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Die
vorliegende Erfindung betrifft Masken mit Hilfsmerkmalen zum Gebrauch
in Verfahren zur Fertigung von Vorrichtungen, bei denen ein lithographischer
Projektionsapparat verwendet wird, der umfasst:
- ein Belichtungssystem
zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls;
- einen ersten Objekttisch mit einem ersten Objekthalter zum Halten
einer Maske;
- einen zweiten Objekttisch mit einem zweiten Objekthalter zum
Halten eines Substrats; und
- ein Projektionssystem zum Abbilden eines bestrahlten Bereichs
der Maske auf einen Zielbereich des Substrats, wobei ein typisches
Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Maske mit einem Bild auf dem ersten Objekttisch;
- Bereitstellen eines Substrats mit einer strahlungsempfindlichen
Schicht auf dem zweiten Objekttisch; und
- Abbilden der bestrahlten Bereiche der Maske auf die Zielbereiche
des Substrats.
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Der
Einfachheit halber wird das Projektionssystem im Folgenden als die „Linse" bezeichnet; trotzdem sollte
dieser Ausdruck weit ausgelegt werden und verschiedene Arten von
Projektionssystemen umfassen, einschließlich beispielsweise Brechungsoptiken,
Reflexionsoptiken, katadioptrischer Systeme und Optiken mit geladenen
Teilchen. Das Belichtungssystem kann ebenfalls Elemente umfassen,
die nach irgendeinem dieser Prinzipien zum Lenken, Formen oder Kontrollieren
des Projektionsstrahls dienen, und solche Elemente können ebenfalls
im Folgenden gemeinsam oder einzeln als eine „Linse" bezeichnet werden. Außerdem können der
erste und zweite Objekttisch als der „Maskentisch" beziehungsweise
der „Substrattisch" bezeichnet werden.
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In
der vorliegenden Schrift werden die Ausdrücke „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle Arten von elektromagnetischer
Strahlung zu bezeichnen, einschließlich ultravioletter Strahlung
(zum Beispiel bei einer Wellenlänge
von 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm oder 126 nm) und extrem ultravioletter
Strahlung (EUV), wobei diese Aufzählung nicht als Beschränkung zu
verstehen ist; im Prinzip umfassen diese Ausdrücke auch Röntgenstrahlung, Elektronen
und Ionen. Zudem wird die Erfindung hier unter Verwendung eines
Koordinatensystems von orthogonalen X-, Y- und Z-Richtungen beschrieben, und eine Rotation
um eine Achse parallel zur Richtung I wird mit Ri bezeichnet. Weiterhin
wird hier, sofern es der Kontext nicht anders verlangt, der Ausdruck „vertikal" (Z) in dem Sinne
verwendet, dass er sich auf die Richtung normal zur Substrat- oder
Maskenoberfläche
oder parallel zur optischen Achse eines optischen Systems bezieht,
statt irgendeine bestimmte Orientierung der Vorrichtung zu implizieren.
Auf ähnliche
Weise bezeichnet der Ausdruck „horizontal" eine Richtung parallel
zur Oberfläche
des Substrats oder der Maske oder senkrecht zur optischen Achse,
und so normal zur „vertikalen" Richtung.
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Ein
lithographischer Projektionsapparat kann zum Beispiel in der Fertigung
von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. In einem
solchen Fall kann die Maske (Retikel) ein Schaltkreismuster enthalten, das
einer einzelnen Schicht des ICs entspricht, und dieses Muster kann
auf einen Zielbereich oder eine Belichtungsfläche (die einen oder mehre Chips
umfasst) auf einem Substrat (Siliziumwafer), das mit einer Schicht eines
strahlungsempfindlichen Materials (Resist) beschichtet worden ist,
abgebildet werden. Im Allgemeinen wird ein einzelner Wafer ein ganzes
Netzwerk von nebeneinander liegenden Zielbereichen umfassen, die nacheinander
jeweils einzeln durch das Retikel bestrahlt werden. Bei einem Typ
eines lithographischen Projektionsapparats wird jeder Zielbereich
durch Belichten des gesamten Maskenmusters auf den Zielbereich in einem
Schritt bestrahlt; solch ein Apparat wird gewöhnlich als Waferstepper bezeichnet.
Bei einem alternativen Apparat C, der gewöhnlich als ein Schritt-und-Scan-Apparat
C bezeichnet wird, wird jeder Zielbereich durch progressives Abtasten
des Maskenmusters unter dem Projektionsstrahl in einer gegebenen
Referenzrichtung (der „Abtastrichtung") bestrahlt, während der
Substrattisch synchron parallel oder antiparallel zu dieser Richtung
abgetastet wird; da das Projekti onssystem im Allgemeinen einen Vergrößerungsfaktor
M (in der Regel < 1)
haben wird, wird die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch
abgetastet wird, gleich der mit der der Maskentisch abgetastet wird
multipliziert mit einem Faktor M sein. Weitere Informationen mit
Bezug auf lithographische Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben
sind, können
zum Beispiel der Internationalen Patentanmeldung WO97/33205 entnommen
werden.
