DE4215210C2 - Herstellungsverfahren für eine Phasenverschiebungsmaske - Google Patents
Herstellungsverfahren für eine PhasenverschiebungsmaskeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine
Phasenverschiebungsmaske und insbesondere ein Verfahren zur
Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske mit räumlicher
Frequenzmodulation. Entsprechend dem hohen Integrationsgrad
aller Bausteine ist in letzter Zeit eine Maske zur
Hyperfeinstrukturierung im Submikrometerbereich gefordert
worden.
Um diese Forderung zu erfüllen, wurde die Phasenverschie
bungsmaske entwickelt, deren Fertigungstheorie im folgenden
beschrieben wird.
Wie in Fig. 6 dargestellt, ist zur Fertigung der Phasenver
schiebungsmaske grundsätzlich eine Phasenverschiebungsschicht
1 erforderlich, deren Funktion darin besteht, die Phase einer
einfallenden Lichtamplitude zu verschieben. Hierbei wird
Chrom (Cr) durch die Bezugszahl 2, Quarzglas (Silica) durch
die Bezugszahl 3 gekennzeichnet.
Fig. 7 zeigt die Lichtamplitude, wobei die bei fehlender Pha
senverschiebungsschicht 1 auf das Quarzglas 3 auftreffende
Lichtamplitude durch die Kurve (a), die Lichtamplitude bei
vorhandener Schicht 1 durch die Kurve (b) dargestellt wird.
Aus Fig. 7 ist erkennbar, daß die Phase der Lichtamplitude
durch die Phasenverschiebungsschicht um 180° verschoben wird.
Wenn n der Brechungsindex der Phasenverschiebungsschicht, d
ihre Dicke und n₀ der Brechungsindex von Luft ist, gilt die
folgende Beziehung (1) für die Phasendifferenz δ zwischen den
Kurven (a) und (b) von Fig. 7:
Für eine vollständige Phasenumkehr muß die Phasendifferenz δ
gleich 180° sein. Ersetzt man in Formel (1) die
Phasendifferenz δ durch π, dann ergibt sich die folgende
Formel (2) für die Dicke der Phasenverschiebungsschicht bei
vollständiger Phasenumkehr:
Aus einem Vergleich der üblichen Maske gemäß Fig. 8 mit der
Phasenverschiebungsmaske gemäß Fig. 9 ergibt sich folgendes:
Fig. 8(a) zeigt den Zustand, bei dem die üblichen Maskenele
mente 4 für das Muster auf dem Substrat parallel ausgerichtet
sind, Fig. 8(b) zeigt die aus der Maske 4 austretenden
Lichtamplituden, Fig. 8(c) zeigt die Lichtamplituden aus dem
Substrat 5, und Fig. 8(d) zeigt die Lichtintensität.
Wie in Fig. 8(b) dargestellt, überlagern sich die aus der
Maske 4 austretenden Lichtamplituden, und wegen der geringen
Differenz zwischen den Lichtamplituden ergibt sich keine
deutliche Abstufung der Intensität auf dem Substrat, wie aus
Fig. 8(c) und Fig. 8(d) ersichtlich ist. Entsprechend ist bei
einer Hyperfeinstrukturierung der Überlagerungsgrad größer,
so daß die Hyperfeinstrukturierung mit der obigen Maske 4
nicht durchführbar ist.
Fig. 9(a) zeigt den Ausrichtungszustand der Phasenverschie
bungsmaske 7 mit einer Phasenverschiebungsschicht 6 zwischen
den Maskenelementen 4. Fig. 9(b) zeigt die aus der Maske 4
austretende Lichtamplitude, Fig. 9(c) die Lichtamplitude aus
dem Substrat 5, und Fig. 9(d) zeigt die Lichtintensität. Wie
aus Fig. 9(c) und Fig. 9(d) ersichtlich, ist die Differenz
der Lichtamplituden größer, so daß sich eine deutlichere
Abstufung der Lichtintensität und damit eine bessere
Durchführbarkeit der Hyperfeinstrukturierung ergibt.
Als Arten der Phasenverschiebungsmaske gibt es einen Typ mit
räumlicher Frequenzmodulation, einen Randspannungstyp und
einen Abschirmungseffekt-Spannungstyp; diese Typen werden
nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 10(a)-Fig. 10(f) nä
her erläutert.
Fig. 10(a) zeigt den Typ mit räumlicher Frequenzmodulation
(spatial frequency modulation type), wobei die Strukturierung
nach Ausbildung der Chromschicht 9 auf dem Quarzglassubstrat
8 erfolgt und dann die Phasenverschiebungsschicht 10 zwischen
den Elementen der strukturierten Chromschicht 9 ausgebildet
wird.
