Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel
lung einer alternierenden Phasenmaske, die zur Strukturierung
Ton Halbleiterbauelementen geeignet ist.
Durch die Verwendung von Phasenmasken bei der Belichtung von
photosensitiven Schichten auf Halbleiterbauelementen wird
durch die gezielte Beeinflussung der Phasenverhältnisse des
zur Belichtung verwendeten Lichts mittels der Phasenmaske der
Bildkontrast und die Schärfentiefe bei einer optischen Pro
jektionsbelichtung verbessert. Aus Nölscher, VDI-Berichte 935
(1991) Seite 61-80 ist beispielsweise bekannt, daß mehrstu
fige Phasenmasken als Übergang zwischen zwei Bereichen mit
unterschiedlicher Phasendrehung verwendet werden können, um
eine teure Doppelbelichtung (Trim-Belichtung) eines Halblei
tersubstrats zu vermeiden.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, daß z. B.
Fotolack als Phasenschieber verwendet werden kann. Dies ist
beispielsweise in Watanabe et al., SPIE 1463 (1991) Seite 110
folgende sowie Miyazaki et al., SPIE 1464 (1991) Seite 327
folgende beschrieben. Diese Methoden sind allerdings ungeeig
net für die praktische Verwendung mit Belichtungswellenlänge
im tiefen UV-Bereich.
Von Kobayashi et al., SPIE 3873 (1999), Seite 288-296 wird
eine einstufige Lackdickenmodulation verwendet, wobei die un
terschiedliche Lackdicke beim Trockenätzen ausgenutzt wird,
um Halbton-Phasenmasken mit einer Chrom-Maskenschicht zu
strukturieren. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden An
meldung keine Halbton-Phasenmaske, sondern eine alternierende
Phasenmaske hergestellt und das Trägermaterial geätzt.
Die Strukturierung eines mehrstufigen Übergangs zwischen Be
reichen unterschiedlicher Phasen ist beispielsweise in der
Druckschrift EP 0 451 307 B1 beschrieben. Nachteilig ist
hierbei allerdings, daß für jeden Bereich der Phasenmaske,
der für eine definierte Phasendrehung hergestellt wird, eine
vollständige Prozeßabfolge bestehend aus dem Belacken, dem
Belichten, dem Entwickeln und der Ätzung des Quarzträgers er
folgen muß. Folglich ist die Anwendung von mehrstufigen Pha
senmasken teuer und unpraktikabel für defektfreie Masken.
In der DE 197 56 518 A1 sowie in der DE 42 29 157 C2 sind
Phasenmasken mit stufigem Übergang zwischen dem Phasenschie
ber und dem Substrat gezeigt. Zur Herstellung des stufenför
migen Übergangs werden Ätzmasken verwendet, die sukzessive
zurückgesetzt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, das
eine kostengünstige und zeitsparende Herstellung einer Pha
senmaske ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein
Verfahren zur Herstellung einer alternierenden Phasenmaske
mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Trägers, der eine Oberfläche aufweist,
auf der eine Maskenschicht angeordnet ist;
- - Aufbringen einer ersten bestrahlungsempfindlichen Schicht
auf der Maskenschicht;
- - Bestrahlen der ersten bestrahlungsempfindlichen Schicht;
- - Entwickeln der ersten bestrahlungsempfindlichen Schicht und
teilweises Entfernen der ersten bestrahlungsempfindlichen
Schicht, um eine erste Belichtungsstruktur gebildet wird;
- - Ätzen der Maskenschicht, wobei die erste Belichtungsstruk
tur als Ätzmaske dient, so daß die Maskenschicht an Stel
len, an denen die erste bestrahlungsempfindliche Schicht
entfernt worden ist, entfernt wird;
- - Entfernen der ersten Belichtungsstruktur;
- - Aufbringen einer zweiten bestrahlungsempfindlichen Schicht
auf die Maskenschicht und den Träger;
- - Bestimmen einer ersten Belichtungsdosis und einer zweiten
Belichtungsdosis;
- - an Stellen, an denen die erste Maskenschicht entfernt ist,
Bestrahlen der zweiten bestrahlungsempfindlichen Schicht
mit der ersten Belichtungsdosis und anderen Orts mit der
zweiten Belichtungsdosis;
- - Entwickeln der zweiten Belichtungsschicht, wobei eine zwei
te Belichtungsstruktur gebildet wird, die an Stellen, die
mit der ersten Belichtungsdosis belichtet werden, eine er
ste Belichtungsstruktur-Dicke und an Stellen, die mit der
zweiten Belichtungsdosis belichtet werden, eine zweite, von
der ersten abweichende Belichtungsstruktur-Dicke aufweist;
- - Ätzen des Trägers an von der zweiten Belichtungsstruktur
(5) freiliegenden Stellen und der zweiten Belichtungs
struktur mit im wesentlichen gleicher Ätzselektivität, so
daß der Träger in dem Bereich der ersten Belichtungsstruk
tur-Dicke bis zu einer ersten Ätztiefe geätzt wird und in
dem Bereich der zweiten Belichtungsstruktur-Dicke bis zu
einer zweiten, geringeren Ätztiefe geätzt wird.
