EP1334406A2

EP1334406A2 - Photolithographische maske

Info

Publication number: EP1334406A2
Application number: EP01996769A
Authority: EP
Inventors: Uwe Griesinger; Mario Hennig; Jürgen KNOBLOCH; Rainer Pforr; Manuel Vorwerk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-08-13
Also published as: WO2002041076A2; US20040038135A1; US6838216B2; TW574602B; JP3943020B2; KR20040005859A; KR100564171B1; WO2002041076A3; JP2004514171A

Abstract

Den auf einen Wafer zu übertragenden Öffnungen (1) auf einer Maske sind Hilfsöffnungen (2) zugeordnet. Diese besitzen eine Vorzugsweise zwischen 160° und 200° liegende phasenschiebende Eigenschaft gegenüber den Öffnungen (1), sowie einen unterhalb der Grenzdimension (31) für das Printing des Projektionsapparates liegenden Querschnitt (21), so daß die Hilfsöffnungen (2) selbst nicht auf den Wafer geprintet werden. Gleichzeitig verstärken sie aber den Kontrast des Luftbildes insbesondere einer zugeordneten isolierten oder halbisolierten Öffnung (1) auf dem Wafer. In einer Ausführungsform besitzen die Hilfsöffnungen (2) einen oberhalb der Auflösungsgrenze des Projektionsapparates liegenden Abstand von der Öffnung (1), welche aber kleiner als die Kohärenzlänge des für die Projektion benutzten Lichtes ist. Ihre Wirkung besteht in einer phasenbezogenen Ausnutzung des optischen Proximity-Effektes, welches bei Einrichtung der Hilfsöffnungen (2) in einer Vorzugsrichtung zur Erzeugung elliptischer Strukturen (1') auf einem Wafer auf quadratischen Öffnungen (1) auf der Maske ausgenutzt werden kann. Die Folge ist eine erhebliche Vergrößerung des Prozeßfensters für die Projektion, insbesondere von Substratkontaktierungsebenen auf einen Wafer.

Description

Beschreibung

Photolithographische Maske

Die vorliegende Erfindung betrifft photolithographische Masken. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere photolithographische Masken zur Strukturierung von strahlungsempfindlichen Resistschichten auf Halbleitersubstraten zur Her- Stellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen.

Mit optischem Licht - meist im ultravioletten Längenbereich - arbeitende Projektionsapparate finden bei der Herstellung, von Halbleiterprodukten als sogenannte Wafer-Stepper oder Scanner verbreitete Anwendung. Durch transparente bzw. strahlungsundurchlässige, d.h. opake Bereiche definierte Strukturen, welche typischerweise auf einer Quarzplatte als Maske gebildet sind, werden mit kohärentem, monochromatischem Licht durchleuchtet und über ein Linsensystem auf einem mit einem licht- empfindlichen Lack beschichteten Wafer zur Abbildung gebracht .

In der Regel werden Sätze der durch die strukturierten Quarz- platten gegebenen Masken verwendet, um sukzessive die Schich- ten bzw. die Ebenen auf einem Wafer aufzubauen. Bei der Erzeugung von integrierten Schaltungen auf einem Wafer stoßen die Anforderungen an die Strukturgrößen einzelner Ebenen häufig an die physikalischen Auflösungsgrenzen für die lichtoptische Projektion. Ein typisches Beispiel sind bestimmte Ebe- nen zur Herstellung von Speicherprodukten (DRAM) . Für die Auflösung der Abbildung gilt :

⁽1⁾ k_min = ki * λ/NA

Dabei ist b_mi_n die minimale Strukturlinienbreite, λ die Wellenlänge des monochromatischen Lichtes, und NA die Numerische Apertur des abbildenden Linsensystems. Der Koeffizient k_ be-

dem Wafer übertragen werden soll. Bei einer Belichtung tritt Strahlung - beispielsweise ultraviolettes Licht - durch die Öffnungen 1 in der strahlungsundurchlässigen Schicht 52 und führt aufgrund von Interferenzeffekten zu der dargestellten Verteilung des elektrischen Feldes E in der Photoresistschicht auf dem Wafer.

