HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
bzw. Bildung eines Photomaskenmusters, in dem ein Muster bzw.
eine Struktur eines integrierten Schaltkreises auf einem
Halbleitersubstrat gebildet wird, und insbesondere auf ein
Verfahren zur Bildung eines Phasenverschiebungs-Maskenmusters
mit hoher Genauigkeit.
In Beziehung stehender Stand der Technik
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Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wie sie
durch eine integrierte Halbleiterschaltung repräsentiert wird
(sie wird in dieser Beschreibung mit LSI abgekürzt), wird ein
photomechanisches Verfahren verwendet, auf das als sogenannte
Photolithographietechnik Bezug genommen wird, um auf
effiziente Weise ein Muster eines integrierten Schaltkreises
auf einen Halbleiterwafer zu bilden.
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Diese Photolithographietechnik verwendet eine vorgeformte
Photomaske, um ein Muster für den Diffusionsbereich von
Fremdatomen, Verdrahtungsmuster oder Kontaktlöcher auf einem
Wafer zu bilden, wobei ein der Photomaske entsprechendes
Muster optisch auf den Wafer übertragen wird.
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Herkömmlicherweise wurde ein Muster einer lichtundurch
lässigen Schicht bzw. eines lichtundurchlässigen Films als
Photomaske verwendet, der aus Chrom bestand, das auf einem
transparenten Substrat, das aus Quarz hergestellt worden war,
aufgebracht worden war. Ein Verfahren zur Herstellung eines
Photomaskenmusters für die Herstellung eines Musters eines
integrierten Schaltkreises auf einem Halbleitersubstrat ist
in der deutschen Patentschrift DE-A-3707130 beschrieben. Mit
höherer Integration des LSI und einer feineren Ausbildung des
Musters auf dem Wafer wurden Versuche zur Verbesserung der
Auflösung eines Übertragungsmusters durch das Variieren der
Bau- bzw. Ausführungsform der Photomaske unternommen.
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Einer dieser Versuche hat mit einer Phasenverschiebungsmaske
zu tun. Die Phasenverschiebungsmaske ist eine Maske, in der
zusätzlich zu einem üblichen Muster, das aus einem Bereich
eines lichtundurchlässigen Films und einem lichtdurchlässigen
Bereich besteht, auf der Maskenoberfläche ein Muster gebildet
ist, das aus einem sogenannten Phasenschieber (phase shifter)
besteht. Durch Bildung einer Maske mit geeigneter Gestaltung
der Phase des Phasenschiebers und des Positionsverhältnisses
zwischen dem Muster aus dem lichtundurchlässigen Films und
dem lichtdurchlässigen Muster kommt dem Phasenschieber die
Aufgabe zu, die Phase des durchgelassenen Lichts zu
verändern, wodurch eine Phasenverschiebungsmaske mit einer
höheren Grenze der Auflösung als bei üblichen Masken, selbst
mit der gleichen Projektionslinse, erhalten werden kann.
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Kürzlich wurden die nachstehenden drei Strukturtypen für die
Phasenverschiebungsmaske vorgeschlagen (siehe Nikkei
Microdevices, Juli 1990, S. 108-114, und April 1991, S. 75-77).
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(1) Raumfreguerizmodulationstyp
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(2) Intensivierter Randtyp
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(3) Typ mit übertriebener Lichtabschirmwirkung
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Unter diesen Verfahren weisen die Verfahren (1) und (3)
einige gut bekannte Probleme bei der praktischen Verwendung
für das Verfahren zur Herstellung von Halbleitern auf,
dergestalt, daß das Anordnen eines Musters eines Phasenschiebers
in Abhängigkeit von der Gestalt des zu bildenden Musters
schwierig sein kann, und nur der negative Photoresisttyp bei
der Übertragung eines Musters verwendet werden kann.
Andererseits gestattet das Verfahren (2) aufgrund der
Maskenbauweise, in der das Muster des Phasenschiebers nur an einem
Grenzbereich zwischen dem lichtdurchlässigen Muster und dem
Muster aus dem lichtundurchlässigen Film bereitgestellt wird,
die Anordnung eines Phasenschiebers für ein Muster beliebiger
Gestalt. Es weist auch bei der praktischen Verwendung eine
Anzahl von Vorteilen auf, dergestalt, daß entweder ein
Photoresist vom positiven oder negativen Typ verwendet werden
kann.