Die zweite Belichtungsstruktur wird durch mehrfache Bestrah
lung mit unterschiedlicher Dosis belichtet. Dies kann zum
Beispiel mit Licht, Elektronen oder Ionen durchgeführt wer
den. Nach einer konventionellen Entwicklung der zweiten be
strahlungsempfindlichen Schicht ist in der zweiten bestrah
lungsempfindlichen Schicht eine zweite Belichtungsstruktur
gebildet, die eine erste Dicke und eine Dicke aufweist. Ein
Ätzschritt, der beispielsweise als isotroper oder als ani
sotroper Ätzschritt durchgeführt werden kann, überträgt die
Belichtungsstruktur in den Träger. Weisen beispielsweise die
zweite Belichtungsstruktur und der Träger eine ähnliche Ätz
selektivität auf und wird eine anisotrope Ätzung durchge
führt, so wird die Stufenstruktur der zweiten bestrahlungs
empfindlichen Schicht mit den unterschiedlichen Belichtungs
struktur-Dicken in den Träger übertragen. Anschließend kann
die zweite Belichtungsstruktur von dem Träger entfernt wer
den. Die hergestellte Phasenmaske ist in vorteilhafter Weise
robust gegenüber Reinigungsschritten. Darüber hinaus ist sie
mit wesentlich weniger Prozeßschritten herstellbar, als aus
dem Stand der Technik bekannt ist. Das Belichten der zweiten
Belichtungsstruktur erfolgt durch Bestrahlung mit kurzwelli
gem Licht, Elektronen oder Ionen, insbesondere durch Laser
strahl oder Elektronenstrahl. Der Laser- oder Elektronen
strahl wird durch eine entsprechende Steuerung über die zu
belichtende Fläche geführt. Die Belichtungsdosis wird dabei
gemäß der Erfindung moduliert. Unabhängig davon, ob Laser-
oder Elektronenstrahlen verwendet werden, wird in beiden Fäl
len von Belichtung gesprochen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht
vor, daß der Träger isotrop geätzt wird, wobei eine Unterät
zung der Maskenschicht oder der zweiten Belichtungsstruktur
parallel zur Oberfläche durchgeführt wird. Durch die Unterät
zung wird in vorteilhafter Weise ein sog. Intensity-Balancing
ermöglicht. Dies ist beispielsweise aus der Veröffentlichung
Griessinger et al., SPIE 3873 (1999), Seite 359-369 be
kannt. Das durchgeführte Intensity-Balancing weist den Vor
teil auf, daß die abgebildete Intensität unabhängig von der
Ätztiefe wird. Der Intensitätsunterschied im Abbild benach
barter Maskenöffnungen wird weitgehend unabhängig von der
Ätztiefe dieser Öffnungen.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß die zweite Belichtungsstruktur vor dem Ätzen
des Trägers auf eine Temperatur zum Beispiel zwischen 120°C
und 190°C erwärmt wird, wobei eine zwischen der ersten Be
lichtungsstruktur-Dicke und der zweiten Belichtungsstruktur-
Dicke angeordnete Stufe in der zweiten Belichtungsstruktur
verrundet wird.
