JPS61138256A

JPS61138256A - マスクパタ−ンの形成方法

Info

Publication number: JPS61138256A
Application number: JP59261513A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kato; 加藤　芳秀; Toshiaki Shinozaki; 篠崎　俊昭; Kei Kirita; 桐田　慶
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1984-12-10
Publication date: 1986-06-25
Also published as: JPS6339892B2

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】〔発明の属する技術分野〕本発明はマスクパターンの形成方法に係り、特に、光転
写（ステッパ等）、電子ビーム転写、Ｘ線転写等のパタ
ーン転写技術に用いられるレチクルあるいはマスターマ
スクの作成に必要なマスクパターンの形成方法に関する
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体技術の進歩と共に、超ＬＳＩをはじめ、半導体装
置の高集積化が進められてきており、高精度の微細パタ
ーン形成技術が要求されている。

このような形成技術を量産ラインで使用するには高速性
が必要であり、ステッパ等のパターン転写技術の進歩が
不可欠のものとなっている。そこでｉ線を用いたステッ
パや電子ビーム転写あるいはＸ線転写等のサブミクロン
・パターン転写技術が研究開発される一方、ステッパや
アライナ−等の従来のパターン転写技術に対して要求さ
れる精度も日増しに厳しくなってきている。

従りて、当然、パターン転写の原因となるレチクルやマ
スターマスクの高精度化が期待されており、形成可能な
最小寸法の微細化と共にその寸法精度も一層高いものが
要求され、０．１１ｎ′ｎ（３σ）以下の寸法精度が要
求されるまでに至っている。

従来、レチクルやマスターマスク用として広く用いられ
ているクロムマスク基板は、第６図に示す如く、低膨張
ガラス、石英等のガラスからなる母材２１と、該母材上
に、露光波長の光に対して不透明なりロム層からなる遮
光層ｎと、露光時における反射光を抑制するための酸化
クロム層からなる低反射膜おとが順次積層せしめられて
なるものである。

このクロムマスク基板上の遮光層ｎと低反射膜とをレジ
ストパターンをマスクとして選択的にエツチング除去す
ることにより所望のマスクパターンを形成し、これをレ
チクルあるいはマスターマスクとして用いるわけである
が、形成に際しては、レジストパターン九対していかに
忠実にクロムエツチングが実行できるかが問題となる。

クロムエツチングの方法としては湿式法と乾式法とが知
られている。

まず、湿式法を用いたマスクパターンの形成は、第７図
＜１１）　Ｋ示す如く、前記クロムマスク基板上にレジ
ストパターン冴を形成し、このレジストパターン冴をマ
スクとして、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸
とからなるエツチング液に浸漬もしくはエツチング液を
スプレ一式にｒＩＲｇし、不要部のクロム層ｎおよび酸
化クロム層ｎを除去することくよって行なわれる。この
よう忙湿式法によってエツチングした場合第７図の）Ｋ
、示す如く、レジストパターン冴の下側までエツチング
が進行し、レジストパターンあと形成されるクロム層ｎ
および酸化クロム層囚のパターン（以下、クロムパター
ン）とに大きなパターン変換差が生じる。

そしてその量は０．１〜０．２ｐｎに及び、従って第７
図（Ｃ）　、　（ｄ）Ｋ示す如く、レジストパターン２
４　Ｋ同一寸法形。の抜きパターンと残しパターンとが
ある場合、エツチング後のクロムパターンの寸法は、−
ｇｔ、−ｇｔ（光学濃度の半値幅）となり、その差Ｊ１
−ノ、は０．２〜Ｑ、４７ｍ以上にも達する上、クロム
パターンの断面形状もアンダーカットを生じる等の問題
があり、高精度化には限界があった。

一方、乾式法を用いたマスクパターンの形成は、湿式法
の場合と同様Ｋ、第８図（ａ）に示す如く、クロムマス
ク基板上にレジストパターン５を形成し、このレジスト
パターンをマスクとして、四塩化炭素（ＣＣ）４）等の
塩素系ガスと酸素（０，）ガスとの混合ガスプラズマを
用い、不要部のクロム層ｎと酸化クロム層ｎとをエツチ
ング除去することによってなされる。ところで近年、広
く用いられている電子ビーム描画法を用いたレジストパ
ターンの形成方法において使用される感電子線レジスト
では、高感度、高解像度のレジストはどプラズマ耐性が
弱く、クロム層ηおよび酸化クロム層羽を選択的忙除去
するための前記プラズマエツチング工程においてレジス
トδの著しい膜減りを生じると共にレジスト後退による
寸法変化を伴い、エツチング後のクロムパターンは第８
図（ｂ）　Ｋ示す如く、断面傾斜のあるパターンとなる
。このため、第８図（Ｃ）（ｄ）　Ｋ示す如く、レジス
トパターン６に同一寸法！。の抜きパターンと残しパタ
ーンとがある場合、エツチング後のクロムパターンの寸
法は夫々、−１３１’＋−ｅ！’となりその差！１′−
右′はやはり０．２〜Ｑ、３　ｌｘｎとなり、高精度の
マスクパターンの形成には依然として問題が残されてい
た。

