DE4415136C2 - Verfahren zum Herstellen einer Lithographiemaske - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lithographie­ maske gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Verfahren zum Herstellen von Lithographiemasken sind bereits aus der EP 0 567 419 A2 bekannt.

Bei einem dieser Verfahren wird gemäß Fig. 3 auf einem Substrat eine Phasenschiebeschicht gebildet, auf der anschließend eine undurchsichtige Schicht aufgebracht wird. Darauf kommt dann eine Resistschicht zu lie­ gen. Verschiedene Bereiche dieser Resistschicht werden entweder nicht belichtet, voll belichtet oder teilweise belichtet, wonach ein Ätzvorgang er­ folgt, um die unbelichteten Bereiche der Resistschicht zu entfernen und anschließend die undurchsichtige Schicht sowie die Phasenschiebe­ schicht. Dabei bleiben die teilweise belichteten Bereiche der Resistschicht auf der undurchsichtigen Schicht stehen und bilden Seitenwandstücke zu denjenigen Bereichen der Resistschicht, die voll belichtet wurden. Danach werden diese Seitenwandstücke weggeätzt und es wird anschließend der Rand der undurchsichtigen Schicht weggeätzt, so daß diese nur noch un­ terhalb der voll belichteten Bereiche der Resistschicht zu liegen kommt.

Bei einem weiteren aus der EP 0 567 419 A2 bekannten Verfahren gemäß Fig. 4 werden auf einem Substrat der Reihe nach übereinanderliegend ei­ ne Phasenschiebeschicht, eine undurchsichtige Schicht, eine zweite Re­ sistschicht und eine erste Resistschicht ausgebildet. Innerhalb der ersten und zweiten Resistschicht wird eine umgekehrt T-förmige Struktur ge­ formt, wonach anschließend die undurchsichtige Schicht und die Phasen­ schiebeschicht entfernt werden. Sodann wird die erste Resistschicht ent­ fernt und es wird der Rand der undurchsichtigen Schicht geätzt, und zwar unter Verwendung der zweiten Resistschicht als Ätzmaske. Anschließend wird diese zweite Resistschicht entfernt.

Bei einem noch weiteren aus der EP 0 567 419 A2 bekannten Verfahren werden auf einem Substrat eine Phasenschiebeschicht, eine undurch­ sichtige Schicht und eine erste Ätzmaske der Reihe nach aufeinanderlie­ gend aufgebracht. Sodann wird die erste Ätzmaske strukturiert. An den so erhaltenen Strukturen der ersten Ätzmaske werden Seitenwandstücke ge­ bildet. Anschließend werden die undurchsichtige Schicht und die Phasen­ schiebeschicht unter Verwendung der Seitenwandstücke als Ätzmaske ge­ ätzt. Sodann werden die Seitenwandstücke entfernt. Danach wird die un­ durchsichtige Schicht unter Verwendung der zuerst genannten Struktu­ ren der ersten Ätzmaske geätzt. Anschließend werden die genannten Strukturen entfernt.

Ein weiteres herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Lithogra­ phiemaske ist in den Fig. 4a bis 4d gezeigt. Dabei zeigt die Fig. 4a eine undurchsichtige Schicht 2, die auf einem transparenten Substrat (aus Glas oder Quarz) abgeschieden ist, auf der ein Überzug aus einem organi­ schen, photoempfindlichen Material 3 liegt.

Wie durch Fig. 4b veranschaulicht, wird ein transparenter Bereich durch selektive Belichtung und Entwicklung festge­ legt, wobei die undurchsichtige Schicht 2 selektiv entfernt wird, um das transparente Substrat freizulegen. Dabei werden Maskenfehler repariert.

Wie in Fig. 4c dargestellt, wird das organische, photoem­ pfindliche Material 3 entfernt, und durch ein Schleuderbe­ schichtungsverfahren wird auf die gesamte Fläche ein Phasen­ schiebematerial aus PMMA (Polymethylmethacrylat) 4 aufgetra­ gen, das unter Verwendung der undurchsichtigen Schicht 2 als Maske belichtet und entwickelt wird, wobei das PMMA 4 im Bereich ohne undurchsichtige Schicht 2 entfernt wird. Durch Entfernen eines Teils der undurchsichtigen Schicht 2 durch Naßätzen unter Verwendung des gemusterten PMMAs 4 als Maske 5 wird die Photolithographiemaske fertiggestellt.

