DE10164306A1

DE10164306A1 - Doppelbelichtung mit abbildenden Hilfstrukturen und verschiedenen Belichtungstools

Info

Publication number: DE10164306A1
Application number: DE10164306A
Authority: DE
Inventors: Christoph Noelscher; Armin Semmler; Guenther Czech
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2021-12-29
Also published as: US7011936B2; DE10164306B4; US20030143470A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung von Fotoresists sowie eine Fotomaske, die sich insbesondere für die Durchführung des Verfahrens eignet. Die Fotomaske enthält neben einer abzubildenden Hauptstruktur noch eine abbildende Hilfsstruktur, welche die Abbildung der Hauptstruktur verbessert. Die Abschnitte der abbildenden Hilfsstruktur im Fotoresist werden in einem zweiten Belichtungsschritt belichtet und damit ebenfalls in eine in einem Entwickler lösliche Form überführt. Nach der Entwicklung verbleibt nur die Hauptstruktur auf dem Substrat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung von Fotoresists, sowie eine Fotomaske, die sich insbesondere für die Durchführung des Verfahrens eignet.
Der wirtschaftliche Erfolg in der Halbleiterindustrie wird wesentlich von einer weiteren Reduzierung der minimalen Strukturgröße beeinflusst, die sich auf einem Mikrochip darstellen lässt. Eine Reduzierung der minimalen Strukturgröße ermöglicht eine Erhöhung der Rechengeschwindigkeit von Prozessoren sowie eine Erhöhung der Speicherkapazität von Speicherbausteinen. Ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung der minimalen Strukturgröße wird durch die Verwendung von Strahlung mit immer kürzerer Wellenlänge bei der optischen Lithographie erreicht. Gegenwärtig werden für die industrielle Herstellung von Mikrochips, welche höchste Anforderungen an Rechengeschwindigkeit und Speicherkapazität erfüllen, Wellenlängen von 248 nm (KrF-Laser) und 193 nm (ArF-Laser) verwendet. Verfahren, welche noch geringere Wellenlängen von 157 nm bzw. 13 nm verwenden, befinden sich in der Entwicklung. Bei einer gegebenen Wellenlänge lässt sich die Leistungsfähigkeit des Mikrochips durch eine Optimierung des Maskendesigns, also durch eine möglichst dichte Anordnung der Strukturelemente, sowie durch eine Optimierung der Belichtungsvorrichtung weiter steigern.
Die Herstellung eines Mikrochips erfolgt in der Weise, dass ausgehend von einem Siliziumwafer zunächst eine dünne Schicht eines fotoempfindlichen Lacks, eines sogenannten Fotoresists, auf den Wafer aufgetragen wird. Diese Lackschicht wird anschließend mit Hilfe einer im Strahlengang angeordneten Fotomaske belichtet, welche alle Informationen über die abzubildende Struktur enthält. Durch die Belichtung erfährt der Fotoresist eine chemische Veränderung. Beispielsweise kann sich durch die Belichtung die Polarität des Fotoresists und damit auch seine Löslichkeit in einem polaren Entwickler verändern. In den unbelichteten Bereichen bleibt der Fotoresist dagegen unverändert und damit im Entwickler unlöslich. Durch die Belichtung erfolgt also eine chemische Modifikation des Fotoresists und damit eine Differenzierung zwischen belichteten und unbelichteten Abschnitten des Fotoresists. Wird der belichtete Fotoresist nun mit einem Entwickler entwickelt, so werden die belichteten Abschnitte des Fotoresists abgelöst, während die unbelichteten Abschnitte auf dem Wafer verblieben. Es entstehen also Gräben bzw. Vertiefungen, an deren Grund die Waferoberfläche frei liegt. Die dargestellte Struktur kann nun zum Beispiel durch Ätzen in den Wafer übertragen werden, um Vertiefungen für den Aufbau eines Deep-Trench-Kondensators zu erzeugen. Die Gräben können aber auch beispielsweise mit einem leitfähigen Material gefüllt werden, um auf diese Weise Leiterbahnen zu erzeugen. Nach ggf. weiteren Arbeitsschritten wird die Lackmaske wieder entfernt. Auf diese Weise erfolgt ein schichtweiser Aufbau des Mikrochips.
Die für die Strukturierung des Fotoresists erforderliche Information ist in der Fotomaske enthalten, welche im Strahlengang zwischen Belichtungsquelle, im Allgemeinen ein Laser, und dem Fotoresist angeordnet ist. Im einfachsten Fall entspricht die Fotomaske einem Abbild der abzubildenden Struktur, wobei die zu belichtenden Bereiche transparent sind und die nicht zu belichtenden Bereiche von einem Absorber bedeckt werden. Eine derartige Fotomaske ist beispielsweise eine COG-Maske (COG = Chrome on glass).
An den transparenten Öffnungen der Fotomaske wird der Stahl der Belichtungsstrahlung gebeugt, sodass stets neben dem Hauptmaximum auch Nebenmaxima auf dem Fotoresist abgebildet werden. Da die Intensität der Nebenmaxima mit steigender Ordnung rasch abnimmt, muss im Allgemeinen nur das erste Nebenmaximum berücksichtigt werden. Die Intensität des Nebenmaximums ist meist ausreichend gering, um keine chemische Veränderung im Fotoresist zu bewirken, die bei der Entwicklung zu einer Ablösung des Fotoresists führt. Nimmt man nun anstelle einer isolierten Struktur, beispielsweise einer Linie, zwei benachbarte Linien, so beeinflussen sich die im Fotoresist abgebildeten Maxima der Linien gegenseitig mit abnehmendem Abstand. Wird der Abstand weiter verringert, addieren sich schließlich die Intensitäten benachbarter Nebenmaxima, sodass gegebenenfalls die Intensität ausreichend hoch ist um eine chemische Veränderung des Fotoresists zu bewirken, sodass die von den Nebenmaxima belichteten Abschnitte bei der Entwicklung abgelöst werden. In diesem Fall ist also der Kontrast zwischen benachbarten Linien nicht mehr ausreichend um eine fehlerfreie Abbildung der Struktur zu erreichen.
Nahe der Auflösungsgrenze wird bei senkrechter Belichtung der Fotomaske nur das Hauptmaximum (0. Ordnung) sowie die 1. Nebenmaxima abgebildet. Im Fall einer hellen Linie wird als Hauptmaximum die Linie selbst abgebildet. Beidseitig der Linie des Hauptmaximums werden die Nebenmaxima 1. Ordnung (+1. und -1. Ordnung) abgebildet. Zur Verbesserung der Auflösung kann die Fotomaske schräg belichtet werden, die Belichtungsquelle also aus der Flächennormalen verschwenkt werden. Der Lichtstrahl trifft nach Durchtritt durch die Fotomaske in einem schrägen Winkel auf die Oberfläche des Fotoresists, weshalb auch nur mehr eines der Nebenmaxima abgebildet wird, während das andere nicht mehr auf der Oberfläche fokussiert wird.
Um den Kontrast und die Tiefenschärfe der abzubildenden Strukturen zu verbessern sind ferner Fotomasken entwickelt worden, bei denen die Phasenverhältnisse zwischen benachbarten abgebildeten Strukturen gezielt beeinflusst werden. Dazu wird in einer zweiten Ebene der Fotomaske in den transparenten Bereichen benachbarter Linien jeweils eine Linie mit einem Phasenschieber versehen, durch welchen die Richtung des elektrischen Feldes einer senkrecht einfallenden ebenen Welle invertiert wird. Die Phase des auf den Fotoresist auftreffenden Lichts ist daher zwischen benachbarten Linien um 180° phasenverschoben. In Folge destruktiver Interferenz nimmt daher die Intensität des zwischen den benachbarten Hauptmaxima angeordneten Nebenmaximums ab bzw. erfolgt bei idealen Bedingungen eine Auslöschung des Nebenmaximums. Dadurch erhöht sich der Kontrast zwischen den abgebildeten benachbarten Linien. Voraussetzung für den Phasenmaskeneffekt ist, dass der Abstand zwischen den Öffnungen so klein ist, dass sich die Beugungsfiguren überlappen. Dies ist nur für Abstände im Bereich ≤ der Grenzauflösung signifikant. Fotomasken, bei denen ausgehend von konventionellen Masken benachbarte Maskenöffnungen alternierend entweder mit einem Phasenschieber versehen werden bzw. nicht versehen werden, werden als alternierende Phasenschiebermasken (altPSM) bezeichnet. Basis bleibt also eine konventionelle Maske mit nicht-transparenten Bereichen. Die hell/dunkel Maskenstrukturen und die im Fotolack zu erzeugenden Strukturen sind einander ähnlich.
