JPH10123697A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

位相シフトマスク及びその製造方法

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JPH10123697A
JPH10123697A JP25687897A JP25687897A JPH10123697A JP H10123697 A JPH10123697 A JP H10123697A JP 25687897 A JP25687897 A JP 25687897A JP 25687897 A JP25687897 A JP 25687897A JP H10123697 A JPH10123697 A JP H10123697A
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    • G03F1/30—Alternating PSM, e.g. Levenson-Shibuya PSM; Preparation thereof

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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】 【課題】 層を別にして水平方向に相互交差されるよう
に形成された二重(double ）遮光膜パターンを具備する
ことにより、改善された解像度を有する微細線幅が具現
された半導体素子パターンを形成しうる位相シフトマス
ク及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 前記位相シフトマスクはフォトマスク基
板１１０の一部を露出させるように前記フォトマスク基
板１１０上に形成された第１遮光膜パターン１１５ａを
含む。前記第１遮光膜パターン１１５ａの一部と前記第
１遮光膜パターン１１５ａにより露出された基板１１０
の上面の一部に亙ってシフタ層パターン１２０ａが備え
られる。前記シフタ層パターン１２０ａ上の一端には第
１遮光膜パターン１１５ａと水平方向に一定間隔に離隔
され、前記第１遮光膜パターン１１５ａにより露出され
た基板１１０の上面の一部を露出させるように形成され
た第２遮光膜パターン１２５ａが具備される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に係り、特に位相シフトマスク及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置の製造工程は半導体
基板上に所定のパターンを形成するパタニング工程が含
まれる複数の工程で進行される。このような半導体基板
上にパターンを形成する方法について、下記の通り順次
説明する。
【０００３】半導体基板上にパターンを形成する方法
は、半導体基板上にフォトレジストを塗布する第１工
程、半導体基板と露光装置との間にフォトマスクを介し
て露光する第２工程（" フォトマスキング工程" と称す
る）、露光されたフォトレジストを現像してフォトレジ
ストパターンを形成する第３工程及びフォトレジストパ
ターンをマスクとして利用してその下層膜、例えば半導
体基板または基板上に積層された物質層の露出部を除去
して所望のパターンを形成する第４工程よりなる。
【０００４】本発明は前記第２工程で用いられるフォト
マスクに関したものである。このようなフォトマスクと
して用いられる従来の代表的なフォトマスクは透過形フ
ォトマスク（Transparent Photo Mask）である。半導体
装置を構成する各個別素子を同じ基板上に高密度で形成
する、即ち半導体素子の高集積化傾向によりウェーハ上
に形成される個別素子のパターンはさらに微細に形成す
る必要がある。ところが、従来の透過形フォトマスクは
現在の半導体素子の高集積化に符合しうるほどの微細な
線幅を具現するには多少限界がある。
【０００５】従来の透過形フォトマスクが前述した限界
を有する問題点を解決するために既知の一般的な光学的
原理が利用されている。このような光学的原理は位相差
の異なる光同士は相互干渉を起こすということである。
もし、同一な光源から出発した、同一な位相を有する光
