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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske.
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2. Beschreibung verwandter Technik
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In
einem herkömmlichen
Photolithographieprozess zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen wird üblicherweise
eine Maske verwendet, die durch Ausbilden eines Chromfilms als lichtabschirmendem Film
in einer bestimmten Konfiguration auf einem Quarzsubstrat erzielt
wird.
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Die
Strukturierung des Chromfilms erfolgt gewöhnlich über einen Lithographieschritt
durch Auftragen eines Fotolacks (im Folgenden auch als Lack bezeichnet)
auf ein Quarzsubstrat, auf das der Chromfilm ausgebildet wurde und
Strukturieren des Fotolacks mit Hilfe eines Elektronenstrahls (nachfolgend
als EB bezeichnet), sowie über
einen Ätzschritt zum
Strukturieren des Chromfilms mit Hilfe des strukturierten Fotolacks
als Maske.
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Während des Ätzschrittes
des Chromfilms wird gewöhnlich
eine Nassätzung
verwendet, die weiterhin in der Maskenherstellung etabliert ist.
Dies stellt eine entgegengesetzte Tendenz zu einem Scheibenprozess
in der industriellen Fertigung dar, wo eine Trockenätzung von
einem frühen
Stadium an untersucht und eingesetzt wurde. Hierfür gibt es
zwei Gründe.
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Erstens
wurde eine Verkleinerung der Maske nicht stark nachgefragt. Im Scheibenprozess
hat ein Reduktionsprojektionsausrichtgerät (nachfolgend als Stepper
bezeichnet) die Miniaturisierung in der Photolithographie ermöglicht.
Somit war das Muster der Maske in ausreichender Weise um die 5 bis
10 mal größer als
ein auf der Scheibe auszubildendes Muster. Aus diesem Grund war
die Belichtungsmaskenminiaturisierung wenig nachgefragt.
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Zweitens
ist die Nassätzung
allgemein isotrop, so dass mit Sicherheit ein Ätzversatz auftritt. Falls zudem
ein zu ätzender
Film einen Stufenunterschied oder eine Schwankung in der Filmdicke
beinhaltet, wird der resultierende Aufbau des Musters des Films
ungleichförmig.
Deshalb wurde eine Trockenätzung
im Scheibenprozess verwendet, um den Ätzversatz und die Schwankung
im Musteraufbau zu unterdrücken.
Da andererseits beim Maskensubstrat kein Stufenunterschied und keine
Dickenschwankung vorliegen, war es nicht erforderlich, damit in
der Belichtungsmaskenherstellung umzugehen.
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In
den fortgeschrittenen Technologien wird die Trockenätzung mehr
und mehr notwendig und auf die Herstellung der Belichtungsmaske übertragen.
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Der
erste Grund liegt darin, dass das ein 4 mal größeres Muster im Vergleich zum
auf der Scheibe auszubildenden Muster erforderlich ist, da im Photolithographieablauf
zunehmend ein Abtastsystem anstatt des herkömmlich verwendeten Stepper-Systems
verwendet wird. Alle kommerziell erhältlichen Abtastsysteme bilden
Lackmuster auf einer Scheibe durch eine ¼-Reduktionsbelichtung aus. Kurzum, ein Verkleinerungsverhältnis einer
Maske entspricht 4 und dieses ist kleiner als im Stepper-System.
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Der
zweite Punkt liegt darin, dass bei zunehmender Miniaturisierung
der Scheibe ein Zusammenhang zwischen der Belichtungswellenlänge und
der Mustergröße umgekehrt
wird und die Notwendigkeit für
eine Proximity-Belichtungseffektkorrekturmaske zunimmt.
Falls ein Objekt (z. B. ein leitfähiger Film, ein isolierender
Film, ein Fotolackfilm) auf der Scheibe in einer zur Belichtungswellenlänge der
Fotolithographie kleineren Größenordnung
strukturiert wird, ist es erforderlich, die durch eine Lackapertur
hindurchgetretene Lichtmenge präzise
abzustimmen (Lichtintensität)
und auch den Einfluss der Lichtbeugung. Diese Abstimmung erfordert
eine äußerst hohe Auflösung verglichen
mit bekannter Technik, da ein mikroskopisches Muster, das auf der
Scheibe nicht aufgelöst
werden kann, präzise
auf der Belichtungsmaske auszubilden ist. Demnach ist die Miniaturisierung
der Maske eine anspruchsvolle Aufgabe.
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Somit
kann die Ausbildung des Maskenmusters mittels Trockenätzung den
Musteraufbau (Kantenrauhigkeit und zusammengesetzter Aufbau) als auch
die Auflösung
des mikroskopischen Musters verbessern.
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Gegenwärtig verwendet
eine Trockenätzung zum
Herstellen des Maskenmusters typischerweise ein Mischgas aus Chlor
oder Dichlormethan sowie Sauerstoff. In diesem Fall ist es von Bedeutung,
wie Unterschiede in der Ätzrate
abhängig
von einer zu ätzenden
Fläche
ausgeglichen werden, um ein gleichförmiges und hochpräzises Chrommaskenmuster auszubilden.