Fig. 10(b) und Fig. 10(c) zeigen den Randspannungstyp (edge
stress type), wobei die Phasenverschiebungsschicht 10 so aus
gebildet wird, daß sie die strukturierte Chromschicht 9 ab
schirmt, oder wo die Phasenverschiebungsschicht 10 auf der
Chromschicht 9 ausgebildet wird.
Fig. 10(d)-Fig. 10(f) zeigen den Abschirmungseffekt-Span
nungstyp (cut-off effect stress type), bei dem die Phasenver
schiebungsschicht 10 zwischen den Elementen der struk
turierten Chromschicht 9 ausgebildet oder auf den Elementen
der getrennten Chromschicht 9 nach der Strukturierung ausge
bildet und wieder von der strukturierten Chromschicht 9 abge
trennt wird, oder wo die Chromschicht 9 auf dem nicht zu
ätzenden, vorher strukturierten Quarzglassubstrat 8 ausgebil
det und bis zum Erreichen der vorgegebenen Breite wiederholt
geätzt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1(a)-Fig. 1(d) wird von den obigen drei Ver
fahren nachstehend der Herstellungsprozeß für die Phasenverschiebungs
maske mit räumlicher Frequenzmodulation als Stand der Technik zur vor
liegenden Erfindung näher erläutert.
Fig. 1(a) zeigt eine Draufsicht der gefertigten Phasenverschiebungs
maske, Fig. 1(b)-Fig. 1(d) zeigen Schnitte längs der Linie a-a′ von
Fig. 1(a) während der Fertigungsschritte, und Fig. 1(e) zeigt einen
Schnitt längs der Linie b-b′ vom Fig. 1(a).
Zunächst wird, wie in Fig. 1(b) dargestellt, die Chromschicht 9 auf dem
Quarzglassubstrat 8 ausgebildet, dann wird unter Verwendung des Nega
tivlacks 14 das Fotoätzverfahren auf der Chromschicht 9 ausgeführt und
die Chromschicht 9 wird strukturiert. Die Phasenverschiebungsschicht 10
wird, wie in Fig. 1(c) dargestellt, auf der gesamten strukturierten
Chromschicht 9 ausgebildet und dann unter Anwendung des Trockenätzver
fahrens so strukturiert, daß die Schicht 10), wie in Fig. 1(d) darge
stellt, zwischen je zwei Chromschichtelementen 9 zurückbleibt, womit die
Fertigung der Phasenverschiebungsmaske beendet ist.
Falls der mit Fotolack beschichtete Wafer unter Verwendung der Phasen
verschiebungsmaske entwickelt wird, wie in Fig. 1(a) dargestellt, wird
nicht die in Fig. 2(a) gezeigte ideale Musterschicht 11, sondern die Mu
sterschicht gemäß Fig. 2(b) ausgebildet. In Richtung der Linie a-a′ von
Fig. 1(a) wird die normale Musterschicht 11 ausgebildet, während in
Richtung der Linie b-b′ im Randbereich die unnotige Musterbrückenschicht
11a ausgebildet wird, die nur die Phasenverschiebungsschicht 10, nicht
die Chromschicht 9 enthält.
Anhand von Fig. 3 (a), (b) wird nachstehend erläutert, weshalb die
Musterbrückenschicht 11a ausgebildet wird.
Bei Lichteinfall hat die Lichtamplitude den vorgegebenen positiven Wert
in dem Teil, der nicht von der Phasenverschiebungsschicht 10 bedeckt
wird, während auf beiden Seiten im Randbereich der Phasenverschiebungs
schicht 10 die Lichtamplitude den gleichen Absolutwert wie oben hat,
aber negativ ist. Dementsprechend weist die einfallende Lichtintensität
auf beiden Seiten im Randbereich der Phasenverschiebungsschicht 10 einen
schmalen, impulsähnlichen Abfall auf, wie in Fig. 3(b) dargestellt. Des
halb entsteht zwischen den Musterschichtelementen 11 die in Fig. 2(b)
gezeigte unnötige Musterbrückenschicht 11a.
Wenn der vorgegebene Wafer unter Anwendung der obigen herkömmlichen Pha
senverschiebungsmaske mit räumlicher Frequenzmodulation strukturiert
wird, wird ferner die Kontrolle des Fertigungsprozesses durch die Ver
wendung des Negativlacks erschwert.