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Im
Allgemeinen umfasst ein lithographischer Apparat einen einzelnen
Maskentisch und einen einzelnen Substrattisch. Trotzdem sind inzwischen
Maschinen verfügbar,
die über
mindestens zwei unabhängig
voneinander zu bewegende Substrattische verfügen; siehe zum Beispiel die
vielstufigen Apparate, die in den Internationalen Patentanmeldungen
WO98/28665 und WO98/40791 beschrieben sind. Das grundlegende Funktionsprinzip
hinter solch einem Vielstufenapparat ist, dass, während ein
erster Substrattisch auf der Belichtungsposition unter dem Projektionssystem
ist, um ein erstes Substrat, das sich auf diesem Tisch befindet,
zu belichten, ein zweiter Substrattisch in eine Ladeposition fahren,
ein vorher belichtetes Substrat entladen, ein neues Substrat aufnehmen,
einige Anfangsmessschritte auf dem neuen Substrat durchführen und
dann zum Transfer des neuen Substrats in die Belichtungsposition
unter dem Projektionssystem bereitstehen kann, sobald die Belichtung
des ersten Substrats vollendet worden ist; der Kreislauf wird dann
wiederholt. Auf diese Weise ist es möglich, den Maschinendurchsatz
wesentlich zu erhöhen,
was wiederum die Betriebskosten der Maschine verbessert. Natürlich könnte das
gleiche Prinzip mit nur einem Substrattisch verwendet werden, der zwischen
der Belichtungs- und Ladeposition bewegt wird.
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Es
ist bekannt, sogenannte „Hilfsmerkmale" in Masken vorzusehen,
um das Bild zu verbessern, das auf das Resist und zum Schluss die
entwickelte Vorrichtung projiziert wird. Hilfsmerkmale sind Merkmale,
die nicht in dem Muster auftauchen sollen, das im Resist entwickelt
wird, sondern in der Maske zur Verfügung gestellt werden, um Vorteile
aus Beugungseffekten zu ziehen, so dass das entwickelte Muster dem Schaltkreismuster
stärker ähnelt. Hilfsmerkmale
sind im Allgemeinen „subresolution", was bedeutet, dass
sie zumindest in einer Dimension kleiner sind als das kleinste Merkmal
in der Maske, das tatsächlich
auf dem Wafer aufgelöst wird.
Hilfsmerkmale können
Dimensionen haben, die als Bruchteile der „kritischen Dimension" definiert sind, welche
die kleinste Breite eines Merkmals oder der kleinste Abstand zwischen
Merkmalen in der Maske und oft die Auflösungsgrenze des lithographischen
Projektionsapparats ist, mit dem die Maske verwendet werden soll.
Man beachte, dass, da das Maskenmuster in der Regel mit einer Vergrößerung von
weniger als 1, zum Beispiel 1/4 oder 1/5, projiziert wird, das Hilfsmerkmal
auf der Maske eine physikalische Dimension haben kann, die größer ist
als das kleinste Merkmal auf dem Wafer. Es sind zwei Typen von Hilfsmerkmalen
bekannt. Streustäbe
sind Linien mit einer Breite kleiner als die Auflösung, die
auf einer oder beiden Seiten eines isolierten Leiters angebracht
werden, um Näheeffekte
nachzuahmen, die in dicht gepackten Regionen eines Musters auftreten.
Serifen sind zusätzliche
Flächen
von unterschiedlichen Formen, die an den Ecken und Enden von Leiterlinien
platziert werden, oder die Ecken von rechteckigen Merkmalen, um
das Ende der Linie, oder die Ecke, mehr annähernd quadratisch oder rund
zu machen, wie es gewünscht
ist (man beachte in diesem Zusammenhang, dass Hilfsmerkmale, die
gewöhnlich
als „Hammerköpfe" bezeichnet werden,
als eine Form von Serifen betrachtet werden). Weitere Informationen über die
Verwendung von Streustäben
und Serifen können zum
Beispiel in
US 5,242,770 und
US 5,707,765 gefunden werden.
US 6,074,787 offenbart ein
Verfahren zum Entwurf von Hilfsmerkmalen für sich nicht wiederholende
und komplexe Muster.
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Kontaktlöcher oder
Durchgänge
in integrierten Schaltkreisen verursachen bei der Abbildung besondere
Probleme. Weil die Kontaktlöcher
oft durch mehrere oder relativ dicke Prozessschichten geformt werden müssen, die
vorher auf dem Wafer gebildet worden sind, müssen sie in eine relativ dicke
Schicht von Photoresist gemustert werden, was eine vergrößerte Fokustiefe
im Hologramm des Maskenmusters erfordert. Eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine verbesserte Maske für ein bes seres Abbilden von
dichten Merkmalen mit regelmäßigem oder
unregelmäßigem Abstand,
so wie Kontaktlöchern,
zur Verfügung
zu stellen, ebenso wie ein Verfahren, eine solche Maske herzustellen,
und ein Verfahren, Vorrichtungen zu fertigen, die die verbesserte
Maske verwenden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Maske zur Verwendung in einem lithographischen
Projektionsapparat zur Verfügung
gestellt, wobei die Maske eine Vielzahl von isolierten Bereichen
umfasst, die mit dem Hintergrund kontrastieren und Merkmale repräsentieren,
die in der Fertigung einer Vorrichtung gedruckt werden sollen, die
isolierten Bereiche sind dabei im Allgemeinen in einem Gitter angeordnet;
charakterisiert durch:
eine Vielzahl von Hilfsmerkmalen, die
kleiner sind als die isolierten Bereiche und so angeordnet, dass
sie das Gitter symmetrischer machen.
