JPH1097052A - 露光量調節による位相反転マスクの製造方法 - Google Patents

露光量調節による位相反転マスクの製造方法

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JPH1097052A
JPH1097052A JP24444597A JP24444597A JPH1097052A JP H1097052 A JPH1097052 A JP H1097052A JP 24444597 A JP24444597 A JP 24444597A JP 24444597 A JP24444597 A JP 24444597A JP H1097052 A JPH1097052 A JP H1097052A
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置のパターン形成時用いられるレベ
ンソン形位相反転マスクの製造方法を提供する。 【解決手段】 透明基板３１０上に遮光層を形成しその
上に第１感光膜を形成する工程と、一部領域を第１露光
量で露光して第１露光領域を形成し他の領域を第１露光
量より大きな第２露光量で露光して第２露光領域を形成
する工程と、露光領域を含む第１感光膜を現像してこれ
ら露光領域の下の遮光層を露出させる第１感光膜パター
ンを形成しこれを蝕刻マスクとして露出された遮光層を
蝕刻して遮光層パターン３２０Ａを形成する工程と、第
１感光膜パターンを除去し、遮光層パターン３２０Ａの
上に第２感光膜を形成する工程と、パタニングして第２
露光領域の下部の透明基板３１０を露出させる第２感光
膜パターンを形成し、蝕刻マスクとして露出された透明
基板３１０を異方性蝕刻し、シフタ領域を形成する工程
とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位相反転マスクの製
造方法に係り、特に半導体装置の製造に使用されるレベ
ンソン形(Levenson type)位相反転マスク(Phase Shift
Mask）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置が高集積化されることにより
一般の透過形フォトマスク(transparent photomask)と
しては所定の限界値以下の線幅を有するパターンを具現
しにくくなった。従って、パターンの解像度に優れ、か
つ最小線幅をさらに低められるPSMに対した研究が活発
に進行されている。PSMを利用してラインアンドスペー
ス(line and space)パターンのような反復パターンを形
成する方法においては、半導体基板に転写されるライン
パターンを限定する領域を透過する光の位相と各ライン
パターンとの間のスペースに該当する他の領域を透過す
る光の位相が１８０゜の差を成す。従って、これらがラ
インパターンの縁部で相殺干渉を起こす。このように、
PSMを利用する方法では光の干渉或いは部分干渉を利用
して所望の大きさのパターンを露光することにより解像
度や焦点深度を増加させうる。
【０００３】一般に、PSMのうちラインアンドスペース
の連続パターン及びコンタクトホールパターンに効率よ
く適用しうるマスクとして交番形PSM(alternative type
PSM)、即ちレベンソン形PSMが広く使われている。レベ
ンソン形PSMは多様な方法で製造されうる。その中、特
に石英基板を蝕刻し、この部分を透過する光が蝕刻され
ない部分を透過する光と１８０゜の位相差を有させる基
板蝕刻法はブランク(blank)マスクによる製造方法によ
り得られるので最近多用されている。
【０００４】図１は基板蝕刻法により製造される従来の
レベンソン形ＰＳＭの構造を示した断面図である。具体
的に説明すれば、従来のレベンソン形PSMを製造するた
めに、まず石英基板１１０上に遮光層として使用される
クロム膜を所定の厚さで形成した後、通常的な写真蝕刻
工程により前記クロム膜をパタニングして遮光層パター
ン１２０を形成すると共に遮光層パターン１２０の間の
光透過領域Ｂを限定する。
【０００５】次いで、結果物の全面にフォトレジスト膜
を塗布した後、通常的な写真蝕刻工程により前記フォト
レジスト膜をパタニングして所望の光透過領域を露出さ
せるフォトレジストパターン(図示せず)を形成する。次
いで、前記フォトレジストパターンを蝕刻マスクとして
使用して前記露出された光透過領域の石英基板１１０を
乾式蝕刻することによりトレンチ領域Aを形成する。引
続き、前記フォトレジストパターンを除去することによ
りレベンソン形位相反転マスクを完成する。ここで、前
記トレンチ領域Ａは、１８０゜位相シフタ(shifter)領
域として作用する。従って、前記トレンチ領域Ａ、即ち
位相シフタ領域を透過する光の位相は光透過領域Ｂを透
過する光に対して１８０゜の位相差を有する。
【０００６】図２は図１に示したような従来のPSMに光
を照射した場合、PSMを透過する光度を示す架空イメー
ジ(aerial image)である。図２の結果は、ライン及びス
ペースの幅が各々０．２μmの場合に石英基板を蝕刻し
て得たPSMから得られたものである。この時の露光条件