Aufgrund von Interferenzeffekten kommt es zwischen den Öffnungen 1 und 4, einem eigentlich dunklen Gebiet auf der Mas- ke, zu einer unerwünschten Belichtung in der Photoresistschicht. Da die Belichtungsintensität proportional zu dem Quadrat der Feldstärke ist, führt die in Fig. 1 gezeigte Feldstärkenverteilung zu einer entsprechenden Intensitätsverteilung I in der Photoresistschicht.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten und zur Verbesserung der Strukturauflδsung werden daher auch für die bisher beschriebenen, sogenannten „Dunkelfeldmasken" zunehmend sogenannte „alternierende Phasenmasken" eingesetzt. Dabei wird jede zweite Öffnung 4 in der strahlungsundurchlässigen

Schicht 52 beispielsweise durch Ätzung des Glassubstrats 51 mit einem Phasenhub so beaufschlagt, daß eine Phasendifferenz zwischen benachbarten Öffnungen 1 und 4 erzielt wird. Als Phasendifferenz werden dabei in der Regel 180° eingestellt. Durch Anwendung dieser Technik kann bei hochperiodischen, gitterartigen Strukturen eine Vergrößerung der Strukturauflδsung gegenüber der herkömmlichen Technik bis zu einem Faktor 2 erzielt werden.

Fig. 2 veranschaulicht die sich daraus ergebende Situation.

Aufgrund der 180° -Phasendifferenz zwischen benachbarten Öffnungen 1 kommt es nun zu einer destruktiven Interferenz zwischen der Strahlung, die durch die linke Öffnung 1 tritt, und der Strahlung, die durch die rechte Öffnung 4 tritt. Daher besitzt die Feldverteilung E in der Photoresistschicht nun eine Nullstelle zwischen den beiden Öffnungen 1, was dementsprechend auch zu einer deutlich geringeren Intensität I zwi- . U> t t μ> μ>

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abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Erfindungsgemäß wird eine photolithographische Maske zur Belichtung von strahlungsempfindlichen Resistschichten auf Halbleitersubstraten bereitgestellt, wobei die Maske

a) zumindest eine strahlungsundurchlässige Schicht auf einem transparenten Trägermaterial aufweist,

b) in der strahlungsundurchlässigen Schicht wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Öffnung so ausgebildet ist, daß das durch die wenigstens eine Öffnung gebildete Mu- ster bei einer Belichtung in die Resistschicht übertragen wird, und

c) in der strahlungsundurchlässigen Schicht wenigstens eine Hilfsöffnung vorgesehen ist, - wobei die wenigstens eine Hilfsöffnung so ausgebildet ist, daß das durch die wenigstens eine Hilfsöffnung gebildete Muster bei einer Belichtung nicht in die Resistschicht übertragen wird, und - wobei beim Durchtritt der Strahlung durch die wenig- stens eine Hilfsöffnung gegenüber der Strahlung durch eine benachbarte Öffnung oder eine benachbarte Hilfsöffnung ein Phasenunterschied erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße photolithographische Maske sieht die An- endung von Hilfsöffnungen zusätzlich zu den eigentlichen, die Struktur bestimmenden Öffnungen vor. Bei einer erfindungsgemäßen Zuordnung von Öffnung zu Hilfsδffnung wird die Öffnung im folgenden auch als Mutterstruktur bezeichnet. Dabei weisen die Hilfsöffnungen einen an die benachbarten Öff- nungen angepaßten Phasenhub auf. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden zwei Öffnungen als benachbart bezeichnet, wenn es bei der Strahlung, die durch die zwei Öffnungen tritt, zu wesentlichen Interferenzeffekten kommt. Mit den Hilfsöffnungen ist es möglich, eine deutliche Verbesserung ^'des Luftbildkontrastes vor allem außerhalb der Bildebene zu erzielen und damit eine deutlich vergrößerte Schärfentiefe zu gewährleisten. Da die Hilfsoffnungen so ausgebildet sind, daß sie im Fotolack nicht zur Ausbildung kommen, kann man sie auch als Sub-Resolution-Phasen-Assist-Strukturen (SPAS) bezeichnen.

