JPH09211837A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

位相シフトマスク及びその製造方法

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JPH09211837A
JPH09211837A JP1455896A JP1455896A JPH09211837A JP H09211837 A JPH09211837 A JP H09211837A JP 1455896 A JP1455896 A JP 1455896A JP 1455896 A JP1455896 A JP 1455896A JP H09211837 A JPH09211837 A JP H09211837A
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JP
Japan
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light
film
phase shifter
mask substrate
mask
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JP1455896A
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Tatsu Shimizu
竜 清水
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な手法で、良質な位相シフトマスクを提
供すること。 【解決手段】 マスク基板1上に半透明の位相シフタ膜
2をパターン形成することにより光透過部1aと位相シ
フタ部とを形成し、露出したマスク基板1上及び位相シ
フタ膜2上にフォトレジスト膜3を形成し、フォトレジ
スト膜3をマスク基板1の背面側から露光し、更に現像
することで、光透過部1aに隣接する位相シフタ膜2の
エッジ部及び光透過部1aに位置するフォトレジスト膜
3を除去し、残ったフォトレジスト膜3を熱処理して炭
化する。すなわち、位相シフタ膜3は、エッジ部のみ微
弱な光を位相を代えて透過させ、それ以外の個所では光
を透過させない。従って、エッジ部では従来通り光の干
渉効果を得てウェハ上の光強度を急峻にし、中央部では
光を遮断して、意図しない現像を発生させない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスにおけるリソグラフィ工程に用いられる位相シ
フトマスクの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、微細化の著しい半導体集積回路の
製造について、位相シフトマスクが有効であることが知
られている。図6及び図7のそれぞれ(a)は位相シフ
トマスクの代表的な構造を示した模式的断面図であり、
それぞれ(b)はマスクを透過した光の振幅を、それぞ
れ(c)はマスクを透過した光の強度を表している。
【0003】図6はライン&スペースのようなラインを
繰り返し形成するパターンの場合のマスクであり、ガラ
ス材のマスク基板11上に、例えばCrからなる遮光性
膜12・・が所定の間隔で形成され、光透過部分の1つ
おき間隔で、例えばSOG(Spin On Glass)膜のように
シリコン酸化膜(SiO2)からなる位相シフタ膜13
・・が遮光性膜12・・を跨いで形成されている。
【0004】このような構造の位相シフトマスクに光を
照射するとき、位相シフトマスクを透過した光の振幅
は、図6(b)に示すように、位相シフタ膜13・・の
部分を透過した光とマスク基板のみを透過した光とで位
相が反転し、この反転による干渉効果から、図6(c)
に示すように、光透過部分と遮断部分との光コントラス
トが向上する。
【0005】また、図7はコンタクトホールのような孤
立パターンの場合のマスクであり、マスク基板11上に
遮光性膜14がコンタクトホールを囲むように形成さ
れ、この遮光性膜14の外周辺には径方向に所定長離間
して遮光性膜15が形成されている。更に、遮光性膜1
4、15に跨るように位相シフタ膜16が形成されてい
る。
【0006】このような構造の位相シフトマスクに光を
照射するとき、位相シフトマスクを透過した光の振幅は
図7(b)に示すように、位相シフタ膜16の部分を透
過した光とマスク基板のみを透過した光とで位相が反転
し、この反転による干渉効果から、図7(c)に示すよ
うに、光透過部分即ちコンタクトホールとその周辺との
光コントラストが向上する。
【0007】このような位相シフト効果は、位相シフタ
膜の膜厚を制御することにより得られる。最も効率の良
い光干渉効果をもたらす180度の位相シフトを得るた
めに必要な位相シフタ膜の膜厚tは、以下に示す(1)
式で表される(T.Terasawa,etal.,SPIE,1088(1989) P.25
-33)。 t=λ/{2(n−1)} ・・ (1) 但し、λ:露光波長、n:位相シフト膜材料の屈折率 上述したように、位相シフトマスクは、通常の露光マス
