DE4413821B4

DE4413821B4 - Phasenschiebemaske und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE4413821B4
Application number: DE4413821A
Authority: DE
Inventors: Hun Hur; Jun Seok Lee
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2014-04-21
Also published as: US5437947A; JP3359982B2; DE4413821A1; KR0151427B1; JPH07248610A

Abstract

Phasenschiebemaske mit:
– einem transparenten Substrat (21) mit einem Graben oder mehreren voneinander beabstandeten Gräben (23);
– einer undurchsichtigen Schicht (25), die einen Teil jedes Grabens auffüllt; und
– einer Phasenschiebeschicht (28), die auf dem Substrat zwischen den Gräben mit einer Breite ausgebildet ist, die kleiner als die Breite (W) des Substratbereichs zwischen den Gräben ist, so dass das Substrat zwischen der undurchsichtigen Schicht (25) und der Phasenschiebeschicht (28) freiliegt.

Description

Die Erfindung betrifft Phasenschiebemasken mit verbesserter Auflösung sowie Verfahren zu deren Herstellung.
Gemäß dem Trend der letzten Jahre nach höherer Integration und höherer Packungsdichte von Halbleiter-Bauelementen ist es erforderlich, feine Linienmuster, wie sie in einer Photomaske abgegrenzt sind, nach Wunsch auf einen Wafer zu übertragen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden speziell modifizierte Herstelltechniken vorgeschlagen.
Allgemein gesagt, ist Photolithographie die Technik, die es ermöglicht, abgegrenzte Bildmuster von einer Maske auf den Photoresistfilm auf einem Substrat zu übertragen, wozu Licht wie Ultraviolettlicht verwendet wird, das durch die Maske hindurch auf den Photoresistfilm fällt.
Eine übliche Photomaske verfügt über abgegrenzte transparente und undurchsichtige Bereiche, was selektives Belichten ermöglicht. Jedoch läßt sich aufgrund von Beugungseigenschaften die Auflösung zum Erzielen erhöhter Musterdichten aufgrund von Beugungseffekten nicht beliebig erhöhen.
Daher wurden in großem Umfang verschiedene Techniken zum Verbessern der Auflösung bei Photolithographie durch Verwenden einer Phasenschiebe-Lithographietechnik untersucht.
Phasenschiebelithographie verwendet einen transparenten Bereich aus mehreren im wesentlichen transparenten Abschnitten und anderen transparenten Abschnitten mit einer Phasenverschiebung von 180° aus einem Phasenschiebematerial. Demgemäß ist es möglich, das Beugungsproblem zu überwinden wie auch Interferenzschwierigkeiten in bezug auf die transparenten und die undurchsichtigen Bereiche.
Demgemäß wurden verschiedene Lithographietechniken entwickelt, z. B. eine solche mit einer scharfen Modulation der Lichtstärke, was es ermöglicht, die Abgrenzungsmerkmale des Bildmusters der Maske wie auch die Übertragung sehr komplizierter Muster mit sehr guter Näherung zu erzielen.
Es wurde eine sogenannte Levenson-Maske und eine Kantenverstärkungsmaske geschaffen, wobei die erstere eine transparente, optische Phasenschiebeschicht, die in einem von zwei benachbarten transparenten Abschnitten ausgebildet ist, aufweist, während die letztere die Phase des Lichts an den Enden der zwei verschiedenen transparenten Abschnitte verschiebt, um die Lichtstärke beim Durchlaufen des Lichts durch die Maske zu verringern.
Beim Herstellen einer Kantenverstärkungsmaske wird der gemusterte Teil des Phasenschiebematerials so hergestellt, daß er über eine größere Breite verfügt als eine unter ihm liegende Lichtabschirmschicht, und dann werden die beiden Seitenwände der Lichtabschirmschicht selektiv abgeätzt, wobei der gemusterte Teil als Ätzmaske dient. Daher zeigt sich der Effekt der Phasenschiebeschicht abhängig von der Breite der Lichtabschirmschicht.
Die 7a bis 7c sind Querschnitte zum Erläutern von Prozeßschritten zum Herstellen einer bekannten Phasenschiebemaske.
Auf einem transparenten unteren Substrat 11 wird eine lichtundurchlässige Lichtabschirmschicht 12 ausgebildet, auf der eine Phasenschiebeschicht 13 abgeschieden wird (7a).
