1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Belichtungsmaske gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1, die dazu verwendbar ist, ein gewünschtes Muster mittels eines
Belichtungsvorgangs bei der Herstellung einer elektronischen Komponente wie
eines Halbleiterbauteils auszubilden.
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Eine derartige Belichtungsmaske ist aus dem Dokument EP-A-0 395 425
bekannt, das eine Belichtungsmaske mit einem für Belichtungslicht
transparenten Substrat und mindestens einer Phasenänderungsschicht offenbart, die auf
dem Substrat angebracht ist und eine vorbestimmte Dicke aufweist, mit einem
Material, das bei der Wellenlänge des Belichtungslichts durchlässig ist und
die Phase des durch sie hindurchgestrahlten Belichtungslichts in Bezug auf
die Phase von Belichtungslicht ohne Phasenänderungsschicht verschiebt.
Ferner ist diese Phasenänderungsschicht mit einem isolierten Muster
ausgebildet, das als herkömmlicher Lichtabschirmungsbereich wirkt und auf einem
Werkstück ein isoliertes Muster erzeugen soll. Das Dokument EP-A-0 395 425
beschäftigt sich nur mit der Dicke der transparenten
Phasenänderungsschicht, aber nicht mit der Linienbreite oder der Regelbreite der Muster
dieser Phasenänderungsschicht.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Auf dem technischen Gebiet des Ausführens eines Belichtungsvorgangs unter
Verwendung einer Belichtungsmaske besteht die Tendenz, dass die
Verarbeitungsabmessungen Jahr für Jahr feiner werden. Z.B. muss bei der Verwendung
einer Belichtungsmaske zum Herstellen eines gewünschten Musters bei der
Herstellung eines Halbleiterbauteils die Strukturierung aufgrund einer
derartigen Belichtung dimensionsmäßig in Übereinstimmung mit der
Miniaturisierung des herzustellenden Bauteils feiner sein.
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Bei einem Beispielsfall einer integrierten Halbleiterschaltung wurden die
erforderlichen Verarbeitungsabmessungen allmählich von Jahr zu Jahr
kleiner, und gemäß den jüngsten technischen Entwicklungen und Untersuchungen
ist die erforderliche Grundabmessung kleiner als 0,5 Mikrometer. Um eine
derartige, extrem feine Bearbeitung zu erzielen, werden einige Kunstgriffe
entwickelt, um eine höhere numerische Apertur und kürzere wellenlänge
hinsichtlich einer Belichtungseinrichtung zu erzielen, wie auch verbessertes
Resistmaterial zu erhalten, und es wurden beachtliche wirkungen erzielt.
Bei derartigen technischen Begleitumständen werden derzeit einige Versuche
ausgeführt, eine extrem feine Bearbeitung über die Schwellenauflösung
hinaus dadurch zu erreichen, dass zur Musterübertragung eine verbesserte
Belichtungsmaske (Fotoplatte) entwickelt wird. Hinsichtlich einer derartigen
technischen Entwicklung zieht nun ein Phasenänderungsverfahren spezielle
Aufmerksamkeit auf sich (wie in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 58
(1983)-173744 sowie von Marc D. Levenson et al, "Improving Resolution in
Photolithography on Electron Devices", Vol ED-29, Nr. 12, Dezember 1982,
S. 1828 - 1836 offenbart).
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Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 das herkömmliche, bisher
bekannte Phasenänderungsverfahren beschrieben. Hierbei erfolgt eine
Erläuterung zur obigen Technik im Hinblick auf einen Beispielsfall betreffend
das Herstellen eines Linien-Zwischenraum-Musters. Bei einer gewöhnlichen
Maske werden, wie es in Fig. 3(a) dargestellt ist,
Lichtabschirmungsbereiche 2 unter Verwendung eines Lichtabschirmungsmaterials wie Chrom auf einem
transparenten Substrat 1 aus Quarz oder dergleichen hergestellt, und eine
Anordnung aus wiederholten Linie-Zwischenraum-Mustern wird zum Erzeugen
einer Belichtungsmaske hergestellt. Die Intensitätsverteilung des durch
eine derartige Belichtungsmaske hindurchgestrahlten Lichts ist durch eine
Kurve A1 in Fig. 3(a) repräsentiert, wobei die Intensität im
Lichtabschirmungsbereich 2 null ist, während Licht durch die anderen Bereiche
(Lichttransmissionsbereiche 21, 22) hindurchgestrahlt wird. Wenn ein
Lichttransmissionsbereich 21 als Beispiel betrachtet wird, ist die Intensität des
durch ihn hindurchgestrahlten und auf ein zu belichtendes Werkstück
gestrahlten Lichts so verteilt, wie es durch eine Kurve A2 in Fig. 3(a)
repräsentiert ist, wobei aufgrund der Beugung von Licht usw. hügelähnliche
Maxima am Auslauf der beiden Seiten existieren. Das durch den
Lichttransmissionsbereich 22 gelaufene Licht ist durch eine strichpunktierte Linie
gekennzeichnet. Wenn durch die einzelnen Transmissionsbereiche 21, 22
erhaltene Lichtstrahlen miteinander kombiniert werden, verliert die
Lichtintensitätsverteilung ihre Schärfe, wie durch eine Kurve A3 gekennzeichnet,
wodurch das Bild aufgrund der Lichtbeugung unscharf wird, und demgemäß
gelingt keine scharfe Belichtung. Im Gegensatz hierzu ist dann, wenn die
Phasenänderungsschichten 3 auf den Lichtabschirmungsbereichen 21, 22 der
wiederholten Muster entweder abwechselnd, wie in Fig. 3(b) oder auf die in
Fig. 2 veranschaulichte Weise vorhanden sind, wird jede Bildunschärfe
aufgrund der Lichtbeugung durch Phasenumkehr beseitigt, so dass schließlich
die Übertragung eines scharfen Bilds erzielt wird, wodurch die Auflösung
und die Fokussiertoleranz verbessert sind. Genauer gesagt wird, wenn eine
Phasenänderungsschicht 3 auf einem Lichttransmissionbereich 21, wie in Fig.
