DE102017105402A1

DE102017105402A1 - Retikel und belichtungsverfahren, das eine projektion eines retikelmusters in benachbarte belichtungsfelder einschliesst

Info

Publication number: DE102017105402A1
Application number: DE102017105402.2A
Authority: DE
Inventors: Jörg Ortner; Iris Moder; Ingo Muri
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US10802404B2; US20180267408A1

Abstract

Ein Belichtungsverfahren beinhaltet ein Projizieren eines Retikelmusters in ein erstes Belichtungsfeld einer Fotoresistschicht, wobei das Retikelmuster erste und zweite Linienmuster an gegenüberliegenden Rändern des Retikelmusters umfasst und wobei zumindest das erste Linienmuster einen Endabschnitt enthält, durch den ein Lichtfluss nach außen abnimmt. Das Retikelmuster wird ferner in ein zweites Belichtungsfeld der Fotoresistschicht projiziert, wobei eine erste, sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des ersten Linienmusters in dem zweiten Belichtungsfeld eine Projektionsfläche des zweiten Linienmusters in dem ersten Belichtungsfeld überlappt.

Description

HINTERGRUND
Fotolithografie überträgt auf einem Retikel ausgebildete Muster in Belichtungsfelder einer Fotoresistschicht, die eine fotoaktive Verbindung enthält und ein Substrat bedeckt, wobei das Retikelmuster Licht einer Belichtungswellenlänge räumlich moduliert. In belichteten Abschnitten der Fotoresistschicht bricht das Belichtungslicht chemische Bindungen in der fotoaktiven Verbindung auf, so dass belichtete und abgeschattete Abschnitte der Fotoresistschicht ein latentes Bild des Retikelmusters bilden. Ein Entwickler kann die belichteten Abschnitte bezüglich der unbelichteten Abschnitte oder umgekehrt selektiv entfernen. Ein Wafertisch kann das Substrat entlang zwei orthogonalen Richtungen bezüglich des Belichtungsstrahls in Schritten bewegen, so dass die Belichtungsfelder sukzessiver Belichtungen ein Muster aus Reihen und Spalten auf dem Substrat bilden. Unzulänglichkeiten des Wafertisches können einen Verschiebungsfehler zwischen benachbarten Belichtungsfeldern innerhalb einer gegebenen Schrittgenauigkeit induzieren. Typischerweise enthält das Retikelmuster Muster für eine oder mehrere komplette funktionale Halbleitervorrichtungen derart, dass eine bestimmte Fehlausrichtung zwischen benachbarten Belichtungsfeldern akzeptabel ist. Wo aber ein Mustermerkmal die Grenze eines Belichtungsfeldes überquert, hängt die tolerierbare Fehlausrichtung zwischen benachbarten Belichtungsfeldern von einer Merkmalsgröße und Funktion des betreffenden Merkmals ab. Eine Verbesserung einer Schrittgenauigkeit der Belichtungsvorrichtung erhöht typischerweise eine Komplexität der Belichtungsvorrichtung.
Es besteht ein Bedarf daran, eine Abbildung von Mustermerkmalen, die Grenzen von Belichtungsfeldern überqueren, zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Belichtungsverfahren. Ein Retikelmuster wird in ein erstes Belichtungsfeld einer Fotoresistschicht (Fotolackschicht) projiziert, wobei das Retikelmuster erste und zweite Linienmuster an gegenüberliegenden Rändern des Retikelmusters umfasst und wobei zumindest das erste Linienmuster einen Endabschnitt umfasst, durch den ein Lichtfluss nach außen abnimmt. Das Retikelmuster wird ferner in ein zweites Belichtungsfeld der Fotoresistschicht projiziert, wobei eine erste, sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des ersten Linienmusters in dem zweiten Belichtungsfeld eine Projektionsfläche des zweiten Linienmusters in dem ersten Belichtungsfeld überlappt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Retikel, das ein Retikelmuster in einer Musterfläche enthält. Das Retikelmuster umfasst ein erstes Linienmuster, das einen Endabschnitt an einem Rand des Retikelmusters enthält, wobei in dem Endabschnitt ein Lichtfluss durch das erste Linienmuster mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters abnimmt. Das Retikelmuster enthält ferner ein zweites Linienmuster, wobei eine Spiegelung des Endabschnitts des ersten Linienmusters an der horizontalen Mittelachse das zweite Linienmuster überlappt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf einen Retikelsatz, der ein erstes Retikel und ein zweites Retikel umfasst. Das erste Retikel enthält einen ersten Musterabschnitt eines Retikelmusters, wobei der erste Musterabschnitt ein erstes Linienmuster enthält, das einen Endabschnitt an einem Rand des ersten Musterabschnitts umfasst. Ein Lichtfluss durch den Endabschnitt nimmt mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des ersten Musterabschnitts ab. Das zweite Retikel enthält einen zweiten Musterabschnitt des Retikelmusters, wobei der zweite Musterabschnitt ein zweites Linienmuster enthält. Eine Spiegelung des Endabschnitts des ersten Linienmusters an der horizontalen Mittelachse des ersten Musterabschnitts überlappt eine hinsichtlich einer Lage invariante, d.h. positionsinvariante Translation des zweiten Linienmusters in den ersten Musterabschnitt.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden Detailbeschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in diese Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die vorliegenden Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Ausführungsformen. Ferner werden Ausführungsformen und beabsichtigte Vorteile sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.

1 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Belichtungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform, wobei Linienmuster mit Endabschnitten, durch welche ein Lichtfluss durch die Linienmuster nach außen abnimmt, in benachbarte Belichtungsfelder einer Fotoresistschicht abgebildet werden und wobei zwei Projektionsflächen in benachbarten Belichtungsfeldern einen durchgehenden Streifen einer nahezu einheitlichen Breite bilden.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Belichtungsvorrichtung zum Durchführen des Belichtungsverfahrens von 1 gemäß einer Ausführungsform.
3A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, die ein Retikel mit transparenten Linienmustern betrifft, wobei ein Lichtfluss durch die transparenten Linienmuster mit zunehmender Distanz zu einer planaren Mittelachse des Retikels abnimmt.
3B ist eine schematische Draufsicht des Retikels von 3A.
3C ist eine schematische Draufsicht einer Fotoresistschicht nach einer Belichtung mit dem Retikel von 3A.
3D zeigt ein vergrößertes Detail von 3C mit überlappenden Projektionsflächen von Linienmustern in benachbarten Belichtungsfeldern im Fall perfekt ausgerichteter Belichtungsfelder.
3E zeigt ein vergrößertes Detail von 3C mit überlappenden Projektionsflächen von Linienmustern in benachbarten Belichtungsfeldern im Fall einer maximalen Verschiebung der Belichtungsfelder in einer Richtung voneinander weg.
3F zeigt ein vergrößertes Detail von 3C mit überlappenden Projektionsflächen von Linienmustern benachbarter Belichtungsfelder im Fall einer maximalen Verschiebung der Belichtungsfelder in einer Richtung aufeinander zu.
3G ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Substrats, das mit der belichteten Fotoresistschicht von 3C bedeckt ist.
3H ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Substrats, das mit der belichteten Fotoresistschicht von 3G bedeckt ist, nach einem Entwickeln.
3I ist eine schematische Draufsicht des Substrats, das mit der entwickelten Fotoresistschicht von 3H bedeckt ist.
4A ist eine schematische Draufsicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, die ein Retikel betrifft, das opake Linienmuster enthält, wobei ein Lichtfluss durch transparente Flächen entlang langen Seiten der opaken Linienmuster mit zunehmender Distanz zu einer planaren Mittelachse des Retikels abnimmt.
4B ist eine schematische Draufsicht einer Fotoresistschicht nach einer Belichtung mit dem Retikel von 4A.
4C ist eine schematische Draufsicht eines Substrats, das mit der entwickelten Fotoresistschicht von 4B bedeckt ist.
5A ist eine schematische Draufsicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, die sich auf einen durchgehenden geraden Streifen als Muster über Belichtungsfelder hinweg bezieht.
5B ist eine schematische Draufsicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, das Vorrichtungsmuster mit durchgehenden geraden Linien als Muster über Belichtungsfelder hinweg kombiniert.
5C ist eine schematische Draufsicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, die sich auf ein regelmäßiges Streifenmusters über Belichtungsfelder hinweg bezieht.
5D ist eine schematische Draufsicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, die sich auf ein regelmäßiges Gittermuster über Belichtungsfelder hinweg bezieht.
5E ist eine schematische Draufsicht eines ersten Retikels eines Satzes aus zwei komplementären Retikeln gemäß einer Ausführungsform, die sich auf Chipmuster über Belichtungsfelder hinweg bezieht.
5F ist eine schematische Draufsicht eines zweiten, zu dem ersten Retikel von 5E komplementären Retikels.
5G ist eine schematische Draufsicht eines Retikels, das einen Satz aus zwei komplementären Musterabschnitten gemäß einer anderen Ausführungsform enthält, die Chipmuster über Belichtungsfelder hinweg betrifft.
5H ist eine schematische Draufsicht eines Retikels gemäß einer Ausführungsform mit nur einem von zwei überlappenden Linienmustern, das einen Endabschnitt enthält, in dem die durch die Linienmuster durchgehende Lichtmenge nach außen abnimmt.
6A ist eine schematische Draufsicht eines Halbleiterwafers gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein regelmäßiges Streifenmuster über Belichtungsfelder hinweg.
6B ist eine schematische Draufsicht eines Halbleiterwafers gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein regelmäßiges Gittermuster über Belichtungsfelder hinweg.
7A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein Linienmuster mit sich linear verjüngendem Endabschnitt.
7B ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein Linienmuster mit einem gestuften Endabschnitt.
7C ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein Linienmuster mit einem halbkreisförmigen Endabschnitt.
7D ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein Linienmuster, das einen Endabschnitt mit ausgekehlten Ecken enthält.
7E ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Retikels gemäß einer Ausführungsform, betreffend ein Linienmuster mit abnehmender spezifischer Durchlässigkeit.
