DE10046067A1

DE10046067A1 - Phasenschiebungsmaske sowie Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10046067A1
Application number: DE10046067A
Authority: DE
Inventors: Jo-Hyun Park; Eun-Ah Kim; Kwang-Soo No
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-09-18
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2001-05-03
Also published as: KR20010028191A; GB0020497D0; GB2354342A; JP2001109129A; GB2354342B; TW417041B; US6387573B1; FR2798739A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Phasenschiebungsmaske mit einem transparenten Substrat und einer Phasenschiebungsschicht oder strukturierten Elementen einer solchen auf dem transparenten Substrat, wobei die Phasenschiebungsschicht oder die strukturierten Elemente bezüglich einer vorgegebenen Wellenlänge des Belichtungslichts semitransparent sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Phasenschiebungsmaske. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die Phasenschiebungsschicht bzw. die strukturierten Elemente aus einem Material gebildet, das Chrom, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff enthält. Auf die Phasenschiebungsschicht bzw. die strukturierten Elemente wird eine für das Belichtungslicht undurchlässige Schicht aufgebracht. Verwendung z. B. in der Photolithographie.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Phasenschie bungsmaske nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Halbleiterbauelemente werden durch sequentielles Aufbringen einer Mehrzahl von Materialschichten auf einem Substrat (Wa fer) und Strukturieren (Ätzen) des Materials gemäß einer vor gewählten Layoutstruktur hergestellt. Der Strukturierungs schritt beinhaltet Photolithographie und Ätzen, die zusammen einfach als Photolithographie bezeichnet werden. Bezugnehmend auf Fig. 1 verläuft eine Photolithographiesequenz typischer weise wie folgt: Eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) wird auf einer vorgegebenen Materialschicht (nicht gezeigt) aufge bracht, und eine Photomaske mit undurchlässigen Strukturen 12, die eine Lichttransmission auf ein transparentes Substrat 10 blockieren, wird über der Photoresistschicht angeordnet. Wenn Licht 14 mit einer gewählten Wellenlänge auf die Photo maske eingestrahlt wird, werden die Maskenstrukturen auf die Photoresistschicht transferiert, wobei belichtete Bereiche und abgeschirmte Bereiche in der Photoresistschicht gebildet werden. Nach Belichtung wird die Photoresistschicht in einer Lösung entwickelt, welche die belichteten Bereiche oder die abgeschirmten Bereiche selektiv auflöst, um eine Photore siststruktur zu erzeugen. Die Photoresiststruktur wird typi scherweise als Ätzmaske verwendet, um den darunterliegenden Materialfilm zu ätzen, was zu einer Übertragung der Photore siststruktur auf den Materialfilm führt.

Im strengen Sinn des Wortes bezeichnet der Ausdruck "Photo maske" eine Maske, die eine Struktur aufweist, die hinsicht lich der Abmessung im Wesentlichen gleich jener der durch die Belichtung gebildeten Photoresiststruktur ist. Hingegen wird eine Photomaske, die bei der Verkleinerungsprojektionsbelich tung verwendet wird und eine Struktur aufweist, die um ein Mehrfaches größer als jene in der durch die Belichtung gebil deten Photoresistschicht ist, als Retikel bezeichnet. Im Fol genden wird der Ausdruck "Maske" der Einfachheit halber für jegliche Maske verwendet, die in der Photolithographie be nutzt wird.

Da sich die Integrationsdichte von Halbleiterbauelementen weiterhin erhöht, wird die Linienbreite von Materialschicht strukturen geringer. Demgemäß wird es schwierig, eine ge wünschte Struktur mit einer geringen Linienbreite unter Ver wendung einer herkömmlichen Maske zu fertigen, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn eine Maske mit einer geringen Linienbreite ver wendet wird, ist ein scharfer Lichtintensitätsunterschied, wie in Fig. 1 gezeigt, an der Grenze zwischen undurchlässigen Bereichen 18 und durchlässigen Bereichen 16 aufgrund der Beu gung von Licht nicht gewährleistet.

Um dieses Problem zu vermeiden, wird als Belichtungslicht quelle Licht mit einer kurzen Wellenlänge verwendet, zum Bei spiel 248 nm oder 193 nm, das kaum Beugung verursacht. Mit zu nehmend feineren Linienbreiten stellt jedoch die Verwendung der Belichtungslichtquelle mit einer kurzen Wellenlänge be züglich des Problems der unscharfen Grenze zwischen den un durchlässigen und den durchlässigen Bereichen keine zufrie denstellende Lösung mehr dar. Aus diesem Grund wurde eine Phasenschiebungsmaske hergestellt, die an der Grenze zwischen den durchlässigen Bereichen 16 und den undurchlässigen Berei chen 18 basierend auf einem Lichtinterferenzphänomen destruk tive Interferenz verursacht.

