DE10106430A1

DE10106430A1 - Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmusters, Verfahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters, Photomaske und Prozeß für eine Photomaske

Info

Publication number: DE10106430A1
Application number: DE10106430A
Authority: DE
Inventors: Shuji Nakao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-03-14
Also published as: US20020028391A1; KR20020016496A; US20020155395A1; JP2002075823A; JP4646367B2; US20020150844A1; KR100386231B1; US6605411B2; US6706453B2; US6709792B2

Abstract

Auf der Oberfläche eines Substrats (1) wird ein Abschirmfilm (2) ausgebildet und in diesem ein Paar von Öffnungsmustern (2a) für den Lichtdurchlaß mit im wesentlichen der gleichen Linienbreite ausgebildet, so daß sie mit einem Zwischenraum parallel zueinander verlaufen und gegenüber anderen Öffnungsmustern (2a) für den Lichtdurchlaß isoliert sind. Die Belichtungsmenge (die Belichtungsenergie für ausreichend große Öffnungsmuster) während des Belichtens eines Photoresists mit dieser Photomaske (5) ist viermal oder mehr und zwanzigmal oder weniger so groß wie die Belichtungsmenge an der Grenze, bei der der Photoresist durch die Belichtung von lösbar in unlösbar umgewandelt wird, oder wie die Belichtungsmenge an der Grenze, bei der er von unlösbar zu lösbar umgewandelt wird. Dadurch kann ein mikroskopisches Muster ohne Verwendung eines Hilfsmusterverfahrens oder einer Phasenschiebermaske ausgebildet werden und die Standarduntersuchung einer Maske erleichtert werden.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verfahren zum Ausbilden von Halbleitervorrichtungsmustern, der Verfahren zur Kon struktion von Photomaskenmustern sowie der Photomasken und der Prozesse für Photomasken und insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmusters, ein Ver fahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters, eine Photo maske und einen Prozeß für eine Photomaske mittels Photoli thographie-Technologie zum Ausbilden eines mikroskopischen Musters in einer Halbleitervorrichtung.

Integrierte Halbleiterschaltungen haben in den vergangenen Jahren bemerkenswert hohe Integrations- und Miniaturisie rungsniveaus erreicht. Im Zusammenhang damit hat die Miniatu risierung der auf einem (im folgenden einfach als Wafer be zeichneten) Halbleitersubstrat ausgebildeten Schaltungsmuster rasche Fortschritte gemacht.

Vor allem die Photolithographietechnologie ist als Basistech nologie bei der Musterausbildung weitverbreitet. Dementspre chend wurden bis zum heutigen Tag eine Vielzahl von Entwick lungen und Verbesserungen erzielt. Allerdings gibt es keine Anzeichen, daß die Miniaturisierung der Muster nachläßt, wäh rend die Anforderungen für eine erhöhte Auflösung der Muster strenger werden.

Die Photolithographie-Technologie ist eine Technologie, bei der ein Muster einer Photomaske (die Originalanordnung) auf den auf einen Wafer aufgetragenen Photoresist kopiert wird, so daß der Photoresist mit dem darauf kopierten Muster zum Strukturieren des darunterliegenden zu ätzenden Schichtfilms verwendet wird.

Während des Kopierens auf den Photoresist wird auf den Photo resist eine Entwicklungsverarbeitung angewendet, wobei ein Photoresist, bei dem der vom Licht getroffene Teil des Photo resists durch diese Entwicklungsverarbeitung entfernt wird, positiver Photoresist genannt wird, während ein Photoresist, bei dem der nicht vom Licht getroffene Teil des Photoresists entfernt wird, negativer Photoresist genannt wird.

Im allgemeinen ist eine Auflösungsgrenze R (nm) in der Photo lithographie-Technologie mit einem Verkleinerungsbelichtungs verfahren durch

R = k₁.λ/(NA)

gegeben. Hierbei ist die Wellenlänge (nm) des verwendeten Lichts mit λ, die numerische Apertur eines Projektionsoptik systems der Linse mit NA und eine von dem Photoresistprozeß abhängige Konstante mit k₁ bezeichnet.

Wie aus der obigen Gleichung hervorgeht, sollte zur Erhöhung der Auflösungsgrenze R, d. h., um ein noch kleineres Muster zu erhalten, ein Verfahren betrachtet werden, bei dem die Werte von k₁ und λ kleiner gemacht werden, während der Wert von NA größer gemacht wird. Das heißt, die vom Resistprozeß abhängige Konstante sollte kleiner gemacht werden, während die Wellenlänge kürzer und NA größer gemacht werden.

Eine Verbesserung der Lichtquelle oder der Linsen ist aber technisch schwierig, wobei demgegenüber, wenn die Wellenlänge kürzer und NA größer gemacht wird, ein Problem dahingehend entsteht daß die Brennpunkttiefe δ (δ = k₂.λ/(NA)²) des Lichts flacher wird, was zu einer Verringerung der Auflösung führt.

In diesem Fall muß bei der Herstellung integrierter Halblei terschaltungen ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeß spanne ausgebildet werden. Ein abgewandeltes Beleuchtungsver fahren, das eine effektive Ausbildung eines konzentrierten Musters bewirkt, wird umfassend angewendet. Andererseits gibt es in bezug auf ein Verfahren zum Ausbilden eines isolierten Linienmusters mit großer Prozeßspanne das Verfahren der Ver wendung einer Levenson-Phasenschiebermaske.

Im Fall der Levenson-Phasenschiebermaske muß jedoch ein Pha senschieber hergestellt werden, der die Phase des Belich tungslichts um 180° ändert, wobei das Problem besteht, daß die Maske schwer herzustellen ist. Da die Levenson-Phasen schiebermaske die Auflösung durch positive Interferenz mit dem durchgelassenen Licht mit verschiedenen Phasen zu stei gern versucht, besteht außerdem das Problem, daß die Linsen aberration der Projektionsbelichtungsvorrichtung die Auflö sung in der Weise beeinflußt, daß die ohne Aberration erwar teten ausgezeichneten Kenndaten nicht erhalten werden können. Das hat dazu geführt, daß bei der praktischen Anwendung des Verfahrens mit der Levenson-Phasenschiebermaske keine Fort schritte erzielt wurden.

Außerdem wird ein Verfahren zur Verbesserung der Prozeßspanne (das sogenannte Hilfsmusterverfahren) durch Anordnen von Li nien mit einer auf der Maske nicht aufgelösten Linienbreite längs der ursprünglich strukturierten Linien in Betracht ge zogen. In diesem Verfahren wird aber die Abmessung des Mas kenmusters äußerst klein, wobei ein Problem dahingehend be steht, daß die Untersuchung auf Fehler der Maske schwierig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmusters, ein Ver fahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters, eine Photo maske und einen Prozeß für eine Photomaske zu schaffen, wobei ein mikroskopisches Muster ohne Verwendung eines Hilfsmuster verfahrens, einer Phasenschiebermaske oder dergleichen ausge bildet werden kann und wobei die Fehleruntersuchung einer Maske leicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmusters nach An spruch 1, durch ein Verfahren zur Konstruktion eines Photo maskenmusters nach Anspruch 18, durch einen Prozeß für eine Photomaske nach Anspruch 19 bzw. durch eine Photomaske nach Anspruch 20. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhän gigen Ansprüchen angegeben.

Ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters gemäß der Erfindung umfaßt einen ersten Belichtungs schritt des Belichtens eines ersten Photoresists auf der Oberfläche eines Wafers mit einem Projektionsbelichtungsver fahren durch eine erste Photomaske, die ein Öffnungsmuster für den Lichtdurchlaß mit einem Paar von Linien mit im we sentlichen der gleichen Breite besitzt, die parallel zueinan der mit einem Zwischenraum verlaufen und gegenüber anderen Öffnungsmustern für den Lichtdurchlaß isoliert sind, wobei ein Belichtungsbetrag, der durch eine beim Belichten des er sten Photoresists dem Muster mit einer ausreichend großen Maskenöffnung zugeführte Energie definiert ist, viermal oder mehr und zwanzigmal oder weniger so groß wie die Belichtungs energie an der Grenze ist, bei der der erste Photoresist durch die Belichtung von in einem Entwickler lösbar in unlös bar oder von in einem Entwickler unlösbar in lösbar umwandelt wird.

Gemäß einem Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrich tungsmusters wird der erste Photoresist durch ein sogenanntes Überbelichten belichtet, bei dem die Belichtungsmenge größer als bei einer normalen Belichtung über der ersten Photomaske mit einem Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß ist. Da durch kann ein mikroskopisches Muster ausgebildet werden, bei dem die Schwankung der Musterabmessung selbst dann klein ist, wenn sich der Brennpunkt in einem gewissen Grad ändert. Au ßerdem kann die Brennpunkttiefe (DOF), d. h. ein Brennpunkt bereich, in dem eine bestimmte Fokussierungsleistung auf ei nem konstanten Niveau gehalten werden kann, groß gemacht wer den. Somit kann ohne Verwendung eines Hilfsmusterverfahrens oder einer Phasenschiebermaske ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.

Vorzugsweise enthält das obenbeschriebene Verfahren zum Aus bilden eines Halbleitervorrichtungsmusters einen zweiten Be lichtungsschritt, in dem nach dem ersten Belichtungsschritt und vor dem Entwicklungsschritt des ersten Photoresists die nicht den Paaren der Öffnungsmuster für den Lichtdurchlaß entsprechenden Gebiete des ersten Photoresists belichtet wer den.

Durch Ausführen einer Doppelbelichtung in der obenbeschriebe nen Weise kann ein kompliziertes Muster behandelt werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters wird die erste Belichtung vorzugs weise mit einer abgewandelten Beleuchtung ausgeführt.

Dadurch können die Auflösung und die Brennpunkttiefe weiter erhöht werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters wird die abgewandelte Beleuchtung vorzugsweise mit einer Ringband-Beleuchtungsblende in dem Beleuchtungsoptiksystem ausgeführt.

Dadurch können die Auflösung und die Brennpunkttiefe erhöht werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters wird die abgewandelte Beleuchtung vorzugsweise mit einer Vierpol-Beleuchtungsblende in dem Be leuchtungsoptiksystem ausgeführt.

