JPH0827534B2 - フォトマスク - Google Patents

フォトマスク

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JPH0827534B2
JPH0827534B2 JP24175290A JP24175290A JPH0827534B2 JP H0827534 B2 JPH0827534 B2 JP H0827534B2 JP 24175290 A JP24175290 A JP 24175290A JP 24175290 A JP24175290 A JP 24175290A JP H0827534 B2 JPH0827534 B2 JP H0827534B2
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和也 加門
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/29Rim PSM or outrigger PSM; Preparation thereof

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はフォトリソグラフィにおいて用いられるフォ
トマスクに関し、特に、LSI半導体装置の製造のための
フォトリソグラフィにおいて用いられるフォトマスクの
改善に関するものである。
[従来の技術] 第7図を参照して、従来のフォトマスクの一例が平面
図で示されている。この図において、ガラス板などの透
光性基板60上にクローム(Cr)の遮光層61が形成されて
いる。遮光層61内には実質的に正方形の開口61aが形成
されている。開口61aを通過した光はレンズ系を介して
半導体ウェハ上に投影される。
第7図のフォトマスクが初期強度“1"の均一な強度分
布を有する入射光に照射されるとき、開口61aの直下に
おける透過光は強度“1"を有し、遮光層61直下における
透過光は強度“0"を有している。すなわち、開口61aの
近傍において、透過光は“1"または“0"のレベルからな
るステップ状の強度分布を有している。しかし、開口61
aの一辺の長さが解像限界付近になれば、レンズ系によ
ってウェハ上に投影される透過光は、小孔による回折現
象のために、第8A図の同心円状の等高線で示されたよう
な強度分布を有するようになる。
第8B図は、第8A図中の線8B-8Bに沿った強度分布を示
している。すなわち、第7図のフォトマスクは実質的に
正方形の開口61aを有しているのもかかわらず、ウェハ
上に投影された光パターンは実質的に円形であり、しか
も、その強度分布はステップ状でなくてガウシアン型に
なっている。
第9図を参照して、第7図のフォトマスクを用いて形
成されたレジスト層中のホールの形状が図解されてい
る。半導体ウェハ90上にレジスト層91が形成されてお
り、現像されたレジスト層91内にはホール92が形成され
ている。第9図の斜視図において、ウェハ90とレジスト
層91は、ホール92の形状をより明瞭に示すために、ホー
ルの中心を通る垂直面で切断されている。この図から明
らかなように、ホール92は円筒状の井戸の形をしてい
る。すなわち、レジスト層中に形成されるホールのサイ
ズが小さくなれば、従来のフォトマスクを用いて実質的
に四辺形の水平断面を有するホールを形成することが困
難となる。
[発明が解決しようとする課題] 上述のように、従来のフォトマスクにおいては、四辺
形の光パターンをウェハ上に忠実に結像させることが困
難であり、また、その光パターンのコントラストも劣化
するという課題がある。
このような先行技術の課題に鑑み、本発明の目的は、
半導体ウェハ上で高いコントラストで微細な四辺形の光
パターンを形成することができるフォトマスクを提供す
ることである。
[課題を解決するための手段] 本発明によるフォトマスクは、透光性の基板と;基板
上に形成された遮光層と;遮光層に開けられた実質的に
四辺形の開口と;四辺形の開口の各辺の両端部を除く中
間部に沿って所定の幅で形成されていて、透光性である
が光の位相を反転させるシフター部とを備えたことを特
徴としている。
[作用] 本発明によるフォトマスクにおいては、小孔の回折現
象によって四辺形の開口の各辺に直交する方向に広がる
光の強度が、シフター部を通過して位相が反転させられ
た光との干渉によって減少させられる。また、シフター
部に影響されることなく四辺形の開口の各コーナー部を
通過した光は、半導体ウェハ上に投影された光パターン
のコーナー部の強度に寄与する。したがって、本発明に
よるフォトマスクを用いて、半導体ウェハ上に高コント
ラストで微細な四辺形のパターンを形成することができ
る。
[実施例] 第1図を参照して、本発明の一実施例によるフォトマ
スクが平面図で示されている。ガラス板などの透光性基
板10上にCrの遮光層11が形成されている。遮光層11内に
は、実質的に正方形の開口11aが開けられている。正方
形の開口11aの各辺の両端部を除く中間部に沿って所定
の幅でシフター部12が形成されている。すなわち、開口
11aの各コーナー部13にはシフター部12は設けられてい
ない。シフター部12は透光性であるが、シフター部12を
