DE102009017952B4

DE102009017952B4 - Lithographische Maske und Verfahren zur Herstellung der lithographischen Maske

Info

Publication number: DE102009017952B4
Application number: DE102009017952.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Rolff Haiko; Dr. Byloos Carla; Dr. Nölscher Christoph; Nicolo Morgana; Roderick Köhle; Molela Moukara; Dr. Neubauer Ralf; Rainer Pforr; Dominique Savignac
Original assignee: Advanced Mask Technology Center GmbH and Co KG
Current assignee: Advanced Mask Technology Center GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2029-04-18
Also published as: JP5193250B2; US8293431B2; US20100266939A1; DE102009017952A1; JP2010250318A; JP5469260B2; JP2013101387A

Abstract

Lithographische Maske umfassend:
mindestens eine erste Schicht (31) mit Gräben (33),
eine zweite Schicht (32) auf der ersten Schicht (31), wobei die zweite Schicht (32) eine grabenartige, transparente Struktur (200) aufweist, wobei die zweite Schicht (32) beim Ätzen der Gräben (33) in die erste Schicht (31) als Maske wirkt, und wobei
die zweite Schicht (32) in einem von der transparenten Struktur (200) umschlossenen ersten Gebiet (322) ein auf ein Substrat abzubildendes erstes Muster (28) und in einem Abschnitt (321) außerhalb der transparenten Struktur (200) ein auf das Substrat abzubildendes zweites Muster (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Struktur (200) mindestens zwei oder mehrere Segmente (201) umfasst, die durch eine nicht abbildende Lücke (250) oder nicht abbildende Lücken (250) voneinander getrennt sind und die Lücken (250) aus dem Material der zweiten Schicht (32) bestehen.

Description

Ausführungsformen betreffen eine lithographische Maske für die Herstellung von Halbleiterbausteinen. Um immer kleinere Strukturen zu ermöglichen, werden so genannte alternierende phasenschiebende-, Halbton- oder 3-Ton-Masken verwendet. Basis einer alternierenden phasenschiebenden Maske ist ein Quarzsubstrat, mit einer strukturierten absorbierenden Schicht. Bei den Halbton- und 3-Ton-Masken ist zwischen der Quarzschicht und der absorbierenden Schicht eine weitere semitransparente Schicht vorgesehen.
Zur Herstellung von alternierenden phasenschiebenden-, Halbton- oder 3-Ton-Masken wird in einer ersten Prozessierungsebene die Absorberschicht oder auch Hartmaske gemäß einem Maskenlayout strukturiert. In einer zweiten Prozessierungsebene werden dann bei der phasenschiebenden Maske die phasenschiebenden Strukturen in das Quarz hineingeätzt. Bei der Halbtonmaske wird die semitransparente Schicht strukturiert, bei der 3-Ton-Maske werden die semitransparente Schicht und die Quarzschicht strukturiert.
Auf einem einzigen Halbleiterwafer können hunderte von integrierten Schaltkreisen, Halbleiterbausteinen oder Mikrochips prozessiert werden. Nach Fertigstellung werden die Mikrochips vereinzelt. Dabei können Sprünge oder Brüche auftreten, die in das aktive Gebiet des Mikrochips eindringen und den Chip beschädigen oder zerstören. Eine weitere Gefahr für die Funktionstüchtigkeit ist das Eindringen von Feuchtigkeit in isolierende Schichten oder von Ionen in Gatestrukturen von Transistoren im Mikrochip. Zum Schutz wird daher eine den Chip ringförmig umschließende, Barrierenstruktur vorgesehen, die aus zwei geschlossenen Rahmen bestehen kann. Ein äußerer Rahmen schützt vor eindringenden Sprüngen und ein innerer Rahmen vor eindringender Feuchtigkeit und Ionen. Außerhalb des äußeren Rahmens im Randbereich des einzelnen Mikrochips sind ebenfalls Strukturen, beispielsweise für Justiermarken oder Teststrukturen, vorgesehen.
Bei der Herstellung von Masken, die in mehreren lithographischen Ebenen prozessiert werden, wie z.B. die phasenschiebende-, die Halbton- oder die 3-Ton-Maske, kann es durch die geschlossene Barrierenstruktur in der zweiten Prozessierungsebene zu Problemen bei der Herstellung von Strukturen kommen, die innerhalb und außerhalb der Barrierenstruktur angeordnet sind. Häufig kommt es vor, dass Strukturen innerhalb der Barrierenstruktur mit einer anderen Rate geätzt werden als Strukturen außerhalb der Barrierenstruktur. Eine mögliche Ursache können unterschiedliche Ladungszustände der durch die geschlossene Barrierenstruktur voneinander getrennten Gebiete sein.
Die Druckschrift US 5 989 754 A beschreibt eine Amplitudenmaske mit metallischen, opaken Schichtstrukturen, die das Maskenmuster bilden, sowie mit einem metallischen Rahmen, der die metallischen, opaken Schichtstrukturen lateral einfasst. Nicht-abbildende Chromstege verbinden den metallischen Rahmen mit den metallischen, opaken Schichtstrukturen und verhindern das elektrostatische Aufladen der metallischen, opaken Schichtstrukturen beim Berühren der Amplitudenmaske durch Bedienpersonal.
Die Druckschrift US 2004 / 0 229 129 A1 beschreibt eine weitere Chrommaske mit einem Chrommaskenmuster und einem peripheren Chrombereich. Nicht-abbildende leitfähige Brücken verbinden das Chrommaskenmuster und den peripheren Chrombereich und sollen der elektrostatischen Aufladung des Chrommaskenmusters vorbeugen, wenn die Chrommaske geladenen Partikeln ausgesetzt wird, beispielsweise während der Inspektion mit einem Rasterelektronenmikroskop.
