光掩模、电子器件的制造方法及光掩模的制造方法

专利名称：光掩模、电子器件的制造方法及光掩模的制造方法
技术领域：
本发明涉及光掩模、电子器件的制造方法及光掩模的制造方法，具体涉及在电子器件的制造工艺中用以形成精细图案的光掩模、电子器件的制造方法及光掩模的制造方法。
背景技术：
作为包括透过区和半色调(half-tone)区与遮光区的三色调(tri-tone)掩模的制造方法，有所谓的一次描画方法。这种一次描画方法，例如已在特开平8-328235号公报、特开平8-297357号公报等中公开。
在这种一次描画方法中，首先在透明衬底上依次层叠半色调膜和遮光膜后，涂上光刻胶。在涂有光刻胶的空白区(blank)上描画透过区，通过蚀刻遮光膜和半色调膜来形成透明衬底的表面露出的透过区。然后，在没有剥离光刻胶的情况下将光刻胶收缩。作为收缩方法有灰化等。在这种状态下，以光刻胶作为掩模，蚀刻遮光膜，从而形成半色调膜的表面露出的半色调区。就是说，光刻胶收缩的区域成为半色调区。另外，残留遮光膜的区成为遮光区。如此，通过一次描画形成三色调掩模。
由于光刻胶收缩的区域成为半色调区，半色调区的宽度大致成为一致(一定)，虽然这取决于光刻胶收缩的分布。
在三色调掩模中的中间间距以上(图案的间距大于密集图案的间距)的区域，掩模的图案之间需要遮光膜。这是因为在掩模的图案之间没有遮光膜时，本来不形成图案的光刻胶的区域会发生凹痕。另一方面，在密集图案(图案的间距小于中间间距)上尤其是在掩模的图案之间，不设遮光膜，也能在晶片上分辨掩模的图案。因此，如特开2001-356467号公报所公开的内容所述，在精细图案之间不形成遮光膜。
但是，在密集图案的图案之间不设遮光膜时，由于用掩模一次描画方法形成的半色调区的宽度一定，在设有比密集图案的图案间距稍大的间距的图案上，在该图案之间会产生超过掩模制造精度的超细的遮光膜。
另外，本说明书中，所谓超过掩模制造精度的超细遮光膜是指这样的遮光膜受限于其设计，这种遮光膜在掩模的制造过程中，会因制造上的误差、偏差而在掩模上时而存在时而不存在。
这种超过掩模制造精度的超细的遮光膜，在复制图案时影响图案的分辨率。因此，超过掩模制造精度的超细的遮光膜所产生的图案间距，将作为禁止区域而不能使用，这样，在器件设计、制造上会造成较大的限制。

发明内容
本发明的目的在于提供在三色调掩模中，对于所有间距无禁止区域的光掩模、电子器件的制造方法及光掩模的制造方法。
本发明的光掩模是这样的光掩模，它设有分别由透明衬底的露出部分构成的多个透过区，由设于透明衬底上的半色调移相膜的露出部分构成的半色调区，以及由半色调移相膜上的遮光膜所形成的区域构成的遮光区，且由一次描画方法形成；其多个透过区的各外周由半色调区包围。在设有以0.32μm以下的间距配置的多个透过区的、且透过区的间距为光掩模内最小的最密集图案区中，构成包围一对透过区各自的外周的半色调区，使遮光膜位于相邻的一对透过区之间。
另外，由一次描画方法形成的光掩模中，在所有间距的图案中半色调区的宽度实际上相同(一定)。
依据本发明的光掩模，在密集图案(透过区的间距在0.32μm以下)中，即在透过区的间距在光掩模内最小的最密集图案区中，遮光膜配置在相邻的一对透过区之间。由此，通过掩模一次描画的方法形成的所有间距中，遮光膜被配置在相邻的一对透过区之间。并且，由于通过掩模一次描画的方法形成的半色调区的宽度一定，通过使最密集图案区的遮光膜的线宽大于超过掩模制造精度的超细尺寸，在所有间距的图案上，配置在透过区之间的遮光膜的线宽大于超过掩模制造精度的超细尺寸。由于不会产生超过掩模制造精度的超细的遮光膜，也不会有这种遮光膜所产生的禁止区域，因此，在器件设计、制造上的限制会减少且自由度会增大。
