DE102004003341B4 - Halftone phase mask with multiple transmissions and process for their preparation - Google Patents
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Abstract
Halbtonphasenmaske
zur Projektion eines auf der Maske gebildeten Musters von Strukturelementen
auf eine lichtempfindliche Schicht bei der Herstellung integrierter
Schaltungen auf einem Halbleiterwafer, umfassend:
– ein transparentes
Maskensubstrat (10);
– einen
ersten Anteil (12) eines Musters, bei dem erste Strukturelemente
(14) als erhabene Stege mit einer ersten Höhe (16) aus einem semitransparenten
phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche (11)
des transparenten Maskensubstrats (10) angeordnet ist, derart gebildet
sind, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der ersten Strukturelemente
(14) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von
160° bis
200° gegenüber einem
das Maskensubstrat (10) außerhalb
der ersten Strukturelemente (14) im Bereich der ebenen Oberfläche (11)
des Maskensubstrats (10) durchdringenden Lichtstrahl erfährt; und
– einen
zweiten Anteil (18) des Musters, bei dem zweite Strukturelemente
(20) als erhabene Stege mit einer zweiten Höhe (22) aus dem gleichen semitransparenten
phasenschiebenden Material der ersten Strukturelemente (14), das
auf der ebenen...A halftone phase mask for projecting a pattern of features formed on the mask onto a photosensitive layer in the fabrication of integrated circuits on a semiconductor wafer, comprising:
A transparent mask substrate (10);
A first portion (12) of a pattern having first structural elements (14) as raised ridges having a first height (16) of a semi-transparent phase-shifting material disposed on the planar surface (11) of the transparent mask substrate (10); are formed in such a way that a light beam penetrating the mask substrate (10) within the first structural elements (14) has a phase jump in the range of 160 ° to 200 ° with respect to a mask substrate (10) outside the first structural elements (14) in the region of the planar surface (14). 11) of the mask substrate (10) undergoes penetrating light beam; and
- a second portion (18) of the pattern, wherein the second structural elements (20) are raised webs having a second height (22) of the same semitransparent phase-shifting material of the first structural elements (14) formed on the planar surface.
Description
Die Erfindung betrifft eine Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen zur Projektion eines auf der Maske gebildeten Musters von Strukturelementen auf eine lichtempfindliche Schicht bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterwafer und Verfahren zu ihrer Herstellung.The The invention relates to a halftone phase mask with multiple transmissions for projecting a pattern of structural elements formed on the mask on a photosensitive layer in the manufacture of integrated Circuits on a semiconductor wafer and process for their preparation.
Integrierte Schaltungen werden mittels photolithographischer Projektion von Mustern, die auf Photomasken gebildet sind, auf Halbleiterwafer hergestellt. Für jede Ebene wird dabei in der Regel eine Maske mit dem der Schaltungsebene entsprechenden Muster verwendet.integrated Circuits are made by photolithographic projection of Patterns formed on photomasks on semiconductor wafers produced. For Each layer is usually a mask with the circuit level corresponding pattern used.
Photomasken oder Retikel werden im Bereich der Halbleiterfertigung eingesetzt, um mittels lithographischer Projektion auf einen mit einem fotoempfindlichen Lack beschichteten Halbleiterwafer in den Lack ein Muster von Strukturelementen zu bilden. Die Wahl der lateralen Ausdehnung der auf dem Halbleiterwafer zu bildenden Strukturelemente ist dabei aufgrund einer insbesondere durch das Projektionssystem vorgegebenen unteren Auflösungsgrenze eingeschränkt. Die Auflösungsgrenze hängt ab von der Belichtungswellenlänge, der Aperturgröße des Linsensystems, oder beispielsweise von der Art der Beleuchtungsquelle des Projektionssystems, etc.photomasks or reticles are used in the field of semiconductor manufacturing, by means of lithographic projection on one with a photosensitive Lacquer-coated semiconductor wafers in the paint a pattern of structural elements to build. The choice of the lateral extent of the on the semiconductor wafer to be formed structural elements is due to a particular Restricted by the projection system predetermined lower resolution limit. The resolution limit depends from the exposure wavelength, the aperture size of the lens system, or, for example, the type of illumination source of the projection system, Etc.
Hochintegrierte Schaltungen, wie beispielsweise dynamische oder nichtflüchtige Speicher sowie Logikbausteine, werden zur Zeit mit Schaltungselementen hergestellt, deren Breite bis herunter zu 70 nm reicht. Im Beispiel der Speicherbausteine gilt dies beispielsweise für die sehr dicht und periodisch angeordneten Muster von schmalen Wort- oder Bitleitungen sowie gegebenenfalls der entsprechenden Kontaktierungen oder Speichergräben.highly integrated Circuits, such as dynamic or non-volatile memory as well as logic devices, are currently being manufactured with circuit elements, whose width extends down to 70 nm. In the example of the memory modules this applies, for example, to the very dense and periodically arranged patterns of narrow word or bit lines and, where appropriate, the corresponding contacts or trenches.
