DE102004003341A1

DE102004003341A1 - Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102004003341A1
Application number: DE102004003341A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Nölscher
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: DE102004003341B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbtonphasenmaske zur Projektion eines Musters von Strukturelementen auf eine lichtempfindliche Schicht, insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltungen. Die Halbtonphasenmaske umfasst ein transparentes Maskensubstrat (10), einen ersten Anteil (12) eines Musters, bei dem erste Strukturelemente (14) als erhabene Stege aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der Oberfläche (11) des Maskensubstrats (10) angeordnet ist, derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der ersten Strukturelemente (14) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung von ungefähr 180 DEG und eine erste Transmissionsminderung gegenüber einem das Maskensubstrat (10) außerhalb der ersten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahl erfährt, und einen zweiten Anteil (18) des Musters, bei dem zweite Strukturelemente (20) als erhabene Stege (22) aus dem semitransparenten Material, das auf der ebenen Oberfläche (11) des Maskensubstrats (10) angeordnet ist, und zu den zweiten Strukturelementen (20) benachbarte Gräben (26) in der Oberfläche des Maskensubstrats (26) derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der zweiten Strukturelemente (20) durchdringender Lichtstrahl ebenfalls einen Phasensprung von ungefähr 180 DEG , aber eine zum ersten Bereich unterschiedliche Transmissionsminderung erfährt. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung der Halbtonphasenmaske sowie deren Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen zur Projektion eines auf der Maske gebildeten Musters von Strukturelementen auf eine lichtempfindliche Schicht, insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterwafer, und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Integrierte Schaltungen werden mittels photolithographischer Projektion von Mustern, die auf Photomasken gebildet sind, auf Halbleiterwafer hergestellt. Für jede Ebene wird dabei in der Regel eine Maske mit dem der Schaltungsebene entsprechenden Muster verwendet.

Photomasken oder Retikel werden im Bereich der Halbleiterfertigung eingesetzt, um mittels lithographischer Projektion auf einen mit einem fotoempfindlichen Lack beschichteten Halbleiterwafer in den Lack ein Muster von Strukturelementen zu bilden. Die Wahl der lateralen Ausdehnung der auf dem Halbleiterwafer zu bildenden Strukturelemente ist dabei aufgrund einer insbesondere durch das Projektionssystem vorgegebenen unteren Auflösungsgrenze eingeschränkt. Die Auflösungsgrenze hängt ab von der Belichtungswellenlänge, der Aperturgröße des Linsensystems, oder beispielsweise von der Art der Beleuchtungsquelle des Projektionssystems, etc.

Hochintegrierte Schaltungen, wie beispielsweise dynamische oder nichtflüchtige Speicher sowie Logikbausteine, werden zur Zeit mit Schaltungselementen hergestellt, deren Breite bis herunter zu 70 nm reicht. Im Beispiel der Speicherbausteine gilt dies beispielsweise für die sehr dicht und periodisch angeordneten Muster von schmalen Wort- oder Bitleitungen sowie gegebenenfalls der entsprechenden Kontaktierungen oder Speichergräben.

Dabei kann es oftmals vorkommen, dass die entsprechenden hochintegrierten Strukturmuster in einer Schaltungsebene mit dem die Strukturelemente elektrisch anschließenden Peripheriebereich gemeinsam angeordnet sind. Strukturelemente, beispielsweise Leiterbahnen, solcher Peripheriebereiche unterliegen zumeist relaxierten Anforderungen an die Strukturbreite. Auf der für die Bildung der Schaltungsebene einzusetzenden Photomaske sind demnach gemeinsam dichte, oftmals periodische Anordnungen von Strukturelementen sowie isolierte oder halbisolierte, größer dimensionierte Strukturelemente gemeinsam in einem Muster angeordnet.

Es ist bekannt, dass bei der lithographischen Projektion Strukturelemente, deren Breite jeweils in der Nähe der Auflösungsgrenze des betreffenden Belichtungsgerätes liegt, aufgrund der optischen Abbildungseigenschaften anders als größer dimensionierte, nicht-periodische Strukturelemente in die Bildebene übertragen werden. Dies liegt einerseits an der nur begrenzten numerischen Apertur des Belichtungsgerätes, andererseits auch an den individuellen Belichtungseinstellungen in dem Gerät. Bei Vorhandensein von Linsenaberrationen, beispielsweise aufgrund von Linsenfehlern, können sich die unterschiedlichen Abbildungseffekte verstärken, welches insbesondere Linienbreitenvariationen oder auch Lagegenauigkeitsfehler in den Strukturmusteranteilen sichtbar werden.

Die Auflösungsgrenze eines Projektionssystems lässt sich aber auch durch den Einsatz moderner lithographischer Techniken bei den für eine Belichtung verwendeten Masken verringern. Dies betrifft vor allem den Bereich der Phasenmasken, welche auch Phasenschiebermasken genannt werden (englisch: Phase Shift Masks).

Ein besonderer Typ ist die sogenannte Halbton-Phasenmaske (englisch: Attenuated Phase Shift Mask). Die auf konventionellen Chrom-Masken als opake Schichten auf transparentem Trägersubstrat ausgebildeten Strukturelemente werden bei den Halbtonmasken halbdurchlässig, d.h. semitransparent, und phasenschiebend ausgeführt. Der Begriff "halbdurchlässig" ist etwas irreführend, da der Transmissionsgrad, d.h. derjenige Anteil des einfallenden Lichtes, welcher die semitransparente Schicht durchdringen und das transparente Trägersubstrat erreichen kann, je nach Anwendungsfall in einem weiten Bereich zwischen einigen wenigen Prozent (z.B. 3%) der Intensität des einfallenden Lichtstrahls und über 50% betragen kann. Der mit einem Phasenhub von typischerweise 180° beaufschlagte und aufgrund des niedrigen Transmissionsgrades abgeschwächte Lichtstrahl bewirkt eine gegenüber herkömmlichen Chrom-Strukturelementen erhöhte Kontrastverstärkung an den Kanten von transparenten und semitransparenten Teilbereichen. Bei den Halbton-Phasenmasken können daher semitransparente Strukturelemente mit hoher Maßhaltigkeit auf einem Halbleiterwafer abgebildet werden.

Ein besonderes Problem besteht allerdings bei den Halbton-Phasenmasken darin, dass die kontrastverstärkende Wirkung für dichte Gebiete von Strukturelementen verschieden von derjenigen isoliert stehender Strukturelemente ist. Im allgemeinen wird versucht, bei sehr dichten Gebieten den Transmissionsgrad der semitransparenten Strukturelemente sehr hoch, d.h. im Bereich von etwa 50%, zu wählen. In der Umgebung isolier ter oder semi-isolierte Strukturelemente führt ein hoher Transmissionsgrad zu zusätzlich vorhandenen Beugungsbildern, die aufgrund von höheren Beugungsordnungen entstehen. Dieses Phänomen ist in der Technik als Side-Lobe-Printing bekannt und kann durch eine reduzierte Transmission beseitigt werden. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass die gleichzeitige Optimierung für dichte und isolierte Strukturelemente schwierig ist und das vorhandene Prozessfenster auf nachteilhafte Weise verringert wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Halbtonphasenmaske zu schaffen, bei der sowohl dichte als auch isoliert stehende Strukturanordnungen gemeinsam mit hoher Maßhaltigkeit auf einen Halbleiterwafer abgebildet werden können, sowie ein Verfahren anzugeben, das eine einfache Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen zur Projektion eines auf der Maske gebildeten Musters von Strukturelementen auf eine lichtempfindliche Schicht, insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterwafer, gelöst, die folgendes umfasst:

– ein transparentes Maskensubstrat;
– einen ersten Anteil eines Musters, bei dem erste Strukturelemente als erhabene Stege mit einer ersten Höhe aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats angeordnet ist, derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der ersten Strukturelemente im Bereich der ebenen Ober fläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt; und
– einen zweiten Anteil des Musters, bei dem zweite Strukturelemente als erhabene Stege mit einer zweiten Höhe aus dem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats angeordnet ist, und benachbart zu den zweiten Strukturelementen angeordnete Gräben in der Oberfläche des Maskensubstrats mit einer Tiefe derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der zweiten Strukturelemente im Bereich der Gräben in der Oberfläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt.

