DE10338048A1

DE10338048A1 - Phasenverschiebungsmaske, Verfahren zumBilden eines Musters mit einer Phasenverschiebungsmaske, Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE10338048A1
Application number: DE10338048A
Authority: DE
Inventors: Shuji Nakao
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2004-10-07
Also published as: TW576947B; US6994940B2; KR100524349B1; CN1324400C; JP2004251969A; KR20040074898A; CN1525245A; TW200416479A; US20040161677A1

Abstract

Eine Phasenverschiebungsmaske enthält eine Halbtonlichtabschirmschicht (2), die auf einem Substrat (1) ausgebildet ist und eine Öffnung (2a) aufweist zum Freilegen eines Abschnitts der Oberfläche des Substrats (1). Die Phase des durch die Halbtonlichtabschirmschicht (2) übertragenen Belichtungslichts unterscheidet sich von der Phase des durch die Öffnung (2a) übertragenen Belichtungslichts um 180 DEG . Die Lichtübertragungsrate, die durch das Verhältnis zwischen der Lichtintensität des durch die Halbtonlichtabschirmschicht (2) übertragenen Belichtungslichts und der Lichtintensität des durch die Öffnung (2a) übertragenen Belichtungslichts definiert ist, beträgt mindestens 15% und höchstens 25%. Die Abmessung der Öffnung (2a) beträgt mindestens 0,26 und höchstens 0,45, wobei das Verhältnis lambda/NA zwischen der Belichtungslichtwellenlänge lambda und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbtonphasenverschiebungsmaske, ein Verfahren zum Bilden eines Musters unter Verwendung einer solchen Phasenverschiebungsmaske und ein Herstellungsverfahren für eine elektronische Vorrichtung.

In den letzten Jahren gab es einen bemerkenswerten Anstieg der Integration und Miniaturisierung von integrierten Halbleiterschaltungen. Gleichzeitig ist die Miniaturisierung von Schaltungsmustern, die auf Halbleitersubstraten (im folgenden einfach als Wafer bezeichnet) ausgebildet sind, rasch vorangeschritten.

Insbesondere die fotolithografische Technologie ist als grundlegende Technologie für die Musterbildung weithin anerkannt. Dementsprechend wurden bisher eine Vielzahl von Entwicklungen und Verbesserungen hinsichtlich der fotolithografischen Technologie durchgeführt. Die Miniaturisierung von Mustern hält je doch weiter an, und die Nachfrage nach einer erhöhten Musterauflösung steigt weiter.

Eine solche fotolithografische Technologie ist eine Technik zum Übertragen eines Musters auf einer Fotomaske (Originalzeichnung) auf einen Fotoresist, der auf ein Wafer aufgebracht ist, und zum Strukturieren einer darunterliegenden Schicht, die nachfolgend geätzt wird, unter Verwendung des Fotoresists, auf den das Muster übertragen worden ist.

Bei der oben beschriebenen Übertragung auf den Fotoresist wird an dem Fotoresist ein Entwicklungsvorgang durchgeführt. Ein Fotoresist, bei dem als Ergebnis dieses Entwicklungsprozesses der dem Licht ausgesetzte Abschnitt entfernt ist, wird als Positivresist bezeichnet und ein Fotoresist, bei dem als Ergebnis dieses Entwicklungsprozesses der Abschnitt, der nicht dem Licht ausgesetzt war, entfernt ist, als Negativfotoresist.

Im allgemeinen wird die Auflösungsgrenze R (nm) in der fotolithografischen Technik, die ein Verkleinerungsbelichtungsverfahren verwendet, dargestellt als: R = k1·λ/(NA).

Dabei wird die Wellenlänge (nm) des verwendeten Lichts als λ bezeichnet, die numerische Apertur des optischen Projektionssystems aus Linsen wird als NA bezeichnet, und eine Konstante, die von der Bedingung für die Abbildung und von dem Resistverfahren abhängt, wird als k₁ bezeichnet.

Wie aus der obigen Formel ersichtlich, kann ein Verfahren zum Verringern der Werte k₁ und λ und zum Erhöhen des Wertes NA als Mittel zum Erzielen einer Vergrößerung der Auflösungsgrenze R angesehen werden, d.h. als Mittel zum Gewinnen eines mikroskopischen Musters. Das heißt, dass die von dem Resistverfahren abhängige Konstante verringert wird, die Wellenlänge immer kleiner gemacht wird und NA stetig vergrößert wird.

Von diesen Möglichkeiten stellt die Verringerung der Wellenlänge der Lichtquelle besonders schwierige technische Herausforderungen, und es wird nötig, NA zu erhöhen, während dieselbe Wellenlänge verwendet wird. In dem Fall, in dem NA stetig erhöht wird, wird die Schärfentiefe δ (δ = k2·λ/(NA)²) gering, und ein Problem tritt auf, bei dem sich die Genauigkeit der Form und Abmessungen der gebildeten Muster verschlechtern.

