DE19937742A1 - Übertragung eines Musters hoher Strukturdichte durch multiple Belichtung weniger dichter Teilmuster - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Übertragen von einem Muster, das kleine, dicht gepackte Strukturen aufweist, von einem Strukturträger auf einen Gegenstand. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß aus den Strukturen mindestens zwei Teilmuster weniger dicht gepackter Strukturinhalte erzeugt werden, indem solche Strukturen, die in dem Muster auf dem Strukturträger dicht nebeneinander angeordnet sind, möglichst verschiedenen Teilmustern zugeordnet und dadurch voneinander getrennt werden, und daß die Teilmuster zueinander zeitversetzt auf den Gegenstand übertragen und dadurch die Strukturen wieder zusammengefügt werden. Dadurch wird eine Verringerung der Strukturdichte bei der optischen Abbildung erzielt, so daß der Einfluß störender Strukturinterferenzen auf die Abbildung reduziert wird und somit bei gleicher Wellenlänge dichtere Strukturen abbildbar werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von einem Muster, das kleine, dicht gepackte Strukturen aufweist, von einem Strukturträger auf einen Gegenstand. Derartige Verfah­ ren werden in großem Umfang von der Halbleiterindustrie zur Herstellung integrierter Schaltungen eingesetzt, kommen aber auch außerhalb der Halbleiterfertigung zur Anwendung. Muster im Sinne dieser Anmeldung können geometrische Muster, Code- oder Schriftzeichen, Bildinformationen, verschlüsselte Infor­ mationen oder sonstige Informationen sein, die in einer Flä­ che angeordnet werden können. Die in dem Muster enthaltenen Strukturen können auf einem elektronischen oder körperlichen Strukturträger vorliegen.

In der Halbleiterfertigung werden auf einem Reticle Muster erzeugt und von diesem auf ein Halbleitersubstrat projiziert. Dabei wird das auf dem Reticle befindliche Muster auf eine Schicht der Halbleiterstruktur oder eine diese bedeckende Maske aus z. B. Fotolack übertragen. Das Muster auf dem Re­ ticle besteht im einfachsten Fall aus lichtundurchlässigen und transparenten Bereichen; häufig werden auch halbtranspa­ rente Bereiche vorgesehen. Je nach Verfahrensweise werden die belichteten oder die unbelichteten Bereiche der Lackschicht entfernt, wodurch die Struktur übertragen wird. Da die proji­ zierten Strukturen in aller Regel klein und auf dem Struktur­ träger sehr dicht gepackt sind, führt die optische Abbildung zwangsläufig zu Interferenzen, die insbesondere von solchen Strukturen herrühren, die in dem Muster bzw. auf dem Struk­ turträger dicht nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere Beugungsmaxima erster Ordnung, die sich gegenseitig überla­ gern, führen bei hoher Strukturdichte leicht zu unerwünsch­ ten zusätzlich belichteten Bereichen auf dem Gegenstand. Sol­ che Sidelobes sind insbesondere bei Masken mit flächenhaft ausgebildeten phasenschiebenden Elemenen stark ausgeprägt.

