DE19503985A1 - Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters für eine Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters für eine Halbleitervorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters für eine Halbleitervorrichtung durch einen überlagerten Mehrfachbelichtungsprozeß unter Verwendung einer Vielzahl von Fotomasken, was die Bereitstellung eines Mikromusters ermöglicht, wie es für eine hochintegrierte Halbleitervorrichtung gefordert wird.
Im allgemeinen ist ein Mikromuster, wie sie es für eine hochgradig integrierte Halbleitervorrichtung gefordert wird, weniger als 0,25 µm breit. Die Breite des Musters wird durch die Lichtwellenlänge bestimmt. Daher kann ein Muster von weniger als 0,25 µm Breite durch einen Stepper gebildet werden, indem ein Excimer-Laser benutzt wird, der Licht mit einer kurzen Wellenlänge (λ = 248 nm) erzeugt.
Wenn jedoch ein gewöhnlicher Stepper unter Verwendung eines G- oder I-Lasers, die ein Licht mit relativ großer Wellenlänge (λ = 436 nm oder 365 nm) erzeugen, zur Bildung eines Mikromusters mit einer Breite unterhalb einer minimalen Strukturgröße (MFS) eingesetzt wird, ist es schwierig, ein Muster mit dem Profil und der Breite zu schaffen, wie sie für eine hochintegrierte Halbleitervorrichtung gefordert werden, da das Licht einen geringeren Kontrast ergibt.
Ein Ziel der Erfindung ist die Behebung der Schwierigkeiten, die in Verbindung mit einem gewöhnlichen Stepper bei der Bildung eines Fotolackmusters bestehen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Bildung eines Fotolackmusters, das kleiner als die minimale Breite eines durch einen gewöhnlichen Stepper gebildeten Musters ist.
Zusammengefaßt wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Fotomaske geschaffen, indem P3 Bereiche eines auf einem Wafer aufgegebenen Fotolacks durch eine erste auf einen Stepper aufgesetzte Fotomaske belichtet werden, wobei die P3 Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen benachbarten Chrommustern und phasenverschiebenden Materialmustern der ersten Fotomaske entsprechen; ferner die P3 Bereiche des Fotolacks durch eine zweite Fotomaske, die die erste Fotomaske ersetzt, belichtet werden, wobei die P3 Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen benachbarten phasenverschiebenden Materialmustern und Chrommustern der zweiten Fotomaske entsprechen; die P1C und P2C Bereiche des Fotolacks durch eine dritte Fotomaske belichtet werden, die die zweite Fotomaske ersetzt, wobei die P1C und P2C Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen benachbarten Chrommustern und phasenverschiebenden Materialmustern der dritten Fotomaske entsprechen; zusätzlich die P1C und P2C Bereiche des Fotolacks durch eine vierte Fotomaske belichtet werden, die die dritte Fotomaske ersetzt, wobei die P1C und P2C Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen benachbarten phasenverschiebenden Materialmustern und Chrommustern der vierten Fotomaske entsprechen; und die durch die erste und zweite Fotomaske belichteten P3 Bereiche und die durch die dritte und vierte Fotomaske belichteten P1C und P2C Bereiche durch einen Entwicklungsprozeß entfernt, so daß eine Vielzahl von Fotolackmusters auf dem Wafer gebildet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine geschnittene Ansicht einer Vielzahl von Fotomasken, die zur Bildung eines Fotolackmusters nacheinander angeordnet werden,
Fig. 2A bis 2E geschnittene Ansichten zur Darstellung der einzelnen Schritte bei der Bildung eines Fotolackmusters nach der Erfindung,
Fig. 3 die Verteilung einer zusammengesetzten Intensität aus der überlagerten Belichtungsenergie.
In der Zeichnung tragen gleiche Teile durchgehend die gleichen Bezugszeichen.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft den Fall, daß ein Bild, dessen Größe gleich derjenigen des auf einer Fotomaske gebildeten Musters ist, auf die Oberfläche eines Wafers übertragen wird, um das Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters verständlich zu machen. Es wird jedoch ein auf ein feststehendes Verhältnis des auf der Fotomaske gebildeten Musters reduzierte Bild auf den Wafer während des Belichtungsprozesses übertragen.
