JPH05281702A

JPH05281702A - 位相シフトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH05281702A
Application number: JP8241992A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukushima; 祐一福島; Toshio Konishi; 敏雄小西
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】位相シフトマスクの中でも、特にクロムレス型
（もしくはエッジ遮光型）について、投影露光されたパ
ターンが高コントラストと高解像度とを有し、しかも製
造工程中に導電層を設ける必要がない、以上を満たす位
相シフトマスクを容易に得ることが可能な製造方法を提
供する【構成】透明基板１上に遮光層パターン２を設け、少な
くとも該遮光層パターン２を設けた領域上に、さらに透
明薄膜層を設け、次いでその上にネガ型フォトレジスト
層４を形成し、該透明基板の背面から露光するフォトリ
ソグラフィー法によって該ネガ型フォトレジスト層４に
パターニングを施した後、該透明薄膜層にエッチングを
行い、しかる後に該遮光層パターン２及びネガ型フォト
レジストパターン４’を除去することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にはＬＳＩ、ＶＬＳ
Ｉ等に代表される半導体集積回路がフォトリソグラフィ
ー法を応用して製造される際の、回路配置の複製用原画
として使用される位相シフトマスクの製造方法に関し、
詳細には、いわゆるクロムレス型（あるいはエッジ遮光
型）と称される位相シフトマスクについての製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明で称する位相シフトマスクとは、
いわゆるフォトマスクおよびレティクルの両者に対し
て、その技術を応用できるものである。但し、昨今は後
者のレティクルとして使用される場合が通常的に多い。
ここで、一般にはレティクルとは、半導体集積回路の製
造工程で回路配置の複製用原画として使用されるもので
あるが、特には縮小投影露光装置に装填して使用される
ものを総称しており、その縮小率は４分の１乃至１０分
の１程度が通常的に適宜選定されて用いられている。ま
たフォトマスクとは、前記レティクルと同様に回路配置
の複製用原画として使用されるものであり、特に等倍の
投影露光装置に装填して使用されるものを総称してい
る。

【０００３】前記半導体集積回路の製造工程で、従来の
フォトマスクもしくはレティクルが微細なパターンの投
影露光に使用される場合、近接した開口部分を投影露光
光が透過した際に回折を起こし互いに干渉し合うが、透
過したこれらの投影露光光の位相がどの部分でも揃って
いるために、光の強度が重畳されてしまい、ウェーハー
上に設けられたフォトレジストの面上へ投影されたパタ
ーンに解像度の劣化が起きてしまう。

【０００４】これは、サブミクロンからクォーターミク
ロンさらにはそれ以下へ向けて、対象とするパターンの
微細化が非常に急速に推移していく半導体集積回路を、
所望する精度で正確に形成し生産していく技術は、従来
の投影露光光学系による光グラフィーでは困難を極める
という問題が生じていた。これは、対象とする微細パタ
ーンの大きさが、投影露光光の波長に近いほど前記解像
度の劣化が急速に強くなる傾向があり、従来のフォトマ
スクもしくはレティクルでは、投影露光光の波長以下の
微細パターンを解像することは原理的に不可能とされて
いた。

【０００５】そこで、隣接するパターンを透過する投影
光の位相をずらし、好ましくは位相を１８０度反転させ
ることにより、互いに干渉し合った投影露光光の強度を
相殺させて、前記のような微細パターンの解像度を向上
させるという位相シフト技術を用いた位相シフトマスク
が開発され注目されている。

【０００６】これによると、位相シフト層パターンのエ
ッジ部分では位相が急峻に反転（好ましくは１８０度反
転）するため、エッジ部分において光のコントラストが
強調されて、投影露光光の波長を下回る程の極めて微細
なパターンでも解像することができる。

【０００７】（図２（ａ）〜（ｄ））及び（図３（ａ）
〜（ｄ））には、位相シフトマスクのうち、特にクロム
レス型あるいはエッジ遮光型と称されるものの場合の、
従来の製造方法を示す。（図２（ａ））には、透明基板
１上に位相シフト層パターン３’を直接形成した場合を
示し、（図３（ａ））には、透明基板１上にエッチング
停止層７を設けてあり、その上に位相シフト層パターン
３’を設けた場合を示してある。

