Integrierte
Schaltungen werden im Bereich der Halbleitertechnik üblicherweise
durch Projektion von auf Masken gebildeten Strukturmustern auf einen
jeweils wiederholt mit einem photoempfindlichen Resist beschichteten
Halbleiterwafer und einer anschließenden Übertragung des Strukturmusters
in jeweils unterhalb des Resist angeordnete Schichten hergestellt.
Um die Miniaturisierung von Strukturgrößen innerhalb dieser Strukturmuster
in der Halbleitertechnik weiter voranzutreiben, greift man für die Projektion
zunehmend auf sogenannte Resolution Enhancement Techniken (RET)
zurück.
Dabei handelt es sich neben Beleuchtungsverfahren wie Schräglichtbeleuchtung
(off-axis illumination) oder strukturspezifischen Verfahren wie
der Optischen Proximity-Korrektur (OPC) vor allem um innovative
Maskentechniken wie beispielsweise Phasenmasken.
Hinsichtlich
der auf einem Halbleiterwafer mit einem Belichtungsgerät in einer
Projektion erreichbaren Auflösung
werden die besten Ergebnisse speziell durch den Typ der alternierenden
oder der chromlosen Phasenmaske erzielt. Alternierende Phasenmasken
eignen sich besonders für
die Projektion eines auf einem solchen Maskentyp gebildeten eng
stehenden Linien- Spalten-Muster
mit einem Breitenverhältnis
von Linien zu Spalten von etwa 1:1.
Bei
den genannten Typen von Phasenmasken können allerdings sogenannte
Phasenkonflikte auftreten. Diese führen im Falle einer Belichtung
zu unerwünschten,
unbelichteten Lackgebieten in einer auf dem Halbleiterwafer angeordneten
photoempfindlichen Schicht. Mit Hilfe einer Zweit- oder Trimm-Belichtung
durch eine weitere Maske, deren Strukturmuster auf dasjenige der
ersten Maske abgestimmt ist, können
diese Gebiete in der photoempfindlichen Schicht nachträglich belichtet
und in einem nachgeschalteten Entwicklungsprozeß entfernt werden.
Mit
einer solchen Trimm-Maske beseitigt man z.B. die durch Phasenkonflikte
entstandenen, nicht erwünschten
Lackstrukturen, indem man auf der Trimm-Maske spaltartige Strukturen
an genau denjenigen Positionen aufbringt, welche mit den Positionen
der unerwünschten
Lackstrukturen auf dem Wafer übereinstimmen,
so daß diese
bei der Projektion der Trimm-Maske nachbelichtet werden. Mit der Trimm-Maske
wird also dieselbe fotoempfindliche Schicht belichtet, die auch
schon durch die genannte erste Maske, beispielsweise eine alternierende
oder chromlose Phasenmaske belichtet wurde, ohne daß zwischenzeitlich
diese Schicht entfernt wurde.
Hierbei
ist anzumerken, daß bei
der vorliegenden Diskussion für
die photoempfindliche Schicht die Verwendung eines Positivlackes
zugrunde gelegt wird.
Trimm-Masken
werden typischerweise als Chrommaske ausgeführt, da nicht die hohen Anforderungen
an eine zu erreichende Strukturbreite auf dem Wafer bestehe wie
es etwa bei den Phasenmasken der Fall ist. Sie sind einerseits kostengünstig herzustellen,
andererseits können
sie auch verwendet werden, um größere, lithografisch
weniger anspruchsvolle Strukturelemente eines durch beide Masken
gemeinsam abzubildenden Struk turmusters, d.h. einer lithografischen
Ebene, auf dem Wafer herzustellen.
Da
die in die Trimm-Maske eingebrachten Spalte bei der Projektion im
Regelfall direkt über
oder wenigstens in der unmittelbaren Nähe über der zu erzeugenden Lackstruktur
auf dem Wafer zu plazieren sind, ergibt sich durch Lichtbeugung
am Spalt auf der Trimm-Maske in einem Umfeld des zu übertragenden Strukturelementes
auf dem Wafer eine zusätzlich einfallende
Strahlung, die eine Veränderung – meist eine
Reduzierung – des
Intensitätsgradienten
an der Kante der zu übertragenden
Struktur zur Folge hat. Damit entsteht der Nachteil, daß sich das
lithografische Prozeßfenster
für die
Projektion verkleinert. Ein lithografisches Prozeßfenster
wird beispielsweise durch die Menge aller Wertepaare von Belichtungsparametern
wie Strahlungsdosis und Fokus beschrieben, mit denen eine Abbildung
eines Strukturelementes innerhalb einer vorgegebenen Strukturbreitentoleranz
auf dem Wafer erreicht wird.
