JPH0743885A

JPH0743885A - 位相シフトフォトマスクの製造方法

Info

Publication number: JPH0743885A
Application number: JP18605893A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Miyashita; 宮下裕之; Kazutake Suwa; 諏訪一勇
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-14
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3301557B2

Abstract

(57)【要約】【目的】透過型位相シフトフォトマスクおいて、寸法
精度よく、欠陥の少ない製造方法。【構成】透明基板４上に隣接する２つに透明領域を有
する透過型位相シフトフォトマスク１２の製造方法にお
いて、透明基板４上に金属あるいは金属化合物の膜５が
形成され、その上にレジスト６が塗布されたブランクを
用い、レジストパターン８を形成後、そのレジストパタ
ーン８をマスクにして金属あるいは金属化合物の膜５を
ドライエッチングする工程と、レジストパターン８及び
金属あるいは金属化合物のパターン１０をマスクにして
透明基板４をドライエッチングする工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の
高密度集積回路の製造に用いられるフォトマスクの製造
方法に関し、特に、微細寸法の投影像が得られる位相シ
フトフォトマスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路は、酸化、ＣＶＤ、スパッタリング等の薄膜形成工
程と、シリコンウェーハ等の被加工基板上にフォトレジ
ストを塗布し、フォトマスクを用いた縮小投影ステッパ
ー等により所望のパターンを露光した後に、現像、エッ
チングを行う、いわゆるフォトリソグラフィー工程やイ
オン注入等の拡散工程を繰り返すことにより製造されて
いる。

【０００３】このようなフォトリソグラフィー工程にお
いて形成されるレジストパターンの最小図形サイズは、
半導体集積回路の高速化、高集積化に伴ってますます微
細化が要求されており、通常のフォトマスクを用いた縮
小投影ステッパー露光方式では解像限界となり、この限
界を克服する技術として、例えば特開昭５８−１７３７
４４号、特開平４−１３６８５４号公報に示されている
ような新しい構造を有する位相シフトフォトマスクを用
いた位相シフト露光法が提案されている。

【０００４】このような位相シフト露光法は、フォトマ
スク上に形成した位相シフトパターンを透過する露光光
の位相を操作することにより、解像度及び焦点深度を向
上させる技術である。

【０００５】このような位相シフトフォトマスクの１つ
として、透過型位相シフトフォトマスク又はクロムレス
位相シフトフォトマスクと呼ばれるものが提案されてい
る。これは、透明基板上に隣接する２つの透明な領域を
有し、両領域間の位相差が実質的に１８０°になる構成
のものであり、半導体素子のライン、スペース、ドット
等において解像度が上がり、焦点深度が広がることが示
されている。このときの位相差を与える透明膜の膜厚を
ｄとし、露光波長をλ、その露光波長での屈折率をｎと
すると、ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝の関係を満たすとき最も効果がある。

【０００６】このような透過型位相シフトフォトマスク
の構造としては、図１に断面を示したような構造が提案
されている。図中、１は石英基板、２は第１の透過部、
３は第２の透過部を示す。このようなフォトマスクに露
光光が入射すると、第１透過部２と第２透過部３を通過
した光の間に１８０°の位相差が生じ、この２つの光が
結像面上の両者の境界に対応する位置で干渉して、実質
的に強度がゼロになり、解像限界以下のパターンが描画
できるものである。

【０００７】このようなフォトマスクの製法を以下に示
す。まず、石英基板上に電子線感光レジストを塗布す
る。このレジスト上にアルミニウムを蒸着により成膜す
る。次に、常法に従い電子線露光を行い、アルミニウム
膜剥離後、現像、リンスすることによりレジストパター
ンを形成する。次に、このレジストパターンをマスクと
して、ドライエッチングにより石英基板を深さｄがｄ＝
λ／｛２（ｎ−１）｝を満たすようにエッチングする。
次に、このレジストを剥離することにより、所望の透過
型位相シフトフォトマスクが完成する。

【０００８】また、別の製法としては、以下のような工
程が提案されている。まず、石英基板上にクロムを蒸着
した通常のＣｒブランク上に電子線感光レジストを塗布
する。次に、常法に従い電子線露光を行い、現像、リン
スすることによりレジストパターンを形成する。このレ
ジストパターンをマスクとして、クロム膜をウェットエ
ッチングする。次に、レジスト剥離を行う。このクロム
パターンをマスクにして、ドライエッチングにより石英
基板を深さｄがｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝を満たすよう
にエッチングする。次に、ウェットエッチング液により
クロム膜を剥離し、所望の透過型位相シフトフォトマス
クが完成する。このようにして製造するフォトマスクの
クロム膜剥離前の比較検査装置ＫＬＡ−２１９ｅ（ＫＬ
Ａ社製）を用いた同一フォトマスク内での比較検査の結
果を表１に示す。この結果から、石英欠陥が非常に多い
ことが分かる。

