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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Maske für die lithografische
Projektion eines Musters auf ein Substrat.
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Integrierte
Schaltungen werden üblicherweise
mit Hilfe von lithografischen Prozesstechniken hergestellt. Dazu
wird für
eine Anzahl auf einem Substrat herzustellender Ebenen der Schaltung
jeweils eine Maske hergestellt, mit welcher das Muster der Ebene
in eine photoempfindliche Schicht (Resist) auf dem Substrat projiziert
wird. Dazu wird beispielsweise ein im Verhältnis 4:1 oder 5:1 die Strukturelemente des
Musters verkleinernder Projektionsapparat eingesetzt.
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Die
belichteten Strukturen im Resist werden anschließend entwickelt, so dass nachfolgend
in einem Ätzschritt
die entwickelten Strukturen in eine unterliegende Schicht übertragen
werden können,
in welcher zum Beispiel elektronische Bauelemente wie Transistoren
oder Dioden, Dotiergebiete, Kondensatoren, Leiterbahnen, oder deren
gegenseitige Isolationen, etc. anhand von Gräben in dieser Schicht zu bilden
sind.
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Die
Miniaturisierung in der Halbleitertechnik ist in den vergangenen
20 Jahren kontinuierlich fortgeschritten. Physikalische Grenzen
werden der Miniaturisierung durch das begrenzte Auflösungsvermögen insbesondere
der verwendeten Projektionsapparate gesetzt, wobei auch hier kontinuierlich
Fortschritte erzielt werden.
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Für die Qualität ist aber
nicht nur die auf dem Substrat minimal erzielbare Breite von Strukturelementen
entscheidend, auch die Gleichmäßigkeit (engl.:
uniformity) von im Layout vorgegebenen Elementen etwa gleicher Größe nach
einer Abbildung auf dem Substrat ist zu berücksichtigen. Durch den zweistufigen
Prozess – zunächst Bildung
der Strukturelemente auf der Maske und anschließend auf dem Substrat (z. B.
ein Halbleiterwafer) – können sich
die Effekte der Ungleichmäßigkeit
auf nachteilhafte Weise verstärken.
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Das
trifft besonders dann zu, wenn mit Linienbreiten, d. h. Breiten
der gebildeten Strukturelemente, im Bereich nahe der Auflösungsgrenze
des Projektionsapparates für
die Abbildung von der Maske auf z. B. einen Wafer gearbeitet wird.
Bei Linienbreiten auf der Maske nahe der Auflösungsgrenze des optischen Systems
wird eine Funktion nichtlinear, welche die jeweils bei der Abbildung
auf dem Wafer resultierenden Linienbreiten mit den Ausgangslinienbreiten
auf der Maske in Beziehung setzt. Lokale Schwankungen auf der Maske
können
somit zu erheblichen Linienbreitenvariationen auf dem Substrat führen. Man
spricht hier vom sogenannten Mask Error Enhancement Factor (MEEF).
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Anders
herum wirken sich in diesem Bereich schon von vornherein auf der
Maske unabsichtlich gebildete Variationen von Linienbreiten verschiedener
Strukturelemente in besonders erheblichem Maße auf entsprechend auf dem
Substrat resultierende Verteilungen der Linienbreiten (LB) aus.
Es wird daher ein sehr hoher Grad an Gleichmäßigkeit der Linienbreiten (LB)
auf der zur Verfügung
gestellten Maske benötigt.
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Derzeit
verfügbare
Techniken zur Herstellung von Strukturmustern auf Masken beruhen
auf Elektronenstrahlschreibern. Diese reichen aber für die zukünftigen
Anforderungen an Linienbreitengleichmäßigkeit nicht mehr aus, bei
denen nach Projektion auf dem Substrat (Halbleiterwafer) Linienbreiten
von 50 nm und weniger zu erzielen sind.
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Ähnlich wie
bei der beschriebenen Strukturübertragung
von der Maske in einen Resist, der auf dem Substrat angeordnet ist,
wird auch das Muster auf der Maske lithografisch hergestellt. Jedoch
wird dabei das Muster mit einem hochaufgelösten Strahl, etwa einem Elektronenstrahl,
gezeichnet. Masken mit geringeren Anforderungen an die Auflösung können auch
mit einem Laserstrahl im ultravioletten Wellenlängenbereich (bei 248 nm oder
365 nm) gezeichnet werden.
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Die
im Resist auf der Maske gezeichneten Muster werden in Ätzprozessen,
meist durch Trockenätzen,
in die unterliegende Absorberschicht übertragen. Neben Effekten,
die durch Entwicklungsprozesse bedingt sein können, kommen besonders auch Ätzprozesse
zur Übertragung
der Resiststruktur in den Absorber auf der Maske als Verursacher
von Schwankungen der Linienbreite in Betracht. Das gilt insbesondere
an den Rändern
und in den Ecken des Maskensubstrats, die systematisch abweichenden Bedingungen
im Ätzprozess
unterliegen.
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Dies
gilt für
die Herstellung fotolithografischer Masken, tritt aber besonders
bei der Herstellung von EUV-Masken (EUV: extrem ultravioletter Wellenlängenbereich
im Bereich von etwa 10 bis 15 nm, verwendet bei der Projektion des
Musters auf den Wafer) auf nachteilhafte Weise hervor. Auch bei der
Herstellung von Templates für
die Nano-Imprint-Technik schränken
diese Variationen der Linienbreite die Nutzbarkeit dieser Technik
erheblich ein.
