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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Fotomaske nach dem Anspruch 1.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Aus
der
US 6 249 335 B1 ist
ein Projektions-Belichtungsgerät
bekannt, welches eine Fotomaske umfasst, mit einem transparenten
Substrat, einer Vielzahl an lichtundurchlässigen Mustern, die auf einer
Frontoberfläche
des transparenten Substrats ausgebildet sind, um einen Flutlichtbeleuchtungsabschnitt
zur Ausbildung des Musters zu definieren. Ferner ist eine Vielzahl
an Phasengittern auf einer rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet, die auch eine Außerachsenbeleuchtung
einer Einfallslichtquelle jenseits einer OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung ermöglichen. Darüber hinaus
ist aus diesem genannten US-Patent auch ein Verfahren zur Herstellung
einer Fotomaske mit den genannten Merkmalen bekannt.
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Aus
der
US 5 452 053 A ist
ein Wafer-Stepper zur Herstellung von Halbleiter-ICs bekannt, mit einem
Glassubstrat, auf welchem eine Vielzahl an orthogonalen Muster ausgebildet
sind, die auf einem lichtdurchlässigen
Material angeordnet sind. Bei solch einem Glassubstrat beugt der
Wafer-Stepper das Licht nicht nur in den X- und Y-Richtungen, sondern
auch in 45°-Richtungen
und 135°-Richtungen. Auf
einem Wafer wird ferner ein Maskenmuster ausgebildet, welches die
Auflösung
und die Tiefe des Fokus erhöht.
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Aus
der
US 6 057 065 A ist
eine ATOM Lithographie-Maske bekannt, die ein transparentes Substrat
aufweist, welches ein Muster aus verfeinerten Phasenschiebern und
ein Beugungsgitter aufweist, welches mit den verfeinerten Phasenschiebern
ausgerichtet ist. Die verfeinerten Phasenschieber bilden ein primäres Maskenmuster,
während
das Beugungsgitter die Belichtungsenergie beugt, die durch die Maske
hindurchgeschickt wird, um eine Außer-Achsen-Beleuchtung für die verfeinerten
Phasenschieber vorzusehen. Das Beugungsgitter enthält chromfreie
Phasenschieber, die unter Verwendung eines additiven oder eines
subtraktiven Prozesses ausgebildet werden. Sowohl die verfeinerten
Phasenschieber als auch das Beugungsgitter können als einfaches Linien-Raum-Muster ausgebildet
werden oder in Form von anderen Muster, je nach Erfordernis. Bei
einer alternativen Ausführungsform
ist das Beugungsgitter auf einer getrennten Maske ausgebildet.
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Fotomaskenbilder
oder -muster, die verschiedene Elemente in einen fotolithographischen Prozess
definieren, werden auf ein Fotoresistmaterial unter Verwendung von
Licht fokussiert. Um dünne Ausbildungen
zu implementieren, müssen
feinere Bilder auf das Fotoresistmaterial fokussiert werden und
die optische Auflösung
muss erhöht
werden. Es gibt jedoch Grenzen hinsichtlich der Auflösung, die erreicht
werden kann.
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Um
daher eine Halbleitervorrichtung nahe an der Auflösungsgrenze
eines fotolithographischen Prozesses herzustellen, müssen Auflösungserhöhungstechniken
verwendet werden. Die Auflösungserhöhungstechniken
umfassen ein Verfahren gemäß der Verwendung
einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als diejenige nach
dem Stand der Technik, ein Verfahren gemäß der Verwendung einer Phasenschiebemaske
und ein Verfahren gemäß der Verwendung
einer Außerachsenbeleuchtung
(OAI), die eine modifizierte Beleuchtung darstellt.
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Theoretisch
wird im Falle der Verwendung von OAI die Auflösung etwa um das 1,5-fache
höher als
bei Verwendung der herkömmlichen
Beleuchtung und es wird die Tiefe des Fokus (DOF) ebenfalls erhöht. Wenn
eine Halbleitervorrichtung hochintegriert wird, ist es wichtig,
die DOF zu verbessern, da es immer eine gewisse Unebenheit auf einem
Wafer gibt, auf welchem die Muster projiziert werden, und zwar auf
Grund vorgefertigter Muster oder auf Grund einer Biegung des Wafers,
und da die Belichtung des Fotoresistmaterials auf der Waferoberfläche oder
an allen Stellen von jedem Chip nicht auf der gleichen Fokusfläche durchgeführt wird.
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Ein
Verfahren zum Implementieren von OAI besteht darin, in einer Belichtungsausrüstung eine modifizierte Öffnung mit
einer ringförmigen
dipol- oder quadripol-optischen Übertragungszone
zu installieren anstelle einer herkömmlichen Öffnung mit einer kreisförmigen optischen Übertragungszone. Bei
diesem Verfahren wird die vertikale Komponente des einfallenden
Lichtes abgeschnitten und lediglich eine geneigte Komponente (das
heißt
eine Außerachsenkomponente)
erreicht die Fotomaske. In diesem Fall wird die Intensität des Lichtes,
welches von der Lichtquelle emittiert wird, reduziert, während das Licht
durch die modifizierte Öffnung
hindurch läuft.
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Ein
anderes Verfahren besteht darin, eine zusätzliche Maske, die Phasengitter
aufweist (im folgenden als eine Gittermaske bezeichnet) auf der rückwärtigen Fläche einer
Fotomaske anzubringen, und zwar unter Verwendung einer herkömmlichen Öffnung.
