JPH08328238A - 半導体製造用位相反転マスク及びその製造方法 - Google Patents

半導体製造用位相反転マスク及びその製造方法

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JPH08328238A
JPH08328238A JP11757296A JP11757296A JPH08328238A JP H08328238 A JPH08328238 A JP H08328238A JP 11757296 A JP11757296 A JP 11757296A JP 11757296 A JP11757296 A JP 11757296A JP H08328238 A JPH08328238 A JP H08328238A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】透過性基板の損傷を減らして簡単に位相遷移層
を形成し、高集積度の半導体製造に適用し得る半導体製
造用位相反転マスク及びその製造方法を提供しようとす
るものである。 【解決手段】透過性基板上に無機質の遮光層が形成さ
れ、該遮光層上に該遮光層よりもやや大きい幅を有した
位相遷移層が形成される半導体製造用位相反転マスク及
びその製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子を製造する
とき用いるリム（Ｒｉｍ）形の位相遷移マスクに係るも
ので、詳しくは、透過性基板の損傷を減らし、正確且つ
簡単に位相遷移層を形成して、高集積の半導体素子製造
に適用し得る位相反転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】近来、半導体素子の軽薄化並びに高集積
化に伴い、半導体を製造する場合、露光装置により写真
石版術（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を施行す
る工程で、直接、分解能を向上する研究が活発に行われ
ている。即ち、露光装置自体は改良せずに、マスクのみ
を改良して写真石版術の分解能を向上し得る研究であっ
て、露光装置からの露光に位相遷移を施して、高解像度
を図り得る位相反転マスクの製造が行われている。該位
相反転マスクとしては、交代形（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎ
ｇ）、リム形（ｒｉｍ）、及び減衰形（ａｔｔｅｎｕａ
ｔｉｎｇ）の三つの形態が公知され、それら位相反転マ
スクは従来透過性の基板上に遮光層のみを形成していた
態様を改良し、該遮光層上面に位相遷移物質層を追加形
成する技術である。
【０００３】又、該位相反転マスクは、基板上の遮光層
に位相遷移物質層を形成し、１００％の透過率を有する
透過性基板を透過した露光に１８０°の位相差を与える
ようにしたものであって、前記交代形及びリム形の位相
反転マスクは、遮光層を境界とし透過領域及び位相遷移
物質領域を夫々適宜に形成したものである。特に、該リ
ム形位相反転マスクにおいては、遮光層よりもやや大き
い位相遷移物質を該遮光層上に形成している。更に、前
記減衰形位相反転マスクは、基板上に遮光層を形成せ
ず、露光の透過領域と該透過領域よりも低い透過率の位
相遷移物質層とを形成し、該透過領域を除いた全ての領
域を位相遷移物質層に利用するものである。このような
位相反転マスクは、半導体素子の製造工程中基板の汚染
並びに、焦点鏡（ｒｅｔｉｃｌｅ）の設計等に多い問題
点を有しているので、その実用化が遅れ、特に、リム形
位相反転マスクの実用化が遅延されている。
【０００４】そして、従来リム形位相反転マスクの製造
方法に対し、図８（Ａ）（Ｂ）を用いて説明すると次の
ようであった。先ず、透過性基板１の上面にクロームの
遮光層２が成層され、該遮光層２上面に位相遷移層３、
