DE102004028849B4

DE102004028849B4 - Phasenschiebende Fotomaske für eine fotolithographische Abbildung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102004028849B4
Application number: DE200410028849
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Nölscher; Wolfgang Dr. Dettmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2024-06-16
Also published as: DE102004028849A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske (1) für eine fotolithographische Abbildung von Strukturen (2) in der Fotomaske (1) auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer, wobei die Strukturen (2) durch jeweils von einem semitransparenten, phasenschiebenden Saum (21) umgebene, transparente Abschnitte (22) und lichtabsorbierende Abschnitte (23) in der Fotomaske (1) gebildet sind, umfassend die Schritte:
– Bereitstellen eines Fotomaskenrohlings (10), der einen transparenten Träger (11), eine über dem Träger (11) angeordnete Absorberschicht (12) und auf der Absorberschicht (12) eine erste Resistschicht (14a) aufweist,
– Strukturieren der ersten Resistschicht (14a),
– Übertragen der Strukturen (2) von der ersten Resistschicht (14a) in unterhalb der ersten Resistschicht (14a) angeordnete Materialien, wobei sowohl die Absorberschicht (12) strukturiert wird, als auch die transparenten Abschnitte (22) ausgebildet werden,
– Aufbringen einer zweiten Resistschicht (14b) auf die Absorberschicht (12), nachdem die erste Resistschicht (14a) entfernt wurde,
– Strukturieren der zweiten Resistschicht (14b) mit...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske für eine fotolithographische Abbildung von Strukturen in der Fotomaske auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer, wobei die Strukturen durch von einem phasenschiebenden Saum umgebene, transparente Abschnitte und lichtabsorbierende Abschnitte in der Fotomaske gebildet sind; außerdem betrifft die Erfindung eine derartige Fotomaske.

Mikroelektronische Schaltkreise, wie beispielsweise DRAM (Dynamic Random Access Memory)-Speicherzellen weisen strukturierte Schichten auf, die aus unterschiedlichen Materialien, wie Metallen, Dielektrika oder Halbleitermaterial bestehen und die auf einem Halbleiterwafer angeordnet sind. Zur Strukturierung der Schichten wird häufig ein fotolithographisches Verfahren angewendet. Dabei wird eine auf die zu strukturierende Schicht aufgebrachte, auch als Resist bezeichnete, lichtempfindliche Schicht mittels einer Fotomaske, die die in die Schicht zu übertragenden Strukturen aufweist, und einer lithographischen Abbildungsvorrichtung, abschnittsweise einer Lichtstrahlung ausgesetzt.

Die Strukturen in der Fotomaske sind in der einfachsten Form als lichtabsorbierende und transparente Abschnitte in der Fotomaske vorgesehen. Zur Herstellung der Fotomaske wird auf einer ebenen Oberfläche eines transparenten Trägers, der aus einer Quarzplatte bestehen kann, eine lichtundurchlässige Absorberschicht, häufig aus Chrom, abgeschieden. Auf die Absorberschicht wird eine Resistschicht aufgebracht und die Resistschicht beispielsweise mittels eines Elektronenstrahlschreibers und eines anschließenden Entwicklungsschrittes strukturiert. Die strukturierte Resistschicht weist die Strukturen in Form von Öffnungen auf. Mittels eines Ätzschrittes werden die Strukturen von der Resistschicht in die Absorberschicht übertragen, wobei die strukturierte Resistschicht als Ätzmaske wirkt. Die Absorberschicht wird solange beätzt, bis das transparente Trägermaterial abschnittsweise freigelegt ist. Mit der strukturierten Absorberschicht werden also sowohl die lichtabsorbierenden als auch die transparenten Abschnitte in der Fotomaske ausgebildet.

Der Wunsch nach immer höheren Integrationsdichten und eine damit einhergehende Verkleinerung der Strukturen bei möglichst gleich bleibenden Produktionskosten haben eine Entwicklung von Fotomasken gefördert, mit denen sich eine höhere Auflösung und/oder ein vergrößertes lithographisches Prozessfenster als mit der beschriebenen Fotomaske, bei der die Strukturen als transparente und lichtundurchlässige Abschnitte vorgesehen sind, erreichen lassen.

Zu diesen Fotomasken gehört die Halbtonphasenmaske. Bei der Halbtonphasenmaske wird anstelle der lichtundurchlässigen Absorberschicht eine semitransparente, phasenschiebende Schicht, beispielsweise aus Molybdänsilizid, das eine Lichtdurchlässigkeit von 6 % aufweisen kann, aufgebracht. Die phasenschiebende Schicht kann wie die Absorberschicht strukturiert werden. Die Dicke der phasenschiebenden Schicht wird dabei so vorgesehen, dass ein durch die phasenschiebende Schicht transmittierender Lichtstrahl gegenüber einem durch das transparente Trägermaterial transmittierenden Lichtstrahl um eine halbe Wellenlänge phasenverschoben ist. Dadurch lässt sich ein grösseres fotolithographisches Prozessfenster bei einem gleich bleibenden Auflösungsvermögen gegenüber der Fotomaske mit der strukturierten Absorberschicht erzielen.

Für spezielle Anwendungen, wie beispielsweise eine Kontaktlochstrukturierung, wurden phasenschiebende Fotomasken vom sogenannten Rim(Rand)-Typ entwickelt. Bei den phasenschiebenden Fotomasken vom Rim-Typ sind die Strukturen in der Fotomaske als von einem semitransparenten, phasenschiebenden Saum oder Rand umgebene transparente und lichtundurchlässige Abschnitte ausgebildet.

Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der phasenschiebenden Fotomaske vom Rim-Typ wird ein Fotomaskenrohling, der auf der ebenen Oberfläche des transparenten Trägers die semitransparente, phasenschiebende Schicht und auf der phasenschiebenden Schicht die Absorberschicht und auf der Absorberschicht eine erste Resistschicht aufweist, bereitgestellt. Die Resistschicht kann mittels eines Elektronenstrahlschreibers und einer anschließenden Nassentwicklung strukturiert werden. Zur Herstellung der transparenten Abschnitte werden die Strukturen von der Resistschicht in die Absorberschicht und in die phasenschiebende Schicht als Öffnungen übertragen, wobei die transparenten Abschnitte durch abschnittsweises Freilegen des Trägermaterials entstehen.

Nach dem Übertragen der Strukturen in die phasenschiebende Schicht wird die Resistschicht entfernt und eine zweite Resistschicht aufgebracht. Die zweite Resistschicht wird strukturiert, so dass sie als Ätzmaske für eine weitere Strukturierung der Absorberschicht, bei der die phasenschiebenden Säume gebildet werden, verwendet werden kann.

Problematisch an der beschriebenen Vorgehensweise ist, dass für die Erzeugung der Strukturen zwei Maskenlithographieschritte, die zur Strukturierung der beiden Resistschichten benötigt werden, aufeinander justiert werden müssen. Dabei treten Kantenlagefehler der transparenten Abschnitte und der phasenschiebenden Säume zueinander auf. Mit dem Verfahren sind phasenschiebende Fotomasken vom Rim-Typ nicht oder nur mit einem sehr hohen Aufwand zu realisieren.

Aus den genannten Gründen wurden selbstjustierende Verfahren zur Herstellung der Fotomasken vom Rim-Typ vorgeschlagen. Ein solches Verfahren zum Herstellen einer phasenverschiebenden Fotomaske vom Rim-Typ ist beispielsweise aus der US 5,484,672 A bekannt.

Ein selbstjustierendes Verfahren zur Herstellung der Fotomaske von einem ersten Rim-Typ, bei dem der phasenschiebende Saum aus der semitransparenten, phasenschiebenden Schicht hervorgeht, ist in der 1 veranschaulicht. Ein oben beschriebener Fotomaskenrohling 10 wird zur Herstellung von transparenten Abschnitten 22 zunächst strukturiert. Um phasenschiebende Säume 21 zu generieren, wird mittels eines isotropen Ätzschrittes eine Absorberschicht 12 unterhalb einer strukturierten Resistschicht 14 zurückgeätzt, so dass eine phasenschiebende Schicht 13 teilweise freigelegt wird. Die freigelegten Abschnitte der phasenschiebenden Schicht 13 bilden die phasenschiebenden Säume 21 aus.

Der 1A ist ein Querschnitt des Fotomaskenrohlings 10, der einen transparenten Träger 11, die phasenschiebende Schicht 13, die Absorberschicht 12 und die Resistschicht 14 aufweist, entnehmbar. Weiterhin sind Strukturen 2, die in Form von Öffnungen in die Schichten eingebracht sind, und die aus freigelegtem Trägermaterial hervorgegangenen transparenten Abschnitte 22 dargestellt.

Eine Draufsicht auf den Fotomaskenrohling 10 ist in in der 1B dargestellt. Zu sehen sind die Resistschicht 14 und die aus transparenten Abschnitten 22 geformten Strukturen 2. Der transparente Abschnitt 22 besteht aus einem freigelegten Material des Trägers 11.

In der 1C ist der Querschnitt des Fotomaskenrohlings 10 nach dem Zurückbilden der Absorberschicht 12 unterhalb der Resistschicht 14 dargestellt. Die 1C unterscheidet sich von der 1A dadurch, dass durch das Zurückbilden der Absorberschicht 12 unterhalb der Resistschicht 14 Abschnitte der phasenschiebenden Schicht 13 freigelegt sind. Mit den freigelegten Abschnitten werden die in der 1C gezeigten phasenschiebenden Säume 21 und mit der so strukturierten Absorberschicht 12 die der 1C entnehmbaren lichtabsorbierenden Abschnitte 23 ausgebildet.

In der 1D ist eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus der Fotomaske 1 nach einem Entfernen der Resistschicht 14 gezeigt. Zu sehen sind aus der strukturierten Absorberschicht 12 hervorgegangene lichtabsorbierende Abschnitte 23. Weiterhin dargestellt sind die Strukturen 2, die den transparenten Abschnitt 22 und den phasenschiebenden Saum 21 aufweisen. Der transparente Abschnitt 22 besteht aus freigelegten Abschnitten des Trägers 11 und der phasenschiebende Saum 21 aus freigelegten Abschnitten der phasenschiebenden Schicht 13.

Bei dem selbstjustierten Verfahren wird die strukturierte Resistschicht, die mit nur einem Maskenlithographieschritt strukturiert wurde, sowohl für die Ausformung der transparenten Abschnitte, als auch für die der phasenschiebenden Säume verwendet. Dadurch entfällt der Kantenlagefehler der durch die Überlagerung von zwei Maskenlithographieschritten entsteht. Der Nachteil bei der beschriebenen selbstjustierten Vorgehensweise besteht jedoch darin, dass die Resistschicht bei allen durchzuführenden Ätzschritten, also sowohl bei der Übertragung der Strukturen in die Absorberschicht als auch in die phasenschiebende Schicht, sowie bei dem teilweisen Entfernen der Absorberschicht, auf dem Fotomaskenrohling verbleibt. Dadurch ist ein homogenes restefreies Ätzen der Schichten, insbesondere der phasenschiebenden Schicht, nicht mehr möglich. Um dies zu erreichen, darf sich bei dem Ätzschritt zur Strukturierung der phasenschiebenden Schicht kein Material der Resistschicht auf der Absorberschicht befinden.