8A zeigt ein Retikel gemäß einem Vergleichsbeispiel mit Linienmustern ohne sich verjüngende Endabschnitte, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
8B zeigt ein erstes latentes Bild nach einer Belichtung eines ersten Belichtungsfeldes, ein zweites latentes Bild nach einer Belichtung eines zweiten Belichtungsfeldes und eine entwickelte Fotoresistschicht, die durch Belichtung mit dem Retikel von FIG. 8A bei perfekter Ausrichtung zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern erhalten werden, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
8C zeigt ein erstes latentes Bild nach einer Belichtung eines ersten Belichtungsfeldes, ein zweites latentes Bild nach einer Belichtung eines zweiten Belichtungsfeldes und eine entwickelte Fotoresistschicht, die durch Belichtung mit dem Retikel von FIG. 8A bei einer Fehlausrichtung erhalten werden, die eine Überlappung der beiden Belichtungsfelder zur Folge hat, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
8D zeigt ein erstes latentes Bild nach einer Belichtung eines ersten Belichtungsfeldes, ein zweites latentes Bild nach einer Belichtung eines zweiten Belichtungsfeldes und eine entwickelte Fotoresistschicht, die durch Belichtung mit dem Retikel von FIG. 8A bei einer Fehlausrichtung erhalten werden, die einen Spalt zwischen den beiden Belichtungsfeldern zur Folge hat, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
9A zeigt ein Retikel, das Linienmuster mit sich verjüngenden Endabschnitten gemäß einer Ausführungsform enthält.
9B zeigt ein erstes latentes Bild nach einer Belichtung eines ersten Belichtungsfeldes, ein zweites latentes Bild nach einer Belichtung eines zweiten Belichtungsfeldes und eine entwickelte Fotoresistschicht, die durch Belichtung mit dem Retikel von FIG. 9A bei perfekter Ausrichtung zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern erhalten werden.
9C zeigt ein erstes latentes Bild nach einer Belichtung eines ersten Belichtungsfeldes, ein zweites latentes Bild nach einer Belichtung eines zweiten Belichtungsfeldes und eine entwickelte Fotoresistschicht, die durch Belichtung mit dem Retikel von FIG. 9A bei einer Fehlausrichtung erhalten werden, die eine große Überlappung der beiden Belichtungsfelder zur Folge hat.
9D zeigt ein erstes latentes Bild nach einer Belichtung eines ersten Belichtungsfeldes, ein zweites latentes Bild nach einer Belichtung eines zweiten Belichtungsfeldes und eine entwickelte Fotoresistschicht, die durch Belichtung mit dem Retikel von FIG. 9A bei einer Fehlausrichtung erhalten werden, die eine geringe Überlappung zwischen den beiden Belichtungsfeldern zur Folge hat.
10A ist ein schematisches Diagramm, das eine Belichtungsdosisverteilung entlang einer Längsachse von zwei überlappenden Projektionsflächen von Stub-Line-Mustern für jede Belichtung veranschaulicht, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
10B ist ein schematisches Diagramm, das die gesamte Belichtungsdosisverteilung entlang der Längsachse der Projektionsflächen der Stub-Line-Muster von 10A veranschaulicht.
10C ist ein schematisches Diagramm, das eine Belichtungsdosisverteilung entlang einer Längsachse von zwei beabstandeten Projektionsflächen von Stub-Line-Mustern für jede Belichtung veranschaulicht, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
10D ist ein schematisches Diagramm, das die gesamte Belichtungsdosisverteilung entlang der Längsachse der Projektionsflächen der Stub-Line-Muster von 10C veranschaulicht.
11A ist ein schematisches Diagramm, das für jede Belichtung eine Belichtungsdosisverteilung entlang einer Längsachse von zwei stark überlappenden Projektionsflächen sich verjüngender Linienmuster gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
11B ist ein schematisches Diagramm, das die gesamte Belichtungsdosisverteilung entlang der Längsachse der Projektionsflächen der sich verjüngenden Linienmuster von 11A veranschaulicht.
11C ist ein schematisches Diagramm, das für jede Belichtung eine Belichtungsdosisverteilung entlang einer Längsachse von zwei schwach überlappenden Projektionsflächen sich verjüngender Linienmuster gemäß der Ausführungsform von 11A veranschaulicht.
11D ist ein schematisches Diagramm, das die gesamte Belichtungsdosisverteilung entlang der Längsachse der Projektionsflächen der sich verjüngenden Linienmuster von 11C veranschaulicht.
12A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Substrats, der eine streifenförmige Resistöffnung über Belichtungsfelder hinweg enthält, die aus Stub-Line-Mustern bei einer lateralen Fehlausrichtung orthogonal zu einer Längsachse der Resistöffnung gebildet wird, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
12B ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Substrats, der eine streifenförmige Resistöffnung über Belichtungsfelder hinweg enthält, die von sich verjüngenden Linienmustern gemäß einer Ausführungsform bei der lateralen Fehlausrichtung von 12A gebildet wird.
13 ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Retikels gemäß einer anderen Ausführungsform, betreffend ein Muster über Belichtungsfelder hinweg, das eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter transparenter Linienmuster umfasst.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Ausführungsformen ausgestaltet werden können. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Umfang der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und die Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls der Zusammenhang nicht klar etwas anderes angibt.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Belichtungsverfahren zum Ausbilden von Mustern über Belichtungsfelder hinweg gemäß einer Ausführungsform zusammenfasst. Eine Belichtungsvorrichtung bildet ein Retikelmuster, das auf einem Retikel ausgebildet ist, in benachbarte Belichtungsfelder auf einem Substrat ab, das mit einer lichtempfindlichen Beschichtung bedeckt ist. Die Belichtungsvorrichtung kann ein Stepper sein, der eine relative Bewegung zwischen dem Substrat und dem Belichtungsstrahl entlang einer von zwei orthogonalen horizontalen Achsen zwischen zwei sukzessiven Belichtungen vorsieht. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat wie beispielsweise etwa ein Siliziumwafer sein. Die lichtempfindliche Beschichtung kann eine Fotoresistschicht sein, die eine PAC (fotoaktive Verbindung) enthält, wobei Abschnitte der Fotoresistschicht, die durch den Belichtungsstrahl belichtet werden, löslicher oder weniger löslich gegen einen Fotoresistentwickler als unbelichtete Abschnitte der Fotoresistschicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Fotoresistschicht einem positiven Resist, in welchem die belichteten Abschnitte löslicher gegen einen Fotoresistentwickler werden, der eine wässrige Lauge enthält. Die Belichtungsstrahlung kann beispielsweise eine Breitbandstrahlung oder Wellenlängenlinien von 365 nm, 248 nm oder 193 nm enthalten.
Das Retikelmuster enthält zumindest ein Paar Linienmuster an gegenüberliegenden Seiten. Die ersten und zweiten Linienmuster können isolierte Streifen sein, können Abschnitte eines einzigen durchgehenden Streifens sein oder können Abschnitte eines komplexen Musters sein. In einem rechteckigen Retikelmuster sind die ersten und zweiten Linienmuster an gegenüberliegenden ersten Rändern des Retikelmusters.
Die ersten und zweiten Linienmuster sind so angeordnet, dass eine Spiegelung des ersten Linienmusters an einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters als Symmetrieachse das zweite Linienmuster zumindest teilweise entlang einer Richtung parallel zur horizontalen Mittelachse überlappt, wobei die horizontale Mittelachse in der Mitte des Retikelmusters in gleichen Distanzen zu den beiden ersten Rändern verläuft, an denen die ersten und zweiten Linienmuster ausgebildet sind und wobei die ersten und zweiten Linienmuster Linienabschnitte gleicher Breite oder verschiedener Breite enthalten können.
Die ersten und zweiten Linienmuster können entlang einer Richtung parallel zu der horizontalen Mittelachse verschoben sein, wobei die Verschiebung dafür klein genug ist, dass eine Spiegelung des ersten Linienmusters an der horizontalen Mittelachse in einem gewissen Maße, z.B. um zumindest 50 % oder zumindest 20 % einer Linienmusterbreite des schmaleren der ersten und zweiten Linienmuster, das zweite Linienmuster noch überlappt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Linienmuster bezüglich der horizontalen Mittelachse, die zu den ersten Rändern des Retikelmusters parallel ist, symmetrisch positioniert sein, d.h. können die gleiche Distanz zu der horizontalen Mittelachse aufweisen und können die gleiche Distanz zu einem zweiten Rand aufweisen, der zu den ersten Rändern orthogonal ist.
Im Folgenden steht der Ausdruck „zusammenpassende Linienmuster“ für ein Paar erster und zweiter Linienmuster, für welche eine Spiegelung des ersten Linienmusters an einer horizontalen Mittelachse das zweite Linienmuster entlang einer Richtung parallel zur horizontalen Mittelachse überlappt.
Zumindest das erste Linienmuster umfasst einen Endabschnitt oder sowohl das erste als auch zweite Linienmuster umfassen Endabschnitte, die sich nach außen erstrecken, wobei die Endabschnitte einen Lichtfluss, d.h. eine Gesamtmenge an Licht oder Belichtungsdosis pro Längeneinheit der ersten und zweiten Linienmuster, steuern, um mit zunehmender Distanz zu dieser horizontalen Mittelachse des Retikels, welche zwischen den beiden Linienmustern verläuft, abzunehmen.
Die ersten und zweiten Linienmuster können transparente Linienmuster sein, wobei das Belichtungslicht durch die ersten und zweiten Linienmuster durchgeht. Die Menge an Licht oder der Lichtfluss durch die Endabschnitte kann durch Verengen der Streifenbreite der transparenten Linienmuster, durch Reduzierung der Transparenz der Linienmuster für das Belichtungslicht oder durch eine Kombination von beidem reduziert werden.
Alternativ dazu können die ersten und zweiten Linienmuster opake oder Linienmuster im Grauton sein, wobei die effektive Lichtdosis durch transparente Flächen an den langen Seiten der opaken Linienmuster durchgeht. Ein Lichtfluss durch die transparenten Flächen an den langen Seiten kann durch Verbreitern der Streifenbreite der opaken Linienmuster, durch Reduzieren der Transparenz der transparenten Flächen an den langen Seiten oder durch eine Kombination von beidem reduziert werden.
