JPH07142531A - 転写マスク及びそれを用いたレジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部分的に膜厚を制御することのできる転写マ
スク及びそれを用いたレジストパターン形成方法を提供
し、半導体装置の製造工程で発生する不要なオーバーエ
ッチングを防止して半導体装置の信頼性の向上を図る。 【構成】 露光光２を透過する基板１１上に、解像パタ
ーン群１２と非解像パターン群１３とを形成した。解像
パターン群１２は、遮光膜１０を有し、露光光２の波長
に対して解像する開口パターン１４と遮光パターン１５
を配置してなるものである。非解像パターン群１３は、
遮光膜１０を有し、露光光２の波長に対して非解像にな
る開口パターン１６と遮光パターン１５とを所定密度で
配置してなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転写マスク及びこの転
写マスクを用いたレジストパターン形成方法に関し、特
にはフォトリソグラフィーに用いる転写マスクとそれを
用いたレジストパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、試料基板上
にレジストパターンを形成し、このレジストパターンを
マスクにして様々な処理を行っている。

【０００３】上記レジストパターンを試料基板上に形成
する方法の一つに、フォトリソグラフィーがある。この
方法は、試料基板上に塗布したレジスト膜に転写マスク
を介して露光光を照射し、その後レジスト膜の現像処理
を行うことによって、試料基板上にレジストパターンを
形成する方法である。

【０００４】例えば、レジスト膜にネガ型の感光性組成
物を用いた場合には、上記の転写マスクを介して露光光
が照射された部分のレジスト膜の架橋反応が進む。この
ため、その後の現像処理によって露光光が照射されない
部分が除去され、露光光が照射された部分にレジストパ
ターンが形成される。また、レジスト膜にポジ型の感光
性組成物を用いた場合には、上記の転写マスクを介して
露光光が照射された部分のレジスト膜の分解反応が進
む。このため、現像処理によって露光光が照射された部
分が除去され、それ以外の部分にレジストパターンが形
成される。

【０００５】上記転写マスクは、露光光を透過する基板
と、この基板上に形成される転写パターンとで構成され
ている。この転写パターンは、露光光に対して遮光性を
有する遮光膜とこの遮光膜に形成する開口部とで構成さ
れる。そして、遮光膜及びその開口部は、露光光に対し
て解像度を有する大きさに形成されており、露光光の照
射によって上記の転写パターンがレジスト膜に精度よく
投影されるようになっている。

【０００６】このため、転写マスクを介してレジスト膜
に照射される露光光のエネルギーは、露光光の照射部分
において均一になり、露光光の照射によるレジスト膜の
反応も均一に進行する。例えば、ネガ型のレジスト膜を
用いた場合には、露光光の照射部分では均一に架橋反応
が進むため、試料基板上に形成されるレジストパターン
の膜厚は、試料基板上に塗布されるレジスト膜の膜厚に
依存する。したがって、レジスト膜の膜厚が均一の厚さ
である場合には、上記レジストパターンの膜厚も均一に
形成される。

【０００７】そして、半導体装置の製造工程では、上記
のようにして形成したレジストパターンをマスクにし
て、試料基板にパターンを形成するためのエッチング
や、部分的な不純物の拡散等の処理を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の転写マ
スクとこの転写マスクを用いたレジストパターン形成方
法には、以下の様な課題がある。すなわち、近年の半導
体製品の高機能化と高集積化に伴い、レジストパターン
を塗布する試料基板の表面状態はより複雑な構成になっ
ている。例えば、図８に示すウエハ８には、パッド部８
０１とセンサー部８０２とが形成されている。このパッ
ド部８０１には、試料基板８０３の上部に絶縁膜（図示
せず）を介して電極パッド８０４が形成されている。こ
の電極パッド８０４の表面には、工程検査において形成
された針当て傷８０５がある。また、センサー部８０２
には、試料基板８０３の上面に積層構造の導電層８０６
が形成されている。そして、この導電層８０６は、その
一部を開口して試料基板８０３の表面を露出し、この部
分に受光面８０７が形成されている。そして、上記ウエ
ハ８の上面には有機膜８０８が成膜されており、この有
機膜８０８は、素子製造のプロセス中において電極パッ
ド８０４の上面では薄く形成されている。

