JPH0445446A - 位相シフトマスク及び位相シフ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】 以下の順序で本発明を説明する。

産業上の利用分野 発明の概要 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 実施例−１ 実施例−２ 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位相シフトマスク及び位相シフトマスクの製
造方法に関する。本発明は、各種パターン形成技術等に
用いる位相シフトマスク及びその製造方法として利用す
ることができ、例えば半導体装置製造プロセスにおいて
レジストパターンを形成する場合のマスクなどとして用
いる位相シフトフォトマスク及びその製造方法として利
用することができる。

〔発明の概要〕

本発明の位相シフトマスクは、遮光部上にこれよりも広
い位相シフト材料パターンが形成され、該位相シフト材
料パターンは位相シフト材料として好ましい無機材料で
構成され、該位相シフト材料パターンの遮光部よりも広
い部分が位相シフト部となっているものであるので、耐
性特に洗浄に対する耐性が良好であり、耐久性に冨む等
、位相シフト部が無機材料であることの効果を発揮でき
る。

本発明の位相シフトマスクの製造方法は、透明基板に、
遮光部と、光透過部と、位相シフト部とを備えた位相シ
フトマスクを製造する場合に、透明基板上に遮光材料パ
ターン及び無機材料から成る位相シフト材料パターンを
形成した後、遮光材料パターンの側部をエツチングして
遮光部とし、これにより位相シフト材料パターンの遮光
部より広くなった部分を位相シフト部としたものである
ので、簡便に位相シフトマスクが得られるとともに、無
機材料であるので工程中の耐性も良好であり、かつ、耐
久性に冨む等、位相シフト部が無機材料であることの効
果を発揮できる位相シフトマスクが得られるものである
。

〔従来の技術］ フォトマスクを利用して形成する装置、例えば半導体装
置等は、その加工寸法が年々微細化される傾向にある。

このような背景で、微細化した半導体装置を得るフォト
リソグラフィーの技術において、その解像度を更に向上
させるため、マスクを透過する光に位相差を与え、これ
により光強度プロファイルを改善するいわゆる位相シフ
ト技術が脚光を浴びている。

例えば、半導体集積回路の最小加工寸法は研究開発レヘ
ルでは０．５μｍ以下に迫っているが、露光技術は従来
の超高圧水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線を用い
たリソグラフィーが未だに主流となっている。よってこ
のようなリソグラフィー技術を適用して、上記のような
微細な加工を実現しようとするためには、プロセスに各
種の工夫を施さないと、所望の加工を達成することが困
難になる。

この点でも、レジストプロセス自体は従来通りにでき、
マスクのみに手を加える位相シフトマスク技術が、容易
に解像力を向上する方法として注目されているのである
。

この技術はＩＢＭのＬｅｖｅｎｓｏｎらによって紹介さ
れた方法であり、かかる従来の位相シフト法にライては
、特開昭５８−１７３７４４号公報や、Ｆ４ＡＲＣＤ。

ＬＥＶＥＮＳＯＮ他”Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｒｅ５ｏｌ
ｕｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈ。

ｇｒａｐｈｙ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｐｈａｓｅ−５ｈｉｆｔ
ｉｎｇ　Ｍａｓｋ”　ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳ−ＡＣＴＩ
ＯＮＳ　ＯＮ　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　ＤＥＶＩＣＥＳ、ν
ＯＬ、　ＥＤ−２９Ｎｏ、１２゜ＤＥＣＥＭＢＥＲ１９
８２，ＰＬ８２８〜１８３６、またＭＡＩ’ｌＣＤ、　
ＬＥＶＥＮＳＯＮ他“Ｔｈｅ　Ｐｈａｓｅ−５ｈｉｆｔ
ｉｎｇ　ＭａｓｋｌＩ　：　ＩｍａｇｉｎｇＳｉｍｕｌ
ａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｓｕｂｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　
Ｒｅ５ｉｓｔ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅｓ同誌νｏ１．　ＥＤ
−３１，Ｎｏ、６．　ＪＵＮＥ　１９８４．　Ｐ２Ｓ５
〜７６３に記載がある。