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In
dem in 5 gezeigten Beispiel wird ein Fotolackmuster auf
einem Chromfilm ausgebildet, der auf einem Quarzsubstrat 40 ausgebildet
wurde und der Chromfilm wird in ein Chrommuster 41 unter Zuhilfenahme
des Fotolackmusters als Maske verwendet. In diesem Stadium sind
die von Fotolack umgebenen Gebiete A, B und C verschieden hinsichtlich der
Fläche,
wodurch die Ätzrate
des Chromfilms in jedem Gebiet schwankt. Folglich schwanken die
resultierenden Chrommuster in der Größe. In 5 besteht
ein Zusammenhang in Form von Breite der Lücke zwischen den Chrommusterbahnen
im Gebiet A > Breite
der Lücke
zwischen den Chrommusterbahnen im Gebiet B > Breite der Lücke zwischen den Chrommusterbahnen
im Gebiet C. Somit beträgt
ein Unterschied zwischen der Lückenbreite
der Chrommusterbahnen im Gebiet A und der Lückenbreite der Chrommusterbahnen
im Gebiet C 0.02 μm.
Dies liegt daran, dass die in dem Lack vorhandenen Moleküle aufgrund
der Ätzung
zerlegt werden und Wasserstoffionen bilden, welche das Ätzen des
Chromfilms verhindern. Je mehr Lack somit um den zu ätzenden Chromfilm
vorhanden ist, umso mehr Wasserstoffionen treten auf und damit nimmt
die Ätzrate
des Chromfilms ab.
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In
dem in 6 gezeigten Fall, bei dem ein Chromfilm 51 mit
Hilfe eines positiven Fotolackmusters 50 geätzt wird,
welches in der Stepper- oder Abtastprojektionsausrichtung als Maske üblich ist,
wird der Chromfilm Breitenschwankungen der Musterbahnen in den Gebieten
D, E und F aufweisen aufgrund des Vorliegens des in der Umgebung
einer Einheitszelle (Chip) ausgebildeten Lackfilms 52.
In 6 besteht ein Zusammenhang in Form von Breite
der strukturierten Chrombahn im Gebiet D > Breite der Bahn in dem Gebiet E > Breite der strukturierten Chrombahn
in dem Gebiet F.
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Da
der Unterschied in den Ätzraten
des Chromfilms, welche vom Aufbau des Fotolackmusters (Fotolackgebiet)
abhängen,
die Ausbildung des genauen Chrommusters erschwert, müssen derartige
Unterschiede reduziert oder unterdrückt werden, um eine hoch präzise Proximity-Belichtungseffektkorrekturmaske
herzustellen.
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Das
Nicht-Patent-Dokument XP000349534 offenbart ein Verfahren zum Herstellen
einer hybriden chromfreien Phasenschiebermaske. Das Verfahren stellt
einen selbstjustierten Prozess dar, der eine Herstellung von Phasenschieberstrukturen
mit sehr engen CD und Ausrichtungstoleranzen ermöglicht.
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Die
ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei 8 (1996)-234410 schlägt ein Verfahren zum
Unterdrücken
des Unterschieds in der Ätzrate des
Chromfilms in Abhängigkeit
vom umgebenden Fotolack vor, in dem in der Chipumgebung ein Dummy-Muster
zur Korrektur der Gleichmäßigkeit
der Trockenätzungsrate
vorgesehen wird. Entsprechend diesem Verfahren kann die Größenschwankung
unter den strukturierten Chrombahnen in den Gebieten E und F in
der Nähe
der Chipumgebung und der struktu rierten Chrombahn im Gebiet D im
Chipzentrum verkleinert werden. Jedoch kann die vom Layout der in
5 gezeigten
strukturierten Bahnen abhängige
Schwankung nicht reduziert werden.
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Zudem
schlägt
die ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. Hei 9 (1997)-311432 ein Verfahren zum Ausbilden eines
Dummy-Musters vor, das nahezu dieselbe Breite wie dasjenige des
tatsächlichen
Musters in einem Halbleiterchip aufweist. Mit diesem Verfahren wird
der Unterschied hinsichtlich der Dichte der Musterbahnen im Halbleiterchip ausgeglichen
und damit lässt
sich die Schwankung der resultierenden Muster verkleinern. Jedoch
ist dieses Verfahren zum Herstellen der Halbleiterchips gedacht.
Zum Herstellen der Maske verbleibt, wie in
6 gezeigt
ist, der große
Fotolackfilm
52 in der Chipumgebung, so dass die Größenschwankung
unter den Chrommusterbahnen in den Gebieten E und F in der Nähe der Umgebung
und dem Gebiet D im Chipzentrum nicht reduziert werden kann.
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Zudem
wurde ein Verfahren zum Trockenätzen
des Chromfilms mit Hilfe eines Mischgases, das durch Hinzufügen von
H2 oder HCl zu Cl2 Gas
bereitgestellt wurde, vorgeschlagen (Photomask Japan '99 Proceeding Seite
137). Gemäß diesem
Verfahren wird die Konzentration der Wasserstoffionen, welche die
Chromätzung
unterdrücken,
auf der Maskenoberfläche
gleichförmig
gesteuert, indem die Wasserstoffionen im Ätzgas bereitgestellt werden.
Dadurch kann die Ätzrate
auf der gesamten Oberfläche
gleichmäßig sein,
obwohl die Ätzrate
des Chromfilms insgesamt erniedrigt ist. Dadurch lässt sich
die Größenschwankung
in den Chrommusterbahnen reduzieren.
