JPH01278018A - パターン形成方法 - Google Patents

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、所定の線幅のパターンを有するレチクルを通
して被転写板上のフォトレジストを縮小投影露光し、次
いで、現像、エツチング、レジスト剥離の処理を順に施
すことによって、前記被転写板に所定のパターンを形成
するパターン形成方法に関するものである。［従来の技
術］縮小投影露光を利用した前述のパターン形成方法は
、フォトリングラフィに用いるフォトマスクや半導体集
積回路等における微細パターンを形成する場合に利用さ
れている方法である。

通常、５分の１の縮小率でパターンを転写する縮小投影
露光装置を使って、所定の線幅のパターンを持ったフォ
トマスクを製造する場合、先ず、転写板であるレチクル
と、被転写板であるレジスト付きフォトマスクブランク
を用意するが、この場合に、レチクルのパターンの線幅
は、フォトマスクに形成すべきパターンの線幅（設計値
）に対して５倍に設定される。

また、パターン形成に伴う一連の処理において、現像や
エツチングなどは処理時間の短縮が困難である。そこで
、処理時間の短縮による能率向上が露光処理に向けられ
、その結果、縮小投影露光する場合の露光時間も、より
短い時間を設定するという傾向にある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、被転写板に形成するパターンは、本来、被転
写板の全域に互って設計値通りの線幅で転写されなけれ
ばならない。

しかし、設計値に縮小率の逆数を掛けた値をもとに、精
密にレチクルのパターンを形成したとしても、現実に被
転写板上に転写されるパターンは、部分的に線幅が設計
値に比して増減することがあり、転写されたパターンの
線幅を全域に亙って完全に設計値通りにすることはほと
んど不可能である。特に、転写形成するパターンの線幅
が数μｍで、しかも複数のパターンを一度に形成する場
合（いわゆる、マルチチップのパターンを形成する場合
である）などでは、線幅の増減が現れ易く、場合によっ
ては、許容できないほどに線幅が増減してしまう虞れが
あった。

この発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、縮小投
影露光を使ってパターンを転写した場合に、転写したパ
ターンの全域に互って、線幅の増減が生じに＜＜、生じ
たとしても許容範囲内に収めることができ、パターン形
成の対象となった製品の品質向上を図るとともに、製品
歩留りを向上させることのできるパターン形成方法を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、転写したパターンの線幅が設計値から増
減する原因を分析し、さらにその原因に対処するため、
縮小投影露光装置の使用条件等と前記原因との関係につ
いて実験等によって解明を図り、その事実に基づいて新
たな発想によるパターン形成を図った。そしてその結果
得られたのが、本発明に係るパターン形成方法である。

即ち、本発明者等によれば、転写したパターンの線幅の
増減は、主に、被転写板の表面の微小な凹凸によるもの
と考えられた。そして、この凹凸のために、縮小投影露
光装置の露光用レンズの中心から被転写板の露光面まで
の距離（以下、露光距離と呼ぶ）が当初の設定位置とは
微小にずれることになり、これによって焦点距離が部分
的に変動してしまうために線幅が設計値に比して増減す
ると考えられた。そこで、さらに、前記露光距離と線幅
の増減量と露光時間との関係を実験等を通じて解明し、
この解明した事実に基づいて、前述の原因に対する対処
を考え、新たなパターン形成方法を得た。

具体的にその手段を説明すると、本発明に係るパターン
形成方法は、所定の線幅のパターンを有するレチクルを
通して被転写板上のフォトレジストを縮小投影露光し、
次いで、現像、エツチング、レジスト剥離の処理を順に
施すことによって、前記被転写板に所定のパターンを形
成するパターン形成方法であるが、 前述の目的を達成するために、前述の縮小投影露光にお
ける露光時間（本明細書中で、“露光時間”とは、露光
量と同じ意味である）としては、露光距離が変動した場
合にもその変動に起因して被転写板のパターンに現れる
線幅の増減の幅を比較的に小さく抑えることのできる最
適露光時間を選定し、 また、前記レチクルとしては、前記最適露光時間で露光
した場合の線幅の増減量を算出し、被転写板のパターン
の線幅が前述の増減量を含めて設計値とな、るように、
予め増減量を見込んでパターンの線幅を決定したレチク
ルを使用することとした。

［作用］ 第１図は、本発明者等が実験等を通じて得た資料をまと
めたもので、互いに異なる８種類の露光時間を設定して
、各露光時間における露光距離と線幅の増減量との関係
をグラフにして現したものである。また、このグラフの
データは、転写板となるレチクルにおける線状の遮光性
パターンおよび被転写板における遮光性膜の材質として
クロム（Ｃｒ）を使用し、レチクルおよび被転写板にお
ける透光性基板の材質として石英ガラスを使用し、ポジ
型フォトレジストを使用して露光した場合のものである
。