3(b) dargestellt, auf solche Weise hergestellt wird, dass z.B. eine
Phasenverschiebung von 180º hervorgerufen wird, wird das durch die
Phasenänderungsschicht 3 gelaufene Licht invertiert, wie durch eine Kurve B1
repräsentiert. Indessen durchläuft das durch den benachbarten
Lichttransmissionsbereich 22 erhaltene Licht die Phasenänderungsschicht 3 nicht, so dass
keine Phasenumkehr hervorgerufen wird. Daher heben die zueinander
phaseninvertierten Lichtstrahlen auf dem zu belichtenden Werkstück einander an der
Position B2 am Auslauf der Lichtintensitätsverteilung auf, wodurch die
Verteilung des auf das Werkstück gestrahlten Lichts ideal scharf gemacht
ist, wie es durch eine Kurve B3 in Fig. 3(b) repräsentiert ist.
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Beim angegebenen Beispiel ist der größte Vorteil dann erzielbar, wenn für
eine Phasenumkehr, also für 180º, gesorgt wird, um den oben beschriebenen
Effekt zu gewährleisten. Um jedoch ein derartiges zufriedenstellendes
Ergebnis zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Phasenänderungsschicht
eine ausreichende Dicke d = λ/[2 (n - 1)] aufweist (wobei n den
Brechungsindex der Phasenänderungsschicht bezeichnet und λ die Wellenlänge des
Belichtungslichts bezeichnet).
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Beim Prozess des Herstellens eines Musters durch Belichtung ist es üblich,
dass ein für verkleinernde Projektion verwendetes Element als Fotoplatte
bezeichnet wird und ein Element für größengleiche Projektion als Maske
bezeichnet wird; oder es wird ein Element, das einer ursprünglichen Folie
entspricht, als Fotoplatte bezeichnet, und ein Element, das durch
Duplizieren einer derartigen Fotoplatte erhalten wird, wird als Maske bezeichnet.
Bei der Erfindung werden sowohl Masken als auch Fotoplatten gemäß der
Einteilung durch derartige verschiedene Definitionen allgemein als Maske
bezeichnet.
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Bei einer Phasenänderungs-Belichtungsmaske, wie sie oben angegeben ist, ist
es erforderlich, sowohl einen Lichtabschirmungsbereich 2 als auch einen
Phasenänderungsbereich 3 herzustellen, und darüber ist beim Schritt ihrer
Herstellung genaue gegenseitige Positionierung erforderlich, wodurch bei
der Herstellung einer Belichtungsmaske gewisse Komplikationen unvermeidlich
sind. D.h., dass bei der herkömmlichen Technik ein komplizierter Prozess
erforderlich ist, bei dem eine zweite Belichtung mit einem positionierten
ES (Elektronenstrahl) für die Maske dort erforderlich ist, wo ein
Lichtabschirmungsbereich bereits durch einen ersten ES-Belichtungs- und einen
Ätzvorgang ausgeführt wurde. Zu diesem Zweck muss vorab zum Zeitpunkt der
ersten Es-Belichtung eine Positioniermarkierung hergestellt werden, was zu
einer Verkomplizierung des Maskenherstellprozesses führt.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wurde beim Versuch erzielt, die oben genannten, bei einer
herkömmlichen Phasenänderungs-Belichtungsmaske existierenden Probleme zu
überwinden. Ihre Aufgaben bestehen darin, eine verbesserte Belichtungsmaske
zu schaffen, die herstellbar ist, ohne dass irgendein komplizierter Prozess
wie eine positionierte Belichtung erforderlich ist, aber die dennoch
vollständig die Phasenänderungs-Belichtungstechnik nutzen kann, die hohe
Auflösung und extrem feine Bearbeitung gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Belichtungsmaske verfügt über Phasenänderungsschichten
vorbestimmter Dicke, die aus einem Material bestehen, das bei der
wellenlänge des Belichtungslichts transparent ist, und die auf einem Substrat
hergestellt sind, das bei einer solchen Wellenlänge transparent ist, um für
eine gewünschte Phasenverschiebung zu sorgen. Unter Verwendung des Effekts,
dass die Intensität des auf ein zu belichtendes werkstück gestrahlten
Lichts in der Nähe der Kante der Phasenänderungsschicht auf null oder einen
Wert nahe dabei abnimmt, kann eine Belichtung zum Herstellen eines
gewünschten Musters ausgeführt werden, ohne dass irgendein spezielles
Lichtabschirmungselement erforderlich ist.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist eine Belichtungsmaske
geschaffen, bei der ihre Phasenänderungsschichten so gemustert sind, dass sie
im Prinzip die Anordnung wiederholter Muster aufweisen.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist eine
Belichtungsmaske geschaffen, bei der, für eine Regelbreite L der auf ein zu belichtendes
Werkstück zu projizierenden wiederholten Muster, ein Muster mit einer
Regelbreite von 2L/m hergestellt wird, wobei m der Verkleinerungsfaktor (m ≤
1) bei der Verwendung einer Belichtungseinrichtung für
Verkleinerungsprojektion ist.
