JPH07287387A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法

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JPH07287387A
JPH07287387A JP1712695A JP1712695A JPH07287387A JP H07287387 A JPH07287387 A JP H07287387A JP 1712695 A JP1712695 A JP 1712695A JP 1712695 A JP1712695 A JP 1712695A JP H07287387 A JPH07287387 A JP H07287387A
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    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
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    • G03F1/26Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハーフトーン型位相シフトマスクを用い感光
膜パターンを形成する際、非露光領域で感光膜の一定厚
さが露光し除去されるのを防止するために改良されたハ
ーフトーン型位相シフトマスクを提供すること。 【構成】 非露光領域には光遮断膜を形成し、露光領域
と非露光領域の境界面に位相シフト膜パターンを形成
し、その上部に光の透過率が5〜20%程度を有する光
透過性膜パターンを備えている。これにより、非露光領
域の感光膜パターンが、エッジ部分で薄くならないよう
になり、エッチングやイオン注入工程の際、下層の損傷
が防がれ素子の工程収率及び信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はハーフトーン型位相シフ
トマスク及びその製造方法に関し、特に露光領域と非露
光領域の境界部に位相シフト膜パターン及びハーフトー
ン光透過膜パターンを形成し、非露光領域には光遮断膜
パターンを備える微細コンタクトホール形成に有利なハ
ーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】最近、半導体装置の軽薄短小化の趨勢に
より配線間の距離が減少すると共に、階差が増加し、ト
ランジスタやキャパシター等のような単位素子の大きさ
も減少し、パターンの微細化が次第に加速されている。
【0003】一般的にパターン形成のための露光工程の
際に用いられる露光マスクは、石英基板にクロムやアル
ミニウム等で光遮断膜を塗布した後、イオンビームエッ
チングにより光遮断膜パターンを形成して作製される。
しかし、このような露光マスクでは光分解能以下の微細
パターンの形成が困難であり、現在用いられる通常の感
光液及び露光装備では0.5μm以下の微細パターンを
得ることが不可能である。
【0004】さらに、64Mディーラム以上の超高集積
素子等では0.4μm以下の微細パターンが要求され、
このような極微細パターンは高解像度の感光膜パターン
を得ることができる位相シフトマスクにより実現されて
いる。
【0005】前記位相シフトマスクは、露光マスクの光
遮断膜パターン等と共に光の位相を180゜反転させる
位相シフト膜を形成し、露光工程の際、ウェーハ上に照
射される光の振幅を一定に維持し、位相シフト膜を通過
した光と隣接パターンを通過した光との干渉による露光
効果が最小になるようにして感光膜パターンの解像度を
向上させる原理を用いたものである。
【0006】このような位相シフトマスクは入射する光
の波長λに対して屈折率nである位相シフト物質を光の
位相が160〜200°程度反転させる厚さに形成し、
感光膜に照射されるコントラスト(Contrast)比を大き
くした。例えば入射光がG−ライン又はI−ラインであ
り、位相シフト物質としてエス.オ.ジ.(spin ongla
ss : 以下SOG と称する)、酸化膜又は窒化膜等を用い
る場合に前記位相シフト物質を3400〜4000オン
グストローム程度の厚さで形成すれば良い。この位相シ
フトマスクを用いると、従来の感光膜及び露光装備を用
いて0.3μm以下の微細パターンも形成することがで
きる。
【0007】図1は、従来のハーフトーン型位相シフト
マスクの断面図で、透明基板、例えば石英基板(11)
上の非露光領域上にハーフトーン光透過膜(13)パタ
ーンと位相シフト膜(15)が形成されたものを示す。
したがって、前記ハーフトーン光透過膜(13)パター
ンと位相シフト膜(15)パターンのない領域が露光領
域になる。前記ハーフトーン光透過膜(13)パターン
は、クロム又は酸化アルミニウム等の光遮断物質による
膜で、入射する光の5〜20%ほどが透過するよう厚さ
を薄く塗布する。
【0008】前記のようなハーフトーン型位相シフトマ
スクを透過する光の強さは前記露光領域の中心部分で最
大であり、前記露光領域と非露光領域の境界面で強度が
0となり、また非露光領域でも入射する光の強さの5〜
20%程度になる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】よって、図1に示す従
来ハーフトーン型位相シフトマスクを用いてポジティブ
感光膜パターンを形成する場合、図2に示すように非露