従来より知られている位相シフト法について、第４図を
利用して説明すると、次のとおりである。

例えばライン・アンド・スペースのパターン形成を行う
場合、通常の従来のマスクは、第４図（ａ）に示すよう
に、石英基板等の透明基板１上に、Ｃｒ（クロム）など
の遮光性の材料を用いて遮光部１゜を形成し、これによ
りライン・アンド・スペースの繰り返しパターンを形成
して、露光用マスクとしている。この露光用マスクを透
過した光の強度分布は、第４図（ａ）に符号ＡＩで示す
ように、理想的には遮光部１０のところではゼロで、他
の部分（透過部１２ａ、１２ｂ）では透過する。１つの
透過部１２ａについて考えると、被露光材に与えられる
透過光は、光の回折などにより、第４図（ａ）にＡ２で
示す如く、両側の裾に小山状の極大をもつ光強度分布に
なる。透過部１２ｂの方の透過光は、−点鎖線で示した
。各透過部１２ａ、１２ｂからの光を合わせると、Ａ３
に示すように光強度分布はシャープさを失い、光の回折
による像のぼけが生じ、結局、シャープな露光は達成で
きなくなる。これに対し、上記繰り返しパターンの光の
透過部１２ａ。

１２ｂの上に、１つおきに第４図（ｂ）に示すように位
相シフト部１１ａ（シフターと称される）を設けると、
光の回折による像のぼけが位相の反転によって打ち消さ
れ、シャープな像が転写され、解像力や焦点裕度が改善
される。即ち、第４図（ｂ）に示す如く、一方の透過部
１２ａに位相シフト部１１ａが形成されると、それが例
えば１８０°の位相シフトを与えるものであれば、該位
相シフト部１１ａを通った光は符号Ｂ１で示すように反
転する。

それに隣合う透過部１２ｂからの光は位相シフト部１１
ａを通らないので、かかる反転は生じない、被露光材に
与えられる光は、互いに反転した光が、その光強度分布
の裾において図に８２で示す位置で互いに打ち消し合い
、結局被露光材に与えられる光の分布は第４図（ｂ）に
８３で示すように、シャープな理想的な形状になる。

上記の場合、この効果を最も確実ならしめるには位相を
１８０°反転させることが最も有利であるλ 位相シフト部の屈折率、λは露光波長）なる膜厚で膜形
成した位相シフト部１１ａを設ける。

なお露光によりパターン形成する場合、縮小投影するも
のをレティクル、１対１投影するものをマスクと称した
り、あるいは原盤に相当するものをレティクル、それを
複製したものをマスクと称したりすることがあるが、本
発明においては、このような種々の意味におけるマスク
やレティクルを総称して、マスクと称するものである。

最近、上記のような位相シフト技術において、解像力が
良好で、かつセルファラインで容易に位相シフト膜を形
成できる技術として、第３図に示す方法が提案されてい
る（Ｎｉｔａｙａｍａ　ｅｔ、　ａｌ、、ｒＥＤＭＴｅ
ｃｈ、　Ｄｉｇ、、１９８９．３−３、また、１９９０
年春季応用物理学会予稿集２８ａ−ＰＤ−２）。