Dabei kann es oftmals vorkommen, dass die entsprechenden hochintegrierten Strukturmuster in einer Schaltungsebene mit dem die Strukturelemente elektrisch anschließenden Peripheriebereich gemeinsam angeordnet sind. Strukturelemente, beispielsweise Leiterbahnen, solcher Peripheriebereiche unterliegen zumeist relaxierten Anforderungen an die Strukturbreite. Auf der für die Bildung der Schaltungsebene einzusetzenden Photomaske sind demnach gemeinsam dichte, oftmals periodische Anordnungen von Strukturelementen sowie isolierte oder halbisolierte, größer dimensionierte Strukturelemente gemeinsam in einem Muster angeordnet.there It can often happen that the corresponding highly integrated Structure pattern in a circuit plane with the structural elements electrically subsequent Peripheral area are arranged together. Structural elements, for example Tracks, such peripheral areas are usually relaxed Requirements for the structure width. On the for the formation of the circuit level Accordingly, photomasks to be used together are dense, often Periodic arrays of structural elements as well as isolated or semi-insulated, larger-sized Structural elements arranged together in a pattern.
Es ist bekannt, dass bei der lithographischen Projektion Strukturelemente, deren Breite jeweils in der Nähe der Auflösungsgrenze des betreffenden Belichtungsgerätes liegt, aufgrund der optischen Abbildungseigenschaften anders als größer dimensionierte, nicht-periodische Strukturelemente in die Bildebene übertragen werden. Dies liegt einerseits an der nur begrenzten numerischen Apertur des Belichtungsgerätes, andererseits auch an den individuellen Belichtungseinstellungen in dem Gerät. Bei Vorhandensein von Linsenaberrationen, beispielsweise aufgrund von Linsenfehlern, können sich die unterschiedlichen Abbildungseffekte verstärken, welches insbesondere Linienbreitenvariationen oder auch Lagegenauigkeitsfehler in den Strukturmusteranteilen sichtbar werden.It it is known that in the lithographic projection structural elements, their width each near the resolution limit of the relevant exposure device is different because of the optical imaging characteristics larger sized, transfer non-periodic structure elements into the image plane become. This is partly because of the limited numerical Aperture of the exposure device, on the other hand, s.den individual exposure settings in the device. In the presence of lens aberrations, for example due to of lens defects, can the different imaging effects intensify, which in particular Linewidth variations or positional accuracy errors in the Structural pattern shares become visible.
Die Auflösungsgrenze eines Projektionssystems lässt sich aber auch durch den Einsatz moderner lithographischer Techniken bei den für eine Belichtung verwendeten Masken verringern. Dies betrifft vor allem den Bereich der Phasenmasken, welche auch Phasenschiebermasken genannt werden (englisch: Phase Shift Masks).The resolution limit of a projection system but also by the use of modern lithographic techniques the for reduce an exposure used masks. This concerns before in particular the area of the phase masks, which also phase shift masks be called (English: Phase Shift Masks).
Ein besonderer Typ ist die sogenannte Halbton-Phasenmaske (englisch: Attenuated Phase Shift Mask). Die auf konventionellen Chrom-Masken als opake Schichten auf transparentem Trägersubstrat ausgebildeten Strukturelemente werden bei den Halbtonmasken halbdurchlässig, d.h. semitransparent, und phasenschiebend ausgeführt. Der Begriff "halbdurchlässig" ist etwas irreführend, da der Transmissionsgrad, d.h. derjenige Anteil des einfallenden Lichtes, welcher die semitransparente Schicht durchdringen und das transparente Trägersubstrat erreichen kann, je nach Anwendungsfall in einem weiten Bereich zwischen einigen wenigen Prozent (z.B. 3%) der Intensität des einfallenden Lichtstrahls und über 50% betragen kann. Der mit einem Phasenhub von typischerweise 180° beaufschlagte und aufgrund des niedrigen Transmissionsgrades abgeschwächte Lichtstrahl bewirkt eine gegenüber herkömmlichen Chrom-Strukturelementen erhöhte Kontrastverstärkung an den Kanten von transparenten und semitransparenten Teilbereichen. Bei den Halbton-Phasenmasken können daher semitransparente Strukturelemente mit hoher Maßhaltigkeit auf einem Halbleiterwafer abgebildet werden.One special type is the so-called halftone phase mask (English: Attenuated Phase Shift Mask). The on conventional chrome masks Structural elements formed as opaque layers on a transparent carrier substrate become semipermeable in the half-tone masks, i. semitransparent, and phase-shifting. The term "semipermeable" is somewhat misleading since the transmittance, i. that portion of the incident light, which penetrate the semitransparent layer and the transparent one carrier substrate can reach, depending on the application in a wide range between a few percent (e.g., 3%) of the intensity of the incident light beam and over 50% can amount. The acted upon with a phase deviation of typically 180 ° and due to the low transmissivity attenuated light beam causes an opposite conventional chrome structural elements increased contrast enhancement at the edges of transparent and semitransparent sections. In the halftone phase masks can therefore semitransparent structural elements with high dimensional stability be imaged on a semiconductor wafer.
In der US 2003/0152844 A1 ist eine Phasenmaske gezeigt, bei der auf einem Quarzsubstrat in einem ersten Bereich eine strukturierte semitransparente Schicht und darüber eine strukturierte phasenschiebende Schicht benachbart zu einer Einsenkung an der Oberfläche des Substrats angebracht sind. In einem zweiten Bereich ist eine strukturierte semitransparente Schicht auf dem Quarzsubstrat aufgebracht.In US 2003/0152844 A1 a phase mask is shown in which a quartz substrate in a first area a structured semitransparent Layer and above a structured phase shift layer adjacent to one Depression on the surface of the substrate are attached. In a second area is a structured semitransparent layer applied to the quartz substrate.