クと比較して、位相シフタ膜を形成した複雑な構造とな
っているため製造が困難ではあるが、光コントラストが
向上して、超微細加工に適したものである。
【0008】しかしながら、これら位相シフトマスクに
あっては、通常のフォトマスク作成後に透過パターンの
一部へ位相シフタ膜を選択的に形成しなければならない
ので、製造工程が複雑になり、欠陥が生じやすくコスト
が高くなる問題があった。そこで、位相シフト法を用い
ながら上記のような問題の生じない手法として、例え
ば、特開平4−136854号公報(G03F1/0
8)や特開平4−162039号公報(G03F1/0
8)に記載されているような「ハーフトーン型」の位相
シフトマスクがある。
【0009】図8はハーフトーン位相シフト法の原理を
示したもので、このマスクは、透明基板51上にパター
ン形成された半透明膜52を有する。この半透明膜52
は、露光光を振幅透過率で1〜16%透過し、且つ透過
部に対しこの半透明膜52を透過する光の位相が180
度反転する膜厚に調整したものである。このようにする
ことで、マスクパターンエッジ部分に相当するウェハ上
の光強度を急峻にし、解像性能を向上させている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来例にあっては、エ
ッジ部分の解像性能が向上する反面、半透明マスクを用
いているので、この半透明マスクに光が透過することに
起因する現像が避けられない。これは比較的大きなレジ
ストパターンに顕著に現れ、ポジ型レジストを用いた場
合にはレジストパターン中央部の膜減が生じ、ネガ型レ
ジストを用いた場合にはスペース部分に膜が残る問題が
ある。
【0011】このような現像が起こることのないよう
に、露光強度などを調整して半透明膜の透過率を低く抑
えることも考えられるが、そうするとエッジ部分で光の
干渉が行われなくなって、期待通りの解像性能が得られ
なくなる危惧がある。本発明は、位相シフトマスク及び
その製造方法に関し、斯かる問題点を解消せんとするも
のである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の位相シ
フトマスクは、マスク基板上に、このマスク基板の光透
過部に隣接するエッジ部が光を制限して透過させ、それ
以外の部分が光を遮断する位相シフタ膜を形成したもの
である。また、請求項2に記載の位相シフトマスクは、
マスク基板にパターン形成された半透明の位相シフタ膜
と、この位相シフタ膜上における前記マスク基板の光透
過部に隣接するエッジ部を除く個所に設けられた遮光性
膜とを具備したものである。
【0013】また、請求項3に記載の位相シフトマスク
の製造方法は、マスク基板上に半透明の位相シフタ膜を
パターン形成することにより光透過部と位相シフタ部と
を形成する工程と、露出したマスク基板上及び位相シフ
タ膜上に遮光性膜を形成する工程と、前記光透過部に隣
接する位相シフタ膜のエッジ部及び前記光透過部に位置
する遮光性膜を除去する工程とを含むものである。
【0014】また、請求項4に記載の位相シフトマスク
の製造方法は、マスク基板上に半透明の位相シフタ膜を
パターン形成することにより光透過部と位相シフタ部と
を形成する工程と、露出したマスク基板上及び位相シフ
タ膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォ
トレジスト膜を前記マスク基板の背面側から露光し、更
に現像することで、前記光透過部に隣接する位相シフタ
膜のエッジ部及び前記光透過部に位置するフォトレジス
ト膜を除去する工程と、残ったフォトレジスト膜を熱処
理して炭化する工程とを含むものである。
【0015】また、請求項5に記載の位相シフトマスク
の製造方法は、マスク基板上に位相シフタ膜を遮光性を
有するほどの膜厚でパターン形成することにより光透過
部と位相シフタ部とを形成する工程と、前記光透過部に
隣接する前記位相シフタ膜のエッジ部を薄膜化して、こ
の部分を半透明状にする工程とを含むものである。すな
わち、位相シフタ膜は、エッジ部のみ微弱な光を位相を
変えて透過させ、それ以外の個所では光を透過させな
い。従って、エッジ部では従来通り光の干渉効果を得て
ウェハ上の光強度を急峻にし、中央部では光を遮断し
て、意図しない現像を発生させない。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。図1〜図5は本実施形態
による位相シフトマスクの製造プロセスを示す模式的断
面図である。 工程1(図1参照):透明基板であるガラス材からなる
マスク基板1の表面に、半透明材料のCrONからなる
位相シフタ膜2をスパッタ法により所定膜厚で堆積す
る。180度の位相反転を得るために、この位相シフタ
膜2の膜厚は前述の(1)式に基づき、水銀ランプを用
いてλ=365nmのi線露光を行う場合、t=268
nmの厚みで堆積する。
【0017】但し、位相シフタ膜2の屈折率はn≒2.
