JPH0442154A - 位相シフトマスクの作成方法 - 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〕 この発明は、半導体集積回路の製造に用いられる位相シ
フトマスクを作成する位相シフトマスクの作成方法に関
する。

〔従来の技術〕

通常の縮小光学式の光ステッパーを用いたフォトリソグ
ラフィ技術における解像限界Ｒ［μｍ］は、 Ｒ−ｋ　弓／ＮＡ ■ と表わされ、ここてλは波長［μｍ］　　ＮＡはレンズ
の開口数１　ｋｌはレジストのプロセスに依存する定数
を示す。

そして、従°来のフォトリソグラフィ技術では、上式に
おける波長λの短波長化、開口数ＮＡの向上、更に定数
ｋｌを小さくすることによって解像限界Ｒの縮小化を図
っており、最近では、１線（λ＝０．３６５μｍ）、Ｎ
Ａ＝０．５のステッパーが実現され、ｋ、−０，５も可
能であることから、０．４μｍ程度の解像が可能になっ
てきている。

シカし、これよりも小さい解像限界を得るためには、短
波長化、高ＮＡ化を進めれば良いが、光源やレンスの開
発が技術的に難しく、しかも焦点深度δ（＝λ／２・Ｎ
Ａ２）か小さくなるという新たな障害も発生し、解像限
界をより縮小化することは非常に困難になっている。

そこで、特開昭５７−６２０５２号公報や特開昭５８−
１−７３７４４号公報に開示されているような位相シフ
ト露光法が提案されており、その原理を以下に説明する
。

第２図は通常のフォトリソグラフィ用のフォトマスクを
示し、（ａ＞は断面図、（ｂ）は透過光の電場の露光面
における位相を示す図、　（Ｃ）は透過光の露光面にお
ける強度分布を示す図である。

第２図（ａ）に示すように、通常のフォトマスクは、透
明ガラス基板１にクロム（Ｃｒ）又はモｊｌブデンシリ
サイド（ＭＯＳｉ２）等からなる所定パターンの遮光膜
２か形成されて成り、このようなフォトマスクを透過し
た光の露光面における電場の位相は、同図（ｂ）に示す
ようにすべて同しになり、従って露光面における透過光
の強度は同図（Ｃ）に示すようになり、非透過領域にお
いて光強度はゼロにならす、フォトマスクの遮光膜ンの
パターンを解像することかできない。

一方、第３図は位相シフト露光法に用いられる位相シフ
トマスクを示し、第２図と同様に、（ａ）はその断面図
、（ｂ）は透過光の電場の露光面における位相を示し、
　（Ｃ）は透過光の露光面における強度分布を示す図で
ある。

第３図（ａ）に示すように、位相シフトマスクは、第２
図（ａ）に示す通常のフォトマスクにおいて遮光膜２の
間にシリコン酸化膜（Ｓ　１０２　）等からなる位相シ
フター３を設け、この位相シフター３によって、第３図
（ｂ）に示すように、マスクを透過した光の露光面にお
ける電場の位相を交互に反転させ、露光面における透過
光の強度が、同図（Ｃ）に示すように非透過領域におい
てセロになるようにしたものである。

このとき、位相シフター３は、位相シフター３のある部
分と無い部分の透過光の光路差がλ／２（λは波長）の
奇数倍となるように、屈折率、厚さ等か選定されている
。

したかって、このような位相シフトマスクを用いること
により、マスクの遮光膜２のパターンを精度よく解像す
ることができ、第２図の通常のフォトマスクに比べて最
小解像パターン幅が約］／２になることが実験的に確め
られている。

しかし、第３図に示す位相シフトマスクは、遮光膜２の
パターンが、いわゆるライン・アント・スペースパター
ンのような周期パターンである場合には、原理的に容易
に適用することが可能であるが、任意パターンに対して
は適用できない場合かあるため、第４図に示すような改
良型の位相シフトマスクが考えられている。

即チ、この改良型の位相シフトマスクは、第４図（ａ）
に示すように、第２図（ａ）に示す通常のフォトマスク
の遮光膜２のパターンそれぞれに、このパターン幅より
も７ｉ王広い幅の位相シフター４を形成したものである
。

この位相シフター４は遮光膜２をエツチングする際のマ
スクとしてのレノストパターンにより形成することがで
き、その形成丁順として、まず基板１上の遮光膜２上に
レノ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１７でプラスマエッチング等の異方性エツチング
により遮光膜２をパターニングしたのち、ウェットエツ
チング等の等方性エツチングにより、残存した遮光膜２
の工・ンン付近を？゛１Ｔ１Ｔ除去４図（ａ）に示すよ
うにＮ光Ｎ２のパター　ン幅をレジストパターンの幅よ
りも小さくすることによって、遮光膜２のバタン幅より
も広い幅のレジストパターンからなる位相シフター４を
形成する。