Probleme ergeben sich auch, wenn das selbstjustierte Verfahren zur Herstellung der phasenschiebenden Fotomaske von einem zweiten Rim-Typ angewendet wird. Bei dem zweiten Rim-Typ sind die transparenten Abschnitte in der Fotomaske durch in den transparenten Träger eingebrachte Vertiefungen und die phasenschiebenden Säume durch die abschnittsweise freigelegte ebene Oberfläche des transparenten Trägers ausgebildet.

In der 2 ist die Herstellung einer phasenschiebenden Fotomaske 1 vom zweiten Rim-Typ schematisch dargestellt. Der Fotomaskenrohling 10 in der 2A unterscheidet sich von dem in der 1A darin, dass die Absorberschicht 12 direkt auf den Träger 11 aufgebracht ist. Die Strukturen 2 werden analog zum Verfahren gemäß der 1 von der Resistschicht 14 in die Absorberschicht 12 übertragen. Im Unterschied zu dem Verfahren werden die Strukturen 2 von der Absorberschicht 12 in den Träger 11 als Vertiefungen oder Gräben übertragen. Der 2A ist der als Vertiefung im transparenten Träger 11 ausgeformte transparente Abschnitt 22 entnehmbar.

Die in der 2B dargestellte Draufsicht auf den Fotomaskenrohling 10 unterscheidet sich nicht von der in der 1A.

Um die phasenschiebenden Säume 21 herzustellen, wird die Absorberschicht 12 ebenfalls analog zum bereits beschriebenen Verfahren mittels eines isotropen Ätzschrittes unterhalb der Resistschicht 14 abschnittsweise entfernt.

Der Fotomaskenrohling 10 nach dem isotropen Zurückätzen der Absorberschicht 12 ist in der 2C gezeigt. Im Unterschied zur 1C bestehen die dargestellten phasenschiebenden Säume 21 aus freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers 11.

Die 1D zeigt einen Ausschnitt aus der phasenschiebenden Fotomaske 1 vom zweiten Rim-Typ in der Draufsicht. Zu sehen sind die transparenten Abschnitte 22 und die aus Trägermaterial bestehenden phasenschiebenden Säume 21. Die dargestellten lichtabsorbierenden Abschnitte 23 gehen aus der strukturierten Absorberschicht 12 hervor.

Das Problem bei der Herstellung dieses Fotomaskentyps besteht darin, dass es schwierig bis unmöglich ist, das Chrom der Absorberschicht unterhalb der Resistschicht gleichmäßig zu ätzen, da sich ein unregelmäßiger Schleier von Ätzresten aus vorhergehenden Ätzschritten über der Chromkante bildet. Mit den herkömmlichen selbstjustierten Herstellungsverfahren ist es bislang noch so gut wie unmöglich gewesen, eine phasenschiebende Fotomaske vom zweiten Rim-Typ herzustellen.

Im Einzelnen ist aus der EP 0 653 679 B1 ein Verfahren bekannt, bei dem eine Rückseitenbelichtung durch ein transparentes Substrat vorgenommen wird. Auf diese Weise wird ein phasenschiebender Saum in einem Substrat erzeugt.