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Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung ist eine
Belichtungsmaske geschaffen, die speziell zur Verwendung bei der Herstellung eines
Beugungsgitters ausgebildet ist.
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Gemäß noch einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung ist eine
Belichtungsmaske geschaffen, bei der dicke Phasenänderungsschichten aus einem bei
der wellenlänge des Belichtungsmaterials transparenten Material, die zum
Hervorrufen einer gewünschten Phasenverschiebung dienen, auf einem
isolierten Muster ausgebildet sind.
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Die obigen und anderen Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung deutlich, die unter Bezugnahme auf die veranschaulichenden
beigefügten Zeichnungen erfolgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1A zeigt den Aufbau einer Belichtungsmaske bei einem ersten
Ausführungsbeispiel zum Erläutern des Grundaufbaus der Erfindung gemäß der
vorliegenden Anmeldung;
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Fig. 1B veranschaulicht die Funktion der Erfindung, wobei (a) der Erfindung
gemäß dem Dokument EP-A-0 395 425 entspricht und (b) der durch den
beigefügten Anspruch 1 definierten Erfindung entspricht;
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Fig.2 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen
Phasenänderungs-Belichtungsmaske;
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Fig. 3(a) und (b) veranschaulichen das Prinzip einer
Phasenänderungs-Belichtungsmaske;
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Fig. 4 und 5 zeigen grafisch die Lichtintensitätsverteilung auf einem zu
belichtenden Werkstück beim ersten Ausführungsbeispiel bzw. beim
herkömmlichen Beispiel;
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Fig. 6 zeigt den Aufbau eines DFB-Lasers bei einem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines
Beugungsgitters zeigt;
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Fig. 8 und 9 veranschaulichen Belichtungsmasken vom Typ mit isoliertem
Muster, wobei (a) eine Belichtungsmaske bei einem dritten
Ausführungsbeispiel repräsentiert und (b) eine herkömmliche Belichtungsmaske
repräsentiert;
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Fig. 10(a) und (b) zeigen grafisch die Lichtintensitätsverteilungen bei den
Belichtungsmasken von Fig. 8(a) bzw. (b);
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Fig. 11(a) und (b) zeigen grafisch die Lichtintensitätsverteilungen bei den
Belichtungsmasken von Fig. 9(a) bzw. (b); und
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Fig. 12 zeigt grafisch die Lichtintensitätsverteilung, wie sie bei einem
Beispielsfall erhalten wird, bei dem die Linienbreite eines isolierten
Musters auf eine vergrößerte Abmessung eingestellt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf ein in Fig. 1A dargestelltes Beispiel
der Aufbau der einzelnen Erfindungen in der vorliegenden Anmeldung
beschrieben.
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Bei der Belichtungsmaske jeder Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung
sind Phasenänderungsschichten 3 aus einem transparenten Material auf einem
transparenten Substrat 1 ausgebildet, wie es in Fig. 1A veranschaulicht
ist. (In dieser Beschreibung hat "transparent" die Bedeutung "durchlässig
bei der Wellenlänge des verwendeten Belichtungslichts".) Die
Phasenänderungsschicht 3 besteht aus einem transparenten Material auf solche Weise,
dass sie eine Dicke aufweist, die dazu ausreicht, für eine gewünschte
Phasenverschiebung zu sorgen. Das Material und die Dicke der Schicht können
wahlweise so bestimmt werden, dass eine Phasenumkehr von 180º oder jeder
beliebige Wert einer Phasenverschiebung erhalten wird, wie 90º oder 270º,
abhängig vom jeweiligen Design. Z.B. ist bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung die Filmdicke so bestimmt, dass
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d = λ/[2 (n - 1)]
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gilt, um eine Phasenverschiebung von 180º zu erzielen. In der obigen
Gleichung bezeichnet n den Brechungsindex der Phasenänderungsschicht 3, und ist
daher durch das Filmmaterial bestimmt; und λ bezeichnet die
Belichtungswellenlänge, die durch das verwendete Belichtungslicht bestimmt ist.
