JPH06194820A

JPH06194820A - 位相シフトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH06194820A
Application number: JP34408992A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukushima; 祐一福島; Toshio Konishi; 敏雄小西; Kinji Okubo; 欽司大久保
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】レジスト層と位相シフト層との間の接着性を高
め、パターン欠陥の発生を抑制し、位相シフトパターン
の高精度な形成を可能な製造方法を提供する。【構成】少なくとも、該位相シフト部をなす材料の層の
上に金属薄膜層を形成し、しかる後にレジスト層を形成
することを特徴とし、好ましくは、前記金属薄膜層をな
す材料が、特にモリブデン、タンタル、タングステン、
アルミニウム、あるいはニッケルからなることを特徴と
する位相シフトマスクの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ、ＶＬＳＩをはじ
めとした半導体集積回路の製造に代表されるような極め
て微細なパターンを形成する際に、フォトファブリケー
ション用の原版として使用されるいわゆる位相シフトマ
スクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォトマスクでは、微細なパター
ンの投影露光に際し、近接したパターンはマスクの光透
過部を通過した光が回折し、干渉し合うことによって、
パターン境界部での光強度を強め合い、感光して、ウェ
ハー上に転写されたパターンが分離解像しないという問
題が生じていた。この現象は露光波長に近い微細なパタ
ーンほどその傾向が強く、原理的には従来のフォトマス
クと従来の露光光学系では光の波長以下の微細パターン
を解像することは不可能であった。

【０００３】そこで、隣接するパターンを透過する投影
光の位相のずれを互いに１８０°とすることによって微
細パターンの解像力を向上させるという、いわゆる位相
シフト技術を用いたフォトマスク（一般には位相シフト
マスクと称される）が開発された。

【０００４】すなわち、隣接する開口部の片側に透明材
料よりなる位相シフト部を設けることにより、透過光が
回折し干渉し合う際、位相が反転しているために境界部
の光強度は逆に弱め合い、強度ゼロになり、その結果転
写パターンは分離解像する。この関係は焦点の前後でも
成り立っているため、焦点が多少ずれていても解像度は
従来法よりも向上し、焦点裕度が改善される。

【０００５】該のような位相シフト技術はＩＢＭのＬｅ
ｖｅｎｓｏｎらによって提唱され、特開昭５８−１７３
７４４号公報に示され、また原理としては特公昭６２−
５０８１１号公報に記載されている。

【０００６】尚、位相シフト技術の効果を最大に発揮す
るためには、該位相のずれを互いに１８０゜にすること
が望ましい。このためには次式、すなわち、ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝・・・・（イ）の関係が成り立つように、膜厚ｄとなる位相シフト層を
形成すればよい。但し、ここでｄは位相シフト部膜厚、
λは露光波長、そしてｎは屈折率を示す。

【０００７】さて、図２（ａ）乃至（ｄ）には、従来の
技術に係わる位相シフトマスクの製造方法を示してあ
る。まず図２（ａ）では、透明基板１１上に遮光層１２
を設け、所定のリソグラフィ工程により遮光パターンを
形成したことを示す。ついで、図２（ｂ）に示すよう
に、その上にエッチングストッパー層１３と位相シフト
層１４とをこの順に設け、さらにその上へＨＭＤＳ（ヘ
キサメチルジシラザン）処理を施し、その後に電子線レ
ジスト層１５と導電性高分子層１６とをこの順に設け、
所定の露光条件で電子線を用いた重ね合わせ描画１７を
行う。

【０００８】この重ね合わせ描画は、下層にある遮光パ
ターンに対して重ね合わせを行うものであり、遮光パタ
ーン中に形成されたアライメントマークを描画装置が読
みとり、これにもとづいて位置座標のずれを補正して位
相シフトパターンの描画を行うものである。

【０００９】続いて、図２（ｃ）に示すように、該導電
性高分子層１６を除去し、現像を行ないレジストパター
ンを形成し、さらにレジストパターンをエッチングの為
のマスキングパターンとして用いて位相シフト層１４を
エッチングし、位相シフトパターンを形成する。最後
に、図２（ｄ）のように該レジスト層を除去することに
より位相シフトマスクを得る。