In
der
Ein besonderes Problem besteht allerdings bei den Halbton-Phasenmasken darin, dass die kontrastverstärkende Wirkung für dichte Gebiete von Strukturelementen verschieden von derjenigen isoliert stehender Strukturelemente ist. Im allgemeinen wird versucht, bei sehr dichten Gebieten den Transmissionsgrad der semitransparenten Strukturelemente sehr hoch, d.h. im Bereich von etwa 50%, zu wählen. In der Umgebung isolierter oder semi-isolierte Strukturelemente führt ein hoher Transmissionsgrad zu zusätzlich vorhandenen Beugungsbildern, die aufgrund von höheren Beugungsordnungen entstehen. Dieses Phänomen ist in der Technik als Side-Lobe-Printing bekannt und kann durch eine reduzierte Transmission beseitigt werden. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass die gleichzeitige Optimierung für dichte und isolierte Strukturelemente schwierig ist und das vorhandene Prozessfenster auf nachteilhafte Weise verringert wird.One particular problem with halftone phase masks is that that the contrast-enhancing Effect for dense regions of features different from those isolated structural elements is. In general, it tries to in very dense areas, the transmittance of semitransparent Structural elements very high, i. in the range of about 50%, to choose. In the environment isolated or semi-isolated structural elements introduces high transmittance too additional existing diffraction images, which arise due to higher diffraction orders. This phenomenon is known in the art as side-lobe printing and can by a reduced transmission can be eliminated. This results However, the problem is that the concurrent optimization for dense and isolated structural elements is difficult and the existing one Process window is disadvantageously reduced.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Halbtonphasenmaske zu schaffen, bei der sowohl dichte als auch isoliert stehende Strukturanordnungen gemeinsam mit hoher Maßhaltigkeit auf einen Halbleiterwafer abgebildet werden können, sowie ein Verfahren anzugeben, das eine einfache Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen ermöglicht.It It is therefore an object of the invention to provide a halftone phase mask, in both dense and isolated structural arrangements together with high dimensional accuracy can be imaged on a semiconductor wafer, as well as to provide a method the simple production of a halftone phase mask with several Transmission allows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbtonphasenmaske zur Projektion eines auf der Maske gebildeten Musters von Strukturelementen auf eine lichtempfindliche Schicht bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterwafer gelöst, die folgendes umfasst:
- – ein transparentes Maskensubstrat;
- – einen ersten Anteil eines Musters, bei dem erste Strukturelemente als erhabene Stege mit einer ersten Höhe aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats angeordnet ist, derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200° gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der ersten Strukturelemente im Bereich der ebenen Oberfläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt; und
- – einen
zweiten Anteil des Musters, bei dem zweite Strukturelemente als
erhabene Stege mit einer zweiten Höhe aus dem gleichen semitransparenten
phasenschiebenden Material der ersten Strukturelemente, das auf
der ebenen Oberfläche
des transparenten Maskensubstrats angeordnet ist, und benachbart
zu den zweiten Strukturelementen angeordnete Gräben in der Oberfläche des Maskensubstrats
mit einer Tiefe derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat
innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl
einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200° gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb
der zweiten Strukturelemente im Bereich der Gräben in der Oberfläche des
Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt, wobei die erste Höhe größer als
die zweite Höhe
(
22 ) ist, so dass im ersten Anteil des Musters ein das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen geringeren Transmissionsgrad aufweist als ein das Maskensub strat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl.
- A transparent mask substrate;
- A first portion of a pattern in which first features are formed as raised lands having a first height of a semi-transparent phase shift material disposed on the planar surface of the transparent mask substrate, such that a light beam penetrating the mask substrate within the first feature Experiences phase jumps in the range of 160 ° to 200 ° with respect to a light beam penetrating the mask substrate outside the first structural elements in the region of the planar surface of the mask substrate; and
- A second portion of the pattern comprising second features as raised lands having a second height from the same semitransparent phase shift material of the first features disposed on the planar surface of the transparent mask substrate and trenches disposed adjacent to the second features in the surface the mask substrate is formed with a depth such that a light beam penetrating the mask substrate within the second structural elements undergoes a phase jump in the range of 160 ° to 200 ° with respect to a light beam passing through the mask substrate outside the second structural elements in the region of the trenches in the surface of the mask substrate, wherein the first height is greater than the second height (
22 ) is such that in the first portion of the pattern, a light beam penetrating the mask substrate within the first structural elements has a lower transmittance than a light beam penetrating the mask sub-strate within the second structural elements.
Die erfindungsgemäße Halbton-Phasenmaske weist Strukturelemente eines ersten Anteils und eines zweiten Anteils des Musters auf, die mit semitransparenten phasenverschiebendem Material unterschiedlicher Dicke ausgeführt sind. Vorteilhafterweise sind die Strukturelemente auf dem gleichen Maskensubstrat angeordnet, bei dem die Höhe des ersten Strukturelements so gewählt ist, dass sich ein Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, ergibt. Dieser wert lässt sich auch für die zweiten Strukturelemente erreichen, da die Höhe der zweiten Strukturelemente anhand des benötigten Transmissionsgrads gegeben ist, während der nötige phasendrehende Anteil durch die Tiefe der Gräben bestimmt wird. Somit ist es möglich, eine Halbtonphasenmaske mit jeweils optimierten Bedingungen für die ersten und die zweiten Strukturelemente zu bilden.The Halftone phase mask according to the invention has structural elements of a first portion and a second portion of the pattern, with semitransparent phase shifting Material of different thickness are executed. advantageously, the structural elements are arranged on the same mask substrate, at which the height of the first structural element is selected so that a phase jump in the range of 160 ° to 200 °, preferably 180 °, results. This value leaves also for reach the second structural elements, since the height of the second structural elements based on the needed Transmittance is given, while the necessary phase-rotating component through the depth of the trenches is determined. Thus, it is possible a halftone phase mask, each with optimized conditions for the first and to form the second structural elements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt bei der Halbtonphasenmaske der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls weniger als 10%, vorzugsweise ungefähr 6%, und der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls zwischen 10% und 70%, vorzugsweise zwischen 20% und 60%.According to one preferred embodiment is in the Halftone phase mask the transmittance of a mask substrate less within the first structural elements of the penetrating light beam than 10%, preferably about 6%, and the transmittance of a mask substrate within the second structural elements penetrating light beam between 10% and 70%, preferably between 20% and 60%.
