JPH03235947A

JPH03235947A - 位相シフト層を有するフォトマスクおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH03235947A
Application number: JP2029801A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Takahashi; 洋一高橋
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1990-02-10
Filing date: 1990-02-10
Publication date: 1991-10-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造
に用いられるフォトマスクの製造方法に係り、特に、微
細なパターンを高精度に形成する際の位相シフト層を有
するフォトマスクの製造方法に関する。

［従来の技術］ＩＣ１ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積回路は、Ｓ１ウ
エハー等の被加工基板上にレジストを塗布し、ステッパ
ー等により所望のパターンを露光した後、現像、エツチ
ングを行う、いわゆるリソグラフィー工程を繰り返すこ
とにより製造されている。

このようなリソグラフィー工程に使用されるレチクルと
呼ばれるフォトマスクは、半導体集積回路の高性能化、
高集積化に伴ってますます高精度を要求される傾向にあ
り、例えば代表的なＬＳＩであるＤＲＡＭを例にとると
、ＩＭビットＤＲＡＭ用の５倍レチクル、即ち露光する
パターンの５倍のサイズを有するレチクルにおける寸法
のずれは、平均値±３σ（σは標準偏差）をとった場合
においても０．１５μｍの精度が要求され、同様に、４
ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レチクルは０．１〜０．１５
μｍの寸法精度が、１６ＭビットＤＲＡＭ用５倍レチク
ルは０．０５〜０．１μｍの寸法精度が要求されている
。

更に、これらのレチクルを使用して形成されるデバイス
パターンの線幅は、ＩＭビットＤＲＡＭで１．２μｒｌ
’ｈ　　４　ＭビットＤＲＡＭでは０．８μｍ１１６Ｍ
ビットＤＲＡＭではＯ，６μｍとますます微細化が要求
されており、このような要求に応えるために様々な露光
方法が研究されている。

ところが、例えば６４ＭＤＲＡＭクラスの次次世代のデ
バイスパターンになると、これまでのレチクルを用いた
ステッパー露光方式ではレジストパターンの解像限界と
なり、例えば特開昭５８−１７３７４４号公報、特公昭
８２−５９２９６号公報等に示されているような、位相
シフトマスクという新しい考え方のレチクルが提案され
てきている。

位相シフトレチクルを用いる位相シフトリソグラフィー
は、レチクルを透過する光の位相を操作することによっ
て投影像の分解能およびコントラストを向上させる技術
である。位相シフトリソグラフィーを図面に従い簡単に
説明する。

第２図は位相シフト法の原理を示す図、第３図は従来法
を示す図であり、第２図（ａ）及び第３図（ａ）はレチ
クルの断面図、第２図（ｂ）及び第３図（ｂ）はレチク
ル上の光の振幅、第２図（Ｃ）及び第３図（Ｃ）はウェ
ハー上の光の振幅、第２図（ｄ）及び第３図（ｄ）はウ
ェハー上の光強度をそれぞれ示し、１は基板、２は遮光
膜、３は位相シフター４は光を示す。

従来法においては、第３図（ａ）に示すように、ガラス
等からなる基板１にクロム等からなる遮光膜２が形成さ
れて、所定のパターンの光透過部が形成されているだけ
であるが、位相シフトリソグラフィーでは、第２図（ａ
）に示すように、レチクル上の相対する光透過部の一方
に位相を反転させるための透過膜まらなる位相シフター
３が設けられている。従って、従来法においてはレチク
ル上の光の振幅は第３図（ｂ）に示すように同相となり
、ウェハー上の光の振幅も第３図（Ｃ）に示すように同
相となるので、その結果第３図（ｄ）のようにウェハー
上のパターンを分離することができないのに対して、位
相シフトリソグラフィーにおいては、位相シフターを透
過した光は第２図（ｂ）に示すように隣接パターンの間
で互いに逆位相になされるため、パターンの境界部で光
強度が零になり、第２図（ｄ）に示すように隣接するパ
ターンを明瞭に分離することができる。このように、位
相シフトリソグラフィーにおいては、従来は分離できな
かったパターンも分離可能となり、解像度を向上させる
ことができるものである。

