JPS607381B2 - ホトマスクパタ−ン形成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造時に使用するホトマスクパタ
ーン形成法に関するものである。

近年の半導体技術の進歩は目ざましく、ＬＳＩは高集積
化の一途をたどっている。

高集積度イＯＳＩを得るための重要なプロセスとして、
ホトリソプロセスが有り、マスクパターン形状を忠実に
半導体素材上に再現させる必要があるが、段差を有する
半導体素材基板上に、小面積の開孔部を忠実に形成する
事は、相当困難を供なう問題である。例えば、第１図の
如くＳｉ基板１、多結晶Ｓｊ２及びＳｉ酸化膜より構成
された半導体素材の高さレベルの異なる位置Ａ、Ｂ点で
Ｓｉ酸化膜３に関孔４，５を設けて、Ｓｉ基板１多結晶
Ｓｉ２の表面を露出させるプロセスにおいては、第２図
，第３図の如く該半導体基板１の表面Ｓｊ酸化膜３上に
例えばポジタイプ（以下ポジタイプレジストの例で説明
する）のホトレジスト６を塗付した後、ホトマスク７を
用いて紫外光照射によりリパターン露光を施こし、しか
る後ホトレジストの現像及びＳｊ酸化膜のエッチング処
理によって図の如くＳｉ酸化膜に関孔部を形成している
。この時ホトレジストを塗付する基板表面が凹凸の段差
を有した形状の場合、その上に塗付するホトレジスト６
は凹凸形状の段差を忠実に再現することはなく、凹部に
塗付されたホトレジストは、凸部上のホトレジスト膜厚
より厚く形成され、ホトレジストの表面は第２図の如く
、ほぼ平滑に近い状態となり、特にポジタィプのホトレ
ジストでは著しい傾向を示す。

以上の如く膜厚の異なったホトレジスト６にホトマスク
７のパターンを露光させる場合、第３図のＡ点でのマス
クパターンを忠実に再現させるにはＡ点における膜厚Ｔ
＾なるホトレジストを完全に分解させるに足りる光照射
エネルギーで露光することになるが、この時露光量が過
剰になれば、Ｓｉ酸化膜表面での反射光などにより、パ
ターン形状周辺の部分までホトレジストが分解され、パ
ターン形状が忠実に再現出来なくなる。

一方Ｂ点では、Ａ点のホトレジスト膜厚Ｔ＾に対応した
適正露光量で露光した場合、Ｂ点でのホトレジスト膜厚
ＴＢはＴＢ〉Ｔ＾なる関係を有しているため、光照射に
より分解された領域６Ｂはホトレジスト底面まで到達し
ていないことになる。したがってホトレジストを現像処
理した後においても、Ｂ点では未分解レジストが残存し
該ホトレジストをＳｉ酸化膜のエッチングマスクとする
と、Ｂ点でのＳｉ酸化膜は関孔されないことになる。一
方Ｂ点でのホトレジスト膜厚ＴＢを基準として露光量を
決定した場合は、ホトレジスト膜厚の薄いＡ点では過剰
露光となり、Ｓｉ基板及びＳｉ０２反射光を含めた光照
射によるホトレジストの組成が分解される領域６Ａは第
４図の如くなり、該ホトレジスト６をＳｉ酸化膜３のエ
ッチングマスクとしてＳｉ酸化膜３に関孔４，５を形成
した場合、Ｓｉ酸化膜３の開孔部寸法は、第５図に示す
ようにＢ点ではマスクパターン寸法を概略再現させ得る
が、Ａ点ではマスクパターン寸法より拡大された開孔部
が形成される。特に最近増々盛んになる半導体素子の高
密度、高集積度化を回るには、マスクパターンの忠実な
再現が重要な要因であり、上記の問題は高密度化を妨げ
る原因の一つとなる。なお、上記の従来例はポジレジス
トを用いた場合であるが、ネガレジストを使用した際に
も同じ問題が生じる。

その一例が第６図に示したもので、ネガレジスト６に光
照射による重合硬化でパターンを形成するため、第６図
Ａ点で過剰露光が生じた際のマスクの陰影部（非重合部
）に対する反射散乱光の影響は、ポジレジストの場合と
は逆になり、Ｓｉ基板１上のＳｉ酸化膜３の開孔部は、
ホトマスク７のパターンより小さくなり、極端な場合は
開孔されないことがある。以上の如くポジレジスト、ネ
ガレジストのいづれにしても凹凸を有する基板上では、
ホトマスクのパターンを忠実に再現させ得ないことにな
る。

