JP2005321641A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 遮光膜の微細化に伴って透明基板と遮光膜の接触面積が小さくなるのを抑制し、遮光膜の倒れや剥れを防止することができる位相シフトマスク及びその製造方法を得る。
【解決手段】 透明基板１１と、透明基板１１上に設けられた位相シフタ用の溝２１と、透明基板１１上に設けられた遮光膜１７とを有する。そして、遮光膜１７は、位相シフタ用の溝２１の上に突出した突出部２５を有し、透明基板１１は、遮光膜１７の突出部２５を支える支持部２６を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトリソグラフィに用いられる位相シフトマスク及びその製造方法に関するものである。

近年、半導体集積回路パターンの微細化が進み、回路素子や配線のデザインルールが１００ｎｍ以下のレベルになってきている。このような半導体集積回路の製造において、フォトリソグラフィが使用され、例えばＦ_２レーザー光（波長：１５７ｎｍ）などの短波長光を使用して、フォトマスク上の集積回路パターンを半導体ウエハ上に転写される。

そして、露光光の波長以下のパターンサイズを加工する手段として、位相シフト技術がある（例えば、特許文献１参照）。この位相シフト技術について、図９及び図１０を用いて説明する。

まず、通常のフォトマスクは、図９（ａ）に示すように、平行平板の透明基板９１上に遮光膜９２が設けられている。ここで、遮光膜９２が形成された部分が遮光領域であり、他の部分が透過領域である。

この通常のフォトマスクを用いた場合、図９（ｂ）に示すように、遮光領域において光強度振幅が重なり合い、図９（ｃ）に示すように、遮光領域における光強度が増幅されて、光コントラストが劣化し、解像度が劣化する。

一方、位相シフトマスクは、図１０（ａ）に示すように、透明基板９１上に遮光膜９２が設けられ、隣り合った透過領域の一方において、透明基板９１を掘り込んだ位相シフタ用の溝９３が設けられている。この掘り込み量ｄは、露光光の波長λと透明基板の屈折率ｎに依存し、ｄ＝λ／２（ｎ−１）で表される（例えば、特許文献２参照）。

この位相シフトマスクを用いた場合、図１０（ｂ）に示すように、隣り合う透過領域を透過した露光光の位相が反転し、遮光領域における光強度分布は相殺し合い、図１０（ｃ）に示すように、遮光領域における光強度が０となって、光コントラストが向上し、解像度が向上する。

ところで、位相シフタ用の溝９３は、ドライエッチングとウエットエッチングの両工程を用いて形成され、図１０（ａ）に示すように、遮光膜の下側にも広がっている（例えば、特許文献３参照）。これにより、位相シフタを透過した露光光による加工寸法と、その他の透明領域を透過した露光光による加工寸法の相違を調整することができる。

図１１は、従来の位相シフトマスクについて、遮光膜と透明パターンの比率が１：１の場合（ａ）、３：４の場合（ｂ）、１：２の場合（ｃ）を示す断面図である。図示のように、遮光膜は、小さくなるに従って、支えとなっている透明基板との接触面積が小さくなる。

具体的には、露光光の波長が１５７ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．８５の場合、寸法差を補正するのに必要なアンダーカット量は、マスク上１５０ｎｍである。従って、６５ｎｍレベルの遮光膜では、透明基板が支える面積率はほぼ半分となり、更に、４５ｎｍレベルの遮光膜では、透明基板が支える面積率は１／３となる（例えば、特許文献４参照）。

IEEE Transaction On Electron Devices, Vol.ED-29, No.12, DECEMBER 1982, pp.1828-1836 特開平２−１４０７４３ 特開平８−１９４３０３ SPIE 2003, 5040-110

従来の位相シフトマスクでは、遮光膜の微細化に伴って、支えとなる透明基板と遮光膜の接触面積が小さくなるため、図１１（ｃ）に示すように、遮光膜の倒れや剥れが発生するという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、遮光膜の微細化に伴って透明基板と遮光膜の接触面積が小さくなるのを抑制し、遮光膜の倒れや剥れを防止することができる位相シフトマスク及びその製造方法を得るものである。

