DE10136291B4

DE10136291B4 - Photolithographische Maske

Info

Publication number: DE10136291B4
Application number: DE10136291A
Authority: DE
Inventors: Christoph NÖLSCHER
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: US20030022074A1; DE10136291A1; US7070887B2

Abstract

Photolithographische Maske zur Bestrahlung von strahlungsempfindlichen Resistschichten auf Halbleitersubstraten, wobei die Maske
a) zumindest ein strahlungsdurchlässiges Substrat und zumindest eine die Phase der Strahlung verschiebende Halbtonschicht (15) aufweist, und
b) in der die Phase der Strahlung verschiebenden Halbtonschicht (15) Öffnungen (13, 14, 16, 17) angeordnet sind, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, daß beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Öffnungen (13, 14, 16, 17) jeweils eine Phasendifferenz erzeugt wird; und
c) in der die Phase der Strahlung verschiebenden Halbtonschicht (15) Hauptöffnungen (13, 14) so ausgebildet sind, daß das durch die Hauptöffnungen (13, 14) gebildete Muster bei einer Bestrahlung in die Resistschicht übertragen wird, und Hilfsöffnungen (16, 17) angeordnet sind, die so ausgebildet sind, daß das durch die Hilfsöffnungen (16, 17) gebildete Muster bei einer Bestrahlung nicht in die Resistschicht übertragen wird, wobei beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hilfsöffnung (16, 17) und ihre benachbarte Hauptöffnung (13,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft photolithographische Masken. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere photolithographische Masken zur Strukturierung von strahlungsempfindlichen Resistschichten auf Halbleitersubstraten zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen.
Im Zuge der immer kleiner werdenden Strukturabmessungen zur Erzeugung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen wird eine maßgetreue photolithographische Übertragung von Maskenstrukturen auf strahlungsempfindliche Resistschichten immer wichtiger. Inzwischen werden Halbleiterbauelemente mit Strukturlinienbreiten von 180 nm und weniger zur kommerziellen Verwendung in großem Volumen hergestellt, so daß die Anforderungen an die strukturierenden Prozeßschritte höchsten Standards genügen müssen. Die photolithographische Übertragung von Maskenstrukturen auf strahlungsempfindliche Resistschichten ist dabei eine der herausragenden Techniken zur Strukturierung von Schichten auf Halbleiterbauelementen.
Die photolithographische Übertragung von Maskenstrukturen auf eine strahlungsempfindliche Resistschicht erfolgt dabei in mehreren Schritten. Nach der Justage der Maske über dem mit der strahlungsempfindlichen Resistschicht überdeckten Substrat folgt die Belichtung der strahlungsempfindlichen Resistschicht durch die Maske zur Markierung des zu entfernenden (oder stehenzulassenden) Resistschichtmaterials. Die Belichtung der strahlungsempfindlichen Resistschicht kann dabei im Schattenrißverfahren erfolgen, wobei die Maske auf der Resistschicht aufliegt (Kontakt-Belichtung), oder dicht über der Resistschicht aufgebracht ist (Proximity-Belichtung). Für höchstauflösende Strukturierung wird die Belichtung dagegen über eine sogenannte Projektionsbelichtung durchgeführt. Das durch die Maske durchgetretene Licht wird dabei in einem Projektionsobjektiv auf die Resistschicht fokussiert, wobei das Projektionsobjektiv möglichst viele durch die Maskenstruktur erzeugte höhere Beugungsordnungen abbildet. Durch dieses Abbildungsverfahren kann eine minimale übertragbare Strukturlinienbreite R von R = k λ/NA (1)von der Maske auf die Resistschicht abgebildet werden. Dabei ist λ die Wellenlänge, mit der bestrahlt bzw. belichtet wird, NA die numerische Apertur und k eine empirische Konstante, deren Wert heute etwa 0,4 beträgt.
