JPH03261951A - ホトマスク及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装Ｗ￥ｆｉを製造する際のリングラ
フィ工程において用いられるホトマスク及びその製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、リングラフィ工程では、照明光に対して透明な
部分と不透明な遮光部分とから所定の転写パターンが形
成されたホトマスクが用いられる。

このようなホトマスクはレンズ系により感光性材料層を
有した被加工基板上に投影され、これによりパターンの
転写が行われる。

第５Ａ図に従来のホトマスクの断面図を示す。

ガラス等からなる透明基板（３１）の表面上に、Ｃｒ、
ＭｏＳ　ｉ等からなる遮光部材（３２）が形成されてい
る。

この遮光部材（３２）により転写パターンが形成される
。

このようなホトマスクは、例えば次のようにして製造さ
れていた。まず、第６Ａ図に示すように、透明基板（３
１）上にＣｒの薄膜（３３）を形成し、さらにＣｒ４膜
（３３）上に電子線レジスト層（３４）を形成する。

次に、電子線レジスト層（３４）に電子線（３５）によ
る所定のパターンの描画及び現像を行うことによりパタ
ーン転写を行い、第６Ｂ図に示すように電子線レジスト
層（３４）をパターン化する。その後、この電子線レジ
スト層（３４）をマスクとしてＣｒｆｆ膜（３２）をエ
ツチングすることにより第６Ｃ図に示すようにパターン
化された遮光部材（３２）を得る。ｆ！Ｌ後に、第６Ｄ
図のように、電子線レジスト層（３４）を除去する。

このようにして製造されたホトマスクの投影像において
は、第５Ｂ図の振幅分布図に示されるように、透明基板
（３１）を透過した光が回折現象により遮光部材（３２
）の領域にまで回り込んでいる。実際の光強度は振幅の
二乗として得られるので、第５Ｃ図に示すように、振幅
分布と同様に遮光部材（３２）の領域まで光の回り込み
が見られる。このため、パターン転写の解像力が低下し
、微細パターンを高精度に転写することが困難であった
。

このように回折現象に起因する解像力の低下を防止する
方法として位相シフト法がある。この方法では、第７図
に示すように、ホトマスクの透明部分子Ｉ、Ｔ２・・・
と遮光部分Ｓｔ、Ｓ２−Ｓ３・・・とが互いに周期的に
配置されている場合に、透明部分のうち一つおきにその
上に位相部材（５３）が配される。すなわち、透明部分
子２では隣接する遮光部材（５２）間の透明基板（５１
）上に位相部材（５３）が形成されている６位相部材（
５３）は、光がこれを透過した場合としない場合とで１
８０°の位相差を生じさせるような厚さに設定されてい
る。

従って、透明部分子１及びＴ２をそれぞれ透過して遮光
部分Ｓ２に回り込んだ光は、干渉により互いに打ち消し
合う、このため、解像力が向上する。

第７図に示したホトマスクは例えば次のようにして製造
される。まず、第６Ａ〜６Ｄ図の方法と同様にして第８
Ａ図に示すように透明基板（５１）上に所定のパターン
の遮光部材（５２）を形成する０次に、第８Ｂ図に示す
ように、透明基板（５１）及び遮光部材（５２）の上に
透明膜（５４）を形成する。さらに、透明膜（５４）上
にレジスト層を形成し、これに電子線等による描画及び
現像を行うことによりパターン転写を行い、第８Ｃ図に
示すように、遮光部材（５２）が設けられていない透明
部分上に交互にレジスト層が残るレジストパターン（５
５）を形成する。

このレジストパターン（５５）をマスクとして透明膜（
５４）をエツチングすることにより第８Ｄ図に示すよう
にパターン化された位相部材（５３）を得た後、最後に
レジストパターン（５５）を除去する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第７図に示したホトマスクでは、位相部
材（５３）を配した透明部分子２を透過した光とこれに
隣接する透明部分子１を透過した光との間の干渉を利用
するため、透明部分と不透明部分とが互いに周期的に配
置された繰り返しパターンにしか適用できないという問
題点があった。

また、このようなホトマスクを製造するには、第６Ａ図
に示したレジスト層（３４）のバターニング及び第８Ｃ
図に示したレジストパターン（５５）のパターニングに
それぞれ対応して二回のパターン転写工程が必要となり
、製造工程が複雑になると共にパターン欠陥が生じやす
いという問題点があった、さらに、パターン転写を二回
行うので、転写時のパターンの位置合わせを極めて高精
度に行わなければならなかった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされた
もので、転写パターンの形状に拘わらずに高い解像力で
転写を行うことができるホトマスクを提供することを目
的とする。

