DE4420409B4

DE4420409B4 - Photomaske mit Mustern zur Verringerung der erforderlichen Lichtleistung eines Steppers

Info

Publication number: DE4420409B4
Application number: DE4420409A
Authority: DE
Inventors: Sang Man Ichon Bae
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1993-06-12
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2014-06-11
Also published as: TW240334B; US5468577A; JP2730861B2; DE4420409A1; KR950001887A; JPH07146545A; KR960000179B1

Abstract

Photomaske, gekennzeichnet durch Muster zur Verringerung der erforderlichen Lichtleistung eines Steppers, mit:
zumindest einem ersten abzubildenden Musterbereich 23, in welchem Licht die Photomaske ohne wesentliche Beugung durchdringen kann; und
einem zweiten Musterbereich, in welchem mehrere feine Muster 23' so ausgebildet sind, dass sie als Schlitze dienen, durch welche das Licht gebeugt wird ohne Abbildung der Schlitze, um die Energie des Lichts zu erhöhen, welches auf den ersten Musterbereich aufgestrahlt wird, und in solchem Ausmaß gebeugt wird, dass es eine Energie erlangt, die nicht zur Entwicklung des gesamten lichtempfindlichen Films 27 ausreicht, abgesehen unterhalb des ersten Musterbereiches 23.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Photomaske, die bei der Belichtung eines lichtempfindlichen Films bei einer Halbleitervorrichtung mit Licht einsetzbar ist, und insbesondere eine Photomaske, welche die Belichtung mit einer kleinen Energiemenge durchführen kann, wodurch Energie gespart wird.
Im allgemeinen muß zur Ausbildung eines vorbestimmten Musters eine Reihe von Verfahrensschritten ausgeführt werden, nämlich Beschichtung eines Wafers mit einem lichtempfindlichen Film, Belichten des Films mit Licht über eine Photomaske, und Entwickeln des Films. Wenn ein Kontaktloch ausgebildet werden soll, so ist eine höhere Energie des Bestrahlungslichts erforderlich, als wenn andere Muster gebildet werden sollen.
Zur Erleichterung des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung erfolgt nachstehend eine Beschreibung einer konventionellen Photomaske unter Bezugnahme auf einige der Figuren.
In 5 ist in einer Aufsicht eine konventionelle Photomaske gezeigt. Bei dieser Photomaske besteht ein Bereich zur Belichtung eines lichtempfindlichen Films mit Licht, wodurch ein Kontaktloch ausgebildet werden soll, aus einem chromfreien Material 3, und die anderen Bereiche bestehen aus einer Chromschicht 2.
In den 6A und 6B ist das Ergebnis der Belichtung mit Licht unter Verwendung der konventionellen Photomaske von 5 gezeigt. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, wird bei einer Bestrahlung der konventionellen Photomaske in einem Stepper (einer schrittweise arbeitenden Photolithographievorrichtung) Licht in den Bereichen der Chromschicht 2 oberhalb eines Quarzsubstrates abgeblockt, wogegen es das Quarzsubstrat unterhalb des chromfreien Bereichs durchdringt und vorbestimmte Abschnitte eines lichtempfindlichen Films 7 erreicht, der auf einem Wafer 9 vorgesehen ist. Die bestrahlten, vorbestimmten Abschnitte des lichtempfindlichen Films 7 werden in einem nachfolgenden Entwicklungsverfahren entfernt.
7 zeigt die Intensität des Lichts, welches auf den lichtempfindlichen Film aufgestrahlt wird, woraus hervorgeht, dass der chromfreie Bereich höhere Intensitäten aufweist als die anderen Bereiche.
Es ist zu erwarten, dass die Belichtung mit Licht unter Verwendung der konventionellen Photomaske Schwierigkeiten mit sich bringt, da dann, wenn die Chromschicht einen größeren Teil der Photomaske einnimmt, etwa bei einer Maske für ein Kontaktloch, eine höhere Energie für die Belichtung erforderlich ist. Wird ein Stepper mit niedriger Leistung verwendet, so kann unter Verwendung der konventionellen Photomaske eine hohe Auflösung nur schwer erzielt werden.
Aus der JP-4-268556 ist eine Photomaske mit Lichtabschirmmustern zur Lichtkontrolle, Lichtabschirmmustern zur Bildung von Elektroden und Phasenschiebermustern mit Phasenschiebern mit feinen Abständen bekannt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Überwindung der voranstehend genannten Schwierigkeiten, die beim Stand der Technik auftreten, und in der Bereitstellung einer energiesparenden Photomaske, die so ausgelegt ist, daß sie auftreffendes Licht an mehreren Hilfsmustern beugt, wodurch ein gewünschtes Muster auf einem Wafer mit weniger Energie ausgebildet wird, und daher Energie gespart wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich die voranstehend geschilderten Vorteile durch Bereitstellung einer energiesparenden Photomaske mit folgenden Teilen erzielen: zumindest einem ersten Musterbereich, in welchem Licht die Photomaske ohne Beugung durchdringen kann; und einem zweiten Musterbereich, in welchem mehrere feine Muster auf solche Weise ausgebildet sind, daß sie als Schlitze dienen, durch welche das Licht gebeugt wird, um die Energie des Lichts zu erhöhen, welches auf den ersten Musterbereich aufgestrahlt wird, und in solchem Ausmaß gebeugt wird, daß es keine für die Entwicklung des gesamten lichtempfindlichen Films ausreichende Energie aufweist, abgesehen unterhalb des ersten Musterbereichs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weiter Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
5 eine schematische Aufsicht auf eine konventionelle Maske;
6A und 6B schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Belichtungsvorgangs eines lichtempfindlichen Films mit Licht unter Verwendung der konventionellen Photomaske, entlang einer Schnittlinie A-A' von 5;