Bei diesem Verfahren wird Licht durch die Phasengitter gebeugt,
so daß die
vertikale Komponente des Lichtes versetzt wird und lediglich eine
Außerachsenkomponente auf
die Projektionslinse übertragen
wird und dann lediglich Licht, welches durch die Projektionslinse
hindurch verläuft,
mit sich selbst auf einem Wafer interferiert, auf welchen das Fotoresistmaterial
aufgeschichtet ist, so daß Bilder
aus dem Licht gebildet werden. Die Intensität des Lichtes wird nicht vermindert
im Gegensatz zur Verwendung der modifizierten Öffnung, es ergeben sich jedoch
Probleme, wenn die Gittermaske an der rückwärtigen Fläche der Fotomaske angebracht
wird. Verschiedene Verluste und unkontrollierbare ursächliche
Faktoren sind diesem Verfahren inhärent, da beispielsweise für Reinigungszwecke
die Gittermaske abgenommen und wieder angebracht werden muß, nachdem sie
für eine
gewisse Zeitdauer verwendet wurde, und es ist somit praktisch unmöglich, dieses
Verfahren in einer Massenproduktion zu verwenden.
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Die 1 und 2 veranschaulichen
eine herkömmliche
Gittermaske (grating mask), welche das Beleuchtungsmuster auf der
rechten Seite entsprechend der Gestalt der Gittermaske auf der linken Seite
darstellt. Zur Information wurden bei der vorliegenden Erfindung
als Simulationswerkzeug SOLID-C verwendet. Helle Abschnitte in den
Zeichnungen veranschaulichen die Beleuchtungsgestalt und sie sind optische Übertragungszonen,
und dunkle Abschnitte sind optische Abtrennzonen.
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1 veranschaulicht
eine Gittermaske 10, auf der ein Phasengitter 5 mit
einem sich abwechselnden Muster aus Linien und Zwischenräumen in einem
konstanten Intervall ausgebildet ist und wobei die Gittermaske 10 das
einfallende Licht um 180° phasenverschiebt.
In diesem Fall wird eine Beleuchtung mit einer Dipolgestalt implementiert,
wie dies auf der rechten Seite von 1 gezeigt
ist. Die Beleuchtung mit der Dipolgestalt führt zu einer unterschiedlichen
Beleuchtungswirkung an den Mustern in einer horizontalen und einer
vertikalen Richtung und ist somit wirksam, wenn Linien und Raummuster
auf einen Wafer übertragen
werden.
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2 veranschaulicht
eine Gittermaske 20, auf der ein Karophasengitter 15 ausgebildet
ist, um das einfallende Licht um 180° in der Phase zu verschieben.
In diesem Fall wird eine Beleuchtung mit einer Quadripolgestalt
implementiert, wie dies rechts in 2 gezeigt
ist. Die Beleuchtung mit einer Quadripolgestalt besitzt die gleiche
modi fizierte Beleuchtungswirkung an den Muster in der horizontalen
und vertikalen Richtung. Es wird somit die Beleuchtung mit einer
Quadripolgestalt verwendet, um eine Übertragung von isolierten Muster
zu bewirken.
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Wenn
jedoch die auf den Wafer zu Übertragenden
Muster Teilungen in einer x-Richtung,
einer y-Richtung und in einer Diagonalrichtung haben, und zwar in
unterschiedlichen Intervallen, ist es sehr schwierig, Muster in
der x- und y-Richtung und in der Diagonalrichtung unter lediglich
einem Beleuchtungszustand auszubilden. Es entsteht eine sehr eingeschränkte Möglichkeit,
eine gewünschte
kritische Abmessung (CD) in Bezug auf die Richtungen zu erhalten,
und es wird somit unmöglich,
eine Prozessgrenze zu erhalten. Um einen Prozessrand bzw. Prozessgrenze
zu erhalten, sind Beleuchtungsbedingungen erforderlich, die für verschiedene
Mustergestalten geeignet sind.
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Zusätzlich ist
bei dem herkömmlichen OAI-Verfahren
die OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung durch eine numerische Öffnung (NA)
einer Sammellinse bestimmt, die in der Belichtungsausrüstung enthalten
ist. Da jedoch diese Designregeln sehr schnell verschwinden, wird
es schwierig, die gewünschte
Prozessgrenze von QAI der Belichtungsausrüstung zu erhalten. In diesem
Fall bestehen die einzigen Optionen darin, neue Techniken herauszufinden
oder eine Belichtungsausrüstung
zu verwenden, die ein höheres
NA besitzt. Es ist jedoch sehr viel billiger, die herkömmliche
Belichtungsausrüstung mit
einer niedrigeren NA zu verwenden. Da es in diesem Fall sehr schwierig
ist, und zwar unter den gegenwärtigen
Umständen,
Prozessfähigkeiten
vermittels der Auflösungserhöhungstechnik
zu erlangen, ist ein Verfahren erforderlich, durch welches die OAI-Grenze
der Belichtungsausrüstung überwunden werden
kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um
die oben angesprochenen Probleme zu lösen, ist es Aufgabe der Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske zu schaffen, bei der
die Außerachsenbeleuchtungsgrenze
(OAI) der Belichtungsausrüstung überwunden
werden kann, um die Waferverarbeitungsfähigkeit dadurch zu verbessern, indem
Belichtungsbedingungen realisiert werden können, die für das Layout von verschiedenen
Muster geeignet sind, und zwar trotz Verwendung der gegenwärtig existierenden
Belichtungsausrüstung
ohne irgendeine Änderung
derselben.
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Auch
soll das erfindungsgemäße Verfahren eine
Massenproduktion ermöglichen,
indem das herkömmliche
Problem der Abnahme und Wiederanbringung der Gittermaske an der
rückwärtigen Fläche der Fotomaske
gelöst
wird.