が隣接したスリット（Slit）を透過すると相異なる位相
差を有することになり、これにより相互干渉を起こすこ
とになる。この際、位相差の値が一定した条件を満たす
とこれら光相互間に消滅干渉が発生し、このような原理
が半導体製造工程に利用されている。
【０００６】このような光学的干渉原理を用いたフォト
マスクを位相シフトマスク（PhaseShift Mask：以下、"
PSM" と称する）とし、このような位相シフトマスクは
現在の半導体素子を製造する工程に普遍的に利用されて
いる。一方、位相シフトマスクは従来の透過形フォトマ
スクより製造しにくい短所を有する。しかし、位相シフ
トマスクを用いて半導体素子のパターンを形成すると、
そのパターンの解像度（Resolution）がさらに向上さ
れ、これらマスクを透過した光の焦点深度（Depth of F
ocus："DF"または"DOF" とも称する）が改善され、通常
の透過形フォトマスクを用いてパターンを形成する場合
に比べてさらに微細なパターンを形成しうる長所を有す
る。特に、ライン（Line）とスペース（Space ）とが反
復されるパターンにおいて、隣接した開口部から照射さ
れる光の位相を所定角度、望ましくは180 ゜に近くシフ
トさせると両光はほぼ完全に消滅干渉されて遮光部分で
光強度が零（zero）となる。これにより、相互隣接した
開口部を的確に分離させて形成しうる。従って、PSM は
現在フォトマスキング工程において最も多用されている
フォトマスクである。一般に、位相シフトマスクはライ
ンとスペースとが連続されるパターンを形成するにその
効果がさらに優秀に発揮される。
【０００７】現在用いられる代表的な位相シフトマスク
はレベンソン形（Levenson type ）PSM が挙げられる。
レベンソン形PSM は" 交番（Alternative ）形PSM"とも
呼ばれている。これは位相シフト（Phase Shifter ）が
フォトマスク基板上にそのパターンが交番しながら連続
的に形成されていることを特徴化して名づけられたもの
である。
【０００８】レベンソン形位相シフトマスクはその製造
方法に応じて位相差を発生させる方法が異なる。レベン
ソン形PSM を製造する方法には基板を蝕刻する方法と基
板上にシフタ層を形成する方法とに大別される。前者の
基板を蝕刻する方法はフォトマスク基板、例えば石英基
板を蝕刻して蝕刻部位と蝕刻されない部位とを形成する
ことである。この方法により形成されたフォトマスク
を" 基板蝕刻形" 位相シフトマスクとも称する。基板蝕
刻形位相シフトマスクは次のような原理で位相差を発生
させる。即ち、フォト工程時同一な光源により入射され
た光がフォトマスク上のこれらの各部位を透過して半導
体基板に直接または半導体基板上に形成された所定の物
質層に達すると、相異なる経路差を有するため、２つの
領域を透過した光は相異なる位相を有することになる。
【０００９】一方、後者の方法はスピンオンガラス（Sp
in On Glass ：以下、"SOG" と称する）層をフォトマス
ク基板上に一定の厚さで塗布し、これをパタニングして
SOGの塗布されたフォトマスク基板部位とSOG パターン
により露出されたフォトマスク基板部位とを形成するこ
とであって、このようなフォトマスクを"SOG塗布形"位
相シフトマスクとも称する。このような位相シフトマス
クも前者と同一な原理を用いて位相差を発生させる。即
ち、フォト工程時、フォトマスク基板上に形成されたシ
フタ層、例えばSOG 層により塗布された基板部位と露出
された基板部位とを各々透過した同一光源から入射され
た光が半導体基板上、またはその上面に形成された所定
の物質層に至るまでの経路を別にするため位相差が発生
される。
【００１０】上記のように位相差を起こすフォトマスク
上のパターンを" 位相シフト" と称し、現在までに開発
された多様な位相シフトを有するフォトマスクを用いて
従来の通常の透過形フォトマスクに形成されうるパター
ンよりもさらに改善された、即ち微細なパターンが形成
できたが、現在急速に展開される半導体素子の高集積化
には達し得なくなり新たな形の位相シフトを有するフォ
トマスクの開発が切実に要求されている。
【００１１】以下、添付した図面に基づき従来のPSM を
製造する多様な方法の中、最も代表的な"SOG塗布形"PSM