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Ein
Ansatz zur Umgehung dieser Nachteile könnte darin bestehen, eine über das
Gebiet der Maske angepasste Vorverzerrung der Strukturelemente vorzunehmen.
Diese Vorverzerrung wäre
im Layout, d. h. dem noch in elektronischen Format vorliegenden
Muster zu berechnen. Mit dem vorverzerrten Layout würde dann
das Muster auf der Maske gezeichnet. Die Vorverzerrungen kompensieren
die systematischen Variationen der Linienbreite über dieses Gebiet hinweg. Die
gegenwärtig
verfügbaren hardware-
und softwaretechnischen Lösungen
erlauben diesen Weg aber nur sehr eingeschränkt. Jedenfalls müsste eine
erneute Anpassung der Layoutdaten nach Herstellung einer ersten
Referenzmaske und somit ein Neuschreiben am Patterngenerator erfolgen,
welches wiederum erhöhte
Kosten zur Folge hätte,
denn schon die erste Referenzmaske müsste den strengen Spezifikationen
genügen.
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Aus
der
US 6,710,847 B1 ist
ein Verfahren zur Herstellung einer Produktionsmaske für die lithografische
Projektion eines Musters auf einen Produktwafer bekannt, bei dem
das Muster in eine Anzahl von Teilmustern zerlegt wird. Für jedes
der Teilmuster wird dann eine Zwischenmaske hergestellt, auf der
Strukturelemente vorgesehen sind, die das jeweilige Teilmuster repräsentieren.
Anschließend
erfolgt eine sukzessive Projektion der Zwischenmasken auf die Produktionsmaske
zur Zusammensetzung des gemeinsamen Musters aus den zerlegten Teilmustern
auf der Produktionsmaske in einem Projektionsapparat.
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In
der
DE 10346561 A1 ist
ein Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske gezeigt, bei dem Strukturelemente
einer Fotomaske auf einen Wafer abgebildet werden, und Linienbreitenvariation
der abgebildeten Strukturelemente auf dem Wafer vermessen werden.
Die gemessenen Linienbreitenvariationen werden mit vorgegebenen
Linienbreitenvariationen verglichen. Es wird ei ne erforderliche
Energiedosis für
jeweilige Abschnitte der Fotomaske bestimmt, um die Linienbreitenvariation
zu verringern.
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WO 2005/008333 A2 beschriebt
ein Verfahren zur Kompensation von Variationen von Linienbreitenvariationen
auf einem Wafer. Das Verfahren umfasst die Bestimmung von Linienbreitenvariationen über ein
Bildfeld der Fotomaske auf dem Wafer, das Vorsehen von Schattierungselementen
innerhalb des Substrats der Fotomaske, wobei die Schattierungselemente
das die Fotomaske passierende Licht abschwächt, um die Linienbreitenvariationen
auf dem Wafer zu verringern.
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Es
ist daher eine Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Maske
für die
lithografische Projektion anzugeben, dass die Bildung einer erhöhten Gleichmäßigkeit
der Linienbreiten auf der Maske ermöglicht. Es ist darüber hinaus
eine Aufgabe, die Linienbreitengleichmäßigkeit auf dem Substrat zu
erhöhen,
das mit dem Muster einer Maske belichtet wird.
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Diese
und andere Aufgaben werden gelöst durch
ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
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Die
Begriffe Zwischenmaske, Testmaske, Produktionsmaske bezeichnen Photomasken.
Die unterschiedlichen Begriffe dienen der vereinfachten Unterscheidung
der vorliegend verwendeten Masken voneinander bei Ausführung des
beanspruchten Verfahrens. Das gleiche gilt für die Begriffe Testwafer und
Produktwafer, welche Halbleiterwafer bezeichnen. Gleichwohl sol len
auch andere Typen von Substraten wie etwa LCD (liquid crystal displays)
durch die erfindungsgemäß hergestellte
Produktionsmaske herstellbar sein.
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Zur
weiteren Verbesserung der Gleichmäßigkeit von Linienbreiten wird
ein mehrstufiger Herstellungsprozess vorgeschlagen. Zunächst wird
das auf der Maske zu bildende Muster als Layout zur Verfügung gestellt.
Das Layout ist hier als ein in elektronischem Format gespeichertes
Muster definiert, das die Positionen von Strukturelementen einer
herzustellenden Ebene einer integrierten Schaltung gegenüber einem
Referenzkoordinatensystem wiedergibt. Darin können auch Hilfsstrukturen,
sogenannte SRAF-Strukturen (sub-resolution assist features) oder
Vorhalte (OPC bias, optical proximity correction) eingerichtet sein.
Die Hilfsstrukturen werden im Fall der Projektion von einer Maske
auf das Substrat nicht direkt abgebildet, können jedoch die Abbildung weiterer
Strukturelemente beeinflussen.
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Das
Layout kann sich auch auf Phasenmasken beziehen, so dass darin angegeben
ist, welche Strukturelemente phasenschiebend sind und welche nicht,
oder welche Strukturelemente (Flächen
geometrischer Figuren im Layout) als opak, semitransparent oder
voll transparent auszuführen
sind.