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Erfindungsgemäß wird die
genannte Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Die
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellte Fotomaske enthält
ein transparentes Substrat, eine Vielzahl an lichtdurchlässigen Muster,
die auf der Frontfläche
des transparenten Substrats ausgebildet sind, um einen Flutlichtabschnitt
zur Bildung der Muster zu definieren, und wobei eine Vielzahl an
Phasengittern an der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet sind, die eine Außerachsenbeleuchtung
(OAI) einer einfallenden Lichtquelle jenseits der OAI-Grenze der
Belichtungsausrüstung
zulassen, und die Möglichkeit gegeben
wird, die äußerste Zone
einer Öffnung
zu verwenden, und die Möglichkeit
geboten wird, die Beleuchtung zu modifizieren, die eine Gestalt
hat, welche für
das Layout der lichtundurchlässigen
Muster geeignet ist.
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Die
Vielzahl der Phasengitter besitzen ausgerichtete Ränder oder
Kanten und sind rechteckförmige
Muster, die in einer Mosaikgestalt angeordnet sind. Die Phasengitter
bewirken eine Phasenverschiebung des einfallenden Lichtes um 180° oder um weniger
als 180°.
Alternativ hierzu umfasst die Vielzahl der Phasengitter ein alternierendes Muster
an Linien und Zwischenräumen
und diese bewirken eine Phasenverschiebung des Einfallslichtes um
weniger als 180°.
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Günstigerweise
werden die Phasengitter zusammen mit dem transparenten Substrat
als ein Körper
ausgebildet oder hergestellt. In diesem Fall wird die rückwärtige Oberfläche des
transparenten Substrats geätzt
und es werden dadurch Phasengitter aus gebildet oder es wird eine
Materialschicht mit einer Phasendifferenz, welches auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet ist, geätzt und es werden dadurch die
Phasengitter ausgebildet. Günstigerweise
besteht die Materialschicht aus einem Aufschleudergebilde (spin)
auf einer Glasschicht (SOG).
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Um
das oben genannte zweite Ziel zu erreichen, wird ein Verfahren zur
Herstellung einer Fotomaske geschaffen. Eine Vielzahl an lichtundurchlässigen Mustern
wird auf der Frontoberfläche
eines transparenten Substrats ausgebildet, um einen Flutlichtabschnitt
zur Bildung der Muster zu definieren. Eine Vielzahl von Phasengittern
werden auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet, wodurch eine Außerachsenbeleuchtung (OAI)
einer Einfallslichtquelle jenseits der OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung zugelassen
wird und die äußerste Zone
einer Öffnung
verwendet werden kann und wobei eine modifizierte Beleuchtung mit
einer Gestalt zugelassen wird, die für das Layout der lichtundurchlässigen Muster
geeignet ist, zusammen mit dem transparenten Substrat in Form eines
einzelnen Körpers.
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Der
Schritt der Ausbildung einer Vielzahl von Phasengittern umfaßt das Auftragen
eines Resistmaterials auf die rückwärtige Oberfläche des
transparenten Substrats, Belichten und Entwickeln des Resistmaterials
und Ausbilden der Resistmuster für
die gewünschten
Phasengitter, Ätzen
der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats unter Verwendung der Resistmuster als eine Ätzmaske
und Entfernen der Resistmuster.
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Der
Schritt der Ausbildung der Resistmuster wird unter Verwendung einer
Laserbelichtungsausrüstung
durchgeführt.
Ansonsten umfaßt
das Verfahren vor dem Schritt der Aufschichtung des Resistmaterials
ferner die Ausbildung einer Ladeschutzschicht auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats und einen Schritt gemäß der Ausbildung der Resistmuster
unter Verwendung einer e-Strahl-Belichtungsausrüstung.
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Um
die Anhaftkraft des Resistmaterials an dem transparenten Substrat
zu verbessern, wird eine Chromschicht auf der rückwärtigen Oberfläche des transparenten
Substrats ausgebildet, und zwar vor dem Schritt der Aufschichtung
des Resistmaterials. Die Chromschicht wird unter Verwendung der
Resistmuster als Ätzmaske
geätzt,
um Chrommuster zu bilden. Der Schritt gemäß dem Ätzen der rückwärtigen Fläche des transparenten Substrats
wird unter Verwendung der Chrommuster und der Resistmuster als Ätzmaske
durchgeführt
und die Chrommuster werden bei dem Schritt der Beseitigung der Resistmuster
beseitigt.
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Der
Schritt gemäß dem Ätzen der
rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats wird mit Hilfe eines Trockenätzvorganges
und eines Feuchtätzvorganges,
die zusammen angewendet werden, durchgeführt. Der Schritt der Ätzung der
rückwärtigen Fläche des
transparenten Substrats wird in eine Vielzahl von Schritten aufteilt
und es wird für
die Phasensteuerung und die Verbesserung der Einheitlichkeit eine Ätzrate bei
jedem Schritt berechnet und die berechnete Ätzrate wird bei dem nachfolgenden Schritt
zur Anwendung gebracht.
