JPH0468351A - 位相シフト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】 〔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。

〔従来の技術〕

ＩＣ，ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積回路は、シリコ
ンウェ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
ツチング等の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が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
、ＩＭビットＤＲＡＭの５倍レチクルは寸法精１ｔ０．
１５μｍ（３σ）、４ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レチク
ルは寸法精度０．１〜０．１５μｍ　（３ｃｒ）、１６
ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レチクルは寸法精度０．０５
〜０．１μｍといった値か要求されている。

さらに、これらのレチクルを使用して形成されるデバイ
スパターンは、ＩＭビットＤＲＡＭで１２μｍ、４Ｍビ
ットＤＲＡＭで０．８．ｃｚｍＳ　１６ＭビットＤＲＡ
Ｍで０．　６μｍと、ますます微細化か要求され、様々
な露光方法か活発に研究されている。

ところが、次々世代の、例えば６４ＭビットＤＲＡＭク
ラス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てはレジストパターンの解
像限界となり、位相シフトマスクといった新しい考え方
のレチクルか提案されはじめてきた（特開昭５８−１７
３７４４号、特公昭６２−５９２９６号）。この提案に
よる位相シフトレチクルを用いた位相シフト・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、投影像の分解能およびコントラストを向上さ
せる技術である。

上記位相シフト・リソグラフィーを図面を参照にして簡
単に説明する。第２図は位相シフト法の原理を従来法と
比較して示した図で、（ａ）、（ａ′）はレチクルの断
面図、（ｂ）、（ｂ′）はレチクル上の光の振幅、（Ｃ
）、（ａ′）はウェハー上の光の振幅、（ｄ）、（ａ′
）はウェハー上の光強度を示し、１１はガラス基板、１
２はクロム等の遮光膜、１３は位相シフター、１４は入
射光を示す。位相シフト・リソグラフィーでは、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１
８０°）させるための透過膜（シフター）！３を設ける
（第２図（ａ’　））。光透過部を透過した光は、隣接
パターン間て互いに逆位相になるため（第２図（ｂ’）
）、パターンの境界部で光強度がゼロになり、パターン
か分離する（第２図Ｃｄ’　））。このようにして、位
相シフト・リソグラフィーは、従来法では分離できなか
ったパターンも分離可能になり、解像度か向上すること
になる。

次に、上記のような位相シフトレチクルの公知の製造工
程を図面を参照にして説明する。第３図は位相シフトレ
チクルを作製する工程を断面図で示した図で、１は基板
、２はクロム膜、３はレジスト層、４は電離放射線、５
は露光部分、６はエツチングガスプラズマ、７は酸素プ
ラズマ、８は透明膜（シフター）、９は透明膜のエツチ
ングガスプラズマを示す。

まず、第３図（ａ）に示すように、光学研磨され、表面
にクロム膜２を設けたマスク基板ｌ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０１〜２゜０μｍ程度のレジスト薄膜３を設
ける。加熱乾燥処理は、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、同図（ｂ）に示すように、電離放射線レジスト層
３に、常法に従って電子線描画装置等の電離放射線４に
よる露光装置でパターン描画し、同図（Ｃ）に示すよう
に、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、レジス
トパターンを形成する。

さらに、必要に応じて加熱処理、及び、デスカム処理を
行って、レジストパターンのエツジ部分等に残存したレ
ジスト屑、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、レジストパターンの開口部より露出
する被加工部分をウェットエツチング、あるいは、エツ
チングガスプラズマ６によりドライエツチングし、パタ
ーンを形成する。

このようにしてエツチングした後、同図（ｅ）に示すよ
うに、残存するレジスト５を溶剤剥離、又は、酸素プラ
ズマ７により灰化除去し、同図（ｆ）に示すようなフォ
トマスクを完成させる。

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、クロムパターンの上にＳｉＯ２、Ｓ　ｉ　＊　Ｎ４
　、Ｐ　ＭＭＡ等の少なくとも紫外線を透過する透明膜
８を形成する。次に、同図（ｈ）に示すように、透明膜
８上に前記と同様にして、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３を設け、同図（ｉ）に示す
ように、電離放射線レジスト層３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４によっ
てパターン描画し、現像、リンスしてレジストパターン
を形成する（同図（ｊ））。

さらに、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（ｋ）に示すように、レジストパター
ンの開口部より露出する透明膜８部分をウェットエツチ
ング、あるいは、エツチングガスプラズマ９によりドラ
イエツチングし、パターンを形成する。

残存したレジスト膜は、同図（１）に示すように、溶剤
剥離、又は、酸素プラズマ７により灰化除去し、同図（
ｍ）に示すような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〕

