JPH03242648A - ホトマスクの製造方法 - Google Patents

ホトマスクの製造方法

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JPH03242648A
JPH03242648A JP2040006A JP4000690A JPH03242648A JP H03242648 A JPH03242648 A JP H03242648A JP 2040006 A JP2040006 A JP 2040006A JP 4000690 A JP4000690 A JP 4000690A JP H03242648 A JPH03242648 A JP H03242648A
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phase shift
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Hisashi Watanabe
尚志 渡邉
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Matsushita Electronics Corp
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はホトリソグラフィで使用するためのホトマスク
に関するものである。
従来の技術 素子が高密度化、高集積化するにつれてパターンの微細
化が求められている。この微細化を実現する方法として
、例えば特開昭62−50811゜特開昭62−592
96等に示されるような露光光に位相差を与えるホトマ
スクを用いる方法が知られている。この従来例で提案さ
れているマスクは、第5図に示すようにマスク基板1上
に転写すべきパターンの原画となる遮光部2を設け、さ
らに遮光部をはさむ両側の透明部の一方の上に露光光の
位相を変化させる層3(以下位相シフト層とする)を設
けている。また、テクニカル ダイジェスト インター
ナショナル エレクトロンデバイス ミーティング、ワ
シントン デイ−シー 1989年 57頁−60頁(
Tech9口ig。
Int、  Electron  Device  M
eet、、Washington  D、C。
(1989) p、57−60)のニュー フェース 
シフティング マスク ウィズ セルフ アラインド 
シフターズ フォー ア クウオータ ミクロンホトリ
ソグラフィー(New phase  shiftin
g maskwith  self−aligned 
 5hifters  for  a  quater
  m1cronphotol ithography
 )は、第6図に示すような構造の位相シフトマスクを
提案している。このマスクはマスク基板1上にパターン
の原画となる遮光部2を設け、各々の遮光部の端から所
定の幅だけ光透過部に重なるように位相シフト層3を設
けている。
発明が解決しようとする課題 第5図に示した従来例ではマスク製作に当たっては、ま
ず遮光パターンの露光、エツチングを必要とし、その後
に位相シフト層のパターンを遮光パターンに合わせて露
光する工程が必要となる。
このためマスク製作には露光工程が2回必要となり、工
程が複雑となること及び位相シフト層のパターンと遮光
パターンとの位置合わせ誤差が生じた場合異常なパター
ンが転写されるという問題がある。
また、第6図に示した従来例では、1回のパターン露光
でマスクを製作することができる。しかしこの構造のマ
スクではマスク基板lと位相シフト層3との間に遮光膜
の膜厚分の隙間が空くため位相シフト層パターンの密着
性が不良となり洗浄等の工程でのパターンの剥がれや欠
けが起こりやすいという問題がある。また、この構造の
マスクを製作するためには、位相シフト層材料が光感度
を持つことが必要であり、既述のこの方法が記載された
論文では位相シフターとしてポリメチルメタクリレート
(PMMA)を用いている。P M M Aのような光
感度を持つ有機膜をシフターとして用いた場合、有機膜
の機械的強度の不足からくる位相シフト層パターンの不
安定性の問題とパターン転写を繰り返すことによる有機
膜の屈折率や光透過率の変化という問題がある。
課題を解決するための手段 本発明のホトマスクは、上述の問題点を解決するため、
ホトマスクの光透過部の中心部を露光光に位相差を与え
るように基板の厚さを所定量だけ薄くするか、あるいは
開口部の中心部に露光光の位相差を与えるように基板上
に透明膜を形成するものである。
作用 本発明を用いると、安定性の高い位相シフトマスクを一
回のパターン露光で形成でき、このホトマスクを用いる
ことにより解像限界に近い微細パターンを安定に精度よ
く転写することが可能となる。
実施例 第1図、第2図は各々この発明に係るホトマスクの一部
を示す各実施例の各々の断面図である。
第1図、第2図に示す各実施例ホトマスクにおいて、ど
ちらの構造のマスクも、マスク基板lの面に設けた遮光
11!2のほかに、開ロバターン(光透過部)の中心部
と周辺部の間で露光光に位相差を与えるように、位相シ
フト層3が配置されている。
位相シフト層3は光の位相差が90度から270度とな
るような膜厚とするが、位相差が180度となる膜厚と
するのが最も望ましい。このような構造のホトマスクを
用いて投影露光装置により露光を行なった場合、開ロバ
ターンの周辺部を透過した光と中心部を透過する光の位
相は180度相違している。コヒーレントな入射光に対
しては、2つの部分からの光には振幅の相互作用が働く
ため、開口部を通過した光が180度位相の異なる場合
には、2つの光には互いに弱め合うような干渉が生しる
。このため、光の横方向への広がりが抑えられ、高い解
像度のパターン転写が可能となる。
第1図に示した、光透過部の中心部の基板の厚さを所定
量だけ薄くした構造のホトマスクについて、このマスク
の製造プロセスを表わす第3図(a)〜(f>の工程順
断面図を用いて、製作工程順にその構造を説明する。
ここでは、マスク基板1として石英基板、遮光膜2とし
てクロム、位相シフト層3としてシリコン窒化膜、レジ
スト4としてクロロメチル化ポリスチレン(CMS)を
用いた。まず、第3図(a)に示すように、石英基板上