Dadurch können die Auflösung und die Brennpunkttiefe erhöht werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters ist die erste Photomaske vorzugs weise eine verstärkende Phasenschiebermaske, die einen halb durchlässigen Abschirmfilm mit dem Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß enthält. Der halbdurchlässige Abschirmfilm ent hält ein Material, das die Phase des Belichtungslichts nach Durchlaufen des halbdurchlässigen Abschirmfilms in der Weise verschiebt, daß sie sich von der Phase des Belichtungslichts nach Durchlaufen des Öffnungsmusterpaars für den Lichtdurch laß um 180 Grad unterscheidet, während er die Intensität des Belichtungslichts nach Durchlaufen des halbdurchlässigen Ab schirmfilms kleiner als die Intensität des Belichtungslichts nach Durchlaufen des Öffnungsmusterpaars für den Lichtdurch laß macht.

Mit einer verstärkenden Phasenschiebermaske kann in der oben genannten Weise die Verarbeitungsgrenze weiter verbessert werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters beträgt ein Durchlaßgrad des Be lichtungslichts des halbdurchlässigen Abschirmfilms vorzugs weise 2% oder mehr und 10% oder weniger.

Dadurch kann die Wirkung der Phasenschiebermaske wirksam an gewendet werden.

Außerdem wird die Intensität des Belichtungslichts, das den halbdurchlässigen Abschirmfilm durchlaufen hat, in dem Fall, daß das durchgelassene Licht des Belichtungslichts des halb durchlässigen Abschirmfilms weniger als 2% beträgt, zu klein, so daß die Wirkung der verstärkenden Phasenschieber maske nicht effizient erhalten werden kann. Außerdem wird die Filmdicke des Photoresists nach der Entwicklung durch das Belichtungslicht, das den halbdurchlässigen Abschirmfilm durchlaufen hat, in dem Fall, daß der Durchlaßgrad des Be lichtungslichts des halbdurchlässigen Abschirmfilms 10% übersteigt, null oder verringert, so daß der Photoresist nicht als Ätzmaske verwendet werden kann.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters beträgt ein Verhältnis (a/R) eines Sinus a eines maximalen Einfallswinkels des mit einem Be leuchtungsoptik-System gebildeten Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske zu einem Sinus R eines maximalen Einfalls winkels des Lichtstrahls in einem Bild auf einem Wafer mit einem Projektionsoptik-System, multipliziert mit einer Ver kleinerung r des Projektionsoptik-Systems, (r × a/R), in ei ner Belichtung mit einer Ringband-Beleuchtungsblende vorzugs weise 0,6 oder mehr und 0,9 oder weniger.

Dadurch kann eine ausgezeichnete Auflösung erhalten werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters beträgt ein Sinus b eines minimalen Einfallswinkels des mit einem Beleuchtungsoptik-System gebil deten Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske in einer Belichtung mit einer Ringband-Beleuchtungsblende vorzugsweise 1/2 oder mehr des Sinus a des maximalen Einfallswinkels.

Dadurch kann eine ausgezeichnete Auflösung erhalten werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters beträgt ein Verhältnis (a/R) eines Sinus a eines maximalen Einfallswinkels des mit einem Be leuchtungsoptik-System gebildeten Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske zu einem Sinus R eines maximalen Einfalls winkels des Lichtstrahls in einem Bild auf einem Wafer mit einem Projektionsoptik-System, multipliziert mit einer Ver kleinerung r des Projektionsoptik-Systems, (r × a/R), in ei ner Belichtung mit einer Vierpol-Beleuchtungsblende vorzugs weise 0,6 oder mehr und 0,9 oder weniger.

Dadurch kann eine ausgezeichnete Auflösung erhalten werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters beträgt ein Verhältnis (b/R) eines Sinus b eines minimalen Einfallswinkels des mit einem Be leuchtungsoptik-System gebildeten Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske zu einem Sinus R eines maximalen Einfalls winkels des Lichtstrahls in einem Bild auf einem Wafer mit einem Projektionsoptik-System, multipliziert mit einer Ver kleinerung r des Projektionsoptik-Systems, (r × b/R), in ei ner Belichtung mit einer Vierpol-Beleuchtungsblende vorzugs weise 0,3 oder mehr.

Dadurch kann eine ausgezeichnete Auflösung erhalten werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters genügt eine Linienbreite W1 jedes Öffnungsmusters des Öffnungsmusterpaars für den Lichtdurchlaß vorzugsweise der Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65, wobei eine Wellenlänge des Belichtungslichts mit λ und die numeri sche Apertur des Projektionsoptik-Systems mit NA bezeichnet ist.

In einem Öffnungsmuster für den Lichtdurchlaß mit einer sol chen Linienbreite kann ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters genügt ein Zwischenraum W2 des Öff nungsmusterpaars für den Lichtdurchlaß vorzugsweise der Be ziehung 0,35 < W2/(λ/NA), wobei eine Wellenlänge des Belich tungslichts mit λ und die numerische Apertur des Projektions optik-Systems mit NA bezeichnet ist.

In einem Öffnungsmuster für den Lichtdurchlaß mit einem sol chen Zwischenraum kann ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters genügt ein Zwischenraum W3 zwischen dem Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß und den anderen Öffnungsmustern für den Lichtdurchlaß vorzugsweise der Bezie hung 0,70 < W3/(λ/NA).

Dadurch, daß der Zwischenraum W3 mit anderen Öffnungsmustern für den Lichtdurchlaß in dieser Weise erhalten wird, kann ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters genügt die Länge L jedes Öffnungs musters des Öffnungsmusterpaars für den Lichtdurchlaß vor zugsweise der Beziehung 1,3 < L/(λ/NA).

In den Öffnungsmustern für den Lichtdurchlaß mit einer sol chen Länge L kann ein mikroskopisches Muster mit großer Pro zeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.

Das obenbeschriebene Verfahren zum Ausbilden eines Halblei tervorrichtungsmusters umfaßt die folgenden Schritte: Struk turieren durch Entwickeln des belichteten ersten Photore sists; Verarbeiten eines ersten Films, der unter dem ersten Photoresist zu verarbeiten ist, mit dem strukturierten ersten Photoresist als Maske; Auftragen eines zweiten Photoresists nach Entfernen des ersten Photoresists; eine zweite Belich tung zum Belichten eines Gebiets des zweiten Photoresists, das mit Ausnahme der Gebiete zwischen dem Linienpaar des Öff nungsmusters für den Lichtdurchlaß anderen Gebieten entspric ht; Strukturieren durch Entwickeln des belichteten zweiten Photoresists; und Verarbeiten des ersten Films, der mit dem strukturierten zweiten Photoresist als Maske unter dem zwei ten Photoresist zu verarbeiten ist.

Dadurch kann auf den mit hoher Genauigkeit zu verarbeitenden Film ein kompliziertes mikroskopisches Muster kopiert werden.

Vorzugsweise enthält das obenbeschriebene Verfahren zum Aus bilden eines Halbleitervorrichtungsmusters den Schritt des Strukturierens eines zweiten zu verarbeitenden Films unter dem ersten zu verarbeitenden Film, indem als Maske der erste zu verarbeitende Film verwendet wird, der seinerseits unter Verwendung der ersten und der zweiten Photoresistschicht als Photomaske verarbeitet wurde.

Dadurch kann mit dem zu verarbeitenden Film als harte Maske die darunterliegende Schicht strukturiert werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters enthält das Material des ersten zu verarbeitenden Films einen Siliciumoxidfilm, während das Ma terial des zweiten zu verarbeitenden Films polykristallines Silicium enthält.

Die Materialien des ersten und des zweiten zu verarbeitenden Films können auf diese Weise gewählt werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters wird die erste Belichtung vor Ent wickeln des ersten Photoresists vorzugsweise mehrmals ausge führt.

Dadurch kann ein kompliziertes Muster behandelt werden.

In dem obenbeschriebenen Verfahren zum Ausbilden eines Halb leitervorrichtungsmusters wird die zweite Belichtung vor Ent wickeln des zweiten Photoresists vorzugsweise mehrmals ausge führt.

Dadurch kann ein kompliziertes Muster behandelt werden.

Ein Verfahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters gemäß der Erfindung umfaßt die folgenden Schritte.

Zunächst werden einem Konstruktionsmusterentwurf die Figuren teile des mikroskopischen Linienmusters entnommen. Die Lini enbreite W2 der dunklen Maskenlinien in den Figurenteilen des mikroskopischen Linienmusters werden in der Weise einge stellt, daß sie der Beziehung 0,35 < W2/(λ/NA) genügen, wobei die Wellenlänge des Belichtungslichts mit λ und die numeri sche Apertur des Projektionsbelichtungssystems mit NA be zeichnet ist. Daraufhin wird ein Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß mit der Linienbreite W1, die der Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65 genügt, in der Weise angeordnet, daß die dunklen Maskenlinien mit der Linienbreite W2 dazwischen liegen.

Dadurch kann ein Photomaskenmuster konstruiert werden, mit dem ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden kann.

Gemäß einem Prozeß für eine Photomaske gemäß der Erfindung wird eine Photomaske hergestellt, die wenigstens als Teil des Gesamtmusters das auf den Linienbreiten W1 und W2, die mit dem obenbeschriebenen Verfahren zur Konstruktion eines Photo maskenmusters berechnet wurden, beruhende Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß enthält.

Dadurch kann eine Photomaske mit dem obenbeschriebenen Mas kenmuster verarbeitet werden.

Eine Photomaske gemäß der Erfindung umfaßt ein Substrat und einen Abschirmfilm. Das Substrat besitzt eine Hauptoberflä che. Der Abschirmfilm ist auf der Hauptoberfläche des Sub strats ausgebildet und besitzt ein Paar von Öffnungsmustern für den Lichtdurchlaß mit im wesentlichen der gleichen Lini enbreite, die mit dem Zwischenraum parallel zueinander ver laufen und gegenüber anderen Öffnungsmustern für den Licht durchlaß isoliert sind. Wenn die Linienbreite des Öffnungsmu sterpaars für den Lichtdurchlaß mit W1, der Zwischenraum zwi schen dem Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß mit W2 und der minimale Zwischenraum zwischen dem Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß und den anderen Öffnungsmustern für den Lichtdurchlaß mit W3 bezeichnet wird, genügen W1, W2 und W3 jeweils den Beziehungen 0,54 < W2/W1 und 1,08 < W3/W1.

