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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Projektion eines Musters von
einer Maske in eine Bildebene eines Belichtungsapparates, in welcher
insbesondere auch ein Halbleitersubstrat eingebracht sein kann.
Der Belichtungsapparat ist mit einer effektiven Quelle einschließlich Beleuchtungspupille,
einem Linsensystem, einer Maskenebene, einer Austrittspupille und
der Bildebene ausgestattet.
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Mit
fortschreitender Miniaturisierung in der Halbleitertechnik wird
zunehmend auf sogenannte Resolution Enhancement Techniques (RET)
zurückgegriffen.
Bei diesen Techniken wird das Auflösungsvermögen eines optischen Abbildungssystems
durch Ausnutzen bzw. Beeinflussen der Wellen- und Phaseneigenschaften
des abbildenden Lichtstrahls über dasjenige
bei einer bloßen
Projektion des Musters hinaus verbessert. Beispiele für solche
Techniken sind der Einsatz von Schräglichtbeleuchtung bei der Illuminationsoptik
eines Belichtungsapparates, die sog. off-axis Illumination, oder
Phasenmasken, die weitergehend nach dem Typ alternierender oder
Halbtonphasenmasken, etc. unterschieden werden.
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Im
Einzelnen werden diese Techniken an die Anforderungen eines aktuell
auf einen Halbleiterwafer zu übertragenden
Musters angepasst. Probleme treten aber dann auf, wenn innerhalb
eines Musters Teilmuster bestehen, die unterschiedlichen Anforderungen
an die RET unterliegen. Da die Abbildung von einer Maske nur unter
einheitlichen Bedingungen ausgeführt
werden kann, degradiert dadurch das für die Projektion bestehende
gemeinsame Prozessfenster. Es sind Kompromisse zwischen der gewünschten
Auflösung,
dem Kontrast, der Lagegenauigkeit, dem zulässigen Tiefenschärfebereich, etc.
zu schließen.
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Das
Problem soll anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Die lithografisch
gebildeten Strukturelemente aktiver Gebiete eines Speicherbausteins
in Grabenkondensator-Technologie
liegen im Falle der Speicherzellen nahe an der Auflösungsgrenze
eines Abbildungssystems. Die Peripheriestrukturen des Speicherbausteins
umfassen gleichfalls aktive Gebiete, unterliegen aber nicht den
hohen Anforderungen an Strukturdichte und -breite. Sie können beispielsweise
eine um einen Faktor 3–4
größere Breite
als diejenige aktiver Gebiete im Zellbereich aufweisen.
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Ein
herkömmlicher
Lösungsansatz
besteht darin, eine Doppelbelichtung durchzuführen. Dabei werden die auflösungskritischen
Linien-Spalt-Gitterstrukturen des Zellbereiches mittels einer ersten Schrägbeleuchtung,
z.B. einer Dipolbeleuchtung, übertragen.
Alternativ dazu kann auch eine alternierende Phasenmaske für die Projektion
auf das Halbleitersubstrat eingesetzt werden, auf welcher die in Frage
kommenden Linien-Spalt-Gitterstrukturen
gebildet werden.
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Diejenigen
Spalte und Linien, welche Strukturelemente aus der Peripherie repräsentieren,
bildet man hingegen üblicherweise
mit einer 3-Ton-Maske unter annularer Beleuchtung ab. Oftmals werden stattdessen
auch Chrommasken verwendet. Zu diesem Zweck werden die entsprechenden
Musteranteile noch im Designstadium dem Layout der ersten Maske
entnommen und in einem neuen, zweiten Layout zusammengefasst, aus
welchem die zweite Maske für
die Doppelbelichtung erstellt wird.
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Die
Doppelbelichtung bringt allerdings auch erhebliche Nachteile mit
sich. Zum einen wird wegen der bei jedem Belichtungsprozess zu wechselnden Masken
der zeitliche Aufwand verdoppelt. Damit geht eine Verringerung der
Produktivität einher.
Berücksichtigt
man, dass der größte Kostenanteil
bei der Halbleiterherstellung durch die Gerätezeit im Bereich Photolithografie
entsteht, so geht dieser Nachteil auch direkt in das Kostenbudget
ein. Auch die Herstellungskosten für die Maske verdoppeln sich.
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Zum
anderen muss für
die Belichtung der betreffenden lithografischen Ebene (im Beispiel:
aktive Gebiete) jeweils eine Justage durchgeführt. Nicht zu vermeidende Fehler
durch eine begrenzte Justagegenauigkeit schmälern zusätzlich das vorgegebene Toleranzbudget.
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Im
vorliegenden Fall der Bildung aktiver Gebiete im Zell- und Peripheriebereich
eines Speicherbausteins entstehen weitergehende Probleme im Zusammenhang
mit der Abbildung des sogenannten MUX-Spaltes, welcher der Bildung
von Multiplexern in der integrierten Schaltung dient. Der MUX-Spalt liegt
im Peripheriebereich in unmittelbarer Nähe des Randes des Zellbereiches
und umfasst eine komplexe, halbseitig geschlossene Linien-Spalt-Struktur
mit einem Linien- zu Spalt-Verhältnis
von etwa 1,5. Bildet man die entsprechende Spaltstruktur etwa als
alternierende Phasenmaske aus, so entstehen zwangsläufig Phasenkonflikte
an den Verzweigungen der Spalte.
