JP3518497B2 - 露光用フォトマスク - Google Patents

露光用フォトマスク

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外光を用いて微
細加工を行う際の露光方法、特に感光性樹脂の膜厚を複
数作成する露光用フォトマスクに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のフォトリソグラフィー、エッチン
グ工程は感光性樹脂の下地の残すべき領域には感光性樹
脂をパターニングして形成し、その後のエッチング工程
で下地がエッチングされるのを防ぎ、それ以外の感光性
樹脂のない下地はエッチングされ、下地をパターニング
していた。そして下地が変わるたびに、このようなフォ
トリソグラフィー、エッチング工程を繰り返していた。
そのために高価な露光装置を多く要するとともに、工程
数が多くなり製造価格を押し上げる要因となっていた。
【0003】このように従来のフォトリソグラフィー工
程では感光性樹脂があるか、ないかのどちらかであった
が最近、下地層を複数一括して作成するとともにグレー
トーン露光と呼ばれる方法で感光性樹脂の膜厚を複数
(通常の膜厚以外に膜厚の薄いもの)作成し、その後の
エッチング工程で感光性樹脂の膜厚に応じて複数の下地
層のエッチング領域を変える方法が提案されている。
【0004】図8(a)にある様に、基板に下地層1、
下地層2を連続的に成膜し、下地層の上に感光性樹脂の
膜厚の異なるものを作成する(図8(b))。その後、
エッチングを行い感光性樹脂の厚い部分は下地層2ま
で、感光性樹脂の薄い部分は下地層1まで残し(図8
(c))、感光性樹脂のない部分は下地層を除去するこ
とを1回のフォトリソグラフィー工程で行っている。
【0005】なお、このグレートーン露光で用いられる
露光用フォトマスクは通常、図9に示すように感光性樹
脂をパターニングする露光機の解像度以下の微細パター
ンの組み合わせにより作成されている。解像度以下の遮
光部と非遮光部が混在する微細パターンにより回折光が
遮光部にも回り込み、微細パターン部は解像度以上の大
きさの非遮光部に比べ、全体として少量の平均化された
光量となり感光性樹脂の膜厚が薄くなる。なお、フォト
マスクの光量を制御するには、遮光物質(通常はクロ
ム)の厚さを変えればよいが、フォトマスク作成のため
の成膜回数が増えるため、従来と同様に作成できる前記
した微細パターンによる方法を採っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、次工程の
エッチングを考えると、グレートーン露光で作成する感
光性樹脂の膜厚を制御すること、ならびに感光性樹脂の
平坦度が重要である。しかしながら、このグレートーン
露光では複数作成する感光性樹脂の膜厚を容易に制御で
きないという問題があった。つまり、どのような微細パ
ターンを作れば感光性樹脂の膜厚はどれ位になるか不明
であった。
【0007】そこで遮光部、非遮光部の様々なパターン
のフォトマスクを作り、予め決められた露光量で露光
し、グレートーン露光部の膜厚を計測し、必要なパター
ンを決定しなければいけなかった。また、グレートーン
露光部の膜厚は微細パターンによる光量分布により決ま
るため、膜厚の平坦性をとることが難しいという問題が
あった。そこで、本発明では上記の問題点に鑑み、グレ
ートーン露光部の膜厚予測用のフォトマスクが不要とな
り、平坦性の優れた感光性樹脂膜を作成する露光用フォ
トマスクを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記のグレートーン露光
部の感光性樹脂膜厚を制御する目的を達成するために、
遮光部と非遮光部の面積割合は、前記面積割合に基づき
求められる単位面積当たりの平均露光量と、前記感光性
樹脂の膜厚と露光量の関係において露光量に前記平均露
光量の値を入力して得られる膜厚と、により決定される
露光用フォトマスクとすることであり、平坦性の優れた
感光性樹脂を作成する目的を達成するためには、第一に
開口数NAの投影露光機で露光波長λで露光した際の解
像寸法を与えるd(d=λ/NA)のd/5より小さな
寸法で遮光部及び非遮光部を作成すること、第二にフォ
トマスクと基板に塗布された感光性樹脂の距離がgの密
着露光機で露光波長λで露光した際の解像寸法を与える
d(d=(2λg)0.5)のd/5より小さな寸法で遮
光部及び非遮光部を作成すること、第三に端部までより
均一な膜厚を得るためには、上下左右に隣接する遮光部
が、この遮光部の大きさ以内でずらして配置されたパタ
ーンを有する露光用フォトマスクとすることである。
【0009】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)次に本発明の実
施例を図面を用いて説明する。図1(a)、(b)は本
発明の実施例で遮光部1と非遮光部2を繰り返して作成
したグレートーン露光用フォトマスクである。図1
(a)では遮光部1の大きさは0.3μm×0.3μm
で0.3μmの非遮光部2の間隔をおいて同じ大きさの
遮光部1が繰り返されている。図1(b)では遮光部1
の大きさは0.5μm×0.5μmで0.15μmの非
遮光部2の間隔をおいて同じ大きさの遮光部1が繰り返
されている。なお遮光部1は通常のフォトマスクと同じ
くクロムを蒸着させて作成している。遮光部、非遮光部
が混在している部分の単位面積当たりの非遮光部の面積
割合は、図1(a)では、(0.6×0.6−0.3×
0.3)/(0.6×0.6)=0.75となり、また
図1(b)では、(0.65×0.65−0.5×0.