Die erfindungsgemäße Halbton-Phasenmaske weist Strukturelemente eines ersten Anteils und eines zweiten Anteils des Muster auf, die mit semitransparenten phasenverschiebendem Material unterschiedlicher Dicke ausgeführt sind. Vorteilhafterweise sind die Strukturelemente auf dem gleichen Maskensubstrat angeordnet, bei dem die Höhe des ersten Strukturelements so gewählt ist, dass sich ein Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, ergibt. Dieser Wert lässt sich auch für die zweiten Strukturelemente erreichen, da die Höhe der zweiten Strukturelemente anhand des benötigten Transmissionsgrad gegeben ist, während der nötige phasendrehende Anteil durch die Tiefe der Gräben bestimmt wird. Somit ist es möglich eine Halbtonphasenmaske mit jeweils optimierten Bedingungen für die ersten und die zweiten Strukturelemente zu bilden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt bei der Halbtonphasenmaske der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls weniger als 10%, vorzugsweise ungefähr 6%, und der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls zwischen 10% und 70%, vorzugsweise zwischen 20% und 60%.

Damit weist die Halbtonphasenmaske zur optimierten Projektion der Anteile des Muster Transmissionsgrade auf, die sich deutlich voneinander unterscheiden. So kann beispielsweise bei einem Muster, dessen erster Anteil mit einer niedrigen Transmission verbunden ist, die Höhe der ersten Strukturelemente anhand der gewünschten Transmission ausgeführt sein. Für die zweiten Anteile des Musters sind auf dem gleichen Maskensubstrat zweite Strukturelemente mit der hohen Transmission vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht bei der Halbtonphasenmaske das Maskensubstrat aus Quarz, d.h. aus Siliziumdioxid, oder aus Kalzium-Fluorid.

Die Verwendung eines Maskensubstrats aus Quarz, vorzugsweise aus Siliziumdioxid, ist der Einsatz kommerziell erhältlicher Maskenrohlinge möglich. Damit lassen sich kostengünstige Halbtonphasenmasken mit hoher Gutausbeute herstellen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst bei der Halbtonphasenmaske das semitransparente phasenschiebende Material Molybdän-Silicid.

Die Verwendung von Molybdän-Silicid als semitransparentes phasenschiebendes Material ist bei kommerziell erhältlichen Maskenrohlingen üblich. Damit lassen sich kostengünstige Halbtonphasenmasken auf der Basis kommerziell erhältlicher Maskenrohlinge herstellen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst bei der Halbtonphasenmaske der erste Anteil des Musters semiisolierte Strukturen.

Bei semiisolierten Strukturen ist oftmals eine Projektion mit niedrigem Transmissionsgrad erwünscht, um das sogenannte Side-Lobe-Printing zu eliminieren. Vorteilhafterweise lässt sich dies mit der Halbtonphasenmaske gemäß dieser Ausführungsform realisieren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst bei der Halbtonphasenmaske der zweite Anteil des Musters ein dichtes Linien-Spalten- Muster.

Bei dichten Linien-Spalten-Mustern ist oftmals eine Projektion mit hohem Transmissionsgrad erwünscht, um eine möglichst hohe Abbildungsqualität zu erreichen. Vorteilhafterweise lässt sich dies mit der Halbtonphasenmaske realisieren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht bei der Halbtonphasenmaske das Muster einer Ebene eines Schaltungsmusters eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff.

Ein dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff weist im Bereich der Speicherzellen dichte Strukturen (Linien-Spalten-Muster) auf, die bei der Herstellung der integrierten Schaltung bevorzugt mit einer Halbtonphasenmaske hoher Transmission übertragen werden. Gleichzeitig umfasst das Schaltungsmus ter im Bereich der Supportlogik außerhalb des Speicherzellenfeldes auch isolierte und semi-isolierte Strukturen, deren Abbildung mit niedriger Transmission erfolgen soll. Die Halbtonphasenmaske gemäß dieser Ausführungsform stellt verschiedene Transmissionsgrade für die gleichzeitige Optimierung beider Strukturanteile zur Verfügung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halbtonphasenmaske im Maskensubstrat einen mehrschichtigen Aufbau mit wenigstens einer parallel und an der Oberseite liegenden Schicht auf, wobei die Dicke der Schicht auf der Oberseite des Maskensubstrats der Tiefe der Gräben entspricht.

Die Halbtonphasenmaske lässt sich sehr einfach herstellen, da ein auf die im Vergleich zum Maskensubstrat selektiver Ätzschritt die Schicht freilegen kann, wobei aufgrund des mehrschichtigen Aufbaus eine hohe Reproduzierbarkeit der gewünschten Transmissionen der Maske erreicht wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halbtonphasenmaske darüber hinaus einen dritten Anteil des Musters auf, bei dem dritte Strukturelemente als erhabene Stege mit einer dritten Höhe aus dem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats angeordnet ist, wobei das Maskensubstrat weitere Gräben mit einer weiteren Tiefe aufweist, die benachbart zu den dritten Strukturelementen angeordnet ist, derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der dritten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der dritten Strukturelemente im Bereich der weiteren Gräben in der Oberfläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt, wobei die weitere Tiefe der weiteren Gräben größer als die Tiefe der Gräben ist.

Diese Ausführungsform eignet sich für die gleichzeitige Projektion mehrerer Anteile des Musters, wobei die erreichbaren Transmissionsgrade einzeln optimierbar sind. So lassen sich beispielsweise Anteile mit niedriger Transmission, mit mittlerer Transmission und mit hoher Transmission auf ein Maskensubstrat anordnen, wobei für jeden Anteil eine 180° Phasenverschiebung vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halbtonphasenmaske darüber hinaus einen dritten Anteil des Musters auf, bei dem dritte Strukturelemente als erhabene Stege auf der ebenen Oberfläche des semitransparenten phasenschiebenden Material angeordnet sind.

Diese Ausführungsform vereint auf vorteilhafte Weise eine Maske mit zweierlei Transmissionen mit einer einfachen Chrom auf Glass Maske. Damit sind weiterer Optimierungen des Prozessfensters möglich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen bei der Halbtonphasenmaske die dritten Strukturelemente eine strukturierte Chromschicht.