Das
führt bei
speziellen Anordnungen von Strukturelementen, gekennzeichnet etwa
durch Linienbreiten, gegenseitigen Abständen, Ausrichtungen, etc.,
sogar so weit, daß ganze
Teile von Strukturmustern nicht ausreichend gut abgebildet werden
können.
Man geht dazu über,
solche Anordnungen im Design auszuschließen, was aber zu erheblichen Einschränkungen
schon bei der Designerstellung führt.
Häufig
hat dies auch eine Vergrößerung der Schaltkreisfläche und
somit infolge der geringeren Anzahl von Gut-Chips auf dem Wafer
höhere
Fertigungskosten zur Folge.
In
der Druckschrift
DE
10006952 C2 ist ein Maskensatz beschrieben, bei dem eine
erste Maske als chromlose Phasenmaske ausgebildet ist, so dass von
dieser Phasenkanten als unbelichtete Strukturen in einen Negativresist
auf einen Wafer übertragen werden.
Eine zweite Maske ist als Halbtonphasenmaske ausgebildet, in welcher
darin gebildete Öffnungen
dazu dienen, die unbelichteten Bereiche aufgrund der ersten Maske
zu trennen.
In
der Druckschrift
DE
10129202 C1 ist ein Maskensatz aus zwei alternierenden
Phasenmasken beschrieben. Mit Öffnungen
in einer opaken Schicht auf der zweiten Masken werden Phasenkonflikte
aufgrund des besonderen Musters aus T-förmigen Strukturen behoben,
d.h. die dadurch entstehenden unbelichteten Lackreste werden nachbelichtet.
Es
ist die Aufgabe der Erfindung, die Qualität der Abbildung von Strukturmustern
auf Halbleiterwafer bei der Projektion mittels Trimm-Maskenbelichtung
zu verbessern. Es ist weiter eine Aufgabe, die Kosten bei der Bauelementeherstellung
zu verringern, die Gutausbeute zu vergrößern, die Schwankungen der
auf einem Halbleiterwafer gebildeten Breiten von Strukturen zu reduzieren
und das lithografische Prozeßfenster
für ein
gegebenes Belichtungsgerät
zu verbessern.
Die
Aufgabe wird gelöst
durch einen Maskensatz zur Projektion von jeweils auf den Masken des
Satzes angeordneten und aufeinander abgestimmten Strukturmustern
mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1 und
3.
Masken
mit aufeinander abgestimmten Strukturmustern zur Projektion in dieselbe
photoempfindliche Schicht auf einem Wafer sind insbesondere Primärmasken
und ihnen zugeordnete Sekundär-
oder Trimm-Masken zur Durchführung
einer Korrekturbelichtung auf dem Wafer nach einer Erstbelichtung.
Die
Transmission der zum Trimmen unerwünschter, noch unbelichteter
Lackstrukturen verwendeten hellen spalt- oder kontaktfensterartigen Öffnungen
auf der Trimm-Maske wird mit dem erfindungsgemäßen Merkmalen des Maskensatzes
reduziert, indem ein semitransparentes, d.h. halbdurchlässiges anstatt
wie herkömmlich
ein volltransparentes Gebiet auf der Trimm-Maske angeordnet wird. Eine
Anbelichtung benachbarter „aktiver" Strukturelemente,
d.h. unbelichteteter Lackstrukturen, deren Existenz auch nach der
Trimm-Belichtung erwünscht ist,
wird somit vorteilhaft reduziert.
Über die
richtige Festlegung der Transparenz, mit der die semitransparenten
Gebiete gebildet werden, können
die ansonsten nachteiligen Beugungseffekte an den Trimm-Maskenspalten
so gesteuert werden, daß beispielsweise
ein Maximum an Schärfentiefe,
d.h. für
eine Belichtung unter Einhaltung einer vorgegebenen Strukturbreiten-(CD-)Toleranz
zulässiges
Fokusintervall erzielt wird. Gleichzeitig behalten diejenigen Strukturen
auf der Trimm-Maske ihre volle Transmission, die für die Übertragung
von für
die Schaltkreisfunktion essentiellen, „aktiven" Strukturen bestimmt sind.
