DE102005048380B4

DE102005048380B4 - Vorrichtung zum Belichten eines Substrats, Photomaske und modifiziertes Beleuchtungssystem der Vorrichtung und Verfahren zum Bilden eines Musters an einem Substrat unter Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005048380B4
Application number: DE102005048380A
Authority: DE
Inventors: Ho-Chul Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: TW200628971A; CN101634813B; NL1030153C2; JP2006113583A; KR20060031999A; KR100614651B1; CN1760755A; NL1030153A1; TWI282484B; JP4955248B2; CN101634813A; US20060083996A1; US20090180182A1; DE102005048380A1

Abstract

Photomaske zur Transmission eines Bildes, das demselben eines Schaltungsmusters entspricht, wenn dieselbe mit Licht einer gegebenen Wellenlänge beleuchtet wird, mit:
einem Substrat (72; 82; 92; 102; 112), das hinsichtlich des Lichts der gegebenen Wellenlänge transparent ist;
mindestens einem Linien/Zwischenraum-Muster (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b), das an einer Oberfläche des Substrats (72; 82; 92; 102; 112) angeordnet ist, wobei das Linien/Zwischenraum-Muster (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b) eine Reihe von Linien (74; 84a/b), die sich in einer Richtung parallel zueinander erstrecken, aufweist, um Zwischenräume (76; 86a/b) zwischen denselben zu definieren, wobei die Linien (74; 84a/b) hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind; und
einem jeweiligen Gittermuster (79; 89a/b), das die Zwischenräume (76; 86a/b), die zwischen den Linien (74; 84a/b) jedes Linien/Zwischenraum-Musters (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b) definiert sind, einnimmt, wobei das Gittermuster (79; 89a/b) durch eine Reihe von Streifen gebildet ist, die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind und...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung einer photolithographischen Ausrüstung, die beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Photomaske und ein Beleuchtungssystem der Belichtungsvorrichtung.
Aus der US 2002/0192570 A1 und der US 5,821,014 A ist jeweils die Anordnung von zusätzlichen Maskenmusterelementen zwischen den eigentlichen Linien eines Maskenmusters bekannt, um Randeffekte des Maskenmusters zu korrigieren.
Aus der EP 1 429 190 A2 ist ein Beleuchtungssystem für eine Maske bekannt, bei dem Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation zum Beleuchten der Maske verwendet werden, um Interferenzerscheinungen zu minimieren.
Aus der US 5,459,000 A ist es bekannt, eine Maske mit verschiedenen Linienmustern mit Lichtstrahlen unterschiedlicher Polarisation zu beleuchten, wobei die Linienmuster der Maske mit unterschiedlicher Ausrichtung der Linien mit an die Polarisation der verschiedenen Lichtstrahlen angepassten Polarisatoren bedeckt sind.
Das Herstellen einer integrierten Schaltung einer Halbleitervorrichtung weist ein photolithographisches Verfahren auf, bei dem ein Muster einer Photomaske auf eine Wafer-Photoresistschicht (WPR; WPR = Wafer Photoresist Layer), d. h. eine Schicht aus Photoresist, die einen Wafer beschichtet, übertragen wird. Die Photomaske wird insbesondere unter Verwendung einer Lichtquelle und eines Beleuchtungssystems beleuchtet, um ein Bild des Musters bzw. der Struktur der Photomaske aufzunehmen. Das Muster der Photomaske entspricht einem Schaltungsmuster, das an dem Wafer zu bilden ist.
Ein Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster stellt die Schaltungsmuster dar, die typischerweise an einem Wafer gebildet sind. Eine Photomaske zur Verwendung beim Bilden eines solchen Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters ist in 1 und 2 dargestellt. Ein Linien-/Zwischenraum-Muster 18 der Photomaske 10 von 1 besteht aus Muster von Linien 14, die in einer horizontalen Richtung (die Richtung der X-Achse) parallel zueinander laufen und voneinander durch Zwischenräume 16 getrennt sind. Die Linien 14 sind aus Chrom hergestellt und sind an einem Quarzsubstrat 12 gebildet. Ein Linien/Zwischenraum-Muster 28 der Photomaske 10 von 2 besteht andererseits aus einem Muster von Linien 24, die in einer vertikalen Richtung (der Richtung der Y-Achse) parallel zueinander laufen und voneinander durch Zwischenräume 26 getrennt sind. Die Linien 24 sind aus Chrom hergestellt und sind an einem Quarzsubstrat 22 gebildet.
Das Licht, das verwendet wird, um die Photomaske zu beleuchten, ist auf den Wafer derart gerichtet, dass die WPR mit dem Bild belichtet wird bzw. demselben ausgesetzt wird. Die WPR wird bei einem Verfahren entwickelt, das die belichteten oder nicht belichteten Abschnitte der WPR selektiv entfernt, wodurch ein WPR-Muster gebildet wird. Das WPR-Muster, das so durch das Photolithographieverfahren gebildet wird, wird als eine Maske zum Ätzen einer Schicht aus Material, das unter der WPR angeordnet ist, verwendet.
Bei diesem Verfahren ist die Linienbreite des WPR-Musters die wichtigste technische Variable beim Einrichten des Grads, mit dem die End-Halbleitervorrichtung integriert werden kann. Der Grad der Integration legt den Preis der Halbleitervorrichtung fest. Verschiedene Forschungstätigkeiten wurden daher zum Minimieren der Linienbreite des WPR-Musters durchgeführt.
Ein Großteil der Forschung hat sich insbesondere auf das Vergrößern der Auflösung der Optik der Belichtungsvorrichtung konzentriert. Die Gleichung von Rayleigh (Gleichung 1 im Folgenden) schlägt Wege zum Verbessern der Auflösung W_min der Optik vor. Wmin = k1λ/NA [Gleichung 1]
k1 ist eine Konstante, die dem Belichtungsverfahren zugeordnet ist, λ ist die Wellenlänge des Lichts, das durch die Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung emittiert wird, und NA ist die numerische Apertur der Optik der Belichtungsvorrichtung.
Um bei einem Belichtungsverfahren eine hohe Auflösung zu erhalten, ist es somit notwendig, die Wellenlänge λ des Lichts und die Konstante k₁ zu minimieren und die numerische Apertur (NA) zu maximieren. Anstrengungen, die das Minimieren der Wellenlänge des Lichts bezweckt haben, haben den Arf-Laser geliefert, der Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm, fallend von 436 mm, was die Wellenlänge von Licht ist, das durch G-Linien-Lichtquellen emittiert wird, die bei Belichtungsvorrichtungen im Jahre 1982 vorgeherrscht haben, emittieren kann. Es wird ferner erwartet, dass ein F2-Laser, der fähig ist, Licht mit einer Wellenlänge von 157 nm zu emittieren, früher oder später implementiert wird. Jüngste Verbesserungen der Photomaske, des Linsensystems der Belichtungsvorrichtung, der Zusammensetzung des Photoresists und der Steuerung des Belichtungsverfahrens haben ferner die Verfahrens- bzw. Prozesskonstante k₁ auf bis zu 0,45 herabgesetzt.
Die NA wurde andererseits in jüngster Zeit auf nicht weniger als 0,7 in Belichtungsvorrichtungen, die einen ArF-Laser (193 nm) verwenden, auf über 0,3 in Belichtungsvorrichtungen, die eine G-Linien-Lichtquelle verwenden, und auf 0,6 in Belichtungsvorrichtungen, die einen KrF-Laser (248 nm) verwenden, vergrößert. Vergrößerungen der NA werden ferner erwartet, sowie die verwendete Wellenlänge sich dem Extrem-Ultraviolett-(EUV-)Band (13,5 nm) nähert. Es wird ferner erwartet, dass eine Lichtquelle, die Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm emittiert, für eine längere Zeit bei Belichtungsvorrichtungen verwendet wird, die so genannte Immersions- bzw. Tauchverfahren verwenden.