Die Anwendung dieser Hilfsöffnungen führt zu einer deutlichen Vergrößerung des Prozeßfensters insbesondere im Fall von isolierten bzw. halb-isolierten Strukturen sowie einer Reduzierung des Unterschiedes in den Linienbreiten zu dicht gepackten Strukturen. Sie ermöglicht ferner die Belichtung schalt- kreistypischer Layouts in Einfachbelichtung, anstatt - wie beim Stand der Technik - in Doppelbelichtung, und damit mit doppelter Produktivität . Die Öffnungen haben häufig eine rechteckige Form, wobei die Öffnungen in der Regel deutlich länger als breit sind. In diesem Fall werden die Hilfsoffnun- gen bevorzugt parallel zu den eigentlichen Öffnungen ausgebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Breite der Hilfsöffnungen kleiner als 0,3 λ/NA gewählt. Dabei bezeichnet λ in diesem Fall die Wellenlänge, mit der belichtet wird und NA die Numerische Apertur.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn zu einer halb-isolierten Öffnung zumindest eine Hilfsöffnung vorgesehen ist. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird eine Öffnung als halbisoliert bezeichnet, wenn sie nur in einer Richtung eine benachbarte Öffnung aufweist. Bei einer halb-isolierten Öffnung ist daher zumindest eine Hilfsöffnung vorgesehen, welche die „fehlende" benachbarte Öffnung in der Gegenrichtung ersetzt.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn zu einer isolierten Öffnung zumindest zwei Hilfsöffnungen vorgesehen sind. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird eine Öffnung als isoliert bezeichnet, wenn sie keine benachbarte Öffnung aufweist. Bei einer isolierten Öffnung sind daher zumindest zwei Hilfsöffnungen vorgesehen, welche die „fehlenden" benachbarten Öff- nungen ersetzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Durchtritt der Strahlung durch benachbarte Öffnungen jeweils eine Phasendifferenz von 180° zueinander erzeugt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn beim Durchtritt der Strahlung durch eine

Hilfsöffnung und ihre benachbarte Öffnung oder ihre benachbarte Hilfsöffnung eine Phasendifferenz von 180° erzeugt wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Öffnungen und/oder die Hilfsoffnungen ein gitterartiges Muster bilden. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Hilfsöffnungen in einem Abstand, der etwa das 0,3 bis 0,7-fache der Periode des Gitters beträgt, von der benachbarten Öffnung oder Hilfsöffnung angeordnet sind.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung besitzt die wenigstens eine Öffnung eine Rechteckstruktur, während die wenigstens eine Hilfsöffnung

- einen Querschnitt unterhalb einer Grenzdimension besitzt, welche die zu einer Strukturbildung auf dem Halbleitersubstrat notwendige minimale Strukturausdehnung auf der Maske beschreibt,

- jeweils in einem Abstand von der wenigstens einen Öffnung angeordnet ist, wobei der Abstand a) größer als die Auflösungsgrenze des für die Belichtung verwendeten Projektionsapparates bezogen auf den Wafer- maßstab ist, und b) kleiner als die Kohärenzlänge des in dem Projektionsapparat verwendeten Lichtes ist, und - beim Durchtritt der Strahlung gegenüber der Strahlung durch eine benachbarte Öffnung ein Phasenunterschied erzeugt. Um den hohen Anforderungen bei den oben genannten kritischen Ebenen zu entgehen, ist häufig eine Entspannung des Overlays, d. h. der Lagegenauigkeit zwischen den Ebenen, wünschenswert, wobei versucht wird, Strukturen auf dem Halbleitersubstrat bzw. Wafer in derjenigen Koordinatenrichtung zu expandieren, in welcher möglicherweise gerade nicht die hohen Anforderungen an die minimale Strukturbreite bestehen. Dies trifft im allgemeinen dann zu, wenn in gerade dieser Koordinatenrichtung die Abstände zu benachbarten Strukturen auf dem Substrat zum einen hinreichend groß sind, und zum anderen die Funktionalität der Schaltung nicht beeinträchtigt wird.

Für die eingangs genannten Speicherprodukte kann hier als Beispiel die Substratkontaktierungsebene genannt werden. Hierbei werden die herkömmlicherweise quadratisch ausgeformten Kontaktlöcher auf der Maske als rechteckige Öffnungen ausgeführt, wobei die Längsachse aller Rechtecke die gleiche Koordinatenrichtung aufweist. Entsprechend sollen dabei auf dem Wafer Ellipsen mit einer analogen Längenausdehnung ausge- bildet werden.