In
bezug auf die Reduzierung der Transmission der semitransparenten
Gebiete auf der zweiten, d.h. der Trimm-Maske sind erfindungsgemäß folgende
Ausgestaltungen vorgesehen:
- 1.) Die zweite
Maske umfaßt
mindestens ein Substrat, z.B. einen Glasträger, eine darauf aufgebrachte
semitransparente Schicht sowie eine auf dieser aufliegende opake
Schicht, z.B. aus Chrom. Die semitransparente Schicht kann zum Beispiel
durch eine Schicht umfassend Molybdän-Silizid repräsentiert
sein. Diese Schicht weist eine über
den Glasträger
hinweg vergleichsweise homogene Transparenz mit Werten vorzugsweise zwischen
20 bis 80 Prozent auf.
Der
mit dieser zusätzlich
angeordneten Schicht einhergehende Phasenhub beträgt vorzugsweise
360° oder
ein ganzzahliges Vielfaches dieses Wertes. Phaseneffekte durch nicht
ganzzahlige Vielfache sind aber durch die Erfindung nicht ausgeschlossen.
Insbesondere können
durch eine als Halbtonphasenmaske ausgebildete Trimm-Maske auch
für die
spätere
Schaltkreisfunktion essentielle Lackstrukturen in der photoempfindlichen
Schicht erzeugt werden.
Die
Strukturierung eines Maskensubstrats zur Herstellung der erfindungsgemäßen Trimm-Maske
erfolgt wie bei herkömmlichen
Verfahren derart, daß das
betreffende auf die erste oder Primärmaske abgestimmte Strukturmuster
für die
Trimm-Maske zunächst
in einem lithographischen Prozess unter Nutzung eines Maskenschreibers
gebildet und anschließend
in einem Ätzprozess
in die Chromschicht übertragen
wird. In einem weiteren strukturselektiven Prozeß wird dann in einem zweiten
vergleichbaren Prozess der semitransparente Absorber unterhalb derjenigen Öffnungen
in der Chromschicht entfernt, die auf der fertigen Maske 100 % Transparenz
aufweisen sollen. Auf der Maske befinden sich nach diesem Schritt
somit Gebiete bzw. Strukturelemente, die eine Transparenz von 100%
aufweisen und für
die Übertragung
aktiver Strukturen vorgesehen sind und solche, die semitransparent
sind und zum Trimmen, d.h. Wegbelichten störender Lackstrukturen benutzt werden.
- 2.) In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung
ist es vorgesehen, einige zum Trimmen bestimmte Strukturelemente
auf der gleichen Trimm-Maske wie unter Punkt 1.) auch volltransparent
auszuführen.
Bei speziellen Strukturanordnungen bzw. -gruppierungen führt die
Anbelichtung von benachbarten „aktiven" Strukturelementen
im Lack nämlich
zu einer Verbesserung der Schärfentiefe
der Abbildung. Das ist immer dann der Fall, wenn die durch nur eine
Einfachbelichtung mit der Primärmaske,
d.h. der ersten bzw. alternierenden oder chromlosen Phasenmaske
erzeugte Lackstruktur eine stark konkav verlaufende Form einer Kurve
besitzt, die entsteht, wenn die Strukturbreite gegen die aktuell
gewählte
und zum Test variierte Fokuseinstellung aufgetragen wird. Eine solche
Kurve wird auch Bossung-Kurve genannt. Die Abweichung eines Wertes
für die
Fokuseinstellung von einer eine optimale Abbildung liefernden Fokuseinstellung
wird auch Defokus genannt.
Zu
diesem Zweck werden diese speziellen Strukturelemente in dem unter
1.) beschriebenen zweiten lithografischen Projektionsschritt gleichermaßen freigelegt
und die semitransparente Schicht unterhalb der entstandenen Öffnungen
durch Ätzung entfernt.
Somit werden auf einer Trimm-Maske transparente und semitransparente
Gebiete, welche beide für
eine Trimmung unerwünschter
Lackstrukturen und nicht zur Bildung „aktiver" Lackstrukturen für die integrierte Schaltung
bestimmt sind, kombiniert.
