JPH0675358A - フォトマスクの製造方法 - Google Patents

フォトマスクの製造方法

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JPH0675358A
JPH0675358A JP22847592A JP22847592A JPH0675358A JP H0675358 A JPH0675358 A JP H0675358A JP 22847592 A JP22847592 A JP 22847592A JP 22847592 A JP22847592 A JP 22847592A JP H0675358 A JPH0675358 A JP H0675358A
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JP
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phase shifter
film
photomask
light
siloxane
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JP22847592A
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Toshio Ito
敏雄 伊東
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Oki Electric Industry Co Ltd
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐久性、耐薬品性、露光光に対する安定性に
優れた実用的な位相シフタを具えたフォトマスクを短い
工程で製造する方法を提供すること。 【構成】 透明基板10上にITO膜16を形成し、そ
の上にクロムパタ−ン12を形成する。この透明基板1
0上に、ポリ(シロキサン)10gとトリフェニルスル
ホニウムトリフルオロメタンスルホネ−ト50mgをM
IBK50mlに溶解濾過したシリコン樹脂組成物を回
転塗布し80℃で2分間ソフトべ−クして光透過膜30
を形成する。MEBES電子線露光機を用いて露光量1
0μC/cm2 で選択的に露光する。その後160℃で
5分間べ−クして露光部分32をSiO2 化し、その
後、メトキシベンゼンで現像して位相シフタ14を具え
たフォトマスクを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、位相シフタを具えた
フォトマスク(レチクルも含む)の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの高速化、高集積化に伴
い、フォトリソグラフィにおけるパタ−ンの高解像度化
は極めて重要な課題となっている。このため、露光装置
やレジスト材料、レジスト工程に対して、さまざまな改
良が加えられ高解像度化が図られている。これら改良の
中で、フォトマスクにより解像度を向上させる位相シフ
ト露光法に関する技術開発が進められている。この方法
は、フォトマスクを透過する光に位相差を与え、透過光
相互の干渉を利用して解像度の向上を図る方法である。
このようなフォトマスクの構造に関してはさまざまな提
案がなされている。いずれのものも基本的には、マスク
ブランクの上に、透過光の位相を変える働きを有する位
相シフタのパタ−ンのみを配置するか、若しくは、図2
に示す様にマスクブランク10の上にクロムパタ−ン1
2および位相シフタ14のパタ−ンを適当に配置するも
のである。
【0003】位相シフタの材料としては、露光光を透過
させることができるものであれば良い。従来の位相シフ
ト露光技術とそれに用いるフォトマスクの製造方法に関
する技術については、例えば、文献:「テクニカル・ダ
イジェスト[Technical Digest],1990,IEDM,p.821」に記
載されている。この文献によれば、位相シフト露光法に
用いる図2に示すフォトマスクの位相シフタは、図3を