Herkömmliche Versuche, solche Interferenzen zu vermeiden oder zumindest abzuschwächen, waren darauf gerichtet, die Licht­ durchlässigkeit semitransparenter Bereiche zu variieren oder das Muster in seiner Form mit Blick auf die entstehenden In­ terferenzen leicht zuverändern. Angesichts fortschreitender Miniaturisierung in der Halbleitertechnik erweisen sich diese Maßnahmen jedoch als unbefriedigend.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren bereitzustellen, mit dem unerwünschte Beugungsstruktu­ ren unterdrückt oder zumindest ihrer Intensität nach so weit abgeschwächt werden, daß das auf den Gegenstand zu übertra­ gende Muster in ausreichendem Maße mit seinem Urbild überein­ stimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus den Strukturen des Musters zumindest zwei Teilmuster weniger dicht gepackter Strukturinhalte erzeugt werden, in dem solche Strukturen, die in dem Muster oder auf dem Strukturträger dicht nebeneinander angeordnet sind, verschiedenen Teilmu­ stern zugeordnet und dadurch voneinander getrennt werden, und daß die Teilmuster zueinander zeitversetzt auf den Gegenstand übertragen und dadurch die Strukturen wieder zusammengeführt werden. Hierbei wird ausgenutzt, daß von verschiedenen Struk­ turen des Musters herrührende Interferenzen um so schwächer ausgeprägt sind, je weiter die Strukturen voneinander ent­ fernt sind. Angesichts der zunehmenden Komprimierung von Halbleiterstrukturen auf einem Substrat ist auch die Kompri­ mierung von Strukturen auf dem Strukturträger bzw. dem Re­ ticle nicht zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird jedoch das ab­ zubildende Muster in mehrere sich ergänzende Teilmuster zer­ legt, die weniger verdichtet sind als das Muster selbst und die sequentiell, d. h. zeitlich nacheinander auf den Gegen­ stand bzw. das Substrat abgebildet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß genau zwei Teilmuster erzeugt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders bevorzugte Weiterbildung, der gemäß strecken­ weise oder flächenweise periodisch angeordnete Strukturen des Musters alternierend den beiden Teilmustern zugeordnet wer­ den. Sehr häufig bestehen Muster aus einer Vielzahl isolier­ ter Strukturen, die - als transparente Fläche in dunkler Um­ gebung ausgebildet - auf einem von einem Quadrat abgeleiteten zweidimensionalen Punktgitter angeordnet sind, so beispiels­ weise im Falle von Kontaktlochmustern in der Halbleiterferti­ gung. Bei dieser Art von Mustern erreicht die alternierende Zuordnung zu den Teilmustern, deren Strukturen mindestens um eine Diagonale des Quadrats voneinander entfernt sind, eine deutliche Ausdünnung bei geringer Anzahl von Teilmustern.

Vorzugsweise werden die Teilmuster ebenfalls auf Strukturträ­ gern erzeugt. Diese Strukturträger können beliebige flächige Gebilde sein, es kommen jedoch auch elektronische Struktur­ träger, d. h. Datenträger in Betracht. Bei der Übertragung auf Halbleitersubstrat jedoch sind die Strukturträger vor­ zugsweise lithographische Masken, d. h. Reticles.

Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, daß die Maske eine Zwei- oder Dreitonmaske ist und flächenhaft ausgebildete pha­ senschiebende Elemente aufweist, und daß die Maskenstrukturen in dem für die Abbildung benutzten Bereich ausschließlich aus semitransparentem phasenschiebenden Material bestehen. Insbe­ sondere bei Phasenmasken werden Maskenbereiche verschieden starker Transparenz zur Reduzierung von Interferenzen einge­ setzt. Die flächenhaft ausgebildeten phasenschiebenden Ele­ mente erzeugen einen Phasenspruch von 180°.

Im Rahmen der Halbleiterlithographie ist vorgesehen, daß die Teilmuster auf verschiedenen Reticles oder verschiedenen Be­ reichen eines Reticles erzeugt werden, die nacheinander auf das Halbleitersubstrat, vorzugsweise optisch, abgebildet wer­ den. Da bei der erfindungsgemäßen Zuordnung der Strukturen zu weniger dichten Teilmustern sich der Minimalabstand zwischen Strukturen und mit ihm auch auf diesen Abstand ausgelegte Op­ timalwerte optischer Einstellungen verändern, sieht eine Wei­ terbildung vor, daß bei der optischen Abbildung die numeri­ sche Apertur und die Beleuchtung eines Projektionssystems auf für die Teilmuster optimale Werte eingestellt werden. Diese Einstellungen sind somit nicht oder nicht allein durch die Strukturdichte des abzubildenden Musters vorgegeben, sondern hängen wesentlich von dem Verdünnungsgrad der Strukturdichte ab.

