DE4229157C2 - Verfahren zum Verhüten der Nullausbildung bei Photomasken mit Phasenverschiebung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Photomasken mit Phasenverschiebung, und insbesondere ein Verfahren zum Verhüten unerwünschter Nullausbildung, wenn das Muster von der phasenverschobenen Maske auf die Oberfläche eines inte­ grierten Schaltkreises übertragen wird.

Phasenverschiebung ist eine in der Kunst der Photolitho­ graphie bekannte Technik, um den Kontrast der auf die Ober­ fläche eines integrierten Schaltkreises übertragenen Abbil­ dung zu verstärken. Phasenverschobene Photomasken werden ver­ wendet, um Detailgrößen der gedruckten Abbildungen auf unter 0,5 µm zu verkleinern. Eine herkömmliche, phasenverschobene Photomaske ist in Fig. 1A dargestellt. Die herkömmliche Photomaske beinhaltet ein durchsichtiges Substrat 10, das im Regelfall aus Quarz besteht, und eine Vielzahl dunkler Merk­ male 12, die im Regelfall aus Chrom hergestellt sind. Diese dunklen Merkmale 12 sind Metalleiterbahnen, Transistorkon­ takte, aktive Transistorbereiche sowie alle sonstigen abge­ bildeten Bereiche einer bestimmten Schicht des integrierten Schaltkreises. Die phasenverschobene Photomaske beinhaltet u. a. das Substrat 10 und dunkle Merkmale 12, aber zusätzlich noch eine Anzahl weiterer durchsichtiger Phasenverschiebungs­ merkmale 14 (auch einfach als "Phasenverschieber" bekannt). Diese Phasenverschieber 14 sind eine zusätzliche Muster­ schicht aus durchlässigem Material auf der Oberfläche der Photomaske. Wenn sich das Licht durch das Substrat 10 und die Extraphasenverschieber 14 fortpflanzt, verkürzt sich seine Wellenlänge gegenüber der normalen Wellenlänge in Luft um die Brechungsindizes des Substrats 10 und des Phasenverschiebers 14. Die optische Phasendifferenz Θ zwischen zwei Licht­ strahlen, die sich durch die phasenverschobenen und nicht­ phasenverschobenen Teile der Photomasken fortpflanzen, beträgt

Θ = 2πa(n - 1)/λ,

wobei "n" der Brechungsindex und "a" die Dicke des Phasen­ verschiebers 14 ist. Üblicherweise ist eine Phasenverschie­ bung von π erwünscht, so daß

a = λ/(2(n - 1)).

Die Phasenverschiebung kann jedes ungerade Produkt von π, d. i. (2m + 1)π sein, wobei m = 0, 1, 2, .... Die Phasenver­ schiebung zwischen den beiden Lichtstrahlen ist relativ, aber zur Vereinfachung der Beschreibung der Struktur und des Be­ triebs wird üblicherweise der hochstehende Bereich der Photo­ maske als Phasenverschieber bezeichnet.

Die phasenverschobene Photomaske in Fig. 1A ist als "Alter­ nierende Phasenverschiebung" bekannt, in der Paare von dicht­ gepackten dunklen Merkmalen 12 einen hochstehenden Phasen­ verschieber 14 begrenzen. Jeweils zwischen einem Paar der dunklen Merkmale 12 liegt ein nicht-phasenverschobener Be­ reich des Photomaskensubstrats 10. Die Fig. 1B-1D zeigen die Wirkung einer alternierenden phasenverschobenen Photomaske im Gegensatz zu einer herkömmlichen Photomaske. Der Reihe nach zeigen diese Figuren das elektrische Feld auf der Maske, das elektrische Feld auf dem Wafer und die Intensität auf dem Wafer. Die "-1" Amplitude, die vom Phasenverschieber 14 erzeugt wird, reduziert effektiv die Raumfrequenz (Linien­ dichte je Längeneinheit) des elektrischen Felds, so daß sie durch die Linsenübertragungsfunktion des verwendeten Abbil­ dungssystems weniger stark unterdrückt wird, und auf der Ebene des Wafers ein kontrastreicheres Amplitudenbild aus­ bildet. Wenn das elektrische Feld vom Photoresist aufge­ zeichnet wird, wird nur diejenige Intensität aufgezeichnet, die proportional zum Quadrat der elektrischen Feldamplitude ist, was zur Verdoppelung der reduzierten Raumfrequenz führt, d. h. Wiederherstellung der Raumfrequenz des ursprünglichen Objekts, jedoch unter Erzeugung eines viel kontrastreicheren Bildes. Zusätzlich zur Reduktion der Raumfrequenz wird das elektrische Feld gezwungen, durch 0 auf -1 zu gehen. Somit verbessert sich der Kantenkontrast. Damit nutzt das alter­ nierende Phasenverschiebungssystem die Reduktion der Raum­ frequenzen sowie auch die Steigerung des Kantenkontrasts.

