JPH05232678A

JPH05232678A - 位相シフトフォトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH05232678A
Application number: JP3458792A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miyashita; 宮下裕之; Sachiko Ishikita; 石北幸子
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1993-09-10
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JP3225074B2

Abstract

(57)【要約】【目的】位相シフトパターンドライエッチング時のエ
ッチング残渣の発生を防止した位相シフトフォトマスク
の製造方法。【構成】図（ｈ）のような位相シフター２６下置きタ
イプの位相シフトフォトマスクを製造する際、位相シフ
ターパターン２６をドライエッチングによって形成する
前に、位相シフターパターン用透明層２６の表面に付着
したクロム等のエッチング障害物を緩衝フッ酸による表
面エッチング、不活性ガスを用いたプラズマによる表面
エッチング等により取り除き（図（ｋ））、ドライエッ
チング時でのエッチング残渣の発生を防ぎ、マスク面内
での透過率を一定にし、ウェーハ上に転写されたパター
ンの劣化を防止する。

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
れる傾向にある。そして、これらフォトマスクを使用し
て形成されるデバイスパターンの線幅は、１ＭビットＤ
ＲＡＭで１．２μｍ、４ＭビットＤＲＡＭでは０．８μ
ｍ、１６ＭビットＤＲＡＭでは０．５μｍ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。

【０００４】ところが、例えば６４ＭビットＤＲＡＭク
ラスのデバイスになると、０．３５μｍの線幅のパター
ンが必要とされ、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、位相シフトフォトマスクという
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。

【０００５】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
ウェーハ上の光の振幅、図２（ｄ）及び図３（ｄ）はウ
ェーハ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。

【０００６】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、ウェーハ上の光の振
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）のようにウェーハ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。

【０００７】次に、位相シフトレチクルの従来の製造工
程の１例を図５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、同図（ａ）に示
すように、基板５上にクロムパターン６が設けられて完
成されたクロムレチクルを準備し、次に、同図（ｂ）に
示すように、クロムパターン６の上にＳｉＯ₂等からな
る透明膜７を形成する。次に、同図（ｃ）に示すよう
に、透明膜７上にクロロメチル化ポリスチレン等の電離
放射線レジスト層８を形成し、同図（ｄ）に示すよう
に、レジスト層８に常法に従ってアライメントを行い、
電子線露光装置等の電離放射線９によって所定のパター
ンを描画し、現像、リンスして、同図（ｅ）に示すよう
に、レジストパターン１０を形成する。

【０００８】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（ｆ）に示すように、レジストパ
ターン１０の開口部より露出する透明膜７部分をエッチ
ングガスプラズマ１１によりドライエッチングし、位相
シフターパターン１２を形成する。なお、この位相シフ
ターパターン１２の形成は、エッチングガスプラズマ１
１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。

【０００９】次に、残存したレジストを、同図（ｇ）に
示すように、酸素プラズマ１３により灰化除去する。以
上の工程により、同図（ｈ）に示すような位相シフター
１２を有する位相シフトフォトマスクが完成する。

【００１０】このような位相シフターがクロムパターン
の上に位置する位相シフター上置きタイプの位相シフト
フォトマスクの他に、図４に断面を示したように、位相
シフター１２がクロムパターン６の下に位置する位相シ
フター下置きタイプの位相シフトフォトマスクも提案さ
れている。このフトフォトマスクの特長は、平坦な基板
上に位相シフター層が形成できるため、位相シフター膜
厚のマスク面内ばらつきを小さくできることである。

【００１１】このような位相シフター下置きタイプの位
相シフトレチクルの製造工程の１例を図６を参照にして
説明する。図６は位相シフトレチクルの製造工程を示す
断面図である。最初に、同図（ａ）に示すように、石英
基板１４にエッチングストッパー層となるアルミナ層１
５を形成する。次に、同図（ｂ）に示すように、この膜
１５上にＳｉＯ₂からなる透明膜１６を形成する。次い
で、同図（ｃ）に示すように、透明膜１６上に遮光膜と
なるクロム膜１７を形成する。次に、同図（ｄ）に示す
ように、クロム膜１７上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層１８を形成し、電子線露光装
置等の電離放射線１９によって所定のパターンを描画
し、現像、リンスして、同図（ｅ）に示すように、レジ
ストパターン１８を形成する。次に、同図（ｆ）に示す
ように、このレジストパターン１８をマスクとしてクロ
ム層１７のウエットエッチングを行う。エッチング液と
しては、硝酸セリウム第二アンモニウム溶液が用いられ
る。次に、同図（ｇ）に示すように、酸素プラズマ２０
によりレジストを剥離し、同図（ｈ）に示すようなクロ
ムマスクを得る。