7 die Energieverteilung des Lichts, welches auf die Photomaske von 5 aufgestrahlt wird;
1 eine schematische Aufsicht auf eine Photomaske mit Hilfsmustern gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung des Belichtungsvorgangs eines lichtempfindlichen Films mit Licht unter Verwendung einer Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung, im wesentlichen entlang einer Schnittlinie A-A' von 1;
3 die Energieverteilung des Lichts, welches auf die Photomaske von 1 aufgestrahlt wird; und
4 einen Graphen, welcher die Dicke des lichtempfindlichen Films zeigt, die nach der Entwicklung verbleibt, in bezug auf den Energiebetrag des Lichts, welches auf die Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung aufgestrahlt wird.
Zunächst wird bei der ins einzelne gehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen das technische Grundprinzip der vorliegenden Erfindung vorgestellt. Licht mit konstanter Wellenlänge zeigt verschiedene Beugungsgrade abhängig von der Abmessung eines Schlitzes. Ein Hilfsmuster, welches größer als die Wellenlänge des Lichtes ist, welches in einem Stepper verwendet wird, und den Beugungsgrad des Lichts steuern kann, kann dazu verwendet werden, auf einem Wafer ein Muster auszubilden. Dies bedeutet, daß das Bild des Hilfsmusters infolge des hohen Beugungsgrades nicht auf den Wafer übertragen wird. Zusätzlich addiert sich die Intensität des Beugungslichts zur Intensität des Bildes, welches von einem Maskenmuster herrührt, so daß ein vorbestimmtes Muster auf exakte Weise auf dem Wafer mit geringerer Strahlungsenergie hergestellt werden kann.
Eine Photomaske zur Erzielung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, sind abgesehen von chromfreien Bereichen 23 mehrere feine Hilfsmuster 23' aus einem chromfreien Material auf solche Weise ausgebildet, daß sie für das über eine Chromschicht 22 aufgestrahlte Licht die Rolle von Schlitzen bilden. Das feine Hilfsmuster 23' weist solche Abmessungen auf, daß seine kürzeste Länge größer als die Wellenlänge einer Bestrahlungsquelle ist, und seine größte Länge kürzer ist als die dreifache Wellenlänge.
In den 2A und 2B ist das Lithographieverfahren unter Verwendung der Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, erreicht ein über der Photomaske aufgestrahlte Licht einen lichtempfindlichen Film 27 (in diesem Fall einen lichtempfindlichen Positivfilm) über einem Wafer 29 durch ein Quarzsubstrat 24, entweder direkt oder gebeugt.
Das auf den lichtempfindlichen Film, der auf dem Wafer 29 vorgesehen ist, auftreffende Licht läßt sich im wesentlichen in zwei Gruppen einteilen. Eine stammt von den hauptsächlichen, chromfreien Bereichen 23 her, welche einen großen Einfluß auf die Ausbildung eines Musters des lichtempfindlichen Films haben; die andere stammt von der Beugung durch die Schlitze her, nämlich die Hilfsmuster, welche eine Verteilung des Lichts über breite Bereiche hervorrufen. Hierbei wird der lichtempfindliche Film mit schwachem Licht, dem gebeugten Licht, in einigen vorbestimmten Abschnitten 27 belichtet, und mit einem stärkeren Licht, nämlich der Summe des vertikal durch den chromfreien Bereich auftreffenden Lichts und des gebeugten Lichts, in anderen vorbestimmten Abschnitten 28 (lichtempfindlicher Positivfilm).
Daher rührt, wie aus 3 hervorgeht, die Energieverteilung 26 des auf den lichtempfindlichen Film auftreffenden Lichts von der Summe der Energieverteilung 6', die in Abwesenheit der Hilfsmuster 23' gebildet wird, und der Energieverteilung 26'' infolge der Hilfsmuster 23' her, welche über den gesamten lichtempfindlichen Film konstant ist. Daher wird verstärktes Licht auf die vorbestimmten Abschnitte 28 des lichtempfindlichen Films aufgestrahlt, so daß das Muster des lichtempfindlichen Films mit weniger Energie ausgebildet werden kann. In diesem Zusammenhang kann der Hersteller der Maske die Energieverteilung des auftreffenden Lichts durch die Dichte und ordnungsgemäße Anordnung der Hilfsmuster 23' einstellen.
In 4 ist die Dicke des lichtempfindlichen Films aufgetragen, die nach der Entwicklung übrigbleibt, in bezug auf die Lichtenergie. Eine Entwicklung des belichteten, lichtempfindlichen Films läßt nur die vorbestimmten Bereiche 27 übrig, wobei der lichtempfindliche Positivfilm 28 entfernt wird. Dies liegt daran, daß mit dem gebeugten Licht infolge des Hilfsmusters 23' nicht die bestimmte Energiemenge (Ei) erreicht werden kann, die zur Entfernung des lichtempfindlichen Films erforderlich ist.
Wie voranstehend erläutert kann eine Verteilung von Bestrahlungslicht hoher Energie über einem vorbestimmten Abschnitt nur dadurch erzielt werden, daß eine geeignete Umordnung der Hilfsmuster erfolgt, ohne die Intensität der Lichtquelle zu erhöhen, gemäß der vorliegenden Erfindung. Daher läßt sich mit der vorliegenden Erfindung eine Verringerung der Bearbeitungszeit erzielen, sowie eine Verlängerung der Lebensdauer einer Lichtlampe in dem Stepper, und ebenso die Nutzung eines Steppers mit niedrigerer Leistung.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung wie voranstehend beschrieben werden Fachleuten auf diesem Gebiet nach Kenntnis der voranstehenden Beschreibung auffallen. Zwar wurden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung mit zahlreichen Einzelheiten beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß sich Variationen und Abänderungen dieser Ausführungsformen durchführen lassen, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben.