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Jedoch
schwanken die Chrommusterbahnen, wie in 7 gezeigt
ist, weiterhin in der Breite, obwohl das optimierte Ätzgas verwendet
wird. Als Grund hierfür
wird in Erwägung
gezogen, dass das zum Strukturieren des Chromfilms verwendete positive
Lackmuster nicht gleichmäßig ausgebildet
wurde. Das heißt,
dass in dem Lithographieschritt unter Zuhilfenahme von EB ein als
Schleierbildung (Fogging) bezeichnetes Phänomen auftritt, bei dem einmal
in den Lackfilm eingetretene Elektronen herausreflektiert werden,
erneut auf das optische EB System reflektiert werden und danach
wieder in den Fotolackfilm eintreten. Dadurch wird die EB Dosis
abhängig vom
Aufbau des zu erzielenden Fotolackmusters ungleichförmig ausgebildet
und damit tritt die Schwankung im Fotolackmuster auf. Falls beispielsweise
ein dem in 5 gezeigten Chrommuster entsprechendes
Fotolackmuster ausgebildet wird, nimmt die Menge an Elektronen,
die aufgrund der Schleierbildung wieder in den Fotolackfilm eingetreten
sind, in den von dem großen
Belichtungsgebiet umgebenen Gebiet A zu. Demnach nimmt die Lückenbreite zwischen
den strukturierten Lackbahnen zu vergleichen mit derjenigen im Gebiet
B.
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Die
Schleierbildung neigt in der Theorie dazu, in Abhängigkeit
von der Beschleunigungsspannung und der Belichtungsmenge des EB
Belichtungssystems verstärkt
zu werden. Jedoch ist es bisher unmöglich, dieses Phänomen mit
den gegenwärtig
erhältlichen
Systemen zu unterdrücken.
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Zusätzlich schreitet
die durch die Schleierbildung verursachte Größenschwankung der Lackmusterbahnen
in derselben Richtung voran wie die durch die Ätzung hervorgerufene Schwankung
der Chrombahnen. Damit wird die Erniedrigung der Schwankung sehr
schwierig.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde in Anbetracht obiger Ausführungen erzielt. Die Aufgabe
der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Maske
anzugeben, das in der Lage ist, den Unterschied in der Ätzrate des
Chromfilms aufgrund der Schleierbildung und der Fläche des
umgebenden Lackes unabhängig von
dem Musterlayout bei LSI zu unterdrücken.
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Somit
gibt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske
an mit den Schritten:
- (a) Ausbilden eines lichtabschirmenden
Films auf einer gesamten Oberfläche
eines Substrats, das ein tatsächliches
Mustergebiet und ein unbelegtes Gebiet, welches vom tatsächlichen
Mustergebiet verschieden ist, aufweist;
- (b) Strukturieren des lichtabschirmenden Films auf dem tatsächlichen
Mustergebiet, während
der lichtabschirmende Film auf dem unbelegten Gebiet verbleibt;
und
- (C) Entfernen des lichtabschirmenden Films auf dem unbelegten
Gebiet, während
der strukturierte lichtabschirmende Film auf dem tatsächlichen Mustergebiet
verbleibt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren
in Schritt (b) mit Hilfe eines Maskenmusters erfolgt, das Daten
entspricht, welche durch Ausführen
einer Plus-Größenanpassung
der Originaldaten des tatsächlichen
Musters, Invertieren der größenangepassten
Daten zum Ausbilden von Dummy-Musterdaten und Durchführen einer
OR Berechnung mit den Dummy-Musterdaten und den Originaldaten des
tatsächlichen
Musters erzielt werden.
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Diese
und weitere Ziele der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung ersichtlicher. Jedoch ist anzumerken, dass
die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, obgleich
diese bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen, lediglich der Veran schaulichung dienen,
zumal einem Fachmann auf diesem Gebiet aus der detaillierten Beschreibung verschiedenartige
Veränderungen
und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ersichtlich
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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1(a) bis 1(f) sind
Querschnittsansichten eines wesentlichen Teils zur Veranschaulichung
von Herstellungsschritten gemäß einer
Ausführungsform
eines Verfahrens zum Herstellen einer Belichtungsmaske gemäß dieser
Erfindung;
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2(a) bis 2(f) sind
Ansichten zur Veranschaulichung von Musterdaten, die zum Herstellen und
Entfernen eines Dummy-Musters entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen der Belichtungsmasken verwendet werden;
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3(a) und 3(b) sind
Aufsichten auf ein Substrat und 3(c) zeigt
ein Diagramm, wobei beide Darstellungen die Auswertung einer Belichtungsmaske
erläutern,
welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen der Maske erzielt wurde;
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4(a) zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat und 4(b) zeigt ein Diagramm, wobei beide Darstellungen
die Auswertung einer Maske erläutern,
die mit einem zum erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen der Belichtungsmaske vergleichenden Verfahren hergestellt
wurde;
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5 zeigt
eine Aufsicht zum Erläutern
eines Nachteils eines herkömmlichen
Verfahrens zum Herstellen einer Belichtungsmaske;
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6 zeigt
eine Aufsicht zur Erläuterung
eines Nachteils eines weiteren herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen
einer Maske; und
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7 zeigt
ein Diagramm zum Erläutern
eines Zusammenhangs der Schwankung der Breite von durch herkömmliche
Trockenätzung
ausgebildeten Chrommusterbahnen und der Menge von hinzugefügtem HCl
Gas.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen der Maske gemäß dieser Erfindung wird zunächst ein
lichtabschirmender Film auf der gesamten Oberfläche eines Halbleitersubstrats
einschließlich
eines tatsächlichen Mustergebiets
und eines vom tatsächlichen
Mustergebiet verschiedenen unbelegten Gebiets ausgebildet, siehe
Schritt (a).
