JPH0378747A - マスク及びマスク製造方法 - Google Patents

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】

本発明は半導体素子、磁性体素子、超伝導体素子、０Ｅ
ＩＣ等の各種固体素子における微細バタン形成の際に用
いられる縮小投影露光法用マスク及びマスク製造方法に
関する。

【従来の技術】

現在、半導体集積回路等の微細バタン形成には、経済性
と量産性に優れた縮小投影露光法が広く用いられている
。上記露光法における解像度の向上は、露光光の短波長
化と縮小光学系の開口数（ＮＡ）の増大により進められ
ている。しかし、この方法によれば、水銀ランプのｇ線
またはｉ線によりおよそ０．５μｍレベル、また、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザにより０．３〜０．３５μｍレベルの
加工がほぼ限界となるものと考えられる。 この限界を超える一つの方法として、位相シフト法が提
案されている。この方法は、マスク上で近接して隣り合
う一対の開口部を通過する光に対して、互いに１８０°
の位相差を導入することにより、例えば、ラインアンド
スペースバタンの解像限界を約４０％向上できるという
ものである。 この方法では、１８０°の位相差を導入するために、特
定のマスク開口部に、露光光に対して透明かつ空気と異
なる屈折率を有する材料からなる膜（以下、位相シフタ
と呼ぶ）を選択的に設ける。 なお、導入する位相差を１８００とするためには、上記
位相シフタの膜厚ｄと屈折率ｎは、ｎｄ−ｄ＝λ／２を
満たすことが好ましい。ただし、λは露光波長である。 一 位相シフト法に関しては、例えば、公開特許公報昭５８
−１７３７４４、または、アイ・イー・イー・イー、ト
ランザクションズ　オン　エレクトロン　デバイスイズ
、イー　デイ−２９、ナンバー１２　（１９８２年）第
１８２８頁から第１８３６頁（ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ、ＥＤ２９．Ｎｏ
、１２（１９８２）ｐｐ１８２８−１８３６）に論じら
れている。位相シフト法をＫｒＦエキシマレーザを光源
とする縮小投影露光法に適用した場合、原理的には０．
２μｍレベルのバタン形成が可能となる。 欣に、マスク製造方法について説明する。 まず、現在縮小投影露光法で広く使用されている透過型
レチクルマスク（以下、位相シックを用いない従来型の
マスクを透過型マスクと呼ぶ）の製造方法について述べ
る。透過型マスクにおいては、一般に合成石英基板上に
Ｃｒ等の遮光膜を積層したいわゆるマスクブランクス上
にレジスト膜を塗布し、電子線描画法等によるバタン描
画及び４ 現像により所定のレジストバタンを形成した後、上記レ
ジストパタンをマスクに遮光膜をエツチングして所定の
遮光バタンを形成する。 一方、位相シフト法用マスクにおいては、透過型マスク
における遮光パタンに加え、透明材料からなる位相シフ
タパタンを形成する必要がある。 第７図（ａ）、（、ｂ）に従来法による位相シフト法用
マスクの２種類の製造プロセスを示す。 （ａ）に示す方法では、位相シフタパタンとなる位相シ
ック膜を遮光膜と合成石英基板の間にあらかじめ作り込
んでおく。従来透過型マスクと同様の方法により遮光バ
タン形成後、マスク全面に再度レジストを塗布し、電子
線描画法等によるバタン描画及び現像により所定のレジ
ストパタンを形成した後、上記レジストパタンをマスク
に遮光膜開口部に露出した位相シフタ膜をエツチングし
て所定の位相シフタパタンを形成する。 一方、（ｂ）に示した方法では、いったん従来透過型マ
スクと同様の構造を持つマスクを形成した後、マスク全
面に位相シフタ用透明膜を遮光バタン上に積層する。し
かる後に、マスク全面に再度レジストを塗布し、（、）
と同様の方法により所定の位相シフタパタンを形成する
。 なお、位相シフタパタンを精度良く形成するためには、
位相シック膜のエツチングはドライエツチングを用いる
ことが好ましい。