また、この発明はこのようなホトマスクを容易に且つ精
度よく製造することのできるホトマスクの製造方法を提
供することも目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１に係るホトマスクは、透明基板と、透明基板上
に配置されると共に所定のパターンに形成された遮光部
材とを備え、透明基板は遮光部材の周縁部に沿って所定
の幅で遮光部材が設けられていない部分より厚く形成さ
れた位相部位を含むものである。

請求項２に係るホトマスクの製造方法は、透明基板の表
面上に所定のパターンの遮光部材を形成し、遮光部材を
含む透明基板上の全面にわたってエツチングマスク層を
形成し、エツチングマスク層の全面を異方性エツチング
することにより透明基板上で且つ遮光部材の周縁部に沿
ってエツチングマスク層を選択的に且つ自己整合的に残
留させ、遮光部材及び残留したエツチングマスク層をマ
スクとして透明基板を選択的に所定の深さまでエツチン
グすることにより遮光部材の周縁部に沿って透明基板に
位相部位を形成する方法である。

また請求項３に係るホトマスクの製造方法は、透明基板
の表面上に透明膜を形成し、透明膜の上に所定のパター
ンの遮光部材を形成し、遮光部材を含む透明膜上の全面
にわたってエツチングマスク層を形成し、エツチングマ
スク層の全面を異方性エツチングすることにより透明膜
上で且つ遮光部材の周縁部に沿って工゛ツチングマスク
層を選択的に且つ自己整合的に残留させ、遮光部材及び
残留したエツチングマスク層をマスクとして透明膜を選
択的にエツチングすることにより遮光部材の周縁部に沿
って透明膜からなる位相部材を形成する方法である。

〔作用〕

請求項１に記載の発明においては、遮光部材の周縁部に
沿って所定の幅で形成された透明基板の位相部位を透過
する光と、位相部位が形成されていない透明基板を透過
する光との間に位相差が生じ、遮光部材の領域に回り込
んだこれらの光が互いに干渉して打ち消し合う。

請求項２に記載の発明においては、遮光部材の周縁部に
沿って選択的に且つ自己整合的に残留させたエツチング
マスク層と遮光部材とをマスクとして透明基板を選択的
に所定の深さまでエツチングすることにより遮光部材の
周縁部に沿って透明基板に位相部位を特徴する 請求項３に記載の発明においては、遮光部材の周縁部に
沿って選択的に且つ自己整合的に残留させたエツチング
マスク層と遮光部材とをマスクとして透明膜を選択的に
エツチングすることにより遮光部材の周縁部に沿って透
明膜からなる位相部材を形成する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図はこの発明の一実施例に係るホトマスクを示す断
面図である０石英ガラス等からなる透明基板（１）の表
面に選択的に高さＤだけ隆起した隆起部（１ａ）が形成
されており、この隆起部（１ａ）の上にＣｒ、ＭｏＳｉ
等からなる所定のパターンの遮光部材（２）が形成され
ている。透明基板（１）の隆起部（１ａ）は、遮光部材
（２）より一回り大きく形成されており、遮光部材（２
）の周縁部に沿って所定の幅Ｗだけはみ出し、このはみ
出した部分が位相部位（３）を構成している。

次に、この実施例のホトマスクを用いてパターン転写を
行う方法を説明する。まず、第１Ａ図のホトマスクに照
明光を照射して、怒光性材料層を有した被加工基板（図
示せず）上にホトマスクの像を投影する。このとき、遮
光部材（２）の周縁部には隆起部（１ａ）からなる位相
部位（３）が形成されているので、この位相部位（３）
を透過した光は位相部位（３）が設けられていない部分
を透過した光に対し、位相部位（３）の厚さＤに応じた
位相差を生じることとなる。

ここで、照明光の波長をλ、位相部位（３）の屈折率を
ｎとして例えば位相部位（３）の厚さＤをＤ＝λ／２（
ｎ−１）　　　・・・［１］に設定すると、位相差は１
８０°となる。この場合のホトマスクの投影像の振幅分
布を第１Ｂ図に示す。

隆起部（１ａ）が設けられていない部分の透明基板（１
）を透過すると共に回折により位相部位（３）及び遮光
部材（２）の領域にまで回り込んだ光は、位相部位（３
）を透過した光と干渉して打ち消し合う、このため、ホ
トマスクの投影像の光強度分布は第１Ｃ図に示すように
急峻なものとなり、高い解像力が得られる。

