DE19611726A1 - Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung, die für lithographische Prozesse bei der Halbleiterherstellung nützlich ist und insbesondere die Bereitstellung zusätzlicher Hilfsmuster für die Abstände bzw. Zwischenräume nahe an der Brennpunkttiefe unter verschiedenen Zwischenräumen, wodurch sie eine ähnliche oder äquivalente Brennpunkttiefe bzw. Brennweite zu den anderen Abständen auf­ weisen.

Die Bildung photoempfindlicher Filmmuster wird technisch durch verschiedene Faktoren, wie beispielsweise die Instrumentenprä­ zision und die Lichtwellenlänge verhindert bzw. behindert, infolge wovon die Muster unmöglich feiner erzeugt werden kön­ nen, als mit einer bestimmten Feinheit. Beispielsweise zeigen Schrittschaltvorrichtungen, die beispielsweise eine G-Linie mit einer Wellenlänge von 436 nm, eine i-Linie mit einer Wellen­ länge von 365 nm oder einen KrF-Exzimer-Laser mit einer Wellen­ länge von 248 nm als Lichtquelle verwenden, zeigen eine Beschränkung der Prozeßauflösung insofern, als der Linien­ abstand bzw. Zwischenraum (line/space) etwa 0,7 µm, 0,5 µm bzw. 0,3 µm breit ist.

Um Muster zu bilden, die feiner als die optischen Auflösungs­ grenzen der Schrittschaltvorrichtung sind, sind verschiedene Anstrengungen unternommen worden, einschließlich der Verwendung von Röntgenstrahl-Schrittschaltvorrichtungen, die optische Wel­ lenlängen verwenden, die kürzer sind als diejenigen der übrigen Schrittschaltvorrichtungen, eine Verbesserung der Präzision des Linsendurchmessers und der Instrumente, und eine Verwendung von Phasenschiebermasken als Strichplatte.

Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung erfolgt nunmehr eine Erläuterung der herkömmlichen Techniken in Bezug auf die Fig. 1 bis 4 der beiliegenden Zeichnungen.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, fällt ein Licht 4 vertikal durch ein transparentes Substrat 5 in einer Strichplatte 1 ein, in welcher Lichtabschirmungsmuster gebildet sind. Nachdem es durch die feinen Muster 2 und 3 hindurchgetreten ist, die l′ und l breit sind, wird das Licht von einer Projektionslinse auf einen Wafer übertragen, auf welchem Bilder gebildet werden.

Wenn derartig vertikal einfallendes Licht die Schlitze zwischen den Mustern durchsetzt, wird es gebeugt und grob in Licht 7 nullter Ordnung und Licht 6 erster Ordnung unter dem Einfluß der schmalen Breite der Muster getrennt. Nahezu das gesamte von dem eine große Schlitzbreite aufweisenden Muster 2 kommende Licht ist von nullter oder erster Ordnung mit einem Beugungs­ winkel θ₁, während das Licht nach den feinen Mustern 3 ±-Licht erster Ordnung mit einem Beugungswinkel θ₂ größer als θ₁ ist. Dieses ±-Licht erster Ordnung weist eine relativ große Intensi­ tät auf, und der Unterschied des optischen Wegs zwischen dem Licht 7 nullter Ordnung und dem ±-Licht 6 erster Ordnung wird durch den Krümmungsradius und die Brennweite der Projektions­ linse erzeugt, die zu einer Entartung des Bildkontakts führen.

Um dieses Problem zu überwinden, wird entweder das erste ±- Licht durch ein Außer-Achsenbeleuchtungsverfahren unter Verwen­ dung einer Schrittschaltvorrichtung entfernt, die mit einer modifizierten Beleuchtungsappertur ausgestattet ist. Dieses Außer-Achsenbeleuchtungsverfahren ist in Fig. 3 gezeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, durchsetzt ein Licht 10, das vertikal in eine modifizierte Beleuchtungsapertur 12 einfällt, ein Außer-Ach­ senbeleuchtungsloch 11 der Apertur 12 und fällt in eine Strichplatte 13 unter einem Kippwinkel ein. Nachdem es die Strichplatte 13 durchsetzt hat, weist das Licht Musterbilder zusätzlich dazu auf, daß es in Licht 7 nullter Ordnung und ±- Licht 6 und 14 erster Ordnung aufgrund der Beugung getrennt wird. Wenn das ±-Licht 6 und 14 erster Ordnung eine Licht­ abschirmapertur 15 durchsetzt, wird jedes dieser Lichtanteile blockiert (Licht 14 in Fig. 3), während der verbliebene Licht­ anteil eine Projektionslinse 16 durchsetzt, von welcher ein Licht auf einen Wafer 17 projiziert wird. In diesem Fall wird der Unterschied des optischen Wegs zwischen dem Licht nullter Ordnung und dem hindurchtretenden ±-Licht 6 und 14 erster Ord­ nung im Zentrum des Krümmungsradius der Projektionslinse 15 aufgelöst, wodurch die Prozeßtoleranz verbessert wird.