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Jede Erfindung in dieser Anmeldung wurde auf Grundlage der Entdeckung durch
die Erfinder erdacht, dass die Intensität des durchgelassenen Lichts an der
Kante einer aus einem transparenten Material bestehenden
Phasenänderungsschicht, d.h. an der Grenze zwischen dem Bereich, in dem die
Phasenänderungsschicht ausgebildet ist, und jedem anderen Bereich, in dem keine
derartige Schicht vorliegt, im wesentlichen auf null oder einen extrem kleinen
Wert verringert ist.
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Fig. 1B(b) zeigt für einen Beispielsfall eine Phasenänderungsmaske 33 mit
kleiner Breite L'. Bei diesem Beispiel existieren Abschnitte II1 und II2,
in denen, in der Nähe der Grenze, die Lichtintensität auf null oder einen
Wert nahe hierbei verringert ist. Jedoch ist wegen der kleinen Breite die
Lichtintensität selbst im zentralen Bereich der Phasenänderungsmaske 33
nicht hoch, da Licht dort nicht hindurchlaufen darf, und Licht ist im
wesentlich niedrig, wie es durch eine Kurve II3 repräsentiert ist. Im
Ergebnis ist das Verhalten der gesamten Phasenänderungsmaske 33 dasselbe wie in
einem Fall, in dem ein Lichtabschirmungsbereich auf ihr vorhanden wäre.
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Die im beigefügten Anspruch 1 definierte Erfindung führt eine Funktion aus,
gemäß der eine Phasenänderungsschicht auf einem isolierten Muster
ausgebildet wird, um den bekannten Effekt zu erzielen, wie er durch einen
Lichtabschirmungsbereich bei einer herkömmlichen Maske erhalten wird.
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Bei der Erfindung gemäß Anspruch 1 muss die Breite L' mit bestimmtem Ausmaß
verringert werden, wenn eine aus einem isolierten Muster bestehende
Belichtungsmaske als Lichtabschirmungsbereich zu verwenden ist. In diesem Fall
muss das Ausmaß einer derartigen Dimensionsverringerung so erdacht werden,
dass abhängig von verschiedenen Bedingungen eine Schwankung in einem großen
Bereich möglich ist. Im allgemeinen wird, wenn die Breite auf dem zu
belichtenden Werkstück ungefähr das Doppelte der Wellenlänge λ des verwendeten
Belichtungslichts ist, das Verhalten in den meisten Fällen dergestalt, wie
es in Fig. 1B(a) dargestellt ist. Daher ist es erforderlich, dass die
Breite kleiner als das Doppelte der Wellenlänge ist, bevorzugter weniger als
das 1,5-fache. Bei jeder Belichtung unter Verwendung eines
Verkleinerungsprojektors muss der Verkleinerungsfaktor berücksichtigt werden. Z.B. ist es
im Fall einer 1/5-Verkleinerung (x 0,2) oder bei einem Verkleinerungsfaktor
m = 0,2 erforderlich, dass die Breite L' kleiner als 2/0,2 oder das
10fache eingestellt wird, bevorzugter auf weniger als 1,5/0,2 oder das
7,5fache. In dieser Beschreibung ist der Verkleinerungsfaktor durch einen Wert
< 1 repräsentiert.
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Nachfolgend erfolgt eine weitere detaillierte Beschreibung zur im
beigefügten Anspruch 1 definierten Erfindung. Gemäß dieser Erfindung wird eine
Phasenänderungsschicht 3 prinzipiell aus einer Anordnung wiederholter
Muster hergestellt. Beim einfachsten Beispiel kann das Belichtungsmuster aus
einer Linie-Zwischenraum-Anordnung hergestellt werden, wie in Fig. 1 oder
Fig. 4 dargestellt, was später beschrieben wird.
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Bei dieser Erfindung bezeichnet "eine prinzipiell aus wiederholten Mustern
hergestellte Anordnung" einen Aufbau, dessen Hauptgebiet aus wiederholten
Mustern besteht, wodurch der Funktionseffekt der Erfindung am auffälligsten
ist. Demgemäß ist, wenn ein Maskenbereich vorliegt, in dem keine derartigen
wiederholten Muster vorliegen, die Maske von dieser Erfindung logisch
umfasst, solange nicht ein derartiges Fehlen den Funktionseffekt derselben
bei den wiederholten Mustern beeinträchtigt.