Zusätzlich muss der Defokussierungsfreiheitsgrad (DOF; DOF = Defocusing Degree of Freedom), der durch die Gleichung 2 dargestellt ist, hoch sein, wenn ein winziges Muster mit einem stabilen Profil und einer kleinen Linienbreite an einem Wafer zu bilden ist. DOF = k2·(Wmin)2/λ [Gleichung 2]
Ein modifiziertes Beleuchtungssystem wurde in jüngster Zeit verwendet, um den hohen DOF zu liefern, der zum Bilden eines stabilen winzigen Musters mit einer kleinen Linienbreite erforderlich ist. Das modifizierte Beleuchtungssystem sammelt eine große Menge von Licht, bei dem eine Interferenz durch die Photomaske erzeugt wurde, und richtet das Licht hin zu der WPR. Das modifizierte Beleuchtungssystem ermöglicht daher, dass mehr Information an dem Schaltungsmuster, das durch die Photomaske geliefert wird, zu der WPR übertragen wird.
Die Gleichmäßigkeit der Linienbreite des WPR-Musters beeinflusst außerdem die Erzeugnisausbeute bedeutend; daher hat das Reduzieren der Linienbreite der WPR ohne ein Aufrechterhalten der Gleichmäßigkeit der Linienbreite keine Vorteile. Verschiedene Verfahren wurden entsprechend zum Verbessern der Gleichmäßigkeit der Linienbreite des WPR-Musters vorgeschlagen. Wie im Vorhergehenden erwähnt ist, wird jedoch das WPR-Muster durch Übertragen eines Musters einer Photomaske auf die Photoresistschicht hergestellt. Die Form des WPR-Musters wird entsprechend durch die Charakteristika und die Form des Musters der Photomaske beeinflusst. Die Linienbreite des Musters der Photomaske muss daher zuerst gleichmäßig sein, bevor irgendein Verfahren, das bezweckt, die Gleichmäßigkeit der Linienbreite des WPR-Musters zu verbessern, wirksam sein kann.
3 ist ein Flussdiagramm, das typische Verfahren beim Herstellen einer Photomaske darstellt. Bezug nehmend auf 3 wird ein Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Computerprogramms (wie z. B. eines CAD- oder OPUS-Programms) entworfen. Das entworfene Schaltungsmuster wird in einem vorbestimmten Speicher als elektronische Daten D1 gespeichert. Dann wird ein Belichtungsverfahren (S2) durchgeführt, bei dem ein elektronischer Strahl oder ein Laser einen vorbestimmten Abschnitt eines Photoresistfilms, der über einer Chromschicht an einem Quarzsubstrat liegt, bestrahlt. Die Region, die durch das Belichtungsverfahren (S2) bestrahlt wird, ist durch die Belichtungsdaten D2 bestimmt, die aus den Entwurfsschaltungsmusterdaten D1 extrahiert werden. Der belichtete Photoresistfilm wird dann entwickelt (S3). Das Entwicklungsverfahren (S3) entfernt ausgewählte Abschnitte des Photoresistfilms, wie z. B. dieselben, die bestrahlt wurden, um dadurch ein Photoresistmuster zu bilden. Das Photoresistmuster legt den darunter liegenden Chromfilm frei. Der freigelegte Chromfilm wird dann unter Verwendung des Photoresistmusters als eine Maske plasma-trockengeätzt, um ein Masken-(Chrom-)Muster zu bilden, das dem Schaltungsmuster entspricht, und seinerseits das Quarzsubstrat (S4) freilegt. Dann wird das Photoresistmuster entfernt, worauf die Photomaske fertiggestellt ist.
4 stellt schematisch ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480 dar, das ein weiterer Typ eines Musters ist, das typischerweise an einem Wafer gebildet werden muss, um eine hochintegrierte Halbleitervorrichtung zu erzeugen. Das senkrechte Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480 besteht aus einem Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480a, das in einer horizontalen Richtung (der Richtung der X-Achse) ausgerichtet ist, und einem Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480b, das in einer vertikalen Richtung (der Richtung der Y-Achse) ausgerichtet ist und das Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480a schneidet. Jedes Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480a, 480b besteht aus einer Reihe von parallelen Linien 440, die voneinander durch Zwischenräume 460 getrennt sind.
Zwei Photomasken und Belichtungsverfahren sind erforderlich, um das senkrechte Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480 zu bilden. Die Photomasken sind in 5A und 5B dargestellt. 5A stellt eine erste Photomaske 50a dar, die ein Linien-/Zwischenraummuster 58a, das sich in einer horizontalen Richtung (der Richtung der X-Achse) erstreckt, aufweist. Das Linien-/Zwischenraummuster 58a weist ein Muster von Linien 54a aus Chrom auf, die sich parallel zueinander an einem Quarzsubstrat 52a erstrecken und durch Zwischenräume 56a getrennt sind. 5B stellt eine zweite Photomaske 50b dar, die ein Linien-/Zwischenraummuster 58b, das sich in einer vertikalen Richtung (der Richtung der Y-Achse) erstreckt, aufweist. Die Linien/Zwischenraum-Schaltung 58b weist ein Muster von Linien 54b aus Chrom auf, die sich parallel zueinander an einem Quarzsubstrat 52b erstrecken und durch Zwischenräume 56b getrennt sind.
Eine Photoresistschicht an einem Wafer (WPR) wird bei einem primären Belichtungsverfahren zuerst Licht, das durch die erste Photomaske 50a über ein erstes modifiziertes Beleuchtungssystem gerichtet ist, ausgesetzt. Die WPR wird bei einem sekundären Belichtungsverfahren dann Licht, das durch die zweite Photomaske 50b über ein zweites modifiziertes Beleuchtungssystem gerichtet ist, ausgesetzt. Dann wird die WPR entwickelt, um ein Photoresistmuster zu bilden, das dem senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster 480 von 4 entspricht. In diesem Fall müssen die Lichtdurchlassregionen der modifizierten Beleuchtungssysteme bei zwei unterschiedlichen relativen Positionen positioniert sein, da die Linien/Zwischenraum-Muster der ersten Photomaske 50a und der zweiten Photomaske 50b in unterschiedlichen Richtungen voneinander ausgerichtet sind. Wie in 6A gezeigt ist, wird beispielsweise ein Dipol-Beleuchtungssystem 60a mit Lichtdurchlassregionen 61a, die in einer vertikalen Richtung (der Richtung der Y-Achse) angeordnet sind, verwendet, um die erste Photomaske 50a zu beleuchten. Wie in 6B gezeigt ist, wird andererseits ein Dipol-Beleuchtungssystem 60b mit Lichtdurchlassregionen 61b, die in einer horizontalen Richtung (der Richtung der X-Achse) angeordnet sind, verwendet, um die zweite Photomaske 50b zu beleuchten.
