DE19609297B4

DE19609297B4 - Projektionsbelichtungsverfahren und hierfür verwendbare Maske

Info

Publication number: DE19609297B4
Application number: DE19609297A
Authority: DE
Inventors: Young-soh Seongnam Park; Joo-young Suwon Lee; Young-Hun Yu
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1996-03-09
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2016-03-10
Also published as: JP3914280B2; TW494280B; DE19609297A1; US5776638A; JPH08262689A; KR0183706B1; KR960035153A

Abstract

Verfahren zur Projektionsbelichtung unter Verwendung einer Maske, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objekt unter Verwendung eines für die belichtende Strahlung wenigstens bereichsweise transparenten Maskensubstrates belichtet wird, dessen eine, in Strahlungseinfallsrichtung vordere oder hintere Seitenfläche um einen vorgegebenen Winkel (θ) bezüglich einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung der belichtenden Strahlung geneigt ist und auf dessen gegenüberliegender Seitenfläche eine für die belichtende Strahlung undurchlässige Schichtstruktur in einem regelmäßigen Muster gebildet ist, so daß für die das Maskensubstrat im Bereich benachbarter Schichtstrukturelemente durchlaufende Strahlung eine Phasendifferenz aufgrund unterschiedlicher optischer Weglängen zwischen der schräg verlaufenden Seitenfläche und der gegenüberliegenden Seitenfläche des Maskensubstrates auftritt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsbelichtungsverfahren und eine hierfür verwendbare Maske.
Es ist allgemein bekannt, daß mittels Fotolithographie unterschiedliche Strukturen in Halbleiterbauelementen erzeugt werden können. Bei dieser fotolithographischen Technik zur Strukturerzeugung wird auf eine Schicht, z.B. eine isolierende oder eine leitfähige Schicht, in welcher eine Struktur auszubilden ist, ein Fotoresistfilm aufgebracht, dessen Löslichkeit in Abhängigkeit von einer Bestrahlung, z.B. mittels Röntgenstrahlen oder ultraviolettem Licht, variiert. Nachdem ein vorbestimmter Bereich des Fotoresistfilms dem Licht ausgesetzt wurde, wird eine Fotoresistfilmstruktur dadurch erzeugt, daß ein Teil mit einer hohen Löslichkeit gegenüber einer Entwicklungslösung entfernt wird. Der freigelegte Teil des Films, in welchem die Struktur auszubilden ist, wird dann durch Ätzen entfernt, so daß unterschiedliche Strukturen, wie Verdrahtungen oder Elektroden, erzeugt werden können.
Dementsprechend spielen Belichtungsgeräte für den Strukturbildungsprozeß eine bedeutsame Rolle. Es gibt unterschiedliche Typen von Belichtungsgeräten, z.B. Kontaktbelichtungsge räte, Abstandsbelichtungsgeräte und Projektionsbelichtungsgeräte. In jüngerer Zeit werden als Projektionsbelichtungsgeräte aufgrund von deren höheren Auflösungsfähigkeiten bei der Strukturerzeugung hauptsächlich Stepper eingesetzt, wie sie von GCA aus USA sowie Nikon und Cannon aus Japan gefertigt werden.
Da eine immer höhere Integration für integrierte Halbleiterschaltkreise gefordert wird, wird die minimale Strukturelementabmessung sehr gering. Dementsprechend wird für das Belichtungsgerät eine Lichtquelle mit einer kürzeren Wellenlänge benötigt, die im Bereich zwischen einer Wellenlänge von 0,365μm der i-Linie bis zu einer Wellenlänge von 0,248μm im tiefen UV-Bereich liegt. Beispielsweise wird für 256M-DRAMs eine minimale Strukturelementabmessung von etwa 0,25μm benötigt, was nahezu dem Wert einer Belichtungswellenlänge einer Stepperanlage entspricht, die einen KrF-Excimerlaser als Lichtquelle verwendet. In diesem Fall wird eine Fotoresiststruktur auf einem Wafer aufgrund der durch die Maske verursachten Beugung und Interferenz des einfallenden Lichtes merklich deformiert. Besonders die Deformation bei feinen Strukturen mit einer der Wellenlänge der belichtenden Lichtquelle entsprechenden Abmessung ist schwerwiegend.