Die Verwendung einer Chromschicht als absorbierendes Element ist bei kommerziell erhältlichen Masken üblich. Damit lassen sich kostengünstig Masken auf der Basis kommerziell erhältlicher Maskenrohlinge herstellen, die die Vorteile von Halbtonphasenmasken mit zweierlei Transmissionen und einer CoG-Schicht aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbtonphasenmaske gelöst.

Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer Halbtonphasenmaske bereitgestellt, das folgende Schritten aufweist:

– Bereitstellen eines Musters von Strukturelementen mit einem ersten Anteil und einem zweiten Anteil;
– Bereitstellen eines Maskenrohlings, umfassend ein Maskensubstrat mit einer ebenen Oberfläche, eine darüber liegende Absorberschicht aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe, eine über der Absorberschicht liegende Metallschicht und eine über der Metallschicht liegende Resistschicht;
– Maskenlithographisches Strukturieren der Resistschicht, um eine Resiststruktur zu bilden, die dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entspricht;
– Übertragen der Resiststruktur in die Metallschicht und in die Absorberschicht durch Ätzen, um eine Metallstruktur und Strukturelemente der Absorberschicht zu bilden; - Entfernen der Resiststruktur;
– Vollflächiges Abscheiden einer weiteren Resistschicht;
– Bestrahlen der weiteren Resistschicht;
– Ätzen oder Entwickeln der weiteren Resistschicht, um den zweiten Anteil des Musters freizulegen;
– Ätzen von Gräben in der ebenen Oberseite des Maskensubstrats unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen;
– Entfernen der Metallsstruktur im Bereich des zweiten Anteils des Musters, um Strukturelemente der Absorberschicht freizulegen;
– Dünnen der Strukturelemente der Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils des Musters, um zweite Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit einer zweiten Höhe zu bilden;
– Entfernen der weiteren Resistschicht; und
– Entfernen der Metallstruktur im Bereich des ersten Anteils des Musters, um erste Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit der ersten Höhe freizulegen.

Gemäß eines zweiten Aspekts wird ein Verfahren zur Bildung einer Halbtonphasenmaske bereitgestellt, das folgende Schritten aufweist

– Bereitstellen eines Musters mit einem ersten Anteil und einem zweiten Anteil;
– Bereitstellen eines Maskenrohlings, umfassend ein Maskensubstrat mit einer ebenen Oberfläche, eine darüber liegende Absorberschicht aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe und eine über der Absorberschicht liegende Resistschicht;
– Maskenlithographisches Strukturieren der Resistschicht, um eine Resiststruktur zu bilden, die dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entspricht;
– Übertragen der Resiststruktur in die Absorberschicht durch Ätzen, um Strukturelemente der Absorberschicht zu bilden;
– Entfernen der Resiststruktur;
– Vollflächiges Abscheiden einer weiteren Resistschicht;
– Belichten der weiteren Resistschicht;
– Ätzen oder Entwickeln der weiteren Resistschicht, um im Bereich des zweiten Anteils des Musters die Strukturelemente der Absorberschicht freizulegen;
– Dünnen der Strukturelemente der Absorberschicht im Bereich des zweigen Anteils des Musters, so dass zweite Strukturele mente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit einer zweiten Höhe gebildet werden;
– Bilden von Gräben in der ebenen Oberseite des Maskensubstrats unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen des Musters;
– Entfernen der weiteren Resistschicht im Bereich des ersten Anteils des Musters, so dass die ersten Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit der ersten Höhe freigelegt werden.

Das Verfahren gemäß des ersten Aspekts der Erfindung erlaubt die einfache Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit zwei verschiedenen Transmissionsgraden eines ersten und eines zweiten Anteils eines Musters. Dabei kommen nur kommerzielle Maskenrohlinge zum Einsatz, die Verwendung teurer Hybridmasken ist gemäß der Erfindung nicht notwendig.

Das Verfahren gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung erlaubt darüber hinaus die einfache Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit zwei verschiedenen Transmissionsgraden eines ersten und eines zweiten Anteils eines Musters, wobei ein Maskenrohling ohne Metallschicht eingesetzt werden kann. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung der Maske.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske zur Strukturierung einer auf einen Halbleiterwafer aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

– Bereitstellen eines Substrathalters mit dem Halbleiterwafer;
– Bereitstellen eines Projektionsapparates mit einer Projektionsoptik, einer Lichtquelle und einem Maskenhalter;
– Einbringen der Halbtonphasenmaske in den Maskenhalter; und
– Belichten der lichtempfindlichen Schicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung soll nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:

1 in einer schematischen Querschnittsansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske;

2 in einer schematischen Querschnittsansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske;

3 in einer schematischen Querschnittsansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske;

4A in einer schematischen Querschnittsansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske;

4B in einer schematischen Querschnittsansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske;

5A bis 5D in schematischen Querschnittsansichten die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß eines ersten Aspekts entstandenen Bestandteile;

6A bis 6D in schematischen Querschnittsansichten die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß eines zweiten Aspekts entstandenen Bestandteile;

7A bis 7C in schematischen Querschnittsansichten die bei der Anwendung weiterer Prozessschritte des erfindungsgemäßen Verfahren entstandenen Bestandteile; und

8 schematisch in einer Querschnittsansicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske.

