囲気の下に
位相シフト材料を一様に堆積して、前記パターンに対応
する写像くぼみ領域を表面に有する位相シフト材料堆積
層を形成するステップにして、前記くぼみ領域に対応す
る露光像の露光強度が前記くぼみ領域の光学的開口の全
領域にわたって理想的な矩形エッジの場合よりも大きく
なるように、前記不透明材料層のエッジに対応する位置
における前記位相シフト材料堆積層の輪郭の丸み係数Ｒ
を選定し、この丸み係数Ｒに依存して露光像のコントラ
ストを決定することを含むステップと、より成る、丸み
係数Ｒにより露光像のコントラストを増大できる露光マ
スクの製造方法。
【００２６】
【実施例】上記２つの先行技術とは極めて対称的な本発
明のリム位相シフトマスクの基本的な開口構造の製造プ
ロセスの概略を図３（ａ）−（ｃ）に示す。この概略図
では、不透明材料層３０は、前述した既知のリム位相シ
フトマスク構造の２つの例よりもかなり厚く図示されて
いる。この場合、クロムの使用は前述したように望まし
くない。これは一般的ではあるが、必ずしもそうである
必要はない。実際には、前述した２つの従来技術のクロ
ム層の厚さは、任意であり、この概略図では、不透明材
料層の厚さは、位相シフト光路長差を形成する。さら
に、位相シフト領域１８′の幅を、容易に制御すること
ができる。ただ１つの追加の境界面を形成し、堆積材料
の屈折率が基板の屈折率に一致している好適な製造条件
のもとでは、前記境界面は影響が少ない。さらに、ただ
１つのパターニング処理が必要とされる。
【００２７】特に、図１（ａ）および図２（ａ）に対応
する製造工程を図３（ａ）に示す。すなわち、不透明材
料層３０は、１８０°位相シフトに対する光路長差に等
しいかまたは近い所望の厚さ（たとえば、遠紫外線に対
し２３０ｎｍ）に基板１０上に堆積され、レジスト３２
が層３０上に堆積され、パターニングされる。レジスト
の厚さは、描画波長と、わずかな程度ではあるが描画さ
れる開口寸法に依存し、約１２０ｎｍ〜約３００ｎｍの
範囲とすることができる。
【００２８】このパターン開口の寸法は、図１（ａ）お
よび図２（ａ）のパターニングの場合とは対称的に、位
相シフト領域を含む全開口の寸法であることに留意され
たい。したがって、このマスク開口を介して対象レジス
ト層上に形成される露光開口像は、前述したように、光
学系によってさらに縮小される前であっても、マスク開
口よりもかなり小さい。したがって、製造上の制約は軽
減され、高品質のパターニングを容易に達成できる。比
較すると、図３（ａ）のマスクの最小開口寸法は、図１
（ａ）の例の同じパターニング処理のために生成しなけ
ればならない最小開口寸法よりも数倍大きい。図２
（ａ）の例と比較すると、最小開口寸法は、各位相シフ
ト領域の幅の２倍大きい。したがって、本発明のさらな
る利点は、前述した目的の達成に加えて、かなり小さな
寸法のマスク構造の高品質露光を実現するために本発明
を利用して、極端に小さい開口パターン構造を実現でき
ることである。他のマスクを形成するためのマスクを用
いることによって、小さな構造を作製するこの方法は、
理論的には、ウェハ上のレジストの最終露光に用いられ
る波長によってのみ制限される。その理由は、不透明材
料堆積の厚さを、超短波長に相当する距離に、特にエッ
チングと比較して十分な精度で容易に制御することがで
きるからである。
【００２９】前述した２つの先行技術の場合と同様に、
レジスト・パターンを用いて、不透明材料（たとえば、
クロム／窒化物合成物）層をパターニングする。これ
は、クロム層のパターン化に際して、非常に急斜面の側
壁を形成できる異方性反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）によって好適に行い、図３（ｂ）に示す構造を得
る。次に、マスク基板１０とほぼ同じ屈折率を有する位
相シフト材料層３４をコンフォーマルに堆積する（たと
えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、またはスパッタリングのよ
うな他の適切なプロセスによって）ことで十分である。
屈折率の近似により、境界面３８からの反射が最小にな
り、マスクの透明度は、追加材料の厚さにより非常にわ
ずかに減少するだけである。位相シフト材料堆積層３４
は、コンフォーマルであるので、堆積の際に位相シフト
領域１８′の幅が形成される。堆積厚さは、得られる位
相シフトの精度に関し重要ではない。というのは、光路
長差は、クロム層の厚さ（図３（ｃ）に“２３０ｎｍ”
