DE10233205B4

DE10233205B4 - Verfahren zur Korrektur von lokalen Loading-Effekten beim Ätzen von Photomasken

Info

Publication number: DE10233205B4
Application number: DE10233205A
Authority: DE
Inventors: Martin Blöcker; Gerd Ballhorn; Jens Dr. Schneider
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: US7097947B2; US20050079425A1; DE10233205A1

Abstract

Verfahren zur Korrektur von lokalen Loading-Effekten beim Ätzen von Photomasken, mit folgenden Schritten:
Bestimmen der ortsabhängigen Dichte der Strukturen einer Maske;
Bestimmen der ortsabhängigen Stärke des Loading-Effekts anhand der Strukturdichte; und
Bestimmen von ortsabhängigen Korrekturwerten für die Maskenstrukturen anhand der Stärke des Loading-Effekts, zur Kompensation des Loading-Effekts.

Description

Stand der Technik
Durch die großen Fortschritte in der Mikroelektronik werden die Strukturen integrierter Schaltkreise immer kleiner und die Zahl der auf einem Silizium-Plättchen angeordneten Elemente wie Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren und Leiterbahnen immer größer.
Im fotolithographischen Herstellungverfahren werden solche Strukturen dadurch hergestellt, dass die Oberfläche eines Siliziumsubstrates mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen ist, und dieser mit Hilfe einer Maske an den Stellen belichtet wird, an denen später eingegriffen werden soll. An den belichteten Stellen läßt sich der Fotolack leicht ablösen, wodurch die Siliziumoberfläche zum Ätzen freigegeben wird.
Ein bekanntes Problem bei der Herstellung von Halbleiterstrukturen mittels einer Maske durch Lithographie sind Schwankungen der hergestellten Strukturgrößen. Strukturgrößenschwankungen haben ihre Ursache in einzelnen Schritten des Herstellungsprozesses, beispielsweise in der Maskenentwicklung, dem Maskenätzen, dem Waferbelichten, dem Waferentwickeln, etc, aber auch in Fehlern der in dem Herstellungsprozess verwendeten Geräte, wie z.B. Linsenfehler der Stepper und Scanner.
Strukturgrößenschwankungen haben auch Auswirkungen auf das CD-Maß der Maske (CD=Critical Dimension). Das CD-Maß gibt eine charakteristische bei der Masken- oder Chipherstellung zu erzeugende Strukturgröße an.
Insbesondere können bei der Herstellung von fotolithographischen Masken Prozesseffekte zu lokalen CD-Schwankungen führen. Beispiele für solche Prozesseffekte sind "Fogging" bei Elektronenstrahlschreibern, "Loading" beim Trockenätzen, oder radiale Effekte durch Spin-Prozessierung beim Entwickeln oder Nassätzen.
Fogging entsteht dadurch, dass ein Teil der Elektronen des auf die Maskenoberfläche auftreffenden Elektronenstrahles zum Elektronenstrahlschreiber und von dort zurück auf die Maskenoberfläche reflektiert wird. Dadurch werden Bereiche der Maske mit Elektronen bestrahlt, in denen keine Strukturen hergestellt werden sollen.
Beim Loading wird ein Teil des zum Ätzen der Strukturen verwendeten Ätzmittels durch den in Bereichen der Maskenoberfläche befindlichen Fotolack absorbiert. Dies führt insbesondere an den Rändern des zu belichtenden Maskenbereichs zu CD-Schwankungen.
Aus der DE 198 46 503 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltkreisbauelementen mittels einer Maske bekannt. Aus der Druckschrift geht hervor, dass der Loading-Effekt beim Herstellen von Phasenmasken auftritt und durch eine komplizierte und teure Korrektur des Maskenlayouts mittels optischer Proximity Korrekturmasken und Phasenverschiebungsmasken reduziert werden kann.
Radiale Effekte treten beim "Spin Processing" auf, wobei die Maske beispielsweise zur gleichmäßigen Auftragung von Entwicklermedium rotiert wird. Die Rotation wirkt sich jedoch nahe der Rotationsachse weniger stark aus, als in weiter von der Rotationsachse entfernten Bereichen. Dadurch kann nahe der Rotationsachse beispielsweise eine höhere Entwicklerkonzentration entstehen als in Randbereichen der Maske.
