JPH0451238A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

産業上の利用分野 発明の概要 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 実施例−１ 実施例−２ 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位相シフトマスク及びその製造方法に関する
０本発明は、各種パターン形成技術等に用いる位相シフ
トマスク及びその製造方法として利用することができ、
例えば半導体装置製造プロセスにおいてレジストパター
ンを形成する場合のマスクなどとして用いる位相シフト
フォトマスク及びその製造方法として利用することがで
きる。

〔発明の概要〕

本出願の請求項１の発明の位相シフトマスクは、その位
相シフト部が少なくとも遮光部の側壁に接して形成され
、該位相シフト部は、遮光部よりも厚い膜厚で形成され
ているものであり、これによって、新規な構成で良好な
位相シフト効果を持たせ得るとともに、各種の材料での
位相シフト部の形成を可能としたものである。

本出願の請求項２の発明は、遮光材料パターン上に、ネ
ガ型レジスト膜を形成し、これを背面露光し現像すると
ともに、その際、該露光及び現像を制御することにより
該ネガ型レジストパターンは該パターンと遮光材料パタ
ーンとの間が基板露出部となる構造にし、次いで位相シ
フト材料膜を該基板露出部に形成することによって、各
種の材料により新規な構成の位相シフトマスクを制御性
良く形成することを可能としたものである。

〔従来の技術〕

フォトマスクを利用して形成する装置、例えば半導体装
置等は、その加工寸法が年々微細化される傾向にある。

このような青畳で、微細化した半導体装置を得るフォト
リソグラフィーの技術において、その解像度を更に向上
させるため、マスクを透過する光に位相差を与え、これ
により光強度プロファイルを改善するいわゆる位相シフ
ト技術が脚光を浴びている。

例えば、半導体集積回路の最小加工寸法は研究開発レベ
ルでは０．５μｍ以下に迫っているが、露光技術は従来
の超高圧水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線を用い
たリソグラフィーが未だに主流となっている。よってこ
のようなリソグラフィー技術を適用して、上記のような
微細な加工を実現しようとするためには、プロセスに各
種の工夫を施さないと、所望の加工を達成することが困
難になる。

この点でも、レジストプロセス自体は従来通りにでき、
マスクのみに手を加える位相シフトマスク技術が、容易
に解像力を向上する方法として注目されているのである
。

この技術はＩＢＭのＬｅｖｅｎｓｏｎらによって紹介さ
れた方法であり、かかる従来の位相シフト法については
、特開昭５８−１７３７４４号公報や、ＭＡＲＣＤ。

ＬＥＶＥＮＳＯＮ他＝Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　　Ｒｅ５ｏ
ｌｕｔｉｏｎ　　ｉｎ　　Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏ−ｇｒ
ａｐｈｙ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔｉｎ
ｇ　Ｍａｓｋ’　ＩＥＢＥ　ＴＲＡＮＳ−ＡＣＴＩＯＮ
Ｓ　　ＯＮ　　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　　ＤＥＶＩＣＥＳ、
　　ＶＯＬ、　　ＨＤ−２９Ｎｏ、１２゜ＤＥＣＥＭＢ
ＢＲ１９８２，Ｐ１８２Ｂ〜１８３６、またＭＡＲＣＤ
、　ＬＨ−ＶＥＮＳＯＮ他”Ｔｈｅ　Ｐｈａｓｅ−Ｓｈ
ｉｆｔｉｎｇ　ＭａｓｋＩＩ　：　ＩｍａｇｉｎｇＳｉ
ｍｕｌａｔｉｏｎｓ　　ａｎｄ　　５ｕｂｓ＋ｉｃｒｏ
ｍｅｔｅｒ　　Ｒｅ５ｉｓｔ　　Ｅｘｐｏｓｕｒｅｓ同
誌Ｖｏ１．　ＨＤ−３１，Ｎｏ、６．　ＪＵＮＥ　１９
８４．　Ｐ２Ｓ５〜７６３に記載がある。