本发明的光掩模的制造方法中包括以下工序。
首先，在透明衬底的表面上，依次形成半色调移相膜和遮光膜。在遮光膜上形成感光体。感光体通过照相制版技术被制成图案，且在感光体上形成露出遮光膜的一部分表面的开口。依次除去位于开口的正下方的遮光膜和半色调移相膜，使透明衬底的表面露出，从而形成多个由透明衬底的露出部分构成的透过区。随着感光体的收缩，扩大开口的开口尺寸，使遮光膜的一部分表面露出。通过从扩大的开口除去露出的遮光膜，使半色调移相膜的一部分表面露出，形成由半色调移相膜的露出部分构成的半色调区，同时形成残留遮光膜的遮光区。除去感光体。多个透过区的各外周被半色调区包围。在设有以0.32μm以下的间距配置的多个透过区的、且透过区的间距为光掩模内最小的最密集图案区上，形成包围相邻的一对透过区的各外周的半色调区，使遮光膜残留在相邻的一对透过区之间。
依据本发明的光掩模的制造方法，与上述一样，由于不会产生超过掩模制造精度的超细的遮光膜，也不会有这种遮光膜所产生的禁止区域，使器件设计、制造上限制减少且自由度增大。
对于本发明的上述以及其它的目的、特征、形态及优点，可参照附图从与本发明相关的以下的详细说明中更加清楚地了解。


图1是表示本发明一实施例中的半导体制造用掩模的结构的平面图。
图2是沿图1的II-II线的剖视图。
图3～图8是依次表示本发明一实施例的半导体制造用掩模的工序的剖视图。
图9是在开孔图案中的最密集图案中表示各部分尺寸的平面图。
图10是表示开孔图案中的以不小于最密集间距来配置的图案中各部分尺寸的平面图。
图11是表示L/S图案中的最密集图案中表示各部分尺寸的平面图。
图12是表示L/S图案中的以不小于最密集间距来配置的图案中各部分尺寸的平面图。
图13是表示采用本发明一实施例中的半导体制造用掩模的半导体装置的制造方法的情形的示意图。
图14～图16是依次表示半导体装置的制造方法的半导体衬底的剖视图。
具体实施例方式
下面，根据附图对本发明的实施例进行说明。
参照图1和图2，本实施例的半导体制造用掩模10设有透明衬底1、半色调移相膜2及遮光膜3。
这种半导体制造用掩模10为三色调掩模，分别设有由透明衬底1的露出部分构成的多个透过区R1，由设于该透明衬底1上的半色调移相膜2的露出部分构成的半色调区R2，以及由该半色调移相膜2上的遮光膜3形成区域构成的遮光区R3。另外，设定半色调移相膜2，使得与透过区R1之间的相位差成为180°反相，并将光透射率设定得例如高8％以上。
在这种半导体制造用掩模10上，根据透过区R1的不同间距，形成如密集图案区、疏松图案区和孤立图案。这里，密集图案区是指透过区R1的间距P1设定得使晶片上投影的透过区R1的间距成为0.32μm以下的区域。另外，疏松图案区是指透过区R1的间距P2设定得使晶片上投影的透过区R1的间距超过0.32μm的区域。另外，孤立图案是指离开其它透过区R1的孤立的图案。
这些密集图案区、疏松图案区和孤立图案的各透过区R1的外周被半色调区R2包围。而且，密集图案区、疏松图案区及孤立图案的各外周被遮光区R3包围。
