JPH0627636A - フォトマスク及びフォトマスクの製造方法及びエッチング方法及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】半導体素子の製造方法において、透過率分布を
有するフォトマスクを用いて、レジストパターンに段差
を形成する。次に段差の形成されたレジストを保護膜と
してエッチングし、保護膜厚分布により下地基板に段差
を形成する。また半導体素子の製造に用いるフォトマス
クにおいては、フォトマスク上に露光光を吸収するイオ
ンを含有する薄膜を積層してさらに段差を形成し、前記
薄膜の膜厚分布で透過率分布を形成する。 【効果】一度の露光工程でレジスト中に段差が形成さ
れ、一度のエッチング工程で下地基板に段差が形成さ
れ、工程が短縮される。露光光を吸収する薄膜による透
過率分布のため、反射型の透過率分布のような反射光を
抑制できるため、露光寸法の制御性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造に用い
るフォトマスク及びフォトマスクの製造方法及びエッチ
ング方法及び露光方法及びイオン注入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体素子の製造及び投影露光装
置に用いるフォトマスクの製造において、複数の段差を
有する構造を形成する工程が存在し、代表的には多段方
式の位相シフトマスクと呼ばれるフォトマスクの製造に
用いられる。前記多段方式では、シフターと呼ばれる透
過露光光の位相を変化させる薄膜に多段を形成して膜厚
を変化させることで、位相の変化量を局所的に分布させ
て効果を得るものである。

【０００３】前記多段の形成方法としては、第一に従来
複数回数の露光及びエッチングにより、各段毎に形成し
ていた。また第二としてレジストに段差を形成する場合
には、電子線用レジストを用いて電子線露光の露光エネ
ルギーを局所的に変化させることで恣意的に露光不足さ
せ、レジスト残りにより段差を形成していた。

【０００４】また強度透過率の分布により結像特性を向
上させるものも存在する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来では
フォトレジストをエッチング保護膜としたときに、一度
の露光工程及びエッチング工程では一段のみしか形成で
きない。そのため従来のフォトリソグラフィによる多段
の形成方法では、第一の場合には複数回数の露光工程と
エッチング工程を必要とするため、非常に工程数が増加
しスループットが低下する。またレジスト上に段差を形
成するために電子線露光を用いた場合、スループットが
非常に低下するという問題がある。

【０００６】また強度透過率の形成は金属薄膜による反
射形であるため、フォトマスクによる反射迷光による影
響がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、まず本発明では、投影露光装置に用い、遮光膜に
よって露光光が完全に遮断される領域における第一の強
度透過率、及びガラス基板のみの開口部で露光光が完全
に透過される領域における第二の強度透過率の少なくと
も一つの強度透過率をもつ領域を有し、かつ前記第一の
強度透過率及び前記第二の強度透過率のいずれとも異な
る少なくとも一つの強度透過率による第三の強度透過率
分布をもつ領域を有するフォトマスクにおいて、フォト
マスクに露光光を吸収するイオンを等濃度含有する露光
光吸収領域を形成し、前記露光光吸収領域中を露光光が
透過する距離の分布により前記第三の強度透過率分布を
形成することを特徴とする。

【０００８】また前記請求項１記載のフォトマスクの製
造方法は、ガラス基板上に露光光を吸収するイオンを等
濃度含有する吸収膜を形成し、少なくとも一度のエッチ
ング工程により前記吸収膜に膜厚分布を形成すること
で、露光光が露光光吸収領域を透過する距離に分布を形
成すること特徴とする。

【０００９】前記発明が解決しようとする課題に記載
の、第一の多段形成工程での問題を解決するために本発
明では、レジストを保護膜として用いるエッチング方法
において、膜厚分布が形成されたレジストを保護膜とし
て用い、前記レジストの膜厚分布中の少なくとも１つの
領域のレジスト及び下地基板をエッチングすることによ
り、前記下地基板のエッチング深さに分布を形成するこ
とを特徴とする。

【００１０】さらに前記発明が解決しようとする課題に
記載の、第二のフォトマスク上に段差を形成する工程の
課題を解決するために、フォトマスクを用いた投影露光
装置によるフォトレジストの露光方法において、前記請
求項１記載の構造を有するフォトマスクを用いることに
より、レジストパターンに膜厚分布を形成することを特
徴とする。

【００１１】最後に、前記請求項１記載の構造を有する
フォトマスクの製造方法において、ガラス基板上に露光
光を吸収するイオンを等濃度含有する吸収膜を形成し、
前記請求項３記載のエッチング方法によって前記吸収膜
に膜厚分布を形成することで、露光光が露光光吸収領域
を透過する距離に分布を形成することを特徴とする。

【００１２】

【実施例】図１は前記請求項１記載の構造を有するフォ
トマスクの第一の実施例を示した図であり、図１（ａ）
は前記フォトマスクの断面図、図１（ｂ）は前記フォト
マスクの強度透過率分布を示した図である。