Hierbei trat bisher Problem auf, daß das auf der Maske vorhandene Längen- zu Breitenverhältnis nicht in gleicher Weise auf den Wafer übertragen wird. Vielmehr tendieren die abge- bildeten Strukturen dazu, ein näher an dem Wert 1 liegendes Längen- zu Breitenverhältnis beizubehalten. Insbesondere ist bei Systemen mit einem sehr kleinen Koeffizienten k^, also solchen mit intensiver Verwendung verbesserter Lithographietechniken, festzustellen, daß - um überhaupt elliptische Strukturen auf dem Wafer zu erhalten - auf der Maske Rechtek- ke mit einem Längen- zu Breitenverhältnis von mehr als 1.5 aufstrukturiert werden müssen.

Die Anwendung dieser Technik war daher begrenzt auf Maskene- benen-Layouts mit relativ großen Abständen, z. B. der Kontakte in der unkritischen Koordinatenrichtung. Eine Alternative zur Umgehung dieses Problems bestand darin, unter Anwendung

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Besonders vorteilhaft erweist sich die vorliegende Erfindung bei der Erzeugung elliptischer Strukturen auf dem Wafer aus im wesentlichen quadratischen Strukturen auf der Maske. Unter vorteilhafter Ausnutzung des durch die assistierenden Phasen- hilfsoff ungen bewirkten Proximity-Effektes wird das Luftbild auf der Achse Mutterstruktur - Hilfsöffnung derart beeinflußt, daß die Dimension der erzeugten Lackstruktur in dieser Koordinate von der in der dazu vertikalen Koordinate ab- weicht. Die abzubildende Struktur wird sich daher in ihrer Länge in dieser Richtung ausdehnen, während sie in ihrer Breite in Richtung der Hilfsöffnungen bei der Abbildung auf den Wafer begrenzt bleibt. Die Elliptizität, d. h. das Längen- zu Breitenverhältnis kann also durch die bewußte Ausfor- mung der Hilfsöffnungen kontrolliert werden.

Dieser Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zufolge findet keine Einschränkung auf bestimmte ursprüngliche Längen- zu Breitenverhältnisse der Rechteckstruktur statt. Auf der Maske quadratische sowie auch ausgeprägt rechteckförmige Mutterstrukturen können durch die Einrichtung entsprechender Hilfsoffnungen in gleicher Weise beeinflußt werden.

Insbesondere können die abzubildenden Rechteckstrukturen als Strukturen auf alternierenden Phasenmasken eingerichtet werden. Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Hilfsöff ungen auf Halbtonphasenmasken ist ebenfalls denkbar.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die si- gnifikante Vergrößerung des Prozeßfensters für die Projektion. Für die Parameter Dosis und Fokus der Belichtung bzw. Projektion sind dabei Bereiche anzugeben, innerhalb derer eine vorgegebene Qualität der Abbildung erreicht wird, wobei die Bereiche jeweils vom anderen abhängig sind. Eine Ko bina- tion beider Bereiche für die Projektion wird ausgewählt, welche einerseits die bestmögliche Abbildung beinhaltet, andererseits möglichst großen Spielraum der Parameter zuläßt. Ge- rade diese Spielräume werden durch die vorliegende Erfindung bei gegebener Qualitätsgrenze für die Abbildung vorteilhaft vergrößert. Insbesondere verbessert sich erfindungsgemäß der Schärfentiefenbereich (Fokus) z. B. für die Abbildung einer Substratkontaktierungsebene bei Speicherprodukten um nahezu das Doppelte gegenüber konventionellen Chrommasken.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wurde ein besonders wirkungsvoller Bereich für den Phasenun- terschied gemäß der Hilfsöffnung gegenüber der abzubildenden Rechteckstruktur gefunden, welcher zwischen 160° und 200° eingebettet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Erzielung einer ög- liehst homogenen Wirkung z. B. in einer Koordinatenrichtung für die Hilfsöffnung eine Länge von wenigstens der Länge der abzubildenden Rechteckstruktur angenommen. Da der Querschnitt, z. B. die Breite, im Bereich der Auflösungsgrenze des Projektionsapparates liegt, die durch 0.25 * λ / NA gege- ben ist, wird die Hilfsöffnung trotz dieser großen Längenausdehnung nicht auf dem Wafer geprintet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine weitere Hilfsöffnung spiegelsymmetrisch um die Symmetrieachse der wenigstens einen Rechteckstruktur zu der bisherigen Hilfsöffnung vorgesehen. Dadurch wird auch auf dem Wafer eine symmetrische Längendehnung der Rechteckstruktur - bzw. einer quadratischen Struktur als Untermenge der Rechteckstrukturen - gewährleistet .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht in einer Unterstrukturierung der Hilfsoffnungen. Beispielsweise kann für eine Dunkelfeldmaske eine Hilfsöffnung aus unterbrochenen Langlöchern bestehen. Diese bilden für sich wiederum Rechtecke bzw. Linien, welche mit einem unterhalb der Auflösungsgrenze liegenden Abstand voneinander unterbrochen sind. Die Wirkung solcher Hilfsoffnun- gen ist dabei unwesentlich gegenüber dem ununterbrochenen Fall eingeschränkt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung der Hilfsöffnung relativ zur Rechteckstruktur nicht auf die Hervorhebung einer Koordinatenrichtung beschränkt. Um beispielsweise lediglich das Prozeßfenster zu vergrößern, bietet es sich auch an, erfindungsgemäße Hilfsöffnungen auf allen vier Seiten eines Rechtecks vorzusehen. Beispielsweise führt auch ein Rechteckrahmen als Hilfsöffnung - bzw. als Menge von Hilfsöffnungen - angeordnet, um die abzubildende Rechteckstruktur zu einer vorteilhaften Vergrößerung des Prozeßfensters.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bilden die

