JP2816833B2 - 位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents
位相シフトマスクの製造方法Info
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Description
り、特に位相の極性が反転する、すなわち、180゜と
0゜との位相境界部におけるパターンエラーの発生を防
ぐ位相シフトマスク及びその製造方法に関する。
用されるフォトリソグラフィ工程では、所望の半導体素
子によって光を透過させる部分と光を遮断する部分に分
けられたマスクを用いて露光を行っている。そして、こ
のようなマスクは単に遮光領域と透光領域からなるマス
クより出発したが、遮光領域のエッジ部分で光の干渉現
象によって解像度が低下するので、これを補完するため
の位相シフトマスクが登場し、これにより光学解像限界
が増加した。
であり、図2は図1のaーa’線上における断面図であ
り、図3は図1のbーb’線上における断面図であり、
図4は図1の位相シフトマスクにおける距離と光強度と
の関係図であり、図5は図4による感光膜パターンの説
明図である。
3に示すように、透明基板1上に複数個の遮光層2が形
成され、前記遮光層2の間の透明基板1上にシフタ3が
形成された構造を有する。この際、シフタ3は全ての遮
光層2の間に形成されるのではなく、ひとつ置きの間に
形成される。そして、シフタ3の全てのエッジ部分に遮
光層2が存在するのではなく、部分的に遮光層2が形成
されている。
光層2に掛かり、それが透明基板1に接触しない。この
ようにシフタのエッジ部が基板に接触していない箇所で
は特に問題がない。しかし、図3に示すように、シフタ
3のエッジ部分が遮光層2で遮られず、シフタ3が透明
基板1に直接に接触する場合に問題が発生する。
シフタ3の厚さが均一でなければならない。そして、シ
フタ3の厚さdが次のような値を有するときに、透光領
域と180゜の位相差を発生する。 d=λ/2(n−no) (1) ここで、nはシフタの屈折率であり、λは露光源の波長
であり、noは周辺部の屈折率(空気は1)である。遮
光層2のないシフタ3のエッジ部分においても前記式
(1)を満たす厚さに形成される。
境界面では光の振幅が(+)から(−)へ、或いは
(−)から(+)へ急激に変化する。これにより、光の
強度として表すと、図4に示すようにシフタの境界部の
半導体基板(図5の「9」)の表面位置で光強度が
「0」付近に落ちることになる。結果的にそれにより光
が遮蔽されたことと同じになり、図5に示すように半導
体基板9上の陽性感光レジスト層8は不要な残留パター
ンを残すことになる。
問題を解決するための従来から多くの技術が開発されて
きた。そのうち、いくつかを添付図面を参照して説明す
る。図6は従来の一例による位相シフト膜の工程断面図
であり、図7は従来の他の例による位相シフトマスクの
工程断面図である。即ち、従来の位相シフトマスクは、
急激な位相シフトを防ぐためにシフタのエッジ部分を傾
斜するように形成したものである。
クの製造方法を説明する。図6(a)のように、前記図
1乃至図3で説明した方法で、透明基板1上に遮光層2
1と第1シフタ3を形成する。そして、熱酸化工程によ
って基板の全面に第2シフタ用物質4を塗布する。図6
(b)乃至(c)に示すように、前記第2シフタ用物質
4をドライエッチングして、前記第1シフタ3の側辺に
側壁形状に第2シフタ6を形成する。従って、第2シフ
タ6によってエッジ部分における急激な振幅の変化を防
止して、不要に形成される感光膜の残留パターンを防止
することができる。しかし、この一例の位相シフトマス
クでは熱工程によって遮光層2が変形し易く、第1シフ
タ3と第2シフタ6を同一物質で形成する場合、エッチ
ング終点の確認が容易ではなくて厚さの正確な調節が難
しい。図6(a)及び図6(b)は図1のaーa’線上
における断面であり、図6(c)は図1のbーb’線上
における断面である。
造方法は図7に示す通りである。即ち、従来のこの例に
よる位相シフトマスクの製造方法は、急激な傾斜を防止
するためのもので、(a)に示すように、前記図1乃至
図3で説明した方法で透明基板1に遮光層2と第1シフ
タ3を形成した後、フォトマスキングを数回異なる大き
さで層ごとに分けて、前記シフタ3をエッチングしてシ