In der Druckschrift US 7 063 921 B2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer alternierenden phasenschiebenden Maske beschrieben, bei der eine Kompensationsstruktur, die außerhalb eines Produktfeldes angeordnet ist, ein leitendes Gebiet aufweist, das mit dem Produktfeld durch abbildende Stege elektrisch leitend verbunden ist und die elektrische Aufladung minimiert.
In der Druckschrift US 2006 / 0 220 250 A1 wird ein Design für eine Barrierenstruktur in einem Halbleiterwafer beschrieben, die das Eindringen von Brüchen und Feuchtigkeit in das Gebiet verringert. Diese Barrierenstruktur umfasst eine Vielzahl von einzelnen leitenden Elementen. Die einzelnen leitenden Elemente können eine Vielzahl von übereinander gestapelten Linien oder eine Vielzahl von hufeisenförmigen Linien umfassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lithographische Maske mit einer Struktur zur Verfügung zu stellen, die auf einen Halbleiterwafer abgebildet als eine schützende Barrierenstruktur ausgebildet werden kann, ohne dass Gebiete in der Maske elektrisch isoliert sind. Von der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung der Maske umfasst.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer lithographischen Maske und mit einem Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

1 zeigt ein Beispiel für ein Maskenlayout mit einer Struktur gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine lithographische Maske gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt einen Querschnitt durch eine lithographische Maske gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Maskenlayout mit der Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
5 ist eine schematische Darstellung eines Maskenlayouts mit einer Barrierenstruktur gemäß dem Stand der Technik.
6 ist eine schematische Darstellung eines Maskenlayouts mit der Struktur, die auf einem Substrat abgebildet als eine Barrierenstruktur ausgebildet werden kann, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 zeigt ein Maskendesign gemäß einer Ausführungsform der Struktur im Bereich der nichtabbildenden Lücken.
8 zeigt ein Maskendesign gemäß einer weiteren Ausführungsform der Struktur im Bereich der nichtabbildenden Lücken.
9 zeigt ein Maskendesign für die Struktur gemäß 4 in einer weiteren Ausführungsform.
10 ist eine schematische Darstellung eines Maskenlayouts mit der Struktur, mit abbildenden Lücken gemäß einer Ausführungsform.
11 ist ein Beispiel für ein Maskendesign für die Struktur gemäß 10 im Bereich der abbildenden Lücke.
12 ist eine schematische Darstellung eines Maskenlayouts für die Struktur mit abbildenden Lücken gemäß einer Ausführungsform.
13 ist eine schematische Darstellung eines Maskenlayouts für die Struktur mit abbildenden Lücken gemäß einer Ausführungsform.
14 zeigt ein Maskenlayout mit der Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In der 1 ist ein Beispiel für ein Layout 100 für eine alternierende phasenschiebende Maske gemäß dem Stand der Technik dargestellt, die aus einer transparenten Quarzschicht und einer strukturierten, opaken Chromschicht bestehen kann. In der Figur sind transparente, nicht phasenschiebende Quarzbereiche weiß und opake Chrombereiche schraffiert dargestellt. In der Chromschicht sind Gebiete 322 durch eine grabenartige, die Quarzschicht freilegende, transparente Struktur 200 und größere Abschnitte 321 aus Chrom voneinander elektrisch isoliert. In den Gebieten 322 können beispielsweise Strukturen für einen Mikrochip enthalten sein. Bei der Herstellung von Masken, die in mehreren Prozessierungsebenen strukturiert werden, wie zum Beispiel die alternierende phasenschiebende Maske, die Halbtonmaske oder die Drei-Ton-Maske, kann es bei dem dargestellten Layout beispielsweise während eines Plasma-Ätzprozesses zu einer unterschiedlichen Aufladung der Gebiete 322 und der Abschnitte 321 und damit zu Potentialdifferenzen in der strukturierten, opaken Schicht aus Chrom kommen. Die resultierenden elektrischen Felder verändern während des Plasmaätzprozesses die kinetische Energie und Konzentration von Ionen, die wesentlich zum Materialabtrag beitragen. Daraus ergeben sich über eine Maskenoberfläche verteilt Inhomogenitäten in der Ätzrate.
Wie aus der 2 zu entnehmen ist, hat eine Inhomogenität in der Ätzrate unterschiedliche Ätztiefen zu Folge. Die 2 zeigt einen Querschnitt durch die alternierende phasenschiebende Maske 300 gemäß dem Stand der Technik. Die alternierende phasenschiebende Maske 300 weist eine transparente erste Schicht 31, häufig aus Quarz, und eine opake zweite Schicht 32, häufig aus Chrom, auf. Die opake zweite Schicht 32 wird in einer ersten Prozessierungsebene, gemäß einem Maskenlayout, strukturiert. Die zweite Schicht 32 wird also partiell entfernt, wodurch transparente Bereiche, in denen das Quarzsubstrat freiliegt, und opake Bereiche in der Maske entstehen. In einer zweiten Prozessierungsebene wird dann die partiell freiliegende erste Schicht 31 aus Quarz weiter strukturiert. Dabei werden in das Quarzsubstrat Gräben 33 hinein geätzt, wobei die zweite Schicht 32 als Hartmaske wirkt. Eine Tiefe der geätzten Gräben 33 ist so vorgesehen, dass das die Gräben 33 passierende Licht um 180 Grad phasenverschoben, gegenüber dem Licht ist, das das ungeätzte Quarzsubstrat passiert. Alternierend bedeutet hier, dass 180 Grad phasenschiebende und nicht phasenschiebende 0 Grad Strukturen im Wechsel angeordnet sind. So wird beispielsweise bei einem Linien-Spalt Muster durch eine alternierend, phasenschiebende Anordnung eine Kontrastverstärkung in einer Abbildung erzielt. Eine ausreichende Kontrastverstärkung wird allerdings nur dann erreicht, wenn die Tiefe der phasenschiebenden Gräben 33 mit einer ausreichenden Genauigkeit vorgesehen werden kann. Wie in der 2 gezeigt, weisen die Gräben 33, hervorgerufen durch die inhomogene Ätzrate, unterschiedliche Tiefen auf, wobei die Tiefe der Gräben 33 von der Größe und der Entfernung von leitenden Abschnitten 321 in der zweiten Schicht 32 abhängig ist. Zu starke Variationen bezüglich der Ätztiefe von phasenschiebenden Gräben 33 führen zur Unbrauchbarkeit der Maske.
