DE69115062T2

DE69115062T2 - Maske für photolithographische Strukturierung.

Info

Publication number: DE69115062T2
Application number: DE69115062T
Authority: DE
Inventors: Yasutaka Ban; Kenji Sugishima; Kazuo Tokitomo
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2011-02-01
Also published as: DE69115062D1; JPH03228053A; EP0440467B1; EP0440467A2; KR920000006A; US5126220A; KR940001552B1; EP0440467A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das photolitographische Mustern von Halbleitervorrichtungen und insbesondere eine beim photolitographischen Musterungsprozeß verwendete Zwischenmaske (Retikel) zur Ausbildung eines Schaltungsmusters auf einem Halbleiterwafer durch Ultraviolettlicht oder Licht im fernen Ultraviolett.
Die hochintegrierten Schaltungen (LSIs) haben in den letzten drei oder vier Jahren die Integrationsdichte um den Faktor 4 erhöht. Die Forderung zur Erhöhung der Integrationsdichte besteht weiterhin, und verschiedene Musterungsprozesse werden zur Ausbildung extrem feiner Halbleitermuster auf einem Halbleiterwafer mit verbesserter Auflösung entwickelt.
Der photolitographische Musterherstellungsvorgang, der Ultraviolettlicht oder Licht im fernen Ultraviolett zum Mustern verwendet, ist einer der zur Zeit am häufigsten verwendeten Musterherstellungsvorgänge. Dieser Prozeß verwendet ein Retikel, welches darauf ein Halbleitermuster in vergrößertem Maßstab trägt und ist insbesondere für die Massenproduktion von Halbleitervorrichtungen mit großem Durchsatz vorteilhaft. Auf der anderen Seite beruht dieser Prozeß auf der photochemischen Reaktion in dem Photoresist, welche durch das durch das Retikel gegangene Ultraviolettlicht hervorgerufen wird, und damit einhergeht die diesem Prozeß eigene Schwierigkeit der geringen Auflösung wegen der Lichtbeugung an den Kanten der Retikelmuster. Diese Schwierigkeit wird insbesondere dann akut, wenn die Größe der auf den Wafer zu schreibenden Halbleitermuster korrespondierend mit der Erhöhung der Integrationsdichte verringert wird. Obwohl verschiedene Anstrengungen gemacht wurden, das Problem der unerwünschten Beugung zu minimieren, wie z. B. durch den Einsatz von Licht im fernen Ultraviolettbereich, das kürzere Wellenlängen hat, oder die Erhöhung der numerischen Apertur des Belichtungssystems, erreichen solche Verbesserungen ihre Grenzen.
Die Retikel für die photolithographische Musterbildung wurden herkömmlicherweise durch Musterung einer auf einem Substrat aufgewachsenen Metallschicht durch Elektronenstrahlen oder einen Ultraviolettlichtstrahl hergestellt. Das so erzeugte Retikel wird in einem photolitographischen Belichtungssystem für die selektive Unterbrechung eines zur Belichtung des den Wafer bedeckenden Photoresits dienenden Ultraviolettlichtstrahls oder eines Lichtstrahls im fernen Ultraviolettbereich gemäß dem gewünschten Halbleitermuster verwendet.
Um die Fresnelbeugung des durch das Retikel gegangenen Lichts zu unterdrücken, wurde vorgeschlagen, auf dem Muster des Retikels an ausgewählten Stellen eine Phasenverschiebungsregion vorzusehen, um den gebeugten Lichtstrahl auszulöschen (Levenson, M.D. et al., "Improving Resolution in Photolithography with a Phase-Shifting Mask", IEEE Transactions on Electron Devices, Band ED-29, Nr. 12, Dezember 1982, Seiten 1828-1836).
Die Figuren 1(A)-1(C) zeigen das in der zuvor genannten Literaturstelle vorgeschlagene Prinzip der Unterdrückung der Fresnelbeugung.
Bezogen auf Fig. 1(A), die einen ein herkömmliches Retikel verwendenden Belichtungsprozeß zeigt, ist ein Glassubstrat 1 mit einem undurchsichtigen Muster 3 aus Chrom und dergleichen versehen, welches selektiv einen mit UV bezeichneten Ultraviolettstrahl in Übereinstimmung mit einem gewünschten Halbleitermuster unterbricht. Weiterhin ist ein Phasenverschiebungsmuster 2 zwischen zwei benachbarten undurchsichtigen Mustern 3 vorgesehen, um die Phase des hindurchgehenden Ultraviolettlichts bezogen auf das durch das Retikel gegangene UV-Licht, dessen Phase durch das Phasenverschiebungsmuster 2 nicht verschoben ist, zu verschieben.
