JPH04356050A - 位相シフト層を有するフォ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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ、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及びそ
の製造方法に係り、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。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路は、Ｓｉウェーハ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、エッチングを行う、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。

【０００３】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が要求さ
れる傾向にあり、例えば、代表的なＬＳＩであるＤＲＡ
Ｍを例にとると、１Ｍビット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、平均値±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ビット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。

【０００４】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、１ＭビットＤＲＡＭ
で１．２μｍ、４ＭビットＤＲＡＭでは０．８μｍ、１
６Ｍ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。

【０００５】ところが、例えば６４ＭＤＲＡＭ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、この限界を乗り越えるものとして、
例えば、特開昭５８−１７３７４４号公報、特公昭６２
−５９２９６号公報等に示されているような、位相シフ
トマスクという新しい考え方のレチクルが提案されてき
ている。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。

【０００６】位相シフトリソグラフィーを図面に従って
簡単に説明する。図５は位相シフト法の原理を示す図、
図６は従来法を示す図であり、図５（ａ）及び図６（ａ
）はレチクルの断面図、図５（ｂ）及び図６（ｂ）はレ
チクル上の光の振幅、図５（ｃ）及び図６（ｃ）はウェ
ハー上の光の振幅、図５（ｄ）及び図６（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。

【０００７】従来法においては、図５（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、
図５（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図
６（ｂ）に示すように同相となり、ウェハー上の光の振
幅も図６（ｃ）に示すように同相となるので、その結果
、図６（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、位相シフトリソグラフィー
においては、位相シフターを透過した光は、図５（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、パターンの境界部で光強度が零になり、図５
（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
においては、従来は分離できなかったパターンも分離可
能となり、解像度を向上させることができるものである
。

【０００８】次に、位相シフトレチクルの従来の製造工
程の１例を図７を参照して説明する図７は位相シフトレ
チクルの製造工程を示す断面図であり、同図（ａ）に示
すように、基板５上にクロムパターン６が設けられて完
成されたクロムレチクルを準備し、次に、同図（ｂ）に
示すように、クロムパターン６の上にＳｉＯ２　等から
なる透明膜７を形成する。次に、同図（ｃ）に示すよう
に、透明膜７上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８を形成し、同図（ｄ）に示すように
、レジスト層８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放射線９によって所定のパターン
を描画し、現像、リンスして、同図（ｅ）に示すように
、レジストパターン１０を形成する。

【０００９】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（ｆ）に示すように、レジストパ
ターン１０の開口部より露出する透明膜７部分をエッチ
ングガスプラズマ１１によりドライエッチングし、位相
シフターパターン１２を形成する。なお、この位相シフ
ターパターン１２の形成は、エッチングガスプラズマ１
１によるドライエッチングに代えて、ウェットエッチン
グにより行ってもよいものである。

【００１０】次に、残存したレジストを、同図（ｇ）に
示すように、酸素プラズマ１３により灰化除去する。以
上の工程により、同図（ｈ）に示すような位相シフター
１２を有する位相シフトフォトマスクが完成する。

【００１１】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、図７に
示したような従来の位相シフトマスクの製造方法におい
ては、位相シフター１２を形成するために用いる透明膜
７をクロムパターン６の上にパターン形成するために、
レジスト層８に電子線露光装置等の電離放射線９にてパ
ターン描画する際、ガラス等の非導電性材料からなる基
材５上のこれも非導電性材料である電離放射線レジスト
層８にパターン描画するため、電離放射線９によるチャ
ージアップ現像が生じてパターン精度が低下するという
問題がある。

【００１２】そこで、現在、レジスト層上に導電性の樹
脂をスピンコーティングにより塗布してチャージアップ
を防ぐという手法が用いられているが、このようなスピ
ンコーティング法によって導電膜を塗布する位相シフト
マスクの製造方法では、導電膜の膜厚が１００〜３００
ｎｍと厚くなってしまい、また、膜厚均一性（±５ｎｍ
）も悪いので、レジスト層の解像度が悪くなり、寸法の
面内ばらつきも大きくなってしまう等の問題があった。 さらに、塗布技術に関しては、例えは有機溶剤系の導電
性高分子を水溶性レジスト上にスピンコーティング法で
塗布する場合、ポリビニルアルコールのような水溶性の
中間層を用いる必要があるので、余分な工程が必要とな
り、膜厚も厚くなって、この点からもレジスト層の解像
度が悪くなる等の問題があった。

