DE4113968C2 - Maskenstruktur und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Verwendung der Maskenstruktur - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maskenstruktur mit einer lichtdurchlässigen Trägerplatte und n Gruppen von Bauelementstrukturen, die auf der lichtundurchlässigen Trägerplatte gebildet sind (wobei n eine ganze Zahl von nicht weniger als 2 ist), zur Realisierung einer lithographischen Maskenstruktur mit lichtdurchlässigen Bereichen und lichtdurchlässigen Bereichen, wobei wenigstens ein Teil wenigstens eines der lichtundurchlässigen Bereiche eine Größe hat, die durch einen der daran angrenzenden lichtdurchlässigen Bereiche definiert ist, mit dem Kennzeichen, daß die n Gruppen von Bauelementstrukturen periodisch auf der Trägerplatte angeordnet sind; daß wenigstens eine Gruppe der n Gruppen von Bauelementstrukturen mit einer Phasenverschiebungsstruktur versehen ist; und daß jede Bauelementstruktur der n Bauelementstrukturgruppen eine lichtdurchlässige Teilstruktur enthält, wobei jede dieser lichtdurchlässigen Teilstrukturen, die in einer der n Bauelementstrukturgruppen enthalten sind, mit wenigstens einer lichtdurchlässigen Teilstruktur, die in wenigstens einer der übrigen Bauelementstrukturgruppen enthalten ist, durch n-faches Durchlassen eines Belichtungsstrahls durch die Maskenstruktur kombinierbar ist, sowie die Herstellung von Halbleiterbauelementen mittels dieser Maskenstruktur.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie dient zur Herstellung von Halblei­ terbauelementen mit Mikrostruktur wie etwa von integrierten Halbleiter- und Oberflächenwellenbauelementen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Verwendung einer solchen Mas­ ke.

Insbesondere eignet sich ein Oberflächenwellenbauelement, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgese­ hen ist, zur Verwendung in einer Nachrichtenübermittlungs­ einrichtung wie einer Funkzentrale.

In einem Projektionsjustiersystem (oder einem Projektions­ justier- und Belichtungsgerät), bei dem eine Fotomaske (bzw. eine Belichtungsschablone) mit einer Schaltungsstruk­ tur für ein elektronisches Bauelement oder dergleichen durch eine Beleuchtungsoptik beleuchtet wird, um die Schal­ tungsstruktur auf einen auf einem Substrat befindlichen lichtempfindlichen Film zu übertragen, muß eine übertragba­ re Schaltungsstruktur möglichst fein sein. Um die Übertra­ gung einer Mikrostruktur minimaler Breite, die nahe an der Auflösungsgrenze des Projektionsjustiersystems liegt, zu ermöglichen, wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Phasendifferenz zwischen Lichtstrahlen erzeugt wird, die durch zwei benachbarte Öffnungen gehen, zwischen denen sich ein lichtundurchlässiges Mikrostruktursegment befindet. Ein konventionelles Verfahren zur Bildung einer Struktur derart, daß diese Phasendifferenz erzeugt wird, ist in einem Artikel "Improving Resolution in Photolitho­ graphy with a Phase-Shifting Mask" von Mark D. Levenson et al. (IEEE Trans, on Electron Devices, Vol. ED-29, Nr. 12, 1982, S. 1828-1836) erörtert. Bei dem dort vorgeschlagenen Strukturbildungsverfahren sind Belichtungsstrahlen, die zwei benachbarte Öffnungen mit einem lichtundurchlässigen Mikrostruktursegment dazwischen durchsetzt haben, um 180° zueinander phasenversetzt. Dieses Verfahren eignet sich zur Verbesserung der Auflösung einer Struktur, die aus peri­ odisch angeordneten Struktursegmenten gebildet ist. Die Druckschrift US 47 48 478 beschreibt eine Projektionsbe­ lichtungsvorrichtung mit einem Waferträger, der den Wafer hält und ihn in zwei Dimensionen entlang einer Bildebene bewegt, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des optischen Projektionssystems ist. In der Druckschrift JP 1-83925 werden eine Phasenverschiebungsmaske und eine konventionelle Transmissionsmaske kombiniert. Die Phasen­ verschiebungsmaske wird zur Belichtung von kleinen Mustern auf einem Substrat verwendet, während die Transmissionsmas­ ke zur Belichtung der anderen Muster verwendet wird. EP-A 293 643 beschreibt ein Lithographieverfahren mit verbesser­ ter Bildqualität, bei dem eine Maske verwendet wird, die mehrere lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche kombiniert. Die verbesserte Bildqualität ergibt sich durch die Verwendung einer photolithographischen Maske mit Halb­ tönen. Diese Halbtonbereiche der Maske ermöglichen eine teilweise Kompensation der von dem Verfahren selbst resul­ tierenden Verschlechterung der Bildqualität. Die Halbtonbe­ reiche werden aus mehreren lichtdurchlässigen und lichtun­ durchlässigen Bereichen gebildet.

Der obige Stand der Technik eignet sich zur Verbesserung der Auflösung einer Struktur, bei der zwei benachbarte lichtdurchlässige Öffnungen voneinander durch ein lichtun­ durchlässiges Mikrostruktursegment getrennt sind. Wenn je­ doch die beiden benachbarten lichtdurchlässigen Öffnungen miteinander an einer Stelle verbunden sind, um beispiels­ weise ein Struktursegment mit U-förmiger Öffnung zu bilden, ist die Erzeugung einer Phasendifferenz zwischen Belich­ tungsstrahlen auf beiden Seiten des lichtundurchlässigen Mikrostruktursegments nicht möglich. Es ist somit unmög­ lich, eine Schaltungsstruktur präzise zu bilden und die Auflösung zu verbessern.