【０００９】測定領域：１０ｃｍ□ ピクセルサイズ：０．２５μｍ
。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の第１の製法のよ
うに、レジストパターンをマスクにして石英基板をエッ
チングする場合には、レジストと石英の密着性が悪いた
め、レジストパターンが剥離しやすいという問題が生じ
ていた。また、ドライエッチングにおいてレジストと石
英との選択比が低いため、寸法制御性が悪いという問題
が生じていた。

【００１１】通常のＣｒブランクを基に加工を行う場
合、クロム膜をウェットエッチングすると、石英表面に
非常に薄くクロムあるいは乾燥ジミが残り、次の石英エ
ッチングにおいて欠陥が生じやすいという問題が生じて
いた。また、クロムパターンをマスクにして石英基板を
ドライエッチングすると、エッチング面に荒れが発生す
るという問題も生じていた。

【００１２】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、透過型位相シフトフォトマ
スクおいて、寸法精度よく、欠陥の少ない製造方法を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題に鑑
みて実用的でかつ精度の高い位相シフトフォトマスクを
開発すべく研究の結果、クロム膜の厚さを４０ｎｍ以下
に抑え、このクロム膜をドライエッチングにより加工
し、レジストとクロムのパターンをマスクに石英基板を
エッチングすることにより、寸法制御性を良くし、欠陥
の少ないフォトマスクを作製できることを見出し、本発
明を完成させたものである。

【００１４】すなわち、本発明の透過型位相シフトフォ
トマスクの製造方法は、（１）石英基板上に４０ｎｍ以
下のクロム膜が形成され、電子線レジストあるいは感光
性レジストが塗布されたブランクを用いること、（２）
クロム膜をドライエッチングを用いて５０％以上オーバ
ーエッチングし、レジスト／クロム・パターンをマスク
にして石英基板をドライエッチングすること、を特徴と
する方法である。

【００１５】本発明の製造方法を図２を用いて説明す
る。石英基板４を用意し（同図（ａ））、この基板４上
に厚さ５〜４０ｎｍのクロム５を成膜する（同図
（ｂ））。クロムの代わりにクロム化合物、アルミニウ
ム、アルミニウムの化合物等を用いてもよい。この基板
上に電子線レジスト６を膜厚１００〜１０００ｎｍの膜
厚で塗布する（同図（ｃ））。このレジスト６を電子線
描画装置を用いて露光７し（同図（ｄ））、現像、リン
スすることによりレジストパターン８を形成する（同図
（ｅ））。このとき、電子線レジスト６の代わりに、感
光性レジスト、電子線露光装置の代わりにレーザー露光
装置を用いてもよい。

【００１６】必要に応じてレジスト６のディスカム処理
等を行った後に、レジストパターン８をマスクにして塩
素と酸素の混合ガスを用いたドライエッチング９により
クロム膜５をエッチングし（同図（ｆ））、クロムパタ
ーン１０を形成する（同図（ｇ））。塩素と酸素の混合
ガスの代わりに、ジクロロメタンと酸素、又は、４塩化
炭素と酸素の混合ガスを用いてもよい。ドライエッチン
グの方法としては、通常、反応性イオンエッチングが用
いられるが、マグネトロンエッチング、マイクロ波プラ
ズマエッチング、ＥＣＲプラズマエッチングを用いても
よい。

【００１７】このエッチングは、エッチング時間で測っ
て５０％以上のオーバーエッチングが望ましい。このこ
とにより、石英基板４表面にわずかなクロム残留物も残
らなくなる。５０％以上オーバーエッチングしても、５
〜４０ｎｍの薄いクロム膜を用いていることにより、ク
ロムのアンダーカット量は非常に小さく、寸法制御性に
はほとんど影響を与えない。なお、クロム膜５の膜厚が
４０ｎｍを越えると、上記ドライエッチング９によりク
ロム膜５のエッチング端部がアンダーカットされ、寸法
精度が悪くなる。

