DE10129202C1 - Alternierende Phasenmaske - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine alternierende Phasenmaske, bei der das Propagieren eines T-Phasenkonflikts, der bei einer T-Musterstruktur (10) auftritt, umgangen wird, indem man einen Phasensprung an einer der 90 DEG -Ecken der T-Musterstruktur (10) erzeugt. Ein erstes transparentes Flächensegment (T1) und ein zweites transparentes Flächensegment (T2), die einen gegenseitigen Phasenunterschied von 180 DEG erzeugen, sind durch einen schmalen Schlitz (S), der etwa unter 45 DEG zur Ecke der T-Musterstruktur (10) hin verläuft, getrennt. Für jeden T-Konflikt gibt es zwei äquivalente Lösungen, das heißt, dass die vorgeschlagene Struktur aus dem ersten transparenten Flächensegment (T1) und dem zweiten transparenten Flächensegment (T2), die durch den unter 45 DEG verlaufenden Schlitz (S) getrennt sind, auch an der anderen Ecke der T-Struktur anbringbar ist. Die Trimmmaske (2) dieser Technik zur Beseitigung der durch den 180 DEG Phasensprung künstlich erzeugten dunklen Linie ist eine konventionelle Maske und benötigt keine zusätzliche Färbung. Außerdem sind Justierungsfehler aufgrund der geringen Anzahl von Trimmöffnungen minimal.

Description

Die Erfindung betrifft eine alternierende Phasenmaske zur Belichtung einer fotoempfindlichen Schicht in einem Fotoli­ thografieprozess, insbesondere bei der Herstellung hochinte­ grierter Halbleiterschaltungen, mit wenigstens einer T- Musterstruktur, die wenigstens ein erstes und zweites opakes Segment, von denen das zweite opake Segment an einer Längs­ seite des ersten opaken Segments mündet und dieses auf diese Weise in zwei opake Teilsegmente beiderseits der Mündungs­ stelle unterteilt, und die beiderseits der Teilsegmente des ersten opaken Segments sowie des zweiten opaken Segments in alternierender Reihenfolge erste und zweite transparente Flächensegmente aufweist, welche einer sie durchsetzenden Belichtungsstrahlung eine gegenseitige Phasenverschiebung um 180° erteilen.

Eine alternierende Phasenmaske ist zum Beispiel aus der DE 199 57 542.8 A derselben Anmelderin bekannt.

Bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltkreise wer­ den den Schaltungselementen zugeordnete Maskenstrukturen in lichtempfindlichen Schichten auf dem Wafer konventioneller­ weise optisch abgebildet. Aufgrund der Beugungseffekte ist das Auflösungsvermögen eines derartigen Abbildungssystems begrenzt, und Maskenstrukturen mit Abmessungen unter dem re­ ziproken Wert dieses Auflösungsvermögens, die sogenannten kritischen Strukturen werden verschmiert oder unscharf abge­ bildet. Dies führt zu unerwünschten starken Korrelationen der Schaltungselemente und damit zur Beeinträchtigung der Schaltungsfunktionalität.

Diese Schwierigkeiten lassen sich überwinden, indem man den destruktiven Interferenzeffekt zweier eng benachbarter kohärenter oder teilkohärenter Lichtstrahlen ausnutzt, die ge­ geneinander um 180° phasenverschoben sind. Dazu werden die betroffenen konventionellen Masken in alternierende Phasen­ masken umgewandelt, bei denen jede kritische Struktur mit zwei Phasenschiebern zur Erzeugung der erforderlichen Pha­ senverschiebung versehen ist.

Die verschiedenen Arten von Phasenmasken sind beispielsweise in dem Buch "Technologie hochintegrierter Schaltungen" von D. Widmann, H. Mader und H. Friedrich, 2. Auflage, Springer- Verlag, Seite 135 ff. beschrieben. Weiterhin ist eine aus­ führliche Übersicht über die Phasenmaskentechnologie in der Publikation "Improving Resolution in Photolithography with a Phase-Shifting Mask" von M. D. Levenson et al. in IEEE Tran­ sactions on Electron Devices 29 (1982), 1828 ff. enthalten.