Dadurch kann eine Photomaske erhalten werden, mit der ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Struktur einer Photomaske gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Musterausbildung einer Halbleitervorrichtung mit der Photomaske gemäß der ersten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 4A, B Ansichten der Beziehung zwischen dem Muster der Photomaske und der relativen Intensitätsvertei lung des optischen Bildes;

Fig. 5A, B Ansichten der Beziehung zwischen der Belichtungs energieverteilung und dem Resistmuster im Fall einer kleinen Belichtungsenergie;

Fig. 6A, B Ansichten der Beziehung zwischen der Belichtungs energieverteilung und dem Resistmuster im Fall einer große Belichtungsenergie;

Fig. 7 eine Ansicht zur Beschreibung einer normalen Be leuchtung;

Fig. 8 eine Ansicht zur Beschreibung einer abgewandelten Beleuchtung;

Fig. 9 eine Draufsicht einer Struktur einer Ringband-Be leuchtungsblende;

Fig. 10 eine Draufsicht einer Struktur einer Vierpol-Be leuchtungsblende;

Fig. 11 eine Draufsicht einer Struktur einer Zweipol-Be leuchtungsblende;

Fig. 12A eine Ansicht einer Struktur in dem Fall, daß die Photomaske als verstärkende Phasenschiebermaske hergestellt wird;

Fig. 12B eine Ansicht der Intensitätsverteilung des durchgelassenen Lichts gemäß der ersten Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine Ansicht zur Beschreibung der Definitionen der jeweiligen Teile bei der abgewandelten Be leuchtung;

Fig. 14 ein Diagramm der relativen Intensitätsverteilung des optischen Bildes im Fall der Überbelichtung der Photomaske gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 14 von einem dicken Rechteck umgebenen Ausschnitts;

Fig. 16 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz im Fall der Überbelich tung der Photomaske gemäß der ersten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 17 eine Draufsicht des Resistmusters im Rasterelektronenmikroskop-Photo, wenn der Brenn punktversatz und die Belichtungsdosis im Fall der Überbelichtung der Photomaske gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung geändert werden;

Fig. 18 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Linien breite und dem Brennpunktversatz des Resists;

Fig. 19 ein Diagramm der relativen Intensitätsverteilung des optischen Bildes in 0,18 µm L/S.

Fig. 20 ein Diagramm der relativen Intensitätsverteilung des optischen Bildes in isolierten dunklen Linien mit einer Breite von 0,18 µm;

Fig. 21 ein Diagramm der relativen Intensitätsverteilung des optischen Bildes in isolierten hellen Linien mit einer Breite von 0,18 µm;

Fig. 22 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz in 0,18 µm L/S.

Fig. 23 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz in isolierten dunklen Linien mit einer Breite von 0,18 µm;

Fig. 24 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz in isolierten hellen Linien mit einer Breite von 0,18 µm;

Fig. 25 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz, wenn die Abmessung W2 der Photomaske gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung geändert wird;

Fig. 26 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz, wenn die Abmessung W3 der Photomaske gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung geändert wird;

Fig. 27 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz, wenn die Abmessung W1 der Photomaske gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung geändert wird;

Fig. 28 ein Diagramm der relativen Intensitätsverteilung des optischen Bildes in dem Fall, daß die Photo maske mit einer normalen Beleuchtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung belichtet wird;

Fig. 29 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brennpunktversatz in dem Fall, daß die Photomaske mit einer normalen Beleuchtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung belich tet wird;

Fig. 30 ein Diagramm der relativen Intensitätsverteilung des optischen Bildes in dem Fall, daß die Belich tung mit einer verstärkenden Phasenschiebermaske gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;

Fig. 31 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Bild breite und dem relativen Belichtungsbetrag bei einer Zweiwertmaske und bei einer verstärkenden Phasenschiebermaske;

Fig. 32 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Bild breite und der Linienbreite der Maske bei einer Zweiwertmaske und bei einer verstärkenden Phasen schiebermaske;

Fig. 33 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Linien breite des Bildes der dunklen Linie und der Lini enbreite der Maske, wenn die Belichtung mit einer Photomaske gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;

Fig. 34 ein Diagramm der Linienbreite eines Bildes und des Brennpunktversatzes, wenn die Belichtung mit einer Photomaske gemäß der dritten Ausführungs form der Erfindung ausgeführt wird, in dem Fall, daß keine Linsenaberration vorhanden ist;

Fig. 35 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Linien breite eines Bildes und dem Brennpunktversatz, wenn die Belichtung mit der Levenson-Phasenschie bermaske ausgeführt wird, in dem Fall, daß keine Linsenaberration vorhanden ist;

Fig. 36 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Linien breite eines Bildes und dem Brennpunktversatz, wenn die Belichtung mit einer Photomaske gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird, in dem Fall, daß eine Linsenaberration vorhanden ist;

Fig. 37 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Linien breite eines Bildes und dem Brennpunktversatz, wenn die Belichtung mit der Levenson-Phasenschie bermaske ausgeführt wird, in dem Fall, daß eine Linsenaberration vorhanden ist;

Fig. 38A eine Draufsicht eines Gate-Musters eines SRAMs;

Fig. 38B eine Draufsicht der ersten Photomaske;

Fig. 38C eine Draufsicht der zweiten Photomaske;

Fig. 39 eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie XXXIX-XXXIX in Fig. 38A;

Fig. 40 eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie XL-XL in Fig. 38B;

Fig. 41 eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie XLI-XLI in Fig. 38C;

Fig. 42-46 schematische Querschnittsansichten der aufeinanderfolgenden Schritte eines Verfahrens zur Musterausbildung mit einer Photomaske gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 47, 48 schematische Querschnittsansichten der aufeinanderfolgenden Schritte eines Verfahrens zur Musterausbildung mit einer harten Maske.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Erste Ausführungsform

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, enthält eine Photomaske 5 der vorliegenden Ausführungsform ein durchsichtiges Sub strat 1, das z. B. einen Kristall enthält, und einen Ab schirmfilm 2, der z. B. Chrom enthält. Der Abschirmfilm 2 enthält ein Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß mit einem Linienpaar mit im wesentlichen der gleichen Linienbreite W1, die in der Weise ausgebildet sind, daß sie in der Mitte der Figur mit einem Zwischenraum W2 parallel zueinander verlau fen.

Außerdem kann der Abschirmfilm 2 nicht nur dieses Muster, sondern auch ein Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß mit einem Linienpaar mit im wesentlichen der gleichen Linien breite W1a, die in der Weise ausgebildet sind, daß sie paral lel zueinander mit einem Zwischenraum W2a links in der Figur verlaufen, und ein Öffnungsmuster 2b für den Lichtdurchlaß mit einem Linienpaar mit im wesentlichen der gleichen Linien breite W1b, die in der Weise ausgebildet sind, daß sie paral lel zueinander mit einem Zwischenraum W2b rechts in der Figur verlaufen oder dergleichen ausgebildet sein.

Jedes dieser Öffnungsmusterpaare 2a für den Lichtdurchlaß besitzt eine breiten Zwischenraum W3 zu anderen Öffnungsmu stern 2a für den Lichtdurchlaß und ist gegenüber diesen iso liert.

Die Linienbreite W1 (oder W1a, W1b) des Öffnungsmusters 2a für den Lichtdurchlaß, der Zwischenraum W2 des Öffnungsmu sterpaars 2a für den Lichtdurchlaß und der Zwischenraum W3 zwischen dem Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß und ei nem anderen Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß genügen den Beziehungen 0,54 < W2/W1 bzw. 1,08 < W3/W1.

Wenn die Wellenlänge des Belichtungslichts während des Be lichtens mit λ und die numerische Apertur des Projektionsop tiksystems mit NA bezeichnet wird, genügen die Linienbreite W1 (oder W1a, W1b) jedes der Öffnungsmusterpaare 2a für den Lichtdurchlaß außerdem der Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65. Außerdem genügt der Zwischenraum W2 (oder W2a, W2b) des Öff nungsmusterpaars 2a für den Lichtdurchlaß der Beziehung 0,35 < W2/(λ/NA), während der Zwischenraum W3 zwischen einem Öffnungsmusterpaar 2a für den Lichtdurchlaß und anderen Öff nungsmustern 2a für den Lichtdurchlaß der Beziehung 0,70 < W3/(λ/NA) genügt.

Die Länge L jedes der Öffnungsmusterpaare 2a für den Licht durchlaß genügt der Beziehung 1,3 < L/(λ/NA).

Hierbei können die Linienbreiten W1a und W1b der Öffnungsmu sterpaare 2a für den Lichtdurchlaß rechts und links in der Figur die gleiche Abmessung wie die Linienbreite W1 des Öff nungsmusterpaars 2a für den Lichtdurchlaß in der Mitte oder eine andere Abmessung als diese haben. Hierbei müssen beide Linienbreiten W1a und W1b der Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65 genügen. Außerdem können die Linien breiten W1a und W1b die gleiche Abmessung oder andere Abmes sungen haben, solange die obenbeschriebene Beziehung erfüllt ist.

Außerdem können die Zwischenräume W2a und W2b des Öffnungsmu sterpaars 2a für den Lichtdurchlaß rechts und links in der Figur die gleiche Abmessung wie der Zwischenraum W2 des Öff nungsmusterpaars 2a für den Lichtdurchlaß in der Mitte oder eine andere Abmessung als dieser haben. Hierbei müssen diese beiden Zwischenräume W2a und W2b der Beziehung 0,35 < W2/(λ/NA) genügen. Außerdem können die Zwischenräume W1a und W1b die gleiche Abmessung oder eine andere Abmessung haben, solange die obenbeschriebene Beziehung erfüllt ist.