Ein
entsprechendes Verfahren zur Herstellung der Trimm-Maske sieht vor,
testweise zunächst die
Bossung-Kurve für
die Primärmaske
zu bestimmen und in Abhängigkeit
von der ermittelten Form der Kurve für eine bestimmte Anordnung
von Strukturelementen in dem Strukturmuster auf der ersten Maske
an der gleichen Position auf der Trimm-Maske ein semitransparentes
oder ein volltransparentes Gebiet einzurichten.
- 3.)
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
besteht darin, die Transparenz der semitransparenten Gebiete dadurch
zu reduzieren, daß man
in diese eine Unterstruktur einbringt. Die Unterstruktur weist dabei
vorzugsweise durch schmale opake Stege getrennte Öffnungen
auf. Die laterale Dimension der Schrittweite P (Periode) einander
benachbarter Öffnungen
liegt unter oder wenigstens nahe der Auflösungsgrenze, d.h. beispielsweise P ≈ 0.50·(λ/NA).
Solche
auch Sub-Resolution-Strukturen genannten Strukturelemente werden
in Abhängigkeit von
der Wellenlänge λ, den Resist-Eigenschaften, der
Numerischen Apertur NA sowie der Beleuchtungseinstellung des Projektionssystems
nicht geprintet, d.h. nicht als Lackstrukturen in der photoempfindlichen
Schicht gebildet. Die in diesem Falle dicht gepackten Öffnungen,
welche für
sich genommen lichtdurchlässig
sind, bewirken, daß im
Wesentlichen nur Licht der nullten Beugungsordnung auf die photoempfindliche
Schicht auf dem Halbleitersubstrat gelangt. Es liegt infolgedessen
eine Reduzierung der für eine
Belichtung notwendigen Intensität
vor, so daß die
Anbelichtung der in der ersten Belichtung mit der Primär- oder Phasenmaske
bereits übertragenen
aktiven Lackstrukturen verringert wird.
Durch
eine gezielte Anpassung des Verhältnisses
von Spalt zu Stegbreite kann die Transparenz des somit semitransparenten
Trimm-Gebietes den lithografischen Erfordernissen angepaßt werden. Auch
für diesen
Lösungsansatz
ist in einer Ausführung
vorgesehen, neben den semitransparenten, für das Trimmen bestimmten Gebieten
auch volltransparente Gebiete in Kombination zu verwenden. Die zuletzt
beschriebene Ausführung
kann sowohl mit einem wie unter 1.) oder 2.) beschriebenen Maskenrohling,
als auch mittels eines konventionellen Chrom-Maskenrohlings oder eines für die Herstellung
einer Dreitonphasenmaske verwendeten Rohlings realisiert werden.
In
einer weiteren Ausführung
der erfindungsgemäßen Maske
werden semitransparente Spalte in den oben beschriebenen Varianten
auch für
Strukturregionen verwendet, in denen keine störenden Lackstrukturen zu entfernen
sind. Für
spezielle Linienbreiten-Gitterperiode-Verhältnisse ermöglicht eine gut dosierte Anbelichtung
der aktiven Lackstruktur eine Vergrößerung der Schärfentiefe.
Diese Technik kommt vor allem dann zur Anwendung, wenn durch die
Einfachbelichtung mit nur der Primärmaske keine für die Schaltkreisherstellung
erforderliche Mindest-Schärfentiefe
erzielt werden kann.
Die
erfindungsgemäße Trimm-Maske
ist nicht auf die Anwendung in Kombination mit alternierenden Phasenmasken
beschränkt.
Die Technik kann in Kombination mit allen Techniken mit Vorteil angewandt
werden, für
die aufgrund der Besonderheiten der Maskentechnik wie z.B. bei chromlosen Masken
ein Entfernen unerwünschter
Lackstrukturen in der photoempfindlichen Schicht erforderlich ist.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus
die vorgesehene Technik auch auf solche Maskentypen anwendbar, die
keine Entfernung von Lackstrukturen erfordern, die durch die Belichtung
einer einzelnen Maske entstehen. Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens
die erfindungsgemäße Technik auch
auf solche Strukturgeometrien anzuwenden, die in der Einfachbelichtung
ein zu geringes Prozeßfenster
aufweisen.