そこで本発明の目的は、これら表面に凹凸段差を有する
素材基板の、高さレベルを異にする位置に対し「 ホト
マスクのパターンを忠実に再現させた関孔部を形成する
ことごを可能ならしめたホトマスクパターン形成法を提
案するものである。以下本発明を図面とともに実施例に
基いて説明する。従来例でも説明した如く、ホトマスク
パターン４に対して関孔部寸法が増減する原因は、段差
を有する基板上に塗付したホトレジストがその表面でほ
ぼ平滑になり、基板の凹部上のホトレジスト膜厚は凸部
上より厚く形成されることに起因する。

したがってホトレジストを光照射によって、分解、或は
重合させるエッチングマスクとしてのパターン形成を行
なう際には、膜厚の厚いホトレジスト部を基準にしして
、分解、或は重合に必要な光エネルギーを与える露光処
理を施こすため、凸部上に形成された膜厚の憎いホトレ
ジスト層に対しても、凹部と同一条件の露光処理が施こ
されることによる過剰露光が原因である。第７図ａ〜ｃ
は本発明に使用する過剰露光防止機能を有したホトマス
クの製造法を示したものである。

第７図ａに示す如く、ガラス基板８上にはト半透明の透
過光量規制薄膜層９を、ＡＬＷその他の金属薄膜で全面
に形成した後、同薄膜層９にクロムなどの通常のホトマ
スクパターン１０を形成する。

しかる後、同マスクパターン上に第７図ｂの如く、感光
性樹脂（以下ホトレジストと称す）で薄膜層９を残存さ
せておくべき部分のみ選択的にマスクを施こし、該レジ
ストマスク１１と、ホトマスクパターン１０をマスクと
して、薄膜層９をエッチングによって除去した後、レジ
ストマスクを取り除け‘よ、第７図ｃの如きホトマスク
が構成される。本ホトマスクは第７図ｃでも明らかなよ
うに「光が完全に透過する領域１２と透過光量が薄膜層
９によって減衰される領域１３を有することになる。透
過光量の減衰量は、薄膜層９の層厚を調整することによ
り任意に選ぶことが出来る。第８図は透過光量規制薄膜
層９をホトマスクパターン１０を形成している主面の対
向面上に形成したホトマスクの他の例であり、第９図は
同平面図である。

両面でもわかるように、透過光量規制薄膜層９の形成は
、ホトマスクパターン１川こ比較して十分な寸法余裕度
を有しており、同薄膜層９の形成時に対する精度要求は
低く、製作が容易な事も特徴と言える。また、第１０図
は、透過光量規制薄膜層９をホトマスクパタ−ン１０と
同一材質で構成した本発明の更に他の例で、例えばクロ
ムで構成したホトマスクパターン１０の形成時に、透過
光量を減衰透過させる領域１３にある部分については、
マスク材（ク。

ム）を薄膜層９で残存させて、該薄膜層９によって露光
時の透過光量を減衰させる構造としたホトマスクで、ホ
トマスクの製造方法は概略第７図ａ〜ｃの場合と同様で
ある。第１１図は、ホトマスクパターン１０を形成した
後、透過光量規制薄膜層９を全面に被着させ、完全透過
領域１２部に被着している透過光量規制薄膜層９を選択
的に除去することにより、完全透過領域１２と減衰透過
領域１３の２領域を有したホトマスクの例である。

なお、透過光量規制薄膜層９は金属薄膜で構成した例で
説明しているが、同薄膜層９は金属薄膜に限定されるも
のではなく、光量を減衰透過させる物質で、微少パター
ンが容易に構成可能なものであれば良い。

例えばホトレジストでパターンを形成し、該ホトレジス
トにイオン注入処理を施こして透過量を規制した薄膜層
で構成することも出来る。第１２図は上述したホトマス
クによる、凹凸を有した被処理半導体基板１上にポジタ
ィプレジスト６でエッチングマスクを形成する本発明の
実施例を示したものである。

