JPS6339892B2 - - Google Patents

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（ステツパ等）、電子ビーム転写、Ｘ
線転写等のパターン転写技術を用いられるレチク
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、ステツパ等のパターン転写技
術の進歩が不可欠のものとなつている。そこでｉ
線を用いたステツ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、ステツパやアライナー等の従
来のパターン転写技術に対して要求される精度も
日増しに厳しくなつてきている。

従つて、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、形成可能な最少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、0.1μｍ（3σ）以
下の寸法精度が要求されるまでに至つている。

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
不透明なクロム層からなる遮光層２２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２３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２２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、レジストパターンに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ａに示す如く、前記クロムマスク基板
上にレジストパターン２４を形成し、このレジス
トパターン２４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ー式に噴
霧し、不要部のクロム層２２および酸化クロム層
２３を除去することによつて行なわれる。このよ
うに湿式法によつてエツチングした場合第７図ｂ
に示す如く、レジストパターン２４の下側までエ
ツチングが進行し、レジストパターン２４と形成
されるクロム層２２および酸化クロム層２３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0.1〜0.2μ
ｍに及び、従つて第７図ｃ，ｄに示す如く、レジ
ストパターン２４に同一寸法l₀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、l₁，l₂（光学濃度の半値幅）
となり、その差l₁−l₂は0.2〜0.4μｍ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ツ
トを生じる等の問題があり、高精度化には限界が
あつた。

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に、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２５
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（CCl₄）等の塩素系ガスと酸素
（O₂）ガスとの混合ガスプラズマを用い、不要部
のクロム層２２と酸化クロム層２３とをエツチン
グ除去することによつてなされる。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
ジストほどプラズマ耐性が弱く、クロム層２２お
よび酸化クロム層２３を選択的に除去するための
前記プラズマエツチング工程においてレジスト２
５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に示す如く、断面傾斜のあるパタ
ーンとなる。このため、第８図ｃ，ｄに示す如
く、レジストパターン２５に同一寸法l₀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、l₁′，l₂′となり
その差l₁′−l₂′はやはり0.2〜0.3μｍ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には、 (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 が必要であつた。

〔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
と遮光パターンのパターン変換差を飛躍的に低減
することが可能となつた。

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ア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
つたが、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つた。

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
バイス用パターン転写技術も確実なものとなつ
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
厚約800Å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約100Åのタンタル薄膜１
３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に対
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１
１上に、スパツ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つてなされ
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、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／cm²の電子ビーム照射を行
ない所望のパターンを描画し、酢酸イソアルミ
（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（R1E）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（SF₆）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W_R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0.03μｍ以内に抑えることがで
きた。

続いて、四塩化炭素（CCl₄）と酸素の混合ガ
スを用い、700W、0.07Torr、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、ほ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。従つて、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、0.05μｍ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つ
て徐々に除去されていき、特別なレジスト剥離工
程は不要であつた。

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に示す如く、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／cm²の
電子ビーム描画を行なつ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
とによつて、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、本発明は、実施例に示したタンタルーク
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の
２層構造からなるもの、遮光膜１２、導電膜１
５、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１
３を形成することにより、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、比較的強い耐エツチ性を示し、逆に遮光層が
比較的強い耐エツチ性を示すエツチング条件で容
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（Si₃N₄）、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、ポリシロキサン等、塩素系ガスに対しては比
較的耐エツチ性があり、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、100〜300Å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、チヤネリング・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（C₃F₈）、のいずれかあるいはこれ
らと水素ガス（H₂）又は酸素ガス（O₂）との混
合ガス等の他の弗素系ガス、アルコンガス等の使
用も有好である。

更に、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に限定されるものではな
く、塩化メチレン（CH₂Cl₂）、塩化ホウ素
（BCl₃）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
しくは遮光層のエツチング方法として、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、第２図ａ〜ｃは、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、２２……遮光
層、２３……低反射膜、２４……レジストパター
ン。

Claims (1)

1. 【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
   該薄膜層をエツチングする第１のエツチング工程
   と、 更に、該薄膜層のパターンをマスクとして前記
   遮光層をエツチングし、遮光層パターンを形成す
   る第２のエツ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のエツチング工程はドライエツチン
   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 前記ドライエツチング工程におけるエツチン
   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のエツチング工程は塩素系ガスを用
   いたドライエツ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のエツチング工程は弗素系ガスを用
   いたドライエツ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（CCl₄）、塩
   化メチレン（CH₂Cl₂）、塩化ホウ素（BCl₃）のい
   ずれかあるいはこれらと酸素ガス（O₂）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
   （CF₄）、オクタフルオルプロパン（C₃F₈）、塩化
   ホウ素（BCl₃）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のエツチング工程はアルゴンガスを
   用いたドライエツ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（Si₃N₄）、酸化シリコン（SiO₂）、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ツチング
   する工程が異方性エツ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項乃至第１
   ５項のいずれかに記載のマスクパターンの形成方
   法。