Die
erfindungsgemäße transmissionskontrollierte
Trimm-Maske erlaubt durch Steuerung der Anbelichtung der aktiven
Lackstrukturen eine Vergrößerung des
Prozeßfensters,
insbesondere der Schärfentiefe,
wodurch sich die Linienbreitenstabilität verbessert. Eine Folge dessen
ist, daß für das Design
von Schaltkreisen keine oder wesentlich weniger Geometrien von Strukturanordnungen
verboten werden müssen.
Das Design kann dadurch unter dem Gesichtspunkt einer optimierten
Integrationsdichte und folglich höchster Fertigungsproduktivität verbessert
werden.
Darüber hinaus
wird durch die erfindungsgemäße Maske
deren mittlere Transmission und somit der relative Anteil des an
den Glasflächen
des Objektives verursachten Streulichtes reduziert, was sich ebenso
verbessernd auf die Linienbreitenstabilität der Abbildung auswirkt.
Des
weiteren führt
eine Vergrößerung der Schärfentiefe
tendenziell zu einer reduzierten Nacharbeitungsrate und mithin zu
einer Erhöhung
der Gutausbeute.
Die
erfindungsgemäße Kombination
eines opaken Strukturelementes auf einer ersten und eines nach der
Position diesem zugeordneten semitransparenten Gebietes auf einer
zweiten Maske wird besonders vorteilhaft ergänzt durch eine weitere Kombination
eines transparenten Strukturelementes auf der ersten Maske mit einem
weiteren semitransparenten Gebiet auf der zweiten Maske. Somit können sowohl
opake als auch transparente Strukturelemente auf einer Maske gleichermaßen mit
verbessertem Prozeßfenster
mit Hilfe einer zweiten, zugeordneten Maske abgebildet werden.
Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auch gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung des Satzes von wenigstens zwei
Masken (P, T) umfassend die Schritte:
- a) Vorgeben
einer elektronisch gespeicherten ersten Datenrepräsentation
der ersten Maske mit einem opaken Strukturelement an einer ersten
Position auf der ersten Maske,
- b) Vorgeben wenigstens eines Satzes von Belichtungsparametern
eines Projektionssystems, vorzugsweise einer Wellenlänge λ des für die Projektion
wenigstens einer zweiten Maske in eine photoempfindliche Schicht
auf einem Halbleiterwafer in dem Projektionssystem verwendeten Lichtes, einer
Numerischen Apertur NA sowie Parametern eines Beleuchtungssystems,
- c) Vorgeben einer zweiten Datenrepräsentation der zweiten Maske
mit einem semitransparenten Gebiet, das an einer mit der ersten
Position auf der ersten Maske übereinstimmenden
zweiten Position auf der zweiten Maske, wobei das semitransparente
Gebiet eine Transparenz aufweist,
- d) Vorgeben einer ersten Fokuseinstellung des Projektionssystems,
- e) Simulieren des Abbildes des opaken Strukturelementes und
des semitransparenten Gebietes in der photoempfindlichen Schicht
auf dem Halbleiterwafer mittels der ersten und der zweiten Datenrepräsentation
anhand der vorgegebenen Belichtungsparameter und der Fokuseinstellung,
- f) Bestimmen der lateralen Dimension des simulierten Abbildes
aus einer Superposition der Bilder des ersten Strukturelementes
und des semitransparenten Gebietes in der photoempfindlichen Schicht,
- g) Wiederholen der Schritte e) bis g) für wenigstens zwei weitere,
voneinander verschiedene Fokuseinstellungen zur Bestimmung der lateralen Dimension
des simulierten Abbildes als eine Funktion der Fokuseinstellungen,
- h) Vorgeben eines Grenzwertes für einen Tiefenschärfebereich
der Abbildung,
- i) Ermitteln des Tiefenschärfebereiches
der Abbildung aus der Funktion,
- j) Vergleich des ermittelten Tiefenschärfebereiches mit dem Grenzwert,
- k) in Abhängigkeit
von dem Vergleichsergebnis Anpassen der Transparenz des semitransparenten
Gebietes in der zweiten Datenrepräsentation der zweiten Maske,
- l) elektronisches Speichern der zweiten Datenrepräsentation
der zweiten Maske.