レジスト膜厚が厚い領域Ｂのホトレジスト膜厚ＴＢを分
解させ得るだけの照射光量１４を設定照射する。この時
Ａ領域の薄いホトレジスト膜厚ＴＡ部への照射光量は透
過光規制膜層９によって減衰透過した光量で露光する事
になり、従来例で見られたオーバーエッチングの弊害が
防止される。なお、透過光量規制薄膜層９による透過光
の減衰量の設定は、Ａ領域のホトレジスト膜厚Ｔ＾を分
解させるに必要な適正露光量が、Ｂ領域のホトレジスト
膜厚ＴＢを分解させるに必要な露光量の何％に相当する
かを算出し、それに対応した透過光量の減衰量を設定し
た透過光量規制薄膜厚を形成することが理想であるが、
現実にはホトレジスト膜厚ＴＡ，ＴＢの関係は常時一定
ではなく、また測定することも困難であり、それに対応
した減衰量を有する透過光量規制薄膜層厚の異なるホト
マスクを多数準備しておくことは不可能に近い。

したがって、現実のホトマスク使用法（ホトェッチング
法）としては、例えば透過光量の減衰量が２０％「４０
％、６０％の３種類程度のホトマスクを準備しておき、
表面の凹凸段差によって生じるホトレジストの腰厚比Ｔ
＾／ＴＢによるＢ領域の適正露光量に対するＡ領域の適
正露光量率が、概略６０〜８０％の場合には減衰量２０
％のホトマスクを、４０〜６０％の場合には減衰量が４
０％のホトマスクを用いてホトェッチング処理をすれば
、Ａ領域のＳｉ酸化膜の開孔部は若干のオーバサィズを
生じる事もあるが、従来のホトマスクに比較すれば大幅
な改善がなされ、プロセス歩留向上に対して奇与する効
果は大きなものである。なお、マスク構造及びホトェッ
チング方法については便宜上ポジタイプレジスト用で説
明したがネガタイプレジストの場合であっても、レジス
ト膜厚が異なることにより、レジストを重合させるに必
要な露光量を調整する機能をホトマスクに付与すると言
う思想は同一であるため、ネガタィプレジスト用マスク
についても適用出釆ることは自明である。

ただし、ネガタィプの場合は、凸状のホトレジストの関
孔部形成領域に対応する位置には光しやへし、膜を有し
、その周辺に透過光量規制薄膜を有するホトマスクを用
いれば、関孔部形成領域に対応するホトレジスト内には
過剰露光によ０る光は侵入することはない。以上説明し
たように本発明のホトマスクパターン形成法は、ホトレ
ジストの凸状部の所定領域に対応する位置に透過量規制
薄膜を設けたホトマスクを介して露光するので、ホトレ
ジストの凹状部夕への適正露光を行っても、同凸状部で
は過剰露光とはならず、マスクパターンに忠実な関孔部
を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は従来のホトマスクを説明する０ための
説明図、第７図ａ〜ｃは本発明に用いられるホトマスク
の製造方法を示す工程断面図、第８図〜第１１図はホト
マスクの他の例の説明図、第１２図は本発明のホトマス
クパターン形成法を示す断面図である。 夕 １・・・・・・被処理半導体基板、３・…・・Ｓｉ
酸化膜、６……ホトレジスト、６Ａ，６Ｂ……ホトレジ
ストの可溶領域、７・・・・・・従釆のホトマスク、８
・・・・・・ガラス親板、９・・・・・・透過光量規制
薄膜層、１０・・・・・・ホトマスクパターン、１１・
・・・・・透過光量規制薄膜０層の選択除去を施こすた
めのホトレジストなどのマスク材、１２・・・・・・完
全透過領域、１３・・・・・・減衰透過領域。 第１図 第一２図 第３図 第４図 第５図 ５ 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主面に段差を有する被処理半導体基板上の全面に形
   成した写真食刻用ホトレジスト膜に対してホトパターン
   を形成するプロセスにおいて、被処理半導体基板の主面
   形状の影響による該ホトレジスト膜層の異なった膜厚を
   有する部位に対し照射光量を調節する透過光量規制薄膜
   層をその一部に有するホトマスクを介して露光すること
   により該ホトレジスト層の夫々の形成膜厚に対応した照
   射光量を付与することを特徴としたホトマスクパターン
   形成法。