47とする。そして、図示しない電子線用レジストを塗
布し、電子線露光、現像した後、このレジストをマスク
として位相シフタ膜2をドライエッチングし、パターン
化する。 工程2(図2参照):パターン面にポジ型i線レジスト
3を1μmの厚みになるようスピンコートする。
【0018】工程3(図3参照):マスク基板1の背面
側からi線を用いて一括露光する。但し、この時、半透
明の位相シフタ膜2を通過した光によって、位相シフタ
膜2上のレジスト下面部が完全に露光されてしまって、
後の現像において剥がれてしまうことのないように、露
光強度を調整する必要がある。 工程4(図4参照):レジスト3を現像する。まず、マ
スク基板1の光透過部1aに位置するレジストは、完全
に露光されているので、全て無くなる。更に、若干のオ
ーバー現像をすることにより、位相シフタ膜2上のエッ
ジ部のレジストが無くなる。従って、レジスト3は位相
シフタ膜2の中央部のみに残存することになる。
【0019】工程5(図5参照):残ったレジスト3
に、温度:150℃、時間30分のベークを加えること
により、レジスト3を炭化させる。これにより、レジス
ト3が剥がれにくくなると共にレジスト3の遮光性が高
まる。尚、位相シフタ膜2の材料として用いたCrON
は、もともと厚く堆積させると遮光性を有するが、本実
施形態では、これを半透明になるように膜厚を薄く調整
している。従って、位相シフタ膜2の材料として、Cr
ONに代えて、膜厚の調整により半透明状態を作り出す
ことのできる他の遮光性材料を用いてもよい。
【0020】また、本実施形態では、位相シフタ膜2の
上にレジスト3を形成することにより遮光性を得ている
が、レジスト3を用いる代わりに、位相シフタ膜2の上
記の性質を利用して、遮光性を得る必要のある個所の膜
厚を、遮光性を得るに十分な寸法となるようにしてもよ
い。これは、工程1において、まず、位相シフタ膜2を
遮光性を有するほど十分な膜厚で堆積しておき、リソグ
ラフィー技術、エッチング技術を用いて、位相シフタ膜
2のエッジ部をエッチングして工程1と同じ膜厚まで薄
膜化することにより実現できる。
【0021】
【発明の効果】本発明の位相シフトマスク及びその製造
方法にあっては、ハーフトーン型マスクにおいて、エッ
ジ部では従来通り光の干渉効果を得てウェハ上の光強度
を急峻にし、中央部では光を遮断して、意図しない現像
を発生させない。従って、露光精度の高い優れた位相シ
フトマスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における位相シフトマスクの
製造プロセスを示す模式的断面図である。
【図2】本発明の実施形態における位相シフトマスクの
製造プロセスを示す模式的断面図である。
【図3】本発明の実施形態における位相シフトマスクの
製造プロセスを示す模式的断面図である。
【図4】本発明の実施形態における位相シフトマスクの
製造プロセスを示す模式的断面図である。
【図5】本発明の実施形態における位相シフトマスクの
製造プロセスを示す模式的断面図である。
【図6】従来例における位相シフトマスクの作用を説明
するための図で、(a)はライン&スペースを形成する
位相シフトマスクの代表的な構造を示した模式的断面
図、(b)はマスクを透過した光の振幅を表した図、
(c)はマスクを透過した光の強度を表した図である。
【図7】従来例における位相シフトマスクの作用を説明
するための図で、(a)はコンタクトホールを形成する
位相シフトマスクの代表的な構造を示した模式的断面
図、(b)はマスクを透過した光の振幅を表した図、
(c)はマスクを透過した光の強度を表した図である。
【図8】従来例におけるハーフトーン型位相シフトマス
クの問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1 マスク基板 1a 光透過部 2 位相シフタ膜 3 フォトレジスト膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスク基板上に、マスク基板の光透過部
    に隣接するエッジ部が光を制限して透過させ、それ以外
    の部分が光を遮断する位相シフタ膜を形成したことを特
    徴とする位相シフトマスク。
  2. 【請求項2】 マスク基板にパターン形成された半透明
    の位相シフタ膜と、この位相シフタ膜上における前記マ
    スク基板の光透過部に隣接するエッジ部を除く個所に設
    けられた遮光性膜とを具備したことを特徴とする位相シ
    フトマスク。
  3. 【請求項3】 マスク基板上に半透明の位相シフタ膜を
    パターン形成することにより光透過部と位相シフタ部と
    を形成する工程と、 露出したマスク基板上及び位相シフタ膜上に遮光性膜を
    形成する工程と、 前記光透過部に隣接する前記位相シフタ膜のエッジ部及
    び前記光透過部に位置する遮光性膜を除去する工程と、
    を含むことを特徴とした位相シフトマスクの製造方法。
  4. 【請求項4】 マスク基板上に半透明の位相シフタ膜を
    パターン形成することにより光透過部と位相シフタ部と
    を形成する工程と、 露出したマスク基板上及び位相シフタ膜上にフォトレジ
    スト膜を形成する工程と、 前記フォトレジスト膜を前記マスク基板の背面側から露
    光し、更に現像することで、前記光透過部に隣接する前
    記位相シフタ膜のエッジ部及び前記光透過部に位置する
    フォトレジスト膜を除去する工程と、 残ったフォトレジスト膜を熱処理して炭化する工程と、
    を含むことを特徴とした位相シフトマスクの製造方法。
  5. 【請求項5】 マスク基板上に位相シフタ膜を遮光性を
    有するほどの膜厚でパターン形成することにより光透過
    部と位相シフタ部とを形成する工程と、 前記光透過部に隣接する前記位相シフタ膜のエッジ部を
    薄膜化して、この部分を半透明状にする工程と、を含む
    ことを特徴とした位相シフトマスクの製造方法。
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Cited By (5)

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