DE10351607B4

DE10351607B4 - Anordnung zur Projektion eines auf einer Photomaske gebildeten Musters auf einen Halbleiterwafer

Info

Publication number: DE10351607B4
Application number: DE10351607A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Kunkel; Andreas Jahnke; Wolfgang Henke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: DE10351607A1

Abstract

Anordnung zur Projektion eines in oder auf einer ersten Oberfläche einer Photomaske (10) gebildeten Musters in einem Projektionsapparat (1), umfassend:
– die Photomaske (10),
– ein Trägersubstrat (16), welches in einem Abstand von der Photomaske (10) parallel zu der ersten Oberfläche der Photomaske (10) angeordnet und aus einem transparenten Material gebildet ist,
gekennzeichnet durch
eine zweite Oberfläche (161) des Trägersubstrates (16) mit einer Struktur (17) zur Bildung eines Filters derart, daß ein senkrecht auf die Oberfläche einfallender Lichtstrahl (20) zu einem ersten Anteil an der strukturierten Oberfläche (161) reflektiert wird und ein unter einem geneigten Winkel einfallender Lichtstrahl (22, 24) zu einem zweiten Anteil an der Oberfläche reflektiert wird, wobei der erste Anteil größer ist als der zweite Anteil.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Projektion eines in oder auf einer Oberfläche einer Photomaske gebildeten Musters in einem Projektionsapparat auf ein Substrat, das in der Bildebene eines Projektionsapparates eingebracht ist, vorzugsweise auf einen Halbleiterwafer. Die Anordnung umfaßt eine Photomaske und ein in einem Abstand von der Photomaske im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Photomaske angeordnetes Trägersubstrat, das aus einem transparenten Material gebildet ist, insbesondere aus einem Hartpellicle.

Pellicles dienen dem Schutz von auf Masken diverse Muster bildenden Mikrostrukturen, die beispielsweise in einem Maskenschreibgerät in einer Schicht auf der Oberfläche der Photomaske oder innerhalb derselben belichtet und eingeätzt wurden. Sie werden nach der eigentlichen Maskenherstellung an einem Rahmen auf der Photomaske in einem Abstand im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Maske befestigt, wobei sie aus einem dünnen, elastischen Material gebildet sind. Mit dem Übergang zu Belichtungswellenlängen für die Projektion der Mikrostrukturen von der Photomaske auf beispielsweise Halbleitersubstrate von 157 nm werden anstatt des elastischen Materials scheibenartige, aus festem und transparentem Material gebildete Trägersubstrate, Hartpellicles genannt, an den Pelliclerahmen befestigt. Sie bieten eine größere Stabilität gegenüber der hochenergetischen Strahlung bei 157 nm Wellenlänge.

Der Übergang zu kürzeren Wellenlängen für die Belichtung von Halbleitersubstraten wird notwendig durch die sich fortschreitend verringernden Strukturbreiten, welche in den integrierten Schaltungen bei der Halbleiterherstellung zu erreichen sind. Trotz der durch die Verringerung der Belichtungs wellenlänge erzielbaren verbesserten Auflösung wird es daher weiter das Bestreben geben, mit nahe an der Auflösungsgrenze liegenden Strukturdimensionen bei der Projektion zu arbeiten. Gerade derartige Abbildungen unterliegen aber dem sogenannten Mask Error Enhancement Factor (MEEF), welcher zu einer erheblichen Verschlechterung des Prozeßfensters bei der Abbildung führt. Bei diesem Fehler wirken sich auch nur geringfügige Abweichungen der Ist-Werte von Strukturbreiten von den entsprechenden Soll-Werten in nicht-linearer Weise auf das Abbildungsergebnis auf dem Halbleitersubstrat aus. Je näher eine Strukturdimension an der Auflösungsgrenze eines Projektionsapparates liegt, desto stärker nimmt der Einfluß dieses Fehlers zu. Weiterhin verstärkt wird dieser Fehler bei Einsatz sogenannter Lithographic Enhancement Techniques wie beispielsweise die Verwendung von Phasenmasken (Halbton und alternierende PSM) oder besonderer Illuminationstechniken.

Ein Lösungsvorschlag besteht darin, beispielsweise gerade die Beleuchtungseinstellungen speziell an das auf der Maske gebildete Muster anzupassen. Hierzu zählt beispielsweise die sogenannte Dipolbeleuchtung. Hiermit lassen sich besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielen, wenn die Ausrichtung der Beleuchtungsapertur an die Orientierung von Strukturen in dem Muster auf der Photomaske angepaßt bzw. entsprechend aufgerichtet wird. Mit dieser Technik ist allerdings ein erhöhter Aufwand verbunden, da die optimalen Belichtungseinstellungen jeweils vorab eingehend untersucht werden müssen und daher ein Zeitvorlauf bis zur eigentlichen Produktion von Wafern benötigt wird.