【００１３】図１（ａ）において、前記フォトマスクは
高圧水銀灯から照射されるｉ線（波長３６５ｎｍ）を露
光光源とした露光投影装置に用いられ、基板１１は露光
光を完全に透過する材質が使用されており、例えば石英
ガラス基板である。また露光光を完全に遮断する領域に
は、例えば酸化クロム、金属クロム、酸化クロムの三層
構造からなる遮光膜１３が形成されている。

【００１４】さらに本発明によるフォトマスクでは、露
光光を吸収する例えば硼素イオンを予め含有させて積層
した二酸化珪素薄膜をもちいた吸収膜１２によって、前
記請求項１記載の第三の透過率分布が形成されている。
本実施例では、まず前記二酸化珪素薄膜を前記石英ガラ
ス基板１１上に積層して吸収膜１２を形成し、さらに前
記遮光膜１３が前記石英ガラス基板１１及び前記吸収膜
１２上に形成されている。さらに前記吸収膜１２には段
差が形成されており、露光光が前記吸収膜１２を透過す
る距離の分布が、フォトマスク面内に存在する。

【００１５】図１（ｂ）は前記図１（ａ）記載のフォト
マスクを透過した露光光の強度透過率分布を示した図で
ある。前記遮光膜１３の形成された遮光領域において
は、露光光は完全に遮断されるために強度透過率は０％
となり、光強度も０である。また前記遮光膜１３及び前
記吸収膜１２のいずれも形成されていない開口領域にお
いては、露光光は完全に透過するため強度透過率は１０
０％であり、光強度は分布中最大となる。

【００１６】一方前記吸収膜１２の形成された露光光吸
収領域において、強度透過率は開口領域の強度透過率よ
りも低くなり、光強度は相対的に小さくなる。また前記
吸収膜１２中に含有される硼素イオン濃度は膜中一定で
あり、露光光が前記吸収膜１２を透過する距離により吸
収量が定まり、強度透過率分布は前記吸収膜１２の膜厚
分布によって形成することができるため、前記吸収膜１
２の膜厚を２倍にすることで強度透過率を１／４にでき
る。本実施例では前記図１（ａ）において、前記吸収膜
１２には一つの段差があり膜厚の面内分布が形成されて
おり、相対的に膜厚の厚い低透過率領域及び相対的に膜
厚の薄い高透過率領域が形成され、前記低透過率領域の
膜厚は前記高透過率領域の膜厚の１．４倍であり、強度
透過率は１／２である。

【００１７】図２は前記請求項１記載の構造を有するフ
ォトマスクの第二の実施例を示した図であり、図２
（ａ）は前記フォトマスクの断面図、図２（ｂ）は前記
フォトマスクの強度透過率分布を示した図である。

【００１８】図２（ａ）において、前記フォトマスクは
高圧水銀灯から照射されるｉ線（波長３６５ｎｍ）を露
光光源とした露光投影装置に用いられ、基板２１は露光
光を完全に透過する材質が使用されており、例えば石英
ガラス基板である。また露光光を完全に遮断する領域に
は、例えば酸化クロム、金属クロム、酸化クロムの三層
構造からなる遮光膜２３が形成されている。

【００１９】さらに本発明によるフォトマスクでは、露
光光を吸収する例えば硼素イオンを予め含有させて積層
した二酸化珪素薄膜をもちいた吸収膜２２によって、前
記請求項１記載の第三の強度透過率分布が形成されてい
る。本実施例では、まず前記遮光膜２３を前記石英ガラ
ス基板２１上に形成し、さらに前記酸化膜シリコン薄膜
を前記石英ガラス基板２１及び前記遮光膜２３上に積層
して吸収膜２２を形成する。さらに前記吸収膜２２には
段差が形成されており、露光光が前記吸収膜２２を透過
する距離の分布がフォトマスク面内に存在することにな
る。

【００２０】図２（ｂ）は前記図２（ａ）記載のフォト
マスクを透過した露光光の強度透過率分布を示した図で
ある。前記遮光膜２３の形成された遮光領域において
は、露光光は完全に遮断されるために強度透過率は０％
となり、光強度も０である。また前記遮光膜２３及び前
記吸収膜２２のいずれも形成されていない開口領域にお
いては、露光光は完全に透過するため強度透過率は１０
０％であり、光強度は分布中最大となる。

【００２１】一方前記吸収膜２２の形成された露光光吸
収領域において、強度透過率は開口領域の強度透過率よ
りも低くなり、光強度は相対的に小さくなる。また前記
吸収膜２２中に含有される硼素イオン濃度は膜中一定で
あり、露光光が前記吸収膜２２を透過する距離により吸
収量が定まり、強度透過率分布は前記吸収膜２２の膜厚
分布によって形成することができるため、前記吸収膜１
２の膜厚を２倍にすることで透過率を１／４にできる。
本実施例では前記図２（ａ）において、前記吸収膜２２
には一つの段差があり膜厚の面内分布が形成されてお
り、相対的に膜厚の厚い低透過率領域及び相対的に膜厚
の薄い高透過率領域が形成され、前記低透過率領域の膜
厚は前記高透過率領域の膜厚の１．４倍であり、強度透
過率は１／２である。

