JPH03144453A - 露光用マスク及び半導体装置の製造方法 - 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】 〔概　要〕 大小のパターンをフォトレジストに同時露光する露光用
マスク及び半導体装置の製造方法に関し、不透明パター
ンの間に形成される大小の透明パターンを適性寸法でフ
ォトレジスト膜に転写することを目的とし、 特定の光を透過する基板と、前記基板上平面方向に選択
的に形成された放光を透過しない複数の第１の不透明層
と、前記基板上の隣接する前記第１の不透明層の間に設
けられた前記光を透過する第１の層と、前記基板上平面
方向に選択的に形成され、放光を透過しない複数の第２
の不透明層と、前記基板上の隣接する前記第２の不透明
層の間に設けられた前記光を透過する第２の層を有する
露光マスクであって、前記第１の不透明層同士の間隔は
、前記第２の不透明層同士の間隔より狭く、前記第１の
不透明層には、選択的に前記基板を表出する開口部と該
開口部を覆う光位相変換膜が設けられ、さらに第２の層
は第１の層よりも前記光の透過率が低いことにより構成
する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、大小のパターンをフォトレジストに同特に露
光する場合に使用する露光用マスク及び露光工程を含む
半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

膜をパターニングする場合には、膜の上にフォトレジス
トを塗布した後に、これを露光、現像し、ついで、フォ
トレジストから露出した膜を選択的にエツチングするこ
とが一般に行われている。

ところで、露光の際に使用する露光用マスクには、透明
基板上にクロム膜を形成してこれをバターニングしたも
のが用いられているが、パターン幅を狭く形成すると、
パターン幅が広い場合に比べてコントラストが低下する
といった問題がある。

例えば、第５図（ａ）に示すように、不透明パターン４
１と透明パターン４２とを０．３μｍの幅で交互に形威
した露光用マスク４０を使用して、フォトレジスト膜４
３を紫外光により露光すると、露光用マスク４０を通し
てフォトレジスト膜４３に入射する光の強度は、第５図
（ｂ）に示すような正弦波状になるが、不透明パターン
４１の下方に位置する領域であっても回折によって光が
回り込むために、透明パターン４２の下方に位置する領
域との間の光の強度の差が少なくなり、コントラストが
悪くなる。

なお、フォトレジスト膜４３において、透明パターン４
２に対応する領域の受光強度の最高値をＩＭＡ、ｌとし
、不透明パターン４１に対応する領域の受光強度の最小
値をｉ□８とした場合、コントラストＣは、Ｃ−（Ｔ、
ｓｘ　　　Ｌ＋Ｎ）　／　（ＴＩＩＡＸ＋ＩＮＩＮ）の
式で表される。

したがって、コントラストが小さくなるにっれて解像度
が低下し、現像によりフォトレジスト膜４３に現れるパ
ターンの精度が低下することになる。

そこで本出願人は、第５図（ｃ）に示すように、不透明
パターン５１の中央に開口溝５２を形威し、ここに位相
反転用の膜５３を充填することにより、不透明パターン
５１下方への光の回り込みを抑えてコントラストを良く
する露光用マスク５０を、平成元年８月１１日付けの特
許出量において提案した。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、この露光用マスク５０を用いると、解像度の
高い潜像をフォトレジスト膜４３に形成することができ
る反面、第５図（ｄ）に示すように、露光用マスク５０
を通った光の強度が全体的に低下するために次のような
不都合が生じる。

位相反転用膜５３を有する露光マスク５０を使用する場
合には、第５図（ｄ）のように光強度が２０％となった
領域のフォトレジスト膜４３を残存できる温度、時間等
の現像条件を設定することにより、転写精度の高いパタ
ーンを形成する必要がある。

ところが、第６図（ａ）に示すような幅の広い透明パタ
ーン４５が露光用マスク５０（４０）に存在する場合に
は、同図（ｂ）に示すように透明パターン４５を透過し
てレジスト４３に照射される光の強度が大きくなり、幅
の狭いパターンと同一条件で現像すれば現像オーバーと
なる。この場合、精度良くパターンを形成するためには
、光強度が少し高い領域を残すような現像処理を行う必
要がある。