In vielen Fällen ist ferner die Schaltungsstruktur eines Halbleiterbauelements oder eines elektronischen Bauelements so geformt, daß Endflächen benachbarter linearer Öffnungs­ struktursegmente miteinander verbunden sind. Wenn das kon­ ventionelle Strukturbildungsverfahren zur Erzeugung der Phasendifferenz bei einer solchen Schaltungsstruktur ange­ wandt wird, ändert sich die Phase des Belichtungsstrahls abrupt beispielsweise an einem Teil eines Struktursegments mit U-förmiger Öffnung. Daher wird zwar die Auflösung des­ jenigen Teils des Struktursegments mit U-förmiger Öffnung verbessert, an dem lineare Strukturen parallel zueinander verlaufen, aber das Struktursegment der U-förmigen Öffnung wird in zwei Teile getrennt. Infolgedessen wird es unmög­ lich, auf einem Plättchen ein gewünschtes Struktursegment mit einheitlicher Öffnung zu bilden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Maske der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so zu ver­ bessern, daß eine lithographische Maskenstruktur mit licht­ undurchlässigen und lichtdurchlässigen Bereichen realisiert wird, wobei die Größe wenigstens eines Teils wenigstens ei­ nes der lichtundurchlässigen Bereiche durch einen der daran angrenzenden lichtdurchlässigen Bereiche definiert ist. Da­ bei soll ferner ein Verfahren zur Herstellung von Halblei­ terbauelementen mit Mikrostruktur angegeben werden.

Erfindungsgemäß erzeugt eine Maske eine lithographische Struktur mit belichteten und unbelichteten Bereichen teil­ weise in Form von Mäandern oder wenigstens U-förmig auf ei­ nem Substrat. Die Maske weist mindestens eine lichtdurch­ lässige Trägerplatte auf, auf der mindestens zwei Gruppen von Bauelementstrukturen ausgebildet sind, wobei die Bau­ elementstrukturen lichtundurchlässige Bereiche und licht­ durchlässige Bereiche umfassen, und wobei wenigstens ein Teil der lichtdurchlässigen Bereiche wenigstens einer Grup­ pe der mindestens zwei Gruppen von Bauelementstrukturen mit einer Phasenverschiebungsstruktur versehen ist. Die Maske ist vorgesehen, um die Maskenstruktur durch überlagertes Abbilden von Gruppen von Bauelementstrukturen zu erzeugen, die aus der Aufteilung von ursprünglich einzelnen zusammen­ hängenden Mustern entstanden und eine längliche Form haben und in jeder Gruppe zueinander parallel sind, wobei die Mu­ ster unterschiedlicher Gruppen zueinander senkrecht ange­ ordnet sind und die lichtdurchlässigen Bereiche und die lichtundurchlässigen Bereiche der Muster so angeordnet sind, daß die lichtdurchlässigen Bereiche in jeder Gruppe voneinander durch lichtundurchlässige Bereiche getrennt sind, und dadurch, daß ein zusammenhängender belichteter Bereich der Maskenstruktur durch Überlagern der Abbildungen der Muster einer Gruppe, von deren lichtdurchlässigen Be­ reichen abwechselnd einer mit einer Phasenverschiebungs­ struktur versehen ist, mit den Abbildungen von verbindenden lichtdurchlässigen Bereichen einer anderen Gruppe erzeugt wird, welche Bereiche ebenfalls zumindest teilweise mit ei­ ner Phasenverschiebungsstruktur versehen sind.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist unter Anwen­ dung dieser Maske die Herstellung von Halbleiterbauelemen­ ten möglich, wobei die Belichtung eines lichtempfindlichen Films auf einem Substrat mit einem Belichtungsstrahl durch die Maske hindurch zweimal oder häufiger wiederholt und da­ bei eine relative Lage zwischen der Maskenstruktur und dem Substrat geändert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Masken­ struktur dadurch gebildet, daß jede einer Vielzahl von Bau­ elementstrukturgruppen periodisch auf einer lichtdurchläs­ sigen Trägerplatte angeordnet ist, daß die Bauelementstruk­ turgruppen einander auf einem Bereich der Oberfläche eines Substrats (d. h. eines Chips) überlagert werden, indem ein Belichtungs/Übertragungsvorgang mehrfach durchgeführt wird unter Bildung einer Vielzahl von identischen vereinigten Strukturen auf dem Substrat. Im einzelnen wird dabei die Maske in bezug auf das Substrat so verlagert, daß eine ge­ wünschte Struktur von Belichtungsstrahlen gebildet wird, die eine Vielzahl von Arten von Bauelementstrukturen durch­ setzt haben. Damit wird eine abrupte Phasenänderung eines Belichtungsstrahls an jedem Teil eines belichteten Öff­ nungsstruktursegments, das zu einem Körper zu vereinigen ist, erhalten. Infolgedessen besteht keine Gefahr der Er­ zeugung einer unerwünschten Trennung des Öffnungsstruktur­ segments.

