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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung von Fotoresists,
sowie eine Fotomaske, die sich insbesondere für die Durchführung des
Verfahrens eignet.
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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.
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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.
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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).
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An
den transparenten Öffnungen
der Fotomaske wird der Srahl 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.
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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.
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Um
den Kontrast und die Tiefenschärfe
der abzubildenden Strukturen zu verbessern sind ferner Fotomasken
entwickelt worden, bei denen die Phasenverhältnisse zwischen benachbar ten
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
A 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 nicht-abbildenden
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 nicht-abbildende
Struktur in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind
und der Abstand zwischen den beiden nicht-abbildenden Strukturen ebenfalls einen
bestimmten minimalen Abstand nicht unterschreitet, da sonst die
nicht-abbildenden Strukturen beginnen auf dem Fotoresist abgebildet
zu werden.
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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
A 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. Der
Begriff „halbdichte
Struktur" ist beispielsweise
in
US 6,114,071 A ,
US 6,303,252 B2 ,
US 5,827,625 A und
US 5,821,014 A erörtert.
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Durch
eine Variation von Linienbreite der nicht-abbildenden Hilfsstruktur,
des Abstandes zwischen abbildender Struktur und nicht-abbildender
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 nicht-abbildenden 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 nicht-abbildenden Hilfsstruktur verringern.
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Durch
das in der
US 5,821,01
A 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.
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Sowohl
US-Patent 5,424,154 A als auch JP 10-326006 A beschreiben photolithographische
Verfahren, wonach eine isolierte Struktur mit Hilfe von Hilfsstrukturen
erzeugt wird.
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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.
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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 und eine nicht
abbildende Hilfsstruktur aufweist, wobei die nicht abbildende Hilfsstruktur
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.
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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 halb dichten 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 A 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.
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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 Fo tomaske 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 belichte ten 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 übriges 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Aus führungsform 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.
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Bevorzugt
weist die zur ersten Belichtung verwendete Strahlung eine geringere
Wellenlänge
auf als die zur zweiten Belichtung verwendete Strahlung.
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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.
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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.
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Die
Belichtung wird bei der Erstbelichtung bevorzugt durch Schrägbelichtung
durchgeführt,
da sich dadurch eine weitere Verbesserung der Auflösung erreichen
lässt.
Die Zweitbelich tung erfolgt je nach der Geometrie der abzubildenden
Struktur zirkular, annular oder quadrupolar.
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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.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
verwendet zur Strukturierung des Fotoresists abbildende und nicht abbildenden
Hilfsstrukturen. Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Fotomaske
mit einer Hauptstruktur und einer abbildenden sowie einer nicht
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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugt
ist dabei die nicht-abbildende Hilfsstruktur zwischen Hauptstruktur
und abbildender Hilfsstruktur angeordnet.
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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).
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine beigefügte Zeichnung näher erläutert. Gleiche
Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren
zeigen im Einzelnen:
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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;
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2:, schematisch eine Halbton-Phasenschiebermaske
sowie die Verteilung der abgebildeten Intensität im Vergleich zu einer konventionellen
COG-Maske;
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3:
eine Anordnung von abbildenden und nicht abbildenden Linien auf
einer Fotomaske;
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4:
verschiedene Fotomasken, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eignen sowie die zugehörigen
Strukturen im Fotoresist.
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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 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 vorn Objektiv aufgelöst werden
können.
Eine in 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.
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Die
Phase des elektrischen Feldes und die abgebildete Lichtintensität ist für die beiden
Masken in den 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 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 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
(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.
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Die
Intensitätsverteilung
für eine
isolierte Linie ist in 2 für eine Halbton-Phasenschiebermaske
und im Vergleich für
eine konventionelle Maske dargestellt. Der Aufbau einer Phasenschiebermaske
ist in 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 tre tenden 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 eienr konventionellen Maske erzeugt wurde.
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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 3 dargestellt.
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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.
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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.
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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. 35 ergibt.
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.
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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.
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Der
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in 4 anhand der verwendeten Fotomasken und der erhaltenen
Resiststruktur für
vier unterschiedliche Strukturen (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.
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In 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 Fo tomaske 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.
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In 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.
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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.
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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 Li nienbreite 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.
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In 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.
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Beispiele:
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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 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 4 dargestellte Linienmuster
aufwies. Anschließend
wurde der Wafer in einem zweiten PEB-Schritt erwärmt und dann mit einem alkalischen
Entwickler entwickelt.
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Mit
den gleichen, in
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
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Die
Versuche wurden jeweils in drei Varianten durchgeführt. Bei
der ersten Variante wurde direkt nach der ersten Belich tung 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.
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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.