参照して以下に説明するような工程で形成されていた。
但し、図3では図2に示した遮光膜の図示は省略してい
る。
【0004】先ず、マスクブランク10上に帯電防止層
16を形成し、この上にPMMAレジストを塗布してレ
ジスト膜18を形成する(図3の(A))。次に、この
レジスト膜18に対して電子線露光を行い、その後現像
してレジストパタ−ン20を形成する(図3の
(B))。そして、このレジストパタ−ン20をそのま
ま位相シフタとして用いる。
【0005】また、上記文献によれば、図2に示したフ
ォトマスクの位相シフタは図4を参照して以下に説明す
るような工程によっても製造されていた。但し、図4に
おいても遮光膜の図示は省略している。
【0006】先ず、マスクブランク10上に帯電防止層
16(但し、図2では図示せず)を形成し、この上にS
iO2 またはSiNの無機膜22を形成する。次に、無
機膜22の上にPMMAレジストを塗布してレジスト層
18を形成する(図4の(A))。次に、レジスト層1
8に対して電子線露光を行ってレジストパタ−ン20を
形成する(図4の(B))。レジストパタ−ン20をエ
ッチングマスクとして無機膜22をエッチングして無機
質のエッチングパタ−ン24を形成する。次に、レジス
トパタ−ン20を除去してこの無機膜のエッチングパタ
−ン24を位相シフタとしたフォトマスクを得る(図4
の(C))。
【0007】前者の方法はレジストパタ−ンをそのまま
位相シフタとして用いるので、フォトマスクを短い工程
で製造することができるという利点を有する。一方、後
者の方法は、無機膜のエッチングパタ−ンを位相シフタ
として用いるので、長期間の使用に耐える耐久性や、耐
薬品性を有する位相シフタが得られるという利点を有す
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の技術には若干の問題点が認められる。
【0009】先ず、PMMA等のレジストを位相シフタ
として用いる場合、位相シフタの耐久性が無機膜に比べ
て著しく劣る。また、このような位相シフタを具えたフ
ォトマスクには、フォトマスクの洗浄方法として標準的
である硫酸または過酸化水素水等による洗浄方法を用い
ることができない。さらに、この位相シフタを具えたフ
ォトマスクに対して、パタ−ンの微細化を図るため、K
rFエキシマレ−ザ等の短波長光源を用いた場合、光の
エネルギ−が高いため、長時間露光すると、位相シフタ
が損傷を受け、材質が変わってしまう。その結果、位相
シフタの光透過率が低下したり、位相シフタの屈折率が
変わってしまう等の問題が生じる。
【0010】一方、SiO2 やSiN等の無機膜を位相
シフタとして用いる場合は、レジストを位相シフタとし
て用いる場合の工程に加えて、SiO2 膜やSiN膜等
の無機膜を形成する工程と、レジストパタ−ンをエッチ
ングマスクとして無機膜をエッチングする工程と、レジ
ストを除去する工程が必要になり、製造工程が煩雑にな
る。また、これに伴って、例えばSiO2 膜の成膜装置
等の高価な装置が必要になり、全般的に製造コストが高
くなってしまう。
【0011】従って、この発明の目的は、以上に述べた
従来技術の問題点を解決し、耐久性、耐薬品性、露光光
に対する安定性に優れた実用的な位相シフタを具えたフ
ォトマスクを短い工程で製造する方法を提供することで
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段および作用】この目的を達
成するため、この発明の発明者は、位相シフタを形成す
る材料がレジストと同様に電子線等の放射線でパタ−ン
ニングが可能で、後に簡便な操作でSiO2 ネットワ−
クに変換できる特性を有していれば良いと考えた。
【0013】そこで先ず、本発明に用いる位相シフタ形
成用材料について説明する。下記の式(2)に示すよう
なSiO2 ネットワ−クに着目し、これが処理後の最終
的な形になることを考えた。この2次元的な構造からS
i−Oの繰り返し単位を切り取って得られる下記の式
(3)に示すような1次元構造を、式(2)に示すSi
2 ネットワ−クの前駆体と考え、これを、位相シフタ
