DE10215193B4

DE10215193B4 - Verfahren zur Kompensation von Streu-/Reflexionseffekten in der Teilchenstrahllithographie

Info

Publication number: DE10215193B4
Application number: DE10215193A
Authority: DE
Inventors: Frank Erber; Bernd Schoenher; Tarek Lutz; Christian Ebi; Günther Ruhl; Torsten Franke; Fritz Gans
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: US20030228527A1; US6953644B2; DE10215193A1

Abstract

Verfahren zur Kompensation von Streueffekten in der Teilchenstrahllithographie umfassend die Schritte:
a) oberhalb einer zu strukturierenden Schicht wird zumindest eine Schicht (12) eines teilchenstrahlempfindlichen Materials bereitgestellt,
b) mit zumindest einem Teilchenstrahl werden vorgegebene Muster (20), die in die zu strukturierende Schicht übertragen werden sollen, in einen begrenzten Bereich (21) des teilchenstrahlempfindlichen Materials eingeschrieben,
und
c) mit zumindest einem Teilchenstrahl wird zumindest ein den begrenzten Bereich (21) umgebender Rahmen (22) in das teilchenstrahlempfindliche Material eingeschrieben, so daß die Variationen der Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs (21) kleiner als 30% der maximalen Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs (21) sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Streu-/Reflexionseffekten in der Teilchenstrahllithographie. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Kompensation von Streu-/Reflexionseffekte bei der Herstellung von Masken für die Halbleiterfertigung.
Bei der Herstellung von Masken für die Halbleiterfertigung werden in zunehmenden Maße Teilchenstrahlen insbesondere Elektronenstrahlen eingesetzt. Dazu wird beispielsweise eine elektronenstrahlempfindlicher Lackschicht auf eine zu strukturierende Schicht aufgebracht und mit Hilfe eines Elektronenstrahls das gewünschte Muster in die elektronenstrahlempfindlichen Lackschicht geschrieben. Anschließend die Lackschicht entwickelt, so daß eine Lackmaske entsteht mit dem gewünschten Muster entsteht. Durch einen nachfolgenden Ätzschritt wird das Muster der Lackmaske in die zu strukturierende Schicht übertragenden. Auf die Weise lassen sich nicht nur Masken für die Photolithographie sondern auch Strukturen direkt auf dem Halbleiterwafer erzeugen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 dieser Herstellungsprozeß etwas genauer beschrieben. Zur Herstellung einer Maske für die Photolithographie wird beispielsweise eine strahlungsundurchlässige Schicht 11 und/oder eine sogenannte Halbtonschicht auf ein strahlungsdurchlässiges Substrat 10 aufgebracht. Eine Halbtonschicht ist dabei eine Schicht, die zu einem vorgegebenen Prozentsatz (z.B. 3 – 10%) strahlungsdurchlässig ist und die gleichzeitig die Phase der durch sie hindurchtretenden Strahlung um einen vorgegebenen Betrag, in der Regel 180°, verschiebt. Auf die Schicht 11 wird eine elektronenstrahlempfindliche Lackschicht 12 aufgebracht und das gewünschte Muster mit Hilfe eines Elektronenstrahls 14 in die elektronenstrahlempfindliche Lackschicht geschrieben.
Leider wird der Elektronenstrahl 14 dabei teilweise von der Oberfläche der elektronenstrahlempfindlichen Lackschicht in Richtung der Elektronenoptik 15 reflektiert bzw. gestreut. An der Elektronenoptik 15 werden die von der Oberfläche der elektronenstrahlempfindlichen Lackschicht 12 reflektierten bzw. gestreuten Elektronen 16 wiederum teilweise in Richtung auf die elektronenstrahlempfindliche Lackschicht reflektiert bzw. gestreut. Dies hat zur Folge, daß die Elektronen nicht nur an den gewünschten Stellen auf die elektronenstrahlempfindliche Lackschicht 12 treffen sondern auch Bereiche der elektronenstrahlempfindlichen Lackschicht 12 einer Bestrahlung durch Elektronen ausgesetzt sind, die dafür nicht vorgesehen sind.
Die Bestrahlung der elektronenstrahlempfindlichen Lackschicht führt somit zu einer Art Untergrunddosis, die jedoch in Abhängigkeit von dem gewünschten Muster von Ort zu Ort variieren kann. Insbesondere am Rand des Muster fällt die durch Reflexion bzw. Streuung verursachte Untergrunddosis stark ab. Leider wird durch die Untergrunddosis die Maßhaltigkeit der Strukturübertragung, das sogenannte CD Maß („critical dimension") wesentlich bestimmt. Dementsprechend ergeben sich durch die laterale Variation der Untergrunddosis laterale Variationen des CD Maßes, was Abbildungsfehler zur Folge haben kann.

