DE19937742B4 - 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 Verfahren 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 Informationen oder sonstige Informationen sein, die in einer Fläche 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 Reticle besteht im einfachsten Fall aus lichtundurchlässigen und transparenten Bereichen; häufig werden auch halbtransparente Bereiche vorgesehen. Je nach Verfahrensweise werden die belichteten oder die unbelichteten Bereiche der Lackschicht entfernt, wodurch die Struktur übertragen wird. Da die projizierten Strukturen in aller Regel klein und auf dem Strukturträger sehr dicht gepackt sind, führt die optische Abbildung zwangsläufig zu Interferenzen, die insbesondere von solchen Strukturen herrühren, die in dem Muster bzw. auf dem Strukturträger dicht nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere Beugungsmaxima erster Ordnung, die sich gegenseitig überlagern, führen bei hoher Strukturdichte leicht zu unerwünsch ten zusätzlich belichteten Bereichen auf dem Gegenstand. Solche Sidelobes sind insbesondere bei Masken mit flächenhaft ausgebildeten phasenschiebenden Elementen stark ausgeprägt.
• Herkömmliche Versuche, solche Interferenzen zu vermeiden oder zumindest abzuschwächen, waren darauf gerichtet, die Lichtdurchlässigkeit semitransparenter Bereiche zu variieren oder das Muster in seiner Form mit Blick auf die entstehenden Interferenzen leicht zu verändern. Angesichts fortschreitender Miniaturisierung in der Halbleitertechnik erweisen sich diese Maßnahmen jedoch als unbefriedigend.
• In der DE 41 13 968 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung von Maskenstrukturen gezeigt, insbesondere zur Herstellung von Oberflächenwellenbauelementen, bei dem einerseits eine größere zusammenhängende Struktur aus einzelnen Teilmaskenschritten erzeugt wird und andererseits eine dicht gepackte Struktur mit zwei Teilmustern weniger dicht gepackter Strukturinhalte erzeugt wird. Es kommen lichtdurchlässige Teilstrukturen, Phasenverschiebungsstrukturen sowie lichtundurchlässige Teilstrukturen zur Anwendung. In vertikaler Richtung verteilt sind quadratische Strukturen angeordnet. In horizontale Richtung schließen sich Schlitze an. Das Verfahren eignet sich, eine Durchkontaktlochstruktur zur Herstellung von Mikroelektrodenanschlüssen zu bilden.
• In der DE 44 08 507 A1 sowie in der JP 62-166526 A wird zur Erzeugung einer Struktur höherer Dichte zuerst eine Belichtung mit einer Struktur niedrigerer Dichte durchgeführt, anschließend eine Lackschicht aufgebracht und dieselbe Struktur niedrigerer Dichte verschoben belichtet. Im Zusammenwirken ergibt eine Struktur höhere Dichte.
• In der JP 11-065083 A (Patent Abstracts of Japan) ist eine Lochmaske zur Übertragung eines Lochmusters auf einen Wafer beschrieben, bei der auf dem Strukturträger zwischen dem volltransparenten inneren Lochbereich und dem lichtundurchlässigen Umgebungsbereich ein den transparenten Bereich umgebender phasenschiebender Bereich angeordnet ist. Es wird nur ein einziges Kontaktloch behandelt.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem unerwünschte Beugungsstrukturen unterdrückt oder zumindest ihrer Intensität nach so weit abgeschwächt werden, dass das auf den Gegenstand zu übertragende Muster in ausreichendem Maße mit seinem Urbild übereinstimmt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Übertragen von einem Muster, das kleine, dicht gepackte Strukturen aufweist, auf einen Gegenstand, bei dem aus den Strukturen des Musters mindestens zwei Teilmuster weniger dicht gepackter Strukturinhalte erzeugt werden, indem Strukturen, die in dem Muster dicht nebeneinander angeordnet sind, verschiedenen Teilmustern auf jeweiligen Strukturträgern zugeordnet und dadurch voneinander getrennt werden, bei dem die Teilmuster zueinander zeitversetzt auf den Gegenstand übertragen und dadurch die Strukturen wieder zusammengeführt werden, bei dem das Muster ein Lochmuster ist und eine Vielzahl von Löchern umfasst, die längs einer ersten Richtung und längs einer anderen zweiten Richtung verteilt angeordnet sind, und jedes der Löcher jedes der Teilmuster einen volltransparenten quadratischen Bereich, einen diesen volltransparenten Bereich umgebenden phasenschiebenden Rahmen und einen diesen Rahmen umgebenden lichtundurchlässigen Bereich umfasst und innerhalb eines jeden der Teilmuster die Löcher längs der ersten und längs der zweiten Richtung versetzt angeordnet sind.
• Hierbei wird ausgenutzt, dass von verschiedenen Strukturen des Musters herrührende Interferenzen um so schwächer ausgeprägt sind, je weiter die Strukturen voneinander entfernt sind. Angesichts der zunehmenden Komprimierung von Halbleiterstrukturen auf einem Substrat ist auch die Komprimierung von Strukturen auf dem Strukturträger bzw. dem Reticle nicht zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird das abzubildende 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 Gegenstand 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 streckenweise oder flächenweise periodisch angeordnete Strukturen des Musters alternierend den beiden Teilmustern zugeordnet werden. Sehr häufig bestehen Muster aus einer Vielzahl isolierter Strukturen, die – als transparente Fläche in dunkler Umgebung ausgebildet – auf einem von einem Quadrat abgeleiteten zweidimensionalen Punktgitter angeordnet sind, so beispielsweise im Falle von Kontaktlochmustern in der Halbleiterfertigung. 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 Strukturträgern erzeugt. Diese Strukturträger können beliebige flächige Gebilde sein, es kommen jedoch auch elektronische Strukturträger, d.h. Datenträger in Betracht. Bei der Übertragung auf Halbleitersubstrat jedoch sind die Strukturträger vorzugsweise lithographische Masken, d.h. Reticles.
• Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, daß die Maske eine Zwei- oder Dreitonmaske ist und flächenhaft ausgebildete phasenschiebende Elemente aufweist, und daß die Maskenstrukturen in dem für die Abbildung benutzten Bereich ausschließlich aus semitransparentem phasenschiebenden Material bestehen. Insbesondere bei Phasenmasken werden Maskenbereiche verschieden starker Transparenz zur Reduzierung von Interferenzen eingesetzt. Die flächenhaft ausgebildeten phasenschiebenden Elemente erzeugen einen Phasenspruch von 180°.
• Im Rahmen der Halbleiterlithographie ist vorgesehen, daß die Teilmuster auf verschiedenen Reticles oder verschiedenen Bereichen eines Reticles erzeugt werden, die nacheinander auf das Halbleitersubstrat, vorzugsweise optisch, abgebildet werden. Da bei der erfindungsgemäßen Zuordnung der Strukturen zu weniger dichten Teilmustern sich der Minimalabstand zwischen Strukturen und mit ihm auch auf diesen Abstand ausgelegte Optimalwerte optischer Einstellungen verändern, sieht eine Weiterbildung vor, daß bei der optischen Abbildung die numerische 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 vorgesehen, daß eine Vielzahl von loch- und/oder spaltartigen Stukturen auf das Halbleitersubstrat übertragen wird.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 und 2 beschrieben.
• 1 zeigt zwei Kontaktlochmuster mit unterschiedlicher Kontaktlochdichte sowie ein vergrößert dargestelltes einzelnes 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 Kontaktlöcher bestehenden Muster, die in 1 nur schematisch dargestellt sind, sind in den Bereichen zwischen den jeweiligen Kontaktlöchern ebenfalls opak, d.h. lichtundurchlässig. Die Abstände zwischen den Kontaktlöchern seien so gewählt, daß sich die bei der Abbildung entstehenden ringförmigen Beugungsmaxima erster Ordnung in dem linken, weniger dichten Muster noch nicht überschneiden und somit noch nicht zu störenden Zusatzstrukturen führen. In dem rechten, dichteren Muster entsteht jedoch entsteht – durch Interferenz der Beugungsmaxima erster Ordnung – auf einem Flächenstück im Kreuzungspunkt der Diagonalen zwischen benachbarten Kontakten eine vergleichsweise hohe Lichtintensität, die im Fotomaterial eine unerwünschte Struktur ausbildet. Um diese zu vermeiden, wird das dichtere Muster, wie in 2 dargestellt, auf zwei Maskenbereiche oder zwei Masken verteilt. Die Intensitätsringe 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 aneinanderliegender, geometrisch eigentlich benachbarter Strukturen in alternierender Reihenfolge wird die lokale Strukturdichte des dichteren Musters aus 1 um etwa 50 % verringert. Da die Dichte der Aufeinanderfolge der Strukturen, d.h. deren Ortsfrequenz erfindungsgemäß reduziert wird, kann mit der beschriebenen multiplen Belichtung eine größere Integrationsdichte 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 Fähigkeiten des Fachmanns.

Claims (5)

1. Verfahren zum Übertragen von einem Muster, das kleine, dicht gepackte Strukturen aufweist, auf einen Gegenstand, bei dem aus den Strukturen des Musters mindestens zwei Teilmuster weniger dicht gepackter Strukturinhalte erzeugt werden, indem Strukturen, die in dem Muster dicht nebeneinander angeordnet sind, verschiedenen Teilmustern auf jeweiligen Strukturträgern zugeordnet und dadurch voneinander getrennt werden, bei dem die Teilmuster zueinander zeitversetzt auf den Gegenstand übertragen und dadurch die Strukturen wieder zusammengeführt werden, bei dem das Muster ein Lochmuster ist und eine Vielzahl von Löchern umfasst, die längs einer ersten Richtung und längs einer anderen zweiten Richtung verteilt angeordnet sind, und jedes der Löcher jedes der Teilmuster einen volltransparenten quadratischen Bereich (1), einen diesen volltransparenten Bereich umgebenden phasenschiebenden Rahmen (2) und einen diesen Rahmen (2) umgebenden lichtundurchlässigen Bereich (3) umfasst und innerhalb eines jeden der Teilmuster die Löcher längs der ersten und längs der zweiten Richtung versetzt angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand ein Halbleitersubstrat ist und die Strukturträger lithographische Masken sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmuster auf verschiedenen Reticles oder auf verschiedenen Bereichen eines Reticles erzeugt werden, die nacheinander auf das Halbleitersubstrat abgebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmuster durch eine optische Abbildung auf das Halbleitersubstrat übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der optischen Abbildung die numerische Apertur und die Beleuchtung eines Projektionssystems auf für die Teilmuster optimale Werte umgestellt werden.