Bei der gemäß der vorstehenden Beschreibung hergestellten Struktur einer Lithographiemaske ist, wie dies aus Fig. 4d erkennbar ist, eine undurchsichtige Schicht 2 so auf dem D transparenten Substrat ausgebildet, daß sie Licht selektiv ausblendet, wobei auf dieser undurchsichtigen Schicht 2 das Phasenschiebematerial 4 aus PMMA so ausgebildet ist, daß es sich von den Kanten der undurchsichtigen Schicht 2 her mehr in den durchsichtigen Bereich hinein erstreckt.

Jedoch weist ein derartiges herkömmliches Herstellverfahren für eine Lithographiemaske die folgenden Schwierigkeiten auf:

• - erstens ist die Einstellung der Dicke schwierig, da das Herstellverfahren hinsichtlich des Phasenschiebematerials 4 aus PMMA durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren vorgenom­ men wird;
• - zweitens ist die Ebenheit des Phasenschiebematerials 4 aus PMMA wegen der Stufen in der undurchsichtigen Schicht schlecht;
• - drittens besteht die Gefahr, daß das Phasenschiebematerial aus PMMA während der Handhabung der Maske beschädigt wird;
• - viertens besteht hohe Wahrscheinlichkeit, daß während der Handhabung Teilchen in das Phasenschiebematerial aus PMMA eindringen; und
• - fünftens kann der Phasenschiebeeffekt durch das Entstehen der Unterätzung verringert werden, da die Seitenwände der undurchsichtigen Schicht durch einen Naßätzvorgang ausgebil­ det werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer Litho­ graphiemaske mit guter Auflösung anzugeben.

Die Lösung ist durch die Lehre von Anspruch 1 gegeben.

Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:

• - da die undurchsichtige Schicht auf der Phasenschiebe­ schicht ausgebildet wird, ist die Einstellung der Dicke der Phasenschiebeschicht erleichtert, was die Auflösung verbes­ sert;
• - da die Kantenbreite der Phasenschiebeschicht durch den Winkel der Seitenwand eines organischen, photoempfindlichen Materials festgelegt wird, kann das Mustern in selbstaus­ richtender Weise ohne Maskenprozeß erfolgen, was die Her­ stellung vereinfacht;
• - da die Seitenwände der undurchsichtigen Schicht und der Phasenschiebeschicht vorzugsweise durch einen Vertikalätz­ vorgang hergestellt werden, weist das Seitenwandprofil gute Qualität auf; und
• - beim Herstellen eines isolierten Musters wie eines solchen für ein Kontaktloch kann die Herstellung einfacher ausge­ führt werden.

Die erfindungsgemäße Lithographiemaske und das Verfahren zum Herstellen einer solchen werden nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf durch Figuren veranschaulichte Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1a bis 1e sind Querschnitte, die ein Verfahren zum Her­ stellen einer Lithographiemaske gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.

Fig. 2a bis 2d sind Querschnitte, die ein Verfahren zum Her­ stellen einer Lithographiemaske gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.

Fig. 3a bis 3d veranschaulichen die Eigenschaften einer er­ findungsgemäß hergestellten Lithographiemaske.

Fig. 4a bis 4d sind Querschnitte, die ein herkömmliches Ver­ fahren zum Herstellen einer Lithographiemaske veranschauli­ chen.

Die Fig. 1a bis 1e sind Querschnitte, die ein Verfahren zum Herstellen einer Lithographiemaske gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.

Bei diesem Verfahren werden, wie dies in Fig. 1a dargestellt ist, eine Phasenschiebeschicht 6, eine undurchsichtige Schicht 2 und ein erstes organisches, photoempfindliches Material 3 der Reihe nach auf einem transparenten Substrat 1 (aus Quarz oder Glas) abgeschieden.