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In
günstiger
Weise werden die Phasengitter zusammen mit der Fotomaske als ein
Körper
auf der rückwärtigen Oberfläche der
Fotomaske ausgebildet und es wird dadurch die OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung überwunden
und OAI der Einfallslichtquelle kann jenseits der OAI-Grenze der
Belichtungsausrüstung
gelangen, wobei die Phasengitter in der äußersten Zone der Öffnung verwendet
werden können
und eine modifizierte Beleuchtung mit einer Gestalt möglich wird,
die für
das Layout der lichtundurchlässigen
Muster geeignet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben angesprochenen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen zeigen:
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1 und 2 herkömmliche
Gittermasken, die das Beleuchtungsmuster auf der rechten Seite entsprechend
der Gestalt der Gittermaske auf der linken Gestalt zeigen;
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3 und 4 Querschnittsansichten
einer Fotomaske gemäß einer
ersten bzw. einer zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 bis 7 Beispiele
von Phasengittern, die in der Fotomaske gemäß der vorliegenden Erfindung
enthalten sind;
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8A bis 8C Ansichten,
die zeigen, daß die
Beleuchtung, die für
das Layout der lichtundurchlässigen
Muster geeignet ist, mit Hilfe der Phasengitter implementiert werden
kann, die in 7 gezeigt sind;
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9A bis 9C Graphen,
welche die Implementierung der Außerachsenbeleuchtung (OAI) mit
dem Stand der Technik vergleichen, um die Wirkung zu verifizieren,
gemäß welcher
eine Prozeßgrenze
gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht wird;
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10A bis 10E Prozeßschritte
zur Herstellung einer Fotomaske gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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11A bis 11F Prozeßschritte
zur Herstellung einer Fotomaske gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen
vollständiger
beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen
Formen verkörpert
sein und sie ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen
beschränkt.
Vielmehr sind diese Ausführungsformen
zu dem Zweck erläutert,
um die Offenbarung sorgfältig
und vollständig
zu gestalten und um Fachleute vollständig über den Rahmen der Erfindung
zu informieren. In den Zeichnungen sind zum Zwecke der klaren Darstellung
die Formen der Elemente übertrieben
gezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente in allen
Zeichnungen.
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Die 3 und 4 sind
Querschnittsansichten einer Fotomaske gemäß einer ersten bzw. gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 3 ist
eine Fotomaske 30 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einem transparenten Substrat 100 ausgebildet.
Das transparente Substrat 100 ist aus Quarz oder Glas hergestellt.
Eine Vielzahl an lichtundurchlässigen
Mustern 110 zum Definieren eines Flutlichtabschnitts zur
Ausbildung der Muster sind auf der Frontfläche des transparenten Substrats 100 ausgebildet.
Die lichtundurchlässigen
Muster 110 können aus
Muster bestehen, um einen DRAM zu bilden, sind jedoch darauf nicht
beschränkt.
Die lichtundurchlässigen
Muster 110 können
aus einem geeigneten lichtundurchlässigen Material, wie beispielsweise
aus Chrom (Cr) gebildet sein.
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Eine
Vielzahl an Phasengittern 130 sind auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 ausgebildet. Wie in 3 gezeigt
ist, besitzt die Vielzahl der Phasengitter 130 eine reguläre periodische
Unebenheit. Hierbei sind die Phasengitter 130 durch Ätzen der
rückwärtigen Oberfläche des transparenten
Substrats 100 ausgebildet.
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Gemäß 4 enthält eine
Fotomaske 40 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein transparentes Substrat 100,
eine Vielzahl an lichtundurchlässigen
Muster 110, die an der Frontfläche des transparenten Substrats 100 ausgebildet
sind, und enthält
eine Vielzahl an Phasengittern 140, die auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 ausgebildet sind. Die Phasengitter 140 sind
zusammen mit dem transparenten Substrat 100 als ein Körper ausgebildet. Spezifischer
gesagt, ist eine Materialschicht mit einer Phasendifferenz, wie
beispielsweise ein Aufschleudermaterial (spin) auf einer Glasschicht
(SOG) auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 ausgebildet und wird dann geätzt, um
die Phasengitter 140 zu bilden.
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Die
Phasengitter, die in den Fotomasken 30 und 40 enthalten
sind, sind so ausgestaltet, um eine Außerachsenbeleuchtung (OAI)
einer Einfallslichtquelle jenseits der OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung zuzulassen,
um die Verwendung der äußersten
Zone einer Öffnung
zuzulassen und um eine modifizierte Beleuchtung in einer Gestalt
zuzulassen, die für
das Layout der lichtundurchlässigen
Muster geeignet ist. Obwohl ein willkürliches geeignetes Phasengitter
in der Fotomaske verwendet ist, sind auch die Phasengitter 150, 160 und 170,
die in den 5 bis 7 gezeigt
sind, speziell nützlich.
Die Zeichnungen zeigen auf der rechten Seite der 5 bis 7 die
Beleuchtungsgestalten, die den Phasengittern 150, 160 und 170 entsprechen,
welche in den Zeichnungen auf der linken Seite der 5 bis 7 gezeigt
sind.
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Gemäß 5 besitzt
eine Vielzahl der Phasengitter 150, die auf der rückwärtigen Oberfläche der
Fotomaske 50 ausgebildet sind, ausgerichtete Ränder oder
Kanten und bestehen aus rechteckförmigen Muster, die in einer
Mosaikgestalt angeordnet sind. Hierbei können die Phasengitter 150 das
Einfallslicht um 180° in
der Phase verschieben. Da die Phasengitter 150 ein schräges oder
geneigtes OAI des Lichtes zulassen, welches in einer vertikalen Richtung
gesendet wird, wird eine Phasendifferenz auf Grund der Neigung oder
Steigung der Lichtquelle verursacht. In diesem Fall wird, wie auf
der rechten Seite von 5 gezeigt ist, eine Quadripol-Beleuchtung,
die nahezu zu einem Dipol modifiziert ist, implementiert. Wenn das
Seitenverhältnis
der Phasengitter 150 größer wird,
rückt die
Quadripolgestalt dichter an die Gestalt eines Dipols heran.
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Eine
Vielzahl an Phasengittern 160, die auf der rückwärtigen Oberfläche einer
Fotomaske 60 ausgebildet sind, wie dies auf der linken
Seite der Zeichnung von 6 gezeigt ist, besitzen ausgerichtete
Kanten oder Ränder
und bestehen aus rechteckförmigen
Muster, die in einer Mosaikgestalt angeordnet sind. Die Phasengitter 160 können jedoch
das Einfallslicht um weniger als 180° in der Phase verschieben, das
heißt
um 90°.