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Eines der Herstellungsverfahren für die Phasenschiebermaske
zeichnet sich dadurch aus, daß nach der Bildung des Musters
aus dem lichtundurchlässigen Film auf der Oberfläche eines
Maskensubstrats mittels des Lithographieverfahrens ein
transparenter Film auf der gesamten Fläche des
Maskensubstrats gebildet wird und nur der Randbereich des
lichtundurchlässigen Films übrigbleibt, um dadurch einen
Phasenschieber herzustellen.
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Ein weiteres Verfahren wird zur Verfügung gestellt, in dem
nach dem Aufbringen des Photoresists auf die Oberfläche eines
Substrats mit dem darauf gebildeten Muster aus einem
lichtundurchlässigen Film eine Photomaske mittels
Selbstausrichtung bzw. -justierung nur auf dem lichtundurchlässigen Film
gebildet wird, wobei eine Entwicklung der gesamten Fläche
mittels des Belichtens mit ultraviolettem Licht von der
Rückseite erfolgt, und anschließend ein anisotropes Ätzen auf der
Oberfläche des Substrats durchgeführt wird, um die
Substratoberfläche bis zu einer beabsichtigten Tiefe zu entfernen.
Dann wird nur das zwischen der Photoresistmaske und dem
Substrat verbliebene Muster aus dem lichtundurchlässigen Film
isotrop geätzt, wobei es seitlich gezielt bis zu einer
beabsichtigten Breite geätzt wird, und dann wird die
Photoresistmaske entfernt. In diesem Fall ist ein mittels des Ätzens des
Substrats gebildeter Stufenbereich der Phasenschieber.
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Dieses letzte Verfahren weist, obgleich die Anzahl
lithographischer Prozesse bei der Erzeugung der Maske um einen
Schritt zunimmt, mehr Vorteile als das erste Verfahren auf,
insofern, als daß die Resistmaske für die Herstellung des
Phasenschiebers mittels Selbstjustierung hergestellt werden
kann und keine Hinzunahme eines Filmbildungsverfahrens für
den Phasenschieber erforderlich ist.
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In dem erstgenannten Verfahren, in dem ein transparenter Film
über die gesamte Oberfläche des Maskensubstrats mit dem
darauf gebildeten Muster aus einem lichtundurchlässigen Film
gebildet und ein Phasenschieber mittels des
Lithographieverfahrens hergestellt wird, werden das Filmbildungsverfahren
und das Lithographieverfahren in bezug auf die
Maskenerzeugung zweimal durchgeführt und es ist schwierig eine
ausreichende Ausrichtungsgenauigkeit zwischen dem Muster aus dem
lichtundurchlassigen Film und dem Phasenverschiebungsmuster
auf der Maskenoberfläche sicherzustellen, da eine
Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur für die Verwendung bei der
Maskenbildung normalerweise keine der Ausrichtungseigenschaft
entsprechende Funktion aufweist, wie sie in einer optischen
Belichtungsapparatur zur Verfügung gestellt wird.
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In letzterem Vorschlag ist es unmöglich, da die bei der
anisotropen Ätzung des Maskensubstrats verwendete Resistmaske
direkt als Ätzmaske beim Seitenätzen des Musters aus dem
lichtundurchlassigen Film verwendet wird, den Einfluß der
Verschlechterung des Seitenwand-Schutzfilms oder Resists, das
beim anisotropen Ätzen gebildet wird, und die Variation der
Größe zu ignorieren, wodurch es zu Problemen, betreffend die.
Genauigkeit des Seitenätzens, die Reproduzierbarkeit und das
Auftreten vieler Fehler, kommt.
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Wievorstehend beschrieben, war es mit den bislang
vorgeschlagenen Verfahren schwierig die Genauigkeit bei der
Bildung des Phasenschiebersmusters zu verbessern und deshalb
war es extrem schwierig eine Auflösung der
Phasenverschiebungsmaske wie geplant zu realisieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabde der Erfindung die Probleme zu lösen, die
das wie vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung der
Phasenverschiebungsmaske vom Stand der Technik betreffen, und
ein Verfahren zur Herstellung sowohl eines Musters aus einem
lichtundurchlässigen Film als auch eines
Phasenschiebermusters mit höherer Auflösung, weniger Fehlern und größerer
Stabilität zur Verfügung zu stellen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines
Photomaskenmusters schließt die Herstellung einer Siliciumschicht
bzw. eines Siliciumfilms auf der Oberfläche eines Substrats
für die Photomaske und eines Siliciumnitridfilms darauf, ein
anschließendes Mustern des Siliciumfilms und des
Siliciumnitridfilms mittels des photolithographischen Verfahrens in
einer gewünschten Form, das Oxidieren des Randbereichs des
gemusterten Siliciumfilms, um nur an dem Randbereich einen
lichtdurchlässigen Bereich zur Verfügung zu stellen, der aus
einem Siliciumoxidfilm besteht, und das Entfernen des
Siliciumnitridfilms ein.
