JP3160332B2 - ハーフトーン位相シフトフォトマスク - Google Patents
ハーフトーン位相シフトフォトマスクInfo
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Description
高密度集積回路の製造に用いられるフォトマスクに係わ
り、特に、微細なパターンを高精度に形成する際に用い
られるハーフトーン位相シフトフォトマスクに関する。
回路は、Siウェーハ等の被加工基板上にレジストを塗
布し、ステッパー等により所望のパターンを露光した
後、現像、エッチングを行う、いわゆるリソグラフィー
工程を繰り返すことにより製造されている。
るレチクルと呼ばれるフォトマスクは、半導体集積回路
の高性能化、高集積化に伴ってますます高精度を要求さ
れる傾向にあり、例えば、代表的なLSIであるDRA
Mを例にとると、1MビットDRAM用の5倍レチク
ル、すなわち、露光するパターンの5倍のサイズを有す
るレチクルにおける寸法のずれは、平均値±3σ(σは
標準偏差)をとった場合においても、0.15μmの精
度が要求され、同様に、4MビットDRAM用の5倍レ
チクルは、0.1〜0.15μmの寸法精度が、16M
ビットDRAM用5倍レチクルは0.05〜0.1μm
の寸法精度が要求されている。
されるデバイスパターンの線幅は、1MビットDRAM
で1.2μm、4MビットDRAMでは0.8μm、1
6MビットDRAMでは0.6μmと、ますます微細化
が要求されており、このような要求に応えるために様々
な露光方法が研究されている。
ラスの次々世代のデバイスパターンになると、これまで
のレチクルを用いたステッパー露光方式ではレジストパ
ターンの解像限界となり、例えば特開昭58−1737
44号公報、特公昭62−59296号公報等に示され
ているような位相シフトマスクという新しい考え方のレ
チクルが提案されてきている。この位相シフトレチクル
を用いる位相シフトリソグラフィーは、レチクルを透過
する光の位相を操作することによって、投影像の分解能
及びコントラストを向上させる技術である。
て、ハーフトーン位相シフトフォトマスクが提案されて
いる。このハーフトーン位相シフトフォトマスクを図面
に従って簡単に説明する。図3はハーフトーン位相シフ
トリソグラフィーの原理を示す図、図4は従来法を示す
図であり、図3(a)及び図4(a)はレチクルの断面
図、図3(b)及び図4(b)はレチクル上の光の振
幅、図3(c)及び図4(c)はウェーハ上の光の振
幅、図3(d)及び図4(d)はウェーハ上の光強度を
それぞれ示し、1は基板、2は100%遮光膜、3は5
〜30%の透過率のハーフトーン遮光膜、4は位相シフ
ト層、5は入射光を示す。
に、石英ガラス等からなる基板1にクロム等からなる1
00%遮光膜2が形成されて、所定のパターンの光透過
部が形成されているだけであるが、ハーフトーン位相シ
フトリソグラフィーでは、図3(a)に示すように、遮
光膜をハーフトーン遮光膜3で形成し、ハーフトーン遮
光膜3上に位相を反転(位相差180°)させるための
透過膜からなる位相シフト層4が設けられている。した
がって、従来法においては、レチクル上の光の振幅は図
4(b)に示すように同相となり、ウェーハ上の光の振
幅も図4(c)に示すように同相となり、マスクの開口
部から外側へ裾広がりに分布するので、その結果、図4
(d)のようにウェーハ上の光強度分布はマスクパター
ンに対応した形状にはならないで、マスク開口部から外
側へ裾広がりの分布になる。これに対して、ハーフトー
ン位相シフトリソグラフィーにおいては、ハーフトーン
遮光膜3及び位相シフト層4を透過した光は、図3
(b)に示すように、開口部を透過した光と逆位相にな
るため、パターンの境界部で光強度が零になり、図4
(d)に示すように、光強度分布の裾広がりを抑えるこ
とができる。このように、ハーフトーン位相シフトリソ
グラフィーにおいては、従来は分解できなかったパター
ンも分解可能となり、解像度を向上させることができる
ものである。
ーン位相シフトフォトマスクの製造方法について説明す
る。図5はその製造工程を示す断面図であり、図中、1
9は基板、20は導電層、21はハーフトーン遮光層、
22は位相シフト層、23はレジスト、24はレジスト
パターン、25はエッチングガス、26はハーフトーン
遮光パターン、27は位相シフターパターンを示してい
る。
て作製し、欠陥検査したハーフトーン位相シフトフォト
マスクブランクス上に、同図(b)に示すように、クロ
ロメチル化ポリスチレン等の電離放射線レジスト23を
スピンコーティング等の常法により均一に塗布し、加熱
乾燥処理を行う。加熱乾燥処理は、使用するレジストの
種類にもよるが、通常、80〜150℃で20〜60分
間行う。次に、レジスト層23に、常法に従って電子線
描画装置等の露光装置によって電離放射線でパターン描
画し、エチルセロソルブやエステル等の有機溶媒を主成
分とする現像液で現像後、アルコールでリンスして、同
図(c)に示すようなレジストパターン24を形成す
る。
スカム処理を行ってレジストパターン24のエッジ部分
に残存したレジスト屑、ヒゲ等の不要なレジストを除去
した後、同図(d)に示すように、レジストパターン2
4の開口部より露出する被加工部分、すなわち、位相シ
フト層22及びハーフトーン遮光層21をエッチングガ
スプラズマ25の条件変更によって連続してドライエッ
チングし、ハーフトーン遮光パターン26及びシ位相シ