Weiterhin ist in der US 2002/0197544 A1 eine Anordnung beschrieben, bei der eine Halbtonschicht zwischen einer Lichtabschirmschicht und einem Substrat gelegen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfach durchführbares Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Rim-Typ-phasenschiebende Fotomasken ohne Kantenlagefehler hergestellt werden können. Weiterhin soll eine mit dem Verfahren hergestellte phasenschiebende Fotomaske vom Rim-Typ angegeben werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und mit einer phasenschiebenden Fotomaske gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske für eine fotolithographische Abbildung von Strukturen in der Fotomaske auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer zur Verfügung gestellt. Die Strukturen in der Fotomaske sind durch von einem phasenschiebenden Saum umgebene, transparente Abschnitte und lichtabsorbierende oder semitransparente, phasenschiebende Abschnitte in der Fotomaske gebildet.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Fotomaskenrohling, der einen transparenten Träger, eine über dem Träger angeordnete Absorberschicht und auf der Absorberschicht eine erste Resistschicht aufweist, bereitgestellt. Die erste Resistschicht wird strukturiert. Die Strukturierung kann beispielsweise mittels eines Elektronenstrahlschreibers und einer anschließenden Nassentwicklung der Resistschicht erfolgen.
Anschließend werden die Strukturen von der ersten Resistschicht in unterhalb der ersten Resistschicht angeordnete Materialien übertragen, wobei sowohl die Absorberschicht strukturiert als auch die transparenten Abschnitte geformt werden.
Nach dem Entfernen der ersten Resistschicht wird eine zweite Resistschicht auf die strukturierte Absorberschicht aufgebracht. Erfindungsgemäß wird die zweite Resistschicht mit Hilfe einer rückseitigen Flutbelichtung und einem anschließenden Entwicklungsschritt strukturiert. Bei der rückseitigen Flutbelichtung wird die zweite Resistschicht durch den Träger hindurch belichtet, wobei die strukturierte Absorberschicht erfindungsgemäß als eine Belichtungsmaske für eine selbstjustierte Strukturierung der zweiten Resistschicht verwendet wird.
Nach der Strukturierung der zweiten Resistschicht erfolgt ein isotroper Ätzschritt, bei dem die Absorberschicht unterhalb der strukturierten zweiten Resistschicht partiell entfernt und der phasenschiebende Saum aus einem dabei abschnittsweise freigelegten Material gebildet wird. Die strukturierte zweite Resistschicht dient als Ätzmaske. Mit der so strukturierten Absorberschicht werden die lichtabsorbierenden oder semitransparenten, phasenschiebenden Abschnitte ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Strukturen von der ersten Resistschicht in die Absorberschicht mit Hilfe eines anisotropen Trockenätzprozesses übertragen werden. Anschließend kann die erste Resistschicht entfernt werden. Die Strukturen werden dann von der Absorberschicht in ein darunterliegendes Material übertragen, wobei die Absorberschicht als Hartmaske dient. Bei dem darunterliegenden Material kann es sich zum Beispiel um das Material des Trägers handeln, wenn die transparenten Abschnitte als Vertiefungen im Träger ausgebildet werden sollen, oder um eine semitransparente, phasenschiebende Schicht. Ein Vorteil bei dem Verfahren besteht darin, dass das Strukturieren von Materialien, die sich unterhalb der Absorberschicht befinden, ohne störende Ätzreste vorgenommen werden kann, denn mit der ersten Resistschicht werden auch die Ätzreste, die beispielsweise beim Ätzen der Absorberschicht mit der ersten Resistschicht als Ätzmaske entstehen, entfernt. Die weiteren Ätzprozesse können nach dem Entfernen der ersten Resistschicht präziser und sauberer durchgeführt werden.
Nachdem die transparenten Abschnitte durch das Übertragen der Strukturen in unter der Absorberschicht angeordnete Materialien, wobei der transparente Träger abschnittsweise freigelegt wird, geformt wurden, wird auf die strukturierte Absorberschicht die zweite Resistschicht aufgebracht. Die zweite Resistschicht wird erfindungsgemäß von der Rückseite des Fotomaskenrohlings her ganzflächig belichtet. Die strukturierte Absorberschicht wirkt dabei als Belichtungsmaske, so dass nach einer Entwicklung der zweiten Resistschicht die zweite Resistschicht in der gleichen Weise strukturiert ist wie die erste Resistschicht. Dadurch, dass die strukturierte Absorberschicht als Belichtungsmaske verwendet wird, ist die Strukturierung der zweiten Resistschicht selbstjustierend. Kantenlagefehler zwischen den transparenten Abschnitten und den phasenschiebenden Säumen können nicht mehr auftreten.
Zur Herstellung der phasenschiebenden Säume wird mit der strukturierten zweiten Resistschicht als Ätzmaske die Absorberschicht mittels eines isotropen Ätzverfahrens zurückgeätzt, wobei das darunterliegende Material abschnittsweise freigelegt und dadurch der phasenschiebende Saum gebildet wird. Bei dem isotropen Ätzverfahren, das selektiv zu unter der Absorberschicht angeordneten Materialien erfolgen sollte, kann die Absorberschicht auch unterhalb der Resistschicht, sozusagen von der Seite her, entfernt werden. Da beim Entfernen der ersten Resistschicht gleichzeitig Seitenwände der als Öffnungen in der Absorberschicht ausgebildeten Strukturen gereinigt werden, lässt sich ein homogenes, abschnittsweises Entfernen der Absorberschicht erreichen, wodurch der phasenschiebende Saum über seine gesamte Länge mit einer konstanten Breite ausgebildet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmalig möglich, eine Fotomaske vom Rim-Typ selbstjustierend und kostengünstig mit bekannten und funktionierenden Verfahrensschritten herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass zur Ausformung der transparenten Abschnitte und der phasenschiebenden Säume zwei Resistschichten strukturiert werden. Durch das Entfernen der ersten Resistschicht und einer damit verbundenen Reinigung von bereits strukturierten Schichten können nachfolgende Ätzprozesse sauber und präzise durchgeführt werden. Da für das Strukturieren der zweiten Resistschicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die rückseitige Flutbelichtung eingesetzt wird, ist das Verfahren selbstjustierend, wodurch Kantenlagefehler zwischen transpa rentem Abschnitt und phasenschiebendem Saum wirkungsvoll vermieden werden.
