JPH04214559A - 位相シフト層を有するフォトマスク及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】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及びそ
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及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路は、Ｓｉウェーハ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、エッチングを行う、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。

【０００３】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が要求さ
れる傾向にあり、例えば、代表的なＬＳＩであるＤＲＡ
Ｍを例にとると、１ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レチクル
、すなわち、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、４ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レチ
クルは０．１〜０．１５μｍ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。

【０００４】さらに、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、１ＭビットＤＲＡＭ
で１．２μｍ、４ビットＤＲＡＭでは０．８μｍ、１６
ＭビットＤＲＡＭでは０．６μｍ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。

【０００５】ところが、例えば６４ＭＤＲＡＭクラスの
次々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、この限界を乗り越えるものとして、
例えば、特開昭５８−１７３７４４号公報、特公昭６２
−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、投影像の分解能及びコントラストを向上さ
せる技術である。

【０００６】位相シフトリソグラフィーを図面に従って
簡単に説明する。図２は位相シフト法の原理を示す図、
図３は従来法を示す図であり、図２（ａ）及び図３（ａ
）はレチクルの断面図、図２（ｂ）及び図３（ｂ）はレ
チクル上の光の振幅、図２（ｃ）及び図３（ｃ）はウェ
ハー上の光の振幅、図２（ｄ）及び図３（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は入射光を示す。

【０００７】従来法においては、図３（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、
図２（ａ）に示すように、レチクル上の隣接する光透過
部の一方に位相を反転（位相差１８０°）させるための
透過膜からなる位相シフター３が設けられている。した
がって、従来法においては、レチクル上の光の振幅は図
３（ｂ）に示すように同相となり、ウェハー上の光の振
幅も図３（ｃ）に示すように同相となるので、その結果
、図３（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、図２（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、図２
（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
。

【０００８】次に、位相シフトレチクルの従来の製造工
程の１例を図面を参照して説明する。図４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、１０は
基板、１１は導電層、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
はエッチングガスプラズマ、１７はクロムパターン、１
８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
ッチングガスプラズマ、２４は位相シフトパターン、２
５は酸素プラズマを示す。

【０００９】まず、図４（ａ）に示すように、光学研磨
された基板１０に、位相シフターパターン描画時の露光
ビームによるチャージアップ現象を防止するために、タ
ンタル薄膜層等からなる導電層１１を形成し、その上に
クロム膜１２を形成し、さらに、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
。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分間程度行う。

【００１０】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。

【００１１】次に、必要に応じて加熱処理、及び、デス
カム処理を行って、レジストパターン１５のエッジ部分
等に残存したレジスト屑、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１
５の開口部より露出する被加工部分、すなわち、クロム
層１２をエッチングガスプラズマ１６によりドライエッ
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、エッチングガスプラズマ
１６によるドライエッチングに代えて、ウェットエッチ
ングにより行ってもよいことは当業者に明らかである。

【００１２】このようにしてエッチングした後、同図（
ｅ）に示すように、レジストパターン１５、すなわち、
残存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。

【００１３】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ＳｉＯ２　
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、上記と同様にして、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イトを行い、電子線露光装置等の
電離放射線２１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。

【００１４】次に、必要に応じて、加熱処理、及び、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
をエッチングガスプラズマ２３によりドライエッチング
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、エッチングガスプ
ラズマ２３によるドライエッチングに代えて、ウェット
エッチングにより行ってもよいものである。

【００１５】次に、残存したレジストを、同図（ｌ）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。

【００１６】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記し
た従来の位相シフトマスクの製造方法においては、位相
シフターパターンを形成するための工程として、位相シ
フター層１９形成後に、エッチングマスク（レジストパ
ターン）２２の作成、エッチング、エッチングマスク除
去、残存レジストの灰化処理、洗浄等の多くの工程が必
要であった。

【００１７】また、エッチング終点をうまくコントロー
ルし、下地基板にダメージを与えないためには、エッチ
ングストッパー層を形成することも必要であった。

【００１８】このように、位相シフターパターン形成の
ための長い工程は、欠陥の多発、長い製作期間、高コス
ト化といった非常に多くの現実的な問題を抱えていた。

【００１９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、少ない工程数で、欠陥の発生
率が小さく、高精度のフォトマスクを、低コストで製造
可能な位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法及
びその方法によって製造された位相シフトフォトマスク
を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題に
鑑み、工程数の削減、低コスト化を行い、かつ、高精度
の位相シフトフォトマスクを安定して製造する方法を開
発すべく研究の結果、位相シフター層を形成後、集束イ
オンビーム法を用いて位相シフターパターンに当たる部
分に選択的にイオン注入を行い、位相シフター層の被注
入部分の屈折率を変化させ、被注入部分と未注入部分と
の間に生じる屈折率の差によって、これらの部分が対応
する隣接透過パターン間に所定の位相差（１８０°）を
生じさせるようにすることによって、高解像力を有する
位相シフトフォトマスクを、これまでよりも少ない工程
で、安定的に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。

