DE10361875A1

DE10361875A1 - Lithographiemaske, Verwendung der Lithographiemaske, Maskenblank und Verfahren zur Herstellung der Lithographiemaske

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Publication number: DE10361875A1
Application number: DE10361875A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Pforr; Thomas Dr. Mülders; Christian Dr. Crell; Lothar Dr. Bauch; Ralf Dr. Ziebold; Holger Möller; Annett Dr. Gräser
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: DE10361875B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lithographiemaske (30) mit einer Struktur (S) zur Übertragung eines Layouts auf ein Substrat, gekennzeichnet durch eine mindestens teilweise transparente, bei der Lithographie mit aktinischem Licht nicht printende oder keine Resiststruktur bildende, im Wesentlichen flächenhafte Blindmakrostruktur (1) zur Unterdrückung von Streulicht, die in mindestens einem Hellbereich (20) der Struktur (S) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der Lithographiemaske (30) und ein Verfahren zur Herstellung der Lithographiemaske (30). Damit kann über längere Zeit Streulicht beim Lithographieprozess wirtschaftlich vermieden oder verringert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithographiemaske nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Verwendung der Lithographiemaske gemäß Anspruch 16, einen Maskenblank und ein Verfahren zur Herstellung der Lithographiemaske nach Anspruch 18 bzw. 20.

Bei der lithographischen Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. DRAM-Speicherchips, werden Masken eingesetzt, deren Struktur über einen lichtempfindlichen Lack (Resist) auf ein Substrat, z.B. einen Wafer übertragen wird.

Bei der Erzeugung kleiner steg- oder inselartiger Lackstrukturen mit Positivresist unter Nutzung von Masken mit hohem Hellanteil kann auf Grund der Streuung des Lichtes an den Grenzflächen der Einzellinsen, durch multiple Reflexion an den Linsengrenzflächen, der Maske und dem Wafer der Bildkontrast erheblich beeinträchtigt werden.

In der Umgebung größerer Hellgebiete können lokal sehr große Linienbreitenschwankungen auftreten, die zu einem sehr kleinen oder sogar verschwindenden Prozessfenster für das gesamte Bildfeld führen können, so dass die Gutausbeute von integrierten Bauelementen beeinträchtigt wird.

Es ist bekannt, dass durch ein Biasing der von Streulicht betroffenen Strukturen (d.h. einer Vorverzerrung der Struktur auf der Maske, um maßhaltige Strukturen zu printen), insbesondere in der Umgebung von Arrays, die Linienbreitenschwankung reduziert werden kann. Da jedoch das Streulicht typischerweise über das Bildfeld hinweg variiert und die Korrektur Chip- sowie Belichtungstool bezogen durchgeführt werden muss, erzielt man lediglich eine geringe Verbesserung der CD-Kontrolle bei gleichzeitig erheblich eingeschränkter Flexibilität bei der produktiven Toolauswahl. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass sich der Streulichtanteil mit zunehmender produktiver Nutzung der Belichtungsanlagen vergrößert und die CD-Kontrolle verschlechtert, so dass diese Art der Korrektur nur für einen beschränkten Zeitraum eine gewisse positive Wirkung hat. Nach Überschreiten eines kritischen Zeitraumes ist eine neue Korrektur, d.h. eine neue Maske erforderlich, wodurch sich der Lithografieprozess wesentlich verteuert. Das gilt auch dann, wenn durch spezielle Linsen-Reinigungsprozesse das Streulicht wieder reduziert werden kann, weil das Ausgangsniveau nicht wieder erreicht wird.

Alternativ wurde vorgeschlagen, den Hellbereich allein durch Einbringen von Gruppen sogenannter Sub-Resolution-Assist-Strukturen (SRAF) abzudunkeln. Diese reduzieren die Strahlungsmenge, die die Hellgebiete zwischen benachbarten Maskenstrukturen bzw. -gruppen durchdringt. Damit reduziert sich die durch das Objektiv hindurch tretende Gesamtstrahlungsmenge, wodurch sich der Level der Streustrahlung insgesamt verringert. Hieraus resultiert eine Verbesserung der Linienbreitenstabilität, insbesondere der am Rand der Strukturgruppe befindlichen Strukturen. Mit diesem Verfahren sind aber eine Reihe von Nachteilen verbunden. Zum einen kann die mittlere Intensität nur begrenzt herabgesetzt werden. Wählt man die Strukturdichte oder die Strukturen zu groß, so printen die Sub-Resolution-Assist-Strukturen im Resist, was zum Ausfall des Bauelementes führt. Wird die Strukturdichte zu gering oder die Linien zu schmal gewählt, reduziert sich die Lichtdämpfung. Im günstigen Fall wird eine Reduzierung der mittleren Transparenz der Hellgebiete um etwa 35% der einfallenden Strahlung erreicht, was für stark von Streulicht gefährdete Strukturen bzw. Strukturdesigns unzureichend ist. Darüber hinaus werden die Kosten der Maske wegen der zu erzeugenden Sub-Resolution-Assist-Strukturen vergrößert, wodurch sich die Bauelementfertigungskosten vergrößern. Ein weiteres Problem resultiert aus der unsicheren Defektinspektion der SRAF-Strukturen. Diese können mit herkömmlichen Mitteln der Maskendefektinspektion nicht in der erforderlichen Empfindlichkeit inspiziert und somit auftretende Defekte deshalb nicht sofort erkannt und repariert werden. Eine Defektanalyse ist lediglich über den Umweg eines Waferprintversuchs unter Nutzung von Wafer-Defektinspektions-Anlagen möglich und daher sehr umständlich, zeitaufwändig und kostentreibend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lithographiemaske und eine Verwendung der Lithographiemaske zu schaffen, mit der über längere Zeit Streulicht beim Lithographieprozess wirtschaftlich vermieden oder verringert werden kann. Auch soll ein Verfahren für eine solche Lithographiemaske geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lithographiemaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lithographiemaske weist neben den üblichen aktiven Strukturen zur Übertragung eines Layoutes vom Projektionssystem mindestens eine teilweise transparente, im wesentlichen flächenhafte Blindmakrostruktur auf, die in mindestens einem Hellbereich des Layoutes angeordnet ist.