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Bei der im beigefügten Anspruch 1 definierten Erfindung ist es bevorzugt,
dass die Regelbreite L der wiederholten Muster auf 2L/m eingestellt ist
(wobei m den Verkleinerungsfaktor bei Projektion bezeichnet, wenn ein zu
belichtendes Werkstück mit verkleinerter Größe verwendet wird; wobei m ≤ 1
gilt). Aufgrund einer derartigen selektiven Einstellung der Regelbreite
kann ein Lichtabschirmungseffekt an der Kante der Belichtungsmaske
vollständig erzielt werden, während diese auch zum Herstellen eines beachtlich
feinen Musters verwendet wird. Sie ist entsprechend auf die Herstellung
eines Beugungsgitters anwendbar, da der Effekt der Erfindung bei einem
Beugungsgitter, das aus einfachen, wiederholten Linie-Zwischenraum-Mustern
hergestellt werden kann, mit Leichtigkeit erzielbar ist.
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Wie oben beschrieben, beruht jede Erfindung in der vorliegenden Anmeldung
auf dem Prinzip, dass dann, wenn an der Kante (Grenze) einer
Phasenänderungsschicht eine Phasenverschiebung hervorgerufen wird, insbesondere dann,
wenn die Phase von 0º auf 180º umgekehrt wird, ein Bereich erhalten wird,
in dem die Lichtintensität null wird, und zwar trotz des Fehlens
irgendeines ursprünglichen Lichtabschirmungsbereichs. Die Erfindung in dieser
Anmeldung is so erdacht, dass dieser Effekt unmittelbar genutzt wird. Bei der
Erfindung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 ist die Breite L' der
Phasenänderungsmaske auf eine kleine Abmessung eingestellt, und die Gesamtheit der
Belichtungsmaske wird als Lichtabschirmungsbereich verwendet. Bei einer
derartigen Erfindung ist ein Funktionseffekt erzielbar, gemäß dem der
bisher erforderliche verwickelte Maskenpositionierschritt beim Herstellen
sowohl eines Lichtabschirmungsbereichs als auch einer Phasenänderungsmaske
beseitigt ist, während der Vorteil beibehalten ist, dass mittels
Phasenverschiebung eine Feinbehandlung erzielt ist.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht alleine auf die
folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es kann auch eine Vielzahl
von Änderungen und Modifizierungen erfolgen.
Erstes Ausführungsbeispiel
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Dieses Ausführungsbeispiel entspricht der im beigefügten Anspruch 1 der
vorliegenden Anmeldung definierten Erfindung. Es ist speziell für eine
Belichtungsmaske ausgebildet, wie sie bei der Herstellung einer
integrierten Halbleiterschaltung verwendet wird, bei der ein feines Muster erzeugt
werden muss.
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Bei der Belichtungsmaske des ersten Ausführungsbeispiels wird, wie es in
Fig. 1A dargestellt ist, eine Phasenänderungsschicht 3 auf einem Substrat 1
aus Quarz oder dergleichen hergestellt, das für Belichtungslicht
transparent ist, ohne dass irgendein Lichtabschirmungsbereich aus Chrom oder
dergleichen vorliegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Belichtungsmaske
durch ein EB(Elektronenstrahl)-Aufzeichnungsverfahren hergestellt. Genauer
gesagt, wird das Substrat 1 durch Schleuderbeschichten mit einem
ES-Negativresist beschichtet, und dann wird ein Linie-Zwischenraum-Muster mittels
einer ES-Belichtungseinrichtung aufgezeichnet. Nach der anschließenden
Entwicklung wird die Maske zur Belichtung verwendet, um ein Muster einer
integrierten Halbleiterschaltung auszubilden. Da die erforderlichen
Schritte lediglich die oben genannten sind, ist es nicht erforderlich, eine
verwickelte, kombinierte Belichtung mit Positionsübereinstimmung auszuführen.
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Genauer gesagt, wurde beim ersten Ausführungsbeispiel ein Quarzsubstrat 1
mit einem leitenden Film (bestehend aus Zinnoxid oder dergleichen, und
transparent bei der Wellenlänge des Belichtungslichts) durch
Schleuderbeschichten mit einem ES-Negativresist beschichtet (z.B. mit OEBR-100,
hergestellt von Tokyo Applied Chemical Co., Ltd.). Nach einem Trocknungsschritt
wurde eine Anordnung mit wiederholten Linie-Zwischenraum-Mustern mit einer
Breite von 2,5 µm unter Verwendung einer ES-Belichtungseinrichtung (z.B.
MEBES, hergestellt von Perkin Elmer Corporation) erzeugt.
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Anschließend wurde eine tatsächliche integrierte Halbleiterschaltung unter
Verwendung der so erhaltenen erfindungsgemäßen Belichtungsmaske
strukturiert.