Die in Fig. 2 gezeigte Phasenschiebungsmaske, die eine Dämp fungs-Phasenschiebungsmaske darstellt (auch als Halbton- Phasenschiebungsmaske bezeichnet), beinhaltet ein transparen tes Substrat 20 und eine Phasenschiebungsstruktur 22, die aus einem Phasenschiebungsmaterial gebildet ist. Das Phasenschie bungsmaterial kann CrO, CrF, MoSiON, SiN oder aufgeschleuder tes Glas (SOG) sein. Wenngleich nicht gezeigt wird, ist die Phasenschiebungsmaske in eine Maske mit einer Phasenschie bungsstruktur, die mit SOG auf oder unter undurchlässigen Strukturen gebildet ist, und in eine Maske vom Substratätztyp klassifiziert, in der die Phase von Licht durch Ätzen eines transparenten Substrates variiert wird, um eine vorgegebene Tiefe zu erhalten, anstatt ein Phasenschiebungsmaterial zu verwenden, um die Lichttransmissionslänge zu variieren.

Das Prinzip einer üblichen Phasenschiebungsmaske wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Licht, das durchläs sige Bereiche 26 durchlaufen hat, weist eine Phase und eine Amplitude auf, wie sie durch eine gestrichelte Linie 30 in der oberen Graphik in Fig. 2 gezeigt sind. Licht, das Phasen schiebungsbereiche 28 durchlaufen hat, ist um 180° phasenver schoben und weist eine Phase und eine Amplitude auf, wie sie durch eine gestrichelte Linie 32 in der gleichen Graphik ge zeigt sind. Schließlich weist Licht an der Oberfläche der Photoresistschicht eine Phase und eine Amplitude auf, wie sie durch eine durchgezogene Linie 34 in der gleichen Graphik ge zeigt sind. Außerdem ist die Lichtintensität an der Oberflä che der Photoresistschicht, welche die durchlässigen Bereiche 26 und die Phasenschiebungsbereiche 28 durchlaufen hat, in der unteren Graphik von Fig. 2 gezeigt. Verglichen mit der oberen Graphik in Fig. 1 ist die Differenz der Lichtintensi tät an der Grenze zwischen den durchlässigen Bereichen 26 und den Phasenschiebungsbereichen 28 der Phasenschiebungsmaske in Fig. 2 ausgeprägter als jene an der Grenze zwischen den durchlässigen Bereichen 16 und den undurchlässigen Bereichen 18 in Fig. 1.

Wie in der unteren Graphik von Fig. 2 gezeigt, welche die Lichtintensität darstellt, tritt jedoch in den Phasenschie bungsbereichen 28 ein zweiter Spitzenwert 36 auf, der als "Nebenkeule" bezeichnet wird. Das Auftreten der Nebenkeule 36 ist unvermeidlich, solange die Phasenschiebungsstruktur 22 nicht vollständig undurchlässig ist. Außerdem kann, wenn die Abmessung der Nebenkeule größer als ein Referenzwert ist, in der entwickelten Photoresiststruktur eine unerwünschte Struk tur gebildet werden. Aus diesem Grund kann eine undurchlässi ge Struktur in der Mitte der Phasenschiebungsstruktur 22 ver wendet werden. Es ist jedoch schwierig, diese Technik auf ei ne Phasenschiebungsstruktur mit einer geringen Breite anzu wenden. Alternativ kann ein Phasenschiebungsmaterial mit ei nem geringen Transmissionsvermögen (zum Beispiel 5% bis 10%) zum Zweck der Reduzierung der Nebenkeule 36 verwendet werden. Die Verwendung eines Phasenschiebungsmaterials mit dem gerin gen Transmissionsvermögen verschlechtert jedoch den Effekt der Phasenschiebungsmaske. Wie aus der oberen Graphik in Fig. 2 ersichtlich, nimmt die Amplitude 32 des durch die phasen schiebenden Bereiche 28 hindurchgeleiteten Lichts zu, wenn das Transmissionsvermögen des Phasenschiebungsmaterials zu nimmt, und der Effekt der destruktiven Interferenz an der Grenze zwischen den durchlässigen Bereichen 26 und den pha senschiebenden Bereichen 28 wird verstärkt, was zu einer aus geprägteren Grenze zwischen den durchlässigen Bereichen 26 und den phasenschiebenden Bereichen 28 führt.