【００１０】該工程中で、遮光層１２の材質はクロムや
酸化クロムなどの金属（あるいは金属酸化物、金属窒化
物）からなり、位相シフト層１４の材質はＳｉＯ₂から
なる。導電性高分子層１６は電子線による描画を精度よ
く行うために設けるものであり、その作用とは、電子線
レジストに対して電子線を照射するに際し、透明基板、
位相シフト層及び電子線レジストのいずれもが絶縁性を
有するために起こる帯電現象の発生を、該導電性高分子
層１６のもつ導電性によって防止するものである。該導
電性高分子層１６は一般には溶剤または水への浸漬処理
により除去することができ、またレジスト現像液で除去
できるものもある。

【００１１】また、該ＨＭＤＳとはいわゆるシランカッ
プリング剤の一種であり、親水性表面にこれを塗布する
ことにより疎水化するための界面活性剤としての効果を
有する。このときＨＭＤＳは、ＳｉＯ₂からなる材質の
表面に存在する親水性の−ＯＨ基とカップリング反応を
起こし、表面に疎水性の基をつくることで、ＳｉＯ₂と
レジストとの中間層としての役割を果たし接着性を改善
する。尚、ＨＭＤＳ自身は常温では揮発性を有し、表面
改質にあずかった分子層以外は揮発するために、その後
のリソグラフィ処理工程においては何ら影響を与えず、
ＨＭＤＳの除去処理は必要ない。

【００１２】なお、該位相シフト層のエッチング方法と
しては、ウェットエッチングあるいはドライエッチング
のうちのいずれも可能であるが、エッチングストッパー
層材料としては、これらのエッチング方法に応じて耐性
の高い材料を用いる。また、本発明で称するマスクと
は、半導体集積回路の主要な製造装置のひとつである投
影露光装置もしくは縮小投影露光装置（一般にはステッ
パーと称される）に装填して使用される露光用原版をさ
すが、一般にはフォトマスクあるいはレチクルと表現す
る場合もある。

【００１３】しかしながら上記の方法では、該位相シフ
ト層材料であるＳｉＯ₂へのレジスト塗布工程におい
て、親水性をもつＳｉＯ₂表面に対して、疎水性をもつ
レジストを塗布形成するために、接着性が悪く現像時に
レジストパターンが剥離するという不良が生じていた。
そこで使用されるものが該のＨＭＤＳである。但し、Ｈ
ＭＤＳ塗布処理はこのレジストパターン剥離を防ごうと
するものであるが、この方法によってもさえも、処理前
のＳｉＯ₂表面にＨ₂Ｏ分子が多数吸着していたりある
いは経時的に吸湿したりすることの為に、その界面の接
着力は低下しやすく、たとえＨＭＤＳ塗布処理を施して
いても決して安心出来るという解決策ではなかった。

【００１４】また、線幅１μｍ程度の微細な半導体集積
回路パターンを形成する用途では、ＨＭＤＳ自体に含ま
れている異物あるいは塗布処理中に付着してしまうこと
がありうる塵埃が、パターンの欠陥発生の原因として問
題になる。あるいはまた、該接着力のほんの僅かな劣化
によっても、その対象が該のような微細な半導体集積回
路パターンであることから、パターンエッジ部が満足の
ゆく精度ではうまく形成されず、例えばパターンがぎざ
ついたり変形したりするという形状不良が生じ易かっ
た。

【００１５】さらに、レジストパターンをマスキングパ
ターンとして該位相シフト層をドライエッチングする際
には、位相シフト層のエッチングと同時にレジストパタ
ーンまでもが削りとられていくために、ドライエッチン
グの長所としての異方性エッチングが悪くなる。すなわ
ち、このときは位相シフトパターンのエッジ部断面が垂
直にならず傾斜した面が形成され、結果としてパターン
寸法幅も変化し所定の寸法値を得ることが困難になると
いう重大な欠点があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は該問題点に鑑
みなされたものであり、その目的とするところは、レジ
スト層と位相シフト層との間の接着性を高め、パターン
欠陥の発生を抑制し、位相シフトパターンの高精度な形
成を可能にすることを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明が提供する手段とは、すなわち、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
スクの製造方法において、少なくとも、該位相シフト部
をなす材料の層の上に金属薄膜層を形成し、しかる後に
レジスト層を形成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】そして好ましくは、前記金属薄膜層をなす
材料が、特にモリブデン、タンタル、タングステン、ア
ルミニウム、あるいはニッケルからなることを特徴とす
る前記の位相シフトマスクの製造方法である。

