DE69512833T2 - Bedämpfte Phasenschiebemaske und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Bedämpfte Phasenschiebemaske und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenverschiebungsmaske. Es werden lithographische Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen (IC) beschrieben, und insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung der bei der Photolithographie zum Bearbeiten von Halbleiterwafern verwendeten Retikelmaske.
- Ansätze bezüglich der Phasenverschiebungsmaskentechnologie wurden in der Literatur eingehend behandelt; die ursprüngliche Arbeit begannen M. D. Levenson et al., "Improving Resolution in Photolithography with a Phase-Shifting Mask", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-29, Nr. 12, S. 1828-1836 (Dez. 1982).
- Es sind gedämpfte Phasenverschiebungsmasken (ASPM) bekannt, die eine dünne Schicht verwenden, welche teilweise lichtdurchlässig ist und an der Phasenverschiebung teilhat. Ein derartiger Ansatz verwendet eine dünne Chromschicht (einige hundert Angstrom, Å), während ein zweiter derartiger Ansatz Chromoxid verwendet. Bei dem ersten Ansatz werden 30 nm Chrom und Trockenätzen in Quarz mit einer Tiefe von 0,42 um verwendet, um eine Phasenverschiebung von 180º zu erreichen. Beim zweiten Ansatz wird eine dickere Schicht Chromoxid in der Größenordnung von 200 nm und ein isotropes Ätzen des Quarzsubstrats in eine Tiefe von 0,04 um verwendet, um eine Phasenverschiebung von 180º zu erreichen. Die genannten Werte basieren auf der Verwendung einer I-Linien-Wellenlänge (365 nm).
- Simulationsergebnisse unter Verwendung eines Vektorsimulators mit der Bezeichnung TEMPEST (time-domain electromagnetic massively parallel evaluation of scattering on topography) zeigen, daß der erste Ansatz im Vergleich mit dem zweiten Ansatz bessere Ergebnisse bringt. Belichtungsdefokussierungskurven zeigen beispielsweise, daß bei Chromoxidmasken der Fokusbetrag erheblich geringer ist als bei dünnen Chrommasken. Gedämpfte Phasenverschiebungsmasken drucken kleinere kritische Abmessungen (CD). Die Korrelation zwischen Simulation und Versuchen ist hergestellt worden; vgl., z. B., R. A. Ferguson et al., "Impact of Attenuated Mask Topography on Lithography Performance", SPIE Meeting, März 1994, Aufsatz Nr. 2197-12.
- Der Nachteil beider genannter Ansätze besteht darin, daß beide ein Ätzen in das Siliziumdioxidsubstrat (Quarz) erfordern, um die korrekte Phasenverschiebung von 180º zu erreichen. Ein derartiges Ätzen ist innerhalb sehr enger Spezifikationstoleranzen schwierig zu kontrollieren. Somit ist ein Verfahren erforderlich, das die korrekte Phasenverschiebung um 180º ohne Ätzen in das Siliziumdioxidsubstrat erreicht.
- Die vorveröffentlichte europäische Patentanmeldung 94 112 836.5 (EP-A-643 331) offenbart eine gedämpfte Phasenverschiebungsmaske mit einer dünnen Chromschicht auf einem Substrat und einer zweiten Phasenverschiebungsschicht auf der Chromschicht. Mittels eines trockenen Plasmaätzverfahrens werden Öffnungen in beiden Schichten ausgebildet.
- Nach einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer gedämpften Phasenverschiebungsmaske mit einer auf einem transparenten Substrat ausgebildeten ersten Schicht mit einer Durchlässigkeit im Bereich von ungefähr 3 bis 10% und einer auf den ersten Schicht ausgebildeten zweiten Schicht mit einem transparenten Material mit einer Dicke, die eine gewünschte Phasenverschiebung bewirkt, wobei das Verfahren umfaßt:
- (a) Bereitstellen des transparenten Substrats;
- (b) Bilden der ersten Schicht auf einer Fläche des transparenten Substrates;
- (c) Bilden der zweiten Schicht auf der ersten Schicht;
- (d) Bilden einer Maskierungsschicht auf der zweiten Schicht;
- (e) Strukturieren und Ätzen der Maskierungsschicht, um Bereiche der zweiten Schicht freizulegen;
- (f) Ätzen durch die freigelegten Bereiche der zweiten Schicht hindurch; dadurch gekennzeichnet, daß
- das Ätzen durch die zweite Schicht hindurch einen isotropischen Naßätzvorgang einschließt, durch welchen erste Öffnungen gebildet werden, die durch im wesentlichen ein Parabelprofil aufweisende Wände begrenzt sind, und Bereiche der ersten Schicht freigelegt werden;
- (g) Entfernen der Maskierungsschicht; und
- (h) Ätzen durch die freigelegten Bereiche der ersten Schicht, um zweite Öffnungen zu bilden.
