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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lithographischen Projektion eines Musters von Strukturelementen mittels Doppelbelichtung. Nach dem Bereitstellen eines Halbleiterwafers (5), auf dessen Oberseite eine Resistschicht (10) mit einer Belichtungsschwelle aufgebracht wird, einer Phasenschiebermaske (12), die das Muster (14) von Strukturelementen umfasst, und eines Projektionsapparates (16) mit einem Substrathalter (22), auf dem der Halbleiterwafer (5) auf dem Substrathalter (22) abgelegt wird, wobei der Projektionsapparat (16) geeignet ist, eine Belichtung in einem ersten und einem zweiten Belichtungsmodus durchzuführen, wird der erste Belichtungsmodus ausgewählt. Die Belichtungsdosis wird kleiner als die Belichtungsschwelle gewählt. Anschließend wird das Muster (14) so abgebildet, dass die niedrigste Beugungsordnung ausgelöscht wird. Es erfolgt das Auswählen des zweiten Belichtungsmodus. Anschließend wird das Muster (14) projiziert, wobei wenigstens die niedrigste Beugungsordnung abgebildet wird. Die zweite Belichtungsdosis ist zusammen mit der ersten Belichtungsdosis bei Überlagerung größer als die Belichtungsschwelle. Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer integrierten Schaltung.
    公开号:DE102004015930A1
    申请号:DE200410015930
    申请日:2004-03-31
    公开日:2005-11-03
    发明作者:Wolfgang Henke；Stephanie Iacono；Andreas Jahnke；Gerhard Dr. Kunkel；Ansgar Teipel
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:G03F7-20
    专利说明:
    [0001] Verfahrenzur lithographischen Projektion eines Musters von isolierten odersemi-isolierten Strukturelementen und Verwendung des Verfahrenszur Herstellung einer integrierten Schaltung
    [0002] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur lithographischen Projektioneines Musters von Strukturelementen mittels Doppelbelichtung. DieErfindung betrifft darüberhinaus die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer integriertenSchaltung.
    [0003] IntegrierteSchaltungen werden mittels photolithographischer Projektion vonMustern auf Halbleiterwafer hergestellt. Für jede Ebene wird dabei in derRegel eine Maske mit dem der Schaltungsebene entsprechenden Musterverwendet.
    [0004] Photomaskenoder Reticles werden im Bereich der Halbleiterfertigung eingesetzt,um mittels lithographischer Projektion auf einem mit einem photoempfindlichenLack beschichteten Halbleiterwafer in dem Lack ein Muster von Strukturelementenzu bilden. Die Wahl der lateralen Ausdehnung der auf dem Halbleiterwaferzu bildenden Strukturelemente ist dabei aufgrund einer insbesonderedurch das Projektionssystem vorgegebenen unteren Auflösungsgrenze eingeschränkt. DieAuflösungsgrenzehängt abvon der Belichtungswellenlänge,der Aperturgröße des Linsensystemsoder beispielsweise von der Art der Beleuchtungsquelle des Projektionssystems.Hoch integrierte Schaltungen, wie beispielsweise nicht flüchtige Speicher(NROM-Speicher), werden zur Zeit mit Schaltungselementen hergestellt,deren Breite bis herunter zu 70 nm reicht. Im Beispiel der Speicherbausteinegilt dies beispielsweise für periodischangeordnete Stege mit sehr kleinen Abmessungen, die in semi-isolierterKonfiguration benötigt werden.
    [0005] Dabeikann es oftmals vorkommen, dass die entsprechenden hoch aufgelösten Strukturmusterin einer Schaltungsebene mit dem die Strukturelemente elektrischanschließendenPeripheriebereich gemeinsam angeordnet sind. Strukturelemente, beispielsweiseLeiterbahnen, solcher Peripheriebereiche unterliegen zumeist relaxiertenAnforderungen an die Strukturbreite. Auf der für die Bildung der Schaltungsebeneeinzusetzenden Photomaske sind demnach gemeinsam sehr schmale, oftmalsperiodische Anordnungen von Strukturelementen in isolierter oderhalbisolierter Konfiguration zusammen mit größer dimensionierten Strukturelementenin einem Muster angeordnet.
    [0006] Esist bekannt, dass bei der lithographischen Projektion Strukturelemente,deren Breite jeweils in der Näheder Auflösungsgrenzedes betreffenden Belichtungsgerätsliegt, aufgrund der optischen Abbildungseigenschaften anders alsgrößer dimensionierteund/oder nicht periodische Strukturelemente in die Bildebene übertragenwerden. Dies liegt einerseits an der nur begrenzten numerischenApertur des Belichtungsgeräts,andererseits auch an den individuellen Belichtungseinstellungenin dem Gerät.Bei Vorhandensein von Linsenabberationen, beispielsweise aufgrundvon Linsenfehlern, könnensich die unterschiedlichen Abbildungseffekte verstärken, welchesinsbesondere Linienbreitenvariationen oder auch Ladegenauigkeitsfehlerin den Strukturmusteranteilen sichtbar werden lässt.