Der Einsatz von sogenannten starken Phasenmasken, zu denen sowohl die bereits genannten alternierenden Phasenmasken als auch chromlose Phasenmasken gezählt werden, erfordert, daß in jeder betroffenen Ebene die transparenten phasenverschie­ benden Strukturen einer von zwei Phasen zugewiesen werden, welche eine gegenseitige Phasendifferenz von ca. 180° auf­ weisen.

Angesichts der Komplexität moderner Schaltkreise und der Forderung nach zwei einen jeweiligen Phasensprung um 180° bewirkenden Elementen an jeder kritischen Struktur sind je­ doch Phasenkonflikte unvermeidbar. Ein Phasenkonflikt liegt genau dann vor, wenn den Phasenschiebern auf beiden Seiten einer kritischen Struktur fälschlicherweise dieselbe Phase zugewiesen wird, oder wenn aufgrund der Wechselwirkung der phasenverschiebenden Elemente der destruktive Interferenzef­ fekt an einer unerwünschten Stelle auf der schon erwähnten lichtempfindlichen Schicht auftritt.

Die DE 100 51 134.1A dieser Anmelderin schlägt für dieses Problem ein automatisch ablaufendes Verfahren zur Feststel­ lung möglicher Phasenkonflikte auf alternierenden Phasenmas­ ken und zur automatischen Behebung der Phasenkonflikte vor.

Grundsätzlich existieren zwei verschiedene Verfahren zur Lö­ sung eines Phasenkonflikts in der alternierenden Phasenmas­ kentechnologie. Eine Methode erfordert die Verzerrung des Layouts zur Beseitigung von lithografisch kritischen Struk­ turen. Diese Methode soll aber nach Möglichkeit vermieden werden, denn sie steht nicht im Einklang mit dem durch das Mooresche Gesetz gesteuerten Miniaturisierungsprozess der Mikroelektronik. Die zweite derzeit bevorzugte Methode zur Lösung von Phasenkonflikten, wie sie in der zuvor genannten DE 100 51 134.1 derselben Anmelderin offenbart ist, besteht in der künstlichen Erzeugung von Phasensprüngen an optimalen Stellen im Layout, so dass ein 2-färbbarer Satz von Phasen­ schiebern entsteht. Diese Phasensprünge führen zu dunklen Linien auf der fotoempfindlichen Schicht auf dem Wafer. Die­ se dunklen Linien werden üblicherweise mit einem weiteren Belichtungsvorgang mittels einer sogenannten Trimmmaske be­ seitigt. Werden mindestens zwei Phasensprünge zur Lösung ei­ nes Phasenkonflikts benötigt, so wird dieser Phasenkonflikt als propagierend bezeichnet.

Eine Art derartiger Phasenkonflikte ist der sogenannte T- Phasenkonflikt, der sich an T-förmigen Verzweigungen von Mu­ sterstrukturen der alternierenden Phasenmaske einstellt. Die beiliegende Fig. 1a zeigt schematisch ein Layout aus der Hellfeld-Maskentechnik mit einer solchen kritischen T- Musterstruktur 10. Bei dieser T-Musterstruktur 10 mündet an einer Längsseite eines ersten opaken Segments O1 ein zweites opakes Segment O2, welches auf diese Weise das erste opake Segment O1 in zwei opake Teilsegmente O11, O12 beiderseits der Mündungsstelle unterteilt.

Die Fig. 1b zeigt eine zur T-Musterstruktur der Fig. 1a ge­ hörende alternierende Phasenmaske, die, bedingt durch den lokalen T-Konflikt, der in Fig. 1b durch einen Kreis K ange­ deutet ist, einen nicht 2-färbbaren Satz von Phasenschiebern aufweist.