- Nach einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine gedämpfte Phasenverschiebungsmaske mit einer auf einem transparenten Substrat ausgebildeten ersten Schicht mit einer Durchlässigkeit im Bereich von ungefähr 3 bis 10% und einer auf der ersten Schicht ausgebildeten zweiten Schicht mit einem transparenten Material mit einer Dicke, die eine gewünschte Phasenverschiebung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Maske erste Öffnungen in der zweiten Schicht, die durch im wesentlichen Parabelprofil aufweisende Wände begrenzt sind, und
- in der ersten Schicht zweite Öffnungen unter den ersten Öffnungen aufweist.
- Weitere Aufgaben; Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Betrachtung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche Merkmale bezeichnen.
- Die in der Beschreibung genannten Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht gezeichnet, es sei denn dies ist ausdrücklich vermerkt. Ferner dienen die Zeichnungen der Darstellung nur eines Bereichs einer erfindungsgemäß hergestellten integrierten Schaltung.
- Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Bereichs einer Phasenverschiebungsmaske unter Verwendung eines bekannten Ansatzes.
- Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Bereichs einer Phasenverschiebungsmaske unter Verwendung eines anderen bekannten Ansatzes.
- Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung eines Bereichs einer nicht erfindungsgemäßen Phasenverschiebungsmaske.
- Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 3 zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
- Fig. 5 ist, auf Koordinaten der Intensität und der Entfernung, eine graphische Darstellung der Intensität als Funktion der Entfernung in einer Öffnung der Phasenverschiebungsmaske, als Vergleich der Ergebnisse bekannter Ansätze mit den Ergebnissen der vorliegenden Erfindung, sämtlich bei einer Durchlässigkeit von 9% und einer Phasenverschiebung von 180º; und
- Fig. 6a-e zeigen Querschnittsdarstellungen des Verfahrensablaufs bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Phasenverschiebungsmaske unter Verwendung des alternativen, bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- Im folgenden wird näher auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen, welches von den Erfindern gegenwärtig als beste Variante zur praktischen Durchführung der Erfindung angese hen wird. Es werden gegebenenfalls auch alternative Ausführungsbeispiele beschrieben.
- Fig. 1 zeigt einen bekannten Ansatz, bei dem ein dünner Chromfilm 10 auf einem Quarzsubstrat 12 ausgebildet ist. Die Dicke des Chromfilms 10 liegt bei etwa 200 nm, um eine Durchlässigkeit von 9% bei der I-Linien-Wellenlänge (365 nm) zu erreichen. Eine Öffnung 14 ist in dem Chromfilm 10 ausgebildet und das Substrat 12 ist in einer Tiefe geätzt, welche die gewünschte Phasenverschiebung um 180º bringt. Diese Tiefe beträgt 0,42 um und wird durch Trockenätzen des Quarzsubstrats 12 erreicht. Dem Fachmann ist ersichtlich, daß nur eine Öffnung 14 dargestellt ist; jedoch ist über die gesamte Fläche des Quarzsubstrats 12 mehrere dieser Öffnungen in dem für die photolithographische Verarbeitung von Halbleiterwafern erforderlichen Muster vorgesehen.
- Fig. 2 zeigt einen anderen bekannten Ansatz, bei dem ein Chromoxidfilm 10' wiederum auf einem Quarzsubstrat 12 ausgebildet ist. Die Dicke des Chromoxidfilms 10' ist größer als diejenige des Chromfilms 10 und beträgt etwa 200 nm, um bei der I-Wellenlänge (365 nm) eine Durchlässigkeit von 9% zu erreichen. Eine Öffnung 14 ist im Chromoxidfilm 10' ausgebildet und das Substrat 12 ist in eine Tiefe geätzt, welche die gewünschte 180º Phasenverschiebung bewirkt. Diese Tiefe beträgt 0,04 um und wird durch isotropes Naßätzen des Quarzsubstrats 12 erreicht.
- Erfindungsgemäß wird das Ätzen des Quarzsubstrats 12 vermieden, indem eine transparente Schicht 16 auf dem dünnen Metallfilm 10 ausgebildet wird; die sich ergebende Struktur ist in der Fig. 4 dar gestellt. Die Schicht 16 weist ein transparentes Material auf und wird im folgenden auch als Phasenverschiebungsschicht bezeichnet.