In den Fig. 2A-2B werden zwei Typen alternierender phasen­ verschobener Photomasken gezeigt. Fig. 2A zeigt eine "addi­ tive" phasenverschobene Photomaske, in der die Phasenver­ schieber 14 eine formbildende Schicht aus durchlässigem Material bilden, wie oben beschrieben ist. Fig. 2B zeigt eine "subtraktive" phasenverschobene Photomaske, in der die Phasenverschieber 14A aus den ausgeätzten Teilen des Sub­ strats 10 gebildet werden. D. h., in der subtraktiven Photo­ maske bilden die nichtausgeätzten Teile des Substrats 10 die Phasenverschieber 14. Obwohl durch unterschiedliche Verfahren erzeugt, sind die Wirkungsweisen der additiven und der sub­ traktiven Photomaske äquivalent.

Die alternative Phasenverschiebungstechnik funktioniert nur so weit, wie eine Anzahl Paare dichtgepackter dunkler Merk­ male 12 auf der Photomaske vorhanden sind. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, müssen die mit Paaren dunkler Merkmale 12 assoziierten Phasenverschieber 14 schließlich einmal enden. Die Phasenverschieber 14 enden, weil auch die dunklen Merk­ male 12 selbst enden, die Richtung ändern, mit anderen Merk­ malen auf der Photomaske nicht mehr verbunden sind oder auf sonstige Weise ihre Topologie ändern. Ein Phasenverschieber 14 endet in der Regel mit einem durchsichtigen Ende 16, was zu einer durchsichtigen, optisch klaren Kante führt. Diese optisch klare Kante 18 wird in Fig. 4 gezeigt. Die optisch klare Kante 18 führt zu einer Null, die einen "Balken" d. i. ein unerwünschtes dunkles Merkmal auf dem integrierten Schaltkreis erzeugt. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird dieser Balken im allgemeinen entlang dieser dünnen Linien ausge­ druckt, die das Ende 16 des Phasenverschiebers 14 bezeichnen. Fig. 4 stellt nur das Ende des Phasenverschiebers 14 infolge des Endes des dunklen Merkmals 12 dar. Der Fachmann weiß, daß die optisch klare Kante 18 und die sich ergebenden Balken auch in zahlreichen anderen Konfigurationen auftreten können.

Die Fig. 5A-5C zeigen die Leistungen einer phasenverschobenen Photomaske nach dem Stand der Technik. Das von einer herkömm­ lichen phasenverschobenen Photomaske erzeugte elektrische Feld ist in Fig. 5A dargestellt. Obwohl die Kante 18 des Phasenverschiebers optisch klar ist, geht das phasenver­ schobene Licht, das durch den Phasenverschieber läuft, durch das elektrische Feld Null. Das Licht vom abbildenden System durchdringt den Phasenverschieber nicht genau an der Kante 18. In Fig. 5B wird das Quadrat des elektrischen Feldes ge­ zeigt, wobei dieses Quadrat im allgemeinen den Wert 1 hat, aber an der Stelle der Kante 18 gleich Null ist. Die Inten­ sität auf dem Wafer wird in Abb. 5C gezeigt. Das elektrische Feld auf der Photomaske läuft durch einen engen Bereich eines elektrischen Nullfeldes, das infolge der "Punktstreufunktion" des optischen Abbildungssystems streut. Jedoch ist die Inten­ sität noch verhältnismäßig eng gebündelt und wird von der Photoresistschicht als wahres Merkmal auf dem integrierten Schaltkreis ausgedruckt.

Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Ausschluß der unerwünschten Nullausbildungen in einer phasen­ verschobenen Photomaske unter Beibehaltung der günstigen Eigenschaften der Phasenverschiebung.

Aufgabe der Erfindung ist das Ausschließen unerwünschter Balken vom Ausdruck auf der Oberfläche eines integrierten Schaltkreises, die von den optisch klaren Kanten der Phasen­ verschieber gebildet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Photomaske mit Phasenschie­ bern nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung von Photoma­ sken mit Phasenschiebern nach Anspruch 6 gelöst.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung.