Unter "blind" wird hier verstanden, dass die Struktur bei der Lithographie nicht, oder nicht dauerhaft auf dem Substrat geprintet wird oder keine Resiststruktur ausbildet, wohl aber eine lichtabsorbierende Wirkung hat. Unter nicht dauerhaft printtend wird hier verstanden, dass bei eine Struktur bei einer Zweitbelichtung in einem zweiten Lithographieschrtt entfernt wird. In Abgrenzung zu den linienhaften Sub-Resolution-Assist-Strukturen, die man als Blindmikrostrukturen bezeichnen könnte, werden die Mittel zur mindestens teilweisen Absorption gemäß der Erfindung als Blindmakrostrukturen verwendet.

Durch die stärkere Reduzierung des Streulichtes in der Lithographiemaske verbessert sich die Gleichmäßigkeit der Linienbreite auf dem Substrat, insbesondere an den Randgebieten von Gruppen dichter Strukturen sowie über das Bildfeld hinweg. Dadurch wird eine Verbesserung der Gutausbeute der elektronischen Bauelemente und mithin eine Reduzierung der Bauelementkosten erzielt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die teilweise Transparenz der Blindmakrostruktur so ausgebildet ist, dass bei der Nominalbelichtung zum Erzielen einer Zielstrukturbreite mindestens einer aktiven Struktur eine Lackschicht im Bereich der Blindmakrostruktur gerade entfernbar ist. Dies schließt eine Berücksichtigung der technologischen Schwankungen bei der Belichtungsdosis ein.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Transparenz mindestens einer Blindmakrostruktur für aktivisches Licht mehr als 50 Prozent beträgt. Dies ist abhängig von der Belichtungsquelle für den jeweiligen Lithographieschritt.

Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn mindestens eine Blindmakrostruktur als hochtransmissives Halbtonmaterial ausgebildet ist.

Als Absorbermaterial für mindestens eine Blindmakrostruktur wird vorteilhafterweise ein optisch homogenes, strukturierungsfähiges Material, insbesondere MoSi oder ZnSi_xO verwendet. Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Blindmakrostruktur eine Mehrfachschicht aufweist, insbesondere mit einer Schicht aus Silizium, Germanium, Chrom, Tellur, Lithiumfluorid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und/oder deren Verbindungen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske weist mindestens eine Blindmakrostruktur mit einer lateralen Ausdehnung von mindestens λ/NA auf. Unter einer lateralen Ausdehnung wird hier z.B. die Breite der Fläche verstanden.

Zur effizienten Unterdrückung des Streulichtes weist mindestens eine Blindmakrostruktur einen Abstand von mindestens λ/NA zu einer aktiven Struktur auf.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lithographiemaske ist die Transparenz mindestens einer Blindmakrostruktur für die Wellenlänge von Defektinspektionslicht so ausgebildet, dass dunkle Defekte mit lateralen Ausdehnungen auf der Lithographiemaske größer als (0,25/Abbildungsmaßstab)·(λ_aktinisch/NA) nachweisbar sind.

Mit Vorteil weist mindestens eine Blindmakrostruktur mindestens eine absorbierende Schicht auf, so dass aktinisches Licht bei der Durchstrahlung der absorbierenden Schicht einen Phasenhub von 0°, 360° oder eines ganzzahligen Vielfachen von 360° erfährt, wobei die Abweichung des Phasenhubs maximal +/– 30° beträgt.

Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Blindmakrostruktur mindestens eine absorbierende Schicht aufweist, so dass Inspektionslicht bei der Durchstrahlung der absorbierenden Schicht einen Phasenhub von 0°, 180° oder eines ganzzahligen Vielfachen von 180° erfährt, wobei die Abweichung des Phasenhubs maximal +/– 20° beträgt.

Zur verbesserten Unterdrückung des Streulichtes ist es vorteilhaft, wenn in mindestens einem Hellbereich mindestens eine Sub-Resolution-Assist-Struktur angeordnet ist.

Es ist vorteilhaft wenn die Lithographiemaske mindestens eine Ätzstoppschicht und/oder mindestens eine ARC-Schicht zur Reflexionsminderung (und damit zur Reduktion von Streulicht) aufweist.

Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Lithographiemaske als Chrome-on-glass, als Halbtonphasenmaske, alternierende oder chromlose Phasenmaske oder als Hybridmaske dieser Maskentypen ausgebildet.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäßen Maske für aktinische Wellenlängen zwischen 365 nm und 150 nm ausgebildet ist.

Die Aufgabe wird auch durch die Verwendung einer Lithographiemaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere der DRAM-Herstellung, gelöst.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Transparenz mindestens einer Blindmakrostruktur für aktinisches Licht so eingestellt ist, dass bei Belichtung der aktinischen Strukturen und Entwicklung des Fotolackes, die mit der Blindmakrostruktur gleichzeitig belichtete Lackschicht entfernt wird.

Die Aufgabe wird auch durch einen Maskenblank mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Dabei wird auf einem Substrat, insbesondere einem Quarzsubstrat, mindestens eine teilweise transparente, im Wesentlichen flächenhafte Blindmakrostruktur zur Unterdrückung von Streulicht in mindestens einem Hellbereich verwendet bzw. aufgebracht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht einer Lithographiemaske für ein Halbleiterbauelement mit Strukturelementen (Stand der Technik);
2A eine schematische Draufsicht eines Ausschnittes einer Lithographiemaske eines Arrays gemäß dem Stand der Technik;
2B eine schematische Darstellung eines Ausschnittes gemäß 2A einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske;
2C eine schematische Darstellung eines vergrößerten Ausschnittes gemäß 2B einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske;
3A eine schematische und ausschnitthafte Draufsicht auf eine Lithographiemaske gemäß dem Stand der Technik;
3B eine schematische Schnittansicht auf die Lithographiemaske gemäß 3A;
4A eine schematische und ausschnitthafte Draufsicht auf eine Lithographiemaske mit Sub-Resolution-Assist-Strukturen gemäß dem Stand der Technik;
4B eine schematische Schnittansicht auf die Lithographiemaske gemäß 4A;
5A eine schematische und ausschnitthafte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Lithographiemaske;
5B eine schematische Schnittansicht auf die Lithographiemaske gemäß 5A;
6 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Lithographiemaske mit aktiven Strukturen und Blindmakrostrukturen;
7 eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Lithographiemaske mit einer Blindmakrostruktur;
8 eine schematische Schnittansicht einer Lithographiemaske gemäß des Standes der Technik;
9 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lithographiemaske mit ARC-Schichten und einer Blindmakrostruktur;
10 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform gemäß 9 mit einer zusätzlichen Ätzstoppschicht;
11A bis 11G schematische Schnittansichten einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung einer Lithographiemaske gemäß der Ausführungsform der 9;
12A bis 12G schematische Schnittansichten einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung einer Lithographiemaske gemäß der Ausführungsform der 10;
1 zeigt schematisch das Layout einer Lithographiemaske für die Herstellung eines Halbleiterbauelementes, hier beispielhaft eines DRAM-Speicherchips 10, mit vier Arrays 11, 12, 13, 14 mit aktiven Bauelementstrukturen S. In der rechten Seite der 1 sind Teile von zwei Arrays 13, 14 vergrößert dargestellt.
Die Arrays 11, 12, 13, 14 sind durch breite Hellgebiete 20 voneinander getrennt.
Infolge der Streuung des Lichtes an den Grenzflächen der Linsen des hier nicht dargestellten Objektives, durch multiple Reflexionen des Lichts zwischen den Linsengrenzflächen, den Maskengrenzflächen und -strukturen sowie dem Wafer, überlagert durch optische Proximityeffekte sowie lokale Entwicklerverarmungsunterschiede während des Entwicklungsprozesses der Resistschicht, weisen die Strukturen S am Rand der Arrays 11, 12, 13, 14 typischerweise eine gegenüber dem Arrayzentrum deutlich veränderte Linienbreite auf, die in Richtung Arraymitte einen Sättigungswert erreicht.
Streulichteffekte verursachen (bei Verwendung von Positivlack und Hellfeldmasken) eine Reduzierung der Linienbreite für dunkle Strukturen am Rand eines Arrays 11, 12, 13, 14, die in Richtung Arraymitte abnimmt.
Lichtstrahlen erfahren durch die Lichtstreuung eine über den Ausbreitungswinkel sich ändernde Intensitätsverwaschung, so dass Strahlen, die den Hellbereich 20 in der unmittelbaren Umgebung zum Beispiel einer arrayartigen Strukturgruppe übertragen, einen Teil ihrer Strahlungsenergie in den Arraybereich einstrahlen. Die Strukturen des Arrays 11, 12, 13, 14 erfahren somit eine zusätzliche homogene Hintergrundbeleuchtung. Daraus resultieren sich mit abnehmenden Abstand zum Arrayrand reduzierende Linienbreiten (Positivlack). Mithin wird auch das lithografische Prozessfenster erheblich beeinträchtigt.