例えば透過性感光膜のＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ−ｍｅｔｈｙ
１−ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）層が所定厚さＴを有す
るようにコーティングされる。次いで、該位相遷移層３
上面に所定パターンの感光膜４が形成され、該感光膜４
によりマスキングされない領域の位相遷移層３が食刻除
去される。次いで、感光膜４が除去され、前記位相遷移
層３によりマスキングされない領域の遮光層２が湿式食
刻されるが、この場合、アンダカット（ｕｎｄｅｒ ｃ
ｕｔ）される遮光層２の上方部位が位相遷移層３の幅よ
りも小さく形成されて、該位相遷移層３の両方側縁部位
に夫々所定幅ｗの羽部が基板１上面と平行に突成され
る。従って、それら位相遷移層３の羽部及び基板１を順
次透過した光と、前記基板１のみを透過した光と、は互
いに１８０°の位相差を有して反転されるようになる。
【０００５】又、従来リム形位相遷移マスクの他の製造
方法に対し、図９（Ａ）−（Ｄ）を用いて説明すると次
のようであった。先ず、透過性基板１１上面にクローム
の遮光層１２が成層される。次いで、該遮光層１２上面
に所定パターンの感光膜１４が形成され、該感光膜１４
によりマスキングされない領域の遮光層１２が食刻され
る。次いで、該感光膜１４が除去され、残りの前記遮光
層１２及び基板１１の上面に位相遷移層１５、例えばＰ
ＭＭＡ（ｐｏｌｙ−ｍｅｔｈｙ１−ｍｅｔｈａｃｒｙｌ
ａｔｅ）の層がコーティングされる。次いで、該基板１
１の下面から上面向けに露光装置（図示されず）から電
子ビームを露光させ、該基板１１上の遮光層１２上の位
相遷移層１５領域のみを残し、その他の位相遷移層１５
は全て除去する。この場合、形成される位相遷移層１５
の厚さＴは、位相遷移を行い得る程の厚さに形成され
る。次いで、該位相遷移層１５によりマスキングされな
い領域の遮光層１２は湿式食刻され、該遮光層１２がア
ンダカットされて該遮光層１２の上部が位相遷移層１５
よりも小さく形成され、該位相遷移層１５の両方側縁部
位に夫々所定幅Ｗの羽部が形成される。従って、それら
位相遷移層１５の羽部及び基板１１を順次透過した光
と、前記基板１１だけを透過した光とは、相互１８０°
の位相差を有して反転されるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来位相反転マスク及びその製造方法においては、透過性
基板上にクロームの遮光層を形成するため、該クローム
の遮光層を選択的に食刻するとき、該クロームにより透
過性基板の表面が損傷されるという不都合な点があっ
た。
【０００７】且つ、透過性基板上の遮光層上面に所定厚
さの位相遷移層を該遮光層よりもやや大きい幅を有する
ように形成すべきであるが、該遮光層を良好に形成する
ことが難しく、集積度の高い半導体製造用には適用し得
ないという不都合な点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、透過性
基板の損傷を減らし、正確且つ簡単に位相遷移層を形成
して、高い集積度の半導体製造に適用し得る半導体素子
製造用位相反転マスク及びその製造方法を提供しようと
するものである。
【０００９】そして、このような本発明の目的は、透過
性基板上に無機質の遮光層を形成し、該遮光層上に該遮
光層よりもやや大きい幅を有した位相遷移層を形成する
半導体製造用位相反転マスク及びその製造方法を提供す
ることにより達成される。
【００１０】
【作用】半導体製造の写真石版術工程で、露光装置に適
用するとき、光源からの光が各レンズを通って位相反転
マスクを経た後半導体基板上に露光されるが、この場
合、該位相反転マスクの基板のみを透過する光と、該位
相反転マスクの位相遷移層の両方側部位を通過する光と
は、相互所定位相差に反転され、写真石版術の分解能が