- Die Dicke des dünnen Metallfilms 10 hängt von der erforderlichen Durchlässigkeit, der Zusammensetzung des dünnen Films und der verwendeten Wellenlänge ab. Für eine gewünschte Durchlässigkeit von ungefähr 3% bis 10%, mit Chrom als Metall und bei der I-Linien- Wellenlänge (365 nm), liegt die Dicke innerhalb des Bereichs von ungefähr 25 bis 75 nm, wobei dickere Filme geringere Durchlässigkeit liefern. Es sei darauf hingewiesen, daß die Durchlässigkeit in gewissem Maß auch von der Reinheit des Chromfilms 10 abhängt, der geringe Mengen an Sauerstoff und Stickstoff enthalten kann.
- Die Zusammensetzung des dünnen Metallfilms 10 kann jedes der bekannten Metalle und Metalloxide, Carbide und Nitride enthalten, die bei der Halbleiterherstellung verwendet werden. Das Material dieser Filme 10 muß lichtabsorbierend und in der Lage sein, ungefähr 3 bis 10% des einfallenden Lichts (optisch, UV, Röntgenstrahlung) bei einer geeigneten Dicke durchzulassen.
- Beispiele für geeignete Metalle und Metalloxide sind Chrom, Molybdän und Polysilizium (für Lithographie mit sichtbarem Licht) sowie Siliziumnitrid, Titanoxid und Selenoxid (für tiefe UV-Lithographie). Vorzugsweise wird Chrom für den dünnen Metallfilm 10 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 25 bis 75 nm (bei der I-Linien-Wellenlänge; die Verwendung anderer Wellenlängen erfordert die Verwendung anderer Dicken). Die Bestimmung derartiger unterschiedlicher Dicken wird von Fachleuten nicht als unzulässiges Experimentieren angesehen.
- Die Dicke der Phasenverschiebungsschicht 16 hängt von der erforderlichen Phasenverschiebung, der Zusammensetzung der Phasenverschiebungsschicht und, wie bei dem dünnen Film 10, von der Wellenlänge ab. Bei einer Phasenverschiebung von 180º, Siliziumdioxid als Phasenverschiebungsschicht und der I-Linien-Wellenlänge (365 nm), liegt die Dicke der Phasenverschiebungsschicht 16 zwischen 400 und 450 nm. Wie zuvor in bezug auf die Dicke der Chromschicht 10 erwähnt, erfordert die Verwendung anderer Wellenlängen die Verwendung anderer Dicken.
- Die Zusammensetzung der Phasenverschiebungsschicht 16 kann ein beliebiges der allgemein bei der Halbleiterverarbeitung verwendeten transparenten Materialien sein, beispielsweise Oxide und Polymere. Die Phasenverschiebungsschicht 16 kann durch eines der gemeinhin bei der Halbleiterbearbeitung verwendeten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Sputtern, chemische Dampfablagerung und Aufschleudern. Die wesentlichen Eigenschaften dieser Schicht 16 sind die Leichtigkeit des Aufbringens auf dem mit Film beschichteten Substrat, die gut kontrollierte Dicke und die Tatsache, daß sie, innerhalb eines bestimmen Dickenbereichs, die Phase des einfallenden Lichts um einen vorgewählten Betrag verschieben kann, im vorliegenden Fall um 180º.
- Ein Beispiel für geeignete Oxide ist Siliziumoxid, das eine der optischen Qualität des Quarzsubstrats 12 nahe kommt; ein Beispiel für geeignete Polymere ist Polyimid. Diese Aufzählung sollte jedoch nicht als einschränkend angesehen werden.
- Bei dem meist bevorzugten Ausführungsbeispiel; weist die erste Schicht 16 Chrom auf und die Wellenlänge ist die I-Linie (365 nm), während die Dicke der ersten Schicht zwischen ungefähr 25 und 75 nm liegt. Eine Phasenverschiebung von 180º wird beispielsweise mit einer Siliziumdioxidschicht mit einer Dicke zwischen ungefähr 400 und 450 nm erreicht. Zwar kann das Oxid trockengeätzt werden, jedoch schafft ein isotropes nasses Ätzen bessere Flächenbilder.
