JPH1154399A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPH1154399A
JPH1154399A JP20576597A JP20576597A JPH1154399A JP H1154399 A JPH1154399 A JP H1154399A JP 20576597 A JP20576597 A JP 20576597A JP 20576597 A JP20576597 A JP 20576597A JP H1154399 A JPH1154399 A JP H1154399A
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JP
Japan
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mask
integrated circuit
semiconductor integrated
manufacturing
lens
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JP20576597A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Yoshitake
康裕 吉武
Masataka Shiba
正孝 芝
Yoshitada Oshida
良忠 押田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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)

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体集積回路の周辺回路部とセル部のように
高さの差のある複数の平面に投影レンズの焦点深度内で
良好なマスクパターンを結像すること。 【解決手段】周辺回路部のように低い平面に結像する回
折型レンズとセル部のように高い平面に結像する通常の
開口パターンを有する転写用マスクを用いて半導体製造
装置回路パターンの転写を行う。また、両パターンの結
像平面内での露光強度の違いを補正するため開口パター
ンに吸光性膜を付加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は半導体装
置の製造方法に関し、特に半導体装置の回路パターン転
写用マスクに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの製造にはマスク上の回
路パターンを縮小レンズを介してフォトレジストの塗布
されたウエーハ上に投影露光し、さらに現像後エッチン
グを行うことにより回路パターンを形成するフォトリソ
グラフィの方法が使用されている。半導体デバイスのDR
AM(Dynamic Random Access Memory)は、1、0のビット
情報をキャパシタに蓄えるセル部とこのビット情報の書
き込み、読み出しを行う周辺回路部からなる。高さ方向
に膜を積み上げて作るスタック型キャパシタをもつDRAM
の場合、セル部は高さ方向でキャパシタの容量を稼ぐた
め、周辺回路部と比べて1μm以上高くなっている。図
7に示すように、セル部31と周辺回路部32を接続す
るためには、それぞれの上部にコンタクトホール31
1、321をあけ、そこに導通材を充填することによっ
て高さ方向の接続部を形成し、この接続部の上に配線部
340を形成する。
【0003】コンタクトホール311、321は図8に
示すようにシリコン基板300上にキャパシタ301、
酸化膜330の形成後フォトレジスト350を塗布し、
ここにマスク1上のにコンタクトホールパターン11、
12を転写、現像、エッチングを行うことにより形成さ
れる。実際にはコンタクトホールパターン11、12は
マスクパターン描画の効率化のため四角形状が用いられ
る。
【0004】投影レンズ2の焦点の合う範囲(焦点深
度)は一般に(数1)で与えられる。
【0005】
【数1】
【0006】ここで、λは露光光の波長、NAは投影レン
ズの開口数である。例えば、λ=0.365μm、NA=0.6とす
ると、焦点深度Z0=1.2μmとなる。実際には投影レンズ
2の収差やフォトレジスト350の感光特性から実効的
な焦点深度は1μm程度になる。従って、コンタクトホ
ールパターン11、12の転写時、段差1μm以上の位
置にある2つのコンタクトホール311、321を同時
に転写することは困難である。
【0007】そこで、特開昭63-47926号公報のように、
まず、周辺回路部のコンタクトホールパターン12を遮
光板で隠した後セル部のコンタクトホールパターン11