【００１８】次に、レジストパターン８とクロムパター
ン１０をマスクとして石英基板４をドライエッチング１
１することにより（同図（ｈ））石英パターン１２を形
成する（同図（ｉ））。このドライエッチング１１のガ
スとしては、通常、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、これ
らガスと酸素の混合ガス、あるいは、これらの混合ガス
が用いられる。また、ドライエッチング１１の方法とし
ては、通常、反応性イオンエッチングが用いられるが、
マグネトロンエッチング、マイクロ波プラズマエッチン
グ、ＥＣＲプラズマエッチングを用いてもよい。

【００１９】クロムと石英のエッチング速度の比は非常
に大きいので、クロムがわずかにでも残っていると、こ
のクロム残留物がマスクとなり石英欠陥が増大する。ク
ロム膜５をオーバーエッチングした後に石英基板４をエ
ッチングすることにより、石英欠陥は発生しない。

【００２０】このときのエッチング深さｄは、露光波長
をλ、石英の露光波長での屈折率をｎとすると、ａλ＝ｄ（ｎ−１）において、ａが１／４＜ａ＜３／４の範囲になるように
調節すれば、位相シフトリソグラフィーの効果が認めら
れるが、ａが１／２近傍にあるように調整することが最
良であることは言うまでもない。

【００２１】次に、レジスト剥離溶液によりレジスト８
を剥離する（同図（ｊ））。次に、検査、修正を行う。
石英パターン１２上にクロムパターン１０が付いている
ことにより、通常の光学的な検査が可能となる。この後
に、クロムをウェットエッチングすることにより透過型
位相シフトフォトマスク１２が完成する（同図
（ｋ））。

【００２２】すなわち、本発明の位相シフトフォトマス
クの製造方法は、透明基板上に隣接する２つの透明領域
を有する透過型位相シフトフォトマスクの製造方法にお
いて、透明基板上に金属あるいは金属化合物の膜が形成
され、その上にレジストが塗布されたブランクを用い、
レジストパターンを形成後、そのレジストパターンをマ
スクにして前記金属あるいは金属化合物の膜をドライエ
ッチングする工程と、レジストパターン及び金属あるい
は金属化合物のパターンをマスクにして前記透明基板を
ドライエッチングする工程とを含むことを特徴とする方
法である。

【００２３】この場合、透明基板は石英又は合成石英か
らなり、金属あるいは金属化合物がクロムあるいはクロ
ム化合物であることが望ましい。また、クロムあるいは
クロム化合物の膜の厚さは４０ｎｍ以下であることが望
ましい。さらに、金属あるいは金属化合物の膜のドライ
エッチングは５０％以上のオーバーエッチングであるこ
とが望ましい。

【００２４】

【作用】本発明においては、透明基板上に金属あるいは
金属化合物の膜が形成され、その上にレジストが塗布さ
れたブランクを用い、レジストパターンを形成後、その
レジストパターンをマスクにして金属あるいは金属化合
物の膜をドライエッチングする工程と、レジストパター
ン及び金属あるいは金属化合物のパターンをマスクにし
て透明基板をドライエッチングする工程とを含むので、
透明基板のパターン寸法制御性が向上し、かつ、パター
ン形状制御性も向上する。さらに、パターン側壁角もほ
ぼ９０°になる。

【００２５】また、金属あるいは金属化合物としてクロ
ムを用いる場合、このクロム膜をドライエッチングする
ことにより、ウェットエッチングに比較して、透明基板
上にわずかなクロム残留物も残らない。このため、透明
基板エッチング時の低欠陥化が可能となる。

【００２６】また、透明基板加工後に金属あるいは金属
化合物のパターンが付いていることにより、通常の光学
的な検査が可能となる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明にかかる位相シフトフォトマス
クの製造方法の実施例について説明する。まず、光学研
磨された基板上にクロムを膜厚２０ｎｍになるように成
膜する。この膜の成膜には、通常、スパッタリングが用
いられる。

【００２８】次に、このブランク上にｉ線レジストＮＰ
Ｒ−８９５ｉ（長瀬産業（株）製）をスピンコーティン
グし、プリベイク処理をすることにより、厚さ０．１〜
２．０μｍ厚のレジスト層を形成する。基板としては石
英あるいは高純度合成石英が望ましい。レジストの加熱
処理は、レジストの種類にもよるが、通常、８０℃〜２
００℃が用いられる。

【００２９】次に、ＣＯＲＥ−２５６４（ＥｔｅｃＳ
ｙｓｔｅｍｓ社製）等のレーザー露光装置を用いて所定
のパターンを露光し、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニ
ウムハイドライド）を主成分とする現像液でレジスト層
を現像後、純水でリンスする。