はNA(Numerial Aperture）は０．５、コヒーレンス(coh
erence）は０．３であった。図２の結果から分かるよう
に、位相シフタ領域を透過する光度と位相シフタ領域と
隣接した光透過領域を透過する光度との間に差（ΔＩ）
が生じる。これはトレンチ領域Ａの側壁から光の干渉が
発生するからである。これにより、位相シフタ領域で臨
界寸法(Critical Dimension)が減少して位相シフタ領域
とノンシフタ領域との間に臨界線幅の差(ΔCD)が発生さ
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は光度が低下されるシフタ領域でＣＤを微細な範囲まで
自由に調節しうるＰＳＭの製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、透明基板上に遮光層を形成する。前記遮光
層上に第１感光膜を形成する。前記第１感光膜のうち一
部領域を第１露光量で露光して第１露光領域を形成す
る。前記第１感光膜のうち他の一部領域を前記第１露光
量より大きな第２露光量で露光して第２露光領域を形成
する。前記第１及び第２露光領域を含む第１感光膜を現
像して前記第１及び第２露光領域の下の遮光層を露出さ
せる第１感光膜パターンを形成する。前記第１感光膜パ
ターンを蝕刻マスクとして前記露出された遮光層を異方
性蝕刻して遮光層パターンを形成する。前記第１感光膜
パターンを除去する。前記遮光層パターンが形成された
結果物上に第２感光膜を形成する。前記第２感光膜をパ
タニングして前記第２露光領域の下部の透明基板を露出
させる第２感光膜パターンを形成する。前記第２感光膜
パターンを蝕刻マスクとして露出された透明基板を異方
性蝕刻し、シフタ領域を形成する。
【０００９】前記第１感光膜は電子ビーム(electron be
am)用レジスト(resist)膜であり、前記第１露光及び第
２露光段階は電子ビームを使用する。また、前記第２露
光量は前記第１露光量の１３０〜１３４％である。前記
第２感光膜はレーザー用レジスト膜である。
【００１０】また、本発明では第１感光膜を形成する。
前記第１感光膜の所定領域に第１露光量で露光して複数
個の第１露光領域を形成する。前記第１露光領域のうち
一部にのみ第２露光量で選択的に追加露光して複数個の
第２露光領域を形成する。前記第１及び第２露光領域を
含む第１感光膜を現像して前記第１及び第２露光領域の
下の遮光層を露出させる第１感光膜パターンを形成す
る。前記第１感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記遮
光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する。前記
第１感光膜パターンを除去する。前記遮光層パターンが
形成された結果物上に第２感光膜を形成する。前記第２
感光膜をパタニングして前記第２露光領域の下部の透明
基板を露出させる第２感光膜パターンを形成する。前記
第２感光膜を蝕刻マスクとして前記露出された透明基板
を異方性蝕刻し、位相シフタ領域を形成する。
【００１１】前記第２露光量は前記第１露光量の３０〜
３４％である。本発明によれば、位相反転マスクの位相
シフタ領域での露光量を微細な範囲まで調節する方法に
より位相シフタ領域における線幅を微細に調整する。よ
って、位相反転マスクを透過する光の臨界線幅の差を最
小化しうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の一実施の形態を詳しく説明すれば次の通りである。
図３乃至図９は本発明の望ましい第１実施の形態による
位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図であ
る。図３を参照すれば、透明な材質、例えば石英よりな
る透明基板３１０上にクロム、酸化クロムまたはＭｏＳ
ｉを所定の厚さで蒸着して遮光層３２０を形成する。前
記蒸着方法としてはスパッタリング蒸着工程またはプラ
ズマ蒸着工程等が使用されうる。その後、前記遮光層３
２０上に電子ビーム用レジストをスピンコーティングに
より所定の厚さで蒸着して第１感光膜３３０を形成す
る。
【００１３】図４を参照すれば、前記第１感光膜３３０
の所定の領域に第１露光量で電子ビームを露光させるこ
とにより第１露光領域３３２を形成する。前記第１露光
領域３３２は電子ビームエネルギーを保った状態で位相
反転マスクのノンシフタ領域を限定する。図５を参照す
れば、前記各第１露光領域３３２のうち所定の領域に第
１露光量より高い第２露光量で電子ビームに再び露光さ
せることにより、第２露光領域３３４を形成する。前記
第２露光領域３３４は電子ビームエネルギーを保った状
態で位相反転マスクの位相シフタ領域を限定する。この
際、前記第２露光量は位相シフタ領域の望ましいＣＤ範
囲により調整可能であり、ライン及びスペースの幅が各
々０．２μmの場合には第２露光量が前記第１露光量の
約１３０〜１３４％になるように調整することが望まし
い。前記第２露光量が第１露光量に比べて大きいため、
前記第２露光領域３３４は前記第１露光領域３３２より