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Das
Layout wird in Teilmuster zerlegt. Eine Ausgestaltung sieht vor,
die Zerlegung derart vorzunehmen, dass in dem Muster enthaltene
Chips nicht aufgetrennt werden. Die Teilmuster umfassen nach der
Zerlegung also vorzugsweise Layoutanteile vollständiger Chips. Bei einer Auftrennung
von Chips würden
möglicherweise
Probleme bei der Justage im Rahmen der im folgenden noch zu beschreibenden Projektion
in ein gemeinsames Muster entstehen. Die Teilmuster können natürlich auch
mehrere Chips umfassen.
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Die
Zerlegung des Layouts erfolgt mit Hilfe gängiger Software. Hierzu sind
eine Reihe von Softwaretools am Markt erhältlich, mit denen Operationen
wie die Zusammenlegung, Trennung, Überarbeitung (z. B. Einrechnung
von Vorhalten) durchgeführt werden
können.
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Es
ist alternativ auch möglich,
die Teilmuster von vornherein getrennt zu erstellen, jedoch ist
es zweckmäßig, zum
Zweck der späteren
Qualitätskontrollen
wie Defektinspektion, Lagegenauigkeitsmessung, etc. ein elektronisch
gespeichertes Gesamtmuster zur Verfügung zu haben, das als Referenz
für die
entsprechenden Messungen dient.
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Ein
nächster
Schritt sieht vor, die Teilmuster in z. B. einem gegenüber der
finalen Maskenstruktur um einen Faktor X vergrößerten Maßstab jeweils auf Zwischenmasken,
die zusammen einen Maskensatz ergeben, zu zeichnen. Das Gesamtmuster
ist damit auf mehrere solcher Zwischenmasken verteilt.
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Die
Herstellung erfolgt jeweils in einem herkömmlichen Maskenschreibgerät. Die Zwischenmasken
werden anschließend
im Maßstab
1/X auf einen mit einem Resist beschichteten Maskenrohling übertragen
und dabei so zusammengesetzt, das nach Abschluss aller üblichen
Prozesse der Maskenherstellung eine Testmaske mit dem gewünschten
Gesamtmuster für
die Abbildung auf dem Wafer entsteht. Die Abbildung von der Zwischenmaske
auf diese gemeinsame Testmaske kann in einem Maskenstepper oder
-scanner durchgeführt
werden.
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Ähnlich Projektionsapparaten
für die
Abbildung einer Struktur von einer Maske auf einen Wafer weisen
auch solche Geräte
eine Lichtquelle, eine Illuminationsoptik und ein Objektivlinsensystem
sowie Beleuchtungs- und Ausgangspupillen und einen Strahlengang
mit Masken- und Bildebenen auf, wobei hier keine Einschränkung auf
Wellenlängenbereiche
für die
Projektion auf die Maske erfolgen soll.
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Ein
erster Hauptaspekt der Erfindung sieht vor, eine Linienbreitenverteilung
auf der Testmaske zu bestimmen. Die Belichtung eines Wafers erfolgt erst
durch eine noch herzustellende finale Produktionsmaske.
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Die
auf der Testmaske gebildeten Strukturelemente werden über die
Maskenoberfläche
hinweg auf ihre Linienbreiten hin vermessen. Es wird weiter die
Abweichung der gemessenen Linienbreiten von einem jeweiligen Zielwert
berechnet. Der Zielwert ergibt sich als Vorgabe für das jeweilige
Strukturelement aus dem elektronisch gespeicherten Muster, d. h.
dem Layout.
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Es
wird eine Funktion vorgegeben. Die Funktion beschreibt eine Abhängigkeit
der auf der Testmaske gebildete Linienbreite von der bei der Projektion
von den Zwischenmasken eingesetzten Strahlungsdosis. Anhand dieser
Funktion kann für
jedes abzubildende Strukturelement bzw. jede Position auf der Test- bzw. den Zwischenmasken
ein Korrekturwert für
die lokale Strahlungsdosis berechnet werden. Die Berechnung wird
so ausgeführt,
dass die Korrektur der lokalen Dosis nach Anwendung auf das betreffende
Strukturelement auf der Maske bei der Projektion zu einer gewünschten
Linienbreite (Ziel-Linienbreite)
auf der Testmaske führt.
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Es
kann eine Differenzmatrix berechnet werden, die den Unterschied
zwischen den gewünschten Ziel-Linienbreiten
und der tatsächlich
vorliegenden Linienbreitenverteilung ausweist. Mit dem im folgenden
benutzten Begriff „Matrix" wird eine Darstellung der
Verteilung über
das aktive Gebiet der Masken bzw. über das Layout bezeichnet.
Für Punkte
eines gedachten Gitters werden die entsprechenden Werte der Verteilung
als Einträge
in der Matrix angegeben.
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Aus
einer solchen Differenzmatrix kann nun unter Verwendung der Funktion
der Linienbreite in Abhängigkeit
von der Strahlungsdosis eine Dosis-Korrektur- bzw. eine Transmissionsmatrix
berechnet werden. Die Transmissionsmatrix gibt für entsprechende Punkte im Layout
oder auf der Testmaske die Werte für die Transmission an, mit
welchen eine Korrektur der Intensität des auf die Testmaske eingestrahlten
Lichts während
der Projektion durchgeführt
wird. Die Dosiskorrektur wird also über eine lokale Anpassung der
Intensität
bzw. der Transmission auf der Testmaske – oder in einer nahen Umgebung
des Ortes der Strukturelemente auf der Testmaske im Projektionsapparat – bewirkt.
