DE10006952C2

DE10006952C2 - Doppelbelichtung für Negativlacksysteme unter Anwendung von chromlosen Phasenmasken

Info

Publication number: DE10006952C2
Application number: DE10006952A
Authority: DE
Inventors: Christoph Friedrich; Uwe Griesinger; Fritz Gans; Klaus Ergenzinger; Wilhelm Maurer; Rainer Pforr; Juergen Knobloch; Dietrich Widmann; Guenther Czech; Carsen Fuelber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: DE10006952A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Maskenset zur Erzeugung von Struk turen in einem Fotolack, die als Resistmaske für Ätzungen oder Implantationen dienen, und ein Verfahren zur Erzeugung von solchen Strukturen mit einem solchen Maskenset, insbeson dere bezieht sich die Erfindung auf ein Doppelbelichtungsver fahren für Negativlacksysteme.

Die Erzeugung von Strukturen in einem Resist, die als Re sistmaske für Ätzungen oder Implantationen bei der Fertigung von Halbleiterbausteinen dienen, ist in der optischen Litho graphie gegenwärtig durch Projektionsabbildung realisiert. Der Bedarf nach immer schnelleren und kleineren Halbleiter bausteinen führt zwangsläufig zu immer kleineren Strukturen. Dieser zunehmenden Verkleinerung stehen technische sowie öko nomische Grenzen gegenüber, wie z. B. die nutzbare Wellenlän ge, die maximal nutzbare numerische Apertur NA des Belich tungsgerätes, sowie der Einsatz verbesserter Resist- Techniken. Die Ausnutzung von vorhandenen Geräten zur Struk turerzeugung hat aufgrund ökonomischer Gesichtspunkte dabei eine hohe Priorität.

Im Allgemeinen wird der Auflösungsfaktor für die noch zu er zeugende periodische Struktur durch den folgenden Zusammen hang definiert:

k1 = A.NA/λ,

wobei A die Strukturgröße, NA die numerische Apertur und λ die Wellenlänge bezeichnen. Mit der gegenwärtigen Technik, d. h. der Positivlacktechnik und Chrom-on-Glass Reticlen, also chrombeschichteten Glasmasken, werden k1-Werte von 0,45 er reicht, d. h. Strukturgrößen von ca. 180 nm bei NA = 0,6 und λ = 248 nm. Um den Marktanforderungen von Strukturgrößen im Bereich von 150 und/oder 130 nm in den nächsten Jahren ge recht zu werden, sind Techniken einzusetzen, die den k1-Wert nach unten treiben.

Herkömmlicherweise wird eine Strukturverkleinerung durch die Erhöhung der numerischen Apertur NA, z. B. durch größere Lin sen mit zusätzlich verschärften Spezifikationen, und/oder die Weiterentwicklung der Resist-Technik und/oder den Wechsel auf eine neue Wellenlänge λ, der zusätzlich eine Neuentwicklung der Resist-Technik nach sich zieht, erreicht. Diese Möglich keiten sind jedoch kostenintensiv und unter den wirtschaftli chen Gesichtspunkten kritisch zu hinterfragen.

Die US 5,573,890 zeigt ein Verfahren der optischen Lithogra phie mit Phasenmasken, bei dem zur Erzeugung von verkleiner ten Strukturen auf einer chrombeschichteten Hellfeldmaske zu sätzliche phasenschiebende Bereiche angeordnet werden, um aufgrund von Interferenz unbelichtete Bereiche zu erzeugen. Zur Vermeidung von durch die phasenschiebenden Bereiche zu sätzlich unerwünscht erzeugten unbelichteten Bereichen werden entweder beim Einfachbelichtungsverfahren Übergangsbereiche zwischen den phasenschiebenden Bereichen und den nicht pha senschiebenden Bereichen eingefügt oder diese unerwünschten Bereiche werden beim Doppelbelichtungsverfahren mittels einer ausschließlich dafür vorgesehenen Trimmmaske nachbelichtet und damit "gelöscht".

Zur Vereinfachung der Maskenherstellung bei diesem Lithogra phieverfahren wird in der US 5,858,580 eine alternative Tech nik vorgeschlagen, bei der in einem ersten Belichtungsschritt lediglich die reduzierten Strukturen mit einer Dunkelfeldmas ke erzeugt werden, die in einem Durchlassbereich zur Erzeu gung eines unbelichteten Gebiets auf dem Positivfotolack ei nen nicht phasenschiebenden lichtdurchlässigen Bereich und einen phasenschiebenden lichtdurchlässigen Bereich aufweist, zwischen denen zur Einstellung der Breite der reduzierten Struktur ein mit Chrom beschichteter Bereich angeordnet ist, wobei durch die Verwendung einer Dunkelfeldmaske keine uner wünschten nicht belichteten Linien erzeugt werden. Die nicht reduzierten Strukturen werden in einem nachfolgenden zweiten Belichtungsschritt mit einer chrombeschichteten Maske er zeugt.