Eine Reduktion der Weite absorbierender Strukturen auf der altPSM führt zu verstärkten Interferenzeffekten. Im Extremfall sind die Öffnungen auf der Maske durch keinen Absorber getrennt. Der verbleibende Phasensprung von 180°, d. h. der Nulldurchgang der Amplitude des elektrischen Feldes, wird als feine dunkle Linie abgebildet. Die Intensitätsverteilung dieser Linie ist ca. halb so weit, wie sie mit einer konventionellen COG-Maske abgebildet werden kann. Bildet man den Phasensprung als Mäander aus, dann können auch breitere Linien erzeugt werden, solange die Mäanderstruktur feiner ist als die Grenzauflösung des Objektivs der Belichtungsvorrichtung.
Eine weitere Klasse von Phasenschiebermasken sind die sogenannten Halbton-Phasenschiebermasken (HTPSM). Hierbei handelt es sich um Masken mit gleichmäßig teildurchlässigen Absorbern, wobei das Licht, das die volltransparenten Bereiche durchstrahlt, mit einer um 180° anderen Phase aus der Maske austritt als Licht, das die teiltransparenten Bereiche durchquert. Eine Abbildung wird dadurch erzielt, dass die Halbtonbereiche gerade soviel Licht absorbieren, dass im Fotoresist keine merkliche chemische Veränderung eintritt. Der Phasensprung erzwingt auch hier einen Nulldurchgang der Lichtamplitude und destruktive Interferenz unscharf abgebildeten Lichts im Kantenbereich.
Wechselt die elektrische Feldstärke durch einen Phasenschieber an jeder 2. Öffnung ihr Vorzeichen, so ist bei einer Fourierzerlegung die Grundfrequenz der räumlichen elektrischen Feldverteilung halb so groß wie die Grundfrequenz der Lichtintensität. Diese Verdopplung der Ortsfrequenz, die sich als abgebildete Intensität im Fotolack niederschlägt und eine Verbesserung der Auflösung bis zu maximal dem Faktor 2 bewirkt, führt zur Klasse der frequenzverdoppelnden Phasenschiebermasken, wozu die alternierenden und die chromlosen alternierenden PSM gehören. Die elektrische Feldverteilung bei Halbtonphasenmasken führt im periodischen Gitter nicht zu einer Ortsfrequenzverdopplung der Intensität und damit auch nicht zu einer entsprechend großen Verbesserung der Auflösung, sondern wegen des durch den Phasensprung erzwungenen Nulldurchgangs der Intensität zu einer Verbesserung des Kantenkontrastes.
Der Abstand benachbarter Strukturen beeinflusst nicht nur die Intensität des zwischen zwei hellen Linien angeordneten Nebenmaximums sondern auch die Breite des Hauptmaximums bzw. die Steigung der Flanken des Hauptmaximums. Wird eine isolierte Linie auf dem Fotoresist abgebildet, weist ihr Hauptmaximum eine bestimmte Breite und eine bestimmte Steigung auf. Wird nun der Abstand zu einer benachbarten Linie verringert, so interferieren nicht nur die Nebenmaxima der Linien, wie oben beschrieben, sondern auch das Hauptmaximum der einen Linie mit dem Nebenmaximum der anderen Linie. Als Folge nimmt die Breite des Hauptmaximums ab und die Steigung der Flanken des Hauptmaximums zu. Strukturen, deren Abstand der Auflösungsgrenze des Objektivs der Belichtungsvorrichtung entspricht, werden als dichte Strukturen bezeichnet. Bei diesen dichten Strukturen weisen also die belichteten und unbelichteten Bereichen, die später den Gräben bzw. Stegen im entwickelten Fotoresist entsprechen, die minimal mögliche Breite auf. Die Summe der Breiten von belichtetem und benachbartem unbelichteten Bereich werden als "pitch" bezeichnet. Bei dichten Strukturen ist der Effekt der Flankenversteilung bzw. der Reduzierung der Linienbreite am stärksten ausgeprägt. Beim Design der Fotomaske versucht man daher alle Elemente des Mikrochips so anzuordnen, dass nach Möglichkeit nur dichte Strukturen erhalten werden. Dies ist jedoch nicht immer möglich, sodass neben den dichten Strukturen immer auch isolierte Strukturen in Kauf genommen werden müssen, sowie ein Übergangsbereich sogenannter halbdichter Strukturen, bei welchen der Einfluss benachbarter Strukturen zwar merkbar ist, jedoch nicht so ausgeprägt wie bei dichten Strukturen.
Um auch bei isolierten Strukturen Hauptmaxima mit steilen Flanken und vergleichbarer Breite wie bei dichten Strukturen zu erhalten ist in der US 5,242,770 vorgeschlagen worden, neben den abzubildenden isolierten Strukturen Hilfsstrukturen anzuordnen, welche Abmessungen aufweisen, die unter der Auflösungsgrenze der verwendeten Belichtungsvorrichtung liegen und deshalb nicht auf dem Fotoresist abgebildet werden. Diese nicht abbildenden Strukturen interferieren mit dem Hauptmaximum der abbildenden Struktur und führen so zu einer Versteilung der Flanke und letztendlich zu einer steileren Flanke der im Fotoresist erzeugten Gräben. Dies gilt auch für dunkle Hauptstrukturen, wobei die Flanke der Lichtintensität an den Hauptstrukturen durch Nebenmaxima versteilt werden. Der Effekt ist abhängig von der Breite der nicht abbildenden Hilfsstrukturen. In diesem Patent wurde die optimale Breite der nicht abbildenden Hilfsstrukturen empirisch bestimmt und entspricht ca. einem Fünftel der minimalen Strukturgröße. Die maximal zulässige Breite der nichtabbildenden Hilfsstrukturen wurde empirisch zu etwa einem Drittel der Wellenlänge der für die Belichtung verwendeten Strahlung bestimmt. Um die gewünschten Interferenzen zu erhalten, muss die nicht abbildende Strukturen in einem bestimmten Abstand zur abbildenden Struktur angeordnet sein, der beispielsweise durch die Breite der abbildenden Struktur und die verwendete Wellenlänge bedingt ist. Der optimale Abstand zwischen abbildender und nicht-abbildender Struktur wurde empirisch bestimmt und beträgt das ca. 1,1-fache der minimalen Strukturgröße. Dadurch unterliegt die Anordnung benachbarter Strukturen in Bezug auf ihren Abstand strengen Regeln. Dies führt bei halbdichten Strukturen zu Beschränkungen im Fotomaskendesign. Zwischen zwei benachbarten abbildenden Strukturen kann eine nicht abbildende Struktur angeordnet sein, die jeweils einen bestimmten Abstand zu den benachbarten abbildenden Strukturen einnimmt. Wird der Abstand vergrößert, können erst dann zwei nicht abbildende Hilfsstrukturen zwischen benachbarten abbildenden Strukturen angeordnet werden, wenn einerseits abbildende und nichtabbildende Struktur in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind und der Abstand zwischen den beiden nichtabbildenden Strukturen ebenfalls einen bestimmten minimalen Abstand nicht unterschreitet, da sonst die nicht abbildenden Strukturen beginnen auf dem Fotoresist abgebildet zu werden.