Das Verrunden bzw. Verfließen der zweiten Belichtungsstruktur
weist den Vorteil auf, daß ein kontinuierlicher und glatter
Übergang, ähnlich einer Rampe, in der zweiten Belichtungs
struktur erzeugt wird. Während des nachfolgenden Ätzens des
Trägers wird die kontinuierliche Rampe in den Träger übertra
gen, wodurch ein kontinuierlicher Übergang in der Phasenmaske
zwischen einem ersten Bereich mit einer ersten Phasendrehung
und einem zweiten Bereich mit einer zweiten Phasendrehung er
zeugt wird.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß der Träger aus Quarz oder die Maskenschicht
aus Chrom gebildet ist.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß die Ätzung des Trägers mit einem Ätzgas durch
geführt wird, das CHF3 und Sauerstoff enthält. Mit einem Ge
misch von CHF3 und Sauerstoff ist beispielsweise eine Ätz
selektivität einstellbar, bei der die zweite Belichtungs
struktur mit einer ähnlichen Ätzrate geätzt wird wie der Trä
ger.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der jeweiligen Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie
len und Figuren näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Träger mit einer Maskenschicht und einer Be
lichtungsstruktur;
Fig. 2 den Träger aus Fig. 1 nach der Durchführung eines
Strukturierungsschrittes;
Fig. 3 den Träger aus Fig. 2 mit einer zweiten Belich
tungsstruktur;
Fig. 4 den Träger aus Fig. 3 nach einem Ätzschritt;
Fig. 5 den Träger aus Fig. 4 nach einem weiteren Ätz
schritt;
Fig. 6 den Träger aus Fig. 3 nach einem Temperatur
schritt;
Fig. 7 den Träger aus Fig. 6 nach einem Ätzschritt;
Fig. 8 den Träger aus Fig. 7 nach einem weiteren Ätz
schritt.
In Fig. 1 ist ein Träger 1 dargestellt, der eine Oberfläche
2 aufweist. Auf der Oberfläche 2 ist eine Maskenschicht 3 an
geordnet. Der Träger 1 enthält beispielsweise Quarz und die
Maskenschicht 3 enthält beispielsweise Chrom. Auf der Masken
schicht 3 ist eine Belichtungsstruktur 4 angeordnet.
Ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten
Anordnung stellt zunächst den Träger 1 mit der Oberfläche 2
und der Maskenschicht 3 bereit. Auf der Maskenschicht 3 wird
eine erste bestrahlungsempfindliche Schicht aufgebracht. Die
erste bestrahlungsempfindliche Schicht wird zunächst belich
tet und anschließend entwickelt, wobei die erste Belichtungs
struktur 4 gebildet wird. Die Belichtung erfolgt mittels La
ser- oder Elektronenstrahl. Der Laser- oder Elektronenstrahl
wird im Belichtungsautomaten durch eine entsprechende Ablenk
steuerung über die zu belichtende Fläche geführt. Die be
strahlungsempfindliche Schicht, z. B. ein Photolack, wird ab
hängig von der Belichtung entwickelt. Der Photolack, wird ab
hängig von der Belichtung entwickelt. Der belichtete Teil des
Photolacks wird entfernt, um die erste Belichtungsstruktur 4
zu bilden.
Mit Bezug auf Fig. 2 wird die erste Maskenschicht 3 unter
Verwendung der ersten Belichtungsstruktur 4 als Ätzmaske ge
ätzt. Anschließend wird die erste Belichtungsstruktur 4 ent
fernt. Die in Fig. 2 dargestellte Ätzung der ersten Masken
schicht 3 kann beispielsweise selektiv auf dem Träger 1 stop
pen. Ebenso ist es möglich, daß eine Überätzung durchgeführt
wird, so daß ebenfalls der Träger 1 leicht eingesenkt wird.
Weiterhin ist es möglich, daß der Träger 1 mit der gleichen
Maske in einem nachfolgenden Ätzschritt auf eine vorbestimmte
Tiefe eingesenkt wird. Die Einsenkung in den Träger 1 dabei
ist optional. Die opake, beispielsweise aus Chrom gebildete
Maskenschicht 3 wird an den nicht mit der ersten Belichtungs
struktur 4 bedeckten Flächen entfernt, so daß sich das in
Fig. 2 gezeigte Ergebnis ergibt.
