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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Dosisanpassung
in einem lithographischen Projektionsapparat, insbesondere bei der
Belichtung eines Halbleiterwafers, um ein Schaltungsmuster auf dem
Halbleiterwafer zu erzeugen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus
einen Projektionsapparat.
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Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafern
mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten
aufgebracht. Die elektrischen Schichten werden jeweils lithographisch
strukturiert. Ein lithographischer Strukturierungsschritt kann darin
bestehen, einen photoempfindlichen Resist auf die Vorderseite des
Halbleiterwafers aufzutragen, diesen mit einer gewünschten
Struktur für
die betreffende Ebene zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die
somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt
zu übertragen.
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Im
Zuge der sich stetig verkleinernden Strukturen bei der Herstellung
von integrierten Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an das
Auflösungsvermögen bei
der lithographischen Projektion. Es ist zu erwarten, dass die gegenwärtig vorherrschende
optische Lithographie in Zukunft durch andere Techniken ersetzt
werden wird. Bei der optischen Lithographie werden zur Zeit Wellenlängen von
193 nm oder 157 nm verwendet, was die Strukturauflösung bei
der Lithographie auf etwa 60 bis 100 nm limitiert. Die Begrenzung
der Strukturauflösung hängt zum
einen damit zusammen, dass das Limit der gerade noch abzubildenden
kleinsten Struktur proportional zur Wellenlänge des Lichts ist. Darüber hinaus
wird die Qualität
der Abbildung auch zunehmend durch kleine Prozessfenster eingeschränkt. So ist
z. B. der zulässige
Tiefenschärfenbereich
ebenfalls proportional zur Wellenlänge des Lichts.
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Um
in der optischen Lithographie das Prozessfenster zu erhöhen, wurden
in den letzten Jahren neuartige Konzepte entwickelt, wie z. B. Phasenmasken
oder Projektionsapparate mit Schrägbeleuchtung. Des Weiteren
ermöglichten
bestimmte Maßnahmen
beim Schaltungsentwurf, wie z. B. die so genannte OPC-Korrektur (Optical
Proximity Correction), eine weitere Verbesserung des Prozessfensters.
Insbesondere wird mit einer Doppelbelichtung, bei der mittels einer
alternierenden Phasenmaske die kritische Schaltungsebene belichtet
wird und nachfolgend mit Hilfe einer Trimm-Maske in einem zweiten
Belichtungsschritt eventuell auftretende Phasenkonflikte beseitigt
werden, eine hohe Strukturauflösung
bei gleichzeitig verbessertem Prozess-Fenster erreicht. Es ist jedoch
abzusehen, dass die optische Lithographie, zumindest für sehr kritische
Schaltungsebenen, in der nächsten
oder übernächsten Generation
von Herstellungsprozessen für integrierte
Schaltungen an eine Grenze stoßen
wird.
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In
der Vergangenheit wurden deshalb neuartige lithographische Apparate
diskutiert, die sowohl eine verbesserte Strukturauflösung als
auch eine größere Tiefenschärfe aufweisen.
Neben der Röntgenlithographie
ist hier vor allem die Elektronenstrahl- oder Ionenstrahl-Lithographie
zu nennen. Elektronen- bzw.
Ionenstrahlen können
mit Hilfe von elektrischen und/oder magnetischen Feldern fokussiert
und abgelenkt werden. Sie eignen sich daher sowohl für das direkte
Schreiben auf eine elektronenstrahlempfindliche Resist-Schicht,
als auch für
die Anwendung in einem Belichtungsgerät, das eine Projektionsoptik
aufweist. Beim direkten Schreiben mittels eines Teilchenstrahls
(Kontakt-Lithographie oder Proximity-Lithographie) kann dabei von
Erfahrungen ausgegangen werden, die bereits bei der Maskenherstellung
entwickelt wurden. Belichtungsgeräte, die mit einem Strahl geladener
Teilchen eine Projektions-Lithographie
oder Proximity-Lithographie durchführen, weisen insbesondere bei
Strukturauflösungen
kleiner als 100 nm eine sehr gute Abbildungsqualität und ein
sehr hohes Prozessfenster auf.