Figur 1(B) zeigt eine typische Verteilung des elektrischen Feldes E des durch das Retikel gegangenen, übertragenen Lichtstrahls, und Figur 1(C) zeigt die entsprechende Verteilung der Intensität des Lichtstrahls, wobei die ausgezogene Linie den Fall darstellt, wo das Phasenverschiebungsmuster 2 angebracht ist, und die gestrichelte Linie den Fall zeigt, wo ein solches Phasenverschiebungsmuster nicht angebracht ist. Wie aus den Figuren 1(B) und 1(C) ersichtlich ist, hat der übertragene Lichtstrahl wegen der Lichtbeugung eine endliche Intensität auch in dem Bereich unmittelbar unterhalb des undurchsichtigen Musters 3, wenn das Phasenverschiebungsmuster 2 nicht angebracht ist. Andererseits kann, wenn das Muster 2 vorhanden ist, die Phase des durch das Muster 2 gegangenen Lichtstrahls entgegengesetzt zu dem durch das Retikel ohne Phasenverschiebung gegangenen Lichtstrahls gemacht werden. Dadurch tritt in der Verteilung des elektrischen Feldes korrespondierend mit dem undurchsichtigen Muster 3 ein Nulldurchgang auf, wie die ausgezogene Linie in Figur 1(B) zeigt, und ein in Figur 1(C) durch die kontinuierliche Linie dargestelltes, scharf definiertes, hoch aufgelöstes Muster wird auf den Wafer projiziert.
Herkömmlicherweise wurde das Phasenverschiebungsmuster 2 aus einem Isoliermaterial, wie Siliziumoxid oder organischem Material gebildet. Bei der Formung eines solchen Musters durch Elektronenstrahllithographie bestand das Problem, daß sich Elektronen in dem das Muster 2 bildenden Isolierfilm und auch im organischen Resist 4, der in Figur 2 gezeigt ist, ansammelten, und der Elektronenstrahl wegen der Coulomb'schen Abstoßung von dem angezielten Punkt versetzt wird. Wegen dieser Schwierigkeit konnte das bekannte Retikel nicht mit befriedigend hoher Auflösung gebildet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es allgemein Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und brauchbares Retikel anzugeben, das die vorangehenden Schwierigkeiten nicht aufweist.
Eine andere und genauere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Retikel anzugeben, das keine Aufladung während des Herstellungsvorgangs, wenn es von einem geladenen Teilchenstrahl bestrahlt wird, verursacht.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Retikels, das aufweist ein optisch transparentes Substrat, ein auf dem Substrat angebrachtes undurchsichtiges Muster zum Unterbrechen eines auf das Substrat treffenden optischen Strahls, welches mit einem transparenten Muster gebildet ist, das den entsprechend einem gewünschten Halbleitermuster geformten optischen Strahl durchläßt, und ein auf dem Substrat entsprechend dem durch das transparente Muster gegangenen optischen Strahl angebrachtes Phasenverschiebungsmuster zur Verschiebung der Phase des optischen Strahls, wobei das Phasenverschiebungsmuster ein optisch transparentes und elektrisch leitendes Material aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung verursacht der Musterungsvorgang des Phasenverschiebungsmusters durch Lithographie mit einem Bündel geladener Teilchen, z.B. durch die Elektronenstrahllithographie, keine Aufladung des das Phasenverschiebungsmuster bildenden Materials oder des zum Mustern eingesetzten Resists, und es wird eine genaue Musterung des Phasenverschiebungsmuster möglich. Dadurch wird ein effizientes Auslöschen der Beugung durch das Phasenverschiebungsmuster möglich, auch wenn die Maße der zu erzielenden Halbleitervorrichtung sehr klein sind.
Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren 1(A) - 1(C) sind Diagramme, die das Prinzip einer Erhöhung der Auflösung der Musterung durch Einsatz eines Phasenverschiebungsmusters zeigen;
Figur 2 ist ein Diagramm, das das mit dem herkömmlichen Prozeß einhergehende Problem der Ausbildung eines Phasenverschiebungsmusters in einem Retikel erläutern; und die Figuren 3(A) - (G) sind Diagramme, die den Prozeß bei der Ausbildung des Retikels zeigen, das das Phasenverschiebungsmuster gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die Figuren 3(A) - 3(G) sind Diagramme, die einen Prozeß zur Ausbildung des Retikels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Unter Bezug auf Figur 3(A) wird ein erster, undurchsichtiger Film 11a aus Chrom oder Chromoxid auf einem Quarzsubstrat abgeschieden, dessen Dicke typischerweise 1,5 - 2,0 mm beträgt. Außerdem wird darstellungsgemäß ein Resist 12a auf dem undurchsichtigen Film 11a deponiert.