Mit einer Photoresistschicht 14 als Maske wird die Stapelfolge aus der Phasenschiebeschicht und der Lichtabschirmschicht so abgeätzt, daß die Oberfläche des transparenten unteren Substrats 11 freiliegt (7b).
Nach dem Entfernen der Photoresistschicht 14 wird isotropes Ätzen oder Naßätzen ausgeführt, um die Endabschnitte der Lichtabschirmschicht 12 zu entfernen, die durch die auf ihr befindliche Phasenschiebeschicht maskiert werden, so daß die Musterbreite eingestellt werden kann, wodurch die erforderliche Maske hergestellt wird (7c).
2 veranschaulicht die Lichtstärkeverteilung, wie sie dieser herkömmlichen Phasenschiebemaske zugeordnet ist.
Wie aus 2a erkennbar, die die Lichtstärke in einem Wafer zeigt, der optischer Bestrahlung ausgesetzt wird, wird in den Endabschnitten der herkömmlich verwendeten Phasen schiebemaske keine genaue Phasenverschiebung erzielt, was zu einem Photoresistmuster 16 auf dem Wafer 15 führt, wie es in 2b dargestellt ist.
Dies kommt daher, daß der Naßätzprozeß eine Unterätzung in den Randabschnitten der Abschirmschicht hervorruft, was eine genaue Phasenverschiebung beeinträchtigt.
Ferner kann sich, wenn die Phasenschiebeschicht und die Lichtabschirmschicht gemustert werden, zeigen, daß die Abmessung der Struktur in Rückwärtsrichtung kritisch ist, was eine Korrektur einer unerwartet fehlerhaften Maske erschwert.
Ferner existiert eine Instabilität an der Oberfläche aufgrund einer Ungleichmäßigkeit des Oberflächenniveaus.
Aus der JP 04-371951 A ist bereits eine Phasenschiebemaske sowie ein Herstellungsverfahren derselben bekannt. Die Maske weist ein transparentes Substrat mit einem Graben auf, auf dessen Boden eine Lichtabschirmschicht vorgesehen ist, die von einem ersten Lichtdurchlaßbereich im Graben umgeben ist. Ein zweiter Lichtdurchlaßbereich wird von der bei der Ätzung des Grabens nicht geätzten Oberfläche des Substrats gebildet.
Die Tiefe des Grabens ist dabei so gewählt, daß Licht, das den ersten Lichtdurchlaßbereich durchläuft, gegenüber dem durch den zweiten Lichtdurchlaßbereich laufenden Licht eine Phasenverschiebung von 180° besitzt.
Zur Herstellung dieser bekannten Phasenschiebemaske wird zunächst im Substrat ein Graben geätzt, an dessen Boden eine Lichtabschirmschicht ausgebildet wird. Anschließend wird auf dem gesamten Substrat ein Photoresist aufgebracht und von der Rückseite her unter Verwendung der Abschirmschicht als Maske belichtet, so daß nach dem Entwickeln eine Photoresistmaske auf der Lichtabschirmschicht zurückbleibt, die nur einen Zentralbereich der Lichtabschirmschicht abdeckt. Die Photoresistmaske dient dann als Ätzmaske um im Graben den ersten Lichtdurchlaßbereich von der Lichtabschirmschicht zu befreien.
Die JP 07-159969 A beschreibt eine Phasenschiebemaske, bei der die Lichtabschirmschichten der in einem Substrat vorgesehenen Gräben so ausgebildet sind, daß sie die Grenzbereiche zwischen ersten und zweiten Lichtdurchlassbereichen abdecken. Insbesondere liegen die Ränder der Phasenschiebeschicht der Phasenschiebebereiche über den Lichtabschirmbereichen.
Aus der DE 42 38 441 A1 ist eine andere Phasenschiebemaske bekannt, bei der auf einem Substrat Lichtabschirmbereiche ausgebildet sind, zwischen denen entweder eine Phasenschiebeschicht vorgesehen ist, oder das Substrat freigelegt ist. Hier sind also die Lichtabschirmbereiche zwischen ersten und zweiten Lichtdurchlassbereichen mit unterschiedlicher Phasenlage angeordnet.