にシリコン窒化膜をスパッタリング法により0.18μ
mの膜厚に堆積し、続いて真空蒸着法によりクロム膜を
0.1μmの膜厚に堆積した基板上にCMSを0.5μ
mid布し120℃、30分の熱処理を行なう。続いて
、所定パターンを6μC/ c−の露光量で電子線露光
を行なった後、酢酸イソアミルとエチルセロソルブの混
合溶液を用いて1分間のスプレー現像を行ない、第3図
(b)のようなレジストパターンを形成する。さらに、
このレジストパターンをマスクとして、第3図(C)の
ように、硝酸セリウムアンモン(Ce (N H4)2
(N 03)6 )溶液によりクロム膜をウェットエッ
チする。続いて、レジストパターンをマスクとして、シ
リコン窒化膜をCF4と02の混合ガスを用いて、第3
図(d)のように、ドライエツチングを行なう。さらに
、レジストパターンをマスクとして、第3図(e)のよ
うに、硝酸セリウムアンモン溶液を用いてクロム膜をレ
ジストパターン端から0.5μmサイドエツチングを行
なう。最後に、PMMA膜をアセトンに漬けることによ
り除去して、第3図(f)のように、光透過部の中心部
の基板の厚さを所定量だけ薄くした構造のホトマスクが
形成される。
このようにして形成したホトマスクを用いて、露光波長
365nm、開ロ数(NA)0.4の1715縮小投影
露光装置を用いてシリコンウエノ\−上にパターン転写
を行なった。その結果、従来この装置では解像できる孤
立線の最小寸法はウエノ\−上で0.5μmであったも
のが、本発明のマスクを用いることにより0.4μmの
孤立線を形成することができた。
本実施例では基板段差の面内均一性を高めるために、マ
スク基板に石英、位相シフト層としてシリコン窒化膜を
用いた。しかし、ドライエツチングを精度よくコントロ
ールすることかできれば位相シフト層のシリコン窒化膜
をなくして、石英基板を所定の深さだけ(露光光の波長
が365nmの場合0.40μm)エツチングすること
により同様の効果を有するホトマスクを製造することが
できる。
次に第2図に示した、光透過部の中心部に所定の厚さの
透明膜を有する構造のホトマスクについて、このマスク
の製造プロセスを表わす第4図(a)〜(e)の工程順
断面図を用いて製作工程順にその構造を説明する。
ここでは、マスク基板1として石英基板、遮光膜2とし
てクロム、位相シフト層3としてシリコン酸化膜、レジ
スト4としてPMMAを用いた。
まず、第4図(a)に示すように、石英基板上に真空蒸
着法によりクロム膜を0.1μmの膜厚に堆積した基板
上にPMMAを0.5μmm布し170℃、30分の熱
処理を行なう。続いて、所定パターンを30μC/ c
dの露光量で電子線露光を行なった後、MIBK(メチ
ルイソブチルケトン〉を用いて3分間のスプレー現像を
行ない、第4図(b)のように、レジストパターンを形
成する。さらに、このレジストパターンをマスクとして
第4図(C)のように、硝酸セリウムアンモン(Ce(
NH4)2(NO3)s)溶液によりクロム膜をレジス
トパターン端から0.75μmサイドエツチングする。
続いて、第4図(d)のように、シリコン酸化膜を電子
線加熱による真空蒸着法により0.47μmの膜厚に堆
積する。さらに、レジスト膜をアセトンに漬けることに
より除去して、レジスト膜上のシリコン酸化膜を除去し
、第4図(e)のように、光透過部の中心部のみにシリ
コン酸化膜を有する構造のホトマスクが形成される。
このようにして形成したホトマスクを用いて、露光波長
436nm、開口数(NA)0.45の115縮小投影
露光装置を用いてシリコンウエノ\−上にパターン転写
を行なった。その結果、従来、この装置では解像できる
孤立線の最小寸法はウエノ\−上で0.55μmであっ
たものが、本発明のマスクを用いることにより0.45
μmの孤立線を形成することができた。
上記実施例では、位相シフト層3としてシリコン窒化膜
とシリコン酸化膜を用いる例について示したが、この例
に限られるものでなくフッ化マグネシュウム、゛二酸化
チタン、窒化チタン等も使用できる。また、マスクの安
定性が特に問題とならない場合にはPMMA等のポリマ
ーを使用することも可能である。
また上記実施例では露光光の波長365nmと436n
mの露光装置のための位相シフトマスクとなるように位
相シフト層の膜厚を決定したが、位相シフト層の厚さt
を t=λ/2・(n−1)      ・・・・・・(1
)となるように設定すれば他の露光光の波長に対しても
有用である。但し、nは位相シフト層の屈折率、λは露
光光の波長である。
さらに、上記実施例では開ロバターン周辺部のふちどり
幅(上記実施例中では遮光膜のレジストパターン端から
のサイドエツチング量に相当する)は0.5μmと0.
75μmとしたが、この量は投影露光装置と転写する原
画パターンの形状によってそれぞれ最適値が存在する。
孤立パターンを形成する場合、解像限界のパターンの1
 / l Oから2 /、’ 5程度の幅とすることが
特に有効である。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明のホトマスクを
用いることにより、解像限界に近い微細パターンを安定
に精度よく転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の各実施例ホトマスクの各々の
断面図、第3図、第4図は本発明の各実施例ホトマスク
を製造プロセス順に示した各工程順断面図、第5図、第
6図は従来の位相シフトマスクの各側を示す各々の断面
図である。 1・・・・・・マスク基板、2・・・・・・遮光膜、3
・・・・・・位相シフト層、4・・・・・・レジスト。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明基板と、前記透明基板上の所定領域に形成さ
    れた位相シフト層と、前記位相シフト層上で前記位相シ
    フト層の幅より小さい遮光膜を備えたことを特徴とする
    ホトマスク。
  2. (2)透明基板と、前記透明基板上の所定領域に形成さ
    れた遮光膜と、前記遮光膜間の少なくとも一部に形成さ
    れた位相シフト層を備えたことを特徴とするホトマスク
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