Daher wurden Forschungen durchgeführt, um die Miniaturisierung von Mustern zu erreichen, indem anstelle der Lichtquelle oder der Linsen die Fotomaske verbessert wird. In letzter Zeit haben Phasenverschiebungsmasken als Fotomasken, die die Auflösung von Mustern erhöhen, die Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Eine Phasenverschiebungsmaske, bei der effektiv dunkle Abschnitte gebildet werden, indem die optimalen Abmessungen eines lichtdurchlässigen Phasenverschiebungsabschnitts und eines Durchlassabschnitts in dem Aufbau kombiniert werden, ist z.B. als ein Beispiel für eine derartige Phasenverschiebungsmaske in der Offenlegungsschrift JP 10-293392 offenbart.

In dem Fall, in dem ein Lochmuster unter Verwendung einer bekannten Phasenverschiebungsmaske hergestellt wird, werden jedoch mikroskopische Änderungen der Abmessungen der Maske als große Änderungen der Abmessungen des auf dem Wafer gebildeten Resistmusters wiedergegeben, insbesondere wenn ein Muster gebildet wird, dessen Abmessungen kleiner sind als die Wellenlänge des zur Belichtung verwendeten Lichts (Belichtungslichts). Daher tritt das Problem auf, dass die Bildung eines Lochmusters mit den gewünschten Abmessungen schwierig wird. Es gibt somit ein Problem, bei dem zum Herstellen einer Maske eine fortgeschrittene Technologie erforderlich ist, bei der die Maskenkos ten hoch werden, da ein Maskenmuster mit sehr geringen Abmessungsfehlern erforderlich ist.

Zusätzlich tritt bei einem mit einem bekannten Lochmusterbildungsverfahren gebildeten Muster ein Problem auf, bei dem die Herstellungsausbeute der integrierten Halbleiterschaltungen aus Mangel an Einheitlichkeit der Abmessungen sinkt oder bei dem der Integrationsgrad verringert wird, wenn die Intervalle der Musteranordnung erhöht werden, um eine solche Verringerung der Herstellungsausbeute zu vermeiden.

Zusätzlich tritt ein Problem auf, bei dem eine Maske mit hoher Präzision, die teuer ist, notwendig wird, um den Mangel an Gleichförmigkeit der Musterabmessungen zu überwinden.

Die vorliegende Erfindung soll die oben beschriebenen Probleme überwinden. Ihre Aufgabe besteht darin, eine Phasenverschiebungsmaske bereitzustellen, mit der mit niedrigen Kosten und ohne Verringerung des Integrationsgrades ein Muster mit einer hervorragenden Gleichmäßigkeit der Abmessungen erzeugt werden kann. Weiterhin sollen ein Verfahren zum Bilden eines Musters unter Verwendung dieser Phasenverschiebungsmaske und ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung bereitgestellt werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Phasenverschiebungsmaske gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Erzeugen eines Musters gemäß Anspruch 2 und ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung gemäß Anspruch 10. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Phasenverschiebungsmaske enthält ein Substrat aus einem Material, das ein Belichtungslicht durchlässt und eine Halbtonlichtabschirmschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die einen Abschnitt der Oberfläche des Substrats freilegt. Die Phase des durch die Halbtonlichtabschirmschicht übertragenen Belichtungslichts unterscheidet sich von der Phase des sich durch die Öffnung übertragenen Belichtungslichts. Die Lichtübertragungsrate, die durch das Verhältnis zwischen einer Lichtintensität des durch die Halbtonlichtabschirmschicht übertragenen Belichtungslichts und einer Lichtintensität des durch die Öffnung übertragenen Belichtungslichts definiert ist, beträgt mindestens 15% und höchstens 25%. Die Abmessung der Öffnung beträgt mindestens 0,26 und höchstens 0,45, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungslichtwellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird. Bei der Phasenverschiebungsmaske beträgt die Abmessung der Öffnung mindestens 0,26 und höchstens 0,45, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird. Somit können Schwankungen in der Abmessung des Musters, das auf dem Fotoresist erzeugt wird, im Hinblick auf Schwankungen der Abmessung der Öffnung (also der MEF = mask error enhancement factor = Maskenfehlervergrößerungsfaktor) verringert werden.