Zur Behebung dieses Problem wurde beispielsweise in der Druckschrift US 2001/0016295 A1 vorgeschlagen, das gewünschte Muster bzw. die beschriebene Fläche in quadratische Teilbereiche zu unterteilen, für jeden dieser Teilbereiche die sich ergebenden Untergrunddosis zu errechnen, für jeden dieser Teilbereiche eine zusätzliche Bestrahlungsdosis zu errechnen und schließlich in jedem Teilbereich zusätzliche Bestrahlungen mit unterschiedlichen Bestrahlungsmustern durchzuführen, so daß letztendlich alle Teilbereiche im wesentlichen die gleiche Untergrunddosis aufweisen.

Leider setzt dieser Lösungsvorschlag, bedingt durch die relativ lange Reichweite der Streu-/Reflexionseffekte (> 10mm), umfangreiche Berechnungen zur Bestimmung der sich für jeden Teilbereich ergebenden Untergrunddosis sowie der entsprechenden Kompensationdosis voraus, was zusätzliche Rechenkapazität am Elektronenstrahlgerät bzw. in der Nähe des Elektronenstrahlgeräts notwendig macht. Um die Rechenzeit in Grenzen zu halten wird daher oft nur der kurzreichweitige Anteil der Streu-/Reflexionseffekte kompensiert. Weiterhin wird durch die zusätzlichen Bestrahlungen jedes Teilbereichs des gewünschten Musters die Prozeßzeit deutlich verlängert.

Die Druckschrift US 5,210,696 A beschreibt ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren, indem die abzubildenden Strukturen vor der Belichtung unter bestimmten Voraussetzungen in verschiedene Bereiche unterteilt werden, die dann anstelle der Gesamtfläche der jeweiligen Struktur belichtet werden. Dazu wird die abzubildende Fläche in ein inneres, reduziertes Muster und die Rahmenbereiche, die in einem gewissen Abstand um das innere, reduzierte Muster angeordnet sind, unterteilt, die dann jeweils mit einer zu berechnenden Strahlungsdosis belichtet werden. Aufgrund von gestreuten Elektronen wird bei der Belichtung dann ein Muster erzeugt, in dem die Rahmenbereiche unmittelbar an das innere, reduzierte Muster angrenzen. Für jede zu belichtende Struktur wird gemäß dem in der US 5,210,696 A bschriebenen Verfahren vor der Belichtung ausgerechnet, ob die Struktur auf herkömmliche Weise oder mittels des beschriebenen Verfahrens belichtet werden soll.

In Dokument JP 59167018A wird ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters mittels Elektronenstrahlschreiben beschrieben. Ähnlich wie in dem in der US 5,210,696 A beschriebener Verfahren wird auch hier die abzubildende Struktur in eine innere Struktur und in eine äußere Struktur unterteilt, die dann mit unterschiedlicher Intensität bestrahlt werden.

Die Rahmen aus US 5,210,696 und JP 59167018A sind jeweils selbst Teile der Nutzstruktur der einzelnen Muster. Ihre Bestrahlung führt wie die Bestrahlung aller anderen Muster auch zu einer ortabhängigen Untergrunddosis.

Sowohl in dem Verfahren gemäß US 5,210,696 A , als auch dem Verfahren gemäß JP 59167018A wird für jedes einzelne Muster, das in der Maske erzeugt und später in die darunter gelegene zu strukturierende Schicht übertragen werden soll, eine Berechnung vorgenommen, und jedes einzelne Muster wird gegebenenfalls in weitere, extra zu berechnende Untermuster zerlegt und anschließend unterschiedlich bestrahlt, um eine möglichst maßgenaue Übertragung zu erreichen. Diese Verfahren sind somit rechen- und zeitaufwendig in der Durchführung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation von Streueffekten in der Teilchenstrahllithographie bereitzustellen, das die genannten Schwierigkeiten vermindert bzw. ganz vermeidet.

Diese Aufgabe wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kompensation von Streueffekten in der Teilchenstrahllithographie gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Kompensation von Streu-/Reflexionseffekten in der Teilchenstrahllithographie bereitgestellt, umfassend die Schritte:

a) zumindest eine Schicht eines teilchenstrahlempfindlichen Materials wird bereitgestellt,
b) mit zumindest einem Teilchenstrahl werden vorgegebene Muster in einen begrenzten Bereich des teilchenstrahlempfindlichen Materials eingeschrieben, und
c) mit zumindest einem Teilchenstrahl wird zumindest ein den begrenzten Bereich umgebender Rahmen in das teilchenstrahlempfindliche Material eingeschrieben, so daß die Variationen der Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs kleiner als 30% der maximalen Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß auf einfache und kostengünstige Weise eine deutlich homogenere Untergrunddosis und damit deutlich verkleinerte Variationen des CD Maßes innerhalb der vom dem Teilchenstrahl beschriebenen Fläche erzeugt werden können. Aufwendige Berechnungen von Kompensationsbestrahlungen innerhalb der vom dem Teilchenstrahl beschriebenen Fläche können vermieden. Insbesondere können der Abfall der Untergrunddosis und damit einhergehende Variationen in der Maßhaltigkeit am Rand des begrenzten Bereichs weitgehend ausgeglichen werden. Da der Rahmen mit einem relativ breiten Teilchenstrahl (relativ große „Spot-Size") geschrieben werden kann, führt das erfindungsgemäße Verfahren nur zu einer unwesentlichen Verlängerung der Gesamtbestrahlungszeit.