以上のようにこの実施例では、所定のパターンの遮光部
材（２）の周縁部に沿って位相部位（３）が配置される
ので、遮光部材（２）が周期的に現れる繰り返しパター
ンでなくても高精度のパターン転写を行うことができる
。

次に、第１Ａ図に示したホトマスクの製造方法を説明す
る。まず、第２Ａ図に示すように、透明基板（１）の表
面上にＣ「、Ｈａｓ　ｉ等の照射光に対して不透明な遮
光材料からなる所定のパターンの遮光部材（２）を形成
する。この遮光部材（２）は第６Ａ〜６Ｄ図に示したよ
うな方法により形成される。すなわち、透明基板（１）
上に遮光材料の薄膜を形成し、この薄膜上に電子線レジ
スト層を形成する。

次に、電子線レジスト層に電子線による所定のパターン
の描画及び現像を行うことによりパターン転写を行った
後、このパターニングされた電子線レジスト層をマスク
として遮光材料の薄膜を選択的にエツチングすることに
より薄膜をパターニングし、所定のパターンの遮光部材
（２）を得る。その後、電子線レジスト層を除去する。

このようにして透明基板（１）上に遮光部材（２）を形
成した後、第２Ｂ図に示すように、遮光部材（２）を含
む透明基板（１）上の全面にわたってポリシリコンから
なるエツチングマスク層（４）を形成する。

このとき、第２Ｂ図に示されるように、遮光部材（２）
の周縁部近傍では遮光部材（２）の厚さだけエツチング
マスク層（４）が他の箇所より厚く形成される。

次に、第２Ｃ図に示すように、遮光部材（２）あるいは
透明基板（１）の少なくとも一方が露出するまでエツチ
ングマスク層（４）の全面を反応性イオンエツチング法
等により異方性エツチングする。

第２Ｂ図の工程で述べたように、遮光部材（２）の周縁
部近傍に位置するエツチングマスク層（４）は他の箇所
より遮光部材（２）の厚さだけ厚く形成されている。従
って、異方性エツチング終了時には透明基板（１）上で
且つ遮光部材（２）の周縁部に沿ってエツチングマスク
層（４）が遮光部材（２）の表面とほぼ同じ高さに選択
的に且つ自己整合的に残留する。

続いて、第２Ｄ図に示すように、遮光部材（２）と遮光
部材（２）の周縁部に残留したエツチングマスク層（４
）とをマスクとして透明基板（１）を反応性イオンエツ
チング法等により深さＤだけエツチングする。これによ
り、遮光部材（２）の周縁部に沿って所定の幅を有する
位相部位（３）が形成される。

その後、第２Ｅｌ］に示すように、遮光部材（２）の周
縁部に残留したエツチングマスク層（４）を除去するこ
とにより、第１Ａ図に示すようなホトマスクが製造され
る。

この方法によれば、パターン転写は透明基板（１）上に
所定のパターンの遮光部材（２）を形成する際に一回だ
け行えばよく、製造工程の簡単化がなされる。

尚、エツチングマスク層（４）の材質としては、ポリシ
リコンの他、有機膜であるフォトレジスト等各種のもの
を用いることができ、照明光の波長に対して透明でも不
透明でもよい、ただし、照明光の波長に対して透明なエ
ツチングマスク層（４）を用いる場合には、遮光部材（
２）の周縁部に残留したエツチングマスク層（４）を除
去せずにそのまま残し、透明基板（１）の隆起部（１ａ
）と併せて位相部材とすることもできる。この場合、ホ
トマスクの構造は第２ＤＩｍに示すようなものとなる。

上記実施例では、透明基板（１）をエツチング加工する
ことにより位相部位（３）を形成したが、予め透明基板
の上に位相部材となる透明膜を形成しておいてもよい、
この場合のホトマスクの製造方法を第３Ａ〜３Ｈ図を参
照して説明する。まず、第３Ａ図に示すように、透明基
板（１１）上に透明膜（１４）を形成し、この透明１ｉ
　（１４）の上に遮光材料からなる薄Ｊｌｌ（１５）を
形成する。さらに、薄膜（１５）上に電子線レジスト層
（１６）を形成する０次に、電子線レジスト層（１６）
に電子！１　（１７）による所定のパターンの描画及び
現像を行うことによりパターン転写を行い、第３Ｂ図に
示すように電子線レジスト層（１６）をパターン化する
。その後、第３Ｃ図に示すように電子線レジスト層（１
６）をマスクとして薄膜（１５）をエツチングし、さら
に電子線レジスト層（１Ｂ）を除去することにより、第
３Ｄ図に示す如くパターン化された遮光部材（１２）を
得る。