Insgesamt wird durch solche und ähnliche Effekte die Standardabweichung des CD-Maßes auf den Masken vergößert, so dass die zu erreichenden Spezifikationen nicht eingehalten werden können.
In gewissen Grenzen lassen sich solche Effekte durch Prozessverbesserungen beheben, wie beispielsweise durch Änderung der Ätzchemie, um Loading-Effekte zu reduzieren.
Dies ist jedoch aufwändig und führt zu hohen Kosten bei der Masken- und/oder Chipherstellung.
Problematisch ist außerdem, dass bei Designdaten mit einer starken Variation der lokalen Belegungsdichte (z.B. Logik mit eDRAM) durch Loading-Effekte bedingte Variationen der CD lokal korrigiert werden müssen. Dies ist durch reine Prozessverbesserung oft nicht zu erreichen.
Eine Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, CD-Schwankungen bei der Herstellung von Masken zu kompensieren. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Zusammfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren geschaffen zur Korrektur von lokalen Loading-Effekten beim Ätzen von Photomasken, mit folgenden Schritten:
Bestimmen der ortsabhängigen Dichte der Strukturen einer Maske;
Bestimmen der ortsabhängigen Stärke des Loading-Effekts anhand der Strukturdichte; und
Bestimmen von ortsabhängigen Korrekturwerten für die Maskenstrukturen anhand der Stärke des Loading-Effekts, zur Kompensation des Loading-Effekts.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Stärke von ortsabhängigen Loading-Effekten anhand der ortsabhängigen Strukturdichte vorausberechnet und diese damit kompensiert werden können.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in seiner allgemeinen Anwendbarkeit auf Masken mit beliebigen Strukturdichteverteilungen.
Die ortsabhängige Dichte d(x,y) der Maskenstrukturen kann durch Analyse des ortsabhängigen Hellfeldanteils der zu erzeugenden Maskenoberfläche bestimmt werden. Dunkle Anteile entsprechen dabei den Maskenstrukturen, während helle Anteile den Zwischenräumen zwischen den Strukturen entsprechen.
Insbesondere kann eine Pseudo-Dichtefunktion pσ(x,y) = [d⨂gσ](x,y)gebildet werden, welche die lokalen Auswirkungen des Loading-Effekts durch eine Faltung der Dichtefunktion d(x,y) mit einer Gaussfunktion
modelliert. Dabei beschreibt die Länge σ die Reichweite des Loading-Effekts.
In einem weiteren Schritt kann die ortsabhängige Verschiebung der Kanten der Maskenstrukturen anhand der Stärke der des Loading-Effekts berechnet werden, wobei die Korrekturwerte diese ortsabhängige Verschiebung kompensieren. Insbesondere gilt für die Verschiebung der Strukturkanten an einer Stelle (x,y): s(x,y) = m(t0 – pσ(x,y))Die Funktion s(x,y) hängt also von den Parametern σ, m und t₀ ab. m beschreibt die Stärke ds Loading-Effekts und hat die Dimension Länge/Dichte (z.B. nm/(1/μm^2). t₀ ist eine Referenzdichte mit der diejenige Pseudo-Dichte p_σ(x,y) gewählt wird, bei der keine Kantenverschiebung auftritt. Die Modellparameter σ, m und t₀ werden anhand von Messungen an unkorrigierten Masken ermittelt. Ihre Werte hängen dabei stark vom verwendeten Ätzprozess ab.
Die zur Kompensation notwendige Korrekturfunktion wird nun durch Inversion des Vorzeichens von m aus der Funktion s(x,y) gebildet.
In weiteren Schritten können die Maskenoberfläche in Teilbereiche unterteilt und jedem dieser Teilbereiche ein Korrekturwert zugeordnet werden. Dadurch wird die Korrektur der Maskenstrukturen vereinfacht. Je feiner die Unterteilung der Maskenoberfläche in Teilbereiche, desto genauer die Korrektur, aber desto höher auch der Rechenaufwand.