この技術は、基板１上のクロムをＥＢレジストパターン
２０によりパターニングしてクロムパターン１０ｂを得
（第３図（ａ））、次いでＥＢレジストパターン２０を
適宜除去後、位相シフト材料を兼ねるフォトレジストと
してＰＭ？’ｌＡを、位相シフトマスクの露光光として
用いる光の透過光の位相が１８０°反転する厚さに塗布
して第３図（ｂ）のようにし、次いで同図に矢印Ｐで示
す如く基板１の裏面からの遠紫外線により露光する。Ｐ
ＭＭＡ層を符号１１′で示す。これによりクロムパター
ン１０ｂをＰＭＭＡに転写し現像してＰＭＭＡパターン
１ビを有する第３図（Ｃ）の構造を得る。その後、クロ
ムパターン１０ｂをサイドエツチングにより後退させて
第３図（ｄ）に示すようなりロム遮光部１０ｃを得、こ
れによりＰＭＭＡパターン１どのクロム遮光部１０ｃが
存在していない部分を位相シフト部１１として用いる位
相シフトマスク構造を得るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、自己整合型の位相シフトマスクを比較
的簡単に製作できると言えるとしても、位相シフトマス
クの材料としては、露光現像してパターニングできるレ
ジストしか用いることができない。耐性に冨む無機材料
（ＳｉＯ□など）は、この発明では、位相シフト材料と
して用いることは不可能である。ＰＭｌ’ｌＡ等の有機
感光性組成物は、般に軟質であり、耐久性に劣る。特に
、繰り返し使用するために位相シフトマスクを洗浄する
場合、該洗浄に対してもちが悪く、実用上問題である。

本発明は、上記問題点を解決して、簡便な工程で得るこ
とができ、しかも無機材料を位相シフト材料として用い
ることができ、従って耐久性等の点で有利な位相シフト
マスク、及びその製造方法を提供せんとするものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本出願の請求項１の発明の位
相シフトマスクは、透明基板に、遮光部と、光透過部と
、位相シフト部とを備えた位相シフトマスクであって、
遮光部上には該遮光部よりも広い位相シフト材料パター
ンが形成され、該位相シフト材料パターンは無機材料で
構成されており、該位相シフト材料パターンの遮光部よ
りも広い部分が位相シフト部をなしていることを特徴と
する構成にする。

本出願の請求項２の発明の位相シフトマスクの製造方法
は、透明基板に、遮光部と、光遮光部と、位相シフト部
とを備えた位相シフトマスクの製造方法であって、透明
基板に遮光材料層及びその上に位相シフト材料層を形成
し、該遮光材料層及び位相シフト材料層をパターニング
して遮光材料パターン及び位相シフト材料パターンを形
成し、遮光材料パターンの側部をエツチングして遮光部
を形成し、これにより該遮光部より位相シフト材料パタ
ーンが広くなる構成とし、該位相シフト材料パターンの
遮光部よりも広い部分を位相シフト部とすることを特徴
とする構成にする。

本出願の各発明において、位相シフト部とは、光透過部
が透過する露光光に対して、互いに異なる位相で露光光
を透過するものをいう。遮光部とは、使用する露光光に
ついてその光の透過を遮るものであり、光透過部とは、
使用する露光光を透過するものである。遮光部、光透過
部は、それぞれ光遮断性、及び光透過性が大きいものが
望ましいが、必ずしも完全ないしそれに近く光を遮り、
あるいは透過しなくても、必要なパターン形成が可能な
程度に光を遮断し、あるいは透過するものであればよい
。位相シフト部も、光透過部と同様、光の透過率が大き
いことが望まれるが、必′要な位相反転と露光を行える
ものであればよい。

遮光部の材料としては、クロムや、その他酸化クロム、
もしくは高融点金属（Ｗ、Ｍｏ、Ｂｅ等）全般、及びそ
の酸化物などを用いることができる。

光透過部は、遮光部や位相シフト部が形成されていない
透明な基板部分をそのまま用い、ここから光を透過させ
るように構成することができる。

透明基板としては、露光光に対し透明な石英、通常のガ
ラス、適宜各種成分を含有させたガラス、その他適宜の
ものを用いることができる。

本出願の各発明において、位相シフト部を構成する位相
シフト材料パターンは、無機材料により構成されるが、
これに用いる材料は、位相シフト効果を有するもので、
位相シフトマスクとして用いるときの露光光の露光波長
において、透明性の高いものが望ましい。用いることが
できる無機材料としては、例えば、５ｉＯｚ、５ｉＯ１
Ｉ　Ｔ　Ｏ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎ　０ｘｉｄｅ）、Ｔａ
ｚＯｓ　、ＷＯ３、Ａ１ｚ０３　、ＴｉＯ等を挙げるこ
とができる。本発明の位相シフトマスクの製造方法にお
いては、位相シフト材料パターンの形成後、該パターン
に対応した形状の遮光材料パターンについて、その側部
をエツチングするが、このエツチングの時に耐性のある
無機材料であれば、本発明の製造方法に適用できる０位
相シフト材料となる無機材料の膜厚は、露光光が透過し
た時に１８０°位相が反転する最初の膜厚になるように
材料の屈折率をもとに決めればよい（前記式参照）。

