JP3002961B2 - 位相反転マスク及びその製造方法 - Google Patents

位相反転マスク及びその製造方法

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JP3002961B2
JP3002961B2 JP16114297A JP16114297A JP3002961B2 JP 3002961 B2 JP3002961 B2 JP 3002961B2 JP 16114297 A JP16114297 A JP 16114297A JP 16114297 A JP16114297 A JP 16114297A JP 3002961 B2 JP3002961 B2 JP 3002961B2
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は半導体マスクに関す
るもので、特に密集したパターンの光強度を改善させた
位相反転マスク及びその製造方法に関するものである。
【0002】一般に半導体素子製造工程でよく使用され
るフォトリソグラフィ工程は半導体素子を作ろうとする
形状に光を透過させる部分と光を遮断する部分とに分け
られたフォトマスクを使用す。即ち、一般フォトマス
クは不透光パターンと透光パターンから構成されて、選
択的な露光ができるようになっている。しかし、パター
ン密度が増加すると光の回折現象が問題となって、その
回折現象によって解像度が低下し、パターン密度の増加
に制限が加えられる。それを改善する一つの方法とし
て、位相反転マスクを用いて解像度を増加させる工程が
研究されている。位相反転マスクを用いる技術は、光を
そのままに透過させる透光領域と光を180°反転させ
て透過させる反転透光領域を組み合わせて使用する技術
である。光の回折による相殺干渉によって解像度が減少
することを防止したものである。このようなマスクは製
造技術の発達によって、光の位相差を応用した変形マス
クが多数登場して光学解像限界を引き延ばした。
【0003】
【従来の技術】以下、添付図面を参照して従来の位相反
転マスクについて説明する。図1、2は、従来の位相反
転マスクの製造工程断面図である。まず、図1(a)に
示すように、透光性基板1上に遮光層2及びフォトレジ
スト3を順次に形成する。その後、露光及び現像工程で
第1透光領域及び第2透光領域を定め、フォトレジスト
3をパターニングして第1、第2フォトレジストホール
(H1、H2)を形成する。この時、第1フォトレジスト
ホール(H1 )は第1透光領域を形成するためのもので
あり、第2フォトレジストホール(H2 )は第2透光領
域を形成するためのものである。
【0004】図1(b)に示すように、パターニングさ
れたフォトレジスト3をマスクとしたエッチング工程で
遮光層2をエッチングすると共に、透光性基板1をも一
定の深さにエッチングして第1透光領域4及び第2透光
領域5を形成する。その後、前記フォトレジスト3を除
去する。この時、基板をエッチングする深さは、エッチ
ングされてない透光性基板1を通過した光の位相を0°
とした時、160°〜200°の位相差が生ずる深さだ
けエッチングする。又、第1透光領域4は実際のパター
ンとなるオープン領域であり、第2透光領域5は実際に
パターンとならないオープン領域である。これらの第
1、第2透光領域を通過した光は160°〜200°の
位相差を持っている。
【0005】図2(c)に示すように、図1(b)のよ
うに形成させた基板の全面にフォトレジスト6を堆積さ
せ、これをパターニング(フォトリソグラフィ工程+エ
ッチング工程)して第1透光領域4の幅より広い幅で第
1透光領域の部分のフォトレジスト6を選択的に除去す
ると同時に第2透光領域5の間のフォトレジスト6も除
去する。第2透光領域の間とはに示すように一つの第
2透光領域の中央から他方の第2透光領域の中央部分ま
でである。第1透光領域4のフォトレジスト6の除去範
囲と第2透光領域5に関する除去範囲とは等しくする。
【0006】図2(d)に示すように、前記の通りに除
去されたパターンニングしたフォトレジスト6をマスク
に用いてエッチングし、遮光層2を選択的に除去して第
2透光領域の間に第3透光領域6を、及び第1透光領域
の両側に第4透光領域7を形成する。この第3透光領域
6は実際にパターンとするオープン領域であり、第4透
光領域7は実際にはパターンとしない領域である。
【0007】即ち、上記した従来の位相反転マスクは、
メイン透光領域の第1透光領域4と補助透光領域の第4
透光領域7とからなる第1孤立パターンを備えている。
この第1孤立パターンでは、補助透光領域の第4透光領
域7を透過した光はメイン透光領域の第1透光領域4を
通過した光の位相と反対の位相を有し、メイン透光領域