従来より知られている位相シフト法について、第４図を
利用して説明すると、次のとおりである。

例えばライン・アンド・スペースのパターン形成を行う
場合、通常の従来のマスクは、第４図（ａ）に示すよう
に、石英基板等の透明基板１上に、Ｃｒ（クロム）など
の遮光性の材料を用いて遮光部１０を形成し、これによ
りライン・アンド・ズペースの繰り返しパターンを形成
して、露光用マスクとしている。この露光用マスクを透
過した光の強度分布は、第４図（ａ）に符号Ａ１で示す
ように、理想的には遮光部ｌＯのところではゼロで、他
の部分（・透過部１２ａ、１２ｂ）では透過する。１つ
の透過部１２ａについて考えると、被露光材に与えられ
る透過光は、光の回折などにより、第４図（ａ）にＡ２
で示す如く、両側の裾に小山状の極大をもつ光強度分布
になる。透過部１２ｂの方の透過光は、−点鎖線で示し
た。各透過部１２ａ、１２ｂからの光を合わせると、Ａ
３に示すように光強度分布はシャープさを失い、光の回
折による像のぼけが生じ、結局、シャープな露光は達成
できなくなる。これに対し、上記繰り返しパターンの光
の透過部１２ａ。

１２ｂの上に、１つおきに第４図（ｂ）に示すように位
相シフト部１１ａ（シフターと称される）を設けると、
光の回折による像のぼけが位相の反転によって打ち消さ
れ、シャープな像が転写され、解像力や焦点裕度が改善
される。即ち、第４図（ｂ）に示す如く、一方の透過部
１２ａに位相シフト部１１ａが形成されると、それが例
えば１８０°の位相シフトを与えるものであれば、該位
相シフト部１１ａを通った光は符号Ｂ１で示すように反
転する。

それに隣合う透過部１２ｂからの光は位相シフト部１１
ａを通らないので、かかる反転は生じない、被露光材に
与えられる光は、互いに反転した光が、その光強度分布
の裾において図にＢ２で示す位置で互いに打ち消し合い
、結局被露光材に与えられる光の分布は第４図（ｂ）に
Ｂ３で示すように、シャープな理想的な形状になる。

上記の場合、この効果を最も確実ならしめるには位相を
１８０°反転させることが最も有利であるλ 位相シフト部の屈折率、λは露光波長）なる膜厚で膜形
成した位相シフト部１１ａを設ける。

なお露光によりパターン形成する場合、縮小投影するも
のをレティクル、１対１投影するものをマスクと称した
り、あるいは原盤に相当するものをレティクル、それを
複製したものをマスクと称したりすることがあるが、本
発明においては、このような種々の意味におけるマスク
やレティクルを総称して、マスクと称するものである。

最近、上記のような位相シフト技術において、解像力が
良好で、かつセルファラインで容易に位相シフト膜を形
成できる技術として、第３図に示す方法が提案されてい
る（Ｎｉｔａｙａｍａ　ｅｔ、　ａｌ、、ＩＥＤＭＴｅ
ｃｈ、　Ｄｉｇ、、１９８９．３−３、また、１９９０
年春季応用物理学会予稿集２８ａ−ＰＤ−２）。

この技術は、基板１上のクロムをＥＢレジストパターン
２０によりパターニングしてクロムパターン１０ｂを得
（第３図（ａ））、次いでＥＢレジストパターン２０を
適宜除去後、位相シフト材料を兼ねるフォトレジストと
してＰＭＭＡを、位相シフトマスクの露光光として用い
る光の透過光の位相が１８０°反転する厚さに塗布して
第３図（ｂ）のようにし、次いで同図に矢印Ｐで示す如
く基板１の裏面からの遠紫外線により露光する。ＰＭＭ
Ａ層を符号１１′で示す、これによりクロムパターン１
０ｂをＰＭＭＡに転写し現像してＰＭＭＡパターン１１
’を有する第３図（Ｃ）の構造を得る。その後、クロム
パターン１０ｂをサイドエツチングにより後退させて第
３図（ｄ）に示すようなりロム遮光部１０ｃを得、これ
によりＰ？ＩＭＡパターン１１１のクロム遮光部１０ｃ
が存在していない部分を位相シフト部１１として用いる
位相シフトマスク構造を得るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術によれば、自己整合型の位相シフトマスク
を比較的簡単に製作できると言えるかもしれないが、位
相シフト部１１は、クロムパターン１０ｂをエツチング
により後退させることにより得るので、その幅Ｗは該後
退を制御することにより決定されるものであり、かかる
エツチングによる後退を良好に制御するのは困難である
。