Das Retikelmuster wird in ein erstes Belichtungsfeld der Fotoresistschicht projiziert (902). Die Belichtungsvorrichtung bewegt dann entweder das Halbleitersubstrat bezüglich des Belichtungsstrahls oder den Belichtungsstrahl bezüglich des Halbleitersubstrats oder beide und projiziert das Retikelmuster in ein zweites Belichtungsfeld (904), wobei die ersten und zweiten Belichtungsfelder in einer Weise überlappen, in der in der Fotoresistschicht eine sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des ersten Linienmusters in dem zweiten Belichtungsfeld eine Projektion des zweiten Linienmusters in dem ersten Belichtungsfeld, z.B. eine sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des zweiten Linienmusters in dem ersten Belichtungsfeld, überlappt.
Eine Struktur über Belichtungsfelder hinweg kann gebildet werden, die einen ersten Abschnitt umfasst, der sich ausschließlich aus der ersten Belichtung in das erste Belichtungsfeld ergibt, einen zweiten Abschnitt, der sich ausschließlich aus der zweiten Belichtung in das zweite Belichtungsfeld ergibt, und einen Überlappungsabschnitt, der sich aus sowohl der ersten als auch der zweiten Belichtung ergibt und die ersten und zweiten Abschnitte verbindet.
Abmessungen der Endabschnitte und einer nominalen Überlappung zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern werden so ausgewählt, dass (i) die Projektionen der Endabschnitte ungeachtet einer tatsächlichen Fehlausrichtung zwischen den beiden Belichtungsfeldern überlappen, vorausgesetzt dass die tatsächliche Fehlausrichtung innerhalb der Grenzen einer Schrittgenauigkeit TOLW liegt, welche für die Belichtungsvorrichtung für eine Verschiebung zwischen zwei benachbarten Belichtungsfeldern spezifiziert ist, und (ii) innerhalb der spezifizierten Schrittgenauigkeit TOLW ein Grad einer Überbelichtung oder Unterbelichtung in dem Überlappungsabschnitt innerhalb eines Bereichs liegt, der eine relative Abweichung einer Linienbreite einer entwickelten Resistfinne von höchstens ± 50 %, z.B. höchstens ± 20 %, einer maximalen Breite der entwickelten Resistfinne ergibt.
Das Verfahren vereinfacht die Ausbildung von Mustern, die die Grenze zwischen zwei benachbarten Belichtungsfeldern überqueren, wobei die Endabschnitte eine verhältnismäßig große Fehlausrichtung zwischen den beiden Belichtungsfeldern sowohl in zwei entgegengesetzte horizontale Richtungen entlang der Längsachse der Linienmuster als auch in zwei entgegengesetzte horizontale Richtungen orthogonal zur Längsachse der Linienmuster erlauben.
Falls eine Fehlausrichtung zwischen den beiden Belichtungsfeldern zur Folge hat, dass eine Überlappung der beiden Belichtungsfelder größer als die voreingestellte nominale Überlappung ist, vermeidet die abnehmende Belichtungsdosis in den Endabschnitten eine lokale Verbreiterung der belichteten Streifenstruktur, die ohne die Endabschnitte auftreten würde, oder wirkt ihr zumindest teilweise entgegen.
Falls eine Fehlausrichtung zur Folge hat, dass die Belichtungsfelder eine kleinere Überlappung als die nominale Überlappung aufweisen, liefern die Endabschnitte noch eine ausreichende Überlappung der sich verjüngenden Projektionszonen, so dass die verbleibende Überlappung einen Spalt in der belichteten Streifenstruktur oder eine unzulässige Verengung in der belichteten Streifenstruktur vermeidet.
Das Verfahren lässt eine verhältnismäßig große maximale Fehlausrichtung zwischen zwei benachbarten Belichtungsfeldern zu und erleichtert die Verwendung von Belichtungsvorrichtungen wie etwa Steppern mit verhältnismäßig großer Schrittgenauigkeit TOLW, welche in dem Bereich von mehreren zehn Nanometer liegen kann, für die Ausbildung von Strukturen über Belichtungsfelder hinweg mit einer Breite von weniger als 200 nm.
2 bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung 800, die für das Verfahren von 1 nutzbar ist, wobei die Belichtungsvorrichtung 800 ein Waferstepper oder ein Waferscanner sein kann, der ein auf einem Retikel 200 ausgebildetes Retikelmuster 210 in ein mit einer Fotoresistschicht 300 beschichtetes Substrat 100 überträgt.
Eine Beleuchtungseinheit 810 enthält eine Strahlungsquelle, z.B. einen Laser, und eine Beleuchtungsoptik zum Erzeugen und Ausbilden eines Belichtungsstrahls 890 und Führen des Belichtungsstrahls 890 zum Retikel 200. Das Retikelmuster 210 auf dem Retikel 200 moduliert räumlich den Belichtungsstrahl 890. Das Retikel 200 kann eine reflektierende Maske sein, die einen räumlich modulierten Belichtungsstrahl reflektiert, oder eine durchlässige Maske, durch welche ein räumlich modulierter Belichtungsstrahl 891 durchgeht.
Die Beleuchtungseinheit 810 kann das komplette Retikelmuster 210 in einer einzigen Belichtungsaufnahme beleuchten oder kann eine Scaneinheit für einen kontinuierlichen Scan des Retikelmusters 210 enthalten. Eine Retikelgestell 820 hält und positioniert das Retikel 200 während einer Belichtung.
Eine Projektionseinheit 830 führt den räumlich modulierten Belichtungsstrahl 891 zu einem Substrat 100, wobei die Projektionseinheit 830 das Retikelmuster 210 sequentiell in eine Vielzahl von Belichtungsfeldern 410, 420 auf dem Substrat 100 entweder in einer gleichen Größe oder einer reduzierten Größe bei einem Verhältnis von z.B. 4:1 oder 5:1 projiziert. Ein Wafertisch 840 verschiebt das Substrat 100 bezüglich des Retikels 200 nach jeder Belichtung um etwa die Breite oder Länge der Belichtungsfelder 410, 420. Das Substrat 100 kann ein Halbleiterwafer sein.
Eine Steuerungseinheit 880 steuert den Wafertisch 840 oder sowohl den Wafertisch 840 als auch das Retikelgestell 820, so dass Projektionen von Linienmustern in benachbarten Belichtungsfeldern 410, 420 überlappen. Eine nominale Überlappung OLV0 zwischen zwei benachbarten Belichtungsfeldern 410, 420 kann in einem Bereich von 40 % bis 60 % einer Schrittgenauigkeit TOLW eingestellt werden, die als Schrittgenauigkeit für eine laterale Fehlausrichtung der Belichtungsfelder 410, 420 zueinander spezifiziert ist.
3A bis 3I veranschaulichen ein Belichtungsverfahren zum Ausbilden von Strukturen über Belichtungsfelder hinweg gemäß einer Ausführungsform, bezüglich der Ausbildung eines Resistgrabens über Belichtungsfelder hinweg in einem positiven Resist, wobei der Resistgraben durch zwei transparente Linienmuster eines Retikelmusters definiert sein kann, welches auf einem Retikel ausgebildet sein kann oder welches auf zwei verschiedene Retikel aufgeteilt sein kann.
3A zeigt ein Retikel 200, das ein transparentes Maskensubstrat 230 aus z.B. Quarz oder Quarzglas und eine opake Maskenschicht 250 umfassen kann, die auf einer Musteroberfläche 231 des Maskensubstrats 230 ausgebildet ist. Die Maskenschicht 250 kann als Hauptbestandteil Chrom enthalten. Maskenöffnungen 295 in der Maskenschicht 250 legen Abschnitte der Musteroberfläche 231 frei und definieren ein Retikelmuster 210. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Retikel 200 eine Phasenverschiebungsmaske sein.
3B zeigt eine Draufsicht des Retikelmusters 210 mit einer rechteckigen Musterfläche 222 in einem zentralen Gebiet des Retikels 200 und eine Ausschlusszone 228, die die Musterfläche 222 umgibt. Das Retikelmuster 210 enthält opake Abschnitte und transparente Abschnitte ausschließlich oder hauptsächlich in der Musterfläche 222. Die Musterfläche 222 ist das Gebiet, in welchem das Retikel 200 vordefinierte Maskenspezifikationen erfüllt, die eine Abbildungsqualität betreffen.
Die transparenten Abschnitte enthalten zumindest ein transparentes erstes Linienmuster 211 und ein transparentes zweites Linienmuster 212, die an gegenüberliegenden Seiten des Retikelmusters 210 ausgebildet sind und sich in einer horizontalen Richtung orthogonal zu einem Rand des Retikelmusters 210 erstrecken. Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können die gleiche Linienmusterbreite msw oder zumindest annähernd die gleiche Linienmusterbreite msw aufweisen.
Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können so angeordnet sein, dass eine Spiegelung des ersten Linienmusters 211 an der horizontalen Mittelachse 219 zumindest teilweise das zweite Linienmuster 212 entlang der Richtung parallel zu der horizontalen Mittelachse 219 so überlappt, dass sie in dem Sinne wie oben beschrieben „zusammenpassen“.
Beispielsweise können die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 bezüglich der horizontalen Mittelachse 219, welche orthogonal zu der Längsachse der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 verläuft, symmetrisch angeordnet sein.
Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können isolierte Streifen sein, können Abschnitte eines durchgehenden, z.B. geraden, Streifens sein oder können Abschnitte eines komplexen Musters sein. Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 liegen an gegenüberliegenden Seiten des Retikelmusters 210 und können komplett innerhalb der Musterfläche 222 ausgebildet sein oder können sich in die Ausschlusszone 228 erstrecken. Die ersten und zweiten Linienmuster 211 können auf dem gleichen Retikel oder auf zwei verschiedenen Retikeln ausgebildet sein.
Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 umfassen Endabschnitte 217, 218, in welchen ein Lichtfluss durch die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 mit zunehmender Distanz zur horizontalen Mittelachse 219 abnimmt. Mit abnehmendem Lichtfluss nimmt eine effektive Belichtungsdosis pro Längeneinheit entlang der Längsachse der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 ab. Die effektive Belichtungsdosis pro Längeneinheit, d.h. die Belichtungsdosis des modulierten Belichtungsstrahls 891 von 2, kann durch Verringern einer Transparenz der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212, durch Verringern der Linienmusterbreite msw oder durch eine Kombination von beidem reduziert werden, wobei die effektive Belichtungsdosis schrittweise oder kontinuierlich reduziert werden kann.
