JP3194410B2 - ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に投影露光装置にお
いてフォトマスクとして使用されるハーフトーン型位相
シフトマスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、フォトマスクとして種々の構
造のものが提案されている。最近では、フォトマスクを
通過する投影露光光に位相差を与えて高解像度のパター
ン転写を可能にした位相シフトマスクが知られている。
このような位相シフトマスクに関しても、従来より、種
々の形式のものが提案されている。例えば、マスク上の
開口部の隣り合う一方に位相を反転させるような透明膜
を設けた構造のレベンソン型位相シフトマスクや、形成
すべきパターンの周辺部に解像限界以下の位相シフター
を形成した構造の補助パターン付き位相シフトマスク
や、基板上にクロムパターンを形成した後にオーバーエ
ッチングによって位相シフターのオーバーハングを形成
した構造の自己整合型位相シフトマスク等がある。

【０００３】以上の各構造の位相シフトマスクは、基板
上にクロムパターンとシフターパターンを設けたもので
あるが、この構造とは別に、シフターパターンのみによ
って形成された位相シフトマスクとして、透過型位相シ
フトマスクや、ハーフトーン型位相シフトマスク等も知
られている。透過型位相シフトマスクというのは、透明
部を透過した光と位相シフターを透過した光との境界部
において光強度がゼロとなることを利用してパターンを
分離するようにした位相シフトマスクであって、シフタ
ーエッジ利用型位相シフトマスクとも呼ばれる。

【０００４】また、ハーフトーン型位相シフトマスクと
いうのは、投影露光光に対して部分透過性を有する、い
わゆる半透明な位相シフターパターンを基板上に形成し
て、その位相シフターパターンの境界部に形成される光
強度がゼロの部分でパターンの解像度を向上するように
した位相シフトマスクである。透過型位相シフトマスク
や、ハーフトーン型位相シフトマスクはその層構造が単
純であるため、製造工程が容易であり、しかもマスク上
の欠陥も少ないという長所を有している。

【０００５】ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方
法として、従来、図２に模式的に示す方法が知られてい
る。この方法では、透明基板１の上にハーフトーン材料
膜、例えばＭｏ・Ｓｉ（モリブデン・シリコン）系ハー
フトーン材料膜２を形成し、さらにその上にレジスト膜
３を形成する（ａ）。次いで、レジスト膜３に対して露
光及び現像を行って所望のパターンを形成し（ｂ）、さ
らにパターニングされたレジスト膜３’をマスクとして
ハーフトーン材料膜２をエッチングしてパターニングす
る（ｃ）。その後、レジスト膜３’を剥離して、基板１
上に所望パターンのハーフトーン材料膜２’が形成され
たハーフトーン型位相シフトマスクが形成される
（ｄ）。

【０００６】また、ハーフトーン型位相シフトマスクの
別の製造方法として、従来、図３に模式的に示す方法も
知られている。この従来方法では、透明基板１の上にＭ
ｏ・Ｓｉ系ハーフトーン材料膜２を形成し、さらにその
上にハーフトーン材料膜２と同じエッチング特性を有す
るＭｏ金属膜４及びレジスト膜３を形成する（ａ）。次
いで、レジスト膜３に対して電子線露光及び現像を行っ
て所望のパターンを形成し（ｂ）、さらにパターニング
されたレジスト膜３’をマスクとして金属膜４及びハー
フトーン材料膜２を同時にエッチングしてパターニング
する（ｃ）。

【０００７】その後、レジスト膜３’及びパターニング
された金属膜４’を剥離して、基板１上に所望パターン
のハーフトーン材料膜２’が形成されたハーフトーン型
位相シフトマスクが形成される（ｄ）。この従来方法
で、ハーフトーン材料膜２とレジスト膜３との間にＭｏ
金属膜４を成膜するのは、電子線露光時に基板１が帯電
して電子線の進行経路が不安定になることを防止するた
めである。

【０００８】図２及び図３に示したハーフトーン型位相
シフトマスクの製造方法において、レジスト膜３に対し
てエッチング等といったパターニング処理が実行される
前の積層構造体、例えば図２についてみれば、透明基板
１上にハーフトーン材料膜２を一様に積層した積層構造
体及びその上にさらにレジスト膜３を一様に積層した積
層構造体は、一般に、ブランクと呼ばれる。また、図３
についてみれば、透明基板１上にハーフトーン材料膜２
及び同エッチング特性のＭｏ金属膜４を一様に積層した
積層構造体並びにその上にさらにレジスト膜３を一様に
積層した積層構造体が、一般に、ブランクと呼ばれる。
このブランクは、それ自身が１つの製品として取り扱わ
れことがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のハーフ
トーン型位相シフトマスクの製造方法では、レジスト膜
３’をマスクとしてハーフトーン材料膜２をエッチング
するとき、レジスト膜３’それ自身もエッジの側からエ
ッチングされてしまうため、ハーフトーン材料膜２の寸
法制御が正確に行われず、その結果、ハーフトーン材料
膜２を高精度にパターニングすることができないという
問題があった。また、成膜から位相シフトマスクが出来
上がるまでの各処理工程では、酸、アルカリ等の各種薬
品を使用することがあるが、これらの薬品の作用により
ハーフトーン材料膜が特性変化を起こして希望するハー
フトーン特性が得られなくなるという問題も生じてい
た。

