DE10106430A1 - Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmusters, Verfahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters, Photomaske und Prozeß für eine Photomaske - Google Patents
Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitervorrichtungsmusters, Verfahren zur Konstruktion eines Photomaskenmusters, Photomaske und Prozeß für eine PhotomaskeInfo
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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.
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 σout = a/R und σin = 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 (σout/σin = 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,
wobei die Wellenlänge λ des Belichtungslichts während des
Belichtens und die numerische Apertur NA des Projektionsop
tiksystems in Betracht gezogen werden.
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.
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).
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.
In Fig. 30 ist die Intensitätsverteilung des optischen Bil
des, die durch die Berechnung während der Belichtung durch
eine 2/3-Ringbandbeleuchtung (σout/σin = 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.
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 (20)
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.
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.
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.
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.
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.
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