次ぎに、位相シフトレチクルの製造工程を図面を参照し
て説明する。

第４図は位相シフトレチクルの製造工程を示す断面図で
あり、図中、１１は基板、１２はクロム膜、１３はレジ
スト層、１４は電離放射線、１５はレジストパターン、
１６はエツチングガスプラズマ、１７はクロムパターン
、１８は酸素プラズマ、１９は透明膜、２０はレジスト
層、２１は電離放射線、２２はレジストパターン、２３
はエツチングガスプラズマ、２４は位相シフトパターン
、２５は酸素プラズマを示す。

まず、光学研磨された基板１１上にクロム膜１２を形成
し、更にクロロメチル化ポリスチレン等の電離放射線レ
ジストを、スピンコーティング等の常法により均一に塗
布し、加熱乾燥処理を施し、厚さ０．１〜２．０μｍ程
度のレジスト層１３を形成する（第４図（ａ））。加熱
乾燥処理は使用するレジストの種類にもよるが、通常、
±８０〜１５０℃で、２０〜６０分間程度である。

次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト層１３に、常
法に従って電子線描画装置等の露光装置により電離放射
線１４でパターン描画し、エチルセロソルブやエステル
等の有機溶剤を主成分とする現像液で現像後、アルコー
ルでリンスし、同図（Ｃ）に示すようなレジストパター
ン１５を形成する。

次ぎに必要に応じて加熱処理、およびデスカム処理を行
ってレジストパターン１５のエツジ部分等に残存したレ
ジスト層、ヒゲ等不要なレジストを除去した後、同図（
ｄ）に示すように、レジストパターン１５の開口部より
露出する被加工部分、即ちクロム層１２をエツチングガ
スプラズマ１６によりドライエツチングし、クロムパタ
ーン１７を形成する。なお、このクロムパターン１７の
形成はエツチングガスプラズマ１６によるドライエツチ
ングに代えてウェットエツチングにより行ってもよいこ
とは当業者に明らかである。

この後、同図（ｅ）に示すように、レジストパターン１
５、即ち残有するレジストを、酸素プラズマ１８により
灰化除去し、同図（ｆ）に示すようなフォトマスクを完
成させる。なお、この処理は酸素プラズマ１８による灰
化処理に代えて溶剤剥離により行うことも可能である。

続いて、このフォトマスクを検査し、必要によってはパ
ターン修正を加え、洗浄した後、同図（ｇ）に示すよう
に、クロムパターン１７の上に５Ｉ０２等からなる透明
膜１９を形成する。次に、同図（ｈ）に示すように、透
明膜１９上に上述したと同様にして、クロロメチル化ポ
リスチレン等の電離放射線レジスト層２０を形成し、同
図（ｉ）に示すようにレジスト層２０に、常法に従って
アライメントを行い、電子線露光装置等の電離放射線２
１によって所定のパターンを描画し、現像、リンスして
同図（ｊ）に示すようにレジストパターン２２を形成す
る。

次ぎに、必要に応じて、加熱処理およびデスカム処理を
行った後、同図（ｋ）に示すように、レジストパターン
２２の開口部より露出する透明膜１９部分をエツチング
ガスプラズマ２３によりドライエツチングし、位相シフ
ターパターン２４を形成する。なお、この位相シフター
パターン２４の形成はエツチングガスプラズマ２３によ
るドライエツチングに代えてウェットエツチングにより
行ってもよいものである。

