DE69132303T2

DE69132303T2 - Maske für Photolithographie

Info

Publication number: DE69132303T2
Application number: DE69132303T
Authority: DE
Inventors: Takashi Fukushima; Katsuji Iguchi; Hiroki Tabuchi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: EP0453310B1; JP2566048B2; DE69132303D1; US5389474A; KR940007788B1; EP0453310A1; JPH043412A

Description

(b) Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine in einem Fotolithographiesystem bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen und dergleichen verwendete Maske.

2. Beschreibung bekannter Techniken

Bei in den letzten Jahren hergestellten ULSI-Halbleiterbauteilen ist eine große Anzahl von Transistoren und Leiterbahnen im Mikrometerbereich auf einem einzelnen Siliciumsubstrat zusammengebaut. Zur Herstellung der Muster der Transistoren und Leiterbahnen im Mikrometerbereich wird eine Fotolithographietechnik verwendet, wie bei einem Stepper (mit wiederholten Schritten arbeitendes Fotolithographiesystem mit Verkleinerung), der ein Maskenmuster mit verringerter Größe (im Allgemeinen bis zu einem Fünftel) auf eine Schicht aus einem photoempfindlichen Harz (Resistschicht), die auf dem Siliciumsubstrat der Halbleiterbauteile ausgebildet, überträgt.
Das derzeit bei der Massenherstellung von DRAM-Bauteilen von 1 mB und 4 mB verwendete Fotolithographiesystem (der Stepper) verwendet Maskenmuster mit minimalen Linienbreiten von 1,2 bzw. 0,8 um für jedes DRAM-Bauelement, und im Allgemeinen verwendet es als g-Licht bezeichnete, von einer Ultra hochdruck-Quecksilberdampflampe emittierte Emissionslinien, während örtlich als 1-Licht bezeichnete, bei 365 nm von derselben Lampe emittierte Emissionslinien verwendet wurden.
Es wird erwartet, dass sowohl DRAM-Bauteile mit 16 mB als auch 64 mB, die für zukünftige Herstellung vorgesehen sind, 0,6 bis 0,5 um bzw. 0,4 bis 0,3 um als minimale Linienbreiten verwenden. Zur Massenherstellung dieser Halbleiterbauteile muss eine fortschrittliche Fotolithographietechnik mit höherer Auflösung entwickelt werden. Um die Auflösung unter Verwendung von Licht kürzerer Wellenlänge zu verbessern, wurde die Verwendung der 1-Linien an Stelle der g-Linien sowie eines KrF-Excimerlasers bei 248 nm untersucht.
Bei den obigen Fotolithographiesystemen unter Verwendung einer Maske mit einem transparenten Substrat aus Quarz mit einem darauf angeordneten undurchsichtigen Muster, das im Allgemeinen aus einer dünnen Metallschicht besteht, wird Licht von der Rückseite der Maske her auf diese gestrahlt, und der die Maske durchdringende Lichtfluss wird durch eine Projektionslinse auf das Substrat projiziert, um ein Bild mit verringerter Größe auszubilden. Der Kontrast des Bilds auf dem Substrat ist wegen der Lichtbeugung am Maskenmusterrand beeinträchtigt, wenn die Maskenmustergröße näherungsweise speziellen Lichtwellenlängen entspricht, was zu extrem schlechter Lichtauflösung im Vergleich mit der kritischen Auflösung ergibt, die durch die numerische Apertur NA der Projektionslinse und die Lichtwellenlängen bestimmt ist. Es wurde bereits ein neues Verfahren zum Verbessern der Maskenstruktur auf der Maske zum Erzielen von höherem Bildkontrast und zum Erzielen einer beträchtlichen Auslösungsverbesserung bei der Fotolithographie vorgeschlagen.
Das obige, bereits vorgeschlagene Verfahren verwendet eine als Phasenschiebemaske verwendete Maske, die beispielhaft in Fig. 5 dargestellt ist und die ein transparentes Quarzsubstrat 51 zum Durchlassen aller Lichtwellenlängen, einen Chrom-Dünnfilm 52 zum Ausblenden von aufgestrahltem Licht und einen transparenten Dünnfilm 53 (Phasenschiebefilm) zum Durchlassen von aufgestrahltem Licht aufweist, wobei die Dicke ts des Dünnfilms 53 der folgenden Beziehung zu seinem Brechungsindex n und der Wellenlänge λ des aufgestrahlten Lichts genügt:
Ts λ / {2 · (n - 1) } (1)
wobei durch diese Bedingung die Phase des durch den Dünnfilm 93 laufenden aufgestrahlten Lichts so eingestellt wird, dass sie um den halben Wellenzyklus verschoben wird. Die Phasenschiebemaske verfügt auch über eine Öffnung 54, die wie herkömmlich vorhanden ist, sowie feine Blendenöffnungen 55 angrenzend an die Öffnung 54. Die feinen Blendenöffnungen 55, 55' blenden das projizierte Bild nicht selbst aus, und sie sind mit dem Phasenschiebefilm 53 ausgerichtet.
Licht von der Öffnung 54 wird um 180º relativ zu Licht von den Blendenöffnungen 55 verschoben, so dass an der Öffnung 54 in das benachbarte Gebiet gebeugt werden, gegenphasig zur Lichtwelle von den Blendenöffnungen 55 sind. Demgemäß wird verhindert, dass sich Licht von der Öffnung 54 in das benachbarte Gebiet ausweitet, wodurch der Kontrast des projizierten Bilds verbessert ist.
Demgemäß verbessert eine Phasenschiebemaske den Kontrast eines auf die Resistschicht projizierten Bilds, um die Auflösung in der Praxis stark zu verbessern. Zum Herstellen einer Phasenschiebemaske wird als Erstes ein erstes Resistbild für ein Chrommuster unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems gezeichnet, und dann wird zum Festlegen eines Phasenschiebefilms ein zweites Resistbild gezeichnet.
Im Ergebnis muss das System zweimal einen Elektronenstrahl- Zeichnungsvorgang ausführen, was längere Zeit benötigt, und es muss auch das erste Muster genau mit dem zweiten Muster ausrichten, was zu einer komplizierten und teuren Technik zur Maskenherstellung führt.
Um diese Probleme zu überwinden, wurde eine andere Phasenschiebemaske vorgeschlagen, die in Fig. 6 dargestellt ist und ein transparentes Quarzsubstrat 61 zum Durchlassen von aufgestrahltem Licht beliebiger Wellenlänge, einen Chromfilm 62 zum Ausblenden des aufgestrahlten Lichts und einen Phaseschiebefilm 63 aufweist, dessen Dicke der Beziehung der obigen Formel (1) genügt. Zum Herstellen der Phasenschiebemaske wird als Erstes unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems eine Öffnung 64 in einem Resistfilm (nicht dargestellt) hergestellt, und dann wird der Chromfilm 62 im Teil der Öffnung 64 geätzt und entfernt, während auch der Resistfilm entfernt wird. Als Nächstes wird ein Resistfilm zum Herstellen des Phasenschiebefilms 63 hergestellt, und von der Rückseite des Substrats her wird in der Öffnung 64 ultraviolettes Licht aufgestrahlt; dann wird der Resistfilm entwickelt und entfernt. Der Chromfilm 62 wird unter dem Resistfilm teilweise so geätzt, dass er eine Öffnung aufweist, die größer als die Öffnung 64 ist, und ein Bereich 65 vorliegt, über den der Resistfilm überhängt. Durch den Bereich 65 laufendes Licht sowie durch die Öffnung 64 laufendes Licht sind phasenmäßig um 180º voneinander verschieben, so dass sie zueinander gegenphasig sind, wenn sie in einem projizierten Bild überlappen, um dadurch zu verhindern, dass sich das Licht vom Bereich 64 in den angrenzenden Teil aufweitet. Demgemäß ist die Verteilung der Lichtintensität auf einer Bilderzeugungsfläche scharf, so dass die Fotolithographieauflösung in der Praxis verbessert ist.
Das Herstellverfahren für die Phasenschiebemaske umfasst keine Zunahme der Anzahl der Zeichnungsvorgänge durch das Elektronenstrahl-Lithographiesystem und auch keine Erhöhung der Anzahl der Schritte zum Herstellen der Maske. Da jedoch der zum Ausbilden des Phasenschiebefilms beibehaltene Resistfilm leicht zerstörbar ist, ist es schwierig, Fremdteilchen auf der Maske abzuwaschen und zu entfernen. So ist das Verfahren nicht praxisgerecht.
Außerdem sind Phasenschiebemasken, wie sie oben erörtert sind oder wie sie ähnlich mit diesen sind, z. B. in den folgenden Dokumenten offenbart: japanische Patentveröffentlichung Nr. 62(1987)-50811 (JP-B2-62 959 811), Veröffentlichungen Nr. 58(1983)-173744, 62(1987)-67514, 1(1990)-14757 & 1(1990)-283925 zu ungeprüften japanischen Patentanmeldungen und IEDM 1989, S. 57 (New Phase Shifting Mask with Selfaligned Phase Shifters for a Quarter Micron Fotolithogra- PhY)
Wie es aus dem Obigen erkennbar ist, zeigt die bereits vorgeschlagene Phasenschiebemaske beim praktischen Gebrauch bestimmte Probleme, und es bestand Bedarf an einer Phasenschiebemaske mit einfacher Herstellung und ausreichender Beständigkeit.