Die Ausbeute des Photolithographieverfahrens wird somit durch die Notwendigkeit, die im Vorhergehenden beschriebenen primären und sekundären Belichtungsverfahren durchzuführen, stark begrenzt. Andere Herstellungsprobleme treten zusätzlich aufgrund der Verzögerung zwischen dem primären Belichtungsverfahren und dem sekundären Belichtungsverfahren und aufgrund einer Überlappung der relativen Positionen der ersten Photomaske und der zweiten Photomaske, die während der jeweiligen Belichtungsverfahren auftritt, unvermeidbar auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die im Vorhergehenden beschriebenen Beschränkungen des Standes der Technik zu überwinden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, eine Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die verwendet werden können, um ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster mit lediglich einem einzigen Belichtungsverfahren zu bilden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Photomaske zu schaffen, die ein scharfes Bild eines Linien/Zwischenraum-Musters mit einer kleinen kritischen Abmessung zu einer Schicht aus Photoresist übertragen kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Photomaske zu schaffen, die das Bilden eines senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters durch lediglich ein einziges Belichtungsverfahren erleichtern kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein modifiziertes Beleuchtungssystem zu schaffen, das die Übertragung des Bilds eines senkrechten Linien/Zwischenraum-Musters auf einer Photomaske zu einer Schicht aus Photoresist verbessern kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Photomaske geschaffen, die ein transparentes Substrat, ein Linien/Zwischenraum-Muster aus lichtundurchlässigem Material an dem Substrat und ein gegittertes Muster aus lichtundurchlässigem Material, das die Zwischenräume des Linien/Zwischenraum-Musters einnimmt, aufweist. Das Gittermuster ist eine Reihe von Streifen, die sich senkrecht zu den Linien des Linien/Zwischenraum-Musters erstrecken, und die Streifen weisen eine Schrittweite bzw. einen Abstand auf, der kleiner als die Wellenlänge des Belichtungslichtes ist. Das gegitterte Muster ist entsprechend als ein Polarisator wirksam. Das Bild des Linien/Zwischenraum-Musters wird daher durch das Licht, das in einer Richtung parallel zu den Linien des Linien/Zwischenraum-Musters polarisiert ist, aufgenommen. Wenn beispielsweise das Linien/Zwischenraum-Muster in der Richtung einer X-Achse ausgerichtet ist, erstrecken sich die Streifen des Gittermusters in der Richtung einer Y-Achse senkrecht zu der X-Achse. Der Abstand des Gittermusters in der Richtung der Y-Achse ist kleiner als die Wellenlänge des Belichtungslichtes.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Linien/Zwischenraum-Muster ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters, das ein erstes Linien/Zwischenraum-Muster, das in einer ersten Richtung ausgerichtet ist, und ein zweites Linien/Zwischenraum-Muster, das in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet ist, aufweist. In einem solchen Fall nimmt ein erstes Gittermuster die Zwischenräume des ersten Linien/Zwischenraum-Musters ein, und ein zweites Gittermuster nimmt die Zwischenräume des zweiten Linien/Zwischenraum Musters ein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zusammengesetztes bzw. gemischtes Polarisationsbeleuchtungssystem zum Beleuchten einer Photomaske mit Linien/Zwischenraum-Mustern, die in einer ersten und einer zweiten Richtung ausgerichtet sind, geschaffen. Das gemischte Polarisationsbeleuchtungssystem ist eine Kombination eines ersten modifizierten Beleuchtungssystems mit einer Lichtdurchlassregion, die als ein Polarisator, der Licht in der ersten Richtung polarisiert, implementiert ist, und eines zweiten modifizierten Beleuchtungssystems mit einer Lichtdurchlassregion, die als ein Polarisator, der Licht in der zweiten Richtung polarisiert, implementiert ist. Die zweite Richtung ist vorzugsweise senkrecht zu der ersten Richtung. Das gemischte Polarisationsbeleuchtungssystem beleuchtet daher während eines Belichtungsverfahrens das senkrechte Linien/Zwischenraum-Muster der Photomaske auf eine Art und Weise, die für die Linien/Zwischenraum-Muster optimiert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann jede Lichtdurchlassregion eine Dipolform aufweisen, oder eine Lichtdurchlassregion kann eine Dipolform aufweisen, während die andere Lichtdurchlassregion eine Ringform aufweist. Die Lichtdurchlassregionen können ferner überlappen. In diesem Fall wird Licht, das nicht polarisiert ist, von dem Überlappungsbereich der Lichtdurchlassregionen durchgelassen bzw. transmittiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Belichtungssystem geschaffen, das eine Lichtquelle, eine Photomaske mit einem Substrat, das gegenüber Licht, das durch die Lichtquelle emittiert wird, transparent ist, ein erstes Linien/Zwischenraum-Muster, das in einer ersten Richtung ausgerichtet ist, und ein zweites Linien/Zwischenraum-Muster, das in einer zweiten Richtung ausgerichtet ist, und ein modifiziertes Beleuchtungssystem, das zwischen der Lichtquelle und der Photomaske angeordnet ist, um eine ausgewählten Region der Photomaske zu beleuchten, aufweist. Das modifizierte Beleuchtungssystem weist einen ersten und einen zweiten Polarisator auf, die das Licht, das auf dieselben einfällt, in der ersten bzw. zweiten Richtung polarisieren. Die Photomaske weist ferner vorzugsweise ein erstes Gittermuster, das die Zwischenräume des ersten Linien/Zwischenraum-Musters einnimmt, und ein zweites Gittermuster, das die Zwischenräume des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters einnimmt, auf. Das erste Gittermuster weist die Form einer Reihe von Streifen, die sich senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken, auf. Das zweite Gittermuster weist ähnlicherweise die Form einer Reihe von Streifen, die sich senkrecht zu der zweiten Richtung erstrecken, auf. Jede Reihe von Streifen weist einen ersten Abstand auf, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, das durch die Lichtquelle emittiert wird.
Gemäß der im Vorhergehenden beschriebenen vorliegenden Erfindung kann ein Mehrrichtungs-Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster, wie z. B. ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Muster, unter Verwendung von lediglich einer Photomaske und einem einzigen Belichtungsverfahren gebildet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlicher. Es zeigen:
1 bzw. 2 Draufsichten von Photomasken mit Linien/Zwischenraum-Schaltungsmustern zur Verwendung beim Bilden von winzigen Schaltungsmustern an einem Wafer;
3 ein Flussdiagramm eines bekannten Verfahrens zum Herstellen einer Photomaske;
4 eine Draufsicht eines senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters, das an einem Wafer gebildet ist;
5A bzw. 5B Draufsichten von Photomasken, die zum Bilden des senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters von 4 verwendet werden;
6A und 6B jeweils eine Draufsicht eines modifizierten Dipol-Beleuchtungssystems;
7A eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung;
7B eine Schnittansicht der Photomaske entlang einer Linie I-I' von 7A;
8 eine Draufsicht eines Abschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Muster der Photomaske darstellt;
9 bis 11 Draufsichten von anderen Ausführungsbeispielen von Photomasken gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
13 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines gemischten Polarisations-modifizierten Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung beim Beleuchten einer Photomaske mit einem senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster, wie in 8 gezeigt ist;
14 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines gemischten Polarisations-modifizierten Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung beim Beleuchten einer Photomaske mit einem senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster, wie in 8 gezeigt ist;
15 ein schematisches Diagramm einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
16A bis 16G Strahlen mit verschiedenen räumlichen Profilen;
17A eine Draufsicht eines Hologrammmusters eines Strahlformers gemäß der vorliegenden Erfindung;
17B eine räumliche Intensitätsverteilung des Teilstrahls, der unter Verwendung eines Strahlformers mit dem Hologrammmusters, das in 17A dargestellt ist, gebildet wird;
18A bis 18C ein erstes Ausführungsbeispiel einer Polarisationssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
19A und 19B ein zweites Ausführungsbeispiel einer Polarisationssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezug nehmend auf 7A weist eine Photomaske 70 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Linien/Zwischenraum-Muster 78, das in einer zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) ausgerichtet ist, und ein Gittermuster 79, das in einer ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) ausgerichtet ist, auf. Die Linien 74 des Linien/Zwischenraum-Musters 78 und das Gittermuster 79 sind lichtundurchlässig und sind an einem transparenten Quarzsubstrat 72 gebildet. Das Linien/Zwischenraum-Muster 78 besteht aus einer Reihe von parallelen Linien 74, die sich in der zweiten Richtung erstrecken, und Zwischenräumen 76, die zwischen den Linien 74 definiert sind. Das Gittermuster 79 nimmt die Zwischenräume 76, die zwischen den Linien 74 des Linien/Zwischenraum-Musters 78 definiert sind, ein und besteht aus Streifen, die sich senkrecht zu den Linien 74 erstrecken. Der Abstand P₁ des Linien/Zwischenraum-Musters 78 ist größer als die Wellenlänge λ des Lichts, das durch die Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung emittiert wird, für die die Photomaske 70 entworfen ist. Der Abstand P₂ des Gittermusters 79 ist kleiner als die Wellenlänge λ der Lichtquelle. Das Gittermuster 79 ist daher als ein Polarisator wirksam, um lediglich jene Komponenten von Licht durchzulassen, die in einer Richtung senkrecht zu der Ausrichtung des ausblendenden Musters 79 schwingen. Das Gittermuster 79 lässt, mit anderen Worten, lediglich jene Komponenten von Licht durch, die parallel zu den Linien 74 des Linien/Zwischenraum-Musters 78 schwingen, wie es detaillierter unter Bezugnahme auf 7B beschrieben ist.