の製造方法及びそれにより製造されたPSM に対して説明
し、従来の技術の問題点に対して説明する。図１（Ａ）
乃至図１（Ｃ）は従来の方法によるSOG 形PSM 製造方法
を説明するため順次に示した基板断面図である。
【００１２】図１（Ａ）はフォトマスク基板１０上の所
定部を露出させる開口ｈを有するように遮光膜パターン
１５を形成することを説明するための断面図である。具
体的に、フォトマスク基板１０上の全面に遮光物質、例
えばクロム（Cr）を塗布して遮光膜（図示せず）を形成
する第１工程、前記遮光膜（図示せず）上にフォトレジ
スト（図示せず）を塗布した後、これをパタニングして
前記遮光膜（図示せず）の所定部を露出させるフォトレ
ジストパターン（図示せず）を形成する第２工程、前記
フォトレジストパターン（図示せず）を蝕刻マスクとし
て利用して前記遮光膜（図示せず）の所定部を除去して
前記基板１０の所定部２０を露出させる遮光膜パターン
１５を形成する第３工程及び前記遮光膜パターン１５上
に残っているフォトレジスト（図示せず）を除去する第
４工程に進行する。
【００１３】図１（Ｂ）は遮光膜パターン１５が形成さ
れた基板１０の全面にシフタ層２０を形成することを説
明するための断面図である。この時、前記シフタ層２０
は前記遮光膜パターン１５を含んで塗布される。図１
（Ｃ）は遮光膜パターン１５により露出された基板１０
の上面をシフタ層の塗布されたシフト領域とシフタ層の
塗布されない無シフト露出領域とに区分させるシフタ層
パターン２０ａを形成することを説明するための断面図
である。具体的に、シフタ層（図１（Ｂ）の２０）が形
成された基板の全面にフォトレジスト（図示せず）を塗
布する第１工程、前記フォトレジスト（図示せず）をパ
タニングして前記シフタ層（図１（Ｂ）の２０）の所定
部を露出させるシフタ層パターン２０ａを形成する第２
工程及び前記シフタ層パターン２０ａ上に残っているフ
ォトレジスト（図示せず）を除去する第３工程に進行す
る。
【００１４】半導体パターンの微細化はパタニング工程
に用いられるフォトマスク上に所定の間隔を有するマス
クパターンが形成できるかに左右される。前述した従来
の方法により製造された位相シフトマスクは単一層マス
クパターンが形成されるが、これは高集積化に伴う微細
パターンが形成できない問題点がある。このような問題
を解決するためにフォトマスク上に従来の形とは異形を
有するマスクパターンを形成し、現在の半導体素子の集
積化趨勢及び将来のさらに進歩された半導体素子の集積
化技術に適用できるフォトマスクを提供するための努力
が多角的に進行されている。
【００１５】
【発明が解決しょうとする課題】本発明は、前述した従
来のPSM の問題点を解決するため案出されたものであっ
て、半導体の高集積化に符合する微細線幅を具現しうる
位相シフトマスクを提供することにその目的がある。本
発明の他の目的は、位相シフトマスクの製造方法を提供
することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ための位相シフトマスクは、フォトマスク基板、第１遮
光膜パターン、シフタ層パターン及び第２遮光膜パター
ンを具備する。前記第１遮光膜パターンは前記フォトマ
スク基板の所定部を露出させるように前記フォトマスク
基板上に形成される。前記シフタ層パターンは前記第１
遮光膜パターンの所定部を含みながら前記第１遮光膜パ
ターンにより露出された基板の上面の所定部に亙って形
成される。前記第２遮光膜パターンは前記第１遮光膜パ
ターンと水平方向に所定間隔に離隔されるように前記シ
フタ層パターン上の一端に、前記第１遮光膜により露出
された基板の上面の所定部を露出させるように形成され
る。
【００１７】本発明の他の目的を達成するための位相シ
フトマスクの製造方法によれば、透明な基板上に第１遮
光膜を形成する。次いで、前記第１遮光膜をパタニング
して前記基板の所定部を露出させる第１遮光膜パターン
を形成する。前記第１遮光膜パターンが形成された基板
の全面にシフタ層及び第２遮光膜を順次に積層する。次
いで、前記第２遮光膜をパタニングして前記第１遮光膜
パターンから水平方向に離隔されるように前記シフタ層
上に第２遮光膜パターンを形成する。前記シフタ層をパ
タニングして前記第１遮光膜パターンにより露出された