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Die
Hilfsmerkmale führen
durch die Reduzierung der Asymmetrie im Gitter dazu, Aberrationen
im Hologramm zu reduzieren, und werden idealerweise so angeordnet,
dass sie alle asymmetrischen Aberrationen reduzieren, die durch
ungerade Aberrationen wie 3-Wellen und Koma erzeugt werden. In einem
Gitter das schon einen Grad oder einige Grade von Symmetrie hat,
können
die Hilfsmerkmale zusätzliche
Grade von Symmetrie hinzufügen
oder können
eine (primitive) Einheitszelle in sich selbst symmetrischer machen.
Auf diese Weise kann die Erfindung Verbesserungen in der Abbildungssymmetrie
zur Verfügung
stellen, die weitgehend unabhängig
von der Belichtungsvorrichtung und den Beleuchtungs- oder Projektionseinstellungen sind.
In vielen Fällen
können
die isolierten Merkmale betrachtet werden, als ob sie Gitterpunkte
eines regelmäßigen Gitters
besetzen (obwohl die isolierten Merkmale relativ zu den Punkten
eines idealen Gitters leicht versetzt sein können), wobei aber einer oder
mehrere der Punkte der Einheits- oder primitiven Zelle unbesetzt bleiben.
In diesem Fall werden die Hilfsmerkmale an wenigstens einigen der
leeren Gitterpunkte platziert.
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Ein
Gitter von Merkmalen in einer Maske, das selbst regelmäßig ist,
zum Beispiel wenn es mehrere Grade von Rotations- oder Spiegelsymmetrie
hat, ist unausweichlich endlich und ihm fehlt so die Translationssymmetrie;
die Einheitszellen an den Ecken des Gitters sind nicht exakt äquivalent
zu denen in der Mitte, da sie weniger Nachbarn haben. So können Hilfsmerkmale
gemäß der Erfindung
rund um das Äußere eines
Gitters angeordnet werden, um Pseudonachbarn für die äußersten Merkmale im Gitter
zu bilden. Natürlich
können
vielfältige
Hilfsmerkmale von verschiedenen Anordnungen in einem Gitter verwendet
werden mit beispielsweise Hilfsmerkmalen, die innerhalb des Gitters
platziert sind, um das Gitter mehr rotations- oder spiegelsymmetrisch
zu machen, und außerhalb
des Gitters, um die Umgebung der äußersten Merkmale den inneren Merkmalen ähnlicher
zu machen.
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Die
Hilfsmerkmale sollten in zumindest einer Dimension ausreichend klein
sein, um nicht im entwickelten Muster des Resists aufzutauchen,
obwohl sie im Hologramm nachweisbar sein und teilweise das photo-(energieempfindliche)
Resist belichten können.
Die Hilfsmerkmale sind daher in der Regel kleiner als die kritische
Dimension des Maskenmusters und die Auflösungsgrenze des lithographischen
Apparats, mit dem die Maske verwendet werden soll.
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Die
isolierten Bereiche können
zum Beispiel Kontaktlöcher
repräsentieren,
die in einem DRAM-Gitter geformt werden sollen. Die isolierten Bereiche
und Hilfsmerkmale können
transparente Bereiche auf einem relativ undurchsichtigen Hintergrund
sein oder umgekehrt. In einer reflektierenden Maske werden die isolierten Bereiche
und die Hilfsmerkmale eine andere Reflektivität als der Hintergrund haben.
In einer phasenverschiebenden Maske können die isolierten Bereiche
und die Hilfsmerkmale eine andere Phasenverschiebung und/oder eine
andere Dämpfung
als der Hintergrund einführen.
Die Hilfsmerkmale müssen
nicht den gleichen „Ton" wie die isolierten
Bereiche haben.
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Gemäß eines
anderen Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt,
um eine Maske für
die Verwendung in einem lithographischen Projektionsapparat herzustellen,
wobei das Verfahren den Schritt eines Definierens einer Vielzahl
isolierter Bereiche umfasst, die mit dem Hintergrund kontrastieren
und Merkmale zum Drucken bei der Fertigung repräsentieren, wobei die isolierten
Bereiche im Allgemeinen in einem Gitter angeordnet sind, dadurch
gekennzeichnet, dass es als weiteren Schritt umfasst:
das Definieren
einer Vielzahl von Hilfsmerkmalen, die kleiner sind als die isolierten
Bereiche und so angeordnet sind, dass sie das Gitter symmetrischer
machen.
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Die
Positionen, Formen und Größen der
Hilfsmerkmale können
durch Berechnung der Aberrationen in der Wellenfront, die durch
das Muster ohne sie erzeugt würde,
bestimmt werden und dann durch die Bestimmung der Positionen etc.