【発明が解決しようとする課題］ 位相シフタ材料としては、通常５ｉｎ２、ＳｉＮ等の堆
積膜、もしくは有機レジスト、Ｓｉ含有塗布膜等の塗布
膜が用いられている。 有機レジストを除き、これらのシフタ材料のエツチング
においては、一般に合成石英基板に対するシフタ材料の
エツチング選択比を十分に取ることが困難である。この
ため、位相シフタパタンのエツチングにおいて合成石英
基板自体が削られてしまい、位相シフタ膜厚が実質的に
増大してしまうという問題点があった。一方、有機レジ
ストを位相シフタとして用いた場合には、機械的強度及
び耐久性に問題があった。 この問題点を避けるためには、合成石英基板上に基板の
エツチングを防止するためのエツチングストッパ膜をあ
らかじめ積層することが考えられる。水銀ランプのｇ線
またはｉ線等を光源とする従来光りソグラフィに位相シ
フト法を適用する場合、上記エツチングストッパ膜の材
料として、透明導電膜、窒化シリコンが検討されている
。しかし、これらの材料は波長２５０ｎｍ以下の光に対
して大きな光吸収を有するためマスクの光透過率が低下
する、また、前記シフタ材料とのエツチング選択比が十
分でない等の問題点があった。後者は、位相シフタ膜の
エツチングにドライエツチングを用いる場合には特に顕
著である。また、屈折率が大きいため位相シフタ膜内で
干渉が生じる恐れがある等の問題点もあった。 本発明の目的は、波長２００〜２５０ｎｍのＤＵＶ光に
対しても十分な光透過率を有し、かつ位相シフタパタン
形成時に良好なエツチング特性を有する材質を利用する
ことにより、ＫｒＦエキシマレーザ等を光源とするＤＵ
Ｖ露光法に最適な位相シフトマスク及びマスク製造方法
を提供するこ７− とにある。 【課題を解決するための手段】 本発明は、上記目的を達成するために、前記位相シフタ
パタンのエツチングに対するエツチングストッパ膜とし
て、前記マスクの全面に、ＭｇＦ２、ＣａＦ、等のアル
カリ金属またはアルカリ土属金属のフッ化物または塩化
物、または有機物、からなる層を設けたものである。 また、本発明は、上記目的を達成するために、前記位相
シックパタン自体の材質を、ＭｇＦ２、ＣａＦ２□等の
アルカリ金属またはアルカリ土属金属のフッ化物または
塩化物としたものである。

【作用】

ＭｇＦ、、ＣａＦ、等のアルカリ金属またはアルカリ土
属金属のフッ化物及び塩化物は、一般に波長２００ｎｍ
−３００ｎｍのＤＵＶ領域の光に対しても大きな光透過
性を有する。また、ＰＭＭＡ等のアクリル系レジストも
同様である。 一方、これらの物質のうちのいくつかにおいては、位相
シフタパタンをウェットエツチングする８− 際に用いられるフッ酸水溶液、もしくはフッ酸水溶液と
フッ化アンモニウム水溶液の混合液等のエツチング液に
対する溶解性が極めて小さい。また、位相シフタパタン
をドライエツチングする際に用いられるフッ素系、もし
くは塩素系のガスに対するエツチング速度が極めて小さ
い。 従って、これらの物質から成る層を、前記位相シフタパ
タンのエツチングに対するエツチングストッパ膜として
マスクの全面に設けるか、もしくは、位相シフタ自体を
これらの物質で構成すれば、マスクの光透過率を低下さ
せることなく、前記シック材料のエツチングにおける下
地石英基板の溶解を阻止することができる。