向上され高解像度が図られる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例に対し図面を用いて説
明する。図１に示したように、本発明に係る半導体素子
製造用位相反転マスクにおいては、透過性の基板２１
と、該透過性の基板２１上に形成された銀を含むＧｅ−
Ｓｅ系無機質感光膜の遮光層２４と、該遮光層２４上面
に形成された有機質感光膜の位相遷移層２５と、を備え
ている。且つ、前記遮光層２４は、前記位相遷移層２５
よりもやや小さく形成され該位相遷移層２５の両方側縁
部位は前記基板２１と平行に所定幅Ｗだけ突成されて羽
部が形成され、それら位相遷移層２５の羽部及び基板２
１を順次透過した光と、基板２１のみを透過した光とは
相互１８０°の位相差を有して反転されるように該位相
遷移層２５の厚さは所定厚さＴを有している。
【００１２】そして、このような本発明に係る半導体素
子製造用位相反転マスクの製造方法を説明すると次のよ
うである。先ず、図２に示したように、透過性の基板２
１上面にＰＥＣＶＤ方法又はスパッタリング方法により
透過性無機質の感光膜２２、例えば、ＧｅX Ｓｅ
X-1 （但し、Ｘは０．１−０．３である）の感光膜、好
ましくは、Ｇｅ0.1 Ｓｅ0.9 の感光膜が２０００ー６０
００Åの厚さに積層される。次いで、該透過性無機質の
感光膜２２上面に銀Ａｇを含む溶液、例えばＡｇＮ
Ｏ3 、ＡｇＣｌ又はＫＡｇ（ＣＮ）2 の溶液が浸せき
（ｄｉｐｐｉｎｇ）され、Ａｇ2 Ｓｅ層２３が５０ー３
００Åの厚さに形成される。次いで、前記感光膜２２の
所定領域を遮光層に利用するため、前記Ａｇ2 Ｓｅ層２
３上面所定部位に、露光装置（図示されず）により電子
ビーム又は紫外線若しくはＸ線を露光させ、該Ａｇ2 Ｓ
ｅ層２３から前記感光膜２２内に銀Ａｇを集中的に浸せ
き拡散させ、図２（Ｂ）に示したように、該露光された
領域の感光膜２２を銀Ａｇの浸せきされた遮光層２４に
変化させる。この場合、前記露光装置からの光が露光さ
れない領域は、前記Ａｇ2 Ｓｅ層２３からの銀Ａｇが前
記感光膜２２内に拡散されないため、露光以前の状態に
そのまま維持される。
【００１３】次いで、図２（ｃ）に示したように、露光
装置により露光されない領域のＡｇ2 Ｓｅ層２３をＨＮ
Ｏ3 −ＨＣｌ−Ｈ2 Ｏの溶液にて除去し、図２（Ｄ）に
示したように、それら感光膜２２及び遮光層２４上面に
位相遷移層２５、例えば、ＰＭＭＡ層をコーティングす
る。このとき、前記遮光層２４上の位相遷移層２５の厚
さは前記感光膜２２上の位相遷移層２５の厚さよりも薄
く形成され、該感光膜２２上の位相遷移層２５の厚さが
位相遷移を行い得る所定厚さＴになる。次いで、遮光層
２４のパターンよりもおおきいパターンの位相遷移層２
５を形成するため、感光膜２２上の位相遷移層２５に前
記露光装置から電子ビームを選択的に露光させ、該露光
された領域の位相遷移層２５をアルカリ現像溶液にて除
去し、経続して感光膜２２を除去すると、図２（Ｅ）に
示したように、殆ど垂直状の遮光層２４上面に所定厚さ
Ｔを有する位相遷移層２５が形成され、該位相遷移層２
５の両方側線部位に所定幅Ｗをゆうする羽部が夫々基板
１１上面と平行に突成される。
【００１４】このように製造された本発明に係る半導体
素子製造用位相反転マスクの作用に対し図面を用いて説
明すうと次のようである。図３に示したように、本発明
に係る位相反転マスクを半導体素子の製造中写真石版術
工程で露光装置に適用する場合、光源（図示されず）か
らの光はレンズ３１、集束レンズ３２及び本発明に係る
位相反転マスク３３夫々通った後、縮小レンズ３４を経
て感光膜３５のコーティングされた半導体基板上に露光
されるが、このとき、前記位相反転マスク３３上に形成
された各領域により所定の位相及び振幅を有する光とし
て前記半導体の感光膜３５に入射される。即ち、該位相
反転マスク３３上に形成された各領域を通過する光はそ
