JPH0580490A

JPH0580490A - 位相シフトマスクおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0580490A
Application number: JP24080391A
Authority: JP
Inventors: Kousuke Ueyama; 公助植山; Yuichi Fukushima; 祐一福島; Toshio Konishi; 敏雄小西
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】シフタのドライエッチングの終点を容易に得る
ことができるようにすると共に、電子線描画の工程にお
いてチャージアップ現象を防ぎ、その結果シフタの厚さ
のバラつきを低減し位相をずらす効果を最大限に生かす
ことのでき、かつ重ね合わせ描画が良好な位相シフトマ
スクとそれを安定して製造する方法を提供する。【構成】遮光層パターンが形成された基板上に、導電
層、エッチングストッパ層、シフタ層、レジストを順次
設ける工程、レジストパターンを形成した後、シフタ層
をドライエッチングする工程、レジストパターンを剥離
する工程、を具備する製造方法により、基板上に、遮光
層パターン、導電層、エッチングストッパ層、位相シフ
タ層パターンを順次形成した位相シフトマスクを製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開口部分を透過する照
明光に位相差を与えることにより解像度を上げるための
透明シフタを有するフォトマスク（以下位相シフトマス
ク）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造においては、フォ
トリソグラフィー技術の進歩による素子の微細化に伴な
い、フォトマスクに対する解像力向上の要求がますます
高まっており、デバイス寸法が原理的な解像限界に近づ
いている。一般に解像限界は、光の波長をλ、レンズの
開口数をＮＡとするとｋλ／ＮＡで与えられ（ｋは定
数）解像度を上げるためには、回析光の影響が小さくな
る短波長の光を用いる方法がある。しかし、照明波長を
変えるためには、露光装置の光学系全体を変更する必要
があり、大きな労力が必要となる。これとは別に、マス
クの隣接する開口部に位相差を与えることにより、上記
の限界以上の解像力を得る位相シフト法が知られている
（特公昭６２−５０８１１号、特開昭５８−１７３７４
４号公報参照）。

【０００３】位相シフト法に用いる位相シフトマスクに
おいては、ｄ＝λ／２（ｎ−１）；ｄ＝シフタ膜厚、λ
＝波長、ｎ＝シフタの屈折率、の関係を満たすシフタ膜
厚の場合にシフト量が１８０°となり位相シフト効果が
最も高くなる。

【０００４】以下に位相シフトマスクの従来の製造方法
の一例を図６を用いて説明する。図６(a) に示すような
透明材料からなる基板１上にクロム等の遮光層２を形成
し、通常のリソグラフィー法によるパターニングを行っ
て、遮光層２を部分的に除去した遮光層パターンを形成
し（図６(b) 参照）、シフタ層５をその上に形成した後
（図６(c) 参照）、リソグラフィー法によるシフタ層の
パターニングを行うと、図６(d) に示すような位相シフ
トマスクが完成する。遮光層パターンに合わせてシフタ
層のパターンを形成する重ね合わせの工程が位相シフト
マスクの製造工程において重要である。

【０００５】上記したシフタ層（透明膜）の材料とし
て、まず照明光波長において十分な透明性を有し、こす
り洗浄等に対して十分な耐性を有していることが望まし
く、これらの条件を満たすことのできる材料として、二
酸化珪素（以下ＳｉＯ₂と言う）が挙げられる。

【０００６】ＳｉＯ₂はウエットエッチング、ドライエ
ッチングのいずれでもエッチングすることが可能である
が、微細なパターンを作成する際には異方性のエッチン
グが可能なドライエッチングの方が有利である。ところ
が、位相シフトマスクの基板として通常石英ガラス（Ｓ
ｉＯ₂）を用いるために、シフタと基板が同種類の材料
になってしまう。このため、シフタ層のエッチングの際
に終点を定めるのが困難となってしまう。すなわち、良
好なパターン形状のシフタを得るためにオーバーエッチ
ングすると、基板までエッチングしてしまう問題や、ド
ライエッチングの装置の特性により基板内のエッチング
速度のちがいによりシフタ層の厚さにバラつきができて
しまう問題が起こってしまう。いずれの問題も、基板内
で前記の位相差が１８０°よりずれてしまうことにつな
がり、位相シフト法の特徴を十分に生かすことができな
い。

【０００７】さらに、上記のシフタ層、およびレジスト
の材料は何れも誘電体であり、導電性に乏しいためにシ
フタ層のエッチング用にレジストをパターニングするた
めの電子線による重ね合わせ描画において、レジスト中
に入射した電子が伝導、拡散できずにチャージアップ
（帯電）現象を起こして正常なパターンが描画されず、
シフタパターン形成の重ね合わせ描画がうまくいかなか
った。

【０００８】これらの、シフタのエッチングの際にエッ
チング厚さが不均一になる問題、およびチャージアップ
現象を解決するための方法はそれぞれ単独には提案され
ている。