【００１３】ところで、これとは別に、近年注目を浴び
てきた薄膜形成方法にラングミュア・ブロジェット（以
下、ＬＢという。）法がある。この手法の特徴は、（１
）分子オーダーの有機超薄膜が得られること。

【００１４】（２）分子配向及び分子配列の制御が可能
であること。

【００１５】（３）容易に異なる分子を交互に並べたヘ
テロ膜が可能であること。

【００１６】（４）常温、常圧で成膜できること。

【００１７】等である。このように独特の分子配列制御
が可能なことから、ＬＢ膜を利用することにより、高い
機能性を持った優れた超薄膜が作製されている。

【００１８】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、位相シフトレチクルの位相シ
フター形成時のチャージアップ現象を特定の導電膜によ
って効果的に防止して、チャージアップ現象によるパタ
ーン歪みをなくし、また、チャージアップ現象をなくす
ための導電膜による解像度の低下、寸法のばらつきをな
くして、高精度の位相シフトレチクルを製造することが
できる位相シフト層を有するフォトマスクの製造方法を
提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題に
鑑み、超微細フォトリソグラフィーを可能とする位相シ
フトマスクを得るべく研究した結果、製造工程で用いる
導電膜をＬＢ法で製作することにより、より高精度の位
相シフトマスクを製造することができることを見い出し
、かかる知見に基づいて本発明を完成したものである。

【００２０】従来の帯電防止用の導電層の塗布は、スピ
ンコーティング法により行われていたため、その分子配
列はランダムであった。例えば、導電性化合物であるテ
トラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）の電荷移動錯体を
ポリマー中に分散させただけでは、分子配列や分子相互
の距離を制御することが難しく、そのため、その導電性
が低く、電子線ビーム露光の際のチャージアップ現象を
防止するために必要な導電性を得るには、膜厚が厚くな
ってしまう（１００〜２００ｎｍ）という欠点を持って
いた。しかしながら、この導電性化合物をＬＢ膜中に組
み込めば、その分子配列相互の距離を制御でき、同一平
面において上記導電性化合物の芳香環が平行に存在する
ので、薄膜（２．５〜２５ｎｍ）であっても高い導電性
と膜面内方向での導電異方性を得ることができる。また
、ＬＢ法では、分子を一層ずつ並べることが可能となる
ので、レジストの感度、解像度、レジスト寸法等の性能
を劣化させることなく、帯電防止膜としての効果を発揮
させることができる。

【００２１】また、ここで用いる導電性化合物は両親媒
性なので、水溶性、親油性どちらのレジストとでも、何
ら中間層を介さずに導電層を塗布することができる。

【００２２】以下、本発明のＬＢ法によって塗布した導
電膜を用いた位相シフトフォトマスクの製造方法につい
て、図１を参照して説明する。

【００２３】図２に示したのは、本発明の位相シフトフ
ォトマスクを作製するにあたって使用する導電性化合物
の１例であるＮ−ドコシルピリジニウム・（ＴＣＮＱ）
２　である。その他の有機導電性材料としては、ポリア
セチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリチアジ
ル、ポリアズレン、ポリインデン、ポリインドール、ポ
リパラフェニレン、ポリナフチレン、ポリアントラセン
、ポリアニリン、ポリフタロシアニン、ポリフェロセン
等がある。

【００２４】図１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３１は基板、３２はクロムパターン、３３はアライメ
ントマーク、３４は位相シフト膜、３５は電離放射線レ
ジスト、３６は導電層、３７は電離放射線、３８は露光
部分、３９はエッチングガスプラズマ、４０は酸素プラ
ズマを示す。

【００２５】まず、レチクル上に、スピンオングラス（
ＳＯＧ）あるいはスパッタ法等により、ＳｉＯ２　膜を
シフター層３４として形成する（図（ａ））。続いて、
この位相シフター層３４の上に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３５を形成する（図（ｂ））。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８０〜２００℃で
２０〜６０分間程度行う。次に、このレジスト層３５の
上にＬＢ法により０．００２５〜０．４μｍ程度の導電
層３６を形成する。加熱乾燥処理は、導電層３６の種類
にもよるが、通常６０〜１００℃で２〜６０分行う。

【００２６】次に、同図（ｃ）に示すように、レジスト
層３５に常法に従ってアライメントを行い、電子線描画
装置等の露光装置を用いて電離放射線３７によりパター
ン描画をする。この際、レジスト膜３５上に形成された
導電層３６が余分のチャージをアースするため、アライ
メントマークも検出しやすく、また、チャージアップ現
象もなく、高精度に描画できる。なお、導電層３６はレ
ジスト層３５の下に形成しても同様の効果を得ることが
できる。