- Das Trockenätzen der Oxidschicht 16, gefolgt von dem Ätzen des dünnen Chromfilms 10, kann zur Bildung der Öffnung 14 durchgeführt werden, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, die kein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Alternativ kann erfindungsgemäß ein isotropes nasses Ätzen der Oxidschicht 16 zur Bildung der Öffnung 14' in der Oxidschicht verwendet werden, gefolgt vom Ätzen des dünnen Chromfilms 10 zur Bildung der Öffnung 14 im dünnen Chromfilm, wie in der Fig. 4 dargestellt. Das letztere isotrope nasse Ätzen des Oxids 16 wird bevorzugt, da die Kontur des die Öffnung 14' bildenden Oxids, die aufgrund des isotropen nassen Ätzens üblicherweise parabolfömig (oder im wesentlichen parabolförmig) ist, dem effizienteren Fokussieren von Licht durch die Öffnung 14 in der dünnen Chromschicht 10 dient.
- Die erfindungsgemäße Maske schafft im Vergleich zu einer herkömmlichen Maske ein verbessertes Peak: Nebenzipfelintensitätsverhältnis, wie in Fig. 5 ersichtlich, welche einen Vergleich von Flächenbildern wiedergibt. Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße naßgeätzte SiO&sub2;/Cr-Maske den bekannten Chrom- und Chromoxidmasken überlegen ist. Die Kurve 18 zeigt die erfindungsgemäße naßgeätzte SiO&sub2;/Cr-Maske, bei der der Chromfilm 10 25 nm dick ist und die SiO&sub2;- Schicht 16 415 nm dick ist. Die Kurve 20 zeigt die trockengeätzte e SiO&sub2;/Cr-Maske der Fig. 3 mit derselben Chrom- und Silika-Dicke wie die naßgeätzte Maske. Die Kurve 22 zeigt die bekannte Maske mit 30 nm Chrom, während die Kurve 24 die bekannte Maske mit 200 nm Chromdioxid wiedergibt. Die Maße gelten für eine im Fokus befindliche Öffnung von 0,4 um. Das Verhältnis zwischen der Peakintensität und der Intensität der Nebenzipfel ist für die Kurve 20 50% besser als im nächstbesten Fall.
- Die erfindungsgemäße naßgeätzte SiO&sub2;/Cr-Maske bleibt überlegen, selbst bei einer Defokussierung auf f = +1,0 um oder f = -1,0 um.
- Die Fig. 6a-e zeigen den Verfahrensablauf zur Bildung der erfindungsgemäßen Maske. Das Quarzsubstrat 12 wird, wie in der Fig. 6a gezeigt, bereitgestellt. Zwar kann das Substrat 12 Quarz aufweisen, jedoch ist es für den Fachmann ersichtlich, daß jedes transparente Material anstelle von Quarz verwendet werden kann, beispielsweise Glas auf Silika-Basis.
- Der dünne Metallfilm 10, beispielsweise aus Chrom, ist auf der Oberfläche des Substrats 12 aufgebracht, wie in Fig. 6b dargestellt.
- Danach wird die Phasenverschiebungsschicht 14, beispielsweise aus Siliziumdioxid, auf der Oberfläche des dünnen Chromfilms 10 aufgebracht, beispielsweise durch Sputtern, wie in Fig. 6c gezeigt. Auf der Oxidschicht 16 wird eine Photoresistschicht 26 ausgebildet und strukturiert sowie geätzt, um Bereiche der darunterliegenden Oxidschicht freizulegen. Die Photoresistschicht kann eines der gängigen Photore sistmaterialien aufweisen. In diesem Fall wurde ein positives Photoresistmaterial verwendet.
- Die freigelegten Bereiche der Oxidschicht werden als nächstes unter Verwendung eines isotropen nassen Vorgangs geätzt, wie in der Fig. 6d dargestellt, um die Öffnung 14' zu bilden. Dieses Ätzen der Oxidschicht 16 legt Bereiche des darunterliegenden dünnen Chromfilms 10 frei, die durch Ätzen entfernt werden, um die Öffnung 14 zu bilden, wie in Fig. 6e dargestellt. Vorteilhafterweise wird die Photoresistschicht 26 vor dem Ätzen der Chrombereiche entfernt.
- Die erfindungsgemäße gedämpfte Phasenverschiebungsmaske und das Verfahren zu dessen Herstellung bieten mehrere Vorteile. Zunächst ist die Maske leicht herzustellen. Zweitens ermöglicht die einfache Herstellung die Verwendung derartiger gedämpfter Phasenverschiebungsmasken für sämtliche Maskengruppen, die bei der Herstellung eines Halbleiterchips verwendet werden. Das heißt, der Chiphersteller ist nicht auf die Verwendung von Phasenverschiebungsmasken bei kritischen Vorgängen oder Abmessungen beschränkt.