【００２１】以下、本発明を図面を参照にして説明する
。図１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、図中３０は基
板、、３１は導電層、３２はクロムパターン（遮光層）
、３３は位相シフター層、３４は位相シフトパターンａ
、３５は位相シフトパターンｂ、３６はイオンビームを
表している。

【００２２】まず、図１の（ａ）に示すような、常法に
従って作成し、欠陥検査を行ったクロムマスク上に、図
（ｂ）に示すように、次の式（１）に合うような膜厚の
位相シフター層３３を形成する。

【００２３】 　　　　ｄ＝λ／２（ｎａ　−ｎｂ　）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（１）た
だし、ｎａ　・・・イオン注入部分の屈折率、ｎｂ　・
・・イオン未注入部分の屈折率、λ　　・・・フォトマ
スク露光波長（ｎｍ）、ｄ　　・・・位相シフター層膜
厚（ｎｍ）。

【００２４】位相シフター層３３としては、スパッタリ
ング法等によるＳｉＯ２　膜、スピンオングラス（ＳＯ
Ｇ）、有機高分子膜、その他、近紫外域で透明な無機、
有機何れの材料を用いてもよい。なお、ＳＯＧは、有機
シリコン化合物の有機溶媒溶液を塗布、乾燥、加熱して
酸化シリコンに変化させた膜を言い、ＳＯＧの出発原料
としては、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（　ＯＣ２　Ｈ
５）４　）等の金属アルコキシド、水、メタノール等の
両極性溶媒、塩酸が用いられる。

【００２５】次に、図１（ｃ）に示すように、この位相
シフター層３３の位相シフターパターンａに相当する部
分（図４に示したような従来の位相シフトフォトマスク
の位相シフターに当たる部分）に、集束イオンビーム法
を用いて、イオンビーム３６を照射してイオン注入（パ
ターン描画）を行う。その結果、図１（ｄ）に示すよう
に、被注入部分３４はイオン注入により屈折率が変化す
るため、その他の未注入部分３５との間に屈折率の差が
生じる。こうして生じた屈折率の差を利用して、上記式
（１）に基づき、位相を隣接する透過パターン間で逆に
することができる。なお、イオン注入後、イオン注入に
伴うストレスを取り除くために、加熱してアニーリング
処理をするのが望ましい。

【００２６】従来法においては、位相シフターパターン
を形成するのにエッチング工程が必要であったため、基
板を傷つけたり、これを防ぐ手段として被加工基板上に
エッチングストッパー層を形成する必要があったが、本
発明においては、エッチング工程がないため、従来法と
比べてより高品質のフォトマスクをより簡単な工程で作
成することができる。

【００２７】すなわち、本発明の位相シフト層を有する
フォトマスクは、透明基板上に遮光マスクパターンを形
成したフォトマスクにおいて、遮光マスクパターン上に
位相シフト層を有し、位相シフト層の屈折率が遮光マス
クパターンの隣接する透過パターン間の位置で異なるこ
とを特徴とするものである。

【００２８】この場合、前記位相シフト層の屈折率の差
は、位相シフト層に対するイオン注入によって導入され
たものであり、典型的には、前記位相シフト層はスパッ
タリング法によって形成された酸化珪素又はスピンオン
グラスからなり、前記屈折率の差は窒素イオン注入によ
って形成されたものである。

【００２９】また、本発明の位相シフト層を有するフォ
トマスクの製造方法は、透明基板上に遮光マスクパター
ンを形成し、遮光マスクパターン上に位相シフト層を設
けたフォトマスクの製造方法において、位相シフト層の
所定パターン領域に集束イオンビーム法により選択的に
イオンを注入して、遮光マスクパターンの隣接する透過
パターン間の位置で位相シフト層の屈折率を異ならせて
位相差を生じさせることを特徴とする方法である。

