(57)【要約】【課題】マスクパターンの幅の寸法誤差のばらつきを低減することができる、フォトマスクおよびその製造方法、ならびにフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】フォトマスク１において、ガラス基板２上には、パターン形成領域３と、これを取り囲む所定幅の環状領域４と、環状領域４の外側の非転写パターン形成領域５とが設定されている。パターン形成領域３には、遮光性材料が選択的に付着することにより、半導体基板４１上に転写されるマスクパターン７が形成されている。環状領域４には、その全域に遮光性材料が付着（べた付着）することにより、遮光帯８が形成されている。非転写パターン形成領域５には、遮光性材料が選択的に付着することにより、半導体基板４１上に転写されない非転写パターン１２が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板上のパターン形成領域に選択的に付着した遮光性材料からなり、半導体基板上に転写されるマスクパターンと、
前記透明基板上の前記パターン形成領域を取り囲む所定幅の環状領域の全域に付着した遮光性材料からなる遮光帯と、
前記透明基板上の前記環状領域の外側の非転写パターン形成領域に選択的に付着した遮光性材料からなり、前記半導体基板上に転写されない非転写パターンとを含む、フォトマスク。
【請求項２】
前記非転写パターン形成領域の全面積に対する、前記非転写パターンが占める領域の面積の割合は、前記パターン形成領域の全面積に対する、前記マスクパターンが占める領域の面積の割合とほぼ等しい、請求項１記載のフォトマスク。
【請求項３】
透明基板の一方面に遮光性材料を付着させることにより、当該一方面上に遮光性材料膜を形成する工程と、
前記遮光性材料膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとするドライエッチングにより、前記遮光性材料膜を選択的に除去して、前記透明基板上のパターン形成領域に半導体基板上に転写されるマスクパターンを形成し、前記透明基板上の前記パターン形成領域を取り囲む所定幅の環状領域に遮光帯を形成し、前記透明基板上の前記環状領域の外側の非転写パターン形成領域に前記半導体基板上に転写されない非転写パターンを形成する工程とを含む、フォトマスクの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ技術により、前記マスクパターンに対応したレジストパターンを半導体基板上に形成する工程と、
前記レジストパターンの形成後に、前記レジストパターンをマスクとする処理を行う工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクおよびその製造方法、ならびにフォトマスクを用いて半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、半導体基板に不純物を選択的に注入したり、半導体基板上に形成した薄膜を微細パターンに加工したりするために、フォトリソグラフィ技術により、半導体基板上にレジストパターンが形成される。
フォトリソグラフィ技術によるレジストパターンの形成には、その所望するレジストパターンに対応したマスクパターンを有するフォトマスク（レチクル）が用いられる。すなわち、フォトリソグラフィ技術では、半導体基板上の全域にフォトレジストを塗布した後、その半導体基板とこれに対向して設けられた露光用光源との間にフォトマスクを配置し、この状態で、露光用光源を発光させてフォトレジストの露光を行い、さらに、その露光後のフォトレジストを現像液で現像することによりレジストパターンが得られる。
【０００３】
図５は、従来のフォトマスクの構成を図解的に示す平面図である。
フォトマスク５１は、透明なガラス基板５２上に、クロム（Ｃｒ）などの遮光性材料からなるマスクパターン５３および遮光帯５４を形成した構造を有している。マスクパターン５３は、遮光性材料を半導体基板上に転写されるパターン（半導体基板上に形成すべきレジストパターンに対応したパターン）であり、ガラス基板５２上の中央部に設定された矩形状のパターン形成領域５５に形成されている。遮光帯５４は、ガラス基板５２上におけるパターン形成領域５５以外の領域、つまりパターン形成領域５５の周囲の領域に、遮光性材料をべた付着させることにより形成されている。
【０００４】
なお、図５では、遮光性材料が付着した部分にハッチングを付している。
フォトマスク５１は、たとえば、次に述べるようにして作成される。まず、ガラス基板５２の一方面の全域に遮光性材料を付着させることにより、その一方面上に、所定厚さの遮光性材料膜が形成される。次に、フォトリソグラフィ技術により、遮光性材料膜上に、レジストパターンが形成される。遮光性材料膜は、マスクパターン５３および遮光帯５４となるべき部分がレジストパターンにより覆われ、それ以外の部分がレジストパターンの開口から露出する。そして、ドライエッチングにより、遮光性材料膜におけるレジストパターンの開口から露出する部分が選択的に除去される。これにより、ガラス基板５２上にマスクパターン５３および遮光帯５４が形成され、レジストパターンが除去されると、フォトマスク５１が得られる。