Hierbei können der Zwischenraum W3 des Öffnungsmusterpaars 2a für den Lichtdurchlaß in der Mitte und links in der Figur und der Zwischenraum W3 des Öffnungsmusterpaars 2a für den Licht durchlaß in der Mitte und rechts in der Figur die gleiche Abmessung oder andere Abmessungen haben, solange die Bezie hung 0,70 < W3/(λ/NA) erfüllt ist.

Außerdem kann die Länge L jedes Öffnungsmusterpaars 2a für den Lichtdurchlaß in der Mitte, links und rechts in der Figur die gleiche Abmessung oder andere Abmessungen haben. Hierbei müssen sämtliche Längen L der Beziehung 1,3 < L/(λ/NA) genü gen.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Halblei tervorrichtungsmusters mit einer wie in den Fig. 1 und 2 ge zeigten Photomaske beschrieben.

Die in Fig. 3 gezeigte Projektionsbelichtungsvorrichtung ver kleinert das Muster auf der Photomaske zur Projektion auf den Photoresist 21b auf der Oberfläche des Wafers 21. Außerdem enthält die Projektionsbelichtungsvorrichtung ein Beleuch tungsoptiksystem von der Lichtquelle 11 bis zu dem Muster der Photomaske 5 und ein Projektionsoptiksystem von dem Muster der Photomaske 5 bis zu dem Wafer 21.

Das Beleuchtungsoptiksystem enthält eine Quecksilberlampe 11 als Lichtquelle, einen Beleuchtungsspiegel 12, eine Konden sorlinse 18, eine Fliegenaugenlinse 13, eine Blende 14, die Kondensorlinsen 16a, 16b, 16c, eine Abschirmblende 15 und einen Beleuchtungsspiegel 17. Außerdem enthält das Projekti onsoptiksystem die Teleskoplinsen 19a, 19b und eine Iris blende 25.

In der Belichtungsoperation wird zunächst das von der Queck silberlampe 11 emittierte Licht 11a z. B. nur in der g-Linie (Wellenlänge: 436 nm) durch den Beleuchtungsspiegel 12 re flektiert, so daß monochromatisches Licht entsteht. Danach läuft das Licht 11a durch die Kondensorlinse 18 und tritt in jede der Linsen 13a, die jedes der Fliegenaugen der Fliegen augenlinse 13 bilden, ein, woraufhin es durch die Blende 14 läuft.

Hierbei bezeichnet 11b das mit einer der Linsen 13a, die das Fliegenauge bilden, erzeugte Licht, während 11c das durch die Fliegenaugenlinse 13 erzeugte Licht bezeichnet.

Das Licht 11a, das durch die Blende 14 gelaufen ist, läuft durch die Kondensorlinse 16a, die Abschirmblende 15 und die Kondensorlinse 16b und wird durch den Beleuchtungsspiegel 17 unter einem vorgegebenen Winkel reflektiert.

Das durch den Beleuchtungsspiegel 17 reflektierte Licht 11a wird durch die Kondensorlinse 16c übertragen und beleuchtet danach gleichförmig die gesamte Oberfläche der Photomaske 5 mit dem darin ausgebildeten Muster. Danach wird das Licht 11a mit den Projektionslinsen 19a und 19b gemäß einer vorgegebe nen Vergrößerung verkleinert, um den Photoresist 21b auf dem Halbleitersubstrat 21a zu belichten.

In der vorliegenden Ausführungsform wird die obengenannte Belichtung als Überbelichtung ausgeführt. Das heißt, der Be lichtungsbetrag während des Belichtens des Photoresists 21b beträgt während der Belichtung das Vierfache oder mehr und das Zwanzigfache oder weniger des Belichtungsbetrags bei dem Grenzwert, bei dem der Photoresist 21b von in dem Entwickler lösbar in unlösbar umwandelt wird, oder bei dem Grenzwert, bei dem er von in dem Entwickler unlösbar in lösbar umwandelt wird. Hierbei ist in einer normalen Belichtung der Belich tungsbetrag 2,5mal oder mehr und 3,5mal oder weniger so groß wie der Belichtungsbetrag bei dem Grenzwert.

Der auf diese Weise belichtete Photoresist 21b wird durch die Entwicklung strukturiert. Falls der Photoresist 21b ein posi tiver Photoresist ist, wird er in dieser Entwicklung nur in den Teilen entfernt, in denen eine Belichtungsenergie mit einem vorgegebenen Wert oder mehr eingetreten ist, während im Fall eines negativen Photoresists nur die Teile, in denen eine Belichtungsenergie mit einem vorgegebenen Wert oder we niger eingetreten ist, entfernt werden. Auf diese Weise wird das Muster des Photoresists 21b ausgebildet.

Danach wird der zu verarbeitende Film durch Ausführen der Verarbeitung wie etwa des Ätzens an dem zu verarbeitenden Film, d. h. an der unteren Schicht des Photoresists 21b, mit seinem Muster als Maske strukturiert.

Nachfolgend wird die Intensität des oben definierten Belich tungslichts beschrieben.

Zum Beispiel ist die relative Lichtintensitätsverteilung des Belichtungslichts, das wie in Fig. 4A gezeigt durch die Pho tomaske 5 gelaufen ist, in Fig. 4B gezeigt. Das heißt, die Lichtintensität des Belichtungslichts, das ein ausreichend großes Öffnungsmuster 2b durchlaufen hat, wird am größten, während die Lichtintensität des Belichtungslichts, das ein Öffnungsmusterpaar 2a durchlaufen hat, kleiner als diese wird.

Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wird in dem Fall, daß die in den Photoresist eingegebene Belichtungslichtenergie für ein aus reichend großes Öffnungsmuster 2b zur (hier als 1,0 angenom menen) Belichtungsenergie an der oberen Grenze wird, nur der Photoresist 21b in den Teilen entfernt, die dem in Fig. 5B gezeigten Öffnungsmuster 2b entsprechen, wobei kein dem Öff nungsmusterpaar 2a entsprechendes Muster erhalten wird.

Wie in Fig. 6A gezeigt ist, kann somit dadurch, daß die in den Photoresist eingegebene Belichtungsenergie für ein aus reichend großes Öffnungsmuster z. B. fünfmal so groß wie die in den Photoresist für ein ausreichend großes Öffnungsmuster in den Fig. 5A und 5B eingegebene Belichtungsenergie gemacht wird, die in den Photoresist über das Durchgangslicht des Öffnungsmusterpaars 2a eingegebene Belichtungsenergie größer als die (hier als 1,0 angenommene) Belichtungsenergie an der Grenze gemacht werden. Wie in Fig. 6B gezeigt ist, kann da durch in dem Photoresist 21b ein dem Öffnungsmusterpaar 2a entsprechendes Muster ausgebildet werden.

Das heißt, die obengenannte Belichtungsenergie bedeutet, daß die durch das durch die ausreichend große Öffnung 2b der Pho tomaske 5 übertragene Belichtungslicht an das entsprechende Muster auf dem Wafer gegebene Belichtungsenergie viermal oder mehr oder zwanzigmal oder weniger so groß wie die Belich tungsenergie an der Grenze, bei der der Photoresist 21b von in dem Entwickler lösbar in unlösbar umwandelt wird, oder an der Grenze, an der er von in dem Entwickler unlösbar in lös bar umwandelt wird, wird.

Obgleich die Belichtung in diesem Musterausbildungsverfahren mit einer normalen Beleuchtung ausgeführt werden kann, wird sie bevorzugt mit einer abgewandelten Beleuchtung ausgeführt. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird die Photomaske 5 im Fall ei ner normalen Beleuchtung vertikal mit Belichtungslicht be strahlt, um den Wafer 21 mit den Lichtflüssen des Beugungs lichts 0ter und ±1ter Ordnung zu belichten. Wenn das Muster der Photomaske 5 mikroskopisch wird, wird der Beugungswinkel aber groß, womit ein Risiko besteht, daß das Beugungslicht ±1ter Ordnung wegen der vertikalen Beleuchtung nicht in die Linse eintritt und somit die Struktur nicht auflöst.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird somit ein Beleuchtungslicht fluß durch eine abgewandelte Bestrahlung schräg in die Photo maske 5 eingegeben. Dadurch kann die Belichtung durch nur zwei Lichtflüsse des durch die Photomaske 5 gebeugten Beu gungslichts 0ter Ordnung und +1ter oder -1ter Ordnung ausge führt werden, um so die Auflösung zu erzielen.

Bezüglich der für diese abgewandelte Beleuchtung verwendeten Blende 14 kann eine in Fig. 9 gezeigte Ringband-Beleuchtungs blende mit einem durchlässigen Teil 14a in Ringform oder eine in Fig. 10 gezeigte Vierpol-Beleuchtungsblende mit vier durchlässigen Teilen 14a verwendet werden. Außerdem kann eine in Fig. 11 gezeigte Zweipol-Beleuchtungsblende mit zwei durchlässigen Teilen 14a verwendet werden.

Außerdem kann die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Photomaske 5 eine verstärkende Phasenschiebermaske sein, wie sie in Fig. 12A gezeigt ist. In diesem Fall wird anstelle des Ab schirmfilms 2 ein halbdurchlässiger Abschirmfilm 2 verwendet, durch den das Belichtungslicht zu einem gewissen Grad hin durchtreten kann. Dieser halbdurchlässige Abschirmfilm 2 wirkt als Phasenschieber, so daß sich die Phase des Belich tungslichts nach Durchgang durch den halbdurchlässigen Ab schirmfilm 2 von der Phase des Belichtungslichts nach Über tragung durch das Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß im wesentlichen um 180 Grad unterscheidet, wobei er ebenfalls ein Verstärken des Belichtungslichts bewirkt, so daß die In tensität des Belichtungslichts nach Durchgang durch den halb durchlässigen Abschirmfilm 2 niedriger als die Intensität des Belichtungslichts nach Durchgang durch das Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß wird. Bevorzugt beträgt der Durchlaß grad des Belichtungslichts dieses halbdurchlässigen Abschirm films 2 2% oder mehr und 10% oder weniger.

