JPH03109551A - フォトマスク - 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】 〔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、ニス・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・バ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、
ｖｏｌ、９２２　０ｐｔｉｃａｌ、／Ｌａｚｅｒ　　Ｍ
ｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｂｙ　（１９８８）　ｐ、２
５６−　　ＢｕｒｎＪ、Ｌｉｎ：’Ｔｈｅ　　Ｐａｔｈ
ｓ　　Ｔｏ　　Ｓｕｂｈａｌｆ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ
　　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〕

（課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の、エツジから所定の間隔をおい
た領域の少なくとも一部に補助パターンを付加し、光の
透過率を低下させるようにしている。

（作用） 上記構成によれば、補助パターンの存在により、パター
ンエツジを透過する光の透過率に、中央近傍を透過する
光の透過率を調整することができ、解像度の向上をはか
ることができる。

すなわち、本来なら遮光性材料パターンのパターンエツ
ジを透過する光は、開口部の中央近傍を透過する光に比
べ、透過率が低く、中央近傍を透過する光に露光光量を
合わせるようにするとパターンエツジのシャープな像を
形成することができず、パターンエツジを透過する光に
露光光量を合わせるようにすると、中央近傍を透過する
光の光量が多すぎることに起因し、パターンの大小で露
光むらが生じていたのに対し、パターンエツジを透過す
る光の透過率に合わせて、中央近傍を透過する光の透過
率を調整するような補助パターンを付加することにより
、このような露光むらを防止することが可能となる。

（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
された膜厚２０ｎｍの酸化クロム薄膜と膜厚８０ｎｍの
金属クロム薄膜と、膜厚２０ｎｍの酸化クロム薄膜との
３層構造膜からなる遮光膜パターン２と、該遮光膜パタ
ーン２の幅３μｍの開口部に、エツジから１．２５μｍ
の位置に形成されたパターン幅０．１μｍ、膜厚１０ｎ
ｍのシリコンオキシナイトライド膜（ＳｉＯ）（Ｎｙ：
ｘ〜ｏ、ｓ、ｙ〜１．０）からなる補助パターン３とを
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、膜厚１０ｎｍのシリ
コンオキシナイトライド膜３を堆積したのち、続いて膜
厚２０ｎｍの酸化クロム薄膜と膜厚８０ｎｍの金属クロ
ム薄膜と、膜厚２０ｎｍの酸化クロム薄膜との３層構造
膜からなる遮光膜２を形成したのち、レジスト膜として
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）４を、膜厚１μ
ｍとなるように塗布する。

この後、第２図（ｂ）に示すように、電子ビーム露光技
術を用いてパターン露光後、現像を行い、レジストパタ
ーン４を形成する。

そして、第２図（Ｃ）に示すように、硝酸セリウムアン
モニウムと過酸化水素とからなるエツチング液を用いて
該遮光膜２を選択的に除去し、所望の遮光膜パターン２
を得る。

この後、第２図（ｄ）に示すように、レジストパターン
４を剥離し、フォトマスクの遮光膜パターンをｉする。

そして、第２図（０）に示すように、基板表面全体に膜
厚１．５μｍのネガ型のレジスト５を塗布し、基板の裏
面側から全面露光処理を行う。

次いで、第２図（ｒ）に示すように、現像処理を行い、
遮光膜パターン２に整合するようなネガ型のレジストパ
ターン５を得る。

そして、第２図（ｇ）に示すように、酸素プラズマアッ
シングにより該レジスト膜を等方向に、約１μｍのエツ
チングを行い、パターンを後退せしめる。

このレジストパターン５をマスクとしてテトラフスオル
メタンＣＦ４と酸素０２とを用いたケミカルドライエツ
チングにより、シリコンオキシナイトライド膜３をエツ
チングし第１図に示したようなフォトマスクが完成する
。

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、Ｎ５Ｒ１，５０５Ｇ
６：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に導き、１１５の縮小パターンを形成するよ
うにしたものである。ここで、露光量は３００ｒａＪ／
　ｃシとする。

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、０．６μｍ
のホールパターンまで精度よく形成される。

また、比較のために、第４図および第５図に、本発明実
施例のフォトマスクと従来例のフォトマスクの転写像の
エネルギー強度を示す。これらの比較からも、本発明実
施例のフォトマスクによれば大幅に解像度が向上してい
ることがわかる。