In dem Fall, in dem die Lichtübertragungsrate weniger als 15% beträgt, wird der MEF groß. In dem Fall, in dem die Lichtübertragungsrate 25% übersteigt, kann keine Inspektion der Phasenverschiebungsmaske nach Defekten durchgeführt werden. In dem Fall, in dem die Lichtübertragungsrate mindestens auf 15% und höchstens auf 25% eingestellt ist, kann nach dem Herstellen einer Maske eine Inspektion auf Fehler durchgeführt werden, und es ist möglich, unter Verwendung dieser Maske eine Übertragung mit einem kleinen MEF durchzuführen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt des Aufbaus einer Phasenverschiebungsmaske nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Projektionsbelichtungssystems, das eine Phasenverschiebungsmaske nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
3 eine Ansicht zum Beschreiben einer bekannten Beleuchtung;
4 eine Ansicht zum Beschreiben einer abgewandelten Beleuchtung;
5 eine Draufsicht auf den Aufbau einer Kreuzpolbeleuchtungsblende;
6 eine Draufsicht auf den Aufbau einer Ringbandbeleuchtungsblende;
7 eine Draufsicht auf den Aufbau einer Vierpolbeleuchtungsblende;
8 bis 10 schematische Querschnitte, die in Abfolge die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Musters unter Verwendung einer Phasenverschiebungsmaske nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wenn der Fotoresist eine Negativfotoresist ist;
11 und 12 schematische Querschnitte, die in Abfolge die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Musters unter Verwendung einer Phasenverschiebungsmaske nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wenn der Fotoresist eine Positivfotoresist ist;
13 eine Darstellung eines optischen Bildes, das durch ein Bilderzeugungssystem erzeugt wird, wenn die Öffnung der in 1 gezeigten Phasenverschiebungsmaske ein Einzelmuster aufweist, dessen Abmessung W = 280 nm ist;
14 eine Darstellung eines optischen Bildes, das durch ein Bilderzeugungssystem erzeugt wird, wenn die Öffnung der in 1 gezeigten Phasenverschiebungsmaske ein Einzelmuster aufweist, dessen Abmessung W = 200 nm ist;
15 eine Darstellung eines optischen Bildes, das durch ein Bilderzeugungssystem erzeugt wird, wenn die Öffnung der in 1 gezeigten Phasenverschiebungsmaske ein Einzelmuster aufweist, dessen Abmessung W = 120 nm ist;
16 eine Darstellung eines optischen Bildes, das durch ein Bilderzeugungssystem erzeugt wird, wenn die Öffnung der in 1 gezeigten Phasenverschiebungsmaske ein Einzelmuster aufweist, dessen Abmessung W = 40 nm ist;
17 eine Draufsicht auf den Aufbau einer in 13 bis 16 verwendeten Kreuzpolbeleuchtungsblende;
18 ein Diagramm, das eine Änderung des optischen Bildes zeigt, wenn die Abmessung (Maskenweite) W der Öffnung der in 1 gezeigten Phasenverschiebungsmaske geändert wird;
19 ein Diagramm, bei dem die Abmessungen des auf Slice-Pegel festgelegten Bildes (die Abmessungen des Musters, das auf dem Photoresist gebildet wird, die kritische Bildabmessung) als Funktion von den Abmessungen der in der Maske erzeugten Öffnung (Maskenweite) aufgetragen ist;
20A, B und C Diagramme, in denen die jeweiligen Änderungen in den Bildabmessungen, der MEF und der Schärfentiefe (DOF = depth of focus) aufgetragen sind, wenn das Musterrastermaß unter optischen Bedingungen geändert wird, bei denen die Anpassungsfähigkeit des Musters Priorität hat; und
21 eine schematische Draufsicht, die einen Fall zeigt, bei dem sowohl ein Einzelmuster als auch ein sehr dichtes Muster auf einer Phasenverschiebungsmaske nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt sind.
Im folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, enthält eine Phasenverschiebungsmaske 5 ein transparentes Substrat 1 und eine Halbtonlichtabschirmschicht 2. Das transparente Substrat 1 besteht aus einem Material, das für das Belichtungslicht transparent ist, so dass das Belichtungslicht durch das Substrat übertragen wird. Die Halbtonlichtabschirmschicht 2 ist auf dem transparenten Substrat 1 ausgebildet und weist eine Öffnung 2a auf, die einen Abschnitt der Oberfläche des transparenten Substrats 1 freilegt.
Die Halbtonlichtabschirmschicht 2 ist so ausgebildet, dass das Belichtungslicht, das durch die oben beschriebene Halbtonlichtabschirmschicht 2 übertragen wird, eine Phase aufweist, die von der Phase des durch die Öffnung 2a übertragenen Belichtungslichtes abweicht, z.B. um 180°. Zusätzlich beträgt die Lichtübertragungsrate, die durch das Verhältnis (I2/I1) zwischen der Lichtintensität I2 des Belichtungslichts, das durch die Halbtonlichtabschirmschicht 2 übertragen wurde, und der Lichtintensität I1 des Belichtungslichts, das durch die Öffnung 2a übertragen wurde, mindestens 15% und höchstens 25%. Weiterhin beträgt die Abmessung W der Öffnung 2a nicht weniger als 0,26 und nicht mehr als 0,45, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird.
