DE10340611A1

DE10340611A1 - Lithografiemaske zur Abbildung von konvexen Strukturen

Info

Publication number: DE10340611A1
Application number: DE10340611A
Authority: DE
Inventors: Molela Dr. Moukara; Burkhard Dipl.-Ing. Ludwig; Jörg Dr. Thiele; Marco Dipl.-Phys. Ahrens; Roderick KÖHLE; Rainer Dr. Pforr; Nicolo Dipl.-Phys. Morgana
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: US20050095512A1; DE10340611B4; US7354683B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lithografiemaske mit einem durch ein erstes opakes Segment (O1) und durch ein zweites opakes Segment (O2) gebildeten winkligen Strukturelement (O), das mindestens einen überstumpfen Winkel (alpha) aufweist, wobei das winklige Strukturelement (O) mindestens einen, dem überstumpfen Winkel (alpha) zugewandten, konvexen Abschnitt (A) umfasst, wobei mindestens eine dem winkligen Strukturelement (O) benachbarte transparente Struktur (T) am konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) vorgesehen ist. Aus dem Stand der Technik bekannte Lithografiemasken für konvexe Strukturen weisen mit steigendem Defokuswert der Belichtungsstrahlung ein instabiles Verhalten des konvexen Knickbereichs auf. Die Erfindung löst die Aufgabe, Lithografiemasken bereitzustellen, die bei defokussierter Belichtungsstrahlung ein stabiles Belichtungsverhalten des konvexen Knickbereichs gewährleisten. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die transparente Struktur (T) am konkaven Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) aufgetrennt ausgebildet ist und somit aus zwei unterscheidbaren transparenten Segmenten (T1, T2) besteht, die mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (alpha) ausgebildet sind, und/oder im konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) im Wesentlichen entlang der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (alpha) eine Breite aufweist, die ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithografiemaske zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltkreise wie VLSI- und ULSI-Schaltkreise mittels Photolithografie-Verfahren.
Insbesondere bei Phasenmasken als Lithografiemasken für Schaltkreise mit hoher Integrationsdichte weisen die Knickstellen konvexer Strukturen ein labiles Verhalten hinsichtlich einer Defokusierung des verwendeten Belichtungssystems auf. Unter einer konvexen Struktur wird ein durch ein erstes und ein zweites für die Belichtungsstrahlung opakes Segment gebildetes winkliges Strukturelement verstanden, das einen überstumpfen Winkel aufweist. Der dem überstumpfen Winkel zugewandte Bereich wird als konvexer Abschnitt mit der konvexen Knickstelle, der dem überstumpfen Winkel abgewandte Bereich als konkaver Abschnitt des winkligen Strukturelementes bezeichnet.
In den 1a und 1b ist speziell eine alternierende Hellfeld-Phasenmaske als Lithografiemaske mit jeweils einem derartigen winkligen Strukturelement O, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, schematisch dargestellt.
Die beiden gleich groß und rechteckförmig ausgebildeten opaken Segmente I1 und O2 bilden jeweils ein winkliges Strukturelement O mit einem überstumpfen Winkel α = 270° im so genannten konvexen Abschnitt A des winkligen Strukturelements O. Dem überstumpfen Winkel α liegt jeweils ein rechtwinkliger Gegenwinkel α' = 90° im so genannten konkaven Abschnitt A' des winkligen Strukturelements O gegenüber. Benachbart zu den beiden opaken Segmenten O1 und O2 erstreckt sich auf Seiten des konvexen Abschnitts A ein erstes in Bezug auf die Belichtungsstrahlung transparentes Segment T.
Unter dem Merkmal benachbart wird in dieser Patentanmeldung ein direktes Angrenzen der benachbarten Bereiche ohne Zwischenraum oder -abschnitt verstanden.
Auf Seiten des konkaven Bereichs A' erstreckt sich benachbart zu den beiden opaken Segmenten O1 und O2 ein zweites in Bezug auf die Belichtungsstrahlung transparentes Segment T'. Beide transparente Segmente T und T' weisen eine dem winkligen Strukturelement O entsprechende winklige Form auf.
Auf der vom winkligen Strukturelement O abgewandten Seite sind die in den 1a und 1b dargestellten transparenten Segmente T und T' jeweils von Bereichen der Phasenmaske umgeben, die für die Belichtungsstrahlung opaken sind. Diese sind üblicherweise wie die opaken Segmente O1 und O2 als Metalldünnschichten, beispielsweise aus Chrom, ausgebildet.
Das zweite transparente Segment T' ist gegenphasig zum ersten transparenten Segment T ausgebildet. Gegenphasig ist so zu verstehen, dass die Belichtungsstrahlung der Phasenmaske nach Durchsetzung der transparenten Segmente T und T' eine gegenseitige Phasenverschiebung von 180° erfahren hat. Diese gegenphasige Ausbildung unterschiedlicher transparenter Segmente auf einer Phasenmaske wird auch mit der Bezeichnung „alternierende" Phasenmaske verdeutlicht.
Das labile Verhalten an konvexen Strukturen tritt aber nicht nur bei alternierenden Phasenmasken auf, sondern auch bei konventionellen Lithografiemasken ohne phasenverschiebende Bereiche.
Zur grafischen Verdeutlichung sind in allen Figuren die transparenten Segmente entweder schraffiert oder kariert angelegt, wobei zwischen den schraffierten und karierten Segmenten jeweils eine Phasendifferenz von 180° besteht.
Aus Gründen der übersichtlicheren grafischen Darstellung sind sowohl der überstumpfe Winkel α als auch der zugehörige Gegenwinkel α' jeweils nicht direkt an der konvexen bzw. konkaven Knickstelle des winkligen Strukturelementes O sondern außerhalb der schraffierten bzw. karierten Bereiche eingezeichnet.
Der destruktive Interferenzeffekt zwischen zwei eng benachbarten und kohärenten Lichtstrahlen um 180° verschobener Phasen lässt sich ausnutzen, um Strukturen belichten zu können, die schmaler sind als die Wellenlänge der verwendeten Belichtungsstrahlung. In dem Bereich, in dem die Lichtstrahlen miteinander Wechselwirken, wird kein photoempfindliches Material belichtet. Die im Folgenden erläuterten Simulationsrechnungen für die Belichtung konvexer Strukturen sind in den 1a und 1b für eine Belichtungsstrahlung der Wellenlänge λ = 193nm mit einem partiellen Kohärenzfaktor für die Phasenmaske von σ = 0,35 durchgeführt worden, wobei das winklige Strukturelement O in 1a eine Breite von 150nm und in 1b von 100nm aufweist. Die konvexen Knickstellen mit dem Winkel α = 270° der winkligen Strukturelemente O sind im Verhältnis zur Wellenlänge der Belichtungsstrahlung so klein, dass deren Abbildungen auch bei idealer Fokussierung als abgerundete Strukturen erscheinen. Dies ist in den 1a und 1b anhand der abgerundeten durchgezogenen Linien in den Knickbereichen der winkligen Strukturelemente verdeutlicht.
Im konkaven Knickbereich liegt die Abrundung darin begründet, dass die Intensität der Belichtungsstrahlung in diesem Bereich aufgrund der geringen Ausmaße des Knickbereiches im Vergleich zur Wellenlänge der Belichtungsstrahlung nicht ausreicht, um eine Belichtung bis in den rechtwinkligen konkaven Eckbereich hinein zu gewährleisten.
Im konvexen Knickbereich sind hingegen konstruktive Interferenzen der gleichphasigen Belichtungsstrahlung aus den beiden opaken Segmenten O1 und O2 benachbarten Bereichen des ersten transparenten Segments T die Ursache für die auftretenden Verrundungen.