さらに広幅を有する領域にわたって電子ビームエネルギ
ーを保つ。
【００１４】図６を参照すれば、前記第１及び第２露光
領域３３２、３３４が形成された結果物を所定の現像液
で現像して前記第１露光領域３３２及び第２露光領域３
３４を除去することにより、その下部の遮光層３２０を
露出させる第１感光膜パターン３３０Ａを形成する。図
７を参照すれば、前記第１感光膜パターン３３０Ａを蝕
刻マスクとして使用して前記露出された遮光層３２０を
反応性イオン蝕刻(reactive ion etching：RIE)のよう
に異方性食蝕特性が良好な乾式蝕刻工程で蝕刻する。そ
の結果、ノンシフタ領域の幅Ｗ１より位相シフタ領域の
幅Ｗ２がさらに大きくパタニングされた遮光層パターン
３２０Ａが形成される。次いで、前記第１感光膜パター
ン３３０Ａを除去する。
【００１５】図８を参照すれば、前記遮光層パターン３
２０Ａが形成された結果物上にレーザー用レジストを所
定の厚さで蒸着して第２感光膜を形成する。次いで、レ
ーザーを光源として用いる露光装備を使用して前記位相
シフタ領域上の第２感光膜を選択的に露光し、前記露光
された第２感光膜を現像して位相シフタ領域の透明基板
３１０を露出させる第２感光膜パターン３４０を形成す
る。この際、前記第２感光膜パターン３４０の間の幅Ｗ
３は位相シフタ領域の幅Ｗ２と同一に形成しうるが、本
実施の形態では後続の透明基板３１０の蝕刻工程時に確
保すべきアラインメントマージン(alignment margin)を
提供するため、前記第２感光膜パターン３４０の間の幅
Ｗ３を前記位相シフタ領域の幅Ｗ２より大きく設定する
ことが望ましい。
【００１６】図９を参照すれば、前記第２感光膜パター
ン３４０及び前記遮光層パターン３２０Ａを蝕刻マスク
として前記透明基板３１０の露出部をＰＩＥ工程のよう
な乾式蝕刻工程により蝕刻して前記透明基板３１０にト
レンチ領域Ｓ１を形成する。前記トレンチ領域Ｓ１は位
相反転マスクの位相シフタ領域を形成することになる。
この際、前記トレンチ領域Ｓ１の深さはこの領域を透過
する光とノンシフタ領域を透過する光とが相互１８０゜
の位相差を示すように適切な深くで形成する。次いで、
前記第２感光膜パターン３４０を除去して位相反転マス
クを完成する。前記第１実施の形態においては位相反転
マスクの位相シフタ領域を形成するための露光工程時に
露光量を調節することにより、シフタ領域におけるＣＤ
を微細な範囲までに調節しうる。これにより、位相反転
マスクにおけるΔＣＤを最小化しうる。
【００１７】図１０乃至図１２は、本発明の望ましい第
２の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次
に示した断面図である。図１０を参照すれば、第１の実
施の形態における図３の説明と同一な方法により透明基
板４１０上に遮光層４２０を形成した後、前記遮光層４
２０上に電子ビーム用レジストをスピンコーティングに
より所定の厚さで蒸着して第１感光膜４３０を形成す
る。
【００１８】図１１を参照すれば、前記第１感光膜４３
０のうち位相反転マスクのノンシフタ領域及び位相シフ
タ領域に対応する部分に電子ビームを所定の第１露光量
で露光させることにより第１露光領域４３２Ａ及び第２
露光領域４３２Ｂを同時に形成する。この際、前記第１
露光領域４３２Ａ及び第２露光領域４３２Ｂは各々相等
しい幅にわたって電子ビームエネルギーを保った状態で
ある。
【００１９】図１２を参照すれば、前記第２露光領域４
３２Ｂにのみ限定して第２露光量で電子ビームにさらに
露光させることにより、前記第１露光領域４３２Ａより
さらに広い幅を有する変形された第２露光領域４３２Ｃ
を形成する。この際、前記第２露光量は位相シフタ領域
の望ましいＣＤ範囲に応じて調整可能であり、ライン及
びスペースの幅が各々０．２μmの場合には前記第１露
光量の約３０〜３４％になるように調整することが望ま
しい。結果的に、前記変形された第２露光領域４３２Ｃ
の幅Ｗ２は前記第１露光領域４３２Ａの幅Ｗ１より広く
形成される。
【００２０】その後、第１の実施の形態の図６乃至図９
の説明と同一な方法により位相反転マスクを完成する。
前記第２の実施の形態では位相シフタ領域を形成するた
めに電子ビームによる第１露光工程を経た後、さらに電
子ビームによる第２露光工程のみを行なうと説明した
が、本発明はこれに限定されなく必要により電子ビーム
による追加露光工程を２回以上実施することもできる。
図１３乃至図１８は本発明の第２の実施の形態により製
造された位相反転マスクの架空イメージ(aerial imag
e）の測定結果を示したものである。
【００２１】さらに具体的に、図１３乃至図１８はそれ
ぞれの位相反転マスクに２４８ｎｍの波長を有する光を
調査させた場合、ウェーハ表面に入射される光度(light
intensity)を測定して示したグラフである。それぞれ
の位相反転マスクは第２露光量として第１露光量の１４
％、１８％、２２％、２６％、３０％及び３４％を適用
して形成したものである。ここで、それぞれの位相反転
マスクに光を照射させるための露光条件は光学レンズの
収差(Numerical Aperture：NA)が０．５、コヒーレンス
