Neben der klassischen Chrommaske (COG, Chrome On Glass) gibt es noch weitere Maskentypen, die eine verbesserte Strukturauflösung ermöglichen. Hauptproblem der COG-Maske ist die Beugung, die das Licht an den Strukturkanten erfährt. Dadurch fällt das Licht nicht nur senkrecht auf den Wafer, sondern wird auch in den Schattenbereich abgelenkt, wo der Fotolack nicht belichtet werden soll.
Intensitätsprofil einer Chrom On Glass-Mask
Mit verschiedenen Maßnahmen versucht man nun, die Intensität des gebeugten Lichts zu vermindern. Diese werden im Folgenden anhand der unterschiedlichen Maskentypen näher beschrieben.
Attenuated Phase Shift Mask (AttPSM)
Bei der so genannten Halbtonmaske oder weichen Phasenmaske bildet eine Schicht aus Molybdänsilicid (MoSi) den strukturgebenden Teil, eine Chromschicht gibt es hier nicht. Die Dicke der MoSi-Schicht ist so gewählt, dass das Licht beim Durchgang eine Phasenverschiebung um 180° erfährt gegenüber dem Licht, das lediglich Glas durchläuft. Dies geschieht durch die unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit in Luft und in MoSi. Gleichzeitig ist die Schicht je nach Molybdänanteil im Silicium zu 6 oder 18 % lichtdurchlässig (bei einer Belichtungswellenlänge von 193 nm), das Licht wird also abgeschwächt (attenuate, engl.: vermindern). Die gegenläufigen Lichtwellen löschen sich so unterhalb der MoSi-Strukturen nahezu aus, somit wird der Kontrast zwischen Hell und Dunkel erhöht. Zusätzlich kann in Bereichen, die nicht zur Belichtung benötigt werden, Chrom aufgebracht werden, um Licht vollständig auszublenden. Diese Masken werden als Tritonemaske bezeichnet.
Intensitätsprofil einer Attenuated Phase Shift Mask
Prinzip der Phasenschiebung mittels Molybdänsilicid
Chromfreie Phasenschiebermaske
Die chromfreien Masken besitzen keine strukturgebende Beschichtung. Die Phasenverschiebung wird durch Gräben erzeugt, die direkt in die Glasplatte geätzt sind. Die Herstellung dieser Masken gestaltet sich schwierig, da der Ätzvorgang mitten im Glas gestoppt werden muss. Im Gegensatz zu Ätzprozessen, bei denen eine Schicht vollständig durchgeätzt wird und Änderungen im Plasma Auskunft darüber geben, wann die darunterliegende Schicht freigelegt ist, erhält man hier keine Information, wann die benötigte Tiefe erreicht ist.
Zusätzlich ergeben sich Probleme bei der Herstellung großer Strukturen. Dadurch, dass es keine abschattenden Bereiche gibt und das Licht überall mit derselben Intensität auf die Maske trifft, erfolgt nur an den Strukturkanten die gewünschte Interferenz und die daraus resultierende Abschwächung des Lichts. In der Mitte der Bereiche findet jedoch keine oder nur noch eine geringe Abschwächung statt. Um eine Belichtung dieser Bereiche zu verhindern, muss die Lichtintensität also von vorn herein reduziert werden, wodurch die Gefahr einer Unterbelichtung aller Strukturen entsteht.
Alternating Phase Shift Mask (AltPSM)
Bei der alternierenden Phasenmaske werden wie bei der chromfreien Maske Gräben direkt in das Glassubstrat geätzt, jedoch abwechselnd (alternierend) mit ungeätzten Bereichen. Zusätzlich werden Stellen mit Chrom beschichtet um die Lichtintensität an entsprechenden Stellen herabzusetzen.
Intensitätsprofil einer Alternating Phase Shift Mask
Dadurch ergeben sich jedoch Bereiche mit undefinierter Phasenverschiebung, so dass bei diesem Maskentyp, der eine sehr hohe Auflösung ermöglicht, grundsätzlich zweimal belichtet werden muss. Die erste Maske enthält dabei die Strukturen die in x-Richtung verlaufen, die zweite Maske die Struktur in y-Richtung.
Zielstruktur auf dem Wafer und entsprechende Maskenstruktur