    [0007] DieAuflösungsgrenzeeines Projektionssystems lässtsich durch den Einsatz moderner lithographischer Techniken bei denfür eineBelichtung verwendeten Masken verringern. Dies betrifft zum einen derBereich der Phasenmasken, welche auch Phasenschiebermasken genanntwerden (englisch: phase shift masks). Zum anderen werden verschiedene Belichtungsmodi,wie z. B. eine Schrägbeleuchtung, Quadrupol-Beleuchtungoder annulare Beleuchtung, ausgeführt, die ebenfalls eine Verbesserungdes Auflösungsvermögens desProjektionsapparates bewirken. Diese Beleuchtungsarten werden inder Technik auch als OAI-Beleuchtung (Off-Axis Illumination) bezeichnet.Im Gegensatz zur senkrecht einfallenden Beleuchtung werden bei einerSchrägbeleuchtung wesentlichmehr höhereBeugungsordnungen im Projektionsobjektiv übertragen. Als weitere Möglichkeitsind die so genannten RET-Verfahren (Resolution Enhancement Techniques)bekannt, bei denen die Strukturelemente auf der Maske neben denabzubildenden Schaltungsmustern häufig auch weitere Elementeenthalten, welche die Auflösungdes Projektionsapparates verbessern. Neben den in der Technik bekanntenElementen füreine Optical Proximity Correction (OPC) ist auch die Verwendungsublithographischer Strukturelemente in der Umgebung abzubildenderStrukturelemente vorgesehen.
    [0008] Dieselithographischen Techniken ermöglicheneinzeln oder in Kombination eine deutliche Verbesserung des Auflösungsvermögens einesProjektionsapparates. Insbesondere wird das verfügbare Prozessfenster erhöht, wasdie Herstellung von integrierten Schaltungen mit feinsten Strukturauflösungen ineinem hochvolumigen Fertigungsprozess erlaubt. Bei sehr kritischenSchaltungsebenen, bei denen kleinste Abmessungen auf dem Halbleiterwafer abgebildetwerden müssen,erreichen jedoch auch diese Verfahren ihre Grenze, insbesonderedurch eine Limitierung des Tiefenschärfebereichs (engl. depth offocus).
    [0009] DerverfügbareTiefenschärfebereichist insbesondere bei Linien- oder Spaltenmustern, die in einer isoliertenoder semiisolierten Anordnung vorliegen, die limitierende Größe. Halb ton-Phasenmasken erlaubenzwar die Erhöhungdes Kontrastes bei nicht optimalen Fokusbedingungen, erreichen aberbei zunehmend kleiner werdenden Strukturen ihre Grenze. Bei derlithographischen Projektion von sehr dicht gepackten hoch auflösenden Strukturen,beispielsweise bei der Herstellung von Speicherbausteinen mit wahlfreiemZugriff (DRAM), werden fürdie kritischen Schaltungsebenen häufig alternierende Phasenmaskeneingesetzt, wobei zur Vermeidung von Phasenkonflikten in einer nachfolgendenzweiten Belichtung bestimmte Bereiche mit Hilfe einer Chrommaske nachbelichtetwerden müssen.Aufgrund der Doppelbelichtung mit zwei verschiedenen Reticles istder Waferdurchsatz der Projektionsgeräte jedoch sehr niedrig.
    [0010] Eineweitere Möglichkeit,das Auflösungsvermögen einesProjektionsapparates zu erhöhen,wird in der EP-A1-1288716 der gleichen Anmelderin beschrieben. Darinwird vom bekannten Effekt der Frequenzverdoppelung bei alternierendenPhasenmasken ausgegangen, die gleiche Abmessungen der Flächen dertransparenten und absorbierenden Elemente aufweisen. Dieses Konzeptwird auf zwei-dimensionale Muster unter Verwendung von Halbton-Phasenmaskenerweitert. Die Grundidee besteht darin, dass die relativen Abmessungender Oberflächenvon Anteilen eines Musters, die unterschiedliche Phasenverschiebungenund Lichttransmissionen aufweisen, auf einer Phasenschiebermaskeim wesentlichen die Bedingung erfüllen, dass das Produkt ausden Abmessungen der Oberflächenund der Transmissionen der elektrischen Feldstärke für alle Anteile gleich ist.Aufgrund verschwindender niedrigster Beugungsordnungen tritt deshalbFrequenzverdopplung auf. Angewendet auf Halbton-Phasenmasken mithoher Transmission ergibt sich eine große Amplitude der ersten Beugungsordnung,die eine im Vergleich zu konventionellen Phasenschiebermasken verbesserteAuflösungbewirkt. Das zwei dimensionale in Form einer Matrix ausgebildeteMuster auf der Phasenschiebermaske eignet sich bevorzugt zur Abbildungsehr dichter Muster auf einen Halbleiterwafer. Die Wiederholratender Anteile des Musters kann dabei in beiden Dimensionen unabhängig gewählt werden.
