JPH04153653A

JPH04153653A - 位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH04153653A
Application number: JP2279575A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miyashita; 裕之宮下; Naoki Watanabe; 直樹渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1992-05-27

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、ＬＳ　Ｌ超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造
に用いられるフォトマスクの製造方法に係わり、特に、
微細なパターンを高精度に形成する際の位相シフト層を
有するフォトマスクの製造方法に関する。

〔従来の技術］ＩＣ，ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積回路は、Ｓ１ウ
エハー等の被加工基板上にレジストを塗布し、ステッパ
ー等により所望のパターンを露光した後、現像、エツチ
ングを行う、いわゆるリソグラフィー工程を繰り返すこ
とにより製造されている。

このようなリソグラフィー工程に使用されるレチクルと
呼ばれるフォトマスクは、半導体集積回路の高性能化、
高集積化に伴ってますます高精度を要求される傾向にあ
り、例えば、代表的なＬＳＩであるＤＲＡＭを例にとる
と、１Ｍピッ）ＤＲＡＭ用の５倍レチクル、すなわち、
露光するパターンの５倍のサイズを有するレチクルにお
ける寸法のずれは、平均埴土３σ（σは標準偏差）をと
った場合においても、０．１５μｍの精度が要求され、
同様に、４Ｍピッ）ＤＲＡＭ用の５倍レチクルは、０．
１〜０．１５μｍの寸法精度が、１６ＭビットＤＲＡＭ
用５倍レチクルは０，０５〜０．１μｍの寸法精度が要
求されている。

さらに、これらのレチクルを使用して形成される、デバ
イスパターンの線幅は、ＩＭビットＤＲＡＭで１．２．
ｕｍ、４ＭビットＤＲＡＭでは０．　８μｍ、１６Ｍビ
ットＤＲＡＭでは０．６μｍと、ますます微細化が要求
されており、このような要求に応えるために様々な露光
方法が研究されている。

ところが、例えば６４ＭビットＤＲＡＭクラスの次々世
代のデバイスパターンになると、これまでのレチクルを
用いたステッパー露光方式ではレジストパターンの解像
限界となり、例えば特開昭５８−１７３７４４号公報、
特公昭６２−５９２９６号公報等ｉこ示されているよう
な位相シフトマスク七いう新しい考え方のレチクルが提
案されてきている。この位相シフトレチクルを用いる位
相シフトリソグラフィーは、レチクルを透過する光の位
相を操作することによって、投影像の分解能及びコント
ラストを向上させる技術である。

位相シフ）　ＩＪソゲラフイーを図面に従って簡単に説
明する。第２図は位相シフト法の原理を示す図、第３図
は従来法を示す図であり、第２図（ａ）及び第３図（ａ
）はレチクルの断面図、第２図（ｂ）及び第３図（ｂ）
はレチクル上の光の振幅、第２図（ｃ）及び第３図（ｃ
）はウェハー上の光の振幅、第２図（ｄ）及び第３図（
ｄ）はウェハー上の光強度をそれぞれ示し、１は基板、
２は遮光膜、３は位相シフター、４は入射光を示す。

従来法におし）では、第３図（ａ）に示すように、ガラ
ス等からなる基板１にクロム等からなる遮光膜２が形成
されて、所定のパターンの光透過部が形成されているだ
けであるが、位相シフトリソグラフィーでは、第２図（
ａ）に示すように、レチクル上の隣接する光透過部の一
方に位相を反転（位相差１８０°）させるための透過膜
からなる位相シフター３が設けられている。したがって
、従来法においては、レチクル上の光の振幅は第３１ｆ
ｆｌ　（ｂ）に示すように同相となり、ウェハー上の光
の振幅も第３図（ｃ）に示すように同相となるので、そ
の結果、第３図（ｄ）のようにウェハー上のパターンを
分離することができないのに対して、位相シフ）　ＩＪ
ソゲラフイーにおし１ては、位相シフターを透過した光
は、第２図（ｂ）に示すように、隣接パターンの間で互
いに逆位相になされるため、パターンの境界能で光強度
が零になり、第２図（ｄ）に示すように隣接するパター
ンを明瞭に分離することができる。このように、位相シ
フトリソグラフィーにお−Ａでは、従来は分離できなか
ったパターンも分離可能となり、解儒度を向上させるこ
とができるものである。

