DE10356699B4

DE10356699B4 - Lithographiesystem für richtungsabhängige Belichtung

Info

Publication number: DE10356699B4
Application number: DE10356699A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Crell; Lothar Dr. Bauch; Holger Möller; Ralf Dr. Ziebold
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: DE10356699A1; US20050153216A1

Abstract

Lithographiesystem mit einer Lithographiemaske, die eine Struktur (2) für die Herstellung von Halbleiterbauelementen aufweist, und einer richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung, bei der Licht zur richtungsabhängigen Belichtung unter mindestens einer bestimmten Vorzugsrichtung auf die Lithographiemaske fällt, wobei die Lithographiemaske eine Hilfsstruktur zur Minimierung von Streulicht aufweist und die Hilfsstruktur als Linienmuster, als unterbrochenes Linienmuster, als strichpunktiertes Linienmuster und/oder punktiertes Linienmuster zur Erzeugung einer Graustufe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstruktur (1) derart in einer niedrigauflösenden Belichtungsrichtung der richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung (11, 11a, 11b) für die Maske (10, 10a, 10b) angeordnet ist, dass die Hilfstruktur (1) bei einem Lithographieschritt durch die richtungsabhängige Belichtungsvorrichtung nicht aufgelöst wird und hierbei größer ausbildbar ist als bei Ausrichtung der Hilfstrukturen in eine hochauflösende Belichtungsrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithographiesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei lithographischen Verfahren in der Halbleiterfertigung, insbesondere bei der Fertigung von Speicherbauelementen, besteht seit Jahren die Notwendigkeit zur Herstellung immer kleinerer Strukturen auf einem Wafer.
Dabei werden bei lithographischen Verfahren in der Regel Masken eingesetzt, die Quarzsubstrate mit absorbierenden Schichten aufweisen. Diese absorbierenden Schichten können z. B. für Licht undurchlässige Chromschichten oder auch teildurchlässige Absorberschichten, z. B. aus Molybdän-Siliziumoxinitrid, sein.
Die absorbierende Schicht auf der Maske wird strukturiert, so dass bei einer Belichtung der Maske ein Muster auf den Wafer projiziert wird. Über das Muster wird die Struktur der Maske in eine lichtempfindliche Schicht auf dem Wafer (z. B. ein Fotoresist) übertragen. Dies wird für viele Ebenen auf dem Wafer mit unterschiedlichen Masken wiederholt.
Um immer kleinere Strukturen auf den Wafern herstellen zu können, wurden für Masken Resolution Enhancement Techniques (RET) entwickelt (siehe z. B. Schellenberg, IEEE Spectrum, September 2003, S. 34 bis 39), die gerade auch bei immer kürzer werdenden Belichtungswellenlängen die Herstellung von sehr kleinen Strukturen erlauben. Unter diese Techniken fallen die Optical Proximity Correction (OPC), Phase-shift Masks, Off-axis Belichtung und Multipol-Belichtung.
OPC zielt auf dabei auf die Variation der lateralen Strukturabmessungen auf der Maske, um die Abbildungseigenschaften des Projektionssystems einschließlich des Lacks zu korrigieren.
Phase-shift Masks nutzen Interferenzeffekte benachbarter Wellenfronten aus, um eine lokale Kontrasterhöhung in der Ebene des Wafers zu erreichen.
Die Off-axis Belichtung selektiert gezielt besonders vorteilhafte Beugungsordnungen für die jeweils abzubildenden Strukturen. Eine Multipolbelichtung, insbesondere in Kombination mit Off-axis Belichtung selektiert besonders vorteilhafte Beugungsordnungen und -richtungen bezogen auf die Masken- oder Waferoberfläche. Dabei wird z. B. eine Dipolbelichtung dazu verwendet, Licht nur unter einer bestimmten Vorzugsrichtung auf die Maske fallen zu lassen. Bei einer solchen Multipolbelichtung liegt eine richtungsabhängige Belichtung vor, da Strukturen auf der Maske in Abhängigkeit von der geometrischen Anordnung der Dipolbelichtung bezüglich der Anordnung der Strukturen der Maske in einer ersten Belichtungsrichtung anders abgebildet werden als Strukturen, die in einer zweiten Belichtungsrichtung liegen.
Die verschiedenen RETs können je nach lithographischen Erfordernissen auch auf einer Maske kombiniert werden.