【００１９】以下、添付図面を参照して本発明をさらに
詳述する。（図１）（ａ）乃至（ｅ）は本発明に係わる
位相シフトマスクの構成を示すものである。

【００２０】まず、（図１）（ａ）に示すように、透明
基板１上に、遮光層２を設け、所定のリソグラフィ工程
によって遮光パターンを形成する。ついで、（図１）
（ｂ）に示すように、上記基板上にエッチングストッパ
ー層３（膜厚２０乃至３００ｎｍ）、位相シフト層４、
金属薄膜層５をこの順に設ける。続いて電子線レジスト
層６を塗布形成し、所定の露光条件で電子線重ね合わせ
描画７を行う。

【００２１】尚、エッチングストッパー層３、位相シフ
ト層４、金属薄膜層５の材質としては、それぞれ公知の
薄膜形成法を用いれば良く、例えばスパッタリング法、
蒸着法、ＣＶＤ法などがあるが、特にこれらに制限され
るものではない。

【００２２】また、位相シフト層４の膜厚の最適値は前
記（イ）式から算出される。例えば、屈折率ｎが１．４
７（ＳｉＯ₂）、露光波長λが３６５ｎｍとすると、位
相シフト層４の膜厚ｄは約３９０ｎｍとなる。但し、位
相反転量１８０°に対して±１０°の範囲内でも上記の
効果は充分に得られることから、膜厚ｄは３７０乃至４
１０ｎｍの範囲内にあることが望ましい。ちなみに、金
属薄膜層５の膜厚は特に制限はないが、５乃至１００ｎ
ｍの範囲内にあることが望ましい。

【００２３】次に、所定の現像、エッチングを行って
（図１）（ｃ）のように該金属薄膜層５をパターニング
する。その後（図１）（ｄ）のように、該レジストパタ
ーンおよび該金属薄膜パターンをマスクとして、該位相
シフト層４をエッチングする。このときのエッチング方
法はドライエッチ、ウェットエッチのどちらでもよい
が、下層のエッチングストッパー層３の材料はそれに耐
えるものとする。更に（図１）（ｅ）に示すように、残
ったレジスト及び金属薄膜パターンを除去し、位相シフ
トマスクが得られる。

【００２４】金属薄膜層５は、レジスト接着性を向上さ
せる目的のみであれば殆どの金属材料が使用できるが、
マスク工程上最終的に除去しなければならず、基板、位
相シフト層、エッチングストッパー層に対して選択的除
去が可能でなければならない。モリブデン、タングステ
ン、タンタル、アルミニウム、ニッケル、クロム、モリ
ブデンシリサイド等を用いることができる。

【００２５】透明基板１はフォトマスク用として一般的
に使用されている合成石英ガラス等の光学的に透明な材
料からなり、その厚さは特に制限はないが、通常は１．
５乃至７ｍｍ程度のものが用いられる。

【００２６】エッチングストッパー層３の材質としては
エッチング方法に応じて適正なものを選択する。例え
ば、ドライエッチングに対しては、アルミナ、スピネ
ル、ジルコニア、あるいはサイアロンなどのセラミック
ス系材料が使用でき、一方のウェットエッチングに対し
ては窒化珪素、酸化錫、酸化タンタル、あるいはサイア
ロン等の材料が使用できる。いずれも、露光波長に対し
て透明性が高い材料であるが、特にこれらに限定される
ものではない。また、該エッチングストッパー層３は，
特にドライエッチングに対しては充分な程度の厚さを必
要とし、通常５０乃至３００ｎｍ程度の膜厚が用いられ
る。

【００２７】位相シフト層４の材料としては光学的に透
明であることが必要で、ＳｉＯ₂、ＳＯＧ（スピンオン
グラス）、ＭｇＦ₂、フッ素系樹脂等が使用できるが、
マスク工程上で要求される特性を条件に加えると、特に
透明性が高く、かつ耐食性に富み、耐洗浄性が充分な材
料としてはＳｉＯ₂が最適なため、上記の工程ではＳｉ
Ｏ₂を使用している。