上述の如く、高精度のレチクル、あるいはマスターマス
クを作成する忙は、（１）　　高精度のレジストパターン形成技術、（２）
　　レジストパターンから、パターン変換差なく忠実に
遮光パターンを形成する高精度のエツチング技術とそれ
に適うマスク基板が必要であった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、量産用パ
ターン転写技術の要となる高精度マスクを作成するため
のマスクパターンを形成することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明によれば、マスク基板
として、マスク母材上に形成された遮光層上に、更に、
該遮光層のパターニング工程におけるエツチング条件に
対して耐性を有する薄膜層を積層せしめたものを使用し
、該薄膜層上にレジストパターンを形成し、次いでこの
レジストパターンをマスクとして該薄膜層をエツチング
し、更に、該薄膜層のパターンをマスクとして前記遮光
層をエツチングし、遮光層パターンを形成するようにし
ている。

〔発明の効果〕

本発明のマスクパターンの形成方法によれば、従来法で
は限界とみられていたレジストパターンと遮光パターン
とのパターン変換差を飛躍的忙低減することが可能とな
った。

また、比較的ドライエツチング耐性の小さいレジストを
用いても薄膜層（被覆層）が耐性を有しているため、レ
ジストパターンに忠実で、寸法精度および断面プロファ
イルの良好な遮光層のパターン形成が可能となる。

更に、従来電子ビーム描画での近接効果に対する種々の
補正施策（パターン寸法補正、ドーズ量補正、高加速電
圧化、多層レジスト法等）を実施しても、パターン寸法
変換差が大きいために、高精度パターンを忠実に再現す
ることは不可能であったが、本発明の方法により、パタ
ーン寸法変換差を小さくすることができ、レジストパタ
ーンに忠実な遮光パターンの再現が可能となりた。

加えて、高精度のマスクパターンが容易に実現できるよ
うになり、サブミクロン領域の高集積デバイス用パター
／転写技術も確実なものとなった。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図は、本発明実施例のマスク基板の断面図を示すも
ので、このマスク基板は、低膨張ガラスからなるマスク
母材１１上に、遮光層としての膜厚的８０ＯＡのクロム
膜１２および微細パターン形成用薄膜としての膜厚的１
０ＯＡのタンタル薄膜１３を順次積層せしめたものであ
る。なお、該タンタル薄膜１３は、クロム膜１２のパタ
ーニングのためのドライエツチング工程で用いられる四
塩化炭素等の塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガス忙対し
て著しい耐性を有する。

また、このマスク基板の形成は、マスク母材１１上（、
スパッタ蒸着法を用いてクロム膜、タンタル薄膜を順次
積層せしめることによりてなされる。

次にこのマスク基板を用いた高精度マスクの形成方法に
ついて説明する。

まず、該マスク基板上に１ポリメチルメタクリレート（
ＰＭＭＡ）膜１４を形成した後、加速電圧５０ＫＶ、照
射量５０μＣ／Ｃｍ’の電子ビーム照射を行ない所望の
パターンを描画し、酢酸イソアミル（ＩＡＡ）を用いて
現像処理を行ない、レジストパターン１４を形成する。

（第２図（ａ））次いで、該レジストパターン１４をマ
スクとし、反応性イオンエツチング（Ｒ，ＩＥ）により
、第２図（ｂ）に示す如くタンタル薄膜１３を選択的に
除去する。このときのエツチング条件は、反応ガスとし
て六弗化イオウ（ｓＦａ）を用い、２００Ｗ。

０．０６Ｔｏｒｒ　、　３０秒間とする。このようにし
て形成された開口Ｗ１はレジストパターンの開口Ｗ１ｔ
に忠実に形成されており、レジストパターンの膜減りに
よる寸法変化はＱ、９３７７ｍ以内に抑えることができ
た。

続いて、四塩化炭素（ｃｃｇ、）と酸素の混合ガスを用
い、７００Ｗ　、　０．０７　’ｒｏｒｒ　、　１５分
間の反応性イオンエツチングにより、クロム膜１２を選
択的に除去する。この工程で、レジストパターン１４は
、徐々に除去されていくが、タンタル薄膜は著しい耐性
を有するため、はとんど膜減りもなく、下層のクロム膜
１２に対するマスクとして有効に作用する。従って、第
２図（Ｃ）に示す如く、形成されるクロム膜のパターン
は元のレジストパターン１４の寸法に対して、０．０５
戸以内の寸法変化に抑えることができた。また、このと
き、レジストパターン１４は、エツチングによる膜減り
によって徐々に除去されていき、特別なレジスト剥離工
程は不要であった。