【特許文献１】特開平６−１１８６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ドライエッチング時には、遮光性材料膜だけでなく、レジストパターンもわずかに浸食される。レジストパターンの浸食により、レジストパターンの材料であるレジストの成分を含む生成物が生成される。この生成物は、レジストパターン、マスクパターン５３および遮光帯５４の側面に保護膜として付着する。また、生成物は、レジストパターンにおけるレジスト面積率（単位面積に対する、その単位面積の領域においてレジストパターンが占める領域の面積の割合）が大きい部分ほど多量に生成される。そのため、パターン形成領域５５における遮光帯５４に近い領域ほど、レジストパターンおよびマスクパターン５３の側面に付着する保護膜の厚さが大きくなる。その結果、従来のフォトマスク５１では、マスクパターン５３の幅の寸法誤差にばらつきが生じていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、マスクパターンの幅の寸法誤差のばらつきを低減することができる、フォトマスクおよびその製造方法、ならびにフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、透明基板と、前記透明基板上のパターン形成領域に選択的に付着した遮光性材料からなり、半導体基板上に転写されるマスクパターンと、前記透明基板上の前記パターン形成領域を取り囲む所定幅の環状領域の全域に付着した遮光性材料からなる遮光帯と、前記透明基板上の前記環状領域の外側の非転写パターン形成領域に選択的に付着した遮光性材料からなり、前記半導体基板上に転写されない非転写パターンとを含む、フォトマスクである。
【０００８】
このフォトマスクは、請求項３記載の製造方法により製造することができる。すなわち、前記フォトマスクは、透明基板の一方面に遮光性材料を付着させることにより、当該一方面上に遮光性材料膜を形成する工程と、前記遮光性材料膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとするドライエッチングにより、前記遮光性材料膜を選択的に除去して、前記透明基板上のパターン形成領域に半導体基板上に転写されるマスクパターンを形成し、前記透明基板上の前記パターン形成領域を取り囲む所定幅の環状領域に遮光帯を形成し、前記透明基板上の前記環状領域の外側の非転写パターン形成領域に前記半導体基板上に転写されない非転写パターンを形成する工程とを含む製造方法により製造することができる。
【０００９】
フォトマスクにおいて、透明基板上には、パターン形成領域と、これを取り囲む所定幅の環状領域と、環状領域の外側の非転写パターン形成領域とが設定されている。パターン形成領域には、遮光性材料が選択的に付着することにより、半導体基板上に転写されるマスクパターンが形成されている。環状領域には、その全域に遮光性材料が付着（べた付着）することにより、遮光帯が形成されている。非転写パターン形成領域には、遮光性材料が選択的に付着することにより、半導体基板上に転写されない非転写パターンが形成されている。
【００１０】
そのため、パターン形成領域の外側の領域の全域に遮光帯を形成した構成と比較して、遮光帯の幅がはるかに小さい。また、フォトマスクの製造工程で形成されるレジストパターンにおいて、非転写パターン形成領域上に形成される部分は、非転写パターン領域の全面積に対する非転写パターンが占める領域の面積の割合とほぼ同じレジスト面積率を有する。したがって、非転写パターンを適当にデザインすることにより、環状領域および非転写パターン形成領域上におけるレジストパターンのレジスト面積率を小さくすることができる。これにより、ドライエッチング時に、レジストパターンにおける環状領域および非転写パターン形成領域上に形成される部分の浸食により生成される生成物の量を低減させることができる。その結果、レジストパターンおよびマスクパターンの側面に付着する保護膜の厚さのばらつきの発生を抑えることができる。よって、マスクパターンの幅の寸法誤差のばらつきを低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載のように、前記非転写パターン形成領域の全面積に対する前記非転写パターンが占める領域の面積の割合は、前記パターン形成領域の全面積に対する前記マスクパターンが占める領域の面積の割合とほぼ等しいことが好ましい。これにより、環状領域および非転写パターン形成領域上におけるレジストパターンのレジスト面積率と、パターン形成領域上におけるレジストパターンのレジスト面積率とをほぼ等しくすることができる。その結果、マスクパターンの幅の寸法誤差のばらつきを一層低減することができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１または２に記載のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ技術により、前記マスクパターンに対応したレジストパターンを半導体基板上に形成する工程と、前記レジストパターンの形成後に、前記レジストパターンをマスクとする処理を行う工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