Die Stärke der Verrundung hängt wesentlich von der Fokussierung ab. Bei nicht-idealer Fokussierung (die abgerundete durchgezogene Linie zeigt das Ergebnis einer Simulationsrechnung für den Defokuswert 0,0μm), rückt die auftretende Verrundung im konvexen Knickbereich mit steigender Defokussierung immer weiter in Richtung des konkaven Knickbereiches vor (strichpunktierte Linie für Defokuswert 0,3μm) und ändert schließlich sogar die Richtung der Wölbung in Richtung des konkaven Knickbereiches (punktierte Linie für den Defokuswert 0,4μm).
Dieser Effekt wird als labiles Verhalten der konvexen Struktur hinsichtlich der Defokussierung bezeichnet und ist eine Folge von starken konstruktiven Interferenzen. Im Vergleich der 1a (150nm Breite der opaken Segmente) und 1b (100nm Breite der opaken Segmente) ist zu erkennen: je schmaler die zu belichtende Struktur bzw. je höher der Defokuswert, desto gravierender sind die unerwünschten Degenerationen der konvexen Knickbereiche.
Hingegen wirkt sich der Grad der Defokussierung der Belichtungsstrahlung nicht auf die Lage und Ausbildung der Abrundung im konkaven Knickbereich aus. Hier verlaufen die durchgezogene, die strichpunktierte und die gepunktete Linie im Wesentlichen deckungsgleich.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Lithografiemaske bereitzustellen, die auch bei auftretender Defokussierung der Belichtungsstrahlung konstruktive Interferenzen im konvexen Knickbereich derart reduziert, dass die Qualität der belichteten konvexen Strukturen, insbesondere deren konvexe Knickbereiche, verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lithografiemaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lithografiemaske ist die dem winkligen Strukturelement benachbarte transparente Struktur

– am konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements aufgetrennt ausgebildet und besteht somit aus zwei unterscheidbaren transparenten Segmenten zur Verminderung von Abbildungsfehlern des belichteten winkligen Strukturelements am konvexen Abschnitt, wobei die zwei transparenten Segmente mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels ausgebildet sind; und/oder
– so ausgebildet, dass sie im konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements im Wesentlichen entlang der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels eine Breite aufweist, die breiter ist als eine verwendete Standardbreite der transparenten Segmente der Lithografiemaske.

Die zweiteilige, unterscheidbare Ausgestaltung der transparenten Struktur besitzt den Vorteil, dass durch zwei transparente Segmente am konvexen Abschnitt die konstruktiven Interferenzen am belichteten winkligen Strukturelement reduziert werden. Die Unterscheidbarkeit der zwei transparenten Segmente beinhaltet entweder eine Beabstandung der transparenten Segmente voneinander, wodurch am konvexen Bereich die Lichteinstrahlung reduziert wird und somit die Auswirkung der konstruktiven Interferenz des belichteten winkligen Strukturelements, oder dass die beiden transparenten Segmente unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, damit die Unterscheidbarkeit zwischen ihnen besteht. Eine solche Eigenschaft von transparenten Segmenten ist bei Phasenmasken als Lithografiemaske die den transparenten Segmenten zugeordnete Phase. Eine unterschiedliche Phase der dem konvexen Abschnitt des opaken Segments benachbarten transparenten Segmente vermindert beim Belichtungsvorgang eine konstruktive Interferenz und verbessert somit die Qualität der Belichtung. Die beiden transparenten Segmente können sowohl beabstandet als auch mit einer unterschiedlichen Phase versehen werden.
Eine vergrößerte Breite des transparenten Segments am konvexen Abschnitt reduziert Lichtstreuung benachbarter Strukturen oder Strukturgrenzen in den konvexen Abschnitt beim Belichten der Lithografiemaske.
Die dem konvexen Abschnitt benachbarte transparente Struktur der Lithografiemaske kann sowohl in unterscheidbare transparente Segmente unterteilt sein als auch eine vergrößerte Breite aufweisen, oder nur eine der beiden Merkmale besitzen, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu erfüllen.
Unter einer „mindestens abschnittsweisen" achsensymmetrischen Ausbildung der beiden transparenten Segmente ist zu verstehen, dass im konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements entweder das erste oder das zweite transparente Segment bei einer Spiegelung an der Winkelhalbierenden mindestens einen Teilbereich seines gegenphasig ausgebildeten zugeordneten transparenten Segments abdeckt. Es ist also möglich, dass eines der beiden transparenten Segmente Abschnitte aufweist, die kein achsensymmetrisches Pendant des anderen transparenten Segments haben. In einem solchen Fall spiegelt sich jedoch die Fläche des „kleineren" transparenten Segments vollständig in die Fläche des „größeren" transparenten Segments.
Die Ausdehnung des für die vorangehende Betrachtung maßgeblichen konvexen Abschnitts umfasst die Umgebung des konvexen Knickbereiches und endet spätestens vor einem erneuten konvexen oder konkaven Knickbereich eines der opaken Segmente.
In den Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäße Lithografiemaske in drei Varianten eingeteilt und beschrieben. Die erste Variante bezieht sich speziell auf eine Phasenmaske, während die anderen beiden Varianten für jegliche Lithografiemaskenart anwendbar sind.
Die erste Variante einer Phasenmaske als Lithografiemaske weist erfindungsgemäß am konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements ein dem ersten opaken Segment benachbartes erstes transparentes Segment und ein dazu gegenphasiges, dem zweiten opaken Segment benachbartes Segment als Teilsegment auf, wobei das erste und das zweite transparente Segment mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels ausgebildet sind.
Durch die gegenphasige Ausbildung der im konvexen Abschnitt im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels gegenüberliegenden transparenten Segmente wird eine konstruktive Interferenz von Belichtungsstrahlung im konvexen Knickbereich verhindert. Im Grenzbereich der beiden transparenten Segmente tritt demnach destruktive Interferenz der Belichtungsstrahlung auf, so dass nach der Belichtung mit der erfindungsgemäßen Phasenmaske der Bereich der destruktiven Interferenz unbelichtet bleibt.
Als bevorzugte Ausgestaltung der Phasenmaske ist das erste transparente Segment vom zweiten transparenten Segment durch einen Trennabschnitt beabstandet. Dieser Trennabschnitt wird bevorzugt opak ausgebildet oder mit einer sogenannten Zwischenphase versehen.
Ein opaker Trennabschnitt schattet bei der Belichtung einen entsprechenden Bereich ab, der dadurch unbelichtet bleibt.
Dieser Bereich muss daher durch einen zweiten Belichtungsvorgang unter Anwendung einer entsprechend ausgebildeten Trimmmaske nachbelichtet werden. Die Ausbildung dazu benötigter Trimmmasken ist beispielsweise aus der DE 10129202 C1 bekannt.
Wird dem Trennabschnitt eine Zwischenphase zugeordnet, so ist an dieser Stelle kein weiterer Belichtungsvorgang mit einer Trimmmaske erforderlich. Die Zwischenphase liegt zwischen den beiden Phasen der gegenphasigen phasenverschiebenden Bereiche, die hauptsächlich auf der Phasenmaske verwendet werden. Durch die Zwischenphase wird der zwischen zwei gegenphasigen transparenten Bereichen liegende Bereich trotz destruktiver Interferenz der beiden gegenphasigen transparenten Bereiche belichtet. Der zu Abbildungsfehlern führende konstruktive Interferenzeffekt am konvexen Abschnitt des opaken Segmentes wird jedoch stark vermindert, so dass der Abbildungsfehler reduziert wird.
Es ist vorteilhaft, den Trennabschnitt im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels anzuordnen. Dabei bildet der Trennabschnitt einen Spalt, der die beiden gegenphasigen transparenten Segmente im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden beabstandet.