Durch die Aufteilung eines kontinuierlichen lichtdurchläs­ sigen Bereichs einer lithographischen Maskenstruktur in zwei oder mehr lichtdurchlässige Teilstrukturen und durch Herstellen von zwei oder mehr Bauelementstrukturen können lichtdurchlässige Struktursegmente zur Bildung der licht­ durchlässigen Teilstruktur jeder Bauelementstruktur vonein­ ander durch einen lichtundurchlässigen Bereich getrennt werden. In einer lichtdurchlässigen Teilstruktur, in der benachbarte lichtdurchlässige Struktursegmente voneinander getrennt sind, können Belichtungsstrahlen, die benachbarte lichtdurchlässige Struktursegmente durchsetzt haben, zuein­ ander phasenversetzt sein; beispielsweise kann zwischen den Belichtungsstrahlen eine Phasendifferenz von 180° erzeugt werden. Ferner wird eine abrupte Phasenänderung des Belich­ tungsstrahls von 0° (180°) auf 180° (0°) an einem Teil des kontinuierlichen lichtdurchlässigen Bereichs der lithogra­ phischen Maskenstruktur verhindert.

Wenn Belichtungsstrahlen, nachdem sie lichtdurchlässige Struktursegmente einer lichtdurchlässigen Teilstruktur durchsetzt haben, periodisch eine Phasendifferenz von bei­ spielsweise 180° erfahren, wird die Auflösung einer auf ein Substrat übertragenen Struktur verbessert.

Wenn eine Vielzahl von Bauelementstrukturgruppen auf Berei­ chen angeordnet ist, die auf einer lichtdurchlässigen Trä­ gerplatte in einem vorbestimmten Abstand zur Bildung einer Maske definiert sind, und jedesmal ein Belichtungsvorgang durchgeführt wird, wenn die Maske in bezug auf ein Substrat um einen auf das obige Intervall bezogene Betrag bewegt wird, wird auf jedem der Bereiche (d. h. der Chips) auf dem Substrat eine Vielzahl von Strukturen gebildet. Wenn Bau­ elementstrukturen, die auf einer lichtdurchlässigen Träger­ platte in einem vorbestimmten Intervall angeordnet sind, um Gruppen (oder Reihen) von Bauelementstrukturen zu bilden, auf ein Substrat (d. h. ein Halbleiterplättchen) übertragen werden, können Belichtungs/Übertragungsvorgänge mit hoher Auflösung durchgeführt werden, und außerdem tritt keine ge­ ringe Auflösung der übertragenen Struktur auf, da benach­ barte lichtdurchlässige Struktursegmente der lichtdurchläs­ sigen Teilstruktur jeder Bauelementstruktur keinen Verbin­ dungsteil aufweisen.

Wenn verschiedene Bauelementstrukturen auf ein und demsel­ ben Bereich (d. h. Chip) auf einem Substrat einander überla­ gert werden, indem eine Vielzahl von Belichtungs/Übertra­ gungsvorgängen durchgeführt wird, kann eine lithographische Struktur gebildet werden, bei der die Größe eines lichtun­ durchlässigen Struktursegments durch einen vereinigten lichtdurchlässigen Bereich (z. B. einen U-förmigen licht­ durchlässigen Bereich) angrenzend an das lichtundurchlässi­ ge Struktursegment definiert ist. Es ist also möglich, eine lichtdurchlässige Struktur mit hoher Auflösung zu bilden, wobei die Struktur durch das Entfernen eines Teils eines lichtundurchlässigen Bereichs, durch den zwei benachbarte lichtdurchlässige Bereiche getrennt waren, resultieren kann. Wenn ferner Bauelementstrukturen auf einer licht­ durchlässigen Trägerplatte in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind, der auf die Größe eines Chips bezogen ist, um Bauelementstrukturgruppen zu bilden, und eine Vielzahl von Bauelementstrukturgruppen auf der Platte angeordnet ist, können identische lithographische Strukturen auf nahe­ zu sämtlichen Chips eines Substrats gleichzeitig unter An­ wendung einer einzigen Maske gebildet werden.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1a-1d schematische Darstellungen einer Doppelkamm­ struktur (d. h. einer lithographischen Struktur), die mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu realisieren ist, Bauelementstrukturen zur Realisie­ rung der lithographischen Struktur sowie die Anord­ nung einer Phasenverschiebungsschicht auf jeder der Bauelementstrukturen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Maske gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und der Strukturübertragung unter Anwendung der Maske;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Struktur, die auf einem Substrat (d. h. einem Halb­ leiterplättchen) durch zweifache Belichtung der Maske von Fig. 2 gebildet ist;

Fig. 4a-4d schematische Darstellungen zur Erläuterung wei­ terer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1a-1d wird ein Ausführungs­ beispiel beschrieben.

