DE60036779T2

DE60036779T2 - Halbtonphasenschiebermaske, rohling davon sowie verfahren zur erzeugung eines musters

Info

Publication number: DE60036779T2
Application number: DE60036779T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Shinjuku-ku Mohri; Toshiaki Shinjuku-ku Motonaga; Chiaki Shinjuku-ku HATSUTA; Norihito Shinjuku-ku ITO; Naoya Shinjuku-ku HAYASHI; Toshio Yokohama-shi ONODERA; Takahiro Yokohama-shi MATSUO; Toru Yokohama-shi OGAWA; Keisuke Yokohama-shi NAKAZAWA
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: KR100756115B1; EP1132772A4; WO2001013178A1; KR20010085933A; TW502131B; EP1132772B1; EP1132772A1; DE60036779D1; JP4197378B2; JP2001056544A; US6709791B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein eine Fotomaske, die zur Fertigung integrierter Schaltungen mit hoher Dichte, z. B. LSIs, verwendet wird, einen Fotomaskenrohling zur Fertigung einer solchen Fotomaske sowie ein Struktur- bzw. Musterbildungsverfahren, das diese verwendet, und insbesondere eine Halbton-Phasenschieberfotomaske, die ermöglicht, projizierte Bilder mit sehr kleiner Größe zu erhalten, einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling zur Fertigung dieser Halbton-Phasenschieberfotomaske sowie ein Musterbildungsverfahren, das diese verwendet.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Integrierte Halbleiterschaltungen, z. B. LSIs, werden durch die Wiederholung eines sogenannten Lithografieverfahrens mit Hilfe einer Fotomaske gefertigt. Mögliche Anwendungen solcher Phasenschiebermasken gemäß der JP-A-58-173744 , JP-B-62-59296 usw. insbesondere auf die Bildung von Mikroschaltungen wurden bereits untersucht. Unter anderem hat die sogenannte Halbton-Phasenschieberfotomaske, z. B. eine gemäß der US-A-4890309 usw., angesichts beschleunigter praktischer Anwendungen Beachtung gefunden. Beispielsweise wurden gemäß der Offenbarung in den JP-A-05-2259 und 05-127361 einige Vorschläge für Anordnungen und Materialien mit verbesserten Ausbeuten und reduzierten Kosten zwecks praktischer Anwendungen vorgelegt.
Im folgenden wird eine typische Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von 14 und 15 kurz erläutert.
14(a) bis 14(d) veranschaulichen die Grundsätze der Halbton-Phasenschieberlithografie, und 15(a) bis 15(d) zeigen ein herkömmliches Verfahren. 14(a) und 15(a) sind jeweils eine Schnittansicht einer Fotomaske, 14(b) und 15(b) zeigen jeweils die Lichtamplitude auf der Fotomaske, 14(c) und 15(c) veranschaulichen jeweils die Lichtamplitude auf einem Wafer, und 14(d) und 15(d) zeigen jeweils die Lichtstärke auf dem Wafer. Die Bezugszahlen 911 und 921 bezeichnen jeweils ein transparentes Substrat, 922 bezeichnet einen 100% lichtundurchlässigen Film, 912 einen Halbton-Phasenschieberfilm, und 913 und 923 jeweils einfallendes Licht. Im Gebrauch hierin versteht man unter "Halbton-Phasenschieberfilm" einen Film in Einzel- oder Mehrschichtform mit Funktionen zum im wesentlichen Umkehren der Phase von durchgelassenem Belichtungslicht im Hinblick auf die Phase von Belichtungslicht, das Luft mit der gleichen optischen Länge durchläuft, und Dämpfen der Intensität bzw. Stärke des Lichts. Gemäß dem herkömmlichen Verfahren wird der aus Cr o. ä. gebildete 100% lichtundurchlässige Film 922 auf dem aus Quarzglas o. ä. gebildeten Substrat 921 gemäß 15(a) vorgesehen, wodurch man eine einfache Anordnung erreicht, in der ein lichtdurchlässiger Abschnitt mit jedem gewünschten Muster gebildet ist. Das Licht auf dem Wafer hat eine solche fächerförmige Stärkeverteilung wie in 15(d), was zu schlechter Auflösung führt. Andererseits ist es mit der Halbton-Phasenschieberlithografie möglich, Auflösungsverbesserungen zu erreichen, da die Phase von Licht, das die Halbton-Phasenschiebermaske 912 durchläuft, im Hinblick auf die Phase von Licht im wesentlichen umgekehrt wird, das ihre Öffnung durchläuft, so daß die Lichtstärke an Mustergrenzen auf dem Wafer auf null reduziert und somit eine fächerförmige Stärkeverteilung verhindert ist.
Hierbei ist erwähnenswert, daß verschiedene, für eine herkömmliche Fotomaske notwendige Faktoren, z. B. Maßgenauigkeit, Justiergenauigkeit usw. des auf der Maske gebildeten Musters sowie ihr Phasenwinkel und ihr Transmissionsgrad, von entscheidender Bedeutung sind, um den Effekt der Halbton-Phasenschieberfotomaske zu nutzen, und diese Faktoren durch die Brechzahl, den Extinktionskoeffizienten und die Dicke der den Halbton-Phasenschieberfilm bildenden Einzel- oder Mehrfachschicht bestimmt werden.
Allgemein beträgt der optimale Phasenwinkel 180°, und der optimale Transmissionsgrad liegt im Bereich von 1 bis 20% (100% für die Öffnung) in der Bestimmung in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Muster, den Übertragungsbedingungen usw. Eine Halbton-Phasenschiebermaske muß so gefertigt sein, daß sie ihren optimalen Phasenwinkel und Transmissionsgrad erfüllt. Jede Abweichung von den Optimalwerten führt zu Änderungen der korrekten Belichtung usw., was letztlich Maßgenauigkeitsabfälle, eine begrenzte Fokussiertoleranz usw. verursacht. Somit sind die Brechzahl, der Extinktionskoeffizient, die Dickengenauigkeit und die Dickenstabilität der die Halbton-Phasenschiebermaske bildenden Einzel- oder Mehrfachschicht von entscheidender Bedeutung. 17 und 18 veranschaulichen die Simulationsergebnisse, welche Einflüsse durch Änderungen des Transmissionsgrads und der Phasendifferenz auf die Schärfentiefe, Übertragungsgröße und Änderung des optimalen Fokus Fokusänderung bei der Lithografie mit Hilfe einer Halbton-Phasenschiebermaske erzeugt werden.