を露光し、次に周辺回路部32のフォトレジスト350
の上面が焦点深度内に入るようにシリコン基板300を
上昇させた後、セル部のコンタクトホールパターン11
を遮光、周辺回路部のコンタクトホールパターン12を
転写する方法が開示されている。
【0008】また、最近は、図9に示すように酸化膜3
31の上面をセル部31と周辺回路部32で揃え、コン
タクトホール311、321表面の段差をなくすような
加工方法が開発されている。このような加工は酸化膜3
31の形成後、上面を化学的機械研磨(Chemical Mecha
nical Polishing、以下CMPと略す。)することによって
実現される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述前者の
コンタクトホールパターン11、12をそれぞれ遮光し
て2回露光する方法はスループットが遅くなり、また遮
光板の出し入れによってゴミが発生する問題がある。
【0010】一方、上述後者のようにCMPにより酸化膜
の上面を平坦化した場合、コンタクトホールの深さに着
目すると、セル部31では浅く、周辺回路部32では深
くなる。コンタクトホールの穴加工はエッチングにより
行われる。コンタクトホールが深くなると、例えば「半
導体研究41、1995、頁226」に記載のようにシリコ
ン基板のドライエッチダメージやシリコン表面の炭素な
どの汚染によるコンタクト抵抗の上昇といった、エッチ
ングで加工する上での問題が生じる。
【0011】本発明の目的は回路パターン転写における
焦点深度の問題を解決し、深いコンタクトホールのエッ
チング加工を必要としない半導体集積回路装置の製造方
法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下の
とおりである。すなわち、本発明による半導体集積回路
装置の製造方法は回路パターン転写用マスクに回折型レ
ンズのような結像作用のあるパターンを含むマスクを使
用するものである。これによりセル部と周辺回路部で段
差のある場合も、低い周辺回路部に対してはマスクの結
像パターンによりパターンの結像位置を部分的に下げる
ことが可能となり、高いセル部、低い周辺回路部とも良
好にパターンを結像することが可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1を用いて本実施形態の半導体
集積回路装置の製造方法について説明する。
【0014】まず、照明光学系4を出射した照明光40
0はマスク5に入射する。マスク5にはセル部31に対
応する位置に開口パターン51、周辺回路部32に対応
する位置に回折型レンズパターン52が描画されてい
る。開口パターン51を出射した光410は、投影レン
ズ2を介しセル部31上のコンタクトホール部310に
開口パターン51が結像される。
【0015】一方、回折型レンズ52を出射した光42
0はマスク12の下の結像点Aで一旦結像された後、投
影レンズ2を介して周辺回路部32上のコンタクトホー
ル部320に結像点Aが結像される。結像点Aとマスク
12の距離fはセル部31と周辺回路部32の段差Zに
対応して決められる。ここで投影レンズ2の投影倍率を
M(例えば1/5)とするとfとZの関係は次式で表すこと
ができる。
【0016】
【数2】
【0017】回折型レンズ52の焦点距離は距離fと等
しくなるよう設計する。
【0018】回折型レンズ52の設計方法を図2
(a),(b)を参照し説明する。回折型レンズ52は
同心円上の透明薄膜パターンから成り、パターンピッチ
は周辺になるほど細かくなる。回折型レンズ52の表面
形状d(r)は(数2)で表すことができる。
【0019】
【数3】
【0020】ここに、rは中心からの距離、λは照明光
の波長、fは回折型レンズの焦点距離、dmaxは回折型レ
ンズ52の最大厚さであり、回折型レンズ52の屈折率
をnとすると
【0021】
【数4】
【0022】で表すことができる。また、mは0以上の
整数であり、(数4)を満たす。
【0023】
【数5】
【0024】ただし、Rは回折型レンズ52の最大半径
であり、投影レンズ2の開口率をNAとすると投影レンズ
2の倍率Mおよび回折型レンズ焦点距離fを用いて
【0025】
【数6】
【0026】を満たすように決定することができる。ま
た、回折型レンズ52の最も細かくなる最外周ピッチΔ
Rは
【0027】
【数7】
【0028】で表すことができる。例えば、照明光の波
長λを365nm、投影レンズ2のNAを0.5、投影倍率Mを1/5
とするとΔR=3.65μmとなる。
【0029】実用上は(数2)で示す放物線形状は製作
が困難なので、形状を階段形状で近似する。