(c) Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung ist eine Fotolithographiemaske mit Folgendem geschaffen:
- einem Substrat, das für Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge transparent ist;
- einem undurchsichtigen Muster, das auf dem Substrat vorhanden ist, um Licht am Durchlaufen durch dasselbe zu hindern; und
- einer Phasenschiebeeinrichtung, die für das Licht transparent ist und angrenzend an den Rand des undurchsichtigen Musters auf dem Substrat vorhanden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebeeinrichtung einen Stufenabschnitt mit einer in Bezug auf das Substrat geneigten Fläche aufweist, wobei der dickste Teil des transparenten Stufenabschnitts am nächsten beim Rand des undurchsichtigen Musters liegt und eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen λ/{2(n-1)} entspricht, wobei λ die Wellenlänge des bei der Fotolithographie zu verwendenden Lichts repräsentiert und n den Brechungsindex des die Phasenschiebeeinrichtung bildenden Materials repräsentiert, so dass das Ausmaß der Phasenverschiebung, die dem durch den dicksten Teil des Stufenabschnitts laufenden Licht verliehen wird, ungefähr 180º beträgt.
Durch die Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske mit einem Substrat, das für Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge transparent ist, geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist:
(1) Herstellen eines für das Licht undurchsichtigen Abschirmungsfilms auf dem Substrat;
(2) Herstellen eines Resistfilms für einen Elektronenstrahl auf dem Abschirmungsfilm sowie Herstellen eines Resistmusters auf dem Resistfilm durch Zeichnen eines vorbestimmten Musters mit einer Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung, und anschließendes Entwickeln des so hergestellten Musters;
(3) Ätzen des Abschirmungsfilms durch anisotropes Ätzen unter Verwendung des Resistmusters als Maske, um auf dem Substrat ein undurchsichtiges Musters auszubilden; und
(4) Auflaminieren eines transparenten Films auf das Substrat einschließlich dem undurchsichtigen Muster durch Entfernen oder ohne Entfernen des Resistmusters, wobei eine Phasenschiebemaske mit einem transparenten Stufenabschnitt hergestellt wird, der angrenzend an den Rand des undurchsichtigen Musters ausgebildet ist und eine Oberfläche aufweist, die in Bezug auf das Substrat geneigt ist, und wobei der dickste Teil des transparenten Stufenabschnitts am Nächsten beim Rand des undurchsichtigen Musters liegt und eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen λ/{2(n-1)} entspricht, wobei λ die Wellenlänge des bei der Fotolithographie zu verwendenden Lichts repräsentiert und n den Brechungsindex des den transparenten Film bildenden Film bildenden Materials repräsentiert.
Bevorzugte weitere Merkmale der Maske und des Verfahrens sind in den beigefügten Ansprüchen 2 bis 10 bzw. 12 bis 16 dargelegt.