請求項１または２に記載のフォトマスクは、マスクパターンの幅の寸法誤差のばらつきが小さいので、そのフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ技術により、半導体基板上にレジストパターンを高精度に形成することができる。その結果、レジストパターンをマスクとする処理を良好に行うことができるので、高品質な半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るフォトマスクの構成を図解的に示す平面図である。
フォトマスク（レチクル）１は、透明なガラス基板２を備えている。ガラス基板２の材料としては、石英ガラスを例示することができる。
ガラス基板２上には、四角形状のパターン形成領域３と、これを取り囲む所定幅（たとえば、２．５ｍｍ）の環状領域４と、環状領域４の外側の非転写パターン形成領域５とが設定されている。また、ガラス基板２上には、非転写パターン形成領域５の外側の領域に、後述する露光機４４におけるフォトマスク１の識別のためのバーコード６が付されている。
【００１４】
パターン形成領域３には、遮光性材料が選択的に付着することにより、後述するレジスト膜４３に転写されるマスクパターン７が形成されている。
環状領域４には、その全域に遮光性材料が付着（べた付着）することにより、遮光帯８が形成されている。
非転写パターン形成領域５は、環状領域４の外側を取り囲む環状に設定されている。非転写パターン形成領域５には、フォトマスク１の名称が記載されるマスク名記載部分９、フォトマスク１の作成に関する事項が記載される作成事項記載部分１０、および後述する露光機４４におけるフォトマスク１の位置合わせのためのアライメントマーク１１が設けられている。そして、非転写パターン形成領域５には、マスク名記載部分９、作成事項記載部分１０およびアライメントマーク１１を避けて、非転写パターン１２が形成されている。
【００１５】
図２Ａ〜２Ｅは、非転写パターン１２の例を示す図である。
非転写パターン１２は、８行×８列の行列状に整列した６４個の各正方形状領域に遮光性材料を付着させるか否かにより、６４個の正方形状領域の全面積に対する、遮光性材料を付着させる正方形状領域の合計面積の割合（以下、この割合を「遮光面積率」という。）が互いに異なる６４種類が用意されている。各正方形状領域の１辺は、たとえば、２μｍ〜３０μｍ程度に設定されている。
【００１６】
図２Ａ〜２Ｅには、６４種類のうちの５種類の非転写パターン１２が例示されている。
図２Ａには、８個の正方形状領域に遮光性材料を付着させる非転写パターン１２が示されている。この図２Ａに示す非転写パターン１２の遮光面積率は、１２．５％である。
図２Ｂには、２１個の正方形状領域に遮光性材料を付着させる非転写パターン１２が示されている。この図２Ｂに示す非転写パターン１２の遮光面積率は、約３２．８％である。
【００１７】
図２Ｃには、３２個の正方形状領域に遮光性材料を付着させる非転写パターン１２が示されている。この図２Ｃに示す非転写パターン１２の遮光面積率は、５０％である。
図２Ｄには、４３個の正方形状領域に遮光性材料を付着させる非転写パターン１２が示されている。この図２Ｄに示す非転写パターン１２の遮光面積率は、約６７．２％である。
【００１８】
図２Ｅには、５６個の正方形状領域に遮光性材料を付着させる非転写パターン１２が示されている。この図２Ｅに示す非転写パターン１２の遮光面積率は、８７．５％である。
非転写パターン形成領域５には、マスク名記載部分９、作成事項記載部分１０およびアライメントマーク１１を除く全領域に、適当な非転写パターン１２が形成されている。具体的には、パターン形成領域３の全面積に対するマスクパターン７が占める面積の割合と等しいまたは近い遮光面積率を有する非転写パターン１２が選択されて、その選択された非転写パターン１２が、非転写パターン形成領域５におけるマスク名記載部分９、作成事項記載部分１０およびアライメントマーク１１を除いた全領域に形成されている。これにより、非転写パターン形成領域５の全面積に対する非転写パターン１２が占める領域（遮光性材料が付着した領域）の面積の割合は、パターン形成領域３の全面積に対するマスクパターン７が占める領域の面積の割合とほぼ等しくなっている。
【００１９】
なお、図１において、マスクパターン７および非転写パターン１２は、それらの一部のみが示されている。
また、図１および図２Ａ〜２Ｅにおいて、マスクパターン７、遮光帯８および非転写パターン１２（つまり、遮光性材料が付着した部分）をハッチングを付して示している。
遮光性材料としては、たとえば、クロム、三酸化クロム（ＣｒＯ３）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２）などを例示することができる。
【００２０】
また、図１において、非転写パターン形成領域５の外形を二点鎖線で示している。
図３Ａ〜３Ｃは、フォトマスク１の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
フォトマスク１の製造工程においては、まず、図３Ａに示すように、ガラス基板２の一方面の全域に遮光性材料を付着（蒸着）させることにより、その一方面上に、所定厚さの遮光性材料膜３１が形成される。