Die US 4,806,442 zeigt eine Phasenschiebemaske mit Lichtabschirmbereichen, die in der Oberfläche eines Substrats so angeordnet sind, daß sie jeweils unter den Rändern von Phasenschiebeschichten liegen. Diese Phasenschiebemaske entspricht also der der JP 07-159969 A.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Phasenschiebemaske bereitzustellen, bei der die Einstellung der Linienbreite und die Dicke der Phasenschiebeschicht vereinfacht ist. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen derartiger Masken bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Phasenschiebemaske nach Anspruch 1 und 14 sowie durch das Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske nach Anspruch 8 und 15 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also eine Lichtabschirmschicht in einem Graben hergestellt, der unter Zuhilfenahme eines photolithographischen Prozesses unter Verwendung einer definierten Ätzmaske erzeugt wird. In entsprechender Weise wird auch der den Lichtabschirmbereich umgebende Phasenschiebebereich durch einen entsprechenden, definierten Maskenprozeß hergestellt, wodurch sich große Toleranzen vermeiden lassen.
Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:
Erstens ermöglicht es das Herstellen einer Grabenstruktur und das Auffüllen der Gräben mit einer undurchsichtigen Schicht, eine fehlerhafte Phasenschiebemaske auf einfache Weise auszubessern und eine Phasenschiebemaske einfacher als eine herkömmliche Kantenverstärkungsmaske herzustellen.
Zweitens sorgen die vertikalen Seitenwände der Phasenschiebeschicht und der Lichtabschirmschicht für optimalen Phasenschiebeeffekt im gemusterten Kantenabschnitt beim Durchstrahlen von Licht.
Drittens ist es erleichtert, die Linienbreite und die Dicke der Phasenschiebeschicht um die Lichtabschirmschicht herum einzustellen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen erläutert.
1a bis 1d zeigen graphisch die Lichtverteilung beim fünften Ausführungsbeispiel.
2a bis 2d zeigen graphisch die Lichtverteilung im Fall der bekannten Phasenschiebemaske.
3a bis 3g sind Querschnitte zum Erläutern von Schritten zum Herstellen einer Phasenschiebemaske gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4a bis 4e zeigen graphisch die Lichtverteilung beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3.
5a bis 5h sind Querschnitte zum Erläutern von Schritten zum Herstellen einer Phasenschiebemaske gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6a bis 6d zeigen graphisch die Lichtverteilung beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 5.
7a bis 7c sind Querschnitte zum Erläutern von Schritten zum Herstellen einer herkömmlichen Phasenschiebemaske.
Gemäß 3a wird ein transparentes Substrat 21 mit einer Schicht aus Photoresistmaterial 22 beschichtet, und dann wird durch einen Photolithographieprozeß ein Photoresistmuster mit der Breite W (3b) ausgebildet.
Mit dem gemusterten Photoresistmuster 22 als Maske wird das freigelegte Substrat 21 ausgeätzt, um Gräben 23 herzustellen, wie in 3b dargestellt.
Nach dem Beseitigen der Photoresistschicht 22 wird eine Chromschicht 24 auf solche Weise auf dem Substrat 21 abgeschieden, daß die Gräben 23 vollständig mit Chrom aufgefüllt werden, wie in 3c dargestellt.
Nun wird die Chromschicht 24 rückgeätzt, woraufhin eine undurchsichtige Schicht 25 in den Gräben 23 verbleibt (3d).
Anschließend wird zum vollständigen Auffüllen der Gräben 23 eine Oxidschicht 26 mit einer darauf liegenden Photoresistschicht 27 hergestellt. Die Photoresistschicht 27 wird durch eine Photolithographietechnik so belichtet und dann entwickelt, daß die Oxidschicht 26 bereichsweise freiliegt.
Das ausgebildete Photoresistmuster verfügt über eine Breite, die um 2W1 kleiner ist als die Musterbreite der für die Grabenherstellung verwendeten Photoresistschicht 22.
Mit der gemusterten Photoresistschicht 27 als Maske wird die freigelegte Oxidschicht 26 abgeätzt, um über dem Substrat 23 eine Phasenschiebemaske 28 auszubilden, die zwischen den Gräben nicht abgeätzt ist, und dann wird die Photoresistschicht entfernt, wie in 3g dargestellt.
Daher wird eine kantenverstärkende Phasenschiebemaske erzielt, bei der die undurchsichtige Schicht 25 in den Gräben 23 liegt.