Um diese strengen Abstandsregeln zu überwinden und auch beim Design halbdichter Strukturen größere Freiheiten zu erhalten ohne auf den Effekt einer Versteilung der Flanken verzichten zu müssen, ist in der US 5,821,014 vorgeschlagen worden, bestimmte Abweichungen im Abstand zwischen abbildender und nicht-abbildender bzw. zwischen zwei nicht abbildenden Strukturen zuzulassen. Der minimale Abstand zwischen abbildender und nicht-abbildender Struktur bzw. zwischen zwei nicht abbildenden Strukturen ist dabei von der Wellenlänge der für die Belichtung verwendeten Strahlung abhängig und kann bis auf 75% der Wellenlänge abnehmen. Weiterhin werden auch Änderungen in der Breite von abbildenden und nichtabbildenden Strukturen zugelassen. Je nach Abstand zwischen benachbarten Strukturen ähneln halbdichte Strukturen eher dichten Strukturen oder isolierten Strukturen. Durch eine Variation von Linienbreite der nicht abbildenden Hilfsstruktur, des Abstandes zwischen abbildender Struktur und nichtabbildender Struktur sowie der Linienbreite der abbildenden Struktur wird die halbdichte Struktur möglichst nahe an eine dichte Struktur angenähert. Für die Variation der oben genannten Parameter sind dabei jeweils Bereiche definiert, innerhalb derer ein möglichst guter Kompromiss gefunden werden muss. Als weitere Möglichkeit wird die Verwendung von nichtabbildenden Halbton-Hilfsstrukturen beschrieben. Dabei besitzen die nicht-abbildenden Hilfsstrukturen zwar die empirisch oder simulatorisch ermittelte optimale Breite, sind aber nicht als durchgehende sondern als unterbrochene Linien gestaltet. Durch die Strichlänge und den Abstand zwischen den Strichen lässt sich dann die wirksame Breite der nichtabbildenden Hilfsstruktur verringern.

Durch das in der US 5,821,014 beschriebene Verfahren lässt sich die Abbildung halbdichter Strukturen zwar verbessern, allerdings müssen meist im Übergangsbereich bei Abständen, die gerade nur eine nicht abbildende Hilfsstruktur zwischen den abbildenden Hauptstrukturen zulassen, verbotene Zonen im Design definiert werden, da für diese Abstände nur geringe Prozessfenster möglich sind, d. h. nur sehr geringe Schwankungen zugelassen werden können, um die gewünschten Effekte zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Strukturierung von Fotoresists zur Verfügung zu stellen, mit dem auch halbdichte Strukturen mit einer vergleichbaren Qualität der Abbildung abgebildet werden können, wie dichte Strukturen.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Strukturierung von Fotoresists, wobei ein Fotoresist auf einem Substrat bereitgestellt wird, eine erste Belichtung durchgeführt wird, wobei der Fotoresist mit einer ersten Fotomaske belichtet wird, welche eine Hauptstruktur und eine abbildende Hilfsstruktur, welche die Abbildung der Hauptstruktur verbessert, auf den Fotoresist abbildet, sodass eine chemische Differenzierung des Fotoresists zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen erfolgt, und anschließend eine zweite Belichtung mit einer zweiten Fotomaske durchgeführt wird, welche die abbildende Hilfsstruktur auf dem Fotoresist abbildet und die Hauptstruktur nicht auf dem Fotoresist abbildet, sodass nur in den abgebildeten Abschnitten der abbildenden Hilfsstruktur eine chemische Modifikation des Fotoresists erfolgt, und der Fotoresist mit einem Entwickler entwickelt wird, sodass nur die Hauptstruktur auf dem Substrat erhalten bleibt.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Verfahren, bei denen nur nicht abbildende Strukturen als Hilfsstrukturen zugelassen sind, werden beim erfindungsgemäßen Verfahren auch abbildende Strukturen zugelassen, welche dann mit Hilfe einer Zweitbelichtung entfernt werden bzw. in eine in einem Entwickler lösliche Form überführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert daher vor allem die Abbildung von halbdichten Strukturen, bei denen der Abstand zwischen benachbarten abbildenden Hauptstrukturen so groß ist, dass nach den oben beschriebenen Verfahren eine nicht abbildende Struktur zwischen den Hauptstrukturen angeordnet werden kann, der Abstand aber noch nicht so groß ist, dass auch eine zweite nicht abbildende Hilfsstruktur Platz findet. Ausgehend von dem in der US 5,242,770 vorgeschlagenen Verfahren wird bei halbdichten Strukturen die Breite der zwischen den abbildenden Hauptstrukturen angeordneten nicht abbildenden Hilfsstruktur also soweit vergrößert, dass jeweils der optimale Abstand zwischen Haupt- und Hilfsstruktur erhalten wird, wobei die nicht abbildende Hilfsstruktur in eine abbildende Hilfsstruktur übergeht. Das optimale Design wird dabei mittels Simulationswerkzeugen ermittelt, sodass eine gute CD-Kontrolle bei der Abbildung erreicht wird (CD = Critical Dimension) Man muss also bei halbdichten Strukturen keinen Kompromiss hinsichtlich der Abstände und der Linienbreiten von abbildenden und nicht abbildenden Strukturen mehr eingehen, um eine Flankensteilheit zu erreichen, die annähernd der Kantensteilheit von dichten Strukturen entspricht, sondern erhält stets die optimale Steigung der Flanke. Mit anderen Worten wird beim erfindungsgemäßen Verfahren also die halbdichte Hauptstruktur durch eine abbildende Hilfsstruktur zu einer dichten Struktur ergänzt, wobei nach der Abbildung im Fotoresist die abbildenden Hilfsstrukturen mit Hilfe eines zweiten Belichtungsschritts entfernt werden.