Zur Lösung des beschriebenen Problems wird eine lithographische Maske 300, wie sie in der 3 im Querschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, vorgeschlagen. Um das Phänomen einer unterschiedlichen Aufladung von Abschnitten 321 und Gebieten 322 in der als Hartmaske für einen Ätzprozess in die erste Schicht 31 dienenden zweiten Schicht 32 zu vermeiden, sind in dem Ausführungsbeispiel sowohl die dargestellte erste Schicht 31, in die die Gräben 33 hineingeätzt werden, als auch die zweite Schicht 32 aus Materialien vorgesehen, die die gleiche Leitfähigkeit aufweisen. Dadurch können Aufladungsereignisse und damit Potentialdifferenzen in der zweiten Schicht 32 vermieden werden. Das Resultat sind dann homogene Ätzraten und gleiche Ätztiefen der Gräben 33 in der zweiten Schicht.
Bei einer möglichen Ausführungsform wird die erste und die zweite Schicht 31, 32 aus einem Isolatormaterial vorgesehen. Diese können beispielsweise kristallines SiO₂ oder Diamant ähnlicher Kohlenstoff sein. Bei einer anderen möglichen Ausführungsform wird die erste Schicht 31 und die zweite Schicht 32 aus einem leitenden Material vorgesehen. Materialien für die erste Schicht könnten beispielsweise leitendes Molybdänsilizid oder passend dotiertes SiO₂ sein. Die bereits genannten und noch folgenden Ausführungsformen sind nicht auf alternierende phasenschiebende Masken beschränkt. Sie können auch auf lithographische Masken, die mehr als zwei Schichten umfassen, angewendet werden. Als Beispiele seien hier die Halbton-Maske und die Dreiton-Maske genannt, die ebenfalls phasenschiebende Masken sind und bei denen zwischen der transparenten und der opaken Schicht noch eine semitransparente Schicht, häufig aus Molybdänsilizid, vorgesehen wird. In der zweiten Prozessierungsebene wird bei der Halbtonmaske die semitransparente Schicht strukturiert, wobei phasenschiebende, semitransparente und nicht phasenschiebende, transparente Bereiche in der Maske entstehen. Ebenso anwendbar sind die Ausführungsformen auf lithographische Masken, die einen reflektierenden Schichtstapel umfassen, wie zum Beispiel die EUV-Maske.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die Struktur 200 in der zweiten Schicht 32 so ausgeführt, dass es in der zweiten Schicht 32 nicht zu Potentialdifferenzen zwischen den durch die Struktur 200 voneinander getrennten Gebieten 322 und den Abschnitten 321 der zweiten Schicht kommt.
Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist der 4 entnehmbar. Dargestellt ist ein Maskenlayout 100 mit den opaken Gebieten 322, die von der transparenten Struktur 200 umschlossen sind. Damit die Gebiete 322 nicht voneinander und von den größeren opaken Abschnitten 321 elektrisch isoliert sind, sind in der Struktur 200 Lücken 250 vorgesehen. Durch diese Lücken 250, die aus dem Material der zweiten Schicht 32 bestehen, beispielsweise Chrom, sind die Gebiete 322 miteinander und mit den Abschnitten 321 elektrisch leitend verbunden. Durch die leitende Verbindung können die Gebiete 322 und die Abschnitte 321 sich nicht mehr unterschiedlich aufladen, wodurch Potentialdifferenzen in der zweiten Schicht 32 vermieden werden. Die Lücken 250 können so vorgesehen werden, dass sie bei einer Abbildung nicht mit auf einen Halbleiterwafer abgebildet werden. Möglich ist es auch, die Lücken 250 als abbildende Lücken 250 vorzusehen.
Im Folgenden werden Ausführungsformen für die Struktur 200 mit nicht abbildenden Lücken 250 und abbildenden Lücken 250 am Beispiel einer Barrierenstruktur näher erläutert.
Die 5 zeigt ein Maskenlayout 100 für eine alternierende, phasenschiebende Maske oder eine Halbton-Maske mit der das Gebiet 322 umgebenden Struktur 200 gemäß dem Stand der Technik. Durchgezogen schraffierte Gebiete in 5 beschreiben die zweite Schicht und sind dunkle, opake Bereiche in der Maske, gestrichelte Gebiete beschreiben phasenschiebende, geätzte Gebiete in der ersten Schicht aus Quarz bei alternierenden, phasenschiebenden Masken oder semitransparente, phasenschiebende Gebiete aus Molybdänsilizid bei der Halbtonmaske. Weiße Gebiete gehören zu den nicht phasenschiebenden, transparenten Hellfeldbereichen in der Maske, also jene Bereiche, in denen das Maskensubstrat, üblicherweise Quarz, freiliegt. In den opaken Bereichen ist die häufig aus Chrom bestehende Absorberschicht oder Hartmaske noch vorhanden, während sie in allen anderen Bereichen entfernt ist. Die Struktur 200 umfasst einen auf ein Substrat bzw. einen Halbleiterwafer abzubildenden äußeren Rahmen 10, der im Halbleiterwafer als eine das erste Gebiet schützende Barrierenstruktur ausgebildet werden kann und Strukturen bspw. für einen Mikrochip im Halbleiterwafer vor Brüchen schützt, die bei einem Vereinzelungsprozess entstehen können. Der abzubildende innere Rahmen 11 dient dem Schutz des Gebietes 322 im Halbleiterwafer vor eindringender Feuchtigkeit und eindringenden Ionen. Dem Maskenlayout 100 gemäß 5 ist in dem Gebiet 322 ein, bspw. eine Halbleiteranordnung eines Mikrochips beschreibendes, erstes Maskenmuster 28, das phasenschiebende Strukturen 12 und Hellfeldstrukturen 13 aufweist, entnehmbar. Außerhalb des äußeren Rahmens 10 der Struktur 200 in dem Abschnitt 321 sind weitere phasenschiebende Strukturen 12 und Hellfeldstrukturen 13, die ein zweites Maskenmuster 29 beschreiben, vorgesehen.