【００３０】この場合、位相シフト層に選択的にイオン
注入後、加熱してアニーリング処理するのが望ましい。

【００３１】

【作用】最近のＬＳＩ、超ＬＳＩの高集積化に伴い、ま
すますフォトマスクの高精度化が要求され、それに従っ
て、ゴミ等による欠陥の多発が問題になっている。また
、必然的に高コストとなる。

【００３２】本発明の位相シフト層を有するフォトマス
ク及びその製造方法においては、透明基板上の遮光マス
クパターン（クロムパターン）上に形成した位相シフト
層を全くエッチングすることなしに、位相シフト層を有
するフォトマスクを高精度に製造することが可能であり
、工程数削減により、欠陥の発生が抑えられ、同時に製
造コストを低く抑えることが可能になる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３４】実施例１ 常法に従って製造したクロム遮光パターンを有するフォ
トマスクの品質を検査した後、その上にＳＯＧ（スピン
オングラス）あるいはスパッタリング法によるＳｉＯ２
　の位相シフト層を膜厚８３０ｎｍになるように堆積し
て成膜した。ＳＯＧを用いた場合は、３００°Ｃの窒素
雰囲気中で焼成した。このようにして形成した位相シフ
ト層に欠陥がないことを確認した上で、所定の位相シフ
ターパターンに相当する部分に、１００ＫｅＶ〜１Ｍｅ
Ｖの加速電圧で窒素イオンを注入した。その後、この基
板を３００°Ｃでアニーリング処理した。

【００３５】窒素イオンを注入した部分の屈折率ｎａ　
は１．６３であり、イオン注入されていない部分の屈折
率ｎｂ　は１．４１であった。露光波長λが３６５ｎｍ
の場合、膜厚ｄが８３０ｎｍであれば、位相を逆転させ
るのに充分である。

【００３６】以上は、１８０°位相シフターを想定した
値であったが、イオンの注入量を変化させれば、任意の
値だけ位相がシフトする位相シフター層や、連続的に位
相シフト量が変化する位相シフター層を作成することが
できる。

【００３７】このように位相シフター層のエッチング工
程が含まれないプロセスで作成した位相シフトフォトマ
スクの位相シフター部の位置ずれは、平均値±σ（σは
標準偏差）をとった場合に±０．１μｍ以内という値を
示し、高精度な位相シフター層を有する位相シフトマス
クが得られたことが確認できた。また、マスク周辺部に
おいても、パターン歪み等は全く観測されなかった。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による位相
シフト層を有するフォトマスク及びその製造方法による
と、透明基板上の遮光マスクパターン（クロムパターン
）上に形成した位相シフト層を全くエッチングすること
なしに、位相シフト層を有するフォトマスクを高精度に
製造することが可能であり、工程数削減により、欠陥の
発生が抑えられ、同時に製造コストを低く抑えることが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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る。

【図２】位相シフト法の原理を示す図である。

【図３】従来法を示す図である。

【図４】従来の位相シフトフォトマスクの製造工程を示
す断面図である。

【符号の説明】

３０…基板 ３１…導電層 ３２…クロムパターン（遮光層） ３３…位相シフター層 ３４…位相シフトパターンａ（イオン注入部）３５…位
相シフトパターンｂ（イオン未注入部）３６…イオンビ
ーム

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透明基板上に遮光マスクパターンを形
   成したフォトマスクにおいて、遮光マスクパターン上に
   位相シフト層を有し、位相シフト層の屈折率が遮光マス
   クパターンの隣接する透過パターン間の位置で異なるこ
   とを特徴とする位相シフト層を有するフォトマスク。
2. 【請求項２】　　前記位相シフト層の屈折率の差は、位
   相シフト層に対するイオン注入によって導入されたもの
   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. 【請求項３】　　前記位相シフト層はスパッタリング法
   によって形成された酸化珪素又はスピンオングラスから
   なり、前記屈折率の差は窒素イオン注入によって形成さ
   れたものであることを特徴とする請求項２記載の位相シ
   フト層を有するフォトマスク。
4. 【請求項４】　　透明基板上に遮光マスクパターンを形
   成し、遮光マスクパターン上に位相シフト層を設けたフ
   ォトマスクの製造方法において、位相シフト層の所定パ
   ターン領域に集束イオンビーム法により選択的にイオン
   を注入して、遮光マスクパターンの隣接する透過パター
   ン間の位置で位相シフト層の屈折率を異ならせて位相差
   を生じさせ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。
5. 【請求項５】　　位相シフト層に選択的にイオン注入後
   、加熱してアニーリング処理することを特徴とする請求
   項４記載の位相シフト層を有するフォトマスクの製造方
   法。