Ein weiterer Lösungsansatz besteht darin, die 0. Beugungsordnung des insbesondere an periodischen, gitterförmigen Mustern auf der Maske gebeugten Lichtes zu unterdrücken oder wenigstens zu reduzieren, da der Lichtbeitrag der 0. Beugungsordnung einen starken Einfluß auf den Mask Error Enhancement Factor ausübt. Infolgedessen scheint hier die Verwendung alternierender Phasenmasken sowie auch von Halbtonphasenmasken mit an die Flächenbelegung angepasster Transmission mit der Wirkung, eben gerade die 0. Beugungsordnung zu minimieren, besonders vorteilhaft zu sein. Der praktische Einsatz in der Massenproduktion dieser Maskentypen steht derzeit allerdings noch aufgrund von Herstellungsproblemen in Frage.

In der Druckschrift US 5,978,138 A ist ein Trägersubstrat beschrieben, das im Strahlengang des Projektionsapparates parallel zur Maske und von der Lichtquelle ausgesehen vor dieser Maske angeordnet ist. Auf dem Trägersubstrat befindet sich eine periodische Struktur, die das von der Lichtquelle einfallende Licht in Beugungsordnungen zerlegt. Die nullte Beugungsordnung wird durch das Musters aufgrund von Interferenzen ausgelöscht. Die höheren Beugungsordnungen fallen unter einem schrägen Winkel auf die im Strahlengang dahinter angeordnete Maske.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel anzubieten, mit dem der Mask Error Enhancement Factor bei der Projektion von auf Masken gebildeten Mustern beispielsweise auf Halbleitersubstrate reduziert wird. Es ist außerdem eine Aufgabe, das Prozeßfenster für die projizierende Abbildung in Projektionsapparaten zu vergrößern. Es ist weiter eine Aufgabe, den Durchsatz in der Massenproduktion von integrierten Schaltungen zu erhöhen. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Auflösungseigenschaften eines Projektionsapparates zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Projektion eines in oder auf einer ersten Oberfläche einer Photomaske gebildeten Musters in einem Projektionsapparat, umfassend:

– die Photomaske,
– ein Trägersubstrat, welches in einem Abstand von der Photomaske im wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche der Photomaske angeordnet und aus einem transparenten Material gebildet ist, gekennzeichnet durch eine zweite Oberfläche des Trägersubstrates mit einer Struktur derart, daß ein senkrecht auf die Oberfläche einfallender Lichtstrahl zu einem ersten Anteil an der strukturierten Oberfläche reflektiert wird und ein unter einem geneigten Winkel einfallender Lichtstrahl zu einem zweiten Anteil an der Oberfläche reflektiert wird, wobei der erste Anteil größer ist als der zweite Anteil.

Die Photomaske kann eine herkömmliche COG-Maske (Chrome-On-Glass) oder auch eine Phasenmaske sein. Sie umfaßt ein üblicherweise transparentes Substrat, auf dem ein oder mehrere opake oder semitransparente Schichten aufgebracht sind. In dem Substrat, in der opaken oder semitransparenten Schicht ist ein Muster in Form von Mikrostrukturen gebildet. Vom Begriff Photomaske sind erfindungsgemäß auch Reflexionsmasken umfaßt.

Das Trägersubstrat ist von der Photomaske, insbesondere von dem Substrat der Photomaske, verschieden. Es ist von dieser beabstandet und vorzugsweise parallel zu diesem angeordnet. Gemäß der Erfindung ist die Parallelität aber nicht unbedingt erforderlich. So ist auch der Fall eingeschlossen, daß die Hartpellicles vorgeformt („pre-shaped") sind, um eine mechanische Stabilität gegenüber einwirkenden Kräften oder Schwingungen zu bieten.

Beispielsweise befindet sich das Trägersubstrat in einem Projektionsapparat zwischen Photomaske und den von der Strahlungsquelle aus gesehen ersten Linsen des Linsensystems. Das Trägersubstrat kann der Photomaske in einer Weise zugeordnet sein, daß es an diesem befestigt ist, oder daß es losgelöst von diesem in den Strahlengang eines Projektionsapparates in Abhängigkeit von der Photomaske eingebracht wird. Im ersten Falle kann das Trägersubstrat identisch mit einem Pellicle sein und infolgedessen eine Doppelfunktion ausfüllen: Einerseits bewirkt das Trägersubstrat die dem Pellicle eigene Schutzfunktion vor kontaminierenden Teilchen, andererseits besitzt das Pellicle die erfindungsgemäße Eigenschaft, senkrecht einfallende Strahlen stärker zu reflektieren als schräg auf die Maske einfallende Strahlen.