Verfahren, die alle dem Optical Proximity Correction (OPC) Verfahren entlehnte Korrekturmethoden ("Blindmikrostrukturen") aufweisen, führen zu wenig befriedigenden Resultaten, da zum einen die Lichtstreuung über das Bildfeld hinweg variiert, als auch mit der Nutzungsdauer des Projektionssystems zunimmt. Ferner treten zwischen den Anlagen teilweise erhebliche Variationen des Streulichtes auf. Ziel der erfindungsgemäßen Lithographiemaske ist es daher, das Streulicht so stark wie möglich zu dämpfen.
2A zeigt einen Ausschnitt aus dem Layout der Lithographiemaske gemäß 1. In der 2B ist der gleiche Ausschnitt bei einer erfindungsgemäßen Lithographiemaske dargestellt.
Der Hellbereich 20 ist durch eine großflächige Blindmakrostruktur 1 abgedunkelt. Die Absorption (oder teilweise Transparenz) der Blindmakrostruktur 1 ist so gewählt, dass bei der Nominalbelichtung zum Erzielen der Zielstrukturbreite der aktiven Strukturen S die Lackschicht in dem Gebiet des hier nicht dargestellten Substrates, das mit dem der Blindmakrostruktur 1 korrespondiert, gerade noch entfernt wird, auch dann, wenn technologietypische Schwankungen der effektiven, in den Resist eingekoppelten, Dosis auftreten.
Ausreichende Sicherheit zum Vermeiden von Resistresten besteht dann, wenn die Transparenz der Blindmakrostrukturen 1 z.B. 50 Prozent beträgt. Der Mindestabstand d der Blindmakrostruktur 1 von den aktiven Strukturen S beträgt λ/NA.
In Zusammenhang mit 7 wird der Aufbau der Blindsmakrostruktur 1 und deren Funktion noch näher erläutert.
Blindmakrostrukturen 1 werden in alle Hellgebiete eines Layouts eingebracht, für die die laterale Ausdehnung beider ebener Koordinaten größer als λ/NA ist. Der Abstand zu den benachbarten aktiven Strukturen S beträgt dabei z.B.: mindestens 3·λ/NA. Damit ist gewährleistet, dass die Blindmakrostruktur 1 mit hohem Kontrast abgebildet wird.
Es liegt auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung, in den Spalt zwischen den aktiven Strukturen S und die Blindmakrostrukturen 1, wie in 2C dargestellt, Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2 einzubringen, die eine weitere Unterdrückung des Streulichtes bewirken können.
3A zeigt im Ausschnitt eine Draufsicht, 3B eine Schnittansicht einer Lithographiemaske 30 gemäß des Standes der Technik. 3A und 3B zeigen zwei Gitter als aktive Strukturen S auf einem Glassubstrat 31, wobei die aktiven Strukturen S durch ein Hellgebiet 20 voneinander getrennt sind.
Die 4A und 4B zeigen analog zu 3A und 3B eine an sich bekannte Lithographiemaske 30, wobei zwischen den aktiven Strukturen S Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2 angeordnet sind.
Die 5A und 5B zeigen analog zu den 3A, 3B, 4A, 4B eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lithographiemaske 30 mit teilweise transparenten, absorbierenden Blindmakrostrukturen 1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die alternativ möglichen Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2 (siehe 2C, 4A, 4B) nicht dargestellt.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung von Blindmakrostrukturen 1 unterschiedlicher Geometrie. Die Blindmakrostrukturen 1 füllen die Bereiche zwischen den aktiven Strukturen S aus, die sonst Hellbereich gewesen wären. Zusätzlich sind hier noch Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2 angeordnet, die parallel zu den linienförmigen Strukturen S angeordnet sind.
Grundsätzlich können die Blindmakrostrukturen 1 jede Geometrie aufweisen, um Hellbereiche auszufüllen. Am einfachsten sind jedoch polygonale Blindmakrostrukturen 1 verwendbar.
7 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Lithographiemaske mit einer Blindmakrostruktur 1 auf einem Glassubstrat 31.
Die Blindmakrostruktur 1 weist hier zwei Schichten 1', 1'' auf. Die teiltransparente erste Schicht 1' kontrolliert die Absorption der Wellenlänge des aktinischen Lichts und des Inspektionslichts.
Die zweite Schicht 1'' kontrolliert unter Berücksichtigung des durch die erste Schicht 1' verursachten Phasenhubes den Phasenhub der Doppelschicht 1', 1'' für die Wellenlängen.
Es ist dargestellt, dass die Doppelschicht 1', 1'' für die aktinische Wellenlänge einen Phasenhub von 360° und für die Wellenlänge des Inspektionslichtes einen Phasenhub von 540° erzeugt.
Typischerweise werden folgende Zuordnungen der Wellenlängen verwendet:

Aktinisches Licht Inspektionslicht

157 nm 193 nm, 257 nm

193 nm 257 nm, 365 nm

365 nm 470 nm
Im Folgenden wird der Aufbau der Blindmakrostrukturen 1 näher dargestellt.
Durch die Absorption des Lichtes in den Blindmakrostrukturen 1 wird die Strahlungsmenge, die das Objektiv bei der Übertragung des Maskeninhaltes durchläuft, insbesondere bei ursprünglich sehr hellen Masken deutlich reduziert, woraus eine Reduzierung der Linienbreitenvariation im Randgebiet der aktiven Strukturen S resultiert. Dadurch wird insgesamt eine deutliche Homogenisierung der Linienbreiten über das Bildfeld, sowie eine Verringerung der Variation der Linienbreiten in Abhängigkeit von der Benutzungsdauer der Belichtungsanlage erzielt. Auch die Unterschiede der Abbildungsperformance zwischen verschiedenen Belichtungsanlagen verringern sich. Da die Strahlungsbelastung der Linsen ebenfalls verringert wird, erhöht sich deren Lebensdauer, auch im Hinblick auf notwendig werdende Reinigungszyklen des Projektionssystems.
Die Transparenz (d.h. die Absorption) der Blindmakrostrukturen 1 ist dabei so eingestellt, dass bei der Belichtung der Resistschicht mit der Nominaldosis für die zu übertragenden aktiven Strukturen des Layouts die Blindmakrostrukturen genau so stark belichtet werden, dass sie im nachfolgenden Resistentwicklungsprozess sicher entfernt werden, wobei die technologischen Schwankungen der Dosis berücksichtigt werden.
Bei der Festlegung der Transparenz werden die technologischen Gegebenheiten, wie Strukturbias, Typ der Maske (Chrom, Halbtonphasemaske, alternierende Phasenmaske etc.) oder Resistprozeß berücksichtigt. Der typische Transparenzbereich liegt bei mehr als 50 %.
Als Absorbermaterial für die Blindmakrostrukturen 1 werden optisch homogene, strukturierungsfähige Materialien verwendet. Dabei können sowohl Einfachschichten mit geeigneter Absorption und geeignetem Phasenhub, wie z.B. MoSi-Schichten oder Schichten aus ZnSi_xO mit angepasster Absorption und Phase, verwendet werden.
Auch können Schichtkombinationen, bestehend aus mindestens zwei Materialien, z.B. Silizium, Germanium, Chrom, Tellur, Lithiumfluorid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid u.ä. verwendet werden.
Eine vorteilhafte Schichtkombination besteht dabei aus einem absorbierenden Material und einem hochtransparenten Material, mit dem die Einstellung des gewünschten Phasenhubes erfolgt. Dabei wird sowohl das aktinische Licht als auch das zur Defektinspektion verwendete Licht berücksichtigt.
Der Phasenhub beim Lichtdurchgang sollte für das aktinische Licht bei Gewährleistung der erforderlichen Transparenz 0° oder ein ganzzahliges Vielfaches von 360° betragen, bei maximalen Abweichungen von +/–30°.
Die Transparenz für die Wellenlänge des zur Defektinspektion benutzten Lichtes ist größer als 50 Prozent (je nach verwendetem Absorbermaterial), wodurch eine hohe Empfindlichkeit für den Nachweis von dunklen Defekten (unerwünschte Reste des hochabsorbierenden Materials) erzielt werden kann. Diese Defekte würden nicht beseitigte, nicht erwünschte, da funktionsstörende Resiststrukturen auf dem Wafer erzeugen.
Wird für eine Blindmakrostruktur 1 Halbtonmaterial verwendet, so weist dieses z.B. eine hohe Transparenz auf, die knapp oberhalb der Belichtungsschwelle im Lithographieschritt liegt. Damit wird der lokale Kontrast zwischen den zu belichtenden und nicht zu belichtenden Bereichen auf dem Substrat verbessert. Mit Halbtonmaterial kann ggf. das unerwünschte Abbilden von Materialkanten, z.B. durch Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2, unterbunden werden, wenn der Phasenhub beim Durchstrahlen des Materials relativ zur Umgebung 360° oder ein Vielfaches davon ist.
Gegenüber der alleinigen Verwendung von Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2 zur Streulichtunterdrückung gibt es Vorteile. Einerseits vergrößert sich die absorbierte Strahlungsmenge erheblich und entsprechend die Effizienz der Streulichtunterdrückung. Ferner generiert die Blindmakrostruktur 1 im Unterschied zu den Sub-Resolution-Assist-Strukturen 2 selbst kein Streulicht. Ein weiterer Vorteil resultiert aus den geringen Anforderungen an die Strukturierungsperformance, die bei Anwendung von Sub-Resolution-Assist-Strukturen sehr hoch und dadurch kostentreibend sind. Da mit der erfindungsgemäßen absorbierenden Blindmakrostruktur die Transparenz auch für die Wellenlänge des Maskeninspektionsgerätes eingestellt wird, sind insbesondere die kritischen dunklen Defekte im Absorber mit hoher Sicherheit nachweisbar und nachfolgend reparierbar. Defekte an Sub-Resolution-Assist-Strukturen sind dagegen nur mit geringer Empfindlichkeit nachweisbar, wodurch dieser Prozess für eine großflächige Bedeckung von Hellgebieten nicht geeignet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine gegenüber dem Stand der Technik deutliche Verbesserung der Strukturgleichmäßigkeit erzielt.