Die erfindungsgemäße Lithografiemaske eignet sich zur Belichtung eines photoempfindlichen Materials mittels elektromagnetischer Strahlung einer definierten Belichtungswellenlänge. Der Trennabschnitt weist zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Segment bevorzugt eine Breite im Bereich vom 0,5 bis 1,0fachen der Belichtungswellenlänge auf. Bei Lithografiemasken, bei denen den transparenten Segmenten keine feste Phase zugeordnet wird, ist eine Breite des Trennabschnitts im Bereich der halben Wellenlänge erforderlich, um auf dem zu belichtenden Substrat einen nicht belichteten Bereich zu erhalten. Bei alternierenden Phasenmasken, bei denen den dem Trennabschnitt benachbarten transparenten Segmenten eine um 180° verschobene Phase zugeordnet ist, benötigt der Trennabschnitt keine messbare Breite. In diesem Falle reicht allein der destruktive Interferenzeffekt aus, um auch bei direkt benachbarten transparenten Segmenten unterschiedlicher Phase (auch genannt „chromloser Übergang") einen nicht belichteten Bereich auf dem Substrat zu gewährleisten.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trennabschnitt zwischen dem ersten transparenten Segment und dem zweiten transparenten Segment eine Breite im Bereich der halben Belichtungswellenlänge aufweist.
Bei der achsensymmetrischen Ausführungsform des opaken Trennabschnittes entspricht die Breite des Trennabschnittes jeweils dem senkrecht zur Winkelhalbierenden gemessenen Abstand der beiden transparenten Segmente.
Das erste opake Segment und das zweite opake Segment sind bevorzugt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Aber auch andere geometrische Formen, beispielsweise Trapeze, Keile, Parallelogramme bzw. teilweise abgerundete Strukturen sind denkbar; wesentlich ist jeweils nur, dass das erste und das zweite opake Segment derart zueinander angeordnet sind, dass ein überstumpfer Winkel mit einem konvexen Knickbereich entsteht. Dabei kann der konvexe Knickbereich bei einer entsprechenden Ausbildung der opaken Segmente auch eine abgerundete Form aufweisen. Die Winkelhalbierende des überstumpfen Winkels wird dann durch die Symmetrieachse des konvexen Abschnitts mit dem abgerundeten konvexen Knickbereich gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Phasenmaske weist der überstumpfe Winkel einen Betrag von 270° auf. Die beiden opaken Segmente des winkligen Strukturelements sind somit zumindest im konvexen Abschnitt senkrecht zueinander angeordnet.
Aufgrund der zweiteiligen Ausbildung der transparenten Struktur und der unterschiedlichen Phase der die transparente Struktur bildenden transparenten Segmente können Phasenkonflikte auftreten. Dies bedeutet, dass den einer opaken Struktur zugeordneten transparenten Segmenten nicht der benötigte Phasenunterschied von 180° zugeordnet wurde, um die opake Struktur fehlerfrei abzubilden. Bevorzugt werden diese Phasenkonflikte durch eine zweiteilige Ausbildung von transparenten Strukturen gelöst, die opaken Strukturen zugeordnet sind, die der zweiteilig ausgebildeten transparenten Struktur benachbart sind. Den transparenten Segmenten, die die zweiteilig ausgebildeten transparenten Strukturen bilden, werden Phasen so zugeordnet, dass sowohl an den Übergangsbereichen der zweiteiligen Ausbildung als auch an den benachbarten opaken Segmenten ein destruktiver Interferenzeffekt verursacht wird.
Die zweiteilige Ausgestaltung von transparenten Strukturen und Zuordnung alternierender Phasen wird vorzugsweise solange auf die angrenzenden transparenten Strukturen angewandt, bis alle Phasenkonflikte gelöst sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist das winklige Strukturelement einen, dem überstumpfen Winkel abgewandten, konkaven Abschnitt mit einem dem überstumpfen Winkel gegenüberliegenden Gegenwinkel auf. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass am konkaven Abschnitt des winkligen Strukturelements ein dem ersten opaken Segment benachbartes drittes transparentes Segment und ein dazu gegenphasiges, dem dritten opaken Segment benachbartes zweites transparentes Segment mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der gemeinsamen Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels und des Gegenwinkels angeordnet sind, wobei die an den opaken Segmenten vom konvexen Abschnitt zum konkaven Abschnitt gegenüberliegenden transparenten Segmente gegenphasig zueinander ausgebildet sind. Auf diese Weise sind die opaken Segmente zwischen dem konvexen Abschnitt und dem konkaven Abschnitt durch transparenten Segmente eingebettet, die gegenphasig zueinander ausgebildet sind. Dies ermöglicht aus den eingangs genannten Gründen, die Belichtung von Strukturen, die schmaler sind als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung.
Hinsichtlich der Ausdehnung und der Begrenzungen des konkaven Abschnitts gelten die hinsichtlich des konvexen Abschnittes gemachten Ausführungen.
Bevorzugt ist das dritte transparente Segment vom vierten transparenten Segment im konkaven Abschnitt des winkligen Strukturelements durch einen zweiten Trennabschnitt beabstandet.
Mit Vorteil ist dieser zweite Trennabschnitt ebenfalls entweder opak oder wird mit einer Zwischenphase versehen.
Es ist vorteilhaft, den zweiten Trennabschnitt im konkaven Abschnitt im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden des Gegenwinkels anzuordnen. Der zweite Trennabschnitt bildet somit einen achsensymmetrischen Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Segment im konkaven Abschnitt des winkligen Strukturelements.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der ersten Lithografiemasken-Variante ist mit zwei winkligen Strukturelementen ausgebildet. Diese Ausführungsform umfasst ein aus einem dritten opaken Segment und einem vierten opaken Segment gebildetes weiteres winkliges Strukturelement, das einen weiteren überstumpfen Winkel und einen, dem weiteren überstumpfen Winkel zugewandten, weiteren konvexen Abschnitt aufweist. Das weitere winklige Strukturelement ist derart angeordnet, dass das dritte transparente Segment und das vierte transparente Segment am konkaven Abschnitts des winkligen Strukturelements im konvexen Abschnitt des weiteren winkligen Strukturelementes als ein dem dritten opaken Segment des weiteren winkligen Strukturelementes benachbartes transparentes Segment und als ein dem vierten opaken Segment des weiteren winkligen Strukturelementes benachbartes transparentes Segment wirkt.
Auf diese Weise bilden die im konkaven Abschnitt des ersten winkligen Strukturelements angeordneten transparenten Segmente gleichzeitig die im konvexen Abschnitt des zweiten winkligen Strukturelementes angeordneten transparenten Segmente. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen den beiden konvexen Strukturen minimieren, was zu einer Erhöhung der erzielten Integrationsdichte der propagierenden winkligen Strukturelemente führt.
Eine weitere Ausführungsform der ersten Phasenmasken-Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass sich benachbart zum zweiten transparenten Segment des konvexen Abschnitts des winkligen Strukturelementes ein drittes opakes Segment erstreckt und die Winkelhalbierende des überstumpfen Winkels schneidet, wobei sich ein Abschnitt des ersten transparenten Segments parallel zur Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels bis zum dritten opaken Segment und in die vom winkligen Strukturelement abgewandte Richtung benachbart zum dritten opaken Segment erstreckt.
Diese Ausführungsform ermöglicht die Realisierung eines minimalen Abstands zwischen einem lang gestreckten und einem winkligen Strukturelement. Dadurch lässt sich ebenfalls eine erhöhte Integrationsdichte der herzustellenden Halbleiterstrukturen erzielen.
Bei einer bevorzugten Variante der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist auf der vom winkligen Strukturelement abgewandten Seite des dritten opaken Segments zwischen einem benachbart zum dritten opaken Segment verlaufenden fünftes transparenten Segment und einem dazu gegenphasigen, benachbart zum dritten opaken Segment verlaufenden, sechsten transparenten Segment ein dritter Trennabschnitt angeordnet.
Der dritte Trennabschnitt ist bevorzugt opak ausgebildet oder mit einer Zwischenphase versehen.
Dieser dritte Trennabschnitt ist mit Vorteil achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels angeordnet. Außerdem entspricht die Breite des dritten Trennabschnitts der Breite des ersten Trennabschnittes. Durch einander entsprechende Breiten der entlang der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels angeordneten Trennabschnitte wird erhält die für die Nachbelichtung opaker Trennabschnitte benötigten Trimmmaske eine besonders einfache Geometrie.
