DE4215489A1 - Herstellungsverfahren fuer eine phasenverschiebungsmaske - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Phasenverschiebungsmaske und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske mit Randspannungs­ effekt und gleichzeitigem Lichtabschirmungs-Spannungseffekt.

Entsprechend dem hohen Integrationsgrad aller Bausteine ist in letzter Zeit eine Maske zur Hyperfeinstrukturierung im Submikrometerbereich gefordert worden.

Um diese Forderung zu erfüllen, ist die Phasenverschiebungs­ maske entwickelt worden, deren Fertigungstheorie im folgenden beschrieben wird.

Wie in Fig. 3 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. 4 zeigt die Lichtamplitude, wobei die bei fehlender Pha­ senverschiebungsschicht 1 auf das Quarzglas auftreffende Lichtamplitude durch die Kurve (a), die Lichtamplitude bei vorhandener Schicht 1 durch die Kurve (b) dargestellt wird. Aus Fig. 4 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 δ zwischen den Kurven (a) und (b) von Fig. 2:

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. 5 mit der Phasenverschiebungsmaske gemäß Fig. 6 ergibt sich folgendes:

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

Wie in Fig. 5(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. 5(c) und Fig. 5(d) ersichtlich ist. Entsprechend ist bei einer Hyperfeinstrukturierung der Überlagerungsgrad größer, so daß die Hyperfeinstrukturierung mit der obigen Maske 4 nicht durchführbar ist.

Fig. 6(a) zeigt den parallelen Ausrichtungszustand der Phasenverschiebungsmaske 7 mit einer Phasenverschiebungs­ schicht 6 zwischen den Maskenelementen. Fig. 6(b) zeigt die aus der Maske austretende Lichtamplitude, Fig. 6(c) die Lichtamplitude aus dem Substrat 5, und Fig. 6(d) zeigt die Lichtintensität. Wie aus Fig. 6(c) und Fig. 6(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 Lichtabschirmungseffekt-Spannungstyp; diese Typen wer­ den nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7(a)-Fig. 7(f) näher erläutert.

Fig. 7(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. 7(b) und Fig. 7(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. 7(d)-Fig. 7(f) zeigen den Lichtabschirmungseffekt- Spannungstyp (cut-off effect stress type), bei dem die Pha­ senverschiebungsschicht 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 ge­ 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.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird das Fertigungsverfahren für die Phasenverschiebungsmasken nach Fig. 7(b) und Fig. 7(e), die zum Randspannungstyp bzw. zum Lichtabschirmungseffekt-Span­ nungstyp gehören, als Stand der Technik zur vorliegenden Er­ findung im folgenden der Reihe nach näher erläutert. Der Fertigungsprozeß der Randspannungs-Phasenverschiebungsmaske läßt sich wie folgt erläutern:
Zunächst wird auf dem Quarzglassubstrat 8 durchgehend die Chromschicht 4 ausgebildet, darauf wird der Fotolack aufge­ bracht, und dann erfolgt der gewöhnliche Maskierungsprozeß (Fotoätzverfahren), wodurch die mehrteilige Chrommuster­ schicht 9 mit parallelen, in vorgegebenem Abstand voneinander angeordneten Elementen ausgebildet wird. Anschließend wird der zum Strukturieren der Chromschicht verwendete Fotolack entfernt, und dann wird auf der gesamten Oberfläche die Pha­ senverschiebungsschicht ausgebildet. Dann wird Fotolack auf die Phasenverschiebungsschicht aufgebracht und der gewöhnli­ che Maskierungsprozeß durchgeführt, wodurch die gewünschte mehrteilige Phasenverschiebungs-Musterschicht 10 gebildet wird.