【００２７】続いて、クロロホルム等の有機溶剤で導電
層３６を剥離してから所定の現像液で現像し、所定のリ
ンス液でリンスして、同図（ｄ）に示すようなレジスト
パターン３８を形成する（導電層３６をレジスト層３５
の下に形成する場合は、順序が逆になる。）。

【００２８】次に、必要に応じて加熱乾燥処理及びデス
カム処理を行った後、同図（ｄ）に示すように、レジス
トパターン３８の開口部より露出する透明膜３４部分を
エッチングガスプラズマ３９によりドライエッチングし
、位相シフターパターン３４を形成する（同図（ｅ））
。なお、この位相シフターパターン３４の形成は、エッ
チングガスプラズマ３９によるドライエッチングに代え
てウェットエッ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。

【００２９】次に、残存したレジストを、同図（ｆ）に
示すように、酸素プラズマ４０により灰化除去する。

【００３０】以上の工程により、同図（ｇ）に示すよう
な位相シフター３４を有する位相シフトマスクが完成す
る。

【００３１】このようにして形成された位相シフトパタ
ーンは、パターン露光時のチャージアップ現象による位
置ズレや精度劣化のない高品質な位相シフトフォトマス
クとなる。

【００３２】ここで、導電層３６に用いるＬＢ導電膜の
作成方法を説明する。図２に示したような導電性化合物
をクロロホルム溶液として水面上に展開し、単分子膜を
形成させる。この単分子膜をシフター層３４をパターン
ニングするためのレジスト層３５上に図３に示したよう
な垂直浸漬法あるいは図４に示した水平付着法によって
累積膜を作成する。

【００３３】垂直浸漬法について説明すると、図３（ａ
）ないし（ｃ）に示す方法は、疎水基２１と親水基２２
からなる単分子膜を形成した下層水２３の表面にピスト
ン圧２４を付加した状態で、ステアリン酸鉄等で疎水化
処理を施した基板２５を液面に垂直に浸漬すると、疎水
基２１面を基板２５側に向けて単分子膜が移し取られる
。また、引き上げる時には膜は移し取られない。このよ
うな膜をＸ膜という。図３（ｄ）ないし（ｆ）に示すよ
うに、浸漬時、引き上げ時のどちらにおいても膜が移し
られた膜をＹ膜という。また、図３（ｇ）ないし（ｉ）
に示すように、浸漬時には膜が付かず、引き上げる時の
み膜が移し取られた膜をＺ膜という。

【００３４】さらに、水平付着法について説明すると、
図４（ａ）ないし（ｄ）に示されるように、第１隔壁２
６によって区画した水面上に形成した単分子膜にピスト
ン圧２４を加えて、単分子膜に基板２５を水平に接触し
て疎水基２１を基板２５面に付着させた（ａ）後に、基
板２５の第１隔壁２６に接触する部分とは反対の部分に
第２隔壁２７を移動して基板２５を引き上げる（ｂ、ｃ
））。次いで、（ａ）ないし（ｃ）の操作を繰り返して
所定の膜厚の累積膜を形成する（ｄ）方法である。この
場合はＸ膜のみが形成される。

【００３５】以上述べたように、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、フォトマスク上に
位相シフター層を形成した基板上に、レジスト薄膜を形
成し、このレジスト薄膜に電離放射線にてパターン描画
を行い、パターン描画後のレジスト薄膜を現像してレジ
ストパターンを形成し、このレジストパターンをマスク
として露出した位相シフター層をエッチングし、エッチ
ング終了後、残存したレジストを除去する位相シフト層
を有するフォトマスクの製造方法において、前記レジス
ト薄膜の上もしくは下にラングミュア・ブロジェット法
によって導電性薄膜を形成してから電離放射線にてパタ
ーン描画することを特徴とする方法である。

【００３６】この場合、ラングミュア・ブロジェット導
電性薄膜形成は、垂直浸漬法によって行っても、水平付
着法によって行ってもよい。

【００３７】

【作用】フォトマスクは、現在、電子線露光装置を用い
た電子線リソグラフィーにより定常的に製造されている
が、最近のＬＳＩ、超ＬＳＩの高集積化に伴い、ますま
す高精度であることが要求され、すでにクロム基板上へ
電子線描画する際にても、チャージアップによる微妙な
精度低下が問題となっている。