形成用材料と考えた。
【0014】
【化2】
【0015】処理後に式(2)に示すようなSiO2
ットワ−クまたはこれに近い構造を得るためには、式
(2)に示した前駆体のSi−O鎖の側鎖は、式(3)
に示す様にO−Hであることが理想である。
【0016】しかし、本来シラノ−ルよりもシロキサン
の方が平衡論的に生成し易い。このため、シロキサンに
起因するゲル化を生じさせずに式(4)に示す構造を前
駆体として単離することは困難である。
【0017】従って、通常の保管条件下で溶液状態での
安定性や、使用にあたって溶剤に溶解して塗布溶液を調
整する際の容易さも考慮すると、式(4)に示した構造
を前駆体とすることは必ずしも好ましくない。
【0018】そこで、この発明に係る発明者は、酸の作
用で切断可能な保護基Rによって、シラノ−ル末端およ
び側鎖をSi−O−Rの形で保護し、ゲル化を防ぐこと
にした。そのために、酸の作用で切断可能なC−O結合
を有する線状ポリ(シロキサン)を前駆体とした。
【0019】従って、この発明によれば、位相シフタを
具えたフォトマスクを製造するにあたり、位相シフタ
が、この位相シフタ形成用薄膜として、酸の作用で切断
可能なC−O結合を有するポリ(シロキサン)と放射線
感応性酸発生物質とを含むシリコン樹脂組成物からなる
光透過膜を用い、該光透過膜に対して選択的に露光を行
い、露光済の該光透過膜を加熱処理し、加熱処理済の該
光透過膜を現像する工程を含むことを特徴とする。
【0020】ここで、この発明において、位相シフタを
具えたフォトマスクは、遮蔽膜を有する場合と、シフタ
のみの場合のいずれの場合も含む。さらに、フォトマス
クには帯電防止膜を設けても良い。
【0021】また、この発明に用いるポリ(シロキサ
ン)の分子量は、位相シフタ形成用薄膜である光透過膜
の形成が可能な範囲であれば良い。具体的には、この分
子量が小さ過ぎると光透過膜の形成が困難となり、逆に
大き過ぎると光透過膜形成用の塗布溶液の調整が困難と
なる。さらに、光透過膜をパタ−ニングして位相シフタ
を得る時の解像度を考慮すると、ポリ(シロキサン)の
分子量は1,000 〜1,000,000 の範囲とするのが良い。
【0022】次に、前駆体(ポリ(シロキサン))をS
iO2 ネットワ−クに変換する方法について述べる。式
(5)および(6)に示す変換反応を可能にするには、
酸触媒を利用すれば良い。この発明では、上述の前駆体
に放射線感応性の酸発生物質を添加してシリコン樹脂組
成物とし、このシリコン樹脂組成物に電子線等の放射線
を照射することによって酸を発生させる。さらに、変換
反応を加速させるために適当な温度にシリコン樹脂組成
物を加熱する。このシリコン樹脂組成物の、放射線が照
射された部分では上述の変換反応によってSiO2 ネッ
トワ−クまたはこれに近い構造が形成される。
【0023】放射線感応性酸発生物質としては、例えば
下記の式(I)、(II)に示すヨ−ドニウム塩、下記
の式(III)、(IV)に示すスルホニウム塩、下記
の式(V)に示すp−トルエンスルホナ−ト、下記の式
(VI)に示すトリクロロメチル置換トリアジン、下記
の式(VII)に示すトリクロメチル置換ベンゼン等を
用いることができる。
【0024】
【化3】
【0025】但し、式(I)〜(IV)中のXは、例え
ば、BF4 、AsF6 ,SbF6 ,ClO4 ,CF3
3 を表し、式(V)中のRは、例えば、下記の式
(A)、(B)で示される基を表し、式(VI)中のR
は、例えば、CCl3 、または下記の式(C)(D)
(E)(F)または(G)で示される式を表し、また、
式(VII)中のR1 は、例えば、ClまたはHであ
り、かつR2 は、例えば、ClまたはCCl3 を表して
いる。
【0026】
【化4】
【0027】これらの酸発生物質は、市販されているも
のを用いても良いし、またはジェイ・ブイ・クリベロ
(J.V.Crivello)等による方法、例えば[ジャ−ナル・オ
ブ・ポリマ−・サイエンス、ポリマ−・ケミストリ−・
エディション(J.Plomer Sci.,Polymer Chem.Ed.),18,26