Um die obige Schwierigkeit zu überwinden, ist zur Auflösungsverbesserung bereits ein Phasenschiebungsverfahren unter Verwendung einer Maskenstruktur vorgeschlagen worden. Bei dem Phasenschiebungsverfahren wird die Struktur unter Verwendung einer Maske, die ein Phasenschiebungselement beinhaltet, nachfolgend als Phasenschiebungsmaske bezeichnet, belichtet. Die Phasenschiebungsmaske erhöht die Auflösung bzw. die Tiefenschärfe durch Ausnutzen von wenigstens partieller Lichtinterferenz, um eine Struktur mit einer gewünschten Abmessung zu belichten. Wenn das Licht ein Maskensubstrat oder einen phasenschiebenden Film passiert, verringert sich die Lichtwellenlänge auf den Wert der Wellenlänge dividiert durch den Brechungsindex. Es tritt daher eine Lichtwegdifferenz für Lichtstrahlen gleicher Phase auf, je nachdem, ob die Phasenschiebung vorliegt oder nicht. Dabei gilt Δ = 2πt(n – 1)/λ mit der Phasendifferenz Δ, dem Brechungsindex n des phasenschiebenden Elementes, der Dicke t des phasenschiebenden Elementes und der verwendeten Wellenlänge λ. Wenn Δ = π ist, besitzt das durch das phasenschiebende Element hindurchgetretene Licht die umgekehrte Phase. Da folglich das Licht, das durch einen lichttransparenten Bereich hindurchtritt, und dasjenige, das durch ein phasenschiebendes Element hindurchtritt, um 180° außer Phase sind, geht die Lichtstärke im Grenzbereich der Struktur gegen null, was durch Anordnen des phasenschiebenden Elementes an der Kante der Maskenstruktur zu einer Erhöhung des Kontrastes führt.
Die 1A bis 1C zeigen Ansichten zur Veranschaulichung des minimalen Rastermaßes, das für die Strukturbildung erreichbar ist, wenn eine herkömmliche Transmissionsmaske bzw. eine Phasenschiebungsmaske verwendet werden. Spezieller zeigt 1A eine Ansicht, welche die Verteilung der Amplitude und der räumlichen Frequenz, d.h. Wellenzahl, illustriert, wenn die herkömmliche Transmissionsmaske verwendet wird, während die 1B und 1C Ansichten darstellen, welche die Verteilung von Amplitude und räumlicher Frequenz, d.h. Wellenzahl, illustrieren, wenn eine herkömmliche Phasenschiebungsmaske vom Levenson-Typ bzw. eine Grauton-Phasenschiebungsmaske verwendet werden.
Allgemein ist das minimale Rastermaß zur Strukturerzeugung bei einer Struktur vom Linien-Zwischenraum-Typ wie folgt gegeben: Rastermaß > 1/νc, νc = NA/λ (1)
Dabei bezeichnen NA die numerische Apertur einer Linse, λ die Wellenlänge des verwendeten Lichtes und ν_c den kritischen Wert der räumlichen Frequenz. Gleichung (1) bezieht sich auf die in 1A gezeigte, übliche Transmissionsmaske. Für eine Phasenschiebungsmaske verringert sich die Differenz δν der räumlichen Frequenz zwischen dem Licht 0. Ordnung und dem Licht 1. Ordnung durch Einstellen der Phasendifferenz zwischen den benachbarten Strukturelementen auf 180°, so daß das für die Strukturerzeugung erreichbare Rastermaß verringert werden kann. Dies liegt daran, daß die Amplitudenperiodenlänge d' der Phasenschiebungsmaske gleich 2d ist, während sie bei der üblichen Transmissionsmaske d beträgt, wenn Licht unter Verwendung einer Maske mit dem Rastermaß d projiziert wird, wie in den 1A und 1B gezeigt. Denn da der Unterschied δν der räumlichen Frequenz zwischen dem Licht 0. Ordnung und dem Licht 1. Ordnung durch 1/d' gegeben ist, nimmt d' bei der Transmissionsmaske den Wert d an, während er bei der Phasenschiebungsmaske den Wert 2d annimmt. Als Ergebnis hiervon kann das minimale Rastermaß bei der Phasenschiebungsmaske, die im Bereich zwischen –ν_c bis ν_c implementiert werden kann, verglichen mit der Transmissionsmaske um den Faktor 1/2 verringert werden.
Des weiteren bewirkt, wie in 1C gezeigt, ein Phasenunterschied von 90° zwischen den benachbarten Strukturelementen, daß die Amplitudenperiodenlänge d' den Wert 4d annimmt und damit den Wert für δν verglichen mit der Transmissionsmaske beträchtlich auf 1/4 verringert. Als Ergebnis hiervon nimmt auch das minimale, zur Implementierung der Struktur erreichbare Rastermaß nur 1/4 des Wertes der Transmissionsmaske an.
Die Herstellung von Phasenschiebungsmasken vom Grauton-Typ ist jedoch äußerst aufwendig und kompliziert, wobei sich eine genaue Justierung derselben als praktisch unmöglich herausstellt und die Maske in der Praxis kaum verwendbar ist.