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Es
ist daher ein Ziel, das Layout in die Bildebene bzw. auf das Substrat
im Rahmen einer Einfachbelichtung zu übertragen. Auch hierzu sind
Lösungsansätze bekannt.
Zum Beispiel wurde versucht, durch Einsatz einer an das Layout der
Maske (z.B. Chrom- oder Halbtonphasenmaske) angepassten, symmetrischen
Quadrupol-Beleuchtung sowohl das Linien-Spalt-Gitter als auch die
peripher zum Zellbereich angeordneten Strukturelemente, insbesondere
auch den MUX-Spalt, in nur einer Belichtung simultan zu übertragen.
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Die
Art der von der Strahlungsquelle stammenden Beleuchtung hat somit
einen bedeutenden Einfluss darauf, welche Beugungsordnungen in welcher
Weise zum Bildaufbau in der Bildebene beitragen. Unter der Strahlungsquelle
ist hierbei eine „effektive
Quelle" zu verstehen,
bei der nicht nur die endliche Ausdehnung der lichterzeugenden Quelle selbst
eine Rolle spielt. Vielmehr ist auch die Form der an einer Position
zwischen lichterzeugender Quelle und Maske im Strahlengang des Belichtungsapparates
angeordneten Beleuchtungspupille von Bedeutung.
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Durch
Einstellen der Beleuchtungspupille können Schräglicht-, Dipol-, Quadrupol,
Annular-, Rechteck- oder Zirkularbeleuchtung realisiert werden.
Die Pupille befindet sich in einer relativ zur Maske Fourier-transformierten
bzw. in einer zur Strahlungsquelle konjugierten Ebene.
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Eine
Quadrupol-Beleuchtung wird im Stand der Technik zur Anwendung gebracht,
indem im wesentlichen quadratisch geformte Öffnungen – oder allgemein: lichtdurchlässige Hellgebiete – gleicher Größe symmetrisch
und äquidistant
von der durch den Strahlengang definierten optischen Achse auf senkrecht
zueinander in der Pupillenebene ausgerichteten Achsen platziert
sind. Im vorliegenden Fall des Linien-Spalte-Gitters sind dadurch
jeweils zwei der quadratischen Pupillenhellgebiete parallel zur Orientierung
des Gitters ausgerichtet, und die zwei anderen Hellgebiete sind
senkrecht zu dieser Orientierung ausgerichtet, sobald die Maske
im Strahlengang am Ort der Maskenebene eingebracht ist.
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Ein
Nachteil dieser Art von Beleuchtung liegt nun insofern vor, als
die entlang einer Achse parallel zur Gitterorientierung angeordneten
zwei Hellgebiete kaum zum Bildaufbau der Linien und Spalte des Gitters
in der Bildebene beitragen können.
Sie degradieren den Luftbildkontrast daher beträchtlich, so dass sich die Größe des Prozessfensters
deutlich verringert. Ein Prozessfenster wird festgelegt durch ein
Intervall zulässiger
Kombinationen von Fokus- und Dosiswerten für eine Belichtung.
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Eine
weitere negative Konsequenz ist, dass sich der Wert des MEEF (mask
error enhancement factor) für
das Linien-Spaltegitter drastisch vergrößert, worunter die Gleichförmigkeit
leidet, mit welcher gewünschte
Linienbreiten erzielt werden. Der MEEF gibt das nichtlineare Verhalten
bei der Übertragung von
auf der Maske ohnehin vorhandenen Fehlern (Strukturbreite) auf den
Halbleiterwafer wieder, das in der Regel bei Strukturelementen mit
nahe an der Auflösungsgrenze
liegende Breiten einsetzt.
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Eine
Alternative besteht in dem Einsatz einer Hybridmaske, welche Elemente
eine alternierenden Phasenmaske für die Ausbildung des Linien-Spalt-Gitters
sowie Elemente einer Chrommaske für die Peripheriestrukturen
miteinander kombiniert. Durch die Anwendung der Technik alternierender Phasenmasken
kann ein hoher Kontrastwert in dem in der Bildebene entstehenden
Luftbild, ein großes Prozessfenster
und ein niedriger MEEF-Wert für
das Linien-Spalt-Gitter erreicht werden.
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Die
Güte der
Abbildung des Linien-Spalt-Gitters ist aber in erheblichem Maße an die
Art der Beleuchtung der in alternierender Phasenmaskentechnik ausgebildeten
Linien und Spalte gekoppelt. Typischerweise ergeben in dieser Technik
ausgebildete Linien-Spalt-Gitter bei der Projektion genau dann besonders
hohe Kontrast- und niedrige MEEF-Werte, wenn eine nahezu kohärente Beleuchtung
verwendet wird. Eine möglichst
kohären te
Beleuchtung wird durch eine nahe an der optischen Achse – auch Nullpunkt
oder Ursprung genannt – liegende
Anordnung der Hellgebiete in der Pupillenebene erzielt.
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Bekannte
Ausführungen
von Pupillen, welche speziell in Kombination mit Hybridmasken eingesetzt
wurden, bilden daher mittig zentrierte, nahezu kohärente effektive
Quellen.