このグラフにおいて、横軸は露光距離を示し、縦軸は線
幅の増減量を示す。

露光距離は単位をｄｉｖ、とする。ここで、１ｄｉｖ、
は０゜２７５μｍに相当する。

線幅の増減量は単位をμｍとする。また、増減量の数値
か十の場合は線幅が太ることを示し、−の場合は線幅が
細ることを示す。

図中の８本の曲線は、各露光時間に対応したもので、曲
線■は露光時間が１．０秒の時の露光距離と線幅の増減
量との関係を示し、同様に、曲線■は露光時間が１．３
秒の時のもの、曲線■は露光時間が１，６秒の時のもの
、曲線■は露光時間が１．９秒の時のもの、曲線■は露
光時間が２゜２秒の時のもの、曲線■は露光時間が２．
５秒の時のもの、曲線■は露光時間が２．８秒の時のも
の、曲線■は露光時間が３．１秒の時のものである。

この第１図のグラフから、次の事実関係が導かれる。

それは、露光距離と線幅の増減量との関係を示す曲線の
形状は、比較的に露光時間が短い場合（例えば、曲線■
の場合）には、下に凸の曲線（放物線）で、露光時間が
増ずに従って曲線のカーブが緩やかになり、ある露光時
間ではほぼ直線になり（例えば、曲線■の場合）、さら
に露光時間が増すと上に凸の曲線に変わり、さらに露光
時間が増すに従って、曲線のカーブがきつくなるという
点である。

さらに、詳述すると、曲線■の場合、露光距離が例えば
１２０〜１４８ｄｉｖ、の範囲で変動したとしても、そ
の変動に起因した増減量の増減の幅は０．１μｍ以下で
、他の曲線の場合と比して非常に小さい（曲線■の場合
は、約０．７μｍにもなる）。

この事実は、縮小投影露光においては、露光距離の変動
に起因して被転写板のパターンに現れる線幅の増減の幅
を小さく抑えることのできる最適露光時間（曲線■の場
合である）があることを教示している。

本発明に係るパターン形成方法は、露光時間として、こ
の最適露光時間を選定したのである。

そして、この最適露光時間を採用した場合、例えば曲線
■の露光時間を採用した場合と比較すると、露光時間の
増大のために露光用光の回折等に起因した線幅の増減が
強調され、絶対量として線幅の増減量が増大する。

しかし、本発明に示す如く、被転写板のパターンの線幅
の増減量を含めて設計値となるように、予め増減量を見
込んでレチクルのパターンの線幅を決定しておけば、そ
の間頚は回避することができる１例えば、第１図におけ
る曲線■の場合、線幅が平均で約０．６５μｍ細ること
になる。したがって、例えば被転写板に転写するパター
ンの線幅として２μｍが要求される場合、見掛は上２．
６５μｍの線幅を設計値とし、レチクルにおける線幅は
その設計値に縮小投影露光装置の縮小率（１１５）の逆
数を掛けて１３．２５μｍに決定するのである。

以上の如き本発明のパターン形成方法によれば、被転写
板の露光面の凹凸による線幅への影響を抑えて、転写し
たパターンの全域に互って、線幅の増減が生じに＜＜、
生じたとしても許容範囲内に収めることができ、パター
ン形成の対象となった製品の品質向上を図るとともに、
製品歩留りを向上させることができる。

［実施例］ 本発明に係るパターン形成方法の第１の実施例を第１図
〜第３図を使って説明する。

この第１の実施例は、レチクルのパターンを５分の１に
縮小して被転写板に転写する縮小投影露光装置（ＧＣＡ
社製、３６９６フオトリビータ）を用いて露光処理を行
い、次いで、現像、エツチング、レジスト剥離の処理を
順に施すことによって、所定のパターンを持ったフォト
マスクを形成するものである。

前記レチクルは、第２図に示すもので、石英ガラスによ
る透光性基板１の上に、クロムによる線状の遮光性パタ
ーン２を複数形成したものを使用する。透光性基板１の
寸法は、５ｘ５ｘ０．０９インチである。

また、被転写板は、石英ガラスによる透光性基板の一表
面上に、クロムによる遮光性膜（膜厚；７５０オングス
トローム）を被着し、さらにその上にポジ型フォトレジ
スト（ヘキスト社製、ＡＺ−１３５０、膜厚；　５００
０オングストローム）を被着したポジ型フォトレジスト
付きフォトマスクブランク（以下、ポジ型レジスト付き
ブランクと呼ぶ）を使用する。

