JPH04225353A - 位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法 - 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、同ように、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、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はエッチングガ
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はエッチングガスプ
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。

【０００９】まず、図４（ａ）に示すように、光学研磨
された基板１１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、２０〜６
０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の上に形成するために、レジスト層２０に電
子線露光装置等の電離放射線２１にてパターン描画する
際、ガラス等の非導電性材料からなる基板１１上の、こ
れも非導電性材料からな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。さらに、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おり、１６ＭＤＲ
ＡＭや６４ＭＤＲＡＭクラス以上の集積回路製造用の位
相シフトレチクルは、実用上製造できないという問題が
あった。

【００１７】このような位相シフトレチクルの位相シフ
ター形成時のチャージアップ現象を防止するために、レ
チクルのガラス基板と遮光膜との間にタンタル薄膜層等
の導電層を形成する試みがなされたり、あるいは、位相
シフターパターンを形成するためのレジスト層に水素イ
オン等を打ち込んでレジスト自体に導電性を付与するこ
と等が提案されてはいるものの、前者は、導電層がシフ
ター相の下に存在するため、チャージアップ防止効果が
小さく、後者は、水素イオン等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等を打
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。

【００１８】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、位相シフトレチクルの位相シ
フター形成時のチャージアップ現象を効果的に防止して
、チャージアップ現象によるパターン歪みをなくし、高
精度の位相シフトレチクルを製造することができるより
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
を提供することである。

【００１９】

【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
スクの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、位相シフターをパターン形成する際、
レジスト層の上にテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ
）錯体を主成分とする有機薄膜、もしくは、金属薄膜を
形成することにより、電離放射線描画時のチャージアッ
プがほぼ完全に防止され、高精度の位相シフトレチクル
が安定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。

【００２０】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３１は基
板、３２はクロムパターン、３３はアライメントマーク
、３４は位相シフト膜、３５は電離放射線レジスト、３
６は導電層、３７は電離放射線、３８は露光部分、３９
はエッチングガスプラズマ、４０は酸素プラズマを示す
。

【００２１】まず、レチクル上に、スピンオングラス（
ＳＯＧ）あるいはスパッタ法等により、ＳｉＯ２　膜を
シフター層３４として形成する（図（ａ））。続いて、
この位相シフター層３４の上に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３５を形成する（図（ｂ））。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８０〜２００℃で
２０〜６０分間程度行う。次に、このレジスト層３５の
上に導電層３６を形成する。導電層３６は、テトラシア
ノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体等の場合には、シクロ
ヘキサン等の有機溶剤に溶解し、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
０．０５〜０．５μｍ程度の導電層３６を形成する（図
（ｂ））。加熱乾燥処理は、使用するＴＣＮＱ錯体の種
類にもよるが、５０〜１００℃で２〜１０分程度行う。 また、側鎖を長くして両親媒性を付与したＴＣＮＱ錯体
の場合には、ラングミュア・ブロジェット膜（ＬＢ膜）
として水面に展開し、上記レジスト膜の上に、水平付着
法あるいは垂直付着法等にて成膜することができる。こ
のような膜は、分子の高次構造が制御されているため、
スピンコーティング等で成膜した膜より薄い膜厚でも充
分な導電性を付与することができる。

【００２２】導電膜３６として金属膜を用いる場合は、
アルミニウム、チタン、クロム、金、銅等の金属を蒸着
法あるいはスパッタ法等にてレジスト層３５の上に２０
０〜３０００Åの厚さに形成することで、充分な導電性
を持ったものとすることができる。

【００２３】次に、同図（ｃ）に示すように、レジスト
層３５に常法に従ってアライメントを行い、電子線描画
装置等の露光装置を用いて電離放射線３７によりパター
ン描画をする。この際、レジスト膜３５上に形成された
導電層３６が余分のチャージをアースするため、アライ
メントマークも検出しやすく、また、チャージアップ現
象もなく、高精度に描画できる。

【００２４】続いて、所定の現像液で現像し、所定のリ
ンス液でリンスして、同図（ｄ）に示すようなレジスト
パターン３８を形成する。通常のアルカリ現像タイプの
レジストを用いていると、この現像の際、導電層３６も
同時に剥離される。また、導電層３６が現像液に溶解し
ないタイプのレジストを使用している場合には、導電層
３６を有機溶剤にて剥離してから所定の現像液で現像す
ることで、パターン形成することができる。

【００２５】次に、必要に応じて加熱乾燥処理及びデス
カム処理を行った後、同図（ｄ）に示すように、レジス
トパターン３８の開口部より露出する透明膜３４部分を
エッチングガスプラズマ３９によりドライエッチングし
、位相シフターパターン３４を形成する（同図（ｅ））
。なお、この位相シフターパターン３４の形成は、エッ
チングガスプラズマ３９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。

【００２６】次に、残存したレジストを、同図（ｆ）に
示すように、酸素プラズマ４０により灰化除去する。

【００２７】以上の工程により、同図（ｇ）に示すよう
な位相シフター３４を有する位相シフトマスクが完成す
る。

【００２８】このようにして形成された位相シフトパタ
ーンは、パターン露光時のチャージアップ現象による位
置ズレや精度劣化のない高品質な位相シフトマスクとな
る。

【００２９】

【作用】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
す高精度であることが要求され、すでにクロム基板上へ
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。

【００３０】さらに、このような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位相シ
フター形成時の精度劣化は著しいものと予想される。