Bei der Lithographie kann generell der Fall eintreten, dass bei einer Belichtung einer sehr hellen Ebene, das heißt bei einem kleinen Absorbtionsflächenanteil im oder auch außerhalb des Belichtungsfelds auf der Maske, Streulicht lokal zu einer erheblichen Herabsetzung des Kontrasts zwischen zu belichtenden und nicht zu belichtenden Bereichen auf dem Wafer führen kann. Diese Kontrastabnahme kann zu einer unvertretbaren Einschränkung des Prozessfensters für diesen Belichtungsschritt führen.
Bisher versucht man dieses Problem dadurch zu lösen, dass z. B. eine Kontrastumkehr des Waferprozesses verwendet wird. Dies führt jedoch zu massiven Einschränkungen bei der Optimierung der Waferprozessführung.
Aus der DE 196 11 726 A1 ist eine lithographische Maske bekannt, bei der auf einer Maske abzubildende Muster und zusätzliche Hilfsmuster angeordnet sind, wobei die Hilfsmuster so innerhalb der Muster oder in die Muster hineinragend angeordnet sind, dass sie die durch die Muster bewirkte Lichtstreuung in gewünschter Weise beeinflussen. Mittels der Hilfsmuster ist eine Verbesserung der Fokuseigenschaften der abgebildeten Strukturen erreichbar, wobei die Hilfsmuster innerhalb der Muster die Abmessungen der abzubildenden Strukturen so verändern, dass sie effektiv den Abmessungen einer kleineren Struktur entsprechen, um eine Vereinheitlichung der Lichtstreuung der Muster zu erreichen. Die Hilfsmuster sind hierbei so innerhalb der abzubildenden Muster angeordnet, dass sie in dieselbe Richtung wie die abzubildenden Muster, also entlang der hochauflösenden Belichtungsrichtung des verwendeten Belichtungssystems ausgerichtet sind.
In der DE 101 41 485 A1 ist eine Lithographiemaske zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit mindestens einer Hilfsstruktur beschrieben, wobei die Hilfsstruktur als Linienmuster, als unterbrochenes Linienmuster, als strichpunktiertes Linienmuster und/oder punktiertes Linienmuster ausgebildet ist.
Aus der DE 100 38 928 A1 , der DE 102 03 358 A1 , der DE 102 40 403 A1 und der DE 103 10 136 A1 sind weitere Lithographiemasken zur Herstellung vom Halbleiterbauelementen mit mindestens einer Hilfsstruktur bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem der kontrastvermindernde Einfluss von Streulicht verringert oder vermieden werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Lithographiesystem mit einer Lithographiemaske und einer richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung gelöst.
Die Lithographiemaske weist eine Hilfstruktur zur Minimierung von Streulicht auf, wobei die Hilfsstruktur im Wesentlichen in einer niedrigauflösenden Belichtungsrichtung der richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung für die Maske angeordnet ist. Durch die Anordnung der Hilfsstrukturen in der niedrigauflösenden Belichtungsrichtung lassen sich die Hilfsstrukturen in einfacher Weise herstellen, ohne dass diese auf dem Wafer geprintet werden. Durch die Hilfsstrukturen kann eine zusätzliche lithographische Graustufe realisiert werden.
Die Hilfsstruktur stellt ein Linienmuster, ein unterbrochenes Linienmuster, ein strichpunktiertes Linienmuster und/oder ein punktiertes Linienmuster zur Erzeugung einer Graustufe dar. Diese Hilfsstrukturen sind in einfacher Weise herstellbar.
Es ist vorteilhaft, wenn die Belichtungsvorrichtung ein Dipolelement, ein Quadrupolelement und/oder ein Multipolelement aufweist. Mit Vorteil weist das Dipolelement zwei kreisförmige Öffnungen oder zwei kreissegmentförmige Öffnungen auf.
Mit Vorteil weist das Quadrupolelement vier kreisförmige Öffnungen oder vier kreissegmentförmige Öffnungen auf.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1a–c Aufbau eines Lithographiesystems mit richtungsabhängiger Belichtung gemäß Stand der Technik (a), b)), gewünschte Struktur auf einem Wafer (c));
2a–b schematische Darstellung von Elementen zur Erzeugung einer richtungsabhängigen Belichtung;
3 schematische Darstellung einer Lithographiemaske.
In 1a bis 1c wird ein an sich bekanntes Lithographiesystem mit einer richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung 11 (hier ein Dipolelement) schematisch dargestellt. Damit soll die in 1c dargestellte Hauptstruktur 2 auf einen Wafer 20 erzeugt werden.