Bei einer weiteren Variante der Ausführungsform mit einem dritten opaken Segment und einem dritten Trennabschnitt verläuft der dritte Trennabschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung des dritten opaken Segments.
Dabei ist der dritte Trennabschnitt bevorzugt gegenüber dem Trennabschnitt des konvexen Abschnitts des winkligen Strukturelements angeordnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Breite des dritten Trennabschnitts der Länge des Grenzbereichs zwischen dem Trennabschnitt und dem dritten opaken Segment und die Randbereiche des dritten opaken Trennabschnitts fluchten mit den Enden des Grenzbereichs zwischen dem Trennabschnitt und dem dritten opaken Segment.
Eine weitere Ausführungsform der ersten Phasenmasken-Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes opakes Segment auf der dem konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements abgewandten Seite des winkligen Strukturelements derartig angeordnet ist, dass sich zwischen dem dritten opaken Segment und dem ersten opaken Segment ein erster Teilwinkel und zwischen dem dritten opaken Segment und dem zweiten opaken Segment ein zweiter Teilwinkel bildet.
Bei dieser Ausführungsform ist benachbart zum ersten und zum dritten opaken Segment bevorzugt ein erstes, den ersten Teilwinkel aufspannendes, winkliges transparentes Segment und benachbart zum zweiten und zum dritten opaken Segment ein zweites, den zweiten Teilwinkel aufspannendes, winkliges transparentes Segment angeordnet ist, wobei die beiden winkligen transparenten Segmente jeweils gegenphasig zu den ihnen im konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements gegenüberliegenden transparenten Segmenten ausgebildet sind. Durch diese alternierende Ausbildung der Phasenlage der transparenten Segmente lässt sich der Abstand der opaken Segmente zueinander minimieren und somit die Integrationsdichte erhöhen. Durch die gegenphasige Ausbildung der beiden winkligen transparenten Segmente werden durch konstruktive Interferenzen verursachte Phasenkonflikte im Bereich des dritten opaken Segments vermieden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte opake Segment entlang der in Richtung des dritten opaken Elements verlängerten Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels erstreckt und der erste Teilwinkel den gleichen Winkelbetrag wie der zweite Teilwinkel aufweist. Dadurch lässt sich mittels der drei opaken Segmente ein pfeilförmiges winkliges Strukturelement herstellen.
Die zweite erfindungsgemäße Variante einer Lithografiemaske löst die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe dadurch, dass am konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements ein dem ersten opaken Segment benachbartes erstes transparentes Segment als Teilsegment und ein dem zweiten opaken Segment benachbartes zweites transparentes Segment als Teilsegment mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Winkelhalbierende des überstumpfen Winkels angeordnet sind, wobei das erste transparente Segment und das zweite transparente Segment durch einen Trennabschnitt voneinander beabstandet sind.
Der Trennabschnitt beabstandet die beiden gleichphasigen transparenten Segmente am konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelementes derart, dass die konstruktiven Interferenzen im Bereich des konvexen Knickbereiches reduziert werden. Die dafür notwendige Breite des Trennabschnitts ist etwa gleich dem 0,5fachen der Belichtungswellenlänge. Somit wird auch die negative Auswirkung steigender Defokussierung der Belichtungsstrahlung auf die Ausbildung des konvexen Knickbereiches vermindert.
Auch bei dieser zweiten erfindungsgemäßen Variante einer Lithografiemaske ist eine Nachbelichtung des bei der Belichtung mit der Phasenmaske durch den Trennbereich abgeschatteten Bereiches mittels einer Trimmmaske notwendig, wenn der Trennbereich opak ausgebildet ist.
Die vorangehend beschriebene zweite Variante der Lithografiemaske eignet sich zur Belichtung eines photoempfindlichen Materials mittels elektromagnetischer Strahlung einer definierten Belichtungswellenlänge. Bevorzugt erstreckt sich der Trennabschnitt zwischen dem ersten transparenten Segment und dem zweiten transparenten Segment über einen Bereich, dessen Ausdehnung dem 0,5 bis zweifachen der Belichtungswellenlänge der Lithografiemaske entspricht.
Eine weitere Ausführungsform dieser zweiten Variante der Lithografiemaske weist bevorzugt einen Trennabschnitt auf, der sich zwischen dem ersten transparente Segment und dem zweiten transparenten Segment über einen Bereich erstreckt, der dem 0,75 bis 1,5fachen der Belichtungswellenlänge der Lithografiemaske entspricht.
Für alle der vorangehend genannten Ausführungsformen der zweiten Lithografiemasken ist der Trennbereich bevorzugt im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels angeordnet. Sind die Grenzlinien zwischen dem Trennbereich und den benachbarten beiden transparenten Segmenten dabei parallel zur Winkelhalbierenden angeordnet, so entspricht der durch den Trennbereich definierte Abstand zwischen den beiden transparenten Segmenten einem festen Wert. Sind diese Grenzlinien hingegen im Verhältnis zur Winkelhalbierenden unter einem Winkel angeordnet, so variiert der Abstand der transparenten Segmente in den genannten Werteintervallen.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist Grenzlinien auf, die jeweils senkrecht auf den benachbarten opaken Segmenten angeordnet sind. Dadurch erhält der Trennbereich eine im Wesentlichen keilförmige Geometrie. Der Abstand der transparenten Segmente voneinander nimmt daher mit zunehmender Entfernung von den opaken Segmenten zu.
Bevorzugt ist die Lithografiemaske eine alternierende Phasenmaske, bei der das erste und zweite transparente Segment gleichphasig ausgebildet sind.
Für alle der vorangehend genannten Ausführungsformen der zweiten Lithografiemasken-Variante ist das winklige Strukturelement auf seiner dem überstumpfen Winkel abgewandten Seite von einem transparenten Segment benachbart, das gegenphasig zu den im konvexen Abschnitt des winkligen Strukturelements angeordneten gleichphasigen transparenten Segmenten ausgebildet ist. Durch die beidseitig zur Erstreckungsrichtung der opaken Segmente benachbarten gegenphasigen transparenten Segmente lässt sich die Breite der opaken Segmente quer zur Erstreckungsrichtung unter die Ausmaße der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung reduzieren.
Die dritte Variante einer Lithografiemaske zur Belichtung eines photoempfindlichen Materials mittels elektromagnetischer Strahlung einer Belichtungswellenlänge weist einen, dem überstumpfen Winkel abgewandten, konkaven Abschnitt auf, wobei benachbart zum winkligen Strukturelement im konvexen Abschnitt ein erstes transparentes Segment und im konkaven Abschnitt ein zweites transparentes Segment angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste transparente Segment im konvexen Abschnitt im Wesentlichen entlang der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels eine Ausdehnung von mindestens dem 1,5fachen der Belichtungswellenlänge aufweist. Die Breite des ersten transparenten Segments ist größer als eine allgemein für die Lithografiemaske verwandte Standardbreite der transparenten Segmente.
Dadurch, dass das transparente Segment im konvexen Knickbereich in Richtung der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels verbreitert bzw. vergrößert ausgebildet ist, werden so genannte Nachbarschaftseffekte, die zu konstruktiven Interferenzen im konvexen Abschnitt führen, reduziert. Dies liegt darin begründet, dass der Abstand des Grenzbereichs zwischen transparentem Segment und dem konvexen Knickbereich des opaken winkligen Strukturelements vom Grenzbereich zwischen dem transparenten Segment und dem umgebenden opaken Abschnitten der Phasenmaske entlang der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels vergrößert ist.
