JP3215394B2 - 電極配線導通孔の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
電極配線導通孔の製造方法および半導体装置の製造方法Info
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
造に用いるホトマスク、特に照明光の位相を変える処理
を施したホトマスクを用いた半導体素子の電極配線導通
孔の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。
力を向上させる従来技術のひとつとして、マスク透過光
に位相を導入する方法がある。例えば特公昭62−50
811号公報では、不透明部をはさむ両側の光透過部の
少なくとも一方に位相を変える透明膜を形成している。
この方法によれば従来と同一のレンズで解像度を格段に
高めることが出来る。
は、単一の光透過部の解像度向上手段として、前記単一
の光透過部の両側に透過光の位相を反転した解像限界以
下の光透過部を設けている。
には、回析歪が低レベルの安定なホトマスクとして、光
透過部と半透明部とに位相差を与えたホトマスクが提案
されている。
は、通常の透過型マスクを作成した後、透過光の位相を
変えるための透明膜、いわゆる位相シフタを形成する必
要がある。さらに、前記位相シフタは隣合った透過部を
透過する光の位相が互いに反転するように配置する必要
がある。従って、複雑な素子パタンへの位相シフタの配
置では、シフタの配置が困難な場合等が発生し、効率よ
くシフタを配置するには、試行錯誤や高度な検討が必要
であり、多大な労力が必要であった。
しており、工程増に伴う欠陥の発生や歩留まり低下が大
きな問題となっていた。また、透明膜の欠陥の修正も多
くの労力が必要であり、実用化の大きな障害になってい
た。
通孔を形成でき、あるいは微細なパタンが形成でき、解
像不良の発生率を減少できるホトマスクを用いた半導体
素子の電極配線導通孔の製造方法および半導体装置の製
造方法を提供することにある。
の製造方法は、露光光の透過率が30%以下の半透明な
領域及び位置合わせマーク部又は検出窓パタンを形成す
る遮光領域を有する基板を使用し、前記半透明な領域を
透過した第1の光と、前記半透明な領域内に設けられた
開口部を透過した前記第1の光と位相が逆相である第2
の光とをレンズを通して投影することにより、電極配線
導通孔用のホールパタンをウエハ上の感光性材料の薄膜
に転写するものである。
の透過率が30%以下の半透明な領域及び位置合わせマ
ーク部又は検出窓パタンを形成する遮光領域を有する基
板を使用し、前記半透明な領域を透過した第1の光と、
前記半透明な領域内に設けられた開口部を透過した前記
第1の光と位相が逆相である第2の光とをレンズを通し
て投影することにより、電極配線導通孔用のホールパタ
ンをウエハ上の感光性材料の薄膜に転写するものであ
る。
露光光に対して透明な領域と、前記透明な領域の露光光
の透過率を100%としたとき、透過率が30%以下で
ある半透明な領域と、位置合わせマーク部又は検出窓パ
タンが形成された遮光領域とを有し、前記透明な領域を
透過した光と前記半透明な領域を透過した光とが互いに
反転する第1の基板に光を透過させて、レンズを通して
投影することにより、電極配線導通孔用のホールパタン
をウエハ上の感光性薄膜に転写するものである。
は、露光光に対する透過率が30%以下の半透明な領域
と、前記半透明な領域内に設けられている透明な領域
と、位置合わせマーク部又は検出窓パタンを形成する遮
光領域とを有し、前記透明な領域を透過した光の位相が
前記半透明な領域を透過した光の位相と反転する第1の
基板に光を透過させて、前記第1の基板に形成された電
極配線導通孔用のホールパタンを第2の基板にレンズを
通して投影しホールパタンを形成する工程を有するもの
である。
第1の基板に感光性材料の薄膜を形成する工程、第1の
領域と、該第1の領域の光の透過率を100%としたと
き、透過率が30%以下である第2の領域と、位置合わ
せマーク部又は検出窓パタンを形成する遮光領域とを有
し、前記第1の領域を透過した光の位相は前記第2の領
域を透過した光の位相と反転するように形成されている
第2の基板に光を照射し、前記第1の領域と前記第2の
領域を用いて電極配線導通孔用のホールパタンを、前記
第1の基板にレンズを通して投影する工程、及び、前記
第1の基板を現像し、ホールパタンを形成する工程、を