Fig. 1a zeigt eine ineinandergreifende Maskenstruktur (eine lithographische Struktur) 4, die durch doppelkammförmiges Ineinandergreifen von zwei kontinuierlichen kammförmigen lichtundurchlässigen Bereichsstrukturen 2 und 3 gebildet ist. Die Größe jeder der kammförmigen lichtundurchlässigen Bereichsstrukturen 2 und 3 ist durch die daran angrenzende lichtdurchlässige Bereichsstruktur 1 definiert. Ein inein­ andergreifender Teil aus einer lichtdurchlässigen Bereichs­ struktur 1 und den lichtundurchlässigen Bereichsstrukturen 2 und 3 hat eine Breite von 0,25 µm nach Übertragung auf ein Substrat (d. h. ein Halbleiterplättchen). Bei Verwendung einer Projektionsjustiereinrichtung mit 1/10-Verkleinerung ist eine entsprechende Strukturbreite auf einer Belich­ tungsschablone 2,5 µm. Wenn auf der lichtdurchlässigen Be­ reichsstruktur 1 gemäß dem konventionellen Verfahren eine Phasenverschiebungsschicht 5 gebildet ist, wie Fig. 1b zeigt, um die Phasendifferenz von 180° zwischen Belich­ tungsstrahlen zu erzeugen, die benachbarte lichtdurchlässi­ ge Bereichsstruktursegmente 6 mit einem dazwischen befind­ lichen lichtundurchlässigen Bereichsstruktursegment 7 durchsetzen, wodurch die Auflösung der lithographischen Struktur verbessert wird, unterliegt der Belichtungsstrahl, der das lichtdurchlässige Bereichsstruktursegment 6 ohne Phasenverschiebungsschicht 5 durchsetzt hat, keiner Phasen­ verschiebung, wogegen der Belichtungsstrahl, der das die Phasenverschiebungsschicht 5 aufweisende lichtdurchlässige Bereichsstruktursegment 6 durchsetzt hat, eine Phasenver­ schiebung von 180° erfährt. Das heißt also, daß die Phasen­ differenz von 180° zwischen Belichtungsstrahlen erzeugt wird, die benachbarte lichtdurchlässige Bereichsstruktur­ segmente 6 mit dem dazwischen befindlichen lichtundurchläs­ sigen Bereichsstruktursegment 7 durchsetzt haben. Somit ha­ ben zwei die lithographische Maskenstruktur 4' von Fig. 1b durchsetzende Belichtungsstrahlen entgegengesetzte Phase. Infolgedessen ergibt die Lichtstärkeverteilung auf dem Substrat (dem Halbleiterplättchen) einen ausgezeichneten Kontrast, was bedeutet, daß die Lichtstärke auf einem dem lichtdurchlässigen Bereich entsprechenden Oberflächenbe­ reich des Halbleiterplättchens sich erheblich von der Lichtstärke auf einem anderen Oberflächenbereich des Halb­ leiterplättchens, der einem lichtundurchlässigen Bereich entspricht, unterscheidet, so daß die Auflösung der auf dem Halbleiterplättchen gebildeten Struktur wesentlich verbes­ sert ist. Bei der in Fig. 1b gezeigten mäanderförmigen lichtdurchlässigen Bereichsstruktur 1, bei der zwischen be­ nachbarten lichtdurchlässigen Bereichsstruktursegmenten je­ weils ein lichtundurchlässiges Bereichsstruktursegment 6 liegt, führt die Anordnung der Phasenverschiebungsschicht 5 nach dem konventionellen Verfahren jedoch zu einer plötzli­ chen Änderung der Stärke des Belichtungsstrahls an einem Teil 8 der lichtdurchlässigen Bereichsstruktur 1. Dabei än­ dert sich die Phase des Belichtungsstrahls von 0° zu 180° und umgekehrt an diesem Teil 8, und die Stärke des Belich­ tungsstrahls wird an diesem Bereich des Halbleiterplätt­ chens, der dem Teil 8 entspricht, zu Null. Somit wird eine lichtdurchlässige Bereichsstruktur auf dem Halbleiterplätt­ chen in eine Vielzahl von Teilen getrennt, d. h., eine mäan­ derförmige lichtdurchlässige Bereichsstruktur auf dem Plättchen wird diskontinuierlich. Infolgedessen sind dop­ pelkammförmige lichtundurchlässige Bereichsstrukturen auf dem Plättchen miteinander verbunden.

Die Fig. 1c und 1d zeigen Bauelementstrukturen 9c und 9d, die optisch kombiniert (einander optisch überlagert) sind, um die lithographische Maskenstruktur von Fig. 1a zu reali­ sieren. Die kontinuierliche mäanderförmige lichtdurchlässi­ ge Bereichsstruktur 1 nach den Fig. 1c und 1d ist in licht­ durchlässige Struktursegmente 6c und lichtdurchlässige Struktursegmente 6d in solcher Weise aufgetrennt, daß die lichtdurchlässigen Struktursegmente 6c voneinander durch einen lichtundurchlässigen Bereich 7c und die lichtdurch­ lässigen Struktursegmente 6d voneinander durch einen licht­ undurchlässigen Bereich 7d getrennt sind. Eine lichtdurch­ lässige Teilstruktur besteht aus den lichtdurchlässigen Struktursegmenten 6c, und eine weitere lichtdurchlässige Teilstruktur besteht aus den lichtdurchlässigen Struktur­ segmenten 6d. Bei den Bauelementstrukturen 9c und 9d, die die eine bzw. die andere der lichtdurchlässigen Teilstruk­ turen nach den Fig. 1c bzw. 1d aufweisen, sind die licht­ durchlässigen Struktursegmente 6c abwechselnd aufeinander­ folgend mit einer Phasenverschiebungsschicht 5c versehen, und die lichtdurchlässigen Struktursegmente 6d sind abwech­ selnd aufeinanderfolgend mit einer Phasenverschiebungs­ schicht 5d versehen. Belichtungslicht, das jede der licht­ durchlässigen Teilstrukturen der Bauelementstrukturen 9c und 9d durchsetzt hat, ist durch die Phasenverschiebungs­ schicht 5c oder 5d, die auf einem von benachbarten licht­ durchlässigen Struktursegmenten 6c oder 6d mit dem lichtun­ durchlässigen Bereich 7c oder 7d dazwischen gebildet ist, in zwei Belichtungsstrahlen klassifiziert, und eine Phasen­ differenz von 180° ist zwischen den Belichtungsstrahlen hergestellt (auf jeder der Phasenverschiebungsschichten 5c und 5d ist eine Phasenverschiebungsstruktur gebildet). Der Belichtungsstrahl, der das lichtdurchlässige Strukturseg­ ment 6c oder 6d durchsetzt hat, das nicht mit der Phasen­ verschiebungsschicht 5c oder 5d versehen ist, unterliegt dabei keiner Phasenverschiebung, und der Belichtungsstrahl, der das lichtdurchlässige Struktursegment 6c oder 6d durch­ setzt hat, das jeweils mit der Phasenverschiebungsschicht 5c oder 5d beschichtet ist, unterliegt einer Phasenver­ schiebung von 180°. In den lichtdurchlässigen Teilstruktu­ ren der Bauelementstrukturen 9c und 9d sind benachbarte lichtdurchlässige Struktursegmente 6c oder 6d jeweils durch den lichtundurchlässigen Bereich 7c oder 7d voneinander ge­ trennt. Infolgedessen besteht keine Gefahr der Erzeugung des Grenzteils 8 von Fig. 1b, in dem die Phase des Belich­ tungslichts von 0° zu 180° und umgekehrt geändert und eine kontinuierliche belichtete Struktur im wesentlichen in zwei Teile aufgetrennt wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Phasen­ verschiebungsschichten 5c und 5d aus einer SiO₂-Schicht ge­ bildet, die eine Dicke von ca. 0,38 µm hat. Dieser Wert wird unter Anwendung der folgenden Gleichung bestimmt:

wobei t die Dicke der SiO₂-Schicht, n den Brechungsindex von SiO₂ und λ die Wellenlänge des Belichtungslichts be­ zeichnen. Da die SiO₂-Schicht mit der vorgenannten Dicke als Phasenverschiebungsschichten 5c und 5d eingesetzt wird, ist das Belichtungslicht nach Durchsetzen der lichtdurch­ lässigen Struktursegmente 6c oder 6d, die die Phasenver­ schiebungsschicht 5c oder 5d tragen, um 180° phasenversetzt in bezug auf das Belichtungslicht, das die lichtdurchlässi­ gen Struktursegmente 6c oder 6d durchsetzt hat, die keine Phasenverschiebungsschicht aufweisen. In den Fig. 1c und 1d haben die Phasenverschiebungsschichten 5c und 5d gleiche Form wie die lichtdurchlässigen Struktursegmente 6c bzw. 6d. Das heißt, daß die Phasenverschiebungsschichten 5c und 5d auf einer Belichtungsschablone, deren Struktur zehnmal so groß wie eine auf einem Substrat gebildete Struktur ist, eine Breite von 2,5 µm haben. Die Phasenverschiebungs­ schicht 5c oder 5d ist zum Verschieben der Phase von Be­ lichtungslicht vorgesehen, das die lichtdurchlässigen Struktursegmente 6c oder 6d durchsetzt. Infolgedessen kann die Phasenverschiebungsschicht 5c oder 5d auf denjenigen Teil des lichtundurchlässigen Bereichs 7c oder 7d ausge­ dehnt sein, der direkt an das lichtdurchlässige Struktur­ segment 6c oder 6d angrenzt, das die Phasenverschiebungs­ schicht 5c oder 5d trägt. Das Prinzip der Phasenverschie­ bungsmethode erlaubt es jedoch nicht, daß die Phasenver­ schiebungsschicht 5c oder 5d durch den lichtundurchlässigen Bereich 7c oder 7d auf das lichtdurchlässige Strukturseg­ ment 6c oder 6d ausgedehnt ist, das an das mit der Phasen­ verschiebungsschicht 5c oder 5d beschichtete lichtdurchläs­ sige Struktursegment 6c oder 6d angrenzt.

Wenn zur Übertragung einer Struktur der so gebildeten Pha­ senverschiebungs-Belichtungsschablone auf einen lichtemp­ findlichen Film auf einem Substrat (einem Halbleiterplätt­ chen) eine Projektionsjustiereinrichtung vom i-Linientyp mit einer Verkleinerung von 1/10 unter Anwendung einer Be­ lichtungswellenlänge von 365 nm und eines Verkleinerungsob­ jektivs mit einer numerischen Apertur von 0,42 angewandt wird, werden auf dem lichtempfindlichen Film mit hoher Auf­ lösung eine blinde Teilstruktur ähnlich der lichtdurchläs­ sigen Teilstruktur von Fig. 1c mit einer Mindestbreite von 0,25 µm und eine lochförmige bzw. durchgehende Teilstruktur ähnlich der lichtdurchlässigen Struktur von Fig. 1d mit ei­ ner Mindestbreite von 0,25 µm gebildet.