Zur Herstellung einer phasenschiebenden Fotomaske von einem zweiten Rim-Typ, bei dem die transparenten Abschnitte als Vertiefungen im Träger und die phasenschiebenden Säume durch freigelegte Abschnitte einer ebenen Oberfläche des Trägers gebildet sind, wird die Absorberschicht auf der ebenen Oberfläche des transparenten Trägers vorgesehen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Abscheideverfahrens in einer CVD-Kammer geschehen. Für die unterhalb der Resistschicht angeordneten Materialien werden die Absorberschicht und der Träger vorgesehen. Die transparenten Abschnitte werden dann beim Übertragen der Strukturen in den Träger durch in den Träger geätzte Vertiefungen gebildet, und das den phasenschiebenden Saum ausbildende freigelegte Material besteht aus nicht beätzten Abschnitten des Trägers. Die Phasenverschiebung wird hier durch einen Gangunterschied erreicht, den ein Lichtstrahl der den Träger durch die Vertiefung passiert, gegenüber einem, der den Träger durch die ebene Oberfläche des phasenschiebenden Saumes passiert, aufweist.
Vorzugsweise wird zur Herstellung einer phasenschiebenden Fotomaske vom ersten Rim-Typ, bei dem die transparenten Abschnitte durch freigelegte Abschnitte der ebenen Oberfläche des Trägers gebildet sind und die phasenschiebenden Säume aus freigelegten Abschnitten einer semitransparenten, phasenschiebenden Schicht hervorgehen, auf der ebenen Oberfläche des Trägers die semitransparente, phasenschiebende Schicht und auf der phasenschiebenden Schicht die Absorberschicht vorgesehen. Für die unterhalb der ersten Resistschicht angeordneten Materialien werden dann die Absorberschicht und die phasenschiebende Schicht vorgesehen. Die transparenten Abschnitte werden aus freigelegten Abschnitten des Trägers gebildet. Die freigelegten Abschnitte entstehen durch das Übertragen der als Öffnungen ausgebildeten Strukturen in die pha senschiebende Schicht. Das den phasenschiebenden Saum formende, durch den isotropen Ätzschritt freigelegte Material besteht aus dem Material der phasenschiebenden Schicht.
In vorteilhafter Weise wird die erste Resistschicht nach der Strukturierung der Absorberschicht und vor der Strukturierung der phasenschiebenden Schicht oder vor dem Ausbilden der Vertiefungen entfernt. Mit der strukturierten Absorberschicht als Hartmaske lassen sich Ätzprozesse präziser und sauberer, das bedeutet ablagerungsfreier, durchführen, da eine Entfernung der ersten Resistschicht auch gleichzeitig eine Reinigung der strukturierten Absorberschicht beinhaltet, wodurch eine weitere Strukturausbildung verbessert wird. Außerdem lässt sich der isotrope Ätzprozess zum Ausbilden der phasenschiebenden Säume und der lichtabsorbierenden oder semitransparenten, phasenschiebenden Abschnitte erstmalig bei einem selbstjustierten Verfahren homogen durchführen.
Vorzugsweise wird die zweite Resistschicht als eine positive Resistschicht vorgesehen. Bei einer positiven Resistschicht werden die belichteten Abschnitte des Resists löslich bezüglich einer Entwicklerlösung. Mit der positiven Resistschicht werden in der zweiten Resistschicht die gleichen Strukturen, wie in der ersten Resistschicht erzeugt.
Vorzugsweise wird als ein Material für die semitransparente, phasenschiebende Schicht Molybdänsilizid vorgesehen. Molybdänsilizid kann in einfacher Weise mit unterschiedlichen Werten für seine Lichtdurchlässigkeit vorgesehen werden. Als besonders günstig hat es sich in vielen Fällen erwiesen, Molybdänsilizid mit einer Lichtdurchlässigkeit von 6 % vorzusehen. Die Phasenverschiebung des Lichtes kann über eine Dicke der phasenschiebenden Schicht eingestellt werden.
In vorteilhafter Weise kann als Material für die Absorberschicht ein semitransparentes, phasenschiebendes Material vorgesehen werden.
Vorzugsweise wird als Material für die Absorberschicht ein licht-absorbierendes Material, wie Cr und CrO_x vorgesehen. In einer CVD-Anlage können zunächst Chromoxid und dann Chrom abgeschieden werden. Das Chromoxid kann als Antireflektionsschicht genutzt werden, um Streulicht zu vermeiden.
Vorzugsweise wird als Material für den Träger Quarz vorgesehen. Quarz hat den Vorteil lichtdurchlässig für die zur Zeit gebräuchlichen Belichtungswellenlängen für eine fotolithographische Abbildung der Strukturen in der Fotomaske zu sein.
In vorteilhafter Weise wird der phasenschiebende Saum in der Weise vorgesehen, das ein den phasenschiebenden Saum transmittierender Lichtstrahl eine Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge gegenüber einem den transparenten Abschnitt transmittierenden Lichtstrahl aufweist. Bei einer Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge erfolgt eine destruktive Interferenz bei einer partiell kohärenten Beleuchtung. Diese destruktive Interferenz wirkt sich vorteilhaft sowohl auf die Bildqualität als auch auf das lithographische Prozessfenster aus.
Vorzugsweise werden die Strukturen als Kontaktlochstrukturen vorgesehen. Die erfindungsgemäß hergestellte phasenschiebende Fotomaske wirkt sich besonders vorteilhaft bei der Strukturierung von Kontaktlöchern aus.