Wenn die strahlungsempfindliche Resistschicht eine positive Resistschicht ist, so bewirkt die Belichtung an den belichteten Stellen eine chemische Veränderung des Resistschichtmaterials, das bei der Entwicklung aus der Resistschicht herausgespült werden kann. Ist die strahlungsempfindliche Resistschicht dagegen eine negative Resistschicht, so wird bei der Entwicklung das nicht belichtete Material herausgespült. Um die gleiche Struktur wie bei dem positiven Resist zu erhalten, muß die Maske im wesentlichen komplementär zur Maske für den positiven Resist strukturiert sein.
Nach der Belichtung folgt die Entwicklung der Resistschicht durch Besprühen oder Auftropfen mit Entwicklerflüssigkeit, die das markierte Resistschichtmaterial selektiv ablöst (oder selektiv hart läßt). Nach der Trocknung des Substrats erhält man schließlich den strukturierten Resist, der i.A. zum Abschluß einem Temperaturschritt zur Aushärtung unterzogen wird.
Die minimale Strukturlinienbreite auf der Maske, die nach der Erzeugung der Resiststruktur tatsächlich erzeugt wird, ist am Ende aus mehreren Gründen größer als aus (1) errechnet. Zum einen hat die Resistschicht eine endliche Dicke, so daß die Abbildung leicht verschmiert; weiterhin wirkt der Entwickler isotrop, so daß bei der Entwicklung der Resistschicht der Resist auch in lateraler Richtung abgetragen wird. Die minimale Strukturlinienbreite auf der Maske, die für die Erzeugung einer Resistschichtstruktur auf einem Halbleitersubstrat benötigt wird, hängt daher von vielen Parametern ab und wird für jeden Strukturierungsprozeß einzeln bestimmt.
Die Maske besteht z.B. aus einem unstrukturierten Quarzglassubstrat, das auch im UV-Bereich lichtdurchlässig ist und auf der eine dünne lichtundurchlässige Schicht, meist aus Schwarzchrom, aufgebracht ist. Die Schwarzchromschicht erzeugt zusammen mit den durchlässigen Bereichen die Maskenstruktur, die auf die Resistschicht abgebildet wird. Die Schwarzchromschicht erzeugt dabei die abgedunkelten Bereiche auf der Resistschicht, während der lichtdurchlässige Bereich die belichteten Bereiche auf dem Resist erzeugt. Ist der Resist positiv, so wird der Resist in den belichteten Bereichen welch und durch den Entwicklungsschritt abgetragen. Ist der Resist negativ, so bleibt der Resist in den belichteten Bereichen hart, so daß bei der Entwicklung die nichtbelichteten Bereiche abgetragen werden. Für eine maßgetreue Strukturübertragung ist es weiterhin wichtig, eine über den zu belichtenden Bereich homogene Belichtungsdosis zu gewährleisten.
Zur Beeinträchtigung der Maßtreue können verschiedene Effekte beitragen. Zum einen verursacht der endliche Resistkontrast γ, der ein Maß für den Resistabtragsgradienten, eine Verrundung von ursprünglich eckigen Maskenstrukturen. Weiterhin können Interferenzeffekte, Beugungseffekte und Streulicht, die an Strukturelementen der Maske, der Resistschicht und/oder der vorstrukturierten Substratoberfläche entstehen, dazu führen, daß die effektive Belichtungsdosis in den Resistschichtbereichen nicht homogen ist.
1 veranschaulicht die genannten Schwierigkeiten an einer herkömmlichen lithographischen Maske, welche ein strahlungsdurchlässiges Substrat 11 beispielsweise aus Glas und eine strahlungsundurchlässige Schicht 12 beispielsweise aus Chrom aufweist. Dabei entsprechen die Öffnungen 13, 14 in der strahlungsundurchlässige Schicht 12 der Struktur, die in dem entsprechenden Maskenschritt auf die Photoresistschicht auf dem Wafer übertragen werden soll. Bei einer Belichtung tritt Strahlung, beispielsweise ultraviolettes Licht, durch die Öffnungen 13, 14 in der strahlungsundurchlässigen Schicht 12 und führt aufgrund von Interferenzeffekten zu der dargestellten Verteilung des elektrischen Feldes E in der Photoresistschicht auf dem Wafer.