Das heißt,
eine 0-te Lichtkomponente wird künstlich
in die Phasengitter 160 gesendet. Ein Phasenschiebewinkel
kann von dem Layout der lichtundurchlässigen Muster abhängig sein.
In diesem Fall wird, wie auf der rechten Seite von 6 gezeigt
ist, die Beleuchtung gemäß einem
Quadripol, der modifiziert ist, so daß er dicht bei einem Dipol
gelegen ist, mit der herkömmlichen
Beleuchtung kombiniert.
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7 veranschaulicht
ein anderes Beispiel von Phasengittern. Eine Vielzahl an Phasengittern 170 sind
auf der rückwärtigen Oberfläche einer
Fotomaske 70 ausgebildet und bilden ein abwechselndes Muster
aus Linien und Zwischenräumen,
so daß es sich
um einen Linien-und-Zwischenraum-Typ bei gleichen Intervallen handelt
und wobei eine Phasenverschiebung des Einfallslichtes um weniger
als 180° erfolgt,
das heißt
um 90° erfolgt,
und dadurch eine 0-te Lichtkomponente künstlich in die Phasengitter 170 gesendet
wird. Die Teilung (pitch) der Phasengitter 170 ist auf
eine vorbestimmte numerische Öffnung
(NA) der Belichtungsausrüstung
eingestellt. In diesem Fall wird, wie auf der rechten Seite von 7 gezeigt
ist, die Kombination aus einer Dipol-Beleuchtung mit der herkömmlichen
Beleuchtung erhalten.
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Speziell
die Phasengitter 170, die in 7 gezeigt
sind, sind für
das Layout der lichtundurchlässigen
Muster 110' geeignet,
die in 8A gezeigt sind. 8A veranschaulicht
nicht den Fall einer konstanten teilungsähnlichen Anordnung gemäß Linie
und Raum bzw. Zwischenraum, sondern veranschaulicht einen Fall,
bei dem die lichtundurchlässigen
Muster 110' eine
Teilung a in der x-Richtung, eine Teilung b in der y-Richtung und eine
Teilung c in einer diagonalen Richtung haben.
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Das
Layout von 8A kann klassifiziert werden,
so daß es
das Layout gemäß Linie
(A) und Zwischenraum (B) hat, was in 8B gezeigt
ist, und ein Layout eines Kontaktes C hat, welches in 8C gezeigt
ist. Das Layout gemäß Linie
und Raum A und B von 8B kann in ein Muster gebracht
werden, und zwar unter Verwendung der Dipol-Beleuchtung, wie in 1 beschrieben
ist. Das Kontaktlayout C von 8C kann
in ein Muster gebracht werden unter Verwendung einer herkömmlichen
Beleuchtung.
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Jedoch
können
bei dem Stand der Technik, der unter Hinweis auf die 1 und 2 beschrieben
wurde, die Beleuchtungsbedingungen, die für die Ausbildung der Muster
geeignet sind, mit einer Gestalt aus einer Kombination aus zwei
oder mehr Layouts nicht erhalten werden. Wenn eine Mustergestaltung
unter lediglich einer Bitleitungsbedingung bzw. Beleuchtungszustand
für das
originale Layout durchgeführt
wird, bei dem zwei oder mehr Layouts kombiniert werden, wird ohne
Inbetrachtziehung der Beleuchtungsbedingungen, die für jedes
Layout geeignet sind, die Qualität
von irgendeinem Teil schlecht und es wird somit unmöglich, die
Muster auszubilden.
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Natürlich kann
ein Layout in zwei oder mehrere Layouts aufgeteilt werden, und zwar
unter Verwendung eines Doppelbelichtungsschemas auf einem Wafer,
und es kann dadurch die Mustergestaltung unter Beleuchtungsbedingungen
durchgeführt werden,
die für
jedes Layout geeignet sind. Jedoch verursacht dies viele Verluste
oder Nachteile, da zwei Fotomasken erforderlich sind und auch zwei
fotolithographische Prozesse durchgeführt werden müssen, so
daß das
zuvor erläuterte
Verfahren für
eine Massenproduktion problematisch wird.
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Wenn
im Gegensatz dazu die Phasengitter zum Implementieren der Gestalt
einer Kombination aus der Dipol-Beleuchtung und der herkömmlichen Beleuchtung,
wie in 7 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung
gebildet werden, können
die ursprünglichen
Muster mit der in 8A gezeigten Gestalt mit lediglich
einem Belichtungsprozeß unter
Verwendung einer Fotomaske hergestellt werden.
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Wie
oben dargelegt ist, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine modifizierte Beleuchtung mit einer Gestalt, die für das Layout
der lichtundurchlässigen
Muster geeignet ist, implementiert werden. Die Wirkung der Erhöhung der
Prozeßgrenze,
indem die Möglichkeit
geschaffen wird, daß OAI
der Einfallslichtquelle jenseits der OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung liegt,
und durch Verwenden der Phasengitter in der äußersten Zone der Öffnung,
was ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt, wird
unter Hinweis auf die 9A bis 9C beschrieben.
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Die 9A bis 9C zeigen
Graphen, welche die Implementierung der Außerachsenbeleuchtung (OAI)
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit derjenigen nach dem Stand der Technik
vergleichen, um die Wirkung zu verifizieren, daß eine Prozeßgrenze
gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht wird. Die x-Achsen in den Graphen bezeichnen
die Tiefe des Fokus (DOF) und die y-Achsen bezeichnen die Belichtungsdosis.
Kästchen
in den graphischen Darstellungen repräsentieren Prozeßfenster.