Es wird eine phasenschiebende Fotomaske für eine lithographische Abbildung von Strukturen in der Fotomaske auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer zur Verfügung gestellt. Die Strukturen sind durch von einem phasenschiebenden Saum umgebene, transparente Abschnitte und licht absorbierende oder semitransparente, phasenschiebende Abschnitte in der Fotomaske gebildet. Die phasenschiebende Fotomaske zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte phasenschiebende Fotomaske weist transparente Abschnitte mit einer rechteckartigen oder ovalen Form auf, wobei transparente Ecken der rechteckartigen Form eine durch einen Krümmungsradius näherungsweise zu beschreibende Verrundung aufweisen. Der phasenschiebende Saum weist eine durch die strukturierte Absorberschicht definierte Außenkante mit verrundeten Ecken auf, wobei die verrundeten Ecken durch einen Krümmungsradius näherungsweise beschrieben sind, der größer als der Krümmungsradius der transparenten Ecken ist. Weiterhin weist der phasenschiebende Saum eine gleichmäßige Breite auf. Unter der gleichmäßigen Breite wird hier verstanden, dass der phasenschiebende Saum über seiner gesamten Länge ein und dieselbe Breite aufweist.
Vorzugsweise sind die transparenten Abschnitte als Vertiefungen in einer ebenen Oberfläche des Trägers ausgebildet, und der phasenschiebende Saum ist aus freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers geformt.
In vorteilhafter Weise sind mit freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers die transparenten Abschnitte und mit freigelegten Abschnitten einer auf der ebenen Oberfläche des Trägers angeordneten, semitransparenten, phasenschiebenden Schicht die phasenschiebenden Säume ausgebildet.
Zur Strukturierung von Kontaktlöchern ist die rechteckartige Form vorzugsweise als quadratische Form vorgesehen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske vom ersten Rim-Typ,
2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske vom zweiten Rim-Typ,
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske vom ersten Rim-Typ,
4 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen, für das Verständnis der Erfindung nützlichen Verfahrens zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske vom zweiten Rim-Typ.
Die 1 und 2 wurden bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläutert.
Bei einer phasenschiebenden Fotomaske 1 vom ersten Rim-Typ sind die Strukturen 2 durch transparente Abschnitte 22, die von einem aus einer semitransparenten, phasenschiebenden Schicht geformten, phasenschiebenden Saum 21 umgeben sind, und lichtabsorbierende Abschnitte 23 in der Fotomaske 1 gebildet. Zur Herstellung der Fotomaske 1 wird gemäß der 3 ein Fotomaskenrohling 10, der auf einer ebenen Oberfläche eines Trägers 11 eine semitransparente phasenschiebende Schicht 13, auf der phasenschiebenden Schicht 13 eine Absorberschicht 12 und auf der Absorberschicht 12 eine erste Resistschicht 14a aufweist, strukturiert. Zunächst werden die Strukturen 2 beispielsweise mittels eines Elektronenstrahlschreibers und einer anschließenden Nassentwicklung in die erste Resistschicht 14a übertragen. Dann erfolgt ein anisotroper Ätzschritt, mit dem die Strukturen 2 als Öffnungen in die Absorberschicht 12 übertragen werden. Anschließend wird die erste Resistschicht 14a beispielsweise mittels eines Nassätzschrittes entfernt. Dadurch werden Ätzreste, die sich bei der Strukturierung der Absorberschicht 12 an Seitenwände der Öffnungen in der Absorberschicht 12 oder auf die darunter liegende Schicht 13 abgelagert haben, entfernt.
Die 3A zeigt den Fotomaskenrohling 10 mit den als Öffnungen ausgebildeten Strukturen 2. Zu sehen ist der Träger 11, die semitransparente phasenschiebende Schicht 13, die strukturierte Absorberschicht 12 und die strukturierte erste Resistschicht 14a.
Die 3B zeigt den Fotomaskenrohling 10 nach der Entfernung der ersten Resistschicht 14a von oben. Zu sehen sind die als Öffnungen in der Absorberschicht 12 ausgebildeten Strukturen 2 und die in den Öffnungen freigelegte phasenschiebende Schicht 13.
Nachdem die erste Resistschicht 14a entfernt wurde, erfolgt die Strukturierung der phasenschiebenden Schicht 13 mit der Absorberschicht 12 als Hartmaske. Die Strukturierung der phasenschiebenden Schicht 13 kann mittels eines anisotropen Trockenätzprozesses, der selektiv zur Absorberschicht 12, beispielsweise aus Chrom, und zum Material des Trägers 11, beispielsweise Quarz, erfolgen sollte, durchgeführt werden.
In der 3C ist der Fotomaskenrohling 10 mit dem Träger 11 der strukturierten semitransparenten, phasenschiebenden Schicht 13 und der strukturierten Absorberschicht 12 dargestellt. Durch das Strukturieren der phasenschiebenden Schicht 13 ist die ebene Oberfläche des Trägers 11 abschnittsweise freigelegt worden. Durch das Freilegen des Trägers 11 sind im Fotomaskenrohling 10 die dargestellten transparenten Abschnitte 22 entstanden.
In der 3D ist der in der 3C dargestellte Fotomaskenrohling noch einmal von oben zu sehen. Dargestellt sind die transparenten Abschnitte 22, die aus freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers 11 bestehen.
Nach dem Ausbilden der transparenten Abschnitte 22 wird eine zweite Resistschicht 14b aufgebracht. Die zweite Resistschicht 14b wird strukturiert, indem der Fotomaskenrohling 10 von der Rückseite her, also von der Trägerseite her, sozusagen durch den Träger 11 hindurch, mittels einer Flutbelichtung belichtet wird. Die Absorberschicht 12 hat dabei die Funktion einer Belichtungsmaske. Mit der Rückseitenbelichtung wird die zweite Resistschicht 14b selbstjustiert strukturiert.