例えば、１１５縮小投影露光を行う場合において、透明
基板、半導体基板等の上に１μｍのパターンを形成する
ために、マスク上に５μｍの透明パターン４５を露光用
マスク５０に形威し、これを使用してフォトレジスト膜
４３を露光すると、フォトレジスト膜４３は第６図（ｂ
）に示すような強度の光を受けるので、転写精度を良く
するためには、露光強度が３０％となった領域を残存さ
せる条件で現像を行う必要がある。

この場合、狭い透明パターン５４の現像条件に合わせて
光強度が２０％となる領域のフォトレジストＩｆ！４３
を現像により残すと、現像により残存するフォトレジス
トＷ１４３の幅が広くなり、誤差αが生じて転写精度が
低下することになる。

したがって、第５図（ｃ）に示すような位相反転用膜５
３を付けた不透明パターン５１に囲まれる幅の狭い透明
パターン５４と、第６図（ａ）に示すような幅の広い透
明パターン４５とを同一露光用マスクに形成し、これを
用いてフォトレジスト膜４３を露光すると、最適な現像
条件が設定できなくなり、パターン精度が低下するとい
った不都合が生じる。

つまり、第５図（ａ）のような通常のパターンではコン
トラストに問題点があり、第５図（Ｃ）のようなパター
ンでは、第６図（ａ）のような幅の広いパターンがマス
クにある場合、お互いの現像レベルの設定を最適にする
ことが困難であるといった問題点があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、不透明パターンの間に形成される大小の透明パター
ンを精度良くフォトレジスト膜に転写することができる
露光用マスク及び半導体装置の製造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〕

上記した課題は、特定の光を透過する基板２と、前記基
ｖｉ２上平面方向に選択的に形成された放光を透過しな
い複数の第１の不透明層３と、前記基板２上の隣接する
前記第１の不透明層３の間に設けられた前記光を透過す
る第１の層４と、前記基Ｆｉ１上平面方向に選択的に形
成され、放光を透過しない複数の第２の不透明層６と、
前記基板６上の隣接する前記第２の不透明層６の間に設
けられた前記光を透過する第２のＮ５を有する露光マス
クであって、前記第１の不透明層３同士の間隔は、前記
第２の不透明層６同士の間隔より狭く、前記第１の不透
明層３には、選択的に前記基ｖｉ１を表出する開口部３
ａと該開口部３ａを覆う光位相変換膜７が設けられ、さ
らに前記第２のＮ５は第１の層４よりも前記光の透過率
が低いことを特徴とする露光用マスク、 または、被露光基板Ｗと、請求項１記載の露光用マスク
ｌとを位置合わせする工程と、該露光用マスク１に光を
照射し、該被露光基板Ｗ上に該露光用マスク１のパター
ンを投影する工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法により解決する。

〔作　用〕 本発明によれば、幅の大きな第２の層５の光透過率を、
幅の狭い第１の１４の光透過率よりも低くしている。

このため、第２の層５を通る光の強度が減衰されてフォ
トレジスト膜に照射されることになる。

この結果、幅の狭い第一のＮ４を通った光の強度と、幅
の広い第二のＮ５を通った光の強度との差が小さくなる
ので、本発明の露光用マスクを用いて露光されたフォト
レジスト膜を現像すると、光強度の相違によるパターニ
ング精度の低下がなくなる。

〔実施例〕

そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す装置の断面図であっ
て、図中符号１は、石英よりなる透明基板２上にパター
ンを形成した露光用マスクで、透明基板２のうち小パタ
ーン形成領域Ａには、クロム膜６よりなる複数の不透明
パターン３と、不透明パターン３の間に形成された透明
パターン４が設けられており、これらのパターンの幅の
大きさは、例えば透明パターン４が１μｍ以下、透明パ
ターン４に挾まれる不透明パターン３が１１１ｍ以下と
なっている。１／！［１小投影露光用マスクについては
、透明パターン４が５μｍ以下、不透明パターン３が５
μｍ以下となる。