Die Erfindung wird nun anhand einer ersten Ausführungsform einer Halbtonphasenmaske erläutert, die zur photolithographischen Projektion bei der Strukturierung einer lichtempfindlichen Schicht, beispielsweise eines Halbleiterwafers bei der Herstellung einer integrierten Schaltung, eingesetzt werden kann. Die zahlreichen Weiterbildungen der Halbtonphasenmaske, sowie Verfahren zur Herstellung von Halbtonphasenmasken werden nachfolgend vorgestellt.
In 1 ist schematisch eine Halbtonphasenmaske 5 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Die Halbtonphasenmaske umfasst ein Maskensubstrat 10. Das Maskensubstrat 10 besteht beispielsweise aus einer Quarzscheibe, d.h. aus Siliziumdioxid, die auf der Oberseite eine ebene Oberfläche 11 aufweist. Andere dem Fachmann bekannte Materialien, wie z.B. Kalzium-Fluorid, sind nicht ausgeschlossen. Das Maskensubstrat 10 sollte allgemein aus einem Material hergestellt sein, das für durchtretendes Licht der bei einer Projektion vorgesehenen Wellenlänge, beispielsweise im UV-Bereich bei 248 nm oder 193 nm, einen hohen Transmissionsgrad aufweist.
Auf dem Maskensubstrat 10 ist ein erster Anteil 12 eines Musters von Strukturelementen angebracht. Bei dem ersten Anteil 12 sind erste Strukturelemente 14 als erhabene Stege mit einer ersten Höhe 16 auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats 10 angeordnet.
Die ersten Strukturelemente 14 sind aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material gebildet. Bei Halbtonphasenmaske wird dabei üblicherweise Molybdän-Silicid eingesetzt.
Auf dem Maskensubstrat 10 ist darüber hinaus ein zweiter Anteil 18 des Musters von Strukturelementen angebracht. Bei dem zweiten Anteil 18 des Musters sind zweite Strukturelemente 20 ebenfalls als erhabene Stege mit einer zweiten Höhe 22, die einen geringeren Wert als die erste Höhe 16 aufweist, angeordnet. Die zweiten Strukturelemente 20 bestehen aus dem selben semitransparenten phasenschiebenden Material und sind ebenfalls auf der ebenen Oberfläche des transparenten Maskensubstrats ausgebildet.
Das transparente Maskensubstrat 10 weist zwischen den zweiten Strukturelementen 20 Gräben 26 mit einer vorherbestimmten Tiefe 24 auf, die unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen 20 angeordnet sind.
In 1 sind nur einige wenige erste Strukturelemente 14 und zweite Strukturelemente 20 der Halbtonphasenmaske gezeigt; es ist jedoch in der Technik bekannt, dass ein Muster beispielsweise einer Halbleiterschaltung sehr viele erste Strukturelemente bzw, zweite Strukturelemente umfasst. Die ersten und zweiten Strukturelemente enthalten neben dem abzubildenden Schaltungsmusters häufig auch weitere Elemente, welche die Auflösung eines Projektionsapparates verbessern. Neben den in der Technik bekannten Elementen für eine Optical Proximity Correction (OPC) ist auch die Verwendung sublitho graphischer Strukturelemente in der Umgebung abzubildender Strukturelemente vorgesehen, oder auch die Mischung mit anderen Maskentypen wie Chrome-on-Glas (3tone-Masken).
Durch die Wahl der ersten Höhe 16 der ersten Strukturelemente 14 lässt sich der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat 10 innerhalb der ersten Strukturelemente 14 durchdringenden Lichtstrahls 28 wählen. Bei Halbtonphasenmasken wird die erste Höhe 16 der ersten Strukturelemente 14 so gewählt, dass sich zwischen dem das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahl 28 und einem das Maskensubstrat außerhalb der ersten Strukturelemente 14 im Bereich der ebenen Oberfläche 11 des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl 30 ein Phasensprung von ungefähr 180° ergibt. Dies führt zu der in der Technik bekannten destruktiven Interferenz im Bereich der Kanten der ersten Strukturelemente 14, die dadurch eine schärfere Kontur erhalten.
Auf gleiche Weise lässt sich durch die Wahl der zweiten Höhe 22 der zweiten Strukturelemente 20 der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat 10 innerhalb der zweiten Strukturelemente 20 entlang der Strecke 32 durchdringenden Lichtstrahls wählen. Um die Funktion einer Halbtonphasenmaske zu erzielen, wird die zweite Höhe 22 der zweiten Strukturelemente 20 und die Tiefe 24 der Gräben 26 so gewählt, dass sich zwischen dem das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente 20 entlang der Strecke 32 durchdringenden Lichtstrahl 32 und einem das Maskensubstrat außerhalb der zweiten Strukturelemente 20 im Bereich der Gräben 26 des Maskensubstrats 10 entlang der Strecke 34 durchdringenden Lichtstrahl einen Phasensprung von ungefähr 180° ergibt. Dies führt wiederum zu der in der Technik bekannten destruktiven Interferenz im Bereich der Kanten der zweiten Strukturelemente 20.
Dies wird nachfolgend anhand zweier konkreter Zahlenbeispiele erläutert. Dabei sollen die ersten Strukturelemente 14 des ersten Anteils 12 des Musters einen Transmissionsgrad für einen Lichtstrahl von weniger als 10%, z.B. ungefähr 6%, aufweisen. Dies entspricht dem in der Technik üblichen Transmissionsgrad für eine Abbildung mit mittlerer Transmission. Für die zweiten Strukturelemente 20 des zweiten Anteils 18 des Musters wird ein Transmissionsgrad von ungefähr 25% und in einem weiteren Beispiel von ungefähr 50% gewählt. Man spricht dabei von einem Transmissionsgrad für eine Abbildung mit hoher Transmission.
Zur Berechnung der Absorption bzw. des Phasenunterschieds wird der komplexe Brechungsindex herangezogen. Beim Durchgang eines Lichtstrahls mit der Wellenlänge λ entlang der Strecke 28 ändert sich die Phase des Lichtes um: ΔϕA = (2π/λ)·( na·da).
Auf dem Weg 30 beträgt die Änderung: ΔϕB = (2π/λ)·nU·(da),wobei n_U der Realteil des Brechungsindex des umgebenden Mediums (beispielsweise Luft oder Stickstoff), n_a der des Absorbers und d_a die erste Höhe 16 der ersten Strukturelemente 14 ist. Der Gangunterschied zwischen den Wegen 28 und 30 beträgt: ΔϕA, B = (2π/λ)·((na – nU)·da).
Durch Wahl der ersten Höhe 16 der ersten Strukturelemente 14 (d.h. der Dicke d_a) und des phasenschiebenden semitransparenten Materials der ersten Strukturelemente 14 (mit n_a + ik_a) wird der gewünschte Transmissionsgrad von weniger als 10% (z.B. 6%), sowie die Phasendifferenz auf ungefähr 180° eingestellt.
Analoges gilt beim Durchgang eines Lichtstrahls mit der Wellenlänge λ entlang der Strecke 32. Dabei ändert sich die Phase des Lichtes um: ΔϕC = (2π/λ)·( na·dc + ns·ds).
Auf dem Weg 34 beträgt die Änderung: ΔϕD = (2π/λ)·nU·(dc + ds).
Die Dicke d_c entspricht in diesem Fall der zweiten Höhe 22 der zweiten Strukturelemente 20 und die Größe d_s entspricht der Tiefe 24 der Gräben 26. Der Gangunterschied zwischen den Wegstrecken 32 und 34 beträgt: ΔϕC, D = (2π/λ)·((na – nU)·dc + (ns – nU)·ds).
Analoges gilt bei Berücksichtigung der Imaginärteile der Brechungsindices, die die Unterschiede in den Absorptionskonstanten bestimmen: ΔαC, D = i·ΔϕC, D = i·(2π/λ)·((ika – ikU)·dc + (iks – ikU)·ds)= –(2π/λ)·((ka – kU)·dc + (ks – kU)·ds).
Durch Wahl der zweiten Höhe 22 der zweiten Strukturelemente 20 (d.h. der Dicke d_c) stellt sich der gewünschte Transmissionsgrad (z.B. 25% oder 50%) ein. Die Tiefe 24 der Gräben bedingt dann die Phasendifferenz von ungefähr 180° zwischen einem Lichtstrahl entlang des Strecke 32 und 34.
Für einen Aufbau umfassend ein Maskensubstrat aus Quarz und eine phasenschiebende semitransparente Schicht aus Molybdän-Silicid (n_a = 2.52, k_a = 0.67) ergeben sich z.B. bei einer Wellenlänge von 193 nm folgende Zahlenwerte: Bei der ersten Höhe 16 der ersten Strukturelemente 14 von 64 nm ergibt sich ein Transmissionsgrad von 6%. Eine Höhe von 32 nm bzw. 16 nm der zweiten Strukturelemente 20 entspricht einem Transmissionsgrad von 25% bzw. 50%, um einen 180° Phasensprung zu erzielen, muss die Tiefe 24 der Gräben 26 einen Wert von 86 nm bzw. 130 nm aufweisen.