基板の所定部を露出させるシフタ層パターンを形成す
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図２乃至図８を参照して本
発明による位相シフトマスク及びその製造方法を各実施
例に基づき詳しく説明する。 （第１実施例）本発明の目的を達成するための二重遮光
膜を有する位相シフトマスクの第１実施例を図８に基づ
いて説明する。
【００１９】位相シフトマスクは、フォトマスク基板１
１０と、その上面の所定部を露出させるように形成され
た第１遮光膜パターン１１５ａと、前記第１遮光膜パタ
ーン１１５ａの所定部を含みながら、前記第１遮光膜パ
ターン１１５ａにより露出された基板１１０領域Ｃ上の
所定部Ｄ及びＥに亙って形成されたシフタ層パターン１
２０ａと、前記第１遮光膜パターン１１５ａと水平方向
に所定間隔Ｄ及びＦに離隔されるように前記シフタ層パ
ターン１２０ａ上の一端に形成され、前記第１遮光膜パ
ターン１１５ａにより露出された基板１１０の上面の所
定部Ｆを露出させる第２遮光膜パターン１２５ａとで構
成される。この際、前記第１遮光膜パターン１１５ａは
４００乃至１０００Åほどの厚さで形成することが望ま
しく、これは２．０乃至３．５の光学密度を有する物質
を以って形成することもできる。前記シフタ層パターン
１２０ａは後続の露光工程時、入射される光の位相をシ
フトしうる物質で形成することが望ましい。
【００２０】そこで、従来のPSM により形成しうるパタ
ーンの限界を超える、例えば２倍以上のパターン解像度
を有する微細線幅を具現しうる二重遮光膜を具備した位
相シフトマスクを提供しうる。 （第２実施例）図２乃至図８は本発明の他の目的を達成
しうる位相シフトマスクの製造方法の第２実施例を説明
するため順次に示した基板の断面図である。
【００２１】図２はフォトマスク基板１１０上に遮光物
質を塗布して第１遮光膜１１５を形成することを説明す
るための断面図である。この際、前記遮光物質としてク
ロム（Cr）を利用できる。この際、前記第1 遮光膜は４
００乃至１０００Åほどの厚さで形成することが望まし
く、これは２．０乃至３．５の光学密度を有する物質を
利用して形成することもできる。
【００２２】図３はフォトマスク基板１１０の全面に塗
布された第１遮光膜１１５をパタニングして第１遮光膜
パターン１１５ａを形成することを説明するための断面
図である。この際、前記第１遮光膜パターン１１５ａは
フォトマスク基板１１０の上面の所定領域Ｃを露出させ
る。図４はフォトマスク基板１１０上に形成された第１
遮光膜パターン１１５ａを含んで前記フォトマスク基板
１１０の全面にシフタ層１２０及び第２遮光膜１２５を
順次に塗布し、これらの上面の所定部を露出させるフォ
トレジストパターン１３０を形成することを説明するた
めの断面図である。具体的に、前記フォトマスク基板１
１０の所定部を露出させる第1 遮光膜パターン１１５ａ
を含むように前記シフタ層１２０及び第２遮光膜１２５
を塗布する第１工程、前記第２遮光膜１２５上にフォト
レジスト（図示せず）を塗布する第２工程及び前記フォ
トレジスト（図示せず）をパタニングして第２遮光膜１
２５の所定部を露出させるフォトレジストパターン１３
０を形成する第３工程で進行する。一方、前記フォトレ
ジストパターン１３０は前記第１遮光膜パターン１１５
ａにより露出された基板領域C の最上部に塗布された第
２遮光膜１２５上の所定部に形成される。この際、前記
フォトレジストパターン１３０は前記第１遮光膜パター
ン１１５ａにより露出された基板１１０上面に積層され
たシフタ層１２０及び第２遮光膜１２５上に前記第１遮
光膜パターン１１５ａと水平に離隔されるように形成す
る。一方、前記シフタ層は露光時１８０゜の位相差を有
する物質で形成することが望ましい。
【００２３】図５はシフタ層１２０上に第２遮光膜パタ
ーン１２５ａを形成することを説明するための断面図で
ある。具体的に、フォトレジストパターン（図４の１３
０）により露出された第２遮光膜( 図４の１２５）を除
去し、前記シフタ層１２０上に第２遮光膜パターン１２
５ａを形成する第１工程及び前記第２遮光膜パターン１
２５ａ上に残っているフォトレジストパターン( 図４の
１３０）を除去する第２工程で進行する。これにより、
前記第２遮光膜パターン１２５ａは前記第１遮光膜パタ