Bei
der Datenrepräsentation
kann es sich beispielsweise um eine GDSII-Datei handeln. Es ist jedoch
auch jedes dem geübten
Fachmann geläufige andere
Datenformat denkbar, in welchem das Design oder Layout der Strukturen
auf einer Maske elektronisch gespeichert werden kann.
Gemäß einem
Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es vorgesehen, in Abhängigkeit von
dem genauen Wert der Anpassung der Transparenz eine Linienbreitenanpassung
des opaken Strukturelementes (25) durchzuführen. Ein
solches Vorgehen kann deshalb besonders vorteilhaft sein, weil durch
die Änderung
des Prozeßfensters
auch Rückwirkungen
auf die Abbildungseigenschaften der auf der ersten Maske gebildeten
Strukturelemente eintreten können.
Es
ist außerdem
vorgesehen, ein weiteres opakes Strukturelement in der zweiten Datenrepräsentation
der zweiten Maske (T) vorzugeben, und diesem in der zweiten Datenrepräsentation
ein weiteres semitransparentes Gebiet in der ersten Datenrepräsentation
der ersten Maske (P) zuzuordnen. Die Verfahrensschritte d) bis l)
können
dann zur Anpassung einer Transparenz des weiteren semitransparenten
Gebietes auf der ersten Maske wiederholt werden. Auf beiden Masken
sind somit erfindungsgemäße semitransparente
Gebiete strukturiert, die das Prozeßfenster der Abbildung von
jeweils auf der anderen Maske gebildeten Öffnungen verbessern.
Die
erste Maske kann hierbei von einem beliebigen Maskentyp sein, insbesondere
eine chromlose, eine alternierende, eine Halbton-, eine Dreiton-Phasenmaske
oder eine Chrommaske ist.
Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer
Zeichnung näher
erläutert
werden. Darin zeigen:
1 einen
Querschnitt durch eine alternierende Phasenmaske und einer dieser
zugeordneten Trimm-Maske gemäß dem Stand
der Technik,
2 einen
Querschnitt durch eine alternierende Phasenmaske und einer dieser
zugeordneten Trimm-Maske mit einem semitransparenten Gebiet gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
3 einen Querschnitt (a) durch – sowie eine
Draufsicht auf (b) – eine
der alternierenden Phasenmaske aus 2 zugeordneten
Trimm-Maske mit einem semitransparenten Gebiet gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
4 beispielhafte
Ausgestaltungen von Hilfsstrukturen (Sub-Resolution Features) zur
Bildung semi-transparenter Gebiete,
5 einen Querschnitt (a) durch eine der alternierenden
Phasenmaske aus 2 zugeordneten Trimm-Maske mit
einem semitransparenten Gebiet gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, sowie ein in Einzelbelichtung mit der Maske erzielbares
Transmissionprofil,
6 das mit einem Maskensatz gemäß dem Stand
der Technik (a) und gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung (b) erzielbare Prozeßfenster.
1 zeigt
eine alternierende Phasenmaske P und eine der Maske P zugeordnete
Trimm-Maske T, die gemäß den Stand
der Technik als Chrommaske vorliegt. Auf der Maske P befinden sich Öffnungen 11 bis 14,
die in einer opaken Chromschicht C1 auf einem transparenten Substrat
S1 ausgebildet sind. Die jeweils benachbarten Öffnungen 11 und 12 sowie 13 und 14 weisen
einen zwischen 0° und
180° wechselnden
Phasenhub auf. Durch die Chromstege 16 werden in Positivresist
die gewünschten
Lackstege auf dem Substrat S1 erzeugt.
Eine
durch den Chromsteg 15 auf dem Wafer W in einer photoempfindlichen
Schicht R im Falle einer Projektion durch Abschattung erzeugte Lackstruktur
ist unerwünscht
(Zwischenzustand in 1 nicht dargestellt). Sie wird
deshalb mittels einer Öffnung 13', die auf der
Trimm-Maske T in einer Chromschicht C2 auf einem transparenten Substrat
S2 angeordnet ist, in einer Zweitbelichtung weg- bzw. nachbelichtet.