最終的に得るフォトマスクは、第３図に示すもので、石
英ガラスによる透光性基板３の上に、クロムによる線状
の遮光性パターン４を複数形成したもので、遮光性パタ
ーン４の線幅ｐの設計値は、２μｍとし、また、パター
ン４相互の間隔の設計値も２μｍとする。

前述のレチクルと被転写板との組合わせによる場合の、
露光距離と線幅の増減量と露光時間との相互関係を知る
資料として、前述の第１図のグラフを得ておく。

そして、第１図をもとにして、縮小投影露光における露
光時間は１．９秒とする。この露光時間は、縮小投影露
光装置の露光距離が変動した場合にもその変動に起因し
て被転写板のパターンに現れる線幅の増減の幅を比較的
に小さく抑えることのできる最適露光時間である。

また、前記レチクルとしては、線状の遮光性パターン２
の線幅Ｐを１３．２５μｍとし、パターン２相互の間隔
を６．７５μｍとしたものを使用する。これは、露光時
間を１．９秒とした場合に線幅が平均で約０．６５μｍ
減少することになることを考慮したもので、フォトマス
クに要求される線幅が２μｍの場合、減少する分を上乗
せした２、６５μｍを見掛は上のフォトマスクにおける
パターンの線幅に設定し、レチクルにおける線幅として
は、その値に縮小投影露光装置の縮小率の逆数５を乗じ
て得たものである。

以上の条件で露光処理が完了したら、そのポジ型レジス
ト付きブランクは、所定の現像液（ＡＺ専用デイベロツ
バ）で６０秒間現像する。そしてその後、所定のエツチ
ング液（硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸との
混合水溶液で液温が２２℃）で３０秒間エツチングし、
次には、所定のレジスト剥離液（熱濃硫酸、液温：９０
℃）を用いてレジストの剥離を行う。

以上の方法でパターンを形成した場合には、被転写板の
露光面の凹凸による線幅への影響を抑えて、転写したパ
ターンの全域に亙って、線幅の増減が生じに＜＜、生じ
たとしても許容範囲内に収めることができ、パターン形
成の対象となった製品の品質向上を図るとともに、製品
歩留りを向上させることができた。

なお、前記実施例において、ポジ型フォトレジストによ
る転写では、転写によって遮光性パターンの線幅が細る
ことを述べたが、換言すると、パターン相互の間隔は転
写によって逆に太ることになる。

したがって、レチクルの形成するパターンが、いわゆる
白抜きパターン（遮光性膜の一部を線状に除去して得ら
れるパターン）の場合には、レチクルにおける白抜きパ
ターンの線幅は、転写によって太る分を見込んで本来の
寸法よりも細く形成しておけば良い。

次に、本発明に係るパターン形成方法の第２の実施例を
第４図を使って説明する。

この第２の実施例は、露光に使用する縮小投影露光装置
およびその後の処理に付いては、第１の実施例の場合と
同じである。またその結果として得るフォトマスクも第
１の実施例のもの（即ち、第３図に示したもの）と同じ
である。

しかし、被転写板には、石英ガラスによる透光性基板の
一表面上に、クロムによる遮光性膜（膜厚；７５０オン
グストローム）を被着し、さらにその上にネガ型フォト
レジスト（東京応化工業（株）、ＯＭＲ−８３、膜厚、
１００００オングストローム）を被着したネガ型フォト
レジスト付きフォトマスクブランク（以下、ネガ型レジ
スト付きブランクと呼ぶ）が使用される。

この被転写板の変更に対応して、レチクルの構成も変更
されている。

第４図は、この第２の実施例で使うレチクルを示したも
のである。

このレチクルは、石英ガラスによる透光性基板５の上に
、クロムによる遮光性膜６の一部を線状に除去して、い
わゆる白抜きパターン７を形成したもので、透光性基板
５の寸法は、５×５×０．０９インチである。

このレチクルとネガ型レジスト付ブランクとの組合わせ
による場合の、露光距離と線幅の増減量と露光時間との
相互関係を知る資料として、前述の第１図に相当するグ
ラフを作成しく図示路）、このグラフをもとにして、縮
小投影露光における露光時間は２．５秒とする。

この露光時間は、縮小投影露光装置の露光距離が変動し
た場合にもその変動に起因して被転写板のパターンに現
れる線幅の増減の幅を比教的に小さく抑えることのでき
る最適露光時間である。