また、透明基板２のうち大パターン形成領域Ｂには、数
μｍ〜数十μｍ程度の幅を有する透明パターン５がクロ
ム膜６に囲まれて形成されている。

７は、幅の狭い不透明パターン４の中心線に沿って形成
された溝３ａ、或いは、透明パターン４に隣接する不透
明膜６の縁部近傍に沿って設けられた溝６ａに埋め込ま
れる光位相変換膜で、この先位相変ｔｆＡ膜７は、シリ
コン酸化膜やシリコン窒化膜等の透明材料により形成さ
れており、露光用マスク１に入射する光の位相を変えて
出射するように構成されている。

光位相変化膜７の膜厚ｔは、ｔ＝Ｓλ／（ｎｌ）の式で
表される。ただし、Ｓは位相変換率（＝変換する位相θ
’　／３６０°）、λは使用光の波長、ｎは透明膜の屈
折率であって、例えばシリコン酸化膜によって光位相変
換ＩＩ！７を形成すると屈折率ｎは１．４７となり、変
換する位相θ６をｔｓｏ”とするとＳは１／２、露光用
の光に水銀ランプのｉ線を用いるとλは０．３６５μｍ
となるために、この場合には０．３８８μｍの膜厚ｔが
必要となる。

８は、幅の大きな透明パターン５を覆う光吸収用の半透
明膜で、この半透明膜８は、酸化クロム等により形成さ
れおり、その透明パターン５を通過する光の強度を減衰
させるように構成されている。その減衰量は、材質や膜
厚を変えることによってＵＲ節でき、酸化クロム膜によ
って半透明膜８を形成し、その厚さを１０ｎｍにすると
、光透過率は７０％に減衰する。

第２図は、露光装置の一例を示す構成図であって、図中
符号１０は、紫外光を照射する光源１１と、露光対象基
板Ｗを支持する基板支持台１２とを有する露光装置で、
光源１１と基板支持台１２との間には、マスクｌを支持
するマスク支持板１３が設けられおり、光源１１から照
射された紫外光が、レンズ１４によって平行になされた
後、露光用マスク１１結像レンズ１５を介して露光対象
基板Ｗ表面のフォトレジストＲに照射するように構成さ
れている。

次に、上記した実施例の作用について説明する。

上記した実施例において、露光対象基板Ｗ、例えばシリ
コンウェハーの表面のポリシリコン膜などの上にフォト
レジストＲを塗布し、これをプレベークした後に、露光
対象基板Ｗを露光装置１０の基板支持台１２に取付ける
とともに、露光用マスク１をマスク支持板１３に装着し
、この状態で光源１１から紫外光を照射すると、レンズ
１４、露光用マスク１、結像レンズ１５を通った紫外光
がフォトレジストＲに照射され、そこに潜像が形成され
る。

この場合、不透明パターン３を構成するクロム膜６の膜
厚を５０〜８０ｎ■、小パターン形成領域Ａの不透明パ
ターン３及び透明パターン４の幅をそれぞれ０．３μｍ
（１１５縮小投影露光用のマスク上では１．５μｍ）と
なし、また、大パターン形成領域Ｂの透明パターン５の
幅を１．０μｍ（１１５１’ｉｌ小投影露光用のマスク
上では５．０ＩＩｎ）とする。また、光位相変換ｗ１７
をシリコン酸化膜により形成し、その位相を１８０＠ズ
ラすとともに、半透明ｌＩ！８を厚さ１０ｎ日の酸化ク
ロム膜により形成して光透過率を７０％とする。

また、光源１１となる水銀ランプの輝線をｉ　−ｍ　（
３６５ｎｓ）　、照射系レンズ１４のコヒーレント係数
σをσ＝０．５とするとともに、結像レンズ１５の縮小
率を１１５、その開口数ＮＡを０．５とする。