Hierbei wird für die Phasenschiebeschicht 6 Siliziumoxid (SiO₂), PMMA (Polymethylmethacrylat) oder SOG (Spin-On- Glass) verwendet; für die undurchsichtige Schicht 2 wird Chrom (Cr) oder Aluminium (Al) verwendet, und für das orga­ nische, lichtempfindliche Material wird ein solches verwen­ det, das auf Ultraviolettstrahlung, Strahlung im fernen Ultraviolett oder Elektronenstrahlen empfindlich sein kann.

Die Dicke der Phasenschiebeschicht 6 wird gemäß der Glei­ chung T=λ/2(n-1) bestimmt, wobei λ die Belichtungswellen­ länge und n der Brechungsindex der Phasenschiebeschicht bei der Belichtungswellenlänge sind.

Wie in Fig. 1b dargestellt, wird das erste organische, pho­ toempfindliche Material 3 selektiv belichtet und entwickelt, um einen transparenten Bereich festzulegen, wobei die un­ durchsichtige Schicht 2 in einem anschließenden Prozeß durch ein vertikales Ätzverfahren selektiv entfernt wird.

Wie in Fig. 1c dargestellt, wird das erste organische, pho­ toempfindliche Material 3 vollständig entfernt, und auf der gesamten Oberfläche wird ein zweites organisches, photo­ empfindliches Material 3a abgeschieden.

Wie in Fig. 1d dargestellt, wird das zweite organische, photoempfindliche Material 3a ohne Maske so rückgeätzt, daß sich Seitenwände 3b aus organischem, photoempfindlichem Material an den Seitenwänden der undurchsichtigen Schicht 2 bilden.

Wie in Fig. 1e dargestellt, wird die freigelegte Phasen­ schiebeschicht 6 selektiv durch ein Vertikalätzverfahren unter Verwendung der undurchsichtigen Schicht 2 und der Sei­ tenwand des organischen, photoempfindlichen Materials als Maske selektiv entfernt, um das transparente Substrat 1 freizulegen, und das anschließende Entfernen des organi­ schen, photoempfindlichen Materials 3b führt zu einer Lithographiemaske, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung fertiggestellt wurde.

Demgegenüber sind die Fig. 2a bis 2d Querschnitte, die ein Verfahren zum Herstellen einer Lithographiemaske gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen. Bei diesem Verfahren werden wiederum, wie in Fig. 2a darge­ stellt, eine Phasenschiebeschicht 6, ein undurchsichtige Schicht 2 und ein erstes organisches, photoempfindliches Material 3 der Reihe nach auf einem transparenten Substrat 1 abgeschieden. Für das Substrat und die Schichten können die­ selben Materialien wie beim ersten Ausführungsbeispiel ver­ wendet werden. Auch die Dicke T der Phasenschiebeschicht wird entsprechend gewählt.

Der zu Fig. 2b gehörige Vorgang entspricht dem, wie er zu Fig. 1b beschrieben wurde.

Wie in Fig. 2c dargestellt, wird das erste organische, pho­ toempfindliche Material 3, durch das der transparente Be­ reich festgelegt wurde, einer Wärmebehandlung bei einer Tem­ peratur von 250°C unterzogen, um dafür zu sorgen, daß es so fließt, daß es Seitenwände aus organischem, photoempfind­ lichem Material 3c an der Öffnung der undurchsichtigen Schicht 2 ausbildet.

Dann wird die Phasenschiebeschicht 6 belichtet und durch ein vertikales Ätzverfahren unter Verwendung der Seitenwand des organischen, photoempfindlichen Materials 3c als Maske se­ lektiv durch ein vertikales Ätzverfahren entfernt (Fig. 2d), und die anschließende Entfernung des die Seitenwände bilden­ den organischen, photoempfindlichen Materials 3c führt zu einer Lithographiemaske, die gemäß dem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung fertiggestellt wurde.