(d) Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1(a) bis (c), die Fig. 2(a) bis (c), die Fig. 3(a) bis (d), die Fig. 4(a) bis (d), die Fig. 7(a) bis (c) und die Fig. 8(a) bis (c) sind schematische Diagramme, die Herstellprozesse für eine Maske bei sechs Beispielen gemäß der Erfindung zeigen. Die Fig. 5 und 6 sind schematische Diagramme, die problematische Punkte bei herkömmlichen Phasenschiebemasken darstellen. Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das die Dicke eines SOG-Films zeigt.

(e) Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Ein Stufenabschnitt mit schräger Fläche wird mit einer Höhe hergestellt, die im Wesentlichen durch die obige Formel (1) definiert ist. Durch einen Dampfphasen-CVD-Prozess oder durch Schleuderbeschichten wird ein transparenter Film mit einer Dicke, die näherungsweise der Höhe des Stufenabschnitts entspricht, auf einem undurchsichtigen Muster mit relativ größerer Dicke hergestellt. In diesem Fall kann das undurchsichtige Muster ein Dünnfilm einer einzelnen Phase oder eine Mehrfachschicht aus einem dünnen undurchsichtigen Film und einem transparenten Film sein. Das undurchsichtige Muster kann auf dem transparenten Substrat oder durch Ätzen des transparenten Substrats hergestellt werden.
Auch kann der Stufenabschnitt mit schräger Fläche dadurch ausgebildet werden, dass ein transparenter Film mit einer Dicke, die näherungsweise der obigen Formel (1) entspricht, auf einem undurchsichtigen Muster mit relativ größerer Dicke gemäß dem Dampfphasen-CVD-Prozess oder durch Schleuderbeschichten abgeschieden oder aufgetragen wird, gefolgt von anisotropen Ätzen zum Belassen des transparenten Films an der Seitenwand des undurchsichtigen Musters. In diesem Fall kann das undurchsichtige Muster ein Dünnfilm einer einzelnen Phase oder eine Mehrfachschicht aus einem dünnen undurchsichtigen Film und einem transparenten Film sein. Auch kann das undurchsichtige Muster auf dem transparenten Substrat oder durch Ätzen desselben hergestellt werden.
Ferner kann der Stufenabschnitt mit schräger Fläche durch Ätzen des undurchsichtigen Films des undurchsichtigen Musters und anschließendes Abschrägen der Fläche des transparenten Substrats auf die Dicke, die näherungsweise der obigen Formel (1) entspricht, hergestellt werden.
Unter Verwendung einer dieser Techniken muss die Musterherstellung unter Verwendung einer Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung nur einmal ausgeführt werden, wobei der Phasenschiebebereich durch Selbstausrichtung geschaffen wird. Der Phasenschiebebereich verfügt über einen durch einen CVD- Prozess abgeschiedenen oder durch Schleuderbeschichten hergestellten Film, oder er besteht aus dem transparenten Substrat selbst, so dass der Bereich z. B. beim Waschen der Maske nicht beschädigt wird.
Die hier beschriebene Maske bildet an der Grenze zwischen dem transparenten Bereich und dem undurchsichtigen Bereich eine schräge Fläche, wodurch es möglich ist, die Phasenver schiebung des durch den Phasenschiebebereich laufenden Lichts kontinuierlich vom transparenten Bereich zum undurchsichtigen Bereich zu erhöhen. Demgemäß klingt, wenn die Phasenverschiebung am Rand des transparenten Bereichs auf einen Wert von näherungsweise 180º eingestellt wird, das durch den transparenten Bereich laufende Licht nicht in unerwarteter Weise ab, wodurch eine scharfe Form auf den Rand des durch den transparenten Bereich laufenden Lichtflusses eingegrenzt werden kann.