Durchgängige, das erste Gebiet 322 umgebende Hellfeldbereiche, wie sie die Struktur 200 darstellt, führen auf der Fotomaske zu einer elektrischen Isolation des Gebiets 322. Es kommt zu Aufladungseffekten beim Schreiben der Maske und beim Ätzen. Besonders problematisch ist eine zweite Ebene der Prozessierung, bei der die Hartmaske bereits strukturiert und das Gebiet 322 elektrisch isoliert ist und in die erste Schicht aus Quarz bei der alternierenden phasenschiebenden Maske phasenschiebende Strukturen hineingeätzt werden, bzw. bei der Halbtonmaske eine semitransparente Schicht strukturiert wird. Da die Aufladung von dem Gebiet 322 und dem Abschnitt 321 unterschiedlich ist, kommt es sowohl in dem Gebiet 322 als auch in dem Abschnitt 321 zu unterschiedlichen Quarzätztiefen, was experimentell sowohl für ein Linienspaltmuster, als auch für eine Kontaktlochebene nachgewiesen werden kann. Dies führt waferseitig zu Variationen in einer kritischen Dimension CD (critical dimension).
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen, das Gebiet 322 umschließenden, durchgängigen Struktur besteht darin, dass aufgrund der unterschiedlichen Ladungszustände von dem Gebiet und dem Abschnitt es zu unterschiedlichen Quarzätztiefen von phasenschiebenden Strukturen in dem Abschnitt und in dem Gebiet der Fotomaske kommt. Wird beispielsweise in dem Abschnitt eine mittlere Quarzätztiefe von 169,6 Nanometer erreicht, so kann die mittlere Quarzätztiefe in dem Gebiet 174,3 Nanometer betragen. Beide mittlere Ätztiefen weichen so weit voneinander ab, dass sie sich außerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze befinden.
Zur Lösung der genannten Probleme wird eine Fotomaske mit der nicht zusammenhängenden Struktur 200, wie sie in der 6 gemäß einer Ausführungsform dargestellt ist, vorgeschlagen. Gezeigt ist ein Ausschnitt aus einem Fotomaskenlayout 101. Die Fotomaske kann beispielsweise eine alternierende, phasenschiebende Maske mit opaken und transparenten sowie transparenten, phasenschiebenden Strukturen, eine Halbton- oder eine 3-Ton-Maske mit zusätzlichen semitransparenten Strukturen sein. Die Fotomaske kann auch eine chromlose Fotomaske mit transparenten und phasenschiebenden Strukturen oder eine Reflexionsfotomaske für eine EUV-Belichtung sein.
In der 6 und in allen folgenden Figuren sind transparente Bereiche in der Maske unschraffiert, opake Bereiche durchgängig schraffiert und phasenschiebende Bereiche gestrichelt dargestellt. Zu sehen ist die grabenartige Struktur 200 in der zweiten Schicht 32, die das Gebiet 322 mit dem ersten Maskenmuster 28 mit transparenten 13 und phasenschiebenden Strukturen 12 umschließt. Die Struktur 200 umfasst einzelne linien- oder grabenartige erste Segmente 210, (201), welche an ihrem jeweiligen Ende eine Verbreiterung 211 aufweisen. Zwischen zwei Verbreiterungen 211 von zwei benachbarten ersten Segmenten 210, (201) ist eine nicht abbildende Lücke 250 vorgesehen. Durch die Lücke 250 ist das Gebiet 322 mit dem Abschnitt 321 elektrisch leitend verbunden. Die Lücke 250 besteht aus dem Material der zweiten Schicht 32.
Durch die Verbindung werden unterschiedliche Ladungszustände zwischen dem Gebiet 322 und dem Abschnitt 321 in der zweiten Schicht verhindert. Das zweite Maskenmuster 29 in dem Abschnitt 321 kann nun unter denselben Bedingungen, wie sie in dem Gebiet 322 vorliegen, strukturiert werden.
Bei der Herstellung beispielsweise einer alternierenden, phasenschiebenden Fotomaske wird auf ein transparentes Maskensubstrat eine Absorberschicht aufgebracht. Die Absorberschicht wird gemäß einem Maskenlayout strukturiert. So können in einer ersten Prozessierungsebene das erste Muster 28 und die, das erste Muster 28 umschließende, durch Lücken 25 unterbrochene linien- oder grabenartige Struktur 200 in die Absorberschicht übertragen werden. In einer zweiten Prozessierungsebene können dann phasenschiebende Gräben in das Maskensubstrat, beispielsweise durch einen Ätzschritt, eingebracht werden.
Bei der Herstellung der Halbtonmaske wird zwischen der Absorberschicht und dem Maskensubstrat eine semitransparente Absorberschicht vorgesehen. Anstelle des Hineinätzens von phasenschiebenden Gräben in das Maskensubstrat wird bei der Halbtonmaske die semitransparente Absorberschicht in dem zweiten Prozessierungsschritt strukturiert.