Aufgrund von Interferenzeffekten kommt es zwischen den Öffnungen 13 und 14, einem eigentlich dunklen Gebiet auf der Maske, zu einer unerwünschten Belichtung in der Photoresistschicht. Da die Belichtungsintensität proportional zu dem Quadrat der Feldstärke ist, führt die in 1 gezeigte Feldstärkenverteilung zu einer entsprechenden Intensitätsverteilung I in der Photoresistschicht.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten und zur Verbesserung der Strukturauflösung werden daher auch anstatt der bisher beschriebenen, sogenannten „Dunkelfeldmasken" zunehmend sogenannte „alternierende Phasenmasken" eingesetzt, die sich wie in JP 2000-305245 A gezeigt kostengünstig herstellen lassen. Dabei wird jede zweite Öffnung 13 in der strahlungsundurchlässigen Schicht 12, beispielsweise durch Ätzung des Glassubstrats 11, mit einem Phasenhub so beaufschlagt, daß eine Phasendifferenz zwischen benachbarten Öffnungen 13, 14 erzielt wird. Als Phasendifferenz werden dabei in der Regel 180° eingestellt. Durch Anwendung dieser Technik kann bei hochperiodischen, gitterartigen Strukturen eine Vergrößerung der Strukturauflösung gegenüber der herkömmlichen Technik bis zu einem Faktor 2 erzielt werden.
2 veranschaulicht die sich daraus ergebende Situation. Aufgrund der 180°-Phasendifferenz zwischen benachbarten Öffnungen 13, 14 kommt es nun zu einer destruktiven Interferenz zwischen der Strahlung, die durch die linke Öffnung 13 tritt, und der Strahlung, die durch die rechte Öffnung 14 tritt. Daher besitzt die Feldverteilung E in der Photoresistschicht nun eine Nullstelle zwischen den beiden Öffnungen 13, 14, was dementsprechend auch zu einer deutlich geringeren Intensität I zwischen den beiden Öffnungen 13, 14 führt. Der Kontrast der Belichtung wird auf diese Weise deutlich verbessert.
Leider tritt dieser positive Effekt jedoch nur für strahlungsundurchlässige Strukturen ein, die auf beiden Seiten eine Öffnung mit einer Phasendifferenz aufweisen. Da die durch die Öffnungen gebildeten Muster den Strukturen entsprechen, die in die Photoresistschicht abgebildet bzw. übertragen werden sollen, kann es jedoch zu Situationen kommen, bei denen Öffnungen mit nur einer benachbarten Öffnung oder völlig isolierte Öffnungen auftreten. Dabei kann es vorkommen, daß eine derartige halb- bzw. völlig isolierte Öffnung nicht vollständig in die Resistschicht abgebildet wird. Bisher hat man versucht, durch eine Verbreiterung der entsprechenden Öffnungen zumindest bei optimalen lithografischen Bedingungen (optimaler Fokus, nominale Belichtung) eine Übertragung in die Photoresistschicht zu gewährleisten. Das lithographische Prozeßfenster ist dann aber so klein, daß die entsprechenden Strukturen im Fertigungsprozeß häufig zu einem Ausfall des Bauelementes führen. Entsprechend wird diese Technik in der Praxis nur in seltenen Fällen eingesetzt, was zur Folge hat, daß kritische Strukturen im Layout verboten werden müssen, wodurch sich jedoch eine drastische Einschränkung in der Anwendung von alternierenden Phasenmasken ergibt. Zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften können gemäß WO 02/41076 A2 Hilfsöffnungen mit einem unterhalb der Grenzdimension für das Printing des Projektionsapparates liegendem Querschnitt, sogenannte „Sub-Resolution-Phasen-Assist-Strukturen", zusätzlich zu den eigentlichen Strukturöffnungen verwendet werden. Die Hilfsöffnungen sind dabei so ausgebildet, dass sie in der Photoresistschicht nicht zur Ausbildung kommen, und weisen einen Phasenhub zu benachbarten Öffnungen von bevorzugt 180° auf.
