DE10260689B4

DE10260689B4 - Verfahren zur optimalen Fokusbestimmung

Info

Publication number: DE10260689B4
Application number: DE10260689A
Authority: DE
Inventors: Yuan-Hsun Jungli Wu
Original assignee: Nanya Technology Corp
Current assignee: Nanya Technology Corp
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: GB0229785D0; TWI232359B; DE10260689A1; US6866975B2; GB2391634A; US20040013955A1; GB2391634B

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Fokus mit den Schritten:
a) Bereitstellen einer Testmaske mit einem transparenten Substrat und einer opaken Schicht darauf, so dass ein transparenter Bereich mit 0°-Phase und ein transparenter Bereich mit 90°-Phase vorhanden sind, wobei der transparente Bereich mit 0°-Phase und der transparente Bereich mit 90°-Phase gleich groß sind;
b) Schicken von Licht einer Lichtquelle durch die Testmaske, wobei der Abstand der Lichtquelle zur Testmaske so ist, dass eine erste Abbildung entsprechend dem transparenten Bereich mit 0°-Phase und eine zweite Abbildung entsprechend dem transparenten Bereich mit 90°-Phase beleuchtet werden; gekennzeichnet durch
c) Messen der Größe der ersten und der zweiten Abbildung; und
d) wenn die Größe der ersten und der zweiten Abbildung verschieden sind, Anpassen des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Testmaske und Wiederholen der Schritte b) und c) so lange, bis die Größe der ersten und der zweiten Abbildung gleich sind und...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Photolithographie und insbesondere ein Fokussierverfahren während der Belichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
Photolithographie, die das Grundieren, Beschichten mit Photolack, Brennen, Belichten, Nachbrennen und Entwickeln umfasst, wird dazu verwendet, spezifische Muster auf Halbleitervorrichtungen oder integrierte Schaltungen während des Herstellungsprozesses zu übertragen. Eine Maskenstufe überträgt das Muster einer Photomaske auf eine Photolackschicht auf der Vorrichtungsoberfläche durch Belichten des Photolacks durch die Maske. Ausgewählte Bereiche des Photolacks werden dann, basierend auf dem Muster der Maske, so geätzt, dass nachfolgende Verfahrensstufen, wie das Einführen von Verunreinigungen, Oxidieren und Metallisieren, ausgeführt werden können. Eine Halbleitervorrichtung mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften wird dann nach mehreren Photolithographie- und Ätzstufen erhalten. Der kritische Faktor der Belastung der Halbleitervorrichtungen hängt von der Photolithographie ab.
Auf Grund weiterer Zunahme der Dichte von Schaltungsmustern von LSI und weiterer Verringerung der Linienbreite von Mustern, die in Belichtungsvorrichtungen zu übertragen sind, in den Submikrometerbereich, welche Belichtungsvorrichtungen in einem lithographischen Verfahren für LSI-Herstellung verwendet werden sollen, ist es sehr wichtig, die beste Fokusposition genau zu setzen, insbesondere die besten Belichtungsbedingungen, um das Auflösungsvermögen einer Projektionslinse konstant zu halten.
Herkömmliche Fokussierverfahren werden unter Verwendung einer Testmaske ausgeführt, welche einen rhomboidförmigen transparenten Bereich aufweist, und einer Belichtungsvorrichtung, um die beste Fokusposition durch den Verwender zu bestimmen, bis das belichtete Bild nahezu rhomboidförmig ist.
So beschreibt das US-Patent 5,300,786 A ein Verfahren zur optimalen Fokusbestimmung, bei dem eine Testmaske mit einem transparenten Substrat und einer opaken Schicht, die Teile des transparenten Substrats bedeckt zum Einsatz kommt. Hierbei wird ein erster transparenter Bereich mit 0°-Phase und ein zweiter transparenter Bereich mit 90°-Phase definiert, wobei die Bereiche mit 0°-Phase und 90°-Phase gleich groß sind. Durch die Maske wird dann mittels Licht einer Lichtquelle ein Bild entsprechend dem 0°-Phase-Bereich und ein weiteres Bild entsprechend dem 90°-Phase Bereich auf ein Substrat übertragen und die Bildabmessungen beider Bereiche gemessen und verglichen. Dieses Vorgehen wird für unterschiedliche Fokuseinstellungen wiederholt. Wenn die Größe beider gemessener Bereiche übereinstimmt, ist die optimale Fokuseinstellung gefunden. Allerdings benötigt das Verfahren eine Kalibrierungskurve für die Fokusbestimmung.