Fig. 1 ist eine geschnittene Ansicht einer Vielzahl von Fotomasken, die auf einem gewöhnlichen Stepper in der Fertigungsreihenfolge angeordnet sind.
In Fig. 1 sind erste, zweite, dritte und vierte Fotomasken 11, 12, 13 und 14 aufgegeben, um ein Fotolackmuster mit einer Breite von 0,2 µm vorzusehen zu schaffen.
Die erste Fotomaske 11 umfaßt eine Vielzahl von Chrommustern 12 und phasenverschiebende Materialmustern 14, die auf einem Quarzsubstrat 14 ausgebildet sind. Die Chrommuster 12 stehen in einem Abstand von 1 µm voneinander, wobei die Breite jedes Chrommusters 12 0,6 µm beträgt. Jedes phasenverschiebende Materialmuster 13 ist zwischen benachbarten Chrommustern 12 vorgesehen. Der Abstand zwischen dem Ende des phasenverschiebenden Materialmusters 13 und dem Ende des benachbarten Chrommusters beträgt 0,2 µm und die Breite jedes phasenverschiebenden Materialmusters 0,6 µm. Die phasenverschiebenden Materialmuster 13 bestehen aus S.O.G. (Spin on Glass) oder Chrom mit einer Lichtdurchlaßrate von 10%.
Die zweite Fotomaske 21 hat einen identischen Aufbau, wie der der ersten Fotomaske 11 mit Ausnahme der Lage der Chrommuster und der phasenverschiebenden Materialmuster. D.h. je ein phasenverschiebendes Materialmuster 23, das auf einem Quarzsubstrat 24 der zweiten Fotomaske 21 ausgebildet ist, befindet sich an der Position eines Chrommusters 12 der ersten Fotomaske 11, und je ein auf dem Quarzsubstrat 24 der zweiten Fotomaske 21 gebildete Chrommuster befindet sich an der Position eines phasenverschiebenden Musters 13 der ersten Fotomaske 11. Wenn daher die ersten und zweiten Fotomasken 11 und 21 auf dem Stepper unter der gleichen Bedingung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet sind, überlappen sich die Chrommuster 12 der ersten Fotomaske 11 und die phasenverschiebenden Materialmuster 23 der zweiten Fotomaske 21 bzw. die phasenverschiebenden Materialmuster 13 der ersten Fotomaske 11 und die Chrommuster 22 der zweiten Fotomaske 21 einander.
Die dritte Fotomaske 31 hat einen identischen Aufbau wie derjenige der ersten und zweiten Fotomaske 11 und 21 mit Ausnahme der Lage der Chrommuster und der phasenverschiebenden Materialmuster. D.h. je ein phasenverschiebendes Materialmuster 33 und je ein Chrommuster 32, die auf einem Quarzsubstrat 34 der dritten Fotomaske 31 gebildet sind, befinden sich an der Position eines betreffenden freiliegenden Bereiches zwischen benachbarten Chrommustern 22 und phasenverschiebenden Materialmustern 23 der zweiten Fotomaske 21.
Die vierte Fotomaske 41 hat einen identischen Aufbau wie derjenige der dritten Fotomaske 31 mit Ausnahme der Lage der Chrommuster und phasenverschiebenden Materialmuster. D.h. je ein phasenverschiebendes Materialmuster 43, das auf einem Quarzsubstrat 44 der vierten Fotomaske 41 gebildet ist, befindet sich an der Position eines Chrommusters 32 der dritten Fotomaske 31, und je ein auf dem Quarzsubstrat 44 der vierten Fotomaske 41 gebildete Chrommuster 42 befindet sich an der Position eines phasenverschiebenden Materialmusters 33 der dritten Fotomaske 31. Wenn daher die dritten und vierten Fotomasken 31 und 41 auf dem Stepper unter der Bedingung gemäß Fig. 1 angeordnet sind, überlappen sich die Chrommuster 32 der dritten Fotomaske 31 und die phasenverschiebenden Materialmuster 43 der vierten Fotomaske 41 einander, und auch überlappen sich ferner die phasenverschiebenden Materialmuster 33 der dritten Fotomaske 31 und die Chrommuster 42 der vierten Fotomaske 41.
