JPH0876351A - 位相シフトマスクおよびその作製方法 - Google Patents

位相シフトマスクおよびその作製方法

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JPH0876351A
JPH0876351A JP21163994A JP21163994A JPH0876351A JP H0876351 A JPH0876351 A JP H0876351A JP 21163994 A JP21163994 A JP 21163994A JP 21163994 A JP21163994 A JP 21163994A JP H0876351 A JPH0876351 A JP H0876351A
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Yuko Seki
祐子 関
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 洗浄耐性等の機械的強度、材料の化学的安定
性に優れ、マスク面内の位相誤差が許容範囲内に抑えら
れたハーフトーン型位相シフトマスクを得る。 【構成】 合成石英基板1上に半透明部となるSi薄膜
2を蒸着により100〜300オングストロームの厚さ
に成膜し、これを所望形状の開口部が得られるようにパ
ターニングする。続いて合成石英基板1を光CVDチャ
ンバ4にパターニング面が内側となるように固定し、原
料ガスとしてジシランと亜酸化窒素を流しながら低圧水
銀ランプ7の184.9nm光を照射し、開口部に位相
シフタ膜となるSiO2 膜5を1500〜1700オン
グストロームの厚さに形成する。このようにして得られ
た、ハーフトーン型位相シフトマスクは、Si薄膜2で
のArFエキシマレーザ光透過率が5〜20%、Si薄
膜2を透過した光とSiO2膜5を透過した光の位相差
が180度±5度であった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相シフトマスク、特
にハーフトーン型位相シフトマスクおよびその作製方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】位相シフトマスクは、超解像露光の一方
式としてメモリ等の高集積化に有望視されている。特に
ハーフトーン型位相シフトマスクは、コンタクトホール
の形成に有効であり、出来上がり形状,工程,および作
成に必要なデータ数が、従来マスクとほとんど変わらな
いことから実用性も高いと期待されている。ハーフトー
ン型位相シフトマスクには、2層構造型と単層構造型の
2種類がある。
【0003】2層構造型は、透過率を制御する金属薄膜
層と位相量を制御する透明薄膜層とから構成されてい
る。2層構造型の欠点は、上部の層が、洗浄工程で剥が
れ易い等、機械的強度が脆弱であること、2回の成膜工
程が必要なことである。
【0004】単層構造型は、岩淵らによりジャパニーズ
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス,第32
巻,頁5900−5902(1993)に報告されてお
り、1種類の薄膜で透過率と位相量を制御するので、機
械的強度の問題,工程数増加の問題は解決される。しか
し、位相シフト効果に必要な特定の透過率,屈折率を、
化学量的組成の薄膜から得ることは極めて困難であるた
め、成膜時に薄膜を構成する元素の構成比を調整するこ
とが必要となる。このようにして得られる薄膜は、スト
イキオメトリックな膜に較べて安定性に乏しい。またエ
ッチングも、速度,終点検出等が困難であることが多
く、位相誤差が大きくなり易い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
では、機械的強度および安定性に優れ、位相誤差が許容
範囲内に抑えられたハーフトーン型位相シフトマスクを
得ることは困難である。
【0006】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解決した、ハーフトーン型位相シフトマスクを提
供することにある。
【0007】本発明の他の目的は、このようなハーフト
ーン型位相シフトマスクの作製方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の位相シフトマス
クは、透明ガラス基板と、前記透明ガラス基板上に開口
部が得られるようにパターニングされ、透過光に対して
光学的な位相差を与える半透明薄膜と、前記透明ガラス
基板上の開口部に形成された透明薄膜とを備え、前記透
明薄膜の厚さは、前記透明薄膜と前記半透明膜の露光波
長における光路長差が半波長の奇数倍となるように決定