Das Maskensubstrat 10 besteht im vorigen Beispiel aus Quarz, jedoch sind auch andere dem Fachmann bekannte Maskenmaterialien nicht ausgeschlossen. Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, das Maskensubstrat 10 in Form eines mehrschichtigen Aufbaus auszugestalten, bei dem eine weitere Schicht 36 parallel und unmittelbar an der Oberseite 11 des Maskensubstrats 10 angebracht ist. Die Dicke der weiteren Schicht 36 entspricht dabei der Tiefe der Gräben 26. Eine Halbtonphasenmaske gemäß dieser Ausführungsform ist in 2 gezeigt.
Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, dass das Muster auf der Halbtonphasenmaske 5 einen weiteren, dritten Anteil 38 des Musters von Strukturelementen umfasst. Der dritten Anteil 38 des Musters von Strukturelementen soll bei einer Projektion auf eine lichtempfindliche Schicht eines Halbleiterwafers mit einer hohen Transmission übertragen werden. Wie in 3 dargestellt, sind bei dem dritten Anteil 38 des Musters dritte Strukturelemente 40 ebenfalls als erhabene Stege mit einer dritten Höhe 44 angeordnet. Die dritten Strukturelemente 40 bestehen aus dem selben semitransparenten phasenschiebenden Material und sind ebenfalls auf der ebenen Oberfläche 11 des transparenten Maskensubstrats 10 ausgebildet. Um die gewünschte hohe Transmission zu erzielen, weist die dritte Höhe 44 einen geringeren Wert als die zweite Höhe 22 auf.
Das transparente Maskensubstrat 10 weist zwischen den dritten Strukturelementen 40 weitere Gräben 44 mit einer vorherbestimmten Tiefe 44 auf, die unmittelbar benachbart zu den dritten Strukturelementen 40 angeordnet sind. Die weiteren Gräben 44 dienen wiederum dazu, die Phasenverschiebung analog zu den Gräben 26 im Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters einzustellen.
Somit ergibt sich eine Halbtonphasenmaske 5, die für den ersten Anteil 12, den zweiten Anteil 18 und den dritten Anteil 38 des Musters jeweils verschiedene Transmissionsgrade aufweist.
Eine weitere Möglichkeit einer Halbtonphasenmaske mit mehreren Transmissionen ist in 4A gezeigt. Das Muster auf der Halbtonphasenmaske 5 umfasst wiederum einen weiteren, dritten Anteil 38 des Musters von Strukturelementen. Die dritten Strukturelemente 48 sind in diesem Beispiel jedoch als erhabene Metallstrukturen beispielsweise aus Chrom ausgeführt, die oberhalb einer semitransparenten Schicht 50 angeordnet sind. Die semitransparente Schicht 50 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Strukturelemente des ersten Anteils 12 des Musters. Die semitransparente Schicht 50 ist in diesem Beispiel mit der gleichen Höhe wie die ersten Strukturelemente 14 gezeigt, andere Höhen sind jedoch nicht ausgeschlossen. Die dritten Strukturelemente 48 weisen einen verschwindend geringen Transmissionsgrad auf. Die in 4 gezeigte Halbtonphasenmaske vereint somit die Funktion einer Halbtonphasenmaske mit zwei unterschiedlichen Transmissionen für den ersten und zweiten Anteil des Musters mit einer konventionellen Tri-tone-Maske für den dritten Anteil des Musters. Das Chrom dient dabei in der Regel zur Unterdrückung von unerwünschten Interferenzen, die als Side-Lobe Intensitäten in Photoresist abgebildet werden würden.
Das Chrom kann auch im Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters auf den zweiten Strukturelementen 20 zur Unterdrü ckung von Side-Lobes aufgebracht sein. Dies ist in 4B gezeigt. Das Strukturelement 48' ist über dem Strukturelement 20 angebracht. Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, dritte Strukturelemente 48'' als erhabene Stege aus Metall auf einer darunter liegenden nicht gedünntem teiltransparentem phasenverschiebenden Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters, das die gedünnte semitransparente phasenschiebende Absorberschicht aufweist, anzuordnen, wie in 4B gezeigt.
Im Übergangsbereich zwischen den ersten Strukturelementen 14 und den zweiten Strukturelementen 20 tritt ein Sprung in der Dicke des semitransparenten Materials auf. Dies führt jedoch zu keinen unerwünschten Abbildungsfehlern, da dieser Bereich ohnehin dunkel abgebildet wird und somit keine Störungen verursacht.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein Verfahren zur Herstellung einer Halbtonphasenmaske beschrieben. In einem ersten Schritt wird ein Muster von Strukturelementen mit einem ersten Anteil und einem zweiten Anteil bereitgestellt. Dieses Muster wird bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Photomaske zur lithographischen Strukturierung einer lichtempfindlichen Schicht beispielsweise eines Halbleiterwafers verwendet.
Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Maskenrohling (auch Maskenblank genannt), wie in 5A dargestellt. Der Maskenrohling 60 umfasst ein Maskensubstrat 10 mit einer ebenen Oberfläche 11. Das Maskensubstrat 10 wird beispielsweise aus Quarz, d.h. aus Siliziumdioxid, hergestellt. Über der ebenen Oberfläche 11 des Maskensubstrats 10 wird eine Absorberschicht 62 aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe 16 aufgebracht. Als semitransparentes phasenschiebendes Material wird beispielsweise Molybdän-Silicid verwendet, andere dem Fachmann bekannte Materialien sind jedoch nicht ausgeschlossen. Über der Absorberschicht 62 wird eine Metallschicht 64 aufgebracht, beispielsweise Chrom/Schwarzchrom-Schichten wie sie üblicherweise für Chrome-on-Glass Masken verwendet werden. Darüber wird eine Resistschicht 66 aufgebracht, beispielsweise durch vollflächiges Abscheiden.
Im nächsten Schritt wird die Resistschicht 66 maskenlithographisch strukturiert. Dazu wird beispielsweise ein Maskenschreiber verwendet, der die Resistschicht dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entsprechend bestrahlt, z.B. mit einem Lichtstrahl oder mit einem Elektronenstrahl. Ebenso ist es möglich mit bekannten Verfahren eine photolithographische Strukturierung der Resistschicht 66 mittels einer Maske in Projektionsbelichtung durchzuführen. Im Ergebnis wird durch Entwickeln der bestrahlten Resistschicht 66 über der Metallschicht 64 eine Resiststruktur gebildet, die dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters von Strukturelementen entspricht.
Im nächsten Schritt wird die Resiststruktur in die Metallschicht 64 und in die Absorberschicht 62 beispielsweise durch Ätzen übertragen. Das Ätzmittel wird so gewählt, dass das Maskensubstrat 10 nicht angegriffen wird. Man erhält dann Strukturelemente 68 der Metallschicht und Strukturelemente 70 der Absorberschicht, die ebenfalls dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entsprechen.
Im nächsten Schritt wird die Resiststruktur vollständig entfernt, woraus sich eine Anordnung ergibt, wie sie in 5B gezeigt ist.
Danach wird eine weitere Resistschicht 72 beispielsweise durch Aufschleudern vollflächig abgeschieden und anschließend durch Bestrahlen und Ätzen (oder Entwickeln) so strukturiert, dass der Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters freigelegt wird. Der daraus resultierende Aufbau ist in 5C gezeigt.
Anschließend werden Gräben 26 in der ebenen Oberseite 11 des Maskensubstrats 10 unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen 20 mit einer bestimmten Tiefe 24 geätzt. Das Metall dient dabei als Ätzmaske.
Die strukturierte weitere Resistschicht dient im Folgenden als Maske, um die Metallsstruktur 68 im Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters mittels Ätzen zu entfernen.
Im nächsten Schritt werden die Strukturelemente 70 der Absorberschicht 62 im Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters gedünnt, d.h. in ihrer Höhe reduziert. Dies erfolgt wiederum mit einem Ätzschritt, wobei ebenfalls die strukturierte weitere Resistschicht 72 als Maske verwendet wird. Dadurch werden die zweite Strukturelemente 20 des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite 11 des Maskensubstrats 10 mit einer zweiten Höhe 22 gebildet.