Hilfsöffnungen, welche den abzubildenden Rechteckstrukturen zugeordnet sind, zusammen mit diesen ein regelmäßiges Muster auf der Maske. In bestimmten Fällen der Ausformung eines derart gegebenen Gitters von Rechteckstrukturen - etwa im Fall der Substratkontaktierungsebene in Speicherprodukten - können die einzelnen Hilfsöffnungen in ihrer Längenausdehnung zu langgezogenen Strukturen zusammengefaßt werden. Der Querschnitt der Hilfsöffnung erfüllt dabei erfindungsgemäß das Kriterium einer sog. Sub-Resolution-Struktur. Der Vorteil liegt darin, daß erfindungsgemäß der eine elliptische Struktur erzeugende Effekt erzielt wird, während der Aufwand für das Maskendesign und die Maske selbst gering gehalten wird.

Einer weiteren Ausgestaltung zufolge ist die abzubildende Rechteckstruktur im wesentlichen quadratisch ausgebildet. Im Zusammenspiel mit der Ausgestaltung eines regelmäßigen Musters von Rechtecken ergibt sich hier der wesentliche Vorteil, daß zur Erzielung eines beliebigen regelmäßigen Rechteckmusters auf dem Wafer keinesfalls mehr Rechteckstrukturen auf der Maske vorgesehen werden müssen, welche mit einem noch größeren Längen- zu Breitenverhältnis ausgestattet sind. Vielmehr können diese als Quadrate auf der Maske vorgesehen werden, wodurch auf der Maske mehr Zwischenraum zwischen den Strukturen, insbesondere im Falle von herkömmlicherweise kritischen Abständen, entsteht. Ein Beispiel wird nachfolgend dargelegt.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die Rechteckstruktur und die wenigstens eine Hilfsöffnung mit jeweils unterschiedlicher Transparenz für das durchfallende Licht ausgebildet. Durch eine geeignete Wahl der Transparenz der Hilfsöffnung kann vorteilhafter Weise eine weitere Vergrößerung des Prozeßfensters für die Projektion erreicht werden. Eine eingeschränkte Lichtdurchlässigkeit der Hilfsöffnung ermöglicht beim Design die Wahl eines größeren Querschnittes, da die Grenzdimension für das Printing dann ebenfalls ansteigt.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der Querschnitt der Hilfsöffnung kleiner gewählt als die Auflösungsgrenze des optischen Projektionssystems selbst. Der Vorteil ist hier, daß diese Größe im wesentlichen nur vom Linsensystem bzw. seinen Öffnungen abhängt und sofort angebbar ist. Unterhalb dieser Grenze kann natürlich auch kein Printing auf dem Wafer erfolgen. Der schmale Bereich zwischen minimal notwendiger Grenzdimension für das Printing als obereres Limit und Auflösungsgrenze als unteres Limit hängt hingegen auch vom Resist auf dem Wafer oder der Art der der Belichtung nachfolgenden Prozesse ab, z.B. dem Entwickeln oder Ätzen.