Es sei angemerkt, daß aus der DE 42 15 210 C2, welche Stand der Technik nach § 3 Abs. 1 Nr. 1 PatG bildet, bereits eine Photomaske mit Phasenschie­ bern auf einem lichtdurchlässigen Substrat mit einem Feld lichtdurchlässiger Zwischenbereiche zwischen einer Vielzahl dunkler lichtundurchlässiger Merk­ male auf dem Substrat bekannt ist, wobei die über dem Substrat endenden kla­ ren Kanten des Phasenschiebers abgeschrägt zum Substrat verlaufen, um eine unerwünschte Musterbildung zu unterdrücken. Bei den in der DE 42 15 210 C2 gezeigten Phasenschiebern sind die Abschrägungen jedoch aus einem zweiten Phasenschiebermaterial gebildet, was bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall ist.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß das Verfahren der Verhü­ tung der Nullausbildung kompatibel ist mit Photomasken, die Phasenverschieber entweder vom additiven oder vom subtraktiven Typ aufweisen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verhütung der Null­ ausbildung mit einer phasenverschobenen Photomaske ein­ schließlich eines Quarzsubstrats, dunkler Chrommerkmale und alternierender klarer Phasenverschieber, die vom Quarzsub­ strat aus hochstehen, ausgeführt. Die Phasenverschiebermerk­ male enden in einer durchsichtigen, optisch klaren Kante. Um die Nullausbildung und die dadurch verursachte Balkenbildung auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises auszu­ schließen, wird die im wesentlichen vertikale Kante des optisch klaren Endes des Phasenverschiebers schräg aus­ geführt. Die Neigung entlang der schräg verlaufenden Kante zwischen dem Photomaskensubstrat und dem Phasenverschieber ist an jedem Punkt flach genug, so daß die Punktstreufunktion kein Bild werfen kann. Bei einem typischen Abbildungssystem und einem photolithographischen Prozeß wird diese Neigung auf weniger als 45° eingestellt. Somit streut die Punktstreu­ funktion des Abbildungssystems die Null, die demzufolge nicht auf die Photoresistschicht auf dem integrierten Schaltkreis abgebildet wird. Die geschrägte Kante des Phasenverschiebers kann mit zwei Ätzverfahren gebildet werden. In einem ersten, kontinuierlichen, Verfahren wird die Photomaske mit einer Photoresistschicht abgedeckt, auf die die Zeichnung der Maske auf geeignete Weise übertragen ist. Dann wird die Photo­ resistschicht isotrop geätzt, um einen Teil der Oberfläche eines Phasenverschiebers freizulegen. Die freigelegte Ober­ fläche des Phasenverschiebers und die Photoresistschicht werden gleichzeitig und kontinuierlich geätzt, um eine ge­ schrägte Kante zu erzeugen. In einem zweiten, diskreten, Ver­ fahren wird die Photoresistschicht isotrop geätzt, gefolgt von einem gesonderten Schritt zum Ätzen der freigelegten Oberfläche des Phasenverschiebers. Diese zwei Ätzschritte werden wiederholt, was eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Treppenstufen erzeugt, die sich einer geschrägten Kante an­ nähern. Beide Verfahren erzeugen die Phasenverschieber und die geschrägten Kanten gleichzeitig und sind kompatibel mit Photomasken mit Phasenverschiebern sowohl vom additiven als auch vom subtraktiven Typ.

Die vorstehenden und noch weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer erfindungsgemäßen, bevor­ zugten Ausführungsform anhand der begleitenden Zeichnungen.

Fig. 1A-1D sind kombinierte Querschnittsansichten einer herkömmlichen, phasenverschobenen Photomaske mit den be­ gleitenden Schaubildern, die das sich ergebende elektrische Feld und die Intensität anzeigen.

Fig. 2A ist eine Querschnittsansicht einer phasenverschobenen Photomaske, die mittels eines additiven Prozesses erzeugt wurde.

Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht einer phasenverschobenen Photomaske, die mittels eines subtraktiven Prozesses erzeugt wurde.

Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Teils einer phasenver­ schobenen Photomaske.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang den Linien 4-4 in Fig. 3, die insbesondere eine optisch klare Kante darstellt.

Fig. 5A-5C sind Schaubilder eines elektrischen Feldes und der Intensität für eine herkömmliche phasenverschobene Maske und für eine phasenverschobene Maske mit einer erfindungsgemäß geschrägten Kante.

Fig. 6 ist ein Schaubild der Intensität auf dem Wafer in Be­ zug zum Schwellenwert für die Photoresist-Abbildung bei der erfindungsgemäßen Photomaske.

Fig. 7-13 sind Querschnittsansichten und zeigen die aufein­ anderfolgenden Bearbeitungsschritte für eine erfindungsgemäße additive phasenverschobene Photomaske.

Fig. 14-20 sind Querschnittsansichten und zeigen die aufein­ anderfolgenden Bearbeitungsschritte für eine erfindungsgemäße subtraktive phasenverschobene Photomaske.