通過した光は位相が反転させられる。
第2A図を参照して、第1図フォトマスクの開口11a内
の異なる領域を通過した光の半導体ウェハ上における強
度の等高線が示されている。0.1から0.9までの光強度を
表わす同心円上の等高線は、シフター部12がないと仮定
した場合に開口11aを通過する光の半導体ウェハ上での
強度分布を示している。破線で表わされた細長い楕円形
の等高線は、シフター部12を通過した光の強度分布を表
わしている。シフター部12を通過した光は位相が反転さ
せられているので、負の振幅をもつと考えることができ
る。細長い楕円形の両端部に近接して示された小さな円
形の等高線は、コーナー部13を通過した光の強度分布を
示している。コーナー部13にはシフター部12が設けられ
ていないので、コーナー部13を通過した光は正の強度を
有している。
第2B図は第2A図中の異なる等高線を合成した結果を示
しており、すなわち、第1図のフォトマスクを通過した
光が半導体ウェハ上に形成する光パターンにおける強度
分布を示している。第2B図からわかるように、第1図の
フォトマスクは、正方形の開口11aに対応してほぼ正方
形の光パターンを半導体ウェハ上に形成することができ
る。
第2C図は、第2B図中の線2C-2Cに沿った強度分布を示
している。第2C図の強度分布は第8B図のそれと比べて狭
い半値幅を有しており、光パターンのコントラストが改
善されていることがわかる。
第3A図ないし第3E図は、第1図のフォトマスクの開口
11aを通過した光の進行に伴なう回折現象と干渉現象を
示している。
第3A図を参照して、第1図中の線3A-3Aに沿ったフォ
トマスクの断面を示している。この図において均一な振
幅“1"を有する光が上方から照射される。
第3B図を参照して、フォトマスクの直下においては、
開口11aの主要部を通過した光A0は、均一な振幅“1"を
有している。しかし、シフター部12を通過した光B0は、
位相が反転させられているので、負の均一な振幅“−1"
を有していると考えることができる。
第3C図に示されているように、小孔11aによる回折現
象のために、光が進行するにつれて振幅分布が広がる。
曲線Aは開口11aの主要部を通過した光A0の広がりを表
わし、曲線Bはシフター部12を通過した光B0の広がりを
表わす。
第3D図を参照して、曲線A+Bは、曲線Aの振幅と曲
線Bの振幅が干渉現象によって合成された結果を表わし
ている。
第3E図を参照して、曲線(A+B)は、曲線A+B
の振幅分布を有する光の強度分布を表わしている。
すなわち、シフター部12を通過した光は、正方形の開
口11aの主要部を通過した光のうち正方形の各辺に直交
する方向に広がる部分を干渉によってキャンセルするよ
うに作用する。また、シフター部12が設けられていない
開口11aのコーナー部13を通過した光は正の振幅を有し
ているので、半導体ウェハ上に形成される光パターンの
コーナー部における光強度を高めるように作用する。
第4図を参照して、第1図のフォトマスクを用いて形
成されたレジスト層中のホールの形状が図解されてい
る。半導体ウェハ90上にレジスト層91が形成されてお
り、現像されたレジスト層91内にはホール92aが形成さ
れている。第4図の斜視図において、ウェハ90とレジス
ト層91は、ホール92aの形状をより明瞭に示すために、
ホールを通る垂直面で切断されている。この図からわか
るように、ホール92aの水平断面は、ほぼ四辺形をして
おり、フォトマスクの四辺形の開口11aのパターンに忠
実な水平断面を有していることがわかる。
第5A図ないし第5E図は、第1図のフォトマスクの製造
工程を示す断面図である。
第5A図を参照して、ガラス板または石英板のような透
光性の基板10上にCr層11とレジスト層20が順次積層され
る。レジスト層20は、東京応化工業株式会社製のODUR10
00(PMMA)を約1〜2μmの厚さに塗布をすることによ
って形成され得る。
第5B図を参照して、レジスト層20は約150mJ/cm2のエ
ネルギ密度で電子線に露光され、その後に現像される。
その結果、パターニングされたレジスト層のマスク20a
が形成される。
第5C図を参照して、レジスト層のマスク20aを用いな
がらCr層11を異方性エッチングして開口11aを形成した
後に、マスク20aが除去される。
第5D図を参照して、開口11aとCr層11は、たとえばポ
リメタクリル酸メチル(PMMA)のレジスト層12aによっ
て覆われる。レジスト層12aが電子線に露光されて現像
されることによって、シフター部12が形成される。これ
によって、第1図のフォトマスクが完成する。
第6A図ないし第6D図は、回路素子の分離のためにフィ
ールドシールドを用いたスタックト型メモリセルの製造
工程において本発明によるフォトマスクを利用した例を
示している。
第6A図を参照して、半導体基板1の1主面にソース/
ドレイン領域1aが形成される。主面上には、フィールド
シールド2が形成され、フィールドシールド2は第1の
絶縁膜3aによって覆われる。基板1上には、また、ワー
ド線4が形成され、ワード線4は第2の絶縁膜3bによっ
て覆われる。ソース/ドレイン領域1aの上表面,第1絶