【０００９】上記のように複雑に形成されたウエハ８に
おいて、有機膜８０８よりなるパターンをセンサー部８
０２に形成する場合、以下のようにする。先ず、上記レ
ジストパターン形成方法によって、有機膜８０８の上面
にレジストパターン８０９を形成する。このレジストパ
ターン８０９は所定の膜厚で形成されており、その他の
部分にはレジストパターンは形成されない。次に、レジ
ストパターン８０９をマスクにして、ＲＩＥによって有
機膜８０８を除去する。そして、図９に示すように、セ
ンサー部８０２の受光面８０７の上部にのみ有機膜８０
８よりなるパターンを形成する。

【００１０】しかし、電極パッド８０４の上面の有機膜
８０８は、他の部分よりも薄く形成されている。このた
め、上記のＲＩＥによる有機膜８０８の除去では、電極
パッド８０４がオーバーエッチングされる。このオーバ
ーエッチングによって、電極パッド８０４に形成された
針当て傷８０５の部分のエッチングが進行し、ここでは
図示しない絶縁膜を突き抜けて試料基板８０３にまで達
する。そして、その後の工程において、この電極パッド
８０４にワイヤーボンディングを行うと、ワイヤーの金
属成分が基板８０３にまで達し、各電極パッド８０３が
導通する不良が発生する。

【００１１】そこで、本発明は、試料基板の上部におい
て部分的に膜厚を制御することのできる転写マスク及び
それを用いたレジストパターン形成方法を提供し、これ
によって、半導体製品の信頼性と生産性の向上を図るこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の転写マスクは、露光光を透過する基板上に
解像パターン群と非解像パターン群とを形成したもので
ある。上記解像パターン群は、遮光膜を有し、露光光の
波長に対して解像するパターンを配置してなるものであ
る。また、上記非解像パターン群は、遮光膜を有し、上
記露光光の波長に対して非解像になるパターンを所定密
度で配置してなるものである。

【００１３】また、本発明のレジストパターン形成方法
は、上記発明の転写パターンを用いた露光による方法で
ある。この方法では、先ず上記転写マスクの解像パター
ン群と非解像パターン群とを通過した露光光によって試
料基板上に塗布したレジスト膜を露光する。その後、こ
のレジスト膜を現像処理して、試料基板上に解像レジス
トパターンと上記非解像パターン群を通過してレジスト
膜に照射された露光光の量に対応する膜厚の非解像レジ
ストパターンとを形成する。

【００１４】

【作用】上記の転写マスクでは、非解像パターン群に入
射した露光光は、この非解像パターン群に配置した非解
像のパターンで回折する。そして、回折した露光光は、
例えばレジスト膜に照射される。したがって、この非解
像パターン群の下方のレジスト膜に照射される露光光の
単位面積当たりの露光エネルギーは、解像パターン群と
比較して小さくなる。また、非解像パターン群に所定の
密度で上記のパターンを配置することによって、この非
解像パターン群の下方のレジスト膜には、その全面に露
光光が分散して照射されるようになると共に、上記密度
に対応した露光エネルギーの露光光が照射される。