In Fig. 5A-5C wird die Leistung der erfindungsgemäßen phasenverschobenen Photomaske der Leistung einer herkömm­ lichen phasenverschobenen Photomaske gegenübergestellt. Die linke Seite der Fig. 5A-5C zeigt jeweils das elektrische Feld und die Intensität, die von einer vertikalen, durchsich­ tigenen Kante 18 eines herkömmlichen Phasenverschiebers erzeugt wird. Die rechte Seite der Fig. 5A-5C zeigt das elektrische Feld und die Intensität, die von einer schräg zulaufenden durchsichtigen Kante des erfindungsgemäßen Phasenverschiebers erzeugt wird. Fig. 5A zeigt das elek­ trische Feld einer geschrägten durchsichtigen Kante. Obwohl die Kante 18 des Phasenverschiebers optisch klar und schräg zulaufend ist, geht das phasenverschobene Licht noch immer durch das elektrische Nullfeld. Das Licht vom abbildenden System kann nicht genau an der Kante 18 durch den Phasen­ verschieber gehen. Fig. 5B zeigt die Quadrate des elektrischen Felds, worin das Quadrat am Ort der Kante 18 allgemein zu null wird, dann aber auf beiden Seiten der Kantenstelle langsam auf 1 ansteigt. Fig. 5C zeigt die Intensität auf dem Wafer. Das elektrische Feld auf der Photomaske geht durch die enge Zone des elektrischen Nullfelds, das jetzt viel weiter gestreut ist infolge der Punktstreufunktion des optischen Abbildungssystems. Die Intensität verteilt sich über einen weiteren Bereich und wird von der Photoresistschicht des integrierten Schaltkreises nicht als wahres Merkmal ausge­ druckt. Das wird in Fig. 6 in näheren Einzelheiten darge­ stellt. Dort gibt es einen Einbruch in der Intensität an der Oberfläche des Wafers, aber dieser Einbruch ist nicht tief genug, daß er von der Photoresistschicht ausgedruckt würde. Der Schwellenwert der Photoresistschicht liegt weit unter dem tiefsten Punkt des Intensitäteinbruchs aufgrund der Null. Auf diese Weise lassen sich Balken im integrierten Schaltkreis wirksam vermeiden.

Die Verfahrensschritte zur Erzeugung einer additiven phasen­ verschobenen Photomaske mit schräg zulaufenden Phasenver­ schieberkanten sind der Reihe nach in den Fig. 7-13 darge­ stellt. Die Fig. 7-13 sind nicht unbedingt maßstabsgetreu und geben nicht vor, den wahren Querschnitt einer typischen Photomaske zu zeigen. Die Fig. 7-13 erklären jedoch das Ver­ fahren der Vorliegenden Erfindung für eine phasenverschie­ bende Photomaske des additiven Typs. Insbesondere wird das Verfahren gezeigt in Bezug auf eine optisch undurchsichtige Phasenverschieberkante (linke Seite der Zeichnungen in der Figur) und einer optisch durchsichtigen Phasenverschieber­ kante, die unerwünschte Nulleffekte erzeugt (rechts außen in den Zeichnungen in der Figur). Die Verfahren beginnt mit der Vorlage einer Photomaske mit einem klaren Substrat 10 aus Quarz und einer Vielzahl dunkler Chrommerkmale 12. Diese dunkeln Merkmale 12 können auch aus anderen, für die be­ lichtenden Wellenlängen undurchsichtigen Stoffen bestehen, wie z. B. Aluminium, Eisenoxid, Wolfram, Gold oder sonstige in diesem Fachgebiet bekannte Stoffe. Das für die dunklen Merk­ male 12 einzusetzende Material muß jedoch so gewählt werden, daß es gegen das anzuwendende Phasenverschieber-Ätzmittel resistent ist. (Als typisches Beispiel wird nachstehend ein Ätzmittel auf Fluorbasis beschrieben). Auf die Oberfläche des Substrats 10 wird eine durchsichtige, phasenverschiebende Schicht 20 aus SiO₂, Si₃N₄ oder einer sonstigen nitridierten Form von Silizium aufgebracht. Das Material für die Phasen­ verschiebungsschicht wird so ausgewählt, daß seine Trans­ parenz und sein Brechungsindex erwünschterweise möglichst nahe (innerhalb 10%) an der Transparenz und dem Brechungs­ index des Substrats 10 bei der Belichtungswellenlänge liegt. Schließlich werden die Phasenverschieber 14A und 14B (am besten ersichtlich aus Fig. 12) vom additiven Typ mit schräg zulaufenden Kanten erzeugt. Die Neigung der schräg zulaufen­ den Kante an jedem Punkt zwischen dem Photomaskensubstrat 10 und den Phasenverschiebern 14A und 14B wird auf einen Winkel eingestellt, der flach genug ist, daß die Punktstreufunktion kein Bild ausdrucken kann. Bei einem typischen Abbildungs­ system und einem photolithographischen Verfahren wird dieser Winkel auf weniger als 45° eingestellt. Die Schritte zum Auf­ bringen der Phasenverschieber 14A und 14B und das Schrägen dieser Kanten werden gleichzeitig ausgeführt, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten noch beschrieben wird.