In einem Schritt von Figur 3(B) wird ein Resist 12a durch einen Elektronenstrahlbelichtungsprozeß zur Ausbildung eines gemusterten Resists 12 gemäß einem gewünschten Schaltungsmuster gemustert. Außerdem wird der undurchsichtige Film 11a in einem Schritt 3(C) durch einen Trockenätz- oder Naßätzprozeß gemustert unter Verwendung des gemusterten Resists 12 als Maske. Dadurch wird ein undurchsichtiges Retikelmuster 11 in Korrespondenz zu dem vom gemusterten Resist 12a getragenen Schaltungsmuster, wie dargestellt, gebildet, wobei transparente Regionen 11' und 11" zwischen den Mustern 11 zurückbleiben.
Als nächstes wird der Resist 12 entfernt, und eine Lage 13a aus elektrisch leitenden, transparenten Material, wie z. B. Indiumzinnoxid (In&sub2;O&sub3; SnO&sub2;), gewöhnlich bekannt als ITO, oder Zinnoxid (SnO&sub2;) auf dem Substrat 10 zum Vergraben des Retikelmusters 11 deponiert, wie dies in Figur 3(C) dargestellt ist. Die Abscheidung der Schicht 13a wird so ausgeführt, daß letztere eine Dicke α hat, die die Beziehung
α = λ/2(n-1)
erfüllt, wobei X die Wellenlänge des ultravioletten Lichts oder des Lichts im fernen Ultraviolett angibt, die zur Übertragung des Schaltungsmusters auf einen Wafer dient, und n stellt den Brechungsindex der Schicht 13a dar. Hier nuß bemerkt werden, daß die Auslöschung der Beugung durch das anhand der Figuren 1(A) - 1(C) beschriebene Phasenverschiebungsmuster erreicht werden kann, wenn die vorangehende Beziehung erfüllt ist. Wenn für die Belichtung ein Lichtbündel der Wellenlänge 0,4 um verwendet wird, und die Lage 13a den Brechungsindex 2 hat, läßt sich die Dicke α, die die vorangehende Beziehung erfüllt, zu 0,2 um festlegen. Es muß erwähnt werden, daß die Lage 13a ein leitender Film ist.
Danach wird ein Resist 14a auf der Lage 13a abgeschieden, wie Figur 3(E) zeigt, und das Resist 14a wird von einem Elektronenstrahl gemäß einem gewünschten Phasenverschiebungsmuster gemustert, um ein gemustertes Resist 14 zu bilden, wie die Figur 3(F) zeigt. Während dieses Vorgangs muß bemerkt werden, daß die auf das Resist 14 treffenden Elektronen als Elektronenstrahl unmittelbar durch die leitende Schicht 13 zur Erde abgeleitet werden und keine Aufladung im Resist 14 oder in der Schicht 13a auftritt. Auf diese Weise trifft der zum Mustern des Resists 14a verwendete Elektronenstrahl den Resist genau. Keine Streuung des Elektronenstrahlflex durch Aufladung passiert in diesem Prozeß.
Nun wird die Schicht 13a unter Verwendung des gemusterten Resists 14 als Maske gemustert und ein gewünschtes Phasenverschiebungsmuster 13 erhalten, wie in Figur 3(G) gezeigt ist. Wie die Figur 3(G) zeigt, ist das Phasenverschiebungsmuster 13 in Entsprechung zu der transparenten Region 11" vorgesehen, wohingegen die benachbarte transparente Region 11' linksseitig nicht von dem Phasenverschiebungsmuster 13 bedeckt ist. Dadurch wird das Auslöschen der Beugung der durch die Region 11' und die Region 11" gegangenen Ultraviolettlichtstrahlen erreicht, wie anhand der Figuren 1(A)- 1(C) erläutert wurde.
Wenn die Schicht 13a aus ITO besteht, wird der Musterungsschritt von Figur 3(G) durch einen Trockenätzprozeß unter Verwendung einer Mischung aus CH&sub4;/H&sub2; mit einem Gasdruck von 0,67Pa (5x10&supmin;³ torr) und einer Hochfrequenzleistung von 300 Watt für 3 bis 5 Minuten erreicht. Während des Trockenätzens wird die Temperatur des Substrats auf 70ºC eingestellt. Als Alternative zu CH&sub4; kann Butylacetat oder Tetrachlorkohlenstoff verwendet werden. Die Dauer wird natürlich so eingestellt, daß die nötige Dicke, wie zuvor beschrieben, erreicht wird.
Wenn die Lage 13a aus SnO&sub2; hergestellt ist, kann auf der anderen Seite eine Mischung aus Wasserstoff und Butylacetat verwendet werden, welche 40 % Butylacetat enthält. In diesem Fall wird der Druck auf etwa 0,13 Pa (10&supmin;³ torr) eingestellt, und eine Hochfrequenzleistung von 200 - 500 Watt wird für etwa eine Minute angelegt.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Prozeß, kann das Phasenverschiebungsmuster 13 mit hoher Präzision ausgebildet werden und dadurch effektiv die Beugung auslöschen.