有するものである。
膜の少なくとも一層を有するものであり、他にさらに透
明な膜を含む複合膜であってもよい。すなわち、この半
透明層全体として半透明であり、かつ透明な領域との間
に位相差を生じさせるものであればよい。
過した光に対して位相が反転しているため、その境界部
で位相が反転し、境界部での光強度が0に近づく。これ
により、相対的に光透過部を通過した光の強度と、パタ
ン境界部の光強度の比は大きくなり従来法に比べコント
ラストの高い光強度分布が得られる。
従来法を図2を用いて説明する。図2(a)は従来法の
ホトマスクの断面図を示し、1はガラス基板、2は遮光
膜のCr膜である。光透過部3を透過した光の振幅分布
は、図2(b)に示すように同一符号である。この光を
レンズを通しウエハ上に投影すると、図2(c)に示す
ように、遮光部直下まで光強度が広がった分布となる。
従って、従来法では微細なパタンを形成することが困難
であった。
図1(a)は本発明のホトマスクの一例の断面図であ
る。1はガラス基板、4は半透明膜である。半透明膜4
の膜厚tは、 t=λ/a(n−1) (ただし、λは露光光の波長、nは半透明膜の屈折率、
a は1.3≦a≦4の範囲の値である)の関係となるよ
うに調整する。このマスクを透過した光の振幅分布は、
図1(b)に示すように光透過部3を通過した光が正の
符号であるのに対し、半透明膜4を通過した光の位相は
反転し負の符号となる。この光をレンズを通しウエハ上
に投影すると、図1(c)に示すように、光透過部3と
半透明膜4の境界で位相反転しているため、その直下で
光強度はほぼ0となる。そのため光強度分布の広がりが
押さえられ、コントラストの高い微細なパタンを形成す
ることができる。
する。
態のホトマスクとして図1で示す構造のものを製造し
た。図1(a)はホトマスクの断面図を示す。1はガラ
ス基板、4は半透明膜である。半透明膜4の膜厚は、 t=λ/a(n−1) (ただし、λは露光光の波長、nは半透明膜の屈折率、
a は1.3≦a≦4の範囲の値である)の関係となるよ
うに調整した。露光波長は水銀ランプのi線(365n
m)を用いた。ここで半透明膜4には塗布ガラスに吸光
剤を添加したものを用いた。このガラスの露光光に対す
る屈折率は約1.45であったので、塗布ガラスの膜厚
は約420nmとした。また、この時露光光の透過率が
15%となるよう吸光剤の添加量を調整した。なお、前
記透過率の設定は、使用するレジストの感度、感光特性
を考慮し、決定する必要があり、15%に限らないが本
発明の効果を得るには1%以上が望ましい。さらに、透
過率の上限は実用的なプロセスのばらつき等を考慮する
と50%程度が望ましいが、これ以上でも効果は得られ
る。より効果的なのは5から30%の範囲である。透明
な領域のパタンは、単一なホール、ドット、スペース又
はラインのパタンをそれぞれ形成した。
膜厚tは、 t=λ/a(n−1) におけるaが1.3≦a≦4の範囲が望ましいが、この
範囲以外でも僅かながらコントラスト向上効果は得られ
る。また、半透明膜4の材料は塗布ガラスに限らず、有
機膜、無機膜等、所望の透過率が得られ、かつ透過した
光の位相が光透過部3を透過した光の位相に対しほぼ反
転できれば、如何なる材料でも適用可能である。また、
マスクの構造は前記実施の形態では半透明膜4を単一の
膜で構成したが、これに限らない。
光の光強度は、図1(c)に示すように、光透過部3と
半透明膜4の境界の直下で光強度はほぼ0となり、その
ため光強度分布の広がりを押さえられ、コントラストの
高い微細なパタンが形成できた。
3に示すように半透明層の構成を多層膜とした。ガラス
基板1上に薄いCr膜6と塗布ガラス膜7を被着し、所
望のパタン部を除去した。この場合は、薄いCr膜6で
透過率を1%に調整し、塗布ガラス7で透過部との位相
差を調整した。薄いCr膜6の露光光に対する透過率は
1から50%の範囲であればよい。塗布ガラス膜7の膜
厚は前記第1の実施の形態で示した半透明膜4の膜厚制
限とほぼ同じでもよいが、さらに高精度に180°の位
相差を設定するため、薄いCr膜6を透過する光の位相
ずれも考慮した。即ち、この実施の形態では半透明層は
薄いCr膜6と塗布ガラス膜7とよりなり、薄いCr膜
6の厚みは透過率を1%となるように定め、塗布ガラス
膜7の厚みを
するi番目の膜の厚さ及び屈折率、mは半透明層を構成
する膜の数でこの実施の形態では2、λは露光光の波