Andererseits ist es möglich, eine Fotomaske mit einem Aufbau gemäß Fig. 1 einzusetzen, indem die Position der Fotomaske entsprechend einem Belichtungsprozeß eingestellt wird.
Nachfolgend wird anhand von Fig. 2A bis 2E das Verfahren zur Bildung eines Fotolacksmusters nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird auf einen Wafer 1 der Fotolack 2 aufgegeben, wobei der Wafer 1 auf einem gewöhnlichen nicht gezeigten Stepper angeordnet ist.
Fig. 2A zeigt den Zustand, wie er nach Abschluß des ersten Belichtungsprozesses unter Verwendung der ersten Fotomaske 11 (gemäß Fig. 1) vorliegt. Die ersten Bereiche P1, die den Chrommustern 12 der ersten Fotomaske 11 entsprechen, werden dem Licht nicht ausgesetzt, während die zweiten Bereiche P2, die den phasenverschiebenden Materialmustern 13 der ersten Fotomaske 11 entsprechen, dem Licht mit geringem Ausmaß ausgesetzt werden. Die dritten Bereiche P3 jedoch, die den freiliegenden Bereichen zwischen den Chrommustern 12 und den phasenverschiebenden Materialmustern 13 der ersten Fotomaske 11 entsprechen, werden normal belichtet.
Fig. 2B zeigt den Zustand, wie er nach Abschluß des zweiten Belichtungsprozesses unter Verwendung der zweiten Fotomaske 21 (vgl. Fig. 1) nach Entfernung der ersten Fotomaske 11 vorliegt.
Die zweiten Bereiche P2, die den Chrommustern 22 der zweiten Fotomaske 21 entsprechen, werden dem Licht nicht ausgesetzt, während die ersten Bereiche P1, die den phasenverschiebenden Materialmustern 23 der zweiten Fotomaske 21 entsprechen, im geringen Ausmaß belichtet werden. Die dritten Bereiche P3, die den freiliegenden Bereichen zwischen den Chrommustern 22 und den phasenverschiebenden Materialmustern 23 der zweiten Fotomaske 21 entsprechen, werden normal belichtet. Daher werden die dritten Bereiche P3 wiederholt dem Licht ausgesetzt, während die ersten und zweiten Bereiche P1 und P2 des Fotolacks 2 dem Licht mit geringerem Ausmaß ausgesetzt werden.
Fig. 2C zeigt den Zustand, der nach Abschluß des dritten Belichtungsprozesses unter Verwendung der dritten Fotomaske 31 (vgl. Fig. 1) nach Entfernung der zweiten Fotomaske 21 vorliegt.
Die linken Teile P1L der ersten Bereiche P1, die rechten Teile P2R der zweiten Bereiche P2 und die dritten Bereiche P3, die den Chrommustern 32 der ersten Fotomaske 31 entsprechen, werden dem Licht nicht ausgesetzt, während die rechten Teile P1R der ersten Bereiche P1, die linken Teile P2L der zweiten Bereiche P2 und die dritten Bereiche P3, die den phasenverschiebenden Materialmustern 33 der Fotomaske 31 entsprechen, dem Licht mit geringem Ausmaß ausgesetzt werden. Die zentralen Teile P1C und P2C der ersten und zweiten Bereiche P1 und P2, die den freiliegenden Bereichen zwischen den Chrommustern 32 und den phasenverschiebenden Materialmustern 33 der dritten Fotomaske 31 entsprechen, werden jedoch normal belichtet.
Fig. 2D zeigt den Zustand, wie er nach Abschluß des vierten Belichtungsprozesses unter Verwendung der vierten Fotomaske 41 (vgl. Fig. 1) nach Entfernung der dritten Fotomaske 31 vorliegt.
