JPH06250376A

JPH06250376A - 位相シフトマスク及び位相シフトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH06250376A
Application number: JP3325593A
Authority: JP
Inventors: Kinji Okubo; 欽司大久保; Yuichi Fukushima; 祐一福島; Toshio Konishi; 敏雄小西
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【構成】基板上の全面にアルミナを形成し、その上にＳ
ｉＯ₂ 、金属クロム層、酸化クロム層を積層し、その上
にポジ型レジスト塗布後主領域部のみレジストを除去
し、金属クロムをエッチングした。次に金属クロム層、
酸化クロム層を成膜後その上にポジ型電子線レジストを
塗布ベーク後、電子線描画現像処理後半透過遮光層及び
遮光層をエッチングし半透過遮光パターンおよび遮光パ
ターンを形成後位相シフト層のドライエッチング後レジ
ストを除去して位相シフトマスクを得た。【効果】主領域部がハーフトーン型位相シフトマスクと
なっており、その転写能力は非常に高い解像度及び焦点
余裕度を有し、露光波長を下回る微細パターンの解像能
力を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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ものである。本発
明は従来のフォトマスクと同様に従来の投影露光装置で
用いることができ、さらに従来のフォトマスクを用いた
場合に比べパターンの解像力を向上させる位相シフト領
域を有するマスク及びマスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォトマスクでは、微細なパター
ンの投影露光に際し、近接したパターンはマスクの光透
過部を通過した光が回折し、干渉し合うことによって、
パターン境界部での光強度を強め合い、感光して、ウェ
ハー上に転写されたパターンが分離解像しないという問
題が生じていた。この現象は露光波長に近い微細なパタ
ーンほどその傾向が強く、原理的には従来のフォトマス
クと従来の露光光学系では光の波長以下の微細パターン
を解像することは不可能であった。

【０００３】そこで、隣接するパターンを透過する投影
光の位相を互いに１８０度とすることにより微細パター
ンの解像力を向上させるという、位相シフト技術を用い
た位相シフトマスクが開発された。すなわち、隣接する
開口部の片側に位相シフト部を設けることにより、透過
光が回折し干渉し合う際、位相が反転しているために境
界部の光強度は逆に弱め合い、強度ゼロになり、その結
果転写パターンは分離解像する。この関係は焦点の前後
でも成り立っているため、焦点が多少ずれていても解像
度は従来法よりも向上し、焦点のずれが大きくなっても
使用に耐えうるようになる。

【０００４】上記のような位相シフト法はＩＢＭのＬｅ
ｖｅｎｓｏｎらによって提唱され、特開昭５８−１７３
７４４号公報や、原理では特公昭６２−５０８１１号公
報に記載されている。

【０００５】また、パターンを遮光層で形成した場合
は、遮光パターンの隣接する開口部の片側に位相シフト
部を設けて位相反転させるが、遮光部が完全な遮光性を
持たずかつ、この半透過遮光部の上、あるいは下に位相
シフト層がある場合にも、同様な解像度向上効果が得ら
れる。

【０００６】図１３〜図１５は、この原理に基くマスク
を用いてウェハー面上に露光した場合を示す。すなわ
ち、図１３に示すように、マスク面に対して垂直に入射
した光のうち、露光光Ｉ及びＩＩＩは半透過遮光層を通
る際に振幅が減衰し、かつ位相シフト層を通る際に位相
が反転する。

【０００７】露光光ＩＩは単なる透過光であるため、透
過光の振幅は図１４のようになり、さらにウェハー面上
に投影された光の強度は図１５のようになる。ここで、
光の振幅の２乗が光強度に比例するという関係から、半
透過遮光層と透過部との境界部の光強度は０になるた
め、パターンエッジのコントラストが向上し、その結果
パターンの解像度が上がる。さらに、焦点の前後におい
ても同様な効果が維持されるため、多少の焦点ズレがあ
っても解像度があがり、よって焦点裕度が向上する効果
が得られる。

【０００８】この技術は半透過遮光部と位相シフト層を
積層することによって解像度向上効果及び焦点裕度を得
る事が特徴であり、便宜的にハーフトーン型と称する。

【０００９】本技術は、例えば第３８回春季応用物理学
会予稿集第２分冊ｐ５３５、２９ｐ−ｚｃ−３（１９９
１）に述べられている。位相シフト効果を最大にするた
めには、位相反転量を１８０゜にすることが望ましい。
このためにはｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝・・・（ｄは位
相シフト部膜厚、λは露光波長、ｎは屈折率）の関係が
成り立つよう位相シフト層を形成すればよい。