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Wie
eingangs beschrieben steht eine solche Pupillenwahl in Gegensatz
zu der vorzugsweise in Schräglichtbeleuchtung
(Dipol oder annular) durchzuführenden
Abbildung der Peripheriestrukturen. Das Resultat ist eine deutlich
reduzierte Abbildungsgüte
dieser Peripheriestrukturen. Dies gilt besonders auch für den MUX-Spalt – und das
insbesondere dann, wenn der Tiefenschärfbereich ausgenutzt werden
soll, d.h. hohe Werte des Defokus eingestellt werden. Wird andererseits
bei der Hybridmaske eine an die Peripheriestrukturen angepasste
Schräglichtbeleuchtung
eingestellt, so wird ein Kontrastwert von weniger als 0.45 für Strukturelemente
des Linien-Spalt-Gitters
im in der Bildebene entstehenden Luftbild erzielt. Ein solch niedriger
Kontrastwert ist für eine
anschließende
Prozessierung eines in der Bildebene belichteten Resists auf einem
Wafer nicht mehr annehmbar.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung
für eine
Einfachbelichtung vorzuschlagen, welche die simultane Projektion sowohl
dichter, periodischer Linien-Spalte-Gitter
als auch weniger dichter, aber dafür komplex strukturierter Peripheriestrukturen
bei hoher Abbildungsgüte
erlaubt.
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Es
ist weiter eine Aufgabe, den Aufwand und die Kosten der Halbleiterherstellung
zu verringern und die Qualität
derselben zu verbessern.
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Es
ist außerdem
eine Aufgabe der Erfindung, das Prozessfenster der Abbildung sowohl
für die
Linien-Spalt-Gitter des Zellenbereiches als auch für den MUX-Spalt
des Peripheriebereiches in einem Muster aktiver Gebiete von Speicherzellen
zu vergrößern.
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Es
ist außerdem
eine Aufgabe der Erfindung, die MEEF-Werte bei der simultanen Projektion
von Linien-Spalte-Gittern und komplexen Peripheriemustern zu senken,
so dass die Linienbreiten der Strukturen im Resist eines Wafers
auf der Maske kontrollierbar bleiben.
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Es
ist darüber
hinaus eine Aufgabe der Erfindung, den erforderlichen Aufwand für Korrekturen
am Layout der Peripheriestrukturen im Vergleich zum Stand der Technik
zu verringern.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Anordnung zur Projektion eines Musters in eine Bildebene mit
den Merkmalen des Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Projektion
eines Musters in eine Bildebene mit den Merkmalen des Anspruchs
15 sowie durch ein Verfahren zum Einstellen der Beleuchtungspupille
der Anordnung gemäß Anspruch
20. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es
ist vorgesehen, eine Hybridmaske, bei der es sich um eine Kombination
aus alternierender Phasenmaske und entweder Chrommaske oder Halbtonphasenmaske
handelt, mit einer eine Quadrupolbeleuchtung bereitstellenden Beleuchtungspupille
in einer gemeinsamen Anordnung zu kombinieren. Dabei sind die Hellgebiete
der Quadrupolbeleuchtung länglich
ausgebildet. Die Anordnung kann einen in der Maskenebene mit der
Maske, in der Bildebene mit dem Substrat und in der Pupillenebene mit
einer Illuminatorblende als Pupille bestückten Belichtungsapparat umfassen.
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Die
Pupille kann zum Beispiel ein diffraktives optisches Element (DOE)
oder auch eine Blende sein, die in Transmission oder Reflektion
arbeiten. Sie weisen jedenfalls vorgegebene, transparente Hell-
und intransparente Dunkelgebiete auf. Die Erfindung ist aber nicht
auf Blenden oder DOEs zur Bildung einer Beleuchtungspupille beschränkt. Vielmehr
kommen alle solche die Verteilung des Strahlungsflusses durch die
Pupillenebene der Illuminatoroptik beeinträchtigende optische Elemente
in Betracht. Das optische Element kann in bezug auf die Form der
Hellgebiete mechanisch oder elektronisch einstellbar sein.
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Der
Belichtungsapparat besitzt eine Strahlungsquelle, die monochromatisches
Licht erzeugt. Das Linsensystem einschließlich optionaler Umlenkspiegel
ist z.B. derart zusammengestellt, dass die Strahlungsquelle, die
Beleuchtungspupille und die Austrittspupille zueinander konjugiert
sind, während die
Maskenebene und die Bildebene in dazu Fouriertransformierten Ebenen
platziert sind. Ein solcher Aufbau typischer Belichtungsapparate
ist dem in der optischen Lithografie kundigen Fachmann hinlänglich bekannt
oder sie sind in der Literatur als Geräte etwa vom Step-and-Scan-Typ
zur Belichtung von Halbleiterwafern ausführlich beschrieben. Beispielhaft
sei die Druckschrift
US
6,704,092 B2 genannt.
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Entscheidend
ist, dass die Pupille und die Hybridmaske mit den jeweiligen, im
unabhängigen Anspruch
angegebenen Merkmalen über
den Belichtungsapparat zur Herstellung eines hochaufgelösten Abbildes
des Musters auf der Maske in der Bildebene zusammenwirken.
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Die
Hellgebiete der Beleuchtungspupille sind in der Pupillenebene angeordnet
und bilden zusammen mit der eigentlichen, das Licht erzeugenden Strahlungsquelle
die effektive Quelle. Die Pupille umfasst vier Hellgebiete.
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Ein
wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, dass sich keine der Öffnungen
in der Nullpunktslage, d.h. auf der optischen Achse befindet – sie sind von
ihr beabstandet.