77(1980)]や[ジャ−ナル・オブ・ポリマ−・サイエン
ス、ポリマ−・ケミストリ−・エディション(J.Plomer
Sci.,Polymer Chem.Ed.),22,69(1984)]の記載に従って
合成することもできる。これらの酸発生剤は、用いるポ
リ(シロキサン)の重量に対し0.01%以上含まれて
いれば良い。この値よりも酸発生剤の含有量が少ない
と、シリコン樹脂組成物の放射線に対する感度が低くな
り、シリコン樹脂組成物を硬化させることが困難にな
る。
【0028】また、この発明の実施にあたり、上述の前
駆体は下記の式(1a)〜(1f)で表されるポリ(シ
ロキサン)から選択される1つまたは複数のものである
のが良い。
【0029】
【化5】
【0030】但し、式(1a)〜(1f)中のl、m、
nは重合度を表し、R1 、R2 各々は、例えばt−ブチ
ル基のような第3級アルキル基、例えばα−フェネチル
基のような1−アルキルフェニル基、例えばα−メチル
−α−フェネチル基のような1,1−ジアルキルフェニ
ル基、およびt−ブトキシカルボニル基から選択される
ものである。尚、R1 とR2 とは同じものでも違うもの
でも良い。
【0031】これらの保護基は、式(5)に示すような
反応で脱離させることができる。さらに平衡論的にシロ
キサンが生成し易いことを利用して下記の式(6)に示
す様にシラノ−ルが縮合することにより、SiO2 ネッ
トワ−クまたはこれに近い構造を形成することができ
る。
【0032】
【化6】
【0033】前駆体として用いる式(1a)〜(1f)
に示す線状ポリ(シロキサン)は、ジアセトキシジ−t
−ブトキシシランを加水分解し、次いで、シラノ−ル末
端および側鎖の一部分をt−ブトキシカルボニル基等の
保護基で封鎖することによって得られる。
【0034】この場合、例えば、酸性の条件下では、側
鎖のt−ブトキシ基の一部がO−H基に変わりシラノ−
ルが形成されるので、加水分解後にシラノ−ル末端だけ
ではなく側鎖の一部もt−ブトキシカルボニル化され
る。末端および側鎖がt−ブトキシ基であっても、t−
ブトキシカルボニル基であっても、後にSiO2 ネット
ワ−クを形成する時に本質的な差はない。また、側鎖の
t−ブトキシカルボニル化が不完全でシラノ−ルが残っ
ていても溶液中での安定性が確保できれば良い。そのた
めには、側鎖置換基中に占めるシラノ−ルの割合は50
%以下であることが好ましい。即ち、式(1c)および
(1f)の場合、l/(l+m+n)≦0.5を満たす
ことが望ましい。
【0035】
【実施例】以下、この発明の位相シフタの材料の合成
例、合成した材料の評価例、および、この発明のフォト
マスクの製造方法の一実施例についてそれぞれ説明す
る。尚、以下に説明する実施例中の使用材料および材料
の使用量、処理時間、温度、膜厚等の数値条件は、単な
る好適例にすぎない。従って、この発明はこの合成例
や、実施例の条件にのみ限定されるものではない。
【0036】1.材料の合成例 以下、位相シフタの材料として、式(1b)に示すポリ
(シロキサン)の合成方法を説明する。
【0037】先ず、ジアセトキシ−ジ−t−ブトキシシ
ラン5.8g(20mmol)をTHF(テトラヒドロ
フラン)100mlに溶解し、0℃に冷却する。これに
トリエチルアミン0.21g、水3.6mlを加える。
室温で1時間攪拌した後、80℃まで昇温し、12時間
反応させる。冷却後、THF100mlを加えて希釈
し、硫酸マグネシウムを加えて乾燥した後、セライトに
通して濾過する。これにカリウムt−ブトキシド2.2
4g、ジ−t−ジブチルカ−ボネ−ト4.36gを加え
る。室温で2時間反応させた後、反応混合物を氷水中に
投入し、これを酢酸エチルで抽出する。抽出液を50m
l程度までに濃縮し、これを冷メタノ−ル中に滴下す
る。生じた沈殿を濾過し、真空乾燥機で一夜乾燥する
と、3.2gのポリマが得られた。
【0038】NMRで測定したところ、重CDCl
3 中、t−ブチル基に由来するピ−クがδ1.1および
1.3に観測され両者の強度比は90:10であった。
IRの吸光度を測定したところ、1150cm-1にシロ