長、φは1/4≦φ≦3/4の範囲の値である)の関係
を満たすようにした。この構造でも実施の形態1と同じ
効果が得られた。
図4に示すように、ガラス基板1上に、薄いCr膜6を
形成し、この薄いCr膜6を所望のパタンに除去し、し
かる後ガラス基板1を所望の深さにエッチングした。薄
いCr膜6の膜厚は40nm以下とし、露光光に対する
透過率を第1の実施の形態で示したように1から50%
の範囲に調整することが好ましい。この実施の形態では
1%とした。エッチング深さは、前記第2の実施の形態
で示した塗布ガラス膜7の膜厚制限と同じく、高精度に
180°の位相差を設定するために、薄いCr膜6を透
過する光の位相ずれを考慮して定めた。
御が困難な場合には、図5に示すような構造にすれば良
い。ガラス基板1上に、ITOからなる透明なエッチン
グストッパ8を設け、その上に透明膜9、その上に薄い
Cr膜6を設けてある。図4及び図5の構造でも実施の
形態1と同じ効果が得られた。
1の実施の形態の加工上の問題点を対策した構造であ
る。図1の半透明膜4は塗布ガラスを用いたが、この材
料とガラス基板1はほぼ同じ材質であり、半透明膜4を
フッ化水素酸系の溶液等でエッチングする場合や、CF
4 系のガス等を用いたドライエッチングで加工する場
合、十分な選択性がとれない。従って、高度なエッチン
グ制御が必要となる。これに対し、本実施の形態は、図
6に示すように、ガラス基板1と半透明膜4の間にエッ
チングストッパ8を配置した。ここでは、シリコン窒化
膜を用いたがこれに限らない。
は、電子線でのパタン形成でチャージアップ現象が発生
し、パタンの位置ずれ等の問題が生じるので、エッチン
グストッパ8をITO膜等の導電膜とすることも有効で
ある。その他の方法でチャージアップを防止する場合
は、導電膜を用いる必要はない。半透明膜4の膜厚につ
いては前記と同様にした。
過部と半透明部を通過する光の位相が反転するように調
整されている事が必要である。また、通常のマスク又は
従来の位相シフト型マスクと同一基板内に本発明の構造
を組合せることも有効である。即ち、露光装置とマスク
の位置を整合するために用いる合わせマーク部やマスク
とウエハの位置を整合するため用いる検出窓パタンを通
常の遮光膜で形成したところ、半透明膜を用いたときよ
りも検出信号は高いSN比が得られた。
に有効であり、従来0.5μm径のホールパタンの形成
が限界だった光学系で0.4μm径のホールパタンが形
成できた。さらに、焦点位置ずれによる解像度劣化も小
さいことも確認できた。
ホトマスクを半導体素子の電極配線導通孔の形成に用い
たところ、今までより0.1μm小さい導通孔が形成で
きた。さらに焦点深度の向上に伴い、解像不良の発生率
も大幅に改善できた。
露光波長によらない。前記実施の形態では露光波長にi
線(365nm)を用いた例を示したが、この波長に限
らない。g線(436nm)、KrFエキシマレーザ
光、ArFエキシマレーザ光等でも同様の結果が得られ
た。
極配線導通孔を形成できた。
べて微細なパタンが形成できた。またホトマスクの作成
工程も従来の透過型マスクとほぼ同じであり、従来の位
相シフトマスクに比べ大幅に工程の簡略化が計れた。
素子を作成した結果、従来型のホトマスクに比べてパタ
ンの微細化が実現でき、素子面積の縮小化が実現でき
た。さらに焦点深度の向上に伴い、解像不良の発生も大
幅に改善できた。
実施の形態のホトマスクの断面図、透過光の振幅分布図
及び光強度図である。
マスクの断面図、透過光の振幅分布図及び光強度図であ
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 露光光の透過率が30%以下の半透明な
領域及び位置合わせマーク部又は検出窓パタンを形成す
る遮光領域を有する基板を使用し、前記半透明な領域を
透過した第1の光と、前記半透明な領域内に設けられた
開口部を透過した前記第1の光と位相が逆相である第2
の光とをレンズを通して投影することにより、電極配線
導通孔用のホールパタンをウエハ上の感光性材料の薄膜
に転写することを特徴とする電極配線導通孔の製造方
法。 - 【請求項2】 前記第1および第2の光は、エキシマレ
ーザ光であることを特徴とする請求項1記載の電極配線
導通孔の製造方法。 - 【請求項3】 前記半透明な領域は、ガラス基板上に設
けられた単一の膜であることを特徴とする請求項1また
は2に記載の電極配線導通孔の製造方法。 - 【請求項4】 前記半透明な領域は、多層膜であること