ーン１１５ａにより露出されたフォトマスク基板１１０
上に形成されたシフタ層１２０の所定領域Ｅ上に前記第
１遮光膜パターン１１５ａと水平方向に所定間隔Ｄ及び
Ｆに離隔されるように形成される。従って、前記第１遮
光膜パターン１１５ａにより限定されたフォトマスク基
板領域Ｃは前記第２遮光膜パターン１２５ａにより３つ
の領域Ｄ、Ｅ、Ｆに区分される。
【００２４】図６は第２遮光膜パターン１２５ａが形成
されたシフタ層１２０の所定領域を露出させるフォトレ
ジストパターン１３５を形成することを説明するために
示した断面図である。具体的に、前記第２遮光膜パター
ン１２５ａを含むように前記シフタ層１２０上の全面に
フォトレジスト( 図示せず）を塗布する第１工程及び前
記フォトレジスト( 図示せず）をパタニングして前記シ
フタ層１２０の所定領域を露出させるフォトレジストパ
ターン１３５を形成する第２工程で進行する。
【００２５】図７はフォトレジストパターン( 図６の１
３５）をマスクとして利用して露出されたシフタ層１２
０の所定領域を除去して基板１１０の上面の所定領域Ｆ
を露出させるシフタ層パターン１２０ａを形成すること
を説明するための断面図である。前記シフタ層パターン
１２０ａは自動調心(self align ）方法を用いて形成す
ることが望ましく、前記自動調心方法はアラインマーク
(align mark ）を形成して利用することもできる。前記
第(7) 段階でシフタ層を蝕刻する際、アンダーカット(u
nder cut）を形成することも望ましい。
【００２６】図８はフォトマスク基板１１０の最上部に
残っているフォトレジストパターン( 図７の１３５）を
除去して完成された位相シフトマスクを説明するための
断面図である。これにより、従来のPSM により形成しう
るパターンの限界を超える、例えば２倍以上のパターン
解像度を有する微細線幅を具現しうる位相シフトマスク
の製造方法を提供しうる。
【００２７】前述した本発明によれば従来の位相シフト
マスクにより半導体基板上に形成できるパターンよりも
改善された解像度、例えば２倍以上の解像度を有する微
細線幅が具現された半導体素子パターンを形成しうる。
これを具体的な資料、即ち図９に基づき説明する。図９
は図８の位相シフトマスクに対して露光させた場合、入
射された光の位相の変化を説明するためのグラフィック
であって、縦軸はフォトマスクを透過した光が有する位
相を横軸のフォトマスクパターンに応じて尺度を図示せ
ずに示したものである。具体的に、前記位相シフトマス
クに入射された入射光が遮光膜( 図８の１１５ａ及び１
２５ａ）が形成された基板領域で遮光されることを示し
ている。一方、前記位相シフトマスクの所定領域( 図８
のＤ及びＦ）、即ち遮光膜パターンにより露出された基
板領域のうち位相シフタ層が形成されている基板領域(
図８のＤ）と位相シフタ層が形成されなく露出された基
板領域( 図８のＦ）を同時に透過した同一光源による入
射光はその位相が相互反転されることを示している。
【００２８】
【発明の効果】前述した本発明によれば、従来の位相シ
フトマスクにより半導体基板上に形成しうるパターンよ
りも改善された解像度、例えば２倍以上の解像度を有す
る微細線幅が具現された半導体素子パターンを形成しう
る。本発明は前記実施例に限定されなく、さらに多くの
変形が本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を有
する者により可能なのは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の方法による位相シフ
トマスクを製造する方法を説明するための基板の断面図
である。
【図２】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図３】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図４】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図５】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図６】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図７】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図８】本発明による位相シフトマスクを製造する方法