Auch durch Anpassung der Numerischen Apertur des Projektionssystems ist die Elliptizität steuerbar, wobei ebenfalls eine weitere Vergrößerung des Prozeßfensters erzielt werden kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den neben- und untergeordneten Ansprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen: Figur 1 eine photolithographischen Maske nach Stand der Technik,

Figur 2 eine weitere photolithographische Maske nach Stand der Technik,

Figur 3 eine photolithographische Maske gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 schematisch einen Schnitt entlang der Linie A - A in Fig. 3,

Figur 5 eine photolithographische Maske gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, .

Figur 6 schematisch einen Schnitt entlang der Linie A - A in Fig. 5, und

Figur 7 einen Ausschnitt eines regelmäßigen Musters von Kontaktlöchern in einer Substratkontaktie- rungsebene mit Öffnungen auf der Maske, bzw. in angepaßtem Maßstab die daraus gebildeten, belichteten Ellipsen auf dem Wafer gemäß dem Stand der Technik,

Figur 8 den Ausschnitt des regelmäßigen Musters einer

Substratkontaktierungsebene mit zwei Beispielen (a, b) quadratisch ausgeführter Öffnungen sowie die erfindungsgemäßen Hilfsöffnungen (schraffiert) und die im Maßstab angepaßten, auf dem Wafer abgebildeten Ellipsen,

Figur 9 ein erfindungsgemäßes Beispiel einer quadratischen Öffnung auf der Maske mit zwei zugeordneten Hilfsöffnungen bestehend aus jeweils vier unterbrochenen Langlöchern,

Figur 10 eine erfindungsgemäße quadratische Rechteckstruktur als Öffnung, umschlossen von vier erfindungsgemäßen Hilfsöffnungen.

Figur 3 zeigt schematisch eine photolithographische Maske gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Maske besitzt eine Gruppe von fünf Öffnungen 1 bzw. 4 mit einer Breite von 0.35* λ/NA (waferbezogen) . Sie sind als Gitter der Periode 0.7* λ/NA gruppiert, wobei benachbarte Öffnungen 1 und 4 einen relativen Phasenunterschied von 180° aufweisen. Parallel zu den äußeren Öffnungen 1 ist jeweils eine Hilfsöffnung 2 mit einer Breite von 0.27* λ/NA in einem Abstand D von 0.7* λ/NA aufgebracht, wobei der Phasenhub sich von der benachbarten Öffnung um 180° unterscheidet. Die Hilfsöffnungen 2 bewirken, daß die halb-isolierten Öffnungen 1 mit deutlich höherem Luftbildkontrast abgebildet werden und das Belichtungsverfahren ein deutlich verbessertes lithogra- fisches Prozeßfenster aufweist. Die Hilfsöffnungen 2 werden infolge der geringen Intensität ihres. Luftbildes nicht in die Resistschicht übertragen.

Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die durch Hilfsöff ungen 2 unterstützten Öffnungen 1 eine Breitenanpassung, insbesondere eine Verbreiterung, erhalten, so daß die Öffnungen 1 bei nominalen Belichtungsbedingungen (bester Fokus, nominale Belichtung) in gleicher Breite wie die benachbarten dicht ge- packten Öffnungen 4 in die Resistschicht übertragen werden.

In Abhängigkeit der Belichtungsparameter kann eine Verbreiterung der durch Hilfsöffnungen 2 unterstützten Öffnungen 1 in einem Bereich bis zu 20% erfolgen.