Eine weitere Möglichkeit, die Strukturauflösung gegenüber herkömmlichen Dunkelfeldmasken zu erhöhen, besteht in der Verwendung von sogenannten „Halbton-Phasenmasken" („half-tone Phase shift mask", HTPSM). Dazu wird anstatt einer strahlungsundurchlässigen Schicht eine zu einem gewissen Prozentsatz strahlungsdurchlässige Schicht (z.B. 3% bis 10% Strahlungstransmission) verwendet, welche die Phase der durch sie hindurchtretenden Strahlung um einen vorgegebenen Betrag verschiebt, und auf das Glassubstrat aufgebracht. Anschließend wird diese sogenannte „Halbtonschicht" entsprechend strukturiert, so daß Öffnungen in der Schicht erzeugt werden, welche an das zu übertragende Muster angepaßt sind. Wird die Maske nun bestrahlt, so kommt es an den Rändern der Öffnungen zu einem Phasensprung (in der Regel 180°), wodurch sich die erzielbare Auflösung erhöhen läßt.
3 veranschaulicht die sich daraus ergebende Situation. Die Strahlung, die durch die Öffnungen 13 tritt, wird in ihrer Phase nicht verschoben und besitzt eine relativ hohe Intensität. Die Strahlung, die durch die Halbtonschicht 15 tritt, wird in ihrer Phase um 180° verschoben und gleichzeitig in ihrer Intensität reduziert. Aufgrund der 180°-Phasendifferenz zwischen den Öffnungen 13 und Bereichen der Halbtonschicht 15 kommt es zu einer destruktiven Interferenz am Rand der Öffnungen 13, wodurch das elektrische Feld eine Nullstelle aufweist und der Kontrast der Bestrahlung deutlich verbessert wird.
Bei der Verwendung von konventionellen Halbton-Phasenmasken kann es bei eng benachbarten Strukturen durch Überlagerung von Nebenmaxima zur Ausbildung unerwünschter (anomaler) Strukturen auf der zu belichtenden Schicht kommen. Dieser Effekt kann, wie in der Schrift US 55915501 A gezeigt, durch geeignete Hilfsöffnungen zwischen den eigentlichen Hauptöffnungen minimiert werden. Strahlung, die durch eine Hilfsöffnung und ihre benachbarte Hauptöffnung tritt, erfährt dabei zueinander keinen Phasenversatz.
Leider sind jedoch bei Halbton-Phasenmasken die Auflösung und das Prozeßfenster im Fall von sehr dicht gepackten Strukturen bei zirkulärer Beleuchtung relativ klein. Durch Schrägbeleuchtung kann die Abbildung dieser Strukturen verbessert werden, allerdings sind für die gleichzeitige Abbildung von isolierten Strukturen Hilfsstrukturen notwendig, die einen hohen Aufwand beim Zeichnen, Herstellen und Inspizieren der Masken erfordern.
Eine weitere Möglichkeit, die Strukturauflösung gegenüber herkömmlichen Masken zu erhöhen, wird in der Schrift US 154097891 A vorgestellt. Darin werden transparente Phasenmasken und transluzente, d.h. teilweise strahlungsdurchlässige Phasenmasken miteinander kombiniert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine photolithographische Maske bereitzustellen, welche die beschriebenen Probleme vermindert bzw. ganz vermeidet und welche insbesondere in der Lage ist, sowohl dicht gepackte Strukturen als auch isolierte Strukturen mit einer hohen Auflösung und hohem Prozeßfenster in die Photoresistschicht zu übertragen.