Die
auf der Trimm-Maske befindlichen Chromstege 11' und 12' verhindern
eine großflächige Bestrahlung
der mit der Primärmaske
P erzeugten Lackstege. Gleichzeitig werden mit den Spalten 13', 15' auf der Trimm-Maske
T Öffnungen
in der photoempfindlichen Schicht R und somit ein Lacksteg 14' auf dem Wafer
W erzeugt. Die Position des in 1 linken
Spaltes 13' auf
der Trimm-Maske T muß dabei genau
an die Position der auf der Phasenmaske P befindlichen Chromstruktur 15 angepaßt sein.
2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Trimm-Maske
T für das gleiche
Layout einer Primärmaske
P, so wie es in 1 dargestellt ist. Die Trimm-Spalte 23', die zum Wegbelichten
der unerwünschten
Lackstege benutzt werden, sind aufgrund einer auf dem Substrat S2
und unterhalb einer opaken Schicht C2 angeordneten semitransparenten
Schicht ST transmissionsreduziert. Die Schicht C2 ist zum Beispiel
aus Chrom gebildet. Die Schicht ST umfaßt beispielsweise Molybdän-Silizid
(MoSi) oder nach optischen Ge sichtspunkten vergleichbare Materialien,
welche dem sachkundigen Fachmann zur Verringerung der Transmission
hinlänglich
bekannt sind. Die Schicht ST weist eine Transparenz zwischen 20%
und 80% auf, beispielweise 50 %.
Darüberhinaus
weist die Trimm-Maske T zur Abbildung auflösungsunkritischer, sogenannter „aktiver" Strukturen volltransparente
Spalte 25' auf,
die einen Lacksteg 24' auf
dem Wafer W erzeugen. Die Transparenz der Schicht ST wird erfindungsgemäß so gewählt, daß unter
Berücksichtigung
der technologischen Bedingungen die Entfernung des unerwünschten
Lacksteges ausreichend gesichert ist, d.h. die Belichtung ist gerade
so intensiv, daß ein
Entwicklervorgang diese Lackstruktur entfernt.
Innerhalb
der Öffnungen 23', deren Position mit
derjenigen der unerwünschten
Linie korrespondiert, ist die semitransparente Schicht ST nicht
vom Glasträger
entfernt. Dadurch wird sichergestellt, daß deutlich weniger Licht die
Trimm-Spalte 23' durchstrahlt.
Dabei entstehendes Streulicht erodiert folglich in weitaus geringerem
Maße die
Qualität
der herzustellenden Stege 26'.
3a zeigt
anhand eines Querschnittsprofils ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Trimm-Maske
T, die der herkömmlichen Phasenmaske
P wie in 1 dargestellt zugeordnet ist.
Die Trimm-Spalte 33 weisen dabei eine Unterstruktur in
Form eines Gitters auf. Das Gitter besitzt eine Gitterperiode bzw.
eine Ortsfrequenz Fg im Grenzbereich der
Auflösung
auf. Der Grenzbereich der Auflösung
ist durch eine Gitterperiode gleich 0.5·(λ/NA) bestimmt. Durch die Unterstruktur
der Trimm-Spalte kann die Transparenz des Trimm-Spaltes reduziert werden, ohne daß es zu
einer unmittelbaren Abbildung der Unterstruktur in der photoempfindlichen
Schicht kommt. Das Gebiet 33 der betreffenden Trimm-Spalte
ist mithin transmissionsreduziert, also semitransparent. Durch Festlegung
der Strukturdichte, d.h. des Verhältnisses opaker Mas kenfläche zu transparenter
Maskenfläche
bezogen ausschließlich
auf dieses semitransparente Gebiet 33 kann der Transmissionsgrad
auf der Maske und somit die Stärke
der auf dem Wafer auftretenden Strahlung gesteuert werden.
In 3b ist
in Draufsicht auf die Trimm-Maske T die Anordnung der durch die
Unterstrukturen 38 gebildeten semitransparenten Gebiete 33,
der Chromstege 32 und der transparenten Linien 35 zu
sehen. Der in 3a gezeigte Querschnitt verläuft entlang
einer Linie AB in 3b. In dem Beispiel verlaufen
die Gitterlinien der Hilfsstrukturen parallel zu der durch das semitransparente
Gebiet repräsentierten
Linie, soweit sie in 3b vertikal verläuft.
Im
Rahmen der Erfindung ist es ebenso vorgesehen, in den Trimm-Spalt 33 nicht
auf dem Wafer abbildende Hilfsstrukturen, d.h. Gitterlinien 38 einzubringen,
die senkrecht zur Längenausdehnung
des semitransparenten Trimm-Spaltes 33 verlaufen.
