JPH05281701A - 位相シフトフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造プロセス中に、位相シフターに変質が起
こり、屈折率変化が検出された場合に、簡単な工程の追
加により、変質した位相シフターを復元する。 【構成】 透明層３３を形成し、その透明層３３をパタ
ーニングして位相シフターパターン３５を形成する位相
シフトフォトマスクの製造方法において、透明層形成後
の工程でのシラノール化等の反応による透明層３５の少
なくとも一部の屈折率の変化を、パターニング後の後処
理４０によって元の屈折率に復元する。

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、４ＭビットＤＲＡＭでは０．８μｍ、１
６Ｍ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。

【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。

【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、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４（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ＳＯＧ
（スピン・オン・グラス）の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、従来の
位相シフトフォトマスク製造プロセスでは、位相シフタ
ーになる透明膜を形成してから後の工程が多く、位相シ
フターとして形成されたＳＯＧが製版、洗浄工程等でシ
ラノール（Ｓｉ−ＯＨ）化等の変質を起こし、その結
果、屈折率等の膜質が変化することがある。このため、
位相シフターの位相の保証ができず、また、歩留りの増
加に伴う製造期間の長期化、高コスト化等の多くの問題
を含んでいる。

【００１７】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、位相シフターに変質が起こ
り、屈折率変化が検出された場合に、簡単な工程の追加
により、変質した位相シフターを復元して、より実用的
で、良品率の向上、低コスト化、製造期間の短縮を併せ
て可能に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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題に
鑑み、良品率の向上、低コスト化を行い、かつ、高精度
の位相シフトフォ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、位相シフトフォトマスク製造工程
において、シラノール化等の変質を起こした位相シフタ
ー層（ＳＯＧ）を加熱等の後処理によって復元すること
により、高解像力を有する位相シフトフォトマスクを、
位相シフター層の位相差を保証した上で、低コストで安
定して製造できることを見出し、かかる知見に基づいて
本発明を完成したものである。

【００１９】以下、本発明の位相シフトフォトマスクの
製造方法を図面を参照して説明する。図１は、本発明に
係わる位相シフトフォトマスクの製造方法の各工程を示
す断面図であり、図中、３０は基板、３１は導電層、３
２は遮光層、３３は位相シフト層、３４は電離放射線レ
ジスト、３５は位相シフターパターン、３６は電離放射
線、３７は電離放射線レジストパターン、３８はエッチ
ングガスプラズマ、３９は酸素プラズマ、４０は加熱あ
るいはレーザー光によるアニール処理を表している。

【００２０】まず、図１（ａ）に示すような、常法に従
って作成、欠陥検査を行ったクロムマスクに、同図
（ｂ）に示すように、位相シフト層３３を次の式（１）
に合うような膜厚で形成する。

【００２１】 ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝ （ｎｍ） ・・・（１） ここで、ｎ・・・位相シフト層材料の屈折率、 λ・・・露光波長（ｎｍ）、 ｄ・・・位相シフト層の膜厚（ｎｍ）。

【００２２】なお、位相シフト層３３としては、ＳＯＧ
（スピン・オン・グラス）を用いて形成する。

【００２３】この上に、同図（ｃ）に示すように、電離
放射線レジスト層３４を形成し、常法に従ってアライメ
ントを行い、同図（ｄ）に示すように、電離放射線レジ
スト層３４上の位相シフターパターン部にレジストパタ
ーンが残るように、電子線３６でパターン描画し、露光
後レジスト層３４を製版することにより、同図（ｅ）に
示すような電離放射線レジストパターン３７を形成す
る。

【００２４】次に、同図（ｆ）に示すように、この電離
放射線レジストパターン３７をマスクとして、位相シフ
ト層であるＳＯＧ層３３をエッチングガスプラズマ３８
によりエッチングして、位相シフト層３３のパターニン
グを行う。

【００２５】この後に、同図（ｇ）に示すように、酸素
プラズマ３９により電離放射線レジストパターン３７を
剥離、灰化処理する。

【００２６】この後、洗浄工程を経て、欠陥検査工程に
おいて、位相シフター３５層の膜質・屈折率の変化が検
出された場合、同図（ｈ）に示すように、レーザー光、
紫外光あるいは加熱処理４０により位相シフター材を元
の膜質・屈折率へと復元し、再度欠陥検査の後に、同図
（ｉ）に示すような位相シフトフォトマスクが完成す
る。