für die
Hilfsmerkmale, die die vorhergesagten Aberrationen, insbesondere
3-Wellen- und 1-Wellen
(komatische) Aberrationen, reduzieren.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Verfügung
gestellt, um eine Vorrichtung mit Hilfe eines lithographischen Projektionsapparats
zu fertigen, welcher enthält:
- ein Belichtungssystem zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls;
- einen ersten Objekttisch mit einem ersten Objekthalter zum Halten
einer Maske;
- einen zweiten Objekttisch mit einem zweiten Objekthalter zum
Halten eines Substrats; und
- ein Projektionssystem zum Abbilden eines belichteten Bereiches
der Maske auf einen Zielbereich des Substrats; wobei das Verfahren
die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Maske mit einem Bild auf dem ersten Objekttisch,
wobei die Maske eine Vielzahl an isolierten Bereichen umfasst, die
mit dem Hintergrund kontrastieren und Merkmale zum Drucken bei der
Herstellung einer Vorrichtung repräsentieren, wobei die isolierten
Bereiche im Allgemeinen in einem Gitter angeordnet sind;
- Bereitstellen eines Substrats mit einer strahlungsempfindlichen
Schicht auf dem zweiten Objekttisch; und
- Belichten der bestrahlten Bereiche der Maske auf die Zielbereiche
des Substrats; dadurch gekennzeichnet, dass:
- die Maske mit einer Vielzahl von Hilfsmerkmalen versehen ist,
die kleiner sind als die isolierten Bereiche und so angeordnet sind,
dass sie das Gitter symmetrischer machen.
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In
einem Fertigungsprozess unter Verwendung eines lithographischen
Projektionsapparats gemäß der Erfindung
wird ein Muster in einer Maske auf ein Substrat abgebildet, welches
zumindest teilweise mit einer Schicht eines strahlungsempfindlichen
Materials (Resist) bedeckt ist. Vor diesem Belichtungsschritt kann
das Substrat verschiedenen Behandlungen unterzogen werden, wie etwa
einer Grundierung, einer Beschichtung mit Resist und einem sanften
Vorglühen.
Nach der Belichtung kann das Substrat anderen Behandlungen unterzogen
werden, so wie einem Nachbelichtungsglühen (PEB), einer Entwicklung,
einem harten Glühen
und einer Messung/Prüfung
der abgebildeten Merkmale. Dieser Satz an Behandlungen wird als
eine Grundlage verwendet, um eine einzelne Schicht einer Vorrichtung,
zum Beispiel eines IC, zu mustern. Solch eine gemusterte Schicht
kann dann verschiedenen Prozessen unterzogen werden, zum Beispiel Ätzen, Ionenimplantation (Dotieren),
Metallisierung, Oxidation, chemisch-mechanischem Polieren etc.,
die alle dazu dienen, eine einzelne Schicht abzuschließen. Wenn
mehrere Schichten benötigt
werden, muss die gesamte Behandlung, oder eine Abwandlung davon,
für jede
neue Schicht wiederholt werden. Schließlich liegt ein Gitter von
Vorrichtungen (Chips) auf dem Substrat (Wafer) vor. Dann werden
diese Vorrichtungen durch eine Technik wie Dicen oder Sägen voneinander
getrennt, wodurch die einzelnen Vorrichtungen auf einem Träger montiert,
mit Pins verbunden etc. werden können.
Weitere Informationen solche Prozesse betreffend können zum
Beispiel dem Buch „Mikrochip
Fabrication: A Practical Guide to Se miconductor Processing", dritte Auflage,
von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4,
entnommen werden.
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Obwohl
in diesem Text speziell Bezug auf die Verwendung des Apparats gemäß der Erfindung
in der Fertigung von ICs genommen werden mag, ist klarzustellen,
dass solch ein Apparat viele andere mögliche Anwendungen hat. Zum
Beispiel kann er in der Fertigung von integrierten optischen Systemen,
Führungs-
und Nachweismustern für
Magnetdomänenspeicher,
Flüssigkristallanzeigeplatten,
Dünnfilmmagnetköpfen etc.
eingesetzt werden. Der erfahrene Handwerker wird gut verstehen,
dass, im Kontext solcher alternativer Anwendungen, jede Verwendung
der Ausdrücke „Retikel", „Wafer" oder „Chip" in diesem Text betrachten
werden sollte, als seien sie durch die allgemeineren Ausdrücke „Maske", „Substrat" beziehungsweise „Zielbereich" oder „Belichtungsbereich" ersetzt.
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Obwohl
sich dieser Text auf lithographische Apparate und Verfahren konzentriert,
wobei eine Maske verwendet wird, um den Strahl, der in das Projektionssystem
eintritt, zu mustern, ist anzumerken, dass die hier vorgestellte
Erfindung in einem weiteren Kontext von lithographischen Apparaten
und Verfahren gesehen werden sollte, unter Einführung eines Oberbegriffs „Mustervorrichtungen" zum Mustern des
Strahls. Der Ausdruck „Mustervorrichtungen", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich in weitem Sinne auf Vorrichtungen, die verwendet
werden können,
um einen eintretenden Strahl mit einem gemusterten Querschnitt auszustatten,
der einem Muster entspricht, das in einem Zielbereich des Substrats
erzeugt werden soll; der Ausdruck „Lichtventil" wurde in diesem
Zusammenhang ebenfalls verwendet. Im Allgemeinen wird das Muster
einer bestimmten funktionalen Schicht in einer Vorrichtung entsprechen,
die im Zielbereich erzeugt wird, so wie einem Integrierten Schaltkreis
oder einer anderen Vorrichtung. Neben einer Maske auf einem Maskentisch
umfassen solche Mustervorrichtungen die folgenden exemplarischen
Ausführungen:
- Ein programmierbares Spiegelgitter. Ein Beispiel für solch
eine Einrichtung ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit
einer viskoelastischen Kontrollschicht und einer reflektierenden
Oberfläche.
