JP2783582B2

JP2783582B2 - フォトマスク

Info

Publication number: JP2783582B2
Application number: JP7010789A
Authority: JP
Inventors: 巌東川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JPH02248949A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、フォトマスクに係り、特に投影露光装置に
おいて用いられるフォトマスクに関する。

（従来の技術）所望の遮光パターンを形成してなるマスクを介して、
基板上に光照射を行い、微細パターンを転写する技術
は、半導体製造分野において広く用いられている技術で
ある。

このようなパターン転写技術は、近年、著しく発達
し、微細なパターンを得ることができるようになってい
る。しかしながら、転写装置の性能限界近傍の解像力を
必要とするパターンについては、パターンに対する忠実
性が低下してくるという問題がある。

例えば、エス・ピー・アイ・イーオプチカルレーザマ
イクロリソグラフィ（1988）第922巻第256ページ〜、バ
ーンJ.リン著“ザ・パスツーサブハーフマイクロメータ
オプチカルリソグラフィ”（SPIE.vo1.922 Optical/La
zer Microlithograhy（1988）p.256−,Burn J.Lin:
“The Paths To Subhalf−Micrometer optical Li
thography"）には、転写装置の解像性能の限界近傍にお
けるパターン依存性の増大に関する報告がなされてい
る。

ところが、フォトレジストを塗布した半導体基板表面
に、所望のマスクパターンを介して、微細寸法のホール
パターンをラインアンドスペースパターンなどと同時に
転写する場合、ラインアンドスペースパターンが、適正
な寸法で形成されるような露光処理条件では、ホールパ
ターンが十分に開口しないことが多い。一方、ホールパ
ターンに合わせた適性露光条件を選ぶと、ラインパター
ンの寸法が著しく小さくなるという結果を生じる問題が
ある。

また、いずれの適性露光条件を選択したとしても良好
な断面形状をもつレジストパターンを得るのは困難であ
るという問題もあった。

（発明が解決しようとする課題）このように、微細寸法のパターン形成を行う場合、マ
スクパターンに対する忠実度が低下したり、パターン種
に依存した寸法変動が生じたりするという問題があっ
た。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、パター
ンの種類やパターン寸法に対する露光状態の依存性を低
減し、転写装置の解像限界を向上せしめると共に、一定
の光量で忠実なパターン転写を行うことのできるフォト
マスクを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、露光光を透過させる透光性基板と、該透光性基板上に
配設された前記露光光を遮断する遮光部および前記露光
光を通過させる開口部と、該開口部を覆うように形成さ
れた補助バターンとを具備するフォトマスクにおいて、前記補助バターンは、前記開口部の周縁内側に形成され、前記露光光を透過
させる透過部と、前記開口部の周縁外側に形成され、該開口部の周縁で
回折した前記露光光を該開口部側に屈折させる屈折部と
を具備することを特徴とする。

（作用）上記構成によれば、前記補助パターンの存在により、
前記開口部の周縁にて回折し、転写光学系で結像可能な
光線とならない光路をとる光も結像させることができ、
パターンエッジのシャープな像を形成することが可能と
なるうえ、解像度の向上をはかることができる。

（実施例）次に、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は本発明実施例のフォトマスクの断面を示す図
である。

このフォトマスクは、透光性の石英基板１の表面に形
成されたクロム薄膜と酸化クロム薄膜との積層膜からな
る遮光膜パターン２と、該遮光膜パターン２の開口部お
よびその外縁部近傍の基板表面に酸化シリコン膜からな
る補助パターン３を形成してなるものである。

次に、このフォトマスクの製造工程について説明す
る。

まず、第２図（ａ）に示すように、透光性の石英基板
１の表面にスパッタリング法により、クロム薄膜と酸化
クロム薄膜との積層膜からなる遮光膜を形成したのち、
電子ビーム露光技術を用いたマスク製造プロセスを適用
し、所望の遮光膜パターン２を形成する。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、この上層にプラ
ズマCVD法により、膜厚約１μｍの酸化シリコン膜３′
を堆積した後、膜厚約1.8μｍのネガ型フォトレジスト
４′を塗布する。