Hierbei ist zu beachten, daß mit fein werdendem zu bildendem Muster die Wellenlänge von Belichtungslicht, das zur Lithografie verwendet wird, verkürzt werden muß, und derzeit finden KrF-Excimerlaser mit 248 nm Wellenlänge für Muster praktischen Einsatz, die feiner als das sogenannte 0,25-μm-Entwurfsmaß sind. Angesichts erwarteter weiterer Größenverringerungen untersucht man ArF-Excimerlaser mit 193 nm Wellenlänge. Auch für Halbton-Phasenschieberfilme, die für Halbton-Phasenschiebermasken verwendet werden, besteht starker Bedarf an der Entwicklung von Materialien, die den optimalen Phasenwinkel und Transmissionsgrad für diese Wellenlängen erreichen und stabile Brechzahlen und Extinktionskoeffizienten haben können.
Zur Befriedigung eines solchen Bedarfs wurde z. B. vorgeschlagen, einen Film, der sich hauptsächlich aus Chrom zusammensetzt und Fluor enthält, für eine Halbton-Phasenschiebermaske zu verwenden, wie sie die JP-A-07-110572 typisch offenbart. Die Vorzüge dieses Films sind, daß nicht nur die bei diesen Wellenlängen notwendigen Bereiche des Phasenwinkels und Transmissionsgrads gewährleistet sein können, sondern auch die Rohlingfertigung, Bearbeitung zur Maskenherstellung usw. wie im Fall einer herkömmlichen Fotomaske erreicht werden können. Aus diesen Gründen hat der Film bereits den Übergang von einem frühen Untersuchungsstadium zu einem praktischen Stadium vollzogen.
Allerdings besteht ein Problem mit der sich hauptsächlich aus Chrom zusammensetzenden und fluorhaltigen Halbton-Phasenschiebermaske darin, daß sich ihre Brechzahl und/oder ihr Extinktionskoeffizient bei Langzeitbestrahlung mit Belichtungslicht, z. B. einem ArF-Excimerlaser, ändern. Anders gesagt ändern sich bei einem Resistmuster, das mit Hilfe einer Halbton-Phasenschiebermaske mit dem Halbton-Phasenschieberfilm gebildet ist, der sich hauptsächlich aus Chrom zusammensetzt und Fluor enthält, ihr Transmissionsgrad und/oder ihr Phasenwinkel bei jeder Verwendung.
Aus den Simulationsergebnissen gemäß 17 und 18 geht aber hervor, daß schon geringe Schwankungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads einer Halbton-Phasenschieberfotomaske zu großen Änderungen der Fokusposition und der Fokussiertoleranz führen, ganz zu schweigen von der Übertragungsgröße.
Das heißt, bei jeder Verwendung dieser Maske ändert sich die ordnungsgemäße Belichtung mit begrenzter Maßgenauigkeit und begrenzter Fokussiertoleranz. Auch wenn alternativ die Maske nur einmal verwendet wird, besteht eine Möglichkeit von Änderungen dieser Faktoren, was zu begrenzter Musterbildungstoleranz und zu Musterformbeeinträchtigung führt.
Die US-A-5629115 offenbart unterschiedliche Strategien zum Stabilisieren einer Halbton-Phasenschieberfotomaske, z. B. Bestrahlung vor ihrer Verwendung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts solcher Zustände im Stand der Technik, wie sie zuvor erwähnt wurden, besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Halbton-Phasenschiebermaske, die ihre Brechzahl und ihren Phasenwinkel auch bei Bestrahlung mit einem zur Belichtung verwendeten Excimerlaser über längere Zeit nicht variiert, einen Rohling zu ihrer Fertigung sowie ein sie verwendendes Bilderzeugungsverfahren bereitzustellen.
Die Erfindung kam als Ergebnis von Untersuchungen zustande, die vorgenommen wurden, um einen Halbton-Phasenschieberfilm zu entwickeln, der seine Brechzahl und seinen Phasenwinkel auch bei Bestrahlung mit einem zur Belichtung verwendeten Excimerlaser über längere Zeit nicht variiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Halbton-Phasenschiebermaskenrohling nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Halbton-Phasenschiebermaske nach einem der Ansprüche 2 bis 6 bereitgestellt.
Ferner ist zu beachten, daß zur Erfindung ein Musterbildungsverfahren unter Verwendung einer der o. g. Halbton-Phasenschiebermasken gehört.
Im folgenden wird erläutert, warum solche o. g. Anordnungen in der Erfindung verwendet werden und wie sie arbeiten. 16(a) und 16(b) zeigen, wie sich die Phasendifferenz und der Transmissionsgrad einer mindestens. Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfotomaske infolge von Belichtung mit einem Excimerlaser ändern. Das heißt, die Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads eines Halbton-Phasenschieberfilms 5 bezogen auf die zugeführte Gesamtenergie sind für den Fall dargestellt, daß mit Hilfe eines schematisch in 8 gezeigten Strahlers ein in einer Probenkammer 3 liegender Halbton-Phasenschieberfilm 5 von der Seite eines Glassubstrats 4 mit ArF-Excimerlaserlicht (im folgenden einfach Laser genannt) 2 von einem ArF-Excimerlasersystem 1 unter folgenden Bedingungen bestrahlt wurde:
Pulsenergie 0,2 mJ/cm²/Puls, Folgefrequenz 1 kHz und Luft als Bestrahlungsatmosphäre. Hierbei wurden die Phasendifferenz und der Transmissionsgrad mit einem MPM Phasendifferenzmesser von Laser Tech Co., Ltd. gemessen.
Zur Ermittlung der Ursache, weshalb sich der Phasenwinkel und Transmissionsgrad des mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilms durch die o. g. ArF-Excimerlaserbestrahlung ändern, wurde die Zusammensetzung dieses Halbton-Phasenschieberfilms durch Röntgen-Photelektronen-Spektroskopie vor und nach der Bestrahlung mit Belichtungslicht, analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 in Form des prozentualen Verhältnisses festgestellter Atome dargestellt. Hierbei wurde der Halbton-Phasenschieberfilm mit dem ArF-Excimerlaser unter den folgenden Bedingungen bestrahlt:
Pulsenergie 0,2 mJ/cm²/Puls, zugeführte Gesamtenergie 21,6 kJ/cm², Folgefrequenz 1 kHz und Luft als Bestrahlungsatmosphäre. Die Röntgen-Photelektronen-Spektroskopie wurde mit Hilfe eines Geräts ESCALAB210 von VG SCIENTIFIC Co., Ltd. durchgeführt. Die Zusammensetzung innerhalb des Films wurde analysiert, nachdem der Film mit Hilfe von Ar-Ionenstrahlen halbgeätzt wurde. Tabelle 1 – Filmzusammensetzung vor und nach Bestrahlung mit Belichtungslicht (Röntgen-PES-Analyse)