Anschließend wird die weitere Resistschicht 72 vollständig entfernt, z.B, durch Ätzen.
Im nächsten Schritt wird die Metallschicht im Bereich des ersten Anteils 12 des Musters entfernt, um erste Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit der ersten Höhe 16 freizulegen. Die Halbtonphasenmaske 5 nach diesem Prozess-Schritt ist in 5D gezeigt.
Als Variante des beschriebenen Verfahrens kann es nützlich sein, die Substratätzung auf die Tiefe 24 zumindest teilweise nach der Dünnung des Absorbers 62 auf die Dicke 22 durchzuführen, und dazu die Ätzung der Metallschicht 64 gleich nach der Strukturierung der weiteren Resistschicht, bzw. der ersten Teilätzung zu einem Teil der Tiefe 24 durchzuführen.
In den 6A bis 6D ist eine alternative Prozessführung gezeigt, die eine Verwendung eines Maskenrohlings ohne Metallschicht erlaubt. Diese sogenannten Chrom-losen Maskenblanks sind in der Technik weit verbreitet und erlauben eine kostengünstige Herstellung einer Halbtonphasenmaske nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß 6A ist wiederum ein Maskenrohling 60 Ausgangspunkt des Verfahrens. Der Maskenrohling umfasst ein Maskensubstrat 10 mit einer ebenen Oberfläche 11, einer darüber liegenden Absorberschicht 62 und einer Resistschicht 66. Die verwendeten Schichten werden, wie in Zusammenhang mit 5 erläutert, auf das Maskensubstrat 10 aufgebracht.
Im nächsten Schritt wird die Resistschicht 66 maskenlithographisch strukturiert. Als Ergebnis wird eine Resiststruktur gebildet, die dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters von Strukturelementen entspricht.
Im nächsten Schritt wird die Resiststruktur in die Absorberschicht 62 beispielsweise durch Ätzen übertragen. Das Ätzmittel wird so gewählt, dass das Maskensubstrat 10 nicht angegriffen wird. Man erhält dann Strukturelemente 70 der Absorberschicht, die ebenfalls dem ersten Anteil des Musters und dem zweiten Anteil des Musters entsprechen.
Im nächsten Schritt wird die Resiststruktur vollständig entfernt, woraus sich eine Anordnung gibt, wie sie in 6B gezeigt ist.
Danach wird eine weitere Resistschicht 72 beispielsweise durch Aufschleudern vollflächig abgeschieden und anschließend durch Bestrahlen und Ätzen (oder Entwickeln) so strukturiert, dass der Bereich des zweiten Anteils 18 des Musters freigelegt wird. Der daraus resultierende Aufbau ist in 6C gezeigt.
Im nächsten Schritt werden die Strukturelemente 70 der Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils des Musters gedünnt, d.h. in ihrer Höhe reduziert. Dies erfolgt wiederum mit einem Ätzschritt, wobei die strukturierte weitere Resistschicht 72 als Maske verwendet wird. Dadurch werden die zweiten Strukturelemente 20 des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit einer zweiten Höhe gebildet.
Anschließend werden, wie bereits in Zusammenhang mit 5 erläutert, Gräben 26 in der ebenen Oberseite des Maskensubstrats unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen mit einer bestimmten Tiefe geätzt. Dazu wird ein Ätzmittel verwendet, das eine hohe Selektivität zu dem Maskensubstrat und der Absorberschicht aufweist.
Anschließend wird die weitere Resistschicht 72 vollständig entfernt, z.B. durch Ätzen, um erste Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats 10 mit der ersten Höhe freizulegen. Die Halbtonphasenmaske nach diesem Prozess-Schritt ist in 6D gezeigt.
Das Verfahren, wie es in Zusammenhang mit der 5 beschrieben wurde, kann in einer weiteren Ausführungsform so modifiziert werden, dass sich eine Halbtonphasenmaske herstellen lässt, bei der ein dritter Anteil des Musters als COG Tri-Tone-Maske bereitgestellt wird. Dieser Maskentyp wurde bereits bei der Diskussion der 4 erläutert. Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 7 die notwendigen zusätzlichen Schritte bei einer Prozessführung zur Herstellung einer Halbtonphasenmaske gemäß 5 beschrieben.
Nach dem Entfernen der weiteren Resistschicht 72 (siehe 7A) wird noch eine zusätzliche Resistschicht 74 aufgebracht, die nachfolgend entsprechend dem dritten Anteil des Musters strukturiert wird. Der entstandene Aufbau ist in 7B gezeigt.
Beim nachfolgenden Ätzen wird die Metallschicht im Bereich des ersten Anteils 12 des Musters entfernt, um die ersten Strukturelemente des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats 10 mit der ersten Höhe freizulegen. Darüber hinaus werden dritte Strukturelemente 78 der Metallschicht auf der ebenen Oberfläche des semitransparenten phasenschiebenden Materials 76 aufgebracht. Somit ergibt sich eine Halbtonphasenmaske, wie sie in 7C gezeigt ist.
Bei den beschriebenen Verfahren werden die Tiefe der Gräben und die Höhe der zweiten Strukturelemente so gewählt, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der zweiten Strukturelemente im Bereich der Gräben in der Oberfläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt. Die Höhe der ersten Strukturelemente wird so gewählt ist, dass ein das Maskensubstrat 10 innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat 10 außerhalb der ersten Strukturelemente im Bereich der ebenen Oberfläche des Maskensubstrats durchdringenden Lichtstrahl erfährt.
Beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings wird die Höhe der Absorberschicht so gewählt, dass der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der ersten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls weniger als 10%, vorzugsweise ungefähr 6%, beträgt, und der Schritt des Dünnens der zweiten Strukturelemente wird so durchgeführt, dass der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat innerhalb der zweiten Strukturelemente durchdringenden Lichtstrahls zwischen 10% und 70%, vorzugsweise zwischen 20% und 60%, beträgt.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Halbtonphasenmaske zur Strukturierung einer auf einen Halbleiterwafer aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht. Ein dazu verwendeter Aufbau ist in 8 gezeigt.
Ein Halbleiterwafer 82 wird auf einem beweglichen Substrathalter 80 abgelegt. Der Substrathalter 80 ist innerhalb eines Projektionsapparates 84 angebracht. Der Projektionsapparat 84 umfasst eine Projektionsoptik 86, eine Lichtquelle 88 und einen Maskenhalter 90, der zwischen der Projektionsoptik 86 und dem Maskenhalter 90 angebracht wird. Nach dem Einbringen der Halbtonphasenmaske 5 in den Maskenhalter 90 wird eine lichtempfindliche Schicht 92, beispielsweise eine Resistschicht, auf der Oberseite des Halbleiterwafers 82 mit dem auf der Halbtonphasenmaske 5 angebrachtem Muster belichtet.
Die erfindungsgemäße Halbtonphasenmaske bzw. eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbtonphasenmaske erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn der erste Anteil des Musters und der zweite Anteil des Musters einer Ebene eines Schaltungsmusters eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) entsprechen. Der dynamische Speicher umfasst ein dichtes Linien-Spalten-Muster im Bereich des Speicherzellenfeldes und enthält isolierte oder semiisolierte Strukturen im Bereich der Supportlogik außerhalb des Speicherzellenfeldes. Bei einer Halbtonphasenmaske für einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff weist der zweite Anteil des Musters im Bereich der Speicherzellen dichte Strukturen (z.B. Linien-Spalten-Muster) auf, die bei der Herstellung der integrierten Schaltung bevorzugt mit hoher Transmission übertragen werden. Gleichzeitig umfasst der erste Anteil des Musters im Bereich der Supportlogik außerhalb des Speicherzellenfeldes auch isolierte und semiisolierte Strukturen, deren Abbildung mit niedriger Transmission erfolgen soll. Die Halbtonphasenmaske stellt verschiedene Transmissionsgrade für die gleichzeitige Optimierung beider Strukturanteile zur Verfügung, so dass sich ein großes Prozessfenster bei der Herstellung der integrierten Schaltung ergibt.

