JPH06266094A - 半導体製造のためのフォトマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明な位相変化領域がその不透明領域と自己
整合した、位相変化フォトマスクとその製造法を提供す
る。 【構成】 前記マスクの不透明領域が透明材料の薄い領
域によりまず境を接し、そして次に、透明材料の厚い領
域により境を接する。これらの２つの領域は光を透過す
るが、その際、２つの領域を透過した光は１８０°の位
相差を有する。この光が相互作用して大きなコントラス
トを有する端部が得られ、それにより、小型でかつ高密
度のマスクを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体回路の製造に関
する。さらに詳細にいえば、本発明は、透明な位相変化
領域がその不透明な阻止領域と自己整合した、位相変化
フォトマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】マイクロ回路の製造の
際、シリコン基板の小さな領域の中に精密に制御された
量の不純物を導入し、そしてその後、相互接続を行うこ
とが必要である。これらの領域を定めるパターンは、リ
ソグラフィ工程により作成される。

【０００３】リソグラフィ工程の最初の基本的段階は、
基板、すなわち、シリコンの上の酸化物層に、フォトレ
ジスト材料を薄膜として沈着する段階である。次に、こ
のフォトレジスト層はマスクを通して露光される。この
マスクは、フォトレジスト層の上に作成されるべきパタ
ーンを定めるために、透明な部分と不透明な部分とを有
する。フォトレジストの中の露光が行われた領域は、現
像剤として知られている特別の溶媒の中で溶解する、ま
たは、溶解しない。現像の後、基板の中のレジストでも
はや被覆されていない領域はエッチングにより除去さ
れ、それにより、マスク・パターンが酸化物層の中に模
写される。

【０００４】最近の進歩したリソグラフィ工程では、位
相変化マスクを使用する。不透明領域に境を接した１重
の透明端部領域を用いる代わりに、連続した２個の透明
端部領域が用いられる。その結果、２重の境界が得られ
る。第１境界領域は第１位相の光を透過し、そして、第
２境界領域は、第１位相とは位相が１８０°異なる光を
透過する。その結果、不透明領域の端部は、位相変化マ
スクを使用しない１重の境界領域の場合に生ずるより
は、はるかに急峻な強度曲線でもって定められる。これ
らの急峻な強度曲線を有する境界は、「大きなコントラ
ストの境界」と呼ばれる。この大きなコントラストの効
果を用いて、より急峻な壁を有するレジスト端部を作成
することができる。最終的な結果は、位相変化マスクを
使用しない場合に可能であるよりもはるかに微細な分解
能を有する、線および領域のような形状である。例え
ば、線および領域は、はるかに細くおよびさらに高密度
に、作成することができる。

【０００５】位相変化マスクを使用した場合の１つの問
題点は、不透明領域の端部と２重境界とを精密に整合さ
せる点である。例えば、不透明領域が細い線である時、
必要な大きなコントラストの効果を得るために、線の各
辺は等しい境界を有しなければならない。従来の位相マ
スクの製造では、典型的には、マスク・ガラスの上に不
透明領域が第１層として製造され、この不透明領域の上
に、さらに厚い位相変化ガラスが製造される。その際、
不透明領域の境界が位相変化ガラスの境界に重なるよう
に作成される。２個の分離した層を製造する必要がある
ので、それらの間に整合のずれが簡単に生ずる恐れが大
いにある。

【０００６】従来の位相変化マスクについての他の問題
点は、いくつかの位相変化マスクはポジティブ・トーン
のマスクとしてしか用いらないという点である。また、
あるものは修復するのが困難であり、特に、位相変化領
域の上に製造された不透明領域を有するマスクは、修復
が困難である。