【００２８】遮光層２としては、通常はクロム、酸化ク
ロム等のように従来のフォトマスクに用いられる遮光材
料でよいが、半導体集積回路製造の為のフォトファブリ
ケーションに使用される際に遮光性を有するように適正
な光学濃度が必要であることから、通常は光学濃度が
２．０乃至４．０程度となるようにする。また膜厚に関
しては、この光学濃度上の要求に則し且つ膜の品質や成
膜工程での負担も考慮して、通常は２０乃至３００ｎｍ
程度とする。

【００２９】電子線による重ね合わせ描画に際しては、
基板上の前記帯電現象を防止するために通常は導電層を
必要とするが、本発明によると金属薄膜層５が本来有し
ている導電性により導電層としても機能する。また、こ
こで前記レジスト材料として紫外線感光性フォトレジス
トを用いることも可能であり、その場合にはいわゆるレ
ーザー描画装置を用いて描画すればよい。

【００３０】

【作用】本発明によれば、ＳｉＯ₂からなる位相シフト
層の上に（従来の技術にない新規な工程として）金属薄
膜層を形成し、その後にレジスト層を塗布形成すること
により、ＳｉＯ₂からなる位相シフト層とレジスト層と
の間の接着性が極めて良好となり、これにより現像以降
の処理工程においてレジストの剥離によるパターンの欠
落や密着が不充分なために生じるパターン形状の不良を
防止できる。

【００３１】一般に、金属表面は疎水性であり、レジス
トに対する接着性は良好である。このことは、従来のマ
スク工程においてクロムあるいはモリブデンシリサイド
等の金属膜に対するレジストの接着性が極めて良好で、
該ＨＭＤＳ処理のような疎水化処理が不要であることか
らも確認できる。

【００３２】また、該金属薄膜層は、位相シフト層のエ
ッチングにおいて、ドライエッチ、ウェットエッチとも
エッチング耐性がレジストよりも極めて高いため、これ
をマスクパターンとすることで精度良好なエッチングパ
ターンが得られる。

【００３３】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に詳
述する。洗浄済みの合成石英ガラス基板（厚さ２．３ｍ
ｍ、大きさ５インチ（約１２．７ｃｍ）角）上の全面
に、金属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、この上にポジ型電子線レジスト（チッソ
製、商品名：ＰＢＳ）を約５００ｎｍの厚さに塗布し所
定のプリベーク処理した後に、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１０ｋｅＶ、ドーズ量約
２．５μＣ／ｃｍ²にて所定のパターンを描画し、その
後に現像してレジストパターンを得た。

【００３４】更に所定のポストベーク処理後、該レジス
トパターンをエッチング用のマスキングパターンとし
て、該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、その後に剥離液を用いてレジストパ
ターンを剥離することにより（図１）（ａ）に示した構
造の遮光マスクを得た。

【００３５】次に、基板上の遮光部及び透過部を含む全
面に、エッチングストッパー材としてアルミナ膜（膜厚
３０ｎｍ）をスパッタリング法により形成し、その上に
位相シフト層としてＳｉＯ₂（膜厚３９０ｎｍ）をＰＶ
Ｄ法により形成し、更にその上にモリブデン層（膜厚５
０ｎｍ）をスパッタリング法により形成し、位相シフト
マスク用基板（ブランクス）を得た。

【００３６】次に該基板を所定の方法にて洗浄、乾燥し
た後、その上にポジ型電子線レジスト（東亜合成化学
製、商品名：ＴＴＣＲ）をスピンコート法により約５０
０ｎｍの厚さに塗布し、所定のベーク処理後にベクター
スキャン型電子線描画装置を使用して、加速電圧２０ｋ
Ｖ、ドーズ量約１０μＣ／ｃｍ²にて所定のパターンを
重ね合わせ描画し、その後メチルイソブチルケトンとｎ
−プロパノールとの５：５混合液からなる現像液を用い
て所定の条件の下で現像処理を行い、所望するレジスト
パターンを得た。続いて該レジストパターンをエッチン
グ用のマスキングパターンとして、過酸化水素水（３０
％水溶液）を用いて該モリブデン層のウェットエッチン
グを行い、モリブデン層からなるパターンを形成した。

【００３７】次に該レジストパターンおよびモリブデン
層パターンをマスクとして、該位相シフト層のドライエ
ッチングを平行平板型の反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ装置）を用いて施し、異方性および直線性の良
いエッチング形状で、寸法再現性も良い位相シフト層パ
ターンが得られた。