【００１５】次に、上記のレジストパターン形成方法で
は、上記の転写マスクを用いてレジスト膜の露光を行っ
ている。このため、上記転写マスクの非解像パターン群
の下方のレジスト膜には、レジスト膜の全面に露光光が
分散して照射され、この部分で一つの非解像レジストパ
ターンが形成される。また、上記露光の際には、この非
解像パターン群に配置したパターンの密度によって、当
該非解像パターン群を通過する露光光が制御される。こ
のため、非解像パターン群の下方に形成される非解像レ
ジストパターンの膜厚は、転写マスクのこの非解像パタ
ーン群のパターン密度に応じた膜厚で形成される。また
解像パターン群の下方のレジスト膜には、所定の膜厚を
保ったレジストパターンが形成される。したがって、試
料基板上の一部には、膜厚の薄い非解像レジストパター
ンが形成される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、実施例の転写マスク１の一例を示す断面
模式図である。この転写マスク１は、露光光２を透過す
る基板１１と、この基板１１上に形成した解像パターン
群１２と非解像パターン群１３とで構成されている。上
記解像パターン群１２と非解像パターン群１３とは、例
えばクロムのような露光光２に対する遮光性を有する材
料よりなる遮光膜１０を基板１１上に成膜し、この遮光
膜１０に開口部を形成して開口パターン１４，１６と遮
光パターン１５，１７とを形成したものである。

【００１７】上記基板１１上の解像パターン群１２に
は、露光光２の波長に対して解像する大きさの開口パタ
ーン１４と遮光パターン１５とが配置されている。ま
た、非解像パターン群１３には、露光光２の波長に対し
て非解像になる開口パターン１６と遮光パターン１７と
が配置さている。

【００１８】図２には、上記転写マスク１の平面図を示
した。例えば、露光光の波長が３６５ｎｍである場合、
図２に示すように、非解像パターン群１３は、０．２μ
ｍ角あるいは０．３μｍ角程度のドット状の開口パター
ン１６と遮光パターン１７とを交互に配置してなる。こ
の開口パターン１６と遮光パターン１７との配置状態
は、非解像パターン群１３を透過する露光光２が、その
非解像パターン群１３の下方に位置する試料の全面に照
射されるように設定する。

【００１９】また、非解像パターン群１３に占める開口
パターン１６の面積密度は、上記試料に照射する露光光
の大意面積当たりの露光エネルギーに対応させる。例え
ば、図２に示す非解像パターン群１３の開口パターンの
密度は５０％である。また、図３に示す転写マスク１
は、その非解像パターン群１３が、例えば０．２μｍ角
のドット状の開口パターン１６と０．２μｍ×０．３μ
ｍの遮光パターン１７とを交互に配置してなる。この非
解像パターン群１３においては、開口パターンの密度は
４０％である。

【００２０】上記の転写マスク１では、非解像パターン
群１３を通過する露光光２は、上記のように配置された
開口パターン１６で回折して分散される。したがって、
この非解像パターン群１３の下方の試料に照射される露
光光２の単位面積当たりの露光エネルギーは、解像パタ
ーン群１２の場合と比較して小さくなる。また、非解像
パターン群１３に所定の密度で開口パターン１６を配置
することによって、露光光２はこの非解像パターン群１
３の下方の試料に位置する試料の全面に照射されるよう
になると共に、その密度に対応した露光エネルギーの露
光光が上記試料に照射される。

【００２１】次に、上記のように形成した転写マスク１
を用いて、レジストパターンを形成する方法を図４に基
づいて説明する。先ず、図４（１）に示すように、試料
基板４１上に所定膜厚のレジスト膜４２を成膜する。そ
して、この試料基板４１の上方に、上記の転写マスク１
を配置し、転写マスク１の上方から露光光２を照射す
る。これによって、転写マスク１を介して、試料基板４
１上のレジスト膜４２の露光を行う。

【００２２】その後、図４（２）に示すように、レジス
ト膜４２の現像処理を行い、試料基板４１上に解像レジ
ストパターン４３と非解像レジストパターン４４とを形
成する。例えば、ネガ型のレジスト膜を用いた場合に
は、解像レジストパターン４３は、転写マスクの解像パ
ターン群に配置した開口パターン１４に対応して形成さ
れる。