Damit weist die Halbtonphasenmaske zur optimierten Projektion der Anteile des Musters Transmissionsgrade auf, die sich deutlich voneinander unterscheiden. So kann beispielsweise bei einem Muster, dessen erster Anteil mit einer niedrigen Transmission verbunden ist, die Höhe der ersten Strukturelemente anhand der gewünschten Transmission ausgeführt sein. Für die zweiten Anteile des Musters sind auf dem gleichen Maskensubstrat zweite Strukturelemente mit der hohen Transmission vorgesehen.In order to assigns the halftone phase mask to the optimized projection of the components of the pattern transmissions, which are clearly different from each other differ. For example, in a pattern whose first Share associated with low transmission, the amount of the first Structure elements based on the desired Transmission executed be. For the second parts of the pattern are on the same mask substrate second structural elements provided with the high transmission.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht bei der Halbtonphasenmaske das Maskensubstrat aus Quarz, d.h. aus Siliziumdioxid, oder aus Kalzium-Fluorid.According to a further preferred Ausfüh In the case of the halftone phase mask, the mask substrate consists of quartz, ie of silicon dioxide, or of calcium fluoride.
Bei Verwendung eines Maskensubstrats aus Quarz, vorzugsweise aus Siliziumdioxid, ist der Einsatz kommerziell erhältlicher Maskenrohlinge möglich. Damit lassen sich kostengünstige Halbtonphasenmasken mit hoher Gutausbeute herstellen.at Use of a mask substrate made of quartz, preferably of silicon dioxide, is the use commercially available Mask blanks possible. This can be cost-effective Produce halftone phase masks with high yield.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst bei der Halbtonphasenmaske das semitransparente phasenschiebende Material Molybdän-Silicid.According to one another preferred embodiment in the halftone phase mask comprises the semitransparent phase shift Material molybdenum silicide.
Die Verwendung von Molybdän-Silicid als semitransparentes phasenschiebendes Material ist bei kommerziell erhältlichen Maskenrohlingen üblich. Damit lassen sich kostengünstige Halbtonphasenmasken auf der Basis kommerziell erhältlicher Maskenrohlinge herstellen.The Use of molybdenum silicide as a semitransparent phase-shifting material is in commercial available mask blanks usual. In order to can be cost-effective Halftone phase masks based on commercially available Make mask blanks.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst bei der Halbtonphasenmaske der erste Anteil des Musters semiisolierte Strukturen.According to one another preferred embodiment In the halftone phase mask, the first portion of the pattern is included semi-isolated structures.
Bei semiisolierten Strukturen ist oftmals eine Projektion mit niedrigem Transmissionsgrad erwünscht, um das sogenannte Side-Lobe-Printing zu eliminieren. Vorteilhafterweise lässt sich dies mit der Halbtonphasenmaske gemäß dieser Ausführungsform realisieren.at semi-isolated structures is often a low-level projection Transmittance desired, to eliminate the so-called side-lobe printing. advantageously, let yourself this with the halftone phase mask according to this embodiment realize.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst bei der Halbtonphasenmaske der zweite Anteil des Musters ein dichtes Linien-Spalten-Muster.According to one another preferred embodiment In the halftone phase mask, the second portion of the pattern is included a dense line-column pattern.
Bei dichten Linien-Spalten-Mustern ist oftmals eine Projektion mit hohem Transmissionsgrad erwünscht, um eine möglichst hohe Abbildungsqualität zu erreichen. Vorteilhafterweise lässt sich dies mit der Halbtonphasenmaske realisieren.at dense line-column patterns is often a high-profile projection Transmittance desired, one as possible high picture quality to reach. Advantageously, this can be done with the halftone phase mask realize.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht bei der Halbtonphasenmaske das Muster einer Ebene eines Schaltungsmusters eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff.According to one another preferred embodiment For the halftone phase mask, the pattern corresponds to a plane of a Circuit pattern of dynamic random access memory.