Die lichtundurchlässigen
Muster bestehen aus einem Balkentyp mit einer Hauptachse und Nebenachsen
mit einer Teilung von 0,292 μm.
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9A veranschaulicht
einen Fall, bei dem die OAI unter Verwendung einer Quadripolöffnung implementiert
wird, und zwar bei einer Belichtungsausrüstung mit 0,7 NA und einem
Abschnitt mit einem Durchmesser von 0,55–0,85 σ, der als eine optische Übertragungszone
verwendet wird (markiert als 0,85/0,55), wenn der Durchmesser der Öffnung gleich σ ist. Das
heißt,
die Weite oder Breite der optischen Übertragungszone liegt bei 0,3 σ. In solch
einem Fall liegt die Prozeßgrenze
der Überlappung
der Hauptachse und der Nebenachse bei etwa 0,4 μm von DOF und bei einem Belichtungsspielraum
(EL) von ca. 10%.
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9B veranschaulicht
einen Fall, bei dem die OAI unter Verwendung einer Quadripolöffnung implementiert
ist, wobei die Belichtungsausrüstung 0,63
NA aufweist, was niedriger liegt als der Wert in dem Fall von 9A.
Die oben angeführte Bedingung,
die mit 0,85/0,55 markiert ist, was die OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung mit
0,63 NA ist, ist in 9B verwendet. In diesem Fall
beträgt
im Hinblick auf die Prozeßgrenze
der Überlappung
der Hauptachse und der Nebenachse, EL bei etwa 4%, was weniger ist
als der Prozentsatz in 9A. Bei dem zuvor angegebenen
EL ist eine Massenproduktion unmöglich.
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Jedoch
veranschaulicht 9C einen Fall, bei dem die OAI-Bedingungen
modifiziert sind, wie dies in 5 beschrieben
bzw. dargestellt ist, so daß die
OAI in der äußersten
Zone der Öffnung
implementiert wird, wobei dennoch die Belichtungsausrüstung mit
0,63 NA verwendet wird, und zwar von 9B, was
niedriger liegt als der Wert im Falle von 9A ohne
irgendeine Änderung.
Das heißt,
im Gegensatz zu den 9A und 9B wird
der Abschnitt von 9B mit dem Durchmesser von 0,7–1 σ als die
optische Übertragungszone
verwendet (markiert als 1/0,7), so daß die Breite der optischen Übertragungszone
gleich 0,3 σ beträgt, was
das gleiche ist wie im Falle von 9A. In
solch einem Fall ist die Prozeßgrenze
der Überlappung
zwischen der Hauptachse und der Nebenachse ähnlich derjenigen im Fall von 9A.
Das heißt,
die oben offenbarte Ausführungsform
erhält
eine Prozeßgrenze,
die gleich ist mit derjenigen der Belichtungsausrüstung die
ein hohes NA besitzt, wie in 9A gezeigt
ist, selbst wenn eine Belichtungsausrüstung verwendet wird, die ein
niedriges NA hat.
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Obwohl
demzufolge eine Belichtungsausrüstung
mit 0,63 NA, also niedriger als 0,7 NA verwendet wird, wird die
Bedingung, die als 0,85/0,55 markiert ist, was die OAI-Grenze der
Ausrüstung
darstellt, in eine Bedingung oder Zustand modifiziert gemäß 1/0,7,
so daß OAI
in der äußersten
Zone der Öffnung implementiert
wird und dadurch die gleiche Prozeßgrenze erreicht wird, so als
ob die Belichtungsausrüstung
mit 0,7 NA verwendet würde.
Die meisten Halbleitergesellschaften wollen Produkte einer neuen
Generation entwickeln und wollen die Produkte der neuen Generation
in einer Massenproduktion herstellen, und zwar unter Verwendung
der herkömmlichen
Ausrüstung
ohne zusätzliche
Investitionen, was bedeutet, daß hochintegrierte
Vorrichtungen unter Verwendung einer Belichtungsausrüstung in
einer Massenproduktion produziert werden, welche Ausrüstung ein NA
so niedrig wie möglich
besitzt. Dieses Interesse kann durch die Verwendung der hier offenbarten
Fotomaske befriedigt werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung der Fotomaske wird nun unter Hinweis auf
die 10A bis 10E und 11A bis 11F beschrieben.
Das Verfahren bildet eine Technik zur Herstellung von Phasengittern
direkt auf der rückwärtigen Oberfläche eines
transparenten Substrats von 6 Inch, welches allgemein als transparentes
Substrat für
eine Fotomaske verwendet wird. Vermittels dieser Technik können viele Überlegungen
befriedigt werden; wenn die Designregel oder -größe kleiner wird, wird auch die
Größe der Phasengitter
reduziert, wobei dies auf dem transparenten Substrat implementiert
wird, das Tastverhältnis
kann präzise
auf 1:1 gesteuert werden und es kann auch die Phase präzise gesteuert
werden, um eine gewünschte
Phasendifferenz zu erzielen, was alles mit großer Einheitlichkeit erreicht
wird.
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Gemäß 10A werden eine Vielzahl von lichtundurchlässigen Muster 110 zum
Definieren eines Flutlichtabschnitts zur Bildung der Muster auf
der Frontfläche
des transparenten Substrats 100 ausgebildet.
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Gemäß 10B wird zur Verbesserung der Anhaftkraft des
Resistmaterials, welches auf das transparente Substrat 100 aufgeschichtet
werden soll, Hexamethyldisalazan (HMDS) 115 auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 aufgebracht. Nachfolgend wird
das Resistmaterial 120 auf die rückwärtige Oberfläche des
transparenten Substrats 100 aufgeschichtet. In diesem Fall muß das Fotoresistmaterial
oder ein e-Strahl-Resistmaterial in Einklang mit der Art der Belichtungsausrüstung ausgewählt werden,
das heißt
im Hinblick darauf, ob ein Laser oder ein e-Strahl als Lichtquelle verwendet
wird. Um eine e-Strahl-Belichtungsausrüstung zu verwenden, muß eine Ladungsschutzschicht
auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 ausgebildet werden, bevor das Resistmaterial 120 auf
das transparente Substrat 100 aufgetragen wird, um einen
Ladungseffekt zu verhindern.