で示す）によって決定されるからである。したがって、
位相シフト領域の効果は、検査（たとえば開口を経る投
影）によって調べることができ、必要ならば、十分に最
適な結果が得られるまで、等方性エッチングまたはさら
にコンフォーマル堆積によって調整できる。コンフォー
マル堆積は、図２（ｅ）の例におけるクロムまたは他の
不透明材料のラテラル・エッチングよりも、さらに規則
的かつ予測的に行われる。
【００３０】このプロセスにより生成されたリム位相シ
フトマスクの概略的構造を図３（ｃ）に示す。この概略
図では、パターン化クロム／窒化物層で規定されたマス
ク開口のエッジ位置に対応する位相シフト材料堆積層３
４の輪郭は、直角形の形状で示されているが、実際に
は、図６（ｃ）に示すように、丸みを帯びており、この
丸み係数Ｒがこのマスクの露光コントラストに大いに影
響を与えるが本発明者によって見い出されたことに注目
すべきである（図９ないし図１５に関する説明を参照さ
れたい）。したがって、大きな露光コントラストの位相
シフト領域を有するリム位相シフトマスクを生成するに
は、丸み係数Ｒが開口寸法に依存する所定の範囲にある
ようにすればよい。
【００３１】本発明による方法および構造は、既知の方
法および構造よりも簡単な製造プロセスを与え、最適に
近い描画品質を得るように調整できるマスク開口構造を
提供する。位置決め公差および最小開口寸法のいずれ
も、作製されるべき開口よりも小さく、さらなる光学的
縮小を可能にする。本発明による製造方法の工程は、さ
らに高い製造歩留りを有するようになる。工程数の減少
はコストを安くする。さらに、クロム堆積は、基板（た
とえば、ＳｉＯ 2 ，石英またはガラス）の材料と同質材
料のコンフォーマル状の堆積層により被覆され、保護さ
れる。マスクパターンは効果的に包囲されている。クロ
ム層パターンの保護と、基板がエッチングされないこと
によって、構造は強固になっている。
【００３２】本発明の原理を、以下に説明する本発明の
種々の実施例に適用することができる。これらの実施例
は、代表的な例であり、リム位相シフトマスク開口構造
および位相シフトを用いる他の構造を、本発明の趣旨と
範囲内で作製することができる変形の程度を示すものと
みなすことができる。以下に示す実施例は、前述した既
知のリム位相シフトマスクの例と比較して利点を有して
いる。
【００３３】本発明ではないが、既に提案中のプロセス
を図４に示す。図４（ａ）は、図３（ａ）に対応する構
造を示す。しかし、不透明材料層３０′は、比較的薄く
描かれており、この提案例では、特定波長および／また
は開口寸法に依存の厚さに堆積する必要はない。したが
って、クロムは不透明材料として好適である。クロムに
隣接する側壁を形成し、位相シフト領域の基板上に延在
させるためには、不透明材料層３０′が、十分な厚さを
有することのみが必要とされる。それにもかかわらず、
レジスト層３２のパターニングは、位相シフト領域を含
む全マスク開口に対応し、最小開口寸法に関して前述し
た利点は維持される。
【００３４】クロム層３０′がパターニングされ、レジ
スト層３２が除去されて、図４（ｂ）の構造が得られ
る。次に、基板材料またはクロム（または他の不透明材
料）とは異なった低い速度でエッチングできるプラズマ
堆積窒化物のような側壁スペーサ材料層４２を、ＣＶＤ
によりほぼコンフォーマルに堆積して、図４（ｃ）に示
すように、クロムに隣接する増加厚さの領域１８′を形
成する。次に、この層４２を、異方性エッチングにより
開口する。このエッチングは、マスク開口の中央部およ
びクロムパターンの上部のスペーサ材料を除去して、図
４（ｄ）に示すように、側壁スペーサ４４を残す。次
に、基板１０を、自己整合で位相シフト深さ４６（たと
えば遠赤外線に対し２３０ｎｍ）に選択エッチングす
る。最後に、側壁スペーサを除去して、図４（ｅ）に示
すように、完成したマスク構造４８を作製する。
【００３５】本発明の実施例を図５（ａ）〜図５（ｅ）
に基づいて説明する。図示の構造、および図５（ａ）お
よび図（ｂ）に示す製造工程は、たとえば酸化アルミニ
ウムまたは酸化ハフニウムのエッチング停止層５２を含
むことのみが、図４（ａ），および図４（ｂ）とは異な
っている。エッチング停止層は、１対の界面を形成す
る。この界面では、屈折率の不一致により避けがたい反
射が生じる。この理由により、この実施例は一般に好適
ではない。それにもかかわらず、この実施例は、開口寸
法，製造公差，および強固さに関しいくつかの利点を有