    [0011] Dievorgenannten Konzepte ermöglichen zwardie Verbesserung des Auflösungsvermögens einesProjektionsapparates fürbestimmte Schaltungsmuster. Eine befriedigende Lösung zur Abbildung eines Mustersvon isolierten oder semi-isolierten Strukturelementen, das einenausreichenden Tiefenschärfebereichund Prozessfenster aufweist, ist in der Technik jedoch nicht bekannt.
    [0012] Esist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das einekostengünstigeund effektive photolithographische Projektion eines Musters vonisolierten oder semi-isolierten Strukturelementen erlaubt.
    [0013] DieseAufgabe wird durch ein Verfahren zur lithographischen Projektioneines Musters von isolierten oder semi-isolierten Strukturelementenmittels Doppelbelichtung gelöst,bei dem folgende Schritte ausgeführtwerden: – Bereitstelleneines Halbleiterwafers; – Aufbringeneiner Resistschicht mit einer Belichtungsschwelle auf der Oberseitedes Halbleiterwafers; – Bereitstelleneiner Phasenschiebermaske, die das Muster von Strukturelementenumfasst; – Bereitstelleneines Projektionsapparates mit einer Lichtquelle, einem Projektionsobjektivund einem Substrathalter, wobei der Projektionsapparat geeignetist, eine Belichtung in einem ersten Belichtungsmodus mit einerersten Belichtungsdo sis und in einem zweiten Belichtungsmodus miteiner zweiten Belichtungsdosis durchzuführen; – Ablegendes Halbleiterwafers auf dem Substrathalter; – Auswählen desersten Belichtungsmodus, wobei die erste Belichtungsdosis kleinerals die Belichtungsschwelle der Resistschicht gewählt wird; – anschließend Projizierendes Musters mit dem Projektionsapparat, wobei das die Phasenschiebermaskedurchdringende Licht so auf die Resistschicht abgebildet wird, dassdie niedrigste Beugungsordnung ausgelöscht wird; – Auswählen deszweiten Belichtungsmodus, wobei die zweite Belichtungsdosis zusammenmit der ersten Belichtungsdosis bei Überlagerung größer alsdie Belichtungsschwelle der Resistschicht gewählt wird; – anschließend Projizierendes Musters mit dem Projektionsapparat, wobei wenigstens die niedrigsteBeugungsordnung des die Phasenschiebermaske durchdringenden Lichtsauf die Resistschicht abgebildet wird; und – Entwickelnder Resistschicht, um eine Resiststruktur zu bilden.
    [0014] DerKern der Erfindung ist die lithographische Projektion eines Mustersdurch Doppelbelichtung unter Verwendung von nur einem Reticle. Die Belichtungsbedingungenbei der Erstbelichtung werden dabei so gewählt, dass die niedrigste Beugungsordnungausgelöschtwird. Dies hat zur Folge, dass das auf die Oberseite des Halbleiterwafersprojizierte Bild doppelt so viele Intensitätsmaxima aufweist, wie dasMuster von Strukturelementen auf der Phasenschiebermaske. Man sprichtin diesem Zusammenhang auch von Frequenzverdoppelung, da die Fourier-Transformiertedes Luftbildes der abgebildeten Struktur eine doppelt so hohe (Grund-)Frequenzaufweist wie die Struktur selbst. Bei der nachfolgenden Zweitbelichtungwerden die Belichtungsbedingungen so gewählt, dass die Frequenzverdopplungnicht auftritt. Die Belichtungsdosis der Erstbelichtung liegt unterhalbdem Dosisschwellwert des Resist-Lacks, so dass nur jedes zweiteIntensitätsmaximumder Erstbelichtung zusammen mit den Intensitätsmaxima der Zweitbelichtungoberhalb der Resist-Schwelle liegt. Im Ergebnis erhält man einesehr feine Struktur in isolierter oder halbisolierter Konfiguration.
    [0015] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform umfasstder Schritt des Bereitstellens der Phasenschiebermaske, dass diePhasenschiebermaske als alternierende Phasenmaske bereitgestelltwird, wobei die Strukturelemente des Musters abwechselnd von transparentenoder semi-transparenten Bereichen umgeben sind, die zueinander jeweilseinen Phasenunterschied von 180° aufweisen.
    [0016] Gemäß dieserVorgehensweise wird eine alternierende Phasenmaske verwendet, diebekanntlich unter bestimmten Belichtungsbedingungen Frequenzverdopplungzeigt.
    [0017] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformumfasst der Schritt des Bereitstellens der Phasenschiebermaske,dass als Phasenschiebermaske eine Halbton-Phasenmaske bereitgestellt wird,bei der die Strukturelemente als erhabene Stege aus semi-transparentemMaterial auf der Phasenschiebermaske ausgeführt sind, die von transparentenBereichen umgeben sind und relativ zu den transparenten Bereicheneinen Phasenunterschied von 180° aufweisen,wobei die Intensitätvon die Halbton-Phasenmaske durchdringendem Licht im Bereich derStege und des transparenten Bereichs nahezu gleich ist.