Die Endabschnitte 217, 218 können sich in Bezug auf Form, Länge und Breite unterscheiden. Gemäß Ausführungsformen können die Endabschnitte 217, 218 die gleichen Abmessungen und/oder die gleiche Form aufweisen.
3C zeigt einen Bereich einer Oberfläche einer Fotoresistschicht 300, die ein Substrat 100 bedeckt und zwei Belichtungsfelder 410, 420 umfasst, in die das Retikelmuster 210 von 3B in sukzessiven Belichtungen übertragen wird. Auf eine einzelne Belichtung wird im Folgenden auch als „Belichtungsaufnahme“ verwiesen.
Eine erste Belichtungsaufnahme projiziert das Retikelmuster 210 in das erste Belichtungsfeld 410, wobei das erste Linienmuster 211 von 3B in eine erste Projektionsfläche 311 projiziert wird und das zweite Linienmuster 212 von 3B in eine zweite Projektionsfläche 312 der Fotoresistschicht 300 projiziert wird. In den ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 aktiviert das Belichtungslicht die PAC, die in der Fotoresistschicht 300 enthalten ist, in einem Maße, so dass in den ersten und zweiten Projektionsflächen 311 das Fotoresist für einen geeigneten Entwickler löslich wird. Als Folge der ersten Belichtungsaufnahme enthält das erste Belichtungsfeld 410 ein erstes latentes Bild des Retikelmusters 210 von 3B.
Das Retikel 200 und Substrat 100 werden relativ zueinander verschoben, und eine zweite Belichtungsaufnahme projiziert das Retikelmuster 210 in ein zweites Belichtungsfeld 420, wo ein zweites latentes Bild des Retikelmusters 210 von 3B in der Fotoresistschicht 300 gebildet wird.
Wo die ersten und zweiten latenten Bilder überlappen, ist die gesamte effektive Belichtungsdosis die Summe der Belichtungsdosen von der ersten und der zweiten Belichtung in der betreffenden Fläche. Da eine Breite einer Fläche, die von der Belichtung betroffen ist, positiv mit der gesamten effektiven Belichtungsdosis in dem betreffenden Gebiet korreliert ist, aktiviert die zweite Belichtung die PAC ebenfalls in einer Erweiterungsfläche 313 an gegenüberliegenden Seiten überlappender Abschnitte der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312.
Eine voreingestellte nominale Verschiebung DPL0 zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 ist typischerweise gleich einer Belichtungsfeldbreite efw parallel zur Verschiebungsrichtung, reduziert um eine voreingestellte Überlagerung OVLO, eingestellt. Eine tatsächliche Verschiebung weicht von der voreingestellten nominalen Verschiebung DPL0 um eine aktuelle intrinsische Abweichung ab, die durch einen Ausrichtungsprozess induziert wird, der das Substrat 100 zu dem Retikel 200 und zu dem Belichtungsstrahl einstellt. Die aktuelle intrinsische Abweichung kann sich von Belichtungsaufnahme zu Belichtungsaufnahme ändern und liegt innerhalb einer Schrittgenauigkeit TOLW, die für die verwendete Belichtungsvorrichtung spezifiziert ist. Die Schrittgenauigkeit TOLW einer typischen Belichtungsvorrichtung kann ± 50 mm oder geringer, zum Beispiel ± 20 nm, betragen.
Die nominale Verschiebung DPL0 ist so ausgewählt, dass das zweite Belichtungsfeld 420 das erste Belichtungsfeld 410 um die nominale Überlagerung OVLO überlappt. Die nominale Überlagerung OVLO und die Abmessungen der Endabschnitte 217, 218 der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 von 3B werden so ausgewählt, dass für jede beliebige Abweichung von der nominalen Verschiebung DPL0 innerhalb der Schrittgenauigkeit TOLW eine erste, sich verjüngende Projektionszone 317 des Endabschnitts 217 des ersten Linienmusters 211 von 2B in dem zweiten Belichtungsfeld 420 mit einer zweiten, sich verjüngenden Projektionszone 318 des Endabschnitts 218 des zweiten Linienmusters 212 von 2B im ersten Belichtungsfeld 410 überlappt.
Als Folge überlappen für jede beliebige Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 innerhalb der Schrittgenauigkeit TOLW die ersten und zweiten, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 benachbarter Belichtungsfelder 410, 420 teilweise, so dass für positive und negative Abweichungen innerhalb der Schrittgenauigkeit TOLW die ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 in Kombination mit der Erweiterungsfläche 313 einen durchgehenden latenten Streifen mit einer geringen Breitenabweichung von höchstens ± 50 %, z.B. höchstens ± 20 %, von einer Zielstreifenbreite bilden.
3D bis 3F beziehen sich auf das Festlegen der Abmessungen der ersten und zweiten, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 und der nominellen Überlagerung OVLO bezüglich der Schrittgenauigkeit TOLW zwischen zwei benachbarten Belichtungsfeldern. Eine Projektionsstreifenbreite psw gerader Bereiche der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 hängt von der Linienmusterbreite msw von FIG. 3B und dem Abbildungsverhältnis der Projektionseinheit ab und kann beispielsweise gleich der Linienmusterbreite msw, gleich 0,25*msw oder gleich 0,2*mws, sein.
Eine Länge LGEP der ersten und zweiten, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 ist so ausgewählt, dass sie in einem Bereich von 0,5*TOLW bis 2*TOLW, z.B. von 0,7*TOLW bis 1,5*TOLW, liegt.
In 3D bis 3F ist LGEP gleich 1,33*TOLW festgelegt, so dass die ersten und zweiten, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 geringfügig länger als die Weite der Schrittgenauigkeit sind. OVLO ist gleich LGEP festgelegt, so dass für zwei perfekt ausgerichtete Belichtungsfelder 410, 420 die beiden, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 einander genau vollständig überlappen.
3D zeigt die beiden überlappenden, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 in einem Fall, in dem die zweite Belichtung ohne Abweichung von der Zielposition ausgeführt wird. Die effektive gesamte Belichtungsdosis, die von der Fotoresistschicht 300 pro Längeneinheit in einem gehefteten Abschnitt 915 absorbiert wird, in dem die sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 überlappen, ist annähernd die Gleiche wie in den geraden Abschnitten 910, 920 außerhalb des gehefteten Abschnitts 915. In dem gehefteten Abschnitt 915 hat die positive Korrelation zwischen Belichtungsdosis und Streifenbreite Erweiterungsflächen 313 auf beiden Seiten der sich verjüngenden Bereiche zur Folge, wobei die jeweilige Breite ew1, ew2 der Erweiterungsflächen 313 von der Überlappungsbreite ow1, ow2 an der gleichen Position auf der Längsachse der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 abhängt. Die fotoaktive Verbindung wird in sowohl den ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 als auch den Erweiterungsflächen 313 aktiviert und bildet ein latentes Bild eines geraden Streifens ohne oder mit nur einer geringen Breitenabweichung von der Projektionsstreifenbreite psw.
3E zeigt die beiden überlappenden, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 in einem Fall, in dem die zweite Belichtung mit einer maximalen spezifizierten Abweichung TOL1 von der Zielposition in Richtung des ersten Belichtungsfeldes 410 ausgeführt wird. Die ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 überlappen einander entlang zumindest der kompletten longitudinalen Ausdehnung der sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318, welche auch in einem gewissen Ausmaß mit den geraden Bereichen der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 überlappen. Die Erweiterungsflächen 313 können in einem gewissen Maße die reduzierte Breite der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 überkompensieren; aber eine lokale Verbreiterung des latenten Streifens, der eine aktivierte PAC enthält, ist verglichen mit überlappenden rechteckigen Streifen ohne sich verjüngende Endabschnitte, klein, z.B. höchstens +20 % der Projektionsstreifenbreite psw.
3F zeigt zwei überlappende, sich verjüngende Projektionszonen 317, 318 in einem Fall, in dem die zweite Belichtung mit einer maximalen spezifizierten Abweichung TOL2 von der Zielposition in einer zu dem ersten Belichtungsfeld entgegengesetzten Richtung ausgeführt wird. Die sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 sind noch ausreichend nah beieinander, so dass in Kombination mit den Erweiterungsflächen 313 die fotoaktive Verbindung in einem durchgehenden latenten Streifen mit einer geringen Breitenvariation, z.B. höchstens -20 % der Projektionsstreifenbreite psw, aktiviert wird.
3G zeigt das latente Bild, das durch aktivierte Abschnitte 302 und nicht aktivierte Abschnitte 301 der Fotoresistschicht 300 nach einer dritten Belichtung in einem dritten Belichtungsfeld 430 gebildet wird. In den aktivierten Abschnitten 302 wurde die fotoaktive Verbindung von einer ersten Phase in eine zweite Phase, z.B. von einem unipolaren organischen Molekül in ein hochpolares organisches Molekül, in einem Maße transformiert, in dem die aktivierten Abschnitte 302 eine hohe Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln, zum Beispiel in einer Lösung einer wässrigen Lauge, zeigen. Die aktivierten Abschnitte 302 umfassen sowohl die ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312, die während einer Belichtung direkt belichtet wurden, als auch die Erweiterungsflächen 313, die sich aus der doppelten Belichtung im Überlappungsabschnitt ergeben.
3H ist eine vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstrats 100 nach einem Entwickeln der belichteten Fotoresistschicht 300 von 3G.
Der Entwickler, zum Beispiel eine wässrige Lauge, entfernt die aktivierten Abschnitte 302 mit einer hohen Selektivität bezüglich der unbelichteten, nicht aktivierten Abschnitte 301 der Fotoresistschicht 300 von FIG. 3G, um eine strukturierte Resistmaske 304 mit streifenförmigen Resistöffnungen 305 auszubilden.