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Entsprechend
dem in Teilmuster zerlegten Layout werden anhand der Transmissionsmatrix, welche
die lokalen Werte der Transmission angibt, für jede der Zwischenmasken des
anfänglich
hergestellten Satzes Transmissionsverteilungen bestimmt.
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Für die Anpassung
der Transmission gemäß den Einträgen der
berechneten Transmissionsmatrix können Ausführungsbeispielen zu Folge optische Elemente ähnlich Quarz-Pelliclen
zu den Zwischenmasken hinzugefügt
werden, oder es wird gemäß weiteren
Beispielen das Glassubstrat dieser Zwischenmasken rückseitig
bearbeitet, so dass sich im Glasträger der Maske selbst die entsprechende
Absorption ergibt. Diese Beispiele werden nachfolgend genauer ausgeführt.
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Die
Wirkung besteht darin, dass durch Strukturierung die Maskensubstrate
oder die ihr zugeordneten optischen Bauelemente lokal in ihren Transmissionseigenschaften
angepasst werden. Die absorbierenden Strukturelemente befinden sich
dabei im objektseitigen Defokus. Sie sind dazu nämlich von den Strukturelementen
des Musters auf der Maskenvorderseite (der Zwischenmasken) ausreichend
beabstandet. Es findet somit durch diese Beabstandung gewissermaßen eine
Ausschmierung der Anpassung der Transmission in der Fokusebene der Zwischenmaske
statt. Aufgrund dessen müssen nicht
aufwendig verschiedene Transmissionswerte – etwa durch verschieden dicke
Absorptionsschichten – realisiert
werden. Der Grad der Transmission kann vielmehr durch die Dichte
diskreter absorbierender Elemente auf dem optischen Bauelement oder
im Glasträger
auf der Maskenrückseite
eingestellt werden.
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Die
Verwendung solcher transmissionskontrollierter optischer Bauelemente
erlaubt eine flexible Anpassung der durch die Projektion der Zwischenmasken
verursachten Strukturgeometrien auf der für die eigentliche Produktion
von Wafern hergestellten Maske – im
folgenden auch (finale) Produktionsmaske genannt. Die Produktionsmaske
wird wie schon bei der Herstellung der Testmaske mittels der Zwischenmasken
in dem Projektionsapparat hergestellt, bei dem es sich um einen
Maskenstepper oder -scanner handeln kann.
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Die
Produktionsmaske ist im Unterschied zur Testmaske transmissionskontrolliert.
Ein Vorteil entsteht bei dem Einsatz optischer Bauelemente für die Anpassung
der Transmission dadurch, dass die Zwischenmasken selbst später wieder
verwendet werden können.
Lediglich die optischen Bauelemente sind jeweils erneut herzustellen.
Als letzter Schritt wird mittels der hergestellten Produktionsmaske
ein Produktwafer belichtet.
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Wird
der Prozess zur Herstellung der integrierten Schaltung geändert und ändert sich
infolgedessen die Linienbreitenverteilung auf der Testmaske, so
braucht lediglich diese Verteilung bestimmt und in Abhängigkeit
davon ein neues optisches Bauelement erzeugt zu werden. Die alte
Produktionsmaske ist dabei natürlich
durch eine neue Produktionsmaske zu ersetzen, die nach dem beschriebenen Verfahren
aus den erneut angepassten Zwischenmasken hergestellt wird.
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Einem
zweiten Hauptaspekt der Erfindung zu Folge kann das Muster in dem
Projektionsapparat auch weiter von der Testmaske auf einen Testwafer übertragen
werden, um dort bezüglich
der Bestimmung einer Linienbreitenverteilung von Strukturelementen
vermessen werden.
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Die
auf dem Testwafer gebildeten Strukturelemente werden über das
Bildfeld hinweg auf ihre Linienbreiten hin vermessen. Es wird weiter
die Abweichung der gemessenen Linienbreiten von einem jeweiligen
Zielwert berechnet. Der Zielwert ergibt sich wie oben ausgeführt als
Vorgabe für
das jeweilige Strukturelement aus dem elektronisch gespeicherten Muster,
d. h. dem Layout. Aus der Abweichung jeweils zwischen gemessenen
und vorgegebenen Linienbreiten auf dem Testwafer kann analog zum
ersten Aspekt eine Differenzmatrix bestimmt werden.
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Des
weiteren wird eine Korrekturfunktion vorgegeben, welche die Auswirkungen
des eingangs beschriebenen Mask Error Enhancement Factors (MEEF)
bei der Abbildung von der Testmaske auf den Testwafer im Waferstepper
oder -scanner berücksichtigt.
Der MEEF beschreibt die Abhängigkeit
der auf dem Testwafer resultierenden Linienbreite als Funktion der
Linienbreite auf der Testmaske. Die Korrekturfunktion wird auf die
Einträge
in der Differenzmatrix angewendet. Die weiteren Schritte von der
Bestimmung der Transmissionsmatrix bis hin zum Projizieren des Musters
von der Produktionsmaske auf einen Produktwafer werden analog zum
ersten Aspekt durchgeführt.
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Es
wird also beim ersten Aspekt die Transmission auf Basis der Linienbreitenabweichungen auf
der Testmaske kontrolliert, beim zweiten Aspekt dagegen auf Basis
der entsprechenden Verteilung von Strukturelementen auf dem Testwafer.