Da in den für die Maskenherstellung vorteilhafteren Doppelbe lichtungsverfahren, die in diesen beiden Dokumenten beschrie ben werden, aufgrund der beschriebenen Wechselwirkung zwi schen der die reduzierten Strukturen erzeugenden Phasenmaske und der für die zweite Belichtung verwendeten Trimmmaske bzw. der für die zweite Belichtung verwendeten Hellfeldmaske zur Erzeugung der nicht reduzierten Strukturen eine extreme Lage genauigkeit der beiden Belichtungen zueinander gefordert ist, bestehen hier bei der praktischen Anwendung erhebliche Nach teile. Weiter kann aufgrund der Verwendung von chrombeschich teten Phasenmasken der k1-Wert nicht in dem gewünschten Maße verringert werden.

Die US 5,958,656 beschreibt es gemäß des japanischen Patents mit Veröffentlichungsnummer 5-197126 als bekannt, zur Erzeu gung von Löchern mit einem Durchmesser von 150 bis 100 nm einen Negativfotolack zunächst mit einer chromlose Phasenmaske mit einem Streifenmuster zu belichten, wonach die auch für die erste Belichtung verwendete chromlose Phasenmaske um 90° gedreht und für eine zweite Belichtung verwendet wird. Hier ist es jedoch als nachteilig beschrieben, daß die bei diesem Verfahren erzeugten Löcher nicht eng nebeneinander liegen können. Um solche kleinen Löcher mit einem engen Abstand zu erzeugen, wird angegeben, anstelle der chromlosen Phasenmas ken solche mit einem lichtabschirmenden Übergangsbereich zwi schen den phasenschiebenden und nicht phasenschiebenden Be reichen zu verwenden.

Die EP 0 534 463 A1 beschreibt zur Erzeugung von komplizier ten Strukturen, die kleine Löcher enthalten sollen, einen Po sitivfotolack zunächst mit einer chromlosen Phasenmaske zu belichten, wonach noch zu entfernende unbelichtete Bereiche mit einer chrombeschichteten zweiten Maske nachbelichtet wer den. Zur Erzeugung von belichteten und unbelichteten Berei chen mit minimalen Strukturgrößen wird das in dem japanischen Patent mit Veröffentlichungsnummer 5-197126 angegebene Dop pelbelichtungsverfahren mit zwei chromlosen Phasenmasken be schrieben, wobei für jede Belichtung ein neuer Negativfoto lack aufgetragen wird.

Demzufolge liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Maskenset zur Erzeugung von Strukturen, die als Resistmaske für Ätzungen oder Implantationen dienen, und ein Verfahren zur Erzeugung solcher Strukturen mit einem solchen Maskenset anzugeben, wodurch die zuvor beschriebenen Nachteile vermie den werden können, also insbesondere der k1-Wert verkleinert und die Anforderungen an die Lagegenauigkeit der Masken des Maskensets zueinander verringert werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Maskenset mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Wei terbildungen sind jeweils in den jeweils nachfolgenden abhän gigen Patentansprüchen angegeben.

Nach der Erfindung wird zur Erzeugung von Strukturen, die als Resistmaske für Ätzungen oder Implantationen dienen, ein aus mindestens zwei Masken bestehendes Maskenset verwendet. Eine Maske ist eine chromlose Phasenmaske, durch die Minimaldimen sionen der mittels des Fotoresists zu bildenden Strukturen realisiert werden, indem auf dem Fotoresist belichtete und unbelichtete Bereiche erzeugt werden. Weiter werden durch we nigstens eine zweite Chrom-on-Glass Maske oder Halbtonmaske die unbelichteten Bereiche unterteilt, um die durch die we nigstens eine chromlose Phasenmaske erzeugten Zwischenstruk turen in Einzelstrukturen mit Minimaldimensionen zu zerlegen.