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Mit
den stetig ansteigenden Integrationsdichten integrierter Schaltungen
erhöhen
sich auch die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und an die Lagegenauigkeit
einer auf das Halbleitersubstrat zu projizierenden Struktur. Insbesondere
dann, wenn Schaltungsebenen mit kleinsten Strukturauflösungen übertragen
werden, müssen
immer striktere Toleranzgrenzen bezüglich der Ausrichtung und der
Maßhaltigkeit
der aktuell auf das Substrat zu projizierenden Struktur berücksichtigt
werden, um die Funktionsfähigkeit
der Schaltung zu gewährleisten.
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Dichte
Linien-Spalten-Muster, wie sie etwa im Bereich der Herstellung von
dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DARM) gebildet werden,
weisen beispielsweise im Bereich der ersten Schaltungsebenen Strukturelemente
auf, die als kleinste Abmessung eine Linienbreite von 110, 90 oder
70 nm aufweisen. Die oberhalb dieser Ebenen gebildeten Strukturen
weisen üblicherweise
eine gröbere
Strukturauflösung
auf, so dass sich insgesamt relaxiertere Anforderungen an das Auflösungsvermögen des
Projektionsapparates ergeben. Es sind selbstverständ lich auch
Schaltungsentwürfe
bekannt, bei denen die kritischen Schaltungsebenen in einer oberen
Schicht befinden.
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Für den lithographischen
Projektionsschritt eines dichten Linien-Spalten-Musters bei der DRAM-Herstellung
wird üblicherweise
für die
ersten Schaltungsebenen mit Strukturelementen mit kleinsten Abmessungen
ein Wafer-Scanner verwendet, der im Vergleich zu einem Wafer-Stepper
ein höheres Auflösungsvermögen aufweist.
Bei einem Wafer-Scanner erfolgt die Belichtung des photoempfindlichen
Resists entlang eines Belichtungsschlitzes. Der Halbleiterwafer
wird im Allgemeinen auf einem Substrathalter abgelegt und zur Belichtung
in eine entsprechende Position gefahren. Dann wird das auf einer
Maske angeordnete Schaltungsmuster sukzessive in einzelne Belichtungsfelder
auf dem photoempfindlichen Resist übertragen. Dabei wird während der
Belichtung eines Belichtungsfeldes der Substrathalter und die den
Belichtungsschlitz definierende Blende gegeneinander verschoben. Üblicherweise
beträgt
die Größe eines
Belichtungsfeldes etwa 26 mm × 35
mm. Die Belichtung der einzelnen Belichtungsfelder wird üblicherweise
so ausgeführt,
dass die Oberseite des Halbleiterwafers in ein Muster von Belichtungsfeldern
in der Form einer Matrix oder eines Gitters unterteilt wird, und
mit dem Wafer-Scanner bzw. dem Wafer-Stepper sukzessive gemäß einer
Belichtungsabfolge belichtet werden.
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Bei
modernen Technologien, beispielsweise bei der DRAM-Herstellung,
wird die bei der Projektion von Strukturelementen erforderliche
Genauigkeit aufgrund der kleiner werdenden Auflösungen immer weiter sinken.
Derzeitige und zukünftige
Prozesslinien sind somit auf Schwankungen der Maßhaltigkeit in der Lithographie
sensitiv. Am deutlichsten wirkt sich das natürlich bei den kleinsten Abmessungen
aus, die auch als „cri tical
dimensions" oder
CD bezeichnet werden. Insbesondere Resist-Lacksysteme, die bei fortschrittlichen
Belichtungsanlagen mit 193 nm oder 157 nm Belichtungswellenlänge arbeiten,
erweisen sich als sehr empfindlich bezüglich der Projektionsbedingungen.
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In
der US 2004/0029027 A1 wird ein Verfahren zur dynamischen Dosisanpassung
in einem photolithographischen Projektionssystem bei der Belichtung
eines Halbleiterwafers beschrieben, bei dem die Belichtungsdosis
für jedes
Belichtungsfeld anhand der Auswertung einer zuvor durchgeführten Belichtungsserie
bestimmt wird.