この状態で、第２図（ｃ）に示すように、基板１の裏
面側から全面露光を行う。

そして、第２図（ｄ）に示すように、現像処理を行
い、遮光膜パターン２に適合した形状のレジストパター
ン４を形成する。

ここで、レジストパターン４は露光量あるいは現像時
間を調整することにより、マスクパターン寸法に対して
変換差を持つように形成することが可能である。

続いて、平行平板型の反応性イオンエッチング装置を
用い、テトラフルオルメタンCF₄と酸素O₂との混合ガス
をエッチングガスとし圧力10mTorr、高周波入力150Wで
酸化シリコン膜のテーパエッチングを行う。このときレ
ジストパターン４に対する酸化シリコン膜３′のエッチ
ング速度の比は１対２であり、レジストパターンの後退
が生じ、第２図（ｅ）に示すように、約75度の断面プロ
ファイルを持つ加工形状が得られる。

この後、第２図（ｆ）に示すように、レジストパター
ン４をプラズマアッシャーにより除去し、遮光膜パター
ンの開口部に酸化シリコン膜パターン３からなる補助パ
ターンを有するマスクが形成される。

次に、このようにして形成されたフォトマスクを用い
てシリコン基板上に形成された酸化シリコン膜のパター
ニングのためのレジストパターンの形成方法について説
明する。

まず第３図（ａ）に示すように、シリコン基板９の表
面に膜厚0.8μｍの酸化シリコン膜10′を堆積した後、
スピンコート法によりPFR−7750と指称されている日本
合成ゴム製のポジ型フォトレジスト11′を塗布する。

ついで、このシリコン基板を、前記第１図に示したフ
ォトマスクをレチクルとして用いて、第３図（ｂ）に示
すような縮小投影露光装置（例えば、NSR1505G6:ニコン
社製）のウェハステージに設置し、フォトレジスト膜11
の露光を行う。この装置は、超高圧水銀灯21を光源とし
て用い、レチクル22からの透過光を縮小投影レンズ23を
介してウェハステージ24上のシリコン基板９に導くよう
にしたものである。ここで、露光量は300mJ/cm²とす
る。

この後、第３図（ｃ）に示すように、NMD−Ｗと指称
されている東京応化製の現像液に60秒間浸漬し、現像を
行い直ちに純水によるリンス処理および乾燥を行いレジ
ストパターン11が形成される。

そして最後に、このレジストパターン11をマスクとし
て異方性ドライエッチングにより、酸化シリコン膜のエ
ッチングを行い、第３図（ｄ）に示すように、酸化シリ
コン膜パターン10を得ることができる。

このようにして形成されたレジストパターンはフォト
マスクの遮光膜パターンに忠実に、精度よく、0.55μｍ
のホールパターンが形成される。

これは、補助パターンの存在により遮光膜パターンの
開口部を透過する光の結像性が向上するためと考えられ
る。すなわち、第４図（ａ）にフォトマスクの開口部を
透過する光12の光路を模式的に示すように、付加された
酸化シリコン膜からなる補助パターン３の存在により、
マスクエッジで屈折し、開口部に対して内側に入るた
め、縮小光学系で結像可能な光線となる。このため、レ
ジスト表面に到達する光のパターンエッジ近傍での光エ
ネルギー強度分布が改善され、レジストパターンのプロ
ファイルが改善されるものと考えられる。

比較の為に第４図（ｃ）に従来例のフォトマスクの開
口部を透過する光13の光路を模式的に示す。これらの比
較からも本発明実施例のフォトマスクを用いた場合、レ
ジスト表面に到達する光のパターンエッジ近傍での光エ
ネルギー強度分布が改善されることがわかる。

なお、これらの図では垂直に入射する光線について説
明したが、入射角度に分布を有する場合にも有効であ
る。

なお、補助パターンのプロファイルとしては、第１図
に示した第１の実施例に限定されることなく、本発明の
第２の実施例として第５図に示すようにエッジの丸い補
助パターン６を有するフォトマスクでも有効である。

これは、第６図（ａ）乃至第６図（ｄ）に示す工程で
形成される。

まず、前記第１の実施例と同様にして透光性の石英基
板１の表面にクロム薄膜と酸化クロム薄膜との積層膜か
らなる遮光膜パターン２を形成した後、第６図（ａ）に
示すように、全面にネガ型ディープUVレジストであるク
ロロメチル化ポリスチレン膜７′を塗布する。

次いで、第６図（ｂ）に示すように、基板１の裏面側
から全面露光を行う。

この状態で、第６図（ｃ）に示すように、現像処理を
行い、遮光膜パターン２に適合した形状のレジストパタ
ーン７を形成する。

続いて、150℃,15分のポストベーク処理を行い、レジ
ストパターン７の表面の平滑化と膜質の改善およびレジ
ストパターンのフローを行い、第６図（ｄ）に示すよう
なエッジの丸い形状のレジストパターン７を補助パター
ンとして有するフォトマスクを得ることができる。