Aus der JP-3-10S 344 (Abstract) ist die Herstellung einer optischen
Maske und ein Korrekturverfahren für diese bekannt. Dabei überbrückt
eine Phasenschieberschicht zwei optische Strukturen aus einem Chromfilm.
Die Phasenverschiebungsschicht wird in einer freigelegten Vertiefung
ausgebildet und gleichzeitig wird auf der höhergelegenen Oberfläche das
selbe Material mit gleicher Schichtdicke ausgebildet, so daß eine von
dem Material in der Vertiefung unabhängige Schichtdickenkontrolle durch
geführt werden kann und somit die Dicke der Phasenschieberschicht genau
eingestellt werden kann. Es ergeben sich aus einem Abschattungseffekt
der Kanten der Schichten, die auf der höhergelegenen Oberfläche ausge
bildet werden, seitliche Abschrägungen der Phasenschieberschicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf die obige
Situation gelöst wird, besteht darin, ein Herstellungsverfahren für eine
Phasenverschiebungsmaske sowie eine Phasenverschiebungsmaske zu schaf
fen, wobei die Entstehung der Musterbrückenschicht im chromschichtfreien
Randbereich der Phasenverschiebungsschicht verhindert wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Chromschicht auf der Oberfläche des Quarzglas
substrats ausgebildet und strukturiert, dann wird zwischen den Elementen
der strukturierten Chromschicht eine erste Phasenverschiebungsschicht
ausgebildet. Anschließend wird eine zweite Phasenverschiebungsschicht
ausgebildet und dann trocken geätzt und an beiden Seiten der ersten Pha
senverschiebungsschicht eine Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht aus
gebildet. Dadurch kann im Bereich der Phasen
erschiebungsschicht die Entstehung der unnötigen Mu
sterbrückenschicht verhindert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und den
beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1(a) das Layout einer herkömmlichen Phasenverschiebungs
maske mit räumlicher Frequenzmodulation;
Fig. 1(b)-Fig. 1(d) Schnitte längs der Linie a-a′ von Fig.
1(a) zur Darstellung der Fertigungsschritte;
Fig. 1(e) einen Schnitt längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a);
Fig. 2(a) eine Draufsicht auf eine durch die Phasenverschie
bungsmaske gemäß Fig. 1(a) ausgebildete ideale Musterschicht;
Fig. 2(b) eine Draufsicht auf eine durch die Phasenverschie
bungsmaske gemäß Fig. 1(a) ausgebildete reale Musterschicht;
Fig. 3(a), (b) eine erläuternde graphische Darstellung zur
Ursache für das Auftreten einer Musterbrückenschicht bei
einem herkömmlichen Verfahren;
Fig. 4(a)-Fig. 4(i) Schnittdarstellungen zu den Fertigungs
schritten der erfindungsgemäßen Phasenverschiebungsmaske;
Fig. 5(a)-Fig. 5(e) eine erläuternde graphische Darstel
lung, um darzulegen, weshalb eine Musterbrückenschicht durch
die vorliegende Erfindung eliminiert wird;
Fig. 6 und Fig. 7 in erläuternden grafischen Darstellungen
die Grundzüge der Phasenverschiebungsmaske;
Fig. 8(a) einen Querschnitt durch eine übliche Maske;
Fig. 8(b) eine Darstellung der aus der Maske entsprechend der
Konstruktion von Fig. 8(a) austretenden Lichtamplitude;
Fig. 8(c) eine Darstellung der auf einen Wafer entsprechend
der Konstruktion von Fig. 8(a) auftreffenden Lichtamplitude;
Fig. 8(d) eine Darstellung der bei der Konstruktion von Fig.
8(a) erhaltenen Lichtintensität;
Fig. 9(a) einen Querschnitt durch eine übliche Phasenver
schiebungsmaske;
Fig. 9(b) eine Darstellung der aus der Maske entsprechend der
Konstruktion von Fig. 9(a) austretenden Lichtamplitude;
Fig. 9(c) eine Darstellung der auf einen Wafer entsprechend
der Konstruktion von Fig. 9(a) auftreffenden Lichtamplitude;
Fig. 9(d) eine Darstellung der bei der Konstruktion von Fig.
9(a) erhaltenen Lichtintensität; und
Fig. 10(a)-Fig. 10(f) Querschnitte verschiedener Arten von
herkömmlichen Phasenverschiebungsmasken.
Erklärung der Bezugszahlen für die Hauptteile der Fig.