In dem Fall, in dem die Öffnung 2a in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, bezeichnet die Abmessung W der Öffnung 2a die Länge einer Seite des Rechtecks.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Bilden eines Musters unter Verwendung der in 1 gezeigten Phasenverschiebungsmaske beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, verkleinert das Projektionsbelichtungssystem das Muster auf der Phasenverschiebungsmaske 5, das auf einen Fotoresist 23 auf der Oberfläche eines Wafers 20 projiziert wird. Außerdem enthält das Projektionsbelichtungssystem ein Beleuchtungsoptiksystem, das von einer Lichtquelle 11 bis zu dem Muster auf der Phasenverschiebungsmaske 5 reicht, und ein optisches Projektionssystem, das von dem Muster auf der Phasenverschiebungsmaske 5 zu dem Wafer 20 reicht.
Das optische Belichtungssystem enthält eine Quecksilberlampe 11, die als Lichtquelle dient, einen Reflexionsspiegel 12, eine Kondensorlinse 18, eine facettenartige Linse 13, eine Blende 14, Kondensorlinsen 16a, 16b, 16c, eine Blindblende 15 und einen Reflexionsspiegel 17. Zusätzlich enthält das optische Projektionssystem Projektionslinsen 19a, 19b und eine Blende 25.
Bei den Belichtungsvorgang wird zum Beispiel von dem Licht 11a, das vor der Quecksilberlampe 11 ausgestrahlt wird, nur die i-Linie (Wellenlänge 365 nm) zuerst von dem Reflexionsspiegel 12 reflektiert, so dass das Licht 11a Licht von einer einzelnen Wellenlänge wird. Als nächstes fällt das Licht 11a durch die Kondensorlinse 18, so dass es in jeden Abschnitt 13a der facettenartigen Linse 13 eintritt, und anschließend durchdringt es die Blende 14.
Dabei bezeichnet 11b einen Lichtpfad, der durch einen Abschnitt 13a der facettenartigen Linse 13 erzeugt wird, und 11c einen Lichtplad, der durch die facettenartige Linse 13 erzeugt wird.
Das Licht 11a, das die Blende 14 durchdrungen hat, dringt durch die Kondensorlinse 16a, die Blindblende 15 und die Kondensorlinse 16b und wird von dem Reflexionsspiegel 17 mit einem vorbestimmten Winkel reflektiert.
Das Licht 11a, das von dem Reflexionsspiegel 17 reflektiert wurde, fällt durch die Kondensorlinse 16c und bestrahlt anschließend gleichförmig die gesamte Oberfläche der Phasenverschiebungsmaske 5, auf der ein vorbestimmtes Muster ausgebildet ist.
Anschließend wird das von dem Licht 11a übertragene Bild durch die Projektionslinsen 19a und 19b in einem vorbestimmten Maßstab verkleinert, und der Fotoresist 23 auf der Oberfläche des Wafers 20 wird mit dem Licht 11a belichtet.
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird die Beleuchtung der Phasenverschiebungsmaske 5 nicht durch eine herkömmliche Beleuchtung ausgeführt, sondern durch eine abgewandelte Beleuchtung. Bei der herkömmlichen Beleuchtung wird Belichtungslicht in der zu der Phasenverschiebungsmaske 5 senkrechten Richtung ausgestrahlt, wie in 3 dargestellt, so dass der Wafer 20 von drei Lichtströmen mit der Dimension 0, +1 und –1 belichtet wird. Wenn das Muster der Phasenverschiebungsmaske 5 miniaturisiert wird, wird der Brechungswinkel jedoch groß, und Licht der Dimension ±1 tritt bei der senkrechten Beleuchtung nicht in die Linse ein, und daher besteht das Risiko, dass das Licht die Auflösung nicht erzielen kann.
Somit wird der Lichtstrom wie in 4 dargestellt, so gestaltet, dass er mittels einer abgewandelten Beleuchtung schräg in die Phasenverschiebungsmaske 5 einfällt. Dadurch kann die Belichtung ausgeführt werden, indem nur zwei Lichtströme mit der Dimension 0 und mit der Dimension +1 oder –1 verwendet werden, die von der Phasenverschiebungsmaske 5 gebeugt wurden, so dass eine hohe Auflösung erzielt werden kann.
Bei einer solchen abgewandelten Beleuchtung können als in
2 gezeigte Blende eine Kreuzpolbeleuchtungsblende, die wie in 5 dargestellt vier Durchlassabschnitte 14a aufweist, eine Ringbandbeleuchtungsblende, die wie in 6 dargestellt, einen ringförmigen Durchlassabschnitt 14a aufweist oder eine Vierpolbeleuchtungsblende, die wie in 7 dargestellt, vier Durchlassabschnitte 14a aufweist und eine Form hat, die durch Drehen der Kreuzpolbeleuchtungsblende um 45° erzielt wird, verwendet werden. Somit können eine Kreuzpolbeleuchtung, eine Ringbandbeleuchtung oder eine Vierpolbeleuchtung als abgewandelte Beleuchtung verwendet werden.
Dabei wird die Bildung eines sehr dichten Musters in einem orthogonalen Raster entsprechend den X- und Y-Koordinaten in der Waferoberfläche möglich, wenn eine Kreuzpolbeleuchtung verwendet wird. Das Bilden eines Allzweckmusters mit einer geringen Abhängigkeit von dem Musterentwurf wird möglich, wenn die Ringbandbeleuchtung verwendet wird. Weiterhin wird die Bildung eines sehr dichten Musters in einem orthogonalen Raster entsprechend den X- und Y-Koordinaten in der Waferoberfläche, das relativ zu dem mit einer Kreuzpolbeleuchtung gebildeten Muster um 45° gedreht ist, möglich, wenn eine Vierpolbeleuchtung verwendet wird.
Mit Bezug auf 8 wird der Fotoresist 23 auf der Oberfläche des Wafers 20 durch das Belichtungslicht belichtet, das die Phasenverschiebungsmaske 5 unter Verwendung der oben beschriebenen abgewandelten Beleuchtung beleuchtet hat. Der belichtete Fotoresist 23 wird durch Entwickeln strukturiert. Wenn der Fotoresist 23 ein Negativfotoresist ist, wird bei dieser Entwicklung wie in 9 dargestellt nur der Abschnitt des Fotoresists 23 entfernt, in dem die Belichtungslichtenergie einen vorbestimmten oder kleineren Wert hat, so dass der Fotoresist 23 strukturiert wird. Die untere Schicht 22 wird unter Verwendung des wie oben beschrieben strukturierten Fotoresists 23 als Maske geätzt, wodurch in dieser geätzten Schicht ein Lochmuster 22a gebildet werden kann. Danach wird der Fotoresist 23 z.B. durch Veraschung entfernt, und so kann eine Halbleitervorrich tung hergestellt werden, in der die geätzte Schicht 22 mit einem mikroskopischen Lochmuster 22a auf einem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet ist.