Beispiel 1

Nachfolgend wird in Zusammenhang mit der Fig. 1 ein Beispiel der Erfindung beschrieben. Auf einem Substrat 1 aus Quarz wurde ein Abschirmungsfilm 2 abgeschieden, auf dem eine Resistschicht für einen Elektronenstrahl hergestellt wurde, gefolgt von einem Zeichnen eines vorbestimmten Musters auf dieser unter Verwendung einer Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung vor dem Entwicklungsvorgang, um ein Resistmuster 3 zu erzielen (siehe Fig. 1(a)).
Dann wurde der Abschirmungsfilm 2 durch anisotropes Ätzen unter Verwendung des Resistmusters 3 als Maske geätzt, um ein undurchsichtiges Muster 4 auszubilden, worauf ein Entfernen der Resistschicht folgte (siehe Fig. 1(b)).
Auf dem Quarzsubstrat 1 mit dem im obigen Schritt hergestellten undurchsichtigen Muster 4 wurde durch einen CVD- Prozess ein transparenter Film 5 abgeschieden, um den Maskenherstellprozess abzuschließen (siehe Fig. 1(c)).
Durch das Verfahren dieses Beispiels wird das Ende des undurchsichtigen Musters 4 unter einem Winkel geformt, der sich beinahe rechtwinklig erstreckt, und der auf dem stufenförmigen Seitenwandabschnitt durch den CVD-Prozess abge schiedene CVD-Film wird als Phasenschiebefilm verwendet. Das Profil des CVD-Films ist ein Viertelbogen, wie es aus Fig. 1(c) erkennbar ist, und der mit 6 bezeichnete Teil des CVD- Teils ist ein Stufenabschnitt, der als Phasenschiebebereich dient.
Bei diesem Beispiel ist die effektive Dicke des Phasenschiebebereichs am Rand des undurchsichtigen Musters beinahe derjenigen des undurchsichtigen Musters gleich. Demgemäß ist die Dicke des Abschirmfilms 2 entsprechend der obigen Formel (1) eingestellt. Die Länge des Phasenschiebebereichs steht in Zusammenhang mit der Dicke des auf der Seitenwand abgeschiedenen transparenten Bereichs und kann daher selektiv entsprechend dieser Dicke des transparenten Films 5 eingestellt werden. Ein wichtiger Faktor ist die Dicke des Stufenabschnitts 6 des transparenten Films 5, der wahrscheinlich dünner als der ebene Abschnitt ist oder abhängig von verschiedenen angewandten CVD-Prozessen oder Systemen variiert.
Beim Herstellprozess für eine Phasenschiebemaske wurde als Abschirmungsfilm für einen Stepper unter Verwendung von i- Licht (365 nm) entsprechend dem vorliegenden Beispiel, ein doppelschichtiger Metallfilm aus Molybdän (Mo)/Titan (Ti) mit einer Gesamtdicke von 400 nm verwendet. Das Ätzen erfolgte unter Verwendung eines reaktiven Ionenätzsystems mit parallelen Plattenelektroden unter Verwendung von Kohlenstofftetrachlorid (CCl&sub4;) + Sauerstoff (O&sub2;) als Reaktionsgas. Als transparenter CVD-Film wurde durch einen CVD-Prozess unter Normaldruck mit Silan (SiH&sub4;) + Sauerstoff (O&sub2;) als Materialgas ein Siliciumoxidfilm (SiO&sub2;) mit einer Dicke von 400 nm hergestellt. Die Dicke das Oxidfilms auf dem Seitenwandabschnitt betrug ungefähr 300 nm.
Die speziellen Techniken für diese Prozesse sind in der Technik der IC-Herstellung bekannt. Unter Verwendung eines Steppers mit 1-Licht mit einer NA von 0,45 und unter Verwendung der mit den obigen Materialien und Schritten hergestellten Phasenschiebemaske wurde ein Belichtungstest ausgeführt.
Die beim vorliegenden Beispiel erhaltene Phasenschiebemaske hatte eine Linie/Zwischenraum-Auflösung von 0,35 um, was einer Verbesserung von mehr als 10% gegenüber einer herkömmlichen Maske darstellt, die eine Auflösung von 0,4 um zeigt.
Für dieses Beispiel können verschiedene Materialien und Techniken, die von den obigen abweichen, verwendet werden. Der Abschirmungsfilm kann ein Metallfilm aus Wolfram, Chrom, Kobalt, Nickel, Aluminium oder dergleichen, eine Siliciummetallverbindung aus Wolframsilicid (WSi&sub2;), Molybdänsilicid (MoSi2y) oder dergleichen oder ein Halbleiterfilm aus einer Siliciumlegierung, Silicium oder dergleichen sein. Jede geeignete Ätztechnik neben dem reaktiven Ionenätzen kann abhängig vom Material des Abschirmungsfilms verwendet werden. Der Abschirmungsfilm kann, wenn ein Metall wie Molybdän oder dergleichen verwendet wird, unter Verwendung eines Flüssigphasen-Ätzvorgangs ein Muster liefern, dessen Rand unter beinahe 90º geneigt ist. Auch kann der transparente Film ein transparenter Dünnfilm aus Silicium-Phosphor-Glas, Silicium- Phosphor-Bor-Glas, Siliciumnitrid oder dergleichen sein. Das Abscheiden kann durch einen Unterdruck-CVD-Prozess, einen Plasma-CVD-Prozess oder dergleichen, neben dem Normaldruck- CVD-Prozess ausgeführt werden. Ferner kann der transparente Film ein transparenter Dünnfilm aus Silicium-Phosphor-Glas, Silicium-Phosphor-Bor-Glas oder dergleichen, der durch Schleuderbeschichten hergestellt wurde, sein.
Für den Abschirmungsfilm besteht keine Beschränkung auf einen einzelnen undurchsichtigen Film, sondern es kann eine Mehrfachschicht mit einem transparenten Film und einem undurchsichtigen Film sein. Für den transparenten Film besteht keine Beschränkung auf eine Einzelschicht, sondern er kann eine Mehrfachschicht sein.