【００２７】従来法においては、図１（ｈ）のようなア
ニール工程を経なかったので、製造工程において位相シ
フター層が変質した場合に対処法がなく、そのまま歩留
まり低下の原因となっていたが、本発明においては、レ
ーザー光、紫外光による全面照射、あるいは、フォトマ
スクを加熱するといった簡単な工程を増やすだけで、位
相シフトフォトマスクは完成し、位相差の保証、歩留ま
り率の向上、コストの低減を併せて可能とした。

【００２８】すなわち、本発明の位相シフトフォトマス
クの製造方法は、透明層を形成し、その透明層をパター
ニングして位相シフターパターンを形成する位相シフト
フォトマスクの製造方法において、透明層形成後の工程
でのシラノール化等の反応による透明層の少なくとも一
部の屈折率の変化を、パターニング後の後処理によって
元の屈折率に復元することを特徴とする製造方法であ
る。

【００２９】この場合、透明層はスピン・オン・グラス
によって形成するのが典型的であり、後処理は加熱処理
か、レーザー光又は紫外光によるアニール処理であるの
が好ましい。

【００３０】

【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集積化が要求され、マスク構成も
複雑化し、それに従って工程数の増加、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。

【００３１】本発明においては、位相シフター用透明層
形成後の工程でのシラノール化等の反応による透明層の
少なくとも一部の屈折率の変化を、パターニング後の後
処理によって元の屈折率に復元するので、位相シフトフ
ォトマスク製造に関して、大げさな工程を増やすことな
く、歩留りが率が向上して製造コストを低く押さえるこ
とができ、併せて位相差の保証も可能となる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の製造方法の実施例について説
明する。 実施例１ 常法に従って製造したフォトマスクの品質を検査した
後、このマスク上にＳＧＯ（スピン・オン・グラス；屈
折率１．４５）を位相シフター層の膜厚が４０６ｎｍに
なるようにスピンコーティング法により成膜する。その
後に、このＳＯＧを成膜したマスクを３００℃、窒素雰
囲気下で加熱して、ＳＯＧを焼成する。この位相シフタ
ー層に欠陥がないことを確認した上で、電離放射線レジ
スト等を用いてエッチングマスクとなるレジストパター
ンを製版作成し、次いで、マスク全面をエッチングガス
プラズマに曝してＳＯＧ位相シフターパターンを形成す
る。その後に、レジストパターンを酸素プラズマにより
剥離、灰化処理する。

【００３３】この後の検査工程において、ＳＯＧ位相シ
フターの変質、屈折率変化が認めらる場合、このＳＯＧ
変質欠陥が見つかった位相シフトフォトマスクを窒素雰
囲気下の３００℃で加熱処理し、再度欠陥検査修正後、
位相シフトフォトマスクを完成する。

【００３４】このようなプロセスで作製した位相シフト
フォトマスクの位相シフト量のずれは、平均値±３σ
（σは標準偏差）をとった場合に、±２．０°という値
を示し、高精度の位相シフトフォトマスクが得られたこ
とが確認された。また、マスク周辺部にても、上記以外
の位相シフト量のずれ等は全く観測されなかった。

【００３５】

【発明の効果】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集積化が要求され、マスク
構成も複雑化し、それに従って工程数の増加、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。

【００３６】本発明の位相シフトフォトマスクの製造方
法によると、位相シフター用透明層形成後の工程でのシ
ラノール化等の反応による透明層の少なくとも一部の屈
折率の変化を、パターニング後の後処理によって元の屈
折率に復元するので、位相シフトフォトマスク製造に関
して、大げさな工程を増やすことなく、歩留りが率が向
上して製造コストを低く押さえることができ、併せて位
相差の保証も可能となる。

【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】

３０…基板 ３１…導電層 ３２…遮光層 ３３…位相シフト層 ３４…電離放射線レジスト ３５…位相シフターパターン ３６…電離放射線 ３７…電離放射線レジストパターン ３８…エッチングガスプラズマ ３９…酸素プラズマ ４０…加熱あるいはレーザー光によるアニール処理

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明層を形成し、その透明層をパターニ
   ングして位相シフターパターンを形成する位相シフトフ
   ォトマスクの製造方法において、透明層形成後の工程で
   のシラノール化等の反応による透明層の少なくとも一部
   の屈折率の変化を、パターニング後の後処理によって元
   の屈折率に復元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。
2. 【請求項２】 前記透明層をスピン・オン・グラスによ
   って形成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。
3. 【請求項３】 前記後処理が加熱処理であることを特徴
   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。
4. 【請求項４】 前記後処理がレーザー光又は紫外光によ
   るアニール処理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。