本発明に係る位相シフトマスクは、透明基板と、透明基板上に設けられた位相シフタ用の溝と、透明基板上に設けられた遮光膜とを有する。そして、遮光膜は、位相シフタ用の溝の上に突出した突出部を有し、透明基板は、遮光膜の突出部を支える支持部を有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、遮光膜の微細化に伴って透明基板と遮光膜の接触面積が小さくなるのを抑制し、遮光膜の倒れや剥れを防止することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る位相シフトマスクの製造方法について図１及び図２を用いて以下に説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、透明基板１１上に、スパッタ、真空蒸着等により遮光膜１２を形成する。次に、遮光膜１２上に、電子線レジスト１３を形成する。

ここで、透明基板１１の材料として、露光に用いる露光光の波長に対して透過率８０％以上のものを用いる。例えば、露光光の波長が１５７ｎｍ以上の場合、透過率８５％以上の石英ガラスを用いる。

また、遮光膜１２の材料として、露光に用いる露光光の波長において、透過率の小さいものを用いる。例えば、露光光の波長が１５７ｎｍ以上の場合、透過率０．５％以下のクロム（Ｃｒ）を用いる。

そして、電子線レジスト１３に対して電子線描画を行う。ここで、電子線の電荷量を電子線レジスト１３が解像するのに必要な量に設定する。また、電子線レジスト１３としてポジレジストを用いた場合は、開口を形成する部分に描画を行う。次に、現像により電子線レジスト１３をパターニングして、開口１４を形成する。この際、電子線が照射された領域において、電子線レジスト１３が現像液に溶解し、遮光膜１２が部分的に露出する。一方、電子線が照射されていない領域では、電子線レジスト１３が現像液に溶解しないので、遮光膜１２は露出しない。

次に、図１（ｂ）に示すように、電子線レジスト１３をマスクとして、遮光膜１２を平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により選択的にドライエッチングして、開口１５を形成する。ここで、例えば、遮光膜１２がクロム（Ｃｒ）の場合、エッチングガスとして、ＣＣｌ_４（テトラクロロメタン）と、Ｏ_２（酸素）又はＣＨ_２Ｃｌ_２（ジクロロメタン）を流量比率１：３に制御して用いる。これにより、開口１５において透明基板１１が部分的に露出する。

次に、電子線レジスト１３及び遮光膜１２をマスクとして、透明基板１１をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６を形成する。ここで、例えば、透明基板が石英ガラスの場合、エッチングガスは、ＣＦ_４（テトラフルオロメタン）とＯ_２（酸素）を流量比率２０：１に制御して用いる。

次に、図１（ｃ）に示すように、電子線レジスト１３と遮光膜１２を除去する。ここで、電子線レジスト１３の除去液として、透明基板１１のエッチング耐性が十分なもの、例えば、硫酸と過酸化水素水を３：１の比率で混ぜ合わせた混合液を用いる。また、遮光膜１２の除去液として、透明基板１１のエッチング耐性が十分なもの、例えば、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸との混合液を用いる。

次に、図１（ｄ）に示すように、透明基板１１上に、スパッタ、真空蒸着等により遮光膜１７を形成する。次に、遮光膜１７上に、電子線レジスト１８を形成する。そして、電子線描画及び現像により、電子線レジスト１８をパターニングして、溝１６の内側の領域に開口１９を形成する。この開口１９は、外径が溝１６の外径よりも小さく、溝１６の内側の領域に配置されている。

次に、図１（ｅ）に示すように、電子線レジスト１８をマスクとして、遮光膜１７をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６の内側の領域に開口２０を形成する。これにより、透明基板１１の溝１６の底面の一部が露出する。

次に、図２（ａ）に示すように、電子線レジスト１８及び遮光膜１７をマスクとして、透明基板１１をウエットエッチングして、位相シフタ用の溝２１を形成する。ここで、エッチング液として、遮光膜１７のエッチング耐性が十分なもの、例えば、フッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いる。この際、時間設定を行い、深さ方向とサイド方向を考慮して、全体で所定のサイズになるようにする。なお、ウエットエッチングの前に、電子線レジスト１８及び遮光膜１７をマスクとして、透明基板１１をある程度までドライエッチングしておいてもよい。