Die Vergrößerung bzw. Verbreiterung des transparenten Segments ist bevorzugt im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der dritten Phasenmasken-Variante weist das zweite transparente Segment im konkaven Abschnitt im Wesentlichen entlang der in den konkaven Abschnitt verlängerten Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels eine Ausdehnung von mindestens dem 1,5fachen der Belichtungswellenlänge auf. Dabei ist es aus Gründen des symmetrischen Aufbaus der Lithografiemaske vorteilhaft, dass die Ausdehnung des ersten transparenten Segments entlang der Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels der Ausdehnung des zweiten transparenten Segments entlang der Winkelhalbierenden im Wesentlichen entspricht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Lithografiemaske ist in drei Varianten unterteilt und wird anhand der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
Es zeigen:
1a und 1b: schematisch konvexe Strukturen einer Hellfeld-Phasenmaske nach dem Stand der Technik;
2a: schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der ersten Variante der erfindungsgemäßen Phasenmaske;
2b: schematisch eine verschlechterte Ausführungsform der in 2a gezeigten Phasenmaskenstruktur;
3: schematisch eine weitere Ausführungsform der ersten Phasenmasken-Variante aus 2a mit einer Mehrzahl konvexer Strukturen;
4a schematisch eine weitere Ausführungsform der ersten Phasenmasken-Variante aus 2a mit einem zusätzlichen geradlinigen Strukturelement;
4b schematisch eine weitere Ausführungsform der in 4a dargestellten Phasenmaske;
5 schematisch eine weitere Ausführungsform der ersten Phasenmasken-Variante aus 2a mit einem pfeilförmigen opaken Strukturelement;
6 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der zweiten erfindungsgemäßen Phasenmasken-Variante und
7 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der dritten erfindungsgemäßen Phasenmasken-Variante.
Die Figuren zeigen einheitlich alternierende Hellfeld-Phasenmasken als Lithografiemasken. Die zweite und dritte erfindungsgemäßen Varianten sind jedoch allgemein auf Lithografiemasken anwendbar, während die erste Variante allgemein auf alternierende Phasenmasken anwendbar ist.
Das winklige Strukturelement O der in 2a dargestellten Ausführungsform der ersten erfindungsgemäßen Phasenmasken-Variante entspricht in seinem Aufbau und seinen Abmessungen dem winkligen Strukturelement O aus 1a. Daher wird auf die bereits zum Stand der Technik gemachten Ausführungen verwiesen.
Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten und in den 1a und 1b dargestellten Phasenmasken-Strukturen weist das winklige Strukturelement in 2a in seinem dem überstumpfen Winkel α zugewandten konvexen Abschnitt A kein durchgehendes transparentes Segment auf, das den winkligen Aufbau des Strukturelements O aufweist. Entlang der zum konvexen Abschnitt A gerichteten Kante des ersten opaken Segments O1 erstreckt sich ein erstes transparentes Segment T1 und entlang der zum konvexen Abschnitt A gerichteten Kante des zweiten opaken Segments O2 erstreckt sich ein zweites transparentes Segment T2, das gegenphasig zu dem ersten transparenten Segment ausgebildet ist.
Diese beiden transparenten Segmente T1 und T2 sind durch einen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden WH des überstumpfen Winkels α angeordneten opaken Trennabschnitt G voneinander beabstandet.
Der Bereich des konkaven Abschnitts A' des winkligen Strukturelements O weist einen entsprechenden Aufbau auf. Die opaken Segmente O1 bzw. O2 sind jeweils von transparenten Segmenten T1' bzw. T2' benachbart, wobei diese beiden transparenten Segmente wiederum gegenphasig zueinander ausgebildet und mittels eines achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden WH angeordneten opaken Trennabschnittes G' voneinander beabstandet sind. Dabei sind die an gleichen opaken Segmenten O1 bzw. O2 im konvexen und konkaven Abschnitt A, A' angeordneten transparenten Segmente T1, T1' bzw. T2, T2' jeweils gegenphasig zueinander ausgebildet. Weiterhin ist die Breite der opaken Trennabschnitte G, G' zwischen den gegenphasigen transparenten Segmenten T1, T2 im konvexen Abschnitt A bzw. den gegenphasigen transparenten Segmenten T1', T2' im konkaven Abschnitt A' aus Symmetriegründen der gesamten Struktur gleich ausgebildet.
Die Belichtung eines photoempfindlichen Materials anhand dieser Struktur erfordert eine Nachbelichtung im Bereich der beiden opaken Trennabschnitte G, G'. Dies geschieht anhand einer Trimmmaske, die an den Positionen der opaken Trennabschnitte G, G' transparente Bereiche aufweist. Die Belichtung der Trimmmaske erfolgt im Gegensatz zu der Belichtung der Phasenmaske mit einer niedrigeren Kohärenz bzw. einem großen partiellen Kohärenzfaktor σ, weswegen die konvexen Stellen bei der Trimmbelichtung besser abbildbar sind als bei der Belichtung der Phasenmaske.
Im Hinblick auf den Einfluss des Fokussierungsgrades auf die geometrischen Merkmale der abzubildenden konvexen Struktur wurden Simulationsrechnungen durchgeführt. Diese entsprechen hinsichtlich ihrer Parameter den bereits im Zusammenhang mit den 1a und 1b gemachten Ausführungen. Hinzu kam die vorangehend erwähnte Nachbelichtung mit einer Trimmmaske, wobei die Trimmmaske mit einem partiellen Kohärenzfaktor von σ = 0,85 in der Simulation berücksichtigt wurde.
Es ist zu erkennen, dass die konvexe Knickstelle mit steigendem Defokuswert der Belichtungsstrahlung (durchgezogene geschwungene Linie: Defokuswert 0,0μm, strichpunktierte geschwungene Linie: Defokuswert 0,3μm und gepunktete Linie: Defokuswert = 0,4μm) immer weiter nach innen in Richtung des konkaven Bereichs vorrückt. Außerdem treten leichte Einwölbungen an den Schenkeln der opaken Segmente im konkaven Abschnitt A' auf.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen ersten Phasenmasken-Variante wird bei einem Vergleich mit der in 2b gezeigten Struktur besonders deutlich.
Anstatt den Trennbereich G opak auszubilden, kann dem Trennbereich auch genauso gut eine Zwischenphase zugeordnet werden, beispielsweise die Phase, die genau zwischen den beiden verwendeten, gegenphasigen Phasen der transparenten Segmente T1 und T2 liegt. Auch dem Trennabschnitt G' kann eine Zwischenphase zugeordnet werden, die zwischen den Phasen der transparenten Segmente T1' und T2' liegt. Zusätzlich sollten dann auch die beiden Zwischenphasen der Trennabschnitte G und G' eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, damit die dazwischenliegende opake Struktur ohne konstruktive Interferenzen abgebildet wird. Beispielsweise kann den Segmenten T2 und T1' die Phase 0° zugeordnet sein, den Segmenten T1 und T2' die Phase 180°, dem Trennabschnitt G die Phase 90° und dem Trennabschnitt G' die Phase 270°.
Der Einfachheit halber wurden jedoch in 2a sowie auch den folgenden Figuren die Trennbereiche opak dargestellt.
Die in 2b gezeigte konvexe Struktur unterscheidet sich im Vergleich zur in 2a gezeigten Struktur ausschließlich in der Phasenlage der transparenten Segmente. Die Ausmaße und die Anordnung der einzelnen Segmente sind somit identisch zwischen den Strukturen in 2a und 2b.
In 2b weisen die beiden im konvexen bzw. im konkaven Abschnitt A, bzw. A' beabstandeten transparenten Segmente T1, T2 bzw. T1' bzw. T2' die gleiche optische Phase auf.
Die dadurch ermöglichten konstruktiven Interferenzen der Belichtungsstrahlung im konvexen Knickbereich führen mit steigendem Defokus der Belichtungsstrahlung zu einem im Vergleich zu der in 2a dargestellten Struktur deutlich stärkeren Vorrücken des konvexen Knickbereichs in Richtung des konkaven Abschnitts A. Der Einfluss auf den Verlauf der belichteten Struktur im konkaven Abschnitt A' ist hingegen gering.