Ein dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff weist im Bereich der Speicherzellen dichte Strukturen (Linien-Spalten-Muster) auf, die bei der Herstellung der integrierten Schaltung bevorzugt mit einer Halbtonphasenmaske hoher Transmission übertragen werden. Gleichzeitig umfasst das Schaltungsmus ter im Bereich der Supportlogik außerhalb des Speicherzellenfeldes auch isolierte und semi-isolierte Strukturen, deren Abbildung mit niedriger Transmission erfolgen soll. Die Halbtonphasenmaske gemäß dieser Ausführungsform stellt verschiedene Transmissionsgrade für die gleichzeitige Optimierung beider Strukturanteile zur Verfügung.One dynamic random access memory is in the range of Memory cells have dense structures (line-column patterns) in the manufacture the integrated circuit preferably with a halftone phase mask transmitted high transmission become. At the same time, the circuit pattern includes ter in the area of Support logic outside the Memory cell array also isolated and semi-isolated structures, their mapping should be done with low transmission. The halftone phase mask according to this embodiment Provides different transmittances for simultaneous optimization both structural shares available.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halbtonphasenmaske im Maskensubstrat einen mehrschichtigen Aufbau mit wenigstens einer parallel und an der Oberseite liegenden Schicht auf, wobei die Dicke der Schicht auf der Oberseite des Maskensubstrats der Tiefe der Gräben entspricht.According to one another preferred embodiment For example, the halftone phase mask in the mask substrate has a multilayered one Construction with at least one parallel and at the top Layer on, wherein the thickness of the layer on top of the mask substrate corresponds to the depth of the trenches.
Die Halbtonphasenmaske lässt sich sehr einfach herstellen, da ein im Vergleich zum Maskensubstrat selektiver Ätzschritt die Schicht freilegen kann, wobei aufgrund des mehrschichtigen Aufbaus eine hohe Reproduzierbarkeit der gewünschten Transmissionen der Maske erreicht wird.The Halftone phase mask leaves very easy to manufacture, as compared to the mask substrate selective etching step the layer can expose, due to the multilayer structure a high reproducibility of the desired transmissions the mask is reached.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halbtonphasenmaske darüber hinaus einen dritten Anteil des Musters auf, bei dem dritte Strukturelemente als erhabene Stege mit einer dritten Höhe aus dem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats angeordnet ist, wobei das Maskensubstrat weitere Gräben mit einer weiteren Tiefe aufweist, die benachbart zu den dritten Strukturelementen angeordnet ist, derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der dritten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der dritten Strukturelemente im Bereich der weiteren Gräben in der Oberfläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt, wobei die weitere Tiefe der weiteren Gräben größer als die Tiefe der Gräben ist.According to one another preferred embodiment points beyond the halftone phase mask a third portion of the pattern, wherein the third structural elements as raised webs with a third height from the semitransparent phase shifting material lying on the flat surface of the transparent mask substrate, wherein the mask substrate more trenches having another depth adjacent to the third Structural elements is arranged, are formed such that a the mask substrate penetrating within the third structural elements Light beam a phase jump in the range of 160 ° to 200 °, preferably 180 °, opposite one the mask substrate outside the third structural elements in the area of the other trenches in the surface the mask substrate penetrates the light beam, wherein the further depth of the further trenches is greater than the depth of the trenches.
Diese Ausführungsform eignet sich für die gleichzeitige Projektion mehrerer Anteile des Musters, wobei die erreichbaren Transmissionsgrade einzeln optimierbar sind. So lassen sich beispielsweise Anteile mit niedriger Transmission, mit mittlerer Transmission und mit hoher Transmission auf ein Maskensubstrat anordnen, wobei für jeden Anteil eine 180° Phasenverschiebung vorgesehen ist.These embodiment is suitable for the simultaneous projection of several parts of the pattern, where the achievable transmittances are individually optimized. So For example, shares with low transmission, with medium transmission and high transmission to a mask substrate arrange, where for each share a 180 ° phase shift is provided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halbtonphasenmaske darüber hinaus einen dritten Anteil des Musters auf, bei dem dritte Strukturelemente als erhabene Stege auf der ebenen Oberfläche des semitransparenten phasenschiebenden Materials angeordnet sind.According to one another preferred embodiment points beyond the halftone phase mask a third portion of the pattern, wherein the third structural elements as raised ridges on the flat surface of the semitransparent phase-shifting Materials are arranged.
Diese Ausführungsform vereint auf vorteilhafte Weise eine Maske mit zweierlei Transmissionen mit einer einfachen Chrom-auf-Glas Maske. Damit sind weitere Optimierungen des Prozessfensters möglich.These embodiment advantageously combines a mask with two transmissions with a simple chrome-on-glass Mask. This allows further optimization of the process window.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen bei der Halbtonphasenmaske die dritten Strukturelemente eine strukturierte Chromschicht.According to one another preferred embodiment In the halftone phase mask, the third features comprise the third features a structured chrome layer.
Die Verwendung einer Chromschicht als absorbierendes Element ist bei kommerziell erhältlichen Masken üblich. Damit lassen sich kostengünstig Masken auf der Basis kommerziell erhältlicher Maskenrohlinge herstellen, die die Vorteile von Halbtonphasenmasken mit zweierlei Transmissionen und einer CoG-Schicht aufweisen.The Use of a chromium layer as the absorbing element is included commercially available Masks usual. This can be cost-effective Manufacture masks based on commercially available mask blanks, the advantages of halftone phase masks with two transmissions and a CoG layer exhibit.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbtonphasenmaske gelöst.The The object of the invention is also achieved by a process for the preparation a halftone phase mask solved.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer Halbtonphasenmaske bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines Musters von Strukturelementen mit einem ersten Anteil und einem zweiten Anteil;
- – Bereitstellen eines Maskenrohlings, umfassend ein Maskensubstrat mit einer ebenen Oberfläche, eine darüber liegende Absorberschicht aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe, eine über der Absorberschicht liegende Metallschicht und eine über der Metallschicht liegende Resistschicht;
- – maskenlithographisches Strukturieren der Resistschicht, um eine Resiststruktur zu bilden, die dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entspricht;
- – Übertragen der Resiststruktur in die Metallschicht und in die Absorberschicht durch Ätzen, um eine Metallstruktur und Strukturelemente der Absorberschicht zu bilden;
- – Entfernen der Resiststruktur;
- – vollflächiges Abscheiden einer weiteren Resistschicht;
- – Bestrahlen der weiteren Resistschicht;
- – Ätzen oder Entwickeln der weiteren Resistschicht, um den zweiten Anteil des Musters freizulegen;
- – Ätzen von Gräben in der ebenen Oberseite des Maskensubstrats unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen;
- – Entfernen der Metallstruktur im Bereich des zweiten Anteils des Musters, um Strukturelemente der Absorberschicht freizulegen;
- – Dünnen der Strukturelemente der Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils des Musters, um zweite Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit einer zweiten Höhe zu bilden;
- – Entfernen der weiteren Resistschicht; und
- – Entfernen der Metallstruktur im Bereich des ersten Anteils des Musters, um erste Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit der ersten Höhe freizulegen.