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Unter
dem Begriff „asymmetrisch" wird in dieser Schrift
mit bezug auf die Quadrupolbeleuchtung jede Anordnung von Öffnungen
verstanden, die bei einer Drehung um 90 Grad um die Nullpunktslage nicht
wieder in sich selbst überführt wird.
Insofern gilt in dieser Definition auch eine lediglich spiegelsymmetrische
Anordnung von Öffnungen
als „asymmetrisch" und ist daher von
dieser Ausgestaltung der Erfindung mit umfasst.
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Die
Hellgebiete sind länglich
ausgebildet. Sie weisen entlang einer Längsrichtung eine größere Länge als
entlang einer dazu senkrechten Querrichtung auf, d.h. ihre Breite
ist geringer als die Länge,
so dass sie insbesondere nicht quadratisch oder kreisförmig sind.
Es kann sich insbesondere um Rechtecköffnungen handeln. Es sind aber
auch andere Formen denkbar, wie etwa z.B. Ovale, Ellipsen oder hantelförmige Figuren.
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Alle
vier Hellgebiete sind länglich
ausgebildet; die Längsachsen
sind dabei jeweils in der gleichen Richtung orientiert. Umfasst
der erste Bereich ein Linien-Spalte-Gitter mit einer Gitterorientierung entlang
der Linien, so ist die erfindungsgemäße Ausrichtung der Längsachsen
senkrecht zu der Gitterorientierung der Linien und Spalte angeordnet.
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Die
Hybridmaske weist zwei Bereiche auf, über die sich das auf der Maske
gebildete Muster erstreckt. Diese sind in unterschiedlicher Technik
der Maskenherstellung ausgebildet: der erste Bereich ist vom alternierenden
Phasenmaskentyp. D.h. er umfasst Linien und Spalte, wobei die transparenten Spalte
alternierend um die Linien herum einen Phasenhub von 0 Grad beziehungsweise
180 Grad aufweisen. Der Grad an Transparenz ist im wesentlichen identisch.
Die Linien sind opak und z.B. als Chromstege ausgebildet, jedoch
nicht auf diese Materialwahl für
den Absorber beschränkt.
Grundsätzlich sind
auch semitransparente Schichten für den Linienaufbau vorgesehen,
etwa Molybdän-Silizid
oder andere stark lichtabschwächende
Materialien.
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Der
erste Bereich kann auch als chromlose Phasenmaske ausgebildet sein.
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Der
zweite Bereich ist als Chrommaske oder als Halbtonphasenmaske ausgebildet.
Auch hier kommen entsprechend Chrom oder Molydän-Silizid zum Einsatz. Die
Erfindung ist allerdings nicht auf diese Materialien beschränkt. Vielmehr
kommen sämtliche
dem Fachmann bekannte Absorbermaterialien, ob sie opak oder nur
lichtabschwächend
sind und ob sie phasenschiebend oder nicht phasenschiebend sind,
in Frage. Im Falle der Halbtonphasenmaske sind sowohl solche lichtabschwächenden
Schichten vorgesehen, die eine geringe Lichtdurchlässigkeit aufweisen
(z.B. 4–10
%) als auch solche, die eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweisen (10 %–30 %, sogenannte
hightransmission phase shift masks).
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Der
zweite Bereich kann auch als 3-Tonmaske ausgebildet sein.
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Der
erste und der zweite Bereich können
jeder für
sich zusammenhängend
oder wiederum in viele Unterbereiche getrennt sein. Jeder der Bereiche
kann auch nur aus einer Fläche
mit mikroskopischer Ausdehnung bestehen und beispielsweise nur wenige
Linien und Spalte umfassen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung bezüglich der Bereiche sieht nun
vor, dass der erste Bereich vom alternierenden Phasenmaskentyp Linien-Spalte-Gitter
aufweist. Vorzugsweise umfassen diese Gitteranordnungen parallel
ausgerichtete Linien und Spalte, von denen letzere mit alternierendem Phasenhub
versehen sind.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht dazu vor, besonders verdichtete Gitter, d.h. Linien und Spalte
mit im Vergleich zu anderen Strukturen auf der Maske geringer Breite
und geringem Gitterabstand für
den ersten Bereich vom Typ alternierender Phasenmasken auszubilden.
Die übrigen
Strukturen der Maske, die auch Linien-Spalte-Gitter mit dann aber
größerer Gitterkonstante
umfassen können,
besitzen hingegen die Merkmale des zweiten Bereichs, d.h. sind vom
Chrom- oder Halbtonphasenmaskentyp.
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Die
Wirkung der Erfindung besteht darin, dass verdichtete Anordnungen,
die vom Typ alternierender Phasenmasken ausgebildet sind, mit weit
von der Nullpunktslage im Fourierspektrum entfernt liegenden Beugungsordnungen
trotz der Schräglichtbeleuchtung
aufgrund des Quadrupols mit hohem Kontrast in die Bildebene übertragen
werden. Dies wird durch die längliche
Ausbildung der Hellgebiete entlang einer Vorzugsrichtung ermöglicht.
Die Vorzugsrichtung bzw. Längsachse
der Hellgebiete steht senkrecht zur Lage der Beugungsordnungen in
der Fourier-Ebene, so dass bei der Faltung der Fourier-Ebenen (Pu pillenebene,
Fourier-Spektrum des Maskenlayouts in der Aperturebene bzw. Austrittspupille)
die entfernten Beugungsordnungen nicht aus der Aperturebene bzw.