Vorstehend wurde der Fall erläutert, daß eine Strukturüber­ tragung auf die Projektionsjustiereinrichtung vom i-Linien­ typ mit einer Verkleinerung von 1/10 unter Anwendung einer Belichtungswellenlänge von 365 nm und eines Verkleinerungs­ objektivs mit einer numerischen Apertur von 0,42 durchge­ führt wird. Wenn mit dieser Justiereinrichtung vom i-Li­ nientyp eine konventionelle Strukturübertragung ohne die obigen Bauelementstrukturen mit Phasenverschiebungsstruktu­ rierung durchgeführt wird, liegt die Auflösungsgrenze einer auf dem lichtempfindlichen Film gebildeten Struktur bei ca. 0,5 µm. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ergibt sich also eine Verbesserung der Auflösungsgrenze von 0,5 µm auf 0,25 µm. Die Auflösungsgrenze wird also um 50% erhöht, und eine Mikrostruktur einer Minimalgröße von 0,25 µm kann auf dem lichtempfindlichen Film gebildet werden.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Belich­ tungswellenlänge λ der Justiereinrichtung kürzer als die obige Belichtungswellenlänge gemacht werden. Auch wenn an­ stelle der i-Linie ein Excimer-Laserstrahl oder Röntgen­ strahlen eingesetzt werden, wird die Auflösungsgrenze einer auf dem lichtempfindlichen Film gebildeten Struktur um ca. 50% verbessert. Somit können eine ultrafeine Struktur und ein Bauelement mit einer solchen ultrafeinen Struktur ge­ bildet werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Maske 10 hergestellt wird durch Bilden einer Vielzahl von Bauele­ mentstrukturen 9c und einer Vielzahl von Bauelementstruktu­ ren 9d auf einer einzigen lichtdurchlässigen Trägerplatte und die Strukturübertragung dann unter Anwendung der Maske 10 durchgeführt wird. Nach Fig. 2 sind die Bauelementstruk­ turen 9c und 9d, die die lichtdurchlässigen Teilstrukturen 6c und 6d umfassen, auf einer lichtdurchlässigen Träger­ platte 100 in solcher Weise gebildet, daß alternierend Rei­ hen von Bauelementstrukturen 9c und Reihen von Bauelement­ strukturen 9d angeordnet sind. Dabei umfaßt jede der Struk­ turreihen 11 eine Vielzahl von Bauelementstrukturen 9c ge­ mäß Fig. 1c, und jede der Strukturreihen 12 umfaßt eine Vielzahl von Bauelementstrukturen 9d gemäß Fig. 1d. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Reihen 11 der Bauele­ mentstrukturen 9c eine erste Gruppe von Bauelementstruktu­ ren, während die Reihen 12 von Bauelementstrukturen eine zweite Gruppe von Bauelementstrukturen bilden. Die in jeder der Bauelementstrukturreihen befindlichen Bauelementstruk­ turen weisen die Phasenverschiebungsstruktur 6c oder 6d von Fig. 1c oder 1d auf. Die Minimalgröße der Phasenverschie­ bungsstruktur der Belichtungsschablone, deren Struktur zehnmal so groß wie eine Struktur auf einem Substrat ist, ist 2,5 µm. Ferner hat jede der in den Bauelementstruktur­ reihen 11 und 12 enthaltenen Bauelementstrukturen eine Grö­ ße von 35 × 35 mm, und die Bauelementstrukturen sind in re­ gelmäßigen Abständen von jeweils 35 mm angeordnet.

Ein mit einem lichtempfindlichen Film versehenes Halblei­ terplättchen 4 wird mit Belichtungslicht 13 durch die Maske 10, in der die Bauelementstrukturen und die Bauelement­ strukturreihen in der genannten Weise angeordnet sind, be­ lichtet zur Übertragung der Bauelementstrukturen auf das Plättchen 4. Dieser Belichtungsvorgang kann mit der genann­ ten Projektionsjustiereinrichtung mit 1/10-Verkleinerung durchgeführt werden.

Somit können auf dem Plättchen 4 in Abständen von 3,5 mm Teilstrukturen c und d jeweils mit einer Minimalgröße von 0,25 µm gebildet werden. D. h., Teilstrukturreihen mit je­ weils einer Vielzahl von 3,5 × 3,5 mm-Chips sind auf dem Plättchen (dem Substrat) angeordnet.

Danach wird ein Substrattisch 14, der in der Justierein­ richtung zur Halterung des Plättchens 4 vorgesehen ist, in Y-Richtung (Fig. 2) um einen Betrag von 3,5 mm verlagert, und dann wird der zweite Belichtungsvorgang durchgeführt, um die Bauelementstrukturen auf das Plättchen 4 zu übertra­ gen. Somit wird eine Reihe von Teilstrukturen c einer Reihe von Teilstrukturen d überlagert. Damit sind die Teilstruk­ turen c und d auf einem einzigen Chip unter Bildung einer gewünschten Struktur kombiniert.

Fig. 3 zeigt eine Struktur, die auf dem Plättchen 4 in der soeben unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Weise gebil­ det ist. Dabei ist in jedem der Chips, die in jeder von Strukturreihen 15 enthalten sind, eine Doppelkammstruktur mit einer kontinuierlichen Öffnungsstruktur ähnlich der mä­ anderförmigen lichtdurchlässigen Bereichsstruktur 1 von Fig. 1c gebildet.

Bei einer Strukturfolge 16, bei der der Belichtungsvorgang nur einmal durchgeführt wurde, erfolgt ferner keine Struk­ tursynthese bzw. optische Kombination von Bauelementstruk­ turen, sondern es wird nur eine lochförmige Teilstruktur gebildet. Wenn jedoch eine zusätzliche Reihe 11 von Bauele­ mentstrukturen 9c auf der lichtdurchlässigen Trägerplatte 10 von Fig. 2 gebildet wird, kann die Doppelkammstruktur über den gesamten effektiven Bereich des Plättchens 4 von Fig. 3 gebildet werden. Wenn, wie oben erwähnt, die blinde lichtdurchlässige Teilstruktur 9c von Fig. 1c optisch mit der lochförmigen lichtdurchlässigen Teilstruktur 9d von Fig. 1d kombiniert wird, kann auf dem Substrat eine Doppel­ kammstruktur mit hoher Auflösung gebildet werden, die der Maskenstruktur von Fig. 1a gleicht und eine Minimalgröße von 0,25 µm hat.