3I zeigt eine Draufsicht der strukturierten Resistmaske 304. Die streifenförmigen Resistöffnungen 305 überqueren Belichtungsfeldgrenzen. Ungeachtet einer tatsächlichen Fehlausrichtung zwischen den betreffenden ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 innerhalb der Schrittgenauigkeit beträgt eine Variation einer Resiststreifenbreite von jeder streifenförmigen Resistöffnung 305 höchstens ±50 %, z.B. höchstens ±20 %, der maximalen Resiststreifenbreite der streifenförmigen Resistöffnung 305, vorausgesetzt dass die tatsächliche Fehlausrichtung innerhalb der Schrittgenauigkeit liegt. Die Resistmaske 304 kann als Ätzmaske, um Vertiefungen in dem Substrat 100 auszubilden, oder als Implantationsmaske, um streifenförmige dotierte Gebiete in dem Substrat 100 auszubilden, genutzt werden.
Falls anstelle eines positiven Resists ein negativer Resist aufgebracht wird, ergeben die transparenten Linienmuster Resiststreifen anstelle von Resistöffnungen.
4A bis 4C beziehen sich auf eine Ausführungsform, die eine Ausbildung einer streifenförmigen Resistfinne über Belichtungsfelder hinweg aus einem positiven Resist betrifft.
Das Retikelmuster 210 eines Retikels 200 in 4A enthält ein opakes erstes Linienmuster 211 und ein opakes zweites Linienmuster 212, die an gegenüberliegenden Seiten des Retikelmusters 210 ausgebildet sind und sich in einer horizontalen Richtung orthogonal zu einem Rand des Retikelmusters 210 erstrecken. Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können die gleiche Linienmusterbreite msw oder zumindest annähernd die gleiche Linienmusterbreite msw aufweisen und sind bezüglich einer horizontalen Mittelachse 219, die zur Längsachse der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 orthogonal ist, symmetrisch angeordnet.
Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können isolierte Streifen sein, können Abschnitte eines durchgehenden, z.B. geraden, Streifens sein oder können Abschnitte eines komplexen Musters sein. Lange Seiten von jedem der opaken ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 grenzen direkt an transparente Flächen 241, 242.
Die opaken ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 umfassen Endabschnitte 217, 218, in denen ein Lichtfluss durch die transparenten Flächen 241, 242 mit zunehmender Distanz zu der horizontalen Mittelachse 219 abnimmt. In den transparenten Flächen 241, 242 nimmt eine effektive Belichtungsdosis pro Längeneinheit parallel zu der Längsachse der opaken ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 ab. Die effektive Belichtungsdosis pro Längeneinheit kann durch Verringern einer Transparenz der transparenten Flächen 241, 242, durch Vergrößern der Linienmusterbreite msw der opaken ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 oder durch eine Kombination von beidem reduziert werden, wobei die effektive Belichtungsdosis in Schritten oder kontinuierlich reduziert werden kann.
4B zeigt die Projektion des Retikelmusters 210 von 4A in ein erstes Belichtungsfeld 410 und in das zweite Belichtungsfeld 420, das mit dem ersten Belichtungsfeld 410 überlappt.
Eine erste Belichtungsaufnahme bildet das Retikelmuster 210 in das erste Belichtungsfeld 410 ab, wobei das opake erste Linienmuster 211 von 4A in eine erste Projektionsfläche 311 abgebildet wird und das opake zweite Linienmuster 212 von 4A in eine zweite Projektionsfläche 312 der Fotoresistschicht 300 projiziert wird. Außerhalb der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 aktiviert das Belichtungslicht die PAC, die in der Fotoresistschicht 300 enthalten ist, in solch einem Maße, dass außerhalb der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 das Fotoresist für einen geeigneten Entwickler löslich wird. Das Retikel und Substrat 100 werden relativ zueinander verschoben, und eine zweite Belichtungsaufnahme projiziert das Retikelmuster 210 in ein zweites Belichtungsfeld 420 und bildet es ab, wo ein zweites latentes Bild des Retikelmusters 210 von 4A in der Fotoresistschicht 300 gebildet wird.
Wo die ersten und zweiten latenten Bilder überlappen, aktiviert die zweite Belichtung die PAC auch in einer Erweiterungsfläche 313 an gegenüberliegenden Seiten überlappender Abschnitte der ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312.
Die nominale Überlagerung OVLO und die Abmessungen der Endabschnitte 217, 218 der opaken ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 in dem Retikel von 4A sind so ausgewählt, dass für jede beliebige Abweichung der Verschiebung innerhalb der Schrittgenauigkeit TOLW eine sich verjüngende Projektionszone 317 des Endabschnitts 217 des opaken ersten Linienmusters 211 von 4A in dem zweiten Belichtungsfeld 420 mit einer zweiten, sich verjüngenden Projektionszone 318 des Endabschnitts 218 des opaken zweiten Linienmusters 212 von 4A in dem ersten Belichtungsfeld 410 überlappt.
Als Ergebnis überlappen für jede beliebige Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 innerhalb der Schrittgenauigkeit TOLW sich die ersten und zweiten, sich verjüngenden Projektionszonen 317, 318 der benachbarten ersten und zweiten Belichtungsfelder 410, 420 teilweise, so dass für positive und negative Abweichungen innerhalb der Schrittgenauigkeit TOLW die Erweiterungsfläche 313 die ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 in einer Weise moduliert, dass ein durchgehender latenter Streifen mit einer geringen Breitenvariation von höchstens ±20 % von einer Zielstreifenbreite gebildet wird.
4C zeigt eine strukturierte Retikelmaske 304, die durch Entwickeln der Fotoresistschicht 300 von 4B gebildet wurde. Aus den überlappenden ersten und zweiten Projektionsflächen 311, 312 und der Erweiterungsfläche 313 ist eine gerade Resistfinne 306 gebildet. Die Resistfinne 306 kann genutzt werden, um eine Mesastruktur über Belichtungsfelder hinweg in dem Substrat 100 zu bilden, das unter der Resistmaske 304 liegt. Über die komplette longitudinale Ausdehnung der Resistfinne 306 beträgt eine Breitenvariation der Resistfinnen 306 höchstens ±50 %, z.B. höchstens ±20 %, einer maximalen Resiststreifenbreite rsw ungeachtet einer tatsächlichen Fehlausrichtung zwischen den Belichtungsfeldern 410, 420, 430, vorausgesetzt dass die tatsächliche Fehlausrichtung innerhalb der Schrittgenauigkeit liegt.
In 5A umfasst ein Retikel 200 eine zentrale rechteckige Musterfläche 222 und eine Ausschlusszone 228, die die Musterfläche 222 umgibt, wobei die Musterfläche 222 der Teil des Retikels 200 ist, der vordefinierte Maskenspezifikationen erfüllt. Das Retikelmuster 210 enthält zumindest einen durchgehenden, transparenten geraden Streifen 290, der sich von einem Rand der Musterfläche 222 zum gegenüberliegenden Rand erstreckt, wobei eine Linienmusterbreite msw in einem Bereich von 50 nm bis 2 µm, z.B. von 80 nm bis 500 nm, liegen kann.
Abschnitte an gegenüberliegenden Enden des transparenten geraden Streifens 290 bilden die beiden gegenüberliegenden ersten und zweiten Linienmuster 211, 212, die sich verjüngende Endabschnitte 217, 218 wie oben beschrieben umfassen. Die sich verjüngenden Endabschnitte 217, 218 können vollständig innerhalb der Musterfläche 222 ausgebildet sein oder können sich in die Ausschlusszone 228 erstrecken. Das Retikelmuster 210 kann einen oder mehrere des transparenten geraden Streifens 290 sowie weitere transparente Merkmale enthalten.
Das Retikelmuster 210 des Retikels 200, das in 5B veranschaulicht ist, umfasst identische Chipmuster 280 innerhalb der Musterfläche 222, wobei jedes Chipmuster 280 ein komplexes Muster transparenter und opaker Abschnitte umfasst, die Muster und Merkmale innerhalb einer Chipfläche definieren. Ein Trennmuster 270 trennt die Chipmuster 280. Das Trennmuster kann vollständig transparent oder vollständig opak sein. Außerdem enthält das Retikelmuster 210 zumindest einen durchgehenden, transparenten geraden Streifen 290, der sich von einer Seite der Musterfläche 222 zu der anderen Seite erstreckt, wodurch er das Trennmuster 270 und zwei Chipmuster 280 überquert.
In 5C ist das Retikelmuster 210 ein regelmäßiges Linienmuster, das z.B. zum Ausbilden von Strukturen quer über Wafer für eine Prozesssteuerung, z.B. als Ätzstopp oder für einen Gittertest, geeignet ist. Das Retikelmuster 210 kann eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter, durchgehender transparenter gerader Streifen 290 enthalten, die die gleiche Linienmusterbreite msw aufweisen können und die in einem gleichen Linienmusterabstand msp gleich einer Distanz von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten transparenten geraden Streifen 290 angeordnet sind, wobei der Linienmusterabstand die zweifache Linienmusterbreite msw oder größer sein kann. Die transparenten geraden Streifen 290 umfassen Endabschnitte 217, 218 wie oben beschrieben und können ausschließlich in einer Musterfläche 222 ausgebildet sein oder können sich in die Ausschlusszone 228 erstrecken.
In 5D ist das Retikelmuster 210 ein regelmäßiges Gittermuster, das z.B. für einen Gittertest geeignet ist. Das Retikelmuster 210 kann eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter, durchgehender gerader erster transparenter Streifen 291 enthalten, die die gleiche Linienmusterbreite msw aufweisen können und die in einer gleichen Distanz von Mitte zu Mitte msp angeordnet sind, sowie eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter, durchgehender gerader zweiter transparenter Streifen 292, die die gleiche Linienmusterbreite msw aufweisen können und die in einer gleichen Distanz von Mitte zu Mitte msp angeordnet sind, wobei die zweiten transparenten Streifen 292 die ersten transparenten Streifen z.B. orthogonal schneiden. Die ersten und zweiten transparenten geraden Streifen 290 umfassen Endabschnitte 217, 218 wie oben beschrieben.
5E und 5F zeigen einen Satz komplementärer erster und zweiter Retikel 201, 202 zum Ausbilden eines Chipmusters für eine Halbleitervorrichtung, welches größer als ein Belichtungsfeld ist und welches Streifenstrukturen enthält, die Belichtungsfeldgrenzen überqueren, wobei erste und zweite Linienmuster 211, 212 für überlappende Projektionen auf zwei verschiedenen, komplementären Retikeln 201, 202 ausgebildet sind.