Die US-Patente 5,677,091 A und 6,376,139 B1 beschreiben unter anderem weitere Verfahren zur Fokusbestimmung durch Ermittlung der Abhängigkeit des Fokus/Defokus von der Belichtung und von Änderungen der Größe der Bilder von auf einem Substrat abgebildeten Maskenstrukturen.
Jedoch ist es bei den beschriebenen Verfahren für Benutzer nicht fehlerfrei, die beste Fokusposition zu bestimmen. Zusätzlich ist es zeitaufwendig, nach dem Fokussieren von der Testmaske zur Prozessmaske überzuwechseln.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optimalen Fokusbestimmung anzugeben, um die Ungenauigkeit eines herkömmlichen, benutzerbestimmten Fokus zu vermeiden.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optimalen Fokusbestimmung anzugeben, das zu einem beliebigen Zeitpunkt während einer Belichtung ohne zusätzliche Vorrichtungen oder Verfahren eingesetzt werden kann.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird eine Testmaske bereitgestellt, die ein transparentes Substrat und eine opake Schicht umfasst, welche Teile des transparenten Substrats bedeckt, um einen ersten transparenten Bereich mit 0°-Phase und einen zweiten transparenten Bereich mit 90°-Phase zu definieren, wobei die Größen der beiden transparenten Bereiche mit der 0°-Phase bzw. der 90°-Phase gleich sind. Als nächstes wird Licht von einer Lichtquelle durch die Testmaske übertragen, um ein erstes Bild entsprechend dem ersten transparenten Bereich mit 0°-Phase und ein zweites Bild entsprechend dem zweiten transparenten Bereich mit 90°-Phase zu übertragen, wobei die Lichtquelle einen Abstand von der Testmaske beibehält. Die Größen der ersten und zweiten Bilder werden dann vermessen. Schließlich werden nach dem Einstellen des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Testmaske die vorstehend genannten Schritte des Belichtens und der Größenmessung wiederholt, bis die Größen der ersten und zweiten Bilder gleich sind, wenn die ursprünglichen Größen der ersten und zweiten Bilder verschieden waren. Somit ist die beste Fokusposition erreicht.
Erfindungsgemäß absorbieren sowohl das erste Bild, das durch den ersten transparenten Bereich mit 0°-Phase belichtet wird, als auch das zweite Bild, das durch den zweiten transparenten Bereich mit 90°-Phase belichtet wird, eine äquivalente Energie, wenn die Lichtquelle sich an der besten Fokusposition befindet, so dass die Größen des ersten und des zweiten Bildes gleich sind. Deshalb wird die beste Fokusposition dadurch bestimmt, dass festgestellt wird, ob die Größen des ersten und des zweiten Bildes gleich sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Flussdiagramm, das die Schritte gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
2 eine schematische Draufsicht auf die Testmaske gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Raum und der Bildintensität nach der Belichtung unter Verwendung der in 2 gezeigten Testmaske veranschaulicht;
4 eine schematische Darstellung, die das Belichtungsergebnis bei einem nicht optimalen Fokus zeigt;
5 eine schematische Darstellung, die das Belichtungsergebnis mit dem optimalen Fokus zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird in Schritt S800 eine Testmaske 100, wie bspw, eine Wechsel-Phasenverschiebungsmaske, eine zugespitzte Phasenverschiebungsmaske oder eine Randphasenverschiebungsmaske, in eine Belichtungsvorrichtung eingesetzt, um als Fokusunterstützungswerkzeug zu dienen.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Testmaske 100 ein transparentes Substrat und eine opake Schicht 102, die Teile des transparenten Substrats bedeckt, um einen ersten transparenten Bereich 104 mit 0°-Phase und einen zweiten transparenten Bereich 106 mit 90°-Phase zu definieren. Das transparente Substrat umfasst Quarz, und die opake Schicht 102 umfasst Chrom.
Erfindungsgemäß sind die Größen des ersten transparenten Bereichs 104 mit 0°-Phase und des zweiten transparenten Bereichs 106 mit 90°-Phase gleich, und zwar etwa 150 bis 250 nm, und der Abstand zwischen dem ersten transparenten Bereich 104 mit 0°-Phase und dem zweiten transparenten Bereich 106 mit 90°-Phase ist nicht mehr als die Größe des ersten transparenten Bereichs 104, und zwar etwa 100 bis 200 nm. Auch beträgt die Transparenz sowohl des ersten transparenten Bereichs 104 als auch des zweiten transparenten Bereichs 106 jeweils etwa 100 Prozent, und diejenige der opaken Schicht 102 beträgt etwa 0 Prozent. Der Gesamtbereich der Testmaske 100 ist klein genug, damit die Testmaske 100 entweder in die Prozessmaske integriert oder von dieser getrennt sein kann.