【００３８】さらに、このようなフォトマスクが位相シ
フトマスクに移行すると、チャージアップによる位相シ
フター形成時の精度劣化は著しいものと予想される。

【００３９】本発明においては、被加工基板上に形成し
たレジスト膜の上もしくは下にＬＢ法によって導電層を
形成し、位相シフターパターン作成の際の電離放射線描
画を基板のチャージアップなしに高精度に行うことがで
きるものであり、従来の電離放射線線リソグラフィーに
よるフォトマスク製造プロセスを大幅に変更することな
く、高精度の位相シフトレチクルを安定して製造するこ
とが可能となる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００４１】実施例１ 図２に示したＮ−ドコシルピリジニウム・（ＴＣＮＱ）
２　両親媒性化合物をクロロホルムに溶かし、１ｍＭの
導電膜用溶液を得た。次に、この導電膜用溶液を水面上
に展開し、表面圧３０ｍＮ／ｍで単分子膜を形成させた
。 この単分子膜を垂直浸漬法により予めクロム基板に塗布
しておいたレジスト層上に４層（厚さ１０ｎｍ）累積し
た。得られた膜を８０℃のホットプレートで２分間加熱
して導電膜を形成した。次に、このレジスト層と導電膜
からなるレジスト膜にビーム径０．２５μｍ、エネルギ
ー１０ｋｅＶの電子線を照射してパターン描画した。こ
の際、レジスト膜上にＬＢ法による超薄膜の導電層が形
成されているため、パターンの位置ずれのない描画がで
き、また、アライメントマークも検出しやすく、チャー
ジアップ現象も発生しなかった。

【００４２】これをクロロホルムに２分間浸して導電膜
を剥膜し、次に、通常の現像液でレジストを現像し、純
水にてリンスして、レジストパターンを形成した。次に
、デスカム処理した後、フッ酸とフッ化アンモニウムか
らなるエッチング液でＳＯＧからなる位相シフター層を
エッチングし、０．３ｔｏｒｒ、５００Ｗの酸素プラズ
マで残存レジストをアッシングして、位相シフターパタ
ーンを得た。

【００４３】こうして形成された位相シフトパターンは
、パターン露光時のチャージアップ現象による位置ずれ
や精度劣化がなく、また、従来のスピンコーティングに
よる導電膜を用いる場合に比べて、レジストの感度の低
下、寸法の細りも見られなかった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、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によると、被加工
基板上に形成したレジスト膜の上もしくは下にＬＢ法に
よって導電層を形成し、位相シフターパターン作成の際
の電離放射線描画を基板のチャージアップなしに高精度
に行うことができるものであり、従来の電離放射線線リ
ソグラフィーによるフォトマスク製造プロセスを大幅に
変更することなく、高精度の位相シフトレチクルを安定
して製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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る。

【図２】本発明において使用する導電性化合物の１例の
構造を示す図である。

【図３】垂直浸漬法によるＬＢ膜の累積方法を示すため
の図である。

【図４】水平付着法によるＬＢ膜の累積方法を示すため
の図である。

【図５】位相シフト法の原理を示す図である。

【図６】従来法を示す図である。

【図７】従来の位相シフトフォトマスクの製造工程を示
す断面図である。

【符号の説明】

３１…基板 ３２…クロムパターン ３３…アライメントマーク ３４…位相シフト膜 ３５…電離放射線レジスト ３６…ＬＢ法形成導電層 ３７…電離放射線 ３８…露光部分 ３９…エッチングガスプラズマ ４０…酸素プラズマ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フォトマスク上に位相シフター層を形
   成した基板上に、レジスト薄膜を形成し、このレジスト
   薄膜に電離放射線にてパターン描画を行い、パターン描
   画後のレジスト薄膜を現像してレジストパターンを形成
   し、このレジストパターンをマスクとして露出した位相
   シフター層をエッチングし、エッチング終了後、残存し
   たレジストを除去する位相シフト層を有するフォトマス
   クの製造方法において、前記レジスト薄膜の上もしくは
   下にラングミュア・ブロジェット法によって導電性薄膜
   を形成してから電離放射線にてパターン描画することを
   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. 【請求項２】　　前記ラングミュア・ブロジェット導電
   性薄膜形成を垂直浸漬法によって行うことを特徴とする
   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. 【請求項３】　　前記ラングミュア・ブロジェット導電
   性薄膜形成を水平付着法によって行うことを特徴とする
   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。