5: Halbtonphasenmaske
10: transparentes Maskensubstrat
11: ebene Oberfläche
12: erster Anteil
14: erste Strukturelemente
16: erste Höhe
18: zweiter Anteil
20: zweite Strukturelemente
22: zweite Höhe
24: Tiefe
26: Gräben
28: Strecke eines Lichtstrahls
30: Strecke eines Lichtstrahls
32: Strecke eines Lichtstrahls
34: Strecke eines Lichtstrahls
36: Schicht
38: dritter Anteil
40: dritte Strukturelemente
42: weitere Gräben
44: Tiefe der weiteren Gräben
46: dritte Höhe
48: Metallstruktur
48': Strukturelement aus Metall
48'': Strukturelement aus Metall
50: semitransparentes Material
60: Maskenrohling
62: Absorberschicht
64: Metallschicht
66: Resistschicht
68: Metallstruktur
70: Strukturelemente
72: weitere Resistschicht
74: weitere Resiststruktur
76: semitransparentes Material
78: Metallstruktur
80: Substrathalter
82: Halbleiterwafer
84: Projektionsapparat
86: Projektionsoptik
88: Lichtquelle
90: Maskenhalter
92: lichtempfindliche Schicht

Claims

Halbtonphasenmaske zur Projektion eines auf der Maske gebildeten Musters von Strukturelementen auf eine lichtempfindliche Schicht, insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterwafer, umfassend: – ein transparentes Maskensubstrat (10); – einen ersten Anteil (12) eines Musters, bei dem erste Strukturelemente (14) als erhabene Stege mit einer ersten Höhe (16) aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche (11) des transparenten Maskensubstrats (10) angeordnet ist, derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der ersten Strukturelemente (14) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat (10) außerhalb der ersten Strukturelemente (14) im Bereich der ebenen Oberfläche (11) des Maskensubstrats (10) durchdringenden Lichtstrahl erfährt; und – einen zweiten Anteil (18) des Musters, bei dem zweite Strukturelemente (20) als erhabene Stege mit einer zweiten Höhe (22) aus dem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche (11) des transparenten Maskensubstrats (10) angeordnet ist, und benachbart zu den zweiten Strukturelementen (20) angeordnete Gräben (26) in der Oberfläche des Maskensubstrats (26) mit einer Tiefe (24) derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der zweiten Strukturelemente (20) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat (10) außerhalb der zweiten Strukturelemente (20) im Bereich der Gräben (26) in der Oberfläche des Maskensubstrats (26) durchdringenden Lichtstrahl erfährt.
Halbtonphasenmaske nach Anspruch 1, bei der der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat (10) innerhalb der ersten Strukturelemente (14) durchdringenden Lichtstrahls weniger als 10%, vorzugsweise ungefähr 6%, beträgt und bei der der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat (10) innerhalb der zweiten Strukturelemente (20) durchdringenden Lichtstrahls zwischen 10% und 70%, vorzugsweise zwischen 20% und 60%, beträgt.
Halbtonphasenmaske nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Maskensubstrat (10) aus Quarz, vorzugsweise Silizium-Dioxid, besteht.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das semitransparente phasenschiebende Material Molybdän-Silicid umfasst.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der zweite Anteil (18) des Musters ein dichtes Linien-Spalten- Muster umfasst.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der erste Anteil (12) des Musters größere Mitten-Mittenabstände der Strukturen als der zweite Anteil (18) des Musters umfasst.
Halbtonphasenmaske nach Anspruch 5 und 6, bei der das Muster einer Ebene eines Schaltungsmusters eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff entspricht.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Maskensubstrat (10) einen mehrschichtigen Aufbau mit wenigstens einer parallel zur und an der Oberseite liegenden Schicht (36) aufweist, wobei die Dicke der Schicht (36) auf der Oberseite des Maskensubstrats (10) der Tiefe (24) der Gräben (26) entspricht.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die darüber hinaus einen dritten Anteil (38) des Musters aufweist, bei dem dritte Strukturelemente (40) als erhabene Stege mit einer dritten Höhe (46) aus dem semitransparenten phasenschiebenden Material, das auf der ebenen Oberfläche (11) des transparenten Maskensubstrats (10) angeordnet ist, und in der Oberfläche des Maskensubstrats (10) benachbart zu den dritten Strukturelementen (40) weitere Gräben (42) mit einer weiteren Tiefe (44) derart gebildet sind, dass ein das Maskensubstrat innerhalb der dritten Strukturelemente (40) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat (10) außerhalb der dritten Strukturelemente (40) im Bereich der weiteren Gräben (42) in der Oberfläche des Maskensubstrats (10) durchdringenden Lichtstrahl erfährt, wobei die weitere Tiefe (44) der weiteren Gräben (42) größer als die Tiefe (24) der Gräben (26) ist.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die darüber hinaus einen dritten Anteil des Musters aufweist, bei dem dritte Strukturelemente (48) als erhabene Stege auf einer ebenen Oberfläche des semitransparenten phasenschiebenden Materials angeordnet sind.
Halbtonphasenmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die darüber hinaus einen dritten Anteil des Musters aufweist, bei dem dritte Strukturelemente (48'; 48'') als erhabene Stege aus Metall über der darunter liegenden gedünnten oder nicht gedünnten semitransparenten phasenverschiebenden Absorberschicht in Bereichen des zweiten Anteils (18) des Musters mit gedünntem semitransparenten phasenschiebenden Materials und seiner Öffnungen angeordnet sind.
Halbtonphasenmaske nach Anspruch 10 und 11, bei der die dritten Strukturelemente (48) eine strukturierte Chromschicht umfassen.
Verfahren zur Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Musters von Strukturelementen mit einem ersten Anteil (12) und einem zweiten Anteil (18); – Bereitstellen eines Maskenrohlings (60), umfassend ein Maskensubstrat (10) mit einer ebenen Oberfläche (11), eine darüber liegende Absorberschicht (62) aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe (16), eine über der Absorberschicht (62) liegende Metallschicht (64) und eine über der Metallschicht (64) liegende Resistschicht (66); – Maskenlithographisches Strukturieren der Resistschicht (66), um eine Resiststruktur zu bilden, die dem ersten Anteil (12) des Musters und dem zweiten Anteil (18) des Musters entspricht; – Übertragen der Resiststruktur in die Metallschicht (64) und in die Absorberschicht (62) durch Ätzen, um eine Metallstruktur (68) und Strukturelemente (70) der Absorberschicht zu bilden; – Entfernen der Resiststruktur; – Vollflächiges Abscheiden einer weiteren Resistschicht (72); – Bestrahlen der weiteren Resistschicht (72); – Ätzen oder Entwickeln der weiteren Resistschicht (72), um den zweiten Anteil (18) des Musters freizulegen; – Ätzen von Gräben (26) in der ebenen Oberseite (11) des Maskensubstrats (10) unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen (20); – Entfernen der Metallsstruktur (68) im Bereich des zweiten Anteils des Musters, um Strukturelemente (70) der Absorberschicht freizulegen; – Dünnen der Strukturelemente (70) der Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils des Musters, um zweite Strukturelemente (20) des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit einer zweiten Höhe (22) zu bilden; – Entfernen der weiteren Resistschicht (72); und – Entfernen der Metallstruktur (68) im Bereich des ersten Anteils (12) des Musters, um erste Strukturelemente (14) des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite (11) des Maskensubstrats (10) mit der ersten Höhe (16) freizulegen.