を通過した光が領域の境界でサイドローブにより光の強
度が弱くなるのを防止し、光強度の勾配を急峻にして所
望パターンを正確に形成することができる。さらに、上
記マスクは、第1孤立パターンと隣接する第2孤立パタ
ーンを備えている。この第2孤立パターンは、メイン透
光領域の第3透光領域6と補助透光領域の第2透光領域
5とから構成されている。この第2孤立パターンも第1
孤立パターンと同様な原理で動作する。しかし、第2孤
立パターンの主位相と第1孤立パターンの主位相は反対
であるので、2つの孤立パターン間の光が重なる部分で
は双方のサイドローブが相殺されて異常パターンの形成
が防止される。
【0008】図3、4は従来の他の例の位相反転マスク
の製造工程断面図である。先ず、図3(a)に示すよう
に、透光パターン領域(P1)、(P2)及び遮光パター
ン領域(P3 )が決められた透光性基板(10)上に遮
光層(11)及び第1フォトレジスト(12)を順次に
形成する。P1 は第1透光パターンを形成する領域であ
り、P2は第2透光パターンを形成する領域であり、P3
は遮光パターンを形成する領域である。
【0009】図3(b)に示すように、第1、第2透光
パターン領域(P1)、(P2)のリム部分の第1フォト
レジスト12を選択的にパターニングし、前記パターニ
ングされた第1フォトレジスト12をマスクに用いたエ
ッチング工程で遮光層11を除去した後、透光性基板1
0を一定の深さにエッチングして複数の透光ホール(H
10)を形成する。
【0010】前記第1フォトレジスト12を除去する。
その後、全面に第2フォトレジスト13を堆積させ、図
3(c)に示すように、露光及び現像工程で双方の透光
パターン領域(P1)、(P2)の第2フォトレジスト1
3をパターニングする。この時、透光ホール(H10)の
中央部分の間を除去し、第2フォトレジスト13が遮光
パターン領域(P3 )を完全に囲むようにパターニング
する。このようにして透光パターン領域(P1)、
(P2)の遮光層11のみを露出させる。
【0011】図4(d)に示すように、前記第2フォト
レジスト13をマスクに用いたエッチング工程で露出さ
れた遮光層11を除去し、同時に第2フォトレジスト1
3も除去する。第1、第2透光パターン領域(P1)、
(P2)を定めた透光性基板10上には、主透光領域で
ある第1透光領域14とその両端部のリム部分に第2透
光領域15を形成させたパターンが繰り返して形成され
る。
【0012】さらに図4(e)に示すように、全面に第
3フォトレジスト16を堆積させて同一パターンに形成
された第1、第2透光パターン領域(P1)、(P2)の
うちの1つの透光パターン領域、例えば第2透光パター
ン領域(P2 )の第3フォトレジスト16のみを選択的
にパターニングする。
【0013】最後に図2(f)に示すように、前記第3
フォトレジスト16をマスクに用いたエッチング工程で
第2透光パターン領域(P2 )の第1透光領域14及び
第2透光領域15を同時にそれぞれ一定の深さだけエッ
チングして主透光領域の第3透光領域17と補助透光領
域の第4透光領域18とからなる形状にする。この第3
透光領域17及び第4透光領域18のエッチングの深さ
は第1透光領域14及び第2透光領域15の光に対する
移相をそれぞれ0°及び180°とした時、第3透光領
域17及び第4透光領域18はそれぞれ160°〜20
0°及び360°だけ移相される深さである。
【0014】この例の場合、第1透光パターン領域(P
1 )の光に対する位相と第2透光パターン領域(P2
の光に対する位相が反対となり、その2つの孤立パター
ン領域(P1)、(P2)の間に形成された遮光層11パ
ターンの位置で発生する、それぞれの透光パターン領域
を透過した光によるサイドローブが相殺される。したが
って、異常パターンの形成を防止することができる。
【0015】図5は従来のさらに他の例の位相反転マス
クの断面構造図である。透光性基板20上に複数の第1
透光領域21を有する移相用層22が形成され、その移
相用層22上に第2透光領域23を形成させるが、その
第3透光領域の両側、すなわち第1透光領域21のエッ
ジ部に遮光層24が形成された構造である。つまり、第
1透光領域21、遮光層24、第2透光領域23、及び
遮光層24が反復された構造になっている。第1透光領
域21を透過した光に対する位相を0°とした時、第2
透光領域23は同一の光に対して180°移相されて透
過する。従って、第1透光領域21及び第2透光領域2
3が交互に形成された、位相反転マスクを用いて光の回
折によるサイドローブを防止する。
【0016】以上のように、従来の位相反転マスクにお
けては、図1〜図5に示すように、光の干渉を押さえて
サイドローブによる異常パターンの形成を防止してい
た。又、図1〜図4においては、次のような問題点があ
