JPH02248949A

JPH02248949A - フォトマスク

Info

Publication number: JPH02248949A
Application number: JP1070107A
Authority: JP
Inventors: Iwao Tokawa; 東川　巌
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1990-10-04
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JP2783582B2

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】【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（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、ニス昏ピー拳アイ・イーオプチカルレーザマイ
クロリソグラフィ　（１９８ｇ）第９２２巻第２５６ペ
ージ〜、パーン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４　　　（ＳＰＩＥ
、ｖｏｌ、９２２　０ｐｔｉｃａｌ／Ｌａｚｅｒ　　Ｍ
ｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｈ）’　（１９８８）　ｐ、
２５６−　　ＢｕｒｎＪ、Ｌｉｎ：’Ｔｈｅ　　Ｐａｔ
ｈｓ　　Ｔｏ　　Ｓｕｂｈａｌｆ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅ
ｒ　　ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”）
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〕

（ａ題を解決するための手段）そこで本発明では、透光性基板上に遮光性材料からなる
マスクパターンを配設してなるフォトマスクにおいて、
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。

（作用）上記構成によれば、補助パターンの存在により、本来な
ら遮光性材料パターンのパターンエツジにおいて回折し
、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、パターンエツジのシャープな
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っつ詳細に
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、膜厚的１μｍの酸化シリコン膜３′
を堆積した後、膜厚的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ツチング装置を用
い、テトラフルオルメタンＣＦ４と酸素０２との混合ガ
スをエツチングガスとし圧力１０ＩＴＯｒｒ　ｓ高周波
人力１５０Ｗで酸化シリコン膜のテーパエツチングを行
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′のエツチング速度の比は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（「）に示すように、レジストパターン
４をプラズマアッシャ−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バターニ
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
、スピンコード法により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、Ｎ５Ｒ１５０５Ｇ６
：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２
１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３００ｓＪ／ｃ−とする。

この後、第３図（ｅ）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
て異方性ドライエツチングにより、酸化シリコン膜のエ
ツチングを行い、第３図（ｄ）に示すように、酸化シリ
コン膜パターン１ｏ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＜、０．５５μ
ｍ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（Ｊｌ）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
、マスクエツジで屈折し、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ツジ近傍での光エ
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ツジ近
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図に示すようにエツジの丸い補助
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（ｅ）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
ようなエツ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、マスクエツジで屈折し、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Ｎ１の場合と同様にレジスト表面に到達す
る光のパターンエツ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、
４３６　ｎｍ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りは補助
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、パターンエツ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のエツ
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、
補助パターンのバターニング工程において遮光膜パター
ン２がエツ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
のバターニング工程において遮光膜パターン２がエツチ
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、透過光の光路を一訓折さ
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、１
１・・・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。第１図第２図（ｆの°１）第２図（ぞ０３）第２図（その２）第３図（ｆの１）第３図（でΦ２）第６図（その１）第４図第６図（ゼの２）

Claims

【特許請求の範囲】

透光性基板上に遮光性材料からなるマスクパターンを配
設してなるフォトマスクにおいて、前記マスクパターン
に照射される光が透過せしめられる開口部に、透過光を
屈折させる補助パターンを付加したことを特徴とするフ
ォトマスク。