- Providing a pattern of structure elements having a first portion and a second portion;
- Providing a mask blank comprising a mask substrate having a planar surface, an overlying absorber layer of a semitransparent phase-shifting material having a first height, a metal layer overlying the absorber layer, and a resist layer overlying the metal layer;
- Masking lithographic patterning of the resist layer to form a resist pattern corresponding to the first portion of the pattern and the second portion of the pattern;
- - transferring the resist pattern into the metal layer and into the absorber layer by etching to form a metal structure and structural elements of the absorber layer;
- - removing the resist structure;
- - Full-surface deposition of a further resist layer;
- - irradiating the further resist layer;
- Etching or developing the further resist layer to expose the second portion of the pattern;
- - etching trenches in the planar top surface of the mask substrate immediately adjacent to the second features;
- Removing the metal structure in the region of the second portion of the pattern in order to expose structural elements of the absorber layer;
- - thinning the structural elements of the absorber layer in the region of the second portion of the pattern to form second structural elements of the pattern as raised ridges on the planar top surface of the mask substrate with a second height;
- - removing the further resist layer; and
- Removing the metal structure in the region of the first portion of the pattern to expose first structural elements of the pattern as raised ridges on the planar top of the mask substrate with the first height.
Gemäß eines zweiten Aspekts wird ein Verfahren zur Bildung einer Halbtonphasenmaske bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines Musters mit einem ersten Anteil und einem zweiten Anteil;
- – Bereitstellen eines Maskenrohlings, umfassend ein Maskensubstrat mit einer ebenen Oberfläche, eine darüber liegende Absorberschicht aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe und eine über der Absorberschicht liegende Resistschicht;
- – maskenlithographisches Strukturieren der Resistschicht, um eine Resiststruktur zu bilden, die dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entspricht;
- – Übertragen der Resiststruktur in die Absorberschicht durch Ätzen, um Strukturelemente der Absorberschicht zu bilden;
- – Entfernen der Resiststruktur;
- – vollflächiges Abscheiden einer weiteren Resistschicht;
- – Belichten der weiteren Resistschicht;
- – Ätzen oder Entwickeln der weiteren Resistschicht, um im Bereich des zweiten Anteils des Musters die Strukturelemente der Absorberschicht freizulegen;
- – Dünnen der Strukturelemente der Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils des Musters, so dass zweite Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit einer zweiten Höhe gebildet werden;
- – Bilden von Gräben in der ebenen Oberseite des Maskensubstrats unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen des Musters;
- – Entfernen der weiteren Resistschicht im Bereich des ersten Anteils des Musters, so dass die ersten Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit der ersten Höhe freigelegt werden.
- - providing a pattern with a first portion and a second portion;
- Providing a mask blank comprising a mask substrate having a planar surface, an overlying absorber layer of a semi-transparent phase shift material having a first height, and a resist layer overlying the absorber layer;
- Masking lithographic patterning of the resist layer to form a resist pattern corresponding to the first portion of the pattern and the second portion of the pattern;
- - transferring the resist structure into the absorber layer by etching to form structural elements of the absorber layer;
- - removing the resist structure;
- - Full-surface deposition of a further resist layer;
- - exposing the further resist layer;
- - etching or developing the further resist layer in order to expose the structural elements of the absorber layer in the region of the second portion of the pattern;
- Thinning the structural elements of the absorber layer in the region of the second portion of the pattern so that second structural elements of the pattern are formed as raised ridges on the planar upper side of the mask substrate with a second height;
- - forming trenches in the planar top surface of the mask substrate immediately adjacent to the second structural elements of the pattern;
- Removing the further resist layer in the region of the first portion of the pattern, so that the first structural elements of the pattern are exposed as raised ridges on the planar top of the mask substrate with the first height.
Das Verfahren gemäß des ersten Aspekts der Erfindung erlaubt die einfache Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit zwei verschiedenen Transmissionsgraden eines ersten und eines zweiten Anteils eines Musters. Dabei kommen nur kommerzielle Maskenrohlinge zum Einsatz, die Verwendung teurer Hybridmasken ist gemäß der Erfindung nicht notwendig.The Method according to the first Aspect of the invention allows the simple production of a halftone phase mask with two different degrees of transmission of a first and a second part of a sample. Here are only commercial mask blanks used, the use of expensive hybrid masks is according to the invention unnecessary.