【００２２】図３は前記請求項３記載のフォトマスクの
製造方法の第一の実施例を示した図である。本実施例に
よって製造されるフォトマスクは前記図１（ａ）の構造
を有する。

【００２３】まずフォトマスクを形成する基板として、
露光光源に用いる高圧水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）
を完全に透過する材質である石英ガラス基板３１を用い
る。前記石英ガラス基板３１上に、露光光を吸収する硼
素イオンを立方センチメートル当たり１０¹⁵〜１０²⁰の
等濃度に含有する二酸化珪素薄膜を積層させ、吸収膜３
２を形成する。またフォトレジスト３４が前記吸収膜３
２上に塗布されている（図３（ａ））。

【００２４】硼素イオン濃度は前記吸収膜３２中で一定
であるため、膜厚によって露光光の吸収量を制御して強
度透過率に分布を形成することが可能であり、膜厚が薄
くなるにしたがい強度透過率が高上する。したがって前
記前記ガラス基板３１上に積層する二酸化珪素薄膜の膜
厚は、遮光膜の形成される遮光領域以外で前記請求項１
記載の第三の強度透過率分布中の最低の強度透過率を達
成するために必要な膜厚よりも厚くなければならない。
本実施例では開口領域及び遮光領域の他に、吸収膜厚の
厚い低透過率領域と吸収膜厚の薄い高透過率領域が形成
されるため、前記二酸化珪素薄膜の膜厚は低透過率領域
に必要な膜厚であり、１００Å〜１μｍの範囲であり、
例えば５００Åである。

【００２５】続いて前記フォトレジスト３４を露光し、
前記吸収膜３２をエッチングする工程であるが、前記第
三の強度透過率分布に存在する強度透過率が唯一の場合
は、露光工程及びエッチング工程は一度のみである。ま
た前記第三の強度透過率分布に存在する強度透過率の値
が二つ以上の場合は、前記露光工程及び前記エッチング
工程は複数回必要とする。本実施例では、前記吸収３２
中に一つの段差が存在し、低透過率領域及び高透過率領
域を形成する必要があるため、吸収膜による透過率分布
を形成する露光工程及びエッチング工程は二度連続して
行なわれる。以下にその工程を示す。

【００２６】まず前記フォトレジスト３４に対して第一
の露光工程を行ない、前記低透過率領域を被覆するレジ
ストパターンを形成し（図３（ｂ））、前記フォトレジ
スト３４を保護膜として、前記吸収膜３２をＣＦ4もし
くはＣ2Ｆ6による反応性イオンエッチングする。本エッ
チング工程によって被エッチング領域の吸収膜の残膜厚
は、高透過率領域に必要な膜厚となり、前記高透過率領
域の強度透過率が前記低透過率領域の強度透過率の２倍
の時、前記高透過率領域の残膜厚は前記低透過率領域の
膜厚の０．７倍となり、本実施例では３５０Å残される
（図３（ｃ））。 前記フォトレジスト３４を硫酸剥離
した後、再びフォトレジスト３５を全面に塗布し（図３
（ｄ））、第二の露光工程を行ない、露光光が完全に透
過する開口領域のみが開口されたレジストパターンが形
成する（図３（ｅ））。再び前記フォトレジスト３５を
保護膜としてＣＦ4もしくはＣ2Ｆ6により第二の反応性
イオンエッチングを行なう。第二のエッチング工程にお
ける被エッチング領域は開口領域であり、本エッチング
工程により前記吸収膜３２を完全に除去する（図３
（ｆ））。

【００２７】以上二度の露光工程及びエッチング工程に
よって、前記請求項１記載の第三の強度透過率分布がフ
ォトマスク上に形成される。

【００２８】さらにフォトマスク３５を硫酸剥離した
後、露光光を完全に遮光するために酸化クロム、金属ク
ロム、酸化クロムの三層構造からなる遮光膜３３を積層
し、再々度フォトレジスト３６を全面に塗布する（図３
（ｇ））。引続き第三の露光工程により、遮光領域のみ
を被覆したレジストパターンを形成し（図３（ｈ））、
硝酸アンモニウムにより遮光膜３３を選択的にエッチン
グして、遮光領域にのみ前記遮光膜３３を形成する（図
３（ｉ））。

【００２９】最後にフォトレジスト３６を硫酸剥離する
ことにより、前記請求項１記載の構造を有し、前記図１
（ａ）に示される断面を有するフォトマスクが形成され
る（図３（ｊ））。

【００３０】図４は前記請求項４記載のフォトマスクの
製造方法の第二の実施例を示した図である。本実施例に
よって製造されるフォトマスクは前記図２（ａ）の構造
を有する。

【００３１】まずフォトマスクを形成する基板として、
露光光源に用いる高圧水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）
を完全に透過する材質である石英ガラス基板４１を用い
る。ここでまず露光光を完全に遮光するために酸化クロ
ム、金属クロム、酸化クロムの三層構造からなる遮光膜
４３を積層し、さらにフォトレジスト４４を全面に塗布
する（図４（ａ））。