このウエットエッチングの際、溝１６の側面は遮光膜１７により覆われているためエッチングされない。なお、溝１６の側面を覆う遮光膜１７の厚みは、ウエットエッチングに耐えるために１０ｎｍ以上あることが好ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、溝１６の側面を覆う遮光膜１７をエッチング除去する。ここで、エッチング液として、透明基板１１の除去耐性が充分なもの、例えば、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸との混合液を用いる。

次に、図２（ｃ）に示すように、電子線レジスト１８を除去する。そして、全面に電子線レジスト２２を形成し、電子線描画及び現像により、電子線レジスト２２をパターニングして、溝１６とは異なる領域に開口２３を形成する。

次に、図２（ｄ）に示すように、そして、電子線レジスト２２をマスクとして、遮光膜１７をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６とは異なる領域に開口２４を形成する。これにより、開口２４において透明基板１１が部分的に露出する。そして、図２（ｅ）に示すように、電子線レジスト２２を除去する。

以上の工程により製造された本実施の形態に係る位相シフトマスクは、図２（ｅ）に示すように、透明基板１１と、透明基板１１上に設けられた位相シフタ用の溝２１と、透明基板１１上に設けられた遮光膜１７とを有する。

この遮光膜１７は、位相シフタ用の溝２１の上に突出した突出部２５を有する。即ち、位相シフタ用の溝が遮光膜の下側にも広がっている。これにより、図１０に示す従来の位相シフトマスクと同様に、位相シフタを透過した露光光による加工寸法と、その他の透明領域を透過した露光光による加工寸法の相違を調整することができる。

さらに、本実施の形態に係る位相シフトマスクでは、透明基板１１が、遮光膜１７の突出部２５を支える支持部２６を有する。これにより、遮光膜の微細化に伴って透明基板と遮光膜の接触面積が小さくなるのを抑制し、遮光膜の倒れや剥れを防止することができる。この支持部２６の厚みは、横の堀幅と同じか、それ以上あることが好ましい。即ち、支持部２６の断面形状が、正方形か、又は厚み方向に長い長方形であることが好ましい。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る位相シフトマスクの製造方法について図３及び図４を用いて以下に説明する。図１又は図２と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

まず、図３（ａ）に示すように、透明基板１１上に、スパッタ、真空蒸着等により遮光膜１２を形成する。次に、遮光膜１２上に、電子線レジスト１３を形成する。そして、電子線描画及び現像により電子線レジスト１３をパターニングして、開口１４を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、電子線レジスト１３をマスクとして、遮光膜１２をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、開口１５を形成する。これにより、開口１５において透明基板１１が部分的に露出する。

そして、電子線レジスト１３及び遮光膜１２をマスクとして、透明基板１１をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６を形成する。その後、図３（ｃ）に示すように、電子線レジスト１３と遮光膜１２を除去する。

次に、図３（ｄ）に示すように、透明基板１１上に、スパッタ、真空蒸着等により遮光膜１７を形成する。次に、遮光膜１７上に、電子線レジスト１８を形成する。そして、電子線描画及び現像により、電子線レジスト１８をパターニングして、溝１６の内側の領域に開口１９を形成し、溝１６とは異なる領域に開口２３を形成する。

次に、図３（ｅ）に示すように、電子線レジスト１８をマスクとして、遮光膜１７をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６の内側の領域に開口２０を形成し、溝１６とは異なる領域に開口２４を形成する。これにより、溝１６の底面の一部及び溝１６とは異なる領域において、透明基板１１が露出する。

次に、図４（ａ）に示すように、電子線レジスト１８を除去する。そして、図４（ｂ）に示すように、全面に電子線レジスト２７を形成し、電子線描画及び現像により、電子線レジスト２７をパターニングして、溝１６の領域に開口２８を形成する。この開口２８は、外径が溝１６の外径と同じであり、溝１６と同じ位置に配置されている。これにより、透明基板１１の溝１６の底面の一部が露出する。

次に、図４（ｃ）に示すように、電子線レジスト２７及び遮光膜１７をマスクとして、透明基板１１をウエットエッチングして、位相シフタ用の溝２１を形成する。この際、溝１６の側面は遮光膜１７により覆われているためエッチングされない。