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Es wurde ein Siliziumwafer als zu belichtendes Werkstück in der Praxis
mittels einer Belichtungseinrichtung für Verkleinerungsprojektion
(Größenverkleinerungsrate 1:5, d.h. Verkleinerungsfaktor m = x 0,2, NA = 0,42),
die mit einem KrF-Excimerlaser (Wellenlänge λ = 250 nm) ausgerüstet war,
gemustert. Der Siliziumwafer (Länge von 5 Zoll), der bei 200 ºC für eine
Minute entwässert und ausgeheizt wurde, wurde bei Raumtemperatur für eine
Minute mit Hexamethyldisalazan-Dampf behandelt. Danach wurde er auf solche
Weise durch Schleuderbeschichtung mit einem Positivresist PR1024MB
(hergestellt von Toray McDermid Corporation) beschichtet, dass eine Filmdicke von
0,5 µm erhalten wurde, und dann wurde er schwach ausgeheizt. Anschließend
wurde an ihm eine Belichtung mit einer Lichtmenge von 250 mJ/cm² mit der
oben beschriebenen Belichtungsmaske ausgeführt. Abschließend wurde er für
zwei Minuten mit einem speziellen Flüssigentwickler (TRD-50-51) unter
Rühren entwickelt. Durch Beobachtung mittels eines optischen Mikroskops nach
einem derartigen Entwicklungsvorgang wurde klargestellt, dass ein Linie-
Zwischenraum-Muster mit einer Regeibreite von 0,25 µm vorlag.
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Fig. 4 zeigt grafisch die Intensitätsverteilung III des auf das zu
belichtende Werkstück (wie einen Halbleiterwafer) durch die Belichtungsmaske des
ersten Ausführungsbeispiels hindurchgestrahlten Lichts. Wie dargestellt,
dienen beide Ende jedes Phasenänderungsbereichs 3 als
Lichtabschirmungsbereiche, in denen die Lichtintensität nahezu null ist. Indessen dient das
Zentrum jedes Bereichs 21 zwischen einander benachbarten
Phasenänderungsschichten 3 als Lichttransmissionsbereich.
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Im Gegensatz hierzu wurde als Vergleichsbeispiel eine
Phasenänderungs-Belichtungsmaske mit dem in Fig. 2 dargestellten herkömmlichen Aufbau
hergestellt und zur Strukturierung verwendet. Genauer gesagt, wurde ein
Quarzsubstrat 1 mit einem leitenden Film aus Chrom durch das übliche Verfahren
gemustert, um wiederholte Linie-Zwischenraum-Muster von 1,25 µm zu
erzeugen, um Lichtabschirmungsbereiche 2 aus Chrom zu erhalten, und dann wurden
Phasenänderungsschichten 3 auf solche Weise mittels eines
Maskenpositionierschritts hergestellt, das jeweils eine Phasenänderungsschicht 3 in
jedem übernächsten Zwischenraum zwischen den Lichtabschirmungsbereichen 2
lag. Unter Verwendung der so erhaltenen Phasenänderungs-Belichtungsmaske
als Vergleichsbeispiel wurde Strukturierung auf dieselbe Weise wie bei der
Verwendung der erfindungsgemäßen Belichtungsmaske ausgeführt. Jedoch zeigte
sich im Film mit einem 0,25-µm-Linie-Zwischenraum-Muster extrem große
Abtragung, wodurch er schließlich nicht den praktischen Erfordernissen
genügte.
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Fig. 5 zeigt grafisch die Intensitätsverteilung IV des durch die
Vergleichsbelichtungsmaske auf das zu belichtende Werkstück gestrahlten
Lichts. Aus einem Vergleich der Fig. 4 und 5 ist es ersichtlich, dass, im
Gegensatz zum herkömmlichen Beispiel, bei dem ein Lichtabschirmungsbereich
dazu erforderlich ist, einen unbelichteten Bereich zu erhalten, die
Erfindung zwei unbelichtete Bereiche mittels einer Phasenänderungsschicht
erzeugen kann, so dass die Abmessungen durch Anwenden der Erfindung verdoppelt
werden können, um für Dimensionstoleranz zu sorgen, mit dem anderen Vorteil
des Erzielens eines noch feineren Musters.
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Wenn mit der erfindungsgemäßen Belichtungsmaske ein
0,25-µm-Linie-Zwischenraum-Muster hergestellt wird, können sowohl die Breite L der
Phasenänderungsschicht 3 als auch die Breite L&sub0; des Zwischenraums zwischen einander
benachbarten Phasenänderungsschichten jeweils auf 2,5 µm eingestellt
werden, wie es in Fig. 1A veranschaulicht ist. Jedoch sind bei der
herkömmlichen Phasenänderungsmaske die speziellen Abmessungen derselben dergestalt,
dass, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die Breite L" des
Lichtabschirmungsbereichs 2 und die Breite L&sub0;" des Zwischenraums zwischen einander
benachbarten Lichtabschirmungsbereichen beide 1,25 µm betragen, so dass
Bearbeitung für die halbe Breite erforderlich ist. (Bei diesem Beispiel ist
angenommen, dass der Verkleinerungsfaktor m den Wert 0,2 hat.)