Wird ein positiver, chemisch verstärkter Fotoresist verwendet, wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt, dass zunächst eine Schicht des Fotoresists auf einem Wafer aufgebracht wird, wobei in den Wafer auch bereits in vorhergehenden Prozessschritten elektronische Bauelemente integriert worden sein können. Der mit dem Fotoresist versehene Wafer wird dann in eine Belichtungsvorrichtung überführt und zwischen Belichtungsquelle und Fotoresist eine Fotomaske im Strahlengang angeordnet, welche eine dunkle abbildende Hauptstruktur und eine dunkle abbildende Hilfsstruktur umfasst. Bei der Belichtung werden die der Hauptstruktur und der abbildenden Hilfsstruktur entsprechenden Bereiche auf dem Fotoresist abgeschattet und werden daher nicht belichtet. Der Fotoresist bleibt in diesen Abschnitten unverändert. In den anderen Bereichen, insbesondere in den Abschnitten zwischen Haupt- und abbildender Hilfsstruktur trifft die Strahlung auf den Fotoresist und bewirkt dort eine Veränderung in der Struktur oder der Zusammensetzung des Fotoresists. Beispielsweise kann in den belichteten Bereichen aus einem im Fotoresist enthaltenen Fotosäurebildner Säure freigesetzt werden. Die belichteten Bereiche des Fotoresists enthalten also Säure, während die unbelichteten Bereiche säurefrei verbleiben. Es hat also eine chemische Differenzierung zwischen belichteten und unbelichteten Abschnitten stattgefunden. Bei der zweiten Belichtung wird eine zweite Fotomaske in den Strahlengang zwischen Belichtungsquelle und Fotoresist angeordnet, wobei bei der zweiten Fotomaske die der abbildenden Hilfsstruktur entsprechenden Bereiche transparent sind und die der Hauptstruktur entsprechenden Bereiche lichtundurchlässig sind. Die Größe der Maske und die bei der zweiten Belichtung eingesetzte Dosis kann durch Simulation oder experimentell ermittelt werden. Vorteilhaft wird eine Fotomaske verwendet, bei der nur die der Hilfsstruktur entsprechenden Bereiche transparent sind, da dann durch Streueffekte verursachte Fehlbelichtungen verringert werden. Prinzipiell kann aber auch eine Fotomaske verwendet werden, bei welcher nur die der Hauptstruktur entsprechenden Bereiche lichtundurchlässig sind. Geeignet wird in diesem Fall ein Sicherheitsabstand vorgesehen, sodass keine Belichtung der Bereiche durch Streulicht erfolgt, die der Hauptstruktur entsprechen. Bei der Zweitbelichtung wird nun auch in den Abschnitten der Hilfsstruktur Säure aus dem Fotosäurebildner freigesetzt, sodass die chemische Differenzierung zwischen den im ersten Belichtungsschritt belichteten Abschnitten und den Abschnitten der abbildenden Hilfsstruktur verloren geht. Es besteht nun also nur noch eine chemische Differenzierung zwischen den weiterhin unbelichteten Abschnitten der Hauptstruktur und den übrigen Abschnitten des Fotoresists. Bei einer Entwicklung verbleibt daher nur die Hauptstruktur auf dem Wafer. Nach der Belichtung wird zunächst ein Backschritt durchgeführt (PEB, Post Exposure Bake), in welchem der Fotoresist in den belichteten Bereichen unter Säurekatalyse in eine polare Form überführt wird. Der PEB-Schritt kann entweder erst nach der Zweitbelichtung durchgeführt werden oder bevorzugt ein erster PEB- Schritt nach der Erstbelichtung und ein zweiter PEB-Schritt nach der Zweitbelichtung. Auf diese Weise wird die Gefahr einer Kontamination des Fotoresists durch basische Verbindungen während der Standzeit zwischen Erst- und Zweitbelichtung verringert, durch welche die freigesetzte Säure neutralisiert werden kann. Es steht daher für die Zweitbelichtung ein längerer Zeitraum zur Verfügung. Nach dem PEB-Schritt wird der Fotoresist in an sich bekannter Weise entwickelt. Dazu werden die nun polaren Abschnitte des Fotoresists mit einem polaren basischen Entwickler vom Wafer abgelöst, sodass nur noch die Hauptstruktur als erhabene Abschnitte auf dem Wafer verbleibt. Anschließend erfolgt eine weitere Bearbeitung des Wafers in an sich bekannter Weise.

Um bei der Zweitbelichtung Fehlbelichtungen zu vermeiden, werden die erste Belichtung und die zweite Belichtung vorzugsweise unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt. Unter Fehlbelichtungen wird dabei eine Belichtung derjenigen Abschnitte auf dem Fotoresist verstanden, die der Hauptstruktur entsprechen und auch bei der Zweitbelichtung unverändert bleiben sollen. Eine solche Fehlbelichtung kann beispielsweise durch Nebenmaxima der abgebildeten Hilfsstruktur erfolgen. Die Bedingungen für die Zweitbelichtung werden daher so gewählt, dass nach Möglichkeit die Kanten der Hauptstruktur nicht oder nur in geringem Maße belichtet werden.

Die erste und die zweite Belichtung können dazu beispielsweise mit Belichtungsvorrichtungen durchgeführt werden, die unterschiedliches Auflösungsvermögen aufweisen. Die unterschiedlichen Bedingungen sind dazu so gestaltet, dass die erste Belichtung mit einer ersten Belichtungsvorrichtung und die zweite Belichtung mit einer zweiten Belichtungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei erste und zweite Belichtungsvorrichtung eine unterschiedliche numerische Apertur aufweisen.

Bevorzugt wird die Zweitbelichtung mit geringerer Auflösung durchgeführt. Dazu weist die erste Belichtungsvorrichtung eine größere numerische Apertur auf als die zweite Belichtungsvorrichtung. In diesem Fall wird die erste und die zweite Belichtung bevorzugt mit Strahlung der gleichen Wellenlänge durchgeführt werden. Dies hat den wirtschaftlichen Vorteil, dass für die Zweitbelichtung günstigere Belichtungsvorrichtungen benützt werden können, beispielsweise Stepper mit einer geringeren Auflösung bei gleicher Wellenlänge. Es kann die Zweitbelichtung jedoch auch mit einer Strahlung durchgeführt werden, die eine größere Wellenlänge aufweist als die bei der ersten Belichtung verwendete Strahlung. So können beispielsweise DUV-Scanner (DUV = Deep Ultra Violet) für die Zweitbelichtung in Verbindung mit 193 nm- Scannern für die Erstbelichtung verwendet werden.