In Fig. 4 ist die Brennweite als Funktion der Mustergröße auf­ getragen. Wie aus diesem Kurvenverlauf hervorgeht, ist dieses herkömmliche Außer-Achsenbeleuchtungsverfahren für feine Muster S1 wirksam, das ein Muster hat, das geeignet ist, das einfal­ lende Licht in Licht nullter Ordnung und das ±-Licht erster Ordnung zu trennen, was zu einer deutlichen Verbesserung des Bildkontrasts führt. Für ein relativ großes Muster S2 wird der Bildkontrast jedoch verschlechtert. Wie durch die Linie 18 in Fig. 4 im einzelnen gezeigt, wird die Brennweite verschlech­ tert, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß das Muster S2 zu groß ist, daß das einfallende Licht gebrochen wird. Mit anderem Worten wird das einfallende Licht nicht getrennt, so daß beide Anteile des ±-Lichts erster Ordnung die Projektions­ linse durchsetzt, wodurch die Intensität des Lichts, das auf den Wafer auftrifft, unterschiedlich von derjenigen des Lichts andernorts ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter Überwindung der beim Stand der Technik angetroffenen Probleme eine Strichplatte für eine Außer-Achsenbeleuchtung (off-axis illumination) zu schaffen, durch welche feine Muster problemlos gebildet werden können.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strichplatte für eine Außer-Achsenbeleuchtung zu schaffen, durch die der Bildkontrast verbessert werden kann.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strichplatte für eine Außer-Achsenbeleuchtung zu schaffen, deren Benutzung zu einer Verbesserung der Prozeßtole­ ranz, der Prozeßausbeute und der Betriebszuverlässigkeit führt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Intensive Forschungsarbeiten der vorliegenden Anmelder, mit dem Ziel, eine Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung zu schaf­ fen, welche die vorstehend angeführten bevorzugten Eigenschaf­ ten aufweist, haben zur Bereitstellung zusätzliche Hilfsmuster für diejenigen Muster geführt, die einen größeren Zwischenraum haben wie diejenigen, die einen optimalen Brennpunktseitenrand (focus latitude margin) haben, wodurch ein maximaler Fokusbrei­ tenrand erzielt wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine Strichplatte zur Außer-Ach­ senbeleuchtung mit Lichtabschirmungsmustern unterschiedlicher Zwischenräume auf einem transparenten Substrat, wobei eine Mehrzahl von Hilfsmustern für sowie in den Mustern vorgesehen ist, die größer sind als diejenigen mit minimalem Zwischenraum, und die Größen aufweisen, durch die keine Abbildungen erzeugt werden, wodurch die Zwischenräume dieselbe Größe aufweisen kön­ nen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispiel­ haft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der herkömmlichen Strichplatte von Fig. 1 entlang der Linie A-A′ von Fig. 1 gese­ hen,

Fig. 3 schematisch eine Außer-Achsenbeleuchtungsvorrichtung,

Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Brennweite als Funktion der Abstandgröße bzw. -weite unter Vergleich zwischen den Verhält­ nissen bei der erfindungsgemäßen Strichplatte und der herkömm­ lichen Strichplatte,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung und

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht der erfindungs­ gemäßen Strichplatte entlang der Linie B-B′ von Fig. 5 gesehen.

Nachfolgend sind die gleichen Teile in den unterschiedlichen Figuren durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet, was insbeson­ dere auch auf die Fig. 1 bis 4 zum Stand der Technik zutrifft, die eingehend erläutert sind.

Fig. 5 zeigt eine Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung gemäß der vorliegenden Erfindung, während Fig. 6 eine Quer­ schnittsansicht entlang der Linie B-B′ von Fig. 5 zeigt.

Wie in Fig. 5 gezeigt, sind Lichtabschirmungsmuster 1 aus Chrom unterschiedlicher Zwischenraumgrößen bzw. -abmessungen auf einem transparenten Substrat 5, wie beispielsweise Quartz, gebildet, und außerdem sind Muster 2 mit größerem Zwischenraum (l₁+l₂+l₃, l₄+l₅) als derjenige (l₆) der Muster 3 mit maximalem Brennpunktbreiten- bzw. -seitenrand gebildet. Beispielsweise haben die Muster 2 eine Größe von 0,4 bis 1,0 µm im Falle einer i-Linien-Schrittschaltvorrichtung. Für die Muster 2 sind Hilfs­ muster 9 und 8 in herausstehender Form vorgesehen.

Die Hilfsmuster 8 und 9 sind bei derartigen Größen bzw. Breiten l₂ bzw. l₄ gebildet, so daß auf dem Wafer kein Bild gebildet werden kann. Beispielsweise wird bei einer Belichtung auf die i-Linie bzw. durch diese das auf den Wafer projizierte Bild derart gebildet, daß jedes seiner Seiten im Größenbereich von 0,1 bis 0,3 µm liegt. Die Hilfsmuster 8 und 9 sind alternativ an einem oder beiden der Zwischenräume derart gebildet, daß der Randzwischenraum l₃ eine Abmessung ähnlich zu derjenigen des Zwischenraums l₆ maximalen Fokusseitenrands aufweist. Mehr im einzelnen sind die kleinen Breiten der Hilfsmuster 8 und 9 halb bis viermal so groß wie die Lichtwellenlänge λ der Schritt­ schaltvorrichtung eingestellt. Bevorzugt hat l₁ dieselbe Größe wie l₂.