5)/(0.65×0.65)=0.41となる。
【0010】このグレートーン露光用フォトマスクでは
非遮光部の面積割合が、0.41〜0.75となる遮光
部、非遮光部の組み合わせを作った。平均露光量は露光
量に非遮光部の面積割合を乗じて算出した。例えば露光
量200mJ/cm2のときの図1(a)の平均露光量
は、200×0.75=150(mJ/cm2)とな
る。
【0011】次に感光性樹脂の膜厚と露光量の関係を求
めた。これは感光性樹脂の塗布膜厚によりそれぞれ作成
する必要がある。ここでは感光性樹脂の塗布膜厚が2.
14μmの時で、作成条件のみを記述する(従来からの
手法のため図示せず)。
【0012】ガラス基板に感光性樹脂(ポジ型、粘度1
9cP)を2000rpmで塗布後、ホットプレートで
90℃、1分のプリベークを行い、適当なフォトマスク
を用いて露光量を0〜200mJ/cm2まで変えた試
料をそれぞれ作成した。その後、ホットプレートで11
0℃、1分の露光後ベーキングを行い、1分の静止現像
後130℃、1分のポストベークを行った。このように
して作成した露光量毎試料の感光性樹脂の膜厚を段差計
で計測した。この結果が図2の露光量−膜厚特性曲線で
ある。露光不足にならないためには、170mJ/cm
2以上の露光量が必要であるが、過大な露光量であると
ポジ型ではパターンの細りが見られる。パターン寸法の
点から200mJ/cm2が適正露光量であった。
【0013】また別のガラス基板に露光時の露光量は2
00mJ/cm2で図1のフォトマスクを使用した以外
は全く同様の条件で試料を作成した。図1のフォトマス
クの遮光部、非遮光部が混在している部分の露光量は上
述した平均露光量で計算し、それぞれの平均露光量に対
応する領域の感光性樹脂の膜厚を段差計で計測した。こ
の結果が図2の遮光・非遮光部面積割合に基づく平均露
光量―膜厚である。
【0014】図2からわかるように、露光量−膜厚特性
曲線と遮光・非遮光部面積割合に基づく平均露光量―膜
厚曲線はほぼ一致している。グレートーン露光で必要な
感光性樹脂膜厚が決まれば、露光量−膜厚特性曲線より
露光量が決定され、その露光量と同じ値の平均露光量を
与える遮光、非遮光部の面積割合が求められる。
【0015】露光機として投影露光機(開口数NA=
0.16)を使用し、露光波長λとしてλ=405nm
が中心のもので露光した。感光性樹脂の膜厚、ベークの
作成条件は上述の条件と全く同じである。フォトマスク
として図1(b)と非遮光部の大きさは0.15μmで
遮光部の大きさが0.8、1.0、1.2、1.5μm
としたものを用意し、200mJ/cm2の露光量で露
光した。そして、各条件での感光性樹脂膜厚を段差計で
150μm幅測定し、その範囲での平均膜厚と3σ値を
算出した。
【0016】図3は遮光部大きさと3σ/平均膜厚の関
係を示したものである。感光性樹脂の膜厚平坦性は±3
%以内必要であるから、遮光部大きさは0.5μm以内
にする必要がある。
【0017】同様に非遮光部の大きさの影響をみるため
に、フォトマスクとして図1(b)と遮光部大きさは
0.5μmで非遮光部の大きさが0.5、0.8、1.