Andererseits ist das Problem mit der Nebenkeule eng mit der Leistungsfähigkeit des Photoresistes verknüpft. Speziell wer den, wenn eine Photoresistschicht mit Licht belichtet wird, das eine Intensität (Energie) höher als ein Referenzwert be sitzt, die belichteten Bereiche auf der Photoresistschicht in einer Entwicklerlösung aufgelöst und entfernt, um Photore siststrukturen zu liefern. Wenn jedoch die Leistungsfähigkeit des Photoresistes so gut ist (d. h. der Referenzwert ziemlich hoch ist), dass es selbst bei einer beträchtlichen Nebenkeu lenintensität in einer Entwicklerlösung nicht aufgelöst wird (d. h. wenn das Photoresist einen höheren Kontrast zeigt), kann ein Phasenschiebungsmaterial mit einem höheren Transmis sionsvermögen (zum Beispiel etwa 40%) verwendet werden, um die Effizienz einer Phasenschiebungsmaske zu steigern. Es ist somit ein Bedarf für eine Phasenschiebungsmaske vorhanden, die aus einem Phasenschiebungsmaterial mit einem hohen Trans missionsvermögen gebildet ist.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel lung einer Phasenschiebungsmaske der eingangs genannten Art, die ein phasenschiebendes Material mit vergleichsweise hohem Transmissionsvermögen für Belichtungslicht kurzer Wellenlänge aufweist, und eines Verfahrens zu deren Herstellung zugrunde.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Phasenschiebungsmaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer Phasenschie bungsmaske mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläu terten, herkömmlichen Ausführungsbeispiele sind in den Zeich nungen dargestellt, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bekannten Photomaske und graphische Darstellungen, welche Phase und Intensität von Licht an der Oberfläche einer Photoresistschicht darstellen, die unter Verwendung der Photomaske be lichtet wird,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer allgemeinen Dämpfungs- Phasenschiebungsmaske und graphische Darstellungen, welche Phase und Intensität von Licht an der Oberflä che einer Photoresistschicht darstellen, die unter Verwendung der Phasenschiebungsmaske belichtet wird,

Fig. 3 bis 5 graphische Darstellungen, welche das Transmis sionsvermögen einer CrAlO-Schicht bezüglich Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm, 248 nm beziehungsweise 365 nm darstellen,

Fig. 6 eine graphische Darstellung, welche das Transmissi onsvermögen der CrAlO-Schicht und einer erfindungsge mäßen CrAlON-Schicht bezüglich der Wellenlänge des bestrahlenden Lichts darstellt,

Fig. 7 und 8 Schnittansichten, welche die erfindungsgemäße Herstellung von Phasenschiebungsmasken darstellen, und

Fig. 9 schematisch eine Sputtervorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Phasen schiebungsmaske.

Im Folgenden wird zunächst der Mechanismus zur Bestimmung des Transmissionsvermögens eines Phasenschiebungsmaterials be schrieben. Das Transmissionsvermögen eines Phasenschiebungs materials ist mit der Zusammensetzung des Phasenschiebungsma terials und der Wellenlänge des bestrahlenden Lichts ver knüpft. Wenn die Energie des bestrahlenden Lichts viel nied riger oder höher als die Energiebandlücke Eg des Phasenschie bungsmaterials ist, d. h. die Energiemenge, die zur Anregung von Elektronen des Phasenschiebungsmaterials auf ein anderes Energieniveau erforderlich ist, kann das bestrahlende Licht Elektronen des Phasenschiebungsmaterials nicht anregen, son dern passiert geradewegs das Phasenschiebungsmaterial, wobei das Transmissionsvermögen des Phasenschiebungsmaterials er höht wird. Wenn jedoch die Energie des bestrahlenden Lichts ähnlich oder etwas höher als die Energiebandlücke Eg des Pha senschiebungsmaterials ist, wird die Energie des bestrahlen den Lichts zur Anregung von Elektronen des Phasenschiebungs materials verwendet, d. h. das bestrahlende Licht wird durch das Phasenschiebungsmaterial absorbiert, wodurch das Trans missionsvermögen des phasenschiebenden Materials erniedrigt wird.

Speziell wird in einem Bereich kürzerer Wellenlängen, wie zum Beispiel Wellenlängen von 193 nm, 248 nm und 365 nm (die vorlie gend von Interesse sind), mit kürzerer Wellenlänge die Ener gie des Belichtungslichts höher und nähert sich der Energie bandlücke Eg des Phasenschiebungsmaterials. Somit ist das Transmissionsvermögen des Phasenschiebungsmaterials um so niedriger, je kürzer die Wellenlänge des Belichtungslichts in dem Wellenlängenbereich ist. Ein herkömmliches Phasenschie bungsmaterial, das ein Transmissionsvermögen von 1% bis 30% bezüglich der Wellenlänge von 248 nm oder 365 nm aufweist, transmittiert nahezu kein Licht mit einer Wellenlänge von we niger als 248 nm (zum Beispiel 193 nm), wodurch es als undurch lässiges Material wirkt. Die Patentschrift US 5.851.706, de ren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird, lehrt ein Phasenschiebungsmaterial, das ein geeignetes Transmissions vermögen bezüglich einer kürzeren Lichtwellenlänge aufweist und aus Chromoxid (Cr₂O₃) sowie Aluminiumoxid (Al₂O₃) gebildet ist, um die Zusammensetzung CrAlO zu erhalten.

Das Phasenschiebungsmaterial mit hohem Transmissionsvermögen, das CrAlO beinhaltet, kann die folgenden Probleme aufweisen. Üblicherweise wird zur Gewinnung einer vorgegebenen Struktur nach der Herstellung einer Maske letztere einer Defektüber prüfung unterworfen. Bei der Defektüberprüfung wird eine vor gegebene Lichtwellenlänge auf eine Seite der Maske einge strahlt, und die Intensität des Lichts wird durch einen an der entgegengesetzten Seite der Maske angeordneten Detektor detektiert, wodurch bestimmt wird, ob die in der Maske ausge bildete Struktur wünschenswert ist. Die Überprüfungsvorrich tungen verwenden jedoch als Überprüfungslicht eine längere Lichtwellenlänge als jene des Belichtungslichts in der Photo lithographie. Bei Verwendung einer kürzeren Wellenlänge des Belichtungslichts wird die bei der Defektüberprüfung verwen dete Lichtwellenlänge kurz. Die Entwicklung einer Überprü fungsvorrichtung, die eine kürzere Lichtwellenlänge verwen det, wird jedoch gemäß der in der Photolithographie verwende ten Wellenlänge erreicht, und es ist aufgrund der hohen Ko sten schwierig, eine derartige Überprüfungsvorrichtung ohne weiteres zu erwerben.

