JPH0815853A - 集積回路製造用フォトマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 露光装置の露光波長で解像されない長さの短
辺９を有する補助パタ−ン３及び同様の短辺１０を有す
る補助パタ−ン４が、回折光で露光解像し得る幅の分離
幅３０を介してそれぞれ主パタ−ン２の短辺５及び短辺
６と対向する位置に配置されているマスクパタ−ン１が
形成された集積回路製造用フォトマスク。 【効果】 長辺と短辺の比が大きくとも（該比が２以上
あっても）、マスクパタ−ン１を通過する露光光の適正
化が図られ、長辺、短辺とも設計通りであるレジストパ
タ−ン１５を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置におけるコン
タクトホールの形成に使用される集積回路製造用フォト
マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造において、半導体
基板表面の絶縁膜としてのＳｉＯ₂ 膜にコンタクトホー
ルを形成する場合は、従来からフォトリソグラフィ技術
とエッチング技術とが採用されている。フォトリソグラ
フィ技術はレジストにマスクのパターンを転写する工程
で用いられ、エッチング技術はパターン形成されたレジ
ストをマスクとしてＳｉＯ₂ 膜を加工する工程で用いら
れる。

【０００３】コンタクトホールを形成するための一般的
なフォトリソグラフィ・エッチング工程を図５に基づい
て説明する。まず、Ｓｉ基板４１上にＳｉＯ₂ 膜４２を
形成し、次いでＳｉＯ₂ 膜４２上に感光性高分子から成
るレジスト４３を塗布し、この後プリベークを行なって
レジスト４３中に含まれている有機溶剤を除去する（図
５（ａ））。次に、マスクパターン４４を露光によって
レジスト４３上に転写し（図５（ｂ））、その後レジス
ト４３を現像してマスクパターン４４に対応するレジス
トパターン４３ａを形成する。その後、ポストベークを
行なってレジストパタ−ン４３ａ中に含まれている水分
を飛ばしてレジストパタ−ン４３ａを硬化させ、ＳｉＯ
₂ 膜４２との密着性を高める（図５（ｃ））。さらに、
このレジストパタ−ン４３ａをマスクとしてＳｉＯ₂ 膜
４２にエッチング処理を施し、コンタクトホール４５を
形成する（図５（ｄ））。次に、不要となったレジスト
パタ−ン４３ａを除去する（図５（ｅ））。以上のよう
に一般的なフォトリソグラフィ・エッチング工程は、図
５（ａ）〜図５（ｅ）で示した５つの主な工程を含んで
構成されている。

【０００４】コンタクトホール４５を形成する場合、マ
スクパターン４４における光透過面積が小さいので（マ
スクパターン４４を透過する光量が少ないので）、マス
クパターン４４のパタ−ンを正確にレジスト４３上に転
写させるのは容易でない。コンタクトホールの中でも、
とりわけ、異方性コンタクトホールを形成する場合、マ
スクパタ−ン４４を透過した後の光強度分布が不均一に
なるので、マスクパタ−ン４４の設計通りにコンタクト
ホ−ル４５を開口するのは困難である。そのような現状
を踏まえてコンタクトホ−ルについては、コンタクト抵
抗が上がって駆動能力を若干犠牲にしても、ＬＳＩ設計
時に等方性コンタクトホールに統一する方法が一般的に
採用されている。

【０００５】一方、ＣＭＯＳ集積回路における動作速度
を向上させることを目的として、近年、ＣＭＯＳと同一
基板上にバイポ−ラ素子を形成するＢｉＣＭＯＳ技術が
開発され採用されている。ＢｉＣＭＯＳにあってはコン
タクト抵抗の値によって駆動能力が大きな影響を受ける
ので、ベース及びエミッタパターンに異方性コンタクト
ホールを採用しようとする要求が強い。しかし該異方性
コンタクトホールは、通常、長辺と短辺との比が３〜４
ある場合が多いので、マスクパターンが微細になるにつ
れて設計通りにコンタクトホ−ルを開口させるのは非常
に難しくなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図６（ａ）及び図７
（ａ）に、短辺が０．６μｍで長辺が１．８μｍの異方
性コンタクトホールを形成するための従来のマスクパタ
ーン例を示す。図６（ａ）に示したマスクパタ−ン２１
は短辺２１ａが０．６μｍで長辺２１ｂが１．８μｍの
長方形形状をしており、図７（ａ）に示したマスクパタ
−ン２３は短辺が０．６μｍ、長辺が１．２μｍの長方
形形状をしたパタ−ンの短辺側にそれぞれ補助パタ−ン
２３ａ、補助パタ−ン２３ｂが連設された形状をしてい
る。