更に、位相シフトマスクの材料としては、露光現像して
パターニングできるレジストしか用いることができない
０位相シフト効果は、材料の屈折率によって決まるので
、所望の位相シフト材料により位相シフト部を形成でき
ることが望まれるが、上記従来技術はそのように希望す
る位相シフト材料に汎用することはできないのである０
例えば、耐性に富み、繰り返し洗浄してももちがよい無
機材料（ＳｉＯ□など）は、この発明では、位相シフト
材料として用いることは不可能である。

本発明は、上記問題点を解決して、制御性良（位相シフ
ト部を形成でき、かつ無機材料等をも位相シフト材料と
して用いることができる位相シフトマスク、及びその製
造方法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の位相シフトマスクは、透明基板に、遮光部と、
光透過部と、位相シフト部とを備え、位相シフト部は、
少なくとも遮光部の側壁に接して形成され、該位相シフ
ト部は、遮光部よりも厚い膜厚で形成されていることを
特徴とすることによって、上記目的を達成したものであ
る。

本発明の位相シフトマスクの製造方法は、透明基板に、
遮光部と、光透過部と、位相シフト部とを備えた位相シ
フトマスクの製造方法であって、透明基板の第１の主面
に遮光材料層を形成し、該遮光材料層をパターニングし
て遮光材料パターンを形成し、ネガ型レジスト膜を第１
の主面全面に形成し、第２の主面から光照射して該ネガ
型レジスト膜を露光し、現像してネガ型レジストパター
ンを形成するとともに、該露光及び現像を制御すること
により該ネガ型レジストパターンは該パターンと遮光材
料パターンとの間が基板露出部となる構造にし、次いで
位相シフト材料膜を該基板露出部に形成し、ネガ型レジ
ストパターンを除去して、位相シフト部が遮光部に隣接
して、かつ遮光部よりも大きい膜厚で形成された構成の
位相シフトマスクを得る構成としたことによって、上記
目的を達成したものである。

本出願の各発明において、位相シフト部とは、光透過部
が透過する露光光に対して互いに異なる位相で露光光を
透過するものをいう、遮光部とは、使用する露光光につ
いてその光の透過を遮るものであり、光透過部とは、使
用する露光光を透過するものである。遮光部、光透過部
は、それぞれ光遮断性、及び光透過性が大きいものが望
ましいが、必ずしも完全ないしそれに近く光を遮り、あ
るいは透過しなくても、必要なパターン形成が可能な程
度に光を遮断し、あるいは透過するものであればよい０
位相シフト部も、光透過部と同様、光の透過率が大きい
ことが望まれるが、必要な位相反転と露光を行えるもの
であればよい。

遮光部の材料としては、クロムや、その他酸化クロム、
もしくは高融点金属（Ｗ、Ｍｏ、Ｂｅ等）全般、及びそ
の酸化物などを用いることができる。

光透過部は、遮光部や位相シフト部が形成されていない
透明な基板部分をそのまま用い、ここから光を透過させ
るように構成することができる。

透明基板としては、露光光に対して透明な材料から成る
ものであれば任意であり、石英、通常のガラス、適宜各
種成分を含有させたガラス、その他適宜のものを用いる
ことができる。

本出願の請求項２の発明においては、透明基板は更に、
第１の主面に形成したネガ型レジストを第２の主面から
光照射して露光する際に用いる露光光に対しても、該露
光を達成できる透明性を有することを要する。

本出願の請求項２の発明において、位相シフト部の材料
としては、基板上の基板露出部に膜形成できるものであ
って、かつ、上記した位相シフト効果を奏し得るものな
ら任意である０例えば、ＳｔＯ□、ＳｉＯのようなシリ
コン酸化物、あるいはシリコン窒化物、また有機感光性
組成物（レジスト）等を用いることができる。

