DE69333393T2

DE69333393T2 - Techniken zur Verbesserung der optischen Projektionsbildverarbeitung durch Merkmaländerung und absorbierende Phasenverschiebung

Info

Publication number: DE69333393T2
Application number: DE69333393T
Authority: DE
Inventors: Burn Jeng Austin Lin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: DE69333393D1; US5288569A; JP2642034B2; EP0567169A1; EP0567169B1; JPH0695359A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Lithografiemasken und insbesondere auf Phasenschiebermasken zur Verwendung in der Fotolithografie.
In der Fotolithografie werden Masken dazu verwendet, ein Substrat mit einem Muster zu belichten. Da die Produktion nach der Belichtung mit Mustern mit immer kleineren Dimensionen verlangt, müssen Verfahren eingesetzt werden, mit denen die derzeitige Leistungsfähigkeit des fotolithografischen Prozesses gesteigert werden kann. Eine Entwicklungsrichtung bestand in der Verwendung elektromagnetischer Strahlung mit kürzeren Wellenlängen im UV-Bereich, in Röntgenbereich und dergleichen. Ein alternativer Ansatz besteht in der Anwendung von Phasenschieberverfahren in den Wellenlängenbereichen, die in der Vergangenheit in der Fotolithografie benutzt wurden.
Durch das Phasenschieberverfahren kann die Auflösung von kohärenten oder teilkohärenten optischen Abbildungssystemen verbessert werden. Es wurde gezeigt, dass die normalisierte Auflösung k₁ von 0,7 auf 0,35 verringert werden kann, was die Leistungsfähigkeit der Lithografie um zwei Entwicklungsstufen erhöht.
Es wurde gezeigt, dass durch die Anwendung von Phasenschieberverfahren mit Masken in optischen Mikrolithografiesystemen die projizierten. Bilder verbessert werden konnten. Diese Phasenschieberverfahren sind in unterschiedlichen Anordnungen eingesetzt worden.
1A und 1B stellen das Alternativelement-Phasenschieberverfahren (Alt) dar, bei dem die Phase bei jeweils einem der benachbarten transparenten Elemente verschoben wird. 1A zeigt eine binäre Intensitätsmaske (binary intensity mask, BIM), und 1B zeigt eine Phasenschiebermaske (phase-shifting mask, PSM). Im Detail ist das Glas 10 sowohl in 1A als auch in 1B mit einer Matrix von Chromelementen 12 beschichtet, die durch Zwischenräume 11 und 13 voneinander getrennt sind. In 1B ist im Zwischenraum 13 zwischen zwei benachbarten Elementen 12 auf die freiliegende Glasoberfläche 10 eine Phasenschieberschicht 14 aufgebracht, während der andere Zwischenraum zwischen den benachbarten Elementen 12 frei bleibt. Man kann sehen, dass der Wert E, die Amplitude der elektrischen Feldstärke der elektromagnetischen Strahlung, unterhalb der Phasenschieberschicht 14 in 1B sowohl an der Maske als auch am Wafer im Vergleich zur entsprechenden Position in 1A einen negativen Wert angenommen hat. In 1B hat sich die Intensität I von Teilen der Kurven bei 11''' und 13''' am Wafer insofern wesentlich verändert, als der Kontrast unterhalb der Zwischenräume 11 und 13 zugenommen hat. Die Werte der elektrischen Feldstärke E an der Maske 11' und 13' unter den Zwischenräumen 11 und 13 stimmen mit den Werten 11'' und 13'' für die elektrische Feldstärke E am Wafer überein.
Ein weiteres Verfahren nach dem Stand der Technik, das als teilauflösungsgestützte (subresolution-assisted, SA) PSM bezeichnet wird, zeichnet sich durch das Hinzufügen von phasenverschobenen Teilauflösungselementen zu isolierten transparenten Strukturelementen aus, wie in 2A und 2B gezeigt wird. Beide Verfahren weisen jedoch der. Nachteil auf, dass sie nicht auf jedes Maskenlayout angewendet werden können, das nicht nur aus dicht gepackten oder isolierten transparenten Strukturelementen, sondern aus vielen verschiedenen Merkmalen besteht. 3A zeigt ein Substrat 30, das einen Absorber 31 und auf diesem einen über den Absorber 31 hinausragenden Phasenschieber 32 trägt. Im Folgenden wird das hier angewendete Verfahren, das sich einer Projektion über den Absorber hinaus bedient, als das Rand-PSM-Verfahren bezeichnet. Würde der Absorber 31 nicht verwendet, würde das Phasenschieberlicht mit einer stark negativen Amplitude zu unerwünscht hellen Bildern führen. Der Absorber 31 sperrt den unerwünschten Anteil des phasenverschobenen Lichts, um die unerwünschten hellen Flecken in der Mitte der phasenverschobenen Strukturelemente auszublenden. Auf der rechten Seite von 3A wird neben dem Absorber 31 ein herkömmlicher Absorber 31 gezeigt. 3B und 3C sind genau untereinander angeordnet, um die relativen Ergebnisse der Unterschiede der Masken auf der linken und der rechten Seite zu zeigen. 3B zeigt die elektrische Feldstärke E an der Maske für die Struktur von 3A.