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Gemäß 10C werden Resistmaterialmuster 120a ausgebildet,
um dadurch die gewünschten
Phasengitter zu erreichen, was durch Belichten und Entwickeln des
Resistmaterials 120 geschieht. Bei diesem Schritt wird
das HMDS 115 ebenfalls mit in ein Muster gebracht. Die
Phasengitter werden ausgebildet, um eine Außerachsenbeleuchtung (OAI)
einer Einfallslichtquelle jenseits der OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung zuzulassen,
um die Verwendung der äußersten
Zone einer Öffnung
zu erreichen und um eine modifizierte Beleuchtung mit einer Gestalt
vorzusehen, die für
das Layout der lichtundurchlässigen
Muster 110, die implementiert werden sollen, geeignet ist.
Wenn Informationsdaten über
die Resistmaterialmuster 120a, die auf der Oberfläche des
Resistmaterials 120 designed werden, durch Abtasten mit
einem Laser oder einem e-Strahl gewonnen werden, können die
Eigenschaften einer polymeren chemischen Kombinationsstruktur des
Resistmaterials 120 physikalisch variiert werden. Wenn
eine Aufschleuderdispersion (spin dispersion) oder eine Puddeldispersion
der entwickelten Lösung
verwendet wird, kann eine belichtete Resistmaterialzone selektiv
freigelegt werden. Die Behandlung des HMDS 115 verhindert,
daß die
Muster verzogen werden, wenn das Resistmaterial 120 entwickelt
wird. Bei einem e-Strahl-Prozeß ist
ein Spülprozeß erforderlich, um
die Resistmaterialrückstände zu beseitigen,
die nach dem zusätzlichen
Hartbackenanlassen und den Entwicklungsprozessen zurückbleiben,
was mit Hilfe der Verwendung von Plasma erfolgt.
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Gemäß 10D wird die rückwärtige Fläche des
transparenten Substrats 100 bis zu einer vorbestimmten
Tiefe geätzt,
wobei die Resistmaterialmuster 120a als eine Ätzmaske
dienen, und es werden dadurch die Vielzahl der Phasengitter 130 zusammen
mit dem transparenten Substrat 100 hergestellt, und zwar
als ein einziger Körper,
und zwar auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100. Es können sowohl ein Trockenätzvorgang als
auch ein Feuchtätzvorgang
durchgeführt
werden, um die rückwärtige Fläche des
transparenten Substrats 100 zu ätzen, und insbesondere bei
Verwendung von sowohl einem anisotropen Trockenätzvorgang und einem isotropen
Feuchtätzvorgang
kann die Größe der Phasengitter
präzise
eingestellt werden und es kann dadurch das Seitenverhältnis der
Phasengitter präzise
auf 1:1 eingestellt werden.
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Die
Vielzahl der Phasengitter 130 können ausgerichtete Ränder haben
und können
aus rechteckförmigen
Muster bestehen, die in einer Mosaikgestalt angeordnet sind. In
diesem Fall können
die Phasengitter 130 das einfallende Licht um 180° oder um weniger
als 180° in
der Phase verschieben. Alternativ kann die Vielzahl der Phasengitter
ein sich abwechselndes Muster aus Linien und Zwischenräumen haben,
und zwar in gleichen Intervallen, und diese können das Einfallslicht um weniger
als 180° in
der Phase verschieben.
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Der
Phasenschiebewinkel wird durch Einstellen der Ätztiefe des transparenten Substrats 100 gesteuert.
Für eine
Phasensteuerung und Verbesserung der Einheitlichkeit wird der Schritt
des Ätzens der
rückwärtigen Fläche des
transparenten Substrats 100 in eine Vielzahl von Schritten
aufgeteilt, wobei die Ätzrate
für jeden
Schritt berechnet wird, und die berechnete Ätzrate bei dem nachfolgenden
Schritt dann zur Anwendung gebracht wird. Als ein Ergebnis kann
eine gewünschte
Phasendifferenz präzise
erhalten werden und die Ätzzeit
bei jedem Schritt kann in richtiger Weise verteilt werden, wodurch
eine Verschlechterung der Einheitlichkeit auf Grund einer Zunahme
in einer Ätzzeit
verhindert wird.
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Wie
in 10E gezeigt ist, werden das Fotoresistmaterialmuster 120a und
das HMDS 115 entfernt, womit dann die Herstellung der Fotomaske
vervollständigt
wird, auf welcher die Phasengitter 130 ausgebildet sind.
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Ein
anderes Verfahren zur Herstellung der Fotomaske, welches unter Hinweis
auf die 11A bis 11F beschrieben
wird, ist im allgemeinen das gleiche wie das Verfahren, welches
oben beschrieben wurde, es wird jedoch eine Chromschicht anstelle
der HMDS-Verarbeitung oder -Bearbeitung vor der e-Strahl-Lithographie
ausgebildet.
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Gemäß 11A werden eine Vielzahl von lichtundurchlässigen Mustern 110 zum
Definieren eines Flutlichtabschnitts zur Bildung der Muster auf
der Frontfläche
des transparenten Substrats 100 ausgebildet.