Wie in Fig. 12B gezeigt ist, überlagern sich die Lichtstrah len mit den entgegengesetzten Phasen an der Grenze zwischen dem Öffnungsmuster 2a für den Lichtdurchlaß und dem Abschirm teil, so daß sie sich gegenseitig auslöschen, wodurch die Lichtintensität am Rand des Belichtungsmusters kleiner ge macht und damit die Auflösung des Musterbilds erhöht werden kann.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist außerdem der Radius R der Irisblende proportional zum Sinus (= NA) des maximalen Ein fallswinkels des Lichtstrahls auf dem Bild. Außerdem ist die Stellung a der Irisblende des Beleuchtungslichtstrahls mit dem maximalen Einfallswinkel auf die Photomaske 5 proportio nal zum Sinus des maximalen Beleuchtungseinfallswinkels, wäh rend die Stellung b der Blende des Beleuchtungslichtstrahls mit dem minimalen Einfallswinkel auf die Photomaske 5 propor tional zum Sinus des minimalen Beleuchtungseinfallswinkels ist. Die Kohärenz des Interferenzindex der Beleuchtung ist während einer herkömmlichen Beleuchtung durch σ = a/R gege ben. Die Form der abgewandelten Beleuchtung ist außerdem ein Verhältnis des Sinus des maximalen/minimalen Einfallswinkels zu NA, was als σ_out = a/R und σ_in = b/R dargestellt wird. Da bei liegt in dieser Beschreibung eine isometrische Projektion vor, bei der das Verkleinerungsverhältnis r in dem Projekti onsoptiksystem 1 ist.

Bei der Belichtung mit einer Ringband-Beleuchtungsblende be trägt das Verhältnis (a/R) des Sinus a des maximalen Ein fallswinkels und des Sinus R des Winkels des maximalen Ein fallslichtstrahls in dem Projektionsoptiksystem bevorzugt 0,6 oder mehr und 0,9 oder weniger. Außerdem beträgt der Sinus b des minimalen Einfallswinkels bei der Belichtung mit einer Ringbänd-Beleuchtungsblende bevorzugt 1/2 oder mehr des Sinus des maximalen Einfallswinkels.

Bei der Belichtung mit einer Vierpol-Beleuchtungsblende be trägt das Verhältnis (a/R) des Sinus a des maximalen Ein fallswinkels zum Sinus R des maximalen Einfallswinkels des Lichtstrahls in dem Projektionsoptiksystem bevorzugt 0,6 oder mehr und 0,9 oder weniger. Außerdem beträgt das Verhältnis (b/R) des Sinus b des minimalen Einfallswinkels zu dem maxi malen Einfallswinkel des Lichtstrahls in dem Projektionsop tiksystem bei der Belichtung mit einer Vierpol-Beleuchtungs blende bevorzugt 0,3 oder mehr.

Da der Photoresist 21b in der vorliegenden Ausführungsform durch Überbelichten durch die Photomaske 5 mit dem Öffnungs musterpaar 2a für den Lichtdurchlaß belichtet wird, läßt sich die Resistabmessung, selbst wenn der Brennpunkt geändert wird, nur schwer ändern, so daß ein mikroskopisches Muster mit großer Prozeßspanne genau ausgebildet werden kann. Die Erfinder haben durch Ausführen der folgenden oder ähnlicher Experimente bestätigt, daß die obenbeschriebenen Wirkungen erzielt werden.

Eine in den Fig. 1 und 2 gezeigte Photomaske 5 wird als Zwei wertmaske hergestellt, bei der für einen Abschirmfilm 2 Chrom (Cr) verwendet wird, während die Linienbreite W1 170 nm, der Zwischenraum W2 170 nm und der Zwischenraum W3 360 nm beträgt (d. h. der Abstand 870 nm beträgt). Diese Photomaske 5 wird unter der Bedingung von einem NA von 0, 65 und von einer 2/3- Ringbandbeleuchtung (σ_out/σ_in = 0,80/0,53) mit KrF-Excimer- Laserlicht (Wellenlänge 248 nm) belichtet, wobei ein opti sches Bild mit einer wie in Fig. 14 gezeigten relativen In tensitätsverteilung (relativen Bildintensität) erhalten wird.

In Fig. 14 entsprechen die Teile, deren Lichtintensität so wohl auf der rechten als auch auf der linken Seite in der In tensitätsverteilung des optischen Bildes hoch ist, dem Öff nungsmusterpaar 2a für den Lichtdurchlaß, während ein Teil dazwischen, dessen Lichtintensität niedrig ist, dem zwischen dem Öffnungsmusterpaar 2a für den Lichtdurchlaß liegenden Abschirmteil entspricht. Die Intensitätsverteilung des opti schen Bildes gibt eine Brennpunktstelle bei einer Änderung im Bereich von 0 bis 0,5 µm an. Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Ansicht des in der Figur von einem dicken Rechteck umgebenen Ausschnitts.

Wie in Fig. 15 gezeigt ist, kann die Lichtintensität, bei der sich die Strukturierungsabmessung des Photoresists trotz Än derung des Brennpunkts nicht ändert (Isofokalschnittebene), selbstverständlich durch Einstellen des Belichtungsbetrags erhalten werden. Außerdem kann wegen der Lichtintensität ohne Abmessungsschwankung die Abmessung des Bildes (Musters) selbstverständlich bis zu 90 nm mikroskopisch gemacht werden. Das heißt, durch Ausführen eines Überätzens mit der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Photomaske 5 kann ein mikroskopisches Muster mit wenig Abmessungsschwankungen wegen der Defokussie rung ausgebildet werden.

Um auf dem positiven Photoresist ein Muster auszubilden, muß außerdem die Lichtintensität des Abschirmmusterteils zwischen einem Öffnungsmusterpaar für den Lichtdurchlaß im Vergleich zum Musterrand kleiner als ein bestimmtes Niveau (Auflösungs kriterien) sein. Im Fall dieses Bildes wird die Lichtintensi tät während der Defokussierung um 0,5 µm größer als das Ni veau, wodurch selbstverständlich die Tiefe des Brennpunkts von 1,0 µm oder weniger erzielt werden kann.

Das heißt, durch Ausführen einer Überbelichtung mit der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Photomaske 5 kann beim Ausbilden der mikroskopischen Muster selbstverständlich eine große Brennpunkttiefe bei wenig Abmessungsschwankung sichergestellt werden.

Fig. 16 zeigt die Beziehung (CD-Brennpunkt-Kennlinie) zwi schen dem CD-Wert (dem Wert der kritischen Abmessung) und dem Brennpunktversatz im Fall der Fig. 14 und 15. Wie aus Fig. 16 ersichtlich ist, ändert sich im Bereich des CD-Werts von 80 nm bis 90 nm selbst in dem Fall, daß sich der Brenn punkt ändert, der CD-Wert wenig, wobei die CD-Brennpunkt- Kennlinie selbstverständlich ausgezeichnet ist.

Fig. 17 zeigt die Draufsicht des Photoresistmusters in dem Fall, daß das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Photomaskenmuster durch Ändern des Brennpunktversatzes und des Belichtungsbe trags in der obenbeschriebenen Belichtungsbedingung auf den Photoresist kopiert wird. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, sind die in der Photographie angefügten Zahlenwerte Meßwerte des CD-Werts. Wie aus dem Ergebnis ersichtlich ist, ändert sich die Abmessung des tatsächlich auf den Photoresist kopierten Musters selbst in dem Fall, daß sich der Brennpunkt ändert, wenig.

Außerdem zeigt Fig. 18 die Beziehung zwischen der Linien breite des Photoresistmusters (der Resistlinienbreite) und dem Brennpunktversatz in dem Fall, daß eine Belichtung mit einer abgewandelten Beleuchtung mit einem Photoresist (Zwei wertmaske) 5 mit einem wie in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ab schirmfilm 2, der Cr enthält, ausgeführt wird. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, kann das Photoresistmuster mit der Linienbreite bis zu 100 nm gemäß einem Musterausbildungsverfahren der vor liegenden Ausführungsform selbstverständlich im Bereich einer Brennpunkttiefe von bis zu 1,0 µm ausgebildet werden.

Nachfolgend wird beschrieben, daß in dem Fall, daß das in der Photomaske ausgebildete Muster ein Linien-Zwischenraum-Muster (L/S-Muster), ein Muster aus isolierten dunklen Linien oder ein Muster aus isolierten hellen Linien ist, selbst dann, wenn der Belichtungsbetrag geändert wird, um die Linien dün ner zu machen, keine ausgezeichnete Kennlinie wie etwa in der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden kann.

Die Fig. 19, 20 und 21 zeigen die relative Intensitätsvertei lung des optischen Bildes von 0,18 µm-L/S (sowohl die Linien breite als auch die Zwischenraumbreite beträgt 0,18 µm), von isolierten dunklen Linien mit einer Breite von 0,18 µm und von isolierten hellen Linien mit einer Breite von 0,18 µm, wobei der Brennpunkt in jedem Fall als Parameter genommen wird.

Die Strichlinien in diesen Fig. 19 bis 21 bezeichnen die jenige Lichtintensität, die dem Belichtungsbetrag entspricht, bei dem die Abmessung genau die gleiche wie die der Maske (0,18 µm) beim optimalen Brennpunkt (Belichtungsniveau zu Maskenbreite) ist, sowie diejenige Lichtintensität, die dem Belichtungsbetrag zu dem Zeitpunkt entspricht, bei dem die Abmessung zu 0,10 µm (Belichtungsniveau zu einer Breite von 0,10 µm) gemacht wird. Anhand dieser Fig. 19 bis 21 ist zu erwarten, daß die Schwankung der Abmessung bei einer Änderung des Brennpunkts beim Versuch, die Musterbreite dünner zu ma chen, in jedem der drei Muster groß wird.