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Das
in dieser Erfindung verwendbare Substrat ist nicht besonders eingeschränkt, solange
das Substrat Belichtungslicht hindurchlässt, wenn dieses als Maskensubstrat
in die Photolithographie eingebunden ist. Beispielsweise kann ein
Quarzsubstrat verwendet werden. Die Dicke des Substrats kann in Abhängigkeit
von dem verwendeten Material variieren und beispielsweise ungefähr 0.25
Inch (6.35 mm) oder mehr betragen.
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Das
Substrat beinhaltet wenigstens ein tatsächliches Mustergebiet, auf
das in einem späteren Schritt
ein tatsächliches
Muster ausgebildet wird sowie ein vom tatsächlichen Mustergebiet verschiedenes
unbelegtes Gebiet. Das tatsächliche
Muster kennzeichnet in diesem Zusammenhang ein auf einer fertiggestellten
Maske final bereitgestelltes Muster. Das unbelegte Gebiet kennzeichnet
allgemein ein Gebiet in einer Einheitszelle, in dem das tatsächliche
Muster nicht ausgebildet ist. Das Substrat kann zusätzlich zu
obigen Gebieten ein umgebendes Gebiet aufweisen, das um ein Wirkungsgebiet
des Substrats sowie Gebiete zwischen den Zellen positioniert ist,
um als Schnittlinie zu dienen.
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Der
auf der gesamten Oberfläche
des Substrats ausgebildete lichtabschirmende Film ist nicht besonders
eingeschränkt,
solange dieser bei einer bestimmten Dicke die Belichtung vollständig oder
nahezu vollständig
abschirmen kann. Beispiele hierfür schließen einen
Metallfilm, einen Legierungsfilm, einen Halbtonfilm (z. B. MoSiOxNy (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1)) oder
eine Schichtabfolge hieraus ein. Unter diesen Beispielen wird ein
Chromfilm bevorzugt. Der lichtabschirmende Film kann mit einem bekannten
Verfahren hergestellt werden, z. B. Sputtern, chemischer Gasphasenabscheidung
und dergleichen. Die Dicke des lichtabschirmenden Filmes ist nicht
besonders eingeschränkt,
solange dieser das Belichtungslicht vollständig oder nahezu vollständig abschirmen kann,
jedoch kann die Dicke beispielsweise ungefähr 50 bis ungefähr 120 nm
betragen.
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Im
Schritt (b) wird der lichtabschirmende Film auf dem tatsächlichen
Mustergebiet bezüglich
eines gewünschten
Aufbaus strukturiert, während
dieser im unbelegten Gebiet verbleibt.
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Der
gewünschte
Aufbau entspricht in diesem Zusammenhang vorzugsweise einem finalen
tatsächlichen
Musteraufbau, so dass der strukturierte lichtabschirmende Film als
tatsächliches
Muster dienen kann. Jedoch kann der lichtabschirmende Film auch
nicht in den finalen tatsächlichen
Musteraufbau strukturiert werden, jedoch in ein hierzu ähnliches Muster,
abhängig
vom Aufbau des zu erzielenden tatsächlichen Aufbaus, der Position
und Größe des tatsächlichen
Mustergebiets und der Position und Größe des unbelegten Gebiets und
dergleichen. Der Aufbau des tatsächlichen
Musters ist nicht besonders eingeschränkt und L/S, Länge und
Dichte des Musters können
in geeigneter Weise entsprechend den Eigenschaften einer final zu
erzielenden Halbleitervorrichtung ausgewählt werden.
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In
dem unbelegten Gebiet verbleibt der lichtabschirmende Film vorzugsweise
auf der gesamten Oberfläche
des unbelegten Gebiets, während
eine gewisse Lücke
zwischen der Kante des verbleibenden lichtabschirmen den Films und
dem tatsächlichen Mustergebiet
verbleibt. Jedoch kann der lichtabschirmende Film auch nicht vollständig, sondern
lediglich teilweise in dem unbelegten Gebiet verbleiben, indem dieser
in einen gewünschten
Aufbau strukturiert wird abhängig
vom Aufbau des tatsächlichen
Musters, der Position und Größe des tatsächlichen
Mustergebiets und der Position und Größe des unbelegten Gebiets.
Die Größe und der
Aufbau des unbelegten Gebiets selbst sind nicht sonderlich eingeschränkt. Die
Lücke zwischen
der Kante des lichtabschirmenden Films, der im unbelegten Gebiet
verbleibt, sowie dem tatsächlichen
Mustergebiet lässt sich
ermitteln, indem das EB Ausrichtungsfenster berücksichtigt wird. Beispielsweise
kann die Lücke
ungefähr
1 bis ungefähr
5 μm oder
ungefähr
1 bis ungefähr
3 μm betragen.
Beträgt
das EB Ausrichtungsfenster insbesondere ±0.5 μm, so kann die Lücke dem
doppelten des Fensters, d. h. ungefähr 2 μm entsprechen.