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In
der US 2003/0164932 A1 wird ein Verfahren zur dynamischen Dosisanpassung
in einem photolithographischen Projektionssystem gezeigt, bei dem
ein Belichtungsdosis anhand der Zeitdifferenz zwischen dem Auftragen
der Resistschicht und dem Belichten der Resistschicht bestimmt wird.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine
verbesserte Gleichförmigkeit
der kleinsten Abmessungen bei der lithographischen Projektion aufweist,
bzw. einen Projektionsapparat zu schaffen, der eine verbesserte
Gleichförmigkeit
erreicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zur dynamischen Dosisanpassung in einem lithographischen
Projektionsapparat bei der Belichtung eines Halbleiterwafers, um
ein Schaltungsmuster auf dem Halbleiterwafer zu erzeugen, gelöst, das
folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Halbleiterwafers;
- – Bereitstellen
eines Schaltungsmusters umfassend Strukturelemente;
- – Bereitstellen
eines Projektionsapparats;
- – Aufbringen
einer Resistschicht auf eine Vorderseite des Halbleiterwafers;
- – Aufteilen
der Vorderseite des Halbleiterwafers in eine Mehrfachanordnung von
Belichtungsfeldern;
- – Zuweisen
einer Belichtungsabfolge an die Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern;
- – Bestimmen
jeweils eines ersten Zeitpunkts für jedes Belichtungsfeld, wobei
die Belichtung jedes Belichtungsfeldes jeweils zu dem ersten Zeitpunkt ausgeführt wird;
- – Bestimmen
eines zweiten Zeitpunkts, bei dem ein die Resistschicht stabilisierender
Prozess-Schritt durchgeführt
wird;
- – Zuweisen
jeweils einer Belichtungsdosis für
jedes Belichtungsfeld, wobei die jeweilige Belichtungsdosis anhand
der Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem jeweiligen
ersten Zeitpunkt bestimmt wird;
- – Sukzessives
Projizieren des Schaltungsmusters auf die Resistschicht in die Belichtungsfelder
entsprechend der Belichtungsabfolge zu den jeweiligen ersten Zeitpunkten;
und
- – Durchführen des
die Resistschicht stabilisierenden Prozess-Schritts zu dem zweiten Zeitpunkt.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Variationen der kleinsten
Abmessungen von Strukturelementen zwischen dem ersten und letzten belichteten
Chip auf einem Wafer zu kompensieren, indem die Variationen der
Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem jeweiligen
ersten Zeitpunkt bestimmt wird. Dadurch lässt sich zwischen der Belichtung
und einem die Resistschicht stabilisierenden Prozess-Schritt die
Variation der Standzeit durch eine dynamische Regelung der Belichtungsdosis
kompensieren. Entsprechende Variationen der kleinsten Abmessungen
von Strukturelementen wurden im bisherigen Verfahren nicht korrigiert,
sondern als Anteil im Fehlerbudget der kleinsten Strukturabmessungen
akzeptiert. Die Erfindung eignet sich insbesondere bei Einsatz neuartiger
Lacksysteme (z. B. für
eine Belichtungswellenlänge
von 157 nm), die sich unter Umständen
als deutlich empfindlicher bezüglich
Standzeiten erweisen als herkömmliche
im UV-Bereich sensitive Resistlacke.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Durchführens
des die Resistschicht stabilisierenden Prozess-Schritts ein Entwickeln der Resistschicht.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
lassen sich Variationen zwischen Belichtung eines Belichtungsfeldes
und dem Entwickeln der Resistschicht durch eine dynamische Regelung
kompensieren. Nach dem Entwickeln der Resistschicht treten keine
zeitabhängigen
Veränderungen
der Strukturabmessungen auf.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Durchführens
des die Resistschicht stabilisierenden Prozess-Schritts ein Ausheizen
der Resistschicht.