Beispiel 2

Nun wird das zweite Beispiel der Erfindung in Zusammenhang mit der Fig. 7 beschrieben. Auf einem Substrat 71 aus Quarz wurde ein Abschirmungsfilm 72 abgeschieden, auf dem eine Resistschicht für einen Elektronenstrahl hergestellt wurde, gefolgt von einem Zeichnen eines vorbestimmten Musters auf dieser unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems, bevor ein Entwicklungsvorgang zum Erhalten eines Resistmusters 73 ausgeführt wurde (siehe Fig. 7(a)).
Dann wurde der Abschirmungsfilm 72 durch normales Flüssigphasenätzen unter Verwendung des Resistmusters 73 als Maske geätzt, um ein undurchsichtiges Muster 74 herzustellen (siehe Fig. 7(b)).
Auf dem Quarzsubstrat 71 mit dem Resistmuster 73 und dem undurchsichtigen Muster 74 wurde durch eine Normaldruck-CVD- Prozess unter Verwendung von Silan (SiH&sub4;) + Sauerstoff (O&sub2;) als Materialgas ein transparenter Film 75 aus SiO&sub2; abgeschieden, um den Maskenherstellprozess abzuschließen (siehe Fig. 7(c)).
Das zweite Beispiel zeigte dasselbe Ergebnis wie das Beispiel 1.
Der transparente Film kann ein transparenter Dünnfilm aus Silicium-Phosphor-Glas, Silicium-Phosphor-Bor-Glas, Siliciumnitrid oder dergleichen, neben dem obigen SiO&sub2;, sein. Die Abscheidung kann durch einen Unterdruck-CVD-Prozess, einen Plasma-CVD-Prozess oder dergleichen, neben dem Normaldruck- CVD-Prozess, ausgeführt werden. Ferner kann der Abschirmungsfilm dadurch hergestellt werden, dass selektiv verschiedene Materialien, Herstelltechniken und Verarbeitungsvorgänge verwendet werden, wie beim Beispiel 1.

Beispiel 3

Nun wird das dritte Beispiel der Erfindung in Zusammenhang mit der Fig. 8 beschrieben. Auf einem Substrat 81 aus Quarz wurde ein Abschirmungsfilm 82 abgeschieden, auf dem eine Resistschicht für einen Elektronenstrahl hergestellt wurde, gefolgt von einem Zeichnen eines vorbestimmten Musters auf dieser unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems vor einer Entwicklung zum Erhalten eines Resistmusters 83 (siehe Fig. 8(a)). Der Abschirmungsfilm 82 wurde dann durch normales Flüssigphasenätzen unter Verwendung des Resistmusters 83 als Maske geätzt, um ein undurchsichtiges Muster 84 herzustellen (siehe Fig. 8(b)).
Auf das Quarzsubstrat 81 mit dem in den obigen Schritten hergestellten Resistmuster 83 und dem undurchsichtigen Muster 84 wurde SOG aufgetragen, gefolgt von einem Brennvorgang zum Herstellen eines transparenten Films 85 zum Abschließen des Maskenherstellprozesses (siehe Fig. 8(c)).
Bei diesem Beispiel bilden der Rand des Resistmusters 83 und des undurchsichtigen Musters 84 eine Stufe mit vorzugsweise einem Winkel, der sich beinahe vertikal erstreckt. Auch muss die Kombination aus dem Material für die Resistschicht und der SOG-Lösung dergestalt sein, dass die Resistschicht beim Auftragen der SOG-Lösung nicht aufgelöst wird. Der SOG-Film verfügt an der Stufe über eine Abschrägung, wie es in Fig. 8(c) dargestellt ist, und der mit 86 gekennzeichnete Stufenabschnitt des SOG-Films dient als Phasenschiebebereich. Die Maximaldicke Ts des durch Schleuderbeschichten des transparenten SOG hergestellten Phasenschiebebereichs hat die folgende Beziehung zur Differenz zwischen der Höhe Td des undurchsichtigen Musterteils und derjenigen des transparenten Teils, der Dicke Ttop des SOG-Films auf dem undurchsichtigen Musterteil und der Dicke Tbot des SOG-Films auf dem transparenten Teil (siehe Fig. 9):
Ts = Td + Ttop - Tbot (2)
wobei die Maximaldicke Ts des Phasenschiebebereichs vorzugsweise im Wesentlichen der in der obigen Formel (1) angegebenen Dicke Ts des Phasenschiebefilms entspricht. Beim Herstellprozess einer Phasenschiebemaske für einen Stepper mit i-Licht (365 nm) bei diesem Beispiel wurde ein Positivresist von 500 nm für eine das Muster des Abschirmungsfilms bildende Resistschicht verwendet, und für den Abschirmungsfilm wurde ein doppelschichtiger Metallfilm aus Chromoxid/Chrom (Cr) mit einer Gesamtdicke von 100 nm aufgetragen. Das Ätzen des Abschirmungsfilms erfolgte durch normales Flüssigphasenätzen. Durch Schleuderbeschichten wurde ein transparenter SOG-Film mit einem Brechungsindex von 1,46 aufgetragen, um einen Phasenschiebebereich mit Dickewerten von 300 nm für Tbot, 400 nm für Ts und 100 nm für Ttop zu erzielen. Die speziellen Techniken dieser Prozesse sind in der Technik der IC-Herstellung bekannt. Unter Verwendung eines Steppers mit einer NA von 0,45 unter Verwendung der durch die obigen Materialien und Schritte hergestellten Phasenschiebemaske wurde ein Belichtungstest ausgeführt. Die beim vorliegenden Beispiel erhaltene Phasenschiebemaske hatte eine Linien/Zwischenraum-Auflösung von 0,35 um, was einer Verbesserung von mehr als 10% gegenüber der herkömmlichen Maske entspricht, die eine Auflösung von 0,4 um zeigt.
Bei diesem Beispiel können verschiedene Materialien und Techniken neben den obigen verwendet werden. Der Abschirmungsfilm kann ein Metallfilm aus Molybdän, Wolfram, Chrom, Kobalt, Nickel, Aluminium oder dergleichen, eine Siliciummetallverbindung aus Wolframsilicid (WiS&sub2;), Molybdänsilicid (MoSi&sub2;) oder dergleichen oder ein Halbleiterfilm aus einer Siliciumlegierung, Silicium oder dergleichen sein. Jede geeignete Ätztechnik neben dem normalen Flüssigphasenätzen kann abhängig vom Material des Abschirmungsfilms angewandt werden. Wenn für den Abschirmungsfilm ein Metall wie Molybdän oder dergleichen verwendet wird, kann unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen ein Muster hergestellt werden, dessen Rand mit beinahe 90º geneigt ist. Auch kann der transparente Film ein transparenter Dünnfilm aus Silicium-Phosphor- Glas, Silicium-Phosphor-Bor-Glas oder dergleichen sein.
Für den Abschirmungsfilm besteht keine Beschränkung auf einen einzelnen undurchsichtigen Film, sondern er kann eine Mehrfachschicht mit einem transparenten Film und einem undurchsichtigen Film sein. Für den transparenten Film besteht keine Beschränkung auf eine Einzelschicht, sondern er kann eine Mehrfachschicht sein.