Wenn der Fotoresist 23 ein Positivfotoresist ist, wird bei der oben beschriebenen Entwicklung wie in 11 dargestellt, nur der Abschnitt des Fotoresists 23 entfernt, in dem die Belichtungslichtenergie einen vorbestimmten oder höheren Wert aufweist, so dass der Fotoresist 23 strukturiert wird. Die untere Schicht 22 wird unter Verwendung des wie oben beschrieben strukturierten Fotoresists 23 als Maske geätzt, wodurch diese geätzte Schicht 22 als Punktmuster ausgebildet werden kann. Danach wird der Fotoresist 23 z.B. durch Veraschen entfernt und so kann eine Halbleitervorrichtung hergestellt werden, in der die geätzte Schicht wie in 12 dargestellt in der Form eines mikroskopischen Punktmusters auf dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet ist.
Unabhängig davon, ob der Fotoresist 23 ein Negativresist oder ein Positiv-resist ist, ist es dabei vorzuziehen, dass die Belichtung des Fotoresists 23 mit einer Menge von Belichtungslicht durchgeführt wird, die mindestens 10 mal und höchstens 40 mal so groß ist wie die Menge von Belichtungslicht, die die Lösbarkeit invertiert, wenn der Fotoresist 23 unter Verwendung eines Öffnungsmusters mit einer großen Abmessung belichtet wird, so dass der Durchmesser der Öffnung größer gleich 10 ist, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird. Das ist so, weil es schwierig ist, eine hervorragende Auflösung zu erzielen, wenn eine Menge von Belichtungslicht außerhalb des obigen Bereichs verwendet wird.
Entsprechend der Phasenverschiebungsmaske nach der vorliegenden Ausführungsform kann die Schwankung in der Abmessung des Musters (in 9 Lochmuster, in 10 Punktmuster), das auf dem Fotoresist ausgebildet ist, relativ zu den Abmessungsschwankungen des Musters (Öffnung 2a), das auf einer Maske ausgebildet ist, (also der Maskenfehlervergrößerungsfaktor MEF = mask error enhancement factor) verringert werden. Das wird im folgenden beschrieben.
Der Parameter in den jeweiligen Diagrammen ist der Fokus. Bezüglich der optischen Bedingungen beträgt die Wellenlänge des Belichtungslichts 248 nm, die numerische Apertur NA ist 0,80 und die Beleuchtung ist eine Kreuzpolbeleuchtung (σ_in/σ_out = 0,70/,085). Die für diese Kreuzpolbelichtung verwendete Blende 14 hat wie in 17 dargestellt eine Form mit vier Lichtdurchlassabschnitten 14a, und die Übertraungsrate (I2/I1) der Phasenverschiebungsmaske 5 beträgt 20%.
In dem Fall, in dem die Abmessung W der Öffnung der Phasenverschiebungsmaske 5 groß ist, entspricht das erzeugte Muster annähernd dem bei der Bildung eines Musters unter Verwendung einer herkömmlichen Halbtonphasenverschiebungsmaske. In diesem Fall wird die Intensität des Lichts, das durch die Öffnung 2a übertragen wird, wie in 13 dargestellt, viel größer als die Intensität des Lichts, das durch die Halbtonlichtabschirmschicht 2 übertragen wird, die eine Phasenbeziehung hat, bei der das Licht, das durch die Öffnung 2a übertragen wird, ausgelöscht wird. Deswegen werden in den der Öffnung 2a entsprechenden Bereichen Abschnitte (Abschnitte mit hoher Lichtintensität) gebildet, die heller sind als die anderen Bereiche.
Wenn die Abmessung W der Öffnung 2a verringert wird, wird die Intensität des Lichtes, das durch die Öffnung 2a übertragen wurde, wie in 14 dargestellt, verringert, und die Auslöschung durch das Licht, das durch die Halbtonlichtabschirmschicht 2 übertragen wurde, steigt relativ an. Dadurch wird ein Bild von Licht gebildet, das annähernd die gleiche Intensität hat wie das Licht, das durch die Halbtonlichtabschirmschicht 2 gedrungen ist. Der Kontrast des Bildes ist gering und die Bildung eines Musters auf dem Fotoresist wird schwierig.
Wenn die Abmessung W der Öffnung 2a weiter verringert wird, wird die Intensität des Lichtes, das durch die Öffnung 2a übertragen wurde, und die Intensität des Lichts, das durch die Halbtonlichtabschirmschicht 2 übertragen wurde, annähernd gleich groß. Dabei sind die jeweiligen Phasen in einer Beziehung, bei der sie entgegengesetzte Phasen aufweisen (d.h. die Beziehung, bei der sich die Phasen um 180° unterscheiden), und daher wird in dem der Öffnung 2a entsprechenden Bereich wie in 15 dargestellt ein Bild als Punkt erzeugt, der dunkler ist als die anderen Bereiche. Wenn ein solches Bild auf einem Negativfotoresist gebildet wird, wird in dem Fotoresist ein Lochmuster gebildet.
Wenn die Abmessung W der Öffnung 2a noch weiter verringert wird, wird wie in 16 dargestellt die Intensität des Lichts, das durch die Öffnung 2a übertragen wird, kleiner als die Intensität des Lichts, das durch die Halbtonlichtabschirmschicht 2 übertragen wird, und die Wirkung der Auslöschung wird klein, so dass der dunkle Punkt weniger dunkel (also heller) wird.
Wenn die Abmessung W der Öffnung 2a noch weiter verringert wird, wird die Bedingung im wesentlichen dieselbe als ob die Öffnung 2a nicht existieren würde, so dass der Kontrast des Bilds verschwindet.