を特徴とする請求項1または2に記載の電極配線導通孔
の製造方法。 - 【請求項5】 前記開口部は、ガラス基板をエッチング
して形成されていることを特徴とする請求項1ないし4
の何れかに記載の電極配線導通孔の製造方法。 - 【請求項6】 露光光の透過率が30%以下の半透明な
領域及び位置合わせマーク部又は検出窓パタンを形成す
る遮光領域を有する基板を使用し、前記半透明な領域を
透過した第1の光と、前記半透明な領域内に設けられた
開口部を透過した前記第1の光と位相が逆相である第2
の光とをレンズを通して投影することにより、電極配線
導通孔用のホールパタンをウエハ上の感光性材料の薄膜
に転写することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 露光光に対して透明な領域と、前記透明
な領域の露光光の透過率を100%としたとき、透過率
が30%以下である半透明な領域と、位置合わせマーク
部又は検出窓パタンが形成された遮光領域とを有し、前
記透明な領域を透過した光と前記半透明な領域を透過し
た光とが互いに反転する第1の基板に光を透過させて、
レンズを通して投影することにより、電極配線導通孔用
のホールパタンをウエハ上の感光性薄膜に転写する工程
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 露光光に対する透過率が30%以下の半
透明な領域と、前記半透明な領域内に設けられている透
明な領域と、位置合わせマーク部又は検出窓パタンを形
成する遮光領域とを有し、前記透明な領域を透過した光
の位相が前記半透明な領域を透過した光の位相と反転す
る第1の基板に光を透過させて、前記第1の基板に形成
された電極配線導通孔用のホールパタンを第2の基板に
レンズを通して投影しホールパタンを形成する工程を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 第1の基板に感光性材料の薄膜を形成す
る工程、 第1の領域と、該第1の領域の光の透過率を100%と
したとき、透過率が30%以下である第2の領域と、位
置合わせマーク部又は検出窓パタンを形成する遮光領域
とを有し、前記第1の領域を透過した光の位相は前記第
2の領域を透過した光の位相と反転するように形成され
ている第2の基板に光を照射し、前記第1の領域と前記
第2の領域を用いて電極配線導通孔用のホールパタン
を、前記第1の基板にレンズを通して投影する工程、及
び、 前記第1の基板を現像し、ホールパタンを形成する工
程、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000007857A JP3215394B2 (ja) | 1990-09-28 | 2000-01-17 | 電極配線導通孔の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP25698390A Division JP3105234B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000147746A JP2000147746A (ja) | 2000-05-26 |
JP3215394B2 true JP3215394B2 (ja) | 2001-10-02 |
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ID=18536216
Family Applications (1)
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JP2000007857A Expired - Lifetime JP3215394B2 (ja) | 1990-09-28 | 2000-01-17 | 電極配線導通孔の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
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2000
- 2000-01-17 JP JP2000007857A patent/JP3215394B2/ja not_active Expired - Lifetime
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