【００３１】本発明においては、被加工基板上に形成し
たレジスト膜の上に導電層を形成し、位相シフターパタ
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、従来の電
離放射線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となる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３３】実施例１ 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、約８００ｎｍ厚のクロム薄膜と約４００ｎｍ厚の
低反射クロム薄膜の２層構造を形成したマスク基板上に
、ＳＯＧをスピンコーティング法により塗布し、９０℃
で３０分、１５０℃で３０分、４５０℃で３０分加熱処
理して、厚さ０．４μｍの均一なＳＯＧ膜を得た。続い
て、このＳＯＧ層の上に日本ゼオン（株）製ポジ型ＥＢ
レジストＺＣＭＲ−１００をスピンコーティングにより
均一に塗布し、１７０℃にて３０分間加熱処理して、厚
さ０．６μｍのレジスト膜を形成した。次に、このレジ
スト層の上にテトラシアノキノジメタン錯体（日東化学
（株）製ＴＱＶ）のシクロヘキサノン溶液をスピンコー
ティングにより塗布し、７０℃にて３分間加熱処理して
、厚さ０．２μｍの均一なテトラシアノイキノジメタン
錯体からなる導電層を形成した。

【００３４】次に、この基板に、常法に従ってアライメ
ントマークを検出して、電子露光装置によりパターン描
画を行った。この時の加速電圧は２０ＫＶで、露光量は
１５μＣ／ｃｍ２　で行った。この際、レジスト膜上に
導電層が形成されているため、アライメントマークも検
出しやすく、また、チャージアップ現象も発生しなかっ
た。

【００３５】続いて、メチルイソブチルケトンを主成分
とする現像液で現像し、イソプロピルアルコールにてリ
ンスして、レジストパターンを形成した。現像の際、導
電層は同時に溶解除去された。

【００３６】次に、１５０℃にて３０分間熱処理した後
、フッ酸とフッ化アンモニウムからなるエッチング液で
ＳＯＧからなる位相シフター層をエッチングし、０．３
ｔｏｒｒ、５００Ｗの酸素プラズマで残存レジストをア
ッシングして、位相シフターパターンを得た。

【００３７】こうして形成された位相シフトパターンは
、パターン露光時のチャージアップ現象による位置ずれ
や精度劣化がなく、重ね合わせ精度が±０．０５μｍ以
下という、高精度な位相シフトマスクが作成できた。

【００３８】実施例２ 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、約８００ｎｍ厚のクロム薄膜と約４００ｎｍ厚の
低反射クロム薄膜の２層構造を形成したマスク基板上に
、ＳＯＧをスピンコーティング法により塗布し、９０℃
で３０分、１５０℃で３０分、４５０℃で３０分加熱処
理して、厚さ０．４μｍの均一なＳＯＧ膜を得た。続い
て、このＳＯＧ層の上にシプレイ社製ネガ型ＥＢレジス
トＳＡＬ−６０１をスピンコーティングにより均一に塗
布し、１２０℃にて３０分間加熱処理して、厚さ０．６
μｍのレジスト膜の形成した。次に、このレジスト層の
上に真空度２×１０−６ｔｏｒｒでアルミニウムを電子
ビーム蒸着し、厚さ５００ÅのＡｌ薄膜からなる導電層
を形成した。

【００３９】次に、この基板に、常法に従ってアライメ
ントマークを検出して、電子露光装置によりパターン描
画を行った。この時の加速電圧は２０ＫＶで、露光量は
１０μＣ／ｃｍ２　で行った。この際、レジスト膜上に
導電層が形成されているため、アライメントマークも検
出しやすく、また、チャージアップ現象も発生しなかっ
た。

【００４０】続いて、この基板をホットプレート上で１
１０℃で５分間熱処理した後、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイドを主成分とする現像液で現像し、
純水にてリンスして、レジストパターンを形成した。現
像の際、導電層は同時に溶解除去された。

【００４１】次に、１５０℃にて３０分間処理し、０．
３ｔｏｒｒ、１００Ｗにてデスカム処理した後、フッ酸
とフッ化アンモニウムからなるエッチング液でＳＯＧか
らなる位相シフター層をエッチングし、０．３ｔｏｒｒ
、５００Ｗの酸素プラズマで残存レジストをアッシング
して、位相シフターパターンを得た。

【００４２】こうして形成された位相シフトパターンは
、パターン露光時のチャージアップ現象による位置ずれ
や精度劣化がなく、重ね合わせ精度が±０．０５μｍ以
下という、高精度な位相シフター層を有する位相シフト
マスクが作成できた。

【００４３】

【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の製造方法によると、被
加工基板上に形成したレジスト膜の上に導電層を形成し
、位相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、従来の電離放射線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
能となる。

【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】

３１…基板 ３２…クロムパターン ３３…アライメントマーク ３４…位相シフト膜 ３５…電離放射線レジスト ３６…導電層 ３７…電離放射線 ３８…露光部分 ３９…エッチングガスプラズマ ４０…酸素プラズマ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フォトマスク上に位相シフター層を形
   成した基板上に、レジスト薄膜を形成し、このレジスト
   薄膜に電離放射線にてパターン描画を行い、パターン描
   画後のレジスト薄膜を現像してレジストパターンを形成
   し、このレジストパターンをマスクとして露出した位相
   シフター層をエッチングし、エッチング終了後、残存し
   たレジストを除去す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、前記レジスト薄膜の上に導電性
   薄膜を形成してから電離放射線にてパターン描画するこ
   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。
2. 【請求項２】　　前記導電性薄膜が、テトラシアノキノ
   ジメタンの錯体を主成分とする導電性薄膜であることを
   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
   マスクの製造方法。
3. 【請求項３】　　前記テトラシアノキノジメタンの錯体
   を主成分とする導電性薄膜が、ラングミュア・ブロジェ
   ット膜として展開し、前記レジスト薄膜の上に付着して
   成膜した導電性薄膜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の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記導電性薄膜が、金属薄膜であるこ
   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
   ォトマスクの製造方法。