DE102004017131B4

DE102004017131B4 - Lithographiemaske für die Herstellung von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE102004017131B4
Application number: DE102004017131A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Phys. Holfeld; Jenspeter Dr.rer.nat. Rau
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: US20050244723A1; DE102004017131A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lithographiemaske zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit mindestens einer reflektierenden Multilayerstruktur auf einem Maskensubstrat, wobei eine erste Struktur in und/oder auf der Multilayerstruktur angeordnet ist, und mit mindestens einer Absorberschicht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Absorberschicht (20) eine zweite Struktur (2) angeordnet ist, wobei die charakteristische Länge der ersten Struktur (1) 1,5 bis 10 mal größer als die charakteristische Länge der zweiten Struktur (2) ist. Damit wird eine Lithographiemaske geschaffen, mit der auf einem Substrat Strukturen sehr unterschiedlicher Größe und/oder Form herstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithographiemaske nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. DRAM-Speicherchips, werden photolithographische Masken verwendet. Dabei wird zwischen Transmissions- und Reflexionsmasken unterschieden. Bei Transmissionsmasken geht die Strahlung durch die lichtdurchlässigen Teile der Maske hindurch und trifft auf ein Substrat, auf dem eine Struktur erzeugt werden soll. Bei der Reflexionsmaske wird das Licht von reflektierenden Teilen der Maske zur Erzeugung einer Struktur zurück auf ein Substrat gestrahlt.
Reflexionsmasken werden z.B. für die Lithographie mit sehr kurzwelligem Licht verwendet. Dazu zählt das extreme Ultraviolett (EUV; Wellenlängen ca. 0,1 bis 100 nm, insbesondere 13,5 nm) und auch Röntgenstrahlung mit noch kürzeren Wellenlängen.
Reflexionsmasken weisen in der Regel ein Maskensubstrat (z.B. aus Silizium, Glas oder Keramik) mit einer Mehrschichtenstruktur (Multilayer-Struktur) und einer Absorberstruktur auf.
Die Multilayerstruktur dient der Reflexion der einfallenden Strahlung, die Absorberschicht der Absorption. Damit können Hell-Dunkel Strukturen auf einem lichtempfindlich beschichteten Substrat zur Halbleiterbauelementherstellung erzeugt werden.
Die Multilayerstruktur besteht in der Regel abwechselnd aus einer Dopplung 30 bis 50 übereinander liegender Molybdän- und Siliziumschichten. Als Absorbermaterial werden z.B. Tantal, Chrom oder Tantalnitrid verwendet.
Bei Reflexionsmasken gibt es zwei Varianten: Entweder wird auf der reflektierenden Multilayerstruktur eine Absorberschicht strukturiert oder eine strukturierte Schicht auf der Multilayerstruktur wird als Ätzmaske (Hardmask) verwendet, um die Multilayerstruktur selbst zu ätzen. Die Hardmask wird anschließend entfernt.
Eine typische Multilayerstruktur weist 40 Schichten mit einer Gesamtdicke von ca. 280 nm auf. Die in der Multilayerstruktur anzuordnenden Strukturen weisen damit ein hohes Aspektverhältnis auf, so dass Strukturen auf der Maske schwer oder gar nicht herstellbar sind. Eine Absorberschicht, einschließlich einer Bufferschicht, weist typischerweise eine Gesamtdicke von ca. 50 bis 130 nm auf.
Besonders schwierig ist es dabei, gleichzeitig kleine und große Strukturen auf einer solchen Maske zu erzeugen. Zur Herstellung besonders kleiner Strukturen unterhalb des eigentlichen Auflösungsvermögens der Lithographiestrahlung müssen zum Teil besondere Maßnahmen ergriffen werden. Für die Optical Proximity Correction werden z.B. gezielt so genannte Scatterbars vorgesehen, die wesentlich kleinere Abmessungen haben als die größeren eigentlichen Strukturen, die auf dem Wafer erzeugt werden sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lithographiemaske zu schaffen, mit der auf einem Substrat Strukturen sehr unterschiedlicher Größe und Form herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lithographiemaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Lithographiemaske mindestens eine reflektierende Multilayerstruktur auf einem Maskensubstrat auf, wobei eine erste Struktur in und/oder auf der Multilayerstruktur angeordnet ist. Ferner weist die Lithographiemaske mindestens eine Absorberschicht auf, wobei in der Absorberschicht eine zweite Struktur angeordnet ist. Unter einer Absorberschicht wird hier auch ein Mehrschichtsystem von einer Absorberschicht mit einer Bufferschicht verstanden.
Durch die Kombination zweiter Strukturen auf der Lithographiemaske ist es möglich, Strukturen unterschiedlicher Form und/oder Größe mit dem jeweils passenden Herstellungsverfahren anzuordnen. Damit ist es möglich, Strukturen mit ähnlicher Fertigungscharakteristik (ähnlichem Prozessfenster) in den jeweils geeigneten Schichten der Lithographiemaske anzuordnen.
Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die charakteristische Länge (z.B. Linienbreite) der ersten Struktur 1,5 bis 10 mal größer ist als die charakteristische Länge der zweiten Struktur. Durch die Kombination einer ersten und einer zweiten Struktur in unterschiedlich reflektierenden Bereichen der Lithographiemaske können im Belichtungsergebnis Strukturen von Halbleiterbauelementen hergestellt werden, die unterschiedlich groß sind.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zweite Struktur zur Erzeugung einer OPC-Struktur, insbesondere als Scatterbar ausgebildet ist. Dies ist eine Anwendung, bei der Strukturen unterschiedlicher Größe in ein Substrat eingebracht werden müssen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Struktur der Form nach unterschiedlich sind, so dass die Form der jeweiligen Schicht der Lithographiemaske angepasst werden kann. So ist es leichter, mit der zweiten Struktur in der dünneren Absorberschicht Löcher (kleineres Aspektverhältnis) herzustellen.
Mit Vorteil beträgt die charakteristische Länge der ersten Struktur 180 nm und die charakteristische Länge der zweiten Struktur 100 nm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lithographiemaske weist ein Maskensubstrat auf, das Silizium, Glas und/oder Keramik aufweist oder aus diesen Materialen besteht.
Vorteilhafterweise weist die Multilayerstruktur mindestens 20 alternierend übereinanderliegende Schichten aus Molybdän und Silizium auf. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Absorberschicht einen Anteil Chrom, Tantal und/oder Tantalnitrid aufweist oder aus diesen Materialien besteht.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske.
In 1 ist als erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lithographiemaske eine Reflexionsmaske mit einem Maskensubstrat 100 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Strahlung einer Lithographielichtquelle (hier EUV Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm) fällt von oben auf die Lithographiemaske und wird von reflektierenden Anteilen der Lithographiemaske zur Belichtung eines hier nicht dargestellten Substrates verwendet. Auf dem Substrat wird durch das reflektierte Licht eine Struktur erzeugt.
Der reflektierende Anteil wird auf der Lithographiemaske von einer Multilayerstruktur 10 gebildet. Dies ist eine Schichtenfolge von 40 alternierenden Molybdän- und Siliziumschichten. Diese Schichten reflektieren das kurzwellige UV-Licht.
Die Bereiche, von denen keine Reflexion ausgehen soll, sind mit einer Absorberschicht 20 aus Chrom, Tantal oder Tantalnitrid bedeckt. Die Absorberschicht 20 ist aus Gründen der Übersicht hier als einheitlich dargestellt. Die Absorberschicht 20 kann auch eine hier nicht dargestellte Bufferschicht enthalten.
Bei der Lithographiemaske gemäß 1 ist in der Multilayerstruktur 10 eine erste Struktur 1 eingebracht, die eine dunkle Struktur bildet. Die Absorberschicht 20 ist mit einer zweiten Struktur 2 versehen, deren charakteristische Länge (z.B. Linienbreite, Abmessung einer quadratischen Struktur) um den Faktor 1,5 bis 10 kleiner ist als die der ersten Struktur 1. Die zweite Struktur 2 wird in der Reflexion als helle Struktur vor einem dunklen Hintergrund entstehen.
Die zweite Struktur 2 ist hier als Scatterbar für eine OPC ausgebildet, wobei die Scatterbars zur ersten Struktur 1 gehören, die wesentlich größer ist. Allerdings kann sich die zweite Struktur 2 auch in der Form von der ersten Struktur 1 unterscheiden.
Hiermit wird eine Kombination einer ersten und einer zweiten Struktur 1, 2 erreicht, deren Größenverhältnisse und/oder Formverhältnisse unterschiedlich sind. Je nach Größen- und/oder Formverhältnis kann die geeignete Position auf der Lithographiemaske, d.h. Absorberschicht 20 oder Multilayerschicht 10 gewählt werden. Bei der Herstellung von Lithographiemasken gibt es bestimmte Prozessfenster, die beachtet werden müssen. So hängen z.B. Ätzgeschwindigkeit in die Tiefe, die laterale Auflösung der erzeugten Strukturen und das Seitenwandprofil von der Strukturgröße und -form ab. Aus diesem Grund ist die Aufteilung der Strukturen, d.h. die separate Erzeugung auf der Lithographiemaske nach Strukturgröße und -form sinnvoll.
In einem Belichtungsschritt werden mit diesen beiden Strukturen 1, 2 ein Muster auf einem zu belichteten Substrat hergegestellt, wobei nicht alle Strukturen 1, 2 auf dem Substrat printen müssen. Falls eine der Strukturen z.B. eine OPC-Struktur ist, so wird diese auf dem Substrat nicht geprintet werden.
Dabei zeigen Simulationen, dass die Prozessfenster für gleichartige Strukturen in der Absorberschicht 20 und der Multilayerschicht 10 verschieden sind. Durch geschicktes Platzieren der Strukturen 1, 2 in der Absorberschicht 20 und der Multilayerschicht 10 kann die Überlappung der Prozessfenster (hier die Dosis- und Defokuseinstellung für ausreichende Belichtungsergebnisse) für die verschiedenen Strukturen 1, 2 vergrößert werden.
Hinsichtlich der charakteristischen Längen sind nach der International Roadmap of Semiconductors 2003 unter Berücksichtigung einer 4-fachen Verkleinerung von der Lithographiemaske zum Substrat (Wafer) folgende Minimalwerte zu erwarten:

45 nm Knoten: abgebildete Struktur: 180 nm

kleinste Linie (OPC): 100 nm Kontaktloch: 200 nm

32 nm Knoten: abgebildete Struktur: 128 nm kleinste Linie (OPC): 72 nm Kontaktloch: 120 nm
In 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, bei der die Verhältnisse gegenüber der 1 umgekehrt sind. Hierbei ist die Multilayerstruktur 10 weitgehend von einer Absorberschicht 20 befreit. Lediglich die zweite Struktur 2 wird aus Teilen einer Absorberschicht 20 gebildet. Auch hier kann die Absorberschicht 20 eine hier nicht dargestellte Bufferschicht aufweisen.
Somit wird in der Reflexion eine dunkle Struktur auf einem hellen Grund erzeugt. Auch hier können eine wesentliche größere erste Struktur 1 und eine kleine zweite Struktur 2 parallel abgebildet werden.
In 3 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lithographiemaske dargestellt. Der vertikale Schichtenaufbau entspricht im Wesentlichen dem oben beschriebenen. Bei der dritten Ausführungsform wird eine regelmäßige, alternierende Struktur geschaffen, bei der eine dunkle, zweite Struktur 2 in der Absorberschicht 20 gebildet wird. Versetzt dazu, ist ebenfalls alternierend eine erste Struktur 1 angeordnet.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Lithographiemaske auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

1: erste Struktur
2: zweite Struktur
10: Multilayerstruktur
20: Absorberschicht
100: Maskensubstrat

Claims

Lithographiemaske zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit mindestens einer reflektierenden Multilayerstruktur auf einem Maskensubstrat, wobei eine erste Struktur in und/oder auf der Multilayerstruktur angeordnet ist und mit mindestens einer Absorberschicht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Absorberschicht (20) eine zweite Struktur (2) angeordnet ist, wobei beide Strukturen (1, 2) zur Erzeugung eines Belichtungsmusters auf einem zu belichtenden Substrat dienen.
Lithographiemaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Länge der ersten Struktur (1) 1,5 bis 10 mal größer als die charakteristische Länge der zweiten Struktur (2) ist.
Lithographiemaske nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur (2) zur Erzeugung einer OPC-Struktur, insbesondere als Scatterbar, ausgebildet ist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktur (1) linienförmig und/oder die zweite Struktur (2) punktförmig ausgebildet ist
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Länge der ersten Struktur (1) 180 nm und die charakteristische Länge der zweiten Struktur (2) 100 nm beträgt.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskensubstrat Silizium, Glas und/oder Keramik aufweist oder aus diesen Materialen besteht.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multilayerstruktur (10) mindestens 20 alternierend übereinanderliegende Schichten aus Molybdän und Silizium aufweist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (20) einen Anteil Chrom, Tantal und/oder Tantalnitrid aufweist oder aus diesen Materialien besteht.