【実施例】

以下本発明の詳細な説明する。 第１実施例 第１図は、本発明の一実施例による位相シフトマスクの
製造プロセスの模式図である。 まず、合成石英基板１上に、ＭｇＦ２膜２を約１０＝Ｏ
ｎ　ｍ蒸着し、次に５ｉｎ２膜３を約２５０ｎｍｃＶＤ
法により堆積させた後、さらにＣｒ膜４を約１１００ｎ
蒸着し、合成石英基板上に第１図ａに示す３層構造を形
成した。 次に、上記３層構造を有するマスク基板上にポジ型電子
線レジスト０ＥＢＲ２０００（東京応化社製品名）を０
．５μｍ塗布し、電子線描画装置を用いて所定のマスク
開口部パタンを描画した後、所定の現像処理を行ないレ
ジストパタン５を形成した（第１図ｂ）。 次に、上記レジストパタン５をマスクとして、所定のク
ロムエツチング液を用いてＣｒ膜４のエツチングを行な
った後、上記レジストパタン５を除去して、Ｃｒ遮光部
中に所望の開口バタン６を形成した（第１図Ｃ）。ここ
で、Ｓｉ○２膜３はＣｒ膜４のエツチングにおいてエツ
チングのストッパとして作用する。 次に、上記開口バタン６を形成した基板上に、ネガ型電
子線レジスト５ＡＬ６０１　（シソプレイ社製品名）を
０．５μｍ塗布し、電子線描画装置所定の現像処理を行
ないレジストパタン７を形成した（第１図ｄ）。 次に、上記レジストパタン７及びＣｒ膜４をマスクとし
て、Ｃｒ遮光部中の開口バタン６表面に霧出した部分の
Ｓ　ｉ　Ｏ，膜３を所定のフッ酸水溶液を用いてエツチ
ングした後、上記レジストパタン７を除去して所望の位
相シフタ８を形成した（第１図ｅ）。ここで、ＭｇＦ２
膜２は５ｉｎ２膜３のエツチングにおけるエツチングの
ストッパとして作用する。本実施例ではＳｉ○２膜３の
エツチングにウェットエツチングを用いたが、例えばフ
ッ素系ガス等によるドライエツチングを用いてもよい。 なお、ＭｇＦ２膜２、Ｓｉ○２膜３及びＣｒ膜４の膜厚
は、本実施例に示したものに限らない。ただし、５ｉｎ
２膜３の膜厚ｄは、 １／３・λ＜ｄ　・（ｎ−１）　＜２／３−λの範囲に
設定することが望ましい。ここに、λは露光波長、ｎは
露光波長におけるＳ　ｉ　Ｏ２膜の屈１１− エキシマレーザ（波長２４８．４ｎｍ）を用いるため、
λ＝２４８．４ｎｍｎ＝１．４８よりｄ＝２６０ｎｍと
した。 また、パタン形成に用いるレジスト及びその膜厚は本実
施例に示したものに限らない。ただし、ネガ、ポジが逆
の型のレジストを用いる場合には、電子線照射部を本実
施例と逆にすることはいうまでもない。 次に、この様にして作製した位相シフトマスクを用いて
パタン転写を行なった。マスクパタンとしては、様々な
寸法のラインアンドスペースパタンにおいてマスク開口
部の一つおきに上記位相シフタを設けたものを用意した
。また、比較のために、位相シフタを設けない同一寸法
の透過型マスクを用意した。 上記マスクバタンを開口数０．４の投影光学系を有する
ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置を用いて、ネガ
型電子線レジスト５ＡＬ６０１（シップレイ社製品名）
を０．５μｍ塗布したＳｉ基板上に転写した。所定の露
光量の露光、熱処１２− 理、現像処理により形成されたレジストパタンを走査型
電子顕微鏡を用いて観察した。その結果、上記位相シフ
トマスクを用いた場合、０．２μｍラインアンドスペー
スバタンか良好な形状で解像したのに対して、透過型マ
スクでは０．３μｍラインアンドスペースバタンか解像
限界であった。 また、位相シフトマスクを用いた場合、約±１μｍの焦
点深度を得ることができたのに対して、透過型マスクで
は約±０．５μｍしか得られなかった。ただし、光学系
のコヒーレンスファクタは０゜３とした。 なお、マスクバタンの種類、露光装置、レジストプロセ
ス、光学系のコヒーレンスファクタ等に関して、必ずし