この効果は、コンタクトホールのように、従来のフォト
マスクでは露光量の不足から解像が困難であったような
場合に特に顕著である。例えば、従来のフォトマスクを
用いた場合、大面積領域が基板まで露光される露光量に
対して、ラインアンドスペースパターンで１．３５倍、
コンタクトホールパターンで１．５５倍の露光量が必要
であったのに対し、本発明のフォトマスクを用いた場合
、大面積領域が基板まで露光される露光量の１．２倍の
露光ｆｆｉで、ラインアンドスペースパターンモコンタ
クトホールパターンも良好に露光され得る。

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光量が、パターン依存性を抑制し、
パターンに依存することなく、−定に近いものとなるた
めと考えられる。

なお、前記実施例では、遮光性パターンの下層にも補助
パターンを構成する酸化クロムパターンが形成されてい
るが、第６図に示すように、基板表面に直接、遮光性パ
ターンを形成するようにしてもよい。

この場合、補助パターンの形成方法としては、例えば、
次に示すような方法も可能である。

まず、第７図（ａ）に示すように、従来の遮光性パター
ンの形成方法と同様にして、透光性の石英基板１の表面
にスパッタリング法により、膜厚２０ｎｍの酸化クロム
薄膜と膜厚８０ｎｍの金属クロム薄膜と、膜厚２０ｎｍ
の酸化クロム薄膜との３層構造膜からなる遮光膜２を形
成したのち、レジスト膜としてポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）４を、膜厚１μｍとなるように塗布し、
電子ビーム露光技術を用いてパターン露光後、現像を行
い、レジストパターン４を形成する。

そして、第７図（ｂ）に示すように、硝酸セリウムアン
モニウムと過酸化水素とからなるエツチング液を用いて
該遮光膜２を選択的に除去し、アンダーカットが入るよ
うに少しオーバーエツチング気味にエツチングし、所望
の遮光膜パターン２を得る。

この後、第７図（ｅ）に示すように、レジストパターン
４をそのままにして、この上層にスパッタリング法によ
り、膜厚７．５ｎＩ！ｌの酸化クロム薄膜６を堆積する
。

そして、リフトオフ法により、レジストパターン４と共
に、レジストパターン４上に形成された酸化クロム薄膜
６を除去し、第４図に示したようなフォトマスクが完成
する。

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、本発明のフォトマスクにおいては、マスクパター
ンの開口部に設けられた補助パターンの存在により、全
体の透過率は減少するが、相対的にパターンエツジ近傍
における透過率の向上を達成する効果がある。このため
、補助パターンの膜厚などを調整し、透過率を制御する
ようにし、全体の透過率の減少を抑制し、かつパターン
エツジ近傍における透過率の向上を達成するように両立
をはかることも可能である。たとえば、透過率を２５％
減少させるような補助パターンを用いることによりコン
タクトホールパターンとラインアンドスペースパターン
のマスクパターンに対する忠実性を向上させることがで
きた。

この補助パターンの透過率は、露光装置の特性、特に露
光波長や、レジスト種、レジスト膜厚、下地基板材料等
に応じて、調整するようにすることが望ましい。

また、本発明のフォトマスクの透明領域の幅すなわち、
遮光膜パターンと補助パターンとの間隔は、露光装置の
特性等に応じて調整すべきであるが、最小パターン幅の
１／３程度の幅を透明領域幅とした場合に解像度の高い
コンタクトホールパターンを形成することが可能となっ
た。

加えて、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、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、エツジから所定の間隔を
おいた領域の少なくとも一部に補助パターンを付加し、
光の透過率を低下させるようにしているため、パターン
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（ｇ）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図および第５図はそれぞれ本発明実施例および
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６図は本発明の第
２の実施例のフォトマスクを示す図、第７図（ａ）乃至
第７図（Ｃ）は同フォトマスクの製造工程図である。 １・・・石英基板、２・・・遮光膜パターン、３・・・
シリコンナイトライド膜パターン（補助パターン）、４
・・・レジストパターン、５・・・レジストパターン、
６・・・酸化クロム薄膜（補助パターン）、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。 第１ 図 第２ 図（翻１） 第２図 （ｆの５） 第　３　図（デの１） 第４因 Ｚ 第５区 第６図 第７図 （その１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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のエッジから
   所定の間隔をおいた領域の少なくとも一部に、光の透過
   率を低下させるように構成された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。