Durch die Erfindung werden im Vergleich mit dem bekannten be schriebenen Stand der Technik insbesondere die beiden Vortei le erreicht, dass aufgrund der Verwendung einer rein chromlo sen Phasenmaske die Auflösung und Performance bis an die Grenze des theoretischen Minimums von k1 = 0,25 für periodi sche Strukturen unter Einsatz realer Designs und vorhandener Lacktechniken getrieben werden kann, da der chromlose Über gang ein optimales Dunkelfeld erzeugt, und dass durch die Un terteilung in eine erste Belichtung, die Zwischenstrukturen mit Minimalgrößen in jeweils einer Dimension realisiert, und eine zweite Belichtung, die diese Zwischenstrukturen in der jeweiligen zweiten Dimension unterteilt, eine Selbstjustage der so erzeugten Einzelstrukturen erfolgt, wodurch die Anfor derungen an die Lagegenauigkeit der beiden Masken zueinander verringert wird.

Weitere gegenüber dem Stand der Technik erreichte Vorteile der Erfindung sind, dass die Belichtungsparameter für eine jeweilige Belichtung optimiert werden können, da keine chrom beschichteten Phasenmasken eingesetzt werden und somit keine Kompromisse zwischen den für eine Belichtung durch eine Pha senmaske benötigten und den für die Belichtung mit einer chrombeschichteten Maske benötigten Parametern geschlossen werden müssen, dass aufgrund der Erzeugung der Minimalstruk turen durch eine chromlose Phasenmaske hier keine Kantenver rundungen auftreten, und dass - ebenfalls aufgrund des Ein satzes einer rein chromlosen Phasenmaske - die Uniformity (= Gleichmäßigkeit der erzeugten Struktur) deutlich besser wird, da die durch die Chrombeschichtung erzeugten Schwankungen der Strukturbreiten der Minimalstrukturen deutlich verringert werden.

Da die Phasenmaske komplett chromlos ausgestaltet ist, kann bei Verwendung der bisher vorhandenen Geräte im Vergleich mit chrombeschichteten Masken eine halbe Strukturgröße erzielt werden, d. h. dass die Strukturbreite bzw. der Abstand zwi schen zwei Strukturelementen um den Faktor 2 vermindert wer den kann. Alternativ kann bei unveränderter Strukturgröße die Schreibzeit zur Erstellung der Strukturen, d. h. die Belich tungszeit, um den Faktor 4 reduziert werden, da der zur Be lichtung verwendete Elektronenstrahl in zwei Dimensionen je weils um den Faktor 2 vergrößert werden kann. In diesem Fall ist im Vergleich mit dem beschriebenen Stand der Technik auch die Herstellung der Belichtungsmasken stark vereinfacht, da die zu gewinnenden Strukturen (und damit die Strukturen der Belichtungsmasken) relativ gesehen eine doppelte Größe auf weisen können.

Vorzugsweise wird die Erfindung bei Doppelbelichtungsverfah ren mit Negativlacksystemen angewandt, wodurch bei durch die chromlose Phasenmaske erzeugten belichteten und unbelichteten Bereichen in Form von minimal beabstandeten und eine minimale Breite aufweisenden geraden Linien und Unterbrechungen der unbelichteten geraden Linien durch die Belichtung mittels der zweiten Maske nach Entwicklung des Resists durch die Heraus lösung der unbelichteten Bereiche aus dem Resist eine Re sistmaske mit kontaktlochartigen Strukturen entsteht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf Grundlage eines beispielhaften bevorzugten Aus führungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine chromlose Phasenmaske und eine chrombeschich tete zweite Maske nach der Erfindung, sowie die mittels dieser beiden erfindungsgemäß Masken herge stellten Strukturen, die als Resistmaske für Ätzun gen oder Implantationen dienen.

Gemäß des beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels wer den mit einem erfindungsgemäßen Maskenset nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren kontaktlochartige Strukturen mit einer Strukturgröße A sowie einer gleichen Periodizität in Minimal struktur, d. h. einer Beabstandung der eine Breite A aufwei senden Einzelstrukturen voneinander ebenfalls mit dem Abstand A, in einem Negativlack erzeugt.