も本実施例に示したものを用いなくても本発明の有効性
が現れることはいうまでもない。 第２実施例 第２図は、本発明の第２実施例による位相シフトマスク
の製造プロセスの模式図である。 第１実施例においては、ＭｇＦ２膜２とＣｒ膜４の間に
位相シフタ材料として５ｉｎ２膜３を設けた。 本実施例においては、まず第２図ａに示した様なＭｇＦ
２膜２上にＣｒ膜４を直接積層した２Ｎ構造を用意した
。はじめに、第１実施例と同様な方法によりＣｒ模膜バ
タン開口６を形成する（第２図ｂ）。ただし、ここでＭ
ｇＦ２膜２はＣｒ膜４のエツチングにおけるエツチング
のストッパとして作用する。 次にマスクの全面にＳｉ含有有機塗布膜５ＯＧ（東京応
化社製品名）を塗布した後、約３００℃で熱処理を行な
い、膜厚的０．２５μｍのＳＯＧ膜１膜製０成した（第
２図Ｃ）。しかる後に、Ｓ○Ｇ膜１０を形成した上記基
板上に、ネガ型電子線レジスト５ＡＬ６０１　（シップ
レイ社製品名）を０．５μｍ塗布し、第１実施例と同様
な方法によりレジストパタン７を形成した（第２図ｄ）
。 続いて、上記レジストパタン７をマスクとして前記ＳＯ
Ｇ膜１０のエツチングを行なった後、上所望の位相シフ
タパタン１１を形成した（第２図ｄ）。ここで、ＭｇＦ
２膜２はＳＯＧ膜１膜製０ツチングにおけるエツチング
のストッパとして作用する。上記ＳＯＧ膜１０のエツチ
ングは、フッ酸水溶液等によるウェットエツチング、フ
ッ素系ガス等によるドライエツチングどちらでもかまわ
ない。 本実施例によるマスクを用いて第１実施例と同様の効果
を確認した。 第３実施例 第３図は、本発明の第３の実施例による位相シフトマス
クの製造プロセスの模式図である。 第２実施例においては、合成石英基板１とＣｒ膜４の間
にエツチングストッパ膜としてＭｇＦ。 膜２を設けたが、本実施例においては、第３図ａに示す
様な合成石英基板１上に直接Ｃｒ［４を積層した構造を
用意した。まず、第１実施例と同様な方法によりＣｒ模
膜バタン開口６を形成する（第３図ｂ）。次に、上記Ｃ
ｒパタン開口部を形成したマスクの全面にＭｇＦ、膜２
０を蒸着し、１５− さらにその上に第２実施例と同様の方法により、膜厚的
０．２５μｍのＳＯＧ膜２膜製１成した（第３図Ｃ）。 しかる後に、第２実施例と同様の方法によりＳＯＧより
成る所望の位相シフタパタン２２を形成した（第３図ｄ
）。第２実施例と同様、ＭｇＦ２膜２０はＳＯＧ膜２膜
製１ツチングにおけるエツチングのストッパとして作用
する。 ＭｇＦ２膜２０は、Ｃｒ模膜バタン開口６に露出した合
成石英基板１上に、できるだけ均一な膜厚で形成される
ことが好ましい。このために、ＭｇＦ２膜２０の蒸着条
件に対する最適化を行なった。 また、ＭｇＦ２膜厚を厚くして、その表面をＣｒ膜バタ
ン端の段差の影響を受けないように平坦化してもよい。 これは、Ｃｒ膜バタン端の段差により、ＳｏＧ位相位相
シフタ材料膜厚が変化してしまい、実効的な位相差が理
想値からずれてしまうのを防ぐためである。上記ＭｇＦ
２膜の形成には蒸着に限らず、他の様々な方法を用いる
ことが１６− できる。 本実施例によるマスクを用いて第１実施例と同様の効果
を確認した。 第４実施例 第４図は、本発明の第４の実施例による位相シフトマス
クの製造プロセスの模式図である。 本実施例においても第３実施例と同様２合成石英基板１
上にＣａｒ膜４を直接積層した構造を用いて、まずＣｒ
模膜バタン開口６を形成する（第４図ａ）。次に、上記
Ｃｒパタン開口部を形成したマスクの全面に、ＰＭＭＡ
　（ポリメチルメタクリレート）を塗布して膜厚的２０
０ｎｍのＰＭＭＡ膜３０膜形０した後、約２００℃の熱
処理を行ないその表面を平坦化した（第４図ｂ）。 しかる後、上記ＰＭＭＡ膜３０上に第２実施例と同様の
方法により膜厚的０．２５μｍのＳＯＧ膜を塗布し、さ