このようにして透明ＷＡ（１４）の上に遮光部材（１２
）を形成した後、第３Ｅ図に示すように、遮光部材（１
２）を含む透明Ｍ　（１４）上の全面にわたってポリシ
リコンからなるエツチングマスク層（１８）を形成する
。このとき、第３Ｅ図に示されるように、遮光部材（１
２）の周縁部近傍では遮光部材（１２）の厚さだけエツ
チングマスク層（１８）が他の箇所より厚く形成される
。

次に、第３Ｆ図に示すように、遮光部材（１２）あるい
は透明ｌ１ｌ（１４）の少なくとも一方が露出するまで
エツチングマスク層（１８）の全面を反応性イオンエツ
チング法等により異方性エツチングする。第３Ｅ図の工
程で述べたように、遮光部材（１２）の周縁部近傍に位
置するエツチングマスク層（１８）は他の箇所より遮光
部材（１２）の厚さだけ厚く形成されている。従って、
異方性エツチング遊子時には透明ＩＩ（１４）上で且つ
遮光部材（１２）の周縁部に沿・ってエツチングマスク
層（１８）が遮光部材（１２）の表面とほぼ同じ高さに
選択的に且つ自己整合的に残留する。

続いて、第３Ｇ図に示すように、遮光部材（１２）と遮
光部材（１２）の周縁部に残留したエツチングマスク層
（１８）とをマスクとして透明Ｍ　（１４）を反応性イ
オンエツチング法等によりエツチングする。これにより
、遮光部材（１２）の周縁部に沿って所定の幅を有する
位相部材（１３）が形成される。その後、第３Ｈ図に示
すように、遮光部材（１２）の周縁部に残留したエツチ
ングマスク層（１８）を除去することによりホトマスク
が製造される。

この方法においても、パターン転写は透明膜（１４）上
に所定のパターンの遮光部材（１２）を形成する際に一
回だけ行えばよく、製造工程の簡単化がなされる。

尚、位相部材（１３）を形成するための透明膜（１４）
の材質としては照明光の波長に対して透明であればよ＜
　、Ｓｉｎ、の他、５ｒｆｆＮ＜、ＣａＦ、及びＮ、Ｆ
、等の無機層、ポリメチルメタクリレ−）　（ＰＭＭ＾
）等の有機膜を使用することができる。また、透明膜（
１４）は透明基板（１１）と同じ材質でも、異なった材
質でも構わない、さらに、例えばＳ　ｉ　３　Ｎ　４　
／　Ｓ　ｉ　Ｑ　２のように、透明材を二層以上に積層
したものでもよい。

また、上記の各実施例において、透明基板（１）あるい
は透明膜（１４）をエツチングする方法は、反応性イオ
ンエツチング法に限るものではなく、他の異方性エツチ
ングの方法でもよい。

この発明に係るホトマスクは、繰り返しパターンでなく
ても高精度のパターン転写が行えるので、例えば１６メ
ガあるいは６４メガといった大容量のダイナミックＲＡ
Ｍ等の半導体装置の製造工程において、第４図に示すよ
うに、各種電極間の微細なコンタクトホール（２０）及
び（２１）を形成する際のパターン転写に用いると特に
有効である。第４１２１において、（２２）はワード線
となるゲート電極、（２３）はビット線となる配線電極
、（２４）は電荷蓄Ｉｔ極、（２５）は対向電極、（２
６）は眉間絶縁膜及び（２７）は素子分離絶縁膜を示し
ている。また、ホールパターンに限らず、ゲート電極等
の配線工程に使用してもよい、さらに、この発明は、半
導体装置の製造に限るものではなく、液晶デイスプレィ
パネル等の各種電子デバイスの製造にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように請求項１に証載のホトマスクは、透
明基板と、透明基板上に配置されると共に所定のパター
ンに形成された遮光部材とを備え、透明基板は遮光部材
の周縁部に沿って所定の幅で遮光部材が設けられていな
い部分より厚く形成された位相部位を含むので、転写パ
ターンの形状に拘わらずに高い解像力で転写を行うこと
が可能となる。