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Im
Rahmen der Erfindung ist es auch vorgesehen, bei der Übertragung
der Zwischenmasken auftretende gering ausgeprägte Proximity-Effekte zu korrigieren.
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Die
Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe
von Zeichnungen näher
erläutert
werden. Darin zeigen:
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1:
eine typische Verteilung von Linienbreiten auf einer Maske nach
Durchführung
eines Ätzprozesses;
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2, 3, 6, 7, 8:
Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Maske gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4, 5:
alternative Schritte gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
welche die in 3 dargestellten Schritte ersetzen
(Abfolge: 2, 4–8);
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9–14:
Beispiele für
den Einsatz optischer Elemente, welche den Zwischenmasken zugeordnet
sind, um deren Transmissionseigenschaften zu beinflussen;
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15:
ein Beispiel für
die Bildung von schattierenden Elementen SE im Quarzsubstrat auf der
Rückseite
einer Zwischenmaske zur Anpassung der Transmission.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der Verteilung 120 von Linienbreiten
auf einer Maske 110. Die Konturlinien 102 geben
Punkte gleicher Linienbreite (sog. Iso-CD-Linien, CD: critical dimension) für eine beispielhafte,
speziell ausgesuchte Strukturgeometrie an. Es ist deutlich eine
Mitte-Rand-Variation
zu erkennen. Die Verteilung stellt eine typische Signatur nach Durchführung eines
Trockenätzprozesses
auf der Maske 110 dar, mit welchem ein Muster vom belichteten
Resist in eine unterliegende Schicht übertragen wird.
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Die
gezeigte Linienbreitenverteilung führt zu vergleichbaren oder
aufgrund des MEEF sogar verstärkten
Linienbreitenvariationen im Bildfeld eines Scanners auf einem Wafer,
wenn dieser mit dem Muster der Maske 110 belichtet wird.
Am Rand, insbesondere aber in den Ecken des Bildfeldes treten deutlich
kleinere Linienbreiten auf als in dessen Mitte. Ursache hierfür sind vor
allem Ungleichmäßigkeiten des Ätzprozesses
in Bezug auf die Absorberschicht über die Maske hinweg, die durch
lokale Variationen des Ätzplasmas
hervorgerufen werden können.
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2 zeigt
in einem ersten Ausführungsbeispiel
einen ersten Teil eines erfindungsgemäßen Verfahrens bis zur Herstellung
der Referenz-Projektionsmaske 200. Es wird ein Ausgangslayout 210 einer Anordnung
von Chips 212 zur Herstellung von DRAN-Speicherbausteinen
(DRAM: dynamic random access memory) in einer Rechenanlage 222 (Computer)
als elektronisch gespeicherte Datei (oder Zusammenstellung mehrerer
Dateien) beispielsweise im GDS-II-Format bereitgestellt.
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Das
Layout umfasst 2 × 4
Chips 212. Anhand geeigneter Software, die auf der Rechenanlage 222 ausgeführt wird,
wird das Layout 210 in 4 Teillayouts bzw. Teilmuster 214–220 aufgetrennt.
Jedes Teilmuster umfasst zwei der Chips 212 von DRAM-Bausteinen. Es ist
anzumerken, dass dieses Ausführungsbeispiel
hier vereinfacht wiedergegeben ist. So ist es üblicherweise vorgesehen, auch
Barcodes oder Produktidentifikationen sowie Justage- und Messstrukturen
in Bereichen außerhalb
der Chips (Kerf) einzurichten.
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Wird
als Zielgröße eines
Strukturelements in den Chips beispielsweise eine Dimension von
40 nm angestrebt, so wird die Herstellung einer Testmaske 200 mit
einem Strukturelement der Dimension 160 nm bewerkstelligt. Der Abbildungsmaßstab Maske – Wafer
beträgt
in diesem Beispiel 4:1. Für
die Abbildung von den Zwischenmasken 230–236 auf
die Test- bzw. Produktionsmasken 200, 600 ist
ein Maßstab
von 2:1 vorgesehen. Das betreffende Strukturelement wird auf einer
im Prozessfluss vorgesehenen Zwischenmaske 230–236 folglich
mit einer vergrößerten Dimension
von 0,32 μm
gefertigt.
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Die
Fertigung der vier Zwischenmasken 230–236 erfolgt in einem
Maskenschreiber 240 (engl. Pattern Generator, abgekürzt: PG).
Dabei können
erhebliche Kosten und im übrigen
auch Produktionszeit eingespart werden, weil dazu nicht notwendig High-End
Geräte
eingesetzt werden müssen.
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Die
vier Zwischenmasken 230–236 werden einem
Maskenstepper oder -scanner 250 zugeführt. In dem Maskenstepper oder
-scanner 250 werden die Masken sukzessive in entsprechende
Belichtungsfelder 252 nebeneinander auf einem mit photoempfindlichem
Resist beschichteten Maskenrohling projiziert. Der belichtete Maskenrohling
wird durch weitere Prozessierung (Entwickeln, Ätzen, Resiststrip) zur Testmaske 200 ausgebildet.