光領域で感光膜の一定厚さが露光され現像工程を進める
際除去され段差が形成される。このように段差が発生し
た感光膜パターンをエッチング又はイオン注入マスクに
用いる場合、下部層に望まれていない損傷が発生した
り、甚だしくは断線し半導体素子の工程収率及び信頼性
を低下する問題点がある。
【0010】本発明は前記のような問題点を解決するた
め、露光領域と非露光領域の境界部に位相シフト膜パタ
ーン及びハーフトーン光透過膜パターンを積層し、非露
光領域には光遮断膜パターンを備えるようにして微細コ
ンタクトホール形成に有利なハーフトーン型位相シフト
マスク及び、その製造方法を提供することにその目的が
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するための本発明によるハーフトーン型位相シフトマス
クの特徴は、透明基板上の非露光領域には光遮断パター
ンが形成され、前記非露光領域と露光領域の境界部には
位相シフト膜パターンとハーフトーン光透過膜パターン
が積層され、露光領域は透明基板が露出するよう備えら
れるものである。
【0012】本発明の異なる目的を達成するための本発
明によるハーフトーン型位相シフトマスク製造方法の特
徴は、透明基板上に位相シフト膜とハーフトーン光透過
膜を順次形成する工程と、前記ハーフトーン光透過膜と
位相シフト膜で露光領域に予定した部分を順次取り除き
ハーフトーン光透過膜パターンと位相シフト膜パターン
を形成する工程と、前記構造の全表面にネガティブ感光
膜を塗布する工程と、前記感光膜の露光に必要なエネル
ギーより高いエネルギーで後面露光し前記露光領域と近
接したハーフトーン光透過膜部分の上側を覆う感光膜パ
ターンを形成する工程と、前記感光膜パターンをマスク
にして前記露出しているハーフトーン光透過膜パターン
と位相シフト膜パターンを順次取り除き、前記露光領域
と近接した部分だけに所定の幅でハーフトーン光透過膜
パターンと位相シフト膜パターンが残るようにする工程
と、前記構造の全表面に光遮断膜を塗布する工程と、前
記感光膜パターンとその上部の光遮断膜を除去する工程
を含む。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例によりハーフトーン型
位相シフトマスク及びその製造段階を添付図を参照して
詳しく説明する。
【0014】図3は、本発明によるハーフトーン型位相
シフトマスクの断面図であり、透明基板、例えば石英基
板(21)上の非露光領域に光遮断物質、例えばクロム
等でなる光遮断膜(24)パターンが形成され、露光領
域と非露光領域の境界部に位相シフト膜(25)パター
ン及びハーフトーン光透過膜(23)パターンを積層し
たものを示す。
【0015】前記位相シフト膜(25)は、例えばSO
G酸化膜または窒化膜等で形成する。前記ハーフトーン
型光透過膜(23)はクロム又は酸化アルミニウムで形
成するが、入射光の5〜20%が透過するよう所定厚
さ、例えば100〜150オングストローム程度に形成
する。
【0016】前記のハーフトーン型位相シフトマスクを
用いて露光すれば、非露光領域に対する露光効果が0に
なるので、感光膜パターンの一定厚さが露光により除去
されるのを防止して微細なコンタクトホールの形成を有
利にする。
【0017】前記のようなハーフトーン型位相シフトマ
スクの製造工程を図4乃至図9を参照し考察すれば次の
通りである。
【0018】まず、透明基板、例えば石英基板(21)
上に酸化膜や窒化膜、又は、SOG でなる位相シフト膜
(25)を形成した後、前記位相シフト膜(25)上に
所定厚さ、例えば光を5〜10%程度透過させる100
〜150オングストローム程度の厚さになるようクロム
や酸化アルミニウム等でハーフトーン光透過膜(25)
を形成する(図4参照)。
【0019】次に、露光領域の前記ハーフトーン光透過
膜(23)と位相シフト膜(25)を順次イオンビーム
でエッチングし、非露光領域にハーフトーン光透過膜
(23)パターンと位相シフト膜(25)パターンを形
成する。(図5参照)その後、前記構造の全表面に露光
領域がパターンになるネガティブ型感光膜(28)を塗
布した後、後面から前記感光膜(28)の露光に必要な
エネルギーより高いエネルギーの光で露光すれば、前記
光がクロム層(23)パターンのエッジ部分で回折され
前記ハーフトーン光透過膜(23)パターンエッジ部分
上の感光膜(28)が露光し、この感光膜(28)を現
像すれば、ハーフトーン光透過膜(23)パターンのエ
ッジ部分上側と露光領域を覆う感光膜(28)パターン
が形成される(図6参照)。
【0020】次に、前記感光膜(28)パターンが後続
エッチング工程で耐えられるようにするため130℃以
上の温度で熱処理し硬化させた後、前記感光膜(28)
パターンにより露出しているハーフトーン光透過膜(2
3)パターンと位相シフト膜(25)パターンを順次エ
ッチングし、露光領域と非露光領域の境界部に所定幅の
位相シフト膜(25)パターンとその上側のハーフトー
ン光透過膜(23)パターンが残るようにする(図7参
照)。
【0021】その後、前記構造の全表面に光遮断に充分
な厚さの光遮断膜(24)をクロムや酸化アルミニウム
で形成する(図8参照)。
【0022】その次に、前記感光膜(28)パターンを
用いてその上側の光遮断膜(24)をリフトオフ(lift
off)方法で取り除き、非露光領域に光遮断膜(24)
パターンを形成し、露光領域と非露光領域の境界部に位
相シフト膜(25)とハーフトーン光透過膜(23)パ