【００３０】次に、必要に応じて加熱処理及びディスカ
ム処理をしてレジストスカムを除去した後に、レジスト
パターンの開口部より露出する被加工部のクロム膜をＣ
Ｈ₂Ｃｌ₂＋Ｏ₂ガスを用いた反応性イオンエッチング
により加工し、クロムパターンを形成する。このとき、
エッチングは、クロム膜をエッチングできる時間に比較
して５０％以上のオーバーエッチングをするのが望まし
い。

【００３１】次に、レジスト／クロム・パターンの開口
部より露出する被加工部の石英基板をＣＨＦ₃＋Ｏ₂ガ
スを用いた反応性イオンエッチングにより加工し、石英
パターンを形成する。このときのエッチング深さは、露
光波長を３６５ｎｍとする場合、この波長での石英の屈
折率は１．４７５であるので、３８５ｎｍになるように
調節する。

【００３２】このようにしてエッチングした後に、残存
するレジストを酸素プラズマにより除去する。この後、
比較検査装置ＫＬＡ−２１９ｅ（ＫＬＡ社製）を用い
て、同一フォトマスク内での比較検査を行った。このと
き、透明基板上に観察可能なクロムパターンが形成され
ていることにより、通常の検査が問題なく可能となっ
た。また、この検査結果を表２に示す。この結果から、
クロム膜ドライエッチング時にオーバーエッチングして
いることにより、石英基板表面の残留物が少なくなり、
欠陥が少ないことが確認された。

【００３３】測定領域：１０ｃｍ□ ピクセルサイズ：０．２５μｍ
。

【００３４】上記の検査後に修正を行い、基板表面に残
っているクロムパターンを硝酸第二セリウムアンモンと
過塩素酸の混合溶液を用いたウェットエッチング液によ
り除去し、透過型マスクが完成した。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の位相シフトフォトマスクの製造方法においては、透明
基板上に金属あるいは金属化合物の膜が形成され、その
上にレジストが塗布されたブランクを用い、レジストパ
ターンを形成後、そのレジストパターンをマスクにして
金属あるいは金属化合物の膜をドライエッチングする工
程と、レジストパターン及び金属あるいは金属化合物の
パターンをマスクにして透明基板をドライエッチングす
る工程とを含むので、透明基板のパターン寸法制御性が
向上し、かつ、パターン形状制御性も向上する。さら
に、パターン側壁角もほぼ９０°になる。また、金属あ
るいは金属化合物としてクロムを用いる場合、このクロ
ム膜をドライエッチングすることにより、ウェットエッ
チングに比較して、透明基板上にわずかなクロム残留物
も残らない。このため、透明基板エッチング時の低欠陥
化が可能となる。また、透明基板加工後に金属あるいは
金属化合物のパターンが付いていることにより、通常の
光学的な検査が可能となる。以上から、本発明による
と、高品質の透過型位相シフトフォトマスクを製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】透過型位相シフトフォトマスクの断面図であ
る。

【図２】本発明の位相シフトフォトマスクの製造方法を
説明するための工程図である。

【符号の説明】

１…透明基板２…第１透過部３…第２透過部４…石英基板５…クロム膜６…電子線レジスト７…露光８…レジストパターン９…ドライエッチング１０…クロムパターン１１…ドライエッチング１２…石英パターン（透過型位相シフトフォトマスク）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に隣接する２つの透明領域を
有する透過型位相シフトフォトマスクの製造方法におい
て、透明基板上に金属あるいは金属化合物の膜が形成さ
れ、その上にレジストが塗布されたブランクを用い、レ
ジストパターンを形成後、そのレジストパターンをマス
クにして前記金属あるいは金属化合物の膜をドライエッ
チングする工程と、レジストパターン及び金属あるいは
金属化合物のパターンをマスクにして前記透明基板をド
ライエッチングする工程とを含むことを特徴とする位相
シフトフォトマスクの製造方法。
【請求項２】前記透明基板が石英又は合成石英からな
ることを特徴とする請求項１記載の位相シフトフォトマ
スクの製造方法。
【請求項３】前記金属あるいは金属化合物がクロムあ
るいはクロム化合物であることを特徴とする請求項１又
は２記載の位相シフトフォトマスクの製造方法。
【請求項４】前記クロムあるいはクロム化合物の膜の
厚さが４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記
載の位相シフトフォトマスクの製造方法。
【請求項５】前記金属あるいは金属化合物の膜のドラ
イエッチングが５０％以上のオーバーエッチングである
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の位
相シフトフォトマスクの製造方法。