In
dem Fall paralleler Ausrichtung wird analog zu der bekannten SRAF-Technik
(SRAF: sub resolution assist feature) neben einer Reduzierung der Transparenz
des Spaltes ferner eine Vergrößerung der
Schärfentiefe
des durch die Unterstrukturen 38 gekennzeichneten Trimm-Spaltes 33 erzielt.
Grundsätzlich sind
für die
Ausbildung der Trimm-Spalte Unterstrukturen 38 Linien verschiedenster
Breite der jeweiligen Hellgebiete (unterhalb der Auflösungsgrenze),
Kontaktlochgruppen, Schachbrettmusteranordnungen, Chrom- oder Phasengitter,
etc. vorgesehen. 4 zeigt schematisch verschiedene
Ausbildungsformen solcher Strukturen, die z.B. entlang einer Linie 33 angeordnet
sind. Am Beispiel von Kontaktlochgruppen ist aufgezeigt, wie die
Transmission durch die Dichte der Kontaktlöcher mit einem Durchmesser
jeweils unterhalb der Auflösungsgrenze
zwischen 20 % und 80 % gesteuert werden kann.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Trimm-Maske
T. Als Abwandlung zu dem Beispiel nach 2 sind hier
zwei semitransparente Schichten ST1 und ST2 vorgesehen. Ein erster
Trimm-Spalt 53 (in der Figur links) zum Wegbelichten einer
unerwünschten
Lackstruktur in der photoempfindlichen Schicht, welcher in der opaken
Schicht C2 angeordnet ist, wird von Licht durchstrahlt, das sowohl
die erste als auch die zweite semitransparente Schicht passiert.
Das Licht wird hier demnach stärker
abgeschwächt,
beispielsweise um 70 %, wie in dem Intensitätprofil der 5b zu sehen
ist (Transmissionsgrad 30 %). Ein zweiter Trimm-Spalt 53 (rechts in 5) weist nur die erste semitransparente
Schicht ST1 auf, die zweite semitransparente Schicht ST2 ist innerhalb
des Spaltes entfernt. Das durchstrahlte Licht wird hier nur um 30 %
abgeschwächt
(Transmissionsgrad 70 %). Hierbei ist notwendig, daß die Dicke
und/oder der Brechungsindex der semitransparenten Schicht ST2 dergestalt
ist, daß der
Phasenhub ein ganzzahliges Vielfaches von 360 Grad beträgt, so daß an dem Übergang
des Gebietes 53 und des Gebietes 55 kein Phasensprung
vorliegt, welcher strukturbildend in dem Resist wirkt.
Die
der Bildung einer aktiven Struktur 24' auf dem Wafer dienenden Spalte 55 und 56 werden
mit einer geöffneten
ersten und zweiten semitransparanten Schicht ST1, ST2 ausgebildet.
Somit lassen sich vorteilhaft unterschiedliche Transmissionsgrade
realisieren, die ein an die jeweilige Strukturelementeanordnung
angepaßtes,
und daher größeres lithografisches
Prozeßfenster
ermöglicht.
6 zeigt Ergebnisse für erzielbare Prozeßfenster
in einem Vergleich zwischen einer Trimm-Maske gemäß dem Stand
der Technik (6a) und einer Trimm-Maske gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Trimm-Spalte 13' (Stand der Technik) bzw. 33 (Erfindung)
sind schematisch links neben dem Diagramm für das Prozeßfenster darge stellt. Aufgetragen
sind in dem Diagramm die Strahlungsdosis gegen die Fokuseinstellung
(Defokus). Die Kurven in dem Diagramm bezeichnen den Dosisspielraum (Prozeßfenster)
eines 130 nm breiten Lacksteges 16 für eine zulässige Linienbreitenvariation
von +/– 15 nm.
Für die
Breite des phasenschiebenden Gebietes 11, 12, 13, 14 wurde
eine Breite von 185 nm zugrundegelegt. Man erkennt, daß bei Verwendung
der erfindungsgemäßen transmissionsreduzierten
Trimmspalte 33 eine deutliche Verbesserung des Prozeßfensters
gegenüber
dem Stand der Technik erzielt werden kann.