【００１２】次に、同図（ｉ）に示すように、クロムパ
ターン１７が形成された透明膜１５上にクロロメチル化
ポリスチレン等の電離放射線レジスト層２１を形成し、
レジスト層２１に常法に従ってアライメントを行い、電
子線露光装置等の電離放射線２２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２１を形成する。

【００１３】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２１の開口部より露出する透明膜１６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１６を形成する。エッチングガスと
しては、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＨＦ₃＋
Ｏ₂、及び、これらの混合ガスが用いられる。

【００１４】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２４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
１６が完成する。

【００１５】

【発明が解決しようする課題】ところで、図５、図６に
示したような位相シフトレチクル作製工程においては、
高精度の寸法制御を行うために、位相シフターのパター
ン加工に、通常、ドライエッチングが用いられる。特
に、位相シフター下置きタイプの位相シフトレチクルに
おいては、位相シフターエッチング時にアンダーカット
が入るため、ウェットエッチングは用いることができな
い。

【００１６】位相シフター下置きタイプのものの位相シ
フター層をドライエッチングにより形成する場合、位相
シフター上置きタイプと同じ条件でエッチングした場合
でも、エッチング後にエッチング残渣が生じるという問
題が発生していた。

【００１７】このドライエッチング時の残渣は、クロム
層を形成する場合に位相シフター層表面がダメージを受
け、その表面荒れが生じ、クロムエッチング時に位相シ
フター材表面にクロムが僅かに残り、この残ったクロム
がエッチングマスクとなり、上記残渣が発生するものと
考えられる。

【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、位相シフトパターンドライエ
ッチング時のエッチング残渣の発生を防止した位相シフ
ト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、上記の問題点
に鑑み、クロムエッチング後に位相シフター材表面に僅
かに残ったクロムを含む表面層を、ウェットエッチング
あるいはプラズマ処理によって取り除くことにより、位
相シフター層のエッチング残渣が発生しないドライエッ
チングが可能なことを見出し、本発明を完成させたもの
である。

【００２０】以下、本発明の位相シフトレチクルの製造
方法を図１を参照して説明する。図１は本発明に係わる
位相シフトレチクルの製造工程を示す断面図である。最
初に、同図（ａ）に示すように、石英基板２４上にエッ
チングストッパー層となるアルミナ層２５を形成する。
エッチングストッパー層２５としては、アルミナ以外
に、ＭｇＦ₂、ＳｉＮ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂
等を用いてもよい。次に、この膜２５上全面に、同図
（ｂ）に示すように、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）
膜２６をｄ＝λ／２（ｎ−１）を満たす膜厚ｄで形成す
る。ここで、λはこのレチクルの使用波長、ｎはＳＯＧ
の屈折率である。

【００２１】このＳＯＧ２６の代わりに、スパッタＳｉ
Ｏ₂、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）ＳｉＯ₂、ＳｉＮ膜を用いてもよい。

【００２２】次に、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＧ２
６上に遮光膜となるクロム膜２７を形成する。遮光膜２
７としては、単層クロムを示したが、クロム・低反射膜
クロム、クロム酸化膜、クロム酸窒化膜、タングステ
ン、モリブデンシリサイド等のフォトマスク遮光膜とし
て使用されている他の材料、あるいは、これらの複合膜
も同様に適用できる。また、基板２４としては、高精度
が必要とされるため、熱膨張係数の小さい石英ガラスが
一般的に使われるが、低熱膨張ガラス、ソーダライムガ
ラス等も適用できる。

【００２３】次に、同図（ｄ）に示すように、クロム膜
２７上にクロロメチル化ポリスチレン等の電離放射線レ
ジスト層２８を形成し、電子線露光装置等の電離放射線
２９によって所定のパターンを描画し、現像、リンスし
て、同図（ｅ）に示すように、レジストパターン２８を
形成する。次に、同図（ｆ）に示すように、このレジス
トパターン２８をマスクとしてクロム層２７のウェット
エッチングを行う。エッチング液としては、硝酸セリウ
ム第二アンモニウム溶液が用いられる。次に、同図
（ｇ）に示すように、酸素プラズマ３０によりレジスト
を剥離し、同図（ｈ）に示すようなクロムマスクを作製
する。

【００２４】次に、同図（ｉ）に示すように、クロムパ
ターン２７が形成されたＳＯＧ膜２６上にクロロメチル
化ポリスチレン等の電離放射線レジスト層３１を形成
し、レジスト層３１に常法に従ってアライメントを行
い、電子線露光装置等の電離放射線３２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３１を形成する。

