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JPH0731395B2 - 光マスクとその製造方法 - Google Patents
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JPH0731395B2 - 光マスクとその製造方法 - Google Patents

光マスクとその製造方法

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JPH0731395B2
JPH0731395B2 JP15634386A JP15634386A JPH0731395B2 JP H0731395 B2 JPH0731395 B2 JP H0731395B2 JP 15634386 A JP15634386 A JP 15634386A JP 15634386 A JP15634386 A JP 15634386A JP H0731395 B2 JPH0731395 B2 JP H0731395B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、異なる光学的透過率の範囲を含み、たとえば
集積回路などのような半導体装置の製造のさいに使える
光マスクに関するものである。さらにこの発明は、この
種の光マスクを製造するための方法に関するものであ
る。
集積回路、半導体メモリーなどのような半導体装置の製
造のさいには、光マスクが製造すべきパターンに比べて
拡大された形態のレチクルとして、また原寸大の形態の
所謂1:1ステンシルとしても使用される。
公知のマスクは、大ていは写真平版の方法でフオトレジ
ストによつて選択的に被覆された金属層のエツチングに
よつて作られる。この方法は、一部は湿式化学的な著し
く多くの工程を含み、したがつて相対的に高い費用がか
かる。
この発明は、この先行技術から出発して、簡単に製造で
き、サブミクロン範囲での構造長さをもつパターンを含
みうるような光マスクを提示するという課題を基礎とし
ている。
この課題は、この発明の１実施例によれば、異なる光学
的透過率の範囲が結晶質硅素（c-Si）または非晶質硅素
（a-Si）の異なる割合を含むことを特徴とする、異なる
光学的透過率の範囲を含む層をもつ光マスクによつて解
決される。とりわけ１つの範囲はほぼ完全に結晶質の、
とくに単結晶の硅素から成り、また（あるいは）他の範
囲はほぼ完全に非晶質の硅素から成つている。
さらにこの発明によつて、この種の光マスクを製造する
ための簡単な方法が提示され、それは適当な素材を使え
ば唯一つの方法ステツプをしか必要とせず、サブミクロ
ン範囲までの極めて微細な構造を湿式化学的プロセスな
しに製造することができる。この方法のもう１つの利点
は、光マスクを製造するのに必要な露光量がフォトレジ
ストの場合に必要とされる電子線露光量に比べて100倍
少ないことにある。
次にこの発明の実施例を図面を参照しながら詳しく説明
する。
第１図にはこの発明の１つの実施形による光マスク10の
概略が示されており、それは結晶Al2O3（サフアイア）
製の基板12とこの上に配置された厚さ0.1ミクロンの硅
素（Si）の層14を含んでいる。硅素層14は結晶質硅素
（c-Si）の範囲16と非晶質硅素（a-Si）の範囲18を含ん
でいる。
非晶質硅素（a-Si）は一定の波長範囲では結晶質硅素
（c-Si）とは著しく異なる光の吸収係数をもつことが知
られており、それは第２図で約20eVまでの量子エネルギ
ーをもつ光について示した通りである。
c-Si/a-Siマスクの利用できる範囲は、少なくとも係数
２の吸収係数の差が要求される場合、ほぼ２ν4eV
または620λ＞310nmにある。層厚さ（ｄ）をそれぞれ
の固有値に合わせることによつて、対比値ｋ〜0.85の場
合にτc〜50％の光透過率を得ることができ、そのこと
はフオトレジスト技術の現在の技術水準と互換性を有し
ている。
例:hν＝3ev αc＝1.3×105cm-1 αa＝7.0×105cm-1 ｄ ＝50nm τc＝52％；τa＝３％;k＝0.89 露光パラメータへの要求を下げることができる場合は、
それに応じて利用できる光波長範囲が拡大される。
したがつて、結晶相と非結晶相とで十分大きな吸収係数
の差をもつSiおよび効果の同じ他の材料での光スペクト
ルの広い範囲を光マスクのために使うことができる。単
結晶の硅素の代りに、構造欠陥の割合が十分に小さい多
結晶の層を使うこともできる。
第１図には、マスク10のほかに露光すべき物体20、たと
えば硅素ウエーフア22も示されており、その表面上には
フオトレジスト層24がある。バイオレツト光の単色光束
26をマスク10を通してフオトレジスト層24に当てると、
より強く吸収するa-Siの範囲に当たる光束26の部分は十
分に強く吸収されて、その後ろにあるフオトレジスト層
24の範囲28の露光を防止する一方、c-Siの範囲16はバイ
オレツト光を概ねフオトレジスト層24に透過させるの
で、そこではそれに応じた範囲が露光される。そこでフ
オトレジスト層24は普通のやり方で現像して、エツチン
グマスクを形成することができる。
第１図によつて説明した種類のマスクは、結晶硅素の層
の選択的照射によつて速く簡単に作ることができる。照
射は、強い電磁放射、とくにレーザー放射によつて、ま
た電子放射またはイオン放射によつて行うことができ
る。これらすべての放射方法では、記録線を非常に微細
に集束させることができるので、硅素層の中にサブミク
ロン範囲までの寸法をもつ非常に微細な構造を作ること
ができる。
とくに好まれるのはイオン線の使用であり、これを使え
ばイオンの加速エネルギーと照射線量の適切な量定によ
つて層の望ましい深さまで十分な厚さでの硅素層の必要
な修正を行うことができる。さらに非晶質化プロセスは
十分に線量率から独立している。それは、電子放射線源
やレーザーのような他の放射線源の場合は当てはまらな
い。ただし、放射力と時間構造への一定の要求が満たさ