【０００８】（図２（ａ））では、透明基板１上に、位
相シフト層３、電子線レジスト膜５および導電層６をこ
の順に設けて、電子線描画９を行う。しかる後、リソグ
ラフィ工程によってレジストパターン５’を形成し（図
２（ｂ））、位相シフト層３にドライエッチングを施し
（図２（ｃ））、しかる後に導電層６及びレジストパタ
ーン５’を除去することによって位相シフトマスクを得
る（図２（ｄ））。

【０００９】（図３（ａ）〜（ｄ））では、（図２）と
同様な工程をとるが、ここでは特に、構造として透明基
板１と位相シフト層３との間にドライエッチング停止層
７が予め設けてあることにより、位相シフト層３のエッ
チングの終点を自己整合的に制御・検出でき、（図２）
のような場合と比較して、位相シフト層パターン３’の
形成をより正確にかつ精度良く容易に行うことができ
る。

【００１０】しかしながら従来の製造方法では、マスク
パターンのコントラストと形成される位相シフト層パタ
ーンのドライエッチング精度とは、互いに相反する特性
となっていた。

【００１１】すなわち、（図２）で、透明基板１と被エ
ッチング部材である位相シフト層３とは、直接接してい
るために、ドライエッチングを行った際に、予め用意し
ておいた位相シフト層の部分のみでドライエッチングを
停止することが非常に困難であり、下層の透明基板まで
ドライエッチングしてしまうという不具合があった。

【００１２】一方、（図３）では、前記エッチング停止
層７を具備しているため、透明基板にまでエッチングの
作用が達することはない。エッチング停止層の材料とし
て必要な特性は、位相シフト層の材料と比較してドライ
エッチング速度が極めて遅いこと、すなわち、ドライエ
ッチングの選択比が大であることである。しかしなが
ら、これを満足する材料からなるエッチング停止層は、
透明基板及び位相シフト層パターンとのいずれと比較し
ても、投影露光光に対する透過性能が一般に格段に劣っ
ており、（図３）の場合には、投影パターンとして得ら
れた遮光部と透過部とのコントラストが（図２）のもの
よりも格段に劣ってしまうという問題があった。

【００１３】従来、透明基板としては合成石英基板が用
いられ、可視光域及び紫外光域の透過性能は非常に優れ
ている。また、従来、位相シフト層パターンの材料とし
ては、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）またはＳＯＧ（スピンオ
ングラス）が用いられており、いずれも透過性能が非常
に良い。これに対して、前記エッチング停止層の材料
は、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等
が提案されているが、いずれも透過性能の面で、前記透
明基板及び位相シフト層パターンのいずれの材料にも及
ばず、これが限定要因となって、結果的に前記のように
投影パターンのコントラストを低下させていた。

【００１４】さらに、位相シフト層のパターニングに際
し、位相シフト層上の電子線レジスト膜に電子線描画を
行うためには、例えば（図２）及び（図３）のように、
導電層を電子線レジスト膜上に設けなければならない。
しかしこれによると、導電層と電子線レジスト膜との界
面で起こる化学反応によるこれらの材料特性の変質や、
導電層除去のときの電子線レジスト膜に対する汚れ付着
等の問題が生じるおそれがあった。

【００１５】尚、前記導電層を設ける目的とは、電子線
描画の描画精度と正確さとの低下を防止するために行う
ものである。これは、前記透明基板、位相シフト層およ
び電子線レジスト膜が通常は絶縁性材料からなるため
に、もし導電層を全く設けずに電子線描画を行った場合
には、電子線照射によるチャージアップ（帯電）現象が
発生してしまうことによって、本来直進性を有していた
電子線がそれを妨げられてしまい、正確で高精度なパタ
ーンの描画が不可能になるからである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の問
題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、すなわち、位相シフトマスクの中でも、特にクロム
レス型（もしくはエッジ遮光型）について、投影露光さ
れたパターンが高コントラストと高解像度とを有し、し
かも製造工程中に導電層を設ける必要がない、以上を満
たす位相シフトマスクを容易に得ることが可能な製造方
法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に、本発明が提供する手段は、すなわち、パターンが形
成された透明基板に入射する、少なくとも部分的にコヒ
ーレントな光に位相差を与えてフォトリソグラフィー法
に使用するいわゆる位相シフトマスクの製造方法におい
て、透明基板上に遮光パターンを設け、少なくとも該遮
光パターンを設けた領域上に、さらに透明薄膜層を設
け、次いでその上にネガ型フォトレジスト膜を形成し、
該透明基板の背面から露光するフォトリソグラフィー法
によって該ネガ型フォトレジスト膜にパターニングを施
した後、該透明薄膜層にエッチングを行い、しかる後に
該遮光パターン及びパターニングされた該ネガ型フォト
レジスト膜を除去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。