本实施例中，在密集图案区中即透过区R1的间距在半导体制造用掩模10内最小的最密集图案区中，设定(设计)包围相邻的一对透过区R1的各外周的半色调区R2的宽度，使遮光膜3位于相邻的一对透过区R1之间。从而，在所有的间距密集图案区与疏松图案区中，遮光膜3位于相邻的一对透过区R1之间，且遮光膜3的线宽S1、S2分别大于超过掩模制造精度的超细尺寸。就是说，密集图案区、疏松图案区和孤立图案的各透过区R1的外周被半色调区R2包围，而且该半色调区R2的外周又被遮光区R3包围。
并且，这种半导体制造用掩模10，可用后述的一次描画方法来形成。故密集图案区、疏松图案区和孤立图案的各半色调区R2的宽度O、P、Q相同(一定)。
再有，本实施例中的透过区R1，例如可以为用于形成开孔图案的开口。
接着对本实施例的半导体制造用掩模的制造方法进行说明。
参照图3，在透明衬底1的表面上，依次层叠半色调移相膜2和遮光膜3。在该遮光膜3上涂光刻胶(感光体)4。
参照图4，在涂有光刻胶4的空白区上描画透过区，从而光刻胶4被制成图案。
参照图5，以制成图案的光刻胶4作为掩模，依次蚀刻遮光膜3和半色调移相膜2。从而，透明衬底1的表面露出，形成透过区R1。
参照图6，然后光刻胶4在未剥离光刻胶4的状态下收缩。收缩方法例如有灰化等。从而，遮光膜3的一部分表面露出。
参照图7，在这种状态下将光刻胶4作为掩模，通过蚀刻除去露出的遮光膜3，使半色调移相膜2的表面露出，形成半色调区R2。就是说，光刻胶4收缩的区域成为半色调区R2。然后，剥离光刻胶4。
参照图8，通过上述光刻胶的剥离，使遮光膜3的表面露出，且遮光膜3的残留区域成为遮光区R3。这样由一次描画形成三色调掩模，即本实施例的半导体制造用掩模。
另外，图3～图8中为了说明上的方便，仅示出最密集图案区。
接着，对本实施例的透过区之间的遮光区的线宽进行说明。
本实施例中，通过如上述的一次描画来形成半导体制造用掩模。在这种一次描画中，密集图案区、疏松图案区及孤立图案区的各半色调区R2的宽度O、P、Q不依赖图案的间距P1、P2，大致为一定的值。本实施例中，即使在最密集图案中，也在各透过区R1之间，配置可设计且能掩模制造的尺寸(线宽)S1的遮光膜3。如上所述，由于半色调区R2的宽度O、P、Q不依赖图案的间距P1、P2，大致为一定的值，在间距最小的最密集图案中遮光膜3配置在各透过区R1之间时，所有间距的图案中的各透过区R1之间均有遮光膜3存在。并且，这种在各透过区R1之间的遮光膜3的尺寸(线宽)，不小于最密集图案的遮光膜的尺寸(线宽)S1。
参照图9，在开孔图案中的最密集图案中，将半色调区尺寸(半色调区R2的宽度)、孔径(透过区R1的开口尺寸)、图案的间距、图案之间的遮光膜宽度(遮光区R3的线宽)分别用A0、H0、P0、X表示。遮光膜宽度X是在掩模制造中可高精度加工的宽度。
再参照图10，在开孔图案中以不小于最密集间距配置的图案中，分别将半色调区尺寸、孔径、间距、遮光膜宽度设为A、H、P、Y。
这里，X＝P0-(2A0+H0)，Y＝P-(2A+H)。另外，半色调区的尺寸大致相同，因此，A0A。
一般，将密集图案和疏松图案(或孤立图案)加工成相同大小的曝光复制图案时，掩模上的设计必须这样将疏松图案(或孤立图案)的尺寸设计得大于密集图案。因此，当P＞＞P0时，H＞H0，但由于P-P0＞H-H0，X＜Y成立。并且，当P＞P0时，HH0，此时X＜Y也成立。因而，各透过区R1之间的遮光膜3的尺寸(线宽)，必然成为不小于最密集图案的遮光膜3的尺寸(线宽)。因此，可通过使最密集图案的遮光膜宽度大于超过掩模制造精度的超细尺寸来使所有间距的图案的遮光膜宽度大于超过掩膜制造精度的超细尺寸，并在所有间距的图案上能配置对掩模精度没问题的遮光区。