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Gemäß dieser
Vorgehensweise wird eine Variation infolge der Standzeit zwischen
Belichtung und einem Ausheizen der Resistschicht kompensiert. Das
Ausheizen der Resistschicht, auch als Post-Exposure Baking (PEB)
bekannt, bewirkt, dass die Resistschicht bis zur weiteren Prozessierung,
beispielsweise dem Entwickeln, stabilisiert wird. Nach dem Ausheizen
der Resistschicht treten keine Variationen der Strukturabmessungen
mit kleinsten Abmessungen mehr auf. Das Post-Exposure Baking wird
häufig in
der Technik angewendet, um den Einfluss stehender Wellen, die durch Überlagerung
des einfallenden und des von der Oberfläche des Halbleiterwafers reflektierten
Lichts entstehen, zu beseitigen. Das Post-Exposure Baking dient
darüber
hinaus auch zur chemischen Aktivierung der belichteten Bereiche
der Resistschicht. Der gemäß dieser
Ausführungsform durchgeführte Schritt
des Ausheizens der Resistschicht erhöht folglich die Prozess-Komplexität nicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Zuweisens der Belichtungsdosis für jedes
Belichtungsfeld, dass die Belichtungsdosis anhand einer linearen
Funktion der Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem jeweiligen
ersten Zeitpunkt bestimmt wird.
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Gemäß dieser
Vorgehensweise kann erreicht werden, dass sich Lageungenauigkeiten
aufgrund der Zeitdifferenzen zwischen dem zweiten Zeitpunkt und
dem jeweiligen ersten Zeitpunkt anhand einer linearen Funktion kompensieren
lassen, deren Genauigkeit oftmals zur Beseitigung der Variationen
ausreichend ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die lineare Funktion folgende Form auf: Dosis
(i) = a/b·t
(i) + c,wobei Dosis(i) die Belichtungsdosis des i-ten Belichtungsfeldes,
a einen Parameter der zeitabhängigen Linienbreitenänderung,
b einen Parameter der dosisabhängigen
Linienbreitenänderung,
c einen konstanten Belichtungsdosiswert und t(i) die Zeitdifferenz zwischen
dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkten des i-ten Belichtungsfeldes
repräsentieren.
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Gemäß dieser
Vorgehensweise werden zwei Linienbreitenänderungen zur Kompensation
der kleinsten Abmessungen eingesetzt. In der Technik ist bekannt,
dass eine zeitabhängige
Linienbreitenänderung
(proportional zur Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und
dem jeweiligen ersten Zeitpunkt) ist, wobei die Proportionalitätskonstante
hier durch den Parameter a repräsentiert
ist. Weiter existiert eine Linienbreitenänderung in Abhängigkeit
der Belichtungsdosis, wobei als Proportionalitätskonstante hier der Parameter
b verwendet wird. Daraus lässt
sich die notwendige Dosiskompensation in Abhängigkeit der Standzeit (Zeitdifferenz)
für den
i-ten Belichtungszeitpunkt berechnen, indem beide Variationen gleichgesetzt
werden. Damit ergibt sich ein einfacher Zusammenhang zwischen gemessenen Parametern
der zeitabhängigen
und dosisabhängigen
Linienbreitenänderung
und der gewünschten Stabilität der kleinsten
Abmessungen bei der photolithographischen Projektion.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Zuweisens der Belichtungsdosis für jedes
Belichtungsfeld, dass die Belichtungsdosis anhand einer exponentiellen
Funktion der Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem
jeweiligen ersten Zeitpunkt bestimmt wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Projektionsapparats,
dass der Projektionsapparat eine Lichtquelle aufweist, die geeignet
ist, eine Belichtung mit einer Wellenlänge von 193 nm oder 157 nm
durchzuführen.
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Gemäß dieser
Vorgehensweise wird eine photolithographische Projektion ausgeführt, wobei eine
Wellenlänge
von 193 nm oder 157 nm eingesetzt wird. Dazu passende Resist-Systeme
weisen unter Umständen
höhere
Variationen bezüglich Standzeiten
zwischen Belichtung und Entwicklung (oder Ausheizen) auf. Bei diesen
modernen Belichtungssystemen ist eine dynamische Do sisanpassung entsprechend
der Zeitdifferenz zwischen dem ersten und dem jeweiligen zweiten
Zeitpunkt besonders wichtig.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Halbleiterwafers, dass
der Halbleiterwafer einen Durchmesser von 200 mm oder mehr aufweist.