Die erfindungsgemäß hergestellte Lithographiemaske weist die folgende Struktur auf. Wie in den Fig. 1e und 2d darge­ stellt, ist eine Phasenschiebeschicht 6 außer im transparen­ ten Bereich auf dem transparenten Substrat 1 ausgebildet, und die undurchsichtige Schicht 2 liegt auf der Phasenschie­ beschicht 6 mit Ausnahme der Kanten des Phasenschiebebe­ reichs.

Die Eigenschaften der wie vorstehend beschrieben gemäß der Erfindung hergestellten Lithographiemaske sind die folgen­ den. Die Fig. 3a bis 3c zeigen die Transmission durch eine erfindungsgemäße Lithographiemaske und die Lichtstärke auf einem Wafer, gemessen über die Breite eines durchlässigen Bereichs. Dabei ist in Fig. 3a die Phase von Licht darge­ stellt, das durch eine erfindungsgemäße Lithographiemaske hindurchgelaufen ist. Daraus ist erkennbar, daß die Phase des transmittierten Lichts an den Kanten des undurchsichti­ gen Bereichs durch die Phasenschiebeschicht umgekehrt ist. In Fig. 3b ist die Lichtverteilung auf einem mit photoem­ pfindlichem Material beschichteten Wafer dargestellt. Fig. 3c veranschaulicht die Photowirkung im photoempfindlichen Material, und Fig. 3d ist ein Profil durch einen gemusterten Abschnitt, wenn ein Kontaktloch unter Verwendung einer er­ findungsgemäßen Maske gemustert wird. Es zeigt sich, daß, da die Dicke der Phasenschiebeschicht leicht eingestellt werden kann, eine genaue Begrenzung der Linienbreite und steile Profile erzielbar sind.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer Lithographiemaske, mit folgenden Schritten:

• - Abscheiden einer Phasenschiebeschicht (6) auf ein transparentes Substrat (1),
• - Abscheiden einer undurchsichtigen Schicht (2) auf der Phasenschie­ beschicht (6),
• - Entfernen der undurchsichtigen Schicht (2) in einem vorbestimmten Bereich zwecks Freilegen der Phasenschiebeschicht (6),
• - Bildung von Seitenwänden an den Seiten der undurchsichtigen Schicht (2),
• - Wegätzen der freigelegten Phasenschiebeschicht (6) unter Verwen­ dung der Seitenwände und der verbleibenden undurchsichtigen Schicht als Ätzmasken, und
• - Entfernen der Seitenwände.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bildung der Seitenwände folgendes umfaßt:

• - Aufbringen eines anorganischen, photoempfindlichen Materials (3a) auf die undurchsichtige Schicht (2) sowie auf die freigelegte Phasenschie­ beschicht (6), und
• - Zurückätzen des anorganischen photoempfindlichen Materials, um die Seitenwände (3b) zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bildung der Seitenwände folgendes umfaßt:

• - Aufbringen eines organischen, photoempfindlichen Materials (3) nur auf die undurchsichtige Schicht (2), die bereichsweise entfernt ist, um die Phasenschiebeschicht (6) freizulegen, und
• - Erwärmen des organischen photoempfindlichen Materials (3), um durch Fließen dieses Materials die Seitenwände zu erhalten.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das transparente Substrat (1) aus Quarz besteht.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das organi­ sche, photoempfindliche Material (3) auf Ultraviolettstrahlung, Strahlung im fernen Ultraviolett oder Elektronenstrahlen anspricht.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Material für die undurchsich­ tige Schicht (2) Chrom verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Material für die undurchsich­ tige Schicht (2) Aluminium verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Material für die Phasenschie­ beschicht (6) Siliziumoxid verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Material für die Phasenschie­ beschicht (6) SOG (Spin-On-Glass) verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Material für die Phasenschie­ beschicht (6) Polymethylmethacrylat verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dicke T der Phasenschiebe­ schicht (6) durch die Gleichung T=λ/2(n-1) bestimmt wird, wobei λ die Wellenlänge des Entwicklungslichts und n der Brechungsindex der Phasenschiebeschicht bei der Entwick­ lungswellenlänge ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zum selektiven Entfernen der un­ durchsichtigen Schicht (2) und der Phasenschiebeschicht (6) ein Vertikalätzvorgang ausgeführt wird.