このような条件で、フォトレジストＲを露光すれば、照
射光強度の分布は第３図（ｂ）に例示するようになり、
小パターン形成領域Ａにおいて、不透明パターン４に対
応する領域のフォトレジストＲには殆ど光が照射されな
くなる一方、透明パターン４に対応する領域には、４０
％の光が照射される。

さらに、大パターン形成領域Ｂにおいては、透明パター
ン５を覆う半透明ｆｆ！Ｊ８により光が減衰される。

そして、現像液の温度、現像時間等の現像条件を、２０
％の光強度の領域が残存するように設定すると、小パタ
ーン形成領域Ａ及び大パターン形成領域Ｂに形成された
パターン３〜５が精度良くフォトレジストＩＦｆｆＲに
転写される。

第４図は、幅の大きな透明パターン５に半透明膜８を形
成した場合と、しない場合のフォトレジストＲに照射さ
れる光の強度の分布を比較したもので、半透明膜８を形
成しない場合には、１１５縮小投影露光用マスク１に形
成された幅５μｍの透明パターン５を使用した場合、フ
ォトレジストＲに形成されるＩａｍのパターンに約０．
１μｍの太りが生じた。この分布図において、透明パタ
ーンの中央の光強度が大きくなるが、これは光の干渉の
影響である。

なお、幅の狭いパターンは、ＭＯＳ）ランジスタのゲー
ト電極を形成する場合等に用いられ、また、幅の広いパ
ターンは、半導体装置の配線電極やパッド等を形成する
場合に用いられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、露光用マスクに形成
される幅の広い透明パターンを半透明膜によって覆うよ
うにしたので、この透明パターンを通る光が減衰されて
フォトレジスト膜に照射することになり、幅の狭い透明
パターンを通った光の強度と、幅の広い透明パターンを
通った光の強度との差を小さくすることができ、露光さ
れたフォトレジスト膜を現像する際に、光強度の相違に
よるパターニング精度の低下をなくすことが可能になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す装置の断面図、 第２図は、露光装置の一例を示す構成図、第３図は、本
発明の一実施例の露光用マスクの露光状態を示す断面図
及びフォトレジストの受光強度を示す光強度分布図、 第４図は、本発明の装置と従来装置の光強度の一例を示
す光強度分布図、 第５図は、従来装置の一例を示す断面図及び光強度分布
図、 第６図は、従来装置に形成された大きなパターンの断面
図及び光強度分布図である。 （図面の説明） １・・・露光用マスク、 ２・・・透明基板、 ３・・・不透明パターン、 ４・・・透明パターン、 ５・・・透明パターン、 ６・・・クロムＩｌ！（不透明Ｆり ７・・・光位相変換膜、 ８・・・半透明膜、 Ａ・・・小パターン形成領域、 Ｂ・・・大パターン形成領域。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）特定の光を透過する基板と、 前記基板上平面方向に選択的に形成された該光を透過し
   ない複数の第１の不透明層と、 前記基板上の隣接する前記第１の不透明層の間に設けら
   れた前記光を透過する第１の層と、前記基板上平面方向
   に選択的に形成され、該光を透過しない複数の第２の不
   透明層と、 前記基板上の隣接する前記第２の不透明層の間に設けら
   れた前記光を透過する第２の層を有する露光マスクであ
   って、 前記第１の不透明層同士の間隔は、前記第２の不透明層
   同士の間隔より狭く、前記第１の不透明層には、選択的
   に前記基板を表出する開口部と該間口部を覆う光位相変
   換膜が設けられ、 さらに第２の層は第１の層よりも前記光の透過率が低い
   ことを特徴とする露光用マスク。
2. （２）被露光基板と、請求項１記載の露光用マスクとを
   位置合わせする工程と、 該露光用マスクに光を照射し、該被露光基板上に該露光
   用マスクのパターンを投影する工程とを有することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。