なお、この実施例を用いた薄膜はそれ自身、良好な遮光
特性を有するため、第２図（Ｃ）に示したようなＴａ−
Ｃｒ複合パターンのままでも高精度マスクとして使用可
能であるが、必要に応じて、第２図（ｄ）　Ｋ示す如く
、タンタル薄膜を除去してもよい。

また、レジストとしては、ポリメチルメタクリレートの
他、ポリグリシジルメタクリレート　（ＰＧＭＡ）等、
他の物質を用いてもよいことはいうまでもない。ポリグ
リシジルメタクリレートをレジストとして用いた場合、
２０ＫＶ、１μＣ／ｃｍ”の電子ビーム描画を行なった
後メチルエチルケトンとエタノールの混合液により現像
処理を行なうことによって、実施例と同様に寸法精度の
良好なマスクパターンが形成される。尚、レジストパタ
ーン形成方法としては、電子ビーム描画に限らず光露光
法等周知のパターン形成方法が使えることは言うまでも
ない。

更に１本発明は、実施例に示したメンタルークロム複合
マスク基板に限定されることなく、遮光層が第３図乃至
第５図に示す如く、クロム膜等の遮光膜１２と酸化クロ
ム膜等の低反射膜１４との２層構造からなるもの、遮光
膜１２と、インジウムもしくはスズの酸化物等からなる
導電膜１５との２層構造からなるもの、遮光膜１２．導
電膜１５．低反射膜１４の３層構造からなるもの等、遮
光層が積層型である場合にも適用可能であり、エツチン
グ耐性を有する微細パターン形成用薄膜１３を形成する
こと釦より、寸法精度の良好なマスク形成が可能となる
。

更にまた、微細パターン形成用薄膜１３としては、タン
タル薄膜に限定されるものではなく、クロム膜等の遮光
層が容易にエツチングされる条件で、比較的強い耐エッ
チ性を示し、逆に遮光層が比較的強い耐エッチ性を示す
エツチングガスで容易にエツチングされる物質であれば
よい。ドライエツチングを用いる場合には例えば、遮光
層として、クロム膜を用いる場合には、シリコン（Ｓｉ
）。

窒化シリコン（ｓ　’　ｌＮ４　）、多結晶シリコン、
モリブデン（Ｍｏ　）　、タングステン（Ｗ）、酸化シ
リコン、ポリシロサキン等、塩素系ガスに対しては比較
的耐エッチ性があり、弗素系ガスに対しては比較的容易
にドライエツチングされる物質が有効である。また、そ
の膜厚についても、ピンホール特性や、レジストパター
ンに用いられるレジストの耐ドライエツチ性を考慮して
、適宜選択可能であるが、レジストとのパターン変換差
を小さくする為に、１００〜３００Ｘ程度が望ましい。

加えて、マスク母材としても、低膨張ガラスあるいは石
英に限定されることなく、適用するパターン転写技術に
応じて、適宜選択可能であり、Ｘ線マスクとして用いる
場合には、シリコン、窒化シリコン、ポリイミド等も使
用可能である。

又、所定エネルギーを有する荷電ビームを用いた、荷電
ビーム投影露光法用マスク・パターンや、チャネリング
・マスク・パターンを形成する場合にも、母材及び遮光
材を適宜選択することにより本発明を適用できることは
言うまでもない。

また、微細パターン形成用薄膜のエツチングガスとして
は六弗化イオウに限定されるものではなく、テトラフル
オルメタン（ＣＦ４　）、オクタフルオルプロパン（Ｃ
ａ　Ｆａ　）、のいずれかあるいはこれらと水素ガス（
Ｈ８）又は酸素ガス（０，）との混合ガス等の他の弗素
系ガス、アルコンガス等の使用も有効である。

更忙、遮光層のエツチングガスとしては、四塩化炭素と
酸素の混合ガス圧限定されるものではなく、塩化メチレ
ン（ＣＨｔ（ｕ４）、塩化ホウ素（Ｂ　Ｃ−ｅ　ｍ　）
のいずれかあるいはこれらと酸素ガスとの混合ガスの使
用も有効である。