(coherence、σ）は０．３７５であった。
【００２２】図１３乃至図１８の分析結果から、図１３
乃至図１８の場合、即ち追加の第２露光量を１４％〜２
６％に調節した場合には、ウェーハ上の各位置に応じる
光度のプロファイルのうち隣接したピークが全体的に不
均一な状態で分布されていることが分かる(各図面のう
ち円で示した部分参照)。つまり、前記図１３乃至図１
８の第２露光量で追加露光する場合には、ΔＣＤの減少
が充分でないことがわかる。反面、図１３及び図１８の
場合、即ち追加の第２露光量を第１露光量の３０％及び
３４％とした場合には、ウェーハ上の各位置に応じる光
度のプロファイルのうち隣接したピークが全体的に均一
な状態で分布されており、ΔＣＤが最小化されたことを
確認しうる。
【００２３】前記結果から、ライン及びスペースの幅が
各々０．２μmのパターンを具現する場合には、本発明
の第２実施の形態による方法において追加の第２露光量
を第１露光量の約３０〜３４％とする際望ましい結果が
得られることが分かる。同様に、本発明の第１の実施の
形態により位相反転マスクを製造する場合には、位相シ
フタ領域の形成のための第２露光量としてノンシフタ領
域の形成時の第１露光量の約１３０〜１３４％を設定す
ることにより同一な効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】前述したように、本発明の望ましい実施
の形態によれば、位相反転マスクの位相シフタ領域にお
ける露光量を微細な範囲まで調節する方法により位相シ
フタ領域における線幅を微細に調整しうる。よって、位
相反転マスクを透過する光の臨界線幅の差を最小化しう
る。以上、本発明を具体的な実施の形態に基づき詳しく
説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されなく、
本発明の技術的思想の範囲内で当分野で通商の知識を有
する者により多様な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基板蝕刻法により製造される従来のレベンソ
ン形PSMの構造を示した断面図である。
【図２】 図１に示したような従来のPSMを透過した光
度を示す架空イメージである。
【図３】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図４】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図５】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図６】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図７】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図８】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図９】 本発明の望ましい第１の実施の形態による位
相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図１０】 本発明の望ましい第２の実施の形態による
位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図であ
る。
【図１１】 本発明の望ましい第２の実施の形態による
位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図であ
る。
【図１２】 本発明の望ましい第２の実施の形態による
位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図であ
る。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態による方法によ
り製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメー
ジを測定したグラフである。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態による方法によ
り製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメー
ジを測定したグラフである。
【図１５】 本発明の第２の実施の形態による方法によ
り製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメー
ジを測定したグラフである。
【図１６】 本発明の第２の実施の形態による方法によ
り製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメー
ジを測定したグラフである。
【図１７】 本発明の第２の実施の形態による方法によ
り製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメー
ジを測定したグラフである。
【図１８】 本発明の第２の実施の形態による方法によ