In der Patentschrift US 5.356.738 ist eine Phasenschiebermaske offenbart, bei der die Dicke einer phasenschiebenden Schicht an Kantenbereichen stufig oder linear abnimmt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Projektionsbelichtungsverfahrens und einer hierfür verwendbaren Maske zugrunde, mit denen aufgrund eines Phasen unterschieds zwischen benachbarten Maskenstrukturelementen eine vergleichsweise hohe Auflösung erzielbar ist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Maske mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Damit kann das minimale, zur Strukturbildung erreichbare Rastermaß reduziert werden, ohne daß Licht mit einer kürzeren Wellenlänge benötigt wird und ohne daß die numerische Apertur erhöht wird, indem bei gegebener Wellenlänge einer Lichtquelle und gegebener numerischer Apertur der Unterschied δν der räumlichen Frequenz durch die Maske reduziert wird.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens und der Maske wird die Phasendifferenz auf ndtanθ gesetzt, wobei n den Brechungsindex des Maskensubstrates, d das Rastermaß der Maske und θ den Schrägungswinkel des Maskensubstrats bezeichnen.

Eine bevorzugte, nachfolgend beschriebene Ausführungsform der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben beschriebenen, herkömmlichen Beispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:

1A bis 1C Ansichten zur Veranschaulichung des minimalen Rastermaßes, welches bei Verwendung einer herkömmlichen Transmissionsmaske bzw. herkömmlicher Phasenschiebungsmasken erreichbar ist, und