し、ある状況下では望ましいものである。
【００３６】特に、図５（ｃ）に示すように、前述のよ
うにクロム層をパターニングした後、マスク基板材料の
屈折率に近い屈折率を有する位相シフト材料層５４を、
適切な厚さに設けて、露光放射波長の１８０°位相シフ
トマスクを得る。この層５４上に、ホトレジスト，ポリ
イミドまたはスピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）のような
平坦化材料のブランケット層５６を設ける。このブラン
ケット層は、エッチングにより開口の中央部を覆うよう
にパターン化される。このパターン化は、放射感応レジ
ストのさらなる露光によって行うことができるが、この
ようなパターン化は自己整合プロセスで行なうことも可
能である。それにもかかわらず、最小開口寸法は、図１
（ａ）〜図１（ｅ）の例の位相シフト領域を形成するも
のに用いられる最小開口寸法よりも数倍大きい。しか
し、位相シフト材料層５４がコンフォーマルに堆積され
ているので、レジスト層を境界面５７のレベルまで平坦
化することによってパターニングすることもできる。こ
の実施側の好適な製造方法では、別の露光または非自己
整合工程は、実際には必要とされない。次に、位相シフ
ト材料５４を、図５（ｄ）に示すように、パターン化平
坦化層５６をマスクとしてエッチング停止層５２まで異
方性エッチングする。図５（ｅ）に示すように、最後
に、このパターン化平坦化層５６を除去することによっ
て、マスク構造５８を完成する。
【００３７】閉形（すなわち、島領域）以外の形状を形
成するのに位相シフト領域を用いる他の種類のマスク開
口構造が、本実施例の光学特性の応用により、その能力
を向上できることを本発明者らは発見した。具体的に
は、レベンソン・タイプ位相シフト構造の既存のマスク
構造に、位相シフト材料をコンフォーマルに被覆し、こ
の位相シフト材料被覆表面のくぼみ領域のエッジにおけ
る輪郭形状の丸み係数Ｒ（図６ｃ参照）を後述のように
特定の範囲の値にすることにより、このマスクの格子パ
ターン（たとえば、ラインとスペースの繰り返しパター
ン）のコントラストをかなり増大することがわかった。
位相シフト材料のこのコンフォーマル被覆は、他のタイ
プの既存の位相シフト構造を含む既存マスク構造に対し
ても効果的に適用できる。このマスク構造のコントラス
トを増大させるプロセスは、本発明によるリム位相シフ
ト開口マスクを形成する製造プロセスと同じプロセス・
ステップで同時に実行できる。
【００３８】たとえば、少なくとも１つの開口６０およ
びレベンソン・タイプの位相シフタ６１を含むマスクが
図６（ａ）に示されている。既知のように、レベンソン
・タイプの位相シフタ６１は、不透明領域６２を有して
おり、これら領域はマスク基板のエッチング部分６４お
よび非エッチング部分６３によって交互に分離されてい
る。この種の構造は、ラインのエッジで増大した露光強
度を有する平行ラインの干渉パターンを生成する。開口
６０に関しては、その構造は、図３（ｂ），図４
（ｂ），図５（ｂ）に示される構造と同じであり、前述
した本発明に基づくリム位相シフト構造のいずれも、開
口内に形成できることに留意されたい。レベンソン・タ
イプの位相シフタの不透明パターン部分６２間のスペー
スは、また、断面図において開口となっている。前記実
施例の効果的特徴は、すべての処理ステップが不透明パ
ターンに位置決めされることであるので、本発明のいか
なる変形例も、理論的には、レベンソン・タイプの位相
シフタ構造の不透明領域６２間のスペースに形成できる
ことは、理解できるであろう。
【００３９】一例として本発明の好適な実施例を用い
て、位相シフト材料層６５を、図６（ａ）の既存のマス
ク構造上に直接にコンフォーマルに堆積することによ
り、開口６０に本発明によるリム位相シフト構造、すな
わち、ＲＩＭ構造、３５を形成すると同時に、レベンソ
ン・タイプの位相シフタ６１のエッチング部分６４に点
線で囲んだＲＩＭ構造を形成する。ＲＩＭ構造自体は、
図６ｃ、図９ー１５に関して後述されるように、位相シ
フト機能に加えて、不透明材料マスクの開口のエッジ位
置に対応するコンフォーマル堆積の位相シフト材料層の
輪郭形状の丸み係数Ｒが開口寸法に依存した所定値以下
に減少するにつれて露光強度、すなわちコントラスト、
が増大することを本発明者が始めて見い出したものであ
る。したがって、この点線で囲んだＲＩＭ構造は、既存
の位相シフト領域６１のコントラストを増大させる機能