    [0018] Gemäß dieserVorgehensweise kann währenddes Entwurfs der Maske sichergestellt werden, dass ebenfalls Frequenzverdopplungauf der Oberseite des Halbleiterwafers auftritt. Bekanntlich weisenHalbton-Phasenmasken eine etwas niedrigere Maßhaltigkeit der abgebildetenStrukturen in einem Belichtungsgerät auf als alternierende Phasenmasken,sie sind jedoch einfacher und kostengünstiger herzustellen.
    [0019] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformstrahlt die Lichtquelle im ersten Belichtungsmodus kohärentes Lichtaus.
    [0020] DasAuslöschender niedrigsten Beugungsordnung bei der Projektion von Strukturelementen mittelseiner Phasenschiebermaske erfolgt durch Interferenz der phasenverschobenenAnteile des elektrischen Felds. Aus diesem Grund ist eine möglichst kohärente Lichtquellevorteilhaft.
    [0021] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird die Kohärenzder Lichtquelle durch einen Füllfaktorder Lichtquelle im Projektionsobjektiv erreicht, der weniger als0,3 beträgt.
    [0022] PerfekteKohärenzkann bei einer Lichtquelle erreicht werden, die möglichstpunktförmigist. Die Ausdehnung der Lichtquelle spiegelt sich im so genanntenFüllfaktorwider, der entsprechend klein gewählt sein muss, um Kohärenz zuerreichen. Ein Füllfaktorvon 0,3 oder weniger sorgt füreine ausreichende Kohärenzdes abgestrahlten Lichts der Lichtquelle.
    [0023] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird im ersten Belichtungsmodus die Lichtquelle senkrecht über demProjektionsobjektiv angeordnet, um eine Köhler'sche Beleuchtung des Halbleiterwafersauszuführen.
    [0024] Beieiner senkrechten Beleuchtung erfolgt eine Auslöschung der niedrigsten Beugungsordnung durchInterferenz der mit einem Phasenunterschied von 180° beaufschlagtenAnteile der elektromagnetischen Wellen. Bei einer senkrechten Beleuchtung durchlaufenalle Beugungsordnungen symmetrisch den Projektionsapparat. Damitkann mit geeignet gewähltenPhasenschiebermasken Frequenzverdopplung auf der Oberseite des Halbleiterwaferserreicht werden.
    [0025] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird im zweiten Belichtungsmodus die Lichtquelle so angeordnet,dass eine Schrägbeleuchtung durchgeführt wird.
    [0026] Beieiner Schrägbeleuchtungist die Symmetrie der verschiedenen phasenverschobenen Anteile desLichts gebrochen, sodass sich im Allgemeinen die niedrigste Beugungsordnungnicht durch Interferenz auslöschenwird. Gemäß dieserVorgehensweise kann ohne einen Wechsel des Reticles bzw. der Phasenschiebermaskezwischen einer Belichtung mit Frequenzverdopplung und einer Belichtungohne Frequenzverdopplung gewechselt werden. Dadurch erhöht sichder Waferdurchsatz des Projektionsgeräts erheblich, da insbesonderekein Maskenwechsel mit anschließendenJustier- oder Alignment-Schritten ausgeführt werden muss.
    [0027] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist darüberhinaus eine Blende vorgesehen, die zwischen der Lichtquelle undder Phasenschiebermaske angeordnet wird.
    [0028] Mittelseiner Blende lässtsich sehr schnell zwischen verschiedenen Belichtungsmodi umschalten,sodass die erste Belichtung und die zweite Belichtung im kurzenzeitlichen Abstand durchgeführt werdenkönnen.
    [0029] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird die Blende so ausgeführt,dass bei der Projektion im zweiten Belichtungsmodus eine annulareBelichtung, eine Quadrupol-Belichtungoder eine Dipol-Belichtung durchgeführt wird.
    [0030] Mittelsder Blende kann auf einfache Weise zwischen einer senkrechten undeiner Schrägbeleuchtunggewechselt werden, wobei die genannten Belichtungsarten darüber hinauseine höhereAuflösungals bei konventioneller Schrägbeleuchtungaufweisen.
    [0031] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformumfasst das Muster von Strukturelementen eine Ebene eines Schaltungsmusterseiner integrierten Schaltung, das isolierte oder semiisolierte Spalteals Strukturelemente aufweist.
    [0032] Mitdem Doppelbelichtungsverfahren lassen sich isolierte oder semi-isolierteStrukturelemente wie z. B. Spaltenmuster mit hoher Auflösung aufdie Oberseite eines Halbleiterwafers projizieren. Dies ermöglicht eineeffiziente und kostengünstigeHerstellung von integrierten Schaltungen.
    [0033] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformumfasst die integrierte Schaltung einen Speicherbaustein, vorzugsweiseeinen NROM-Speicherbaustein, dessen isolierte oder semiisolierteStrukturelemente kleinste Abmessungen von 60 nm oder weniger aufweisen.