Dabei wird jedes Element der Phasenverschiebungs-Muster­ schicht 10 so strukturiert, daß jedes Element der Chrom­ musterschicht 9 vollständig abgeschirmt wird. Der Ferti­ gungsprozeß für die Phasenverschiebungsmaske vom Lichtab­ schirmungseffekt-Spannungstyp gemäß Fig. 7(e) verläuft wie folgt:
Zunächst wird die Chromschicht durchgehend auf dem Quarzglas­ substrat 8 ausgebildet, auf diese Chromschicht wird Fotolack aufgebracht, und dann erfolgt der gewöhnliche Maskierungspro­ zeß, wodurch eine mehrteilige erste Chromschicht mit paral­ lelen, in vorgegebenem Abstand voneinander angeordneten Ele­ menten ausgebildet wird.

Jetzt wird auf die erste Chrommusterschicht nochmals Fotolack aufgebracht, und dann wird ein weiterer Maskierungsprozeß durchgeführt und eine zweite Chrommusterschicht 9 ausgebil­ det.

Dabei besteht die zweite Chrommusterschicht 9 aus den verbliebenen Randbereichen auf beiden Seiten der Elemente der ersten Chrommusterschicht, d. h. der mittlere Teil jedes Ele­ ments der ersten Chrommusterschicht wird in einer vorgegebe­ nen Breite entfernt. Anschließend wird der Fotolack wieder entfernt, um die zweite Chrommusterschicht 9 zu bilden, und auf die gesamte Oberfläche wird in vorgegebener Breite die Phasenverschiebungsschicht 10 aufgebracht.

Dann wird Fotolack auf die Phasenverschiebungsschicht 10 auf­ gebracht, der gewohnliche Maskierungsprozeß wird durchge­ führt, und das Material zwischen den Elementpaaren wird entfernt, während das Material zwischen den beiden Elementen jedes Paares stehenbleibt.

Bei den herkömmlichen Verfahren traten jedoch die folgenden Probleme auf: Da bei der Randspannungs-Phasenverschiebungs­ maske die Phasenverschiebungsschicht nur auf den Randteilen auf beiden Seiten der Chrommusterschichtelemente gebildet wurde, war erstens der Lichtphasenverschiebungseffekt im Falle der Hyperfeinstrukturierung unzureichend. Außerdem war bei einer Maske im Submikrometerbereich der Abstand zwischen den Elementen der Chrommusterschicht sehr schmal, und die Trennung und Ausbildung der Phasenverschiebungsschicht war schwierig. Zweitens wurde durch die Strukturierung der hyper­ feinen Chrommusterschicht im Submikrometerbereich wiederum der Fertigungsprozeß der Phasenverschiebungsmaske vom Lichtabschirmungseffekt-Spannungstyp gemäß Fig. 7(e) er­ schwert. Außerdem konnte beim Strukturieren des Wafers unter Verwendung dieser Phasenverschiebungsmaske mit einem Negativ- Sensibilisator nicht das richtige Strukturierungsprofil er­ zielt werden.

Um die oben genannten Mängel der herkömmlichen Phasenver­ schiebungsmasken vom Randspannungstyp bzw. vom Lichtabschir­ mungseffekt-Spannungstyp zu beheben, liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Herstellungsverfahren für eine Phasenverschiebungsmaske sowie eine Phasenverschiebungsmaske zu schaffen, wobei die Bildschärfe der Strukturierung und die effektive Schärfentiefe verbessert ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge­ löst.

Erfindungsgemäß werden zunächst die Chromschichtelemente aus­ gebildet, die auf dem Quarzglassubstrat paarweise in einem vorgegebenen Abstand voneinander und in einem anderen vorge­ gebenen Abstand zwischen den Paaren angeordnet sind, und dann wird auf der gesamten Oberfläche eine Phasenverschiebungs­ schicht von vorgegebener Dicke ausgebildet.

Der obige Maskierungsprozeß wird so ausgeführt, daß die ver­ bleibende Phasenverschiebungsschicht jedes Chromschichtenpaar vollständig abschirmen kann. Bei der Strukturierung nach dem obigen Verfahren werden nicht nur eine gute Schärfentiefe und eine gute Bildschärfe erreicht, sondern es wird auch der Fer­ tigungsprozeß vereinfacht.