0μmにして3σ/平均膜厚と非遮光部の大きさとの関
係を示したものが図4である。やはり0.5μm以内に
する必要がある。
【0018】投影露光機の解像寸法dは、開口数NA、
露光波長λのとき、d=λ/NAとなるので、この場合
はd=0.405/0.16=2.5(μm)となる。
従って、0.5(um)=d/5となる。
【0019】露光機として密着露光機(フォトマスクと
基板間距離g=8μm)を使用し、露光波長λとしてλ
=405nmが中心のもので露光した。その他は上述の
条件と全く同じである。図5は遮光部大きさと3σ/平
均膜厚、図6は非遮光部大きさと3σ/平均膜厚の関係
を示したものである。遮光部、非遮光部ともその大きさ
は0.5μm以内にする必要がある。
【0020】密着露光機の解像寸法dは、d=(2λ
g)0.5となるので、この場合はd=(2×0.405
×8)0.5=2.5(μm)であるから、0.5um
は、同様に、0.5(um)=d/5となる。
【0021】(実施の形態2)図7は本発明の露光用フ
ォトマスクの他の実施例である。上下左右に隣接する遮
光部を、遮光部の大きさ以内でずらしたパターンとして
いる。ずらすことにより、端面の露光量分布の均一性が
とれ、端面までより膜厚が均一となった。
【0022】なお、実施の形態では全てポジ型の感光性
樹脂を例に説明したが、ネガ型感光性樹脂を使用した場
合のフォトマスクはポジ型の遮光部と非遮光部が逆にな
るだけである。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、感光性樹
脂膜厚の平坦性も十分となり、グレートーン露光の信頼
性が向上し、工業上極めて大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の露光用フォトマスクを示
す図
【図2】露光量と感光性樹脂膜厚の関係を示す図
【図3】投影露光機での遮光部大きさと膜厚平坦性の関
係を示す図
【図4】投影露光機での非遮光部大きさと膜厚平坦性の
関係を示す図
【図5】密着露光機での遮光部大きさと膜厚平坦性の関
係を示す図
【図6】密着露光機での非遮光部大きさと膜厚平坦性の
関係を示す図
【図7】本発明の他の実施の形態の露光用フォトマスク
を示す図
【図8】従来のパターニング工程のフロー図
【図9】グレートーン露光の原理を説明する図
【符号の説明】
1 遮光部 2 非遮光部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−250446(JP,A) 特開 平4−268556(JP,A) 特開 平8−166666(JP,A) 特開 平7−49411(JP,A) 特開 平7−253675(JP,A) 実開 昭61−38601(JP,U) 実開 昭58−185850(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】紫外光により感光性樹脂を複数の膜厚を有
    するようパターニングする際に用いられ、前記感光性樹
    脂のパターニングを行う露光機の解像度以下の寸法で形
    成された遮光部と非遮光部を繰り返して形成した露光
    用フォトマスクであって、上下左右に隣接する前記遮光
    部が、この遮光部の大きさ以内でずらして配置されたパ
    ターンを有する露光用フォトマスク。
  2. 【請求項2】前記遮光部が、露光機の解像寸法を与える
    dの1/5より小さな寸法で形成された請求項1記載の
    露光用フォトマスク。
  3. 【請求項3】前記遮光部が、開口数NAの投影露光機を
    用いて露光波長λで露光した際の解像寸法を与えるd
    (d=λ/NA)の1/5より小さな寸法で形成された
    請求項1記載の露光用フォトマスク。
  4. 【請求項4】前記遮光部が、フォトマスクと基板に塗布
    された感光性樹脂の距離がgの密着露光機で露光波長λ
    で露光した際の解像寸法を与えるd(d=(2λg)
    0.5 )の1/5より小さな寸法で形成された請求項1記
    載の露光用フォトマスク。
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JP2005258387A (ja) 2003-07-29 2005-09-22 Sony Corp 露光用マスクおよびマスクパターンの製造方法
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