Licht kann durch die Summe von zwei Komponenten, die in Ebenen senkrecht zueinander schwingen, dargestellt sein. In dem Fall von Licht, das auf die Photomaske einfällt, sind die betrachteten Komponenten eine Komponente, die in einer Ebene parallel zu der Einfallsebene schwingt, und eine Komponente, die in einer Ebene senkrecht zu der Einfallsebene schwingt. Auf die Komponente, die in einer Ebene parallel zu der Einfallsebene schwingt, wird als eine P-Polarisation (P-Modus) Bezug genommen, und auf die Komponente, die in einer Ebene senkrecht zu der Einfallsebene schwingt, wird als eine S-Polarisation (S-Modus) Bezug genommen.
Bezug nehmend auf 7B lässt das Gittermuster 79 lediglich die S-Polarisation (den S-Modus bzw. S-Mode) durch, da der Abstand P₂ des Gittermusters 79 kleiner als die Wellenlänge λ des Lichts 701 ist. Als ein Resultat und gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Bild des Linien/Zwischenraum-Musters 78 mit lediglich dem S-Modus des Lichts aufzunehmen. Ein genaues Bild des Linien/Zwischenraum-Musters 78 kann daher auf einen Wafer übertragen werden.
8 stellt eine Photomaske 80 dar, die ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Muster 88 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Das senkrechte Linien/Zwischenraum-Muster 88 weist Linien/Zwischenraum-Muster 88a und 88b, die in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind, auf. Das Linien/Zwischenraum-Muster 88a ist insbesondere in einer ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) ausgerichtet, und das Linien/Zwischenraum-Muster 88b ist in einer zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichtet. Ein erstes Gittermuster 89a, das aus Streifen besteht, die sich in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) erstrecken, nimmt Zwischenräume 86a zwischen den Linien 84a des Linien/Zwischenraum-Musters 88a ein. Ein zweites Gittermuster 89b, das aus Streifen besteht, die sich in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) erstrecken, nimmt Zwischenräume 86b zwischen den Linien 84b des Linien/Zwischenraum-Musters 88b ein.
Das erste Beugungsgittermuster 89a, das in der zweiten Richtung ausgerichtet ist, lässt lediglich Komponenten des Lichts durch, die in der ersten Richtung (in der Richtung der X-Achse polarisiert) schwingen. Das zweite Gittermuster 89b, das in der ersten Richtung ausgerichtet ist, lässt lediglich Komponenten von Licht durch, die in der zweiten Richtung (in der Richtung der Y-Achse polarisiert) schwingen. Scharfe Bilder von sowohl dem Linien/Zwischenraum-Muster 88a als auch dem Linien/Zwischenraum-Muster 88b werden daher durch den S-Modus des Lichts aufgenommen. Lediglich ein Belichtungsverfahren muss gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, um den gleichen Effekt wie derselbe, der lediglich erzeugt werden kann, indem zwei Belichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden, zu erzeugen.
9 bis 11 stellen verschiedene Photomasken gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bezug nehmend auf 9 weist eine Photomaske 90 Linien/Zwischenraum-Muster 89a und 89b, die in unterschiedlichen Richtungen (einer ersten und einer zweiten Richtung senkrecht zueinander) ausgerichtet sind, auf; die Linien/Zwischenraum-Muster 98a und 98b sind jedoch voneinander im Gegensatz zu der Photomaske von 8 getrennt (diskret). Bezug nehmend auf 10 weist eine Photomaske 100 ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Muster 108, das aus Linien/Zwischenraum-Mustern, die in einer ersten und einer zweiten Richtung senkrecht zueinander ausgerichtet sind, besteht, ein diskretes Linien/Zwischenraum-Muster 108a, das in der ersten Richtung ausgerichtet ist, und ein diskretes Linien/Zwischenraum-Muster 108b, das in der zweiten Richtung ausgerichtet ist, auf. Bezug nehmend auf 11 weist eine Photomaske 110 ein rechteckiges Linien/Zwischenraum-Muster 118 auf.
Verfahren zum Entwerfen und Herstellen der im Vorhergehenden beschriebenen Photomasken sind im Folgenden beschrieben. Als ein Beispiel ist ein Verfahren zum Entwerfen und Herstellen einer Photomaske mit dem in 8 gezeigten senkrechten Linien/Zwischenraum-Muster unter Bezugnahme auf 8 und 12 beschrieben. Die Verfahren zum Entwerfen und Herstellen von Photomasken mit den anderen Linien/Zwischenraum-Mustern sind ähnlich zu dem Verfahren von 12. Detaillierte Beschreibungen derselben sind daher weggelassen.
Bezug nehmend auf 12 wird ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Computerprogramms, wie z. B. eines CAD- oder eines OPUS-Programms, entworfen. Das entworfene senkrechte Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster sowie die Daten der Belichtungsvorrichtung, z. B. die Wellenlänge des Lichts, das durch die Lichtquelle emittiert wird, werden in einer Speichervorrichtung als elektronische Daten gespeichert. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die elektronischen Entwurfsdaten verarbeitet, um Entwurfsdaten D1 einer Photomaske zu erzeugen. Die Entwurfsdaten D1 weisen erste Daten, die das Linien/Zwischenraum-Muster 88a darstellen, zweite Entwurfsdaten, die das Linien/Zwischenraum-Muster 88b darstellen, dritte Entwurfsdaten, die das erste Gittermuster 89a darstellen, das die Zwischenräume 86a, die zwischen den Linien 84a des Linien/Zwischenraum-Musters 88a definiert sind, einnimmt, und vierte Entwurfsdaten, die das zweite Gittermuster 89b darstellen, das die Zwischenräume 86b, die zwischen den Linien 84b des Linien/Zwischenraum-Musters 84b definiert sind, einnimmt, auf.
Ein Belichtungsverfahren S2 wird dann durchgeführt. Bei dem Belichtungsverfahren S2 wird eine vorbestimmte Region einer Photoresistschicht, die an einem Quarzsubstrat angeordnet ist, mit einem Elektronenstrahl bestrahlt. Die Region, die bei den Belichtungsverfahren S2 bestrahlt wird, wird durch Belichtungsdaten D2, die aus den Entwurfsdaten D1 extrahiert werden, bestimmt. Die belichtete Photoresistschicht wird dann einem Entwicklungsverfahren S3 unterzogen, um ein Photoresistmuster, das eine Chromschicht, die unter der Photoresistschicht angeordnet ist, freilegt. Die freigelegte Chromschicht wird dann plasma-trockengeätzt (S4), um ein Chrommusters, das das Quarzsubstrat freilegt, zu bilden. Das trockene Ätzverfahren S4 wird unter Verwendung des Photoresistmusters als eine Ätzmaske durchgeführt, und das Photoresistmuster wird nach dem Ätzverfahren entfernt. Ein senkrechtes Linien/Zwischenraum-Muster, das Beugungsmuster, die als ein Polarisator wirken, aufweist, ist somit gebildet.