Als nächstes wird in Schritt S802 eine Lichtquelle in einem gegebenen Abstand von der Testmaske 100 bereitgestellt.
In Schritt S804 wird eine Belichtung ausgeführt, um das Licht von der Lichtquelle durch die Testmaske 100 zu übertragen, um ein Belichtungsbild 200 zu erzeugen, das ein erstes Bild 204 entsprechend dem ersten transparenten Bereich 104 mit 0°-Phase und ein zweites Bild 206 entsprechend dem zweiten transparenten Bereich 106 mit 90°-Phase umfasst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung absorbieren das ersten Bild 204, das durch den ersten transparenten Bereich 104 mit 0°-Phase belichtet wird, und das zweite Bild 206, das durch den zweiten transparenten Bereich 106 mit 90°-Phase belichtet wird, äquivalente Energie, wenn die Lichtquelle sich an der besten Fokusposition befindet, so dass die Größen der ersten und zweiten Bilder gleich sind. Jedoch absorbieren das erste Bild 204 und das zweite Bild 206 verschiedene Mengen an Energie, wenn die Lichtquelle sich nicht an der besten Fokusposition befindet. In 3 sind sowohl die Kurve A als auch die Kurve C das Ergebnis einer Belichtung unter einer nicht idealen Fokusbedingung, weswegen die Intensitäten des ersten Bildes 204 und des zweiten Bildes 206 verschieden sind. Die Kurve B ist das Ergebnis der Belichtung unter optimalen Fokusbedingungen, weswegen die Intensität des ersten Bildes 204 und diejenige des zweiten Bildes 206 gleich sind.
Somit werden dann in Schritt S806 die Größe des ersten Bildes 204 und diejenige des zweiten Bildes 206 gemessen.
Schließlich werden nach dem Einstellen des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Testmaske 100 die Schritte S802, S804 und des Schrittes S806 wiederholt, bis die Größen des ersten Bildes 204 und des zweiten Bildes 206 verschieden sind, wie in 4 gezeigt. Nach mehrmaligem Wiederholen der Schritte S802, S804 und Schritt S806 kann die beste Fokusposition erreicht werden, wenn die Größen des ersten Bildes 204 und des zweiten Bildes 206 gleich sind, wie in 5 gezeigt.
Obwohl die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Im Gegenteil soll sie verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen (die für den Fachmann offensichtlich sind) umfassen. Deshalb sollte der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche die breiteste Auslegung erfahren, so dass er alle solchen Modifikationen und ähnliche Anordnungen umfasst.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Fokus mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Testmaske mit einem transparenten Substrat und einer opaken Schicht darauf, so dass ein transparenter Bereich mit 0°-Phase und ein transparenter Bereich mit 90°-Phase vorhanden sind, wobei der transparente Bereich mit 0°-Phase und der transparente Bereich mit 90°-Phase gleich groß sind; b) Schicken von Licht einer Lichtquelle durch die Testmaske, wobei der Abstand der Lichtquelle zur Testmaske so ist, dass eine erste Abbildung entsprechend dem transparenten Bereich mit 0°-Phase und eine zweite Abbildung entsprechend dem transparenten Bereich mit 90°-Phase beleuchtet werden; gekennzeichnet durch c) Messen der Größe der ersten und der zweiten Abbildung; und d) wenn die Größe der ersten und der zweiten Abbildung verschieden sind, Anpassen des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Testmaske und Wiederholen der Schritte b) und c) so lange, bis die Größe der ersten und der zweiten Abbildung gleich sind und der Fokuspunkt bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Testmaske eine Phasenverschiebungsmaske ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen dem transparenten Bereich mit 0°-Phase und dem transparenten Bereich mit 90°-Phase nicht größer ist als die Größe des transparenten Bereichs mit 0°-Phase.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das transparente Substrat Quarz enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die opake Schicht Chrom enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Transparenz des transparenten Bereichs mit 0°-Phase 100 Prozent beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Transparenz des transparenten Bereichs mit 90°-Phase 100 Prozent beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Transparenz der opaken Schicht 0 Prozent beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Testmaske eine Prozessmaske ist.