次ぎに、残存したレジストを、同図（１）に示すように
、酸素プラズマ２５により灰化除去する。

以上の工程により、同図（ｍ）に示すような位相シフタ
ー２４を有する位相シフトマスクが完成する。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来の位相シフトレチクルの製
造方法においては、位相シフターを形成するために用い
る透明膜１９をクロムパターン１７の上にパターン形成
するために、レジスト層２０に電離放射線露光装置等の
電離放射線にてパターン描画する際、ガラス等の非導電
性材料である基板１１上の、これも非導電性材料である
電離放射線レジスト層２０にパターン描画するため、チ
ャージアップ現象が生じてパターン精度が低下するとい
う問題がある。更に、基板１１の露出部分の多いマスク
の場合には、パターンが大きく歪んでしまうという問題
も生じていた。

このチャージアップ現象を防止するために、電離放射線
レジスト層に水素イオンを打ち込んだり、あるいは、電
離放射線レジスト層の上にアルミ等の金属薄膜を形成し
た後、電子線露光装置等の電離放射線にてパターン描画
するといった提案があるが、前者は水素イオンを打ち込
むのに大型の装置が必要であったり、パターン形成後、
水素イオンを打ち込んだレジストが除去できないという
問題があり、また、チャージアップ防止効果が十分でな
いという問題がある。また、後者は、金属薄膜のため、
チャージアップ防止効果は良好である１１が、工程が増加する、金属膜形成の際レジストが変質し
て剥離し難くなったり、クラック等が発生して欠陥が多
発する等の問題がある。

本発明は、より実用的な位相シフト層を有するフォトマ
スクの製造方法の製造方法を提供することを課題とする
。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記の問題に鑑み、従来の電離放射線リソグ
ラフィーによるフォトマスク製造プロセスを大幅に変更
することなく、高精度の位相シフトレチクルを安定して
製造する方法を開発すべく研究の結果、位相シフトレチ
クル用基板として、基板上に導電層および遮光層をこの
順序に形成した構造のフォトマスクブランクスを用いる
ことにより、高精度の位相シフトレチクルを安定して製
造できることを見い出し、かかる知見に基づいて本発明
を完成したものである。

以下、本発明を図面を参照して説明する。　第１図は本
発明に係る位相シフト層を有するフォトマスクの製造方
法の工程を示す断面図であり、図１２中、３０は基板、３１は導電層、３２は遮光層、３３は
レジスト層、３４は電離放射線、３５はレジストパター
ン、３６は工・ンチングガスプラズマ、３７は遮光パタ
ーン、３８は酸素プラズマ、３９は透明膜、４０はレジ
スト層、４１は電離放射線、４２はレジストパターン、
４３はエツチングガスプラズマ、４４は位相シフトパタ
ーン、４６は酸素プラズマを示す。

まず、第１図（ａ）に示すように、光学研磨された基板
３０上に、１〜３０　ｎｍ厚の均一な導電層３１．５０
〜２００　ｎｍ厚の遮光層３２を順次形成し、更に、ク
ロロメチル化ポリスチレン等の電離放射線レジストを、
スピンコーティング等の常法により均一に塗布し、加熱
乾燥処理を施し、厚さ０．１〜２．０μｍ程度のレジス
ト層３３を形成する。

ここで、基板３０としては、位相シフトマスクがｉ線や
エキシマレーザ等の短波長用のものであることを考慮す
ると、石英または高純度合成石英が望ましいが、その他
にも低膨張ガラス、白板、青板（ＳＬ）、Ｍ　ｇ　Ｆ　
２、ＣａＦ２等を使用することができる。また、導電層
３１は、タンタルまたはモリブデンあるいはタングステ
ン、ＩＴＯメサ等を用いて形成することができる。更に
、遮光層３２は、クロム薄膜を単層あるいは多層に形成
することにより形成することができるが、その他にも、
窒化クロム、酸化クロム、タングステン、モリブデン、
モリブデンシリサイド等を使用して形成することができ
る。また、加熱乾燥処理はレジストの種類にもよるが、
通常±８０〜１５０°Ｃで、２０〜６０分間程度である
。