Im selben Zwischenraum kann das Hilfsmuster 8 der herausstehen­ den Form zusammen mit dem Hilfsmuster 9 der Punktform vorgese­ hen sein. Obwohl in Fig. 5 zwei Reihen von Hilfsmustern 9 in Punktform gebildet sind, von denen jede abwechselnd bzw. ver­ setzt zu anderen angeordnet ist, kann eine Mehrzahl von Reihen mit großem Zwischenraum auf einem Muster aufgetragen sein.

Die mit Hilfsmustern 8 und 9 ausgestattete Strichplatte zeigt dieselbe Brennweite (depth of focus) bei verschiedenen Zwi­ schenraumgrößen, wie in Fig. 4 durch die konstant verlaufende Linie 19 gezeigt.

Die vorliegende Erfindung kann auf alle Muster angewendet wer­ den, die über einem Speicherbereich oder einem Randschaltungs­ bereich gebildet sind, einschließlich Feldoxidfilmmustern eben­ so wie für Linien/Zwischenraummuster. Beispielsweise in dem Fall, daß die Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung gemäß der Erfindung als Kontaktmaske dient, sind die Hilfsmuster innerhalb des Kontaktlochs gebildet, wobei ihre Abmessungen den vorstehend genannten Bedingungen entsprechen.

Für die Hilfsmuster wird ein Phasenschiebermaterial SOG, ein Nitridfilm TIN, ein gehärteter Photoresistfilm oder ein licht­ durchlässiger Film mit einer Durchlässigkeit von 1 bis 10% ver­ wendet.

Wie vorstehend erläutert, hat die erfindungsgemäße Strichplatte für Außer-Achsenbeleuchtung Zwischenräume unterschiedlicher Größen, wobei Hilfsmuster an bzw. auf Zwischenraummustern gebildet sind, die eine größere Abmessung haben als der Zwi­ schenraum des maximalen Brennpunktbreitenrands, der deshalb für eine Außer-Achsenbeleuchtung ungeeignet ist, derart, daß der Beugungswinkel in den gesamten Mustern der Strichplatte äquiva­ lent oder ähnlich ist. Wiederholt angeordnet, weisen die Hilfs­ muster Punktform oder herausstehende Form auf und haben Größen, die es verhindern, daß auf dem Wafer Bilder davon abgebildet werden. Infolge davon ist der Randzwischenraum bezüglich seiner Größe äquivalent oder ähnlich zum Muster des maximalen Brenn­ punktbreitenrands, wodurch ein kleiner Prozeßraum in großen Abstandsmustern ebenso verfügbar ist wie der Prozeßrand in kleinen Abstandsmustern verfügbar ist. Deshalb ist die Prozeß­ toleranz für die Halbleiterherstellung durchgehend größer und es wird für die Zuverlässigkeit ebenso wie für die Prozeßaus­ beute und die Gleichförmigkeit der Muster eine deutliche Ver­ besserung erreicht.

Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft, jedoch nicht beschränkend erläutert worden, und dem Fachmann erschließt sich eine Vielzahl von Änderungen und Modifikationen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, die durch die beilie­ genden Ansprüche festgelegt ist.

Claims (7)

1. Strichplatte zur Außer-Achsenbeleuchtung mit Lichtabschir­ mungsmustern unterschiedlicher Zwischenräume auf einem transparenten Substrat, wobei eine Mehrzahl von Hilfs­ mustern für sowie in den Mustern vorgesehen ist, die größer sind als diejenigen mit minimalem Zwischenraum, und die Größen aufweisen, durch die keine Abbildungen erzeugt wer­ den, wodurch die Zwischenräume dieselbe Größe aufweisen können.

2. Strichplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmuster halb bis fünfmal so groß wie die Wellen­ länge λ der Lichtquelle sind.

3. Strichplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenräume, welche die Hilfsmuster erfor­ derlich machen, bei einer Belichtung mit einer i-Linien- Schrittschaltvorrichtung eine Größe von 0,4 bis 1,0 µm haben.

4. Strichplatte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfsmuster eine herausstehende bzw. vor­ springende Form oder Punktform haben und in einer Reihe angeordnet sind.

5. Strichplatte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfsmuster Punktform aufweisen und in einer mehrfachen Reihe bzw. in mehreren Reihen angeordnet sind.

6. Strichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmuster aus einem Material der Gruppe ausgewählt sind, die aus Phasenschiebermaterialien SOG, Nitridfilmen TiN, gehärteten Photoresistfilmen und lichtdurchlässigen Filmen mit einer Durchlässigkeit von 1 bis 10% bestehen, um das Licht in zunehmendem Ausmaß zu verstärken und den Beugungswinkel beizubehalten.

7. Strichplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kontaktlochmaske ist, und die Hilfsmuster an der Kante innerhalb der Kontaktlöcher gebil­ det sind, um einen gewünschten Beugungswinkel bereitzustel­ len.