【００１０】本発明に係るハーフトーン型位相シフトマ
スクの製造方法は、従来の製造方法における上記の問題
点を解消するためになされたものであって、ハーフトー
ン材料膜に対して選択エッチングが可能な金属膜をその
ハーフトーン材料膜の上に設け、さらに適宜の処理を施
すことによって、エッチングによるハーフトーン材料膜
のパターニングを高精度の寸法精度で行えるようにする
ことを目的とする。

【００１１】ところで、従来のハーフトーン型位相シフ
トマスク用のブランクは、多くの場合、透明基板上にハ
ーフトーン材料膜を一様に積層した積層構造体又はその
上にさらにレジスト膜を一様に積層した積層構造体であ
った。このようなブランクは、ハーフトーン材料膜に対
して選択エッチングが可能な金属膜の層を含んでいない
ので、本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスクの
製造方法には適していない。

【００１２】また、本発明に係るハーフトーン型位相シ
フトマスクの製造方法によって製造される位相シフトマ
スクとは異なる構成の位相シフトマスクとして、Ｃｒ
（クロム）等のような遮光性を有する金属をハーフトー
ン材料膜の上の適所にパターン状に設けて、ハーフトー
ン型位相シフトマスクの遮光領域の遮光性を向上させる
という技術が有利である。このようなハーフトーン型位
相シフトマスクを製造する際にも、従来のような、ハー
フトーン材料膜に対して選択エッチングが可能な金属膜
の層を含んでいないブランクは適切ではない。

【００１３】

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るハーフトー
ン型位相シフトマスクの製造方法は、（１）透明基板の
上にハーフトーン材料膜を積層し、（２）ハーフトーン
材料膜の上に該ハーフトーン材料膜に対して選択エッチ
ングが可能な金属膜を積層し、該金属膜はＣｒ、Ｃｒ
Ｏ、ＣｒＮ、ＣｒＯＮを積層した複合膜によって構成さ
れ、（３）金属膜の上にレジスト膜を積層し、（４）レ
ジスト膜をパターニングし、（５）パターニングされた
レジスト膜をマスクとして金属膜をエッチングによって
パターニングし、（６）パターニングされたレジスト膜
及び金属膜をマスクとしてハーフトーン材料膜をエッチ
ングし、さらに（７）所望パターンの金属膜をハーフト
ーン材料膜の上に残してレジスト膜を剥離することを特
徴とする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】ハーフトーン材料膜としては、例えばＭｏ
・Ｓｉ系の材料、より具体的には、例えば化学記号Ｍｏ
ＳｉＯ_XＮ_Y（Ｘ，Ｙは整数）で表される材料を用いるこ
とができる。

【００１８】金属膜に関して「選択エッチングが可能で
ある」ということは、ハーフトーン材料膜をエッチング
によって除去することなしに、金属膜だけをエッチング
によって除去できる性質を有するということである。こ
のような選択エッチングが可能な金属としては、例え
ば、ハーフトーン材料膜がＭｏ・Ｓｉ系材料で形成され
るとすれば、Ｃｒ（クロム）、ＣｒＯ（酸化クロム）、
ＣｒＮ（窒化クロム）、ＣｒＯＮ（窒化酸化クロム）又
はこれらを積層した複合膜を採用できる。複合膜を採用
する場合は、図４及び図５に示すような２層構造又は図
６に示すような３層構造とすることができる。

【００１９】金属膜の厚さは、例えば、３００〜１５０
０Å程度に設定する。但し、金属膜は比較的薄い厚さに
形成することが望ましい。金属膜が厚すぎると、この金
属膜自体をエッチングによってパターニングする際、い
わゆるサイドエッチの影響で金属膜それ自体を正確な形
状に仕上げることができなくなるおそれがあるからであ
る。金属膜が薄ければ、サイドエッチの影響を小さく抑
えることができるので、精密なパターニングを行うこと
ができる。