れれば、これらを使うこともできる。
イオン線によるSiの相変化のためのプロセスパラメー
タ、すなわちとくに線量、イオンエネルギー（加速電
圧）およびターゲツトの温度は、当業者には知られてい
る。たとえばG.ミユラーとS.カルビツツアー,Phil.Mag.
B41（1980）307を参照。これに関連してことわつておく
が、その範囲が一方では完全にc-Siから、他方では完全
にa-Siから成るマスク層を使うことは、すべての場合に
必要なわけではない。すなわち、吸収係数を十分に変え
るために必要な硅素層の修正は、照射された結晶質のマ
スク材料の均質の非晶質化が起こる閾値以下の照射量に
よつてすでに達成できる。したがつて場合によつては、
マスクの中に灰色の色調、すなわち一種のハーフトーン
像を作ることもできる。相対的に厚いc-Si層から出発す
れば、a-Si範囲はc-Si層の一定の深さまでしか広がるこ
とができず、この層全体に広がることはできない。
イオン線によるマスク構造の製造のさいには、概して約
0.1ミクロンの深さまでの層を変えるために約100kVまで
のオーダーの加速電圧で十分である。所属の面線量は、
中重ないし重イオン（原子質量約30以上）ではSiのよう
な典型的な半導体の非晶質化のための約1013ないし1014
の粒子／cm2である。低温、とくに液体窒素の温度での
照射は、普通室温の場合より有効だが、必要ではない。
そこでたとえば線電流2nAで1013Arイオン／cm2の線量の
場合に記録時間は１cm2の大きさのマスク面で約103ｓに
なる。0.1ミクロンの線直経の場合に露光時間は0.1マイ
クロ秒／ピクセルである。
a-Siは約600℃の温度で初めて再結晶化されるので、照
射によつて作られたa-Si/c-Siパターンは周囲温度で長
時間安定である。
第３図は、公知の写真平版法によるマスクの製造のため
の方法ステツプの概略をこの発明によるイオノグラフイ
ー法の場合の方法ステツプと比べて示している。
公知の方法では、ガラス基板０から出発し、第１の方法
ステツプ１でこれに金属層をつけ、その上に方法ステツ
プ２でフオトレジスト層を塗る。次に方法ステツプ３で
電磁、電子またはイオンの放射による露光が行われる。
次の方法ステツプ４でフオトレジスト層が現像され、そ
のさい金属層上のエツチングマスクが得られ、次に方法
ステツプ５で金属層が選択的にエツチングされ、方法ス
テツプ６で残りのフオトレジストが除去される。
この発明による方法の場合は、たとえばサフアイア基板
から出発し、これに第１の方法ステツプで望ましい厚さ
のc-Si層がかぶせられる。次の方法ステツプで露光がた
とえば微細に束ねられたイオン線によつて行われる。マ
スクはもう出来上がりである。
結晶硅素の層をもつサフアイア基板（c-Si/Al2O3）は
“SOS"（Silicon on Sapphire）として市販されている
ので、この発明によるマスクの製造のプロセスは実際に
は、ここではイオン線による線露光だけから成つてい
る。
この発明はもちろん上記の実施例に限られるものではな
い。この発明によるマスクは、バイオレツト以外の光で
も使うことができ、近紫外までの光波長がよく適してい
る。とくにここではそれに応じた帯域間隔をもつ他の半
導体システムも考慮される。さらに、上記のマスク製造
は光学的構造化一般を代表していることは明らかであ
る。それは光学機器（格子、フイルターなど）の製造に
も、また光学的情報担体（メモリー）にも関連してい
る。
硅素の代りに他の半導体材料をマスク層として使うこと
もできる。たとえばゲルマニウムやA/III-B/Vのタイプ
の半導体化合物。実際上適当な帯域ギヤツプをもち、共
有結合をもつすべての材料をマスク材料として使用でき
よう。
【図面の簡単な説明】
第１図は露光マスクとこのマスクによつて露光される物
体の概略図を、 第２図は結晶質硅素（c-Si）と非晶質硅素（a-Si）の透
過係数のグラフ図を、 第３図は公知の写真平版法とこの発明によるイオノグラ
フイー法の場合にこの発明による露光マスクを作るため
に必要な方法ステツプの概略図を示す。 〈図中説明〉 10:マスク、20:物体 22:構造化すべき材料、26:光 26:露光されるフオトレジスト、28:露光されないフオト
レジスト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光マスクが使用される光に対して透過性の
    基板（12）の上に、所定のスペクトル領域内の光に対し
    て異なった光透過性を具備する領域（16,18）を有する
    層を設けた光マスクにおいて、前記層が結晶相及び非晶
    質相を有する半導体物質を有しており、前記結晶相は前
    記非晶質相よりも前記所定のスペクトル領域において実
    質的により大きな光学的透過性を有しており、前記各領
    域は前記層の厚さを貫通して十分に深く延在しており一
    層多くの非晶質相物質を有する前記層の部分（18）は、
    前記所定のスペクトル領域内の光に対して、支配的に結
    晶物質を有する前記層の他の部分（16）の吸収係数より
    も少なくとも２倍の吸収係数を有しており、前記夫々の
    領域は前記半導体物質の異なった割合の結晶相と非晶質
    相とを有していることを特徴とする光マスク。
  2. 【請求項２】異なった光透過特性を有すると共に夫々非
    晶質性半導体物質及び結晶性半導体物質から構成されて
    いる複数個の領域を具備するマスク層を有する光マスク
    の製造方法において、フォーカスさせたイオンビームに
    よる非晶質化によって、結晶性半導体物質からなる薄い
    層の選択した領域の光透過特性を減少させることを特徴
    とする光マスクの製造方法。
JP15634386A 1985-07-05 1986-07-04 光マスクとその製造方法 Expired - Lifetime JPH0731395B2 (ja)

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