Die Zweitbelichtung kann auch in der Weise durchgeführt werden, dass die unterschiedlichen Bedingungen so gestaltet sind, dass die erste Belichtung mit einer Strahlung durchgeführt wird, die eine zur bei der zweiten Belichtung verwendeten Strahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist. Da Beugungseffekte und damit die Lage der Nebenmaxima von der Wellenlänge abhängen, können die Belichtungsverhältnisse bei der Zweitbelichtung durch die Wahl der verwendeten Wellenlänge beeinflusst werden. Der Fotoresist ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt so gestaltet, dass er für beide Wellenlängen empfindlich ist. Das kann beispielsweise erreicht werden, indem verschiedene Fotosäurebildner verwendet werden, die jeweils für zumindest eine der verwendeten Wellenlängen empfindlich sind.

Bevorzugt weist die zur ersten Belichtung verwendete Strahlung eine geringere Wellenlänge auf als die zur zweiten Belichtung verwendete Strahlung.

Die unterschiedlichen Bedingungen können auch so ausgestaltet sein, dass die erste Fotomaske und die zweite Fotomaske einen unterschiedlichen Maskentyp aufweisen. Dazu kann die erste Belichtung beispielsweise mit einer alternierenden Phasenschiebermaske durchgeführt werden und die Zweitbelichtung mit einer konventionellen COG-Maske oder einer alternierenden Phasenschiebermaske. Die unterschiedlichen Maskentypen variieren in ihrem Abbildungsverhalten bzw. in der Lage der Nebenmaxima.

Bevorzugt ist der Maskentyp ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet ist aus Chrommasken (COG), Halbtonphasenschiebermasken (HTPSM) und alternierenden Phasenschiebermasken (altPSM). Dies gilt sowohl für die Erst- wie auch für die Zweitbelichtung. Werden für die Erst- und Zweitbelichtung unterschiedliche Maskentypen eingesetzt, so ist die Abfolge, welcher Maskentyp zuerst eingesetzt wird, an sich keinen Beschränkungen unterworfen. So kann die Erstbelichtung mit einer HTPS-Maske und die Zweitbelichtung mit einer COG-Maske durchgeführt werden. Es ist jedoch ebenso möglich, die Erstbelichtung mit einer COG-Maske und die Zweitbelichtung mit einer HTPS-Maske durchzuführen.

Die Belichtung wird bei der Erstbelichtung bevorzugt durch Schrägbelichtung durchgeführt, da sich dadurch eine weitere Verbesserung der Auflösung erreichen lässt. Die Zweitbelichtung erfolgt je nach der Geometrie der abzubildenden Struktur zirkular, annular oder quadrupolar.

Um Standzeiteffekte zu verringern, kann auch bereits nach der ersten Belichtung eine Zwischenentwicklung des Fotoresists mit einem Entwickler erfolgen, sodass Hauptstruktur und Hilfsstruktur auf dem Substrat verbleiben. Bei dieser Ausführungsform wird nach der ersten Belichtung bevorzugt zunächst ein PEB-Schritt durchgeführt und der Fotoresist anschließend mit einem Entwickler entwickelt. Es erfolgt dann die Zweitbelichtung mit anschließendem PEB-Schritt und Entwicklung der Hauptstruktur. Der Fotoresist kann auf diese Weise zwischen Erst- und Zweitbelichtung für eine längere Zeit stehen gelassen werden, ohne dass eine Verschlechterung der erzeugten Struktur bewirkt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet zur Strukturierung des Fotoresists abbildende Hilfsstrukturen. Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Fotomaske mit einer Hauptstruktur und einer beabstandet zur Hauptstruktur angeordneten abbildenden Hilfsstruktur. Die Maske ermöglicht eine Abbildung auch halbdichter Hauptstrukturen, wobei eine Versteilung der Flanken der Hauptstruktur und/oder eine Vergrößerung des Prozessfensters bei der Abbildung erreicht wird, die vergleichbar ist zu dichten Strukturen.

Weist die Hauptstruktur dichte, halbdichte und isolierte Abschnitte auf, wird die abbildende Hilfsstruktur bevorzugt so angeordnet, dass die halbdichten und/oder die isolierten Abschnitte der Hauptstruktur zumindest teilweise zu dichten Strukturen ergänzt werden. Je nach Struktur werden abbildende Hilfsstrukturen, nicht abbildende Hilfsstrukturen oder keine Hilfsstrukturen eingesetzt.

Die abbildende Hilfsstruktur wird bei der Strukturierung eines Fotoresists in einem zweiten Belichtungsschritt in eine ablösbare Form überführt. Dabei sollen die Kanten der Hauptstruktur nicht oder zumindest möglichst gering belichtet werden. Bevorzugt ist daher der Abstand zwischen Hauptstruktur und abbildender Hilfsstruktur so gewählt, dass bei einer ersten Belichtung bei einer ersten Belichtungsbedingung eine Abbildung der Hauptstruktur und der abbildenden Hilfsstruktur auf den Fotoresist erfolgt und bei einer anschließenden, unter zur ersten Belichtungsbedingung unterschiedlichen zweiten Belichtungsbedingung durchgeführten zweiten Belichtung mit einer zweiten Fotomaske, durch welche die abbildenden Hilfsstrukturen abgebildet werden, die im Fotoresist abgebildete Hauptstruktur im Wesentlichen nicht belichtet wird.

In Einzelfällen kann es günstig sein, die abbildende Hilfsstruktur durch eine nicht abbildende Hilfsstruktur zu ergänzen, um den Abstand zwischen Haupt- und abbildender Hilfsstruktur zu vergrößern und ein größeres Prozessfenster zu erreichen. Dies gilt beispielsweise für isolierte Linienstrukturen.

Bevorzugt ist dabei die nicht abbildende Hilfsstruktur zwischen Hauptstruktur und abbildender Hilfsstruktur angeordnet.

Die Fotomaske kann an sich beliebig ausgestaltet werden. Bevorzugt ist die Fotomaske als Maskentyp ausgebildet, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Chrommasken (COG), Halbtonphasenschiebermasken (HTPSM) und alternierenden Phasenschiebermasken (altPSM).

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine beigefügte Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 schematisch eine konventionelle COG-Maske und eine alternierende Phasenschiebermaske sowie die zugehörigen Kurven der Phase des elektrischen Feldes und der Verteilung der abgebildeten Intensität;

Fig. 2 schematisch eine Halbton-Phasenschiebermaske sowie die Verteilung der abgebildeten Intensität im Vergleich zu einer konventionellen COG-Maske;

Fig. 3 eine Anordnung von abbildenden und nicht abbildenden Linien auf einer Fotomaske;

Fig. 4 verschiedene Fotomasken, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sowie die zugehörigen Strukturen im Fotoresist.