Für die alternierende, phasenschiebende Fotomaske konnte experimentell nachgewiesen werden, dass mit der durch die Lücken unterbrochenen, das Gebiet umschließenden Struktur die mittleren Ätztiefen in dem Gebiet und in dem Abschnitt so weit angeglichen waren, dass sie innerhalb der Toleranzgrenze lagen. In dem Abschnitt wurde beispielsweise eine mittlere Quarzätztiefe von 172 nm erreicht und in dem Gebiet eine mittlere Quarzätztiefe von 172,2 nm. Die Abweichung ist so gering, dass sie innerhalb der Toleranzgrenze liegt.
In der 7 ist ein Maskendesign gemäß einer Ausführungsform für die nicht zusammenhängende Struktur 200 im Bereich der nicht abbildenden Lücke 250 zwischen zwei zweistufigen Verbreiterungen 211 von zwei benachbarten ersten Segmenten 210 dargestellt. Die Verbreiterungen 211 können auch anders, beispielsweise einstufig oder mit mehr als zwei Stufen, geformt sein. Auch stufenlose Formen sind möglich. Das erste Segment 210 ist linienartig geformt und weist die Verbreiterung 211 an mindestens einem Ende auf. Die Abmessungen von den Verbreiterungen 211 und der Lücke 250 sind so gewählt, dass sie einander in ihrer Wirkung auf eine Abbildung weitgehend kompensieren und weder die Verbreiterungen 211 noch die Lücke 250 mit auf das Substrat, das ein Halbleiterwafer sein kann, abgebildet wird. Eine auf dem Substrat zu erzielende Struktur 24 und eine Design-Zielstruktur 22 sind der 7 entnehmbar. Die gepunktete Linie beschreibt eine simulierte Zielstruktur 23 auf dem Substrat, die aus einer mit der Struktur 200 simulierten Abbildung resultiert. Wie sich erkennen lässt, ist die simulierte Zielstruktur 23 zusammenhängend und weist keine Lücke auf. Im Bereich der Lücke 250 weicht die simulierte Zielstruktur 23 von der im Substrat zu erzielenden Struktur 24 ab. Die simulierte Zielstruktur 23 hat hier eine Engstelle. In der Abbildung weicht also eine Linien- oder Grabenbreite von der zu erzielenden Linien- oder Grabenbreite ab. Die Struktur 200 ist von phasenschiebenden Hilfsstrukturen 260 umgeben. Die Schraffuren entsprechen denen der 6.
Die durch Doppelpfeile in der 7 dargestellten Abmessungen können in einer Ausführungsform die folgenden Werte annehmen: a 0,03 µm, b 0,04 µm, c 0,11 µm, d 0,03 µm, e 0,05 µm, f 0,035 µm, c' 0,073 µm, g 0,31 µm, h 0,23 µm, i 0,170 µm, j 0,045 µm, k 0,041 µm, 10,04 µm.
In der 8 ist ein Maskendesign gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Zwischen zwei ersten Segmenten 210 sind weitere zweite Segmente 212 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind es drei zweite Segmente 212. Es ist aber auch möglich, mehr als drei oder nur ein oder zwei weitere zweite Segmente 212 vorzusehen. Die ersten Segmente 210 weisen die linien- bzw. grabenartige Form mit der Verbreiterung 211 an jeweils einem Ende auf. Die Verbreiterung 211 ist in dieser Ausführungsform zweigeteilt. Zwischen den einzelnen Segmenten 210, 212 sind die Lücken 250 vorgesehen. Abmessungen der zweiten Segmente 212 und der Verbreiterungen 211 sowie der Lückendurchmesser sind so vorgesehen, dass sowohl die Lücken 250 als auch die Verbreiterungen 211 nicht mit abgebildet werden. Die Struktur 200 ist von nichtabbildenden, phasenschiebenden Hilfsstrukturen 260 umgeben. Die Hilfsstrukturen 260 sind dazu da, um einen Kontrast und eine Tiefenschärfe im Bild zu erhöhen. Sie sind im Bereich der Lücken 250 durchgängig. Unterbrechungen in den Hilfsstrukturen 260 sind im Abstand zu den Lücken 250 vorgesehen.
Möglich ist es auch, die Struktur 200 ausschließlich mit den zweiten Segmenten 212, die durch die nicht abbildenden Lücken 250 voneinander getrennt sind, zu bilden. Die zweiten Segmente können eine rechteckige Form aufweisen. Möglich wären aber auch andere Formen, zum Beispiel Parallelogramme mit beispielsweise einem 45° Winkel.
Bei den Ausführungsformen kann ein Wert des Lückendurchmessers auch so gewählt werden, dass er unterhalb einer Auflösungsgrenze der Abbildungsvorrichtung liegt und folglich die Lücke nicht mit auf das Substrat abgebildet wird.
Die simulierte Zielstruktur 23 auf dem Substrat ist der 8 entnehmbar. In der Darstellung weist sie im Gegensatz zur simulierten Zielstruktur 23 gemäß 7 keine CD-(Linienbreiten)-Schwankungen auf. Tatsächlich sind die CD-Schwankungen, wie sich aus den folgenden Werten für die Abmessungen der dargestellten Doppelpfeile ergibt, so gering, dass es sich in der Zeichnung nicht nachvollziehen lässt.
Gemäß einem Beispiel für eine Ausführungsform können die in der 8 dargestellten Strukturen folgende Abmessungen aufweisen: a 0,1090 µm, b 0,165 µm, c 0,107 µm, d 0,106 µm, e 0,03 µm, f 0,11125 µm, g 0,165 µm, h 0,105 µm, i 0,148 µm, j 0,191 µm, k 0,0975 µm, 10,055 µm, m 0,06 µm, n 0,065 µm, o 0,78 µm, p 0,25 µm.
Die in der 9 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 8 gezeigten Ausführungsform darin, dass die Hilfsstrukturen 260 im Bereich der Lücken 250 ebenfalls unterbrochen sind. Die Abstände a und b können zum Beispiel einen Wert von 0,05 µm aufweisen.