【００１０】図９〜図１２に従来の位相シフトマスクの
製造方法を示す。図９は透明基板１の上に半透過遮光部
層１５、位相シフト層３を設ける。次に図１０に示すよ
うに、電子線レジスト層１７を設け、電子線描画１８を
行う。主領域部では半導体用回路パターン等のメインパ
ターンを描画し、周辺部ではマスク名、パターン名等の
非回路パターンを主に描画する。これは、ハーフトーン
型位相シフト効果による高い解像度が必要なパターンが
主領域部のみに配置されているという前提による。

【００１１】続いて図１１のように、現像してレジスト
層１７をパターニングし、さらに該レジストパターンを
マスクとして位相シフト層３をエッチングし、さらに遮
光層１５をエッチングして、位相シフトパターン部及び
半透過遮光パターン部を形成する。最後に、図１２のよ
うに該レジスト層１７を除去することにより位相シフト
マスクを得る。

【００１２】なお、前記位相シフト層のエッチング方法
としてはウェットエッチングあるいはドライエッチング
のいずれも可能である。

【００１３】なお、本発明におけるマスクとは、半導体
製造装置のひとつである投影露光装置もしくは縮小投影
露光装置（ステッパー）に装着して使用される露光用原
版を表すが、フォトマスクあるいはレチクルと表現する
場合もある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法ではパターンが半透過遮光部と透過部のみからな
り、パターンのコントラストが充分にとれないために、
前記の原理によって転写することは可能であるが、品名
やパターン名は半透過遮光のため目視ではみにくく製品
の管理が出来にくかったり、マスクを投影露光装置に装
着して用いる場合に、フィディシャルマークが正しく読
み取れず、装置の自動アライメント機能が働かないよう
な不具合が発生し、そのために正常な使用ができないと
いう欠点があった。

【００１５】また、レジストパターンをマスクとして前
記位相シフト層をドライエッチングする場合、位相シフ
ト層のエッチングと同時にレジストパターンも削られて
いくため、位相シフトパターンのエッジ部断面が垂直に
ならず台形となったり、パターン寸法幅が変化し、所定
の値を得ることが困難であるという欠点があった。

【００１６】本発明は以上のような問題点に着目してな
されたもので、半透過遮光型位相シフトパターンを具備
するとともに、少なくとも一部に遮光パターンを有する
位相シフトマスクを提供し、さらに高精度な位相シフト
パターン形成が可能な製造方法を提供することを課題と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、透明基板に、遮光部と光透過部と半透過遮
光部と位相シフト部とを備えた位相シフトマスクにおい
て、主領域部が光透過部と位相シフト部で形成され、主
領域部を除く周辺部分は少なくとも一部が遮光部で形成
されることを特徴とする。

【００１８】以下、添付図面を参照して本発明をさらに
詳述する。図１〜図６は本発明に係わり、図７および図
８に示した構成の半透過遮光型位相シフトマスクの製造
方法の説明図である。

【００１９】図１に示すように、透明基板１の上に、エ
ッチング耐性をもつ材料よりなるエッチングストッパー
層２、透明材料よりなる位相シフト層３、及び一般的に
金属及び金属酸化物材料よりなる遮光層５の順に所定の
膜厚に設けられ、さらに遮光層５の上にフォトレジスト
７をコートする。

【００２０】透明基板１はフォトマスク用として一般的
に使用されている合成石英ガラス等の光学的に透明な材
料からなり、その厚さは特に制限はないが、通常１．５
〜７ｍｍ程度のものが用いられる。

【００２１】次に、エッチングストッパー層２はエッチ
ング方法によって適正材料を選択するが、例えばドライ
エッチングに対しては、アルミナ、スピネル、ジルコニ
ア、サイアロンなどのセラミックス系材料が使用でき、
ウェットエッチングに対しては窒化珪素、酸化錫、酸化
タンタル、サイアロン等の材料が使用できる。いずれ
も、露光波長にたいして透明性が高い材料であるが、特
にこれに限定されるものではない。

【００２２】さらに、透明材料よりなる位相シフト層３
は材料としては光学的に透明であればよく、ＳｉＯ₂ 、
ＳＯＧ（スピンオングラス）、ＭｇＦ₂ 等が使用できる
が、特に限定されるものではない。膜厚は前記の通り透
過光の位相反転量が１８０゜に相当する膜厚とすること
が望ましい。