を説明するための基板の断面図である。
【図９】図８の位相シフトマスクに対して露光時の位相
変化を説明するため示した特性図である。
【符号の説明】
１１０ フォトマスク基板 １１５ａ 第１遮光膜パターン １２０ａ シフタ層パターン １２５ａ 第２遮光膜パターン

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フォトマスク基板と、 前記フォトマスク基板の所定部を露出させるように前記
    フォトマスク基板上に形成された第１遮光膜パターン
    と、 前記第１遮光膜パターンの所定部を含みながら前記第１
    遮光膜パターンにより露出された基板の上面の所定部に
    亙って形成されたシフタ層パターンと、 前記第１遮光膜パターンと水平方向に所定間隔に離隔さ
    れるように前記シフタ層パターン上の一端に、前記第１
    遮光膜により露出された基板の上面の所定部を露出させ
    るように形成された第２遮光膜パターンとを具備するこ
    とを特徴とする位相シフトマスク。
  2. 【請求項２】前記第１遮光膜パターンの厚さは４００乃
    至１０００Åほどであることを特徴とする請求項１に記
    載の位相シフトマスク。
  3. 【請求項３】前記第１遮光膜パターンは２．０乃至３．
    ５の光学密度を有する物質よりなることを特徴とする請
    求項１に記載の位相シフトマスク。
  4. 【請求項４】前記シフタ層パターンは後続の露光工程
    時、入射される光の位相をシフトしうる物質よりなるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスク。
  5. 【請求項５】(1) 透明な基板上に第１遮光膜を形成する
    段階と、 (2) 前記第１遮光膜をパタニングして前記基板の所定部
    を露出させる第１遮光膜パターンを形成する段階と、 (3) 前記第１遮光膜パターンが形成された基板の全面に
    シフタ層及び第２遮光膜を順次に積層する段階と、 (4) 前記第２遮光膜をパタニングして前記第１遮光膜パ
    ターンから水平方向に離隔されるように前記シフタ層上
    に第２遮光膜パターンを形成する段階と、 (5) 前記シフタ層をパタニングして前記第１遮光膜パタ
    ーンにより露出された基板の所定部を露出させるシフタ
    層パターンを形成する段階とを含むことを特徴とする位
    相シフトマスクの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記第１遮光膜は４００乃至１０００Å
    の厚さで形成することを特徴とする請求項５に記載の位
    相シフトマスクの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第(1) 段階の前記第１遮光膜は２．
    ０乃至３．５の光学密度を有する物質よりなることを特
    徴とする請求項５に記載の位相シフトマスクの製造方
    法。
  8. 【請求項８】 前記シフタ層パターンは露光時１８０゜
    の位相差を有する物質よりなることを特徴とする請求項
    ５に記載の位相シフトマスクの製造方法。
  9. 【請求項９】 前記シフタ層パターンは自動調心方法を
    用いて形成することを特徴とする請求項５に記載の位相
    シフトマスクの製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記自動調心方法はアラインマークを
    形成して進行することを特徴とする請求項９に記載の位
    相シフトマスクの製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記第(5) 段階において前記シフタ層
    のパタニング工程はアンダーカットを形成するように進
    行することを特徴とする請求項５に記載の位相シフトマ
    スクの製造方法。
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