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Üblicherweise ist der lichtundurchlässige Film für die
Photomaske ein Film, der aus Chromoxid, Chromnitrid oder
Chromstickstoffoxid hergestellt ist und auf dem metallischen
Chromfilm aufgebracht ist. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß seine ungewöhnliche Filmbauweise allen Erfordernissen,
betreffend die Lichtundurchlässigkeit, die Haftung, die
Säurebeständigkeit, die Stabilität und die
Musterungseigenschaften, gerecht wird, die für den lichtundurchlässigen Film
für die Photomaske notwendig sind, wobei der Chrom- und der
Chromverbindungsfilm in der Erfindung jedoch nicht als der
lichtundurchlässige Film verwendet werden kann, da er durch
eine chemische Veränderung nicht in einen transparenten
Feststoff umgewandelt werden kann.
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Deshalb fanden die Erfinder als Ergebnis sorgfältiger
Untersuchungen über das lichtundurchlässige Material für die
Verwendung in der Erfindung, daß metallisches Silicium am
geeignetsten ist. Der metallische Siliciumfilm weist für Licht
im roten bis zum infraroten Bereich
Durchlässigkeitseigenschaften auf, wobei er aber für Licht von 450 nm oder
weniger, das im Photolithographieverfahren angewandt wird,
Lichtundurchlässigkeitseigenschaften zeigt. Außerdem weist er eine
ausgezeichnete Haftung an Silciumoxid auf, das als
Photomaskensubstrat verwendet wird, wobei seine Wärmebeständigkeit
durch die starke Säure, wie wärmekonzentrierte Schwefelsäure
oder Salpetersäure, die bei der normalen Säurereinigung
verwendet
wird, wenig beeinträchtigt wird. Er ist auch chemisch
stabil und weist zum Beispiel alle Eigenschaften auf, die für
einen lichtundurchlässigen Film einer Photomaske erforderlich
sind, da in bezug auf die Musterung das anisotrope
Ätzverfahren unter Trockenätzung so gut wie etabliert ist. Ferner
ist bekannt, daß sich das metallische Silicium in einer
oxidierenden Atmosphäre und bei hoher Temperatur von der
Oberfläche ausgehend allmählich in einen homogenen
Siliciumoxidfilm umwandelt. Dementsprechend werden, nachdem ein Film zur
Verhinderung der Durchdringung mit Sauerstoff, zum Beispiel
ein Siliciumnitridfilm, auf die obere Schicht des
metallischen Siliciumfilms aufgebracht worden ist, der metallische
Siliciumfilm oder der Siliciumnitridfilm gleichzeitig
gemustert und dann oxidiert, wobei lediglich die Seitenfläche
des metallischen Siliciums freiliegt, wodurch es zu einem
Wachstum des Siliciumoxidfilms von der obersten Schicht auf
der Seitenfläche des metallischen Siliciums zu der Innenseite
des Musters kommt und der metallische Siliciumfilm an dem
Randbereich des Musters wie ein Streifen von dem Silicium
oxidfilm umgeben wird. Die so erhaltene Musteranordnung ist
genau die gleiche wie diejenige der Phasenverschiebungsmaske
bei dem intensivierten Randtyp, bei dem der metallische
Siliciumfilm zum lichtundurchlässigen Film und der
Siliciumoxidfilm zu einem Phasenschieber gemacht wurde.
