DE4215210A1

DE4215210A1 - Herstellungsverfahren fuer eine phasenverschiebungsmaske

Info

Publication number: DE4215210A1
Application number: DE4215210A
Authority: DE
Inventors: Eun Seop Keum
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1991-05-09
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1992-11-12
Anticipated expiration: 2012-05-09
Also published as: KR940005606B1; US5300377A; DE4215210C2; JPH06222547A; JP2887773B2; TW240323B

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Phasenverschiebungsmaske und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske mit räumlicher Frequenzmodulation. Entsprechend dem hohen Integrationsgrad aller Bausteine ist in letzter Zeit eine Maske zur Hyperfeinstrukturierung im Submikrometerbereich gefordert worden.

Um diese Forderung zu erfüllen, wurde die Phasenverschie bungsmaske entwickelt, deren Fertigungstheorie im folgenden beschrieben wird.

Wie in Fig. 6 dargestellt, ist zur Fertigung der Phasenver schiebungsmaske grundsätzlich eine Phasenverschiebungsschicht 1 erforderlich, deren Funktion darin besteht, die Phase einer einfallenden Lichtamplitude zu verschieben. Hierbei wird Chrom (Cr) durch die Bezugszahl 2, Quarzglas (Silica) durch die Bezugszahl 3 gekennzeichnet.

Fig. 7 zeigt die Lichtamplitude, wobei die bei fehlender Pha senverschiebungsschicht 1 auf das Quarzglas 3 auftreffende Lichtamplitude durch die Kurve (a), die Lichtamplitude bei vorhandener Schicht 1 durch die Kurve (b) dargestellt wird.

Aus Fig. 7 ist erkennbar, daß die Phase der Lichtamplitude durch die Phasenverschiebungsschicht um 180° verschoben wird. Wenn n der Brechungsindex der Phasenverschiebungsschicht, d ihre Dicke und n₀ der Brechungsindex von Luft ist, gilt die folgende Beziehung (1) für die Phasendifferenz γ zwischen den Kurven (a) und (b) von Fig. 7:

δ = k · n · d - k · n₀ · d

= k · (n - n₀)d

Für eine vollständige Phasenumkehr muß die Phasendifferenz δ gleich 180° sein. Ersetzt man in Formel (1) die Phasendifferenz δ durch π, dann ergibt sich die folgende Formel (2) für die Dicke der Phasenverschiebungsschicht bei vollständiger Phasenumkehr:

Aus einem Vergleich der üblichen Maske gemäß Fig. 8 mit der Phasenverschiebungsmaske gemäß Fig. 9 ergibt sich folgendes:

Fig. 8(a) zeigt den Zustand, bei dem die üblichen Maskenele mente 4 für das Muster auf dem Substrat parallel ausgerichtet sind, Fig. 8(b) zeigt die aus der Maske 4 austretenden Lichtamplituden, Fig. 8(c) zeigt die Lichtamplituden aus dem Substrat 5, und Fig. 8(d) zeigt die Lichtintensität.

Wie in Fig. 8(b) dargestellt, überlagern sich die aus der Maske 4 austretenden Lichtamplituden, und wegen der geringen Differenz zwischen den Lichtamplituden ergibt sich keine deutliche Abstufung der Intensität auf dem Substrat, wie aus Fig. 8(c) und Fig. 8(d) ersichtlich ist. Entsprechend ist bei einer Hyperfeinstrukturierung der Überlagerungsgrad größer, so daß die Hyperfeinstrukturierung mit der obigen Maske 4 nicht durchführbar ist.

Fig. 9(a) zeigt den Ausrichtungszustand der Phasenverschie bungsmaske 7 mit einer Phasenverschiebungsschicht 6 zwischen den Maskenelementen 4. Fig. 9(b) zeigt die aus der Maske 4 austretende Lichtamplitude, Fig. 9(c) die Lichtamplitude aus dem Substrat 5, und Fig. 9(d) zeigt die Lichtintensität. Wie aus Fig. 9(c) und Fig. 9(d) ersichtlich, ist die Differenz der Lichtamplituden größer, so daß sich eine deutlichere Abstufung der Lichtintensität und damit eine bessere Durchführbarkeit der Hyperfeinstrukturierung ergibt.