る。第1に、メイン透光パターン或いは補助透光パター
ンを形成するとき、透光性基板をエッチングする工程を
必要とするが、そのエッチングはエッチング終点調節が
容易でなく、基板に損傷を与える。第2に、透光性基板
の位相部材をエッチングの最高深さ、つまり、360°
エッチングすると、光強度に変化が発生して信頼度を落
とす。第3に、透光性基板の表面を部分的に露出させる
工程において、基板を損傷することがあり、それにより
位相誤差が発生することがある。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の位相反転マスクの問題点を解決するためになされたも
ので、透光性基板に損傷を与えないで、自己整列により
製造できる位相反転マスク及びその製造方法を提供する
ことにその目的がある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明による新規な位相
反転マスクの製造方法は、透光性基板上にエッチングス
トッパ層、遮光層、及び酸化防止層を順次に形成し、酸
化防止層及び遮光層を選択的に除去して複数の開口領域
を形成し、その開口領域の側面の遮光層を部分的に酸化
して第1移相用層を形成して開口領域と第1移相用層と
から成る第1透光パターンを形成し、第1透光パターン
の間の酸化防止層及び遮光層を選択的に除去して透光ホ
ールを形成し、透光ホールの中央部分に第2移相用層を
形成して第2透光領域と第2移相用層とからなる第2透
光パターンを形成することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、添付図面の実施形態を参照
して本発明による位相反転マスク及びその製造方法を詳
細に説明する。図6は1実施形態による位相反転マスク
の断面図である。この位相反転マスクは、透光性基板3
0の全面にエッチングストッパ層31を形成させ、その
上に複数のオープン領域32を備えた遮光層33が形成
されている。遮光層33上は酸化防止層34が形成され
ている。隣り合うオープン領域32の一方には、オープ
ン領域32のリム(Rim)部分に形成された第1移相用層
35を有する第1透光パターン36が形成され、一方、
他方のオープン領域32には、その中央部分に第2移相
用層37を有する第2透光パターン38が形成されてい
る。この第1及び第2透光パターン36、38が間に遮
光層を挟んで繰り返し形成されている。透光性基板30
はガラス或いは石英のうちのいずれか1つであり、エッ
チングストッパ層31はSnO2 である。又、遮光層3
3は熱酸化の可能な物質としてポリシリコンを用いる。
又、酸化防止層34は透明な物質とし、酸化物で形成す
る。更に第2移相用層37の形成幅(図面上左右の長
さ)は第1移相用層35の間のオープン領域32aの幅
と同一であるように形成する。更に、第1、第2移相用
層35、37は酸化物で形成し、同一の厚さに形成す
る。更に、第1移相用層35は遮光層33を酸化させて
遮光層33の端部に形成させた酸化物とその上側の酸化
防止層34とで形成されている。
【0020】この移相用層35、37の厚さ(図面上上
下の長さ)をd、露光波長をλ、移相用層35、37の
光に対する屈折率をnとするとき、次の式が成立する。 d=λ/(2(n−1))
【0021】最後に、この実施形態においては、一方の
オープン領域32の第1移相用層35の間が第1透光領
域32aであり、他方のオープン領域32の第2移相用
層37と遮光層33との間が第2透光領域32bであ
り、第2移相用層37は第3透光領域で、第1移相用層
35は第4透光領域となる。
【0022】以下、本位相反転マスクの製造方法を説
する。図7〜9は、製造方法の第1実施形態による位相
反転マスクの製造工程断面図である。先ず、図7(a)
に示すように、透光性基板40上にエッチングストッパ
層41、遮光層42、酸化防止層43及び第1フォトレ
ジスト44を順次に形成し、開口領域の形成領域を定め
て前記第1フォトレジスト44をパターニングする。こ
の時、前記透光性基板40はガラス或いは石英のうちの
いずれか1つで形成し、エッチングストッパ層41はS
nO2 で形成する。又、遮光層42は熱酸化が可能で、
Siを含有している物質で形成し、好ましくはポリシリ
コンを用いる。更に、酸化防止層43は透明物質として
酸化物で形成する。
【0023】図7(b)に示すように、パターニングさ
れた第1フォトレジスト44をマスクに用いたエッチン
グ工程で、酸化防止層43及び遮光層42を選択的に除
去して開口領域45を形成する。
【0024】図7(c)に示すように、前記第1フォト
レジスト44を除去し、開口領域45の側面の露出され
た遮光層42を酸化する。この時、酸素雰囲気で熱酸化