如上所述，依据本发明的半导体制造用掩模及其制造方法，在密集图案(为使晶片上投影的透过区R1的间距在0.32μm以下而设定了透过区R1的间距P1的图案)中，即透过区的间距P1在半导体制造用掩模内最小的最密集图案区中，遮光膜3配置在相邻的一对透过区R1之间。从而，在按照掩模一次描画的方法形成的所有间距上，遮光膜3配置在相邻的一对透过区R1之间。并且，由于按照掩模一次描画的方法形成的半色调区R2的宽度O、P、Q一定，在所有间距的图案中，通过使最密集图案区的遮光膜3的线宽S1大于超过掩模制造精度的超细尺寸，使配置在透过区R1之间的遮光膜3的线宽S1、S2大于超过掩模制造精度的超细尺寸。因而，由于不产生超过掩模制造精度的超细的遮光膜，因此不会有这种遮光膜所造成的禁止区域，从而使器件设计、制造上限制减少且自由度增大。
在上述实施例中，对开孔图案进行了说明，但本发明并不限于此，对线条/间隔(L/S)的图案也可同样适用。下面，对L/S图案中的透过区之间的遮光区的线宽进行说明。
参照图11，在L/S图案中的最密集图案中，将半色调区尺寸、间隔宽度(透过区R1的开口宽度)、图案的间距、图案之间的遮光膜宽度分别设为B0、S0、P0、V。遮光膜宽度V是在掩模制造中可高精度加工的宽度。
再参照图12，在L/S图案中以不小于最密集间距配置的图案中，将半色调区尺寸、间隔宽度、间距、遮光膜宽度分别设为B、S、P、W。
这里，V＝P0-(2B0+S0)，W＝P-(2B+S)。另外，由于该L/S图案也同样由上述的一次描画形成，其半色调区尺寸大致一定，B0B。
一般，将密集图案和疏松图案(或孤立图案)以相同大小的曝光复制图案完成时，与上述一样，掩模上的设计必须这样将疏松图案(或孤立图案)的尺寸设计得大于密集图案。因此，当P＞＞P0时S＞S0，V＜W成立。并且，当P＞P0时SS0，此时V＜W也成立。因而，在各透过区R1之间的遮光膜3的尺寸(线宽)，必然成为不小于最密集图案的遮光膜3的尺寸(线宽)。因此，通过使最密集图案中的遮光膜宽度大于超过掩模制造精度的超细尺寸，可使所有间距的图案中遮光膜宽度大于超过掩模制造精度的超细尺寸，并在所有间距的图案上能配置对掩模精度没问题的遮光区。
接着，对采用本实施例的半导体制造用掩模的半导体装置的制造方法进行说明。
参照图13，本实施例的半导体制造用掩模10的图案，采用缩小投影曝光装置110，对涂在半导体衬底(例如半导体晶片)100的表面上的光刻胶进行曝光。
这种缩小投影曝光装置110主要包括，光源(未图示)、复眼透镜101、光阑102、投影透镜103。从光源发射的光通过复眼透镜101和光阑102，照射半导体制造用掩模10上。照射该半导体制造用掩模10的光，被投影透镜103以所定的倍率缩小，对半导体衬底100表面的光刻胶进行曝光。
该缩小投影曝光装置110中，缩小倍数例如为1/4，曝光时例如使用KrF(波长248nm)和ArF(波长193nm)的准分子激光器。
参照图14，进行了上述曝光之后，通过显影光刻胶100c被制成图案。将该制成图案的光刻胶100c作为掩模，对下层的被蚀刻膜100b进行蚀刻。
参照图15，按照该蚀刻，在被蚀刻膜100b上例如形成开孔图案，衬底100a的一部分表面露出。然后，例如根据灰化等除去光刻胶100c。
参照图16，除去上述光刻胶100c，使被蚀刻膜100b的表面露出。这样制造半导体装置。从而，能制造设有分辨率较高的图案的半导体装置。