【０００７】位相変化マスクと、透明領域境界と不透明
領域境界との間の不整合を避けることができるその製造
法と、が必要であるという要請が存在する。

【０００８】本発明の１つの特徴は、リソグラフィ工程
による半導体の製造に用いられるマスクである。この製
造法では、マスクの端部に、位相変化境界が得られる。
このマスクは、マスク・ガラス基板の上に作成される。
１つのパターンの不透明材料が、このマスク・ガラス表
面の上に配置される。このパターンは、マスク・ガラス
の透明領域により分離された、不透明材料の領域を有す
る。光に対し透明であるエッチング停止層が、この不透
明材料と透明領域を被覆する。１つのパターンの位相変
化材料が、エッチング停止層の上で、不透明材料により
被覆されない領域に配置される。位相変化材料は、不透
明領域の端部から離れている。その際、これらの端部の
おのおのは、エッチング停止層により被覆されたマスク
・ガラスの薄い領域によりまず境を接し、次に、エッチ
ング停止層と位相変化材料により被覆されたマスク・ガ
ラスの厚い領域により境を接する。これらの薄い層と厚
い層とは、位相が相互に１８０°異なる光を透過する。

【０００９】このマスクは、不透明領域のパターンの上
に、エッチング停止層を均一に沈着することにより作成
される。エッチング停止層の上の位相変化層がエッチン
グされ、それにより、不透明領域の上の材料、および、
それらの端部に沿って下方の材料が、除去される。この
エッチングにより、これらの端部のまわりに薄い層が作
成される。除去されなかった位相変化材料は、厚い領域
を定める。

【００１０】本発明の１つの技術的な利点は、それらの
位相変化境界が自己整合した位相変化マスクが得られる
ことである。使用中にこのマスクを透過した光の端部
は、鮮鋭なコントラストを有するという結果が得られ、
それにより、小型で高密度の半導体装置を作成すること
が可能である。

【００１１】本発明の別の利点は、製造中の欠陥の修復
が、従来の位相変化マスクよりも容易であることであ
る。もし欠陥がいずれかの層の中に生ずるならば、その
下にある層に影響を与えることなく、それをエッチング
で除去することができる。

【００１２】最後に、このマスクは、透過光の強度を均
一に増強する。すべての透過光は、薄い領域だけを通っ
た透過光でも、または厚い領域を通った透過光でも、透
明なエッチング停止層をまた透過する。

【００１３】

【実施例】図１は、半導体リソグラフィ工程に用いるこ
とができるマスクの一部分の平面図である。マスク１０
は一定のパターンの形状を有する。マスク１０は、不透
明または透明のいずれかであることができる。図１で
は、例示の目的のために、これらの形状は、不透明な線
状の領域１２と透明な領域１４とが交互に並んだ場合が
示されてている。領域１４は、厚さがそれぞれ異なる２
個の部分領域１４ａおよび１４ｂを有する。不透明な領
域の任意の端部が透明な薄い領域１４ａとまず境を接
し、そして次に、透明な厚い領域１４ｂと境を接してい
る限り、マスク１０の上のこれらの形状の寸法は本発明
にとって重要ではない。

【００１４】さらに詳細にいえば、図１において、透明
領域１４は、異なる厚さの透明な材料で作成された２個
の部分領域１４ａおよび１４ｂを有する。したがって、
部分領域１４ａおよび１４ｂを透過した光は、それらの
厚さが異なるので、一定の位相差を有する。好ましい実
施例では、この位相差は１８０°であるように設計され
る。それは、その場合に、マスクの特性を定める最大の
コントラストが得られるからである。

【００１５】薄い領域１４ａは、透明なエッチング停止
層（図示されていない）によって被覆された、マスク・
ガラスである。厚い領域１４ｂは、位相変更材料と共に
またエッチング停止層で被覆された、マスク・ガラスで
ある。薄い領域１４ａは、不透明領域１２との間に第１
境界１５ａを有する。厚い領域１４ｂは、薄い領域１４
ａとの間に第２境界１５ｂを有する。この第２境界１５
ｂは、透過光の位相変化が起こる位置である。

【００１６】マスク１０の不透明領域１２は、フォトマ
スク技術の分野でよく知られている任意の種類の光阻止
材料であることができる。その適切な材料の１つの例
は、クロムである。マスク・ガラスは、よく知られてい
るマスク・ガラスのいずれかであることができる。位相
変更ガラスは、マスク・ガラスと同じ種類の材料である
ことができるが、その厚さは、必要な位相差が得られる
ように計算された値を有する。