Weiterhin können bestehende Teilchenstrahlgeräte ohne weitere Änderungen eingesetzt werden. Zusätzliche Rechenkapazität ist nicht erforderlich. Ebenso kann auf zusätzliche absorbierende Materialien in der Nähe der Teilchenoptik zur Absorption der reflektierten bzw. gestreuten Teilchen verzichtet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß nicht notwendigerweise der Schritt b) vor dem Schritt c) durchgeführt. Je nach Anwendungsfall kann auch der Rahmen vor oder gleichzeitig mit den vorgegebenen Mustern erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einer Vielzahl von Teilchenstrahlen beispielsweise bei Ionenstrahlen eingesetzt werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn als Teilchenstrahl ein Elektronenstrahl verwendet wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Rahmen von dem begrenzten Bereich ein vorgegebenen Abstand auf. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen bestrahlt wird, so gewählt ist, daß der Rahmen bei einer Entwicklung des teilchenstrahlempfindlichen Materials sichtbar wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens grenzt der Rahmen direkt an den begrenzten Bereich an. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen bestrahlt wird, so gewählt ist, daß der Rahmen bei einer Entwicklung des teilchenstrahlempfindlichen Materials nicht sichtbar wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überlappt der Rahmen mit dem Randbereich des begrenzten Bereichs. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen bestrahlt wird, so gewählt ist, daß sie der mittleren Untergrunddosis innerhalb des Rahmens entspricht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein den begrenzten Bereich umgebender Rahmen in das teilchenstrahlempfindliche Material eingeschrieben, so daß die Variationen der Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs kleiner als 20% der maximalen Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs sind. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen bestrahlt wird, innerhalb des Rahmens, insbesondere entsprechend den benachbarten Mustern, variiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Aufsicht auf eine Maske hergestellt nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Aufsicht auf eine Maske hergestellt nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine schematische Aufsicht auf eine Maske hergestellt nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine schematische Aufsicht auf eine Maske hergestellt nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
5 eine Schnittansicht zur Illustration der Streueffekte, wenn ein Elektronenstrahl auf eine Lackschicht trifft.
1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Lackmaske 12 hergestellt nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei kann die Lackmaske 12 zur Herstellung einer photolithographischen Maske eingesetzt werden, wie dies beispielsweise bereits im Zusammenhang mit der 4 erläutert wurde. Die Lackmaske 12 kann beispielsweise aber auch zur Herstellung von Strukturen direkt auf einem Halbleiterwafer verwendet werden.
Ausgangspunkt ist jedoch immer, daß zumindest eine Schicht 12 eines teilchenstrahlempfindlichen Materials bereitgestellt wird. Anschließend werden mit zumindest einem Teilchenstrahl, bevorzugt einem Elektronenstrahl, vorgegebene Muster 20 in einen begrenzten Bereich 21, beispielsweise einen Chipbereich, des teilchenstrahlempfindlichen Materials eingeschrieben. Zur Kompensation der dabei auftretenden Streu-/Refelexionseffekte, insbesondere zur Kompensation des Abfalls der durch Streu-/Refelexionseffekte verursachten Untergrunddosis zum Rand des begrenzten Bereichs 21, wird mit zumindest einem Teilchenstrahl zumindest ein den begrenzten Bereich umgebender Rahmen 22 in das teilchenstrahlempfindliche Material eingeschrieben, so daß die Variationen der Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs 21 kleiner als 30%, bevorzugt kleiner als 20%, der maximalen Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs 21 sind.
Dabei weist der Rahmen 22 bei dem in 1 gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel von dem begrenzten Bereich 21 ein vorgegebenen Abstand D auf. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen 22 bestrahlt wird, so gewählt ist, daß der Rahmen 22 bei einer Entwicklung des teilchenstrahlempfindlichen Materials sichtbar wird. Beispielsweise kann der Abstand D zwischen dem Rahmen 22 und dem begrenzten Bereich 21 3mm betragen, wobei der Rahmen 22 ebenfalls 3mm breit ist. Der Abstand sowie die Breite des Rahmens sind dabei nicht kritisch. So kann der Rahmen beispielsweise auch bis an den Rand der Maske reichen.
Weiterhin kann der Rahmen in diesem Beispiel mit der gleichen Dosis bestrahlt werden, die auch die Muster 20 innerhalb des begrenzten Bereichs 21 erhalten. Bei Elektronenstrahlen beträgt die Dosis üblicherweise um die 8 μC/cm².
2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Lackmaske 12 hergestellt nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Gegensatz zu der im Zusammenhang mit der in der 1 beschriebenen ersten Ausführungsform, grenzt nun der Rahmen 22 direkt an den begrenzten Bereich 21 an. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen bestrahlt wird, so gewählt ist, daß der Rahmen 22 bei einer Entwicklung des teilchenstrahlempfindlichen Materials nicht sichtbar wird. Bei Elektronenstrahlen wird dazu die Dosis üblicherweise kleiner als 4 μC/cm² gewählt.
3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Lackmaske 12 hergestellt nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform überlappt der Rahmen 22 mit dem Randbereich des begrenzten Bereichs 21. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dosis, mit welcher der Rahmen bestrahlt wird, so gewählt ist, daß sie der mittleren Untergrunddosis innerhalb des Rahmens entspricht.
3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Lackmaske 12 hergestellt nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Ausführungsform entspricht im wesentlichen der 1 gezeigten Ausführungsform mit dem Unterschied, daß bei dieser Ausführungsform die Dosis, mit welcher der Rahmen 22 bestrahlt wird, innerhalb des Rahmens 22 variiert wird.
Bei der in 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform besteht die Variation der Dosis, mit welcher der Rahmen 22 bestrahlt wird, darin, daß die Eckbereiche 23 des Rahmens 22 mit einer höheren Dosis als die übrigen Bereiche des Rahmens 22 geschrieben. Beispielsweise können die Eckbereiche 23 des Rahmens 22 mit der doppelten oder der dreifachen Dosis geschrieben werden, was sich einfach dadurch bewerkstelligen läßt, der Teilchenstrahl mehrfach über die Eckbereiche 23 des Rahmens 22 gefahren wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß auf einfache und kostengünstige Weise eine deutlich homogenere Untergrunddosis und damit deutlich verkleinerte Variationen des CD Maßes innerhalb der vom dem Teilchenstrahl beschriebenen Fläche erzeugt werden können. Aufwendige Berechnungen von Kompensationsbestrahlungen innerhalb der vom dem Teilchenstrahl beschriebenen Fläche können vermieden. Insbesondere können der Abfall der Untergrunddosis und damit einhergehende Variationen in der Maßhaltigkeit am Rand des begrenzten Bereichs weitgehend ausgeglichen werden.