An dem Fotolack 2 werden die linken Teile P1L der ersten Bereiche P1, die rechten Teile P2R der zweiten Bereiche P2 und die dritten Bereiche P3, die den phasenverschiebenden Materialmustern 43 der vierten Fotomaske 41 entsprechen, Licht mit geringem Ausmaß ausgesetzt, während die rechten Teil P1R der ersten Bereiche P1, die linken Teile P2L der zweiten Bereiche P2 und die dritten Bereiche P3, die den Chrommustern 42 der vierten Fotomaske 41 entsprechen, dem Licht nicht ausgesetzt werden. Die zentralen Teile P1C und P2C der ersten und zweiten Bereiche P1 und P2, die den freiliegenden Bereichen zwischen den Chrommustern 42 und den phasenverschiebenden Materialmustern 43 der vierten Fotomaske 41 entsprechen, werden dem Licht normal ausgesetzt. Daher werden die zentralen Bereiche P1C, P2C der ersten und zweiten Bereiche P1 und P2 wiederholt belichtet, während die linken und rechten Teile P1L, P1R und P2L, P2R der ersten und zweiten Bereiche P1 und P2 des Fotolacks 2 dem Licht mit geringerem Ausmaß ausgesetzt werden. (Die dritten Bereiche P3 sind schon normal belichtet worden).
Nach Fig. 2E werden die dritten Bereiche P3, die wiederholt dem Licht durch die ersten und zweiten Fotomasken 11 und 12 ausgesetzt wurden, und die zentralen Teile P1C, P2C der ersten und zweiten wiederholt dem Licht durch die dritten und vierten Fotomasken 31 und 41 ausgesetzten Bereiche P1 und P2 durch einen Entwicklungsprozeß entfernt. Es entsteht so eine Vielzahl von Fotolackmustern 2A auf dem Wafer 1, die in regelmäßigen Abständen stehen.
Die Breite jedes Fotolackmusters 2A ist proportional zum Abstand zwischen einem Chrommuster und einem phasenverschiebenden Materialmuster jeder Fotomaske 11, 21, 31 und 41.
Fig. 3 zeigt die Verteilung der zusammengesetzten Intensität der überlagerten Lichtbelichtungsenergie des Fotolacks 2 gemäß Fig. 2B. Die erste Intensitätsverteilungskurve 3 wird bei dem Belichtungsprozeß unter Verwendung der ersten Fotomaske 11, und die zweite Intensitätsverteilungskurve 4 bei dem Belichtungsprozeß unter Verwendung der zweiten Fotomaske 21 erhalten. Die dritte Intensitätsverteilungskurve 5 ergibt sich aus der Zusammensetzung der ersten und zweiten Verteilungskuryen 3 und 4. Die dritte Intensitätsverteilungskurve 5 zeigt die Verteilung zwischen Hochkontrast und nutzbarer Intensität, wie sie bei einem überlagerten Belichtungsprozeß vorliegt.
Fig. 3 zeigt die Intensitätsverteilung im Zustand, der vorliegt, wenn der Belichtungsprozeß unter Verwendung der ersten und zweiten Fotomasken 11 und 21 abgeschlossen ist. Identische Ergebnisse werden nach dem Belichtungsprozeß unter Verwendung der dritten und vierten Fotomasken 31 und 41 erhalten.
Die vorausgehende Beschreibung belief sich auf die nacheinander folgende Verwendung der ersten, zweiten, dritten und vierten Fotomasken 11, 21, 31 und 41. Um jedoch das Fotolackmuster 2A nach Fig. 3 zu erhalten, können die ersten, zweiten, dritten und vierten Fotomasken 11, 21, 31 und 41 auch in anderer Reihenfolge eingesetzt werden.
Wie beschrieben, kann eine Intensitätsverteilungskurve mit ausgezeichnetem Kontrast durch eine überlagerte Mehrfachbelichtung mittels vier Fotomasken erhalten werden. Daher ermöglicht die Erfindung die Bildung eines Ultramikromusters jenseits der Begrenzung des Auflösungsvermögens, das durch einen gewöhnlichen Stepper erhalten werden kann.