Als Arten der Phasenverschiebungsmaske gibt es einen Typ mit räumlicher Frequenzmodulation, einen Randspannungstyp und einen Abschirmungseffekt-Spannungstyp; diese Typen werden nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 10(a)-Fig. 10(f) nä her erläutert.

Fig. 10(a) zeigt den Typ mit räumlicher Frequenzmodulation (spatial frequency modulation type), wobei die Strukturierung nach Ausbildung der Chromschicht 9 auf dem Quarzglassubstrat 8 erfolgt und dann die Phasenverschiebungsschicht 10 zwischen den Elementen der strukturierten Chromschicht 9 ausgebildet wird.

Fig. 10(b) und Fig. 10(c) zeigen den Randspannungstyp (edge stress type), wobei die Phasenverschiebungsschicht 10 so aus gebildet wird, daß sie die strukturierte Chromschicht 9 ab schirmt, oder wo die Phasenverschiebungsschicht 10 auf der Chromschicht 9 ausgebildet wird.

Fig. 10(d)-Fig. 10(f) zeigen den Abschirmungseffekt-Span nungstyp (cut-off effect stress type), bei dem die Phasenver schiebungsschicht 10 zwischen den Elementen der struk turierten Chromschicht 9 ausgebildet oder auf den Elementen der getrennten Chromschicht 9 nach der Strukturierung ausge bildet und wieder von der strukturierten Chromschicht 9 abge trennt wird, oder wo die Chromschicht 9 auf dem nicht zu ätzenden, vorher strukturierten Quarzglassubstrat 8 ausgebil det und bis zum Erreichen der vorgegebenen Breite wiederholt geätzt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1(a)-Fig. 1(d) wird von den obi gen drei Verfahren nachstehend der Herstellungsprozeß für die Phasenverschiebungsmaske mit räumlicher Frequenzmodulation als Stand der Technik zur vorliegenden Erfindung näher erläu tert.

Fig. 1(a) zeigt eine Draufsicht der gefertigten Phasenver schiebungsmaske, Fig. 1(b)-Fig. 1(d) zeigen Schnitte längs der Linie a-a′ von Fig. 1(a) während der Fertigungsschritte, und Fig. 1(e) zeigt einen Schnitt längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a).

Zunächst wird, wie in Fig. 1(b) dargestellt, die Chromschicht 9 auf dem Quarzglassubstrat 8 ausgebildet, dann wird unter Verwendung des Negativlacks 11 das Fotoätzverfahren auf der Chromschicht 9 ausgeführt und die Chromschicht 9 wird struk turiert. Die Phasenverschiebungsschicht 10 wird, wie in Fig. 1(c) dargestellt, auf der gesamten strukturierten Chrom schicht 9 ausgebildet und dann unter Anwendung des Troc kenätzverfahrens so strukturiert, daß die Schicht 10, wie in Fig. 1(d) dargestellt, zwischen je zwei Chromschichtelementen 9 zurückbleibt, womit die Fertigung der Phasenverschie bungsmaske beendet ist.

Falls der mit Fotolack beschichtete Wafer unter Verwendung der Phasenverschiebungsmaske entwickelt wird, wie in Fig. 1(a) dargestellt, wird nicht die in Fig. 2(a) gezeigte ideale Musterschicht 11, sondern die Musterschicht gemäß Fig. 2(b) ausgebildet. In Richtung der Linie a-a′ von Fig. 1(a) wird die normale Musterschicht 11 ausgebildet, während in Richtung der Linie b-b′ im Randbereich die unnötige Musterbrücken schicht 11a ausgebildet wird, die nur die Phasenverschie bungsschicht 10, nicht die Chromschicht 9 enthält.

Anhand von Fig. 3 (a), (b) wird nachstehend erläutert, wes halb die Musterbrückenschicht 11a ausgebildet wird.