2A bis 2C Ansichten zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsverfahrens, bei dem eine Maske mit verbesserter Auflösung verwendet wird, die ein Maskensubstrat mit einer schräg verlaufenden Fläche beinhaltet.
In 2A ist eine erfindungsgemäße Maske mit verbesserter Auflösung dargestellt, während in den 2B und 2C die Verteilung der Amplitude bzw. der räumlichen Frequenz darge stellt ist, wenn eine Struktur unter Verwendung der erfindungsgemäßen, auslösungsverbessernden Maske erzeugt wird.
Bezugnehmend auf die 2A bis 2C ist zu erkennen, daß die Oberseite eines Maskensubstrats (10) um einen vorgegebenen Winkel (θ) bezüglich einer zur Lichteinfallsrichtung senkrechten Ebene, die parallel zur Unterseite des Maskensubstrates (10) ist, geneigt verläuft und daß an der Unterseite des Maskensubstrats (10) eine lichtundurchlässige Maskenstruktur (12) ausgebildet ist. Bei dieser erfindungsgemäßen Maske ist der Schrägwinkel (θ) der Oberseite des Maskensubstrats (10) so gewählt, daß die Phasendifferenz zwischen zwei benachbarten Strukturelementen den Wert ndtanθ annimmt, wobei n den Brechungsindex von Glas, d.h. dem Material des Maskensubstrats (10), und d das Rastermaß bezeichnen. Aufgrund einer solchen Phasendifferenz zwischen zwei Strukturelementen nimmt, wie in 2B dargestellt, die Amplitudenperiodenlänge d' den Wert d'= L·d mit L = λ/ndtanθ an. Dementsprechend ist dann der Unterschied δν der räumlichen Frequenz, d.h. der Wellenlängenunterschied zwischen dem Licht 0. Ordnung und dem Licht 1. Ordnung gegeben durch 1/(L·d). Folglich kann der Wert von L durch Wahl eines geeigneten Wertes für den Schrägwinkel (θ) gesteuert werden. Da sich bei gegebener Wellenlänge und numerischer Apertur (NA) einer gewählten Lichtquelle der Wert von δν abhängig vom Rastermaß (d) verringert, kann das minimale, zur Strukturerzeugung erreichbare Rastermaß den Wert (1/L) annehmen, so daß eine sehr feine Struktur erhalten werden kann, ohne eine Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge zu benötigen und ohne die numerische Apertur (NA) zu erhöhen.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern Variationen und Modifikationen hiervon umfaßt, soweit sie in den Schutzbereich der Patentansprüche fallen.

Claims

Verfahren zur Projektionsbelichtung unter Verwendung einer Maske, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objekt unter Verwendung eines für die belichtende Strahlung wenigstens bereichsweise transparenten Maskensubstrates belichtet wird, dessen eine, in Strahlungseinfallsrichtung vordere oder hintere Seitenfläche um einen vorgegebenen Winkel (θ) bezüglich einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung der belichtenden Strahlung geneigt ist und auf dessen gegenüberliegender Seitenfläche eine für die belichtende Strahlung undurchlässige Schichtstruktur in einem regelmäßigen Muster gebildet ist, so daß für die das Maskensubstrat im Bereich benachbarter Schichtstrukturelemente durchlaufende Strahlung eine Phasendifferenz aufgrund unterschiedlicher optischer Weglängen zwischen der schräg verlaufenden Seitenfläche und der gegenüberliegenden Seitenfläche des Maskensubstrates auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die optische Weglängendifferenz den Wert n·d·tanθ annimmt, wobei n den Brechungsindex des Maskensubstrats, d das Rastermaß der Maske und θ den Schrägwinkel der schräg verlaufenden Maskensubstrat-Seitenfläche bezeichnen.
Maske zur Projektionsbelichtung, gekennzeichnet durch – ein für die belichtende Strahlung wenigstens bereichsweise transparentes Maskensubstrat (10), dessen eine, in Strahlungseinfallsrichtung vordere oder hintere Seitenfläche um einen vorgegebenen Winkel (θ) bezüglich einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung der belichtenden Strahlung geneigt ist und – eine für die belichtende Strahlung undurchlässige Schichtstruktur (12), die als regelmäßiges Muster auf der der schräg verlaufenden Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche des Maskensubstrats (10) gebildet ist.
Maske nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die schräg verlaufende Seitenfläche die in Einfallsrichtung der belichtenden Strahlung vordere und die gegenüberliegende Seitenfläche die in Einfallsrichtung der belichtenden Strahlung hintere Seitenfläche des Maskensubstrates (10) sind, wobei eine Phasendifferenz für die das Maskensubstrat im Bereich benachbarter Maskenstrukturelemente durchlaufende Strahlung aufgrund unterschiedlicher optischer Weglängen zwischen der schräg verlaufenden Seitenfläche und der gegenüberliegenden Seitenfläche des Maskensubstrats auftritt.
Maske nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die optische Weglängendifferenz den Wert n·d·tanθ annimmt, wobei n den Brechungsindex des Maskensubstrats, d das Rastermaß der Maske und θ den Schrägwinkel des schräg verlaufenden Maskensubstrats bezeichnen.