Die Fig. 22, 23 und 24 zeigen CD-Brennpunkt-Kennlinien in dem Fall, daß das Belichtungsniveau jeweils bei 0,18 µm L/S. bei den isolierten dunklen Linien mit einer Breite von 0,18 µm und bei den isolierten hellen Linien mit einer Breite von 0,18 µm fein geändert wird. Wie in den Fig. 22 bis 24 gezeigt ist, zeigt die Beziehung zwischen dem CD-Wert und dem Brenn punktversatz das anhand der in den Fig. 19 bis 21 gezeigten Bildintensität erwartete Verhalten. Das heißt, je kleiner die Abmessung (der CD-Wert) gemacht wird, desto größer wird die Schwankung des CD-Werts als Reaktion auf die Schwankung des Versatzes, womit die CD-Brennpunkt-Kennlinien selbstverständ lich nicht sehr gut sind. Obgleich die Schwankung des CD- Werts als Reaktion auf die Schwankung des Brennpunktversatzes bei 0,18 µm L/S im Vergleich zur Schwankung bei den isolier ten dunklen Linien mit einer Breite von 0,18 µm und bei den isolierten hellen Linien mit einer Breite von 0,18 µm kleiner ist, tritt als Reaktion auf die Defokussierung um 0,3 µm au ßerdem immer noch die Abmessungsänderung um bis zu 0,02 µm auf, wodurch die CD-Brennpunkt-Kennlinien im Vergleich zur vorliegenden Ausführungsform schlechter werden.

Da das Muster in der vorliegenden Ausführungsform in der Weise hergestellt wird, daß es isolierte Öffnungsmusterpaare 2a für den Lichtdurchlaß enthält, werden wie oben beschrieben selbstverständlich ausgezeichnete CD-Brennpunkt-Kennlinien erhalten, die in anderen Mustern nicht erhalten werden kön nen.

Nachfolgend wird die Abmessung jedes Teils des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Öffnungsmusters 2a für den Lichtdurchlaß be trachtet.

Die Fig. 25, 26 und 27 zeigen die CD-Brennpunkt-Kennlinien, wenn jede der Abmessungen W1, W2 und W3 jedes Teils der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Photomaske geändert wird.

In der Messung in den Fig. 25 bis 27 wird das Belichtungsni veau in der Weise eingestellt, daß für jedes Maskenmuster der Bildkontrast erhalten werden kann, der das Muster im Bereich des Brennpunkts von 0 bis 0,5 µm aufzulösen vermag. Außerdem wird die Einstellung in der Weise ausgeführt, daß W2/W1 bei der kleinsten Abmessung zu einer Konstante wird. Außerdem werden unter der Annahme, daß der Belichtungsbetrag beim Än dern des Maskenmusters geändert werden kann, die CD-Brenn punkt-Kennlinien desjenigen (Resist-)Musters mit der minima len Auflösung, das bis zur Defokussierung auf 0,5 µm aufge löst werden kann, erhalten.

Wenn die Abmessung W2 im Bereich von 0,16 bis 0,20 µm liegt, ist, wie in Fig. 25 gezeigt ist, zunächst der CD-Wert klein, wobei die Schwankung des CD-Werts entsprechend der Schwankung des Brennpunktversatzes ebenfalls klein ist (d. h. die Brenn punkt-Kennlinie ist ausgezeichnet). Wenn andererseits die Abmessung W2 im Bereich von 0,14 bis 0,12 µm liegt, wird der CD-Wert kleiner, wobei die Schwankung des CD-Werts entspre chend der Schwankung des Brennpunktversatzes größer wird, so daß die Brennpunkt-Kennlinie schlechter wird. Wenn anderer seits die Abmessung W2 so groß gemacht wird, daß sie im Be reich von 0,22 bis 0,24 µm liegt, kann der CD-Wert bei einer ausgezeichneten Brennpunkt-Kennlinie, bei der die Schwankung des CD-Werts als Reaktion auf die Schwankung des Brennpunkt versatzes klein ist, selbstverständlich größer gemacht wer den. Angesichts dieses Ergebnisses ist ein bevorzugter Be reich der Abmessung W2 der folgende:

0,35 < W2/(λ/NA),

wobei die Wellenlänge λ des Belichtungslichts während des Belichtens und die numerische Apertur NA des Projektionsop tiksystems in Betracht gezogen werden.

Wie nachfolgend in Fig. 26 gezeigt ist, wird in dem Fall, daß die Abmessung W3 größer als 0,32 µm ist, die Abmessung (der CD-Wert) einer dunklen Linie, die zwischen einem Öffnungsmu sterpaar 2a für den Lichtdurchlaß liegt, kleiner, während außerdem die Schwankung des CD-Werts als Reaktion auf die Schwankung des Brennpunktversatzes kleiner wird, so daß sich die Brennpunkt-Kennlinie verbessert. Wenn andererseits die Abmessung W3 0,28 oder 0,24 beträgt, ist die Brennpunkt-Kenn linie ausgezeichnet, wobei der CD-Wert aber größer wird. An gesichts dieses Ergebnisses wird ein bevorzugter Bereich der Abmessung W3 wie folgt:

W3 < 0,70 × (λ/NA),

wobei die Wellenlänge λ des Belichtungslichts während des Belichtens und die numerische Apertur NA des Projektionsoptiksystems in Betracht gezogen werden.

Wenn, wie nachfolgend in Fig. 27 gezeigt ist, die Abmessung W1 0,24 oder größer ist, wird der CD-Wert zu groß, während demgegenüber, wenn die Abmessung W1 0,10 oder kleiner ist, der CD-Wert größer wird und die Schwankung des CD-Werts als Reaktion auf die Schwankung des Brennpunktversatzes größer wird, so daß die Brennpunkt-Kennlinien schlechter werden. Angesichts dieses Ergebnisses wird ein bevorzugter Bereich der Abmessung W1 wie folgt:

0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65,

Aus den obenbeschriebenen Ungleichungen ergeben sich die fol genden Ausdrücke:

W2/W1 < 0,35/0,65 = 0,54,
W3/W1 < 0,70/0,65 = 1,08.

Bezüglich der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Musterlänge L des Öffnungsmusterpaars 2a für den Lichtdurchlaß ändert sich die Abmessung der Muster im Bereich von 0,3 µm oder weniger von den beiden Randteilen in Längsrichtung, wodurch die Muster länge L in dem Fall, daß keine Korrektur für den optischen Nachbarschaftseffekt (OPC: die Maskenabmessung wird an den Randteilen geändert) ausgeführt wird, 0,6 µm oder mehr betra gen muß. Dies wird in Betracht gezogen, um einen bevorzugten Bereich der Musterlänge L wie folgt zu finden:

1,3 < d/(λ/NA).

Zweite Ausführungsform

In Fig. 29 ist die relative Intensitätsverteilungen des opti schen Bildes im Ergebnis der in Fig. 28 gezeigten Berechnung und die CD-Brennpunkt-Kennlinien während der Belichtung mit einer normalen Beleuchtung (σ = 0,85) mit KrF-Excimer-Laser licht mit der gleichen Photomaske 5 (Fig. 1 und 2) wie in der ersten Ausführungsform mit NA gleich 0,60 gezeigt.

Wie in den Fig. 28 und 29 gezeigt ist, können durch Ausführen eines Überbelichtens mit der Photomaske 5 aus den Fig. 1 und 2 selbstverständlich selbst dann, wenn das Superauflösungs verfahren überhaupt nicht verwendet wird, Linien mit der Li nienbreite von 140 nm mit der Kennlinie, bei der der CD-Wert als Reaktion auf den Brennpunkt nur wenig schwankt, ausgebil det werden.

Dritte Ausführungsform

In Fig. 30 ist die Intensitätsverteilung des optischen Bil des, die durch die Berechnung während der Belichtung durch eine 2/3-Ringbandbeleuchtung (σ_out/σ_in = 0,80/0,53) mit einer verstärkenden Phasenschiebermaske (Atten-PSM) erhalten wird, gezeigt, wobei ein halbdurchlässiger Abschirmfilm 2 ermög licht, daß 3% des Belichtungslichts wie in Fig. 12 gezeigt mit der gleichen Abmessung wie in der ersten und zweiten Aus führungsform, bei der die numerische Apertur NA des Projekti onsoptiksystems 0,65 beträgt, übertragen werden. Anhand des Ergebnisses von Fig. 30 ist selbstverständlich, daß die Ab messung, bei der die Musterabmessung des Photoresists als Reaktion auf die Schwankung des Brennpunkts nicht schwankt, 80 µm beträgt, d. h. kleiner als in der ersten Ausführungs form ist. Außerdem kann die während der Defokussierung auf lösbare Bildqualität selbstverständlich bei 0,5 µm erhalten werden.

Das Untersuchungsergebnis der Spanne des Belichtungsbetrags in bezug auf die in der ersten Ausführungsform verwendete Zweiwertmaske 5 und in bezug auf die verstärkende Phasen schiebermaske der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 31 gezeigt. Die Querachse in Fig. 31 stellt das relative Belich tungsniveau dar, während die vertikale Achse den CD-Wert des Bildes (die Bildbreite) darstellt. Wie in Fig. 31 gezeigt ist, beträgt die durch den Ausdruck (ΔCD(%)/ΔExp.(%)) defi nierte Belichtungsspanne 1,5 für die Zweiwertmaske und 1,2 für die verstärkende Phasenschiebermaske. Obgleich im prakti schen Gebrauch beide Belichtungsspannen ausreichend sein kön nen, ist offensichtlich, daß die verstärkende Phasenschieber maske in bezug auf die Belichtungsspanne stärker verbessert ist.

Hierbei stellt ΔCD(%) in dem obigen Ausdruck den Betrag der Schwankung des CD-Werts dar, während ΔExp.(%) den Betrag der Schwankung des Belichtungsniveaus darstellt.

Das Auftreten der Änderung des CD-Werts gemäß der Änderung der Maskenabmessung (Maskenlinienbreite) in der in der ersten Ausführungsform verwendeten Zweiwertmaske und in der verstär kenden Phasenschiebermaske der vorliegenden Ausführungsform ist in Fig. 32 gezeigt. Wie in Fig. 32 gezeigt ist, wird der MEF (der Maskenfehler-Verstärkungsfaktor) in einer mikrosko pischen Photolithographie größer, was (da die Gleichförmig keit der Abmessung der Masken schwerwiegend wird) zu einer großen technologischen Barriere wird. Gemäß der Technologie der vorliegenden Anmeldung ist der MEF jedoch etwa bis zu 1,5 im Fall der Zweiwertmaske und bis zu 1,3 im Fall der verstär kenden Phasenschiebermaske kleiner als in anderen Technolo gien. Hierbei beträgt ein normaler MEF 10 oder mehr.