Ausführungsformen gemäß 8 und 9, aber auch die Ausführungsform, bei der die Struktur 200 ausschließlich mit den zweiten Segmenten 212 gebildet wird, ermöglichen eine im Substrat abgebildete linien- oder grabenartige Struktur, die durchgängig bzw. zusammenhängend ist und nur sehr geringe oder gar keine CD-Schwankungen aufweist.
Obige Ausführungsformen können beispielsweise zwei benachbarte Lücken mit einem Pitch, der nicht abgebildet wird, aufweisen. Unter dem Pitch ist hier der Gesamtdurchmesser von dem zweiten Segment und der Lücke zu verstehen. Der minimale abbildbare Pitch mit nicht alternierendem Gitter ist gegeben durch eine Auflösungsgrenze λ/(NA(1+sigma)) des abbildenden Belichtungssystems, wobei λ eine Belichtungswellenlänge und NA eine numerische Apertur ist. So ist beispielsweise für λ=193 nm und NA=0,93 der minimale Pitch = 167,3 nm bei gleichen Phasenöffnungen und kohärenter Beleuchtung. Bei einer Schrägbeleuchtung, wie es bei Reflexionsmasken der Fall ist, verringert sich der Wert des Pitches. Der Wert für obiges Beispiel ist optimiert für einen Füllfaktor sigma=0,24.
Alle bisher genannten Ausführungsformen der Fotomaske mit der nicht zusammenhängenden Struktur sind abgebildet auf den Halbleiterwafer zusammenhängend und geeignet, im Halbleiterwafer als eine das abgebildete erste Muster schützende Barrierenstruktur ausgebildet zu werden. Bei der Fotomaske kann es sich zum Beispiel um eine Lithographiemaske für eine Kontaktlochebene handeln.
In der 10 ist ein schematisches Masken-Layout 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Zu sehen ist das von der Struktur 200 umschlossene Gebiet 322. In dem Gebiet 322 ist das erste Muster 28 mit phasenschiebenden 12 und Hellfeld-Strukturen 13 vorgesehen. Das auf einen Halbleiterwafer abgebildete erste Muster 28 kann im Halbleiterwafer beispielsweise als ein Mikrochip ausgebildet sein. Die Struktur 200 umfasst den äußeren Rahmen 10 und den inneren Rahmen 11. In dem Abschnitt 321 außerhalb des äußeren Rahmens 10 ist das zweite Muster 29 vorgesehen. Der Abschnitt 321 ist hier durch einen Sägebereich 40 begrenzt. Im Halbleiterwafer wird im Sägebereich 40 die Vereinzelung der Mikrochips vorgenommen. Der äußere und der innere Rahmen (10, 11) können abgebildet im Halbleiterwafer als Barrierenstruktur ausgebildet werden. Die äußere Barrierenstruktur schützt den Mikrochip vor in das Chipgebiet eindringenden Brüchen, die bei der Vereinzelung des Mikrochips auftreten können und gemäß der 10 durch die gezackten Linien angedeutet sind. Die innere Barrierenstruktur dient dem Schutz vor in das Chipgebiet eindringender Feuchtigkeit und vor eindringenden Ionen.
Die mit auf den Halbleiterwafer abzubildenden Lücken 250 in der Struktur 200 sind weit von Ecken und großen metallischen Bereichen 41 entfernt angeordnet, da im Bereich der Ecken und der metallischen Bereiche 41 die Häufigkeit für Brüche höher ist als in den anderen Bereichen. Aufgrund der dargestellten Lage der Lücken 250, nämlich weit entfernt von den Ecken und von den großen metallischen Bereichen 41, kann die Schutzfunktion der Barrierenstruktur im Halbleiterwafer aufrechterhalten werden. Gemäß der 10 sind 4 Lücken vorgesehen. Es können aber auch mehr zum Beispiel 8 oder 16 Lücken vorgesehen werden. Auch in der Ausführungsform gemäß der 10 sind das Gebiet 322 und der Abschnitt 321 elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei der Herstellung beispielsweise einer alternierenden, phasenschiebenden oder einer Halbtonmaske kann es in der Ausführungsform nicht mehr zu den unerwünschten, unterschiedlichen Ladungszuständen in dem Gebieten 322 und dem Abschnitt 321 kommen.
In der 11 ist ein Beispiel für ein Maskendesign für die zwei Segmente 201 der Struktur 200 gemäß der 10 im Bereich der abbildenden Lücke 250 dargestellt. In dem gezeigten Beispiel ist die Struktur 200 eine nicht phasenschiebende Hellfeld-Struktur. Die Struktur 200 ist umgeben von phasenschiebenden Hilfsstrukturen 260. Dargestellt ist außerdem die Design-Zielstruktur 22 und die Zielstruktur 24 auf dem Substrat bzw. dem Halbleiterwafer. Die gestrichelte Linie ist die simulierte Zielstruktur 23 auf dem Substrat. Wie man erkennt, weicht die simulierte Zielstruktur 23 von der Zielstruktur 24 im Bereich der abbildenden Lücken 250 ab. Die simulierte Zielstruktur 23 weist im Gegensatz zur Zielstruktur 24 die Lücke auf, wobei abweichend von der Struktur 200 noch eine Verkürzung und Verrundung an den Enden der Segmente 210 auftritt.
Gemäß einer Ausführungsform können die durch Doppelpfeile in der 11 dargestellten Abmessungen folgende Werte annehmen: a 0,105 µm, b 0,105 µm, c 0,170 µm, d 0,080 µm, e 0,070 µm.