らにＳＯＧよりなる所望の位相シフタパタン３１を形成
した（第４図Ｃ）。ＰＭＭＡ膜３０膜形０ＳＯＧ膜のエ
ツチングにおけるエツチングのストッパとして作用する
。 ＰＭＭＡ膜３０膜面０表面ｒ膜バタン端の段差の影響を
受けず、できるだけその表面が平坦化されていることが
好ましい。このため、ＰＭＭＡ塗布後の熱処理条件の調
整を行なった。上記熱処理温度は必ずしも本実施例に示
したものに限らない。 また、ＰＭＭＡの代りに他の有機膜を用いてもよい。た
だし、上記有機膜は露光光に対して十分な光透過性を有
していなければならない。また、上記有機膜は、その表
面が殆ど平坦とるなせる程度に厚く塗布されていること
・が望ましい。 また、ＰＭＭＡ膜３０の代りに、ＬＢ＃を用いてもよい
。この場合、膜の表面はＣｒ膜バタン端の段差部におい
て段差に忠実で、Ｃｒ模膜バタン開口６に露出した合成
石英基板１上に、できるだけ均一な膜厚で形成されるこ
とが好ましい。 本実施例によるマスクを用いて第１実施例と同様の効果
を確認した。 第５実施例 第５図は、本発明の第５実施例による位相シフトマスク
の製造プロセスの模式図である。 本実施例においては、まず第１実施例と同様の第５図ａ
に示した様なＭｇＦ２膜４０上にＣｒ膜４を直接積層し
た２層構造を用意した。ただし、本実施例ではＭｇＦ２
膜自体を位相シフタとして用いるため、その膜厚を約３
００ｎｍとした。はじめに、第１実施例と同様な方法に
よりＣｒ模膜バタン開口６を形成する（第５図ｂ）。た
だし、ここでＭｇＦ２膜４０はＣｒ膜４のエツチングに
おけるエツチングのストッパとして作用する。 次に上記基板上に、ネガ型電子線レジスト５ＡＬ６０１
　（シップレイ社製品名）を０．５μｍ塗布し、第１実
施例と同様な方法によりレジストパタン７を形成した（
第５図Ｃ）。続いて、上記レジストパタン７をマスクと
して前記ＭｇＦ、１ｌＩ４０のエツチングを行なった後
、上記レジストパタン７を除去して、ＭｇＦ、膜４０よ
りなる所望の位相シフタパタン４１を形成した（第５図
ｄ）。 ここで、合成石英基板１はＭｇＦ２膜４０のエツチング
におけるエツチングのストッパとして作用する。 １９− なお、第７図（ａ）に対する第７図（ｂ）のごとく、Ｍ
ｇＦ、よりなる位相シフタパタンは、Ｃｒ遮光膜の上に
形成してもかまわない。 本実施例によるマスクを用いて第１実施例と同様の効果
を確認した。 第６実施例 第６図は、本発明の第６の実施例による位相シフトマス
クの製造プロセスの模式図である。 本実施例においても第３実施例と同様に９合成石英基板
１上にＣｒ膜４を直接積層した構造を用いて、まずＣｒ
模膜バタン開口６を形成する（第６図ａ）。次に、所定
の位相シフタ形成部を描画した後、所定の現像処理を行
ないレジストパタン５０を形成した（第６図ｂ）。 しかる後、上記マスクの全面にＭｇＦ、膜５１を蒸着し
た（第６図Ｃ）。次に、いわゆるリフトオフ法を用いて
レジストパタンおよびレジストバタン上に形成されたＭ
ｇＦ２膜を除去して、ＭｇＦ２よりなる所望の位相シフ
タパタン５２を形成した（第６図ｄ）。 ２０ リフトオフ法に適したレジストバタン形状を得るために
、電子線描画法においてレジスト断面がオーバーハング
型となるポジ型レジストを用いることが好ましい。 本実施例においては第５実施例と同様ＭｇＦ２膜自体を
位相シックとして用いるため、その膜厚を約３００ｎｍ
とした。また、上記膜厚は、Ｃｒ模膜バタン開口６に露
出した合成石英基板１上に、できるだけ均一な膜厚で形
成されることが好ましい。このため、ＭｇＦ２膜５１の
蒸着条件に対する最適化を行なった。上記ＭｇＦ、膜の
形成には蒸着に限らず、他の様々な方法を用いることが
できる。 本実施例によるマスクを用いて第１実施例と同様の効果
を確認した。

