JPH03211554A - 位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造工程の中の露光工程において使用され
るマスクの製造方法、特に、光の干渉性を利用して解像
度を向上する干渉露光法において使用される位相シフト
マスクの製造方法に関し、位相シフト膜を形成するとき
の位相シフト膜のパターンの位１ずれを防止し、デバイ
スパターンと位相シフト族とを同一の膜を使用して形成
しつるようにし、さらには、電子ビームリソグラフィー
工程を１回ですませるようにする位相シフトマスクの製
造方法を掟供することを目的とし、下記いずれかの手段
をもって構成される。

第１の手段は、透光性基板上に、アルミニウム、クロー
ム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等不透光性
膜を、この不透光性膜が酸化されて形成される透光性酸
化膜の厚さが照射光の位相を反転するのに適する厚さと
なる厚さに形成し、レジスト層を形成し、このレジスト
層をパターニングして位相シフト膜形成領域から除去し
て不透光性膜を表出させ、前記のレジスト層が除去され
た前記の位相シフト膜形成領域に対応する前記の不透光
性膜を酸化して透光性酸化膜に転換して位相シフト膜を
形成し、前記のレジスト層を除去し、例えば電解エツチ
ング法を使用して、前記の透光性酸化膜に囲まれた領域
を除く領域の前記の不透光性膜を選択的に除去して前記
の位相シフト膜に囲まれた領域に前記の不透光性膜を残
留してデバイスパターンを形成する工程をもって構成さ
れる。

第２の手段は、透光性基板上に、アルミニウム、クロー
ム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等不透光性
膜を、この不透光性膜が酸化されて形成される透光性酸
化膜の厚さが照射光の位相を反転するのに適する厚さと
なる厚さに形成し、レジスト層を形成し、このレジスト
層と前記の不透光性膜とをパターニングして、前記の不
透光性膜と前記のレジスト層とをデバイスパターン形成
領域を除く領域から除去して前記の不透光性膜を表出さ
せ、前記の不透光性膜の周縁領域を酸化して透光性酸化
膜に転換して位相シフト膜を形成する工程をもって構成
される。第３の手段は、透光性基板上に、アルミニウム
、クローム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等
不透光性膜を、この不透光性膜が酸化されて形成される
透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反転するのに適す
る厚さとなる厚さに形成し、この不透光性膜をパターニ
ングして、デバイスパターン形成領域を除く領域から除
去し、レジスト層を形成し、このレジスト層をパターニ
ングして、位相シフトＭ形成領域から除去して前記の不
透光性膜を表出させ、前記のレジスト層の除去された前
記の位相シフト膜形成頭載に対応する前記の不透光性膜
を酸化して透光性酸化膜に転換して位相シフ）Ｉｌｌを
形成する工程をもって構成される。第４の手段は、透光
性基板上に金属膜を形成し、この金属膜をパターニング
してデバイスパターン形成領域を除＜ｓＩ域から除去し
、アルミニウム、クローム、錫、亜鉛、タンタル、また
は、シリコン等不透光性膜を、この不透光性膜が酸化さ
れて形成される透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反
転するのに適する厚さとなる厚さに形成し、この不透光
性膜をパターニングして、位相シフト膜形成領域に残留
し、前記の位相シフト膜形成領域に残留する前記の不透
光性膜を酸化して透光性酸化膜に転換して位相シフト腰
を形成する工程をもって構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造工程の中の露光工程におい
て使用されるマスクの製造方法の改良に関する。特に、
光の干渉性を利用して解像度を向上する干渉露光法にお
いて使用される位相シフトマスクの製造方法の改良に関
する。

〔従来の技術］ 半導体メモリに見られるごとく、ＬＳＩデバイスの集積
度は、３〜４年の間に４倍にも向上するというように、
急速に高集積化が進んでいる。集積度を向上するために
はデバイスの寸法を縮小することが必要であり、このデ
バイス寸法の縮小を可能にする微細パターンの形成法の
開発が重要な１！＃！になっている。