以上就作为电子器件的半导体装置作了说明，但此外对于该种半导体装置外的作为薄膜磁头的半导体装置也同样适用。
以上对本发明进行了详细的说明，但这仅为例示，并不限制本发明，应清楚本发明的精神和范围由附加的权利要求书规定。
权利要求
1.一种光掩模，它包括分别由透明衬底(1)的露出部分构成的多个透过区(R1)、由设于所述透明衬底(1)上的半色调移相膜(2)的露出部分构成的半色调区(R2)以及由半色调移相膜(2)上的遮光膜(3)形成的区域构成的遮光区(R3)，通过一次描画方法形成；其特征在于所述多个透过区(R1)的各外周为所述半色调区(R2)包围；在设有以0.32μm以下的间距配置的多个所述透过区(R1)的、且所述透过区(R1)的间距为光掩模内最小的最密集图案区中，形成包围相邻的一对所述透过区(R1)的各外周的所述半色调区(R2)，使所述遮光膜(3)位于相邻的一对所述透过区(R1)之间。
2.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于所述最密集图案区的所述透过区(R1)是用于形成开孔图案的开口。
3.如权利要求1所述的光掩模，其特征在于所述最密集图案区的所述透过区(R1)是用于形成线条/间隔图案的开口。
4.一种电子器件的制造方法，其特征在于采用权利要求1所述的光掩模。
5.一种光掩模的制造方法，其中包括在透明衬底(1)的表面上，依次形成半色调移相膜(2)和遮光膜(3)的工序；在所述遮光膜(3)上形成感光体(4)的工序；采用照相制版技术将所述感光体(4)制成图案，并在所述感光体(4)上形成露出所述遮光膜(3)的一部分表面的开口的工序；依次除去位于所述开口的正下方的所述遮光膜(3)和所述半色调移相膜(2)，使所述透明衬底(1)的表面露出，从而形成多个由所述透明衬底(1)的露出部分构成的透过区(R1)的工序；通过收缩所述感光体(4)，扩大所述开口的开口尺寸，使所述遮光膜(3)的一部分表面露出的工序；通过从扩大的所述开口除去露出的所述遮光膜(3)来使所述半色调移相膜(2)的一部分表面露出，形成由所述半色调移相膜(2)的露出部分构成的半色调区(R2)，同时形成所述遮光膜(3)残留的遮光区(R3)的工序；以及除去所述感光体(4)的工序；多个所述透过区(R1)的各外周为所述半色调区(R2)包围；在设有以0.32μm以下的间距配置的多个所述透过区(R1)的、且所述透过区(R1)的间距为光掩模内最小的最密集图案区中，形成包围相邻的一对所述透过区(R1)的各外周的所述半色调区(R2)，使所述遮光膜(3)残留在相邻的一对所述透过区(R1)之间。
全文摘要
本发明的光掩模设有透过区(R1)、半色调区(R2)及遮光区(R3)，采用一次描画方法形成。多个透过区(R1)的各外周为半色调区(R2)包围。在设有0.32μm以下的间隔布置的多个透过区(R1)的、且透过区的间隔为光掩模(10)内最小的最密集图案区中，形成包围相邻的一对透过区(R1)的各外周的半色调区(R2)，使遮光膜(3)位于相邻的一对透过区(R1)之间。由此，通过这种三色调掩模，提供所有间距无禁止区域的光掩模、电子器件的制造方法及光掩模的制造方法。
文档编号G03F1/70GK1519647SQ03159698
公开日2004年8月11日 申请日期2003年9月24日 优先权日2003年1月31日
发明者前岛洁志 申请人:株式会社瑞萨科技