を有することは明らかであろう。
【００４０】本発明のマスク構造の効果を説明するため
に、図７は、本発明による位相シフト構造マスクの露光
性能と、通常のクロム・オン・ガラス（ＣＯＧ）構造マ
スクの露光性能とのシミュレーション比較結果を示す。
図７において、図６（Ｃ）に示す本発明のリム位相シフ
ト構造マスクにより得られた露光強度特性を、いろいろ
な開口寸法Ｓ（Ｓは、露光対象レジスト層上の露光面に
関係している）を有するＣＯＧ構造マスクの場合と比較
して、実線で示す。本発明マスクによる露光強度の特性
曲線は、ＣＯＧ開口に関して得られた露光強度特性曲線
よりも急傾斜していることが明らかにわかる。本発明に
対応する露光強度特性曲線と、Ｓ＝０．３μｍのＣＯＧ
マスク露光強度特性曲線との交点７１において、このシ
ミュレーションのさらに重要な結果が観察される。これ
は、レジスト層の現像可能領域と現像不可能領域とを区
別させる相対的スレショルド露光強度Ｙ＝２．００×１
０ -3 （単位なし）に対して、本発明は、極端に小さい開
口と同じ解像度を与えるが、開口内に非常に増大した露
光強度を有することができることを示している。本発明
の性能のシミュレーションを示す図７および他の図に関
して、サイドローブ７２は小さく、実際には重要である
露光スレショルドよりも十分小さいことに留意すべきで
ある。
【００４１】図８は、本発明のリム位相シフト構造マス
クの露光性能と、図１（ｅ）および図２（ｅ）に、それ
ぞれ、示した第１および第２の先行技術によるリム位相
シフト構造マスクの露光性能とのシミュレーション比較
結果を示す。本発明のマスクの露光性能は、先行技術の
ものとはあまり相違しないが、図１（ｅ）の先行技術の
マスクに比べて分解能が向上する。さらに、本発明によ
るマスクは、本質的に欠陥が少なく、より大きな最小開
口寸法を可能にする安価なプロセスで製造される利点を
有している。本発明の性能は、図２（ｅ）の実施例の性
能にほぼ同じであるが、低減されたコストで製造された
強固かつ耐久性のある構造、増大した製造歩留り、パタ
ーンエッジの輪郭形状および開口形状の改善された制御
で製造される。
【００４２】図３（ａ）〜図５（ｅ）に示したマスク構
造は、やや理想化された形態で示されているが、本発明
によりコンフォーマルに堆積された位相シフト材料のエ
ッジは、図６（ｂ）に示されるように、やや傾斜し丸み
のある断面を有している。このような丸みの影響を調べ
るためのシミュレーションのために、図６（ｃ）に示す
寸法を有するリム位相シフト構造に従って、丸み係数Ｒ
を計測した。丸み係数Ｒの異なる値に対する断面輪郭
を、図１５に示す。図７および図８のシミュレーション
においては、理想的な矩形輪郭（たとえば、Ｒ＝∞）を
用いたが、図９〜図１４のシミュレーションでは、丸み
が増大する（たとえばＲが減少する）につれて、露光性
能がどのように変化するのかを決定するのが目的であ
る。図９から明らかなように、Ｒ＝５００の丸み係数
（実現できる）は、理想的な場合からの変化をほとんど
示さず、Ｓ＝０．３５μｍの露光開口を形成するように
寸法が決められたマスク開口によって得られる露光性能
よりも十分に高い露光性能を示している。図１０および
図１１から、露光強度特性曲線は、それぞれ、Ｒ＝１０
０およびＲ＝５０の丸み係数の場合には、依然として、
理想的な輪郭形状の場合の性能に接近していることがわ
かる。図１２に示すように、Ｒ＝２０でも、本発明のマ
スクの露光性能は、ＣＯＧ開口の性能よりも非常に良好
である。図１３に示すように、Ｒ＝１０での露光性能
は、それとＣＯＧ開口の性能との間のほぼ中間点に理想
的な性能が位置するようにきわめて良好になる。
【００４３】本発明の好適な実施例の製造に必要とされ
る最小開口寸法は、Ｓ＝０．３５μｍ開口の場合の最小
開口寸法ほどには小さくなく、そして、位相シフト材料
の追加のコンフォーマルな堆積層を必要とするのみであ
ることを思い起こすべきである。したがって、追加の工
程は、２つのマスク構造間の製造歩留りの差をほぼバラ
ンスさせ、より強固で容易に損傷しないマスクを生成す
る。露光強度におけるいくつかの利点を保持しながら、
画像鮮鋭度がＳ＝０．３５μｍのＣＯＧ構造に匹敵する
ようになるのは、Ｒが５に低減されるときのみである
（図１４参照）。したがって、本発明の方法は、ＣＯＧ
構造マスクに比べて、製造プロセス・パラメータの広範
囲な変動にわたって同じコストで、多くの利点を与える
ことができる。
【００４４】前述したことにより、本発明は、リソグラ