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Bei
modernen Herstellungsprozessen für
integrierte Schaltungen werden oftmals Halbleiterwafer mit einem
Durchmesser von 200 mm oder mehr eingesetzt. Da auf einem Halbleiterwafer
mit dieser Fläche
eine Vielzahl von Belichtungsfeldern untergebracht werden kann,
erweist sich das Verfahren zur dynamischen Dosisanpassung als besonders
nützlich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Schaltungsmusters, dass
das Schaltungsmuster einen ersten Teil, der auf einem ersten Reticle
bereitgestellt wird, und einen zweiten Teil aufweist, der auf einem
zweiten Reticle bereitgestellt wird.
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Bei
modernen Herstellungsprozessen werden oftmals Schaltungsmuster durch
die Kombination zweier Reticle auf eine Resistschicht des Halbleiterwafers übertragen.
Beispielsweise wird bei einer Doppelbelichtung mit einer alternierenden
Phasenmaske oftmals der erste Teil des Schaltungsmusters entsprechend
der Strukturelemente der Schaltung ausgebildet, wobei nachfolgend
ein zweites Reticle bereitgestellt wird, das eine so genannte Trimm-Maske
umfasst, die dazu dient, eventuelle Phasenkonflikte durch eine Nachbelichtung
beseitigen zu können. Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
auch für diese
Technik einsetzen, wobei die linienbreitenkritische Ab bildung die
Projektion des ersten Reticles auf die Resistschicht darstellt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Projizierens des Schaltungsmusters auf die
Resistschicht, dass das erste Reticle in den Projektionsapparat
eingelegt wird und dass der erste Teil des Schaltungsmusters auf die
Resistschicht abgebildet wird, wobei anschließend folgende Schritte ausgeführt werden:
- – Ersetzen
des Reticles durch das zweite Reticle im Projektionsapparat; und
- – sukzessives
Projizieren des zweiten Teils des Schaltungsmusters auf die Resistschicht
in den Belichtungsfeldern entsprechend der Belichtungsabfolge.
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Gemäß dieser
Vorgehensweise kann das Verfahren bei einer Doppelbelichtung mit
dazwischenliegendem Reticle-Wechsel eingesetzt werden. Dies ist
insbesondere bei der Herstellung von DRAM-Bausteinen wichtig, da
für die
ersten kritischen Ebenen eines DRAM-Bausteins häufig Phasenmasken zum Einsatz
kommen, die anschließend mittels
einer Trimm-Belichtung nachbelichtet werden. Bei der hochvolumigen
Herstellung von DRAM-Bausteinen erweist sich das Verfahren gemäß der Erfindung
als besonders nützlich.
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Die
Aufgabe wird auch durch einen Projektionsapparat gelöst, der
Folgendes umfasst:
- – einen Substrathalter, der
geeignet ist, einen Halbleiterwafers aufzunehmen, wobei der Halbleiterwafer
eine Resistschicht auf einer Vorderseite aufweist;
- – ein
Mittel, um ein Schaltungsmuster umfassend Strukturelemente bereitzustellen;
- – ein
Mittel, um die Vorderseite des Halbleiterwafers in eine Mehrfachanordnung
von Belichtungsfeldern aufzuteilen;
- – ein
Mittel, um eine Belichtungsabfolge an die Mehrfachanordnung von
Belichtungsfeldern zuzuweisen;
- – ein
Mittel, um das Schaltungsmuster sukzessive auf die Resistschicht
in die Belichtungsfelder entsprechend der Belichtungsabfolge jeweils
zu einem ersten Zeitpunkt zu projizieren;
- – ein
Mittel, um einen die Resistschicht stabilisierenden Prozess-Schritt
zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen; und
- – ein
Mittel, um jeweils eine Belichtungsdosis für jedes Belichtungsfeld zuzuweisen,
wobei sich die jeweilige Belichtungsdosis anhand der Zeitdifferenz
zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem jeweiligen ersten Zeitpunkt
bestimmt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
in einer Querschnittsansicht einen Projektionsapparat, der für die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet wird;
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2 in
einer Draufsicht schematisch einen Halbleiterwafer, wobei verschiedene
Belichtungsfelder und eine Belichtungsabfolge eingezeichnet sind; und
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3 die
Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
Ausführungsform in
einem Flussdiagramm.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und der erfindungsgemäße Projektionsapparat
werden im Folgenden für
die Herstellung einer Resist-Struktur auf der Oberseite eines Halbleiterwafers
erläutert. Die
Erfindung lässt
sich jedoch für
beliebige lithographische Strukturierungen verwenden, bei denen
die Zeitdifferenz zwischen Belichten und einem stabilisierenden
Prozess-Schritt
wichtig für
die Maßhaltigkeit
der abgebildeten Strukturen ist. Als Beispiel seien hier die Herstellung
von lichtoptischen Speicherplatten oder von TFT-Anzeigegeräten genannt.