Insbesondere kann eine Tabelle erzeugt werden, welche jedem Teilbereich einen Korrekturwert zuordnet. Auf diese Weise kann eine Korrektur auf besonders einfache Art durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Datenverarbeitungssystem geschaffen zum Entwurf des Layouts einer Maske, mit einem Lesemittel zum Einlesen von Designdaten, die das Layout einer herzustellenden Maske bestehend aus Maskenstrukturen darstellen, und einem Prozessor, der anhand des verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche die Designdaten zur Korrektur des durch die Designdaten dargestellten Maskenlayouts verarbeitet.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Datenverarbeitungssystem geschaffen zum Entwurf des Layouts einer Maske, mit einem Lesemittel zum Einlesen von ersten Designdaten, die das Layout einer herzustellenden Maske bestehend aus Maskenstrukturen darstellen, und mit einem Prozessor, der durch Verarbeitung der ersten Designdaten eine ortsabhängige Dichte der Maskenstrukturen bestimmt, eine ortsabhängige Stärke eines Loading-Effekts anhand der Strukturdichte bestimmt, ortsabhängige Korrekturwerte für die Maskenstrukturen anhand der Stärke des Loading-Effekts bestimmt, und zweite Designdaten erzeugt, die ein anhand der Korrekturwerte korrigiertes Layout der herzustellenden Maske darstellen.
Darüber hinaus ist ein Computerprogrammprodukt geschaffen, das auf einem Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11 installiert werden kann, wo es das Layout einer Maske entwirft und gemäß dem Verfahren zur Korrektur von Maskenstrukturen Maskenstrukturen korrigiert.
Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 erläutert.
Gemäß 1 werden in einem ersten Schritt 10 lokale CD-Schwankungen auf einer unkorrigierten Maske gemessen. Um diese Messung durchzuführen, wird eine Maske ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur hergestellt.
In einem nachfolgenden Schritt 11 wird die Dichte von Strukturen der herzustellenden Maske bestimmt. Diese Bestimmung wird durch Verarbeitung der Designdaten, die das Layout der herzustellenden Maske darstellen, durchgeführt. Dabei werden die Designdaten bezüglich des lokalen Hellfeldanteils d(x,y) mit 0 <= d(x,y) <= 1 analysiert.
Die Strukturkanten werden durch die physikalisch-chemische Prozessierung der Maske in Abhängigkeit von der lokalen Stärke des belegungsdichteabhängigen Effekts verschoben. Für die Verschiebung an der Stelle (x,y) auf der Maske gilt s(x,y) = m(t0 – pσ(x,y))wobei die Modellparameter σ, m und t₀ in einem Schritt 12 durch Anpassung der Verschiebefunktion s(x,y) an die Messdaten aus Schritt 11 bestimmt werden. Ist der Ätzprozess auschreichend stabil, so können die Parameter alternativ auch aus vorab bekannten Daten entnommen werden, ohne dass in Schritt 11 eine unkorrigierte Maske hergestellt werden muss. Dieses Modell kann durch Inversion des Vorzeichens m (m-> –m) zur Kompensation des Loading-Effekts verwendet werden. Dazu werden in einem weiteren Schritt 13 die Designdaten derart verarbeitet, dass das durch sie dargestellte Maskenlayout entsprechend diesem Modell korrigiert ist.
Die Korrektur kann insbesondere dadurch Generierung einer lokalen Größentabelle durchgeführt werden, die ortsabhängige Korrekturwerte enthält (Schritt 14). Mittels der Tabelle können verschiedenen Bereichen der Maskenoberfläche unterschiedliche Korrekturwerte zugeordnet werden. Die Korrekturwerte dienen der Größenanpassung der Maskenstrukturen und somit der Kompensation der Verschiebung der Strukturkanten aufgrund des ortsabhängigen Loading-Effektes.
Anzumerken ist, dass die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern Modifikationen im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Schutzbereiches umfasst.