Bei Lichteinfall hat die Lichtamplitude den vorgegebenen po sitiven Wert in dem Teil, der nicht von der Phasenverschie bungsschicht 10 bedeckt wird, während auf beiden Seiten im Randbereich der Phasenverschiebungsschicht 10 die Lichtampli tude den gleichen Absolutwert wie oben hat, aber negativ ist. Dementsprechend weist die einfallende Lichtintensität auf beiden Seiten im Randbereich der Phasenverschiebungsschicht 10 einen schmalen, impulsähnlichen Abfall auf, wie in Fig. 3(b) dargestellt. Deshalb entsteht zwischen den Musterschich telementen 11 die in Fig. 2(b) gezeigte unnötige Musterbrückenschicht 11a.

Wenn der vorgegebene Wafer unter Anwendung der obigen her kömmlichen Phasenverschiebungsmaske mit räumlicher Frequenz modulation strukturiert wird, wird ferner die Kontrolle des Fertigungsprozesses durch die Verwendung des Negativlacks er schwert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf die obige Situation gelöst wird, besteht darin, ein Herstellungsverfahren für eine Phasenverschiebungsmaske mit räumlicher Frequenzmodulation sowie eine Phasenverschiebungs maske zu schaffen, wobei die Entstehung der Musterbrücken schicht im chromschichtfreien Randbereich der Phasenverschie bungsschicht verhindert wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge löst.

Erfindungsgemäß wird die Chromschicht auf der Oberfläche des Quarzglassubstrats ausgebildet und strukturiert, dann wird zwischen den Elementen der strukturierten Chromschicht eine erste Phasenverschiebungsschicht ausgebildet. Anschließend wird eine zweite Phasenverschiebungsschicht ausgebildet und dann trocken geätzt und an beiden Seiten der ersten Phasenverschiebungsschicht eine Seitenwand-Phasenverschie bungsschicht ausgebildet. Dadurch kann im Bereich der Phasen verschiebungsschicht die Entstehung der unnötigen Mu sterbrückenschicht verhindert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) das Layout einer herkömmlichen Phasenverschiebungs maske mit räumlicher Frequenzmodulation;

Fig. 1(b)-Fig. 1(d) Schnitte längs der Linie a-a′ von Fig. 1(a) zur Darstellung der Fertigungsschritte;

Fig. 1(e) einen Schnitt längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a);

Fig. 2(a) eine Draufsicht auf eine durch die Phasenverschie bungsmaske gemäß Fig. 1(a) ausgebildete ideale Musterschicht;

Fig. 2(b) eine Draufsicht auf eine durch die Phasenverschie bungsmaske gemäß Fig. 1(a) ausgebildete reale Musterschicht;

Fig. 3(a), (b) eine erläuternde graphische Darstellung zur Ursache für das Auftreten einer Musterbrückenschicht bei einem herkömmlichen Verfahren;

Fig. 4(a)-Fig. 4(i) Schnittdarstellungen zu den Fertigungs schritten der erfindungsgemäßen Phasenverschiebungsmaske;

Fig. 5(a), 5(e) eine erläuternde graphische Darstel lung, um darzulegen, weshalb eine Musterbrückenschicht durch die vorliegende Erfindung eliminiert wird;

Fig. 6 und Fig. 7 in erläuternden grafischen Darstellungen die Grundzüge der Phasenverschiebungsmaske;

Fig. 8(a) einen Querschnitt durch eine übliche Maske;

Fig. 8(b) eine Darstellung der aus der Maske entsprechend der Konstruktion von Fig. 8(a) austretenden Lichtamplitude;

Fig. 8(c) eine Darstellung der auf einen Wafer entsprechend der Konstruktion von Fig. 8(a) auftreffenden Lichtamplitude;

Fig. 8(d) eine Darstellung der bei der Konstruktion von Fig. 8(a) erhaltenen Lichtintensität;

Fig. 9(a) einen Querschnitt durch eine übliche Phasenver schiebungsmaske;

Fig. 9(b) eine Darstellung der aus der Maske entsprechend der Konstruktion von Fig. 9(a) austretenden Lichtamplitude;

Fig. 9(c) eine Darstellung der auf einen Wafer entsprechend der Konstruktion von Fig. 9(a) auftreffenden Lichtamplitude;

Fig. 9(d) eine Darstellung der bei der Konstruktion von Fig. 9(a) erhaltenen Lichtintensität; und

Fig. 10(a)-Fig. 10(f) Querschnitte verschiedener Arten von herkömmlichen Phasenverschiebungsmasken;
Erklärung der Bezugszahlen für die Hauptteile der Zeichnungen 4 und 5:
12: Quarzglassubstrat,
13: Chromschicht,
14: Fotolack,
15, 15a, 16, 16a: Phasenverschiebungsmaske.