Entsprechend den oben beschriebenen optischen Bedingungen ist es klar, dass das in 15 dargestellte Bild mit dem dunklen Punkt hervorragende Schärfeeigenschaften aufweist. Aus der obigen Beschreibung ist klar, dass die Dunkelheit des dunklen Punktbildes, das in dem der Öffnung 2a entsprechenden Bereich erzeugt wird, verringert wird (d.h. das Punktbild wird heller), wenn eine bestimmte Abmessung der Öffnung 2a, die als Grenzabmessung bezeichnet wird, verglichen mit der Grenzabmessung vergrößert oder verkleinert wird.
Aus der in 18 dargestellten Änderung des optischen Bildes ist zu ersehen, dass das lokale Minimum der Intensität des optischen Bildes wie oben beschrieben am kleinsten wird, wenn die Öffnung 2a eine bestimmte Abmessung W (Maskenweite, in diesem Fall 100 bis 120 nm) aufweist, und dass der lokale Minimalwert sowohl dann größer wird, wenn die Abmessung W in der Öffnung 2a kleiner (80 nm) ist als die bestimmte Abmessung, als auch dann, wenn sie größer (140 nm) ist.
Wenn ein Fotoresist unter Verwendung von Maskenmustern mit verschiedenen Abmessungen W der Öffnung 2a mit einer konstanten Menge von Belichtungslicht belichtet wird, stimmt die Abmessung des Musters, das in dem Fotoresist erzeugt wird, annähernd mit der Abmessung des Abschnitts überein, indem die Helligkeit kleiner als der in der Figur dargestellte Slice-Pegel ist, da die Intensität des Slice-Pegels den Zustand, in dem der Fotoresist löslich ist, von dem Zustand trennt, in dem der Fotoresist unlöslich ist. Demnach wird die Abmessung des in dem Fotoresist erzeugten Musters sowohl dann verringert, wenn die Abmessung W der Öffnung 2a erhöht wird, als auch dann, wenn sie verringert wird.
Insbesondere hängt die Abmessung des in dem Fotoresist gebildeten Musters nicht von der Abmessung W der entsprechenden Öffnung 2a ab (Ableitung 0), wenn die Abmessung W der Öffnung 2a den Wert hat, bei dem das lokale Minimum der Intensität des Bildes am kleinsten ist.
Wie deutlich aus 19 ersichtlich, hat die Abmessung des Bildes bei einer bestimmten Abmessung der Öffnung 2a ein lokales Maximum. Wenn die Abmessung der Öffnung 2a auf den Wert eingestellt ist, in dem das lokale Maximum erreicht wird, und eine Mustererzeugung ausgeführt wird, ändert sich die Abmessung des Musters auch dann nur leicht, wenn die Abmessung der Öffnung 2a bedingt durch einen Fehler beim Herstellen der Maske schwankt. Als Parameter dient dabei der Slice-Pegel (der Betrag in umgekehrter Proportion zu der Menge des Belichtungslichts).
Nach dem derzeitigen Stand der Technik der Maskenfertigungstechnologie hat die Verteilung der Abmessung der Öffnung 2a entsprechend dem aus dem Wert von einer 4×4-Maske berechneten Wert auf dem Wafer bedingt durch Fertigungsfehler einen Streuungsbereich von 5 nm oder weniger. Daraus wird deutlich, dass die Änderung der Abmessung des Bildes extrem klein wird (1 bis 2 nm oder weniger), wenn die Abmessung der Öffnung 2a auf einen Wert eingestellt wird, in dem der lokale Maximalwert erreicht wird, auch wenn die Abmessung der Öffnung 2a bedingt durch Fertigungsfehler um 5 nm schwankt.
Das Verhältnis zwischen der Streuung der Abmessung des Bilds zu der Streuung der Abmessung des auf der Maske ausgebildeten Musters wird als MEF (mask error enhancement factor) bezeichnet und durch die folgende Gleichung ausgedrückt: MEF = ΔCD (Wafer)/ΔCD (Maske)
In dieser Gleichung ist ΔCD (Wafer) die Streuung der Abmessung des Bildes und ΔCD (Maske) die Streuung der Abmessung des auf den Wafer berechneten in der Maske ausgebildeten Musters. CD steht für kritische Abmessung (critical dimension).
Wenn nach einem herkömmlichen Verfahren ein mikroskopisches Lochmuster gebildet wird, wird der Wert dieses MEF groß, so dass eine leichte Änderung in der Abmessung des in der Maske gebildeten Musters als große Änderung der Abmessung des Bildes wiedergegeben wird, und die Abmessung des Musters, das eine konstante Abmessung haben soll, wird breit gestreut. Daher ist es klar, dass die Ausbeute und die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung negativ beeinträchtigt werden, und hinsichtlich der mikroskopischen Musterbildung entsteht ein großes Problem.
Dagegen ist die Abmessung der Öffnung 2a in einem Bereich von mindestens 80 bis höchstens 140 nm eingestellt, so dass nach der vorliegenden Ausführungsform die oben beschriebene MEF verringert werden kann, und somit wird die Erzeugung eines Musters möglich, wenn fast keine Wirkung von einer Schwankung der Abmessung der Öffnung 2a ausgeübt wird, so dass eine hervorragende Herstellungsausbeute und eine hervorragende Leistungsfähigkeit der Vorrichtung erzielt werden können.
Dabei liegt die Abmessung der Öffnung 2a vorteilhafterweise in einem Bereich von mindestens 100 nm bis höchstens 120 nm, da die Änderung der Abmessung des Bildes auch dann auf einen Wert von annähernd 5 nm begrenzt werden kann, wenn die Abmessung der Öffnung 2a bedingt durch Herstellungsfehler um 5 nm schwankt.