Die Blindmakrostrukturen 1 werden nach Fertigstellung der aktiven Strukturen S hergestellt, indem zunächst eine geeignete Absorberschicht bzw. -schichtkombination aufgebracht und diese anschließend mittels eines fotolithografischen Prozesses strukturiert wird. Nach der sich anschließenden Lackentfernung und Reinigung der Maske erfolgt die Defektinspektion und -reparatur. Da nur Hellgebiete mit lateralen Dimensionen größer 3·λ/NA mit einer absorbierenden Schicht bedeckt werden, sind die Anforderungen an die Auflösungsperformance des zur Erzeugung des Strukturmusters benutzten Bildgenerators gering, wodurch kostengünstige Anlagen, z.B. optische Bildgeneratoren, für die Strukturerzeugung verwendet werden können.
In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, die Absorberschicht für die Blindmakrostruktur 1 so auszuführen, dass die Rückreflexion in das Glassubstrat 31 deutlich reduziert ist. Damit wird verhindert, dass von der Grenzschicht Absorber-Glassubstrat reflektiertes Licht in den Strahlengang des Beleuchtungssystems zurück reflektiert und von dort infolge Reflexion als nicht gewünschtes Streulicht wiederum auf die Maske fällt und zur Vergrößerung der Streulichtlevels beiträgt.
Zusätzlich zu den Blindmakrostrukturen 1 kann eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lithographiemaske 30 mindestens eine ARC-Schicht 41, 42 für die Wellenlänge des aktinischen Lichtes aufweisen, insbesondere auf beiden Seiten des Maskenblanks. Dies wird in Zusammenhang mit den 8 bis 12 näher erläutert.
Die ARC-Schichten 41, 42 dienen der Verringerung der Reflexion an der Grenzschicht Luft-Glassubstrat, so dass die Rückreflexion der einfallenden Strahlung in Richtung der Lichtquelle und damit das Streulichtniveau, das durch multiple Reflexion des Lichtes an den Grenzflächen des Luft-Glassubstrats und der Linsen des Beleuchtungssystems entsteht, reduziert wird.
Durch die geringeren Reflexionsverluste wird ferner die Belichtungszeit verringert und der Waferdurchsatz der Belichtungsanlage vergrößert.
In 8 wird schematisch eine Schnittansicht einer Lithographiemaske 30 dargestellt, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese Lithographiemaske 30 weist ein Glassubstrat 31 und zwei Gruppen von gitterartigen Strukturen S auf, ausgebildet als semitransparente, phasenschiebende Absorber. Die aktiven Strukturen S sind durch breite Hellgebiete 20 getrennt. Ferner weist die Lithographiemaske 30 einen breiten, unstrukturierten semitransparenten, phasenschiebenden Absorber 42 auf, der von einer opaken Schicht 43, zum Beispiel aus Chrom, bedeckt ist.
In 9 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lithographiemaske 30 dargestellt, deren Bauform auf der in 8 dargestellten Lithographiemaske 30 aufbaut. Die Herstellung einer solchen Ausführungsform wird in 11A bis 11G beschrieben.
Die Ausführungsform gemäß 9 weist gitterartige, aktive Strukturen S auf, die als strukturierte Doppelschicht mit einer ersten Absorberschicht 51 und einer zweiten Absorberschicht 52 aufgebaut sind. Ferner weist diese Ausführungsform zwei Blindmakrostrukturen 1 auf, die in der ersten Absorberschicht 51 angeordnet sind. Die Funktion der Blindmakrostrukturen 1 zur Reduktion des Streulichtes war oben bereits erläutert worden.
Das Glassubstrat 31 ist beidseitig mit ARC-Schichten 41, 42 beschichtet.
Die erste Absorberschicht 51 dient der Ausbildung der Blindmakrostrukturen 1, die das nicht für die Strukturabbildung benötigte Licht absorbieren, wodurch die Gesamtstrahlung, die bei der Strukturabbildung in das Objektiv eingekoppelt wird, verringert und somit das Streulichtniveau annähernd proportional abgesenkt wird.
Diese erste Absorberschicht 51 ist so ausgebildet, dass das aktinische Licht beim Lichtdurchgang einen Phasenhub von 360° oder ein ganzzahliges Vielfaches dieses Wertes erfährt. Die Transparenz des aktinischen Lichts ist so eingestellt, dass bei Belichtung mit der Nominaldosis die korrespondierende Lackschicht beim Entwicklungsprozess gerade sicher entfernt wird. Das ist z.B. bei Transparenzwerten von mehr als 50 Prozent der Fall.
Die zweite Absorberschicht 52 dient der Ausbildung der aktiven Strukturen S. Brechzahl, Absorption und Schichtdicke der zweiten Absorberschicht 52 werden so gewählt, dass die Transparenz des Schichtenstacks, bestehend aus der ersten Absorberschicht 51, (ggf. einer Ätzstopschicht 53, siehe 10) und zweiten Absorberschicht 52 für das aktinische Licht den gewünschten Zielwert erreicht (zum Beispiel eine Transparenz von 6 Prozent) und der durch die zweite Absorberschicht 52 (und ggf. eine Ätzstoppschicht 53, siehe 10) verursachte Phasenunterschied 180° oder ein ungradzahliges Vielfaches davon beträgt.