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3 zeigt
weitere Verfahrensschritte gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung, bei dem Transmissionskorrekturen auf Basis
der Testmaske 200 selbst berechnet werden. Ein Metrologie-Messgerät 352,
etwa ein SEM (scanning electron microscope), ein beliebiges optisches
Mikroskop, oder auch ein AFM (atomic force microscope), das zur
Untersuchung von Masken ausgelegt ist, wird zur lokalen Messung
von Linienbreiten (LB) einer Vielzahl von Strukturelementen an Positionen
(x, y) auf der Testmaske 200 eingesetzt. Aus der so bestimmten
Verteilung 402 von Linienbreiten LB(x, y) auf der Testmaske 200 wird
durch Vergleich mit vorgegebenen Zielwerten für die Breite der Strukturelemente
eine Matrix 450, d. h. ΔLB(x,
y), berechnet.
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Die 4–6 zeigen
alternativ zum Vorgehen nach 3 eine Verfeinerung
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung. Hier werden die späteren Transmissionskorrekturen
für die
Zwischenmasken auf Grundlage der Messresultate eines Testwafers 300,
der mit Hilfe der Testmaske 200 belichtet wird, bestimmt.
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4 zeigt
den Schritt der Projektion des Musters von der Testmaske 200 in
Belichtungsfelder 302 auf dem Testwafer 300. Die
Projektion wird in einem Projektionsapparat 310, etwa einem
Wafer-Stepper oder -Scanner, durchgeführt.
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5 zeigt
den weiteren Ablauf der Messung. Der Wafer 300 wird einem
Metrologie-Messgerät 350 zugeführt, in
dem an einer Vielzahl von Positionen (x', y')
auf dem Wafer 300 Linienbreiten LB' gemessen werden. Die Positionen (x', y') beziehen sich auf
eines der Belichtungsfelder 302 und sind dadurch auf Koordinaten
im Bezugssystem der Maske übertragbar.
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An
dem Metrologiegerät 350 ist
ein weiterer Computer 352 angeschlossen, mit welchem aus
den Messergebnissen eine Linienbreitenverteilung 400 bzw.
LB'(x', y') über das
abgebildete Gebiet der Maske bestimmt wird. Es wird anschließend die
Differenz zu einer mittleren Linienbreite LB bestimmt, oder zu einer
anderweitig vorgegebenen Linienbreite LB, die für die betrachteten Strukturelemente
aus dem Layout bestimmt werden kann (Ziel- oder Targetlinienbreite).
Das Ergebnis ist eine Differenzmatrix ΔLB'(x', y'), welche die Linienbreitenschwankung 410 über das
Bildfeld auf dem Testwafer 300 beschreibt.
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6 zeigt
die Umrechnung der für
den Testwafer 300 berechneten Schwankung 410 in
eine Linienbreitenkorrekturmatrix 450, die auf Ebene der Masken
gilt. Dazu wird eine Funktion 500 vorgegeben, die die bei
der Projektion resultierende Linienbreite auf dem Wafer in Abhängigkeit
von der Linienbreite auf der Maske berücksichtigt, d. h. Einflüsse des
MEEF-Wertes der betreffenden Struktur bei der Abbildung im Waferscanner
oder -stepper kompensiert. Es wird mittels dieser Funktion die Linienbreitenkorrekturmatrix 450,
d. h., ΔLB(x,
y) berechnet.
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7 zeigt
den weiteren Ablauf des Verfahrens gemäß beiden Aspekten. Die Matrix 450 wird zunächst in
Teile (n) zerlegt, den einzelnen Zwischenmasken 230–236 bzw.
den darin gebil deten Teilmustern zugeordnet sind. Die Koordinaten
(n, x, y) geben die Position in den (n) Teilmustern 214–220 an.
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7 zeigt
weiter die Herstellung optischer Elemente 530–536,
mit denen die Korrekturen der Linienbreiten bei der späteren Projektion
erzielt werden. Unter Vorgabe und Benutzung einer Funktion 550 für die Variation
der Linienbreiten LB in Abhängigkeit
von der Dosis für
die Abbildung der Strukturen von der Zwischenmaske 230–236 auf
die Testmaske 200 werden Transmissionskorrektur-Matrizen
T(n, x, y) ermittelt. Die Funktion ist charakteristisch für den Strukturierungsprozess,
d. h. insbesondere für
das Projektionssystem (im Maskenscanner bzw. Maskenstepper) und
für den
Resistprozess.
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Man
erhält
die lokal erforderliche Linienbreitenkorrektur durch eine lokale
Anpassung der Transmission. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Anpassung über Quarz-Pellicleähnliche
optische Elemente erzielt, die in einem Maskenschreiber
242, etwa
einem Laserschreiber, strukturiert werden können. Der Herstellungsprozess
ist ähnlich
der einer Chrom- oder
MoSi-beschichteten Maske. Beispiele optischer Elemente sind in den
9–
14 gezeigt.
Es wird auf die noch unveröffentlichte
internationale Anmeldung
PCT/EP2005/006560 des
gleichen Anmelders Bezug genommen, in der einzelne Ausgestaltungen
optischer Elemente, mit denen die Transmission einer ihr zugeordneten
Maske lokal beeinflusst und kontrolliert werden kann, genauestens beschrieben
ist und deren Merkmalskombinationen von diesem Dokument eingeschlossen
sein sollen.