Die in der Fig. 1 gezeigte chromlose Phasenmaske 1 besteht aus nicht phasenschiebenden Bereichen 1a und 180° phasen schiebenden Bereichen 1b, die sich streifenförmig abwechselnd in Längsrichtung über die gesamte chromlose Phasenmaske 1 er strecken. Im hier beschriebenen Beispiel weist die chromlose Phasenmaske 1 zwei nicht phasenschiebende Bereiche 1a und zwei phasenschiebende Bereiche 1b auf. Zur Erzeugung der Strukturgröße A und der Periodizität in Minimalstruktur wird eine Breite b der nicht phasenschiebenden Bereiche 1a und der phasenschiebenden Bereiche 1b gleich so eingestellt, dass aufgrund von Interferenzbildungen nicht belichtete und be lichtete linienförmige Bereiche auf dem Negativfotolack in der gleichen gewünschten Breite A erhalten werden. Im vorlie genden Beispiel ist eine Strukturgröße und Periodizität in Minimalstruktur mit A = 150 nm gewählt, d. h. dass sowohl die belichteten wie auch die unbelichteten streifenförmigen Be reiche eine Breite von A = 150 nm aufweisen, wie es in der Fig. 1 bei der erzeugten für Ätzungen oder Implantationen vorgesehenen Resistmaske 3 zu erkennen ist. Die auf dem Nega tivfotolack mittels der chromlosen Phasenmaske unbelichteten Bereiche werden nachfolgend als latent gebildete Zwischen strukturen bezeichnet, da die gewünschten Einzelstrukturen daraus ohne vorherige Entwicklung des Negativfotolacks durch eine zweite Belichtung mittels der zweiten Maske 2 und eine anschließende Entwicklung erzeugt werden.

Durch die zweite Belichtung mit der zweiten Maske 2, die im gezeigten Beispiel eine Chrom-on-Glass Lochmaske ist, werden die durch die Phasenübergänge der chromlosen Maske durch die nicht belichteten Bereiche gebildeten streifenförmigen laten ten Zwischenstrukturen in einem gewünschten Abstand unterbro chen. Die chrombeschichtete Lochmaske 2 weist hierfür, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, einen mit Chrom beschichteten Be reich 2a auf, in dem an gewünschten Positionen Löcher 2b, d. h. nicht mit Chrom beschichtete lichtdurchlässige Bereiche, so angeordnet sind, dass die durch die erste Belichtung unbe lichteten Linien durch die zweite Belichtung in unbelichtete Einzelstrukturen unterteilt werden. Hierfür müssen die in der zweiten Maske vorhandenen Löcher 2b eine minimale Breite der Strukturgröße A der zu unterbrechenden latenten Zwischen struktur aufweisen, diese wird jedoch vorteilhafterweise zur Verminderung der Justagegenauigkeit um Δ auf A + Δ erhöht. Weiter weisen die in der chrombeschichteten Lochmaske vorge sehenen Löcher 2b, die eine definierte Länge aufweisen, in Längsrichtung der zu unterbrechenden Zwischenstrukturen einen gewünschten Schwerpunktsabstand d voneinander auf, mit dem die Zwischenstrukturen unterbrochen werden sollen, um die ge wünschten Einzelstrukturen zu erzeugen. Vorteilhaft sind die zwei nebeneinanderliegende Zwischenstrukturen unterbrechenden Löcher 2b gegeneinander versetzt auf der Lochmaske 2 angeord net.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin die für Ätzungen oder Implantatio nen dienende Resistmaske 3, die aus dem belichteten nach der Entwicklung stehen gebliebenen Negativfotolack 3a und den un belichteten nach der Entwicklung resistlosen Bereichen 3b be steht. Da die erste Belichtung an den Phasenübergängen der chromlosen Phasenmaske Linien in Minimalstruktur erzeugt, die durch die zweite Belichtung im gewünschten Abstand unterbro chen werden, durch die erste Belichtung also die Breite der erzeugten Linien der latent gebildeten Zwischenstruktur und damit auch die Breite der durch die nachfolgende zweite Be lichtung erzeugten Einzelstrukturen bestimmt wird, d. h. de ren erste Dimension, und durch die zweite Belichtung die Län ge der erzeugten Einzelstrukturen bestimmt wird, d. h. deren zweite Dimension, wird erfindungsgemäß für periodische Muster eine Selbstjustage erreicht, da jede Belichtung für sich ge nommen eine Dimension der gewünschten Einzelstrukturen fest legt.

Durch die Erfindung wird mittels der Doppelbelichtungstech nik, d. h. zwei Belichtungen an der gleichen Position ohne zwischenzeitliche Entwicklung, im Gegensatz zum Stand der Technik die Möglichkeit genutzt, unabhängig voneinander die Vorteile der jeweiligen Belichtungen ohne direkte optische Wechselwirkung auszunutzen. Es wird durch die erste Belich tung mit einer chromlosen Phasenmaske eine Minimaldimension realisiert, die bis an die zuvor beschriebenen Grenzen heran reichen kann. Mittels der zweiten Belichtung wird z. B. aus einem einfachen Muster ein komplexes Design im Fotolack er zeugt, d. h. die mittels der ersten Belichtung erzeugte Zwi schenstruktur wird gezielt unterbrochen, um Einzelstrukturen zu erzeugen.