Als Absorberschichten 51, 52 können z.B. übliche Mo_xSi_y-Schichten verwendet werden, die durch eine angepasste stöchiometrische Verteilung der Elemente bzw. durch Einbringen weiterer Elemente, z.B. Stickstoff, in den optischen Eigenschaften den gewünschten Werten gepasst werden können. Alternativ sind ebenso Schichten aus ZnSi_xO oder ähnliche Materialien möglich.
10 zeigt eine Lithographiemaske 30 gemäß 9, wobei zusätzlich zwischen den Absorberschichten 51, 52 eine Ätzstopschicht 53 eingebracht ist. Die Herstellung einer solchen Ausführungsform ist in 12A bis 12G dargestellt.
Die Ätzstoppschicht 53 verhindert das Anätzen der ersten Absorberschicht 51. Die Ätzstoppschicht 53 weist eine hohe Ätzselektivität gegenüber der zweiten Absorberschicht 52 auf und kann z.B. als SiO₂-Schicht ausgebildet sein.
11A bis 11G zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Lithographiemaske 30 gemäß der Ausführungsform der 9, d.h., ohne Ätzstoppschicht 53. Dazu wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maskenblanks verwendet.
11A zeigt als Ausgangspunkt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maskenblanks ohne Ätzstoppschicht 53, wobei Absorberschichten 51, 52 verwendet werden, die gegeneinander mit hoher Selektivität geätzt werden können. Das Glassubstrat 31 ist beidseitig mit ARC-Schichten 41, 42 beschichtet. Auf der zweiten ARC-Schicht 42 ist die erste Absorberschicht 51 aufgebracht (in 11A ist diese Schicht unterhalb der zweiten ARC-Schicht 42 darstellt; die Beschreibung des Verfahrens erfolgt aus der Sicht des Herstellungsprozesses), die später zur Ausbildung der Blindmakrostrukturen 1 vorgesehen ist.
Diese erste Absorberschicht 51 wird so ausgebildet, dass das aktinische Licht beim Lichtdurchgang einen Phasenhub 360° oder einem ganzzahliges Vielfachen von 360° bei Abweichungen bis maximal +/– 2° erfährt. Die Transparenz für das aktinische Licht ist so eingestellt, dass bei Belichtung mit der Nominaldosis die korrespondierende Lackschicht beim Entwicklungsprozess gerade sicher entfernt wird. Das ist z.B. bei Transparenzwerten von mehr als 50 Prozent der Fall.
Über der ersten Absorberschicht 51 ist die zweite Absorberschicht 52 aufgebracht. Auf der zweiten Absorberschicht 52 ist eine Chromschicht 44 aufgebracht, die zum Abdecken derjenigen Maskengebiete dient, die bei der Abbildung vollständig opak sein sollen.
Brechzahl, Absorption und Schichtdicke der zweiten Absorberschicht 52 werden so gewählt, dass die Transparenz des Schichtenstacks, bestehend aus der ersten Absorberschicht 51 und der zweiten Absorberschicht 52 für das aktinische Licht den gewünschten Zielwert erreicht (z.B. eine Transparenz von 6 Prozent) und durch die zweite Absorberschicht 22 verursachte Phasenunterschied 180° oder ein ungrades Vielfaches von 180° beträgt.
11B zeigt den beschichteten Maskenblank gemäß 11A nach einem ersten Verfahrensschritt, nämlich nach dem Aufbringen einer ersten Fotolackschicht 61, einem strukturiertem Belichten mit nachfolgendender Entfernung der belichteten Bereiche (oder unbelichteten Bereiche, je nach Lacktyp).
Anschließend wird der gesamte Schichtenstack an den Stellen bis auf die zweite ARC-Schicht 42 geätzt, an denen die erste Fotolackschicht 61 entfernt wurde (11C).
Anschließend wird eine zweite Fotolackschicht 62 aufgetragen und strukturiert (11D).
Im nächsten Verfahrensschritt wird die opake Chromschicht 44 geätzt und die zweite Fotolackschicht 62 entfernt (11E). Nunmehr liegen die aktiven Strukturen S bereits vor.
Im nächsten Verfahrensschritt (11F) werden die aktiven Strukturen S mit einer dritten Lackschicht 63 abgedeckt.
Anschließend wird die zweite Absorberschicht 52 geätzt. Somit bleiben in den Hellfeldern die Blindmakrostrukturen 1 übrig, die in der Schicht der ersten Absorberschicht 51 angeordnet sind.
In 12A bis 12G wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Lithographiemaske 30 gemäß der Ausführungsform der 10, d.h. mit einer Ätzstoppschicht 53 dargestellt. Auch hierbei wird von einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maskenblanks ausgegangen.
Die Ätzstoppschicht 53 verhindert infolge ihrer hohen Ätzselektivität gegenüber dem für die Ätzung der zweiten Absorberschicht 52 verwendeten Ätzprozess ein unbeabsichtigtes Anätzen der ersten Absorberschicht 51.
Die Verfahrensschritte dieser Ausführungsform entsprechen denen im Wesentlichen denen der 11A bis 11G, so dass auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Lithographiemaske und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