Gemäß 5E ist ein erster Musterabschnitt 2101 eines Retikelmusters 210 auf dem ersten Retikel 201 ausgebildet und enthält zumindest das erste Linienmuster 211 an einer ersten Seite. Der erste Musterabschnitt 2101 kann weitere transparente Gebiete 214 enthalten, die Chipstrukturen in einem ersten Gebiet einer Halbleitervorrichtung definieren.
5F zeigt einen zweiten Musterabschnitt 2102 des Retikelmusters 210, der auf dem zweiten Retikel 202 ausgebildet ist. Der zweite Musterabschnitt 2102 enthält zumindest das zweite Linienmuster 212 an einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt. Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 passen zusammen, können z.B. bezüglich paralleler horizontaler Mittelachsen 2191, 2192 der ersten und zweiten Musterabschnitte 2101, 2102 symmetrisch sein. Mit anderen Worten überlappt eine Spiegelung eines Endabschnitts 217 des ersten Linienmusters 211 an einer horizontalen Mittelachse 2191 des ersten Musterabschnitts 2101 eine virtuelle, hinsichtlich einer Lage invariante, d.h. positionsinvariante Translation des zweiten Linienmusters 212 in den ersten Musterabschnitt 2101, wobei die hinsichtlich einer Lage invariante Translation das zweite Linienmuster 212 virtuell in den ersten Musterabschnitt 2101 an der gleichen Position abbildet, die es in dem zweiten Musterabschnitt 2102 tatsächlich hat. Das zweite Retikel 202 kann weitere transparente Gebiete 214 enthalten, die weitere Chipstrukturen in einem zweiten Gebiet der Halbleitervorrichtung definieren.
Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können Bereiche nicht ähnlicher Streifenstrukturen sein und können sich in einer horizontalen Richtung orthogonal zu äquivalenten Rändern der Retikelmuster 210 erstrecken. Die ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 können die gleiche Linienmusterbreite msw oder zumindest annähernd die gleiche Linienmusterbreite msw aufweisen und zusammenpassen, können z.B. bezüglich der entsprechenden horizontalen Mittelachsen 2191, 2192, die zur Längsachse der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 orthogonal sind, symmetrisch angeordnet sein.
Benachbarte Belichtungsfelder werden abwechselnd mit dem ersten Retikel 201 und dem zweiten Retikel 202 belichtet. Die ersten und zweiten Retikel 201, 202 können gegeneinander ausgetauscht werden, z.B. sukzessiv nach jeder Belichtung oder nur einmal, nachdem ein erster Lauf jedes ungerade Belichtungsfeld mit dem ersten Retikel belichtet hat. Das Verfahren ermöglicht großskalige Chipmuster mit einer Chipfläche, die größer als ein einzelnes Belichtungsfeld ist, wobei streifenförmige Muster über Belichtungsfelder hinweg sowohl bei geringen Breitenvariationen als auch unter geringen Kosten realisiert werden können.
5G zeigt ein Retikel 200, das einen Satz aus zwei komplementären Musterabschnitten 2101, 2102 umfasst, um ein Chipmuster für eine Halbleitervorrichtung zu bilden, dessen aktive Fläche größer als ein einzelnes Belichtungsfeld ist und welches Streifenstrukturen enthält, die Belichtungsfeldgrenzen überqueren. Das erste Linienmuster 211 ist in einem ersten Musterabschnitt 2101 ausgebildet, und das zweite Linienmuster 212 ist in einem zweiten Musterabschnitt 2102 auf demselben Retikel 200 ausgebildet. Ein nicht abbildender Abschnitt 2103 trennt die ersten und zweiten Musterabschnitte 2101, 2102 voneinander. Nach einer Belichtung eines Substrats mit dem ersten Musterabschnitt 2101 verschiebt das Retikelgestell das Retikel 200 für eine Belichtung mit dem zweiten Musterabschnitt 2102.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Retikelgestell das Retikel 200 nach einer Belichtung mit dem ersten Musterabschnitt 2101 drehen, wobei auf dem Retikel 200 das Muster in dem zweiten Musterabschnitt 2102 bezüglich des ersten Musterabschnitts 2101 um z.B. 180° gedreht wird.
5H zeigt ein Retikelmuster 210 mit asymmetrischen, aber dennoch „zusammenpassenden“ ersten und zweiten Linienmustern 211, 212 in dem oben definierten Sinne.
Das Retikelmuster 210 ist in einer Musterfläche 222 ausgebildet und umfasst ein erstes Linienmuster 211 mit einem Endabschnitt 217 an einem Rand des Retikelmusters 210, wobei ein Lichtfluss durch den Endabschnitt 217 mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse 219 des Retikelmusters 210 abnimmt. Ein zweites Linienmuster 212 ist an dem gegenüberliegenden Rand ausgebildet, wobei eine Spiegelung des Endabschnitts 217 des ersten Linienmusters 211 an der horizontalen Mittelachse 219 bezüglich des zweiten Linienmusters 212 um eine Verschiebung vx verschoben ist. Die Verschiebung vx ist ausreichend klein, so dass die Spiegelung des ersten Linienmusters 211 an der horizontalen Mittelachse 219 das zweite Linienmuster 212 entlang einer Richtung parallel zu der horizontalen Mittelachse 219 um zumindest 50 % einer Linienmusterbreite des Schmaleren der ersten und zweiten Linienmuster 211, 212 überlappt.
6A und 6B zeigen Resistmasken 304, die auf einer Oberfläche eines Substrats 100 gebildet wurden, indem die Retikel 200 der 5C und 5D verwendet wurden. Das Substrat 100 kann ein Halbleiterwafer sein, z.B. ein Siliziumwafer, der für die Herstellung von Leistungshalbleitervorrichtungen geeignet ist. Ein Durchmesser des Substrats 100 kann zumindest 100 mm, z.B. 200 mm oder 300 mm betragen.
In 6A enthält die Resistmaske 304 eine Vielzahl gleich beabstandeter streifenförmiger Resistöffnungen 305 und Resistfinnen 306, die sich über zumindest eine nutzbare Fläche 122 einer Prozessoberfläche des Substrats 100 erstrecken, wobei eine Randausschlusszone 128 mit einer Breite von mehreren Nanometern die nutzbare Fläche 122 von einem Substratrand 103 trennen kann. In der Randausschlusszone 128 kann die Resistmaske 304 fehlen oder kann einen durchgehenden Ring umfassen.
Eine mittlere Resiststreifenbreite rsw kann in einem Bereich von 20 nm bis 300 nm, z.B. von 50 nm bis 150 nm, liegen. Eine mittlere Resistdistanz von Mitte zu Mitte rp kann in einem Bereich von 50 nm bis 2 µm, z.B. von 100 nm bis 1 µm, liegen.
Die Resistmaske 304 ist das Ergebnis mehrerer Projektionen des Retikels 200 von 5C in benachbarte Belichtungsfelder. Eine Streifenbreitenvariation der streifenförmigen Resistöffnungen 305 liegt in einem Bereich von 50 % bis 150 %, z.B. von 80 % bis 120 %, der mittleren Resiststreifenbreite rsw ungeachtet einer tatsächlichen Fehlausrichtung der Belichtungsfelder in sukzessiven Belichtungen, vorausgesetzt dass die Fehlausrichtung innerhalb einer vordefinierten Schrittgenauigkeit von höchstens ±50 nm, zum Beispiel höchstens ±20 nm, liegt.
Die Resistmaske 304 von 6B kann sich aus zwei Belichtungsläufen mit dem Retikel von 5C ergeben, wobei nach dem ersten Lauf, welcher die Resistmaske 304 von 6A ergibt, das Substrat 100 gegen das Retikel 200 um 90° in einer horizontalen Ebene gedreht wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Resistmaske 304 von 6B aus einem einzigen Belichtungslauf unter Verwendung des Retikels 200 von 5D resultieren. In beiden Fällen bilden die streifenförmigen Resistöffnungen 305 ein orthogonales Gitter, wobei eine Streifenbreitenvariation streifenförmiger Resistöffnungen 305 in einem Bereich von 50 % bis 150 %, z.B. von 80 % bis 120 %, der mittleren Resiststreifenbreite ungeachtet einer tatsächlichen Fehlausrichtung der Belichtungsfelder in sukzessiven Belichtungen liegt, vorausgesetzt dass die Fehlausrichtung innerhalb einer vorbestimmten Schrittgenauigkeit liegt.
Die Resistmasken 304 der FIG. 6A und 6B können zum Beispiel für einen Gittertest verwendet werden, wobei die Resistmaske 304 von einem Arbeiter oder durch eine geeignete analysierende Einheit visuell inspiziert wird. Unregelmäßigkeiten im Belichtungsprozess bilden sich in Unregelmäßigkeiten in den feinen Resistmustern der Resistmasken 304 ab, wobei vergleichsweise kleine Unregelmäßigkeiten einen vergleichsweise starken visuellen Fußabdruck im Resistmuster hinterlassen. Beispielsweise führt ein etwaiges Partikel, das zwischen dem Substrat 100 und dem Wafertisch 840 von 2 eingeklemmt ist, zu einer lokalen Defokussierung, die wiederum eine lokale Verbreiterung oder Verengung von Resistlinien zur Folge hat. Unregelmäßigkeiten in dem feinen Resistmuster, die durch eine lokale Defokussierung induziert werden, hinterlassen einen starken visuellen Eindruck mit einer charakteristischen optischen Signatur.
Unregelmäßigkeiten, die durch eine Fehlausrichtung von Belichtungsfeldern in das Resistmuster induziert werden, machen den Hintergrund für die optische Inspektion weniger homogen. Je regelmäßiger die Resistmaske 304 ist, desto besser sichtbar und/oder detektierbar sind Prozessunregelmäßigkeiten. Ein Ausbilden der Resistmasken 304 der 6A und 6B mit dem oben beschriebenen Belichtungsverfahren ermöglicht die Verwendung kosteneffektiver Belichtungsvorrichtungen für hochempfindliche Gittertests.