Wie oben gesagt, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine kontinuierliche belichtete Struktur auf einem Substrat ge­ bildet werden, indem ein Belichtungs/Übertragungsvorgang durchgeführt wird, der jede von zwei oder mehr Bauelement­ strukturen einschließlich lichtdurchlässiger Teilstruktu­ ren, die sich aus der Zerlegung einer lichtdurchlässigen Bereichsstruktur ergeben, mehrfach verwendet. Dabei durch­ setzt Belichtungslicht jede der lichtdurchlässigen Teil­ strukturen 6c und 6d von einzelnen Bauelementstrukturen 9c und 9d, und so besteht keine Gefahr der Erzeugung einer Strukturauftrennung an einem Oberflächenbereich des Sub­ strats, der dem Grenzteil 8 von Fig. 1b entspricht. Infol­ gedessen kann eine Mikrostruktur, in der die Größe eines lichtundurchlässigen Struktursegments durch einen einzigen daran angrenzenden kontinuerlichen lichtdurchlässigen Be­ reich definiert ist, wie etwa eine lithographische Masken­ struktur mit einem mäanderförmigen lichtdurchlässigen Ver­ lauf, auf ein Substrat mit hoher Auflösung übertragen wer­ den. Damit kann eine Doppelkammstruktur gebildet werden, die belichtete und unbelichtete Bereiche umfaßt, die je­ weils eine Breite von ca. 0,25 µm an einem Kamm-Zahn-Teil haben, an dem belichtete und unbelichtete Strukturen inein­ andergreifen. Wenn das obige Strukturbildungsverfahren mit einer Justiereinrichtung unter Anwendung eines Excimer- Laserstrahls und mit einer Auflösungsgrenze von ca. 0,25 µm angewandt wird, wird die Auflösungsgrenze auf 0,125 µm, al­ so um ca. 50%, verbessert. Wenn das Strukturbildungsver­ fahren mit einer Justiereinrichtung unter Anwendung von Röntgenstrahlen und mit einer Auflösungsgrenze von 0,1 µm angewandt wird, wird die Auflösungsgrenze auf 0,05 µm ver­ bessert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zwar die Verkleinerungs-/Projektionsmethode angewandt, das Strukturbildungsverfahren ist aber auch als Kontaktbelich­ tungsverfahren unter Anwendung von extrem kurzwelligem UV- Licht durchführbar. Bei dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel wurde der Fall beschrieben, daß ein Positivresistfilm verwendet wurde, das obige Strukturbildungsverfahren ist aber auch anwendbar, wenn ein Negativresistfilm verwendet wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine litho­ graphische Maskenstruktur in Bauelementstrukturen zerlegt, und eine Vielzahl von Gruppen von Bauelementstrukturen wird zyklisch auf einer einzigen lichtdurchlässigen Trägerplatte zur Bildung einer Maskenstruktur angeordnet. Es ist daher unnötig, eine Vielzahl von Fotomasken zu verwenden, und es kann eine Vielzahl von identischen Strukturen innerhalb kurzer Zeit auf demselben Halbleiterplättchen gebildet wer­ den.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4a-4d wird ein weiteres Aus­ führungsbeispiel erläutert. Fig. 4a zeigt eine lithographi­ sche Maskenstruktur 60 mit einer kontinuierlichen lichtun­ durchlässigen Bereichsstruktur 62, beispielsweise zur Bil­ dung einer spiralförmigen Leiterstruktur. In der lithogra­ phischen Maskenstruktur 60 von Fig. 4a ist die Größe der lichtundurchlässigen Bereichsstruktur 62 zur Bildung der Leiterstruktur durch eine kontinuierliche lichtdurchlässige Bereichsstruktur 61, die Belichtungslicht durchläßt, defi­ niert. Wenn lichtdurchlässige Bereichsteile, die parallel zu einer vorbestimmten Richtung sind, alternierend mit ei­ ner Phasenverschiebungsschicht versehen sind, um die Auflö­ sung einer übertragenen Struktur zu verbessern, hat Belich­ tungslicht, das die lichtdurchlässige Bereichsstruktur 61 durchsetzt hat, die Phasenverteilung gemäß Fig. 6b entlang der Linie A-A'. Wie Fig. 4b zeigt, ist durchgelassenes Licht 23 mit einem Phasenwinkel von 0° und durchgelassenes Licht 24 mit einem Phasenwinkel von 180° alternierend ent­ lang der Linie A-A' angeordnet. Somit wird die Auflösung der Leiterstruktur in einer der Linie A-A' entsprechenden Richtung verbessert. Wenn die parallelen lichtdurchlässigen Bereichsteile alternierend mit der Phasenverschiebungs­ schicht gemäß einer konventionellen Methode versehen sind, weisen jedoch Belichtungslichtstrahlen, die beide Seiten eines Teils 25 der lichtdurchlässigen Bereichsstruktur 61 durchsetzt haben, eine Phasenversetzung von 180° relativ zueinander auf. Somit wird die Stärke von auf einen Ober­ flächenbereich eines Substrats, der dem Teil 25 entspricht, auftreffendem Licht Null. Belichtungsstrahlen, die benach­ barte lichtdurchlässige Bereichsteile 26 mit einem lichtun­ durchlässigen Bereichsteil dazwischen durchsetzt haben, ha­ ben ferner gleiche Phase. Somit hat derjenige Teil einer übertragenen Struktur, der den lichtdurchlässigen Bereichs­ teilen 26 entspricht, niedrige Auflösung.