Diese Aufgabe wird von der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 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 eine photolithographische Maske zur Bestrahlung von strahlungsempfindlichen Resistschichten auf Halbleitersubstraten bereitgestellt, wobei die Maske

a) zumindest ein strahlungsdurchlässiges Substrat und zumindest eine die Phase der Strahlung verschiebende Schicht aufweist, und
b) in der die Phase der Strahlung verschiebenden Schicht Öffnungen vorgesehen sind, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, daß beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Öffnungen jeweils eine Phasendifferenz erzeugt wird, und
c) in der die Phase der Strahlung verschiebenden Schicht Hauptöffnungen so ausgebildet sind, daß das durch die Hauptöffnungen gebildete Muster bei einer Bestrahlung in die Resistschicht übertragen wird, und Hilfsöffnungen angeordnet sind, die so ausgebildet sind, daß das durch die Hilfsöffnungen gebildete Muster bei einer Bestrahlung nicht in die Resistschicht übertragen wird, wobei beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hilfsöffnung und ihre benachbarte Hauptöffnungen eine Phasendifferenz erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße photolithographische Maske basiert auf einer Kombination einer Halbtonphasenmaske und einer alternierenden Phasenmaske derart, daß beim Durchtritt der Strahlung durch einige der Öffnungen jeweils zwischen benachbarten Öffnungen eine Phasendifferenz erzeugt wird sowie die Umgebung der Öffnungen teildurchlässig ist und die Phase der Strahlung verschiebt. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden zwei Öffnungen als benachbart bezeichnet, wenn es bei der Strahlung, die durch die zwei Öffnungen tritt, zu wesentlichen Interferenzeffekten kommt. Diese sind ähnlich wie die einer herkömmlichen, alternierenden PSM, so daß eine Verdoppelung der Auflösung gegenüber einer COG-Maske erzielt wird. Außerdem können mit derselben Maske auch isolierte oder halbisolierte Maskenspalte mit dem Halbtonabsorber (auch) abgebildet werden; kleine Phasenassiststrukturen sind nicht notwendig. Somit können die Vorteile von alternierenden Phasenmasken und Halbtonphasenmasken auf einer Maske realisiert werden und dementsprechend ergeben sich mit der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske deutlich vergrößerte Prozeßfenster für den eigentlichen Lithographieprozeß. Insbesondere können diese Vorteile mit nur einem Absorbermaterial erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske ist die Größe der Öffnungen an die Phase der die Öffnungen passierenden Strahlung angepaßt.
Gemäß der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske sind in der die Phase der Strahlung verschiebenden Schicht Hauptöffnungen, die so ausgebildet sind, daß das durch die Hauptöffnungen gebildete Muster bei einer Bestrahlung in die Resistschicht übertragen wird, und Hilfsöffnungen vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß das durch die Hilfsöffnungen gebildete Muster bei einer Bestrahlung nicht in die Resistschicht übertragen wird, wobei beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hilfsöffnung und ihre benachbarte Hauptöffnungen eine Phasendifferenz erzeugt wird.
Die erfindungsgemäße photolithographische Maske sieht die Anwendung von Hilfsöffnungen zusätzlich zu den eigentlichen, die Struktur bestimmenden Hauptöffnungen vor. Dabei weisen die Hilfsöffnungen einen an die benachbarten Öffnungen angepaßten Phasenhub auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Hilfsöffnungen einen Phasenhub von 0° auf. Um noch genügend Licht durch diese Hilfsöffnungen zu transferieren, müssen diese relativ breit im Verhältnis zur Hauptstruktur hergestellt werden. Dies verringert die Anforderung an die Maskentechnik entscheidend. Mit den Hilfsöffnungen ist es möglich, eine deutliche Verbesserung des Luftbildkontrastes vor allem außerhalb der Bildebene zu erzielen und damit eine deutlich vergrößerten Schärfentiefe zu gewährleisten.
Die Anwendung dieser Hilfsöffnungen führt nochmals zu einer deutlichen Vergrößerung des Prozeßfensters insbesondere im Fall von isolierten bzw. halb-isolierten Strukturen sowie einer Reduzierung des Unterschiedes in den Linienbreiten zu dicht gepackten Strukturen. Die Hauptöffnungen haben häufig eine rechteckige Form, wobei die Hauptöffnungen in der Regel deutlich länger als breit sind. In diesem Fall werden die Hilfsöffnungen bevorzugt parallel zu den eigentlichen Hauptöffnungen ausgebildet.