Cr F C O

Auf Filmoberfläche Vor Belichtung Nach Belichtung 14 14 27 17 31 34 28 35

Innerhalb des Films Vor Belichtung Nach Belichtung 25 25 55 55 10 10 10 10
Wie aus der Tabelle deutlich wird, liegt keine merkliche Änderung der Zusammensetzung des wesentlichen Abschnitts des Halbton-Phasenschieberfilms durch ArF-Excimerlaserbestrahlung vor. Allerdings ändert sich die Qualität der Oberfläche des Films; der Fluorgehalt nimmt mit steigendem Sauerstoffgehalt ab. Daher geht man davon aus, daß die Ursache für die Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads die Qualitätsänderung ist, die man in der Umgebung der Filmoberfläche feststellt.
Bezüglich der Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads infolge von ArF-Excimerlaserbestrahlung des Halbton-Phasenschieberfilms mit einem mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilm ist hierbei erwähnenswert, daß gemäß 16 die Größen der Änderungen sowohl der Phasendifferenz als auch des Transmissionsgrads von Bestrahlungsbeginn bis zur zugeführten Gesamtenergie von 2,5 kJ/cm² groß sind, sie sich aber relativ stabilisieren, nachdem die zugeführte Gesamtenergie 2,5 kJ/cm² erreicht hat.
Somit stellt man fest, daß es bei entsprechender Durchführung der ArF-Excimerlaserbestrahlung im Maskenfertigungsverfahren, damit sich die Oberflächenzusammensetzung des Films gemäß der vorstehenden Darstellung vorab ändern kann, es möglich ist, die Größe der anschließenden Änderung auf einen extrem niedrigen Wert zu reduzieren.
Daher wird in der Erfindung die Halbton-Phasenschieberfotomaske mit einem mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilm z. B. mit dem gleichen Excimerlaser wie das zuvor zur Belichtung verwendete Belichtungslicht bestrahlt, so daß die Oberfläche des Films ihre Qualität vorab ändern kann, wodurch die Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads des Films nach Belichtungsbeginn reduziert werden. Kommt ArF-Excimerlaserbestrahlung für diese Stabilisierung zum Einsatz, stellt man gemäß 16 fest, daß die vorab erfolgende Anwendung der zugeführten Gesamtenergie von 2,5 kJ/cm² dazu ausreicht.
Obwohl ein Excimerlaser ähnlich wie der zur eigentlichen Belichtung verwendete zur Bestrahlung genutzt werden kann, sollte klar sein, daß sich anderes Licht unter der Maßgabe verwenden läßt, daß es durch den Halbton-Phasenschieberfilm im wesentlichen absorbiert werden kann. Beispielsweise können Hochdruck-Quecksilberdampflampen, Xenonlampen und Deuteriumlampen für Lichtquellen zum Einsatz kommen. Die Bestrahlung des Halbton-Phasenschieberfilms mit Licht kann mit gleicher Wirkung von seiner Vorder- oder Rückseite aus durchgeführt werden. Vorzugsweise sollte die Bestrahlung an der Luft erfolgen. Mit gleicher Wirkung könnte diese Bestrahlung aber auch in einer Stickstoffatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt werden. Die Bestrahlung kann gleichzeitig mit der Zufuhr von Wärme erfolgen. In jedem Fall ist es lediglich notwendig, die Korrelation zwischen der zugeführten Gesamtenergie und den Änderungen des Transmissionsgrads und Phasenwinkels gemäß 16 zu ermitteln und die Energiemenge zuzuführen, die größer als ihr Wendepunkt ist.
Hierbei sei angemerkt, daß diese Bestrahlung nicht unbedingt nach Abschluß des Fotomaskenfertigungsverfahrens durchgeführt wird. Anders gesagt kann die Bestrahlung jederzeit vor der Bildung eines Resistmusters mit Hilfe dieser Fotomaske vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Bestrahlung mit gleicher Wirkung im Verfahren zur Herstellung eines Fotomaskenrohlings vor Bildung des gewünschten Musters oder nach Bildung des gewünschten Musters durchgeführt werden. Daraus folgt, daß es auch bei Durchführung der Bestrahlung in jedem Schritt nach Bildung des mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilms und vor Abschluß der Fotomaske möglich ist, die Änderungen des Transmissionsgrads und Phasenwinkels infolge der o. g. Belichtung zu reduzieren.
Wird eine Halbton-Phasenschieberfotomaske mit einer stabilisierten Phasendifferenz und einem ebensolchen Transmissionsgrad tatsächlich gemäß dem Verfahren der Erfindung gefertigt, ist bevorzugt, einen Halbton-Phasenschieberfilm auf einem transparenten Substrat zu bilden, während sein Phasenwinkel und Transmissionsgrad unter Berücksichtigung der o. g. Änderungsgröße infolge von Bestrahlung zur Stabilisierung bestimmt werden.
Außerdem betrifft die Erfindung die Bereitstellung eines Schutzfilms zum Verhindern der o. g. Filmqualitätsänderung auf der Oberfläche eines Halbton-Phasenschieberfilms. Indem auch eine Anordnung zum Verhindern der Filmqualitätsänderung bereitgestellt wird, die der Umgebung der Filmoberfläche gemäß Tabelle 1 innewohnt, ist es wiederum möglich, die o. g. Änderungen des Phasenwinkels und Transmissionsgrads infolge von Bestrahlung mit Belichtungslicht zu reduzieren.
Als veranschaulichendes Beispiel für einen Schutzfilm kommt ein für Belichtungslicht durchlässiger Film zum Einsatz, z. B. ein SiO₂-Film. Der Schutzfilm erfährt nicht nur solche Oberflächenänderungen, wie sie Tabelle 1 zeigt, auch wenn er mit Belichtungslicht, z. B. einem ArF-Excimerlaser, bestrahlt wird, sondern hat auch eine Funktion zum Verhindern, daß ein mindestens Chrom und Fluor enthaltender Halbton-Phasenschieberfilm seine Qualität ändert, d. h. den Fluorgehalt mit zunehmendem Sauerstoffgehalt verringert. Dadurch lassen sich die Änderungen des Phasenwinkels und Transmissionsgrads der Halbton-Phasenschieberfotomaske infolge von Bestrahlung mit Belichtungslicht verhindern.
Als veranschaulichende Beispiele für transparente Filme werden Filme verwendet, die aus Metallfluoriden und -oxiden, z. B. MgF₂, CaF₂, LiF₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, Ta₂O₅, ZnO, MgO und Mg₂O₅ neben dem o. g. SiO₂ sowie aus Oxiden von Metallsiliciden, z. B. CrSi, MoSi und WSi, gebildet sind. Der gewünschte Effekt dieses Schutzfilms ist unabhängig davon erreichbar, wo er im Verfahren der Fotomaskenfertigung gebildet wird. Allerdings sollte der Schutzfilm nach der Bildung des Halbton-Phasenschieberfilms auf dem transparenten Substrat gebildet werden.
In der Erfindung geht man davon aus, für den Schutzfilm einen Film zu verwenden, der für Belichtungslicht durchlässig ist, den Dünnfilm, der aus Metall und Fluor, wobei der Fluorgehalt kleiner als der des Halbton-Phasenschieberfilms ist, und Cr gebildet ist. Vorzugsweise sollte aber in diesem Fall der durchlässige Schutzfilm gebildet werden, bevor der Fotomaskenrohling zum gewünschten Muster bearbeitet wird, und dann zum gleichen Muster gleichzeitig mit der Bearbeitung des Halbton-Phasenschieberfilms oder in einem gesonderten Schritt bearbeitet werden.