【００２３】また、ここでは、転写マスク１の非解像パ
ターン群１３に配置した開口パターン１６の密度によっ
て、非解像パターン群１３の下方のレジスト膜４２への
露光光の照射量を制御し、この露光光の照射量に対応し
た膜厚の非解像レジストパターン４４が試料基板４１上
に形成される。

【００２４】この開口パターン１６の密度と非解像レジ
ストパターン４４の膜厚とは、予め使用するレジスト膜
に関して測定したデータによって決める。図５には、非
解像パターン群の開口パターンの大きさと密度とを変化
させた転写マスクにおいて形成される、非解像レジスト
パターンの膜厚を膜減り率として示した。ここで用いた
レジスト膜はネガ型であり、標準露光時間（Ｓ）におい
ては、解像パターン群の開口パターン部分に対応するレ
ジスト膜の膜減り率が０％になる。

【００２５】この図から、例えば、標準露光時間（Ｓ）
において、図２で示した０．３ドットの開口パターンが
密度５０％で形成されている非解像パターン群に対応し
て形成される非解像レジストパターンの膜減り率５１
は、約２５％である。また、図３に示した０．３ドット
の開口パターンが密度４０％で形成されている非解像パ
ターン群に対応して形成される非解像レジストパターン
の膜減り率５４は、約５５％である。

【００２６】上記のレジストパターン形成方法では、上
記の非解像パターン群を形成した転写マスクを用いてレ
ジスト膜の露光を行っている。このため、非解像パター
ン群の下方のレジスト膜には、レジスト膜の全面に露光
光が分散して照射され、この部分で一つの連続した非解
像レジストパターンが形成される。また、上記露光の際
には、転写マスクの非解像パターン群に配置した開口パ
ターンの密度によって、当該非解像パターン群の下方へ
の露光光の照射量を制御しており、試料基板上にはこの
照射量に対応した膜厚の非解像レジストパターンが形成
される。これによって、試料基板上には、解像レジスト
パターンと共に膜厚の薄い非解像レジストパターンを形
成することができる。

【００２７】以下に、半導体製造工程において、上記の
レジストパターン形成方法を実施する場合を図６に基づ
いて説明する。図６（１）に示すように、レジストパタ
ーンを形成するウエハ６には、パッド部６１とセンサー
部６２とが形成されている。このパッド部６１には、試
料基板６３の上部に絶縁膜（図示せず）を介して電極パ
ッド６４が形成されている。この電極パッド６４の表面
には、工程検査において形成された針当て傷６５があ
る。また、センサー部６２には、試料基板６３の上面に
積層構造の導電層６６が形成されている。そして、この
導電層６６は、その一部を開口して試料基板６３の表面
を露出する状態の受光面６７が形成されている。

【００２８】このような構成のウエハ６の上面には有機
膜７が成膜されており、この有機膜７は、素子製造のプ
ロセス中において電極パッド６４の上面では薄く形成さ
れている。

【００２９】上記のように形成されたウエハ６におい
て、センサー部６２の受光面６７の上部にのみ有機膜７
を残して、他の部分の有機膜７をエッチング除去する場
合には以下のように行う。

【００３０】先ず、有機膜７の上面にレジスト膜８を成
膜する。次に、図６（２）に示すように、上記のレジス
トパターン形成方法により、センサー部６２の受光面６
７の上方の有機膜７の上面に解像レジストパターン８１
を形成する。そして、電極パッド６５の上方の有機膜７
の上面には膜厚の薄い非解像レジストパターン８２を形
成する。この非解像レジストパターン８２の膜厚は、上
記転写マスクの非解像パターン群に配置する開口パター
ンの密度によって制御し、ＲＩＥによる有機膜７のエッ
チングが電極パッド６４に達するような厚さにする。

【００３１】その後、図７に示すように、上記のように
して形成した解像レジストパターン８１と非解像レジス
トパターン８２とをマスクにして、ＲＩＥによって有機
膜７のエッチングを行う。これによって、センサー部６
２の受光面６７の上面に有機膜７のパターンを形成す
る。