Auch wenn die oben beschriebene Abmessung (in einem Bereich von mindestens 80 nm bis höchstens 140 nm, vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 100 nm bis höchstens 120 nm) der Öffnung 2a in dem Fall erzielt wird, in dem die Wellenlänge λ des Belichtungslichts 248 nm beträgt und die numerische Apertur NA den Wert 0,80 hat, gibt es eine geeignete Abmessung der Apertur 2a, die den MEF verringern kann, auch für andere Werte der Wellenlänge λ und der numerischen Apertur NA.
Die Abmessung W0 der Öffnung 2a wird durch die folgende Gleichung ermittelt, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird, um die oben beschriebene passende Abmessung der Öffnung zu finden:
Abmessung der Öffnung 2a: Wellenlänge λ/numerische Apertur NA = mindestens 80 nm bis höchstens 140 nm: 248/0,080 = W0: 1.
Die obige Gleichung zeigt, dass (248/0,080)·W0 = mindestens 80 nm bis höchstens 140 nm ist. Daher beträgt W0 mindestens 0,26 bis höchstens 0,45.
Wenn die Abmessung W1, unter Verwendung des bevorzugten Bereiches (mindestens 100 nm bis höchstens 120 nm) der Abmessung der Apertur 2a in derselben Weise ist wie oben berechnet wird, liegt diese Abmessung W1 in einem Bereich von mindestens 0,32 bis höchstens 0,39, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird.
Nach der obigen Beschreibung wird es möglich, den MEF in dem Fall zu verringern, in dem die Abmessung der Öffnung 2a in einem Bereich von mindestens 0,26 bis höchstens 0,45 und vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 0,32 bis höchstens 0,39 liegt, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA im Hinblick auf die jeweiligen Werte von Wellenlänge λ und numerischer Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird.
In dem Fall, in dem die Lichtübertragungsrate (I2/I1) weniger als 15% beträgt, steigt das Maß der in 19 dargestellten Kurve an, so dass der MEF groß wird. In dem Fall, in dem die Lichtübertragungsrate (I2/I1) 25% übersteigt, kann keine Inspektion der Phasenverschiebungsmaske durchgeführt werden.
Die Maskenabmessung liegt konstant bei 120 nm, und eine mikroskopische Einstellung (sogenannte optische Proximity Korrektur (OPC)) der Musterabmessung der Maske wird nicht durchgeführt, um die Bildabmessung konstant zu halten.
Wie aus 20A, 20B und 20C ersichtlich, ist die Bildabmessung groß in dem sehr dichten Bereich, der ein kleines Musterrastermaß hat, weil während der Bildung des Musters keine OPC durchgeführt wird, so dass MEF < 1 und DOF > 0,45 in einem Bereich von einem einzelnen Muster mit einem extrem hohen Musterrasterabstand bis zu einem Musterrasterabstand von 300 nm möglich wird.
Was die optischen Bedingungen in 20A, 20B und 20C angeht, beträgt die Wellenlänge des Beleuchtungslichtes 248 nm, die numerische Apertur NA ist 0,80 und die Beleuchtung ist eine Kreuzpolbeleuchtung (eine abgewandelte Beleuchtung mit einer kleineren Intensität als in 13 bis 16). Weiterhin beträgt die Übertragungsrate (I2/I1) der Phasenverschiebungsmaske 5 20%.
Weiterhin ist nach dem Verfahren zum Bilden eines Musters zur Verwendung der Phasenverschiebungsmaske nach der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung eines extrem dichten Lochmusters möglich, in dem die Musterabmessung der Maske und der Slice-Pegel (der Betrag des Belichtungslichtes) eingestellt wird. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben Änderungen in dem optischen Bild der Speicherknotenkontakte z.B. eines DRAM (Dynamic Random Access Memory) entsprechend der 0,1 μm-Regel untersucht, wenn die Schärfe verstellt wird. Dabei ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Löcher auf 200 nm eingestellt.
Als Ergebnis kann ein ausgezeichnetes optisches Bild auch in dem Fall erzielt werden, wenn die Schärfe ± 0,3 μm von der optimalen Schärfe abweicht. Daher ist klar, dass mit dem Verfahren zum Bilden eines Musters unter Verwendung der Phasenverschiebungsmaske nach der vorliegenden Ausführungsform ein DOF von größer als 0,6 μm auch für ein extrem dichtes Muster erzielt werden kann.
Außerdem ist es möglich, dass ein einzelnes Muster und ein sehr dichtes Muster zusammen auf derselben Phasenverschiebungsmaske nach der vorliegenden Ausführungsform existieren.
Mit Bezug auf 21 werden im folgenden das Einzelmuster und das sehr dichte Muster, die oben genannt sind, beschrieben. 21 ist eine schematische Draufsicht, die einen Fall zeigt, bei dem sowohl ein Einzelmuster als auch ein sehr dichtes Muster auf einer Phasenverschiebungsmaske nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung existieren. Mit Bezug auf
21 bezeichnet ein Einzelmuster ein Muster, zu dem in einem Abstand von der Mitte dieses Einzelmusters 2a, der kleiner ist als der Radius R1 von 3, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird. Weiterhin bezeichnet ein sehr dichtes Muster aus einer Mehrzahl von Mustern ein Muster, in dem ein anderes Muster 2a in einem Abstand von der Mitte des einen Musters 2a existiert, der kleiner ist als der Radius R2 von 1, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungswellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird.
Auch wenn oben ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung als Beispiel für ein Verfahren zum Bilden eines Musters beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung wie zum Beispiel einer Flüssigkristallanzeige oder eines Dünnfilmmagnetkopfs verwendet werden und nicht nur für eine Halbleitervorrichtung.