【０００９】エッチングを均一に行うための、従来の技
術としてはシフタ層と基板の間にエッチングストッパ層
を設けることが提案されている。ＳｉＯ₂に対して選択
比の大きい材料としてＳｉｘＮｙ，ｐｏｌｙ−Ｓｉなど
が考えられる。このエッチングストッパ層は最終的に完
成したマスクにおいても残ってしまうために、使用する
光の波長において透明でなければならない。しかしなが
ら、ＳｉｘＮｙ，ｐｏｌｙ−Ｓｉなどでは、紫外光の透
過率が下がってしまい、マスクのコントラストが下がっ
てしまうという課題が発生していた。このため、特開平
３−７１１３３、特開平３−７８７４７では、エッチン
グストッパ層としてアルカリ金属およびアルカリ土類金
属のフッ化物、塩化物または酸化アルミニウム（Ａｌ₂
Ｏ₃）を使用することが記載されている。これらのエッ
チングトッパ層を用いることにより、エッチング終点の
検出が容易になり、基板がエッチングされてしまう事は
なくなった。しかし、これらの方法においてはチャージ
アップ現象が発生して描画が正常に行えなかった。さら
に、エッチング時に遮光層パターンが露出している場合
には遮光層パターンもエッチングされて遮光特性が低下
する問題があった。

【００１０】また、チャージアップ現象を防止するため
の従来の技術としては、工程中で導電膜を成膜する方法
が特開平２−２１１４５０、特開平２−１４０７４３に
述べられているが、これらの発明においては、シフタ形
成のためのエッチングにおいてエッチング終点を見極め
ることができないために、シフタ層の厚さが十分に制御
できないと言う問題点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな位相シフトマスクにおいて、シフタのドライエッチ
ングの終点を容易に得ることができるようにすると共
に、電子線描画の工程においてチャージアップ現象を防
ぎ、その結果シフタの厚さのバラつきを低減し位相をず
らす効果を最大限に生かすことのでき、かつ重ね合わせ
描画が良好な位相シフトマスクとそれを安定して製造す
る方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであって、開口部分を透過する照明光に
位相差を与える位相シフトマスクの製造方法であって、
位相差を与えるためのシフタを形成する際のエッチング
ストッパ層を設け、さらに電子線描画時のチャージアッ
プ現象を防ぐための導電層を設ける事を特徴としてい
る。

【００１３】特に、基板上に、遮光層パターン、導電
層、エッチングストッパ層、位相シフタ層パターンを順
次形成したことを特徴としている。

【００１４】

【作用】位相シフトマスクの製造方法においては、チャ
ージアップ現象の防止のための導電層と、エッチングの
均一性のためのエッチングストッパ層を形成する必要が
あるが、これらの各層とその他の層との形成順によって
完成した位相シフトマスクの性能に差異が生じる。

【００１５】また、本発明に関わる位相シフトマスクの
製造方法においては、通常のフォトマスク製造工程によ
り得られたフォトマスクのパターン面の全面に、導電層
ングストッを形成し、さらにエッチングストッパ層を形
成している。このため電子線による重ね合わせ描画時の
チャージアップ現象を防ぎ、正常なパターンが描画でき
るようになり、またドライエッチング時のエッチング終
点も見極め易くなる。

【００１６】さらに、エッチングストッパ層の下に遮光
層パターンが形成されているため、シフタ層のエッチン
グ時において遮光層がエッチングされて遮光特性が低下
するのを防ぐことができる特徴を有している。

【００１７】以下に本発明の位相シフトマスクの製造方
法を詳細に述べる。図１〜図５に本発明の位相シフトマ
スクの製造方法を示す。なお図面は説明のための一例で
有り、本発明はこの図によって限定されるものではな
い。

【００１８】図１は基板１上の遮光層２をパターニング
したマスクを示す。基板１は通常、石英ガラス、低膨張
ガラス等の位置歪みの少ないガラスを使用する。遮光層
２は通常の方法を用いてパターニング可能なことからク
ロムを主成分とした金属膜を使用するのがよい。図１の
マスクに導電層３、エッチングストッパ層４、シフタ層
５、レジスト６を順次成膜して図２を得る。

【００１９】導電層３は電子線による重ね合わせ描画時
にチャージアップ現象を防ぐための導電性があればよ
く、金属薄膜、有機導電性材料等が使用可能である。

【００２０】エッチングストッパ層４はシフタ層のエッ
チングを基板におよぶことなく停止させるために設けて
あるもので、透明性が高くシフタ層のエッチングに際し
てＳｉＯ₂と充分な選択比をとれることが必要である。
例としてはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、マグネシアスピネ
ル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等が挙
げられる。