Mit Bezug auf Fig. 3 wird nachfolgend eine zweite bestrah
lungsempfindliche Schicht auf die Maskenschicht 3 und den
Träger 1 aufgebracht. Anschließend wird eine erste Belich
tungsdosis und eine zweite Belichtungsdosis bestimmt und die
zweite bestrahlungsempfindliche Schicht an einer ersten Posi
tion mit der ersten Belichtungsdosis und an einer zweiten Be
lichtungsposition mit der zweiten Belichtungsdosis belichtet.
Hierdurch wird die zweite bestrahlungsempfindliche Schicht
unterschiedlich stark belichtet, so daß bei der nachfolgenden
Entwicklung der zweiten bestrahlungsempfindlichen Schicht ei
ne zweite Belichtungsstruktur 5 aus verbleibendem Material
der zweiten bestrahlungsempfindlichen Schicht gebildet wird,
die eine erste Belichtungsstruktur-Dicke 6 und eine Belich
tungsstruktur-Dicke 7 aufweist. Zwischen der ersten Belich
tungsstruktur-Dicke 6 und der zweiten Belichtungsstruktur-
Dicke 7 ist eine Stufe 11 in der zweiten Belichtungsstruktur
5 angeordnet. Im Abschnitt 61 der zweiten bestrahlungsemp
findlichen Schicht wird stärker belichtet als im Abschnitt 71
der zweiten bestrahlungsempfindlichen Schicht. Nach Entwick
lung des Photolacks wird im Abschnitt 61 der Photolack tiefer
entfernt als im Bereich 71. Im Abschnitt 31 wird der Photo
lack vollständig entfernt. Dadurch bildet sich die Dicke 6
des verbleibenden Photolacks im Abschnitt 61 geringer aus als
die Dicke 7 im Abschnitt 71. Im Abschnitt 31 gelangt die
Oberfläche des aus Quarz bestehenden Trägers 1 an die Ober
fläche. Die Bereiche, in denen die Maske anschließend geätzt
wird, liegen zwischen den stehen gebliebenen Abschnitten der
ersten Belichtungsstruktur 3. Die zu ätzenden Bereiche ver
laufen quer zur durch die Chromschicht 3 gebildeten stehen
gebliebenen Abschnitt der Abbildungsmaske. Ein Bereich 51 der
zweiten bestrahlungsempfindlichen Schicht, der den stehen ge
bliebenen rechts dargestellten Abschnitt 3 der Abbildungsmas
ke bedeckt und unmittelbar daran anschließt, wird nicht be
lichtet. Ein Abschnitt 81, der um einen Abstand 52 von dem
verbleibenden Chromabschnitt 3 beabstandet nach links an
schließt wird mit einer niedrigen Bestrahlungsdosis belich
tet. Der daran links unmittelbar anschließende Abschnitt 71
wird stärker belichtet, der links daran anschließende Ab
schnitt 61 wird wiederum stärker belichtet und schließlich
der daran unmittelbar links anschließende Abschnitt 31 wird
noch stärker belichtet. An den Abschnitt 31 schließt schließ
lich ein anderer stehen gebliebener Abschnitt 32 der Chrom
maske an.