する。すると、熱酸化された遮光層42の酸化物46と
その酸化物46の上側でこれと接している酸化防止層4
3から成る第1移相用層47が形成される。即ち、自己
整列により第1移相用層が形成される。そして、前記開
口領域45は一対の第1移相用層47とで第1透光パタ
ーンとして用いる。
【0025】図8(d)に示すように、開口領域45及
び酸化防止層43を含んだ全面に第2フォトレジスト4
8を堆積させ、開口領域の間に透光ホール形成領域を定
めて第2フォトレジスト48をパターニングした後、パ
ターニングされた第2フォトレジスト48をマスクに用
いたエッチング工程で、酸化防止層43及び遮光層42
を順次にエッチングして透光ホール49を形成する。こ
の時、透光ホール49の大きさは開口領域45と第1移
相用層47との大きさと同一となるように形成する。そ
して透光ホール49のリム部分は第2透光領域に用いる
部分である。
【0026】第2フォトレジスト48を除去して、全面
に第3フォトレジスト50を堆積させ、図8(e)に示
すように、透光ホール49の中央部分のフォトレジスト
50をパターニングしてフォトレジストホール51を形
成する。透光ホール49の中央部分に形成するフォトレ
ジストホール51の大きさは開口領域45の大きさと同
一であるようにする。又、透光ホール49のフォトレジ
ストホール51が形成されていない領域、すなわちフォ
トレジストを残した領域は、前述したように、第2透光
領域に用いる領域である。
【0027】図(f)に示すように、前記フォトレジ
ストホール51内に第2移相用層52を形成する。この
時、第2移相用層52の厚さは第1移相用層47の厚さ
と同一であるように形成する。この第2移相用層52を
形成する方法は次の通りである。最初方法は、酸化物粉
末をケイフッ化水素酸水溶液に溶解させた後、フォトレ
ジストホール51が形成された基板を前記水溶液の中に
浸漬する。その後、第2移相用層52に用いる酸化物を
エッチングストッパ層41上に一定の厚さに成長させて
形成する。二番目の方法は、スパッタリング法を用いて
フォトレジストホール51内に酸化物を形成した後、C
MP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械的鏡
面研磨)法を用いて第2移相用層52に用いる酸化物を
エッチングストッパ層41上に一定の厚さに形成する。
又、前記第1、第2移相用層47、52の厚さをd、露
光波長をλ、移相用層の光に対する屈折率をnとすると
き、 d=λ/(2(n−1)) の式が成立するように形
成する。
【0028】図(g)に示すように、第3フォトレジ
スト50を除去する。この時、透光ホール49領域のう
ちの第3フォトレジスト50を除去した領域は第2透光
領域53に用いる。即ち、第2透光領域53が自己整列
によって形成される。この第2透光領域53は第2移相
用層52と一体として第2透光パターンになる。
【0029】上述したように、本実施形態による位相反
転マスクは、第1移相用層47領域を第3透光領域と
し、開口領域45を第1透光領域とし、第2移相用層5
2領域を第4透光領域とする。即ち、光に対して0°の
位相を有して透過される第1透光領域及び第2透光領域
と、同一の光に対して180°の移相用層の光に透過さ
れる第3透光領域及び第4透光領域とから成る位相反転
マスクである。第1透光領域及び第4透光領域から成る
第1透光パターンの光に対するメイン位相は0°とし
て、実際にパターン化される領域は開口領域45、すな
わち第1透光領域である。そして、第1移相用層47の
第3透光領域は同一の光に対して第1透光領域と反対の
位相を有する補助透光領域として動作し、実際のパター
ンにはならない。しかし、第1透光領域で光の回折現象
のため発生するサイドローブを相殺させて、正確なマス
クパターンが得られる。又、第2透光領域及び第4透光
領域から成る第2透光パターンの光に対するメイン位相
は180°で、実際のパターン領域は第2移相用層52
が形成された領域の第3透光領域である。そして、第2
透光領域53は同一の光に対して第4透光領域と反対の
位相を有する補助透光領域として、実際のパターンには
ならない。しかし、第3透光領域で光の回折現象のため
発生するサイドローブを相殺させて、正確なマスクパタ
ーンが得られる。又、前記第1透光パターン及び第2透
光パターンの光に対するメイン位相は反対であるので、
2つの孤立パターンのサイドローブが重なる部分でも異
常パターンの形成を防止できる。
【0030】
【発明の効果】上述したように、本発明の位相反転マス
クは、次のような効果を奏する。発明は、遮光層を酸
化して自己整列で移相用層を形成でき、エッチングスト
ッパ層上に第1及び第2透光パターンを形成することに
より透光性基板に対する損傷を防止して信頼度高い位相