【００３２】引続き前記フォトレジスト４４を露光し、
遮光領域のみを被覆したレジストパターンを形成し（図
４（ｂ））、硝酸アンモニウムにより遮光膜４３を選択
的にエッチングして、遮光領域にのみ前記遮光膜４３を
形成する（図４（ｃ））。

【００３３】次に前記フォトマスク４４を硫酸剥離した
後、前記石英ガラス基板４１および前記遮光膜４３上
に、露光光を吸収する硼素イオンを立方センチメートル
当たり１０¹⁵〜１０²⁰の等濃度に含有する二酸化珪素薄
膜を積層させ、吸収膜４２を形成する。またフォトレジ
スト４５を前記酸化吸収膜４２上に塗布する（図４
（ｄ））。

【００３４】硼素イオン濃度は前記吸収膜４２中で一定
であるため、膜厚によって露光光の吸収量を制御して強
度透過率に分布を形成することが可能であり、膜厚が薄
くなるにしたがい強度透過率が高上する。したがって前
記前記ガラス基板３１上に積層する二酸化珪素薄膜の膜
厚は、遮光膜の形成される遮光領域以外で前記請求項１
記載の第三の強度透過率分布中の最低の強度透過率を達
成するために必要な膜厚よりも厚くなければならない。
本実施例では開口領域及び遮光領域の他に、吸収膜厚の
厚い低透過率領域と吸収膜厚の薄い光透過率領域が形成
されるため、前記二酸化珪素薄膜の膜厚は低透過率領域
に必要な膜厚であり、１００Å〜１μｍの範囲であり、
例えば５００Åである。

【００３５】続いて前記フォトレジスト４５を露光し、
前記吸収膜４２をエッチングする工程であるが、前記第
三の強度透過率分布に存在する強度透過率が唯一の場合
は、露光工程及びエッチング工程は一度のみである。ま
た前記第三の強度透過率分布に存在する強度透過率の値
が二つ以上の場合は、前記露光工程及び前記エッチング
工程は複数回必要とする。本実施例では、前記吸収３２
中に一つの段差が存在し、低透過率領域及び高透過率領
域を形成する必要があるため、吸収膜による強度透過率
分布を形成する露光工程及びエッチング工程は二度連続
して行なわれる。以下にその工程を示す。

【００３６】まず前記フォトレジスト４５に対して第一
の露光工程を行ない、前記低透過率領域を被覆するレジ
ストパターンを形成し（図４（ｅ））、前記フォトレジ
スト４５を保護膜として、前記吸収膜４２をＣＦ4もし
くはＣ2Ｆ6による反応性イオンエッチングする。本エッ
チング工程によって被エッチング領域の吸収膜の残膜厚
は、高透過率領域に必要な膜厚となり、前記高透過率領
域の強度透過率が前記低透過率領域の強度透過率の２倍
の時、前記高透過率領域の残膜厚は前記低透過率領域の
膜厚の０．７倍となり、本実施例では３５０Å残される
（図４（ｆ））。 前記フォトレジスト４５を硫酸剥離
した後、再びフォトレジスト４６を全面に塗布し（図４
（ｇ））、第二の露光工程を行ない、露光光が完全に透
過する開口領域のみが開口されたレジストパターンを形
成する（図４（ｈ））。再び前記フォトレジスト４６を
保護膜としてＣＦ4もしくはＣ2Ｆ6により第二の反応性
イオンエッチングを行なう。第二のエッチング工程にお
ける被エッチング領域は開口領域であり、本エッチング
工程により前記吸収膜４２を完全に除去する（図４
（ｉ））。

【００３７】以上二度の露光工程及びエッチング工程に
よって、前記請求項１記載の第三の強度透過率分布がフ
ォトマスク上に形成される。

【００３８】最後にフォトレジスト４６を硫酸剥離する
ことにより、前記請求項１記載の構造を有し、前記図２
（ａ）に示される断面を有するフォトマスクが形成され
る（図４（ｊ））。

【００３９】図５は前記請求項３記載の本発明による露
光方法を示した図である。図５（ａ）は本露光方法に用
いる前記請求項１記載の強度透過率分布の形成された構
造を有するフォトマスクを、図５（ｂ）は前記図５
（ａ）の構造を有するフォトマスクの強度透過率分布
を、図５（ｃ）は前記図５（ａ）の構造を有するフォト
マスクによって露光した時のレジストパターンをそれぞ
れ示した図である。

【００４０】本露光方法に用いるフォトマスクは、露光
光源に用いる高圧水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）を完
全に透過する材質である石英ガラス基板５１を用いる。
また前記露光光を完全に遮断するために酸化クロム、金
属クロム、酸化クロムの三層構造による遮光膜５３が前
記石英ガラス基板５１上に形成されている。さらに前記
石英ガラス基板５１及び前記遮光膜５３上に、露光光を
吸収する硼素イオンを立方センチメートル当たり１０¹⁵
〜１０²⁰の濃度で含有し、段差が存在する二酸化珪素薄
膜からなる吸収膜５２によって前記請求項１記載の第三
の強度透過率分布が形成されている（図５（ａ））。