Somit nimmt das Transmissionsvermögen von Phasenschiebungs strukturen, das durch die Wellenlänge des in einem Belich tungsprozess verwendeten Belichtungslichts bestimmt ist, be züglich des Überprüfungslichts weiter zu. Das Überprüfungs licht besitzt üblicherweise eine größere Wellenlänge als das Belichtungslicht, so dass der Unterschied zwischen dem Trans missionsvermögen in den transmittierenden Bereichen ohne Strukturen und dem Transmissionsvermögen in den phasenschie benden Bereichen nicht ausreicht, um zu überprüfen, ob die gebildeten Strukturen wünschenswert sind.

Die Fig. 3 bis 5 sind graphische Darstellungen, welche das Transmissionsvermögen einer aus CrAlO gebildeten phasenschie benden Schicht bezüglich Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm, 248 nm beziehungsweise 365 nm darstellen. In jeder gra phischen Darstellung repräsentiert die x-Achse das Zusammen setzungsverhältnis von Al/Cr in der Schicht; die y-Achse re präsentiert die Dicke der CrAlO-Schicht, und die Linien 40 und 45 zeigen die Dicke der CrAlO-Schicht für eine Phasenver schiebung von 180° an. Mit zunehmendem Al-Gehalt und zuneh mender Wellenlänge des Belichtungslichts nimmt das Transmis sionsvermögen der Phasenschiebungsschicht zu. Zum Beispiel besitzt für eine Phasenschiebungsschicht mit einem Transmis sionsvermögen von 20% bezüglich des Belichtungslichts mit ei ner Wellenlänge von 193 nm selbige eine Dicke von etwa 124 nm bei einem Al/Cr-Verhältnis von 4,5 für eine Phasenverschie bung von 180°. In diesem Fall zeigt die Phasenschiebungs schicht, wenn Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm als Über prüfungslichtquelle verwendet wird, wie in Fig. 5 gezeigt, ein Transmissionsvermögen von 65% oder mehr bezüglich des Überprüfungslichts, was aus dem Kreuzungspunkt zwischen der Phasenschiebungslinie 40 und einer Linie 50 abgelesen werden kann, welche das Al/Cr-Verhältnis von 4,5 anzeigt, erlaubt jedoch keine präzise Überprüfung einer daraus gebildeten Mas ke.

Somit sind die Anforderungen an ein Phasenschiebungsmaterial ein hohes Transmissionsvermögen bezüglich einer kurzen Wel lenlänge des Belichtungslichts, ohne eine steile Zunahme des Transmissionsvermögens bezüglich eines Überprüfungslichts mit einer längeren Wellenlänge als jener des Belichtungslichts zu verursachen. Speziell erfüllen erfindungsgemäße Ausführungs formen von Phasenschiebungsmaterialien vorzugsweise die fol genden Bedingungen:

1. Aufweisen eines Transmissionsvermögens zwischen etwa 5% und etwa 50% bezüglich des Belichtungslichtes,
2. Schieben der Phase des Belichtungslichts um 180°,
3. Aufweisen eines Transmissionsvermögens von etwa 50% oder weniger bezüglich des Überprüfungslichts.

Kurz gesagt, kann gefolgert werden, dass das erfindungsgemäße Phasenschiebungsmaterial, z. B. die CrAlON-Zusammensetzung, den vorstehenden Kriterien genügt. Das Transmissionsvermögen der CrAlO-Schicht und der CrAlON-Schicht bezüglich der Wel lenlänge des bestrahlenden Lichts ist in Fig. 6 dargestellt. Wie in Fig. 6 gezeigt, weisen die CrAlO-Schicht 60 und die CrAlON-Schichten 62, 64, 66 und 68 ein Transmissionsvermögen im Bereich zwischen etwa 5% und etwa 40% bezüglich des Lichts mit einer Wellenlänge von 193 nm und 248 nm auf. Wenn Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm für das Überprüfungslicht verwen det wird, besitzt die CrAlO-Schicht 60 ein Transmissionsver mögen von etwa 65%, was eine Überprüfung einer daraus gebil deten Maske unmöglich macht, während die erfindungsgemäßen CrAlON-Schichten 62, 64, 66 und 68 ein Transmissionsvermögen von 50% oder weniger aufweisen. Die Zusammensetzung und die Dicke der CrAlO-Schicht 60 und der CrAlON-Schichten 62, 64, 66 und 68 sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Dicke jeder Schicht wurde so bestimmt, dass sie ein ähnliches Transmissionsvermö gen bezüglich der gleichen Lichtwellenlänge aufwies, und es wurde eine Änderung des Transmissionsvermögens bezüglich der Lichtwellenlänge für jede Schicht beobachtet.