ところが、位相シフターとして用いる透明膜をレチクル
上にパターン形成するために、透明膜上に塗布した電離
放射線レジスト層に電子線露光装置等の電離放射線にて
所定の位置にパターン描画する際、レチクル上のアライ
メントマークをその上に形成した透明膜と電離放射線レ
ジストの二層膜を通して検出しなければならない。この
ような二層膜を通してアライメントマークを検出するた
めには、電子線露光装置は加速電圧か数１０ＫＶである
ことを要する。したかって、フォトマスク製造用として
精度、信頼性、スルーブツト等の点から最も実用性の高
い１０ないし２０ＫＶの加速電圧を有する電子線露光装
置を用いて位相シフターのパターンを露光する前に、同
じ電子線露光装置によってレチクロのアライメントマー
クを検出することができないという問題がある。すなわ
ち、第４図（ａ）は第３図の工程（ｈ）におけるアライ
メントマークＡＭ部分の断面を示すが、マスク基板１表
面のクロムパターン２の一部であるアライメントマーク
ＡＭ上には、透明膜８、電離放射線レジスト層３が積層
されており、この二層を通して１０ないし２０ＫＶで加
速された電子線でアライメントマークＡＭを検出しよう
としても、その透過出力は第４図の（ｂ）に示したよう
になり、アライメントマークＡＭを検出てきない。この
ような状態のアライメントマークＡＭを第４図の（Ｃ）
のような出力で精度よく検出するには、上記したように
、電子線露光装置の加速電圧か数１ＯＫＶである必要か
ある。このため、アライメントマークＡＭを精度良く検
出して、位相シフトマスクを作成するには、従来のフォ
トマスク描画装置の加速電圧を３０〜５０ＫＶに上げる
ように改良を施したり、この要件を満足する新規設備を
購入する等の必要があった。

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、従来の電子線露光装置をそのまま用いて、
高精度の位相シフトマスクを製造する方法を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記の問題に鑑み、従来の電子線露光装置
にて、高精度の位相シフト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、シフターを形成する際、
レチクル上のアライメントマークを露出させて、露出し
たアライメントマークを電子線露光装置の電子線にて検
出して、シフターパターンを正確にアライメントして描
画することにより、高精度の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、本発明の位相シフトフォトマスクの製造方法を図
面を参照して説明する。

第１図は、本発明の位相シフトレチクルを作製する工程
を断面図で示した図であり、２１は基板、２２はクロム
膜、２３はレジスト層、２４は光あるいは電離放射線、
２９は透明膜２５のエツチングガスプラズマ、３０は酸
素プラズマを示す。

まず、第１図（ａ）に示すように、シフターを形成する
ためのアライメントマークＡＭの付いたレチクル上に０
ＦＰＲ−８００等のフォト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程度のレジスト膜２３を設ける
。加熱乾燥処理は、レジストの種類にもよるが、通常８
０〜１５０℃で２０〜６０分間程度行う。

次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト２３に常法に
従ってアライナ−等の露光装置でパターン露光し、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを主成分とす
る現像液で現像後、純水でリンスし、アライメントマー
クＡＭをレジスト２３て覆ったパターンを形成する（第
１図（Ｃ））。

次に、第１図（ｄ）に示すように、この基板の上にスパ
ッタ法、ＣＶＤ法、あるいは、スピンオングラス等によ
るコーティング等により、少なくとも可視光線、紫外線
を透過する透明膜２５を形成する。続いて、パターニン
グされたレジストを溶解する溶剤（例えば、アセトン）
にて処理し、その上の透明膜２５をリフトオフして、ア
ライメントマークＡＭを露出させる（第１［Ｎ　（ｅ）
）。

次に、この透明膜２５の形成された基板上にポジ型の電
離放射線レジスト２６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程度のレジスト膜２６を設ける。加熱乾燥処
理は、レジストの種類にもよるが、通常８０〜１５０°
Ｃて２０〜６０分間程度行う。

次に、同図（ｆ）に示すように、レジスト層２６に常法
に従って電子線露光装置等の露光装置でアライメントマ
ークＡＭ部分を露光し、所定の現像液で現像して、アラ
イメントマークＡＭを露出させる（同図（ｇ））。ここ
で、アライメントマークＡＭが露出したことにより、電
子線露光装置等の比較的加速電圧の低い露光用電子線で
アライメントマークＡＭを検出して、正確に位置合わせ
された描画が容易に行える。