次に、位相シフトレチクルの従来の製造工程の１例を図
面を参照して説明する。第４図は位相シフトレチクルの
製造工程を示す断面図であり、図中、１１は基板、１２
はクロム膜、１３はレジスト層、１４は電離放射線、１
５はレジストパターン、１６はエツチングガスプラズマ
、１７はクロムパターン、１８は酸素プラズマ、１９は
透明膜、２０はレジスト層、２１は電離放射線、２２は
レジストパターン、２３はエツチングガスプラズマ、２
４は位相シフトパターン、２５は酸素プラズマを示す。

まず、第４図（ａ）に示すように、光学研磨された基板
１１にクロム膜１２を形成し、さらに、クロロメチル化
ポリスチレン等の電離放射線レジストを、スピンコーテ
ィング等の常法により均一に塗布し、加熱乾燥処理を施
し、厚さ０．１〜２．０μｍ程度のレジスト層１３を形
成する。加熱乾燥処理は、使用するレジストの種類にも
よるが、通常、：８０〜１５０℃で、２０〜６０分間程
度行う。

次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト層１３に、常
法に従って電子線描画装置等の露光装置により電離放射
線１４でパターン描画し、エチルセロソルブやエステル
等の有機溶剤を主成分とする現像液で現像後、アルコー
ルでリンスし、同図（Ｃ）に示すようなレジストパター
ン１５を形成する。

次に、必要に応じて加熱処理、及び、デスカム処理を行
って、レジストパターン１５のエツジ部分等に残存した
レジスト層、ヒゲ等不要なレジストを除去した後、同図
（田に示すように、レジストパターン１５の開口部より
露出する被加工部分、すなわあ、クロム層１２をエツチ
ングガスプラズマ１６によりドライエツチングし、クロ
ムパターン１７を形成する。なお、このクロムパターン
１７の形成は、エツチングガスプラズマ１６によるドラ
イエツチングに代えて、ウェットエツチングにより行っ
てもよいことは当業者に明らかである。

このようにしでエツチングした後、同図（ｅ）に示すよ
うに、レジストパターン１５、すなわち、残存するレジ
ストを酸素プラズマ１８により沃化除去し、同ＩＦ（ｆ
）に示すようなフォトマスクを完成させる。なお、この
処理は、酸素プラズマ１８による灰化処理に代えて、溶
剤剥離により行うことも可能である。

続いて、このフォトマスクを検査し、必要によってはパ
ターン修正を加え、洗浄した後、同図（ｇに示すように
、クロムパターン１７の上に５ｉ０２等からなる透明！
１９を形成する。次に、同図おに示すように、透明膜１
９上に、上記と同様にして、クロロメチル化ポリスチレ
ン等の１ｉｎ放射線レジスト層２０を形成し、同図（１
）に示すように、レジスト層２０に常法に従ってアライ
メイトを行い、電子線露光装置等の電離放射線２１によ
って所定のパターンを描画し、現像、リンスして、同図
（」）に示すように、レジストパターン２２を形成する
。

次に、必要に応じて、加熱処理、及び、デスカム処理を
行った後、同図（財）に示すように、レジストパターン
２２の開口部より露出する透明膜１９部分をエツチング
ガスプラズマ２３によりドライエツチングし、位相シフ
ターパターン２４を形成する。なお、この位相シフター
パターン２４の形成は、エツチングガスプラズマ２３に
よるドライエツチングに代えて、ウェットエツチングに
より行ってもよいものである。

次に、残存したレジストを、同図（１）に示すように、
酸素プラズマ２５により灰化除去する。以上の工程によ
り、同図に）に示すような位相ンフタ２４を有する位相
シフトマスクが完成する。

：発明が解決しようとする課題二しかし−一がろ、上２己したよう一従来の位本目ンフト
レチクルの製造力９去；二おいては、位本目ンフターを
形成するために用“、）る透明膜をクロムパターン上に
形成し、次にクロロメチル化ポリスチレン等の電離放射
線レジスト層を透明膜と同様に形成し、電離放射線によ
って所定のパターンを描画、現像、リンスしてレジスト
パターンを形成し、これをマスクとしてエツチングガス
プラズマによりドライエツチングして位相ンフターパタ
ーンを形成するという工程を経る間に、レチクルのエツ
ジ部分の透明膜に応力の不均一に基づくクラックが入っ
たり、このエツジ部分がホルダー等と接触することによ
り、塵埃が発生する。この塵埃によりフォトマスクが汚
れ、最終製品に欠陥が発生するという問題が生じていた
。現在、フォトマスクには、５分の１縮小のレチクルが
多く用いられているが、レチクル上に欠陥が１個あると
、ウェハー上の全てのチップに欠陥が転写されてしまう
ため、そのフォトマスクは使用不能になる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、製造工程において、レチクルのエツジ部分
の透明膜から塵埃が発生してフォトマスクに欠陥を生じ
ないような、より実用的な位相シフトフォトマスクの製
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二本発明者は、上８この問題に鑑み、従来の電離放射線リ
ソグラフィーによる位相／フトフナトマスク製造プロセ
スを大幅に変更することなく、欠陥のない位相シフトフ
ォトマスク　（レチクル）を安定して製造する方法を開
発すべく研究の結果、位相シフトパターンを形成する工
程の前に、位相シフターを形成するために用５）られる
透明膜の外周部を除去する工程を挿入することにより、
欠陥のない位相シフトレチクルを安定して製造できるこ
とを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成したも
のである。