また、請求項１の発明においても、位相シフト部の材料
としてはこの発明の構成をとることができるものなら任
意である。

本出願の各発明の構成について、後記詳述する各発明の
一実施例を示す第１図（ａ）〜・（ｈ）、及び第２図（
ａ）〜（ｈ）を用いて説明すると、次のとおりである。

本出願の請求項１の発明は、第１図（ｈ）または第２図
（ｈ）に例示するような、透明基板１に、遮光部１０と
、光透過部１２と、位相シフト部１１とを備えた位相シ
フトマスクであって、位相シフト部１１は、少なくとも
遮光部１０の側壁に接して形成され（第１図（ｈ）の例
では、遮光部１０の側壁にのみ接しており、第２図（ｈ
）の例では、遮光部１０の側壁及び上面をおおうことに
よって、側壁に接する構成になっている）、該位相シフ
ト部１１は、遮光部１０よりも厚い膜厚で形成されてい
るものである。

本出願の請求項２の発明は、第１図（ａ）〜（ｈ）、ま
たは第２図（ａ）〜（ｈ）に例示するように、透明基板
の第１の主面１ａに遮光材料層１０ａを形成しく各図（
ａ））、該遮光材料層１０ａをパターニングして遮光材
料パターン１０ｂを形成しく各図（ｂ）（ｃ））、ネガ
型レジスト膜２１を第１の主面１ａ全面に形成し、第２
の主面１ｂから光照射（照射光をＰで示す）して該ネガ
型レジスト膜２１を露光しく各図（ｄ）Ｌ現像してネガ
型レジストパターン２２を形成するとともに、該露光及
び現像を制御することにより該ネガ型レジストパターン
２２は該パターン２２と遮光材料パターン１０ｂとの間
が基板露出部３となる構造にしく各図（ｅ））、次いで
位相シフト材料膜１１ｂを該基板露出部３に形成しく各
図（ｆ）（ｇ））、ネガ型レジストパターン２２を除去
して位相シフト部１１（１１ｂ　）が遮光部１０（１０
ｂ）に隣接して、かつ遮光部１０（１０ｂ）よりも大き
い膜厚で形成された構成の位相シフトマスク（各図（ｈ
））を得るものである。

〔作用〕

上記のように、請求項１の発明である本発明の位相シフ
トマスクは、位相シフト部が遮光部の少なくとも側壁に
接し、かつ遮光部より膜厚であるという新規な構成をと
るものであり、これにより有効な位相シフト効果を得る
ことができる。かつ、この位相シフトマスクは、請求項
２の発明により製造することができるものであって、有
機フォトレジスト材料のみならず、耐性の良い無機材料
によって位相シフト部を簡便にかつ制御性良く形成して
得ることができるものでもある。

請求項２の発明である本発明の位相シフトマスクの製造
方法は、背面露光等の必要がないので位相、シフト材料
としてレジスト以外にも耐性の良い各種無機材料を用い
ることができ、かつ、位相シフト部の形状制御は露光及
び現像条件により行うので、制御性の良い良好な形状の
位相シフト部を簡便に得ることができるものである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。但し当然ではあ
るが、本発明は以下述べる実施例により限定されるもの
ではない。

実施例−１ この実施例は、本発明を、微細化・集積化した半導体装
置を製造する際に用いる位相シフトマスクを製造する場
合に、具体化したものである。

第１図（ａ）〜（ｈ）を参照する。

本実施例では、透明基板１として石英を用いた。

該石英基板１の第１の主面１ａ（表面）に、遮光材料層
１０ａを形成し、第１図（ａ）の構造とする。

本実施例では遮光材料としてＣｒを用い、該遮光材料層
１０ａであるＣｒ層の膜厚は、約８００人とした。

次に、レジスト膜を形成してこれをパターニングし、第
１図（ｂ）に示すようにレジストパターン２０を形成し
た０本実施例では具体的には、ＥＢレジスト（商品名：
　ＥＢＲ−９、東し■製）を回転塗布し、ベータし、Ｅ
Ｂ露光装置としてＭＥＡＢＥＳ（パーキンエルマー社）
を用い、２０ｋＶの加速電圧で露光後、使用レジストに
通した現像液で現像し、レジストパターン２０を形成し
た。これを０２でデスカム（残滓等の除去）した、その
後、レジストパターン２０をマスクとして、遮光材料層
１０ａをパターニングした。これにより遮光材料パター
ン１０ｂを形成した。得られた構造を第１図（ｃ）に示
す。