3C zeigt die Intensität am Wafer für die Struktur von 3A. Die Kurve 34 zeigt, wie hoch die Intensität I ohne den Absorber 31 wäre. Die Kurve 35 zeigt, wie die Intensität unterhalb der Sperrschicht 31 verringert ist, ohne dass Veränderungen an anderer Stelle eintreten.
Das Rand-PSM-Verfahren ist auf alle Strukturelemente auf jeder beliebigen Maske anwendbar. Allerdings werden die Effekte der optischen Nähe verstärkt. Das bedeutet, dass für die unterschiedlichen Strukturelemente jetzt größere Belichtungsdifferenzen erforderlich sind, um dieselbe Merkmalgröße mit einer identischen Toleranz zu übertragen, wie in den Belichtungs-Defokussierungs-Diagrammen (E-D) von k₂ als Funktion von der Belichtungsdosis im logarithmischen Maßstab in 5 gezeigt wird, die sich auf die Aussagen in den Artikeln von Burn J. Lin, „Partially Coherent Imaging in Two Dimensions and the Limits of Projection Printing in Microfabrication", IEEE Transaction on Electron Devices, Bd. ED-27 (1980), S. 931–938, und Burn Jeng Lin, „A Comparison of Projection and Proximity Printings – From W to X-ray", Microelectronic Engineering, Bd. 11 (1990), S. 137–145, beziehen.
Ein weiteres Verfahren nach dem Stand der Technik wird in 4 gezeigt, bei dem kein Absorber verwendet wird. Hier müssen allein die Phasenschieber 41, 42 und 43 auf dem Substrat 40 für die Musterübertragung sorgen. Die großen Phasenschieberflächen 42 werden überall innerhalb und außerhalb der Strukturelemente abgebildet, jedoch nicht an den Kanten, wo infolge des steilen Phasensprungs große, aus dunklen Linien bestehende Bilder 42''' entstehen. Bei den kleinen Flächen 41 liegen die Kanten dicht genug nebeneinander, so dass ein völlig dunkles Strukturmerkmal 41''' entsteht. Große dunkle Bilder 43''' können erzeugt werden, indem viele Teilauflösungs-Phasenschieberelemente 43 dicht nebeneinander angeordnet werden. Da die Phasenschieber hier im Gegensatz zu den gedämpften PSM, die in der Erfindung beschrieben werden sollen, vollkommen transparent sind, wird dieses spezielle PSM-System als ungedämpftes (unattenuated, Utt) PSM bezeichnet.
Das durch die vorliegende Erfindung gelöste Problem besteht darin, dass es zu mangelhaftem Bildkontrast und zu geringer Schärfentiefe kommt, wenn Stepper über ihre Leistungsgrenze hinaus verwendet werden.
Die US-Patentschrift A-4.890.309 legt eine Phasenschiebermaske offen, die eine Absorption und eine feste Größe der Phasenverschiebung aufweist, um nachteilige Beugungseffekte, wie beispielsweise unscharfe Kanten, zu unterdrücken, die durch Beugungseffekte entstehen.
Terasawa et al., „Imaging characteristics of multi-phase-shifting and halftone phase-shifting masks", Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 30, Nr. 11B, Nov. 1991, S. 2991–2997, das als typischer Stand der Technik anzusehen ist, legt eine im Einleitungsteil von Anspruch 1 beschriebene Phasenschiebermaske offen, die speziell Chrom auf Glas mit lichtdurchlässigen Absorbern sowie Phasenschieber auf langen absorbierenden Strukturelementen aufweist. Der Bildkontrast der Phasenschiebermasken nach dem Stand der Technik ist jedoch unzureichend.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den mangelhaften Bildkontrast zu erhöhen.
Zu diesem Zweck weist die Phasenschiebermaske der vorliegenden Erfindung die in den Ansprüchen 1 bzw. 2 dargelegten Merkmale auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B zeigen ein Alternativelement-Phasenschieberverfahren nach dem Stand der Technik, bei dem die Phase jeweils eines der benachbarten transparenten Elemente verschoben wird.
2A und 2B zeigen ein alternatives Verfahren nach dem Stand der Technik, bei dem Teilauflösungselemente zu isolierten transparenten Strukturelementen hinzugefügt werden.
3A–3D zeigen ein Verfahren nach dem Stand der Technik, das die Randphasenverschiebung anwendet.