【００４１】前記図５（ａ）記載の構造を有するフォト
マスクの強度透過率分布による透過露光光強度は、前記
遮光膜５３の形成された領域では０であり、前記遮光膜
５３及び前記吸収膜５２のいずれも形成されていない開
口領域では強度が最大となる。また前記吸収膜５２のみ
形成された領域では、前記開口領域と比較して相対的に
強度は弱くなり、また膜厚の厚いほど相対強度は弱くな
る（図５（ｂ））。本実施例では低透過率領域における
前記吸収膜５２の膜厚は１０００Å、強度透過率は２５
％であり、高透過率領域における前記吸収膜５２の膜厚
は７００Å、強度透過率は５０％である。

【００４２】前記図５（ａ）の構造を有し、前記図５
（ｂ）の透過露光光強度分布を生じさせるフォトマスク
によってフォトレジストを露光した場合、遮光領域では
全く露光されず、開口領域では完全に露光されて現像後
のレジスト残りはない。一方前記二酸化珪素薄膜５２の
形成されている領域では光吸収のため露光不足となり、
現像後にはレジストが残される。前記レジスト残りは露
光強度に依存するため、低透過領域の残膜厚は前記遮光
領域の残膜厚よりも薄く、さらに高透過率領域の残膜厚
は前記低透過率領域の残膜厚よりも薄くなり、現像後の
フォトレジストの形状には恣意的に段差が形成される
（図５（ｃ））。

【００４３】図６は前記請求項４記載の本発明によるエ
ッチング方法を示した図である。

【００４４】まず半導体基板６１上に電子線露光用レジ
スト６２を膜厚５０００Åで塗布する（図６（ａ））。

【００４５】電子線露光は、微細な形状に絞られた電子
線束をレジスト上で走査することでパターンニングを行
なうが、前記電子線束のエネルギーを低くすることで露
光不足の状態にし、現像後にレジスト残りを恣意的に発
生させ、段差を形成することができる。本実施例では、
図６（ａ）記載の前記電子線露光用レジスト６２の塗布
領域を四分割し、前記図６（ａ）の最左を未露光領域、
最右を完全露光領域、中央の二つの領域を不完全露光領
域とする。さらに中央二つの領域の中で、左側の領域の
露光エネルギーを右側の領域の露光エネルギーよりも低
くして露光し、前記左側の領域を不完全低露光領域、前
記右側の領域を不完全高露光率領域とする。以上の露光
方法により、前記四分割した領域は左側から順次露光エ
ネルギーが高くなり、レジスト残膜厚は左側から順に５
０００Å、１０００Å、５００Å、０Åであり、電子線
露光用レジスト６２に段差が形成される（図６
（ｂ））。続いて段差が形成された前記電子線露光用レ
ジスト６２を保護膜としてＣＦ4もしくはＣ2Ｆ6による
反応性イオンエッチングを行なうが、二酸化珪素の電子
線用レジストに対するエッチングレートを１／５となる
条件にする。この時保護膜であるレジストには段差が形
成され膜厚分布が存在するため、エッチング過程におい
て経時的に被エッチング領域が変化する。

【００４６】まずエッチング初期の段階では、中央右側
の不完全高露光領域に形成されている最も薄いレジスト
６２も保護膜として作用するため、前記半導体基板６１
の被エッチング領域は開口された最右の完全露光領域の
みである。しかしながら保護膜であるレジストも半導体
基板６１とともにエッチングされるため、エッチングの
進行に伴って前記未完全高露光領域のレジストも完全に
除去されてしまい、その時の最右の完全露光領域のエッ
チング深さは１００Åである（図６（ｃ））。さらにエ
ッチングを続けると、前記半導体基板６１の前記完全露
光領域及び中央右の未完全高露光領域の二領域がエッチ
ングされる。この時、前記エッチング初期の過程によっ
て完全露光領域と未完全高露光領域の境界に形成された
１００Åの段差は、維持されたままエッチングが行なわ
れる。中央左側の未完全低露光領域のレジスト６２も、
エッチング過程が進むと完全に除去され、前記未完全低
露光領域の半導体基板６１がエッチングされる。前記未
完全低露光領域のエッチング深さが１００Åとなったと
き、前記未完全高露光領域では２００Å、前記完全露光
領域では３００Åのエッチング深さとなる（図６
（ｄ））。

【００４７】最後に前記電子線露光用レジスト６２を硫
酸剥離することにより、一度のエッチング工程により半
導体基板６１に三つの段差がを有する形状が得られる
（図６（ｅ））。

【００４８】図７は前記請求項５記載のフォトマスクの
製造方法の第一の実施例を示した図である。本実施例に
よって製造されるフォトマスクは前記図１（ａ）の構造
を有し、前記請求項３記載の露光方法及び前記請求項４
記載エッチング方法を用いる。