- Die erfindungsgemäße Phasenverschiebungsmaske ist zur Verwendung bei der Halbleiterbearbeitung unter Verwendung photolithographischer Verfahren bestimmt.
- Die vorhergehende Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde zu Zwecken der Darstellung und der Beschreibung ausgeführt. Sie ist nicht als ausführlich oder die Erfindung auf genaue offenbarte Form einschränkend zu erach ten. Es sind dem Fachmann zahlreiche Modifizierungen und Variationen ersichtlich. Es ist möglich, die Erfindung mit anderen Herstellungsverfahren in MOS- oder Bipolar-Verfahren herzustellen. Das Ausführungsbeispiel wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu beschreiben, wodurch andere Fachleute in die Lage versetzt werden sollen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und für verschiedene, dem jeweiligen beabsichtigten Anwendungszweck entsprechenden Modifikationen zu verstehen. Der Rahmen der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung einer gedämpften
Phasenverschiebungsmaske mit einer auf einem transparenten Substrat (12)
ausgebildeten ersten Schicht (10) mit einer Durchlässigkeit im Bereich von
ungefähr 3 bis 10% und einer auf der ersten Schicht ausgebildeten
zweiten Schicht (16) mit einem transparenten Material mit einer
Dicke, die eine gewünschte Phasenverschiebung bewirkt, wobei das
Verfahren umfaßt:
(a) Bereitstellen des transparenten Substrats (12);
(b) Bilden der ersten Schicht (10) auf einer Fläche des transparenten
Substrates;
(c) Bilden der zweiten Schicht (16) auf der ersten Schicht;
(d) Bilden einer Maskierungsschicht (26) auf der zweiten Schicht;
(e) Strukturieren und Ätzen der Maskierungsschicht, um Bereiche der
zweiten Schicht freizulegen;
(f) Ätzen durch die freigelegten Bereiche der zweiten Schicht
hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ätzen durch die zweite Schicht hindurch einen isotropischen
Naßätzvorgang einschließt, durch welchen erste Öffnungen (141)
gebildet werden, die durch im wesentlichen ein Parabelprofil
auf
weisende Wände begrenzt sind, und Bereiche der ersten Schicht
freigelegt werden;
(g) Entfernen der Maskierungsschicht; und
(h) Ätzen durch die freigelegten Bereiche der ersten Schicht, um
zweite Öffnungen (14) zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Schicht ein Material
aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen und
Metalloxiden besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Schicht ein Material
aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom,
Molybdän, Polysilizium, Siliziumnitrid, Titanoxid, und Selenoxid besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die erste Schicht vorwiegend
aus Chrom besteht und in einer Dicke im Bereich von ungefähr 25 bis
ungefähr 75 nm bei einer Einfallswellenlänge von 365 nm
aufgebracht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gewünschte
Phasenverschiebung 180º beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zweite Schicht ein
Material aufweist; das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Oxiden und
Polymeren besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die zweite Schicht
vorwiegend aus Siliziumdioxid besteht und in einer Dicke im Bereich von
ungefähr 400 bis ungefähr 450 nm bei einer Einfallswellenlänge von
365 nm aufgebracht ist.
8. Gedämpfte Phasenverschiebungsmaske mit einer auf einem
transparenten Substrat (12) ausgebildeten ersten Schicht (10) mit einer
Durchlässigkeit im Bereich von ungefähr 3 bis 10% und einer auf der
ersten Schicht ausgebildeten zweiten Schicht (16) mit einem
transparenten Material mit einer Dicke, die eine gewünschte
Phasenverschiebung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Maske erste Öffnungen (141) in der zweiten Schicht, die durch im
wesentlichen Parabelprofil aufweisende Wände begrenzt sind, und
in der ersten Schicht zweite Öffnungen (14) unter den ersten
Öffnungen aufweist.
9. Maske nach Anspruch 8, bei der die erste Schicht ein Material
aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen und
Metalloxiden besteht.
10. Maske nach Anspruch 8, bei der die erste Schicht ein Material
aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom,
Molybdän, Polysilizium, Siliziumnitrid, Titanoxid, und Selenoxid besteht.
11. Maske nach Anspruch 10, bei der die erste Schicht vorwiegend
aus Chrom besteht und in einer Dicke im Bereich von ungefähr 25 bis
ungefähr 75 nm bei einer Einfallswellenlänge von 365 nm
aufgebracht ist.
12. Maske nach Anspruch 8, bei der die gewünschte
Phasenverschiebung 180º beträgt.
13. Maske nach Anspruch 12, bei der die zweite Schicht ein Material
aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Oxiden und
Polymeren besteht.
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