【０００７】図６（ａ）に示したマスクパタ−ン２１を
用いてフォトリソグラフィ工程を行った後に、レジスト
上に形成されるパターンの一例を図６（ｂ）に示す。図
６（ｂ）におけるレジストパタ−ン２４は、マスクパタ
−ン２１の短辺２１ａが設計通りに開口される露光条件
でフォトリソグラフィ工程を行った場合に形成されるレ
ジストパタ−ンを示したものである。前記露光条件でフ
ォトリソグラフィ工程を行なうと、図中に示したよう
に、長辺２１ｂ側がレジストパタ−ン２４では１．４３
μｍとなり、設計値より小さくなる。

【０００８】図８に短辺２１ａを０．６μｍに固定して
長辺２１ｂを０．６μｍ〜２．４μｍに変化させてフォ
トリソグラフィ工程を行った後に形成されるレジストパ
ターンの実測結果を示す。縦軸に短辺２１ａ及び長辺２
１ｂの設計値（マスクパタ−ン値）から実測値（レジス
トパタ−ン値）を引いた値をとり、横軸に長辺２１ｂの
設計値をとっており、黒丸で示したグラフは短辺の場合
を示し、白丸で示したグラフは長辺の場合を示してい
る。図８に示したグラフからわかるように、長辺２１ｂ
の設計値が大きくなるにつれて、設計通りにレジストパ
タ−ンを開口するのが難しくなっている。言い換えれ
ば、マスクパタ−ン２１における長辺２１ｂと短辺２１
ａとの比が大きくなるにつれて長辺２１ｂ側が露光不足
気味となり、レジストパタ−ンにおける長辺側の値が設
計値より小さくなっている。このことは、露光量及び露
光時間等の露光条件が短辺２１ａをレジスト上に転写さ
せるための露光条件に設定されていることによる。この
場合、上記したように長辺２１ｂ側が露光不足になる。
それでは逆に露光条件を長辺２１ｂを精確に転写させる
ことができる条件に設定すれば良いかというと、そうも
いかない。露光条件を長辺２１ｂ側に合わせた露光条件
にすると、今度は短辺２１ａ側が露光オーバーとなり、
設計値より大きくなってしまう。そうすると、形成され
たコンタクトホ−ルと該コンタクトホールを覆う配線パ
ッドとの距離が当初設定された値より小さくなってしま
う。このことはＬＳＩの不良を発生させる一要因にな
る。

【０００９】また、図７（ａ）に示した補助パターン２
３ａ及び補助パタ−ン２３ｂを備えたマスクパタ−ン２
３の場合には、図７（ｂ）に示したように露光後におい
て補助パターン２３ａ及び補助パタ−ン２３ｂの箇所が
大きく解像され、歪を持つレジストパターン２６が形成
されてしまう。

【００１０】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、長辺と短辺との比が大きい場合でも設計された通り
の長辺値及び短辺値を有するレジストパタ−ンを形成す
ることができ、異方性コンタクトホールを設計通りに形
成することができる集積回路製造用フォトマスクを提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る集積回路製造用フォトマスクは、矩形の
主パタ−ンと、短辺が露光波長では解像しない長さを有
し、長辺が前記主パタ−ンの短辺より大きい長さを有す
る矩形の補助パタ−ンとを備え、該補助パタ−ンが前記
主パタ−ンに対して回折光で露光解像し得る幅の分離幅
を介し、その長辺が前記主パタ−ンの各短辺と対向する
ように配置されていることを特徴としている。

【００１２】また本発明に係る集積回路製造用フォトマ
スクは、上記集積回路製造用フォトマスクにおいて、前
記補助パタ−ンにおける長辺が前記主パタ−ンの短辺よ
りも片側で０．１０〜０．１５μｍ大きい長さを有し、
前記補助パタ−ンの短辺が０．２５〜０．４０μｍの長
さを有していることを特徴としている。

【００１３】

【作用】上記構成に係る集積回路製造用フォトマスクを
用いてフォトリソグラフィ工程を行なえば、長辺と短辺
の比が大きい（長辺と短辺との比が２以上ある）異方性
コンタクトホールを設計通りに形成することが可能であ
る。このことを図３及び図４に基づいて説明する。図３
は後述する実施例１に係るマスクパタ−ンを介して露光
した場合のフォトレジスト上における光強度分布のシュ
ミレ−ション結果を示した図である。図４（ａ）は図６
（ａ）に示した従来のマスクパタ−ン２１を介して露光
した場合のフォトレジスト上における光強度分布のシュ
ミレ−ション結果を示した図であり、図４（ｂ）は図７
（ａ）に示した従来のマスクパタ−ン２３を介して露光
した場合のフォトレジスト上における光強度分布のシュ
ミレ−ション結果を示した図である。