Andere Ausführungsformen für die das Gebiet 322 einschließende Struktur 200 mit abbildenden Lücken 250 sind den 12 und 13 entnehmbar. Gemäß den 12 und 13 weisen die Lücken 250 eine labyrinthartige Form auf. Die Struktur 200 besteht in den dargestellten Ausführungsformen aus zwei unterschiedlichen Segmenten. Gemäß der 12 gibt es stufenförmige erste Segmente 210 und stufenförmige zweite Segmente 212, die in der dargestellten Art und Weise angeordnet sind, wodurch der Weg von dem Abschnitt 321 in das Gebiet 322 zum Labyrinth wird. Abgebildet auf einem Halbleiterwafer weist die Struktur 200 ebenfalls labyrinthartige Lücken 250 auf. Durch die besondere Form der Lücken 250 lässt sich die abgebildete, das Gebiet 322 umschließende Struktur 200 als Barrierenstruktur ausbilden, die das erste Muster 28 in dem Gebiet 322 beispielsweise die Strukturen für einen Mikrochip, vor in das Gebiet 322 eindringenden Brüchen oder Ionen weitgehend schützt. Experimentell konnte eine Aufrechterhaltung der Schutzfunktion bestätigt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Struktur 200 mit labyrinthartigen Lücken 250 ist der 13 entnehmbar. Die Struktur besteht aus ersten Segmenten 210, die linien- oder grabenartig sind. Sie sind so angeordnet, dass sie das Gebiet 322 umschließen und voneinander durch eine größere Lücke beabstandet sind. In die größere Lücke ist ein stufenförmiges zweites Segment 212 eingelassen. Dadurch ist die größere Lücke teilweise verschlossen und übrig bleibt die labyrinthartige Lücke 250, die die Eigenschaften der Lücke gemäß 12 aufweist.
Die in der 14 dargestellte Ausführungsform zeigt ein Maskenlayout 100 mit den durch die transparente Struktur 200 voneinander und von den Abschnitten 321 elektrisch isolierten Gebieten 322 der opaken zweiten Schicht 32. Die Schraffuren in der 14 entsprechen denen der 1. Um große leitende Abschnitte 321 in der zweiten Schicht 32 von den Gebieten 322 fernzuhalten, wird ein die Gebiete 322 umschließender transparenter Trenngraben 251 in der zweiten Schicht 32 vorgesehen, so dass die Gebiete 322 und die Struktur 200 von einem leitenden Rahmen, der beispielsweise eine Breite von 8 mm aufweisen kann, umgeben sind. Um eine Aufladung des Rahmens zu minimieren, wird dieser Rahmen durch weitere transparente Lücken 252 in der zweiten Schicht 32 in kleinere Abschnitte 321 zerlegt. Der Trenngraben 251 und die Lücken 252 können mit solchen Abmessungen ausgeführt werden, dass sie nicht mit auf das Substrat abgebildet werden. Möglich ist es auch, den Trenngraben 251 und die Lücken 252 so vorzusehen, dass sie mit auf das Substrat abgebildet werden. In dem Fall sollten sie so platziert sein, dass sie eine abgebildete Anordnung nicht stören. Die Lücken 252 können bis zu 1 µm breit sein bzw. aus mehreren kleineren Lücken bestehen. Sie können gleichmäßig verteilt sein oder sich in der Nähe von Ecken konzentrieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung der lithographischen Maske nach der Strukturierung der zweiten Schicht, vor dem Ätzen der Gräben in die erste Schicht, auf die zweite Schicht ein leitfähiger Film aufgebracht. In dem leitfähigen Film werden an Stellen, an denen die Gräben in die erste Schicht eingebracht werden sollen, Öffnungen vorgesehen. Durch den leitfähigen Film werden voneinander elektrisch isolierte Gebiete in der zweiten Schicht elektrisch leitend miteinander verbunden und Potentialdifferenzen in der zweiten Schicht ausgeglichen. Nach der Strukturierung der ersten Schicht kann dann der leitfähige Film wieder entfernt werden. Bei der alternierenden phasenschiebenden Maske kann die erste Schicht beispielsweise aus Quarz vorgesehen werden, in das dann in der zweiten Prozessierungsebene die phasenschiebenden Gräben, beispielsweise mittels eines Trockenätzverfahrens, eingebracht werden. Bei der Halbtonmaske kann die erste Schicht aus einem semitransparenten Material wie beispielsweise Molybdänsilizid bestehen, das dann in der zweiten Prozessierungsebene strukturiert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung der lithographischen Maske die die Gebiete in der zweiten Schicht umschließende, transparente Struktur erst nach dem Ätzen der Gräben in die erste Schicht in die zweite Schicht eingebracht. Auf diese Weise werden Potentialdifferenzen in der zweiten Schicht während der zweiten Prozessierungsebene, in der die Gräben in die erste Schicht hineingeätzt werden, verhindert. Das Strukturieren der die Gebiete umschließenden Struktur, die in dem Halbleiterwafer auch als Barrierenstruktur ausgebildet werden kann, wird bei dieser Ausführungsform in eine weitere, beispielsweise eine dritte Prozessierungsebene verlagert.

Claims

Lithographische Maske umfassend: mindestens eine erste Schicht (31) mit Gräben (33), eine zweite Schicht (32) auf der ersten Schicht (31), wobei die zweite Schicht (32) eine grabenartige, transparente Struktur (200) aufweist, wobei die zweite Schicht (32) beim Ätzen der Gräben (33) in die erste Schicht (31) als Maske wirkt, und wobei die zweite Schicht (32) in einem von der transparenten Struktur (200) umschlossenen ersten Gebiet (322) ein auf ein Substrat abzubildendes erstes Muster (28) und in einem Abschnitt (321) außerhalb der transparenten Struktur (200) ein auf das Substrat abzubildendes zweites Muster (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (200) mindestens zwei oder mehrere Segmente (201) umfasst, die durch eine nicht abbildende Lücke (250) oder nicht abbildende Lücken (250) voneinander getrennt sind und die Lücken (250) aus dem Material der zweiten Schicht (32) bestehen.