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In 1 ist
schematisch ein optischer Projektionsapparat 5 gezeigt,
anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren
erläutert
wird. Es soll jedoch nochmals betont werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren
auch bei anderen lithographischen Techniken, wie z.B. der Röntgen- oder
Teilchenlithographie (Elektronen- oder Ionenlithographie) anwendbar
ist.
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Der
Projektionsapparat 5 umfasst einen Substrathalter 10,
auf dem ein Halbleiterwafer 12 abgelegt wird. Der Halbleiterwafer 12 ist
auf einer Vorderseite mit einer Resistschicht 14 versehen,
die beispielsweise vorher durch Aufschleudern aufgebracht wurde. Über dem
Substrathalter ist auf der der Resistschicht 14 zugewandten
Seite eine Lichtquelle 16 angeordnet. Die Lichtquelle ist
geeignet, beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm oder 157 nm
zu emittieren. Das Licht der Lichtquelle 16 wird mittels
eines Projektionsobjektivs 18 auf die Vorderseite des Halbleiterwafers 12 übertragen.
Zwischen Lichtquelle 16 und Projektionsobjektiv 18 ist ein
Reticle 20 angeordnet, dessen Oberseite mit einem Schaltungsmuster
versehen ist.
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Das
Reticle 20 ist auf einer Seite mit absorbierenden Elementen
versehen, die beispielsweise aus Chrom bestehen und entsprechend
eines Schaltungsmusters strukturiert sind. Das Schaltungsmuster
weist kleinste Abmessungen auf, die beispielsweise bei der Herstellung
von DRAM-Bausteinen 70 nm oder weniger betragen können. Um
die einzelnen Schaltungsebenen auf die Resistschicht 14 übertragen
zu können,
wird die Vorderseite des Halbleiterwafers 12 mit einer
Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern 22 versehen. Diese
Aufteilung der Vorderseite des Halbleiterwafers 12 ist
in 2 gezeigt.
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Die
Projektion des Schaltungsmusters wird dadurch ausgeführt, dass
der Halbleiterwafer auf dem Substrathalter 10 entsprechend
ausgerichtet wird. Dazu wird der Halbleiterwafer 12 so
verschoben, dass beispielsweise in einem ersten Belichtungsschritt
ein Belichtungsfeld 22 belichtet wird, das in der linken
unteren Ecke der Mehrfachanordnung liegt. Dieses Belichtungsfeld 22 ist
in 2 mit der Belichtungszeit t1 bezeichnet. In nachfolgenden
Belichtungsschritten wird der Halbleiterwafer so verschoben, dass
beispielsweise entlang einer ersten Scan-Richtung 24 die
unterste Zeile der Belichtungsfelder bis zum Belichtungsfeld t6
belichtet wird. Anschließend ändert sich
die Scan-Richtung in eine zweite Scan-Richtung 24' und es erfolgt eine Belichtung
der Belichtungsfelder zum Zeitpunkt t7 bis t16. Dieser Prozess wiederholt
sich mäanderförmig, bis zum
Zeitpunkt tn alle Belichtungsfelder auf der Vorderseite des Halbleiterwafers 12 auf
die Resist-Struktur 14 abgebildet wurden.
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Wie
in 2 gezeigt, wird oftmals ein Belichtungsfeld 22 in
mehrere Teilfelder 26 unterteilt, wobei in diesem Beispiel
2 × 2
Teilfelder in einem Belichtungsfeld 22 gebildet werden.