In jedem Fall sollte der Halbton-Phasenschieberfilm so gebildet werden, daß bei Bereitstellung des Schutzfilms sein Transmissionsgrad und Phasenwinkel die gewünschte Korrelation zwischen dem Öffnungsabschnitt und dem Musterabschnitt haben. Kann erwartungsgemäß der Halbton-Phasenschieberfilm auch auf einem Teilstück mit dem darauf gebildeten Muster gebildet werden, z. B. wenn der Halbton-Phasenschieberfilm vorab zum gewünschten Muster bearbeitet wird, woran sich die Bereitstellung des Schutzfilms anschließt, sollte der Halbton-Phasenschieberfilm vorzugsweise mit Modifizierung der Mustergröße unter Berücksichtigung einer möglichen Änderung der Übertragungsgröße infolge der Übertragung auf das Teilstück gebildet werden.
Hat der mindestens Chrom und Fluor enthaltende Halbton-Phasenschieberfilm im wesentlichen eine Mehrschichtstruktur, ist es zudem wirksam, auf seiner obersten Oberfläche einen Film anzuordnen, bei dem es am unwahrscheinlichsten ist, daß er die o. g. Oberflächenänderungen infolge von Belichtungslicht erfährt. Bezieht man sich hierbei auf einen mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Mehrschichtfilm, gilt allgemein: Je größer der Fluorgehalt, um so größer ist der Sauerstoffgehalt infolge der o. g. Belichtung mit einem abnehmenden Fluorgehalt. In diesem Fall ist erwünscht, einen Film mit einem verringerten Fluorgehalt auf der Oberfläche der Mehrschichtstruktur anzuordnen.
Die Anwendung des Lichts mit einer im wesentlichen absorbierten Wellenlänge und die Bildung des Schutzfilms zwecks Verringerung der Änderungen des Transmissionsgrads und Phasenwinkels des mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilms infolge von Bestrahlung mit Belichtungslicht, z. B. einem ArF-Excimerlaser, haben im wesentlichen eine gleichbleibende Wirkung unabhängig davon, ob sie einzeln oder gleichzeitig durchgeführt werden. Allgemein ist in diesem Fall bezüglich der erhaltenen Wirkung zu beachten, daß keine Priorität besteht, ob die Anwendung des Lichts mit einer im wesentlichen absorbierten Wellenlänge oder die Bildung des Schutzfilms zuerst durchgeführt wird, und daß sie an beliebiger Stelle im Fotomaskenfertigungsverfahren durchgeführt werden können.
Somit betrifft die Erfindung eine Halbton-Phasenschieberfotomaske, bei der ein mindestens Chrom und Fluor enthaltender Halbton-Phasenschieberfilm auf einem transparenten Substrat gebildet ist. Durch Bestrahlung mit Licht mit einer Wellenlänge, die durch diesen Halbton-Phasenschieberfilm im wesentlichen absorbiert wird, wodurch seine Oberflächenfilmqualität modifiziert wird, ist es möglich, seinen Transmissionsgrad und seine Phasendifferenz im Hinblick auf Bestrahlung mit Belichtungslicht, z. B. einem ArF-Excimerlaser, zu stabilisieren.
Durch Bereitstellen eines Schutzfilms auf der Oberfläche des Halbton-Phasenschieberfilms, wobei der Schutzfilm Cr und Fluor enthält und wobei der Fluorgehalt kleiner als der des Halbton-Phasenschieberfilms ist, ist es möglich, jede Änderung der Oberflächenqualität der o. g. Halbton-Phasenschieberfotomaske infolge von Bestrahlung mit Belichtungslicht, z. B. einem ArF-Excimerlaser, weiter zu verhindern und damit ihren Transmissionsgrad und ihre Phasendifferenz im Hinblick auf Bestrahlung mit Belichtungslicht zu stabilisieren.
Die Modifizierung dieser Filme und die Bereitstellung des Schutzfilms gewährleisten, daß die Halbton-Phasenschieberfotomaske eine reduzierte Änderung des Transmissionsgrads und Phasenwinkels während ihrer Lagerung oder ihres Gebrauchs zeigt und beseitigt oder reduziert verschiedene Probleme, die immer dann auftreten, wenn die Halbton-Phasenschiebermaske verwendet wird, z. B. Abweichung der korrekten Belichtung, verringerte Maßgenauigkeit, begrenzte Fokustoleranz, begrenzte Musterbildungstoleranz und Beeinträchtigung der Musterform.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) bis 1(f) zeigen Schritte der Fertigung eines Halbton-Phasenschiebermaskenrohlings gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 1 sowie Schritte der Bearbeitung des Rohlings, um eine Halbton-Phasenschieberfotomaske zu erhalten.
2(a) bis 2(d) zeigen Schritte der Fertigung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 2.
3(a) bis 3(d) zeigen Schritte der Fertigung eines Halbton-Phasenschiebermaskenrohlings gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 3 sowie Schritte der Bearbeitung des Rohlings, um eine Halbton-Phasenschieberfotomaske zu erhalten.
4(a) bis 4(d) zeigen Schritte der Fertigung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 4.
5(a) bis 5(e) zeigen Schritte der Fertigung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 5.
6(a) bis 6(f) zeigen Schritte der Fertigung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 6.
7(a) bis 7(e) zeigen Schritte der Fertigung einer Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß dem veranschaulichenden Beispiel 7.
8 zeigt schematisch einen ArF-Excimerlaserstrahler.
9 ist eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Experimenten zur Beständigkeit der Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß Beispiel 1 gegen ArF-Excimerlaserbestrahlung.
10 ist eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Experimenten zur Beständigkeit der Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß Beispiel 3 gegen ArF-Excimerlaserbestrahlung.
11 zeigt einen Aufbau eines Justiersystems, das in einem Resistmuster-Bildungsschritt im veranschaulichenden Beispiel 8 verwendet wird.
12 ist eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Experimenten, bei denen das Resistmuster von Beispiel 8 mit Hilfe der Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß Beispiel 1 gebildet wurde.
13 ist eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Experimenten, bei denen das Resistmuster von Beispiel 8 mit Hilfe der Halbton-Phasenschieberfotomaske gemäß Beispiel 3 gebildet wurde.
14(a) bis 14(d) zeigen die Grundsätze der Halbton-Phasenschieberlithografie.
15(a) bis 15(d) zeigen die herkömmliche Lithografie im Vergleich zu 14(a) bis 14(d).
16(a) und 16(b) sind grafische Darstellungen dafür, wie sich die Phasendifferenz und der Transmissionsgrad einer Halbton-Phasenschieberfotomaske mit einem chrom- und fluorhaltigen Halbton-Phasenschieberfilm infolge von Excimerlaserbestrahlung ändern.
17 ist eine grafische Darstellung von Einflüssen, die Transmissionsgradänderungen auf die Schärfentiefe und Übertragungsgröße bei der Lithografie mit Hilfe einer Halbton-Phasenschieberfotomaske haben.
18 ist eine grafische Darstellung von Einflüssen, die Phasendifferenzänderungen auf die Schärfentiefe und Änderung des optimalen Fokus bei der Lithografie mit Hilfe einer Halbton-Phasenschieberfotomaske haben.
Im folgenden werden die Halbton-Phasenschieberfotomaske und der Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling gemäß der Erfindung anhand von veranschaulichenden Beispielen spezifisch erläutert.
Beispiel 1
Veranschaulichende Beispiele für eine Halbton-Phasenschieberfotomaske und einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling werden anhand von 1(a) bis 1(f) erläutert. Gemäß 1(a) wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 102 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 101 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 103 erhalten wird.