【００１７】マスク１０の１つの特徴は、その透明領域
１４ａおよび１４ｂがその不透明領域１２に対して自己
整合していることである。したがって、本発明により、
距離ｄのそれぞれが同じであることが確実に得られ、そ
れにより、位相変更境界１５ｂは、不透明領域の任意の
２つの隣接する端部から、同じ距離に存在する。領域１
４ａおよび１４ｂが１つの領域を定めている図１の実施
例では、厚い領域１４ｂのおのおのが、不透明領域１２
の間の中央に存在する。

【００１８】図２Ａ〜図２Ｃは、マスク１０の異なる領
域が入射光に及ぼす効果を示した図面である。図２Ａに
示されているように、不透明領域１２は光を全く透過し
ない。２つの異なる厚さを有する透明領域１４ａおよび
１４ｂは、処理工程中の半導体ウエハのような画像表面
２０に光を透過する。

【００１９】図２Ｂは、透明領域１４ａおよび１４ｂの
厚さが異なるために、透過光がどのように位相差を有す
るかを示した図面である。薄い領域１４ａを透過した光
はゼロ位相を有し、一方、厚い領域１４ｂを透過した光
は１８０°の位相変化を有する。

【００２０】図２Ｃは、画像表面２０が受け取った透過
光の強度曲線である。点線は、もし位相変化のない１個
の透明な境界が用いられたならば得られるであろう強度
曲線である。図に示されているように、位相変化した曲
線は、もし境界１５ｂがまた存在しなかったならば、境
界１５ａで生ずる曲線よりも急峻である。

【００２１】図３Ａ〜図３Ｈは、本発明により、位相変
化マスク１０の中に領域１４を製造する工程の図面であ
る。図３Ａ〜図３Ｃに示された各段階は、従来のマスク
製造のそれぞれの各段階と同じである。けれども、図３
Ｄ〜図３Ｈに示された各段階は、本発明の自己整合の特
徴を示す、エッチング停止層３４と、薄い領域１４ａ
と、厚い領域１４ｂとの作成を有する。

【００２２】さらに詳細に説明すれば、図３Ａはマスク
の製造途中の製品の図面である。この製造途中のマスク
は、２個の層、すなわち、透明層３１および不透明層３
２を有する、従来の製造途中のマスクであることができ
る。１つの例示のための実施例では、透明層３１はガラ
スであり、そして、不透明層３２はクロムである。

【００２３】図３Ｂは、マスクの画像作成工程である。
この工程では、フォトレジスト層３３を沈着する段階
と、光学的な方法または電子ビームの方法のいずれかの
方法により、画像を作成する段階とを有する。

【００２４】図３Ｃは、不透明層３２にレジストのパタ
ーンを転写した段階の図面である。典型的には、この段
階は、湿式エッチングで達成される。この段階での不透
明層３２は、図１および図２Ａに示されたような不透明
領域のパターンを定める。

【００２５】図３Ｄは、不透明領域のこのパターンの上
に、エッチング停止層３４が沈着された段階を示す。エ
ッチング停止層３４のおのおのは、光に対し透明な材料
であることができる。その適切な材料の１つの例は、窒
化物である。典型的には、エッチング停止層３４は化学
蒸気沈着の方法で沈着されるが、スパッタ沈着の方法で
沈着することもできる。典型的なマスクの場合、エッチ
ング停止層３４の厚さは約２００オングストロームであ
ることができる。理想的には、エッチング停止層３４は
均一な厚さを有することが好ましい。すなわち、このこ
とは、不透明領域の作成の際生ずる不規則な表面に、エ
ッチング停止層が整合することを示す。

【００２６】下記の図３Ｇのところで説明されるよう
に、エッチング停止層３４は、厚い領域１４ｂの作成の
期間中、エッチングの進行を阻止する。それにより、薄
い領域１４ｂが作成されるように、位相変化層３５のエ
ッチングを制御することができる。

【００２７】図３Ｅは、エッチング停止層３４の上に、
位相変化層３５を沈着した段階の図面である。エッチン
グ停止層３４に用いられた材料と同じように、位相変化
層３５に用いられる材料は光に対し透明な材料である。
けれども、位相変化層３５に用いられる材料は、エッチ
ング停止層３４が有しているようなエッチングを阻止す
る特性を有しない。その適切な材料の１つの例は、酸化
シリコンである。位相変化領域１４ｂとマスク・ガラス
領域１４ｂの間の位相差を決定する制御因子がそれらの
相対的な厚さであるように、位相変化層３５はマスク・
ガラスと同じ材料であることができる。