Die 3E zeigt den Fotomaskenrohling 10 mit der zweiten Resistschicht 14b, der strukturierten Absorberschicht 12 und der strukturierten phasenschiebenden Schicht 13. Die Pfeile in der Zeichnung deuten die Richtung an, aus der die zweite Resistschicht 14b belichtet wird. Wie der Figur zu entnehmen ist, lässt sich die strukturierte Absorberschicht 12 bei dieser Belichtungsrichtung als Belichtungsmaske verwenden.
Nach der Strukturierung, also der Belichtung und der Entwicklung, der zweiten Resistschicht 14b wird ein isotroper Ätzschritt zum partiellen Entfernen der Absorberschicht 12 unterhalb der Resistschicht 14b durchgeführt. Die zweite Resistschicht 14b wirkt dabei als Ätzmaske. Der Ätzprozess sollte isotrop, damit von der Seite her geätzt werden kann, und selektiv zum Träger 11 und zur phasenschiebenden Schicht 13 erfolgen. Dadurch, dass die Absorberschicht 12 partiell entfernt wird, werden Abschnitte der phasenschiebenden Schicht 13 freigelegt. Mit den freigelegten Abschnitten lassen sich die phasenschiebenden Säume 21 ausbilden. Mit der Ätzdauer, mit der die Absorberschicht 12 isotrop geätzt wird, kann die Breite der Säume 21 eingestellt werden.
Die 3F zeigt den Fotomaskenrohling 10 mit der strukturierten zweiten Resistschicht 14b und der zurückgeätzten Absorberschicht 12. Durch das Zurückätzen der Absorberschicht 12 unterhalb der Resistschicht 14b sind Abschnitte der phasenschiebenden Schicht 13 freigelegt worden. Zu sehen sind die freigelegten Abschnitte, die die phasenschiebenden Säume 21 ausbilden. Weiterhin zu sehen sind die transparenten Abschnitte 22, die von den phasenschiebenden Säumen 21 umgeben sind. Mit der so strukturierten Absorberschicht 12 werden die lichtabsorbierenden Abschnitte 23 ausgebildet. Diese absorbierenden Abschnitte 23 sind der 3F ebenfalls entnehmbar.
In der 3G ist ein Ausschnitt aus der fertigen phasenschiebenden Fotomaske 1 in der Draufsicht dargestellt. Zu sehen sind die lichtabsorbierenden Abschnitte 23, die mit der strukturierten Absorberschicht 12 ausgebildet sind. Abgebildet sind die phasenschiebenden Säume 21, die aus der phasenschiebenden Schicht 13 hervorgehen und abgerundete Ecken aufweisen. Die phasenschiebenden Säume 21 umgeben die transparenten Abschnitte 22, die aus freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers 11 gebildet sind, vollständig.
In der 4 ist das Verfahren zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske 1 vom zweiten Rim-Typ dargestellt. Bei der phasenschiebenden Fotomaske 1 vom zweiten Rim-Typ sind die transparenten Abschnitte 22 in der Fotomaske 1 als Vertiefungen in der ebenen Oberfläche des transparenten Trägers 11 und die phasenschiebenden Säume 21 als freigelegte Abschnitte der ebenen Oberfläche des Trägers 11 ausgebildet.
Zur Herstellung der phasenschiebenden Fotomaske 1 vom zweiten Rim-Typ wird ein Fotomaskenrohling 10, der auf dem Träger 11 die lichtabsorbierende Absorberschicht 12 und auf der Absorberschicht 12 die erste Resistschicht 14a aufweist, zur Verfügung gestellt. Die erste Resistschicht 14a wird struktu riert, und die Strukturen 2 werden von der ersten Resistschicht 14a in die Absorberschicht 12 und in den Träger 11 in Form von rechteckigen Vertiefungen übertragen. Mit den Vertiefungen werden die transparenten Abschnitte 22 ausgebildet.
Die 4A zeigt den Fotomaskenrohling 10 mit dem strukturierten Träger 11, der strukturierten Absorberschicht 12 und der strukturierten ersten Resistschicht 14a. Zu sehen sind die Vertiefungen im Träger 11, mit denen die transparenten Abschnitte 22 auszubilden sind.
In der 4B ist der Fotomaskenrohling 10 von oben zu sehen. Dargestellt sind die Strukturen 2 und die Absorberschicht 12. Die Strukturen sind durch die dargestellten transparenten Abschnitte 22, die in Form von Vertiefungen in den Träger 11 hineingeätzt wurden, ausgebildet.
Die erste Resistschicht 14a kann nach dem Einbringen der Vertiefungen in den Träger 11 entfernt werden. Bei dem Entfernen der ersten Resistschicht 14a werden auch Ätzreste, die sich an die Seitenwände der Öffnungen in der Absorberschicht 12 bzw. der Vertiefungen anlagern, entfernt. Analog zum Herstellungsverfahren gemäß der 3 wird eine zweite Resistschicht 14b aufgebracht und mittels einer Flutbelichtung von der Rückseite her und einer anschließenden Nassentwicklung strukturiert. Die strukturierte zweite Resistschicht 14b dient als Ätzmaske bei dem isotropen Ätzschritt zum Zurückätzen der Absorberschicht 12. Dieser Ätzschritt sollte selektiv zum Trägermaterial erfolgen.
Die 4C zeigt den Fotomaskenrohling 10 mit der strukturierten zweiten Resistschicht 14b und der zurückgeätzten Absorberschicht 12. Durch das Zurückätzen der Absorberschicht 12 ist die ebene Oberfläche des Trägers 11 partiell freigelegt worden. Mit den freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche werden die phasenschiebenden Säume 21, die der Zeichnung zu entnehmen sind, ausgebildet. Weiterhin sind die als Vertiefungen ausgebildeten transparenten Abschnitte 22 und die lichtabsorbierenden Abschnitte 23, die aus der strukturierten Absorberschicht 12 hervorgehen, dargestellt.
In der 4D ist ein Ausschnitt aus der phasenschiebenden Fotomaske 1 in der Draufsicht dargestellt. Zu sehen sind die lichtabsorbierenden Abschnitte 23, die aus der strukturierten Absorberschicht 12 hervorgehen, und die Strukturen 2, die aus transparenten Abschnitten 22 und aus sie umgebenden phasenschiebenden Säumen 21 bestehen. Wie der Figur zu entnehmen ist, sind sowohl die transparenten Abschnitte 22 als auch die phasenschiebenden Säume aus einem Material des Trägers 11 gebildet. Wie es in der Figur dargestellt ist, weist der phasenschiebende Saum 21 an seiner Außenkante verrundete Ecken auf, die beim Zurückbilden der Absorberschicht 12 mittels des isotropen Ätzprozesses entstehen.