Wenn eine Maskenstruktur in der in den Fig. 1a-3 gezeigten Weise gebildet und ein Belichtungsvorgang unter Anwendung der Maskenstruktur mehrfach durchgeführt wird, kann zwi­ schen Belichtungslichtstrahlen, die benachbarte, parallele lichtdurchlässige Bereichsteile einer einzigen kontinuier­ lichen lichtdurchlässigen Bereichsstruktur durchsetzt ha­ ben, eine Phasendifferenz von 180° erzeugt werden. Somit kann die Auflösung einer übertragenen Struktur verbessert und eine Mikroleiterstruktur gebildet werden.

Dabei kann die lithographische Maskenstruktur 60 von Fig. 4a, von der die Phasenverschiebungsstrukturierung entfernt ist, mit einer Maskenstruktur realisiert werden, die erhal­ ten ist durch Bilden einer Vielzahl von Bauelementstruktu­ ren 60c (Fig. 4c) und einer Vielzahl von Bauelementstruktu­ ren 60d (Fig. 4d) auf einer einzigen lichtdurchlässigen Trägerplatte.

In der Bauelementstruktur 60c von Fig. 4c sind eine licht­ durchlässige Teilstruktur 65c und eine Phasenverschie­ bungsstruktur 66c so bestimmt, daß die Auflösung einer übertragenen Struktur in einer der Linie A-A' von Fig. 4a entsprechenden Richtung verbessert ist. In der Bauelement­ struktur 60d von Fig. 4d sind eine lichtdurchlässige Teil­ struktur 65d und eine Phasenverschiebungsstruktur 66d so bestimmt, daß die Auflösung der übertragenen Struktur in einer Richtung, die zu der Linie A-A' von Fig. 4a senkrecht ist, verbessert ist.

Claims (5)

1. Maske (10) zum Erzeugen einer lithographischen Masken­ struktur mit belichteten und unbelichteten Bereichen, zumindest teilweise in Form von Mäandern oder wenig­ stens U-förmig auf einem Substrat (4), mit mindestens einer lichtdurchlässigen Trägerplatte (100), auf der mindestens zwei Gruppen von Bauelementstrukturen (9c, 9d; 60c, 60d) ausgebildet sind, wobei die Bauelement­ strukturen lichtundurchlässige Bereiche (7c, 7d) und lichtdurchlässige Bereiche (6c, 6d) umfassen, und wobei wenigstens ein Teil der lichtdurchlässigen Be­ reiche wenigstens einer Gruppe (11, 12) der mindestens zwei Gruppen von Bauelementstrukturen mit einer Phasen­ verschiebungsstruktur (5c, 5d; 66c, 66d) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske vorgesehen ist, um die Maskenstruktur durch überlagertes Abbilden von Gruppen von Bauelementstruk­ turen zu erzeugen, die aus der Aufteilung von ursprüng­ lich einzelnen zusammenhängenden Mustern entstanden und eine längliche Form heben und in jeder Gruppe zueinan­ der parallel sind, wobei die Muster unterschiedlicher Gruppen zueinander senkrecht angeordnet sind und die lichtdurchlässigen Bereiche (6c, 6d) und die lichtun­ durchlässigen Bereiche (7c, 7d) der Muster so angeord­ net sind, daß die lichtdurchlässigen Bereiche in jeder Gruppe voneinander durch lichtundurchlässige Bereiche getrennt sind, und dadurch, daß ein zusammenhängender belichteter Bereich der Maskenstruktur durch Überlagern der Abbildungen der Muster einer Gruppe, von deren lichtdurchlässigen Bereichen abwechselnd einer mit ei­ ner Phasenverschiebungsstruktur versehen ist, mit den Abbildungen von verbindenden lichtdurchlässigen Berei­ chen einer anderen Gruppe erzeugt wird, welche Bereiche ebenfalls zumindest teilweise mit einer Phasenverschie­ bungsstruktur versehen sind.

2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Gruppen (11, 12) von Bauelementstruktu­ ren periodisch auf mindestens einer Trägerplatte ange­ ordnet sind.

3. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungsstruktur (5c, 5d) die Funktion hat, dem Belichtungsstrahl (13) eine Phasenverschiebung um 180° zu verleihen.

4. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von denjenigen lichtdurchlässigen Bereichen einer Bauelementgruppe, die voneinander durch einen lichtundurchlässigen Bereich um weniger als einen festgelegten Betrag beabstandet sind, jeweils einer mit einer Phasenverschiebungsstruktur versehen ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, bei dem eine Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird, mit folgenden Verfahrensschritten:

• 1. ein Bereich kontinuierlicher transparenter Muster ei­ ner lithographischen Maske wird in eine Mehrzahl von Gruppen von lichtdurchlässigen Segmenten unterteilt, wobei die lichtdurchlässigen Segmente jeder Gruppe in jeder Gruppe duch einen lichtundurchlässigen Bereich voneinander getrennt sind,
• 2. jeder zweite Bereich, der durch diese Unterteilung entsteht, wird mit einer Phasenverschiebungsschicht versehen, und
• 3. ein lichtempfindlicher Film auf mindestens einem Substrat wird durch die Gruppen von lichtdurchlässi­ gen Segmenten hindurch Licht ausgesetzt, um die kon­ tinuierlichen Muster auf dem Substrat zu rekonstruie­ ren.