【００２１】シフタ層５は屈折率の違いによって入射し
た光の位相をシフトさせるため適当な膜厚が必要であ
る。シフタ層５にはＳｉＯ₂あるいは有機高分子等が使
用できる。位相シフト量はシフタ層の膜厚とシフタ層の
材料の屈折率で決定され、例えばＳｉＯ₂を用いてｉ線
（波長３６５ｎｍ）の光源を使用して、屈折率を１．４
７位相シフト量を１８０°とした場合にはシフタ層の膜
厚は約３９０ｎｍになる。

【００２２】レジスト６は本発明においては下層のシフ
タ層５のパターニング時にマスクに用いるものである。
レジストは通常、電子線レジストを用い、描画時のチャ
ージアップ現象を防ぐためにエッチングストッパ層の下
に導電層３が設けてある。レジストはポジ型レジスト、
ネガ型レジストいずれを使用しても電子線の描画部分を
変えるだけで同様のパターンが形成可能である。

【００２３】図３はレジストの現像を行った後のマスク
の状態を示している。続いてレジスト６のパターンをマ
スクにしてシフタ層５のエッチングを行う。シフタ層５
にＳｉＯ₂等の無機物を使用した場合には、反応性イオ
ンエッチング等のドライエッチング法によってをエッチ
ングすることができる。またシフタ層５に有機高分子化
合物を用いた場合には有機溶媒あるいはアルカリ溶液等
を用いてウエットエッチングすることができる。エッチ
ング後のマスクを図４に示す。

【００２４】図５はレジスト６を剥膜してシフタ層５の
形成を終了したマスクを示す。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。石英ガラ
スからなる基板上にクロムを主成分とする遮光性パター
ンを有するフォトマスクを、常法により得た。次に導電
層として金属タンタル膜を５ｎｍの厚さでスパッタリン
グにより成膜した。続いて、スパッタリングターゲット
として酸化アルミニウム，スパッタガスとしてアルゴン
を用いたＲＦスパッタリングによりエッチングストッパ
層として酸化アルミニウム薄膜を約２０ｎｍの厚さに成
膜した。

【００２６】次にシフタ層となるＳｉＯ₂膜を、ターゲ
ットをＳｉＯ₂、スパッタガスをアルゴンと酸素の混合
ガスとしたＲＦスパッタリングにより成膜した。この膜
の屈折率は１．４７であり、例えば、水銀灯ｉ線（波長
３６５ｎｍ）で用いる場合は、（ｎ−１）ｄ＝３６５／
２の関係から膜厚を約３９０ｎｍとした。

【００２７】次に電子線硬化型のレジスト（シプレイマ
イクロエレクトロニクス社製、商品名ＳＡＬ−６０１Ｅ
Ｒ７）を全面にコートし、電子線描画、現像、ベーク等
の通常の工程により、シフタのパターンを形成した。こ
のレジストをマスクとし、Ｃ ₂Ｆ₆ガスを用いた反応性
イオンエッチングにより、シフタ層のエッチングを行っ
た。酸化アルミニウム薄膜はこの条件ではエッチングさ
れず、石英ガラスの基板がエッチングされることはな
い。この後、残ったレジストを酸素ガスプラズマにより
除去し、位相シフトマスクを得た。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係わる位相シフトマスクの製造
方法によれば、ドライエッチングのエッチングストッパ
層は、充分なエッチング耐性を有する。よって、シフタ
層のドライエッチング時に基板までエッチングしてしま
うことによる位相差の設計値とのずれ、およびドライエ
ッチング速度の面内バラツキによる位相差のバラツキが
おさえられた位相シフトマスクを提供できる。また、導
電層を形成することによって、シフタ層のパターニング
のための重ね合わせ描画時にチャージアップ現象が防げ
るために、電子線が影響を受けず良好なパターン描画を
行うことが出来る。

【００２９】さらに、エッチングストッパ層が遮光層パ
ターンの上部に有るため遮光層パターンが保護される。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相シフトマスクの製造方法を工程順
に示す断面図である。

【図２】本発明の位相シフトマスクの製造方法を工程順
に示す断面図である。

【図３】本発明の位相シフトマスクの製造方法を工程順
に示す断面図である。

【図４】本発明の位相シフトマスクの製造方法を工程順
に示す断面図である。

【図５】本発明の位相シフトマスクの製造方法を工程順
に示す断面図である。

【図６】(a) 〜(d) は従来の製造方法を工程順に示す断
面図である。

【符号の説明】

１基板２遮光層３導電層４エッチングストッパ層５シフタ層６シフタ層パターニング用レジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、遮光層パターン、導電層、エッ
チングストッパ層、位相シフタ層パターンを順次形成し
たことを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項２】遮光層パターンが形成された基板を用いて
位相シフトマスクを製造する方法において、 (a) 遮光層パターンが形成された基板上に、導電層、エ
ッチングストッパ層、シフタ層、レジストを順次設ける
工程、 (b) レジストパターンを形成した後、シフタ層をドライ
エッチングする工程、 (C) レジストパターンを剥離する工程、を具備すること
を特徴とする位相シフトマスクの製造方法。