【００４９】まずフォトマスクを形成する基板として、
露光光源に用いる高圧水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）
を完全に透過する材質である石英ガラス基板７１を用い
る。前記石英ガラス基板７１上に、露光光を吸収する硼
素イオンを立方センチメートル当たり１０¹⁵〜１０²⁰の
等濃度に含有する二酸化珪素薄膜を積層させ、吸収膜７
２を形成する。またフォトレジスト７４が前記二酸化珪
素薄膜７２上に塗布されている（図７（ａ））。

【００５０】硼素イオン濃度は前記吸収膜７２中で一定
であるため、膜厚によって露光光の吸収量を制御して強
度透過率に分布を形成することが可能であり、膜厚が薄
くなるにしたがい強度透過率が高上する。したがって前
記ガラス基板７１上に積層する二酸化珪素薄膜の膜厚
は、遮光膜の形成される遮光領域以外で前記請求項１記
載の第三の強度透過率分布中の最低の強度透過率を達成
するために必要な膜厚よりも厚くなければならない。本
実施例では開口領域及び遮光領域の他に、吸収膜厚の厚
い低透過率領域と吸収膜厚の薄い高透過率領域が形成さ
れるため、前記二酸化珪素薄膜の膜厚は低透過率領域に
必要な膜厚であり、１００Å〜１μｍの範囲であり、例
えば５００Åである。さらに前記吸収膜７２上には膜厚
５０００Åのフォトレジストが塗布されている（図７
（ａ））。

【００５１】続いて前記請求項１記載の構造を有するフ
ォトマスクを用い、前記請求項３記載の露光方法によ
り、前記フォトレジスト７４に膜厚分布を形成する。こ
の時、製造されるフォトマスクの開口領域は前記フォト
レジスト７４が完全に除去され、フォトマスクの低透過
率領域の前記フォトレジスト７４は完全に未露光であ
り、塗布膜厚が維持されている。また高透過率領域は未
完全に露光され、１６５０Åのレジスト残りが恣意的に
形成されている（図７（ｂ））。

【００５２】続いて前記膜厚分布の形成されたフォトレ
ジスト７４を保護膜とし、ＣＦ4もしくはＣ2Ｆ6による
反応性イオンエッチングを前記請求項４記載のエッチン
グ方法により行い、前記吸収膜７２をエッチングする
が、二酸化珪素のフォトレジストに対するエッチングレ
ートを１／５となる条件にする。レジストの形成されて
いない開口領域では前記吸収膜７２は完全に除去され、
低透過率領域領域では全くエッチングされない。またレ
ジスト残膜の薄い高透過率領域では、エッチング初期で
は前記フォトレジスト７４が保護膜として作用するが、
前記フォトレジスト７４がエッチング過程で除去される
と、その後は前記吸収膜７２がエッチングされ始め、１
５０Åだけエッチングされた段差が形成される（図７
（ｃ））。

【００５３】以上一度の露光工程及びエッチング工程に
よって、前記請求項１記載の第三の強度透過率分布がフ
ォトマスク上に形成される。

【００５４】さらにフォトマスク７４を硫酸剥離した
後、露光光を完全に遮光するために酸化クロム、金属ク
ロム、酸化クロムの三層構造からなる遮光膜７３を積層
し、再々度フォトレジスト７５を全面に塗布する（図７
（ｄ））。

【００５５】前記フォトレジスト７５を露光し、遮光領
域のみを被覆したレジストパターンを形成し（図７
（ｅ））、硝酸アンモニウムにより遮光膜７３を選択的
にエッチングして、遮光領域にのみ前記遮光膜７３を残
す（図７（ｆ））。

【００５６】最後にフォトレジスト７５を硫酸剥離する
ことにより、前記請求項１記載の構造を有し、前記図１
（ａ）に示される断面を有するフォトマスクが形成され
る（図７（ｇ））。

【００５７】図８は前記請求項５記載のフォトマスクの
製造方法の第二の実施例を示した図である。本実施例に
よって製造されるフォトマスクは前記図２（ａ）の構造
を有し、前記請求項３記載の露光方法及び前記請求項４
記載エッチング方法を用いる。

【００５８】まずフォトマスクを形成する基板として、
露光光源に用いる高圧水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）
を完全に透過する材質である石英ガラス基板８１を用い
る。ここでまず露光光を完全に遮光するために酸化クロ
ム、金属クロム、酸化クロムの三層構造からなる遮光膜
８３を積層し、さらにフォトレジスト８４を全面に塗布
する（図８（ａ））。

【００５９】引続き前記フォトレジスト８４を露光し、
遮光領域のみを被覆したレジストパターンを形成し（図
８（ｂ））、硝酸アンモニウムにより遮光膜８３を選択
的にエッチングして、遮光領域にのみ前記遮光膜８３を
形成する（図８（ｃ））。

【００６０】次に前記フォトマスク８４を硫酸剥離した
後、前記石英ガラス基板８１および前記遮光膜８３上
に、露光光を吸収する硼素イオンを立方センチメートル
当たり１０¹⁵〜１０²⁰の等濃度に含有する二酸化珪素薄
膜を積層させ、吸収膜８２を形成する。またフォトレジ
スト８５を前記吸収膜８２上に塗布する（図８
（ｄ））。