【００２３】この次に、一般的に遮光層５は金属及び金
属酸化物材料よりなり通常クロム、酸化クロム、位相シ
フト材料、従来フォトマスクに用いられる遮光材料でよ
いが、遮光性を有するように一定の光学濃度が必要で、
通常２．０〜４．０程度とする。膜厚は一定の光学濃度
とするために２０〜３００ｎｍ程度とする。

【００２４】最後にフォトレジスト層７が設けられ、主
領域部の全面露光なのでフォトレジストを塗布し露光装
置で紫外線露光９をする事にすれば充分フォトレピータ
ーまたはアライナー等の露光装置を用いて主領域部１１
のみを全面露光し、現像して主領域部の遮光層を露出さ
せる。

【００２５】次に図２に示すように、主領域部１１の遮
光膜だけをエッチングして取り除き、主領域部以外の周
辺部分には遮光層５がそのまま残されている。

【００２６】さらに図３の工程では半透過遮光層１５を
成膜する。半透過遮光層は金属および金属酸化物材料の
単体または多層膜で構成されるが、その光学透過率は３
〜２０％の範囲内とし、金属膜の膜厚を調整することに
よりこの値を得る。

【００２７】次に、図４のように電子線レジスト１７を
コートして、電子線描画１９、現像処理を行ってレジス
トパターンを作製する。

【００２８】さらに図５の工程では、レジストパターン
をマスクにして半透過遮光層及び遮光層をエッチングす
る。レジスト材料は従来用いている電子線レジスト１７
を用いればよい。電子線描画においては導電層を必要と
するが、上記では遮光層が導電層として働く。ここで、
前記レジスト材料として紫外線感光性フォトレジスト用
いる事も可能であり、レーザー描画装置を用いて描画す
ればよい。

【００２９】さらに図６の工程において、位相シフトを
エッチングし、最後に残ったレジストを除去して、位相
シフトマスクを得る。

【００３０】この時、主領域部以外の周辺部分の位相シ
フト部１３もエッチングされているが、露光用マスクと
しては遮光部に完全に被覆された位相シフト層は何ら作
用をなさないので、この部分は露光転写の際、単に遮光
パターンとして働く。

【００３１】図７、図８は本発明に係わるハーフトーン
型位相シフトマスクの構成を示す断面図及び平面図であ
る。図７に示すように、主領域部２１はハーフトーン型
位相シフトパターンを含む部分であり、主領域部以外の
周辺部１３は従来フォトマスクと同様の遮光効果を持つ
部分である。

【００３２】図８は前記構成の位相シフトマスクの平面
図を示し、主領域部２１は透過部および位相シフト部が
含まれ、遮光部は含まない。主領域部の外部すなわち周
辺部は、遮光パターンであり、この中にパターン名部２
３、アライメントマーク部２５、フィデュシャルマーク
部２７のそれぞれのパターンが含まれる。なお図２８お
けるこれらのパターン位置は例として示したものであ
り、特に位置は固定されるものではなく、パターンの大
きさ、数も制限されない。

【００３３】

【作用】本発明によれば、主領域部が透過部と位相シフ
ト部とからなることによってハーフトーン型位相シフト
マスクを得ることができ、主領域部以外の部分は少なく
とも一部が遮光部からなることによって、従来マスクよ
り解像効果の高い転写露光が可能になり、かつ従来投影
露光装置にそのまま使用することができる。

【００３４】

【実施例】（実施例１）以下、実施例により本発明を更に具体的に
詳述する。

【００３５】洗浄済みの合成石英ガラス基板（厚さ２．
３ｍｍ，大きさ５インチ角）上の全面に、エッチングス
トッパー材としてアルミナ（膜厚３０ｎｍ）をＰＶＤ法
により形成し、その上に位相シフト材としてＳｉＯ₂
（膜厚３７０ｎｍ）をＰＶＤ法により形成し、さらにそ
の上に金属クロム膜および酸化クロム層を積層した低反
射２層クロム膜（膜厚１００ｎｍ）をスパッタリング法
により形成した。

【００３６】次に前記基板を所定の方法にて洗浄、乾燥
した後、その上にポジ型フォトレジスト（シプレイ社
製、ＭＰ１４００−２７）をスピンコート法で５００ｎ
ｍの厚さを塗布し、主領域部のみ露光、現像によって主
領域部のみレジストを除去し、硝酸第二セリウムエッチ
ング液を用いて、金属クロムをウェットエッチングし
た。