Die aus der Mittenstruktur herausragende isolierte Öffnung 1 wird auf beiden Seiten durch Hilfsöffnungen 2 der Breite ÜJ LO to DO μ> μ¹ in O LΠ O LΠ o LΠ

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Bezugszeichenliste

1 Öffnung

1' abgebildete Struktur auf Wafer, elliptische Struktur 2 Hilfsöffnung

2a - 2d Langlδcher der Hilfsöffnung

4 benachbarte Öffnung

5 benachbarte Hilfsöffnung

9 Abstand Öffnung - Hilfsöffnung 11 Breite der Öffnung

11' Breite der Ellipse

12 Länge der Öffnung

12' Länge der Ellipse

15 Abstand zwischen Öffnungen 21 Querschnitt, Breite der Hilfsöffnung

22 Länge der Hilfsöffnung

30 Auflösungsgrenze, minimale Strukturbreite

31 minimal für die Strukturbildung auf dem Wafer notwenige Grenzdimension von Strukturen auf der Maske 40 Kohärenzlänge des Lichtes

51 strahlungsundurchlässige, opake Schicht

52 Quarz, Trägermaterial für Maske

101 Linie (Rechteckstruktur) doppelter Breite

102 unterbrochene Hilfsöffnung 201 Linie (Öffnung) dreifacher Breite

Claims

Patentansprüche

1. Photolithographische Maske zur Belichtung einer strah- lungsempfindlichen Resistschicht auf einem Halbleitersubstrat, wobei

a) die Maske zumindest eine strahlungsundurchlässige Schicht (52) auf einem transparenten Trägermaterial (51) aufweist,

b) in der strahlungsundurchlässigen Schicht (52) wenigstens eine Öffnung (1) vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Öffnung (1) so ausgebildet ist, daß das durch die wenigstens eine Öffnung (1) gebildete Muster bei einer Belichtung in die Resistschicht übertragen wird, und

c) in der strahlungsundurchlässigen Schicht (52) wenig- stens eine Hilfsöffnung (2) vorgesehen ist,

- wobei wenigstens eine Hilfsöffnung (2) so ausgebildet ist, daß das durch die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) gebildete Muster bei einer Belichtung nicht in die Resistschicht übertragen wird, und - wobei beim Durchtritt der Strahlung durch die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) gegenüber der Strahlung durch eine benachbarte Öffnung (1) oder eine benachbarte Hilfsöffnung (5) ein Phasenunterschied erzeugt wird.

2 . Photolithographische Maske nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Durchtritt der Strahlung durch die wenigstens eine Öffnung (1) gegenüber der Strahlung durch eine benachbarte Öff- nung (4) ein relativer Phasenunterschied erzeugt wird.

3. Photolithographische Maske nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) einen Querschnitt (21) mit einer Breite von weniger als 0,3 λ/NA aufweist.

4. Photolithographische Maske nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die wenigstens eine Öffnung (1) halb-isoliert ist, und die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) dieser Öffnung (1) zugeord- net ist.

5. Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die wenigstens eine Öffnung (1) isoliert ist, und wenigstens zwei Hilfsöffnungen (2) in der strahlungsundurchlässigen Schicht (12) vorgesehen sind, und die wenigstens zwei Hilfsöf nungen (2) jeweils der wenigstens einen Öffnung (1) zugeordnet sind.

6. Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Durchtritt der Strahlung durch eine erste (1) und eine zu der ersten benachbarte zweite Öffnung (4) ein relativer Phasenunterschied von 180° erzeugt wird.

7. Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beim Durchtritt der Strahlung durch die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) gegenüber einer ihr benachbarten Öffnung (4) oder einer ihr benachbarten Hilfsöffnung (2) ein relativer Phasenunterschied von 180° erzeugt wird.

8. Photolithographische Maske nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Vielzahl der Öffnungen (1) und/oder der Hilfsöffnungen

(2) ein gitterartiges Muster bildet.

9. Photolithographische Maske nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hilfsöffnungen (2) in einem Abstand, der mehr als das 0,3 -fache und weniger als das 0,7-fache der Periode des gitterartigen Musters beträgt, von der benachbarten Öffnung oder Hilfsöffnung (2) angeordnet sind.