Die Resistmasken 304 können ferner als Ätzmasken genutzt werden, die ein dichtes Muster von Vertiefungen in einem Halbleitersubstrat definieren, wobei die Vertiefungen mit einem Isolatormaterial wie etwa Siliziumoxid gefüllt werden können, um ein dichtes Muster lokaler Silizium-auf-Isolator-(SOI-)Gebiete auszubilden. Halbleitersubstrate mit einer Vielzahl lokaler Silizium-auf-Isolator-(SOI-)Gebieten können herkömmliche SOI-Wafer für die Herstellung von SOI-Vorrichtungen ersetzen.
7A bis 7E betreffen Ausführungsformen von Endabschnitten 217 transparenter erster Linienmuster 211, die von einer opaken Maskenfläche 215 umgeben sind. Projektionen der transparenten ersten Linienmuster 211 auf ein Substrat überlappen mit den Projektionen symmetrischer zweiter Linienmuster in sukzessiven Belichtungen wie oben beschrieben. Eine Linienmusterbreite msw des ersten Linienmusters 211 kann in einem Bereich von 20 nm bis 4 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 50 nm bis 1 µm, liegen. Eine Länge LGEP des Endabschnitts 217 kann beispielsweise in einem Bereich von 20 nm bis 4 µm, z.B. von 50 nm bis 1 µm, liegen.
In 7A verjüngt sich der Endabschnitt 217 allmählich symmetrisch bezüglich einer zentralen Längsachse des ersten Linienmusters 211. Die Länge LGEP des Endabschnitts 217 kann in einem Bereich von 0,5 * msw bis 2 * msw liegen. Die allmähliche Verjüngung kann wie veranschaulicht linear, konkav bogenförmig, konvex bogenförmig oder eine Folge bogenförmiger und linearer Abschnitte sein.
In 7B verjüngt sich der Endabschnitt 217 schrittweise und symmetrisch bezüglich einer zentralen Längsachse des ersten Linienmusters 211.
Das erste Linienmuster 211 in 7C umfasst einen halbkreisförmigen Endabschnitt 217. In 7D sind die Ecken des Endabschnitts 217 ausgekehlt.
In dem transparenten ersten Linienmuster 211 von 7E ist eine Transmission im Endabschnitt 217 durch eine Änderung einer Durchlässigkeit moduliert. Die Durchlässigkeit kann mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikels schrittweise oder allmählich abnehmen.
8A bis 8D und 9A bis 9D veranschaulichen Effekte der Ausführungsformen auf die Form von Resistlinien bei verschiedenen Ausrichtungsbedingungen durch Vergleichen der Bilder von Linienmustern mit und ohne derartige Endabschnitte, durch welche ein Lichtfluss mit abnehmender Distanz zu einem benachbarten Retikelrand abnimmt, wobei 8A bis 8D sich auf ein Vergleichsbeispiel ohne Endabschnitte und 9A bis 9D auf eine Ausführungsform mit Endabschnitten beziehen.
8A zeigt ein Vergleichsretikel 500 mit einem Vergleichsretikelmuster 510, das regelmäßig angeordnete rechteckige transparente Linienmuster 590 enthält, die keine sich verjüngenden Endabschnitte oder Abschnitte mit abnehmender Durchlässigkeit enthalten.
Die linke Seite von 8B zeigt das Ergebnis der Belichtung des Vergleichsretikelmusters 510 von 8A in ein erstes Belichtungsfeld 410 einer Fotoresistschicht 300. Die Belichtung aktiviert die PAC in Projektionsstreifen 310, die durch die rechteckigen transparenten Linienmuster 590 definiert werden.
Die Mitte von 8B zeigt das latente Bild nach einem Projizieren des Vergleichsretikelmusters 510 in ein zweites Belichtungsfeld 420, das direkt an das erste Belichtungsfeld 410 angrenzt, in der Projektion der Längsachse der Projektionsstreifen 310 der rechteckigen transparenten Linienmuster 590, falls das zweite Belichtungsfeld 420 zu dem ersten Belichtungsfeld 410 ohne jegliche Überlappung oder jeglichen Spalt zwischen den ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 perfekt ausgerichtet ist.
Wie auf der rechten Seite von 8B gezeigt ist, enthält eine Resistmaske 304, die durch Entwickeln der belichteten Fotoresistschicht 300 gebildet wurde, durchgehende gerade Resistfinnen 306 und durchgehende streifenförmige Resistöffnungen 305 ohne jegliche Variation in der Breite.
8C bezieht sich auf eine Projektion des Vergleichsretikelmusters 510 in ein zweites Belichtungsfeld 420, das näher zum ersten Belichtungsfeld 410 als in 8B liegt. Die Projektionsflächen der Linienmuster von zwei Belichtungen überlappen und bilden durchgehende Projektionsstreifen 310. Die zusätzliche Belichtungsdosis in dem überlappenden Gebiet hat ein latentes Bild zur Folge, in welchem die Projektionsstreifen 310 Ausbauchungen 314 enthalten können, wobei die Ausbauchungen 314 signifikant breiter als Bereiche der Projektionsstreifen 310 außerhalb des überlappenden Gebiets sind.
Wie auf der rechten Seite von 8C dargestellt ist, enthalten die resultierenden Resistfinnen 306 signifikante Einschnürungen, in denen die Breite der entwickelten Resistfinnen 306 um mehr als 50 % von der Breite außerhalb des überlappenden Gebiets abweicht.
In 8D ist eine Verschiebung des zweiten Belichtungsfeldes 420 bezüglich des ersten Belichtungsfeldes 410 größer als in FIG. 8B, so dass die Projektionsflächen in den ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 einen Spalt zwischen ihnen übrig lassen. Die resultierende Resistmaske 304 enthält zusätzliche Resistrippen 307, die die streifenförmigen Resistöffnungen 305 unterbrechen.
9A zeigt ein Retikel 200 mit einem Retikelmuster 210, das regelmäßig angeordnete durchgehende transparente gerade Streifen 290 enthält, die sich verjüngende Endabschnitte 217, 218 umfassen.
Die linke Seite von 9B zeigt ein latentes Bild der Belichtung des Retikelmusters 210 von 9A in ein erstes Belichtungsfeld 410 einer Fotoresistschicht 300. Das latente Bild enthält sich verjüngende, streifenförmige erste und zweite Projektionsflächen 311, 312.
Die Mitte von 9B zeigt, dass, falls das zweite Belichtungsfeld 420 zu dem ersten Belichtungsfeld 410 perfekt ausgerichtet ist, das latente Bild durchgehende, gerade Projektionsstreifen 310 ohne signifikante Breitenvariationen umfasst.
Dementsprechend schafft ein Entwickeln der belichteten Fotoresistschicht 300 eine Resistmaske 304, die durchgehende gerade Resistfinnen 306 und durchgehende streifenförmige Resistöffnungen 305 ohne oder nur mit vernachlässigbaren Breitenvariationen umfasst, wie auf der rechten Seite von 9B gezeigt ist.
9C bezieht sich auf eine Projektion des Retikelmusters 210 in ein zweites Belichtungsfeld 420, das näher zum ersten Belichtungsfeld 410 als in 9B liegt. Die Projektionsflächen von zwei Belichtungen überlappen und bilden durchgehende Projektionsstreifen 310. Da in der kompletten Überlappungszone zumindest eines der überlappenden Linienmuster signifikant weniger Licht durchlässt, ist die zusätzliche Belichtungsdosis verglichen mit der Situation in 8C signifikant reduziert.
Die rechte Seite von 9C zeigt nach einem Entwickeln keine oder nur vernachlässigbare Breitenvariationen für die Resistfinnen 306 und für die streifenförmigen Resistöffnungen 305.
In 9D wird das zweite Belichtungsfeld 420 in einer größeren Distanz zu dem ersten Belichtungsfeld 410 als in 9B abgebildet. Aufgrund der sich verjüngenden Endabschnitte und der voreingestellten Überlagerung überlappen sich Projektionsflächen in den ersten und zweiten Belichtungsfeldern 410, 420 noch. Eine Doppelbelichtung des Resists in den überlappenden Gebieten hat eine Resistmaske 304 zur Folge, die durchgehende streifenförmige Resistöffnungen 305, die die Belichtungsfeldgrenze überqueren, bei geringen Breitenvariationen enthält.
Die Diagramme der 10A bis 11D stellen die Dosis grafisch dar, welche in Projektionen von Linienmustern zum Ausbilden durchgehender Streifen über Belichtungsfelder hinweg effektiv sind. Die Dosis ist auf eine Dosis normiert, die in einem zentralen Bereich der Projektionen bei einer ausreichenden Distanz zu den Enden der Projektionen effektiv ist. Die Abszisse ist hinsichtlich einer Distanz Δx von einer Mittelachse skaliert, zu der beide Belichtungsfelder die gleiche Distanz haben.
10A bis 10D beziehen sich auf die Vergleichsbeispiele der FIG. 8C und 8D, wobei das latente Bild in der Fotoresistschicht sich aus transparenten Linienmustern mit einer Endfläche orthogonal zur Längsachse ergibt, so dass die horizontale Querschnittsfläche der transparenten Linienmuster ein Rechteck ist und die Linienmuster keine Endabschnitte mit einem abnehmender Durchlässigkeit oder abnehmender Breite enthalten.
In 10A überlappen die Projektionsflächen der Linienmuster um 50 nm entlang der Längsachse der Projektionsflächen. Nach der ersten Belichtung ist die effektive erste Belichtungsdosis 711 konstant bis zum Ende der Längsachse der Projektionsfläche und nimmt dann in einem Ausläuferabschnitt innerhalb von einigen zehn Nanometern allmählich auf Null ab. Das Gleiche gilt für die zweite Belichtungsdosis 712, die sich aus der zweiten Belichtung ergibt.
Wie in 10B veranschaulicht ist, erreicht die resultierende Gesamtdosis 710 einen zweifachen Wert des Mittelwertes in den nicht überlappenden Abschnitten.
Die Belichtungsdosis korreliert typischerweise positiv mit der Linienbreite, vorausgesetzt dass die Belichtungsdosis eine ausreichende Distanz zu einem Sättigungswert der PAC hat. Die Korrelation kann in einem Bereich von Interesse annähernd linear sein, so dass 10B auch die Linienbreitenvariation entlang der Längsachse des Linienmerkmals über Belichtungsfelder hinweg approximiert. In dem überlappenden Gebiet kann die Linienbreite einer Vertiefung in einem positiven Fotoresist oder die Linienbreite einer Resistfinne in einem negativen Resist die doppelte Linienbreite außerhalb des überlappenden Gebiets erreichen.