されることを特徴とする。
【0009】また本発明は、透明ガラス基板上に、透過
光に対して光学的な位相差を与える半透明材料からなる
マスクパターンを形成した露光用マスクの作製方法にお
いて、透明ガラス基板上に開口部が得られるように半透
明薄膜をパターニングする工程と、前記透明ガラス基板
を、パターニング面が内側となり、裏面が外側となるよ
うに成膜室に装着する工程と、光化学分解を起こして透
明薄膜を前記開口部に形成する原料ガスを前記成膜室に
導入する工程と、前記透明ガラス基板を通して、前記原
料ガスが吸収し分解する波長の光を、前記透明薄膜と前
記半透明膜の露光波長における光路長差が半波長の奇数
倍となるまで、照射し続ける工程と、を含むことを特徴
とする。
【0010】
【作用】光CVDは、光化学反応によって原料ガスを分
解し、薄膜を形成する技術である。光CVDでは、取り
つけられた窓を通して光を照射することによって原料ガ
スを分解し、成膜室内の基板上に薄膜を形成することを
目的としているが、基本的に原料ガスが存在し、且つ光
が到達する領域であればどこでも薄膜は形成される。従
って、窓として光CVDに用いる光を遮光する膜をパタ
ーニングされた透明ガラス基板を用いれば、遮光膜の開
口部にのみ薄膜形成を生じさせることができる。
【0011】本発明は、このことを利用してハーフトー
ン型位相シフトマスクを作製するものである。あらかじ
め露光光を3〜20%しか透過しない半透明性薄膜をパ
ターニングしたマスク基板を、このパターニング面が内
側になるように光CVDチャンバの窓部に装着し、チャ
ンバ内に透明性薄膜を形成するための原料ガスを導入す
る。
【0012】半透明性薄膜の膜厚t1 は、透過率をT,
露光波長における吸収係数をαとすると、下式(1)を
満たすように決定する。
【0013】 T=exp(−α×t1 ) (1) このマスク基板の裏面から原料ガスが吸収し分解する波
長の光を照射すると、半透明性薄膜パターンの開口部に
は透明性薄膜が堆積するが、半透明性薄膜パターン上に
は十分な光量が到達しないために堆積は生じない。半透
明性薄膜と透明薄膜の露光波長における位相差が半波長
の奇数倍となるまで成膜を継続することによって、ハー
フトーン型の位相シフトマスクを得ることができる。
【0014】透明薄膜の膜厚t2 は、半透明薄膜の屈折
率をn1 ,透明薄膜の屈折率をn2 ,露光波長をλとす
ると、下式(2)を満たすように決定する。
【0015】 (2π/λ)〔(n2 −1)t2 −(n1 +1)t1 〕= (2m+1)π (2) (m=0,1,2,・・・・・) 本発明においては2層構造を用いていないため、洗浄工
程においても十分な耐性を持っている。また本発明にお
いては、開口部と遮光部の位相差を開口部に形成する透
明膜厚で調整できるので、半透明薄膜の材料選択の幅は
広く、エッチング速度が十分に大きく、基板との選択比
も大きくとれるCr,Si,Al等を用いることができ
る。また透明薄膜の成膜速度はマスク基板面内でほぼ均
一なので、位相誤差は小さく抑えることができる。また
本発明は、半透明性薄膜,透明性薄膜の材料として、い
ずれも自然界に存在する組成比の材料を用いることが可
能なので、膜質の変化は生じにくく安定である。
【0016】
【実施例】以下、本発明をArFエキシマレーザ露光用
のハーフトーン型位相シフトマスクに適用した実施例を
図面を参照して詳細に行う。
【0017】本実施例の位相シフトマスクの構造を、そ
の作製方法とともに説明する。
【0018】図1は、本実施例の位相シフトマスクの作
製方法の各工程を表す模式図である。
【0019】まず、図1(a)に示すように、合成石英
基板1上に半透明部となるSi薄膜2を蒸着により10
0〜300オングストロームの厚さに成膜する。
【0020】次に、図1(b)に示すように、所望形状
の開口部3が得られるようにパターニングする。
【0021】続いて、合成石英基板1を光CVDチャン
バにパターニング面が内側となるように固定する。
【0022】図2に、光CVDチャンバ4の構造および
光CVDチャンバに合成石英基板1を装着した状態を示
す。光CVDチャンバ4は、底部に窓部6が設けられて
おり、この窓部を通して基板を照射するように低圧水銀
ランプ7が設けられている。また、チャンバ内に原料ガ
スを供給する供給管8と、排気管9が設けられ、排気管
はロータリーポンプ10に連絡されている。
【0023】合成石英基板1は、パターニング面とは反
対側の裏面が、チャンバ3の窓部6に装着される。従っ
て、パターニング面は、チャンバ内に向いている。
【0024】供給管8から、原料ガスとしてジシラン
(Si2 6 )と亜酸化窒素(N2 O)を流しながら、
低圧水銀ランプ7により184.9nm光をチャンバ4