Fig. 1 zeigt die Phase des elektrischen Feldes sowie die Intensitätsverteilung des auf einem Fotoresists auftreffenden Lichts für eine konventionelle und eine alternierende Phasenschiebermaske. Bei einer in Fig. 1a dargestellten konventionellen Maske 1, beispielsweise eine COG-Maske, sind auf einem transparenten Substrat 2 Absorber 3 angeordnet, welche die lichtundurchlässigen Abschnitte der Fotomaske 1 definieren und zwischen denen transparente Abschnitte 4a, b erhalten werden. Der absorbierende Abschnitt 3 hat dabei eine Breite 5, so dass die Abschnitte 4a, b gerade noch vom Objektiv aufgelöst werden können. Eine in Fig. 1b dargestellte alternierende Phasenmaske 6 zeigt ein vergleichbares Design wie eine konventionelle Maske 1, jedoch ist in jedem zweiten transparenten Abschnitt 4b zusätzlich ein Phasenschieber 7 angeordnet, durch welchen die Phase gegenüber dem den transparenten Abschnitt 4a durchtretenden Licht um 180° verschoben wird.
Die Phase des elektrischen Feldes und die abgebildete Lichtintensität ist für die beiden Masken in den Fig. 1c und d dargestellt. Bei der konventionellen Fotomaske 1 wird für das elektrische Feld die Kurve 8 erhalten. Die Phase des elektrischen Feldes ist für das durch die transparenten Bereiche 4a, b durchtretende Licht jeweils gleich. Durch Interferenz bilden sich jeweils neben den Hauptmaxima 9a, b jeweils zwei Nebenmaxima, von welchen die äußeren Nebenmaxima 9c, d getrennt vom Hauptmaximum 9a bzw. 9b abgebildet werden. Die jeweils anderen Nebenmaxima sind nahe den Hauptmaxima 9a, b angeordnet. Die Flanken der Hauptmaxima addieren sich im Zwischenbereich. Bei der abgebildeten Intensität führt dies zu einer Verschlechterung des Kontrastes. In der in Fig. 1d dargestellten Kurve 10, welche die Verteilung der Lichtintensität darstellt, fällt die Lichtintensität zwischen den Hauptmaxima 11a, b nicht weit genug ab, um einen deutlichen Kontrast zwischen den abgebildeten Strukturen zu erhalten. Bei Verwendung einer Phasenschiebermaske 6 sind die Vektoren des elektrischen Feldes des die transparenten Bereiche 4a, 4b durchtretenden Lichts um 180° gegeneinander verschoben. In der in Fig. 1c dargestellte Kurve 12 des elektrischen Feldes zeigen daher die Hauptmaxima 13a, b entgegengesetztes Vorzeichen und die zwischen den Hauptmaxima 13a, b angeordneten Nebenmaxima löschen sich durch destruktive Interferenz aus. Es erfolgt zwischen den Hauptmaxima 13a, b ein Nulldurchgang des elektrischen Feldes. Bei der abgebildeten Intensität (Fig. 1d, Kurve 14) ergibt sich daher zwischen den Hauptmaxima 15a, b ein deutlicher Intensitätsrückgang und somit ein im Vergleich zur Intensitätskurve 10 der konventionellen Maske 1 verbesserter Kontrast.
Die Intensitätsverteilung für eine isolierte Linie ist in Fig. 2 für eine Halbton-Phasenschiebermaske und im Vergleich für eine konventionelle Maske dargestellt. Der Aufbau einer Phasenschiebermaske ist in Fig. 2a dargestellt. Auf einem Substrat 2 sind Absorber 16a, b angebracht, die eine geringe Transparenz für das zur Belichtung verwendete Licht aufweisen. Das elektrische Feld des durch die Absorber 16a, b tretenden Lichts ist um 180° phasenverschoben zum elektrischen Feld des durch den transparenten Abschnitt 17 tretenden Lichts. Dadurch wird am Übergang zwischen Absorber 16 und transparentem Abschnitt 17 ein Phasensprung erzwungen. In der Verteilung der Intensität des abgebildeten Lichts bedeutet dies, dass das Hauptmaximum 18 des mit der HTPSM erzeugten Abbilds schmäler ist und steilere Flanken aufweist als das Hauptmaximum 19, das mit einer konventionellen Maske erzeugt wurde.
Benachbarte Strukturen beeinflussen die Verteilung der Intensität der abgebildeten Strukturen. Dabei zeigen isolierte Strukturen eine breitere Intensitätsverteilung als dichte Strukturen. Die Intensitätsverteilung, also die Steigung der Flanke des Hauptmaximums, kann durch Hilfsstrukturen beeinflusst werden. Verschiedene Möglichkeiten der Anordnung sind in Fig. 3 dargestellt.
Die Linie 20 entspricht einer isolierten abbildenden dunklen Struktur. Sie ist in einem solchen Abstand zur benachbarten Linie 21 angeordnet, dass keine Wechselwirkung bei der Abbildung der Linie 20 auf einem Fotoresist beobachtet wird. Zur Verbesserung der Flankensteilheit und des Prozessfensters sind zu beiden Seiten der Linie 20 Hilfslinien 22a, 22b angeordnet. Die Linien 22a, 22b besitzen eine bestimmte Linienbreite 23, die unter der Auflösungsgrenze des Objektivs liegt, sowie einen bestimmten Abstand 24 zur Linie 20. Die Linienbreite 23 und der Abstand 24 werden empirisch ermittelt und sind so gewählt, dass die Steilheit der Flanken, die Breite der abgebildeten Linie 20 und das Prozessfenster für die Abbildung optimiert sind.
Die Linie 21 besitzt zur einen Seite eine Kante 21a, welche eine isolierte Struktur bildet. Zur Verbesserung der Abbildung ist benachbart zur Kante 21a eine nicht abbildende Hilfslinie 25 angeordnet, die wie die nicht abbildenden Hilfslinien 22a, 22b eine bestimmte Linienbreite 23 und einen bestimmten Abstand 24 zur abbildenden Linie 21 aufweist. Die Linienbreiten 23 bzw. die Abstände 24 zur abbildenden Linie sind für die nicht abbildenden Hilfslinien 22a, 22b und 25 jeweils gleich gewählt. Die der Kante 21a gegenüberliegende Kante 21b der abbildenden Linie 21 entspricht einer dichten Struktur, d. h. der Abstand 26 zur benachbarten Linie 27 ist so gewählt, dass die Abbildungen der beiden Linie interferieren und damit eine Versteilung der Kanten bzw. eine Verringerung der Linienbreite beobachtet wird.