このような位相シフター４を有する位相シフトマスクを
透過した光の露光面における強度は、第４図（ｂ）に示
すように非透過領域においてゼロになり、遮光膜２のパ
ターンを精度よく解像することができ、しかもセルファ
ラインで位相シフター４を容易に形成でき、遮光膜２が
任意のパターンであっても適用することが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の第３図に示す位相シフトマスクの場合、前述した
ように任意パターンに対して適用できないことがあるだ
けでなく、位相シフター３が５ｉ０２からなる場合には
、ガラス基板１に対して位相シフター３を選択性よくエ
ツチングすることが難しく、またリフトオフ法はＲＦス
パッタリングにより堆積形成するため、位相シフター３
のパターン形成用レジストにダメージを与え易く、欠陥
が発生し昌いという問題点があった。

一方、第４図に示す改良型の場合、任意のパタンに対し
て適用できるという利点がある反面、任意シフター４の
材質がレジストであるため、位相シフトマスクの形成プ
ロセスが終了してもこれを洗浄することができず、ごみ
などが残存したままとなりデバイスプロセスにおける欠
陥の発生を招き、またピンホールなどの欠陥があった場
合に修正が困難であり、レジストゆえに耐久性に欠ける
という問題点かあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、任意の遮光膜パターンに対して容易に適用
が可能で、耐久性の優れた位相シフターを、精度よくし
かも再現性よく形成できるようにすることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るシフトマスクの作成方法は、透明ガラス
基板上に金属又は金属シリサイドからなる遮光膜を形成
する工程と、前記遮光股上にレジストを塗布し前記レジ
ストを露光、現像して所定のレジストパターンを形成す
る工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記遮
光膜をエツチングし前記レジストパターンの下方以外の
前記遮光膜を除去して前記基板を露出する工程と、前記
レジストパターンの下方に残存した前記遮光膜の周端部
をサイドエツチングにより所定量除去する工程と、前記
レジストパターンをマスクとして前記基板の表面全面に
イオン注入する工程と、前記基板のイオン注入領域をエ
ツチングにより除去し残存した前記遮光膜の下方に位相
シフターを形成したのち、前記レジストパターンを除去
する工程とを含むことを特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、遮光膜をバターニングするための
マスクとしてのレジストパターンを、イオン注入時のマ
スクとして用いるため、遮光膜のパターンがどのような
パターンであっても、位相シフターが容易に形成される
。

また、イオン注入によってイオン注入領域を形成するた
め、イオン注入時の加速電圧によって注入深さが精度よ
く制御され、しかもイオン注入領域が不純物を多量に含
むため、イオン注入領域のみがウェットエツチング等に
よって容易に除去され、ガラス基板の一部を利用した耐
久性の良い位相シフターか精度よくしかも再現性よく形
成される。

〔実施例〕

第１図はこの発明の位相シフトマスクの０成方法の一実
施例の断面図であり、以下に各作成１−程について説明
する。

まず、第１図（ａ）に示すように、透明ガラス基板１１
上にＣｒ等の金属膜又はＭ　ｏ　Ｓ　１２等の金属シリ
サイドからなる厚さ８０〜１００　ｎ　ｍの遮光膜１２
がスパッタ法により堆積され、この遮光膜１２上に、電
子線レジスト１３か厚さ５００〜６００ｎｍに塗布され
たのち、同図（ｂ）に示すように、電子線露光装置によ
り加速電圧２０　ｋ　Ｖでレジスト１３に所定のパター
ンが描画され、レジスト１３か露光、現像されて所定の
レジストパター１４が形成される。

つぎに、第１図（Ｃ）に示すように、レジストノでター
ン１４をマスクとして遮光膜１２かドライエツチングさ
れ、レジストパターン１４の下方以外の遮光膜１２か除
去されて基板１１が露出され、その後同図（ｄ）に示す
ように、レジストパターン１４の下方に残存した遮光膜
１２の周端部か、サイドエツチングを行い易い等方性エ
ツチングによって所定量Ｗだけ除去される。

そして、第１図（ｅ）に示すように、レジストパターン
１４をマスクとして基板１１の表面全面に２価のリンイ
オン（Ｐ　２”）が１５０ｋｅＶの加速電圧で注入され
、基板１１の露出表面に深さ４０Ｑｎｍのイオン注入領
域１５か形成される。