の窓部6を経て合成石英基板1の裏面に照射する。
【0025】開口部3には、透明性薄膜であるSiO2
薄膜5が堆積するが、半透明性薄膜パターン上には十分
な光量が到達しないために堆積は生じない。位相シフタ
膜となるSiO2 膜5は、1500〜1700オングス
トロームの厚さに形成する。
【0026】以上のようにして、最終的に図1(c)に
示すようなハーフトーン型位相シフトマスクが作製され
る。
【0027】このようにして得られた、ハーフトーン型
位相シフトマスクは、Si薄膜2でのArFエキシマレ
ーザ光透過率が5〜20%、Si薄膜2を透過した光と
SiO2 膜5を透過した光の位相差が180度±5度で
あった。
【0028】本発明においては、位相シフタおよび半透
明部分が単層構造であるため、洗浄に対する強度は十分
に高い。また本発明では位相シフタ部分はストイキオメ
トリックなSiO2 、半透明部分はSi単体であるた
め、長期間の使用で膜質に変化が生じることはなく、極
めて安定である。Si表面は徐々に自然酸化膜で覆われ
てゆくが、厚みは数十オングストローム程度で位相量や
透過率に影響を与えることはない。また本発明において
エッチングが必要になるのはSi薄膜のパターニング時
のみであり、CCl4 等のエッチャントガスにより高い
選択比で容易にエッチングできる。
【0029】上記実施例においてはSi薄膜2の形成に
蒸着を用いているが、形成方法はスパッタでもCVDで
も構わない。また半透明部分にSiを用いているがCr
でもAlでも構わない。ただし膜厚は各々の消衰係数に
応じて変える必要がある。この際、透明薄膜の膜厚も半
透明部分での位相シフトに応じて変えることが必要なの
は言うまでもない。
【0030】また、透明膜としたSiO2 膜を用いてい
るがAl2 3 膜でも構わない。この場合、原料ガスと
してはTMA,DMA等の有機金属材料、およびN2
を用い、屈折率に応じた膜厚を形成する。
【0031】また、成膜用の光源に低圧水銀ランプを用
いているが、重水素ランプ、ArFエキシマレーザでも
構わない。
【0032】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
機械的強度に優れ、長期間の使用でもマスク材料が安定
なハーフトーン型位相シフトマスクを、位相誤差±5度
の精度で作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施例を示す模式図である。
【図2】チャンバの構造を示す図である。
【符号の説明】
1 合成石英基板 2 Si薄膜 3 開口部 4 光CVDチャンバ 5 SiO2 膜 6 窓部 7 低圧水銀ランプ 8 供給管 9 排気管 10 ロータリーポンプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明ガラス基板と、 前記透明ガラス基板上に開口部が得られるようにパター
    ニングされ、透過光に対して光学的な位相差を与える半
    透明薄膜と、 前記透明ガラス基板上の開口部に形成された透明薄膜と
    を備え、 前記透明薄膜の厚さは、前記透明薄膜と前記半透明膜の
    露光波長における光路長差が半波長の奇数倍となるよう
    に決定されることを特徴とする位相シフトマスク。
  2. 【請求項2】前記半透明薄膜はSi薄膜であり、前記透
    明薄膜はSiO2 薄膜であることを特徴とする請求項1
    記載の位相シフトマスク。
  3. 【請求項3】透明ガラス基板上に、透過光に対して光学
    的な位相差を与える半透明材料からなるマスクパターン
    を形成した露光用マスクの作製方法において、 透明ガラス基板上に開口部が得られるように半透明薄膜
    をパターニングする工程と、 前記透明ガラス基板を、パターニング面が内側となり、
    裏面が外側となるように成膜室に装着する工程と、 光化学分解を起こして透明薄膜を前記開口部に形成する
    原料ガスを前記成膜室に導入する工程と、 前記透明ガラス基板を通して、前記原料ガスが吸収し分
    解する波長の光を、前記透明薄膜と前記半透明膜の露光
    波長における光路長差が半波長の奇数倍となるまで、照
    射し続ける工程と、を含むことを特徴とする位相シフト
    マスクの作製方法。
  4. 【請求項4】前記半透明薄膜はSi薄膜であり、前記透
    明薄膜はSiO2 薄膜であり、前記原料ガスは、Si2
    6 とN2 Oであり、前記照射される光は、184.9
    nm光であることを特徴とする請求項3記載の位相シフ
    トマスクの作製方法。
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