シフターパターンを形成するために、電子線露光装置等
でアライメントマークＡＭを検出して、所定の位置にパ
ターン露光を行う（第１図（ｇ））。パターン露光後、
所定の現像液で現像し、リンス液でリンスして、レジス
トパターン２７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２７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
（ｈ）に示すように、レジストパターン２７の開口部よ
り露出する被加工部分、すなわち、透明膜層２５をエツ
チングガスプラズマ２９によりドライエツチングし、シ
フターパターン２８を形成する。なお、このシフターパ
ターン２８の形成は、エツチングガスプラズマ２９によ
るト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。

このようにしてエツチングした後、同図（１）に示すよ
うに、残存するレジスト２７を、酸素プラズマ３０によ
り灰化除去し、同図（ｊ）に示すようなレチクルの遮光
パターンの間にシフターパターン２８が形成された位相
ソフトマスクか完成する。

すなわち、本発明は、シフターパターンを形成するため
のレジストにパターン露光する際、アライメントを確実
に行うため、アライメントパターンを露出させておいて
から、シフターパターンを形成するためのレジストにア
ライメント描画を行うことを特徴とする位相シフトフォ
トマスクの製造方法である。

なお、アライメントパターンの露出の方法としては、必
ずしも上記のものに限らず種々の変形か可能である。

具体的には、本発明の位相シフトフォトマスクの製造方
法は、少なくとも、基板上に形成されたレチクルの所定
のマークを露出させて所定の膜厚の紫外光透過薄膜を形
成する第１の工程と、レチクルの前記所定のマークを露
出させて前記紫外光透過薄膜か形成された基板上に電離
放射線レジスト薄膜を形成する第２の工程と、前記露出
したマークの位置を検出しなから前記電離放射線レジス
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第３の工程と、前
記レジストパターンをマスクとして露出した前記紫外光
透過薄膜をエツチングする第３の工程と、エツチング後
に残存するレジスト薄膜を除去する第４の工程とを備え
ることを特徴とする方法である。

この場合、前記第Ｉの工程が、レチクル上にレジスト薄
膜を形成する工程と、該レジスト薄膜に光あるいは電離
放射線をパターン照射し、現像して、レチクル上の前記
所定のマークを覆うような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か形成された基板上に所
定の膜厚の紫外光透過薄膜を形成する工程と、前記レジ
ストを溶解する溶剤にて洗浄して前記所定のマーク上の
紫外光透過薄膜をリフトオフする工程とからなることか
現実できてあり、また、前記第２の工程が、第１の工程
にて紫外光透過薄膜か形成された基板上に電離放射線レ
ジスト薄膜を形成する工程と、該電離放射線レジスト薄
膜の前記所定のマーク部分に光あるいは電離放射線をパ
ターン照射し、現像して、前記所定のマークを露出する
工程とからなることか現実できである。

〔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ＬＳ　Ｉ、超ＬＳＩの高集積化に伴い、位相シフトマ
スクというものか考案されたが、この位相シフトマスク
を実用的に製造する場合、フォトマスクの製造に用いら
れている電子線露光装置では、レジスト膜やシフター膜
の上からではアライメントマークか精度良く検出てきな
いことか問題となっている。

本発明では、シフターパターンを形成する際、予め露出
させておいたアライメントマークを検出してパターン露
光を行うため、高精度で、かつ、アライメントマーク検
出エラーなしに、パターン描画か行えるものであり、従
来の電子線リソグラフィーによるフォトマスクの製造プ
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か可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１） 第１図（ａ）のようなレチクル上に０ＦＰＲ８００のレ
ジスト溶液をスピンコーティング法により塗布し、９０
℃で３０分間プリベークし、厚さ１．　０μｍの均一な
レジスト膜２３を得た。

次に、第１図（ｂ）に示すように、レチクル上のアライ
メントマークＡＭ部分を遮光したパターンから成るフォ
トマスクを用いて、上記レジスト膜２３を形成したレチ
クルにアライナ−露光し、露光後、ＮＭＤ−３で現像し
、純水でリンスして、アライメントマークＡＭ部分のみ
かレジスト膜２３にて覆われたレチクルを得た（第１図
（Ｃ））。

続いて、第１図（ｄ）に示すように、このレチクルにＥ
ＣＲ−ＣＶＤ装置を用いて５１０２膜２５を４０６ｎｍ
堆積した後、超音波洗浄槽中てアセトンにて処理して、
アライメントマークＡＭ部分の５ｉｎ２膜２５をリフト
オフし、アライメントマークＡＭ以外の部分に５１０２
膜２５が形成されたレチクルを得た（第１図（ｅ））。