Unter Bezugnahme jetzt auf Fig. 7 wird die gesamte phasen­ verschiebende Schicht 20 mit einer mit einem Muster ver­ sehenen Schicht aus Photoresist 22 bedeckt, die durch einen ersten und einen zweiten Photoresistbereich 22A bzw. 22B dargestellt wird. Photoresistbereich 22A überdeckt ein Paar dunkler Merkmale 12, das den Phasenverschieber 14A aufnimmt. Die Kante des Phasenverschiebers 14A kann entweder vertikal oder auch schräg sein, wegen der zwei dunklen Merkmale 12. Bei einer solchen optisch undurchsichtigen Kante tritt das Problem einer Nullstelle nicht auf. Die Nullstelle des dunklen Merkmals soll wunschgemäß auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises ausgedruckt werden und überlappt die von der Phasenverschieberkante erzeugte Nullstelle. Jedoch überdeckt der Photoresistbereich 22B nur ein einziges Dunkelmerkmal 12 und einen Bereich der Phasenverschieber­ schicht 20, die schließlich eine optisch klare Kante 18 bildet. Das nachstehend beschriebene Verfahren sieht schräge Kanten für alle Phasenverschieber 14 vor. Das Auftreten von schrägen Kanten für alle Phasenverschieber vereinfacht das Verfahren zur Herstellung der additiven Photomasken.

Nehmen wir jetzt Bezug auf Fig. 8; die mit einem Muster ver­ sehene Photoresistschicht 22 wird isotrop geätzt, um einen Teil der Oberfläche der Phasenverschieberschicht 20 freizu­ legen, die vorher mit der Photoresistschicht 22 bedeckt war. Photoresist wird typisch mit einer Plasmaätzung auf O₂ oder O₂/N₂-Basis isotrop ausgeätzt. Die gesamte Oberfläche der Phasenverschieberschicht 20, die durch den vorhergehenden isotropen Ätzschritt freigelegt wurde, wird dann durch einen anderen, gesonderten Ätzschritt geätzt, um eine kleine Treppenstufe 24A zu erzeugen. Die SiO₂ oder Si₃N₄ Phasenver­ schieberschicht 20 wird typisch mit einem Ätzmittel auf Fluorbasis wie SF₆, CF₄ oder CHF₃ neben noch weiteren Ätz­ mitteln ausgeätzt. Falls die dunklen Merkmale 12 nicht aus Chrom hergestellt werden, das vom Fluor angegriffen wird, muß ein anderes Ätzmittel gewählt werden. Auch wenn für die Phasenverschieberschicht 20 andere Stoffe gewählt werden, kann ein anderes, nichtfluoriniertes, kompatibles Ätzmittel erforderlich werden. Die Verfahrensschritte der isotropen Ätzung der Photoresistschicht 22 und Ätzung der gesamten freigelegten Oberfläche der Phasenverschieberschicht 20 werden in diskreten Ätzschritten wiederholt, um so eine Vielzahl aufeinanderfolgender Treppenstufen 24 zu erzeugen, die einer schrägen Kante nahekommen.

Die Fig. 8-12 zeigen die aufeinanderfolgenden Ätzschritte, die Teile der Photoresistschicht und der Phasenverschieber­ schicht abätzen, bis zwei Phasenverschieber 14A und 14B mit schrägen Kanten ausgebildet sind. Jeder dieser zwei Ätz­ schritte kann als erster ausgeführt werden. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, mit dem Photoresist-Ätzschritt zu beginnen. Jede Zeichnung der Figur stellt eine Wirkung der zwei diskreten Ätzschritte dar. In Fig. 8 haben die zwei Ätzschritte eine erste Treppenstufe 24A in der Phasenver­ schieberschicht 20 ausgebildet und haben sowohl die Breite als auch die Dicke der Photoresistschicht 22 verringert. In Fig. 9 wird eine zweite Treppenstufe 24B erzeugt und die Breite und die Dicke des Photoresist wird weiter verringert. In Fig. 10 wird eine dritte Treppenstufe 24C erzeugt und die Breite und die Dicke der Photoresistschicht wird noch weiter verringert. In Fig. 11 ist die Phasenverschieberschicht 20 bis auf die Oberfläche des Substrats 10 ausgeätzt, und er­ zeugt so zwei voneinander getrennte Phasenverschieber 14A und 14B und die letzte Treppenstufe 24D. Fig. 12 zeigt die letzt­ endliche Form der Phasenverschieber 14A und 14B. Der Phasen­ verschieber 14A hat schräg zulaufende Kanten 26, die an sich nicht notwendig sind, weil das Licht an den Kanten vom dunk­ len Merkmal 12 blockiert wird. Jedoch werden die schrägen Kanten 26 des Phasenverschiebers 14A gleichzeitig mit den schrägen Kanten 26 des Phasenverschiebers 14B erzeugt. Auch hier ist die linke schräge Kante 26 des Phasenverschiebers 14B an sich nicht erforderlich, weil das Licht durch das dunkle Merkmal 12 blockiert wird. Aber die rechte schräge Kante 26 ist erforderlich, um die Nullausbildung zu ver­ hindern. Das gleichzeitige Ausbilden aller schräg zulaufender Kanten 26 beeinflußt nicht die Leistung bei undurchsichtigen Kanten, verhindert die Nullausbildung bei optisch klaren, durchsichtigen Kanten, und vereinfacht die Erzeugung einer Photomaske. Gesonderte Arbeitsschritte zur Ausbildung der Phasenverschieber sind nicht erforderlich, wie beim Ausbilden senkrechter Kanten und nachträglicher Schrägung.

