JPH04304452A - 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３は位相シフト法の原理を示す図、
図４は従来法を示す図であり、図３（ａ）及び図４（ａ
）はレチクルの断面図、図３（ｂ）及び図４（ｂ）はレ
チクル上の光の振幅、図３（ｃ）及び図４（ｃ）はウェ
ハー上の光の振幅、図３（ｄ）及び図４（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４（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３（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
４（ｂ）に示すように同相となり、ウェハー上の光の振
幅も図４（ｃ）に示すように同相となるので、その結果
、図４（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３（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３
（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５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５（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、上記の
ようにして完成された従来の位相シフトマスク（図２（
ａ）に断面図、同図（ｂ）に平面図を示す。）を用いて
、例えばポジ型レジストを露光して現像した場合、図２
（ｂ）の点線Ｒで囲ったような１８０°シフター２４が
基板１０上で孤立する箇所ではクロムパターン１７が正
確に露光されず、例えばラインアンドスペースの末端部
分では、同図（ｃ）に示すように、本来分離しているパ
ターンの末端部分がつながったレジストパターンが残る
。これは、１８０°シフター２４のエッジ部分において
急激に位相が１８０°変化するため、このエッジ部分が
クロムパターンのような遮光層として作用する結果起こ
る問題であり、これは、同図（ｄ）に示すように、基板
１０上で孤立している１８０°シフター２４のエッジ部
分に９０°シフター２６を配置する多段シフター法（こ
のような位相シフト層は、多段位相シフト層又は多段シ
フターと呼ばれる。）を用いれば、解決することができ
る。このことは、当業者に周知の事項である。

【００１７】しかし、このような多段シフターを有する
位相シフトマスクを図５に示したような従来の工程で作
製しようとすると、通常のフォトマスクに比べてより多
い工程数で位相シフトマスクを作製した上に、さらに同
様の工程を増やさなければならず、欠陥が多発し、それ
に伴って高コスト化、製造期間の長期化等が併せて大き
な問題となってくる。

【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、より実用的で低コスト化及び
工程数の削減を可能とした多段位相シフト層を有するフ
ォトマスク及びそ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、多段シフターを有する位相シフトマスク作成のた
めの工程数削減を行うことによって製造期間の短縮、低
コスト化を可能にし、かつ、高精度の多段位相シフトマ
スクを安定して製造する方法を開発すべく研究の結果、
位相シフトマスクの製造工程で、先に述べたような基板
上で孤立した１８０°シフターの周辺部等に９０°シフ
ターパターンを形成する際、基板上で孤立している１８
０°シフターパターンの周辺部分に集束イオンビーム法
を用いてイオンを打ち込むことにより、その周辺部分の
位相シフト量を１８０°から変化させ（例えば、９０°
又は２７０°）、また、この位相シフト量が空間的に１
８０°から９０°（２７０°）へと変化する部分で、注
入するイオンの量を連続的に変化させて、１８０°シフ
ターと９０°（２７０°）シフターの間に位相差の不連
続部分を作ることなく位相シフト量を連続的に変化させ
ることにより、少ない工程数で安定的に高精度の多段位
相シフト層を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。なお、このよう
なイオン打ち込み後にアニーリングを行う必要がある。

【００２０】以下、本発明を図面を参照して説明する。 図１は本発明に係る多段位相シフトマスクの製造工程を
説明するための図であり、図中、３０は基板、３１は導
電層、３２は遮光層、３３は図５に示したような従来の
方法で作成した１８０°位相シフター、３４は集束イオ
ンビーム、３５はイオンの打ち込みによってシフト量が
変化した２７０°（９０°）シフターを表している。

【００２１】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。

【００２２】まず、図１（ａ）に断面を示すような、常
法に従って作成、欠陥検査を行った位相シフトマスクの
シフターパターン３３であって、図１（ｂ）の平面図に
おいて点線Ｒで囲ったような基板３０上で孤立している
部分の周辺部分に、同図（ｃ）に示すように、イオンビ
ーム法を用いて窒素イオン３４を打ち込む。被注入部分
３５（同図（ｄ））はこのイオン注入により屈折率が変
化し、その他の未注入部分との間に屈折率の差が生じる
。このような屈折率変化により、図１（ｅ）の平面図に
示すように、シフター３３の孤立している部分の周辺部
分３５の位相シフト量を例えば２７０°にすることがで
きる。

【００２３】打ち込むイオンの量を制御して、位相シフ
ト量が空間的に１８０°から２７０°へと変化する部分
で注入するイオンの量を連続的に変化させれば、１８０
°シフター３３と２７０°シフター３５の間に位相差の
不連続部分を作ることなく位相シフト量を連続的に変化
させることもできる。

【００２４】２７０°位相シフト層３５を作製後、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
ール処理をするのが望ましい。このようにして、２７０
°位相シフト層３５の作製工程を大幅に削減することが
できる。