【００２８】図３Ｆは、位相変化層３５の上に、ネガテ
ィブ・レジスト材料のフォトレジスト層３６を沈着した
段階の図面である。図３Ｆはまた、マスク・ガラス３１
の表面に入射する光でフォトレジスト層３６を露光する
段階と、そしてそれにより、エッチングを阻止する露光
された領域を作成する段階とを示す。

【００２９】図３Ｇは、エッチング工程を示す。この工
程により、フォトレジスト層３６の露光された領域によ
り被覆されていない位相変化層３５の領域と一緒に、フ
ォトレジスト層３６の露光されない領域が除去される。
このエッチング工程は、エッチング停止層３４に影響を
与えないように選定された、湿式エッチングである。

【００３０】このエッチングは、フォトレジスト層３６
の露光された領域の端部の下の位相変化層３５をエッチ
ングで除去する傾向があり、それにより、エッチングが
停止した時、位相変化層３５の残った領域の幅は、上に
あるフォトレジスト層３６の露光された領域の幅よりも
小さいことがある。その結果、不透明領域のすべての端
部において、予め定められた一定の距離ｄだけ、エッチ
ングが横方向の外側に進行する。けれども、マスク・ガ
ラス層３１へ向けての下側へのエッチングは、エッチン
グ停止層３４で停止する。

【００３１】図３Ｈは、エッチング工程を行った後の結
果を示す図面である。上にあるフォトレジスト層３６の
露光された領域が位相変化材料をエッチングで除去する
ことを防止する位置において、位相変化層３５の部分が
残る。これらの部分は、図１および図２Ａの厚い領域１
４ｂを定める。不透明層３２の残った領域の端部は、位
相変化層３５の残った領域の端部から、距離ｄだけ分離
される。図３Ｈと図１とを比較することにより、この距
離ｄは薄い領域１４ａを定める。

【００３２】図４Ａ〜図４Ｈは図３Ａ〜図３Ｈと同様の
図面であるが、図４Ａ〜図４Ｈでは、透明領域１４より
はむしろ、不透明領域１２の作成が示されている。図３
Ｈに示されているように、製造の後、不透明領域１２の
端部は位相変化境界１５ｂにより定められる。距離ｄ
は、領域１２の両側に、薄い領域１４ａを定める。ｄ
は、両側で同じである。

【００３３】前記説明から理解されるように、本発明の
利点は、不透明領域が線および領域またはその他の特性
を定める場合、位相変化領域１４ａおよび１４ｂは端部
に対し自己整合していることである。薄い領域１４ａの
幅を定める距離ｄは、すなわち、位相変化境界１５ｂま
での距離は、不透明領域１２または透明領域１４のおの
おのの側で同じである。このことは、図３Ｇおよび図４
Ｇの湿式エッチング段階の固有の結果である。

【００３４】マスク１０の寸法が小さくなった時、この
自己整合性能は重要になる。もしｄが両側で同じでない
ならば、大きなコントラストの境界が生じない、また
は、一方の側にだけ生ずるであろう。

【００３５】本発明の別の利点は、任意の層の製造中
に、修復を容易に行うことができることである。不透明
層３２のパターンの中の欠陥は、エッチング停止層３４
が沈着される前に修復することができる。その際、影響
を及ぼさないようにしなければならない下側層は存在し
ない。エッチング停止層３４は、マスク・ガラス３１に
影響を与えないエッチング剤を用いることにより、修復
することができる。同様に、位相変化層３５の中の欠陥
は、エッチング停止層３４に影響を与えないエッチング
剤を用いることにより、エッチングにより除去すること
ができる。

【００３６】本発明が特定の実施例を参照して説明され
たけれども、前記説明は、本発明がそれらに限定される
ことを意味するものではない。開示された前記実施例を
種々に変更した実施例、および、また別の実施例の可能
であることは、当業者にはすぐに理解されるであろう。
したがって、本発明は、本発明の範囲内に入るこのよう
な変更実施例をすべて包含するものと理解しなけれなら
ない。