フタを階段状に形成する。(b)のように、その後熱処
理してシフタ3が階段式となっているものを斜辺が直線
形態となるようにする。
相シフトマスクでは、次のような問題点があった。従来
の一例の位相シフトマスクでは、熱工程によって遮光層
が変形し易くて、第1シフタと第2シフタを同一物質で
形成する場合、エッチング終点の確認が容易ではないた
めマスク基板を損傷するおそれがある。シフタの形成の
ための電子ビームの直接照射時に、シフタが誘電物質の
場合には、シフタにチャージアップ(charge-up)が発生
することもある。遮光層が下側にあり、シフタがその上
に形成されるので、シフタの位相シフト効果を均一に得
ることができない。従来の他の例では複雑な工程によっ
てのみ実現が可能である。
のである。すなわち、本発明は180゜と0゜の位相境
界部におけるパターンエラーの発生を防ぐマスク及びそ
のマスクを製造する方法を提供することを目的とするも
のである。
に、本発明の位相シフトマスクは、透明基板と、前記透
明基板上に形成された伝導性透明層と、前記伝導性透明
層上に一定間隔で形成された複数個の遮光層と、前記遮
光層ペアの間に、上面は平坦に側面は丸くなるように形
成された複数個の半球形シフタとを含んでなることを特
徴とする。
位相シフトマスクの製造方法は、基板を設ける段階と、
前記基板上に伝導性透明層を形成する段階と、前記伝導
性透明層上に一定間隔で遮光層を形成する段階と、上面
は平坦に側面は丸くなるように前記遮光層の間の位相シ
フト領域にシフタを形成する段階とを含んでなることを
特徴とする。
スク及びその製造方法を添付図面を参照してより詳しく
説明する。図8〜図9は本発明の第1実施形態による位
相シフトマスクの工程断面図である。まず、この位相シ
フトマスクの製造方法は、図8(a)に示すように、透
明基板1上に伝導性透明層10である酸化錫(SnO
2 )をRF(高周波)スパッタリングで蒸着する。図8
(b)に示すように、伝導性透明層10上に第1無機質
感光剤11であるゲルマニウムセレン化物(Germanium S
elenide:Ge10Se20 )層をプラズマ増速CVDスパッタで
形成した後、引き続き銀を含有した硝酸銀(AgNO
3 )溶液に浸漬して、銀含有層12を前記無機質感光剤
11上に形成する。
層10を接地し、遮光領域に電子ビームを選択的に照射
して、照射された部分の銀ドーピングが前記第1無機質
感光剤11内に拡散するようにして、第1無機質感光剤
11内に選択的に銀ドーピングされた無機質感光剤19
を形成する。このとき、照射された電子ビームの電子は
伝導性透明層10を介して接地したところに抜け出す。
図8(d)に示すように、電子ビームが照射されていな
い部分の銀含有層12と銀がドーピングされていない第
1無機質感光剤11層をそれぞれ王水若しくはアルカリ
現像液などで除去する。そして、電子ビーム用感光剤
(有機質感光剤)13であるPMMA(Poly Methyl Me
tha Acrylate) を銀ドーピングされた無機質感光剤19
及び伝導性透明層10上に蒸着した後、さらに位相シフ
ト領域を決めて電子ビーム用感光剤13に電子ビームを
選択的に照射する。
用感光剤13を現像して、電子ビームが照射されていな
い部分の電子ビーム用感光剤13を除去して、銀ドーピ
ングされた無機質感光剤19の間に四角形のシフタ13
aを形成する。そして、四角形のシフタ13aを熱処理
して半球形シフタ21を形成する。この際、半球形シフ
タの側壁角度が基板に対して30゜〜80゜となるよう
に熱処理する。
1を含んだ伝導性透明層10の全面に第2無機質感光剤
17をさらに塗布する。図9(g)に示すように、化学
的物理的研磨(Chemical Mechenical Polishing)方法を
用いて前記半球形シフタ21の表面の一部が研磨される
まで前記第2無機質感光剤17を研磨する。図9(h)
に示すように、残っている第2無機質感光剤17をアル
カリ現像液で除去する。以上のようにして、上面が平坦
で側壁が丸いシフタ22が形成される。
示すもので、銀ドーピングされた無機質感光剤19(遮
光層)が付着していない前面と後面のシフタ22の側壁
も半球形の状態を保持している。
フトマスクの製造方法を説明する。図11〜図12は本
発明の第2実施形態による位相シフトマスクの工程の断