本出願の各発明の構成について、後記詳述する各発明の
一実施例を示す第１図（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する
と、次のとおりである。

本出願の請求項１の発明は、第１図（ｄ）に例示するよ
うな、透明基板１に、遮光部１０と、光透過部１２と、
位相シフト部１１とを備えた位相シフトマスクであって
、同図に示すように、遮光部１０上には、該遮光部１０
よりも広い位相シフト材料パターンｌｌｂが形成され、
該位相シフト材料パターン１１ｂの遮光部１０よりも広
い部分が位相シフト部１１をなしているとともに、該位
相シフト材料パターンｌｌｂは、無機材料で構成されて
いるものである。

本出願の請求項２の発明は、上記請求項１の位相シフト
マスクを製造する製造方法であって、第１図（ａ）〜（
ｄ）に例示するように、透明基板１に遮光材料層１０ａ
及びその上に位相シフト材料層１１ａを形成しく第１図
（ａ））、該遮光材料層１０ａ及び位相シフト材料層１
１ａをパターニングして遮光材料パターン１０ｂ及び位
相シフト材料パターンｌｌｂを形成しく第１図（ｂ）（
ｃ））、遮光材料パターン１０ｂの側部をエツチングし
て遮光部１０を形成し、これにより第１図（ｄ）の如く
該遮光部１０より位相シフト材料パターンｌｌｂが広く
なる構成とし、該位相シフト材料パターンｌｌｂの遮光
部位１０よりも広い部分を位相シフト部１１とするもの
である。

〔作用］ 本出願の請求項１の発明である位相シフトマスクは、位
相シフト材料が無機材料であるので、耐久性が良く、例
えばマスク洗浄などに耐えることができ、もちが良くて
、実用的である。

本出願の請求項２の発明である位相シフトマスクの製造
方法は、遮光材料層と位相シフト材料層とを形成して、
これを連続してパターニングすることができ、マスク合
わせの手間などを要さず、セルファラインでパターンを
形成できるとともに、背面露光する必要がないので、無
機材料を位相シフト材料として使用することができるも
のである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。但し当然ではあ
るが、本発明は以下述べる実施例により限定されるもの
ではない。

実施例＝１ この実施例は、本発明を、微細化・集積化した半導体装
置を製造する際に用いる位相シフトマスクを製造する場
合に、具体化したものである。

第１図（ａ）〜（ｄ）を参照する。

本実施例では、透明基板１として石英を用い、この石英
基板１上に、遮光材料としてＣｒを用い、これを３００
〜８００人厚で蒸着により膜形成して、遮光材料層１０
ａを設けた。次いでその上に無機材料であるＩＴＯを蒸
着またはスパッタで膜形成して、位相シフト材料層１１
ａを設けた。この位相シフト材料層１１ａの膜厚は、マ
スクとして使用するときの露光光が１８０°位相反転す
る最小の膜厚に、ＩＴＯの屈折率をもとにして定める。

ＩＴＯは、ＥＢ照射に対して導電性があるので、ＥＢ描
画を行う際に有利である。以上により、基板１上にＣｒ
から成る遮光材料層１０ａと、無機材料であるＩＴＯか
ら成る位相シフト材料層１１ａが形成された第１図（ａ
）の構造が得られる。

次に、パターニングを行うため、レジスト膜を形成し、
フォトリソグラフィー材料により、第１図（ｂ）に示す
レジストパターン２を形成する。

本例では具体的には、レジスト材料として５ＡＬ−６０
１−ＥＲ７を用い、これを０．５−厚に塗布して、１０
０℃で９０秒間プリベークし、ＥＢ露光装置としてＭＥ
ＡＢＳ　（パーキンエルマー社）を用いて加速電圧２０
ｋＶ、５マイクロクローン／ｄでＥＢ露光光、その後１
１０°Ｃで９，０秒間ＦＥＢ　（露光後ベータ）を行い
、現像液ＭＦ６２２により１０分間現像することにより
、レジストパターン２を得た。