Im Vergleich dieser beiden Ausführungsformen wird deutlich, dass konvexe Knickbereiche allgemein anhand von Resolution-Enhancement-Techniken zu behandeln sind. Insbesondere kennzeichnen konvexe Knickbereiche in der alternierenden Phasenmaskentechnologie klassische Phasenkonflikte. Die zur Auflösung dieser Phasenkonflikte benötigten Phasensprünge sind Phasensprüngen äquivalent, deren Verwendung an konkaven Knickbereichen bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
3 zeigt eine kombinierte Struktur zweier propagierender konvexer Strukturelemente O, O'.
Das winklige Strukturelement O entspricht in seinem Aufbau und der Anordnung seiner Elemente der in der 2a beschriebenen Struktur. Daher sind gleiche Bezugszeichen für gleiche Merkmale verwendet und es wird auf die dortige Beschreibung verwiesen.
Im Unterschied zu der in 2a gezeigten Struktur ist benachbart zu den im konkaven Abschnitt A' angeordneten beiden transparenten Segmenten T1' und T2' auf deren dem winkligen Strukturelement O abgewandten Seiten ein weiteres winkliges Strukturelement O' angeordnet. Dieses weitere konvexe Strukturelement O' weist die gleichen Abmessungen auf, wie das erste konvexe Strukturelement O und ist daher diesem entsprechend aus zwei opaken Segmenten O1' und O2' aufgebaut.
Im konkaven Abschnitt A " des weiteren konvexen Strukturelements O' sind ebenfalls zwei transparente Segmente T1'' und T2'' angeordnet. Benachbart zum ersten opaken Segment O1' weist das weitere konvexe Strukturelement O' ein erstes transparentes Segment T1'' und benachbart zum zweiten opaken Segment O2' ein zweites transparentes Segment T2'' auf. Diese beiden transparenten Segmente T1'' und T2'' sind durch einen achsensymmetrisch zur verlängerten Winkelhalbierenden WH angeordneten opaken dritten Trennabschnitt G'' voneinander beabstandet. Aus Symmetriegründen sind die durch die drei opaken Trennabschnitte G, G' und G'' definierten Abstände gleichgroß gewählt.
Die Simulationsrechnungen zeigen, dass diese propagierende Anordnung konvexer Strukturen auch bei den berücksichtigten Defokuswerten der Belichtungsstrahlung akzeptable Ergebnisse hinsichtlich der Geometrie der belichteten Strukturen liefert. Ein großer Vorteil der ersten erfindungsgemäßen Phasenmasken-Variante liegt darin, dass sich die konvexen Strukturen mit minimalem Abstand wie in 3 gezeigt (hier 150nm Abstand zwischen den beiden konvexen Strukturen) entlang der Winkelhalbierenden WH propagieren lassen.
In den 4a und 4b sind zwei weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der in 2a dargestellten ersten erfindungsgemäßen Phasenmasken-Variante dargestellt.
Dabei ist benachbart zu einer konvexen Struktur, die hinsichtlich ihres Aufbaus 2a entspricht, ein weiteres, drittes opakes Segment O3 angeordnet. Dieses dritte opake Segment O3 ist geradlinig ausgebildet und dem transparenten Segment T2 auf der dem winkligen Strukturelement O abgewandten Seite benachbart. Das dritte opake Segment O3 verläuft parallel zum zweiten opaken Segment und erstreckt sich über die Winkelhalbierende WH hinaus.
Im Unterschied zu der in 2a dargestellten Phasenmasken-Struktur knickt das transparente Segment T1 im Grenzbereich zum opaken Trennabschnitt G in Richtung des dritten opaken Segments O3 ab, verläuft bis zu diesem und an diesem entlang weg vom winkligen Strukturelement O.
Somit fungieren das zweite transparente Segment T2 und der vorangehend beschriebene zusätzliche Abschnitt des ersten transparenten Segments T1 zusätzlich als transparente Segmente des dritten opaken Segments O3 auf dessen dem winkligen Strukturelement O zugewandten Seite.
Benachbart zu der dem winkligen Strukturelement O abgewandten Seite des dritten opaken Segments O3 sind zwei weitere zueinander gegenphasig ausgebildete transparente Segmente T1'' und T2'' angeordnet. Diese sind durch einen dritten opaken Trennbereich G'' voneinander beabstandet.
Dieser dritte opake Trennbereich G'' ist bei der in 4a dargestellten Ausführungsform aus Symmetriegründen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden WH des überstumpfen Winkels α angeordnet und weist die gleiche Breite auf wie die beiden anderen opaken Trennbereiche G, G' im konvexen bzw. konkaven Abschnitt A, A' des winkligen Strukturelements O.
Bei der in 4b gezeigten Ausführungsform ist der dritte opake Trennabschnitt G'' rechteckförmig ausgebildet und verläuft senkrecht zur Erstreckungsrichtung des dritten opaken Segments O3. Die Breite in Richtung der Erstreckungsrichtung des dritten opaken Segments O3 ist derart gewählt, dass die Grenzlinien zu den benachbarten transparenten Segmenten T1'' und T2'' mit den gegenüberliegenden Eckpunkten des opaken Trennbereichs G am dritten opaken Segment O3 fluchten.
Auf die in den 4a und 4b dargestellte Weise lässt sich eine geradlinige Struktur in minimalem Abstand (hier 150nm) zu der konvexen Struktur aus 2a anordnen.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße ersten Phasenmasken-Variante dargestellt.
Im Unterschied zu der in 2a gezeigten konvexen Struktur ist hier ein weiteres, drittes opakes Segment O3 im konkaven Abschnitt A' entlang der Winkelhalbierenden WH des überstumpfen Winkels α angeordnet. Dadurch erhält die konvexe Struktur die Form eines Pfeils, wobei der Gegenwinkel α' durch das dritte opake Segment O3 in zwei gleichgroße Teilwinkel α'1 und α'2 aufgeteilt wird.
Im konkaven Abschnitt A' erstrecken sich entlang des ersten opaken Segments O1 und des dritten opaken Segments O3 ein winkliges erstes transparentes Segment T1', das dabei den ersten Teilwinkel α'1 aufspannt. Spiegelbildlich zur Winkelhalbierenden WH erstreckt sich ein zum ersten transparenten Segment T1' gegenphasiges zweites winkliges transparentes Segment T2' zwischen dem zweiten opaken Segment O2 und dem dritten opaken Segment O3.
Die zweite erfindungsgemäße Variante einer Phasenmaske mit einer konvexen Struktur ist in 6 dargestellt.
Das opake winklige Strukturelement O weist den gleichen Aufbau und die gleichen Ausmaße entsprechend 2a auf. Im konkaven Abschnitt A' des Strukturelements O ist ein transparentes Segment T' angeordnet, das eine dem winkligen Strukturelement O entsprechende Form aufweist und sich entlang der beiden als opake Segmente O1 und O2 ausgebildeten Schenkel erstreckt.
Im konvexen Abschnitt A sind benachbart zum ersten opaken Segment O1 und benachbart zum zweiten opaken Segment O2 jeweils ein transparentes Segment T1 bzw. T2 angeordnet. Beide transparente Segmente T1 und T2 sind gegenphasig zu dem winklig ausgeformten transparenten Segment T' im konkaven Abschnitt A' ausgebildet und durch einen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden WH angeordneten opaken Trennabschnitt G voneinander beabstandet.
Bei dieser zweiten Variante der erfindungsgemäßen Phasenmaske, wird das Auftreten konstruktiver Interferenzen der Belichtungsstrahlung im konvexen Knickbereich dadurch reduziert, dass die Kohärenz der den konvexen Knickbereich erreichenden gleichphasigen Belichtungsstrahlung aus den transparenten Segmenten T1 und T2 reduziert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die dem konvexen Knickbereich benachbarten Abschnitte der transparenten Segmente T1 und T2 vom Knickbereich und voneinander hinreichend beabstandet sind.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform ist der opake Trennabschnitt G im Unterschied zu der in 2a dargestellten Ausführungsform nicht spaltförmig mit einem festen Abstand zwischen den beabstandeten transparenten Segmenten, sondern im Wesentlichen keilförmig mit einem sich weg vom konvexen Knickbereich vergrößernden Abstand der beabstandeten transparenten Segmente T1 und T2.
Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen deutlich, dass auch bei steigendem Defokuswert der Belichtungsstrahlung keine inakzeptable Deformierung des konvexen Knickbereiches auftritt.
Bei dieser zweiten Variante der erfindungsgemäßen Phasenmaske ist ebenfalls wieder eine Nachbelichtung mit einer Trimmmaske notwendig. Die Trimmmaske weist dazu ein transparentes Segment im Bereich des opaken Trennabschnitts G auf.
Die dritte erfindungsgemäße Variante einer Phasenmaske mit einer konvexen Struktur ist in 7 dargestellt. Sie ähnelt weitgehend dem in 1a zum Stand der Technik dargestellten Aufbau. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf die entsprechende Beschreibungspassagen verwiesen.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Aufbau weist die dritte Variante der erfindungsgemäßen Phasenmaske einen benachbart zum konvexen Knickbereich entlang der Winkelhalbierenden WH verbreiterten Abschnitt des transparenten Segments T auf.
Symmetrisch zur Winkelhalbierenden WH verbreitert sich das transparente Segment T an beiden opaken Segmente O1 und O2 jeweils in senkrechter Richtung zur Erstreckungsrichtung der opaken Segmente O1 und O2 um den Faktor 1,5, bevor die Kanten des transparenten Segments T entlang der Erstreckungsrichtung der beiden opaken Segmente O1 und O2 an der Winkelhalbierenden WH zusammenlaufen. Durch diese Erweiterung beträgt der Abstand des konvexen Knickbereichs entlang der Winkelhalbierenden WH zum Grenzbereich zwischen transparentem Segment T und dem umgebenden opaken Bereich der Phasenmaske zirka das 1,5fache der Wellenlänge λ der Belichtungsstrahlung.
Bei dieser dritten Variante der erfindungsgemäßen Phasenmaske, wird das Auftreten konstruktiver Interferenzen der Belichtungsstrahlung im konvexen Knickbereich dadurch reduziert, dass so genannte Nachbarschaftseffekte reduziert werden. Darunter ist zu verstehen, dass Reflexionen von benachbarten, nicht dargestellten Strukturen durch das verbreiterte transparentes Segment T reduziert werden. Streulicht durch Reflexion wird umso schwächer, je größer der Abstand zu den Strukturen ist, an denen das Streulicht reflektiert wird. Wird das Streulicht an der konvexen Struktur reduziert, wird auch der Abbildungsfehler reduziert.
Aus Symmetriegründen ist es sowohl vorteilhaft, den erweiterten Abschnitt des transparenten Segments T achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden WH anzuordnen, als auch das gegenüberliegende gegenphasige transparenten Segment T' benachbart zum konkaven Knickbereich zu verbreitern.
In 7 ist ein erweiterter Abschnitt gestrichelt dargestellt, der dem transparenten Segment T' entlang der Winkelhalbierenden WH eine dem erweiterten konvexen Abschnitt A entsprechende Ausdehnung verleiht.
Die als winklige Strukturelemente O ausgebildeten konvexen Strukturen weisen bei allen Ausführungsformen der drei Phasenmasken-Varianten eine Breite von 150nm bei einer Belichtungswellenlänge λ = 193nm auf. Die Breiten der transparenten Segmente sind jeweils maßstabsgetreu wiedergegeben. Es ist selbstverständlich, dass die vorangehend beschriebenen und die beanspruchten Phasenmasken auch bei kürzeren Belichtungswellenlängen anwendbar sind. Dafür müssen Abmessungen der beschriebenen transparenten Segmente und opaker Trennabschnitte entsprechend auf die neue, kürzere Belichtungswellenlänge herunterskaliert werden.
Für alle drei Varianten wird OPC (Optical Proximity Correction) benötigt, um die Qualität mit der Belichtung erzeugten Abbildungen zu verbessern, insbesondere um opake Segmente mit möglichst uniformen Kanten herstellen zu können.

Claims

Lithografiemaske mit einem durch ein erstes opakes Segment (O1) und durch ein zweites opakes Segment (O2) gebildeten winkligen Strukturelement (O), das mindestens einen überstumpfen Winkel (α) aufweist, wobei das winklige Strukturelement (O) einen, mindestens einem der überstumpfen Winkel (α) zugewandten, konvexen Abschnitt (A) umfasst, wobei mindestens eine dem winkligen Strukturelement (O) benachbarte transparente Struktur (T) am konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Struktur (T) – am konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) zweiteilig ausgebildet ist, indem es aus zwei unterscheidbaren transparenten Segmenten (T1, T2) besteht, die mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) ausgebildet sind und / oder – im konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) im Wesentlichen entlang der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) eine Breite aufweist, die breiter ist als eine verwendete Standardbreite der transparenten Segmente (T, T1, T2) der Lithografiemaske.
Lithografiemaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) ein dem ersten opaken Segment (O1) benachbartes erstes transparentes Segment (T1) und ein dem zweiten opaken Segment (O2) benachbartes zweites transparentes Segment (T2) mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) ausgebildet sind.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste transparente Teilsegment (T1) vom zweiten transparenten Teilsegment (T2) durch einen Trennabschnitt (G) beabstandet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennabschnitt (G) entweder opak ausgebildet ist oder ihm eine Zwischenphase zugeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennabschnitt (G) im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) angeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Belichtung eines photoempfindlichen Materials mittels elektromagnetischer Strahlung einer Belichtungswellenlänge λ, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennabschnitt (G) zwischen dem ersten transparenten Segment (T1) und dem zweiten transparenten Segment (T2) eine Breite im Bereich vom 0,5 bis 1,0fachen der Belichtungswellenlänge λ aufweist.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Belichtung eines photoempfindlichen Materials mittels elektromagnetischer Strahlung einer Belichtungswellenlänge λ, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennabschnitt (G) zwischen dem ersten transparenten Segment (T1) und dem zweiten transparenten Segment (T2) eine Breite im Bereich der halben Belichtungswellenlänge λ aufweist.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennbereich (G) Grenzlinien zu den transparenten Segmenten (T1, T2) aufweist, die senkrecht zu den jeweils benachbarten opaken Segmenten (O1, O2) verlaufen.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithografiemaske als Phasenmaske ausgebildet ist und das erste transparente Segmente (T1) gegenphasig zum zweiten transparenten Segment (T2) ausgebildet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der zweiteiligen Ausbildung der transparenten Struktur (T) und der unterschiedlichen Phase der die transparente Struktur (T) bildenden transparenten Segmente (T1; T2) auftretende Phasenkonflikte durch eine zweiteilige Ausbildung von transparenten Strukturen (T1' mit T2'; T1'' mit T2'') gelöst sind, wobei die transparenten Strukturen (T1' mit T2'; T1'' mit T2'') an opaken Strukturen (O; O3) ausgebildet sind, die der zweiteilig ausgebildeten transparenten Struktur (T) benachbart sind.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den zweiteilig ausgebildeten transparenten Strukturen (T1 mit T2; T1' mit T2'; T1'' mit T2'') Phasen so zugeordnet werden, dass transparente Segmente (T1; T2; T1'; T2'; T1'' ; T2' ), die die transparente Strukturen (T1 mit T2; T1' mit T2'; T1'' mit T2'') bilden, sowohl am Übergangsbereich (G; G'; G'') der zweiteiligen Ausbildung als auch an den benachbarten opaken Segmenten (O1; O2; O1'; O2'; O3) einen destruktiven Interferenzeffekt verursachen.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das winklige Strukturelement (O) einen, dem überstumpfen Winkel (α) abgewandten, konkaven Abschnitt (A') mit einem dem überstumpfen Winkel (α) gegenüberliegenden Gegenwinkel (α') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am konkaven Abschnitt (A') des winkligen Strukturelements (O) ein dem ersten opaken Segment (O1) benachbartes drittes transparentes Segment (T1') und ein dazu gegenphasiges, dem zweiten opaken Segment (O2) benachbartes viertes transparentes Segment (T2') mindestens abschnittsweise im Wesentlichen achsensymmetrisch zu der gemeinsamen Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) und des Gegenwinkels (α') angeordnet sind, wobei die an den opaken Segmenten (O1, O2) vom konvexen Abschnitt (A) zum konkaven Abschnitt (A') gegenüberliegenden transparenten Segmente (T1, T1'; T2, T2') gegenphasig zueinander ausgebildet sind.