    [0034] BeiNROM-Speicherbausteinen treten häufig imBereich des Zellenfeldes isolierte oder semi-isolierte Strukturelementeauf, die mit kleinsten Abmessungen auf die Resistschicht auf derOberseite des Halbleiterwafers abgebildet werden müssen.
    [0035] Besondersvorteilhaft erweist sich die Verwendung des Verfahrens bei der Herstellungeiner integrierten Schaltung, die eine Vielzahl von Strukturebenenumfasst, wobei zur Strukturierung einer der Ebenen das Verfahrenzur lithographischen Projektion mittels Doppelbelichtung gemäß der Erfindung ausgeführt wird.
    [0036] VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0037] DieErfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Inder Zeichnung zeigen:
    [0038] 1 schematischeine Querschnittsansicht eines lithographischen Projektionsapparatszur Durchführungdes erfindungsgemäßen Verfahrens;
    [0039] 2 ineinem Flussdiagramm die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    [0040] 3 ineinem Diagramm die Intensitätdes auf die Oberseite des Halbleiterwafers projizierten Lichts,wobei zur Verdeutlichung die Strukturelemente der Phasenschiebermaskeund das Projektionsobjektiv mit eingezeichnet sind;
    [0041] 4 ineinem Diagramm das währenddes zweiten Belichtungsmodus auf die Oberseite des Halbleiterwafersprojizierte Intensitätsprofil,wobei wiederum zur Verdeutlichung die Strukturelemente der Phasenschiebermaskeund die Projektionsoptik mit eingezeichnet sind; und
    [0042] 5 ineinem Diagramm ein Intensitätsprofil,das durch Überlagerungder ersten Belichtung und der zweiten Belichtung entsteht, wobeidie Lage der Strukturelemente der Phasenmaske und die Projektionsoptikebenfalls mit eingezeichnet sind.
    [0043] ImFolgenden wird die Erfindung beispielhaft an einem Verfahren zurHerstellung einer integrierten Schaltung erläutert. Die Erfindung lässt sichjedoch auch bei der Herstellung anderer Objekte anwenden, bei deneneine Strukturierung mit einem Muster von isolierten oder semi-isoliertenStrukturelemente mit sehr hoher Auflösung erfolgen soll.
    [0044] Ausgangspunktdes erfindungsgemäßen Verfahrensist ein Projektionsapparat 16, wie in 1 gezeigtist. Der Projektionsapparat 16 umfasst eine Lichtquelle 18,die beispielsweise mittels eines DW-Lasers Licht mit einer Wellenlänge von248 nm oder 193 nm abstrahlt. Die Lichtquelle 18 ist oberhalb einesSubstrathalters 22 angeordnet. Zwischen dem Substrathalter 22 undder Lichtquelle 18 befindet sich ein Projektionsobjektiv 20,das geeignet ist, das von der Lichtquelle 18 emittierteLicht auf den Substrathalter 22 abzubilden. Zwischen derLichtquelle 18 und dem Projektionsobjektiv 20 wirdeine Photomaske angebracht, wobei für das erfindungsgemäße Verfahreneine Phasenschiebermaske 12 vorgesehen ist.
    [0045] DerProjektionsapparat 16 ist geeignet, eine Belichtung ineinem ersten Belichtungsmodus mit einer ersten Belichtungsdosisund in einem zweiten Belichtungsmodus mit einer zweiten Belichtungsdosisdurchzuführen.
    [0046] Imersten Belichtungsmodus wird die Lichtquelle 18 beispielsweisesenkrecht überdem Projektionsobjektiv 20 angeordnet.
    [0047] Diesenkrechte Belichtung wird auch Köhler'sche Beleuchtung genannt. Die Lichtquelle 18 strahltim ersten Belichtungsmodus kohärentesLicht ab, wobei die Kohärenzder Lichtquelle 18 durch einen Füllfaktor im Projektionsobjektiv 20 erreichtwird, der weniger als 0,3 beträgt.Der Füllfaktorwird in der Projektionslithographie üblicherweise mit σ bezeichnetund gibt an, welchen Teil des Projektionsobjektivs 20 dieniedrigste (nullte) Beugungsordnung auffüllt. So bedeutet ein Füllfaktor σ = 0,3, dassdie Fläche desProjektionsobjektivs 20 zu 30 % mit Licht der niedrigstenBeugungsordnung aufgefülltist. Ein niedriger Füllfaktorbedeutet aber auch, dass die Lichtquelle 18 eine geringereemittierende Flächeund somit ein höhereKohärenzaufweist.
    [0048] Imzweiten Belichtungsmodus wird die Lichtquelle 18 so angeordnet,dass eine Schrägbeleuchtungdurchgeführtwird. Dazu wird beispielsweise die Lichtquelle 18 aus dersenkrechten Lage überdem Projektionsobjektiv 20 gedreht. Ein andere Möglichkeitbesteht darin, die Lichtquelle 18 mit einem hohem Füllfaktorauszustatten und eine Blende 24 vorzusehen, die zwischender Lichtquelle 18 und der Phasenschiebermaske 12 angeordnetwird. Die Blende 24 wird beispielsweise so ausgeführt, dass beider Projektion im zweiten Belichtungsmodus eine annulare Belichtung,eine Quadrupol-Belichtung oder eine Dipol-Belichtung durchgeführt wird.