【0030】図3に4段で近似した場合の回折型レンズ
52の製作方法を示す。まず、ステップ1により半導体
のリソグラフィプロセスと同様に耐エッチング性の感光
剤(フォトレジスト)の塗布されたシリコン基板61上
に第1のマスク561のパターンを転写、現像後エッチ
ングする。
【0031】次にステップ2で第2のマスク562のパ
ターンを用いステップ1と同様のプロセスにより4段の
階段状の表面形状をもつシリコンマスタ62を製作す
る。
【0032】ステップ3により、化学反応あるいは、ス
パッッタリングのような物理的方法でシリコンマスタ6
2の表面に、例えば金や銀等の導電性薄膜621を形成
する。
【0033】ステップ4では導電性膜621の上に例え
ばニッケルのような金属を電気めっきにより堆積させ、
金型63を形成する。金型63は導電性膜621および
シリコンマスタ62から離型される。
【0034】ステップ5では、金型63とマスク5の間
に紫外線硬化樹脂520を封入し、マスク5側から紫外
線を一定時間照射し、紫外線硬化樹脂52を硬化させ
る。
【0035】最後にステップ6で紫外線硬化樹脂520
を金型63から離型し、回折型レンズ52がマスク5上
に得られる。
【0036】一般にk段で近似した場合、焦点に集光さ
れる光の利用効率ηは(数6)で表される。
【0037】
【数8】
【0038】例えば、4段で近似した場合は81%とな
るが、使用するマスク数を3枚、4枚と増やすと8段近
似、16段近似の形状が得られ、この時の光の利用効率
ηはそれぞれ、95%、99%へと増加させることがで
きる。
【0039】また、k段近似の場合のそれぞれの段差の
中心からの距離(半径)をrとするとrと回折型レンズ厚
さdの対応は(数8)のようになる。
【0040】
【数9】
【0041】回折型レンズ52の製作上は図4(a),
(b)に示すようにk=1の1段での回折型レンズが最も
作りやすい。この場合回折型レンズは1段の透明薄膜で
形成される。また、製造方法は図3の4段近似の回折型
レンズとは異なり、リソグラフィプロセスだけで可能に
なるため製造が簡単になる。図5に製造プロセスを示
す。
【0042】まず、ステップ11で透明薄膜531を塗
布する。
【0043】次にステップ12でフォトレジスト532
を塗布し、マスク563のパターンをフォトレジスト5
32上に投影、感光し、現像により感光部を除去する。
【0044】さらに、ステップ13でフォトレジスト5
32をマスクにエッチングを行う。
【0045】最後にステップ14でフォトレジスト53
2を除去し、1段の回折型レンズ53を得る。
【0046】k=1の1段パターンの場合は(数7)によ
り光の利用効率ηは41%となる。従って図1の開口部5
1により露光されるセル部31のコンタクトホール部3
10に比べて、回折型レンズ53によって露光される周
辺部32のコンタクトホール部320での露光強度が小
さくなる。そこで、セル部31と周辺部32で露光強度
が等しくなるように、開口部51に吸光性の薄膜をつけ
る。この吸光性薄膜をつけるための製造プロセスを図6
に示す。
【0047】まず、ステップ21によりマスク5上に吸
光性薄膜541、およびフォトレジスト532を塗布
し、マスク564のパターンをフォトレジスト532上
に投影、感光し、現像により感光部を除去する。吸光性
薄膜541の厚さは、セル部31と周辺部32で露光強
度が等しくなるように設定する。
【0048】次に、ステップ22でフォトレジスト53
2をマスクにエッチングを行う。
【0049】さらに、ステップ23でフォトレジスト5
32を除去し、吸光パターン511を得る。
【0050】この後ステップ24で図5に示した製造プ
ロセスにより、回折型レンズ53を形成する。
【0051】以上の方法により、図2の開口部51で露
光されるセル部31と回折型レンズ53で露光される周
辺部32の露光強度を等しくさせることが可能になる。
【0052】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0053】本発明の半導体集積回路装置の製造方法を
用いれば、回折型レンズを有する転写用マスクで露光す
ることにより、高さの異なる平面をもつ基板上のそれぞ
れの平面に対し、投影レンズの焦点深度内で良好なパタ
ーンを転写することができる。
【0054】また、本発明の1段回折型レンズと吸光膜
付き開口部を有する転写用マスクは、多段近似の回折型
レンズを有する転写用マスクに比べて比較的簡単なプロ
セスで製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である段差を有する基板へのパ
ターン転写方法を説明する図。
【図2】本発明で使用する回折型レンズを説明する図。