れら領域により相異な位相を有するようになるが、図４
に示したように、該位相反転マスク３３の基板２１のみ
を通過する光は位相φ１を有し、基板２１及び位相遷移
層２５の羽部を順次通過する光は位相φ２を有する。
【００１５】且つ、該位相反転マスク３３の遮光層２４
は、図５に示したように、３６５ｎｍの波長を有した紫
外線ｉ−ｌｉｎｅ波長以下の短波長に対し０の透過率を
表すため、ｉ−ｌｉｎｅ波長以下の短波長光を効率的に
遮光する。又、それら位相φ１及び位相φ２の差異は、
位相遷移層２５の厚さが位相反転をおこすための厚さＴ
を有するとき、次の式が成立される。
【００１６】φ１ーφ２＝λ／（２ｎー１）＝１８０° 但し、λは光の波長、ｎは位相遷移層２５の屈折率を夫
々示す。
【００１７】そこで、図６に示したように、位相φ１を
有する光は陽の値の振幅を有し、位相φ２を有する光は
前記φ１と同様な値の陰の値の振幅を有する。
【００１８】更に、光が前記縮小レンズ３４を経て半導
体の感光膜３５上に露光される場合、図７に示したよう
に、位相φ１の光は陽の値の振幅を有するが該陽の値の
振幅が位相遷移層２５の縁部位に近くなるにつれて０に
減少される。一方、位相φ２の光は陰の値の振幅を有す
るが該陰の値の振幅が位相遷移層２５の縁部位に近くな
るにつれて０に減少される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体製造用位相反転マスク及びその製造方法においては、
位相反転マスクの基板上に銀を含む無機質感光膜の遮光
層を形成し、該遮光層上に該遮光層よりもやや広い幅の
透過性有機質感光膜の位相遷移層を形成しているため、
製造の際、基板と遮光層間の熱的変形を減らして従来ク
ロームの遮光層を食刻する場合に生じた基板の損傷を防
止し得るという効果がある。
【００２０】且つ、無機質感光膜に銀Ａｇを含む溶液を
ドーピングし、遮光層として利用すべき領域に該銀Ａｇ
を浸せきし、該銀Ａｇの浸せきされない無機質感光膜を
食刻除去するようになっているため、良好な垂直状の遮
光層を得ると共に基板の損傷を防止し得るという効果が
ある。
【００２１】又、遮光層に利用する無機質感光膜領域に
銀Ａｇを浸せきしているため、紫外線のｉ−ｌｉｎｅ以
下の短波長光を効率的に遮断し、半導体素子の集積度を
高度化し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明係る位相反転マスクの構造を示した縦断
面図である。
【図２】（Ａ）−（Ｅ）、本発明に係る位相反転マスク
の製造方法を示した工程図である。
【図３】本発明に係る位相反転マスクを用い半導体を製
造するときの露光状態概略表示図でる。
【図４】本発明に係る位相反転マスクを示した図３の一
部拡大図である。
【図５】本発明に係る遮光層の光波長に対する透過率表
示グラフである。
【図６】本発明に係る位相反転マスクを通過した光の振
幅表示グラフである。
【図７】（Ａ）−（Ｂ）、本発明の位相反転マスクを通
過した露光が露光装置の縮小レンズを通過した時の光の
振幅及び強さ表示グラフである。
【図８】（Ａ）（Ｂ）、従来位相反転マスクの製造方法
を示した工程図である。
【図９】（Ａ）−（Ｄ）、従来位相反転マスクの他の製
造方法表示工程図である。
【符号の説明】
１、１１、２１：基板 ２、１２、２４：遮光層 ３、１５、２５：位相遷移層 ４、１４、２２：感光膜 ２３：Ａｇ2 Ｓｅ層 ３１：レンズ ３２：集束レンズ ３３：位相反転マスク ３４：縮小レンズ ３５：半導体感光膜 ３６：半導体基板

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体製造用位相反転マスク及びその製造
    方法であって、 透過性の基板と、該透過性基板上に形成された無機質の
    遮光層と、該遮光層上に該遮光層よりもやや大きい幅を
    有して形成された位相遷移層と、を備えた位相反転マス