In Fig. 1c ist die propagierende Lösung des T-Konflikts dar­ gestellt. Fig. 1c zeigt deutlich, dass zur Lösung dieses Phasenkonflikts zwei Phasensprünge jeweils zwischen T1 und T2 notwendig sind (dies bedeutet, dass der Phasenkonflikt propagierend ist). Die durchlaufend schräg gestrichelt schraffierten opaken Segmente der alternierenden Phasenmas­ ken gemäß Fig. 1b und 1c sind zum Beispiel Chromsegmente. Die schräg schraffierten ersten transparenten Flächensegmen­ te T1 verleihen einer durch sie hindurchgehenden Belich­ tungsstrahlung zum Beispiel eine Phasenlage ϕ, und die kreuz­ schraffierten zweiten transparenten Flächensegmente T2 ver­ leihen einer sie durchsetzenden Belichtungsstrahlung eine Phasenlage von ϕ + 180°.

Die Fig. 3a zeigt eine alternierende Phasenmaske für die propagierende Konfliktlösung gemäß Fig. 1c, während die Fig. 3b eine an die alternierende Phasenmaske gemäß Fig. 3a ange­ passte Trimmmaske zeigt. Der äußerste durchlaufend schräg schraffierte Flächenbereich der Fig. 3b ist so gewählt, dass er der hindurchgehenden Belichtungsstrahlung eine mittlere Phasenverschiebung erteilt, die etwa in der Mitte zwischen der Phase ϕ und der Phase ϕ + 180° liegt. Der gestrichelt schräg schraffierte Flächenbereich ist wieder ein Chrombe­ reich, während die beiden inneren schräg und kreuz schraf­ fierten Bereiche Segmente einer alternierenden Phasenmaske sind, was bedeutet, dass die in Fig. 3b gezeigte Trimmmaske eine zusätzliche Färbung erfordert.

Die eingangs erwähnte DE 199 57 542.8 schlägt eine alternie­ rende Phasenmaske etwa gemäß den Fig. 1c und 3a vor. Diese alternierende Phasenmaske erfordert, wie oben erwähnt, eine Trimmmaske, die eine alternierende Phasenmaske ist, also ei­ ne zusätzliche Färbung benötigt.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, eine gattungsgemäße alter­ nierende Phasenmaske so anzugeben, dass eine Doppelbelich­ tungstechnik zur effizienten Handhabung von propagierenden T-Konflikten in der alternierenden Phasenmaskentechnologie zur Verfügung gestellt wird. In der erfindungsgemäßen alter­ nierenden Phasenmaske wird der T-Konflikt gelöst, indem man einen Phasensprung an einer der 90° Ecken einer T-Struktur erzeugt. Dieser Phasensprung bildet einen Winkel von 45° mit jedem der beiden betroffenen Abschnitte der betrachteten T- förmigen Struktur. Das heißt dass es für jeden T-Konflikt zwei äquivalente Lösungen gibt.

Ein großer Vorteil ist, dass die Trimmmaske für die vorge­ schlagene alternierende Phasenmaske zur Beseitigung der beim ersten Belichtungsvorgang mit der alternierenden Phasenmaske verbleibenden dunklen Linien eine konventionelle Maske ist und folglich keine zusätzliche Färbung benötigt, im Gegen­ satz zur Propagationstechnik. Ein weiterer Vorteil ist ein minimaler Justierungsfehler, denn die Zahl der Trimmöffnun­ gen ist stark verringert.

Die erfindungsgemäße alternierende Phasenmaskentechnologie lässt sich auf alle bekannten alternierenden Phasenmasken anwenden, insbesondere auf die alternierenden Hellfeld- und Dunkelfeld-Phasenmasken.

In der nachfolgenden Beschreibung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele erfin­ dungsgemäßer alternierender Phasenmasken in Beispielen aus der Hellfeld-Phasenmaskentechnik sowie eine daran angepasste Trimmmaske beschrieben. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1a ein Layout, welches zu einem lokalen T-Konflikt führt;

Fig. 1b schematisch eine alternierende Phasenmaske, an­ hand der der T-Phasenkonflikt veranschaulicht ist;

Fig. 1c schematisch eine alternierende Phasenmaske mit einer propagierenden Lösung des auftretenden Pha­ senkonflikts;

Fig. 1d schematisch eine erfindungsgemäße alternierende Phasenmaske mit einer der zwei möglichen Lösun­ gen;