Der Fertigungsprozeß für die erfindungsgemäße Phasenverschie bungsmaske mit räumlicher Frequenzmodulation wird nachstehend anhand von Fig. 4(a)-Fig. 4(i) näher erläutert.

Hierbei handelt es sich um das gleiche herkömmliche Layout wie in Fig. 1(a) dargestellt, weshalb die weiter oben gege bene Erläuterung hier weggelassen wird.

Zur Darstellung der Fertigungsschritte zeigen Fig. 4(a)-Fig. 4(e) Schnitte längs der Linie a-a′ von Fig. 1(a) und Fig. 4(f)-Fig. 4(i) Schnitte längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a).

Zunächst wird, wie in Fig. 4(a) dargestellt, auf der gesamten Oberfläche des Quarzglassubstrats 12 die Chromschicht 13 aus gebildet, und auf die Chromschicht 13 wird der Fotolack 14 aufgebracht. Dann wird der Fotoätzprozeß durchgeführt, der unnötige Fotolack 14 wird entfernt, und dann wird der unnö tige Teil der Chromschicht 13 mittels der aus dem verbliebe nen Positivlack 14 bestehenden Maske entfernt. Anschließend wird auf der strukturierten Chromschicht 13 und dem freilie genden Quarzglassubstrat eine durchgehende erste Phasenver schiebungsschicht 15 ausgebildet, wie in Fig. 4(b) darge stellt, und dann durch gewöhnliches Fotoätzen bis auf das Ma terial zwischen den Oberseiten der Chromschichtelementen 13 wieder entfernt.

Dabei sollte die strukturierte erste Phasenverschiebungs schicht in der Breite nicht über die Oberseiten der Chrom schicht 13 hinausragen. Wie in Fig. 4(d) gezeigt, wird eine durchgehende zweite Phasenverschiebungsschicht 16 ausgebildet und dann nach dem RIE-Verfahren (reaktiven Zonenätzverfahren) geätzt, wodurch auf beiden Seiten der strukturierten ersten Phasenverschiebungsschicht 15a eine Seitenwand-Phasenver schiebungsschicht 16a ausgebildet wird, wie in Fig. 4(e) dar gestellt. Nachstehend wird der obige Prozeß anhand von Schnitten längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a) erläutert.

Zunächst wird auf dem Quarzglassubstrat die Phasenverschie bungsschicht 15 ausgebildet, wie in Fig. 4(f) dargestellt, und dann strukturiert, wie aus Fig. 4(g) ersichtlich. An schließend wird die in Fig. 4(h) gezeigte zweite Phasenver schiebungsschicht 16 zur Bildung der Seitenwandschicht ausge bildet, und die zweite Phasenverschiebungsschicht 16 wird nach dem RIE-Verfahren trocken geätzt, so daß an beiden Sei tenwänden der strukturierten ersten Phasenverschiebungs schicht 15a die Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht 16a entsteht, wie in Fig. 4(i) dargestellt.

Da an den Seiten der so strukturierten ersten Phasenver schiebungsschicht 15a die Seitenwand-Phasenverschiebungs schicht 16a ausgebildet wird, kann das Auftreten der von den beiden Randbereichen der strukturierten ersten Phasenver schiebungsschicht 15a ausgehenden Musterbrücken verhindert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5(a)-Fig. 5(d) läßt sich die fol gende grundsätzliche theoretische Erklärung für das Nicht auftreten der Musterbrücken geben:

Fig. 5(a) zeigt einen Schnitt der Phasenverschiebungsmaske längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a) als Layout, wobei die Be zugszeichen p₁, p₂′ p₃, p₄ die jeweilige Lage der Seitenwand-Phasen verschiebungsschicht 16a kennzeichnen.

Im Falle der Lage p₁ in Fig. 5(a), d. h. wenn die Seitenfläche der Phasenverschiebungsschicht 16a senkrecht verläuft, weist die Lichtintensität ebenso wie in Fig. 3(b) einen schmalen, impulsähnlichen Abfall auf, wie in Fig. 5(b) dargestellt. In diesem Falle bildet sich die in Fig. 2(b) gezeigte unnötige Musterbrückenschicht 11a.