Dadurch lassen sich bei der Herstellung und photolithographi schen
Projektion eines Halbleiterwafers 12 mehrere erforderlichenfalls
unterschiedliche Schaltungen auf die Vorderseite eines Halbleiterwafers 12 abbilden.
Dazu wird die Belichtung aber nur an denjenigen Stellen ausgeführt, an
denen wenigstens Teile der Teilfelder eine funktionsfähige Schaltung
bilden können.
Schaltungen die in denjenigen Teilfeldern 26' liegen, die über den Rand des Halbleiterwafers 12 zumindest teilweise
hinaus reichen, sind später
nicht funktionstüchtig.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht nun darauf, dass die Belichtungsdosis in jedem Belichtungsfeld 22 entsprechend
der Zeitdifferenz zwischen dem Belichten des Belichtungsfeldes und
dem Entwickeln oder Ausheizen des Halbleiterwafers 12 bestimmt
wird. Die Belichtung jedes Belichtungsfeldes 22 wird also
jeweils zu einem ersten Zeitpunkt (t1 bis tn) ausgeführt. Das
Durchführen
des die Resistschicht 14 stabilisierenden Prozess-Schrittes
erfolgt zu einem zweiten Zeitpunkt. Anhand der Zeitdifferenz zwischen
dem jeweiligen ersten Zeitpunkt t1 bis tn und dem zweiten Zeitpunkt
erfolgt eine dynamische Anpassung der Belichtungsdosis. Diese wird
somit für
jedes Belichtungsfeld 22 individuell eingestellt.
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Die
jeweiligen ersten Zeitpunkte t1 bis tn sind beispielsweise durch
eine vorherige Testbelichtung bekannt. Es ist aber auch möglich, die
ersten Zeitpunkte t1 bis tn aus der Belichtungsabfolge des Projektionsapparats
zu berechnen, da dieser oftmals mit einer Steuerung versehen ist,
die die zeitliche Abfolge bei der Belichtung der Belichtungsfelder
kontrolliert. Somit wäre
es zum Beispiel möglich,
die jeweiligen ersten Zeitpunkte t1 bis tn aus der Anlage mit dem
Projektionsapparat auszulesen.
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Jede
Resistschicht 14 besitzt einen für sie charakteristischen Linienbreitengradienten
in Abhängigkeit
von der Zeitdauer bis zur Entwicklung oder zum Ausheizen und der
Belichtungsdosis. Daraus ergeben sich bei Schwankungen in der Zeit
bzw. Dosis entsprechende Linienbreitenänderungen.
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Die
Linienbreitenänderung
in Abhängigkeit der
Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem jeweiligen
ersten Zeitpunkt, die nachfolgend als t angegeben ist, folgt also
folgender Gleichung: ΔCDZEIT =
a·t,wobei
a der zeitabhängige
Linienbreitengradient ist, der angibt, wie stark sich die Linienbreite
pro Zeiteinheit t bis zu einem stabilisierenden Prozess-Schritt, z.B.
Entwickeln oder Ausheizen, ändert.
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Gleichzeitig
folgt die Linienbreitenänderung in
Abhängigkeit
der Dosis folgender Gleichung: ΔCDDOSIS = b·ΔDosis,wobei b der dosisabhängige Linienbreitengradient ist,
der angibt, wie stark sich die Linienbreite bei Änderungen der Belichtungsdosis ΔDosis verändert.
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Aus
diesem einfachen Modell folgt die notwendige Dosiskombination für jedes
Belichtungsfeld i mit der Wartezeit t(i) durch Gleichsetzen der
beiden Gleichungen.
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Nach
Auflösen
nach ΔDosis
und Addieren eines konstanten Dosis-Offsets ergibt sich für die Belichtungsdosis
Dosis(i) des i-ten Belichtungsfeldes: Dosis(i)
= a/b·t(i)
+ c, wobei t(i) die Zeit darstellt, die bis zur Entwicklung oder
zum Ausheizen des i-ten Belichtungsfeldes noch vergeht, und c den
Dosis-Offset repräsentiert.