次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト層３３に、常
法に従って電子線描画装置等の電離放射線３４による露
光装置で所定のパターンを描画し、エチルセロソルブや
エステル等の有機溶剤を主成分とする現像液で現像後、
アルコールでリンスすると同図（Ｃ）に示すようなレジ
ストパターン３５が形成される。

次ぎに、必要に応じて加熱処理、およびデスカム処理を
行ってレジストパターン３５のエツジ部分等に残存した
レジスト層、ヒゲ等不要なレジストを除去した後、同図
（ｄ）に示すように、レジストパターン３５の開口部よ
り露出する被加工部分、即ち遮光層３２をエツチングガ
スプラズマ３６によりドライエツチングし、遮光パター
ン３７を形成する。なお、この遮光パターン３７の形成
はエツチングガスプラズマ３６によるドライエツチング
に代えてウェットエツチングにより行ってもよいことは
当業者に明らかである。

このようにしてエツチングした後、同図（ｅ）に示すよ
うに、残有するレジスト３５を、酸素プラズマ３８によ
り灰化除去し、同図（ｆ）に示すような、基板３０の上
に導電層３１が形成され、更にその上に所定の遮光パタ
ーン３７が形成されたフォトマスクを作成する。なお、
この処理は酸素プラズマ３８による灰化処理に代えて溶
剤剥離により行うことも可能である。

続いて、このフォトマスクを検査し、必要によってはパ
ターンに修正を加え、洗浄した後、同図（ｇ）に示すよ
うに、遮光パターン３７の上に５１０２等により透明膜
３９を形成する。この透明膜３９１５− を形成するための材料としては、ステッパー露光する光
に十分な透過性を有し、且つ屈折率の高い材料であれば
よ＜、５１０ｅの他に、５１ｓＮａ　、ＰＭＭＡ　　、
ＰＧＭＡ　、ＣＭＳ等が好ましく用いられる。また、透
明膜３９の膜厚ｄは、透明膜３９を形成する材料の屈折
率をｎｌ　露光波長をλとすると、ｄ＝λ／２（ｎ−１
）にて与えられる値であり、ｓｌｏ＊を使用した場合に
は、ｄの値は約４０８　ｎｍである。

次ぎに、同図（ｈ）に示すように、透明膜３９上に、上
述したと同様にして、クロロメチル化ポリスチレン等の
電離放射線レジストを均一に塗布してレジスト層４０を
形成し、同図（ｉ）に示すように、レジスト層４０に常
法に従ってアライメントを行い、電子線露光装置等の電
離放射線４１によって位相をシフトすべき位置に所定の
パターン描画し、所定の現像液にて現像、リンスして、
同図（ｊ）に示すように、レジストパターン４２を形成
する。このときパターン描画する電離放射線の電荷が導
電層３１を伝わってアースされるため、チｔＳ− ャージアップ等は一切生じることがなく、またレジスト
パターン４２の位置ずれ等も全く生じない。

続いて、必要に応じて加熱処理およびデスカム処理を行
った後、同図（ｋ）に示すようにレジストパターン４２
の開口部より露出する透明膜３９部分をエツチングガス
プラズマ４３によりドライエツチングし、位相シフトパ
ターン４４を形成する。

なお、この位相シフトパターン４４の形成はエツチング
ガスプラズマ４３によるドライエツチングに代えてウェ
ットエツチングにより行ってもよいものである。

このとき、従来法では透明膜３９がＳ　ｌｏｔであった
場合には、エツチングが基板３０にまで及んでしまい、
エツチングの終点の判定が困難であったり、マスクにオ
ーバーエツチングによる欠陥を引き起こし易いという問
題があったが、本発明においてはパターン描画時のチャ
ージアップ防止用として用いた導電層３１がエツチング
のストッパー層として機能するため、より高品質のマス
クを作成することができる。