【００２０】金属膜は、周知の成膜方法によって形成で
きる。例えば、ＣｒＯに関しては、Ｃｒをターゲットに
してＯ₂ を含む雰囲気中、例えばＡｒを主成分として若
干Ｏ₂ を含むガス中、でスパッタリングを行う。ＣｒＮ
に関しては、ＣｒをターゲットにしてＮ₂ を含む雰囲気
中、例えばＡｒを主成分として若干Ｎ₂ を含むガス中、
でスパッタリングを行う。ＣｒＯＮに関しては、Ｃｒを
ターゲットにしてＯ₂とＮ₂ を含む雰囲気中、例えばＡ
ｒを主成分として若干のＯ₂ とＮ₂ を含むガス中、でス
パッタリングを行う。

【００２１】

【作用】請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマス
クの製造方法においては、金属膜の上にレジストが一様
に塗布され、そのレジスト膜を電子線露光及び現像によ
ってパターニングし、さらにそのパターニングされたレ
ジスト膜をマスクとして金属膜を所望のパターンにパタ
ーニングする。上記のようにしてパターニングされた金
属膜はハーフトーン材料膜をパターニングするためのマ
スクとして使用される。

【００２２】しかしながら、金属膜の利用形態は、その
ようなハーフトーン材料膜用のマスクに限られるもので
はなく、その他の任意の用途に利用できる。例えば、ハ
ーフトーン型位相シフトマスクには、ウェハ等といった
露光対象物上に画像として露光される部分であるメイン
パターンが形成される。露光光は、当然のことながらそ
のメインパターンを通過するが、それ以外の部分は通過
してはならない。ハーフトーン材料膜は、本来、そのよ
うな露光光の通過を遮蔽する働きを有しているが、その
性質上、露光光のうちの何割かはそのハーフトーン材料
膜を通過する。通常、このような微弱な透過光はウェハ
等を露光するに足るような十分な光量の光ではないが、
何らかの理由によりこの光が２重、３重、４重 ‥‥‥
等のように重なり合うと、本来は露光してはならないウ
ェハ上の領域が感光してしまうおそれがある。このよう
に、ハーフトーン材料膜を透過する微弱光がウェハ等の
上で重なり合うことが考えられる場合には、ハーフトー
ン型位相シフトマスクのうち透過微弱光がウェハ等の上
で重なり合うと考えられる部分に、遮光層を形成するこ
とが望ましい。本発明に係るハーフトーン型シフトマス
ク用ブランクの金属膜は、そのような遮光層として用い
ることもできる。

【００２３】請求項１及び請求項２記載のハーフトーン
型位相シフトマスクの製造方法では、ハーフトーン材料
膜は、パターニングされた金属膜をマスクとしてエッチ
ングされ、しかもその金属膜はハーフトーン材料膜に対
して選択エッチングが可能な材料によって構成される。
よって、ハーフトーン材料膜に対するエッチング処理中
に金属膜がエッチングによって除去されることがない。
従って、ハーフトーン材料膜を高精度の寸法精度でエッ
チング処理でき、その結果、寸法精度の高いハーフハー
ン型位相シフトマスクを得ることができる。

【００２４】

【実施例】図１（ａ）に示すように、石英によって形成
された透明基板１の上に、周知の成膜方法を用いて、Ｍ
ｏ・Ｓｉ系ハーフトーン材料膜２、金属膜としてのＣｒ
膜５、そしてレジスト膜３を順次に積層して位相シフト
マスク用ブランクを作成した。各膜の厚さは、ハーフト
ーン材料膜２を１２００〜２０００Å、Ｃｒ膜５を３０
０〜１５００Å、そしてレジスト膜３を３０００〜６０
００Åとした。

【００２５】次いで、電子線露光及び現像により所望パ
ターンのレジスト膜３’を形成した（ｂ）。さらに、そ
のレジスト膜３’をマスクとして、硝酸第２セリウムア
ンモニウムに過塩素酸を加えて製造したエッチング液を
用いた常法のウエットエッチングにより、又は塩素系ガ
スを用いたドライエッチングにより、Ｃｒ金属膜５を所
望のパターンのＣｒ金属膜５’へとパターニングした
（ｃ）。Ｃｒ金属膜５とハーフトーン材料膜２とは互い
に選択エッチングが可能な材料で形成されているので、
Ｃｒ金属膜５をエッチングするとき、ハーフトーン材料
膜２はエッチングされない。

【００２６】その後、ＣＦ₄ 、Ｃ₂Ｆ₆等のフッ素系ガス
を用いたドライエッチングによってハーフトーン材料膜
２を所望パターンのハーフトーン材料膜２’へとパター
ニングした（ｄ）。このとき、マスクとして働くＣｒ金
属膜５’はエッチングされないので、ハーフトーン材料
膜２’のパターンが極めて高精度な寸法精度で得られ
た。