Claims

Photomaske, gekennzeichnet durch Muster zur Verringerung der erforderlichen Lichtleistung eines Steppers, mit: zumindest einem ersten abzubildenden Musterbereich 23, in welchem Licht die Photomaske ohne wesentliche Beugung durchdringen kann; und einem zweiten Musterbereich, in welchem mehrere feine Muster 23' so ausgebildet sind, dass sie als Schlitze dienen, durch welche das Licht gebeugt wird ohne Abbildung der Schlitze, um die Energie des Lichts zu erhöhen, welches auf den ersten Musterbereich aufgestrahlt wird, und in solchem Ausmaß gebeugt wird, dass es eine Energie erlangt, die nicht zur Entwicklung des gesamten lichtempfindlichen Films 27 ausreicht, abgesehen unterhalb des ersten Musterbereiches 23.
Photomaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feinen Muster 23' innerhalb der Muster eine kürzeste Länge aufweisen, die größer als die Wellenlänge des Lichts ist, und eine größte Länge, die kürzer ist als das Dreifache der Wellenlänge.
Photomaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Musterbereich Abmessungen aufweist, die zur Festlegung der Abmessungen eines Kontaktloches ausreichen.
Photomaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Musterbereich 23 reliefartig und der zweite Musterbereich im Tiefdruck ausgeformt ist und der zweite Musterbereich mit Chrom beschichtet ist.