Beispiel 4

Das vierte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel 1 dahingehend, dass die Oberfläche des Substrats geätzt wird, um einen Stufenabschnitt auszubilden. Das Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 im Einzelnen erläutert. Auf einem Substrat 21 aus Quarz wurde ein Abschirmungsfilm 22 abgeschieden, auf dem eine Resistschicht für einen Elektronenstrahl hergestellt wurde, gefolgt von einem Zeichnen eines vorbestimmten Musters auf dieser unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems vor dem Entwicklungsvorgang zum Erhalten eines Resistmusters 23 (siehe Fig. 2 (a)).
Dann wurde der Abschirmungsfilm 22 unter Verwendung des Resistmusters 23 als Maske zum Herstellen eines undurchsichtigen Musters 24 durch normales Flüssigphasenätzen geätzt. Auch wurde das Quarzsubstrat 21 durch reaktives Ätzen unter Verwendung des Resistmusters 23 als Maske geätzt, um ein Muster 25 auszubilden, worauf ein Entfernen des Resistmusters 23 folgte (siehe Fig. 2(b)).
Auf dem Quarzsubstrat 21 mit dem undurchsichtigen Muster 24 wurde durch einen CVD-Prozess ein transparenter Film 26 abgeschieden, um den Maskenherstellprozess abzuschließen (siehe Fig. 2(c)).
Bei diesem Beispiel entspricht die effektive Dicke des Phasenschiebebereichs am Rand des undurchsichtigen Musters im Wesentlichen der Höhe des undurchsichtigen Musterteils, so dass das Ätzausmaß am Substrat auf dasjenige eingestellt wurde, das dadurch erhalten wurde, dass die Dicke des Abschirmungsfilms 22 von der durch die obige Formel (1) bestimmten Höhe des Phasenschiebebereichs abgezogen wurde. Auch hängt die Länge des Phasenschiebebereichs von der Dicke des auf dem Seitenwandabschnitt abgeschiedenen transparenten Films 26 ab, und sie wird entsprechend der Dicke des transparenten Films 26 eingestellt.
Dieses Beispiel zeigte dasselbe Ergebnis wie das Beispiel 1.
Materialien für den Abschirmungsfilm, den transparenten Film und dergleichen sowie die zugehörigen Herstell- und Verarbeitungstechniken können wie beim Beispiel 1 auf verschiedene Weise ausgewählt werden.

Beispiel 5

Das fünfte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel 1 dahingehend, das als Erstes der transparente Film abgeschieden wird gefolgt von einem Ätzen desselben im ebenen Abschnitt unter Verwendung eines anisotropen Ätzvorgangs, um den transparenten Film nur auf dem Seitenwandteil des undurchsichtigen Musters zu belassen.
Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 detailliert beschrieben. Auf einem Substrat 31 aus Quarz wurde ein Abschirmungsfilm 32 abgeschieden, auf dem eine Resistschicht für einen Elektronenstrahl hergestellt wurde gefolgt von einem Zeichnen eines vorbestimmten Musters auf dieser unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems vor einem Entwicklungsvorgang zum Erhalten eines Resistmusters 33 (siehe Fig. 3(a)).
Dann wurde der Abschirmungsfilm 32 durch normales Flüssigphasenätzen unter Verwendung des Resistmusters 33 als Maske geätzt, um ein undurchsichtiges Muster 34 auszubilden gefolgt von einem Entfernen des Resistmusters 33 (siehe Fig. 3(b)).
Auf dem Quarzsubstrat 31 mit dem undurchsichtigen Muster 34 wurde durch einen CVD-Prozess ein transparenter Film 35 abgeschieden (siehe Fig. 3(c)).
Schließlich wurde der transparente Film 35 durch reaktives Ätzen zurückgeätzt, um den transparenten Film nur am Seitenwandteil zu belassen, um einen Stufenabschnitt 36 auszubilden, der als Phasenschiebebereich diente, bevor der Maskenherstellprozess abgeschlossen wurde (siehe Fig. 3(d)).
Dieses Beispiel zeigte dasselbe Ergebnis wie das Beispiel 1.
Materialien für den Abschirmungsfilm, den transparenten Film und dergleichen sowie zugehörige Herstell- und Verarbeitungstechniken können wie beim Beispiel 1 auf verschiedene Weise ausgewählt werden.