Ein solches Linien/Zwischenraum-Muster wird dann unter Verwendung eines modifizierten Beleuchtungssystems beleuchtet, derart, dass ein Bild des Linien/Zwischenraum-Musters zu einer Photoresistschicht an einem Wafer (WPR) übertragen wird.
Im Folgenden ist ein modifiziertes Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das modifizierte Beleuchtungssystem ist für das Linien/Zwischenraum-Muster der Photomaske optimiert. Wenn beispielsweise die Photomaske ein Linien/Zwischenraum-Schaltungsmuster, das in einer ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) ausgerichtet ist, aufweist, wird ein modifizierendes Dipol-Beleuchtungssystem verwendet, bei dem zwei Lichtdurchlassregionen des Systems in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) arrayförmig angeordnet sind und als Polarisatoren implementiert sind, die Licht, das in der ersten Richtung polarisiert ist, durchlassen. Wenn ähnlicherweise die Photomaske ein Linien/Zwischenraum-Muster aufweist, das in einer zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) ausgerichtet ist, wird ein modifiziertes Dipol-Beleuchtungssystem verwendet, bei dem zwei Lichtdurchlassregionen des Systems in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) arrayförmig angeordnet sind und als Polarisatoren implementiert sind, die Licht, das in der zweiten Richtung polarisiert ist, durchlassen.
Wenn andererseits die Photomaske Linien/Zwischenraum-Muster aufweist, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, können ein modifiziertes Ring-Beleuchtungssystem und ein modifiziertes Dipol-Beleuchtungssystem verwendet werden. In diesem Fall ist die Ring-Lichtdurchlassregion des modifizierten Ring-Beleuchtungssystem als ein Polarisator implementiert, der Licht, das in einer ersten Richtung polarisiert ist, durchlässt, und die zwei Lichtdurchlassregionen des modifizierten Dipol-Beleuchtungssystems sind in der ersten Richtung oder der zweiten Richtung arrayförmig angeordnet und sind als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der zweiten Richtung polarisiert ist, durchlassen. Die Regionen, in denen die Lichtdurchlassregionen der modifizierten Ring- und Dipol-Beleuchtungssystem überlappen, lassen vorzugsweise Licht durch, das nicht polarisiert ist. Ein modifiziertes Quadrupol-Beleuchtungssystem kann alternativ verwendet werden. In diesem Fall sind zwei Lichtdurchlassregionen in der ersten Richtung arrayförmig angeordnet und als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der ersten Richtung polarisiert ist, durchlassen, und zwei Lichtdurchlassregionen sind in der zweiten Richtung arrayförmig angeordnet und sind als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der zweiten Richtung polarisiert ist, durchlassen. Diese Beleuchtungssysteme können in der Form von gemischten Polarisationsbeleuchtungssystemen realisiert werden. Solche gemischten Polarisationsbeleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden detaillierter beschrieben.
Bezug nehmend auf 13 besteht ein gemischtes Polarisationsbeleuchtungssystem 130 aus einem ersten modifizierten Dipol-Beleuchtungssystem 130a mit zwei Lichtdurchlassregionen 132a_1 und 132a_2, die in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) in einer Abschirm-(lichtundurchlässigen)Region 134a arrayförmig angeordnet sind, und einem zweiten modifizierten Dipol-Beleuchtungssystem 130b mit zwei Lichtdurchlassregionen 130b_1 und 130b_2, die in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) in einer Abschirm-(lichtundurchlässigen)Region 134b arrayförmig angeordnet sind. In 13 bezeichnet Bezugsziffer 134 die resultierende Abschirm-(lichtundurchlässige)Region.
Die Lichtdurchlassregionen 132a_1 und 132a_2 des ersten modifizierten Dipol-Beleuchtungssystems 130a sind als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) polarisiert ist, durchlassen. Die Lichtdurchlassregionen 132b_1 und 132b_2 des zweiten modifizierten Dipol-Beleuchtungssystems 130b sind andererseits als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) polarisiert ist, durchlassen.
Wenn daher die Photomaske von 8 durch Licht, das durch das gemischte Polarisationsbeleuchtungssystem 130 durchgelassen wird, beleuchtet wird, wird Licht, das in der ersten Richtung polarisiert ist, d. h. die Komponente von Licht, die durch die Lichtdurchlassregionen 132a_1 und 132a_2 läuft, durch das zweite Gittermuster 89b der Photomaske 80 blockiert. Die Komponente des Lichts, die in der zweiten Richtung polarisiert ist, d. h. die Komponente des Lichts, die durch die Lichtdurchlassregionen 132b_1 und 132b_2 läuft, wird durch das erste Gittermuster 89a der Photomaske 80 blockiert. Das Bild des Linien/Zwischenraum-Musters 88a wird daher durch das Licht, das durch die Lichtdurchlassregionen 132a_1 und 132a_2 läuft, aufgenommen, und das Bild des Linien/Zwischenraum-Musters 88b wird durch Licht, das durch die Lichtdurchlassregionen 132b_1 und 132b_2 während eines Belichtungsverfahrens läuft, aufgenommen.
Ein modifiziertes Quadrupol-Beleuchtungssystem kann anstatt der zwei modifizierten Dipol-Beleuchtungssystemen verwendet werden. Das modifizierte Quadrupol-Beleuchtungssystem weist zwei Lichtdurchlassregionen, die in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) arrayförmig angeordnet sind, und zwei Lichtdurchlassregionen, die in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) arrayförmig angeordnet sind, auf. Die Lichtdurchlassregionen in der ersten Richtung sind als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) polarisiert ist, durchlassen. Die Lichtdurchlassregionen in der zweiten Richtung sind andererseits als Polarisatoren implementiert, die Licht, das in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) polarisiert ist, durchlassen.
Ein solches gemischtes Polarisationsbeleuchtungssystem 130 kann zum Belichten eines senkrechten Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters verwendet werden, das keine Gittermuster aufweist. Bei einem solchen Fall kann das Licht, das durch die Lichtdurchlassregionen 132b_1 und 132b_2, die in der zweiten Richtung arrayförmig angeordnet sind, durchgelassen wird, das Aufnehmen des Bilds des Linien/Zwischenraum-Musters, das in der ersten Richtung ausgerichtet ist, beeinflussen.
14 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines gemischten modifizierten Polarisationsbeleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Das gemischte modifizierte Polarisationsbeleuchtungssystem 140 gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht aus zwei modifizierten Beleuchtungssystemen 140a und 140b, die als Polarisatoren implementiert sind, die Licht, das in unterschiedlichen Richtungen polarisiert ist, durchlassen. Das erste modifizierte Beleuchtungssystem 140a weist eine Ringdurchlassregion 142a innerhalb einer Abschirm-(lichtundurchlässigen)Region 144a auf. Die Ringdurchlassregion ist als ein Polarisator implementiert, der Licht, das in der ersten Richtung (der Richtung der X-Achse) polarisiert ist, durchlässt. Das zweite modifizierte Beleuchtungssystem 140b ist ein modifiziertes Dipol-Beleuchtungssystem mit zwei Durchlassregionen 142b_1 und 142b_2, die in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) innerhalb einer Abschirm-(lichtundurchlässigen)Region 144b arrayförmig angeordnet sind. Die Durchlassregionen 142b_1 und 142_2 sind als Polarisatoren, die Licht, das in der zweiten Richtung (der Richtung der Y-Achse) polarisiert ist, durchlassen, implementiert. Regionen 146, in denen die Lichtdurchlassregion 142a und die Lichtdurchlassregionen 142b_1 und 142b_2 überlappen, lassen Licht, das nicht polarisiert ist, (oder Licht von der ursprünglichen Lichtquelle) durch. Die überlappenden Lichtdurchlassregionen 146 lassen Licht einer Intensität durch, die das Doppelte derselben des Lichts ist, das durch die ursprüngliche Lichtquelle emittiert wird. Obwohl ferner die Lichtdurchlassregionen des Quadrupol-Beleuchtungssystems und des Dipol-Beleuchtungssystems in den Figuren als kreisförmig gezeigt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht derart begrenzt. Die Lichtdurchlassregionen können vielmehr verschiedene Formen aufweisen.