Sputtersystem: GS-(Gleichstrom-)Magnetronsputtersystem
Target: metallisches Chrom
Gase und Durchflüsse: Argongas 76 sccm (Standardkubikzentimeter) plus Kohlenstofftetrafluoridgas 24 sccm
Sputterdruck: 3,0 Millitorr
Sputterstrom: 5,5 Ampere

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 102 eine Dicke von 135 nm.
Hergestellt wurde außerdem eine Probe 104 zur Messung von Phasendifferenz und Transmissionsgrad gemäß 1(b) durch Bilden des Halbton-Phasenschieberfilms 102 auf dem synthetischen Quarzsubstrat 101 in der gleichen Dicke unter den gleichen Bedingungen und Mustern des Halbton-Phasenschieberfilms durch herkömmliche Lithografie. Durch Messung mit einem Phasenschiebermasken-Phasendifferenzmesser (MPM193, Laser Tech Co., Ltd.) wurden die Phasendifferenz und der Transmissionsgrad des Halbton-Phasenschieberfilms bei 193 nm Wellenlänge mit etwa 182° bzw. etwa 10% ermittelt.
Mit Hilfe des Strahlers gemäß 8 wurde die Halbton-Phasenschieberfotomaske 103 mit Laserlicht 109 mit 193 nm Wellenlänge gemäß 1(c) bestrahlt, um so einen solchen Halbton-Phasenschiebermaskenrohling 105 wie in 1(d) zu erhalten, wodurch die Fotomaske verwendet werden konnte, während ihre optische Kennwertänderung stark reduziert war. Die Bestrahlung wurde unter den folgenden Bedingungen vorgenommen:

Lichtquelle: ArF-Excimerlaser
Bestrahlungsatmosphäre: Stickstoff:Sauerstoff = 80:20
Pulsenergie: 0,2 mJ/cm²/Puls
Gesamtenergie: 2,5 kJ/cm²

Der Rohling 103 wurde mit dem Laser aus Richtung des Substrats 101 bestrahlt.
Diese Probe 104 zur Messung von Phasendifferenz und Transmissionsgrad wurde unter den o. g. Bedingungen bestrahlt, um ihre Phasendifferenz und ihren Transmissionsgrad bei 193 nm Wellenlänge zu messen, die mit etwa 180° bzw. etwa 11,5% ermittelt wurden.
Änderungen des Transmissionsgrads des so erhaltenen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings 105 infolge von ArF- Excimerlaserbestrahlung sind in 9 gezeigt. Festgestellt wird, daß dieser Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 105 stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren zeigt, nachdem er zu einer Fotomaske gemustert und bearbeitet wurde, und somit eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung hat, da seine optischen Kennwerte gemäß 16 vorab variiert wurden und einen bestimmten stabilen Wert erreichten.
Als nächstes wird der Schritt des Musterns (Strukturierens) und Bearbeitens dieses Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings zu einer Fotomaske erläutert. Gemäß 1(e) wird ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf den Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 105 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 106 zu erhalten. Danach wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithografiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um das gewünschte Resistmuster 107 zu erhalten.
Mit diesem Resistmuster 107 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen Bedingungen zum Trockenätzen des Halbton-Phasenschieberfilms 102 (1(a)) durchgeführt.

Ätzsystem: reaktiver Parallelplatten-Ionenätzer
Gase und Durchflüsse: Dichlormethan 30 sccm plus Sauerstoff 60 sccm
Ätzdruck: 200 Millitorr
Ätzleistung: 300 Watt

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 108 wie in 1(f) erhalten wird.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 108 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und dadurch eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da sie mit Hilfe des Rohlings mit stabilisierten optischen Kennwerten gemäß 9 hergestellt wird.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wird eine weitere Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von 2(a) bis 2(d) erläutert. Gemäß 2(a) wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 202 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 201 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 203 erhalten wird.