【００１８】本発明にかかわる、クロムレス型（もしく
はエッジ遮光型）と称される位相シフトマスクは、投影
露光されたパターンとしては、本来、位相シフト層パタ
ーンのエッジに沿ったパターンが高解像度で得られるも
のであり、ウェハー上にリング状パターンや線パターン
を投影する場合に適している。

【００１９】以下には、図面を参照して本発明をさらに
詳細に説明する。

【００２０】クロムレス型（もしくはエッジ遮光型）の
位相シフトマスクは（図１（ｅ））に示すように、透明
基板１上にやはり透明材料からなる位相シフト層パター
ン３’が形成されており、通常のフォトマスク（もしく
はレティクル）のような遮光パターンがない。

【００２１】しかしながら、クロムレス型（もしくはエ
ッジ遮光型）の位相シフトマスクをフォトリソグラフィ
ー法に用いて投影露光した場合には、位相シフト層パタ
ーンにより投影露光光の振幅が反転がおきているため
に、位相シフト層パターンのエッジに沿った領域のみで
投影露光光が互いに相殺されてしまい、結果的にはウェ
ハー面上に投影された露光パターンはリング状、もしく
は線状に遮光されたパターンとして形成される。しかも
このとき、位相シフト層パターンのエッジに沿って急峻
なコントラストを持つことができ、なおかつ極めて微細
なレジストパターンを形成することができる。尚、投影
された露光パターンが、前記リング状、もしくは線状に
なるのは、位相シフト層パターン自身の幅によって大き
く異なり、幅がある程度よりも広いとリング状となり、
また幅が別のある程度よりも狭いと線状となる。

【００２２】ここで、前記位相シフト層パターンは、位
相シフト層パターンがない部分に対して、投影露光光の
位相差が１８０度反転するように形成される。このとき
の条件は、投影露光光の波長λに対する位相シフト層パ
ターン部材の屈折率をｎ、位相シフト層パターンの膜厚
をｄとすると、ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝なる関係式によって明瞭簡単に与えられる。

【００２３】（図１（ａ）〜（ｅ））は本発明に係わ
り、（図１（ｅ））に示した構成の位相シフトマスクの
製造方法の説明図である。

【００２４】まず、透明基板１上に遮光パターン２を公
知の電子線リソグラフィ法によって形成する（図１
（ａ）参照）。透明基板１としては従来のフォトマスク
用基板として使用されている石英ガラス等の、光学的に
透明な材料からなり、その厚さは特に制約はないが、取
り扱いやすさやコスト等を考慮して通常は１．５〜７．
０ｍｍ程度のものが用いられる。

【００２５】遮光パターン２としてはクロム、酸化クロ
ム等のような通常のフォトマスクブランクに用いられる
遮光材料でよいが、製造工程中での遮光性を有する必要
性から、適正範囲の光学濃度を要し通常は２．０〜４．
０程度がよく、またそれに関係して、遮光パターンの膜
厚は２０〜２００ｎｍ程度が適当である。電子線リソグ
ラフィ法では、公知のように電子線レジストを基板上に
塗布し、電子線描画装置を用いて描画するため、導電層
を少なくとも製造工程中で設ける必要があるが、このと
きは遮光パターン自身が導電性材料であるために、導電
層を別途に設ける必要がない。

【００２６】次に遮光パターン２を有する面の全体を被
覆するように、位相シフト層３を成膜し、次いで位相シ
フト層３上にネガ型フォトレジスト４を被着する。しか
る後、遮光パターン２をマスクパターンとして、透明基
板１の背面からの露光８（特に限定しないが、例えばｇ
線露光でも良好）を行うことにより、ネガ型フォトレジ
ストを選択的に露光する（図１（ｂ））。