1: Fotomaske
10: Fotomaskenrohling
11: Träger
12: Absorberschicht
13: phasenschiebende Schicht
14: Resistschicht
14a: erste Resistschicht
14b: zweite Resistschicht
2: Strukturen
21: phasenschiebender Saum
22: transparenter Abschnitt
23: lichtabsorbierender Abschnitt

Claims

Verfahren zum Herstellen einer phasenschiebenden Fotomaske (1) für eine fotolithographische Abbildung von Strukturen (2) in der Fotomaske (1) auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer, wobei die Strukturen (2) durch jeweils von einem semitransparenten, phasenschiebenden Saum (21) umgebene, transparente Abschnitte (22) und lichtabsorbierende Abschnitte (23) in der Fotomaske (1) gebildet sind, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Fotomaskenrohlings (10), der einen transparenten Träger (11), eine über dem Träger (11) angeordnete Absorberschicht (12) und auf der Absorberschicht (12) eine erste Resistschicht (14a) aufweist, – Strukturieren der ersten Resistschicht (14a), – Übertragen der Strukturen (2) von der ersten Resistschicht (14a) in unterhalb der ersten Resistschicht (14a) angeordnete Materialien, wobei sowohl die Absorberschicht (12) strukturiert wird, als auch die transparenten Abschnitte (22) ausgebildet werden, – Aufbringen einer zweiten Resistschicht (14b) auf die Absorberschicht (12), nachdem die erste Resistschicht (14a) entfernt wurde, – Strukturieren der zweiten Resistschicht (14b) mit Hilfe einer rückseitigen Belichtung, bei der die zweite Resistschicht (14b) durch den Träger (11) hindurch belichtet und die strukturierte Absorberschicht (12) als Belichtungsmaske für eine selbstjustierte Strukturierung der zweiten Resistschicht (14b) verwendet wird, – isotropes Ätzen der Absorberschicht (12) mit der strukturierten zweiten Resistschicht (14b) als Ätzmaske, wobei die Absorberschicht (12) unterhalb der strukturierten zweiten Resistschicht (14b) abschnittsweise entfernt und mit einem dadurch freigelegten Material die semitransparenten, phasenschiebenden Säume (21) und mit der strukturierten Absorberschicht (12) die lichtabsorbierenden Abschnitte (23) ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass – auf einer ebenen Oberfläche des Trägers (11) eine semitransparente, phasenschiebende Schicht (13) und auf der semitransparenten, phasenschiebenden Schicht (13) die Absorberschicht (12) angebracht werden, – für die unterhalb der ersten Resistschicht (14a) angeordneten Materialien die Absorberschicht (12) und die semitransparenten, phasenschiebende Schicht (13) eingesetzt werden, – die transparenten Abschnitte (22) mit freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers (11) ausgebildet werden, – für die rückseitige Belichtung eine Flutbelichtung vorgenommen wird, und – bei dem isotropen Ätzprozess Abschnitte der semitransparenten, phasenschiebenden Schicht (13) freigelegt und mit den freigelegten Abschnitten die phasenschiebenden Säume (21) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Resistschicht (14a) nach der Strukturierung der Absorberschicht (12), vor der Strukturierung der semitransparenten, phasenschiebenden Schicht (13), oder vor dem Ausbilden der Vertiefungen entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die zweite Resistschicht (14b) als eine Positivresistschicht eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Material für die semitransparente, phasenschiebende Schicht (13) MoSi verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Absorberschicht (12) ein semitransparentes, phasenschiebendes Material verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Absorberschicht (12) ein lichtabsorbierendes Material verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das lichtabsorbierende Material Cr und CrO_x verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Träger (11) Quarz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der phasenschiebende Saum (21) in der Weise verwendet wird, dass ein durch den phasenschiebenden Saum (21) transmittierender Lichtstrahl eine Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge gegenüber einem durch den transparenten Abschnitt (22) transmittierenden Lichtstrahl aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (2) als Kontaktlochstrukturen verwendet werden.
Phasenschiebende Fotomaske (1) für eine fotolithographische Abbildung von Strukturen (2) in der Fotomaske (1) auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiterwafer, wobei die Strukturen (2) durch von einem semitransparenten, phasenschiebenden Saum (21) umgebene, transparente Abschnitte (22) und lichtabsorbierende Abschnitte (23) in der Fotomaske (1) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die transparenten Abschnitte (22) eine rechteckartige Form aufweisen, wobei transparente Ecken der rechteckartigen Form eine durch einen Krümmumgsradius näherungsweise zu beschreibende Verrundung aufweisen, – der semitransparente, phasenschiebende Saum (21) eine durch die strukturierte Absorberschicht (12) definierte Außenkante mit verrundeten Ecken aufweist, wobei die verrundeteten Ecken durch einen Krümmungsradius näherungsweise beschrieben sind, der größer als der Krümmungsradius der transparenten Ecken ist und – der semitransparente, phasenschiebende Saum (21) eine gleichmäßige Breite aufweist, und – mit freigelegten Abschnitten der ebenen Oberfläche des Trägers (11) die transparenten Abschnitte (22) und mit freigelegten Abschnitten einer auf der ebenen Oberfläche des Trägers (11) angeordneten, semitransparenten, phasenschiebenden Schicht (13) die semitransparenten, phasenschiebenden Säume (21) ausgebildet sind.
Phasenschiebende Fotomaske (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckige Form als quadratische Form ausgebildet ist.