Austrittspupille herausfallen und daher nunmehr zum Bildaufbau beitragen.
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Die
weniger dichten Strukturen der Gitterperipherie hingegen werden
gerade wegen der nach wie vor vorhandenen Schräglichtbeleuchtung, d.h. mit
reduzierter Kohärenz,
mit einem großen
Tiefenschärfebereich
abgebildet. Insofern bewirkt die Erfindung ein großes Prozessfenster
bei der Projektion in die Bildebene.
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Die
Erfindung sieht alternativ oder zusätzlich zu einer Betrachtung
der Strukturdichten auch vor, Linien-Spalte-Gitter bereits vor Herstellung
der Hybridmaske dem ersten oder zweiten Bereich zuzuordnen. Dabei
wird geprüft,
ob Phasenkonflikte aufgrund aufeinander treffender transparenter,
aber gegeneinander phasenverschobener Spalte vorliegen. Bestehen Phasenkonflikte,
so wird das entsprechende Phasengitter dem zweiten Bereich zugeordnet
und als Chrom- oder Halbtonphasenmaske ausgebildet.
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Eine
konkrete Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, das Layout aktiver Gebiete zur Herstellung
von Speicherbausteinen (Grabenkondensator-Technologie) in Hybridmaskentechnik
auszubilden. Die Linien-Spalte-Gitter, welche innerhalb des Speicherzellenfeldes
aktive Gebiete repräsentieren, werden
vom Typ alternierender Phasenmasken gebildet. Die aktiven Gebiete
der Peripherie werden vom Typ der Chrom- oder Halbtonphasenmasken
gebildet. Hierunter fällt
insbesondere auch der im Fall alternierender Phasenmasken mit Phasenkonflikten behaftete
MUX-Spalt.
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Grundsätzlich ist
die Erfindung aber auch für die
Abbildung beliebiger anderer Layoutebenen vorgesehen. Dies gilt
besonders in solchen Fällen,
in denen dichte, periodische Gitter mit weniger kritischen Musterteilen
im selben Muster vereint sind. Ein anderer Fall betrifft größere Gitter
mit Anteilen isolierte Spalte auf der einen und jeweils verbundener
Spalte auf der anderen Seite. Es können dann im zweiten Fall Phasenkonflikte
auftreten. Die Lösung
ist auch hier eine Hybridmaske, die anhand der erfindungsgemäßen Pupille
beleuchtet und zur Projektion gebracht wird.
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Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer
Zeichnung näher
erläutert
werden. Darin zeigen:
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1 einen Vergleich von Beleuchtungspupillen
gemäß dem Stand
der Technik (a) und gemäß der Erfindung
(c);
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2 eine
Darstellung des ersten und zweiten Bereichs der Hybridmaske;
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3 die
erfindungsgemäße Anordnung;
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4 das
in der Aperturebene entstehende Luftbild des ersten Bereichs;
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5 einen Vergleich verschiedener Beleuchtungspupillen
und das resultierende Abbild des zweiten Bereichs;
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6 ein
Diagramm mit Kontrastwerten für verschiedene
Typen von Beleuchtungspupillen.
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Gleiche
oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Vergleich einer Pupille 10 für eine Quadrupolbeleuchtung
aus dem Stand der Technik (1a) mit
einer Beleuchtungspupille (18) gemäß einem Beispiel der Erfindung
(1c) gezeigt. Eine herkömmliche Beleuchtungspupille 10 weist
vier bezüglich
einer Drehung um 90 Grad symmetrisch angeordnete Hellgebiete 12a–12d auf.
Sie sind in jeweils gleicher Entfernung von einer Nullpunktslage
O auf senkrecht zueinander stehenden und sich in der Nullpunktslage
kreuzenden Achsen 111, 112 angeordnet.
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Ein
weiteres Beispiel einer Pupille 16 in 1b weist
auf einer der Achsen 112 zwei rechteckförmig ausgebildete Hellgebiete 13a, 13b auf,
deren Längsachse
jeweils mit der Pupillenachse 112 übereinstimmt. Die zwei weiteren
Hellgebiete 13c und 13d auf der Achse 111 sind
dagegen wie auch beim Beispiel zum Stand der Technik im wesentlichen
isotrop ausgebildet, besitzen also keine nennenswerte Längsachse
und unterschieden sich insbesondere von den rechteckigen Hellgebieten 13a und 13b.
Die Anordnung ist daher asymmetrisch.
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Ein
erfindungsgemäßes Beispiel,
bei dem alle vier Hellgebiete 14a–14d als längliche
Rechtecke in der Pupillenebene 18 ausgebildet sind, ist
in 1c gezeigt. Alle vier Hellgebiete besitzen jeweils eine
Längsachse,
die in allen Fällen
in Richtung der Pupillenachse 112 weist. Daher ist auch
diese Anordnung asymmetrisch.