Mit Blick auf die Halbleiterfertigung ist vorzugsweise vorge­ sehen, daß eine Vielzahl von loch- und/oder spaltartigen Stukturen auf das Halbleitersubstrat übertragen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt zwei Kontaktlochmuster mit unterschiedlicher Kontaktlochdichte sowie ein vergrößert dargestelltes einzel­ nes Kontaktloch. Das einzelne Kontaktloch besteht aus einem volltransparenten Quadrat 1, das von einem Rahmen 2 aus einem halbtransparenten, um 180° phasenschiebenden Material umgeben ist. Daran schließt sich außen eine lichtundurchlässige Chromschicht 3 an. Die beiden aus einer Vielzahl solcher Kon­ taktlöcher bestehenden Muster, die in Fig. 1 nur schematisch dargestellt sind, sind in den Bereichen zwischen den jeweili­ gen Kontaktlöchern ebenfalls opak, d. h. lichtundurchlässig. Die Abstände zwischen den Kontaktlöchern seien so gewählt, daß sich die bei der Abbildung entstehenden ringförmigen Beu­ gungsmaxima erster Ordnung in dem linken, weniger dichten Mu­ ster noch nicht überschneiden und somit noch nicht zu stören­ den Zusatzstrukturen führen. In dem rechten, dichteren Muster entsteht jedoch entsteht - durch Interferenz der Beugungsma­ xima erster Ordnung - auf einem Flächenstück im Kreuzungs­ punkt der Diagonalen zwischen benachbarten Kontakten eine vergleichsweise hohe Lichtintensität, die im Fotomaterial ei­ ne unerwünschte Struktur ausbildet. Um diese zu vermeiden, wird das dichtere Muster, wie in Fig. 2 dargestellt, auf zwei Maskenbereiche oder zwei Masken verteilt. Die Intensi­ tätsringe der Beugungsmaxima erster Ordnung überlagern sich bei sequentieller Abbildung nunmehr inkohärent, so daß das die Intensität im obigen Flächenstück um die Hälfte gedämpft ist. Die Maskenbereiche A und B werden nacheinander auf das Substrat abgebildet, wobei gegebenenfalls - zur Vermeidung von Overlay-Fehlern - eine bei Steppern übliche Offset- Korrektur vorgenommen wird. Durch diese Aufteilung eng anein­ anderliegender, geometrisch eigentlich benachbarter Struktu­ ren in alternierender Reihenfolge wird die lokale Struktur­ dichte des dichteren Musters aus Fig. 1 um etwa 50% verrin­ gert. Da die Dichte der Aufeinanderfolge der Strukturen, d. h. deren Ortsfrequenz erfindungsgemäß reduziert wird, kann mit der beschriebenen multiplen Belichtung eine größere Integra­ tionsdichte als bei einer einzigen Belichtung erzielt werden.

Die Anzahl verwendeter Teilmasken und die Art der Aufteilung auf diese ist je nach Muster zu modifizieren. Entsprechende Maßnahmen ergeben sich bei Anwendung der Kenntnisse und Fä­ higkeiten des Fachmanns.

Claims (11)

1. Verfahren zum Übertragen von einem Muster, das kleine, dicht gepackte Strukturen aufweist, von einem Strukturträger auf einen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Struktu­ ren des Musters mindestens zwei Teilmuster weniger dicht ge­ packter Strukturinhalte erzeugt werden, indem solche Struktu­ ren, die in dem Muster oder auf dem Strukturträger dicht ne­ beneinander angeordnet sind, verschiedenen Teilmustern zuge­ ordnet und dadurch voneinander getrennt werden, und daß die Teilmuster zueinander zeitversetzt auf den Gegenstand über­ tragen und dadurch die Strukturen wieder zusammengeführt wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genau zwei Teilmuster erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß streckenweise oder flächenweise periodisch angeordnete Strukturen des Musters alternierend den beiden Teilmustern zugeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmuster ebenfalls auf Strukturträgern erzeugt wer­ den.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand ein Halbleitersubstrat ist und die Struk­ turträger lithographische Masken sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske eine Zwei- oder Dreitonmaske ist und flächen­ haft ausgebildete phasenschiebende Elemente aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenstrukturen in dem für die Abbildung benutzten Bereich ausschließlich aus semitransparentem phasenschieben­ den Material besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmuster auf verschiedenen Reticles oder auf ver­ schiedenen Bereichen eines Reticles erzeugt werden, die nach­ einander auf das Halbleitersubstrat abgebildet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmuster durch eine optische Abbildung auf das Halbleitersubstrat übertragen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der optischen Abbildung die numerische Apertur und die Beleuchtung eines Projektionssystems auf für die Teilmu­ ster optimale Werte umgestellt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von loch- und/oder spaltartigen Strukturen auf das Halbleitersubstrat übertragen wird.