Fig. 33 zeigt eine Änderung der Linienbreite in dem Bild der dunklen Linien zwischen einem Öffnungsmusterpaar 2a für den Lichtdurchlaß als Reaktion auf und gemäß der Änderung der Maskenabmessung, wobei nur der Zwischenraum W2 zwischen einem Öffnungsmusterpaar 2a für den Lichtdurchlaß geändert wird, während die anderen Abmessungen auf einer in den Fig. 1 und 2 gezeigten Konstante gehalten werden. Wie in Fig. 33 gezeigt ist, ist die Linienbreite des Bildes der dunklen Linien gemäß der Technologie der vorliegenden Ausführungsform bis zu 80 nm proportional zur Linienbreite der Maske. Gemäß einem herkömm lichen Verfahren ist die Linienbreite des Bildes bei einer Linienbreite größer als 200 nm nicht proportional zur Linien breite der Maske, womit sich die Technologie der vorliegenden Ausführungsform selbstverständlich wesentlich besser als das herkömmliche Verfahren zur Miniaturisierung eignet.

Die Technologie der vorliegenden Ausführungsform und der Fall der Verwendung einer Levenson-Phasenschiebermaske (einer al ternierenden Phasenschiebermaske: Alt-PSM) werden in bezug auf die Verschlechterung der CD-Brennpunkt-Kennlinien wegen der Linsenaberration verglichen.

Die Fig. 34 und 35 zeigen die CD-Brennpunkt-Kennlinien in der Technologie der vorliegenden Ausführungsform und im Fall der Verwendung einer Levenson-Phasenschiebermaske, wenn es keine Linsenaberration gibt. Außerdem zeigen die Fig. 36 und 37 die CD-Brennpunkt-Kennlinien in der Technologie der vorliegenden Ausführungsform und im Fall der Verwendung einer Levenson- Phasenschiebermaske, wenn es eine Linsenaberration gibt. Hierbei ist die Aberration eine niederdimensionale sphärische Oberfläche, wobei die Größe von 0,05 λ angenommen wird.

Aus den Fig. 35 und 37 ist selbstverständlich, daß der Fall der Verwendung einer Levenson-Phasenschiebermaske Kennlinien zeigt; bei denen die Linienbreite des Bildes gemäß der Schwankung der Brennweite wegen der Aberration merklich schwankt, so daß die CD-Brennpunkt-Kennlinien stark ver schlechtert sind. Demgegenüber ist aus den Fig. 34 und 36 selbstverständlich, daß die Linienbreite des Bildes selbst in dem Fall, daß die Linsenaberration vorhanden ist, bei einer Schwankung des Brennpunkts einen kleinen Schwankungsbetrag hat, so daß es nur zu einer geringfügigen Verschlechterung der CD-Brennpunkt-Kennlinien kommt.

Vierte Ausführungsform

In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ausbilden des tatsächlichen Musters durch Überbelichten der Photomaske 5 in den Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 38A zeigt ein Gate-Muster jedes Transistors als Spei cherzelle eines SRAMs (statischen Schreib-Lese-Speichers). Außerdem zeigen die Fig. 38B und 38C Muster der zum Ausbilden des Musters aus Fig. 38A verwendeten ersten und zweiten Pho tomaske.

Zunächst wird ein Verfahren zur Konstruktion der Muster der wie in den Fig. 38B und 38C gezeigten ersten und zweiten Pho tomaske 5 und 55 beschrieben.

Aus dem in Fig. 38A gezeigten Konstruktionsmuster werden nur die mikroskopischen Linienteile entnommen. Die Linienbreite dieses entnommenen mikroskopischen Linienteils wird vergrö ßert. Gleichzeitig wird beiderseits der mikroskopischen Lini enteile eine Abmessung von 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65 hinzuge fügt, um sie zu vergrößern. Vom Mittelteil des Musters mit der obengenannten vergrößerten Linienbreite wird eine Abmes sung W2, die der Beziehung 0,35 < W2/(λ/NA) genügt, subtra hiert, wodurch ein wie in Fig. 38B gezeigtes Öffnungsmuster paar 2a für den Lichtdurchlaß konstruiert wird.

Somit besitzt die erste Photomaske 5, wie in Fig. 40 gezeigt ist, eine Struktur, bei der auf einem durchsichtigen Substrat 1 ein Abschirmfilm (oder ein halbdurchlässiger Abschirmfilm) 2 mit mehreren Öffnungsmusterpaaren 2a für den Lichtdurchlaß ausgebildet ist.

Außerdem wird durch Hinzufügen eines Musters von Linienpaaren mit der Linienbreite W1, die der obenbeschriebenen Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65 genügen, auf dem wie in Fig. 38A ge zeigten Konstruktionsmuster ein wie in Fig. 38C gezeigtes Abschirmmuster 52 konstruiert.

Dadurch besitzt die zweite Photomaske 55 eine Struktur, bei der auf dem durchsichtigen Substrat 51 der Abschirmfilm 52 ausgebildet ist, der das wie in Fig. 41 gezeigte obenbe schriebene Abschirmmuster aufbaut.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Gate-Muster-Ausbildung mit dieser ersten und zweiten Photomaske 5 und 55 beschrieben.

Wie in Fig. 42 gezeigt ist, wird auf einem Halbleitersubstrat 101, das Silicium oder dergleichen enthält, eine Isolier schicht 102 ausgebildet, die zu einem Gate-Isolierfilm wird. Auf dieser Isolierschicht 102 wird eine leitende Schicht 103 ausgebildet, die zu einer Gate-Elektrode wird. Auf diese lei tende Schicht 103 wird z. B. ein positiver Photoresist 111 aufgetragen. Hierbei wird die Isolierschicht 102 z. B. aus einem Siliciumoxidfilm hergestellt, während die leitende Schicht 103 z. B. aus einem polykristallinen Siliciumfilm hergestellt wird, in den Störstellen dotiert sind.

Nach Anwenden der ersten Belichtung mit der in Fig. 38B ge zeigten ersten Photomaske 5 wird dieser Photoresist 111 ent wickelt. Während dieser ersten Belichtung wird die Belichtung durch eine Überbelichtung ausgeführt, deren Belichtungsbetrag größer als der einen normalen Belichtung ist. Bei dieser Überbelichtung ist der Belichtungsbetrag, wenn der Photore sist 111 wie in der ersten Ausführungsform, d. h. mit einer Belichtungsenergie für das Muster mit ausreichend großen Durchlaßöffnungen, belichtet wird, wenigstens viermal und höchstens zwanzigmal oder weniger so groß wie die Belich tungsenergie an der Grenze, bei der der Photoresist 111 durch die Belichtung von in dem Entwickler unlösbar in lösbar um wandelt wird.

Dadurch werden in dem Photoresist 111 mikroskopische Öff nungsmuster 111a ausgebildet, die den Öffnungsmusterpaaren für den Lichtdurchlaß entsprechen.

Wie in Fig. 43 gezeigt ist, werden die leitende Schicht 103 und die Isolierschicht 102 unter der Maske mit dem struktu rierten Photoresist 111 als Maske nacheinander geätzt, um ein Öffnungsmuster 103a auszubilden. Danach wird der Photoresist 111 z. B. durch Veraschen entfernt.

Wie in Fig. 44 gezeigt ist, wird durch das obengenannte Vera schen oder dergleichen die Oberseite der leitenden Schicht 103 freigelegt.

Wie in Fig. 45 ist, wird nach Auftragen z. B. eines positiven Photoresists 112 auf die gesamte Oberfläche dieser nach An wenden der zweiten Belichtung mit der in Fig. 38C gezeigten zweiten Photomaske 55 entwickelt. Dadurch verbleibt der Pho toresist 112 in der Weise, daß er die Öffnungsmusterpaare 103a und die zwischen ihnen liegenden Teile bedeckt. Mit den Mustern dieses Photoresists 112 als Maske werden die leitende Schicht 103 und die Isolierschicht 102 entfernt.

Wie in Fig. 46 gezeigt ist, wird in den Gebieten, in denen die Muster des Photoresists 112 durch den obengenannten Schritt nicht ausgebildet werden, die Oberfläche des Halblei tersubstrats 101 freigelegt. Danach werden die Muster des Photoresists 112 durch Veraschen oder dergleichen entfernt, so daß das Gate-Muster mit der leitenden Schicht 103 nach den Fig. 38A und 39 ausgebildet wird.

Hierbei kann die obenbeschriebene erste Belichtung vor Ent wickeln des Photoresists 111 mehrfach ausgeführt werden. Die obenbeschriebene zweite Belichtung vor Entwickeln des Photo resists 112 kann ebenfalls mehrfach ausgeführt werden.

Obgleich oben der Fall beschrieben ist, in dem zum direkten Strukturieren der leitenden Schicht, die zu dem Gate-Muster wird, die Muster des Photoresists verwendet werden, kann zum Strukturieren der leitenden Schicht, die zu dem Gate-Muster wird, auch eine harte Maske verwendet werden.

Zunächst wird gemäß einem Verfahren der obenbeschriebenen Fig. 42 bis 46 anstelle des in Fig. 47 gezeigten Gate-Musters ein Muster 121 aus einer harten Maske ausgebildet. Dieses Muster 121 aus einer harten Maske wird als Maske verwendet, um die leitende Schicht 122 unter der Maske, die zu der Gate- Elektrode wird, zu ätzen.

Wie in Fig. 48 gezeigt ist, wird durch dieses Ätzen die lei tende Schicht 122 strukturiert, um das Gate-Muster auszubil den.

Für eine zweckmäßige Beschreibung ist hier die Isolier schicht, die zu einer Gate-Isolierschicht wird, unter der leitenden Schicht 122, die zu dem Gate-Muster wird, weggelas sen.