Sputtersystem: GS-Magnetronsputtersystem
Target: metallisches Chrom
Gase und Durchflüsse: Argongas 76 sccm plus Kohlenstofftetrafluoridgas 24 sccm
Sputterdruck: 3,0 Millitorr
Sputterstrom: 5,5 Ampere

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 202 eine Dicke von 135 nm.
Danach wird gemäß 2(b) ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf diesen Rohling 203 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 204 zu erhalten. Anschließend wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithografiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um das gewünschte Resistmuster 205 zu erhalten.
Mit diesem Resistmuster 205 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen Bedingungen zum Trockenätzen des Halbton-Phasenschieberfilms 202 (2(a)) durchgeführt.

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 206 wie in 2(c) erhalten wird.
Als nächstes wird diese Halbton-Phasenschieberfotomaske 206 gut gewaschen und dann mit Laserlicht 208 mit 193 nm Wellenlänge vom Strahler gemäß 8 wie im Beispiel 1 bestrahlt, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 207 wie in 2(d) erhalten wird, die verwendet werden kann, während ihre optischen Kennwertänderungen stark reduziert sind. Die Bestrahlung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 207 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und dadurch eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da ihre optischen Kennwerte gemäß 16 vorab variiert wurden und einen bestimmten stabilen Wert erreichten.
Beispiel 3
Veranschaulichende Beispiele für einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling und eine Halbton-Phasenschieberfotomaske werden anhand von 3(a) bis 3(d) erläutert. Gemäß
3(a) wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 302 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 301 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet.

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 302 eine Dicke von 130 nm.
Anschließend wird ein SiO₂-Schutzfilm 303 auf dem Halbton-Phasenschieberfilm 302 unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, um so einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 304 zu erhalten.

Sputtersystem: HF-Magnetronsputtersystem
Target: Siliciumdioxid
Gas und Durchfluß: Argongas 50 sccm
Sputterdruck: 3,0 Millitorr
Sputterleistung: 1 Kilowatt

Hierbei hatte der gebildete Schutzfilm 303 eine Dicke von 20 nm.
Hergestellt wurde außerdem eine Probe 305 zur Messung von Phasendifferenz und Transmissionsgrad gemäß 3(b) durch Bilden des Halbton-Phasenschieberfilms 302 und Schutzfilms 303 auf dem synthetischen Quarzsubstrat 301 in der gleichen Dicke unter den gleichen Bedingungen und Mustern des Schutzfilms 303 und Halbton-Phasenschieberfilms 302 durch herkömmliche Lithografie. Durch Messung mit einem handelsüblichen Phasenschiebermasken-Phasendifferenzmesser (MPM193, Laser Tech Co., Ltd.) wurden die Phasendifferenz und der Transmissionsgrad des Halbton-Phasenschieberfilms bei 193 nm Wellenlänge mit etwa 182° bzw. etwa 12% ermittelt. Änderungen des Transmissionsgrads des so erhaltenen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings 304 infolge von ArF-Excimerlaserbestrahlung sind in 10 gezeigt. Festgestellt wird, daß dieser Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 304 stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren zeigt, nachdem er zu einer Fotomaske gemustert und bearbeitet wurde, und somit eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung hat, da solche Änderungen der Oberflächenzusammensetzung wie in Tabelle 1 im Übertragungsverfahren nicht auftreten und da die optischen Kennwertänderungen gemäß 16 durch die Bereitstellung des Schutzfilms auf seiner Oberfläche verhindert sind.
Als nächstes wird der Schritt des Musterns und Bearbeitens dieses Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohlings 304 zu einer Fotomaske erläutert. Gemäß 3(c) wird ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf den Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 304 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 306 zu erhalten. Danach wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithografiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um das gewünschte Resistmuster 307 zu erhalten.
Mit diesem Resistmuster 307 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen zwei Sätzen von Bedingungen zum kontinuierlichen Trockenätzen des Schutzfilms 303 und Halbton-Phasenschieberfilms 302 (3(a)) durchgeführt.

Ätzsystem: reaktiver Parallelplatten-Ionenätzer

Bedingungen 1:

Gas und Durchfluß: Kohlenstofftetrafluorid 100 sccm
Ätzdruck: 200 Millitorr
Ätzleistung: 300 Watt

Bedingungen 2:

Gase und Durchflüsse: Dichlormethan 30 sccm plus Sauerstoff 60 sccm
Ätzdruck: 200 Millitorr
Ätzleistung: 300 Watt

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 308 wie in 3(d) erhalten wird.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 308 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und dadurch eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da die optischen Kennwertänderungen gemäß 16 durch die Bildung des Schutzfilms auf ihrer Oberfläche verhindert sind.
Beispiel 4
In diesem Beispiel wird eine weitere Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von 4(a) bis 4(d) erläutert. Gemäß 4(a) wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 402 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 401 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 403 erhalten wird.

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 402 eine Dicke von 135 nm.
Danach wird gemäß 4(b) ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf diesen Rohling 403 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 404 zu erhalten. Anschließend wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithografiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um das gewünschte Resistmuster 405 zu erhalten.
Mit diesem Resistmuster 405 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen Bedingungen zum Trockenätzen des Halbton-Phasenschieberfilms 402 (4(a)) durchgeführt.

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 406 wie in 4(c) erhalten wird.
Anschließend wird gemäß 4(d) ein Schutzfilm 407 auf dieser Halbton-Phasenschieberfotomaske 406 unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch eine Halbton-Phasenschieberfotomaske 408 mit dem daran angebrachten Schutzfilm erhalten wird.

Sputtersystem: HF-Magnetronsputtersystm
Target: Siliciumdioxid
Gas und Durchfluß: Argongas 50 sccm
Sputterdruck: 3,0 Millitorr
Sputterleistung: 1 Kilowatt

Hierbei hatte der gebildete Schutzfilm 407 eine Dicke von 20 nm.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 408 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und somit eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da sie mit Hilfe des Rohlings mit stabilen optischen Kennwerten im Hinblick auf ArF-Excimerlaserbestrahlung gemäß 10 gefertigt ist.
Beispiel 5
In diesem Beispiel wird eine weitere Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von 5(a) bis 5(e) erläutert. Gemäß 5(a) und wie im Beispiel 2 wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 502 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 501 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 503 erhalten wird.

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 502 eine Dicke von 135 nm.
Danach wird gemäß 5(b) ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf diesen Rohling 503 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 504 zu erhalten. Anschließend wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithogra fiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um das gewünschte Resistmuster 505 zu erhalten.
Mit diesem Resistmuster 505 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen Bedingungen zum Trockenätzen des Halbton-Phasenschieberfilms 502 (5(a)) durchgeführt.