    ク。
  2. 【請求項２】前記位相遷移層の厚さは、前記遮光層上面
    に接した部位の厚さと、該遮光層に接しない両方側部位
    の厚さとが、夫々異なる請求項１記載の位相反転マス
    ク。
  3. 【請求項３】前記位相遷移層の厚さは、前記遮光層上面
    に接した部位の厚さが該遮光層に接しない両方側部位の
    厚さよりもやや薄く形成される請求項２記載の位相反転
    マスク。
  4. 【請求項４】前記位相遷移層は、前記基板上面から前記
    遮光層に接しない該位相遷移層の両方側部位下面までの
    高さが、前記基板上面から前記遮光層に接する位相遷移
    層下面までの高さよりも、やや低く形成される請求項１
    記載の位相反転マスク。
  5. 【請求項５】前記位相遷移層の遮光層上面に接しない部
    位の厚さは、位相反転を行い得る厚さである請求項２記
    載の位相反転マスク。
  6. 【請求項６】前記遮光層は、銀Ａｇを含むＧｅ−Ｓｅ系
    無機質感光膜である請求項１記載の位相反転マスク。
  7. 【請求項７】前記遮光層は、紫外線のＩラインの波長以
    下の波長を有する光を遮断する請求項１記載の位相反転
    マスク。
  8. 【請求項８】前記位相遷移層は、有機質のＰＭＭＡ感光
    膜である請求項１記載の位相反転マスク。
  9. 【請求項９】半導体製造用位相反転マスクを製造する方
    法であって、 透過性基板上に無機質感光膜を形成する段階と、該所定
    成分の浸せきされた無機質感光膜上に位相遷移層を形成
    する段階と、該無機質感光膜の所定部位に所定成分を浸
    せきする段階と、該位相遷移層をマスクとし前記所定成
    分の浸せきされた部位を除いた全ての無機質感光膜を除
    去する段階と、を順次行う位相反転マスクの製造方法。
  10. 【請求項１０】前記無機質感光膜を形成するときは、Ｇ
    ｅ−Ｓｅ系無機質感光膜を形成する請求項９記載の位相
    反転マスク製造方法。
  11. 【請求項１１】前記所定成分の浸せきは、銀Ａｇの浸せ
    きである請求項９記載の位相反転マスク製造方法。
  12. 【請求項１２】前記無機質感光膜の所定部位に所定成分
    を浸せきする段階は、前記無機質感光膜上に銀Ａｇを含
    む溶液を浸せきし、該銀Ａｇの浸せきされた無機質感光
    膜中遮光層に利用すべき部位を露光装置により露光さ
    せ、銀Ａｇを集中的に浸せき拡散して遮光層に変化させ
    る請求項９記載の位相反転マスク製造方法。
  13. 【請求項１３】前記銀Ａｇを含む溶液を浸せきするとき
    は、ＡｇＣｌ及びＡｇＮＯ3 中何れ一つを用いる請求項
    １２記載の位相反転マスク製造方法。
  14. 【請求項１４】前記位相遷移層を形成する段階は、前記
    無機質感光膜の所定部位に所定成分を浸せきする段階を
    行った後、露光装置により露光されない銀の含まれた感
    光膜領域をＨＮＯ3 −ＨＣｌ−Ｈ2 Ｏの溶液にて除去
    し、それら感光膜及び遮光層上面に位相遷移層をコーデ
    ィングする請求項９記載の位相反転マスク製造方法。
  15. 【請求項１５】前記所定成分の浸せきされた部位を除い
    た全ての無機質感光膜を除去する段階は、前記位相遷移
    を形成した後、該位相遷移層上面に露光装置から電子ビ
    ームを選択的に露光させ、露光された領域の位相遷移層
    をアルカリ現像溶液にて除去し、継続して感光膜を除去
    する請求項９記載の位相反転マスク製造方法。
  16. 【請求項１６】前記位相遷移層は、該位相遷移層を形成
    するとき、有機質のＰＭＭＡを用いる請求項９、１４、
    及び１５記載の位相反転マスク製造方法。
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