Die Erfindung erleichtert die Einstellung der Linienbreite und der Dicke der Phasenschiebeschicht 28 um die undurchsichtige Schicht 25 als Lichtabschirmschicht durch Ausbilden dieser undurchsichtigen Schicht in den Gräben 23, die durch Einätzen in die Oberfläche des transparenten Substrats 21 gebildet werden, um Stufen auf dem transparenten Substrat 21 zu verringern.
Die Dicke T der Phasenschiebeschicht ist zum Erzielen einer gewünschten Phasenverschiebung des durch sie laufenden Lichts geeignet zu bestimmen, wobei sich die optimale Dicke durch die folgende Gleichung ergibt: π = k(n – n0)·T = (2π/λ)·(n – 1)T,daraus folgt: T = λ/[2(n – 1)],
wobei λ, n0 und n die Wellenlänge der Belichtungslichtquelle, den Brechungsindex von Luft (= 1) und den Brechungsindex des Materials bezeichnen, der dem Phasenschiebematerial bei der Belichtungswellenlänge zugeordnet ist.
Die Breite der Phasenschiebeschicht entspricht derjenigen des Substratbereichs, der zwischen den Phasenschiebegräben als nicht geätzt zurückbleibt, oder sie ist kleiner.
Zur Phasenverschiebung kommt es an den beiden Kantenabschnitten der ausgerichteten Phasenschiebeschicht auf dem transparenten Substrat 21.
Die als Lichtabschirmschicht wirkende undurchsichtige Schicht besteht aus Chrom oder ersatzweise aus Aluminium, und die Phasenschiebeschicht 28 besteht aus PMMA, SOG oder Quarz statt aus einem Oxid. Für den Fall der Phasenschiebemaske von 4a ist in 4b die Phase des durch die Maske hindurchgestrahlten Lichts dargestellt. Wie daraus erkennbar, zeigt sich die positive Amplitude der Phase, wenn das Licht durch den Kantenbereich der erfindungsgemäßen Phasenschiebemaske tritt. Die Lichtamplitude und die Intensität auf dem Wafer sind in 4c bzw. 4d aufgetragen.
Daher kann, da es in vorteilhafter Weise zu einer Phasenverschiebung im Kantenbereich kommt, ein Photoresistmuster mit verbesserter Auflösung auf dem Wafer 31 ausgebildet werden, wie in 4e dargestellt.
Es wird nun auf die 5a bis 5h Bezug genommen, die ein anderes Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Phasenschiebemaske veranschaulichen.
Diese Maske kann auf dieselbe Weise wie die Maske des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels hergestellt werden, mit der Ausnahme, daß nach dem Ausbilden der Phasenschiebeschicht 28 gemäß 5g ein weiterer Schritt ausgeführt wird, gemäß dem das Quarzsubstrat 21 unter der Phasenschiebeschicht über die Breite W1 zu beiden Seiten der undurchsichtigen Schicht 25 abgeätzt wird.
Gemäß 5h dienen die Phasenschiebeschicht 28 und die undurchsichtige Schicht 25 in 5g als Maske beim Trockenätzen, um zu beiden Seiten des Grabens 23 eine Furche auszubilden.
Das Quarzsubstrat 21 wird mit einer optimierten Dicke T' eingeätzt, um die Lichtempfindlichkeit zu maximieren.
Die Dicke T zum Verschieben der Phase des einfallenden Lichts ist durch T' + d gegeben, wobei T' die Ätztiefe des Quarzsubstrats 21 bezeichnet und d die Dicke der Phasenschiebeschicht 28 bezeichnet.
Die 6a bis 6d veranschaulichen die Lichtstärkeverteilung für den Fall der Verwendung der Maske gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Es kann derselbe Effekt bei der Maske des ersten Ausführungsbeispiels erhalten werden, wie er unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde.

Claims

Phasenschiebemaske mit: – einem transparenten Substrat (21) mit einem Graben oder mehreren voneinander beabstandeten Gräben (23); – einer undurchsichtigen Schicht (25), die einen Teil jedes Grabens auffüllt; und – einer Phasenschiebeschicht (28), die auf dem Substrat zwischen den Gräben mit einer Breite ausgebildet ist, die kleiner als die Breite (W) des Substratbereichs zwischen den Gräben ist, so dass das Substrat zwischen der undurchsichtigen Schicht (25) und der Phasenschiebeschicht (28) freiliegt.
Phasenschiebemaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (21) aus Quarz besteht.
Phasenschiebemaske nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht (25) als Lichtabschirmschicht dient.
Phasenschiebemaske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht (25) aus Chrom oder Aluminium besteht.
Phasenschiebemaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebeschicht (28) aus einer Oxidschicht, PMMA, SOG oder Quarz besteht.
Phasenschiebemaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der undurchsichtigen Schicht (25) geringer ist als die Tiefe des Grabens (23).
Phasenschiebemaske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke T der Phasenschiebeschicht (28) λ/(2(n – 1)] ist, wobei λ die Wellenlänge der Belichtungslichtquelle bezeichnet und n den Brechungsindex bezeichnet.
Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske mit folgenden Schritten: – Herstellen eines ersten Photoresistmusters (22) durch Ätzen eines aufgetragenen Photoresistfilms auf einem transparenten Substrat (21); – Ausbilden mindestens eines Grabens (23) durch Ätzen des transparenten Substrats (21), das durch die gemusterte Photoresistschicht (22) maskiert wird; – Ausbilden einer undurchsichtigen Schicht (25), die einen Teil des Grabens (23) auffüllt, und zwar dadurch, dass eine Metallschicht (24) auf der gesamten Oberfläche des Substrats (21) abgeschieden und dann rückgeätzt wird; – Abscheiden einer Phasenschiebeschicht (26) auf der gesamten Oberfläche des Substrats (21); – Ausbilden eines zweiten Photoresistmusters (27) auf der Phasenschiebeschicht (26) auf dem nicht geätzten Substratbereich mit einer Breite, die kleiner als die Breite (W) des Substratbereichs zwischen den Gräben (23) ist; und – Ausbilden einer Phasenschiebeschicht (28) auf der Oberfläche des nicht geätzten transparenten Substrats (21), so dass das Substrat (21) zwischen der Phasenschiebeschicht (28) und der undurchsichtigen Schicht (25) freiliegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht (25) als Lichtabschirmschicht dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchsichtige Schicht (25) eine Metallschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (25) aus Chrom oder Aluminium besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (21) aus Quarz besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebeschicht (28) aus einer Oxidschicht, PMMA, SOG oder Quarz besteht.
Phasenschiebemaske mit: – einem transparenten Substrat (21) mit einem Graben oder mehreren voneinander beabstandeten Gräben (23), – einer undurchsichtigen Schicht (25), die einen Teil jedes Grabens auffüllt, und – einer Furche (29) auf jeder Seite jedes Grabens im transparenten Substrat (21), die eine Aussparung zwischen der undurchsichtigen Schicht (25) und einer Phasenschiebeschicht (28) bildet, die auf dem nicht geätzten Bereich des transparenten Substrats (21) ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske mit folgenden Schritten: – Herstellen eines ersten Photoresistmusters (22) durch Ätzen eines aufgetragenen Photoresistfilms auf einem transparenten Substrat (21); – Ausbilden mindestens eines Grabens (23) durch Ätzen des transparenten Substrats (21), das durch die gemusterte Photoresistschicht (22) maskiert wird; – Ausbilden einer undurchsichtigen Schicht (25), die einen Teil des Grabens auffüllt, und zwar dadurch, dass eine Metallschicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats (21) abgeschieden und dann rückgeätzt wird; – Ausbilden einer Phasenschiebeschicht (28) auf dem nicht geätzten Bereich des transparenten Substrats, so dass das transparente Substrat zwischen der Phasenschiebeschicht (28) und der undurchsichtigen Schicht (25) freiliegt; und – Ausbilden einer Furche (29) auf jeder Seite jedes Grabens durch Ätzen des freigelegten Substrats (21).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Furche (29) durch Trockenätzen des freigelegten Substrats (21), das durch die undurchsichtige Schicht (25) und die Phasenschiebeschicht (28) maskiert wird, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das freigelegte Substrat (21) bis zu einer solchen Tiefe geätzt wird, dass es zu einer Phasenverschiebung von 180° in Bezug auf die Phasenverschiebung der Phasenschiebeschicht (28) kommt.