15 stellt eine Belichtungsvorrichtung 150 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Belichtungsvorrichtung 150 weist eine Lichtquelle 151 zum Erzeugen eines Lichtstrahls mit einer vorbestimmten Wellenlänge λ, eine Kondensorlinse 153 zum Kondensieren des Lichtstrahls, der durch die Lichtquelle 151 emittiert wird, ein modifiziertes Beleuchtungssystem 155, eine Photomaske 157, die ein Muster, das einem Schaltungsmuster entspricht, trägt, eine Reduzierungs- bzw. Verkleinerungs- Projektionslinse 159 vor der Photomaske 157 und einen Wafer-Tisch 165, an dem ein Wafer 163, der mit einer Schicht aus Photoresist 161 beschichtet ist, angebracht ist, auf.
Das Beleuchtungssystem 155 ist als Polarisatoren, die das Licht, das durch die Lichtquelle 151 emittiert wird, in unterschiedlichen Richtungen polarisieren, implementiert. Ein Verfahren zum räumlichen Steuern des polarisierten Zustands des Lichts und ein System dafür sind hinsichtlich 16A–16G beschrieben.
Das Beleuchtungssystem 155 weist einen Strahlformer zum Umwandeln eines durch die Lichtquelle 151 erzeugten Strahls in einen Teilstrahl L' (der den Lichtdurchlassregionen entspricht) mit einem räumlichen Profil, wie z. B. dasselbe, das in einer der 16A bis 16G dargestellt ist, auf. Der Strahl wird beispielsweise in zwei Abschnitte in dem im Vorhergehenden beschriebenen Dipol Beleuchtungssystem und in vier Abschnitte in dem Quadrupol-Beleuchtungssystem umgewandelt. Der Strahlformer bricht vorzugsweise den Lichtstrahl, um den Strahl in einen Teilstrahl umzuwandeln. Der Strahlformer kann somit ein optisches Beugungselement (DOE; DOE = Diffraction Optical Element) oder ein optisches Hologrammelement (HOE; HOE = Hologram Optical Element) aufweisen.
17A ist eine Draufsicht, die ein Hologrammmuster, das durch den Strahlformer (beispielsweise das HOE) verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Hologrammmuster dient zum Bilden des Teilstrahls L' mit der Form, die in 16E oder 17B dargestellt ist. Wie in 18A (einer Vergrößerung der Region 99 von 17A) dargestellt ist, weist das Hologrammmuster eine räumliche Verteilung von Teilregionen 10a, 10b mit unterschiedlichen physischen Charakteristika auf. Das Hologrammmuster besteht beispielsweise aus ersten Teilregionen 10a und zweiten Teilregionen 10b mit unterschiedlichen Dicken, wie in 18A und 18B dargestellt ist.
Die Dicken der Teilregionen 10a und 10b werden durch Berechnen der optischen Charakteristika von jenen Abschnitten des Lichts bestimmt, die jeweils durch die Teilregionen laufen. Berechnungen dieses Typs werden typischerweise durch Computer unter Verwendung von Fourier-Transformationen durchgeführt. Der Strahlformer wird dann durch Aussetzen eines Substrats 200 gegenüber einem Photolithographie/Ätz-Verfahren hergestellt, nachdem die Dicken der Teilregionen so berechnet wurden. Die berechneten Dicken werden zum Bestimmen der Tiefe verwendet, zu der jede der Regionen des Substrats 200, die den Teilregionen entsprechen, geätzt wird.
Bezug nehmend auf 18B weisen die ersten Teilregionen 10a jeweils eine erste Dicke t₁ auf und die zweiten Teilregionen 10b weisen jeweils eine zweite Dicke t₂, die größer als die erste Dicke t₁ ist, auf Die Teilregionen 10a und 10b können jedoch jeweils mehr als zwei unterschiedliche Dicken aufweisen.
Der Strahlformer bildet eine Polarisationssteuerung zum Umwandeln des einfallenden Lichtstrahls in einen polarisierten Teilstrahl. Zu diesem Zweck weist der Strahlformer ein Polarisationsmuster 210 an einer Oberfläche des Substrats 200 auf. Das Polarisationsmuster 210 ist insbesondere ein in einer Richtung verlaufendes bzw. unidirektionales Muster, das an den Teilregionen 10a, 10b gebildet ist. Der Teilstrahl, der durch den Strahlformer durchgelassen wird, ist als ein Resultat polarisiert.
Das Polarisationsmuster 210 kann eine Reihe von Balken mit einer Höhe h und einem vorbestimmten Abstand P, wie in 18B und 18C dargestellt ist, aufweisen. Die Balken sind vorzugsweise aus einem Material mit einem Brechungsindex von etwa 1,3 bis 2,5 und einem Extinktions- bzw. Dämpfungsindex k von etwa 0 bis 0,2 gebildet. Die Balken des Polarisationsmusters 210 können beispielsweise aus einem Material sein, das aus einer Gruppe, die aus ArF, Photoresist, SiN und SiON besteht, ausgewählt ist.
19A und 19B stellen eine Polarisationssteuerung 303 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bilden eines Teilstrahls mit zwei in zueinander senkrechten Richtungen polarisierten Abschnitten dar. Die Polarisationssteuerung 303 kann als eine Kombination einer ersten virtuellen Polarisationssteuerung 301, die einen ersten Abschnitt eines Teilstrahls, der in einer ersten vorbestimmten Richtung polarisiert ist, erzeugen kann, und einer zweiten virtuellen Polarisationssteuerung 302, die einen zweiten Abschnitt eines Teilstrahls, der in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung polarisiert ist, erzeugen kann, wie in 19A dargestellt ist, realisiert sein. Sowohl die erste als auch die zweite virtuelle Polarisationssteuerung 301 und 302 bestehen aus ersten Teilregionen 10a und zweiten Teilregionen 10b, die dicker als die ersten Teilregionen 10a (wie es in 18B dargestellt ist) sind. Die erste und die zweite virtuelle Polarisationssteuerung 301 und 302 können somit auf die gleiche Art und Weise wie der Strahlformer von 18A und 18B hergestellt sein. Die Polarisationssteuerung 303 muss jedoch nicht aus den virtuellen Polarisationssteuerungen 301 und 302 hergestellt sein.
Die Polarisationssteuerung 303 weist insbesondere eine Mehrzahl von Teilregionen 30 auf. Jede der jeweiligen Teilregionen 30 der Polarisationssteuerung 303 ist eine Kombination der Teilregionen 10a und/oder 10b, die in den entsprechenden Abschnitten der ersten und der zweiten virtuellen Polarisationssteuerung 301 und 302, wie in 19A dargestellt ist, positioniert sind.
Wie bei dem Strahlformer von 18A und 18B bestimmt die Verteilung der Dicken der ersten und der zweiten virtuellen Polarisationssteuerung 301 und 302 die Profile der Teilstrahlen, die durch die erste bzw. zweite virtuelle Polarisationssteuerung 301 und 302 laufen. Die Richtung der Polarisationsmuster an der ersten und der zweiten virtuellen Polarisationssteuerung 301 und 302 bestimmt die Polarisation der Teilstrahlen. Die Abschnitte der Strahlen, die durch die jeweiligen Teilregionen 30 der Polarisationssteuerung 303 laufen, zeigen daher physische Charakteristika (beispielsweise Profil und Polarisation) der Teilstrahlen, die durch die erste und die zweite virtuelle Polarisationssteuerung 301 und 302 getrennt erzeugt werden können.