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Grundsätzlich ist
aber auch der Fall einer symmetrischen Pupille von der Erfindung
umfasst, nämlich
genau dann, wenn ausgehend von 1c die
Längsachsen
der Hellgebiete 14c, 14d senkrecht zur Achse 112,
also parallel zur Achse 111 ausgebildet werden. Wie anhand
von 4 noch gezeigt wird, tra gen diese beiden Hellgebiete 14c,
d zur Bildgebung bezüglich
des in alternierender Phasenmaskentechnik ausgebildeten Teils der
Hybridmaske kaum bei, so dass ihre Orientierung unter diesem Aspekt
von nachrangiger Bedeutung ist.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Hybridmaske 20 dargestellt,
die zusammen mit der in 1c gezeigten
Illuminatorblende für
eine Belichtung verwendet werden soll. Wie in 2 unten
links in schematischer Darstellung zu sehen ist, umfasst die Maske 20 ein
Muster 21, welches zwei Bereiche 22, 23 aufweist.
Der erste Bereich 22 repräsentiert ein Zellenfeld eines
Speicherbausteins, in dem ein Linien-Spalte-Gitter 25 die
zu bildenden aktiven Gebiete widerspiegelt. Der zweite Bereich 23 repräsentiert die
Peripherie des Zellenfeldes, in welcher typischerweise Anschlußkontakte
und Transistoren zum Ansteuern und Auswerten der in den Grabenkondensatoren
Feldes gespeicherten Information gebildet sind. In der Mitte der 2 vergrößert dargestellt
ist ein Ausschnitt des MUX-Spaltes 27.
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Das
Linien-Spalte-Gitter 25 im ersten Bereich 22 ist
in der Technik alternierender Phasenmasken ausgebildet. Dazu sind
die aus Chrom gebildeten Linien 201 von Spalten 202, 203 umgeben.
Die Spalte 202 alternieren mit den Spalten 203 in
der Gitterabfolge und unterschieden sich in ihrem Phasenhub. Die
Spalte 202 besitzen einen Phasenhub von 0 Grad, die Spalte 203 besitzt
hingegen eine Phasenhub von 180 Grad. Beide Spalttypen sind in dem Fachmann
bekannter Ätztechnik
mit unterschiedlicher Tiefe in das Substrat geätzt und besitzen die gleiche
Transparenz.
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Das
Gitter 25 besitzt einen Gitterabstand von 300 nm. Die einzelne
Linie ist mit einer Breite von 70 nm, der Spalt ist mit einer Breite
von 80 nm gefertigt.
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Der
MUX-Spalt 27 ist in der Technik konventioneller Chrommasken
ausgebildet. Linien oder Stege 210 aus Chrom sind dabei
von Spalten 211 umgeben. Die für den MUX-Spalt typischen,
fingerartig auslaufenden Strukturen bilden ebenfalls ein periodisches
Gitter. Somit bieten sich der MUX-Spalt 27 eigentlich auch
für die
alternierende Phasenmaskentechnik und damit zur Aufnahme in den
ersten Bereich 22 an. Wie jedoch in 2 zu erkennen
ist, sind die transparenten Spalte 211 im Gitter des MUX-Spaltes 27 miteinander
verbunden und würden daher
unausweichlich Phasenkonflikte auslösen.
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Der
MUX-Spalt 27 kann auch aus Linien 210 mit semitransparenten
Absorber-Elementen und einem Phasenhub von 180° in Umgebung transparenter Spalte 211 mit
0° Phasenhub
gebildet sein.
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In 3 ist
die erfindungsgemäße Anordnung
schematisch dargestellt. Nicht gezeigt ist dort insbesondere das
Linsensystem. Ein Belichtungsapparat 1 weist eine Strahlungsquelle 2 und
eine erfindungsgemäße Beleuchtungspupille 16 oder 18 auf. Die
Strahlungsquelle und die Beleuchtungspupille bilden zusammen die
effektive Quelle 3.
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In 4 ist
oben links die in der Pupillenebene resultierende Lichtverteilung
dargestellt. Sie entspricht der Anordnung von Öffnungen 13a–d bzw. 14a–d gefaltet
mit der Intensitätsverteilung
der Strahlungsquelle.
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In
der Maskenebene ist die Hybdridmaske 20 eingebracht (3),
auf welcher die Bereiche 22, 23 mit Linien und
Spalten in der Technik verschiedener Typen von Masken gebildet sind. 4 zeigt
oben rechts ausschnittweise die Lichtverteilung in dem ersten Bereich 22,
welcher vom Typ alternierender Phasenmasken ist und kritische Strukturen,
d.h. Spalte mit nahe an der Auflösungsgrenze
liegender Breite umfasst.
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Entlang
der optische Achse 6 wird der Lichtstrahl zur Austritts-
oder Aperturpupille 30 des Objektivlinsensystems geführt. Die
Aperturpupille kann durch eine Blende mit einer Öffnung charakterisiert sein.
Verallgemeinert bezeichnet man die Öffnung als Hellgebiet und bezeichnet
damit lichtdurchlässige Gebiete
in der Aperturebene.
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In
der Aperturebene stellt die Lichtverteilung aufgrund der Maske 20 für sich allein
genommen die Fouriertransformierte des Musters 21 auf der
Maske 20 dar. Sie ist in 4 unten
rechts zu sehen. Die Pupille 30 weist ein kreisrundes Hellgebiet 31 auf.
Außerhalb
des Hellgebietes 31 auftreffendes Licht höherer Beugungsordnungen
wird durch die Pupille 30 ausgeblendet. Die Beugungsordnungen 35a, 35b des
Bereiches 22 aus dem Muster 21 liegen dabei gerade
noch im Hellgebiet 31 der Austrittspupille 30.