【００２５】次に、必要に応じて加熱処理及びデスカム
処理を行った後に、同図（ｋ）に示すうように、レジス
トパターン３１の開口部より露出する透明膜２６表面部
分を緩衝フッ酸により僅かにエッチングする。緩衝フッ
酸としては、フッ酸とフッ化アンモニウム溶液混合液が
用いられる。緩衝フッ酸の代わりに、低濃度のフッ酸を
用いてもよい。

【００２６】この表面処理の方法としては、緩衝フッ酸
によるウェットエッチングの代わりに、アルゴン、ヘリ
ウム、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを用いたプ
ラズマによる表面ドライエッチングを用いてもよい。

【００２７】次に、同図（ｌ）に示すように、ＳＯＧ層
２６を反応性プラズマ３３を用いたドライエッチングに
よりエッチングして、位相シフターパターン２６を形成
する。

【００２８】次に、同図（ｍ）に示すように、残存する
レジストを酸素プラズマ３４により灰化除去し、同図
（ｎ）に示すような位相シフトフォトマスクを完成させ
る。なお、レジストの除去は、酸素プラズマによるドラ
イエッチングに代えて、レジスト専用の剥離液や酸等を
用いて、ウェット方式で行うことも可能である。

【００２９】以上のように、本発明の位相シフトフォト
マスクの製造方法を用いることにより、特に、位相シフ
ター下置きタイプの位相シフトフォトマスクにおいて、
位相シフター形成に用いるドライエッチング時でのエッ
チング残渣の発生を防ぐことができ、位相シフターがな
い部分での透過率の低下を抑えることができる。そのた
め、位相シフターのある部分とない部分とでの透過率の
差がなくなり、ウェーハ上に転写されるパターンの劣化
を防ぐことができる。

【００３０】なお、本発明の製造方法は、図２〜図４に
示したような位相シフトフォトマスクに限らず、他の原
理、構成の位相シフトフォトマスク、例えば、ハーフト
ーン位相シフトフォトマスク等にも適用できる。

【００３１】以上説明したように、本発明の位相シフト
フォトマスクの製造方法は、所定領域間に位相差を与え
る位相シフターパターンをドライエッチングによって形
成する位相シフトフォトマスクの製造方法において、少
なくとも、ドライエッチング前に位相シフターパターン
用透明層の表面に付着したエッチング障害物を表面処理
により取り除く工程と、その後にドライエッチングによ
り該透明層を所定パターンにエッチングする工程とを有
することを特徴とする方法である。

【００３２】この場合、基板上に位相シフターパターン
用透明層を形成し、その上に遮光パターンを形成し、次
いで、遮光パターンから露出している前記透明層の所定
パターン部分を覆って前記表面処理を行うことにより、
遮光パターンと基板の間に位相シフターパターンを有す
る位相シフトフォトマスクを製造する場合にも適用でき
る。

【００３３】また、前記表面処理としては、緩衝フッ酸
あるいはフッ酸溶液による表面エッチング、又は、アル
ゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等の不活性ガス
を用いたプラズマによる表面エッチング等がある。ま
た、前記透明層としては、スピン・オン・グラス等を用
いることができる。

【００３４】

【作用】本発明においては、少なくとも、ドライエッチ
ング前に位相シフターパターン用透明層の表面に付着し
たエッチング障害物を表面処理により取り除く工程と、
その後にドライエッチングにより該透明層を所定パター
ンにエッチングする工程とを有するので、特に、位相シ
フター下置きタイプの位相シフトフォトマスクにおい
て、位相シフターパターン形成に用いるドライエッチン
グ時でのエッチング残渣の発生を防ぐことができ、位相
シフターがない部分での透過率の低下を抑えることがで
きる。そのため、位相シフターのある部分とない部分と
での透過率の差がなくなり、ウェーハ上に転写されるパ
ターンの劣化を防ぐことができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の１実施例について説明する。
石英基板上にエッチングストッパー層となるアルミナ層
を形成する。次に、この膜上に屈折率１．４１のＳＯＧ
膜を４４５ｎｍを満たす膜厚で形成する。

【００３６】次に、ＳＯＧ膜上に遮光膜となるクロム膜
を８０ｎｍの厚さに形成する。次に、クロム膜上にレジ
スト膜としてＳＡＬ６０３（シップレイ社製）を膜厚５
００ｎｍになるようにスピンコーディングする。次に、
電子線露光装置によりＳＡＬ６０３の描画を行う。現
像、リンスして、ＳＡＬ６０３レジストパターンを形成
する。このレジストパターンをマスクにして、クロム層
のウェットエッチングを行う。エッチング液としては、
硝酸セリウム第二アンモニウム溶液が用いられる。