Weiterhin hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske die Hilfsöffnungen deutlich größer als im Stand der Technik, insbesondere als bei Halbton-Dunkelfeldmasken, ausgebildet werden können, ohne daß die Hilfsöffnungen in die Lackschicht übertragen werden. Hierbei wird die Maske so insbesondere realisiert, dass den Hauptstrukturen die Phase 180°, den Hilfsstrukturen die Phase 0° und dem Licht, das durch den Absorber strahlt die Phase 180° zugeordnet wird. Aufgrund der deutlich erhöhten Größe der Hilfsöffnungen kann die erfindungsgemäße Maske auch deutlich einfacher kontrolliert und inspiziert werden, was bei herkömmlichen Masken häufig zu Problemen führte. Insbesondere können bei der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske die Hilfsöffnungen genauso groß wie Hauptöffnungen ausgebildet werden. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hauptöffnung und beim Durchtritt der Strahlung durch die die Phase der Strahlung verschiebende Schicht keine Phasendifferenz erzeugt wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn zu einer halb-isolierten Hauptöffnung zumindest eine Hilfsöffnung vorgesehen ist. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird eine Hauptöffnung als halb-isoliert bezeichnet, wenn sie nur in einer Richtung eine benachbarte Hauptöffnung aufweist. Bei einer halb-isolierten Hauptöffnung ist daher zumindest eine Hilfsöffnung vorgesehen, welche die „fehlende" benachbarte Hauptöffnung in der Gegenrichtung ersetzt.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn zu einer isolierten Hauptöffnung zumindest zwei Hilfsöffnungen vorgesehen sind. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird eine Hauptöffnung als isoliert bezeichnet, wenn sie keine benachbarte Hauptöffnung aufweist. Bei einer isolierten Hauptöffnung sind daher zumindest zwei Hilfsöffnungen vorgesehen, welche die „fehlenden" benachbarten Hauptöffnungen ersetzen.
Gemäß der erfindungsgemäßen photolithographische Maske wird beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Öffnungen jeweils eine Phasendifferenz von 180° erzeugt. Somit wird beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hilfsöffnung und ihre benachbarte Hauptöffnung oder ihre benachbarte Hilfsöffnung eine Phasendifferenz von 180° erzeugt.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Öffnungen (Hauptöffnungen und/oder Hilfsöffnungen) ein gitterartiges Muster bilden. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Hilfsöffnungen in einem Abstand, der etwa die Periode des Gitters beträgt, von der benachbarten Hauptöffnung angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine photolithographische Maske nach Stand der Technik,
2 eine weitere photolithographische Maske nach Stand der Technik,
3 eine weitere photolithographische Maske nach Stand der Technik,
4 eine photolithographische Maske gemäß eines Vergleichbeispieles,
5 schematisch einen Schnitt entlang der Linie A-A in 4,
6 eine photolithographische Maske gemäß eines Vergleichbeispieles,
7 eine photolithographische Maske gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 schematisch einen Schnitt entlang der Linie A-A in 7, und
4 zeigt schematisch eine photolithographische Maske gemäß eines Vergleichbeispieles. Das in 4 gezeigte Vergleichbeispiel weist ein strahlungsdurchlässiges Substrat 11, beispielsweise aus Glas, und eine zu einem gewissen Prozentsatz strahlungsdurchlässige Schicht 15 auf, welche auf das Substrat 11 aufgebracht ist und die Phase der durch sie hindurchtretenden Strahlung um einen vorgegebenen Betrag verschiebt. Als Material für die Halbtonschicht 15 kann beispielsweise MoSi_zO_xN_y eingesetzt werden.
Die Maske besitzt eine Gruppe von 5 Hauptöffnungen 13 bzw. 14, die regelmäßig und relativ dicht aneinander angeordnet sind, sowie weitgehend isolierte Hauptöffnungen 18. Die Hauptöffnungen sind dabei jeweils als Öffnungen in der Halbtonschicht 15 vorgesehen. Weiterhin sind die Hauptöffnungen 13 bzw. 14 so ausgebildet, daß beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Hauptöffnungen 13, 14 jeweils eine Phasendifferenz erzeugt wird. Bei dem vorliegenden Vergleichbeispiel wird diese Phasendifferenz, bevorzugt 180°, durch eine entsprechende Vertiefung des Substrats 11 im Bereich der Öffnungen 13 erzeugt (siehe 5).