Wunschgemäß kann das isotrope Ausätzen des Photoresistschicht 22 und das Ausätzen der gesamten freigelegten Oberfläche der Phasenverschieberschicht 20 auch gleichzeitig ausgeführt werden, um die klaren Phasenverschiebermerkmale 14A und 14B mit glatten, kontinuierlich schräg zulaufenden Kanten 26 auszubilden. Für diese gleichzeitig auszuführenden Schritte wird ein kombiniertes Sauerstoff/Fluor-Ätzmittel benutzt, in dem der Sauerstoff in erster Linie die Photoresistschicht 22 und das Ätzmittel auf Fluorbasis in erster Linie die Phasen­ verschieberschicht 20 angreift. Als Ergebnis dieses gleich­ zeitigen, kombinierten Ätzverfahrens entstehen die glatten, schrägzulaufenden Kanten 26 gemäß Fig. 13. Die schrägen Kanten 26 stellen sich geradlinig im 45° Winkel dar aufgrund eines konstanten Verhältnisses zwischen den Bestandteilen des Sauerstoff/Fluor-Ätzmittels. Andere glatte Kanten lassen sich erzielen durch Verändern der Bestandteile während des Ätz­ schrittes.

Die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte für eine sub­ traktive phasenverschobene Photomaske mit geschrägten Phasen­ verschieberkanten sind in den Fig. 14-20 dargestellt. Wie schon in den Fig. 7-13 sind auch die Fig. 14-20 nicht not­ wendigerweise maßstabsgetreu und geben nicht vor, den wahren Querschnitt einer typischen Photomaske darzustellen. Jedoch zeigen die Fig. 14-20 eindeutig das erfindungsgemäße Ver­ fahren für eine phasenverschobene Photomaske vom Subtrak­ tionstyp. Im einzelnen wird das Verfahren dargestellt in Beziehung zu optisch undurchsichtigen Phasenverschieberkanten (linke Seite der Zeichnung in der Figur) und optisch klaren Phasenverschieberkanten mit unerwünschtem Nulleffekt (äußerste rechte Seite der Zeichnungen in der Figur). Das Verfahren beginnt mit der Bereitstellung einer Photomaske mit klaren Quarzsubstrat 10 und einer Vielzahl dunkler Chrommerk­ male 12. Schließlich werden Phasenverschieber 14A und 14B von Subtraktionstyp erzeugt (am besten aus Fig. 19 ersichtlich) mit schrägen Kanten, jedoch nur an der durchsichtigen, optisch klaren Kante des Phasenverschiebers. Die dunklen Merkmale 12 werden benutzt, um das Ausätzen an den optisch undurchsichtigen Kanten des Phasenverschiebers zu verhüten. Somit werden Teile des Substrats 10 ausgeätzt, um dessen Oberfläche niedriger zu legen und eine Vielzahl von klaren Phasenverschiebern 14 zu erzeugen. Die Phasenverschieber stehen effektiv über das Substrat 10 vor mit mindestens einer optisch undurchsichtigen Kante (enthaltend ein dunkles Merk­ mal 12) und mindestens einer optisch klaren Kante (enthaltend kein dunkles Merkmal 12). Die optisch undurchsichtigen Kanten der Phasenverschieber werden durch die ätzungsblockierenden Eigenschaften der dunklen Merkmale 12 bewahrt und gleich­ zeitig werden die optisch klaren Kanten des Phasenver­ schiebers geschrägt. Wie schon im obigen Additionsverfahren ist die Neigung an jedem beliebigen Punkt entlang der schrägen Kante des Photomaskensubstrats 10 und des Phasen­ verschiebers 14B auf einen Winkel eingestellt, der flach genug ist, daß die Punktstreufunktion kein Bild ausdrucken läßt. Die Schritte zum Erzeugen der Phasenverschieber 14A und 14B durch Entfernen von Material aus dem Substrat 10 und gleichzeitig das Schrägen der optisch klaren Kanten wird nachstehend noch in weiteren Einzelheiten beschrieben.