Das grundlegende Prinzip hinter solch einem Apparat ist, dass (zum
Beispiel) adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche einfallendes
Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während unadressierte Bereiche
einfallendes Licht als ungebeugtes Licht reflektieren. Wenn ein
geeigneter Filter verwendet wird, kann das ungebeugte Licht aus
dem reflektierten Strahl gefiltert werden, so dass nur das gebeugte
Licht hindurchgelassen wird; auf diese Art und Weise wird der Strahl
gemäß dem adressierenden
Muster der matrixadressierbaren Oberfläche gemustert. Die benötigte Matrixadressierung
kann unter Verwendung passender elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden.
Weitere Informationen über
solche Spiegelgitter können
zum Beispiel den US-Patenten US
5,296,891 und US 5,523,193 entnommen
werden.
- Ein programmierbares LCD-Gitter. Ein Beispiel für solch
eine Konstruktion wird im US-Patent US
5,229,872 vorgestellt.
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Der
Text und die Ansprüche
dieser Schrift sollten so interpretiert werden, dass sie den Oberbegriff
solcher Mustervorrichtungen als Alternativen zu einer Maske einschließen.
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter unten mit Bezug auf beispielhafte
Ausführungen
und die begleitenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 einen lithographischen
Projektionsapparat zeigt, mit dem Ausführungen der Erfindung verwendet
werden können;
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2 einen Teil eines Maskenmusters
zum Drucken von Kontaktlöchern
bei der Fertigung eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff
(DRAM) zeigt;
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3 einen Teil eines Maskenmusters
gemäß einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zum Drucken von Kontaktlöchern in
einem DRAM zeigt;
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4 einen Graphen der Intensitäten von
einem Teil der Hologramme, die durch die Maskenmuster von 2 und 3 erzeugt werden zeigt;
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5 einen Teil eines alternativen
Maskenmusters zum Drucken von Kontaktlöchern zeigt;
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6 einen Teil eines Maskenmusters
gemäß einer
zweiten Ausführung
der Erfindung zeigt;
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7 ein Graph der Intensitäten von
einem Teil der Hologramme ist, die durch die Maskenmuster von 5 und 6 erzeugt werden;
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8 einen Teil eines Maskenmusters
zum Drucken von rechteckigen Merkmalen zeigt;
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9 einen Teil eines Maskenmusters
gemäß einer
dritten Ausführung
der Erfindung zum Drucken von rechteckigen Merkmalen zeigt;
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10 eine Konturkurve der
Intensitäten
von einem Teil der Hologramme ist, die durch die Maskenmuster von 8 und 9 erzeugt werden; und
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11 einen Teil eines Maskenmusters
gemäß einer
vierten Ausführung
der Erfindung zeigt.
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In
den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche
Teile.
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Lithographischer
Projektionsapparat
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1 zeigt schematisch einen
lithographischen Projektionsapparat, der mit der Erfindung verwendet werden
kann. Der Apparat umfasst:
- ein Strahlungssystem Ex, IL,
zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls PB (zum Beispiel UV-
oder EUV-Strahlung). In diesem bestimmten Fall umfasst das Strahlungssystem
auch eine Strahlungsquelle LA;
- einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter
zum Halten einer Maske MA (zum Beispiel ein Retikel), der mit einer
ersten Positionierungseinrichtung zum genauen Positionieren der
Maske relativ zum Teil PL verbunden ist;
- einen zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter
zum Halten eines Substrats W (zum Beispiel ein mit Resist beschichteter
Siliziumwafer), der mit einer zweiten Positionierungseinrichtung
zum genauen Positionieren des Substrats relativ zum Teil PL verbunden
ist;
- ein Projektionssystem („Linse") PL (zum Beispiel
ein brechendes, katadioptrisches oder spiegelndes System) zum Abbilden
eines bestrahlten Bereichs der Maske MA auf einen Zielbereich C
(der zum Beispiel einen oder mehrere Chips umfasst) auf dem Substrat
W.
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Wie
hier dargestellt ist, ist der Apparat von einem transmissiven Typ
(das heißt,
er hat eine transmissive Maske). Trotzdem kann er im Allgemeinen
zum Beispiel auch von einem reflektierenden Typ sein (mit einer
reflektierenden Maske). Alternativ kann der Apparat eine andere
Art von Musterungseinrichtungen verwenden, so wie ein programmierbares
Spiegelgitter oder ein LCD wie oben erwähnt.
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Die
Quelle LA (zum Beispiel eine Lampe, ein Laser oder eine Entladungsplasmakammer)
erzeugt einen Strahl. Dieser Strahl wird in ein Belichtungssystem
(Beleuchter) IL gespeist, entweder direkt oder nachdem er Konditionierungseinrichtungen
so wie zum Beispiel einen Strahlexpander Ex durchlaufen hat. Der
Beleuchter IL kann Justageeinrichtungen AM umfassen, zum Einstellen
der äußeren und/oder
inneren radialen Ausdehnung (gewöhnlich
bezeichnet als σ-außen beziehungsweise σ-innen) der
Intensitätsverteilung
im Strahl. Zusätzlich
wird er in der Regel verschiedene andere Komponenten umfassen so
wie einen Integrator IN und einen Verdichter CO. Auf diese Art und
Weise hat der Strahl PB, der auf die Maske MA trifft, eine gewünschte Gleichmäßigkeit
und Intensitätsverteilung
in seinem Querschnitt.