Claims

Verfahren zur Kompensation von Streueffekten in der Teilchenstrahllithographie umfassend die Schritte: a) oberhalb einer zu strukturierenden Schicht wird zumindest eine Schicht (12) eines teilchenstrahlempfindlichen Materials bereitgestellt, b) mit zumindest einem Teilchenstrahl werden vorgegebene Muster (20), die in die zu strukturierende Schicht übertragen werden sollen, in einen begrenzten Bereich (21) des teilchenstrahlempfindlichen Materials eingeschrieben, und c) mit zumindest einem Teilchenstrahl wird zumindest ein den begrenzten Bereich (21) umgebender Rahmen (22) in das teilchenstrahlempfindliche Material eingeschrieben, so daß die Variationen der Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs (21) kleiner als 30% der maximalen Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs (21) sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teilchenstrahl ein Elektronenstrahl verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (22) von dem begrenzten Bereich (21) ein vorgegebenen Abstand (D) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosis, mit welcher der Rahmen (22) bestrahlt wird, so gewählt ist, daß der Rahmen (22) bei einer Entwicklung des teilchenstrahlempfindlichen Materials sichtbar wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (22) direkt an den begrenzten Bereich (21) angrenzt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosis, mit welcher der Rahmen (22) bestrahlt wird, so gewählt ist, daß der Rahmen (22) bei einer Entwicklung des teilchenstrahlempfindlichen Materials nicht sichtbar wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (22) mit dem Randbereich des begrenzten Bereichs (21) überlappt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosis, mit welcher der Rahmen (22) bestrahlt wird, so gewählt ist, daß sie der mittleren Untergrunddosis innerhalb des Rahmens (22) entspricht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein den begrenzten Bereich (21) umgebender Rahmen (22) in das teilchenstrahlempfindliche Material eingeschrieben wird, so daß die Variationen der Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs (21) kleiner als 20% der maximalen Untergrunddosis innerhalb des begrenzten Bereichs (21) sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis, mit welcher der Rahmen (22) bestrahlt wird, innerhalb des Rahmens (22) variiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosis, mit welcher der Rahmen (22) bestrahlt wird, innerhalb des Rahmens (22) entsprechend den benachbarten Mustern (20) variiert wird.