このとき、注入するＰ２＋Ｏ加速電圧によってイオン注
入の深さを制御することかできるため、位相シフターに
より透過光の位相を１８０°反転させるべく、使用光の
波長、基板１１の屈折率から定まる深さになるように、
イオン注入の加速電圧か設定され、その−例か前述のよ
うな１５０ｋ　ｅ■の加速電圧で注入深さが４００ｎｍ
である。

さらに、第１図（ｒ）に示すように、基板］］こと８０
℃に加熱された２０％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）
溶液中に５分間浸漬され、イオン注入領域１５がウェッ
トエツチングにより除去され、残存した遮光膜１２の下
方に、遮光膜〕２の幅より広く、レジストパターン１４
と同一幅で、厚さｔの位相ンフター１６か基板１１の一
部を利用して形成され、その後同図（ｇ）に示すように
、酸素ブラスマによってレジストパターン１４か除去さ
れて位相シフター１６を有する位相シフトマスクの作成
が完了する。

ところで、このような位相シフトマスクを透過した光の
露光面における強度分布は、第４図（ｂ）とほぼ同様に
なり、位相シフター１６の下方において透過光の強度は
セロとなり、遮光膜１２のパターンか精度よく解像され
、解像限界の縮小化を図ることができる。

さらに、遮光膜１２をパターニングするだめのマスクと
してのレジストパターン１４を、イオン注入時のマスク
として用いるため、遮光膜１２のパターンが周期性のあ
る或いは周期性のないとのようなパターンであっても、
位相シフター１６を容易に形成することかできる。

また、イオン注入によ、ってイオン注入領域］５を形成
するため、イオン注入時の加速電圧によって注入深さを
精度よく制御することかでき、しかもイオン注入領域］
５か不純物を多量に含むため、イオン注入領域１５のみ
をＮａＯＨ溶液によるウェットエツチングによって容易
に除去することができ、基板１１の一部を利用した耐久
性の良い位相シフター１６を精度よくしかも再現性よく
形成することかできる。

従って、任意の遮光膜１２のパターンに対しても容易に
適用でき、しかも耐久性の優れた位相ンフター１６を、
高精度にかつ再現性よく形成することかできる。

なお、上記実施例では、遮光膜１２の材料としてＣｒ、
ＭｏＳｉ、、を挙げたか、特にこれらに限定されるもの
ではなく、他の金属又は金属シリサイドを用いてもよい
のは勿論である。

また、上記実施例におけるイオン注入時の加速電圧、注
入深さは前述したようにあくまで一例であって、使用光
の波長、ガラス基板の屈折率に基づいて適宜設定される
。

さらに、上記実施例では、イオン注入領域１５の除去を
ＮａＯＨ溶液を用いたウェットエツチングにより行った
か、酸の溶液を用いて行ってもよいのは言うまでもない
。

また、１４二人するイオンは、２価のリンイオンに限定
されるものではない。

さらに、レンストは、前述した電子線レジストに隔らず
、フォトレノストてあってもよいのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の位相／フトマスクの作成方法
によれば、ガラス基板の一部を利用して位相シフターを
形成するため、任意の遮光膜のパターンに対しても容易
に適用か可能で、しかも耐久性の優れた位相シー７クー
を、オー１度よくかつ再現性よく形成することかでき、
微細パターンを有する半導体集積回路等の製造における
フォトリソグラフィ用マスクのイ１成技術として極めて
有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の位相シフトマスクの作成方法の一実
施例の各作成工程の断面図、第２図は従来のフォトマス
クの説明図、第３図及び第４図はそれぞれ従来の異なる
位相シフトマスクの説明図である。 図において、１１は透明ガラス基板、１２は遮光膜、１
４はレジストパターン、１５はイオン注入領域、１６は
位相シフターである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明ガラス基板上に金属又は金属シリサイドから
   なる遮光膜を形成する工程と、 前記遮光膜上にレジストを塗布し前記レジストを露光、
   現像して所定のレジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記遮光膜をエッ
   チングし前記レジストパターンの下方以外の前記遮光膜
   を除去して前記基板を露出する工程と、 前記レジストパターンの下方に残存した前記遮光膜の周
   端部をサイドエッチングにより所定量除去する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記基板の表面全
   面にイオン注入する工程と、 前記基板のイオン注入領域をエッチングにより除去し残
   存した前記遮光膜の下方に位相シフターを形成したのち
   、前記レジストパターンを除去する工程と を含むことを特徴とする位相シフトマスクの作成方法。