Die insbesondere durch gitterförmige bzw. periodische Anordnungen von Mikrostrukturen als Muster bewirkte Beugung einfallender Lichtstrahlen führt zu einer Aufteilung des Lichtstrahls in Beugungsordnungen. Das an dem Muster gebeugte Licht fällt unter verschiedenen Winkeln auf das im Strahlengang hinter der Maske von der Strahlungsquelle aus gesehen angeordnete Trägersubstrat. Die 0. Beugungsordnung entspricht der ursprünglichen Strahlrichtung und fällt daher wie auf der Photomaske auch auf das parallel zu der Photomaske angeordnete Trägersubstrat senkrecht auf dessen Oberfläche. Auf der Oberfläche ist eine ein Filter bildende Struktur aufgebracht. Die Struktur bzw. das Filter bewirken, daß ein senkrecht einfallender Lichtstrahl, wie der die 0. Beugungsordnung repräsentierende Teilstrahl, stärker reflektiert wird als ein unter einem geneigten Winkel einfallender Lichtstrahl wie beispielsweise jene die höheren Beugungsordnungen repräsentierenden Teilstrahlen. Die reflektierten Teilstrahlen der 0. Beugungsordnung nehmen daher nicht mehr strukturbildend am Aufbau des Luftbildes in der Bildebene des Projektionsapparates teil. Das Trägersubstrat einschließlich der auf dem Trägersubstrat gebildeten Struktur wirkt demnach als Filter für die Lichtbeiträge der 0. Beugungsordnung. Lichtbeiträge höherer Beugungsordnungen wie beispielsweise der 1. Beugungsordnung werden hingegen gezielt teilweise oder ganz durch das Trägersubstrat mit der Struktur durchgelassen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die ab Belichtungswellenlängen von weniger als 157 nm erforderlichen Hartpellicles als Trägersubstrate mit der erfindungsgemäßen Filterstruktur zu versehen. Solche Hartpellicles sind geeignet, die gemäß im folgenden noch zu beschreibenden Ausgestaltungen in Form von Mehrfachbeschichtungen oder gitterförmigen Grabenätzungen aufzunehmen. Sie bieten einerseits die dafür notwendige mechanische Stabilität, andererseits erfüllen sie bereits die erforderliche Eigenschaft, im wesentlichen parallel zu der Photomaske sowie transparent zu sein. Auch sind sie im Strahlengang von der Strahlungsquelle aus gesehen hinter der Photomaske angeordnet, so daß sie die Filterfunktion an dem durch das Muster auf der Photomaske gebeugten Licht ausüben können. Die Erfindung ist also besonders vorteilhaft in Projektionsapparaten mit Belichtungswellenlängen von weniger als oder gleich 157 nm einsetzbar.

Die als Filter dienende Struktur auf der Oberfläche des Trägersubstrates kann beispielsweise in zwei unterschiedlichen, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen eingerichtet werden:
Eine erste Ausgestaltung sieht vor, die Struktur auf der Oberfläche des Trägersubstrates als Stapel dünner Schichten einzurichten, die beispielsweise auf einer alternierenden Abfolge von zwei oder mehr Materialien bestehen. Die Berührungsweise des Schichtstapels entspricht dem eines Fabry-Perot-Filters. Die Schichtdicken der einzelnen dünnen Schichten bzw. Filme müssen nicht identisch sein. Je nach zu erzielender Filterfunktion, welche den Transmissions- bzw. Reflexionsgrad als Funktion des Einfallswinkels wiedergibt, können in der Schichtabfolge durch Optimierung Abfolgen von Schichtdicken beispielsweise durch Simulation festgelegt werden. Ein solcher Schichtstapel wird vorzugsweise 20 bis 30 Schichten umfassen. Daher gibt die untere Grenze einen Wert an, ab welchem erst befriedigende Ergebnisse für Filterfunktion erreicht werden, während der obere Grenzwert sowohl in technischer als auch in Hinsicht auf die Kosten eine obere Grenze darstellt. Selbstverständlich sind aber auch oberhalb oder unterhalb dieses Bereiches liegende Schichtanzahlen von der Erfindung eingeschlossen.

Im Falle von Hartpellicles sind bereits Beschichtungen von 3 bis 4 dünnen Schichten auf dem Hartpellicle zur Erzielung eines besseren Transmissionsverhaltens – allerdings unabhängig von dem Einfallswinkel des Lichtes – bekannt. Mit einem Schichtstapel von weniger als 5 Schichten ist die erfindungsgemäße Wirkung mit Vorteil nicht zu erfüllen, eine Kombination mit diesen bekannten Schichtanordnungen zur Bildung eines hochtransmissiven, aber winkelabhängig transmittierenden Hartpellicles ist aber durch die Erfindung vorgesehen.

Innerhalb der Anordnung ist die Filterstruktur des Schichtstapels vorzugsweise auf derjenigen Oberfläche des Trägersubstrates vorgesehen, welche der Photomaske zugewandt ist. Eine von der Strahlungsquelle aus gesehen rückseitig angeordnete Struktur in Form eines Schichtstapels ist jedoch nicht ausgeschlossen.

Eine zweite Ausgestaltung sieht vor, die Filterstruktur als gitterförmige Anordnung von Gräben innerhalb der Oberfläche des Trägersubstrates einzurichten. Die Filterwirkung entsteht dabei nicht durch die Gitterstruktur, sondern durch die Ausbildung der Gräben als Retroreflektoren. Die Grabenkanten sind dabei derart angeschrägt, daß sie im Bereich des Grabenbodens spitz aufeinander zulaufen, so daß senkrecht auf die idealisierte Ebene der Oberfläche des Trägersubstrates einfallendes Licht aufgrund der Neigung der Grabenkanten an diesen jeweils reflektiert und schließlich in Richtung auf die Photomaske zurückreflektiert wird. Die gitterförmige Strukturierung der Gräben sorgt lediglich dafür, große Flächen des Trägersubstrates für die Retroreflexion bereitzustellen. Die Grabentiefen können durchaus verschieden sein, herstellungstechnisch bietet sich jedoch eine homogene Strukturierung an.