次ぎに、同図（１）に示すように、残存したレジストを
酸素プラズマ４５により灰化除去する。これによって、
同図（ｍ）に示すような高精度な位相シフトマスクが完
成する。なお、この処理は酸素プラズマ４５による灰化
処理に代えて溶剤剥離により行うことも可能である。

［作用および発明の効果コフォトマスクは、現在、電子線露光装置を用いた電子線
リソグラフィーにより定常的に製造されているが、最近
のＬＳＩ、超ＬＳＩの高集積化に伴い、ますます高精度
が要求され、既にクロム基板上へ電子線描画する際にて
もチャージアップによる微妙な精度低下が問題となって
いる。

更に、このフォトマスクが位相シフトマスクに移行する
と、チャージアップによるシフター形成時の精度劣化は
著しいものと予想される。

本発明では、被加工基板に最初から帯電除去用の導電層
を形成しておくものであり、シフターパターン作成の際
の電離放射線描画を基板のチャージアップなしに高精度
に行うことができるものであり、且つ当該導電層はシフ
ターエツチング時のストッパー層を兼ね備えており、従
来の電離放射線リソグラフィーによるフォトマスク製造
プロセスを大幅に変更することなく、高精度の位相シフ
トレチクルを安定して製造することが可能である。

［実施例コ以下、本発明の実施例について説明する。

［実施例１コ光学研磨された５インチ角の高純度合成石英ガラス基板
上に２００　ｎｍ厚の導電層としてのＴａ薄膜と、遮光
層として、８００ｎｍ厚のクロム薄膜と、４００ｎｍ厚
の低反射クロム薄膜の２暦構造を形成したマスク基板上
に、クロロメチル化ポリスチレンのレジスト溶液をスピ
ンコーティング法により塗布し、１２０℃で３０分間プ
リベークし、厚さ０．８８ｍの均一なレジスト膜を得た
。

次に、加速電圧２０　ＫＶの電子線により、２０μＣ／
ｃ−２の照射量で露光し、パターン描画を行った。露光
後、この基板を酢酸イソアミルとエチルセロソルブの混
合液からなる現像液で６０秒間現＋９− 像後、イソプロピルアルコールで３０秒間リンスしてレ
ジストパターンを得た。続いて、これを１４０°Ｃで３
０分間ポストベークした後、Ｉ　Ｔｏｒｒ　＋１００Ｗ
の酸素プラズマで２分間デスカムし、レジストパターン
をマスクとして露出した被加工基板を、出力３００Ｗで
、四塩化炭素と酸素からなるプラズマ中、８分間ドライ
エツチングした。次に、残存したレジストを２　Ｔｏｒ
ｒ、　４００　Ｗの酸素プラズマで沃化除去してフォト
マスクを得た。こうして製造したフォトマスクの品質を
検査確認した後、このマスク上にＥＣＲ−ＣＶＤを用い
て高純度の８１０２膜を厚さ４０Ｅｉ　ｎｍになるよう
に堆積させた。

この基板に前記と同様にしてクロロメチル化ポリスチレ
ンのレジスト溶液をスピンコーティングにより塗布し、
加熱乾燥処理を施して０，６μｍ厚の均一なレジスト膜
を得た。次に、加速電圧２０　ＫＶの電子線描画装置に
て、フォトマスク上のアライメントマークを検出しなが
ら所定の位置にパターン露光した。露光後、この基板を
前記と同様の溶剤で現像、リンスしてレジストパターン
を得た。

２０続いて加熱処理、デスカム処理を行ってから、レジスト
パターンをマスクとして露出した５ＩＯａ膜を、出力２
５０　Ｗ、　　ＣＦ　ａ　と０２の混合ガス（体積比は
ＣＦＪが９５％、０２が５％）からなるプラズマ中で１
５分間ドライエツチングした。最後に、残存したレジス
トを２　Ｔｏｒｒ、　４００　Ｗの酸素プラズマで灰化
除去して、５１０２から成るシフター層を有する位相シ
フトマスクを得た。