また、前記レチクルとしては、線状の白抜きパターン７
の線幅Ｐを６．７５μｍとし、パターン７相互の間隔を
１３．２５μｍとしたものを使用する。これは、露光時
間を２．５秒とした場合に線幅が平均で約０．６５μｍ
増大することになることを考慮したもので、フォトマス
クに要求される線幅が２μｍの場合、増大する分を差引
いた１、３５μｍを見掛は上のフォトマスクにおけるパ
ターンの線幅に設定し、レチクルにおける線幅としては
、その値に縮小投影露光装置の縮小率の逆数５を乗じて
得たものである。

以上の条件で露光処理が完了したら、そのネガ型レジス
ト付きブランクは、所定の現像液（ＯＭＲ専用現゛＠液
）で６０秒間現像する。そしてその後、所定のエツチン
グ液（硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸との混
合水溶液で液温が２２°Ｃ）で３０秒間エツチングし、
次には、所定のレジスト剥離液（東京応化工業（株）製
、ＯＭＲ用剥離剥離液２０、液温：１２０°Ｃ）を用い
てレジストの剥離を行う。

以上の方法でパターンを形成した場合には、被転写板の
露光面の凹凸による線幅への影響を抑えて、転写したパ
ターンの全域に互って、線幅の増減が生じに＜＜、生じ
たとしても許容範囲内に収めることができ、パターン形
成の対象となった製品の品質向上を図るとともに、製品
歩留りを向上させることができた。

なお、前記実施例において、ネガ型フォトレジストによ
る転写では、転写によって形成されたフォトマスクの遮
光性パターンの線幅が太ることを述べたが、パターン相
互の間隔は転写によって逆に細ることになる。

したがって、レチクルに形成するパターンが、白抜きパ
ターンではなく、通常の線状の遮光性パターンの場合に
は、レチクルにおけるパターンの線幅は、転写によって
細る分を見込んで本来の寸法よりも太く形成しておけば
良い。

なお、以上の実施例においては、縮小投影露光装置とし
て縮小率が５分の１のものを使用したが、本発明の技術
的思想は、その他の縮小率の場合へも拡張することので
きるものである。

また、レチクルのパターンの線幅も、前記実施例の場合
に限るものでなく、技術的思想として種々の寸法に拡張
できるものであるが、実験によれば、本発明の効果をよ
り十分に得るには、転写形成されるパターンの線幅の設
計値が１μｍ以上であることが望ましい。

また、被転写板としては、前述の各実施例におけるフォ
トマスクブランク以外にも、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体
基板やガラス基板上にポジ型あるいはネガ型フォトレジ
ストを被着したものなどを対象に含めることができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係るパターン
形成方法は、縮小投影露光における露光時間として、露
光距離が変動した場合にもその変動に起因して被転写板
のパターンに現れる線幅の増減の幅を比較的に小さく抑
えることのできる最′ｉ！ｉ露光時間を選定したため、
被転写板の凹凸に起因した線幅の増減の幅を小さく抑え
ることができ、また、転写板であるレチクルとして、前
記最適露光時間で露光した場合の線幅の増減量を算出し
、被転写板のパターンの線幅が前述の増減量を含めて設
計値となるように、予め増減量を見込んでパターンの線
幅を決定したため、露光時間の長大化による線幅の増減
の強調を避けることができ、したがって、転写したパタ
ーンの全域に亙って、線幅の増減が生じに＜＜、生じた
としても許容範囲内に収めることができ、パターン形成
の対象となった製品の品質向上を図るとともに、製品歩
留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の作用・効果を説明するためのもので
、縮小投影露光における露光時間と露光距離とパターン
の線幅の増減との関係を示すグラフ、第２図は本発明の
第１の実施例に使用するレチクルの平面図、第３図は第
１の実施例によってパターンが転写形成されるフォトマ
スクの平面図、第４図は第２の実施例に使用するレチク
ルの平面図である。 １．３．５・・・透光性基板、 ２．４．７・・・パターン、 ６・・・遮光性膜、 Ｐ・・・線幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　所定の線幅のパターンを有するレチクルを通して被転
   写板上のフォトレジストを縮小投影露光し、次いで、現
   像、エッチング、レジスト剥離の処理を順に施すことに
   よって、前記被転写板に所定のパターンを形成するパタ
   ーン形成方法であって、前述の縮小投影露光における露
   光時間としては、縮小投影露光装置の露光用レンズの中
   心から被転写板の露光面までの距離が変動した場合にも
   その変動に起因して被転写板のパターンに現れる線幅の
   増減の幅を比較的に小さく抑えることのできる最適露光
   時間を選定し、 また、前記レチクルとしては、前記最適露光時間で露光
   した場合の線幅の増減量を算出し、被転写板のパターン
   の線幅が前述の増減量を含めて設計値となるように、予
   め増減量を見込んでパターンの線幅を決定したレチクル
   を使用することを特徴とするパターン形成方法。