Fig. 2a und 2b schematisch weitere erfindungsgemäße For­ men alternierender Phasenmasken, mit denen ein T- Phasenkonflikt durch Erzeugung eines Phasen­ sprungs an mindestens einer Ecke gelöst wird;

Fig. 3a und 3b schematisch jeweils eine alternie­ rende Phasenmaske für den ersten Belichtungs­ schritt und eine Trimmmaske für die propagierende Konfliktlösung;

Fig. 3c schematisch eine erfindungsgemäße alternierende Phasenmaske, die ähnlich wie die in Fig. 1d ge­ zeigte Phasenmaske gestaltet ist,

Fig. 3d zeigt die zur Realisierung der Doppelbelichtung an die in Fig. 3c gezeigte alternierende Phasen­ maske angepasste Trimmmaske.

Die in Fig. 1d schematisch dargestellte erfindungsgemäße al­ ternierende Phasenmaske, die für den erwähnten ersten Be­ lichtungsschritt verwendet wird, zeigt schräg gestrichelt schraffiert eine T-Musterstruktur 10, die bereits in Fig. 1a erläutert wurde und die wenigstens ein erstes und zweites opakes Segment O1 und O2 aufweist. Das zweite opake Segment O2 mündet an einer Längsseite des ersten opaken Segments O1 und unterteilt dieses beiderseits der Mündungsstelle in zwei opake Teilsegmente.

Transparente Flächensegmente T1 und T2 (jeweils durchgehend schräg und kreuzweise schraffiert) sind so angebracht, dass sie an einer der Ecken der T-Musterstruktur 10, wo das zwei­ te opake Segment O2 am ersten opaken Segment O1 mündet einen Phasensprung von 180° zwischen dem an dieser Stelle ange­ brachten ersten transparenten Flächensegment T1 und dem rechtwinklig dazu am anschließenden T-Balkenabschnitt lie­ genden zweiten transparenten Flächensegment T2 erzeugen. Die beiden transparenten Flächensegmente T1 und T2 berühren sich nicht, sondern sind durch einen dort angebrachten unter dem Winkel α = 45° angebrachten Schlitz S beabstandet. Die Brei­ te des Schlitzes S ist sehr viel kleiner als die Breite der dortigen transparenten ersten und zweiten Flächensegmente T1 und T2 und kann gegen Null gehen. In Fig. 1d, halbiert der Schlitz S den 90°-Winkel zwischen dem ersten und zweiten opaken Segment O1, O2. Der Winkel α kann selbstverständlich von 45° abweichen, wenn die opaken Segmente O1 und O2 der T- Struktur 10 nicht im rechten Winkel aufeinandertreffen.

Es ist zu bemerken, dass die in Fig. 1d veranschaulichte er­ findungsgemäße Elektrode zur Lösung jedes T-Konflikts zwei äquivalente Lösungen hat. Statt den 180°-Phasensprung in der in Fig. 1d dargestellten Ecke zu erzeugen, kann die gegen­ überliegende Ecke genauso gewählt werden. In Fig. 1d sind außerdem ein erstes transparentes Flächensegment T1 auf der anderen Seite des ersten opaken Segments O1, das heißt dem zweiten opaken Segment O2 gegenüberliegend, und ein zweites transparentes Flächensegment T2 am anderen Eckenbereich der T-Musterstruktur 10 vorgesehen. Ein weiteres zweites transparentes Flächensegment T2 liegt an einem weiteren opaken Segment O3 an.

Die Fig. 2a und 2b zeigen weitere Formen erfindungsgemäßer alternierender Phasenmasken, mit denen ein T-Phasenkonflikt bei anders geformten T-Musterstrukturen gelöst wird.

In Fig. 2a ist die T-Musterstruktur nicht rechtwinklig. Ein Schlitz S an einer der Ecken verläuft also nicht unter 45°, sondern teilt den dortigen Winkel, den ein erstes opakes Segment O1 und ein zweites opakes Segment O2 bilden. Wie er­ wähnt, könnte bei einer äquivalenten Lösung der Schlitz S vom anderen Eckenbereich ein erstes und zweites transparen­ tes Flächensegment unter Bildung des vorgeschlagenen 180°- Phasensprungs teilen. Im übrigen ist die in Fig. 2b darge­ stellte Struktur einer alternierenden Phasenmaske identisch mit der alternierenden Phasenmaske gemäß Fig. 1d.