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Bei
diesem Schritt wird der lichtabschirmende Film bevorzugt ebenso
in dem umgebenden Gebiet um das Feldgebiet des Substrats und die
Gebiete zwischen den Zellen belassen.
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Die
Strukturierung des lichtabschirmenden Films kann mit einem bekannten
Verfahren erfolgen, z. B. Photolithographie und Ätzen. Zunächst wird in einem Photolithographieschritt
ein der Fachwelt bekannter positiver oder negativer Lack auf den
lichtabschirmenden Film aufgetragen und zur Entwicklung mit Hilfe
eines bekannten Belichtungssystems wie einem EB Belichtungssystem,
einem Laserbelichtungssystem oder dergleichen Licht ausgesetzt.
Somit wird eine Lackmaske ausgebildet und der lichtabschirmende
Film wird mit Hilfe der Lackmaske geätzt. Die Belichtung kann als
Vollscheibenbelichtung oder nachgezogene Belichtung (Drawing Exposure)
ausgeführt
werden.
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Zum
Herstellen der Lackmaske werden Originaldaten des tatsächlichen
Musters vorbereitet und es erfolgt eine Plus-Größenanpassung der Originaldaten.
Dann werden die größenangepassten
Daten invertiert, um Dummy-Musterdaten zu erzielen. Dann erfolgt
eine OR Berechnung mit den Originaldaten des tatsächlichen
Musters und den Dummy-Musterdaten, um Daten zu erhalten. Die Lackmaske
(d. h. Fotolackmaske) wird den so erhaltenen Daten entsprechend
ausgebildet. Das Maß der
Größenanpassung
wird geeignet innerhalb von 0.5 bis ungefähr 5 μm oder ungefähr 1 bis ungefähr 3 μm eingestellt, wobei
das EB Ausrichtungsfenster in Betracht gezogen wird. Falls das Maß der Größenanpassung
in den Originaldaten die Lückenbreite
zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen übersteigt, überlappen
die Musterbahnen und bilden ein einzelnes rechteckförmiges Muster
aus. Die Lackmaske kann in geeigneter Weise mittels im Vergleich
zu obigem Verfahren anderen bekannten Verfahren hergestellt werden.
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Die Ätzung erfolgt
vorzugsweise mittels Trockenätzung
wie RIE. Ätzbedingungen
lassen sich auf geeignete Weise abhängig von den Dicken und Typen
des Lackfilms, den Dicken und Typen des lichtabschirmenden Films,
der die Maske ausbildet, und der Art des Trockenätzverfahrens wählen. Die
Strukturierung in diesem Schritt bestimmt den Aufbau des tatsächlichen
Musters und erfolgt vorzugsweise mit hoher Genauigkeit.
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Im
Schritt (c) wird der lichtabschirmende Film auf dem unbelegten Gebiet
entfernt, während
der strukturierte lichtabschirmende Film auf dem tatsächlichen
Mustergebiet verbleibt. In diesem Schritt ist der lichtabschirmende
Film auf dem unbelegten Gebiet vollständig zu entfernen. Falls der
vorangehend strukturierte lichtabschirmende Film auf dem tatsächlichen
Mustergebiet gänzlich
dem final zu erzielenden tatsächlichen
Muster entspricht, so ist der gesamte lichtabschirmende Film auf
dem tatsächlichen Mustergebiet
zu belassen. Falls andererseits der Aufbau des lichtabschirmenden
Films dem finalen tatsächlichen
Muster ähnlich
ist, jedoch eine weitere Strukturierung erfordert, so kann dieser
teilweise in diesem Schritt entfernt werden, um dem finalen tatsächlichen
Muster vollständig
zu entsprechen.
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In
diesem Stadium wird bevorzugt, den lichtabschirmenden Film ebenso
auf dem umgebenden Gebiet und den Gebieten zwischen den Zellen zu
belassen.
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Das
Entfernen des lichtabschirmenden Films von dem unbelegten Gebiet
lässt sich
mit Hilfe eines bekannten Verfahrens, z. B. Photolithographie und Ätzen, durchführen. Beispielsweise
wird ein in der Fachwelt bekannter positiver oder negativer Lack
auf den lichtabschirmenden Film aufgetragen und zur Entwicklung
mit einem bekannten Belichtungssystem wie einem EB Belichtungssystem,
einem Laserbelichtungssystem oder dergleichen Licht ausgesetzt. Somit
wird eine Lackmaske ausgebildet und der lichtabschirmende Film wird
mit Hilfe der Lackmaske geätzt.
Die Belichtung kann als Vollscheibenbelichtung oder nachgezogene
Belichtung (drawing exposure) erfolgen.
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Zum
Herstellen der Lackmaske werden beispielsweise Originaldaten des
tatsächlichen
Musters aufbereitet und es erfolgt eine Plus-Größenanpassung
der Originaldaten. Dann werden die größenangepassten Daten invertiert,
um Dummy-Musterdaten zu erzielen und es erfolgt eine Plus-Größenanpassung
der Dummy-Musterdaten. Die Lackmaske wird entsprechend den größenangepassten
Dummy-Musterdaten ausgebildet. Das Maß der Größenanpassung wird auf geeignete
Weise innerhalb von ungefähr
0.5 bis ungefähr
5 μm oder
ungefähr
1 bis ungefähr
3 μm gewählt, wobei
das EB Ausrichtungsfenster berücksichtigt
wird. Abhängig
vom Aufbau des zu erzielenden tatsächlichen Musters kann die Lackmaske
entsprechend zu den Daten hergestellt werden, die durch Invertieren
der Originaldaten des tatsächlichen
Musters erzielt werden. Zudem kann die Lackmaske mit Hilfe von einem
im Vergleich zu obigen Verfahren anderen bekannten Verfahren erfolgen.