【００１４】図６（ａ）及び図７（ａ）に示した従来の
マスクパタ−ンの場合、短辺側に移行するにつれて光強
度を示す等高線がマスク形状に対して忠実性がなくな
り、特にコ−ナ−部における光強度が劣化している。ま
た、図７（ａ）に示した従来の補助パターン２３ａ、補
助パタ−ン２３ｂを備えたマスクパタ−ン２３の場合、
補助パターン２３ａ及び補助パタ−ン２３ｂの箇所で光
強度が大きくなっており、この状態で現像するとフォト
レジスト上に図７（ｂ）に示したような歪んだ形のレジ
ストパタ−ン２６が形成されてしまう。

【００１５】しかし、上記構成に係る本発明の集積回路
製造用フォトマスクにあっては、補助パタ−ンと主パタ
−ンとが回折光で露光解像し得る幅の分離幅を介して分
離されているので、前記主パターンから前記補助パター
ンへの回折光の寄与が薄れ、図３に示したように等高線
の傾斜が緩和されマスク形状に対して忠実性が増加して
いる。また、コーナー部で光強度が劣化していない。こ
の状態で現像すると、出来上りの長辺サイズが設計値通
りのレジストパタ−ンを形成することが可能である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る集積回路製造用フォトマ
スクの実施例を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は
実施例１に係る集積回路製造用フォトマスク（マスクパ
タ−ン）を概略的に示した平面図である。図１（ａ）に
おいて１は短辺０．６μｍ、長辺１．８μｍの異方性コ
ンタクトホールを形成するためのマスクパタ−ンを示し
ている。マスクパタ−ン１は長辺が１．２μｍで短辺５
及び短辺６が０．６μｍである矩形の主パターン２と、
矩形の補助パターン３と、矩形の補助パタ−ン４等とで
構成されている。補助パターン３は、長辺７が回折光で
露光解像し得る幅の分離幅３０を介して主パタ−ン２の
短辺５に対向する位置に配置されており、補助パターン
４は、長辺８が回折光で露光解像し得る幅の分離幅３０
を介して主パタ−ン２の短辺６に対向する位置に配置さ
れている。分離幅３０は大きく設定すると主パタ−ン２
と補助パタ−ン３及び補助パタ−ン４とからの回折光で
解像されずに現像後にレジストが残存する可能性がある
ので、該可能性を避けるために０．０２５μｍ〜０．１
０μｍの範囲に設定するのが好ましい。実施例１の場
合、分離幅３０は０．０５μｍに設定されている。

【００１７】補助パタ−ン３の短辺９及び補助パタ−ン
４の短辺１０は、いずれも露光装置の露光波長（３６５
ｎｍ〜４３６ｎｍ）では解像しない値である０．３μｍ
に設定されている（前記露光波長の場合、０．２５μｍ
〜０．４０μｍの範囲内で設定するのが好ましい）。補
助パタ−ン３の長辺７及び補助パタ−ン４の長辺８は主
パターン２の短辺５及び短辺６よりも長く設定されてお
り、補助パターン３及び補助パタ−ン４の両端部は、長
手方向に主パターン２の外側に突出している。該突出部
分の長さは、形成されるコンタクトホ−ルが歪んだ形状
とならないように０．１μｍ〜０．１５μｍの範囲に設
定することが望ましい。なお、主パターン２の長辺の長
さ（１．２μｍ）は出来上り予定の長辺値（１．８μ
ｍ）から補助パターン３の短辺９及び補助パタ−ン４の
短辺１０の長さ（２×０．３μｍ）を差し引いたもので
ある。

【００１８】図２（ａ）は実施例２に係る集積回路製造
用フォトマスクを概略的に示した平面図であり、短辺が
０．６μｍで長辺が２．４μｍの異方性コンタクトホー
ルを形成するためのマスクパターン１１を示した図であ
る。マスクパターン１１の構成が図１（ａ）に示したマ
スクパタ−ン１の構成と異なっているのは、マスクパタ
−ン１における主パタ−ン２がマスクパタ−ン１１では
主パタ−ン１２となり、短辺５が短辺１３となり、短辺
６が短辺１４となり、主パタ−ン１２における長辺の長
さが１．２μｍから１．８μｍとなっているのみであ
る。その他の構成は同じである。主パターン１２におけ
る長辺の長さ（１．８μｍ）は、実施例１における主パ
タ−ン１の場合と同様に、出来上り予定の長辺値（２．
４μｍ）から補助パターン３の短辺９及び補助パタ−ン
４の短辺１０の長さ（２×０．３μｍ）を差し引いた値
に設定されている。