Claims

Verfahren zur Korrektur von lokalen Loading-Effekten beim Ätzen von Photomasken, mit folgenden Schritten: Bestimmen der ortsabhängigen Dichte der Strukturen einer Maske; Bestimmen der ortsabhängigen Stärke des Loading-Effekts anhand der Strukturdichte; und Bestimmen von ortsabhängigen Korrekturwerten für die Maskenstrukturen anhand der Stärke des Loading-Effekts, zur Kompensation des Loading-Effekts.
Vefahren nach Anspruch 1, wobei die ortsabhängige Dichte der Maskenstrukturen durch Analyse des ortsabhängigen Hellfeldanteils der zu erzeugenden Maskenoberfläche bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, folgendem Schritt: Bilden einer Dichtefunktion d(x,y) zur Bestimmung der Dichte der Maskenstrukturen, wobei die Stärke des Loading-Effekts durch eine Faltung der Dichtefunktion mit einer Gaussfunktion bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem Schritt: Bestimmen der ortsabhängigen Verschiebung der Kanten der Maskenstrukturen anhand der Stärke des Loading-Effekts, wobei die Korrekturwerte die ortsabhängige Verschiebung der Kanten der Maskenstrukturen kompensieren.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei für die Verschiebung der Strukturkanten an einer Stelle (x,y) auf der Maskenoberfläche gilt: s(x,y) = m(t0 – pσ(x,y))wobei p_σ(x,y) eine Pseudo-Dichtefunktion ist und die Modellparameter σ, m und t₀ anhand von Messungen an unkorrigierten Masken ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Pseudo-Dichtefunktion p_σ(x,y) durch Faltung der Dichtefunktion d(x,y) der Maskenstrukturen mit einer Gaussfunktion der Reichweite σ berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Korrekturwerte mittels einer Korrekturfunktion bestimmt werden, die durch Inversion des Vorzeichens von m aus der Funktion s(x,y) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: Unterteilen der Maskenoberfläche in Teilbereiche; und Zuordnen eines Korrekturwertes zu jedem der Teilbereiche.
Verfahren nach Anspruch 8, mit folgendem Schritt: Erzeugen einer Tabelle, welche jedem Teilbereich einen Korrekturwert zuordnet.
Datenverarbeitungssystem zum Entwurf des Layouts einer Maske, mit – einem Lesemittel zum Einlesen von Designdaten, die das Layout einer herzustellenden Maske bestehend aus Maskenstrukturen darstellen, und – einem Prozessor, der anhand des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche die Designdaten zur Korrektur des durch die Designdaten dargestellten Maskenlayouts verarbeitet..
Datenverarbeitungssystem zum Entwurf des Layouts einer Maske, mit – einem Lesemittel zum Einlesen von ersten Designdaten, die das Layout einer herzustellenden Maske bestehend aus Maskenstrukturen darstellen, – einem Prozessor, der durch Verarbeitung der ersten Designdaten eine ortsabhängige Dichte der Maskenstrukturen bestimmt, eine ortsabhängige Stärke eines Loading-Effekts anhand der Strukturdichte bestimmt, ortsabhängige Korrekturwerte für die Maskenstrukturen anhand der Stärke des Loading-Effekts bestimmt, und zweite Designdaten erzeugt, die ein anhand der Korrekturwerte korrigiertes Layout der herzustellenden Maske darstellen.
Computerprogrammprodukt, das derart beschaffen ist, dass es auf einem Datenverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11 installiert werden kann, wo es das Layout einer Maske entwirft und gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 Maskenstrukturen korrigiert.