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Es
sei mit Bezug auf 1 angemerkt,
dass die Quelle LA innerhalb des Gehäuses des lithographischen Projektionsapparats
liegen kann (wie es oft der Fall ist, wenn die Quelle LA zum Beispiel
eine Quecksilberlampe ist), aber dass sie auch fern vom lithographischen
Projektionsapparat liegen kann, wobei der Strahl, den sie erzeugt,
in den Apparat geführt
wird (zum Beispiel mit der Hilfe von passenden, lenkenden Spiegeln); das
letztere Szenario tritt oft auf, wenn die Quelle LA ein Excimer-Laser
ist. Die vorliegende Erfindung und die Ansprüche umfassen diese beiden Szenarien.
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Der
Strahl durchdringt danach die Maske MA, die auf einem Maskentisch
MT gehalten wird. Nachdem der Strahl die Maske MA durchquert hat,
durchläuft
der Strahl PB die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielbereich
C auf dem Substrat W fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positionierungseinrichtung
(und einer interferometrischen Messeinrichtung IF) kann der Substrattisch
WTgenau bewegt werden, zum Beispiel um verschiedene Zielbereiche
C im Strahlengang des Strahls PB zu positionieren. Auf ähnliche
Weise kann die erste Positionierungseinrichtung verwendet werden,
um die Maske MA relativ zum Strahlengang des Strahls PB genau zu
positionieren, zum Beispiel nachdem die Maske MA mechanisch aus
einer Maskenbibliothek wiedergeholt worden ist, oder während eines
Scans. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische MT und
WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (grobe Positionierung) und eines
kurzhubigen Moduls (feine Positionierung) realisiert, die nicht
explizit in 1 dargestellt
sind. Trotzdem kann im Falle eines Wafersteppers (im Gegensatz zu
einem Schritt-und-Scan-Apparat) der Maskentisch MT lediglich mit
einem kurzhubigen Stellglied verbunden oder fest sein.
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Der
abgebildete Apparat kann in zwei verschiedenen Betriebsarten verwendet
werden:
- Im Schrittmodus wird der Maskentisch MT im wesentlichen
stationär
gehalten, und das gesamte Maskenmuster wird in einem Schritt (das
heißt
in einem einzigen „Blitz") auf einen Zielbereich
C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in der x- und/oder
y-Richtung verschoben, so dass ein anderer Zielbereich C durch den
Strahl PB bestrahlt werden kann.
- Im Scanmodus wird im wesentlichen das gleiche Szenario angewandt,
mit dem Unterschied, dass ein gegebener Zielbereich C nicht mit
einen einzigen „Blitz" belichtet wird.
Stattdessen ist der Maskentisch MT in einer gegebenen Richtung (der
sogenannte „Scanrichtung", zum Beispiel der
y-Richtung) mit einer Geschwindigkeit v beweglich, so dass der Projektionsstrahl
PB dazu gebracht wird, ein Maskenmuster abzutasten; gleichzeitig wird
der Substrattisch WT simultan in die gleiche oder entgegengesetzte
Richtung mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung der
Linse PL ist (typischerweise ist M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Art und
Weise kann ein relativ großer
Zielbereich C belichtet werden, ohne Abstriche in der Auflösung hinnehmen zu
müssen.
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Ausführung 1
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2 zeigt einen Teil eines
konventionellen 6% abgeschwächten
phasenänderden
Maskenmusters, das in dem oben beschriebenen lithographischen Projektionsapparat
verwendet werden kann, um Kontaktlöcher (Durchlasse) in ei ner
dynamischen Speichereinrichtung mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) zu
formen. Das Maskenmuster hat ein Gitter von transparenten Bereichen 110,
welche die Belichtungsstrahlung durchlassen, um das Resist in den
Bereichen zu belichten, wo die Kontaktlöcher geformt werden sollen,
in einem im wesentlichen undurchsichtigen Feld. Man wird sehen,
dass die transparenten Bereiche so angeordnet sind, dass eine Gruppe
von drei, bezeichnet als 111, 112, 113, sich regelmäßig wiederholt.
Die Kontaktlöcher
sind 0,2 μm2 groß,
mit einem Abstand zwischen den Kontakten von 0,2 μm. Ein Referenzbereich 120 von
0,4 × 1,6 μm2 ist ebenfalls gezeigt.
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Die
Erfinder haben entdeckt, dass diese Kontaktlöcher nicht korrekt abgebildet
werden, sondern missgebildet und von ihrer nominellen Position versetzt
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden dem Maskenmuster Hilfsmerkmale hinzugefügt, um das Gitter
der Merkmale mehr fast symmetrisch zu machen. Geeignete Positionen
und Dimensionen für
die Hilfsmerkmale werden empirisch bestimmt, indem man die Zernike-Koeffizienten
berücksichtigt,
die die Wellenfrontaberrationen in dem Bild repräsentieren, das durch das Muster
und die geforderten Hilfsmerkmale erzeugt wird.
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Die
Wellenfrontaberrationen können
gemäß ihrer
Winkelform als eine Reihe geschrieben werden:
wobei r und θ die radialen
beziehungsweise Winkelkoordinaten sind (r ist normiert), und m ein
Index ist, der den Beitrag der m-ten Aberration bezeichnet. R und
R' sind Funktionen
von r.