次に本実施例では、上記遮光材料のパターニングに用い
たレジストパターン２０を除去することなく、そのまま
残して、第１図（Ｃ）の構造の上に、ネガ型レジスト膜
２１を全面に形成して、第１図（ｄ）の構造とした０本
明細書中、「全面に形成」とは、必要とする被加工部分
について、その部分の全面に形成することを意味する。

本実施例ではネガ型フォトレジストとして、ＯＭＲ−８
３（東京応化■）などを用いることができる。

第１図（ｄ）のように、第１の主面１ａにネガ型レジス
ト膜２１を有する構造について、同図に示す如く、第２
の主面（裏面）から露光を行う、露光光を模式的にＰで
示す、但しこの場合、適正露光量より少ない露光量で露
光し、かつ、露光後の現像は、適正より過大ないわゆる
オーバー現像を行う、一般に、適正露光量より小さい露
光量を用い、及び／またはオーバー現像すると、パター
ンは細る０本実施例ではこれを利用して細ったパターン
を形成し、これにより第１図（ｅ）に示すように、遮光
材料パターン１０ｂと上記により得られるネガ型レジス
トパターン２２との間が、基板１が露出した基板露出部
３となる構造が得られるようにする。

また同時に、上記の露光・現像の条件を、得られるネガ
型レジストパターン２２の膜厚が、必要とする位相シフ
ト部の膜厚（シフター厚）として好ましい厚さと同じに
なるように制御する。この位相シフト部の膜厚は、前記
のとおり位相シフト材料の屈折率、及び使用すべき露光
光の波長により決まるものである。

本実施例では具体的には、露光量は５ｓＪ／ｃｊとし、
現像は、適正現像時間の３倍の時間でオーバー現像した
。

次に、位相シフト材料層１１ａを形成して、第１図（ｆ
）の構造とする。

本実施例では、ＳｉＯ□を位相シフト材料としたが、そ
の他適宜の材料を用いることができ、例えば、ＳｉＮ　
（シリコンナイトライド）　、ＳｉＯ、ＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｓ＋Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）、Ｔａ１Ｏｓ　、　ＷＯ
ｓ　、Ａｌｔｏｚ　、ＴｉＯ等を用いることができる。

　Ｓｉｎ、膜等の位相シフト材料膜１１ａの形成には、
各材料に応じ、ＣＶＤ、スバ、ツタ、蒸着、その他いず
れの手段を用いるのでもよい０本実施例では具体的には
、ＳｉＯ□をマグネトロンスパッタして、４０００人（
ないし３０００人）厚の膜を形成した。

次に、本実施例では全面エッチバックを行うことにより
、第１図（ｆ）の構造から、第１図（ｇ）に示すように
、遮光材料パターン１０ｂとネガ型レジストパターン２
２との間の基板露出部３に位相シフト材料膜１１ｂが残
るようにする。具体的なエツチング条件としては、ＤＥ
Ａ−５０３を用い、ガス系として ＣｔＦｂ意５０ＳＣＣＭ ＾ｒ　　＝２０３ＣＣＭ の混合ガスでエツチングして、上表面のＳｉＯ□を除去
した。即ち、レジストパターン２０が露出する位までエ
ツチングを行った。

なお、この例ではレジストパターン２０とネガ型レジス
トパターン２２との上面位置は同一程度にしたが、これ
は必ずしも一致している必要はない。

得られた第１図（ｇ）の構造について、各レジストパタ
ーン２０．２２を除去すると、第１図（ｈ）の位相シフ
トマスク構造が得られる。このときのレジスト除去は、
アッシング、例えばｏ２プラズマアッシングによること
ができる。