反転マスクを製造することができる。また、本発明は
ッチングストッパ層上に第1及び第2透光パターンを形
成するようにしているので、第1及び第2透光パターン
の形成工程中の透光性基板に対する損傷を防止でき、フ
ォトレジストを用いた露光及び現像工程で容易に第2透
光パターンの第2移相用層形成領域及び第2透光領域を
定めることができる。さらに本発明は、第2移相用層を
形成する際、液状成長させるようにしているので、第2
移相用層に対する形成工程が常温で可能であって透光性
基板の歪みを防止するのに効果的であり、均一な表面の
第2移相用層を提供することができる。さらに本発明
は、第2移相用層を形成する際、化学機械的鏡面研磨
(CMP)法を使用したので、第2移相用層の上側面を
均一な表面とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の一例の位相反転マスクの製造工程断面
図である。
【図2】 従来の一例の位相反転マスクの製造工程断面
図である。
【図3】 従来の他の例の位相反転マスクの製造工程断
面図である。
【図4】 従来の他の例の位相反転マスクの製造工程断
面図である。
【図5】 従来のさらに他の例の位相反転マスクの断面
図である。
【図6】 1実施形態による位相反転マスクの断面図で
ある。
【図7】 位相反転マスクの1実施形態の製造工程断面
図である。
【図8】 位相反転マスクの1実施形態の製造工程断面
図である。
【図9】 位相反転マスクの1実施形態の製造工程断面
図である。
【符号の説明】
30,40 透光性基板 31,41 エッチングストッパ層 32,45,53 オープン領域 33,42 遮光層 35,47 第1移相用層 36 第1透光パターン 37,52 第2移相用層 38 第2透光パターン 44,48,50 フォトレジスト 46 酸化物 49 透光ホール 51 フォトレジストホール

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性基板上にエッチングストッパ層、
    遮光層、及び酸化防止層を順次に形成する段階と、 前記酸化防止層及び遮光層を選択的に除去して複数の開
    口領域を形成する段階と、 前記開口領域の側面の遮光層を部分的に酸化して第1移
    相用層を形成して開口領域と第1移相用層とからなる第
    1透光パターンを形成する段階と、 第1透光パターンの間の酸化防止層及び遮光層を選択的
    に除去して透光ホールを形成する段階と、 前記透光ホールの中央部分に第2移相用層を形成して、
    前記透光ホールのリム部を第2透光領域とし、その第2
    透光領域と第2移相用層とからなる第2透光パターンを
    形成する段階とを有することを特徴とする位相反転マス
    クの製造方法。
  2. 【請求項2】 透光性基板上にエッチングストッパ層、
    遮光層、及び酸化防止層を順次に形成する段階と、 前記酸化防止層及び遮光層を選択的に除去して複数の開
    口領域を形成する段階と、 前記開口領域側面の遮光層を部分的に酸化して第1移相
    用層を形成して開口領域と第1移相用層とからなる第1
    透光パターンを形成する段階と、 前記第1透光パターンの間の酸化防止層及び遮光層を選
    択的に除去して透光ホールを形成する段階と、 前記透光ホールを含んだ基板全面にフォトレジストを堆
    積させる段階と、 前記透光ホールの中央部分のフォトレジストを選択的に
    除去してフォトレジストホールを形成する段階と、 前記フォトレジストホール内に、一定の厚さの第2移相
    用層を形成する段階と、 フォトレジストを除去して透光ホールのリム部分に第2
    透光領域を形成し、その第2透光領域と第2移相用層と
    からなる第2透光パターンを形成する段階とを有するこ
    とを特徴とする位相反転マスクの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2移相用層を形成する段階が、酸
    化物粉末をケイフッ化水素酸の水溶液に溶解した後、フ
    ォトレジストホールが形成された基板を前記水溶液内に
    浸けて、一定の厚さの酸化物をエッチングストッパ層上
    に成長させることを特徴とする請求項3記載の位相反転
    マスクの製造方法。
  4. 【請求項4】 第2移相用層を形成する段階が、スパッ
    タリング法を用いてフォトレジストホール内に酸化物を
    形成した後、CMP法で前記酸化物を研磨して一定の厚
    さの第2移相用層を形成することを特徴とする請求項3
    記載の位相反転マスクの製造方法。
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