フィ露光マスクの位相シフト構造を製造するための十分
に簡略化された方法を提供することがわかる。露光マス
クは、既知の構造に匹敵する光学性能を有するが、十分
に安価かつ改善された製造歩留りで製造でき、より強固
で使用中に損傷を受けにくい。本発明の原理は、また、
他の位相シフトマスク構造に適用して、これにより形成
されるコントラストを高めることができる。
【００４５】本発明を、１つの好適な実施例によって説
明したが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲内
で、種々の変更を行うことができることは明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知のリム位相シフトマスクの製造方法におけ
る主要工程を示す図である。
【図２】既知のリム位相シフトマスクの製造方法におけ
る主要工程を示す図である。
【図３】本発明の原理を示すリム位相シフトマスクの製
造方法を示す図である。
【図４】参考のため既に提案中のリム位相シフトマスク
の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施例のリム位相シフトマスクの製造
方法を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はレベンソン・タイプのシフタ
を含むマスクに対して本発明による露光コントラストの
増大方法を適用した例を示す図、（ｃ）は０．３５μｍ
露光構造を形成するように寸法設定された本発明の好適
な実施例の代表的な断面図である。
【図７】シミュレートされた放射強度分布のグラフを示
す図である。
【図８】シミュレートされた放射強度分布のグラフを示
す図である。
【図９】シミュレートされた放射強度分布のグラフを示
す図である。
【図１０】シミュレートされた放射強度分布のグラフを
示す図である。
【図１１】シミュレートされた放射強度分布のグラフを
示す図である。
【図１２】シミュレートされた放射強度分布のグラフを
示す図である。
【図１３】シミュレートされた放射強度分布のグラフを
示す図である。
【図１４】シミュレートされた放射強度分布のグラフを
示す図である。
【図１５】図７〜図１４に示された本発明を理解するの
に役立つ本発明のリム位相シフト構造の異なる丸み係数
Ｒに対する断面輪郭を示す図である。
【符号の説明】
１０ マスク基板 １２ 不透明層 １４，２２，３２ レジスト層 １５，２５，４８ リム位相シフトマスク構造 １６ 開口 １８ 凹部 １８′ 位相シフト領域 ３０ 不透明材料層 ３４ 材料層 ３５ リム位相シフトマスク構造 ３８ 境界面 ４２ 側壁スペーサ材料 ４４ 側壁スペーサ ４６ 位相シフト深さ ５２ エッチング停止層 ５４ 位相シフト材料層 ５６ ブランケット層 ６０ 開口 ６１ レベンソン・タイプの位相シフタ ６２ 不透明材料領域 ６３ 非エッチング部分 ６４ エッチング部分 ６５ 位相シフト材料層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デレク・ブライアン・ダヴ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 エム ティー キスコ インディアン ヒル ロード 41 (72)発明者 ルイス・ルー−チェン・スー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 フィ ッシュキル クロスバイ コート ７ (72)発明者 チ−ミン・ユアン アメリカ合衆国 テキサス州 オウステ ィン ポート ローヤル ドライブ 1902 (56)参考文献 特開 平５−265186（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−258955（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−24638（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−237458（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291345（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172847（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