本実施例では、上記の遮光材料パターン１０ｂをそのま
ま遮光部１０とし、また、位相シフト材料膜１１ｂを、
そのまま位相シフト部１１とした。

これによって、第１図（ｈ）に示す、遮光部ｌＯよりも
膜厚の位相シフト部１１が形成された位相シフトマスク
構造が得られる。

かつ、本実施例では、遮光部１０の両サイドに、決まっ
た幅の位相シフト部１１を制御性良く、かつ決まった膜
厚で形成することができる。

また、本例では、遮光材料パターニング用のＥＢレジス
トパターン２０と、ネガ型レジストパターン２２とを、
同時に剥離できるので、工程が簡単であるという効果も
ある。

実施例−２ 次に、第２図（ａ）〜（ｈ）を参照して、実施例−２を
説明する。

本実施例は、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、遮光材
料層１０ａを基板１の第１の主面ｌａ上に形成し、レジ
ストバーン２０により遮光材料パターン１０ｂを得るま
では第１図（ａ）（ｂ）で説明した実施例−１における
と同じである。

本例では、実施例−１の場合と異なり、レジストパター
ン２０を除去し、その後ネガ型レジスト膜２１を形成し
て、第２図（ｃ）に示す構造にする。

その後、実施例−１におけると同様、露光・現像を制御
して、基板露出部３を介してネガ型レジストパターン２
２が形成された第２図（ｅ）の構造を得、この上に位相
シフト材料層１１ａを形成して、第２図（ｆ）の構造と
する。

その後、ネガ型レジストパターン２２が露出するまでエ
ッチバックすると、第２図（ｇ）の如く、遮光材料パタ
ーン１０ｂの両側壁と上面とをおおう位相シフト材料膜
１１ｂが得られる。

レジスト除去により、第２図（ｈ）の位相シフトマスク
構造が得られる。

本実施例において、各工程で用いる条件は、実施例−１
と同様にできる０本実施例も、実施例＝１と同様、本発
明の効果を発揮できるものである。

う効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）、第２図（ａ）　〜（ｈ）は、各
々実施例−１、実施例−２の工程を、製造中の位相シフ
トマスクの断面図で示すものである。 第３図は、従来技術を示す図であり、第４図は、位相シ
フトマスクの原理説明図である。 １・・・基板、１ａ・・・第１の主面、１ｂ・・・第２
の主面、２１・・・ネガ型レジスト膜、２２・・・ネガ
型レジストパターン、３・・・基板露出部、１１・・・
位相シフト部、１１ａ・・・位相シフト材料層、１１ｂ
・・・位相シフト材料膜、１０・・・遮光部、１０ａ・
・・遮光材料層、１０ｂ・・・遮光材料パターン、１２
・・・光透過部。 〔発明の効果〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明基板に、遮光部と、光透過部と、位相シフト部
   とを備え、 位相シフト部は、少なくとも遮光部の側壁に接して形成
   され、該位相シフト部は、遮光部よりも厚い膜厚で形成
   されていることを特徴とする位相シフトマスク。 ２、透明基板に、遮光部と、光透過部と、位相シフト部
   とを備えた位相シフトマスクの製造方法であって、 透明基板の第１の主面に遮光材料層を形成し、該遮光材
   料層をパターニングして遮光材料パターンを形成し、 ネガ型レジスト膜を第１の主面全面に形成し、第２の主
   面から光照射して該ネガ型レジスト膜を露光し、現像し
   てネガ型レジストパターンを形成するとともに、 該露光及び現像を制御することにより該ネガ型レジスト
   パターンは該パターンと遮光材料パターンとの間が基板
   露出部となる構造にし、 次いで位相シフト材料膜を該基板露出部に形成し、 ネガ型レジストパターンを除去して、位相シフト部が遮
   光部に隣接して、かつ遮光部よりも大きい膜厚で形成さ
   れた構成の位相シフトマスクを得る位相シフトマスクの
   製造方法。