3A zeigt einen herkömmlichen Absorber neben einem angehobenen Phasenschieber, der durch geringfügig kleinere selbstausrichtende Absorber getragen wird.
3B bzw. 3C zeigen für die Strukturen. von 3A die Feldstärke an der Maske und die Intensität am Wafer.
4A zeigt das Verfahren der ungedämpften PSM-Maske nach dem Stand der Technik, bei dem die ungedämpfte Phasenverschiebung angewendet wird.
4B–4D zeigt die elektrischen Feldstärken und die Intensität für das Maskenverfahren von 4A.
5 zeigt den Belichtungs-Defokussierungs-Baum (E-D) von fünf Strukturelementtypen nach dem Randphasenschieberverfahren und stellt dar, dass unterschiedliche Strukturelemente nun eine größere Differenz der Belichtungsdosis erfordern, um dasselbe Merkmal mit einer identischen Toleranz zu übertragen.
6A zeigt das gedämpfte (Att) PSM-Verfahren, 6B zeigt die entsprechende Amplitude der elektrischen Feldstärke, und 6C zeigt die Bildintensität für 6A. 6A zeigt ein absorbiertes und phasenverschobenes Element neben einem herkömmlichen Element.
7A und 7B zeigen das gemeinsame E-D-Fenster der BIM und der gedämpften (Att) PSM in Form der E-D-Diagramme, die Verbesserungen von Kontrast und (k₂) durch die Att PSM, wobei k₂ die durch Z(NA²/Lambda) definierte normalisierte Schärfentiefe (depth-of-focus, DOF) ist; dabei ist Z eine physische Schärfentiefe, Lambda die Wellenlänge der reaktiven Strahlung und NA die numerische Apertur des Abbildungsobjektivs.
8 zeigt das gemeinsame E-D-Fenster der Att PSM mit drei Strukturelementgrößen und -typen. Der Absorber der gesamten Maske wird durch einen Phasenabsorber mit 25% Transmissionsamplitude ersetzt, während die isolierten Zwischenräume lichtundurchlässig bleiben.
9A–9D zeigen Veränderungen des E-D-Baums von isolierter. phasenverschobenen Strukturelementen in Abhängigkeit von der Transmission der Phasenschieber. Diese E-D-Diagramme zeigen die Veränderung von Kontrast und Belichtungsdosis bei Änderung der Transmissionsamplitude von 0 auf 25%, 50% und 100%, was einer Absorption von 100%, 93,75%, 75% bzw. 0% entspricht.
9E zeigt das Layout einer PSM, die drei Absorptionsgrade aufweist, von denen einer dem lichtundurchsichtigen Bereich entspricht.
10A–10D zeigen den Herstellungsprozess einer Att PSM mit dem Phasenschieber auf dem Absorber.
11A–11D zeigen den Herstellungsprozess einer Att PSM mit dem Absorber auf dem Phasenschieber.
12A–12E zeigen den Herstellungsprozess einer Att PSM, die kleine lichtundurchlässige Strukturelemente enthält.
13A–13E zeigt den Herstellungsprozess einer Att PSM, die mehr als einen Transmissionsgrad aufweist.
14 zeigt die Änderung des E-D-Baums für den Fall Kontakt-Loch durch Vorkorrektur.
15 zeigt die Änderung des E-D-Baums für den Fall lichtundurchlässige Insel durch Vorkorrektur.
16 zeigt eine Maske, die sich ergibt, wenn nur der isolierte lichtundurchlässige Zwischenraum in einer Att PSM vorkorrigiert wird.
17 zeigt eine Maske, die sich ergibt, wenn die Streifen-Abstand-Paare und die Leitungsöffnungen in einer Att PSM vorkorrigiert werden.
18 entspricht der Maske von 16 mit zusätzlichen vorkorrigierten Löchern.
19 entspricht der Maske von 18 mit zusätzlicher. vorkorrigierten und durchlässigeren Inseln.
20 entspricht der Maske von 18 mit zusätzlichen vorkorrigierten lichtundurchlässigen Inseln.