これをレチクルとして用いて、前記第１の実施例と同
様にして露光を行う場合、第４図（ｂ）にフォトマスク
の開口部を透過する光14の光路を模式的に示すように、
付加されたレジストパターンからなる補助パターン７の
存在により、マスクエッジで屈折し、開口部に対して内
側に入るため、縮小光学系で結像可能な光線となる。こ
のため、実施例１の場合と同様にレジスト表面に到達す
る光のパターンエッジ近傍での光エネルギー強度分布が
改善され、レジストパターンのプロファイルが改善され
る。

このようにして、本発明の第２の実施例のフォトマス
クを用いた場合にも、フォトマスクのパターンに忠実
で、高精度のパターン形成を行うことが可能となる。

なお、前記第２の実施例では、ネガ型ディープUVレジ
ストを用いて補助パターンの形成を行うようにしている
が、このレジスト材料は長波長域において透明であり、
436nmの単色光で転写を行うようにしても、膜中におけ
る損失は認められなかった。また、膜の劣化および変形
は認められなかった。

このフォトマスクの場合、開口部周縁近傍の光Ｌは補
助パターンによって屈折せしめられ、開口部内に集光せ
しめられて、パターンエッジ近傍の光エネルギー強度が
高められ、微細パターンに対しても寸法精度の良好なパ
ターン形成が可能となる。

なお、これらの実施例において、補助パターンのパタ
ーン形状、断面形状および材質は、必要に応じて、適宜
変形可能である。

例えば、本発明の第３の実施例として、第７図（ａ）
に示すように、補助パターン３を遮光膜パターン２のエ
ッジに整合するように形成しても良い。

また、本発明の第４の実施例として第７図（ｂ）に示
すように、遮光膜パターン２の表面に補助パターン形成
材料を薄く残置せしめるようにしてもよい。これによ
り、補助パターンのパターニング工程において遮光膜パ
ターン２がエッチング雰囲気に晒されるのを防ぐことが
できる。

さらにまた、本発明の第５の実施例として第７図
（ｃ）に示すように、遮光膜パターン２の表面に他の透
光性保護膜20を形成した上に、補助パターン３を形成す
るようにしてもよい。これによっても同様に、補助パタ
ーンのパターニング工程において遮光膜パターン２がエ
ッチング雰囲気に晒されるのを防ぐことができる。

また、透光性基板および遮光膜パターンの材料につい
ては、実施例に限定されることなく適宜変更可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明のフォトマスクによ
れば、基板表面に形成された遮光性材料パターンの露光
光が透過せしめられる開口部に、透過光の光路を屈折さ
せる補助パターンを付加するようにしているため、パタ
ーンの種類に依存することなくマスクパターンに忠実で
高精度のパターン形成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のフォトマスクを示す
図、第２図（ａ）乃至第２図（ｆ）は同フォトマスクの
製造工程図、第３図（ａ）乃至第３図（ｄ）は本発明実
施例のフォトマスクを用いたレジストパターンの形成工
程図、第４図（ａ），第４図（ｂ）および第４図（ｃ）
はそれぞれ本発明の第1,第２の実施例および従来例のフ
ォトマスクを用いた場合の基板表面の光強度とパターン
との関係を示す比較図、第５図は本発明の第２の実施例
のフォトマスクを示す図、第６図（ａ）乃至第６図
（ｄ）は同フォトマスクの製造工程図、第７図（ａ）乃
至第７図（ｃ）はそれぞれ本発明の変形例である。１……石英基板、２……遮光膜パターン、３……酸化シ
リコン膜パターン（補助パターン）、４……レジストパ
ターン、７……レジストパターン、９……シリコン基
板、10……酸化シリコン膜パターン、11……レジストパ
ターン、20……保護膜、21……超高圧水銀灯、22……レ
チクル、23……縮小投影レンズ、24……ウェハステー
ジ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光を透過させる透光性基板と、該透光
性基板上に配設された前記露光光を遮断する遮光部およ
び前記露光光を通過させる開口部と、該開口部を覆うよ
うに形成された補助バターンとを具備するフォトマスク
において、前記補助バターンは、前記開口部の周縁内側に形成され、前記露光光を透過さ
せる透過部と、前記開口部の周縁外側に形成され、該開口部の周縁で回
折した前記露光光を該開口部側に屈折させる屈折部とを
具備することを特徴とするフォトマスク。