従来は、石英等の透光性基板上にクローム等の金属膜を
形成し、この金属膜をパターニングし、その上にデバイ
スパターンが形成されている透光性基板をマスクまたは
レチクルとして使用している。このマスクまたはレチク
ルを使用してウェーハ上にパターンを転写する場合には
、紫外線または遠紫外線を照射することが多い、しかし
昨今、ウェーハ上に形成されるデバイスパターンの大き
さが紫外線または遠紫外線の波長と同等またはその約２
倍の大きさにまで縮小されてきたため、十分な解像度を
もってウェーハ上にパターンを転写することは極めて困
難になってきた。この困難な課題を解決するために、露
光装置の開口比（ＮＡ）を大きくしたり、露光波長をさ
らに短波長化したりする対策が講じられてきたが、いづ
れも技術的な限界に近づきつ−ある。

そこで、第５図（ａ）と第５図（ｂ）（第５図（ａ）は
第５図（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。）とに示すように
、石英基板ｌ上に形成された遮光膜よりなるデバイスパ
ターン４を囲んで、露光光の位相を反転する位相シフト
膜５を形成し、露光する紫外線または遠紫外線の光のフ
レネル回折量を抑制して解像度を同上する位相シフトマ
スクが開発された。

位相シフトマスクの従来の製造方法は、第６図（ａ）に
示すように、石英基板ｌ上に遮光膜として例えばクロー
ム膜７を形成し、これをパターニングして、第６図（ｂ
）に示すように、デバイスパターン４を形成し、次いで
、全面に透光性の膜、例えばＳＯＧ　（スピンオングラ
ス）膜９を、厚さがλ／２（ｎ−１）（但し、λは露光
光の波長であり、ｎはＳＯＧ膜の屈折率である。）とな
るように形成し、これをパターニングして、第６図（Ｃ
）に示すように、クローム膜７よりなるデバイスパター
ン４上とデバイスパターン４を囲む領域とに５ＯＧＩ１
９を残留する方法であり、デバイスパターン４を囲む領
域に形成されたＳＯＧ膜９を位相シフト膜として使用す
ること−されている。

〔発明が解決しようとする！［題〕

ところで、位相シフト膜を有する位相シフトマスクを製
造する従来技術に係る方法には、以下に示す問題点があ
る。

（イ）位相シフト膜の材料には、多くの場合絶縁物が使
用されているため、この絶縁物の膜をパターニングして
位相シフトＭを形成する工程において実行される電子ビ
ームｈＴ画に際し、電子のチャージアップ現象が発生し
、電子ビームをもってｉｉｉ！される位相シフトａのパ
ターンの位置が正規の位置からずれてしまう。

（ロ）クローム等の金属膜よりなるデバイスパターンを
形成した後に、位相シフトＨを形成するための絶縁物等
の膜を、別途に形成しなければならない。

（ハ）デバイスパターンのパターニング工程と位相シフ
ト膜のパターニング工程とに、高価な電子ビームリソグ
ラフィー法を２回使用しなければならない。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
下記の三つの目的を有する。

第１の目的は、位相シフト膜を形成するときに位相シフ
）１］１］のパターンの位置ずれが発生しないように改
良されている位相シフトマスクの製造方法を提供するこ
とである。

第２の目的は、デバイスパターンと位相シフト膜とを同
一の膜を使用して形成しうるように改良されている位相
シフトマスクの製造方法を提供することである。

第３の目的は、電子ビームリソグラフィー工程を１回実
行するのみで位相シフトマスクを製造することができる
ように改良されている位相シフトマスクの製造方法を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記三つの目的のうちの第１の目的は、下記の第１、第
２、第３、および、第４の手段のいづれによっても達成
され、上記三つの目的のうちの第２の目的は、下記の第
１］第２、および、第３の手段のいづれによっても達成
され、上記三ツの目的のうちの第３の目的は、下記の第
１および第２の手段のいづれによっても達成される。