Der Vorteil dieser Technik ist die Entkopplung von einer Be lichtung mit höchster Leistungsfähigkeit, jedoch einge schränkter Anwendung für komplexe Designs, z. B. bedingt durch Phasenkonflikte, und einer Belichtung mit geringerer Performance, mit der sich jedoch aufgrund der einfacheren Maskentechnik die Komplexität für elektrische Schaltkreise abbilden lässt. Hier werden insbesondere durch die zweite Be lichtung keine weiteren Konfliktstellen, d. h. Phasenkonflik te, mit der ersten Belichtung erzeugt und es erfolgt eine Korrektur der Unzulänglichkeiten des Doppelbelichtungsverfah rens, indem Selbstjustage ermöglichende Strukturen gewählt werden.

Natürlich ist die für die zweite Belichtung gewählte Maske nicht auf eine chrombeschichtete Lochmaske beschränkt, es können z. B. auch Halbton-Phasenmasken (attenuated phase shift masks) eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

chromlose Phasenmaske

1

a nicht phasenschiebende Bereiche der Phasenmaske

1

b phasenschiebende Bereiche der Phasenmaske

1

2

zweite Maske

2

a chrombeschichteter Bereich der zweiten Maske

2

b nicht chrombeschichtete Bereiche der zweiten Maske

2

3

erzeugte Resistmaske für Ätzungen oder Implantationen

3

a Fotoresistschicht der Maske

3

b erzeugte Einzelstrukturen der Maske

3

A Strukturgröße
A + Δ Breite der Bereiche

2

b
d Schwerpunktsabstand der Bereiche

2

b
b Breite der Bereiche

1

a und

1

b

Claims

1. Maskenset zur Erzeugung von Strukturen, die als Re sistmaske (3) für Ätzungen oder Implantationen dienen, umfas send eine erste chromlose Phasenmaske (1) zur Erzeugung von belichteten und unbelichteten Bereichen auf einem Photolack mit minimalen Strukturgrößen und eine zweite Maske (2), die der Unterteilung der unbelichteten Bereiche durch Belichtung von Teilbereichen der durch die erste Phasenmaske (1) nicht belichteten Bereiche dient, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Maske (2) eine Chrom-on-Glass Maske oder eine Halbtonmaske ist.

2. Maskenset nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die durch die erste chromlose Phasenmaske (1) er zeugten belichteten und unbelichteten Bereiche die Form gera der Linien aufweisen.

3. Maskenset nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die unbelichteten Berei che durch die zweite Maske (2) in definierten Abständen un terbrochen werden.

4. Maskenset nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass beide Masken (1, 2) je weils eine Vielzahl von Einzelstrukturen erzeugen.

5. Maskenset nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Strukturen in einem Negativfotolack erzeugt werden.

6. Maskenset nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass damit kontaktlochartige Strukturen erzeugt werden.

7. Maskenset nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass es in einem Doppelbelich tungsverfahren eingesetzt wird.

8. Verfahren zur Erzeugung von als Resistmaske (3) für Ät zungen oder Implantationen dienenden Strukturen mit einem Maskenset nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch eine erste Belichtung mit der ersten vollständig chromlosen Phasenmaske (1) wenigstens eine latent gebildete Zwischen struktur durch belichtete und unbelichtete Bereiche auf dem Photolack mit minimalen Strukturgrößen erzeugt wird, wonach durch eine zweite Belichtung mit der zweiten Chrom-on-Glass Maske oder Halbtonmaske (2) Teilbereiche der durch die erste Phasenmaske (1) nicht belichteten Bereiche nachbelichtet wer den, wodurch die durch die erste Phasenmaske latent gebilde ten Zwischenstrukturen in Einzelstrukturen zerlegt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass durch die erste chromlose Phasenmaske (1) belich tete und unbelichtete Bereiche in Form gerader Linien er zeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die unbelichteten Bereiche durch die zwei te Maske (2) in definierten Abständen unterbrochen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Masken (1, 2) jeweils eine Vielzahl von Einzelstrukturen erzeugen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen in einem Negativ photolack erzeugt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass damit kontaktlochartige Strukturen erzeugt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelbelichtungsverfahren An wendung findet.