縁膜3a,および第2絶縁膜3bは、第3の絶縁膜3cによっ
て覆われる。第3絶縁膜3c上にはレジスト層5が形成さ
れる。このレジスト層5は本発明によるフォトマスクを
用いて光照射され、異方性エッチングのためのホール5a
が形成される。このホール5aは、第4図に示されたホー
ル92aと同様に四辺形の水平断面を有している。
第6B図を参照して、ホール5aを介して第3の絶縁膜3c
が異方性エッチングされ、コンタクトホール3dが形成さ
れる。
第6C図を参照して、レジスト層5が除去される。コン
タクトホール3dの水平断面は、レジスト層のホール5aに
対応して、ほぼ四辺形に形成されている。
第6D図を参照して、第3絶縁膜3c上にストレージノー
ド6が形成される。ストレージノード6の各々は、対応
するコンタクトホール3dを介してソース/ドレイン領域
1aの1つに接続される。
すなわち、上述のメモリセルの製造過程において本発
明によるフォトマスクを用いれば、ワード線4とフィー
ルドシールド2との間の距離が小さくても、それらの中
間においてほぼ四辺形の微少な水平断面を有するコンタ
クトホールを正確に形成することができる。
以上の実施例では、Crの遮光層11が延べられたが、モ
リブデンシリサリイドのような他の不透明な層を用い得
ることが理解されよう。
また、以上の実施例では、フォトリソグラフィに用い
られるフォトマスクについて説明したが、本発明はX線
リソグラフィに用いられるマスクにも適用することが可
能である。その場合、遮光層11を金の膜で形成し、シフ
ター部12をダイヤモンド薄膜で形成すればよい。
さらに、上述の実施例では、ポジティブタイプのレジ
スト層の露光にフォトマスクを用いる場合を述べたが、
メガティブタイプのレジスト層の露光に用いてもよいこ
とが理解されよう。その場合、レジスト層内にはホール
パターンではなくて、ドットパターンが形成される。
[発明の効果] 以上のように、本発明のフォトマスクによれば、四辺
形の開口の各辺に直交する方向に回折現象によって広が
る光の強度が、シフター部を通過して位相が反転させら
れた光との干渉によって減少させられる。また、シフタ
ー部に影響されることなく四辺形の開口の各コーナー部
を通過した光は、半導体ウェハ上に投影された光パター
ンのコーナー部の強度を高めるように寄与する。したが
って、本発明によれば、半導体ウェハ上に高いコントラ
ストで微細な四辺形の光パターンを形成し得るフォトマ
スクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例によるフォトマスクの平面
図である。 第2図は、第1図のフォトマスク中の開口内の異なる領
域を通過した光の強度分布を示す図である。 第2B図は、第1図のフォトマスクの開口によって半導体
ウェハ上に形成される光パターンの強度分布を示す図で
ある。 第2C図は、第2B図中の線2C-2Cに沿った光の強度分布を
示す図である。 第3A図ないし第3E図は、第1図のフォトマスクの開口を
通過した光の回折現象と干渉現象を示す図である。 第4図は、第1図のフォトマスクを用いてレジスト層内
に形成されたホールの形状を示す斜視図である。 第5A図ないし第5E図は、本発明によるフォトマスクの製
造過程を示す断面図である。 第6A図ないし第6D図は、本発明によるフォトマスクをメ
モリセルの製造に応用した例を説明するための断面図で
ある。 第7図は、従来のフォトマスクを示す平面図である。 第8A図は、第7図のフォトマスクによって半導体ウェハ
上に形成された光パターンの強度分布を示す図である。 第8B図は、第8A図中の線8B-8Bに沿った光の強度分布を
示す図である。 第9図は、第7図のフォトマスクを用いて形成されたレ
ジスト層中のホールの形状を示す斜視図である。 図において、10は透光性基板、11は遮光層、11aは開
口、12はシフター部、13は開口11aのコーナー部を示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】部分的に光の位相をシフトさせるフォトマ
    スクにおいて、 透光性の基板と、 前記基板上に形成された遮光層と、 前記遮光層に開けられた実質的に四辺形の開口と、 前記四辺形の開口の各辺の両端部を除く中間部に接して
    所定の幅で形成されていて、透光性であるが光の位相を
    反転させるシフター部とを備えたことを特徴とするフォ
    トマスク。
JP24175290A 1990-09-11 1990-09-11 フォトマスク Expired - Lifetime JPH0827534B2 (ja)

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US07/669,250 US5248574A (en) 1990-09-11 1991-03-14 Photomask

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JPH04120539A JPH04120539A (ja) 1992-04-21
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