Obgleich die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit einer gewissen Besonderheit in den Details beschrieben wurde, versteht es sich, daß zahlreiche Änderungen an den Details der Konstruktion sowie der Kombination und Anordnung der Teile von einem Fachmann anhand der gegebenen Lehre vorgenommen werden können, ohne daß dadurch vom Weg der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Bildung eines Fotolackmusters für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Fotomaske, gekennzeichnet durch
Belichten von P3 Bereichen eines Fotolacks, der auf einem Wafer aufgegeben ist, durch eine erste auf einem Stepper angeordnete Fotomaske, wobei die P3 Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen je einem Chrommuster und einem phasenverschiebenden Materialmuster der ersten Fotomaske entsprechen;
wiederholtes Belichten der P3 Bereiche des Fotolacks durch eine zweite Fotomaske, die die erste Fotomaske ersetzt, wobei die P3 Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen je einem phasenverschiebenden Materialmuster und einem Chrommuster der zweiten Fotomaske entsprechen;
Belichten der P1C und P2C Bereiche des Fotolacks durch eine dritte Fotomaske, die die zweite Fotomaske ersetzt, wobei die P1C und P2C Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen je einem Chrommuster und einem phasenverschiebenden Materialmuster der dritten Fotomaske entsprechen;
wiederholtes Belichten der P1C und P2C Bereiche des Fotolacks durch eine vierte Fotomaske, die die dritte Fotomaske ersetzt, wobei die P1C und P2C Bereiche den freiliegenden Bereichen zwischen je einem phasenverschiebenden Materialmuster und einem Chrommuster der vierten Fotomaske entsprechen; und
Entfernen der durch die ersten und zweiten Fotomasken belichteten P3 Bereiche und der durch die dritten und vierten Fotomasken belichteten P1C und P2C Bereiche durch einen Entwicklungsprozeß, so daß eine Vielzahl von Fotolackmustern auf dem Wafer ausgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede erste, zweite, dritte und vierte Fotomaske eine Vielzahl von Chrommustern, die auf einem Quarzsubstrat in regelmäßigem Abstand voneinander ausgebildet sind, und eine Vielzahl von phasenverschiebenden Materialmustern umfaßt, wobei jedes phasenverschiebende Materialmuster zwischen betreffenden Chrommustern vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite von jedem Chrommuster die gleiche wie diejenige jedes phasenverschiebenden Materialmusters ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Chrommuster von den benachbarten phasenverschiebenden Materialmustern gleichmäßig beabstandet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes phasenverschiebende Materialmuster aus S.O.G. (Spin On Glass) gebildet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes phasenverschiebende Materialmuster aus Chrom mit einer Lichtdurchlaßrate von 10% gebildet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je ein phasenverschiebendes Materialmuster der zweiten Fotomaske an der Position je eines Chrommusters der ersten Fotomaske angeordnet ist und je ein Chrommuster der zweiten Fotomaske an der Position je eines phasenverschiebenden Materialmusters der ersten Fotomaske vorgesehen ist, so daß die Chrommuster der ersten Fotomaske und die phasenverschiebenden Materialmuster der zweiten Fotomaske einander überlappen und die phasenverschiebenden Materialmuster der ersten Fotomaske und die Chrommuster der zweiten Fotomaske einander überlappen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je ein phasenverschiebendes Materialmuster der vierten Fotomaske an der Position von je einem Chrommuster der dritten Fotomaske und je ein Chrommuster der vierten Fotomaske an der Position vom je einem phasenverschiebenden Materialmuster der dritten Fotomaske angeordnet ist, so daß die Chrommuster der dritten Fotomaske und die phasenverschiebenden Materialmuster der vierten Fotomaske einander überlappen und die phasenverschiebenden Materialmuster der dritten Fotomaske und die Chrommuster der vierten Fotomaske einander überlappen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenverschiebenden Materialmuster und die Chrommuster der dritten Fotomaske an der Position der betreffenden freiliegenden Bereiche zwischen den Chrommustern und den phasenverschiebenden Materialmustern der zweiten Fotomaske vorgesehen sind.
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