Umfaßt das Trägersubstrat wie im Falle von Hartpellicles im wesentlichen Quarzmaterial und werden die Grabenkanten mit einem Winkel von 45° gegen senkrecht auf die Ebene des Substrates einfallendes Licht gebildet, so wird die Totalreflexion an der Grabenkante bei einem Übergang Quarz-Luft schon bei 40° gewährleistet. Leicht schräg einfallendes Licht kann daher diesen Phasenübergang im wesentlichen unreflektiert passieren. Da die Totalreflexion nur beim Übergang von stärker brechenden zu weniger brechenden Medien eintritt, wird erfindungsgemäß die grabenartige Filterstruktur auf derjenigen Oberfläche des Trägersubstrates vorgesehen, welche auf der von der Photomaske abgewandten Seite des Trägersubstrates innerhalb der Anordnung liegt.

Die Erfindung umfaßt auch einen Projektionsapparat zur Aufnahme der beschriebenen Anordnung aus Photomaske und Trägersubstrat, wobei das Trägersubstrat separat von der Photomaske in einer eigens dafür vorgesehenen Halterung einsetzbar ist. Ein Mechanismus kann vorgesehen sein, welcher in Abhängigkeit von der aktuell zu projizierenden Maske das Trägersubstrat in dem Strahlengang ein- oder ausschwenkt.

Die Erfindung ist nicht auf den Anwendungsbereich der Reduzierung 0. Beugungsordnungen zur Verringerung des Mask Error Enhancement Factors beschränkt. Beispielsweise durch geeignete Wahl der Schichtdicken in dem Schichtstapel oder der Neigungen der Grabenkanten in der gitterförmigen Grabenstruktur können Filterfunktionen derart eingestellt werden, daß innerhalb der Fourier-Ebene des Musters auf der Photomaske festgelegte Bereiche von der projizierenden Abbildung ausgeschlossen werden. Auf diese Weise ist es möglich, durch die Filterstruktur auf dem Trägersubstrat die Form der Strahlungsquelle, so wie sie von der Bildebene aus gesehen wird, modifiziert wird. So bildet sich in der Ebene, in welcher die Fourier-transformierte des Musters widerspiegelt, die Form der Strahlungsquelle ab, wo über das Filter Einfluß auf die Form der Strahlungsquelle genommen werden kann.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:

1 schematisch den Aufbau eines Projektionsapparates zur Projektion eines auf einer Photomaske gebildeten Musters in eine Bildebene gemäß dem Stand der Technik;

2 wie 1, jedoch unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Trägersubstrates mit Filterstruktur;

3 die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Schichtstapels als Filterstruktur;

4 die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Grabenstruktur als Filterstruktur auf einem Trägersubstrat;

5 ein Beispiel einer Modifizierung von Beugungsordnungen in der Fourier-Ebene mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Trägersubstrates;

6–10 Illustrationen der für verschiedene Rest-Transmissionsgrade des erfindungsgemäßen Trägersubstrates erzielbaren Spaltbreiten benachbarter Spalte als Funktion des Defokus;

11 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionsapparates mit einschwenkbarem Trägersubstrat, das eine Filterstruktur aufweist.