第１の手段は、透光性基板（１）上に、アルミニウム、
クローム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等不
透光性膜（２）を、この不透光性膜（２）が酸化されて
形成される透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反転す
るのに適する厚さとなる厚さに形成し、レジスト層（３
）を形成し、このレジスト層（３）をパターニングして
位相シフト膜形成領域から除去して不透光性膜ｌ（２）
を表出させ、前記のレジスト層（３）が除去された前記
の位相シフト膜形成ｓＩ域に対応する前記の不透光性膜
（２）を酸化して透光性酸化膜（２１）に転換して位相
シフトＭ（５）を形成し、前記のレジスト層（３）を除
去し、例えば電解エツチング法を使用して、前記の透光
性酸化膜（２１）に囲まれた領域を除く領域の前記の不
透光性膜（２）を選択的に除去し、前記の位相シフトｌ
！１（５）に囲まれた領域に前記の不透光性膜１（２）
を残留してデバイスパターン（４）を形成する工程を有
する位相シフトマスクの製造方法である。

第２の手段は、透光性基板（１）上に、アルミニウム、
クローム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等不
透光性膜（２）を、この不透光性膜（２）が酸化されて
形成される透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反転す
るのに適する厚さとなる厚さに形成し、レジスト層（３
）を形成し、このレジスト層（３）と前記の不透光性Ｈ
（２）とをパターニングして、前記の不透光性膜（２）
と前記のレジスト層（３）とをデバイスパターン形成領
域を除く領域から除去して前記の不透光性膜（２）を表
出させ、前記の不透光性膜（２）の周縁領域を酸化して
透光性酸化膜（２１）に転換して位相シフトＩＩ（５）
を形成する工程を有する位相シフトマスクの製造方法で
ある。

第３の手段は、透光性基板（１）上に、アルミニウム、
クローム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等不
透光性１！　（２）を、この不透光性膜（２）が酸化さ
れて形成される透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反
転するのに適する厚さとなる厚さに形成し、この不透光
性膜（２）をパターニングして、デバイスパターン形成
領域を除く領域から除去し、レジスト層（６）を形成し
、このレジスト層（６）をパターニングして、位相シフ
ト膜形成領域から除去して前記の不透光性膜（２）を表
出させ、前記のレジスト層（６）の除去された前記の位
相シフトａ形成領域に対応する前記の不透光性膜（２）
を酸化して透光性酸化膜（２１）に転換して位相シフト
膜（５）を形成する工程を有することを特徴とする位相
シフトマスクの製造方法である。

第４の手段は、透光性基板（１）上に金属膜（７）を形
成し、この金属膜（７）をパターニングしてデバイスパ
ターン形成領域を除（Ｎ城から除去し、アルミニウム、
クローム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコン等不
透光性膜（２）を、この不透光性膜（２）が酸化されて
形成される透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反転す
るのに適する厚さとなる厚さに形成し、この不透光性膜
（２）をパターニングして、位相シフト膜形成領域に残
留し、前記の位相シフト膜形成領域に残留する前記の不
透光性膜（２）を酸化して透光性酸化１］９　（２１）
に転換して位相シフト膜（５）を形成する工程を有する
位相シフトマスクの製造方法である。

〔作用〕

第１、第２、第３、および、第４の手段は、デバイスパ
ターンが形成される不透光性膜の一部頭域を酸化して形
成される透光性酸化膜を位相シフト膜として使用してい
るため、位相シフト膜を形成するときには、酸化する前
の導電性の不透光性膜上に形成されたレジスト層に電子
ビーム描画をすればよいので、電子ビームｌ′１ｉｉ１
時に電子のチャージアップがなくなり、位相シフト膜の
パターンの位置ずれは防止される。