次いで、得られたレジストパターン２をマスクにして、
無機材料であるＩＴＯから成る位相シフト材料層１１ａ
を、ａｔを流量５０ＳＣＣＭでガス系として用いて異方
性エツチングし、つづけて、同じくｃ５の流量５０５Ｃ
ＣＭのガス系を用いて、Ｃｒから成る遮光材料層１０ａ
を異方性エツチングした。本例ではこのように、同じガ
ス系を用いて位相シフト材料層１１ａと遮光材料層１０
ａとを連続してエツチングし、両層１１ａ、１０ａを一
工程でパターニングし、各パターンｌｌｂ、　１０ｂを
得たものである。

このパターニング後、レジストパターン２を除去すると
、第１図（Ｃ）の構造が得られる。

この後、得られた遮光材料パターン１０ｂの側部をエツ
チングするため、ここでは発煙硝酸を用いてウェットエ
ツチングし、Ｃｒから成る遮光材料パターン１０ｂの側
部を後退させ、いわゆるサイドエツチングを行って、第
１図（ｄ）の構造にした。

遮光材料パターン１０ｂの内、この時のエツチングで除
去された部分を、第１図（ｄ）中に符号１０ｃで示す。

なお、このときの遮光材料パターン１０ｂの側部エツチ
ング用のエツチング手段は、このような側部エツチング
が達成できるものであれば任意であり、この実施例では
遮光材料がＣｒなので簡便に常用の発煙硝酸を用いる手
段を採用したが、その他のＣｒ用のエツチング液を用い
てもよく、その他任意であり、また、遮光材料がＣｒ以
外のものであれば、それに応じたエツチング手段を適宜
用いることができる。

これによって、第１図（ｄ）に示す、透明基板１に、遮
光部１０と、光透過部１２と、位相シフト部１１とを備
えた位相シフトマスクであって、同図に示すように、遮
光部１０上には、該遮光部１０よりも広い位相シフト材
料パターンｌｌｂが形成され、該位相シフト材料パター
ンｌｌｂの遮光部１０よりも広い部分が位相シフト部１
１をなしているとともに、該位相シフト材料パターンｌ
ｌｂは、無機材料（ここではＩＴＯ）で構成されている
位相シフト“７スクが得られる。

上記のように、本実施例では、煩瑣なマスク合わせを必
要とすることなく、簡便な工程で、かつ耐性の良い無機
材料を位相シフト部に用いた第１図（ｄ）の位相シフト
マスクを得ることができる。

実施例−２ 次に第２図（ａ）〜（ｄ）を参照して、実施例−２を説
明する。

本実施例では、透明基板１として石英基板を用いたが、
特に、該石英基板１上にエツチングストッパ膜１ａとし
て薄いＩＴＯ膜を形成したものを用いた。本実施例では
、エツチングストッパ膜１ａとしてのＩＴＯ膜は、膜厚
２００〜３００Ａで薄く形成した。エツチングストッパ
膜１ａの材料としては、その他、タンタル膜、ＳｉＮ　
（シリコンナイトライド）膜なども用いることができ、
エツチングストッパとなるものであれば任意である。但
し、ＥＢ描画の際の導電性の点からは、タンタルやＩＴ
Ｏなどの導電性材料の膜であることが好ましい。

本実施例では、上記のように、石英基板１上に薄いエツ
チングストッパ膜１ａを有するブランクスを用い、この
上に、遮光材料層１０ａを設けた。

本実施例でも遮光材料としてＣｒを用いた。

次に本実施例では、ＳｉＯ２膜を、位相シフト膜として
最適の１８０°位相反転を達成すべき膜厚で形成して、
位相シフト材料層（ＳｉＯ□膜）１１ａを有する第２図
（ａ）の構造とした。ここではＳｉＯ□はスパッタによ
り形成したが、その他、他の無機材料と同様、各材料に
応じたＣＶＤ、スパッタ、蒸着、その他いずれの手段を
用いるのでもよい。