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Die Ätzung erfolgt
vorzugsweise als Trockenätzung
wie RIE. Diese Ätzung
dient nicht der Strukturierung des tatsächlichen Musters, sondern dem
Entfernen des sogenannten Dummy-Musters, das auf dem unbelegten
Gebiet ausgebildet ist. Ätzbedingungen
lassen sich auf geeignete Weise in Abhängigkeit von den Dicken und
Typen des Lackfilms, den Dicken und Typen des die Maske ausbildenden lichtabschirmenden
Films und der Art des Trockenätzverfahrens
auswählen,
solange keine Schädigungen
und Stufenunterschiede auf der Substratoberfläche erzeugt werden. Die Strukturierung
in diesem Schritt wirkt sich nicht auf die Genauigkeit des tatsächlichen
Musters aus und erfordert keine hohe Auflösung und hohe Genauigkeit bei
der Belichtung verglichen mit oben beschriebener Belichtung. Falls jedoch
das EB Belichtungssystem verwendet wird, wird in Anbetracht eines
Aufladungsproblems in bevorzugter Weise ein organischer leitfähiger Film
auf dem Lack verwendet. Der organische leitfähige Film kann beispielsweise
ein von Showa Denko hergestellter Espacer 100 sein mit einer Dicke
von ungefähr
10 bis ungefähr
30 nm.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen der Belichtungsmaske können bei der typischen Maskenherstellung üblicherweise
ausgeführte
Schritte wie z. B. Pre-Baking (z. B. auf einer heißen Platte
in Luft bei ungefähr
190°C für ungefähr 15 Minuten),
Post Baking (z. B. auf der heißen
Platte in Luft bei ungefähr
100°C für ungefähr 15 Minuten) und
dergleichen vor/zwischen/nach obigen Schritten ausgeführt werden.
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen der Belichtungsmaske mit Bezug auf die Abbildungen
erläutert.
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Maskenherstellung
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Zunächst wird,
wie in 1(a) gezeigt ist, auf einem
Maskensubstrat 1 aus Quarz, auf dem vorhergehend ein Chromfilm 2 mit
ungefähr
50 bis ungefähr
120 nm Dicke ausgebildet wurde, gänzlich ein positiver Lackfilm 3 mit
ungefähr
150 bis ungefähr 500
nm Dicke ausgebildet und es erfolgt eine erste Belichtung des Lackfilms 3.
Die erste Belichtung erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines EB Belichtungssystems
bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kV und einer Belichtungsmenge
von 6.0 bis 8.0 μC/cm2, so dass tatsächliche Lackmuster in den tatsächlichen
Mustergebieten R ausgebildet werden und es werden Dummy-Lackmuster
in von den tatsächlichen
Mustergebieten verschiedenen unbelegten Gebieten S mit gewünschtem
Abstand von den tatsächlichen
Lackmustern ausgebildet. Insbesondere erfolgt die erste Belichtung
mit Hilfe der in 2(d) gezeigten Daten, wie später erwähnt wird.
Da die Dummy-Lackmuster in den unbelegten Gebieten S mittels der
ersten Belichtung ausgebildet werden, treten keine Größenschwankungen
in den resultierenden Lackmustern aufgrund des von den Unterschieden
in der Musterlayoutdichte verursachten Schleierbildungsphänomens auf.
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Dann
wird, wie in 1(b) gezeigt ist, der Lackfilm 3 mit
Hilfe eines bekannten Verfahrens zur Ausbildung der den tatsächlichen
Mustern auf den tatsächlichen
Mustergebieten R entsprechenden tatsächlichen Lackmustern 3a und
die den Dummy-Mustern auf den unbelegten Gebieten S entsprechenden
Dummy-Lackmuster 3b entwickelt. Danach erfolgt eine thermische
Behandlung (Post Baking) zum Ausgasen der Lackmuster 3a und 3b.
Das Post Baking erfolgt auf einer heißen Platte in Luft bei 100°C für ungefähr 15 Minuten.
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Dann
wird der Chromfilm 2 unter Zuhilfenahme der tatsächlichen
Muster und Dummy-Lackmuster 3a und 3b als Maske
in die tatsächlichen
Muster 2a in den tatsächlichen
Mustergebieten R sowie die Dummy-Muster 2b in den unbelegten
Gebieten S mittels Trockenätzung
strukturiert, wie in 1(c) gezeigt
ist. Die Trockenätzung
erfolgt mittels RIE unter Verwendung von Cl2 und
O2 Gasen bei einer Leistung von 300 W und
einem Druck von 25 Pa. Da die Lackmuster 3b in diesem Stadium
zur Ausbildung der Dummy-Muster 2b in
den unbelegten Gebieten S vorliegen, wird der Flächenunterschied der Lackmuster,
die Gebiete zum Ausbilden der tatsächlichen Muster 2a umgeben,
erheblich reduziert. Somit wird der Unterschied in der Ätzrate des
Chromfilms reduziert. Dadurch lässt
sich die Größenschwankung
der Chrommuster unterdrücken.