【００２７】位相シフト層３の材料としては、光学的に
透明であればよく、ＳｉＯ₂またはＳＯＧ等が使用され
るが、特にこれらに限定するものではない。また位相シ
フト層３の厚さは、前記のように位相シフト層パターン
部分を透過した投影露光光の位相差が１８０度となるよ
うに成膜され、例えば位相シフト層の屈折率ｎを１．４
７（ＳｉＯ₂）、露光波長λを３６５ｎｍとすると、前
記の関係式にのっとり膜厚ｄは３９０ｎｍとなる。ま
た、位相シフト層３の成膜方法は、特に限定されるもの
ではないが、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレー
ティング法、ＣＶＤ法、スピンコート法等に代表される
公知の方法を用いることができる。

【００２８】フォトレジスト４は半導体用ネガ型フォト
レジストを用い、通常は約５００ｎｍの厚さに塗布す
る。レジスト厚みは特にこれに限定されず、３００〜２
０００ｎｍ程度であればよく、レジストの種類はネガ型
フォトレジストであればよい。透明基板１の背面からの
露光８は、フォトレジスト４を用いたリソグラフィ工程
においてパターン形成に充分な解像度を有するような光
源波長及び露光量を適宜設定して行う。

【００２９】（図１（ｃ））は（図１（ｂ）において露
光した後に、前記フォトリソグラフィー工程を経てレジ
ストパターン４’を形成した図である。ネガ型フォトレ
ジストであるため遮光パターン２とは反転されたパター
ンが得られる。

【００３０】次に、ドライエッチング法によって位相シ
フト層３をエッチングし、位相シフト層パターン３’を
形成する（図１（ｄ））。このドライエッチング工程に
おいて遮光層パターン２はエッチング停止層として自己
整合的に機能し、適性なエッチング深さが達成される
と、遮光パターン２が露出し同時にエッチングも停止す
る。ドライエッチング工程は公知の方法を用いればよ
く、例えば位相シフト層がＳｉＯ₂であれば、反応性イ
オンエッチング装置を使用してフロンガスをエッチング
ガスとしてドライエッチングすることができる。ただし
エッチング方法はこれに限定されるものではなく、遮光
層を露出させるために異方性の良い方法をとればよい。

【００３１】次いで露出した遮光層パターン２を除去
し、さらにレジストパターン４’を除去することによっ
て、（図１（ｅ））に示すクロムレス型の位相シフトマ
スクが完成する。遮光層パターン２の除去にはウェット
エッチング等の方法を用い、レジストパターン４’の除
去にはプラズマアッシャー、あるいは剥離液によるなど
の公知の剥離方法を使用してよい。

【００３２】

【作用】本発明によると、エッチング停止層及び導電層
がいずれも最終製品として残存しないので、従来のよう
に透過性能が低下するようなことがない、さらに遮光パ
ターンとして用いた薄膜によってドライエッチングが適
切なエッチング具合のところで自己整合的に停止するの
で、エッチング深さが正確に制御でき、また、最初の工
程におけるパターン描画の際は遮光層が導電層として機
能するので、チャージアップによる描画精度劣化のない
正確で高精度な遮光パターンが形成できており、そして
位相シフト層パターンを形成する際には、導電膜をもう
ける必要が全く無い。

【００３３】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。

【００３４】洗浄済みの合成石英ガラス基板（厚さ２．
３ｍｍ）上の全面に、クロム膜と酸化クロム膜とをこの
順に積層した低反射遮光膜（膜厚１００ｎｍ）をスパッ
タリング法により形成し、その上にポジ型電子線レジス
ト（チッソ（株）製：商品名ＰＢＳ）をスピンコート法
により約５００ｎｍの厚さに塗布し、所定のベーク処理
後、ラスタースキャン型電子線描画装置を使用して、加
速電圧１０ｋＶ、ドーーズ量約２．５μＣ／ｃｍ²にて
所定のパターンを描画した後、現像処理を施してレジス
トパターンを得た。