キサンに基づく強い吸収と1360、1390cm-1
t−ブチル基のC−C結合に基づく吸収が観測された。
しかし、3300cm-1付近にシラノ−ルのO−H結合
に基づく吸収は観測されなかった。GPCによる分子量
測定の結果はMw34,000、Mw/Mn1.6であ
った。
【0039】2.材料の評価 上述した合成例で得たポリ(シロキサン)10gとトリ
フェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネ−ト
(式(III)中、XがCF3 SO3 であるもの)50
mgをMIBK(メチルイソブチルケトン)50mlに
溶解する。この溶液を0.2μmメンブレンフィルタで
濾過して試料とする。この試料をシリコン基板上に回転
塗布した後、ホットプレ−ト上で80℃で1分間ソフト
べ−クを行って0.70μm厚のポリマ層を形成する。
このポリマ層に対してEB露光機(ELS3300,エ
リオニクス社製)を用いて、露光量を10μC/cm-1
で1mm角のパタ−ンを露光した後、ホットプレ−ト上
で160℃で10分間べ−クを行う。露光後、ポリマ層
をアニソ−ル(メトキシベンゼン)で現像してパタ−ン
を作る。得られたパタ−ンのIRを測定したところ、1
100cm-1以外には大きな吸収は無く、ほぼSiO2
化していることが確認された。
【0040】また、このパタ−ンの屈折率を日立製T5
000型膜厚計(ハロゲンランプ)を用いて測定したと
ころ、屈折率は1.38であった。熱酸化膜の屈折率が
1.43であることから、通常の酸化膜に近い構造が形
成されていると考えられる。
【0041】また、このパタ−ンはアセトン、DMF、
アルコ−ル等の有機溶剤には全く溶解しなかった。水、
硫酸、過酸化水素水中で加熱しても全く侵されなかっ
た。さらに、これを450℃で2時間べ−クした後もパ
タ−ンにクラック等の発生は全く認められなかった。従
って、パタ−ンは、耐薬品性を有していることが分かっ
た。
【0042】上述したポリマ層を石英基板上に形成し、
紫外スペクトルを測定した。ステッパの露光波長である
436nm,365nm(水銀ランプ),248nm
(KrFエキシマレ−ザ)に対する透過率はそれぞれ1
00%、98%であった。また、この試料に対してKr
Fエキシマレ−ザ(Lambda Phisyk 社製)を100mJ
/cm2 pulseで2時間照射した後、このポリマ層
の248nmにおける透過率を測定したところ、透過率
は照射前と変わらなかった。従って、このポリマ層は、
位相シフタとして用いた場合、露光光に対して十分な透
過性と光安定性を有していることが分かった。
【0043】3.フォトマスクの製造例 以下、図面を参照して、上述の合成例で得たポリ(シロ
キサン)を用いたフォトマスクの製造方法について説明
する。尚、以下に参照する図は、この発明が理解できる
程度に構成成分の大きさ、形状、および配置関係を概略
的に示してあるにすぎない。従って、この発明はこの実
施例にのみ限定されるものではない。
【0044】図1の(A)〜(D)は、この発明のフォ
トマスクの製造方法の一実施例を示す工程図である。各
図は、工程の主要段階で得られる構造体の断面を概略的
に示している。
【0045】合成例で得たポリ(シロキサン)10gと
放射線感応性酸発生剤としてトリフェニルスルホニウム
トリフルオロメタンスルホネ−ト50mgをMIBK5
0mlに溶解する。この溶液を0.2μmメンブレンフ
ィルタで濾過してシリコン樹脂組成物とする。石英マス
クブランク10としての透明基板10上に帯電防止層1
6としてITO膜16を形成し、その上に位置決め用お
よび種々の線幅の等間隔ラインアンドスペ−スクロムパ
タ−ン12を形成する(図1の(A))。
【0046】クロムパタ−ン12を形成した石英マスク
10上に、シリコン樹脂組成物を回転塗布し、80℃で
2分間ソフトべ−クして0.70μm厚の光透過膜30
を形成する(図1の(B))。
【0047】次に、光透過膜30に対して、MEBES
電子線露光機(Perkin Elmer社製)を用いて露光量10