【００３７】つぎの工程として、パターン形成面に半透
過遮光膜として金属クロム膜、（膜厚１０ｎｍ）および
酸化クロム膜、（膜厚９００ｎｍ）をスパッタリングで
成膜した後その上にポジ型電子線レジスト（東亜合成化
学製、商品名ＴＴＣＲ）をスピンコート法により約５０
０ｎｍの厚さに塗布し、所定のベーク処理後、ベクター
スキャン型電子線描画装置を使用して、加速電圧２０ｋ
Ｖ、ドーズ量約１０μＣ／cm² にて所定のパターンを描
画し、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）とｎ−プロ
パノール（ＩＰＡ）の５：５重量比混合液からなる現像
液を用いて、所定の条件にて現像処理を行い、レジスト
パターンを得た。

【００３８】なお、このときの描画パターンは、主領域
部に半導体回路パターンを含み、周辺部にマスク品名、
パターン名、アライメントマークおよびフィデュシャル
マークを含めた。

【００３９】次に前記レジストパターンをマスクパター
ンとして、前記半透過遮光膜及び遮光膜を硝酸第二セリ
ウムアンモニウムエッチング液を用いてウェットエッチ
ングすることにより半透過遮光パターンおよび遮光パタ
ーンを形成した。

【００４０】更に前記レジストパターンおよび前記半透
過遮光パターンをマスクとして、前記位相シフト層のド
ライエッチングを、平行平板型反応性イオンエッチング
装置を用いて行い、異方性および直線性の良いエッチン
グ形状で、寸法再現性も良いパターンが得られた。ドラ
イエッチング条件は、Ｃ₂ Ｆ₆ ガスとＨ₂ ガスを用い、
混合比Ｃ₂ Ｆ₆ ：Ｈ₂ ＝１０：１、パワー３００Ｗ、ガ
ス圧０．０３Ｔｏｒｒとした。このときのエッチング時
間は約１５分であり、位相シフト層であるＳｉＯ₂ のエ
ッチングが前記エッチングストッパー層表面まで達する
まで行った。

【００４１】最後に残ったレジストを専用剥離液をもち
いて除去し、洗浄、乾燥を行って図６に示した構成の位
相シフトマスクを得た。

【００４２】更に得られたマスクを用いて、従来用いて
いるｉ線用投影露光装置で露光転写したところ、フィデ
ュシャルマークパターンの読みとり作業およびアライメ
ント作業は全く問題なく動作し、転写ウェハー上のレジ
ストパターンにおいてコンタクトパターンホールで直径
約０．３μｍの微細パターンが得られ、従来の最小解像
度である０．５μｍに比べ、非常に高い解像度向上効果
が得られた。また、エッチングストッパーの効果によ
り、位相シフト層のエッチング深さのマスク面内均一性
は良好で、１００ｎｍ角内において範囲２０ｎｍ以下の
値が得られた。

【００４３】本実施例において、前記位相シフト層のエ
ッチング方法はドライエッチングを用いたが、ウェット
エッチングを行うこともでき、この場合はエッチングス
トッパー層材料をウェットエッチング耐性を持つ材料と
すればよい。具体的には、前記位相シフト材料がＳｉＯ
₂ であれば、所定の濃度の緩衝フッ酸溶液をエッチング
液としてウェットエッチングを行う。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に示したように、本発明により
製造された位相シフトマスクは、主領域部が位相シフト
パターンと透過パターンからなるハーフトーン型位相シ
フトマスクとなっており、その転写能力は、従来マスク
に比べ非常に高い解像度及び焦点余裕度を有し、露光波
長を下回る微細パターンを解像する能力を持つ。

【００４５】しかもこの効果は投影露光装置やレジスト
プロセスの持つ解像度を更に向上させることができ、従
来装置や従来プロセスに何ら変更を加えず、本発明によ
るマスクを用いるだけでよい。

【００４６】更に、周辺部に遮光部を持つため、投影露
光装置に装着し使用する際、従来のマスクと同様に、遮
光パターンとして形成されたフィデュシャルマークを読
みとり、高精度なアライメントができる。またマスク品
名やパターン名も遮光パターンとしてあるので目視確認
が容易であり、マスク管理上も問題がない。またもちろ
ん、必要に応じて他の目的のパターンをいれることもで
きる。