Tabelle 1

Aus Fig. 6 ist zu ersehen, dass die Steigung des Transmissi onsvermögens in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge durch die Hinzufügung von N vermindert wird. Mit anderen Worten wird die Zunahme des Transmissionsvermögens von Licht bei ei ner höheren Wellenlänge für die CrAlON-Schichten 62, 64, 66 und 68 im Vergleich zu der CrAlO-Schicht 60 flacher, die kein N enthält. Außerdem ist das Transmissionsvermögen von Licht um so höher, je größer das Zusammensetzungsverhältnis von Al/(Cr + Al) ist. Als Ergebnis von mehreren Experimenten kann, wenn das Verhältnis von Al/(Cr + Al) im Bereich von 0,5 bis 0,9 liegt, ein wünschenswertes Phasenschiebungsmaterial mit einem höheren Transmissionsvermögen, das die vorstehend erwähnten Kriterien erfüllt, erzielt werden. Es ist zu erwähnen, dass die Atomprozente von N in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleich oder kleiner als 50 Atom% sind.

Nunmehr werden die Phasenschiebungsmaske und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer deckenden Phasenschiebungsmaske, die durch das erfindungsgemäße Verfah ren hergestellt wurde. Die deckende Maske bezieht sich auf eine Maske ohne Strukturen. Während der Belichtung wird eine Maske mit einer gewünschten, in Fig. 8 gezeigten Struktur verwendet, die durch Ätzen einer undurchlässigen Schicht 74 und einer Phasenschiebungsschicht 72 im mittleren Belich tungsbereich 76 der deckenden Maske erhalten wird. In den Fig. 7 und 8 ist ein transparentes Substrat 70 zwecks einfa cher Erläuterung unter der Phasenschiebungsschicht 72 und der undurchlässigen Schicht 74 dargestellt, während der Belich tung mit der erfindungsgemäßen Maske ist das transparente Substrat 70 jedoch einer Belichtungslichtquelle zugewandt an geordnet. Außerdem kann im Allgemeinen eine aus einem Materi al mit geringem Reflexionsvermögen, wie Chromoxid, gebildete Antireflexschicht auf der undurchlässigen Schicht 74 ausge bildet sein, die jedoch als mit der vorliegenden Erfindung nicht in Beziehung stehend betrachtet wird und somit in den Fig. 7 und 8 nicht dargestellt ist.

Wieder bezugnehmend auf Fig. 7 ist bei der Phasenschiebungs maske gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Phasenschiebungsschicht 72 aus CrAlON und die undurchläs sige Schicht 74 zum Beispiel aus Cr auf dem transparenten Substrat 70 gebildet, das aus einem transparenten Material, wie Glas, besteht. Das Transmissionsvermögen der Phasenschie bungsschicht bezüglich der Wellenlänge des Lichts, das zur Belichtung verwendet wird, sowie das Ausmaß der Phasenschie bung durch selbige variieren in Abhängigkeit von der Dicke der Phasenschiebungsschicht 72 und dem Zusammensetzungsver hältnis von CrAlON darin. In einer Ausführungsform können die Dicke der Phasenschiebungsschicht 72 und das Zusammenset zungsverhältnis von CrAlON darin so variiert werden, dass selbige ein Transmissionsvermögen von 5% bis 50% und ein Pha senverschiebungsverhältnis von 180° bezüglich der Wellenlänge des verwendeten Belichtungslichtes aufweist, wie in Tabelle 1 beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 8 beinhaltet die Maske zur Verwendung bei der Belichtung den Belichtungsbereich 76 mit einer ge wünschten Phasenschiebungsstruktur 72', von der die undurch lässige Schicht 74 entfernt wurde, und einen peripheren Be reich 78, in dem eine Identifikationsnummer (ID) der Maske zu sehen ist und Markierungen zur Justierung angeordnet sind, die zur Installation an einer Belichtungs- oder Überprüfungs vorrichtung angeordnet sind. Bei Dämpfungs-Phasenschie bungsmasken weist der Belichtungsbereich 76 im Allgemeinen lediglich die Phasenschiebungsstruktur 72' ohne die undurch lässige Schicht 74 auf. Um jedoch die zuvor erwähnte Neben keule zu verhindern, kann in der Mitte der Phasenschiebungs struktur 72' eine undurchlässige Struktur 74' verbleiben, die eine vergleichsweise größere Breite als in anderen Phasen schiebungsstrukturen aufweist.

Nunmehr wird das Verfahren zur Herstellung der erfindungsge mäßen Phasenschiebungsmaske beschrieben, wobei zunächst auf die Herstellung der in Fig. 7 gezeigten, deckenden Phasen schiebungsmaske eingegangen wird. Bei der Herstellung der deckenden Phasenschiebungsmaske wird ein Sputterverfahren an gewandt; es können jedoch auch andere Verfahren, wie chemi sche Gasphasenabscheidung (CVD), verwendet werden.