Die Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur umfassenden Verbesserung aller Strukturmerkmale auf einer Maske zur Verfügung. Der herkömmliche lichtundurchlässige Absorber wird lichtdurchlässig gemacht und auf die Maske eine zusätzliche Phasenschieberschicht aufgebracht, so dass die Gesamtphasenverschiebung durch den Schichtstapel im Vergleich zur Phasenverschiebung über eine Weglänge in Luft derselben Schichtdicke π oder (2n + 1)π beträgt, wobei n eine positive oder negative ganze Zahl ist. Theoretischen Berechnungen zufolge ist die Verbesserung bei einer durchgelassenen Amplitude der elektrischen Feldstärke zwischen 10% und 50% besonders ausgeprägt, d. h. der Transmissionsgrad des Schichtstapels sollte zwischen 1% und 25% liegen. Das Wirkprinzip des Verfahrens wird in 6A–6C gezeigt. 6A zeigt die Att PSM. Das Maskensubstrat 60 trägt ein absorbierendes und phasenverschobenes Element 61 neben einem herkömmlichen lichtundurchlässigen Element 62. 6B zeigt die Amplitude der elektrischen Feldstärke an der Maske von 6A, und 6C zeigt die Bildintensität für 6A am Wafer. Die Amplitude im absorbierenden Teil 61 wird nun negativ, um zur Verbesserung des Bildkontrasts beizutragen. Bei zu niedrigem Transmissionsgrad ist die negative Amplitude zu klein, um wirksam zu sein. Im anderen Extremfall tritt zuviel Licht durch eine Fläche, die eigentlich dunkel sein sollte, so dass Doppelbilder entstehen.
Die Belichtungs-Defokussierungs-Diagramme (E-D) in 7A und 7B zeigen einzelne Verbesserungen des Kontrasts und der normalisierten Schärfentiefe k₂ in Abhängigkeit vom Logarithmus der Belichtungsdosis. Obwohl bei der gedämpfter Phasenverschiebung (Att) die durch die gemeinsamen E-D-Bereiche definierte Schärfentiefe geringer ist, erkennt man bei den folgenden Kombinationen Verbesserungen des Kontrasts und der Schärfentiefe:
Streifen – Streifen/Zwischenraum,
Streifen – Streifen/Zwischenraum – Löcher, und
Löcher – Inseln.
Wenn die kritischen Strukturelemente auf einer Maske aus diesen Kombinationen bestehen, wird die Abbildung der Strukturelemente durch die gedämpfte Phasenverschiebung verbessert.
Um die Abbildung weiter zu verbessern, kann über die gleichförmige dämpfende Phasenschieberschicht hinaus die Dämpfung verändert werden. 8 zeigt, dass, wenn die kritischen Strukturelemente aus gleich großen Streifen und Zwischenräumen bzw. isolierten Streifen und isolierten Zwischenräumen bestehen, der Absorber der Gesamtmaske durch einen Phasenabsorber mit einer Transmissionsamplitude von 25% ersetzt werden kann, während die isolierten Zwischenräume lichtundurchlässig bleiben. Dies ermöglicht eine Auflösung von k₁ = 0,46 und gleichzeitig eine Schärfentiefe von k₂ = 0,81. Für jeden der drei Strukturelementtypen werden die drei Elementgrößen k₁ = 0,46, 0,58 und 0,7 betrachtet. Alle Strukturelementgrößen und -typen werden mit einer Genauigkeit bis zu ±1,168 mm (±0,046 Zoll) abgebildet. Die Auflösung und die Schärfentiefe werden als normalisierte Parameter k₁ und k₂ angegeben. Diese können durch die Beziehungen W = k1((L)/NA), und DOF = k2((L)/NA2)W – Strukturelementgröße
k₁ – Normalisierter Breitenparameter
k₂ – Normalisierter Tiefenparameter
(L)) – Wellenlänge (Angström)
NA – Numerische Apertur
DOF – Schärfentiefe
in physische Dimensionen umgerechnet werden.
Wenn das kritische Strukturelement eine lichtundurchlässige Insel ist, kann der Transmissionsgrad der absorbierenden Phasenschieberschicht erhöht werden, um den Kontrast dieser Bilder zu erhöhen und die erforderliche Belichtungsdosis in den für die anderen Strukturelemente üblichen Bereich zu verschieben. Die E-D-Diagramme in 9A, 9B, 9C und 9D zeigen die Veränderung des Kontrasts und der Belichtungsdosis bei Änderung der Transmissionsamplitude von 0% auf 25%, 50% und 100%, was einem Absorptionsgrad von 100%, 93,75%, 75% bzw. 0% entspricht. 9E zeigt das Layout einer Intensitätsmaske. 9F stellt ein Beispiel für ein entsprechendes Layout einer Phasenschiebermaske dar. In 9E liegt einschließlich der lichtundurchlässigen Bereiche 90 nur ein Absorptionsgrad vor. Die Bereiche 93 sind Öffnungen in der Maske. In 9F liegen drei Absorptionsgrade vor, von denen einer den lichtundurchlässigen Bereichen 90 entspricht. Die Bereiche 91 und 92 sind zwei absorbierende Phasenschieberbereiche. Außerdem gibt es noch die lichtdurchlässigen Bereiche 93.