さらに、第１］第２、および、第３の手段においては、
デバイスパターン形成用に形成された不透光性膜の一部
が酸化されて位相シフトＩＩＩに転換されるので、位相
シフ）Ｉｌｌ形成用のｆｌｉｌｌをデバイスパターン形
成用とは別に形成する必要がなく、また、第１および第
２の手段においては、高価な電子ビームリソグラフィー
工程が１回ですむため、経済的利益が大きい。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ一５本発明の四つの実施例に係る
位相シフトマスクの製造方法について説明する。

ｔ”　ｔ・に 第１図（ａ）参照 厚さ１．５〜５．０閣程度の石英＆＠１上に、アルミニ
ウム膜２を形成する。この時、アルミニウム膜２の膜厚
は、露光に使用される紫外線または遠紫外線の透過率が
１／１００−１／１０００となるように選択するととも
に、このアルミニウム膜２を位相反転特性を有するアル
ミナＨ２１に転換するために陽極酸化された後の膜厚α
が式（１）を満足するように選択する。

α＝λ／２（ｎ−１）・・・（１） 但し、 ｎはアルミニウムが陽極酸化されて転換されて形成され
たアルミナの屈折率であり、λは露光光の波長である。

露光光波長λが０．４１ｍであり、アルミニウムが陽極
酸化されて転換されて形成されたアルミナの屈折率ｎが
１．５５（λ−０，４ｎの場合）であるとすれば、アル
ミニウムが陽極酸化されて転換されて形成されたアルミ
ナの膜厚αは式（１）より０．３１ｎとなり、陽極酸化
されて転換されて形成されたアルミナの膜厚αが０．３
１ｎになるためのアルミニウム膜の膜厚は０．２ｎとな
る。０．２ｎ厚のアルミニウム膜の露光光透過率はｌ／
１０００以下であり、十分遮光性がある。

第１図（ｂ）参照 アルミニウム膜２上にレジスト層３を形成し、電子ビー
ムリソグラフィー法を使用し、位相シフト膜形成領域か
らレジスト層３を除去する。

第１図（ｃ）参照 ホウ酸アンモニウムのエチレングリコール飽和溶液、２
％程度の硫酸水溶液等の電解液中に浸漬し、アルミニウ
ム膜２を陽極として通電して陽極酸化をなし、露出して
いるアルミニウム膜２を酸化してアルミナ膜２１に変換
する。

第１図（ｄ）参照 レジスト層３を除去し、ホウフッ酸と水との混合液、リ
ン酸と硫酸と無水クロム酸との混合液等の電解液中に浸
漬し、前記のアルミナ８２１に囲まれた開城を除く領域
のアルミニウムＨ２を陽極として通電して電解エツチン
グをなし、アルミナ膜２１に囲まれたデバイスパターン
形成領域を除く領域のアルミニウム膜２を除去し、アル
ミニウム膜２よりなるデバイスパターン４を囲んでアル
ミナ１］’１２１よりなる位相シフト膜５の形成された
位相シフトマスクを形成する。

に 第２図（ａ）参照 石英基板ｌ上にアルミニウムＨ２を１］１］例と同一の
厚さに形成する。

第２図（ｂ）参照 アルミニウムＨ２上にレジストＮ３を形成し、電子ビー
ムリソグラフィー法を使用してレジスト層３をパターニ
ングしてデバイスパターン形成領域を除く領域からレジ
スト層３を除去し、パターニングされたレジスト層３を
使用してアルミニウム膜２をエツチングし、デバイスパ
ターン形成領域を除く領域からアルミニウムＨ２を除去
する。

第２図（ｃ）参照 レジスト層３を残留させた状態で、第１例と同一の方法
を使用してアルミニウム膜２を陽極酸化して、アルミニ
ウムＨ２の周縁領域をアルミナ膜２１に転換する。

第２図（ｄ）参照 レジスト層３を除去し、アルミニウム膜２よりなるデバ
イスパターン４を囲んでアルミナ！１２１よりなる位相
シフト８１Ｉ５の形成された位相シフトマスクを形成す
る。