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Mit der erfindungsgemäßen Belichtungsmaske sind, im Vergleich mit der
herkömmlichen Phasenänderungsmaske, die durch das bekannte Verfahren als
Vergleichsbeispiel hergestellt wurde, einige Vorteile erzielbar, zu denen die
Beseitigung des komplizierten Positionierschritts während der Herstellung
sowie eine größere Dimenionstoleranz gehören, die das Doppelte des
bekannten Werts ist, wodurch die Herstellung vereinfacht ist. Neben dem Obigen
ist die Lichtintensitätsdifferenz zwischen hellen und dunklen Bereichen
groß (wie in Fig. 4 dargestellt) und es sind insbesondere bei einer
Anordnung mit wiederholten Linie-Zwischenraum-Mustern beachtliche Effekte
erzielbar.
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Demgemäß ist es beim genannten ersten Ausführungsbeispiel lediglich
erforderlich, auf der Belichtungsmaske ein Muster herzustellen, das die doppelte
Größe des auf dem zu belichtenden Werkstück auszubildenden Musters hat, da
an
den beiden Kanten des Musters der Phasenänderungsschichten Bereiche
erzeugt werden, die die Lichtintensität auf null bringen.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel wurde ein ES-Resist unmittelbar als
Material zum Herstellen einer Phasenänderungsschicht verwendet. Die Filmdicke d
wurde wahlfrei auf einen Wert eingestellt, der dazu geeignet ist, für
Phasenumkehr (180º) zu sorgen, wobei sie durch den Brechungsindex n des
Materials und die Wellenlänge λ des Belichtungslichts bestimmt ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Phasenverschiebung zu 180º
ausgewählt, um für Phasenumkehr zu sorgen. Da jedoch die Lichtintensität selbst
bei einer Verschiebung von 90º statt einer solchen von 180º gelöscht werden
kann, kann jeder angemessene Wert eingestellt werden, der für eine
gewünschte Phasenverschiebung sorgt.
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Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel die Phasenänderungsschicht auf
einfache Weise durch direkte Verwendung eines ES-Resists hergestellt wurde, ist
der Prozess nicht auf dieses Beispiel alleine beschränkt, sondern eine
Belichtungsmaske kann dadurch hergestellt werden, dass vorab eine
Phasenänderungsschicht oder ein Ätzstoppfilm auf einem Substrat 1 aus Quarz oder
dergleichen hergestellt wird. Bei einer solchen Modifikation kann ein
geeignetes Material für die Phasenänderungsschicht aus Siliziumdioxid,
Siliziumoxid und Siliziumnitrid ausgewählt werden. In diesem Fall kann eine
gewünschte Belichtungsmaske dadurch hergestellt werden, dass derartige
Filme zunächst aufeinanderfolgend hergestellt werden, dann dieselben
entsprechend jedem Design, wie angegeben, strukturiert werden, und
anschließend die Phasenänderungsschicht geätzt wird und der ES-Resist entfernt
wird. Eine Belichtung kann unter Verwendung einer so erhaltenen Maske
ausgeführt werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die bekannte
Bearbeitungsverkomplizierung bei der herkömmlichen Herstellung einer Phasenänderungs-
Belichtungsmaske zu beseitigen und auch eine verbesserte Maske zu erhalten,
bei der die maximale Auflösung und die Fokussiertoleranz erhöht sind, wobei
nur eine einzelne Belichtung erforderlich ist. Auch ist es ferner möglich,
die Herstellung eines Musters zu erzielen, das feiner als die
Schwellenauflösung ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
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Dieses Ausführungsbeispiel betrifft einen Fall, bei dem die
erfindungsgemäße Belichtungsmaske zum Herstellen eines Beugungsgitters verwendet wird.
Die Erfindung wurde speziell zum Herstellen eines Beugungsgitters einer
DFB(distributed feedback = verteilte Rückkopplung)Laserdiode verwendet.
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Fig. 6 veranschaulicht beispielhaft den Aufbau eines DFB-Lasers, wobei die
Bezugszahl 4 ein Beugungsgitter bezeichnet. Das in einem DFB-Laser
verwendete Beugungsgitter besteht aus wiederholten Mustern, wie es schematisch in
Fig. 7 veranschaulicht ist, so dass hierfür die erfindungsgemäße
Belichtungsmaske wirkungsvoll verwendbar ist.
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In Fig. 7 ist ein mit λ/4 bezeichneter Bereich ein Bereich ohne
wiederholtes Muster. Trotz des Vorliegens eines solchen Bereichs ohne wiederholtes
Muster wird der Effekt der Erfindung nicht beeinträchtigt, wie dies bereits
beschrieben wurde.
Drittes Ausführungsbeispiel
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Dieses Ausführungsbeispiel betrifft einen Beispielsfalls, bei dem die
Erfindung auf eine Belichtungsmaske angewandt ist, die zur Herstellung eines
isolierten Musters ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht,
wie es in den Fig. 8(a) und 9(a) veranschaulicht ist, eine
Phasenänderungsschicht 3 aus einem isolierten Muster auf einem Substrat 1, und zwar auf
solche Weise, dass es als Lichtabschirmungsbereich wirkt. So ist eine
Belichtungsmaske hergestellt, die zum Herstellen eines isolierten Musters auf
einem zu belichtenden Werkstück verwendbar ist.