また、請求項２に記載のホトマスクの製造方法は、透明
基板の表面上に所定のパターンの遮光部材を形成し、遮
光部材を含む透明基板上の全面にわたってエツチングマ
スク層を形成し、エツチングマスク層の全面を異方性エ
ツチングすることにより透明基板上で且つ遮光部材の周
縁部に沿ってエツチングマスク層を選択的に且つ自己整
合的に残留させ、遮光部材及び残留したエツチングマス
ク層をマスクとして透明基板を選択的に所定の深さまで
エツチングすることにより遮光部材の周縁部に沿って透
明基板に位相部位を形成するので、転写パターンの形状
に拘わらずに高い解像力で転写を行うことができるホト
マスクを容易に且つ精度よく製造することができる。

さらに、請求項３に記載のホトマスクの製造方法は、透
明基板の表面上に透明膜を形成し、透明膜の上に所定の
パターンの遮光部材を形成し、遮光部材を含む透明膜上
の全面にわたってエツチングマスク層を形成し、エツチ
ングマスク層の全面を異方性エツチングすることにより
透明膜上で且つ遮光部材の周縁部に沿ってエツチングマ
スク層を選択的に且つ自己整合的に残留させ、遮光部材
及び残留したエツチングマスク層をマスクとして透明膜
を選択的にエツチングすることにより遮光部材の周縁部
に沿って透明膜からなる位相部材を形成するので、転写
パターンの形状に拘わらずに高い解像力で転写を行うこ
とができるホトマスクを容易に且つ精度よく製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明の一実施例に係るホトマスクを示す
断面図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図はそれぞれ第１Ａ図のホ
トマスクによる投影像の振幅分布及び光強度分布を示す
図、第２Ａ〜２Ｅ図はそれぞれ第１Ａ図のホトマスクを
製造する方法を工程順に示す断面図、第３Ａ〜３Ｈ図は
それぞれ他の実施例に係るホトマスクの製造方法を工程
順に示す断面図、第４図はこの発明のホトマスクを有効
に適用することができる半導体装置を示す部分断面図、
第５Ａ図は従来例に係るホトマスクを示す断面図、第５
Ｂ図及び第５Ｃ図はそれぞれ第５Ａ図のホトマスクによ
る投影像の振幅分布及び光強度分布を示す図、第６Ａ〜
６Ｄ図は第５Ａ図のホトマスクを製造する方法を示す断
面図、第７図は他の従来例に係るホトマスクを示す断面
図、第８Ａ〜８Ｄ図は第７図のホトマスクを製造する方
法を示す断面図である。 図において、（１）及び（１１）は透明基板、（２）及
び（１２）は遮光部材、（３）は位相部位、（４）及び
（１８）はエツチングマスク層、（１３）は位相部材、
（１４）は透明膜である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板と、 前記透明基板上に配置されると共に所定のパターンに形
   成された遮光部材と を備え、前記透明基板は前記遮光部材の周縁部に沿って
   所定の幅で前記遮光部材が設けられていない部分より厚
   く形成された位相部位を含むことを特徴とするホトマス
   ク。
2. （２）透明基板の表面上に所定のパターンの遮光部材を
   形成し、 前記遮光部材を含む前記透明基板上の全面にわたってエ
   ッチングマスク層を形成し、 前記エッチングマスク層の全面を異方性エッチングする
   ことにより前記透明基板上で且つ前記遮光部材の周縁部
   に沿って前記エッチングマスク層を選択的に且つ自己整
   合的に残留させ、 前記遮光部材及び残留したエッチングマスク層をマスク
   として前記透明基板を選択的に所定の深さまでエッチン
   グすることにより前記遮光部材の周縁部に沿って前記透
   明基板に位相部位を形成する ことを特徴とするホトマスクの製造方法。
3. （３）透明基板の表面上に透明膜を形成し、前記透明膜
   の上に所定のパターンの遮光部材を形成し、 前記遮光部材を含む前記透明膜上の全面にわたってエッ
   チングマスク層を形成し、 前記エッチングマスク層の全面を異方性エッチングする
   ことにより前記透明膜上で且つ前記遮光部材の周縁部に
   沿って前記エッチングマスク層を選択的に且つ自己整合
   的に残留させ、 前記遮光部材及び残留したエッチングマスク層をマスク
   として前記透明膜を選択的にエッチングすることにより
   前記遮光部材の周縁部に沿って前記透明膜からなる位相
   部材を形成する ことを特徴とするホトマスクの製造方法。