【００２５】なお、以上において、１８０°シフター３
３の孤立している部分の周辺部分３５の位相シフト量は
、９０°、２７０°に限らない。隣合うシフターパター
ンの位相差が９０°以下であれば、通常擬似的なパター
ンは転写されない。また、集束イオンビーム法によって
注入するイオン種として、窒素以外に、リン、シリコン
、ホウソ、ガリウム等の１種又は複数を用いることがで
きる。

【００２６】以上説明したように、多段位相シフト層を
有するフォトマスクを製造する際、従来の方法において
は、工程数が多いために基板を傷つけたりする可能性が
高かったが、本発明においては、製作工程を半減でき、
高品質の多段位相シフトマスクを従来法と比べより簡単
な工程で作成することができる。

【００２７】以上のように、本発明の位相シフト層を有
するフォトマスクは、透明基板上に遮光パターン及び位
相シフターパターンを備えた位相シフト層を有するフォ
トマスクにおいて、透明基板上で遮光パターンから孤立
して位置する位相シフターパターン部分の周辺部分の屈
折率が中心部分の屈折率と異なることを特徴とするもの
である。

【００２８】この場合、周辺部分から中心部分へ屈折率
をほぼ連続的に変化するようにすることがより望ましい
。

【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、透明基板上に遮光パターン及び
位相シフターパターンを備え、透明基板上で遮光パター
ンから孤立して位置する位相シフターパターン部分の周
辺部分の屈折率が中心部分の屈折率と異なる位相シフト
層を有するフォトマスクの製造方法において、遮光パタ
ーン及び位相シフターパターンを形成後、透明基板上で
遮光パターンから孤立して位置する位相シフターパター
ン部分の周辺部分のみに、集束イオンビーム法を用いて
イオン注入を行うことにより、屈折率を変化させること
を特徴とする方法である。

【００３０】この場合、イオン注入を行った後、加熱し
てアニール処理を行うことが望ましい。なお、位相シフ
ターパターンは、スパッタリング法によるＳｉＯ２　膜
、スピンオングラス又は有機高分子膜から構成し、集束
イオンビーム法によって注入するイオン種として、窒素
、リン、シリコン、ホウソ、ガリウムの１つ又は複数を
用いるのが望ましい。

【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おいては、透明基板上に形成
した位相シフト層を全くエッチングすることなしに、多
段位相シフターを有するフォトマスクを高精度に製造す
ることができ、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も併せて可能にな
る。

【００３３】

【実施例】実施例１ 常法に従って製造したクロム遮光パターン及びＳＯＧ位
相シフターパターンを有する位相シフトマスクの品質を
検査した後、このマスク上の２７０°シフターパターン
を設けるべき領域（例えば、透明基板上で１８０°シフ
ターが孤立している部分等）へ１００ＫｅＶ〜１ＭｅＶ
の加速電圧で窒素イオンを注入した。

【００３４】その後、この基板を３００℃でアニール処
理を行った。このように工程数が少ないプロセスで作製
した多段位相シフトマスクの２７０°シフター部の位置
ずれは、平均値±３σ（σは標準偏差）をとった場合に
、±０．１μｍ以内という値を示し、高精度の位相シフ
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。

【００３５】

【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、多段位相シフターを有するフォトマ
スクを高精度に製造することができ、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
ことも併せて可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多段位相シフトフォトマスクの製
造工程を説明するための図である。

【図２】従来の位相シフトマスクの問題点と多段位相シ
フトフォトマスクの構成を説明するための図である。

【図３】位相シフト法の原理を示す図である。

【図４】従来法を示す図である。

【図５】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…１８０°位相シフター ３４…集束イオンビーム ３５…２７０°（９０°）位相シフター（イオン注入部
）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透明基板上に遮光パターン及び位相シ
   フターパターンを備えた位相シフト層を有するフォトマ
   スクにおいて、透明基板上で遮光パターンから孤立して
   位置する位相シフターパターン部分の周辺部分の屈折率
   が中心部分の屈折率と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】　　前記周辺部分から中心部分へ屈折率が
   ほぼ連続的に変化してい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】　　透明基板上に遮光パターン及び位相シ
   フターパターンを備え、透明基板上で遮光パターンから
   孤立して位置する位相シフターパターン部分の周辺部分
   の屈折率が中心部分の屈折率と異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、遮光パターン及
   び位相シフターパターンを形成後、透明基板上で遮光パ
   ターンから孤立して位置する位相シフターパターン部分
   の周辺部分のみに、集束イオンビーム法を用いてイオン
   注入を行うことにより、屈折率を変化させることを特徴
   とする位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法。
4. 【請求項４】　　イオン注入を行った後、加熱してアニ
   ール処理を行うことを特徴とする請求項３記載の位相シ
   フト層を有するフォトマスクの製造方法。
5. 【請求項５】　　位相シフターパターンがスパッタリン
   グ法によるＳｉＯ２　膜、スピンオングラス又は有機高
   分子膜からなることを特徴とする請求項３又は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。
6. 【請求項６】　　集束イオンビーム法によって注入する
   イオン種として、窒素、リン、シリコン、ホウソ、ガリ
   ウムの１つ又は複数を用いることを特徴とする請求項３
   から５の何れか１項記載の位相シフト層を有するフォト
   マスクの製造方法。