    [0049] EineAusführungsformdes Verfahrens ist in 2 in einem Flussdiagramm dargestellt.In einem ersten Schritt 100 des Verfahrens wird ein Halbleiterwafer 5 bereitgestellt.
    [0050] Aufder Oberseite des Halbleiterwafers 5 wird in einem nächsten Schritt 102 eineResistschicht 10 aufgebracht, beispielsweise durch Aufschleudern. DieResistschicht 10 weist eine Belichtungsschwelle auf, dieangibt mit welcher Energie die Resistschicht 10 belichtetwerden muss, um bei einem nachfolgenden Entwickeln entfernt werdenzu können.
    [0051] ImnächstenSchritt 104 erfolgt das Bereitstellen der Phasenschiebermaske 12,die ein Muster 14 von Strukturelementen umfasst. Das Muster 14 vonStrukturelementen umfasst beispielsweise eine Ebene eines Schaltungsmusterseiner integrierten Schaltung, das isolierte oder semi-isolierteSpalte als Strukturelemente aufweist. Ein Beispiel einer integriertenSchaltung ist ein Speicherbaustein, wie z.B. ein NROM-Speicherbaustein,dessen isolierte oder semi-isolierte Strukturelemente kleinste Abmessungenvon 60 nm oder weniger aufweisen.
    [0052] DasMuster 14 von Strukturelementen wird auf die Phasenschiebermaskeaufgebracht. Als Phasenschiebermaske 12 kann beispielsweiseeine alternierende Phasenmaske verwendet werden, wobei die absorbierendenStrukturelemente 26 des Musters 14 abwechselndvon transparenten oder semi-transparenten Bereichen umgeben sind,die zueinander jeweils einen Phasenunterschied von 180 Grad aufweisen.
    [0053] Esist aber auch möglich,als Phasenschiebermaske 12 eine Halbton-Phasenmaske zuverwenden, bei der die Strukturelemente 26 als erhabene Stegeaus semi-transparentem Material auf der Phasenschiebermaske ausgeführt sind.Die erhabenen Stege aus semi-transparentem Material sind von transparentenBereichen umgeben und weisen relativ zu den transparenten Bereicheneinen Phasenunterschied von 180 Grad auf. Die Intensität von Licht, dasdie Halbton-Phasenmaske durchdringt, ist im Bereich der Stege unddes transparenten Bereichs nahezu gleich.
    [0054] ImnächstenSchritt 106 wird der Projektionsapparates 16 mitder Phasenschiebermaske 12 bereitgestellt.
    [0055] ImnächstenSchritt 108 wird der Halbleiterwafer 5 auf demSubstrathalter 22 abgelegt.
    [0056] Anschließend erfolgtim nächstenSchritt 110 das Auswählendes ersten Belichtungsmodus, wobei die erste Belichtungsdosis kleinerals die Belichtungsschwelle der Resistschicht 10 gewählt wird.
    [0057] Imnachfolgenden Schritt 112 wird das Muster 14 mitdem Projektionsapparat 16 auf die Resistschicht 10 desHalbleiterwafers 5 projiziert. Das die Phasenschiebermaske 12 durchdringendeLicht wird dabei so auf die Resistschicht 10 abgebildet,dass die niedrigste Beugungsordnung ausgelöscht wird.
    [0058] In 3 istin einem Diagramm eine Intensitätsverteilung 30 desprojizierten Luftbildes (auch als aerial image bezeichnet) am Ortdes Halbleiterwafers 5 gezeigt. Zur Verdeutlichung istdie Lage der Strukturelemente 26 der Phasenschiebermaske 12 mit eingezeichnet.Im ersten Belichtungsmodus wird, wie oben bereits beschrieben, einesenkrechte Belichtung mit der Lichtquelle 18 durchgeführt. Diesist in 3 durch eine erste Richtung 34 der niedrigsten Beugungsordnungschematisch dargestellt.
    [0059] ImErgebnis erhältman die erste Intensitätsverteilung 30.Die erste Intensitätsverteilung 30 umfasstaufgrund der Frequenzverdoppelung zum einen erste Intensitätsmaxima 32 anden den transparenten Bereichen außerhalb der Strukturelemente 26 entsprechendenStellen. Zum anderen weist die erste Intensi tätsverteilung 30 aberauch zwischen den ersten Intensitätsmaxima 32 im Bereichder Strukturelemente 26 weitere erste Intensitätsmaxima 32' auf. Die ersteBelichtungsdosis ist dabei so gewählt, dass der Wert 36 derersten Intensitätsmaxima 32 undder weiteren ersten Intensitätsmaxima 32' kleiner alsdie Belichtungsschwelle der Resistschicht 10 ist.