【図3】本発明の4段近似型回折型レンズを有するマス
クの製作方法を説明する図。
【図4】本発明で使用する1段回折型レンズを説明する
図。
【図5】本発明で使用する1段回折型レンズの製作方法
を説明する図。
【図6】本発明の、開口部に吸光性薄膜を有するマスク
の製作方法を説明する図。
【図7】半導体デバイスのセル部と周辺回路部の段差を
説明する図。
【図8】従来のパターン転写方法で段差部を有する基板
への転写を行う上での問題点を説明する図。
【図9】CMPによって平坦化された半導体デバイスにお
ける問題点を説明する図。
【符号の説明】
1…従来の転写パターンマスク、 11…コンタクト
ホールパターン、2…投影レンズ、 31…セル
部、 32…周辺回路部、300…シリコン基
板、 301…キャパシタ部、311…コンタクトホ
ール、321…コンタクトホール、330…酸化膜、
331…酸化膜、 340…配線部、3
50…フォトレジスト、 5…マスク、
51…開口パターン、52…回折型レンズ、 53
…1段の回折型レンズ、511…吸光膜、 5
20…紫外線硬化樹脂、531…透明薄膜、532…フ
ォトレジスト、 561…第1のマスク、 562…第
2のマスク、563…フォトレジスト、 61…シリ
コン基板、62…シリコンマスタ、 621…導電性
膜、 63…金型。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高さの異なる複数平面をもつ半導体集積回
    路装置において、該高さの差をZ、投影レンズの投影倍
    率をMとした時、投影マスクからほぼZ/M2の位置に結像
    する結像性要素を有する開口部と結像性を有さない開口
    部をもつ転写用マスクにより露光することを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  2. 【請求項2】上記結像性要素は回折型レンズであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回
    路装置の製造方法。
  3. 【請求項3】上記回折型レンズは表面が鋸型の回折型レ
    ンズであることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
    の半導体集積回路装置の製造方法。
  4. 【請求項4】上記回折型レンズは2のk乗(kは0以上の
    整数)段の階段状の表面形状をもつことを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の半導体集積回路装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】上記結像性要素を有しない開口部が吸光膜
    を具備することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体集積回路装置の製造方法。
  6. 【請求項6】半導体集積回路転写用マスクの製造方法で
    あって、複数または1枚のマスクを用いて階段状または
    単一段差の表面形状をもつシリコンマスタを製作するシ
    リコンマスタ製作工程と該シリコンマスタ上に導電性薄
    膜を形成する導電性薄膜形成工程と該導電性薄膜上に金
    型を形成する金型形成工程と該金型と紫外線硬化型樹脂
    を用いてガラス基板上に回折型レンズを成形する回折型
    レンズ形成工程からなることを特徴とする半導体集積回
    路転写用マスクの製造方法。
  7. 【請求項7】半導体集積回路転写用マスクの製造方法で
    あって、開口部に吸光性膜を付加する吸光性膜形成工程
    と透明薄膜の回折型レンズを形成する回折型レンズ形成
    工程からなることを特徴とする半導体集積回路転写用マ
    スクの製造方法。
JP20576597A 1997-07-31 1997-07-31 半導体集積回路装置の製造方法 Pending JPH1154399A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100548534B1 (ko) * 1999-04-22 2006-02-02 주식회사 하이닉스반도체 셀 프로 젝션 마스크

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100548534B1 (ko) * 1999-04-22 2006-02-02 주식회사 하이닉스반도체 셀 프로 젝션 마스크

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