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

Fig. 1(a)-Fig. 1(d) Schnittdarstellungen zu den Fertigungs­ schritten für eine erfindungsgemäße Phasenverschiebungsmaske;

Fig. 2(a) den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Phasenver­ schiebungsmaske;

Fig. 2(b) eine Phasendarstellung der Lichtamplitude bei einer normalen Maske;

Fig. 2(c) eine Darstellung der Lichtphasenverschiebung bei der Konstruktion gemäß Fig. 2(a);

Fig. 2(d) eine Phasendarstellung der Amplitude von Fig. 2(b) entsprechend einer Phasenverschiebung gemäß Fig. 2(c);

Fig. 3 und Fig. 4 in erläuternden grafischen Darstellungen die Grundzüge der Phasenverschiebungsmaske;

Fig. 5(a) einen Querschnitt durch eine übliche Maske;

Fig. 5(b) eine Darstellung der aus der Maske entsprechend der Konstruktion von Fig. 5(a) austretenden Lichtamplitude;

Fig. 5(c) eine Darstellung der auf einen Wafer entsprechend der Konstruktion von Fig. 5(a) auftreffenden Lichtamplitude;

Fig. 5(d) eine Darstellung der bei der Konstruktion von Fig. 5(a) erhaltenen Lichtintensität;

Fig. 6(a) einen Querschnitt durch eine übliche Phasenver­ schiebungsmaske;

Fig. 6(b) eine Darstellung der aus der Maske entsprechend der Konstruktion von Fig. 6(a) austretenden Lichtamplitude;

Fig. 6(c) eine Darstellung der auf einen Wafer entsprechend der Konstruktion von Fig. 6(a) auftreffenden Lichtamplitude;

Fig. 6(d) eine Darstellung der bei der Konstruktion von Fig. 6(a) erhaltenen Lichtintensität;

Fig. 7(a)-Fig. 7(f) Querschnitte verschiedener Arten von herkömmlichen Phasenverschiebungsmasken.

Erklärung der Bezugszahlen für die Hauptteile der Zeichnungen von Fig. 1:

11: Quarzglassubstrat
12: Chrommusterschicht
13: Phasenverschiebungsschicht
14: Fotolack

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Fig. 1-Fig. 2 nä­ her erläutert.

Fig. 1(a)-Fig. 1(d) zeigen Schnittdarstellungen zu den Fer­ tigungsschritten.

Zunächst wird auf dem Quarzglassubstrat eine durchgehende Chromschicht ausgebildet, und darauf wird Fotolack aufge­ bracht, wie in Fig. 1(a) dargestellt. Anschließend wird auf dem Fotolack der Maskierungsprozeß durchgeführt und die mehr­ teilige Chrommusterschicht 12 wird ausgebildet.

Dabei werden die Elemente der Chrommusterschicht 12 paarweise in einem vorgegebenen Abstand voneinander und in einem ande­ ren vorgegebenen Abstand zwischen den Paaren angeordnet. Um den weiteren Maskierungsprozeß leicht ausführen zu können, wird hierbei der Abstand zwischen den Paaren breiter ange­ setzt als der Abstand zwischen den Chromschichtelementen in­ nerhalb jedes Paars. Dann wird auf der gesamten Oberfläche des freiliegenden Quarzglassubstrats 11 und der Chrommuster­ schicht 12 die Phasenverschiebungsschicht 13 ausgebildet, wie in Fig. 1(b) dargestellt.

Nun wird der Fotolack 14 aufgebracht und dann der gewöhnliche Maskierungsprozeß (Fotoätzverfahren) durchgeführt, Wobei das Material zwischen den Elementpaaren der Chrommusterschicht 12 entfernt wird, wie in Fig. 1(c) dargestellt.

Dabei ist die verbleibende Phasenverschiebungsschicht 13 breiter als die Außenkanten der beiden Chrommusterschicht­ elemente 12, so daß sie die beiden Chromschichtelemente jedes Paares vollständig abschirmt. Anschließend wird der Fotolack 14 entfernt, womit der Fertigungsprozeß der Pha­ senverschiebungsmaske beendet ist.