【００６１】硼素イオン濃度は前記吸収膜８２中で一定
であるため、膜厚によって露光光の吸収量を制御して強
度透過率に分布を形成することが可能であり、膜厚が薄
くなるにしたがい強度透過率が高上する。したがって前
記ガラス基板８１上に積層する二酸化珪素薄膜の膜厚
は、遮光膜の形成される遮光領域以外で前記請求項１記
載の第三の強度透過率分布中の最低の強度透過率を達成
するために必要な膜厚よりも厚くなければならない。本
実施例では開口領域及び遮光領域の他に、吸収膜厚の厚
い低透過率領域と吸収膜厚の薄い光透過率領域が形成さ
れるため、前記二酸化珪素薄膜の膜厚は低透過率領域に
必要な膜厚であり、１００Å〜１μｍの範囲で、例えば
５００Åである。さらに前記吸収膜８２上に、膜厚５０
００Åのフォトレジスト８５が塗布されている。

【００６２】続いて前記請求項１記載の構造を有するフ
ォトマスクを用い、前記請求項３記載の露光方法によ
り、前記フォトレジスト８５に膜厚分布を形成する。こ
の時、製造されるフォトマスクの開口領域は前記フォト
レジスト８５が完全に除去され、フォトマスクの低透過
率領域の前記フォトレジスト８５は完全に未露光であ
り、塗布膜厚が維持されている。また低透過率領域は未
完全に露光され、１６５０Åのレジスト残りが恣意的に
形成されている（図８（ｅ））。

【００６３】続いて前記膜厚分布の形成されたフォトレ
ジスト８５を保護膜とし、ＣＦ4もしくはＣ2Ｆ6による
反応性イオンエッチングを前記請求項４記載のエッチン
グ方法により行い、前記吸収膜８２をエッチングする
が、二酸化珪素のフォトレジストに対するエッチングレ
ートを１／５となる条件にする。レジストの形成されて
いない開口領域では前記吸収膜８２は完全に除去され、
低透過率領域では全くエッチングされない。またレジス
ト残膜の薄い高透過率領域では、エッチング初期では前
記フォトレジスト８５が保護膜として作用するが、前記
フォトレジスト８５がエッチング過程で除去されると、
その後は前記吸収膜８２がエッチングされ始め、１５０
Åだけエッチングされた段差が形成される（図８
（ｆ））。

【００６４】以上一度の露光工程及びエッチング工程に
よって、前記請求項１記載の第三の強度透過率分布がフ
ォトマスク上に形成される。

【００６５】最後にフォトレジスト８５を硫酸剥離する
ことにより、前記請求項１記載の構造を有し、前記図２
（ａ）に示される断面を有するフォトマスクが形成され
る（図４（ｊ））。

【００６６】以上の本発明によるフォトマスク及びフォ
トマスクの製造方法の実施例において、露光光源として
高圧水銀灯のｉ線を用いたが、その他高圧水銀灯のｇ線
またはＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザ
ーによるレーザー光を用いた露光装置に用いるフォトマ
スクの場合でも実施可能である。

【００６７】また露光光を吸収するイオンとして硼素イ
オンを用いたが、リチウムイオン、ベリリウムイオン、
ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウム
イオン、燐イオン、カリウムイオン、カルシウムイオ
ン、スカンジウムイオン、チタンイオン、バナジウムイ
オン、クロムイオン、コバルトイオン、銅イオン、亜鉛
イオン、ガリウムイオン、ゲルマニウムイオン、砒素イ
オン、セレンイオン、ルビジウムイオン、ストロンチウ
ムイオン、イットリウムイオン、ジルコニウムイオン、
ニオブイオン、モリブデンイオン、セシウムイオン、バ
リウムイオン、等の場合でも可能である。

【００６８】また保護膜とするフォトレジストの塗布膜
厚もしくは現像後の残膜厚、または吸収膜厚は本実施例
の数値に限られず、イオン濃度及び反応性イオンエッチ
ングにおけるエッチングレートを変化させることで、異
なる膜厚であっても実施可能である。

【００６９】

【発明の効果】本発明により、露光工程後のレジスト形
状に段差を形成する露光方法において、従来の電子線露
光の露光エネルギーを局所的に変動させる方法と比較し
て、フォトリソグラフィ工程によってフォトレジストを
一括で露光することが可能となるため、スループットの
向上が期待される。また半導体素子の製造に用いる場合
には、他のフォトリソグラフィ工程と同一の投影露光装
置を用いた露光が可能となる。

【００７０】次に基板に複数の段差を形成するエッチン
グ方法においては、従来では複数回数の露光工程及びエ
ッチング工程が必要であったが、本発明により予め膜厚
分布が形成されたレジストを保護膜として用いてエッチ
ングすることで、一度のエッチング工程によって可能と
なり、複数の工程を連続して繰り返す必要がなくなり、
工程数の減少とスループットが向上が期待できる。