次に、図４（ｄ）に示すように、溝１６の側面を覆う遮光膜１７をエッチング除去する。そして、図４（ｅ）に示すように、電子線レジスト２７を除去する。

以上の工程により、実施の形態１に係る位相シフトマスクと同様の位相シフトマスクを製造することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る位相シフトマスクの製造方法について図５及び図６を用いて以下に説明する。図１又は図２と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

まず、図５（ａ）に示すように、透明基板１１上に、スパッタ、真空蒸着等により遮光膜１７を形成する。次に、遮光膜１７上に、電子線レジスト１３を形成する。そして、電子線描画及び現像により電子線レジスト１３をパターニングして、開口１４を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、電子線レジスト１３をマスクとして、遮光膜１７をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、開口１５を形成する。これにより、開口１５において透明基板１１が部分的に露出する。

そして、電子線レジスト１３及び遮光膜１７をマスクとして、透明基板１１をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、電子線レジスト１３と遮光膜１７を除去する。

次に、図５（ｄ）に示すように、全面に、電子線レジスト２９を形成する。そして、電子線描画及び現像により、電子線レジスト２９をパターニングして、溝１６の内側の領域に開口３０を形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、電子線レジスト２９をマスクとして、透明基板１１をウエットエッチングして、位相シフタ用の溝２１を形成する。この際、溝１６の側面は電子線レジスト２９により覆われているためエッチングされない。その後、図６（ｂ）に示すように、電子線レジスト２９を除去する。

次に、図６（ｃ）に示すように、全面に電子線レジスト２２を形成し、電子線描画及び現像により、電子線レジスト２２をパターニングして、溝１６とは異なる領域に開口２３を形成する。

次に、図６（ｄ）に示すように、そして、電子線レジスト２２をマスクとして、遮光膜１７をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６とは異なる領域に開口２４を形成する。これにより、開口２４において透明基板１１が部分的に露出する。そして、図６（ｅ）に示すように、電子線レジスト２２を除去する。

以上の工程により、実施の形態１に係る位相シフトマスクと同様の位相シフトマスクを製造することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る位相シフトマスクの製造方法について図７及び図８を用いて以下に説明する。図１又は図２と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

まず、図７（ａ）に示すように、透明基板１１上に、スパッタ、真空蒸着等により遮光膜１７を形成する。次に、遮光膜１７上に、電子線レジスト１３を形成する。そして、電子線描画及び現像により電子線レジスト１３をパターニングして、開口１４及び開口２３を形成する。この開口１４と開口２３は交互に配置される。

次に、図７（ｂ）に示すように、電子線レジスト１３をマスクとして、遮光膜１７をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、開口１５及び開口２４を形成する。これにより、開口１５及び開口２４において透明基板１１が部分的に露出する。その後、図７（ｃ）に示すように、電子線レジスト１３を除去する。

次に、図７（ｄ）に示すように、全面に、電子線レジスト３１を形成し、電子線描画及び現像により、電子線レジスト３１をパターニングして、開口１５を露出させる。即ち、開口１５は露出したままで開口２４を覆うように電子線レジスト３１を形成する。

次に、図７（ｅ）に示すように、電子線レジスト３１及び遮光膜１７をマスクとして、透明基板１１をＲＩＥ法により選択的にドライエッチングして、溝１６を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、電子線レジスト３１を除去する。そして、図８（ｂ）に示すように、全面に、電子線レジスト２９を形成する。そして、電子線描画及び現像により、電子線レジスト２９をパターニングして、溝１６の内側の領域に開口３０を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、電子線レジスト２９をマスクとして、透明基板１１をウエットエッチングして、位相シフタ用の溝２１を形成する。この際、溝１６の側面は電子線レジスト２９により覆われているためエッチングされない。その後、図８（ｄ）に示すように、電子線レジスト２９を除去する。