Wie oben wird nachstehend anhand von Fig. 2(a)-Fig. 2(d) der Effekt der zu fertigenden Phasenverschiebungsmaske erläu­ tert:

Fig. 2(a) zeigt die erfindungsgemäß gefertigte Phasenver­ schiebungsmaske entsprechend der Darstellung in Fig. 1(d).

Fig. 2(b) zeigt die Phase der aus der Phasenverschiebungs­ maske austretenden Lichtamplitude in dem Zustand, wo die das jeweilige Paar bildenden Elemente der Chrommusterschicht 12 nicht voneinander getrennt und durch die Phasenverschiebungs­ schicht 13 miteinander verbunden sind. Hier ist die Lichtam­ plitude bekanntlich in dem von der Chrommusterschicht bedeck­ ten Teil gleich Null und hat in dem von der Chrommuster­ schicht unbedeckten Teil eine positive Wahrscheinlichkeits­ verteilung.

Fig. 2(c) zeigt, daß die Phase der Lichtamplitude in den von der Phasenverschiebungsschicht 13 bedeckten Bereichen (a-a′), (b-b′), (c-c′) von Fig. 2(a) verschoben wird.

Fig. 2(d) zeigt, daß die Lichtamplitude durch den teilweisen Phasenverschiebungseffekt von Fig. 2(c) gegenüber der Dar­ stellung in Fig. 2(b) vergrößert ist.

Wie oben beschrieben, ist die Differenz der Lichtamplitude an der Maske bei Verwendung der erfindungsgemäßen Phasen­ verschiebungsmaske größer, so daß die Hyperfeinstrukturierung des Wafers einwandfrei durchgeführt werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske mit folgenden Verfahrensschritten:
im ersten Schritt wird eine Lichtabschirmungsschicht von vor­ gegebener Dicke auf einem zu belichtenden Substrat (11) aus­ gebildet;
im zweiten Schritt wird durch Ausführung des Maskierungspro­ zesses auf der Lichtabschirmungsschicht eine mehrteilige Chromschicht in Form von Schichtelementpaaren (12) ausgebil­ det, die parallel zueinander in einem vorgegebenen Abstand innerhalb der Paare und in einem anderen vorgegebenen Abstand zwischen den Paaren angeordnet sind;
im dritten Schritt wird auf der gesamten Oberfläche die Pha­ senverschiebungsschicht (13) ausgebildet;
im vierten Schritt wird durch Ausführung des Maskierungspro­ zesses auf der Phasenverschiebungsschicht (13) das Material der Phasenverschiebungsschicht zwischen den Elementpaaren (12) der Chromschicht entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt der Abstand innerhalb der Schichtelementpaare (12) der Chromschicht kleiner ausgeführt wird als der Abstand zwischen den Schichtelementpaaren (12).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im vierten Schritt die Phasenverschiebungsschicht (13) breiter ausgeführt wird als die Chromschicht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zu belichtende Substrat Quarzglas ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtabschörmungsschicht (12) eine Chromschicht ist.

6. Phasenverschiebungsmaske mit:
einer Lichtabschirmungsschicht von vorgegebener Dicke auf einem zu belichtenden Substrat (11), wobei die Lichtabschir­ mungsschicht eine mehrteilige Chromschicht in Form von Schichtelementpaaren (12) aufweist, die parallel zueinander in einem vorgegebenen Abstand innerhalb der Paare und in einem anderen vorgegebenen Abstand zwischen den Paaren ange­ ordnet sind; und einer Phasenverschiebungsschicht (13), die ausgenommen von Bereichen zwischen den Elementpaaren (12) der Chromschicht ausgebildet ist.

7. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand innerhalb der Schichtelementpaare (12) der Chromschicht kleiner ist als der Abstand zwischen den Schichtelementpaaren (12).

8. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungsschicht (13) brei­ ter als die Chromschicht ist.

9. Phasenverschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zu belichtende Substrat (11) Quarzglas ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtabschirmungsschicht (12) eine Chromschicht ist.