Claims

1. Retikel zur Projektion eines Musters auf eine Halbleitervorrichtung durch einen optischen Strahl, das aufweist: ein Substrat (10), das eine obere Hauptfläche und eine untere Hauptfläche hat und das für den Durchgang des optischen Strahls transparent ist; eine undurchsichtige Schicht (11a), die eine obere Hauptfläche und eine untere Hauptfläche hat, und die auf der oberen Hauptfläche des Substrats zur Unterbrechung des optischen Strahls gemäß dem gewünschten Muster aufgebracht ist, wobei die undurchsichtige Schicht gemustert ist, zur Ausbildung eines undurchsichtigen Musters (11), das den darauffallenden optischen Strahl unterbricht, und eines transparenten Musters (11', 11"), das den optischen Strahl selektiv gemäß dem gewünschten Muster überträgt; und ein Phasenverschiebungsmuster (13), das für den optischen Strahl transparent ist, um den optischen Strahl durchzulassen, wobei das Phasenverschiebungsmuster eine obere Hauptflache und eine untere Hauptfläche hat und auf der oberen Hauptfläche des Substrats entsprechend dem in der undurchsichtigen Schicht ausgebildeten transparenten Muster aufgebracht ist, um eine Beugung des durch das transparente Muster gegangenen optischen Strahls auszulöschen;

dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsmuster (13) ein elektrisch leitfähiges Material aufweist.

2. Retikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsmuster Indiumzinnoxid aufweist.

3. Retikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsmuster (13) Zinnoxid aufweist.

4. Retikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsmuster (13) eine Dicke (cL) hat, die so bestimmt ist, daß die Auslöschung des Beugungsanteils des optischen Strahls erreicht wird.

5. Retikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsmuster (13) einen Brechungsindex hat, der so bestimmt ist, daßΣ die Auslöschung des Beugungsanteils des optischen Strahls erreicht wird.

6. Retikel nach Anspruch 1 zur Projektion eines Musters auf eine Halbleitervorrichtung durch einen optischen Strahl mit einer zu Eins eingestellten Vergrößerung.