Bei der Lage p₂ bzw. p₃ in Fig. 5(a) verringert sich der Ab fall der Lichtintensität allmählich, wie in Fig. 5(c) bzw. Fig. 5(d) dargestellt und verschwindet völlig, wenn der Randbereich der Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht 16a die Lage p₄ einnimmt, wie aus Fig. 5(e) ersichtlich ist. Da die Musterschicht unter Anwendung der erfindungsgemäß gefertigten Phasenverschiebungsmaske ausgebildet wird und die Licht intensität in der zur erfindungsgemäßen Phasenverschiebungs maske gehörigen Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht auf na hezu Null reduziert wird, kann demnach das Auftreten der Mu sterbrückenschicht 11a in den Randbereichen auf beiden Seiten der ersten Phasenverschiebungsschicht 15a verhindert werden. Da ferner der vorgegebene Wafer unter Verwendung der Phasen verschiebungsmaske strukturiert wird, ergibt sich ein günsti ges Profil des so strukturierten Wafers, weil Positivlack verwendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske mit folgenden Verfahrensschritten:

a) im ersten Schritt wird eine Lichtabschirmungsschicht auf einem zu belichtenden Substrat ausgebildet;
b) im zweiten Schritt werden nach der Strukturierung der Lichtabschirmungsschicht parallel zueinander mehrere Lichtab schirmungsmusterschichtelemente in vorgegebenem Abstand von einander ausgebildet;
c) im dritten Schritt wird auf der gesamten Oberfläche eine erste Phasenverschiebungsschicht ausgebildet;
d) im vierten Schritt wird zwischen je zwei Lichtabschir mungsmusterschichtelementen, die ein Paar bilden sollen, die Phasenverschiebungsschicht ausgebildet, indem die parallel angeordneten Lichtabschirmungsschichtelemente paarweise zu sammengefaßt und dann zwischen jedem Paar die erste Pha senverschiebungsschicht entfernt wird;
e) im fünften Schritt wird auf der gesamten Oberfläche eine zweite Phasenverschiebungsschicht ausgebildet;
f) im sechsten Schritt wird die zweite Phasenverschiebungs schicht nach dem Trockenätzverfahren abgeätzt, und an den Seitenwänden jeder Phasenverschiebungsschicht wird eine Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht ausgebildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Phasenver schiebungsmaske, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenver schiebungsschicht, die im vierten Verfahrensschritt zwischen zwei ein Paar bildenden Lichtabschirmungsmusterschichtelemen ten ausgebildet wird, breiter ist als der Abstand zwischen den Innenseiten und schmaler als der Abstand zwischen den Außenseiten des Schichtelementpaars.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenätzen im sechsten Verfahrensschritt nach dem RIE-Ver fahren (reaktiven Ionenätzverfahren) ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske, dadurch gekennzeichnet, daß das zu belichtende Substrat Quarzglas ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmungsschicht eine Chromschicht ist.

6. Phasenverschiebungsmaske mit

a) einer auf einem Substrat (12) ausgebildeten Lichtabschir mungsschicht (13), die parallel zueinander mehrere Lichtabschirmungsmusterschichtelemente in vorgegebenem Abstand voneinander aufweist,
b) einer ersten Phasenverschiebungsschicht (15a), die zwi schen je zwei Lichtabschirmungsmusterschichtelementen, die ein Paar bilden, ausgebildet ist, und
c) einer an den Seitenwänden jeder Phasenverschiebungs schicht (15a) ausgebildeten Seitenwand-Phasenverschiebungs schicht (16a).

7. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die zwischen zwei ein Paar bildenden Lichtab schirmungsmusterschichtelementen (13) ausgebildete Phasenverschiebungsschicht (15a) breiter ist als der Abstand zwischen den Innenseiten und schmaler als der Abstand zwischen den Außenseiten des Schichtelementpaars (13).

8. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu belichtende Substrat (12) Quarz glas ist.

9. Phasenverschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmungsschicht (13) eine Chromschicht ist.