フターパターン27を形成する。なお、このハーフトー
ン遮光パターン26、位相シフターパターン27の形成
は、エッチングガスプラズマ25によるドライエッチン
グに代えて、ウェットエッチングにより行ってもよいこ
とは、当業者間では明らかなことである。
存するレジストを溶剤剥離し、フォトマスクとする。こ
のフォトマスクを洗浄後、検査し、同図(e)に示すよ
うに位相シフターパターン27を有するハーフトーン位
相シフトフォトマスクが完成する。
ような従来のハーフトーン位相シフトフォトマスクにお
いては、位相シフト層、ハーフトーン遮光層の2層を形
成する必要があり、ブランクス製造工程数が増加する。
また、ハーフトーン遮光層、位相シフト層のエッチング
条件が異なる等マスク製造プロセスも増加する。欠陥検
査も、ハーフトーン遮光層、位相シフト層それぞれにつ
いて行う必要がある。これらのため、高コスト化、製造
期間の長期化、欠陥の多発等、多くの問題を含んでい
る。
ものであり、その目的は、構造をさらに単純化し、製造
をより容易化したハーフトーン位相シフトフォトマスク
を提供することである。
鑑み、実用的で精度が高くかつ製造がより容易なハーフ
トーン位相シフトフォトマスクを開発すべく研究の結
果、ハーフトーン遮光膜と位相シフト層を1層で構成で
きることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成
したものである。
トフォトマスクは、透明基板と、その表面に所定のパタ
ーンに従って設けられた均一組成材料からなるハーフト
ーン遮光層兼位相シフト層とからなり、該ハーフトーン
遮光層兼位相シフト層は、使用波長をλ、その屈折率を
nとするとき、膜厚dが、d=λ/{2(n−1)}又
はその奇数倍になるように設定され、また、その透過率
が5〜30%の範囲になるように構成され、前記ハーフ
トーン遮光層兼位相シフト層が、CrOx 、CrNx 、
CrOx Ny 、CrOx Ny Cz の何れかから構成され
ていることを特徴とするものである。
ォトマスクを、透明基板と、その表面に所定のパターン
に従って設けられた均一組成材料からなるハーフトーン
遮光層兼位相シフト層とから構成するので、構成が極め
て単純であり、製造に関しても工程数削減により、欠陥
の発生が押さえられ、同時に、製造コストを低く押さえ
ることも併せて可能となる。そして、それにもかかわら
ず、ハーフトーン位相シフトフォトマスクの特長である
通常のフォトマスクでは得られない高分解能が可能とな
る。
トマスクの1実施例を図1を参照にして説明する。図1
は、本発明に係わるハーフトーン位相シフトフォトマス
ク(レチクル)の断面図であり、このフォトマスクは、
石英基板10と、その表面に所定のパターンに従って設
けられたハーフトーン遮光層兼位相シフト層11とから
なっている。ハーフトーン遮光層兼位相シフト層11
は、使用波長をλ、その屈折率をnとするとき、膜厚d
が、d=λ/{2(n−1)}又はその奇数倍になるよ
うに設定され、また、その透過率が5〜30%であるよ
うに構成されている。具体的には、ハーフトーン遮光層
兼位相シフト層11は、例えば、クロムをスパッタリン
グのターゲットとし、蒸着雰囲気中に酸素等のガスを入
れて、CrOx 、CrNx 、CrOx Ny 、CrOx N
y Cz 等のクロムの酸化物、窒化物、酸窒化物、酸窒炭
化物を基板10上に堆積することにより形成されるが、
成膜条件を変えてクロムの酸素等に対する含有量を制御
して、上記膜厚条件と透過率条件の両者を満足するよう
に構成される。
うに、このような構成のハーフトーン位相シフトフォト
マスクは、光強度分布の裾広がりを抑えることができ、
従来分解できなかった微細パターンも分解可能なものと
なる。しかも、図1の断面図から明らかなように、フォ
トマスクは、基板10上に単一のハーフトーン遮光層兼
位相シフト層11をコーティングし、その上にレジスト
層を塗布して、このレジスト層に電子線描画装置等の露
光装置により所定のパターン描画をし、現像、リンスし
てレジストパターンを形成し、レジストパターンの開口
部より露出する層11をドライエッチング又はウエット
エッチングすると言う最も基本的なリソグラフィー工程
を1回だけ行うことにより製造することができる。
11は、クロムの酸化物等により構成する代わりに、透
明な無機物、有機物中に顔料、染料を分散させて上記透
過率条件及び膜厚条件を満足するようにして構成するこ
ともできる。
ラス(SOG)によりハーフトーン遮光層兼位相シフト
層を作成する場合の実施例を示す。図2はこの場合の製
造工程を示す断面図であり、まず、同図(a)に示すよ
うなハーフトーン位相シフトフォトマスクブランクを用
意する。図中、39は基板、40は導電層、41はハー
フトーン遮光層兼位相シフト層(厚さは例えばi線に対
して約405nmで、180°位相シフターを構成し、
透過率は5〜30%の範囲)を示す。ハーフトーン遮光
層兼位相シフト層41は、SOG溶液にカーボン、Si
NX 、Si等の遮光性微粒子(粒子径:数〜数十nm)
を分散法により混合し、スピンコート、焼成して作成す
る。混合するカーボ等の遮光性微粒子の量は、焼成した
基板の透過率をモニターしながら加減する。また、超音
波処理等を適宜行い、均一に混合する。透過率は、上記
のように5〜30%の範囲で選択されるが、1例として
カーボン微粒子を用いて約16%となるようにした。
トフォトマスクブランクの欠陥検査を行い、同図(b)
に示すように、その上に、クロロメチル化ポリスチレン