【発明の効果】

以上、本発明によるマスク及びマスク製造方法によれば
、波長２００〜２５０　ｎ　ｍのＤＵＶ光に対しても十
分な光透過率を有し、かつ位相シフタパタン形成時に良
好なエツチング特性を有する材質を利用することにより
、ＫｒＦエキシマレーザ等を光源とするＤＵＶＩ光法に
最適な位相シフトマスク及びマスク製造方法を得て、経
済性、量産性に優れた光りソグラフイの解像限界を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図及び第６図は
、本発明による位相シフトマスクの製造プロセスの模式
的断面図である。 第７図は、従来法による位相シフトマスクの製造プロセ
スの模式的断面図である。 符号の説明 １・・・合成石英基板 ２．２０．４０．５１・・・ＭｇＦ２膜３・・・ＳｉＯ
２膜　　　　　　　　４・・・Ｃｒ膜５．７．５０・・
・レジストバタン ６・・・開口バタン ８．１１．２２．３１．４１．５２・・・位相シフタ１
０．２１・・・ＳＯＧ膜　　　　３０・・・ＰＭＭＡ膜
２３− ペ （ 第 ３ 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、投影光学系を介してマスクパタンを基板上に投影露
   光する際に用いられるマスクにおいて、マスク上で隣接
   する一対の開口部を通過する光に対して、互いにほぼ１
   ８０゜の位相差を導入する位相シフタと、前記位相シフ
   タパタンとマスク基板の間のマスク全面に、アルカリ金
   属またはアルカリ土属金属のフッ化物または塩化物、ま
   たは有機物からなる層とを有することを特徴とするマス
   ク。 ２、投影光学系を介してマスクパタンを基板上に投影露
   光する際に用いられるマスクにおいて、マスク上で隣接
   する一対の開口部を通過する光に対して、互いにほぼ１
   ８０゜の位相差を導入する位相シフタを有し、かつ、上
   記位相シフタの材質は、アルカリ金属またはアルカリ土
   属金属のフッ化物または塩化物であることを特徴とする
   マスク。 ３、請求項１または２記載のマスクにおいて、前記アル
   カリ土属金属のフッ化物はＭｇＦ＿２であることを特徴
   とするマスク。 ４、請求項１記載のマスクにおいて、前記有機物は、Ｐ
   ＭＭＡであることを特徴とするマスク。 ５、投影光学系を介してマスクパタンを基板上に投影露
   光する際に用いられるマスクの、上記マスク上で隣接す
   る一対の開口部の一方に対して、上記隣接する一対の開
   口部を通過する光に対して互いにほぼ１８０゜の位相差
   を導入する位相シフタを設けた、位相シフトマスクの製
   造方法において、前記位相シフタパタンとマスク基板の
   間のマスク全面に、アルカリ金属またはアルカリ土属金
   属のフッ化物または塩化物、または有機レジストからな
   る薄膜層を設ける工程と、上記薄膜層を前記位相シフタ
   を形成するに際して行なうエッチングに対するエッチン
   グストッパとして用いる工程を含むことを特徴とするマ
   スク製造方法。 ６、請求項５記載のマスク製造方法において、上記エッ
   チングが、フッソ系または塩素系のガスを用いたドライ
   エッチングであることを特徴とするマスク製造方法。 ７、請求項５記載のマスク製造方法において、前記アル
   カリ土属金属のフッ化物は、ＭｇＦ＿２であることを特
   徴とするマスク製造方法。 ８、請求項５記載のマスク製造方法において、前記有機
   物は、ＰＭＭＡであることを特徴とするマスク製造方法
   。