DE4215489C2 - Phasenverschiebungsmaske - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Phasenverschiebungsmaske mit
Randspannungseffekt und gleichzeitigem Lichtabschirmungs-Spannungs
effekt.
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.
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.
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 gewöhnliche 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.
Die EP-A2-0 383 534 offenbart Phasenverschiebungsmasken, die
denen in Fig. 7(c) und 7(f) dargestellten entsprechen.
Aus IBM 1986, IEEE Trans. Elec. Devices. Vol. ED-29, 1982,
Seite 1832 ist eine Phasenverschiebungsmaske bekannt, die
denen in Fig. 7(a) und 7(e) dargestellten entspricht. US-
5 045 417 offenbart eine Phasenverschiebungsmaske, wie sie
Fig. 7(b) zeigt.
Um die oben genannten Mängel der herkömmlichen Phasenver
schiebungsmasken vom Randspannungstyp bzw. vom Lichtabschir
mungseffekt-Spannungstyp zu beheben, liegt die Aufgabe der
Erfindung darin, eine Phasenverschiebungsmaske zur Verfügung
zu stellen, wobei die Bildschärfe der Strukturierung und die
effektive Schärfentiefe verbessert ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge
löst.
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
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 erfindungsgemäßen Phasenverschiebungsmaske
erläutert:
Fig. 2(a) zeigt die erfindungsgemäße Phasenverschiebungs
maske 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 (5)
1. Phasenverschiebungsmaske mit Lichtabschirmungsschichten
(12) auf einem Substrat (11), wobei die Lichtab
schirmungsschichten (12) in Form von parallelen Schicht
elementpaaren (12) ausgebildet sind, und mit Phasenver
schiebungsschichten (13), dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtelemente zueinander in einem vorgegebenen Ab
stand innerhalb der Paare und in einem anderen vorgege
benen Abstand zwischen den Paaren angeordnet sind, und
die Phasenverschiebungsschichten (13) so ausgebildet
sind, daß jede Phasenverschiebungsschicht (13) ein
Schichtelementpaar (12) vollständig überdeckt.
2. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Abstand innerhalb der Schichtele
mentpaare (12) kleiner ist als der Abstand zwischen den
Schichtelementpaaren (12).
3. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungsschicht (13)
breiter als die Lichtabschirmungsschichten (12) ist.
4. Phasenverschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) Quarz
glas ist.
5. Phasenverschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmungs
schichten (12) Chromschichten sind.
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KR1019910007710A KR940005608B1 (ko) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 위상반전마스크 제조방법 |
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DE4215489C2 true DE4215489C2 (de) | 1998-01-22 |
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