尚、本発明により、微細パターン形成用薄膜もしくは遮
光層のエッチフグ方法として、湿式あるいは乾式エツチ
ング法を組み合わせて、マスク・パターンを形成するこ
とも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例のマスク基板を示す図、８２図
（ａ）〜（ｃ））ｔ、同マスク基板を用いたマスクパタ
ーンの形成工程を示す図、第２図（ｄ）は薄膜を除去し
た場合のマスクを示す図、第３図乃至第５図は、本発明
の他の実施例を示す図、第６図は、従来のマスク基板の
１例を示す図、第７図および第８図は、従来のマスク基
板を用いた場合のマスクパターンの形成状態を示す図で
ある。１１・・・マスク母材、１２・・・クロム膜（遮光層）
、１３・・・タンタル薄膜（被覆層）、１４・・・レジ
ストパターン、２１・・・母材、η・・・遮光層、ｎ・
・・低反射膜、討・・・レジストパターン。第２　図（０）第１図　　　第２図（ｂ）第２　図（Ｃ）第２図（ｄ）第４図第５図第６図第７図（０）第７図（ｂ）第７図（Ｃ）第７図（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスク母材上に所定波長域の電磁波もしくは所定
エネルギーの荷電ビームに対する遮光層を具えたマスク
基板上にマスクパターンを形成する方法において、マスク基板として、遮光層上に更に該遮光層のパターニ
ング工程におけるエッチング条件に対して耐性を有する
薄膜層を積層せしめたものを使用し、該薄膜層上にレジストパターンを形成する工程と、次いで、このレジストパターンをマスクとして該薄膜層
をエッチングする第１のエッチング工程と、更に、該薄膜層のパターンをマスクとして前記遮光層を
エッチングし、遮光層パターンを形成する第２のエッチ
ングとを備えたことを特徴とするマスクパターンの形成
方法。
（２）前記第１のエッチング工程はドライエッチング工
程であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
マスクパターンの形成方法。
（３）前記ドライエッチング工程におけるエッチング条
件は前記遮光層が耐性を有するものであることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載のマ
スクパターンの形成方法。
（４）前記第２のエッチング工程は塩素系ガスを用いた
ドライエッチング工程からなることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいずれかに記載の
マスクパターンの形成方法。
（５）前記第１のエッチング工程は弗素系ガスを用いた
ドライエッチング工程からなることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項乃至第（４）項のいずれかに記載の
マスクパターンの形成方法。
（６）前記塩素系ガスは、四塩化炭素（ＣＣｌ＿４）、
塩化メチレン（ＣＨ＿２Ｃｌ＿２）、塩化ホウ素（ＢＣ
ｌ＿３）のいずれかあるいはこれらと酸素ガス（Ｏ＿２
）との混合ガスからなることを特徴とする特許請求の範
囲第（４）項記載のマスクパターンの形成方法。
（７）前記弗素系ガスは、テトラフルオルメタン（ＣＦ
＿４）、オクタフルオルプロパン（Ｃ＿３Ｆ＿８）、塩
化ホウ素（ＢＣｌ＿３）のいずれかあるいはこれらと酸
素ガスとの混合ガスからなることを特徴とする特許請求
の範囲第（５）項記載のマスクパターンの形成方法。
（８）前記第１のエッチング工程はアルゴンガスを用い
たドライエッチング工程からなることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいずれかに記載
のマスクパターンの形成方法。
（９）前記遮光層としてクロム膜からなる遮光膜を含む
マスク基板を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項乃至第（８）項のいずれかに記載のマスクパタ
ーンの形成方法。
（１０）前記遮光層として、遮光膜の他、前記所定波長
域の電磁波に対する低反射膜およびまたは導電膜の積層
されたマスク基板を用いたことを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項乃至第（９）項のいずれかに記載のマス
クパターンの形成方法。
（１１）前記低反射膜が酸化クロム膜からなるマスク基
板を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（９）項
記載のマスクパターンの形成方法。
（１２）前記導電膜がインジウム酸化物またはスズ酸化
物からなるマスク基板を用いたことを特徴とする特許請
求の範囲第（１０）項記載のマスクパターンの形成方法
。
（１３）前記遮光層として、タンタルからなる遮光膜を
含むマスク基板を用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項乃至第（１２）項のいずれかに記載のマス
クパターンの形成方法。
（１４）前記薄膜層がタンタル（Ｔａ）、モリブデン（
Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化
シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）、酸化シリコン（ＳｉＯ＿
２）、ポリシロキサンのうちのいずれかからなるマスク
基板を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項乃至第（１３）項のいずれかに記載のマスクパターン
の形成方法。
（１５）前記薄膜層がクロム層からなるマスク基板を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１３）項記載
のマスクパターンの形成方法。
（１６）前記遮光層又は薄膜層をドライエッチングする
工程が異方性エッチングを用いた工程であることを特徴
とする特許請求の範囲第（２）項乃至（１５）項のいず
れかに記載のマスクパターンの形成方法。