以下、本発明を図面を参照して説明する。第１図は本発
明に係る位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法
の工程を示す断面図であり、図中、３０は基板、３１は
遮光層、３２は電離放射線レジスト層、３３は電離放射
線、３４はレジストパターン、３５はエツチングガスプ
ラズマ、３６は遮光パターン、３７は酸素プラズマ、３
８は透明膜、３９はフォトレジスト層、４０は外周部を
除去したフォトレジスト層、４１はウェットエツチング
、４２は電離放射線、４３は電離放射線レジストパター
ン、４４は位相シフトパターン、４５はレジスト剥離液
を示す。

まず、第１図（ａ、）に示すように、光学研磨された基
板３０上に、５０〜２００ｎｍ厚の遮光層３１を形成し
、さらに、クロロメチル化ポリスチレン等の電離放射線
レジストをスピンコーティング等の常法により均一に塗
布し、加熱乾燥処理を施し、厚さ０．１〜２．０μｍ程
度のレジスト層３２を形成する。ここで、基板３０とし
ては、位相シフトマスクが１線（３６５ｎｍ）やエキシ
マレーザ−（２４８ｎｍ）等の短波長用のものであるこ
とを考慮すると、石英又は高純度合成石英が望まし７）
が、その他にも、低膨張ガラス、白板、青板（ＳＬ）　
、ＭｇＦ２、ＣａＦｘ等を使用することができる。また
、遮光層３１は、クロム薄膜を単層ある５）；ま多層に
形成することにより形成することができるが、その他に
も、窒化クロム、酸化クロム、タングステン、モリブデ
ン、モリブデンンリサイド等を使用して形成することが
できる。また、加熱乾燥処理は、レジストの種顎にもよ
るが、通常：８０〜１５０℃で２０〜６０分間程度行う
。

次に、同ＩＺ（ｂ）に示すように、レジスト層３２に、
常法に従って電子線描画装置等の電離放射線３３による
露光装置で所定のパターンを描画し、エチルセロソルブ
やエステル等の有機溶剤を主成分とする現像液で現像後
、アルコールでリンスすると、同ＩＤ　（Ｃ）に示すよ
うなレジストパターン３４が形成される。

次に、必要に応じて加熱処理、及び、デスカム処理を行
ってレジストパターン３４のエツジ８分等に残存したレ
ジスト層、ヒゲ等不要なレジストを除去した後、同図（
ｄ）に示すように、レジストパターン３４の開口部より
露出する被加工部分、すなわち、遮光層３１をエツチン
グガスプラズマ３５によりドライエツチングし、遮光パ
ターン３６を形成する。−＝お、この遮光パターン３６
の形成は、エツチングガスプラズマ３５によるドライエ
ツチングに代えて、ウェットエツチングにより行っても
よ′、）ことは当業者に明らかである。

このようにして二１テングした後、同図（ｅ）°に示す
ばうに、残存するレジスト３４を＃票ブラズ７３７によ
り灰化除去し、同’ＸＪ　（ｆ）に示すように、基板３
０の上に所定の遮光パターン３６が形成されたフォトマ
スクを作成する。なお、この処理は、酸素プラズマ３７
による灰化処理に代えて、溶剤剥離により行うことも可
能である。