【００３７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） マスク・ガラス基板と、前記マスク・ガラス基
板の表面の上に配置された不透明材料のパターンであっ
て、前記マスク・ガラスが前記不透明材料により被覆さ
れない透明領域により分離された前記不透明材料の領域
を有する、前記パターンと、前記不透明材料と前記透明
領域を被覆し、かつ、光を透過する、エッチング停止層
と、前記エッチング停止層の表面の上で前記不透明材料
により被覆されない領域内に配置された透明な位相変化
材料のパターンであって、前記位相変化材料が前記不透
明領域の端部から分離され、それにより、前記端部のお
のおのが、前記エッチング停止層により被覆された前記
マスク・ガラスの薄い領域と、前記エッチング停止層お
よび前記位相変化材料により被覆された前記マスク・ガ
ラスの厚い領域と、で境を接している、前記透明な位相
変化材料のパターンと、を有する、マスクの位相変化境
界が得られるリソグラフィによる半導体製造に用いられ
るマスク。

【００３８】（２） 第１項記載のマスクにおいて、前
記不透明材料がクロムである、前記マスク。 （３） 第１項記載のマスクにおいて、前記エッチング
停止層が窒化物である、前記マスク。 （４） 第１項記載のマスクにおいて、前記薄い領域が
前記不透明材料の前記パターンの任意の端部において同
じ幅を有する、前記マスク。 （５） 第１項記載のマスクにおいて、前記マスク・ガ
ラスおよび前記位相変化材料が同じ材料である、前記マ
スク。

【００３９】（６） 第１項記載のマスクにおいて、前
記マスク・ガラスおよび前記位相変化材料がそれらを透
過した光の位相差が１８０°の位相差を有するような相
対的厚さを有する、前記マスク。 （７） マスク・ガラス基板の表面の上に配置された不
透明材料のパターンを製造する段階であって、前記マス
ク・ガラスが前記不透明材料により被覆されない透明領
域により分離された前記不透明材料の領域を前記パター
ンが有する、前記パターンを製造する段階と、前記不透
明材料と前記透明領域を被覆し、かつ、光を透過する、
エッチング停止層を沈着する段階と、前記エッチング停
止層の表面の上で前記不透明材料により被覆されない領
域内に配置された位相変化材料のパターンを製造する段
階であって、前記位相変化材料が前記不透明領域の端部
から分離され、それにより、前記端部のおのおのが、前
記エッチング停止層により被覆された前記マスク・ガラ
スの薄い領域と、前記エッチング停止層および前記位相
変化材料により被覆された前記マスク・ガラスの厚い領
域と、で境を接している、前記位相変化材料のパターン
を製造する段階と、を有する、マスクの位相変化境界が
得られるリソグラフィによる半導体製造に用いられるマ
スクの製造法。

【００４０】（８） 第７項記載の製造法において、不
透明材料の前記パターンが従来のフォトレジストおよび
エッチング法により製造される、前記製造法。 （９） 第７項記載の製造法において、前記エッチング
停止層が化学蒸気沈着法により沈着される、前記製造
法。 （１０） 第７項記載の製造法において、位相変化材料
の前記パターンがフォトレジストおよび湿式エッチング
法により製造され、かつ、露光されたフォトレジスト材
料により被覆されない前記位相変化材料の領域を前記エ
ッチングが除去し、かつ、前記薄い領域を定めるために
前記不透明領域の前記端部に沿って下方に前記エッチン
グが継続することができるように前記エッチングが制御
される、前記製造法。