Nehmen wir jetzt Bezug auf Fig. 15; die Oberfläche der Photo­ maske ist überdeckt von der mit dem Muster versehenen Photo­ resistschicht 22 (dargestellt durch die Photoresistbereiche 22A und 22B). Die Photoresistbereiche sind über den Bereichen der Photomaske positioniert, wo die Phasenverschieber ent­ stehen sollen. Somit werden in Fig. 15 Phasenverschieber er­ zeugt unter dem Photoresistbereich 22A und dem Photoresist­ bereich 22B. Zur Erzeugung der schrägen Kanten des Phasenver­ schiebers 14B wird die Photoresistschicht 22 isotrop ausge­ ätzt, um einen Teil der Oberfläche des Phasenverschiebers freizulegen. Die freigelegte Fläche des Phasenverschiebers wird in gesonderten Ätzschritten ausgeätzt, so daß eine Treppenstufe 24A entsteht. Im subtraktiven Verfahren werden die gleichen Sauerstoff/Fluor-Ätzschritte zum Ausätzen des Photoresists und des Quarz (SiO₂) angewandt. Jeder dieser beiden Ätzschritte kann als erster angewandt werden. Die Schritte des isotropen Ausätzens der Photoresistschicht 22 und Ätzen der freigelegten Oberfläche der Phasenverschieber 14A und 14B werden wiederholt, um eine Vielzahl aufeinander­ folgender Treppenstufen zu erzeugen, die sich einer schräg­ liegenden Kante annähern.

Gleichzeitig mit der Erzeugung der ersten Treppenstufe 24A werden die vertikalen, optisch undurchsichtigen Kanten der Phasenverschieber 14A und 14B ausgebildet. Wie in Fig. 15 dargestellt ist, erzeugt der Quarzausätzschritt Gräben 24. Die vertikalen Kanten des Grabens werden nicht von den Photo­ resistbereichen, sondern von den dunklen Merkmalen 12 defi­ niert. Somit werden die Gräben 24 mit der gleichen Geschwin­ digkeit ausgeätzt wie die Treppenstufen, haben jedoch keine horizontale Komponente, weil das Horizontalätzen von den dunklen Merkmalen 12 blockiert wird. Somit werden in Fig. 15 eine erste Treppenstufe 24A und die Gräben 24 gleichzeitig gebildet und haben auch die gleiche Tiefe.

Die Fig. 16-19 zeigen eine zunehmende Grabentiefe und die Ausbildung weiterer Treppenstufen 24A-24D. In Fig. 19 sind die Phasenverschieber komplett. Der Phasenverschieber 14A steht durch die Ausbildung der Gräben aus der neuen Ober­ fläche des Photomaskensubstrats 10 vor. Hier wird darauf hingewiesen, daß die Seitenwände der Gräben 24 im wesent­ lichen vertikal verlaufen und von den dunklen Merkmalen 12 definiert sind. Die rechte Kante des Phasenverschiebers 14B hat eine etwa schrägzulaufende Kante 26, die von den Treppen­ stufen 24A-24D angenähert dargestellt wird. Somit werden im Subtraktionsverfahren nur die optisch klaren Kanten der Phasenverschieber geschrägt. Die Phasenverschieber 14 und die schräge Kante 26 werden jedoch gleichzeitig erzeugt. Es sind keine gesonderten Arbeitsgänge erforderlich, um die ge­ schrägten Kanten zu erzeugen.

Wunschgemäß kann das isotrope Ausätzen der Photoresistschicht 22 und das Ausätzen der freigelegten Oberfläche der Phasen­ verschieber 14 auch gleichzeitig ausgeführt werden, um glatte, kontinuierlich schräg zulaufende Kanten 26 auszu­ bilden. Für diese gleichzeitig auszuführenden Schritte wird das gleiche kombinierte Sauerstoff/Fluor-Ätzmittel benutzt wie beim Additionsverfahren. Als Ergebnis dieses gleich­ zeitigen, kombinierten Ätzverfahrens entstehen die glatten, schrägzulaufenden Kanten 26 gemäß Fig. 20. Die schrägen Kanten 26 stellen sich geradlinig im 45° Winkel dar aufgrund eines konstanten Verhältnisses zwischen den Bestandteilen des Sauerstoff/Fluor-Ätzmittels. Andere glatte Kanten lassen sich erzielen durch Verändern der Bestandteile während des Ätz­ schrittes. Hier ist anzumerken, daß die Grabenseitenwände bei Anwendung des kombinierten Ätzverfahrens vertikal bleiben.