Fig. 2b veranschaulicht, dass die erfindungsgemäße Lösung auch bei einem scheinbaren T-Konflikt angewendet werden kann. In Fig. 2b bildet ein erstes opakes Segment O1 einen geraden ersten Steg, während ein zweites opakes Segment O2 etwa senkrecht zum ersten opaken Segment O1 steht, jedoch nicht an diesem mündet. Durch Vorsehen eines Schlitzes S an einer zum ersten opaken Segment O1 weisenden Ecke des zwei­ ten opaken Segments O2 zwischen einem ersten transparenten Flächensegment T1 und einem an einer Seite des zweiten opa­ ken Segments O2 liegenden zweiten transparenten Flächenseg­ ment 2 kann dort erfindungsgemäß ein Phasensprung von 180° erzeugt werden.

Fig. 3c zeigt schematisch eine erfindungsgemäße alternieren­ de Phasenmaske 1, die eine erfindungsgemäße abgeleitete al­ ternierende Phasenmaske entsprechend Fig. 1a bzw. 1d ist. Die durchgehend schräg und kreuzschraffierten Bereiche sind jeweils erste und zweite transparente Flächensegmente T1 und T2, die so gestaltet sind, dass sie der hindurchgehenden Be­ lichtungsstrahlung einen Phasenunterschied von 180° verlei­ hen. Der gestrichelt schräg schraffierte Flächenbereich ein­ schließlich des Schlitzes S ist bei dem gewählten Beispiel der Hellfeldphasenmaskentechnik ein opaker Bereich, zum Bei­ spiel ein Chrombereich.

Fig. 3d zeigt die an die erfindungsgemäße alternierende Pha­ senmaske gemäß Fig. 3c angepasste Trimmmaske 2, welche für die zweite Belichtung zur Beseitigung der durch den Schlitz S verursachten dunklen Linie benötigt wird. Diese Trimmmaske 2 ist eine konventionelle Maske und benötigt folglich keine zusätzliche Färbung, im Gegensatz zu der eingangs erwähnten Trimmmaske gemäß Fig. 3b, die für die propagierende Kon­ fliktlösung verwendet wird und die eine alternierende Pha­ senmaske ist, und eine zusätzliche Färbung erfordert. Der gestrichelt schräg schraffierte Flächenbereich der Trimmmas­ ke 2, der den Schlitzbereich ausspart, ist bei der als Bei­ spiel gewählten Hellfeldphasenmaskentechnik ein opaker Be­ reich, zum Beispiel ein Chrombereich. Der äußere durchgehend schräg schraffierte Bereich der Trimmmaske 2 ist ein trans­ parenter Bereich.

Es ist zu bemerken, dass die in Fig. 3d zum Trimmvorgang, das heißt zum Auslöschen der durch den Schlitz S der alter­ nierenden Phasenmaske gemäß Fig. 3c verursachten dunklen Li­ nie verwendete Trimmmaske keine zusätzliche Färbung benötigt und deshalb ohne großen Aufwand herstellbar ist, da die Zahl der Öffnungen minimal ist. Dadurch ist auch der Justierungs­ fehler minimal.

Mittels eines optischen Simulators haben die Erfinder die vorgeschlagene Lösung einer einen propagierenden Phasenkon­ flikt vermeidenden erfindungsgemäßen alternierenden Phasen­ maske untersucht, wobei sich Ergebnisse einstellten, die mit Simulationsergebnissen von alternierenden Phasenmasken zu propagierender Lösung sehr genau übereinstimmten. Der nütz­ liche Vorteil dieser Erfindung ist, dass die Propagation der vorkommenden T-Konflikte in wirksamer Weise umgangen wird. Vorteilhaft braucht die Trimmmaske nicht zusätzlich gefärbt werden, und der Aufwand zu ihrer Herstellung sowie der Ju­ stierungsfehler sind minimal.