Eine in Fig. 9 gezeigte Sputtervorrichtung, die bei der Her stellung der deckenden Phasenschiebungsmaske verwendet wird, beinhaltet eine Kammer 90, Gaseinlässe 102, durch die Reakti onsgase in die Kammer 90 zugeführt werden, eine Pumpe 110 zum Steuern des Drucks der Kammer 90 sowie eine Auslassleitung 108. Außerdem sind Massendurchfluss-Steuereinheiten 104 sowie Steuerventile 106 an zugehörigen Gaseinlässen 102 angebracht, um den Massendurchfluss und die Zuführung oder das Abschalten von Gasen zu steuern. Außerdem ist ein Steuerventil 112 an der Auslassleitung 108 angebracht. Ein Träger 92 zum Tragen eines Maskensubstrates 94 ist in der Kammer 90 eingebaut, und die positive Elektrode einer Gleichspannungsversorgung ist mit dem Träger 92 verbunden. Außerdem ist dem Substrat 94 zu gewandt und mit der negativen Elektrode 96 verbunden ein Tar get 98 installiert, das aus einem auf das Substrat 94 aufzu bringenden Material besteht. Das Target 98 kann ein Target, das aus einer Al- und Cr-Legierung besteht, oder ein Mehr fachtarget sein, das in Al- und Cr-Targets unterteilt ist. Unterhalb des Targets 98 ist eine Blende 100 angeordnet, um den Durchtritt des Targetmaterials, das von dem Target 98 ge trennt wird, in Richtung des Substrats 94 abzusperren. Wenn gleich nicht gezeigt, kann ein Magnet auf dem Target 98 ange ordnet sein, um ein Magnetfeld für Sputtergasionen oder Tar getmaterialionen anzulegen. Außerdem kann, wenngleich ledig lich eine Pumpe 110 in Fig. 9 dargestellt ist, die Sputter vorrichtung des weiteren eine Turbopumpe beinhalten, welche die Kammer schnell auf Hochvakuumbedingungen bringt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen, deckenden Phasen schiebungsmaske unter Verwendung der in Fig. 9 gezeigten Sputtervorrichtung wird das aus Glas oder Quarz bestehende transparente Substrat 94 auf den Träger 92 gelegt, und die Pumpe 110 wird betätigt, um die Kammer 90 abzupumpen, bis der Druck der Kammer 1 × 10^-6 Torr bis 6 × 10^-6 Torr erreicht, um Ver unreinigungen aus der Kammer 90 zu entfernen. Wenn die Ent fernung von Verunreinigungen ausreichend ist, wird eine Gleichspannungsleistung von etwa 60 W an den Träger 92 und die Elektrode 96 angelegt. Daraufhin werden Sauerstoff (O₂) und Stickstoff (N₂), die Reaktionsgase sind, sowie Argonionen (Ar⁺), das ein Sputtergas ist, der Kammer 90 zugeführt, wobei der Massenfluss der Gase durch Verwenden der Massenfluss- Steuereinheiten 104 und der Steuerventile 106 gesteuert wird, die an den Gaseinlässen 102 angebracht sind. Zu diesem Zeit punkt befindet sich die Blende 100 in einem geschlossenen Zu stand. Der Druck der Kammer 90 wird bei 5 × 10^-3 Torr gehalten, und die Temperatur des Substrates 94 wird auf Raumtemperatur eingestellt.

Nach einer vorgegebenen Zeitspanne in dem Zustand, in dem die Blende 100 geschlossen ist, beginnen Argonionen, das Target 98 zu sputtern. Als Ergebnis werden Verunreinigungen von der Oberfläche des Targets 98 entfernt, und die Sputterausbeute erreicht ein Gleichgewicht, bei dem die gleichen Mengenantei le an Cr und Al von dem Target 98 herabfallen, wie Mengenan teile an Cr und Al in dem Target 98 vorliegen. Wenn die Blen de 100 geöffnet wird, werden die separierten Targetmateriali en ebenso wie Sauerstoff und Stickstoff auf dem transparenten Substrat 94 abgeschieden, wodurch sich eine CrAlON-Schicht darauf bildet.

Hierbei ist das Zusammensetzungsverhältnis der auf dem trans parenten Substrat 94 aufgebrachten CrAlON-Schicht durch das Verhältnis von Cr und Al in dem Target 98 und die Flussrate von O₂ und N₂ definiert, die als Reaktionsgase verwendet wer den. Gemäß einer gewünschten Zusammensetzung der CrAlON- Schicht wird ein Target zur Verwendung ausgewählt, das eine Cr- und Al-Zusammensetzung entsprechend dem gewünschten Zu sammensetzungsverhältnis aufweist, und die Flussraten von O₂ und N₂ werden auf einen Wert im Bereich von 0 sccm bis 20 sccm eingestellt. Außerdem wird die Flussrate des Ar-Gases, das als Sputtergas verwendet wird, auf einen Wert im Bereich von 7 sccm bis 30 sccm eingestellt. Außerdem können im Fall der Verwendung von Mehrfachtargets die Gebiete der Al- und Cr- Targets derart gesteuert werden, dass Cr und Al in einem ge wünschten Verhältnis von jedem Target separiert werden, wobei die Sputterausbeute von Cr und Al berücksichtigt wird.