【００２７】次いで、酸素プラズマや硫酸を用いてレジ
スト膜３’を剥離し、さらに、硝酸第２セリウムアンモ
ニウムに過塩素酸を加えて製造したエッチング液を用い
た定法のウエットエッチングによってＣｒ金属膜５’を
剥離した。これにより、所望パターンのハーフトーン材
料膜２’を備えたハーフトーン型の位相シフトマスクを
得た（ｅ）。この位相シフトマスクをステッパ等の投影
露光装置に使用するときには、透明基板１側から露光光
Ｒを照射し、ハーフトーン材料膜２’に対面する位置に
配置した露光対象物、例えばウェハ上に、ハーフトーン
材料膜２’に対応したパターンの光像を露光する。

【００２８】こうして得られたハーフトーン型位相シフ
トマスクのハーフトーン材料膜２’のパターンは極めて
高精度の寸法精度に仕上げられていた。また、図１の工
程ａから工程ｅに至る製造プロセスに関しては、適宜の
工程において、酸やアルカリ等を用いた洗浄処理が行わ
れる。この洗浄の際、Ｃｒ金属膜５の存在によりハーフ
トーン材料膜２が酸やアルカリ等の影響により特性変化
を生じることが防止される。

【００２９】以上、好ましい実施例を挙げて本発明を説
明したが、本発明はその実施例に限定されるものでな
く、請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変で
きる。例えば、請求項１又は請求項２記載のハーフトー
ン型位相シフトマスク用ブランクの使用形態は、請求項
５又は請求項６記載のハーフトーン型位相シフトマスク
の製造方法に限定されない。例えば、請求項１又は請求
項２記載のブランクの金属膜をハーフトーン材料膜に対
して選択的にエッチングして所望パターンの金属膜をハ
ーフトーン材料膜上に残すようにすれば、ハーフトーン
材料膜上に所望パターンの遮光層を形成できる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１及び請求項２記載のハーフトー
ン型位相シフトマスクの製造方法によれば、パターニン
グされた金属膜をマスクとしてハーフトーン材料膜をエ
ッチングするので、ハーフトーン材料膜を所望のパター
ンへと高精密にパターニングできる。また、Ｃｒを含ん
だ金属のような遮光性を有する金属によって金属膜を形
成するので、エッチングによって所望パターンの金属膜
をハーフトーン材料膜の上に残すことにより、所望パタ
ーンの遮光層を有するハーフトーン型位相シフトマスク
を作製できる。

【００３１】さらに、請求項１及び請求項２記載のハー
フトーン型位相シフトマスクの製造方法によれば、ハー
フトーン材料膜のためのエッチング剤によってはエッチ
ングされない金属膜をマスクとしてハーフトーン材料膜
をエッチングによってパターニングできるので、レジス
トをマスクとしてハーフトーン材料膜を直接エッチング
する場合に比べて、寸法精度の高いハーフトーンパター
ンを得ることができる。また、ハーフトーン材料膜を金
属膜で覆うので、ハーフトーン材料膜が薬品によって特
性変化を生じることを防止できる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスク
の製造方法を模式的に示す図である。

【図２】ハーフトーン型位相シフトマスクのための従来
の製造方法を模式的に示す図である。

【図３】ハーフトーン型位相シフトマスクのための他の
従来の製造方法を模式的に示す図である。

【図４】金属膜の一実施例の部分断面構造を示す図であ
る。

【図５】金属膜の他の一実施例の部分断面構造を示す図
である。

【図６】金属膜のさらに他の一実施例の部分断面構造を
示す図である。

【符号の説明】 １ 透明基板 ２ ハーフトーン材料膜 ２’ パターニングされたハーフトーン材料膜 ３ レジスト ３’ パターニングされたレジスト膜 ５ Ｃｒ金属膜 ５’ パターニングされたＣｒ金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−175346（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−54633（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板の上に希望パターンのハーフトー
   ン材料膜を形成してなるハーフトーン型位相シフトマス
   クを製造する製造方法において、 （１）透明基板の上にハーフトーン材料膜を積層し、 （２）ハーフトーン材料膜の上に該ハーフトーン材料膜
   に対して選択エッチングが可能な金属膜を積層し、該金
   属膜はＣｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＯＮを積層した複合
   膜によって構成され、 （３）金属膜の上にレジスト膜を積層し、 （４）レジスト膜をパターニングし、 （５）パターニングされたレジスト膜をマスクとして金
   属膜をエッチングによってパターニングし、 （６）パターニングされたレジスト膜及び金属膜をマス
   クとしてハーフトーン材料膜をエッチングし、さらに （７）所望パターンの金属膜をハーフトーン材料膜の上
   に残してレジスト膜を剥離することを特徴とするハーフ
   トーン型位相シフトマスクの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記金属膜の最表面層
   はＣｒＯによって構成されることを特徴とするハーフト
   ーン型位相シフトマスクの製造方法。