等の電離放射線レジスト42をスピンコーティング等の
常法により均一に塗布し、加熱乾燥処理を行う。加熱乾
燥処理は、使用するレジストの種類にもよるが、通常、
80〜150℃で20〜60分間程度行う。次に、レジ
スト層42に、常法に従って電子線描画装置等の露光装
置によって電離放射線でパターン描画し、エチルセロソ
ルブやエステル等の有機溶媒を主成分とする現像液で現
像後、アルコールでリンスし、同図(c)に示すような
レジストパターン43を形成する。
スカム処理を行ってレジストパターン43のエッジ部分
に残存したレジスト屑、ヒゲ等の不要なレジストを除去
した後、同図(d)に示すように、レジストパターン4
3の開口部より露出する被加工部分、すなわち、ハーフ
トーン遮光層兼位相シフト層41をエッチングガスプラ
ズマ44によりドライエッチングし、ハーフトーン位相
シフターパターン45を形成する。なお、このシフター
パターン45の形成は、エッチングガスプラズマ44に
よるドライエッチングに代えてウェットエッチングによ
り行ってもよいことは当業者間では明らかなことであ
る。
トパターン43すなわち残存するレジストを溶剤剥離
し、フォトマスクとする。このフォトマスクを洗浄後、
検査し、ハーフトーン位相シフターパターン45を有す
るハーフトーン位相シフトフォトマスクが完成する。
過率が約16%となるようにしたSOGからなるハーフ
トーン位相シフターパターンの場合、フォトマスクブラ
ンクスの透過率は、平均値±3σ(σは標準偏差)をと
った場合に±0.8%であった。また、このように工程
数の少ないプロセスで製造したハーフトーン位相シフト
フォトマスクのハーフトーン位相シフターの位置ずれ
は、平均値±3σ(σは標準偏差)をとった場合に、±
0.1μm以内という値を示し、高精度のハーフトーン
位相シフトフォトマスクが得られたことが確認され、パ
ターン歪み等は全く観測されなかった。
い、ますますフォトマスクの高精度化が要求され、マス
ク構成も複雑化し、それに従って、工程数の増加、ゴミ
等による欠陥の多発が問題になっている。また、必然的
に高コストとなる。
フトーン位相シフトフォトマスクを、透明基板と、その
表面に所定のパターンに従って設けられた均一組成材料
からなるハーフトーン遮光層兼位相シフト層とから構成
するので、構成が極めて単純であり、製造に関しても工
程数削減により、欠陥の発生が押さえられ、同時に、製
造コストを低く押さえることも併せて可能となる。そし
て、それにもかかわらず、ハーフトーン位相シフトフォ
トマスクの特長である通常のフォトマスクでは得られな
い高分解能が可能となる。
スクの断面図である。
の製造工程の1例を示す断面図である。
を示す図である。
製造工程示す断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 透明基板と、その表面に所定のパターン
に従って設けられた均一組成材料からなるハーフトーン
遮光層兼位相シフト層とからなり、該ハーフトーン遮光
層兼位相シフト層は、使用波長をλ、その屈折率をnと
するとき、膜厚dが、d=λ/{2(n−1)}又はそ
の奇数倍になるように設定され、また、その透過率が5
〜30%の範囲になるように構成され、前記ハーフトー
ン遮光層兼位相シフト層が、CrOx 、CrNx 、Cr
Ox Ny 、CrOx Ny Cz の何れかから構成されてい
ることを特徴とするハーフトーン位相シフトフォトマス
ク。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP28783291A JP3160332B2 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | ハーフトーン位相シフトフォトマスク |
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JP28783291A JP3160332B2 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | ハーフトーン位相シフトフォトマスク |
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JPH05127361A JPH05127361A (ja) | 1993-05-25 |
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ID=17722343
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---|---|---|---|
JP28783291A Expired - Lifetime JP3160332B2 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | ハーフトーン位相シフトフォトマスク |
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---|---|---|---|---|
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1991
- 1991-11-01 JP JP28783291A patent/JP3160332B2/ja not_active Expired - Lifetime
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