10. Photolithographische Maske nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die wenigstens eine Öffnung (1) eine Rechteckstruktur be- sitzt, und die wenigstens eine Hilfsöffnung (2)

- einen Querschnitt (21) mit einer Breite unterhalb einer Grenzdimension (31) besitzt, welche die zu einer Strukturbildung auf dem Halbleitersubstrat notwendige minimale Strukturausdehnung auf der Maske beschreibt,

- jeweils in einem Abstand (9) von der wenigstens einen Öffnung (1) angeordnet ist, wobei der Abstand (9) a) größer als die Auflösungsgrenze (30) eines für die be- lichtung verwendeten Projektionsapparates bezogen auf den Wafermaßstab ist, und b) kleiner als die Kohärenzlänge (40) des in dem Projektionsapparat verwendeten Lichtes ist,

- beim Durchtritt der Strahlung gegenüber der Strahlung durch eine benachbarte Öffnung (1) ein Phasenunterschied erzeugt.

11. Photolithographische Maske nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß der durch die das Licht phasenverschiebende Eigenschaft der Hilfsöffnung (2) hervorgerufene Phasenunterschied gegenüber der Öffnung (1) in dem Bereich zwischen 160 Grad und 200 Grad liegt .

12. Maske nach Anspruch 11, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t , d a ß die Länge (22) der Hilfsöffnung (2) wenigstens die Länge (12) der wenigstens einen Öffnung (1) besitzt.

13. Maske nach einem der Ansprüche 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß wenigstens eine weitere Hilfsöffnung (2) spiegelsymmetrisch zu der wenigstens einen Hilfsöffnung (2) um eine Symmetrie- achse der wenigstens einen Öffnung (1) angelegt ist.

14. Maske nach einem der Ansprüche 11 bis 13 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß sich die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) aus einer Anzahl nicht zusammenhängender Rechtecke (2a, 2b, 2c, 2d) zusammensetzt, deren Abstand untereinander geringer ist als jeder Abstand zu einer weiteren Öffnung (1) .

15. Maske nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß eine Anzahl der Öffnungen (1) ein regelmäßiges Muster bildet, so daß auch eine Anzahl der zugeordneten Hilfsöffnungen (2) ein regelmäßiges Muster bildet.

16. Maske nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die wenigstens eine Öffnung (1) von einer Anzahl der ihr zugeordneten Hilfsöffnungen (2) umschlossen ist.

17. Maske nach einem der Ansprüche 11 bis 14 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die wenigstens eine Öffnung (1) im wesentlichen quadratisch ausgebildet ist.

18. Maske nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die ein Muster bildenden Öffnungen (1) jeweils quadratisch ausgebildet sind, und daß die jeweils zugeordneten Hilfsöffnungen (2) mit ihrer die Auflösungsgrenze (30) überschreitenden Länge (22) und der mit ihrer die Grenzdimension (31) für die Strukturbildung auf dem Wafer unterschreitenden Breite (21) jeweils die gleiche Längsausrichtung auf der Maske besitzen.

19. Maske nach einem der Ansprüche 10 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die wenigstens eine Öffnung (1) transparent, und die wenigstens eine Hilfsöffnung (2) jeweils transparent oder semitransparent, und ihre Umgebung opak für das durchfallende Licht ausgebildet sind.

20. Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß der Querschnitt mit der Breite (21) eine Ausdehnung unterhalb der Auflösungsgrenze (30) des Projektionsapparates bezogen auf den Maßstab der Maske besitzt.

21. Verwendung einer Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20 in einem lichtoptischen Projektionsapparat zur Erzeugung einer aus der wenigstens einen Öffnung (1) ab- gebildeten Struktur (l¹) auf einem Wafer, deren Verhältnis von Länge (12') zu Breite (11') größer ist als das Verhältnis von Länge (12) zu Breite (11) der wenigstens einen Öffnung auf der Maske.

22. Verfahren zur Belichtung eines Wafers in einem Projektionsapparat mit einer Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte:

- Bestimmung des zu erzielenden Verhältnisses von Länge (12') zu Breite (11') für die abgebildete Struktur (I¹) auf dem Wafer,

- Einstellen der numerischen Apertur des Projektionsapparates wenigstens in Abhängigkeit a) von der Länge (12) und der Breite (13) der Öffnung (1) , b) von der Länge (22) und der Breite (21) der Hilfsöffnung

(2), c) dem Abstand von Hilfsöffnung (2) zu Öffnung (1) , d) von dem zu erzielenden Verhältniss von Länge (12') zu Breite (ll¹) .

23. Verfahren nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß zum Einstellen der Numerischen Apertur eine numerische Simulation unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten durchgeführt wird.