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Die
Aberration kann auch mit Hilfe der Zernike-Entwicklung ausgedrückt werden: W = Zi⨍i(r,θ)+Zj⨍j(r,θ)+Zk⨍k(r,θ)+..., worin Z der
Zernike-Koeffizient und jedes f das entsprechende Zernike-Polynom
ist. Die Funktionen f nehmen die Form des Produkts eines Polynoms
in r und sin oder cos von mθ an.
Zum Beispiel kann die komatische Aberration (m = 1) repräsentiert
werden durch eine Zernike-Reihe in Z7, Z8, Z14, Z15, Z23, Z24, Z34,
Z35 etc., und zum Beispiel die mit dem Koeffizienten Z7 (f7(r,θ)
in der Notation oben) verbundene Funktion ist: (3r3 – 2r) cos(θ).
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Die
Zernike-Entwicklung für
die Aberrationen niedriger Ordnung sind in Tabelle I weiter unten
zusammengefasst.
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Die
Erfinder haben insbesondere bestimmt, dass wesentliche Verbesserungen
erzielt werden können, indem
die Hilfsmerkmale so angeordnet werden, dass sie die ungeraden Aberrationen
(ungerade m-Nummern), besonders den Z10 (3-Wellen) Koeffizienten,
manipulieren. Verbesserungen können
ebenfalls erreicht werden, indem die Hilfsmerkmale so angeordnet
werden, dass sie die Koma-(1-Welle-)Aberrationen im Hologramm reduzieren.
Die Positionen, Formen und Größen von
Hilfsmerkmalen können
unter Verwendung bekannter Rechentechniken bestimmt werden, so wie
mit dem als „Solid
C" bekannten Programm,
einem kommerziellen Softwarepaket zur Simulation und Modellierung
von optischer Lithographie, das von der Firma Sigma-C GmbH in Deutschland
geliefert wird. Andere geeignete Softwarepakete, zum Beispiel das
als „Prolith" bekannte, können alternativ
verwendet werden.
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In
dem DRAM-Beispiel werden Verbesserungen erzielt, indem die sechs
wiederholten transparenten Bereiche (siehe 3) als zwei Paare von Tripletts A, B,
C und D, E, F betrachtet werden, wobei jedes Element des Tripletts
eine der vier Ecken einer (in diesem Beispiel) quadratischen Einheitszelle
besetzt. Gemäß der Erfindung
werden die Hilfsmerkmale 151, 152 in den vierten
Ecken platziert und umfassen ein transparentes Quadrat, dessen Größe zu klein
ist, um in das entwickelte Muster gedruckt zu werden. Die Quadrate
können zum
Beispiel eine Seitenlänge
von 0,12 μm
haben. Man beachte, dass die Hilfsmerkmale im Hologramm sichtbar
sein können
und zum Teil das Resist belichten, aber bei der Entwicklung des
Resists ausgewaschen werden.
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Die
Effizienz der vorliegenden Erfindung ist in 4 zu sehen, welche ein Graph der Intensität in den Hologrammen
ist, die durch die Maskenmuster von 2 und 3 gemäß der Linie 130 erzeugt
werden. In 4 repräsentiert
die durchgezogene Linie die Intensität der vom Maskenmuster gemäß der Erfindung
(3) erzeugten Hologramme,
und die gestrichelte Linie repräsentiert
die Intensität
des Hologramms, das von dem konventionellen Maskenmuster (2) erzeugt wird. Die Asymmetrie
des Druckens kann durch die in 4 gezeigten
Distanzen L und R repräsentiert
werden; diese repräsentieren
die Distanzen zwischen den Peaks, die die Kontaktlöcher formen
werden, gemessen an der Schwelle des Resist, die zu 0,25 in den
willkürlichen Einheiten
des Graphen in 4 gewählt ist.
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Man
kann sehen, dass die Distanz L mit der Erfindung reduziert wird,
so dass die durch die Differenz L – R repräsentierte Asymmetrie ebenfalls
reduziert wird.
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Ausführung 2
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5 zeigt eine alternative
Anordnung der Kontaktlöcher 110.
In dieser Anordnung wiederholt sich ein Paar von Kontaktlöchern 211, 212,
um eine wabenförmige
Struktur zu bilden. Die Kontaktlöcher
können
0,2 μm2 groß sein,
mit einem Abstand zwischen benachbarten Kontakten von 0,2 μm. Außerdem ist
ein Referenzbereich 220 von 0,4 × 0,9 μm2 gezeigt.
Gemäß der Erfindung
wird die Symmetrie dieses Maskenmusters verbessert, wie in 6 gezeigt, indem ein zusätzliches
Hilfsmerkmal 251 im Zentrum jeder wabenförmigen Zelle hinzugefügt wird.
Die Hilfsmerkmale 251 können
quadratisch mit einer Seitenlänge
von beispielsweise 0,12 μm
sein.
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Die
durch die vorliegende Erfindung in der zweiten Ausführung zur
Verfügung
gestellten Verbesserungen sind in 7 zu
sehen, welche ein Graph der Intensitäten der Hologramme ist, die
durch die Maskenmuster von 5 und 6 entlang der Linie 230 erzeugt
werden. Wie in 4 repräsentiert
die durchgezogene Linie die Intensität des vom Maskenmuster gemäß der Erfindung
(6) erzeugten Bildes,
und die gestrichelte Linie die des konventionellen Musters (5). Es ist deutlich zu sehen,
dass das vom Muster gemäß der Erfindung erzeugte
Hologramm weniger asymmetrisch ist.