Die Maske besitzt somit die Vorteile einer Halbtonphasenmaske für die isolierten und die nicht besonders dicht gepackten Hauptöffnungen 18 und die Vorteile einer alternierenden Phasenmaske für die dicht gepackten Hauptöffnungen 13, 14. Die Maske ist dabei so ausgebildet, daß kein Chrom im abbildenden Bereich vorhanden ist, d.h. alle absorbierenden Bereiche der Maske bestehen aus Halbtonmaterial, wodurch die Maskenherstellung und – inspektion deutlich vereinfacht ist. Das schließt nicht aus, dass in einigen Bereichen der Maske, z. B. im Ritzrahmen oder an dessen Außenrand noch Cr vorhanden ist.
6 zeigt einen Ausschnitt einer photolithographischen Maske gemäß eines Vergleichbeispieles. Die Maske dient der Erzeugung von Kontaktlöchern, die einen Durchmesser von 180 nm und einen Mitte zu Mitte Abstand („Pitch") von 360 nm (jeweils bezogen auf den Wafer) aufweisen. Gleichzeitig ist in 6 eine entsprechende Intensitätsverteilung für eine Belichtung mit λ = 248 nm, NA = 0,68 und σ = 0,5 gezeigt (σ ist ein Maß für Inkohärenz der Belichtung). Die Hauptöffnungen 14 weisen dabei eine Größe von 220 × 220 nm, eine Phase von 0° und eine Transmission von 100% auf. Die Hauptöffnungen 13 weisen eine Größe von 160 × 160 nm, eine Phase von 180° und eine Transmission von 100% auf. Die übrigen Bereiche (Halbtonmaterial 15) besitzen eine Phase von 180° und eine Transmission von 5,5%.
Bei der Belichtung ergibt sich für die Hauptöffnung 13 ein Dosisspielraum von etwa 10% bei einem Fokusspielraum von etwa 0,5 μm. Für die Hauptöffnung 13 ergibt sich ein Dosisspielraum von etwa 23%. Gegenüber einer reinen Halbtonphasenmaske hat die erfindungsgemäße Maske mehr als eine Verdopplung des Prozeßfenster für den eigentlichen Lithographieprozeß zur Folge.
7 zeigt eine photolithographische Maske gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 7 gezeigte Ausführungsform weist wiederum ein strahlungsdurchlässiges Substrat 11, beispielsweise aus Glas, und eine zu einem gewissen Prozentsatz strahlungsdurchlässige Schicht 15 auf, welche auf das Substrat 11 aufgebracht ist und die Phase der durch sie hindurchtretenden Strahlung um 180° verschiebt. Die Maske besitzt wiederum eine Gruppe von 5 Hauptöffnungen 13 bzw. 14, die regelmäßig und relativ dicht aneinander angeordnet sind, sowie weitgehend isolierten Hauptöffnungen 19. Weiterhin sind die Hauptöffnungen 13 bzw. 14 so ausgebildet, daß beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Hauptöffnungen 13, 14 jeweils eine Phasendifferenz von 180° erzeugt wird.
Parallel zu den äußeren Hauptöffnungen 13 ist jeweils eine Hilfsöffnung 16 angeordnet, wobei der Phasenhub sich von der benachbarten Hauptöffnung um 180° unterscheidet. Die Hilfsöffnungen 16 bewirken, daß die halb-isolierten äußeren Hauptöffnungen 14 mit deutlich höherem Luftbildkontrast abgebildet werden und das Belichtungsverfahren ein deutlich verbessertes lithographisches Prozeßfenster aufweist. Trotz der Tatsache, daß die Hilfsöffnungen 16 die gleiche Größe wie die Hauptöffnungen 13, 14 aufweisen, werden die Hilfsöffnungen 16 nicht in die Resistschicht übertragen.
Die isolierten Hauptöffnungen 19 werden hingegen auf allen Seiten durch Hilfsöffnungen 17 unterstützt. Die parallel zu den Hauptöffnungen 19 ausgerichteten Hilfsöffnungen 17 besitzen ebenfalls die gleiche Größe wie die Hauptöffnungen 19. Sie werden aber trotz ihrer Größe nicht die Resistschicht übertragen. Die Phasenbeziehungen in der Umgebung der isolierten Hauptöffnungen 19 sind dabei so gewählt, daß beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hauptöffnung 19 und beim Durchtritt der Strahlung durch die Halbtonschicht 15 keine Phasendifferenz erzeugt wird. Hingegen tritt beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hauptöffnung 19 und beim Durchtritt der Strahlung durch die entsprechende Hilfsöffnungen 17 eine Phasendifferenz von 180° auf. Dies wird beispielsweise wiederum durch entsprechende Vertiefungen im Glassubstrat im Bereich der Hauptöffnungen 19 erreicht (siehe 8).