10A–10D zeigen eine Folge von Schritten zur Herstellung einer Maske mit einer gleichmäßigen absorptiven Phasenverschiebung. Ein Substrat 50 wird mit einem lichtdurchlässigen Absorber 51 (vorzugsweise Chrom) beschichtet, die zwischen dem Substrat 50 und der Phasenschieberschicht 52 liegt. Auf der Phasenschieberschicht 52 liegt, wie in 10B gezeigt, die Fotolackschicht 53, die zum Strukturieren der Schicht 52 durch den bekannten fotolithografischen Prozess verwendet wird. Der Absorber 51 in 10C dient als Ätzstoppschicht bei Verwendung eines üblichen trockenen, reaktiven oder Plasmaätzverfahrens zum Strukturieren der Phasenschieberschicht 52, die aus einer beliebigen für reaktives Licht transparenten Dünnschicht bestehen kann, wie z. B. aus Siliciumdioxid (SiO₂), durch Schleuderbeschichten aufgebrachtes Glas, Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder PMMA-Fotolack (Polymethylmethacrylat). Im Falle des PMMA kann das übertragbare formgetreue Maskenverfahren von Lin (J. Vac. Soc. Technol., Bd. 16, S. 1669–1671 (1979) zum Strukturieren der PMMA-Fotolackschicht angewendet werden. In 10D wurde die strukturierte Phasenschieberschicht 52 als Maske für das anisotrope Plasmaätzen zum Strukturieren der Chromschicht 51 verwendet.
11A–11D zeigen eine weitere Folge von. Schritten zur Herstellung einer gleichmäßigen absorptiven Phasenschiebermaske. In 11A liegt die Chromabsorberschicht 82 auf der Phasenschieberschicht 81. Die Fotolackschicht 83 liegt auf der Absorberschicht 82. Die Phasenschieberschicht 81 wird direkt auf das Substrat 80 aufgebracht. Wenn die Gleichmäßigkeit und die absolute Dicke der Phasenschieberschicht 81 nicht genau eingestellt werden kann, dürfen die Phasenschieberschicht 81 und das Maskensubstrat 80 daher nicht aus dem gleichen Material bestehen. Das Strukturieren der Chromabsorberschicht 82 erfolgt jedoch durch herkömmliche Chromstrukturierungsverfahren. Die in der Schicht 82 gebildete Chromstruktur in 11C wiederum kann als Ätzmaske für die Phasenschieberschicht 81 dienen, welche in 11D im Ergebnis des Ätzprozesses gezeigt wird. Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) können selektiv so geätzt werden, dass das üblicherweise als Maskensubstrat 80 verwendete Quarz nicht angegriffen wird. Si₃N₄ bzw. Al₂O₃ stellen eine für diese Anordnung gut geeignete Phasenschieberschicht 81 dar. Sie können auch als dünne Ätzstoppschicht zum Isolieren der Phasenschieberschicht 81 vom Maskensubstrat 80 eingesetzt werden. Wenn für die Phasenschieberschicht 81 ein Polymer verwendet wird, ist vorzugsweise ein Härtungsschritt durchzuführen. Das Polymer kann mittels reaktiven Sauerstoffionenätzens (02 reactive ion etching, 02 RIE) selektiv geätzt werden.
Eine dritte Möglichkeit zum Herstellen einer Att PSM, die in 11A–11D nicht gezeigt wird, besteht in der Verwendung eines Substrats 80 mit lediglich einer Schicht eines lichtdurchlässigen Absorbers 82. Das Substrat 80 unter den Absorberöffnungen wird genauso wie in 11D geätzt. Dies setzt jedoch hohe Ätzgleichmäßigkeit und hohe Oberflächengüte voraus, da hier keine Ätzstoppschicht vorliegt.
12A–E zeigen eine Folge von Herstellungsschritten, bei der sich auf der Struktur von 10 eine lichtundurchlässige Struktur befindet. In diesem Fall wird ein Maskensubstrat 20 mit einer ersten lichtdurchlässigen Absorberschicht 21 (teilabsorbierend und teildurchlässig) beschichtet, die wiederum mit einer ersten Phasenschieberschicht 22 beschichtet wird, welche wiederum mit einer zweiten Absorberschicht 23 beschichtet wird, auf die dann eine Fotolackschicht 24 aufgebracht wird. In 12B ist der Fotolack belichtet und entwickelt worden, und ein einzelnes Fotolackrechteck 24' ist zurückgeblieben. Die zweite Absorberschicht 23, die den Transmissionsgrad stark verringert, wird in 12C durch herkömmliche Maskenherstellungsverfahren strukturiert. Die Strukturierung der übrigen Schichten verläuft analog der Reihenfolge in 10; der Unterschied besteht lediglich darin, dass hier das zu übertragende Muster mit der vorausgegangenen Abbildung des zweiten Absorbers zur Deckung gebracht werden muss. Deshalb muss in der zweiten Absorberschicht eine Justiermarke vorgesehen werden. Alternativ kann auch die Folge der Bearbeitungsschritte von 11 ähnlich verändert werden, um lichtundurchlässige Strukturen zu erzeugen. In 12D wird die erste Phasenschieberschicht 22 strukturiert, nachdem ein zweiter (nicht gezeigter) Fotolackmaskenprozess ausgeführt wurde, wie dem Fachmann klar sein wird. In 12E wird die fertige Maske nach dem Ätzen der ersten Absorberschicht 21 gezeigt.