【００４７】製造方法において、位相シフト層のドライ
エッチングの際、遮光パターンをマスクとしているた
め、高精度で異方性の良いエッチング形状が得られる。

【００４８】また、主領域部の半透過遮光層は中間工程
において位相シフトパターンの保護膜として働き、エッ
チング時の位相シフトパターンの欠け欠陥生成を防止
し、コンタミネーション等の汚染による欠陥も防止する
という効果があり、低欠陥プロセスが可能になる。

【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におい
て、エッチングストッパー層、位相シフト層、遮光層、
レジストを順次積層した状態の断面図である。

【図２】図１の製造方法の主領域の遮光層をエッチング
した状態の断面図である。

【図３】図１の製造方法の半透過遮光層を形成した状態
の断面図である。

【図４】図１の製造方法の電子線レジスト層を形成した
状態の断面図である。

【図５】図１の製造方法の半透過遮光層と遮光層をエッ
チングした状態の断面図である。

【図６】図１の製造方法の完成断面図である。

【図７】本発明の位相シフトマスクの断面図である。

【図８】本発明の位相シフトマスクの正面図である。

【図９】従来の位相シフトマスクの製造方法において、
半透過遮光層、位相シフト層を順次積層した状態の断面
図である。

【図１０】図９の製造方法の、電子線レジスト層を形成
した状態の断面図である。

【図１１】図９の製造方法の、半透過遮光層、位相シフ
ト層をエッチングした状態の断面図である。図１の製造
方法の半透過遮光層を形成した状態の断面図である。

【図１２】図９の製造方法の完成断面図である。

【図１３】従来の位相シフトマスクの断面図である。

【図１４】図１３の位相シフトマスクのマスクの透過光
の振幅図である。

【図１５】図１３の位相シフトマスクのウエハー面上に
おける光強度の分布図である。

【符合の説明】

１…透明基板２…エッチングストッパー層３…位相シフト層５…遮光層７…フォトレジスト層９…紫外線露光１１…主領域部１３…周辺部遮光パターン１５…半透過遮光層１７…電子線レジスト層１９…電子線描画２１…ハーフトーン型位相シフトパターン形成部２３…パターン名部２５…アライメントマーク部２７…フィデュシャルマーク部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板に、遮光部と光透過部と半透過遮
光部と位相シフト部とを備えた位相シフトマスクにおい
て、主領域部が光透過部と半透過遮光部と位相シフト部
で形成され、主領域部を除く周辺部分は少なくとも一部
が遮光部で形成されることを特徴とした位相シフトマス
ク。
【請求項２】前記請求項１において、前記主領域部が少
なくとも半導体用回路パターンを含み光透過部と半透過
遮光部と位相シフト部で形成され、前記主領域部を除く
周辺部分が非回路パターンを含む透過部と遮光部で形成
されることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項３】前記請求項２において、透明基板上にエッ
チングストッパー層、位相シフト層、遮光層、及び第一
のレジスト層をこの順に形成する工程と、前記第一のレ
ジスト層を露光及び現像して前記遮光層をエッチングす
る事により、主領域部の遮光層全面を除去する工程と、前記第一のレジストを除去した後、基板上に半透過遮光
層を形成し、さらに第二のレジスト層を形成し、露光及
び現像し、前記半透過遮光層及び遮光層をエッチングす
る事によって、前記主領域部に半透過遮光パターン部を
形成し、主領域部を除く周辺部遮光領域に光透過部と遮
光部とを形成し、さらに前記第二のレジスト層を除去す
る工程とから成ることを特徴とする、透明基板に、遮光部と光透過部と半透過遮光部と位相シ
フト部とを備えた位相シフトマスクにおいて、主領域部
が光透過部と半透過遮光部と位相シフト部で形成され、
主領域部を除く周辺部分は少なくとも一部が遮光部で形
成された位相シフトマスクの製造方法。
【請求項４】前記請求項１において、半透過遮光部は４
〜３０％の透過率である半透明な遮光部をもつ遮光部材
からなる事を特徴とする位相シフトマスク。
【請求項５】前記請求項１において、半透過遮光部材と
してクロム、窒化クロム、酸化クロム、ＳｉＯｘ（０＜
Ｘ＜２）、および窒化シリコン等の単体あるいは多層膜
からなる事を特徴とする位相シフトマスク。
【請求項６】前記請求項３において、エッチングストッ
パー層が、アルミナ、マグネシアスピネル、ジルコニ
ア、サイアロン、窒化珪素、酸化錫、タンタル、酸化タ
ンタル等からなることを特徴とする位相シフトマスク。