Die hier offenbarten Ausführungsformen sollten in sämtlichen Aspekten als beispielhaft und nicht als Beschränkung betrach tet werden. Der Umfang der Erfindung ist nicht durch die obige Beschreibung sondern statt dessen durch den Umfang der Ansprüche und durch die äquivalente Bedeutung in den Ansprü chen definiert, wobei sämtliche Abwandlungen im Umfang der Ansprüche enthalten sein sollen.

Obgleich die Erfindung ausführlich beschrieben und erläutert wurde, ist selbstverständlich, daß diese lediglich zur Erläu terung und als Beispiel dient und nicht als Beschränkung ver standen werden soll, wobei der Erfindungsgedanke und der Um fang der Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sind.

Claims

1. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters mit einem ersten Belichtungsschritt des Belichtens ei nes ersten Photoresists (21b) auf der Oberfläche eines Wafers (21) mit einem Projektionsbelichtungsverfahren durch eine erste Photomaske (5), die ein Paar Öffnungsmuster (2a) für den Lichtdurchlaß mit im wesentlichen der gleichen Breite besitzt, die mit einem Zwischenraum parallel zueinander ver laufen und gegenüber anderen Öffnungsmustern für den Licht durchlaß isoliert sind,
wobei ein Belichtungsbetrag, der durch die Energie defi niert ist, die dem Muster beim Belichten des ersten Photore sists (21b) mit einer ausreichend großen Maskenöffnung zuge führt wird, wenigstens viermal und höchstens zwanzigmal so groß wie die Belichtungsenergie ist, die den ersten Photore sist (21b) durch die Belichtung von in einem Entwickler lös bar in in dem Entwickler unlösbar bzw. von in einem Entwick ler unlösbar in in dem Entwickler lösbar umwandelt.

2. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Belichtungsschritt, in dem diejenigen Gebiete des ersten Pho toresists (21b), die nicht den Öffnungsmusterpaaren (2a) für den Lichtdurchlaß entsprechen, nach dem ersten Belichtungs schritt und vor dem Entwicklungsschritt des ersten Photore sists (21b) belichtet werden.

3. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Belichtung mit einer abgewandelten Beleuchtung ausge führt wird.

4. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abge wandelte Beleuchtung mit einer Ringband-Beleuchtungsblende (14) in dem Beleuchtungsoptiksystem ausgeführt wird.

5. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abge wandelte Beleuchtung mit einer Vierpol-Beleuchtungsblende (14) in dem Beleuchtungsoptiksystem ausgeführt wird.

6. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeich net, daß die erste Photomaske (5) eine verstärkende Phasen schiebermaske ist, die einen halbdurchlässigen Abschirmfilm (2) mit dem Öffnungsmusterpaar (2a) für den Lichtdurchlaß enthält, wobei der halbdurchlässige Abschirmfilm (2) ein Ma terial enthält, das die Phase des Belichtungslichts nach Durchlaufen des halbdurchlässigen Abschirmfilms (2) in der Weise verschiebt, daß sie gegenüber der Phase des Belich tungslichts nach Durchlaufen des Öffnungsmusterpaars (2a) für den Lichtdurchlaß um 180 Grad verschoben ist, und das die Intensität des Belichtungslichts nach Durchlaufen des halb durchlässigen Abschirmfilms (2) kleiner als die Intensität des Belichtungslichts nach Durchlaufen des Öffnungsmuster paars (2a) für den Lichtdurchlaß macht.

7. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch laßgrad des Belichtungslichts des halbdurchlässigen Abschirm films (2) wenigstens 2% und höchstens 10% beträgt.

8. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Belichtung mit einer Ringband-Beleuch tungsblende (14) das Verhältnis (a/R) des Sinus a des mit ei nem Beleuchtungsoptiksystem gebildeten maximalen Einfallswin kels des Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske (5) zum Sinus R des maximalen Einfallswinkels des Lichtstrahls in ei nem Bild auf einem Wafer (21) mit einem Projektionsoptiksy stem, multipliziert mit einer Verkleinerung r des Projekti onsoptiksystems, also (r x a/R), wenigstens 0,6 und höchstens 0,9 beträgt.

9. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem der Ansprüche 4, 6, 7 oder 8, dadurch ge kennzeichnet, daß bei der Belichtung mit einer Ringband-Be leuchtungsblende (14) der Sinus b des minimalen Einfallswin kels des mit einem Beleuchtungsoptiksystem gebildeten Be leuchtungslichts auf die erste Photomaske (5) wenigstens 1/2 des Sinus a des maximalen Einfallswinkels beträgt.

10. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß bei der Belichtung mit einer Vierpol-Beleuchtungs blende (14) das Verhältnis (a/R) des Sinus a des maximalen Einfallswinkels des mit einem Beleuchtungsoptiksystem gebil deten Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske (5) zum Sinus R des maximalen Einfallswinkels des Lichtstrahls in einem Bild auf einem Wafer (21) mit einem Projektionsoptiksy stem, multipliziert mit einer Verkleinerung r des Projekti onsoptiksystems, also (r × a/R), wenigstens 0,6 und höchstens 0,9 beträgt.

11. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß bei der Belichtung mit einer Vierpol-Be leuchtungsblende (14) das Verhältnis (b/R) des Sinus b des minimalen Einfallswinkels des mit einem Beleuchtungsoptiksy stem gebildeten Beleuchtungslichts auf die erste Photomaske (5) zu dem Winkel R des maximalen Einfallswinkels des Licht strahls in einem Bild auf einem Wafer (21) mit einem Projek tionsoptiksystem, multipliziert mit einer Verkleinerung r des Projektionsoptiksystems, also (r × b/R), wenigstens 0,3 be trägt.

12. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeich net, daß die Linienbreite W1 jedes Öffnungsmusterpaars (2a) für den Lichtdurchlaß der Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0,65 genügt, wobei die Wellenlänge des Belichtungslichts mit λ und die numerische Apertur des Projektionsoptiksystems mit NA bezeichnet ist.

13. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeich net, daß ein Zwischenraum W2 des Öffnungsmusterpaars (2a) für den Lichtdurchlaß der Beziehung 0,35 < W2/(λ/NA) genügt, wo bei die Wellenlänge des Belichtungslichts mit λ und die nume rische Apertur des Projektionsoptiksystems mit NA bezeichnet ist.

14. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeich net, daß ein Zwischenraum W3 zwischen dem Öffnungsmusterpaar (2a) für den Lichtdurchlaß und den anderen Öffnungsmustern (2a) für den Lichtdurchlaß der Beziehung 0,70 < W3/(λ/NA) genügt.

15. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeich net, daß die Länge L jedes der Öffnungsmusterpaare (2a) für den Lichtdurchlaß der Beziehung 1,3 < L/(λ/NA) genügt.

16. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach einem vorangehenden Anspruch, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Strukturieren durch Entwickeln des belichteten ersten Photoresists (1);
Verarbeiten eines ersten Films (103), der unter dem er sten Photoresist (111) zu verarbeiten ist, mit dem struktu rierten ersten Photoresist (111) als Maske;
Auftragen eines zweiten Photoresists (112) nach dem Entfernen des ersten Photoresists (111);
zweites Belichten zum Belichten eines Gebiets des zweiten Photoresists (112), das mit Ausnahme der Gebiete zwischen dem Öffnungsmusterpaar (2a) für den Lichtdurchlaß anderen Gebie ten entspricht;
Strukturieren durch Entwickeln des belichteten zweiten Photoresists (112); und
Verarbeiten des ersten Films (103), der unter dem zweiten Photoresist (112) zu verarbeiten ist, mit dem strukturierten zweiten Photoresist (112) als Maske.

17. Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmu sters nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Schritt des Strukturierens eines zweiten zu verarbeitenden Films (122) unter dem ersten zu verarbeitenden Film (121), indem der er ste zu verarbeitende Film (121) als Maske verwendet wird, der seinerseits unter Verwendung der ersten und der zweiten Pho toresistschicht (111, 112) als Photomaske verarbeitet wurde.

18. Verfahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters mit den folgenden Schritten:
Entnehmen der Figurenteile des mikroskopischen Linienmu sters aus einem Konstruktionsmusterentwurf;
Einstellen der Linienbreite W2 der dunklen Linien der Maske in den Figurenteilen des mikroskopischen Linienmusters in der Weise, daß die Beziehung 0,35 < W2/(λ/NA) erfüllt ist, wobei die Wellenlänge des Belichtungslichts mit λ bezeichnet ist und die numerische Apertur des Projektionsbelichtungssy stems mit NA bezeichnet ist; und
Anordnen eines Öffnungsmusterpaars (2a) für den Lichtdurchlaß mit der Linienbreite W1, die der Beziehung 0,35 < W1/(λ/NA) < 0, 65 genügt, so daß die dunklen Linien der Maske mit der Linienbreite W2 dazwischenliegen.

19. Prozeß für eine Photomaske, der anhand der mit dem Verfahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters nach An spruch 18 berechneten Linienbreiten W1 und W2 eine Photomaske (5) erzeugt, die wenigstens als Teil des Gesamtmusters das Öffnungsmusterpaar (2a) für den Lichtdurchlaß besitzt.

20. Photomaske, mit:
einem Substrat (1) mit einer Hauptoberfläche; und
einem Abschirmfilm (2), der auf der Hauptoberfläche des Substrats (1) ausgebildet ist und ein Paar Öffnungsmuster (2a) für den Lichtdurchlaß mit im wesentlichen der gleichen Linienbreite, die mit einem Zwischenraum parallel zueinander verlaufen und gegenüber anderen Öffnungsmustern (2a) für den Lichtdurchlaß isoliert sind, enthält;
wobei W1, W2 und W3 jeweils den Beziehungen 0,54 < W2/W1 und 1,08 < W3/W1 genügen, wobei die Linienbreite des Öff nungsmusterpaars (2a) für den Lichtdurchlaß mit W1, der Zwi schenraum zwischen dem Öffnungsmusterpaar (2a) für den Licht durchlaß mit W2 und ein minimaler Zwischenraum zwischen dem Öffnungsmusterpaar (2a) für den Lichtdurchlaß und den anderen Öffnungsmustern (2a) für den Lichtdurchlaß mit W3 bezeichnet sind.