Die Anwendung dieser Hilfsöffnungen führt nochmals zu einer deutlichen Vergrößerung des Prozeßfensters insbesondere im Fall von isolierten bzw. halb-isolierten Strukturen sowie einer Reduzierung des Unterschiedes in den Linienbreiten zu dicht gepackten Strukturen. Weiterhin lassen sich durch die Hilfsöffnungen die Hauptöffnungen über einen deutlich größeren Bereich der Defokussierung in guter Qualität abbilden. Die ist insbesondere dann wichtig, wenn auf dem Substrat keine vollständig ebene Oberfläche vorhanden ist und somit nicht auf alle Bereiche der Oberfläche gleichzeitig fokussiert werden kann. Aufgrund der deutlich erhöhten Größe der Hilfsöffnungen kann die erfindungsgemäße Maske auch deutlich einfacher kontrolliert und inspiziert werden, was bei herkömmlichen Masken häufig zu Problemen führte. Insbesondere können bei der erfindungsgemäßen photolithographischen Maske die Hilfsöffnungen genauso groß wie Hauptöffnungen ausgebildet werden.

Claims

Photolithographische Maske zur Bestrahlung von strahlungsempfindlichen Resistschichten auf Halbleitersubstraten, wobei die Maske a) zumindest ein strahlungsdurchlässiges Substrat und zumindest eine die Phase der Strahlung verschiebende Halbtonschicht (15) aufweist, und b) in der die Phase der Strahlung verschiebenden Halbtonschicht (15) Öffnungen (13, 14, 16, 17) angeordnet sind, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, daß beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Öffnungen (13, 14, 16, 17) jeweils eine Phasendifferenz erzeugt wird; und c) in der die Phase der Strahlung verschiebenden Halbtonschicht (15) Hauptöffnungen (13, 14) so ausgebildet sind, daß das durch die Hauptöffnungen (13, 14) gebildete Muster bei einer Bestrahlung in die Resistschicht übertragen wird, und Hilfsöffnungen (16, 17) angeordnet sind, die so ausgebildet sind, daß das durch die Hilfsöffnungen (16, 17) gebildete Muster bei einer Bestrahlung nicht in die Resistschicht übertragen wird, wobei beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hilfsöffnung (16, 17) und ihre benachbarte Hauptöffnung (13, 14) eine Phasendifferenz erzeugt wird.
Photolithographische Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnungen (13, 14, 16, 17) an die Phase der die Öffnungen (13, 14, 16, 17) passierenden Strahlung angepaßt ist.
Photolithographische Maske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hauptöffnung (13, 14) und beim Durchtritt der Strahlung durch die die Phase der Strahlung verschiebende Halbtonschicht (15) keine Phasendifferenz erzeugt wird.
Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchtritt der Strahlung durch eine Hilfsöffnung (16, 17) ein Phasenhub von 0° und beim Durchtritt der Strahlung durch die Halbtonschicht (15) ein Phasenhub von 180° erzeugt wird.
Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer halb-isolierten Hauptöffnung (13, 14) zumindest eine Hilfsöffnung (16, 17) angeordnet ist.
Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer isolierten Hauptöffnung (13, 14) zumindest zwei Hilfsöffnungen (16, 17) angeordnet sind.
Photolithographische Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Öffnungen (13, 14, 16, 17) jeweils eine Phasendifferenz von 180° erzeugt wird.
Photolithographische Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Hauptöffnungen (13, 14) und/oder die Hilfsöffnungen (16, 17) ein gitterartiges Muster bilden.
Photolithographische Maske nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsöffnungen (16, 17) in einem Abstand, der die Periode des Gitters beträgt, von der benachbarten Hauptöffnung angeordnet sind.
Photolithographische Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Phase der Strahlung verschiebende Halbtonschicht (15) eine Strahlungstransmission von 3% bis 10% aufweist.