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Gemäß der Erfindung
bekommt jedes Belichtungsfeld i abhängig von t(i) eine individuelle
Dosiskorrektur. Bei der Zeitdifferenz t(i) können auch Zeiten wie z. B.
Reticle-Wechsel bei Mehrfachbelichtungen berücksichtigt werden. Außerdem sind
unterschiedliche Dosis-Offsets möglich.
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Bei
der bisherigen Berechnung der Dosiskorrektur wurde von einem linearen
Zusammenhang der zeitlich und dosisabhängigen Linienbreitenänderungen
ausgegangen. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen,
diese Zusammenhänge
aus einer nicht linearen Funktion (z. B. eine Exponentialfunktion)
oder aus einer empirisch bestimmten Funktion abzuleiten. So ist
es etwa auch denkbar, gemessene Linienbreitenänderungen tabellarisch zu erfassen
und für
die Dosisanpassung zu verwenden.
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In 3 sind
Verfahrensschritte gemäß einer
Ausführungsform
in einem Flussdiagramm zusammengefasst.
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In
einem ersten Schritt 100 erfolgt das Bereitstellen eines
Halbleiterwafers 12. Anschließend wird im Schritt 102 ein
Schaltungsmusters umfassend Strukturelemente mit kleinsten Abmessungen
bereitgestellt.
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Im
Schritt 104 erfolgt das Bereitstellen eines Projektionsapparats 5.
Anschließend
wird im Schritt 106 eine Resistschicht 14 auf
eine Vorderseite des Halbleiterwafers 12 aufgebracht.
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Im
Schritt 108 wird die Vorderseite des Halbleiterwafers 12 in
eine Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern 22 aufge teilt
und im Schritt 110 erfolgt das Zuweisen einer Belichtungsabfolge
an die Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern.
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Ausgehend
von dieser Belichtungsabfolge der Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern
wird im Schritt 112 jeweils ein erster Zeitpunkt für jedes Belichtungsfeld 22 bestimmt,
wobei die Belichtung jedes Belichtungsfeldes jeweils zu dem ersten
Zeitpunkt ausgeführt
wird.
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Anschließend erfolgt
im Schritt 114 das Bestimmen eines zweiten Zeitpunkts,
bei dem ein die Resistschicht 14 stabilisierender Prozess-Schritt durchgeführt wird.
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Im
Schritt 116 wird anschließend jeweils eine Belichtungsdosis
für jedes
Belichtungsfeld 22 zugewiesen, wobei die jeweilige Belichtungsdosis
anhand der Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem
jeweiligen ersten Zeitpunkt bestimmt wird.
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Anschließend wird
im Schritt 118 das Schaltungsmuster sukzessive auf die
Resistschicht 14 in die Belichtungsfelder 22 entsprechend
der Belichtungsabfolge projiziert.
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Danach
erfolgt im Schritt 120 das Durchführen eines die Resistschicht 14 stabilisierenden
Prozess-Schritts zu dem zweiten Zeitpunkt.
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Zur
automatischen Dosiskontrolle in einem Projektionsapparat 5 ist
es vorgesehen, diesen so zu erweitern, dass die Parameter a, b und
c in dem Projektionsapparat für
jede Schaltungsebene hinterlegt werden. Die Zeit t(i) kann von dem
Projektionsapparat 5 direkt gemessen werden, beispielsweise
durch eine Testbelichtung. In einem hochvolumigen Fertigungsprozess werden üblicherweise
mehr als nur ein Halbleiterwafer belichtet, so dass sich die Werte
t(i) aus einer vorherigen Belichtung bestimmen lassen.
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Dadurch
erfolgt eine automatische Dosisanpassung in Abhängigkeit der Zeitdifferenz
zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem jeweiligen ersten Zeitpunkt
bei der Belichtung eines Belichtungsfeldes.
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- 5
- Projektionsapparat
- 10
- Substrathalter
- 12
- Halbleiterwafer
- 14
- Resistschicht
- 16
- Lichtquelle
- 18
- Projektionsobjektiv
- 20
- Reticle
- 22
- Belichtungsfeld
- 24,
24'
- Scanrichtung
- 26,
26'
- Schaltungsteil
- 100
- 120
- Verfahrensschritte