μC/cm2 で等間隔ラインアンドスペ−スクロムパタ
−ンのスペ−ス部分を一本おきに選択的に露光する(図
1の(C))。
【0048】その後160℃で5分間べ−クして光透過
膜30の露光部分32にSiO2 ネットワ−クを形成す
る。次に、スプレ−現像機を用いてアニソ−ルで30秒
間現像し、キシレンで30秒間リンスする。次に、この
光透過膜32を100℃に熱した硫酸または過酸化水素
水中で30分間処理する。処理後、純水で10分間濯
ぐ。これをオ−ブン中で、100℃で60分間乾燥して
位相シフタ14を具えたフォトマスクを得る。得られた
フォトマスクを光測長機で観察した結果、図1の(D)
に示すようなマスクができていることを確認することが
できた。
【0049】上述した実施例では、この発明を、特定の
材料を使用し、また、特定の条件で形成した例につき説
明したが、この発明は多くの変更および変形を行うこと
ができる。例えば、上述した実施例では、光透過膜に対
して電子ビ−ム露光を行ったが、この発明では、X線や
イオンビ−ムや光を照射しても良い。また、上述した実
施例では、遮光膜としてクロムパタ−ンを形成したが、
この発明では、遮光膜は設けても無くても良い。
【0050】また、上述の実施例では、保護基がt−ブ
チル基およびt−ブトキシカルボニル基である例につい
て説明した。しかし、保護基が他の第3級アルキル基、
1−アルキルフェネチル基、または1,1−ジアルキル
フェネチル基の場合であっても同様な効果が得られる。
【0051】また、放射線感応性酸発生剤は実施例で用
いた以外の好適なもの、例えば上記の各例示のものとし
た場合も、上述の実施例と同様の効果を得ることができ
る。
【0052】
【発明の効果】この発明の位相シフタを具えたフォトマ
スクの製造方法によれば、レジストパタ−ンを位相シフ
タとして用いる場合と同じ工程によって、無機物からな
る位相シフタを形成することができる。即ち、耐久性、
耐薬品性、露光光に対する耐光性において優れた実用的
なマスクが極めて簡単な工程で製造できる。従って、工
程の短縮により、歩留の向上、製造コストの大幅な低減
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)は、この発明の位相シフタを具
えたフォトマスクの製造方法の説明に供する工程図であ
る。
【図2】従来の位相シフタを具えたフォトマスクの断面
図である。
【図3】従来の位相シフタを具えたフォトマスクの製造
方法の説明に供する工程図である。
【図4】従来の位相シフタを具えたフォトマスクの製造
方法の説明に供する工程図である。
【符号の説明】
10:マスクパタ−ン 12:クロムパタ−ン 14:位相シフタ 16:帯電防止層 30:光透過膜 32:露光部分

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相シフタを具えたフォトマスクを製造
    するにあたり、 位相シフタが、位相シフタ形成用薄膜として、酸の作用
    で切断可能なC−O結合を有するポリ(シロキサン)と
    放射線感応性酸発生物質とを含むシリコン樹脂組成物か
    らなる光透過膜を用い、 該光透過膜に対して選択的に露光を行い、 露光済の該光透過膜を加熱処理し、 加熱処理済の該光透過膜を現像して形成される工程を含
    むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のポリ(シロキサン)が
    下記の式(1a)〜(1f)で表されるポリ(シロキサ
    ン)から選択される1つまたは複数のものであることを
    特徴とするフォトマスクの製造方法。但し、式(1a)
    〜(1f)中のl、m、nは重合度を表し、R1 、R2
    各々は第3級アルキル基、1−アルキルフェニル基、
    1,1−ジアルキルフェニル基、およびt−ブトキシカ
    ルボニル基から選択されるものである。尚、R1 とR2
    とは同じものでも違うものでも良い。 【化1】
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