Das Verfahren gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung erlaubt darüber hinaus die einfache Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit zwei verschiedenen Transmissionsgraden eines ersten und eines zweiten Anteils eines Musters, wobei ein Maskenrohling ohne Metallschicht eingesetzt werden kann. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung der Maske.The method according to the second aspect of the invention moreover allows the simple production of a halftone phase mask with two different degrees of transmission of a first and a second portion of a pattern, whereby a mask blank without a metal layer is used can. This allows a particularly cost-effective production of the mask.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The The present invention will now be described with reference to several embodiments with the help of a drawing closer explained become. Show:
Die Erfindung wird nun anhand einer ersten Ausführungsform einer Halbtonphasenmaske erläutert, die zur photolithographischen Projektion bei der Strukturierung einer lichtempfindlichen Schicht, beispielsweise eines Halbleiterwafers bei der Herstellung einer integrierten Schaltung, eingesetzt werden kann. Die zahlreichen Weiterbildungen der Halbtonphasenmaske, sowie Verfahren zur Herstellung von Halbtonphasenmasken werden nachfolgend vorgestellt.The The invention will now be described with reference to a first embodiment of a halftone phase mask explains the photolithographic projection during structuring a photosensitive layer, for example a semiconductor wafer in the manufacture of an integrated circuit can be used. The numerous further developments of the halftone phase mask, as well as procedures for producing halftone phase masks are presented below.
In
Auf
dem Maskensubstrat
Die
ersten Strukturelemente
Auf
dem Maskensubstrat
Das
transparente Maskensubstrat
In
Durch
die Wahl der ersten Höhe
Auf
gleiche Weise lässt
sich durch die Wahl der zweiten Höhe
Dies
wird nachfolgend anhand zweier konkreter Zahlenbeispiele erläutert. Dabei
sollen die ersten Strukturelemente
Zur
Berechnung der Absorption bzw. des Phasenunterschieds wird der komplexe
Brechungsindex herangezogen. Beim Durchgang eines Lichtstrahls mit
der Wellenlänge λ entlang
der Strecke
Auf
dem Weg
Durch
Wahl der ersten Höhe
Analoges
gilt beim Durchgang eines Lichtstrahls mit der Wellenlänge λ entlang
der Strecke
Auf
dem Weg
Die
Dicke dc entspricht in diesem Fall der zweiten
Höhe
Analoges
gilt bei Berücksichtigung
der Imaginärteile
der Brechungsindices, die die Unterschiede in den Absorptionskonstanten
bestimmen:
Durch
Wahl der zweiten Höhe
Für einen
Aufbau umfassend ein Maskensubstrat aus Quarz und eine phasenschiebende
semitransparente Schicht aus Molybdän-Silicid (na = 2.52,
ka = 0.67) ergeben sich z.B. bei einer Wellenlänge von
193 nm folgende Zahlenwerte: Bei der ersten Höhe
Das
Maskensubstrat
Darüber hinaus
ist es auch vorgesehen, dass das Muster auf der Halbtonphasenmaske
Das
transparente Maskensubstrat
Somit
ergibt sich eine Halbtonphasenmaske
Eine
weitere Möglichkeit
einer Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen ist in
Das
Chrom kann auch im Bereich des zweiten Anteils
Im Übergangsbereich
zwischen den ersten Strukturelementen
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf
Ausgangspunkt
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein Maskenrohling (auch Maskenblank genannt), wie in
Im
nächsten
Schritt wird die Resistschicht
Im
nächsten
Schritt wird die Resiststruktur in die Metallschicht
Im
nächsten
Schritt wird die Resiststruktur vollständig entfernt, woraus sich
eine Anordnung ergibt, wie sie in
Danach
wird eine weitere Resistschicht
Anschließend werden
Gräben
Die
strukturierte weitere Resistschicht dient im Folgenden als Maske,
um die Metallstruktur
Im
nächsten
Schritt werden die Strukturelemente
Anschließend wird
die weitere Resistschicht
Im
nächsten
Schritt wird die Metallschicht im Bereich des ersten Anteils
Als
Variante des beschriebenen Verfahrens kann es nützlich sein, die Substratätzung auf
die Tiefe
In
den
Gemäß
Im
nächsten
Schritt wird die Resistschicht
Im
nächsten
Schritt wird die Resiststruktur in die Absorberschicht
Im
nächsten
Schritt wird die Resiststruktur vollständig entfernt, woraus sich
eine Anordnung gibt, wie sie in
Danach
wird eine weitere Resistschicht
Im
nächsten
Schritt werden die Strukturelemente
Anschließend werden,
wie bereits in Zusammenhang mit
Anschließend wird
die weitere Resistschicht
Das
Verfahren, wie es in Zusammenhang mit der
Nach
dem Entfernen der weiteren Resistschicht
Beim
nachfolgenden Ätzen
wird die Metallschicht im Bereich des ersten Anteils
Bei
den beschriebenen Verfahren werden die Tiefe der Gräben und
die Höhe
der zweiten Strukturelemente so gewählt, dass ein das Maskensubstrat
innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl
einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem
das Maskensubstrat außerhalb
der zweiten Strukturelemente im Bereich der Gräben in der Oberfläche des
Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt. Die Höhe der ersten Strukturelemente
wird so gewählt,
dass ein das Maskensubstrat
Beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings wird die Höhe der Absorberschicht so gewählt, dass der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls weniger als 10%, vorzugsweise ungefähr 6%, beträgt, und der Schritt des Dünnens der zweiten Strukturelemente wird so durchgeführt, dass der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls zwischen 10% und 70%, vorzugsweise zwischen 20% und 60%, beträgt.At the The step of providing the mask blank becomes the height of the absorber layer chosen so that the transmittance of a mask substrate within the first structural elements penetrating light beam less than 10%, preferably about 6%, is and the step of thinning the second structural elements is performed so that the transmittance one the mask substrate within the second structural elements penetrating light beam between 10% and 70%, preferably between 20% and 60%.
Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske zur
Strukturierung einer auf einen Halbleiterwafer aufgebrachten lichtempfindlichen
Schicht. Ein dazu verwendeter Aufbau ist in
Ein
Halbleiterwafer
Die erfindungsgemäße Halbtonphasenmaske bzw. eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbtonphasenmaske erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn der erste Anteil des Musters und der zweite Anteil des Musters einer Ebene eines Schaltungsmusters eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) entsprechen. Der dynamische Speicher umfasst ein dichtes Linien-Spalten-Muster im Bereich des Speicherzellenfeldes und enthält isolierte oder semiisolierte Strukturen im Bereich der Supportlogik außerhalb des Speicherzellenfeldes. Bei einer Halbtonphasenmaske für einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff weist der zweite Anteil des Musters im Bereich der Speicherzellen dichte Strukturen (z.B. Linien-Spalten-Muster) auf, die bei der Herstellung der integrierten Schaltung bevorzugt mit hoher Transmission übertragen werden. Gleichzeitig umfasst der erste Anteil des Musters im Bereich der Supportlogik außerhalb des Speicherzellenfeldes auch isolierte und semiisolierte Strukturen, deren Abbildung mit niedriger Transmission erfolgen soll. Die Halbtonphasenmaske stellt verschiedene Transmissionsgrade für die gleichzeitige Optimierung beider Strukturanteile zur Verfügung, so dass sich ein großes Prozessfenster bei der Herstellung der integrierten Schaltung ergibt.The Halbtonphasenmas invention Ke or a halftone phase mask produced by the method according to the invention proves to be particularly advantageous when the first portion of the pattern and the second portion of the pattern correspond to a plane of a dynamic random access memory (DRAM) circuit pattern. The dynamic memory comprises a dense line-column pattern in the region of the memory cell array and contains isolated or semi-isolated structures in the area of the support logic outside the memory cell array. In a halftone phase mask for dynamic random access memory, the second portion of the pattern in the region of the memory cells has dense structures (eg, line-column patterns) which are preferably transmitted with high transmission in the manufacture of the integrated circuit. At the same time, the first part of the pattern in the area of the support logic outside of the memory cell array also comprises isolated and semi-isolated structures whose imaging should take place with low transmission. The halftone phase mask provides different transmittances for the simultaneous optimization of both structural components, resulting in a large process window in the manufacture of the integrated circuit.
- 55
- HalbtonphasenmaskeHalbtonphasenmaske
- 1010
- transparentes Maskensubstrattransparent mask substrate
- 1111
- ebene Oberflächelevel surface
- 1212
- erster Anteilfirst proportion of
- 1414
- erste Strukturelementefirst structural elements
- 1616
- erste Höhefirst height
- 1818
- zweiter Anteilsecond proportion of
- 2020
- zweite Strukturelementesecond structural elements
- 2222
- zweite Höhesecond height
- 2424
- Tiefedepth
- 2626
- Gräbentrenches
- 2828
- Strecke eines Lichtstrahlsroute a ray of light
- 3030
- Strecke eines Lichtstrahlsroute a ray of light
- 3232
- Strecke eines Lichtstrahlsroute a ray of light
- 3434
- Strecke eines Lichtstrahlsroute a ray of light
- 3636
- Schichtlayer
- 3838
- dritter Anteilthird proportion of
- 4040
- dritte Strukturelementethird structural elements
- 4242
- weitere GräbenFurther trenches
- 4444
- Tiefe der weiteren Gräbendepth the other trenches
- 4646
- dritte Höhethird height
- 4848
- Metallstrukturmetal structure
- 48'48 '
- Strukturelement aus Metallstructural element made of metal
- 48''48 ''
- Strukturelement aus Metallstructural element made of metal
- 5050
- semitransparentes Materialsemi-transparent material
- 6060
- Maskenrohlingmask blank
- 6262
- Absorberschichtabsorber layer
- 6464
- Metallschichtmetal layer
- 6666
- Resistschichtresist layer
- 6868
- Metallstrukturmetal structure
- 7070
- Strukturelementestructural elements
- 7272
- weitere ResistschichtFurther resist layer
- 7474
- weitere ResiststrukturFurther resist structure
- 7676
- semitransparentes Materialsemi-transparent material
- 7878
- Metallstrukturmetal structure
- 8080
- Substrathaltersubstrate holder
- 8282
- HalbleiterwaferSemiconductor wafer
- 8484
- Projektionsapparatprojector
- 8686
- Projektionsoptikprojection optics
- 8888
- Lichtquellelight source
- 9090
- Maskenhaltermask holder
- 9292
- lichtempfindliche Schichtphotosensitive layer
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Applications Claiming Priority (1)
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CN101438386B (en) * | 2007-05-11 | 2012-03-07 | Lg伊诺特有限公司 | Intermediate tone mask with a plurality of semi-permeation parts and method of manufacturing the same |
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DE102016109099B4 (en) | 2016-05-18 | 2023-01-19 | Infineon Technologies Ag | Exposure mask, exposure device and method for calibrating an exposure device |
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-
2004
- 2004-01-22 DE DE102004003341A patent/DE102004003341B4/en not_active Expired - Fee Related
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