Der Abstand 28 der Linien 27 und 29 ist so groß, dass nur eine geringe Interferenz der Abbildungen der benachbarten Linien zu beobachten ist. Die Linien 27 und 29 bilden daher eine halbdichte Struktur. Um in der Abbildung eine Versteilung der Flanken 27a und 29a zu erreichen, ist zwischen den Linien 27 und 29 eine Hilfslinie 30 angeordnet. Die Hilfslinie 30 weist wie die nicht abbildenden Hilfslinien 22a, 22b und 25 eine bestimmte Linienbreite 23 und einen bestimmten Abstand 24 zu den benachbarten Flanken 27a und 29a auf. Damit ist jedoch auch der Abstand 28 zwischen den abbildenden Linien 27 und 29 festgelegt. Vergrößert man den Abstand zwischen den abbildenden Linien weiter, gelangt man zu einer Anordnung, wie sie den abbildenden Linien 29 und 31 entspricht. Die abbildenden Linien 29 und 31 weisen einen Abstand 32 auf. Um eine Versteilung der Flanken bzw. eine schmale Linienbreite zu erreichen, sind zwischen den abbildenden Linien 29 und 31 Hilfslinien 33 und 34 angeordnet. Die nicht abbildenden Hilfslinien 33 und 34 weisen wiederum eine bestimmte Linienbreite 23 und einen bestimmten Abstand 24 zu den abbildenden Linien 29 bzw. 31 auf. Ferner müssen die nicht abbildenden Hilfslinien 33 und 34 einen bestimmten minimalen Abstand 35 aufweisen, um nicht abgebildet zu werden. Daraus ergibt sich, dass auch der Abstand 32 einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf, welcher sich aus der Summe der Linienbreiten 23 und der Abstände 24 bzw. 35ergibt. Für den Abstand benachbarter abbildender Linien ergeben sich daher verbotene Zonen, in denen keine abbildenden Linien positioniert werden dürfen, da das Prozessfenster zu klein ist.
Die abbildenden Linien 31 und 36 weisen einen Abstand 37 auf, welcher solch einer verbotenen Zone entspricht. Um dennoch die Linien mit steilen Flanken und geringer Linienbreite abbilden zu können, ist zwischen den abbildenden Linien 31 und 36 eine abbildende Hilfslinie 38 angeordnet. Die abbildende Hilfslinie 38 weist eine Linienbreite 39 auf, die größer ist als die Linienbreite 23 der nicht abbildenden Hilfslinien 30, 33 und 34. Der Abstand 40 der abbildenden Hilfslinie 38 zu den Flanken der abbildenden Linien 31 und 36, ist so gewählt, dass eine optimale Versteilung der Flanken und eine geringe Linienbreite erreicht werden kann.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 anhand der verwendeten Fotomasken und der erhaltenen Resiststruktur für vier unterschiedliche Strukturen (Fig. 4a bis d) dargestellt. Dabei ist in der obersten Reihe jeweils die Fotomaske für die Erstbelichtung, in der mittleren Reihe die Fotomaske für die Zweitbelichtung und in der unteren Reihe die erhaltene Resiststruktur dargestellt. Die transparenten Abschnitte der Fotomasken sind hell, die lichtabsorbierenden Abschnitte dunkel dargestellt.
In Fig. 4a ist der Ablauf für die Erzeugung einer isolierten Linie gezeigt. Die erste Fotomaske 41 weist als Hauptstruktur eine abbildende Linie 42 auf, zu deren beiden Seiten jeweils eine abbildende Hilfslinie 43, 44 angeordnet ist. Zwischen abbildender Linie 42 und den abbildenden Hilfslinien 43 und 44 sind zur Vergrößerung des Abstands jeweils nicht abbildende Hilfslinien 45, 46 angeordnet. Bei Belichtung mit einer ersten Wellenlänge werden daher die abbildenden Linien 42, 43 und 44 auf dem Fotoresist abgebildet. Die zweite Fotomaske 46 umfasst nur die den abbildenden Hilfslinien 43, 44 entsprechenden transparenten Abschnitte 47, 48, während die übrigen Bereiche der zweiten Fotomaske 46 lichtundurchlässig sind. Bei der Zweitbelichtung, die mit einer zur ersten Belichtung unterschiedlichen Wellenlänge ausgeführt wird, werden daher nun auch die den abbildenden Linien 43 und 44 entsprechenden Abschnitte des Fotoresists belichtet und damit in eine lösliche Form überführt. Als Ergebnis erhält man nach der Entwicklung eine isolierte Linie 49, die eine Kantensteilheit aufweist, welche einer dichten Struktur entspricht.
In Fig. 4b ist die Abfolge für die Abbildung einer Doppellinie dargestellt. Die erste Fotomaske 50 umfasst zwei Hauptlinien 51a, b die von jeweils einer abbildenden Hilfslinie 52a bzw. 52b flankiert werden. Zwischen den Hauptlinien 51a, b sowie zwischen Hauptlinien 51a, b und abbildenden Hilfslinien 52a, b sind jeweils nicht abbildende Hilfslinien 53 angeordnet. Bei Belichtung werden also die den Hauptlinien 51a, b und den abbildenden Hilfslinien 52a, b entsprechenden Abschnitte auf dem Fotoresist belichtet. Für die Zweitbelichtung wird die zweite Fotomaske 54 verwendet, die transparente Abschnitte 55a, b aufweist, die den Abschnitten der abbildenden Hilfslinien 52a, b entsprechen. Nach der Entwicklung erhält man eine Doppellinie 56.
Fig. 4c zeigt die Erzeugung eines Gitters, bei welchem die Linien einen Abstand aufweisen, der normalerweise verboten ist, da zwischen den Gitterlinien zwei nicht abbildende Hilfslinien gerade keinen Platz mehr finden.
Die erste Fotomaske 59 umfasst als Hauptstruktur abbildende Linien 57, welche einen Abstand aufweisen, der so bemessen ist, dass zwei nicht abbildende Hilfslinien gerade nicht mehr hineinpassen, eine einzelne nicht abbildende Linie aber keine merkliche Verbesserung der Kantensteilheit und der Linienbreite mehr ergibt. In diesem Fall werden zwischen den abbildenden Hauptlinien 57 abbildende Hilfslinien 58 angeordnet. Die abbildenden Hilfslinien 58 weisen eine Linienbreite auf, dass sich ein Abstand zu den Kanten der Hauptlinien ergibt, der zur optimalen Versteilung der Kanten führt. Beim ersten Belichtungsschritt werden sowohl die abbildenden Linien 57 der Hauptstruktur wie auch die abbildenden Linien der Hilfsstruktur 58 auf dem Fotoresist abgebildet. Die zweite Belichtung wird mit einer zweiten Fotomaske 60 durchgeführt, welche transparente Abschnitte 61 aufweist, welche den Hilfslinien 58 der ersten Fotomaske 59 entsprechen. Im zweiten Belichtungsschritt werden daher die den Hilfslinien 58 entsprechenden Abschnitte ebenfalls belichtet, während die Hauptlinien 57 weiterhin unbelichtet verbleiben. Nach der Entwicklung verbleiben also nur die den Hauptlinien 57 entsprechenden Abschnitte 62 des Fotoresists als erhabene Bereiche.
In Fig. 4d ist der Ablauf bei der Darstellung einer rechtwinkligen Struktur dargestellt. Die erste Fotomaske 63 umfasst als Hauptstruktur eine abbildende rechtwinklige Linie 64, die von zwei Hilfslinien 65a, b flankiert wird. Die Hilfslinien 65a, b weisen eine Linienbreite auf, dass sie mit Ausnahme des Eckpunktes nicht abbilden. Beim ersten Belichtungsschritt wird daher auf dem Fotoresist die Hauptlinie 64 und der Eckbereich der Hilfslinien 65a, b abgebildet. Im zweiten Belichtungsschritt werden nun auch die den Eckpunkten der Hilfslinien 65a, b entsprechenden Abschnitte auf dem Fotoresist belichtet. Dazu sind in der zweiten Fotomaske 66 transparente Abschnitte 67 vorgesehen, die den Eckpunkten der Hilfslinien 65a, b entsprechen. Zum besseren Verständnis sind die den Hilfslinien 65a, b entsprechenden Bereiche auf der zweiten Fotomaske 66 gestrichelt dargestellt. Nach der Entwicklung des belichteten Fotoresists verbleibt daher eine rechtwinklige Linie 68 als erhabener Abschnitt.