【００２１】
次に、図３Ｂに示すように、フォトリソグラフィ技術により、遮光性材料膜３１上に、レジストパターン３２が形成される。遮光性材料膜は、マスクパターン７、遮光帯８および非転写パターン１２（図１参照）となるべき部分がレジストパターン３２により覆われ、それ以外の部分がレジストパターン３２の開口から露出する。
その後、図３Ｃに示すように、ドライエッチングにより、遮光性材料膜３１におけるレジストパターン３２の開口から露出する部分が選択的に除去される。これにより、ガラス基板２上に、遮光性材料膜３１が選択的に残り、マスクパターン７、遮光帯８および非転写パターン１２が形成される。そして、遮光性材料膜３１（マスクパターン７、遮光帯８および非転写パターン１２）上からレジストパターン３２が除去されると、図１に示すフォトマスク１が得られる。
【００２２】
図４Ａ〜４Ｄは、フォトマスク１を用いて半導体装置を製造する方法を工程順に示す図解的な断面図である。
図４Ａ〜４Ｄに示す半導体装置の製造方法は、フォトリソグラフィ技術により、半導体基板４１上に積層された被加工膜（たとえば、絶縁膜、金属膜など）４２上に、を微細パターンに加工する方法である。
【００２３】
まず、被加工膜４２の表面の全面に、たとえば、ポジ型のフォトレジストが塗布される。つづいて、プリ露光ベーク処理が行われることにより、図４Ａに示すように、被加工膜４２上にレジスト膜４３が形成される。
次に、図４Ｂに示すように、レジスト膜４３を有する半導体基板４１が露光機４４に搬入される。露光機４４は、露光用光源４５、ブラインド４６および縮小投影レンズ４７を備えている。露光用光源４５、ブラインド４６および縮小投影レンズ４７は、上方からこの順に配設されている。ブラインド４６と縮小投影レンズ４７との間には、フォトマスク１が配設されている。半導体基板４１は、レジスト膜４３を上方に向けて、縮小投影レンズ４７に対して下方から対向して配置される。
【００２４】
露光用光源４５は、ブラインド４６に向けて、ほぼ一様なＵＶ（紫外）光を照射する。ブラインド４６は、露光用光源４５からのＵＶ光の照射範囲を規定するものであり、ＵＶ光を通過させる開口を有している。この開口は、開口を通過するＵＶ光の輪郭がフォトマスク１の遮光帯８（図１参照）上に位置するようなサイズに形成されている。これにより、ＵＶ光は、フォトマスク１のパターン形成領域３（図１参照）と遮光帯８の一部とに照射され、非転写パターン１２（図１参照）には照射されない。パターン形成領域３に照射されたＵＶ光は、マスクパターン７により遮光され、ガラス基板２が露出した部分を通過する。フォトマスク１を通過したＵＶ光（マスクパターン７に対応した光像）は、縮小投影レンズ４７を通過することにより縮小されて、レジスト膜４３の表面に結像する。
【００２５】
その後、レジスト膜４３の表面に現像液が供給される。これにより、図４Ｃに示すように、レジスト膜４３の露光領域が除去されて、半導体基板４１上に、マスクパターン７に対応した形状のレジストパターン４８が得られる。
そして、図４Ｄに示すように、レジストパターン４８をマスクとするエッチングにより、被加工膜４２の不要部分が除去される。これにより、被加工膜４２の微細パターンへの加工が達成される。
【００２６】
以上のように、フォトマスク１において、ガラス基板２上には、パターン形成領域３と、これを取り囲む所定幅の環状領域４と、環状領域４の外側の非転写パターン形成領域５とが設定されている。パターン形成領域３には、遮光性材料が選択的に付着することにより、半導体基板４１上にレジストパターン４８となって転写されるマスクパターン７が形成されている。環状領域４には、その全域に遮光性材料が付着（べた付着）することにより、遮光帯８が形成されている。非転写パターン形成領域５には、遮光性材料が選択的に付着することにより、非転写パターン１２が形成されている。露光機４４において、非転写パターン形成領域５には、ＵＶ光が照射されないので、非転写パターン１２は、半導体基板４１上には転写されない。
【００２７】
フォトマスク１では、パターン形成領域３の外側の領域の全域に遮光帯（図５参照）を形成した構成と比較して、遮光帯８の幅がはるかに小さい。また、フォトマスク１の製造工程で形成されるレジストパターン３２において、非転写パターン形成領域５上に形成される部分は、非転写パターン形成領域５の全面積に対する非転写パターン１２が占める領域の面積の割合（非転写パターン１２の遮光面積率）とほぼ同じレジスト面積率を有する。したがって、非転写パターン１２を適当にデザインすることにより、環状領域４および非転写パターン形成領域５上におけるレジストパターン３２のレジスト面積率を小さくすることができる。これにより、遮光性材料膜３１の加工のためのドライエッチング時に、レジストパターン３２における環状領域４および非転写パターン形成領域５上に形成される部分の浸食により生成される生成物の量を低減させることができる。その結果、レジストパターン３２およびマスクパターン７の側面に付着する保護膜の厚さのばらつきの発生を抑えることができる。よって、マスクパターン７の幅の寸法誤差のばらつきを低減することができる。
【００２８】