次に、実施例−１と同様にして、レジストパターン２を
形成し、パターニングして、第２図（ｂ）の構造とする
。この場合の位相シフト材料層１１ａと遮光材料層１０
ａのパターニングであるが、これは本実施例では次のよ
うに行った。

まず、位相シフト材料層１１ａのパターニングは、ガス
系としてＣＪ６を流量５０ＳＣＣＭで用い、装置として
ＤＥＡ−５０３を使用して、異方性エツチングすること
によって行った。続けて、ガス系をＣＣＣ。

を流量５０ＳＣＣＭとするものに切り換えて、遮光材料
層１０ａをなすＣｒを同装置で異方性エツチングし、パ
ターニングした。

即ち本例では、ガス系を切り換えることにより、両層１
１ａ、１０ａを連続してパターニングするようにしたも
のである。

これにより位相シフト材料パターンｌｌｂと遮光材料パ
ターン１０ｂを有する第２図（Ｃ）の構造（レジストパ
ターン２除去後を示す）を得た。

その後、実施例−１と同様に遮光材料パターン１０ｂの
サイドエツチングを行って、第２図（ｄ）の構造を得た
。

これによって、第２図（ｄ）に示す、透明基板１に、遮
光部１０と、光透過部１２と、位相シフト部１１とを備
えた位相シフトマスクであって、同図に示すように、遮
光部１０上には、該遮光部１０よりも広い位相シフト材
料パターンｌｌｂが形成され、該位相シフト材料パター
ンｌｌｂの遮光部１０よりも広い部分が位相シフト部１
１をなしているとともに、該位相シフト材料パターンｌ
ｌｂは、無機材料（ここではＳｉＯ□）で構成されてい
る位相シフトマスクが得られる。

エツチングストッパ膜１ａはそのままでもよいし、必要
ならＣ１２等を用いてエツチング除去できる。

本実施例も、実施例−１と同様の効果を有している。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の位相シフトマスク及びその製造方
法によれば、耐性の良好な無機材料を位相シフト材料と
して用いた位相シフトマスクを得ることができ、またこ
れを、容易な工程により得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）、第２図（ａ）〜（ｄ）は、それ
ぞれ実施例−１、実施例−２の工程を、各工程における
マスクの断面図で示すものである。 第３図は、従来技術を示す、第４図は、位相シフトマス
クの原理説明図である。 １・・・基板、２・・・レジストパターン、１０・・・
遮光部、１０ａ・・・遮光材料層、１０ｂ・・・遮光材
料パターン、１１・・・位相シフト部、Ｉｌａ・・・位
相シフト材料層、ｌｌｂ・・・位相シフト材料パターン
、１２・・・光透過部。 第 図 ヤ癌伊１−２のＪ朽 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明基板に、遮光部と、光透過部と、位相シフト部
   とを備えた位相シフトマスクであって、遮光部上には該
   遮光部よりも広い位相シフト材料パターンが形成され、
   該位相シフト材料パターンは無機材料で構成されており
   、該位相シフト材料パターンの遮光部よりも広い部分が
   位相シフト部をなしていることを特徴とする位相シフト
   マスク。 ２、透明基板に、遮光部と、光遮光部と、位相シフト部
   とを備えた位相シフトマスクの製造方法であって、 透明基板に遮光材料層及びその上に位相シフト材料層を
   形成し、 該遮光材料層及び位相シフト材料層をパターニングして
   遮光材料パターン及び位相シフト材料パターンを形成し
   、 遮光材料パターンの側部をエッチングして遮光部を形成
   し、これにより該遮光部より位相シフト材料パターンが
   広くなる構成とし、該位相シフト材料パターンの遮光部
   よりも広い部分を位相シフト部とすることを特徴とする
   位相シフトマスクの製造方法。