13A–E zeigen eine Folge von Schritten. zur Herstellung einer Maske mit drei Absorptionsgraden. Ein Maskensubstrat 70 wird mit einer ersten lichtdurchlässigen (teilabsorbierenden und teildurchlässigen) Absorberschicht 71 beschichtet, die wiederum mit einer ersten Phasenschieberschicht 72 beschichtet wird, welche wiederum mit einer zweiten lichtdurchlässigen (ebenfalls teilabsorbierenden) Absorberschicht 73 beschichtet wird, welche wiederum mit einer zweiten Phasenschieberschicht 74 beschichtet wird, auf die wiederum eine Fotolackschicht 75 aufgebracht wird. In 13B wird der Fotolack entwickelt und hinterlässt Fotolackmarkierungen 75'. In 13C werden die Markierungen der zweiten Phasenschieberschicht erzeugt. In 13D wird die selektive Phasenverschiebung erzeugt, nachdem ein zweiter (nicht gezeigter) Fotolackmaskenprozess durchgeführt wurde, wie dem Fachmann klar sein wird. In 13E wird nach einem ebenfalls nicht gezeigten dritter. Fotolackmaskenprozess die fertige Maske erzeugt. Die resultierende Maske weist gedämpfte Phasenschieberstapel 75, gedämpfte Phasenschieberstapel 76 mit geringerer Transmission und einen Stapel 77 mit einer dem Stapel 76 vergleichbaren Transmission, jedoch ohne Phasenverschiebung, auf.
Die Auflösungs- und Schärfentiefegrenzen eines optischen Projektionsabbildungssystems wird durch Vorkorrektur der Strukturelemente auf einer Phasenschiebermaske erweitert.
Bei der in 6 gezeigten gedämpften Phasenschiebermaske wird die Phasenverschiebung erreicht, indem der herkömmliche Absorber etwas lichtdurchlässig gemacht und auf den Absorber zusätzlich eine Phasenschieberschicht aufgebracht wird, um die Phasenverschiebung auf ungefähr (2n + 1)π einzustellen. Ein Verfahren zum Anpassen der Belichtungsdosis dieser Fenster umfasst, wie oben beschrieben, die Verwendung einer Kombination von Phasenschieberschichten unterschiedlicher Lichtschwächung. In 14–20 wird ein zusätzliches Mittel zum Einstellen der Belichtungsdosis bereitgestellt, bei dem die Größe des Maskenmusters so geändert wird, dass es entweder kleiner oder größer als die gewünschte Waferabbildung ist. Im ersten Fall ist dies bei Anwendung auf lichtdurchlässige Objekte als positive Vorkorrektur und im letzteren Fall als negative Vorkorrektur bekannt. Bei lichtundurchlässigen Objekten gelten jeweils umgekehrte Vorzeichen.
14 zeigt den Effekt der Vorkorrektur bei Kontaktlöchern, um die Auswirkung der Vorkorrektur auf alle lichtdurchlässigen Objekte darzustellen. Die Objektgrößen sind hier k₁ = 0,4, 0,46, 0,52, 0,58, 0,64 und 0,7, und die Größe der Abbildung nach Normalisieren durch Multiplikation der Elementdimension W und der Elementtoleranz Delta-W mit NA/(L) bleibt k₁ = 0,58 + 0,029. Das praktikable Belichtungs-Defokussierungs-Fenster (E-D) ändert seine Form und seine Lage auf der Belichtungsachse. Desgleichen zeigt 15 die Änderung des E-D-Fensters für lichtundurchlässige Inseln, wobei Größen von 0,46, 0,58 und 0,7 eine Abbildung von 0,58 + 0,058 ergeben.