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte transparente Segment (T1') vom vierten transparenten Segment (T2') im konkaven Abschnitt (A') durch einen zweiten Trennabschnitt (G') beabstandet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trennabschnitt (G' ) entweder opak ausgebildet ist oder ihm eine Zwischenphase zugeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trennabschnitt (G') im konkaven Abschnitt (A') im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden (WH) des Gegenwinkels (α') angeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmaske ein aus einem dritten opaken Segment (O1') und einem vierten opaken Segment (O2') gebildetes weiteres winkliges Strukturelement (O'), das einen weiteren überstumpfen Winkel (α'') und einen, dem weiteren überstumpfen Winkel (α'') zugewandten, weiteren konvexen Abschnitt (A'') aufweist, wobei das weitere winklige Strukturelement (O') derart angeordnet ist, dass das dritte transparente Segment (T1') und das vierte transparente Segment (T2') des konkaven Abschnitts (A') des winkligen Strukturelements (O) im konvexen Abschnitt (A ") des weiteren winkligen Strukturelementes (O') als ein dem dritten opaken Segment (O1') des weiteren winkligen Strukturelementes (O') benachbartes erstes transparentes Segment und als ein dem vierten opaken Segment (O2') des weiteren winkligen Strukturelementes (O') benachbartes zweites transparentes Segment wirkt.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich benachbart zum zweiten transparenten Segment (T2) des konvexen Abschnitts (A) des winkligen Strukturelementes (O) ein drittes opakes Segment (O3) erstreckt und die Winkelhalbierende (WH) des überstumpfen Winkels (α) schneidet, wobei sich ein Abschnitt des ersten transparenten Segments (T1) parallel zur Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) bis zum dritten opaken Segment (O3) und in die vom winkligen Strukturelement (O) abgewandte Richtung benachbart zum dritten opaken Segment (O3) erstreckt.
Lithografiemaske gemäß einem der Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich benachbart zum zweiten transparenten Segment (T2) des konvexen Abschnitts (A) des winkligen Strukturelementes (O) ein drittes opakes Segment (O3) erstreckt und die Winkelhalbierende (WH) des überstumpfen Winkels (α) schneidet, wobei sich ein Abschnitt des ersten transparenten Segments (T1) parallel zur Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) bis zum dritten opaken Segment (O3) und in die vom winkligen Strukturelement (O) abgewandte Richtung benachbart zum dritten opaken Segment (O3) erstreckt, wobei auf der vom winkligen Strukturelement (O) abgewandten Seite des dritten opaken Segments (O3) zwischen einem benachbart zum dritten opaken Segment (O3) verlaufenden fünften transparenten Segment (T1'') und einem dazu gegenphasigen, benachbart zum dritten opaken Segment (O3) verlaufenden, sechsten transparenten Segment (T2'') ein dritter Trennabschnitt (G'') angeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Trennabschnitt (G'') entweder opak ausgebildet ist oder ihm eine Zwischenphase zugeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Trennabschnitt (G'') achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) angeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des dritten opaken Trennabschnitts (G'') der Breite des ersten opaken Trennabschnittes (G) entspricht.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Trennabschnitt (G'') senkrecht zur Erstreckungsrichtung des dritten opaken Segments (O3) verläuft.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Trennabschnitt (G'') gegenüber dem Trennabschnitt (G) des konvexen Abschnitts (A) des winkligen Strukturelements (O) angeordnet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des dritten Trennabschnitts (G'') der Länge des Grenzbereichs zwischen dem opaken Trennabschnitt (G) und dem dritten opaken Segment (O3) entspricht.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche des dritten Trennabschnitts (G'') mit den Enden des Grenzbereichs zwischen dem opaken Trennabschnitt (G) und dem dritten Segment (O3) fluchten.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes opakes Segment (O3 ) auf der dem konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) abgewandten Seite des winkligen Strukturelements (O) derartig angeordnet ist, dass sich zwischen dem dritten opaken Segment (O3) und dem ersten opaken Segment (O1) ein erster Teilwinkel (α'1) und zwischen dem dritten opaken Segment (O3) und dem zweiten opaken Segment (O2) ein zweiter Teilwinkel (α'2) bildet.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zum ersten und zum dritten opaken Segment (0O, O3) ein erstes, den ersten Teilwinkel (α'1) aufspannendes, winkliges transparentes Segment (T1') und benachbart zum zweiten und zum dritten opaken Segment (O2, O3) ein zweites, den zweiten Teilwinkel (α'2) aufspannendes, winkliges transparentes Segment (T2') angeordnet ist, wobei die beiden winkligen transparenten Segmente (T1', T2') jeweils gegenphasig zu den ihnen im konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) gegenüberliegenden transparenten Segmenten (T1, T2) ausgebildet sind.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 2 6 oder 2 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das dritte opake Segment (O3) entlang der in Richtung des dritten opaken Elements (O3) verlängerten Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) erstreckt und der erste Teilwinkel (α'1) den gleichen Winkelbetrag wie der zweite Teilwinkel (α'2) aufweist.
Lithografiemaske nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Lithografiemaske als Phasenmaske ausgebildet ist und das erste transparente Segmente (T1) gleichphasig zum zweiten transparenten Segment (T2) ausgebildet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das winklige Strukturelement (O) auf seiner dem überstumpfen Winkel (α) abgewandten Seite von einem winkligen transparenten Segment (T') benachbart ist, das gegenphasig zu den im konvexen Abschnitt (A) des winkligen Strukturelements (O) angeordneten transparenten Segmenten (T1, T2) ausgebildet ist.
Lithografiemaske nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Belichtung eines photoempfindlichen Materials mittels elektromagnetischer Strahlung einer Belichtungswellenlänge λ, wobei das winklige Strukturelement (O) einen, dem überstumpfen Winkel (α) abgewandten, konkaven Abschnitt (A') umfasst, wobei benachbart zum winkligen Strukturelement (O) im konkaven Abschnitt (A') eine zweite transparente Struktur (T') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste transparente Struktur (T) im konvexen Abschnitt (A) im Wesentlichen entlang der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) eine Breite aufweist, die mindestens dem 1,5fachen der Belichtungswellenlänge λ entspricht.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die erste transparente Struktur (T) im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) ausgebildet ist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite transparente Struktur (T') im konkaven Abschnitt (A') im Wesentlichen entlang der in den konkaven Abschnitt (A') verlängerten Winkelhalbierenden des überstumpfen Winkels (α) eine Breite von mindestens dem 1,5fachen der Belichtungswellenlänge λ aufweist.
Lithografiemaske gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der ersten transparenten Struktur (T) entlang der Winkelhalbierenden (WH) des überstumpfen Winkels (α) der Ausdehnung der zweiten transparenten Struktur (T') entlang der Winkelhalbierenden (WH) im Wesentlichen entspricht.
Lithografiemaske gemäß einem der Ansprüche 31 bis 34 dadurch gekennzeichnet , dass die Lithografiemaske als Phasenmaske ausgestaltet ist und die erste (T) und zweite transparente Struktur (T') gegenphasig ausgebildet sind.
Lithografiemaske gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste opake Segment (O1) und das zweite opake Segment (O2) im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind.
Lithografiemaske gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überstumpfe Winkel (α) einen Betrag von 270° aufweist.