1: Blindmakrostruktur
2: Sub-Resolution-Assist-Struktur
10: Struktur eines Halbleiterbauelements (DRAM-Speicherchip)
: auf einer Lithographiemaske
11, 12, 13, 14: Array von Strukturelementen auf einer
: Lithographiemaske
20: Hellgebiete der Lithographiemaske
30: Lithographiemaske
31: Glassubstrat der Lithographiemaske
41: erste ARC-Schicht
42: zweite ARC-Schicht
43: unstrukturierte Absorberschicht
44: opake Absorberschicht
51: erste Absorberschicht
52: zweite Absorberschicht
53: Ätzstoppschicht
61: erste Fotolackschicht
62: zweite Fotolackschicht
S: aktives Strukturelement eines Arrays
d: Abstand Blindmakrostruktur von aktiver Struktur

Claims

Lithographiemaske mit einer Struktur zur Übertragung eines Layouts auf ein Substrat, gekennzeichnet durch eine mindestens teilweise transparente, bei der Lithographie mit aktinischem Licht nicht auf ein Substrat printende, nicht dauerhaft printende oder keine Resiststruktur ausbildende, im Wesentlichen flächenhafte Blindmakrostruktur (1) zur Unterdrückung von Streulicht, die in mindestens einem Hellbereich (20) der Struktur (S) angeordnet ist.
Lithographiemaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise Transparenz der Blindmakrostruktur (1) so ausgebildet ist, dass bei der Nominalbelichtung zum Erzielen der Zielstrukturbreite mindestens einer aktiven Struktur (S) eine Lackschicht im Bereich der Blindmakrostruktur gerade sicher entfernbar ist.
Lithographiemaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparenz mindestens einer Blindmakrostruktur (1) für aktinisches Licht größer 50 Prozent beträgt.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blindmakrostruktur (1) als hochtransmissives Halbtonmaterial ausgebildet ist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbermaterial mindestens einer Blindmakrostruktur (1) ein optisch homogenes, strukturierungsfähiges Material, insbesondere MoSi oder ZnSi_xO aufweist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blindmakrostruktur (1) eine Mehrfachschicht aufweist, insbesondere mit einer Schicht aus Silizium, Germanium, Chrom, Tellur, Lithiumfluorid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und/oder deren Verbindungen.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blindmakrostruktur (1) eine laterale Ausdehnung von mindestens λ/NA aufweist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blindmakrostruktur (1) einen Abstand (d) von mindestens λ/NA zu einer aktiven Struktur (S) aufweist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparenz mindestens einer Blindmakrostruktur (1) für die Wellenlänge von Defektinspektionslicht so ausgebildet ist, dass dunkle Defekte mit lateralen Ausdehnungen auf der Lithographiemaske (30) größer als (0,25/Abbildungsmaßstab) (λ_aktinisch/NA) nachweisbar sind.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blindmakrostruktur (1) mindestens eine absorbierende Schicht (1', 1'') aufweist, so dass aktinisches Licht bei der Durchstrahlung der absorbierenden Schicht (1', 1'') einen Phasenhub von 0°, 360° oder einem ganzzahligem Vielfachen von 360° erfährt, wobei die Abweichung des Phasenhubs maximal +/– 30° beträgt.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blindmakrostruktur (1) mindestens eine absorbierende Schicht (1', 1'') aufweist, so dass Inspektionslicht bei der Durchstrahlung der absorbierenden Schicht (1', 1'') einen Phasenhub von 0°, 360° oder einem ganzzahligem Vielfachen von 360° erfährt, wobei die Abweichung des Phasenhubs maximal +/– 20° beträgt.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Hellbereich (20) mindestens eine Sub-Resolution-Assist-Struktur (2) zur Reduktion des Streulichtes angeordnet ist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Ätzstoppschicht (53) und/oder mindestens eine ARC-Schicht (41, 42) zur Reduktion von Reflexionen.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithographiemaske als Chrome-on-glass, als Halbtonphasenmaske, alternierende oder chromlose Phasenmaske oder als Hybridmaske dieser Maskentypen ausgebildet ist.
Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für aktinische Wellenlängen zwischen 365 nm und 150 nm ausgebildet ist.
Verwendung einer Lithographiemaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere der DRAM-Herstellung.
Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparenz mindestens einer Blindmakrostruktur (1) für aktinisches Licht so eingestellt ist, dass bei Belichtung der aktinischen Strukturen und Entwicklung des Fotolackes, die mit der Blindmakrostruktur (1) gleichzeitig belichtete Lackschicht entfernt wird.
Maskenblank zur Herstellung einer Lithographiemaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass auf einem Substrat, insbesondere einem Quarzsubstrat (31), mindestens eine teilweise transparente, Schicht zur Ausbildung einer Blindmakrostruktur (1) zur Unterdrückung von Streulicht in mindestens einem Hellbereich (20) angeordnet ist.
Maskenblank nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch mindestens eine ARC-Schicht und/oder mindestens eine Ätzstoppschicht.
Verfahren zur Herstellung einer Lithographiemaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass auf einem Substrat, insbesondere einem Quarzsubstrat (31), mindestens eine teilweise transparente, im Wesentlichen flächenhafte Blindmakrostruktur (1) zur Unterdrückung von Streulicht in mindestens einem Hellbereich (20) angeordnet wird.