Die drei langen Strukturelemente werden hier verwendet, um die Extrema der Packungsdichte zu veranschaulichen. Bei einer realen Maske ist eine Vielzahl von Packungsdichten anzutreffen. Die Vorkorrektur muss dann entsprechend angepasst werden. Bei langen Strukturelementen müssen nur die isolierten lichtundurchlässigen Zwischenräume in Richtung geringerer Belichtungsdosen verschoben werden, um ein. großes gemeinsames E-D-Fenster zu erzeugen; dies wird in 16 gezeigt, bei der auf dem Untergrund einer gleichmäßigen absorbierenden Phasenschieberschicht mit einem Absorptionsgrad von 93,75% eine Vorkorrektur von k₁ = 0,09 für die isolierten lichtundurchlässigen Zwischenräume angewendet wird. Die Größe der gleichen Streifen und Zwischenräume sowie der isolierten Streifenöffnungen bleibt bei k₁ = 0,46, was einer Vorkorrektur von Null entspricht. Für die isolierten lichtundurchlässiger. Zwischenräume hingegen wird k₁ gleich 0,37. Der günstigste Bereich für diese drei Strukturelemente liegt bei k₂ = 0,87, was einer Spanne der Belichtungsintensität von 10% entspricht. Die vertikale Dimension k2 wird hier durch Multiplizieren mit NA2/(L)) normalisiert.
Alternativ kann die Vorkorrektur der gleichen Streifen und Zwischenräume sowie der isolierten Streifenöffnungen eingestellt werden, während die Vorkorrektur der isolierten lichtundurchlässigen Zwischenräume bei Null belassen wird. 17 zeigt eine Schärfentiefe von k₂ = 0,66, wobei die gleichen Streifen und Zwischenräume mit k₁ = 0,38 und die isolierten Streifenöffnungen mit k₁ = 0,36 vorkorrigiert worden sind. Man beachte, dass diese Kombination aus den folgenden Gründen weniger wünschenswert als die Vorige ist:

(1) Für die beiden Strukturelemente müssen unterschiedliche Vorkorrekturen angewendet werden; dies erschwert die Ermittlung der Vorkorrektur für unterschiedliche Abstandsverhältnisse der lichtdurchlässigen Objekte im Muster einer vorgegebenen Schaltkreismaske.
(2) Die Belichtungsdosis ist höher, was den Durchsatz verringert.
(3) Die Schärfentiefe des gemeinsamen Fensters ist geringer.

18 zeigt, dass auch bei Einbeziehung von Kontaktlöchern diese um k₁ = 0,58 vorkorrigiert werden können, so dass die gleiche Schärfentiefe beibehalten wird. Wenn auch lichtundurchlässige Inseln einbezogen werden sollen, müssen diese um k₁ = 0,48 vorkorrigiert werden. Die Schärfentiefe beträgt nun 0,35, was aber, wie in 19 und 20 gezeigt, immer noch besser ist als ohne Einsatz der Phasenverschiebung und der Vorkorrektur. Die Anwendung der Vorkorrektur beschränkt sich nicht auf gleichmäßig absorbierende Phasenschieberschichten.
20 zeigt, dass der Transmissionsgrad der lichtundurchlässigen Inseln von 6,25% auf 12% erhöht werden kann, um für die 5 Strukturelemente eine Schärfentiefe von k₂ = 0,46 zu erzielen.
Ferner beschränkt sich die Anwendung der Vorkorrektur nicht auf die gedämpfte Phasenverschiebung. 5 zeigt, dass bei einem geblockten Phasenschiebersystem ohne Vorkorrektur und selbst bei einem relativ hohen Wert von k₂ = 0,6 kein gemeinsames E-D-Fenster existiert. Durch Vorkorrektur können alle diese Fenster zusammengebracht werden und ein gemeinsames Fenster ergeben. Das Vorkorrekturverfahren kann auch zur Verbesserung des Alternativelement-Phasenschiebersystems, des Teilauflösungs-Phasenschiebersystems, des Rand-Phasenschiebersystems und des ungedämpften Phasenschiebersystems beitragen.
In 16 wird eine Phasenschiebermaske gezeigt, bei der die isolierten und dicht beieinander angeordneten langen Öffnungen die Zielgröße erreichen. Die isolierten und weniger dicht beieinander angeordneten lichtundurchlässigen langen Streifen fallen kleiner als die Zielgröße aus. Eine größere Abweichung von der Zielgröße tritt bei Streifen mit größeren Abständen zu anderen lichtundurchlässigen Strukturelementen auf. Diese Vorkorrekturwerte werden gesetzt, um bei Verwendung einer für alle Strukturelemente gleichen Belichtungsdosis die gewünschten Bildelementdimensionen auf dem Wafer zu erzielen.
Allgemein gesagt, es wird eine Phasenschiebermaske bereitgestellt, bei der die Vorkorrekturwerte für die isolierten und dicht beieinander liegenden langen Öffnungen identisch sind, während die Vorkorrekturwerte für die isolierten und weniger dicht beieinander liegenden lichtundurchlässigen langen Streifen von denen für die Öffnungen abweichen. Die Strukturelementgröße der Maske für diese lichtundurchlässigen Strukturelemente nimmt als Funktion des Abstands von anderen lichtundurchlässigen Strukturelementen ab. Diese Vorkorrekturwerte werden gesetzt, um bei Verwendung einer für alle Strukturelemente gleichen Belichtungsdosis die gewünschten Bildelementdimensionen auf dem Wafer zu erzielen.