Mit Bezug auf Fig. 4 wird anschließend der Träger 1 und die
zweite Belichtungsstruktur 5 geätzt. Ist die Ätzabtragsrate
des Trägers identisch mit der Ätzabtragsrate der zweiten Be
lichtungsstruktur 5, so kann das Höhenprofil der zweiten Be
lichtungsstruktur 5 mittels einer anisotropen Ätzung in den
Träger 1 übertragen werden. Dabei wird der Träger 1 bei
spielsweise in dem Bereich der ersten Belichtungsstruktur-
Dicke 6 bis zu einer Ätztiefe 8 und in dem Bereich der zwei
ten Belichtungsstruktur-Dicke 7 bis zu einer Ätztiefe 9 ge
ätzt. Falls die erste Belichtungsstruktur-Dicke 6 kleiner
ausgebildet ist als die zweite Belichtungsstruktur-Dicke 7,
so wird in dem Bereich der ersten Belichtungsstruktur-Dicke 6
die erste Ätztiefe 8 größer ausgebildet als die zweite Ätz
tiefe 9 in dem Bereich der zweiten Belichtungsstruktur-Dicke
7. Zur Ätzung des Trägers 1 und der zweiten Belichtungsstruk
tur ist beispielsweise ein Gemisch der Gase CHF3 und Sauer
stoff geeignet. Die Ätzselektivität des Ätzgases ist bezüg
lich der Belichtungsstruktur 5 und bezüglich des Quarzträgers
1 nahezu gleich bis identisch. Der Materialabtrag der Belich
tungsstruktur sowie des Quarzträgers erfolgt dadurch in glei
chen Raten. Der Materialabtrag erfolgt oberflächlich, so daß
dort, wo der Quarzträger von der Belichtungsstruktur freige
legt ist, dieser geätzt wird, ansonsten wird die Belichtungs
struktur selbst geätzt.
Mit Bezug auf Fig. 5 wird ein isotroper Ätzschritt durchge
führt, wobei der Träger 1 geätzt wird. Dabei wird eine Un
terätzung 10 unter der Maskenschicht 3 oder der zweiten Be
lichtungsstruktur 5 parallel zur Oberfläche 2 durchgeführt.
Die Unterätzung ermöglicht die Durchführung eines Intensity-
Balancing. Die Eckenverrundung durch die isotrope Ätzung ist
der Einfachheit halber nicht dargestellt. Als Ergebnis wird
eine Belichtungsmaske zur Belichtung von beispielsweise Halb
leiterwafern gebildet, die opake Chromabschnitte 3, 32 auf
weist sowie einen ersten Bereich 12 und einen zweiten Bereich
33 mit um 180° unterschiedlichen Phasendrehungen für das für
die Belichtung des Wafers verwendeten Lichts. Beispielsweise
ist der Bereich 12 derjenige Bereich mit 0° Phasendrehung,
der Bereich 33 derjenige Bereich mit 180° Phasendrehung. Im
dazwischen liegenden Abschnitt zwischen den Bereichen 12, 33
unterschiedlicher Phasendrehung befindet sich der gestufte
Übergang des Quarzträgers 1, der wie oben beschrieben erzeugt
wird. Insgesamt wird also eine alternierende Phasenmaske er
zeugt mit einem gestuften Übergang zwischen Bereichen unter
schiedlicher Phasendrehungen für ein Licht, das zum Erzeugen
einer optischen Abbildung geeignet ist, beispielsweise zur
Belichtung von Strukturen auf einem Halbleiterwafer zur Er
zeugung integrierter Schaltungen.
Fig. 6 schließt sich in einer Herstellungsreihenfolge an
Fig. 3 an, wobei die zweite Belichtungsstruktur 5 vor dem Ät
zen des Trägers 1 auf eine Temperatur zwischen 120°C und
190°C erwärmt wird, wobei die Stufe 11 verrundet wird und die
in Fig. 3 dargestellte stufenförmige Struktur der zweiten
Belichtungsstruktur 5 in eine rampenförmige Struktur in Fig.
6 umgewandelt wird. Der die Belichtungsstruktur 5 bildende
Photolack ist bis 120°C stabil. Bei höherer Temperatur ver
fließt er. Im Bereich zwischen 120 bis 190°C kann ein relativ
gutes Verrunden des Photolacks erreicht werden, um eine ram
penförmige Struktur wie in Fig. 6 gezeigt zu erzeugen.
Mit Bezug auf Fig. 7 wird ein Ätzschritt durchgeführt, der
das Höhenprofil der zweiten Belichtungsstruktur 5 in den Trä
ger 1 überträgt. Dabei kann es sich beispielsweise um eine
isotrope oder eine anisotrope Ätzung handeln. Die Prozeß
schritte gemäß Fig. 7 entsprechen denen zur Herstellung der
in Fig. 4 dargestellten Struktur.
Mit Bezug auf Fig. 8 wird eine Unterätzung 10 durchgeführt,
die der Unterätzung aus Fig. 5 entspricht.