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Um
nun aber die tatsächlich
in der Fourierebene des Musters der Maske entstehende Verteilung zu
ermitteln, ist die Verteilung in der Pupillenebene mit derjenigen
des Musters 21 der Maske 20 in der Aperturebene 30 zu
falten. Das Resultat ist in 4 unten
links zu sehen.
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Wie
in 4 deutlich zu erkennen ist, wird es durch die
längliche
Ausgestaltung der Hellgebiete und die asymmetrische Anordnung ermöglicht,
die von dem Hellgebiet 14a herrührenden Beugungsordnungen 50a, 51a,
und die von dem Hellgebiet 14b herrührenden Beugungsordnungen 50b, 51b gerade noch
in dem Hellgebiet 31 der Apertur- bzw. Austrittspupille 30 des
Objektivlinsensystems zu halten. Sie können damit einen Beitrag zum
Bildaufbau bezüglich
des Bereiches 22 in der Bildebene 40 leisten,
der auf der Maske 20 in alternierender Phasenmaskentechnik
(kurz: APSM-Technik) gebildet wurde. Auf diese Weise wird für den in
APSM-Technik ausgebildeten Maskenanteil ein hoher Kontrast bezüglich des Bereiches 22 erreicht.
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Die
beiden auf der Achse 112 liegenden Pole der asymmetrischen
Quadrupol-Beleuchtungspupille tragen zur Kontrastverbesserung des
APSM-Linien-Spalte-Gitters bei und ermöglichen gleichzeitig eine Stabilisierung
derjenigen Zonen, welche die Endzonen der linienartigen Strukturen
des MUX-Spaltes bilden, wie es anhand von 5 gezeigt
wird.
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Die
Hellgebiete – auch
Pole genannt – 14a, 14b sind
so angeordnet und länglich
ausgeformt, dass zu jedem der beiden Pole jeweils zwei interferenzfähige Beugungsordnungen
des Linien-Spalte-Gitters 25 beitragen.
Die Lage der anderen beiden Pole 14c und 14d in
der Beleuchtungspupille, welche nur die Abbildungsgüte des MUX-Spaltes
verbessern, aber nicht zur Abbildung des APSM-Linien-Spaltgitters
beitragen, ist derart gewählt,
dass nur zwei nicht miteinander interferenzfähige Beugungsmaxima 50d, 51c im
Innern des Hellgebietes 31 der Apertur zu liegen kommen,
während
die Maxima 50c und 51d außerhalb des Hellgebietes 31 positioniert sind.
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5 zeigt bezüglich des Bereiches 23,
der in konventioneller Chrom- oder Halbtonphasenmaskentechnik ausgebildet
wurde, in drei verschiedenen Konturliniendiagrammen den Vergleich
einer Abbildung mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungspupille (5a)
mit solchen einer rechteckförmigen-
bzw, zirkularen Beleuchtungspupille (5b und 5c). Dargestellt
ist jeweils die Intensitätsverteilung
des MUX-Spaltes 27 in der Bildebene 40, in der
z.B. das resistbeschichtete Substrat 41 eingebracht ist.
Die Simulation repräsentiert
eine Projektion, die bei einem Defokus von 0.20 μm durchgeführt wurde. Dieser Wert stellt
eine deutliche Abweichung vom besten Fokus dar, sollte bei einer
typischen Projektion jedoch vom zulässigen Tiefenschärfebereich
noch umfasst sein.
-
Für die auf
der Nullpunktslage O zentrierte, zirkulare 182 (5c)
Beleuchtungspupille ist deutlich erkennbar, dass die fingerartig
auslaufenden Linien sich an ihrem Ende aufspalten und den jeweils zwischenliegenden
Spalt einengen. Die Aufspaltung ist durch Pfeile angedeutet. Dieser
Effekt ist unerwünscht,
und die Abweichungen sind weder nach dem Gesichtspunkt der Lagegenauigkeit
noch nach der Linienbreite akzeptabel.
-
Im
Falle der rechteckförmigen
Beleuchtungspupille 181 (5b), die
ebenfalls zentriert ist, verringert sich vergleichsweise dazu das
Maß der
Aufspaltung, eine akzeptable Abbildung wird jedoch auch hier nicht
erreicht.
-
Erst
bei Einsatz der erfindungsgemäßen Beleuchtungspupille 18 (5a)
zur Quadrupolbeleuchtung wird das Layout des MUX-Spaltes 27 mit hoher Maßhaltigkeit
auch bei einem Defokus von 0,20 μm
abgebildet. Die Aufspaltung der Linienenden ist nur noch ansatzweise
zu erkennen.
-
Als
Ergebnis bleibt demnach festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Kombination
von asymmetrischer Quadrupol-Beleuchtungspupille 18 und Hybridphasenmaske 20 sowohl
hinsichtlich des Kontrastes im Fall der Abbildung des Bereiches 22 als auch
hinsichtlich der Tiefenschärfe
und Linienbreitenstabilität
im Fall der simultanen Abbildung des Bereiches 23 zufriedenstellende
Resultate liefert. Einen Vergleich der Kontrastwerte für unterschiedliche Werte
des Defokus bei der Abbildung des in APSM-Technik ausgebildeten
Linien-Spalte-Gitters 25 zeigt 6.