In 18 wird eine Phasenschiebermaske bereitgestellt, die zusätzlich zu den Strukturelementen in der Maske von 16 kurze Öffnungen aufweist. Die kurzen Öffnungen sind gegenüber den langen Öffnungen von 16 vergrößert. Kleinere kurze Öffnungen erfahren größere Korrekturen als größere kurze Öffnungen. Diese Vorkorrekturwerte werden gesetzt, um bei Verwendung einer für alle Strukturelemente gleichen Belichtungsdosis die gewünschten Bildelementdimensionen auf dem Wafer zu erzielen.
In 19 wird eine Phasenschiebermaske bereitgestellt, die zusätzlich zu den Strukturelementen der Maske von 18 kurze lichtundurchlässige Strukturelemente aufweist. Die kurzen lichtundurchlässigen Strukturelemente werden vorkorrigiert, um bei Verwendung einer für alle Strukturelemente gleichen Belichtungsdosis die gewünschten Bildelementdimensionen auf dem Wafer zu erzielen.
Außerdem kann eine den Masken von 16, 18, 19 und 20 identische Phasenschiebermaske bereitgestellt werden, bei der lediglich die Vorkorrektur für die isolierten und dicht beieinander liegenden lichtdurchlässigen Öffnungen abweicht.

Claims

Phasenschiebermaske mit einer Absorption und einem Phasenverschiebungsbetrag, wobei die Phasenschiebermaske aus einem Gemisch eines lichtdurchlässigen Absorbers (21, 23, 51, 71, 73, 82), wie beispielsweise Chrom, und absorbierender Phasenschieberschichten (22, 52, 72, 74, 81) besteht und bei der die Letzteren auf isolierten langen absorbierenden Strukturelementen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebermaske aus Mustern (90, 91, 92) mit drei Absorptionsgraden besteht; bei der der gering absorbierende Teil auf isolierten kurzen absorbierenden Strukturelementen und der stark absorbierende Teil auf isolierten langen absorbierenden Strukturelementen verwendet wird.
Herstellungsverfahren für eine Phasenschiebermaske nach Anspruch 1, welches ein lichtundurchlässiges Bild auf einer Struktur sowie die folgenden Schritte beinhaltet: ein Maskensubstrat (20) wird mit einer ersten lichtdurchlässigen Absorberschicht (21) beschichtet, wobei die Schicht (21) teilabsorbierend und teildurchlässig ist, die wiederum mit einer ersten Phasenschieberschicht (22) beschichtet wird, welche wiederum mit einer zweiten Absorberschicht (23) beschichtet wird, auf die eine Fotolackschicht (24) aufgebracht wird, welche belichtet und entwickelt wird und von der ein einzelnes Fotolackrechteck (24) übrig bleibt, wonach eine zweite Absorberschicht (23) zur starken Transmissionsverringerung durch herkömmliche Maskenherstellungsverfahren strukturiert wird, worauf sich das Strukturieren der übrigen Schichten anschließt, deren Belichtungsmuster anhand der vorangegangenen Belichtung justiert wird, um den zweiten Absorber abzubilden, wobei in der zweiten Absorberschicht eine Justiermarkierung bereitgestellt werden muss, worauf nach einem zweiten Fotolackmaskenverfahren zur Herstellung einer Maske mit drei Absorptionsgraden die erste Phasenschieberschicht (22) ausgebildet, sodann ein Maskensubstrat (70) mit einer ersten teilabsorbierenden und teildurchlässigen Absorberschicht (71) beschichtet wird, die wiederum mit einer ersten Phasenschieberschicht (72) beschichtet wird, welche wiederum mit einer zweiten teilabsorbierenden lichtdurchlässigen Absorberschicht (73) beschichtet wird, welche wiederum mit einer zweiten Phasenschieberschicht (74) beschichtet wird, auf die eine Schicht Fotolack (75) aufgebracht wird, der entwickelt wird und von dem Fotolackmarkierungen (75') zurückbleiben, wonach die zweiten Phasenschiebermarkierungen (74') ausgebildet werden, worauf nach einem zweiten Fotolackmaskenverfahren die selektive Phasenverschiebung erzeugt und nach einem dritten Fotolackmaskenverfahren die vollständige Maske erzeugt wird, wobei die vollständige Maske gedämpfte Phasenverschiebungsschichtstapel (75) und gedämpfte Phasenverschiebungsschichtstapel (76) mit einer geringeren Transmission sowie solche mit gleicher Transmission wie bei Stapel (76), jedoch mit Phasenverschiebung, aufweist.