Gleichzeitig zur Ausbildung der tatsächlichen Muster 2a und
der Dummy-Muster 2b werden Chrommuster in der Umgebung
des Maskensubstrats 1 ausgebildet (nicht gezeigt).
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Nun
wird, wie in 1(d) gezeigt ist, ein Lackfilm 4 von
ungefähr
500 nm Dicke auf den resultierenden tatsächlichen Mustern 2a und
den Dummy-Mustern 2b ausgebildet. Dann wird darauf ein Film
von ungefähr
20 nm Dicke als leitfähiger
Film 5 ausgebildet. Sodann erfolgt eine zweite Belich tung auf
dem leitfähigen
Film 5 und dem Lackfilm 4. Die zweite Belichtung
erfolgt mit Hilfe des EB Belichtungssystems bei einer Beschleunigungsspannung von
10 kV und einer Belichtungsmenge von ungefähr 2.8 bis ungefähr 6.0 μC/cm2 derart, dass das resultierende Lackmuster
obige Dummy-Muster 2b auf den unbelegten Gebieten S öffnet und
die tatsächlichen Muster 2a auf
den tastsächlichen
Mustergebieten R bedeckt bleiben. Insbesondere erfolgt die zweite
Belichtung mit Hilfe von in 2(e) gezeigten
Daten, wie später
beschrieben wird.
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Dann
wird, wie in 1(e) gezeigt ist, der leitfähige Film 5 selektiv
unter Verwendung von deionisiertem Sprühwasser entfernt und der Lackfilm 4 wird
zur Ausbildung der Lackmuster 4a entwickelt, welche lediglich
die tatsächlichen
Muster 2a bedecken. Danach erfolgt eine thermische Behandlung zum
Ausgasen der Lackmuster 4a. Die thermische Behandlung erfolgt
auf der heißen
Platte in Luft bei 100°C
für ungefähr 15 Minuten.
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Unter
Zuhilfenahme der Lackmuster 4a als Maske werden die Dummy-Muster 2b vollständig weggeätzt, wie
in 1(f) gezeigt ist. Diese Ätzung erfolgt
nicht im Rahmen einer in die Maskenausbildung eingebundenen Strukturierung,
sondern zum Entfernen der Dummy-Muster in den unbelegten Gebieten
S. Somit erfolgt die Ätzung
beispielsweise mit RIE unter Verwendung von Cl2 von
ungefähr
80 sccm und O2 von ungefähr 20 sccm als Ätzgas bei
einer Leistung von ungefähr
80 W und einem Druck von ungefähr
6.8 Pa, um keine Stufenunterschiede auf dem Maskensubstrat 1 zu
erzeugen. Dadurch wird die Maskenherstellung abgeschlossen.
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Datenverarbeitung des Dummy-Musters
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Dummy-Musterdaten
werden durch Ausführen
der folgenden Berechnung mit Hilfe von Daten im MEBES Format (EB
Belichtungsdaten zur Maskenherstellung), von ETEC, USA hergestellt,
erzeugt.
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Zum
Herstellen eines Maskenmusters einschließlich tatsächlicher Musterbahnen 11a (Breite einer
einzelnen strukturierten Bahn: 0.7 μm; Länge: einige μm bis einige
hundert μm;
Breite der Lücke zwischen
den Musterbahnen: 0.7 μm)
auf einer Einheitszelle 10 (z. B. einige 10 mm × einige
10 mm) werden zunächst
Originaldaten der tatsächlichen Musterbahnen 11a,
wie in 2(a) gezeigt, erzielt. Dann
erfolgt, wie in 2(b) dargestellt, eine Plus-Größenanpassung
der Originaldaten der in 2(a) gezeigten
tatsächlichen
Musterbahnen 11a. Falls das Maß der Größenanpassung die Lückenbreite
zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen 11a übersteigt,
stehen die Musterbahnen miteinander in Kontakt oder überlappen
einander und bilden so ein einzelnes rechteckförmiges Muster 12 aus.
Danach werden die resultierenden größenangepassten Daten invertiert
(2(c)). Dadurch werden Daten eines Dummy-Musters 11b erzielt.
Nun erfolgt eine OR Berechnung mit den erhaltenen Daten des Dummy-Musters 11b und
den Originaldaten der tatsächlichen
Musterbahnen 11a (2(d)).
Die resultierenden Daten werden für die erste Belichtung verwendet.
Wird beispielsweise ein positiver Lackfilm für die erste Belichtung verwendet,
wie oben beschrieben ist, erfolgt eine umgekehrte Belichtung unter
Verwendung der in 2(d) gezeigten Daten derart,
dass ein Lackmuster in Gebieten zum Ausbilden des Dummy-Musters 11b und
der tatsächlichen
Musterbahnen 11a erzeugt wird.
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Wie
zudem in 2(e) gezeigt ist, erfolgt eine
weitere Plus-Größenanpassung
mit den in 2(c) gezeigten Daten des Dummy-Musters 11b. Die
resultierenden Daten einschließlich
eines Musters 13 werden bei der zweiten Belichtung verwendet, um
die tatsächlichen
Muster 2a und die Dummy-Muster 2b, die im Schritt
von 1(c) strukturiert wurden, zu
trennen. Dort wo die zweite Belichtung erfolgt, ist es notwendig,
dass die Kante A des Musters 13 zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen 11a und dem Dummy-Muster 11b in 2(d) positioniert ist. Die Lücke zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen 11a und dem Dummy-Muster 11b wird
von der größenangepassten
Breite des in 2(b) gezeigten Schritts bestimmt.