D. h., dass gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 19A dargestellt ist, die Teilregionen 30 der Polarisationssteuerung 303 aus ersten Unterregionen 30a und zweiten Unterregionen 30b bestehen. Die ersten Unterregionen 30a weisen eine Dicke gleich der Dicke der Teilregionen, die in den entsprechenden Abschnitten der ersten virtuellen Polarisationssteuerung 301 positioniert sind, auf, und die zweiten Teilregionen 30b weisen eine Dicke gleich der Dicke der Teilregionen, die in den entsprechenden Abschnitten der zweiten virtuellen Polarisationssteuerung 302 positioniert sind, auf. Als ein Resultat ist das Profil des Teilstrahls, der durch die Polarisationssteuerung 303 läuft, gleich dem Profil, das durch Kombinieren der Teilstrahlen, die durch die erste bzw. zweite virtuelle Polarisationssteuerung 301 und 302 laufen, erhalten wird.
Die ersten Unterregionen 30a und die zweiten Unterregionen 30b weisen ferner erste Polarisationsmuster 210a und zweite Polarisationsmuster 210b, die in die gleichen Richtungen wie die Polarisationsmuster der Teilregionen 10a und/oder 10b gerichtet sind, die bei den entsprechenden Abschnitten der ersten und zweiten virtuellen Polarisationssteuerung 301 und 302 positioniert sind, auf. Die Abschnitte des Strahls, die durch die ersten Unterregionen 30a laufen, weisen daher die gleichen Polarisationszustände wie der Strahl auf, der durch die erste virtuelle Polarisationssteuerung 301 läuft, und die Abschnitte des Strahls, die durch die zweiten Unterregionen 30b laufen, weisen die gleichen Polarisationszustände wie der Strahl auf, der durch die zweite virtuelle Polarisationssteuerung 302 läuft.
Die Polarisationssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie folgt derart verallgemeinert werden, dass eine Polarisationssteuerung, die für einen komplizierteren Fall verwendet werden kann, hergestellt werden kann. Die Polarisationssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere als n (n ≥ 1) Teilregionen 30 aufweisend aufgefasst werden. Jede der Teilregionen 30 besteht aus m (m ≥ 1) Unterregionen. Die Polarisationssteuerung besteht daher aus n × m Unterregionen.
In diesem Fall ist die Zahl der Unterregionen 30 dieselbe, die zum Bilden eines Teilstrahls mit einem gewünschten Profil erforderlich ist. Die Unterregionen werden somit verschiedene Dicken aufweisen, um Strahlabschnitte mit unterschiedlichen Profilen zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der k-ten (1 ≤ k ≤ m) unteren Region ein Parameter, der das Profil des Abschnitts des Teilstrahls, der durch die k-te Unterregion läuft, einrichtet. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ferner Polarisationsmuster, die die gleiche Polarisationsrichtung liefern, in der j-ten Unterregion (1 ≤ j ≤ m) der i-ten (1 ≤ i ≤ n) Teilregion und der j-ten Unterregion der k-ten (k ≠ i und 1 ≤ k ≤ n) Teilregion vorgesehen. Ein ähnliches Balkenmuster 210 ist somit in jeder Teilregion vorgesehen.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, lediglich ein Belichtungsverfahren auszuführen, um den gleichen Effekt zu erhalten, der lediglich durch Durchführen von zwei Belichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik erhalten werden kann. Daher ist die Ausbeute des photolithographischen Verfahrens durch Praktizieren der vorliegenden Erfindung dramatisch verbessert.
Obwohl schließlich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele derselben besonders gezeigt und beschrieben ist, ist es für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Änderungen der Form und von Details an derselben durchgeführt werden können, ohne von dem wahren Geist und Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen.

Claims

Photomaske zur Transmission eines Bildes, das demselben eines Schaltungsmusters entspricht, wenn dieselbe mit Licht einer gegebenen Wellenlänge beleuchtet wird, mit: einem Substrat (72; 82; 92; 102; 112), das hinsichtlich des Lichts der gegebenen Wellenlänge transparent ist; mindestens einem Linien/Zwischenraum-Muster (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b), das an einer Oberfläche des Substrats (72; 82; 92; 102; 112) angeordnet ist, wobei das Linien/Zwischenraum-Muster (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b) eine Reihe von Linien (74; 84a/b), die sich in einer Richtung parallel zueinander erstrecken, aufweist, um Zwischenräume (76; 86a/b) zwischen denselben zu definieren, wobei die Linien (74; 84a/b) hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind; und einem jeweiligen Gittermuster (79; 89a/b), das die Zwischenräume (76; 86a/b), die zwischen den Linien (74; 84a/b) jedes Linien/Zwischenraum-Musters (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b) definiert sind, einnimmt, wobei das Gittermuster (79; 89a/b) durch eine Reihe von Streifen gebildet ist, die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind und sich senkrecht zu der Richtung erstrecken, in der sich die Linien (74; 84a/b) des Linien/Zwischenraum-Musters (78; 88a/b; 98a/b; 108, 108a/b; 118a/b) erstrecken, wobei die Streifen des Gittermusters (79; 89a/b) einen Abstand (P₂) aufweisen, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, und wobei das Gittermuster (79; 89a/b) als ein Polarisator wirksam ist.
Photomaske nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Linien/Zwischenraum-Muster (88a/b; 98a/b; 108a/b; 118a/b) ein erstes Linien/Zwischenraum-Muster (88a; 98a; 108a; 118a), das eine erste Reihe von Linien (84a), die sich in einer ersten Richtung parallel zueinander erstrecken, aufweist, und ein zweites Linien/Zwischenraum-Muster (88b; 98b; 108b; 118b) aufweist, das eine zweite Reihe von Linien (84b), die sich parallel zueinander in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken, aufweist.
Photomaske nach Anspruch 2, bei der die ersten und zweiten Reihen von Linien (84a, 84b) benachbart sind.
Gemischtes Polarisation-modifiziertes Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Photomaske (70; 80; 90; 100; 110) unter Verwendung von Licht von einer Lichtquelle (151), mit: einer Abschirmregion (144), die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig ist, und einer Mehrzahl von Lichtdurchlassregionen (142a, 142b_1, 142b_2), die innerhalb des Gebiets der Abschirmregion (144) definiert sind, wobei die Lichtdurchlassregionen (142a, 142b_1, 142b_2) hinsichtlich des Lichts transparent sind und Polarisatoren aufweisen, die das Licht, das auf dieselben einfällt, jeweils in unterschiedlichen Richtungen polarisieren, wobei die Lichtdurchlassregionen (142a, 142b_1, 142b_2) eine erste Ringöffnung (142a) in dem Gebiet der Abschirmregion (144) und ein Paar von Öffnungen (142b_1, 142b_2) in dem Gebiet der Abschirmregion (144) in einer ersten Richtung beabstandet voneinander aufweisen, wobei die Polarisatoren die Ringöffnung (142a) und das Paar von Öffnungen (142b_1, 142b_2) jeweils einnehmen.
Gemischtes Polarisations-modifiziertes Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, bei dem der Polarisator, der das Paar von Öffnungen (142b_1, 142b_2) einnimmt, das auf denselben einfallende Licht in der ersten Richtung polarisiert, und der Polarisator, der die Ringöffnung einnimmt, das auf denselben einfallende Licht in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung polarisiert.
Gemischtes Polarisations-modifiziertes Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, bei dem jede der Öffnungen des ersten Paars (142b_1, 142b_2) die Ringöffnung (142a) in dem Gebiet der Abschirmregion (144) überlappt und der Bereich der Überlappung (146) einfallendes Licht, das nicht polarisiert ist, durchlässt.