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Fig. 8(a) veranschaulicht eine Belichtungsmaske, bei der eine
Phasenänderungsschicht 3 mit einem isolierten Lochmuster auf einem Substrat 1
vorhanden ist, um ein Kontaktloch herzustellen. Fig. 9(a) veranschaulicht eine
Belichtungsmaske, bei der eine Phasenänderungsschicht 3 mit einem
isolierten Linienmuster auf einem Substrat 1 vorhanden ist, um eine isolierte
Linie herzustellen.
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Beim Stand der Technik war es bisher erforderlich, wie es in den Fig. 8(b)
und 9(b) dargestellt ist, eine zentrale Öffnung in einem
Lichtabschirmungsbereich 2 aus einem Lichtabschirmungsmaterial wie Chrom herzustellen, und
darin einen Phasenänderungsbereich 3 auszubilden, um für eine
Phasendifferenz
zu sorgen. Daher sind bei der herkömmlichen Technik mindestens zwei
Schritte dazu erforderlich, den Lichtabschirmungsbereich 2 und den
Phasenänderungsbereich 3 herzustellen. Ferner ist der Lichtabschirmungsbereich 2,
wegen des Vorliegens der zentralen Öffnung, zweigeteilt, was demgemäß die
Linienbreite verschmälert, was zur Schwierigkeit beim vollständigen
Aufzeichnen eines feinen Musters führt. Im Gegensatz hierzu ist dieses
Ausführungsbeispiel so erdacht, dass ein Phasenänderungsbereich 3 aus einem
isolierten Muster ohne jeglichen Lichtabschirmungsbereich besteht und dass die
Phase des durch ihn hindurchgestrahlten Lichts im Vergleich zu der in jedem
anderen Bereich der Maske geändert ist, wodurch ein solcher
Phasenänderungsbereich als Lichtabschirmungsbereich dienen kann. So kann die durch
das Phasenänderungsverfahren erzielbare Auflösung verbessert werden, mit
dem weiteren Vorteil einer Vereinfachung des Maskenherstellprozesses.
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Um die Funktion der Belichtungsmaske des dritten Ausführungsbeispiels, wie
in den Fig. 8(a) und 9(a) dargestellt, klarzustellen, erfolgt ein Vergleich
mit der in den Fig. 8(b) und 9(b) dargestellten herkömmlichen
Belichtungsmaske hinsichtlich der jeweiligen Lichtintensitätsverteilungen, wie sie
sich beim Durchlaufen des Musters unter Verwendung eines KrF-Excimerlasers
zeigen. Die Ergebnisse, wie sie durch Berechnen derartiger Verteilungen
erhalten wurden, sind grafisch in den Fig. 10(a) und (b) betreffend die
Maske der Fig. 8(a) und (b) vom Kontaktlochtyp, und auch in den Fig. 11(a)
und (b) betreffend die Maske der Fig. 9(a) und (b) vom Typ mit isolierter
Linie dargestellt. Daraus ist es ersichtlich, dass, was die beiden Typen
betrifft, die Intensitätsverteilung beim dritten Ausführungsbeispiel
verbesserbar ist, mit einer Verbesserung der Auflösung.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Vorgang des Musterns einer
Phasenänderungs-Belichtungsmaske mit einem einzelnen Schritt ausgeführt
werden, mit dem weiteren Vorteil, dass die Auflösung verbessert ist, wenn das
Phasenänderungsverfahren auf ein extrem feines Muster angewandt wird.
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Da das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung entspricht,
wie sie in Verbindung mit Fig. 1B(b) beschrieben ist, ist es erforderlich,
die Musterbreite in gewissem Ausmaß zu verringern. Dieses
Ausführungsbeispiel ist so erdacht, dass bei einer 1:1-Umsetzung, ohne irgendeine
Größenverringerung, die Abmessung des zu belichtenden Werkstücks kleiner als 1,5
λ wird, wobei λ die Wellenlänge des Belichtungslichts ist.
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Wie es grafisch in Fig. 12 dargestellt ist, besteht abhängig von einer
Zunahme der Musterbreite die Tendenz, dass die Lichtintensität im zentralen
Bereich der Phasenänderungsschicht höher ist. Daher ist es erforderlich,
diese Tendenz zu berücksichtigen, um eine Beeinträchtigung zu vermeiden.
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Gemäß den Erfindungen der vorliegenden Anmeldung, wie oben beschrieben, ist
es möglich, eine verbesserte Belichtungsmaske zu schaffen, die leicht
herstellbar ist, ohne dass irgendein verwickelter Prozess wie eine
Positionierungsbelichtung erforderlich ist, wodurch die Anzahl erforderlicher
Herstellschritte minimiert wird, während weiter verfeinerte Bearbeitung bei
verbesserter Auflösung, die höher als die bekannten Werte ist, erzielt
wird.