第３図（ａ）参照 石英ａＥＭＩ上にアルミニウム膜２を第１例と同一の厚
さに形成する。

第３図（ｂ）参照 アルミニラ１．１４２上にレジスト層３を形成し、電子
ビームリソグラフィー法を使用してレジスト層３をパタ
ーニングし、パターニングされたレジスト層３を使用し
てアルミニウム膜２をエツチングし、デバイスパターン
形成領域を除く領域からアルミニウム膜２を除去する。

第３図（ｃ）参照 レジスト層３を除去し、改めてレジスト層６を形成し、
電子ビームリソグラフィー法を使用してレジスト層６を
パターニングし、デバイスパターン形成領域に残留する
アルミニウム！ｌ１２上の位相シフト膜形成領域を除く
領域に残留する。

第１例と同一の方法を使用してアルミニウム膜２を陽極
酸化して、露出する領域のアルミニウム膜２をアルミナ
膜２１に転換する。

第３図（ｄ）参照 レジスト層６を除去し、アルミニウムＭ２よりなるデバ
イスパターン４を囲んでアルミナｌ！２１よりなる位相
シフト！＄５の形成された位相シフトマスクを形成する
。

５に 第４図（ａ）参照 厚さ１．５〜５．０閣程度の石英基板１上に、遮光膜と
して例えばクローム１］７を５００人厚定形成する。

第４図（ｂ）参照 クローム１］上にレジスト層３を形成し、電子ビームリ
ソグラフィー法を使用してレジスト層３をパターニング
し、パターニングされたレジスト層３を使用してクロー
ム１ＩＩ７をエツチングし、デバイスパターン形成領域
を除く領域からクローム１］！７を除去する。

第４図（ｃ）参照 レジスト層３を除去した後、アルミニウム１］１２を第
１例と同一の厚さに形成し、その上にレジスト層８を形
成し、電子ビームリソグラフィー法を使用してレジスト
層８をパターニングし、このパターニングされたレジス
ト層８を使用してアルミニウム膜２をエツチングし、ク
ローム１］？上とクローム膜７の周縁の位相シフト膜形
成領域とを除く領域からアルミニウム膜２を除去する。

第４図（ｄ）参照 レジスト層８を除去し、第１例と同一の方法を使用して
アルミニウム膜２を陽極酸化して、アルミナ膜２１に転
換し、クローム膜７よりなるデバイスパターン４を囲ん
でアルミナ１］１］２１よりなる位相シフト膜５の形成
された位相シフトマスクを形成する。

なお、第１、第２、第３、および、第４の実施例におい
て形成したアルミニウム１ｔ１２に代えて、クローム膜
、錫膜、亜鉛膜、タンタル膜、または、シリコン膜を使
用することによっても位相シフトマスクを製造すること
ができる。