1 zeigt schematisch den Aufbau eines Projektionsapparates zur Projektion eines auf einer Photomaske 10 gebildeten Musters 14 auf einem Halbleiterwafer 50 gemäß dem Stand der Technik. Ein von einer Strahlungsquelle emittierter Lichtstrahl 5 fällt auf das Substrat 12 der Photomaske 10 und wird an dem aus opaken oder semitransparenten Mikrostrukturen aufgebauten Muster 14 gebeugt. Das Muster 14 sei hier beispielhaft aus gitterförmig und periodisch angeordneten Mikrostrukturen aufgebaut. Durch die Beugung entstehen Teilstrahlen, welche die 0. Beugungsordnung 20, die 1. Beugungsordnung 22 und die -1. Beugungsordnung 24 repräsentieren. Der Übersichtlichkeit halber sind höhere Beugungsordnungen nicht dargestellt. Je höher die Beugungsordnung desto stärker die Ablenkung aufgrund des beugenden Musters 14.
Die Teilstrahlen gelangen über einen ersten Linsenabschnitt 30 in eine Blenden- und/oder Fourier-Ebene 36 und weiter über die Objektivlinse 34 in die Bildebene 50, wo beispielsweise ein Halbleitersubstrat 52 eingebracht ist. Dieses ist mit einer photoempfindlichen Schicht 54 bedeckt, in welcher sich ein Intensitätsprofil 40 als Abbild des Musters 14 niederschlägt. Oberhalb eines Grenzwertes durch das Intensitätsprofil belichtete Ausschnitte führen zu einer Durchbelichtung der photoempfindlichen Schicht 54, so daß im Falle eines Positiv-Resists nach Durchführung eines folgenden Entwicklerschrittes die betreffenden Lackanteile entfernt werden. Anschließend kann beispielsweise ein Ätzschritt an dem Halbleitersubstrat 50 durchgeführt werden.
Die in 1 gezeigte Photomaske 10 kann beispielsweise auch ein Pellicle, insbesondere ein Hartpellicle zum Schutz vor kontaminierenden Teilchen aufweisen. Die Wellenlänge des Lichtstrahls 5 kann beispielsweise 157 nm, 193 nm, 248 nm oder 365 nm (I-Line) betragen. Im Falle von 157 nm Belichtungswellenlänge ist die Verwendung eines Hartpellicles als erfindungsgemäßes Trägersubstrat für die Filterstruktur besonders vorteilhaft:
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein von einer Strahlungsquelle des Projektionsapparates 1 herrührender Lichtstrahl 5' mit einer Wellenlänge von 157 nm trifft auf die Photomaske 10 umfassend ein Quarzsubstrat 12 und ein in einer opaken oder semitransparenten Schicht gebildetes Muster 14. Auf der Photomaske 10 ist an einem Pelliclerahmen 19 ein Hartpellicle 18' angebracht. Das Hartpellicle 18' umfaßt ein Trägersubstrat 16 mit einer Oberfläche 161, auf welcher ein Schichtstapel 17 angeordnet ist. Das Trägersubstrat 16 ist transparent. Der Schichtstapel 17 ist in 3a und c vergrößert dargestellt. Er umfaßt eine alternierende Abfolge von Schichten 171, 172, beispielsweise Magnesiumfluorid und Titanoxid. Die Berücksichtigung weiterer Schichten aus weiteren Materialien in der sich periodisch wiederholenden Abfolge ist ebenso möglich. Dadurch kann die erforderliche Gesamtzahl von Schichten in dem Schichtstapel reduziert werden.
An den jeweiligen Schichtübergängen finden Mehrfachreflexionen und Interferenzen statt. Der Schichtstapel 17 besitzt den Charakter eines Fabry-Perot-Filters. Die Schichtdicken sind derart gewählt, daß ein senkrecht auf die Oberfläche 161 des Trägersubstrates 16 einfallender Lichtstrahl, insbesondere der die 0. Beugungsordnung 20 repräsentierende Lichtstrahl nahezu vollständig reflektiert wird. In 3 ist dieser Winkel mit dem Bezugszeichen α₁ versehen, welcher hier allerdings den Winkel des einfallenden Lichtstrahls zum Lot auf der Oberfläche 161 des Trägersubstrates 16 mißt. Der senkrecht einfallende Lichtstrahl besitzt daher den Winkel α₁ = 0°. Wie in 3b zu sehen ist, beträgt die Transmission bei diesem Winkel etwa 0 %. D.h., der die 0. Beugungsordnung 20 repräsentierende Lichtstrahl wird als Teilstrahl 21 vollständig reflektiert.
In 3a sind schematisch weitere Lichtstrahlen angegeben, welche unter verschiedenen Winkeln α₂–α₅ auf die Oberfläche 161 fallen und unter verschiedenen Transmissionsgraden das Trägersubstrat 16 passieren können bzw. zu einem komplementären Lichtanteil reflektiert werden.