Beispiele

Zunächst wurden Siliziumwafer mit einer 0,35 µm starken Schicht aus einem chemisch verstärkten positiven Fotoresist beschichtet. Für die Erstbelichtung wurden Halbtonphasenmasken mit 6% Transmission hergestellt, welche die in der ersten Reihe von Fig. 4 dargestellten Linienmuster aufwiesen. Die Belichtung des Fotoresists erfolgte mit einem Belichtungsgerät, das eine numerische Apertur NA von 0,7 aufwies, bei einer Wellenlänge λ von 193 nm und einer Annularität σ = 0,56/0,85. Anschließend wurde der Fotoresist in einem PEB- Schritt erwärmt. Der Wafer wurde anschließend in einem zweiten Belichtungsgerät angeordnet, das eine numerische Apertur NA von 0,63 aufwies. Im Strahlengang war eine COG-Fotomaske angeordnet, die das in der zweiten Reihe von Fig. 4 dargestellte Linienmuster aufwies. Anschließend wurde der Wafer in einem zweiten PEB-Schritt erwärmt und dann mit einem alkalischen Entwickler entwickelt.
Mit den gleichen, in Fig. 4 gezeigten ersten und zweiten Fotomasken wurden analog noch die folgenden Versuche simuliert, wobei die Belichtungsbedingungen in Tabelle 1 angegeben sind. Tabelle 1 Bedingungen für erste und zweite Belichtung
Die Versuche wurden jeweils in drei Varianten durchgeführt. Bei der ersten Variante wurde direkt nach der ersten Belichtung die zweite Belichtung durchgeführt. Bei der zweiten Variante wurde nach der ersten Belichtung ein PEB-Schritt durchgeführt und anschließend die zweite Belichtung. In der dritten Variante wurde schließlich nach der ersten Belichtung ein PEB-Schritt durchgeführt und anschließend der Fotoresist mit einem Entwickler entwickelt. Nach der Entwicklung erfolgte der zweite Belichtungsschritt.
Der wirtschaftliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass kleinere Strukturen realisiert werden können, ohne dass im Design Zonen verboten werden müssen. Dies gilt sowohl für Logik- wie auch für DRAM-Schaltungen. Außerdem können bei der zweiten Belichtung billigere Belichtungsgeräte benützt werden, z. B. Stepper mit einer geringeren Auflösung bei gleicher Wellenlänge oder auch bei einer höheren Wellenlänge.

Claims

1. Verfahren zur Strukturierung von Fotoresists, wobei ein Fotoresist auf einem Substrat bereitgestellt wird, eine erste Belichtung durchgeführt wird, wobei der Fotoresist mit einer ersten Fotomaske belichtet wird, welche eine Hauptstruktur und eine abbildende Hilfsstruktur, welche die Abbildung der Hauptstruktur verbessert, auf den Fotoresist abbildet, sodass eine chemische Differenzierung des Fotoresists zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen erfolgt, und anschließend eine zweite Belichtung mit einer zweiten Fotomaske durchgeführt wird, welche die abbildende Hilfsstruktur auf dem Fotoresist abbildet und die Hauptstruktur nicht auf dem Fotoresist abbildet, sodass nur in den abgebildeten Abschnitten der abbildenden Hilfsstruktur eine chemische Modifikation des Fotoresists erfolgt, und der Fotoresist mit einem Entwickler entwickelt wird, sodass nur die Hauptstruktur auf dem Substrat erhalten bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Belichtung und die zweite Belichtung unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die unterschiedlichen Bedingungen so gestaltet sind, dass die erste Belichtung mit einer ersten Belichtungsvorrichtung und die zweite Belichtung mit einer zweiten Belichtungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei erste und zweite Belichtungsvorrichtung eine unterschiedliche numerische Apertur aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Belichtungsvorrichtung eine größere numerische Apertur aufweist als die zweite Belichtungsvorrichtung.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die unterschiedlichen Bedingungen so gestaltet sind, dass die erste Belichtung mit einer Strahlung durchgeführt wird die eine zur bei der zweiten Belichtung verwendeten Strahlung unterschiedliche Wellenlänge aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zur ersten Belichtung verwendete Strahlung eine geringere Wellenlänge aufweist als die zur zweiten Belichtung verwendete Strahlung.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die unterschiedlichen Bedingungen so ausgestaltet sind, dass die erste Fotomaske und die zweite Fotomaske einen unterschiedlichen Maskentyp aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Maskentyp ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Chrommasken (COG), Halbtonphasenschiebermasken (HTPSM) und alternierenden Phasenschiebermasken (altPSM).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei nach der ersten Belichtung ein Backschritt (PEB) und daran anschließend die Zweitbelichtung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei nach der ersten Belichtung eine Zwischenentwicklung des Fotoresists mit einem Entwickler erfolgt, sodass Hauptstruktur und Hilfsstruktur auf dem Substrat verbleiben.

11. Fotomaske mit einer Hauptstruktur und einer beabstandet zur Hauptstruktur angeordneten abbildenden Hilfsstruktur.

12. Fotomaske nach Anspruch 11, wobei die Hauptstruktur dichte, halbdichte und isolierte Abschnitte aufweist und die abbildende Hilfsstruktur so angeordnet ist, dass die halbdichten und/oder die isolierten Abschnitte der Hauptstruktur zumindest teilweise zu dichten Strukturen ergänzt werden.

13. Fotomaske nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Abstand zwischen Hauptstruktur und abbildender Hilfsstruktur so gewählt ist, dass bei einer ersten Belichtung bei einer ersten Belichtungsbedingung eine Abbildung der Hauptstruktur und der abbildenden Hilfsstruktur auf den Fotoresist erfolgt und bei einer anschließenden, unter zur ersten Belichtungsbedingung unterschiedlichen zweiten Belichtungsbedingung durchgeführten zweiten Belichtung mit einer zweiten Fotomaske, durch welche die abbildenden Hilfsstrukturen abgebildet werden, die im Fotoresist abgebildete Hauptstruktur im Wesentlichen nicht belichtet wird.

14. Fotomaske nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die abbildende Hilfsstruktur durch eine nicht abbildende Hilfsstruktur ergänzt ist.

15. Fotomaske nach Anspruch 14, wobei die nicht abbildende Hilfsstruktur zwischen Hauptstruktur und abbildender Hilfsstruktur angeordnet ist.

16. Fotomaske nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Fotomaske als Maskentyp ausgebildet ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Chrommasken (COG), Halbtonphasenschiebermasken (HTPSM) und alternierenden Phasenschiebermasken (altPSM).