【００３５】さらに所定のベーク処理を行った後、前記
レジストパターンをマスクパターンとして、前記低反射
遮光膜を硝酸第二セリウムアンモニウム・エッチング液
を用いてウェットエッチングすることにより遮光パター
ンを形成し、次いでレジストパターンを剥離液により剥
離することにより（図１（ａ））に示した構造の位相シ
フトマスク中間体を得た。

【００３６】次に、基板上の遮光パターン及び透過部を
含む全面に、位相シフト層として膜厚３９０ｎｍのＳｉ
Ｏ₂膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上
に、ネガ型フォトレジストを約５００ｎｍの厚さに塗布
し、ベーク処理を行った後、密着露光装置のマスターマ
スク側（光源側）に基板背面を向けて露光した（図１
（ｂ））。次いで現像処理を行い、前記基板の遮光パタ
ーン自身をマスクパターンとしたレジストパターンを形
成した。この際形成されたレジストパターンは、ネガ型
レジストを用いたため反転パターンとなる（図１
（ｃ））。

【００３７】次に平行平板型反応性イオンエッチング装
置を用いて、前記レジストパターンをマスクとして、前
記位相シフト層のドライエッチングを行った。ドライエ
ッチング条件は、Ｃ₂Ｆ₆とＨ₂ ガスとを用い、ガス圧
比がＣ₂Ｆ₆：Ｈ₂ ＝１０：１、電力量３００Ｗ、ガス
圧力０．０３Ｔｏｒｒとした。このときのエッチング時
間は約１５分であり、ＳｉＯ₂エッチングが設定された
底面まで達し、前記遮光パターンが充分露出するまで行
った（図２（ｄ））。しかる後、露出した遮光パターン
を、ウェットエッチング液（硝酸第二セリウムアンモニ
ウム及び過塩素酸の水溶液）に浸漬して除去した。さら
にレジストパターンを剥離液により剥離し、（図１）
（ｅ）に示す位相シフトマスクを得た。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かわる位相シフトマスクの製造方法によると、エッチン
グ停止層及び導電層がいずれも最終製品として残存しな
いので、従来のように透過性能が低下するようなことが
ない、さらに遮光パターンとして用いた薄膜によってド
ライエッチングが適切なエッチング具合のところで自己
整合的に停止するので、エッチング深さが正確に制御で
き、また、最初の工程におけるパターン描画の際は遮光
層が導電層として機能するので、チャージアップによる
描画精度劣化のない正確で高精度な遮光パターンが形成
できており、そして位相シフト層パターンを形成する際
には、導電膜をもうける必要が全く無い。以上のことか
ら、位相シフトマスクの中でも、特にクロムレス型（も
しくはエッジ遮光型）について、ウェハー上のフォトレ
ジスト面に投影露光されたパターンが高コントラストと
高解像度とを有し、しかも製造工程中に導電層を設ける
必要がないという位相シフトマスクを容易に得ることが
可能な製造方法を提供することができた。

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明のクロムレス型位相シ
フトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は従来のクロムレス型位相シフ
トマスクの一製造方法を工程順に示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明のクロムレス型位相シ
フトマスクの別の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・透明基板２・・・遮光層パターン３・・・位相シフト層３’・・・位相シフト層パターン４・・・ネガ型フォトレジスト層４’・・・ネガ型フォトレジストパターン５・・・電子線レジスト層５’・・・電子線レジストパターン６・・・導電層７・・・エッチング停止層８・・・露光９・・・電子線露光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成された透明基板に入射す
る、少なくとも部分的にコヒーレントな光に位相差を与
えてフォトリソグラフィー法に使用するいわゆる位相シ
フトマスクの製造方法において、透明基板上に遮光パタ
ーンを設け、少なくとも該遮光パターンを設けた領域上
に、さらに透明薄膜層を設け、次いでその上にネガ型フ
ォトレジスト膜を形成し、該透明基板の背面から露光す
るフォトリソグラフィー法によって該ネガ型フォトレジ
スト膜にパターニングを施した後、該透明薄膜層にエッ
チングを行い、しかる後に該遮光パターン及びパターニ
ングされた該ネガ型フォトレジスト膜を除去することを
特徴とする位相シフトマスクの製造方法。