面図であり、図13は本発明の第2実施形態による位相
シフトマスクの構造図である。本発明の第2実施形態に
よる位相シフトマスクは、遮光層をシフタの側面に形成
する方法である。
板1上に伝導性透明層10を形成する。図11(b)に
示すように、前記伝導性透明層10上に電子ビーム用感
光剤(有機質感光剤)(PMMAレジスト層)13を塗
布する。そして、位相シフト領域と透光領域を決めて、
その透光領域の電子ビーム用感光剤13に電子ビームを
照射する。図11(c)に示すように現像して電子ビー
ムが照射された部分の電子ビーム感光剤13を除去し
て、四角形のシフタ13aを複数個形成する。図11
(d)に示すように、前記四角形のシフタ13aを熱処
理して半球形シフタ21を形成する。このとき、側壁角
度は第1実施形態と同一とづる。図11(e)に示すよ
うに、前記半球形シフタ21及び前記伝導性透明層10
上に表面がほぼ平坦になるように第1無機質感光剤11
を厚く塗布する。
硝酸銀(AgNO3)溶液に浸漬して、銀含有層12を
前記第1無機質感光剤11上に形成する。そして、前記
伝導性透明層10を接地し、遮光領域を決めてその遮光
領域に電子ビームを照射する。 従って、図12(g)
に示すように、電子ビームが照射された部分の銀含有層
12の銀が前記第1無機質感光剤11内に拡散して、第
1無機質感光剤11内に銀ドーピングされた無機質感光
剤19が選択的に形成される。このとき、照射された電
子ビームの電子は、伝導性透明層10を介して接地した
ところに抜け出し、銀ドーピングされた無機質感光剤1
9は遮光層の役割を果たす。
を王水若しくはアルカリ現像液で除去する(図示せ
ず)。そして、化学的物理的研磨CMP技術を用いて半
球形シフタ21表面の一部が研磨されるまで、前記第1
無機質感光剤11及び銀ドーピングされた無機質感光剤
19を平坦に研磨する。最後に図12(i)に示すよう
に、残っている第1無機質感光剤11をアルカリ現像液
で除去する。以上によって、上面が平坦で側壁が丸いシ
フタ22が形成され、前記シフタ22の側面に遮光層2
8が作られる。
の第2実施形態による位相シフトマスクの構造は図13
に示すようになる。即ち、遮光層がシフタの側面に形成
され、遮光層が形成されていない部分のシフタのエッジ
部分が丸くなっている。
クの作用効果を説明する。図14(a)は本発明の位相
シフトマスクを適用した照射装置構成図であり、(b)
〜(e)は(a)による位相シフトマスクの構造及び各
部の光特性図であり、図15は本発明による無機質感光
剤の透過率グラフである。
得る照射装置では、図14(a)に示すように、フライ
アイレンズ(fly's eye lens)14を通過した光は集光レ
ンズ15を介して集束する。そして、集光レンズ15に
よって集束した光が位相シフトマスク23を通過して、
縮小レンズ16を経て半導体基板9上の感光膜18上に
露光するように構成されている。
トマスク23のA部分を拡大したものであり、同図
(c)は位相シフトマスク上における光振幅を示し、
(d)は基板上における光振幅を示し、(e)は基板上
における光強度を示す。従って、同一位相の単波長光が
(a)に示す本発明の位相シフトマスクに入射すると、
マスクを通過した光は通過部位によって位相が変わる。
即ち、透明基板1と伝導性透明層10からなる領域を通
過した光の位相はφ2 であり、透明基板1、伝導性透明
層10、及びシフタ22からなる領域を全て通過した光
の位相はφ1 である。
は180゜を保持しなければ解像度が向上しないので、
シフタの厚さdと位相差φ1−φ2は、次の関係を有す
る。 d=φ1−φ2=λ/2(n−1) (λ:露光光源の波長、n:屈折率) 従って、位相シフトマスクを通過した直後であるB点に
おける光振幅は(c)に示すようであり、基板表面のC
点における光振幅と光強度は(d)と(e)に示すよう
である。
機質感光剤の光特性は、図15の透光率対露光波長の関
係を見れば、i-line(365nm)以下に行けば行くほ
ど遮光効果がさらに高くなることが分かる。従って、銀
ドーピングされた無機質感光剤を遮光層として形成した
本発明は、露光波長を適切に選択すると、遮光効果を充
分得ることができる。
トマスクでは、下記の効果がある。1.遮光層の形成時
に金属を蒸着しエッチングする工程によって遮光層を形
成せず、無機質感光剤を蒸着しアルカリ現像することに