り製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメー
ジを測定したグラフである。
【符号の説明】
３１０，４１０ 透明基板 ３２０，４２０ 遮光層 ３２０Ａ 遮光層パターン ３３０，４３０ 第１感光膜 ３３２，４３２Ａ 第１露光領域 ３３４，４３２Ｂ 第２露光領域 ３４０ 第２感光膜パターン

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明基板上に遮光層を形成する段階と、 前記遮光層上に第１感光膜を形成する段階と、 前記第１感光膜のうち一部領域を第１露光量で露光して
    第１露光領域を形成する段階と、 前記第１感光膜のうち他の一部領域を前記第１露光量よ
    り大きな第２露光量で露光して第１露光領域を形成する
    段階と、 前記第１及び第２露光領域を含む第１感光膜を現像して
    前記第１及び第２露光領域下の遮光層を露出させる第１
    感光膜パターンを形成する段階と、 前記第１感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記露出さ
    れた遮光層を異方性蝕刻し、遮光層パターンを形成する
    段階と、 前記第１感光膜パターンを除去する段階と、 前記遮光層パターンが形成された結果物上に第２感光膜
    を形成する段階と、 前記第２感光膜をパタニングして前記第２露光領域の下
    部の透明基板を露出させる第２感光膜パターンを形成す
    る段階と、 前記第２感光膜パターンを蝕刻マスクとして露出された
    透明基板を異方性蝕刻し、シフタ領域を形成する段階と
    を含むことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記第１感光膜は電子ビーム用レジスト
    膜であることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マ
    スクの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２露光領域を形成する段
    階は電子ビームを使用して行われることを特徴とする請
    求項１に記載の位相反転マスクの製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第２露光量は前記第１露光量の１３
    ０〜１３４%であることを特徴とする請求項１に記載の
    位相反転マスクの製造方法。
  5. 【請求項５】 前記第２感光膜はレーザー用レジスト膜
    であることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マス
    クの製造方法。
  6. 【請求項６】 透明基板上に遮光層を形成する段階と、 前記遮光層上に第１感光膜を形成する段階と、 前記第１感光膜の所定領域に第１露光量で露光して複数
    個の第１露光領域を形成する段階と、 前記第１露光領域のうち一部にのみ第２露光量で選択的
    に追加露光して複数個の第２露光領域を形成する段階
    と、 前記第１及び第２露光領域を含む第１感光膜を現像して
    前記第１及び第２露光領域の下の遮光層を露出させる第
    １感光膜パターンを形成する段階と、 前記第１感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記遮光層
    を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する段階と、 前記第１感光膜パターンを除去する段階と、 前記遮光層パターンが形成された結果物上に第２感光膜
    を形成する段階と、 前記第２感光膜をパタニングして前記第２露光領域の下
    部の透明基板を露出させる第２感光膜パターンを形成す
    る段階と、 前記第２感光膜を蝕刻マスクとして前記露出された透明
    基板を異方性蝕刻し、位相シフタ領域を形成する段階と
    を含むことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第１感光膜は電子ビーム用レジスト
    膜であることを特徴とする請求項６に記載の位相反転マ
    スクの製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第１及び第２露光領域を形成する段
    階は、電子ビームを使用して行われることを特徴とする
    請求項６に記載の位相反転マスクの製造方法。
  9. 【請求項９】 前記第２露光量は前記第１露光量の３０
    〜３４％であることを特徴とする請求項６に記載の位相
    反転マスクの製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記第２感光膜はレーザー用レジスト
    膜であることを特徴とする請求項６に記載の位相反転マ
    スクの製造方法。
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