ターンが積層するハーフトーン型位相シフトマスクを形
成する(図9参照)。
【0023】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明によるハ
ーフトーン型位相シフトマスクによれば非露光領域に光
遮断膜パターンが形成され、露光領域と非露光領域の境
界部に位相シフト膜とハーフトーン光透過膜パターンが
積層され、非露光領域にオーバーラップする感光膜が全
然露光しないようになり感光膜に段差が発生しない。そ
の結果、このような感光膜パターンをエッチングやイオ
ン注入工程の際、マスクに用いると下層の損傷を防ぐこ
とができ、素子の工程収率及び信頼性が向上する利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの断面
図。
【図2】図1のハーフトーン型位相シフトマスクを用い
半導体基板上に感光膜パターンを形成した状態の断面
図。
【図3】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の断面図。
【図4】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造工程図。
【図5】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造工程図。
【図6】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造工程図。
【図7】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造工程図。
【図8】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造工程図。
【図9】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造工程図。
【符号の説明】
11,12…石英基板、13,23…ハーフトーン光透
過膜、15,25…位相シフト膜、17…半導体基板、
18,28…感光膜パターン、24…光遮断膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハーフトーン型位相反転マスクにおい
    て、 透明基板上の非露光領域には光遮断膜パターンが形成さ
    れ、 前記非露光領域と露光領域の境界部には、位相シフト膜
    パターンとハーフトーン光透過膜パターンが積層され、 露光領域は、前記透明基板が露出していることを特徴と
    するハーフトーン型位相シフトマスク。
  2. 【請求項2】 前記ハーフトーン光透過膜パターンが、
    クロムまたは酸化アルミニウムで形成されることを特徴
    とする請求項1記載のハーフトーン型位相シフトマス
    ク。
  3. 【請求項3】 前記ハーフトーン光透過膜パターンが、
    5−20%の光透過率を有するよう100−150オン
    グストローム程度の厚さで形成されることを特徴とする
    請求項1記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
  4. 【請求項4】 ハーフトーン型位相反転マスク製造方法
    において、 透明基板上に、位相シフト膜とハーフトーン光透過膜を
    順次形成する工程と、 予定された露光領域の前記ハーフトーン光透過膜と位相
    シフト膜を順次取り除きハーフトーン光透過膜パターン
    と位相シフト膜パターンを形成する工程と、 前記構造の全表面にネガティブ感光膜を塗布する工程
    と、 前記感光膜の露光に必要なエネルギーより高いエネルギ
    ーで後面露光し、現像工程を実施して前記露光領域と近
    接したハーフトーン光透過膜部分の上側を覆う感光膜パ
    ターンを形成する工程と、 前記感光膜パターンをマスクにして、前記露出している
    ハーフトーン光透過膜パターンと位相シフト膜パターン
    を順次取り除き、前記露光領域と近接した部分だけに所
    定の幅でハーフトーン光透過膜パターンと位相シフト膜
    パターンが残るようにする工程と、 前記構造の全表面に光遮断膜を塗布する工程と、 前記感光膜パターンとその上部に塗布された光遮断膜を
    除去する工程を含むハーフトーン型位相シフトマスクの
    製造方法。
  5. 【請求項5】 前記感光膜パターンを形成した後、前記
    感光膜パターンが後続エッチング工程で耐えられるよう
    130℃以上の温度で熱処理することを特徴とする請求
    項4記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方
    法。
  6. 【請求項6】 前記ハーフトーン光透過膜は、5−20
    %の光透過率を有するよう100−150オングストロ
    ーム程度の厚さ形成することを特徴とする請求項4記載
    のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
JP1712695A 1994-02-03 1995-02-03 ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法 Pending JPH07287387A (ja)

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