Belichtungsvorrichtung mit: einer Lichtquelle (151), die Licht einer gegebenen Wellenlänge emittiert; einer Photomaske (157; 80; 90; 100; 110), die in der Belichtungsvorrichtung (150) positioniert ist, derart, dass Licht, das durch die Lichtquelle (151) emittiert wird, auf derselben einfällt, wobei die Photomaske (157; 80; 90; 100; 110) ein Substrat (82; 92; 102; 112), das hinsichtlich des Lichts, das durch die Lichtquelle (151) emittiert wird, transparent ist, ein erstes Linien/Zwischenraum-Muster (88a; 98a; 108a; 118a), das eine erste Reihe von Linien (84a), die sich in einer ersten Richtung parallel zueinander erstrecken, aufweist, um Zwischenräume (86a) zwischen denselben zu definieren, und ein zweites Linien/Zwischenraum-Muster (88b; 98b; 108b; 118b) aufweist, das eine zweite Reihe von Linien (84b), die sich parallel zueinander in einer zweiten Richtung erstrecken, aufweist, um Zwischenräume (86b) zwischen denselben zu definieren, wobei die Linien (84a, 84b) des ersten und des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters hinsichtlich des Lichts, das durch die Lichtquelle (151) emittiert wird, lichtundurchlässig sind; und einem modifizierten Beleuchtungssystem (155), das in der Belichtungsvorrichtung (150) zwischen der Lichtquelle (151) und der Photomaske (157; 80; 90; 100; 110) angeordnet ist, um eine Region der Photomaske (157; 80; 90; 100; 110) mit dem durch die Lichtquelle (151) emittierten Licht zu beleuchten, wobei das modifizierte Beleuchtungssystem (155) einen ersten und einen zweiten Polarisator aufweist, die das Licht, das auf dieselben einfällt, jeweils in der ersten und zweiten Richtung polarisieren, wobei. die Photomaske (157; 80; 90; 100; 110) ferner ein erstes Gittermuster (89a), das die Zwischenräume (86a), die zwischen den Linien (84a) des ersten Linien/Zwischenraum-Musters (88a; 98a; 108a; 118a) definiert sind, einnimmt, und ein zweites Gittermuster (89b), das die Zwischenräume (86b), die zwischen den Linien des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters (88b; 98b; 108b; 118b) definiert sind, einnimmt, aufweist, wobei das erste Gittermuster (89a) durch eine Reihe von ersten Streifen gebildet ist, die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind und sich senkrecht zu der Richtung erstrecken, in der sich die Linien (84a) des ersten Linien/Zwischenraum-Musters (88a; 98a; 108a; 118a) erstrecken, wobei die ersten Streifen einen Abstand, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, aufweisen, und wobei das zweite Gittermuster (89b) durch eine Reihe von zweiten Streifen gebildet ist, die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind und sich senkrecht zu der Richtung erstrecken, in der sich die Linien (84b) des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters (88b; 98b; 108b; 118b) erstrecken, wobei die zweiten Streifen einen Abstand, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, aufweisen, und wobei Licht, das in der ersten Richtung polarisiert ist, durch das zweite Gittermuster (89b) blockiert wird, und Licht, das in der zweiten Richtung polarisiert ist, durch das erste Gittermuster (89a) blockiert wird.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der das modifizierte Beleuchtungssystem (155) ein gemischtes Polarisation-modifiziertes Beleuchtungssystem mit einer Abschirmregion (134; 144), die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig ist, und einer Mehrzahl von Lichtdurchlassregionen (132a_1, 132a_2, 132b_1, 132b_2; 142a, 142b_1, 142b_2), die innerhalb des Gebiets der Abschirmregion (134; 144) definiert sind, aufweist, wobei die Lichtdurchlassregionen (132a_1, 132a_2, 132b_1, 132b_2; 142a, 142b_1, 142b_2) hinsichtlich des Lichts transparent sind und erste und zweite Polarisatoren aufweisen, die das auf dieselben einfallende Licht jeweils in der ersten und zweiten Richtung polarisieren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Lichtdurchlassregionen (142a, 142b_1, 142b_2) überlappen und der Bereich der Überlappung (146) der Lichtdurchlassregionen (142a, 142b_1, 142b_2) einfallendes Licht, das nicht polarisiert ist, durchlässt.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der jede der Lichtdurchlassregionen (132a_1, 132a_2, 132b_1, 132b_2) eine Dipolform aufweist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der eine der Lichtdurchlassregionen (142b_1, 142b_2) eine Dipolform aufweist und die andere der Lichtdurchlassregionen (142a) eine Ringform aufweist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die erste und die zweite Richtung zueinander senkrecht sind.
Verfahren zum Bilden eines Linien/Zwischenraum-Schaltungsmusters, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (163) mit einer Schicht aus Photoresist (161) an demselben; Erzeugen von Licht mit einer gegebenen Wellenlänge; Richten des Lichts auf die Schicht aus Photoresist durch eine Photomaske (80; 90; 100; 110; 157), die ein Substrat (82; 92; 102; 112), das hinsichtlich des Lichts transparent ist, ein erstes Linien/Zwischenraum-Muster (88a; 98a; 108a; 118a), das eine erste Reihe von Linien (84a) aufweist, die sich in einer ersten Richtung parallel zueinander erstrecken, um Zwischenräume (86a) zwischen denselben zu definieren, und ein zweites Linien/Zwischenraum-Muster (88b; 98b; 108b; 118b), das eine zweite Reihe von Linien (84b) aufweist, die sich parallel zueinander in einer zweiten Richtung erstrecken, um Zwischenräume (86b) zwischen denselben zu definieren, aufweist, wobei die erste und die zweite Richtung nicht parallel sind und die Linien des ersten und des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters (88a/b; 98a/b; 108a/b; 118a/b) hinsichtlich des Lichts, das durch die Lichtquelle (151) emittiert wird, lichtundurchlässig sind, wodurch das Bild der Linien/Zwischenraum-Muster der Photomaske durch das Licht aufgenommen wird und auf die Schicht aus Photoresist (161) übertragen wird; wobei die Photomaske (157; 80; 90; 100; 110) ferner ein erstes Gittermuster (89a), das die Zwischenräume (86a), die zwischen den Linien (84a) des ersten Linien/Zwischenraum-Musters (88a; 98a; 108a; 118a) definiert sind, einnimmt, und ein zweites Gittermuster (89b), das die Zwischenräume (86b), die zwischen den Linien des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters (88b) definiert sind, einnimmt, aufweist, wobei das erste Gittermuster (89a) durch eine Reihe von ersten Streifen gebildet ist, die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind und sich senkrecht zu der Richtung erstrecken, in der sich die Linien (84a) des ersten Linien/Zwischenraum-Musters (88a; 98a; 108a; 118a) erstrecken, wobei die ersten Streifen einen Abstand, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, aufweisen, und wobei das zweite Gittermuster (89b) durch eine Reihe von zweiten Streifen gebildet ist, die hinsichtlich des Lichts lichtundurchlässig sind und sich senkrecht zu der Richtung erstrecken, in der sich die Linien (84b) des zweiten Linien/Zwischenraum-Musters (88b; 98b; 108b; 118b) erstrecken, wobei die zweiten Streifen einen Abstand, der kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, aufweisen, und wobei Licht, das in der ersten Richtung polarisiert ist, durch das zweite Gittermuster (89b) blockiert wird, und Licht, das in der zweiten Richtung polarisiert ist, durch das erste Gittermuster (89a) blockiert wird Polarisieren von Teilstrahlen des Lichts in der ersten und der zweiten Richtung, bevor das Licht von der Photomaske (80; 90; 100; 110; 157) durchgelassen wird; Entwickeln der belichteten Schicht aus Photoresist (161), um dadurch ein Photoresistmuster zu bilden; und Ätzen des Substrats (163) unter Verwendung des Photoresistmusters als eine Maske.