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Dader Phasenschieber durch das erfindungsgemäße Verfahren
und mittels Selbstjustierung mit einer im wesentlichen
gleichmäßigen Breite selektiv nur in dem Randbereich des
Musters aus dem lichtundurchlässigen Film angeordnet werden
kann, darf der Schluß gezogen werden, daß dies ein ideales
Verfahren zur Herstellung eines Phasenschiebermusters ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Figuren 1A bis 1E sind schematische Ansichten, die ein
erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für eine Maske
illustrieren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die Figuren 1A bis 1E sind schematische Schnittansichten
einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßes Verfahrens zur
Herstellung eines Mikromusters.
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Gemäß einer bevorzuten Ausführungsform der Erfindung wird
zunächst ein Substrat 30 für die Photomaske hergestellt. Für
das Substrat ist es nur erforderlich, daß es eine
lichtdurchlässige Fläche aufweist, um ein Maskenmuster zu bilden, und
es kann zum Beispiel aus Glas oder Quarz hergestellt sein.
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Dann wird ein Siliciumfilm 10 gebildet und darauf ein
Siliciumnitridfilm 40. Der Siliciumfilm 10 kann aus
einkristallinem Silicium, polykristallinem Silicium, mikrokristallinem
Silicium oder amorphem Silicium gefertigt sein. Der
Siliciumnitridfilm 40 kann SixN1-x (0 < x < 1) sein. Diese Filme
werden mittels des CVD-, des Sputter- oder des
Dampfauftragsverfahrens hergestellt.
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Danach werden der Siliciumfilm 10 und der
Siliciumnitridfilm 40 entsprechend einem Maskenmuster geätzt, so daß die
Muster 12 und 41 zurückbleiben.
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Nach einer thermischen Oxidation wird der Randbereich des
Musters 12 aus dem Siliciumfilm, der nicht mit dem
Siliciumnitridmuster 41 bedeckt ist, das einen oxidationsbeständigen
Film darstellt, zu dem Siliciumoxidfilm 21. Danach werden
überflüssige Bereiche des Siliciumoxidfilms 21 in
Übereinstimmung mit dem Siliciumnitridmuster 41 entfernt, so daß das
Siliciumoxidmuster 20 gebildet wird. Schließlich wird durch
Entfernen des Siliciumnitridmusters 41 die
Phasenverschiebungsmaske hergestellt.
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Unter Verwendung dieser Maske wird ein Photoresist auf einem
Halbleiterwafer mit g-Strahlen, i-Strahlen, einem Excimer-
Laser oder Röntgenstrahlen belichtet, um einen integrierten
Schaltkreis herzustellen, und es wird ein Schaltkreismuster
auf die Maske übertragen.
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Danach wird das Photoresist entwickelt und der Film unter dem
Photoresist geätzt, oder es werden Fremdatome diffundiert,
wobei der verbliebene Photoresistbereich, der die Form des
Schaltkreismusters aufweist, als Maske verwendet wird. Ein
gewünschtes Schaltkreismuster wird auf dem Halbleiterwafer
gebildet.
(Experimentelles Beispiel 1)
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Wie in Fig. 1A gezeigt, wurde mittels des CVD-Verfahrens ein
0,5 µm dicker Polysiliciumfilm 10 auf der Oberfläche eines
Substrats 30 gebildet, das aus synthetischem Quarz als
Substrat für die Photomaske gefertigt worden war. Anschließend
wurde mittels des CVD-Verfahrens ein 0,2 µm dicker
Siliciumnitridfilm 40 auf die Oberfläche des Polysiliciumfilms 10
aufgebracht.
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Dann wurden der Polysiliciumfilm 10 und der
Siliciumnitridfilm 40 gleichzeitig mittels des Photolithographieverfahrens
und eines anisotropen Ätzens gemustert. Bei dieser Musterung
ist das Muster 12 aus dem Polysiliciumfilm in Form eines
Sandwiches zwischen dem Substrat 30 und dem Muster 41 aus dem
Siliciumnitridfilm eingeschlossen, wie in Fig. 1E in Form des
Querschnitts gezeigt ist.
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Dann wurde das Substrat 30 mit dem darauf gebildeten
Muster 12 aus dem Polysiliciumfilm und dem Muster 41 aus dem
Siliciumnitridfilm 30 Stunden lang in einer
Wasserdampfatmosphäre bei 800 ºC oxidiert und dann wurde ein
Siliciumoxidmuster 21 mit einer Breite von 1,0 µm um den Rand des
Musters 12 aus dem Polysiliciumfilm gebildet, wie in Fig. 1C
gezeigt ist.