次に、このレチクル上に電子線レジストＥＢＲ−９のレ
ジスト溶液をスピンコーティング法により塗布し、２０
０°Ｃて３０分間プリベークし、厚さ０．６μｍの均一
なレジスト膜２６を得た。

次に、加速電圧２０ＫＶの電子線露光装置にてアライメ
ントマークＡＭ部分に２０ｕＣ／ａｔの照射量で露光し
た後（第１図（ｆ））、メチルイソブチルケトンとイソ
プロピルアルコールの混合液からなる現像液で現像し、
イソプロピルアルコールでリンスして、レチクル上のア
ライメントマークを露出させた。

続いて、露出したアライメントマークＡＭを検出しなが
ら、ＥＢＲ−９からなるレジスト膜２６上の所定の位置
に電子線露光装置にて１０μＣ／ｄの照射量でパターン
露光しく第１図（ｇ））、メチルイソブチルケトンとイ
ソプロピルアルコールの混合液から成る現像液て現像し
、イソプロピルアルコールでリンスして、レジストパタ
ーンを形成した。

続いて、これを１４０℃で３０分間ポストベークした後
、Ｉ　Ｔｏｒｒ、１００Ｗの酸素プラズマで１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５
ｉＣＬ膜２５をフッ酸とフッ化アンモニウムから成る水
溶液でウェットエツチングした。次に、残存したレジス
トを２Ｔｏｒｒ、　４００Ｗの酸素プラズマ３０て灰化
除去して（第１図（ｉ）Ｌ　シフターパターンが高精度
に形成された位相シフトマスクを得ることかできた（第
１図（ｊ））。

〔発明の効果〕

本発明の位相シフトフォトマスクの製造方法においては
、シフターパターンを形成する際、予め露出させておい
たアライメントマークを検出してパターン露光を行うた
め、高精度で、かつ、アライメントマーク検出エラーな
しに、パターン描画か行えるものであり、従来の電子線
リソグラフィーによるフォトマスクの製造プロセスを大
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か可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位相シフトフォトマスク製造方法の１
実施例の工程断面図、第２図は位相シフト法の原理を従
来法と比較して示した図、第３図は従来の位相シフトレ
チクル作製工程を示す断面図、第４図は従来の位相シフ
トレチクル作製工程における電子線の加速電圧とアライ
メントマーク検出信号の関係を説明するための図である
。 ＡＭ・・・アライメントマーク、２１・・・基板、２２
・・・クロム膜、２３・・・レジスト層、２４・・・光
あるいは電離放射線、２５・・・透明膜、２６・・・電
離放射線レジスト膜、２７・・・レジストパターン、２
８・・・シフターパターン、２９・・・エツチングガス
プラズマ、３０・・・酸素プラズマ 第２図 出　　願　　人　大日本印刷株式会社 代理人　弁理士　韮　　澤　　　弘（外７名）Ｉ羨　１
、　ミム 了立才巳　ミ７　ト　］人 図 第 図 （ｆ） 一１二でに１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、基板上に形成されたレチクルの所定
   のマークを露出させて所定の膜厚の紫外光透過薄膜を形
   成する第１の工程と、レチクルの前記所定のマークを露
   出させて前記紫外光透過薄膜が形成された基板上に電離
   放射線レジスト薄膜を形成する第２の工程と、前記露出
   したマークの位置を検出しながら前記電離放射線レジス
   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第３の工程と、前
   記レジストパターンをマスクとして露出した前記紫外光
   透過薄膜をエッチングする第３の工程と、エッチング後
   に残存するレジスト薄膜を除去する第４の工程とを備え
   ることを特徴とする位相シフトフォトマスクの製造方法
   。
2. （２）前記第１の工程が、レチクル上にレジスト薄膜を
   形成する工程と、該レジスト薄膜に光あるいは電離放射
   線をパターン照射し、現像して、レチクル上の前記所定
   のマークを覆うような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が形成された基板上に所定の
   膜厚の紫外光透過薄膜を形成する工程と、前記レジスト
   を溶解する溶剤にて洗浄して前記所定のマーク上の紫外
   光透過薄膜をリフトオフする工程とからなることを特徴
   とする請求項１記載の位相シフトフォトマスクの製造方
   法。
3. （３）前記第２の工程が、第１の工程にて紫外光透過薄
   膜が形成された基板上に電離放射線レジスト薄膜を形成
   する工程と、該電離放射線レジスト薄膜の前記所定のマ
   ーク部分に光あるいは電離放射線をパターン照射し、現
   像して、前記所定のマークを露出する工程とからなるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の位相シフトフォト
   マスクの製造方法。