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 506 wie in 5(c) erhalten wird.
Als nächstes wird diese Halbton-Phasenschieberfotomaske 506 gut gewaschen und dann mit Laserlicht 208 mit 193 nm Wellenlänge vom Strahler gemäß 8 wie in den Beispielen 1 und 2 bestrahlt, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 507 wie in 5(d) erhalten wird, die verwendet werden kann, während ihre optischen Kennwertänderungen stark reduziert sind. Die Bestrahlung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 und 2.
Danach wird gemäß 5(e) ein SiO₂-Schutzfilm 509 auf der gesamten Oberfläche dieser Halbton-Phasenschieberfotomaske 507 unter den im folgenden angegebenen Bedingungen gebildet, wodurch eine Halbton-Phasenschieberfotomaske 510 mit dem daran angebrachten Schutzfilm erhalten wird.

Hierbei hatte der gebildete Schutzfilm 509 eine Dicke von 20 nm.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 510 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und somit eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da die optischen Kennwertänderungen gemäß 16 durch die Bildung des Schutzfilms 509 auf ihrer Oberfläche verhindert sind.
Beispiel 6
In diesem Beispiel wird eine weitere Halbton-Phasenschieberfotomaske anhand von 6(a) bis 6(f) erläutert. Gemäß 6(a) und wie im Beispiel 2 wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 602 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 601 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 603 erhalten wird.

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 602 eine Dicke von 130 nm.
Anschließend wird ein SiO₂-Schutzfilm 604 auf dem Halbton-Phasenschieberfilm unter den im folgenden genannten Bedingungen gemäß 6(b) gebildet, um so einen Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 605 zu erhalten.

Hierbei hatte der gebildete Schutzfilm 604 eine Dicke von 20 nm.
Danach wird gemäß 6(c) ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf den Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 605 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 606 zu erhalten. Anschließend wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithografiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um das gewünschte Resistmuster 607 zu erhalten.
Mit diesem Resistmuster 607 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen zwei Sätzen von Bedingungen zum kontinuierlichen Trockenätzen des Schutzfilms 604 und Halbton-Phasenschieberfilms 602 (6(a) und 6(b)) durchgeführt.
Ätzsystem: reaktiver Parallelplatten-Ionenätzer
Bedingungen 1:

Bedingungen 2:

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 608 wie in 6(d) erhalten wird.
Als nächstes wird diese Halbton-Phasenschieberfotomaske 608 gut gewaschen und dann mit Laserlicht 610 mit 193 nm Wellenlänge vom Strahler gemäß 8 wie im Beispiel 1 bestrahlt, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 609 wie in 6(f) erhalten wird, die verwendet werden kann, während ihre optischen Kennwertänderungen stark reduziert sind. Die Bestrahlung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 609 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und somit eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da die optischen Kennwertänderungen gemäß 16 vorab variiert wurden, bis ein bestimmter stabiler Wert erreicht wurde.
Beispiel 7
In diesem Beispiel wird ein weiterer Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling anhand von 7(a) bis 7(e) erläutert. Gemäß 7(a) und wie im Beispiel 2 wird ein chrom- und fluorhaltiger Halbton-Phasenschieberfilm 702 auf einem optisch polierten, gut gewaschenen synthetischen Quarzsubstrat 701 mittels Sputtern unter den im folgenden genannten Bedingungen gebildet, wodurch ein Halbton-Phasenschieberfotomaskenrohling 703 erhalten wird.

Hierbei hatte der gebildete Halbton-Phasenschieberfilm 702 eine Dicke von 135 nm.
Danach wird gemäß 7(b) ein handelsübliches Elektronenstrahlresist (ZEP7000, Nippon Zeon Co., Ltd.) auf diesen Rohling 703 in einer Dicke von 300 nm nach Wärmebehandeln aufgetragen und anschließend 20 Minuten bei 110°C wärmebehandelt, um einen Elektronenstrahlresistfilm 704 zu erhalten. Anschließend wird mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Lithografiesystems für Fotomasken ein latentes Bild im gewünschten Muster erhalten, allerdings unter der Voraussetzung, daß die Größe von Öffnungen im Muster größer als die ursprüngliche Öffnungsgröße ist. Abschließend wird dieses latente Bild mit einer speziellen Entwicklungslösung ZED500 entwickelt, um ein Resistmuster 705 mit einem Öffnungsabschnitt zu erhalten, der größer als die gewünschte Öffnungsgröße ist.
Mit diesem Resistmuster 705 als Maske wird reaktives Ionenätzen unter den im folgenden angegebenen Bedingungen zum Trockenätzen des Halbton-Phasenschieberfilms 702 (7(a)) durchgeführt.

Nach Abschluß des Ätzens wird der Halbton-Phasenschieberfilm mit Ozon oberflächenbehandelt, während er mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird, um einen unnötigen Abschnitt des Resists zu entfernen, wodurch eine solche Halbton-Phasenschieberfotomaske 706 wie in 7(c) erhalten wird. Diese Halbton-Phasenschieberfotomaske 706 hat einen Öffnungsabschnitt 710, der größer als die gewünschte Größe eines Öffnungsabschnitts 709 in einer Halbton-Phasenschieberfotomaske 711 gemäß 7(d) ist.
Anschließend wird ein Schutzfilm 704 auf der Halbton-Phasenschieberfotomaske 706 unter den im folgenden angegebenen Bedingungen gemäß 7(e) gebildet, um dadurch eine Halbton-Phasenschieberfotomaske 708 mit dem daran angebrachten Schutzfilm zu erhalten.