この実施形態では、非転写パターン形成領域５の全面積に対する非転写パターン１２が占める領域の面積の割合は、パターン形成領域３の全面積に対するマスクパターン７が占める領域の面積の割合とほぼ等しくなっている。これにより、環状領域４および非転写パターン形成領域５上におけるレジストパターン３２のレジスト面積率と、パターン形成領域３上におけるレジストパターン３２のレジスト面積率とをほぼ等しくすることができる。その結果、マスクパターン７の幅の寸法誤差のばらつきを一層低減することができる。
【００２９】
そして、フォトマスク１は、マスクパターン７の幅の寸法誤差のばらつきが小さいので、そのフォトマスク１を用いたフォトリソグラフィ技術により、被加工膜４２上にレジストパターン４８を高精度に形成することができる。その結果、レジストパターン４８をマスクとするエッチングにより、被加工膜４２を微細パターンに精度よく加工することができる。よって、高品質な半導体装置を得ることができる。
【００３０】
なお、環状領域４（遮光帯８）の幅は、露光機４４のブラインド４６による照射範囲の精度と、遮光性材料膜３１の加工のためのドライエッチング時に生じる生成物によるマスクパターン７の幅寸法に対する影響とを考慮して設定されるとよい。
また、非転写パターン形成領域５の幅は、遮光性材料膜３１の加工のためのドライエッチング時に生じる生成物によるマスクパターン７の幅寸法に対する影響と、レジストパターン３２の形成に要する時間とを考慮して設定されるとよく、たとえば、１５ｍｍ以上に設定される。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、半導体基板４１上に形成した被加工膜４２を微細パターンに加工する方法に本発明が適用された場合を例にとったが、本発明は、半導体基板４１上に形成したレジストパターンをマスクとして、半導体基板４１に不純物を選択的に注入する方法に適用されてもよい。
【００３２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るフォトマスクの構成を図解的に示す平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、非転写パターンの例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、非転写パターンの他の例を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、非転写パターンのさらに他の例を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、非転写パターンのさらに他の例を示す図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、非転写パターンのさらに他の例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、フォトマスクの製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を模式的に示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、フォトマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための図解的な断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの次の工程を模式的に示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂの次の工程を模式的に示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｃの次の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、従来のフォトマスクの構成を図解的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    フォトマスク
２    ガラス基板（透明基板）
３    パターン形成領域
４    環状領域
５    非転写パターン形成領域
７    マスクパターン
８    遮光帯
１２  非転写パターン
３１  遮光性材料膜
３２  レジストパターン
４１  半導体基板
４８  レジストパターン
【図１】
2009151114.tif 000003
【図２Ａ】
2009151114.tif 000004
【図２Ｂ】
2009151114.tif 000005
【図２Ｃ】
2009151114.tif 000006
【図２Ｄ】
2009151114.tif 000007
【図２Ｅ】
2009151114.tif 000008
【図３Ａ】
2009151114.tif 000009
【図３Ｂ】
2009151114.tif 000010
【図３Ｃ】
2009151114.tif 000011
【図４Ａ】
2009151114.tif 000012
【図４Ｂ】
2009151114.tif 000013
【図４Ｃ】
2009151114.tif 000014
【図４Ｄ】
2009151114.tif 000015
【図５】
2009151114.tif 000016