3b zeigt den Transmissionsgrad als Funktion des Winkels zum Lot auf der Oberfläche 161. Die durch den Schichtstapel gebildete Struktur 17 auf der Oberfläche 161 weist die in 3b angegebene Filterkurve als Funktion des Winkels aus. Ausschnittweise werden in diesem Beispiel lediglich unter einem Winkel von 15 bis 25° einfallende Lichtstrahlen von der Struktur 17 und dem Trägersubstrat 16 transmittiert, so daß diese strukturbildend in der photoempfindlichen Schicht 54 auf dem Wafer 50 beitragen. Die Bedingung, unter einem solchen Winkel auf die Oberfläche 161 des Trägersubstrates 16 des Hartpellicles 18' einzufallen, erfüllen allein die 1. Beugungsordnung 22 und die -1. Beugungsordnung 24. Dies wird durch die beiden verbleibenden Punkte in der Fourier- und Blendenebene 36 dargestellt. Aufgrund der Ausfilterung der 0. Beugungsordnung 20 wird der Mask Error Enhancement Factor erheblich reduziert und zudem zeigt das in der Bildebene 50 entstehende Intensitätsprofil 42 eine Frequenzverdoppelung.
Dabei ist allerdings anzumerken, daß die Frequenzverdoppelung im Falle der 1 auch schon vorläge, wenn das Muster 14 einer alternierenden Phasenmaske entsprechen würde. Nichtsdestotrotz würde der Mask Error Enhancement Factor auch in diesem Falle in 1 maßgeblich zu buche schlagen und erst durch das zusätzlich angebrachte Trägersubstrat 18' mit der erfindungsgemäßen Struktur 17 weiter reduziert werden. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Hartpellicle 18'', das einer Photomaske 12 über einen Pelliclerahmen 19 befestigt ist, weist ein Trägersubstrat 16 mit einer Oberfläche 161 auf, in der in 4a gezeigten Ausschnitt in einem Querschnittsprofil gitterförmig angeordnete Gräben als Struktur 17 angeordnet sind. 4b zeigt die Wirkungsweise. Ein senkrecht unter dem Winkel α₁ einfallender Lichtstrahl, beispielsweise der die 0. Beugungsordnung repräsentierende Teilstrahl des an dem Muster 14 gebeugten Lichtes, trifft auf das transparente Trägersubstrat 16 des Hartpellicles 18'' und tritt vorderseitig in das transparente Material ein.
Auf der Rückseite, d.h. der der Photomaske 10 abgewandten Oberfläche, befinden sich in das Trägersubstrat 16 eingeätzte Gräben mit Grabenkanten 175 derart, daß zwischen den Gräben prismenartige Erhebungen stehen bleiben. Von innen, d.h. aus dem höher brechenden Medium des transparenten Trägersubstrates 16 heraus, trifft der Lichtstrahl auf die Oberfläche 161 bzw. die Grabenkante 175 und wird unter Totalreflexion auf die gegenüberliegende Grabenkante 175 des Prismas reflektiert. Auch hier tritt Totalreflexion ein, da es sich hier bei dem Material des Trägersubstrates 16 um Quarz handelt und entsprechende Winkel 40° beträgt. Der die 0. Beugungsordnung 20 repräsentierende Teilstrahl wird daher als Teilstrahl 21 in Richtung auf die Maske zurückreflektiert.
Ein unter einem geneigten Winkel α₃ einfallender Teilstrahl, welcher beispielsweise die 1. Beugungsordnung 22 repräsentiert, trifft dagegen unter einem steileren Winkel auf die Grabenkanten 175 und kann diese somit passieren.
5 zeigt in der unteren Hälfte in Draufsicht einen Blick in die Fourier-Ebene 36. Der große, mit einer durchgezogenen Linie gekennzeichnete Kreis gibt die durch die Blende begrenzte numerische Apertur wieder. Der durch die gestrichelte Linie gekennzeichnete Kreis gibt den Ausschnitt wieder, welcher durch die Filterstruktur 17 für die Transmission freigegeben wurde. Die Kreise 22' und 24' geben die Ausdehnung der 1. und -1. Beugungsordnung in der Fourier-Ebene 36 wieder, die aufgrund einer Falterung der dem Muster 14 entsprechenden Beugungsordnung mit der geometrischen Form der das einfallende Licht 5 generierenden Strahlungsquelle entsteht. Das in 5 gezeigte Beispiel weist auf eine zirkulare Strahlungsquelle hin. Der durch die Struktur 17 definierte Ausschnitt (gestrichelte Linie) schränkt diese Ausdehnung weiter ein, was anhand der schraffierten Fläche verdeutlicht ist. Außerhalb der Blendenöffnung liegende Bereiche der ungefilterten Beugungsordnung 22', 24' bleiben naturgemäß ebenfalls unberücksichtigt. Das in 5 gezeigte Beispiel verdeutlicht, wie der Einfluß der geometrischen Form der Strahlungsquelle auf die Beugungsordnungen durch die vorliegende Erfindung nachträglich modifiziert werden kann.
6 zeigt einen Schnitt durch das in 2 gezeigte Intensitätsprofil 42 in der Bildebene. Gezeigt wird das Abbild einer herkömmlichen Chrommaske mit 70 nm breiten Linien- und Spaltenstrukturen. Ein erster Spalt 80 und ein benachbarter zweiter Spalt 81 sind dabei hervorgehoben. Der erste Spalt 80 besitzt eine Breite X₁ und der zweite Spalt 81 eine Breite X₂. Auf der Chrommaske besitzen die Spalte – bezogen auf den Wafermaßstab – Breiten von 140 nm. Erst aufgrund der Frequenzverdopplung aufgrund der Ausfilterung der 0. Beugungsordnung 20 werden im Intensitätsprofil 42 Breiten von 70 nm erreicht. Spalte auf der Chrommaske, d.h. der Photomaske 10, bilden sich im Intensitätsprofil in der Bildebene 50 als Intensitätsmaxima ab.