以上の工程により、実施の形態１に係る位相シフトマスクと同様の位相シフトマスクを製造することができる。

本発明の実施の形態１に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（前半）である。 本発明の実施の形態１に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（後半）である。 本発明の実施の形態２に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（前半）である。 本発明の実施の形態２に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（後半）である。 本発明の実施の形態３に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（前半）である。 本発明の実施の形態３に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（後半）である。 本発明の実施の形態４に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（前半）である。 本発明の実施の形態４に係る位相シフトマスクの製造方法を示す断面図（後半）である。 通常のフォトマスクを示す断面図（ａ）、その光振幅（ｂ）及び光強度分布（ｃ）を示す説明図である。 従来の位相シフトマスクを示す断面図（ａ）、その光振幅（ｂ）及び光強度分布（ｃ）を示す説明図である。 従来の位相シフトマスクについて、遮光膜と透明パターンの比率が１：１の場合（ａ）、３：４の場合（ｂ）、１：２の場合（ｃ）を示す断面図である。

符号の説明

１１ 透明基板
１２，１７ 遮光膜
１３，１８，２２，２７，２９，３１ 電子線レジスト
１４，１５，１９，２０，２３，２４，２８，３０ 開口
１６ 溝
２１ 位相シフタ用の溝
２５ 突出部
２６ 支持部

Claims (5)

1. 透明基板と、
   前記透明基板上に設けられた位相シフタ用の溝と、
   前記透明基板上に設けられた遮光膜とを有し、
   前記遮光膜は、前記位相シフタ用の溝の上に突出した突出部を有し、
   前記透明基板は、前記遮光膜の突出部を支える支持部を有することを特徴とする位相シフトマスク。
2. 透明基板を選択的にエッチングして、溝を形成する工程と、
   前記透明基板上に遮光膜を形成する工程と、
   前記遮光膜上にレジストを形成する工程と、
   前記レジストをパターニングして、前記溝の内側の領域に第１の開口を形成する工程と、
   前記レジストをマスクとして前記遮光膜をドライエッチングする工程と、
   前記レジスト及び前記遮光膜をマスクとして前記透明基板をウエットエッチングする工程と、
   前記溝の側面を覆う前記遮光膜を除去する工程と、
   前記レジストを除去する工程と、
   前記遮光膜を選択的にエッチングして、前記溝とは異なる領域に第２の開口を形成する工程とを有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
3. 透明基板を選択的にエッチングして、溝を形成する工程と、
   前記透明基板上に遮光膜を形成する工程と、
   前記遮光膜を選択的にエッチングして、前記溝の内側の領域に第１の開口を形成し、前記溝とは異なる領域に第２の開口を形成する工程と、
   全面にレジストを形成する工程と、
   前記レジストをパターニングして、前記溝の領域に第２の開口を形成する工程と、
   前記レジスト及び前記遮光膜をマスクとして前記透明基板をウエットエッチングする工程と、
   前記溝の側面を覆う前記遮光膜を除去する工程と、
   前記レジストを除去する工程とを有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
4. 透明基板上に遮光膜を形成する工程と、
   前記遮光膜を選択的にドライエッチングして、第１の開口を形成する工程と、
   前記遮光膜をマスクとして前記透明基板をドライエッチングして、溝を形成する工程と、
   全面にレジストを形成する工程と、
   前記レジストをパターニングして、前記溝の内側の領域に第２の開口を形成する工程と、
   前記レジストをマスクとして前記透明基板をウエットエッチングする工程と、
   前記レジストを除去する工程と、
   前記遮光膜を選択的にエッチングして、前記溝とは異なる領域に第３の開口を形成する工程とを有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
5. 透明基板上に遮光膜を形成する工程と、
   前記遮光膜を選択的にドライエッチングして、第１の開口及び第２の開口を形成する工程と、
   前記第１の開口は露出したままで前記第２の開口を覆うように第１のレジストを形成する工程と、
   前記第１のレジスト及び前記遮光膜をマスクとして前記透明基板をドライエッチングして、前記透明基板に溝を形成する工程と、
   前記第１のレジストを除去する工程と、
   全面に第２のレジストを形成する工程と、
   前記第２のレジストをパターニングして、前記溝の内側の領域に第３の開口を形成する工程と、
   前記第２のレジストをマスクとして前記透明基板をウエットエッチングする工程と、
   前記第２のレジストを除去する工程とを有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。

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