4 und 5:
12 Quarzglassubstrat
13 Chromschicht
14 Fotolack
15, 15a, 16, 16a: Phasenverschiebungsmaske
12 Quarzglassubstrat
13 Chromschicht
14 Fotolack
15, 15a, 16, 16a: Phasenverschiebungsmaske
Der Fertigungsprozeß für die erfindungsgemäße Phasenverschie
bungsmaske mit räumlicher Frequenzmodulation wird nachstehend
anhand von Fig. 4(a)-Fig. 4(i) näher erläutert.
Hierbei handelt es sich um das gleiche herkömmliche Layout
wie in Fig. 1(a) dargestellt, weshalb die weiter oben gege
bene Erläuterung hier weggelassen wird.
Zur Darstellung der Fertigungsschritte zeigen
Fig. 4(a)-
Fig. 4(e) Schnitte längs der Linie a-a′ von Fig. 1(a) und
Fig. 4(f)-Fig. 4(i) Schnitte längs der Linie b-b′ von Fig.
1(a).
Zunächst wird, wie in Fig. 4(a) dargestellt, auf der gesamten
Oberfläche des Quarzglassubstrats 12 die Chromschicht 13 aus
gebildet, und auf die Chromschicht 13 wird der Fotolack 14
aufgebracht. Dann wird der Fotoätzprozeß durchgeführt, der
unnötige Fotolack 14 wird entfernt, und dann wird der unnö
tige Teil der Chromschicht 13 mittels der aus dem verbliebe
nen Positivlack 14 bestehenden Maske entfernt. Anschließend
wird auf der strukturierten Chromschicht 13 und dem freilie
genden Quarzglassubstrat eine durchgehende erste Phasenver
schiebungsschicht 15 ausgebildet, wie in Fig. 4(b) darge
stellt, und dann durch gewöhnliches Fotoätzen bis auf das Ma
terial zwischen den Oberseiten der Chromschichtelementen 13
wieder entfernt (siehe Fig. 4(c)).
Dabei sollte die strukturierte erste Phasenverschiebungs
schicht in der Breite nicht über die Oberseiten der Chrom
schicht 13 hinausragen. Wie in Fig. 4(d) gezeigt, wird eine
durchgehende zweite Phasenverschiebungsschicht 16 ausgebildet
und dann nach dem RIE-Verfahren (reaktiven Ionenätzverfahren)
geätzt, wodurch auf beiden Seiten der strukturierten ersten
Phasenverschiebungsschicht 15a eine Seitenwand-Phasenver
schiebungsschicht 16a ausgebildet wird, wie in Fig. 4(e) dar
gestellt. Nachstehend wird der obige Prozeß anhand von
Schnitten längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a) erläutert.
Zunächst wird auf dem Quarzglassubstrat die Phasenverschie
bungsschicht 15 ausgebildet, wie in Fig. 4(f) dargestellt,
und dann strukturiert, wie aus Fig. 4(g) ersichtlich. An
schließend wird die in Fig. 4(h) gezeigte zweite Phasenver
schiebungsschicht 16 zur Bildung der Seitenwandschicht ausge
bildet, und die zweite Phasenverschiebungsschicht 16 wird
nach dem RIE-Verfahren trocken geätzt, so daß an beiden Sei
tenwänden der strukturierten ersten Phasenverschiebungs
schicht 15a die Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht 16a
entsteht, wie in Fig. 4(i) dargestellt.
Da an den Seiten der so strukturierten ersten Phasenver
schiebungsschicht 15a die Seitenwand-Phasenverschiebungs
schicht 16a ausgebildet wird, kann das Auftreten der von den
beiden Randbereichen der strukturierten ersten Phasenver
schiebungsschicht 15a ausgehenden Musterbrücken verhindert
werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5(a)-Fig. 5(d) läßt sich die fol
gende grundsätzliche theoretische Erklärung für das Nicht
auftreten der Musterbrücken geben:
Fig. 5(a) zeigt einen Schnitt der Phasenverschiebungsmaske
längs der Linie b-b′ von Fig. 1(a) als Layout, wobei die Be
zugszeichen p₁, p₂, p₃, p₄ die jeweilige Lage der Seitenwand-
Phasenverschiebungsschicht 16a kennzeichnen.
Im Falle der Lage p₁ in Fig. 5(a), d. h. wenn die Seitenfläche
der Phasenverschiebungsschicht 16a senkrecht verläuft, weist
die Lichtintensität ebenso wie in Fig. 3(b) einen schmalen,
impulsähnlichen Abfall auf, wie in Fig. 5(b) dargestellt. In
diesem Falle bildet sich die in Fig. 2(b) gezeigte unnötige
Musterbrückenschicht 11a.