7 illustriert das sich bei der Abbildung ergebende Prozeßfenster. Aufgetragen ist die Spaltbreite in der Bildebene 50 für den ersten Spalt 80 (X₁) und den zweiten Spalt 81 (X₂). Gezeigt ist der Idealfall, bei dem die 0. Beugungsordnung 20 mit einem Transmissionsgrad von 0, d.h. der kompletten Herausfilterung der entsprechenden Lichtanteile, versehen ist. Beide benachbarte Spalte werden über den Defokusbereich (Tiefenschärfe) hinweg mit gleicher Breite von 70 nm abgebildet.
8 zeigt den Fall, bei dem aufgrund der Verwendung der Filterstruktur 17 die 0. Beugungsordnung lediglich noch zu 95 reflektiert wird, d.h. ein Transmissionsgrad von 0,05.
Deutlich zu erkennen ist in 8 die Variation der Spaltbreiten mit dem Defokus sowie die sich abzeichnende Asymmetrie. Beim Idealfokus, d.h. Defokus = 0 μm beträgt der Abstand der Spalte bereits 15 nm. Ursache für diese Asymmetrie ist die sich abzeichnende Dreistrahlinterferenz.
9 zeigt den Fall, bei dem die 0. Beugungsordnung 20 nur noch zu 90 % reflektiert wird. Der Abstand der Spaltbreiten beträgt hier bereits 25 nm beim Idealfokus.
Wenn auch mit zunehmender Transmission für die 0. Beugungsordnung die Symmetrie bei der Frequenzverdopplung aufgebrochen wird, so zeigt dies Beispiel dennoch, daß auch für Chrommasken mit großem Vorteil durch das erfindungsgemäße Trägersubstrat in einer Anordnung mit der Photomaske und einer auf der Oberfläche des Trägersubstrates angeordneten Filterstruktur die Schaffung einer Frequenzverdopplung durchaus möglich ist.
Eine Verbesserung des Prozeßfensters ist in 10 gezeigt. Unter den gleichen Belichtungseinstellungen wie im vorigen Beispiel (Füllfaktor σ = 0,2, numerische Apertur = 0,75, Belichtungswellenlänge λ = 193 nm) wird eine Halbtonphasenmaske mit 6 % Transmission eingesetzt. Die Spaltbreiten auf der Maske betragen 100 nm, die Linienbreiten 180 nm. Es handelt sich um eine Halbtonphasenmaske, für welche die Bedingung zur Frequenzverdopplung durch eine geeignete Anpassung des Transmissionsgrades an die Flächenbelegung erreicht wird. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung verstärkt hier lediglich noch die Ausfilterung der 0. Beugungsordnung. In 10 ist abgebildet der Fall, daß die 0. Beugungsordnung durch die Filterstruktur zu 95 % ausgefiltert wird. Der Abstand zwischen breiterer Spalte 81 und dünnerer Spalte 82 beträgt hier lediglich noch 5 nm (vgl. Chrommaske: 15 nm gemäß 8).
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Projektionsapparat 1' umfaßt eine Strahlungsquelle 2, die einen Lichtstrahl 5 und die Photomaske 10 emittiert. Die Photomaske 10 ist in einer Maskenhalterung 61 eingespannt. Die Maske umfaßt einen herkömmlichen Pelliclerahmen 19 und ein herkömmliches Pellicle 9. 0., 1. und -1. Beugungsordnungen 20, 22, 24 werden durch das auf der Maske gemischte Muster 14 unter verschiedenen Winkeln gebeugt. Durch eine Kontrolleinheit 68 kann eine Trägersubstrathalterung 65, in welcher ein Trägersubstrat 16 eingespannt wurde, in den Strahlengang ein- und ausgeschwenkt werden. Das in der Trägersubstrathalterung 65 eingespannte Trägersubstrat 16 weist eine Struktur auf seiner Oberfläche auf, mit der der Strahl der 0. Beugungsordnung 20 als Teilstrahl 21 reflektiert wird. Im Ergebnis werden nur die 1. Beugungsordnung 22 und die -1. Beugungsordnung 24 repräsentierenden Teilstrahlen von dem Trägersubstrat 16 mit der Struktur 17 transmittiert. Die Kontrolleinheit 68 und die Trägersubstrathalterung 65 kann mit einer Trägersubstratbibliothek verbunden sein, aus welcher in Abhängigkeit von der bereitgestellten Maske 10 Trägersubstrate 16 ausgewählt werden können, die mit Strukturen 17 ausgestattet sind, welche unterschiedliche Filterkurven für die winkelabhängige Transmission aufzeigen. Die Kontrolleinheit 68 kann dazu mit einem fabrikweiten Informationssystem verbunden sein, aus dem für die aktuelle Projektion mit der Maske 10 eine passende Filterkurve abgerufen werden kann. Für die abgerufene Filterkurve wird anhand der Kontrolleinheit 68 ein Trägersubstrat 16 mit einer Struktur 17 ausgewählt, die der vorgegebenen Filterkurve am nächsten kommt.