Verfahren zur Herstellung einer Halbtonphasenmaske mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Musters mit einem ersten Anteil (12) und einem zweiten Anteil (18); – Bereitstellen eines Maskenrohlings (60), umfassend ein Maskensubstrat (10) mit einer ebenen Oberfläche, eine darüber liegende Absorberschicht (62) aus einem semitransparenten phasenschiebenden Material mit einer ersten Höhe (16) und eine über der Absorberschicht (62) liegende Resistschicht (66); – Maskenlithographisches Strukturieren der Resistschicht (66), um eine Resiststruktur zu bilden, die dem ersten Anteil (12) des Musters und dem zweiten Anteil (18) des Musters entspricht; – Übertragen der Resiststruktur in die Absorberschicht (62) durch Ätzen, um Strukturelemente (70) der Absorberschicht (62) zu bilden; – Entfernen der Resiststruktur; – Vollflächiges Abscheiden einer weiteren Resistschicht (72); – Belichten der weiteren Resistschicht (72); – Ätzen oder Entwickeln der weiteren Resistschicht, um im Bereich des zweiten Anteils (18) des Musters die Strukturelemente (70) der Absorberschicht freizulegen; – Dünnen der Strukturelemente (70) der Absorberschicht im Bereich des zweiten Anteils (18) des Musters, so dass zweite Strukturelemente (20) des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats (10) mit einer zweiten Höhe (22) gebildet werden; – Bilden von Gräben (26) in der ebenen Oberseite (11) des Maskensubstrats (10) unmittelbar benachbart zu den zweiten Strukturelementen (20) des Musters; – Entfernen der weiteren Resistschicht (72) im Bereich des ersten Anteils des Musters, so dass die ersten Strukturelemente (14) des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats (10) mit der ersten Höhe (16) freigelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Tiefe der Gräben und die Höhe der zweiten Strukturelemente (20) so gewählt wird, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der zweiten Strukturelemente (20) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat außerhalb der zweiten Strukturelemente (20) im Bereich der Gräben (26) in der Oberfläche des Maskensubstrats (10) durchdringenden Lichtstrahl erfährt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Höhe der ersten Strukturelemente so gewählt ist, dass ein das Maskensubstrat (10) innerhalb der ersten Strukturelemente (14) durchdringender Lichtstrahl einen Phasensprung im Bereich von 160° bis 200°, vorzugsweise 180°, gegenüber einem das Maskensubstrat (10) außerhalb der ersten Strukturelemente (14) im Bereich der ebenen Oberfläche des Maskensubstrats (10) durchdringenden Lichtstrahl erfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings (60) die Höhe (16) der Absorberschicht (62) so gewählt wird, dass der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat (10) innerhalb der ersten Strukturelemente (14) durchdringenden Lichtstrahls weniger als 10%, vorzugsweise ungefähr 6%, beträgt, und bei dem der Schritt des Dünnens der zweiten Strukturelemente (20) so durchgeführt wird, dass der Transmissionsgrad eines das Maskensubstrat (10) innerhalb der zweiten Strukturelemente (20) durchdringenden Lichtstrahls zwischen 10% und 70%, vorzugsweise zwischen 20% und 60%, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings (60) ein Maskensubstrat (10) verwendet wird, das aus Quarz, vorzugsweise Silizium-Dioxid, besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings (60) als semitransparentes phasenschiebendes Material Molybdän-Silicid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Musters als zweiter Anteil ein dichtes Linien-Spalten-Muster verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Musters der erste Anteil (12) des Musters größere Mitten-Mittenabstände der Strukturen als die zweiten Anteile (18) des Musters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20 und 21, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Musters das Muster dem Schaltungsmusters eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff entsprechend ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings (60) ein Maskensubstrat verwendet wird, das einen mehrschichtigen Aufbau mit wenigstens einer auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats (10) liegender Schicht aufweist, wobei die Dicke der Schicht auf der Oberseite des Maskensubstrats der Tiefe der Gräben (26) entsprechend ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Gräben (26) durch ein zum Maskensubstrat (10) selektives Ätzen der Schicht gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem beim Schritt des Bereitstellens darüber hinaus ein dritter Anteil (38) des Musters von Strukturelementen bereitgestellt wird und bei dem nach dem Entfernen der weiteren Resistschicht (72) noch eine zusätzliche Resistschicht aufgebracht wird, die nachfolgend entsprechend dem dritten Anteil des Musters strukturiert wird, so dass beim Schritt des Entfernens der Metallschicht die Metallschicht im Bereich des ersten Anteils (12) des Musters entfernt wird, um erste Strukturelemente (14) des Musters als erhabene Stege auf der ebenen Oberseite des Maskensubstrats mit der ersten Höhe (16) freizulegen und darüber hinaus dritte Strukturelemente (78) als Metallstrukturen auf einer ebenen Oberfläche des semitransparenten phasenschiebenden Materials (76) anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die dritten Strukturelemente (78) als strukturierte Chromschicht gebildet werden.
Verwendung der Halbtonphasenmaske nach Anspruch 1 bis 12 zur Strukturierung einer auf einen Halbleiterwafer aufgebrachten lichtempfindlichen Schicht, umfassend: – Bereitstellen eines Substrathalters (80) mit einem Halbleiterwafer (82), der eine lichtempfindliche Schicht (92) aufweist; – Bereitstellen eines Projektionsapparates (84) mit einer Projektionsoptik (86), einer Lichtquelle (88) und einem Maskenhalter (90); – Einbringen der Halbtonphasenmaske (5) in den Maskenhalter (90); und – Belichten der lichtempfindlichen Schicht (92).