【００３７】次に、クロムパターンが形成されたＳＯＧ
膜上にレジスト膜としてＳＡＬ６０３（シップレイ社
製）を膜厚５００ｎｍになるようにスピンコーディング
する。次に、常法に従ってアライメントを行い、電子線
露光装置によりＳＡＬ６０３の描画を行う。現像、リン
スして、ＳＡＬ６０３レジストパターンを形成する。

【００３８】次に、必要に応じて加熱処理及びデスカム
処理を行った後に、レジストパターンの開口部より露出
するＳＯＧ膜表面部分を０．５％フッ酸に１分間浸漬、
エッチングする。次に、ＳＯＧ層をＣ₂Ｆ₆ガスを用い
た反応性イオンエッチングによりエッチングし、位相シ
フターパターンを形成する。

【００３９】次に、残存するレジストを酸素プラズマに
より灰化除去して、位相シフトフォトマスクを完成させ
た。なお、レジストの除去は、酸素プラズマによるドラ
イエッチングに代えて、レジスト専用の剥離液や酸等用
いてウェット方式で行うことも可能である。

【００４０】以上のようにして得た位相シフター下置き
タイプの位相シフトレチクルは、位相シフターがない部
分においてエッチング残渣は全く認められず、マスク面
内での透過率は一定になり、そのため、ウェーハ上に転
写されたパターンに劣化は発生しなかった。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の位相シフトフォトマスクの製造方法によると、少なく
とも、ドライエッチング前に位相シフターパターン用透
明層の表面に付着したエッチング障害物を表面処理によ
り取り除く工程と、その後にドライエッチングにより該
透明層を所定パターンにエッチングする工程とを有する
ので、特に、位相シフター下置きタイプの位相シフトフ
ォトマスクにおいて、位相シフターパターン形成に用い
るドライエッチング時でのエッチング残渣の発生を防ぐ
ことができ、位相シフターがない部分での透過率の低下
を抑えることができる。そのため、位相シフターのある
部分とない部分とでの透過率の差がなくなり、ウェーハ
上に転写されるパターンの劣化を防ぐことができる。

【００４２】なお、ドライエッチング前に緩衝フッ酸あ
るいはフッ酸溶液に浸漬して表面処理する場合、真空装
置等の特殊な装置は必要とならず、フォトマスク作製に
必要な費用は余り増えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位相シフトフォトマスクの製造方
法の１実施例の各工程の断面図である。

【図２】位相シフトフォトマスクの原理を示す図であ
る。

【図３】従来のフォトマスクの原理を示す図である。

【図４】位相シフター下置きタイプの位相シフトフォト
マスクの断面図である。

【図５】従来の位相シフター上置きタイプの位相シフト
フォトマスクの製造工程の１例を示す断面図である。

【図６】従来の位相シフター下置きタイプの位相シフト
フォトマスクの製造工程の１例を示す断面図である。

【符号の説明】

２４…基板２５…エッチングストッパー層２６…透明膜（位相シフターパターン）２７…遮光膜２８…電離放射線レジスト層（レジストパターン）２９…電離放射線３０…酸素プラズマ３１…電離放射線レジスト層（レジストパターン）３２…電離放射線３３…反応性プラズマ３４…酸素プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ３１１Ｗ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定領域間に位相差を与える位相シフタ
ーパターンをドライエッチングによって形成する位相シ
フトフォトマスクの製造方法において、少なくとも、ド
ライエッチング前に位相シフターパターン用透明層の表
面に付着したエッチング障害物を表面処理により取り除
く工程と、その後にドライエッチングにより該透明層を
所定パターンにエッチングする工程とを有することを特
徴とする位相シフトフォトマスクの製造方法。
【請求項２】基板上に位相シフターパターン用透明層
を形成し、その上に遮光パターンを形成し、次いで、遮
光パターンから露出している前記透明層の所定パターン
部分を覆って前記表面処理を行うことにより、遮光パタ
ーンと基板の間に位相シフターパターンを有する位相シ
フトフォトマスクを製造することを特徴とする請求項１
記載の位相シフトフォトマスクの製造方法。
【請求項３】前記表面処理が、緩衝フッ酸あるいはフ
ッ酸溶液による表面エッチングであることを特徴とする
請求項１又は２記載の位相シフトフォトマスクの製造方
法。
【請求項４】前記表面処理が、アルゴン、ヘリウム、
クリプトン、キセノン等の不活性ガスを用いたプラズマ
による表面エッチングであることを特徴とする請求項１
又は２記載の位相シフトフォトマスクの製造方法。
【請求項５】前記透明層がスピン・オン・グラスから
なることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載
の位相シフトフォトマスクの製造方法。