Ein Lichtstrahl 5 (z. B. mit einer Wellenlänge von 193 nm) wird auf das Dipolelement 11 gestrahlt. Das Dipolelement 11 weist zwei Öffnungen 12 auf, die bewirken, dass im Strahlengang dahinter liegende optische Elemente unter unterschiedlichen Winkeln bestrahlt werden. Die Öffnungen 12 sind hier als Kreisöffnungen ausgebildet, wobei auch andere Geometrien möglich sind. Das Dipolelement 11 stellt hier eine richtungsabhängige Belichtungsvorrichtung dar.
Mit dem durch das Dipolelement 11 veränderten Strahl wird eine vertikale Maske 10a bestrahlt. Diese vertikale Maske 10a soll einen ersten Teil der gewünschten Hauptstruktur 2 über eine Linse 13 auf dem Wafer 20 abbilden. Der abzubildende Teil (Linienstruktur) der vertikalen Maske 10a liegt dabei senkrecht zur Verbindungsachse der beiden Öffnungen 12 des Dipolelementes 11.
Zur Komplettierung der Hauptstruktur 2 auf dem Wafer wird anschließend eine horizontale Maske 10b verwendet und das Dipolelement 11 wird um 90° gedreht. Wiederum liegen die abzubildenden Strukturen (Linienstruktur) der Maske 10b senkrecht zur Verbindungsachse der Öffnungen 12.
Die Hauptstruktur 2 wird somit in zwei Schritten erzeugt, wobei in jedem Schritt die Abbildungseigenschaften der richtungsabhängigen Belichtung ausgenutzt werden. Alternativ ist es möglich, bei geeigneter Struktur, eine einzige Belichtung durchzuführen, um die richtungsabhängigen Eigenschaften auszunutzen (siehe 3).
In 2a und 2b sind schematisch zwei alternative Elemente zur Erzeugung einer richtungsabhängigen Belichtung dargestellt: Ein Quadrupolelement 11a und ein Ringelement (annular element, Annularelement) 11b.
Die Erfindung löst das Problem, dass bei großen hellen Bereichen einer Maske 10 das Licht auch in an sich dunkel zu haltende Bereiche strahlt.
Eine Ausführungsform einer Lithographiemaske 10 wird schematisch anhand von 3 dargestellt. 3 zeigt schematisch eine Hauptstruktur 2 (z. B. CB-Dots) auf einer hier nicht als Ganzes dargestellten Maske 10. In der Projektion in die Ebene der Maske 10 sind die Öffnungen 12a, 12b eines hier nicht dargestellten Dipolelementes dargestellt. Die Öffnungen 12a, 12b weisen hier die Form eines Kreisringsegmentes auf.
Die Hauptausdehnungen der Hauptstrukturen 2 liegen senkrecht zur Verbindungsachse A der beiden Öffnungen 12a, 12b. Diese Ausrichtung der Hauptstrukturen 2 relativ zur Verbindungsachse A kennzeichnet die hochauflösende Lithographierichtung. Damit wird der beabsichtigte Effekt erreicht, dass Multipol-Off-axis Belichtung mittels des Dipolelementes 11 kleine Hauptstrukturen 2 auf dem Wafer erzeugen kann. Dabei muss hier, anders als bei dem Beispiel gemäß 1, nur einmal belichtet werden.
Auf der Lithographiemaske 10 sind Hilfsstrukturen 1 angeordnet, die das Streulicht auf der Maske 10 verringern oder vermeiden. Die Hilfsstrukturen 1 sind dabei senkrecht zur hochauflösenden Lithographierichtung des Dipolelementes 12 angeordnet, d. h. in der niedrigauflösenden Lithographierichtung.
Auf Grund ihrer kleinen Abmessungen und ihrer Ausrichtung relativ zur Lithographierichtung werden die Hilfsstrukturen 1 nicht mehr im Lithographieschritt aufgelöst. Damit kann der Streulichthintergrund so weit reduziert werden, dass der lokale Kontrast zwischen zu belichtenden und nicht zu belichtenden Bereichen auf dem Wafer, und damit das Prozessfenster des Lithographieschritts, erhalten bleibt, beziehungsweise optimiert wird. Durch geeignete Ausrichtung der Hilfsstrukturen 1 können diese so groß ausgeführt werden, dass deren Herstellung auf der Maske deutlich vereinfacht oder sogar überhaupt erst ermöglicht wird.
Durch Aufbringen dieser nicht-auflösenden Hilfsstrukturen 1 auf der Maske 10 kann für den Waferbelichtungsschritt eine Graustufe realisiert werden. Lägen die Hilfsstrukturen 1 dabei in der hochauflösenden Richtung des Lithographieschrittes, müssen sie auf der Maske so klein sein, dass deren Herstellung mit den vorhandenen Maskenproduktionsanlagen extrem aufwendig oder gar unmöglich ist. Durch Drehen der Hilfsstrukturen 1 in die niedrigauflösende Lithographierichtung kann der gleiche lithografische Effekt mit deutlich größeren Hilfsstrukturen 1 auf der Maske erreicht werden. Diese größeren Hilfsstrukturen 1 sind deutlich einfacher, oder überhaupt erst herzustellen.