10C und 10D beziehen sich auf den Fall, in dem eine Fehlausrichtung zwischen den beiden benachbarten Belichtungsfeldern zur Folge hat, dass eine Distanz zwischen den Projektionen der betreffenden Linienmuster entlang der Längsachse größer ist als der Ausläuferbereich der Belichtungsdosis entlang der Längsachse. Das die erste Belichtungsdosis 711 empfangende Gebiet und das die zweite Belichtungsdosis 712 empfangende Gebiet überlappen nicht, so dass ein Bereich der Fotoresistschicht zwischen den beiden Projektionen unbelichtet bleibt und die Resistrippen 307 von 8D bildet.
11A bis 11D zeigen die gleiche Situation für Linienmuster, deren Endabschnitte sich mit einer Rate von 1:2, zum Beispiel um 50 nm über eine Längenausdehnung von 100 nm, allmählich verjüngen.
Gemäß 11A ergibt die allmähliche Abnahme einer Belichtungsdosis entlang der Längsachse einen vergleichsweise langen Ausläuferbereich, welcher signifikant länger als die maximale Fehlausrichtung von zwei nacheinander belichteten Belichtungsfeldern sein kann. Die langen Belichtungsausläufer lockern die Anforderungen an eine Ausrichtungsqualität signifikant.
Wie in 11B veranschaulicht ist, ist die gesamte Belichtungsdosis in dem überlappenden Gebiet geringer als 120 % der gesamten Belichtungsdosis außerhalb des überlappenden Gebiets.
Wie in 11C und 11D veranschaulicht ist, ist im Fall einer größten Verschiebung der Belichtungsfelder in einer Richtung weg voneinander innerhalb der Schrittgenauigkeit die verbleibende minimale Belichtungsdosis noch zumindest 80 % der Belichtungsdosis in den zentralen Gebieten.
12A zeigt den Effekt einer lateralen Fehlausrichtung von zwei benachbarten Belichtungsfeldern 410, 420 auf eine streifenförmige Resistöffnung 305 über Belichtungsfelder hinweg, die sich aus Linienmustern ohne sich verjüngende Endabschnitte ergibt. Die streifenförmige Resistöffnung 305 ist von einer Resistfläche 315 umgeben und enthält einen scharfen Knick 303, der eine signifikante Einschnürung der Streifenstruktur über Belichtungsfelder hinweg um eine Distanz gleich der aktuellen Schritt-Fehlausrichtung mlg zur Folge hat.
12B veranschaulicht die gleiche Situation für eine streifenförmige Resistöffnung 305 über Belichtungsfelder hinweg, die sich aus sich verjüngenden Linienmustern ergibt, die Endabschnitte enthalten, durch welche ein Lichtfluss in Richtung der Spitze abnimmt. Die sich verjüngenden Endabschnitte bilden eine erweiterte Übergangszone, in der die streifenförmige Resistöffnung 305 die laterale Abweichung, die durch die aktuelle Schritt-Fehlausrichtung mlg induziert wird, ohne jegliche signifikante Änderung in einer Streifenbreite allmählich kompensiert.
13 zeigt einen Abschnitt eines Retikels 200 zum Bilden von Grabenstrukturen im Wafermaßstab, z.B. Ätzstoppstrukturen, die ein dielektrisches Material wie etwa Siliziumoxid enthalten. Die Ätzstoppstrukturen bilden ein Muster regelmäßig angeordneter gerader Linien, die sich über die komplette nutzbare Fläche eines Halbleiterwafers erstrecken, aus welchem eine Vielzahl identischer Halbleiterdies gebildet wird.
Ein Retikelmuster 210 ist innerhalb einer Musterfläche 222 ausgebildet. Das Retikelmuster 210 enthält eine Vielzahl gleich beabstandeter transparenter gerader Streifen 290, die sich jeweils von einer Seite der Musterfläche 222 zu der gegenüberliegenden Seite erstrecken. Für eine Einheit mit einer 1:1-Projektion kann ein Linienmusterabstand msp in einem Bereich von 100 nm bis 5 µm, z.B. von 200 nm bis 5 µm, liegen.
Die Musterfläche 222 kann den Umriss des gesamten Belichtungsfeldes definieren. Eine Linie 227 visualisiert den Umriss eines effektiven Belichtungsfeldes, das die Belichtungsvorrichtung nebeneinander auf ein Substrat projiziert.
Obwohl spezifische Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen herangezogen werden kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims

Belichtungsverfahren, wobei das Verfahren umfasst: Projizieren eines Retikelmusters in ein erstes Belichtungsfeld einer Fotolackschicht, wobei das Retikelmuster erste und zweite Linienmuster an gegenüberliegenden Rändern des Retikelmusters umfasst und wobei zumindest das erste Linienmuster einen Endabschnitt aufweist, durch den ein Lichtfluss nach außen abnimmt; und Projizieren des Retikelmusters in ein zweites Belichtungsfeld der Fotolackschicht, wobei eine erste, sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des ersten Linienmusters im zweiten Belichtungsfeld eine Projektionsfläche des zweiten Linienmusters im ersten Belichtungsfeld überlappt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Linienmuster einen Endabschnitt aufweist, durch den ein Lichtfluss abnimmt, und wobei die erste, sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des ersten Linienmusters im zweiten Belichtungsfeld eine zweite, sich verjüngende Projektionszone des Endabschnitts des zweiten Linienmusters im ersten Belichtungsfeld überlappt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die ersten und zweiten Linienmuster transparent sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und zweiten Linienmuster Abschnitte eines durchgehenden geraden Streifens sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten Linienmuster getrennt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in den Endabschnitten eine Lichtdurchlässigkeit der ersten und zweiten Linienmuster mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in den Endabschnitten eine Linienmusterbreite mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in den Endabschnitten eine Linienmusterbreite mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters stetig abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in den Endabschnitten eine Linienmusterbreite mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters monoton abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in den Endabschnitten eine Linienmusterbreite mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters linear abnimmt.
Verfahren nach einem er Ansprüche 1 bis 10, wobei das Retikelmuster eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter erster Linienmuster und eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter zweiter Linienmuster umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Retikelmuster weitere transparente Gebiete aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Retikelmuster auf einem einzigen Retikel ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das erste Linienmuster in einem ersten Musterabschnitt auf einem Retikel ausgebildet ist und das zweite Linienmuster in einem zweiten Musterabschnitt des Retikel ausgebildet ist und wobei die ersten und zweiten Musterabschnitte in verschiedenen Belichtungen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das erste Linienmuster auf einem ersten Retikel ausgebildet ist und das zweite Linienmuster auf einem zweiten Retikel ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend: Entwickeln der belichteten Fotolackschicht, wobei eine durchgehende streifenförmige Lacköffnung von einer ersten Projektionsfläche, die durch das erste Linienmuster im zweiten Belichtungsfeld belichtet wird, und von der Projektionsfläche des zweiten Linienmusters im ersten Belichtungsfeld gebildet wird und wobei eine Breitenvariation der streifenförmigen Lacköffnung weniger als 50 % einer maximalen Breite der streifenförmigen Lacköffnung beträgt.
Retikel, umfassend: ein Retikelmuster in einer Musterfläche, wobei das Retikelmuster umfasst: ein erstes Linienmuster mit einem Endabschnitt an einem Rand des Retikelmusters, wobei im Endabschnitt ein Lichtfluss mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des Retikelmusters abnimmt; und ein zweites Linienmuster, wobei eine Spiegelung des Endabschnitts des ersten Linienmusters an der horizontalen Mittelachse das zweite Linienmuster überlappt.
Retikel nach Anspruch 17, wobei das zweite Linienmuster einen Endabschnitt aufweist, durch welchen ein Lichtfluss mit zunehmender Distanz zu der horizontalen Mittelachse abnimmt und wobei eine Spiegelung des Endabschnitts des ersten Linienmusters an der horizontalen Mittelachse den Endabschnitt des zweiten Linienmusters überlappt.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 und 18, ferner umfassend: ein transparentes Maskensubstrat und eine opake Maskenschicht auf einer Musteroberfläche des Maskensubstrats, wobei die ersten und zweiten Linienmuster Maskenöffnungen in der Maskenschicht sind.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die ersten und zweiten Linienmuster bei oder nahe einem Rand der Musterfläche des Retikel enden.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die ersten und zweiten Linienmuster Abschnitte eines durchgehenden transparenten geraden Streifens gleichmäßiger Breite sind.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei in den Endabschnitten eine Lichtdurchlässigkeit der ersten und zweiten Linienmuster mit zunehmender Distanz zu der horizontalen Mittelachse abnimmt.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei in den Endabschnitten eine Linienmusterbreite mit zunehmender Distanz zu der horizontalen Mittelachse abnimmt.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das Retikel eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter erster Linienmuster und eine Vielzahl regelmäßig beabstandeter zweiter Linienmuster umfasst.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei das Retikel weitere transparente Gebiete aufweist.
Retikel nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei das erste Linienmuster in einem ersten Musterabschnitt und das zweite Linienmuster in einem zweiten Musterabschnitt des Retikel ausgebildet sind und wobei ein nicht abbildender Abschnitt die ersten und zweiten Musterabschnitte trennt.
Retikelsatz, umfassend: ein erstes Retikel mit einem ersten Musterabschnitt eines Retikelmusters, wobei der erste Musterabschnitt ein erstes Linienmuster umfasst, das einen Endabschnitt an einem Rand des ersten Musterabschnitts aufweist, wobei ein Lichtfluss durch den Endabschnitt mit zunehmender Distanz zu einer horizontalen Mittelachse des ersten Musterabschnitts abnimmt; und ein zweites Retikel mit einem zweiten Musterabschnitt des Retikelmusters, wobei der zweite Musterabschnitt ein zweites Linienmuster umfasst, wobei eine Spiegelung des Endabschnitts des ersten Linienmusters an der horizontalen Mittelachse des ersten Musterabschnitts eine positionsinvariante Translation des zweiten Linienmusters in den ersten Musterabschnitt überlappt.