1: Projektionsapparat
5: von Strahlungsquelle emittierter Lichtstrahl
10: Photomaske
12: Maskensubstrat,
14: Muster auf Photomaske
17: Struktur: Schichtstapel, Grabenstruktur
16: Trägersubstrat
18': Hartpellicle
19: Pelliclerahmen
20: Teilstrahl, die 0. Beugungsordnung repräsentierend
21: reflektierter Lichtstrahl
22,: 24 Teilstrahlen, die 1. bzw. -1. Beugungsordnung re
: präsentierend
30: Linsenabschnitt
34: Objektivlinse
36: Fourier-Ebene
40: Intensitätsprofil
50: Wafer in Bildebene
52: Halbleitersubstrat
54: photoempfindliche Schicht auf Wafer
65: Substrathalterung
68: Kontrolleinheit
81,82: Spalte
161: strukturierte Oberfläche
171,172: Schichten in Schichtstapel
α₁-α₅: Einfallswinkel

Claims

Anordnung zur Projektion eines in oder auf einer ersten Oberfläche einer Photomaske (10) gebildeten Musters in einem Projektionsapparat (1), umfassend: – die Photomaske (10), – ein Trägersubstrat (16), welches in einem Abstand von der Photomaske (10) parallel zu der ersten Oberfläche der Photomaske (10) angeordnet und aus einem transparenten Material gebildet ist, gekennzeichnet durch eine zweite Oberfläche (161) des Trägersubstrates (16) mit einer Struktur (17) zur Bildung eines Filters derart, daß ein senkrecht auf die Oberfläche einfallender Lichtstrahl (20) zu einem ersten Anteil an der strukturierten Oberfläche (161) reflektiert wird und ein unter einem geneigten Winkel einfallender Lichtstrahl (22, 24) zu einem zweiten Anteil an der Oberfläche reflektiert wird, wobei der erste Anteil größer ist als der zweite Anteil.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (16) mit der strukturierten Oberfläche (161) zur Bildung eines Filters ein Hartpellicle (18') ist, das vermittels eines Pelliclerahmens (19) an der Photomaske (10) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (17) einen auf der Oberfläche (161) angeordneten Schichtstapel mit einer alternierenden Abfolge von dünnen Schichten (171, 172) aufweist, welcher einen Fabry-Perot-Filter bildet.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß – das Trägersubstrat (16) innerhalb der Anordnung eine erste der Photomaske (10) zugewandte Seite und eine zweite von der Photomaske abgewandte Seite aufweist, – die Oberfläche (161) mit dem Schichtstapel die der Photomaske (10) zugewandte Seite des Trägersubstrates (16) repräsentiert, – so daß innerhalb der Anordnung ein aus Richtung der Photomaske (10) kommender, senkrecht oder unter einem geneigten Winkel auf die Oberfläche mit dem Schichtstapel einfallender Lichtstrahl (20, 22, 24) von außerhalb des Materials des Trägersubstrates (16) auf die mit dem Schichtstapel belegte und strukturierte Oberfläche (161) trifft und unter dem ersten oder zweiten Anteil reflektiert wird.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtstapel wenigstens 10 Schichten (171, 172) umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine gitterförmige Anordnung von Gräben aufweist, die in dem transparenten Material des Trägersubstrates gebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß – das Trägersubstrat (16) innerhalb der Anordnung eine erste der Photomaske (10) zugewandte Seite und eine zweite von der Photomaske (10) abgewandte Seite aufweist, – die Oberfläche mit der gitterförmigen Anordnung von Gräben die von der Photomaske (10) abgewandten Seite des Trägersubstrates (16) repräsentiert, – so daß innerhalb der Anordnung ein aus Richtung der Photomaske kommender, senkrecht oder unter einem geneigten Winkel auf die Oberfläche (161) mit der gitterförmigen Anordnung einfallender Lichtstrahl a) eine Oberfläche der der Photomaske (10) zugewandten Seite des Trägersubstrates (16) und b) das transparente Material des Trägersubstrates (16) passierend vom Inneren des Trägersubstrates (16) auf die Oberfläche (161) trifft und unter dem ersten oder zweiten Anteil reflektiert wird.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß transparente Material des Trägersubstrates (16) aus Quarz gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben in dem Quarz jeweils genau zwei gegenüberliegende Grabenkantenflächen aufweisen, die unter einem Winkel von 90 Grad entlang einer Mitte des Grabens aufeinandertreffen.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils beiden gegenüberliegenden Grabenkantenflächen eines Grabens einen Winkel von 45 Grad mit einer idealisierten Ebene der Oberfläche des Trägersubstrates bilden.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur auf oder in der Oberfläche des Trägersubstrates derart beschaffen ist, daß einfallende Lichtstrahlen – mit einem Winkel von mehr als 70 Grad zu der ebenen Oberfläche mit einem Anteil von mehr als 90 %, gemessen an der Gesamtintensität des einfallenden Lichtstrahles, reflektiert werden, – mit einem Winkel von weniger als 70 Grad zu der ebenen Oberfläche mit einem Anteil von weniger als 20 % gemessen an der Gesamtintensität des einfallenden Lichtstrahles reflektiert werden.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur auf oder in der Oberfläche (161) des Trägersubstrates (16) derart beschaffen ist, daß einfallende Lichtstrahlen – mit einem Winkel von mehr als 70 Grad zu der ebenen Oberfläche mit einem Anteil von mehr als 95 %, gemessen an der Gesamtintensität des einfallenden Lichtstrahles, reflektiert werden, – mit einem Winkel von weniger als 70 Grad zu der ebenen Oberfläche mit einem Anteil von weniger als 20 % gemessen an der Gesamtintensität des einfallenden Lichtstrahles reflektiert werden.
Projektionsapparat zur Projektion eines in oder auf einer ersten Oberfläche einer Photomaske (10) der Anordnung gemäß Anspruch 1 gebildeten Musters in eine Bildebene, bei dem – eine Maskenhalterung zur Aufnahme der Photomaske vorgesehen ist, und – eine weitere, ein Trägersubstrat mit den Merkmalen nach Anspruch 1 in dem festen Abstand relativ zu einer Maskenhalterung mit der Photomaske aufnehmende Trägersubstrathalterung vorgesehen ist, in welcher das Trägersubstrat mit der strukturierten Oberfläche in einem Strahlengang des Projektionsapparates fixiert oder einschwenkbar angeordnet ist.