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Ausführung 3
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8 zeigt ein konventionelles „Ziegelmauer"-Muster von Rechtecken,
die in einem versetzen Gitter angeordnet sind. Die Rechtecke sind
0,2 × 0,5 μm2 groß,
mit einem Abstand zwischen benachbarten Rechtecken von 0,2 μm. Der Referenzbereich 320 ist
0,8 μ 0,8 μm2. Wie in 9 gezeigt,
werden gemäß der Erfindung
Hilfsmerkmale 350 zwischen die Rechtecke 310 platziert.
Die Hilfsmerkmale können
zum Beispiel wieder an jeder Seite 0,12 μm lang sein.
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10 ist eine Konturkurve
bei einer Intensitätsschwelle
von 0,25 (willkürliche
Einheiten) des von der Einheitszelle 320 erzeugten Hologramms.
Die fein gestrichelte Linie repräsentiert
das von der vorliegenden Erfindung (9)
erzeugte Bild, während
die Strichpunktlinie das Bild repräsentiert, das vom konventionellen Maskenmuster
(8) erzeugt wird. Die
Strichdoppelpunktlinie repräsentiert
ein ideales Hologramm eines Maskenmusters ohne 3-Wellen-Aberration.
Es wird deutlich zu sehen sein, dass das von der vorliegenden Erfindung
zur Verfügung
gestellte Bild dem Ideal näher
kommt.
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Ausführung 4
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11 zeigt ein Maskenmuster
gemäß einer
vierten Ausführung
der Erfindung. Dieses Gitter umfasst ein regelmäßiges rechteckiges Gitter von
Merkmalen, zum Beispiel Kontaktlöchern 410.
Dieses Gitter ist in sich selbst äußerst regelmäßig und
hat einen hohen Grad an innerer Symmetrie. Trotzdem sieht man, wenn man
die Merkmale innerhalb der Zelle 420 mit denen innerhalb
der Zelle 421 vergleicht, dort einen Unterschied. Die Merkmale 410 innerhalb
der Zelle 420 haben Nachbarn auf allen Seiten, während die
Merkmale 410 innerhalb der Zelle 421 außen keine
Nachbarn haben. So werden gemäß der Erfindung
Hilfsmerkmale 450 außerhalb
des Gitters der Merkmale 410 zur Verfügung gestellt, um Pseudo-Nachbarn
für die
Merkmale am Rand des regelmäßigen Gitters
zur Verfügung
zu stellen. So wird die Zelle 421 der Zelle 420 ähnlicher. Entsprechend
verbessern die Hilfsmerkmale die Translationssymmetrie des Gitters
insofern, als der Gesichtspunkt von einem Druckmerkmal 410 am
Rand des Gitters dem Gesichtspunkt von einem Druckmerkmal 410 in
der Mitte des Gitters ähnlicher
gemacht wird.
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Die
Größen der
Druckmerkmale 410 und Hilfsmerkmale 450 können denen
der Ausführungen 1 bis 3 ähnlich sein
und modifiziert werden, je nachdem wie es für eine spezifische Anwendung
der Erfindung verlangt wird. Dort wo die Druckmerkmale, die das
Gitter bilden, nicht quadratisch sind, können die Hilfsmerkmale auch nicht- quadratisch sein,
aber wieder ausreichend klein, um nicht abgebildet zu werden. Hilfsmerkmale
um das Äußere eines
Gitters herum können
natürlich
in Verbindung mit Hilfsmerkmalen innerhalb des Gitters selbst verwendet
werden. Weiterhin können
dort, wo das Bild eines gegebenen Hilfsmerkmals von Merkmalen betroffen
ist, die weiter entfernt sind als seine nächsten Nachbarn, zusätzliche
Reihen von Hilfsmerkmalen als notwendig zur Verfügung gestellt werden. Im Allgemeinen
wird es vorzuziehen sein, Hilfsmerkmale um alle Seiten des Gitters
der Druckmerkmale herum zur Verfügung
zu stellen, aber die Anwesenheit von anderen Merkmalen in der Nähe des Gitters
kann die Bereitstellung von Hilfsmerkmalen um den gesamten Rand
des Gitters herum unnötig
und/oder unpraktisch machen. Während
in 11 die Hilfsmerkmale
so gezeigt sind, dass sie vom Gitter durch einen Abstand getrennt
sind, der gleich dem Gitterabstand ist, kann der Abstand natürlich verändert werden,
um den Effekt der Hilfsmerkmale wie gewünscht zu ändern.
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Zwar
haben wir oben spezielle Ausführungen
der Erfindung beschrieben, jedoch kann die Erfindung auf eine andere
Weise als beschrieben verwendet werden. Die Beschreibung soll die
Erfindung nicht einschränken.
Es sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung
an jedem Maskenmuster mit einem (asymmetrischen) Gitter oder einer
Gruppe von Merkmalen angewandt werden kann. Es sei außerdem angemerkt,
dass die Erfindung dort anwendbar ist, wo das Gitter nur einen Teil
des Maskenmusters umfasst, zum Beispiel in der Fertigung von System-aufeinern-Chip-Vorrichtungen,
die Speicher und Logik oder Prozessoren auf einer einzigen Vorrichtung
kombinieren.