（発明の効果） 以上説明せるとおり、本発明に係る位相シフトマスクの
製造方法においては、デバイスパターン形成用に形成さ
れる不透光性膜の一部領域を酸化して透光性酸化膜に転
換し、この透光性酸化膜を位相シフト膜として使用する
ので、位相シフトマスクの製造工程の中の電子ビームリ
ソグラフィー工程においては、導電性の不透光性股上に
形成されたレジスト層に電子ビーム描画をすればよいこ
とになり、電子のチャージアップがなくなって位相シフ
）ｌｌの位置ずれが防止される。さらに、デバイスパタ
ーンと位相シフ）Ｍとを同一の膜に形成することができ
、また、電子ビームリソグラフィー工程が１回ですむよ
うにすることができるので、経済的利益も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明の実施例に係る位相シフトマ
スクの製造方法を説明する工程図である。 第５図は、位相シフトマスクの構成説明図である。 第６図は、従来技術に係る位相シフトマスクの製造方法
を説明する工程図である。 ｌ・・・透光性基板（石英基板）、 ２・・・不透光性膜（アルミニウムＷ４）２１・・・透
光性酸化膜（アルミナｍ＞、３・・・レジスト層、 ・デバイスパターン、 ・位相シフト膜、 ・レジスト層、 ・金属！ｌ（クローム膜） ・レジスト層、 ・透光性膜（ＳＯＧＩｌｌり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］透光性基板（１）上に、不透光性膜（２）を、該
   不透光性膜（２）が酸化されて形成される透光性酸化膜
   の厚さが照射光の位相を反転するのに適する厚さとなる
   厚さに形成し、 レジスト層（３）を形成し、該レジスト層（３）をパタ
   ーニングして位相シフト膜形成領域上から該レジスト層
   を除去して前記不透光性膜（２）を表出させ、 前記レジスト層（３）が除去された前記位相シフト膜形
   成領域に対応する前記不透光性膜（２）を酸化して透光
   性酸化膜（２１）に転換して位相シフト膜（５）を形成
   し、 前記レジスト層（３）を除去し、前記透光性酸化膜（２
   １）に囲まれた領域を除く領域の前記不透光性膜（２）
   を選択的に除去して前記位相シフト膜（５）に囲まれた
   領域に前記不透光性膜（２）を残留してデバイスパター
   ン（４）を形成する工程を有することを特徴とする位相
   シフトマスクの製造方法。 ［２］前記レジスト層（３）を除去した後、電解エッチ
   ング法を使用して、前記透光性酸化膜（２１）に囲まれ
   た領域を除く領域の前記不透光性膜（２）を選択的に除
   去することを特徴とする請求項［１］記載の位相シフト
   マスクの製造方法。 ［３］透光性基板（１）上に、不透光性膜（２）を、該
   不透光性膜（２）が酸化されて形成される透光性酸化膜
   の厚さが照射光の位相を反転するのに適する厚さとなる
   厚さに形成し、 レジスト層（３）を形成し、該レジスト層（３）と前記
   不透光性膜（２）とをパターニングして、前記不透光性
   膜（２）と前記レジスト層（３）とをデバイスパターン
   形成領域を除く領域から除去して前記不透光性膜（２）
   を表出させ、 前記不透光性膜（２）の周縁領域を酸化して透光性酸化
   膜（２１）に転換して位相シフト膜（５）を形成する 工程を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造
   方法。 ［４］透光性基板（１）上に、不透光性膜（２）を、該
   不透光性膜（２）が酸化されて形成される透光性酸化膜
   の厚さが照射光の位相を反転するのに適する厚さとなる
   厚さに形成し、 該不透光性膜（２）をパターニングして、デバイスパタ
   ーン形成領域を除く領域から除去し、レジスト層（６）
   を形成し、該レジスト層（６）をパターニングして、位
   相シフト膜形成領域から除去して前記不透光性膜（２）
   を表出させ、前記レジスト層（６）の除去された前記位
   相シフト膜形成領域に対応する前記不透光性膜（２）を
   酸化して透光性酸化膜（２１）に転換して位相シフト膜
   （５）を形成する 工程を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造
   方法。 ［５］透光性基板（１）上に金属膜（７）を形成し、該
   金属膜（７）をパターニングしてデバイスパターン形成
   領域を除く領域から除去し、 不透光性膜（２）を、該不透光性膜（２）が酸化されて
   形成される透光性酸化膜の厚さが照射光の位相を反転す
   るのに適する厚さとなる厚さに形成し、 該不透光性膜（２）をパターニングして、位相シフト膜
   形成領域に残留し、 前記位相シフト膜形成領域に残留する前記不透光性膜（
   ２）を酸化して透光性酸化膜（２１）に転換して位相シ
   フト膜（５）を形成する 工程を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造
   方法。 ［６］前記不透光性膜（２）の材料は、アルミニウム、
   クローム、錫、亜鉛、タンタル、または、シリコンであ
   ることを特徴とする請求項［１］、［２］、［３］、［
   ４］、または、［５］記載の位相シフトマスクの製造方
   法。