【００１９】上記した実施例１に係るマスクパタ−ン１
が形成された集積回路製造用フォトマスク又は実施例２
に係るマスクパタ−ン１１が形成された集積回路製造用
フォトマスクを用いて「従来技術」の欄で説明したプロ
セスにしたがってフォトリソグラフィ工程を行うと、図
１（ｂ）に示したレジストパタ−ン１５又は図２（ｂ）
に示したレジストパタ−ン１６、すなわち長辺及び短辺
が設計通りの値を有しているレジストパタ−ンを形成す
ることができる。そして次に、レジストパタ−ン１５又
はレジストパタ−ン１６を介し、「従来技術」の欄で説
明したプロセスにしたがってエッチング工程を施せば、
設計値通りの異方性コンタクトホ−ルを形成することが
できる。このようにマスクパタ−ン１又はマスクパタ−
ン１１を用いれば、長辺と短辺の比が２以上あっても、
歪んだ形状となることもなく、かつ予め設計された通り
の長辺値と短辺値とを有するレジストパタ−ン１５又は
レジストパタ−ン１６を形成することができ、該レジス
トパタ−ン１５又はレジストパタ−ン１６に基づいて設
計通りの異方性コンタクトホ−ルを形成することができ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る集積回
路製造用フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程
及びエッチング工程を行えば、例え、長辺と短辺との比
が大きくとも（該比が２以上あっても）設計通りの長辺
値と短辺値とを有する異方性コンタクトホールを形成す
ることができる。このことは、ＬＳＩの製造工程におけ
る信頼性を向上させ、歩留まりを向上させることに繋が
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は本発明の実施例１に係る集積回路製
造用フォトマスクを概略的に示した平面図であり、
（ｂ）図は前記フォトマスクを用いて露光した場合に形
成されるレジストパターンを概略的に示した平面図であ
る。

【図２】（ａ）図は本発明の実施例２に係る集積回路製
造用フォトマスクを概略的に示した平面図であり、
（ｂ）図は前記フォトマスクを用いて露光した場合に形
成されるレジストパタ−ンを概略的に示した平面図であ
る。

【図３】実施例１に係る集積回路製造用フォトマスクを
用いて露光した場合のレジスト上における光強度分布の
シュミレ−ション結果を示した図である。

【図４】（ａ）図及び（ｂ）図はそれぞれ従来の集積回
路製造用フォトマスクを用いて露光した場合のレジスト
上における光強度分布のシュミレ−ション結果を示した
図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）はコンタクトホ−ルを形成する
場合における一般的なフォトリソグラフィ工程及びエッ
チング工程の各工程を概略的に示した断面図である。

【図６】（ａ）図は従来の集積回路製造用フォトマスク
で、補助パタ−ンを有していないマスクパタ−ンを概略
的に示した平面図であり、（ｂ）図は前記フォトマスク
を用いて露光した場合に形成されるレジストパタ−ンを
概略的に示した平面図である。

【図７】（ａ）図は従来の集積回路製造用フォトマスク
で、補助パタ−ンを有しているマスクパタ−ンを概略的
に示した平面図であり、（ｂ）図は前記フォトマスクを
用いて露光した場合に形成されるレジストパタ−ンを概
略的に示した平面図である。

【図８】マスクパタ−ンの短辺を０．６μｍに固定して
長辺を０．６〜２．４μｍの範囲で変化させた場合にフ
ォトリソグラフィ後に形成されるレジストパターンを実
測した結果を示したグラフである。

【符号の説明】

１、１１ マスクパタ−ン ２、１２ 主パタ−ン ３、４ 補助パタ−ン １５、１６ レジストパタ−ン ３０ 分離幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形の主パタ−ンと、短辺が露光波長で
   は解像しない長さを有し、長辺が前記主パタ−ンの短辺
   より大きい長さを有する矩形の補助パタ−ンとを備え、
   該補助パタ−ンが前記主パタ−ンに対して回折光で露光
   解像し得る幅の分離幅を介し、その長辺が前記主パタ−
   ンの各短辺と対向するように配置されていることを特徴
   とする集積回路製造用フォトマスク。
2. 【請求項２】 前記補助パターンにおける長辺が前記主
   パターンの短辺よりも片側で０．１０〜０．１５μｍ大
   きい長さを有し、前記補助パターンの短辺が０．２５〜
   ０．４０μｍの長さを有していることを特徴とする請求
   項１記載の集積回路製造用フォトマスク。