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Gemäß 11B wird zur Verbesserung der Anhaftkraft eines
Resistmaterials, welches auf das transparente Substrat 100 aufzutragen
ist, eine Chromschicht 117 auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 ausgebildet. Die Chromschicht 117 kann
durch Kathodenzerstäubung ausgebildet
werden (sputtering). Nachfolgend wird ein e-Strahl-Resistmaterial 122 auf
der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100 aufgeschichtet.
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Gemäß 11C wird das e-Strahl-Resistmaterial 122 belichtet
und entwickelt, wobei e-Strahl-Resistmaterialmuster 122a für die gewünschten
Phasengitter ausgebildet werden. Dieser Schritt wird unter Verwendung
einer e-Strahl-Belichtungsausrüstung
durchgeführt.
Auch wird ein Spülprozeß ausgeführt.
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Die
Chromschicht 117 wird unter Verwendung der e-Strahl-Resistmaterialmuster 122a als Ätzmaske
geätzt,
wodurch dann Chrommuster 117a gebildet werden. In diesem
Fall wird die Chromschicht 117 feucht geätzt und
wird auch selektiv geätzt,
während
jedoch die e-Strahl-Resistmaterialmuster 122a als eine
Schutzschicht dienen.
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Gemäß 11D wird die rückwärtige Fläche des
transparenten Substrats 100 geätzt, und zwar unter Verwendung
der Chrommuster 117a und der e-Strahl-Resistmaterialmuster 122a,
und es werden dadurch die Vielzahl der Phasengitter 130 zusammen
mit dem transparenten Substrat 100 als ein Körper ausgebildet,
und zwar auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats 100.
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Wie
in 11E gezeigt ist, werden die e-Strahl-Resistmaterialmuster 122a entfernt,
und wie in 11F gezeigt ist, werden die
Chrommuster 117a entfernt, wodurch die Herstellung der
Fotomaske vervollständigt
ist.
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Das
oben erläuterte
Verfahren kann verwendet werden, wenn eine Aufschleuderschicht auf
Glas (SOG) auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet wurde und dann geätzt wurde,
um die Phasengitter herzustellen.
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Spezifischer
gesagt, wird die SOG-Schicht auf der rückwärtigen Oberfläche des
transparenten Substrats ausgebildet und es wird dann das Resistmaterial
auf die SOG-Schicht
aufgeschichtet, wird belichtet und entwickelt, wodurch dann die
Resistmaterialmuster für
die gewünschten
Phasengitter gebildet werden. Die SOG-Schicht wird unter Verwendung der
Resistmaterialmuster als Ätzmaske
geätzt
und die Resistmaterialmuster werden dann entfernt, wodurch die Fotomaske
hergestellt wird. Um in diesem Fall die Anhaftkraft des Resistmaterials
an der SOG-Schicht zu verbessern, kann eine Behandlung mit HMDS
vorgenommen werden oder es kann eine Chromschicht ausgebildet werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, werden die Phasengitter auf der rückwärtigen Oberfläche der
Fotomaske ausgebildet und ein Beugungswinkel wird künstlich
eingestellt, um die OAI-Grenze der Belichtungsausrüstung zu überwinden
und um Phasengitter zu ermöglichen,
die in der äußersten
Zone der Öffnung
verwendet werden können,
und zwar bei Verwendung einer herkömmlichen Belichtungsausrüstung ohne
irgendeine Änderung.
Somit kann die Wirkung der OAI-Bedingung, die in der Belichtungsausrüstung nicht
vorgesehen werden kann, erreicht werden. Da gewünschte Prozeßfenster
erzielt werden können,
obwohl eine Belichtungsausrüstung
mit einem niedrigen NA verwendet wird, ist eine hochpräzise Belichtungsausrüstung mit
einem hohen NA nicht erforderlich, und somit können die Herstellungskosten
drastisch reduziert werden.
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Da
die Phasengitter gemäß dem Layout
der lichtundurchlässigen
Muster ausgebildet werden, kann ein optimierter OAI-Effekt erzielt
werden, und zwar selbst bei lichtundurchlässigen Muster mit einem willkürlichen
Layout. Daher kann die optische Qualität und die Waferprozeßfähigkeit
verbessert werden. Selbst wenn Muster unterschiedliche Teilungen
in einer x-Richtung, einer y-Richtung und in einer diagonalen Richtung
aufweisen, und zwar anstelle einer konstanten Teilung, wie bei einem
sich abwechselnden Linien- und Zwischenraumlayout, kann eine gewünschte CD
in jeder Richtung implementiert werden. Somit kann die richtige
Prozeßgrenze
erreicht werden.
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Zusätzlich werden
die Phasengitter zusammen mit der Fotomaske als ein Körper hergestellt,
indem die rückwärtige Fläche einer
6 Inch Fotomaske geätzt
wird, wie sie allgemein als ein transparentes Substrat für eine Fotomaske
verwendet wird, oder indem eine SOG-Schicht geätzt wird, die auf die Fotomaske
aufgeschichtet ist, um die herkömmlichen Probleme
zu lösen
und eine Massenproduktion zu ermöglichen.
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Da
die Fotomaske einen Außerachseneffekt erreicht
kann, ist ein Lichtübertragungsbereich
größer als
derjenige bei einer Struktur, bei welcher ein Teil des Lichtes,
welches in ein Beleuchtungssystem gesendet wird, abgeschnitten wird,
und zwar unter Verwendung einer herkömmlichen Öffnung, und es wird somit das
Ausmaß der
Belichtung erhöht.
Demzufolge kann auch die Belichtungszeit reduziert werden und die
Produktivität
verbessert werden.
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Obwohl
die Erfindung speziell unter Hinweis auf bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben ist, ist es für Fachleute offensichtlich, daß vielfältige Änderungen
in der Form und in Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne
dabei den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden
Ansprüche
festgehalten ist, zu verlassen.