【００３２】上記の方法によって有機膜７のパターンを
形成した場合以下のようになる。電極パッド６５の上方
には、解像レジストパターン８１と比較して薄い膜厚の
非解像レジストパターン８２が形成されている。この非
解像レジストパターン８２は、ＲＩＥの際に電極パッド
６４の針当て傷６５の保護膜になる。さらに、この非解
像レジストパターン８２は、ＲＩＥによる有機膜７のエ
ッチングが電極パッド６４に達するような厚さに形成さ
れているので、電極パッド６４の上面に有機膜７が残っ
て、ボンディングワイヤーの剥がれの原因になることが
防止される。

【００３３】上記実施例においては、転写パターンの非
解像パターン群に形成した開口パターンの形状を０．２
μｍ角あるいは０．３μｍ角のドット状にした。しか
し、本発明は、これに限るものではなく例えば、露光光
の波長に対して解像しない短辺幅の長方形でも良い。こ
の場合、開口パターンによって露光光が回折するよう
に、露光光の振動方向と、開口パターンの短辺方向とを
一致させる。

【００３４】

【発明の効果】以上実施例で説明したように、本発明の
転写マスクによれば、通常の解像パターン群と共に露光
光に対して非解像であるパターンを配置した非解像パタ
ーン群を設けたことにより、この転写マスクを用いたフ
ォトリソグラフィーで、試料基板上に通常のレジストパ
ターンとそれよりも薄い膜厚の非解像のレジストパター
ンとを形成することができる。また、本発明のレジスト
パターン形成方法によれば、上記の転写マスクを用いて
レジストパターンを形成することによって、レジストパ
ターンの膜厚を部分的に制御することが可能になる。し
たがって、半導体製造工程においては、必要に応じて部
分的に適切な膜厚のレジストパターンを形成することに
より、例えばエッチング工程におけるオーバーエッチン
グを防止することができるので、半導体製品の信頼性が
向上する。また、膜厚の異なるレジストパターンを一度
のリソグラフィーで形成できるため、半導体装置の製造
プロセスにおける生産性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の転写マスクの断面模式図である。

【図２】実施例の転写マスクの平面図である。

【図３】実施例の転写マスクの平面図である。

【図４】実施例のレジストパターン形成方法を説明する
断面模式図である。

【図５】レジスト膜の膜減率を示すグラフである。

【図６】実施例を説明する断面模式図である。

【図７】実施例を説明する断面模式図である。

【図８】従来例を説明する断面模式図である。

【図９】従来例を説明する断面模式図である。

【符号の説明】

１ 転写マスク ２ 露光光 １０ 遮光膜 １１ 基板 １２ 解像パターン群 １３ 非解像パターン群 １４，１６ 開口パターン １５，１７ 遮光パターン ４１ 試料基板 ４２ レジスト膜 ４３ 解像レジストパターン ４４ 非解像レジストパターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光光を透過する基板と、 前記基板上に形成した遮光膜を有するものであって、前
   記露光光の波長に対して解像するパターンを配置してな
   る解像パターン群と、 前記基板上に形成した遮光膜を有するものであって、前
   記露光光の波長に対して非解像になるパターンを所定密
   度で配置してなる非解像パターン群とを有することを特
   徴とする転写マスク。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の解像パターン群と非
   解像パターン群とを有する転写マスクを用いた露光によ
   りレジストパターンを形成する方法であって、 前記転写マスクに露光光を照射し、当該転写マスクの解
   像パターン群と非解像パターン群とを通過した前記露光
   光によって試料基板上に塗布したレジスト膜を露光する
   工程と、 前記工程に次いで、前記レジスト膜を現像処理する工程
   とを行い、 前記試料基板上に、解像レジストパターンと、前記非解
   像パターン群を通過してレジスト膜に照射された露光光
   の量に対応する膜厚の非解像レジストパターンとを形成
   することを特徴とするレジストパターン形成方法。