172848（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−3412（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140743（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−13141（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−142750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03F 1/08 H01L 21/027

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１つの像区域を規定するための１つの光学
    的開口パターンの中央部分において透明性基板上に位相
    シフト領域が形成されている少なくとも１つの光学的開
    口パターンを有するリソグラフィ露光マスクを製造する
    方法であって、 透明性基板上の不透明材料堆積層を開口パターンにした
    がって前記基板が露出するまで選択的にエッチングする
    ことによりパターン化不透明領域を形成するステップ
    と、 前記パターン化不透明領域を含む前記基板上に、位相シ
    フト材料を一様に堆積して、前記パターンに対応する写
    像くぼみ領域を表面に有する位相シフト材料堆積層を形
    成するステップと、 前記位相シフト材料堆積層上に平坦化材料を一様に堆積
    するステップと、 前記平坦化材料堆積層を下層の前記位相シフト材料堆積
    層が露出するまでエッチングして前記写像くぼみ領域を
    覆うパターン化平坦堆積層領域を形成するステップと、 前記パターン化平坦堆積層領域をマスクとして前記基板
    が露出するまで前記位相シフト材料堆積層を異方性エッ
    チングするステップと、 前記マスクを除去することにより、位相シフト領域を前
    記開口内の中央部分に形成するステップと、 より成る露光マスクの製造方法。
  2. 【請求項２】前記不透明材料の堆積に先だって、酸化ア
    ルミニウムまたは酸化ハフニウムのエッチング停止層を
    基板表面上に一様に堆積することを特徴とする請求項１
    に記載の製造方法。
  3. 【請求項３】前記不透明材料層を、露光放射光の１８０
    °位相シフトを生じるための前記位相シフト材料堆積層
    厚さにほぼ等しい厚さに、前記基板上に堆積することを
    特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
  4. 【請求項４】大きな露光コントラストを与える能力を有
    する位相シフト領域が透明性基板上の１つの光学的開口
    パターン内に形成されている複数の光学的開口パターン
    を有するリソグラフィ露光マスクを製造する方法であっ
    て、 透明性基板上のパターン化不透明材料層により規定さ
    れ、位相シフト領域を形成すべきまたは既に位相シフト
    領域が形成されている光学的開口パターンを有するマス
    ク基板を用意するステップと、 前記パターン化不透明材料層を含む前記基板表面上に所
    定の雰囲気の下に位相シフト材料を一様に堆積して、前
    記パターンに対応する写像くぼみ領域を表面に有する位
    相シフト2材料堆積層を形成するステップにして、前記
    くぼみ領域に対応する露光像の露光強度が前記くぼみ領
    域の光学的開口の全領域にわたって理想的な矩形エッジ
    の場合よりも大きくなるように、前記不透明材料層のエ
    ッジに対応する位置における前記位相シフト材料堆積層
    の輪郭の丸み係数Ｒを選定し、この丸み係数Ｒに依存し
    て露光像のコントラストを決定することを含むステップ
    と、 より成る、丸み係数Ｒにより露光像のコントラストを増
    大できる露光マスクの製造方法。
  5. 【請求項５】前記不透明材料層を、露光放射光の１８０
    °位相シフトを生じるための前記位相シフト材料堆積層
    厚さにほぼ等しい厚さに、前記基板上に堆積することを
    特徴とする請求項４に記載の製造方法。
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