続゛ハで、このフォトマスクを検査し、必要によっては
パターンに修正を加え、洗浄した後、同図（釦に示すよ
うに、遮光パターン３６の上にスピンオングラス（ＳＯ
Ｇ）、蒸着等によるＳ＋Ｏａ等の透明膜３８を形成する
。この透明膜３８を形成するための材料としては、ステ
ッパー露光する１線（３６５ｎｍ）やエキシマレーザ−
（２４８ｎｍ）等の紫外線に十分な透過性を有し、かつ
、屈折率の高い材料であればよく、５１０２の他に、Ｓ
　ｌｓＮ＜　、ＰＭＭＡ、ＰＧＭＡ、ＣＭＳ等が好まし
く用いられる。また、透明膜３８の膜厚ｄは、透明膜３
８を形成する材料の屈折率をｎ、！！光波長をλとする
と、ｄ−λ／２（ｎ−１）にて与えられる値であり、５
１０２を使用し、１線で露光する場合には、ｄの値は約
３９７ｎｍである。

次に、同図（社）に示すように、透明膜３８上にノボラ
ック系のフォトレジストを均一に塗布してレジスト層３
９を形成し、紫外線照射、現像、リンスして、外周部の
みを除去したレジスト層４０を形成する（同図（１））
。次いで、同図（ｊ）に示すように、緩衝フッ酸溶液等
を用いたウェットエツチング４１により、位相シフター
を形成するために用いる透明膜３８の外周部を除去する
。フォトレジスト４０を剥離、洗浄後、同図（資）に示
すように、クロロメチル化ポリスチレン等の電離故射線
レジストを均一に塗布して、これに常法に従ってアライ
メントを行い、電子線露光装置等の電離赦射線４２によ
って、位相シフトのための所定のパターン４３を描画後
、現像、リンスして、同図（１）に示したようなレジス
トパターン４３を形成する。

続し）で、同図（ホ）に示すように、緩衝フッ酸溶液等
によるウェットエツチングを行い、位相シフトパターン
４４を形成する。

次に、同図（ｎ）に示すように、所定のレジスト剥離液
４５によって残存したレジストを剥離、除去して、同図
（０）に示すような欠陥のなし）位相シフトフォトマス
クが完成する。

〔作用〕

本発明においては、従来の位相シフトフォトマスク製造
工程中に、位相シフターを形成するために用いられる透
明膜の形成後に、その外周部をウェットエツチング等に
より除去する工程を挿入したものであり、位相シフター
パターン作成時の電離放射線描画等のプロセスの途中に
おいて、透明膜の外周部から塵埃が発生するのを防ぐこ
とにより、欠陥なＬ１位相シフトフォトマスクを作成す
ることが可能になる。

：実施例二以下、本発明の実施例につし）で説明する。

実施例１光学研磨された５インチ角の高純度合成石英ガラス基板
上に、遮光層として、８００ｎｍ厚のクロム薄膜と４０
０ｎｍ厚の低反射クロム薄膜の２層構造を形成したマス
ク基板上に、クロロメチル化ポリスチレンのレジスト溶
液をスピンコーティング法により塗布し、１２０℃で３
０分間プリベークし、厚さ０，６μｍの均一なレジスト
膜を得た。

次に、加速電圧２０ｋＶの電子線により、２０μＣ／　
ｃｒｌの照射量で露光し、パターン描画を行った。露光
後、この基板を酢酸イソアミルとエチルセロソルブの混
合液からなる現做液で６０秒間現像後、イソプロピルア
ルコールで３０秒間リンスして、レジストパターンを得
た。続いて、これを１４０℃で３０分間ポストベークし
た後、ＩＴ。

ｒｒ、１００Ｗの酸素プラズマで２分間デスカムし、レ
ジストパターンをマスクとして露出した被加工基板を、
出力３００Ｗで、四塩化炭素と酸素からブ；るプラズマ
中、８分間ドライエツチングした。次に、残存したレジ
ストを２Ｔｏ　ｒ　ｒ、４゜ＯＷの酸素プラズマで灰化
除去し、位相／フタ−形成前のフォトマスクを得た。こ
うして製造したフット７スクの品質確認をした後、この
マスク上に、ＳＯＧ　（スピンオングラス）溶液をスピ
ンコーティングにより塗布し、加熱乾燥処理を施して、
４５０ｎｍ厚の均−一、；　Ｓ　ＯＧ膜を得た。この膜
を窒素雰囲気中で４５０℃におし）て１時間焼成した。