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Ferner wurde der Siliciumoxidfilm, der bauchig aus dem
Muster 41 aus dem Siliciumnitridfilm herausragte, mittels
eines anisotropen Ätzens unter Verwendung des reaktiven
Ionenätzens entfernt, wöbei das Muster 41 aus dem
Siliciumnitridfilm als Maske fungierte. Dies ist in Fig. 1D gezeigt.
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Schließlich konnte durch das Entfernen des Musters 41 aus dem
Siliciumnitridfilm in siedender Phosphorsäure (85%) ein
Mikromuster mit einer Bauform gebildet werden, in der ein
Muster 20 aus einem Siliciumoxidfilm, 1,0 mm dick und 0,7 mm
breit, um den Rand des Musters 12 aus dem Polysiliciumfilm
angeordnet war, wie in Fig. 1E gezeigt ist.
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Ein anderes Herstellungsverfahren wird zur Verfügung
gestellt, in dem nach der Bildung eines Polysiliciumfilms 10
auf der Oberfläche des zunächst bereitgestellten Substrats 30
und vor dem Aufbringen des Siliciumnitridfilms 40 auf die
vorstehend beschriebene Weise ein zusätzliches Verfahren der
Implantation von Phosphorionen mit 1 x 10¹&sup6; Ionen/cm² und bei
70 keV in die gesamte Oberfläche des Polysiliciumfilms 10
mittels Ionenimplantation zur Verfügung gestellt wird, und
ferner kann, wenn das Muster 21 aus dem Siliciumoxidfilm um
den Rand des Musters 12 aus dem Polysiliciumfilm gebildet
wird, nach einem 30minütigen Glühen bzw. Tempern in einer
Stickstoffatmosphäre bei 950 ºC, anstelle einer 30stündigen
Oxidation in einer Wasserdampfatmosphäre bei 800 ºC das
Anodisieren in einem Elektrolyten einer wäßrigen, 85%igen
Phosphorsäurelösung mit dem Muster aus dem Polysiliciumfilm
als Anode durchgeführt werden.
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Obwohl in diesem Beispiel die Bildung des Siliciumfilms
mittels des CVD-Verfahrens durchgeführt wurde, ist es
selbstverständlich, daß eine Bildung des Siliciumfilms durch
Sputtern oder Vakuumdampfauftrag mit im wesentlichen gleichen
Wirkungen durchgeführt werden kann.
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Es wird auch deutlich, daß es möglich ist, ein Mikromuster zu
erhalten, in dem das lichtdurchlässige Muster 21 aus dem
Siliciumoxidfilm um den Rand des Musters 12 aus dem
Siliciumfilm angeordnet ist, selbst wenn das Muster 41 aus dem
Siliciumnitridfilm in einem in Fig. 1C gezeigten Zustand, in
dem der Siliciumoxidfilm 21 gebildet wurde, das heißt in
einem Zustand vor dem Ätzen des Musters 21 aus dem
Siliciumoxidfilm mit dem Muster 41 aus dem Siliciumnitridfilm als
Maske, entfernt wird.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines
Mikromusters kann ein sehr genaues Mikromuster mit weniger
Fehlern und größerer Stabilität gebildet werden, nachdem der
Siliciumfilm und der Siliciumnitridfilm in dieser Reihenfolge
auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht worden sind, sie
mit dem Photolithographieverfahren gemustert worden sind, und
der Randquerschnitt oxidiert worden ist, wodurch nur in dem
Randbereich ein lichtdurchlässiger Bereich verbleibt, der aus
einem Siliciumoxidfilm besteht.
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Es wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem sowohl
ein Muster aus einem lichtundurchlässigen Film als auch ein
Phasenschiebermuster mit größerer Genauigkeit, weniger
Fehlern und größerer Stabilität hergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird auf der Oberfläche eines Substrats für
eine Photomaske ein Siliciumfilm gebildet und darauf wird ein
siliciumnitridfilm gebildet. Dann werden der Siliciumfilm und
der Siliciumnitridfilm mittels des
Photolithographieverfahrens in gewünschter Form gemustert und der Randbereich des
gemusterten Siliciumfilms wird oxidiert, um nur an dem
Randbereich einen lichtdurchlässigen Bereich zur Verfügung zu
stellen, der aus einem Siliciumoxidfilm besteht, und der
Siliciumnitridfilm wird entfernt.