Bezugszeichenliste

1

alternierende Phasenmaske

2

Trimmmaske

10

T-Musterstruktur
K Phasenkonflikt
O1, O2, O11, O12 opake Teilsegmente der T-Struktur
S Schlitz
T1, T2 transparente Flächensegmente

Claims (8)

1. Alternierende Phasenmaske zur Belichtung einer fotoemp­ findlichen Schicht in einem Fotolithografieprozess, insbe­ sondere bei der Herstellung hochintegrierter Halbleiter­ schaltungen, mit wenigstens einer T-Musterstruktur (10), die wenigstens ein erstes und zweites opakes Segment (O1, O2), von denen das zweite opake Segment (O2) an einer Längsseite des ersten opaken Segments (O1) mündet und dieses auf diese Weise in zwei opake Teilsegmente (O11, O12) beiderseits der Mündungsstelle unterteilt, und die beiderseits der Teilseg­ mente (O11, O12) des ersten opaken Segments (O1) sowie des zweiten opaken Segments (O2) in alternierender Reihenfolge erste und zweite transparente Flächensegmente (T1, T2) auf­ weist, welche einer sie durchsetzenden Belichtungsstrahlung eine gegenseitige Phasenverschiebung um 180° erteilen, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Ecken der T-Musterstruktur (10) der alter­ nierenden Phasenmaske (1), wo das zweite opake Segment (O2) am ersten opaken Segment (O1) mündet, ein erstes transparen­ tes Flächensegment (T1) und zweites transparentes Flächen­ segment (T2) einander benachbart so gegenüberliegen, dass dort die sie durchsetzende Belichtungsstrahlung einen Pha­ sensprung um 180° erfährt, wobei die den Phasensprung erzeu­ gende Stelle einen den Eckenwinkel der T-Musterstruktur (10) etwa halbierenden Winkel (α) mit jedem der beiden betroffe­ nen Abschnitte (O11, O2) und (O12, O2) des ersten und zwei­ ten opaken Flächensegments (O1, O2) bildet.

2. Alternierende Phasenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden betroffenen Abschnitte des ersten und zwei­ ten transparenten Flächensegments (T1, T2) durch einen schmalen Schlitz (S) voneinander beabstandet sind, der die beiden Abschnitte trennt und den genannten Winkel (α) zur Ecke der T-Musterstruktur (10) bildet.

3. Alternierende Phasenmaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Schlitz (S) gebildete Abstand der beiden betroffenen Abschnitte der ersten und zweiten transparenten Flächensegmente (T1, T2) voneinander wesentlich geringer ist, als die dortige Breite dieser beiden Abschnitte (T1, T2).

4. Alternierende Phasenmaske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der betreffende Abstand Null ist.

5. Alternierende Phasenmaske nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite opake Segment (O1, O2) der T- Musterstruktur (10) im Wesentlichen die Form langgestreckter rechteckiger Stege aufweisen und an der Mündungsstelle unter einem Winkel von etwa 90° aufeinandertreffen.

6. Alternierende Phasenmaske nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Flächensegmente (T1, T2) der T- Musterstruktur (10) jeweils im Wesentlichen rechteckförmig sind und die beiden betroffenen Abschnitte des ersten und zweiten transparenten Flächensegments (T1, T2) an dem ge­ nannten Schlitz (S) eine um den Winkel (α) schräg verlaufen­ de Endkante bilden.

7. Alternierende Phasenmaske nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) etwa gleich 45° ist.

8. Trimmmaske in Kombination mit einer alternierenden Pha­ senmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für einen einem ersten Belichtungsvorgang mit der alternierenden Phasenmaske (1) folgenden zweiten Belichtungsvorgang, dadurch gekennzeichnet, dass die Trimmaske (2) einen die T-Musterstruktur mit dem ersten und zweiten opaken Segment und die transparenten Flä­ chensegmente umfassenden opaken Flächenbereich mit einer Aussparung, die in Richtung und an der Stelle des Schlitzes (S) der alternierenden Phasenmaske (1) liegt und diesen Schlitz (S) umfaßt und einen diese Aussparung ausfüllenden und den opaken Flächenbereich umgebenden transparenten Flä­ chenbereich aufweist.