    [0060] Anschließend erfolgtim Schritt 114 das Auswählendes zweiten Belichtungsmodus des Projektionsapparates 16.
    [0061] Imnachfolgenden Schritt 116 wird das Muster 14 mitdem Projektionsapparat 16 auf die Resistschicht 10 desHalbleiterwafers 5 projiziert. Dabei wird wenigstens dieniedrigste Beugungsordnung des die Phasenschiebermaske 12 durchdringenden Lichtsauf die Resistschicht 10 abgebildet.
    [0062] In 4 istin einem Diagramm eine zweite Intensitätsverteilung 40 desprojizierten Luftbildes am Ort des Halbleiterwafers 5 gezeigt.Zur Verdeutlichung ist wiederum die Lage der Strukturelemente 26 derPhasenschiebermaske 12 mit eingezeichnet. Im zweiten Belichtungsmoduswird, wie oben bereits beschrieben, eine Schrägbelichtung mit der Lichtquelle 18 durchgeführt. Diesist in 4 durch eine zweite Richtung 44 der niedrigstenBeugungsordnung, die nun nicht mehr senkrecht zum Projektionsobjektiv angeordnetist, schematisch dargestellt.
    [0063] ImErgebnis erhältman die zweite Intensitätsverteilung 40 desLuftbilds. Die zweite Intensitätsverteilung 40 weistzweite Intensitätsmaxima 42 auf, dieden transparenten Bereichen außerhalbder Strukturelemente 26 entsprechen. Die zweite Belichtungsdosisist dabei so gewählt,dass der Wert 46 der zweiten Intensitätsmaxima 42 kleinerals die Belichtungsschwelle der Resistschicht 10 ist.
    [0064] Diezweite und die erste Belichtungsdosis werden so gewählt, dasssie bei Überlagerungder zweiten Intensitätsmaxima 42 mitden ersten Intensitätsmaxima 32 undden weiteren ersten Intensitätsmaxima 32' größer alsdie Belichtungsschwelle der Resistschicht 10 sind. Dieerste Belichtungsdosis und die zweite Belichtungsdosis können dabeiz.B. in etwa gleich gewähltwerden.
    [0065] Die Überlagerungder ersten Belichtung und der zweiten Belichtung ist schematischanhand einer Überlagerungder ersten Intensitätsverteilung 30 und derzweiten Intensitätsverteilung 40 in 5 gezeigt. ZurVerdeutlichung ist wiederum die Lage der Strukturelemente 26 derPhasenschiebermaske 12 mit eingezeichnet. Die Belichtungsschwelleder Resistschicht 10 ist in Form einer gestrichelten Linieals Schwelle 50 eingezeichnet. Man erkennt, dass an der Positionder ersten Intensitätsmaxima 32 dieSchwelle 50 überschrittenwird. Somit könnensehr fein aufgelösteStrukturen in semi-isolierter oder isolierter Konfiguration aufdie Resistschicht 10 übertragen werden.
    [0066] Anschließend erfolgtim Schritt 118 das Entwickeln der Resistschicht 10,um eine Resiststruktur zu bilden, die nachfolgend beispielsweisein eine Schicht des Halbleiterwafers übertragen wird.
    [0067] Besondersvorteilhaft erweist sich die Verwendung des Verfahrens bei der Herstellungeiner integrierten Schaltung, die auf einem Halbleiterwafer 5 eineVielzahl von Strukturebenen umfasst, wobei zur Strukturierung ineinem Projektionsapparat 16 einer der Ebenen das Verfahrenzur lithographischen Projektion mittels Doppelbelichtung gemäß der Erfindungausgeführtwird.