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9 zeigt
einen beispielhaften Aufbau für eine
Belichtungsanordnung in einem Projektionsapparat 5 unter
Einsatz zusätzlicher
optischer Elemente 30. Der Projektionsapparat 5 ist
in diesem Beispiel ein Maskenstepper oder Maskenscanner. Eine Lichtquelle 26 emittiert
Licht mit einer Wellenlänge
von zum Beispiel 193 nm (Excimer laser). Eine Illuminationsoptik 26 umfasst
einige Linsen 28, so dass eine im Strahlengang befindliche
Maske 10, bei der es sich hier um eine der Zwischenmasken 230–236 handelt,
mit einem kohärenten
Strahlenbündel
durchleuchtet wird. Auf der Zwischenmaske 10 ist ein Muster 12 ausgebildet.
Es entspricht einem der Teilmuster 214–220. Die Licht abschwächenden
oder absorbierenden Strukturelemente des Musters 12 können als
Chrom- oder MoSi-Stege, Quarzstege oder -gräben oder beliebig anders in
oder auf einem Quarzsubstrat der Maske ausgeführt sein.
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Das
durch die Strukturelemente strukturierte Strahlenbündel passiert
ein Objektivlinsensystem 16, so dass es auf die Oberfläche 24 einer
in der Bildebene angeordneten Maske 22 fokussiert wird.
Das Muster wird dabei im Verhältnis
2:1 verkleinert. Die Maske 22 kann der Testmaske 200 wie
auch der finalen Produktionsmaske 600 entsprechen. Auf
der Oberfläche
ist eine lichtempfindliche Resistschicht angeordnet, die entwickelbar
ist, so dass das durch Projektion übertragene Muster in eine unterliegende Schicht
transferiert werden kann, beispielsweise in einem Trockenätzprozess.
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10 zeigt
das Paar aus Maske 10 und optischem Element 30 in
vergrößerter Darstellung.
Bei dem optischen Element kann es sich um die in 7 und 8 gezeigten
Elemente 530–536 handeln,
die mittels der Transmissionsmatrizen hergestellt wurden. Das optische
Element 30 besitzt eine Vorderseite 32 und eine
Rückseite 34.
Die Vorderseite 32 des optischen Elementes ist (der Rückseite)
der Maske 10 zugewandt. Eine Halterung 90 beispielsweise
aus Metall fixiert das optische Element 30, indem es mit diesem
verklebt ist.
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Das
optische Element 30 kann vorderseitig auch mit der Maske 10 verbunden
sein, indem die Halterung 90 auch an der Maske 10 zum
Beispiel durch Verklebung fixiert ist. Ein gasdichter Abschluss wie
bei einem rückseitigen
Pellicle auf der Maske 10 wird dadurch realisiert.
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Licht
abschattende oder abschwächende Elemente 60 aus
z. B. Chrom oder MoSi (Molybdän-Silizid)
sind auf der Vorderseite 32 des optischen Elements 30 gebildet.
Die Dichte der Elemente 60 entspricht einer Korrekturfunktion,
mit welcher die Intensität
des Lichteinfalls auf der Maske 10 lokal beeinflusst werden
soll.
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Die
Elemente 60 können
alternativ auch als Phasengitter implementiert sein, d. h. als im
transparenten Substrat des optischen Elements 30 geätzte Vertiefungen.
Die lokale Gitterkonstante des Phasengitters bestimmt dabei aufgrund
von Beugung, ob an dieser Position Lichtbeiträge geliefert werden können, oder
ob das Licht bei zu starker Beugung beispielsweise aus dem Strahlgang
des Linsensystems herausfällt.
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Eine
weitere Alternative sieht vor, mittels eines gepulsten Lasers die
Struktur des Quarzsubstrates des optischen Elements 30 lokal
zu stören,
um Licht streuende Elemente 60 zu bilden.
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Wie
in 11 gezeigt ist, können neben auf der Vorderseite 32 aufgebrachten
Elementen 60 auch weitere Elemente 60' auf der Rückseite 34 des optischen
Elements 30 gebildet sein.
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12 zeigt,
dass darüber
hinaus vorder- und/oder rückseitig
auf dem optischen Element 30 Antireflexschichten 66, 68 vorgegeben
sein können, um
unerwünschte
Lichtreflexionen zu verhindern.
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In 10 ist
für diese
Beispiele verdeutlicht wie die diskret Licht absorbierenden oder
wenigstens abschwächenden
Elemente 60 eine kontinuierliche Verteilung der Transmission
bewirken. Die Fokusebene am Ort der Maske ist durch eine Linie X
gekennzeichnet, d. h. die Elemente 60 liegen im Defokus
und führen
zu einer beabsichtigt unscharfen Abschwächung der lokalen Intensität, d. h.
der lokalen Transmission des Paares aus Maske 12 und optischem
Element 30. Der Abstand der Elemente 60 von der
idealen Fokusebene der Maske kann beispielsweise 1 bis 8 mm betragen.
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13 zeigt
ein Beispiel, in dem durch Justagemarken 62 auf dem optischen
Element 30 sichergestellt wird, dass das optische Element
korrekt relativ zur Maske 12 orientiert ist (keine Verdrehungen um
90, 180 oder 270 Grad), sondern dass auch die lokale Positionierung
von Elementen 60 zu den Strukturelementen des Musters 12 eine
hohe Genauigkeit aufweist.