この基板に０ＦＰＲ−８００のレジスト溶液をスピンコ
ティングにより塗布し、加熱乾燥処理を施して、１μｍ
厚の均一なレジスト膜を得た。数ｍｍから１０ｍｍ幅の
外周部に紫外線を１００ｍＪ／ｄの照射量で露光した後
、この基板をＮＭＤ−３（東京応化■製）の現像液で６
０秒間現像し、次に、純水で１２０秒間リンスして、外
周部を除去したレジストパターンを得た。続し）で、こ
れを１２０℃で３０分間ポストベークした後、レジスト
パターンをマスクとして露出した被加工基板を２０ｗｔ
％フッ化アンモニウム水溶液と５０％フッ酸の１０；１
混合液によってウェットエツチングした。レジストをＮ
−メチルピロリドンのレジスト剥離液で剥離し、純水で
１２０秒間リンスしこの基板にクロロメチル化ポリスチ
レンのレジスト溶液をスピンコーティングにより塗布し
、加熱乾燥処理を施して、０．６μｍ厚の均一なレジス
ト膜を得た。次に、加速電圧２０ｋＶの電子線描画装置
にて、フォトマスク上のアライメントマータを検出しな
がら所定の位置にパターン露光した。露光後、この基板
を前記と同様の溶剤で現像、リンスして、レジストパタ
ーンを得た。続いて、加熱処理、デスカム処理を行って
から、レジストパターンをマスクとして、露出したＳＯ
Ｇ膜をエツチング液２０ｗｔ％フッ化アンモニウム水溶
液と５０％フッ酸の混合液によりウェットエツチングし
た。最後に、残存したレジストをＮ−メチルピロリドン
のレジスト剥離液により剥離除去して、ＳＯＧからなる
位相シフター層を有するフォトマスクを得た。

こうして製造した位相シフトフォトマスクには何ら欠陥
がなく、高精度の位相シフトフォトマスクが得られたこ
とが確認された。

〔発明の効果〕

本発明の位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法
は、従来の位相シフトフォトマスク製造工程中に、位相
シフターを形成するために用いられる透明膜の形成後に
、その外周部をウェットエツチング等により除去する工
程を挿入したものであり、位相シフターパターン作成時
の電離放射線描画等のプロセスの途中におし）で、透明
膜の外周部から塵埃が発生するのを防ぐことにより、欠
陥ない位相シフトフォトマスクを作成することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる位相シフト層を有するフォトマ
スクの製造方法の１実施例の工程を示す断面面、第２図
は位相シフト法の原理を示す図、第３図は従来法を示す
図、第４図は位相／フトフォトマスクの製造工程を示す
断面図である。３０・・基板、３１・・・遮光層、３２・・・電離放射
線レジスト層、３３・・・電離放射線、３４・・・レジ
ストパターン、３５・・・エツチングガスプラズマ、３
６・・遮光パターン、３７・・・酸素プラズマ、３８・
・・透明膜、３９・・・フォトレジスト層、４０・・・
外周部を除去したフォトレジスト層、４１・・・ウェッ
トエツチング、４２・・・電離放射線、４３・・・電離
放射線レジストパターン、４４・・・位相シフトパター
ン、４５・・・レジスト剥離液出　　願　　人　大日本印刷株式会社代理人　弁理士　韮　　澤　　　弘（外７名）／−４４Ｍ４図Ｍ４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）位相シフターパターンを有するフォトマスクの製
造方法において、少なくとも、遮光パターンが形成され
た被加工基板上に紫外光を透過する透明薄膜を形成する
工程と、前記透明薄膜の外周部を除去する工程と、前記
透明薄膜上に電離放射線レジスト薄膜を形成する工程と
、該レジスト薄膜の所定の位置に電離放射線をパターン
照射し、現像して、レジストパターンを形成する工程と
、このレジストパターンをマスクとして露出した前記透
明薄膜をエッチングする工程と、エッチング後に残存す
るレジストを除去する工程とからなることを特徴とする
位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法。
（２）前記透明薄膜の外周部を除去する工程が、前記透
明薄膜上にフォトレジスト薄膜を形成する工程と、該レ
ジスト薄膜に紫外線を照射し、外周部と内部とを区別す
るレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパ
ターンをマスクとして露出した被加工基板上の前記透明
薄膜の外周部をエッチングする工程と、エッチング後に
残存するレジストを除去する工程とからなることを特徴
とする請求項１記載の位相シフト層を有するフォトマス
クの製造方法。
（３）前記被加工基板は、高純度合成石英、石英、低膨
張ガラス、白板、青板、ＭｇＦ＿２、又は、ＣａＦ＿２
等であることを特徴とする請求項１又は２記載の位相シ
フト層を有するフォトマスクの製造方法。
（４）前記遮光パターンは、クロム薄膜、窒化クロム薄
膜、酸化クロム薄膜、タングステン薄膜、モリブデン薄
膜、又は、モリブデンシリサイド薄膜等からなることを
特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の位相シフ
ト層を有するフォトマスクの製造方法。