    5 Halbleiterwafers 10 Resistschicht 12 Phasenschiebermaske 14 Muster 16 Projektionsapparates 18 Lichtquelle 20 Projektionsobjektiv 22 Substrathalter 24 Blende 26 Strukturelemente 30 ersteIntensitätsverteilung 32 ersteIntensitätsmaxima 32' weitereerste Intensitätsmaxima 34 ersteRichtung 36 ersterSchwellenwert 40 zweiteIntensitätsverteilung 42 zweiteIntensitätsmaxima 44 zweiteRichtung 46 zweiterSchwellenwert 50 Schwelle 100- 118 Verfahrensschritte
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] Verfahren zur lithographischen Projektion einesMusters von isolierten oder semi-isolierten Strukturelementen mittelsDoppelbelichtung, umfassend folgende Schritte: – Bereitstelleneines Halbleiterwafers (5); – Aufbringen einer Resistschicht(10) mit einer Belichtungsschwelle auf der Oberseite desHalbleiterwafers (5); – Bereitstellen einer Phasenschiebermaske(12), die das Muster (14) von Strukturelementenumfasst; – Bereitstelleneines Projektionsapparates (16) mit einer Lichtquelle (18),einem Projektionsobjektiv (20) und einem Substrathalter(22), wobei der Projektionsapparat (16) geeignetist, eine Belichtung in einem ersten Belichtungsmodus mit einerersten Belichtungsdosis und in einem zweiten Belichtungsmodus miteiner zweiten Belichtungsdosis durchzuführen; – Ablegen des Halbleiterwafers(5) auf dem Substrathalter (22) – Auswählen desersten Belichtungsmodus, wobei die erste Belichtungsdosis kleinerals die Belichtungsschwelle der Resistschicht (10) gewählt wird; – anschließend Projizierendes Musters (14) mit dem Projektionsapparat (16),wobei das die Phasenschiebermaske (12) durchdringende Lichtso auf die Resistschicht (10) abgebildet wird, dass dieniedrigste Beugungsordnung ausgelöscht wird; – Auswählen deszweiten Belichtungsmodus, wobei die zweite Belichtungsdosis zusammenmit der ersten Belichtungsdosis bei Überlagerung größer alsdie Belichtungsschwelle der Resistschicht (10) gewählt wird; – anschließend Projizierendes Musters (14) mit dem Projektionsapparat (16),wobei wenigstens die niedrigste Beugungsordnung des die Phasenschiebermaske(12) durchdringenden Lichts auf die Resistschicht (10)abgebildet wird; und – Entwickelnder Resistschicht (10), um eine Resiststruktur zu bilden.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt desBereitstellens der Phasenschiebermaske (12) umfasst, dassals Phasenschiebermaske (12) eine alternierende Phasenmaskebereitgestellt wird, wobei die Strukturelemente des Musters abwechselndvon transparenten oder semi-transparenten Bereichen umgeben sind,die zueinander jeweils einen Phasenunterschied von 180 Grad aufweisen.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt desBereitstellens der Phasenschiebermaske (12) umfasst, dassals Phasenschiebermaske (12) eine Halbton-Phasenmaske bereitgestelltwird, bei der die Strukturelemente als erhabene Stege aus semi-transparentemMaterial auf der Phasenschiebermaske ausgeführt sind, die von transparentenBereichen umgeben sind, und relativ zu den transparenten Bereicheneinen Phasenunterschied von 180 Grad aufweisen, wobei die Intensität von dieHalbton-Phasenmaske durchdringendem Licht im Bereich der Stege unddes transparenten Bereichs nahezu gleich ist.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Lichtquelle(18) im ersten Belichtungsmodus kohärentes Licht abstrahlt.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kohärenz derLichtquelle durch einen Füllfaktorder Lichtquelle (18) im Projektionsobjektiv (20)erreicht wird, der weniger als 0,3 beträgt.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im erstenBelichtungsmodus die Lichtquelle (18) senkrecht über demProjektionsobjektiv (20) angeordnet wird, um eine Köhler'sche Beleuchtungdes Halbleiterwafers (5) auszuführen.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem im zweitenBelichtungsmodus die Lichtquelle (18) so angeordnet wird,dass eine Schrägbeleuchtungdurchgeführtwird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, bei dem darüber hinauseine Blende (24) vorgesehen ist, die zwischen der Lichtquelle(18) und der Phasenschiebermaske (12) angeordnetwird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Blende (24)so ausgeführtwird, dass bei der Projektion im zweiten Belichtungsmodus eine annulareBelichtung oder eine Quadrupol-Belichtung oder eine Dipol-Belichtungdurchgeführtwird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Muster(14) von Strukturelementen eine Ebene eines Schaltungsmusterseiner integrierten Schaltung umfasst, das isolierte oder semi-isolierte Spalteals Strukturelemente aufweist.
    [11] Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die integrierteSchaltung einen Speicherbaustein, vorzugsweise einen NROM-Speicherbaustein,umfasst, dessen isolierte oder semiisolierte Strukturelemente kleinsteAbmessungen von 60 nm oder weniger aufweisen.
    [12] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Lichtquelle(18) eine Wellenlängevon 300 nm oder weniger aufweist.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die ersteBelichtungsdosis und die zweite Belichtungsdosis in etwa gleichgewähltwerden.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Schrittedes Auswählensdes ersten Belichtungsmodus und des anschließenden Projizierens des Schaltungsmustersvor den Schritten des Auswählensdes zweiten Belichtungsmodus und des anschließenden Projizierens des Schaltungsmusters durchgeführt werden.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Schrittedes Auswählensdes ersten Belichtungsmodus und des anschließenden Projizierens des Schaltungsmustersnach den Schritten des Auswählensdes zweiten Belichtungsmodus und des anschließenden Projizierens des Schaltungsmusters durchgeführt werden.
    [16] Verwendung des Verfahrens bei der Herstellung einerintegrierten Schaltung, die eine Vielzahl von Strukturebenen umfasst,wobei zur Strukturierung einer der Ebenen das Verfahren zur lithographischenProjektion mittels Doppelbelichtung nach einem der Ansprüche 1 bis15 ausgeführtwird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004015930B4|2008-08-28|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-11-03| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-05-08| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
    2009-03-05| 8364| No opposition during term of opposition|
    2010-01-21| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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