Bei der zweiten Belichtung entspricht ungefähr die Hälfte der Lücke zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen 11a und den Dummy-Mustern 11b einem
Ausrichtungsfenster, das für die
Größenanpassung
zu berücksichtigen
ist. Insbesondere kann die Lücke
zwischen den tatsächlichen Musterbahnen 11a und
dem Dummy-Muster 11b sichergestellt werden, indem die Lücke größer als
das Ausrichtungsfenster eingestellt wird (z. B. ±0.5 μm).
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Auswertung der Größenschwankung der Maskenmuster
auf einer Oberfläche
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Gemäß demselben
Verfahren wie oben wird ein Lackfilm in einer Umgebung 20 um
ein Feldgebiet 23 eines Maskensubstrats 25 ausgebildet
und es werden mehrere Einheitszellen 22 auf dem Feldgebiet 23 zur
Ausbildung einer wie in 3(a) gezeigten
Maske erzeugt. Dann wird die Lückenbreite
zwischen den Maskenmusterbahnen in jeder Zelle auf dem Maskensubstrat 25 vermessen.
Die Maske wird durch Ausbilden tatsächlicher Musterbahnen 21 und des
Dummy-Musters 24 mit dem in 3(b) gezeigten
Aufbau der Einheitszelle erhalten und dann wird das Dummy-Muster 24 entfernt.
Eine einzelne tatsächliche
Musterbahn weist eine Breite von 0.7 μm auf sowie eine Länge von
einigen μm
bis einigen hundert μm.
Die Breite der Lücke
zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen 21 beträgt
0.7 μm und
der Abstand zwischen den tatsächlichen
Musterbahnen 21 und dem Dummy-Muster 24 beträgt 2.0 μm.
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Eine
vergleichende Maske wird unter denselben Bedingungen (EB Lithographie,
Chromätzen) ausgebildet,
abgesehen davon, dass die in 4(a) gezeigten
tatsächlichen
Musterbahnen 33 direkt auf dem Maskensubstrat ausgebildet
werden. Dann wird die Lückenbreite
zwischen den Maskenmusterbahnen in jeder Zelle auf dem Maskensubstrat
gemessen.
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Die
Resultate sind jeweils in 3(c) und 4(b) gezeigt.
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In 3(c) und 4(b) betrug
der Unterschied in der Lückenbreite
in der vergleichenden Maske 0.018 μm, wobei in der erfindungsgemäß ausgebildeten
Maske –0.001 μm vorliegen.
Die Schwankungen in der Lückenbreite
der Maskensubstratoberfläche
wurden von 0.038 μm
auf 0.017 μm
reduziert.
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Erfindungsgemäß wird somit
durch Bereitstellen des Dummy-Musters auf dem von dem Gebiet für das tatsächliche
LSI Muster verschiedenen unbelegten Gebiet eine Maskenausbildung
ohne Unterschiede in der Dichte des Musterlayouts möglich. Damit
lässt sich
die Größendifferenz
der Lackmusterbahnen aufgrund der Schleierbildung in einem Lithographieschritt
(Ausbilden des Lackmusters) reduzieren.
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Ebenso
lässt sich
bei dem Trockenätzschritt des
Chromfilms der Unterschied in den Ätzraten aufgrund der Lackfläche (Unterschied
in der Dichte des Musterlayouts, Unterschied zwischen der Umgebung und
der Mitte des Chips) reduzieren.
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Somit
kann in den beiden Schritten zur Maskenherstellung die Größenschwankung
der strukturierten Bahnen reduziert werden und folglich lässt sich
eine hochpräzise
Maske, welche als Proximity-Belichtungseffektkorrekturmaske
verwendet werden kann, ausbilden.
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Erfindungsgemäß wird der
lichtabschirmende Film auf dem tatsächlichen Mustergebiet in einen gewünschten
Aufbau strukturiert und das sogenannte Dummy-Muster wird auf dem
unbelegten Gebiet ausgebildet. Dann wird das Dummy-Muster entfernt, während der
strukturierte lichtabschirmende Film auf dem tatsächlichen
Mustergebiet verbleibt. Dadurch lässt sich die Größenschwankung
in den erzielten Musterbahnen aufgrund des Unterschieds in der Dichte
des Musterlayouts erheblich reduzieren und es kann eine Maske mit
hoher Genauigkeit und beliebigem Musteraufbau ausgebildet werden.
Damit steigt die Ausbeute der Maskenherstellung und es kann eine
hohe Ausbeute bei der Herstellung von LSI Chips sichergestellt werden.
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Insbesondere
kann die Genauigkeit der Mustergröße besser sichergestellt werden,
da der lichtabschirmende Film strukturiert und mittels Trockenätzen entfernt
wird, dieser wird ebenso auf dem umgebenden Gebiet, welches das
tatsächliche
Mustergebiet und das unbelegte Gebiet auf dem Substrat umgibt, ausgebildet
und der lichtabschirmende Film ist ein Chromfilm und/oder das Substrat
stellt ein Quarzsubstrat dar. Somit lässt sich eine höhere Ausbeute bei
der Belichtungsmaskenherstellung erzielen.