-
Während selbst
die Zirkularbeleuchtungspupille 182 bei Defokussierungen über 0.2 μm die abbildungskritische
Kontrastschwelle von 0.45 unterschreitet, wird diese Grenze bei
der asymmetrischen Quadrupol-Beleuchtungspupille 18 erst
bei einem Defokus von mehr als 0.3 μm erreicht. Das heißt, dass
die erreichbare Schärfentiefe
des erfindungsgemäßen Designs
um einen Faktor 1.5 größer ist.
Daraus resultieren im Halbleiterprozeß bessere Linienbreitenstabilität und eine
höhere
Gutausbeute.
-
Gleichzeitig
ist aber auch die Abbildungsgüte des
MUX-Spaltes im Defokus (0.2μm)
für die
asymmetrische Quadrupolbeleuchtung besser als für die anderen Beleuchtungstypen
(vgl. 5).
-
Nach
dem Lehrbuch Kwok-Kit Wong, A., „Resolution Enhancement Techniques
in Optical Lithography",
Tutorial Texts in Optical Engineering, Vol TT47, SPIE Press, 2001,
Seiten 120 ff. tragen die typischen nichtzentrierten Pupillengeometrien
wie die Annularblende etc. nicht zur Verbesserung der Abbildung
von Masken-Layouts in APSM-Technologie allein bei. Bei der simultanen Übertragung
des MUX-Spaltes in Chrom-auf-Glas-Ausführung
und des Linien-Spaltegitters in APSM-Technik wird dagegen eine entsprechende
Verbesserung erreicht.
-
Ein
Verfahren zum Einstellen der erfindungsgemäßen Blende in der Pupillenebene
sieht vor, die Größe der vier
länglichen Illuminatoröffnungen
derart anzupassen, dass ein bestmöglicher Kompromiss für die simultane
Abbildung der LinienSpalte-Gitter-
und der MUX-Spaltabbildung hinsichtlich MEEF, Prozessfenster sowie
Kontrast erreicht wird.
-
Dabei
wird durch eine Verkleinerung der auf der Achse 112 angeordneten
Pole 14a, 14b eine Verbesserung der Abbildungsgüte des MUX-Spalts 27 zu
Lasten des Kontrasts des Linien-Spalte-Gitters 25 erreicht. Entgegengesetzt
kann auch der Kontrast des Linien-Spalt-Gitters 27 zu Lasten
der Abbildungsgüte
des MUX-Spalts 25 erhöht
werden, indem eine Verkleinerung der Pole 14c, 14d auf
der Achse 111 vorgenommen wird.
-
Ein
weiterer Aspekt bezieht sich auf die Anwendung einer OPC-Korrektur auf das
Layout des Musters, bevor es auf der Maske gebildet wird. Unter Umständen können nämlich unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungspupille
in einer Belichtung der Hybridmaske am Randbereich des ersten Bereiches,
insbesondere am Rand eines Linien-Spalte-Gitters im Übergangsbereich
zum zweiten Bereich, lokale Verdickungen und Ausdünnungen schmaler,
kritischer Linien auftreten. Da dieser Effekt systematisch ist,
lassen sich im Falle einer regelbasierten oder auch einer simulationsbasierten OPC-Korrektur
Anpassungen im Layout vornehmen, die solche Abweichungen von den
vorgegebenen Maskensollwerten kompensieren. Dabei können sowohl
Chromlinien als auch phasenverschobene Spalte in ihrer Breite angepasst
werden.
-
- O
- Mittelpunkt
der Beleuchtungspupille
- 1
- Belichtungsapparat
- 2
- Strahlungsquelle
- 3
- effektive
Quelle
- 6
- optische
Achse
- 10
- Beleuchtungspupille,
Illuminatorblende (Stand der Technik)
- 12a–d
- Hellgebiete,
Blendenöffnungen
(Stand der Technik)
- 13a–d
- Hellgebiete,
Blendenöffnungen
(Beispiel)
- 14a–d
- Hellgebiete,
Blendenöffnungen
(erfindungsgemässes
Beispiel)
- 16
- Beleuchtungspupille
(Beispiel)
- 18
- Beleuchtungspupille
(erfindungsgemässes
Beispiel)
- 20
- Hybridmaske
- 21
- Muster
- 22
- erster
Bereich auf Hybridmaske (APSM-Technik)
- 23
- zweiter
Bereich auf Hybridmaske (COG-Technik)
- 25
- Linien-Spalte-Gitter
im ersten Bereich, Zellstrukturen
- 27
- MUX-Spalt,
Strukturen im Peripheriebereich einer Speicherzelle
- 30
- Austrittspupille,
Aperturblende im Objektivlinsensystem
- 31
- Hellgebiet, Öffnung einer
Blende in Austrittspupille
- 35a,
b
- Beugungsordnungen
in Austrittspupille
- 40
- Bildebene,
Substrathalter
- 41
- Wafer
- 50a,
b
- Beugungsordnungen
in Austrittspupille
- 51a,
b
- eugungsordnungen
in Austrittspupille
- 181
- Beleuchtungspupille,
quadratisch, Stand der Technik
- 182
- Beleuchtungspupille,
kreisförmig,
Stand der Technik
- 201
- Linie
im Gitter
- 202
- Spalt
im Gitter
- 203
- Spalt
im Gitter, 180 Grad phasenverschoben
- 210
- Linie
im Peripheriebereich
- 211
- Spalt
im Peripheriebereich