Beispiel 6

Das sechste Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel 1 dahingehend, dass an der Grenze zwischen dem transparenten Teil und dem undurchsichtigen Teil im Schritt des Ätzens des undurchsichtigen Musters eine schräge Fläche ausgebildet wird.
Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 im Einzelnen beschrieben. Auf einem Substrat 41 aus Quarz wurde ein Abschirmungsfilm 42 abgeschieden, auf dem eine Resistschicht für einen Elektrodenstrahl hergestellt wurde, gefolgt von einem Zeichnen eines vorbestimmten Musters auf dieser unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems vor einem Entwicklungsvorgang zum Erhalten eines Resistmusters 43 (siehe Fig. 4(a)).
Dann wurde der Abschirmungsfilm 42 durch normales Flüssigphasenätzen unter Verwendung des Resistmusters 43 als Maske geätzt, um ein undurchsichtiges Muster 44 herzustellen (siehe Fig. 4 (b)).
Das Quarzsubstrat 41 wurde unter Verwendung des Resistmusters 43 als Maske zum Herstellen eines Musters 45 durch reaktives Ätzen geätzt. Beim Ätzvorgang muss das Muster größer werden, wenn der Ätzvorgang fortschreitet. Das Ätzen von Siliciumdioxid wird im Allgemeinen unter Verwendung eines hauptsächlich aus CF&sub4;+H&sub2; oder CHF&sub3; bestehenden Reaktionsgases ausgeführt. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass das Gas in der Dampfphase ein Polymer bildet. Demgemäß wird, durch geeignetes Auswählen der Ätzbedingungen, auf dem Seitenwandteil ein Polymer abgeschieden, was das sich ergebende Muster dicker macht und den geätzten Teil während des Ätzvorgangs abschrägt. Durch bekannte Ätztechniken wird die schräge Fläche 45 am Quarzsubstrat angrenzend an den undurchsichtigen Bereich ausgebildet (siehe Fig. 4(c)).
Schließlich wurde das Resistmuster 43 entfernt, um die Herstellung der Phasenschiebemaske abzuschließen (siehe Fig. 4(d)). Dieses Beispiel zeigte dasselbe Ergebnis wie das Beispiel 1.
Wie es aus dem Vorstehenden erkennbar ist, ist durch die Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils eine Fotolithographiemaske mit einem transparenten Substrat zum Durchlassen von sichtbarem oder ultraviolettem Licht zum Übertragen eines Maskenmusters, das für das Licht undurchlässig ist und auf dem Substrat ausgebildet ist, geschaffen, wobei auf dem transparenten Teil angrenzend an das undurchsichtige Muster ein Stufenabschnitt mit einer schrägen Fläche erzeugt wird, so dass ein Zeichnen eines Musters durch Elektronenstrahllithographie nur einmal erforderlich ist, was die Ausbildung eines selbstausgerichteten Phasenschiebebereichs ermöglicht. Der Phasenschiebeteil wird aus einem SOG-Film, einem CVD- Abscheidungsfilm oder dem transparenten Substrat selbst gebildet, wodurch geringe Gefahr einer Beschädigung bei einem Waschprozess oder dergleichen besteht. Ferner ermöglicht die an der Grenze zwischen dem transparenten Teil und dem undurchsichtigen Teil ausgebildete schräge Fläche eine Phasenverschiebung von durch den Phasenschiebeteil laufendem Licht, die vom transparenten Teil zum undurchsichtigen Teil kontinuierlich zunimmt. Demgemäß kann, wenn die Phasenverschiebung am Rand des transparenten Teils auf einen Wert nahe bei 180º eingestellt wird, eine scharfe Form auf den Randteil des durch den transparenten Teil laufenden Lichtflusses eingegrenzt werden, ohne dass das aufgestrahlte Licht insgesamt in unerwarteter Weise abklingt, was zu einer beachtlichen Verbesserung der Fotolithographieauflösung im Vergleich mit einer herkömmlichen Phasenschiebemaske führt.

Claims

1. Fotolithographiemaske mit:

- einem Substrat (1; 21; 31; 41; 71; 81; 91), das für Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge transparent ist;

- einem undurchsichtigen Muster (4; 24; 34; 44; 74; 84; 94), das auf dem Substrat vorhanden ist, um Licht am Durchlaufen durch dasselbe zu hindern; und

- einer Phasenschiebeeinrichtung (5; 26; 36; 45; 75; 85; 95), die für das Licht transparent ist und angrenzend an den Rand des undurchsichtigen Musters auf dem Substrat vorhanden ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebeeinrichtung einen Stufenabschnitt (6; 26; 36; 45; 76; 86; 96) mit einer in Bezug auf das Substrat geneigten Fläche aufweist, wobei der dickste Teil des transparenten Stufenabschnitts am nächsten beim Rand des undurchsichtigen Musters liegt und eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen λ/{2(n-1)} entspricht, wobei λ die Wellenlänge des bei der Fotolithographie zu verwendenden Lichts repräsentiert und n den Brechungsindex des die Phasenschiebeeinrichtung bildenden Materials repräsentiert, so dass das Ausmaß der Phasenverschiebung, die dem durch den dicksten Teil des Stufenabschnitts laufenden Licht verliehen wird, ungefähr 180º beträgt.

2. Maske nach Anspruch 1, bei der der auf dem Substrat (31) vorhandene transparente Film (36) den transparenten Stufenabschnitt (36) bildet, wobei der transparente Film nur im Bereich vorhanden ist, der an den Rand des undurchsichtigen Musters (34) angrenzt.

3. Maske nach Anspruch 1, bei der der Rand des undurchsichtigen Musters (4; 24; 34; 74; 84; 94) als Seitenwand ausgebildet ist, die im Wesentlichen rechtwinklig zum Substrat (1; 21; 31; 71; 81; 91) steht, um eine im Wesentlichen rechtwinklige Stufe auszubilden, und bei der der transparente Stufenabschnitt aus einem transparenten Film besteht, der zumindest auf der Seitenwand so ausgebildet ist, dass die schräge Fläche ungefähr als Quadrantenbogen ausgebildet ist.

4. Maske nach Anspruch 1, bei der ein auf dem Substrat (1; 21; 71; 81; 91) vorhandener transparenter Film (5; 26; 75; 85; 95) den transparenten Stufenabschnitt bildet und sich über das undurchsichtige Muster (4; 24; 74; 84; 94) erstreckt.