Hierbei ist zu beachten, daß der Schutzfilm 707 in einer solchen Dicke gebildet werden sollte, daß der o. g. Öffnungsabschnitt die gewünschte Musteröffnungsgröße durch Abscheidung des Schutzfilms auf das Musterteilstück hat.
Erhalten ließe sich in diesem Beispiel die gewünschte Öffnungsgröße durch Mustern des Halbton-Phasenschieberfilms 702, während die Öffnungsgröße 20 nm größer als der gewünschte Wert auf jeder Seite ist, und Bilden des Schutzfilms 707 mit einer Dicke von 50 nm.
Die so erhaltene Halbton-Phasenschieberfotomaske 708 hat stark reduzierte Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Übertragungsverfahren und dadurch eine stark verbesserte praktische Gebrauchseignung, da die optischen Kennwertänderungen gemäß 16 durch die Bildung des Schutzfilms 707 auf ihrer Oberfläche verhindert sind.
Beispiel 8
In diesem Beispiel wird anhand von 11 erläutert, wie ein Resistmuster auf einem Wafer mit Hilfe der Halbton-Phasenschieberfotomaske zu bilden ist. Eine Halbton-Phasenschieberfotomaske 10 wurde in einem Halbleiterjustiersystem mit einem solchen Aufbau wie in 11 positioniert. Danach wurde ein Halbton-Maskenmuster auf einen Wafer 12, auf dem ein Resist aufgetragen war, mit Hilfe eines ArF-Excimerlasers 11 mit 193 nm Wellenlänge projiziert. Der Wafer 12 wurde mit DUV-30, Nissan Chemical Industries, Ltd., beschichtet, dann bei einer vorgegebenen Temperatur wärmebehandelt, anschließend mit ZAF001, Nippon Zeon Co., Ltd., beschichtet und ab schließend bei einer vorgegebenen Temperatur wärmebehandelt. Danach wurde der Wafer mit Licht durch ein ArF-Excimerlaser-Justiersystem mit 193 nm Wellenlänge von 11 belichtet, gefolgt von Wärmebehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur und Entwicklung.
Unter Berücksichtigung eines Musters mit einer Sollgröße von 0,15 μm wurde die Belichtung über längere Zeit durchgeführt. Gleichwohl gab es keine spürbaren Größen- und Schärfentiefeänderungen.
12 ist eine grafische Darstellung der Übertragungsergebnisse mit Hilfe der Halbton-Phasenschieberfotomaske von Beispiel 1, und 13 ist eine grafische Darstellung der Übertragungsergebnisse mit Hilfe der Halbton-Phasenschieberfotomaske von Beispiel 3.
Die Lichtmenge, mit der die Maske der Erfindung belichtet wird, beträgt 15 kJ/cm², was 1,5 Jahren üblicher Halbleiterbelichtung entspricht. Dies bedeutet, daß die Robustheit der Halbtonmaske durch Bestrahlung mit Energiestrahlung gewährleistet werden kann.
GEWERBLICHE NUTZBARKEIT
Wie aus der vorstehenden Erläuterung verständlich ist, wird erfindungsgemäß ein Halbton-Phasenschieberfilm, der bei seiner eigentlichen Verwendung durch Bestrahlung mit Belichtungslicht modifiziert wird, vor seinem praktischen Einsatz modifiziert, und weiterhin wird ein Cr und Fluor enthaltender Schutzfilm zum Verhindern einer solchen Modifizierung bereitgestellt, so daß Änderungen der Phasendifferenz und des Transmissionsgrads im Gebrauch der Maske stark reduziert werden können. Dadurch ist es möglich, praktisch stark verbesserte Halbton-Phasenschieberfotomasken und Rohlinge dafür zu erreichen.

Claims

Halbton-Phasenschiebermaskenrohling mit einem mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilm auf einem transparenten Substrat, wobei optische Kennwertänderungen bei Bestrahlung mit einem Excimerlaser durch Anwendung von Licht mit einer Wellenlänge reduziert wurden, die durch den Halbton-Phasenschieberfilm im wesentlichen absorbiert wird, wodurch ein stabilisierter Film auf der Oberfläche des Halbton-Phasenschieberfilms gebildet wurde, und ferner mit einem Schutzfilm auf dem Halbton-Phasenschieberfilm, um optische Kennwertänderungen bei Bestrahlung mit einem Belichtungs-Excimerlaser weiter zu reduzieren, wobei der Schutzfilm mindestens Chrom und Fluor enthält, wobei der Fluorgehalt kleiner als der des Halbton-Phasenschieberfilms ist.
Halbton-Phasenschiebermaske, die mit Hilfe eines Halbton-Phasenschiebermaskenrohlings nach Anspruch 1 hergestellt ist.
Halbton-Phasenschiebermaske, die mit Hilfe eines Halbton-Phasenschiebermaskenrohlings hergestellt ist, der einen mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilm auf einem transparenten Substrat aufweist, wobei optische Kennwertänderungen bei Bestrahlung mit einem Excimerlaser durch Anwendung von Licht mit einer Wellenlänge reduziert wurden, die durch den Halbton-Phasen schieberfilm im wesentlichen absorbiert wird, wodurch ein stabilisierter Film auf der Oberfläche des Halbton-Phasenschieberfilms gebildet wurde, danach der Halbton-Phasenschieberfilm gemustert wurde, und abschließend ein Schutzfilm auf der gesamten Oberfläche der Maske vorgesehen wird, um optische Kennwertänderungen bei Bestrahlung mit einem Belichtungs-Excimerlaser weiter zu reduzieren, und der Schutzfilm mindestens Chrom und Fluor enthält, wobei der Fluorgehalt kleiner als der des Halbton-Phasenschieberfilms ist.
Halbton-Phasenschiebermaske, die mit Hilfe eines Halbton-Phasenschiebermaskenrohlings hergestellt ist, der einen mindestens Chrom und Fluor enthaltenden Halbton-Phasenschieberfilm auf einem transparenten Substrat aufweist, wobei der Halbton-Phasenschieberfilm gemustert wurde, danach optische Kennwertänderungen bei Bestrahlung mit einem Excimerlaser durch Anwendung von Licht mit einer Wellenlänge reduziert wurden, die durch den Halbton-Phasenschieberfilm im wesentlichen absorbiert wird, wodurch ein stabilisierter Film auf der Oberfläche des Halbton-Phasenschieberfilms gebildet wurde, und abschließend ein Schutzfilm auf ihrer gesamten Oberfläche vorgesehen wird, um optische Kennwertänderungen bei Bestrahlung mit einem Belichtungs-Excimerlaser weiter zu reduzieren, und der Schutzfilm mindestens Chrom und Fluor enthält, wobei der Fluorgehalt kleiner als der des Halbton-Phasenschieberfilms ist.
Halbton-Phasenschiebermaske nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der stabilisierte Film auf der mit Außenluft in Kontakt stehenden Oberfläche des Halbton-Phasenschieberfilms durch Anwendung des Lichts mit einer Wel lenlänge gebildet wurde, die durch den Halbton-Phasenschieberfilm im wesentlichen absorbiert wird.
Halbton-Phasenschiebermaske nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Mustergröße auf der Maske nach Bereitstellung des Schutzfilms kleiner als die Mustergröße vor Bereitstellung des Films ist.
Musterbildungsverfahren mit Hilfe der Halbton-Phasenschiebermaske nach einem der Ansprüche 2 bis 6.