Lithographische Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (201) erste Segmente (210), die eine linien- oder grabenartige Form mit einer Verbreiterung (211) an mindestens einem Ende aufweisen, umfassen.
Lithographische Maske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (201) zweite Segmente (212), die eine parallelogrammartige oder rechteckige Form aufweisen, umfassen.
Lithographische Maske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (250) zwischen zwei Verbreiterungen (211) von jeweils zwei benachbarten ersten Segmenten (210) ausgebildet ist, wobei die Verbreiterungen (211) und die Lücke (250) in der Weise geformt sind, dass sie einander in ihrer Wirkung auf eine Abbildung kompensieren und weder die Verbreiterungen (211) noch die Lücke (250) mit auf das Substrat abgebildet werden.
Lithographische Maske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Segmente (210, 212), oder nur die zweiten Segmente (212), so gestaltet und angeordnet sind, dass die abgebildete Struktur (200) linien- oder grabenartig ist und nur geringe oder gar keine Schwankungen in einer Linien- oder Grabenbreite aufweist.
Lithographische Maske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den jeweils zwei ersten Segmenten (210) das zweite oder mehrere zweite Segmente (212) angeordnet sind, wobei alle Segmente (210, 212) durch die nicht abbildenden Lücken (250) voneinander getrennt sind.
Verfahren zum Herstellen einer lithographischen Maske, bei dem in eine erste Schicht (31) Gräben (33) geätzt werden, wobei eine zweite Schicht (32) auf der ersten Schicht (31) ausgebildet ist und beim Ätzen der Gräben (33) als Maske wirkt, und die zweite Schicht (32) in einem von der transparenten Struktur (200) umschlossenen ersten Gebiet (322) ein auf ein Substrat abzubildendes erstes Muster (28) und in einem Abschnitt (321) außerhalb der transparenten Struktur (200) ein auf das Substrat abzubildendes zweites Muster (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (200) mindestens aus zwei oder aus mehreren Segmenten (201) bestehend ausgebildet wird, wobei die Segmente (201) durch eine nicht abbildende Lücke (250) oder nicht abbildende Lücken (250) voneinander getrennt werden und die Lücken (250) aus dem Material der zweiten Schicht (32) geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (201) erste Segmente (210) umfassend ausgebildet werden, wobei die ersten Segmente (201) eine linien- oder grabenartige Form mit einer Verbreiterung (211) an mindestens einem Ende aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (201) zweite Segmente (212) umfassend ausgebildet werden, wobei die zweiten Segmente (212) eine parallelogrammartige oder rechteckige Form aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (250) zwischen zwei Verbreiterungen (211) von jeweils zwei benachbarten ersten Segmenten (210) ausgebildet wird, wobei die Verbreiterungen (211) und die Lücke (250) in der Weise geformt werden, dass sie einander in ihrer Wirkung auf eine Abbildung kompensieren und weder die Verbreiterungen (211) noch die Lücke (250) mit auf das Substrat abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Segmente (210, 212) oder die zweiten Segmente (212) so gestaltet und angeordnet werden, dass die abgebildete Struktur (200) linien- oder grabenartig ist und nur geringe oder gar keine Schwankungen in einer Linien- oder Grabenbreite aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den jeweils zwei ersten Segmenten (210) das zweite oder mehrere zweite Segmente (212) angeordnet werden, wobei alle Segmente (210, 212) durch die nicht abbildenden Lücken (250) voneinander getrennt werden.
Lithographische Maske umfassend: mindestens eine erste Schicht (31) mit Gräben (33), eine zweite Schicht (32) auf der ersten Schicht (31), wobei die zweite Schicht (32) eine grabenartige, transparente Struktur (200) aufweist, wobei die zweite Schicht (32) beim Ätzen der Gräben (33) in die erste Schicht (31) als Maske wirkt, und wobei die zweite Schicht (32) in einem von der transparenten Struktur (200) umschlossenen ersten Gebiet (322) ein auf ein Substrat abzubildendes erstes Muster (28) und in einem Abschnitt (321) außerhalb der transparenten Struktur (200) ein auf das Substrat abzubildendes zweites Muster (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien der ersten und zweiten Schicht (31, 32) so gewählt sind, dass es nicht zu elektrischen Potentialdifferenzen zwischen den durch die Struktur (200) voneinander getrennten ersten Gebieten (322) und Abschnitten (321) der zweiten Schicht (32) kommt, wobei die erste und die zweite Schicht (31, 32) aus elektrisch isolierenden Materialien ausgebildet sind oder die erste und die zweite Schicht (31, 32) aus elektrisch leitenden Materialien ausgebildet sind.
Lithographische Maske nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der ersten Schicht (31) aus elektrisch leitfähigem Molybdänsilizid oder passend dotiertem SiO₂ ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer lithographischen Maske, bei dem in eine erste Schicht (31) Gräben (33) geätzt werden, wobei eine zweite Schicht (32) auf der ersten Schicht (31) ausgebildet ist und beim Ätzen der Gräben (33) als Maske wirkt, und wobei die zweite Schicht (32) in einem von der transparenten Struktur (200) umschlossenen ersten Gebiet (322) ein auf ein Substrat abzubildendes erstes Muster (28) und in einem Abschnitt (321) außerhalb der transparenten Struktur (200) ein auf das Substrat abzubildendes zweites Muster (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien der ersten und zweiten Schicht (31, 32) so gewählt werden, dass es nicht zu elektrischen Potentialdifferenzen zwischen den durch die Struktur (200) voneinander getrennten ersten Gebieten (322) und Abschnitten (321) der zweiten Schicht (32) kommt, wobei die erste und die zweite Schicht (31, 32) aus elektrisch isolierenden Materialien ausgebildet werden oder die erste und die zweite Schicht (31, 32) aus elektrisch leitenden Materialien ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (31) aus elektrisch leitfähigem Molybdänsilizid oder passend dotiertem SiO₂ ausgebildet wird.