こうして製造した位相シフトマスクのシフター層の位置
ずれは、平均値±３σ（σは標準偏差）をとった場合に
±０．１　μｍ以内という値を示し、高精度の位相シフ
トマスクが得られたことが確認された。また、マスク周
辺部にてもパターンの歪等は全く観察されなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る位相シフト層を有するフォトマス
クの製造方法の一実施例を示す断面図、第２図は位相シ
フト法の原理を示す図、第３図は従来法を示す図、第４
図は従来の位相シフトレチクルの製造工程を示す断面図
である。３０・・・基板、３１・・・導電層、３２・・・遮光層
、３３・・・レジスト層、３４・・・電離放射線、３５
・・・レジストパターン、３６・・・エツチングガスプ
ラズマ、３７・・・遮光パターン、３８・・・酸素プラ
ズマ、３９・・・透明膜、４０・・・レジスト層、４１
・・・電離放射線、４２・・・レジストパターン、４３
・・・エツチングガスプラズマ、４４・・・位相シフト
パターン、４５・・・酸素プラズマ。出　　願　　人　大日本印刷株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被加工基板が基板上に導電層と遮光性薄膜がこの
順序に形成された構造のフォトマスクブランクスである
ことを特徴とする位相シフト層を有するフォトマスク。
（２）前記基板は高純度合成石英、石英、低膨張ガラス
、白板、青板、ＭｇＦ＿２、またはＣａＦ＿２等である
ことを特徴とする請求項１記載の位相シフト層を有する
フォトマスク。
（３）前記導電層はタンタル膜、モリブデン膜、タング
ステン膜またはＩＴＯメサ等であることを特徴とする請
求項１記載の位相シフト層を有するフォトマスク。
（４）前記遮光性薄膜はクロム薄膜、窒化クロム薄膜、
酸化クロム薄膜、タングステン薄膜、モリブデン薄膜、
またはモリブデンシリサイド薄膜等であることを特徴と
する請求項１記載の位相シフト層を有するフォトマスク
。
（５）被加工基板上に電離放射線レジスト薄膜を形成す
る工程と、該レジスト薄膜に電離放射線をパターン照射
してレジストパターンを形成する工程と、ポストベーク
処理およびデスカム処理の後、前記レジストパターンを
マスクとして露出した被加工基板をエッチングする工程
と、エッチング後に残存するレジストを除去する工程と
、レジスト除去後の基板に遠紫外光を透過する薄膜を形
成する工程と、この薄膜上に電離放射線レジスト薄膜を
形成する工程と、該レジスト薄膜の所定の位置に電離放
射線をパターン照射し現像してレジストパターンを形成
する工程と、ポストベーク処理およびデスカム処理の後
、このレジストパターンをマスクとして露出した被加工
基板上の薄膜をエッチングする工程と、エッチング後に
残存するレジストを除去する工程とからなる位相シフト
層を有するフォトマスクの製造方法において、前記被加
工基板として、基板上に導電層と遮光性薄膜がこの順序
に形成された構造のフォトマスクブランクスを用いるこ
とを特徴とする位相シフト層を有するフォトマスクの製
造方法。
（６）前記基板は高純度合成石英、石英、低膨張ガラス
、白板、青板、ＭｇＦ＿２、またはＣａＦ＿２等である
ことを特徴とする請求項５記載の位相シフト層を有する
フォトマスクの製造方法。
（７）前記導電層はタンタル膜、モリブデン膜、タング
ステン膜、ＩＴＯメサ等であることを特徴とする請求項
５記載の位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法
。
（８）前記遮光性薄膜はクロム薄膜、窒化クロム薄膜、
酸化クロム薄膜、タングステン薄膜、モリブデン薄膜、
またはモリブデンシリサイド薄膜等であることを特徴と
する請求項５記載の位相シフト層を有するフォトマスク
の製造方法。