Claims

Phasenverschiebungsmaske mit einem Substrat (1) aus einem Material, das ein Belichtungslicht durchlässt, und einer Halbtonlichtabschirmschicht (2), die auf dem Substrat (1) ausgebildet ist und eine Öffnung (2a) aufweist, die einen Abschnitt der Oberfläche des Substrats (1) freilegt; wobei eine Phase des durch die Halbtonlichtabschirmschicht (2) übertragenen Belichtungslichts sich von einer Phase des durch die Öffnung (2a) übertragenen Belichtungslichts unterscheidet, eine Lichtübertragungsrate (I2/I1), die durch das Verhältnis zwischen einer Lichtintensität (I2) des durch die Halbtonlichtabschirmschicht (2) übertragenen Belichtungslichts und einer Lichtintensität (I1) des durch die Öffnung (2a) übertragenen Belichtungslichts definiert ist, mindestens 15% und höchstens 25% beträgt und die Abmessung der Öffnung (2a) mindestens 0,26 und höchstens 0,45 beträgt, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungslichtwellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird.
Verfahren zur Erzeugung eines Musters unter Verwendung der Phasenverschiebungsmaske nach Anspruch 1, bei dem die Phasenverschiebungsmaske mit einer abgewandelten Beleuchtung bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die abgewandelte Beleuchtung eine Kreuzpolbeleuchtung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die abgewandelte Beleuchtung eine Ringbandbeleuchtung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die abgewandelte Beleuchtung eine Vierpolbeleuchtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 mit den folgenden Schritten: Belichten eines Negativfotoresists (23), der auf einem Wafer aufgebracht ist, mit dem Belichtungslicht, mit dem die Phasenverschiebungsmaske (5) beleuchtet wird, und Entwickeln des belichteten Fotoresists (23).
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Fotoresist (23) mit Licht belichtet wird, wobei die Abmessung des Öffnungsmusters so groß ist, dass der Durchmesser der Öffnung (2a) größer gleich 10 ist, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungslichtwellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird, und die Menge des Belichtungslichts mindestens zehnmal und höchstens vierzigmal so groß ist wie die Menge des Lichts für die Übergangsbelichtung, mit der der Fotoresist (23) so belichtet werden kann, dass die Lösbarkeit umgekehrt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 mit den folgenden Schritten: Belichten eines Positivfotoresists (23), der auf einem Wafer aufgebracht ist, mit dem Belichtungslicht, mit dem die Phasenverschiebungsmaske (5) beleuchtet wird, und Entwickeln des belichteten Fotoresists (23).
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Fotoresist (23) mit Licht belichtet wird, wobei die Abmessung des Öffnungsmusters so groß ist, dass der Durchmesser der Öffnung (2a) größer gleich 10 ist, wobei das Verhältnis λ/NA zwischen der Belichtungslichtwellenlänge λ und der numerischen Apertur NA als Einheit 1 verwendet wird, und die Menge des Belichtungslichts mindestens zehnmal und höchstens vierzigmal so groß ist wie die Menge des Lichts für die Übergangsbelichtung, mit der der Fotoresist (23) so belichtet werden kann, dass die Lösbarkeit umgekehrt wird.
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung, bei dem eine elektronische Vorrichtung, die ein Lochmuster (22a) oder ein Punktmuster (22) aufweist, unter Verwendung des Verfahrens zum Erzeugung eines Musters nach einem der Ansprüche 2 bis 9 hergestellt wird.