【００７１】さらに本露光方法に用いる透過率分布が形
成されたフォトマスクは、従来では透過率分布を金属薄
膜によって入射光の一部を反射させるものであり、した
がって反射迷光の影響が回避できないが、本発明による
フォトマスク及びフォトマスクの製造方法によって、透
過率分布を露光光を吸収するイオンを含有する薄膜の膜
厚分布で形成することで、反射迷光の影響を抑制し、露
光寸法の制御性の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明によるフォトマスクの構造の第
一の実施例を示した図である。（ｂ）は前記図１（ａ）
記載のフォトマスクの強度透過率分布を示した図であ
る。

【図２】（ａ）は本発明によるフォトマスクの構造の第
二の実施例を示した図である。（ｂ）は前記図２（ａ）
記載のフォトマスクの強度透過率分布を示した図であ
る。

【図３】前記図１（ａ）記載の構造を有するフォトマス
クの本発明による第一の製造方法の実施例を示した図で
ある。

【図４】前記図２（ａ）記載の構造を有するフォトマス
クの本発明による第一の製造方法の実施例を示した図で
ある。

【図５】本発明の露光光方法の実施例を示した図であ
る。（ａ）は本実施例に用いるフォトマスクの断面図で
ある。（ｂ）は前記図５（ａ）記載のフォトマスク透過
後の露光光の強度分布の図である。（ｃ）は本実施例に
よる露光及び現像後のフォトレジストの断面図である。

【図６】本発明のエッチング方法の実施例を示した図で
ある。

【図７】本発明による、前記請求項４記載の露光方法及
び前記請求項３記載のエッチング方法を用いた、前記図
１（ａ）記載の構造を有するフォトマスクの第二の製造
方法の実施例を示した図である。

【図８】本発明による、前記請求項４記載の露光方法及
び前記請求項３記載のエッチング方法を用いた、前記図
２（ａ）記載の構造を有するフォトマスクの第二の製造
方法の実施例を示した図である。

【符号の説明】

１１．石英ガラス基板 １２．吸収膜 １３．遮光膜 ２１．石英ガラス基板 ２２．吸収膜 ２３．遮光膜 ３１．石英ガラス基板 ３２．吸収膜 ３３．遮光膜 ３４，３５，３６．フォトレジスト ４１．石英ガラス基板 ４２．吸収膜 ４３．遮光膜 ４４，４５，４６．フォトレジスト ５１．石英ガラス基板 ５２．吸収膜 ５３．遮光膜 ５４．半導体基板 ５５．フォトレジスト ６１．石英ガラス基板 ６２．フォトレジスト ７１．石英ガラス基板 ７２．吸収膜 ７３．遮光膜 ７４．フォトレジスト ８１．石英ガラス基板 ８２．吸収膜 ８３．遮光膜 ８４．フォトレジスト

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影露光装置に用い、遮光膜によって露
   光光が完全に遮断される領域における第一の強度透過
   率、及びガラス基板のみの開口部で露光光が完全に透過
   される領域における第二の強度透過率の少なくとも一つ
   の強度透過率をもつ領域を有し、かつ前記第一の強度透
   過率及び前記第二の強度透過率のいずれとも異なる少な
   くとも一つの強度透過率による第三の強度透過率分布を
   もつ領域を有するフォトマスクにおいて、フォトマスク
   に露光光を吸収するイオンを等濃度含有する露光光吸収
   領域を形成し、前記露光光吸収領域中を露光光が透過す
   る距離の分布により前記第三の強度透過率分布を形成す
   ることを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の構造を有するフォト
   マスクの製造方法において、ガラス基板上に露光光を吸
   収するイオンを等濃度含有する吸収膜を形成し、少なく
   とも一度のエッチング工程により前記吸収膜に膜厚分布
   を形成することで、露光光が露光光吸収領域を透過する
   距離に分布を形成することを特徴とするフォトマスクの
   製造方法。
3. 【請求項３】 フォトマスクを用いた投影露光装置によ
   るフォトレジストの露光方法において、前記請求項１記
   載の構造を有するフォトマスクを用いることにより、レ
   ジストパターンに膜厚分布を形成することを特徴とする
   露光方法。
4. 【請求項４】 レジストを保護膜として用いるエッチン
   グ方法において、膜厚分布が形成されたレジストを保護
   膜として用い、前記レジストの膜厚分布中の少なくとも
   一つの領域のレジスト及び下地基板をエッチングするこ
   とにより、前記下地基板のエッチング深さに分布を形成
   することを特徴とするエッチング方法。
5. 【請求項５】 前記請求項１記載の構造を有するフォト
   マスクの製造方法において、ガラス基板上に露光光を吸
   収するイオンを等濃度含有する吸収膜を形成し、前記請
   求項４記載のエッチング方法によって前記吸収膜に膜厚
   分布を形成することで、露光光が露光光吸収領域を透過
   する距離に分布を形成することを特徴とするフォトマス
   クの製造方法。