5. Maske nach Anspruch 1, bei der der Rand des undurchsichtigen Musters (4; 24; 74; 84; 94) als Seitenwand ausgebildet ist, die im Wesentlichen rechtwinklig zum Substrat (1; 21; 71; 81; 91) verläuft, um eine im Wesentlichen rechtwinklige Stufe zu bilden, und bei der sich ein auf dem Substrat vorhandener transparenter Film (5; 26; 75; 85; 95) über das undurchsichtige Muster erstreckt und den transparenten Stufenabschnitt (6; 26; 76; 86; 96) über dem Rand des undurchsichtigen Musters mit einer Form ungefähr eines Quadrantenbogens bildet.

6. Maske nach Anspruch 1, bei der das Substrat (21; 41) am Rand des undurchsichtigen Musters (24; 44) oder angrenzend an diesen einen geätzten Abschnitt enthält, und bei der der transparente Stufenabschnitt auf dem geätzten Abschnitt des Substrats ausgebildet oder durch diesen gebildet ist.

7. Maske nach Anspruch 6, bei der der geätzte Abschnitt des Substrats (21) eine im Wesentlichen vertikale Randfläche ist, die mit dem oben liegenden Rand des undurchsichtigen Musters eine im Wesentlichen vertikale Stufe bildet, wobei der transparente Stufenabschnitt einen transparenten Film (26) aufweist, der so zumindest auf der im Wesentlichen vertikalen Stufe so ausgebildet ist, dass die schräge Fläche ungefähr als Quadrantenbogen ausgebildet ist.

8. Maske nach einem Ansprüche 3, 5 und 7, bei dem die im Wesentlichen vertikale Stufe eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen λ/{2(n-1)} entspricht.

9. Maske nach Anspruch 6, bei der der geätzte Abschnitt des Substrats (41) den transparenten Stufenabschnitt bildet und die schräge Fläche (45) enthält.

10. Maske nach Anspruch 1, bei der Abschnitte einer beim Strukturieren des undurchsichtigen Musters (74; 84; 94) verwendeten Resistschicht (73; 83; 93) über dem undurchsichtigen Muster liegen.

11. Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske mit einem für Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge durchlässigen Substrat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(1) Herstellen eines für das Licht undurchsichtigen Abschirmungsfilms auf dem Substrat;

(2) Herstellen eines Resistfilms für einen Elektronenstrahl auf dem Abschirmungsfilm sowie Herstellen eines Resistmusters auf dem Resistfilm durch Zeichnen eines vorbestimmten Musters mit einer Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung, und anschließendes Entwickeln des so hergestellten Musters;

(3) Ätzen des Abschirmungsfilms durch anisotropes Ätzen unter Verwendung des Resistmusters als Maske, um auf dem Sub strat ein undurchsichtiges Musters auszubilden; und

(4) Auflaminieren eines transparenten Films auf das Substrat einschließlich dem undurchsichtigen Muster durch Entfernen oder ohne Entfernen des Resistmusters, wobei eine Phasenschiebemaske mit einem transparenten Stufenabschnitt hergestellt wird, der angrenzend an den Rand des undurchsichtigen Musters ausgebildet ist und eine Oberfläche aufweist, die in Bezug auf das Substrat geneigt ist, und wobei der dickste Teil des transparenten Stufenabschnitts am Nächsten beim Rand des undurchsichtigen Musters liegt und eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen λ/{2(n-1)} entspricht, wobei λ die Wellenlänge des bei der Fotolithographie zu verwendenden Lichts repräsentiert und n den Brechungsindex des den transparenten Film bildenden Film bildenden Materials repräsentiert.

12. Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske nach Anspruch 11, bei dem der im Schritt (4) auflaminierte Film mit Ausnahme desjenigen Abschnitts entfernt wird, der das undurchsichtige Muster umgibt, wobei dieser umgebende Abschnitt den transparenten Stufenabschnitt bildet.

13. Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske nach Anspruch 11, bei der der Ätzschritt (3) das Ätzen des Substrats unter Verwendung des Resistmusters als Maske nach dem Ätzen des Abschirmungsfilms beinhaltet, wobei der geätzte Teil des Substrats und der oben liegende Rand des undurchsichtigen Musters eine Stufe bilden, auf die der transparente Film im Schritt (4) auflaminiert wird.

14. Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske nach Anspruch 11, bei der Abschnitte des Resistmusters auf den entsprechenden Abschnitten des undurchsichtigen Musters verbleiben, so dass dann, wenn der Schritt (4) ausgeführt wird, der transparente Film auf eine Stufe auflaminiert wird, die den Rand des undurchsichtigen Musters und den oben liegenden Rand des verbliebenen Resistmusters umfasst.

15. Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske nach Anspruch 11, bei der die Höhendifferenz (Td) zwischen den Niveaus der jeweiligen Oberflächen über dem undurchsichtigen Muster (84; 94) einerseits und dem Substrat (81; 91) andererseits, auf denen der transparente Film (85; 95) vorhanden ist, λ/{2(n-1)} + (Tbot - Ttop) beträgt, wenn die Dicke dieses Teils des transparenten Films (85; 95) auf dem Substrat in der fertiggestellten Maske verschieden von der Dicke dieses Teils des transparenten Films über dem undurchsichtigen Muster ist, wobei Tbot die Dicke dieses Teils des transparenten Films auf dem Substrat repräsentiert, Ttop die Dicke dieses Teils des transparenten Films auf dem undurchsichtigen Muster repräsentiert, λ die Wellenlänge des bei der Fotolithographie zu verwendenden Lichts repräsentiert und n den Brechungsindex des die Phasenschiebeeinrichtung bildenden Materials repräsentiert.

16. Verfahren zum Herstellen einer Fotolithographiemaske nach Anspruch 11, bei der die Höhe einer Stufe am Rand des undurchsichtigen Musters, die diesen Rand enthält, angrenzend an den der transparente Stufenabschnitt im Schritt (4) hergestellt wird, im Wesentlichen λ/{2(n-1)} entspricht.