Bei der Lage p₂ bzw. p₃ in Fig. 5(a) verringert sich der Ab
fall der Lichtintensität allmählich, wie in Fig. 5(c) bzw.
Fig. 5(d) dargestellt, und verschwindet völlig, wenn der
Randbereich der Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht 16a die
Lage p₄ einnimmt, wie aus Fig. 5(e) ersichtlich ist. Da die
Musterschicht unter Anwendung der erfindungsgemäß gefertigten
Phasenverschiebungsmaske ausgebildet wird und die Licht
intensität in der zur erfindungsgemäßen Phasenverschiebungs
maske gehörigen Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht auf na
hezu Null reduziert wird, kann demnach das Auftreten der Mu
sterbrückenschicht 11a in den Randbereichen auf beiden Seiten
der ersten Phasenverschiebungsschicht 15a verhindert werden.
Da ferner der vorgegebene Wafer unter Verwendung der Phasen
verschiebungsmaske strukturiert wird, ergibt sich ein günsti
ges Profil des so strukturierten Wafers, weil Positivlack
verwendet werden kann.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske
mit folgenden Verfahrensschritten:
- (a) im ersten Schritt wird eine Lichtabschirmungsschicht auf einem zu belichtenden Substrat ausgebildet;
- (b) im zweiten Schritt werden nach der Strukturierung der Lichtabschirmungsschicht parallel zueinander mehrere Lichtabschirmungsmusterschichtelemente in vorgegebenem Abstand voneinander erhalten;
- (c) im dritten Schritt wird auf der gesamten Oberfläche eine erste Phasenverschiebungsschicht ausgebildet;
- (d) im vierten Schritt wird zwischen je zwei Lichtab schirmungsmusterschichtelementen, die ein Paar bil den sollen, die Phasenverschiebungsschicht ausgebil det, indem die parallel angeordneten Lichtabschir mungsschichtelemente paarweise zusammengefaßt und dann zwischen jedem Paar die erste Phasenverschie bungsschicht entfernt wird;
- (e) im fünften Schritt wird auf der gesamten Oberfläche eine zweite Phasenverschiebungsschicht ausgebildet;
- (f) im sechsten Schritt wird die zweite Phasenverschie bungsschicht nach dem Trockenätzverfahren abgeätzt, wobei an den Seitenwänden jeder Phasenverschiebungs schicht eine Seitenwand-Phasenverschiebungsschicht ausgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung einer Phasen
verschiebungsmaske, dadurch gekennzeichnet, daß die Pha
senverschiebungsschicht, die im vierten Verfahrens
schritt zwischen zwei ein Paar bildenden Lichtabschir
mungsmusterschichtelementen ausgebildet wird, breiter
ist als der Abstand zwischen den Innenseiten und
schmaler als der Abstand zwischen den Außenseiten des
Schichtelementpaars.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung einer
Phasenverschiebungsmaske, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trockenätzen im sechsten Verfahrensschritt nach dem
RIE-Verfahren (reaktiven Ionenätzverfahren) ausgeführt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstel
lung einer Phasenverschiebungsmaske, dadurch gekenn
zeichnet, daß das zu belichtende Substrat Quarzglas ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstel
lung einer Phasenverschiebungsmaske, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtabschirmungsschicht eine Chrom
schicht ist.
6. Phasenverschiebungsmaske mit
- (a) einer auf einem Substrat (12) ausgebildeten Lichtab schirmungsschicht (13), die parallel zueinander meh rere Lichtabschirmungsmusterschichtelemente in vor gegebenem Abstand voneinander aufweist,
- (b) einer ersten Phasenverschiebungsschicht (15a), die zwischen je zwei Lichtabschirmungsmusterschichtele menten, die ein Paar bilden, ausgebildet ist; und
- (c) einer an den Seitenwänden jeder Phasenverschiebungs schicht (15a) zusätzlich ausgebildeten Seitenwand- Phasenverschiebungsschicht (16a), die durch Aufbrin gen einer zweiten Phasenverschiebungsschicht (16) und anschließendes Trockenätzen ausgebildet wird.
7. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zwischen zwei ein Paar bildenden
Lichtabschirmungsmusterschichtelementen (13) ausgebil
dete Phasenverschiebungsschicht (15a) breiter ist als
der Abstand zwischen den Innenseiten und schmaler als
der Abstand zwischen den Außenseiten des Schichtelement
paars (13).
8. Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu belichtende Substrat (12)
Quarzglas ist.
9. Phasenverschiebungsmaske nach einem der Ansprüche 6 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmungs
schicht (13) eine Chromschicht ist.
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