【００３８】ドライエッチング条件は、Ｃ₂Ｆ₆ガスと
Ｈ₂ガスを用い、混合比Ｃ₂Ｆ₆：Ｈ₂＝１０：１、パ
ワー３００Ｗ、ガス圧０．０３Ｔｏｒｒとした。このと
きのエッチング時間は約１５分であり、位相シフト層で
あるＳｉＯ₂のエッチングが該エッチングストッパー層
表面に達するまで行った。

【００３９】最後に残ったレジストパターンを専用剥離
液を用いて除去した後、モリブデン層パターンを過酸化
水素水（３０％水溶液）を用いて除去した。最後に洗
浄、乾燥を行って、（図１）（ｅ）に示した構成の位相
シフトマスクを得た。

【００４０】得られたマスクは位相シフトパターンの欠
落等の異常はなく、レジスト接着性不良に起因するとみ
られるパターン形状不良もなく、高精度なパターン形状
が得られた。また、エッチングストッパーの効果によ
り、位相シフト層のエッチング深さのマスク面内均一性
は良好で、範囲２０ｎｍ以下の値が得られた。

【００４１】更にこのマスクを用いて、従来用いている
投影露光装置で露光転写したところ、転写ウェハー上の
レジストパターンにおいて最小約０．３μｍの微細パタ
ーンが得られ、従来の最小解像度である０．５μｍに比
べ、高い解像度向上効果が得られた。

【００４２】尚、本実施例において、該電子線レジスト
にはポジ型のものを用いたが、もちろんネガ型電子線レ
ジストを用いても差し支えない。

【００４３】また、該位相シフト層のエッチング方法は
ドライエッチングを用いたが、ウェットエッチングを行
うこともでき、この場合はエッチングストッパー層材料
をウェットエッチング耐性を持つ材料とすればよい。具
体的には、該位相シフト材料がＳｉＯ₂であれば、所定
の濃度の緩衝フッ酸溶液をエッチング液としてウェット
エッチングを行う。エッチングストッパー材料にはタン
タル、窒化珪素、酸化錫、あるいはサイアロン等を用い
ることが望ましい。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係わる位相シフトマスクの製造
方法により得られた位相シフトマスクは、レジストパタ
ーンの接着性が非常に良好になっているため、（剥離領
域が広範囲であるか、あるいは局部的であるかを問わ
ず）レジスト剥離によるパターンの欠落やパターンエッ
ジの形状不良などのない、高精度な位相シフトパターン
を持つものとなった。

【００４５】また、金属薄膜層パターンをマスキングパ
ターンとしてエッチングすることにより、パターン再現
性がよいものとなり、異方性の良好なエッチングが可能
となる。

【００４６】また、金属薄膜層は位相シフトパターンの
保護膜として働き、エッチング時の位相シフトパターン
の欠け欠陥生成を防止し、コンタミネーション等の汚染
による欠陥も防止するという効果があり低欠陥プロセス
が可能になる。

【００４７】すなわち、本発明に係わる位相シフトマス
クの製造方法により、レジスト層と位相シフト層との間
の接着性を高め、パターン欠陥の発生を抑制し、位相シ
フトパターンの高精度な形成を可能にすることが出来る
ようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる位相シフトマスクの製造方法の
一実施例について、断面図を用いて製造工程の概略を順
に示す説明図である。（（ａ）乃至（ｅ））

【図２】従来の技術に係わる位相シフトマスクの製造方
法の一例を、断面図を用いて製造工程の概略を順に示す
説明図である。（（ａ）乃至（ｄ））

【符合の説明】

１・・・透明基板２・・・遮光層３・・・エッチングストッパー層４・・・位相シフト層５・・・金属薄膜層６・・・電子線レジスト層７・・・電子線重ね合わせ描画１１・・・透明基板１２・・・遮光層１３・・・エッチングストッパー層１４・・・位相シフト層１５・・・電子線レジスト層１６・・・導電性高分子層１７・・・電子線重ね合わせ描画

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板に遮光部と光透過部と位相シフト
部とを備えた位相シフトマスクの製造方法において、少
なくとも、該位相シフト部をなす材料の層の上に金属薄
膜層を形成し、しかる後にレジスト層を形成することを
特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【請求項２】前記金属薄膜層をなす材料が、特にモリブ
デン、タンタル、タングステン、アルミニウム、あるい
はニッケルからなることを特徴とする請求項１記載の位
相シフトマスクの製造方法。