Nach Beschreibung und Darstellung der Grundlagen der Erfin­ dung anhand einer bevorzugten Ausführungsform erhellt ein­ deutig, daß die Erfindung sowohl in der Anordnung als auch im Detail abgeändert werden kann, ohne von den Grundlagen abzu­ weichen. Zum Beispiel lassen sich die Anzahl und die Größe der Treppenstufen leicht abändern, um den Spezifikationen eines gegebenen Photomaskenverfahrens zu genügen sowie auch den genauen Abmessungen der Phasenverschieber zu entsprechen. Neben den oben beschriebenen Ätztechniken lassen sich auch noch andere Typen anwenden. Wir beanspruchen daher alle Ände­ rungen und Variationen, die unter den Umfang und die Wesens­ art der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims (11)

1. Photomaske mit Phasenschiebern (14A, 14B) auf einem lichtdurch­ lässigen Substrat (10) mit einem Feld lichtdurchlässiger Zwischenbereiche zwi­ schen einer Vielzahl dunkler lichtundurchlässiger Merkmale (12) auf dem Sub­ strat (10),
wobei die über dem Substrat (10) endenden klaren Kanten (26) des Phasenschiebers (14B) abgeschrägt zum Substrat (10) verlaufen und für die verwendete Strahlung eine von 180° aus abnehmende Phasendrehung bezogen auf die das Substrat durchdringende Strahlung bewirken,
wobei ein eine 180°-Phasendrehung bewirkender Phasenschieber (14A) im Feld lichtdurchlässiger Zwischenbereiche alternierend zwischen den dunklen Merkmalen (12) angeordnet ist; und
wobei zumindest ein Phasenschieber (14B) außerhalb des Feldes lichtdurchlässiger Zwischenbereiche über/unter den Außenrand der dunklen Merkmale (12) mit einer durchsichtigen bis zum Substrat (10) verlaufenden abgeschrägten Kante (26) greift, welche mit dem Außenrand der dunklen Merkmale (12) zusammenfällt, wobei angrenzend an den Außenrand der dunklen Merkmale (12) zunächst ein Abschnitt des Phasenschiebers mit einer 180°-Phasendrehung verläuft.

2. Photomaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Feldes jeweils jeder zweite Zwischenbereich zwi­ schen zwei dunklen Merkmalen (12) mit einem Phasenschieber (14A) über­ deckt ist.

3. Photomaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (14) eine Dicke a hat, welche sich aus der Gleichung a = λ/[2(n - 1)] ergibt, wobei λ die Wellenlänge der Strahlung und n der Brechungsindex ist.

4. Photomaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die abnehmende Dicke t der abgeschrägten Kante (26) des Phasenschiebers (14B) aus der Gleichung t = λ/[2(n - 1)] ergibt, wobei λ die Wellenlänge und n der Brechungsindex ist.

5. Photomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägte Kante (26) eine kontinuierlich oder gestuft ab­ nehmende Kante ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Photomasken mit Phasenschiebern,
wobei auf einem transparenten Substrat (10) ein Feld dunkler lichtundurchlässiger Merkmale (12) angebracht wird, die paarweise Zwischen­ bereiche begrenzen und von einer zweiten transparenten Phasenschieber­ schicht (14A, 14B) überdeckt werden,
wobei die Phasenschieberschicht (14A) über alternierende Zwischen­ bereiche durch Ausätzen bis zum Substrat (10) entfernt wird, und
wobei die über/unter die äußeren dunkleren Merkmale (12) greifende durchsichtige Phasenschieberschicht (14B) von einem Abschnitt mit 180° Phasendrehung ausgehend mit einer abgeschrägten bis zum Substrat (10) verlaufenden Kante (26) ausgeätzt wird, welche mit dem Außenrand der dun­ klen Merkmale (12) zusammenfällt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägt verlaufende Kante (26) stufenförmig oder konti­ nuierlich verlaufend ausgeätzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine über den Phasenschiebern (14A, 14B) angebrachte Photore­ sistschicht (22) beim Ausätzen unter Ausbildung abgeschrägter Kanten (26) der Phasenschieber gleichzeitig mitabgetragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausätzen in einzelnen aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoresistschicht (22) zwischen den Ausätzschritten schritt­ weise abgetragen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoresistschicht (22) in einer Sauerstoff Plasmaatmosphä­ re isotropisch abgetragen wird.