Der Sputtervorgang wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis die CrAlON-Schicht als Phasenschiebungsschicht eine Dicke aufweist, die groß genug ist, die Phase der Belichtungslicht quelle um 180° zu verschieben. Wenn die CrAlON-Schicht die erforderliche Dicke erreicht, wird der Sputtervorgang ge stoppt.

Dann wird zur Bildung der undurchlässigen Schicht 74 (siehe Fig. 7) und der Antireflexschicht erneut ein Sputtervorgang mit einem anderen Target (oder in einer anderen Sputtervor richtung mit einem anderen Target) während einer vorgegebenen Zeitspanne durchgeführt.

Nunmehr wird das Verfahren zur Herstellung einer Phasenschie bungsmaske mit Strukturen beschrieben, die bei der Belichtung verwendet wird. Die in Fig. 8 gezeigte Phasenschiebungsmaske wird durch Ätzen des Belichtungsbereichs 76 der deckenden Phasenschiebungsmaske erhalten, die durch die vorstehend be schriebenen Prozesse hergestellt wird, um eine vorgegebene Struktur zu erhalten.

Als erstes werden die Antireflexschicht und die undurchlässi ge Schicht 74 von dem Belichtungsbereich 76 der in Fig. 7 ge zeigten, deckenden Maske entfernt. Um das Auftreten einer Ne benkeule zu vermeiden, kann ein Teil der undurchlässigen Schicht verbleiben.

Dann wird ein Ätzvorgang für phasenschiebende Strukturen aus geführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Ätzen der CrAlON-Schicht als Phasenschiebungsschicht durch reakti ves Ionenätzen (RIE) durchgeführt, das eine Art von Plasmaät zen darstellt.

Für das Ätzen der Phasenschiebungsschicht wurde die gesamte Oberfläche der Maske, von der die undurchlässige Schicht vollständig oder teilweise entfernt wurde, mit einem Elektro nenstrahlresist beschichtet und dann mit der Strahlung eines Elektronenstrahls belichtet, um eine gewünschte Struktur auf die Maske zu schreiben. Die Bereiche der Maske, die mit der Strahlung des Elektronenstrahls belichtet wurden, werden dann durch Entwickeln entfernt, was zu einer Elektronenstrahlre siststruktur führt. Die CrAlON-Schicht wird unter Verwendung der Elektronenstrahlresiststruktur als Ätzmaske geätzt, um das transparente Substrat 70 freizulegen. Die verwendete Elektronenstrahlresiststruktur wird dann entfernt, so dass eine Photomaske mit einer gewünschten phasenschiebenden Struktur darauf erhalten wird. Die phasenschiebende Struktur wird dann zur Belichtung verwendet.

In einer illustrativen Ausführungsform wurde das Ätzen der CrAlON-Schicht unter den folgenden Ätzbedingungen mittels Verwendung von Chlorid(Cl₂)- und Sauerstoff(O₂)-Gasen als Ätzgasen ausgeführt.

Flussrate von Cl₂: 35 sccm
Flussrate von O₂: 10 sccm
Substrattemperatur: Raumtemperatur
Druck der Ätzkammer: 6 mTorr
Leistung für RIE: 15 W
Leistung für induktiv gekoppeltes Plasma (ICP): 600 W.

Es dauerte etwa 15 Minuten, die CrAlON-Schicht mit einer Dic ke von 58,8 nm unter den vorstehenden Bedingungen zu ätzen.

Außerdem wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße pha senschiebende Material, d. h. CrAlON, ein relativ hohes Trans missionsvermögen bezüglich des Belichtungslichts aufweist, und wenn das phasenschiebende Material eine vorgegebene Dicke besitzt, verschiebt es die Phase des verwendeten Belichtungs lichts um 180°. Außerdem weist das erfindungsgemäße phasen schiebende Material ein Transmissionsvermögen von 50% oder weniger bezüglich eines Überprüfungslichtes auf, das eine größere Wellenlänge als die Wellenlänge des Belichtungslichts besitzt. Somit kann die erfindungsgemäße CrAlON-Zusammen setzung als phasenschiebendes Material mit einem relativ ho hen Transmissionsvermögen bezüglich eines kurzen Wellenlänge des Belichtungslichts verwendet werden, was eine hohe Auflö sung gewährleistet. Außerdem zeigt die erfindungsgemäße CrAlON-Zusammensetzung ein vergleichsweise geringes Transmis sionsvermögen bezüglich einer längeren Wellenlänge des Über prüfungslichts, so dass eine Überprüfung der aus CrAlON ge bildeten Maske präzise ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass die Prozessbedingungen bei der Herstellung der er findungsgemäßen Phasenschiebungsmaske je nach Anwendungsfall variiert werden können, insbesondere auch abhängig von der benutzten Depositions- und/oder Ätzvorrichtung.