【００４１】（１１） 第７項記載の製造法において、
前記マスク・ガラスを透過した光と１８０°の位相差を
有する透過光が得られるように計算された厚さにまで前
記位相変化材料が沈着される、前記製造法。 （１２） マスク・ガラス基板と、前記マスク・ガラス
基板の表面の上に配置された不透明材料のパターンであ
って、前記マスク・ガラスが前記不透明材料により被覆
されない透明領域によって分離された前記不透明材料の
領域を有する、前記パターンと、前記不透明材料と前記
透明領域を被覆し、かつ、光を透過する、エッチング停
止層と、前記エッチング停止層の表面の上で前記不透明
材料により被覆されない領域内に配置された透明な位相
変化材料のパターンであって、前記位相変化材料が前記
不透明領域の端部から分離され、それにより、前記端部
のおのおのが、前記エッチング停止層により被覆された
前記マスク・ガラスの薄い領域と、前記エッチング停止
層および前記位相変化材料により被覆された前記マスク
・ガラスの厚い領域と、で境を接している、前記透明な
位相変化材料のパターンと、を有し、かつ、位相変化材
料の前記パターンがフォトレジストおよび湿式エッチン
グ法により製造され、かつ、前記位相変化材料の露光さ
れたフォトレジスト材料により被覆されない領域を前記
エッチングが除去し、かつ、前記薄い領域を定めるため
に前記不透明領域の前記端部に沿って下方に前記エッチ
ングが継続することができるように前記エッチングが制
御される、マスクの位相変化境界が得られるリソグラフ
ィによる半導体製造に用いられるマスク。

【００４２】（１３） 位相変化マスクおよびその製造
法が得られる。前記マスクの不透明領域が透明材料の薄
い領域によりまず境を接し、そして次に、透明材料の厚
い領域により境を接する。これらの２つの領域は光を透
過するが、その際、２つの領域を透過した光は１８０°
の位相差を有する。この光が相互作用して大きなコント
ラストを有する端部が得られ、それにより、小型でかつ
高密度のマスクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位相変化マスクの平面図。

【図２】位相変化マスクがどのように透過光の強度に影
響を与えるかを示した図であって、Ａは位相変化マスク
と画像表面の横断面図、Ｂは透過光の位相を示す図、Ｃ
は透過光の強度を示す図。

【図３】位相変化領域が不透明領域と自己整合するよう
に、マスクの上に種々の領域を製造する工程の図であっ
て、Ａ〜Ｈは製造工程の順次の段階を示す図。

【図４】位相変化領域が不透明領域と自己整合するよう
に、マスクの上に不透明領域を製造する工程の図であっ
て、Ａ〜Ｈは製造工程の順次の段階を示す図。

【符号の説明】

１２ 不透明材料のパターン １４ 透明な位相変化材料のパターン ３１ マスク・ガラス基板 ３４ エッチング停止層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク・ガラス基板と、 前記マスク・ガラス基板の表面の上に配置された不透明
   材料のパターンであって、前記マスク・ガラスが前記不
   透明材料により被覆されない透明領域により分離された
   前記不透明材料の領域を有する、前記パターンと、 前記不透明材料と前記透明領域を被覆し、かつ、光を透
   過する、エッチング停止層と、 前記エッチング停止層の表面の上で前記不透明材料によ
   り被覆されない領域内に配置された透明な位相変化材料
   のパターンであって、前記位相変化材料が前記不透明領
   域の端部から分離され、それにより、前記端部のおのお
   のが、前記エッチング停止層により被覆された前記マス
   ク・ガラスの薄い領域と、前記エッチング停止層および
   前記位相変化材料により被覆された前記マスク・ガラス
   の厚い領域と、で境を接している、前記透明な位相変化
   材料のパターンと、を有する、マスクの位相変化境界が
   得られるリソグラフィによる半導体製造に用いられるマ
   スク。
2. 【請求項２】 マスク・ガラス基板の表面の上に配置さ
   れた不透明材料のパターンを製造する段階であって、前
   記マスク・ガラスが前記不透明材料により被覆されない
   透明領域により分離された前記不透明材料の領域を前記
   パターンが有する、前記パターンを製造する段階と、 前記不透明材料と前記透明領域を被覆し、かつ、光を透
   過する、エッチング停止層を沈着する段階と、 前記エッチング停止層の表面の上で前記不透明材料によ
   り被覆されない領域内に配置された位相変化材料のパタ
   ーンを製造する段階であって、前記位相変化材料が前記
   不透明領域の端部から分離され、それにより、前記端部
   のおのおのが、前記エッチング停止層により被覆された
   前記マスク・ガラスの薄い領域と、前記エッチング停止
   層および前記位相変化材料により被覆された前記マスク
   ・ガラスの厚い領域と、で境を接している、前記位相変
   化材料のパターンを製造する段階と、を有する、マスク
   の位相変化境界が得られるリソグラフィによる半導体製
   造に用いられるマスクの製造法。