より、基板の表面状態が平滑に保持される。2.銀ドー
ピングされた無機質感光剤を遮光層として使用するの
で、ドーピングされていない無機質感光剤とのエッチン
グ選択比が高く、垂直な遮光側壁を保持することがで
き、パターン化が簡単である。3.有機質感光剤と無機
質感光剤だけでシフタを形成するので、エラー発生時に
再作業が容易である。4.シフタと伝導性透明層が直接
接触している部分のシフタの傾斜調節が熱処理によって
のみなされるので、工程が簡単である。5.銀ドーピン
グされた無機質感光剤の遮光効果がi-line以下の波長に
行けば行くほど良くなるので、高集積回路の製造に有利
である。6.電子ビームの照射時に酸化錫(SnO2)
を接地して電子を放出するので、チャージアップを防止
することができる。
関係図である。
面図である。
断面図である。
クの工程断面図の一部である。
クの工程断面図の一部である。
スクの構造を示す斜視図である。
スクの工程断面図の一部である。
スクの工程断面図の一部である。
スクの構造を示す斜視図である。
図とその位相シフトマスクの構造及び各部の光特性図で
ある。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 基板上に伝導性透明層を形成し、 前記伝導性透明層上に一定間隔で遮光層を形成し、位相シフト領域の前記遮光層の間に、 上面は平坦に側面
は丸くなるように、シフタを形成し、このシフタの形成
は、 前記遮光層が形成された伝導性透明層上に有機質感光剤
を平坦に蒸着し、 その有機質感光剤を前記位相シフト領域のみに残るよう
にパターニングし、そのパターニングされた有機質感光剤を熱処理して半球
形に形成し、 前記半球形有機質感光剤を含めて前記基板の全面に第2
無機質感光剤を形成し、前記半球形有機質感光剤の上面が平坦となるように前記
半球形有機質感光剤と前記第2無機質感光剤を研磨し、 残った第2無機質感光剤を選択的に除去 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】 前記遮光層の形成は、 前記伝導性透明層上に第1無機質感光剤を形成し、 その第1無機質感光剤上に不純物含有層を形成し、 その不純物含有層の不純物が前記第1無機質感光剤に拡
散して選択的に不純物がドーピングされた無機質感光剤
が形成されるように電子ビームを照射し、前記 不純物がドーピングされていない第1無機質感光剤
を選択的に除去す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。 - 【請求項3】 基板上に伝導性透明層を形成し、 その伝導性透明層上に一定間隔で複数個の半球形シフタ
を形成し、 その各半球形シフタの側壁に遮光物質を形成し、前記 半球形シフタの上部が平坦となるように前記半球形
シフタ及び遮光物質を研磨して、上部が平坦で側面が丸
くなったシフタ及びそのシフタの側壁に遮光層を形成す
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4】 前記半球形シフタの形成は、 前記伝導性透明膜上に有機質感光剤を蒸着し、 前記有機質感光剤を位相シフト領域のみに残るようにパ
ターニングし、 そのパターニングされた有機質感光剤を熱処理して前記
半球形シフタを形成す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製造方法。 - 【請求項5】 前記上部が平坦で側面が丸いシフタと遮
光層の形成は、前記 半球形シフタが形成された前記基板の全面に無機質
感光剤を蒸着し、 その半球形シフタの両側の前記無機質感光剤に不純物を
ドーピングし、 前記半球形シフタの上部が平坦になるように前記半球形
シフタ及び無機質感光剤を研磨し、 前記不純物がドーピングされていない無機質感光剤を除
去することを特徴とする請求項3記載の位相シフトマス
クの製造方法。 - 【請求項6】 前記不純物のドーピングは、 前記無機質感光剤の全表面に不純物含有層を蒸着し、 その不純物含有層の不純物が前記無機質感光剤に拡散す
るように、前記半球形シフタの両側に電子ビームを照射
し、 前記不純物含有層を除去して行うことを特徴とする請求
項5記載の位相シフトマスクの製造方法。
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