Claims

1. Phasenschiebungsmaske mit

- einem transparenten Substrat und
- einer Phasenschiebungsschicht oder strukturierten Elementen einer solchen auf dem transparenten Sub strat, wobei die Phasenschiebungsschicht oder die strukturierten Elemente semitransparent für eine vorgegebene Wellenlänge eines Belichtungslichts sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Phasenschiebungsschicht oder die strukturierten Elemente aus einem Material gebildet sind, das Chrom (Cr), Aluminium (Al), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) enthält.

2. Phasenschiebungsmaske nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie eine undurchlässige Schicht be inhaltet, die auf der Phasenschiebungsschicht oder den strukturierten Elementen gebildet ist.

3. Phasenschiebungsmaske nach Anspruch 1 oder 2, weiter da durch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebungsschicht oder die strukturierten Elemente eine Dicke derart auf weisen, dass das durch die Phasenschiebungsschicht oder die strukturierten Elemente transmittierte Licht um etwa 180 Grad phasenverschoben wird.

4. Phasenschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschie bungsschicht oder die strukturierten Elemente Stickstoff in Konzentrationen gleich oder weniger als 50 Atompro zent beinhalten.

5. Phasenschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschie bungsschicht oder die strukturierten Elemente ein Ver hältnis von Al/(Cr + Al) zwischen etwa 0,5 und 0,9 aufwei sen.

6. Phasenschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschie bungsschicht oder die strukturierten Elemente eine Dicke derart aufweisen, dass das Transmissionsvermögen der Phasenschiebungsschicht oder der strukturierten Elemente bezüglich des Belichtungslichtes zwischen etwa 5% und etwa 50% liegt.

7. Phasenschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschie bungsschicht oder die strukturierten Elemente eine Dicke derart aufweisen, dass das Transmissionsvermögen der Phasenschiebungsschicht oder der strukturierten Elemente bezüglich eines Überprüfungslichtes 50% oder weniger be trägt.

8. Verfahren zur Herstellung einer Phasenschiebungsmaske, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Bereitstellen eines transparenten Substrats,
- Bilden einer Phasenschiebungsschicht aus einem Mate rial, das Chrom (Cr), Aluminium (Al), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) enthält, auf dem transparenten Substrat, wobei die Phasenschiebungsschicht für eine vorgegebene Wellenlänge eines Belichtungslichts se mitransparent ist, und
- Bilden einer undurchlässigen Schicht auf der Phasen schiebungsschicht, wobei die undurchlässige Schicht für das Belichtungslicht undurchlässig ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeich net, dass die Phasenschiebungsschicht Stickstoff in Kon zentrationen gleich oder weniger als 50 Atomprozent be inhaltet.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, weiter dadurch gekenn zeichnet, dass die Phasenschiebungsschicht ein Verhält nis von Al/(Cr + Al) zwischen etwa 0,5 und etwa 0,9 bein haltet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiter da durch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebungsschicht auf dem transparenten Substrat in einer Sputterkammer durch Sputtern unter Verwendung eines Targets, das aus einer Chrom(Cr)- und Aluminium(Al)-Legierung besteht, sowie Sauerstoff(O₂)- und Stickstoff(N₂)-Gasen als Reak tionsgasen aufgebracht wird, die in der Sputterkammer bereitgestellt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiter da durch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebungsschicht auf dem transparenten Substrat in einer Sputterkammer durch Sputtern unter Verwendung eines Mehrfachtargets, das in Cr- und Al-Targets separiert ist, sowie Sauer stoff(O₂)- und Stickstoff(N₂)-Gasen als Reaktionsgasen aufgebracht wird, die in der Sputterkammer bereitge stellt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, weiter da durch gekennzeichnet, dass es nach der Bildung der un durchlässigen Schicht folgende weitere Schritte umfasst:

- Ätzen der undurchlässigen Schicht, um eine vorgege bene Struktur zu erhalten, oder derart, dass das ge samte Gebiet der undurchlässigen Schicht, das wäh rend einer Photolithographie dem Belichtungslicht ausgesetzt war, entfernt wird, und
- Ätzen der Phasenschiebungsschicht, um eine vorgege bene Struktur zu erhalten.

14. Verfahren nach Anspruch 13, weiter dadurch gekennzeich net, dass das Ätzen der Phasenschiebungsschicht zu einer vorgegebenen Struktur folgende Schritte umfasst:

- Aufbringen eines Elektronenstrahlresistes auf der gesamten Oberfläche der Phasenschiebungsmaske, von der die undurchlässige Schicht geätzt wurde,
- Bestrahlung durch einen Elektronenstrahl, um eine vorgegebene Struktur auf das Elektronenstrahlresist zu schreiben, und Entwickeln des Elektronenstrahlre sistes, um eine Elektronenstrahlresiststruktur zu erzeugen, und
- Ätzen der Phasenschiebungsschicht unter Verwendung der Elektronenstrahlresiststruktur als Ätzmaske.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass die Phasenschiebungsschicht unter Verwendung von Chlorid(Cl₂)- und Sauerstoff(O₂)-Gasen trockengeätzt wird.