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In 14 ist
eine alternative Ausführungsform
gezeigt, gemäß welcher
das optische Element 30 nicht unmittelbar bei der Maske 12 angeordnet
ist. Jedoch nimmt es eine Position ein, die unmittelbar benachbart
zu einer weiteren Fokusebene liegt, die zur Maskenfokusebene konjugiert
ist. Der Abstand von dieser weiteren Ebene kann z. B. auch wiederum 1
bis 8 mm betragen.
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Alternativ
kann, wie 15 zeigt, auch jede der Zwischenmasken
im Glassubstrat rückseitig
mit einem Laser zur Bildung von schattierenden Elementen SE behandelt
werden. Die in 8 gezeigten separat ausgeführten optischen
Elemente sind dann nicht unbedingt erforderlich. Die Vorderseite
ist durch Strukturelemente 112 gekennzeichnet, die beispielsweise
aus Chrom gebildet sind und das Muster bzw. die Teilmuster 214–220 zusammensetzen.
Die Transmissionsmatrix T(n, x, y) wird in diesen Fällen durch einen
Laserstepper mit Femto-Laser geschrieben. Die Pfeile in 15 deuten
an, dass sich die Ebene der schattierenden Elemente SE im Defokus
befindet. Die Dichte der Elemente SE ist ein Maß für die zu erzielende Transmission
in der Ebene der Strukturelemente 112.
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Zurückkehrend
zu dem beispielhaften Verfahrensablauf zeigt 8 eine Zuordnung
der optischen Elemente 530, 532, 534, 536 jeweils
zu einer der entsprechenden Zwischenmasken 230, 232, 234, 236.
In Belichtungsschritten werden die resultierenden vier Paare 630–636 aus
Maske und zugeordnetem optischen Element auf eine finale Produktionsmaske 600 projiziert.
Der angeordnete und belichtete Resist wird gemäß herkömmlicher Prozessierung entwickelt.
In einem Trockenätzprozess
wird die gebildete Resistmaske in eine unterliegende transparente
oder semitransparente Schicht bzw. im Falle von alternierenden oder
chromlosen Phasenmasken ggf. auch in das transparente Quarzsubstrat
der Maske übertragen.
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Anhand
der finalen Produktionsmaske können
nun in Volumenproduktion Produktwafer 700 mit erhöhter Gleichmäßigkeit
der Linienbreiten und somit verbesserter Qualität hergestellt werden.
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Es
ist aber auch möglich,
einen ersten der Produktwafer ähnlich
einem Testwafer zu vermessen und bei noch nicht zufriedenstellender
Gleichmäßigkeit
der Verteilung von Linienbreiten, die Schritte des Verfahrens, so
wie sie ab der in 5 dargestellten Situation beschrieben
sind, zu wiederholen. Die dadurch beschriebene Schleife kann beliebig
oft wiederholt werden – solange
bis ein vorbestimmter Wert für
die Gleichmäßigkeit,
z. B. ein 3-Sigma-Wert von weniger als 2 nm bei Ziellinienbreiten
von 50 nm, erreicht wird.
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Diese
zusätzliche
Schleife ist besonders dann vorteilhaft, wenn im ersten Durchlauf
des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Schwankung der Linienbreiten lediglich auf Grundlage der Testmaske
und nicht auf Basis des Testwafers erfolgte.
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- 10
- Maske,
Zwischenmaske
- 12
- Muster
auf Maske mit Strukturelementen
- 14
- Lichtquelle
- 16
- Objektivlinsensystem
- 20
- Resist
auf Produktionsmaske
- 22
- Substrat
der Produktionsmaske
- 24
- Oberfläche des
Substrats
- 26
- Illuminationsoptik
- 28
- Linsen
- 30
- optisches
Element
- 32
- Vorderseite
- 34
- Rückseite
- 60
- Strukturelemente
- 62
- Justagemarke
- 66,
68
- Antireflexschicht
- 90
- Halterung
für optisches Element
- SE
- schattierendes
Element, Störstelle
im Quarzsubstrat
- 102
- Konturlinien
- 110
- Maske
- 120
- Verteilung
von Linienbreiten nach dem Ätzen
- 200
- Testmaske
- 210
- Muster
in elektronischem Format, Layout
- 212
- Chips
- 214,
216, 218, 220
- zerlegte
Teilmuster
- 222
- Computer
- 230,
232, 234, 236, 238
- Zwischenmasken
- 240
- Maskenschreiber
- 250
- Maskenstepper
oder -scanner
- 252
- Teilbereiche
- 300
- Wafer
- 302
- Belichtungsfeld
- 310
- Waferstepper
oder -scanner
- 350
- Metrologie-Messgerät (für Wafer)
- 352
- Metrologie-Messgerät (für Maske)
- 354
- Computer
- 400
- Linienbreitenverteilung (Wafer)
- 402
- Linienbreitenverteilung (Maske)
- 410
- Abweichungen
der Linienbreiten von Nominal- oder Zielwert (bezogen auf Wafer)
- 450
- Abweichungen
der Linienbreiten von Nominal- oder Zielwert (bezogen auf Maske)
- 500
- Funktion
(MEEF)
- 530,
532, 534, 536
- optische
Elemente
- 550
- Funktion
(Linienbreite vs. Strahlungsdosis im Maskenstepper oder -scanner)
- 600
- Produktionsmaske
- 630,
632, 634, 636
- einander
zugeordnete Paare aus optischem Element und Zwischenmaske
- 700
- Produktwafer