1: Hilfsstruktur
2: Hauptstruktur
5: Lichtstrahl
10: Maske
10a: vertikale Maske
10b: horizontale Maske
11: Dipolelement (richtungsabhängige Belichtungsvorrichtung)
11a: Quadrupolelement (richtungsabhängige Belichtungsvorrichtung)
11b: Ringelement (richtungsabhängige Belichtungsvorrichtung)
12, 12a, 12b: Öffnungen in Dipolelement
13: Linse
20: Wafer

Claims

Lithographiesystem mit einer Lithographiemaske, die eine Struktur (2) für die Herstellung von Halbleiterbauelementen aufweist, und einer richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung, bei der Licht zur richtungsabhängigen Belichtung unter mindestens einer bestimmten Vorzugsrichtung auf die Lithographiemaske fällt, wobei die Lithographiemaske eine Hilfsstruktur zur Minimierung von Streulicht aufweist und die Hilfsstruktur als Linienmuster, als unterbrochenes Linienmuster, als strichpunktiertes Linienmuster und/oder punktiertes Linienmuster zur Erzeugung einer Graustufe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstruktur (1) derart in einer niedrigauflösenden Belichtungsrichtung der richtungsabhängigen Belichtungsvorrichtung (11, 11a, 11b) für die Maske (10, 10a, 10b) angeordnet ist, dass die Hilfstruktur (1) bei einem Lithographieschritt durch die richtungsabhängige Belichtungsvorrichtung nicht aufgelöst wird und hierbei größer ausbildbar ist als bei Ausrichtung der Hilfstrukturen in eine hochauflösende Belichtungsrichtung.
Lithographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsvorrichtung zur richtungsabhängigen Belichtung ein Dipolelement (11), ein Quadrupolelement (11a) und/oder ein Multipolelement aufweist.
Lithographiesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dipolelement (11) zwei kreisförmige Öffnungen (12) oder zwei kreissegmentförmige Öffnungen (12a, 12b) aufweist.
Lithographiesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Quadrupolelement (11a) vier kreisförmige Öffnungen oder vier kreissegmentförmige Öffnungen aufweist.