JPH04120539A - フォトマスク - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 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６１
ａ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。ずなわち、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上の強度分布を有している。

しかし、開口６１ａ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
直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図のフオドマスクは実
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・く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か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たを特徴
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一部を通
過した光は、半導体ウェハ上に投影された光パターンの
コーナ一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
。

［実施例コ 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］１が形成されている。遮光層１
１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］。

１ａ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
の各コーナ一部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１
２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、コーナ一部１３を通
過した光の強度分布を示している。コーナ一部１３には
シフター部１２が設けられていないので、コーナ一部１
３を通過した光は正の強度を有している。

第２Ｂ図は第２八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２ＢＥかられかるように、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ニ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かわかる。

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３　Ａ　−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Ｂ。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Ａ。の広が
りを表わし、曲線Ｂはシフター部１２を通過した光Ｂ。

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）２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のコーナ一部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
パターンのコーナ一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
かられかるように、ホール９２ａの水平断面は、はぼ四
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０ＤＵＲ１００Ｏ（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霧光され、その後に現
像される。その結果、バ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を異方性エツチングして開口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ド型メモリセルの製
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」−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３
ｂ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、異方性エツチン
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が異方性エツチングされ、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５
ａに対応して、は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し１で本発
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との間の距離か小さくても、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が述べられたが、
モリブデンシリサリイト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力く、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
ガティブタイブ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、ドツトパターンが形成される。

［発明の効果コ 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一部を
通過した光は、半導体ウェハ上に投影された光パターン
のコーナ一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）々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５八図ないし第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
一部を示す。 島 口 ち２Ａ圀 鳥２Ｂ圀 イ立　屓 ９２ａ 乳７図 め８Ａ口 イ装置 ソど

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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するフォ
   トマスク。